hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子改変動物を用いた加齢性難聴および騒音性難聴の病態解明と治療への応用

C57BL/6マウスは加齢による感音難聴の動物モデルとして広く使用されている。加齢による難聴の進行とともに、核酸の酸化ストレスマーカーの発現増強を認め、酸化ストレスが増加していると考えられる。蝸牛全体のタンパクを抽出し、質量分析でプロテオミクス解析を行うと、ミトコンドリア関連タンパクや抗酸化酵素の発現低下を認めた。内耳の器官培養を用いて、成長因子投与後のシグナル伝達を、免疫組織染色により評価する方法を確立した。わが国では高齢者人口の増加とともに加齢による難聴は重大な問題になってきた。加齢による難聴は高齢者の生活の質を大いに低下させる。加齢による難聴の大部分は感音難聴による。C57BL/6マウスを含め、加齢性難聴感受性遺伝子座Ah1をもつマウス系統は、騒音性難聴にも感受性があり、加齢性難聴と騒音性難聴の発症には、共通の遺伝子の関与も示唆され、加齢性難聴と騒音性難聴において、その発症要因は大いに関連がある。C57BL/6マウスでの実験結果では、7週齢に比べて7-8ヶ月齢では聴力低下とともに、内耳蝸牛での酸化ストレスの増加を認めることを確認した。深麻酔下、断頭後、内耳を摘出し、モルモット内耳の器官培養を用いて、成長因子投与後のシグナル伝達を、免疫組織染色により評価する方法を確立した。回転式ミクロトームにより安定した切片を得ることが可能になった。この方法を用い、in vitroの系で成長因子(VEGF)の刺激下で、ERK1/2のリン酸化が起こる経路を確認した。薬物投与法に関しては、全身投与のほかに、中耳鼓室からの局所投与があるが、中耳と内耳の間には正円窓という透過性の高い膜があり、鼓室内に薬剤を投与すれば内耳内に高濃度に薬剤を移行させることが可能である。器官培養での知見を集積することにより成長因子の投与の内耳保護効果の機構が明らかになる可能性があり、加齢による難聴や騒音性難聴の治療や予防に役立つものと考える。わが国では、高齢者人口の増加とともに加齢による難聴は重大な問題になってきた。C57BL/6マウスを含め、加齢性難聴感受性遺伝子座Ahlをもつマウス系統は、騒音性難聴にも感受性があり、加齢性難聴と騒音性難聴の発症には、共通の遺伝子の関与も示唆され、加齢性難聴と騒音性難聴において、その発症要因は大いに関連がある。C57BL/6マウスでの実験結果では、7週齢に比べて7-8ヶ月齢では聴力低下とともに、免疫組織学的手法により、内耳蝸牛でのDNAの酸化ストレスマーカーである8-OG(ハイドロキシグアノシン)はラセン神経節細胞では発現増強を認めた。ニトロチロシンは強いラジカルであるペロキシニトレートのマーカーであるが、ニトロチロシンは7-8ヶ月齢のマウス蝸牛では、ラセン神経節や蝸牛外側壁、コルチ器で発現増強していた。蝸牛タンパクの網羅的解析では、326種類(Unused(Conf)Cutoff>2.0(99))のタンパクを認めたが、pathway解析により、加齢に伴い、電子伝達系関連のタンパク発現量の変動が多かった。抗酸化作用のあるペロキシレドキシンの発現低下も認め、加齢による難聴において、内耳蝸牛での酸化ストレスの増加に関与することが示唆された。蝸牛での活性酸素産生低下のために、有効な抗酸化剤の投与をおこなうことは今後検討すべき課題である。C57BL/6マウスは加齢による感音難聴の動物モデルとして広く使用されているが。生後1年で高度な難聴を認めるが、加齢とともに核酸の酸化ストレスマーカーである8-0G(ハイドロキシグアノシン)や、脂質過酸化のマーカーであるMDA(マロンデアルデヒド)の発現増強を認め、酸化ストレスが増加していると考えられる。またNOS IIやその下流のsGCやcGMPの発現増強も認めるとともにペロキシニトレートのマーカーであるニトロチロシンの発現増強も認めた。蝸牛全体のタンパクを抽出し、質量分析でプロテオミクス解析を行うと、発現の低下しているタンパクは、Gene Ontologyにより分子機能、生物学的プロセス、細胞内構成要素から機能分類を行うと、細胞内の代謝に関するものが多く、ミトコンドリア関連タンパクや抗酸化酵素の発現低下を認めた。in vitroの系で成長因子(VEGF)の刺激下で、ERK1/2のリン酸化が起こる経路を確認したが、薬物投与法に関しては、全身投与のほかに、中耳鼓室からの局所投与があるが、中耳と内耳の間には正円窓という透過性の高い膜があり、鼓室内に薬剤を投与すれば内耳内に高濃度に薬剤を移行させることが可能である。

器官培養での知見を集積することにより成長因子の投与の内耳保護効果の機構が明らかになる可能性があり、加齢による難聴や騒音性難聴の治療や予防に役立つものと考える
カーネル法による高次元データの非線形スパースモデリング

複数情報源からの情報抽出法に関して,高速計算可能な相互情報量を基準として用いたカーネル法を開発し,非線形で複雑な関係性の抽出法に成功した.また,複数タスクを統合する転移学習のために,情報幾何学の枠組みから研究を進め,e-混合と呼ばれる統合手法のノンパラメトリックなアルゴリズムを開発した.ダイナミクスの解析では,神経ネットワークやシェアデータといった多変量時系列の相互関係を抽出する手法を開発した.また,時空間モデルを応用し,スロースリップイベントなどの解析を行った.構造的データについては連想記憶モデルの相転移現象をデータ駆動で抽出することに成功した.課題1として設定したマルチモーダルスパースモデリングについては,相互情報量に基づく最適化規準を採用したカーネル正準相関分析の拡張手法について定式化を行った.相互情報量の推定には最近傍識別器に基づく手法を用いることが有効であることを確かめた.また,カーネル法における入力空間と特徴空間との関連性についても議論した.これにより,複数のモダリティ間の非線形関係をより少数の本質的な次元で表現することが可能になった.課題2として設定したダイナミカルスパースモデリングについては,互いに作用を及ぼし合う変数間の観測時系列からその作用のスパースな依存関係を抽出する問題を取り扱い,カーネル法で用いられる拡散カーネルによるモデル化が可能であることを見出し,それに基づく簡便な依存関係推定の手法を開発した.株価のデータに適用し,東日本大震災前後での関連性の変化を抽出することに成功した.当該手法は,脳活動データなど多点時系列観測の多くの応用問題に適用可能であり,今後の発展が強く期待できる.課題3として設定した構造的スパースモデリングについては,Kempらによって提案した確率的潜在構造抽出の手法を連想記憶モデルの記憶構造の内部構造の抽出に適用し,理論的に導出される結果とデータ駆動型の結果が一致することを確認し,Kempらが試したよりも大規模な問題でも取り扱うことができることが示唆された.また,自然言語データの構造推定に適用する枠組みを構築し検討した.課題1として設定したマルチモーダルスパースモデリングについては,相互情報量に基づく最適化規準を採用したカーネル正準相関分析の拡張手法について定式化を行った.正準変数同士のみならず入力変数と正準変数との間の相関性が必要であることを見出した.それに基づき最適化を行うことによって,カーネル正準相関分析に比べてより正しく共通潜在変数を抽出することができた.また,局所最適解の問題を解決するためにパラレルテンパリング法による最適化を行った.これにより,複数のモダリティ間の非線形関係をより少数の本質的な次元で表現することが実証できた.課題2として設定したダイナミカルスパースモデリングについては,互いに作用を及ぼし合う変数間の観測時系列からその作用のスパースな依存関係を抽出する問題を取り扱い,カーネル法で用いられる拡散カーネルによるモデル化が可能であることを見出し,それに基づく簡便な依存関係推定の手法を開発した.株価のデータに加え,脳活動データにおいても結合性を正しく推定できることを確認した.当該手法は,向きのある依存関係を,観測されていないノードの活動の存在があっても抽出可能であり,今後の発展が強く期待できる.課題3として設定した構造的スパースモデリングについては,Kempらによって提案した確率的潜在構造抽出の手法を連想記憶モデルの記憶構造の内部構造の抽出に適用し,理論的に導出される結果とデータ駆動型の結果が一致することを確認し,Kempらが試したよりも大規模な問題でも取り扱うことができることが示唆された.また,n-gram言語モデルを疎分解することによって要素的な意味を組み合わせた新たな現象に対するn-gramモデルを,言語データなしで構成するzero-shot学習の手法を提案し,有効性を示した.本研究課題では,カーネル法など非線形のスパースモデリングの数理基盤の確立と実応用への適用を課題としており,以下の成果を得た.課題1のマルチモーダルスパースモデリングについては,複数の観測結果を統合する転移学習の観点から,情報幾何的なe-混合分布の推定という新たな枠組みを提案した.e-混合分布の推定ではノンパラメトリックな設定に拡張するために,KLダイバージェンスに基づくロバストなアルゴリズムを考案した.それは地球科学データの組成データの解析にも適用可能な非負値行列分解にも適用可能であることを示した.さらに,カーネル法においてリプレゼンター定理が成立しない状況での次元縮約の方法について議論した.課題2のダイナミカルスパースモデリングについては,多変量時系列の依存関係を抽出する手法を発展させ,負の重みを持つ結合に拡張し,神経発火活動の解析に適用できるようになった.また,ランダムネットワークに共通の信号を入力すると,表面的には全く異なる発火パターンを示すにもかかわらず,正準相関分析による解析によって,内在する構造は共通しているという現象を見出した.一方,地球科学分野におけるスロースリップという現象を歪計観測データから推測する時空間解析を行い,スイッチングモデルを導入することにより,スロースリップの開始時期と終了時期を従来法に比べて高精度に検出することに成功した.課題3については,画像情報から文法規則などの知識を獲得する手法について検討を行った.課題1については,複数の観測結果を統合する観点から情報幾何学を用いた手法への展開に発展した.課題2については,多変量時系列の時系列の精度の向上と適用範囲の拡大が行えた.課題3については実問題への適用を試みている.また,他の計画班・公募班との連携も順調に進捗している.本研究課題では、カーネル法など非線形のスパースモデリングの数理基盤の確立と実応用への適用を課題としており、今年度は以下の成果を得た。

課題1のマルチモーダルスパースモデリングについては、複数の観測結果を統合する転移学習の観点から、情報幾何的な定式化のもと、e-混合分布の推定という新たな枠組みを提案し、さらにそれをノンパラメトリックな設定に拡張するべくカルバックライブラーダイバージェンスに基づく幾何学的なアルゴリズムを考案した。導出したアルゴリズムは脳波信号の解析に応用した。また、同様の幾何学的なアルゴリズムはトピックモデルと呼ばれる機械学習の低次元化法にも応用可能であり、地球科学データの組成データの解析に適用し、地質学的に重要ないくつかのクラスタの発見に結びついた。課題2のダイナミカルスパースモデリングについては、徐々に時間変化する遷移行列を定常分布から推定するアルゴリズムを時間変化のスパース性をもとに定式化し、自動車のマーケットシェアの遷移を抽出し解釈することができた。また、脳の記憶の再現性についてランダム結合ニューラルネットワークと正準相関分析を用いたシミュレーションにより集団的な再現性を説明することができた。課題3については、高次元中に複雑に埋め込まれた多様体を抽出するための要素技術として、多様体の局所次元を推定するアルゴリズムを構築した。高次漸近展開を用いた推定法により、従来法よりも精度が高くなることを実証した。課題1については、情報幾何に関連した新たな枠組みの構築や脳活動データ解析への適用などを行い、研究分野のトップジャーナル(Neural Computation)に採択され、大いに進捗していると考える。課題2については、さまざまな時系列データの問題への適用を試みた。特に遷移行列推定についてはPlos Oneへの掲載を達成し、進捗が大きかった。そのほか取り組んでいるいくつかのトピックについても、今後の論文投稿などに向けて順調に進展していると考える。課題3については、構造的なデータ構造抽出の進展そのものは問題の難しさからなかなか進展が見られなかったものの、その要素技術であるデータからの局所次元の推定について進展がみられている。総合すると、課題1,2については当初想定した以上の結果が得られているが、課題3についてはやや進捗が遅れているため、全体としてはおおむね順調に進展していると判断した。本研究課題では,カーネル法など非線形のスパースモデリングの数理基盤の確立と実応用への適用を課題とし,以下の成果を得た.課題1のマルチモーダルスパースモデリングについては,地質データへの情報幾何学的な非負値行列分解手法を応用として,岩石組成からの端成分の抽出の試みを行った.また,テクトニック場をデータ駆動アプローチにより分類することができた.
Ｔｈ２環境で誘導されるカリクレイン７の過剰発現が表皮バリアに与える影響

正常表皮角化細胞においてTNF-aとIL-17Aはセリンプロテアーゼ阻害因子LEKTI,SLPI,エラフィンの発現を有意に増強させることが明らかになった。LEKTIの発現は乾癬病変部で著明に増強している一方で、アトピー性皮膚炎病変部では正常皮膚と同レベル程度しか認めなかった。ハプテン繰り返し投与のTh2依存性皮膚炎マウスモデル(アトピー性皮膚炎モデル)においてセリンプロテアーゼ阻害剤が与える影響について検証したが,コントロール群と比較して有意な差はみられなかった。セリンプロテアーゼの異常活性はアトピー性皮膚炎(AD)の病態に重要な役割を果たしていることが明らかになっている。我々はこれまでの研究でTh2サイトカインであるIL-4とIL-13が表皮角化細胞においてカリクレイン7の発現と機能を増強すること,さらにTNF-aとIL-17Aがセリンプロテアーゼ阻害因子LEKTIの発現を有意に増強させることを見出した。今回我々はその他のセリンプロテアーゼ阻害因子である分泌型白血球ペプチダーゼ阻害因子(SLPI),エラフィンの発現制御因子についても検討した。LEKTIと同様にこれらのセリンプロテアーゼ阻害因子の発現はTNF-aとIL-17Aのよって有意に増強されることが明らかになった。また,慢性皮膚炎症性疾患であるADと乾癬病変部におけるLEKTIの発現について免疫組織学的に検討したところ,興味深いことにLEKTIの発現は乾癬病変部で著明に増強している一方で、AD病変部では正常皮膚と同レベル程度しか認めなかった。TNF-aとIL-17Aは乾癬病変部で高発現しているため,慢性皮膚炎症性疾患であるADと乾癬病変部におけるLEKTIの発現の差に関与している可能性がある。さらに我々はハプテン繰り返し投与のTh2依存性皮膚炎マウスモデル(ADモデル)においてセリンプロテアーゼ阻害剤が与える影響について検証した。1%TNCB溶液にて感作後,同液を12日おきに同側の耳に12回塗布し,その後1日2回ベンズアミジン,4-(2-Aminoethyl)benzenesulfonyl fluoride hydrochloride (AEBSF),ロイペプチン,Phenylmethylsulfonyl fluoride(PMSF)を外用塗布した。0、24、48、96時間後に耳介の厚さを測定したがコントロール群と比較して有意な差はみられなかった。セリンプロテアーゼの異常活性はアトピー性皮膚炎の病態に重要な役割を果たしていることが明らかになっている。我々はこれまでの研究でTh2サイトカインであるIL-4とIL-13だけが表皮角化細胞においてカリクレイン7の発現と機能を増強することを見出した。その一方でアトピー性皮膚炎におけるセリンプロテアーゼ阻害因子の発現について、またその発現制御機構について詳細に報告するものはまだない。我々は同細胞においてセリンプロテアーゼ阻害因子LEKTIの発現を制御する因子を検索するため、培養正常ヒト表皮角化細胞を用いて検討した。ELISAの結果ではホルモン、サイトカイン、Toll様受容体リガンドのうち、高濃度Ca2+、TNF-a、IL-17が培養上清中のLEKTIタンパクの発現を有意に増強させていた。これらの結果は慢性皮膚炎症性疾患であるADと乾癬病変部におけるLEKTIの発現の差に関与している可能性がある。また我々はハプテン繰り返し投与のTh2依存性皮膚炎マウスモデル(アトピー性皮膚炎モデル)においてセリンプロテアーゼ阻害剤が与える影響について検証した。1%TNCB溶液(20ul)またはコントロール(アセトン20ul)を感作後2日おきに同側の耳に12回塗布し,その後1日2回ベンズアミジン(50ul、濃度は5、50、500mM)の外用塗布した。0、24、48、96時間後に耳介の厚さを測定したところベンズアミジンとコントロール間に有意な差はみられなかった。我々は表皮角化細胞において高濃度Ca2+、TNF-a、IL-17がカリクレインを制御するLEKTIタンパクの発現を誘導することを見出した。またハプテン繰り返し投与のTh2依存性皮膚炎マウスモデル(アトピー性皮膚炎モデル)を確立したため、セリンプロテアーゼ阻害剤が与える影響について容易に評価できるようになった。今後は他のセリンプロテアーゼ阻害因子であるSLPIやエラフィンについてもアトピー性皮膚炎における発現量、およびそれらの発現制御機構について解析する。またハプテン繰り返し投与のTh2依存性皮膚炎マウスモデル(アトピー性皮膚炎モデル)において他のセリンプロテアーゼ阻害剤(メシル酸ナファモスタット、アポロチニン、など)が与える影響について検証する。該当なし
技術者の職業マップに関する研究

理工系大学に入学してくる学生のほとんどは、将来への明確な希望や目標を持っていないことが、導入教育の授業で明らかになってきた。学生が将来就くであろう技術者像がはっきりしていないことがその原因と考え、その解決のために企業で技術者が担当している仕事(職種・職務)を具体的に説明する仕組みづくりとして、本研究を実行し、技術者の分類基準として「技術士会」を、また業界分類基準として総務省「日本標準産業分類」、職業分類基準として同「日本標準職業分類」を基に、技術者と職業の関連付けを行い、「職業マップ」としてホームページ(以下の4.研究成果参照)を公開した。仕事を「技術者名で探そう」「学ぶ学科で探そう」「業界・業種一覧から探そう」「業界・業界図から探そう」の4つの入口から検索できる。また、「簡易職業分類」からは技術者の詳細を、また「簡易産業分類」からは業界の詳細をそれぞれ知ることができる。(1)技術者が関わる仕事につき職種・職務の観点から全貌を明らかにすること。(2)仕事の種類を意味する職種の課数、それらの職種に関係する職務の数がいかに多いかを図表の形で明らかにする。さらにキャリアアップに必要な知識・能力・資格等を定義する。平成20年度は職種・職務の定義を明確にする。平成21年度以降はこれらの情報に基づき職業マップの形で図表化する。その後ホームページの形で公開する。学生が将来就くであろう技術者像がはっきりしていないことがその原因と考え、その解決のために企業で技術者が具体的に担当している仕事と職種・職務を説明する仕組みづくりとして、本研究を実行している。まず、前提として職種・職務を以下のように定義した。(1)仕事:広く職業一般(例:機械技術者)のことを指す(2)職種:仕事を構成する種類(例:開発・設計・営業等)と定義する(3)職務:担当する職種の具体的な役割・役目(例:生産設備設計等)と定義する。本研究の特徴は、学生が今所属している学科を卒業するとどのような業界に就職してどのような仕事(職種・職務)に就くかを検索できるルートと、また同じくどのような技術者として社会で活躍することになるのかを検索できるルートおよびそれぞれの業界で活躍している技術者の具体例を検索できるルートを設けて、学生諸君が欲しい情報をいろいろな角度から探すことができるように情報を階層化している点である。そしてどのルートも最終的には上記の職種・職務が検索できるようになっている。ここでは技術者の分類基準を「技術士会」また業界の分類基準を総務省「日本標準産業分類」を参考にしている。上記のような職業検索の仕組みは、厚生労働省や総務省などの公的機関や就職情報会社等からも紹介されているが、ここではこうした仕組みを体系化して学生が欲しい情報を、一元化することを目指している。対象とする技術者の種類は多いため、本年度は機械技術者、情報技術者および化学技術者に焦点を絞りその検索システムの構築に重点を注いだ結果、各方面の有識者の協力を得ながら基本となるデータベースができあがった。また公開手段としての検索用ホームページのプロトタイプの提案も行っている。学生が将来就くであろう技術者像がはっきりしていないことがその原因と考え、その解決のために企業で技術者が具体的に担当している仕事(職種・職務)を具体的に説明する仕組みづくりとして、本研究を実行している。本研究の特徴は、学生が今所属している学科を卒業するとどのような業界に就職してどのような仕事(職種・職務)に就くかを検索できるルートと、またそれぞれの業界で活躍している技術者の具体例を検索できるルートを設けて、学生諸君が欲しい情報をいろいろな角度から探すことができるように情報を階層化している点である。そしてどのルートも最終的には上記の技術者が就く具体的な仕事(職種・職務)が検索できるようになっている。

対象とする技術者の種類が多いため、本年度は機械技術者、情報技術者および化学技術者に焦点を絞りその検索システムの構築に重点を置き、各方面の有識者の協力を得ながら基本となるデータベースを構築してきた。また公開手段としての検索用ホームページのプロトタイプの提案も行っている。また、このホームページプロトタイプを授業(1年生の「修学基礎IV」の授業)の講義の一環としてデモをしながら、職業マップの概要を説明して、機械工学系、化学系、情報系学生計約250名の学生の意見をアンケートにより収集分析した。理工系大学に入学してくる学生のほとんどは、将来への明確な希望や目標を持っていないことが、導入教育の授業で明らかになってきた。学生が将来就くであろう技術者像がはっきりしていないことがその原因と考え、その解決のために企業で技術者が具体的に担当している仕事(職種・職務)を具体的に説明する仕組みづくりとして、本研究を実行している。本研究の特徴は、学生が今所属している学科を卒業するとどのような業界に就職してどのような仕事(職種・職務)に就くかを検索できるルートと、またそれぞれの業界で活躍している技術者の具体例を検索できるルートを設けて、学生諸君が欲しい情報をいろいろな角度から探すことができるように情報を階層化している点である。そしてどのルートも最終的には上記の技術者が就く具体的な仕事(職種・職務)が検索できるようになっている。ここでは技術者の分類基準を「技術士会」また業界の分類基準を総務省「日本標準産業分類」を参考にしている。上記のような職業検索の仕組みは、厚生労働省や総務省などの公的機関や就職情報会社等からも紹介されているが、ここではこうした仕組みを体系化して学生が欲しい情報を、一元化することを目指している。そして最終版に近いホームページVer.を完成させた。学生が将来就くであろう技術者像がはっきりしていないことがその原因と考え、その解決のために企業で技術者が担当している仕事(職種・職務)を具体的に説明する仕組みづくりとして、本研究を実行している。対象とする技術者の種類が多いため、各方面の有識者の協力を得ながら基本となるデータベースを構築してきた。そして技術者の分類基準として「技術士会」を、また業界分類基準として総務省「日本標準産業分類」、職業分類基準として同「日本標準職業分類」を基に、技術者と職業の関連付けを行い、「職業マップ」としてホームページ(アドレスは下記「15.備考欄」に記述)を公開した。
パッチクランプ法を用いたGIRKチャネル作動薬の鎮痛作用の検討

今回の研究では行動薬理学的実験とパッチクランプ法を用いた電気生理学的実験とを同時並行で実施した。1.行動薬理学的実験脊髄におけるML297の鎮痛効果を評価した。生体ラットの脊椎くも膜下腔にカテーテルを挿入し、数日後に経カテーテル的にML297を髄腔内投与することでML297がラットの侵害刺激に対する逃避行動にどのような影響を及ぼすかを検討した。機械的侵害刺激に対する逃避閾値を測定したところ、髄腔内投与されたML297は用量依存性に機械的侵害刺激に対する逃避閾値を増大させた。更に、さらにML297は逃避閾値を増大させるML297の用量を髄腔内投与しても運動機能に影響を与えないことを明らかにした。これらの結果から、ML297の髄腔投与は運動機能に影響を与えることなく、鎮痛作用をもたらすことが示唆された。2.電気生理学的実験ML297が脊髄後角細胞を過分極させることを予備実験で見出しており、この現象がGIRKチャネルの活性化によるものなのか否かを検証した。脊髄スライス標本を用い、脊髄後角細胞からパッチクランプ記録を行った。電位固定法により、ML297により生じる外向き電流が用量依存性に増大することを明らかにした。またML297作動性の電流の電流-電圧関係を求めた結果、ML297作動性電流の平衡電位はカリウムチャネルと同等であることが明らかとなった。また、μオピオイド受容体拮抗薬のナロキソン存在下においても外向き電流を発生することが明らかになった。さらに、ML297は興奮性シナプス後電流の発生頻度を減弱させることも明らかとなった。以上の結果からML297はGIRKチャネルに作用して脊髄後角細胞を直接的に過分極させる作用とシナプス前性のGIRKチャネルに作用してグルタミン酸の放出を抑制する作用の2つのメカニズムにより鎮痛効果を発揮することが示唆された。今回の研究を行うにあたって、当施設における予備実験で、パッチクランプ法を用いた電気生理学的予備実験でGIRKチャネルに選択的な作動薬(ML297)が脊髄後角細胞の興奮を抑制することを発見し、GIRKチャネルをターゲットとした新たな鎮痛薬となりうる可能性を見出していた。今回、このML297が実際臨床応用が可能であるかどうかを確認するため、電気生理学的実験のみならず、新たな試みとして行動薬理学的評価も同時並行で行っていく方針とした。1.電気生理学的実験前述の如く申請者らは予備研究の結果、ML297が脊髄後角細胞を過分極させることを見出した。しかしこの現象が本当にGIRKチャネルの活性化によるものなのか検証出来ていない。そこで、脊髄後角細胞からパッチクランプ記録を行い、ML297により生じる作用がGタンパク質を介さず、直接カリウムチャネルを流出させることで生じているのか否かを解析中である。また、ML297による電流変化や興奮性シナプス応答発生頻度に関して用量作用曲線を求めるための実験を行っている。2.行動薬理学的実験脊椎におけるML297の鎮痛効果を評価するため、脊椎くも膜下腔にカテーテルを挿入したモデル動物の作成を試みている。また、カテーテルを通してML297を髄腔内投与することでラットの痛み閾値がどう変化するかを観察し、ML297の鎮痛薬としての有用性を評価することにしている。カテーテル挿入の成功率を上げるため試行錯誤している段階である本来行うべき電気生理学的実験のうち、スライス標本を用いたパッチクランプ実験に関しては順調に進んでいる。しかしながら、行動薬理学研究をおこなうほうしんとしたため、in vivoパッチクランプ実験は開始できていない。以上の結果からML297はGIRKチャネルに作用して脊髄後角細胞を直接的に過分極させる作用とシナプス前性のGIRK

チャネルに作用してグルタミン酸の放出を抑制する作用の2つのメカニズムにより鎮痛効果を発揮することが示唆された。行動薬理学的研究手技を確立し、早期に研究結果をまとめる。in vivoパッチクランプ実験に必要な物品を購入していないので、実験ができる状況になるめどが立ち次第、予算として使用する予定である。また、学会や論文発表にかかる費用(出版料、旅費など)の支出が見込まれている。
侵害受容器を介した病態痛発生の分子機構の解明と痛覚評価モデル系の確立

痛みを受容する侵害受容チャネル遺伝子を種々の動物種からクローニングし、異所性発現させることにより、これら受容体の調節機構を明らかにするための痛覚評価系を確立した。これらの実験系を用いて、TRPV1チャネルのカプサイシン感受性部位を同定した。変温動物である両性類のTRPA1チャネルは哺乳類とは異なり、熱感受性を担うことを見出した。更に、マウスやヒトTRPA1チャネルの解析により、環境化学物質であるカドミウムや生体内ガスメッセンジャーである硫化水素によるTRPA1活性化の分子機構を明らかにした。加えて、哺乳類TRPA1遮断薬の作用点をアミノ酸レベルで明らかにした。神経の損傷や機能障害により発生する神経因性疼痛や逆行性C線維興奮症候群は難治性病態痛であるため、ヒト医療や獣医臨床において疼痛管理上、問題となっている。しかし、現在までその発現機構は十分に解明されていない。本年度の目的は、難治性病態痛の発現の分子基盤として、近年見出されている侵害受容チャネル蛋白質のTransient Receptor Potential (TRP)に着目し、その活性機構を明らかにすることである。そのため、これまで明らかにされていなかった動物種におけるTRPV1遺伝子のクローニングと機能解析を行い、活性制御における系統発生学的な分子解析を行った。Xenopus Tropicalisの末梢神経からTRPV1遺伝子(XtTRPV1)をクローニングした。その結果、XtTRPV1遺伝子はこれまで報告されている哺乳類オルソログとアミノ酸レベルで約60%の相同性があることが明らかになった。XtTRPV1の機能解析のため、GFPと共に発現可能なベクターに組換え、Hela細胞へ遺伝子導入した。XtTRPV1遺伝子産物(XtTRPV1チャネル)の機能解析はFura2を用いた細胞内Caイメージングにより行った。その結果、組換えXtTRPV1タンパク質はカプサイシン、酸及び熱により活性化することが明らかになった。また、カプサイシン感受性はこれまで報告されているヒトやげっ歯類のTRPVIオルソログに比べて低いことが分かった。これらの成績から、XtTRPV1は哺乳類と同様にポリモーダル受容体として機能すること、更にXtTRPV1タンパク質はTRPV1の機能解析や発現解析において有用であることが示唆された。本年度の目的は、難治性病態痛の分子基盤の一つと考えられる侵害受容チャネル蛋白質のTransient Receptor PotentialV1 (TRPV1)に着目し、その活性機構を明らかにすることである。そのため、これまで明らかにされていなかった動物種におけるTRPV1遺伝子の機能解析を行い、系統発生学的な分子解析を行った。X. TropicalisよりクローニングしたxtTRPV1遺伝子を培養細胞へ発現させ、チャネル活性を細胞内Caイメージングにより解析した。その結果、xtTRPV1チャネルは哺乳類と同様にcapsaicin、熱、酸により活性化するポリモーダル受容体として機能することが分かった。xtTRPV1はcapsaicinに対して、これまで哺乳類で報告されていたものより、約1000倍感受性が低下していた。同様な成績はX.tropicalisより分離した知覚神経細胞及び個体を用いた疼痛試験からも得られた。xtTRPV1ミュータントチャネルを作出し、そのチャネル解析を行った結果、TRPV1チャネルの第3及び第4膜貫通領域の2つのアミノ酸がcapsaicin認識部位として重要であることが示唆された。本研究により、ネイティブなTRPV1チャネルにおいてcapsaicin認識部位を初めて明らかにすることが出来た。それ故、これらの部位に作用する薬物の検索は新たな鎮痛薬ターゲットとして重要であると考えられる。本年度の研究目的は、侵害受容ニューロンに主に発現し、多くの刺激性化学物質により活性化されることが知られているTransient Receptor Potential (TRP)チャネル群のうちTRPA1に着目し、病態痛の分子基盤としての重要性について検討した。環境化学物質であるカドミウムイオン(Cd2+)は、知覚神経細胞のうちTRPA1発現細胞を刺激することにより、細胞内カルシウムイオン濃度([Ca2+]i)を増加させた。Cd2+誘発性[Ca2+]i増加反応は選択的TRPA1阻害薬で抑制され、更にTRPA1遺伝子欠損マウス由来の知覚神経では生じなかった。マウスTRPA1遺伝子を発現させた培養細胞株において、Cd2+は[Ca2+]i増加反応に加えて、電流反応を引き起こした。亜鉛感受性を欠損したミュータント遺伝子発現細胞では、Cd2+によるTRPA1活性化作用は消失していた。マウス個体へのCd2+適用により疼痛反応が惹起され、この反応はTRPA1遺伝子欠損マウスでは有意に減弱していた。これらの結果から、Cd2+による発痛作用にはTRPA1チャネルの活性化が関与すること、更にその作用点として亜鉛感受性部位が重要であることが示唆された。

次いで、疼痛管理におけるTRPA1チャネルの役割を調べるため、TRPA1阻害薬の作用点について検討した。これまで、申請者らが遺伝子クローニングした種々の動物由来TRPA1チャネル遺伝子の発現細胞を用いてTRPA1阻害薬の作用を調べたところ、両生類TRPA1では抑制作用が著しく減弱していることを見出した。哺乳類と両生類のアミノ酸一次構造を比較し、ミュータントチャネルを作成後、発現解析を行ったところ、TRPA1阻害薬の作用点として、膜貫通領域に存在する2か所のアミノ酸が関係していることを明らかにした。これらの成績から、TRPA1チャネルに対する刺激物質及び抑制薬の作用点とその機序が明らかになり、疼痛管理のための侵害受容性TRPA1を標的とした新規鎮痛薬の開発における基礎的知見を提示すると考えられる。本研究の目的は、病態痛の分子基盤の一つと考えられる侵害受容チャネル蛋白質であるTransient Receptor Potential(TRP)チャネルに着目し、その活性及び制御機構を明らかにすることである。本年度は、これまで明らかにされていなかった動物種におけるTRPA1遺伝子の機能解析を行った。X. Tropicalisより遺伝子クローニングしたxtTRPA1遺伝子を培養細胞へ異所性発現させ、チャネル活性を細胞内Caイメージングにより解析した。その結果、xtTRPA1チャネルは哺乳類と同様にシンナムアルデヒド等の刺激性化学物質に反応性を有することが分かった。更に、xtTRPA1チャネルは冷刺激に感受性のある哺乳類TRPA1とは異なり、熱刺激により活性化されることが明らかになった。同様な反応はX.tropicalisより分離した初代培養知覚神経細胞及び個体を用いた疼痛試験からも得られた。前年度の研究でX. Tropicalisには熱感受性TRPV1も発現していることを見出しており、両受容体に対する特異的なアゴニストを用いた解析の結果、TRPA1とTRPV1は知覚神経細胞において共発現していることが分かった。それ故、両チャネルタンパク質は熱感受性を補完しあう分子として機能していることが示唆された。加えて、xtTRPA1は哺乳類TRPA1で阻害薬として働くHC030031及びA967079により抑制を受けないことも見出した。これらの成績は、侵害受容チャネルを介した疼痛の管理及び鎮痛薬の作用点を明らかにするための重要な知見を与えるものと考えられ、今年度は阻害薬の作用点を点変異チャネル及びキメラ解析による分子生物学的手法を用いて明らかにすることを計画している。本研究により新規チャネル機能のクローニングと機能解析に成功し、その内容を学会発表及び外国専門誌に掲載することが出来た。
医療関連感染サーベイランスの活用による感染防止ケアの探索

医療関連感染サーベイランスとは感染に関するデータを収集してフィードバックする活動である。本研究では、有効な感染防止ケアを明らかにするために、医療関連感染サーベイランスを活用した7つの研究を行った。安全で経済的な点滴ケア、多剤耐性緑膿菌拡大対策、透析施設の感染対策、重症心身障害児施設の呼吸器感染対策、先天性横隔膜ヘルニア術後感染対策、造血幹細胞移植後の細菌感染症対策を明らかにした。さらに、個人の手洗い行動に影響を与える病院の組織風土を測る尺度と、アウトブレイク早期発見ツールとしての「重症心身障害児(者)施設向け呼吸器症候群サーベイランス手順書(案)」を開発した。本研究の目的は1)末梢静脈カテーテル関連感染、2)多剤耐性緑膿菌multidrug resistant Pseudomonas aeruginosa (MDRP)、3)透析関連感染の各サーベイランスを活用して7つの研究項目(1)(7)を行い、有効な感染防止ケアを明らかにすることである。平成26年度は1)末梢静脈カテーテルに関する(1)(3)と、2)MDRPに関する(4)(5)を予定通り実施した。3)透析に関する(6)(7)は次年度以降に予定していたが、前倒しで(6)を開始した。(1)末梢静脈カテーテルを3日毎に「定期交換」していた1施設で「静脈炎などのイベント兆候出現まで刺し換えない方法(イベント交換)」を導入し、イベント発生率の比較と(2)費用最小化分析を実施した。さらに(3)「イベント交換」下のイベント発生ハザードを生存時間解析により明らかにした。(4)1施設の2剤および3剤耐性緑膿菌保存株の遺伝子解析について、計画ではPFGEによる予備解析で絞った一部の菌株に全ゲノム解析を実施予定だったが、PFGEをやめ全ゲノム解析を対象株すべてに実施しST235とST357のクラスターを特定した。3剤耐性が多かったST235の系統樹解析と薬剤耐性遺伝子解析により同一由来株を推定した。(5)同一由来株群を症例群、散発株群を対照群として診療録調査を行いロジスティック回帰分析によりMDRP伝播ケア要因を特定した。(6)申請時は透析バスキュラアクセスに限定したサーベイランスの調査を計画していたが、他大学研究者がバスキュラアクセス部の消毒に関する全国調査を開始したとの情報を得て、透析関連サーベイランスに拡大した内容に計画を変更し開始した。すべての研究項目は倫理審査の承認後に開始した。文献レビュー、病院視察、関連学会にて国内外の最新情報を収集した。成果の一部を国内学会で発表した。平成27年度は、末梢静脈カテーテル関連サーベイランスを活用した経済評価に関する研究成果を国内学術誌に論文発表した。末梢静脈輸液療法(点滴)はカテーテル挿入から抜去までを看護師が行う。ケアや観察を怠ると静脈炎や血流感染といった重篤な合併症を起こすため、国内外のガイドラインでは3日毎にカテーテルを刺し換える「定期交換」法を推奨している。本研究では、感染症看護専門看護師と感染管理認定看護師が末梢静脈カテーテル関連サーベイランスを実施し綿密に観察・管理する1施設で調査を行った。「定期交換」法から「静脈炎などの兆候出現まで刺し換えない方法(イベント交換)」へ変更してもイベント(血流感染、静脈炎、血管外漏出、閉塞)発生率に有意な上昇がないことを示した。また、時間計測による人件費、購入価格調査による材料費、重量計測による廃棄費を算入した費用最小化分析の結果、「定期交換」から「イベント交換」へ変更することで、点滴1回あたり268円削減することを明らかにした。「イベント交換」は、コクランレビューで安全性が示唆されているものの、静脈炎兆候発見の遅れによる重篤な合併症の危険も危惧されている。本研究成果は、感染症看護専門看護師や感染管理認定看護師がサーベイランスを行いながら管理する体制下での「イベント交換」の安全性と経済性を示したものである。本研究成果は、点滴患者の苦痛軽減と医療費削減に貢献するものと考える。当初の研究計画で予定していた7つの研究項目のうち、透析サーベイランス研究については、他の研究者の最新の研究動向により計画を修正し、2つ研究項目を1つに統合した。平成27年度までに、これら6つの研究項目すべてを実施した。平成26年度の進捗が予定を上回っていたため、平成27年度には、その他のサーベイランスを活用した研究の可能性を検討し、新たに「重症心身障害児施設における呼吸器感染サーベイランスに関する研究」を倫理委員会の承認を経て開始した。したがって、当初の計画以上に進展していると判断する。本研究の目的は1)末梢静脈カテーテル関連感染、2)多剤耐性緑膿菌(MDRP)、3)透析、4)重症心身障害児(重症児)の各サーベイランスを活用して、有効な感染防止ケアを明らかにすることである。サーベイランスとは臨床データを収集して感染率を計算し、臨床へ継続的に感染率をフィードバックする活動である。平成28年度は、3)透析サーベイランスに関する研究と4)重症児サーベイランスに関する研究をとりまとめ、それぞれ研究成果の一部を関連学術学会で発表した。また、伴侶動物由来微生物による呼吸器感染に関する網羅的な文献レビューを行い、イヌやネコ由来のPasteurella multocidaによる肺炎の生活上のリスクを明らかにし、本学紀要に総説として投稿し発表した。

また、その他のサーベイランスを活用した研究の可能性を検討し、新たに「先天性横隔膜ヘルニア(CDH)の手術部位感染(SSI)サーベイランスに関する研究」と「造血幹細胞移植患者の細菌感染症サーベイランスに関する研究」を立案し、倫理審査委員会へ提出した。透析サーベイランスを活用した研究では、全国の透析施設を対象に質問紙調査を行い、血液透析の約半数を実施している診療所における感染対策の実態を初めて明らかにし、成果を学術学会で発表した。さらに、多くの交絡要因を制御して透析サーベイランス実施の関連要因を明らかにした。重症児サーベイランスを活用した研究では、2つの質問紙調査を行い重症児施設の「看護」と「療育」における感染対策の実態を明らかにし、成果を学術学会で発表した。さらに診療録調査を行い、多くの交絡要因を制御して重症児の呼吸器感染症リスク要因に「療育」の1つである「ムーブメント」が関与していることを明らかにした。平成28年度の本研究成果は、透析患者の感染防止、および重症児の呼吸器感染防止に貢献するものと考える。平成27年度の進捗が予定を上回っていたため、平成28年度には、その他のサーベイランスを活用した研究の可能性を検討し、新たに「先天性横隔膜ヘルニア(CDH)手術の手術部位感染(SSI)サーベイランスに関する研究」と「造血幹細胞移植患者の細菌感染症サーベイランスに関する研究」の2つの研究を立案し、倫理審査委員会へ提出した。したがって、当初の計画以上に進展していると判断する。本研究の目的は、1)末梢静脈カテーテル関連感染、2)多剤耐性緑膿菌(MDRP)、3)透析、4)重症心身障害児(重症児)の呼吸器感染、5)先天性横隔膜ヘルニア(CDH)児の手術部位感染(SSI)、6)造血幹細胞移植後早期の細菌感染、7)手指衛生の各サーベイランスを活用して、感染リスク因子や有効な感染防止ケアを明らかにすることである。なお、サーベイランスとは、臨床データを収集して感染率を計算し、臨床へ継続的に感染率をフィードバックする活動である。平成29年度は、5)7)のサーベイランスを活用した研究項目を実施した。7)の手指衛生サーベイランスを活用した研究項目では、「手指衛生風土」を測定する尺度開発を行い、学術学会で発表した。また、新生児のSSIリスク因子、および造血幹細胞移植患者の口腔ケアに関する網羅的な文献検討を行い、成果を本学紀要に総説として投稿し発表した。さらに4)のサーベイランスを活用した研究項目の成果として「重症心身障害児(者)施設向け呼吸器症候群サーベイランス手順書(案)」を作成し、所属施設ホームページ上に公開した。5)のCDH児のSSIサーベイランスを活用した研究項目では、NICUおよび手術室の看護師を対象に2つの質問紙調査を行い、CDH児の周手術期ケアについての実態を明らかにした。その成果を関連学術学会で発表した。また、1施設の診療録調査を行い、多くの交絡要因を制御して、CDH児のSSIリスク要因を特定した。6)の造血幹細胞移植後早期の細菌感染症サーベイランスを活用した研究項目では、1施設の診療録調査を行い、多くの交絡要因を制御して、造血幹細胞移植後早期の血流感染、および肺炎のリスク要因を特定した。平成29年度の本研究成果は、先天性横隔膜ヘルニア児の手術部位感染防止、造血幹細胞移植後早期の細菌感染症防止、および手指衛生推進に貢献するものと考える。
がん間質形成過程における、骨髄由来線維芽細胞の選択的動員機構に関する検討

がん組織微小環境の生物像は多彩であり、がん細胞のみならず、その周囲を様々な種類の間質細胞が充填している。線維芽細胞は、最も多くがん間質内に存在する間質細胞であり、がん進展に影響を与えている可能性が報告されてきた。本研究は、GFPラベルした線維芽細胞株(KM104^<GFP>-1G)をがん間質に取り込ませ、その動員頻度を比較検討することにより、がん間質に親和性の高い線維芽細胞を同定し、線維芽細胞の動員機構を解明しようとするものである。また、がん間質に動員されたGFP陽性線維芽細胞の分離培養を繰り返すことにより、がん間質に高頻度に動員される亜集団を単離し、その生物学的形質を解析することも目的としている。現在までに、KM104^<GFP>-1G+ヒト膵がん細胞株の腹腔内投与を5回繰り返し、ヒト膵がん間質に高度に動員される線維芽細胞亜株(KM104^<GFP>-5G)を樹立した。KM104^<GFP>-5Gは、KM104^<GFP>-1Gと比較して、in vitroにおけるchemotaxis activityが有意に亢進していた。cDNAmicroarrayを用いて、KM104^<GFP>-5G、KM104^<GFP>-1Gにおける遺伝子発現の差異を検討した結果、cytokeratin 8,Carbonic anhydrase IXの遺伝子発現が、KM104^<GFP>-5Gにおいて亢進していた。外科的切除されたヒト膵臓がん組織において、cytokeratin 8,Carbonic anhydrase IX蛋白の発現は、がん組織内線維芽細胞に認められたが、非がん部線維芽細胞においては、発現は認められなかった。現在、これらの蛋白発現が、線維芽細胞のがん組織内動員に関与しているか検討中である。線維芽細胞のがん間質内への動員機構を解明するために我々は、SV-40にてトランスフォームされた骨髄、肺、皮膚由来の9種類のヒト線維芽細部株をgreenfluorescent protein (GFP)にてラベリングした。そして、SCIDマウス腹腔内にCapan-1を注入し、約1時間後にこれら線維芽細胞株を別の場所から注入し、3週間後に形成された腹腔内腫瘍の間質を解析した。使用した9種類すべてのヒト線維芽細胞にてがん間質組織への取り込み現象が見られたが、KM104(骨髄由来)、VA-13(肺由来)は、他の細胞株と比して明らかにがん間質への動員が亢進していた。このことは、線維芽細胞株の形質そのものが、がん間質への取り込まれやすさを規定していることを意味している。また、KM104は、腫瘍の大きさに変化は与えなかったが、VA-13は腫瘍体積を増加させた。Capan-

1に高頻度に動員される線維芽細胞の亜株を選別するため、KM104をSCIDマウス腹腔内にてin vivo selectionを行い、がん間質に高率に動員される亜集団(KM104-5G)を分離した。KM104-5Gは、KMIO4-1Gと比較して、形態学および増殖能に有意な差は見られなかった。組織切片よりtotal RNAを抽出して、GFP RNAの発現をRT PCRにて検討した結果、KM105-5Gが動員されたがん組織において、約8倍のGFP RNAが測定された。In vitroにおける、遊走能、マトリゲル浸潤能の検討を行った。Double chamberの上層にはKMIO4-1G, KM104-5Gを、また下層にはCapan-1の上清を静置し、6時間後および24時間後に、chamber下面に移動した細胞数を検討した。その結果、KM104-5Gは、Capan-1上清に対する遊走能、マトリゲル浸潤能が共に亢進していた。cDNAmicroarrayにて、KMIO4-5Gにて3倍以上の発現上昇を示した遺伝子群を検討した。これらの内、Carbonic anhydrase IXKeratin8は、ヒト膵がん切除材料を用いた検討でも、がん間質内の線維芽細胞には高発現していたが、非腫瘍部の線維芽細胞では、ほとんど発現が認められなかった。以上、がん間質内には、局所の間質細胞以外に、遠隔臓器(骨髄)より間質細胞が動員されるが、1)線維芽細胞の生物学的形質そのものが、がん間質への取り込まれやすさを規定している、2)がん間質に取り込まれる線維芽細胞は、取り込まれない線維芽細胞と比べて特異な形質を有している、ことが明らかとなった。
モーショナルシュタルク効果計測光学系を利用したELMパルス伝搬機構の解明

核融合プラズマ内部の電流分布を測定するモーショナルシュタルク効果計測器を活用し、高閉じ込めモード(Hモード)において間欠的に放出されるプラズマ(ELMパルス)のスクレイプオフ層での伝搬を計測する手法を開発した。プラズマ電流が大きくELMパルスの持つエネルギーが大きいほど、大半径方向へのELMパルスの伝搬速度が大きいことを明らかにした。さらにELMパルスが主プラズマ表面から離れていくほど伝搬速度が増加(加速)することを明らかにした。本研究課題では、核融合に必要な高閉じ込めモード(Hモード)プラズマにおいて観測されるプラズマの間欠的な放出(ELMパルス)のプラズマ外での伝搬を調べ、プラズマパラメータへの依存性からELMパルスの伝搬機構の解明を目指す。モーショナルシュタルク効果(MSE)計測器は計測用中性粒子ビーム(NB)をプローブとし、信号光強度はプラズマ密度に比例する。このため、ELMパルスの伝搬をプラズマ密度の伝搬として測定できることが期待される。ただし、MSE計測器はELMパルスによる信号光以外の背景光も観測するため、この背景光を除去しELMパルスの伝搬速度を評価する手法を確立することが肝要である。目的達成のために、以下の小課題を設定し課題に取り組んでいる。(1)JT-60Uトカマクに設置されたMSE計測光学系の背景光測定用検出器に多チャンネル高速サンプリングデータ収集システムを設置し、既存の信号光測定系と同時に背景光を測定する。(2)信号光から背景光の効果を除去する手法を開発すると共に、Hモードプラズマのスクレイプオフ層を伝搬するELMパルスによる密度増加の時間遅れからELMパルスの伝搬速度などを評価する手法を確立する。(3)この手法を用いてELMパルスの伝搬速度等のプラズマパラメータに対する依存性を調べ、ELMパルスの伝搬を支配する物理を実験的に明らかにする。本研究課題では、核融合に必要な高閉じ込めモード(Hモード)プラズマにおいて観測されるプラズマの間欠的な放出(ELMパルス)のプラズマ外での伝搬を調べる。JT-60に設置されたモーショナルシュタルク効果(MSE)計測器は計測用ビームをプローブとし、信号光強度はプラズマ密度に比例する。一方、MSE計測器はELMパルスによる光以外の背景光も観測するため、ELMパルスの伝搬を正確に測定するためにはこの背景光の除去が必須となる。本研究課題の開始にあたり、従来は高速で測定していなかった背景光を信号光同様に高速で収集する必要があった。このため500kHzサンプルの高速データ収集システムを購入しMSE計測器の背景光用検出器に接続すると共に、信号光めデータ収集・表示ソフトを作成した。データ収集システム導入後すみやかにJT-60実験においてHモードプラズマを対象として測定を行い以下の結果を得た(なお、JT-60実験は平成20年度で終了となった)。1.計測用ビームを入射していない時は信号光用検出器には背景光のみが検出されることを利用して信号光用検出器と背景光用検出器の相対感度を較正した。2.プラズマ表面から20cm程度以上離れた4つの空間位置では計測ビーム入射時でも信号光と背景光の信号は一致しており、背景光が空間的に一様な分布であり、ELMパルスによる密度変化は測定限界以下であることを示唆するデータを得た。3.一方、プラズマ表面から20cm程度以内の3つの空間位置では信号光が背景光より優位に大きく、ELMパルスと考えられる発光を測定することができた。今後、この3つの空間位置での発光の時間的な変化を解析し、ELMパルスの伝搬を明らかにする計画である。H20年度に取得したJT-60Uの実験データを用い、H21年度はNB入射を一次停止した時のデータを用いて信号光用と背景光用の2つの検出器を相対感度較正することで、背景光を除去する手法を確立した。さらにダイバータ領域で測定したELMパルスを全MSE空間チャンネルの共通の参照タイミングとして同期して594のELMパルスについて平均化を行うことでELMパルスの伝搬速度を評価する手法も確立した。これらによりELMパルス伝搬測定のためにプラズマ位置形状を最適化したJT-60UプラズマにおいてELMパルスの伝搬速度を0.8-1.8km/s(最小2乗平均で約1.4km/s)と評価し論文を発表した。

特にH21年度までの研究により、背景光の空間位置依存性が比較的小さく、背景光がプラズマの内外で大きく違わないことを明らかにした。これは背景光チャンネルがプラズマ外になるように位置形状を最適化したプラズマでなくても、背景光を適切に除去しELMパルスの伝搬計測が行えるという可能性を示している。解析対象とするJT-60Uプラズマの母集団数を増やせる可能性があるため、JT-60Uデータの統計的な精度の向上の観点から有用な解析結果を得た。本研究課題では、核融合に必要な高閉じ込めモード(Hモード)プラズマにおいて観測されるプラズマの間欠的な放出(ELMパルス)のプラズマ外での伝搬を調べ、プラズマパラメータへの依存性からELMパルスの伝搬機構の解明を目指す。モーショナルシュタルク効果(MSE)計測器は計測用中性粒子ビーム(NB)をプローブとし、信号光強度はプラズマ密度に比例する。このため、ELMパルスの伝搬をプラズマ密度の伝搬として測定できることが期待される。ただし、MSE計測器はELMパルスによる信号光以外の背景光も観測するため、この背景光を除去しELMパルスの伝搬速度を評価する解析手法をH21年度までに開発した。H22年度は、上記の解析手法を様々な位置形状のプラズマに適用するための検討と解析を進めた。すなわち上記の解析手法では、背景光チャンネルがプラズマ外を観測するようプラズマの位置形状を最適化し、背景光の時間変化の空間位置依存性がプラズマ外で小さいという仮定の下に背景光を除去する。解析を進めたところ、背景光の時間変化の空間位置依存性はプラズマ外のみならずプラズマ内でも比較的小さいことがわかり、背景光チャンネルがプラズマ内を観測するような位置形状であってもELMパルスの伝搬解析を行える見通しを得た。これによりELMパルス伝搬解析の対象となるJT-60Uプラズマの母集団数が増え、ELMパルス伝搬速度等のプラズマパラメータへの依存性を広範囲に調べることができる。また、ELMパルス伝搬速度のダイバータ部のDα光ピーク強度への依存性を調べ、強く依存しないという結果を得た。本研究課題では、核融合に必要な高閉じ込めモード(Hモード)プラズマにおいて観測されるプラズマの間欠的な放出(ELMパルス)のプラズマ外での伝搬を調べ、プラズマパラメータへの依存性からELMパルス伝搬機構の実験的解明を目指す。本来プラズマ中の電流分布を測定するモーショナルシュタルク効果(MSE)計測器は計測用中性粒子ビーム(NB)をプローブとし、信号光強度はプラズマ密度に比例する。このため、MSE計測器を活用してELMパルスの伝搬をプラズマ密度の伝搬として測定できることが期待される。H22年度は、様々な位置形状のプラズマに上記の解析手法が適用できるための実験条件の検討と解析を進めた。本年度は、上記の解析手法を適用できるJT-60UのHモードプラズマ全てについてELMパルス伝搬速度を評価し、プラズマパラメータへの依存性を調べた。