hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Burridge-Knopoffモデルによる地震の数値シミュレーション

地震は既存の断層の示す固着-すべり不安定性であり、断層面の摩擦法則によって支配される。これまでの研究では、単一断層面上で繰り返す地震の統計的性質、特に時空間相関関数の解析を調べるために、地震断層の標準的な統計モデルであるBurridge-Knopoffモデル(BKモデル)を用いた数値シミュレーションを行ってきた。BKモデルは断層面をバネとブロックに置き換えたものであり、これまでの数値シミュレーションでは相互作用が隣接するブロック間のみに働く最近接相互作用のモデルであった。しかし実際の断層では周囲の弾性体を通し長距離にわたる相互作用が存在するはずである。そこで我々は長距離相互作用の働くBKモデルを用いた数値シミュレーションを行い、同様の時空間相関関数の解析を行った。このような長距離相互作用を取り入れることにより、広いパラメータ領域で地震のマグニチュード分布がグーテンベルグ-リヒター則に従うことや、1つの地震イベントにおける応力降下量が地震のマグニチュードの依らないなど、最近接相互作用のモデルに比べて実際の地震現象に近い振る舞いを示すことがわかった。BKモデルは断層を離散化した粗いモデルであり、その連続極限を議論する事は重要である。そこで、BKモデルにおいてこれまで調べてきた時空間相関関数が連続極限の下どのように振る舞うかを調べた。Burridge-Knopoffモデルの連続極限での主な結果として、時空間の相関が弱まる傾向があることがわかった。
有機色素系LB膜を用いた高速波形マニピュレーション

(1)有機系LB膜の作製現有のLB膜作製装置を用いて,膜作製時の下層水温度,圧縮圧,一定圧下の保持時間帯,膜の物性を左右するパラメーターを制御しながら,単分子膜の積層を行い,シアニン色素NK-2970の会合体からなるLB膜を作製した.ポリチオフェンをHead-to-Tail構造になるように化学的に合成を行い,スピンコート法によりその薄膜を作製した.NMRスペクトルにより,構造がランダムでなくきれいなHead-to-Tail構造になっていることが確認された.(3)線形分光による有機系LB膜および高分子膜の基礎物性の評価エキシマレーザー励起の色素レーザーを用いて,上記試料について基礎的な物性を調べた.会合体が形成されたことによる吸収スペクトルの長波長シフトがそれぞれの試料について確認された.(4)フェムト秒パルスによる非線形性の評価(担当:江馬)フェムト秒再生増幅器+パラメトリック増幅器より得られる波長可変のフェムト秒パルスを用いて,上記試料の3次の非線形感受率の大きさと応答速度を評価した.縮退4光波混合法により測定したところ,NK-2970のLB膜については,非線形性は大きいものの,光退色が激しく波形マニピュレーション用の材料には適さないことが判明した.Head-to-Tail構造ポリチオフェンについては,3次の非線形感受率の大きさとして10^<-9>esuという大きな値が得られ,応答速度もピコ秒以下であった.今後はこれを用いて波形マニピュレーションのデモンストレーションを行っていく予定である.(1)有機系LB膜の作製現有のLB膜作製装置を用いて,膜作製時の下層水温度,圧縮圧,一定圧下の保持時間帯,膜の物性を左右するパラメーターを制御しながら,単分子膜の積層を行い,シアニン色素NK-2970の会合体からなるLB膜を作製した.ポリチオフェンをHead-to-Tail構造になるように化学的に合成を行い,スピンコート法によりその薄膜を作製した.NMRスペクトルにより,構造がランダムでなくきれいなHead-to-Tail構造になっていることが確認された.(3)線形分光による有機系LB膜および高分子膜の基礎物性の評価エキシマレーザー励起の色素レーザーを用いて,上記試料について基礎的な物性を調べた.会合体が形成されたことによる吸収スペクトルの長波長シフトがそれぞれの試料について確認された.(4)フェムト秒パルスによる非線形性の評価(担当:江馬)フェムト秒再生増幅器+パラメトリック増幅器より得られる波長可変のフェムト秒パルスを用いて,上記試料の3次の非線形感受率の大きさと応答速度を評価した.縮退4光波混合法により測定したところ,NK-2970のLB膜については,非線形性は大きいものの,光退色が激しく波形マニピュレーション用の材料には適さないことが判明した.Head-to-Tail構造ポリチオフェンについては,3次の非線形感受率の大きさとして10^<-9>esuという大きな値が得られ,応答速度もピコ秒以下であった.今後はこれを用いて波形マニピュレーションのデモンストレーションを行っていく予定である.
DSGEモデルを用いた量的緩和政策再評価: 超過準備と貸出増加のメカニズム

GK (2011)に代わってCW (2010)を拡張し、狭義の量的緩和政策について理論的に分析した。GK (2011)のみならずCW (2010)をベンチマークモデルとして分析を行うことで結果が頑健であることが示される。まず、CW (2010)のモデルにGK (2011)に従って中間投入財企業等を導入し、超過準備が自己資本の増強を通じて貸付を拡大させるメカニズムを持つモデルを導出した。厚生費用関数を効用関数の2次近似から得た後、モデルを最適質的緩和政策、最適量的緩和政策それぞれの下で解きマクロ経済変数の動学の特徴を確認した上で厚生費用を計算し、最適量的緩和政策の下でのマクロ経済変数のボラティリティと厚生費用が最適質的緩和政策の下でのそれらと変わりが無いことを示した。次いで最適量的緩和政策ルールと最適質的緩和政策ルールを合理的期待均衡を満たす範囲内で高性能PCおよび行列演算ソフトを用いてグリッドサーチで求め、得られた最適質的緩和政策ルール、最適量的緩和政策ルールそれぞれの政策がもたらす厚生費用を計算し、狭義の量的緩和政策は質的緩和政策と比較して効果が同等であること示した。さらに、このモデルに量的緩和政策ルールを導入し、量的緩和政策の効果を検証すべく日本において狭義の量的緩和政策が導入されていた2001年2006年のデータを用いて構造パラメータを高性能PCおよび行列演算ソフトを用いベイズ推定した。次いで得られた構造パラメータを所与に最適量的緩和政策ルール下でのマクロ経済変数のパスをシミュレーションで求めそこから推計される厚生費用と、実績値から推計される厚生費用を計算した。本年度はGertler and Karadi (2011, GK)を拡張し、狭義の量的緩和政策について理論分析を行った。まずGK (2011)のモデルに中央銀行の政策変数として民間向け貸出に加え準備預金が有効になるようCurdia and Woodford (CW, 2010)に従い中央銀行の詳細なバランスシートを導入したモデルを導出した。さらにモデルを定常状態周りで対数線形近似し、GK (2011)と異なりGali (2008)およびBenigno and Woodford (2005)に従い効用関数の2次近似から得られる厚生費用関数を導出した。政策として質的緩和政策と狭義の量的緩和政策を考えた。ここで、質的緩和政策とはGK (2011)と同じく民間向け貸出を政策変数とする政策、狭義の量的緩和政策とは準備預金を政策変数とする政策である。そして2つの政策の下でモデルを解き、2つの政策の下でのマクロ経済変数のボラティリティと厚生費用を比較した。モデルの陽表的な解析解を得ることはきわめて困難なため高性能PCおよび行列演算ソフトを用いた数値解析を行った。次に(近似的な)最適量的緩和政策ルール(準備預金残高が預貸スプレッドに反応する金融政策ルール)とGK (2011)に基づく最適質的緩和政策ルール(中央銀行の企業向け貸付残高が預貸スプレッドに反応する金融政策ルール)をFerrero (2009)に従い合理的期待均衡を満たす範囲内で高性能PCおよび行列演算ソフトを用いてグリッドサーチで求めた。最後にグリッドサーチで得られた最適質的緩和政策、最適量的緩和政策それぞれのルールについてモデルを数値解析し、それぞれの政策がもたらすマクロ経済変数の動学の特徴を確認した上で厚生費用を効用関数の2次近似から得られた厚生費用関数に従い計算した。研究計画には、平成28年度はGertler and Karadi (2011, GK)を拡張し、狭義の量的緩和政策について理論分析を行うと記されている。具体的にはGK (2011)のモデルに中央銀行の政策変数として民間向け貸出に加え準備預金が有効になるようCurdia and Woodford (CW, 2010)に従い中央銀行の詳細なバランスシートを導入したモデルを導出し、ついで質的緩和政策と狭義の量的緩和政策についてモデルを解き、2つの政策の下での厚生費用が似通っていることを確認することが平成28年度には計画されている。研究実績の概要において示したように平成28年度はGK (2011)のモデルに中央銀行の政策変数として民間向け貸出に加え準備預金が有効になるようCurdia and Woodford (CW, 2010)に従い中央銀行の詳細なバランスシートを導入したモデルを導出し、2つの政策の下での厚生費用を計算しそれぞれの政策の下での厚生費用を求めたので平成28年度の計画を概ね達成したと言える。本年度は平成28年度の理論分析の実証に取り組んだ。まず、平成28年度の理論分析で導入した準備預金が預貸スプレッドに反応する金融政策ルール、つまり量的緩和政策ルールを平成28年度に導出したモデルに導入した上で狭義の量的緩和政策が導入されていた2001年2006年の日本のデータをデータベースより得て量的緩和政策ルールの反応係数を含む構造パラメータを高性能PCおよび行列演算ソフトを用いベイズの手法により推定した。次いで得られた構造パラメータを所与に平成28年度の理論分析で得られた最適量的緩和政策ルールの下でのマクロ経済変数のパスをシミュレーションで求めボラティリティを計算し、実績値のボラティリティと比較し最適量的緩和政策ルールの下でのボラティリティが有意に小さいことを示すことに取り組んだ。さらに厚生費用を実績値から推計される厚生費用と比較し、最適量的緩和政策ルールがより低い厚生コストをもたらすことを確認した(ただし結果の頑健性については議論の余地を残す結果となった)。

これらから2001年2006年の量的緩和政策(QE0)が規模において不十分であり、QE0そのものはマクロ経済の安定化や厚生費用の最小化に十分寄与した可能性が示された。ただし、先にも述べたようにボラティリティが有意に低いわけではないので結果の頑健性については議論の余地を残している。推定とシミュレーションはDSGEモデルへのベイズ推定の応用を提案しているSmets and Wouters(2003)等に従った。量的緩和政策ルールの反応係数を含む構造パラメータのベイズの手法による推定、得られた構造パラメータを所与とした最適量的緩和政策ルールの下でのマクロ経済変数のパスのシミュレーションおよびマクロ経済変数のボラティリティを計算を終えた。一方、実績値のボラティリティと比較したうえで最適量的緩和政策ルールの下でのボラティリティが有意に小さいことを示すことはできなかった(ボラティリティは小さいものの有意に小さいとは言えなかった)。よって、最適量的緩和政策ルールがより低い厚生コストをもたらすことを確認したもののボラティリティが有意に小さいわけではないので結果の頑健性については少なからず議論の余地を残すこととなった。GK (2011)に代わってCW (2010)を拡張し、狭義の量的緩和政策について理論的に分析した。GK (2011)のみならずCW (2010)をベンチマークモデルとして分析を行うことで結果が頑健であることが示される。まず、CW (2010)のモデルにGK (2011)に従って中間投入財企業等を導入し、超過準備が自己資本の増強を通じて貸付を拡大させるメカニズムを持つモデルを導出した。厚生費用関数を効用関数の2次近似から得た後、モデルを最適質的緩和政策、最適量的緩和政策それぞれの下で解きマクロ経済変数の動学の特徴を確認した上で厚生費用を計算し、最適量的緩和政策の下でのマクロ経済変数のボラティリティと厚生費用が最適質的緩和政策の下でのそれらと変わりが無いことを示した。次いで最適量的緩和政策ルールと最適質的緩和政策ルールを合理的期待均衡を満たす範囲内で高性能PCおよび行列演算ソフトを用いてグリッドサーチで求め、得られた最適質的緩和政策ルール、最適量的緩和政策ルールそれぞれの政策がもたらす厚生費用を計算し、狭義の量的緩和政策は質的緩和政策と比較して効果が同等であること示した。さらに、このモデルに量的緩和政策ルールを導入し、量的緩和政策の効果を検証すべく日本において狭義の量的緩和政策が導入されていた2001年2006年のデータを用いて構造パラメータを高性能PCおよび行列演算ソフトを用いベイズ推定した。次いで得られた構造パラメータを所与に最適量的緩和政策ルール下でのマクロ経済変数のパスをシミュレーションで求めそこから推計される厚生費用と、実績値から推計される厚生費用を計算した。平成29年度には平成28年度の理論分析を実証する。まず、平成28年度の理論分析で導入した準備預金が預貸スプレッドに反応する金融政策ルール、つまり量的緩和政策ルールを平成28年度に導出したモデルに導入した上で狭義の量的緩和政策が導入されていた2001年2006年の日本のデータをデータベースより得て量的緩和政策ルールの反応係数を含む構造パラメータを高性能PCおよび行列演算ソフトを用いベイズの手法により推定する。
網膜幹細胞の維持に関わる細胞間相互作用とその分子シグナルの解明

網膜再生治療の臨床応用に向けた基礎研究として網膜組織幹細胞の分化、増殖に関わる分子の探索を、ノックアウトマウスを用いて解析した。網膜幹細胞の維持にはヘパラン硫酸プロテオグリカンが関与していること、分化に関してはgp130を介した分子シグナルが関わっていることが明らかになった。幹細胞がHoechst33342で低染色性であることから、Hoechst33342で染色後、FACSで二次元展開して得られるSP(Side Population)細胞の獲得をマウス胎仔網膜、成体毛様体で試みた。マウス胎生16日網膜ではSP細胞が同定され、これらを浮遊培養したところ、ニューロスフェア様の細胞集団塊が得られた。これら一次スフェア細胞を分離し、再度、浮遊培養し、二次スフェアの形成を観察したが、二次スフェアの形成は認められなかった。一次スフェア細胞を培養皿で培養し、分化させた後、細胞を網膜、神経特異的抗体を用いた免疫染色を用いて同定したところ、視細胞マーカーであるロドプシン陽性細胞が認められた。今後、培養液中に既知の各種増殖因子を添加し、増殖、分化に対する影響を観察する予定である。幹細胞がHoechst 33342で低染色性であることから、Hoechst 33342で染色後、FACSで二次元展開して得られるSP (Side Population)細胞の獲得をマウス胎仔網膜、成体毛様体で試みた。網膜幹細胞分化に関わる分子の探索ETX-1のノックアウトマウス由来網膜幹細胞を単離ETX-1は神経幹細胞の分化に関わる分子であることが報告されている。ETX-1ノックアウトマウスよりFACSでSP細胞の単離を行なったところ、SP細胞の減少、一次スフェアの減少を認めた。FACSで二次元展開して得られるside population (SP)細胞の獲得をマウス胎仔網膜、成体毛様体で試みた。マウス胎生16目網膜ではSP細胞が同定され、これらを浮遊培養したところ、ニューロスフェア様の細胞集団塊が得られた。一次スフェア細胞を培養皿で培養し、分化させた後、細胞を網膜、神経特異的抗体を用いた免疫染色を用いて同定したところ、視細胞マーカーであるロドブシン陽性細胞が認められた。成体毛様体ではスフェアアッセイにより一次、二次スフェアを得ることができ、網膜特異的ニューロンへの分化が確認された。網膜幹細胞分化に関わる分子の探索(1)ETX-1ノックアウトマウス由来網膜幹細胞を単離ETX-1は神経幹細胞の分化に関わる分子であることが報告されている。ETX-1ノックアウトマウスよりFACSでSP細胞の単離を行なったところ、Wild typeと比較してSP細胞の減少、一次スフェアの減少を認めた。(2)Homeodomain-interacting protein kinase (HIPK)ノックアウトマウスの解析HIPK1, 2ノックアウトマウスでは発生網膜の層構造に異常が認められ、HIPKが網膜幹細胞の増殖分化に関与することが示唆された。
混合性肝癌の組織発生および臨床病理学的特性についての研究

混合型肝癌の外科切除例はその後増加し合計21例となった。症例ごとにDNAを抽出するに適した部分(炎症細胞浸潤が少なく、間質との境界が容易に判別できる部分)を決定しDNAを抽出した。抽出したDNAをアンドロゲンレセプター遺伝子に対するprimarでPCRを用いて増幅した。現在増幅させたDNAを解析し混合型肝癌の肝細胞癌の成分と胆管細胞癌の成分、各々のクロナリティーを解析中である。また腫瘍の由来を解析するクロナリティー解析とは別に腫瘍の生物学的悪性度を決定する増殖能の検討も行うため、混合型肝癌の各々の成分についてKi-67labelingindexを検討した。その結果、Ki-67 labelingindexはいずれの症例においても胆管細胞癌の部分は肝細胞癌の部分より高いことが判明した。さらにKi-67 labeling indexの分布と肉眼形を比較したところ肝細胞癌の部分のKi-67 labelingindexは症例によって差は少なかったが胆管細胞癌については、肝細胞癌を取り囲むように存在するものでは比較的底値で、胆管細胞癌の成分が大きく境界が明瞭なものでは高値を示す傾向があった。腫瘍をアポトーシスに誘導するFas抗原についても免疫染色法を用いて個々の症例おける発現形式を検討した。肝細胞癌の部分では全例でFas抗原は発現していたが、胆管細胞癌の成分の部分ではFas抗原は発現していなかった。同一の腫瘍の移行部においては肝細胞癌の部分が陽性であっても、形態学的に腺腔構造を形成し胆管細胞癌に変化すると陰性化していた。このことから肝細胞癌はアポトーシスが起こる可能性が残っているか胆管細胞癌は悪性度がさらに高くなっていることが推測される。さらにKi-67 labeling indexの分布と肉眼形を比較したところ肝細胞癌の部分のKi-67 labelingindexは症例によって差は少なかったが胆管細胞癌については、肝細胞癌を取り囲むように存在するものでは比較的低値で、胆管細胞癌の成分が大きく境界が明瞭なものでは高値を示す傾向があった。このことから肝細胞癌はアポトーシスが起こる可能性が残っているが胆管細胞癌は悪性度がさらに高くなっていることが推測される。
分子超高速動力学過程の理論

アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって,超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えている.また,極めて強いレーザー場による電子動力学が理論化学の主要な課題になりつつある.我々は理論と計算により,この研究分野を先導しており,新たな概念や方法論を提案してきた.特に,従来の原子核の運動と強くカップルした電子波束の時間発展の研究を進めることにより,時間軸における「実在系の分子像」の究明を行った.アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって,超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えつつある.我々は理論と計算により,この研究分野を先導する概念や考え方を提案する.具体的には, (1)多体化学反応理論のための半古典力学理論の開発,(2)超高速化学反応の原子核運動の時間分解光電子分光法によるイメージングの理論,(3)超高速非断熱過程における原子核と電子波束の運動学,(4)非断熱速度過程の制御,(5)超高速化学反応のための遷移状態理論を超えた統計理論の構築,(6)動的電子論による化学反応理論の開発,などである.アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって,超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えている.また,極めて強いレーザー場による電子動力学が理論化学の主要な課題になりつつある.我々は理論と計算により,この研究分野を先導しており,新たな概念や方法論を提案してきた.特に,従来の原子核の運動と強くカップルした電子波束の時間発展の研究を進めることにより,時間軸における「実在系の分子像」の究明を行った.アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって、超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えつつある。我々は理論と計算により、この研究分野を先導する概念や考え方を提案する。本年度は以下の成果があった。1)塩化マロンアルデヒドを例題として、基底電子状態の超高速プロトン移動ダイナミクスが、時間分解光電子分光法により実時間観測できることを示した。方法論として、多次元系におけるab initio時間分解光電子分光法の理論の拡張に成功した意味も重要である。2)NO_2分子の円錐型非断熱交差に関する量子波束計算を実行し、時間分解光電子分光法によりそれの実時間追跡が可能であることを示した。円錐型非断熱交差は生体関連分子の光化学的プロセスで頻出する重要なプロセスである。3)フェノールカチオンと水分子の会合体において、フェノール側のOHの振動スペクトルに不思議な異常性が現れることが実験によって分かっており、水素結合ダイナミクスの普遍性のために、この異常性の原因について重大な関心がもたれていた。我々は、量子-古典混合法を開発しながら、この異常性の出現機構を解明し、水素結合系のエネルギー移動過程の研究に重要な一歩をしるした。4)時間ととも形を激しく変えながら運動する原子クラスターから、原子が蒸発する過程の統計力学理論を構築し、考え方の正しさをその精度の高さとして数値的に検証した。これらの解離過程は、従来までの統計理論(遷移状態やRRKM理論)では扱えない種類の反応であり、化学反応論の新しい面を切り開くことに成功した。アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって、超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えつつある。アト秒時代に入りつつあるレーザー科学によって,超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えつつある.我々は理論と計算により,この研究分野を先導する概念や考え方を提案する.特に,従来の原子核の運動と強くカソプルした電子波束の時間発展の研究を進めることにより,時間軸における「実在系の分子像」の究明を行う,本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)実用的な多体量子論の基礎となるAction Decomposed Functionの方法を著しく発展させた.(2)超高速非断熱過程の最も重要な機構である円錐交差について, pump-probe光電子分光法により,核波束の通過が実時間観測をできることを示した.(3)対称許容の円錐交差を,レーザーを使って擬交差型に変換し,遷移確率を著しくコントロールできることを明らかにした.

(4)同種粒子からなる原子クラスターからの原子および2原子分子の蒸発(解離)の統計理論を構築した.この反応は,構造転移と解離が強く結合するため,従来の遷移状態理論やRRKM理論では取り扱うことができない反応である.ここに,新しい超高速統計化学反応論が生まれた.レーザー科学によって,超高速化学反応の実験研究は新しい時代を迎えつつある.我々は理論と計算により,この研究分野を先導する概念や考え方を提案している.特に,従来の原子核の運動と強くカップルした電子波束の時間発展の研究を進めることにより,時間軸における「実在系の分子像」の究明を行った.(1)超高速非断熱過程の最も重要な機構である円錐交差について,pump-probe光電子分光法により,核波束の通過が実時間観測をできることを示し,その具体的な光電子イメージ像を理論的に予見し発表した.(3)対称許容の円錐交差を,レーザーを使って擬交差型に変換できることを明らかにするとともに,量子波束計算で速度過程的効果を含めて物理的変化を解明した.これは光化学制御の理論として,画期的な成果である.(3)実用的な多体量子論の基礎となるAction Decomposed Functionの方法を著しく発展させ,高次元系の実時間量子動力学の新しい理論を提案した.
飼育環境による学習効率への影響をラット海馬の脳波変化から読み取る

動物の生後の環境は脳の発達に大きな影響を及ぼし、ラットを豊かな環境で飼育すると、学習効果が高まる。我々は豊かな環境で飼育すると、海隔離飼育した個体より海馬左右でγ波の振幅が高まり、左右での同期活動も亢進することを発見した。さらに長期の飼育を行ったところ、隔離飼育ラットでも長期間で脳波は次第に成熟することが分かったが、その課程は豊かな環境飼育より遅かった。また、アストロサイトの自発的なカルシウム活動が海馬の脳波変化に、環境依存的に影響を与えることも分かった。記憶学習の基盤にシナプスの可塑的な変化が提唱されて久しい。しかし、動物の生後の環境による動物の脳への影響は神経科学の重要なテーマであるにも関わらず、電気生理学的にはあまり詳しいことは分かっていなかった。本申請課題では、遺伝バックグラウンドがほぼ揃っており、かつマウスより頭が大きいので操作しやすいラットを用いて実験を行っている。豊かな環境(enriched environment: ENR)で飼育したラットでは、海馬の脳波のうち、高周波成分のγ波が通常飼育ラットと異なることを申請者は発見した。海馬のγ波振幅は自発的なシナプス伝達量を反映すると考えられている。そこで、このγ波の変化が動物の環境から受けた経験量をどの程度極めて忠実に反映するかをまず定量した。結果的には、ほぼ動物の経験がγ波の振幅の増大となって現れることが分かった。かつ、左右海馬でのγ波の協調性も動物の経験に伴い上昇しており、さらに、γ波の振幅の上昇は右海馬で優位であった。そこで次は、γ波以外の代表的な脳波であるripple波に対して解析を行った。γ波はREM睡眠時にθ波と同時に海馬の広い範囲で出現する脳波であるが、ripple波は徐波睡眠時に海馬の錐体細胞層で観測される脳波である。脳波解析の結果、ripple波もγ波ほどは明白でないが、動物の経験をある程度反映することが分かった。さらに、ripple波もγ波とはまた異なった現れ方で、海馬での左右差を持つことも分かった。ラットの学習能力は生後に飼育されている環境によって大きく異なってくる。私はラットを離乳後、豊かな環境(Enriched: ENR)で飼育した群と隔離して飼育した群(Isolated: ISO)に分け、3.5週飼育した後の両群から脳波を測定した。すると、海馬CA1領域放射状層のγ波振幅がENR群で明らかに大きくなることが分かった(Nat Commun (2013))。γ波は脳が活動している時期やREM睡眠時に出現する脳波であり、ラットをENRで飼育すると長期的な脳の変化によって脳活動が修飾されることを意味する。さらに、どの程度動物の生後の経験と脳波が変化するのかを調べるため、さまざまな飼育条件でラットを飼育した後に脳波を測定した。すると、離乳後3.5週間までは動物の環境刺激による経験がそのまま放射状層のγ波の振幅となって現れるが、動物がさらに成熟するにつれて、CA1放射状層でのγ波振幅は飽和していくことが分かった。つまり、ISO飼育でも長期間飼育するとγ波は次第にENR飼育に近づいていく。一方、徐波睡眠時に観測されるripple波は環境変化の影響を受けないことも分かった。ripple波は錐体細胞で観測される脳波であり、脳の部位によって飼育環境の経験による影響が異なる可能性がある。そこで、現在、網状分子層のγ波も同様の発達過程を示すかどうかを解析中である。この部位のγ波は大脳皮質の投射が終止する部位であり、放射状層のγ波より周波数が高いことが知られている。そして、動物の行動実験の結果を合わせて脳波と行動実験の成績を対比したい。海馬脳波のデータは充分取れており、解析には少し時間を要するが、さらに実験する必要はない。しかし、行動実験の部分が少し遅れている。これは、脳波記録を優先させたこと、一緒に仕事をしていた技官が理研の予算削減でいなくなったためスケジュールに遅延が起きてしまったこと、が理由である。また、慢性電極記録と行動実験を併用する方が論文の質が上がると考えたことも理由の1つである。これから遅れを取り戻したい。動物の生後の飼育環境は脳の発達に大きな影響を与える。ラットを豊かな環境(ENR)で飼育した場合、隔離環境(ISO)で飼育した場合より学習効率が高いことが知られている。しかし環境操作後に脳波測定を行い、環境依存的な脳活動変化を実証した研究はほとんどなかった。私はENR飼育ラットの方がISO飼育に比して海馬で生じるθ波随伴γ波の振幅が大きく、また、左右海馬での協調活動(コヒーレンス)も増大していることを海馬CA1の放射状層で示した(Nat Commun(2013))。そこで、さらに長期間のENR/ISO環境でラットを飼育し、海馬のγ波の環境依存的な差は永続的なものかどうかを探索した。すると、長期ISO飼育したラットでも、γ波振幅・コヒーレンス双方が次第にENRラットに追いついていくことが分かった。つまり、ENR飼育は放射状層では動物の脳の発達を促進する。なお、このγ波の増強は右優位で起こることが分かっているが、長期的な飼育では左が右に追いついていくことも明らかになった。ところが、脳の別の領域では、環境依存的な脳波変化は永続的であることも分かり、現在形態データを合わせて論文に投稿準備をしている。

ENR飼育は人工的な脳刺激より動物にとって自然な状態であり、環境操作の後の脳波の定量的測定は様々な応用法があると考えている。最近、アストロサイトの神経可塑性に対する関与、とりわけ自発的なカルシウム活動の影響が最近強く示唆されている。そこで、アストロサイトのカルシウム活動の大部分が起こらなくなるIP3R2ノックアウト動物でも環境依存的な脳波変化が観測可能か実験を行った。すると、γ波にはIP3R2分子の影響はなかったが、徐波睡眠時に見られるripple活動には環境依存的な影響があることが分かった(投稿中)。すなわち、アストロサイトのカルシウム活動は確かに脳の発達に影響を与える。動物の生後の環境は脳の発達に大きな影響を及ぼし、ラットを豊かな環境で飼育すると、学習効果が高まる。我々は豊かな環境で飼育すると、海隔離飼育した個体より海馬左右でγ波の振幅が高まり、左右での同期活動も亢進することを発見した。さらに長期の飼育を行ったところ、隔離飼育ラットでも長期間で脳波は次第に成熟することが分かったが、その課程は豊かな環境飼育より遅かった。また、アストロサイトの自発的なカルシウム活動が海馬の脳波変化に、環境依存的に影響を与えることも分かった。当初の予定通り、海馬の脳波と動物の経験との関連がつけられた。また、γ波以外の脳波の解析にも進捗があった。予定よりは数ヶ月遅れたが、申請した研究期間中に論文の形で結果を報告できそうである。行動実験を詳細に行うのは後回しにして、現在のデータに形態学のデータをもう少し加え論文投稿を急ぎたい。形態学の論文は海馬神経回路の部位特異性を示すために必要と考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経生理学および神経解剖学当初の実験の予想通り、動物を取り巻く環境刺激は海馬ではγ波の増強、左右ガンマ波リズムの協調性という形で表現されていた。慢性電極でも同様の実験を行っているが、データがまとまり次第、学術誌に投稿する。さらに、細胞レベルでどのようなメカニズムでγ波の変化が起こっているかの研究を投稿後に行うことを予定している。ラットの脳波記録装置が高額であること、無線のシステムの新製品がなかなか発売されなかったこと、の理由により、時期を待っていたため。残念ながら、購入を計画していた無線脳波記録装置は新製品を待ちきれず、有線のシステムを購入することになった。
可視光感受性および紫外光感受性ロドプシン類における高効率光情報変換メカニズム

ロドプシン類が光受容体として機能するためには、レチナール発色団の光異性化反応が高効率で起こることが重要である。ロドプシン類の発色団にはシッフ塩基と呼ばれる部分がプロトン化したもの(可視光感受性)と脱プロトン化したもの(紫外光感受性)の二種類が存在するが、私はロドプシン類の蛋白質部分がそれら二種類の発色団の光異性化効率(量子収率)を制御する機構を研究している。前年度までの研究により、脊椎動物の可視光感受性および紫外光感受性ロドプシン類において113番目のグルタミン酸残基(E113)が発色団の光異性化を促進していることが明らかとなった。しかし、無脊椎動物タイプのロドプシン類はE113を持っていないことが知られている。そこで本年度は、無脊椎動物タイプのロドプシン類における光感受性を明らかにすることを目的として、以下の研究を行った。(1)E113を持たない可視光感受性ロドプシン類であるナメクジウオロドプシンの光感受性を測定した。その結果、脊椎動物のロドプシン類と同程度であることが明らかとなった。また、E113を持たない紫外光感受性ロドプシン類であるミツバチUVの光感受性を測定したところ、やはり脊椎動物のロドプシン類と同程度の値を示した。(2)E113を持っているが無脊椎動物タイプの性質を示すロドプシン類であるヤツメウナギパラピノプシンの光感受性を測定したところ、やはり脊椎動物のロドプシン類と同程度であった。(1)および(2)の結果から、無脊椎動物タイプのロドプシン類も脊椎動物のロドプシン類と同程度の光感受性を持ちうることが分かった。光異性化効率(量子収率)はロドプシン類の蛋白質部分によって制御されていると考えられるが、具体的な機構はほとんど解明されていない。前年度までの研究により、可視光感受性および紫外光感受性のロドプシン類において113番目のグルタミン酸残基(E113)が発色団の光異性化を促進していることが明らかとなった。そこで本年度は、E113による光異性化促進のメカニズムを明らかにすることを目的として、以下の研究を行った。(1)113番目の位置にあるアミノ酸の側鎖のどのような物理化学的特性が光異性化を促進するのかを明らかにするため、ウシロドプシン、およびマウスの紫外光感受性視物質(マウスUV)のそれぞれにおいて、E113を他の19種類のアミノ酸に置換した一連の変異体を作成し、量子収率または光感受性を測定した。それらの結果から、ウシロドプシンおよびマウスUVにおいてはE113がもつ負電荷が光異性化を促進していることが示唆された。(2)マウスUVにおいてE113が負電荷を帯びて光異性化を促進している可能性を検証するため、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)を用いてE113の解離状態を直接明らかにすることを試みた。その結果、ロドプシンを測定する場合と同様の条件下では十分なシグナルを得られないことが判明した。今後、測定に適した条件を検討したい。また、113位に対する網羅的な変異体解析により、113番目の位置に負電荷を持ったアミノ酸が存在することが重要であることが示唆された。そこで本年度は、負電荷が光異性化を促進する可能性を検証することを目的として、以下の研究を行った。可視光感受性のロドプシン類(ウシロドプシン)のE113Q変異体においては、水溶液中のハロゲン化物イオンがE113の機能を代替することが分かっている。そこでE113Q変異体においてハロゲン化物イオンの種類をCl-(塩化物イオン)、Br-(臭化物イオン)、I-(ヨウ化物イオン)と置換した一連の資料を用いて量子収率を測定した。その結果、吸収極大波長(負電荷とシッフ塩基の相互作用の強さを反映する)と量子収率の間に相関が認められ、負電荷が確かに光異性化を促進していることが示された。また、シッフ塩基近傍の113番目以外の位置に負電荷を持ったアミノ酸残基が導入された一連の変異体(G90D、T94D、A117E、A292E等、およびそれらとE113Q・E113Aとの二重変異体)を作製し、量子収率を測定した。その結果、113番目以外の位置に導入された負電荷をもつアミノ酸残基もE113と同程度に光異性化を促進できることが明らかとなった。

ロドプシン類が光受容体として機能するためには、レチナール発色団の光異性化反応が高効率で起こることが重要である。ロドプシン類の発色団にはシッフ塩基と呼ばれる部分がプロトン化したもの(可視光感受性)と脱プロトン化したもの(紫外光感受性)の二種類が存在するが、私はロドプシン類の蛋白質部分がそれら二種類の発色団の光異性化効率(量子収率)を制御する機構を研究している。前年度までの研究により、脊椎動物の可視光感受性および紫外光感受性ロドプシン類において113番目のグルタミン酸残基(E113)が発色団の光異性化を促進していることが明らかとなった。しかし、無脊椎動物タイプのロドプシン類はE113を持っていないことが知られている。そこで本年度は、無脊椎動物タイプのロドプシン類における光感受性を明らかにすることを目的として、以下の研究を行った。(1)E113を持たない可視光感受性ロドプシン類であるナメクジウオロドプシンの光感受性を測定した。その結果、脊椎動物のロドプシン類と同程度であることが明らかとなった。また、E113を持たない紫外光感受性ロドプシン類であるミツバチUVの光感受性を測定したところ、やはり脊椎動物のロドプシン類と同程度の値を示した。(2)E113を持っているが無脊椎動物タイプの性質を示すロドプシン類であるヤツメウナギパラピノプシンの光感受性を測定したところ、やはり脊椎動物のロドプシン類と同程度であった。(1)および(2)の結果から、無脊椎動物タイプのロドプシン類も脊椎動物のロドプシン類と同程度の光感受性を持ちうることが分かった。
航空交通流の四次元管理に資する実運航軌道の高精度予測

本研究は我が国の先進的な航空交通流管理システム実現の鍵となる高精度な軌道予測および定点通過時刻予測の計算技術を確立することを目的とする。実運航では航空機は燃料や時間などを節約するよう経済的な飛び方をすることから、本研究では定期運航便の飛行軌道をより精度よく予測するため「高精度な数値モデルに基づく最適軌道」による予測を試みる。本研究が提案する方法は経済効率を最大にする最適軌道により実際の軌道を予測する点、推定した機体質量を用いることで軌道の予測精度向上を図る点に独創性がある。また、飛行前に決定される最低限の情報のみで定点通過時刻を予測可能なため実運用での利便性が高い点において新規性がある。
いびきの音響解析を用いた睡眠中の気道狭窄部位の診断法の開発

(1) OAの作用機序を流体力学的に検討した結果、固定型OAでは舌根部レベル、半固定型OAでは軟口蓋レベルで気道の断面積が拡大し、同部での気流速度は減少し、陰圧も減弱し流体力学的に改善している事が分かった。すなわち両装置の作用部位が異なることを明らかにした。(2)いびきは聴覚的に振動型いびきと狭窄型いびきにわけられ、振動型いびきは、基本周波数150Hz以下で、比較的正確な周期が保たれるのに対し、狭窄型いびきは、基本周波数500Hz程度で、不規則な周波が特徴である。今後さらなるいびきの音響解析を行い、いびきの特徴を明らかにすることができれば、OSASの診断に有用な音響学的パラメータが検出できると考えられる。閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の治療をより効果的に行うために、OSASに随伴するいびき音の音響分析法を開発し、これを用いて睡眠中の気道の狭窄部位を診断する方法を確立し、さらに口腔内装置(OA)の作用機序を明らかにすることを目的とした。そのために今年度はOAによる治療前後におけるいびき音、PSG検査およびCT検査などの資料採取を行うことを計画した。2年間でOSAS患者50名の試料採取を目標としているが、平成23年度はOA治療前後のPSGおよびCTデータの試料が採取できたものが10名、治療前のみPSGおよびCTデータの試料が採取できたものが9名いる。しかし、いびき音の試料採取はまだできていない。また、OAの作用機序を明らかにするために、今年度およびそれ以前に採取できているCTデータをもとに、OA治療前後の体積・断面積を比較したところ、半固定型OAではPNS後方部で気道の断面積が増大している(n=11,P=0,016)のに対して、固定型OAでは舌根部付近で断面積が増大している(n=9,P=0.008)ことが分かった。さらに流体解析(Computational Fluid Dynamics: CFD)ソフトFluent14.0(ANSYS,USA)を使用し、詳細な気道形態の変化を解析している。現段階では流体解析によって気道の狭窄部位では気流速度が増加し、壁面圧力が陰圧となることが分かった。この結果より、狭窄部位にさらに陰圧が加わることにより気道の狭窄を助長させ、最終的に気道の閉塞をおこすことが示唆される。いびきは聴覚的に振動型いびきと狭窄型いびきにわけられ、振動型いびきは、軟口蓋を音源とするいびきで基本周波数は150Hz以下で、比較的正確な周期が保たれる。これに対し狭窄型いびきは、舌根沈下や扁桃肥大などの狭窄した空間を空気が無理やり通過する際に起こるいびきであり、基本周波数は500Hz程度で、不規則な周波が特徴であることが分かった。また、OAの作用機序を明らかにするために、今年度およびそれ以前に採取できているCTデータをもとに、OA治療前後の体積・断面積を比較したところ、半固定型OAではPNS後方部で気道の断面積が増大している(n=11,P=0.016)のに対して、固定型OAでは舌根部付近で断面積が増大している(n=9,P=0.008)ことが分かった。次に流体解析ソフト(FLUENT ANSYS14.0, ANSYS)を用いて、気道の流体学的検討を行ったところ、OA装着前の気道では舌根部レベルと軟口蓋レベルで気道狭窄を認め、これらの部位で気流速度が著しく増加していたが、固定型、半固定型OA装着によるそれぞれの気道拡大部で、気流速度はほぼ一定となり流体学的にも改善していることが確認できた。OSAS患者のPSGおよびCTデータの採取はほぼ予定どおり採取できているが、いびき音のデータはまだ採取できていない状態であり計画よりも遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度はまず遅れているいびき音の採取に取り組む予定である。いびき音を録音する環境として雑音を避けるために入院下でなおかつ個室であることが望まれるが、個室の使用に制限があり、個室の使用が難しいのが現状である。

そこで今後は2人部屋もしくは4人部屋での録音を検討している。したがって当初は2人による聴覚評価試験を行う予定であったが、3人に増やして行う予定とする。24年度が最終年度であるため、記入しない。
低濃度環境化学物質による新規神経毒性メカニズムの解明とｉｎ　ｖｉｖｏ神経毒性評価

現在までに、大脳皮質初代培養神経細胞に酢酸鉛(Pb2+)を長期間曝露することでAMPA型グルタミン酸受容体のサブユニットであるGluR2タンパク質の発現が減少することを明らかにしている。平成28年度は、Pb2+が引き起こす神経毒性にGluR2発現低下が直接関与しているか否かを調べるために、3種類のグルタミン酸受容体アンタゴニストを用いて実験し、以下の結果が得られた。・Pb2+による神経細胞死はMK801(NMDA型グルタミン酸受容体アンタゴニスト)、CNQX(AMPA型受容体アンタゴニスト)およびNAS(カルシウム透過型AMPA受容体アンタゴニスト)を処理することで抑制された。Pb2+によるExtracellular Signal-regulated Kinase (ERK)およびp38 MAPK (p38)のリン酸化レベルの亢進(活性化)とProtein Kinase C (PKC)の活性化はグルタミン酸受容体アンタゴニストにより抑制された。AMPA受容体は通常GluR2サブユニットを含む四量体であるが、GluR2発現量が低下することでGluR2を含まず、Ca2+透過性の高い受容体が相対的に増えると考えられる。以上の結果より、Pb2+による神経毒性にカルシウム透過型(GluR2不含型)AMPA受容体が関与する可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。申請者らは、脳に常在する濃度付近の有機スズによる影響を調べる過程で、20nMのトリブチルスズ(TBT)を大脳皮質初代培養神経細胞に曝露することにより、AMPA型グルタミン酸受容体GluR2サブユニットのタンパク質およびmRNAが持続的に減少することを報告してきた。さらに、TBTがGluR2の転写因子の一つであるnuclear respiratory factor-1 (NRF-1)の転写活性を阻害することを明らかにしている。そこで、本研究はTBTによるNRF-1阻害メカニズムをin vitroで明らかにし、その分子メカニズムに基づいた脳への毒性影響をマウスを用いたin vivo試験により解析する。本年度は主に大脳皮質初代培養神経細胞を用いてin vitro研究を以下の通り実施した。TBT曝露によるNRF-1タンパク質の発現変動を調査したところ、9日間曝露でNRF-1発現の減少が認められたものの、NRF-1転写活性の低下が認められる3時間曝露とは曝露時間が一致せず、NRF-1タンパク質発現低下はTBT短時間曝露で認められる転写活性の低下とは相関性が低いことが明らかとなった。一方、TBT曝露によるNRF-1と転写共役因子PGC-1αの相互作用への影響を検討したところ、3時間曝露でNRF-1-PGC-1α複合体形成の低下が認められた。以上より、TBTはNRF-1タンパク質発現には影響を与えず、NRF-1-PG-1α複合体形成を阻害することで、NRF-1転写活性を低下させる可能性が明らかとなった。・ラット新生仔脳のGluR2発現量をウエスタンブロットにより解析したところ、大脳皮質においてPFOS曝露による有意なGluR2発現低下が認められた。また、海馬、小脳においても有意ではないものの発現低下が認められた。・新生仔脳スライスを作製し組織免疫染色法によりGluR2と神経細胞マーカーであるMAP2の局在を調査したところ、PFOSを曝露した新生仔大脳皮質においてMAPと局在するGluR2の発現低下が認められた。・ラット新生仔にグルタミン酸アナログであるカイニン酸(全身投与により脳でのグルタミン酸興奮毒性を引き起こす)を腹腔内投与し脳スライスを作製後、ニッスル染色により神経細胞の形態を病理学的に調べた。その結果、コントロールのラット新生仔ではカイニン酸投与による脳の病理学的異常は認められなかったが、PFOSを曝露したラット新生仔では大脳皮質においてカイニン酸投与による病理学的異常が認められた。以上の結果から、PFOSは哺乳動物において大脳皮質におけるGluR2発現低下を引き起こし、グルタミン酸興奮刺激に対する神経脆弱化を引き起こすことが判明した。PFOSがGluR2発現低下に基づく神経脆弱化を引き起こすことをin vivoで明らかにしたため。AMPA受容体は通常GluR2サブユニットを含む四量体であるが、GluR

2発現量が低下することでGluR2を含まず、Ca2+透過性の高い受容体が相対的に増えると考えられる。以上の結果より、Pb2+による神経毒性にカルシウム透過型(GluR2不含型)AMPA受容体が関与する可能性が示唆された。TBTがNRF-1-PG-1α複合体形成を阻害することを明らかにしたため。すでにGluR2発現を減少させることが分かっているトリブチルスズをマウスに投与し、神経脆弱化を引き起こすか否かを検討する。また、各脳部位における神経脆弱化関連遺伝子のmRNA発現量を評価する。28年度が最終年度であるため、記入しない。マウスにTBTを投与し、GluR2発現に影響を与える投与量・期間を明らかにする。
豆類多糖類の分子構造の解析と食品における物性機能の研究

【背景と目的】本研究では、マメ類多糖類の構造と機能に関する網羅解析を目指し、先ずはレンズマメに関し、繊維からの水溶性多糖類の抽出条件の検討、多糖類としての基本物性の解析を行った。また、食品への応用として酸性乳飲料中のタンパク質を分散安定化させる機能を評価することを目的とした。【結果】レンズマメ多糖類(LPS):加熱温度120°C、加熱時間90分の条件で抽出することにより分子量80万100万のLPSが得られた。その構成糖は、酸性条件で抽出した際にはグルコースが特に多く、アルカリ性条件で抽出するとアラビノースが特に多かった。また、得られたLPSは水溶性大豆多糖類に近い低粘度を示し、温度および剪断速度の変化に対して粘度に変化が見られないニュートン流体の特徴を示した。原子間力顕微鏡による観察の結果、LPS分子の構造は完全直鎖ではなく、部分分岐を持ち、ペクチンに近い構造であることが確認された。pH8で抽出したLPSを0.4%の割合で酸性乳飲料に添加した結果、飲料中のタンパク質粒子はメディアン径0.5 μm以下の微細粒子として分散していた。この粒子径は、7日間の保存後でも維持されていた。また、LPSを添加した酸性乳飲料を遠心分離後に生じた沈殿量は、LPS無添加の酸性乳飲料の沈殿量よりも少なく、LPSがタンパク質の凝集による沈殿を確実に抑制していた。また、走査型電子顕微鏡の観察像からもタンパク質粒子が凝集することなく分散している状態が確認できた。このことから、pH8で抽出したLPSが酸性乳飲料中のタンパク質を分散安定化させる機能を持つと結論づけた。また、LPSを添加した酸性乳飲料は、安定剤としてよく使われるペクチンを添加した酸性乳飲料よりも低粘度であり、飲み口がすっきりとした酸性乳飲料の安定剤として応用可能であることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、従来の化学的、物理化学的手法では煩雑な操作と時間を要した多糖類の分子構造を原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を用いて短時間且つ高精度に解析し、同時に多糖類の食品における物性機能を解析することで、分子構造と機能の相関図を作成するものである。本年度の研究では、世界で広く栽培される豆類を入手し、エンドウ豆、インゲン豆、並びにレンズ豆から豆類多糖類を抽出する条件の検討を行った。まず、豆を水浸漬して膨潤し、内皮を除去した後、ホモミキサーで高速撹拌して豆乳を得た。豆乳を遠心分離して多糖類を含む繊維質(細胞壁成分)を回収した。この食物繊維を原料にpH3-9の条件下で多糖類の抽出を行った。多糖類の抽出は、繊維に混在する蛋白質の性質の影響を受けるが、pH4-5, 110ー120°Cの高温加圧条件下で、繊維あたり30ー45%の高収率で抽出できることを見出した。また、AFMを用いて抽出した豆類多糖類の分子構造の解析を行った。本年度は、エンドウ豆多糖類とインゲン豆多糖類のAFMによる構造解析の条件を確立し、分子構造に関する新しい知見を得た。エンドウ豆、インゲン豆ともに大豆と同じく多分岐構造を持つ。エンドウ多糖類は大豆多糖類と同程度の分子サイズであり、直径50nm、推定分子量30万であった。一方、インゲン豆多糖類は直径110nm、推定分子量120万の巨大分子であると推定された。更に、インゲン豆多糖類は巨大な多分岐多糖類に加え、直鎖構造を持つ多糖類も混在し、極めてヘテロな構成を持つことが明らかになった。現在、レンズ豆多糖類のAFMによる構造解析を進める同時に、これら豆類多糖類の物性の解析、並びに、食品での物性機能として乳酸菌飲料の乳蛋白質の凝集抑制と分散機能について解析を進めている。本研究支援により、試料を凍結乾燥することが可能になった為、試料の調製に要する時間を大幅に短縮することが可能になった。また、複数の試料を同時に凍結乾燥できる為、豆類多糖類の抽出条件の網羅的な検討も可能になり、当初の計画より早く研究が進んだ。一方、分子構造を解析するAFMは所属機関にはない為、近隣の企業研究所で貸して頂いている。先方での使用の合間をぬっての使用であった為、レンズ豆の構造解析が未着手であり、調製した豆類多糖類の全ての構造解析を本年度中に終わらせることが出来なかった。但し、平成30年度中には解析は完了する予定である。

また、得られたLPSは水溶性大豆多糖類に近い低粘度を示し、温度および剪断速度の変化に対して粘度に変化が見られないニュートン流体の特徴を示した。原子間力顕微鏡による観察の結果、LPS分子の構造は完全直鎖ではなく、部分分岐を持ち、ペクチンに近い構造であることが確認された。pH8で抽出したLPSを0.4%の割合で酸性乳飲料に添加した結果、飲料中のタンパク質粒子はメディアン径0.5 μm以下の微細粒子として分散していた。この粒子径は、7日間の保存後でも維持されていた。また、LPSを添加した酸性乳飲料を遠心分離後に生じた沈殿量は、LPS無添加の酸性乳飲料の沈殿量よりも少なく、LPSがタンパク質の凝集による沈殿を確実に抑制していた。また、走査型電子顕微鏡の観察像からもタンパク質粒子が凝集することなく分散している状態が確認できた。このことから、pH8で抽出したLPSが酸性乳飲料中のタンパク質を分散安定化させる機能を持つと結論づけた。また、LPSを添加した酸性乳飲料は、安定剤としてよく使われるペクチンを添加した酸性乳飲料よりも低粘度であり、飲み口がすっきりとした酸性乳飲料の安定剤として応用可能であることが示唆された。当初の計画に従って研究を進める。・分子構造の解析:AFMによるレンズ豆多糖類の構造解析を進め、主要な豆類多糖類の分子構造の解析を完了する。・食品における物性機能の解析:大豆多糖類の研究で構築した乳酸菌飲料の評価系を用いて効率よく乳タンパク質の分散安定化機能を解析する。脱脂粉乳をL.casei株で発酵して発酵乳を調製し、加熱溶解した豆類多糖類の水溶液と砂糖溶液を混合した後、高圧ホモジナイザーを通して酸性乳飲料を調製する。4°Cで6カ月間保存し、質粒子の粒子系、ブラウン直径、沈殿率、粘度と粘度特性を経時的に測定して安定性を評価する。・構造、物性、機能の相関の解析:物性(ニュートン&非ニュートン流体などの粘度特性)と乳蛋白質の安定性に対する豆類多糖類の構造(分子サイズ、直鎖、部分分岐、多分岐など)の相関を解析する。尚、現在訪問して使用しているAFMの先方での使用状況により、当該装置がなかなか使用できない場合は、隣接する物質材料研究機構を訪問し、同機器を使用することで、研究を完遂する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ポジトロンCTによる運動課題遂行中のヒト脳機能地図の作成

上肢の運動に関連して働く、ヒト脳の巨視的な神経回路の解明を行うことが本研究の目的である。2組各10名の正常右利き男性被験者を対象とした。10名の被験者は自発的指運動および自発的上腕運動施行中に、他の10名の被験者は光刺激に基づく指運動施行中に局所脳血流量を測定した。自発的運動課題では、被験者は1秒に約1回、右手親指と人さし指を付ける運動、または上腕の筋肉を動かす運動を行った。光刺激に基づく運動では、被験者はまず、被験者の目の前に置かれた1個の発光ダイオードが赤く光ったら右手親指を、それが緑に光ったら人さし指を曲げる運動を行った。次に、赤く光ったなら同じように親指を曲げるが、緑なら何もしない運動を行わせた。いずれもコントロール課題は開眼安静状態であった。局所脳血流量はポジトロンCT装置を用いて測定した。脳血流画像はコンピュータ化脳図譜システムにて、3次元的に標準脳の形に変換後、各課題引くコントロールの差分画像を作成した。各組の各課題ごとに統計学的に有意に活動を示した領野を特定した。右指と右上腕の運動を支配する領野が左半球一次運動野の中にそれぞれ2ケ所ずつ存在すること、右腕の自発運動には運動の部位には関わりなく左半球の補足運動野と頭頂連合野の活動が重要であること、光刺激の意味を判断し適切な右手で運動を発現させるためには左半球の帯状回の活動が重要であること、運動を発現させないという意志発動は右半球の前頭前野が重要であること、が世界で初めて明らかにされた。