hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セキュリティを含めたプラントの本質安全システム構築法の開発

本研究では、オープン化された制御システム系ネットワークを含むプラント並びに制御システムを対象として、安全性確保に加えてサイバー攻撃からのセキュリティ防御を含めた独立防御階層(IPL)の設計・運転手法の確立を目指した。この結果、サイバー攻撃の特徴である同時多発性を想定して、1プラント運転者の視点に立った攻撃検知方法、2攻撃者の視点に立った、攻撃妨害方法、3攻撃に対して抵抗力のあるサイバーレジリエントな組織構築方法の開発を行うことで、既存のIPLを最大限活用する方策を開発した。なお、本研究の成果は、学術論文8報、国際学会発表12件、国内学会発表16件、特許申請2件に纏められている。本研究は、オープン化された制御システム系ネットワークを含むプラント並びに制御システムを対象とし、安全性の概念にセキュリティも含めた独立防護階層(IPDの評価フレームワークを定め、安全性を統一的に確保する設計・運転手法の確立を目指すものである。このため、平成24年度は、以下の3点に注力した。A-1)合理的なゾーン設定によるプラント安全担保手法の開発プラント制御機器のセキュリティとプラント本体のセーフティの双方を確保するためのゾーンとコンジットの設定方法を検討A-2)セキュリティとセーフティを統一的に取り扱うフレームワークの開発OSIの階層モデルを援用してフレームワークを構築し、FTA,HAZOPによってセキュリティインシデントを含んだトラブルの定量的評価方法を検討A-3)サイバー演習のためのシナリオ設計手法の開発演習を効果的に行うためのハニーネット構築方法を検討A-4)実機を用いたテストベンチの構築IEC68334のモデルに準拠したテストベッドを実機(プラント機器並びに制御機器)を用いて構築特にA-4)テストベッド構築を進めた結果、技術研究組合制御システムセキュリティセンター並びにVirtual Engineering Company関係者に対して、制御システムに対するサイバーアタックデモの実施並びにセキュリティとセーフティの同時達成の必要性を訴求することが出来た。本研究は、オープン化された制御システム系ネットワークを含むプラント並びに制御システムを対象とし、安全性の概念にセキュリティも含めた独立防護階層(IPL)の評価フレームワークを定め、安全性を統一的に確保する設計・運転手法の確立を目指すものである。このため、平成25年度は、当初の計画B-1,2)に加え、B-3,4,6)を加えた、以下の5点に注力した。B-1)安全性評価手法の開発:HAZOP、アラーム、ネットワークセキュリティ、FTA評価の結果を統合し、セキュリティを含めたプラント安全評価を可能にする手法の開発/ B-2)実証用テストベンチの構築:(模擬)サイバー攻撃によって加えられる様々なマルウエアや改竄を容易に修復し、テストベッドを初期状態に復元できるように、ネットワーク並びにICSサーバ等の仮想化を実施/ B-3)動的ゾーニングを適用したICSネットワークセキュリティフレームワークの構築:プラントの運転モードにあわせて、ゾーンを『時間的』/『空間的』に切り替え、侵入した脅威を特定の『ゾーン』または『コンジット』に隔離する方法の開発/ B-4)ICSネットワーク挙動の推論的モニタリング手法の開発:制御ロジックに合わせて一定間隔でほぼ同じ動作を繰り返す反復動作軌跡から、統計的シグネチャーを抽出して、偶然のバラツキと異常原因によるバラツキとを区別するためのコミュニケーションプロファイルを作成する。このプロファイルをプローブにプログラムすることで、プローブ自身がインシデント発生の早期警報を発するシステムを開発/ B-5)European Network for Cyber Securityの研究部門との共同研究:博士前期課程の学生2名を派遣し、サイバー攻撃演習システムの構築支援並びにIncident Commanderに関する研究を実施。/ B-6)産業技術総合研究所セキュアシステム研究部門との研究交流:サイバーセキュリティの現状の問題の共有のため、サイバーセキュリティチュートリアルおよび研究交流を実施本研究は、オープン化された制御システム系ネットワークを含むプラント並びに制御システムを対象とし、安全性の概念にセキュリティも含めた独立防護階層(IPL)の評価フレームワークを定め、安全性を統一的に確保する設計・運転手法の確立を目指すものである。このため、平成26年度は、当初計画した以下の4点C-1)テストベッドを用いた実証、C-2)OpenFlowを用いた制御ネットワーク管制システムのプロトタイプ作成、C-3)制御ネットワークにおける"正常状態"における通信プロフィールの基準とした"非正常状態"検知のためのモニタリングシステム開発並びにC-4)研究成果の発表と特許申請に加え、C-5)プラントオーナー、制御機器ベンダー並びにセキュリティエキスパートが参加した制御システムセキュリティ・ワークショック開催を実施した。26年度が最終年度であるため、記入しない。プロセスシステムズエンジニアリング,プロジェクトマネジメント26年度が最終年度であるため、記入しない。(1)A-2にて提唱したフレームワークがEUの制御システムセキュリティ専門機関に評価され、研究者派遣が可能となった。(2)A-4にて当初26年度に完成する予定であったChemical Plant Automation用テストベッドが、デモに耐ええるレベルで完成した。1当初の計画Bー

1,2)に加え、Bー3から6)を追加実施することが出来た。2Bー5)では短期の派遣を想定していたが、能力を評価されて半年1名、1ヶ月1名として派遣することが出来た。3Bー6)に先立って、7月から9月にかけて、学生5名を産総研に派遣出来たことは、昨年度より続けた教育プログラムの成果であって、Bー3,4)の早期着手にも貢献している。26年度が最終年度であるため、記入しない。A)安全性評価手法の開発HAZOP,アラーム、ネットワークセキュリティ、FTA評価の結果を統合し、セキュリティを含めたプラント安全評価を可能にする手法を開発B)実証用テストベンチの構築演習シナリオ作成支援システムを完成させ、さまざまなセキュリティレベルでの検討が実現できるよう拡張Cー1)テストベンチを用いて、実証を行う。研究に参加しているメンバーだけではなく、化学企業のオペレータなど、実際の現場の人にも参加していただく。Cー2)上述したBー3)に関して、OpenFlowを用いたプロトタイプシステムを開発する。Cー3)上述したBー4)に関して、制御機器が正常動作で示す挙動を時系列パターンとし用意し、これをプローブに“正常状態"として認知させ、この“正常状態"以外を“非正常状態"として検知することで、プローブ自身がインシデント発生の早期警報を発する、ネットワークの挙動の推論的モニタリング手法を開発する。Cー4)これまでの成果を取り纏め、学会等で発表する。また、Cー2、3)に関する特許申請を行う。前述したA-1並びにA-2)の成果を詳細化すると共に、European Network for Cyber Securityの研究部門(ENCSR&D)との共同研究を開始する。(名古屋工業大学大学院工学研究科社会工学専攻青山友美君を派遣)研究分担者は、当初は本助成金によって支払いを予定していたが、処理を誤り他の資金をその支払いに当てたが、その間違いに気付かないままで居たことから発生した。本年度のソフトウエアライセンス費用の支払いに充当する。
我が国における研究技術政策の通時的実証分析

1.明治初期の研究技術人材育成政策先行研究が強調する近代部門の建設と同様に、在来部門の近代化も重要な政策課題であったことを指摘し、前者が工部省・文部省(帝国大学)によって担われたのに対して、後者は内務省・農商務省、のちに旧制専門学校によって担われたことを示した。その帰結として、この時期については省庁にまたがる総合的研究が必要であることを述べた。2.研究技術人材養成の長期トレンド1873年から存在する学校卒業者の統計を加工して、理工系について学校段階別・専門別・就職先別のデータを構築した。その分析により、戦前の早い時期から帝大を含めて卒業者のかなりの部分が民間に進出していること、第二次大戦時の規模拡大が顕著であること、産業分野によって学歴構成が大幅に異なることなどを定量的に明らかにした。3.戦後日本の産業発展構造行列型の産業技術指標として、生産指標、技術開発指標、経営力指標などのそれぞれについて、インプット、ポテンシャル、パフォーマンス、アウトプットなどを別途に計測する方式を開発した。これを用いた指標の対構造の分析および因子分析により、戦後の発展経路が産業分野により異なることを示した。4.戦後日本の国立試験研究機関の体制整備しばしば言及される通産省や科学技術庁だけでなく、なるべく多くの省庁を比較した。各時代の課題を、1950年代の総合的一元的体制の確立、6070年代の先端分野への伸張、80年代の創造性と基礎重視に整理し、対応の仕方が省庁により異なることを示してその理由を述べた。
ベクトル値発展方程式に対する幾何構造保存型差分法

工学的によく現れるタイプのベクトル値偏微分方程式に対する有効な数値計算方法を提案し、その計算スキームに対する理論解析を行った。対象とした問題は、Landau-Lifshitz方程式、Ericksen-Leslie equation、局所誘導モデル(Localized Induction model)などであり、それぞれのモデルの解が満たすべき幾何学的な特性やエネルギー構造など離散化においても継承する数値計算スキームを構築し、離散解の一意存在条件や誤差解析を行った。また、厳密解が構成可能な問題については、厳密解と数値計算の解の比較を行い、本提案の計算手法の有効性を示した。本研究では、非線形偏微分方程式のもつ数学的構造に着目して、それを継承する離散化を提案し、その離散スキームの解析を行った。通常偏微分方程式の数値計算では精度等を重視して離散化を行うことが多いが、それによる数値解が元の方程式の解と異なる挙動をもつことがある。この問題の解決法の1つとして、方程式の持つ重要な数学的構造に着目し、これを継承するような離散化手法が研究されてきた。しかし、工学的な問題においては、ベクトル値偏微分方程式や複数の方程式が連立されている問題がよく出現するが、これらに対しては、統一的な研究はほとんどなされていない。本研究では、このような工学的によく現れるベクトル値非線形偏微分方程式やその連立系を対象とし、そのベクトル値解が持つ幾何学的構造およびエネルギー構造の両方に着目して、これらを継承する離散化を考えた。本年度の成果は以下である:1.局所誘導モデル(流体中の渦糸の運動モデル)に対する構造保存型差分スキームについての理論解析を進めた。現在論文準備中である。2.液晶の運動モデルの1つであるEricksen-Leslie方程式系に対する構造保存型差分スキームの提案、および、この提案スキームの理論解析を行った。この方程式系は、液晶の配向ベクトルの運動を記述するベクトル値非線形方程式と流体の運動を表すNavier-Stokes方程式がカップリングした方程式系であり、本研究では、長さ保存性、エネルギー構造、流体の非圧縮性の3条件をすべて考慮した離散化を行い、誤差解析等の理論解析を行った。現在投稿準備中である。3.ベクトル値微分方程式などに対する解析手法を理論的に構築するテーマにおいて,その第一段階の準備として,スカラー値であるが非線形性の強い偏微分方程式に対して弱非線形化を目的とする緩和手法について研究をすすめ,具体的な計算結果を得ることに成功した.工学的によく現れるタイプのベクトル値偏微分方程式に対する有効な数値計算方法を提案し、その計算スキームに対する理論解析を行った。非線形偏微分方程式を数値計算する際、単純に精度やスピードを重視した離散化を行い、数値計算するとしばしば元の方程式の解と異なる性質を持つ数値解が計算されてしまうことがある。そこで、方程式の持つ重要な数学的構造に着目し、これを継承するような離散化手法が重要となる。常微分方程式やある種の保存則をもつ偏微分方程式については従来よりその観点からの研究がなされており、また、散逸構造を持つ非線形偏微分方程式についても、その変分構造を保存するような離散化手法が開発され、この10数年で理論が開発・整備されてきている。しかし、そこでは工学的にはよく現れるベクトル値偏微分方程式についてはほとんど研究がなされていない。本研究では、工学的によく現れるベクトル値非線形偏微分方程式やその連立系を対象とし、そのベクトル値の解が持つ幾何学的構造に着目した離散化を考えた。研究期間1年目の本年度は、強磁性体中の電子のスピンの運動を記述するランダウ・シフシッツ方程式や、流体中の渦糸の運動を局所誘導近似して得られる数理モデルについて研究を行った。これらの方程式の解は、球面上に値を取るという幾何学的構造を持ち、かつ、あるエネルギー等式を満たすことが知られている。本年度はランダウ・シフシッツ方程式に対してこれらの構造を継承する差分スキームを考え、それを解くための長さ保存反復法を提案して、それらの誤差解析を行った。また、渦糸の局所誘導近似モデルについては、その接ベクトルが満たす方程式がハイゼンベルグ方程式になることに着目し、幾何学的構造およびエネルギー保存則を両方を継承する差分法の提案を行い、発表および論文化を行った。また、これに対する誤差評価も行い、現在その成果の論文化を行っている。また、以上の結果を内外の学会等において発表した。ある種の変分構造をもつ非線形偏微分方程式については、その数学的構造を継承する数値計算スキームが有効であるとの認識が近年定着しつつあるが、多くの場合スカラー方程式が対象であり、ベクトル値方程式やその連立系についてはあまり多くの研究がなされてこなかった。そこで本研究では、工学においてよく現れるタイプのベクトル値非線形偏微分方程式およびその連立系について構造保存型差分スキームの開発を行い、その理論解析をすることを目的とした。

3年間の研究期間において、強磁性体中の電子スピンの運動を記述するランダウ・リフシッツ方程式に対する研究で得られた、スピンの長さ保存といった幾何学的構造と、エネルギー構造を同時に再現する差分スキームについての知見を元に、構造保存のアイディアを、外部磁場がある場合の電子スピンの運動を記述するモデルや、液晶中の配向ベクトルの運動を記述するEricksen-Leslieモデル、流体中の渦糸の運動モデルである局所誘導モデルとその発展モデルなどに拡張し、それぞれ構造保存型差分スキームを開発し、その理論解析を行った。最終年度においては、外部磁場付の電子スピンの運動モデル、Ericksen-Leslieモデル、前年度扱った渦糸の運動モデルの発展モデルなどに対して、構造保存差分スキームの開発とその理論解析を行った。また、ベクトル値関数を解として持つような偏微分方程式に対しそのポテンシャル構造が見つかるような場合および逆にポテンシャルがある場合に偏微分方程式やグラフ方程式に帰着するような問題に対して、構造保存数値解法がどのように機能するか関数解析と実際の数値解析の両方の視点から調査し、ノルムによって評価される形でスカラ問題と同様の評価が可能であることを見出した。応用数学初年度実行した研究を継続して2年目は、提案した離散スキームの理論的解析を終え、現在これらの論文の投稿準備をしており、概ね順調と判断できる。また、新たな問題への展開もスタートしている。初年度計画していた内容として、2つのモデル方程式についての解析を行った。この内容は引き続き研究中であるが、当初の予定を概ね実行できていると判断できる。これまでの2年間の研究を継続し、ベクトル値偏微分方程式特有の数学的構造、特に幾何学的構造に着目し、数値計算スキームの開発とその理論的解析を進める。また、昨年度後半より、これまでの対象とは異なる幾何学的構造をもつベクトル値偏微分方程式の離散化についての研究を開始した。3年目はこれらの研究も遂行する。初年度の研究を引き続き継続し、幾何構造保存型数値解法の研究を行う。また、現在はベクトル値の単独非線形偏微分方程式を扱っているが、工学に現れるモデルにはベクトル値偏微分方程式が複数カップリングしたモデル方程式系が現れる。これについての研究もスタートする。繰越金が発生した理由としては以下が挙げられる:(1)予定していた海外出張が家族の体調不良により取りやめにせざるを得なかったこと。(2)(1)と同様に、海外から研究者を招聘する予定を取りやめたこと。次年度は、これまで予定してた出張等を実行するため、予算を使用することになる。また、関連する研究を行っている研究者を招聘したワークショップを開催する予定である。これまでの成果の発表、および、共同研究者や関連する研究者との打ち合わせのため、主に旅費として研究費を使用する。また、成果発表のための論文印刷代や、専門知識の供与のための謝金も使用する。
微小大気浮遊粒子中の変異原性ニトロ芳香族化合物の環境動態

大気浮遊粒子中の変異(ガン)原性有機化合物は,米国で規制が始まったPM2.5のような微小粒子に存在し,その健康影響評価に必要な大気環境動態の解明は国際的にも社会的ニーズが高いが,微小粒子中の変異原物質の環境動態に関する知見はほとんどない。本研究では微小大気浮遊粒子からの変異原性ニトロ化芳香族の検出と定量,および大気中生成や寿命等の動態に関する基礎的な知見を得ることを目的とし,大気浮遊粒子の捕集,可溶性有機画分のクロマトグラフィー・質量分析による同定,定量を大気変異原に寄与するニトロ化物について検討した。アーティファクトがないよう短時間で多量の試料が採取でき,かつ気相成分との分別が確実に行えるハイボリュームエアサンプラーを用いて典型的な東京都心部および南大阪郊外のサンプリングサイトで各時期に大気浮遊粒子をフィルターやポリウレタンフォーム上に捕集し,抽出・分画ののち化学発光検出HPLCにより新規物質を同定・定量した。全抽出物およびニトロ芳香族化合物等の変異原性試験の結果と化学分析による定量値,さらにはNOやオキシダントといったガス状汚染物質の観測値を併せて検証したところ,大気の間接変異原性には多環芳香族炭化水素が主たる寄与をもち,その濃度変動が自動車排出のマーカーとなるNOのものと極めて良く相関することがわかった。直接変異原性にもディーゼル車等の自動車から排出されるニトロ芳香族化合物の寄与率が高かったが,日中にはOHラジカルやNO2等の光化学生成が活発となった場合には大気中で生成するニトロ芳香族化合物も有意に寄与することが明らかとなった。さらには三宅島の噴煙由来の二酸化硫黄が多量に東京都心に飛来,移流したときに直接変異原性が高くなることが観測され,これまでの実験室内研究で示唆されていたニトロ芳香族化合物の大気中生成への二酸化硫黄の促進効果を示唆する初めての観測結果が得られた。都市域での肺ガン罹患者数の増加に関連して懸念されている,大気中ガン(変異)原物質の健康影響を明らかにするため,大気中ガン(変異)原物質の生成過程に関する実験室系での検討を行った。多環芳香族炭化水素等の大気の変異原性に寄与が大きい物質の多くは大気浮遊粒子(固相),特に微小粒子に存在し,その生成・分解には粒子表面での気-固不均一過程が重要となる。そこで新変異原物質の検出とその動態解明のために以下の検討を実施した。ピレンおよびメチル基等の置換基をもつピレンを不活性表面としてのテフロン被覆ガラス繊維フィルターに担持し,二酸化窒素,光存在下または暗条件下での気-固不均一反応を行い,多環芳香族炭化水素の減衰の追跡と生成物の極性画分中の新規含酸素ニトロ化芳香族の検索・同定および定量をガスクロマトグラフを用いて行った。さらにニトロ化物に高感受性のサルモネラ菌YG-1024株を用いた反応生成物の変異原性試験を実施し,変異原性物質の特定を試みた。その結果,置換基を有することで分解性が高くなる一方,生成物には1-メチルピレンから1-ホルミルピレンが生成したように置換基が部分酸化されたニトロ芳香族化合物というた置換基を有する基質特有のものが生成した。このことから既往の研究で検討されてきた置換基をもたない多環芳香族炭化水素以外に置換基を有する多環芳香族炭化水素,特にアルキル置換体の大気動態を検討することが大気中の変異原物質の起源およびその挙動を解明する上で重要であることが示唆された。
安静時超高磁場MRI時系列エントロピー解析による自閉症者情報処理メカニズムの解明

自閉症者の社会性の障害は、定型発達者が無意識に処理してしまうような環境の変化や刺激に対しても敏感に反応し、処理すべき情報の重み付けによる取捨選択が出来ないため情報が氾濫してしまい、外部に対する反応が鈍化すると考えられる。本研究では、脳の刺激受容性の度合いが安静時(無刺激時)の賦活パターンの複雑さ(高エントロピー状態)に反映されるとの考えに基づき、超高磁場磁気共鳴画像法(7T-MRI)による高分解能脳画像時系列データを用いて、自閉症脳における安静時賦活パターンのエントロピーを評価する。平成30年度までに、1撮像環境の整備2撮像条件の最適化及び撮像プロトコルの確定3解析法の検討の3項目につき、下記に記載したように具体的な解決に取り組んだ。1参加者、特に自閉症者が安静状態で撮像を受けられる環境を整えるため、初年度に整備した撮像時の騒音対策(ヘッドホンによるノイズキャンセリングシステムを導入)を用いて、撮像の際に生じる騒音の軽減を可能にする撮像方法を確立する。それらの条件にあわせて、MRIプレパレーションシステム「ゼロテスラ」を用いた撮像前の練習環境を整えた。2昨年度に行った撮像条件の最適化を更にすすめる。傾斜磁場のslew rateの低減などのパルスシークエンスのプログラム変更を行いながら撮像条件を最適化し、自閉症児にも適応可能なrs-fMRIの撮像プロトコルを確定する。今後、順次MRI撮像の参加者(健常ボランティア)の撮像を開始する。3エントロピー解析は主成分以外の固有値分布に着目しているが、この解析方法が機能解析に有用であることを、3T-MRI撮像データを用いて確認した。本年度は、成人及び小児(順次自閉症児を含め)実際のrs-fMRIデータを用いて、シミュレーションの結果と対比し並列計算機によるプログラム開発を進める。2年次までの目標である、撮像環境の整備や解析方法の検討は予定通り進んでいる。エントロピーに着目した機能解析は、視覚刺激によるfMRIにてその妥当性が示され、安静時(無刺激時)の賦活パターンを3T-fMRIを用いて検証を進めている。解析方法の確立には更なる詳細な検討を要するが、方向性に関しては目処が立ち具体的な検討を開始している。撮像方法・研究プロトコルの確立に関しては、7T-fMRIの特性を生かし、安定して撮像可能なシーケンスやプロトコルの検討を進め、実際に小児のボランティアにて実現可能であることを確認する。そのため、新たに評価方法を開発し、解剖学的結合および非線形ネットワークシミュレーションと対比することにより、自閉症脳に特異的な情報処理様態とその神経基盤の解明を最終目標としている。初年度である29年度は、当初の計画に沿って、(1)撮像環境の整備、(2)撮像条件の最適化、(3)解析法の検討を中心に取り組んだ。(1)撮像環境の整備は、小児や自閉症児が苦痛なく参加できるように、傾斜磁場のslew rate(時間変化率)を画質に影響が生じない範囲で低減し、さらにマグネットの内側に吸音材を付加することで撮像時の静音化を図るとともに。、イヤフォン及びヘッドホンによるノイズキャンセリングシステムを導入した。これに加え、MRIプレパレーションシステム(ゼロテスラ)をさらに自閉症児の使用しやすいように整備した。(2)撮像条件の最適化は、高空間分解能の実現と撮像音対策も併せて加味しながら行った。実行可能な撮像時間・撮像条件の決定を目指し検討を行い、健常小児ボランティアでの撮像を予定している。(3)解析方法の検討は、エントロピー解析を中心に検討し、本年度はエントロピーと脳機能との関係を正当化するために、視覚刺激におけるfMRIでのイメージング解析をエントロピー解析で行い、その妥当性につき確認した。この結果は国際会議にて発表する。これらの結果を基に、平成30年度は撮像条件(プロトコル)や解析方法の更なる検討を行う予定である。初年度の目標である、撮像環境の整備や解析方法の検討は予定通り進んでいる。エントロピーに着目した機能解析は、視覚刺激によるfMRIにてその妥当性が示されたことから、解析方法の確立には更なる詳細な検討を要するが、方向性に関しては目処が立ったと言える。撮像方法・研究プロトコルの確立に関しても検討が進んでおり、最終的な段階で実際に小児のボランティアにて実現可能であることを確認する。

1参加者、特に自閉症者が安静状態で撮像を受けられる環境を整えるため、初年度に整備した撮像時の騒音対策(ヘッドホンによるノイズキャンセリングシステムを導入)を用いて、撮像の際に生じる騒音の軽減を可能にする撮像方法を確立する。それらの条件にあわせて、MRIプレパレーションシステム「ゼロテスラ」を用いた撮像前の練習環境を整えた。2昨年度に行った撮像条件の最適化を更にすすめる。傾斜磁場のslew rateの低減などのパルスシークエンスのプログラム変更を行いながら撮像条件を最適化し、自閉症児にも適応可能なrs-fMRIの撮像プロトコルを確定する。今後、順次MRI撮像の参加者(健常ボランティア)の撮像を開始する。3エントロピー解析は主成分以外の固有値分布に着目しているが、この解析方法が機能解析に有用であることを、3T-MRI撮像データを用いて確認した。本年度は、成人及び小児(順次自閉症児を含め)実際のrs-fMRIデータを用いて、シミュレーションの結果と対比し並列計算機によるプログラム開発を進める。2年次までの目標である、撮像環境の整備や解析方法の検討は予定通り進んでいる。エントロピーに着目した機能解析は、視覚刺激によるfMRIにてその妥当性が示され、安静時(無刺激時)の賦活パターンを3T-fMRIを用いて検証を進めている。初年度に引き続き、撮像条件(プロトコル)や解析方法の更なる検討を行う。エントロピー解析は脳機能を評価するに当たり十分に妥当であることが視覚刺激のfMRI解析から明らかとなったことから、自閉症児のネットワークの解明を目指しエントロピーに着目した解析方法の検討を続けていく一方で、小児や自閉症児を対象とした7T-MRI撮像の準備も開始し、対象者の募集及びエントリーを行っていく。それにあわせて、実行可能な撮像条件などを確立し、撮像環境の整備を進めていく。解析方法の確立には更なる詳細な検討を要するが、方向性に関しては目処が立ち具体的な検討を開始している。撮像方法・研究プロトコルの確立に関しては、7T-fMRIの特性を生かし、安定して撮像可能なシーケンスやプロトコルの検討を進め、実際に小児のボランティアにて実現可能であることを確認する。
皮膚の酸素飽和率分布の実時間モニタリングに関する研究

本研究では,皮膚の酸素飽和率分布をリアルタイムでモニタリングするシステムを開発した.様々な刺激と酸素飽和率分布の関係をリアルタイムでモニタリングすることで,瞬間的で軽微な火傷や凍傷と酸素飽和率分布の関係や,室温変化と酸素飽和率分布の関係,基礎化粧品塗布後の酸素飽和率分布の変化など,皮膚の生理学的現象に関する新たな知見が得られると期待される.前年度のシステム開発を受け最終年度である今年度は以下の応用実験を行った.広範囲の皮膚領域をモニタリングする際には,3次元物体である皮膚に生じる陰の影響を無視できない.そこで,我々がこれまでに提案,実証しているコンピュータビジョン技術とコンピュータグラフィックス技術を融合した新しい生体計測法であるメディカルビジョン技術を,前年度に開発した酸素飽和率分布モニタリングシステムに導入した.コンピュータビジョン技術として3つの異なる位置から順次照明し,画像間の演算により皮膚の絶対的な反射率を得るPhotometric Stereo技術を導入する.IEEE1394対応のデジタルカメラとストロボを同期させることにより,計測のリアルタイム性を損なわずに高精度の計測を実現した.また,高齢者などを在宅でモニタリングすることを想定し,照明を時空間的の高周波で変調し,高齢者が計測を意識されない状態でモニタリングするシステムを提案し,その基礎実験を行った.研究成果は,2001年10月に北海道で行われた生体医用工学に関する国際会議にて発表した.また,酸素飽和度のモニタリングシステムは,NHKの科学番組ためしてガッテンにおいてとりあげられ,本研究費により作成した計測装置を用いた.本研究では,カラー画像機器で用いられる色変換手法を導入・改良して,解析時間の大幅な短縮を行い,皮膚の酸素飽和率分布をリアルタイムでモニタリングする.様々な刺激と酸素飽和率分布の関係をリアルタイムでモニタリングすることで,瞬間的で軽微な火傷や凍傷と酸素飽和率分布の関係や,室温変化と酸素飽和率分布の関係,基礎化粧品塗布後の酸素飽和率分布の変化など,皮膚の生理学的現象に関する新たな知見が得られると期待される.また,その処理の高速性から実際の医療現場においても利用することが可能となる.今年度は,(1)カラー画像の解析時間の短縮,(2)酸素飽和率分布モニタリングシステムの開発を行った,(1)複数の画像機器間での色合わせを行うために,非常に高速な色変換がドライバ上で行われている.主に使われているのは,Look Up Table法であるが,メモリ使用量を少なくすることを狙って,できるだけ小さなテーブルで実現するために,カラー画像の特徴に合わせた様々な補間方法が提案されている.本研究では,カラー画像からメラニン色素量,酸化ヘモグロビン色素量,脱酸化ヘモグロビン色素量への変換も,色変換処理と同等に考え,Look Up Table法を用いて高速な酸素飽和率分布の推定を実現した.この時,カラー画像と色素量の特徴に合わせた独自の3次元補間法を開発した.(2)IEEE1394対応のデジタルカメラを用いて,酸素飽和率分布モニタリングシステムを開発した.このとき,より開発スピードを加速するため,FAシステムエンジニアリング社の開発した,IEEE1394対応デジタルカメラ用のソフトウエア開発キットを用いた.本研究では,皮膚の酸素飽和率分布をリアルタイムでモニタリングするシステムを開発した.様々な刺激と酸素飽和率分布の関係をリアルタイムでモニタリングすることで,瞬間的で軽微な火傷や凍傷と酸素飽和率分布の関係や,室温変化と酸素飽和率分布の関係,基礎化粧品塗布後の酸素飽和率分布の変化など,皮膚の生理学的現象に関する新たな知見が得られると期待される.前年度のシステム開発を受け最終年度である今年度は以下の応用実験を行った.広範囲の皮膚領域をモニタリングする際には,3次元物体である皮膚に生じる陰の影響を無視できない.そこで,我々がこれまでに提案,実証しているコンピュータビジョン技術とコンピュータグラフィックス技術を融合した新しい生体計測法であるメディカルビジョン技術を,前年度に開発した酸素飽和率分布モニタリングシステムに導入した.コンピュータビジョン技術として3つの異なる位置から順次照明し,画像間の演算により皮膚の絶対的な反射率を得るPhotometric Stereo技術を導入する.IEEE1394対応のデジタルカメラとストロボを同期させることにより,計測のリアルタイム性を損なわずに高精度の計測を実現した.また,高齢者などを在宅でモニタリングすることを想定し,照明を時空間的の高周波で変調し,高齢者が計測を意識されない状態でモニタリングするシステムを提案し,その基礎実験を行った.研究成果は,2001年10月に北海道で行われた生体医用工学に関する国際会議にて発表した.また,酸素飽和度のモニタリングシステムは,NHKの科学番組ためしてガッテンにおいてとりあげられ,本研究費により作成した計測装置を用いた.
ヒト臍帯内皮初代培養細胞がVero毒素に抵抗性を獲得する機序について

腸管出血性大腸菌0157感染において、志賀毒素(Stx-1/-2)による血管内皮の傷害が溶血性尿毒症症候群(HUS)の発症に重要と考えられている。しかし、従来、ヒト由来の血管内皮細胞を用いたin vitroでの実験系では志賀毒素は細胞傷害を観察することが困難であった。我々は、新鮮なヒトの臍帯から内皮細胞を新たに培養することによって、培養早期は毒素に感受性があるが、1週間という短期間の継代で毒素に抵抗性となることを見いだした。そこに今までin vitroでの実験系が樹立し難かった原因の一端があると考えられる。またその細胞傷害には、毒素のタンパク合成阻害作用と独立してapoptosisが関与していることを証明した。すなわち、(1)ヒトの臍帯静脈内皮細胞、臍帯動脈内皮、大伏在静脈内皮のいずれも、初代培養ではStx-1/-2に高い感受性を示し(CD_<50>:0.510pM)、その細胞傷害はannexin V陽性、TUNEL陽性の細胞種の出現を伴うapoptosisであった。(2)その高感受性は内皮細胞の継代期間を経ると急速に減少し、どの細胞系でも継代2週間後には1000倍以上の濃度のStxにも抵抗性を示すとともに、さらに高濃度のStxで傷害を誘導してもapoptosisは観察されなかった。(3)Stx-1の結合量は継代とともに減少していたが、その変化の程度は約1/10でありこのような抵抗性を説明できるものではなかった。(4)Stxはリボゾームレベルでタンパク合成を阻害することが解っている。2.5mg/mlのcycloheximideは30pMのStx-1より強く内皮細胞のタンパク合成を抑制するにもかかわらず、18時間培養してもapoptosisの所見は認められなかったことから、タンパク合成阻害以外の機序の関与が示唆された。さらに、細胞傷害のapoptosisのメカニズムについて、(5)ミトコンドリアの脱分極やFas分子などによらない、ユニークな何らかのメカニズムでStxがcaspase-3を活性化する。それに対応して、阻害剤で細胞傷害が抑制された。(6)apoptosisを抑制するbcl familyの分子のうち、bcl-xLが継代を経た細胞において増加しており、これがStxに対する抵抗性の一因と考えられた。また、(7)継代培養時の血清の存在が重要であることが推測されていたが、無血清条件で種々の増殖因子やサイトカインの効果を調べたところ、EGFやIFN-αがStx抵抗性を誘導することがわかった。腸管出血性大腸菌O157

感染による溶血性尿毒症症候群(HUS)の発症に重要な鍵となる、ヴェロ毒素(Stx-1/-2)による血管内皮の傷害を観察検討するため、ヒト由来の血管内皮細胞を用いたin vitroでの実験系を確立し、内皮細胞の傷害されるメカニズムを解明するとともに、傷害を抑制する手段を探って治療に応用することを目的にしている。昨年度は以下のことを明らかにした。(1)ヒトの臍帯静脈内皮細胞、臍帯動脈内皮、大伏在静脈内皮のいずれも、初代培養ではStx-1/-2にVero細胞と同等の高い感受性を示し(CD_<50>:0.510pM)、その細胞傷害はannexin V陽性、TUNEL陽性の細胞種の出現を伴うapoptosisであった。(2)その高感受性は内皮細胞の継代期間を経ると急速に減少し、どの細胞系でも継代2週間後には1000倍以上の濃度のStxにも抵抗性を示すとともに、さらに高濃度のStxで傷害を誘導してもapoptosisは観察されなかった。このようなStx-1/-2に対する抵抗性は、従来のデータに一致していた。(3)Stx-1の結合量は継代とともに減少していたが、その変化の程度は約1/10でありこのような抵抗性を説明できるものではなかった。(4)Apoptosisに関与する分子のうち、caspaseの中では-8と-3が有意に増強していたが-1は変化が見られなかった。(5)Apoptosisを抑制するBcl familyの分子のうち、Bcl-xLが継代を経た細胞において増加していた。(6)Stxはリボゾームレベルでタンパク合成を阻害することが解っている。2.5μg/mlのcycloheximideは30pMのStx-1より強く内皮細胞のタンパク合成を抑制するにもかかわらず、18時間培養してもapoptosisの所見は認められなかったことから、タンパク合成阻害以外の機序の関与が示唆された。腸管出血性大腸菌O157感染において、志賀毒素(Stx-1/-2)による血管内皮の傷害が溶血性尿毒症症候群(HUS)の発症に重要と考えられている。しかし、従来、ヒト由来の血管内皮細胞を用いたin vitroでの実験系は限られていた。我々は平成10年度に、ヒトの内皮細胞を培養していると1週間という短期間で毒素に抵抗性となることを見いだし、そこに今までin vitroでの実験系が樹立し難かった原因の一端があることを示した。またその細胞傷害には、毒素のタンパク合成阻害作用と独立してapoptosisが関与していることを証明した。平成11年度は内皮細胞がapoptosisで傷害されるメカニズムを更に詳細に解明するとともに、培養内皮細胞が毒素に抵抗性となるように誘導している因子を一部明らかにした。すなわち、1、志賀毒素による血管内皮のapoptosisにはミトコンドリアの脱分極やFas分子などが関与しておらず、ユニークな何らかのメカニズムで毒素がcaspase-3を活性化する。Caspase-3の活性化は合成基質の消化のみならず、caspase-3タンパクの活性型を直接検出できた。それに対応して、阻害剤で細胞傷害が抑制された。2、細胞内のシグナル伝達にタンパク等のリン酸化が重要な役割を果たすが、種々の阻害剤によって毒素の細胞傷害性は影響されず、一方で細胞内タンパクのチロシン残基のリン酸化の程度は変化しなかったことから、caspaseの活性化は通常のシグナル伝達によらないことが示唆された。3、継代培養細胞は志賀毒素に抵抗性となるが、その変化には培養時の血清の存在が重要であることが無血清との比較で明らかとなった。さらに、無血清条件で種々の増殖因子やサイトカインの効果を調べたところ、EGFやIFN-αが血清と同様の効果を示すことがわかった。
子どもの性被害防止のための安全スキル獲得とそのプログラム開発研究

本研究は子どもが様々な局面をのりこえることを通して、子どもに独立心や自主性を獲得させるための方策を検討することである。具体的には性被害から自らのからだと心を守ることのできる確かな態度と行動を学習できるスキルとそのプログラムの開発を行った。この研究を具体化するため、主にアメリカでの研究を参照しながら、幼児が自己の存在と人間性が否定されるような事態に遭遇した場合にとるべき態度と行動の実践的技法は、自己尊重の感情を表現する能力の育成である。そのため自己の感情を識別する学習が重要な課題となる。この感情識別学習は、学校教育でもまた家庭教育の中でも、わが国で取りあげられることが少なく、人権感覚や人権意識の育成の基礎的プロセスとして重要視されなければならない課題である。本研究では、幼児に対し絵本を使用して、“たのしい"“きもちいい"“おもしろい"“うれしい"などの快的・肯定的感情言語と“つまらない"“きもちわるい"“いやな"“かなしい"などの不快・否定的感情言語を、自己の言葉として表現できるプログラムを作成して実験した。その結果、幼児でも自己の感情を適切な感情言語を使用して、表現することが可能となった。一方、この感情識別学習の目的は肯定的自己イメージを育成することであるが、この課題と密接な関連をもつ側面に、性被害から自己を守る方法としての適切な判断のもとに対応できるスキルの獲得という課題がある。本年度はとくに、幼稚園の保育カリキュラムの中に“ロール・プレイ"を取り入れ、実践的な研究を行った。その結果、不快な感情を引き起こすような困難な事態の場合でも、明確な感情言語を発してその場から離れ、しかも“いやだ"という意志決定言語を使用することが可能となった。今後は小学生以上の子どもを対象とした具体的プログラムの開発を目的とする研究を展開する。本研究は、諸外国の性教育の中で重視されている子どもの性被害防止の安全教育プログラムを開発し、作成することにある。そのため子どもが自らのからだと心を守ることのできる確かな態度と行動を学習し、同時に実践的な安全スキルを獲得できる学習用ビデオの製作に中心を置く。本年度は親や教師が子どもの性被害を防止するために、どのような対応と配慮が必要であるかを明らかにするために、主として大人向けの教育ビデオを製作した。30分弱の構成であるが、内容は性被害を防止する基本的事柄として、日常のからだのふれあいの問題を取りあげた。このからだのふれあいには、気持ちのよいふれあいと不快なふれあいとがあり、この両者の区別を学習し、とくに不快なふれあいを強制されたり、あるいは不快なふれあいに遭遇した場合、どのような態度と行動が要求されるかをマンガ、イラスト、アニメ等を使用して、わかり易く映像化を行なった。したがって本ビデオは、主に親や教師を対象にしたものであるが、子どもにも十分活用できるものである。たとえば子どもが安全スキルを獲得する三つの行動プランは、第1に“いや、さわらないで!"と明確に言語による意思表示をしたあと、第2のプランとして、そこから離れ、安全な場所へ逃げること、第3のプランは、いまあったことを信頼できる大人に話すこと、の三つのプランである。これらの行動プランを具体的なケースの映像を通して、子どもが自然に獲得できるような内容から構成されている。さらに危険な場面から、自分のからだと心を守るために、普段どのような親と子のコミュニケーションが必要であるかを、親から子どもへの言語的メッセージと非言語的メッセージの使い方について、解説を行なった。以上、本研究は性被害を防止するための基本的事柄の中でも、とりわけ日常性をもっているからだのふれあいの問題を通して、子どもの人権と子どもの意志決定の課題について映像化を中心に研究を実施した。

本研究は子どもが様々な局面をのりこえることを通して、子どもに独立心や自主性を獲得させるための方策を検討することである。具体的には性被害から自らのからだと心を守ることのできる確かな態度と行動を学習できるスキルとそのプログラムの開発を行った。この研究を具体化するため、主にアメリカでの研究を参照しながら、幼児が自己の存在と人間性が否定されるような事態に遭遇した場合にとるべき態度と行動の実践的技法は、自己尊重の感情を表現する能力の育成である。そのため自己の感情を識別する学習が重要な課題となる。この感情識別学習は、学校教育でもまた家庭教育の中でも、わが国で取りあげられることが少なく、人権感覚や人権意識の育成の基礎的プロセスとして重要視されなければならない課題である。本研究では、幼児に対し絵本を使用して、“たのしい"“きもちいい"“おもしろい"“うれしい"などの快的・肯定的感情言語と“つまらない"“きもちわるい"“いやな"“かなしい"などの不快・否定的感情言語を、自己の言葉として表現できるプログラムを作成して実験した。その結果、幼児でも自己の感情を適切な感情言語を使用して、表現することが可能となった。一方、この感情識別学習の目的は肯定的自己イメージを育成することであるが、この課題と密接な関連をもつ側面に、性被害から自己を守る方法としての適切な判断のもとに対応できるスキルの獲得という課題がある。本年度はとくに、幼稚園の保有カリキュラムの中に“ロール・プレイ"を取り入れ、実践的な研究を行った。その結果、不快な感情を引き起こすような困難な事態の場合でも、明確な感情言語を発してその場から離れ、しかも“いやだ"という意志決定言語を使用することが可能となった。今後は小学生以上の子どもを対象とした具体的プログラムの開発を目的とする研究を展開する。
随筆作品の可視化に関する研究

平安時代の代表的随筆作品である『枕草子』の可視化を通して,文学作品の進化した読み進め方の提案を行う.直線的に展開するものではない『枕草子』の各章段を色や画像などのマルチメディア技術を加えてカードのように可視化し,ハイパーメディアとして表現する.ハイパーメディアはランダムなアクセスを可能にした構造であるため,『枕草子』の特徴をより生かすことができる.この構造で『枕草子』を表現し,可視化システムを開発することにより,読者は自由に作品を読み進めることが可能となり,章段に書かれている情景を多角的に提供できる.その結果,『枕草子』に馴染みのない読者に対しても新しい楽しみ方,読み進め方を提案できる.本研究の目的は,著名な平安時代の随筆作品である『枕草子』の可視化を通して,文学作品の新しい読み進め方の提案を行うことである.具体的には直線的な展開がない『枕草子』の各章段を色や画像などのマルチメディア技術を加えてカードのように可視化し,ハイパーメディアとして表現した.本のような従来のメディアがリニアな構造であるのに対して,ハイパーメディアはノンリニアな構造(グラフ構造)を持ち,ランダムなアクセスを可能にしたものであるため,『枕草子』の特徴をより生かすことができた.このノンリニア構造で『枕草子』を表現し,可視化システムを開発することにより,読者は自由に作品を読み進めることが可能となり,章段に書かれている情景を多角的に提供できた.その結果,『枕草子』に馴染みのない読者に対しても新しい楽しみ方,読み進め方を提案できた.『枕草子』の表現しようとしたもの,あるいはそれを理解するための知識・背景等を視覚的に表現することには,問題も多い.今回の研究の過程でしばしば指摘を受けたのは,『枕草子』という古典作品について不適切な先入観を与えてしまう危険性である.研究的に読解する読者は,付加された情報や画像の根拠や適切性を自ら吟味することによって,それらからの過度の影響を回避する.高校生程度のユーザを想定する場合は,危険性の回避は作成側で考慮すべきことである.このため,使用する写真画像は,新たに撮影した古典籍の画像(『枕草子』写本・『倭名類聚抄』刊本等)と京都の風景・建築等の画像に限定した.特に今回実際にシステムを評価したのは,東北地方在住の高等専門学校学生であり,京都と東北地方の季節感・風土の差のを考慮することは,研究の過程で当初の想定よりも重要であることが明らかになった.平安時代の代表的随筆作品である『枕草子』の可視化を通して,文学作品の進化した読み進め方の提案を行う.直線的に展開するものではない『枕草子』の各章段を色や画像などのマルチメディア技術を加えてカードのように可視化し,ハイパーメディアとして表現する.ハイパーメディアはランダムなアクセスを可能にした構造であるため,『枕草子』の特徴をより生かすことができる.この構造で『枕草子』を表現し,可視化システムを開発することにより,読者は自由に作品を読み進めることが可能となり,章段に書かれている情景を多角的に提供できる.その結果,『枕草子』に馴染みのない読者に対しても新しい楽しみ方,読み進め方を提案できる.本研究は,いわゆる随筆である『枕草子』に書かれた各章段の可視化を目的としている.これは,ストーリー性にとらわれない自由な「書きつけ」という特徴を持った随筆の新しい読み方の提案を行うことである.平成24年度では以下のことを行い,それぞれ成果が得られた.○『枕草子』可視化カード提示システム(プロトタイプ)の開発:『枕草子』の21章段をサンプルとして1枚ごとにコンピュータ上でカードを作成した.各カードでは,色や写真,平安文様などマルチメディア技術を活用して章段内容や情景を表現した.なお,情景に使用した画像は章段に書かれている場所や景物を具体的に示すものとしてその多くについては京都あるいは京都周辺から資料収集した.カードの配置表現はPC画面のブラウザ上でカードを自由に選択し,内容を見たり,他のカードとの関連性を自由意思で推測できるようにした.また,章段内容をXML形式で記述することにより,キーワードを用いた章段検索やグループ化を容易にした.○『枕草子』類聚章段の項目分類整理:事物の客観的配列という仮定のもとで『倭名類聚抄』の項目とその比較のために『枕草子』類聚章段の項目を分類整理,解釈した.○『倭名類聚抄』の電子化:東北大学付属図書館所蔵の『倭名類聚抄』元和三年古活字版の画像電子データ化を行った.上記「研究実績の概要」のとおり,当初計画していた通りに研究を遂行できている.特に,『枕草子』の特徴を重視した新しい読み方の提案が行えている.色や映像,音などマルチメディア的要素を加えることで章段に書かれている情景や空間的位置関係,時代背景,他の章段への弱い関連や連想などを『枕草子』になじみのない読み手に対して多角的に提供するシステム作りができている.平成24年度で開発した『枕草子』可視化カード提示システム(プロトタイプ)で提示する章段カードの枚数を増やす.さらに章段間の弱い関連性についての表現方法を工夫する.これらのことにより,読み手にその関連性や発想の面白さをより気付かせることができ,『枕草子』の面白みや楽しみ方を伝えられるようなシステムに改良することが期待できる.また,平成24年度で画像電子データ化を行った『倭名類聚抄』と『枕草子』の類聚章段の比較ができるようにシステムに機能追加を行う.

章段カードを増やすことで必要となる,情景等のマルチメディア素材(静止画像,映像,音,挿絵など)収集のために京都あるいは京都周辺での取材を行う.また,研究成果の発表旅費,論文誌への掲載費(現時点で条件付き採録となっている論文1本),研究成果報告書の印刷費に使用する計画である.
タンパク質異常凝集形成阻害を目指した未利用海藻からの成分同定と分子機構の解明

加齢性に伴い発症する疾患の多くにタンパク質の異常凝集は関与しており、不溶性の凝集形態でも病態が変わると示唆され、混沌としている。超高齢化社会を迎えた日本において認知症は国民病の一つとされている。アルツハイマー病を含む神経変性疾患もタンパク質の異常凝集形成(アミロイド線維)が深くその発症機序に関与していることから、治療・予防方法の開発は急務である。アミロイド線維形成が原因とされる疾患群をアミロイドーシスと呼び、神経変性疾患に加え、II型糖尿病等を含む生活習慣病も含まれることから若年層においてもタンパク質の異常凝集に気をつけなければならない。いかにこのようなタンパク質の異常凝集形成を阻害するかが、予防医学の観点から求められている。本申請課題は、そのタンパク質の異常凝集形成を抑制・阻害することが疾患の発症予防につながると考え、その阻害方法として日本に存在する海藻に着目し、その作用機序の詳細を調べている。平成30年度は、初年度に得られた数種類の海藻を中心に展開した。また、すでに試験管内反応においてアミロイド線維形成阻害効果が得られている海藻成分に関しては、先行して細胞を用いた毒性評価を進めている。具体的な成果として、非食用の海藻を用いた凝集阻害評価に関しては、水系と有機溶媒の二つの抽出方法を検討し、それぞれ様子が異なる抽出物を得ることに成功した。さらに、非食用の海藻抽出物はどちらの抽出方法でも線維形成を阻害することがわかった。しかしながら、抽出時間、抽出量等に関しては大きな差があり、水系の抽出方法が有用であることがわかった。一部の地域で食用として使われている海藻に関しては、抽出方法を再検討し、従来より阻害効果を有する最適な条件を決定した。海藻成分を用いた細胞毒性評価に関しては、現在進行中ではあるが、海藻成分を含んだタンパク質試料では、毒性が軽減される傾向が見られた。平成30年度は、初年度で得られた非食用と一部の地域で食されている海藻に焦点をあて、さらなる詳細な知見を得ること、さらにすでに線維形成阻害効果がわかっている海藻成分の毒性評価を当該研究計画とした。実施結果から、非食用の海藻に関しては水系の抽出方法と有機溶媒を用いた抽出方法を行い、線維形成阻害効果について検証した。その結果、両抽出方法でも線維形成を阻害することがわかった。また、一般的に水系と有機溶媒を用いた抽出方法ではこれまで得られた知見と過去の文献から主成分は異なることから、海藻には複数の阻害成分を含んでいることがわかった。さらなる詳細な成分解析が必要となる。一部の地域で食用となっている海藻に関しては、水系の抽出方法で凝集阻害効果を評価してきたが、より効果的な阻害効果を期待して抽出温度・時間を再検討し、凝集阻害効果の評価を行った。さらに、今後の社会実装に向け、抽出工程を見直して海藻抽出物の大量調製を可能とする方法に変更した。その結果、これまでよりも阻害効果がある最適条件を決定した。すでに阻害効果が得られている海藻成分に関しては、年度計画通りに細胞毒性評価に移行した。海藻成分のみでは細胞に対する毒性が無いことを確認し、また、アミロイド線維のみでは細胞生存率が40%程度まで下がり毒性を有することを確認した。海藻成分を含んだタンパク質試料を細胞に添加すると、線維のみの毒性と比較して、毒性が軽減される傾向が見られた。試料の条件等をさらに検討し、より詳細な評価を引き続き行っていく。年度計画では、当該年度の計画であった阻害機構の解明の中で成分解析、最終年度に大量調製方法の検討を計画していたが、順番が前後した。しかしながら、研究の方向性はずれておらず年度計画通りに進んでいることから、概ね研究が進んでいると評価した。平成30年度は、非食用の海藻からは、水系および有機溶媒からそれぞれ抽出した成分がアミロイド線維形成阻害を有するという成果が得られた。また、一部の地域で食されている海藻からは、水系の抽出温度・時間、さらには抽出工程を再検討することより、初年度よりも線維形成阻害に対して効果がある抽出液の調製に成功した。これらにおいて、重要なことは、抽出方法の違いによってどの成分が変化したかを調べる必要がある。当該年度計画には、阻害機構の解明の中に成分解析を行う計画であったが、従来の条件で成分解析を行うより、最適な抽出条件を決定した後に成分解析を行う方が効率的と判断し、年度計画の一部を前倒しして行った。所属研究室の設備では、ポリフェノール含有量の解析や、分子量分布の解析等は可能であるが、具体的な成分同定はできない。よって、他の施設の高性能液体クロマトグラフィー質量分析法(LC/MS)を使用することで最終年度に成分解析を行うことができる環境を整えた。したがって、最終年度は所属研究室内で非食用の海藻も含めて、LC条件を検討し、LC/MS解析を行い、成分の同定を試みる。また、同時に調製した抽出物を用いて細胞毒性評価も行う。海藻抽出物の調製における課題として、有機溶媒による抽出が挙げられる。一般的に用いられる有機溶媒で海藻成分の抽出を行うと、大量の海藻を必要とし、得られる収量は水系と比較してかなり少ない。また、抽出時間・有機溶媒のコストもかかり、阻害効果に有用な成分が得られたとしても研究室レベルであり、実用的ではない。しかし、有用成分の存在は事実であり、有機溶媒抽出方法を再検討し、短時間・高収量の方法の開発も目指す。現在、2種類のアミロイド線維形成タンパク質において海藻抽出物による線維形成阻害効果が得られている。本課題中に海藻成分を同定することで作用機序の解明等の次のプロジェクトにつなげる。