hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルシウムチャンネル関連遺伝子のメチル化と消化管がんの臨床病理学的諸因子との関係

A2D1とA2D3のMSP解析では、メチル化と遺伝子発現はほぼ一致し、これら遺伝子の発現消失にはメチル化が関与していることが示唆された。胃癌組織70例におけるA2D1とA2D3のメチル化頻度は、それぞれ10例(14.2%)と19例(27.1%)であった。組織型別には未分化型癌におけるA2D3のメチル化頻度は分化型癌に比べて有意に高かった。一方、A2D2は発現とメチル化との関係はなく、胃癌組織32例でもメチル化は認められなかった。現在、A2D3の発現ベクターを用いて、その機能的解析を行っている。遺伝子プロモーター領域のCpGアイランドの異常メチル化は、がん抑制遺伝子の不活性化機構の一つとして知られている。カルシウムチャンネル遺伝子CACNA2D2(以下、A2D2)とCACNA2D3(A2D3)は、胃がんや肺がんで染色体欠失が多い染色体3p21領域に位置している。これらは、電位依存性カルシウムチャンネルα2δサブユニットをコードしており、他にもホモロジーが高い2遺伝子(CACNA2D1とCACNA2D4)が別の染色体に存在している。本研究では電位依存性カルシウムチャンネル遺伝子のがん化への役割を明らかにするため、胃がんにおけるA2D1-A2D4の4遺伝子のメチル化解析を行った。正常胃粘膜上皮ではA2D1/2/3の3遺伝子が発現しており、それら遺伝子のメチル化は陰性であった。胃がん細胞7株の解析ではA2D1とA2D3でのみ、発現とメチル化の関連性が認められ、メチル化陽性の殆どの細胞株は脱メチル化剤処理後に発現回復した。胃がん組織70例におけるA2D1とA2D3のメチル化頻度は、それぞれ10例(14.2%)と19例(27.1%)であった。臨床病理学的諸性状との関係では、未分化型がんでのA2D3メチル化頻度は分化型がんに比べて有意に高かった(p=0.03)。更に、A2D3メチル化陽性がんの患者の予後は陰性がん患者に比べて有意に悪かった(p<0.01)。A2D3遺伝子の強制発現実験の結果、細胞増殖の低下、細胞内カルシウム濃度の増加と細胞周期に関わるP21とP27蛋白の発現増加が認められた。またA2D3遺伝子のRNA干渉実験により、P21とP27の低下が確認された。以上より、A2D1とA2D3遺伝子の発現消失にはメチル化が関与していることが示唆された。更にA2D3は機能的に細胞増殖に関与しており、A2D3異常は発がんにおいて重要と考えられた。
Wnt5a-Ror2によるアクチンダイナミクスと細胞移動の制御機構の解析

我々は受容体型チロシンキナーゼRor2がWnt5a受容体としてWnt5aによる細胞の極性化や細胞移動に必要であることを明らかにした。また、ヒト骨肉腫細胞株において、Wnt5aまたはRor2の発現を抑制した結果、浸潤能が顕著に低下した。さらに骨肉腫細胞においてRor2およびWnt5aによって遺伝子発現が制御される分子として、マトリックスメタロプロテアーゼMMP-13を同定し、MMP-13がWnt5a-Ror2シグナルによる骨肉腫細胞の浸潤に重要な役割を果たしていることが明らかになった。蛍光タンパク質YFPとアクチンの融合タンパク質をマウス黒色種細胞株(B16F1、B16BL6)、ヒト骨肉腫細胞株(M2、A7)、ヒト骨肉腫細胞株(SaOS2)にそれぞれ発現させ、Wnt5a刺激によるアクチン細胞骨格の変化を生細胞を用いて解析した。その結果、B16F1、B16BL6、M2、A7細胞において刺激後1分以内に葉状仮足の形成が観察された。一方、SaOS2細胞においては刺激後1分以内に糸状仮足の形成が観察された。したがって、Wnt5aによるアクチン再構築制御には、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質、なかでも葉状仮足形成を誘導するRacと糸状仮足形成を誘導するCdc42が関わっていることが示唆された。本解析ではこのような細胞突起の形成だけではなく、細胞質内においてアクチンコメットの形成が観察された。アクチンコメットは刺激後1分以内に一部の細胞で観察され、20分の観察の間に不規則に出現し、細胞内を移動した後、ほぼ1分以内に消失した。このようなアクチンコメット形成は本解析に用いたすべての細胞において観察された。アクチンコメットの出現・消失のタイミング、大きさ、移動距離、移動速度、移動方向についてこれまでの結果から規則性を見出すことができなかった。これまでの報告により、アクチンコメット形成にはチロシンキナーゼであるSrcファミリーの関与が示唆されていることから、Src阻害剤で前処理したB16BL6細胞を用いてWnt5aによるアクチンコメット形成に対する影響を観察した。その結果、Src阻害剤PP2によって顕著にWnt5aによるアクチンコメット形成が阻害された。アクチンコメットはエンドサイトーシスや細胞内小胞の移動の推進力として重要な役割を担っていることから、Wnt5aがこれらの細胞機能の制御を担っていることが示唆された。浸潤突起は、がん細胞において観察される特殊な膜構造であり、その形成にはアクチン細胞骨格の再構築と細胞外基質の分解が重要な役割を担ってる。ヒト骨肉腫細胞株SaOS-2およびU2OSにおいて、RNA干渉法によってWnt5aまたはRor2の発現を抑制した結果、浸潤突起形成能が有意に低下した。また、YFP-アクチンを発現させたSaOS-2細胞を用いて、浸潤突起形成の時空間的動態解析を行った結果、Ror2発現抑制細胞では、浸潤突起の形態や存在時間に影響はみられないが、形成される浸潤突起の数が有意に低下していることが見出された。したがって、Wnt5a/Ror2シグナルは浸潤突起の形成過程に重要な役割を担っていることが示唆された。次に、Wnt5a/Ror2シグナルの下流で浸潤突起形成に関与する分子を同定するため、Ror2の発現抑制によって発現変動する遺伝子をDNAマイクロアレイを用いて解析した。その結果、Ror2発現抑制細胞ではマトリックスメタロプロテアーゼ-13(MMP-13)の発現が顕著に低下することが見出された。Ror2の発現抑制によるMMP-13の発現低下はRT-PCR法およびELISA法によっても確認された。また、SaOS-2細胞を精製したWnt5aで刺激することによりMMP-13の発現量が増加することも見出された。MMP-13の発現抑制細胞では、Ror2またはWnt5aの発現抑制細胞と同様に、浸潤突起形成が抑制され、また精製Wnt5aの刺激によって促進される浸潤突起形成は、MMP-13特異的阻害剤(CL-82198)により阻害された。以上の結果より、骨肉腫細胞においてWnt5a/Ror2シグナルはMMP-13の遺伝子発現を介して浸潤突起形成を誘導することが明らかになった。
MCP-1およびテネイシンCによる造血細胞由来癌関連線維芽細胞の動員と大腸癌進展

炎症性腸炎では様々な血液細胞が大腸に浸潤し癌微小環境を形成することが知られているが、注目されるのは癌関連線維芽細胞(CAF)である。我々はこれまでに、単球がMCP-1/CCR2 axisを介して傷害臓器に浸潤して線維芽細胞や筋線維芽細胞様細胞に分化しうることを確認しており、CAFも単球由来ではないかとの仮説を立てた。EGFPマウスの骨髄細胞を移植したマウスにAOM/DSS傷害を与えると、炎症の進行に伴い傷害腸にEGFP陽性の単球と線維細胞・線維芽細胞が増加し、これらの細胞浸潤は腫瘍形成と関連していた。また、Angiotensin II受容体阻害薬投与は大腸線維化ならびに腫瘍形成を抑制した。EGFP-transgenic miceから分離した骨髄細胞5 x 10e6個を10 Gy放射線照射後のC57BL/6J miceの尾静脈から移植して骨髄再構築を施行し、移植後2ヶ月以上経過してから、このマウスにAOM/DSSを投与して大腸炎後に大腸癌を発症するモデルを作成した。投与するDSSの濃度により、マウスは早期死亡を来たし、最終的には1% DSSを7日間投与後distilled waterを2週間投与するのを1サイクルとして3サイクル実施し、3サイクル終了後12週まで観察した。1% DSS投与中には下痢・下血が見られ、体重も平均10-15%減少した。3サイクル終了後5週目では腫瘍の形成は認められなかったが、8週目では肛門側に腫瘍形成が認められ(これまでの報告通り、上行結腸にはほとんど腫瘍形成はなく、下行結腸から直腸に集中していた)、12週目では腫瘍の数および大きさが増大していた。また、大腸の長さは傷害に伴い短縮することも確認された。大腸のH-E標本では、大腸粘膜下に多数の炎症細胞浸潤が認められた。大腸の凍結切片を作成し、抗CD45抗体で反応後、Alexa-Fluor568二次抗体で染色し、TOPRO3にて核染色を行い、confocal lazer microscopyにて観察した。腸粘膜下に多数のEGFP陽性細胞を認め、一部の細胞では白血球抗原であるCD45が陰性であった。EGFP-transgenic miceから分離した全骨髄細胞5 x 10e6個を10 Gy放射線照射後のC57BL/6J miceの尾静脈から移植して骨髄キメラマウスを作成。移植後2ヶ月以上経過してからAOM/DSS(1% DSSを含む水を7日間投与後2週間蒸留水を投与することを1サイクルとして3サイクル実施)傷害を与えるモデルを用いて、降圧薬として使用されているangiotensin II type 1 receptor blocker (ARB)を投与することにより、大腸の炎症や腫瘍形成がどのように変化するのかを観察した。ARB投与群では、1%DSSによる傷害開始時から3サイクル投与終了後12週目までの全観察期間にわたりARBを投与した。そして、臓器を摘出して大腸の長さ、腸管内腫瘍の数とサイズをARB非投与群のマウスと比較検討した。ARB投与群では1%DSS投与1サイクル目の体重減少は非投与群より軽度であったが、2サイクル目以降は非投与群より有意に体重が減少した。しかしながら、大腸長の短縮はARB投与群が非投与群に比して軽度であった。また、直腸領域に発生する腫瘍(腫瘍はほとんど直腸に発生した)の数も非投与群に比して少なかったが、出現した腫瘍のサイズにはあまり差違は無かった。AOM/DSS傷害後の腸管の粘膜下層には血液細胞由来(EGFP陽性)でありながらCD45抗原が陰性の細胞が出現することがこれまでの解析から判明していた。この細胞はcollagen Iやα-smooth muscle actinが発現することから線維芽細胞および筋線維芽細胞であると推測された。これらの細胞はARB投与により減少することが確認できた。EGFPマウス由来骨髄細胞を移植したLy5.1マウスにAOM/DSS傷害を与えてからの大腸炎の状況・大腸の長さ・腫瘤形成状況をアンギオテンシン受容体阻害剤(ARB)の有無別で経時的に観察するとともに、大腸組織の凍結切片を蛍光免疫組織染色法で、粘膜下(lamina propria, LP)の細胞分画をFlow cytometry法で解析した。DSSによる傷害進行に従い大腸炎の程度が強くなったが、ARB併用群では体重減少はやや増強するものの、炎症所見は改善した。そのことを反映して、ARB併用群では大腸の短縮が有意に軽減した。3サイクルのDSS傷害後5週、8週、12週と時間経過に伴い腫瘍数が増加したが、ARB併用群ではその数は抑制された。大腸組織の凍結切片を抗CD45抗体とTOPRO3で染色後、蛍光顕微鏡で解析した。造血細胞由来細胞はEGFP陽性であるので、この細胞のCD45抗原発現を検討した。3サイクルのDSS終了後5週、8週、12週と経過するとEGFP陽性CD45陰性細胞が増加した。12週の時点で、腫瘍形成部と非腫瘍部においてEGFP陽性細胞数を検討すると、腫瘍形成部でCD45陰性細胞が有意に多かった。これは骨髄由来CD45陰性細胞が腫瘍形成に影響していることを示しているものと考えられる。LP細胞分画を大腸組織から分離し、各種抗体で染色後Flow cytometryを用いて解析した。LP細胞数はDSS傷害の進行に伴い増加したが、ARB併用群ではその増加が抑制された。DSS傷害の進行とともにEGFP陽性CD

45陰性collagen-I陽性の線維細胞も増加し、それがARB併用群では減少した。従って、AOM/DSS傷害に伴い、骨髄由来の線維細胞が傷害部位に動員され、大腸の線維化や腫瘍形成に影響する可能性が示された。また、この動員はARBの併用で抑制されることも判明した。炎症性腸炎では様々な血液細胞が大腸に浸潤し癌微小環境を形成することが知られているが、注目されるのは癌関連線維芽細胞(CAF)である。我々はこれまでに、単球がMCP-1/CCR2 axisを介して傷害臓器に浸潤して線維芽細胞や筋線維芽細胞様細胞に分化しうることを確認しており、CAFも単球由来ではないかとの仮説を立てた。EGFPマウスの骨髄細胞を移植したマウスにAOM/DSS傷害を与えると、炎症の進行に伴い傷害腸にEGFP陽性の単球と線維細胞・線維芽細胞が増加し、これらの細胞浸潤は腫瘍形成と関連していた。また、Angiotensin II受容体阻害薬投与は大腸線維化ならびに腫瘍形成を抑制した。AOM/DSSにより引き起こされる大腸線維化(大腸長の短縮で判断しただけで、まだSirius red染色などでは確認できていない)や大腸腫瘍の形成に及ぼすARBの抑制効果は確認できたが、炎症部位に存在する細胞の詳細な解析はまだ不十分である。炎症部位へはchemokineなどの液性因子の関与が推測されており、ARB投与群と非投与群でのマウス血漿が保存できているがこれに関してもまだ解析できていない。血液学AOM/DSS傷害マウスの粘膜下組織に存在するEGFP陽性細胞に注目して、ARB投与群と非投与群を比較するとCD45陰性細胞の減少が認められたが、CD45陽性細胞ではどの分画(リンパ球、好中球、単球/マクロファージ)の細胞に変化があるのかは十分検討出来ていないので、詳細な細胞分画の解析を行う。その際には、組織学的な解析に加え、大腸粘膜下細胞を分離してFACS解析も行う。また、分離保存してあるマウス血漿の解析から、どのような液性因子(chemokine中心に)が末梢血から傷害腸管への血液細胞侵入に影響するのかを検討する。さらに、tenascin CがchemokineであるMCP-1のregulatorとの報告があるので、EGFP miceから分離した全骨髄細胞を移植したtenascin C knockout miceを解析する。これらの解析結果をまとめることにより傷害腸管への血液細胞浸潤に関与する因子を明らかにする。EGFP-transgenic mice由来の全骨髄細胞(造血細胞以外に間葉系細胞や組織幹細胞を含む)を移植した骨髄キメラマウスを用いて、AOM/DSSモデルを作成できたが、まだ、造血幹細胞のみ(100個のEGFP+lineage-c-kit+Sca-1+CD34-細胞)を移植したマウスが作成できていない。AOM/DSSモデルを骨髄キメラマウスに適用するに当たり、これまでに非移植マウスで報告されていたDSS濃度(2ー3%)では短期間に死亡するため、大腸腫瘍形成の過程を観察することが出来ず、その濃度決定に時間を要した。最終的には1% DSSであれば、概ね80%のマウスで長期観察が可能であることが判明した。この濃度決定実験に時間を要してしまい、造血幹細胞移植マウスの作成まで手が回らなかった。
キラルアダマンタンアミン類の合成に基づくグルタミン酸受容体機能解明ツールの創製

当研究室で独自に開発したアダマンタン核不斉修飾法の展開を機軸とし、特異なグルタミン酸受容体作動性を示すアダマンタンアミン類をモチーフとして薬理活性発現が期待される含窒素アダマンタン誘導体を種々合成した。そして、それらの神経薬理学的評価法に基づく構造-活性相関情報を獲得するとともに分子設計へとフィードバックさせて、グルタミン酸受容体機能解明に資する分子ツールの創製を目指した。先ず、アダマンタンジオールから1工程で得られるビシクロ[3.3.2]ノナノンを起点として、光学活性アダマンタンアミノ酸、アダマンタンアミン類、およびアザアダマンタンに到る基本合成経路を確立した。また、ビシクロ[3.3.2]ノナノン型化合物からの多様なアダマンタンアミン誘導体の合成を可能とするLewis酸触媒Olah型環化手法を確立することができた。新規に合成したアダマンタン誘導体について、電気生理学的手法を用いてその神経薬理学的評価を行りたところ、アダマンタンアミノ酸Ad001がラット海馬C1領域における長期増強現象を強く抑制することを見出した。本化合物の活性は抗アルツハイマー薬として臨床で用いられているメマンチンを凌駕するものであった。これまでの検討の結果、Ad001はAMPA型グルタミン酸受容体には殆ど作用を及ぼさない一方、NMDA型グルタミン酸受容体に結合してアンタゴニスト活性を発現することが強く示唆されている。現在、Ad001の立体異性体を種々合成して、構造活性相関に関する情報収集を行っている。
乾癬患者におけるナイーブCD4陽性T細胞特異的Krupple型転写因子群の機能

ヒト染色体6p21.3はcoreneodesmosin (CDSN)を含む尋常性乾癬に対する感受性を決める染色体領域で、血清学的なHLAタイピングとの照合により、日本人乾癬患者に高率に認められるHLA-C領域近傍に焦点を当てて解析を行った。これまでの行った英国Trembath博士(Universlty of Leicester, UK)との共同研究の結果、CDSN allele 5との関連性が重要であることが判明した。今回、英国Barker博士(St.Thomas' Hospital, UK)との共同研究の結果、CDSNは複数の箇所に一塩基置換による多様性(SNP)が存在し、+1215と+1236はCDSN allele 5をさらに分析するために有効で、high-risk haplotypeを特定することができた(CDSN allele 5とSNP+1236T)(p=8.5 x 10^<-8>)また、CDSNタンパク質の構造を解析した結果、免疫グロブリン様構造が存在することが明らかとなった。上記の一塩基置換(SNP+1236T)は、CDSNタンパク質の免疫グロブリン様構造内に存在し、大型計算機によるタンパク質の立体構造解析の結果からループ構造内に存在したアミノ酸が外側に暴露される形に変換されるため、潜在的に高い抗原性を与える可能性が示唆された。さらに、日本人乾癬患者との関連性を追求したが、優位な相関関係を得ることはできなかった。したがって、これらの結果は、本邦におけるCDSNとの関連性は得られなかったものの、白人におけるCDSNの一塩基置換による多様性が、CDSNタンパク質機能的な差異に寄与し、乾癬発症に関連する可能性が示唆された。今回の解析に用いた乾癬患者の臨床的プロファイルを以下に示す。総患者数は82名(男57名;女25名)で年齢は9-79歳(平均49歳)であった。尋常性乾癬患者は49名であり,関節炎を伴った尋常性乾癬患者は20名,紅皮症性乾癬9名,膿庖性乾癬3名であった。重症度の判定は主にPASIスコアを用いて行い,治療等のパラメーターも確保している。患者の同意取得後,末梢血からgenomic DNAを分離し,遺伝子解析を施行するとともに血清学的にHLAタイピングを行った。
脳機能計測を利用した人的操作ミスの原因となる認知的ゆらぎの検出

高度情報システムに対峙した利用者の操作ミスの原因となる認知的ゆらぎに関連する脳活動領域を特定し、その活動信号をエラー予防に活用するための基礎研究を行い、以下の成果を得た。・エラーに対する認知的構え、課題に対する戦術思考、および複雑な思考を要する作業におけるインタフェースの影響を反映した脳活動変化のゆらぎとその関与領域を描出する事が出来た。・脳機能計測信号に基づく、エラーを生じさせやすい認知状態を判別可能性について基礎的な知見を得た。平成25年度は、実施計画に基づきfMRIによる認知的ゆらぎを特定する脳機能計測実験の実施を行った。具体的には、(1)心理課題を用いたヒューマンエラーに対する認知的ゆらぎの神経基盤の描出、および(2)熟練技能者と一般被験者との間の技能差を反映する神経基盤の描出、の2つの実験を遂行しヒューマンエラーを生じたり、エラーに対処しようとする認知的揺らぎをの検出および、作業への熟練が脳活動に対して与える影響について解析を行った。その結果は26年度以降に国際学会での発表、学術論文として成果公開する予定である。またNIRSを用いた脳機能計測実験としては、予定していた操作ミスに関与する認知的なゆらぎをNIRS測定装置により計測可能である事の実証実験を行い、fMRI実験と比較可能な計測データを得る事が出来た事から、次年度にデータを分析し、認知的ゆらぎを検出する信号処理手法の開発を目指す。それとあわせて、昨年度までの研究成果を補強するための実験として、作業課題時に被験者に対して設定される実験条件及び教示される課題ルールが認知活動に与える影響の評価実験を行い、左側前頭部の局所的な関与を特定できたため、26年度に国際学会で発表を予定している。他にも、課題に対する効力感や課題に対する熟練を評価するための追加の脳機能計測実験、およびスマートグリッドシミュレータを用いた課題に対する心理的構えのゆらぎを評価する脳機能計測実験を行い、今後の研究計画に対し有用な知見を得る事が出来た。平成24年度は、過去の実験データや先行研究に基づき、認知的ゆらぎの原因となると想定されるヒトの心的状態や外部環境による要因の抽出を行った。そして抽出された心的・外的要因に基づき、個々の要因を操作可能な心理物理実験課題を設計し、脳機能計測実験を実施した。認知的ゆらぎの要因・分析抽出作業においては、過去に行った実験データや先行研究のデータを精査し、ヒューマンエラーの元となる認知的ゆらぎが(1)作業課題時に被験者に対して設定される実験条件及び教示される課題ルール、(2)課題ルールでは判断困難な探索的な行動(知識ベース行動)の有無、(3)課題に対する効力感、(4)課題に対する熟練、(5)過去の試行を成功したか失敗したかについての被験者の行動履歴、等の要因によってより顕著に生じうる可能性が示唆された。この分析結果に基づき、各々の要因を実験的に操作可能な心理実験課題を設計し、行動実験または脳機能計測実験を実施した。その結果、特に(1)の課題ルールの要因に関する脳機能計測実験において、認知的ゆらぎの検出可能性をよく示すデータが観察された。またそれと合わせて(5)行動履歴に関する要因については、関連する先行研究において用いられたヒューマンエラーを誘発し易い心理実験課題(フランカー課題)と親和性が高く、課題に改良を加える事でエラー試行の回数を確保した上で主観的行動履歴を追跡出来る事を確認出来た事から次年度に行う脳機能計測実験課題として採用する事とした。それと併せて、脳機能計測データをリアルタイムで分析するための信号処理手法について基礎的な検討を行った。平成26年度前半は、前年度を行ったヒューマンエラーに対する認知的揺らぎの神経基盤に関するfMRI実験に関して解析を行い、統計的有意性を確保するための被験者数の増加が必要になった事から、26年度後半にかけて追加のfMRI実験を実施した。その結果、前頭葉内側面の前方に自らの行動のエラーを認識し、かつ同一のエラーを繰り返さないよう集中のし直しが出来た際に特異的に活動が増強する領域がある事が示された。従って、エラーに対処しようとする時の揺らぎを示す認知活動が前頭葉の脳活動から抽出可能である事の基礎的な知見を得た。また行動データと比較する事により、監視作業の様な、継続した注意処理を要求する形態の作業については、適度な情報フィードバックを返す事で脳活動の揺らぎの状態を改善させる事が可能である事の基礎的な知見を得た。この成果については平成27年6月の国際学会で発表予定であり、また学術論文として成果公表する予定である。また、同一課題を用いてNIRS脳機能計測実験を実施したところ、計測領野の差および被験者内変動の影響からfMRI実験結果との間に差異があったものの、被験者によってはエラーに対処しようとするゆらぎを反映したと考えられる活動変化が観察された事から、本成果よりNIRS信号の変動に基づきゆらぎを検知する信号処理手法を開発する上での、基礎的な知見を得たと述べる事が出来る。

認知工学昨年度の研究計画である、fMRIによる認知的揺らぎを検出するための脳機能計測実験の遂行し、操作ミスやそれに対する認知的仲前の認知活動を反映する脳領域として内側前頭前野の関与を特定し、内側前頭善野の活動はNIRS装置を用いて計測可能な領域に観察された事から、NIRS装置による計測可能性についても検証する事が出来た。また、NIRSを用いた脳機能計測実験計画に関しても、当初計画通り、被験者数を増加して統計的に有意な結果を得る事ができ、その他にも認知的揺らぎに関わる脳活動を捉えるための脳機能計測実験を複数遂行し、有用な知見を得る事が出来た。以上のことより、研究計画は順調に進展していると評価できる。研究計画において設定した昨年度計画である、ヒューマンエラーの原因となる認知的ゆらぎが生じる心的・外的要因の抽出、認知的ゆらぎとヒューマンエラーに着目した脳機能計測実験課題の作成、脳機能計測実験の遂行を行えた事からおおむね順調に遂行出来ていると評価する事が可能である。脳機能計測実験に関しては、認知的ゆらぎを観察するためのデータとしては十分であったが、学術発表を考えると被験者数が少なかったため、今年度以降は被験者数を増加させて、論文投稿・学会発表の形で成果公表を目指す。平成26年度前半は、前年度の研究内容を継続してfMRI実験で得られた脳科学的知見とNIRS実験で得られた計測結果との間の関係性についての分析を行う。その後に、NIRS計測信号における認知的ゆらぎの知見を元に、ヒューマンエラーの原因となりうる認知的ゆらぎ信号を脳活動信号から検出する信号解析手法の開発、および操作ミスを誘発しやすい脳活動状態を明らかにする事を行う。そして、これらの信号解析手法を利用した、操作ミスを誘発しやすい脳活動状態では情報システム利用者に警報音等で注意を促す操作ミス警報システムのプロトタイプモデルの構築を目指す。信号処理およびゆらぎ信号検出には、個人内変動・個人間変動の双方に対応可能な検出手法が必要になる事から、多くの被験者からデータを収集する事により、少ないチャンネル数の計測データからでも検出可能な信号検出手法の開発を目指す。またこれまでに得られたデータをまとめ、学術論文化や学会発表の形で公表を行う。平成25年度前半は、平成24年度に行ったヒューマンエラーの要因を要素化した課題遂行時の脳機能計測実験結果を元に、fMRIによる認知的ゆらぎを特定する脳機能計測実験の実施を行う。計測されたfMRIデータは、操作ミスに関与する機能領域の特定と、時間変動成分からみた認知的ゆらぎの特徴抽出の2種類の方法で分析を行う。先行研究より認知のゆらぎを推定出来る可能性のある前頭極部、24年度のNIRS実験でも検証された背外側前頭前野と頭頂連合野との領域の相互作用について特に着目し評価を行う。平成25年度後半は、fMRI脳機能計測実験で得られた研究成果を受けて、操作ミスに関与する認知的なゆらぎをNIRS測定装置により計測可能である事の実証実験を行う。そしてfMRI実験で得られている知見と同様の結果が得られるかどうかについて検証を行う。さらに平成24年度に行った脳機能計測実験に関して、学術発表を目指し被験者数の増加のため追加実験を行う。
マスタスレーブ二足歩行ロボットのための実時間シミュレータ・ベースト制御技術開発

2018年度は前年度までの技術を発展させ,操作性の向上や,外乱や不整地への対応のための技術開発に注力した.これにより,下記の成果を得た.*両足接地状態において操縦者から片足を上げる指令が与えられたとき,ロボットは重心を移動させたあとに片足を上げる必要がある.前年度までの手法ではこの一連の動作に時間を要した.2018年度にはロボットを両足支持状態から片足支持状態へ遷移させる際に,目標ZMPを一時的に逆方向へ振ってから重心を移動するアルゴリズムを実装した.これによって状態遷移の所要時間が短くなり,操作性が向上した.*外乱に対する頑健性を高めるために,ロボット本体の重心位置と加速度から算出したZMPと床反力中心位置の差を,梶田らの予見制御則(2003)にフィードバックして目標ZMPを補正する手法を構築した.*二足歩行ロボットは重心高さを一定に保ちながら歩行することが望まれるが,重心高さを一定に保ったままでは階段を下る際などに遊脚を地面に届くまで下げられないことがある.この問題を解決するために,片足支持期に目標重心高さを上下させるアルゴリズムを実装した.これにより,斜面の傾きや段差の高さなどの事前情報なしに,階段やスロープの昇り降りができるようになった.*前年度までの手法では,足の一部が障害物に乗り上げて傾いた状態でもう一方の足を上げると,バランスを崩すことがあった.適切なモード分けによって参照重心位置を決定することによって,このような場合にもバランスを崩さずに片足支持に移行できるようにする手法を構築した.*シミュレータ内のロボットに腕をとりつけ,自律動作とマスタスレーブ操縦を混合させた半自動立ち上がり手法を構築した.本手法における立ち上がりは反動に頼らないため静的な状態を保ちながら任意の速度での立ち上がりを実現することができる.【1.実験装置の構築】まず,パソコン1台および力覚提示装置2台から構成される実時間シミュレータ環境を構築した.ここで用いた力覚提示装置は並進3自由度のみの比較的安価なもの(Novint社製Falcon)である.C言語によって二脚ロボットの動力学モデルを構築し,任意の制御則で関節トルクを駆動できるようにした.また,ロボット関節の摩擦力や,足部と地面との接触における摩擦接触力については,研究代表者の独自技術によってモデル化し,シミュレータに実装した.【2.バランス維持制御と足首位置マスタスレーブ制御の実装】足首関節のみで行うバランス維持制御と,足首位置と力覚提示装置の位置を一致させる位置制御則を両立する制御アルゴリズムの基本的枠組みを確立した.具体的には,足首にロール軸・ピッチ軸周りのアクチュエータを配置し,それらはバランス維持制御に専従させる.それ以外の関節は,力覚提示装置からの指令にもとづいて制御される.ここで実装したバランス維持制御則は,床反力中心に対する積分制御(I制御)と体幹中心に対する比例微分制御(PD制御)を重ね合わせたものである.【3.モード切替の導入による歩行の実現】自然な歩行を実現するためには,片足支持状態と両足指示状態との間の遷移を,ユーザーが意図したように実現する必要がある.このために,床反力中心位置と体幹中心位置をもとにして制御モードを切り替え手法を考案した.これによって,自然な歩行と足踏み動作が可能になった.なお,床反力中心位置は外力にも影響されるが,このときにも自然なモード遷移ができるように改良した手法も構築済みである.新規構築したシミュレータ環境と新しい制御則によって,安定した二足歩行が実現できるようになった.前年度に構築した制御則は,体幹からの足首相対位置をマスタデバイスから指令し,足首関節でバランス維持を行うというものであった.この方法は必ずしも直感的に操作しやすいものではなく,また,足首関節に負担がかかりすぎるという難点があった.本年度は抜本的な改良を行った.【1】前年度の手法はトルク指令ベースであったが,今年度は,位置指令ベースで制御系を構築しなおした.具体的には,設定した目標ZMPを実現するために,重心ヤコビアンを用いて目標重心速度・加速度を算出し,それにあわせて各関節を角度制御するという方針で制御系を構築した.これにより,バランス維持のための負担がすべて足首関節に加わるという問題は解消された.【2】前年度の手法では,脚の関節可動域の制限によって,大きい歩幅での歩行が出来ないという難点があった.特に片足支持期において,脚を伸ばして遠いところに遊脚を下ろすことができない状況が発生した.この問題を解決するために,脚自由度の制御タスクに優先度を設けて,可動域限界に近づく関節数にあわせて優先順位の低いタスクから無視するようなアルゴリズムを構築した.具体的には,脚関節が可動域限界に近づいたときに,胴体姿勢の自由度に対する拘束を順次はずしていく方針のアルゴリズムを構築した.その結果,遠くに脚を伸ばすときにはロボットが胴体を自然に傾けるようになり,広い歩幅で歩けるようになった.【3】マスタデバイスは,常に原点復帰の復元力を発生するようにした.上記の制御則とこのことの組み合わせによって,操作者にとって自然で直感的な操作が可能になった.初年度に構築した実験・シミュレーション環境において,全く新しい形態の制御則を構築して実装することができた.2018年度は前年度までの技術を発展させ,操作性の向上や,外乱や不整地への対応のための技術開発に注力した.これにより,下記の成果を得た.

*両足接地状態において操縦者から片足を上げる指令が与えられたとき,ロボットは重心を移動させたあとに片足を上げる必要がある.前年度までの手法ではこの一連の動作に時間を要した.2018年度にはロボットを両足支持状態から片足支持状態へ遷移させる際に,目標ZMPを一時的に逆方向へ振ってから重心を移動するアルゴリズムを実装した.これによって状態遷移の所要時間が短くなり,操作性が向上した.*外乱に対する頑健性を高めるために,ロボット本体の重心位置と加速度から算出したZMPと床反力中心位置の差を,梶田らの予見制御則(2003)にフィードバックして目標ZMPを補正する手法を構築した.*二足歩行ロボットは重心高さを一定に保ちながら歩行することが望まれるが,重心高さを一定に保ったままでは階段を下る際などに遊脚を地面に届くまで下げられないことがある.この問題を解決するために,片足支持期に目標重心高さを上下させるアルゴリズムを実装した.これにより,斜面の傾きや段差の高さなどの事前情報なしに,階段やスロープの昇り降りができるようになった.*前年度までの手法では,足の一部が障害物に乗り上げて傾いた状態でもう一方の足を上げると,バランスを崩すことがあった.適切なモード分けによって参照重心位置を決定することによって,このような場合にもバランスを崩さずに片足支持に移行できるようにする手法を構築した.*シミュレータ内のロボットに腕をとりつけ,自律動作とマスタスレーブ操縦を混合させた半自動立ち上がり手法を構築した.本手法における立ち上がりは反動に頼らないため静的な状態を保ちながら任意の速度での立ち上がりを実現することができる.【1】シミュレータ環境をより洗練し,斜面や不整地のモデルを導入する.これらの環境においても歩行を実現できるように制御則を改良する.また,複数のロボットモデルを切り替えられるようにシミュレータのインタフェースを改良する.【2】現在の制御アルゴリズムにおいては,自然な歩行を行うためにはユーザーが操作に十分に習熟する必要がある.制御則を改良し,初心者でも簡単にモード切替をより直感的に行うことができるようにすることを目指す.方策としては,両足支持期におけるモード遷移アルゴリズムを再精査する.【3】現在の制御アルゴリズムはいわゆる「アンクルストラテジー」にもとづいており,足首関節でのみバランス制御を行っている.この想定では足首に大出力アクチュエータを配置する必要があり,現実的ではない.多様な関節構造のロボットに適用できるように制御則を拡張し,ユーザー指令への忠実性とバランス維持制御と矛盾のない両立を図る.具体的な方策としては,体幹から見た足部のロール軸・ピッチ軸回転の自由度のみがバランス維持制御に貢献するように全身のアクチュエータを協調制御し,ユーザー指令による位置制御と重ね合わせる方法を検討する.【1】シミュレータ環境を改善し,段差や不正地などを実装する.【2】現在は常に静的平衡を保ちながらの運動であるが,今後は,動歩行のフェーズを取り入れてより素早い動作を実現できるように改良する.【3】ZMP(ゼロモーメントポイント)の実測値を有効に用いることによって,未知の外力が加わる状況においても足の上げ下ろしが自在にできるような制御則を構築する.
薬剤耐性菌を克服する抗菌オリゴ糖の基盤構築

抗菌剤に対する耐性菌の出現と蔓延は世界的問題である。ここでは細菌膜を傷害して抗菌性を示すオリゴ糖の構造と活性の関係を調べ、その優れた特徴を理解する基礎研究を行った。どのような構造が大事かを調べるために、種々の膜傷害基を備え付けた物質を系統的に合成し、細菌への作用を調べてどのような活性を現すかを検証し、細菌膜への作用を調べてどのように膜を壊しているかを明らかにした。以上を通じて、抗菌オリゴ糖の構造と活性の関係を明らかにすることで、細菌に対抗する物質へと展開する研究基盤を構築できた。従来型の抗菌剤に対する耐性菌の出現と蔓延は世界的問題である。これに対して細菌の膜を傷害する天然抗菌ペプチドは耐性菌に有効であると注目されている。研究者は複数のアルキルアミノ基を集積したオリゴ糖シクロデキストリンが細菌の膜を傷害し、天然ペプチドに匹敵する抗菌性を現すことを見出した。ここでは抗菌オリゴ糖の構造と活性の関係を調べ、その優れた特徴を理解して発展させるために研究を行った。本年度は、どのような構造が抗菌性を示すかを明らかにするためのシクロデキストリン誘導体を系統的に合成した。まず、アルキルアミノ基のアルキル部の構造が異なるシクロデキストリンを合成した。次に、シクロデキストリン上のアルキルアミノ基の数が抗菌性にどう関わるかを明らかにするために、α、β、およびγシクロデキストリンを原料に、分子上のアルキルアミノ基の数が68個と異なる物質を合成研究した。そして、複数の膜傷害基を環状に配置することが必須なのかを明らかにするためにシクロデキストリンと同じアルキルアミノ基を持つ直鎖のマルトオリゴ糖誘導体を合成した。シクロデキストリンの構成単位であるグルコースから1個のみのアルキルアミノ基を持つ誘導体、2個のアルキルアミノ基を持つマルトース、さらに8個のアルキルアミノ基を持つマルトオクタオース、そして直鎖アミロースを原料に、90個または1000個程度のアルキルアミノ基が集積した高分子を合成した。本年度は、どのような構造が抗菌性を示すかを明らかにするためにシクロデキストリン誘導体を系統的に合成することが目的であった。研究実績の概要に記したようにアルキルアミノ基の種類と数の影響を調べるためのシクロデキストリンについては、ほぼ予定した物質合成に成功した。さらに、直鎖のマルトオリゴ糖およびアミロースについても予定通りに合成できた。本年度は、平成27年度に得られた合成研究の成果をもとに、シクロデキストリンを原料に、分子上のアルキルアミノ基の数が異なる物質を合成した。また、3種のシクロデキストリンのうち、もっぱらβおよびγシクロデキストリンと、複数の膜傷害基を環状に配置することが必須なのかを明らかにするために合成した直鎖のマルトオリゴ糖、グルコース、そして直鎖アミロース誘導体の合成を行い、グラム陽性菌(黄色ブドウ球菌、枯草菌)、グラム陰性菌(大腸菌、ネズミチフス菌、緑濃菌)に対する抗菌性を、最小発育阻止濃度を測定して評価した。顕著な抗菌性を認めた物質については、MRSA等の薬剤耐性菌に対する試験を実施した。次に、溶血性試験を行い、血中投与を想定した動物細胞への毒性を評価した。そして細菌膜傷害については、細胞質膜傷害による細胞膜電位の変化を、蛍光色素(Disc3)を活用して、グラム陰性菌外膜の傷害は外膜が傷害されることで蛍光色素(NPN)が膜に取り込まれて蛍光を強めることで調べた。本年度は、各種シクロデキストリン誘導体およびマルトオリゴ糖誘導体を系統的に合成し、それを用いて各種試験を実施することが目的であった。研究実績の概要に記したようにシクロデキストリンおよびマルトオリゴ糖誘導体について抗菌性を最小発育阻止濃度によって評価し、動物細胞の毒性を溶血試験で評価し、細胞質膜およびグラム陰性菌外膜の傷害を蛍光色素を用いて定量的に評価した。そこで、研究代表者は複数のアルキルアミノ基を集積したオリゴ糖シクロデキストリンが細菌膜を傷害して抗菌性を示すことを発見した。ここでは、その構造と活性の関係を調べ、その優れた特徴を理解するための基礎研究を行った。具体的には、(1)どのような構造が活性に大事かを調べるために、種々のアルキルアミノ基をシクロデキストリンとオリゴ糖に備え付けた物質を系統的に合成する、(2)細菌、動物細胞への作用を調べ、どのような構造が、どのような活性を現すかを検証する、(3)細菌膜への作用を検証し、どのように膜を壊しているかを明らかにする、ことを目的とした研究を行った。まずは、アルキルアミノ基のアルキル部の構造が異なるシクロデキストリンを系統的に合成した。また、アルキルアミノ基の数が抗菌性にどう関わるかを明らかにするために、α、β、γシクロデキストリンを原料に、アルキルアミノ基の数が68個と異なる物質の合成研究を行った。

さらに、アルキルアミノ基を環状に配置することが必須なのかを明らかにするためにシクロデキストリンと同じアルキルアミノ基を持つ直鎖のマルトオリゴ糖を合成した。さらにアルキルアミノ基を1個持つグルコース、2個持つマルトース、また、100個および1000個程度のアルキルアミノ基が集積したアミロースを合成した。次に、グラム陽性菌、グラム陰性菌に対する抗菌性について最小発育阻止濃度を測定した。さらにMRSA等の薬剤耐性菌に対する試験を実施した。別に、溶血性試験を行い、動物細胞への毒性を評価した。そして蛍光色素を活用して、細胞質膜傷害による細胞膜電位の変化、そして、グラム陰性菌外膜の外膜傷害を観察した。以上の研究を通じて、抗菌オリゴ糖の構造と活性の関係を系統的に明らかにすることで、細菌に対抗する物質へと展開する研究基盤を構築できた。抗菌剤に対する耐性菌の出現と蔓延は世界的問題である。ここでは細菌膜を傷害して抗菌性を示すオリゴ糖の構造と活性の関係を調べ、その優れた特徴を理解する基礎研究を行った。どのような構造が大事かを調べるために、種々の膜傷害基を備え付けた物質を系統的に合成し、細菌への作用を調べてどのような活性を現すかを検証し、細菌膜への作用を調べてどのように膜を壊しているかを明らかにした。以上を通じて、抗菌オリゴ糖の構造と活性の関係を明らかにすることで、細菌に対抗する物質へと展開する研究基盤を構築できた。平成27年度に得られた結果をもとにα、β、γシクロデキストリン、原料に、アルキルアミノ基の数が異なる物質を合成し、まずグラム陽性菌(黄色ブドウ球菌、枯草菌)、グラム陰性菌(大腸菌、ネズミチフス菌、緑濃菌)に対する抗菌性について明らかでない物質の最小発育阻止濃度を測定する。マルトオリゴ糖、アミロースの誘導体についても同様に測定する。顕著な抗菌性を認めた物質については、MRSA等の薬剤耐性菌に対する試験を実施する。次に、溶血性試験を行い、血中投与を想定した動物細胞への毒性が評価する。そして細菌膜傷害について蛍光色素および外膜非透過性の抗生物質が活性をあらわす現象を活用して研究を行う。これらにより抗菌オリゴ糖の構造と活性の関係を系統的に明らかにして一般化し、薬剤耐性菌に対抗する物質へと展開する研究基盤を構築する。平成28年度に得られた結果をもとに、残る抗菌オリゴ糖について、順次、合成を行い、グラム陽性菌(黄色ブドウ球菌、枯草菌)、グラム陰性菌(大腸菌、ネズミチフス菌、緑濃菌)に対する抗菌性について明らかでない物質の最小発育阻止濃度を測定する。有機化学、生物有機化学、シクロデキストリン化学採択が10月末であり、そこから予算を使用した。そのため研究計画は全体的にほぼ達成できたが、小額の次年度使用額を生じた。研究計画は円滑に遂行できたので、少額の次年度使用額を生じた。次年度使用額と合算して使用して、年度末までに二年間の研究計画を円滑に遂行する。
着衣型光電容積脈波センサを用いた健康管理システムの開発

本研究では,非侵襲かつ安価である光電容積脈波センサを用いることで,日常生活において容易に健康管理ができるシステムを開発し,生活習慣病の予防のための仕組みを構築することを目的とした.研究成果として,緑色光による光電容積脈波センサが体動に強く,複数部位での計測に適していることを確かめた.さらに,複数部位での脈波計測システムを構築し,それが自律神経機能を評価するのに有用であることを確かめた.平成25年度は,一般家庭において容易に健康管理ができるシステムの構築のための基礎的な研究を実施した.具体的には,システムに導入する光電容積脈波(PPG)センサの種類,配置部位,配置個数に関する検討を行った.従来の研究で一般的に用いられてきた近赤外LEDによるPPGセンサと,近年検討され始めた緑色LEDによるPPGセンサの比較実験を実施した.また,それぞれのPPGセンサを指先,手首,前腕,上腕の計4箇所にそれぞれ配置し,計測部位によるPPG信号の差異の検討を行った.その結果として,緑色LEDを用いた生理指標のほうが,近赤外LEDを用いた生理指標よりも従来の血圧を用いた生理指標に近い値となることが示された.同様に,指先以外の部位では,緑色LEDを用いた生理指標のほうが,近赤外LEDを用いた生理指標よりも血圧を用いた生理指標に近い値となることが示された.これは,近赤外光と緑色光の生体内への浸透深度の違いにより,緑色光のほうが体動に強いという特徴を持っており,安定した計測が可能だったためであると考えられる.実際に,緑色LEDによるPPGから得られた生理指標は,近赤外LEDによるPPGから得られた生理指標よりもSN比が大きいことが示されており,この事実を裏付けていると考えられる.さらに,緑色LEDでは,測定部位にかかわらず安定した計測が可能であり,従来よく用いられてきた近赤外LEDよりも,着衣型センサの実現に適したセンサであると考えられる.以上の結果から,今後は緑色LEDを用いたPPGセンサを中心にシステムを構築することが有効であると考えられる.また,緑色LEDを用いた場合,測定部位によらず安定した測定が可能なことから,手首,前腕,上腕の3箇所から同時に取得を可能にするシステムの構築が有用であると推察される.平成26年度は,一般家庭において容易に健康管理ができるモニタリングシステムの構築のための発展的な研究を実施した.平成25年度の研究成果をもとに,システムに導入する光電容積脈波センサの種類に関しては,緑色LEDとフォトトランジスタを組み合わせたものとした.また,センサの配置部位に関しては,比較的に安定して信号が取得できる指尖,手首,前腕,上腕の4箇所とした.一方,従来の研究で一般的に用いられてきた近赤外LEDについては,体動などのノイズに弱いため,平成26年度以降の実験では参考信号としてのみ取得することとした.平成26年度は,提案システムおよび提案指標を使用するにあたり,健康モニタリングに必要な機能として,生活習慣病予防に有効であると考えられている血圧の変動や自律神経活動の変化を検出可能かどうかの検証を行った.具体的には,息こらえ負荷によって血圧や自律神経活動を意図的に変化させたときの反応について,緑色LEDを用いて得られる生理指標と連続血圧計を用いて得られる生理指標の間で比較することで,提案システムおよび提案指標の有効性の検証を行った.実験結果から,息こらえ負荷によって血圧および自律神経活動を変動させた場合,緑色LEDを用いて得られる生理指標は,連続血圧計を用いた従来の生理指標と同様の変化をする傾向にあることが分かった.これにより,提案システムおよび提案指標を用いることで,血圧変動や自律神経活動の変化を捉えられる可能性を示した.ただし,測定部位によっては,血圧を用いた従来の指標に比べて,反応が時間的に遅れて現れることもあった.そのため,今後は測定部位における差異について,その生理学的機序を明確にする必要があると考えられる.以上の結果をもとに,今後は測定部位による反応性の違いを考慮しつつ,健康モニタリング装置としての完成度を上げられるようさらなる検証を行う必要があると考えられる.平成27年度は,一般家庭において容易に健康管理ができるウェアラブルセンサシステムおよびそれに付随するモニタリングシステムについて,ハードウェアの構築を行った.平成26年度までの研究成果をもとに,システムに導入する光電容積脈波センサの種類は,緑色LEDとフォトトランジスタの組み合わせを,センサの配置部位に関しては,比較的に安定して信号が取得できる指尖,手首,前腕,上腕の4箇所とした.一方,近赤外LEDについては,平成26年度と同様に参考信号としてのみ取得することとした.なお,これらの光電容積脈波信号は自作のアンプ回路にて増幅を行った.モニタリングシステムとしては,上述の方法で取得したアナログの光電容積脈波信号をAD変換ボード(AI-1608AY-USB, CONTEC社製)を用いてディジタル信号に変換し,ノート型PC(Let's note RZ4, Panasonic社製)に取り込んだ.ここで,データの取得にはMATLAB(Mathworks社)のData Acquisition Toolboxを用いて,1kHzのサンプリング周波数で行った.また,取得したデータは無線LAN経由でデータストレージに送信され,解析用PCからネットワークを介して解析可能なシステムを構築した.当該システムの構築により,データの取得に関しては,従来の生体信号計測用アンプを用いた大掛かりなシステムから,肩掛けバッグに収まる程度のコンパクトなシステムとなった.また,データの取得および解析にMATLABを利用することで,MATLAB専用のファイルフォーマットによるデータの圧縮が行われ,データ通信量の減少とデータストレージの節約を実現することができた.

今後は,本研究で構築したシステムの有効性についてより詳細に検証を行い,応用性を考慮して研究を行うことが重要であると考えられる.本研究では,非侵襲かつ安価である光電容積脈波センサを用いることで,日常生活において容易に健康管理ができるシステムを開発し,生活習慣病の予防のための仕組みを構築することを目的とした.研究成果として,緑色光による光電容積脈波センサが体動に強く,複数部位での計測に適していることを確かめた.さらに,複数部位での脈波計測システムを構築し,それが自律神経機能を評価するのに有用であることを確かめた.平成26年度では,提案する緑色光電容積脈波センサを用いることで,生活習慣病予防に有効である血圧変動や自律神経活動の変化を捉えられる指標を得ることが可能であることが示された.これにより,提案システムおよび提案指標の健康モニタリングシステムとしての有用性について,基礎的な検証が十分なされたと考えられる.さらには,本研究で用いている緑色光電容積脈波信号から得られる生理指標について,同様の指標が検討された先行研究はなく,本研究の成果は新規性があるため,適宜,学会発表や学術論文での報告を行い,広く認知されるよう積極的に活動した.以上のことから,本研究は当初の計画に沿った形で進捗していると言える.生体医工学今後の研究の推進方策としては,平成25年度および平成26年度の研究結果をもとに,ウェアラブルセンサシステムおよび健康モニタリングシステムとしての完成を目指す.具体的には,平成27年度では,着衣型光電容積脈波計測システムのハードウェアの構築を行う.センサや測定部位ならびに解析方法に関しては,前年度までの成果をもとに決定し,センサと計測システムの統合を目指す.そして,完成したシステムを用いて実験を行い,計測の安定性や得られる生理指標の有効性を検証する予定である.加えて,前年度に引き続き,学会発表や学術論文での報告を行っていき,提案システムの認知度を広められるよう努める.平成25年度の目標であった健康管理システムに用いる光電容積脈波センサに関して,種類,配置部位,および配置個数のそれぞれについて有用な結果が得られている.加えて,健康管理のために用いる生理指標の検証に関しても,既存の方法よりも良好な結果が得られており,今後のさらなる検証実験に向けて基礎的なデータおよび有効な結果が得られた.本研究で用いている緑色PPG信号から得られる生理指標について,同様の指標が検討された先行研究はなく,本研究の成果は新規性があるため,随時学会発表や学術論文等での報告が可能な状況にある.以上のことから,本研究は当初の計画に沿った形で進捗していると言える.次年度使用額が生じた理由は,当初計画していた解析用パソコンおよび計測用パソコンの購入において,より安価なもので代用が可能だったためである.今後の研究の推進方策としては,平成25年度の研究結果をもとに,当初の計画どおりに実施していく.
三叉神経痛におけるＴＲＰチャネルの関連性について

三叉神経痛は激しい疼痛が認められる疾患の一つで、患者のQOLを低下させる疾患として考えられる。平成28年度に行った研究により、正常ラット三叉神経節には、Transient receptor potential cation channel (TRPC channel)のサブタイプであるTRPC1,TRPC3,TRPC4が発現しており、小型の三叉神経細胞に多く発現していることを明らかにした。また、これらTRPC陽性神経細胞の多くがペプチド作動性侵害受容器マーカーであるCalcitonin gene-related peptide (CGRP)を共発現していた。そこで、平成29年度は、ラット三叉神経節に分布しているTRPC陽性神経細胞が慢性炎症性疼痛や神経障害性疼痛の発生に関連しているかどうか調査するために、疼痛モデルラットを作製し研究を行った。方法として、Complete Freund's Adjuvant(CFA)を眼窩下皮膚に投与し慢性疼痛ラットを作製し、一方、眼窩下神経切断により神経障害性疼痛ラットを作製し、固定後、三叉神経節におけるTRPCの発現を分析した。その結果、神経障害性疼痛モデルでは、正常ラットに比べ、TRPC1の三叉神経節における発現の変化は認められなかったが、慢性疼痛モデルラットでは、TRPC1の発現は減少していた。これら研究から、TRPC1は慢性炎症性疼痛の発生機序に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。29年度が最終年度であるため、記入しない。三叉神経痛は激しい疼痛が認められる慢性疾患の一つである。しかし、この原因については未だ不明な点が多く、その治療方法も十分には確立されていない。本研究では、三叉神経痛の発症メカニズムを明らかにするために三叉神経痛モデルを作成し、三叉神経痛における三叉神経節でのイオンチャネルの発現の変化を調べ、三叉神経節におけるイオンチャネルの機能の解明を目指している。そこで、Transient receptor potential cation channel (TRPC channel)は脊髄神経系においては、大型の感覚神経細胞に存在し、固有感覚や触覚・圧覚の伝達に関与することが知られている。そこで、三叉神経節における機能解明を目指した。本年はまず、正常ラットを用いて、三叉神経節におけるTRPC channelのサブタイプの分布について研究を行った。正常ラットを灌流固定した後、三叉神経節を取り出し、各種TRPC channel抗体を用いて免疫染色を実施し、分析した。その結果、三叉神経節では、多くの感覚神経細胞に各種TRPC channelが存在していた。また、細胞の大きさにより発現しているTRPC channelのサブタイプに差があることがわかり、大型に多く存在するサブタイプや小型に多く分布するサブタイプがあることが明らかとなった。本年は当初の計画通り、正常ラットの三叉神経節におけるTransient receptor potential cation channel (TRPC channel)のサブタイプの分布について研究し、サブタイプにより分布に差があることが明らかとした。そのため、おおむね順調に研究が進んでいると考えられる。平成28年度に得られたデータについて論文を作成するとともに、三叉神経痛モデルを作成し、コントロール群のラットと三叉神経痛モデルラットでのTRPC channelのサブタイプの分布の差を明らかにする予定である。