hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌性幹細胞の未分化維持と腫瘍形成におけるCD133の機能解析とその臨床応用

固形腫瘍においても、幹細胞様の性質を示す細胞群(癌性幹細胞)の存在が示唆されている。この癌性幹細胞のマーカーとして注目されるが機能不明なCD133の腫瘍形成および幹細胞性維持における機能を、ヒト大腸がん細胞を用いて検討した。その結果CD133は直接的に腫瘍形成を増強する機能を持つことが明らかになった。その分子機序として、AKTを介したβ-cateninの活性化が見出され、その結果、分化誘導の抑制にも関与することが明らかになった。さらに、CD133遺伝子の転写調節にはGATA6が関与する可能性が示唆された。これらの結果から、CD133はヒト大腸がん細胞の腫瘍形成と未分化性の維持に関与することが示された。固形腫瘍においても、幹細胞様の性質を示す細胞群が含まれることが報告されて以来、がん組織の起源となる癌性幹細胞の存在が示唆されている。ヒト固形腫瘍細胞における幹細胞マーカー発現の意義を、腫瘍関連間質の形成能力という面から検討していくために、平成21年度は以下の解析を行った。1. CD133陽性の大腸がん細胞株から、RNA干渉によってCDI33発現レベルを低下させた大腸がん細胞株を作製した。当該細胞はヌードマウス皮下において腫瘍形成能が低下し、さらに、足場非依存的増殖能の低下していた。2.腫瘍形成が低下した分子機序を解明するため、大腸がんでも発がん機序に深く関与するPI3K/AKT経路の活性化を検討した。その結果、CD133低下細胞株は、PI3K阻害剤によって容易に細胞死が誘導され、さらにPI3Kによって制御されるAKTはその酵素活性が低下していた。3. AKTは、β-カテニンの核内移行を促進し、その転写誘導能を活性化することで、がん化を亢進する。CD133低下細胞株では、核内のβ-カテニン量が減少し、その転写活性化能も低下していた。β-カテニンの不活性化は大腸幹細胞の終末分化を引き起こすが、当該細胞でも、分化誘導が促進される結果が得られた。本研究から、CD133はPI3K/AKT経路を経てβ-カテニンの活性化を制御し、その結果、腫瘍形成能力の賦与する可能性が示めされた(平成21年日本癌学会にて報告、投稿準備中)。ヒト固形腫瘍細胞における幹細胞マーカー発現の意義を、腫瘍関連間質の形成能力という面から検討して、平成22年度は以下の結果を得た。1.PCR法でヒトCD133第2エクソン遺伝子の上流2200塩基対のDNAを単離し、ルシフェラーゼ遺伝子と連結した。これを大腸がん細胞に導入すると、ルシフェラーゼ遺伝子の発現が誘導されたことから、プロモーター活性を持つことが示された。さらに、段階的に5'-上流領域を欠失させた変異プロモーターの解析から、約200塩基上流部は転写調節に重要なcis-elementであることが示された。2.データベースによる遺伝子配列の検索から、当該領域にはGATAファミリーに属する転写因子の認識配列が含まれていた。大腸がん細胞株では、GATA6の発現がCD133の発現と一致した。また、GATA6は酪酸プチルによって発現抑制されることを見出し、これはCD133の発現低下と一致した。3.遺伝子導入およびRNAiによる発現抑制によってGATA6発現量を変化させると、CD133遺伝子の発現が同様に変化した。また、クロマチン免疫沈降の結果から、GATA6が当該領域に結合することを見出した。本研究から、CD133第2エクソン遺伝子の上流には、GATA6によって制御されるCD133遺伝子の新たな転写調節領域が含まれる可能性が示めされた(平成22年日本癌学会にて報告、投稿準備中)。ヒト固形腫瘍細胞における幹細胞マーカー発現の意義を、検討した。平成23年度は、これまでに培養細胞株から得られた知見についてヒト大腸がん組織を用いて検証し、以下の結果を得た。1.ヒト大腸がん臨床検体中に含まれるCD133陽性細胞の性状をフローサイトメトリー法で検討した。その結果、CD133はEpCAMおよびCD44の2重陽性細胞の一部に発現し、その存在率は0.5%5%程度であった。2.申請者らはCD133発現レベルがAKT活性化レベルと正の相関があることを見出していた。

そこで、EpCAM、CD44およびCD133の3重陽性細胞中のAKT活性化をそのリン酸化レベルで検討したところ、EpCAM、CD44およびCD133の3重陽性細胞中のAKTは、EpCAMおよびCD44の2重陽性細胞と比較して、強く活性化していた。3.AKTはβ-cateninを活性化し、その標的遺伝子の一つであるCD44発現を誘導する。そこで、申請者らは、ヒト大腸がん組織から単離した細胞のCD133およびCD44の発現レベルをフローサイトメトリー法で検討した。その結果、CD133陽性細胞のCD44発現レベルは、CD133陰性細胞と比較して、高いことが明らかになった。以上の結果から、CD133は、実際のヒト大腸がんの内部においてもAKT/β-catenin経路を介して、発がん増強に機能している可能性か示唆された(平成23年度、日本癌学会にて口頭発表、論文投稿準備中)。
新生児糖尿病の網羅的な病因・病態の解明と分子診断アルゴリズムの作成

日本人新生児糖尿病65例中、53例(81.5%)の原因遺伝子を同定した。染色体6q24異常、KCNJ11遺伝子変異がともに約30%で認められ、前者は一過性糖尿病の、後者は永続性の主たる原因であるとともに、ABCC8遺伝子、INS遺伝子、GATA6遺伝子、FOXP3遺伝子が日本人患者で認められた。6番染色体部分ダイソミーが一過性糖尿病を招くこと、GATA6遺伝子異常が先天性心疾患、内臓奇形を合併する膵形成不全を来すことを見いだした。新生児糖尿病は、臨床経過よりpermanent neonatal diabetesmellitus(PNDM)およびtransient neonataldiabetesmellitus(TNDM)に分類されるが遺伝的にheterogenousな疾患である。これまで、KCNJ11遺伝子およびABCC8遺伝子異常はスルホニルウレア治療が有効であること、6番染色体長腕6q24領域の過剰発現はTNDMを来すが、後に再発することが知られており、これらの同定は治療および予後推定の上で重要である。一方、30%の症例は原因不明である。今年度、原因の同定されていない23例の新生児糖尿病患者を対象にKCNJ11、ABCC8、6q24および日本人における頻度が不明であるINS遺伝子解析を施行した。その結果、これまで集積した症例も合わせ、19例のPNDMにおいて、KCNJ11変異を53%、ABCC8変異を16%、INS変異を11%に同定した。また、27例のTNDMにおいて、6q24異常を67%、KCNJ11変異を15%、ABCC8変異を7%に同定した。以上より、85%の分子基盤が判明し、また、INS変異は日本人PNDMの第3の原因であることを初めて明らかにした。この知見は、患者フォローのために、新生児糖尿病における遺伝子診断での確定診断の重要性を示すものである。さらに新たな遺伝学的知見として、一組の一卵性双胎において、6番染色体部分ダイソミーがTNDMを呈することを初めて報告した。本症例では、同領域について母由来のアレルは同定されず、モザイクは否定的であった。従って、本症例の部分ダイソミーは、postzygotic recommbinationによらない、受精前からの形成を示唆する傍証であり、部分ダイソミー形成機序解明に寄与する知見と考えられる。今年度は、前年度に引き続き、症例の集積ならびに候補遺伝子解析の継続(1)ならびに、新規原因遺伝子同定のため、次世代シークエンサーを用いて、全exonシークエンスを原因不明症例に対し施行した(2)。(1)については、新規12症例に対し、染色体6q24、KCNJ11、ABCC8およびINS遺伝子解析を行い、6番染色体paternal uniparental disomyを2例に、KCNJ11遺伝子変異を3例に、ABCC8遺伝子変異を1例に同定した。これらの結果は、昨年度までの報告と同様に、これらが主たる原因遺伝子であることが確認され、日本人新生児糖尿病58例中44例(76%;6番染色体異常19例、KCNJ11遺伝子変異19例、ABCC8遺伝子変異6例、INS遺伝子2例)の原因を明らかにした。さらに、新たな候補遺伝子として、INS遺伝子の非翻訳領域、promotor領域の解析も施行したが、これらには変異を認めず、新生児糖尿病の主要な遺伝子ではないことがわかった。KCNJ11およびABCC8遺伝子変異を同定することは、インスリンからスルホニルウレアへの変更することにより、良好な血糖コントロールが絵荒れることが多く、積極的な遺伝子解析をすすめる根拠を示した。(2)については、上記ならびに、PDX1遺伝子変異を認めない膵低形成症例に関し、全exonシークエンスを行った。その結果、22479SNPsが同定され、そのうち1843SNPsはこれまで報告のないSNPsであった。これらのSNPsの一部に、候補遺伝子と考えられる器官形成に関わる転写因子が同定されており、これらの解析を行っていく。さらに、同様の表現型を示す症例を解析することにより、原因遺伝子同定が可能と考えられ、病態解明に寄与できると思われる。新生児糖尿病(生後6か月未満発症)の原因遺伝子を明らかにすることならびにその血糖コントロール指標を検討した。遺伝子解析として、今年度、新に解析依頼のあった症例およびこれまで解析未施行であった9例に対し、既知遺伝子スクリーニングならびに次世代シークエンサーを用いた新規責任遺伝子の同定を行った。その結果、2症例でpaternal uniparental disomy(pUPD6)を、2症例でKCJ11遺伝子に既報のヘテロ接合変異を同定した。これらの表現型は、KCNJ11遺伝子変異の1例を除き一過性糖尿病であった。既知遺伝子変異を認めなかった1例に、新規責任遺伝子GATA6のナンセンス変異をヘテロ接合性に認めた。この症例は、膵形成不全と先天性心疾患を有していた。同様の表現型を有する他の1症例において、GATA6遺伝子のヘテロ接合性indelを認めた。

以上の結果は、6q24遺伝子はこれまで報告同様一過性糖尿病を示すこと、KCNJ11遺伝子変異は一過性の場合も永続性の場合も考慮すべきことを追試するデータである。また、GATA6遺伝子ハプロ不全が先天性心疾患を有する膵形成不全の責任遺伝子であることを初めて明らかとした。新生児糖尿病の血糖コントロール指標として、HbAlcとグリコアルブミン(GA)を検討した。その結果、HbAlcは胎児ヘモグロビンの影響を受け、血糖コントロールを反映しないこと、GAは血糖と強い正の相関を示した。これまで、新生児糖尿病の血糖コントロールマーカーについての報告はなかったが、初めてGAの有用性を示すことができた。
超臨界二酸化炭素抽出法を用いた廃棄物からの貴金属リサイクルシステムの開発

超臨界二酸化炭素のみによる抽出では、貴金属は全く抽出されないことが確認された。このことから、超臨界二酸化炭素による金属の抽出には、キレート剤の添加が不可欠である。貴金属の抽出効率に対して、キレート剤の種類が、最も大きな影響を及ぼすことが示された。実験に用いたキレート剤の中では、TBP-HNO3がパラジウムの選択的な抽出に効果的であることが確認できた。パラジウムは、硝酸でイオン化されたのちにTBPの配位により、超臨界二酸化炭素に溶解できる錯体が形成されるため、抽出されたと推測される。一方、白金は、硝酸によるイオン化は不可能であるため、また、ロジウムは、硝酸によるイオン化は可能であるものの、TBPの配位かできなかったため、錯体が形成されず抽出ができなかったと考えられる。このように抽出メカニズムを把握し、キレート剤および酸溶媒を各貴金属の特性に合わせて設計することにより、一種の貴金属のみを選択的に抽出できるプロセスを構築できる可能性を示した。抽出温度(40-70°C)の検討では60°Cが、抽出圧力(10-30MPa)では20MPaが高効率に抽出できることが明らかとなった。また、貴金属の抽出に対して、撹拌が抽出率への影響について調査したところ、撹拌が貴金属の抽出率の向上に効果があり、特に抽出時間の短縮に対して有効であることが示された。本年度は、キレート剤を用いた超臨界二酸化炭素抽出法により、使用済み自動車触媒からの貴金属(パラジラム、白金、ロジウム)抽出について基礎的な検討を行った。はじめに、キレート剤の選定、抽出時間・温度・圧力、キレート剤量等が、貴金属の抽出率に与える影響について検討を行った。ここでの貴金属の抽出率は、誘導結合プラズマ(ICP)分析により測定した金属の濃度に基づき算出した。実験に用いたキレート剤の中では、TBP-HNO_3がパラジウムの選択的な抽出に効果的であることが確認できた。一方、白金は、硝酸によるイオン化は不可能であるため、また、ロジウムは、硝酸によるイオン化は可能であるものの、TBPの配位ができなかったため、抽出ができなかったと考えられる。TBP-HNO_3を用いてパラジウムが効率よく抽出できる実験条件の検討を行った。キレート剤添加量(2-12ml/mg-Pd)の検討では、今回検討した条件の中で10ml/mg-Pdが最も効率良く抽出できることが明らかとなった。静的抽出時間の検討では、60分でおおよそ抽出率が最大となっていた。これらの検討の結果に基づき、TBP-HNO_3が10ml/mg-Pd、温度60°C、圧力20MPa、静的抽出時間60分の条件で抽出を行ったところ、90%以上のパラジウムを抽出可能であることが明らかとなった。
視細胞死後の生体反応における液性因子の機能解析

1.High-mobility group box 1 protein(HMGB1)はラット網膜剥離後に主に視細胞核内で発現上昇し、アポトーシス細胞ではそれが認められないことから、核内HMGB1は網膜剥離ストレス下での視細胞の生存において重要な因子であることが示唆された。一方で、視細胞死に伴って細胞外へ放出される、細胞外HMGB1は、網膜剥離における視細胞変性という危険を伝える伝達因子である可能性を示唆した。またラット網膜剥離で、VEGF非依存性にstoromal cell-derived factor1(SDF-1)の眼内での増加が確認され、SDF-1を実験的に阻害することで視細胞死が増加したことからSDF-1の視細胞保護機能が示唆された。また両因子は細胞内ERKシグナルを介して作用していることを見いだした。2.我々のグループは、生体に近い極性を持つ網膜色素上皮細胞(RPE)の培養系の確立に成功している。TNF-a等の炎症性サイトカイン刺激を行うと、極性を持つRPEと極性を持たないRPEでは刺激による上皮バリア機能に関する反応性が異なる事を見いだした。Western-blotによって細胞内のMAPK発現量が異なる事が分かった。以上から、細胞内シグナル発現量の違いが前述の反応性の差異に関与すると考え、DNAマイクロアレイを利用して、網羅的に極性・非極性RPE細胞の遺伝子発現の違いを解析した結果、細胞内シグナルに関与するものとして、p38MAPK, NF-kBの発現が異なる事が分かった。現在、極性のあるRPE培養系を用いて、上記のHMGB-1およびSDF-1刺激を行い、細胞内シグナルとの関連を検討している。
肥満症及び糖尿病患者の自律神経機能に及ぼす運動処方の効果に関する研究

運動習慣のない中高年肥満女性26名を,運動群16名(年齢53.7±6.3歳,BMI27.2±2.1:mean±SD)及び対照群10名(年齢55.2±7.3歳,BMI26.7±2.4)に分け,運動群にはVO_<max>の5060%の運動負荷を1日3060分間,週34回,15週間行わせ,自律神経機能の変化とその要因を検討した。15週間で運動群は,BMIが平均1.9,水中体重法により推定した体脂肪量が3%,安静時心拍数が4/分減少し,体重あたりVO_<max>が2.9ml/kg/分,体重あたりBMRが1.9kcal/kg/d増加したが,対照群には有意な変化はなかった。自律神経機能では迷走神経心臓枝の活動を反映する安静時のRR間隔変動係数(CV)は運動群が2.9%から3.9%に増加し,心拍変動スペクトルの0.150.50Hzの積分値(HF)も運動群が125msec^2から326msec^2に増加したが,対照群には変化はなく,運動の継続により肥満者の安静時副交感神経機能が改善することが明らかになった。起立時の心拍変動特性では,初期の測定では起立によるCVの変化は認めなかったが,15週後の測定では運動群,対照群とも起立によるCVの増加が認められ,これは低周波数帯域の変動の増加の影響と考えられた。HFは初期の測定では両群とも起立による有意な変化は認めなかったが,15週後の測定では運動群のHFのみが起立により326msec^2から209msec^2と有意に減少し,運動は起立時の自律神経反射機能も改善することが推察された。次にCVの変化量を基準変数とし,BMI,体脂肪量,体重あたりVO_<max>,体重あたりBMR,心拍数及び呼吸数のそれぞれの変化量,年齢を説明変数として重回帰分析を行った結果,F値による変数増減法にてモデルに採択されたのは体重あたりのVO_<max>の変化量のみであり,DELTACV=0.188×DELTAVO_<max>/Wt+0.449,R=0.456(p<0.05)の関係が得られ,運動による安静時副交感神経機能の改善には体重あたりのVO_<max>の増加が強く関係していることが判明した。
スピン格子結合系の機能制御と臨界現象

新たな磁気・電気デバイスへの応用が期待されている磁気誘電体という物質群があります。本研究では、磁気誘電体に対する理論模型を構築し、磁場や温度による秩序状態の変化を機能制御の観点から計算機シミュレーションにより研究しました。詳細な磁場と温度の相図が得られ、実験未確認の新たな秩序相の予言まで行いました。また、臨界現象を解析する全く新しいスケーリング法の開発も達成することができました。本研究でとりあげる磁気誘電体RbCoBr3において、磁場中磁気誘電逐次相転移にする実験結を理論的に明らかすることが出来ました。この成果を直ちに実験研究者にフィードバックし、新たな実験計画・施設利用申請等に役立てています。では、以下に具体的成果について説明します。まず、この物質を説明する理論模型の再構築を行いました。大枠としては、予備研究で提案したスピン格子模型と同じなのですが、新たに第2隣接相互作用に関して4面体格子歪みに起因する磁気相互作用変調をり入れました。これにより、比較的リーズナブルな歪みパラメータによって実験結果が説明できることがわかりました。また、数値シミュレーショーンアルゴリズムも改良を行い、平均場的近似のない計算が可能となりました。これにより、相転移の性質も精密に解析できるようになりました。この新しい理論模型と計算アルゴリズムによって大規模数値計算を行いました。科研費によって導入した自作クラスターマシンの規模は、50ノード・200コア。これを個人で占有して使える環境は特筆すべきものです。これにより広範なパラメータスキャンも可能となりました。ゼロ磁場における実験結果を再現する物理パラメータの推定を行い、これを用いて磁場中ツミュレーションを行いました。磁場温度相図、磁化過程の温度変化の実験との比較により、g値推定、磁気転移と誘電転移の同定、磁場中磁気秩序状態の解明、磁気誘電同時相転移の起こる磁場温度領域の予測を行いました。今後実験が行われる高磁場誘電測定の指針となる理論予測が出来たことは実験サポートとしては非常に意義があることです。磁場印加によって誘電転移温度を動かすことが出来ることも明らかにしました。誘電体の機能制御についての知見が得られました。また、μSR実験で観測された新たな磁気秩序相が1/2フェリ状態である可能性を指摘しました。以上の通り初年度の研究課題は当初の研究実施計画の通り達成できました。磁気誘電体RbCoBr3に関する初年度の研究成果を発展させ、磁場温度相図および各相の秩序状態を明らかにしました。磁場中誘電率や磁化過程の解析も行い、磁場によって低温での誘電分極が増大する可能性を指摘しました。弱磁場領域と強磁場では逐次相転移の仕方が異なり、前者においては1/2フェリ状態と名付けた新たな磁気秩序相が存在することを発見しました。また、格子歪みが起きない類似物質における低温磁気秩序相が平均場近似で予言された対称フェリ状態ではなく非対象フェリ状態である可能性も指摘しました。臨界現象の新たな解析手法として「相関長スケーリング法」を提案しました。これは、有限サイズスケーリング法、有限時間スケーリング法に次ぐ第三のスケーリング法であり、両者の長所を折衷したものとも言えます。本研究課題で扱うランダムに歪んだフラストレーション系ではモンテカルロ緩和が非常に遅くなり、そのような系で特に威力を発揮する方法です。これを、ランダム磁性体の標準模型であるイジングスピングラスモデルに適用して、その効果を実証しました。スピン格子系にとどまらず広く一般に適用可能で、その波及効果は大いに期待できます。最後に、連続スピン系への応用の準備として最近新たに提案された、「詳細釣り合いを満たさないモンテカルロ法」をハイゼンベルグ模型に応用してみました。しかし、劇的に計算スピードを加速するには至らず、従来法との併用が現実的であることが分かりました。本研究課題で開発した「相関長スケーリング法」を用いて、イジングスピングラス模型のスピングラス転移とそのフリージングダイナミクスについて調べました。ここでは、研究対象を磁気誘電体からフラストレーション系一般へと広げ、研究成果の波及効果を高めることを目的としています。スピングラスは、フラストレーションが部分的にランダムに緩和された磁性体です。長い研究の歴史があるにもかかわらずその低温相描像は未だに決着がついていない非常に難しい研究課題です。本研究では、この低温相において、臨界状態が連続的に存在する「臨界線」が現れることを指摘しました。通常の強磁性体でおこる二次転移の場合には臨界状態は転移温度直上においてのみ存在します。それが、低温相の連続する温度領域で存在するということです。これまでの先行研究では、異なる相転移温度と臨界指数が報告されていましたが、これらはすべて「臨界線」の存在で説明することができます。また、低温相描像についても重要な知見が得られました。それは、低温相状態が強磁性体のような固い状態とは異なる可能性が高くなったということです。

磁気誘電体における電場磁場温度相図に関する研究課題に関しては、必要とする計算スピードを得るために、GPGPUと呼ばれるグラフィックカードを用いた計算機システムの構築を行いました。従来のCPUのみの計算に比べて約10倍の高速化ができることを確認しました。ただ、実際の数値計算については23年度内には収束しなかったため、大学院生の修理論文課題として引き続き研究を行います。
バイオセンサ用酵素電極の表面設計とキャラクタリゼーションに関する研究

高価な酵素の節減を図り、応答が速く界面プロセスの解析が容易なバイオセンサ用酵素電極の実現を目的として、グルコースオキシダーゼ(GOD)で表面化学修飾した電極を作成しそのキャラクタリゼーションを行った。得られた知見を以下に列挙する。1.グラファイト表面を酸化・還元処理し、塩化シアヌルと反応させたのちGODと反応させることにより、単分子層相当量のGODで化学修飾されたグラファイト電極を作成することができた。2.酸化スズ透明電極を塩化シアヌル含有トルエン中で還流したのち5GODと反応させることにより、GOD化学修飾酸化スズ電極を作成することができた。3.これらGOD化学修飾グラファイト又は酸化スズ電極を作用極として電解液にグルコースを添加することにより、グルコース濃度に応じた過酸化水素の酸化電流が観測された。添加時より定常電流に達するまでの時間は、予想どおり十分に短く、約12分であった。4.電流応答ーグルコース濃度曲線の解析により、化学修飾GODの見掛けのミカエリス定数として56.0mMが得られた。5.化学修飾反応時のGOD濃度を一連に変えることにより、GOD修飾量を異にする酵素電極が作成できた。約100mgGOD/7ml以上においてセンサ応答は飽和に達し、単分子層相当量の化学修飾電極が得られたと推測される。センサ応答のダイナミックレンジは表面修飾量が低いほど広くなることが判明した。6.今後の展開として、GOD表面修飾量の定量化手法の確立、LB法による酵素電極作成法の開発、素子の微小化、酵素安定性の定量的制御などについて検討を進めている。
血球バイオメカニクスに基づく微小管網内レオロジーと急性循環障害機序の理解

昨年度に続いて,管路網の構造およぼ血球の変形運動に応じた血流挙動について,マルチスケールバイオメカニクスの観点から以下の検討を進めた.1.実際の微小血管網構造を模したPDMS微小流路内の血流を計測し,得られた結果について0次元血流モデルを用いた流体解析をした.その結果,管路網の血流では,流れの分岐に応じた作動流体の抵抗変化と,バイパスとしての周囲流路の効果の両方が存在し,その相互作用に応じて流量分配や圧力降下が決まることが分かった.2.血液の見かけの粘度がヘマトクリットに対して単調増加する式を使い,微小血管網内の非線形なレオロジー特性を調べた.その結果,ヘマトクリットが0.150.3程度のときには,血管網における流量分配や圧力降下に大きな差は出なかった.血管径の大きさや個々の血球の影響について,さらなる考慮が必要であることがわかった.3.赤血球の体積分率(ヘマトクリット)および力学的特性に対する血流挙動の感度を計算機シミュレーションで調べた.その結果,両者が微小循環の血流挙動に無視できない影響を持ち,流路のバイパス機能にも影響を与える可能性があることが示された.4.実際の臓器における血管網構造に対して,流路構造を数,直径と長さ,分岐数などで定量的にモデル化し,0次元血流モデルを用いた血流解析を行った.その結果,同じ血管の種類や世代の中で,流量や圧力等の流体力学量に分布があることがわかった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。微小管路における血流挙動をマルチスケールバイオメカニクスに基づいて理解するため,以下の検討を進めた.1.直管,2分岐管および実血管形状を模した多分岐管について,管径をパラメタとして微小流路を試作した.トレーサー粒子と高速度カメラを用いた計測法を用いて,試作した流路内の流れ場を定量的に求めた.2.従来提案されてきた赤血球の力学モデルについて,せん断流れにおける変形と膜回転周期を高精度で表現することを試みた.その結果,非線形な粘弾性特性の精緻なモデリングが重要になることがわかった.3.複数赤血球の変形と運動を高精度かつ効率的に計算するために,粒子法コードの高精度化を行うと共に,スペクトラル境界要素法の開発を進めた.実験計測方法および計算機シミュレーション法の開発が想定通りに進み,それを用いた初期の研究成果が得られた.微小管路における血流挙動をマルチスケールバイオメカニクスに基づいて理解するため,以下の検討を進めた.1.直管,2分岐管および実血管形状を模した多分岐管について流路を試作し,蛍光粒子をマーカーとして入れた水溶液および羊血液を作動流体として,in vitro血流計測を試みた.顕微鏡下における高速度カメラ撮影を用いて,流路内の赤血球運動速度の計測を行った.計測結果をin vivo実験結果と比較して,本実験系の基本的な特性と妥当性を検証した.2.赤血球の膜力学モデルについて,非線形な粘弾性特性を直接的にモデリングして数値計算を行い,実験結果との比較を通じて,材料定数を同定した.伸張変形と膜回転周期について,実験的に計測されたデータの平均値および標準偏差について,それぞれを表現できる粘弾性係数の範囲を検討した.3.実血管形状に対する三次元イメージベーストモデルを作成し,多数の赤血球の変形運動を考慮した微小循環の直接数値シミュレーションを粒子法を用いて行った.分岐部における赤血球の特徴的な変形,衝突や分配などが,良く表現された.流量および圧力降下についてin vivo実験結果との比較を行い,本計算の妥当性を検証した.4.基板上で能動的に運動する細胞の計算力学シミュレーションモデルの開発を進めた.その結果,焦点接着斑に応じた細胞の変形が,細胞の弾性力学的な変形によって首尾良く表現できる可能性が示された.実験計測方法および計算機シミュレーション法の開発が想定通りに進み,それを用いた研究が順調に進んだ.微小管路網における血流挙動について,赤血球の力学特性と管形状に着目しながら,マルチスケールバイオメカニクスに基づいて以下の検討を進めた.1.実血管形状を模した微小多分岐管のPDMS流路を作成し,羊保存血液を作動流体として用いてin vitro血流計測を行った.計測した血流挙動は,流路形状(長さと管径)と動的ヘマトクリットに応じた流動抵抗で説明できることを示した.複雑な流路形状を再現する本in vitro実験と,in vivo実験および計算機シミュレーションとを組み合わせて,それぞれの結果の差分を捉えることで,微小循環の振る舞いの詳細な理解が進むものと期待できる.2.複数の赤血球を含む懸濁液として血液を捉えて,その流れの力学計算を精密に行うために,高次精度の微分モデルを援用して粒子法の改良を進めた.赤血球について,膜変形と流れとの連成を行った結果,せん断速度や圧力の値を,従来の粒子法より正確に評価できることが分かった.この手法は,局所的な力学状態に応じた血球や血管の表面性状の変化や,それに応じた血球の挙動変化の仕組みを調べるのに,有用であると考えられる.3.微小2分岐管内における血流の三次元数値シミュレーションを行い,細胞膜の弾性が赤血球の変形および運動に与える影響を調べた.

その結果,弾性に応じて分岐部近傍における血球の変形と運動が変化し,それに応じて,血球の管断面内の位置が決まる様子が示された.実験計測方法および計算機シミュレーション法の開発が想定通りに進み,それを用いて研究が順調に進んだ.昨年度に続いて,管路網の構造およぼ血球の変形運動に応じた血流挙動について,マルチスケールバイオメカニクスの観点から以下の検討を進めた.1.実際の微小血管網構造を模したPDMS微小流路内の血流を計測し,得られた結果について0次元血流モデルを用いた流体解析をした.その結果,管路網の血流では,流れの分岐に応じた作動流体の抵抗変化と,バイパスとしての周囲流路の効果の両方が存在し,その相互作用に応じて流量分配や圧力降下が決まることが分かった.2.血液の見かけの粘度がヘマトクリットに対して単調増加する式を使い,微小血管網内の非線形なレオロジー特性を調べた.その結果,ヘマトクリットが0.150.3程度のときには,血管網における流量分配や圧力降下に大きな差は出なかった.血管径の大きさや個々の血球の影響について,さらなる考慮が必要であることがわかった.3.赤血球の体積分率(ヘマトクリット)および力学的特性に対する血流挙動の感度を計算機シミュレーションで調べた.その結果,両者が微小循環の血流挙動に無視できない影響を持ち,流路のバイパス機能にも影響を与える可能性があることが示された.4.実際の臓器における血管網構造に対して,流路構造を数,直径と長さ,分岐数などで定量的にモデル化し,0次元血流モデルを用いた血流解析を行った.その結果,同じ血管の種類や世代の中で,流量や圧力等の流体力学量に分布があることがわかった.開発した実験手法および計算手法を洗練させながら,力学原理に基づいて,力学パラメタ間の関係を定量的に明らかにしていく.開発した実験手法および計算手法を洗練させながら,力学原理に基づいて,忠実なモデリングに基づく微小循環の定量的理解を順次進める.開発した実験手法および計算手法を洗練させながら,微小循環に応じた生理的および病的な現象の理解を進める.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
日本語教育の視点に基づいた日本語アクセント記述の再検討

本研究においては、4年間の研究機関において、次の4点を行う計画である。1.国内外の日本語アクセント教育における現状の問題点の把握、整理/2.アクセント記号の影響、説明方法の影響の、実験的手法による解明/3.研究の知見を取り入れた指導法の立案、教育現場における検証/4.指導法の提案、研究成果の還元上記1.から4.のうち、初年度である2018年度は、1.および2.を行う計画であった。1.については、取り掛かりとしてまずは日本語アクセントおよびその教育方法に関する文献・資料の収集、整理を行い、これまでの研究をふり返った。各国で出版されている日本語教材のアクセント記号についても調査、整理を開始した。2.については、所属機関内でデータを収集する機会が得られたので、パイロット的なデータを収集した。具体的には、日本語を母語としない学習者を対象とした「発音」や「日本語音声学」の授業において、学習者計18名の音声を録音した。段階観に基づく「下がり目」としてアクセントの説明を行い、そこから文のイントネーションを実現するトレーニングを行ったのち、この授業を受けた学習者が、授業の前後で日本語の韻律にどのような変化を見せるかを調べることが目的である。これらのデータは次年度以降に分析を進め、これを踏まえた上で、海外の教育現場における調査につなげる予定である。以上に加え、当研究の概要に関して発表(招待講演)を行った。発表の前後には、参加者や研究協力者との間で、アクセント記号の意味、これまでのアクセント観の問題点、改善の可能性などについて、議論を行うことができた。初年度にしてパイロットデータの収集、及び発表を行うことができたので、計画は順調に進んでいると言える。一方、海外におけるデータ収集の計画はまだ未定であり、次年度以降にこれを進める必要がある。海外におけるデータ収集のため、協力可能な機関と連絡を取り、計画を立てる。また国内で得られたパイロットデータも分析を進める。成果の一部は国内外の学会で発表を行う。海外でのデータ収集計画が2018年度の段階では未定であったため、このための経費を2019年度以降に繰り越すこととする。
乾燥地・半乾燥地生態環境の広域数値解析

本研究課題は諸般の事情(チュニジア共和国での地上調査許可の取得や協力者の確保等)によって実施が遅れたため,研究費の繰越申請を行って実際には2008年度2009年度に実施した.また,許可を得て解析作業は2010年度まで実施した.ASTER人工衛星画像が2008年5月より植生解析に重要なセンサーが不具合により使用不能に陥ったため,当初予定していた調査と同期した衛星画像の観測が不可能となった.よって,地上調査解析に重点をシフトし,将来的に他の衛星画像にて植生解析できるためのデータセットを作成した.また,調査計画策定や暫定的な植生解析のために調査時期と異なる過去の衛星画像を前年度購入して簡易解析をしたが,季節が異なるために当初予定していた手法では満足な結果が得られなかった.2年間の地上調査によって,チュニジア共和国の半乾燥地・乾燥地のカッセリーン県ガフサ県までの約1100km^2で簡易的なものも含めて26区画の植生調査を実施し,各地域に分布する代表的な植生を網羅的に把握することができた.また,各区画のバイオマスなどを数値解析するためにアロメトリー式を15個作成した(刈り取り調査ができず,文献からもアロメトリーが把握できていないものもある).ただし,これらの区画数では広域の場所を衛星画像解析するために必要なデータ数ではないため,現状では概要把握ができる程度であった.今後は無理のない計画で必要な地上調査データを取得するとともに,解析に充分な時間を割り当てて,必要な成果を得ることに勤めるべきと考えられた.本研究課題は諸般の事情(チュニジア共和国での地上調査許可の取得や協力者の確保等)によって実施が遅れたため,研究費の繰越申請を行って実際には2008年度2009年度に実施した.また,許可を得て解析作業は2010年度まで実施した.ASTER人工衛星画像が2008年5月より植生解析に重要なセンサーが不具合により使用不能に陥ったため,当初予定していた調査と同期した衛星画像の観測が不可能となった.よって,地上調査解析に重点をシフトし,将来的に他の衛星画像にて植生解析できるためのデータセットを作成した.また,調査計画策定や暫定的な植生解析のために調査時期と異なる過去の衛星画像を前年度購入して簡易解析をしたが,季節が異なるために当初予定していた手法では満足な結果が得られなかった.2年間の地上調査によって,チュニジア共和国の半乾燥地・乾燥地のカッセリーン県ガフサ県までの約1100km^2で簡易的なものも含めて26区画の植生調査を実施し,各地域に分布する代表的な植生を網羅的に把握することができた.また,各区画のバイオマスなどを数値解析するためにアロメトリー式を15個作成した(刈り取り調査ができず,文献からもアロメトリーが把握できていないものもある).ただし,これらの区画数では広域の場所を衛星画像解析するために必要なデータ数ではないため,現状では概要把握ができる程度であった.今後は無理のない計画で必要な地上調査データを取得するとともに,解析に充分な時間を割り当てて,必要な成果を得ることに勤めるべきと考えられた.2008年11月までに、文献調査、事前調査の結果か勘案してチュニジア乾燥地域の調査対象領域(行政区)の選定を行った。また、対象地域のTERRA/ASTERA人工衛星画像を入手し、解析可能な状況に変換した。人工衛星画像とGoogle Earthのデータから、詳細な調査地点の選定を実施し、事前準備とした。2008年11月1627日にかけて、研究協力者3名と現地調査を実施した。研究協力者は植物分類学の専門家(チュニジア人研究者)、植物社会生態学の専門家(日本人研究者)、学生であった。ガフサ県、カッセリーン県、シディブジッド県にて16地点調査を実施した。調項目は、種組成、現存量、立木密度、植被率、平均樹高であった。現存量は、優占樹種について刈り取り調査を実施しアロメトリー式を求め、個体サイズから計算した。上記の作業により、チュニジア乾燥地域の優占植生の分類を行う基礎データの半分を取得した。来年度に実施ずる調査とあわせることによって、チュニジア乾燥地の広域数値解析を実施できるよつになる。日本に帰国後、取得したデータを解析し、地上調査結果を取りまとめた。また、地上調査結果を基にして衛星画像解析を実施した。現在両者ともに解析中である。上記の調査に加え、植林の展開可能件を探るために、文献調査、現地視察、植林木のサイズ測定を行った。上記により条件によってはチュニジア乾燥地でも大規模植林を行える可能性があることが分かった。また、オーストラリアで研究してきた植林手法も適応できる可能性があることが示唆された.20年度予定の研究調査を、チュニジア共和国の研究協力者確保の関係やチュニジアの高等教育省より許可を得る関係上21年度に実施した。ただし、ASTER人工衛星画像が2008年5月より植生解析に重要なセンサーが不具合により使用不能に陥ったため、当初予定していた調査と同期した衛星画像の観測が不可能となった。よって、地上調査解析に重点をシフトし、将来的に他の衛星画像にて植生解析できるためのデータセットを作成した。また、調査計画策定や暫定的な植生解析のために調査時期と異なる過去の衛星画像を前年度購入して簡易解析をしたが、季節が異なるために当初予定していた手法では満足な結果が得られなかった。また、それ以外の衛星画像解析までは時間が足りなかった。

2年間の地上調査によって、チュニジア共和国の半乾燥地・乾燥地のカッセリーン県ガフサ県までの約1100km^2で26区画の植生調査を実施し、各地域に分布する代表的な植生を網羅的に把握することができた。また、各区画のバイオマスなどを数値解析するためにアロメトリー式を19個作成した(刈り取り調査ができず、文献からもアロメトリーが把握できていないものもある)。ただし、これらの区画数では広域の場所を衛星画像解析するために必要なデータ数ではないため、現状では概要把握ができる程度であった。上記のように、突発的な事態と途上国での作業が先進国並みにスムーズにはいかなかったため、当初の研究計画を全て完遂することができなかった。今後は無理のない計画で必要な地上調査データを取得するとともに、解析に充分な時間を割り当てて、必要な成果を得ることに勤めるべきと考えられた。
サルコペニア関連microRNAの消化器癌進展に対する分子機序の解明と臨床応用

近年、消化器癌において骨格筋量の減少(サルコペニア)が不良な短期・長期予後に関連することが報告されている。しかしその背景となる分子メカニズムについては不明な点が多い。我々はこれまでに、microRNAの中には癌組織中で癌抑制的な作用を持ち、担癌患者血漿で健常人と比較して濃度低下している癌抑制型microRNAも含まれており、これらの血中濃度を回復させることが新たな抗癌核酸治療となりうることも報告している。本研究では各種の消化器癌においてサルコペニアの病態を反映しうる血漿microRNAの同定と機能解析を行い、サルコペニア併存担癌患者に対する抗癌核酸治療への応用の可能性について検討する。
スマート機器などの環境３Ｄモデルを自動生成する環境教育支援システム

【研究の目的】再生可能エネルギーによる「スマート機器」の3Dモデルを作成し3次元都市モデル上に表示することにより、具体的な「次世代発電施設」や「太陽光発電を最適化する建物や街並み」の検討が行え、環境教育に資する。そのために、電子地図に基づいて、建物の3Dモデルをプログラムで自動的に作成するシステム開発を行い、「環境3Dモデルを自動生成する環境教育支援システム」を提案する。また、環境整備を目的とした「3次元地形モデル」を外周線などのキー等高線から自動生成するシステムの開発をあわせて行う。【研究の成果】2018年度の研究成果として、3次元建物モデルが建てられる整備した地形となる「3次元地形モデル」を外周線などのキー等高線から自動生成するシステムを開発・提案した。こうした3D仮想空間による環境教育の重要な「情報インフラ」を提供することにより、学術的な分野から公共事業の情報公開、住民参加の場まで利活用が期待される。また、筆者らは、電子地図上の直角建物ポリゴンを長方形の集まりまで分割・分離し、各長方形の上にBox形状の建物本体を配置して3次元建物モデルを自動生成した。本研究では拡張したstraight skeleton手法を用いて、非直角建物ポリゴンを含む、あらゆる形状の建物ポリゴンに対して、数値演算エラーを発生させることなく、現実にありうる形状の屋根付き建物の3Dモデルを自動生成し、環境への適応性を検討することを可能とした。【研究の意義、重要性】本研究では、電子地図に基づいて、再生可能エネルギーに適した建物の3Dモデルを自動生成するシステムを開発した。本研究の開発システムにより、環境教育を支援する教材となる、環境3Dモデル、街並みの3Dモデル、3D地形モデルの制作時間を大幅に削減でき、メーカーや環境学の研究者によって設計案が異なるとき、それぞれの提案に応じた3Dモデルを提示できる。【研究の目的】太陽光、風力、水力等の再生可能エネルギーによる発電・送電を制御する「スマート機器」や各発電施設の3Dモデルを作成し、3次元都市モデル上に載せれば、具体的に、メガソーラーなど「次世代発電施設」はどのような形態になるか、あるいは、「太陽光発電を最適化する建物や街並み」はどのような形態になるかなどの検討を行え、環境教育に資する。しかし、現状では、多大な時間と労力を掛け、3Dモデルを作成している。そのため、施設レイアウトや住宅等の電子地図に基づいて、次世代発電施設や建物の3Dモデルをプログラムで自動的に作成するシステム開発を行い、「スマート機器などの環境3Dモデルを自動生成する環境教育支援システム」を提案することを目的とする。【研究の成果】2016年度の研究成果として、電子地図に基づいて、太陽光発電の最適化を目的とした3次元建物の自動生成システムを開発し、これにより利用者が「太陽光発電に適した街づくり」など環境問題や再生可能エネルギーの可能性を検討するケースにおいて支援することを可能とした。このような「再生可能エネルギーに適した街づくりのための3Dモデル」をテーマとした論文に加え、電子地図に基づき3Dモデルに自動生成するために、「3次元建物モデルの自動生成のための建物境界線の直角ポリゴン整形」をテーマとした論文を国内外の学会で発表した。あわせて、複雑な形状となる「太陽光発電に最適化した建物」、「スマート機器」の3次元モデリングを自動的に作成するするアルゴリズムの研究も進めている。【研究の意義、重要性】本研究で開発されるシステムにより、環境教育を支援する教材となる、「環境3Dモデル」や「街並みの3Dモデル」の制作時間を大幅に削減でき、メーカーや環境学の研究者によって、設計案が異なるとき、それぞれの提案に応じた3Dモデルを提示できる。本研究では、電子地図に基づいて、太陽光発電に適した建物の3Dモデルを自動生成するシステムを開発した。開発したシステムでは、一般的な屋根である「寄せ棟屋根」に太陽光パネルを配置するために、2枚の台形形状と三角形状の板屋根からなる寄せ棟屋根の形状や構造を明らかにし、そこへのパネルの配置手法を提案し、さらに、太陽光発電に適した建物として、太陽光発電の効率が高いとされる南向きの屋根を大きくした片流れ屋根の3Dモデルの自動生成手法をも提案した。本システムの活用事例として、「仮想の密集市街地」に対して、細街路を拡幅する等の一般的な区画整理を行い、その前後の街区、あるいは、太陽光発電に適した建物形状であるかないかで、太陽光発電がどのように変わるかを数値実験した。こうした3D仮想空間による環境教育の教材を提供することにより、街区レベルにおいて、敷地や建物を太陽光発電に適したかたちにして、再生可能エネルギーの利用を進めることを支援すると考えられる。また、電子地図上の建物境界線が「頂角がほぼ直角の直角ポリゴン」である場合、それらを長方形の集まりまで分割して、これら長方形の上に、Box形状の建物本体や上から見て長方形の屋根を配置して、3次元建物モデルを自動生成する手法を提案してきた。しかし、手作業で建物境界線を描くため、建物ポリゴンは厳密に頂角が直角の直角ポリゴンではなく、また、不必要な分割をしてしまう場合もある。そのため、Box形状を組み合わせて作る建物で、Box間に「隙間」や「重なり」が生じる。本研究では、建物ポリゴンを互いに直交する、より少ない数の長方形の集まりに分割するよう整形し、精緻な建物の3Dモデルを自動生成する手法を提案した。

【研究の目的】再生可能エネルギーによる発電・送電を制御する「スマート機器」や各発電施設の3Dモデルを作成し3次元都市モデル上に表示することにより、具体的な「次世代発電施設」や「太陽光発電を最適化する建物や街並み」はどのような形態になるかなどの検討を行え、環境教育に資する。しかし、現状では、多大な時間と労力を掛け、3Dモデルを作成している。そのため、施設レイアウトや住宅等の電子地図に基づいて、次世代発電施設や建物の3Dモデルをプログラムで自動的に作成するシステム開発を行い、「環境3Dモデルを自動生成する環境教育支援システム」を提案する。また、環境整備を目的とした「3次元地形モデル」を外周線などのキー等高線から自動生成するシステムの研究・開発をあわせて行う。【研究の成果】2017年度の研究成果として、電子地図に基づいて、太陽光発電の最適化を目的とした3次元建物の自動生成システムを、2016年度に引き続き高度化するよう開発し、これにより利用者が「太陽光発電に適した街づくり」など環境問題や再生可能エネルギーの可能性を検討するケースにおいて支援することを可能とした。このような「再生可能エネルギーに適した街づくりのための3Dモデル」をテーマとした論文に加え、「ポリゴン縮小処理による3次元地形モデルの自動生成」をテーマとした論文を国内外の学会で発表した。あわせて、複雑な形状となる「太陽光発電に最適化した建物の3次元モデル」、「3次元地形モデル」を自動的に作成するするアルゴリズムの研究も進めている。【研究の意義、重要性】本研究で開発されるシステムにより、環境教育を支援する教材となる、「環境3Dモデル」、「街並みの3Dモデル」、「3次元地形モデル」の制作時間を大幅に削減でき、メーカーや環境学の研究者によって、設計案が異なるとき、それぞれの提案に応じた3Dモデルを提示できる。街区レベルにおいて、敷地や建物を太陽光発電に適したかたちにして、再生可能エネルギーの利用を進めることが重要である。そのとき、出来上がるであろう形を具体化する「街区の3Dモデル」は、関係者で合意形成を図るときに非常に有効である。現状では、3Dモデルを多大の時間と労力を掛けて作成している。本研究では、電子地図に基づいて、太陽光発電に適した建物の3Dモデルを自動生成するシステムを開発した。屋根の形状に応じた最適な太陽光パネルの配置手法を提案し、さらに、太陽光発電に適した建物の3Dモデルの自動生成手法も提案した。活用事例として、区画整理前後の街区、あるいは、太陽光発電に適した建物形状であるかないかで、太陽光発電がどのように変わるかを数値実験した。このシステムを活用して、敷地や建物を太陽光発電に適したかたちにして、再生可能エネルギーの利用を進めることを支援すると考えられる。また、本研究では、辺消失イベントと分割イベント以外の「第3のイベント」、及び、縮小プロセスの最終段階の「収束の形」として、「収束点」だけでなく、同様に面積がなく、これ以上収束しない「収束線分」も最終の収束の形であることを提案した。このように機能を拡張したstraight skeleton手法を用いて、非直角建物ポリゴンを含む、あらゆる形状の建物ポリゴンに対して、数値演算エラーを発生させることなく、現実にありうる形状の屋根付き建物の3Dモデルを自動生成することができる。
ワーキングメモリの脳内機構の研究 : 言語・空間処理の事象関連電位による解析

本研究の目的は、言語情報と空間情報処理過程におけるワーキングメモリの脳内機構を、脳の生理学的基礎データから測定することであった。認知心理学の領域では、Baddeley(1986)によるワーキングメモリモデルの下位システムである音韻的ループと視覚・空間的スケッチパッドのそれぞれの処理に対応したワーキングメモリ機能を想定した実験データが蓄積されつつあるが、一方で、その脳内機構の解明が必要であると考える。そこで、本研究では、音韻的ループと視覚・空間的スケッチパッドに対応した言語情報と空間情報処理過程について、生理学的実験データから検討することを目的とした。そこで、ワーキングメモリ課題負荷の下で事象関連電位の測定を行い、さらに事象関連電位のトポグラフィ測定をから、言語情報と空間情報のそれぞれの処理過程と対応した脳の部位の推定を行った。言語刺激では、かな文字を刺激材料とし、空間刺激にはドットを刺激材料に用いた。そこでは、先行する記憶刺激と一致した条件(inset)と、記憶刺激と一致しない条件(outset)を設定して、また記憶刺激のセットサイズを3桁と8桁に変化させた。さらに、事象関連電位のトポグラフィ測定を行うことにより、言語刺激(かな)と空間的刺激(ドット)に対応したワーキングメモリの脳内部位の推定を行った。結果、事議関連電位のP300は、言語刺激では、ドット刺激よりも振幅の増加が認められた。この傾向は3桁よりも8桁の方が顕著となった。また、トポグラフィ測定から、P300の頭皮上分布は、前頭葉を中心として分布していることが分かった。一方、このP300の電位の大きさは被験者により差があった。電位の増加はワーキングメモリ容量の大きい被験者の場合に顕著であり、さらに、前頭部位に限局して増大する傾向が、トポグラフィの結果から認められた。ワーキングメモリは、情報の処理と保存が並列的に行われる記憶のプロセスを意味し、高次な脳機能の中核をなすものと考えられる。Baddeley(1986)による音韻的ループと視空間記銘メモのそれぞれの処理に対応したワーキングメモリを想定した実験データが蓄積されつつあるが、同時にその脳内機構の解明が必要であると考える。そこで、本研究では、音韻的ループと視空間記銘メモに対応した言語情報と空間情報処理過程でのワーキングメモリを生理学的実験データから検討することを目的とした。平成9年度では、言語刺激(かな)と空間的刺激(ドット)の保持の下で、事象関連電位の測定を行った。そこでは、先行する記憶刺激と一致した条件(inset)と、先行する記憶刺激と一致しない条件(outset)条件とについて、反応時間と事象関連電位をそれぞれの条件ごとに測定した。また、記憶刺激のセットサイズを、3桁と8桁に変化させて、セットサイズの増加に伴う事象関連電位のP300の変化を測定した。結果、カナ刺激ではドット刺激に比較して、事象関連電位の300ms500msの潜時に、陽性方向に振幅の増加が認められた。また、セットサイズが3桁よりも8桁で、その傾向かいっそう顕著であった。さらに、言語の情報処理と関わるワーキングメモリ容量の個人差を測定するため、リーディングスパンテストと記憶範囲テストの測定を行った。その結果、ワーキングメモリ容量の個人差によりP300振幅の出現部位に若干の差異が認められた。本研究の目的は、言語情報と空間情報処理過程におけるワーキングメモリの脳内機構を、脳の生理学的基礎データから測定しようとするものである。Baddeley(1986)による音韻的ループと視覚・空間的スケッチパッドのそれぞれの処理に対応したワーキングメモリを想定した実験データが蓄積されつつあるが、同時にその脳内機構の解明が必要であると考える。

そこで、本研究では、音韻的ループと視空間記銘メモに対応した言語情報と空間情報処理過程でのワーキングメモリを生理学的実験データから検討することを目的とした。平成10年度では、ワーキングメモリ処理の下で事象関連電位の測定を行い、さらに事象関連電位のトポグラフィ測定をから、言語情報と空間情報のそれぞれの処理過程と対応した脳の部位の推定を行った。言語刺激では、かな文字を刺激材料とし、空間刺激にはドットを刺激材料に用いた。そこでは、先行する記憶刺激と一致した条件(inset)と、記憶刺激と一致しない条件(outset)を設定して、さらに、記憶刺激のセットサイズを3桁と8桁に変化させた。また、事象関連電位のトポグラフィ測定を行うことにより、言語刺激(かな)と空間的刺激(ドット)に対応したワーキングメモリの脳内部位の推定を行った。結果、事象関連電位のP300は、言語刺激では、ドット刺激よりも振幅の増加が認められた。この傾向は3桁よりも8桁の方が顕著となった。トポグラフィ測定から、P300の頭皮上分布は、前頭葉を中心として分布していることが分かった。また、このP300の電位の大きさは被験者により差があった。電位の増加はワーキングメモリ容量の大きい被験者に、特に前頭部位に限局して増大する傾向が、トポグラフィからも認められた。