hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水中エステル化反応を可能とするナノ次元疎水性環境場酵素の開発

本研究では,合成の際に界面活性剤の炭素鎖長の選択や有機助剤の導入により細孔径を調節することで,細孔構造を意図的に設計できるメソポーラスシリカMCM-41に注目した.そして,その細孔表面を化学修飾することでリパーゼを担持するのに最適な三次元疎水性ナノ空間を構築できると考えた.リパーゼの分子径(34nm)及び化学修飾による有機官能基の厚みを考慮して、リパーゼを担持するのに必要な空間サイズを78nmと見積もった.その孔径を有するMCM-41を再現よく合成するために,MCM-41の細孔形成機構(LCT機構)を参考にして、均一な界面活性剤水溶液の製法,有機助剤の均一な導入法の確立をおこなった.有機修飾MCM-41表面に存在する3-(メタクリロイロキシ)プロピル基の表面密度は1.2修飾基/nm^2であり,TGAによる測定結果とほぼ一致した。またシランカップリング剤の多くはMCM-41上のシラノール1個,または2個と結合していることがわかった。本研究で合成した有機修飾MCM-41固定化リパーゼ触媒と,市販のセライト固定化リパーゼであるリパーゼPSとのエステル化活性比較をラウリン酸とオクチルアルコールを用いてまずイソオクタン中で行った.有機修飾MCM-41固定化リパーゼは,60°Cという酵素としては高い温度条件下でも,リパーゼPSに比べ遥かに高いエステル化活性を示し,数時間で良好な収率を与えることがわかった.次に,水中でエステル化反応が進むことも確認した.さらに,化学修飾剤を詳細に検討することにより,脱水反応であるエステル化反応を,効率的に水中で行える三次元疎水場固定酵素触媒を開発する予定である.酵素は特有の三次元構造の元でその触媒作用を発揮する.従って,多孔質シリカのナノメートル空間内で酵素を固定化する際には,酵素が触媒作用を発揮するのに適した三次元構造を安定に保つ工夫が必要となる.そのためには,酵素の官能基と特異的に相互作用する官能基を,三次元的に配置したナノ空間を提供する多孔質シリカを用意しなければならない.本研究では,酵素リパーゼに対して,高い吸着能を示すメソ多孔体の調製を検討した.長鎖第四級アンモニウム塩の共存下,テトラエトキシシランのゾル-ゲル反応によって,直径78ナノメートルの比較的大きな細孔をもつメソポーラスシリカを調製した.続いて,種々の炭素鎖に連結した官能基をもつシランカップリング剤を用いて,シリカ細孔壁面のシラノール基の化学修飾を行った.次に,シリカ表面に導入された炭素鎖官能基とリパーゼの持つ官能基との相互作用により,ナノ細孔内でのリパーゼの固定化,集積化を検討した.その結果,特定の官能基をもつ化学修飾メソポーラスシリカが,強固にリパーゼを収容できることを見出した.この固定化リパーゼは,水中においても,水溶液へのリパーゼの溶け出しは観測されなかった.この化学修飾メソシリカの^<29>Si固体NMR法を調べたところ,シリカ表面の有機修飾基の化学構造を明らかにすることができた.また,粉末X線回折法や窒素ガス吸着測定法によっても,細孔構造を調べた.水中にも溶け出しにくい固定化リパーゼは,水中でのエステル化反応の良い触媒になるものと期待される.本研究では,合成の際に界面活性剤の炭素鎖長の選択や有機助剤の導入により細孔径を調節することで,細孔構造を意図的に設計できるメソポーラスシリカMCM-41に注目した.そして,その細孔表面を化学修飾することでリパーゼを担持するのに最適な三次元疎水性ナノ空間を構築できると考えた.リパーゼの分子径(34nm)及び化学修飾による有機官能基の厚みを考慮して、リパーゼを担持するのに必要な空間サイズを78nmと見積もった.その孔径を有するMCM-41を再現よく合成するために,MCM-41の細孔形成機構(LCT機構)を参考にして、均一な界面活性剤水溶液の製法,有機助剤の均一な導入法の確立をおこなった.有機修飾MCM-41表面に存在する3-(メタクリロイロキシ)プロピル基の表面密度は1.2修飾基/nm^2であり,TGAによる測定結果とほぼ一致した。本研究で合成した有機修飾MCM-41固定化リパーゼ触媒と,市販のセライト固定化リパーゼであるリパーゼPSとのエステル化活性比較をラウリン酸とオクチルアルコールを用いてまずイソオクタン中で行った.有機修飾MCM-41固定化リパーゼは,60°Cという酵素としては高い温度条件下でも,リパーゼPSに比べ遥かに高いエステル化活性を示し,数時間で良好な収率を与えることがわかった.次に,水中でエステル化反応が進むことも確認した.さらに,化学修飾剤を詳細に検討することにより,脱水反応であるエステル化反応を,効率的に水中で行える三次元疎水場固定酵素触媒を開発する予定である.
植物細胞壁形成におけるセルロースミクロフィブリルの堆積機構の研究

本研究の目的は、植物細胞壁、特に、二次細胞壁の付加成長時におけるセルロースミクロフィブリル(以下CMFと略称)の堆積・積層機構を解明することである。1.細胞壁新生面へのCMFの堆積・積層状況の観察:成長中のヒノキの樹幹から分化中木部を含む試料ブロックを採取し、仮道管二次壁新生面におけるCMFの配列・堆積の状況を高解像度のレプリカを用いて観察した。(1)本来の構造を保った高分解能試料作製法を検討し、緩衝液・弱アルカリ洗浄による試料作製を行なった。(2)凍結試料作製装置を用い、白金-カーボン蒸着等によりレプリカを作製、CMF13本のストランドが判別できる高解像度電顕写真を撮影することができた。(3)上記の電顕像について解析と計量を行い、そのデータにより二次壁新生面におけるCMFの堆積状況の模式図を作成した。さらに、二次壁付加成長において、CMFストランドが堆積の単位となるとの考えから、原形質膜上におけるセルロース合成顆粒TCによるCMF形成モデルを提案した。2.原形質膜内外でのマトリックス物質の生成・輸送と堆積機構の解明:(1)バロニアの原形質膜外縁に現われる非晶質層は、水分に富み、アルカリ可溶の多糖類を含む。(2)培養細胞系(ヒャクニチソウ葉肉細胞)における二次壁形成ならびにタラノキの新条の木部分化におけるリグニン(前駆物質)の生成サイトを、主に、急速凍結置換固定法-免疫電顕法により調べた。以上の研究成果は、平成6年4月3-5日に奈良市で開催の第44回日本木材学会大会で口頭・ポスター(計4件)で発表する。
シリコン細線導波路における2次非線形光学効果の研究

1.対称性による歪シリコン細線導波路の非線形性に関する考察歪導入SiとSi表面のの対称性に関する議論より,波長変換に活用可能な配置を特定した。実用上は,(100)基板上<011>方向伝搬の配置がもっとも望ましいことがあきらかとなった。2.歪シリコンの2次非線形光学特性に関する理論計算(100)SOI基板上に作製したシリコン細線導波路(伝搬方向//[011])に導入されるであろう不均一歪に起因する2次非線形光学効果の大きさを理論計算により定量的に見積もった。歪Siクラスタに対する分子軌道計算(CNDO法)の結果,導入される歪量に対して1乗で増加する成分とほぼ2乗に比例する成分とがあることがわかった。これらは歪導入方向に対する対称性の違いに起因する。また,有限要素法を用いた応力歪分布の計算より求めた現実的に導入可能な歪量の見積りと組み合わせて検討をおこない,位相整合可能な成分として最大でサブpm/V程度の非線形発現が可能であることをあきらかにした。また,実際に作製したSi細線導波路に意図せず導入された歪の分布を計算し,その非線形光学特性を理論計算した。その空間分布と位相整合可能性の考察とから,扁平HIC導波路構造に歪を導入することでHIC-BPMの手法を用いた位相整合可能なx^<(2)>成分が発現することを初めて示した。3.シリコン細線導波路における非線形性に関する実験的評価上記計算に基づいた設計に従って作製したシリコン細線導波路チップをを用いて,その波長変換特性評価をおこなったところ,現有の測定装置の検出限界以下の出力し得られていないことがあきらかとなった。これは,今回用いたシリコン細線導波路には意図的に大きな歪を導入していないためで,上記の理論計算の結果と照らし合わせて矛盾のない結果であるといえる。今後は,SiN層装荷などの手法によって積極的に歪を導入したデバイスで研究を進めていく必要がある。初年度にあたる今年度は,シリコン細線導波路における2次非線形光学効果の基礎となるであろう歪シリコンの非線形性とその利用に関する下記の事項について検討を加えた。1.歪シリコンの2次非線形光学特性に関する理論計算(100)SOI基板上に作製したシリコン細線導波路(伝搬方向//[011])に導入されるであろう不均一歪に起因する2次非線形光学効果の大きさを分子軌道計算によって見積もった。対称性に関する考察から予想されるx^<(2)>テンソルの非零成分のうち,特定の成分が特に歪量に対して敏感に変化することが明らかとなった。また,簡単な見積もりより,その空間分布についても知見を得ることができた。2.歪起因非線形性を利用した細線導波路の設計上記の理論計算結果を基に,ひずみシリコンの非線形性を最も良く活かせる細線導波路の構造と位相整合達成方式について検討した。歪起因非線形性に限定すると,非線形相互作用に関与する3光波はいずれも基本横モードが利用できる。また,扁平矩形HIC導波路の複屈折性を利用したHIC-BPM方式が適用できることをあきらかにした。この知見に基づき,近赤外ポンプ・中赤外発生用の非線形光学デバイスを設計した。3.シリコン細線導波路における非線形性に関する実験的評価上記設計に基づくシリコン細線導波路チップを試作した。これを用いて,波長変換特性を含めた光学的評価を現在進めている。
0マンノース型糖鎖による生体の機能調節

近年ヒトの先天性疾患で糖鎖異常が原因になっているものが明らかになり、糖鎖の役割の解明が急速に進んでいる。タンパク質のセリンあるいはスレオニンにマンノースが結合した糖鎖をO-マンノース型糖鎖という。O-マンノース型糖鎖の合成と生体における機能の解明を目指した。哺乳類におけるO-マンノース転移酵素を世界で初めて明らかにした。二つの転移酵素候補POMT1とPOMT2は、複合体を形成しO-マンノース転移酵素活性を発現した。また、O-マンノシル化されるためのアミノ酸コンセンサス配列を明らかにした。Muscle-eye-brain(MEB)病の原因遺伝子POMGnT1およびWalker-Warburg症候群(WWS)患者の原因遺伝子POMT1とPOMT2、いずれの患者変異体も酵素活性を消失していた。MEBはPOMGnT1の機能喪失による疾患で、WWSはPOMT1あるいはPOMT2の機能喪失によるO-マンノース型糖鎖不全疾患であった。ショウジョウバエでも二つのPOMTホモローグの共存が酵素活性発現に必要であること、RNAiによりそれぞれの発現を抑制すると筋形成がうまくできないことを明らかにし、脊椎動物と無脊椎動物を問わず筋形成におけるO-マンノース型糖鎖の重要性を示した。また、fukutinとPOMGnT1の共発現および免疫沈降実験から、両者は結合してゴルジ体に局在することが示された。また、福山型先天性筋ジストロフィーに見られるfukutinの変異を導入した遺伝子改変マウスではPOMGnT活性が減少していたことから、fukutinがPOMGnT活性に関与することが示唆された。以上の結果、O-マンノース型糖鎖は、筋肉や脳の形成・維持に重要な役割を果たしていることを明らかにした。O-マンノース型糖鎖の合成に関わるprotein O-mannose β1,2 N-acetylglucosaminy ltransferase(POMGnT1)の遺伝子が先天性の筋ジストロフィーに眼奇形、神経細胞移動障害を伴う常染色体劣性遺伝病であるMuscle-eye-brain(MEB)病の原因遺伝子であることを明らかにした。この疾患の多くはフィンランドで報告され、我が国ではMEBの明確な報告はなかった。というのは、MEBの臨床症状は日本人に多い福山型先天性筋ジストロフィー(FCMD)や欧米を始め各国で見られるWalker-Warburg syndrome(WWS)と類似し、臨床症状でMEBを区別するのはかなり困難とされている。しかしながら、原因遺伝子の特定により遺伝子レベルでのMEBの確定診断が可能になった。我々はトルコ・フランスのMEB患者の遺伝子解析により6種類の遺伝子変異をすでに報告したが、変異はすべて点変異であった。そこで、MEB患者はより広く世界各国に存在するのではないかと考え、日本・韓国などアジア地域を含めた30人のWWS、重症型のFCMD、MEBが疑われる患者においてPOMGnT1遺伝子異常のスクリーニングを行なった。その結果、6人の患者より、7種類の変異を新たに見いだした。これらの変異もナンセンス、ミスセンス、1塩基の欠失・挿入のような点変異であった。今まで見いだしたものと合わせた計13変異は、POMGnT1遺伝子全体に散在していた。我々はその変異位置と臨床症状との間に密接な関係があるかどうかを評価するため、計12人のMEB患者の臨床症状を調べたところ、今まで考えられていたよりもMEBには広い臨床スペクトラムが存在することが分かった。また、POMGnT1遺伝子の5'末端側に変異のある患者には水頭症があり比較的重症な表現型であるのに対し、3'末端側に変異のある患者には水頭症がなく比較的軽症な表現型である相関性も認められた。

マンノース(Man)を介してタンパク質に結合する新しいタイプの糖鎖、O-Man型糖鎖(Siaα2-3Ga1β1-4GlcNAcβ1-2Man)を発見した。これまでに、O-Man型糖鎖の合成に関わるprotein O-mannose β1,2 N-acetylglucosaminyltransferase (POMGnT1)を同定し、先天性の筋ジストロフィーに眼奇形、神経細胞移動障害を伴う常染色体劣性遺伝病であるMuscle-eye-brain (MEB)病の原因遺伝子であることを明らかにした。哺乳類におけるO-Man型糖鎖の合成を開始する酵素(O-Man転移酵素)についてはこれまで不明であったが、金属イオン要求性、基質特異性、界面活性剤の要求性など詳細に酵素反応条件を検討し、哺乳類のO-Man転移酵素活性の検出に世界で初めて成功した。次に、O-Man転移酵素のヒト遺伝子候補、POMT1とPOMT2、について同遺伝子をHEK293T細胞に発現させ、上記の測定法により酵素活性を調べた。その結果、POMT1とPOMT2を共発現させた細胞でO-Man転移活性の顕著な上昇が観察された。一方、POMT1あるいはPOMT2の単独発現では活性の上昇は、全く見られなかった。昨年Walker-Warburg症候群(WWS)患者の20%でPOMT1遺伝子に変異が起こっていることが報告されたが、POMT1がO-Man転移酵素であるかどうかは不明であった。本研究により、POMT1とPOMT2はO-Man転移酵素であり、活性発現にPOMT1-POMT2複合体形成の必要性が示唆された。また、WWSの原因がO-Man型糖鎖不全であることが明らかになり、MEBとともに神経細胞移動障害を伴う筋ジストロフィーの発症機序にO-Man型糖鎖が深く関わると考えられる。POMTはO-Man型糖鎖合成経路でPOMGnT1より前の段階で働く酵素であり、MEBと比べてWWSではO-Man型糖鎖が全くできないためにより重篤な症状を呈するのではないかと考えられる。以上の結果、O-Man型糖鎖は、筋肉や脳の形成・発育に重要な役割を果たしていることが明らかになった。筋細胞膜の安定化に係わるα-ジストログリカンは、Oマンノース型糖鎖と呼ばれる特殊な糖鎖を有する。Oマンノース型糖鎖の合成に関わる糖転移酵素遺伝子POMGn71とPOMT1はそれぞれ先天性筋ジストロフィー症のmuscle-eye-brain病(MEB)とWalker-Warburg syndrome(WWS)の原因遺伝子であることから、Oマンノース型糖鎖の機能を解析することにより、先天性筋ジストロフィーの病態解明への重要な知見が得られることが期待される。本年度哺乳類におけるOマンノース転移酵素活性の測定法を世界で初めて確立した。次に、POMT1とPOMT2はOマンノース転移酵素であり、活性発現にPOMT1-POMT2複合体形成の必要性を示した。
歯性感染症から検出されたS. millevi groupの病原性に関する検討

歯性感染症患者の閉塞膿瘍から、細菌を分離同定したところStreptococcus milleri group(S. constellatus, S. anginousus, S. intermedius)が高頻度に分離され、起炎菌としての関与が強く示唆された。また、S. milleri group分離株のマウス皮下接種により、単独でも膿瘍形成能があることを確認した。歯性感染症の臨床症例が混合感染主体であることから、S. milleri group臨床分離株と、同じく高頻度に分離される嫌気性菌Fusobacterium nucleatumの基準菌株を用いて、単一菌接種及び混合接種によるマウス皮下膿瘍形成能について検討を行い、菌種間の膿瘍形成における相互作用について比較した。各菌株とも10^7/mouseレベルで接種した場合、混合接種群の膿瘍表面積はS. milleri groupの単独接種群に比較して増大し、またF. nucleatum単独接種群よりもやや大きくなる傾向を示した。膿瘍からの菌の回収は、S. milleri groupではいずれの株においても混合接種時に単独接種時よりも増加したが、逆にF. nucleatumはS. intermedius、S. constellatusとの混合接種群において単独接種群よりも回収が減少する傾向であった。膿瘍の病理組織所見では単独接種及び混合接種時に大きな差異は認めなかった。S. milleri groupには組織破壊に関連する多糖体分解酵素hyaluronidase, chondroitin sulfate A depolymerase活性を持つものがあることから、zymogramによりマウス膿瘍のホモジネートを試料としてこれらの酵素活性を検索した。その結果、膿瘍局所で菌由来と思われる多糖体分解酵素活性がS. intermedius接種群において確認され、病原因子の一つとして感染症の拡大に寄与している可能性が示唆された。
生体信号を利用した人間と人工物との持続的なインタラクションの実現

申請者は,生体信号を用いて人間と人工物との持続的なインタラクションを実現するシステムの構築を目的としている.持続的なインタラクションを可能とするためには,人間側のインタラクションを行う動機を維持することが必要となる.そこで申請者は,人間の興奮をより促すようなバイオフィードバックを構成することで,人間の動機の持続を試みている.これまでの研究成果から,バイオフィードバックを用いたシステムが人間の動機付けに効果があると示唆されたが,バイオフィードバックのうち,どのような要素(視覚的効果,聴覚的効果,タイミング等)が人間に対して,どのように有効であったのかは未だ示されてはいない.そこで本研究では,より人間に効果を与えることができるバイオフィードバックを,実験的に評価する,具体的には,被験者の内省と生体信号の振る舞いから,人間の感情の状態を解析し,それらのパターン化を目指す.今年度では,人間の動機の維持を可能とするバイオフィードバックを用いたシステムを構築し,実際に被験者に体験させる実験を実施した結果から,バイオフィードバックが人間の動機付けにポジティブな影響を与えていたことが示唆された,このようなシステムは,人間に対する人工物の適切な適応方法などを解明する手がかりとなり得るものである.申請者は,生体信号を用いて人間と人工物との持続的なインタラクションを実現するシステムの構築を目的としている.持続的なインタラクションを可能とするためには,人間側のインタラクションを行う動機を維持することが必要となる.そこで申請者は,人間の興奮をより促すようなバイオフィードバックを構成することで,人間の動機の持続を試みている.これまでの研究成果から,バイオフィードバックを用いたシステムが人間の動機付けに効果があると示唆されたが,バイオフィードバックのうち,どのような要素(視覚的効果,聴覚的効果,タイミング等)が人間に対して,どのように有効であったのかは未だ示されてはいない.そこで本研究では,上記のシステム構築と並行し,より人間に効果を与えることができるバイオフィードバックを,実験的に評価する.具体的には,被験者の内省と生体信号の振る舞いから,人間の感情の状態を解析し,それらのパターン化を目指す.このように,バイオフィードバックにおける様々な構成要素が,どのように人間の生体信号の変動に影響を与えているのかを調べることで,人間と人工物とのインタラクションにおける人間の動機付けについてのメカニズムを明らかにする.申請者は,生体信号を用いて人間と人工物との持続的なインタラクションを実現するシステムの構築を目的としている.持続的なインタラクションを可能とするためには,人間側のインタラクションを行う動機を維持することが必要となる.そこで申請者は,人間の興奮をより促すようなバイオフィードバックを構成することで,人間の動機の持続を試みている.これまでの研究成果から,バイオフィードバックを用いたシステムが人間の動機付けに効果があると示唆されたが,バイオフィードバックのうち,どのような要素(視覚的効果,聴覚的効果,タイミング等)が人間に対して,どのように有効であったのかは未だ示されてはいない.そこで本研究では,より人間に効果を与えることができるバイオフィードバックを,実験的に評価する,具体的には,被験者の内省と生体信号の振る舞いから,人間の感情の状態を解析し,それらのパターン化を目指す.今年度では,人間の動機の維持を可能とするバイオフィードバックを用いたシステムを構築し,実際に被験者に体験させる実験を実施した結果から,バイオフィードバックが人間の動機付けにポジティブな影響を与えていたことが示唆された,このようなシステムは,人間に対する人工物の適切な適応方法などを解明する手がかりとなり得るものである.
ＤＣ脳電位の生理機能の解明と精神疾患治療への応用

脳内の緩徐な電位変化であるDC電位が担う働きについて、主として覚醒機能との関連について、動物実験と臨床的知見をもとに分析した。その結果、DC電位は、運動、注意、意欲などの心身の機能との関連で、覚醒レベルの変化に伴い変動することが示唆された。DC電位は覚醒状態の指標となり、神経発火や脳波のAC成分に加え、脳機能を電気生理学的に理解する上で有用である。さらに、DC刺激により誘発電位や心拍変動指標の変化が引き起こされ、DC電位の臨床利用の有用性が示唆された。ラット・マウスを用いた動物実験では、DC脳電位の生理機能や脳内発現メカニズムを明確にするために以下のような実験を行った。1)CNV(Contingent Negative Variation)課題中に前頭葉神経発火活動の記録を行い、皮質の層による差およびフィールド電位との関係を分析した。orienting反応を示す活動、刺激間間隔中に発火頻度が持続的に変化する活動などを見出し、CNVとの関連を解析している。2)脳内自己刺激を用いた意欲に関連する変化については、ラットで記録を行い、自己刺激行動とともに前頭・頭頂部のDC電位が陰性に傾くことを認めた。DC電位が意欲という心理機能に関連することが示唆された。3)ストレスに関連するCNVの変化においては、ラットおよびマウスで予告音付きのフットショックセッションを行い、予告音に対するCNVの脳表の分布や脳内分布の解析を続けるとともに、学習消去後のCNV特続がストレス障害モデルとなることを認め、分析を続けている。また、4)経頭蓋直流電気刺激(tDCS)の研究では、直流刺激を与えながら脳波を記録するシステムを確立した。刺激時の脳波基礎律動の記録をラットにおいて始めた。臨床研究では、5)CNV計測をうつ病や不安障害の患者を対象に行った。課題はパソコン画面上でのGo/NoGo課題を用い、target、non-targetに対する事象関連電位を求め、CNVの出現不良と精神症状との関連を分析した。集中力の他覚的指標として利用できる可能性が示されている。6)tDCSの臨床利用については、倫理委員会の承認を得、臨床利用することを進めた。DC電位が様々な行動に伴い変化することは、これまでの睡眠やけいれん、学習などにおける研究で知られている。DC電位を精神神経疾患の診断や治療に利用することは興味深い。動物を用いた今年度の研究では、主として、意欲に伴うDC電位の変化を記録し、行動準備、メンタルセット、そして覚醒との関連で分析した。意欲を高めるために、頭蓋内自己電気刺激を用いた。DC電位は銀塩化銀電極を前頭部、頭頂部、後頭部の脳表に装着し、小脳を基準として記録した。またラットの内側前脳束に刺激電極を挿入し、レバー押しにより電流が内側前脳束に流れる設定とした。覚醒無拘束状態で、ある時間帯は高頻度でレバーを押し前脳束を自己刺激した(自己刺激期)。まあ他の時間帯はレバーを押す行動が見られなかった(休止期)。自己刺激期には、DC電位が陰性にシフトすることが認められた。シフトはレバー押しが開始されるとすぐに始まり、休止期になると陽性方向に戻る変化が見られた。この変化は後頭部よりも前頭部と頭頂部で明確に出現した。これらの所見は、前頭・頭頂部のDCレベルは意欲に関連する行動のコントロールに関わっていることを示唆した。臨床面での研究においては、倫理委員会の承認のもと、被検者からの文書同意をとり、経頭蓋的直流電気刺激法の治療効果の評価を続けている。前頭部に1mAの直流電流を20分負荷することによる心理的変化を、不安障害、うつ病患者において分析している。今後さらに症例を増やしていく予定である。これまでも続けてきた、緩電位記録を、不安やうつ病の診断に用いる研究も継続している。DC電位と脳や心の働きとの関連を、動物実験における基礎的な研究と精神疾患患者における臨床的な研究において解析した。これまでの研究における、睡眠やけいれん、学習などに関する知見を踏まえ、DC電位を精神疾患の診断や治療に利用することにつながる研究結果を得た。動物実験では、意欲、メンタルセット、覚醒との関連を分析した。意欲に関する研究では、前頭・頭頂・後頭部の脳表に銀塩化銀電極を装着したラットにおいて、覚醒無拘束状態で内側前脳束の頭蓋内自己電気刺激時にDC電位を記録すると、高頻度自己刺激時にはDC電位が陰性にシフトした。DCシフトはレバー押しが開始されるとすぐに始まり、休止期になると陽性方向に戻る変化が見られた。前頭・頭頂部のDC電位は意欲に関連する行動のコントロールに関わると考えられた。メンタルセットに関する研究では、前頭葉の神経発火とDCレベルとの関連が見出されている。DCの極性は皮質内で逆転し、皮質における発生が示唆された。

一方、前頭葉内では、早い潜時で出現する誘発反応も認められ、皮質内での情報の入力から運動の準備に至る過程にDC電位が関連していることが示唆された。覚醒についての研究ではDC電位や自律神経活動を指標とした脳機能解析を行った。覚醒状態をこれらの指標で評価することの重要性が見いだされている。臨床研究においては、倫理委員会の承認のもと被検者からの書面同意をとり、診断治療における経頭蓋的直流電気刺激の利用法の検討を行った。前頭部に直流電流を負荷することによる心理生理学的変化を心拍変動指標とともに不安障害やうつ病の患者において分析し、精神疾患の病態理解につながる知見を得た。さらに、繰り返し刺激を与えることが、不安やうつ状態の改善に有効であった症例も認められた。DC電位と脳や心の働きとの関連を、動物実験における基礎的な研究と精神疾患患者における臨床的な研究において解析することを続けている。これまでの研究における、睡眠やけいれん、学習などに関する知見を踏まえ、DC電位を精神疾患の診断や治療に利用することにつながる研究結果を得ている。動物を用いた研究では、意欲や動機付け、行動準備やメンタルセット、そして覚醒との関連で記録と分析を行ってきた。動機付けに関する研究では、前頭部、頭頂部、後頭部の脳表に銀塩化銀電極を装着したラットにおいて、覚醒無拘束状態で内側前脳束の頭蓋内自己電気刺激時にDC電位を記録すると、高頻度自己刺激時にはDC電位が陰性にシフトした。DCシフトはレバー押しが開始されるとすぐに始まり、休止期になると陽性方向に戻る変化が見られた。この変化は後頭部よりも前頭部と頭頂部で明確に出現した。前頭・頭頂部のDC電位は意欲に関連する行動のコントロールに関わることを示した。メンタルセットについての研究では、前頭葉の神経発火とDCレベルとの関連が見出されている。覚醒についての研究ではDC負荷と脳波基礎律動との関連を解析している。臨床研究においては、倫理委員会の承認のもと被検者からの文書同意をとり、経頭蓋的直流電気刺激法の診断治療における利用法の検討を続けている。前頭部に1mAの直流電流を20分負荷することによる心理生理学的変化を不安障害やうつ病の患者において分析し、精神疾患の病態理解につながる知見を得ている。今後さらに症例を増やしていく予定である。動物を用いた研究では、データが出てきており、今後分析や結果のまとめをしていく状況になっている。臨床研究においては、まだデータの蓄積が十分ではないが、方向性は定まってきている。25年度が最終年度であるため、記入しない。動物実験については、データが得られ、それに基づいて分析を継続している。DC電位の生理機能についてまとめることを進めている。精神科臨床における研究についてもデータが蓄積し、DC電位の心理機能における役割を検討している。これまでと同様に、ラットやマウスにおける、DC電位や緩電位と脳機能との関連を明らかにするために、記録と分析を続ける。また、その結果をもとに、臨床における緩電気記録や刺激治療の発展を目指す。.25年度が最終年度であるため、記入しない。
気道平滑筋の遊走能と収縮能の制御に基づく喘息分子標的療法

気管支喘息に特徴的な病態生理である好酸球性気道炎症および気道攣縮により気道リモデリング(気道壁の肥厚)が発生し、それに基づいて気道過敏性の亢進、β2アドレナリン受容体刺激薬の気管支拡張作用の低下などに影響があるか検討した。卵白アルブミン(OA)でモルモットを感作した後にOAを吸入させる(抗原刺激)、3回/週で抗原刺激を4週間繰り返し吸入させ、好酸球性の慢性炎症を誘導させてから気管を切除すると気道壁の明らかな肥厚が起こった。一方、OA感作、抗原刺激はしないでムスカリン受容体刺激薬(メサコリン)50 mg/dLの吸入を3/週で4週間繰り返した場合、気道壁の有意な肥厚は生じなかった。最後の吸入が終了後に、モルモットを麻酔下にボディーボックス内に固定した後に人工呼吸器で強制換気し、気道抵抗を測定した。気道過敏性の亢進を調べるため、メサコリンを累積的吸入させ気道抵抗の上昇を観察すると、抗原刺激をした群ではコントロールと比較してメサコリンによる気道抵抗の有意な上昇(気道過敏性の亢進)が起こった。一方、メサコリンを反復吸入した群ではメサコリン吸入による気道抵抗の有意な上昇は起こらなかった。それぞれの上記の実験条件下で気管平滑筋の切片を作製し、浴槽内に固定して等尺性張力を記録測定した。ムスカリン受容体刺激に対するβ2アドレナリン受容体刺激薬の弛緩効果について検討した。抗原刺激をした群ではメサコリン収縮に対するイソプレナリン(β2アドレナリン受容体刺激薬)の濃度ー抑制曲線はコントロールに比べ著明に右方移動したが、メサコリンを反復吸入した群では有意な右方移動は生じなかった。以上の結果、好酸球性気道炎症によりリモデリングに陥ることにことが、気道過敏性亢進、気管支拡張薬に対する反応性の減弱を招くと考えられる。モルモット気管平滑筋の切片を作製し、カルシウム蛍光色素であるfura-2で処理した後に浴槽内に固定して等尺性張力と細胞内Ca2+濃度の指標であるF340/F380を同時に測定した。ムスカリン受容体刺激薬(メサコリン)収縮とそれに対するβ2アドレナリン受容体刺激薬(イソプロテレノール、ISO)の弛緩効果を記録し、同時にF340/F380の変化を調べ、平滑筋の機械的な反応に対する細胞内Ca2+動態、Ca2+感受性との関連性を分析した。気道過敏性の亢進はメサコリンに対する反応性の亢進として現わされる。抗原刺激でマスト細胞から放出されるスフィンゴシン1リン酸、あるいは、炎症反応で傷害された上皮から放出されるATPを気管平滑筋に15分間曝露し洗い流した後、メサコリン収縮は約30%増加したが、細胞内Ca2+濃度は増加しなかった。この結果は、気道過敏性の亢進には細胞内Ca2+に対する感受性の亢進が関与することを示している。メサコリン収縮をISOは著明に阻害し、抑制率は約90%であった。喘息の炎症で生成されるリゾフォスファチジルコリン、あるいは活性化したマスト細胞から放出される組織傷害蛋白であるトリプターゼを15分間曝露した後では、ISOの弛緩作用は著明に低下し、抑制率は約55%に減少したが、細胞内Ca2+濃度は影響を受けなかった。一方、成長因子(TGF&#61538;1, PEGF)を15分間曝露した後、ISOの弛緩作用は著明に低下したが、細胞内Ca2+濃度は有意に上昇した。&#61538;2アドレナリン受容体の耐性化には、細胞内Ca2+動態と、Ca2+感受性の両者が関与することを示している。喘息の病態にかかわる収縮性における表現型の変化は細胞内Ca2+動態、Ca2+感受性により影響を受け治療の標的となる可能性がある。モルモット気管平滑筋の切片を作製し、カルシウム蛍光色素であるfura-2で処理した後に浴槽内に固定した。等尺性張力と細胞内Ca2+濃度の指標であるF340/F380の比を同時に記録し、分析した。1 nMグリコピロニウム(GB:長時間作用性抗コリン薬)は、1000 nMメサコリン(MCh:ムスカリン受容体刺激薬)による張力、F340/F380をそれぞれ5.7%、22.%抑制した。30 nMインダカテロール(IND:長時間作用性beta2アドレナリン受容体刺激薬)は、MChの張力、F340/F380をそれぞれ45.5%、32.2%抑制した。次に、1 nM GB、30 nM INDを併用すると、MChの張力、F340/F380に対する抑制効果は、それぞれ79.3%、86.5%に著明に増加した。GB、INDの併用による抑制効果は、張力、F340/F380ともに、GBおよびIND単剤による抑制効果の総和より有意に増加した(各々、P < 0.01)。この結果は、GB、INDの併用は相乗作用が生じ、その機序としてCa2+ dynamicsが関与することを示している。

そして、この相乗効果は、イベリオトキシン(Ca2+-activated K+ (KCa) channei阻害薬)で抑制され、ベラパミル(voltage-dependent Ca2+ (VDC) channei阻害薬)で増強した。さらに、百日咳菌毒素(Gi阻害薬)、コレラ菌毒素(Gs活性薬)の曝露により増強した。ゆえに、このbeta2アドレナリン受容体とムスカリン受容体のクロストークによる相乗作用には、G protein (Gi, Gs)/KCa/VDC channelの連関が関与し、治療の標的蛋白と考えられる。細胞内Ca2+濃度の推移を検索するために用いた蛍光色素であるFura-2のローディングに不具合が生じていたためその調整に長い時間を費やした。しかし、ようやく実験が軌道に乗るようになり順調に成果が得られるようになった。しかし、これにより今年度に実施する予定であった、培養ヒト気管平滑筋細胞を用いた細胞骨格、細胞増殖、細胞遊走の研究は来年度から開始する計画である。医歯薬学モルモット気管平滑筋にFura-2を負荷し、等尺性張力と細胞内Ca2+濃度の推移を同時測定し分析する実験は順調に進められるようになった。今後は、培養ヒト気管支平滑筋細胞を用いて収縮性における表現型を変化させる可能性があるストレスファイバー形成を調べ、気道リモデリングの発生の機序およびその回避について研究する。喘息の基本病態である好酸球性気道炎症に関与する化学物質を曝露した後の細胞骨格再重合に与える影響、その機序について検索し、気道リモデリングの発症を明らかにする。そして、ステロイド薬、β2アドレナリン受容体刺激薬などの治療薬によるストレスファイバー形成の抑制とその機序について検索する。これらに基づいて、この疾患の管理・治療に重要な役割をはたして気道リモデリングの治療法を探求する。さらに、気道平滑筋細胞の増殖、遊走能の変化の面からも気道リモデリングの成立機序、回避について研究を進める。気道平滑筋の張力の測定では、カルシウム蛍光色素であるFura-2で組織を負荷し、細胞内カルシウム濃度の指標(F340/F380)と、等尺性張力とを同時に測定する予定であったが、色素のローディングに不具合が生じたため、まだ遂行されていない。Fura-2を用いた実験は、測定装置、実験試薬などは以前に準備されていたものを用いておこなったのでそれほど多くの支出を必要としなかった。Fura-2のローディングを整備して気道平滑筋の等尺性張力と細胞内カルシウム濃度の同時測定を推進させる。そして、ムスカリン受容体刺激に対する収縮の増強(気道過敏性の亢進)、あるいは、β2アドレナリン受容体刺激薬の気管支拡張作用の低下などにおいて細胞内カルシウム動態や細胞内カルシウム感受性の関与を解明する。その際に、Rho-kinaseに由来する細胞内カルシウム感受性の役割を調べるため、Y-27632、塩酸ファスジルなどのRho-kinase阻害薬を用いる。次の段階として、気道平滑筋細胞の増殖、遊走と気道リモデリングとの関連について研究を進める方針である。培養ヒト気管支平滑筋を用いた実験にかかわる諸費用に支出が見込まれる。細胞の購入、継代のための試薬、蛍光デジタルシステム施行にかかわる備品、および細胞増殖、細胞遊走検索のための消耗品、などを準備して研究を進める。In vivoで気道抵抗の測定、In vitroで気道平滑筋の切片を用いた等尺性張力の測定に多くの時間を費やした。これらの実験システムはすでに整備されていた。そして、使用した実験試薬もほとんど以前に購入されていた。予定していた、Fura-2を用いた張力と細胞内カルシウム濃度の同時測定、あるいは、気道平滑筋細胞を用いた実験は未施行であった。これらの理由によりそれほど支出の必要が生じなかった。培養ヒト気管支平滑筋細胞を用いて様々な実験条件下における細胞骨格への影響について蛍光デジタルシステムにより解析する。
咀嚼時の快・不快情動が生体反応に与える影響

おいしいものを食べると,ストレス発散(低減)に繋がるなどと我々はよく口にする.申請者は,「食事のおいしさ」と咀嚼時の生体反応(脳血流/体循環/咀嚼筋活動/自律神経活動/ストレスホルモン)との関連性に注目し,咀嚼によるストレス軽減効果の可能性をテーマに研究を行ってきた.本課題は「ストレスを軽減させる食事とは何か?」を明らかにすることを目的に研究を実施した.脳血流は,55チャンネルの近赤外光脳機能イメージング装置を用いて頭頂部ならびに前頭部脳血流を記録し,チャンネル(Ch)毎の酸素化ヘモグロビン濃度(oxyHb)を求めた.両側咬筋筋活動は,両側咬筋中央部に,表面電極を貼付し,導出した.心電図記録は,生体信号計測用小型ポリグラフテレメータにより,双極導出を行った.被験食品は、一般に美味しいという「快情動」を惹起させるガムpleasant-gumと,美味しくない「不快情動」を惹起させるガムunpleasant-gumの2種類を用いた.ガム咀嚼を5分間行い,計測したデータについて比較検討を行った。咀嚼中のoxyHbは,頭頂部付近のChにおいてタスク直後にタスク前と比較して一旦減少し,その後直ぐ増加し,タスク中は増加を維持した.pleasant-gumとunpleasant-gumのoxyHbを比較した結果,左前頭部のChのみunpleasant-gumの方が有意に高値を示した.どちらのタスクにおいても,前頭部と頭頂部の間に位置するチャンネルは,左半球の血流量の有意な増加を示しており,右半球が左半球より有意に高値を示すのは前頭部のわずか1チャンネルのみだった.本年度は、すでに得たデータについて再解析を行い、咀嚼中の脳血流変化を可視化する試みを行った。また、高齢者を対照にした研究調査に参加し、咀嚼機能と高次機能との関連性についての関連性について検討を行った。持続的なストレス刺激は,自律神経系あるいは内分泌系を介して各種臓器に伝わり,それによって健康を害する事が知られている.一方で,おいしいものを食べると,ストレス発散(低減)に繋がるなどと我々はよく口にする.申請者は,「食事のおいしさ」と咀嚼時の生体反応(脳血流/体循環/咀嚼筋活動/自律神経活動/ストレスホルモン)との関連性に注目し,咀嚼によるストレス軽減効果の可能性をテーマに研究を行ってきた.本課題は「ストレスを軽減させる食事とは何か?」を明らかにすることを目的に,1.快または不快情動を惹起させるガム咀嚼時のストレスマーカー(コルチゾール)の変化を評価,2.情動の変化が引き起こす咀嚼時の脳血流変化について,という2項目について研究を実施した.1.について,被験者に対して"美味しい"という快情動を惹起するガムと,"美味しくない"という不快情動を惹起するガムとの2種類を被験食品に採用し,咀嚼中に分泌される唾液中に含まれるコルチゾールをELISA法により定量した.その結果,美味しいと感じるガムを咀嚼した場合は,美味しくないと感じるガム咀嚼時よりもコルチゾールが多く分泌された.2.について,近赤外光脳機能イメージング装置を用いて,美味しいガムまたは美味しくないガム咀嚼時の前頭部脳血流(oxyHb)を記録し,時間的変化について分析を行った.その結果,oxyHbは両側半球において,咀嚼前と比較して咀嚼中は増加したが,ガム間における差はほとんどなかった.実験は当初予定した年次計画通りすすんでいる.一方で実験データの解析が一部終わっていないため,今後も引き続き行い,論文化をめざす.持続的なストレス刺激は,自律神経系あるいは内分泌系を介して各種臓器に伝わり,それによって健康を害する事が知られている.一方で,おいしいものを食べると,ストレス発散(低減)に繋がるなどと我々はよく口にする.申請者は,「食事のおいしさ」と咀嚼時の生体反応(脳血流/体循環/咀嚼筋活動/自律神経活動/ストレスホルモン)との関連性に注目し,咀嚼によるストレス軽減効果の可能性をテーマに研究を行ってきた.本課題は「ストレスを軽減させる食事とは何か?」を明らかにすることを目的に研究を実施した.脳血流は,55チャンネルの近赤外光脳機能イメージング装置を用いて頭頂部ならびに前頭部脳血流を記録し,チャンネル(Ch)毎の酸素化ヘモグロビン濃度(oxyHb)を求めた.両側咬筋筋活動は,両側咬筋中央部に,表面電極を貼付し,導出した.心電図記録は,生体信号計測用小型ポリグラフテレメータにより,双極導出を行った.被験食品は、一般に美味しいという「快情動」を惹起させるガムpleasant-gumと,美味しくない「不快情動」を惹起させるガムunpleasant-gumの2種類を用いた.ガム咀嚼を5分間行い,計測したデータについて比較検討を行った。咀嚼中のoxyHbは,頭頂部付近のChにおいてタスク直後にタスク前と比較して一旦減少し,その後直ぐ増加し,タスク中は増加を維持した.pleasant-gumとunpleasant-gumのoxyHbを比較した結果,左前頭部のChのみunpleasant-gumの方が有意に高値を示した.

どちらのタスクにおいても,前頭部と頭頂部の間に位置するチャンネルは,左半球の血流量の有意な増加を示しており,右半球が左半球より有意に高値を示すのは前頭部のわずか1チャンネルのみだった.以上の結果から,咀嚼時の情動変化は左側前頭部の脳血流変化に影響を与える可能性が示唆された.実験は本年度まで計画していたものはすべて終了しているが、学会発表をいくつか行ったが、論文の投稿はまだおこなっておらず、現在論文の投稿準備中である。おいしいものを食べると,ストレス発散(低減)に繋がるなどと我々はよく口にする.申請者は,「食事のおいしさ」と咀嚼時の生体反応(脳血流/体循環/咀嚼筋活動/自律神経活動/ストレスホルモン)との関連性に注目し,咀嚼によるストレス軽減効果の可能性をテーマに研究を行ってきた.本課題は「ストレスを軽減させる食事とは何か?」を明らかにすることを目的に研究を実施した.脳血流は,55チャンネルの近赤外光脳機能イメージング装置を用いて頭頂部ならびに前頭部脳血流を記録し,チャンネル(Ch)毎の酸素化ヘモグロビン濃度(oxyHb)を求めた.両側咬筋筋活動は,両側咬筋中央部に,表面電極を貼付し,導出した.心電図記録は,生体信号計測用小型ポリグラフテレメータにより,双極導出を行った.被験食品は、一般に美味しいという「快情動」を惹起させるガムpleasant-gumと,美味しくない「不快情動」を惹起させるガムunpleasant-gumの2種類を用いた.ガム咀嚼を5分間行い,計測したデータについて比較検討を行った。咀嚼中のoxyHbは,頭頂部付近のChにおいてタスク直後にタスク前と比較して一旦減少し,その後直ぐ増加し,タスク中は増加を維持した.pleasant-gumとunpleasant-gumのoxyHbを比較した結果,左前頭部のChのみunpleasant-gumの方が有意に高値を示した.どちらのタスクにおいても,前頭部と頭頂部の間に位置するチャンネルは,左半球の血流量の有意な増加を示しており,右半球が左半球より有意に高値を示すのは前頭部のわずか1チャンネルのみだった.本年度は、すでに得たデータについて再解析を行い、咀嚼中の脳血流変化を可視化する試みを行った。また、高齢者を対照にした研究調査に参加し、咀嚼機能と高次機能との関連性についての関連性について検討を行った。次年度は,ストレス耐性と咀嚼時の生体反応との関連性,および風味への順応による咀嚼時の生体反応の変化,をテーマに進める予定である.ストレス耐性が低いヒトは食欲が増進傾向を認め,濃い味付けを好むことが知られているが,ストレス耐性は個人差があるため,本課題は先行研究と同様の手法でストレス耐性を評価することを予定している.被験者の心理社会的ストレスは,精神健康調査票を用いて評価する.客観的ストレス状態は,安静時唾液を採取し,ストレスマーカーであるコルチゾールを定量する.これらの結果を総合して,被験者を高ストレス耐性群/低ストレス耐性群に分類する.これらの被験者に対して,ストレス負荷後に快・不快情動それぞれを惹起する風味のガム咀嚼によって生じる生体反応を分析し,情動と生体反応との関連性を定量的に評価する.同時に,個人のストレス耐性がこれらの変化に影響するかについて検討を行う.ストレス耐性と咀嚼時の生体反応との関連性,および風味への順応による咀嚼時の生体反応の変化,をテーマに進める予定である.ストレス耐性が低いヒトは食欲が増進傾向を認め,濃い味付けを好むことが知られているが,ストレス耐性は個人差があるため,本課題は先行研究と同様の手法でストレス耐性を評価することを予定している.今年度は,他研究費を獲得する事ができたため,必要経費を他研究費で負担することができた.そのため,次年度に持ち越した.また,購入予定であったストレス負荷用のプログラムを購入することが出来なかった.ラップトップPCを購入予定であったが、次年度購入に持ち越した。
メソスケールでの森林生態系CO_2シンク能の推定方法の開発

グローバルな炭素循環の機能モデルとは異なり、メソスケールでのCO_2シンク能を推定するためには、リモートセンシングデータによる特定地域の植生分類と、そのグランドトゥルースとしての各生態系炭素フラックスの地上での測定の両者を組み合わせることによって可能になると考えられる。本報告書では、テストエリアとして、1)一様な緩斜面であり複雑な地形を持たない、2)火山噴火と二次的な人間利用による撹乱によって様々な植生タイプから構成される、ことの二点から富士北麓地域を選択した。生態学的手法による炭素収支測定データとリモートセンシングによる土地被覆分類のデータから、富士北麓地域におけるメソスケールでのCO_2シンク能(生態系純生産量:NEP)の推定を試みた。各森林生態系におけるメソスケールでの土壌呼吸量は、3箇所の生態系における実測から推定するためのモデルを作成した。また各森林生態系における純一次生産量(NPP)については剣丸尾アカマツ林の実測地をグランドトゥルースとして、衛星リモートセンシングによるNDVIデータから推定した。これらの結果から、富士北麓地域の森林生態系(30877ha)における総純一次生産量は159(10^3t C yr^<-1>)であり、総土壌呼吸量は275(10^3t C yr^<-1>)と推定された。土壌呼吸における根の呼吸量の割合を仮に46%とすると、富士北麓地域の森林生態系におけるCO_2シンク能は一年間に11(10^3t C)の吸収であることが明らかとなった。本研究では、生態系のCO_2フラックスに関する生態学的データをグランドトゥルースとして、これに同期的なリモートセンシングデータを用いて、メソスケールでの特定地域の森林のCO_2シンク能を推定するモデルを作成することを目的としている。調査地域としてはなだらかな斜面で地形的複雑さが少なく、人為的及び気候的な原因によって様々な森林植生が存在する富士北麓地域を対象とした。本年度は対象地域のLANDSATデータと各樹木のスペクトル反射から樹種分類法に基づく植生タイプの分類をまず行った。次にこれらの植生タイプ分類を参考にメソスケールでのCO_2シンク能推定モデル開発のために生態学的調査サイトを設定した。調査サイトの設定に関しては、富士北麓地域は基本的に年代の異なる富士山噴火の溶岩あるいはスコリア上に成立した一次遷移上の様々な植生タイプがあることから、土壌及び植生の発達に伴うCO_2フラックスの変化を測定することがモデルの作成上重要と考えた。このような概念に華づいて1)本栖湖湖畔・露出溶岩流、2)剣丸尾アカマツ林、3)青木ヶ原ヒノキ・ツガ林、4)大室山麓落葉樹林の4箇所を調査地として設定した。1)のサイトについてはまだ詳細な調査を行っていないが、2)4)のサイトについては調査枠を設定して植生調査を行うとともに、リタートラップによる土壌への炭素供給量、土壌中の炭素量及び土壌呼吸量についての測定を開始した。基本的に植生の発達に伴って土壌中の炭素量及び土壌呼吸量も徐々に増加していくことが観察された。来年度は植物による純一次生産量と年間の土壌呼吸量の推定を試みて生態学的な手法によるCO_2収支データをまず提示する。またこれらのデータをグランドトゥルースとして、リモートセンシングによる植生分類や三次元構造の解析とともに富士北麓地域をテストケースとしたメソスケールでのCO_2収支推定のためのモデルを開発する。陸上生態系における炭素収支把握の緊急の要請により、タワー観測を用いた個々の生態系における炭素収支の測定や、地球規模での炭素循環モデルに関する研究は近年かなりの発展が見られる。一方でマクロスケール(地球全体)とミクロスケール(個々の生態系)の中間に、いくつかの陸上生態系の複合体である集水域などの小地域があり、このようなメソスケールでの陸上生態系(主に森林生態系)のCO_2シンク能を推定することが本研究の目的である。

グローバルな炭素循環の機能モデルとは異なり、メソスケールでのCO_2シンク能の推定は、リモートセンシングデータによる特定地域の実際の植生分類と、そのグランドトゥルースとしての生態学的な手法による炭素フラックスの測定とを組み合わせることにより可能になる。このような地域レベルでのCO_2シンク能推定のためのテストエリアとして、1)一様な緩斜面であり複雑な地形を持たない、2)火山噴火と二次的な人間利用による撹乱によって様々な植生タイプから構成される、ことの二点から富士北麓地域を選択した。最初に衛星データを用いて富士北麓の詳細な植生分類を行い、人間による土地利用の歴史的調査と合わせてこの地域における代表的な5ヶ所の生態系を抽出した。また個々の生態系において、土壌呼吸量やリター量、純一次生産量などの炭素フラックスを実測した。最終的に、生態学的手法による実測データをグランドトゥルースとして、NDVI等の衛星データから植生分類ごとの純一次生産量と土壌呼吸量の推定を行い、メソスケールでの生態系純生産量(生態系のCO_2シンク能)を推定した。