hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
培養骨格筋細胞を用いた筋再生に関する研究

有尾両生類の一種であるアホロートルを用いて、切断された四肢骨格筋の再生メカニズムの分子機構を解明することを試みてきた。本研究では、マウスやニワトリの四肢発生過程で、前/後肢の決定に関与するPitx1に着目し、アホロートルにおいてPitx1のクローニングを行い,四肢再生過程ならびに発生過程における発現パターンについて、解析を行った。Pitx1の切断四肢再生過程における発現様式について,RT-PCRにて解析を行ったところ,前肢および後肢のいずれにおいても発現が認められた。前・後肢の部位による発現パターンの変化は認められず、全体的に一様に発現することが明かとなった。Pitx1の四肢再生過程における発現レベルは、前・後肢いずれにおいても,再生初期において発現レベルの増加が認められ、再生過程が進むに従い漸減していた。このことから、四肢再生過程でPitx1は、再生組織のパターン決定には関与せず、主に再生組織の増殖に関与しているものと考えられた。Pitx1の再生四肢における機能を解析するために,再生芽にアンチセンスオリゴDNAをエレクトロポレーションで導入したところ,再生芽の形成・伸長の遅延が認められたところから、四肢再生過程では再生組織の増殖に関与していることが確認された。さらに,成体のアホロートルにおいては、Pitx1が再生していない通常状態の四肢において発現していることが明らかとなった.このことは、マウス等の従来の報告とは異なっており、四肢再性能になんらかの関与を示すと考えられた。Pitx1について、発生過程における発現パターンをホールマウントin situ hybridizationで解析したところ、後肢にのみ発現が認められたところから、四肢発生過程では、前/後肢の決定に関与していると考えられた。有尾両生類の一種であるアホロートルを用いて、四肢骨格筋の再生メカニズムの分子機構を解明することを試みてきた。本研究では、マウスやニワトリの四肢発生過程で、前/後肢の決定に関与するPitx1,移動性の筋芽細胞のマーカーであるlbx1に着目し、アホロートルにおいてこれらの遺伝子のクローニングを行い,四肢再生過程ならびに発生過程における発現パターンについて、解析を行った。まずPitx1についてであるが,再生過程において半定量的PCRにて解析を行ったところ,前肢および後肢のいずれにおいても発現が認められた。Pitx1についで、発生過程における発現パターンをホールマウントin situ hybridizationで解析したところ、後肢にのみ発現が認められたところから、四肢発生過程では、前/後肢の決定に関与していると考えられた。Lbx1については,従来報告されている他の動物種のlbx1と高い相同性を示すことが明らかとなった.発生過程においては,体節から分離・遊走する筋芽細胞に発現が認められ,従来の報告に類似することが明らかとなった.再生過程におけるlbxlの発現パターンについては現在解析中である.有尾両生類の一種であるアホロートルを用いて、切断された四肢骨格筋の再生メカニズムの分子機構を解明することを試みてきた。
東日本大震災等に照らした新たな災害対策法制のあり方に関する実証的研究

本研究においては、東日本大震災の実態を被災地ヒアリング調査等で把握したうえで、その実態に照らして、防災法制が広域・大規模災害の実態に対応した適切な形の法体系への改正がなされたか否か、また残されている課題は何かについて、現地調査や各種の実態調査に基づいて実証的に研究した。この研究を通じて、現行防災法の問題点を洗い出し、それに即した新たな防災法制のあり方についての提言を行った。この研究成果を、2017年に(株)ぎょうせいより『地域防災力の強化ー東日本大震災の教訓と課題ー』(単著)として上梓した。また、都市住宅学会誌『都市住宅学』(2017年月)に、「東日本大震災と熊本地震における仮設住宅から恒久住宅への移転の課題」と題する学術論文が掲載するとともに、2018年7月に開催された日本学術会議第一部夏季部会において、「東日本大震災にみる仮設住宅等の課題」と題する研究発表を行った。さらに、本研究の集大成として、2018年度の本学公共政策大学院における学生との共同研究において、「人口減少社会に対応したまちづくり法制に関する研究」として2019年3月に報告書を作成し、被災自治体の復興とそれ以外の人口減少社会における今後のまちづくりの課題について政策提言を行った。今後の発生確率が高いといわれている南海トラフ沿いの地震・津波や首都直下の地震などに備えるためには、広域・大規模災害にも対応できる防災法体系に見直す必要に迫られている。従来は大規模災害が起きるたびにそれに対応するという法改正が行われてきたことに対して、本研究は近い将来起こりうる広域・大規模災害に対応し得る法制度の提言を行ったものである。本研究は、この点において、我が国の自然災害に対する危機管理能力を高める観点から、学術的・社会的な意義がある。平成28年度においては、東日本大震災に照らした我が国災害対策法制の問題点と課題に対する実証研究及び東日本大震災からの復興まちづくり法制に関する研究をまとめて、法学法学会の『法学』第80巻第2号に「東日本大震災被災自治体におけるヒアリングに基づく災害対策法制に関する政策提言と法改正・運用改善等の実績』を発表した。さらに、陸前高田市、気仙沼市、南三陸町及び女川町の復興まちづくりの現地調査も行って、復興事業の進捗状況を調べるとともに、定期借地権や定期借家権を活用した商店街の再生事業について研究を進めた。あわせて、新潟県中越地震における旧山古志村と長岡市を訪問して、災害公営住宅や防災集団移転促進事業等による被災者の移転の実態等を熊本地震被災地における実地調査を行うとともに、熊本地震被地の実地調査を行って、災害応急対応における東日本大震災との比較検討及び災害公営住宅に転用が可能な木造仮設住宅の建設などについて事例顕幽を行った。これらの研究成果については、出版や学術研究論文として発表することとしている。また、研究分担者と共同で、南三陸町等における循環共生型地域復興のための政策に関する研究、復興を通じた確かな学力の育成を図るための仙台市の教育行政のあり方に関する研究、岩沼市をモデルとして居住支援協議会を中心とした高齢者の居住確保と自立した生活の実現を目指した高齢者の地域居住政策に関する研究を行った。当初は想定していなかった熊本地震が発生したことによって、新たな比較研究モデルが増えたが、熊本地震被災地の現地調査も行うことができたため、研究は順調に進んでいる。また、平成28年度の研究成果を踏まえて、書籍や学術研究論文に発表する予定であり、成果の発表も順調に進んでいる。研究分担者との共同研究についても、報告書ができている。以上により研究は概ね順調に進展している。平成29年度においては、東日本大震災大震災に照らした我が国災害対策法制の問題点と課題に対する実証研究及び東日本大震災からの復興まちづくり法制に関する研究をまとめて、(株)ぎょうせいより、防災に関わる仕事に携わる方々を対象とした実践書として、『実践地域防災力の強化ー東日本大震災の教訓と課題ー』を上梓した。さらに、大槌町、山田町、大船渡市、陸前高田市、気仙沼市、南三陸町及び女川町の復興まちづくりの現地調査も行って、復興事業の進捗状況を調べるとともに、商店街の再生事業についても研究を進めた。この研究成果の一部は、上記の出版にも反映されている。あわせて、九州北部豪雨で大きな被害を受けた、福岡県浅原市及び大分県日田市を訪問して、仮設住宅の実地調査を行った。また、研究分担者と共同で、石巻市、東松島市及び女川町における定住自立圏構想に関する研究、地域包括ケアシステムの推進方策に関する研究、災害等の国際危機管理に関する研究、仙台市や南三陸町ほかをモデルとした将来の東北農業の姿とその実現のための研究を行った。当初は想定していなかった九州北部豪雨災害が発生したことによって、新たに、異なる自然災害との比較研究モデルが増えたが、九州北部豪雨災害の現地調査も行うことができたため、研究は順調に進んでいる。また、平成28年度までの研究成果も含めて、上記書籍や学術研究論文を発表し、成果の発表も順調に進んでいる。以上により、研究は概ね順調に進展している。

この研究成果を、2017年に(株)ぎょうせいより『地域防災力の強化ー東日本大震災の教訓と課題ー』(単著)として上梓した。また、都市住宅学会誌『都市住宅学』(2017年月)に、「東日本大震災と熊本地震における仮設住宅から恒久住宅への移転の課題」と題する学術論文が掲載するとともに、2018年7月に開催された日本学術会議第一部夏季部会において、「東日本大震災にみる仮設住宅等の課題」と題する研究発表を行った。さらに、本研究の集大成として、2018年度の本学公共政策大学院における学生との共同研究において、「人口減少社会に対応したまちづくり法制に関する研究」として2019年3月に報告書を作成し、被災自治体の復興とそれ以外の人口減少社会における今後のまちづくりの課題について政策提言を行った。今後の発生確率が高いといわれている南海トラフ沿いの地震・津波や首都直下の地震などに備えるためには、広域・大規模災害にも対応できる防災法体系に見直す必要に迫られている。従来は大規模災害が起きるたびにそれに対応するという法改正が行われてきたことに対して、本研究は近い将来起こりうる広域・大規模災害に対応し得る法制度の提言を行ったものである。本研究は、この点において、我が国の自然災害に対する危機管理能力を高める観点から、学術的・社会的な意義がある。編成29年度においては、(株)ぎょうせいより『実践地域防災力の強化ー東日本大震災の教訓と課題ー』と題する書籍を出版することとしている。あわせて、都市住宅学会士誌に仮説住宅と災害公営住宅に関する学術研究論文を掲載することとしている。東日本大震災について引き続き被災自治体のヒアリングを進め、住宅や商店街の復興政策について研究を進める。あわせて、研究分担者と共同で、石巻市・東松島市・女川町における定住自立圏構想、地域包括ケアシステムの推進方策、災害等の危機管理及び寿一を中心とした将来の東北農業の姿に関する研究を行うこととしている。平成30年度においては、東日本大震災によって被災した東北地方太平洋沿岸部の自治体と、内陸部の中小市町村を比較転倒しながら、人口減少社会に対応したまちづくり法制に関する研究を行う。2015年の国勢調査によると、特に東北地方においては、仙台都市圏を除いて、東日本大震災被災沿岸自治体を中心に人口減少が顕著に表れており、県庁所在市においても人口が減少に転じている中で、沿岸部(岩手県陸前高田市、宮城県南三陸町、女川町、石巻市)の復興まちづくりと併せて、内陸部における人口減少自治体(岩手県紫波町、花巻市、宮城県加美町、大崎市、登米市、山形県鶴岡市)において、実地調査と自治体ヒアリングを踏まえて、都市再生法の立地適正化計画などの人口減少社会に対応したまちづくり法制の在り方について研究を進める。あわせて、研究分担者と共同で、子どもの貧困対策の更なる推進に向けた政策研究、長期マクロ的対外政策・歴史に関する研究、被災地を中心とした東北地域からエネルギー施策を考える研究を行うこととしている。さらに、東北大学出版会から、学術書として、東日本大震災の実態に即した災害対策法制の改正と今後の課題に関する書籍を上梓すべく、研究成果のとりまとめに取りかかる予定である。平成29年度当初にインクカートリッジの購入が必要であった。
膵β細胞の発生期における転写因子の相互作用および糖尿病の新たな病因の解明

1)マウスBETA2プロモータ領域を含むcDNAを得るために、まずハムスタBETA2cDNAをプローブとしてmouse lambdagenomic libraryのスクリーニングを行い、得たマウスBETA2cDNAをプローブとしてマウスの各臓器、および培養細胞のHIT-T15,MIN6より抽出したtotal RNAをNorthen blottingしたところ、HIT-T15,MIN6に加え、マウスの小脳にもBETA2の発現が見られ、BETA2が脳においても何らかの作用をしていることが示唆された。2)マウスBETA2プロモータ領域のうち、さまざまな長さのルシフェラーゼプロモータプラスミドを作成し、PDX-1,Pax6,Nkx6.1などの転写因子の発現ベクターとともにHepG2およびMIN6細胞にリポフェクション法とリン酸カルシウム法の両方を用いて遺伝子導入し、BETA2プロモータ領域のどの部位に結合し、どう作用しているのかを解明するために、活性の変化などについて検討している。その結果がいくつか出ており、調べた転写因子がBETA2プロモータ領域に結合して活性化に関与していると思われるものについてはゲルシフトアッセイおよびフットプリンティングにより結合を確認している。3)さらにtwo hybrid systemを用いてBETA2と、MODYの原因遺伝子であるHNF1α、HNF1β、HNF4αとの遺伝子領域での結合の有無、また結合がある場合にはその部位を確かめる事によってインスリンの合成や膵β細胞の発生に関与しているBETA2とMODYとの関わりを究明している。
神経操作で探るおいしい香りを認識する脳内メカニズム

おいしい食事は豊かな生活を送る上で欠かせないものであるが、おいしいものを食べたときの満足感を脳はどのようにして作り出すのかはまだよくわかっていない。私達が食べ物を食べるときに感じる風味・フレーバーは味覚だけではなく嗅覚、すなわち後鼻腔経路によってもたらされる匂いの感覚によっても形成される。本研究では「おいしさ」を摂食によってもたらされる報酬感と定義し、摂食行動を正に強化する報酬感をもたらす嗅覚神経回路をマウスを用いた神経科学実験により同定する。これまでの研究で、マウスが嗜好性を獲得しやすいフレーバー飼料を摂食した際に活性化する神経回路として、嗅結節という嗅覚入力を受ける腹側線条体領域が見出された。嗅結節内で特に強い活性化が見られた神経細胞群は、前内側部のドーパミン受容体D1を発現する細胞だった。嗅結節前内側部D1発現ニューロンの活動が動物に誘引的な行動をもたらすかどうかを検証するために、まず光遺伝学による神経操作実験を行った。ウイルスベクターを用いてD1ニューロン特異的にチャネルロドプシンを発現させ、リアルタイム場所嗜好性試験において嗅結節前内側部D1ニューロンを操作すると、マウスは光による神経刺激を受けた環境に対して嗜好性を獲得することがわかった。現在は薬理遺伝学を用いた神経操作実験によって、嗅結節前内側部D1ニューロンの活動がマウスの飼料に対する嗜好性に与える影響を検討している。光遺伝学を用いた神経操作実験では、嗅結節前内側部のD1ニューロンに加えてドーパミン受容体D2を発現するニューロンの機能についても検討した。リアルタイム場所嗜好性試験において嗅結節前内側部D2ニューロンを操作すると、マウスは光による神経刺激を受けた環境に対して嫌悪性を獲得した。この結果は、食べ物の風味がもたらす嫌悪性の形成に、嗅結節前内側部D2ニューロンの活動が関わる可能性を示唆するものである。今後はD1ニューロンに加えて、D2ニューロンの機能を検討する。薬理遺伝学を用いた神経操作実験を継続し、嗅結節前内側部のD1ニューロンとD2ニューロンの食嗜好性における機能を検討する。活性化型の人工受容体hM3Dqと抑制型の人工受容体hM4Diのそれぞれを使い分けて、食嗜好性・嫌悪性獲得における両ニューロン群の関与を検証する。
β型Ti合金のβ′相およびTi-Alのウィドマンシュテッテン組織形成機構の解明

β型Ti合金Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al(mass%)については、2段階の時効処理を施すことにより、1段階の時効では生成しないβ'相が生成する新たな相変態経路が見出され、新たな組織制御法につながる成果が得られた。Ti-48.5at%Alについては、ウィドマンシュテッテン組織(W組織)の構成相の体積分率や晶癖面などの結晶学的性質を詳細に調べ、組織の微細化につながるW組織の生成機構の基礎的なデータが得られた。Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Alに関して、300°Cでの1段目の時効時間が500°Cでの2段目の時効によるβ'相生成に及ぼす影響を調べた。1段目の時効時間が長くなるにつれω相の数密度が増加し、2段目の時効中に生成するβ'相の数密度が高くなった。以上のことからβ'相の生成原因を次のように考えた。1段目の時効中にβ相から溶質原子濃度の低いω相が析出し、β母相にβ安定化元素が濃化する。その後2段目の時効中にω→β逆変態によりβ相中にβ安定化元素の濃度揺らぎが一時的に生じると考えられる。溶質原子濃度が均一になる方向に拡散が生じ、自由エネルギー-組成曲線における2相分離領域の組成を有するβ相が形成され、β+β'相に分離すると考えられる。ω相の数密度が高くなると2相分離傾向のβ相の形成個所が増加すると考えられ、β'相の数密度が増加すると考えられる。1段目の時効によるβの組成変化が2段目時効におけるβ'相の生成に影響することがわかり、本合金の熱処理に一指針を与える結果が得られた。Ti-48.5at%Alに関して、ウィドマンシュテッテン(W)組織の晶癖面が(1011)_αであること、また方位関係が(111)_γ//(1101)_α,[110]_γ//[1101]_αであることが分かった。α-Tiとγの格子定数の温度依存性からα-Tiとγとの晶癖面を挟む原子位置の一致を計算したが、W組織においてよい一致が得られなかった。これはα-Tiとγが互いに拘束しながら熱膨張することの影響を考慮しなければならないことを示唆している。また表面起伏を測定した結果、L組織よりW組織の起伏の方が低かった。TEM観察の結果、W組織のα_2相の幅はL組織より小さいことから、L組織と同じ機構で起伏が生じるが高さが低いと考えられる。W組織がL組織と同じ機構で生じることを示唆する結果が得られ、組織形成機構解明につながる結果が得られた。本研究では2種類の材料を扱った。まず準安定β型Ti合金Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al(mass%)について述べる。我々は平成21年度において、2段階の時効を施すことにより、1段時効では生成しないβ'相の生成を確認した。平成22年度では、2段時効初期の組織観察からβ相の相分解を調べた。その結果、β相中に縞状コントラストが見られ、電子回折図形には基本反射に伴い衛星反射が見られた。縞状コントラストは、母相の転位の存在には影響を受けていなかった。以上のことから母相中にスピノーダル分解による周期的な組成変動が生じていることが示唆された。以上より、2段時効は1段目のω相析出により新たな総変態経路を誘起したと考えられ、本合金の新たな組織制御につながると考えられる。もう1つはα型Ti合金Ti-48.5at%Alを扱った。平成21年度においてはWidmanstatten組織(W組織)の晶癖面が(1011)_αであることを明らかにした。平成22年度ではW組織の形成過程を考察した。W組織とlamellar組織(L組織)の晶癖面の違いについては原子配列の考察から熱膨張率だけでは説明できないことがわかった。起伏の高さは干渉顕微鏡観察の結果、L組織(約100nm)よりW組織(約30nm)が低かった。これはTEM観察の結果、W組織においてはTi_3Alの組織の幅が狭く、体積分率が低いことと一致する。以上の結果より、W組織の形成を考察した結果、まずαTiからTiAlが(1011)_αに沿って生成し、その後Ti_3Alがせん断的にTiAlに沿って生成し起伏が生じたと考えられる。そのときの温度はTi_3Alの体積分率の低さから、状態図においてTi_3Alの量が少ない共析温度近傍と考えられ、これはW組織がL組織より先に生成したというTEM観察結果と一致する。以上より、組織の微細化につながるW組織の生成機構の基礎的なデータが得られた。
結び目と三次元多様体論

三次元球面内の結び目の分岐被覆として様々な三次元多様体が得られる。特に次数が2の分岐被覆から得られる三次元多様体とその分岐点集合である結び目との間には重要な関連がある。研究者は結び目のプラット表示を考えその同値数の不変量を新たに発見した。このことは、この分岐被覆である三次元多様体のヘ-ゴ-ド分割の同値数の不変量も得たことになる。この新しい不変量の導入により、従来では区別されなかったプラットの同値類が区別出来るようになった。以下この新しい不変量を得るために用いた方法を述べる。プラットの同値類はブレイドの同値類と考えることが出来る。ブレ-ド群の中のある部分群に関してその両側剰余類がプラットの同値類に対応している。研究者はその部分群の性質を調べることによってプラットが同値になるためには、ある多項式不変量が一致する必要があることを示した。この不変量は、一番元の形では2あるいは多項式不変量が導き出される形になっている。この不変量の特徴としては、単なる数値不変量でないためプラットを区別する上で強力である点である。半面計算するのはある意味で簡単でない。しかし、計算のためのアルゴリズムは存在するのでコンピュ-タ-で計算することは可能である。研究者らは実際手計算で1週間あまりかかった計算を、reduce等の数式処理ソフトウェアを使うことによりわずかな時間で計算可能であることを確めている。コンピュ-タを使うことにより、この不変量はプラットあるいは結び目を研究する上で実用的な手段として活用されることを期待している。
縁端部を考慮したメタ表面反射板を用いたLOS-MIMOの小型構成に関する研究

より充実した情報共有および活用の実現が期待され,災害時の迅速な情報収集や多視点リアルタイム映像配信の実現に利用可能なドローン中継局を用いたネットワーク形成が提案されている.こうしたネットワークは,見通し環境(送受信アンテナ間に建物等の遮蔽物がない環境)とみなせる.本研究では,見通し環境において,アンテナ近傍にメタ表面反射器を用いたMIMOアンテナの構成を提案する.また,反射器の効果的な構成を明らかにすることで,高速かつスポット的な通信を実現可能とし,利便性及び安全性の高い通信インフラに貢献することが目的である.より充実した情報共有および活用の実現が期待され,災害時の迅速な情報収集や多視点リアルタイム映像配信の実現に利用可能なドローン中継局を用いたネットワーク形成が提案されている.こうしたネットワークは,見通し環境(送受信アンテナ間に建物等の遮蔽物がない環境)とみなせる.本研究では,見通し環境において,アンテナ近傍にメタ表面反射器を用いたMIMOアンテナの構成を提案する.また,反射器の効果的な構成を明らかにすることで,高速かつスポット的な通信を実現可能とし,利便性及び安全性の高い通信インフラに貢献することが目的である.
現場重合型熱可塑性モノマーの含浸・重合挙動の解明

熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維複合材料(以下、熱可塑性CFRP)分野では、熱プレス成形時の材料となる熱可塑性CFRP板の生産効率が課題である。これに対し、熱可塑性ポリマーと比較して著しく粘度の低く、かつ、大気中でも安定している熱可塑性モノマーを炭素繊維束へ含浸・重合する技術が確立されれば、熱可塑性CFRP板の高速連続成形が図れる可能性が高い。本研究では、熱可塑性モノマーの炭素繊維束への含浸挙動、および、含浸した状態での重合挙動を解明すると共に、その実証実験を行うことで、熱可塑性CFRP板の超高速連続成形に向けたコンセプトの確立を行う。
ゲノムの遺伝子発現を自由自在に光制御する技術の創製とその応用

本研究では、この標的遺伝子の配列や発現を変えられるCas9, dCas9と、光感受性タンパク質を用いて生命現象を光によって操作するオプトジェネティクス(光遺伝学)技術を組み合わせ、光で狙った時と空間でのみ、標的遺伝子の配列編集・発現制御を行う技術の開発に取り組んだ。幅広い遺伝子の光操作を実現するため、Cas9分割体と光感受性タンパク質Magnetsを用いて、標的遺伝子の編集と転写抑制化を光制御するシステムの開発に取り組んだ。Cas9をN末端断片とC末端断片に分割し、それぞれに光感受性タンパク質pMagとnMagを連結した。pMagとnMagは、青色光依存的に結合・解離する性質を持つ。暗所では、分割体は離れておりCas9としての活性を持たないが、青色光が照射されると、pMagとnMagが結合する事に伴い、Cas9断片同士が近接・再構成されCas9の活性が生じる。本システムが導入されたHEK293T細胞・HeLa細胞において、光依存的に効率よくゲノム編集を行える事が確認できた。また、光照射領域を限定することで狙った領域における遺伝子編集が可能であり、光照射の中止でCas9活性を止められる事を示した。更に、酵素活性を失わせた光活性化型dCas9を使い、標的遺伝子の転写抑制化を光制御する事に成功した。さらに、この光活性化型dCas9を用いて、標的遺伝子に対して同時に複数種類の転写活性化ドメインを光依存的に近接させ、強力な遺伝子発現の誘導を実現するシステムを開発した。本システムを応用し、NEUROD1遺伝子の発現を光によって誘導することでヒトiPS細胞の神経分化制御を行えるか検証した。本システムを導入したヒトiPS細胞は、光に応答してNEUROD1遺伝子の発現を上昇させ、4日間の光照射で神経細胞へと分化する事が神経細胞マーカーβチューブリンクラスIIIの免疫蛍光染色により確認された。28年度が最終年度であるため、記入しない。細胞分化、代謝、記憶の形成などの様々な生命現象は、複雑で動的な遺伝子発現パターンによって制御される。故に、これらの現象における遺伝子の機能解析において、対象遺伝子配列の書き換えや発現の制御を、意図した時と場所で自由に行える手法は、極めて有効である。近年、細菌や古細菌が持つCRISPR獲得免疫システムを構成するタンパク質であるCas9を応用する事で、対象とする遺伝子配列の編集を、様々な生物種で簡便に行えるようになった。Cas9は、ガイドRNAと複合体を形成し、ガイドRNAの5'末端に相補的なDNA配列をゲノム上から検索し切断する。このDNAの二本鎖切断が、非相同末端再結合か相同組換えの機構によって修復される事を利用して、遺伝子ノックアウト、変異導入や外来遺伝子の挿入などが行える。しかし、Cas9による遺伝子操作を狙ったタイミングや狙った細胞でのみ起こす事は実現されておらず、そのためこれらの応用には様々な制約が課せられていた。この問題点を克服するため、申請者は、この標的遺伝子の配列や発現を変えられるCas9と、光感受性タンパク質を用いて生命現象を光によって操作するオプトジェネティクス(光遺伝学)技術を組み合わせ、光で狙った時と空間でのみ、標的遺伝子の配列編集・発現制御を行う光活性化型Cas9の開発に取り組んだ。このpMagとnMagも、青色光照射依存的に結合・解離する性質を持つ。光で狙った時と空間でのみ、標的遺伝子の配列編集・発現制御を行う光活性化型Cas9の開発を完了し、当該研究成果について筆頭著者としてNature Biotechnology誌に論文を発表した。また、これを更に発展させた遺伝子発現制御システムの開発も進行している。

本システムを応用し、NEUROD1遺伝子の発現を光によって誘導することでヒトiPS細胞の神経分化制御を行えるか検証した。本システムを導入したヒトiPS細胞は、光に応答してNEUROD1遺伝子の発現を上昇させ、4日間の光照射で神経細胞へと分化する事が神経細胞マーカーβチューブリンクラスIIIの免疫蛍光染色により確認された。本技術を発展させ、非常に効率よく内在性遺伝子発現の光誘導を行うシステムの開発を進めている。現在、新システムが既存の光誘導性内在性遺伝子発現制御システムと比較して、100倍程度強く内在性遺伝子を活性化する事を発見した。今後本システムを応用し、細胞の表現型を光で変化させられるかを検証する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
びまん性肺疾患患者における気管支肺胞洗浄液中シアリダーゼの解析

間質性肺炎の機序解明を目的とし、ヒト由来シアリダーゼに着目し、気管支肺胞洗浄液(BALF)中の大半を占めるマクロファージMΦ細胞内及び細胞表面に存在するシアリダーゼの機能について解析を行った。1.BALF中のシアリダーゼ発現量の比較肺疾患患者6例のBALF中のCD14陽性細胞とCD3陽性細胞を分離後、RNA抽出およびcDNA合成を行い、Real-time PCRを用いてNeu1とNeu3のシアリダーゼ発現(2^<-ΔC>)を定量した。CD14陽性細胞におけるNeu1発現は6症例で3.80×10^<-2>2.65×10^<-1>(平均5.21×10^<-2>)であったが、Neu3は010^<-4>とNeu1よりも低く、症例により様々であった。CD3陽性細胞では、6症例中3例でのみ発現が認められ、Neu3よりもNeu1の発現が高値であった。正常末梢血のCD14陽性細胞では、肺疾患患者と同様、Neu1の方がNeu3よりも高値を示した。末梢血CD3陽性細胞については、細胞数が微量であったため解析できなかった。2.培養細胞を使用したシアリダーゼの性状解析ヒト由来Neu1のリコンビナントを作成し、ウェスタンブロットで存在を確認した。3.MΦ内シアリダーゼ局在変化の解析BALF中の、MΦ、およびリンパ球と好中球について、抗Neu1抗体と細胞骨格を染める抗β-actin抗体を用いた免疫染色(共染色)を行い、レーザー共焦点顕微鏡でNeu1の局在を観察した。3種全ての細胞表面および細胞内でNeu1の存在が観察された。特にMΦでは、β-actinで構成された突起状の構造物上にNeu1が存在しており、さらに突起の先端や細胞表面から顆粒状に突出した状態のNeu1が観察された。また、Neu1の染色性の強弱も、MΦ毎に異なるのが観察された。
TMD患者の咬合診断について

TMDの病因については数多くの研究が行われており,病因に対する寄与因子については多因子であるという説が有力である.しかし,その中に咬合因子の関与を否定する論文も多くみられ,TMDに対する咬合の役割を,正しく評価する必要性がある.そこで今回,TMD(鍔関節症)にたいする咬合の役割について検討すると共に,咬合の臨床的評価を確立する目的で研究を行った.咬合の病態は,形態的と機能的なものに分類され,その中で本研究は機能的な異常に着目しGothic Archにて評価した.そして,Gothic Archの結果を,各々の臨床症状および画像診断と対比し検討を加えた.被験者は3人で女性3名,平均年齢34.4歳,鍔関節内障1人,MPS 2人である1.タッピングポイントとアペックスの位置関係:一致0人,不一致3人2.前方運動経路:直線0人,彎曲3人3.タッピングポイントのばらつき:あり2人,なし1人TMD患者のGothic Archを検討した結果,3症例全てに前方運動時に左右鍔関節の非協調性運動が生じており,さらにタッピングポイントとアペックスの位置関係に相違が認められた.これらは,鍔関節内の器質的な病態がないMPS症例において鍔関節内障と同様な結果が得られたことにより,咀嚼筋の疼痛が下鍔運動に大きく影響していることが示された.しかし,本研究結果は直接的に咬合との関連を明らかにするにはいたらず,より詳細な検討を必要とする.今後も症例数を増やし検討を続ける所存である.TMDの病因については数多くの研究が行われており,病因に対する寄与因子については多因子であるという説が有力である.しかし,その中に咬合因子の関与を否定する論文も多くみられ,TMDに対する咬合の役割を,正しく評価する必要性がある.そこで今回,TMD(鍔関節症)にたいする咬合の役割について検討すると共に,咬合の臨床的評価を確立する目的で研究を行った.咬合の病態は,形態的と機能的なものに分類され,その中で本研究は機能的な異常に着目しGothic Archにて評価した.そして,Gothic Archの結果を,各々の臨床症状および画像診断と対比し検討を加えた.被験者は3人で女性3名,平均年齢34.4歳,鍔関節内障1人,MPS 2人である1.タッピングポイントとアペックスの位置関係:一致0人,不一致3人2.前方運動経路:直線0人,彎曲3人3.タッピングポイントのばらつき:あり2人,なし1人TMD患者のGothic Archを検討した結果,3症例全てに前方運動時に左右鍔関節の非協調性運動が生じており,さらにタッピングポイントとアペックスの位置関係に相違が認められた.これらは,鍔関節内の器質的な病態がないMPS症例において鍔関節内障と同様な結果が得られたことにより,咀嚼筋の疼痛が下鍔運動に大きく影響していることが示された.しかし,本研究結果は直接的に咬合との関連を明らかにするにはいたらず,より詳細な検討を必要とする.今後も症例数を増やし検討を続ける所存である.
極低温共鳴Ｘ線回折と完全偏光解析による磁場誘起多極子秩序の研究

f電子系化合物で発生する多彩な電子秩序相を共鳴X線回折を使って研究するため,極低温と磁場という環境に加えて,入射X線偏光制御システムを構築し,完全偏光解析をも同時に行う環境を整えた.このシステムをフル活用することで,Ce0.7La0.3B6における磁気八極子秩序相や,PrPd3S4, DyPd3S4, CePd3S4といった物質での多極子秩序状態が磁場によってどのように変化するかをミクロに調べ,微細なメカニズムを明らかにした.また,長年の謎であったSmRu4P12の中間秩序相の実態が,磁場誘起電荷秩序状態であることを突きとめることに成功した.f電子系化合物で発生する多彩な電子秩序相を共鳴X線回折を使って研究するため,極低温と磁場という環境に加えて,入射X線偏光制御システムを構築し,完全偏光解析をも同時に行う環境を整えた.このシステムをフル活用することで,Ce0.7La0.3B6における磁気八極子秩序相や,PrPd3S4, DyPd3S4, CePd3S4といった物質での多極子秩序状態が磁場によってどのように変化するかをミクロに調べ,微細なメカニズムを明らかにした.また,長年の謎であったSmRu4P12の中間秩序相の実態が,磁場誘起電荷秩序状態であることを突きとめることに成功した.f電子系化合物で発生する多彩な電子秩序相の起源となっている高次多極子の秩序構造を,極低温磁場中共鳴X線回折から明らかにするため,本年度は完全直線偏光解析に必要となる入射X線偏光制御システムの高度化を行った。これにより,従来までのCe,Pr,Ndに加えて,Dyまでの吸収端での実験ができるようになった。これを用い,まず,多極子秩序の可能性が指摘されているPrPd3S4とDyPd3S4について詳細な実験を行い,PrPd3S4ではH//[110]の磁場中で四極子が大きく誘起されるが,相互作用は弱く,基本的には双極子秩序と考えられるのではないかとの結論に至った。DyPd3S4では,強い多極子相互作用を反映して,干渉効果を含んだ複雑な磁場効果が観測され,秩序状態の詳しい様子を明らかにすることができた。また,CeTeでは0.3muBという小さな双極子モーメントによる反強磁性の信号の観測にも成功した。新しい物質への展開として,未解明の磁場誘起秩序相が多くの研究者の興味を引いているCeOs4Sb12,同じく磁場誘起四極子秩序と考えられるCe3Pd20Si6についても,秩序状態からの信号を観測すべく実験を行ったが,信号を観測することはできなかった。恐らく信号強度が弱すぎて観測にかからなかったものと思われる。CeTeについては,磁場誘起相が四極子秩序相であると予想され,それを観測するための磁場中実験を行ったが,試料表面の条件を整えることができず,観測成功には至らなかった。電子のスピンと軌道の自由度が絡み合って生じる電気四極子や磁気八極子,さらには電気十六極子など,f電子系化合物で発生する多彩な電子秩序構造を明らかにすることが目的である.用いる手法は,極低温磁場中共鳴X線回折および完全偏光解析である.本年度はCeTeの磁気秩序相と磁場誘起秩序相,Ce0.7La0.3B6の磁気八極子秩序相での格子歪み,SmRu4P12における磁場誘起秩序相の解明を目的とする実験を行った.また,Ce0.7La0.3B6については,これまでに行われた共鳴X線回折実験の結果の解析を進め,一連の研究成果を論文にまとめた.その骨子は,反強八極子秩序相で磁場をかけると,磁場誘起相の秩序変数であるOxy型反強四極子秩序が強く誘起されてくること,また,それが分子場モデルからの予測と比べて極めて大きいことである.実験結果自体はごく自然な結果であるが,それが分子場モデルでは説明できない点が重要であり,そこに,この物質の背後にある,様々な多極子秩序変数の競合と,それに伴うゆらぎがあると考えられる.CeTeでは,磁気秩序相での磁気散乱の観測に成功した.一方で,磁場誘起相での四極子秩序による信号は検出できなかった.充填スクッテルダイトSmRu4P12では,長年の謎であった磁場誘起秩序相が,伝導バンドであるp軌道に生じる電荷秩序相(CDW)であることをつきとめた.磁場中で,電荷秩序によって引き起こされる格子歪みが観測され,また,同時に反強磁性モーメントの磁場方向成分が誘起されることを突きとめた.これらは,p-f混成によって引き起こされる,スクッテルダイト系特有の全対称秩序であり,Pr系でこれまで観測された秩序機構と基本的には同様であると考えられる.SmRu4P12の磁場誘起秩序相の理解を深めるため,より詳細な実験を行った.300禁制反射の他に,新たに333反射点においても,中間相で磁場によって格子変調を反映した非共鳴Thomson散乱が誘起され,磁気秩序による共鳴散乱との干渉効果が観測された.

これについて,より高磁場の6Tまで,磁場反転を含めた詳細な磁場変化と温度変化の測定を行い,磁場と平行な方向に反強磁性成分が誘起されること,磁場と垂直な方向の反強磁性成分は抑制されることを確認することができた.さらに,超高分解能格子定数測定システムを用い,[111], [110], [100]方向の格子定数の変化を測定することで,磁気転移温度以下でrhombohedral構造に移ること,磁場誘起相ではほぼシングルドメイン状態となって磁場方向に伸び,磁場と垂直な方向に縮むことなどを明らかにした.一方で,PrFe4P12においてFeイオンに誘起される磁気モーメントの観測も試みたが,こちらは明瞭な信号を見出すことはできなかった.26年度が最終年度であるため、記入しない。磁性26年度が最終年度であるため、記入しない。実験システムとしては極めて順調に稼働しており,十分なスペックを発揮できている。本年度は,観測の予想がたたない挑戦的物質にも挑戦したため,信号不検出に終わった実験もあるが,不検出というのも一つの知見である。その他の物質では着実に観測結果が積み重ねられている。極低温,磁場,完全偏光解析という,世界的にもほとんど類を見ない,この実験システムを用いてしか測定することのできない実験がほとんどトラブルなく行われ,実験データも着実に積み重ねられている.データの解析からまとめまでの過程が,各物質ごとに特有の手法で行われるため,一つ一つに時間がかかるが,着実に論文にまとめられつつある.また,SmRu4P12では,これまで未解明で,多くの研究者にとっての謎あった秩序相に対し,本研究によるX線回折実験が初めて明瞭なな実験データを出すという形で解明に貢献することができた.26年度が最終年度であるため、記入しない。これまで着実に成果を出してきた物質については,未解決のまま残されている重要問題を詳しく調べ,本年度失敗に終わった実験については,試料表面処理などの条件を変え,引き続き観測に挑戦してゆく。SmRu4P12などの充填スクッテルダイト系を中心に,全対称秩序とCDW形成との結合過程を,磁場という外場を加えて応答を調べることで,その相互作用の様相をより明確にしていく.SmRu4P12では,格子歪みの精密測定,磁場誘起反強磁性の直接観測,磁場方向を変えた場合の転移の様子の変化など,全貌を解明するために必要な多くの実験が残されている.その知見を土台として,PrFe4P12やPrRu4P12など,他のスクッテルダイトについても,全対称秩序とCDW形成との結合過程を我々の手法で研究することは,新しい形の相互作用を明瞭にしていく点で意義があると考えられる.また,Ce0.7La0.3B6で転移温度以上まで残るE1共鳴の起源についても,ゆらぎとの関係が示唆され,本格的に実験を行っていくことも重要なテーマであると考えている.26年度が最終年度であるため、記入しない。
サンプル値制御理論にもとづく無限次元コントローラの最適離散化

本研究の目標である無限次元コントローラの離散化について,「有限個のパラメータによる離散化」の方法を確立し,さらに,圧縮センシングの概念を応用した「制御器・制御則のスパース表現」という新しい方法の基礎を築いた.それをもとに,ネットワーク化制御系や遠隔制御系などにおける通信制約を考慮した最適制御法を提案した.本研究の目標である無限次元コントローラの離散化について,「有限個のパラメータによる離散化」の方法を確立し,さらに,圧縮センシングの概念を応用した「制御器・制御則のスパース表現」という新しい方法の基礎を築いた.それをもとに,ネットワーク化制御系や遠隔制御系などにおける通信制約を考慮した最適制御法を提案した.本研究の目標である無限次元コントローラの離散化について,制御理論スプラインという手法にもとづいた「最適制御入力の離散化」の方法を模索し,これまで未解決であった高次システムに対する制約条件付きの最適離散化(離散的なパラメータによる連続時間信号の表現)のための計算手法を得ることができたこの手法は,評価関数をシステム出力誤差のサンプル値の二乗和と入力信号の二乗積分の和で定義し,出力信号の微分値に制約を設定するもので,H2最適制御に関係する。この研究にもとづけば,本研究の目的であるH∞の評価関数への拡張も可能であると考えられる.さらに,この手法にヒントを得て,最適コントローラの離散化(すなわち離散時間コントローラの導出)だけでなく,有限個のパラメータによる最適コントローラの表現も可能であると考えられる.この概念は,信号処理における圧縮センシングの考え方と通じるものがあり,その最適制御への応用という観点から,Newcastle大学のD.Quevedo氏と共同で,最適制御信号のスパース表現という研究課題に取り組み,国際会議IFAC World Congress2011に投稿し,受理された.この課題は,本研究の応用分野の一つとして研究目的に挙げたネットワーク化制御系に有効な手法である.本研究の目標である無限次元コントローラの離散化について,前年度で得られた「有限個のパラメータによる離散化」の研究をさらに推し進め,圧縮センシングの概念を応用した「制御器・制御則のスパース表現」という新しい方法の基礎を築くことができた.Newcastle大学のD.Quevedo氏やAalborg大学のJ.Ostergaard氏,京大の林和則氏,阪大の松田崇弘氏らとの共同研究により,ネットワーク化制御系や遠隔制御系などにおける通信制約を考慮した最適制御法を提案し,IFAC World Congress 2011やCOIA 2011, ICASSP 2012などの国際会議や,IEEE Communication LettersおよびIEICE Trans.on Fundamentalsなどの論文誌に成果を報告した.さらに,電子情報通信学会ソサイエティ大会にて,本研究に関連する話題の招待講演(パネルセッション)を行った.また,サンプル値制御理論にもとづく信号処理についても,その成果がIEEE Trans.on Signal ProcessingやSICE JCMSI, Applied and Computational Mathematicsなどの論文誌へ掲載され,「制御理論によるディジタルシステムの設計」が当該研究により大幅に前進した.
眼球運動によって修飾される運動知覚と形態認知に関する実験的研究

われわれは常に〈動き〉のある世界に生きている.動きを認識する個体自身が動いているということは何故,認識されない/あるいは自明の理として認識されているのだろうか.本研究ではこれまで余り議論されてこなかった〈知覚する側の動き=眼球運動〉が〈視認された対象物の動きの知覚=運動知覚〉の修飾に大きな役割を果たしている事を実験的に論じた.ヒトが外界の環境から感覚器官を通して情報を摂取する方法には種々の様式がある.とりわけヒトの視知覚がもつ情報処理能力には極めて高い水準での多様性と処理能力が備っており,それらの機能分担の解明,神経径路の特定,相互機能の連関の研究は現在精力的におこなわれている.視知覚の研究を進めて行く時に,眼球運動にかかわる研究は、感覚器及び運動効果器としての二重の機能が重畳していることを峻別して注意しておく必要がある.本研究ではこの点に着目して以下の様な研究成果を得た.1)頭部塔載型の小型液晶ディスプレ-を用いて,頭部移動時にも視覚刺激の提示が定位置から逸脱しないシステムを作製した.2)同上ディスプレ-上に前年度開発した運動視覚刺激を提示し,自発的/他動的に頭部の回転運動を起こさせ,その時のVOR成分を眼球運動から抽出し,その補償的眼球運動と運動視覚刺激の運動印象の関連性を検討した.3)各種の,滑らかな運動を伴った視覚刺激を高精細グラフィック・ディスプレ-上に生成するためのアプリケ-ション・ソフトウエア-を開発した.4)運動視各刺激の誘目性と誘導特性について評価をおこなった.別紙記載の各研究報告で詳細が明らかであるが,結論的には眼球運動それ自身が極めて大きく運動知覚を修飾するという多くの結果が得られた.この成果はヒトの視知覚研究に大いなる研究の展望を開いたと言える.われわれは常に〈動き〉のある世界に生きている.動きを認識する個体自身が動いているということは何故,認識されない/あるいは自明の理として認識されているのだろうか.本研究ではこれまで余り議論されてこなかった〈知覚する側の動き=眼球運動〉が〈視認された対象物の動きの知覚=運動知覚〉の修飾に大きな役割を果たしている事を実験的に論じた.ヒトが外界の環境から感覚器官を通して情報を摂取する方法には種々の様式がある.とりわけヒトの視知覚がもつ情報処理能力には極めて高い水準での多様性と処理能力が備っており,それらの機能分担の解明,神経径路の特定,相互機能の連関の研究は現在精力的におこなわれている.視知覚の研究を進めて行く時に,眼球運動にかかわる研究は、感覚器及び運動効果器としての二重の機能が重畳していることを峻別して注意しておく必要がある.本研究ではこの点に着目して以下の様な研究成果を得た.1)頭部塔載型の小型液晶ディスプレ-を用いて,頭部移動時にも視覚刺激の提示が定位置から逸脱しないシステムを作製した.2)同上ディスプレ-上に前年度開発した運動視覚刺激を提示し,自発的/他動的に頭部の回転運動を起こさせ,その時のVOR成分を眼球運動から抽出し,その補償的眼球運動と運動視覚刺激の運動印象の関連性を検討した.3)各種の,滑らかな運動を伴った視覚刺激を高精細グラフィック・ディスプレ-上に生成するためのアプリケ-ション・ソフトウエア-を開発した.4)運動視各刺激の誘目性と誘導特性について評価をおこなった.別紙記載の各研究報告で詳細が明らかであるが,結論的には眼球運動それ自身が極めて大きく運動知覚を修飾するという多くの結果が得られた.この成果はヒトの視知覚研究に大いなる研究の展望を開いたと言える.眼球運動を計測手段とする研究は,心理学をはじめとして多くの生命科学の分野で極めて盛んに行なわれている.本研究はこれら過去の研究を基礎として,特に動体知覚に関与する眼球運動の役割を中心に実験的研究を進めようとするものである.1)頭部搭載型の小型液晶ディスプレ-を用いて,頭部移動時にも視覚刺激の提示が定位置から逸脱しないシステムを作製した.2)同上ディスプレ-上に前年度開発した運動視覚刺激を提示し,自発的/他動的に頭部の回転運動を起こさせ,その時のVOR成分を眼球運動から抽出し,その補償的眼球運動と運動視覚刺激の運動印象の関連性を検討した.3)各種の,滑らかな運動を伴った視覚刺激を高精細グラフィック・ディスプレ-上に生成するためのアプリケ-ション・ソフトウェア-を開発した.4)運動視各刺激の誘目性と誘導特性について評価をおこない,いくつかの学会/研究会で研究発表をおこなった.5)研究の遂行上,最も重要である実験的研究は滞り無くおこなわれ,デ-タ分析が現在おこなわれている.オ-トキャリブレ-ションの実行に関しては,各測定場面で,1)完全なランダム配置を行うか,2)2次元平面上で均一に較正点を配置するかの点に関しての結論がいまだ得られてないが,今年度においてはこの点に関して均一配置法に利点があるとの結論を得た.われわれは常に〈動き〉のある世界に生きている。動きを認識する個体自身が働いているということは何故,認識されない/あるいは自明の理として認識されているのだろうか。本研究ではこれまで余り議論されてこなかった〈知覚する側の動き=眼球運動〉が〈視認された対象物の動きの知覚=運動知覚〉の修飾に大きな役割を果たしている事を実験的に論じた。

本年度の研究であきらかになったことは,1)身体運動と共に生じる網膜上のslipはその他の感覚手段(体性感覚,前庭入力刺激)が有意である限り自己運動/刺激の運動として客観的に認識される。2)しかし,頭部搭載型のディスプレ-を用いて運動視覚刺激を提示し,自発的/他動的に頭部の回転運動を起こさせ,その時のVOR成分を眼球運動から抽出し,その補償的眼球運動と運動視覚刺激の運動印象の関連性を検討すると,僅かではあるが両者の差異が認められた。3)各種の,滑らかな運動を伴った視覚刺激を高精細グラフィック・ディスプレ-上に生成して,眼球運動との対応をみると,運動刺激に眼球運動が追従する時,追従した方のタ-ゲットは静止して知覚され,また急速な速度変化や,運動方向のベクトル変化が生じた時にはそのmotion path wayはかなり歪曲して知覚されることがわかった。
脳表のNADH自家蛍光を用いた脳虚血監視モニターの開発

NADH蛍光の測定ではコントロール画像に対する変化率を求めることでエネルギー状態を画像化しています。そのため、カメラが振動したり、被写体が移動したりすると変化率が求められなくなる弱点がありました。そこで、画像マッチング技術を用い、イメージをコントロール画像に追従させ、継続的に観察できるシステムを制作しました。この画像マッチング技術は画像を局所特徴量の画像に置き換え、統計的にパターンマッチングを行っています。本研究は脳表のエネルギー状態を観察するモニターの開発を目的としている。指標にNADH(Nicotinamide adenine dinucleotide)蛍光を用いる。正常な状態ではミトコンドリアで酸素とNADHが結合しエネルギーを産生している。血流が途絶えると酸素供給が不足しNADHが蓄積する。NADHは内因性蛍光物質で、その蛍光強度の増加は酸素需給バランスの悪化を表している。本研究はNADH蛍光で脳のエネルギー障害部位を発光させ、酸素需給バランスを画像化するによりエネルギー状態を監視する。コントロール画像に対する変化率を求めることでエネルギー状態を画像化しているが、カメラが振動したり、被写体が移動したりすると変化率が求められなくなる弱点があった。そこで平成26年度は画像マッチングを行い、イメージを追従させ継続的にエネルギー状態が観察できるシステムを作成した。脳のエネルギー監視画像は,画像の輝度やコントラストが時々刻々と変化するため,従来のパターマッチング法の代わりに入力画像を局所特徴量の画像に置き換え,統計的にパターンマッチングを行った。具体的には、多量のトレーニング画像を用いて予め推定する。現フレームの局所特徴量の画像にアフィン変換(画角ずれによる変形)を施しながら、前フレームの特徴量の画像の下での出現確率が最大となる変換パラメータを検出し、現フレームの入力画像を補正した。この補正プログラムを介することで、画像の追従性が向上し、安定した画像解析が可能になった。本研究はNADH蛍光で脳のエネルギー障害部位を発光させ、酸素需給バランスを画像化することによりエネルギー状態を監視する装置の開発を目的としている。本年度は異なる強度のくも膜下出血を作成し、脳のエネルギーが失われて回復していく過程を検証した。その結果、くも膜下出血発症後3分以内に一過性のエネルギー障害が前頭葉より発生し全脳性に伝播した。エネルギー障害持続時間は1分から10分程度で、持続時間はくも膜下出血の強度に依存していた。エネルギー障害中は脳波活動を認めずエネルギー障害時間が長いほど脳波活動の回復に長時間を要した。エネルギー消失時間が長いと、エネルギー状態が回復しても脳波活動の再開に長時間を要する傾向にあった。また、エネルギー回復後も一過性のエネルギー障害が発生し、脳表を伝播して様子が観察された。この一過性のエネルギー障害が全波してくる方向は様々であり、頭蓋底部より起始していると推定された。エネルギー障害時間や脳波活動停止時間は組織障害度と強い相関関係にあり、early brain injuryが予後に強い影響を及ぼすと考えられた。本研究の最終目的はエネルギー状態のモニター装置の開発である。その目的に向け、システムを改良しデータの蓄積を行っている。脳神経外科の手術では出血を防ぐため一時的に動脈を遮断することがある。安全な血流遮断を可能にするため、本研究は脳表のエネルギー状態をリアルタイムで解析するモニター開発を目的としている。正常な状態ではミトコンドリアで酸素とNADH(nicotinamide adenine dinucleotide)が結合しエネルギーを産生している。虚血によりエネルギーが産生できなくなるとNADHが蓄積する。NADHは内因性蛍光物質でその蛍光強度の増加はエネルギー産生状態の悪化を示している。本年度は脳表から30cm側方より350nmの励起光を150Wキセノンランプを用いて照射し、NADH蛍光強度を高感度CCDカメラで2次元的にリアルタイム測定した。励起光源の照射時間、CCDカメラのシャッター速度を決定し、データ転送、画像解析を行うプログラムを開発した。特に、1.最適な露光時間の決定。2.励起光と蛍光観察の光学フィルター群の決定。3.臨床で使用可能なヒューマンインターフェースの作成を行った。1.励起光源の照射時間が延長するとphoto-oxidationにより蛍光強度の低下が観察された。一方、短すぎると呼吸性変動の影響を受けた。そのため、2秒程度の照射時間が適当と考えられた。2.光学フィルターには透過帯域の狭いバンドパスフィルターを用いる方法と、透過帯域の広いカットオフ型フィルターを用いる方法がある。カットオフ型フィルターを組み合わせることで受光光量は大幅に増加した。一方、CCDカメラは赤外線領域の感度が高く、その対策が必要であることが判明した。3.ヒューマンインターフェースの改善を行ったのち、ニホンザルを用いて、脳神経外科手術の実施シミュレーションを施行し、良好な結果を得た。

この画像マッチング技術は画像を局所特徴量の画像に置き換え、統計的にパターンマッチングを行っています。本研究の最終目的は脳のエネルギー状態のモニター装置の開発である。その目的に向け、必要な改良を行うめどが立った。本研究は臨床で使用可能な脳エネルギー状態のモニター装置の開発である。そのため、臨床に近い状態で研究を行い、モニターとしての評価を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。脳虚血時のエネルギー代謝とその治療本研究は最終年度に臨床試用することを目指している。そのためラットくも膜下出血モデルを用い、モニターとしての評価を行う。解析プログラムの更新が年度内に施行できなかったため。28年度に実行できるよう実験計画を作成した。