hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ライティング・ライフログ：　画像検索に基づくカメラペンインタフェースの挑戦

カメラペンには,筆跡の復元と,復元した筆跡を文書に関連付ける処理(位置決め)の2つの機能が必要である.これらの機能については,本研究によって成果が得られていると考えている.一方で,ライティング・ライフログを実現するためには,ペンの使いやすさ,自由な筆記でも動作するロバスト性の2点が必要である.これらの点については,まだ改善の余地がある.この点を改善すべく,当該年度に様々な改良を試みたものの,未だ十分な成果が得られていない.その理由は,主にハードウェアの制限による.カメラとして小型で高速なものがないかぎり,問題を根本的に解決するのは難しいのではないかと考えている.逆にいえば,小型・高速なカメラを利用すれば,問題を解決できる可能性は高い.上記研究実績の概要にもあるように,文字認識・図形認識以外の項目については順調に進めることができた.しかしながら,研究や実験を重ねるにつれて,現在の方式を保ったままで一般的な筆記に耐え得る,ライティング・ライフ・ログの実現が可能かどうかについて,疑問が生じてきた.この理由は,改善された精度を持ってしても,やはり筆跡復元に失敗することがあり,それを回避できないためである.根本的な原因は,本方式がカメラペンのペン先の移動量を推定して,筆跡を復元している点にある.そのため,例えば,ペンアップ(ペン先が紙面から離れた状態)やペンダウン(ペン先が紙面についた状態)の判定が難しい,復元された筆跡が乱れても検証できないという問題が生じている.この点を解決することができていないため,最終目標の達成に対して,達成度を「やや遅れている」とした.なお,当初の計画に対しては,文字認識・図形認識以外については目標を達成しているため,「概ね順調に進展している」と判断している.達成度の項目のところで述べたとおり,使いやすさとロバスト性の改善が今後の研究課題の中心となる.方策としては,次の2通りを考えている.(1)カメラペンによるロバスト性の向上:最も大きな問題点は,自由手書きの際に生じるモーションブラーである.この問題点を解決するため,シャッタースピードを高めた設定でカメラを使うことを考える.これにより,必ずしも高速フレームレートのカメラでなくても,ブレの少ない画像を得ることができると考えている.これにより,問題を解決できる可能性がある.ただし,シャッタースピードを高めると画像が暗くなることから,適切な後処理が必要である.(2)カメラペンを離れた方法によるライティング・ライフログの実現.カメラをペンに取り付けるのではなく,ユーザにカメラを取り付けることによって,ライティング・ライフログを実現する手法も検討する.ユーザは筆記の際に自身の筆跡を必ず見ているため,ユーザにカメラを取り付けた一人称ビジョンを用いると,筆跡を復元できる可能性がある.こちらの設定の問題は,カメラの取り付け位置が紙面から遠くなる点である.この問題点を解決するためには,高解像度カメラを用いる必要性がある.なるべく小型で高解像度のカメラを用いて,この問題の解決を図る.以上の2点を今年度の方針とする.「現在までの達成度」に記載したとおり,現在の方式をそのまま継続開発して目標が達成できるかどうか,疑問が残る点が出ている.そのため,本年度は次の2通りを試すこととする.
統合失調症者の地域生活支援における当事者と地域をつなぐ心理学的援助に関する研究

統合失調症者の地域生活に対する(1)当事者(2)援助者(3)大学生の意識を検討した。(1)当事者の地域生活上の不安や生きがいについて、生活環境と年齢の違いから捉えた。(2)援助者(看護師)が新たな患者理解を行う場面として、心理劇が有効であることが示された。(3)大学生の意識変化に心理教育は有効であり、回数や内容の違いによる効果が検討された。また、当事者が情報提供者として大学生に関わった場合の効果も検討された。本年度は、研究の目的に沿い、以下の2領域((1)、(2))についてそれぞれ研究を行った。研究(1)当事者の内にあるバリア:当時者(統合失調者)を自宅住居者と援護寮住居者に分け、それぞれが抱く地域生活に対する不安と生きがいについてインタビュー調査を行い結果を論文にまとめた(福岡女学院大学大学院紀要臨床心理学)。その結果、住居形式の違いによる不安といきがいによる大きな違いはみられなかったものの、年齢による違いがあることが明らかになった。20代30代では就労や自立に対する意欲、不安の発言が多く聞かれた。発達課題に応じて地域生活上の不安や生きがいもその比重が異なるといえ、この点を意識した援助のあり方を検討する必要が示唆された。研究(2)周囲の人にあるバリア(当事者と地域住民をつなぐ研究):本年度はこの領域に関して、3つの研究を行った。(1)大学生に授業を通して継続的に当事者に対する心理教育を行い、その前後の意識の変化をデータとして収集した。この結果については、現在データの分析中である。(2)大学生(小グループ)に対して、当事者に対する心理教育を行ったセッションと当事者の地域生活に対する考えを伝えるセッション(ともに1回のみ)を行った場合の、当事者理解の変化についてデータの分析を行い、学会発表を行った(日本心理臨床学会)。両セッションとも施行後に当時者に対する理解が増すことが明らかになったが、関わる自分自身の不安は軽減しないことがわかった。(3)当事者自身が自身の体験を語る講演会を行い、当事者と直接接触することによる参加者の意識の変化についてデータを収集した。このデータについては現在分析中である。本年度は産前・産後休暇取得に伴い年度の途中までの報告である。以下の2領域((1)、(2))について研究を行った。研究(1)援助者のバリア(臨床実践における援助者の当事者理解を検討する研究) :医療援助者(看護職など)の当事者に対する日常生活場面理解と臨床心理学的援助場面による理解の変化を捉えるため、援助者のデータ(心理劇実施前後の意識を捉えるアンケート)を収集している。データの分析は休暇終了後に継続して行う。研究(2)周囲の人にあるバリア(当事者と地域住民をつなぐ研究) :今年度までに得られた研究データの分析((1)・(2))と新たな研究の実施((3))を行った。(1)大学生に授業を通して継続的に精神障害者に対する心理教育を行い、その前後の意識の変化を分析した結果、偏見・差別に対する意識の変化が得られた(2008年度福岡女学院大学人間関係学部紀要執筆予定)。(2)精神障害者自身が直接大学生に対して自分の体験を語る講演会を行い、当事者と直接接触することによる参加者の意識の変化について、講演視聴後の感想をインタビューした。その結果、偏見や差別に対する意識変化だけではなく、「自分がどのように関わるか」という強い自我関与も含めた意識の変化があることが認められた(2008年度福岡女学院大学大学院人文科学研究科臨床心理学専攻紀要執筆予定)。(3)大学生に精神障害者に対する心理教育を再度実施した。変更点は、従来のアンケート項目に加え、上記(2)の結果(当事者の講演による視聴者の意識変化項目)も含めデータを収集した点である。研究(2)の分析は休暇終了後に継続研究を行い、地域住民と精神障害者をつなぐ心理教育のあり方を検討する。今年度は、1、援助者の統合失調症者(以下SC)理解における心理的障壁のあり方、2、地域住民と当事者(SC)をつなぐための援助(教育モデル)について検討した。1、臨床実践における援助者のSC理解について調査した。長期入院中のSCを対象に、週に1度の集団心理療法である心理劇を1年間施行し、心理療法中のSC理解について、参加した医療スタッフ(看護師、臨床心理士、作業療法士)にアンケート調査を実施した。その結果(1)心理療法において日常とは異なるSCの姿を70%前後の援助者(看護師)が捉え、(2)特に看護師は重度の陰性症状があるSCに多くの発見(自己表現、自発性、未知の事実や気持ちなど)を行い、病棟生活とは異なる患者理解が心理劇を通して促進することが示唆された。長期入院のSCは認知障害だけではなく陰性症状のために内面を理解することが困難な問題があるが、このように臨床心理学的なアプローチにおけるSCの姿に触れることは、両者をつなぐ働きかけになることが示唆された(第35回西日本心理劇学会発表)。

2、当事者(SC)に情報伝達者として協力を求め、自らの体験を講演してもらい、知識としての理解だけではなく直接の関わりが大学生に与える影響について検討した。調査内容は、講演前後の意識変化(例:症状理解、自立に必要なことなど)である。回答内容を分類した結果、講演後にあらたに加わる項目があることが示された(例:自立に必要なことに対し、仲間とのつながり項目が追加)。これまで大学生に対し、授業の中での心理教育の効果が検討されてきたが、本研究結果より一般の人々の捉え方を是正するには、病気に関する知識を深めるだけではなく、SCとの直接の関わりも重要であることが示された。
磁気モーメントの変化を用いた新規環境発電技術実現に向けた基礎研究

近年、振動や電波、排熱などから電気を取り出す環境発電が注目されている。これらのエネルギー源の中でも熱の量は非常に多くまとまって取り出せることから、熱電変換を利用することが、環境発電の代表例として注目されており、その研究開発が進められている。しかしながら、熱電変換の発電効率は非常に低いことが知られている。そこで、本研究では、冷凍機などから排出される低温排熱からの発電を対象として、磁性体の転移と誘導起電力を利用した新規環境発電技術の提案とそのシステム設計について実験と理論解析により基礎研究を行った。物理化学現象である強磁性体から常磁性体への転移に関する基礎データと材料の特性データの収集を行った。そのデータを元に、温度ーエントロピー線図を描き理論効率の算出を行った。1)磁性体(ガドリニウム)の基礎特性の把握本研究では、キュリー温度以下での強磁性体であるガドリニウムの磁化率の温度による変化を定量的に分析した。ガドリニウム表面から一定距離離れた点の磁束密度を、ガドリニウムの温度を調節して、ガウスメータにて測定した。同様の実験を磁気回路による磁場内において行い、磁場による磁化率への影響を測定した。また、ヒステリシスの大きさを定量的に測定するためにガドリニウムを加温した場合と冷却した場合の熱量の差を測定した。これらの結果と、伝熱の観点からガドリニウムは粒状として冷却水と直接接触させることとした。2)温度ーエントロピー線図より得られる理論効率の算出とモデル化実験により得た基礎特性より、一サイクルのサイクル線図を温度ーエントロピー線図上に描き、そのときに得られる理論効率を算出した。また、得られたサイクル線図をカルノーサイクルの線図と比較し、効率を下げる要因を考察した。また、試設計する予定の発電システムの電気回路モデルを構築し、Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis(SPICE)を使って、理論容量のシミュレーションと発電システムの動特性の把握を行った。得られた動特性から、基本となる運転システムの設計を行った。計画通りに進捗している。しかしながら、実施した実験のデータ数を補充する必要があることからおおむね順調とした。発電システムの試設計を行い、そのシステムを使って、実際に得られる発電量の評価を行った。電磁誘導を用いた発電システムの設計これまでの研究成果から発電システムを考案した。冷熱源によりガドリニウムを冷却19°C以下まで冷却し、強磁性体となったガドリニウムの磁化を用いて電磁誘導が起こり、ソレノイドコイルに電気が発生する。その際の起電圧と変化する時間を測定して、電流量の測定を行った。また、出力についてはガドリニウム内の伝熱速度に大きく依存することから、冷却水の温度やガドリニウムと冷却水の量を変更し繰り返し実験を行い測定した。設計システムの効率比較と更なる高効率化に向けた課題抽出試設計したシステムの発電量と本システムが温度-エントロピー線上に描く、サイクル線図を比較して、システムの効率について検討を実施した。本システムが描くサイクルは顕熱からの発電に適したトリラテラルサイクルに近づくことが確認された。しかしながら、トリラテラルサイクルを描くにも関わらず、現状として得られる発電量は非常に小さい。その理由について検討した結果、冷却により強磁性体となった際に与える磁場が小さく、磁気モーメントの変化が十分でないために、発電量が小さいということを確認した。また、各検討の結果から本システムの運転手法について検討を実施した。以上の検討により、サイクル線図による理論設計から物理化学現象の把握と発電システムの設計を実施した。微小なエネルギー変化をとらえる必要があり、測定が非常に困難となる。繰り返し実験を行い、実験結果の確度を挙げるように努める。プロセス設計実験補助の謝金として利用することを予定していたが、該当者が見つからなかったため。実験量を増やすことを考えており、その経費として使用する予定である。
炎症性腸疾患における発癌調節機構の解明と臨床応用への基盤樹立

本研究は申請者らが独自に研究を展開してきた炎症性サイトカインを介した腸管上皮細胞における免疫学的シグナル伝達に注目し、炎症性腸疾患における特異的発癌分子機構とその新規治療標的としての可能性について解析した。その結果、腸管上皮細胞における特異的なTNFシグナルがNF-KBの活性化に深く関与する事実と、それによって腸管上皮細胞の発癌誘導が促進され得る可能性が暗示された。この分子メカニズムが炎症性腸疾患における特異的発癌の病態機序においてその治療標的になりうることが示唆され、今後の研究成果が期待される。本研究は申請者らが独自に研究を展開してきた腫瘍壊死因子(TNF)受容体シグナルを介した腸管上皮細胞における免疫学的シグナル伝達に注目し、炎症性腸疾患における特異的発癌分子機構とその新規治療標的としての可能性について着目している。その結果、本研究では当該研究期間に以下のような成果が得られた。1)マウス腸上皮細胞株MODE-KおよびCT-26細胞を用いた実験では、1型TNF受容体(TNFR1)および2型TNF受容体(TNFR2)がそれぞれこれらの細胞に発現していることがmRNAおよび蛋白質レベルで確認された。2)またリコンビナント(r)インターフェロン-ガンマ(r IFN-γ)の存在下でこれらの細胞を培養すると、TNFR1の発現には変化がみられないものの、TNFR2の発現は増加することがWestern blot法で観察された。3)またr IFN-γやr TNF-αの存在下で培養したこれらの細胞において、コントロールと比較してp65やIκ-Bαのリン酸化が誘導されることが生化学的に確認された。これを受けて現在、腸管上皮細胞のアポトーシスに対するTNFシグナルの影響を解析中である。これらの研究結果は腸管上皮細胞における特異的なTNFシグナルがNF-κBの活性化に深く関与する事実と、それによる腸管上皮細胞の発癌を誘導し得る可能性を暗示するものと思われる。さらにこの分子メカニズムが炎症性腸疾患における特異的発癌の病態機序においてその治療標的になりうることが示唆され、今後の研究成果が期待されるものと思われる。1)リコンビナント(r)インターフェロン-ガンマ(rIFN-g)やrTNF-aの存在下でマウス腸上皮細胞株MODE-KおよびCT-26細胞を培養したときに誘導される2型TNF受容体(TNFR2)特異的な発現上昇は、細胞内のp65やIk-Baのリン酸化を誘導することのほか、これらの細胞ではカスパーゼ8やカスパーゼ3の活性化が誘導されないことがWestern blot法で確認された。2)またマウス慢性大腸炎モデルを作製したとき、in vitroでの結果と同様に大腸上皮においてp65やIk-Baのリン酸化が誘導されることがWestern blot法で観察された。これを受けて現在、in vivoにおける炎症性発癌に対するTNFシグナルの影響を解析中である。これらの研究結果は腸管上皮細胞における特異的なTNFシグナルがNF-kBの活性化に深く関与する事実と、それによる腸管上皮細胞の発癌を誘導し得る可能性を暗示するものと思われる。本研究は申請者らが独自に研究を展開してきた腫瘍壊死因子(TNF)受容体シグナルを介した腸管上皮細胞における免疫学的シグナル伝達に着目し、炎症性腸疾患における特異的発癌分子機構とその新規治療標的としての可能性について検討している。1)in vivoにおける炎症性発癌モデルとしてazoxymethane (AOM)とdextran sodium sulfate (DSS)の投与によるcolitis-associated cancer (CAC)をマウスに誘導した。その大腸組織の解析結果から、in vitroと同様に炎症時の上皮細胞において2型TNF受容体(TNFR2)特異的な発現上昇が誘導され、それと相関して細胞内のp65やIκ-Bαのリン酸化も誘導される一方、同組織においてカスパーゼ8やカスパーゼ3の活性化は誘導されないことが確認された。2)またこうした傾向は非腫瘍部と比較して腫瘍部でさらに強い反応として確認された。3)さらにこうした反応はin vivoにおける抗TNF抗体によって阻害されることが確認された。

これらの研究結果は腸管上皮細胞における特異的なTNFシグナルがNF-κBの活性化に深く関与する事実と、それによる腸管上皮細胞の発癌を誘導し得る事実を暗示するものと思われる。さらにこの分子メカニズムが炎症性腸疾患における特異的発癌の病態機序においてその治療標的になりうることが示唆され、今後の研究成果が期待されるものと思われる。炎症性発癌モデルにおけるその調節機構に関しては、当初に想定されていた標的分子のほか、アポトーシス関連分子の影響を受けているか否か、その解析を同時に進めており、本研究は予定されていた計画から若干異なる展開を辿りつつあり、大きな成果が得られる可能性を秘めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。レンチウイルスベクターを用いたP2Aレベルの動物実験に関しては、学内においてその環境整備を調整している段階である。これが完了すれば計画中の実験を遂行する予定である。
金融税制が家計の資産選択に与える影響の研究

『家計調査』貯蓄負債編の、2002年3月2003年12月までの月次個票データを用いて、2003年の新証券税制の効果が(1)家計の株式および株式投信保有高にどれほどあったのか、また、(2)預金、債券も含めた家計のポートフォリオにどのような効果を与えたのかを探った。その結果、新証券税制による税制改革が、同時期の家計の株式・株式投信残高増に寄与した一方で、預金および債券の残高に対しては中立的であったことが示された。リーマンショック以来の世界的不況の甲にあって、金融祝制を通じた金融規制のありかたが再び脚光をあびつつある。ところが、この問に答えるべく用意されているわが国の基礎研究は意外にもわずかである。どのような規制がどのような効果を生むのかを予測するだけの基本的な研究が我が国おいて不足しているのである。そこで、本研究では1)これまで利用が困難であっだ『全国消費実態調査』、『貯蓄動向調査』、『家計調査』の個票データについて2次利用の申出をすることにより、これを取得し、2)この信頼性の高いデータを用いて家計の資産選択を律する方程式を推計し、3)配当税率が家計の投資行動に影響を与えているのか、また、2003年の新証券税制および65歳以上のマル優廃止は効果があったのか等について分析を進めていく。さらに、4)これらの調査が全国的な規模で行われていることを利用して、家計の資産選択行動に地域差が見られないか、また、5)税収と家計の資産選択行動の国家的、地域的関係を析出していく。2010年度は上記三つの基本統計の二次利用申請を行うとともに、具体的な解析で応用を考えているベイズ統計、中でも、近年脚光を浴びているMCMCのプログラミングに精力を注いだ。データ取得にかんしては、東日本大震災の関係もあり、データ開示が大幅に遅れ、5月の段階でようやく、『全国消費実態調査』の提供を受けたばかりである。残り二つの統計の開示を待って、具体的な推計作業に入る予定である。本年度は、家計調査貯蓄負債編の、2002年3月2003年12月までの月次個票データを用いて、2003年の新証券税制の効果が家計の株式および株式投資信託(以後、株式投信と呼ぶ)保有高にどれほどあったのかを探った。具体的には、家計の実質株式・株式投信保有高(名目保有高/TOPIX)を目的変数とし、株式リスクプレミアム、家計の金融資産残高、年齢、持ち家ダミーを説明変数として、回帰モデル、トービットモデル、サンプルセレクションモデルの3つのモデルで詳細に分析した。その際、新証券税制の効果は定数項ダミーおよびリスクプレミアム係数シフトで計測した。その結果、(1)新証券税制の効果の有無については、上記三つのモデルで定数項ダミーおよびリスクプレミアム係数シフトに有意に「効果有り」と現れた。また、その量的効果は、トービットモデルの推定結果で見ると、(2)定数項シフトに反映されたもので、1家計あたり約26.8万円の株式・株式投信残高の増大を意味し、全家計では、約9.1兆円の残高増となる。他方、(3)リスクプレミアム係数シフトに現れる残高増は0.5兆円に満たない。また、(4)資金循環表を用いると、2003年第1四半期から同第2四半期にかけての家計の株式・株式投信残高増は約8.7兆円であるから、この間の残高増は定数項シフトによって予測された残高増にほぼ相当する。(5)新証券税制による税制改革が、同時期の家計の株式・株式投信残高増の大部分を説明することが示唆される。本年度は、家計調査貯蓄負債編の、2002年3月2003年12月までの月次個票データを用いて、2003年の新証券税制が家計の金融資産のポートフォーリオ、すなわち、株式・株式投信、預金および債券の保有高という3つの目的変数に対して、どのような影響を与えたのかを探った。説明変数としては、各資産のリスクプレミアム、家計の金融資産残高、年齢、持ち家ダミーを用い、そこに、2003年4月ダミーを、定数項シフトおよびリスクプレミアム係数シフトとして、入れることによって、新証券税制がどの目的変数に影響を与えているかを分析した。モデルとしては、はじめに、Tobitモデル、SURモデル、多変量プロビットモデルを用いた。しかしながら、Tobitモデルは、各目的変数の決定式の誤差項の相関を考慮していないこと、SURモデルは、保有高0を適切に処理できていないこと、多変量プロビットモデルは連続型データを2値データに変換するために、情報を有効に活用できていないという弱点が存在する。そこで、SUR with TobitモデルをMCMC推定することによって、最終的な推計式を得ることにした。それによると、株式・株式投信の保有高は、定数項シフトおよびリスクプレミアム係数シフトが有意であった。それに対して、預金および債券にはシフトが見られなかった。

したがって、家計のポートフォーリオ全体を考慮しても、新証券税制が株式・株式投信にのみ、プラスの影響を与えたことが確認できた。主要ターゲットである、『家計調査貯蓄負債編』の主要な解析が終了し、投稿論文が完成した。24年度が最終年度であるため、記入しない。家計の金融資産の中でどの種類の金融資産から株式・株式投信へ資金が移動したのかについて問うことが今後の主要な課題である。具体的には、『貯蓄動向調査』の個票データを『家計調査貯蓄負債編』の個票データとプールし、SURモデル等による分析を試みていきたい。
新しいファイバ・ブリュアン散乱センシングに関する協力研究

平成11年度:ファイバマッハツェンダ干渉計を用いた温度と歪みの同時検出が可能な,低価格,簡単,実時間性の高いセンサを提案した。25kmの通信用分散シフトファイバにおける誘導ブリュアン散乱のスペクトラムと戻り光と導波光の入射光強度依存性,ファイバにパルス光を入射した時の後方散乱OTDR波形を測定した。平成12年度:後方散乱から干渉ノイズの主な原因となるレイリー散乱を除去し,温度と歪みの情報を含むブリュアン散乱を検出するために,ダブルパスファイバマッハツェンダー干渉計と,そのコントロール回路を作成し,30dB以上のレイリー散乱抑制比と2.5dB以下の挿入損失の干渉計特性を達成した。上記の干渉計と作成した広帯域,高利得アンプを利用して,自然ブリュアン散乱強度により,23kmの分散シフトファイバの末端に加えた温度変化を20mの距離分解能で検出することに成功した。次に、シングルパスファイバマッハツェンダー干渉計を作成し,2kmファイバ末端に加えた歪み変化を40mの距離分解能で検出した。平成13年度:分散シフトファイバ中の自然ブリュアン散乱強度の温度依存性を-27.2°C820°Cまでの温度範囲で調べた。温度が上がる時に,約450°Cから600°Cまでの範囲でファイバコーテイグの温度による変形がファイバをマイクロベンドするため,ブリュアン散乱強度を大きく減衰してしまうが,コーテイグが燃えた後,-27.2°Cから820°Cまでの温度範囲での温度依存性は線形となり,温度依存係数は約(0.25±0.04)%/°Cであることを確認した。4kmファイバ末端に加える上記の温度変化を13mの距離分解能で測定できた。本研究を進行するにあたって、まず芳野教授が華北電力大学に赴きファイバ・フリュアン散乱センシングに関する研究の指導を行った。また、崔教授は群馬大学に来校し華北電力大学での研究進捗状況を報告し、今後の研究方針に対して協議を行った。それに伴い華北電力大学から楊助手が群馬大学に来校し、群馬大学における研究に参加し実験を行った。まず本研究ではファイバ・マッハツェンダー干渉計を利用した温度と歪みを同時に検出できる簡便なセンサへの応用を考え、1.5μmの狭線幅波長可変LDを光源として光ファイバアンプと広帯域広帯域スペクトラムアナライザとを用いて25kmの分散シフトファイバのブリュアンスペクトラムの判定を行った。その結果、このファイバのブリュアン周波数シフトが10.58GHzであることが分かった。次にこのファイバにおけるファイバの戻り光と導波光の入射光強度依存性を測定し、誘導ブリュアン散乱光の闘値を測定したところ約2.5mWであることが分かった。この時、入力光強度が4.2mWを超えると導波光は飽和し、入射光のブリュアン散乱光への変換率は72%以上であることが分かった。パルス発振器で駆動されるAOMによりパルス化された入射光に対するレイリー及びブリュアン散乱光を含むOTDR波形を観測することに成功した。現在までは実験は予定通り進行しており、今後はファイバ・マッハツェンダー干渉計による温度、歪み同時検出の実験を行い、レイリーノイズと光源の周波数ドリフトの影響を低減する方法を検討するとともにシステムの最適化を行う予定である。本年度は、後方散乱から、強度が強くまた干渉ノイズの主な原因となるレイリー散乱を除去し、温度と歪みの情報を含む極めて弱いブリュアン散乱を検出するために、1:1ファイバカプラとファイバアイソレータでダブルパス全ファイバマッハツェンダ干渉計を作成した。PZTの印加電圧を制御することにより、干渉計の伝送特性を調整することでレイリーとブリュアン散乱を分離する実験を行った。

1.5μm帯波長可変LDと光ファイバアンプ、広帯域スペクトルアナライザを用いて干渉計の特性を測定したところ、30dB以上のレイリー散乱抑制比を達成することが分かった。干渉計を隔離することにより外乱によらず、比較的に安定した特性を得ることができた。ブリュアン散乱を高感度、高分解能で検出するために広帯域(010MHz)、高利得(1000倍)のアンプを作成した。上記の干渉計とアンプを利用して27kmの分散シフトファイバ中で自然ブリュアン散乱のOTDR波形を観測することに成功した。4kmの分散シフトファイバの末端に加える温度変化を13mの距離分解能で検出することができた。次に、温度、歪みの同時検出を実現するために、ブリュアン散乱周波数シフトを検出する2.5GHzのFSRを持つシングルパス全ファイバマッハツェンダ干渉計を作成した。2kmの分散シフトファイバの末端に加える歪み変化を40mの距離分解能で検出することに成功した。今後は、提案したマッハツェンダ干渉計による光源の周波数ドリフトと外乱によるダブルパス全ファイバマッハツェンダ干渉計への影響を除去する方法を実現し、さらにその安定性を高めると共に、ブリュアン散乱周波数検出干渉計の高精度な制御を行う。一方、高感度検出器と新しい信号処理方法を用いることにより、ファイバ長に渡って温度、歪み分布を同時に、高精度、高距離分解能で測定する実験を行う予定である。平成11年度:ファイバマッハツェンダ干渉計を用いた温度と歪みの同時検出が可能な,低価格,簡単,実時間性の高いセンサを提案した。25kmの通信用分散シフトファイバにおける誘導ブリュアン散乱のスペクトラムと戻り光と導波光の入射光強度依存性,ファイバにパルス光を入射した時の後方散乱OTDR波形を測定した。平成12年度:後方散乱から干渉ノイズの主な原因となるレイリー散乱を除去し,温度と歪みの情報を含むブリュアン散乱を検出するために,ダブルパスファイバマッハツェンダー干渉計と,そのコントロール回路を作成し,30dB以上のレイリー散乱抑制比と2.5dB以下の挿入損失の干渉計特性を達成した。上記の干渉計と作成した広帯域,高利得アンプを利用して,自然ブリュアン散乱強度により,23kmの分散シフトファイバの末端に加えた温度変化を20mの距離分解能で検出することに成功した。次に、シングルパスファイバマッハツェンダー干渉計を作成し,2kmファイバ末端に加えた歪み変化を40mの距離分解能で検出した。平成13年度:分散シフトファイバ中の自然ブリュアン散乱強度の温度依存性を-27.2°C820°Cまでの温度範囲で調べた。温度が上がる時に,約450°Cから600°Cまでの範囲でファイバコーテイグの温度による変形がファイバをマイクロベンドするため,ブリュアン散乱強度を大きく減衰してしまうが,コーテイグが燃えた後,-27.2°Cから820°Cまでの温度範囲での温度依存性は線形となり,温度依存係数は約(0.25±0.04)%/°Cであることを確認した。4kmファイバ末端に加える上記の温度変化を13mの距離分解能で測定できた。
半無限旗多様体の幾何学的、組み合わせ論的、及び表現論的側面からの研究

半無限旗多様体上の直線束に関してこれまでの研究で非対称Whittaker系と呼ばれる差分方程式系の解を与えること、ならびに直線束を適切に捻ることによりノルムで割った非対称Macdonald多項式の$t = \infty$という通常あまり考えられていない特殊化の幾何学的実現が得られることが分かっていた。この結果の拡張として概ねFeigin- Frenkelの意味での半無限旗多様体(が存在すれば)その上の捻り付き直線束の大域切断として(ノルムで割らない)非対称Macdonald多項式自身が出現することなどもEvgeny Feigin氏、申請者、および外国人特別研究員であるIevgen Makedonskyi氏本人の共同研究により昨年度までにすでに分かっていた。今年度はそのことをさらに精密化することによって非対称Macdonald多項式の(特殊化の)直交性が対応する適切な圏における二種類の加群たちの間のExtが消えているという事実により解釈されることを確立した。これは非対称Macdonald多項式そのもの自身は(現状では)正整数値のローラン多項式として解釈する方法が知られていないが、適当に特殊化すると正整数値のローラン多項式として解釈できるという現象にひとつの説明を与えたものと言える。また、これらの一連の事実をEvgeny Feigin氏、Ievgen Makedonskyi氏との共著論文の形で論文にし、出版が決定するところまで漕ぎ着けた。他にも(申請者は入っていないが外国人特別研究員である)Ievgen Makedonskyi氏とEvgeny Feigin氏の共同研究により半無限旗多様体の射影座標環の環構造が対応するアフィン・リー代数のレベル1基本表現の頂点作用素代数としての構造により記述されることが示され、これも論文の形で出版された。とりあえず当初の目的である半無限旗多様体を用いた非対称Macdonald多項式の$t = \infty$での特殊化の幾何学的実現が満足のゆく加群論的性質を持つことを確立することができたことでまた、(申請者は入っていないが外国人特別研究員である)Ievgen Makedonskyi氏とEvgeny Feigin氏の共同研究により半無限旗多様体の射影座標環の環構造が頂点作用素代数を通じた記述が確立された。これらとやはり今年出版された申請者の別の結果(半無限旗多様体に出現する大域Weyl加群は共型場理論を適切な意味で記述する)と合わせて考えると半無限旗多様体やカレント代数の表現論の構造の研究は組合せ論的帰結を巻き込みながら順調に育っていると言える。今年度はまず組合せ論およびカレント代数の表現論からアプローチとして非対称Macdonald多項式の代数的な実現、その幾何学的な対応物としての半無限旗多様体上の適切な層の構成、および旗多様体ではないが特殊な代数多様体の代数的ループ空間の表現論的な記述の3つについて注力する。これらのうちの少なくともふたつに関しても基本的なアイデア自体は既にこれで良いと思われるものがあるようには思われるが技術的な理由により証明の目処は全くついていない。これらに限らず半無限旗多様体の理論に古典的な旗多様体の理論の定理を輸入したり、カレント代数、その変種や頂点作用素代数の表現論と半無限旗多様体の理論の関係を深めるような話はナイーブにはいくつか存在するので具体的なアイデアが出たら追求したい。

これらとやはり今年出版された申請者の別の結果(半無限旗多様体に出現する大域Weyl加群は共型場理論を適切な意味で記述する)と合わせて考えると半無限旗多様体やカレント代数の表現論の構造の研究は組合せ論的帰結を巻き込みながら順調に育っていると言える。今年度はまず組合せ論およびカレント代数の表現論からアプローチとして非対称Macdonald多項式の代数的な実現、その幾何学的な対応物としての半無限旗多様体上の適切な層の構成、および旗多様体ではないが特殊な代数多様体の代数的ループ空間の表現論的な記述の3つについて注力する。これらのうちの少なくともふたつに関しても基本的なアイデア自体は既にこれで良いと思われるものがあるようには思われるが技術的な理由により証明の目処は全くついていない。これらに限らず半無限旗多様体の理論に古典的な旗多様体の理論の定理を輸入したり、カレント代数、その変種や頂点作用素代数の表現論と半無限旗多様体の理論の関係を深めるような話はナイーブにはいくつか存在するので具体的なアイデアが出たら追求したい。
シトクロムｂｄ型呼吸鎖末端酸化酵素の構造と環境応答の解明

グラム陽性好熱菌Geobacillus thermodenitrificans K1041株のシトクロムbd型メナキノール酸化酵素について、発現・菌培養・精製条件などを改良した結果、海外の協力者との共同研究としてのX線結晶構造解析により、原子レベルの高解像度立体構造を解明することができた。呼吸鎖末端のシトクロムbd型酸化酵素として世界初の成果であり、従来から知られていたヘム-銅酸化酵素とも他のいずれのタンパク質とも構造が全く異なっていた。アミノ酸生産菌Corynebacterium glutamicumにおいて、すでに作製した約10個のプロモーターに対してレポーターをつないだリコンビナント細胞について、測定に十分な蛍光強度を持つことを確認した上で、通気条件や炭素源・ビタミン等の豊富さ、呼吸酵素に使われるFeやCuを初めとする金属塩の濃度変化や添加への応答など多岐にわたる条件を調べた。増殖速度に比べて、呼吸鎖経路の転換がどれくらいの速度で起こるかも解明する方向で準備を進めている。一方、好熱性バシラス属細菌のシトクロムbd型メナキノール酸化酵素について、培養条件のコントロールなどにより、発現量の増加を図った。これまで培養バッチごとに発現量が増減しやや不安定な場合があったが、減少傾向の察知される場合は培養温度をやや高め培養時間も延長することで増加に転ずる見込みが出た。精製条件についても、界面活性剤の種類やクロマトグラフィーの条件を変更することなどでさらなる改良を試みつつある。このうち界面活性剤は、現在主に用いているものから他の膜タンパク質の結晶化に有効だったものに置き換えてみたが、不純物の除去や比活性の向上にはつながらなかった。最後のカラム溶出時に置換するのが最適だと結論した。グラム陽性好熱菌Geobacillus denitrificans K1041株のシトクロムbd型メナキノール酸化酵素について、発現プラスミドの再構築、および高発現株の形質転換条件、形質転換後のコロニー選抜法、培養時のエアレーション条件などの改善により、発現量の増加を図った。引き続き海外の協力者と結晶構造解析を試みている。また、アミノ酸生産菌Corynebacterium glutamicumのbd型酸化酵素についても、膜表品からの可溶化条件の改善により、精製度を向上させることができた。また、この酵素の生理学的意義を探求する一環として、カタラーゼ活性を検出できた。この活性の温度、pH、塩濃度などに対する依存性も測定し、また、各種阻害剤に対する感受性も調べた。この発見は、シトクロムbdが菌の生体防御に役立っていることを示唆している。近縁種にジフテリア菌や結核菌、らい菌など病原菌も多いことから、感染症対策にも新たな示唆を得るきっかけになりうるものと期待される。さらに、このアミノ酸生産菌について、GFPを蛍光レポーターとして利用したモニタリング手法によって分岐した呼吸鎖のスイッチングを行う因子を探索する過程で、グルタミン酸生産を増強する因子に対する示唆も得られた。この因子は、培地の栄養成分に含まれており、熱に安定なリポタンパク質ではないかとの暫定的な証拠が得られている。グラム陽性好熱菌Geobacillus thermodenitrificans K1041株のシトクロムbd型メナキノール酸化酵素について、発言プラスミドの再構築、および高発現株の形質転換条件、形質転換後のコロニー選抜法、培養時の通気条件などの改善により発現量の増加を達成した上、当該酵素の精製条件・手順の改良をした結果、高純度の精製酵素を高収率で得ることができるようになった。この精製酵素について、海外の協力者との共同研究によりX線結晶構造解析を行い、原子レベルの高解像度立体構造を解明することができた。呼吸鎖末端のシトクロムbd型酸化酵素として世界初の成果であり、従来から知られていたヘム-銅酸化酵素の構造とは全く異なっていた。一方、もう1つのグラム陽性菌であるアミノ酸生産菌Corynebacterium glutamicumにおいて、すでに作成していたプロモーターに対してレポーター遺伝子をつないだ約10個のリコンビナント細胞について、測定に十分な傾向強度を持つことを確認した上で、通気条件や炭素源、ビタミンなどの豊富さ、呼吸酵素に使われる鉄や銅など金属塩の濃度変化や添加への応答など、多岐にわたる条件での違いを調べ、分岐した呼吸鎖における電子伝達ルートのスイッチングにこれらの培養条件が影響している様式を明らかにした。アミノ酸生産菌で、GFPを利用した分岐呼吸鎖酵素の使い分けのモニタリング実験の方は、投稿論文が受理され、掲載に至った。これに関連した発展研究として見出された、グルタミン生産能増強因子についても、その性格付けが進んだ。一方、好熱菌シトクロムbd型酸化酵素の結晶構造解析の方は、海外の協力者からモデル構築の段階に至ったとの連絡があり、精製試料を頻回送付した長期間の苦労がやっと具体的に実りかけていると見られる。生体エネルギー学アミノ酸生産菌でGFPを利用したモニタリング実験の方は、論文掲載で一応の区切りを迎えたので、これに関連した見出されたグルタミン生産能増強因子についても、その分子的実体を突き止める方向に進めたい。

一方、シトクロムbd型酸化酵素の結晶構造解析では、好熱菌の方で海外の協力者から終盤に向かっているとの朗報が届いていることから、アミノ酸生産菌の方でも、国内の研究協力を得るよう努めたい。両菌はともにグラム陽性菌とはいえ、好熱菌はファーミキューテス門(低GC菌)なのに対しアミノ酸生産菌はアクチノバクテリア門(高GC菌)と、系統学的には大きく離れている。それぞれ近縁の病原菌も異なるので、新規抗菌薬開発の標的分子としても、2つのbd型酵素の構造の違いを解明することにも高い意義があると考えられる。GFPを用いた分岐呼吸鎖酵素の使い分けのモニタリングの方は、実験はほぼ完成した。ただし投稿論文が容易には受理されなかったので、実験面と立論面の両方を検討しつつある。一方、好熱菌シトクロムbd型酸化酵素の大量調製と結晶構造解析の方は、精製試料を定期的にドイツの研究協力者に送り続けている。空輸の条件制約ため精製試料を冷凍状態で送ることが不利の可能性もあるため、高発現膜画分の段階でも送付し、先方での精製-結晶化の試みも開始した。GFPを用いた分岐呼吸鎖酵素の使い分けのモニタリングの研究は、最終段階としての投稿論文受理に精力を注ぐ。一方、シトクロムbd型メナキノール酸化酵素の大量調製と結晶構造解析の方は、好熱菌についてはドイツとの研究協力を続ける。一方、冷凍空輸のデメリットの可能性を回避するため、同様のシトクロムbd型メナキノール酸化酵素を発現するアミノ酸生産菌について、冷蔵輸送の可能な国内の研究協力にも重点を置きたい。
脂質由来生理活性物質産生の調節における活性酸素の役割に関する研究

生体膜より遊離したアラキドン酸(AA)は,AAカスケードをへて,プロスタグランジン(PG)へと変換されたり,acyl-coenzymeA(CoA)合成酵素により,アラキドノイル-CoA(AA-CoA)生成に利用されたりする。本研究では,AAからのPGおよびAA-CoA生成の分岐点の調節機構を明らかにする目的で,〔^<14>-C〕AAを基質としてもちいAAからのPGおよびAA-CoA生成を同時に測定できる実験系の確立を試みた。まず,既存のPG合成酵素およびacyl-CoA合成酵素それぞれの活性測定法を用いて,酵素標品の選択と両酵素系に必要なcofactor濃度の設定を行った。当初予定していたウサギ肝臓ミクロソームでは,acyl-CoA合成酵素活性は高いが,PG合成酵素活性はきわめて低かった。一方,PG合成酵素活性が高いウサギ腎髄質ミクロソームでは,肝臓と同程度のacyl-CoA合成酵素活性が観察された。そこで,本実験では,酵素標品として両酵素活性がともに高いウサギ腎髄質ミクロソームを用いることとした。また,cofactor濃度は,20mM MgCl_2,6.7mM ATP,67μMCoA,0.1mM hydroquinone,1mMglutathioneと決定した。以後は,これらすべてのcofactor存在下,AAから生成するPGおよびAA-CoAを同時に測定した。まず,AAからのPGおよびAA-CoA生成とAA濃度,タンパク量および反応時間との関係を調べ,AAは2μM,タンパク量は0.5mg,反応時間は5分間と設定した。さらに,シクロオキシゲナーゼ阻害剤の1つであるインドメタシンは,10100μMの範囲で濃度依存的にAAからのPG生成を減少し,AA-CoA生成を増加させた。現在,acyl-CoA合成酵素の阻害剤であるtriacsin Cの影響を検討しており,そののち,AAからのPGおよびAA-CoA生成の分岐点に対する各種活性酵素の効果を調べていく予定である。
歯周組織の炎症と再生における低酸素環境が遺伝子転写活性へ及ぼす影響

本研究において、低酸素が低酸素誘導因子HIF-1αと間葉系幹細胞(MSCs)の未分化マーカー転写因子からなる転写因子群およびマイクロRNAの相互作用によって分化能を中心としたMSCの機能が制御される可能性が示唆された。これにより、これら遺伝子の発現制御に着目した酸素濃度調整を中心とする低酸素誘導性転写因子群の制御によって"歯周組織の恒常性を維持した効果的な歯周組織再生"につながることが期待される。平成24年度における本研究では“歯周組織の恒常性を維持した効果的な歯周組織再生"を最終目的として、低酸素が分化能を中心とした細胞機能に及ぼす影響を低酸素誘導因子HIF-1αおよび間葉系幹細胞(MSC)の未分化マーカー転写因子からなる転写因子群の関与という観点から研究を推進した。本年度実施した具体的な研究内容として、MSCを用いて、1.炎症性サイトカイン発現に対する低酸素およびHIF-1αの影響の検討2.低酸素環境下における細胞機能制御に関与するmicroRNAの同定3.microRNA発現調整による細胞機能に対する影響および炎症制御に対する影響の検討を行なった。得られた結果として、1. HIF-1α誘導条件下においてMSCでのセルロプラスミン(CP)および炎症性サイトカインの発現は亢進された。2.MSCにおいてHIF-1α誘導条件下および未分化維持条件下で変化を示したmicroRNAの中から遺伝子ライブラリーを用いて低酸素誘導性未分化マーカー転写因子に関連するものを絞り込んだところ、2つのmicroRNAが有力な候補として考えられた。3.MSCにおいて上記2つのmicroRNAを過剰発現させ、MSC未分化関連転写因子9種類の発現を確認したところ、ETV5とGATA6の発現は減少したが、KLF12, SOX11およびHMGA2の発現は増加した。更に、骨分化誘導時における大部分の骨分化関連遺伝子の発現が促進された。また、炎症性因子として、CPおよびIL-1β, IL-8およびIL-10の発現が亢進した。以上の結果から、未分化関連転写因子とmicroRNAの相互作用によってMSCの機能が制御される可能性が示唆された。これにより、これら遺伝子の発現制御に着目した酸素濃度調整を中心とする低酸素誘導性転写因子群の制御によって効果的な歯周組織再生につながることが期待される。歯周組織の酸素濃度は、歯周炎の病態と恒常性維持に深く関わり、細胞機能の制御に関与していることが示唆されている。平成23年度における本研究では、(1)低酸素環境が歯周組織再生に対して重要であること(2)酸素濃度調整によって低酸素誘導性転写因子群が制御されることによる"歯周組織の恒常性を維持した効果的な歯周組織再生"を最終的な目的として、低酸素環境が分化能を中心とした培養細胞の機能に及ぼす影響を、低酸素誘導因子HIF-1αおよび間葉系幹細胞(MSCs)の未分化マーカー転写因子からなる転写因子群の関与という観点から研究を推進した。平成23年度に行なった研究の具体的な内容として、MSCsを用いて、(1)未分化マーカー転写因子に対する低酸素およびHIF-1αの影響(2)骨分化に対する低酸素およびHIF-1αの影響(3)低酸素環境下において誘導されうるmicroRNAの網羅的解析を行なった。得られた結果として、(1)HIF-1α誘導条件下および未分化維持条件下において、3種のMSCs未分化マーカー転写因子の発現上昇が1224時間で認められた。(2)骨分化誘導の前に低酸素培養または未分化維持刺激を行なうことにより、MSCs骨分化に対する促進効果が認められた。(3)MSCsをHIF-1α誘導条件下および未分化維持条件下で1224時間培養すると、377種のmicroRNAのうち、すべての誘導因子刺激において上昇を示したmicroRNAは40種であり、減少を示したのは12種であった。以上の結果により、MSCsの分化制御には低酸素で誘導される転写因子およびmicroRNAが関与していることが明らかとなった。このことにより、MSCs分化に対して重要な役割を果たす因子の同定が可能となり、最終的には、酸素濃度調整を中心とした低酸素誘導性転写因子群の制御による効果的な歯周組織再生を行なうことにつながることが期待される。平成23年度に行なった実験において、1.未分化マーカー転写因子に対する低酸素およびHIF-1αの影響:間葉系幹細胞(MSCs)を低酸素誘導因子HIF-1α誘導因子または未分化維持刺激存在下で培養し、072時間でのMSCs未分化マーカー転写因子(ETV1, SOX11,FOXP1,GATA6, SIM2, ETV5, HMGA2, PRDM16, KLF12)の発現に対する評価を行なったところ、GATA6, ETV5, SIM2の発現上昇が1224時間で認められた。

2.骨分化に対する低酸素およびHIF-1αの影響:MSCsを低酸素環境下で培養により骨関連遺伝子の発現レベルおよび石灰化に対する影響の評価を行なったところ、骨分化誘導前に低酸素培養を行なうことにより、石灰化の著明な促進は認めないが、骨関連遺伝子Runx2, Osterix, Osteopontinの促進が認められた。また、骨分化誘導前にNogginまたはトリコスタチンA刺激を行なうことにより同様な結果が得られた。3.低酸素環境下において誘導されうるmicroRNAの網羅的解析:MSCsをHIF-1α誘導条件下で072時間培養し、低酸素環境下で誘導されるmicroRNAをmiRNA arrayを用いて網羅的に解析した結果、377種のmicroRNAのうち、すべての誘導因子刺激において上昇を示したmicroRNAは40種であり減少を示したmicroRNAは12種であった。という結果が得られている。これらの結果は、交付申請時の平成23年度研究実施計画をほぼ満たしており、また平成24年度研究実施計画の一部に及んでいるため、現在までの達成度はおおむね順調に進展していると考える。1.炎症性サイトカイン発現に対する低酸素およびHIF-1αの影響:MSCs,HPL cellsおよび歯肉線維芽細胞(HGF)を低酸素環境下で培養することにより炎症性サイトカインの発現レベルを検討する。HIF-1α誘導因子は(1)低酸素, (2)塩化コバルトを用い、炎症性サイトカインとして、(1)IL-1β(2)IL-8,(3)TNF-α(4)セルロプラスミンの検討を行なう。2.低酸素誘導未分化関連転写因子の細胞機能に対する影響:HIF-1αおよびこれまでの実験で発現上昇が確認された低酸素誘導性未分化マーカー転写因子(GATA6, ETV5, SIM2)の発現をsiRNAによって抑制し、MSCsおよびHPL cellsでの炎症性サイトカインの発現、細胞増殖および骨分化について検討する。3.低酸素環境下における細胞機能制御に関与するmicroRNAの同定:MSCsにおいて低酸素により誘導されたmicroRNAの中から、遺伝子ライブラリーを用いて低酸素誘導性未分化マーカー転写因子に関連するmicroRNAを選択する。更に、これらの発現が、siRNAによる転写因子の発現制御により影響を受けることを確認するために、HIF-1α誘導環境下で培養した上でmicroRNAの発現解析を行なう。また、HPL cellsおよびHGFを用いても同様な実験を行なう予定である。4.microRNA発現調整による細胞機能に対する影響および歯周組織での炎症制御に対する影響:MSCsおよびHPL cellsにおいて、上記実験で選択したmicroRNAの発現調整を行ない、細胞増殖および骨分化に対する影響を検討する。また、HPL cells, HGFおよびMSCsにおいて、細胞へのmicroRNAトランスフェクションによりmicroRNAの発現調整を行ない、炎症誘導因子存在下での炎症性サイトカインの発現に対する影響を検討する。今年度の研究費の使用計画として、MSCs,HPL cellsおよびHGFにおける炎症性サイトカイン発現に対する低酸素およびHIF-1αの影響を確認する目的として、炎症性サイトカイン((1)IL-1β(2)IL-8 (3)TNF-
最適治療に向けた急性心筋梗塞における動脈圧反射過渡応答の定量的解析

本研究の目的は、急性心筋梗塞の最適治療に資するために、急性心筋梗塞が循環調節に及ぼす影響を定量的に解析し、急性心筋梗塞における循環動態を過渡応答を含めて正確に反映できる循環系モデルを作成することである。これによって急性心筋梗塞における循環調節の異常を、循環系モデルのパラメータの変化として客観的に評価できるようになる。このような評価は急性心筋梗塞のリスクの層別化に役立つと考えられる。また、急性心筋梗塞の病態に特化した循環系モデルを用いて、循環系及び自律神経系の動態を含めて投薬に対する生体応答を予測すれば、投薬量を必要最小限に留めることができ、投薬の無駄を省く等の最適治療の開発に繋がると考えられる。本研究では、動脈圧反射の動特性と静特性をそれぞれ伝達関数と平衡線図を用いて定量化に解析した。麻酔ウサギを用いた実験の結果、フェニルビグアニド投与で迷走神経を介する病的な心臓反射を惹起すると、圧入力に対する交感神経活動の変化から計算した動脈圧反射ゲインが約1/2に低下することが判明した。このような血圧調節機能の変化を考慮した上で、血圧を維持する自動投薬アルゴリズムの検討を行った。係数固定型の古典的比例積分微分型(PID)制御では、生体応答の違いによって血圧制御が不安定になったが、ニューラルネットを用いた逐次学習型の制御では生体応答の大きさが変化しても安定した制御が可能であった。左冠動脈閉塞による急性心筋梗塞が動脈圧反射に与える影響についても検討を行ったが、心臓ポンプ機能の低下に伴う平均血圧の低下は見られたものの、動脈圧反射の動特性に大きな変化は見られなかった。麻酔ウサギにおいては迷走神経活動が顕著に抑制されるので、薬物投与で惹起されるような迷走神経反射が観察できなかった可能性がある。動脈圧反射は循環の恒常性を維持する重要な負帰還機構である。これまで正常状態における動脈圧反射の静特性及び動特性は詳しく調べられてきたが、急性心筋梗塞などに伴う動脈圧反射の異常は定量化されていない。本研究の目的は最適治療に資するために、急性心筋梗塞が循環調節に及ぼす影響を定量的に解析し、過渡応答を含めて循環動態の異常を正確に反映できる循環系モデルを作成することである。また、急性心筋梗塞の病態に特化した循環系モデルを用いて、循環系及び自律神経系の動態を含めて投薬に対する生体応答を予測すれば、投薬量を必要最小限に抑えることができ、最適治療の開発に繋がると考えられる。本年度は、麻酔下のウサギを用いて、急性心筋梗塞の際に心室の化学受容器が刺激されて惹起されるベツオルド-ヤーリッシュ反射が動脈圧反射に及ぼす影響を定量化した。動脈圧反射の動特性を伝達関数法で定量化したところ、ベツオルド-ヤーリッシュ反射の誘発によって動脈圧反射の調節能を示す中枢の動的ゲインが約1/2に減少することが判明した。また、動脈圧反射の静特性を平衡線図法で定量化したところ、交感神経活動の最大値が約60%に抑制されることが判明した。このような変化を循環系モデルに組み込んでシミュレーションを行うと、ベツオルド-ヤーリッシュ反射が誘発された状態では単に血圧が低下するだけではなく、循環調節能が著しく障害されており、投薬によって生じる循環の変化(外乱)に対して極めて影響されやすい状態にあることが判明した。動脈圧反射は循環の恒常性を維持する重要な負帰還調節機構である。これまでに正常状態における動脈圧反射の静特性及び動特性は詳しく調べられてきたが、急性心筋梗塞等に伴う動脈圧反射の異常は定量化されていない。