hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量的指標に基づいた身体活動と脳容量の関係に基づいた認知症予防法の検討

このことより、MCI高齢者に対する通年観察研究を通して、1年間の観察研究を通して算出される総身体活動量と脳容量との関係性についても有用な結果が得られることが期待される。この1年間を通した観察研究から得られる知見によって、今までにない医学的エビデンスの高い資料、およびMCI高齢者が脳容量を維持するために必要な身体活動量のカットポイントを示すことできると考えている。軽度認知障害を有した高齢者に対して1年間の追跡調査を行い、通年の身体活動と脳容量の変化について評価・解析を行う。MCI高齢者100名(同意者は154名)に対して身体活動量計を配布し、1年間のデータ計測を行う。磁気共鳴画像を利用し、T1強調画像を用いて灰白質量を定量化し、FRAIR画像を用いて白質容量を定量化する。活動量計本体に関して、データの紛失を防ぐために、2か月おきに電池交換・データ回収を実施する。1年間を通じての客観的身体活動指標を運動強度別に量・強度・時間・頻度を算出し、ベースラインと1年後の脳容量の変化量との相関関係を確認する。また脳容量の部位別変化率を従属変数、身体活動指標を独立変数とし、ベースラインにおいて脳容量と有意な関係が認められた項目を調整因子とした重回帰分析を行う。脳画像指標の統計解析については、SPM8を用いて解析を行う。また、月ごと・日ごとにおける身体活動の変動係数を求め、脳容量の変化との関係性を重回帰分析を用い同様に検討を行う。
病院におけるリハビリテーション部の設置類型と空間構成に関する研究

本研究の特徴は、多様な設置形態をもつリハビリテーション施設を治療・訓練内容の施設機能において類型的に捉え、それぞれの空間構成のあり様について考究したところにある。本研究で得られた結果を以下に要約する。1.まず東北地方6県の全病院を対象に、リハビリテーションの実施状況を把握した。我が国におけるリハビリテーション施設は、現在ではほぼ半数を占める病院が専任のスタッフと専用の部屋をもって実施している。2.次いでリハビリテーションを実施している286病院に対し、治療・訓練内容の26項目について数量化【III】類分析を行い、その療法間の類似度を確認した後に、数量化【III】類及びクラスター分析により、多様なリハビリテーション施設を基本的な10類型として把握した。3.主要な類型の中から典型的な5つの病院を対象に、治療・訓練と患者の特性との対応関係について考察した。脳卒中を主とする脳疾患と関節症・外傷性骨筋疾患などのその他の疾患では治療・訓練内容に相違が認められ、脳卒中の場合には運動療法に加えて作業療法とADLが広く実施されているところに特徴があり、高齢化社会をむかえる我が国においては、この部門の一層の充実が求められる。一方その他の疾患では運動療法に加えて物理療法、部分浴その他の水治療法が実施されているることを知った。4.リハビリテーションの充実した総合病院3例を対象に、患者・療法士の動きを1日断面の定点観察調査で把握した。リハビリテーション各室における患者の室間移動は思いのほか少なく、わずかに運動療法室を中心とする各室との移動が若干認められるにすぎない。従って、各室のつながり方よりもそれぞれの療法室自体が1つの単位空間的性格をもっており、単位空間の性能に関わる課題の解明が重要となる。
「オンタイム法」による分子標的薬剤の耐性予測と耐性機序の解明へのアプローチ

昨年度に肺がんサンプル検体をできるだけ収集した。大学病院の症例と関連病院の研究協力を得ながら計20の検体を収集することが出来た。東北大学にはバイオバンクが昨年度立ち上げており、今後、検体の一元的な管理ができる観点から、集めたサンプルをバイオバンクに委託保管する予定である。昨年度に収集したすべての検体の細胞表面抗原のフローサイトメトリー(FACS)解析を行なった。正常細胞とがん細胞をはっきりと分離する方法を前年度に確立したが、さらにがん細胞中に多様性の存在を示唆する実験結果から、すべての腫瘍検体を使い、同様の解析を行った。興味深い事に癌細胞の表面マーカーは個人間に発現の多寡があるものの、ほぼすべてのがん細胞に発現する表面マーカーの組み合わせを見つけることができた。この事によりがん細胞をサブグループに分けることができるようになった。FACS解析の結果を確認するために、EGFRを分子マーカーに用いて、遺伝子変異を有する検体を検索した。その結果、合計5検体から変異を有するがん細胞を特定することができ、さらにEGFRを目印にFACSでソートした各サブグループから同一のEGFR変異を確認できた。これはがん細胞の表面マーカーとジェネティックマーカーを組み合わせることでがん細胞の多様性を証明したものと考えている。以上の結果より、がん細胞中に新規の細胞集団が存在することを細胞表面マーカーとEGFR変異を用いて証明することができた。この新規の細胞集団が担癌患者の治療効果と予後に影響を及ぼす可能性がある。肺がん治療に対し薬剤耐性が常につきまとう課題である。今回判明したがん細胞の多様性が抗がん剤の耐性にどう影響を及ぼすのかを観察する予定である。また、新たな治療ターゲットを探索する目的に今後、集めた検体を用いて、シングル細胞RNAシークェンスを行い、詳しい解析を進める予定である。概ね順調に進行している。初年度は大学一施設のみで症例を集めていたが、サンプルを集めるのに若干時間がかかった。途中より倫理委員会を通しもう一協力施設を増やした事で解析できる目標症例を集めることができた。その後解析は概ね順調に進んでいると考えている。3年目はhigh throughput screenを念頭に患者の経過フォローを含めて研究を継続する予定である。以上のように肺がん細胞の細胞集団の中に多様性が存在することが証明できたところまで進んだので、今後はそれぞれのがん細胞の生物学的特徴を同定して行きたいと考えている。具体的にはそれぞれの細胞集団のバルクRNAをシークエンス解析して、発現している遺伝子を解析し、余力があればシングル細胞RNA (scRNA)解析を行う予定である。昨年度検体サンプルの収集を行い、大学病院の症例は限りがあるので関連病院の方にも研究協力者を協力を得ながら計20の検体のを収集することが出来た。収集したすべて検体から細胞を単離することを行い、同時に全検体から細胞単離を行った細胞に対し、細胞の表面抗原をフローサイトメトリ解析を行なった。その結果、正常細胞とがん細胞をはっきりと分離する方法を確立した。さらにがん細胞中にも多様性が存在することがわかった。この事ががん細胞間の情報ネットワーク解析の観点から示唆に富むものと考えられた。次の解析ステップに進むために多様性の存在を強固なものにする目的に、特に遺伝子変異を有する検体を用いて更にサンガシクェンスを行った。その結果、変異を有するがん細胞を目印にがん細胞間の多様性を証明することができた。これらの多様性ががん患者の生命予後をどう影響するのかを解析するために過去の臨床患者情報を収集して、解析を進めているところであり、結果がで次第データをまとめて論文報告をする予定である。以上の結果より、がん細胞中に新規の細胞集団が存在することがわかった。今後この新規の細胞集団が患者の病気予後にどういう影響を及ぶす可能性ががある。肺がんを含めてのがん治療には治療薬に対して、耐性が常につきまとう課題である。この多様性の中から新たな治療ターゲットを見つけられる可能性を探索する目的に今後、さらに検体数を増やしながら、詳しい解析を進める予定である。当初は肺癌検体をできるだけ集める事を目標に掲げ、サンプル中の遺伝子変異のあるものを絞り込んで解析する予定を立てたが、臨床検体はがん遺伝子検査は大学病院ではなされる症例が多かったが、全検体の中に未検査の検体が半分以上あり、サンプルの絞込みがやや遅れている。目標まで引き続きサンプル収集を行う。以上のようにゼノグラフトの作成は平成30年度以降にずらしてから行う予定です。

その結果、合計5検体から変異を有するがん細胞を特定することができ、さらにEGFRを目印にFACSでソートした各サブグループから同一のEGFR変異を確認できた。これはがん細胞の表面マーカーとジェネティックマーカーを組み合わせることでがん細胞の多様性を証明したものと考えている。以上の結果より、がん細胞中に新規の細胞集団が存在することを細胞表面マーカーとEGFR変異を用いて証明することができた。この新規の細胞集団が担癌患者の治療効果と予後に影響を及ぼす可能性がある。肺がん治療に対し薬剤耐性が常につきまとう課題である。今回判明したがん細胞の多様性が抗がん剤の耐性にどう影響を及ぼすのかを観察する予定である。また、新たな治療ターゲットを探索する目的に今後、集めた検体を用いて、シングル細胞RNAシークェンスを行い、詳しい解析を進める予定である。概ね順調に進行している。初年度は大学一施設のみで症例を集めていたが、サンプルを集めるのに若干時間がかかった。途中より倫理委員会を通しもう一協力施設を増やした事で解析できる目標症例を集めることができた。その後解析は概ね順調に進んでいると考えている。3年目はhigh throughput screenを念頭に患者の経過フォローを含めて研究を継続する予定である。今後は予定通りに研究を推進する予定であるが、全サンプル検索では興味深いがん細胞集団を同定することができたので細胞情報ネットワークの解析を行えばがん治療につながるような新たなマーカーを同定する可能性があると考えているので、単細胞RNAシークエンスを行う予定である。以上のように肺がん細胞の細胞集団の中に多様性が存在することが証明できたところまで進んだので、今後はそれぞれのがん細胞の生物学的特徴を同定して行きたいと考えている。具体的にはそれぞれの細胞集団のバルクRNAをシークエンス解析して、発現している遺伝子を解析し、余力があればシングル細胞RNA (scRNA)解析を行う予定である。前年度はサンプルのRNAシークエンスを施行する予定であったが、予定よりサンプルの調整に計画より遅れが生じた。その分の予算が施行されずに次年度へ繰り越すことになった。
室内残留性化学物質の探索と影響評価－コンパニオンアニマルを指標動物として－

乳幼児に対する室内化学物質曝露を評価する上で有用な指標動物となり得るコンパニオンアニマルに着目し、残留性有機汚染物質(POPs)、生活関連物質(PCPs)、微量元素の曝露実態および曝露ルートの解明、そしてリスク評価のテーマに取り組んだ結果、ペットフードだけでなく室内ダストからもPOPs、PCPs、そしてレアメタルに曝露していることが判明し、ポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)の曝露が甲状腺ホルモン機能恒常性に影響を及ぼすことが示唆された。本研究は、室内環境由来のリスクを評価するエコチル調査等に有益な情報を提示することに成功した。本研究の目的は、家庭用品に使用されている化学物質の室内残留性を明らかにし、室内で家族同様に育てられているイヌ・ネコ(コンパニオンアニマル)を指標動物として、乳幼児に対するリスクを評価することにある。平成25年度は、コンパニオンアニマルの血液および実際に与えているペットフード、そして飼育されている室内のダストを収集し、生活関連物質(Personal Care Products: PCPs)とレアメタルの実態解明を試みた。対象試料におけるレアメタルの分析は既報に従ったが、PCPsについては前処理法を開発することで、より高精度の分析を可能とした。室内ダストの分析から、電気電子機器由来と考えられるAg、In、Sn、Biの検出が明らかとなった。また、PCPsであるメチルパラベン(MeP)、エチルパラベン(EtP)、プロピルパラベン(PrP)、ブチルパラベン(BuP)、トリクロサン(TCS)、トリクロカルバン(TCC)も検出され、パーソナルケア製品の使用にともない室内環境が汚染されていることが示唆された。室内ダストから検出されたPCPs濃度と推定一日ダスト摂取量を基に、ダストを介したPCPs曝露量を年齢ごとに見積もったところ、1歳前後の乳幼児は成人と比べ約20倍高値を示した。コンパニオンアニマルの血清からはMeP、EtP、そしてPrPが検出され、とくにPrPが高濃度であり、PrPがペットフードから検出されなかったことから,ダスト由来の暴露を反映していることが判明した。しかしながら、室内ダストで高濃度を示したMePはコンパニオンアニマルの血清で低値を示し、MePとPrPの生物蓄積性や代謝・排泄速度,および血中タンパクとの結合能の違いが関与していると考えられた。PrPはパラベン類の中でエストロゲン活性が高いことが報告されており、乳幼児に対する血中残留レベルや健康リスクが懸念された。本年度は、昨年度に調査対象とした生活関連物質(Personal Care Products: PCPs)とレアメタルに加え、臭素系難燃剤(Brominated Flame Retardants: BFRs)の実態解明を試みた。室内ダストの分析から、ストックホルム条約(POPs条約)の対象物質として近年追加登録されたポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)やヘキサブロモシクロドデカン(HBCDs)だけでなく、代替物質であるビストリブロモフェノキシエタン(BTBPE)やデカブロモジフェニルエタン(DBDPE)の残留が明らかとなった。とくに、DBDPEのダスト中濃度はPBDEsレベルに匹敵していたことから、日本国内におけるDBDPEの代替化の進行が示唆された。またHBCDs濃度は、築年数が短い家屋で採取したダストほど高い傾向を示し、HBCDsが主に建材の断熱材に使用されていることを考慮すると、最近の建材ほどHBCDsを多量に使用している可能性が推察された。コンパニオンアニマルの血液およびペットフードの化学分析をおこなったところ、現在も使用が継続しているDecaBDE製剤の主成分であるBDE209がPBDE異性体の中で最も高い濃度で検出され、同異性体の残留が顕著であった室内ダスト経由だけでなく、餌経由でも曝露していることが判明した。またネコにおいて、血中PBDEs濃度依存的な甲状腺ホルモンレベルの減少が認められ、健康影響が懸念された。バイオアッセイ法として、多環芳香族炭化水素や臭素系・リン系難燃剤等の化学物質標準品をウシ胎児血清に添加して抽出・前処理方法を検討した結果、一部回収の困難な物質があるものの、難燃剤等の主要な化学物質を抽出するイソプロパノール/ヘキサン液液抽出と脂肪除去のためのDMSO分配処理を組み合わせた手法が有効であった。最終年度は、臭素系難燃剤(BFRs)の代替物質として急速に使用が増加しているリン酸エステル系難燃剤(PFRs)の分析法開発を試みた。PFRsの分析としては室内ダストが存在する一方、動物の組織試料については報告されておらず、脂質やタンパクなど血液に由来するマトリックス除去が高精度分析には不可欠となる。そこで、GPCによる高分子マトリックスの除去を検討した結果、完全な脂質の分画は困難であり、約16%が共溶出した。さらなる前処理法として数種のSPEカートリッジを検討した結果、ISOLUTE NH2 (Biota)による前処理法で良好な回収率とピーク形状が得られた。しかしながら、操作ブランクのピークが確認され、実際のペット血清からはブランク値を上回るPFRsの検出は不可能であった。今後、実験操作をすべてガラス器具でおこなうなど、操作ブランクの低減が課題となった。また、近年開発した高精度機器分析法を用いて遊離型甲状腺ホルモン濃度をペットの血清で測定し、PCBsやPBDEsだけでなくそれらの水酸化代謝物のOH-PBDEsおよびOH-PCBsの血中レベルとの関係を解析した結果、いつくかの異性体において濃度依存的な甲状腺ホルモンレベルの減少が認められ、健康影響が懸念された。

とくに、室内ダストや餌から主要なBFRsとして検出されるBDE209の寄与が大きいことが示唆された。さらに、イヌおよびネコの血清(プール試料)をin vitroバイオアッセイに供試し、アンドロゲン受容体(AR)、エストロゲン受容体α(ERα)、プロゲステロン受容体(PR)、ペルオキシゾーム増殖因子活性化受容体γ2(PPARγ2)のアゴニストおよびアンタゴニスト活性を評価した結果、イヌ血清ではERαとPPARγ2アゴニスト活性、ネコ血清ではPPARγ2アゴニスト活性が示され、寄与(未知)物質の存在が推察された。乳幼児に対する室内化学物質曝露を評価する上で有用な指標動物となり得るコンパニオンアニマルに着目し、残留性有機汚染物質(POPs)、生活関連物質(PCPs)、微量元素の曝露実態および曝露ルートの解明、そしてリスク評価のテーマに取り組んだ結果、ペットフードだけでなく室内ダストからもPOPs、PCPs、そしてレアメタルに曝露していることが判明し、ポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)の曝露が甲状腺ホルモン機能恒常性に影響を及ぼすことが示唆された。本研究は、室内環境由来のリスクを評価するエコチル調査等に有益な情報を提示することに成功した。平成26年度は引き続き、コンパニオンアニマルの血液ー実際に与えているペットフードー飼育されている室内ダストといった貴重なサンプルセットを収集した。そして、生活関連物質(PCPs)やレアメタルに加え、臭素系難燃剤(BFRs)の室内残留性を明らかにした。とくに、POPs条約の対象物質として近年追加登録されたPBDEsやHBCDsの代替物質であるDBDPEの残留が顕著であり、室内製品への使用が進行していることが示唆され、今後のPOPs等関連物質における環境施策上の有用な基礎情報を得ることができた。また、現在POPs条約の追加登録が検討されているDecaBDE製剤の主成分であるBDE209が、室内ダストから高濃度に検出されただけでなく、コンパニオンアニマルの血清およびペットフードでも主要異性体として残留していたことを突き止め、新規POPsの選定など環境保全対策に貴重なデータを提示することができた。このように、PCPs、レアメタル、BFRsといった様々な化学物質の室内残留性、そしてダストを介した室内ペットの曝露が明らかとなっている。また、血清に適用できるin vitroレポーター遺伝子(CALUX)アッセイ法の構築についても順調に予備試験が進んでいる。室内残留性を示す化学物質によるコンパニオンアニマルの健康影響評価がやや滞っているものの、その他のテーマについては計画通りに進行しており、全体としては順調である。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境分析
美術工芸品等の防災に関する調査研究

この研究は、展示や保管における日常的な地震対策に関する研究、地震発生時における緊急措置に関する研究の2本の柱から成る。両研究とも、阪神淡路大震災の折に被災した博物館等の機関、社寺、所蔵家をはじめ、文化財の救援活動に携わった諸機関、諸団体及び個人の協力を得ながら遂行した。震災直後に諸機関や諸団体が行った被害状況調査の報告、被災博物館等による被害の具体的状況に関する調査報告、震災後に博物館等が文化財や試料の収蔵、保管、公開、展示のために実施した改良や工夫に関する情報を、基礎的情報として、可能な限り収集し、それらを解析することによって、新しい防災対策策定のための指針を導き出そうと努めた。その上で、免震装置や吊金具、固着剤など、震災後に大いに着目されている装置や材料、防災対策にとって重要と思われる事項については、それらの有用性や問題点の所在を、実験や分析を踏まえて検討した。さらに、万一災害が発生した場合の文化財等の保全方法、被害を最小にとどめるための緊急措置、文化財等の救出や救援活動などについては、阪神淡路大震災やその他の災害の折の研究分担者、研究協力者の経験をもとにし、諸外国での研究成果を取入れて研究を進めた。また、災害に対応するための博物館や美術館、地方公共団体等のネットワークの形成に関しては、多くの機関に協力を呼びかけ、意見を交換しながら研究を行った。また、資料や参考文献等を多数収集したが、これらは、神戸市立博物館内の文化財防災資料センターにすべて移管し、今後の新たな研究や防災対策の策定に活用する。本年度は9月からの実施だったため、会議の召集は、3部会で5度開催のみとし、現地の研究分担者を中心に現地被災調査とその後の調査資料や収集資料の整理に、コンピューター導入を充実するようつとめた。来年度収集整理予定の資料には、画像資料も含まれることから、画像データを扱えるコンピューターを研究分担者4ケ所に配備し、すでに、コンピューターによる資料整理を開始した。建築および設備災害の現地調査では、神戸市立博物館、兵庫県立近代美術館、大谷記念美術館、芦屋市立美術館、白鶴美術館で、調査を行った。神戸市博では、災害対策工事にまだ取りかかれない事情、一部ドライエリアでの液状化現象、地下講堂への浸水により夏期間に天井部で見られたカビ発生など、災害後の2次的な影響が確認された。兵庫県近代美術館では、不均質コンクリート壁が観察されるなど、災害後でないと明らかにされにくい、建築の品質が問題化している。設備被害については、263件の状況を記録し、一覧表としてまとめている。展示ケース免震装置については、日本国土開発社による実験の見学を行った。第3部会では、兵庫県教育委員会からも出席者を得て、資料収集を進めているが、分担者による被害調査は6回に分けて、40件を行い、現在資料整理中である。アメリカ、カナダで出版された、災害対策マニュアルの収集は、終えて、一部資料翻訳を済ませ、文化財等の種類毎の対応策の記述が、日本に適応可能かどうかの検討をしている。
人間知能と機械知能との間に創造的な協調関係を生む制作手法論の構築

建築やファッションショー,プロダクトデザインなどの領域についての人間と機械知能との協調作業についての研究を模索している.着想源や制作工程を人間と機械知能との協調作業で実現することで,今まで人手で行われてきた制作過程の一部またはすべての工程を代替することを検討するため,デジタルファブリケーションそれ自体の手法の探求(建築資材や布など)とデザイン手法(発注方法など)の両輪から研究を進めている. 30年度には,クリエイティブ領域に関する機械学習と先行研究の調査を行なった.またファッション領域においてGANによるスケッチ画像生成をもとにした高画質画像の生成をもとにファッションデザイナーへのデザイン指示をコンピュータを通じて行う研究において被験者実験を行い,その内容をもとに国際会議論文発表を行なった.他にも作家への取材と3Dプリンタやデジタルファブリケーションを用いた共創の模索,様々な服飾及び装飾のデータを学習させるタスクなどを行なった.また建築資材に関するデジタルファブリケーションの研究として変形構造を用いた進展構造について開発を行い,国際会議論文の発表を行なった.概ね順調に進捗しているが作家との協調作業などのための予定が少々後ろ倒しになった.システム制作の遅延がコラボレーションの遅延を生んだためである.そのために繰越し金が出てしまった.これについては後述する.またそれ以外の研究については,先行研究の調査と高画質画像の生成,作家への取材,様々な服飾及び装飾のデータを学習させるなど順調に進捗し,国際会議発表論文などの成果が出始めている.次年度以降においては消費者の最適化された服飾の潜在ベクトルの調査を行い,趣味嗜好や身体性に応じたデザインの多様化を促す制作環境を考案する.またダイバーシティについて考慮した環境やコンテンツを試作するため,身体障害者の服飾画像生成及び制作を行う.また,建築のプロジェクトでは家具や小規模の部屋などの構築について音響や光などの体験を含めたデザインについてのパラメータを含め,人間と機械知能との協調作業についての研究を模索する.建築やファッションショー,プロダクトデザインなどの領域についての人間と機械知能との協調作業についての研究を模索している.着想源や制作工程を人間と機械知能との協調作業で実現することで,今まで人手で行われてきた制作過程の一部またはすべての工程を代替することを検討するため,デジタルファブリケーションそれ自体の手法の探求(建築資材や布など)とデザイン手法(発注方法など)の両輪から研究を進めている. 30年度には,クリエイティブ領域に関する機械学習と先行研究の調査を行なった.またファッション領域においてGANによるスケッチ画像生成をもとにした高画質画像の生成をもとにファッションデザイナーへのデザイン指示をコンピュータを通じて行う研究において被験者実験を行い,その内容をもとに国際会議論文発表を行なった.他にも作家への取材と3Dプリンタやデジタルファブリケーションを用いた共創の模索,様々な服飾及び装飾のデータを学習させるタスクなどを行なった.また建築資材に関するデジタルファブリケーションの研究として変形構造を用いた進展構造について開発を行い,国際会議論文の発表を行なった.概ね順調に進捗しているが作家との協調作業などのための予定が少々後ろ倒しになった.システム制作の遅延がコラボレーションの遅延を生んだためである.そのために繰越し金が出てしまった.これについては後述する.またそれ以外の研究については,先行研究の調査と高画質画像の生成,作家への取材,様々な服飾及び装飾のデータを学習させるなど順調に進捗し,国際会議発表論文などの成果が出始めている.次年度以降においては消費者の最適化された服飾の潜在ベクトルの調査を行い,趣味嗜好や身体性に応じたデザインの多様化を促す制作環境を考案する.またダイバーシティについて考慮した環境やコンテンツを試作するため,身体障害者の服飾画像生成及び制作を行う.また,建築のプロジェクトでは家具や小規模の部屋などの構築について音響や光などの体験を含めたデザインについてのパラメータを含め,人間と機械知能との協調作業についての研究を模索する.作家に取材はおこなったもののコンテンツ共創のためのシステム制作が遅れたため,そこで必要になる材料代や機材代が繰り越されることになった.当初の通り該当する金額は,制作のための材料や機材代として進めていきたい.またこういった遅れが発生することを防ぐため,作家との調整など次年度は滞りなく研究が進捗するように努めたい.
自律分散型発電・消費ネットワークの最適化モデルとルーティング則の開発

自律分散型の発電・消費ネットワークの効果的実現の為に必要なシステム構成および要素技術に求められる仕様を,種々の最適化モデルを導入・比較することにより明らかにすることを目的とする.この目的の下で,システムを構成する発電機や蓄電池,コンバータ,あるいは発電・消費電力量予測器などの各種電力機器に求められる構成とスペックを全体最適の立場から明らかにする.さらに,そこで明らかになったシステム特性を踏まえ,電力ルーティング則を開発し,個々の電力機器がシステム全体の挙動に対して適応的に振る舞い,全体効率を向上させる仕組みを見出した.主に以下の2点について開発・検討を行った.(1)自律分散型発電・消費ネットワークの効率解析モデルの開発自律分散型の発電・消費ネットワークを前提とした太陽光発電機器および蓄電池の最適配置問題のモデル化を行い,数理計画法を用いた特徴解析を行う.各時刻における発電量・消費量がある精度保証の下での予測値として与えられた際に,電力利用に関する効率を最大化するような電力設備の配置と各時刻における電力の融通量を同時に決定するような数理モデルのプロトタイプを構築した.このとき,蓄電池の物理的特性や,変電設備の機器特性を制約条件として取り込んだ上で,複数種類の電力設備を用意し,クラスタごとに使用する設備を選べるようになっている.さらには,現実に測定した豊富な太陽光発電データおよび家庭消費電力データを解析に利用する.たとえば系統電力から自立したスマートグリッドを実現するには,多様な生活パターンをもつ家庭同士がつながる必要がある.使用する家庭消費電力データは,様々な世帯から実測したものであり,豊富な条件設定が検証可能となる.(2)機械学習に基づく地域電力融通と蓄電計画の高効率化の実現リアルタイムの電力融通アルゴリズムを,機械学習手法を用いて開発することを目指す.そのために将来の太陽光発電量ならびに消費電力量の予測値の時系列データを対象として,ある精度保証の下での予測値として捉えた上で,(1)のモデルに組み込む方法論について検討した.さらには消費電力に関しては,各時刻の電力消費と生活行動をラベル付け,生活の断片情報へと分割し,高精度の予測を実現するデータ表現方法についていくつかのプロトタイプを作成した.H27年度には以下の点について検討を行った:(1)自律分散型発電・消費ネットワークの効率解析モデルの開発前年度に開発した数理計画を基礎とするエネルギー・システムのモデルを用いて,次の2つのケースについて効率検証を行った:(A)離島における分散型電力システム・・・離島での電力自立を可能とする条件(太陽光・風力発電容量,蓄電池容量)を1年分の発電量・消費電力量の時系列に基づき検証した.その際には,線形計画モデルにより最適解を導出することにより評価を行った.(B)農村部における電気軽トラックの充放電システム・・・農作業に従事する電気軽トラックに対し,小水力発電により充電されたバッテリーパックを供給するようなサービスを想定.ここで必要なバッテリパックの数・容量を明らかにした.この際には,混合整数計画モデルにより最適解を導出することにより評価を行った.(2)機械学習に基づく地域電力融通と蓄電計画の高効率化の実現前年度に構築したクラスタ間の電力需給方法を,拡張・評価した.各クラスタの基本特性に基づき複数の需給先から選択するアルゴリズムの設計・評価を行った.種々の電力料金体系のもとで,ネットワーク全体で生じる不足量最小化の実現を目指す.その際には,クラスタ内に含まれる住民の電力消費行動をエージェント・シミュレーションにより反映することにより.住民行動と効率値との関係を明らかにする.この実現にあたっては,確率計画モデルに基づき複数シナリオを同時評価することにより,意思決定の支援を行う.研究実績の概要に記した2点について同時並列的に検討を進めている.概要の(1)については,2つの事例について実データを用いた検証を進めており,結果を得ている.これからは,結果を整理するとともに論文を投稿予定.(2)については,アルゴリズムが完成し,現在その妥当性がほぼ確認されている.よって,当初の予定通り概ね順調に進展していると判断される.太陽光発電を基本とする発電家(でありかつ需要家)が自律分散的な電力取引を行うネットワークを構成した際に,全系で安定して効率的な電力需給が行える諸条件(各種電力機器の構成やスペック)を明らかにした.その上で,高効率な地域電力融通と蓄電計画を分単位でリアルタイムに作成した.このとき,電力発電,消費パターンを学習・予測し,また自らが属す地域の電力不足状況を予測し,適切な電力融通を決定することで高効率な電力利用を実現するための機械学習手法を開発した.システムは(1)事前学習データ生成部と(2)リアルタイム運用部から構成される.この際,クラスタ内部,またはクラスタ間での電力移動の向き,供給電圧,電流を制御し,安全な配電と蓄電を実現するための電力ルータ装置の設計・開発を行った.また,各ミニマル・クラスターの電力発電,消費パターンを学習,予測し,また自らが属する電力ネットワークの電力不足状況を予測し,適切な電力価格を同定することで効率的に電力融通を実現する為の機械学習手法を構築した.構築したクラスタ間の電力需給方法を設計・評価した.各クラスタの基本特性に基づき複数の需給先から選択するアルゴリズムの設計・評価を行った.電力料金一定のもとで,ネットワーク全体で生じる不足量最小化を実現した.上記を達成するにあたっては,(1)で得られたオフラインの(準)最適運用計画をもとに,リアルタイム性を有する電力マネジメント則をニューラルネットワークを用いて実現した.ニューラルネットワークでは,実運用結果と運用則学習したデータを比較し,比較的短い負荷変動に追従する運用手法を学習されている.

将来的には、計算時間の関係から現在計算に含まれていない消費行動のモデルを導入するなどで,計算時間が長時間化しても最適化運用を続けることができる精度までこの機械学習を高度化する.自律分散型の発電・消費ネットワークの効果的実現の為に必要なシステム構成および要素技術に求められる仕様を,種々の最適化モデルを導入・比較することにより明らかにすることを目的とする.この目的の下で,システムを構成する発電機や蓄電池,コンバータ,あるいは発電・消費電力量予測器などの各種電力機器に求められる構成とスペックを全体最適の立場から明らかにする.さらに,そこで明らかになったシステム特性を踏まえ,電力ルーティング則を開発し,個々の電力機器がシステム全体の挙動に対して適応的に振る舞い,全体効率を向上させる仕組みを見出した.研究実績の概要に記した2点について同時並行的に検討を進め,(1)については,モデルのプロトタイプが完成し,これまでに,1年分の時系列データに基づく最適化計算実験を完了しており,その妥当性がほぼ得られている状況である.また(2)については,リアルタイム意思決定に向けたモデルのプロトタイプが構築されている.よって,当初の予定通り概ね順調に進展していると判断される.研究実績の概要(1)については,論文を執筆・投稿する.(2)については,開発したアルゴリズムに対して実データ(離島を対象とした家庭へのエネルギー配分問題)を用いた数値実験を行う.その結果を通じて有効性を確認する.システム最適化研究実績の概要(1)については,種々のスマートグリッドのネットワーク形態を取り上げながら進めていく.スマートグリッドの実現のキーエレメントのひとつに蓄電池があるが,その設置形態ひとつとっても様々な方法があり,さらにはスマートグリッド実現のためには,ネットワーク規模によらず柔軟な拡張性も必要となる.各種ネットワークの形態の有効性を,感度解析手法を用いながら数値的に明らかにしていく.また(2)については,モデルのプロトタイプをより精緻なものにすることにより,実データを利用可能な形にしていく.旅費の執行にあたり,当初予定していた金額よりも低額となったことが3件あったため.物品費については,最適化用計算機の値段が下がったため,減額となった.旅費については,当初予定したものよりも学会発表および神戸大の共同研究者との研究打ち合わせが多くなったため,増額となった.電気学会C部門大会での発表における旅費を執行する予定.計算機消耗品(ソフトウェア)を中心に物品費を執行する.また,旅費については,計3回の国内・国際学会発表と共同研究者との打合せに使用する.また,論文誌への投稿論文の投稿料も予定している.
表面プラズモン励起増強蛍光分光法で観測する超薄膜表面での分子認識過程

本研究は、超薄膜による分子認識で形成される超分子構造(ロタキサン超薄膜)を一連の表面プラズモン分光(SPR)法により観測し、ロタキサン超薄膜の構造を光制御することを目指したものである。初年度に、SPRおよび表面プラズモン励起増強蛍光分光(SPFS)装置を立ち上げた。一方の末端がチオールで他方の末端に4-メチルアゾベンゼンが置換されたエチレングリコール鎖(n_1=6)MeAzoPEG6の新規化合物の合成ができたので、これと希釈チオールとして11-ウンデカノールチオール(HSC11OH)とを1:9のモル比で混合して自己組織化単分子膜(SAM)を調製した。α-シクロデキストリン(CD)の飽和水溶液を加えると、溶液の誘電率変化以上のディップのシフトが見られ、CDとのロタキサン構造の形成が示唆された。そこで、希釈チオールによるロタキサン形成への影響を調べた。界面が親水性か疎水性かということでCDとの相互作用に大きな違いがあることが知られていたが、1:9-MeAZOPEG6:希釈チオール(界面がOHかメチル基)の混合SAMを調製すると、α-CDの添加後は、希釈チオールの種類によらず、2.2±0.2nmの層が形成された。CDがMeAzoPEG6を認識して選択的にロタキサン超薄膜を形成したためと考えられる。またユニット数120のPEGからなるSAMでは10nm以上のロタキサン超薄膜層の形成が見られ、PEG鎖長への依存が期待できた。そこで、MeAzoPEGn_1のn_1=6以外のn_1=10,16も合成し、これらのSAMについてロタキサン超薄膜の形成過程のPEG鎖長依存性を観測した。まず、FTIR-RAS測定で混合SAMの組成比を求めた。MeAzoPEGn_1の組成比が25%の混合SAMにするために、混合溶液をそれぞれ1:9-MeAzoPEG6:HSC11OH、2:1-MeAzoPEG16:HSC11OHとして調製しなければならないことがわかった。金に対するチオールの反応速度が異なるためと考えられる。これらにおいて、形成されたロタキサン超薄膜の膜厚はPEG鎖長に依存していることがわかったが、今後より詳細な検討が必要となる。光制御については、1:9-MeAZOPEG6=SHC11OHのSAMに紫外光を照射すると、約0.2nmの膜厚減少が観測された。末端のアゾベンゼンがトランス体からシス体に光異性化するためであろう。光照射下でα-CD飽和水溶液を加えると、膜厚増加量は1.4nmにとどまった。また、ロタキサン超薄膜を形成した後に紫外光を照射し、光異性化した状態でリンスを行うと、未照射の場合は約4分で全てCDが解離したが、照射下では10分で一定値になり、0.2nmの層がリンス後も残ることがわかった。これも光照射による末端の構造変化によってロタキサンの解離が抑制されたためと考えている。今後、光制御についても鎖長依存性をより詳細に検討したいと考えている。

これらにおいて、形成されたロタキサン超薄膜の膜厚はPEG鎖長に依存していることがわかったが、今後より詳細な検討が必要となる。光制御については、1:9-MeAZOPEG6=SHC11OHのSAMに紫外光を照射すると、約0.2nmの膜厚減少が観測された。末端のアゾベンゼンがトランス体からシス体に光異性化するためであろう。光照射下でα-CD飽和水溶液を加えると、膜厚増加量は1.4nmにとどまった。また、ロタキサン超薄膜を形成した後に紫外光を照射し、光異性化した状態でリンスを行うと、未照射の場合は約4分で全てCDが解離したが、照射下では10分で一定値になり、0.2nmの層がリンス後も残ることがわかった。これも光照射による末端の構造変化によってロタキサンの解離が抑制されたためと考えている。今後、光制御についても鎖長依存性をより詳細に検討したいと考えている。本研究は、超薄膜による分子認識過程を一連の表面プラズモン分光(SPR)法により観測し、超薄膜構造とキネティクスとの関係を明らかにすること、そして分子認識によりつくられるロタキサン構造を光制御することを目指したものである。本年度は計画に沿って(1)表面プラズモン分光装置の立ち上げと(2)基本骨格となるアゾベンゼン修飾エチレングリコール(チオール末端)鎖の合成及びその超薄膜作製を行った。まず装置については、表面プラズモン分光装置のセットアップを終え、来年度に完成させる計画であった表面プラズモン励起増強蛍光分光装置にまでヴァージョンアップすることができた。(ドイツ・マックスプランク高分子研究所の研究者を招聘でき、装置制御プログラムを完成させることができたためである。)超薄膜作製においては、一方の末端がチオールで他方の末端にアゾベンゼンが置換されたエチレングリコール鎖(n=6) AzoPEG6Sの合成ができたので、スペーサーとしてアルカンチオール鎖を用いて自己組織化単分子膜を調製した。この単分子膜生成の様子を表面プラズモンで観測することができたが、SPRのディップのシフトからこの単分子膜が4nmの膜厚であることも分かった。この値はAzoPEG6Sの分子式から考えると妥当な膜厚だと考えられる。さらに、バンドフィルターを用いてこの膜に350nmの光を照射すると、膜厚の減少が観測された。これは末端に修飾されたアゾベンゼンがトランス体からシス体に光異性化するためと考えられる。また、光照射前の単分子膜にα-シクロデキストリン(CD)の飽和溶液を加えると、SPRのディップの広角側へのシフトは金基板にCD溶液を加えたときと比べて0.3度以上大きいことがわかった。これはCDとのプソイドロタキサン構造を形成しているためと考えられる。来年度はさらに長いエチレングリコール鎖のAzoPEG12Sの合成を行うこと、これらの超薄膜のロタキサン構造について詳細に調べ、光照射によってロタキサン構造を制御することを計画している。本研究は、超薄膜による分子認識過程を一連の表面プラズモン分光(SPR)法により観測し、分子認識によりつくられるロタキサン超薄膜構造を光制御することを目指したものである。本年度は昨年度完成した表面プラズモン分光装置を用いて、合成した新規化合物の自己組織化膜(SAM)とα-シクロデキストリン(CD)とのポリロタキサン形成について検討した。まず、11-ウンデカノールチオール(SHC110H)のSAMへα-CD飽和水溶液を加え、そのディップのシフトをSPRで観測すると、1.2nmの膜厚増加が観測された。CD1分子の大きさを考えると、膜表面へのCDの吸着によって膜厚が増加したと考えられる。次にヘキサエチレングリコール-アルカンチオール(PEG6)とSHC110Hとの1:9の混合SAMへα-CD飽和水溶液を加えると、膜厚は全く増加しなった。
光のシグナルによる牛成長ホルモン分泌調節機構の解明

ウシの増体や乳生産のために重要な成長ホルモン(GH)の分泌が、光環境によって変化するかどうかを明らかにするため、様々な明暗環境下でウシを飼育し、GH分泌の変化を調べた。その結果、ウシGH分泌には6時間周期の規則正しいリズムがあること、また、光によってこのリズムが変化することがわかった。これらのことから、牛舎の照明を変化させることでウシの成長を制御できる可能性が示された。【目的】ウシ成長ホルモン(GH)分泌調節に関わる様々な要因のうち、環境要因である「光」に着目し、神経・内分泌・行動等の生体反応を喚起する「光」を、(1)光のキュー(オンとオフのタイミング)、(2)光の持続時間という2つのシグナルに分類し、それぞれあるいは両方のシグナルが中枢神経系におけるウシGH分泌調節機構に及ぼす影響を検討した。【材料及び方法】ホルスタイン去勢ウシを用い、温・湿度・給餌時間は一定とし、明暗条件を1)12時間明期12時間暗期(12L:12D、明期6:00-18:00)、2)12L:12D下で点灯消灯時間を1時間早める(明期5:00-17:00)及び3)常時点灯、と変更し、それぞれの条件下で24時間1時間毎の頚静脈からの採血を行った。血漿中GH濃度はラジオイムノアッセイにより測定した。【結果】12L:12D条件下において、牛のGH分泌は24時間に4回の大きなピークを持つことが明らかとなり、パワースペクトル法による解析では、その周期は約6時間であった。またこの周期は、点灯消灯時間を早めても、また、常時点灯下でも変化しなかった。これらのことから、牛のGH分泌はウルトラディアンリズムを示し、そのリズムの形態は光のキューによって変化しないことが明らかとなった。【目的及び方法】本研究は、ウシ成長ホルモン(GH)分泌に対する、環境要因の一つである光の影響を明らかにすることが目的である。光が内分泌リズムを変化させるキューであると考え、(1)基本明暗条件(12L:12D,明期6:00-18:00)、(2)(1)+暗期中2時間の光曝露、(3)長日条件(16L:8D,明期6:00-22:00)という3種の明暗条件におけるウシGH分泌の変化を検討した。実験は、人工気象実験棟において、温度・湿度一定の環境下で行った。また、給餌や管理作業も1日2回一定時間に行った。明期及び暗期の照度はそれぞれ5001x及び10 1x以下であった。頚静脈カテーテルより1時間毎に採血を行い、血漿中GH濃度をラジオイムノアッセイにより測定した。【結果】平成21年度に得られた結果と同様、基本明暗条件においてウシGHは24時間に4回(周期約6時間)の大きなピークを伴う規則的な分泌動態を示した。長日条件でもその周期はほぼ同様であったが、位相の変化が認められた。一方、暗期中光曝露ではGH分泌リズムの一時的な撹乱がみとめられた。【まとめ】本年度の結果から、規則正しいウシGH分泌リズム(約6時間の周期)は一定の明暗条件下で見られることが確認された。また、点灯・消灯時間といった光シグナルの変更がこのリズムを撹乱することが明らかとなり、ウシGH分泌調節機構における光の役割について新たな知見を付け加えた。しかしながら、詳細なメカニズムについてはさらに検討の必要がある。【目的及び方法】本研究は、ウシ成長ホルモン(GH)分泌調節に関わる要因のうち、環境要因としての「光」に焦点をあて、そのシグナルを(1)キュー(照明のオン・オフ)、(2)照明持続時間の二つに分類し、それぞれがウシGH分泌に及ぼす影響を明らかにすることで、中枢神経系によるGH分泌調節機構の一端を明らかにしようとするものであった。本年度は、日中を暗期とする「明暗反転」の新規実験を行う計画であったが、東日本大震災の影響で人工気象実験棟の運転が大幅に縮減されたため、環境馴致に長期間を要するこの実験の実施は困難となった。代替として、前年度に得られた12L:12Dから16L:8Dへの明暗周期変更によりGH分泌リズムの位相がずれるという結果を受け、16L:8Dにおいてずれた位相が12L:12Dに戻した場合にどのように変化するかを検討した。実験は、ホルスタイン去勢ウシを用い、前年度とほぼ同じ環境条件(温湿度22°C60%、明期500 1x暗期10 1x)で実施した。明暗周期を7日間づつ12L:12D(1期)、16L:8D(II期)、12L:12D(III期)と変化させ、各期の最終日に1時間間隔で24時間の採血を行って、血漿中GH濃度を測定した。【結果】

1期において見られた周期6時間のGH分泌リズムは、II期においても同じ間隔でみられたものの、そのピークの出現時間に3-4時間の差がみられた。また、この差はIII期には消失し、1期と同様の間隔・出現時間に戻った。IIII期のいずれにおいても、暗期に見られるGH分泌のピークは消灯直後に出現した。【まとめ】これらの結果は、光のキューによりGH分泌リズムの規則性が変化することを示しており、暗期に光曝露するとGHのピークの出現が抑制されることを示した以前の報告とあわせて、ウシにおけるGH分泌リズムの形成が光刺激による抑制的な影響を受けていることを示唆している。
流域の地形的特徴と温度を利用した地滑り地の推定に関する研究

能登半島北部は、緩傾斜地で起こる地滑り地帯である。この地帯の地滑りにおいては、地下水との関連が最も重要であるということが知られている。しかし、地下水の流出量を広範囲に直接計測することは現状では難しいが、地下水を含む表面水の流出特性は集水域である流域の地形的特徴に間接的に関連づけられる。本研究では、この考えに基づいて、数値標高データより流域を抽出し、流域の面積、傾斜、形状のみならず地表面温度を考慮することにより地滑り発生危険箇所の推定について検討した。対象領域は、能登北部縮尺1/25,000地図2枚分の領域である。また、現地調査として、建設省、林野庁で調査された地滑り危険箇所図を用いた。具体的には、(1)粗いメッシュの標高データを内挿することにより、細メッシュの標高データを作成する。これにより、精度のよい流域の抽出を行う。その後、流域の地形的特徴と地滑り危険箇所との関係を調べる。(2)人工衛星ランドサットにより収集された夜の地表面温度分布画像を利用することにより、各流域の温度分布を推定し、それらと地滑り危険箇所との関連を調べる。(1)、(2)の結果を統合し、地滑り発生危険箇所の推定を行った。その結果、流域の平均傾斜度と平均表面温度との2次元特徴空間に地滑り危険流域(地滑り危険箇所の面積が流域の面積の1/2以上となる流域)と非地滑り流域をプロットし、それらの分類を判別分析法により調べた結果、地滑り危険流域と非地滑り流域がうまく分離できるということが分かった。即ち、傾斜が緩く温度が低い流域は非地滑り流域、流域の傾斜が緩くても温度がより高い流域は地滑り危険流域である。本研究では、地滑り危険流域を推定するには、流域の傾斜と夜の温度分布が有効であることを見出したが、これの検証については、今後さらに実測データとの比較を行う必要があると考えられる。
単体複体におけるランダムネスと幾何構造のインタラクション

本研究では,離散的な対象である単体複体(族)の位相幾何構造と確率論との関わりを研究する.特に,ランダムな単体複体およびその族に対して,その幾何学的構造を明らかにする新たな手法を開発することにより,確率論と幾何学を繋ぐ新理論の創始を目指す.単体複体における確率過程と幾何構造とを関連付け,位相幾何学研究の確率解析的アプローチによる展開を図る.本研究では,離散的な対象である単体複体(族)の位相幾何構造と確率論との関わりを研究する.特に,ランダムな単体複体およびその族に対して,その幾何学的構造を明らかにする新たな手法を開発することにより,確率論と幾何学を繋ぐ新理論の創始を目指す.単体複体における確率過程と幾何構造とを関連付け,位相幾何学研究の確率解析的アプローチによる展開を図る.
新神経トレーサーで同定した中枢神経細胞のムスカリン様受容体機能発現機構の解明

中枢神経細胞死とムスカリン様アセチルコリン受容体応答の関係を解明すべく企画された本研究において平成4年度は,非神経毒性トレーサーで同定した大脳皮質細胞と海馬錐体細胞のムスカリン受容体応答の分類と同定,平成5年度は,その細胞内機序の解析を行って,以下の知見を得た。保持電位-40mVに膜電位固定した大脳皮質細胞にアセチルコリン(10^<-5>M)を急速投与すると大多数のニューロンで持続性の内向き電流のみ惹起し,その電流は電流電圧関係から,Mチャンネルの閉鎖によることが示唆された。この内向き電流はニコチンの投与では惹起されず,ムスカリンによっても同様に惹起された。各種ムスカリン受容体アゴニストの作用強度を比較した結果,同内向き電流がM1型ムスカリン受容体を介して発現していることが示唆された。さらにムスカリン受容体アンタゴニストの拮抗作用の強度順位からも同様の結果が得られた。同様の条件で海馬錐体細胞にアセチルコリン(10^<-5>M)を急速投与すると一過性の外向き電流のみを発生させる細胞,持続性の内向き電流のみを発生させる細胞,および一過性の外向き電流に引き続く持続性の内向き電流を発生させる細胞の3種に分類された。このうち一過性の外向き電流はM1,M2受容体を介するものでないことが示唆された。また各種ムスカリン受容体アンタゴニストの拮抗強度の順位もM2受容体の関与を否定した。したがって海馬におけるアセチルコリン惹起一過性外向き電流はM3受容体を介して発現している可能性が高いことが示唆された。各種の細胞内二次伝達系の阻害物質を用いて検討した結果,本研究におけるムスカリン受容体応答の情報変換機構は,イノシトール三リン酸(IP_3)合成系,IP_3依存性細胞内Ca^<2+>動員系およびカルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIで構成されたシステムであることが証明された。細胞内二次メッセンジャー等の電極内への流失拡散を防止すべく改良されたニスタチンパーフォレーティッドパッチクランプ法を用いて大脳皮質細胞および海馬錐体細胞のムスカリン様受容体応答を調べた。マイナート核および中隔核からの信号入力細胞は蛍光トレーサーDi-Aを用いて同定した。保持電位-40mVで膜電位固定下、アセチルコリン(10^<-5>M)を投与すると大脳皮質細胞で持続性の内向き電流を発生した。定電圧連続パルスに対応するパルス電流の振幅変化とアセチルコリン応答の電流-電圧関係より、この内向き電流は、Mチャンネルの閉鎖によって起こることが証明された。ムスカリン様受容体アゴニスト(アセチルコリン,オキソトレモリン,MN-A-343,ムスカリン)とアンタゴニスト(アトロピン,4-DAMP,ピレンゼピン,AF-DX-116)の薬物活性スペクトルより大脳皮質細胞のアセチルコリン応答に関係するムスカリン様受容体サブタイプはM_1型であることが示唆された。一方海馬錐体細胞におけるACh応答はM_1受容体とM_3受容体サブタイプの活性化によることが示された。シナプス部位における興奮性シナプス後電流発生においても同様のムスカリン様受容体サブタイプが重要な役割を果たしており、マイナート核と中隔核からの興奮性入力系として病的状況下において細胞死を十分起こしうる可能性があることが示唆された。

平成4年度の中枢神経細胞ムスカリン受容体応答の受容体サブタイプ分類に引き続いて平成5年度は、その細胞内機序の解析を行い、以下の知見を得た。ニスタチンパーフォレーティッドパッチクランプ法により膜電位固定下、記録された大脳皮質細胞と海馬錐体細胞のアセチルコリン応答のうち、一過性外向き電流は細胞内Ca^<2+>濃度に依存し、細胞外から投与して細胞内のCa^<2+>をキレートすることが可能なBAPTA AMの投与により完全に消失した。またFura2を用いた細胞内Ca^<2+>濃度の蛍光顕微画像解析の結果、この一過性外向き電流はアセチルコリン投与による細胞内Ca^<2+>濃度上昇によって惹起され、その細胞内Ca^<2+>濃度上昇はLi^+によって増強されることが確認された。観察されたアセチルコリン応答は百日ゼキ毒素では消失しなかったことは、介在するGTP結合蛋白はGs型ではなくGq型であることを示唆している。カルモジュリンアンタゴニストのW-7、クロルプロマジン、トリフルオロペラジンはアセチルコリン応答を可逆的に抑制したがH-7は無効であった。またカルモジュリン依存性プロテインキナーゼII抑制薬のKN-62もアセチルコリン応答を可逆的に抑制した。よって本研究におけるムスカリン受容体応答の情報変換機構はイノシトール三リン酸(IP_3)合成系、IP_3依存性細胞内Ca^<2+>動員系およびカルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIで構成されたシステムであることが証明された。