hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スプライシングの正確性制御機構の解明とスプライス部位変異克服への応用

これまでに我々は独自にスプライソソーム調節化合物のスクリーニング系を開発し、スプライシング調節活性を持つと予想される陽性化合物群を化合物ライブラリーのスクリーニングにより取得してきた。本研究ではスプライス部位と呼ばれるイントロン末端に保存された短い配列に注目し、この配列に変異が入るとスプライシングが正常に起こらず遺伝性疾患の原因となることから、そのモデルとなるレポーター遺伝子を構築して、陽性化合物群の効果について詳しい解析を行った。その結果、複数の化合物が3'スプライス部位変異の存在にも関わらず元の場所でのスプライシングを誘導できることを確認した。遺伝性疾患の原因遺伝子変異を分類すると、大半はアミノ酸配列の置換、欠失変異であるが、10%はスプライシング異常を引き起こす変異であり、さらにその半数はエクソン-イントロンの境界に存在するイントロン末端のスプライス部位と呼ばれる短い保存領域に存在する。スプライス部位配列はイントロンの5'末端、3'末端に存在し、それぞれをスプライソソームが正確に認識して1塩基もずれることなくイントロンを取り除く。このスプライス部位認識は通常の塩基の対合や結合タンパク質の親和性だけでは説明のつかない正確さで起こり、近年その正確さの基盤が複製や翻訳の際に利用されるのと同じ動力学的校正と呼ばれる原理によることが明らかとなってきた。一方で、その校正機構が低下した酵母ではスプライス部位に変異が存在してもイントロンが認識されスプライシングが起こることから、我々は全遺伝性疾患の5%にのぼるスプライス部位変異による遺伝性疾患において、スプライシングの正確性を緩めることで治療できるという仮説を立て研究を行っている。正確性を制御する方法として、我々はまず低分子化合物による方法に取り組んでいる。低分子化合物のスクリーニング方法として、我々はできるだけ特定のイントロン配列に特化していない化合物を得るため、新たに開発した実験系を用いて直接スプライソソームに影響する化合物を同定した。また、その手法の最初の例であるU5snRNP検出系について論文報告した。このスクリーニング系により東京大学創薬オープンイノベーションセンターの保有する化合物ライブラリから複数の陽性化合物を同定し、さらに特定の方法で回収される内在性snRNP量の変動で二次スクリーニングを行い化合物を絞り込みが終了し、現在陽性化合物の活性について詳細な解析を行っている。転写直後のpre-mRNAはイントロン領域がスプライシング反応により取り除かれる必要があり、この反応は巨大なRNA-蛋白質複合体酵素スプライソソームにより行われる。スプライソソームはイントロンの5'・3'両末端に存在するスプライス部位と3'末端の上流にあるブランチ部位の3ヶ所を認識して反応を開始するが、どこを除去するかで同じ遺伝子からでも産生される蛋白質が変わるため、スプライシングには一塩基単位の正確なRNA認識が必要である。イントロン・エクソンの認識配列変異はスプライシングパターンを劇的に変化させ、疾患原因となる。そのうち、3'スプライス部位変異は全遺伝性疾患の23%と見積もられ、3'スプライス部位変異の存在下でもスプライシングを可能にする薬剤を開発できれば、これらの疾患の治療が可能と考え、そのような化合物の同定を行って来た。昨年度までは、スプライソソームに影響を及ぼす化合物を我々の開発したレポーターで同定してきたが、今年度はさらにスクリーニングの対象を生薬由来の化合物にも広げ、いくつかの化合物を追加で同定した。さらに、得られた化合物について、3'スプライス部位変異を有するレポーター遺伝子や疾患患者由来細胞株を用いて、それらがスプライソソームに影響するだけでなく、実際に3'スプライス部位変異を含むイントロンのスプライシングを改善させる作用があるかを検討した。その結果、いくつかの薬剤がスプライス部位変異の存在下でも正常なスプライシングパターンをある程度回復させることを見出した。また、3'スプライス部位変異を有するレポーター遺伝子から産生されるmRNAを詳細に解析したところ、変異塩基の種類によりmRNAのパターンに特徴的な変化があり、スプライソソームがイントロン・エクソン境界を決定する機構の解明にも寄与する知見も得られた。本研究は多くの疾患で原因となる、イントロン末端に存在する3'スプライス部位変異によるスプライシング異常を緩和する、新しいタイプの遺伝性疾患治療法の開発を目指している。まず3'スプライス部位を認識するスプライソソームを標的とする化合物を多数同定し、その中に3'スプライス部位認識機構の正確性に働きかける化合物を同定する戦略でスクリーニングを実施している。スプライソソームはsnRNPが集合することで形成され、活性化時と反応終了後にこれらは解離して再利用される。このサイクルはスプライソソームサイクルと呼ばれ、スプライソソーム活性が変化すればこのサイクルが乱れて、各snRNPの細胞内遊離量も変動すると予想される。そこで、スプライソソームに働きかける化合物はsnRNPの遊離量にも影響すると仮定してsnRNP量の変動を検出するスプリットルシフェラーゼレポーターを用いたスクリーニングを実施した。また、変異スプライス部位でのスプライシングを回復させる活性を示す化合物の取得にはスプライシング依存的なルシフェラーゼレポーターを使用し、2段階のレポーターアッセイで化合物の絞り込みを行っている。さらに、絞り込まれた化合物について、内在性のsnRNP量への影響や、核内のsnRNP成熟の場と考えられるCajal Bodyの形成に与える影響を検討し、化合物をクラス分けした。これまでに3'スプライス部位認識を変化させる化合物を複数同定しており、そのうちの一つについては共同研究により類縁体合成も実施し、構造活性相関の解析から標的分子の情報も得られつつある。

また網羅的な遺伝子発現、とくにスプライシングへの影響を調べることで、特定の陽性化合物で誘導されるスプライシング変化も見出しており、化合物の作用点についても理解が深まりつつある。本年度は前年度までに取得した化合物群の性質を詳しく検討するとともに、各陽性化合物の作用メカニズムに迫るための解析を行った。まず、化合物によるスプライシングへの影響を定量的に評価するためにRT-PCRの実験法を見直した。3'スプライス部位に変異を持ち、化合物の有無によりアイソフォーム産生の比率が変動するレポーター遺伝子を用いて化合物の効果を検討しているが、アイソフォーム産生量比を検討するため、蛍光標識したプライマーを用いてバンド濃度の定量性を確保した。また、この実験系ではアガロースゲルを用いて大まかなバンドの分離を行えるが、厳密な3'スプライス部位は決定できない。そこで、アガロースゲルで化合物処理により量比の変化が確認できた試料についてさらに、一塩基単位でPCR産物を分離できる電気泳動を行った。これには同じ波長の蛍光標識プライマーでダイデオキシシーケンスを実施するDNAシーケンサーを用い、シーケンス用のゲルでRT-PCR産物を泳動してその長さを一塩基単位で決定した。RT-PCR産物を次世代シーケンサーに掛けて、スプライシングの起こる多数の部位のレパートリーの同定も行っており、これと照合して各バンドを同定した。その結果、化合物によるスプライス部位変化がスプライソソームにどう影響して起こるかヒントとなる結果が得られた。変異を導入した塩基の近傍にある一塩基置換された3'スプライス部位と考えられる複数の位置で、化合物によりスプライシングが誘導される。化合物が遠位にある下流のAGサイトでのスプライシングを阻害するためにやむを得ず上流の変異部位を使用しているのか、変異部位を避けるメカニズムを化合物が阻害して変異部位でのスプライシングを促進しているか、二つの可能性が予想される。今回の結果では後者を支持する結果が得られつつあり、化合物応用に必要な標的同定に向けた大きな進展であった。遺伝性疾患の原因変異の多くがイントロンの5'側と3'側の末端に存在する、スプライス部位と呼ばれる短い配列に生じることが知られている。このようなケースではタンパク質をコードしているエクソン配列には異常がないため、正常なスプライシングを回復させられれば疾患症状の改善につながると期待される。一方、スプライシングを行う巨大複合体酵素スプライソソームがスプライス部位の一塩基の違いを正確に見分ける分子機構の理解は酵母をモデルとした研究からこの20年で大きく進歩した。この理解に基づき、スプライソソームの基質認識の正確性が維持される仕組みを標的とする低分子化合物を見出し、それによりスプライシングを制御することが本研究の目的である。これまでに化合物スクリーニングから同定した陽性化合物について共同研究者による類縁体の合成展開の支援を受け、多数の類縁化合物の活性評価を行ってきた。
都市景観の変遷に関するデ-タベ-スの研究

今年度は対象とする都市景観として、特に環境変化の激しい東京を取り上げ、主要な地点における地上写真(現在の風景)の撮影、過去に撮影された東京の景観に関する写真集などの資料の収集及び入手因難なものについてはその所存の確認を行なった。具体的に収集された景観デ-タは、石井、位寄が撮影したカラ-及び白黒の写真あわせて1500枚ほどと、写真集などの出版物の写真約1000枚である。内容は、江戸時代の浮世絵から現在の新都庁舎にいたるまで多岐にわたっている。収集された景観デ-タは全てイメ-ジスキャナ等の画象入力機器を用いてパ-ソナルコンピュ-タに読み込み、光ディスクに保存した。なお景観の映像に付随するその他の情報の入力に当っては、キ-ワ-ドの様な固有の方法によるのではなく、映像の持っているないまいなイメ-ジによる検索の開発を目指しているため、取りあえず「場所」と「時間」および「出典」が解かるような名前ををファルル名として個々のデ-タに付けることで記録した。本研究では、これらの視覚的な景観映像のデ-タの蓄積をもとに、従来の地理情報システムが主としてディシタルな情報処理であったのに対し、アナログ的な補完しうるプロトタイプシステムの作成を行った。具体的にはアップル社のパ-ソナルコンピュ-タとマルチメディアを扱うことができるソフトウェアであるス-パ-カ-ドを用いて作成した。システムの最大の特徴は、景観デ-タ同志が非線形的なネットワ-クを持ち関連ある画像が次々引き出される点である。
金属粉末射出成形法による高性能焼結合金鋼の開発

本研究では,新しい金属加工法として注目されつつある金属粉末射出成形技術を用いた高密度で高性能な焼結合金鋼の開発を目的とし,まず平成4年度では4600系鋼種(Fe-1.8Ni-0.5Mo-0.2Mn)について,粉末特性の違いによる成形や脱バインダおよび焼結の各挙動の相違について検討した。成形に関しては微細球状合金粉末(平均粒径12μm)の方が粗粉末(平均粒径36μm)に比べ容易であった。脱バインダ法としては溶剤による抽出と加熱による揮散を組み合せた方法により、脱炭組織もみられず良好な脱バインダを施すことができた。なお,鋼の特性に決定的な残存炭素量は加熱揮散時の雰囲気中のH_2濃度に依存するが,脱バインダ前後の重量損失割を制御することによって精確な炭素量を得ることができた。合金微粉末を用いた焼結材およびその熱処理材の機械的性質は同組成の混合微粉末のそれと比較して,強度的には従来の粉末冶金法によるものより両者ともに優れていたが,延性の点で前者は劣っていた。これは緻密化が不十分(相対密度で9394%)であったとともに,組織の違いに寄因しているものと考えられた。すなわち,合金粉末と混合粉末では,後者の方が合金元素の不十分な拡散に伴う不均質な焼結組織となり易いが,その機械的性質は同一密度の合金粉末材より優れていることが判り,この点を確認するため,平成5年度では機械構造用焼結合金鋼としてNi-Mo系およびCr-Mo系の鋼種について,前年度と同様の追跡調査を行った。とくにCr-Mo系の合金粉末には炭素が含有されていないことから,合金鋼を作製する上で工夫を要したが,脱バインダ時の雰囲気にCOガスを用いることで正確な炭素量制御を行うことができた。Ni-Mo素については混合法を採用したが,予想通り,Niの偏折に伴う不均質焼結組織となり大幅な機械的性質の向上を得た。以上,本研究により鉄系焼結材料の高性能化に関し、有効な指針を得ることができた。平成5年度では、前年度で得られた結果を基にして金属粉末射出成形技術による高性能な焼結合金鋼の鋼種拡大を目的に、機械構造用鋼の代表的な組成であるCr-Mo系、Ni-Mo系について、粉末特性の成形、脱バインダおよび焼結の各工程に及ぼす影響を調査検討した。まずCr-Mo系については、炭素を含有していない合金粉末を用いたため、前年度と同様のH_2とN_2の混合ガスを用いた脱バインダ雰囲気で鉄中に炭素を残存させることは困難であった。しかし、N_2ガスの代わりに浸炭作用のあるCOガスを用いれば、過共析鋼成分から軟鋼成分までの炭素量を広範囲に制御できることがわかった。なお、溶媒抽出後、脱バインダと焼結を同時に行う連続プロセスにより、相対密度95%の高密度な焼結体を得ることができ、また本鋼種の熱処理材は従来の焼結鍛造鋼に匹敵する高強度を示すことがわかった。次にNi-Mo系では、カーボニル鉄粉(0.9%C)にそれぞれの合金元素粉を添加した混合粉末を用いたが、この場合は、脱バインダ雰囲気としてH_2とN_2混合ガスを用いることで炭素量を容易に調整でき、前年度で確立した本プロセスの有効性を確認した。

なお、本系混合粉末を用いた射出成形による焼結体においては、合金元素が十分に拡散すれば通常フェライト相とパーライト相の混合組織となる筈であるが、Ni粉末の凝集に伴う偏析によりマルテンサイト相あるいは残留オーステナイト相が生成し、上記2相と合せた不均質な組織を呈した。しかしながら、とくに強度の向上に寄与するマルテンサイトや残留オーステナイトの出現や、気孔形態も独立微細な球状であることから、本系焼結体は従来の粉末治金法により作製した合金粉焼結体と比較して、良好な機械的性質を示した。このことは、金属粉末射出成形法による高密度焼結材料特有の新しい現象とも考えており、今後の高性能な鉄系焼結材料の設計のための重要な指針を得るためには、さらに従来のプレス成形による低密度材との比較や鋼種を変えての検討などが是非、必要であろう。
軟X線発光分光を用いた遷移金属蛋白質の電子状態研究

金属タンパク質における物性を理解するには、開殻構造をもつ遷移金属の3d電子軌道とそれを取り囲む配位子の分子軌道との混成を知ることが重要である。遷移金属サイトを囲む配位子が、分子軌道かバンドかという違いはあるが、固体において金属タンパク質に近い状態が、希薄磁性半導体(DMS)で実現している。この金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、SPring-8 BL07LSUで立ち上げを行った超高分解能発光分光HORNETを用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)実験を行った。RIXSは内殻吸収端近傍でのX線発光分光であり、元素選択的に電子励起及び電子構造に関連した情報を得ることができる。DMSは、母体半導体に数%の遷移金属イオンを添加した物質であり、中には強磁性を示すものが存在する。今回測定したIn1-xFexAs:Beは、新たに発見されたn型の強磁性希薄磁性半導体(DMS)である。In1-xFexAs:Beの強磁性発現機構の解明するために、強磁性を担うFeの電子構造を明らかにすることを目的として、RIXS測定を行った。(In,Fe)Asにおいて、様々な励起光エネルギーで測定したFe L3 RIXSスペクトルは、蛍光成分が主でありラマン成分は分解能よりも非常にブロードな構造を示した。Ga1-xMnxAsと同様に、Fe 3d電子状態は配位子との混成が強く、母体の電子-正孔対との混成に起因するd-d励起の寿命幅でラマン成分が広がっていると考えられる。以上の結果から、(In,Fe)As:Be中のFeは、Fe 3d軌道は配位子との混成を介して、FeAs系物質の様に、電子相関の弱い電子状態にあることが明らかとなった。金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、超高分解能軟X線発光分光装置によるRIXS測定で電子構造解析を行い、その局所電子構造を評価した。軟X線発光分光を超高分解能化することで、DMSの磁性不純物に関して、これまでに分解することが困難であった、混成によるブロードニングを実験的に観測することに成功した。また、RIXSと相補的な測定とを組み合わせることで、DMSに関して局所電子構造と物性の関連性を議論した。これは局在した遷移金属サイトの電子状態に関する重要な知見であり、金属タンパク質の機能と電子状態の関連を明らかにする大きな手がかりになると考えられる。金属元素を含むタンパク質である金属タンパク質において、例えば呼吸を介したエネルギー・電子輸送といった生化学反応に関してその金属は重要な役割を演じる。これまでに巨大な分子集合体であるタンパク質については、その立体構造が良く調べられているが、その生化学反応を理解するには、生体物質における金属元素の電子状態的な観点からの知見が必要であると考えられる。今年度は、硬X線発光分光法によるミオグロビンの電子状態解析、及び生体物質の電子状態を実験的に測定するための軟X線発光分光装置の立ち上げを行った。ヘム鉄タンパク質の一つであるミオグロビン(Mb)は、生体におけるO2やCO,NOといった分子の輸送や放出に基づく多くの生化学機能を有している。O2やCOといった分子は鉄が窒素に平面四配位されたヘム鉄と呼ばれる構造に対して、面直方向に配位すると考えらえており、Feの電子状態はその配位分子やヘム構造の歪みにより敏感に変化する。これまでに、Haradaらは軟X線発光分光を用いて水溶液中のミオグロビンにおけるFeの電子状態の観測に成功し、計算と比較することでFe 3d状態が固体中のFeと比べて広がっていることを報告している。この結論を検証するためには他の実験手法による評価が必要であると考え、元素選択的に電子状態を調べることが出来る硬X線X線発光分光を用いて、水溶液中のミオグロビンの電子状態解析を行った。実験は、水和状態のMb(metMb)と還元状態のMb(deoxyMb)において行った。Mb試料の発光スペクトルの形状を比較すると、僅かながら違いがあることが見て取れ、このことはmetMbとdeoxyMbにおけるFeの電子状態が異なっていることを意味している。この結果はFe 3d状態が配位子との混成を介して拡がっているというSXESの結果と矛盾しない。我々は、溶液中のMbにおいて硬X線発光分光を行い、SXESと相補的な情報を得ることに成功した。また、我々はSPring-8の東京大学アウトステーションビームラインBLO7LSUにおいて、超高分解能の軟X線発光分光装置の建設を行った。BLO7LSUの軟X線発光分光装置で得られたMnOの共鳴非弾性X線散乱(RIXS)スペクトルは、世界最高性能を有するADRESSのスペクトルと比較しても、遜色のないスペクトルであり、BLO7LSUにおいて超高分解能のSXES測定が可能であることを意味している。また、溶液を測定するシステムを建設し、水の発光分光スペクトルを得ることに成功した。これにより、超高分解能での金属タンパク質におけるSXES解析が実現する。金属タンパク質における物性を理解するには、開殻構造をもつ遷移金属の3d電子軌道とそれを取り囲む配位子の分子軌道との混成を知ることが重要であると考えられる。固体では金属タンパク質に近い状況は希薄磁性半導体(DMS)において実現している。そこで本年度は金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、SPring-8 BLO7LSUで立ち上げを行った超高分解能発光分光を用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)実験を行った。

DMSは、母体半導体に数%の遷移金属イオンを添加した物質であり、中には強磁性を示すものが存在する。その電子構造はクラスターモデルを用いた計算によって良く理解されることがこれまでに報告されている。試料は、強磁性を示す典型的なDMSである(Ga,Mn)Asを用い、Mnの電子構造に関する知見を得るために、Mn L3吸収端におけるRIXSを測定した。超高分解能の測定にもかかわらず、Mn L3 RIXSスペクトルは非常に広がった構造を示した。クラスターモデルを用いた計算との比較から、配位子から正孔が移動した電荷移動状態が支配的であることが明らかとなった。金属タンパク質における物性を理解するには、開殻構造をもつ遷移金属の3d電子軌道とそれを取り囲む配位子の分子軌道との混成を知ることが重要である。遷移金属サイトを囲む配位子が、分子軌道かバンドかという違いはあるが、固体において金属タンパク質に近い状態が、希薄磁性半導体(DMS)で実現している。この金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、SPring-8 BL07LSUで立ち上げを行った超高分解能発光分光HORNETを用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)実験を行った。RIXSは内殻吸収端近傍でのX線発光分光であり、元素選択的に電子励起及び電子構造に関連した情報を得ることができる。今回測定したIn1-xFexAs:Beは、新たに発見されたn型の強磁性希薄磁性半導体(DMS)である。In1-xFexAs:Beの強磁性発現機構の解明するために、強磁性を担うFeの電子構造を明らかにすることを目的として、RIXS測定を行った。(In,Fe)Asにおいて、様々な励起光エネルギーで測定したFe L3 RIXSスペクトルは、蛍光成分が主でありラマン成分は分解能よりも非常にブロードな構造を示した。Ga1-xMnxAsと同様に、Fe 3d電子状態は配位子との混成が強く、母体の電子-正孔対との混成に起因するd-d励起の寿命幅でラマン成分が広がっていると考えられる。以上の結果から、(In,Fe)As:Be中のFeは、Fe 3d軌道は配位子との混成を介して、FeAs系物質の様に、電子相関の弱い電子状態にあることが明らかとなった。金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、超高分解能軟X線発光分光装置によるRIXS測定で電子構造解析を行い、その局所電子構造を評価した。軟X線発光分光を超高分解能化することで、DMSの磁性不純物に関して、これまでに分解することが困難であった、混成によるブロードニングを実験的に観測することに成功した。また、RIXSと相補的な測定とを組み合わせることで、DMSに関して局所電子構造と物性の関連性を議論した。これは局在した遷移金属サイトの電子状態に関する重要な知見であり、金属タンパク質の機能と電子状態の関連を明らかにする大きな手がかりになると考えられる。金属タンパク質の関連物質であるDMSにおいて、これまでに明らかではなかった不純物の電子状態を観測することに成功した。
メコン流域の最適水行政支援システムのための分布型水循環モデルの活用と現地総合調査

まず、既存の容易に得られる地理情報データをベースとして、メコン川流域を対象とした分布型水文流出モデルを開発した。この分布型水文流出モデルを用いた流量シミュレーション値を観測値と比較した結果、様々な開発シナリオ下での影響評価に用いるためには、既存のデータセットを相当程度、改良することが必要であることが判明した。そのため本研究では、流域の水文データ、気象データ、地形データなど現地においてしか得られない物理データの取得に力を注ぐこととした。これらデータ収集の結果としてメコン流域全体の水文流出シミュレーションのための地理情報データセットの改良が行われ、また、入力となる90地点の流量観測データ、99地点の雨量観測データもデータベース化された。土地利用、標高、土壌特性のデータも流域全体において整理された。特に標高データに関しては、ホートン係数を様々な流出寄与域密度に対して計算し、妥当性の検証を行った。これらの修正、構築されたデータセットおよび開発されたモデルを用いて、過去20年にわたるメコン川の流量特性の変化を算定した。その結果として、流域の流量特性が水関連社会基盤の開発によって大きく変化してきたことが判明した。低水は一般に増加し、高水は一般に減少している。一方で、一般的傾向はそうであるものの、過去の記録を超えるような極端な高水や極端な低水も見られるようになった。また、場所によっては、水需要が当該地域の流出を上回り、本流の水資源を減らす方向に働いていることも示された。また、加えて、洪水浸水とその被害予測の数値モデリング研究も行った。さらに、将来の水需要アセスメントを行う際の大きな障害は水関連社会基盤の情報が得られないことであるが、emailベースのデータ収集システムを開発した。メコン川流域研究プロジエクトに関する研究は,当初の計画通り徐々に進展しつつある.データの改善に関しては,標高データの精度を照査した結果,現有の標高データセットGTOPO30あるいは導出したデータセットHydrolkは,メコン川流域の研究に対して不十分であることが明らかになった.そのため,drainage-enforcingアルゴリズムを用いた新たな標高データセットの構築を行った.また,土壌分布データセットを照査した結果,現在の領域データでは不十分なこともわかった.メコン川流域の水文.気象データに関しては,メコン委員会とベトナムの水文・気象サービスにより収集が行われている.他の進行中の研究とともにこれらのデータの精度は,ヴェトナム,ハノイで開催されたIHPアジア太平洋会議中に行われた特別セッションで議論された.現地調査としては,4人の研究者によりラオス,カンボジアを視察し,コーンの滝の調査およびメコン川へのPak-Moon河川システム合流点で,村が厳しい洗掘問題に遭遇していることが明らかになった.その後,トンレサップ湖とメコン委員会事務所を訪問し,現在のプロジェクトそして進行中のメコン川流域研究プロジェクトに関連する事項について議論を行った.また,新しい空間データを適応させるモデル開発を行った.特に流路網に村して,標高,傾斜および流向のGISデータ層から直接構成する前進Kinematic Wave解法を開発した.本年度は、洪水モデルシミュレーションを行うためのデータの集積および分布型水文モデルの開発を進めた。モデルシミュレーションを行う対象流域は中国国境のKratieまでとし、まずDEMを用いて対象流域の標高データセットを作成した。DEMはGTOPO30、Hydro1kおよび全球地図データセットとの比較を行うことによって必要な調整をした。次に、タイ国のYom川流域において、洪水浸水域図の作成に必要な分布型水文モデルの空間解像度の評価を行った。50mから500mの範囲で異なる空間解像度の洪水浸水域図を作成した結果、都市域の洪水モデルを適切に表現するのに最小限必要なモデル格子の空間解像度は100mであることが判明した。

また、メコン川流域委員会(Mekong River Commission)及び流域周辺の国からメコン川の水文気象データを収集した。データ精度のチェックと、観測所の位置とモデルグリッドとの整合性を評価した結果、集めたデータのうち流域観測データ90地点と雨量計観測データ99地点がモデルシミュレーションに使用可能であると判断された。一方、インパクトアセスメントを行うために、水需要、水利用及び水政策に関する情報を集積し、AIT(Asian Institute of Technology)レポートとしてまとめた。その過程において、水インフラストラクチャに使用されているデータの不正確さ、人為排水などが洪水予測を困難にさせる原因となっていることが明らかになった。本プロジェクトでは現地のデータを効率的に集めるため、電子メールを基にしたデータ集積システムの開発を行っており、そのシステムで集積された新しいデータを分布型水文モデルに導入することにより、従来の算定結果に顕著な差が生じることが判明してきている。このように、なるべく現地の水利用等の状況を反映したモデルシミュレーションを行うことにより、より正確な洪水シミュレーションが行えるようになってきた。本年度は、昨年に引き続き、洪水のシミュレーションを行うために、地形データの重要性を踏まえて、中央メコン流域(中国国境からKratieまで)の精度の高い地形データ及び、いくつかの水系密度の水系撮影を実施し、その正当性を確認した。その方法として、いくつかの水系密度の水系をもとにHortonパラメータを計算し、Horton rawとの整合性を調べて確認した。この三年間の研究を通して、中央メコン流域(中国国境からKratieまで)の水文データセット及び、土地利用、土壌特性、地形データを収集し改良した。また、水文シミュレーション及び洪水シミュレーションも行ったが、そのシミュレーションのために物理過程を考慮した分布型水文モデルを利用した。水文シミュレーション及び洪水予測には、1Km解像度のデータで十分であるが、氾濫シミュレーションには、100mの解像度のデータが必要でありことを確認した。水文解析を行った結果、最近では、メコン川下流では一般に、晴天下水量が増加し、洪水の総流量が減少傾向である。これは、流域内のインフラの開発によるものである。しかし、このインフラによって、異常現象の場合、上流では晴天下水量が更に低くなり、高雨量期には洪水量が上昇する可能性があるので、これからの課題としては、各々のダム等の運用状況を反映させたシミュレーションを構築していくことが挙げられる。
超高解像度なマルチスペクトル-深度撮像器における信号処理系の確立

本研究の目的は,レーザー屈折結晶を用いた新たなレーザー撮像方式を提案し,信号処理の側面からその基礎理論を確立することである.本撮像器は対象の色情報と深度情報とを位置ずれ無く同時に取得でき,計測時間に比例する解像度が得られるものであるが,高解像度な画像を取得する場合は測定時間が長くなることが問題である.本研究では以下に示す3つのアプローチによって,高速かつ高解像度なマルチスペクトル-深度カメラの実現を目指す.1.サンプリングするべき点をリアルタイムに評価しスキャンに反映させる技術2.線状にスキャンされることを前提とした画像復元3.複数の波長を観測する場合の適切なスキャン方法と画像復元法本研究の目的は,レーザー屈折結晶を用いた新たなレーザー撮像方式を提案し,信号処理の側面からその基礎理論を確立することである.本撮像器は対象の色情報と深度情報とを位置ずれ無く同時に取得でき,計測時間に比例する解像度が得られるものであるが,高解像度な画像を取得する場合は測定時間が長くなることが問題である.本研究では以下に示す3つのアプローチによって,高速かつ高解像度なマルチスペクトル-深度カメラの実現を目指す.1.サンプリングするべき点をリアルタイムに評価しスキャンに反映させる技術2.線状にスキャンされることを前提とした画像復元3.複数の波長を観測する場合の適切なスキャン方法と画像復元法
単クローン抗体応用による腎障害機序の分子レベルにおける解析

腎障害機序を分子レベル・エピトープレベルで解析する上に、我々が作製した蛋白尿惹起単クローン抗体(mAb)5-1-6、並びに1-22-3は非常に有益な武器である。両mAbは大変微量(各々注射量として125μg,25μg両腎結合量として12.8μg,1.8μg)にて腎病変を惹起することが明かとなった。これは従来の実験腎炎における病変惹起必要最低量に比較して桁違いに微量であり、余分の免疫反応が除外され得るmAbならこその値であり、かついかに限定された重要部位との反応が引き金をひくことになるかを示すものである。対応抗原同定と性状検索には難渋しているが、単離糸球体レベルにおける^<125>Iの標識による、可溶化条件、Affinity gelへの結合率、溶出条件とその効率の検討という基本的で体系だったアプローチと、gene cloningとの併用による目的達成が意図されている。Fab,F(ab)_2による検討から5-1-6による蛋白尿惹起には、糸球体上皮細胞表面上での抗原のcrosslinkingとその後のendocytosisが必要のようである。単離糸球体を用いて、この現象に及ぼす種々の薬剤(NaN_3、cytochalasin B,Caionophore等)の影響が検討された。energy依存性であることは明らかにされたが詳細は情報伝達機序の詳細と共に今後更に検討される予定である。mAb1-22-3の1回投与により蛋白尿とともに炎症細胞浸潤、messangiolysisに始まる細胞と基質の増加という一連の著明な形態学的変化をも一過性に惹起し得る。1-22-3を2週後にもう一度投与することのみで、待望の進行性、不可逆性硬化性病変モデルの開発に成功した。可逆性モデルと種々のパラメーターに関して比較検討することにより、慢性化を規定する因子解明への道を開くことができた。1.蛋白尿惹起単クロ-ン抗体(MA)5ー1ー6、1ー22ー3の大量精製:従来腹水化に難渋していたMA5ー1ー6につき、BALB/C腹腔内にて強い増殖を示したクロ-ンを引続きマウス腹腔内に植え継ぐことにより大量作製が容易となった。2.両MA惹起病変に及ぼす補体の影響:Cobra Venum Factorの応用によりMA5ー1ー6は補体非依存性に、MA1ー22ー3は補体依存性に腎病変を惹起することが確認された。3.^<125>I標識MAによる定量的検索:両MAとも大変微量(各々注射量として125μg,25μg、両腎結合量として12.8μg,1.2μg)にて腎病変を惹起することが明かとなった。これは従来の実験腎炎における病変惹起必要最低量に比較して桁違いに微量であり、余分の免疫反応が除外され得るMAならこその値であり、かついかに限定された重要部位との反応が引金を引くことになるかを示すものである。4.腎糸球体可溶化による対応抗原の同定、並びに性状検索:従来の常套手段を繰り返し駆使して鋭意努力中であるが難航している。対応策として(1)抗原の絶対量が大変少量である可能性を勘案してより大量の腎組織を出発材料とした。(2)ELISAによる対応抗原検索法を確立した。(3)MAと同一の特異性を有するウサギポリクロ-ナル抗体の作製を開始した。

(3)の試みはcDNAライブラリ-からのMAによるクロ-ニングの難しさに関するウイ-ン大学教授Kerjaschki博士からの体験に基づいた示唆に従ったものである。5.対応抗原の動態検索:MA静注後、対応抗原は腎局所において減少、消失し、1日後には小胞体に証明された。補充のための生合成像と解されている.6.両MAの反復投与・複数投与による新モデルの開発:MA1ー22ー3反復投与により進行生の硬化性病変が得られつつある。これは慢性化機序解明という最重要課題に有力な武器を提供することになるものと期待される。1.腎糸球体可溶化による単クローン抗体(mAb)認識抗原同定と性状検索:対応抗原が大変微量であることから、再度出発材料の大量蓄積が必要となった。別にBolton-Hunter法により、I^^<125>を単離糸球体のレベルで標識し、以後の可溶化条件、Affinity-gelへの結合率、溶出条件とその効率の検索という根本的な検討の必要性を痛感し、標識に着出している。今後はgene cloningの併用も計画されている。2.単離糸球体レベルにおけるmAb認識抗原の動態、並びにin vivo,in vitroにおけるmAb反応後の変化に関する検索:mAb5-1-6のFabでは蛋白尿は惹起されず、F(ab')_2では惹起された。糸球体上皮細胞表面上での抗原のcross-linkingとその後のendocytosisが蛋白尿惹起には必要な過程のようである。この抗原の動態には細胞骨格が関与するものと思われる。受身Heymann腎炎でその動きを抑制したchlor-promazineは、mAb5-1-6腎病変には影響を与えなかった。in vitroの検索では、この動きはNaN_3(10^<-1>M,10^<-2>M)により阻止されたが、cytochalasin B (100μg/ml)やCa-ionophore A-23187(0.050.1μg)では阻止されなかった。今後はこの一連の動きに関与する諸因子はもとより、細胞表面での反応とその後の情報伝達系の詳細を明らかにしていくことを計画中である。3.新しいmAb作製と反復、並びに複数投与による新しい病変モデル作製への試み:mAb1-22-3を2週間隔でもう一度投与することのみで、待ち望まれていた進行性、不可逆性硬化性病変モデルの開発に成功した。1回投与による可逆性モデルと、種々のパラミターについて比較検討することにより、慢性化を規定する因子解明への道を開くことができた。
数値地形解析システムDIGITASを用いた林道網計画法の開発

本研究の目的は,当研究室で開発した数値地形解析システム(DIGITAS)に基づく地形解析結果を活用して,森林環境の保全を大前提としつつ,対象地域で候補となりうる各種森林作業方法に対応した各々の林道網の配置を,樹枝状もしくは循環型のどちらについてでも,系統的に,迅速に探索する,新しい林道網計画手法を開発することであった。2年間の研究を通じて,未だプロトタイプながら,数値標高モデル(DEM)の格子点間を結ぶ概略の,循環型となる林道網の配置を,各路線の影響範囲(林道からの集材可能範囲)をできる限り広くすることを条件として,自動的に探索するアルゴリズムを,開発できた。また,DIGITASを用いて地形解析を行った結果を迅速に図示するための,パソコン用のソフト・プログラム・システムを開発した。この図示システムは,本研究の様々の過程できわめて有用であった。林道路線の通過予定地となる斜面の崩壊危険度を予測するための,斜面傾斜角と集水面積を用いた指標による従来からの方法の精度を高める目的で、DIGITASによる地形解析結果を踏まえて,山腹斜面の傾斜変換線の抽出を試みた。その抽出法を名古屋大学農学部附属演習林内に適用した結果,下部傾斜変換線付近に既往の崩壊地が多く存在していた。この結果は,上部変換線付近に多いとする従来の学説と異なる面があり,興味深い。しかし,この山腹斜面の崩壊危険度の予測を行う過程は,未だ検討を完了しておらず,したがって地形的に悪条件の場所を避ける措置について,路線探索プログラムに組み込めていない。なお,当初,実験計画に含めていた樹枝状林道網の開発については,時間的な制約のため,取り組めなかった。今年度は、数値標高モデル(DEM)の格子点間を結ぶ概略の林道網配置のうち、循環型の配置方法のアルゴリズム確率に主眼を置いて検討を行った。DEM格子点における「林道開設難易度」の評価指標は、当該格子点が水系上か、尾根線上か、あるいは平衡斜面上か、という局所的な微地形の条件と関連させることにより、指標としての有効性が一層高まるものと考えられる。数値地形解析システム(DIGITAS)には、水系網をホ-トン・シュトラーラー方式の1次流、2次流、等々の階層構造的に抽出しうるサブシステムが組み込まれている。しかし、尾根線の階層構造の抽出は、水系網の場合よりも複雑な要因の解明が必要であるため、従来は未確立のままであった。そこで、先ず、DEMに基づく尾根線の抽出アルゴリズムについて検討した。実験結果から、尾根線抽出に関しては、ある程度初歩的な成果が得られた。しかし、一つの稜線のなかでも独立標高点付近になると、そこに尾根線が部分的に収束してしまうため、全体的に連結性を保った尾根線の自動的な抽出には至らず、手作業による修正を余儀なくされた。次に、山地流域を対象に、最大集材距離を指標として循環型林道網の配置を探索するアルゴリズムについて検討した。この路網は、等高線方向に配置される森林作業用の主林道群と、上下2本の主林道間を結ぶ、縦断勾配の比較的急な副林道群とからなるものである。主林道、副林道とも、プロトタイプの探索プログラムを作成した。今後、特に副林道の探索を地形条件と関連させてより現実的な路線配置に近づけられるように、アルゴリズムの改善が必要と考えられる。また、車両系と架線系の集材作業と地形・地利条件の関連性について現地調査を行った。本研究の目的は,当研究室で開発した数値地形解析システム(DIGITAS)に基づく地形解析結果を活用して,森林環境の保全を大前提としつつ,対象区域で候補となりうる各種森林作業方法に対応した各々の林道網の配置を,樹枝状もしくは循環型のどちらについてでも,系統的に,迅速に探索する,新しい林道網計画手法を開発することであった。

2年間の研究を通じて,未だプロトタイプながら,数値標高モデル(DEM)の格子点間を結ぶ概略の,循環型となる林道網の配置を,各路線の影響範囲(林道からの集材可能範囲)をできる限り広くすることを条件として,自動的に探索するアルゴリズムを,開発できた。また,DIGITASを用いて地形解析を行った結果を迅速に図示するための,パソコン用ソフト・プログラム・システムを開発した。この図示システムは,本研究の様々の過程できわめて有用であった。林道路線の通過予定地となる斜面の崩壊危険度を予測するための,斜面傾斜角と集水面積を用いた指標による従来からの方法の精度を高める目的で,DIGITASによる地形解析結果を踏まえて,山腹斜面の傾斜変換線の抽出を試みた。その抽出法を名古屋大学農学部附属演習林内に適用した結果,下部傾斜変換線付近に既往の崩壊地が多く存在していた。この結果は,上部変換線付近に多いとする従来の学説と異なる面があり,興味深い。しかし,この山腹斜面の崩壊危険度の予測を行う過程は,未だ検討を完了しておらず,したがって地形的に悪条件の場所を避ける措置について,路線探索プログラムに組み込めていない。なお,当初,実験計画に含めていた樹枝状林道網の開発については,時間的な制約のため,取り組めなかった。
筋電計および気圧計を用いた摂食嚥下メカニズムの解明と臨床応用

摂食嚥下機能は口腔および咽頭の閉鎖空間を巧みに利用してその機能を遂行される.閉鎖空間の構成要素は主に軟組織であり,それは様々な筋によって造られる.また,これら閉鎖空間内は圧力変化が起きることでその機能を果たしていることが過去に報告されている.そこで,本研究では筋電計および電極、気圧計を用いて摂食嚥下機能の生理的メカニズムを解明するという研究を行った.この研究を遂行するため,筋電図および気圧変化を同時に口腔内で記録可能なシステムを開発し本研究のベースとして用いた.また,ネオジム磁石を利用した安全で簡便な電極を新規製作し,その評価も行った.ネオジム磁石の磁力を固定力として利用し,着脱が簡便でかつ安全な電極であるが,この電極を用いて内舌筋活動記録が可能なことを示した.この成果は日本咀嚼学会誌にて報告した.これらの機器を基盤として,内舌筋活動および口腔内気圧変化,咽頭腔内圧変化の同時記録を試みた.口腔内圧変化と咽頭腔内圧変化はそれぞれ異なる波形を示し,それらの時間的特性を分析した結果から口腔内圧のピークが鼻咽腔閉鎖開始時期とほぼ一致することが推察された.これらの結果は,日本咀嚼学会学術大会にて発表し,現在論文執筆中である.一方,口輪筋筋電図および口唇閉鎖圧を簡便に同時記録可能な機器の開発も行った.これは、実験的使用だけでなく臨床での応用を考慮し,口唇で咥えるだけで簡便に使用可能なところが特徴的である.この結果は,日本顎口腔機能学会にて発表し,論文としてJ Oral Rehabil.に投稿中である.これら研究の結果から,筋電計および気圧計を用いて摂食嚥下機能のメカニズムの一端を解明することができたと考えている.新規製作した機器の臨床応用性については研究できなかったが,今後は若年者と高齢者の比較や健常者と機能障害患者との比較などを計画している.本研究は新規製作された筋電計および電極、気圧計を用いて摂食嚥下機能の生理的メカニズムを解明するという研究である。初年度は新規制作された筋電計および電極の有用性の評価、気圧センサの口腔内使用における評価、また筋電計および気圧計を一つの機器として機能の集約と小型化を図った。1ネオジム磁石を利用した安全で簡便な電極を新規製作した。この電極はネオジム磁石の磁力を固定力として利用し、着脱が簡便でかつ安全な電極である。この電極を用いて運動時の舌筋活動(内舌筋)を記録し、運動タスク間で比較検討を行った。その結果、ネオジム磁石電極により筋活動記録は可能であり、他の部位でも利用可能であることが推測された。この研究結果は日本咀嚼学会にて発表を行った。2気圧センサの信頼性を検討するため、Donders空隙内の微細な圧変化の記録を試みた。安静時のDonders空隙の圧は、口唇を開き大気圧を記録した後口唇を閉鎖すると少し陰圧に、そして嚥下に続く安静時には明らかな陰圧が記録された。一連の研究結果はJournal of Oral Rehabilitationで発表した。3前述した筋電計および気圧計を一つの機器に集約し、筋電図および気圧変化を同時に記録可能な機器を製作した。この機器は、気圧計が2 ch、筋電計2 chが同時記録可能となっている。また、記録用ソフトウェアもこの機器にあわせて最適化を図っている。以上により、気圧変化および筋電図を同時に記録するための機器整備が完了した。初年度は研究計画のとおり、筋電計および気圧計の評価、また筋電計および気圧計を一つの機器として機能の集約と小型化を図った。筋電計による内舌筋活動の評価を試行、またDonders空隙内の微細な圧変化の記録を試行した。これらの結果から、筋電計および気圧計は口腔内での応用が可能であると判断し、筋電計および気圧計を一つの機器に集約し、筋電図および気圧変化を同時に記録可能な機器を追加製作した。本年度では、1昨年度に製作した機器を使用して舌筋(内舌筋)と嚥下関連筋群(主に舌骨上筋群)の筋活動を記録するとともに、口腔内圧を測定し、嚥下口腔期から嚥下咽頭期のメカニズムを筋活動および圧変化の観点から解明することとした。また、2嚥下準備期の捕食という運動において大きな役割を持つ口輪筋に着目し、口輪筋活動を簡単に測定できる機器の新規開発を行った。1過去の研究では、VFや舌と口蓋の接触圧の記録を用いて嚥下時の舌運動について言及されており、一般的に舌と口蓋との接触により食塊は咽頭へ移送され、嚥下反射へと至ると考えられている。しかしながら、舌筋活動を筋電図として直接的に記録した研究はない。先行研究において内舌筋の筋活動記録についてはネオジム磁石を利用した表面筋電図により記録可能なことを示し、この研究結果は既に日本咀嚼学会雑誌にて発表している。また、小型気圧計を用いた先行研究において、嚥下時の気圧変化についてすでに示されている。これらを応用し、舌(内舌筋前方および後方)および舌骨上筋群の筋活動を記録するとともに、口蓋に設置した小型気圧計を用いて、口腔内圧変化を記録した。

2口輪筋筋電図および口唇閉鎖圧を簡便に同時記録可能な機器を開発した。高齢者における口腔機能低下症の観点から、口腔機能維持のため様々な評価法や訓練法が提案されているが、口唇運動の生理学的メカニズムについて研究結果が少なく、生理学的根拠に基づいた評価法が確立されていないのが現状である。今回製作した機器の特徴は、実験的使用だけでなく臨床での応用を考慮し、口唇で咥えるだけで簡便に使用可能なところにある。従来の筋電図検査では、電極の貼付や皮膚の清拭など煩雑さがあり、また、被験者の心理的負担も見逃せない観点である。本年度ではこの機器の開発およびその実用性について評価を行った。この結果は、日本顎口腔機能学会にて発表した。本年度では研究計画のとおり、昨年度整備した筋電計および気圧計を用いて摂食嚥下機能の生理学的メカニズムを解明する実験を実施した。舌筋(内舌筋)と嚥下関連筋群(主に舌骨上筋群)の筋活動を記録するとともに、口腔内圧を測定し、口腔期から咽頭期のメカニズムを筋活動および圧変化の観点から解明することとした。本年度において、被験者よりデータの採取を行い、実験結果の解析を行っている。また、この筋電計を応用し、摂食嚥下機能として重要な口唇閉鎖を担っている、口輪筋の筋電図記録を並行して行った。口輪筋記録では顔面皮膚より表面電極を貼付し記録することが一般的であるが、この方法では男性の髭は剃毛する必要があり、被験者の選定が必要など、手間が必要である。口輪筋はその構造上、内部(口腔内)からでも同様に記録が可能なことが予想されるため、本研究では簡便に使用可能な(口にくわえるだけ)口輪筋記録用電極を新規開発した。この電極には、口輪筋の筋活動記録および同時に口唇閉鎖圧を計測可能機能を内蔵させた。以上より、本年度では、筋電計および気圧計を用いて口腔期および咽頭期の摂食嚥下機能を生理学的に解明するための実験を開始し、並行して準備期として機能する口唇閉鎖機能についてもメカニズム解明を行うための機器製作を開始した。摂食嚥下機能は口腔および咽頭の閉鎖空間を巧みに利用してその機能を遂行される.閉鎖空間の構成要素は主に軟組織であり,それは様々な筋によって造られる.また,これら閉鎖空間内は圧力変化が起きることでその機能を果たしていることが過去に報告されている.そこで,本研究では筋電計および電極、気圧計を用いて摂食嚥下機能の生理的メカニズムを解明するという研究を行った.この研究を遂行するため,筋電図および気圧変化を同時に口腔内で記録可能なシステムを開発し本研究のベースとして用いた.また,ネオジム磁石を利用した安全で簡便な電極を新規製作し,その評価も行った.ネオジム磁石の磁力を固定力として利用し,着脱が簡便でかつ安全な電極であるが,この電極を用いて内舌筋活動記録が可能なことを示した.この成果は日本咀嚼学会誌にて報告した.これらの機器を基盤として,内舌筋活動および口腔内気圧変化,咽頭腔内圧変化の同時記録を試みた.口腔内圧変化と咽頭腔内圧変化はそれぞれ異なる波形を示し,それらの時間的特性を分析した結果から口腔内圧のピークが鼻咽腔閉鎖開始時期とほぼ一致することが推察された.これらの結果は,日本咀嚼学会学術大会にて発表し,現在論文執筆中である.一方,口輪筋筋電図および口唇閉鎖圧を簡便に同時記録可能な機器の開発も行った.これは、実験的使用だけでなく臨床での応用を考慮し,口唇で咥えるだけで簡便に使用可能なところが特徴的である.
手術中の痛みの定量

侵害刺激時の脳機能の変化を解析することにより、手術中の痛みの定量化方法を検討することが、本研究の目的である。中潜時聴覚誘発電位の変化から鎮静度を評価するAEP指数と、自発脳波の変化から鎮静度を評価するバイスペクトラルインデックス(BIS)を侵害刺激時に測定した。侵害刺激である気管挿管、外科的切開、電気痙攣療法時には、AEP指数とBIS値に明らかな変化は生じなかった。神経活動を非侵襲的にモニタリングするには脳表からの記録がもっとも有用である.これまではfMRIやPET,脳磁図などが脳の局所機能評価法として発展してきた.これらの方法の多くは,ニューロンの活動亢進に伴う脳局所血流変化を鋭敏に捉え画像化するもので,侵害刺激の大きさに応じて,脳表の一次感覚野(1, 2, 3a, 3bなど)には血流増加が生じることが知られている.一方,近赤外分析法を用いた組織酸素モニタリング法により,脳血流変化を高い時間分解能で解析できるようになった.そこで本研究ではボランティア,および手術患者を対象として,末梢神経刺激(非侵害-侵害刺激),実験的皮膚切開,および実際の手術侵襲による一次感覚野や周辺部位の脳血流変化と、BISおよびauditory evoked-potential(AEP)を解析し,術中の侵害情報のモニタリングへの応用基盤を明らかにする.これらの結果をもとに,侵害情報にもっとも鋭敏に反応する皮質部位や脳表からの深度を解明し,本目的に適した赤外線装置と解析ソフトウェアの開発をも行う.BISとAEPは術中の気管挿管、皮膚切開、腹膜切開などに対する応答が異なり、手術ストレスに対する応答が異なる可能性が示唆された.一方、NIRO2000を用いて、手術開始時の脳表血流変化を計測したところ、セボフルラン麻酔と硬膜外麻酔とでは反応性が異なることが示され、今後、術中の痛みの変化として捉えることができる可能性が示唆された(右図)。今後、さらに検討を重ねて比較検討が求められる。全身麻酔中の痛みの評価として、体性-交感神経反射による心拍数や血圧の変動が用いられてきた。しかしこの反射は、ヒトがどの程度の痛みを大脳皮質で知覚しているのかを直接示してはいない。本研究は、侵害刺激による大脳の電気的活動の変化を捉え、痛みを定量化し、術中の適切な鎮痛レベルの評価に役立てることを目的としている。大脳の電気的活動として自発脳波から鎮静度を算出するbispectral index (BIS)と、中潜時聴覚誘発電位から鎮静度を算出するAEP indexを用い以下の成果が得られた。1、気管挿管はBISとAEP indexを変化させない全身麻酔導入時の気管挿管は侵害刺激であり、鎮静薬、筋弛緩薬、鎮痛薬の投与後に実施される。気管挿管の際には、BISとAEP indexに有意な変化は見られない。2、執刀開始はBISとAEP indexを変化させない外科的切開開始時には、大きい侵害刺激が加わる。鎮静薬、筋弛緩薬、鎮痛薬が十分に投与されている状態では、手術開始時にBISとAEP indexに変化は生じない。3、電気痙攣療法はBISとAEP indexを変化させない電気痙攣療法は薬剤抵抗性のうつ病患者に対して、頭皮に100Vの電圧を与える治療であり、それは一過性の強い侵害刺激と考えられている。この電気痙攣療法では鎮痛薬を用いていないため、血圧や心拍数は上昇するがBISとAEP indexに変化は生じない。今回の研究では、既に十分な鎮痛が得られていたためBISとAEP indexに変化が生じなかった可能性もある。侵害刺激の強度、鎮静薬・鎮痛薬の種類・量は今後の検討課題である。