hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝的乳癌高危険例におけるestrogen receptor遺伝子多型の解析

平成9年度は以下の研究に進んだ。(1)ホルモン依存性の消失とER遺伝子の変化:乳癌治療においてホルモン療法に耐性ができることは極めて大きな問題であるが、この耐性出現の機序におけるER遺伝子のgeneticな変化はほとんど関連性がなかった。mRNAレベルでのスプライシング異常によるvariantの出現や、DNAmethylationによるepigeneticな変化の関連が示唆された。(2)ER∂とERβとの関わり最近、従来のER(ER∂)とDNA結合domainおよびホルモン結合domainで相同性のあるERβが同定された。乳癌組織におけるERβの発現をRT-PCRで検索し、ER∂の発現と比較検討しているが、現在までのところ、乳癌におけるERβの発現はER∂発現および臨床病理学的因子と関連が無く、その機能についてさらに症例を重ねるつもりである。
がん細胞における低酸素応答機構と抗酸化機構の相互作用：　放射線抵抗性の理解と克服

「HIF-1と我々が見出した新規遺伝子による糖代謝経路のリプログラミングが、抗酸化物質の産生を介して放射線抵抗性を誘導する」可能性を検証した。まず初めに、HIF-1と当該新規遺伝子の恒常活性化型変異体によってDNA損傷の発生頻度が低下するかを、DNA二重鎖切断検出用レポーター遺伝子(53BP1-EGFP発現ベクター)を用いて検証した。また、細胞の放射線抵抗性への影響を検証する目的で、Clonogenic Cell Survival Assayを実施した。これらの実験を実施した際、解糖系律速酵素、ペントースリン酸回路構成因子、グルタミノリシス律速酵素などの発現をノックダウンする遺伝子操作を加え、放射線抵抗性の獲得における当該糖代謝経路の重要性を検証した。以上の実験により、放射線抵抗性を克服する為に標的とすべき代謝パスウェイを同定した。平成29年度に構築した「当該新規遺伝子の過剰発現ベクター」、および申請者らが持つ「HIF-1依存的に発光・蛍光蛋白質を発現するレポーター遺伝子」を、がん細胞株のゲノムDNA上に安定に導入した。得られた細胞を免疫不全マウスに移植して固形腫瘍を準備した。移植腫瘍を対象に当該遺伝子がHIF-1活性や腫瘍増殖に及ぼす影響を、インビボで解析した。当初計画通りに研究を進めることができたからこれまでに準備した研究資材を活用し、研究の完結に向けてデータの蓄積を図る。HIF-1を活性化する新規遺伝子ネットワークに着目し、糖代謝経路のリプログラミングが抗酸化物質の産生を介して放射線抵抗性を誘導する可能性を検証した。まず初めに、HIF-1とその活性化因子の恒常活性化型変異体によってDNA損傷の発生頻度が低下するかを、DNA二重鎖切断検出用レポーター遺伝子(53BP1-EGFP発現ベクター)を用いて検証した。これらの実験を実施した際、細胞内の解糖系律速酵素、ペントースリン酸回路構成因子、グルタミノリシス律速酵素などの発現をノックダウンする遺伝子操作を加え、放射線抵抗性の獲得における当該糖代謝経路の重要性を検証した。これにより、放射線抵抗性を克服する為に標的とすべき代謝パスウェイを同定した。H30年度に予定していた研究内容にも、早々に着手しているため「HIF-1と我々が見出した新規遺伝子による糖代謝経路のリプログラミングが、抗酸化物質の産生を介して放射線抵抗性を誘導する」可能性を検証した。当初計画通りに研究を進めることができたから「新規HIF-1活性化因子依存的に発光・蛍光蛋白質を発現するレポーター遺伝子」、および申請者らが持つ「HIF-1依存的に発光・蛍光蛋白質を発現するレポーター遺伝子」を、がん細胞株のゲノムDNA状に安定に導入する。得られた細胞を免疫不全マウスに移植して固形腫瘍を準備し、放射線を局所照射する。移植腫瘍を対象に、IVIS Lumina II(PerkinElmer社製)やOV100システム(Olympus社製)による光イメージング実験を実施し、放射線抵抗性細胞群の腫瘍内局在と動態を時間・空間的に解析する。「HIF-1および新規HIF-1活性化因子依存的にルシフェラーゼ発光を呈するレポーター遺伝子」と「HIF-1αの恒常活性化型ミュータント発現ベクター」をゲノム上に安定に組み込んだ細胞株を樹立し、HIF-1の活性化による発光量の増加を抑制する低分子化合物をスクリーニングする。得られた化合物の放射線増感作用を、53BP1-EGFP発現ベクターによる細胞イメージングとClonogenic Assayで検証し、新規放射線増感剤の候補化合物として開発する。これまでに準備した研究資材を活用し、研究の完結に向けてデータの蓄積を図る。
新規カルベン錯体の創製とその有機合成への利用

Fischer型カルベン錯体を組み込んだヘテロ環化合物については、これまでにあまり合成例がなく、新しいタイプのカルベン錯体である。そこで、本研究では2種のカルベン錯体を組み込んだヘテロ環化合物を合成し、その性質、反応性について調べた。(1)アルコキシクロムカルベン錯体およびタングステンカルベン錯体のアニオンとトロポン類の反応によって、1オキサアズレニリデン錯体を合成した。このカルベン錯体の構造はX線解析によって決定し、平面で安定な10π原子系化合物であることがわかった。この錯体の溶液は濃紫色を呈し、アズレンと類似したπ原子系を作っていることがわかった。(2)アミノカルベン錯体のアニオンのアルキル化および5,6-ジヒドロ(IH)-ピリジン錯体の合成を行った。アミノカルベン錯体のアニオンは比較的安定で、有機合成に利用できると考えられる。そこで、アルキルリチウムを用いてアミノカルベン錯体のアニオンを発生させてα,β-不飽和カルボニル化合物と反応させたところ、一段階で5,6-ジヒドロ-2(IH)-ピリジン錯体が生成することを見出した。また、相間移動触媒を用いるアミノカルベン錯体のアルキル化反応によって、4員理-7員理の結合したアミノカルベン錯体が収率よく合成できることも見出した。
青年期の食生活・栄養状態を反映するバイオマーカーの探索と栄養教育プログラムの開発

本研究の目的は、青年期女性の食生活・栄養状態の詳細な実態把握と効果的な栄養教育プログラムの開発である。その結果、本研究対象者の青年期女性は、毎日食事を記録することによる自己監視法の栄養教育方法は、行動変容に至らなかったが、青年期女性の栄養教育には、野菜摂取量に重点を置いた指導方法がバランスの良い食事につながることが示唆された。本研究は、青年期女性に対する栄養教育方法の構築に寄与する貴重な研究成果のひとつとなった。近年、我が国の青年期男性は、約2割が肥満、青年期女性は、約2割がやせであるのが現状である。このような社会的背景を是正するためにも、青年期に対するメタボリックシンドロームの予防・改善のための栄養教育が非常に重要であるが、青年期に対する栄養教育・指導においての研究実施例は少ない。またエビデンスに基づく栄養教育や食生活・栄養状態を反映するアセスメントの実施、栄養教育効果についてバイオマーカーなどを分析し、詳細に検討した報告例はさらに乏しいのが現状である。そこで、本研究では、大学生に対する行動科学理論に基づいた栄養教育の実施とその評価や食生活状態を裏付ける科学的マーカーの探索として、グレリン・レプチン等の新規摂食関連ホルモンなどとの関連性を分析し、青年期の食生活・栄養状態を反映するバイオマーカーとしての有効性の確立と、青年期に対する効果的な栄養教育プログラムの確立・構築を最終目的とするプロジェクトである。平成21年度は、S大学内の学生を対象に公募し、研究についての詳細な説明を実施後、同意を得られた者を対象者として選定し、対象者の食生活や健康状態の実態把握のため、栄養アセスメントや食生活に関する意識・準備性を調べた。血液パラメーターにおいては、一般生化学検査とレプチン、活性型・不活性型グレリン濃度をELISA法にて測定を行った。その結果、本研究対象者の女子は、やせに該当する者が全体の3割近くを占めていた。また、BMIは正常域(18.5≦BMI<25)であるが、体脂肪率が高い「正常体重肥満」の者も見受けられた。食生活状態は、食事バランスが悪い、野菜摂取量が少ない、菓子類の摂取量が多いことなどが明らかになった。血液パラメーターにおいては、体脂肪率が高い者ほど血清中HDL-Chol濃度が低値を示し、LDL-Chol、グルコース、レプチン濃度が高値を示した。本研究では、大学生に対する行動科学理論に基づいた栄養教育の実施とその評価や食生活状態を裏付ける科学的マーカーの探索として、グレリン・レプチン等の新規摂食関連ホルモンなどとの関連性を分析し、青年期の食生活・栄養状態を反映するバイオマーカーとしての有効性の確立と、青年期に対する効果的な栄養教育プログラムの確立・構築を最終目的とするプロジェクトである。平成22年度は、対象者を追加募集し、研究同意を得られた対象者の食生活や健康状態等の詳細な把握をするため、平成21年度に実施したアセスメントと同様の項目について詳細に分析を行った。その結果、本研究対象者の特性として、BMIは正常であるが体脂肪率が高値(25%以上)を示す正常体重肥満者(隠れ肥満)が女性において4割程度存在することが明らかとなった。またこれらの該当者の血液生化学検査値等は、糖・脂質代謝関連マーカーにおいて高値を示しており、将来の生活習慣病予備軍となる可能性が否定できないことを考察した。また、食行動の観点より、Garnerらにより作成された摂食態度検査(Eating Attitude Test : EAT-26)を用いて、点数別に分類し、Stunkardらのボディイメージシルエットを用いて、自身の体型と理想とする体型や栄養素等摂取状況との関連について分析を行った。その結果、実際の食生活と体型願望との差に不一致が生じており、青年期女性に対する適切な栄養教育の実施が必要であることが明らかになった。これらの結果については、国内学術誌に投稿し、受理された(教育医学,vol.56,153-159,2010)。さらに対象者の食習慣の基礎的データを得る一環として、苦味受容体遺伝子あるTAS2R38遺伝子に着目し、TAS2R38遺伝子多型と体型や食事調査による栄養素等摂取量との関連について検討を行った。これらの結果については、現在詳細に統計解析中であり、今後成果を学術誌に投稿予定である。H.23年度は、これまでのアセスメント結果を基に、栄養教育介入を実施した。研究同意が得られた青年期男女27名(男性4名、女性23名、年齢19.4±0.6歳)を対象者とした。栄養教育介入期間は6ヶ月間とし、栄養教育教材には食事バランスガイドを用いた。

対象者を、2ヶ月ごとの個別面談のみを実施する対照群、個別面談時に各自で食事に対する目標を立て、食事記録によるセルフモニタリングを実施する介入群の2群に分けた。アセスメント(身体計測、血液生化学検査、尿中ミネラル排泄量、DHQL・秤量法による食物摂取状況調査、生活習慣・食生活に関するアンケート)は、介入前・介入中・介入後・介入終了3ヶ月後に実施し、介入有無別比較、各アセスメント結果の推移、介入有無別の介入前後比較の解析を行った。その結果、介入群において、介入前に比較し介入後で体脂肪率が有意に低下し、血清中T-Chol濃度も有意に低下した(p<0.05)。DHQLによる野菜摂取量が介入前に比較し、介入後で増加傾向を示し、秤量法による脂質摂取量においては有意に減少した(p<0.05)。H.24年度は、介入後、介入終了3ヶ月後のデータの分析と、対照群と介入群の両者の食生活変化、食事内容の改善状況、生体試料(血液等)の分析を行い、栄養教育効果についての最終分析を詳細に実施する予定である。尚、本年度は、対象者を女性だけに絞り、栄養教育前に実施したアセスメントを詳細に解析した結果、BMIが正常域であっても体脂肪率が高値の者は、特に脂質代謝関連の血液性状が高く、栄養教育の必要性が示唆された結果を論文としてまとめ、投稿した。平成24年度は、長期的な個別栄養教育を実施した結果について詳細に解析を行った。研究同意が得られた青年期男女27名を対象者とし、そのうち途中離脱者等を除外し、女子学生18名を最終解析対象者とした。栄養教育介入期間は6ヶ月間とし、対象者を2ヶ月ごとの個別面談のみを実施する対照群と、個別面談時に各自の食事に対する目標を立て、食事記録によるセルフモニタリングを6ヶ月間実施する介入群の2群に分けた。アセスメントは、介入前・介入中・介入後・介入終了3ヶ月後に実施した。介入群では、介入前に比較し、介入後で体脂肪率が有意に減少し、血清中T-Chol濃度においても有意に低下した。さらに自記式食事歴法質問票による野菜摂取量が、介入前に比較し介入後で増加傾向、秤量法による脂質摂取量においては有意に減少する結果が得られた。本研究結果より、青年期女性に栄養教育を行う際は、野菜摂取量に重点を置いた指導がバランスの良い食事につながることが示唆された。青年期女性の栄養教育方法を検討している研究報告例は、国内外ともに乏しいことから、本研究は貴重な研究成果のひとつである。本研究結果については、現在論文としてまとめ、投稿予定である。尚、昨年度は、食習慣や食行動が個人の味覚感覚にどのように関連しているか、女子学生を対象に、苦味受容体TAS2R38遺伝子多型に着目し、食事摂取との関連について論文としてまとめ、掲載された(Inoue H, et al. J Nutr Sci Vitaminol, 59, 16-21, 2013.)。さらに栄養教育実施前の対象者の特性について、体脂肪率に着眼し、詳細に解析したところ、重要な知見を得たため、論文としてまとめ、掲載された(Inoue H and Kuwano T. J Home Econ J, 63, 421-430, 2012.)。栄養教育の実施やアセスメントついても計画通りに順調に進めることが出来た。
円弧マーカを利用した仮想3次元環境の実現

本研究テーマでは,円弧マーカを利用したカメラ校正の必要ない仮想3次元環境の構築を目指して,1,ビデオカメラから撮影したビデオ映像から物体の全周3次元形状を復元するための,特徴点の追跡技術の開発,2,画像からの安定した楕円検出技術の開発,3,円弧マーカを利用したカメラ校正技術と仮想物体合成技術の開発を行った本研究テーマでは,円弧マーカを利用したカメラ校正の必要ない仮想3次元環境の構築を目指して,1,ビデオカメラから撮影したビデオ映像から物体の全周3次元形状を復元するための,特徴点の追跡技術の開発,2,画像からの安定した楕円検出技術の開発,3,円弧マーカを利用したカメラ校正技術と仮想物体合成技術の開発を行った画像中の点列に対する楕円の当てはめ:円形物体を含む画像から円形物体を検出するために、画像中から物体のエッジを検出して、その点列に対して楕円の方程式を当てはめる。画像からのエッジ検出では、平滑微分を行った画像と平滑ラプラシアンを行った画像を組み合わせて利用することで、比較的切れ目のないエッジを得る。検出した点列の中から手動で一部の点列を指定して楕円の当てはめを行う。楕円の当てはめはFNS法と呼ばれる最尤推定手法を用いて高精度に行う。このとき、シーン中の円形物体を他の物体で部分的に隠して、円弧の一部しか得られない状況に対してどの程度正確に楕円が当てはめられるかを実画像実験で確認した。物体の全周3次元復元:物体の3次元形状を復元する代表的な手法に因子分解法がある。因子分解法は物体上の特徴点を複数のフレームに渡って追跡し、特徴点の軌跡から3次元形状を計算する。このときすべてのフレームで特徴点が追跡されている必要がある。因子分解法で物体の全周を復元するには、全周に渡って特徴点を追跡する必要があるが、カメラの動きに伴い追跡中の特徴点が他の面に隠されるなどして、追跡に失敗して全周に渡って完全な追跡を行うことが困難である。そこでフレームを分割して部分軌跡にアフィン空間を当てはめて追跡に失敗した特徴点の座標を推定することで全周の特徴点の軌跡を計算する方法を検討した。提案手法は追跡できた特徴点の座標が正確であれば、精度のよい結果を得ることができることを確認した。しかし、物体の全周を追跡する際に生じる独特の追跡誤りの影響で必ずしも正しい推定が行えないことがわかった。画像からのロバストな楕円検出:今年度は画像から抽出したノイズや円弧以外のエッジセグメントを含むデータに対して、正しく楕円を当てはめる手法を提案して、実画像実験により提案手法の有効性を確認した。提案手法は1)RANSACを用いて楕円以外のデータを除去しながら楕円を当てはめ、2)複数の当てはめ結果を統合することで部分的にしか写っていない楕円に対しても正しい検出を行うものである。既存の他の手法と比較を行い、提案手法によって正しい楕円が検出できることを確認した。(公開の見合わせ)物体の全周3次元復元:物体の全周を精度よく追跡するために今年度は特徴点の追跡結果から検出した誤追跡データから追跡を誤ったフレームを検出する手法を提案した。本手法は、誤追跡データの各フレームに対してアフィン空間当てはめを用いて追跡の信頼性判定を行うことで誤りフレームを検出するものである。特徴点追跡を行うと最初に抽出した特徴点とは異なる特徴点を途中から追跡することがある。我々は提案手法に基づいて追跡軌跡の中から一番長く正しい追跡を行った特徴点を検出する手法も提案した。本研究テーマでは,円弧マーカを利用したカメラ校正の必要ない仮想3次元環境の構築を目指して, 1,ビデオカメラから撮影したビデオ映像から物体の全周3次元形状を復元するための,特徴点の追跡技術の開発, 2,画像からの安定した楕円検出技術の開発, 3,円弧マーカを利用したカメラ校正技術と仮想物体合成技術の開発を行った.特徴点追跡技術の開発では,ビデオ画像から追跡した特徴点データからアフィン空間拘束条件を用いた統計的検定によって,追跡を誤ったフレームを検出する技術を開発した.画像からの安定した楕円検出技術の開発では,画像から抽出したエッジ点に対して, RANSACを用いた楕円検出手法と同一楕円点の判定によるエッジ点の統合と楕円の再当てはめの2段階処理により,一部が隠れた円形物体でも画像から安定して検出可能な技術を開発した.円弧マーカを用いた仮想物体合成技術の開発では,半径と中心の異なる二つの円を重ねた円弧マーカを設計し,本テーマで開発した楕円検出技術によってマーカを検出したのち,マーカから得られる二つの円情報から,そのマーカを撮影したカメラの位置と姿勢を推定する技術を開発し,それを利用してマーカ上に仮想物体を合成する技術を開発した.そして,これらの技術をもとに10フレーム/秒で動作する円弧マーカを用いた仮想物体合成システムを開発した.
自己校正型ロータリエンコーダを利用した絶対形状測定システムの開発

表面の局部傾斜角度測定に基づく新たな表面形状測定システムの開発に取り組んだ.本提案では,対象表面に照射したレーザビームの反射光を,ミラーの反射を介して,レンズとポジションセンサにより角度検出する.ペンタミラーを走査することで,表面の局部傾斜角に応じて,センサ上のビームスポット位置が変化するが,スポット位置が変化しないようにミラーを回転することが可能なフィードバック制御システムを開発した.ミラーの回転角度を自己校正型ロータリエンコーダによって測定することにより,間接的に表面の局部傾斜角度を測定できる.平面から数m程度までの曲率を持つ表面形状を数nmの絶対精度で測定できることを実証した.表面の局部傾斜角度検出器としては、オートコリメータを利用したシステムが多く開発されているが、測定光のビーム径が大きいことによる形状測定の空間分解能が低い、低反射率の表面の測定が困難、角度測定のダイナミックレンジが限られる、といった問題点があり、測定可能な対象は限られている。本研究では、オートコリメータを用いずに、表面の局部傾斜角度を自己校正型ロータリエンコーダにより間接的に測定できる新たな局部傾斜角度測定システムの確立し、平面から数m程度までの曲率を持つ表面形状(自由曲面)を数nmの絶対精度で測定できるシステムの構築を目指している。これまでに以下の測定システムを開発した。測定システムにおいては、まず口径12 mm程度のレーザビームをペンタミラーの反射を介して測定対象の表面に照射する。次に、ペンタミラーをステージにより走査し、レーザービームを対象表面上でスキャンさせる。ここで、ペンタミラーを用いることにより移動ステージのピッチングエラーをキャンセルすることができる。ハーフミラーから切り出された対象表面からの反射光を、ミラーの反射を介して、レンズとポジションセンサにより角度検出システムに入射させる。ポジションセンサは、レンズの焦点面に置かれており、ペンタミラーの走査に伴い局部傾斜角度が変化すると、センサ上のビームスポット位置が変化するが、本提案システムでは、局部傾斜角度が変化してもスポット位置が変化しないように、ミラーの角度を変化することによりフィードバッグ制御する。ミラーの回転角度は、オートコリメータを用いて測定する。そして、このフィードバック制御されたミラーの回転角度により対象表面の局部傾斜角度を測定する。開発してシステムにより,測定横分解を大幅(従来6mm程度から1-2mm程度)に改善した.また、平面基板の形状測定を行った結果、1nm以下の再現性が得られている。本研究では,表面の局部傾斜角度測定に基づく新たな表面形状測定システムを提案している.提案システムでは,まず口径1-2mm程度のレーザビームをペンタミラーの反射を介して測定対象の表面に照射する.次に,ペンタミラーを走査し,レーザビームを対象表面上でスキャンする.ハーフミラーから切り出された対象表面からの反射光を,ミラーの反射を介して,レンズとポジションセンサにより角度検出システムに入射させる.ポジションセンサは,レンズの焦点面に置かれており,ペンタミラーの走査に伴い局部傾斜角度が変化すると,センサ上のビームスポット位置が変化するが,提案システムでは,局部傾斜角度が変化してもスポット位置が変化しないように,ミラーの角度を変化することが可能なフィードバッグ制御システムを開発した.ミラーの回転角度を自己校正型ロータリエンコーダ(SelfA)によって測定することにより,間接的に対象表面の局部傾斜角度を測定することができる.提案システムは,1オートコリメータ(AC)の測定光(口径6mm以上)を使用する多くの装置と比較し,口径1-2mmのレーザビームを利用することにより,表面の測定可能な横分解能が向上する.2また,ACの校正として用いられているSelfAを直接角度測定に用いるため,絶対精度が向上する.3SelfAを用いることにより,ACの測定範囲(1000角度秒程度)を大幅に超える曲率数mから数十m以上(局部傾斜角度10度以下)の測定も可能となる.開発したフィードバックシステムを用いた形状測定において,1nm以下の形状測定の繰り返し性を達成した.また,間接的な回転角度を測定するSelfAの絶対角度測定精度を評価した結果,±1度の範囲において0.036角度秒以下の精度を実現した.平面から数m程度までの曲率を持つ表面形状(自由曲面)を数nmの絶対精度で測定できることが実験的に検証された.表面の局部傾斜角度測定に基づく新たな表面形状測定システムの開発に取り組んだ.本提案では,対象表面に照射したレーザビームの反射光を,ミラーの反射を介して,レンズとポジションセンサにより角度検出する.ペンタミラーを走査することで,表面の局部傾斜角に応じて,センサ上のビームスポット位置が変化するが,スポット位置が変化しないようにミラーを回転することが可能なフィードバック制御システムを開発した.ミラーの回転角度を自己校正型ロータリエンコーダによって測定することにより,間接的に表面の局部傾斜角度を測定できる.平面から数m程度までの曲率を持つ表面形状を数nmの絶対精度で測定できることを実証した.これまでに、従来のオートコリメータの測定光から、レーザービーム角度の変化をミラーの回転角に変換するシステム(フィードバック制御システム)を導入し、表面形状の局部傾斜角度の変化をミラーの回転角として、間接的に測定できる測定システムを開発した。ただし、現在ミラーの回転角度をオートコリメータを介して測定している。オートコリメータでは、測定範囲に限界があるため対象となる表面は平面に限られる。本年度は、ミラーの回転角度を自己校正型ロータリエンコーダを用いて測定することにより、測定対象を平面から自由曲面(局部傾斜角度10度以内)へ発展させたシステム開発に取り組んでいる。

本年度中の自己校正型ロータリエンコーダを利用した絶対形状測定システムの開発が可能である。生産工学・加工学自己校正型ロータリエンコーダを搭載した角度検出システムを開発し、所有する国家標準器(精度:5×10^-8ラジアン以下)を用いて、角度検出システムの精度評価を実施する。また、開発システムと異なる測定装置との比較測定を実施することにより提案手法の妥当性検証を実施する。実験使用施設の大規模改修作業(約半年)が発生したため、予定していた自己校正型ロータリエンコーダの開発を平成27年度に移行した。自己校正型ロータリエンコーダシステムの開発費
待ち行列ネットワークの性能評価に向けた反射型ランダムウォークの漸近解析

本研究では,2次元の一般化反射型ランダムウォークに対して定常解析を行い,その成果を論文誌に発表を行った。ランダムウォークに対して,境界を加え,非負整数に推移を制限した離散時間型確率過程を反射型ランダムウォークと呼ぶ。さらに,その推移をマルコフ変調させ,行列型の推移構造を持つ反射型ランダムウォークを一般化反射型ランダムウォークと呼ぶ。2次元の反射型ランダムウォークに対して,定常分布及びその周辺は盛んに研究がされており,多くの理論的結果が求められている。しかし,2次元の一般型反射型ランダムウォークの定常解析については,一部の結果しか求められておらず,それらの結果に対してもモデルに強い仮定を行っている。本研究では,それらの仮定を取り除いて,2次元の一般化反射型ランダムウォークの定常解析を行い,既存研究より一般的な結果を得ることができた。2次元反射型ランダムウォーク及び一般化したモデルに対して,定常分布を陽表現で求めることは困難とされている。そのため,多くの定常解析に関する研究は,定常分布が存在する条件や定常分布の裾の漸近特性などを求めている。2次元の一般化反射型ランダムウォークに対しては,安定条件はOzawa(2019)で結果が導出されている。本研究では,その安定条件の下,定常分布の裾の漸近特性を求めた。定常分布の裾の漸近特性は,レアイベントの確率の近似公式として利用することができるため,待ち行列の性能評価に応用が可能である。2次元反射型ランダムウォークと呼ばれる確率過程がある。これは,2次元ランダムウォークに境界が加わり定義される,2次元非負整数上の確率過程である。2次元反射型ランダムウォークに対して,有限な背後状態を加えた確率過程を一般化2次元反射型ランダムウォークと呼ぶ。平成29年度の研究では,2次元反射型ランダムウォークや一般化2次元反射型ランダムウォークに対して,定常分布の特性を求める研究を行った。これらの研究は待ち行列ネットワークの性能評価において,非常に重要である。2つの研究とも,反射型ランダムウォークの定常分布の特性を求める研究業績であり,理論的な側面から待ち行列ネットワークの性能評価に役立てることができる。平成29年度では,2つの結果を導出した。1つは,2次元反射型ランダムウォークにおいて定常分布の誤差上界を求める研究である。この研究は,定常分布の数値計算と理論値の誤差上界を求めている。待ち行列ネットワークにおいて,定常分布が求まらないモデルも多く,そのような場合近似モデルを考え,近似モデルで定常分布の数値計算を行う場合がある。本研究によって,近似モデルの数値計算と理論値の定常分布の差を求めることができるため,近似モデルの定常分布を求めることがどの程度有用であるか理論的に確認することができる。2つめの研究は,一般化2次元反射型ランダムウォークの定常分布の漸近解析を行っている。漸近解析とは,極限がどのような関数と一致するか理論的に求めることであり,漸近解析を行うことによって得られた定常分布の漸近特性は希少な確率の近似解となっている。待ち行列理論においては,大きな混雑が起こる確率を近似することができ,この大きな混雑が起こる確率は待ち行列ネットワークの性能評価の指標の1つとなる。この2つの研究により,待ち行列ネットワークの性能評価に関して理論的な指標を求めることができた。引き続き,待ち行列ネットワークの性能評価のための指標について理論面から研究を行っていく。平成29年度と同様に,反射型ランダムウォークの定常分布をの特性を理論的に求め,待ち行列ネットワークの性能評価のため指標を導出する。さらに,2次元反射型ランダムウォークについて,その定常分布の積率母関数の収束領域の導出を行う予定である。これは,既に私と共同研究者の論文で,収束領域の導出は行われているが,その証明方法では3次元以上の反射型ランダムウォークに適用が期待できないことが分かった。つまり,3次元以上にも適用させるための収束領域に関する別証明が必要である。現在別証明に関しては,証明を完成させ論文を執筆中である。この別証明は,3次元以上の反射型ランダムウォークについても拡張が期待される。

平成29年度において,数値計算用のパソコンを新たに購入する予定であったが,それを見送ったことが原因である。平成30年度にパソコンを購入する予定とし,それを加えることによって,使用計画にずれがないようにする。
シナプス可塑性の個人差評価によるストレス関連疾患の治療反応性予測

本研究計画では、ストレス関連疾患(PTSD、心身症、摂食障害など)において、疾患横断的に、疾患の枠組みを超えて治療のターゲットとなりえる認知的特徴や心理的指標、行動指標ごとに特異的な脳内情報処理や脳神経回路ダイナミクスの異常が存在するのではないかとの『問い』を設定し、脳画像研究の手法を用いて検証している。具体的には、ストレス関連疾患の疾患横断的な脳画像収集を行い、海馬・扁桃体を基軸とした神経回路の異常が、ストレス脆弱性に関連している可能性を検証している。2018年度までに、ストレス関連疾患群(PTSD、心身症)および健常群の脳MRIデータ収集は順調に進んでおり、延べ74例のデータ収集が完了した。安静時脳活動データを用いた予備的な解析においても、海馬をシードとした機能的脳結合において、疾患群と健常群で差異が認められ、仮説を支持する結果が得られている。更に、特定された神経回路の修復が期待できる治療に関して、治療反応性予測因子を特定するための研究を行う計画である。短期的な経頭蓋刺激または認知的刺激介入によるシナプス可塑性の個人差が、精神疾患やストレス脆弱性の危険因子への治療反応性予測因子として活用する可能性を探ることを目指している。今年度は、刺激方法についての検討を進めており、経頭蓋刺激法は特定臨床研究として実施する必要があるため、現在の予算規模での実施可能性を慎重に検討をしている。並行して、シナプス可塑性を誘導するための刺激法として、認知刺激介入の方法も検討を始めている。脳画像データ(安静時脳活動)を用いた予備的な解析において、海馬を基軸とした機能的脳結合において、疾患群と健常群で差異が認められ、仮説を支持する結果が得られている。また、シナプス可塑性を誘導するための刺激方法の候補として検討している認知的刺激による介入に関しては、認知訓練課題を候補として検討しており、介入用のプログラムは、ほぼ完成している。今後も継続して、ストレス関連疾患及び健常群の脳画像データの収集を継続する。疾患群のみの解析にとどまらず、健常スペクトラムで検証できる認知・心理・行動特性についても評価を進めていく。シナプス可塑性を誘導する刺激方法については、経頭蓋刺激法が特定臨床研究として実施する必要がある場合は、研究体制を再整備する必要があるため慎重に検討をする。特定臨床研究として実施する必要のない、認知刺激介入を先んじて進めていく方針としている。2018年10月に、実験用MRI装置が故障をし、2か月ほどMRI実験ができない期間が生じ、実験計画を一部後倒しをしたため。
新規画像評価法による嗅覚障害からアルツハイマー病早期診断法の開発

アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患では、嗅覚障害が発病早期に出現し、発病時にはほとんどの症例で嗅覚障害を合併することが知られている。従って、嗅覚障害の検出がこれらの疾患の早期発見のためのバイオマーカーとなるのではないかとの仮説に基づき、研究を計画した。今年度までは、年齢を一致させた健常高齢者、原因不明の嗅覚障害患者、軽度認知障害患者、アルツハイマー病患者を対象とし、嗅覚検査(T&Tオルファクトメトリー、カード式嗅覚同定能検査)、MRI(アルツハイマー病早期診断ツールVSRAD、嗅球の体積測定)、血液検査(ApoE4)、認知機能検査(MMSE)を施行した。現在のところ、正常対象31例、原因不明の嗅覚障害例14例、MCI19例、アルツハイマー病患者15例に実施している。正常対象と原因不明の嗅覚障害患者との間では、嗅覚検査、MRIによる嗅球体積において、原因不明の嗅覚障害患者で有意に低下しているものの、VSRADによる扁桃体など関心領域に関しては両群で差を認めなかった。症例数は少ないものの、アルツハイマー病ではMRIで関心領域の委縮を認めた。現在、更に詳細な統計解析を行っているところである。昨年4月から当院に認知症センターが開設し、本格的に診療を開始しており、同センターの協力の下に今後も症例数を蓄積する予定である。また、これまで対象となった被検者に対して、今後も定期的に経過を観察していき、将来的な認知症の発症の発見の糸口となる結果が得られないか検討する予定である。症例数は統計解析が可能なまでに整っている。現在、詳細な統計解析を行っており、不足が生じるようであれば更に症例の蓄積を行う予定である。アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患では、疾患発症前に前駆症状として嗅覚障害が出現することが知られている。しかし、嗅覚低下は、アルツハイマー病のみならず、正常な加齢変化としても現れることから、嗅覚低下があっても必ずしもアルツハイマー病を発症するとは限らない。本研究では、人を用いて画像診断、血液マーカー、嗅覚検査所見、認知症検査など様々な観点から嗅覚機能とアルツハイマー病との関連を検索し、嗅覚低下がアルツハイマー病の早期診断のためのバイオマーカーとなりうるか、なるとすれば嗅覚低下からアルツハイマー病の早期診断まで、どのようにつなげるべきかを検討することを目的とした。本年度は当院を受診した高齢者で原因不明の嗅覚障害患者を対象として、各種嗅覚検査、MRI、簡便な認知機能検査を行った。MRIでは、VSRSDを用いて嗅内野、扁桃体などの関心領域の萎縮度を測定するとともに、嗅球の容量を測定した。結果として、VSRSDにより関心領域の萎縮を認めた症例は18例中1例のみであったが、半数以上の症例で眼窩前頭皮質あるいは嗅球の萎縮を認めていた。MMSEによる認知機能検査で異常値を示す症例は認めなかった。今後は対象を嗅覚正常者、軽度認知障害患者、アルツハイマー病に広げるとともに、血液マーカーも加えた検討を行うべく、当院倫理委員会に申請中である。また、これまでの被検者に対して経時的な変化を確認し、軽度認知障害、アルツハイマー病患者への移行について検討する予定である。嗅覚障害患者を対象とした研究は症例の蓄積が得られた。しかし、正常対照、軽度認知障害患者、アルツハイマー病患者を対象とした研究はまだ行えておらず、今後、展開する予定である。現在のところ、正常対象7例、原因不明の嗅覚障害例9例、MCI4例、アルツハイマー病患者3例に実施している。本年4月から当院に認知症センターが開設し、本格的に診療を開始しており、同センターの協力の下に今後も症例数を蓄積する予定である。正常対象者、原因不明の嗅覚障害患者に関しては順調に症例の蓄積が得られているが、MCI患者、アルツハイマー病患者の症例数が十分でない。

アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患では、嗅覚障害が発病早期に出現し、発病時にはほとんどの症例で嗅覚障害を合併することが知られている。従って、嗅覚障害の検出がこれらの疾患の早期発見のためのバイオマーカーとなるのではないかとの仮説に基づき、研究を計画した。今年度までは、年齢を一致させた健常高齢者、原因不明の嗅覚障害患者、軽度認知障害患者、アルツハイマー病患者を対象とし、嗅覚検査(T&Tオルファクトメトリー、カード式嗅覚同定能検査)、MRI(アルツハイマー病早期診断ツールVSRAD、嗅球の体積測定)、血液検査(ApoE4)、認知機能検査(MMSE)を施行した。現在のところ、正常対象31例、原因不明の嗅覚障害例14例、MCI19例、アルツハイマー病患者15例に実施している。正常対象と原因不明の嗅覚障害患者との間では、嗅覚検査、MRIによる嗅球体積において、原因不明の嗅覚障害患者で有意に低下しているものの、VSRADによる扁桃体など関心領域に関しては両群で差を認めなかった。症例数は少ないものの、アルツハイマー病ではMRIで関心領域の委縮を認めた。現在、更に詳細な統計解析を行っているところである。昨年4月から当院に認知症センターが開設し、本格的に診療を開始しており、同センターの協力の下に今後も症例数を蓄積する予定である。また、これまで対象となった被検者に対して、今後も定期的に経過を観察していき、将来的な認知症の発症の発見の糸口となる結果が得られないか検討する予定である。症例数は統計解析が可能なまでに整っている。現在、詳細な統計解析を行っており、不足が生じるようであれば更に症例の蓄積を行う予定である。今後は対象を嗅覚正常者、軽度認知障害患者、アルツハイマー病患者に広げるとともに、血液マーカーも加えた検討を行うべく、当院倫理委員会に申請中である。また、これまでの被検者に対して経時的な変化を確認し、軽度認知障害、アルツハイマー病への移行について検討する予定である。今後は各群とも20例を目標に対象を蓄積する予定である。また、既にデータを収集した被検者に対して、今後も経時的に経過を観察する予定である。当初計画していた症例数に到達しなかったため、次年度に繰り越す金額が発生しました。引き続き、対象症例を蓄積し、研究を行うため、必要な物品、謝金等に使用します。対象とする症例数が予定よりも少なかったため残額が生じた。次年度はこれまで蓄積されたデータをもとに国際学会も含め、発表予定が入っており、旅費として使用する。また、論文作成費用としても使用する予定である。
微粒子・量子ドット系における準位反発と相互作用効果

不規則形状やランダムネスをもつ量子ドット系は、その離散エネルギー準位間の強い準位反発により特徴づけられる。本研究では、この準位反発に対する電子間相互作用の効果を考察するとともに、物性に与える影響を調べることを目的とした。本年度の研究で得られた成果は以下の通りである。(1)量子ドット系における強い準位反発が、具体的な光物性(マイクロ波吸収や光吸収)にどのように反映されるかを考察した。マイクロ波吸収に関しては、弱磁場領域で特徴的な非線形依存性を示すこと、光吸収に関しては、ドット数に依存して特有の振舞いを示すことを理論的に予測した。(研究発表・雑誌論文1および2番目)(2)ドット内の電子数は一定というカノニカル系の条件の元で(電荷エネルギーを除く)電子相関に関する最低次の摂動近似を用い、比熱を計算した。不規則形状の効果に関しては準位統計・波動関数統計の性質を用い非摂動的に扱った。荷電エネルギーは厳密に取り込んだ。電子間相互作用のない場合には、強い準位反発を反映し比熱は低温においてT^<3+1>と振る舞うが、相互作用による最低次の補正項は温度に比例するという結果を得た。これは相互作用の効果が低温において重要になることを示唆する。現在、この結果については、その結果とともに導出過程の妥当性をチェックしているところである。(成果は未発表)(3)定量的に準位反発と電子間相互作用の効果を調べるため、ランダムポテンシャルと短距離または長距離の電子相関を持つスピンレスの2電子系の準位反発を数値計算により調べた。モデルの可積分性とも関連して、系の次元性が準位反発には極めて大きな影響を与えることがわかった。(成果は未発表)また本研究の副産物として(4)1次元長距離相互作用をもつ電子系における数学的な構造について考察することが可能となった。(研究発表・雑誌論文3番目)不規則形状やランダムネスをもつ量子ドット系は、その離散エネルギー準位間の強い準位反発により特徴づけられる。(研究発表・雑誌論文3番目)
人の脳活動の左右非対称性と入眠現象-認知の変容を中心として-

本研究は,脳波の頭皮上電位分布の非対称性と認知の変容の点から入眠期(覚醒・睡眠の移行)の解明を試みた萌芽的な実験研究である。30名の被験者が参加し,90回余りの記録を両大学で実施した。脳波の非対称性については,当初計画したシグナルプロセッサDP1200は資料の収集に技術的制約が大きいことが判明したため,新たに脳波マッピングプログラムATMAPを組み込んだコンピュータシステムにより16チャネル脳波のalpha帯域パワの資料を収集・分析した。認知については,脳波の非対称性との対応づけを実時間上で試みる目的から,時間知覚の行動的変容の計測を夢見など主観的体験の聴取に加えた。その手続きは,被験者に各自の主観的な1秒の時間感覚を保持して手の親指を連続10回押すリズム運動を左右の手を交替しつつ反復させた。手の運動は荷重スイッチシステムの感圧センサでとらえアナログ出力し,脳波と同時記録した。感圧センサは40gの初期圧で10gの加圧増分に対しほぼ直線的に応答する特性を備えていた。入眠期脳波の非対称性はalpha波帯域パワの左右差と前後差,及びそれらを各部位のパワで基準化した非対称係数により評価した。非対称係数は被験者間の比較において左右差・前後差パワよりも優れ,右脳パワの低下と前頭領域パワの増加を入眠期の低パワ量の下でも十分に反映することを確認した。認知については,主に行動変数の資料を分析した。入眠期の手の1秒リズム運動は脳波像の変化と対応する誤反応を特徴とした。加圧量の不安定化・低下と部分的な脱落反応,これに続く過剰・過少反応と左右の手の交替不全はalpha波の断続あるいはtheta波出現の延長に応じて顕著となり、頭頂部鋭波の出現に伴いリズム運動は停止した。K複合に速波が伴うと、利き手優位の反応が一時的に回復した。本研究で実施した認知の行動的計測は脳波の非対称性との関連を調べる新しい方法論的な可能性を提起している。
タイプI繰返し型ポリケタイド合成酵素の機能解析

糸状菌のポリケタイド合成酵素は、一本のポリペプチド鎖上の触媒酵素ドメインが繰返して反応に関与する繰返し型タイプI(IPKS)に分類され、共通のドメイン構造を持ちながら、還元反応、メチル化反応、生成物の炭素鎖長の制御とともに縮合サイクル特異的な環化反応によって、多種多様な炭素骨格の化合物ライブラリーを与える。本研究では、未だ不明であるIPKSの高次構造や酵素特異的な反応制御機構の解明を目的とし、Aspergillus terreus由来の6-メチルサリチル酸(6-MSA)合成酵素ATXを取り上げ、大腸菌発現系を用いて調製した精製タンパクを用いて種々の機能解析を行っている。前年度までに、ATXの触媒ドメインのうち、脱水酵素に共通した活性中心配列HxxxGxxxxPを持つ事から脱水酵素DHドメインとされてきたドメイン(DH様ドメイン)が、チオエステラーゼ(TE)活性を有することを見出していた。本年度の研究では、その反応メカニズムと、当ドメインの立体構造の解明を目的とした検討を行った。まず、DH様ドメインの活性中心HisをAlaに変異させたDHmと、^<14>C標識基質を反応させると、DHmま6-MSAを生成できずにテトラケタイド中間体を結合したままであることを確認していたことから、その結合領域の同定を試みた。^<14>C中間体結合型DHmのトロンビン消化断片のうち、^<14>C標識された断片は、N末シーケンシングによりACPを含むことが確認されたため、中間体はDHmのACP上に結合していることが明らかとなった。次に、ACP結合型中間体の摸倣体である、6-MSAのSNAC誘導体を合成し、野生型ATXと反応させ、DH様ドメインのTE活性の動的パラメーターを算出した。以上の検討により、ATXのDH様ドメインは、既知のTEとは異なり、ACP結合型中間体を直接加水分解するというメカニズムで反応を触媒することを明らかにした。現在、DH様ドメインを含む部分長タンパクATXDHの、X線結晶構造解析に向けた精製条件を検討中である。本研究では、未だ不明であるIPKSの高次構造や酵素特異的な反応制御機構の解明を目的とし、Aspergillus terreus由来の6-メチルサリチル酸(6-MSA)合成酵素ATXを取り上げ、その変異体を酵母や大腸菌を宿主として発現させることで、種々の機能解析を行っている。前年度までに、ATXが4量体構造をとって活性中心を形成するための領域を同定し、ATXポリペプチド間における基質の受け渡しを見出したことから、ATXの高次構造モデルを提案した。本年度の研究では、6-MSAとは異なり、その合成に還元反応や脱水反応を必要としないオルセリン酸を合成する酵素が、ATXと同様に脱水酵素ドメイン(DH)と推測される領域を持つことに注目し、DHの機能解析を試みた。新たに大腸菌発現系を用いて大量のリコンビナントタンパク質を調製し、放射性同位体で標識した基質を用いたin vitroアッセイを行った。これらの化合物の生成に関わる共通した反応として、生成物を加水分解反応により酵素から遊離するチオエステラーゼ反応が考えられたため、ATXのDHがチオエステラーゼ活性を持つか、検討を行うこととした。標識基質との酵素反応後のDH変異体を、SDS-PAGE解析することでDH変異体への反応中間体の結合を見出し、化学的なアルカリ加水分解反応を行うことで6-MSAが遊離することを明らかにしたことから、DHは芳香環化したテトラケタイド中間体を酵素から加水分解反応により遊離させる、チオエステラーゼ活性を有することを新たに見出した。

次に、ACP結合型中間体の摸倣体である、6-MSAのSNAC誘導体を合成し、野生型ATXと反応させ、DH様ドメインのTE活性の動的パラメーターを算出した。以上の検討により、ATXのDH様ドメインは、既知のTEとは異なり、ACP結合型中間体を直接加水分解するというメカニズムで反応を触媒することを明らかにした。現在、DH様ドメインを含む部分長タンパクATXDHの、X線結晶構造解析に向けた精製条件を検討中である。
歩行における左右肢の協調運動パタンを制御する神経機構とその分化

本研究では、発達期のラット脊髄における歩行運動の際のリズム活動を形成する神経メカニズムを調べる目的で、運動ニューロン群にリズム活動を誘発することが可能なラット新生児及び胎児の脊髄摘出標本を用いて、その神経メカニズムを解析した。これらのラット脊髄摘出標本において腰髄前根に5-HTによって誘発されたリズミックな発射活動は、GABA_A受容体を介するシナプス伝達が主に興奮作用を示している胎生15.5日には左右で同期したパタンをとるが、抑制作用が主要になる胎生18.5日から新生児期にかけて歩行運動様の左右交代性のパタンに変化する。我々は胎生期においては、リズム形成回路網の左右間の神経結合は主にGABA_A受容体を介するシナプス伝達が担っており、この作用が発達に伴って興奮性から抑制性に変化することにより5-HT誘発リズムが左右で同期したパタンから交代性のパタンに変化することを示した。さらに新生児期にかけて、この交代性のパターンの形成に不可欠な抑制性のシナプス伝達は主にグリシン受容体によって担われるようになることも示唆された。このようなリズム形成回路網の左右のパターンは脊髄前交連を切断することによって失われることから、前交連を通る軸索を伸ばしている交叉性ニューロンがリズム形成回路網の左右の結合を担っていることが示唆された。さらにこれらの交叉性ニューロンを脂溶性色素のDiIによって逆行性に染色したところ、その多くが脊髄腹内側多く局在しており、カルシウムイメージング法によってこれらのニューロンの活動を記録したところ、運動ニューロンのリズム活動に同期した細胞内カルシウムイオン濃度の振動が観察された。以上、本研究ではラットにおいて歩行運動神経回路網が発達分化する胎生期における左右肢の運動パターン形成の主要な神経伝達物質及びその受容体を明らかにし、さらに脊髄左右のリズム形成回路網を結合している交叉性ニューロンを同定した。本研究ではマウスの脊髄摘出標本を用いて、安定した歩行様リズム活動の誘発条件や各種伝達物質の作用について薬理学的な解析を行い、以下の結果を得た。(1)新生マウスの脊髄摘出標本においてセロトニンやドーパミンの灌流投与により左右の前根間や第2及び第5腰髄の前根間において交代性の歩行様リズム活動が誘発されることを見出した。また、当該標本においてリズム活動は頚髄や胸髄の腹外側部の連続的な電気刺激によっても誘発されることを初めて明らかにした。系統的な薬物や刺激強度について調べ、マウスにおけるinvitro実験系を確立した。(2)脊髄を正中分離した標本において5-HTの投与により第2及び第5腰髄間で交代性の活動が誘発されたことから、リズムを形成する神経機構が左右に独立して存在することが証明された。また、第3-第4腰髄間で切断すると吻側の第2腰髄前根においてのみ交代性の活動が持続した。さらに、第2腰髄のみを単離した標本においても左右前根からリズムが誘発された。これらのことから尾側腰髄よりも吻側腰髄においてリズム形成能が高いことが示唆された。(3)5-HTや下行路刺激で誘発されたリズム活動はイオンチャネル連結型グルタミン酸受容体の非選択的な拮抗薬であるキヌレン酸の同時投与により消失することからグルタミン酸受容体を介したシナプス伝達がリズム形成に重要な役割を担っていることが示唆された。刺激誘発リズムは主として5-HT2型受容体の拮抗薬であるケタンセリンや主としてドーパミン受容体D2受容体の拮抗薬であるハロペリドールの投与によっても消失した。

この結果ならびに5-HT及びドーパミンの灌流投与によってリズムが誘発されたことから、従来から知られている5-HT作働性下行路と共にドーパミン作働性下行路がCPGの制御において重要な役割を果たすことが示唆された。本研究ではマウス胎児の脊髄摘出標本を用いて、セロトニンによって腰髄前根に誘発される歩行様リズム活動についてその日齢に伴う変化を調べた。胎生13日のマウスの脊髄摘出標本において、セロトニンの灌流投与により、左右の腰髄前根間において同期したリズムが観察された。このリズムはキヌレン酸投与によっては消失せず、ストリキニーネ及びビククリンによって抑制された。このことからこの時期のマウス脊髄においてはグルタミン酸受容体ではなく、グリシンおよびGABA_A受容体による興奮性シナプス伝達がこれらのリズム活動を駆動していることが考えられた。さらにこの時期の腰髄運動ニューロンをカルシウム感受性色素(カルシウム・グリーン)で逆行性に染色し、そのリズム活動の際の細胞内カルシウム動態を観察したところ、リズム活動に一致した細胞内カルシウム濃度の振動が観察された。細胞内カルシウム濃度の変化はニューロンの軸索や樹状突起の伸長、シナプスの発達などに重要な役割を担っていることから、この時期のグリシンおよびGABA_A受容体による興奮性の作用は神経回路網の発達に重要な役割を担っていることが示唆された。また、同標本において脊髄の前交連を切断したところ、リズム活動は見られたものの左右前根では同期しなくなった。このことから、左右の脊髄において両側に独立したリズム形成回路網が存在し、左右の神経回路網は前交連を通る軸索によって結合されていることが示唆された。セロトニンによって誘発されるリズム活動のパタンは胎生17日までに左右交代となり、リズム活動も生後のマウスと同じように、グルタミン酸受容体の拮抗薬であるキヌレン酸によって抑制されることから、歩行リズムを形成する基本的な神経回路はマウスにおいては胎生期にできることが示唆された。本研究では、発達期のラット脊髄における歩行運動の際のリズム活動を形成する神経メカニズムを調べる目的で、運動ニューロン群にリズム活動を誘発することが可能なラット胎児の脊髄スライス標本を開発し、その神経メカニズムを調べた。まず、ラット胎児(胎生15.5-16.5日)腰髄を摘出しスライス標本(厚さ200-500μm)を作製し、可視下に運動ニューロンを同定してホールセル・パッチクランプ記録を行なった。セロトニンの灌流投与によりこれらの運動ニューロンにリズミックなシナプス入力が観察された。このリズム活動は脊髄摘出標本の腰髄前根において見られる歩行運動様リズム活動とそのバーストの持続時間や頻度がほぼ同じであった。また、あらかじめカルシウム感受性色素で左右の運動ニューロン群を逆行性に染色した脊髄摘出標本からスライス標本を作製し、カルシウムイメージング法を用いて左右の運動ニューロン群の活動を記録したところ、セロトニンの灌流投与により両側の運動ニューロン群それぞれに、個々の運動ニューロンのリズミックなシナプス入力に対応した活動が観察された。この活動は左右で同期しており、GABA_A、グリシンおよびグルタミン酸受容体阻害薬の同時投与によって消失した。