hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
眼球反射の運動学習記憶の固定化におけるタンパク質合成と分解の役割

本年度は、小脳皮質から各への記憶痕跡の移動が反射の学習のみならず随意運動の学習でも生じるかを、プリズム適応の理論モデルを提案することと、ヒトを対象にした手の到達運動のプリズム適応の実験パラダイムを開発することの2種類の方法から検討した。Martin et al. (1996)に報告されているヒトの矢投げの長期(6週間)のプリズム適応のデータを材料として、短期のプリズム適応の記憶痕跡は小脳皮質、長期のプリズム適応の記憶痕跡は小脳核にあり、それぞれが独立に作用するというモデルを作成し、それにより報告されている長期適応後の矢投げの行動が説明できることを示した。この結果を、2012年の神経科学学会で報告するとともに国際学会誌(Neural Networks)に論文発表をおこなった。東京医科歯科大神経内科のグループと共同でヒトを用いた手の到達運動のプリズム適応のパラダイムを開発し、短期の適応を定量評価する方法を提案した。プリズムメガネを装着した被験者に眼前のタッチパネルに提示された視標を指でタッチさせ、視標とタッチ点とのずれをリアルタイムで計測した。また矢投げと同じ実験条件を実現させるために、手の運動の開始時点をモニターし、開始後1.5秒間、プリズムの前面においた電磁シャッターを閉じて視覚を遮断した。健常者では、20ー40試行で適応が生じプリズムによる視野のズレを修正しることができたが、小脳疾患の患者では、視野のズレの修正が大きく減弱するか、もしくは見られなかった。これらの所見を2012年の神経科学学会で報告するとともに、東京医科歯科大学と共同で特許の出願をした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本年度は、C57/BL6マウスの慢性標本を研究材料として、タンパク合成阻害剤のHorizontal optokinetic reflex (HOKR)の運動学習の薬理作用を検討した。HOKRは、眼前においたチェック模様のスクリーンを周期0.22Hz、振幅15度で正弦波状に回転させ誘発した。誘発される眼球運動を、赤外線テレビカメラを用いて計測し、利得(スクリーンの動きと眼の動きの比)を算出した。HOKRの運動学習は、800サイクルのスクリーンの回転を1時間持続的に見せる方法(集中訓練)と、200サイクルのスクリーンの回転を、1時間おきに15分ごとに合計4回見せる方法(分散訓練)の2種類で行った。両側小脳片葉にアニソマイシン溶液(62.5μg/0.5μl)もしくはコントロールのリンゲル液を微小投与したが、投与後の6時間は、HOKRの利得には影響は見られなかった。次に、集中訓練と分散訓練のそれぞれ4時間と2時間前に、両側片葉にアニソマイシンもしくはリンゲル液を投与し、訓練によって生じる利得の変化を調べた。集中訓練による利得の増加には、アニソマイシンとリンゲル液投与群には有意差は見られなかったが、分散学習による利得の増加は、リンゲル液投与群に比べて、アニソマイシン投与群は有意に減少していた。先行研究により、分散訓練によって生じるHOKRの利得の適応の運動記憶は前庭核にあり、かつ長期間保持されることが、局所麻酔薬を用いた実験により報告されている。この実験の結果は、小脳皮質による運動学習の獲得には、タンパク室合成は関与しないが、前庭核における記憶の保持に、小脳皮質のタンパク質合成が重要であることを示唆する。以上の結果を2010年度の日本神経科学学会に報告し、英文学会誌に投稿中である。分散効果とは、適当な長さの休憩を挟んで学習したほうが、集中的に学習するよりも、学習により作られた記憶が長く持続するという現象である。そのもとになる脳機構は,よく知られていない。分散効果を調べるためのマウスの視機性眼球運動の実験パラダイムを開発し、分散効果の原因を検討した。マウスに30分-1時間おきに15分の視覚訓練を4回行ったと時(分散学習)と、1時間集中して視覚訓練を行った時(集中学習)とで、誘発される眼球運動の増加を比べたが、訓練終了直後には両学習間には差はなかったが、24時間後には、集中学習による眼球運動の増加は減少していた。これは、分散学習をさせると、眼球運動学習に長期の記憶が形成されることを示唆する。次に、訓練の直後に、小脳皮質に局所麻酔剤を微小投与し出力を遮断すると、集中学習の効果は直ちに消去されたが、分散学習の効果には影響は見られなかった。これは集中学習による運動学習の記憶痕跡は小脳皮質にあるのに対して、分散学習による学習の記憶痕跡は小脳皮質以外の部位であることを示唆する。小脳皮質は小脳(前庭)核に出力することと、先行研究の電気生理学の実験結果は長期間持続する運動学習の記憶痕跡は小脳(前庭)核に存在することを示していることから、分散学習による学習の記憶痕跡は、小脳(前庭)核に存在することが示唆される。さらに学習直前、小脳皮質にタンパク合成阻害剤(アニソマシン,アクチノマイシンD)を投与すると、集中学習による運動学習は影響されなかったが、分散学習による運動学習は阻害された。これらの所見から、分散学習により運動学習の記憶痕跡は小脳(前庭)核に存在することと、その記憶痕跡の形成に、学習時に小脳皮質で新たに作られるタンパク質が必要であることが示唆される。

この結果を、J.Neurosci(2011)31:8958-66に発表した。本年度は、小脳皮質から各への記憶痕跡の移動が反射の学習のみならず随意運動の学習でも生じるかを、プリズム適応の理論モデルを提案することと、ヒトを対象にした手の到達運動のプリズム適応の実験パラダイムを開発することの2種類の方法から検討した。Martin et al. (1996)に報告されているヒトの矢投げの長期(6週間)のプリズム適応のデータを材料として、短期のプリズム適応の記憶痕跡は小脳皮質、長期のプリズム適応の記憶痕跡は小脳核にあり、それぞれが独立に作用するというモデルを作成し、それにより報告されている長期適応後の矢投げの行動が説明できることを示した。この結果を、2012年の神経科学学会で報告するとともに国際学会誌(Neural Networks)に論文発表をおこなった。東京医科歯科大神経内科のグループと共同でヒトを用いた手の到達運動のプリズム適応のパラダイムを開発し、短期の適応を定量評価する方法を提案した。プリズムメガネを装着した被験者に眼前のタッチパネルに提示された視標を指でタッチさせ、視標とタッチ点とのずれをリアルタイムで計測した。また矢投げと同じ実験条件を実現させるために、手の運動の開始時点をモニターし、開始後1.5秒間、プリズムの前面においた電磁シャッターを閉じて視覚を遮断した。健常者では、20ー40試行で適応が生じプリズムによる視野のズレを修正しることができたが、小脳疾患の患者では、視野のズレの修正が大きく減弱するか、もしくは見られなかった。これらの所見を2012年の神経科学学会で報告するとともに、東京医科歯科大学と共同で特許の出願をした。運動学習の記憶の獲得には、小脳皮質のタンパク質合成は重要ではないが、記憶痕跡の小脳皮質から小脳(前庭)核への移動により、記憶が固定化されるには、小脳皮質のタンパク質合成必要であることが実験的に証明された。これは運動記憶の獲得と固定化におけるタンパク質合成の役割を、実験的に始めて示したものである翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。今後は運動学習が生じている時に、転写されているRNAをPCRと、DNAマイクアレイ法を用いて同定するとともに、RNAから翻訳されるタンパク質の増減を、PCRを用いて定量化する。さらにin-situ hybridizationにより、それらのRNAが実際に小脳のプルキンエ細胞で学習によって発現するかどうかを検討する。運動学習に特異的に発現するタンパク質が同定できれば、RNA干渉法(iRNA)を用いて、実際に運動学習の記憶形成に関与するかをさらに調べる予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ブレイド群のHurwitz作用とその応用

ブレイドとは,何本かのひもを円筒の底面から他方の底面へ通したものである。2つのブレイドを「繋ぎ合せる」ことによりブレイド全体は群をなし,その群のことをブレイド群という。ブレイド群は,ブレイド群の直積へ自然な作用を与える。その作用をHurwitz作用と呼ぶ。Hurwitz作用を研究することは,4次元空間の中への曲面の埋め込み型を研究することへ繋がることがよく知られている。ところが,ブレイド群の直積へのHurwitz作用の問題は,ブレイド群の複雑さが故に非常に難解なものであり,現在でもこの問題を解くアルゴリズムは知られていない。そのため,ブレイド群を簡単な群に"潰して"この問題へのアプローチをする研究手法はよくされている。しかし,"潰す"ことは情報を失うことであり,以前はこの方法で得られた情報は有限個のものしか知られていなかった。そこで当該年度は,ブレイド群を対称群と無限巡回群の直積のペア(半直積)に"潰し",その組におけるHurwitz作用の様子を調べた。その結果,この"潰された"世界では,4次元空間の中の曲面の種類が多く(無限に)区別できることが分かった。特に,4つの分岐点を持つ曲面ブレイドと呼ばれる曲面の無限個の分類に成功した。4つの分岐点をもつ曲面ブレイドは,「リボン」という単純なクラスでないものが存在するか否かが未だ知られていないが,今回の無限個の分類を用いることにより,この問題の解決の強力なアプローチになるかと考える。このように,無限群に"潰す"ことで無限個の情報を得る研究は,4次元空間への曲面の研究に大きく貢献すると考える。本研究の目的は、カンドルの直積の元、特にブレイド群の直積の元におけるHurwitz作用の軌道(以下Hurwitz軌道と呼ぶ)を求めること、または固定部分群を求めることや、それを低次元トポロジーへ応用することです。平成21年度は、「研究実施計画」通り、標準的生成元の組におけるHurwitz軌道を完全に求めることに成功しました。一方、一般的な群の直積の元におけるHurwitz軌道は、ある具体的なアルチン群の標準的生成元の組におけるHurwitz軌道を調べることで、全体像がある程度把握できる、という視点を切り開くことができました。(アルチン群は、ブレイド群の自然な拡張であり、逆にブレイド群は、最も基本的なアルチン群として位置づけられています。)また、ブレイド群以外のアルチン群の場合のHurwitz軌道も、(既に求めることが出来た)ブレイド群の場合のHurwitz軌道を"平行移動"して、比較的容易に扱える場合があることに気が付きました。(特に、「研究実施計画」にあるコクセター群に対応するアルチン群の場合については、"平行移動"が非常に有効であり、コンピューターを使うときの計算の労力が軽減されました。)したがって、ブレイド群の標準的生成元からなるブレイドシステムの軌道を求めたことは、期待以上の意義、重要性を持つこととなりました。なお、低次元トポロジーへの応用の一つとして、ブレイド群の標準的生成元からなるブレイドシステムをモノドロミーの情報として持つブレイド状曲面どうしは、すべて「共役」という操作で移りあうことがいえました。
南アジアの野生マウスにおける発癌抵抗性遺伝子、及び、その関連遺伝子の保有状況調査。

1.平成4年度の調査概要。平成4年度は、これまでDNAサンプル数が少なかった6カ国を対象に調査した。韓国は、幸いに野生マウス(Mus musclus)を研究材料にしている研究者(釜山大学・李元鎬、ハンリム大・呉洋錫)の協力を得て、小数のサンプルを分与してもらった。フィリピンについては、各島のマウス集団で遺伝子的違いがあるかどうかを調べるために、平成3年、4年に続き再度採取を試みた。フィリピンの調査は、並河、Masangkay班員が共同して行った。インドシナ、マレー半島の3国(マレーシア、ベトナム、シンガポール)の調査は、本年度特に力点をおいた。これまでこの地域で行った採取の試みは、全て失敗していたからである。本年度は、マレーシアでは、池田、土屋、山縣班員が、1020日間かけて調査したが、マウスは捕獲できなかった。昨年ベトナム南部では、マウスは採取できなかったが、今年度は、ベトナム北部で採取できた。シンガポールでは、環境省の野鼠調査研究官C.Joseph氏の協力を得て、マウス14個体を手に入れることができた。我々の努力に拘らず、インドシナ、マレー半島の広い地域でマウスを捕獲できなかったのは、この地域のマウスの生息数が少ない為と推測している。スリランカは、野生動物保護に力を入れている国でもあり、これまでの調査国の中で最も規制の厳しい国であった。野生動物保護局へは、野生マウス採取の許可申請、報告、サンプルの国外持ち出し申請などのため、何度も当局に足を運ばなければならなかった。ペラデニア大学・P.H.Amerasinghe博士とコロンボ大学・W.D.Ratonasooriya教授の援助で25匹程のサンプルが集まっている。2.採取されたサンプル数。この調査研究で集められた全てのDNAは約450個体分で、その内約300個体分は、形態的に実験動物マウスと同種のM.musculusと判定され、各個体のDNAの解析もそれを支持するデータが得られている。その他は、解析に耐えない断片化したDNAであったり、M.mus.以外のげっし類、食虫類(ラット、スンクス、M.dunni,M.buduga等)であった。4年間のこのプロジェクトの調査によって、Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスを持つマウスの分布が明確になった。本年度採取したマウスは、次の2つのタイプのどちらかに分類され、今までのウイルスキャリアーの分布の結果と矛盾はなかった。(1)Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスとFv-4^r遺伝子を高頻度に持つ地域。今までの調査によれば、Cas-E型内在性ウイルスキャリアーは、パキスタンから西(インド、バングラデシュ、インドネシア、フィリピン)に高頻度に分布していた。今年度採取されたサンプルについては解析途中であるが、スリランカ、ベトナム北部、フィリピンのマウスでは、98100%のマウスがキャリアーで、1個体当たり315コピー存在していた。この地域のFv-4^r遺伝子の遺伝子頻度は、90%以上であった。以前の解析から、日本の野生マウス(1匹の例外を除いて)には、Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスのコピーはFv-4^r遺伝子以外に検出できなかった。小数(4匹)の韓国のマウスを調べたところ日本と同じであった。今年度、韓国の研究者の協力を得て、更に8匹解析する機会を得た。以前の結果と同じであったが、特に注目されたのが、Fv-4^r遺伝子の遺伝子頻度が100%で、日本の約50%の遺伝子頻度に比べ有意に高いことである。今後も韓国のマウスの調査サンプル数を増やし、日本のマウスとの違いを明確にする必要がある。なお、Fv-4^r遺伝子だけを持つ野生マウスは、日本と韓国以外には見つからなかった。

ペラデニア大学・P.H.Amerasinghe博士とコロンボ大学・W.D.Ratonasooriya教授の援助で25匹程のサンプルが集まっている。2.採取されたサンプル数。この調査研究で集められた全てのDNAは約450個体分で、その内約300個体分は、形態的に実験動物マウスと同種のM.musculusと判定され、各個体のDNAの解析もそれを支持するデータが得られている。その他は、解析に耐えない断片化したDNAであったり、M.mus.以外のげっし類、食虫類(ラット、スンクス、M.dunni,M.buduga等)であった。4年間のこのプロジェクトの調査によって、Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスを持つマウスの分布が明確になった。本年度採取したマウスは、次の2つのタイプのどちらかに分類され、今までのウイルスキャリアーの分布の結果と矛盾はなかった。(1)Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスとFv-4^r遺伝子を高頻度に持つ地域。今までの調査によれば、Cas-E型内在性ウイルスキャリアーは、パキスタンから西(インド、バングラデシュ、インドネシア、フィリピン)に高頻度に分布していた。今年度採取されたサンプルについては解析途中であるが、スリランカ、ベトナム北部、フィリピンのマウスでは、98100%のマウスがキャリアーで、1個体当たり315コピー存在していた。この地域のFv-4^r遺伝子の遺伝子頻度は、90%以上であった。以前の解析から、日本の野生マウス(1匹の例外を除いて)には、Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスのコピーはFv-4^r遺伝子以外に検出できなかった。小数(4匹)の韓国のマウスを調べたところ日本と同じであった。今年度、韓国の研究者の協力を得て、更に8匹解析する機会を得た。以前の結果と同じであったが、特に注目されたのが、Fv-4^r遺伝子の遺伝子頻度が100%で、日本の約50%の遺伝子頻度に比べ有意に高いことである。今後も韓国のマウスの調査サンプル数を増やし、日本のマウスとの違いを明確にする必要がある。なお、Fv-4^r遺伝子だけを持つ野生マウスは、日本と韓国以外には見つからなかった。本年度の野生マウスの調査は、南、東南アジア地域の7カ国で行った。調査団しフィリピン、インドネシア、ベトナム、タイ、バングラデシュ、インド、パキスタンである。捕獲して、DNAサンプルにされた個体は約200匹であるが、形態学的分類、DNAの解析によって、そのうち約150匹が我々が研究対象とする野生マウス種Mus musculusであると判定された。野生マウスの生息場所に関する情報は少なく、M.musを採取出来なかった地域もある。例えば、ベトナム、タイを含むインドシナ半島で、数カ所、延べ5週間費やしたが、1匹も採取できなかった。採取されたDNAについて、Cas-E型内在性マウス白血病ウイルスの保有状況を解析した。キャリアーの地域分布は、フィリピン、インドネシア、バングラデシュ、インドにわたり、この地域でのキャリアーの割合は95%以上であった。本調査で、インドしパキスタンの国境付近がこのウイルス型の西側の境界であると推測された。サンプル数の増加に伴い、集団遺伝子学的解析も可能になった。今年度は、2つのCas-E型内在性ウイルス遺伝子座についてキャリアーの分布、遺伝子頻度を調べた。
遺伝子変異検出バイオセンサの開発と診断応用に関する研究

本研究では、DNA結合タンパクのDNA認識能を利用して、DNA-タンパク相互作用の電極による計測系を確立し、これをふまえて、特定塩基配列を有するDNAの検出やその応用としての遺伝子変異検出を可能にするバイオセンサの開発を目指した。まず、電極上でのDNAとタンパクの相互作用の計測システムを確立するために、DNA結合タンパクであり、それ自身全身性エリテマトーデスのマーカー分子でもある、抗DNA抗体を用いて、DNA固定化金電極での計測を検討した。その結果、フェロシアン化物イオンをredoxマーカーをして用いると、電極上〓DNAへ抗DNA抗体が結合することにより、電極有効面積の減少を主な原因として、マーカーイオンの酸化還元電流値が減少し、これによりnMレベルの抗DNA抗体が計測できることを明らかにした。この場合、電極表面をメルカプトエタノールで処理しておくと、DNAに結合しないその他のタンパクの非特異的吸着を防げることも明らかにした。これをふまえ、逆に抗DNA抗体を電極に同定して、DNAを検出する系についても詳細に検討した。上記のように、電極上でDNAとタンパクの相互作用が実際に計測できることを初めて明らかにした後、特定の配列を認識するDNA結合性タンパクとして、転写因子であるPIT-1を用いて検討を行った。その結果、PIT-1認識配列を有するDNAを固定した電極において、PIT-1の添加に伴い、マーカーイオンの酸化還元電流が抗DNA抗体の場合とは逆に増加した。これは、PIT-1の正荷電に基づくアニオン性マーカーイオンの電極反応の促進によるものであると考えられ、この電流値の変化からPIT-1が計測可能であった。この様にして、遺伝子変異計測の基礎となるDNA-タンパクの配列特異的相互作用計測の基礎を確立することに成功した。本研究の目的は、DNA結合タンパクとDNAの相互作用を利用して遺伝子変異を検出できるバイオセンサを開発することである。平成9年度は、まず、DNA結合タンパクとDNAの相互作用をセンサにより検出できるかどうかを検討した。DNA結合タンパクとしては、DNAを認識して結合する抗DNA抗体を用いた。抗DNA抗体は、それ自身も全身性エリテマトーデスの診断マーカー分子であり、これを検出するセンサはその観点からも有用である。第1段階としては、従来我々が開発してきた2本鎖DNA固定化電極により、DNA-タンパク相互作用検出の検討を行った。最大の問題は、電極表面へのタンパクの非特異相互作用であったが、種々の検討の結果、メルカプトエタノールで電極表面を修飾することで、この問題を解決できることを見出した。その結果、イオンチャネルセンサの原理を応用して、DNAに結合しない同種の抗体であるマウスIgM抗体では応答はないが、DNA結合性の抗DNA抗体でのみ濃度依存性に応答するセンサを実現することができた。次に、この成果を基に、抗DNA抗体を電極に固定しておいて、逆にこれを用いてDNAを検出する系の開発を検討した。電極表面にカルボキシル基を修飾しておいてDCCで縮合する方法、抗体に活性エステルを導入する方法などを検討したが、電極表面に活性エステルを導入して、これに抗体を結合して、過剰の活性エステルをグリシンなどでマスクする方法が、良好な結果を与えることを見出した。この系は、最終目的である遺伝子変異検出センサの基本となるものであり、抗体の代わりに種々のDNA配列認識タンパクを用いれば目的が達成できると考えられる。現在は、より有粉タンパクの固定化法とDNA検出法の条件検討を行っている。検出には、いずれもアニオン性マーカー分子であるフェロシアン化物イオンの酸化還元電流のタンパク-DNA相互作用による変化を利用した。今年度は、昨年度検討した全身性エリテマトーデスの診断

マーカー分子である抗DNA抗体を検出するシステムをIgMとIgGの2種類を用いることにより、更に詳細に検討してDNA結合タンパクとDNAの相互作用のセンサによる検出系を確立することができた。また、逆に抗DNA抗体を電極に固定しておいて、DNAを検出する系の検討も詳細に行った。この様にして、センサによるDNA-タンパク相互作用の基礎が確立した後、抗体の代わりにDNA配列認識タンパクを用いたシステムの検討を行った。DNA配列認識タンパクとしては、転写因子であるPIT-1を用いた。PIT-1は、2量化して、特異的な認識配列を有するDNAに結合する。検出においては、DNAを電極に固定しておき、PIT-1を添加する系を用いた。その結果、PIT-1の添加に伴い、電極応答電流が増大する現象が認められた。これが、PIT-1の正荷電によるアニオンマーカー分子の電極反応の促進にあるのかどうかは不明の点も残されているが、配列認識タンパクにおいても、抗DNA抗体の場合と同様に、センサによる計測が可能であることが分かった。さらに、別種の転写因子であるAP-1についても、発現ベクターへのcDNAの組み込みと、増幅を行った。これを発現させて得られるAP-1についても同様にセンサによる検出系が可能であることが予想され、遺伝子認識タンパクとDNAの相互検出系の基礎を確立することに成功した。
癌治療患者の経口摂取支援に向けた味覚障害発症機構の解明と対策の検討

抗癌剤治療中に生じる味覚障害のメカニズムについて、行動学的、電気生理学的、分子生物学的手法を用いて、その受容・細胞内情報伝達への影響を解明し、未だ明らかでない抗癌剤由来の味覚障害の病態ならびに原因因子を明らかにすることを目的として研究を開始した。平成28年度はマウスを用いて鼓索神経の神経応答解析を行った。麻酔下でマウスを仰臥位に固定し、気管カニューレを装着する。右側の内側翼突筋を除去後、舌神経から分枝し、鼓室に入る直前で鼓索神経を切断および5mm程度周囲組織から剥離し、銀塩化銀電極にのせた。不関電極を近傍の組織に付着した。舌を囲むフローチャンバーに味刺激溶液を還流させ、その全神経繊維側応答を増幅器に入力し、積分計に入力後得られた波形は、オシロスコープ、オーディオモニタ、PC上パワーラボシステムでモニタリングし、記録した。刺激時間は30秒とし、刺激溶液前後は蒸留水で1分間洗浄した。各味刺激に対する応答は、刺激開始5秒後から20秒間の平均をもとめ、0.1M NH4Clに対する応答の相対値として算出した。投与する抗癌剤としては臨床でDCF療法として使用されているドセタキセル(タキソテール):植物アルカロイド、シスプラチン(シスプラチン):プラチナ製剤、5-フルオロウラシル(5-FU):代謝拮抗剤を使用することとした。薬剤投与経路として腹腔内投与、静脈内投与法を確立し、抗癌剤が投与されたモデルマウスを作成できる可能性を見出した。抗癌剤投与マウスでやや鼓索神経の神経応答が低下する傾向であることを発見し、抗癌剤が味覚受容器に影響を与えている可能性を示唆している。今後の味覚受容器の形態学的、分子生物学的評価に繋がると考える。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
剪断流下のコロイド分散系における秩序発現の現象論

非平衡定常系における秩序発現とこれに伴う相転移現象に関する理解を深めるために、剪断流下のコロイド分散系を舞台に主に数値計算を用いた研究を続けてきた。直径1μm程度の微粒子(コロイド粒子)が溶液中に安定して分散するコロイド分散系はソフトマターとよばれる物質群の代表例であり、様々な分野で重要な役割を果たしている。適切な条件下で、コロイド粒子は溶液中で規則正しい配置をとる、結晶化を起こすことが知られており、環境の条件を変化させることで、粒子配置に秩序のある結晶相と乱雑な配置をとる液体相との間の相転移が観察される。平衡条件下での相転移の振る舞いは平衡統計熱力学によりよく理解されているが、剪断流下ではどうなるのか。前年度までの成果により、勢断流下の秩序発現の特徴付け、秩序相の明確な定義は明らかにされたが、これを踏まえて、相転移の性質が剪断を加えることでどのように変化するのかを数値実験により議論した。ここでの相転移の性質とは、相転移の次数や臨界現象の存在の有無を意味する。この結果、わずかな剪断が加わったときでも、核生成によって特徴づけられる1次転移から臨界ゆらぎによって特徴づけられる2次転移になることを見出した。具体的には、回転対称性の破れを定量化する秩序変数を使って、結晶の融解時間のパラメータ依存性を議論することで、微妙な問題に対して綺麗な証拠を提出することができた。平衡条件下では転移点に近づくにつれ、融解時間は核生成過程の顕れであるVogel-Fulcher型の発散を示すのに対し、剪断流下ではべき的な発散を示し、これは2次転移のような臨界緩和の存在を示唆している。ただし、相関長の発散の直接的検証や簡単な模型による普遍性の調査など、今後調べるべき課題は残されている。剪断流下のコロイド分散系について、その秩序・無秩序相転移を剪断応力などの基本的な量で特徴付けることはできないか、と考え、まず、本系のレオロジー特性、すなわち、剪断率と剪断応力の関係について、数値実験により調べた。結晶性秩序が非平衡条件下で発現する本系でのレオロジー特性は同様に、Newton流体的振る舞いから比べて、きわめて特異的な剪断率への応答を示すはずである。実際、得られた結果は明確なずれを示しており、この結果は次に挙げる2点が注目に値する。まず第一に、ある特徴的な剪断率を境にNewton流体的振る舞い(高剪断側)とそこからずれていく様子(低剪断側)が観測される。強い剪断は秩序を破壊させること自体は明らかであるが、その特徴的な剪断率が数値実験により定量化された。これを元に、密度と剪断率を軸とする非平衡相図を作成でき、その結果、特徴的な剪断率の密度依存性は(ρ-ρc)^<1.5>というべき的な依存の仕方をすることが得られた。ここで、ρcは平衡条件下における相転移密度である。すなわち、非平衡度が有限の領域から平衡相転移点に向けて、非平衡度を0にする極限を取ったときに、ある種の臨界性の発現があるということをこの結果は示唆しており、これは非常に重要な結果である。さらに、この剪断率0極限において、秩序変数の時系列データの緩和時間は増大傾向を示し、さらにDFA(Detrended Fluctuation Analysis)などの時系列解析手法によれば、1/f的な揺らぎの成長の存在を認めることができた。第二に、剪断率-剪断応力の関係の剪断率0付近の振る舞いに着目すると、剪断応力が一定値に向かう様子が観測される。すなわち、既存のデータに依れば、降伏応力の発現を示唆している。これはガラス系においても一般的に見られる現象であり、その起源の関係性をより深く理解したい。そのメカニズムはミクロな欠陥の動力学に大きく関係しているものと思われる。この点においては、さらなる研究の続行が必要である。

平衡条件下では転移点に近づくにつれ、融解時間は核生成過程の顕れであるVogel-Fulcher型の発散を示すのに対し、剪断流下ではべき的な発散を示し、これは2次転移のような臨界緩和の存在を示唆している。ただし、相関長の発散の直接的検証や簡単な模型による普遍性の調査など、今後調べるべき課題は残されている。
自動デバッグを可能にする群衆知エコシステムの確立

ソフトウェア工学における重要研究課題の一つに、人工知能に基づいたソフトウェア開発の自動化がある。その中でも自動バグ修正は近年最も注目されている研究分野である。一方、現状の自動バグ修正技術は発展途上にあり、決定打となる手法はまだ確立されていない。現時点では様々なアプローチから可能性を探る必要がある。そのため、初年度は以下に示すように広くテーマを設定し研究に取り組んだ。1)群衆知ベースの自動バグ修正機構: OSSリポジトリからバグ混入時コードとバグ修正後コードの差分を抽出し、Q&A形式の群衆知(バグ修正ノウハウ)に変換する仕組みを試作した。今後、深層学習を用いて、群衆知から自動バグ修正モデルを生成する。2)形式検証ベースの自動バグ修正機構:形式検証ツールの一つであるモデル検査器から出力される反例を使用した「バグ同定」「コード修正(現状は条件式のみ)」「モデル検査器による再検証」の繰り返しサイクルからなる自動バグ修正機構を考案した。モデル検査器から反例が出力されなくなった時点でバグ修正が完了する。今後、ツールの試作に入る。3)機械学習システムへの適用:現在、機械学習を含むシステム開発が急増している。本研究でも、この分野における自動バグ修正に取り組むことにした。バグ修正能力はテストの網羅率や質に左右されるため、初年度は機械学習システムにおけるテスト技術について研究した。今後、これらのテスト技術を用いた自動バグ修正技術の開発を行う。4)実証評価: 1) 2) 3)の技術開発と並行して、現状の自動バグ修正ツールがどの程度有効なのかについてOSSと企業ソフトウェアを対象に実証評価を実施した。評価の結果、現状の自動バグ修正ツールには様々な課題が存在することが判明した。今後、評価結果を1) 2) 3)にフィードバックし、自動バグ修正技術をブラッシュアップしていく。本研究では特に「群衆知ベースの自動バグ修正機構」の開発に主軸を置いており、初年度は当初の予定通りOSSリポジトリから群衆知(現時点ではバグ修正時のコード差分情報)を抽出することができた。計画では2019年度以降の予定になっていたが、提案アプローチの実現可能性を探るため、抽出した群衆知を学習データとして深層学習による自動バグ修正モデルを一部試行的に作成してみた。さらにどの程度の修正能力を持つのか、どのような課題があるのかについても調査した。その結果、「自動抽出による群衆知にはノイズが多数存在する」「抽出可能な知識の分布は偏っている」等が分かった。2019年度以降、これらの問題を緩和する方法について検討する。当初の予定通り、2019年度以降、群衆知に基づいた自動バグ修正モデルの開発に取り組む。なお、研究計画書には明確に含まれていなかったが、「自動バグ修正ツール適用に関する実証的評価」「昨今大きく注目されている機械学習システムにおける自動バグ修正」についても研究開発に取り組むことにした。自動バグ修正に関する研究はまだ揺籃期にあり、色々なアプローチを試してみる必要性があると判断した。

2019年度以降、これらの問題を緩和する方法について検討する。当初の予定通り、2019年度以降、群衆知に基づいた自動バグ修正モデルの開発に取り組む。なお、研究計画書には明確に含まれていなかったが、「自動バグ修正ツール適用に関する実証的評価」「昨今大きく注目されている機械学習システムにおける自動バグ修正」についても研究開発に取り組むことにした。自動バグ修正に関する研究はまだ揺籃期にあり、色々なアプローチを試してみる必要性があると判断した。
日本における野生動物管理の経済学的評価

本研究課題では3つのことについて取り組んだ。1つ目は野生動物管理についてである。これについては3つのことに取り組んだ。1つは奄美大島のマングースを管理する際の空間上の効率的な対策の配分についてである。次に全国の都道府県の被害データを用いた、被害を抑えるための野生動物対策の効率性の計測である。3つ目は日本全国の森林の病虫害発生確率の決定要因分析である。次に取り組んだものは、サンゴの保全に影響を与える赤土流出の抑制対策の分析で、農家の赤土流出対策の決定要因を分析した。最後は米国の農地を利用した生態系保全対策についての調査を行った。H26年度は、(1)野生動物問題(と侵略的外来種問題)の現地調査、(2)シミュレーション用モデルの構築、(3)シミュレーションに用いるデータの収集の3つを行った。まず、(1)については、特に奄美大島(マングースとアマミノクロウサギ)、沖縄県やんばる地域(マングースとヤンバルクイナ)、長崎県五島市(クリハラリス)の3地域において重点的に現地調査を行った。特に、環境省または市の担当者及び実際に罠を仕掛けている担当者に、対策の変遷と現況についての聞き取り調査を行った。また、実際に罠の仕掛けられている地域に足を運び、罠に外来種が捕まる地点の地理的な特徴について確認を行った。(2)シミュレーションモデルについては、Horie et al. (2013)のモデル(確率的立地選択モデル)の拡張を行った。(3)奄美大島では奄美野生動物保護センターに訪れ、担当者と研究連携することにより、マングースとアマミノクロウサギのデータ入手を行った。同氏を含めて今後研究を進めていく。沖縄県やんばる地域では、環境省やんばる野生生物保護センターを訪れ、担当者と連携することで、マングースとヤンバルクイナのデータを入手した。同氏とは、本研究費を用いた研究を進めていく。さらに五島市においては、五島市役所を訪問し、クリハラリスのデータを入手した。上記の地域で手に入れたデータは、これらの地域で、それぞれ外来種の捕獲努力、探索努力、捕獲頭数および外来種の被捕食種(であり絶滅危惧種である種)の空間的・時系列的データである。「森林生態系多様性基礎調査データ」を用いたプロビット分析を行うことにより、野生動物の拡散が日本の森林における病虫害の拡散に与える影響について分析を行った。この際、被説明変数を該当する区域(グリッドセル)における森林において、病虫害が確認されているかどうかとした。そのうえで、説明変数を1森林管理が行われているかどうか(皆伐、択伐、間伐、除伐、下刈、枝打ちの内のどれかがなされているか)、2シカの存在が確認されているか、3気象害が起きているかどうか、の3つと、地域ダミーとした。シミュレーション結果を空間上にプロットすることにより、リスクマップの作製を行った。また、本年度は、野生動物管理や絶滅危惧種への保全の費用負担を、それらの種が生息している地域への観光客に期待することができるかどうかについて、検討を行った。8月に奄美空港において奄美大島における自然環境と観光需要の関係を明らかにするために「観光と自然に関する研究アンケート」と題した全部で28問のアンケートを観光客に対して行った。その結果、221通のアンケートを集めることができた。山、川、海の絶滅危惧種を含む野生動物、魚、サンゴと出会うことに対し事前に形成していた期待と、それらの生息域に人々が観光として足を運ぶことに実際にどの程度の時間(観光の全体の時間の何割)をかけたについて捉えた。その中でも、山とリュウキュウアユの生息する川の流域にどの程度の時間過ごしたかを調べ、海と比較して川がどの程度の人間を集客するのかを考察した。また、世界遺産(自然遺産)暫定リスト入りがどの程度、人々の自然観光に貢献しているかについても考察を行った。研究成果の一部として、以下を出版した。堀江哲也(2015)「生物多様性保全と経済的手段」大沼あゆみ・栗山浩一編『生物多様性を保全する』シリーズ環境政策の新地平4,第6章,岩波書店, pp.121-142。本年度は、研究成果の一部を出版することができたため、研究の進展を「順調」に進んでいると評価してよいと考えられる。ただし、昨年度に手に入れたマングースの管理データの解析が少し足踏みしているため、「おおむね順調」とした。2016年度は、米国における、土地所有者の自発的な生態系保全行動を促す政策の経済学的研究を1990年代から2016年の最新研究までサーベイした。米国には絶滅危惧種法のような直接規制もあるが、土地所有者の自発的な保全活動を促進する政策として、保全休耕地プログラム(CRP)がある。ここでは、この政策導入が持つ「意図せざる副作用」に着目した。副作用には2つあり、1つはWu(2000)が提案した「スリッページ効果」、もう1つはCRPの政策効果の持続性に関わる「異時点間スピルオーバー効果」である。また私有地を保全地として確保する方法には、CRPのような政府が土地保有者に地代を支払い有限期間だけ借りる以外の方法がある。たとえば土地所有者が政府及び地域の個人を含む民間の非営利組織に土地を売却または寄付する方法がある。または、土地の売却をしなくとも、これらの組織に、保全地役権を売却するまたは寄付する方法がある。

このような政府及び地域の個人を含む民間の非営利組織と土地所有者との間で結ばれる土地に関する法的拘束力のある契約そのものや、保全地役権の買い取りまたは寄付を受ける民間の非営利組織を、土地トラストと呼ぶ。CRPは保全地を確保または拡大するための(連邦)政府による公共投資の一種と捉えることができる。一方で、政府や土地トラストへの土地または保全地役権の売却・寄付は、土地所有者による、保全地を確保するための民間投資と捉えることができる。一般に公共投資は民間投資をクラウディング・アウトすることが知られているが、このことは、生態系保全の文脈においても同じことがあてはまるのかどうかについての研究についてもサーベイを行った。本研究結果は、「米国の生物多様性保全政策の設計と評価」という論文にまとめられ、近刊の『環境経済学のフロンティア』(分担執筆)の中の1つの章として発表される。2016年度は研究代表者が勤務先を移動したため、新しい講義の用意などに時間を使ってしまい、研究を十分に遂行することができなかったため。本年度は、3つのことに取り組み、そのうち2つの成果を挙げた。1つは野生動物に関する分析について取り組んだ。前年度からひきつづき、全国の野生動物による被害件数(または被害額)とそれを管理するために投入されている対策費用のデータを用い、野生動物管理の効率分析を行った。この分析結果は現在まとめているところであり、学会発表にはまだ至っておらず、これから行う予定にしている。3つ目は、農地を用いた生態系保全についての研究に関して、1990年代から2016年までの研究をまとめた、「生物多様性保全政策の設計と評価ー米国の事例に則して」有村俊秀、片山東、松本茂(編著)(2018)『環境経済学のフロンティア』日本評論社を発表した。本研究課題では3つのことについて取り組んだ。1つ目は野生動物管理についてである。これについては3つのことに取り組んだ。1つは奄美大島のマングースを管理する際の空間上の効率的な対策の配分についてである。次に全国の都道府県の被害データを用いた、被害を抑えるための野生動物対策の効率性の計測である。3つ目は日本全国の森林の病虫害発生確率の決定要因分析である。次に取り組んだものは、サンゴの保全に影響を与える赤土流出の抑制対策の分析で、農家の赤土流出対策の決定要因を分析した。最後は米国の農地を利用した生態系保全対策についての調査を行った。1年目に行う予定で合った市町村データを用いた野生動物管理の実証分析を2年目に回し、2年目以降に行う予定であったシミュレーションを用いた野生動物管理の分析を1年目であるH26年度に進めた。これは、シミュレーションのためのデータ収集が予定よりも早く進んだため、シミュレーション分析を先に進めた方が研究計画全体を効率良く進めることができると判断したためである。その分、H27年度はH26年度に行う予定で合ったことを進めるため、概ね順調に進展していると判断した。今後は、今年度に行った森林の病虫害の拡散と野生動物の拡散の関係についての分析、絶滅危惧種の存在が観光需要に与える影響についてのアンケートの解析結果をさらに展開して出版に向けて学術雑誌に投稿する。また、マングースの管理データの解析を進める。
肝微小楯環・細胞膜機能の分子生物学的・工学的解析とその臨床応用

本研究は、アルコ-ル・薬剤さらに免疫反応や循環障割などによる肝臓の細胞障害・壊死過程、およびそれに引き続く肝再生の過程における微小循環系特に免疫担当細胞の動態と肝実質細胞機能の変化を、in vivo顕微鏡と高速分光解析、高解像画像処理等の医工学的手法を用いて経時的、定量的に解析し、これらと分子生物学的手法で求めた細胞の再生・増殖・分化にかかわる癌遺伝子、cーkinaseなどの遺伝子発現との関連を明らかにすることにあり、種々な肝障害の発生・進展機序の解明及び微小循環と細胞再生調節の面から治療法を模索することを目的とした。肝切後やアルコ-ルや薬剤性、エンドトキシンなどによる肝細胞障害過程、および肝再生修複過程での、肝微小循環系の肝再生での役割を1)類洞内血球速度、2)類洞内赤血球酸素化、3)類洞組織酸素化、4)好中球、血小板、マクロファ-ジの動員、集積、寒栓、5)高、低分子物質の血管透過性の面から評価した。また、肝再生に伴って発現する分化機能を、蛍光ラベルした物質の類洞→肝細胞摂取→細胞内移動→毛細胆管への分泌過程から検討し、肝小葉内分布を時系例的に評価した。さらに細胞性癌遺伝子やその産物や情報伝達に関与するcーkinaseの遺伝子の発現動態をNorthern解析、in situ hybridizationや間接蛍光抗体法で捕らえ肝小葉内での分布と微小循環障害、肝構築異常との関連を調べた結果、これらの間にはきわめて密接な関係があり、アルコ-ルや薬物性肝障害などの発生、修復には肝の微小循環のheterogeneityが関与するとともに肝再生に関わる物質の遺伝子発現や蛋白合成にも小葉内heterogneityが存在し、それらの異常の分子機材の時系例的解析がこの障害の成立・修復の機序の解明、さらに今後の治療法の開発にも重要であることを明らかにした。本年度はラットのアルコ-ル、薬剤(四塩化炭素CCl_4、ガラクトサミンGalN)、虚血による急性細胞壊死過程での肝微小循環及び細胞膜機能の動的変化を可視の生体顕微鏡と画像処理・分光分析システムを用いて経時的、定量的に解析した。本手法により肝臓のin vivo超拡大観察(20004000倍)、23次元の微小循環系での各血球成分の循環動態の観察が可能となり、肝類洞内赤血球速度(EFV)や1本1本の類洞内血液ヘモグロビン酸素飽和度(SO_2)を分光学的に計測し得た。アルコ-ル小量投与ではEFV、SO_2のspacial及びtemporal variationが増大し、SO_2の低下する部位がみられ、大量投与では中心静脈(PC)域でのSO_2の著減、hypoxia部位が出現する事が判明した。又、このhypoxiaの出現は接触型微小酸素電極(径15μm)による肝表面局所酸素分圧の測定からも確認できた。本システムを用いることにより、蛍光物質フルオレスセインNa(fluor-Na)の類洞→肝細胞→毛細胆管への移送過程の解析が可能となり、アルコ-ル大量摂取によりfluor-Naの毛細胆管への排出はPC域で著しく障害されていた。これらの事実は大量飲酒により肝小葉内シャントが生じ、PC域の局所的な酸素欠乏を来して肝細胞障害が惹起される可能性が考えられた。CCl_4障害肝では投与2時間後から内皮細胞の腫大、白血球のrolling現象・壁粘着・塞栓が出現した。

又、EFVの低下、SO_2の低下が門脈(PP)域及びPC域で認められ、これら微小循環レベルでの障害が肝細胞障害に先行して出現した。GalN障害肝でも投与48時間後でEFVの低下、SO_2の低下が不均一に認められ、これらの薬剤による肝微小循環の障害が肝細胞障害の一因である可能性を示した。ラット左肝動脈、門脈左枝を完全結した部分肝虚血モデルでは、血流再灌流後早期から類洞内での白血球の粘着・塞栓やEFV及びSO_2の低下が不均一に認められ、虚血再灌流肝障害に肝微小循環障害が関係する事が示唆された。アルコ-ルや薬剤性、肝保存などによる肝細胞障害、壊死過程、および引き続いて生じる肝再生過程における肝の微小構築の変化や、増殖に関わる細胞性癌遺伝子、遺伝子産物の変化、二次情報伝達系の動態を、分子生物学的に検討するとともに、肝微小循環系での役割およびその変化を、1)肝小葉類洞内血球速度、2)類洞内赤血球酸素化、3)組織酸素化、4)好中球、血小板の動員、集積、塞栓、5)高、低分子物質の血管透過性の面から、コンピュ-タ制御分光光度計を付置したin vivo microscopy系を用い医工学的に検討した。さらに、肝再生に伴って発現する分化機能を、グルタチオンなどの有機陰イオンや蛍光色素の類洞ー肝細胞摂取ー細胞内移動ー毛細胆管への分泌過程から検討した。その結果、肝小葉内門脈域(zone 1)に比し、中心静脈域(zone 3)が肝の虚血、うっ血の際や、薬物性肝障害、アルコ-ル性肝障害、移植肝に微小構築の異常を早期に来すが、微小循環異常は、1)zone 1,2に生じたのが下流域を障害し、2)巣状に出現し、3)血小板の凝集を伴い、4)白血球塞栓を生し、5)局所性のヒボキシアを生じて、6)trypan blue、1ーpyridiumの吸収、蛍光分析から細胞障害のin vivo解析が可能で、7)種々の血管作動性物質がその機序に関与していた。さらに、癌遺伝子やその産物、情報伝達に関与するcーkinaseなどの遺伝子の発現状態をNorthern解析、in situ hybridizationや間接蛍光抗体法で捕らえ、肝小葉内での分析、肝再生構築との関係を調べた結果、cーHaーras癌遺伝子、p21蛋白やcーkinaseは薬物障害からの肝再生時に組織障害、微小循環障害の強いzone 3に発現が著しく、明らかなzonal hetorogeneityが存在した。以上より、アルコ-ルや薬物性肝障害の発生、修復には肝の微小循環障害のheterogeneityが関与し、さらに肝再生がかかわる物質の遺伝子発現やその調節に与る蛋白合成にも小葉内heterogeneityが存有し、微小循環障害と密に関係していることが明かとなった。
痛み感覚の客観的な評価を目指した触覚刺激呈示装置の研究

本研究では、医療現場での痛み感覚の客観的評価手法の提案と言語化された痛み感覚の表現を客観化(数値化)するための指標を構築することを目指している。そのため、振動刺激や温度刺激といった複数の物理刺激を組み合わせて触覚を生成し、対象者へ刺激を呈示することで痛み感覚を惹起させることができる触覚刺激呈示装置を開発し、その有効性を明らかにすることを目的としている。本年度は、これまでに得られた知見を踏まえ、痛み感覚の表現を客観化するため、個人間における一定した触覚刺激により触覚知覚特性を評価することができる装置を目指し、触覚知覚の特性評価(閾値計測)を行うことが可能な触覚刺激呈示装置の試作と評価を行い、個人間での触覚知覚特性の違いを客観化できるパラメータの選定を進めた。まず、昨年度に試作した複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置を改良し、複数部位に対する刺激を一定とすることが可能となった。この改良した装置を用いて、健常者を対象とした評価実験を実施し、その結果から振動刺激を用いることでの刺激呈示部位の違いによる触覚知覚特性の違いを確認した。加えて、一定した痛み感覚を惹起させるための触覚知覚の個人特性の基礎的知見を得るため、触覚知覚の簡便な評価を行うことができる一つの手法として、振動刺激とは他の触覚刺激を用いた触覚刺激呈示装置を試作し、この装置を用いて青壮年期および高齢期での幅広い年代での評価実験を実施し、その結果から、触覚感覚に変化を及ぼす要素を抽出するため、皮膚の特徴など複数のパラメータを用いて検証を行い、個人差のない一定した触覚刺激呈示方法の検討を行った。今年度は、昨年度に試作した上肢などに対して複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置の改良のため、振動の周波数解析などを行いながら、回路設計上の修正を重ねた。加えて、本研究で目指している、振動刺激や温度刺激といった複数の物理刺激を組み合わせて触覚を生成して痛み感覚を惹起させる手法における、触覚刺激呈示装置を使用した際の個人間の知覚特性の影響を排除させるため、触覚知覚の簡便な評価を行うことができる手法を検討した。一つの手法として、振動刺激とは他の触覚刺激を用いた触覚刺激呈示装置を試作し、この装置を用いて青壮年期および高齢期での幅広い年代での評価実験を実施し、年齢や性別といった比較パラメータにより、個人間での触覚知覚の特性の比較などを実施した。以上の通り、装置の試作と実験計画書の準備と申請により次年度の計測実験に向けての準備を行っていることから、おおむね順調に進展していると考えられる。最終年度には、これまでの成果を活用し、健常群の評価実験を継続して実施しつつ、実際に日常生活中で知覚異常に悩む協力者を対象とした評価実験についても実施予定である。そして、年齢や疾患などを含んだ触覚知覚特性の比較を行いながら、本研究で取り組んでいる医療現場での痛み感覚の客観的評価手法の提案のため、多角的なパラメータによる比較を行いながら、本研究の社会的応用を見据えて取り組んでいく予定である。本研究では、医療現場での痛み感覚の客観的評価手法の提案とそして言語化された痛み感覚の表現を客観化(数値化)するための指標を構築することを目指している。まず、神経障害性の痛み感覚に悩んでいる人たちが知覚異常を起こしやすい触覚刺激について聞き取り調査を行い、触覚刺激に起因する複数の物理刺激を組み合わせる呈示手法により惹起できる痛み感覚との比較を行うことを検討した。本年度は、神経障害性の痛み感覚に悩んでいる人たちが知覚異常を起こしやすい触覚刺激(苦手な刺激・知覚しにくい刺激)についての聞き取り調査を行うために、臨床現場の医師・看護師・理学療法士らとの意見交換を重ね、医療現場での痛み感覚の客観的な評価方法の課題や計測対象となる場面について検討を行った。また、触覚刺激の選定のため、物理刺激の中でも刺激の生成の容易さなどから振動刺激を用いた装置の試作を行い、上肢などに対して複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置を試作した。この装置を用いた神経障害性の原疾患がない人を対象としたパイロット実験を行い、実験協力者の上肢へ振動刺激の大小を調整した複数パターンの刺激を呈示した場合に人工的に生成できる痛み感覚(痒み感覚や痺れ感覚)を惹起することができるかを検証し、この装置の有効性を検証した。今年度は、神経障害性の痛み感覚に悩んでいる人たちが知覚異常を起こしやすい触覚刺激についての聞き取り調査を行うため、臨床現場での実験計画の立案と医師・看護師・理学療法士らと意見交換をしながら、当事者が直面している課題について問題点を検討した。さらに、物理刺激の中でも刺激の生成の容易さなどから振動刺激を用いた装置の試作を行い、上肢などに対して複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置を試作した。この装置は、ヒト体表面の複数箇所に振動刺激を同時に呈示できることや、柔軟な素材に対しての実装を可能としていることから、使用者が容易に装着を行うことや動きを制限しないという利点を持っている。

本研究では、医療現場での痛み感覚の客観的評価手法の提案と言語化された痛み感覚の表現を客観化(数値化)するための指標を構築することを目指している。そのため、振動刺激や温度刺激といった複数の物理刺激を組み合わせて触覚を生成し、対象者へ刺激を呈示することで痛み感覚を惹起させることができる触覚刺激呈示装置を開発し、その有効性を明らかにすることを目的としている。本年度は、これまでに得られた知見を踏まえ、痛み感覚の表現を客観化するため、個人間における一定した触覚刺激により触覚知覚特性を評価することができる装置を目指し、触覚知覚の特性評価(閾値計測)を行うことが可能な触覚刺激呈示装置の試作と評価を行い、個人間での触覚知覚特性の違いを客観化できるパラメータの選定を進めた。まず、昨年度に試作した複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置を改良し、複数部位に対する刺激を一定とすることが可能となった。この改良した装置を用いて、健常者を対象とした評価実験を実施し、その結果から振動刺激を用いることでの刺激呈示部位の違いによる触覚知覚特性の違いを確認した。加えて、一定した痛み感覚を惹起させるための触覚知覚の個人特性の基礎的知見を得るため、触覚知覚の簡便な評価を行うことができる一つの手法として、振動刺激とは他の触覚刺激を用いた触覚刺激呈示装置を試作し、この装置を用いて青壮年期および高齢期での幅広い年代での評価実験を実施し、その結果から、触覚感覚に変化を及ぼす要素を抽出するため、皮膚の特徴など複数のパラメータを用いて検証を行い、個人差のない一定した触覚刺激呈示方法の検討を行った。今年度は、昨年度に試作した上肢などに対して複数部位に振動刺激を同時に呈示できるような柔軟でウェアラブルな装置の改良のため、振動の周波数解析などを行いながら、回路設計上の修正を重ねた。加えて、本研究で目指している、振動刺激や温度刺激といった複数の物理刺激を組み合わせて触覚を生成して痛み感覚を惹起させる手法における、触覚刺激呈示装置を使用した際の個人間の知覚特性の影響を排除させるため、触覚知覚の簡便な評価を行うことができる手法を検討した。一つの手法として、振動刺激とは他の触覚刺激を用いた触覚刺激呈示装置を試作し、この装置を用いて青壮年期および高齢期での幅広い年代での評価実験を実施し、年齢や性別といった比較パラメータにより、個人間での触覚知覚の特性の比較などを実施した。以上の通り、装置の試作と実験計画書の準備と申請により次年度の計測実験に向けての準備を行っていることから、おおむね順調に進展していると考えられる。次年度には、本年度に試作を進めたウェアラブルな触覚刺激呈示装置を用いた計測実験を行い、健常被験者を対象とした振動刺激の周波数や刺激強度を変化させた場合における痛み感覚についての主観的評価を行う。さらに、振動刺激に限らず、温度刺激などの複数の物理刺激を組み合わせた場合での評価や、刺激呈示部位を変えた場合での評価などを重ねながら、装置開発と人間工学実験を行い、本研究の目的に向けて取り組んでいく予定である。最終年度には、これまでの成果を活用し、健常群の評価実験を継続して実施しつつ、実際に日常生活中で知覚異常に悩む協力者を対象とした評価実験についても実施予定である。