hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
臨床看護師のナレッジマネジメントに基づくEBP実践プログラムの開発導入の検討

現在、初年度、途中年度の調査を論文にまとめて、投稿予定となっている。本研究ではEvidence&shy;basedpractices(EBP)を実践する看護師の行動意識におけるナレッジマネジメントとして「医療職が行う根拠のある行為への関心」「患者が望む看護」「EBP実践するための情報探索」「EBP実践過程の可視化」「助言の機会」「実践したEBPの評価」「EBP実践結果の公表」が明らかになった。米国調査からEBP実践プログラムの構築には、EBPを実践する看護師の学習意欲と他職種連携が必要不可欠であり、本研究で学習意欲向上及び他職種連携の要素には双方4つのテーマが抽出された。今後、EBP実践プログラムの検証を進めていくことが課題である。本研究の目的は、EBPを実践する看護師のナレッジマネジメントのプロセスを明らかにし、新たなEBP実践のための教育プログラムについて検討し、実施、評価、修正することを目的としている。初年度の平成26年度は、看護ケアにおいてEBPを実践している看護師に焦点を当てて、彼らが用いているEBP実践におけるナレッジマネジメントのプロセスを明らかにすることを目的とした。平成26年度の調査により、臨床の看護師がEBPを実践するまでのプロセスを明らかにした。また、プロセスを成功体験、失敗体験から分析を進めたことおよび、EBPを実践過程における臨床看護師の意識について分析したことは平成26年度の成果であると考える。現在、更にインタビュー、分析を行い、ナレッジマネジメントのプロセスを明らかにすることを進めていることろである。また、平成27年度の教育プログラムの開発に向けて、視察に関する調整、教育プログラムについて検討するする構成員について検討を行った。初年度の研究計画については、分析を継続的に行っているものの、平成27年度の計画を遂行するため、平成26年度から調整を行っている。以上のことから、平成26年の本計画は概ね進んでいると判断をした。平成28年度は、EBP実践プログラムを開発するための検討会を行なう。それと並行し、初年度のインタビュー結果および、新たに実践看護師にインタビューを行い、わが国におけるEBP実践看護師の現状を把握する。その後、EBP実践プログラムを実施する施設関係者との調整を行い、プログラム実践を実践する。今後の研究については、研究者だけでなく医師等の関連職種、看護部長等の管理者、教育担当看護師等の教育関係者との連携を図りすすめていく。看護管理・公衆衛生看護平成27年度では、臨床の実践で活用できるEBP実践の教育プログラムを開発することを計画している。
途上国移民の地域開発と家計の厚生に関する動学的実証分析:メキシコの事例

メキシコからアメリカへの移民が自発的に形成した移民グループが協同で移民送り出し地域に送金する際に、連邦政府・州政府・郡政府から送金額が上乗せされるという「移民のための3x1プログラム」という政策が2003年から実施されている。このプログラムが、メキシコの移民送り出し地域における貧困削減にどのような効果があるかを、移民送り出し地域として有名なメキシコの2つの州のデータを収集し、計量分析を行った。この研究の目的は途上国における貧困家計が隣国の先進国から受けうる社会経済的な影響を実証分析により検討することである。具体的には、隣国アメリカ合衆国への国際移民の送金が外貨収入に占める割合が急増しているメキシコで、近年導入された「移民のための3X1プログラム」という地域開発プログラム(米国で設立された移民クラブが地元の地域開発目的におこなった送金額1ペソにつき、連邦政府、州政府、郡政府がそれぞれ1ペソずつ支援するというもの)が、貧困削減にどのような効果があったかを検討する。初年度である平成20年度は、アメリカに多くの移民を送り出しているサカテカス州とハリスコ州の240の村で、村レベルのデータを収集した。これは、プラグラムが地域開発にどの程度効果があったかを分析するためには、既存データには必要な情報がなかったためである。メキシコの統計地理情報庁(INEGI)が定期的に実施している大規模家計調査のデータEncuesta Nacional de Ingreso-Gasto de los Hogares(ENIGH, 2000-2006)のサンプル村から、3X1プロクラムがある村とない村からランダムに村を抽出し、ENIGHデータからは得られない地域開発プログラムに関する詳細な情報と補足的な地域レベルの情報を収集し、新たなテータセットを構築した。メキシコ政府は3X1プログラムに多額の資金を使用しているが、その効果について精密な分析は行われておらず、平成20年度に構築したデータを使用し、地域開発への効果を分析することは大変意義があると考えられる。この研究の目的は、グローバル化が進む昨今に、途上国における貧困家計が隣国の先進国から受けうる社会経済的な影響を実証分析により検討することにある。具体的には、隣国アメリカ合衆国への国際移民の送金が外貨収入に占める割合が近年急増しているメキシコを例にとりあげる。メキシコはアメリカと地理的に近いのみでなく、NAFTAによる経済的な統合も進みつつあり、ますますアメリカ資本のプレゼンスが高まっている。このような環境下において、移民の送り出し国である途上国における地域開発や貧困削減への効果を検討する。これは、プログラムが地域開発にどの程度効果があったかを分析するためには、既存データには必要な情報がなかったためである。メキシコの統計地理情報庁(INEGI)が定期的に実施している大規模家計調査のデータEncuesta Nacional de Ingreso-Gasto de los Hogares(ENIGH, 2000-2006)のサンプル村から、3X1プログラムがある村とない村からランダムに村を抽出し、ENIGHデータからは得られない地域開発プログラムに関する詳細な情報と補足的な地域レベルの情報を収集した。21年度はメキシコで収集した地域レベルのデータと、Consejo Nacional de Poblacion(CONAPO)のデータやInstituto Nacional de Estadistica y Geografia e Informatica(INEGI)のセンサスデータを統合させたデータセットを構築し、実証分析を行い、論文執筆の最終段階まで到達した。メキシコ政府は3X1プログラムに多額の資金を使用しているが、その効果について精密な分析は行われておらず、地域開発への効果を分析することは大変意義があると考えられる。これは、プログラムが地域開発にどの程度効果があったかを分析するためには、既存データには必要な情報が無かったためである。メキシコの統計地理情報庁(INEGI)が定期的に実施している大規模家計調査のデータEncuesta Nacional de Ingreso-Gasto de los Hogares(ENIGH)のサンプル村から、3x1プログラムがある村と無い村からランダムに村を抽出し、ENIGHデータからは得られない地域開発プログラムに関する詳細な情報と補足的な地域レベルの情報を収集した。21年度はメキシコで収集した地域レベルのデータとConsejo Nacional de Poblacion(CONAPO)のデータやINEGIのセンサスデータを統合させたデータセットを構築し、実証分析を行った。

22年度はメキシコの研究者と意見交換をし、分析結果を修正した。プログラムの受益村では、2000年から2005年の間に貧困が減少した。特に、プログラムにより道路、水道、非農業生産性向上プロジェクトに資金を使用した村で貧困削減率が高かった。どのような村がプロジェクトの受益者かに関する分析では、プロジェクトの本来の受益村と考えられるより貧しく移民の多い村がプロジェクトへのアクセスが必ずしも高いわけではないことが明らかになった。論文執筆を終わらせ、学術雑誌Review of Development Economicsに論文を投稿した。
免疫系の戦略に学んだアドホックな無線センサネットワークの研究

本研究では、無線センサネットワークにおいて移動型センサノード導入のメリットを探る。そのために移動ノードの割合や移動戦略を変えながら、免疫型相互診断モデルによる異常ノードの検出性能を調べた。その結果、異方向の直線移動戦略が最良の検出率を示し、移動のメリットを確認した。また、この戦略の移動割合にしきい値が存在することが分かった。さらに、複雑ネットワーク上で免疫型診断モデルを実行し、ノード数が増加しても検出率は変わらないことを確認した。本課題では、免疫系の戦略(移動系と静止系の構成割合、細胞間での巧みな相互作用など)に着目し、移動型センサを含むアドホックな無線センサネットワークに対して、「ネットワークシミュレータ」と「実験用センサネットワーク」の両方を用いて、移動ノードを導入するメリットを探ることが目的である。今年度は、「シミュレータによる検証」と「実験用センサネットワークの構築」を実施した。具体的には以下の通りである。1.シミュレータ上では、無線通信と相互診断機能を持つ複数のセンサノードを用意し、移動型センサの割合や移動戦略を変えながら、免疫型相互診断モデルによる異常ノードの検出性能を調べた。移動戦略として戦略A(ランダムウォーク)、戦略B(同方向の直線移動)、戦略C(異方向の直線移動)を取り上げ、静止戦略も含めて異常検出率を比較した。その結果、戦略Cが最も良い検出性能を示した。また戦略Cにおいて移動ノードの割合を増やすと、検出率は割合0.8付近まで向上した後ほぼ一定となったことから、移動割合にしきい値が存在することが示唆された。さらに戦略Cに関連して移動方向の割当や方向変更間隔を変えながらの追加検証も行った。これらの結果を整理して国際会議KES2006にて発表した。2.実験用ネットワークとして、多くの国内外の研究機関で使われているセンサキット(Crossbow社のMOTE^<TM>)を使用して、静止センサノードだけからなる実験環境を構築した。実験環境は、音/光/温度/加速度などを測定できる無線センサ8個とセンサデータを受信して解析を行うノート型パソコンからなる。なお実験用ネットワーク上で既存手法を実装して性能を評価することは、当初計画していたものの環境構築に時間を要したために実施できなかった。今後本格的に行う予定である。本課題では,免疫系の戦略(移動系と静止系の構成割合,細胞間での巧みな相互作用など)に着目し,移動型センサを含むアドホックな無線センサネットワークに対して,「ネットワークシミュレータ」と「実験用センサネットワーク」の両方を用いて,移動ノードを導入するメリットを探ることが目的である。今年度は,「複雑ネットワーク上でのシミュレータによる検証」と「実験用ネットワーク上での既存手法の性能評価」を実施した。1.シミュレータ:従来研究ではランダムなネットワーク構造を診断対象にしてきたが,実世界のネットワークの特徴をよりうまく説明できる複雑ネットワークが近年多くの注目を集めている。そこで,基本的な複雑ネットワークモデル(スモールワールドネットワークとスケールフリーネットワーク)上で免疫型相互診断モデルを実行し,ノード数やリンク数を変えたときの診断性能への影響を調べた。その結果,診断モデルの分散性によりノード数が増加しても検出率は変わらないことが確認された。その一方で検出率はリンク数と平均最短経路長に依存することが分かった。今回の成果は,実世界の大規模な複雑ネットワークの診断に適用する際に有益な情報を提供するといえる。これらの結果を整理して国際会議KES2007および第17回インテリジェント・システム・シンポジウムにて発表した。2.実験用ネットワーク:音/光/温度/加速度などを測定できる無線センサ8個とセンサデータを受信して解析を行うノート型パソコンからなる実験環境において,静止センサノードだけからなる実験用センサネットワークに対して既存手法を実装して性能を調べた。今後の研究計画として,今回の静止ノードだけの場合と今後行う移動ノードも導入した場合を比較し,移動ノードを導入するメリットを明らかにする。本課題では、免疫系の戦略(移動系と静止系の構成割合、細胞間での巧みな相互作用など)に着目し、移動型センサを含むアドホックな無線センサネットワークに対して、「ネットワークシミュレータ」と「実験用センサネットワーク」の両方を用いて、移動型センサを導入するメリットを探ることが目的である。今年度は、「シミュレータ上での大規模ネットワークの検証」と「実験用ネットワーク上での移動型センサの検証」を実施した。まず、昨年度までは数百のセンサから成るネットワークを対象としてきたが、シミュレータ上ではセンサ数を増やすことが容易であるため、数千・数万の大規模ネットワークに対する検証を行った。その結果、診断モデルの分散性によりセンサ数が増加しても検出率はほとんど悪化しないことが確認された。今回の成果は、実世界の大規模なネットワークの診断に適用する際に有益な情報を提供するといえる。次に、実験用ネットワークにおいてはいくつかのセンサを移動ロポット(レゴ社のROBOテクノロジーセットを使用)上に搭載することで、移動型センサを実装した。昨年度調べた静止型センサだけの場合の基本性能に対して、移動型センサの割合を変えながら性能を比較した。性能評価としては、スループット、遅延、消費電力を測定した。

なお、当初の計画に対して予想以上に移動型センサの実装に時間を要したため研究成果の発表には至っていないが、現在一連の結果を整理して雑誌論文への投稿を準備しているところである。
概日時計と腸内細菌叢の観点からみた食欲調節メカニズムの解明

概日時計は種々の生理機能の活性に約24時間周期の概日リズムをもたらすことで、生体の恒常性維持に貢献している。また近年の研究により、腸内細菌叢も生体の恒常性維持に重要であることが分かっている。本研究で着目した食欲は生体の恒常性維持に重要であり、概日時計と腸内細菌叢の両方の調節を受けることが分かっているが、その調節がそれぞれ独立した経路によるものなのか、相互作用することで調節しているのかについては分かっていない。そこで本研究では、概日時計と腸内細菌叢による複合的な観点から食欲調節に関する新たな作用因子や経路を同定することを目的としている。
食品成分の免疫調節機構に関する研究

本年度は,リンパ球の抗体産生能に及ぼす光照射の影響について検討し、光照射がマウスリンパ球の抗体産生を強く抑制し、光増感剤であるローズベンガル共存下ではその作用が強くなること、α-トコフェロール共存下ではこの作用が抑制されることを見出した。また、α-トコフェロールおよびトコトリエノールの摂食実験を行い、トコトリエノールがα-トコフェロールより強い血清脂質改善効果および抗体産生増強効果を発現することを見出した。多価不飽和脂肪酸については、γ-リノレン酸の免疫調節機能について動物レベルで検討し、高用量の投与によっても4-シリーズロイコトリエン産生の上昇は起こらないこと、ジホモ-γ-リノレン酸の蓄積を誘導すること、免疫組織のジホモ-γ-リノレン酸レベルとプロスタグランジンE_1産生能との間に相関が認められないことなどを明らかにした。食物繊維の免疫増強効果については加齢の影響について検討し、加齢ラットでは水溶性食物繊維の血清脂質改善効果および抗体産生増強効果の発現が低下することを見出した。若齢ラットで認められた脾臓リンパ球の抗体産生能の増強は加齢ラットでは認められず、腸間膜リンパ節リンパ球においてのみ認められたことから、加齢ラットでは水溶性食物繊維の作用部位は腸管免疫系であることが示唆された。食餌タンパク質の免疫調節機能については食餌脂肪との複合作用について検討し、大豆タンパク質がカゼインより強いLTB_4放出抑制効果を発現すること、食餌脂肪とは異なり活性発現にアラキドン酸レベルの低下を必要としないことを見出した。これらの結果は、種々の食品成分が脂質代謝および免疫調節機能を発現すること、その生理活性の発現において互いに干渉することを示唆している。食品成分の生体調節機構の解明において、この相互作用の解明が重要になるものと思われる。本年度は,まずマウスリンパ球培養系を用いた抗体産生調節因子の機能検定系を確立した,さらに,ビタミンE関連物質であるトコフェロールおよびトコトリエノールのサイトカイン産生調節機能について検討し,10μM以上の処理濃度でα-トコフェロールがTNF-αおよびINF-γ産生を促進するが,γ-トコフェロールは促進活性を示さないこと,トコトリエノールは10μM以上の処理濃度ではこれらのサイトカインの産生を強く抑制することを見出した.また,ラットへの摂食実験を行い,トコフェロールは各種臓器に輸送されるが,トコトリエノールは血中に放出された後,免疫組織および脂肪組織に急速かつ特異的に吸収されることを明らかにした.共役リノール酸摂食実験においては,ラットリンパ球のIgAおよびIgG産生能を0.25%以下の低用量で活性化し,抗アレルギー効果および生体防御系活性化効果を発現することを明らかにした.魚油摂食実験においては,95%以上の純度を有するエイコサペンタエン酸(EPA)およびドコサヘキサエン酸(DHA)エステルを2%レベルで摂食させることにより,EPAがDHAより強い抗アレルギー効果および脂質代謝調節機能を発現することを明らかにした.EPA摂食は,リン脂質のアラキドン酸の割合を顕著に低下させ,EPAの割合を顕著に増加させた結果,肥満細胞のLTB_4産生能を顕著に低下させるとともに,LTB_5産生能を顕著に増強した.これらの多価不飽和脂肪酸の摂食によるIgE産生能の上昇は観察されず,細胞実験結果から懸念されたアレルギー促進効果は高用量の魚油摂食によっても発現しないことが明らかとなった.

また,他のn-3系多価不飽和脂肪酸は投与しなかったにも関わらず,DHA摂食によりリン脂質のEPAの割合が増加する傾向が認められたことから,生体内でDHAがEPAに変換される可能性を示した.本年度は,リンパ球の抗体産生能に及ぼす光照射の影響について検討し、光照射がマウスリンパ球の抗体産生を強く抑制し、光増感剤であるローズベンガル共存下ではその作用が強くなること、α-トコフェロール共存下ではこの作用が抑制されることを見出した。また、α-トコフェロールおよびトコトリエノールの摂食実験を行い、トコトリエノールがα-トコフェロールより強い血清脂質改善効果および抗体産生増強効果を発現することを見出した。多価不飽和脂肪酸については、γ-リノレン酸の免疫調節機能について動物レベルで検討し、高用量の投与によっても4-シリーズロイコトリエン産生の上昇は起こらないこと、ジホモ-γ-リノレン酸の蓄積を誘導すること、免疫組織のジホモ-γ-リノレン酸レベルとプロスタグランジンE_1産生能との間に相関が認められないことなどを明らかにした。食物繊維の免疫増強効果については加齢の影響について検討し、加齢ラットでは水溶性食物繊維の血清脂質改善効果および抗体産生増強効果の発現が低下することを見出した。若齢ラットで認められた脾臓リンパ球の抗体産生能の増強は加齢ラットでは認められず、腸間膜リンパ節リンパ球においてのみ認められたことから、加齢ラツトでは水溶性食物繊維の作用部位は腸管免疫系であることが示唆された。食餌タンパク質の免疫調節機能については食餌脂肪との複合作用について検討し、大豆タンパク質がカゼインより強いLTB_4放出抑制効果を発現すること、食餌脂肪とは異なり活性発現にアラキドン酸レベルの低下を必要としないことを見出した。これらの結果は、種々の食品成分が脂質代謝および免疫調節機能を発現すること、その生理活性の発現において互いに干渉することを示唆している。食品成分の生体調節機構の解明において、この相互作用の解明が重要になるものと思われる。
歯周組織細胞に対するP. gingivalis Lipid Aの作用機序の解明

P. gigivalisのLipidAはHPLFのIL-6およびIL-8の遺伝子発現を濃度依存的に増強したがLPS比べて弱い活性示した。IL-6およびIL-8産生量についても同様の結果が得られたことからP. gingivalis LipidAも炎症生サイトカイン誘導能を持つことが明らかになった。このことは、PorphyromonasのLPSの生物活性は主としてLipidA部分に担われている事を示唆さており、一般的内毒素活性が他のグラム陰性菌に比べ低いという特徴についてLipidAの構造に起因するものと考えられた。また、LipidA部分に他の構造が加わることにより生物活性が増強される可能性が示唆された。
ショウジョウバエ嗅覚記憶を形成する新奇神経ネットワークの単一細胞レベルでの解析

記憶の形成メカニズムを調べるためにショウジョウバエを用い、記憶を司る神経の機能解析を行った。ショウジョウバエでは嗅覚三次神経から成るキノコ体と呼ばれる器官が嗅覚記憶の中枢とされてきた。近年、このキノコ体から情報を受けるキノコ体出力神経が網羅的に同定され、その機能が少しずつ解明されることで嗅覚記憶の形成過程が少しずつ解明されてきていた。このうち嗅覚嫌悪記憶に関わることが想定されるキノコ体出力神経の1つであるMBON-γ1pedc神経に関して詳細な解析を行ったところ短期記憶形成に関わるという新奇の機能が昨年度までの当研究によって示されていた。この神経の記憶形成への関与を詳細に調べた結果、嫌悪記憶形成を司るドーパミン作動性神経と相反するように、つまり嫌悪記憶の形成を阻害するようにMBON-γ1pedc神経が機能することが明らかになった。具体的にはMBON-γ1pedc神経の出力を阻害すると、そのタイミングで提示された匂いに対して嫌悪記憶が形成されることが分かった。このことは生物が周囲の情報を取捨選択し適切な刺激強度に対して嫌悪記憶を形成するように閾値が設定されており、その閾値以下の場合には記憶が形成されることを防ぐような積極的な機構が備わっていることを示唆している。また、行動実験の結果を解析するとドーパミン作動性神経はMBON-γ1pedc神経よりも優位であり、MBON-γ1pedcの下流に存在していると推測された。また嫌悪記憶に関与する複数のドーパミン作動性神経のうち、どのドーパミン作動性神経が関わっているか調べたところ、複数種類のドーパミン作動性神経が協調的に機能し、関与していることが示唆された。以上から、弱い刺激に対して記憶が形成されないように積極的に記憶形成を阻害するようなシステムが生物には存在することが本研究によって示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。生物が特定の外界の刺激を学習し記憶するためにはその刺激に対応した特定の回路の入出力関係が変化している可能性がある。本研究の目標はそのような記憶形成を担う脳内ネットワークを単一細胞レベルの解像度で同定し、その機能を解明することである。記憶形成に関わる転写因子のレポーターを持つトランスジェニックフライを用い、嗅覚記憶に関わる神経を探索した。レポーター陽性の神経を候補神経として網羅的に機能阻害したところ、報酬学習・嫌悪学習ともに記憶インデックスの低下が見られた。特に嫌悪学習に関しては短期記憶において特異的に記憶インデックスの低下が見られた。つまり、短期記憶を特異的に亢進するような神経を候補神経群の中に捉えている可能性がある。嫌悪学習に於いてこのような短期記憶に特異的な神経が報告されたことは従来にないため、この記憶を重点的に調べた。嫌悪記憶の形成に必要な神経としてドーパミン作動性神経が知られているため、ドーパミン作動性の神経で機能を回復させ、ドーパミン作動性でない候補神経群を網羅的に機能阻害したところ、嫌悪・短期記憶の低下は回復されなかった。このことから嫌悪・短期記憶に特異的な神経はドーパミン作動性神経でないことが分かった。また、アセチルコリン作動性神経での機能阻害を回復したところ、嫌悪・短期記憶は正常となった。以上から、アセチルコリン作動性のレポーター陽性神経において嫌悪・短期記憶に特異的に関わる神経が存在する可能性が示唆された。本研究によって、記憶形成・保持といった神経機能の経時変化がどのようにして生じるか神経回路レベルで明らかになると期待している。神経活動の変化すなわち記憶の形成によって生物の行動は変化する。この行動の変化を生み出す神経の可塑性に関する原理を理解するためにショウジョウバエの嗅覚記憶に関して研究を行っている。短期記憶に関わるような神経を探索した結果、記憶の中枢と言われる嗅覚三次神経から成るキノコ体の下流に存在する1種類の神経が強く短期記憶に関わることが示された。この神経に関して詳細に行動解析を行った結果、嗅覚短期記憶の形成と想起両方に関わっていることが示された。次にこれらの行動実験の結果を神経機能の側面から理解するために記憶形成前後および記憶形成中の神経活動を観察した。生体の神経活動を生きたまま観察するために二光子顕微鏡を用いてin vivoライブカルシウムイメージングを行った。この系によって記憶形成前後および記憶形成中の神経活動を記録、解析した結果、記憶形成前後及び記憶形成中に特有の応答が観察された。これらの行動実験と神経活動の結果を合わせると、ショウジョウバエ嗅覚記憶に関する一つの新たな記憶形成回路が示唆された。また、さらに下流の回路との接続を理解するために、この記憶形成回路の下流の神経回路へ情報伝達がどのように行われているか調べた。行動実験によって下流経路をスクリーニングしたところ、候補の神経群が見つかってきた。この神経群は学習に関わることが既知であったが、従来知られていなかった接続経路の存在が示唆されたため、今後はこの経路への情報伝達がどのように行われているかを調べることにする。単一神経レベルでの行動実験および神経活動の分析から当該神経に関する統一的な説明が可能となった。神経回路レベルで理解するために、更に下流の神経に関して詳細に調べる準備が整いつつある。

近年、このキノコ体から情報を受けるキノコ体出力神経が網羅的に同定され、その機能が少しずつ解明されることで嗅覚記憶の形成過程が少しずつ解明されてきていた。このうち嗅覚嫌悪記憶に関わることが想定されるキノコ体出力神経の1つであるMBON-γ1pedc神経に関して詳細な解析を行ったところ短期記憶形成に関わるという新奇の機能が昨年度までの当研究によって示されていた。この神経の記憶形成への関与を詳細に調べた結果、嫌悪記憶形成を司るドーパミン作動性神経と相反するように、つまり嫌悪記憶の形成を阻害するようにMBON-γ1pedc神経が機能することが明らかになった。具体的にはMBON-γ1pedc神経の出力を阻害すると、そのタイミングで提示された匂いに対して嫌悪記憶が形成されることが分かった。このことは生物が周囲の情報を取捨選択し適切な刺激強度に対して嫌悪記憶を形成するように閾値が設定されており、その閾値以下の場合には記憶が形成されることを防ぐような積極的な機構が備わっていることを示唆している。また、行動実験の結果を解析するとドーパミン作動性神経はMBON-γ1pedc神経よりも優位であり、MBON-γ1pedcの下流に存在していると推測された。また嫌悪記憶に関与する複数のドーパミン作動性神経のうち、どのドーパミン作動性神経が関わっているか調べたところ、複数種類のドーパミン作動性神経が協調的に機能し、関与していることが示唆された。以上から、弱い刺激に対して記憶が形成されないように積極的に記憶形成を阻害するようなシステムが生物には存在することが本研究によって示唆された。レポーター陽性神経を網羅的に機能阻害することによって、短期記憶特異的な阻害という従来にない表現型が得られた。また、この原因となっている神経の候補を大まかに絞ることが出来た。しかし、候補神経の数が想定以上に多く、少数の神経にまで候補を絞るには至っていない。先行研究を参照し全自動行動実験器具の作成に成功したため、今後は効率的に神経を探索することが可能となっている。本年度の結果より、当該神経の具体的な機能と神経活動が理解された。次にこの神経の下流の神経がどのように情報を受け取り、応答するかを調べることとする。現在下流神経と思われる神経群を同定している。この神経群の中から具体的にどの神経が神経接続しているのかを見るために、形態学的な特徴からまず下流神経を単一細胞レベルで推定する。次にその神経に関して行動実験を行うことによって、実際に前述のキノコ体よりも下流の神経に関して機能を有することを確認する。また、神経活動をライブカルシウムイメージングを行うことによって観察し、回路レベルでの理解を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。作成した全自動行動実験器具を用いて、引き続き神経のスクリーニングを行う。この際、候補として嗅覚可塑性に関わると言われるキノコ体と接続するような神経から調べる予定である。記憶に関わる神経が同定された後、神経機能の詳細を調べるためにライブイメージングを行う。カルシウムインジケーター等を指標として学習前後で新奇神経の匂い応答の変化などを見ることによって新奇神経が嗅覚記憶へどのように寄与しているか特定する。
ニコチン性アセチルコリン受容体発現機構と神経細胞形質・ストレス耐性との関連

ニコチン性アセチルコリン受容体α7(α7nAChR)を過剰発現するPC12細胞を作成、細胞形質の変化を観察した。α7nAChR過剰発現PC12細胞はリガンド非存在下でコントロールに比し、高い遊走性、接着性、神経突起伸長性を示し、かつ増殖能を減じた。細胞周期分布を検討したところ、コントロールに比しG2期の細胞比率が増加していた。さらにα7nAChR発現増加に伴い生じる神経突起伸長亢進が分化誘導性のシグナルを介するか否かを検討した.α7nAChR遺伝子導入後のPC12細胞では、α7蛋白発現とほぼ同時にextracellular-signal-regulated kinase(ERK)の著しいリン酸化が生じ持続した。またERKリン酸化に引き続き,神経分化関連性接着分子であるN-cadherinの発現が亢進した。α7nAChRの発現調節とERKシグナルはリンクしながら細胞骨格構造や細胞周期調節機構に作用する.α7nAChRの増加はシナプス形成促進性に作用する可能性がある。同時に、加齢に伴うα7nAChR減少は神経回路形成性、可塑性を低下させる可能性も考えられる。angiotensin II(Ang II)受容体タイプ1(AT1)阻害薬であるcandesartanがAng IIによる低酸素性神経細胞障害増強を抑制するか否か、また、これに関わるシグナルは何かを検討し,Ang IIによる低酸素性神経細胞障害増強にはprotein kinase Cδが関与しており、candesartanはAT1阻害を介しこれらを抑制することが明らかとなった。低酸素性神経細胞障害に対するニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)α7サブタイプ(α7nAChR)の抑制作用を検討した。α7nAChR過剰発現PC12細胞(α7pCMV細胞)とベクターのみ導入したPC12細胞(コントロール)を作成し、それぞれをニコチン添加群と非添加群に分け、低酸素負荷(O_2:2%,12h)を与えた。低酸素負荷後、早期から生じる細胞膜障害に対する抑制作用は、ニコチン添加α7pCMV細胞、ニコチン添加PC12細胞の順に強く、ニコチンのα7nAChRを介する作用によると考えられた。一方、遅発性に生じるDNA断片化に対する抑制作用は、ニコチン添加α7pCMV細胞、次いでニコチン非添加α7pCMV細胞の順に強く、ニコチンの作用のみではないと考えられた。α7pCMV細胞はニコチンの有無に関わらず高い神経突起伸長性、G2期比率増加を示し、増殖速度を減じた。α7遺伝子導入細胞では、α7蛋白発現とほぼ同時に、著しいextracellular-signal-regulated kinase(ERK)のリン酸化が生じ、持続した。α7nAChRの発現調節は、細胞骨格構造の変化や細胞周期調節機構と密接に関連しながら行われ、その増加は、リガンドの有無に関わらず、持続的ERKリン酸化を介し突起伸長性を亢進させる。また、α7pCMV細胞ではAkt蛋白発現増加も生じており、低酸素負荷に対するリン酸化Akt誘導が著しく、低酸素負荷後、DNA断片化に先行し生じるG1-arrestが回避された。α7nAChRによる神経細胞保護機構には、リガンドとの相互作用によるものと、自身の発現増加に伴う細胞形質変化が関与するものがあり、後者はDNA断片化を主に抑制する。我々は、ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)と神経細胞形質・ストレス耐性との関連を検討している。H14年度の本研究により、α7nAChR過剰発現PC12細胞では、α7サブユニット蛋白発現とほぼ同時に、持続的extracellular-signal-regulated kianse(ERK)のリン酸化が生じ、突起伸長性亢進、Akt蛋白発現増加とストレス耐性も誘導される事を報告した。この現象はリガンド非依存性と考えられた。

H15年度は、この現象において、(1)PKCδがどの様に関わっているか、(2)ERK活性化状態で生じると報告のある、p35-cyclin-dependent kinase 5(Cdk5)活性化やタウ蛋白リン酸化(アルツハイマー病脳で観察される病的シグナル)が誘導されるか否かについて検討した。PKCδのdominant-negative mutant(PKCδ^<K376R>)を発現するPC12細胞を作成、このPKCδ^<K376R>発現細胞とコントロールPC12細胞に、α7cDNAを導入した。PKCδ^<K376R>細胞ではα7導入後、ERKリン酸化は持続せず、突起伸長亢進やα7nAChRの細胞膜への発現も生じなかった。α7nAChRの発現はERKリン酸化持続、神経突起伸長と並行して生じ、これらはERK/PKCδのcross-talksを必要とすると考えられた。さらに、PC12細胞では、p35の活性切断断片であるp25、Cdk5、p25-Cdk5複合体、リン酸化タウ蛋白がα7導入後増加し、これがMAPKK inhibitor添加細胞、PKCδ^<K376R>細胞において抑制された。α7nAChR導入PC12細胞ではp35/Cdk5経路、タウ蛋白リン酸化が亢進するが、これにはERK、PKCδの両者が関与すると考えられた。α7nAChRの過剰発現はアルツハイマー病脳で観察される病的シグナルにリンクする可能性がある。ただし、これはPC12細胞を用いたin vitroの結果であり、解釈には慎重を要する(現在投稿中)。最近,angiotensin II(Ang II)受容体タイプ1(AT1)阻害薬であるcandesartanが、降圧作用と独立して脳保護作用を有する可能性が報告されている。candesartanがAng IIによる低酸素性神経細胞障害増強を抑制するか否か、また、これに関わるシグナルは何かを検討した。これらの結果から、Ang IIによる低酸素性神経細胞障害増強にはPKCδが関与しており、candesartanはAT1阻害を介しこれらを抑制することが明らかとなった。
MRIによる血液の磁化率変化を利用した生体組織内血流状態の可視化

近年盛んに行われているFunctionalMRI(MRIを用いて組織の機能情報を得る試み:主に血流量等)では,脳組織の関心部位における外部刺激に対する信号強度変化を観測し,その変化量からその組織の血流量や代謝の状態を推察する試みが盛んに行われている.しかしながら,その信号強度変化は単に血流量の単一パラメータで表されるものではなく,複数のパラメータが複雑に関与した結果であると考えられるため,こうして得られた画像から目的とする情報を定量的に分離して得ることは非常に難しい.そこで,本研究ではこの信号強度変化を起こす原因を,1)組織の代謝活動に伴う血管径の拡大,2)代謝活動に伴うデオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの分布領域の変化,3)酸素分圧の変化による血液中のオキシヘモグロビンの割合の変化による血液の磁化率の変化,4)血管周囲細胞内の代謝活動に伴う水分子の自己拡散係数の変化,の4つに分けて検討を行った.デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの磁化率は,当施設では測定することができなかったため文献中の値を用いて計算機シュミレーションを行って評価した.その結果,2),3)および4)がMRIの信号強度に最も影響を与えており,1)の効果はそれらに比べて比較的小さいものであると考えられた.しかしながら,今回は血管を外部磁場に平行な成分のみで評価したことと,1つのボクセルには同じ径の血管しか存在しないという仮定を取ったため,現段階では,現実に組織内で起こっている現象を必ずしも正しく評価しているとはいえない.しかも,これらの効果は同時にしかも複雑に絡み合って起こっていると考えられるため,今後はその一つ一つの現象がどういう変化の範囲で起こりうるのかを生理学的に限定して,考察を進める必要がある.近年盛んに行われているFunctionalMRI(MRIを用いて組織の機能情報を得る試み:主に血流量等)では,脳組織の関心部位における外部刺激に対する信号強度変化を観測し,その変化量からその組織の血流量や代謝の状態を推察する試みが盛んに行われている.しかしながら,その信号強度変化は単に血流量の単一パラメータで表されるものではなく,複数のパラメータが複雑に関与した結果であると考えられるため,こうして得られた画像から目的とする情報を定量的に分離して得ることは非常に難しい.そこで,本研究ではこの信号強度変化を起こす原因を,1)組織の代謝活動に伴う血管径の拡大,2)代謝活動に伴うデオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの分布領域の変化,3)酸素分圧の変化による血液中のオキシヘモグロビンの割合の変化による血液の磁化率の変化,4)血管周囲細胞内の代謝活動に伴う水分子の自己拡散係数の変化,の4つに分けて検討を行った.デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの磁化率は,当施設では測定することができなかったため文献中の値を用いて計算機シュミレーションを行って評価した.その結果,2),3)および4)がMRIの信号強度に最も影響を与えており,1)の効果はそれらに比べて比較的小さいものであると考えられた.しかしながら,今回は血管を外部磁場に平行な成分のみで評価したことと,1つのボクセルには同じ径の血管しか存在しないという仮定を取ったため,現段階では,現実に組織内で起こっている現象を必ずしも正しく評価しているとはいえない.しかも,これらの効果は同時にしかも複雑に絡み合って起こっていると考えられるため,今後はその一つ一つの現象がどういう変化の範囲で起こりうるのかを生理学的に限定して,考察を進める必要がある.
世代を越えてアブラムシの光周性を制御する季節タイマーの研究

エンドウヒゲナガアブラムシにおける卵生メスとオスの産出を、越冬世代(幹母)から複数世代にわたって抑制するしくみ(季節タイマー)について、以下の3つの研究を実施した。すべての実験において、エンドウヒゲナガアブラムシのApL系統を対象とした。【季節タイマーの生態的意義】「季節タイマーは秋に産むべきオスや卵生メスを春に誤って産んでしまうのを防ぐ役割がある」という仮説を検証した。2018年4月中旬から札幌において、季節タイマーがオンの幹母と、単為生殖を繰り返して季節タイマーがオフになった胎生メスを、自然の温度と日長のもとで飼育した。その結果、タイマーオン・オフの虫はどちらも両性生殖型をまったく産まなかった。前年度の京都における実験の結果とあわせて、季節タイマーの生態的意義を再検討する必要が生じた。【光周性への時計遺伝子の関与】2本鎖RNAの導入方法の見直しを行った。時計遺伝子periodおよびcycleの2本鎖RNAをショ糖溶液に混ぜて、2齢幼虫に摂食させたが、表現型に対する影響が見られず、遺伝子の発現量も明瞭に減少していなかった。この結果は本種に対してRNA干渉が有効でない可能性を含んでおり、時計遺伝子が光周性に関与するか否かの結論を下すことはできていない。【季節タイマーに関連する遺伝子】季節タイマーのオンとオフによって発現量が変動する遺伝子を探索した。前年度に次世代シーケンサーで取得した配列情報を解析した結果、季節タイマーがオンの個体では日長依存的な遺伝子発現パターンの違いが見られなかった。また、季節タイマーがオンの個体とオフの個体の間でヒストンのアセチル化をはじめとしたエピジェネティックな修飾にかかわる遺伝子の発現量が有意に変動していた。これらの結果から、季節タイマーの分子機構に、日長依存的な転写調節を抑制するエピジェネティックな修飾が関与していることが示唆された。京都における自然条件飼育に引き続き、札幌においても同様の飼育実験を完遂した。得られた結果をもとに生態的意義を再検討する必要が生じたが、最終年度の飼育実験と合わせて妥当性の高い結論を得られると確信している。次世代シーケンサーで得られた配列情報の解析も一通り終了し、エピジェネティックな修飾の関与を示唆したことは大きい成果であった。一方、時計遺伝子のRNAiは難航している。当初の目的であった、生殖型制御の分子機構に季節タイマーが及ぼす影響の解明のためには、トランスクリプトーム解析の結果を手がかりに異なる手法を追加する必要がある。春の京都において自然の日長と温度のもとで飼育実験を行い、生態的意義を再検討する。準備に時間と労力を要する越冬卵も十分な数を得られたため、信頼性のある結果を導けると予想している。トランスクリプトーム解析について統計手法を見直すとともに、リアルタイム定量PCRなど異なる手法で解析結果を補強する。また、これにより生殖型決定の分子機構において季節タイマーが及ぼす影響についても重要な知見が得られる。季節タイマーがはたらいている個体と切れた後の個体との間で発現量が異なる遺伝子を探索するため、孵化から2世代目の個体と、実験室内で世代を繰り返した後の個体をそれぞれ長日および短日条件で飼育した。これらの虫が羽化した後、頭部からtotal RNAを抽出し、RNAシーケンスを行った。これによって1サンプルあたり50-100 bpからなる約40,000,000の配列を得た。時計遺伝子のRNAiによって次世代の生殖型が変化することを確かめるため、まずは発育段階におけるどの時期に処理すれば次世代の生殖型が変化しうるのかを調べた。長日で育っている個体を4齢幼虫の時に短日へ移して子を産ませ、その子が2齢幼虫の時に再び長日へ戻せば多くの胎生メスが、戻さなければ多くの卵生メスが産みだされることがわかった。そこで、この2齢幼虫に時計遺伝子cycleの2本鎖RNAを注射したが、次世代の生殖型に明瞭な影響は見られなかった。また、3齢幼虫に時計遺伝子cycleおよびperiodの2本鎖RNAを注射して長日および短日で飼育したが、これらの遺伝子の発現量に明瞭な減少が見られなかった。現時点ではRNAiによる遺伝子発現の抑制はうまくいっていないと言える。実験室内で世代を繰り返すことで季節タイマーが切れた後の個体を、春の様々な時期に京都の自然の日長と温度のもとに移して飼育した。これらの虫の多くは卵生メスやオスを産み、最も遅いものは5月にオスを産んだ。この結果から、季節タイマーがなければ春に不適な両性生殖型を産んでしまうので、季節タイマーがそれを防いでいるという仮説が支持された。初年度に予定していた京都における自然条件飼育とRNAシーケンスを実行し、翌年度以降の札幌における自然条件飼育とシーケンスデータの解析につなげることができた。時計遺伝子のRNAiは難航しているが、代替策も含めて実験条件を検討する期間を長く設けているので、大きな遅れではない。

2018年4月中旬から札幌において、季節タイマーがオンの幹母と、単為生殖を繰り返して季節タイマーがオフになった胎生メスを、自然の温度と日長のもとで飼育した。その結果、タイマーオン・オフの虫はどちらも両性生殖型をまったく産まなかった。前年度の京都における実験の結果とあわせて、季節タイマーの生態的意義を再検討する必要が生じた。【光周性への時計遺伝子の関与】2本鎖RNAの導入方法の見直しを行った。時計遺伝子periodおよびcycleの2本鎖RNAをショ糖溶液に混ぜて、2齢幼虫に摂食させたが、表現型に対する影響が見られず、遺伝子の発現量も明瞭に減少していなかった。この結果は本種に対してRNA干渉が有効でない可能性を含んでおり、時計遺伝子が光周性に関与するか否かの結論を下すことはできていない。【季節タイマーに関連する遺伝子】季節タイマーのオンとオフによって発現量が変動する遺伝子を探索した。前年度に次世代シーケンサーで取得した配列情報を解析した結果、季節タイマーがオンの個体では日長依存的な遺伝子発現パターンの違いが見られなかった。また、季節タイマーがオンの個体とオフの個体の間でヒストンのアセチル化をはじめとしたエピジェネティックな修飾にかかわる遺伝子の発現量が有意に変動していた。これらの結果から、季節タイマーの分子機構に、日長依存的な転写調節を抑制するエピジェネティックな修飾が関与していることが示唆された。京都における自然条件飼育に引き続き、札幌においても同様の飼育実験を完遂した。得られた結果をもとに生態的意義を再検討する必要が生じたが、最終年度の飼育実験と合わせて妥当性の高い結論を得られると確信している。次世代シーケンサーで得られた配列情報の解析も一通り終了し、エピジェネティックな修飾の関与を示唆したことは大きい成果であった。一方、時計遺伝子のRNAiは難航している。当初の目的であった、生殖型制御の分子機構に季節タイマーが及ぼす影響の解明のためには、トランスクリプトーム解析の結果を手がかりに異なる手法を追加する必要がある。札幌における自然条件飼育実験を行って、季節タイマーの生態的意義を実証する。RNAシーケンスによって得られたデータの解析を進めて、群間で発現量の異なる遺伝子を同定する。時計遺伝子のRNAiもしくは抗幼若ホルモン活性物質の投与などによって、光周性の経路において季節タイマーの作用する段階を特定する。春の京都において自然の日長と温度のもとで飼育実験を行い、生態的意義を再検討する。準備に時間と労力を要する越冬卵も十分な数を得られたため、信頼性のある結果を導けると予想している。トランスクリプトーム解析について統計手法を見直すとともに、リアルタイム定量PCRなど異なる手法で解析結果を補強する。また、これにより生殖型決定の分子機構において季節タイマーが及ぼす影響についても重要な知見が得られる。
タンデム型POD推進器を有した新しい電気推進内航船の開発研究

本研究では,電気推進内航船でPOD推進器を活用した推進効率の改善を検討する。特に,2つのPOD推進器を前後にかつ2重反転となるように配置させる方式(タンダム型と呼ぶ)に着目し,このタンデム型POD推進器を有する船舶(タンデム型POD船と呼ぶ)の推進性能と航行安全性(操縦性能)について検討を加えた。国内初の電気推進船「千祥」をベースにタンデム型を図った「タンデム千祥」の船型計画を行い,模型船を作成して,広島大学船型試験水槽で抵抗・自航試験を行った。その結果をもとにプロペラ設計を行った。その結果,タンデム化により,推進性能が23%向上することが分かった。次に,操縦性能に関する基礎となるデータを取得するため,「千祥」模型船を用いて,広島大学船型試験水槽で拘束模型試験を実施した。試験は,オリジナル「千祥」と「タンデム千祥」について実施した。操縦流体力の拘束模型試験結果をもとに,操縦運動シミュレーション計算を実施し,操縦運動特性の把握を行った結果,「タンデム千祥」はPOD推進器の配置の関係上,センタースケグを小さくせざるを得ず,その結果,オリジナル「千祥」と比較して,針路安定性が大きく損なわれることが分かった。これを解決すべく,舵を40%程大型化すること,さらにセンタースケグをやめて,サイドにスケグを2枚配置する「タンデム千祥」の改良案を提示した。改良案により,針路安定性を解決する見通しを得た。タンデム型POD船は,従来船と比較して,省エネの面で優れ,かつ従来船と同等以上の操縦性能を有することが,具体的なデータとともに初めて明らかになった。今後のタンデム型POD船の実用化により,性能の良い優れた船が内航船主に提供されることは,我が国の物流効率の向上,ひいては省エネによるCO2削減にもつながるであろう。特に,2つのPOD推進器を前後にかつ2重反転となるように配置させる方式(タンダム型と呼ぶ)に着目し,このタンデム型POD推進器を有する船舶(タンデム型POD船と呼ぶ)の推進性能と航行安全性(操縦性能)について検討を加える。タンデム型のPOD推進器は2重反転型形式となるので,高い推進効率が期待される。比較のため,「千祥」に関する水槽試験も実施した。その結果,タンデム化により,推進性能が2-3%向上することが分かった。さらに,操縦性に関する基礎となるデータを取得するため,「千祥」模型船を用いて,広島大学船型試験水槽で拘束模型試験を実施した。試験は,1.オリジナル「千祥」,2.センタースケグを小さくした場合,3.舵を無くして首振り型のPODとした場合,の3パタンについて実施した。オリジナル「千祥」は針路安定であり,操縦性に問題ないが確認された。一方,センタースケグを小さくすると,推進性能は向上するものの針路安定性が著しく損なわれること,舵を無くして旋回型のPODとしても同様に針路不安定となることが明らかとなった。この種の船におけるセンタースケグならびに舵の重要性が確認された。同時に,シミュレーション計算のための基礎データが取得された。

次年度では,「タンデム千祥」の操縦性試験を実施するとともに,それらの試験結果をベースに「千祥」「タンデム千祥」の改善を図る。本年度は,2つのPOD推進器を前後にかつ2重反転となるように配置させる方式(タンダム型と呼ぶ)に着目し,このタンデム型POD推進器を有する船舶(タンデム型POD船と呼ぶ)の操縦性能について検討した。前年度に実施した国内初の電気推進船「千祥」をベースにタンデム型を図った「タンデム千祥」の操縦流体力の拘束模型試験結果をもとに,操縦運動シミュレーション計算を実施し,操縦運動特性を把握した。「タンデム千祥」はPOD推進器の配置の関係上,センタースケグを小さくせざるを得ず,その結果,オリジナル「千祥」と比較して,針路安定性が大きく損なわれることが分かった。これを解決すべく,舵を40%程大型化すること,さらにセンタースケグをやめて,サイドにスケグを2枚配置する「タンデム千祥」の改良案を提示した。この改良案により,操舵力が増加し,かつ針路安定性を解決する見通しを得た。さらに,操縦性能に関する基礎となるデータを取得するため,「千祥」模型船を用いて,舵を無くして首振り型のPOD推進器とした場合(pull型とpush型)の流体力特性の計測を行った。その結果,pull型は,push型と比較して,操舵力が大きくかつ針路安定であり,優れていることが分かった。これはpull型推進器のストラット部が舵のような作用をしているためであることが分かった。これらのデータは,今度出てくる考えられる首振り型POD推進器を備えた船舶の操縦性検討において,有益な資料となりうる。
人工心臓血液適合性向上のためのメゾスケール解析方法の開発

人工心臓の血液適合性を向上させるために,新しい数値流体解析方法,マイクロメートル精度の流れの可視化法,定量的溶血実験法および磁気浮上人工心臓モデル機の開発を行った.人工心臓血液適合性を数値解析的に評価する,三次元Two-Way粒子法(SPH法)のモデルを完成させた.多角形血球膜モデルを導入し現実的な赤血球の変形特性を表現可能とした.また,赤血球内部の液体粒子が膜粒子間の間隙から漏れ出す問題を解決する新しい膜-内部粒子の相互作用モデルも提案した.10μm精度の流れの可視化システムを開発し.表面粗さの違いによる回転型せん断負荷装置内の流れ場の変化を可視化計測,解析した.装置内筒の表面粗さを02ミクロン程度まで変化させても,乱流強度は著しくは変化しないが,周方向平均流速の速度分布が変化することを明らかにした.また.乱流強度の計測精度には,粒子画像の粒子数が影響することを明確にした.血液適合性試験では人工心臓の表面粗さが溶血に与える影響を回転型せん断負荷装置により定量評価した.溶血を急激に惹起する表面粗さの大きさは,3,750s^<-1>の層流せん断流れにおいて,Ra0.6μmと0.8μmの間に閾値があることを見いだした.回転型せん断負荷装置内筒表面広範囲に,サンドブラスターを利用して.異なる表面粗さ面積(Ra0.8μm)を付加した実験も行い,回転軸方向に粗さ面積が増加すると,溶血量も増加することを確認した.これより人工心臓内で生じる溶血は,粗さ面積の値だけでなく.粗さ方向も重要であることが示唆された.溶血試験が行える95mmx95mmx70mmの磁気浮上遠心血液ポンプの開発を行った.最大揚程200mmHg以上,最大流量10L/min以上のポンプ特性を確認し,壁面表面粗さを変化させて溶血試験に供することが可能な磁気浮上人工心臓モデル機の確立が図れた.人工心臓の血液適合性を向上させるために,新しい数値流体解析方法,マイクロメートル精度の流れの可視化法,定量的溶血実験法および磁気浮上人工心臓モデル機の開発を行った.人工心臓血液適合性を数値解析的に評価する,三次元Two-Way粒子法(SPH法)のモデルを完成させた.多角形血球膜モデルを導入し現実的な赤血球の変形特性を表現可能とした.また,赤血球内部の液体粒子が膜粒子間の間隙から漏れ出す問題を解決する新しい膜-内部粒子の相互作用モデルも提案した.10μm精度の流れの可視化システムを開発し.表面粗さの違いによる回転型せん断負荷装置内の流れ場の変化を可視化計測,解析した.装置内筒の表面粗さを02ミクロン程度まで変化させても,乱流強度は著しくは変化しないが,周方向平均流速の速度分布が変化することを明らかにした.また.乱流強度の計測精度には,粒子画像の粒子数が影響することを明確にした.血液適合性試験では人工心臓の表面粗さが溶血に与える影響を回転型せん断負荷装置により定量評価した.溶血を急激に惹起する表面粗さの大きさは,3,750s^<-1>の層流せん断流れにおいて,Ra0.6μmと0.8μmの間に閾値があることを見いだした.回転型せん断負荷装置内筒表面広範囲に,サンドブラスターを利用して.異なる表面粗さ面積(Ra0.8μm)を付加した実験も行い,回転軸方向に粗さ面積が増加すると,溶血量も増加することを確認した.これより人工心臓内で生じる溶血は,粗さ面積の値だけでなく.粗さ方向も重要であることが示唆された.溶血試験が行える95mmx95mmx70mmの磁気浮上遠心血液ポンプの開発を行った.最大揚程200mmHg以上,最大流量10L/min以上のポンプ特性を確認し,壁面表面粗さを変化させて溶血試験に供することが可能な磁気浮上人工心臓モデル機の確立が図れた.試験対象となる人工心臓の開発としてラジアル型磁気支持方式を採用した磁気浮上遠心血液ポンプの開発を行った.溶血試験が可能な血液ポンプ室の製作,その数値流体解析モデルの開発を行った.開発した人工心臓は最大回転数2500rpm,最大流量9L/min,最大揚程280mmHgと人工心臓として十分なポンプ性能を示したが,軸方向変位が回転数とともに大きくなる傾向を示し,更なる改良が必要であることが判明した.数値流体解析では,既存のRANS解析結果の流れ場情報をもとに赤血球を模擬した粒子を流し,その挙動を観察するOne-way粒子法を開発した.上述の遠心ポンプの数値流体解析モデルを使用してK-εモデルを用いたRANS解析を行い流れ場情報を取得し,開発したOne-way粒子法により,ポンプ内を移動中の粒子(赤血球)にかかるせん断応力の時間的変化がトレース可能であること確認した.可視化法に関してはマイクロスコピックビデオシステムの基本構成の開発,そのPIV処理法の開発を行った.溶血試験に用いる回転せん断負荷装置の2倍模型を製作し,その内部流れの空間速度分布の計測を行い,内部流れと表面粗さに関する基礎データの取得を行った.