hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
移植顎下腺の唾液分泌に対する神経機能の役割

我々は、イヌを用いて顎下腺の神経・血管柄付同種他家移植を行い、唾液瘻を作成し、唾液分泌量を測定した。安静時および味覚刺激時による唾液流出量を覚醒下にて測定すると、神経吻合を行ったものは行わなかったものと比較し、有意に唾液流出量が多かった。また、全身麻酔下、吻合部より中枢側の神経を電気刺激すると、唾液流出量が有意に増加した。これらの結果より、他家移植においても神経の移植は意義のあるものということが明らかとなった。顎下腺同種他家移植において、神経吻合を行ったもの及び行わなかったものを作成し、移植唾液腺を機能的・組織学的に比較検討した。評価方法として、(1)安静時の唾液分泌量の測定、(2)味覚刺激による唾液分泌量の測定、(3)神経刺激による唾液分泌量の測定、(4)唾液腺造影、(5)病理組織学的検索(HE染色、PAS染色、免疫染色)などを術後定期的におこなう予定であったが、現段階においては、モデルの作成および術後1ケ月目までの評価しか行えなかった。神経吻合をおこなったもの、おこなわなかったもの、いずれも移植は成功した。神経の吻合も可能であった。また安静時の唾液分泌量を測定するために、口腔外に唾液瘻を作成することも可能であった。また、両者ともにムスカリン作動薬(ピロカルピン)を用いなくても、唾液の分泌を認めることができ、口腔外の唾液瘻から意識下に微量の唾液分泌を認めることができた。その量は0.040.06m1/5minと、コントロール(非移植側の唾液腺)からの分泌量である1.91m1/5minと比較して微量であったが、今後、術後の神経再生が見込まれるまで長期観察を行えば、神経回復とともに分泌量が増加すると思われる。なお、現段階では移植神経の再生はまだなされていないと判断できることから、ほかの味覚刺激や電気刺激での分泌量の評価はおこなっていないが、今後長期観察を行い、安静時の分泌量が増加するころを目安に他の評価も行っていく予定である。腫瘍等で広範囲に欠損しても口腔機能を温存できるような再建法を確立しようとしたとき、自家移植では限界があり、同種他家移植を考慮する必要がある。しかしながら、再建後の口腔機能の回復を考えるとき、さらに神経の作用が重要になってくる。移植を行った組織においても神経による知覚・運動が可能になれば、術後のQOLも大きく変化するであろう。この可能性を検索するためには、顎顔面領域において神経支配の回復を客観的に観察できる組織が必要となるが、これには鼓索神経中の副交感神経に支配されている顎下腺が挙げられる。我々は、すでにイヌを用いて顎下腺の血管柄付同種他家移植を行い、生着することを確認した。また全身麻酔下、ムスカリン作動薬(ピロカルピン)にて刺激すると、移植顎下腺の唾液の流出量も非移植側と比較してほぼ変わりなく認められた。本研究では、さらに神経も同時に他家移植し、移植側および健側の顎下腺の導管を口腔外に露出、唾液瘻を作成し、唾液分泌量を測定した。摘出した移植唾液腺の病理組織像は、神経の移植を行わなかったものは脂肪化を起こしていたが、神経の移植を行ったものは、脂肪化や萎縮を起こしていなかった。

これらの結果より、他家移植においても神経の移植は意義のあるものということが明らかとなった。また、年齢差のある個体間の移植(2か月齢と5歳齢)も行い、現在長期観察中であるが、健常幼犬と健常老犬では唾液量に差があり、移植唾液腺でも差が出ることが期待される。
東北タイ農村において多発する疾患の疫学的調査研究

東北タイ農村地帯では、毒素原性大腸菌下痢症、各種原虫や寄生虫感染症、それらが原因と考えられる栄養障害、尿路結石症が多発しているため、この地域の経済発展や近代化にとって障害となっており、それらの原因の究明と対策(特に予防対策)は急務と考えられている。そのためにはこれら疾病の実体(感染率や罹患率、症状や治療法、現在とられている対策)やその原因(環境・水・食生活との関連、感染経路など)について明らかにする必要がある。ところが医療制度が充分でないことや、医学的にデータを記録し集約するシステムが不充分なために、それら疾病の実際の状況・全体像等がつかみきれていないのが実状である。当調査研究では上記3疾患についてその発生源・経路や環境要因、特に飲料水や生鮮食料品等を考慮した疫学的調査を行ない、これら疾患の発生機序を明らかにし、予防対策を立てるための資料を得ることを目的として調査を実施した。下痢班:アンケート調査によれば93%の住民が水がめに貯めた雨水を飲料水として使用し、その内の22%又は28%は飲料水として使用する前にろ過又は煮沸して使用していた。飲料水としての雨水の90%は大腸菌反応に陽性であり、また細菌学調査でも半数以上の水がめから大腸菌、コレラ菌及びシゲラ菌が検出された。さらに10才以下の子供84人中27人(32%)が腸内病原菌を保有していたが、中でもビブリオの感染率が最も高く続いてサルモネラであった。一方、下痢症の入院患者140人を調べたところ、36人から大腸菌13株、サルモネラ10株、ビブリオ10株が検出された。今回の調査でビブリオの新しい株、ビブリオコレラO139,シノニムであるベンガルコレラが検出されたのは意義深い。寄生虫班:住民の寄生虫疾患を調査するためにコンケン地区の東の2村、西の2村の住民(全住民1112名)の内772人の糞便調査が行われた。東の2つの村の1つNabgwaeng村では人口の52.2%にあたる97人の検便が行われ、40人(41.2%)が何らかの寄生虫に感染していた。中でもタイ肝吸虫の感染率(30.9%)が最も高く、続いて鉤虫、エキノストーマ、回虫であった。特にタイ肝虫においては同一家族内感染が目立っていた。もう一つの村Nongden村ではNongwaeng村よりも明らかに感染率が少なかったがNongden村同様にタイ肝吸虫の感染(7.4%)が最も多かった。一方、西のDondoo村では179人中40人(44.7%)が何らかの寄生虫に感染していたがタイ吸虫の感染率が34%と最も高い値を示した。治療9ヶ月後再び調査したところ、感染率は低かったものの治療前と同様肝吸虫保有者が最も多かった。またKhokklang村でも同様に再感染調査が行われたが、治療前と治療後においてタイ肝吸虫の感染率に差がみられた。有棘顎口虫の第2中間宿主である田ウナギにおける幼虫の感染率も調査されたが幼虫は検出されなかった。結石班:コンケン地区の農民367人(平均年齢40.3才、男女比2:1)を腹部超音波検診したところ、39人(10.6%)に異状がみられ、それらの内訳は腎結石31人(8.4%)、水腎症16人(4.4%)などであった。結石患者の尿と正常人の尿の生化学的成分を比較したところ両者に差はみられなかったが、結石症患者には低クエン酸塩尿の傾向がみられた。食品班:地方の伝統的食品の中の細菌を調査したところナムプラ(魚ソース)、カピペースト等の調味料から枯草菌が優位に検出された。またグラム陽性菌は通常の食品から検出された。食品中の有毒細菌の存在を明らかにすることはできなかったがエンテロトキシン産生菌、bacillus cereusの10株がカピ-ペイスト、ナムプラ、プラケムから検出された。

さらに10才以下の子供84人中27人(32%)が腸内病原菌を保有していたが、中でもビブリオの感染率が最も高く続いてサルモネラであった。一方、下痢症の入院患者140人を調べたところ、36人から大腸菌13株、サルモネラ10株、ビブリオ10株が検出された。今回の調査でビブリオの新しい株、ビブリオコレラO139,シノニムであるベンガルコレラが検出されたのは意義深い。寄生虫班:住民の寄生虫疾患を調査するためにコンケン地区の東の2村、西の2村の住民(全住民1112名)の内772人の糞便調査が行われた。東の2つの村の1つNabgwaeng村では人口の52.2%にあたる97人の検便が行われ、40人(41.2%)が何らかの寄生虫に感染していた。中でもタイ肝吸虫の感染率(30.9%)が最も高く、続いて鉤虫、エキノストーマ、回虫であった。特にタイ肝虫においては同一家族内感染が目立っていた。もう一つの村Nongden村ではNongwaeng村よりも明らかに感染率が少なかったがNongden村同様にタイ肝吸虫の感染(7.4%)が最も多かった。一方、西のDondoo村では179人中40人(44.7%)が何らかの寄生虫に感染していたがタイ吸虫の感染率が34%と最も高い値を示した。治療9ヶ月後再び調査したところ、感染率は低かったものの治療前と同様肝吸虫保有者が最も多かった。またKhokklang村でも同様に再感染調査が行われたが、治療前と治療後においてタイ肝吸虫の感染率に差がみられた。有棘顎口虫の第2中間宿主である田ウナギにおける幼虫の感染率も調査されたが幼虫は検出されなかった。結石班:コンケン地区の農民367人(平均年齢40.3才、男女比2:1)を腹部超音波検診したところ、39人(10.6%)に異状がみられ、それらの内訳は腎結石31人(8.4%)、水腎症16人(4.4%)などであった。結石患者の尿と正常人の尿の生化学的成分を比較したところ両者に差はみられなかったが、結石症患者には低クエン酸塩尿の傾向がみられた。食品班:地方の伝統的食品の中の細菌を調査したところナムプラ(魚ソース)、カピペースト等の調味料から枯草菌が優位に検出された。またグラム陽性菌は通常の食品から検出された。食品中の有毒細菌の存在を明らかにすることはできなかったがエンテロトキシン産生菌、bacillus cereusの10株がカピ-ペイスト、ナムプラ、プラケムから検出された。コンケン市を中心とした東北タイ農村部では毒素原性大腸菌下痢症、寄生虫症及び腎尿路結石症の多発が知られているがその実態ととられている対策には尚不明な点が多かった。今回我々はこれらの疾病とこれらいずれにも関係深い食品・水汚染を含めて4班を組織して調査に当った。本年は初年度でもあり、現地コンケン大学医学部共同研究者との連絡及び討議と調査地点の設定及びそこでの予備調査に主眼をおいた。細菌班では飲料水の調査を行ない、毒素原性大腸菌は発見されなかったものの、調査点の83%の常用飲料水から大腸菌が検出された。住民の便検査により56%の人から下痢起因菌を検出した(主な分離菌はエロモナス、サルモネラ、大腸菌、ビブリオ、ブドウ球菌)。今回の調査は雨期であったため、雨水利用率が高いが、乾期(35月)ではより地下水利用が多くなるので、乾期での調査が必要であるし、更に条件の異った複数の村落での調査が必要であろう。寄生虫班は2つの村を調査地に選び全住民の検便調査を実施し、タイ肝吸虫、エキノストーマ、鉤虫、回虫の虫卵を高率に検出した。2つの村の上記寄生虫感染率が大きく異なることから、その原因、感染源等の解明が今後の課題といえる。結石班はコンケン大学泌尿器科の患者調査を行ない、この地方に特徴的であった下部結石が減少し、徐々に上部結石が増えつつあることを明らかにした。
「ひらめき」の発生メカニズムの解明

私たちは試行錯誤学習と洞察学習という2種類の学習様式を有している。試行錯誤学習は、漸進的な学習であり、試行を繰り返すことで少しずつ達成されていく学習である。一方で、洞察学習は、瞬間的な学習であり、一般に「ひらめき」と呼ばれているものである。本研究では、ラットのひらめき様の学習である「洞察様学習」が観測可能であるノーズポーク試験系の構築にすでに成功している。この行動試験系は、洞察様学習だけでなく、試行錯誤学習を観測することもできるため、同一の試験系によるこれら2種類の学習様式間の直接比較を可能としている。そこで、実際に、これらの学習様式ごとに、異なる学習結果がみられるのか検証を行った。はじめに、学習成立までの速度を比較した。その結果、洞察様学習群および試行錯誤学習群の間において有意な差は認められなかった。次に、学習成立後の学習成績に着目した。学習成立後のセッション間における平均正解率を比較すると、洞察様学習群では試行錯誤学習群よりも有意に高い正解率を保持していた。さらに、学習成立後のセッションにおける正解率のばらつきを観察すると、洞察様学習群において、試行錯誤学習群と比較して、ばらつきが有意に小さいことが示された。したがって、洞察様学習では、試行錯誤学習と比較して、学習成立後の学習成績が高く、かつ安定していることが示唆された。さらに、他の行動上のパラメータとして、ノーズポークを行うまでの反応潜時とノーズポークを行った穴の偏りに関して解析を行った。まず、反応潜時は試行錯誤学習群において、洞察様学習群よりも高いことが示された。これに加え、ノーズポークを行う穴の偏りを解析した。その結果、試行錯誤学習群において、洞察様学習群と比較して、偏りが少ないことが分かった。したがって、試行錯誤学習では、洞察様学習と比べて、より探索的な行動戦略をとっていることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。試行錯誤学習は、漸進的な学習であり、試行を繰り返すことで少しずつ達成されていく学習である(Thorndike, 1898)。一方で、洞察学習は、瞬間的な学習であり、一般に「ひらめき」と呼ばれているものである(Kohler, 1925)。本研究では、この洞察学習に着目し、未だ明らかとされていない「洞察学習の発生メカニズム」の解明を最終的な目的として研究を行っている。本研究では、ラットのひらめき様の学習である「洞察様学習」を観測可能であるノーズポーク試験系を新規にデザインした。この行動試験系は、洞察様学習だけでなく、試行錯誤学習を観測することもできるため、これら2種類の学習様式の、同一の試験系による直接比較を可能としている。これを用いて、洞察様学習の発揮を担う脳領域の同定を試みた。はじめに、候補脳領域として、学習に重要である脳領域の1つである前帯状皮質(ACC)に着目した。それぞれの学習様式に対するACCの活動の必要性を検討するため、ACCの不活性化実験を行った。GABAA受容体作動薬であるムシモールを局所的に投与することで、ACCを特異的に不活性化し、ノーズポーク試験を行わせた。その結果、ACCの不活性化により、ラットの学習成立に遅延が発生した。さらに、学習様式ごとに解析を行った結果、洞察様学習を示した個体の割合は、ACCの不活性化により、減少することはなかったものの、その一方で、試行錯誤学習を示した個体の割合の選択的な減少が認められた。したがって、ACCは洞察様学習よりも、むしろ試行錯誤学習の発揮に重要な脳領域であることが明らかとなった。これらの結果から、洞察様学習および試行錯誤学習の発揮がそれぞれ異なる脳領域において担われている可能性が示唆された。ラットのひらめき様の学習である「洞察様学習」を観測可能であるノーズポーク試験系を新規に構築することに成功した。この行動試験系は、洞察様学習だけでなく、試行錯誤学習を観測することも可能である。したがって、これら2種類の学習様式の、同一の試験系による直接比較を初めて可能とした画期的な系である。さらに、ACCの不活性化実験により、洞察様学習および試行錯誤学習の発揮がそれぞれ異なる脳内システムにより担われている可能性が支持された点においても意義深い。

したがって、洞察様学習では、試行錯誤学習と比較して、学習成立後の学習成績が高く、かつ安定していることが示唆された。さらに、他の行動上のパラメータとして、ノーズポークを行うまでの反応潜時とノーズポークを行った穴の偏りに関して解析を行った。まず、反応潜時は試行錯誤学習群において、洞察様学習群よりも高いことが示された。これに加え、ノーズポークを行う穴の偏りを解析した。その結果、試行錯誤学習群において、洞察様学習群と比較して、偏りが少ないことが分かった。したがって、試行錯誤学習では、洞察様学習と比べて、より探索的な行動戦略をとっていることが示唆された。今後も引き続き、ムシモールによる不活性化実験の系を用いることで、高次機能の中枢である前頭前皮質における脳領域を中心に、具体的には、前辺縁皮質や眼窩前頭皮質を主要な候補部位として、洞察様学習の発揮に必要となる脳領域の同定を行っていく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
形式的検証とウェブオントロジーの融合による大規模情報システム設計支援

本研究の主な成果は,大規模情報システム開発における要件分析に用いられるワークフロー図を中心とした仕様書の作成・検証手法および支援ツールの研究開発である.特に,複数の設計者が共同して少しずつ作成および整合性の検証を行いながら,ワークフロー図の全体を矛盾なく作成することを可能にする手法であるインクリメンタルなワークフロー図の設計・検証手法の基礎理論を構築した.さらに,医療サービスのオントロジーを用いて,要件分析に必要な異なる種類の仕様書を互いに関連付けながら設計するためのフレームワークの研究開発を行った.本研究の主な成果は,大規模情報システム開発における要件分析に用いられるワークフロー図を中心とした仕様書の作成・検証手法および支援ツールの研究開発である.特に,複数の設計者が共同して少しずつ作成および整合性の検証を行いながら,ワークフロー図の全体を矛盾なく作成することを可能にする手法であるインクリメンタルなワークフロー図の設計・検証手法の基礎理論を構築した.さらに,医療サービスのオントロジーを用いて,要件分析に必要な異なる種類の仕様書を互いに関連付けながら設計するためのフレームワークの研究開発を行った.(課題20-1について)地域中核病院における医療情報システム導入のための要件分析プロセスのプロトタイプを考案した。その中で、医療サービスプロセスを業務フロー図上で記述するための、患者の動きに関するシンタックスおよびセマンティクスを提案した。これによって、医療サービス独特のプロセスを包括的に記述する方法が得られた。さらに、実際の大学病院における外来患者に対する一連の医療サービスを業務フロー図で記述し、実用性を確かめた。(課題20-2について)医療サービスに関連する諸概念をモデル化することによって、要件分析のためのオントロジーを構築する手法を考案した。さらに、要件分析オントロジーから医療情報システムの機能要件リストを自動生成するツールの開発にも着手した。このツールによって、機能要件を漏れなく書き下すことが可能となる。(課題20-3について)研究中の医療情報システム要件分析の記述内容と、実際の2つの中核病院での医療情報システム導入における発注・応札仕様書との比較を行った。その結果、実際の発注・応札仕様書は曖昧な点が多く含まれていることが明らかになった。上記の業務フロー図と医療オントロジーとの併用により、どのくらい曖昧な部分が明確になるかを確かめるために、実際の医療情報システム調達現場への導入を進めているところである。(その他について)業務フロー図の検証技術の研究を行った。特に、作業の差し戻しに関するデータの記述の略記を踏まえた検証技術と、業務フロー図をインクリメンタルに検証する技術の研究を行った。これらの技術をそれぞれ国際会議論文およびジャーナル論文という形で発表した。(課題1および4)医療オントロジーに基づく情報システムの要件分析手法,および,大規模情報システムの開発現場への適用について:宮崎大学医学部付属病院における薬剤部門システムの要件分析を医療サービスに関するオントロジーに基づいて行った.より具体的には,薬剤処方などの医療サービスに関する業務プロセス,ユースケース,データモデルを作成するための共通のオントロジーを作成し,そのオントロジーに基づいて要件分析のための各モデルを作成するツールを開発し,実際の開発現場に適用した.このツールによって,用語の揺れや曖昧さを解消しつつ実際の要件分析を完了させることに成功した.(課題2)目的に基づくサービスプロセスのモデル化手法について:薬剤処方のサービスプロセスを,薬剤などのアウトカムの作成という目的に合わせて自動生成するための手法を研究した.より具体的には,処方箋,服薬指導書,薬袋の構造からアウトカムを生成するまでのアクティビティの組み合わせを計算し,アウトカムの監査および差戻しを含む,サービスプロセスの生成手法を考案した.(課題3)大規模なサービスプロセスのモデル化手法について:H21年度の前半では,非循環なサービスプロセス(ワークフロー)におけるコントロールフローに関する整合性と,ワークフロー上の各アクティビティによって生成,利用,保管または破棄されるエビデンスのライフサイクルの整合性をインクリメンタルに検証するための基礎理論をまとめ,論文として発表した,後半においては,コントロールフローに関する整合性の定義を循環ワークフローに拡張するために,循環ワークフローを引き戻し付き業務フローと見なし,その正規形を定義し,正規な循環ワークフローにセマンティクスを与えた.そして,そのセマンティクスに基づいて循環ワークフローのコントロールフローに関する整合性を定義し,さらに,その整合性をインクリメンタルに検証するための基礎理論と方法論を構築した.形式的検証とwebオントロジーとの融合技術に基づく大規模情報システムの要件分析のための設計支援システムの研究開発について,以下の研究成果が得られた.ビジネスプロセスをモデリングするためのワークフローをインクリメンタルに設計・検証するための方法論に関して,従来の非循環ワークフローにおける一般正当性の概念を循環ワークフローに拡張した.このために,循環ワークフローにおけるループを差し戻しフローと通常のフローの組合せと見なし,ノーマルな差し戻し付きワークフローに対するセマンティクスを与えた.さらに,このセマンティクスに対応する全体正当性を定義し,与えられた差し戻し付きワークフローWが全体正当性を満たすことと,Wの通常の作業に関する部分と差し戻しに関する部分がそれぞれ非循環ワークフローとして従来の正当性を満たすことの同値性を証明した.さらに,この定理を基礎にして,従来の非循環ワークフローにおける一般正当性を,差し戻し付きワークフローにおける一般正当性として拡張することによって,差し戻しつきワークフローのインクリメンタルな設計・検証手法の基礎理論を構築した.形式的検証とwebオントロジーとの融合技術を応用して,検索者の目的や意図を記録しつつ,それらを推論して,検索者の目的や意図に合った検索結果を導くための基礎理論およびオントロジーを構築した.
メタボトロピックグルタミンレセプターに対する麻酔薬、アルコールの作用機序解明

麻酔薬やアルコールの作用の一つとして、記憶の抑制や健忘作用があることが知られているが、そのメカニズムは未だに解明されていない。最近、G蛋白結合受容体が中枢神経系において記憶に関与しているという報告がなされている。G蛋白結合受容体のなかでもメタボトロピックグルタミン受容体はムスカリン受容体と大きくその構造が異なり、麻酔薬やアルコールがこれら構造の異なるメタボトロピックグルタミン受容体にどのように作用するか関心がもたれている。一方、アフリカツメガエル卵母細胞発現系は中枢神経系のG蛋白結合受容体に対する薬剤の作用を検討する実験系として広く使用されている。今回の私の研究(Mol Pharmacol,53:148-156,1998)においては麻酔薬の記憶障害作用や健忘作用を詳しく探る目的で(1)アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、麻酔薬イソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールが2つのメタボトロピックグルタミン受容体のサブタイプ(mG1uR1,mG1uR5)にいかに作用するかを検討し、イソフルラン、ハロセン、エンフルラン、とアルコールはmG1uR5に対して抑制効果を持つが、mG1uR1に対しては影響がないこと、さらに(2)燐酸化酵素阻害薬を用いてこれらの抑制作用に細胞内燐酸化酵素がどのように関与しているかを検討した結果、Protein Kinase Cの選択的阻害薬GF109203Xはイソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールはmG1uR5に対する抑制効果を消失させた。更に、(3)燐酸化酸素と麻酔薬、アルコールの関係を明かにするためmG1uR5のProtein Kinase Cの燐酸化部位を他のアミノ酸に変えたMutant receptorをつくり、麻酔薬やアルコールの作用を調べた結果、Ser890をG1yに変換したものにはイソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールのみられなかった。これらの結果より麻酔薬やアルコールのメタボトロピックグルタミン受容体への抑制機序としてPotein KinaseCが関与していることを明かにした。現在、これらの結果をさらに他のG蛋白結合受容体や循環作動物質についても検討している。(Anesth Analg84:190-195,1997,J Parmacol Experi Thera,281:1136-1143,1997;Naunyn-Schmiedeberg's Arch Pharmacol,357:70-76,1998,Eur J Pharmacol Eur J PharmacolVol.339:237-244,1997)最近、メタボトロピックグルタミン受容体、セロトニン受容体、ムスカリン受容体といったG蛋白結合受容体が中枢神経系において記憶に関与しているという報告がなされ、麻酔薬やアルコールが、これら構造の異なるメタボトロピックグルタミン受容体にどのように作用するか関心がもたれている。今回の私の研究においては麻酔薬の記憶障害作用や健忘作用を詳しく探る目的で(1)アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、麻酔薬とアルコールが2つのメタボトロピックグルタミン受容体のサブタイプ(mGluR1,mGluR5)にいかに作用するかを検討する。現在まで麻酔薬(ハロセン)、アルコールがメタボトロピックグルタミン受容体のサブタイプmGluR5を抑制するがmGluR1に対しては影響がないという結果を得ている。さらに、燐酸化酵素阻害薬(GF109203X)を用いてこれらの抑制作用に細胞内燐酸化酵素がどのように関与しているか検討した結果、GF109203Xはこれらの麻酔薬、アルコールのサブタイプmGluR5の抑制効果を消失させた。今後はさらに、(3)燐酸化酵素と麻酔薬、アルコールの関係を明らかにするため、2つのサブタイプ(mGluR1,mGluR5)のProtein Kinase Cの燐酸化部位を他のアミノ酸に変えたMutant receptorをつくり、麻酔薬やアルコールの作用を調べる。これらの結果を踏まえて麻酔薬やアルコールのメタボトロピックグルタミン受容体への作用機序を明らかにしたいと考えている。今回の私の研究(Mol Pharmacol,53:148-156,1998)においては麻酔薬の記憶

障害作用や健忘作用を詳しく探る目的で(1)アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、麻酔薬イソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールが2つのメタボトロピックグルタミン受容体のサブタイプ(mG1uR1,mG1uR5)にいかに作用するかを検討し、イソフルラン、ハロセン、エンフルラン、とアルコールはmG1uR5に対して抑制効果を持つが、mG1uR1に対しては影響がないこと、さらに(2)燐酸化酵素阻害薬を用いてこれらの抑制作用に細胞内燐酸化酵素がどのように関与しているかを検討した結果、Protein Kinase Cの選択的阻害薬GF109203Xはイソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールはmG1uR5に対する抑制効果を消失させた。更に、(3)燐酸化酸素と麻酔薬、アルコールの関係を明かにするためmG1uR5のProtein Kinase Cの燐酸化部位を他のアミノ酸に変えたMutant receptorをつくり、麻酔薬やアルコールの作用を調べた結果、Ser890をG1yに変換したものにはイソフルラン、ハロセン、エンフルランとアルコールのみられなかった。これらの結果より麻酔薬やアルコールのメタボトロピックグルタミン受容体への抑制機序としてPotein KinaseCが関与していることを明かにした。現在、これらの結果をさらに他のG蛋白結合受容体や循環作動物質についても検討している。(Anesth Analg84:190-195,1997,J Parmacol Experi Thera,281:1136-1143,1997;Naunyn-Schmiedeberg's Arch Pharmacol,357:70-76,1998,Eur J Pharmacol Eur J PharmacolVol.339:237-244,1997)
神経炎症を画像化する次世代PETリガンドの開発及び既存リガンドとの比較

当研究所で開発した新規TSPOリガンド18F-FEBMPは高い脳移行性、ターゲットへの親和性を示し、霊長類マカクザルにおいて、その遅い脳内動態から、TSPOを鋭敏に検出することができなかったが、従来のリガンドである11C-PK11195、11C-Ac5216より高い感度でタウオパチーマウスモデル、キノリン酸傷害マーモセットモデルにおいて、活性化ミクログリアに発現誘導されたTSPOを検出できた。従って、齧歯類とマーモセットを用いる前臨床研究には18F-FEBMPが大きな威力を発揮できる。平成27年度において、以下の検討を行った1.ADのタウ病態モデルにおけるTSPO生体イメージング:研究代表者らが開発した新規リガンド18F-FEBMP及び第一世代TSPOリガンドの11C-PK11195及び第二世代TSPOリガンドの11C-Ac5216を用いて、9-12カ月齢のADのタウ病態モデルPS19におけるTSPOの発現誘導を調べた。その結果、病理変化が顕著に現れた個体において、18F-FEBMP、11C-PK11195、11C-Ac5216のいずれもミクログリアの活性化を検出することができたが、中程度の脳萎縮しかない個体について、18F-FEBMPを用いたPET撮影のみ、神経炎症の発生をとらえた。2.AD患者の死後脳組織を用いる検討:AD患者及び健常者の死後脳組織を用いて、研究代表者らが独自に開発した抗TSPO抗体を用いる免疫染色とWestern blotにより、実際のAD患者脳ではTSPO蛋白発現量がどの程度増えたかを調べた。また、同じ組織を用いて、TSPOリガンド18F-FEBMP、11C-PK11195を用いるオートラジオグラフィで、AD患者脳における各リガンドの結合がどの程度増えたかを調べた。その結果、AD患者群と健常者群の間に、11C-PK11195のin vitro結合が有意な差が検出されなかったのに対して、18F-FEBMPの結合はAD患者群において顕著に上昇した。また、TSPOの発現量を生化学的解析した結果、TSPOの発現量がAD患者脳で有意に上昇し、18F-FEBMP結合と正の相関しました。それに対して、TSPOの発現量が11C-PK11195との相関性が認められなかった。以上のことより、18F-FEBMPは現存TSPOリガンドに比べ、神経炎症への検出力が高いことが明らかになった。動物の飼育にトラブルがあり、当初の研究計画書に書かれたH27年度の項目(11C-PBR28, 11C-MBMPのPET撮影は終えなかった)を一部のみしか実施できなかったが、前倒しで実施したものもあり、信頼性のあるデータを取り終えたため1.マーモセット病態モデルにおけるTSPO生体イメージング:マーモセットの左線条体にキノリン酸を脳内注射し、キノリン酸傷害モデルを作成した後、新規リガンド18F-FEBMPを用いて、TSPOの発現誘導を調べた。その結果、キノリン酸の脳内注射2週間後、反対側に比べ、同側線条体に高い放射活性の集積が認められた。死後脳での解析では、同側線条体においてミクログリア及びアストロサイトの形態的活性化が観察された。これはPET画像で得られた結果と一致した。2.マカクザルにおけるTSPO生体イメージング:18F-FEBMPを用いて、正常マカクザル脳内TSPOの発現誘導を調べた。その結果、18F-FEBMPは90分の撮影時間内、脳内リガンドの濃度は上昇し続け、平衡に達したことがなかった。マカクザルにおけるリガンドの脳内カイネティクスはマウスやマーモセットでの脳内動態と大きく異なることが明らかになった。18F-FEBMPのヒト脳内動態を予測するために、既に臨床に使われている18F-DPA714のマカクザル脳内動態を調べた。その結果、18F-DPA714は18F-FEBMPより遙かに速くwashoutされたことが明らかになった。これまで、ヒトの種々TSPOリガンドの脳内動態はマカクザルとよく類似することを考慮すると、18F-FEBMPをそのまま臨床応用することが難しく、ヒトに使うにはリガンドの改良を行う必要があると判断した。計画通り、霊長類におけるTSPOの生体イメージングを終えた。平成29年度において、以下の検討を行った1.EFBMPの構造改良及びin vitro結合性の評価:平成28年度までの検討で、FEBMPは齧歯類及び小型ザルマーモセットの神経炎症モデルにおいて、既存TSPOリガンドより高い感度でミクログリア活性化により惹起された神経炎症を検出することができた。しかし、大型サルマカクザル脳内において遅いカイネティクスを示し、ヒト生体脳のイメージングには不適切である可能性が示された。今年度において、脳内動態を改善するため、脂溶性を下げるように新規化合物4種類を設計し、その中に二種類の化合物FEBMP-D001とFEBMP-D004の化学合成に成功した。LogPはそれぞれ2.9と2.8で、FEBMPの3.9より脂溶性が下がった。また、ヒト死後脳を用いたFEBMP-D004のTSPOへの親和性を調べた結果、low-affinity binder脳における阻害常数Ki(radioligandは18F-FEBMP)は約35nM、high-affinity binder

脳におけるKiは約17.1nMで、高い親和性を有し、TSPO遺伝子多型による影響も少ないことが明らかになった。また、二つの新規TSPOリガンドの標識前駆体の合成にも成功した。今後、FEBMP-D001を用いて、同様な検討を行い、FEBMP-D004と比較して、より優れる特性を有する化合物を用いて、PET標識及び特性評価を行う予定である。当研究所で開発した新規TSPOリガンド18F-FEBMPは高い脳移行性、ターゲットへの親和性を示し、霊長類マカクザルにおいて、その遅い脳内動態から、TSPOを鋭敏に検出することができなかったが、従来のリガンドである11C-PK11195、11C-Ac5216より高い感度でタウオパチーマウスモデル、キノリン酸傷害マーモセットモデルにおいて、活性化ミクログリアに発現誘導されたTSPOを検出できた。従って、齧歯類とマーモセットを用いる前臨床研究には18F-FEBMPが大きな威力を発揮できる。H27年度の実験が順調に計画通りに進めることができたので、引き続き、当初の計画通り、引き続き、齧歯類モデルや死後脳を用いて、他のリガンド11C-MBMP、11C-PBR28の評価を行うと同時に主に以下の様な計画で霊長類を用いた検討を行うA)霊長類におけるTSPOの生体イメージングB)霊長類タウ病態モデルの作製及びタウ関連病理の生体イメージング18F-FEBMPはマウス、マーモセットモデルにおいて高い感度でグリア細胞に誘導されているTSPO発現をとらえることができたが、よりヒトの脳に類似するサルの脳では、既存リガンドに比べ、その優位性が認められなかったことを受けて、18F-FEBMPの化学構造の改良を行い、齧歯類、霊長類モデルで検討する。核医学、神経病理学動物飼育にトラブりがあり、予定していた動物実験が実施できなかった分、助成金の剰余金が発生した。H28年度の実験は計画通り実施されたが、H27年度に発生した動物飼育のトラブルにより、予定していた動物実験が実施されなかったことにより生じた剰余金は残っている。動物飼育以外に研究が順調に進められているので、今年度が実施できなかった研究を次年度に加速して行うため、実験補助員を雇用する予定である。次年度は研究計画の最終年度なので、研究を加速して行う予定である。
運動イメージ能力への介入による脳卒中片麻痺患者の運動機能回復

結果として、本研究では予備実験の結果から立てた仮説とは異なる計測結果が得られたため、研究開始前に期待されたような運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係は示せなかった。原因として、軽度麻痺手においても運動イメージ形成において十分な一次運動野の賦活が得られなかったためである。本年度は片麻痺患者における運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係を調べることを目標とした。本年度、研究計画について東北大学医学系研究科倫理委員会の審査を経た後、当院リハビリテーション科に入院した維持期脳卒中片麻痺患者のうち研究への参加の承諾が得られた5名(男性3名および女性2名、平均年齢50.2歳)を用いて、健常手5手と麻痺手5手の計10手で運動イメージ能力の計測を行った。計測は2種類の手指伸展運動タスク(筋収縮を伴う運動努力を行う「Actual条件」と運動イメージ形成のみを行う「Imagery条件」)、およびcontrolとして何も行わない「Rest条件」の3つで行った。それぞれ、タスク中の左右の一次運動野近傍の脳活動をfNIRSを用いて計測した。また、タスク中の手指の関節運動・筋収縮を本研究費で購入したゴニオメーターシステムを用いて確認した。(なお、研究計画時に予定していたMRIでの病変部の確認や錐体路評価、fMRIやMEGでの手指伸展運動タスクにおける賦活の計測は、予算縮小のため省略せざるを得ず、実施しなかった。)結果は計測を行った対象が5例10手と少数であったため、運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係性を示す有意な結果は現時点では残念ながら得られなかった。次年度にも継続して計測を行い、対象数を増やすことで何らかの関係性を示す結果が得られるものと期待できる。また、次年度は併せて運動観察学習を行った場合の運動イメージ能力および麻痺重症度の変化を調べる予定である。本研究は運動努力中における運動野皮質の賦活をfNIRSで計測し、運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係を調べ、その結果を基に運動観察学習による運動イメージ能力への介入と麻痺重症度の変化を調べるものである。昨年度の研究において計測を行えた対象が5例10手と少数であったため、運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係性を示す有意な結果は残念ながら得られなかった。そこで、今年度は対象数を増やして引き続き計測を行い、何らかの関係性を導き出し、併せて運動観察学習を行った場合の運動イメージ能力および麻痺重症度の変化を調べる予定であった。しかしながら、3月11日の東日本大震災の影響もあり、本研究において主軸となる計測装置である光トポグラフィー装置に故障が見つかり、新規の計測を前提とした当初の研究計画の遂行が困難となってしまった。そこで、昨年度の研究で得られた5例のfNIRSのデータを再度、解析方法を変えて再解析を行い、運動イメージ能力と麻痺の重症度との関係性を導き出すことを試みた。しかし、仮説を導き出すに至った予備実験とは異なり、運動イメージ形成のみを行う「Imagery条件」における運動野賦活が予想よりも低く、麻痺の重症度との関係性を導き出すことはやはりできなかった。ここまでの研究結果をもって、運動イメージにおける運動野皮質の賦活と麻痺の重症度には相関がないと結論付けるのは早計であると考える。計測環境において十分な運動イメージができていなかった可能性も考えられる。今後も運動イメージの計測手法を変えるなど、実験手法を大きく見直して研究を行い、仮説の実証に努める予定である。
有機農業・産直農産物の理念・手法・効果に関する日仏比較研究

本研究は現地実態調査を通じて日本の有機農業の性格と発展過程を解明することを課題とし、慣行農業との比較を通じて、有機農産物をめぐる生産者と消費者の動機、技術的内容、販路、収益性等について分析を行った。加えて、日本の有機農業の性格を国際比較の中で明確にするために、フランスにおける実態調査とデータ収集も行った。研究の主要な結論は、以下の通りである。第一に、日本の有機農業は、高温・多湿な気候条件のゆえに、除草作業を中心として極めて労働集約的であるのに対して、フランスでは有機農業はむしろ労働投入が少なく、その農家は地方におけるスローライフを重視している傾向が強い。第二に、フランスでは中央および地方政府が有機農業に対して日本よりも支援の姿勢が強く、有機農家は政府からの資金的支援や助言機会を活用することができる。これに対して日本では、政策的支援が未だ弱い。第三に、日本でもフランスでも有機農産物の最も一般的な流通経路は生産者による消費者への直接販売であるが、これに加えてフランスではマルシェが重要であり、地方小都市においても、小規模なマルシェが定期的に開催され、消費者はそこで新鮮な農産物を購入することができる。他方、日本では生活協同組合が有機農産物流通においてフランスよりも大きな役割を果たしている。生活協同組合は有機農家のグループや農協と密接な関係を取り結び、有機農産物の推進に向けた政策形成にも強い影響力を行使している。本年度は調査の第1年度目として、調査対象である有機農業の実態に触れるとともに、関係する研究史・制度の現状について把握することを重視して、下記の研究を実施した。第一に、研究会構成員およびその他の研究者による研究会を継続的に開催し、日本およびフランスにおける有機農業・産直農業の経営実態と有機農産物認証制度をめぐる研究状況と政策的諸問題について内外の諸議論を網羅的に把握し、本研究会で解明すべき論点と依拠すべき方法を明確にした。第二に、有機農業や農家・農業者団体による産地直送事業の日本における事例について実態調査を行った。具体的には、長崎県の著名な有機農業団体である農事組合法人・ながさき南部生産組合と株式会社・長有研(8月)、北海道長沼町等の有機農家(8月)、埼玉県小川町の有機農家(2月)等について個別聞き取り調査を実施して、それぞれの地域における有機農業の推移と現状について社会的・経営的・技術的側面を中心に分析を行った。第三に、フランスにおける有機農業の調査については予備調査(8月末)および本調査(10月)をブリュターニュ地方で実施し、穀作・畜肉加工・酪農・蔬菜等の各農業種類を営む諸農家の聞き取り調査を通じて、日本とは大きく異なる技術的条件・市場的条件の下における有機農業経営の特徴を把握した。また、フランスの農業研究者と意見交換の機会を持ち、有機農業の普及度の地域差について必要な知見を得て、来年度以降に調査すべき地域・農業種類と解明すべき論点について明確にした。研究会を継続的に実施し、日本およびフランスにおける有機農業・産直農業の経営実態、有機農産物認証制度をめぐる研究状況、政策的諸問題等について内外の諸議論を網羅的に把握するように務めた。国内では、北海道・埼玉県小川町・鹿児島県の3カ所で実態調査を実施した。北海道では、地域資源を有効活用するとともに、安全な未去勢若齢肥育牛経営を展開している興農ファームと日本で初めて有機牛乳の生産を開始した津別町の酪農家グループを調査した。埼玉県小川町では、昨年度に引き続き有機生産者グループ構成員について詳細な経営調査を実施し、その成果を高橋がとりまとめて刊行した。鹿児島県では、20年以上に及ぶ有機農業グループ活動の実績を持つかごしま有機生産組合とその主要メンバーの調査を実施した。また、有機生産学科というユニークなコースを設置した加世田常潤高校を訪問し、聞き取り調査を実施した。フランスでは、昨年度に引き続き、ブリュターニュ地方フィニステール県において有機農業関係農家等の実態調査を実施し、主として以下の作業を行った。(1)有機農業を支援するための半官半民組織である「有機農家の会」、「有機農業の家」で地域内における有機農業の全体的状況、行政との関連等についての調査。

(2)個々の有機農家を訪問し、有機農業への転換の経緯、経営の現状と問題点等をインタビューを通じて把握した。(3)有機農産物の販売経路について種々の角度から調査した。また、実態調査の後で現地側研究者と意見交換し、フランス内他地域との比較等も含めて、今後の研究のための課題を明確にした。平成19年度は,3年度間の研究の最終年度として実態調査を継続するとともに,日仏の有機農業の相違に関わる論点について明確にするための検討を進めた。第一に,日本における現地調査としては岩手県における山地酪農を中心に聞き取り調査を実施した。これは17,18年度の調査対象に比較して粗放的な事例を研究することによって労働投入,技術形成,消費者との提携のあり方等の諸タイプごとの特性を明確にするためであった。また,参加メンバー個々人が調査フィールドとしている地域の事例について研究会において情報交換を続けた。第二に,フランスにおける実態調査については,パリにおいて各種の有機農業関係団体,行政機関,マルシェ,ビオ,コープ等を対象とした調査を行うとともに,スイス,リヨン周辺の有機農業を初めて調査して,すでに調査を行ったブリュターニュ地方とは異なる実態の把握とその背景事情について検討した。また,ブリュターニュ地方の有機農業については,17,18年度に訪問した有機農家のその後の展開等を調査し,短期間に相当に大きな変化が生じている事実を確認し,その理由について考察した。以上の作業を中心にしつつ,両国における関連農業統計の加工を行い,行政機関,政策の影響の相違等についても検討を進めて報告書を作成することとした。
発現パターンの網羅的解析による成人T細胞白血病の進展を制御する細胞遺伝子群の同定

上記の遺伝子のうち特に発癌に重要であると考えられ、かつ臨床応用が期待されるターゲッティング療法が可能な5つの遺伝子を選択し、real time quantitive PCR(RTQPCR)法で解析した。まずマイクロアレイ法で解析した4ペアにおいてRTQPCR法でも同様の発現比を示すことを確認した。ついで多数例の低悪性度及び高悪性度ATL症例検体において5遺伝子の発現の差を比較検討中である。上記の遺伝子のうち特に発癌に重要であると考えられるもの、臨床応用が期待されるターゲッティング療法が可能なものを選択し、今後real time PCRをもちいて多数例の低悪性度及び高悪性度ATL症例検体での発現の差をする。上記の遺伝子のうち特に発癌に重要であると考えられ、かつ臨床応用が期待されるターゲッティング療法が可能な5つの遺伝子を選択し、real time quantitative PCR(RTQPCR)法で解析した。ついで多数例の低悪性度及び高悪性度ATL症例検体において、5遺伝子の発現の差を比較検討中である。
行動上の問題を示す子どもへの児童自立支援施設における教育・支援効果の分析

本研究の目的は、情緒・行動上の問題に加えて虐待体験や発達障害がある子どもが入所する児童自立支援施設における教育・支援効果を実証的に明らかにすることであった。児童自立支援施設は、児童福祉法44条に位置づけられた施設であり、情緒・行動上の問題を示す子どもが入所しており、特別な教育が提供されている。そこで、児童自立支援施設に入所する子どもの支援に関する記録を基に、入所時の状態像と退所時の状態像について検討を行った。知能検査の結果や各種心理テストを活用し評価を行ったところ、入所時よりも退所時で知能が上昇し、心理テストの結果でも改善が見られていた。具体的には、知的能力や学力面の向上、子どもの抑うつ症状の改善、自尊感情の上昇、トラウマ症状の改善などが示された。こうした子どもたちの変化は、日々の生活を通した直接的な支援、家族調整、環境調整がなされていることが関連していることを考察した。また教育内容については、視覚的な映像教材を作成した。具体的には、起床、掃除、朝食、登校、授業、作業、就寝までの様子やトラブルの解決に関する実践的な方法である生活場面面接の様子を明らかにした。これによって、入所時および退所時の状態像の変化に関連する支援内容を示すことができた。本研究によって行動上の問題を示す子どもへの児童自立支援施設における教育・支援効果の一端を示すことができた。一方、限られた対象者数であること、評価指標が限定的であること、退所後の予後が明らかにされていないことなどを改善していく必要がある。
酸化ストレス応答におけるタンパク質リン酸化酵素PKB/Aktの役割の解析

タンパク質リン酸化酵素PKB(別名Akt)は細胞増殖因子のシグナル伝達分子として増殖の促進や細胞の生存に貢献することが知られている。一方、PKBは酸化ストレスにより活性化とともにチロシンリン酸化を受ける。なお、このチロシンリン酸化反応はPKBを活性化する代表的な刺激である血小板由来増殖因子では誘導されない。本研究では、酸化ストレス応答におけるPKBの役割を明らかにすることを目的として、まずPKBチロシンリン酸化部位を検討した。昨年度の解析により触媒ドメイン内のTyr272、Tyr315、Tyr326、Tyr417の4カ所のチロシン残基がリン酸化部位の候補として見出されている。そこで、今年度はこれらのチロシン残基のうちTyr272、Tyr315、Tyr326に対するリン酸化部位特異抗体を用いてイムノブロット解析を行った。その結果、Tyr272およびTyr315がリン酸化部位として同定された。なお、本解析ではTyr326のリン酸化は検出されなかった。次いでPKBのチロシンリン酸化を誘導する刺激のスクリーニングを行ったところ、細胞増殖因子のうち上皮増殖因子によりPHBのチロシンリン酸化が誘導された。また、各種がん遺伝子との関係の検討から活性型Srcの発現によりPKBがチロシンリン酸化を受けることが見出された。以上の結果からPKBはTyr272、Tyr315のリン酸化により活性調節を受けると推定される。さらに、チロシンリン酸化によるPKBの機能調節は、研究を開始した当初は酸化ストレスに特異的と考えられたが、本研究によりストレス応答のみならず特異的な細胞増殖因子のシグナル伝達や細胞のがん化など増殖制御にも関与することが示唆された。タンパク質リン酸化酵素PKB(別名Akt)は細胞増殖因子のシグナル伝達分子として増殖の促進やアポトーシスの抑制に貢献することが知られている。一方、申請者は酸化ストレスによりPKBが活性化とともにチロシンリン酸化を受けることを見出している。PKBチロシンリン酸化反応は細胞増殖因子刺激では誘導されないことから、酸化ストレスに特異的な応答であると考えられる。従って、酸化ストレス応答ではPKBはチロシンリン酸化を受けることにより、細胞増殖因子とは異なるシグナル伝達を誘導する可能性が高い。そこで本研究では、チロシンリン酸化によるPKBの新たなシグナリング機構を明らかにすることを目的として、以下の解析を行った。まず、PKBに含まれるチロシン残基をそれぞれフェニルアラニンに置換した変異体発現プラスミドを作製し、PKBのチロシンリン酸化部位の検討を行った。その結果、野生型PKBと比べTyr272、Tyr315、Tyr326、Tyr417の変異体ではチロシンリン酸化がわずかに減少したことから、PKBは酸化ストレスによりこれらのチロシン残基のリン酸化を受ける可能性が示された。今後、酸化ストレス刺激を加えた細胞からPKBを精製し、質量分析によりリン酸化部位を決定するとともに、レトロウィルスベクターを用いてリン酸化部位の変異体PKB発現細胞を樹立し、酸化ストレス応答におけるPKBチロシンリン酸化の役割を詳細に解析する予定である。
高周波数ジャイロトロンにおける周波数連続可変性と高性能化の研究

蛋白質構造解析のために,周波数連続可変性を有する高出力光源であるジャイロトロンの開発を行った.磁場強度の掃引により,本研究の目標である395GHz周辺にて約4GHzに亘る周波数連続可変性と50W以上の発振出力を達成した.加えて,電子銃のアノードとカソード間電圧の掃引でも約1GHzの周波数可変性を実現した.今回開発した周波数連続可変ジャイロトロンは,400GHz帯において最高性能を実現した.2GHzを超える幅広い周波数連続可変ジャイロトロンを開発する為には,目的の発振モードに対して強磁場側に隣接する競合モードによって発振が制限されないように発振磁場が十分に離れていることが重要となる.この条件を満たす発振モードとして,TE7,3,qモード(q:軸方向モード数)を選択した.15T超伝導マグネットを用いた基本波発振にて600MHzDNP-NMRに適用する394GHz近傍でTE7,3,qモードを励起するには空胴共振器半径は2.0mmとなり,電子ビームの最適入射半径は0.91mmとなる.この入射条件を満たす為,発振出力や周波数連続可変性に大きく関わる電子ビーム特性を決定する電子銃形状の最適化を電子軌道計算コードEGUNを用いて行った.カソード電圧15kV,ビーム電流500mAの条件にて,ピッチファクター1.02.5の範囲で分散を5 %以下に抑えた設計を実現し製作を行った.空胴共振器は,空胴半径2.0mm,空胴長25mmの条件で製作を行った.長い共振器によりQ値(Q11500)を上げることで発振開始電流を下げ,周波数連続可変性を生み出す高q次数の軸方向モード励起を狙った.カソード電圧15kV,ビーム電流400mAの条件で動作試験を行った.TE7,3,qモードは,393.47395.30GHzに亘る1.8 GHzの周波数可変幅となり,先行研究の1.6GHzを超えた.しかし,目標の2GHzには達しなかった.また,弱磁場側で励起するTE2,5モードとのモード競合により発振が停止し,393.53393.95GHzの間で不連続となった.弱磁場側競合モードによる影響は先行研究では観測されなかった点であり,モード選定における今後の課題である.発振出力は最大で100Wに達したが周波数の上昇に伴い徐々に低下しており,周波数可変全領域で100Wを超えることが次年度の課題となる.蛋白質構造解析にて用いられる600MHz核磁気共鳴分光の動的核偏極による高感度化光源として,394GHz近傍にて周波数可変幅2GHz以上,発振出力100W程度の周波数連続可変ジャイロトロンの実現を目指した.幅広い周波数連続可変を実現するには,設計発振モードの強磁場側で発振するモードとの競合を避けることが不可欠である.電子銃と空胴共振器間の距離,電子銃のカソード径に対して空胴共振器へ入射可能な電子ビーム径などを考慮し,最終的にTE7,3,qモード(q:軸方向モード次数)を選択した.発振性能の低下を抑えるには,空胴共振器へ入射する電子ビームの速度分散を低く抑えることが重要である.電子軌道計算コードEGUNを用いて電子銃形状の最適化設計を行い,磁力線に垂直方向の電子速度と平行方向の速度比が1.02.5の高い領域においても,その分散が5%以下となる設計を実現した.空胴共振器は空胴半径2mm,空胴長25mmとし,Q値(Q11500)を高めることで発振開始電流を下げ,周波数連続可変性を生み出す高q次数の軸方向モードの励起を狙った.製作したジャイロトロンは15T超伝導マグネットにセットし,実験はビーム加速電圧15kV,電子ビーム電流0.4A条件で行った.共振器の磁場強度掃引試験では,10次までの軸方向モードが励起することで14.25Tから14.8Tまで連続発振し,発振周波数は393.5GHzから397.4GHzまでの幅広い周波数連続可変を実現した.発振出力は50W以上が得られ,最高では170Wに達した.また,電子銃のカソードとアノード間の電圧を変化させ電子の平行速度を変化させることでも0.9GHzの周波数連続可変を得ることに成功した.本研究で達成した3.9GHzに亘る周波数可変幅は,過去に報告された400GHz帯のジャイロトロンやジャイロBWOにおける結果を大きく上回る成果である.蛋白質構造解析のために,周波数連続可変性を有する高出力光源であるジャイロトロンの開発を行った.磁場強度の掃引により,本研究の目標である395GHz周辺にて約4GHzに亘る周波数連続可変性と50W以上の発振出力を達成した.加えて,電子銃のアノードとカソード間電圧の掃引でも約1GHzの周波数可変性を実現した.今回開発した周波数連続可変ジャイロトロンは,400GHz帯において最高性能を実現した.本研究は,基本波発振による394 GHz近傍での周波数可変幅2GHz,最大出力100Wの周波数連続可変ジャイロトロンの開発を目指し,周波数連続可変性の空胴共振器形状に対する物理特性及び発振出力や効率に深く関わる電子ビーム特性を明らかにすることである.平成23年度は、高性能な周波数連続可変ジャイロトロンの設計を実現する上で不可欠な周波数連続可変機構の基礎データを取得するべく,真空管封じ切り方式のジャイロトロンを用いて実験を行った.