hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
末梢神経修復時における、自家骨髄細胞が産生する脳由来神経栄養因子の重要性の解析

この実験により、坐骨神経損傷前には局所におけるBDNFとGFPとの発現が確認できないが、坐骨神経損傷後には、損傷部の遠位において顕著にBDNFの発現が確認でき、GFPの発現もこれにオーバーラップすることが確認された.損傷のない坐骨神経においては、GFPの発現はほぼ確認できなかった.一方、in vitro研究においては、現在報告されているBDNFの9つのスプライスバリアントのうちバリアント5のみが発現していることをRT-PCR法を用いて突き止めており、このバリアント5の発現量をqRT-PCR法を用いて定量を行った.バリアント5の発現は神経損傷後12週間でピークに達し、これは骨髄由来のGFP陽性細胞の動員と一致することが判明した.以上より、「末梢神経障害修復のために局所へと動員された自家骨髄由来細胞より分泌されるBDNFが末梢神経再生に重要な役割を果たす」との我々の仮説が正しいことを証明.医歯薬学本年度の目標は、in vitro研究では、現在報告されているBDNFの9つのスプライスバリアントのうちどのバリアントが発現しているのかを確認することであった.一方、in vivo研究では、ロータロッドトレッドミルテストによる機能評価と末梢神経障害局所へと動員された自家骨髄由来細胞が産生するBDNFの重要性との証明であった.In vitro研究はおおむね順調であり予定通りの研究成果が得られたが、in vivo研究においては予想以上にモデルマウスの神経損傷の回復能が高く、ロータロッドトレッドミルを用いた機能評価に時間を要した.このため、末梢神経障害局所へと動員された自家骨髄由来細胞が産生するBDNFの重要性との証明を次年度に行うこととなってしまい、研究全体の進捗状況としてはやや遅れをとっていると考えています.本年度の目標は、BDNFノックアウトマウスを用いて、BDNFの神経修復における重要性を具現化することにあった.BDNFノックアウトマウスでは、末梢神経損傷部以遠におけるBDNFの発現が認められず、一部の機能評価、電気生理学的評価においても神経修復がコントロールと比較して有意に劣ることを見出すことに成功しました.ロータロッドトレッドミルテストを用いた機能評価が今後に残された課題のひとつであるが、BDNFが末梢神経修復に重要な役割を担っていることの証明におおむね成功し、研究自体は順調に進行していると考えています.現在報告されているBDNFの9つのスプライスバリアントのうちRT-PCR法を用いて発現が確認できたバリアント5の発現量をqRT-PCR法を用いての定量を予定しています.また、局所へと動員された自家骨髄由来細胞由来のBDNFの重要性の証明には、BDNFノックアウトマウスを用いて、骨髄細胞のみ正常なBDNFを産生することができるキメラマウスを作成しての実験を予定しています.BDNFノックアウトマウスと同様な手法により骨髄細胞のみ正常なBDNF産生能を持つキメラマウスを作成し、これまでと同様に坐骨神経圧挫モデルを作成し、自家骨髄細胞が産生するBDNFの末梢神経修復における重要性について検討する予定である.末梢神経障害局所へと動員された自家骨髄由来細胞が産生するBDNFの重要性の証明が今後の課題である.末梢神経障害部位への自家骨髄由来細胞動員の証明にはGFPトランスジェニックマウスの使用を予定している.
空間課題解決過程における練習の効果―事象関連fMRIと眼球運動同時計測

心的回転課題において、練習によるperformanceの変化とcortical plasticityを検証した。5回の練習sessionの後、平均反応時間は有意に短くなり顕著な学習曲線が得られた。皮質レベルにおいては、予想に反して練習前よりも練習後の方が、またNovelty taskよりもTraining taskの方が、賦活レベルが高くなっていた領域(e.g., Motor area)が多くなっていた。一方で、それら賦活領域の個人差も大きく、練習によって異なるneural networkが効率化されることが示唆される。視覚入力を必要とする空間認知課題においては、刺激のどこをどのくらい長くどのような順序で見るかという眼球運動パターンが認知情報処理の特性(例えば方略など)を表わす重要な指標となり、それが認知処理ネットワーク(脳賦活パターン)の多様性をもたらす一つの要因と考えられる。たとえperformanceが同じでもかなり異なる脳賦活パターンが見られることはよくある。本研究では、心的回転課題を練習することにより解決過程がどのように変化してperformanceの向上(Performanceの変化)につながるのかを、事象関連fMRI(脳賦活パターンの変化)と眼球運動(眼球運動パターンの変化)の同時計測をすることにより検証する。心的回転課題は、performance及び脳賦活部位において個人差や性差や理系文系差が一貫して報告されており、これらのvariabilityが生ずる要因を探る手がかりになると思われる。また、これらを解明することは教育の側面や空間認知能力の向上の側面からも重要であると思われる。平成19年度では、ドイツ人研究協力者によって、行動実験のパイロットスタディが行われ以下のことが明らかとなった。(1)high performerは、5回のtrainingにより困難な課題(large angular disparity)の反応が非常に速くなった。(2)low/average performerはTrainingにより反応は早くなるが、angulardisparityによる変化はみられない。これは、motor response(and/or decision time)が練習によって速くなったと考えられるかもしれない。これらの結果を基に被験者の抽出のための予備実験(Paper test)から、女子30名男子25名をtest成績によって抽出した。現在は、事象関連fMRIと眼球運動同時計測実験に取り掛かっている。3次元空間で図形をイメージしそれを操作する空間認知能力は、ほとんどの科学の分野において必要とされる科学的思考の基盤となる能力であり、特に心的回転課題はこれまでに多くの研究がなされている。このような視覚入力を必要とする空間認知課題においては、課題刺激のどこをどのくらい長くどのような順序で見るかという眼球運動パターンが認知情報処理の特性(例えば方略など)を表わす重要な指標となり、それが認知処理ネットワーク(脳賦活パターン)の多様性をもたらす一つの要因と考えられる。また、心的回転課題においては、練習や経験によってperformanceが向上することが明らかにされている。本研究では、心的回転課題を練習(training)することによりperformanceが向上するとき、事象関連fMRIと眼球運動の同時計測をすることにより、脳賦活パターンの変化を眼球運動パターンの変化とperformanceの変化という2つの行動変数を用いて検証する。平成20年度には、被験者20名による本実験を行った。各被験者は5日間に継続して毎回80課題を練習し、1回目・3回目・5回目はfMRIと眼球運動の同時計測をし、2回目・4回目は眼球運動のみの測定を行った。従って、各被験者において3回のfMRI画像データと5回の眼球運動データを取得し、現在は眼球運動データ及びfMRI画像データの分析中である。
マウス頬ひげ原基誘導と感覚神経回路網のパターン連携に関する研究

本研究は、胎仔期マウスの頬ひげの器官原基誘導と神経線維の侵入・接続を生体外培養系で再現する手法を開発し、感覚器官としての頬ひげが中枢神経と連携する仕組みの解析を目的とした。はじめに、免疫組織化学的な手法により、頬ひげと神経の接続部の細胞集団を解析した。次に、マウス胎仔の頬皮膚と三叉神経節の器官培養法を開発した。そして、これらの共培養により頬ひげと三叉神経の接続を培養皿上で構築する手法を開発した。本研究で得られた知見や培養実験方法は、感覚器官としての頬ひげの成立と三叉神経との接続・連携の仕組みの解明に貢献するものと期待される。平成27年度の研究は、研究実施計画にしたがって実施し、以下の成果を得た。1、頬ひげ原基誘導場の生体外培養方法の開発頬ひげ原基の誘導と神経線維の侵入・接続を培養系で再現する手法の開発として、マウス胎仔の頬皮膚を生体外で器官培養し、頬ひげ原基が誘導・形成する過程を経時的に観察できる実験系を開発した。この培養方法の開発により、通常は子宮内の胎仔発生過程で進行する、頬ひげ原基上皮組織の肥厚、間葉組織への陥入、伸長などの発生過程を位相差顕微鏡で連続的に観察できた。また、神経細胞のマーカータンパク質の免疫染色により、三叉神経節から伸長している神経線維が頬皮膚の皮下組織に侵入し、頬ひげ原基付近に伸長する過程を可視化した。さらに、頬ひげが外部からの機械的な刺激を受容し、神経回路に伝達するために重要な役割を担っているMerkel細胞のマーカータンパク質の免疫染色により、頬ひげ原基形成過程の初期にマーカータンパク質陽性の細胞が観察された。以上の結果から、頬ひげ原基の誘導と伸長を生体外で再現する器官培養系を開発できたと考えられた。2、頬ひげ原基誘導場の生体外再構築方法の開発頬ひげ原基の誘導と神経線維の侵入・接続を培養系で再現する手法の開発の第2の手段として、頬皮膚・頬ひげ原基の形成へ運命決定された上皮・間葉の前駆細胞を培養皿上で再構築し、頬皮膚と頬ひげ原基を再生させる手法の開発を試みた。このときのプロトコールは、ニワトリ胚の背中皮膚・羽毛原基の生体外での再生方法(Ishida et al., Development, Growth & Differentiation 58(3), 303-314, 2016)を改良した。その結果、形態的、組織化学的に正常発生と同等の頬ひげ原基が再生頬皮膚に形成した。以上の結果から、頬皮膚と頬ひげ原基を培養系で再生させる手法を開発できたと考えられた。研究計画において、平成27年度の課題である項目1、2の器官培養方法の開発を予定どおり達成した。組織構造の詳細な評価は今後も継続して実施する。平成28年度の研究は、研究実施計画にしたがって実施し、以下の成果を得た。3、再生頬皮膚における一方向的・連続的頬ひげ原基誘導方法の開発平成27年度までに、再生頬皮膚と頬ひげ原基を培養皿上で作製する技術を開発した。再構築する皮膚上皮・間葉の細胞数を増やして再生皮膚の長さを伸ばすことにより、複数個の頬ひげ原基を誘導することを可能にした。しかしながら、頬ひげ原基の誘導は皮膚全体で均一に始まるのではなく、皮膚の両端から優先的に誘導される傾向が観察された。この現象は、並行して進めている再構築皮膚・羽毛原基の作製に関する研究でも観察されており、典型的な反応拡散モデルを用いた数理シミュレーションでもこの現象を再現できた(論文投稿準備中)。このことから、本研究で用いている細胞操作実験系に共通する本質的な現象だと考えられた。以上のことから、本実験系においては、外部から増殖因子などの刺激を与える必要なく、一方向的(皮膚全体から見れば、双方向的)かつ連続的な頬ひげ原基の誘導が可能であることが明らかとなった。4、再生頬ひげ原基誘導場での神経回路網再構築方法の開発頬ひげ原基に接続する感覚神経の細胞体は三叉神経節に存在する。そこで、再生頬ひげ原基に神経を接続させるために、三叉神経節の摘出と培養方法を開発した。マウス胎仔の頭部から三叉神経節を顕微解剖で摘出し、神経成長因子(NGF)を含む培地で培養したところ、神経細胞が少なくとも7日間生存し、神経軸索を伸ばし続けることが明らかとなった。そこで、再構築した頬皮膚細胞と三叉神経節を共培養したところ、形成した再生頬ひげ原基の機械的刺激受容細胞(メルケル細胞)に神経が接続している様子が観察された。以上のことから、再生頬皮膚・頬ひげと神経回路の接続を培養皿上で再構築できることが明らかとなった。研究計画において、平成28年度の課題である項目3、4の技術開発を予定どおり達成した。平成29年度の研究は、研究実施計画を一部修正しつつ実施し、以下の成果を得た。5、頬ひげ原基誘導と神経侵入を表現する数理モデルの構築:平成28年度までに、頬ひげ原基と感覚神経の接続を培養皿上で再構築する共培養実験法を開発した。

このときの頬ひげ原基誘導は、研究代表者らによる羽毛原基誘導実験との共通性が観察されたため、羽毛原基誘導に関する数理モデル(Ishida & Mitsui, APL Bioengineering 2, 016107 (2018))を応用できると考えられた。しかし、神経線維の接続に関しては、改良または別のモデルを用いる必要があると考えられた。6、頬ひげ原基誘導場のパターン形成制御に関わるシグナル経路・遺伝子の探索:感覚器官としての頬ひげ原基において、Merkel cell-neurite complex(M-N複合体)の形成が重要であり、すでに神経線維とメルケル細胞を免疫組織化学的に確認していた。そこでさらに、成熟したM-N複合体で観察されるシュワン細胞について解析した。その結果、頬皮膚と三叉神経節の器官共培養によって形成したM-N複合体で、Nestin、SOX2、SOX10陽性のシュワン前駆細胞が観察された。以上から、再構築されたM-N複合体は神経、メルケル細胞、シュワン細胞で構成されることが明らかとなった。本研究計画を通して(1)頬ひげ原基の器官培養法と(2)三叉神経節の器官培養法を開発し、これらを組合わせて(3) M-N複合体を培養皿上で形成させる独自の実験法を開発した。また、これらの実験法を用いて(4)頬ひげのメルケル細胞の自律的分化、(5)三叉神経伸長のNGFの必要性を示した。さらに、(6)頬ひげ原基のメルケル細胞周辺にシュワン前駆細胞が存在し、M-N複合体の形成に寄与している可能性を示した。これらの研究成果の一部を学術論文にまとめて投稿中である。本研究は、胎仔期マウスの頬ひげの器官原基誘導と神経線維の侵入・接続を生体外培養系で再現する手法を開発し、感覚器官としての頬ひげが中枢神経と連携する仕組みの解析を目的とした。はじめに、免疫組織化学的な手法により、頬ひげと神経の接続部の細胞集団を解析した。次に、マウス胎仔の頬皮膚と三叉神経節の器官培養法を開発した。そして、これらの共培養により頬ひげと三叉神経の接続を培養皿上で構築する手法を開発した。本研究で得られた知見や培養実験方法は、感覚器官としての頬ひげの成立と三叉神経との接続・連携の仕組みの解明に貢献するものと期待される。平成27年度の研究課題の項目1と2で開発した方法で培養・再生した器官の組織構造の詳細の解析を進める。また、平成28年度の研究課題として予定されているとおり、上記の培養方法を改良に取り組み、頬ひげ原基誘導と感覚神経回路網のパターン連携の解析に応用できる器官培養系の開発を進める。平成29年度に予定している研究項目の数理モデルの構築に関しては、現在並行して進めている再構築皮膚と羽毛原基の作製に関する研究で構築した数理モデルを改良することで達成できると考えている。もう一つの研究項目の再構築皮膚における頬ひげ原基の形成パターンに関しては、上記と同様に再構築皮膚と羽毛原基に関する研究により、その原理は明らかにしつつある。そこで、形成した頬ひげ原基の特定の部位に、いかにして感覚神経が接続するのかに焦点を絞り、研究を進める。発生生物学器官培養用のインキュベーターと試薬・試料保存用の冷凍庫の購入を検討していたが、近隣の研究室で不要になったものを譲渡されたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額が生じた理由は、平成27年度(計画1年目)に購入を予定していた大型機器を譲渡により入手できたため、予定よりも支出額が減少したことによる。平成28年度(計画2年目)は、研究の質と量の向上を目的として物品費に重点的に充てたため、次年度使用額は計画1年目終了時より減少した。
細菌性毒素による炎症反応の機序の研究

〔研究実績の概要〕敗血症時に細菌により放出されるエンドトキシン(LPS)などの細菌性毒素はサイトカイン、一酸化窒素(NO)などのケミカルメディエーター産生を亢進し、エンドトキシンショックの誘因となると考えられている。我々はLPSによる皮膚血管透過性亢進はサイトカイン、NO、プロスタグランジンを介して生じることを明らかにした。心拍数や血圧に影響を与えない少量のLPS前投与により、LPSによる皮膚血管透過性亢進が抑制され(同分子種間トレランス)、この時LPS以外の炎症メディエーター(5-HT、PAF、サブスタンスP、ヒスタミン)による皮膚血管透過性も抑制される(異分子種間トレランス)ことを発見した。エンドトキシンによる血管透過性の亢進は、エンドトキシンショックの原因のひとつと考えられているが、皮膚血管透過性亢進作用に関するトレランスの研究はまだ報告されていない。本研究は、この血管透過性におけるエンドトキシントレランスの性質をより明らかにすることを目的に、トレランス成立時に関与するメディエーターとの関連に焦点をしぼり研究した。1.成績1)少量のLPSをマウスの腹腔内に1回投与し、一定時間後にLPSまたは炎症メディエーターによる血管透過性亢進作用をポンタミンスカイブルーによる色素漏出法により調べた。LPS前処置後LPSによる血管透過性亢進が抑制されトレランスがみられ、このトレランスは一過性で、LPS前処置2時間以後24時間までみられるが2日後には消失した。この時LPS以外の炎症メディエーターによる血管透過性亢進も抑制された。2)トレランスと副腎皮質ホルモン、サイトカインおよびNOLPS前処置後、血清コルチコステロン値はLPSの投与量に依存して増加した。副腎摘除動物ではLPSトレランスは消失した。LPS作用の一部は、サイトカイン分泌を介するといわれている。TNF-αやIL-1α前処置によりLPSによるトレランスが生じた。NO合成酵素阻害薬(L-NAME)の前処置により、LPSトレランスは抑制されたが、トレランス成立後にL-NAMEを投与しても、LPSトレランスは消失しなかった。iNOS欠損マウスでは、LPS前処置後のLPSトレランスを生じなかった。2.結語LPS少量前処置によってLPSによる皮膚血管透過性亢進作用についても、一過性のトレランスを生じることが明らかとなった。さらにLPS前処置により、LPS以外の炎症メデイエーターに対するトレランスも生じた。LPSトレランス発現には副腎皮質ホルモン、サイトカイン(TNF-α、IL-1α)、NOが関与することが明らかとなった。しかし、副腎皮質ホルモン、サイトカイン、NOの相互の関係は不明であるので今後はそれらの関連性を明らかにし、トレランスを成立させる安全な物質が発見できれば、重症敗血症の危険性がある患者に予防的に応用できる薬物としての可能性が生じると考えられる。

しかし、副腎皮質ホルモン、サイトカイン、NOの相互の関係は不明であるので今後はそれらの関連性を明らかにし、トレランスを成立させる安全な物質が発見できれば、重症敗血症の危険性がある患者に予防的に応用できる薬物としての可能性が生じると考えられる。エンドトキシン(LPS、グラム陰性菌由来)は種々のメディエーターを産生・遊離し、発熱、炎症さらに敗血症性ショックの原因となる。エンドトキシンショックの原因のひとつに血管透過性の亢進が考えられている。我々は既に、LPSによる血管透過性亢進は、LPSにより誘導されるサイトカイン〔腫瘍壊死因子(TNF-α)、インターロイキン(IL)-1α〕、誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)により産生される一酸化窒素(NO)やシクロオキシゲナーゼ(COX)により産生されるプロスタグランジンを介する作用であることを明らかにした。また、心拍数や血圧に影響を与えない程度の少量のLPSの全身的前投与により、LPSおよびLPS以外の炎症メディエーター(セロトニン、血小板活性化因子、サブスタンスP、ヒスタミン)による血管透過性亢進が抑制される(トレランス)ことを見出した。グラム陽性菌毒素のリポタイコ酸(LTA)も、LPSと極めて類似した病態を生じるが、生体におけるLTAの作用機序に関してほとんど報告がない。そこで、LTAによる血管透過性亢進のメカニズムがLPSとどう異るかを研究するため、(1)LTAによる炎症反応にNO、プロスタグランジン、サイトカインがどのように関与するか、(2)LPSトレランスでは、LTAによる血管透過性が抑制されるかどうかを調べ、敗血症性ショックにおけるLPS、LTAの役割を推測する基礎研究を試みた。1.成績1)マウスの背部皮下にLPS、LTAを投与し、投与部位における血管透過性亢進作用を、ポンタミンスカイブルーを用いた色素漏出法により調べた。LTA投与による作用の出現は、LPSの場合と同様に遅効性で、投与2時間後より著しく色素漏出量が増加し、その増加は容量依存性であった。2)LTAによる色素漏出量増加は、COX阻害薬のインドメタシンで抑制されたが、NOS阻害薬のL-ニトロアルギニンメチルエステルやアミノグアニジン(iNOS選択的)、また、抗TNF-α抗体や抗IL-1α抗体で抑制されなかった。3)LPS前投与によりLTAによる血管透過性トレランスは生じなかった。2.結論LPSによる血管透過性亢進には、NO、プロスタグランジン、サイトカイン(TNF-α、IL-1α)が関与するが、LTAの作用はプロスタグランジンを介するがNOやサイトカインは関与せず、LPSの作用機序とは全く同じではないことが示唆された。〔研究実績の概要〕敗血症時に細菌により放出されるエンドトキシン(LPS)などの細菌性毒素はサイトカイン、一酸化窒素(NO)などのケミカルメディエーター産生を亢進し、エンドトキシンショックの誘因となると考えられている。我々はLPSによる皮膚血管透過性亢進はサイトカイン、NO、プロスタグランジンを介して生じることを明らかにした。
環境制御型電子顕微鏡下でのバイオナノツールに関する研究

本研究では,環境制御型電子顕微鏡下でのナノマニピュレーションシステムに基づいて,ナノツールを単一細胞に対してバイオ応用するための各種技術課題について検討してきた.本年度は,昨年度より構築してきた環境制御型電子顕微鏡ナノマニピュレータに基づいて,バイオナノツールを利用し,単一細胞の局所的な硬さを計測するための技術について検討した.イースト菌やビブリオ菌などの生体試料を環境制御型電子顕微鏡に導入し,高真空モードと環境制御モードでの菌体の状態を比較した.イースト菌は,高真空モードでは多くの細胞が変形し凹んでいるが,環境制御モードでは多くの細胞が球形の通常の形状を保っていることを確認した.さらに,両観察モードに導入したイースト菌を,導入後,再度プレート培養させた結果,高真空モードに導入した場合と比較すると,環境制御モードでは観察前の通常の培養状態とほぼ同等の多くの細胞コロニーを形成していることを確認した.以上により,環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータへの細胞導入の可能性と有効性について検討した.また,環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータに原子間力顕微鏡用カンチレバーを取り付け,単一細胞の任意の位置に応力を印加したときの細胞の変形量を画像計測し,局所的な硬さ情報を計測した.細胞に印加した力は,カンチレバーの変形量を画像計測することにより算出した.高真空モードや環境制御モードといった圧力条件,増殖段階や細胞のサイズといった培養条件を変化させたときの硬さ特性を比較評価した.この結果,高真空モードや環境制御モードでは,細胞の硬さに明確な違いが得られた.また,各増殖段階に応じて,カンチレバーが細胞を貫通するための貫通力が増加していくことが明らかとなった.以上により,環境制御型電子顕微鏡ナノマニピュレータによる単一細胞の局所的な硬さ計測を行い,その有効性を確認した.(791字)細胞-個体周辺の極微小空間での環境を制御・計測するために,分子レベルでの加工・計測技術に基づいたマイクロ・ナノツールの創製が求められている.本研究では,本申請者らがこれまで構築してきた走査型・透過型電子顕微鏡下でのハイブリッド・ナノマニピュレーションシステムに加えて,環境制御型電子顕微鏡(ESEM : Environmental-Scanning Electron Microscope)下でのナノマニピュレーションシステムを構築し,これに基づいたナノツールのバイオ応用について検討を行っている.これにより,バイオ応用を目指した新規ナノツールを作製し,各種応用課題について検討することを目的としている.本年度は,これまで本申請者らが構築してきた走査型・透過型電子顕微鏡下でのハイブリッド・ナノマニピュレーションシステムに加えて,環境制御型電子顕微鏡用マニピュレータを設計・製作した.基本的な設計はこれまで本申請者らが構築してきた走査型電子顕微鏡下でのマニピュレータに基づき,多自由度・多プローブ型ナノマニピュレータを構築し,合計3ユニット,回転自由度を有した合計7自由度のナノマニピュレーションシステムを構築した.また,環境制御型電子顕微鏡に水分を含んだ状態の生物試料として,大腸菌,ビブリオ菌,イースト菌などを導入し,高真空モードやESEMモードと呼ばれる圧力,温度条件を制御することによる含水状態での形体観察を行い,環境制御型電子顕微鏡による生物試料観察の有効性について検討した.また,カーボンナノチューブを用いたナノツールとして,カーボンナノチューブプローブを作製し,この機械的な特性を評価すると共に,カーボンナノチューブと基板間の固定手法として,低融点金属微粒子を応用した手法を提案し,有効性について検討した.本研究では,環境制御型電子顕微鏡下でのナノマニピュレーションシステムに基づいて,ナノツールを単一細胞に対してバイオ応用するための各種技術課題について検討してきた.本年度は,昨年度より構築してきた環境制御型電子顕微鏡ナノマニピュレータに基づいて,バイオナノツールを利用し,単一細胞の局所的な硬さを計測するための技術について検討した.イースト菌やビブリオ菌などの生体試料を環境制御型電子顕微鏡に導入し,高真空モードと環境制御モードでの菌体の状態を比較した.イースト菌は,高真空モードでは多くの細胞が変形し凹んでいるが,環境制御モードでは多くの細胞が球形の通常の形状を保っていることを確認した.さらに,両観察モードに導入したイースト菌を,導入後,再度プレート培養させた結果,高真空モードに導入した場合と比較すると,環境制御モードでは観察前の通常の培養状態とほぼ同等の多くの細胞コロニーを形成していることを確認した.以上により,環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータへの細胞導入の可能性と有効性について検討した.また,環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータに原子間力顕微鏡用カンチレバーを取り付け,単一細胞の任意の位置に応力を印加したときの細胞の変形量を画像計測し,局所的な硬さ情報を計測した.細胞に印加した力は,カンチレバーの変形量を画像計測することにより算出した.高真空モードや環境制御モードといった圧力条件,増殖段階や細胞のサイズといった培養条件を変化させたときの硬さ特性を比較評価した.この結果,高真空モードや環境制御モードでは,細胞の硬さに明確な違いが得られた.また,各増殖段階に応じて,カンチレバーが細胞を貫通するための貫通力が増加していくことが明らかとなった.以上により,環境制御型電子顕微鏡ナノマニピュレータによる単一細胞の局所的な硬さ計測を行い,その有効性を確認した.(791字)
高赤方偏移宇宙の大規模構造を用いた宇宙論

高赤方偏移宇宙の大規模構造からいかにダークエネルギーをはじめとする宇宙論的な情報を得るかについて、解析的な方法と数値的な方法の両面から詳細に研究した。とくにバリオン音響振動を用いてダークエネルギーの制限を得るために必要な理論的に強力な手法を開発した。そして実際のSDSSデータを解析した。さらに、宇宙初期状態を探るために重要な、ゆらぎの非ガウス性に関する情報を得るため、必要な理論的手法を確立した。その手法を用いて、宇宙マイクロ波背景放射温度ゆらぎのデータを解析した。今年度は宇宙の解析に対する基礎的な研究をいくつか異なる観点から行った。まず、宇宙の初の状態を調べるのに重要な宇宙背景放射ゆらぎに対し、斬新な解析法であるミンコフスキー汎関数について研究した。これにより宇宙初期にあったとされるインフレーション理論などを、ゆらぎの非ガウス性という観点からどのように調べることが可能なのかを明らかにした。次に、宇宙の大規模な銀河分布から宇宙の性質を調べる方法論を研究した。これまでに使われていたカウントイセセル法を拡張し、宇宙論パラメータを決定するのに最適となるようなカーネルを選ぶ可能性を探った。この結果、エバネチニコフカーネルと呼ばれるカーネルを用いれば、これまでの一様カーネルを用いるよりも有利であることを明らかにした。次に、宇宙論をはじめとするゆらぎの場の解析において重要なフーリエ解析についての基礎的な研究を行った。フーリエ解析の統計的性質はガウス場についてはほぼ完全に解明されているといってもよいが、非ガウス場についての解明は依然ほとんど進んでいなかった。これについて新しく系統的な方法を考案し、大きな進展を得た。その結果、宇宙論などで有用な一様なゆらぎのランダム場に関する一般的な定理をいくつも発見した。さらに具体的な統計的性質を明らかにするなど、これまでまったく知られていなかった事実を多数明らかにした。いくつかの非ガウス場の例についで数値実験を行い、これらの解析的な結果を確かめた。これにより今後の宇宙論でもさらに重要な役割を果たすフーリエ解析の可能性を大きく広げた。本年度の業績は、フーリエ解析の一般論、スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)の2度のデータリリース、および宇宙論的摂動論の新しい定式化とその応用についての研究である。まず、フーリエ解析の一般論については前年度までに行った研究で、非ガウス場のフーリエ係数の統計的ふるまいについてこれまでなぞとされていた問題のいくつかを初めて解明することに成功し、まとまった論文として出版した。SDSSのデータリリースについては、これまでに行ってきた国際共同研究の成果として、史上最大の銀河サーベイのデータを一般に公開しているが、その5度目と6度目になる公開を行った。最後に、本年度最大の業績としては、新しい定式化に基づく宇宙論的摂動法の展開である。これまでの標準的な宇宙論的摂動法では、大スケールの非線形成長が精度よく記述できないこと、観測に対応する赤方偏移空間において信頼できる予言をできないこと、さらには小スケールに好ましくない振舞いをもち、パワースペクトルから相関関数を計算できないこと、などさまざまな欠点がしられている。そこでラグランジュ的な流体記述に基づいた定式化から出発し、上のような欠点を克服する定式化を新しく発見した。この結果、初期宇宙のバリオン音響振動に起源をもつ宇宙大規模構造の特徴を用いて宇宙のダークエネルギーを制限する方法に特に有用な解析的方法を提供できることを明らかにした。とくに赤方偏移空間における理論的予言としては、ほかの方法では提供できない唯一の方法となる独自性の高いものである。本年度の業績は、スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)の2度にわたるデータリリース、そのデータを用いた銀河クラスタリングの解析、宇宙のバリオン音響振動に対する数値シミュレーションの解析、宇宙背景放射ゆらぎのWMAPデータを用いた非ガウス性の解析、宇宙論的な非線形摂動論におけるバイアスと赤方偏移変形の取扱いに対する新しい理論の提案と定式化、銀河分布の非線形パワースペクトルにおける原始非ガウス性の影響の摂動的理論計算、バリオン音響振動の非線形成長に関する数値シミュレーションと理論モデルの比較、などである。中でも、高赤方偏移宇宙の大規模構造を用いた宇宙論に対する本質的に新しい理論的手法を提案した。この業績はダークエネルギーの制限を行う観測に対して重要な手法を与えることが期待でき、他の研究グループによってもすでにこの理論が使われた。今後の構造形成解析の分野にさらに大きな影響を及ぼすことが期待される。他にも、宇宙背景放射のゆらぎのデータから原始非ガウス性を制限するのに、Minkowski Functionalを用いた解析的手法を初めて用いて実際のデータ解析を行った。非ガウス性の観点は、銀河のパワースペクトルの非線形成長の面からも解析的に調べて、この分野に新しい知見をもたらした。大規模構造の非線形成長については数値シミュレーションの手法も活用し、強非線形領域のふるまいを明らかにした。
メカニカルストレスと骨芽細胞・骨芽様細胞を用いた骨形成・骨再生の総合的基礎研究

1.ヒド骨芽細胞に対するCTS負荷による骨代謝調節因子産生の影響の解析2.ヒト骨芽細胞に対するCTS負荷によるシグナル伝達経路の解析3.CTS負荷された、当大学樹立マウス骨腫瘍由来細胞株NHOSの解析動物実験施設内で害虫が広範囲で発生し、駆除のため施設の閉鎖の時期が長く実験できなかった。4.CTS負荷による骨芽細胞とRas遺伝子関与OPG産生は、骨芽細胞を継代し続けると産生能は亢進するが、CTS負荷したするとOPGは第一継代ではCTS負荷により誘導されるが、第三継代ではOPG産生が抑制される。sRANKL産生では第一第三継代では有意差は認められなかったが、RANKL mRNAの発現では、第一継代では、CTS負荷でRANKL発現が抑制され、第三継代では、RANKL発現が増強された。OPN、Cox-2 mRNA、NO産生は、継代にかかわらずCTS負荷で産生・発現は誘導された。MAPK解析では、第一継代で、CTS負荷後15分でD38MAPK活性化、ERKl/2は不活化し、第三継代ではP38MAPK活性化、ERK1/2の不活性化した。5.結論この2年の本研究は、ヒト骨芽細胞の解析に集中することで大きな発見があり、今後の研究に更なる飛躍が期待できるものとなった。今年度は、周期的伸展刺激負荷を行った際の骨芽細胞の活性化因子と細胞内のシグナル伝達経路の解析を重点的に行った。周期的伸展刺激による骨芽細胞から産生されるOPG、RANKL産生の解析伸展刺激によりNOやCox-2の産生は認められたが、Cox-2産生阻害剤(Celcoxib)やNO合成酵素抑制剤(L-NMMA)の影響は無かった。このことからOPG、RANKLの産生にはNOやCox-2は影響ないと思われる。周期的伸展刺激による骨芽細胞から産生される基質、骨代謝調節因子産生の解析今年度は、周期的伸展刺激負荷の影響のある骨代謝因子としてCox-2、オステオポンチン(OPN)、TACEについて解析したところ、OPNが周期的伸展負荷により産生を増大することがELISA法やreal-time RT-PCR法によりタンパクとmRNAのレベルで増大することが見出された。伸展刺激誘導性OPNの産生には、Celcoxibを前処理しても産生抑制の影響はほとんど見られなかったが、L-NMMAの前処理はOPN産生に抑制した。しかし、一酸化窒素誘導剤刺激で静止した骨芽細胞を刺激したが、産生増強は認められなかった。このことから、一酸化窒素が、骨形成に関与していることは考えられるが、NOの直接的に関与しているかどうかは疑問である。その他の骨代謝因子、シグナル伝達物質産生の解析その他の骨代謝因子(I型コラーゲン、骨形成因子ファミリー、マクロファージコロニー刺激因子、インターロイキン6、インスリン様成長因子、オステオカルシン)やp38MAPKの上流域(MKK3、MKK6)下流域(ASK1/2、TAK1、MTK1等)の活性化の解析はターゲットが多いことから、現在DNA tipを用いてmRNA発現レベルで総括的に解析中である。1.ヒト骨芽細胞に対するCTS負荷による骨代謝調節因子産生の影響及びシグナル伝達経路の解析2.当大学樹立マウス骨腫瘍由来細胞株NHOSの解析2年目で行う予定だったが、本学動物実験施設内で害虫が広範囲で発生し、駆除のため施設の閉鎖の時期が長く実験できなかった。3.CTS負荷による骨芽細胞とRas遺伝子関与OPG産生の継代による影響について、正常ヒト骨芽細胞は5-6継代可能である。OPG産生は、継代し続けると産生能は亢進する。しかしCTS負荷した骨芽細胞ではOPGは第一継代ではCTS負荷により誘導されるが、継代を重ねるに従って逆転し、第三継代ではOPG産生が抑制される。

RANKLについては、sRANKL産生では第一第三継代では有意差は認められなかったが、RANKL mRNAの発現では、第一継代細胞では、CTS負荷によりRANKL発現が抑制されるが、第三継代細胞では、RANKL発現が増強された。さらに、メカニカルストレスで産生・発現が誘導されるオステオポンチン(OPN)のタンパク・mRAN、Cox-2 mRNA、一酸化窒素(NO)産生については、継代にかかわらずCTS負荷により産生・発現は誘導された。MAPK解析では、第一第三継代でCTS負荷後ウエスタンブロッテイング法では、第一継代では、CTS負荷後15分でp38MAPK活性化、ERK1/2は不活化し、第三継代ではp38MAPK活性化、ERK1/2の不活性化した。つまり、第一継代はCTS負荷によって活性化しないが、第3継代細胞ではCTS負荷によりERK1/2が活性化することを見出した。
チベット高原がアジアにおける気候形成に及ぼす影響

チベット高原による大気の加熱はアジアの気候形成において主導的な役割を果たしている.本研究課題の昨年度の研究により,春季のチベット高原加熱が,(1)インド北部におけるモンスーンのオンセットを遅らせていること,(2)中国北部で夏に降水を抑制し特徴的な乾燥気候の形成の原因となっていること,などが分かった.本年度は,チベット高原上の対流活動に着目した研究を行った.春季のチベット高原上の対流活動は強い日周期性を持つことがごく最近になって分かっており,水蒸気の凝結による加熱が大気加熱に大きく貢献していると考えられる.まず,東大気候システム研究センターと地球環境フロンティア研究センターを中心に開発が行われている全球雲解像モデル(NICAM)を用い,チベット高原上の対流活動の日変化について調べた.従来の全球モデルでは,水平解像度が低いためにチベット高原は滑らかな山岳として表現されているか,高原の形状は把握できたとしても,高原内部の凹凸は表現できていなかった,NICAMでは,春季の高原上にみられる対流活動の日変化を非常によく再現していた.この日変化のシグナルは総観規模擾乱の通過と共に東進し,高原外部にも影響を及ぼすことが示唆された,メソスケールモデルを用いた研究では,モデルの水平解像度が上がるほど,人工衛星で観測される対流活動に近い特徴を示すことが明らかとなった.雲システム解像スケールの空間分解能を持つ数値モデルで1ケ月程度の数値積分を行い,モデルの水平解像度がメソスケールの降水システムの再現性に与える影響を調べたのは,この研究がはじめてである.中国北部の対流活動についても人工衛星データを用いて解析を行った.その結果,黄河流域の土地利用,とりわけ灌概農業に対応して,特徴的な雲の分布パターンが見られることを世界で初めて示した.この結果は,人類による土地被覆の改変が,地域の気候を変化させていることを指摘した重要な結果である.チベット高原による大気加熱の結果生じた北東アジアの乾燥地域を対象として,地球温暖化や植生分布の人為的改変による気温や降水の変化量について,領域気候モデルを用いた実験により定量的に評価した.さらにこの地域において,様々なスケールの山岳や地表面の不均一性に起因して発生する対流システムの特徴について,人工衛星による観測から調べた.低緯度アジア地域の降水についても,チベット高原による影響という視点から調べた.実験は各月ごとに循環場を単純化し,これを領域モデルの境界値として使用する.チベット高原による大気の加熱を理想化してモデルに与え,それぞれの月における大気の応答を調べた.その結果,45月には南アジア地域で対流圏中層に沈降流が卓越し,対流システムの発達を抑制していることが示唆された.67月にかけてインドモンスーンの急激なオンセットに対応する降水がインド北西部へと広がっていくことが知られている.簡単化したモデルによる計算の結果,67月にはチベット高原の大気加熱の結果として生じる沈降流は南アジアから消滅することが示され,観測による降水量の増加や上昇流の強化とよく一致していることが分かった.これらの数値実験の結果から,インドモンスーンの季節進行とチベット高原の大気加熱が密接に関連していることが指摘された.春のチベット高原は,対流活動の日変化が非常に活発であるにもかかわらず,これまでに十分な研究がなされていない.本研究では,地球環境フロンティア研究センターを中心に開発が行われている全球雲解像モデル(NICAM)を用い,チベット高原上の対流活動の日変化やそれ自身がアジアにおける降水の季節進行とどのように関連しているかを調べる.本年度はNICAMによるチベット高原上の対流活動の日変化について衛星観測との比較を行い,日変化の位相がおおむね再現されていることを確認した.チベット高原による大気の加熱はアジアの気候形成において主導的な役割を果たしている.本研究課題の昨年度の研究により,春季のチベット高原加熱が,(1)インド北部におけるモンスーンのオンセットを遅らせていること,(2)中国北部で夏に降水を抑制し特徴的な乾燥気候の形成の原因となっていること,などが分かった.本年度は,チベット高原上の対流活動に着目した研究を行った.春季のチベット高原上の対流活動は強い日周期性を持つことがごく最近になって分かっており,水蒸気の凝結による加熱が大気加熱に大きく貢献していると考えられる.まず,東大気候システム研究センターと地球環境フロンティア研究センターを中心に開発が行われている全球雲解像モデル(NICAM)を用い,チベット高原上の対流活動の日変化について調べた.従来の全球モデルでは,水平解像度が低いためにチベット高原は滑らかな山岳として表現されているか,高原の形状は把握できたとしても,高原内部の凹凸は表現できていなかった,NICAMでは,春季の高原上にみられる対流活動の日変化を非常によく再現していた.この日変化のシグナルは総観規模擾乱の通過と共に東進し,高原外部にも影響を及ぼすことが示唆された,メソスケールモデルを用いた研究では,モデルの水平解像度が上がるほど,人工衛星で観測される対流活動に近い特徴を示すことが明らかとなった.雲システム解像スケールの空間分解能を持つ数値モデルで1ケ月程度の数値積分を行い,モデルの水平解像度がメソスケールの降水システムの再現性に与える影響を調べたのは,この研究がはじめてである.中国北部の対流活動についても人工衛星データを用いて解析を行った.その結果,黄河流域の土地利用,とりわけ灌概農業に対応して,特徴的な雲の分布パターンが見られることを世界で初めて示した.この結果は,人類による土地被覆の改変が,地域の気候を変化させていることを指摘した重要な結果である.
1910年代の帝政ロシア映画―エフゲーニ・バウエルを中心に―

今年度は、博士学位請求論文の進行に重点を置き、執筆完成に向けて学会・シンポジウムにおける発表や論文投稿を積極的に行った。報告者の研究の目的は、E・バウエルと比較しながら、1910年代の日本およびヨーロッパの比較映画形式史を記述することである。従来の無声映画研究では、1900年代草創期の初期映画と1920年代以降のアヴァンギャルド芸術と結びついた映画の研究が多く、その間の10年間は散発的な研究にとどまっている。報告者は、スタイル、ナラティヴ、アクティングなどの面から、映画が隣接する他芸術との関わりを通して独自の芸術形式を獲得していく過程を調査した。今年度は、ボローニャ復元映画祭に参加し、初期無声映画を調査した。本映画祭は復元されたばかりの無声映画を数多く上映し、かつ世界中の研究者と交流できる貴重な機会である。また、フランクフルトで開催された学会に参加した。本学会は、無声映画期を代表し、かつ世界最初のスター女優であるアスタ・ニールセンの国際的な受容と配給をテーマに据えたもので、報告者は日本におけるアスタ・ニールセンの受容について発表した。本学会への参加に伴い、今年度はドイツの1910年代の映画、とりわけ作家映画と呼ばれるジャンルの調査を行い、博論の一章を仕上げた。その後、国内の美学会にて、これまでに調査した1910年代のドイツ映画について成果を発表した。さらに、早稲田大学演劇博物館GCOE企画の国際研究集会において、1910年代のイタリアにおけるディーヴァ女優の演技形式について研究発表を行った。以上の成果をもとに論文を執筆し、博士学位請求論文を完成させ、年度内に提出した。各国映画史の比較研究を通じて、映画におけるインターナショナリティとナショナリティという観点を加えることができ、新たな映画史の構築が期待される。まず、年度内に博士学位請求論文を早稲田大学に提出できたことは大きい。2012年6月には博士学位が取得できる予定である。また、フランクフルトで行われたアスタ・ニールセン国際会議における自身の研究発表は、トリアー大学共催の初期映画雑誌「KINtop」の次号は本会議報告集として、2012年の第12回ドミトール会議開催に合わせて出版される予定である。第一次世界大戦の機に乗じて古典的映画形式を世界に席巻させていったアメリカ本国においても、その形式に染まらなかった監督や、ヨーロッパ映画の影響を受けた演出形式を分析することが1910年代映画形式をより複眼的に見るためにきわめて重要である。1910年代はグリフィスやデミル、シュトロハイムといった巨匠監督のみが注目されがちであるが、ウィリアム・ウォーシントン、ロイス・ウェーバー、モーリス・トゥルヌールなど、ドミナントな形式に必ずしも追随していない監督たちがいた。彼らはその重要性を認められながらも十分に検証されて来なかった映画監督たちであり、今後、1910年代の映画形式の一流派として研究されてしかるべきである。二〇一〇年六月二四日から二六日まで開催された学会「Women and the Silent Screen VI」に参加し、一九一〇年代の無声映画における女優をめぐる比較演技研究の成果を発表した。本発表は各国の研究者から高く評価され、英文による学会報告集の一部として出版される予定である。また、本発表をもとにした論文は今年度の『早稲田大学文学研究科紀要』に掲載された。従来の映画研究ではスターをめぐる研究はなされているが、演技をめぐる研究は充分とは言えない。映画形式を決定づけるとも言えるスター女優の演技の研究は今後も重要性を増すと考えられる。この学会はボローニャ復元映画祭のプレイベントであり、申請者は学会発表に引き続き映画祭に参加し、同時代の無声映画を調査し、その後、アーカイヴや図書館で資料を収集した。下半期では、映画におけるセノグラフィーをめぐって、帝政ロシア映画を中心とする一九一〇年代の映画形式に関する研究を進めた。その成果は二〇一一年一月一七日から一九日まで早稲田大学で開催されたグローバルCOE主催の国際シンポジウム「映画と演劇におけるピクチャレスク」で「エヴゲーニイ・バウエルにおけるセノグラフィー」と題して発表を行った。本研究は、セノグラフィーという観点から、ルネサンス期の遠近法という古典的な美学を無声映画おいて復権させたバウエル作品を検証し、バウエルの特殊な形式を明るみに出した。海外からの招聘された講師に向けて、日本におけるバウエル研究をアピールすることができた。本発表はバウエルをめぐる単著『エヴゲーニイ・バウエルの美学』(仮題)の中心となる議論であり、発表に基づく論文も執筆中である。主要な研究経費はイタリアでの学会発表、映画祭参加、アーカイヴ・図書館調査、研究図書の購入に充てられた。

本映画祭は復元されたばかりの無声映画を数多く上映し、かつ世界中の研究者と交流できる貴重な機会である。また、フランクフルトで開催された学会に参加した。本学会は、無声映画期を代表し、かつ世界最初のスター女優であるアスタ・ニールセンの国際的な受容と配給をテーマに据えたもので、報告者は日本におけるアスタ・ニールセンの受容について発表した。本学会への参加に伴い、今年度はドイツの1910年代の映画、とりわけ作家映画と呼ばれるジャンルの調査を行い、博論の一章を仕上げた。その後、国内の美学会にて、これまでに調査した1910年代のドイツ映画について成果を発表した。さらに、早稲田大学演劇博物館GCOE企画の国際研究集会において、1910年代のイタリアにおけるディーヴァ女優の演技形式について研究発表を行った。以上の成果をもとに論文を執筆し、博士学位請求論文を完成させ、年度内に提出した。各国映画史の比較研究を通じて、映画におけるインターナショナリティとナショナリティという観点を加えることができ、新たな映画史の構築が期待される。まず、年度内に博士学位請求論文を早稲田大学に提出できたことは大きい。2012年6月には博士学位が取得できる予定である。また、フランクフルトで行われたアスタ・ニールセン国際会議における自身の研究発表は、トリアー大学共催の初期映画雑誌「KINtop」の次号は本会議報告集として、2012年の第12回ドミトール会議開催に合わせて出版される予定である。第一次世界大戦の機に乗じて古典的映画形式を世界に席巻させていったアメリカ本国においても、その形式に染まらなかった監督や、ヨーロッパ映画の影響を受けた演出形式を分析することが1910年代映画形式をより複眼的に見るためにきわめて重要である。1910年代はグリフィスやデミル、シュトロハイムといった巨匠監督のみが注目されがちであるが、ウィリアム・ウォーシントン、ロイス・ウェーバー、モーリス・トゥルヌールなど、ドミナントな形式に必ずしも追随していない監督たちがいた。彼らはその重要性を認められながらも十分に検証されて来なかった映画監督たちであり、今後、1910年代の映画形式の一流派として研究されてしかるべきである。
インソールへの３軸触覚センサチップ埋め込みによる足裏応力分布計測システム

まず、圧力400kPa、せん断応力80kPaの範囲でほぼ線形な出力が得られる厚さ2mmの薄型触覚センサが実現された。次に、踵・拇趾球・小趾球の3箇所の3軸応力データを50Hzの無線シリアル通信でリアルタイムに計測することができる足裏3軸応力分布計測システムが実現された。さらに、水平歩行と階段昇降の際の各測定点での3軸応力のピーク値や時間的推移、また足裏で生じる応力の空間的な推移の様子などが定量的なデータとして取得できた。これらの成果は、高齢者の転倒予防や歩き方の改善といった健康科学分野や、競技能力の向上やトレーニング・指導法の改善といったスポーツ科学分野への応用などが期待できる。本研究では、人が歩行・運動する際に足裏にかかる鉛直方向の圧力と前後・左右のせん断応力を分布情報としてリアルタイムに計測できるシステムの実現を目標とする。平成24年度はセンサ出力のデジタル化・無線化を進め、平成23年度に試作した薄型の触覚センサと組み合わせて計測システムを構築した。センサ厚さ2mm以下という特徴を活かすため、インソールの表面を少し削ってセンサを固定し、足裏とセンサが直接接触する構造とした。国内シューズメーカーに勤める研究協力者のアドバイスを受け、計測箇所は踵・拇趾球・小趾球の3箇所とした。センサからのびるフレキシブルケーブルはインソールの裏面に逃がし、靴側面に開けた穴からアンプ基板へと導いた。アンプ基板は靴の外側面に、マイコン基板とバッテリーは足首部にそれぞれ固定した。ブリッジとアンプ回路でセンサ出力を増幅した後、マイコンの10bitA/Dコンバータでデジタル化し、Bluetoothモジュールを介して無線でシリアル通信を行なった。サンプリング周期は50Hzとした。この計測システムを用いて、水平歩行や階段昇り降りなどの動作中の足裏3軸応力分布の時間変化を計測した。得られた結果から、踵・拇趾球・小趾球での各軸方向応力の値やピークの遷移状況などを定量的に評価できることがわかった。具体的には、水平歩行時の前後方向のせん断応力について、ピークの現れる順番は踵前方向、小趾球前方向、拇趾球前方向、踵後ろ方向と続き、最後に拇趾球と小趾球の後ろ方向が同時に現れることが明らかとなった。これまで不可能であったせん断応力の直接計測が可能となったため、本計測システムを用いてデータを蓄積し、成果の発表を行うと共に、健康科学やスポーツ科学分野への応用についても今後模索していく。平成23年度には適切な柔軟材料の探索とセンサの試作、並びに試作したセンサの特性評価を行ない、靴のインソールに埋め込むことができる薄型の触覚センサを実現した。平成24年度にはセンサ出力のデジタル化・無線化を行ない、薄型の触覚センサと組み合わせて目的とする計測システムを構築すると共に、これを用いることで運動中の足裏3軸応力分布の時間変化の計測が可能であることを確認した。最終年度となる平成25年度は、前年度までに試作した計測システムを用いて水平歩行や階段昇降などの歩行実験を行ない、データの蓄積を進めると共に、得られたデータをまとめて成果の発表を行なった。具体的な研究成果は以下が挙げられる。さらに、各種歩行実験を通じて各測定点での3軸応力のピーク値や時間的推移、また足裏で生じる応力の空間的な推移の様子などが定量的なデータとして取得できた。平成23年度は、靴のインソールに埋め込むことができる薄型の触覚センサを目標に、適切な柔軟材料の探索とセンサの試作、並びに試作したセンサの特性評価を行なった。柔軟材料の探索にあたっては、インソール面内での圧力分布の偏りや安全率を考慮して、センサが壊れない程度に適度な硬さを持つ材料を複数選択した。その後、これらの材料を用いて実際にセンサを埋め込み、硬化時の体積収縮や反応熱に起因する体積膨張によってカンチレバーの破断が生じない材料を一つ選定した。