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東南アジアにおける介護リゾートの生成と日本式介護の越境化に関する研究

本研究は、東南アジアにおける介護リゾートの生成過程と、日本式介護の越境化による高齢者介護の知識と技能の越境的伝播と受容の過程を解明することを目的としている。東南アジアのマレーシア、タイ、フィリピンにおいて、外国人高齢者の国際移動の発生に伴い、介護サービスの事業化が進められており、当該地域の人々の高齢化も進む中、日本式介護の越境化が生じている。2018年度は、マレーシア、タイ、フィリピンにおける高齢者介護に関する文献収集と先行研究の検討を引き続き行い、マレーシア(クアラルンプール)での現地調査を行った。クアラルンプールにおける現地調査からは、日本式介護の越境化の事例として、主に、高齢者介護事業の新たな動向について把握することができた。また、日本式介護という分類に当てはまらない現地の介護事情に関しても、聞き取り調査と視察を行い、マレーシアの都市部(クアラルンプール郊外)の高齢者介護の現状把握を行った。研究成果の公表に向けて、共著書(近刊予定)に掲載する論文を執筆した。ひとつは東南アジアにおけるロングステイに関する論文であり、もうひとつは東南アジアにおけるメディカルツーリズムに関する論文である。本研究の対象とするマレーシアにおける日本式介護の越境化に関連するテーマである日本人高齢者の国際退職移住に関する研究をまとめ、単著書(近刊予定)として出版するために、執筆をおこなった。また、2019年4月に、分担執筆を行った『観光の事典』(担当部分「ライフスタイルツーリズム」pp.416-417)が出版された。2018年度は、9月にマレーシアのクアラルンプールで調査を実施した。しかし、当初の予定では、フィリピン(マニラ、ダバオ、セブ)での現地調査も計画していたが、長期の現地調査を実施するのが困難な状況であり、計画通りに実施することができなかった。マレーシアにおける現地調査に関しても、ペナンやジョホールの調査については、2019年度にマレーシアを再訪し、実施する方向で検討している。平成30年3月までは研究中断期間とし、平成30年4月より本研究課題の再開を予定している。平成30年度は、初年度である平成29年度に計画していた3つの項目、1)マレーシア、タイ、フィリピンにおける高齢者介護に関する文献収集と先行研究の検討およびマレーシアとタイにおける現地調査の準備、2)マレーシア(クアラルンプール・ペナン・ジョホール)での現地調査、3)フィリピン(マニラ・ダバオ・セブ)での現地調査、の実施を予定している。平成31年度は、8月9月にタイ(バンコクとチェンマイ)、12月1月にマレーシア(クアラルンプールとペナン)、2月3月にフィリピン(マニラとセブ)における現地調査を予定している。タイのバンコクでは、日本式介護を取り入れた高齢者介護サービス事業者、および日本人患者を受け入れる民間病院での聞き取りを行う。チェンマイでは、欧米人の要介護高齢者を受け入れる介護施設を訪問し、聞き取りを行う。マレーシアでは、2018年9月に訪問した介護事業者に引き続き聞き取りを行い、日本式介護事業の進捗について把握する。
ポリペプチド合成酵素を用いた抗がん剤ライブラリーの構築

非リボソーム依存性ポリペプチド合成酵素(NRPS)を用いたコンビナトリアル合成の可能性を検証するため、こうして生合成上機能別に仕分けされた遺伝子を持つ発現プラスミドを用いて、遺伝子工学的手法によりどの程度本来の生成物の構造を改変できるか検討した。今回行なった操作は、1)遺伝子の除去;2)変異導入による特定の機能の失活;3)本来の組み合わせでない相同的なNRPS遺伝子の導入であり、いずれも予想に合致する構造を持つ生成物が得られた。1),2)に関しては常法に従い、所定の結果が得られた。操作3)ではまずechinomycinとのハイブリッド化合物の合成を目指して、構造の類似したSW-163生合成遺伝子クラスターの取得を検討した。同時に不明であったSW-163の絶対配置の決定も行なった。その結果、アミノ酸配列レベルでechinomycin NRPSと高い相同性を示す2種のNRPS(swb16,swb17)を同定することができた。次いで新たに得られたNRPS遺伝子(swb17)と同等な機能を有するecm7を入れ換えたプラスミドを構築し、このNRPS遺伝子を搭載したプラスミドを既に導入したものと入れ換えた大腸菌を調製した。本大腸菌ではシクロプロパンアミノ酸供給系が存在しないため、合成したnorcoronamicacidを培地に添加して培養したところ、予想した分子量を持つハイブリッド化合物を確認することができた。これは異なる物質を生産するNRPSを組み合わせて骨格を構築できた最初の例である。最近我々はStreptomyces Iasaliensisが生産する強力な抗腫瘍性活性を示すペプチド系抗生物質エキノマイシン(Ecm)を標的分子として選択し、エキノマイシンの生合成遺伝子クラスターの同定、全生合成遺伝子の大腸菌での発現および酵素的全合成に成功した。今回非リボソーム依存性ポリペプチド合成酵素(NRPS)を用いたコンビナトリアル合成の可能性を探る一環として、エキノマイシンのチオエステラーゼ(Ecm-TE)ドメインを用いた誘導体合成を検討した。Ecm-TEは分子量約30kDaと比較的小さなタンパクである。Ecm-TEを導入したプラスミドで形質転換した大腸菌E.coliで大量発現を行ったところ、収量7-8mg/Lと良好な発現系を確立することに成功した。次いで固相合成法により、クロモフォアとしてquinoxaline環を有するテトラペプチド二量体のN-acetylcysteamine誘導体を種々合成した。最終的にラクトン化に必須なSerを除く3種のアミノ酸を入れ換えた9種の誘導体を合成し、リコンビナントEcm-TEを用いた酵素反応に供したところ、すべての置換体が環化生成物を与えることを見出した。この際、マクロラクトン化と同時に加水分解が進行したため、これを抑制する目的で合成DNAを添加したところ、加水分解は顕著に減少し、環化生成物を主生成物として得ることに成功した。
システム間の差異に着目した検証・デバッグ手法

ハードウェア・ソフトウェア開発では旧設計を効率よく、かつ正しく再利用することが重要である。本研究では論理回路とソフトウェアにおいて、旧設計と新仕様の差異を部分回路や部分プログラムの変換として定式化する新規手法を考案し、評価した。提案手法により、ユーザが指定した範囲の修正で旧設計や旧プログラムを新仕様に合わせることができる。企業と共同でサーバー計算機の設計に適用し、実設計においても有効であることを実証している。また、解析はごく少数のテストパタンで検査すれば完全な検証になることも示し、従来不可能であった複数の故障や誤りを同時かつ完全に検査するテストパタンの自動生成にも成功している。電子機器システムでは、大規模かつ複雑な設計過程の効率化のため、積極的に既設計再利用が行われている。再利用は個々のブロック単位で行われ、新規設計に要求される機能と、ライブラリなどに登録されている既設計が等価であることを確認する必要があり、形式的等価性検証手法などを使って効率化する技術を研究開発してきた。本研究では、不等価で機能に差異がある場合でも、その差異を除いた等価性検証、差異部分の機能自動抽出とその設計者への説明機能を研究開発し、既設計の再利用を大幅に効率化することを目指す。今年度は、主にインタフェース部分の回路における差異の認識と、異なるプロトコルで通信を行うようにするための差異の解消方法について研究を行った。具体的には、Look-up Table(LUT)と呼ばれるプログラム可能回路を使用してインタフェース回路の一部をモデル化し、そのLUTの論理関数を求めることによって、プロトコル間の差異を解消して、求められるプロトコルを実現できるインタフェース回路を生成する手法を提案・評価した。回路へのLUT挿入数が100程度であれば、この提案手法によって、差異が解消された回路を求めることができることを示した。また、一部をLUTによってモデル化したインタフェース回路を用いることによって、プロトコル全体を実現する回路をあらかじめ作るのではなく、その都度必要なコマンド(read, write,等)を実現するための回路を動的に作成することも可能である。電子機器システム(ハードウェア・ソフトウェア混在システム)では、大規模かつ複雑な設計過程の効率化のため、積極的に既設計再利用が行われている。本研究では、不等価で機能に差異がある場合でも、その差異を除いた等価性検証、差異部分の機能自動抽出とその設計者への説明機能を研究開発し、既設計の再利用を大幅に効率化することを目指している。今年度は、設計に対する入力パタンによって、2つの設計中に存在する差異を説明する手法の提案・評価と、回路の幾何学的解析によって差異を特定する手法の提案・評価を実施した。前者は、従来より研究代表者が提案している、回路中のプログラム可能素子(例えば、Look-up table等)の論理定義を求める手法に基づく。この手法では、設計中にプログラム可能素子を挿入することによって、それらのプログラム可能素子の論理が任意に変化することを考慮した上で、設計が仕様を満たすことを証明できるテストパタン集合を生成する。これを利用して、等価でない2つの設計記述に対して、片方の設計から得られたテストパタンの中で、どれが他方の設計との不等価性を示すものであるかを求め、それによって、2つの設計記述間の差異を説明することを目指している。本年度は、テストパタン生成の効率的な手法を開発した。一方、回路の幾何学的な解析による差異特定手法は、グラフマッチングに基づいている。従来のグラフマッチング手法に加えて、幾何学的に同一な部分をできるだけ大きく求めるための工夫により、従来手法に比べて、差異特定の精度を60%以上向上させることに成功した。前年度までに研究開発した手法をさらに発展させ、旧設計と新仕様の差異を任意の論理関数を表現できるLUT(Look up Table)の集合で表現し、新仕様に対する合成では、それらLUTの論理関数を決定する問題に帰着する手法を提案・評価し、非常に少数のテストパタンに対して、仕様と等価となる解が求められることを示すと共に、ハードウェア論理設計デバッグ問題への応用に関しては、企業から入手した実設計に適用し、効率よく設計バグを自動修正できることを示した。さらに、設計者の意図をより反映させた自動修正や自動設計を可能とするため、差異部分を一般のLUTで表現するだけでなく、与えられた回路やプログラムを部分回路や部分プログラムに分け、それらに対して許される変換を数学的に定義し、それらの変換の集合で設計を自動修正・自動合成する手法も提案・評価した。これにより、修正範囲や合成範囲をより的確に設計者が指示できるようになっている。また、本手法における回路変換を回路に発生し得る故障であるとも解釈できることを利用して、回路中に任意の個所が多重に故障する多重故障モデルに対するテストパタン自動生成手法に応用できることを示した。

そして、それを多重縮退故障に対するテストパタン生成に適用し、10,000ゲート規模の回路まで多重故障に対する完全なテストパタン生成が可能であることを世界で初めて示した。従来は数十ゲート規模の回路に対する多重故障テストパタン生成しかできておらず、大きなブレークスルーであると言える。また、ソフトウェアに対しては、2つのプログラムの差異をCDFG(Control Data Flow Graph)レベルで自動抽出する新規技術を研究開発した。これは記述に差異があるとする定義をユーザが独自に行うことができるため、2つのプログラムをどのように変換すれば、同等となるかの解析に応用することもできる。26年度が最終年度であるため、記入しない。ハードウェア・ソフトウェア自動設計技術26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画に従い、インタフェース部分における差異の認識・差異を解消する手法について、成果を得ることができたため。回路の幾何学的解析に基づく差異抽出については、従来手法をそのまま利用することを予定していたが、今年度の研究によって、従来手法より精度の高い手法を実現することができたため。今年度の研究によって、インタフェース部分の差異の認識、および、差異による通信不可能な状態を解消するための手法については、一定の成果を得ることができた。次年度以降は、研究計画に従い、設計間の差異を認識するためのテストパタンの生成手法に関する研究を行っていく。今後は、研究改革に従い、今年度までに得られた差異抽出・差異認識手法を等価性検証ツールに組み込むことによって、等価性検証の結果が不等価である場合に、検証者が不等価の理由を理解できるようなフィードバックを生成する技術、加えて、等価にするためにはどの部分を修正すれば良いかを求めるデバッグ支援技術について、研究を行っていく。手法の評価を行う例題提供や手法に関する議論を行うための協力研究者訪問の予定が、日程調整がうまくいかなかったため、計画通りに実施できなかったため。海外共同研究者との打合せや国際会議における研究成果の発表を複数回予定しており、次年度使用額の大半はこのための旅費として支出する予定である。加えて、研究成果の対外発表資料を作成するために必要となるソフトウェアの購入も予定している。
帝政ロシアにおける中央統計局構想の形成

ロシア革命直後の1918年にソヴィエト政権によって創設された中央統計局は世界初の集中型統計組織であった。政府統計制度の集中型と分散型との長短に関する論議は西欧諸国において統計調査が活発となった19世紀半ばから今日まで続く論点である。ソヴィエト政権下における集中型統計組織の創設は西欧における統計論議を継承したものであった。集中型または中央統計局型統計組織を目指した統計改革は帝政末期のロシアにおいて3度試みられている。このうち1908年と1910年の統計法案は二院制を構成する一方の議会は通過したもののもうひとつの議会において廃案となっている。また1916年に作成された法案は1917年に帝政が崩壊する中で国会審議に付されることがなかった。帝政期における中央統計局構想は西欧統計論議の反映でありのちのソヴィエト政権下の中央統計局を準備したものとして位置づけられる。なかでも万国統計会議における論議と帝政下の統計改革との紐帯を明らかにすることがこの研究のかだいである。2018年度は、3つの統計法案のう1908年にロシア帝国内務省中央統計委員会が国会へ提出し1910年に廃案となった統計法案と、万国統計会議を中心に交わされた西欧諸国における政府統計制度論議との関係を明らかにすることに取り組んだ。ロシア国立歴史公文書館所蔵の統計行政資料のうち国会審議議事録など法案作成に関わる資料を閲覧し複写し解読する作業を続けた。当該法案が中央統計局型制度の設置を目指したものであり、万国統計会議のうち特に1967年フローレンス大会の影響を強く受けたものであることが明らかとなった。この研究成果は九州国際大学現代ビジネス学会『九州国際大学国際・経済論集』第4号(2019年8月20日発行)に掲載される予定である。また万国統計会議フローレンス大会報告論集の原本が京都大学に所蔵されていることを知り、閲覧のうえ複写を入手した。研究成果は九州国際大学現代ビジネス学会『九州国際大学国際・経済論集』第4号(2019年8月20日発行)に掲載される予定であるが、当初予定していたロシア語論文の投稿には至っていない。2019年前半に原稿を完成させ投稿する予定である。1908年統計法案が国会審議において廃案となった根拠のひとつとして公的統計の独立性の問題があった。この論点を中心としたロシア語論文をロシア国家統計局『統計の諸問題』誌へ2019年前半に投稿する。この作業と並行して、廃案となった1908年統計法案のあとに1910年再び国会へ提出された統計法案の作成と国会審議に関する資料をロシア国立歴史公文書館において調査し複写し解読する作業を進める。その上で1910年統計法案に関する論文執筆を進める。

その上で1910年統計法案に関する論文執筆を進める。京都大学図書館マイヤー文庫に所蔵されている万国統計会議報告論集と決議集の複写代金を依頼したところ、見積額が138,326円となり2018年度予算では足りないことが分かりました。2019年度予算だけでこの費用を賄うと他の予定支出が制約されることが予想されます。したがって上記の次年度使用額を設定することとしました。
K^+チャネルの免疫学的抑制に関する研究

1モルモット心筋からの電位依存症K^+チャネルのクローニングモルモット心室筋より抽出したRNAからoligo-dTプライマーを用いてcDNAを合成しテンプレートとした.RNCKIA(KVL.1 Bauman.A.EMBO J.,1998)をモデルとしてプライマーを作成し,RT-PCRによりモルモット心室筋K^+チャネルcDNAを得た.RNCKIAとの相同性は塩基配列,アミノ酸配列ともに90%以上であった.特に膜貫通領域であるS4,S6領域ではより高い相同性を示した.組織別の発現では,心筋同様肺・肝・腎・後頚筋および大脳にも発現しているが,心室および心房では他の組織より発現量が多かった.2心筋炎後のQT延長は免疫学的イオンチャネルの抑制によるものか家族性QT延長症候群のイオンチャネル異常として報告されているKVLQT1(K^+channel),HERG(K^+channel)およびSCN5A(Na^+channel)の3つのイオンチャネルのアミノ酸構造に基づいて,膜外およびポアの部分に対応するペプチドを計23種類合成した(KVLQT17種類,HERG7種類およびSCN5A9種類).心筋炎後にQT延長を呈する患者9名の血清とチャネルペプチドとの抗原抗体反応を抗ヒトIgG,および抗ヒトIgMを用いELISA法にて確認した.川崎病後および不整脈でフォロー中のQT延長を認めない児の血清をコントロールとした.KVLQT1およびHERGのペプチドのなかでも電位センサーおよびポアの部位に対するペプチドと患者血清とで陽性所見を認めたが,患者全てに共通する陽性所見は認められなかった.現在患者血清の直接的なイオンチャネルの抑制をみるためモルモット心筋細胞のイオン電流と患者血清との関係を電気生理学的手法により検討中である.1モルモット心筋からの電位依存症K^+チャネルのクローニングモルモット心室筋より抽出したRNAからoligo-dTプライマーを用いてcDNAを合成しテンプレートとした.RNCKIA(KVL.1 Bauman.A.EMBO J.,1998)をモデルとしてプライマーを作成し,RT-PCRによりモルモット心室筋K^+チャネルcDNAを得た.RNCKIAとの相同性は塩基配列,アミノ酸配列ともに90%以上であった.特に膜貫通領域であるS4,S6領域ではより高い相同性を示した.組織別の発現では,心筋同様肺・肝・腎・後頚筋および大脳にも発現しているが,心室および心房では他の組織より発現量が多かった.2心筋炎後のQT延長は免疫学的イオンチャネルの抑制によるものか家族性QT延長症候群のイオンチャネル異常として報告されているKVLQT1(K^+channel),HERG(K^+channel)およびSCN5A(Na^+channel)の3つのイオンチャネルのアミノ酸構造に基づいて,膜外およびポアの部分に対応するペプチドを計23種類合成した(KVLQT17種類,HERG7種類およびSCN5A9種類).心筋炎後にQT延長を呈する患者9名の血清とチャネルペプチドとの抗原抗体反応を抗ヒトIgG,および抗ヒトIgMを用いELISA法にて確認した.川崎病後および不整脈でフォロー中のQT延長を認めない児の血清をコントロールとした.KVLQT1およびHERGのペプチドのなかでも電位センサーおよびポアの部位に対するペプチドと患者血清とで陽性所見を認めたが,患者全てに共通する陽性所見は認められなかった.現在患者血清の直接的なイオンチャネルの抑制をみるためモルモット心筋細胞のイオン電流と患者血清との関係を電気生理学的手法により検討中である.1.モルモット心筋からの電位依存性k^+チャネルのクローニング(1)RNCKIAをモデルとしてプライマーを作成し,RT-PCRによりモルモット心室筋k^+チャンネルをクローニングした.(2)クローニングしたチャンネルのcDNAの塩基配列,アミノ酸配列ともにRNCKIAと90%以上の相同性を示した.特に膜貫通領域であるS4-S6領域ではより高い相同性を示した.(3)クローンの組織別発現については心筋同様,肺・肝・腎・後頚筋・大脳にも発現しているが,心室・心房では他の組織より発現量が多かった.QT延長症候群患者血清によるk^+チャンネルに対する抗原性の検討既知のQT延長症候群の原因遺伝子であるKVLQT1,HERGの膜外領域のペプチド合成および今回クローニングした遺伝子の蛋白発現により,患者血清はk^+チャンネルと抗原性があるか現在検討中である.1.モルモット心筋からの電位依存性K^+チャンネルのクローニング(1) RNCKIAをモデルとしてプライマーを作成し,RT-PCR法によりモルモット心室筋K^+チャンネルをクローニングした.(2)クローニングしたチャンネルのcDNAの塩基配列,アミノ酸配列ともにRNCKIAと90%以上の相同性を示した.特に膜貫通領域であるS4-S6領域ではより高い相同性を示した.(3)クローンの組織別発現については心筋同様,肺・肝・腎・後頸筋・大脳にも発現しているが,心室・心房では他の組織より発現量が多かった.2. QT延長症候群患者血清によるK^+チャンネルに対する抗原性の検討(1)既知のQT延長症候群の原因遺伝子であるKVLQT1,HERG,SCN5Aの膜外領域のペプチドを合成した.この合成ペプチドに対する患者血清の抗原性をELISA法にて検討した.数種のペプチドに対して患者血清は抗原性を有していた.

(2)今回クローニングした遺伝子の蛋白に対しては患者血清は抗原性があるか,また患者血清はNa^+チャンネル,K^+チャンネルを電気生理学的にも抑制するか現在検討中である.1モルモット心筋からの電位依存性K^+チャネルのクローニングモルモット心室筋より抽出したRNAからoligo-dTプライマーを用いてcDNAを合成しテンプレートとした.RNCKIA(KVL.1 Bauman.A.EMBO J.,1988)をモデルとしてプライマーを作成し,RT-PCRによりモルモット心室筋K^+チャネルcDNAを得た.RNCKIAとの相同性は塩基配列,アミノ酸配列ともに90%以上であった.特に膜貫通領域であるS4,S6領域ではより高い相同性を示した.組織別の発現では,心筋同様肺・肝・腎・後頚筋および大脳にも発現しているが,心室および心房では他の組織より発現量が多かった.2心筋炎後のQT延長は免疫学的イオンチャネルの抑制によるものか家族制QT延長症候群のイオンチャネル異常として報告されているKVLQT1(K^+channel),HERG(K^+channel)およびSCN5A(Na^+channel)の3つのイオンチャネルのアミノ酸構造に基づいて,膜外およびポアの部分に対応するペプチドを計23種類合成した(KVLQT17種類,HERG7種類およびSCN5A9種類).心筋炎後にQT延長を呈する患者9名の血清とチャネルペプチドとの抗原抗体反応を抗ヒトIgG,および抗ヒトIgMを用いELISA法にて確認した.川崎病後および不整脈でフォロー中のQT延長を認めない児の血清をコントロールとした.KVLQT1およびHERGのペプチドのなかでも電位センサーおよびポアの部位に対するペプチドと患者血清とで陽性所見を認めたが,患者全てに共通する陽性所見は認められなかった.現在患者血清の直接的なイオンチャネルの抑制をみるためモルモット心筋細胞のイオン電流と患者血清との関係を電気生理学的手法により検討中である.
母親の精神疾患が子供へ与える影響とその要因

うつ病の動物モデルである嗅球摘出(OBX)動物の母性行動の解析と子への影響を検討した。OBXの母親の出産数は、コントロールと比較し変わらなかったが、生存数は経日的に減少した。その理由としてOBXマウスの報酬機能低下と母性行動障害によるものであることを明らかにした。OBXマウスの母性行動障害には、ドパミン神経系の機能低下が関与している可能性を行動薬理学的に証明したが、このドパミン機能低下は側坐核のドパミン受容体やチロシン水酸化酵素レベルの変化による可能性は少ないことを明らかにした。以上のことから、うつ病を発症した母親による育児放棄や実子殺害に対する薬物療法としてドパミン神経系を賦活ないしコントロールするような薬物の有効性が期待される。本年度は、うつ病モデル動物である嗅球摘出(01 factory bulbectomy : OBX)動物を作製し、その動物の母性行動を観察し、うつ病と虐待やneglect(育児放棄)との関連性について検討を行った。また、それに加えて虐待や育児放棄に対する予防法を模索する目的で母性行動と深く関与していると言われている中枢ドパミン神経系に焦点を絞りOBXマウスの母性行動とドパミン神経機能との関連性について行動薬理学的に検討を行った。その結果、OBXを施した雌のマウスにおいて育児放棄といった母性行動障害が発現することが確認された。また、その母性行動障害によってOBXマウスの子の生存率が経日的に低下した。その母性行動を詳細に観察したところ、出産後0日目において、OBXマウスはコントロール群と比較したとき、mother off pups(子から離れている時間)の累計時間の有意な増加と、licking and grooming(子をなめる行動)及びarched back posture(積極的な養育行動)の累計時間の有意な低下が認められた。これらの母性行動の障害は、非選択的ドパミンアゴニストであるapomorphineの投与によって改善した。以上の結果から、うつ病モデル動物の母性行動が障害されること、さらにこの障害には中枢ドパミン神経系の機能変化が関与していることが明らかとなった。今後、うつ病モデル動物のドパミン神経機能の変化を詳細に行動薬理学的並びに神経化学的に検討する予定である。昨年度、うつ病の動物モデルである嗅球を摘出した(olfactory bulbectomy : OBX)マウスの母性行動を解析したところOBXマウスの母性行動が障害され、その障害は、ドパミン(DA)アゴニストであるアポモルヒネによって改善されたことから中枢のDA作動性神経の機能変化が関与することを行動薬理学的に見出した。中脳辺縁系のDA作動性神経回路は、母性行動の基盤となっている報酬機能を司っていることが知られており、その機能不全は、母性行動障害を招くことが予想される。本年は、報酬機能を評価する為に嗜好性テストの一つであるsucrose preference testを行った。その結果、出産後OBXマウスの報酬機能は著しく障害していた。さらに、DA神経のプレシナプスの機能を検討する為、DAの前駆物質であるL-DOPAがOBX誘発性母性行動障害に及ぼす影響並びにDA神経のプレシナプスのマーカーであるチロシン水酸化酵素(TH)レベルを測定した。L-DOPA投与によってOBXマウスにおける母性行動障害が有意に改善した。側坐核のTHレベルは正常レベルであった。これらのことから、母性行動の原因として報酬機能の低下及び中脳辺縁系のDA神経機能変化が示唆された。しかしながら、中脳辺縁系に存在するDA神経のプレシナプス機能は正常である為、次年度は、後シナプス側のDA受容体の機能について検討する予定である。昨年度末まで、うつ病の動物モデルである嗅球を摘出した(olfactory bulbectomy: OBX)マウスの母性行動障害が、報酬機能の低下に基因している可能性を示唆した。さらに、その障害には、中脳辺縁系のドパミン(DA)作動性神経の機能変化が関与することを行動薬理学的に見出した。しかしながら、中脳辺縁系のDA神経のプレシナプスの神経機能変化には変化がなかった為、今年度は、後シナプス側のDA受容体の機能について検討したところ以下の結果が得られた。1.出産後0日目における母親マウスの側坐核のcore及びshellにおけるDA1様受容体とDA2様受容体をそれぞれ[3H]SCH23390と[3H]racloprideを用いて脳内分布を測定した。その結果両受容体ともOBX群及びコントロール群間で有意な差は認められなかった。

2.出産後0日目における母親マウスの前脳DA受容体下流の細胞内情報伝達系の一部であるcAMP responsive element binding protein(CREB)及びc-fosの遺伝子の発現がコントロール群と比較しOBX群において減少していることを明らかにした。以上の結果より、OBXマウスの母性行動障害には、脳内DA受容体下流の細胞内情報伝達系の機能低下が関与していることが確認された。また、統合失調症の神経発達障害モデルである幼若期腹側海馬障害ラットの母性行動を観察したところ、コントロール群と比較し有意な差は認められなかった。
医療機関を対象にした医療安全文化指標の開発と有効性の検証

平成21年度は、米国AHRQ(Agency for Healthcare Research and Quality)の開発した医療安全文化の調査票の日本語版を使用し、全国の19病院の全職員を対象として、無記名自記式の質問紙法による調査を実施した。調査票の回収率は79.1%(8,771/11,095)であった。AHRQのマニュアルに従って医療安全文化の評価を行い、米国のベンチマークのデータと比較すると、「出来事報告の頻度」と「エラーに対する処罰のない対応」を除き、多くの項目で日本の評価が下回っていた。医療安全文化の日本語版調査票の紹介と、米国のベンチマークのデータとの比較を紹介した文献は下記の学術誌に掲載が決まっている。また、医療安全文化の日本語版調査票の信頼性と妥当性を検討し、どちらも問題が無いこと等が確認された。調査票の信頼性と妥当性を検討した研究は英文誌に投稿中である。他にも、病院の医療安全文化については、部署や職種によって大きな違いがあること等が分かってきた。今後は、職種による医療安全文化の違いを検討する分析や、医療安全文化がインシデント・アクシデントの報告に与える影響についても分析を進める予定である。城川美佳、藤田茂、瀬戸加奈子他:米国AHRQによる医療安全文化評価指標の開発状況と日本への適用可能性について、日本医療マネジメント学会雑誌11(1)、2010.5、in print医療安全文化指標のレビュー:米国AHRQ(Agency for Healthcare Research and Quality)は、2004年に病院内スタッフを対象とした医療安全文化の評価指標を開発した。スタッフ間のコミュニケーションを中心とした12領域42項目からなり、医療提供者間の関係や勤務状況等、主に医療提供者間のコミュニケーションに重点が置かれている。医療安全文化の醸成程度や院内非安全事象の報告状況との比較などの調査に用いており、2007年からは当該調査結果をデータベース化し、参加病院が自院の評価に用いることができるようにしている。また、米国NQF(National Quality Forum)は、施設内でのケア提供者に焦点を当てた、医療安全管理者向けの安全文化醸成を目的とした教育ツールを作成している。日本語版医療安全文化指標(試行版)の開発:AHRQによる医療安全文化評価指標は、日本語に翻訳することで利用可能と考えられた。近年、患者参加型医療が重要視されるようになり、医療分野においても、医療者とは異なる「患者」の視点によって医療者のみでは見落とされる非安全事象を発見できることが、長谷川らの研究で報告されている。AHRQ評価票では、患者によって発見しうる非安全事象を拾い上げるために必要な医療者-患者間のコミュニケーションの領域に関する項目がない。本研究では、その項目の作成を検討中である。試行版の導入可能性の検証:なお、本年度は、試行版の作成に至らなかったため、その導入可能性については次年度に検証する予定である。医療安全文化の醸成の程度を医療安全や医療の質の一部に位置づけ、全国の病院を対象に広く調査を実施、あるいは病院の医療の質の評価に用いている米国に赴き、各評価指標についてヒアリング調査を実施した。AHRQは2007年より病院を対象とした医療安全文化調査(Survey on Patient Safety Culture:SOPS)を実施し、データ収集と結果の公開を行っている。2008年には福祉施設(Nursing Home)、2009年に診療所(Medical Office)を対象とした調査票を公開し、併せてデータの収集を開始する。AHRQ SOPS調査票は、3種とも先行研究による知見のレビューと専門家パネルによる検討、およびパイロットスタディの結果に基づいて作成されていた。なお、病院対象調査については2008年12月現在25カ国が参加して国際比較が開始された。担当者との会合において、研究者らが日本調査グループとして参加することが確認された。AHRQによる調査票の日本語版を確定し、5病院を対象に調査を実施した。調査では病院に関する基礎データを収集し、また病院の責任者および医療安全実務者を対象としたヒアリング調査を実施した。これらのデータの解析は、次年度実施する予定である。城川美佳、藤田茂、瀬戸加奈子他:米国AHRQによる医療安全文化評価指標の開発状況と日本への適用可能性について、日本医療マネジメント学会雑誌11(1)、2010.5、in print
高脂肪食による肝炎・線維化進展予防の分子メカニズムと非侵襲的バイオマーカーの開発

高脂肪・高コレステロール(HFC)食は雄SHRSP5/Dmcrの方が、系統元のSHRSPより重篤な肝線維化を引き起こし、UGT活性およびCARとPXRの低下の差異が原因であった。HFC食による線維化は雌の方が雌より著明で、原因はUGT、CAR,PXRの発現への影響の差異であった。EPAはTNFαからp50/p65系の上昇を抑制し、HFCによる肝炎を予防した。HFC食はカスパーゼ3/7活性を低下させ、壊死細胞数と線維化を誘導した。血清のK18Asp396値はこれらと高い正の相関関係を示し、非侵襲的バイオマーカーとなる。HFC摂取により、肝臓のコール酸/デオキシコール酸比は著しく低下した。肝線維化進展が異なる3系統ラット(SHRSP5/Dmcr、SHRSP、Wistar Kyoto)に高飽和脂肪酸・高コレステロール(HFC)食負荷を8週間行い、肝臓の脂肪化・炎症・細胞死・線維化進展を比較した。脂肪化は3系統ラット間に大きな差異が認められなかった。SHRSP5/Dmcrラット肝の炎症細胞浸潤はSHRSP肝とほぼ同程度であったが、Wistar Kyotoラット肝は軽度であった。線維化の程度はSHRSP5/Dmcr>SHRSP>>Wistar Kyotoであった。これらの結果は肝の線維化進展に対して著しい系統間の差がみとめられることを示す。現在この差異の分子メカニズムを解析している。ヒトの非アルコール性脂肪性肝炎発症には性差がみられるので、その原因解明のために、SHRSP5/Dmcr雌にもHFC食を与え、雄との進展度の差異を検討した。HFC食による脂肪の蓄積、バルーニング、炎症細胞の浸潤には性差が認められなかったが、大脂肪滴は明らかに雄>雌であった。壊死細胞スコアも明らかに雄の方が大きく、2週目および8週目の雌肝臓の壊死細胞スコアは雄の1/4以下であった。線維化も雄の方が雌より強かった。雌ラットの血漿エストラジオールを測定した。性周期をマッチさせてないが、HFC食群のエストラジオール値はSP群(対照群)より明らかに低かった。SP群は2、8、14週目いずれも発情期の午前中、発情期、発情間期、発情休止期の動物がいますが、HFC群は発情前期の午前中が1匹もいなかった。HFC14週目の群は発情間期が1匹いたのみで、残りはすべて発情期と推察された。発情期が長くなっているかもしれず、今後エストラジオールの合成系へのHFC食の影響解析をする予定である。線維化との関連で、次年度に向けて胆汁酸の測定法を開発した。5分以内で23種類の胆汁酸が測定できるようになった。雄SHRSP5/Dmcrラット(1群6匹)を4群に分け、コントロール食、HFC食にウルソデオキシコール酸(ウルソ)を0、0.1%あるいは0.3%含有した餌を8週間摂食させた。それぞれ試験食の摂食が終了した時点で、ラットを解剖し、肝臓と血液を採取した。病理標本を作成し、脂肪化、炎症、細胞変性、線維化を顕微鏡で観察し、これらの進展へのウルソ添加の効果を検討した。HFC食は体重の増加を若干抑制したが、ウルソの投与はこの抑制を若干軽減した。HFC食は明らかに肝臓重量および肝臓/体重比を増加させた。一方、ウルソは量-反応的にこれらの増加を抑制した。HFC食はAST,ALTおよびγGTP値を上昇させたが、ウルソの投与はγGTPの増加のみ抑制した。H&E染色の結果をみると、HFC食は肝臓の脂肪滴(小脂肪滴、大脂肪滴)の沈着を増大させ、炎症細胞浸潤も増加させた。また、明らかに線維化面積を増大させた。一方、ウルソの投与は脂肪滴と線維化面積を減少させた。このメカニズムとして、胆汁酸合成系に関わる遺伝子の発現を検討した。CYP7A1の発現には影響を与えないが、CYP27A1の発現はウルソによって低下傾向であり、さらに解析を継続する必要がある。また、今までの研究において、HFC食による線維化には、UGTなどの胆汁酸の解毒に関わる酵素およびそれを制御する核内受容体(CAR,PXR)の発現が重要であることが判明しているので、これらを解析する必要性がある。以上をまとめると、EPAはHFC食による炎症を抑制したが、ウルソは脂肪沈着と線維化進展を抑制した。

高脂肪-高コレステロール(HFC)食にエイコサペンタエン酸(EPA)を添加した餌をSHRSP5/Dmcrラットに摂食させ、肝炎・線維化進展への予防効果とそのメカニズムを、肝機能値、病理(H&E染色,エラスチカワンギーソン染色)、肝臓毒の強い胆汁酸の排泄にかかわる遺伝子発現を解析した。高脂肪・高コレステロール食は2週間でSHRSP5/Dmcrラット肝臓の脂肪化と炎症を促進させ、8週間では線維化を促進した。このラットにエイコサペンタエン酸(EPA)を投与すると2週目におけるTNFα上昇抑制、8週目のγ-GTPとTNFα/アディポネクチン比の上昇抑制と大脂肪滴を抑制し、炎症を抑える効果があることが示された。このメカニズムとして、EPAはHFC食によるNF-kB(p50/p65)の発現上昇の抑制が明らかにされた。一方HFC食により肝臓毒の胆汁酸合成に関わるCYP7A1の発現が誘導されるが、排泄に関わるBSEPは低下し、胆汁酸の蓄積が予想されたが、EPAはこれらの発現に影響を与えなかった。一方、EPAは線維化進展の指標であるTGFβとαSMAのHFC食による発現誘導を抑制した。しかし、線維化を抑制することはなかった。HFC食はアポトーシスより壊死細胞数を増加させ、これはミトコンドリア障害とカスペース3/7活性の低下に起因すると解された。また血清のM30抗体が壊死や線維化と高い正の相関関係を示すことが明らかとなった。肝臓と血清のサイトケラチン18やその断片化産物(M30抗原値)も測定し、壊死や線維化やTUNEL染色の結果や遺伝子群の解析と比較した。血清のM30抗体は壊死と線維化と高い相関性を示すことが判明し、これらのバイオマーカーとして使用できることが明らかとなった。しかし、当初想定されたアポトーシスの発現が低かったため、このバイオマーカーの関連性は明らかに出来なかった。研究課題が2つあり、両方とも表現形の評価は終了している。壊死から線維化進展に関して系統間と性差が観察されている。現在、分子メカニズムの解析を行っており、近いうちに結果は得られると確信している。25年度が最終年度であるため、記入しない。24年度の達成度は70%であった。その分を繰越して、繰越金により、標準品がなかった胆汁酸の合成を依頼し、肝臓の21種類胆汁酸を測定した。その結果、HFC職摂取により、コール酸/デオキシコール酸比が低下し、この比は血清ALT値、大脂肪滴スコアおよび線維化面積と負の相関関係、即ちケノデオキシコール酸がこれらの指標と正の相関関係を示した。これらの結果は、ケノデオキシコール酸の蓄積がHFC食による肝炎、脂肪化、線維化に関連していることが判明した。一方、殆どの胆汁酸種のグリシン/タウリン抱合比は逆に増えることが判明した。ラットでは通常タウリン抱合体が主要抱合体であるが、HFC食を与えるとグリシン抱合体が主要抱合体となる。ウルソデオキシコール酸はALT,大脂肪滴スコア、線維症と負の相関関係を示し、肝臓毒性を予防すると考えられた。HFC食による肝炎・線維化の系統間の違いと性差の分子メカニズムは現在進行中であるので、間もなく結果は得られる。胆汁酸の測定条件が整ったので、これまでの実験材料を用いて、胆汁酸の種類と壊死、線維化との関連性、バイオマーカーとしての有用性を検討してゆく予定である。また、これまでの解析によって、胆汁酸の硫酸抱合反応が肝細胞壊死・線維化に強く関連するとかんがえられるので、硫酸抱合体を合成する必要性がある。研究計画の変更点・問題点はない。
T.vivax(IL1392)の感染末期伸長血流型に対する花粉由来誘引物質の検索

アフリカ睡眠病は、宿主(ヒトや家畜)の血液中で分裂、増殖する単細胞の寄生虫(原虫)トリパノソーマによって引き起こされる熱帯病である。我々は、抗トリパノソーマ薬の開発を目指し、まず、トリパノソーマの生活環の中で「分裂型」から「非分裂型」への変態機序の解明を、植物花粉からのトリパノソーマ走化反応誘因物質の抽出、単離、構造研究を行うことにより試みた。さらに、薬用植物資源の中から抗トリパノソーマ活性を示す活性物質の検索を行った。1.花粉由来誘因物質の検索:本学薬草園にて花粉量の多い植物8種から花粉を採集し、T.vivaxの走化反応を検討したところ、ヒオウギの花粉のみ走化反応が認められた。しかし、その反応性はフクシアに比較して若干弱いものであった。この走化反応は、スライドグラス上に花粉を置き、T.vivaxを感染させたマウスの尾静脈血を添加して観察するのであるが、その際に花粉をカバーグラスなどで緩やかに圧力を加えて、花粉を押し潰すとさらに強い走化反応が認められた。そこで、花粉を押しつぶした状態で走化反応を検討するうと、フクシア、ヒオウギ、インドハマユウ、チョウセンアサガオの花粉にも走化性を示すことが明らかとなった。次に、フクシン、ヒオウギ、インドハマユウ、チョウセンアサガオの花粉の水、及びメタノールエキスを作成し、走化反応を検討した。実験はビーズ(Gelatin Sepharose 4B)にエキスを3時間浸透させ、これをスライドグラス上で感想させた後、感染動物血液を添加するという方法を取った。その結果、フクシンの水エキスに特に強い走化反応が認められ、メタノールエキスにも走化反応が認められたが、他のエキスには認められなかった。また、このフクシアの花粉水エキスは、齧歯類の赤血球を凝集させることが明らかとなり、lectin様物質の存在が予想されたが、goatやcowの赤血球は凝集せず、その詳細については明らかではない。そこで、走化性と赤血球凝集活性を指標に、フクシアの花粉(やくも含めて)の水抽出物を分子量で分画したところ、分子量1000以下の画分には走化性活性は検出されず、そして、弱い赤血球凝集活性しか検出されなかった。一方、分子量1000-5000の画分には走化活性とかなり強い赤血球凝集活性が検出された。今後、今画分より走化性因子本体の単離と構造決定を行う予定である。2.抗トリパノソーマ活性物質の生薬資源からの検索:天然物の抗トリパノソーマ活性を培養アフリカトリパノソーマ(Trypanosoma brucei bricei IL Tat 1.4 done)を用いてin vitroの実験系で調べたところ没食子酸に強力な抗トリパノソーマ活性が認められた。この抗トリパノソーマ活性は原虫増殖抑制ではなく、原虫致死作用によるものであった。我々はすでに没食子酸が哺乳類癌細胞に対して、正常細胞に比べかなり選択的に細胞の縮小、染色体DNAの凝縮、細胞膜の平坦化などアポトーシスに特徴的な形態変化を示すこと明らかにしてきた。さらに、没食子酸はある種の癌細胞(HL-60RG etc)にアポトーシスの生化学的マーカーである染色体DNAのヌクレオソーマル単位の断片化を誘導することを明らかにしてきた。そこで、没食子酸のトリパノソーマ殺活性の作用機序を検討した。没食子酸のトリパノソーマ致死活性は10μg/mlの濃度で2時間以内、6μg/mlの濃度で6時間以内にトリパノソーマ(10^4-10^6/ml)を死滅させるほど強力なものであった。このトリパノソーマ致死活性はトリパノソーマ数依存性を示し、10μg/mlにおける致死活性はトリパノソーマ数10^6/mlまでは効果が見られたが、10^7/ml以上の濃度のトリパノソーマを用いた実験ではトリパノソーマ致死活性は観察されなかった。また、没食子酸処理トリパノソーマよりDNAを抽出し、アガロース電気泳動にかけてDNAの断片化を調べたが、DNAの断片化は検出されなかった。現在、没食子酸によるトリパノソーマ致死活性の作用機序に関してさらに詳細な検討を行っている。そこで、花粉を押しつぶした状態で走化反応を検討

するうと、フクシア、ヒオウギ、インドハマユウ、チョウセンアサガオの花粉にも走化性を示すことが明らかとなった。次に、フクシン、ヒオウギ、インドハマユウ、チョウセンアサガオの花粉の水、及びメタノールエキスを作成し、走化反応を検討した。実験はビーズ(Gelatin Sepharose 4B)にエキスを3時間浸透させ、これをスライドグラス上で感想させた後、感染動物血液を添加するという方法を取った。その結果、フクシンの水エキスに特に強い走化反応が認められ、メタノールエキスにも走化反応が認められたが、他のエキスには認められなかった。また、このフクシアの花粉水エキスは、齧歯類の赤血球を凝集させることが明らかとなり、lectin様物質の存在が予想されたが、goatやcowの赤血球は凝集せず、その詳細については明らかではない。そこで、走化性と赤血球凝集活性を指標に、フクシアの花粉(やくも含めて)の水抽出物を分子量で分画したところ、分子量1000以下の画分には走化性活性は検出されず、そして、弱い赤血球凝集活性しか検出されなかった。一方、分子量1000-5000の画分には走化活性とかなり強い赤血球凝集活性が検出された。今後、今画分より走化性因子本体の単離と構造決定を行う予定である。2.抗トリパノソーマ活性物質の生薬資源からの検索:天然物の抗トリパノソーマ活性を培養アフリカトリパノソーマ(Trypanosoma brucei bricei IL Tat 1.4 done)を用いてin vitroの実験系で調べたところ没食子酸に強力な抗トリパノソーマ活性が認められた。この抗トリパノソーマ活性は原虫増殖抑制ではなく、原虫致死作用によるものであった。我々はすでに没食子酸が哺乳類癌細胞に対して、正常細胞に比べかなり選択的に細胞の縮小、染色体DNAの凝縮、細胞膜の平坦化などアポトーシスに特徴的な形態変化を示すこと明らかにしてきた。さらに、没食子酸はある種の癌細胞(HL-60RG etc)にアポトーシスの生化学的マーカーである染色体DNAのヌクレオソーマル単位の断片化を誘導することを明らかにしてきた。そこで、没食子酸のトリパノソーマ殺活性の作用機序を検討した。没食子酸のトリパノソーマ致死活性は10μg/mlの濃度で2時間以内、6μg/mlの濃度で6時間以内にトリパノソーマ(10^4-10^6/ml)を死滅させるほど強力なものであった。このトリパノソーマ致死活性はトリパノソーマ数依存性を示し、10μg/mlにおける致死活性はトリパノソーマ数10^6/mlまでは効果が見られたが、10^7/ml以上の濃度のトリパノソーマを用いた実験ではトリパノソーマ致死活性は観察されなかった。また、没食子酸処理トリパノソーマよりDNAを抽出し、アガロース電気泳動にかけてDNAの断片化を調べたが、DNAの断片化は検出されなかった。現在、没食子酸によるトリパノソーマ致死活性の作用機序に関してさらに詳細な検討を行っている。1.花粉由来誘引物質の検索本学薬草園にて花粉量の多い植物8種から花粉を採取し,T.vivaxの走化反応を検討したところ,ヒオウギの花粉にのみ走化反応が認められたが,その反応性はフクシアに比較して若干弱いものであった。この走化反応は,スライドグラス上に花粉を置き,T.vivaxを感染させたマウスの尾静脈血を添加して観察するのであるが,その際に花粉をカバーグラスなどで緩やかに圧力を加えて,花粉を押し潰すと更に強い走化反応が認められた。そこで花粉を押し潰した状態で走化反応を検討すると,フクシア,ヒオウギ以外にもインドハマユウやチョウセンアサガオの花粉にも走化性を示すことが明かとなった。
気孔コンダクタンスのモデル化に関する研究

この研究に関する最終目標は緑地の微気候を数値的に解析できるモデルを作成することである。そのためには、植栽の熱・水分収支モデルが必要となるが、そのサブモデルとして気孔コンダクタンスのモデル化が必要になる。今回の研究の目的は、気孔コンダクタンスをモデル化することである。モデル化の方法として、気孔の環境条件への応答をニューラルネットワークを用いてモデル化する方法を提案した。以下に研究成果の概要をに示す。1.現在までの、気孔コンダクタンスモデルのレビューを行い、各モデルの特徴について調べた。気孔コンダクタンスのモデルは2種類のモデル(現象論的モデルと半実験的モデル)に分類できた。現象論的モデルはさらに3種類のモデル(線形重回帰モデル、Jarvisの変数分離型モデル、そして今回のモデル)に分類できることが分った。(1)気孔は環境因子に対して極度に非線形に応答するため、線形重回帰モデルは適用しがたい。(2) Jarvisのモデルは環境因子間の相互作用が組み込めない。(3)半実験的モデルは、現象論的モデルに比べ、光合成モデルを使用するため、より厳密なモデルであるが、現在の研究段階では、葉の水ポテンシャルの気孔への影響を組み込めない。2.ニューラルネットワークを用いた気孔コンダクタンスのモデルを試みた。従来から使用されているJarvisのモデルとの比較を試み、今回のモデルが精度において優れていることを明らかにした。3.本研究でのニューラルネットワークを用いた非線形重回帰モデルが、従来のJarvisのモデルに比べ、精度が向上される原因について調べた。この原因は、Jarvisのモデルでは、気孔コンダクタンスに対する、環境因子間の相互作用を組み込めないことであった。ニューラルネットワークを用いたモデルでは、この環境因子間の相互作用を組み込むことができるため、精度の向上が得られた。以上の点が、今回の研究で明かとなった。1.研究目的植栽の熱・水分収支をモデル化する際に、植物特有の問題が生じる。それは植物の葉の気孔の開閉より、植物からの蒸散量が大きく変化する点である。この量を正確に予測しないとモデルの信頼性がなくなる。気孔の環境条件への応答をニューラルネットワークを用いてモデル化するのが、本研究の目的である。2.研究実績(1)気孔コンダクタンスの測定データの収集した。気孔の開閉(定量的には気孔コンダクタンス)は、主に4つの環境条件(光合成有効放射量、空気の湿度、葉温、葉の水ポテンシャル)に応答することが判っている。これらの環境条件と気孔コンダクタンスが同時に測定されているデータを過去の研究から探しだした。(2)得られた観測データを用いて、ニューラルネットワークを利用した気孔コンダクタンスの非線型重回帰モデルの作成を試みた。使用したニューラルネットワークは階層型、アルゴリズムはバックプロパゲーションを採用した。理由は、非線型重回帰のモデルには階層型ニューラルネットワークが最も適当であり、バックプロパゲーションは階層型のニューラルネットワークに最も利用されるアルゴリズムであるため。結果としては、隠れ層のニューロンを8個程度にとっておけば、ニューラルネットワークを利用した気孔コンダクタンスの非線型重回帰モデルは、十分に測定データを予測した。(3)従来から使用されているモデルとの精度の比較を行った。今回のニューラルネットワークを利用したモデルは、従来のモデルに比べて、精度において格段に精度が高かった。

そのためには、植栽の熱・水分収支モデルが必要となるが、そのサブモデルとして気孔コンダクタンスのモデル化が必要になる。今回の研究の目的は、気孔コンダクタンスをモデル化することである。モデル化の方法として、気孔の環境条件への応答をニューラルネットワークを用いてモデル化する方法を提案した。平成10年度の研究成果を以下に示す。1.ニューラルネットワークのアルゴリズムの向上について調べた。バックプロパゲーションのアルゴリズムはニュートン法による最急降下法であるため、収束性に問題がある。この欠点をなくすため共役傾斜法によるアルゴリズムを用いた場合を調べた。しかし、期待した結果は得られなかった。2.本研究でのニューラルネットワークを用いた非線形重回帰モデルが、従来のJarvisのモデルに比べ、精度が向上される原因について調べた。この原因は、Jarvisのモデルでは、気孔コンダクタンスに対する、環境因子間の相互作用を組み込めないことであった。ニューラルネットワークを用いたモデルでは、この環境因子間の相互作用を組み込むことができるため、精度の向上が得られた。3.現在までの、気孔コンダクタンスモデルのレビューを行い、各モデルの特徴について調べた。気孔コンダクタンスのモデルは2種類のモデル(現象論的モデルと半実験的モデル)に分類できた。現象論的モデルはさらに3種類のモデル(線形重回帰モデル、Jarvisの変数分離型モデル、そして今回のモデル)に分類できることが分った。(1)気孔は環境因子に対して極度に非線形に応答するため、線形重回帰モデルは適用しがたい。(2) Jarvisのモデルは環境因子間の相互作用が組み込めない。(3)半実験的モデルは、現象論的モデルに比べ、光合成モデルを使用するため、より厳密なモデルであるが、現在の研究段階では、葉の水ポテンシャルの気孔への影響を組み込めない。以上の点が、今回の研究で明かとなった。