hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヌードマウス移植前立腺癌によるbiochemical modulationの検討

スラミンは各種成長因子の作用を阻害することで、抗腫瘍効果が期待されている薬剤であり、泌尿器科領域ではホルモン抵抗性前立腺癌に対する有効性が海外で報告されている。しかし、その副作用出現は高頻度であり、臨床応用のためにはこれを克服する必要がある。このための方法としてスラミンの投与量を最小限に抑え、他剤との併用により効果増強をはかることを考えた。実験腫瘍はホルモン抵抗性ヒト前立腺癌株であるPC-93を用いた。PC-93は免疫組織染色ではepidermal growthfactor(EGF)のreceptorを有しており、スラミンの効果が期待された。併用薬剤は臨床で広く用いられているcisplatin(CDDP)とした。in vitroではスラミン単独、CDDP単独、両者併用の3群とし、MTT assayを用いて細胞増殖抑制効果の比較検討を行った。in vivoにおいてはヌードマウスを用い、移植腫瘍の重量を測定することにより3群の抗腫瘍効果を検討した。in vitroの検討ではスラミンの臨床使用可能な濃度300 μg/mlでは十分な細胞増殖抑制効果を認めず、IC_<50>は1087μg/mlであり、PC-93はスラミンに対して感受性が低いことが判明した。また、スラミンを持続接触させ経時的に検討した結果では、3日目に最大抑制効果を認めるものの、以降、細胞増殖は回復傾向を認め、cytostaticな効果であることが判明した。CDDPとの併用ではスラミン単独とは異なり、細胞増殖の回復は認められず増殖抑制効果の延長が得られた。しかし、併用効果としては相加効果であり、相乗効果は得られなかった。一方、ヌードマウスを用いたin vivoの実験ではスラミンの抗腫瘍効果は持続性であり、また併用群でも効果増強を認めた。このことから、in vivoでのスラミンの抗腫瘍効果には、単に成長因子作用を抑制するのみでなく、他の作用機序が働いているものと考えられた。
メタン-二酸化炭素ハイドレートの安定性と火星でのメタン放出現象

疎水性のゲスト分子が水の格子に閉じ込められると、包接水和物が形成され、これは天然ガスを採取また貯蔵する新しい方法を提供する可能性を有する。しかしながら、これらの閉じ込められた分子の量は、異なる熱力学的条件において大きく変化する。二酸化炭素ハイドレート安定性の理解には、その熱力学量の評価が不可欠である。そのために、我々は温度、圧力、そしてゲストのモル分率を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎原理を見出し、それに基づいたソフト開発をメタン以外の天然ガスや希ガスに拡張した。本研究では、炭化水素および希ガス包接水和物の相挙動を記述する新しい理論を提唱した。すなわち、van der Waals and Platteeuw(vdWP)に基づく統計熱力学理論を発展させて、ハイドレートとゲスト相もしくは水の2相共存条件を、自由エネルギー計算から求めることで、完全な相平衡の記述を行い、炭化水素や希ガスに適用した。この結果、炭化水素の安定な組成範囲は極めて多様であり、特にエタンが特徴的であることを発見した。また、水とハイドレートが共存するときのメタンの溶解度の温度依存性は、通常とは逆であることを示し、その原因がメタンの化学ポテンシャルの急激な低下にあることを見出した。我々が予想して、多数の報道機関等で紹介された負圧下で安定な低密度氷の探索を継続し、分子動力学シミュレーションと自由エネルギー計算により、水の相図の拡張を図った。これにより、負圧下での実際に存在できる氷種を特定することができた。ハイドレートが安定に存在できる条件を、分子間相互作用のみから計算する方法を提案し、それを幾つかの炭化水素や希ガスハイドレートに適用した。これらは、天然に存在する多くのハイドレート種の殆どの相挙動の特徴を代表していると考えられ、ハイドレートの熱力学的安定性と分子間相互作用の関係を確立することができたため。この成果は、ハイドレートの統計力学理論による安定性の最新かつほぼ完成された理論であり、それに基づくメタンやその他の天然ガス、希ガスへの応用から、実験との一致も極めて良好であることが確認されている。これらは、J. Chem. Phys. Editor's Picとしてfeatured articleに選ばれると同時にAIP Scilightで紹介され、またそれが広く閲覧されていることに基づく。さらに、我々が予想して、多数の報道機関等で紹介された負圧下で安定な低密度氷の探索を継続し、水の相図の拡張を図ることができた。今後は、高圧高温や低圧低温の極限における包接水和物の生成解離条件を解明して、火星の表面に匹敵する温度と二酸化炭素分圧下において、メタンと二酸化炭素を包接するハイドレートの最安定な構造の探索および平衡にある氷との相対的安定性の評価を行い、メタンの放出の可能性(ハイドレートの解離条件)を探る。特に二酸化炭素に関しては、球形分子近似と線形のより実在に近いモデルにより、広い温度・圧力範囲における生成解離平衡を実験と比較する。さらに、メタンについて気相として水(塩などの水溶液を含む)と共存する場合と、包接水和物をして共存する場合では、溶解度の温度依存性が逆となることを理論的に確認したが、この現象が他のゲスト種でも起こり得るかどうかを、多様なゲスト分子について確かめる。特に、これまでに我々が開発してきた方法を、さらに拡張することにより、火星の表面以下の温度から極低温の極限における範囲におけるハイドレート存在の可能性について探索を行うこととする。これまでに発展してきたハイドレート熱力学的安定性のための統計力学理論では、与えられた結晶型のハイドレート中の水分子とゲスト分子が入る空洞の数の関係を陽に取り入れて、ゲスト分子の外界との平衡を(従って化学ポテンシャルはハイドレート内と外部で等しい)考慮している(ハイドレートを構成する水分子数と各種のサイズの空洞数の比は、結晶型により一定である)。これまでの理論的取扱いは、ほとんどの場合水ーハイドレートーゲスト流体の3相平衡の平衡位置などが予測されるのみであった。近年、温度ー圧力ー組成の空間の中でハイドレートが単独で安定に存在できるある程度広い領域があることが実験的にも確認されてきた。このようなより広い空間でのハイドレートの安定性の理論構築を基盤として、メタンや二酸化炭素ハイドレートの包括的な安定性を議論できるようになることから、組成空間も含めたハイドレートの相挙動の理論的展開を行った。この組成も含めた安定性の理論は、我々がこれまでに発展させてきた、1圧力を変数とする、2ゲストの存在によるホストの自由エネルギーの変化を取り入れる、3必要に応じて量子論的な自由エネルギーを計算する、に加えて、水ーハイドレートとハイドレートーゲスト流体の2種類の2相平衡を取り扱うことを可能とした。このようにして、世界で初めて信頼できる力場と統計熱力学的理論で温度-圧力-組成空間におけるメタンハイドレートの相図を描くことに成功した。その結果、ハイドレートの安定領域は、これまでに考えられていたよりも複雑な形状をしていることが明らかになった。世界で初めて信頼できる力場と統計熱力学的理論で温度-圧力-組成空間におけるメタンハイドレートの相図を描くことに成功した。このように、当初計画した、1成分ゲストにおける、全空間での熱力学的安定性の理論構築は完成し、メタンハイドレートに応用されて、極めて良好な結果がえられたことによる。

しかしながら、これらの閉じ込められた分子の量は、異なる熱力学的条件において大きく変化する。二酸化炭素ハイドレート安定性の理解には、その熱力学量の評価が不可欠である。そのために、我々は温度、圧力、そしてゲストのモル分率を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎原理を見出し、それに基づいたソフト開発をメタン以外の天然ガスや希ガスに拡張した。本研究では、炭化水素および希ガス包接水和物の相挙動を記述する新しい理論を提唱した。すなわち、van der Waals and Platteeuw(vdWP)に基づく統計熱力学理論を発展させて、ハイドレートとゲスト相もしくは水の2相共存条件を、自由エネルギー計算から求めることで、完全な相平衡の記述を行い、炭化水素や希ガスに適用した。この結果、炭化水素の安定な組成範囲は極めて多様であり、特にエタンが特徴的であることを発見した。また、水とハイドレートが共存するときのメタンの溶解度の温度依存性は、通常とは逆であることを示し、その原因がメタンの化学ポテンシャルの急激な低下にあることを見出した。我々が予想して、多数の報道機関等で紹介された負圧下で安定な低密度氷の探索を継続し、分子動力学シミュレーションと自由エネルギー計算により、水の相図の拡張を図った。これにより、負圧下での実際に存在できる氷種を特定することができた。ハイドレートが安定に存在できる条件を、分子間相互作用のみから計算する方法を提案し、それを幾つかの炭化水素や希ガスハイドレートに適用した。これらは、天然に存在する多くのハイドレート種の殆どの相挙動の特徴を代表していると考えられ、ハイドレートの熱力学的安定性と分子間相互作用の関係を確立することができたため。この成果は、ハイドレートの統計力学理論による安定性の最新かつほぼ完成された理論であり、それに基づくメタンやその他の天然ガス、希ガスへの応用から、実験との一致も極めて良好であることが確認されている。これらは、J. Chem. Phys. Editor's Picとしてfeatured articleに選ばれると同時にAIP Scilightで紹介され、またそれが広く閲覧されていることに基づく。さらに、我々が予想して、多数の報道機関等で紹介された負圧下で安定な低密度氷の探索を継続し、水の相図の拡張を図ることができた。二酸化炭素のような球対称からのずれの大きいゲスト分子が空の格子の水分子間水素結合の幾何学的配置と強度を変化、させることを取り入れていないために精度を低下させるという重要な問題が残されている。今後、より実在系に近い条件を理論枠組みに取り入れることにより、この問題を解決する。それにより、二酸化炭素とメタンハイドレートおよびそれらのガスの混合ハイドレートについて、空洞占有の自由エネルギーの計算を実施して正確な占有率と安定性の関係を求める。
老化によるナチュラルキラー細胞活性の低下に関する基礎的検討

フローサイトメーター(FCM)による検討では、若年者、高齢者のNK細胞表面のFas ligand(FasL)発現を検出できなかった。FasLの細胞表面からの遊離を阻害する蛋白分解酵素阻害剤存在下の検討でも同様であった。MACSを用いて純化したNK細胞のCD95陽性Jurkat細胞に対するapoptosis誘導能の解析を混合培養系で行った。手法は^3H-thymidine標識のJurkat細胞をtargetとしたcytotoxic assay(Proc. Natl. Acad. Sci USA 94 : 5860-65,1997)、および、FCMを用いたJurkat細胞に対するannexinV発現誘導測定の2種類を用いたが、いずれの方法でもNK細胞に有意なFasL活性は認められなかった。特に^3H-thymidine標識のJurkat細胞をtargetとしたcytotoxic assayについては、過去の報告と同条件または条件を変えて、末梢血単核球(PBMNC)のFasL活性を測定してみたところ、論文とは異なりPBMNCのFasL活性は検出できなかったことから、assay系になんらかの問題があることが考えられた。今後はNK細胞の細胞内FasL発現の測定を行ない若年者、高齢者間で比較検討を行う予定である。また、FasL活性を安定して測定できる系の確立が本研究にとっては重要であり、今後も検討を重ねていく必要がある。なお、これまでに採血を行ってきた高齢者についてそのNK活性と感染症発症の有無を臨床的に検討したところ、performance status不良な高齢者において、低NK活性と、感染症発症および感染症死の間に相関があることが示された。末梢血からのNK細胞濃縮を、抗CD3抗体、抗CD20抗体を使用したnegative selectionで行った。当初の計画であるdish付着によるpanning法では、収率、濃縮度が不十分と考えられた(使用抗体の変更、incubate法の検討を行っても同様)。次に、申請者の研究班における細胞分取法として重用しているimmunomagnetic beadsを使用したnegative selectionによるNK細胞濃縮法を検討したところ、本研究を行う上で収率が不十分であると結論された。健常若年者と比べて高齢者で収率、濃縮が不十分になる傾向が認められた。若年者と高齢者で抗体の反応性(非特異的結合率等)に違いがある可能性も考えられ、今後の検討が必要であると思われた。incubation等の操作を単純化することが収率の改善に必須と結論し、MACSを用いて今後の研究を行っていくこととした。浮遊細胞のapotosisの評価は、計画では細胞を7AAD染色しフローサイトメーター(FCM)により測定する予定であったが、より簡易かつ明確なデータが得られるannexin Vの発現をFCMで測定する系を確立したためこちらの手法で行うこととした。
アルツハイマ-病および老化に伴う微細回路網の傷害と細胞移植の効果

神経細胞の生存および死滅には,細胞間の相互作用(栄養因子・伝達物質等)が重要な役割を演じている。まづ移植神経細胞の長期生存性とシナプス結合について,前眼房移植モデルで脊髄神経を用いて検索した。これより多くの脊髄神経細胞が長期にわたり生存し,お互いにシナプス結合を形成していることが見い出された。青斑核-脊髄二重移植の系でも脊髄への入力線維(カテコ-ルアミン系)がシナプス結合を形成することが確認されたが,脊髄神経細胞の生存性および構築の変化はみられなかった。しかしながらシナプスは正常脊髄内と同様に形成され,結合部位もきわめて類似していた。移植神経細胞の長期生存には宿主からの栄養因子と共に内在性シナプス結合を介した細胞間相互作用が重要と考えられる。次いでモデル動物での神経間作用を調べるために,超高令ラットの大脳皮質神経細胞の超微構造を検索した。高令に伴う神経突起の減少,伝達物質の低下,行動の変化等が知られているが,これらの動物では皮質神経細胞(23層)のほぼすべてにリポフスチン顆粒の細胞内沈着が見い出され,高令化のための神経細胞内の代謝変化が考えられる。またアルツハイマ-病モデルラットでは,学習(記憶)傷害が知られており,この機能変化と神経細胞の変化につき検索するため,シャトル型非連続回避テストおよびコリナ-ジック神経の免疫組織学的検索を行なった。コリナ-ジック神経の脱落が片側性のものでは回避テストの成績は保たれやすく,両側性のものでも長期経過にて回復するものが見い出されている。機能変化の強いものでの神経細胞変化を検索中でありまたこれらの動物に対して神経移植を行ない機能の変化および宿主細胞に対する効果を検索中である。これらの実験より老化・変性に伴う回路網(コリナ-ジック)の傷害および神経細胞間の相互作用を明らかにし,さらに神経細胞移植効果について検討する予定である。
三次元海洋計測技術の資源管理型水産業への適用に関する研究

1.海洋観測ブイと海底地形情報収集システムの試作海上における使用形態に応じ実利用を想定した情報収集機器(マイクロキューブ)の開発を行った。利用形態は、船舶に搭載し利用する船舶搭載型、ブイのように利用する海上固定(定点観測)型である。通信手段別には、船舶無線対応型、FOMA, DoPa対応型ならびに無線LAN対応型をスタツカブルボード化し、個別にあるいはそれらの組み合わせにより利用可能とした。また、デザイン(小型化など)、ユーザビリティ(操作の単純化など)、耐環境性(防水性、省電力化など)の検討を行った。これらの応用例として次のシステムを開発し、現地実験を実施した。(1)多点多層海水温監視システム開発固定ブイにて観測された海水温データをDoPaを用いてインターネット経由の電子メールでサーバへと伝送するシステムを開発した。データは30分間隔で送信され、4ヶ月間の現地実験で動作確認した。(2)海底地形情報収集システム開発漁船にシステムを1年半の期間搭載し、現地実験を通じて実用化に向けた実証実験を行った。2.情報解析データべースシステム開発Webデータベースを活用し、多点多層海水温監視システムと海底地形情報収集システムのデータ蓄積ならびに表示のため、次のデータべースシステムを開発した。(1)リアルタイム温度表示システムとして,データべースにリアルタイムに蓄積された情報を、1日、1週間、1ヶ月の期間で自動グラフ化し、インターネット上で公開するシステムを開発した。(2)NMEAフォーマットに準拠した海底地形情報をデータべースに自動的に取り込み、平面直角座標変換して保存するDBシステムを開発した。(1)地域水産業のニーズ調査科学的資源管理型漁業に向けた三次元海洋GIS構築に関し、漁協関係者や漁師からのニーズを直接取材した。また、当該分野の開発状況や技術動向を国内外の学術情報より分析・調査した。特に、資源管理型漁業の展開への期待と問題点、資源管理型漁業におけるIT利用分野、さらに事業化の可能性なで広範に調査・検討を行った。その結果を報告書としてまとめる予定である。(2)定点観測ブイと船舶搭載型情報収集システムの試作海上における使用形態に応じ実利用を想定した情報収集機器(センサムバコン)の開発を行った。通信手段別には、船舶無線対応型、FOMA, DOPA対応型ならびに無線LAN対応型をスタッカブルボード化し、個別にあるいはそれらの組み合わせにより利用可能とした。定点観測ブイ内に設置して用いる固定型システムの実験では水漏などが認められた。実用化にあたり、さらに小型化とパッケージングの研究開発が必要である。(3)三次元海底地図システムおよび海洋GISプロトタイプ開発漁船の標準装備である魚探を用いた三次元海底地図作成システムを開発し、実験によりその有効性を確認した。また、センサ情報を利用するための海洋GISプロトタイプの開発を行った。インターネット経由で携帯電話やPCから必要な情報を取得するためのWebデータベースシステムの開発および実用化に向け必要情報の整理と表示方法の検討を行った。(1)多点多層海水温監視システム開発

固定ブイにて観測された海水温データをDoPaを用いてインターネット経由の電子メールでサーバへと伝送するシステムを開発した。データは30分間隔で送信され、4ヶ月間の現地実験で動作確認した。(2)海底地形情報収集システム開発漁船にシステムを1年半の期間搭載し、現地実験を通じて実用化に向けた実証実験を行った。2.情報解析データベースシステム開発Webデータベースを活用し、多点多層海水温監視システムと海底地形情報収集システムのデータ蓄積ならびに表示のため、次のデータベースシステムを開発した。(1)リアルタイム温度表示システムとして,データベースにリアルタイムに蓄積された情報を、1日、1週間、1ヶ月の期間で自動グラフ化し、インターネット上で公開するシステムを開発した。(2)NMEAフォーマットに準拠した海底地形情報をデータベースに自動的に取り込み、平面直角座標変換し保存するDBシステムを開発した。
希工類含有ガラスの4f電子遷移確率制御による高利得光増幅器材料の設計

光通信で用いられる通信波長である、1.5μm帯,1.3μ帯の光ファイバ増幅器ガラス開発を目指し、光増幅を行い得る元素として、それぞれEr^<3+>とDy^<3+>,Pr^<3+>イオンを選び、その光学特性のホストガラス依存性を検討した。ホスト材料候補として、Er^<3+>含有アルミノケイ酸塩ガラス、Dy^<3+>含有硫化物系ガラス、Pr^<3+>含有テルライトガラス試料を溶融法で作製した。波長300-3000nmの範囲で吸光スペクトルを測定し、4f電子遷移に基づく光吸収バンドの積分強度、ガラスの希土類濃度、屈折率から、5本の光学吸収遷移線の吸収断面積を求め、光学遷移確率を決定する3つの配位子場パラメータΩ_tを得た。Ω_tから発光遷移確率を算出した。また1.5μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Er^<3+> : ^4I_<13/2>準位とDy^<3+> : ^6F_<11/2>準位の量子効率、非射緩和速度を算出した。Er^<3+>の吸収および発光遷移断面積は、アルミナ含有量と共に大きく増大した。一方4準位系である波長1.3μmの光学遷移である^6F_<11/2>-^6H_<15/6>遷移の吸収断面積は、硫化物系では非常に大きな値を示した。Ca_2S_3系ガラスで発光が観測され、このガラス中で1.3μm発光の自然放出係数は2.6x10^3s^<-1>で、発光始準位からのブランチ比は93%、寿命測定により求めた量子効率は8%であった。Dy^<3+>イオンは準位の性質から、励起波長の選択幅も広く、光増幅器用ガラスとして、多フォノン損失の抑制と遷移確率、量子効率の向上が期待できることを明らかにした。またPr^<3+>イオンの増感剤元素としてYb^<3+>イオンを選び、それらの光学特性の濃度依存性を検討した。ホスト材料として、テルライト系ガラス試料を溶融法で作製し、1μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Yb^<3+> : ^2F_<5/2>準位の量子効率、エネルギ移動速度を算出した。Yb^<3+>イオンはPr^<3+>イオンに比べ、励起吸収断面積も広く、光増幅器用ガラスの増感剤として、量子効率の向上が期待でぎることを明らかにした。光増幅器のガラスホスト材料候補として、Dy^<3+>

イオンを含有し、Ga_2S_3,InF_3,ZrF_4,TeO_2系を主成分組成とするガラス試料を溶融法で作製した。試料はダイアモンドカッターで切削、光学研磨した後、吸光分光光度計により、波長300-3200nmの範囲で吸光スペクトルを測定し、4f電子遷移に基く吸収バンドの積分強度、ガラスの希土類濃度、屈折率から、5本の光学吸収遷移線の吸収断面積を求め、3つの配位子場Ω_tパラメータを得た。Ω_tから波長1.3μmの発光の始準位からの発光遷移確率を算出した。またQスイッチパルスNd:YAGレーザ励起により、分光器とInGaAs近赤外高速フォトダイオード、100MHzオッシロスコープにより検出した1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、^6F_<11/2>準位の量子効率、非輻射緩和速度を算出した。波長1.3μmの光学遷移である^6F_<11/2>-^6H_<15/2>遷移の吸収断面積はガラス組成によって大きく変わり、フッ化物系ガラスに比べ、テルライト系、硫化物系では非常に大きな値を示した。これは大きな共有結合性と配位子場の非対称性によるΩ_2の増大と対応している。発光は最もフォノンエネルギーの低いGa_2S_3系ガラスで観測され、このガラス中で1.3μm発光の自然放出係数は2.6×10^3s^<-1>で、発光始準位からのブランチ比は93%、量子効率は8%であった。Dy^<3+>イオンはPr^<3+>イオンに比べ準位の性質から、励起波長の選択幅も広く、光増幅器用ガラスとして、多フォノン損失の抑制と遷移確率、量子効率の向上を目指した新規ホストの開発が期待でききることを明らかにした。光通信で用いられる通信波長である、1.5μm帯,1.3μ帯の光ファイバ増幅器ガラス開発を目指し、光増幅を行い得る元素として、それぞれEr^<3+>とDy^<3+>,Pr^<3+>イオンを選び、その光学特性のホストガラス依存性を検討した。ホスト材料候補として、Er^<3+>含有アルミノケイ酸塩ガラス、Dy^<3+>含有硫化物系ガラス、Pr^<3+>含有テルライトガラス試料を溶融法で作製した。波長300-3000nmの範囲で吸光スペクトルを測定し、4f電子遷移に基づく光吸収バンドの積分強度、ガラスの希土類濃度、屈折率から、5本の光学吸収遷移線の吸収断面積を求め、光学遷移確率を決定する3つの配位子場パラメータΩ_tを得た。Ω_tから発光遷移確率を算出した。また1.5μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Er^<3+>:^4I_<13/2>準位とDy^<8+>:^6F_<11/2>準位の量子効率、非輻射緩和速度を算出した。Er^<3+>の吸収および発光遷移断面積は、アルミナ含有量と共に大きく増大した。一方4準位系である波長1.3μmの光学遷移である^6F_<11/2>-^6H_<15/2>遷移の吸収断面積は、硫化物系では非常に大きな値を示した。Ga_2S_3系ガラスで発光が観測され、このガラス中で1.3μm発光の自然放出係数は2.6×10^3s^<-1>で、発光始準位からのブランチ比は93%、寿命測定により求めた量子効率は8%であった。Dy^<3+>イオンは準位の性質から、励起波長の選択幅も広く、光増幅器用ガラスとして、多フォノン抑制の抑制と遷移確率、量子効率の向上が期待できることを明らかにした。またPr^<3+>イオンの増感剤元素としてYb^<3+>イオンを選び、それらの光学特性の濃度依存性を検討した。ホスト材料として、テルライト系ガラス試料を溶融法で作製し、1μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Yb
双安定反応拡散方程式に対する定常解構造と界面運動の解析

1次元区間に縮退するダンベル型領域上で双安定反応拡散方程式を考え、区間上の極限方程式との解構造の比較を行った。極限方程式の非退化な安定定常解の近傍にダンベル型領域上の方程式の安定定常解が存在することがこれまでの研究で既に示されている。今年度の研究によって、これらの安定定常解の吸引領域が、ダンベル型領域の断面方向に平均をとるという作用によって関係づけられることが明らかになった。これにより、ダンベル型領域上の方程式の解の挙動が極限方程式のそれによって理解できることになる。次に、極限方程式の定常解構造の研究を行った。特に、単調で対称な解から2次分岐を通じて現れる解の枝について考察した。方程式内のパラメータに関する適当な仮定の下、解の枝上にターニングポイントが存在しないための反応項に対する条件を見出した。また、反応項が特殊な3次関数で与えられる場合を考え、解を楕円関数を用いて表現することで解の枝がどの方向にのびるのかを検証した。この検証の過程で、定数解の枝につながらない解の枝が存在することが分かり、定常解全体の構造が非常に複雑であることが明らかとなった。さらに、2次元全空間における双安定反応拡散方程式の解の界面の運動について考察を行った。初期値の空間遠方での振る舞いをうまく与えることによって、平面進行波解に局所的に漸近しつつも、平面進行波解から見たときの界面の位置が時刻のべき乗のオーダーで大きくなるような解が存在することを発見した。双安定反応拡散方程式は、拡散率と反応率とのバランス、および領域の形状によって安定な非定数定常解を持ちうる。本研究では、反応率の大きさを分岐パラメータとした分岐解析を行うことで、安定な非定数定常解の発生メカニズムを明らかにする。一般に、分岐図式における大域的な解構造の解析は相当な困難を伴うため、適切な特異極限を考えることにより解析可能な問題への帰着を図る。本年度は、1次元区間上の双安定反応拡散方程式を考察し、拡散係数に関する適当な特異極限で現れる極限方程式の導出と、その極限方程式に対する分岐解析を行った。考察する特異極限は、まず区間をいくつかの狭い区間Aとそれ以外の部分Bに分け、そしてBの範囲で拡散係数を一定に保ちつつ、Aの範囲における拡散係数をAの区間幅と同比率で0に近づける、というものである。極限方程式の導出は、接合漸近展開法を用いた形式計算により行った。すなわち、拡散係数が極端に小さい部分とそうでない部分とで別々に近似解を構成した後、それらを適切につなぎ合わせ区間全体での近似解を構成し、その近似解の主要部が満たすべき方程式として極限方程式を導いた。極限方程式の解析には相平面解析を用いた。本年度は特に、拡散係数が極端に小さい部分が区間の中点に一箇所ある場合を考察し、単調な非定数定常解が、不安定定数定常解から分岐した後に2次分岐を起こすことを示した。このとき新たに現れる解が安定であることが示唆される。また、定数定常解から分岐する単調でない非定数定常解の枝の追跡も行った。極限方程式に対する比較的単純な解の分岐解析は進んだが、その他の解、特に2次分岐によって現れる解の枝の追跡やスペクトルに関する解析が、技術的な困難により予定より十分に遂行されなかった。ダンベルの形を保持したまま1次元区間に縮退する領域の特異極限を考え、その領域における双安定反応拡散方程式の解構造の研究を行った。特に、この特異極限で現れる1次元区間上の極限方程式がどのようなものであるかを考察し、元の反応拡散方程式と極限方程式の定常解構造の関係性を調べた。加えて、極限方程式の定常解構造に対する分岐解析を行った。具体的な成果は以下の通りである。接合漸近展開法を用いて極限方程式を形式的に導出した。極限方程式は、前年度に考察した、拡散係数に関する特異極限で現れる方程式と同等のものであることが分かった。この極限方程式によって、元の反応拡散方程式の定常解構造がほぼ決定されることを示した。実際、極限方程式に非退化な定常解が存在すれば、その近傍に元の反応拡散方程式の非退化な定常解がただ1つ存在し、それらのモース指数が等しいことを証明した。もし極限方程式の定常解がすべて非退化であれば、そこから元の反応拡散方程式の定常解をすべて決定できる。極限方程式の定常解構造については、反応項に対する適当な条件の下、以下のことを示した。まず、不安定な定数解から分岐する非定数解の大域的な枝の存在を示した。これらの枝は、その上にある解の対称性に応じて番号付けができる。偶数番目の枝上には2次分岐点が存在しない一方で、奇数番目の枝上にはただ1つ2次分岐点が存在することを証明した。さらに、その2次分岐点を通過する際、解のモース指数が1つ小さくなることも示した。特に、単調な非定数解が、2次分岐を経て安定になり、その後常に安定であることが分かった。前年度においても同様の方程式に対する分岐解析を行ったが、2次分岐点の個数をコントロールするための反応項の条件が不明であった。定常解構造のみでなく、解のダイナミクスについても解析を進める予定であったが、一部技術的困難を回避できず計画通り研究が進まなかった。ダンベル型領域上の双安定反応拡散方程式の解構造の解明に向け、ダンベルの形を保持したまま1次元区間に縮退する領域の特異極限を考え、空間

1次元の方程式に問題を帰着させる方針で研究を進めた。前年度までにこの極限で現れる極限方程式の導出を行い、極限方程式の定常解から元の方程式の定常解が構成できることを示した。今年度は解のダイナミクスについて元の方程式と極限方程式との関係を考察した。まず、元の方程式の解と極限方程式の解の誤差評価を導いた。それにより、定常解に漸近する元の方程式の解は極限方程式の解によって時間無限大にわたり一様に近似できることが分かった。また、定常解に対する分岐解析を行った。極限方程式については、不安定定数解から分岐した非定数解の枝上に2次分岐点が存在することが示されている。縮退する前の領域の対称性に関する仮定の下、同様の2次分岐点が元の方程式にも存在することを示した。これによって元の方程式の分岐図式が極限方程式を介して理解できる。より複雑な領域を考察する目的で、グラフに縮退する領域の特異極限も扱った。複数の辺に接合している頂点の近傍が他の部分より速く縮退する状況を考えると、ダンベルの形を保持したまま1次元区間に縮退する特異極限は特別な場合として含まれる。接合漸近展開の方法によって、極限で現れるグラフ上の極限方程式を導出した。特に接合点においてどのような接合条件が現れるかを明らかにした。極限方程式の解構造の解析が技術的困難により計画通りに進まなかった。これに伴い遷移層を持つ解の研究についても遅れが生じている。1次元区間に縮退するダンベル型領域上で双安定反応拡散方程式を考え、区間上の極限方程式との解構造の比較を行った。極限方程式の非退化な安定定常解の近傍にダンベル型領域上の方程式の安定定常解が存在することがこれまでの研究で既に示されている。今年度の研究によって、これらの安定定常解の吸引領域が、ダンベル型領域の断面方向に平均をとるという作用によって関係づけられることが明らかになった。これにより、ダンベル型領域上の方程式の解の挙動が極限方程式のそれによって理解できることになる。次に、極限方程式の定常解構造の研究を行った。特に、単調で対称な解から2次分岐を通じて現れる解の枝について考察した。方程式内のパラメータに関する適当な仮定の下、解の枝上にターニングポイントが存在しないための反応項に対する条件を見出した。また、反応項が特殊な3次関数で与えられる場合を考え、解を楕円関数を用いて表現することで解の枝がどの方向にのびるのかを検証した。この検証の過程で、定数解の枝につながらない解の枝が存在することが分かり、定常解全体の構造が非常に複雑であることが明らかとなった。さらに、2次元全空間における双安定反応拡散方程式の解の界面の運動について考察を行った。初期値の空間遠方での振る舞いをうまく与えることによって、平面進行波解に局所的に漸近しつつも、平面進行波解から見たときの界面の位置が時刻のべき乗のオーダーで大きくなるような解が存在することを発見した。極限方程式の解構造の解明が今後の研究における基となるため、まずは極限方程式について詳細な解析を行う。分岐図式における解の枝の追跡のみならず、スペクトルに関する解析に重点を置いて研究を進める。その後、形式計算により導出した極限方程式が、どのような条件の下で正当化されるかを明確にする。定常解構造の詳細な解析に加え、解のダイナミクスに関する考察を行う。
有害渦鞭毛藻コクロディニウムのライボタイプ識別と分布海域

赤潮原因種Cochlodinium polykrikoidesの分布海域を個体群レベルで把握するため,光合成性Cochlodiniumの形態比較とrDNAに基づく種内系統群(ライボタイプ)の識別を行った。形態に違いの見られた本種類似種をC.fulvescensとして新種記載し,これを識別した上で系統解析した結果,C. polykrikoides種内は東アジア,フィリピン,北中米,の3タイプに識別された。この結果は西日本沿岸に例年出現する本種赤潮は東シナ海周辺海域で越冬していることを示す。無殻渦鞭毛藻Cochlodinium polykrikoidesは有害赤潮を形成し,西日本や韓国沿岸域において近年大きな漁業被害を引き起こしている。本種の赤潮は海峡を越えて移動することがマレーシア・フィリピン,そして韓国・日本間で報告されている。したがって,例年西日本沿岸域で高水温期に出現する本種赤潮の由来を特定するためには,種内系統群レベルでの分布海域を特定し,それぞれの海域における出現の特徴を把握する必要がある。本研究は,形態形質に基づいて本種を類似種と明確に区別した上で,LSUrDNAに基づく種内系統群(ライボタイプ)を識別し,ライボタイプそれぞれの分布海域を明らかにするものである。現在までに,形態的・遺伝的形質の違いより有害種C. polykrikoidesと識別することで,類似種Cochlodinium sp.を新種(Cochlodinium fulvescens Iwataki, Kawami et Matsuokaとして記載報告した。無殻渦鞭毛藻C. fulvescensはC. polykrikoidesと同様に連鎖群体を形成するCochlodiniumの一種であるが,細胞サイズ,葉緑体の形状,縦溝の位置より同種と明確に識別できる。LSU rDNAに基づくC. polykrikoides種内の分子系統解析では,アジア産株は少なくとも3つのライボタイプ,1)日・韓国・香港,2)フィリピン・マニラ湾,日本の一部,3)マレーシア・サバ,に識別できることが分かった。本種は太平洋西岸域ではマレーシアから日本まで分布することが知られるが,この結果は,例年西日本と韓国に出現する本種赤潮はマレーシアやフィリピンなど東南アジアから流れ着くものではなく,日本や韓国の沿岸域で越冬した細胞が増殖したものであることを示す。本研究は,形態形質に基づいて本種を類似種と明確に区別した上で, LSUrDNAに基づく種内系統群(ライボタイプ)を識別し,ライボタイプそれぞれの分布海域を明らかにするものである。前年度までに,形態的・遺伝的形質の違いより有害種C.polykrikoidesと識別することで,類似種を新種Cochlodinium fulvescens Iwataki, Kawami et Matsuokaとして記載報告している。これら類似種と識別した上でC.polykrikoides種内系統群の解析を行っている。LSUrDNAに基づくC.polykrikoides種内の分子系統解析をアジア産株に北中米産株を加えて行った結果、3つのライボタイプ,1)日本・韓国・香港, 2)フィリピン・マニラ湾,日本の-部, 3)マレーシア・サバ,北米大西洋岸,メキシコ太平洋岸に識別できることが分かった。本種はアジアのみならず北中米でも赤潮形成による漁業被害が報告されているが,北中米では太平洋・大西洋岸に同じLSUrDNAで識別される種内系統群が分布しており,さらにこれが近年マレーシアのボルネオ島に出現している本種と同じ系統群となることがわかった。また、北米太平洋岸のアメリカ・カリフォルニアとカナダ・バンクーバー島より採集された株はC.polykrikoidesではなく, C.fulvescensに近縁であることがわかった。本種の赤潮は海峡を越えて移動することが報告されているため,例年西日本沿岸域で高水温期に出現する赤潮の由来を特定するためには,種内系統群レベルでの分布海域を把握し,分布海域ごとに出現の特徴を調査する必要がある。本研究は,形態形質に基づいて類似種と明確に区別した上で,LSUrDNAに基づく本種の種内系統群(ライボタイプ)を識別し,ライボタイプそれぞれの分布海域を明らかにするものである。

前年度までに,形態的・遺伝的形質の違いよりC.polykrikoidesの類似種1種をCochlodinium fulvescensとして新種記載するとともに,同種を識別した上でLSUrDNAに基づく系統解析を行い,C.polykrikoidesは1)東アジア,2)フィリピン,3)北中米,の3つのライボタイプに識別できることを明らかにした。長崎県上五島に出現した光合成性Cochlodiniumについても形態比較を行った結果,この株はC.polykrikoidesではなくKofoid and Swezy(1921)によりC.geminatumとして報告されている種と形態形質が一致した。分子系統解析の結果では,同株はC.polykrikoidesとC.fulvescensからなる系統群とは類縁を示さず,狭義のGymnodiniumの系統群に含まれた。さらに,長崎県大村湾より採取したCochlodinium cf.polykrikoidesと同定できる渦鞭毛藻シストのLSUrDNA配列を単細胞PCR法を用いて決定したところ,このシストは上五島産株と単系統群を形成した。この結果は,C.cf.polykrikoidesとして世界各地より出現報告されてきたシストはC.polykrikoidesのものではなく,この狭義のGymnodiniumの系統群に含まれる種が形成することを示す。出現する本種赤潮の分布海域に加え,シスト-遊泳細胞の対応関係の一部を明らかにしたこれらの成果は,本種の越冬海域調査に始まる赤潮形成メカニズムを解明する上で有用である。
手術後患者を対象とする臨床看護実習での携帯コンピュータによるCAI学習の効果

本研究は、携帯コンピュータを利用した臨床看護実習のためのCAIコースウエアを開発し、そのCAIを活用した学習効果を明らかにするために取り組んだものである。全身麻酔で手術を受けた患者の呼吸器合併症を予防するために必要な援助のうち、今回は呼吸音の聴診法に関する知識と技術を学習するCAI教材を開発した。このCAI教材の特徴は以下の2点である。1.コンピュータ上のマウスを聴診器に見立てて操作することによって、5種類の正常・異常呼吸音を聴取する疑似体験学習ができる。2.精密な解剖図を取り込んだことによって、立体的に人体構造を理解することができる。次に、開発したCAI教材の有効性を検証するために、20名の看護学生を対象としてCAI学習前と後にテストを実施し、学習前後の平均値から向上度を算出した。その結果、全体の向上度は34.4%であり、特に正常呼吸音と解剖学に関する知識の向上度は39.4%であった。CAIの有効性は、TDG(Training Development Guideline)によると向上度40%以上が必要といわれており、開発されたCAIの有効性が示唆された。一方、臨床実習において患者に施行した呼吸音聴診法の技術得点は、89%の達成度であり、精神運動領域においても本CAIは有効であることが示された。(1)実態調査手術後の患者をHigh care roomで看護する際の目標分析を行い、診断テストによって、学生の誤答パターンを明らかにした。その結果、「異常項目を一つ一つあげる事はできるが、それらを統合した判断ができないので、異常を予測した予防的援助を行うことができない」、「呼吸音と腸音の正常・異常の聴き分けは、ステートを当てる部位を理解させれば比較的容易にできる」等が明らかになった。(2)コースウエア作成と改良CD-ROMの音声や画面をコンピュータで制御したコースウエアーの作成には、DOS版の学習制御ソフトウエアーでは限界があることが明らかになった。ゆえに、新たにWindows版の学習制御ソフトウエアーの開発とそれに伴う技術習得が必要となり、かなりの時間を費やした。その結果Windows版のマルチタイプソフトウエアーの作成が可能となった。本研究の目的は以下の2つである。(1)全身麻酔で手術を受けた患者をHigh careroomで看護する際に必要な援助を、シミュレーション患者を通して考え、対処するようなコースウエアーを作成する。(2)作成したコースウエアーを携帯コンピュータに組み込み、臨床実習中にも活用して、学習者の認知精神運動領域の学習(実習)が効果的になり、且つ意欲的に実習できるという仮説を検証する。まず、DOS版のオーサリングからWindows版のオーサリングにコースウエアーを改良した。このことにより、音・写真・解剖図の取り込みに加えて、動画とバーチャルリアリティ(VR)を導入したマルチメディアCAI教材作成が可能となった。看護学生に対する自己学習教材は30分以内の内容が適切であるという国外の研究報告に基づき、「全身麻酔で手術を受けた患者の呼吸器合併症予防の看護」の教材を、パート1「呼吸音の聴取とアセスメント」、パート2「呼吸器合併症予防の援助」に分けて完成させた。学習者はマウス操作によって、聴診器を自由に移動させることができ、正しい位置に移動することができたときには肺野に応じた呼吸音を聴取することができる。誤った位置に移動させたときには、解剖図が提示され再度挑戦することになる。このように病棟実習時に実際に行うであろう看護を擬似体験しながら、看護技術に必要な知識を復習するデザインとした。5人の学生による予備調査では、8595%という高い学習到達度が得られている。臨床実習で携帯コンピュータによるCAI学習を実施するという研究目的の(2)については、フレームの応答記録や質問紙調査結果を分析し、コースウエアの改良を行ってから実施する予定である。
書字障害における運動と知覚の相互作用の解明，および基礎知見の臨床応用技術の開発

本年度は,高齢者を対象として,書字運動を簡易に取得できるデバイスを開発し,運用を開始した。このデバイスは,Wacom製タブレットに対してペンを用いて描画した際の書字軌道,時間情報,筆圧を記録するものでる。視覚フィードバックの有無も切り替えが容易である。このデバイスを共同研究者であるRodriguez-Aranda准教授の所属であるUniversity of Tromso(Norway)に実際に持っていき,運用方法について議論した。今後はまず健常高齢者および軽度認知症患者に対してデータを蓄積していく予定である。脳損傷患者に関しては,失読患者における書字運動(空書)が認知機能に与える影響を明らかにした(Itaguchi et al. ARWA, 2018)。実験の結果,少なくともウェルニッケ型の失語であり,書字に関する機能の低下が少ない患者においては,指運動をおこなうことによりその視覚的フィードバックが認知課題遂行を促進することを示した。これらの研究に加えて,本年度は効率的な運動学習を促進するロボットデバイスの研究開発をおこなった。すなわち,複数のロボットによるアシストの方法を用いて,書字運動の学習効率を比較した。その結果,ロボットアシストをした群においても,アシストなし群と同等の学習効果が得られることを明らかにした。ただしその一方で,アシスト力が強い条件ではアシストなし群よりも学習効果が小さくなることも判明した。これらの結果は,私たちヒトが複雑な運動を学習する際に,能動的な運動指令が有用な情報として使用されることを示唆している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。運動知覚と腕の筋活性・腕スティフネスとの関係を明らかにするため,まず,腕スティフネスを測定する機材開発をおこなった。具体的には,リニアモーターを用いた3自由度のロボットを用いて,3試行26方向からの摂動による腕スティフネス楕円体の算出をおこなった。ロボットはデスクトップサイズであり,従来の腕スティフネス測定に用いられてきたパラレルリンクを用いたマニュピランダムよりも小型で精度が高い仕様となっており,臨床現場への持込みが可能なサイズとなっている。安静時における腕スティフネス楕円体(5姿勢),および持続的に一定の力をかけている状態における腕スティフネス楕円体(4方向)を測定した結果,従来研究通りの腕スティフネスの特徴が再現され,さらに測定精度は従来研究の倍程度であった。さらに,他動的な運動を知覚する課題をおこなうための予備実験をおこなった。具体的には,ペンタブレットを用いた到達運動の学習課題をおこない,自由度の拘束が運動学習に与える影響について検討した。その結果,運動時間の短縮には自由度拘束をおこなった条件が,運動精度の向上には自由度拘束をおこなわない条件がもっとも効果があることが明らかになった。一方で,機械的な拘束をせず,運動時間に関するふたつのタイプの拘束条件が運動学習と速度・精度トレードオフに与える影響も検討した。その結果,特定の運動時間で練習をおこなう条件では,運動精度が減少していったのに対して,できるだけ速く運動をおこなうことを目指した場合には,運動精度は減少しなかった。今年度の研究遂行途中に受け入れ研究室の変更があり,その分の環境整備,特にロボットを使用する計画についての遅れが見られた。しかしながら,ロボットを使わない状況において,水平面における経日的な書字運動学習と速度・精度トレードオフに関する研究知見がまとまり,現在執筆中である。また,スティフネス楕円体の計測に関しては,計画通り,臨床現場においてに実施しやすい実験手順や解決すべき問題点,さらには近似に十分な外乱・試行数・摂動方向を決定することができた。そのため,当初の計画とは多少のずれがあるものの,十分な進展があったものと評価する。書字運動における重要な脳内表現を解明するため,書字運動の学習過程において,どのような運動学的な要素が変化していくのかを,心理学実験を用いて明らかにした。実験では,被験者は未知の図形(文字)を,一日につき50試行,5日間かけて学習した。学習過程における速度・速度最小点・逸脱度等の運動学的な指標の推移を学習指標として計算した。実験の結果,時間を拘束した条件では,書字運動の精度は練習にともない徐々に増していったことが確認された。一方,時間に関する制約を設けずに,なるべく速く正確に書字を練習させたグループでは,書字速度は向上していったものの,書字精度は向上していかなかった。すなわち,速度-精度のトレードオフという観点ではどちらのグループでも書字運動技能は向上しているものの,制約条件に応じた要素しか学習の影響を受けないことが明らかになった。これらの結果は,運動学習において,速度と精度は独立に制御されていることを示唆した。また,通常の状態の“腕"とは異なった機械特性が混入する状況における運動学習についてもいくつかの新たな知見を明らかにした。具体的には,書字運動において物理的なガイドの幅が狭い状況で練習をおこなった場合には,練習後にそのガイドを外した状況ではむしろ,運動の精度が悪化してしまうことを明らかにした。これは,リハビリなどをおこなう際には非常に重要となる知見である。デバイスを用いたスティフネス楕円体の算出については,先行研究との比較に十分耐えうる算出方法を確立し,若年健常者(大学生)におけるデータの蓄積をおこなった。この結果は未発表であるが,来年度に研究を継続することで,いくつかの新しい知見を発表できると考える。今年度はまず,理論的な側面において大きな成果が見られた。

具体的には,書字運動学習場面における,拘束条件が学習進度に及ぼす影響を明らかにした(Itaguchi and Fukuzawa, in press)。この研究は,書字運動において,重要だと考えられる脳内表現のパターンを示唆した点で,その障害に関する理解を深めるものになると考えられる。また,ロボットを用いた運動学習に対するデバイスそのもの,および自由度の影響も実験的に明らかにした。この知見は現在投稿準備中である。さらに本年度は,腕スティフネスの計測方法が確立された。これにより,簡易的に腕スティフネスを測定する技術の開発を次年度におこなうことができると考えられる。このような成果は,理論的な基礎をリハビリ応用に繋げる本研究プロジェクトのスコープを十分にカバーしており,プロジェクトは期待通り進展していると評価できる。本年度は,高齢者を対象として,書字運動を簡易に取得できるデバイスを開発し,運用を開始した。このデバイスは,Wacom製タブレットに対してペンを用いて描画した際の書字軌道,時間情報,筆圧を記録するものでる。視覚フィードバックの有無も切り替えが容易である。このデバイスを共同研究者であるRodriguez-Aranda准教授の所属であるUniversity of Tromso(Norway)に実際に持っていき,運用方法について議論した。今後はまず健常高齢者および軽度認知症患者に対してデータを蓄積していく予定である。脳損傷患者に関しては,失読患者における書字運動(空書)が認知機能に与える影響を明らかにした(Itaguchi et al. ARWA, 2018)。実験の結果,少なくともウェルニッケ型の失語であり,書字に関する機能の低下が少ない患者においては,指運動をおこなうことによりその視覚的フィードバックが認知課題遂行を促進することを示した。これらの研究に加えて,本年度は効率的な運動学習を促進するロボットデバイスの研究開発をおこなった。すなわち,複数のロボットによるアシストの方法を用いて,書字運動の学習効率を比較した。その結果,ロボットアシストをした群においても,アシストなし群と同等の学習効果が得られることを明らかにした。ただしその一方で,アシスト力が強い条件ではアシストなし群よりも学習効果が小さくなることも判明した。これらの結果は,私たちヒトが複雑な運動を学習する際に,能動的な運動指令が有用な情報として使用されることを示唆している。来年度は今年度の研究知見を基盤としてロボットによる他動的な書字運動の研究を効率的に進めることができる。特に,いままでの研究は,速度の局所最小点を運動のなめらかさの指標としていたが,トレードオフの観点から検討した結果,局所最小点の3次元的位置は学習に従ってある場所へ収束していく傾向が見られた。来年度の研究では。この知見をさらに発展させ,運動プリミティブとの一致・相違に関する検討をおこなっていく。また,ロボット開発については,現在のロボットの測定時間の減少,使用感の向上をおこなっていく。