hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
線虫の環境記憶と行動の可塑性を制御する分子神経基盤の解明

本研究は、線虫の塩濃度記憶に基づく行動調節機構を分子・神経レベルで明らかにしようとするものである。これまでの研究により、塩を受容する感覚神経とその直下の複数の介在神経(AIA、AIB、AIY)について経験依存的な神経応答の観察を行った。そこで本年度はまず、さらに下流の介在神経について、塩濃度変化に対する神経応答の観察を行った。その結果、AIZ介在神経において、経験塩濃度依存的な神経応答を見出した。その応答パターンはこれまでに観察されたAIB介在神経の応答と一致し、AIY介在神経の応答とは逆方向であった。そのためAIY神経から抑制性のシナプス入力を受け、AIB神経には興奮性シナプス出力をしていると考えられる。続いて経験塩濃度に依存した各神経の応答と、線虫の行動とを直接的に観察する実験を行った。この実験では2cm四方のPDMS製微小流路を用い、内部を自由に動く線虫を追跡して各時刻での速度を求めると同時に、蛍光画像を撮影することでその時点での神経の細胞内カルシウム濃度の変化(相対量)を求めた。その結果、塩濃度変化刺激に対し、線虫の行動は刺激よりも高い塩濃度で飼われたか低い塩濃度で飼われたかによって逆転した。これに対し、塩を受容する感覚神経ASERの応答は経験塩濃度依存的に逆転せず、感覚入力に相関した応答を示した。一方でAIB介在神経とその下流のRIM介在/運動神経では経験塩濃度依存的にその応答が逆転し、行動と相関する応答を示した。そのため、ASER-AIB-RIMという神経回路を通じて線虫の経験塩濃度依存的な行動が制御されていることが示唆され、また感覚神経-介在神経間において感覚入力の情報が行動出力の情報へと変換されていることが考えられる。当初の目的通り、トラッキングイメージングシステムが導入され、神経応答と行動とを同時に観察した結果が得られた。またこのシステムを用いることで、より下流の介在/運動神経まで応答を観察することができた。記憶に基づく行動調節の分子機構については、新たな関連分子を明らかにできてはいないものの、感覚神経や介在神経間の情報伝達を可視化することで説明が可能になると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。基本的にはこれまで行ってきた研究についてさらに進めていく方針であるが、最終年度ということもあり、それぞれの実験によって得られた結果をまとめていくことを重視する。すなわち、まず各実験の結果から線虫の記憶形成・行動調節の仕組みを説明するモデルを作成し、その後そのモデルを補強するための実験を行い、結果を基に適宜修正を行っていく。交付申請書に記載した1年目の計画の内、ほとんどの実験については実施したものの、下流の神経の応答についてはまだ具体的な成果が得られていない。一方で当初2年目に予定していたトラッキングイメージングについては既に行っており、ある程度の成果も得られている。よって多少計画の順番に変更はあるものの、おおむね順調に進展していると考えられる。基本的には申請書に記した計画に基づき研究を進め、1年目に得られた成果と共に線虫の塩濃度記憶を制御する機構を明らかにする予定である。
精神的ストレスによる痒みとその制御-アトピー性皮膚炎発症モデルマウスを用いて-

アトピー性皮膚炎モデルマウス(NC/Nga)に精神的ストレスを負荷することで掻破行動を引き起こし、アトピー性皮膚炎様症状が誘導されることを確認した後、その作用機序としてconicotropin-releasing factor(CRF)、urocortin(URC)、オピオイド受容体の関与を解明することを目的とする。NC/Ngaマウスはダニ、埃の存在する環境下(conventional)では皮膚炎を自然発症するが、specific pathogen free(SPF)環境下では皮膚炎を発症しないという特徴を有する。今回、NC/Ngaマウスに対しSPF環境下でwater avoidance stress(1回60分、週5回)による精神的ストレスを加え、ストレス負荷後はマウスをケージに戻すという操作を4週間継続して行い、経時的に皮膚症状を観察するとともに血清IgE・ステロイド値、血清およびリンパ節単核球由来のIL-4、IL-5、IFN-γ産生能を検討した。また作用機序の解明としてCRF、URC、オピオイド受容体拮抗薬を腹腔内投与したのちストレスを負荷した。【結果】NC/Ngaマウスでは、SPF環境下においても精神的ストレス負荷により掻破行動が見られ、アトピー性皮膚炎様症状が惹起された。アトピー性皮膚炎様症状がみられたストレス負荷群では、ストレス非負荷群と比較して血清IgE値・ステロイド値が有意に上昇していた。一方、精神的ストレスを負荷しない群では皮膚炎症状は惹起されず、血清IgE値上昇もみられなかった。また血清中のIL-4,IL-5,IFN-γは皮膚炎発症マウスにおいても検出できなかったが、リンパ節由来単核球をconcanavalin Aで刺激したところ、皮膚炎発症マウスにおいてのみIL-4,IL-5の産生が認められた。一方、IFN-γ産生はいずれの群においても認められた。さらにCRF, URC、オピオイド受容体の腹腔内投与をストレス負荷前に行ったところ、CRF, URC、オピオイド受容体はストレスによる掻破行動を抑制し皮膚炎発症を抑制した。【考察】これらの結果はアトピー性皮膚炎の発症に関して精神的なストレスが重要な役割を担っていることを示唆しており、その機序としてCRF、オピオイド受容体が関与していると推察された。本研究ではアトピー性皮膚炎モデルマウス(NC/Nga)に精神的ストレスを負荷することで掻破行動を引き起こし、アトピー性皮膚炎様症状が誘導されることを確認した後、その作用機序としてcorticotropin-releasing factor(CRF)、urocortin(URC)の関与を解明することを目的とする。NC/Ngaマウスはダニ、埃の存在する環境下(conventional)では皮膚炎を自然発症するが、specific pathogen free(SPF)環境下では皮膚炎を発症しないという特徴を有することが知られている。また作用機序の解明としてCRF、URCを腹腔内投与したのちストレスを負荷した。【結果】NC/Ngaマウスでは、SPF環境下においても精神的ストレス負荷によりアトピー性皮膚炎様症状が惹起された。またストレス負荷時には掻破行動が見られた。同様にSPF環境下においてBALB/cマウスに精神的ストレスを加えたところ掻破行動は生じず、皮膚炎も惹起されなかった。さらにCRF,URCの腹腔内投与をストレス負荷前に行ったところ、CRF, URCはストレスによる掻破行動を抑制し皮膚炎発症を抑制した。【考察】これらの結果はアトピー性皮膚炎の発症に関して精神的なストレスが重要な役割を担っていることを示唆しており、その機序としてCRFが関与していると推察された。

また作用機序の解明としてCRF、URC、オピオイド受容体拮抗薬を腹腔内投与したのちストレスを負荷した。【結果】NC/Ngaマウスでは、SPF環境下においても精神的ストレス負荷により掻破行動が見られ、アトピー性皮膚炎様症状が惹起された。アトピー性皮膚炎様症状がみられたストレス負荷群では、ストレス非負荷群と比較して血清IgE値・ステロイド値が有意に上昇していた。一方、精神的ストレスを負荷しない群では皮膚炎症状は惹起されず、血清IgE値上昇もみられなかった。また血清中のIL-4,IL-5,IFN-γは皮膚炎発症マウスにおいても検出できなかったが、リンパ節由来単核球をconcanavalin Aで刺激したところ、皮膚炎発症マウスにおいてのみIL-4,IL-5の産生が認められた。一方、IFN-γ産生はいずれの群においても認められた。さらにCRF, URC、オピオイド受容体の腹腔内投与をストレス負荷前に行ったところ、CRF, URC、オピオイド受容体はストレスによる掻破行動を抑制し皮膚炎発症を抑制した。【考察】これらの結果はアトピー性皮膚炎の発症に関して精神的なストレスが重要な役割を担っていることを示唆しており、その機序としてCRF、オピオイド受容体が関与していると推察された。
寄生植物における色素体から核への遺伝子転移に関する研究

完全寄生植物であるネナシカズラでは色素体ゲノムから核ゲノムに転移して機能している遺伝子が数多く存在していると考えられる。本研究ではネナシカズラにおいて色素体から核に転移した遺伝子をより多く単離することを目的として、ネナシカズラの色素体ゲノム上で欠失あるいは偽遺伝子化した遺伝子の検索、と核ゲノムへ転移した遺伝子のcDNAの単離を行った。ネナシカズラのゲノミックライブラリーより色素体DNA断片を含んだクローン約30種を単離した。また、クローンが得られていない色素体DNAの部分についてはPCR法によって増幅した。このようにして得られた色素体DNA断片の構造を決定することにより、ネナシカズラの色素体ゲノム上で欠失あるいは偽遺伝子化した遺伝子をさらに数多く見いだした。ndh遺伝子はndhB、ndhDが偽遺伝子として残存している以外は欠失していることが明らかとなった。またリボソームタンパク遺伝子rps16やイントロンを含んだtRNA遺伝子trnKも失われていることが示唆された。これに対して、他種のネナシカズラで欠失していたrp12、rpoC2両遺伝子は今回解析を行った日本産ネナシカズラでは色素体ゲノム上に存在していることが示唆された。核へ転移していることが予想された遺伝子のうちndhA、rps16、trnKについてプライマーを設計し、ネナシカズラ芽生えのRNA由来のcDNAやネナシカズラのゲノムDNAを鋳型としてPCRを行った。その結果、各cDNAあるいはゲノムDNA断片を増幅することができた。これらの結果から各遺伝子が実際に核へ転移していることが強く示唆された。
光学式振動型センサのための光ファイバ先端でのマイクロ光造形システムの構築

光駆動のセンサやアクチュエータを光造形するシステムを構築した。光ファイバ先端の側面または断面に光造形できる。この装置を用いて、第一に、光駆動の振動型センサを製作し、液中で光トラップによって固定されている小球を振動させ、振幅を測定した。低周波で粘性係数を測定できる可能性を論じた。また、この値は光トラップから解放された小球の速度からも推定できることを示した。第二に、マイクロクリーナを製作し、構築した筒長が長いほど効果があることを明らかにした。第三に、マイクロピンセット、マイクログリッパ、縦振動型アクチュエータ及び扇形の振動子を製作し、光駆動によるそれらの変位を測定し、性能の有効性を評価した。光ファイバ先端にセンサ等を構築するための光造形法の確立を目的としている。具体的には、光ファイバ先端の断面に構築するシステムと、光ファイバ先端の側面に構築するシステムを開発する。5年計画の初年度であり、基礎的な研究から実施した。研究の成果を以下に記す。1)光ファイバの側面に光造形するシステムを構築するために実験を行った。当初、予定していた、光ファイバからの光をモニタリングする方法では、位置決めの精度があがらなかった。また、位置決めと光造形が同時に行えない欠点を当初から抱えていた。次に示す新たな方式に変更した。2)顕微鏡システムを利用する方式に変更した。この方法によれば位置決めと光造形が同時に実施できる。実際に基礎的な実験を行ったところ、光ファイバ先端側面に、光造形できる精度があることを確かめた。この方式は光ファイバ先端断面にも適用できる点で、その意義は大きい。3)次年度の計画を先取りし、光ファイバ先端の断面に光造形法により、マイクロピンセットを製作した。光ファイバからの光による光熱効果で、ピンセットを光駆動し、その特性を測定した。電気を直接使うことなく光でマイクロ構造物を保持できる点が有益である。4)サーキュレータを用いた戻り光による位置決めを考案した。5年計画の2年目であり、初年度の基礎的な研究を発展させた。研究の成果を研究の目的及び計画と照らし合わせて以下に記す。1)顕微鏡システムによる光造形で、光ファイバ先端の側面への光造形を行い、造形物の基礎的な特性を測定する予定であった。ファイバを回転させるシステムのプロトタイプを構築し、側面への光造形を行ったが、造形物の基礎的な特性の測定までは至っていない。2)顕微鏡システムによる光造形で、光ファイバ先端の断面への光造形を行い、造形物の基礎的な特性を測定する予定であった。簡単な光駆動グリッパを製作し、その基礎的な特性を測定した。3)サーキュレータを用いた新たな位置決め方法の実験を行い、これが効果的であれば、上記の実験に適用する予定であったが、あまり効果的ではないことが判明した。顕微鏡システムで十分対応できるのでこの方式の研究は取りやめた。4)シングルモードファイバによる光造形法に関する基礎的な実験を行い、これが効果的であれば、光ファイバの側面及び断面に適用する予定であった。良好な結果が得られ、この手法で、光ファイバ先端断面に光駆動マイクロクリーナーを構築することができた。これは新たに得られた知見である。五年計画の二年目であるが、公開できるものはある程度公開した。光ファイバ先端にセンサやアクチュエータを光造形法で作成するシステムを構築することを目的に研究を実施している。これまでに、光ファイバ先端の側面及び断面で位置決めと光造形を同時にできるシステムを構築した。光ファイバ先端の断面に光駆動マイクログリッパ及び光駆動マイクロクリーナを製作し、特性を測定した。さらに、光ファイバ先端の側面に光駆動マイクロクリーナを製作し、特性を測定した。また、新たに提案したシングルモード光ファイバによる光造形に関する研究もほぼ確立し、研究に使用することが可能になった。光駆動マイクロクリーナーの特性を評価する新たな方法として、レーザマイクロマニュピレーションを取り入れた。以上の経過のもと、平成25年度の研究を実施したのでその実績を報告する。1)光ファイバ先端側面に一様に光造形し、内部をエッチングで取り除き筒状の光駆動マイクロクリーナを製作した。特性はレーザマイクロマニュピレーションを利用して測定した。筒長が長い方が特性がよい結果が得られた。2)シングルモードファイバを用いた光造形システムで、光ファイバ先端に光駆動マイクログリッパを製作し、その変位特性を測定した。3)光ファイバ

先端断面に筒状の光駆動マイクロクリーナを製作し、その特性をレーザマイクロマニュピレーションを利用して測定した。側面の筒状と同様に、筒長が長いほど特性がよいことが分かった。4)光ファイバ先端にマイクロキャピラリーを利用した光駆動マイクロバイブレータを製作した。レーザパワーが10mWで20μmの変位、0.5mNの発生力が得られた。5)光駆動マイクロバイブレータによる振動型センサの可能性について検討したが、上記の構造では周波数特性がよくないことが明らかになった。上記1)及び2)については学会発表で公開した。詳細は予稿集で確認されたい。尚、2)の発表については発表者の専攻科生が、電気学会優秀論文発表賞に選ばれた。光ファイバ先端に、光駆動のマイクロセンサやマイクロアクチュエータ等を構築するための光造形法を確立することを目的としている。具体的には、光ファイバ先端の断面に構築するシステムと、光ファイバ先端の側面に構築するシステムを開発する。5年計画の3年目であり、前年度までの基礎的な研究を発展させた。研究の成果を研究の目的及び計画と照らし合わせて以下に記す。番号は今年度(平成24年)の交付申請書の番号と対応している。1)光ファイバ先端の断面に光駆動マイクログリッパを製作しその基礎的な特性を測定した。2)光ファイバ先端の断面に光駆動マイクロクリーナを製作しその基礎的な特性を測定した。特性を評価する新しい手法として、レーザマイクロマニュピレーションを取り入れ、性能を定量的に評価できる可能性があることが明らかになった。3)光ファイバの回転システムと顕微鏡システムと組み合わせた、光ファイバ側面での光造形装置を完成させた。側面に光造形を施し、光ファイバをエッチングで取り除いてマイクロクリーナを製作した。上記のレーザマイクロマニュピレーションによる評価方法では、従来の5倍以上の性能があることが明らかになった。4)シングルモードファイバによる光造形に関する基礎的な特性を測定した。5)振動型センサを構築するための前段階として、ガラスマイクロキャピラリーを用いた光駆動振動子を製作した。前年度に一部の成果については学会発表や論文で公開した。今年度については、レーザマイクロマニュピレーションによる新しい評価方法を模索しているので、製作したマイクロ構造物に関する特性を確固としてから学会発表をしたいので、発表を見送っている。ある程度まとまった段階で公開する。光ファイバ先端にマイクロセンサ及びアクチュエータを製作するためのマイクロ光造形法に関する研究を以下の4件のテーマに分けて実施した。尚、当初予定していたマイクロ洗浄機に関する研究については、前年度に得られたデータとあまり変わらなかったので、それ以上、深く検討することをやめ、センサに関する実験を優先した。1)光ファイバ先端側面でのマイクロ光造形法による造形とエッチングを組み合わせ中空円筒の構造物を製作し、パルス変調したレーザ光の光熱効果により縦振動型の熱波を用いたマイクロ粘度センサを製作した。
過剰シグナルの口蓋形成に対する影響

口蓋裂は最も頻度の高い先天奇形の一つであり、口蓋発生分子メカニズムの正確な把握が必須である。近年、遺伝子欠損マウスを利用し、口蓋発生メカニズムが解明されてきている。抑制を司る分子が欠損した場合、そのターゲット分子が過剰発現するため、遺伝子過剰と口蓋裂発症との関連性を知る必要があるものの、明らかでない。そこで、その欠損が口蓋裂を引き起こすことが知られているShhシグナルの過剰発現による口蓋形成への影響を検索した。R26SmoM2マウスはCreマウスと交配させることで、Cre発現細胞でShhシグナルを過剰発現させることができる。Keratin14Creマウスと交配させ、上皮細胞でShhシグナルを過剰発現させた結果、口蓋裂を認めた。口蓋裂は、口蓋突起が正中で癒合したのちに生じるはずの上皮細胞のアポトーシスの欠如により引き起こることが明らかとなった。Osr2Creマウスと交配させ、口蓋突起の間葉組織でShhシグナルを過剰発現させた場合にも口蓋裂を認めたが、表現型にばらつきが存在していた。これは、Osr2CreのCreリコンビナーゼ発現にばらつきがあるためであることが明らかとなり、Osr2Creを使用した検索は困難と判断した。口蓋突起を含む顎顔面領域の間葉は神経堤由来細胞で占められている。そこでR26SmoM2マウスをWnt1Creマウスと交配させ、神経堤由来細胞でShhシグナルを過剰発現させた。口蓋裂は確認できたものの、顔面形成阻害が非常に大きく、今回の実験モデルとしてそぐわないことが明らかとなった。以上の結果より、Shhシグナルは欠損でも過剰でも口蓋裂を引き起こすため、fine-tuningが求められるpathwayであることが明らかとなった。一方、今回の結果から口蓋形成における過剰なShhシグナルを検索するためには、過剰発現させる細胞の選定に注意が必要であることも示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
腸管免疫に影響を与える腸内細菌叢に着目した微小変化型ネフローゼ症候群の病因解明

小児期に多い腎疾患である「微小変化型ネフローゼ症候群(MCNS)」の病因は未だに不明である。近年、腎糸球体上皮細胞の足突起においてCD80が過剰に発現することでアクチン骨格の構造変化を来たし、タンパク尿が漏出すると考えられている。CD80の発現は制御性T細胞(Treg)により制御されることが知られている。申請者らはMCNSの発症時のTregに着目し研究した結果、発症時にTregが低下していることを証明した。今回Tregが低下している原因を究明するために腸内細菌叢の乱れ(dysbiosis)に着目し、MCNSモデル動物を用いた基礎実験で証明することを目的として研究計画を立案した。
ヒト皮膚から発生する揮発性有機化合物の受動的測定法の開発

ヒトの健康状態および快適な室内空気質の維持・管理の観点から、非侵襲的な皮膚ガス測定は重要になる。本研究では、微量な皮膚ガスを定量的かつ簡便に測定するため、パッシブ・フラックス・サンプラー(PFS)を開発し、ヒト皮膚からのアセトアルデヒドおよびアセトンの放散フラックスを測定した。PFSは、ステンレス缶、DNPH含浸捕集フィルター、PTFE製O-リングおよびバックアップ板から構成される。開口部を測定部位に密着し、皮膚表面から発生するガスを捕集し、HPLC法により定量して放散フラックスを求めた。皮膚ガスの放散経路および最適捕集部位を検討するため、成人ボランティアを対象に全身8箇所で同時測定した。その結果、両物質とも汗腺の分布が多い足裏、手の平、前腕部で高い検出率を示し、アセトアルデヒドは汗腺分布が少ない上腕部では低い検出率を示した。また血管が内部に分布する胸元、上腕部ではアセトンの検出率が低かった。よってアセトアルデヒドは主として汗腺由来、アセトンとは汗腺および血管に由来するものと考えられた。大学生、社会人ボランティア各60名を対象に皮膚ガス同時測定を実施したところ、アセトアルデヒド、アセトン放散量には個人差が大きく、体調不良者に高い放散量が認められた。アセトアルデヒド放散量に及ぼす飲酒の影響を調べた結果、酒に強い被験者ではアセトアルデヒドの放散が認められず、酒に弱い被験者は飲酒直後より放散量が増加し、少なくとも8時間は放散が持続した。一方、アセトンは血中グルコース濃度が低下したときに脂質代謝によって生成する。そこで絶食後のアセトン放散量を測定したところ、時間とともに放散量が増加する傾向が見られた。本研究により、皮膚ガスの多検体・同時測定が可能となり、皮膚ガスを用いた非侵襲的な臨床分析に利用できる可能性が示された。近年、ヒト皮膚から発散するガス(皮膚ガス)の存在が明らかとなり、皮膚ガスを対象とする非侵襲分析がヒトの健康状態の診断に利用できる可能性が示唆されている。また皮膚ガスが居室臭気の原因となることも指摘されており、ヒトの健康状態および快適な室内空気質の維持・管理の観点から、皮膚ガスの測定は重要になると考えられる。そこで本研究では、微量な皮膚ガスを定量的かつ簡便に測定するため、皮膚ガス測定用パッシブ・サンプラーを開発し、ヒト皮膚からの放散フラックスの測定を行った。対象物質はアセトアルデヒドおよびアセトンとした。パッシブ・サンプラーは、ステンレス缶(38mmφ,8mmt)、捕集フィルター、PTFE製O-リングおよびバックアップ板からなり、捕集フィルターは36mmφセルロースろ紙に0.2%2,4-ジニトロフェニルヒドラジン-1%リン酸/アセトニトリル溶液を含浸、乾燥して調製した。サンプラーの開口部を前腕または手のひらに当て、皮膚表面から発生するガスを捕集した。捕集時間は30分1時間とした。捕集後、アセトアルデヒドおよびアセトン誘導体を高速液体クロマトグラフ法により定量し、放散フラックスを求めた。本サンプラーによる添加回収率は90%以上、検出下限はアセトアルデヒド0.85ng/cm2/h、アセトン0.48ng/cm2/hであった。また放散フラックスの拡散距離依存性はなく、皮膚内部のガス拡散が律速過程であると推定された。成人ボランティア60名を対象に皮膚ガス測定を実施したところ、アセトアルデヒド、アセトン放散量はともに手のひらよりも前腕部で高く、また女性よりも男性の方が高い値を示した。またアセトアルデヒド放散量は皮膚水分量の増加に伴い増加する傾向が見られ、アセトアルデヒドは汗腺由来であると考えられた。

本研究により、皮膚ガスの多検体、同時測定を容易に実現することが可能となった。ヒト皮膚から発散するガス(皮膚ガス)を用いて、ヒトの健康状態を非侵襲的に診断できる可能性が示唆されている。また皮膚ガスが居室臭気の原因となることも指摘されており、ヒトの健康状態および快適な室内空気質の維持・管理の観点から、皮膚ガスの測定は重要になると考えられる。そこで本研究では、微量な皮膚ガスを定量的かつ簡便に測定するため、パッシブ・フラックス・サンプラーを開発し、ヒト皮膚からのアセトアルデヒドおよびアセトンの放散フラックスを測定した。皮膚ガスの放散経路および最適抽象部位を検討するため、ボランティア6名を対象に全身8箇所で同時測定を行なった。その結果、両物質とも汗腺の分布が多い足裏、手の平、前腕部で高い検出率(83100%)を示し、アセトアルデヒドは汗腺分布が少ない上腕部では低い検出率を示した。また血管が内部に分布する胸元、上腕部ではアセトンの検出率が低かった。よってアセトアルデヒドは主として汗腺由来、アセトンとは汗腺および血管に由来するものと考えられた。アセトアルデヒドはアルコールの代謝物として知られている。そこでアセトアルデヒド放散量に及ぼす飲酒の影響を調べるために、飲酒(チュウハイ233ml)した被験者3名(パッチテストによる判定で酒に強い人、弱い人、全く弱い人)の前腕部における放散量を測定した。その結果、酒に強い被験者ではアセトアルデヒドの放散が認められず、酒に弱い被験者は飲酒直後より放散量が増加し、少なくとも8時間は放散が持続した後減衰した。一方、アセトンは血中グルコース濃度が低下したときに脂質代謝によって生成するケトン体の一つである。そこで絶食後のアセトン放散量を測定したところ、時間とともに放散量は増加し、特に被験者が空腹感を強く感じたときに増大する傾向が見られた。本研究により、皮膚ガスの多検体・同時測定が可能となり、健康状態の診断に利用できる可能性を示した。
無染色生体組織内での磁気微粒子局在化のＡＤＦ－ＳＴＥＭ解析

生体への外部粒子の伝達機構を考える上で、その伝達経路と最終集積部位の同定は生体と粒子系の相互作用の理解に不可欠である。本研究の目的は伝達経路の直接的な空間分布解析を実現する生体試料の高分解能電子顕微鏡解析の方法論を提案することにある。そのために、軽元素からなる試料でもコントラスト形成可能で、厚い試料でも観察可能である走査型透過電子顕微鏡暗視野法による無染色解析方法を提案した。結果、磁性粒子を導入した細胞試料の無染色電顕観察により、微粒子の細胞内での局在化を解析することができた。本研究の目的は、無染色の生体試料の高分解能電子顕微鏡解析のための方法論を提案することにあり、さまざまな生体試料解析への応用の基盤技術を実証することにある。本研究では、一つの応用分野として、ナノ磁気微粒子の生体への伝達集積系の解析研究を進める。従来は、その伝達分布を電子顕微鏡で調べる際には、生体組織を何らかの方法で染色することで微粒子と生体の構造的な相互関係を解析してきた。しかし染色の結果、試料のナノスケール汚染を引き起こすこともあり改良すべき点であった。この問題の解決法の一つとして、極低温走査型透過電子顕微鏡暗視野法(ADF-STEM)による無染色解析方法を提案する。本方法を用いて、磁気微粒子の生体への伝達機構を検討する。初年度である平成23年度は以下の3項目について準備的研究を進めた。(1)磁気微粒子の作成;シリカでコーティングされた鉄磁気微粒子の合成を行った。これと平行して別種の親和性を確立するために金修飾を開始した。(2)常温での無染色電顕観察;切片を作製することなく全細胞観察の可能性を探索した。その結果ADF-STEMの特殊条件下で、細胞核を含む厚い試料においても観察できることを証明できた。(3)極低温電顕像観察の準備研究;急速凍結装置を準備し、細胞の概要を保持したまま凍結するための凍結条件の大枠を決定できた。生体への外部粒子の伝達機構を考える上で、ドラッグデリバリーシステムに代表的にみられるように、その伝達経路と最終集積部位の同定は生体と粒子系の相互作用の理解に不可欠である。本研究の目的は伝達経路の直接的な空間分布解析を実現する生体試料の高分解能電子顕微鏡解析のための方法論を提案することにある。特に、デリバリーやハイパーサーミアへの応用を視野に入れて、ナノ磁気微粒子の生体への伝達集積系の解析研究を進めた。従来は、電子顕微鏡によるコントラスト生成が困難である生体組織を何らかの方法で染色することで、微粒子と生体の構造的な相互関係を解析してきた。しかし染色の結果、試料のナノスケール汚染変形を引き起こすこともあり改良すべき点であった。この問題の解決法の一つとして無染色での観察が必要で、ここに極低温走査型透過電子顕微鏡暗視野法(ADF-STEM)による無染色解析方法を提案した。本方法を用いて、磁気微粒子の細胞中での捕食分布状態を検討した。具体的には、(1)鉄磁気微粒子の作成と細胞への導入。細胞内への外部からの材料の伝達機構を電子顕微鏡的に解析するために、伝達される材料として酸化鉄磁性微粒子材料を選択した。(2)磁性粒子を導入した細胞試料の無染色電顕観察。微粒子の細胞内での局在化をADF-STEM法により解析するために、凍結乾燥した細胞試料の無染色での構造観察と、生体状態をより保持していると考えられる急速凍結した細胞試料の観察を行った。結果、ADF-STEM法は生体試料の無染色観察にも有効な方法であることを示すことができた。更に、高分子・タンパク・繊維などのソフトマテリアルと呼ばれる材料のさまざまな構造体解析への応用を試み、定量性の高いイメージング方法としてADF-STEMの観察方法を評価した。これらの成果を国際学会の招待講演として発表し、国際科学雑誌の論文として公表し、関連分野の進展に貢献できた。平成24年度に行った研究内容は以下である。(1)磁気微粒子の作成と細胞への導入;シリカでコーティングし有機分子で修飾した鉄磁気微粒子の合成と、平行して別種の親和性を確立するために金修飾を進めた。

これらの方法の生体適用性を細胞において検証し、生体親和性の高い金修飾微粒子系を調整した。この微粒子を細胞に捕食させ、微粒子と細胞の相互作用と伝達経路を解明するための標準材料として準備した。(2)常温での無染色電顕観察;切片を作製することなく全細胞観察の可能性を探索した。その結果ADF-STEMにより、厚い試料においても観察できることを証明できた。特にナノファイバーによる細胞の固定を併用することで、利便性の高い試料固定方法の可能性を示した。取得される画像は、単純なZ-コントラストではないものの、細胞内構造を可視化できた。この成果は学会での招待講演として発表した。(3)極低温ADF-STEM電顕像観察の研究;急速凍結により作成された厚い生体試料の観察の可能性を探るための基礎データを収集した。鉄磁気微粒子の作成については研究分担者の努力で目標以上の達成度であり、計画を前倒して微粒子の細胞への取り込みも開始することができた。また、常温での無染色電顕観察については、全細胞の観察でADF-STEMの有効性の一部を実証できた。一方、極低温電顕像観察では予定した装置を購入できずに借用することになり、利便性に欠け若干の遅れが発生した。しかし、全体としては、おおむね順調に進展していると評価できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。修飾鉄磁気微粒子を作成し、細胞への取り込みも開始することができた。また、無染色ADF-STEM観察によって、厚い細胞試料についても観察が可能であることを示すことができた。像コントラスト形成事例に関して学会誌や招待講演で発表した。ただし、取得される画像は、単純なZ-コントラストではないことが判明したが、その像形成の物理的背景の詳細を理解することは達成できていない。最終年度の課題である。全体としては、おおむね順調に進展していると評価できる。細胞への鉄微粒子の合成と細胞への取り込みについて、国内外の関係研究者からの意見を聴取したことで研究を加速できた。本研究のような材料と生体の融合研究においては、今後もさまざまな分野の研究者との交流を深める必要があると認識している。クライオトランスファー装置を購入できなかったことから、同装置を関係研究グループから借用して研究を進めることとした。昨年度は一カ所の研究グループからの借用で研究を進めたが、今年度は二カ所からの借用を計画していてより円滑な計画達成を目指す。更に他種資金の獲得を模索し専用の装置を準備できるように努める。極低倍での電子線走査で、暗視野と明視野が混合したと予想される特異な像が観察された。この像には定量性は低いと考えられるものの、厚い試料内部構造を視覚化する点に高い有用性があることが判明した。その物理的な背景を結像シミュレーションを援用して明確にする。ADF-STEMでの像コントラストを理解し、他の電子顕微鏡像との比較検討を行い、優劣の実証研究成果をまとめる。2013年末のソフトマター関係の国際会議での招待講演が予定されているので、これらの成果を発表する。
廃棄物埋立層及び土壌層における揮発性有害有機化合物質の挙動に関する研究

1.研究目的有機塩素系溶剤の様な揮発性有害有機化合物が地下水汚染に見られるような環境汚染を引き起こし、人の健康に対する影響が懸念されている。廃棄物処分場や土壌層では気・液・固の3相が共存し、そこでの降雨浸透水やガス流れによってこのような有機化合物が大気側に運ばれたり、地下水側に運ばれたり複雑な挙動をする。その機構や輸送式を解明することによってこのような有機化合物のリスクアセスメント・有害性評価に資することが出来る。そこで本研究では揮発性・非イオン性有機化合物としてトリクロロエチレン(TCE)を選び、それの廃棄物への収着現象の平衡論、速度論的な基礎研究を行った。さらにそれに基づいて廃棄物層内におけるTCEの輸送現象の解析を行った。2.研究成果(1)等温収着実験を行なうことによってTCEの水-廃棄物間分配係数を求めた。廃棄物への分配率は底質や土壌のそれより大きいこと、収着(分配)は固形物中の有機物へのTCE溶解であると考えられることなどを明らかにした。(2)上記の測定の改良法を示し、各温度におけるヘンリ-定数(ガス-湿潤廃棄物間分配係数)を求めた。(3)TCEのガス-湿潤廃棄物間の分配係数を求め、それが(1)、(2)で求めた分配係数で推測できることを示した。(4)水中TCEの廃棄物への収着速度及びガス中TCEの湿潤廃棄物への収着速度実験の方法及びその解析法を明らかにした。(5)(4)の理論に基づきカラム実験を行い、収着速度機構やそのパラメ-タを明らかにした。また、廃棄物によるTCE分解を明らかにした。(6)以上の基礎研究を基に各種の廃棄物埋立層内におけるTCEの挙動を解析した。(7)同様に、高濃度TCE含有廃棄物が不当に持ち込まれないようにするための監視レベルの設定、及び持込み許可出来る低濃度TCE含有廃棄物の基準などを明らかにした。昭和63年度に研究費補助を受け、既に開始していた本研究をさらに発展させた。収着剤として焼却灰5種類、破砕不燃ごみ、覆土2種類、砂、ごみ成分(プラスチック、紙、木片)を選び、被収着剤としてトリクロロエチレン(TCE)を選んだ。実験内容は、(1)水中に存在するTCEが収着剤(固形物)へ収着する比率を表わす分配係数を測定するための回分式実験、(2)定常飽和水流れに伴なうTCEが固形物充填層内でどのように収着され、脱着されるかをみるための連続式実験、(3)気相中のTCEが湿った固形物(収着剤)に収着する時の分配係数測定回分式実験、(4)定常ガス流れに伴なうTCEが湿固形物充填層内でどのように収着、脱着されるのかをみるための連続式実験、である。(2)、(4)については実験装置が完成し、データを蓄積しつつある段階である。その結果、次のような事が明らかになった。(1)廃棄物の固液間分配係数は土壌や底質に比べて高く、廃棄物層のTCE保持能力は高いことがわかった。水中の共存物や温度による分配係数の変化も明らかにした。

(2)気相中のTCEの湿った固形物への分配係数は510%以上の含水率では含水率によらず、ほぼ一定であること、また、この分配係数はより基礎的な特性値である固液間分配係数と気液間分配係数とから求まることがわかった。その際、水中におけるTCEの活動度係数としては1.52.0を使う必要のあることがわかった。(3)気液間分配係数(ヘンリー定数)を各種の温度条件で求めた。(4)まだ、不十分だが、TCEの収着機構モデルを提案し、上記の実験データを解析して水中のTCEが固形物へ収着する時の速度定数が焼却灰で0.3h^<-1>、気相中のTCEが湿った固形物へ収着する時の速度定数が破砕不燃ゴミで1.5h^<-1>などの数値を得た。1.研究目的有機塩素系溶剤の様な揮発性有害有機化合物が地下水汚染に見られるような環境汚染を引き起こし、人の健康に対する影響が懸念されている。廃棄物処分場や土壌層では気・液・固の3相が共存し、そこでの降雨浸透水やガス流れによってこのようて有機化合物が大気側に運ばれたり、地下水側に運ばれたり複雑な挙動をする。その機構や輸送式を解明することによってこのような有機化合物のリスクアセスメント・有害性評価に資することが出来る。そこで本研究では揮発性・非イオン性有機化合物としてトリクロロエチレン(TCE)を選び、それの廃棄物への収着現象の平衡論、速度論的な基礎研究を行った。さらにそれに基づいて廃棄物層内におけるTCEの輸送現象の解析を行った。2.研究成果(1)流動特性実験:廃棄物層中の飽和水流れ及び湿潤廃棄物層中のガス流れの混合特性は拡散モデルにより模擬することができ、混合拡散係数は従来理論から求めた値とほぼ一致した。(2)収着特性実験:TCEのガス-湿潤廃棄物間の分配係数を求め、それが水-廃棄物間分配係数及びヘンリ一定数を使って推測できることを示した。(3)カラム実験:まず、水中TCEの廃棄物への収着速度及びガス中TCEの湿潤廃棄物への収着速度実験の方法及びその解析法を明らかにした。この理論に基づきカラム実験を行い、収着速度機構やそのパラメ-タを明らかにした。また、廃棄物によるTCE分解を明らかにした。(4)計算モデルの作成・応用・以上の基礎研究を基に廃棄物層内TCE輸送モデルも開発し、それを用いて各種の廃棄物埋立層内におけるTCEの挙動を解析した。同様に、高濃度TCE含有廃棄物が不当に持ち込まれないようにするため監視レベルの設定、及び持込み許可出来る低濃度TCE含有廃棄物の基準などを明らかにした。
脊髄における痛覚伝導に関する一酸化窒素(NO)の作用機構の解明

NG108-15細胞を用いたプロスタグランジン(PG)による一酸化窒素(NO)の遊離以前、申請者らのグループは、脊髄腔内投与のPGがグルタミン酸受容体-NOを介してアロディニアを惹起すること報告した。今回、NG108-15細胞を用いてPGとNOの関係を検討した。PGE2およびPGF2αは、NG108-15細胞からのNOの遊離を促進した。PGE2受容体は、EP1-4のサブタイプからなるが、種々の作動薬・拮抗薬を用いた結果よりPGE2によるNOの遊離はEP1を介して引き起こされること、PGによるNOの遊離はNOS合成酵素阻害薬で抑制されることを明らかにした。ノシセプチンによる痛覚反応の発現機構以前、脊髄腔内投与のPgオーダーのノシセプチンがグルタミン酸受容体-NOを介してアロディニアを惹起すること、μgオーダーのノシセプチンがホルマリンテストを抑制することを明らかにした。今回、新規に開発されたノシセプチン受容体拮抗薬を用いて脊髄におけるノシセプチンの作用を検討した。ノシセプチンによるアロディニアはノシセプチン受容体拮抗薬で拮抗できたが、ノシセプチンによるホルマリンテストの抑制作用は拮抗できなかったことより、ノシセプチンは脊髄においては発痛作用(アロディニア)を有すると考えられた。申請者らはプロスタグランジン(PG)E_2とPGF_2αをマウス髄腔内に投与するとアロディニア、すなわち触覚刺激が痛みの反応を引き起こすこと、PGによるアロディニアはグルタミン酸-一酸化窒素(NO)が伝達物質として重要な役割を果たしていることを報告した。さらに、申請者は、PGによるアロディニアに対するNOの関与を明らかにするため、ケミルミネッセンス法にて、ラット脊髄スライスからのNOの遊離を測定し、PGE_2によるアロディニアが、PGE受容体のEP_1サブタイプ、NMDA受容体、NOを介して発現している可能性を示した。平成12年度は、遺伝子改変型マウス(ノックアウトマウス)の脊髄スライスや神経細胞モデルであるNG108-15細胞を用いてNOの遊離の変化を観察することで、脊髄における痛みの発現機構の一端を解明することを研究目的とした。NG108-15細胞にPGE_2またはPGF_2αで刺激するとNOが遊離されること、PGE_2によるNOの遊離はPGE受容体のEP_1サブタイプが関与していること、PGによるNOの遊離はNMDA受容体拮抗薬およびNO合成酵素阻害薬で抑制されることを明らかにした。
中世末期アヴィニョン司教座参事会の総合的研究

平成19年度の研究活動は以下2点に要約される。1.18年度の留学により得られた成果の発表(内容は昨年度の本報告参照)。下記の通り12月1日に口頭発表を行う。また、仏語で論文を執筆し、すでにフランスの指導教授J.シフォロー氏に提出済みである。内容的に執筆前にすでに承認をえているので、大きな問題があるとは思われない。表現上の必要な訂正を施したうえで、仏文の専門雑誌に投稿したいと考えている。2.研究の継続司教座参事会の中世末期における財政基盤整備の研究の一環として、アヴィニョン近傍に立地するSaint-Paul-de-Mausole修道院の土地契約文書の分析に着手した。現段階での成果は以下の通り。14世紀の教皇ヨハネス22世の決断により、同修道院はそれまでの参事会への従属関係をより密接なものとした。同時にヨハネスの影響を受けた2代の修道院長により、14世紀半ば、その所領の地代を支払う土地所有者たちとの間にemphyteose契約の大掛かりな確認がなされ、膨大な文書が残された。財政基盤整備の大改革の証と思われる。興味深いのはそれら契約のうち一定割合が、単なる地代契約ではなく、魂の安息を願う年1回のミサに対する礼金(anniversarium)の形を取っていることである。宗教行為の実践と教会の財源確保が合致した事例として今後も注目して分析を進める予定である。初年度にあたる平成17年度は、18年度に予定されるフランス留学のための準備の年であった。1テーマ理解研究文献の精読を通じて、当初の予定通り、11世紀から13世紀初めころまでのアヴィニョンを含むプロヴァンス地域の聖職者の実態とその歴史的構造変化について概括的理解を得ることができた。11世紀には現地の貴族層と高位聖職者層は一体的であったが次第に離間を強めて中世末期に至る。その際、わが国ではほとんど関心を向けられていないナポリ王国による当該地域への強い影響力を知ったことは収穫であった。2補助金使用物品費の大半は現地での調査に必要なパソコン、デジタルカメラおよびその付属品類の購入に充てられている。9月には旅費を使用して、ほぼ1週間にわたり留学予定地のフランス、リヨン市の社会科学高等研究院Ecole des hautes etudes en science socialsを訪問し、研究指導者のJ.Chiffoleau教授から施設の状態について教示をうけるとともに、今後の研究方向について打ち合わせを行うことができた。その結果として、現時点では、ヴォークリューズ県立文書館に所蔵されている未刊行史料により、アヴィニョン司教座参事会の総合研究の第一歩として、同参事会の経済的基盤とその経営構造の変遷の解明に焦点を当てることを考えている。1、平成18年度には予定通り、勤務校の研修休暇を利用して1年間フランスのリヨン市に滞在して課題研究に集中して取り組むことができた。すなわち、リヨン第二大学敷地内におかれた「社会科学高等研究院」に籍を置き、同教授J.シフォロー氏の指導を仰ぎつつ、アヴィニョン司教座参事会の総合的研究の第一歩として、同参事会の経済的基盤の解明について一次史料に基づいた研究をすすめ、一定の成果を見ることができた。2、18年度は、シフォロー教授の勧めにより、13世紀および主として14世紀に、アヴィニョン司教座参事会に一般信徒から寄進されたchapellenie(礼拝堂付司祭禄)関連史料を集中的に分析した。寄進はいうまでもなく信心行為であるが、そのうちシャペルニーは極めて高額であり、その設定にあたっては、いきおい大規模な財産の移動を伴うことになる。したがって、シャペルニー研究はまさに経済と宗教の接点に位置するテーマであり、いわゆる「経済史」とは異なる視点からの教会経済の考察をめざす報告者としては格好の主題と考えられたのである。分析の結果、当該「禄」の設定にあたっては、中世末期のプロヴァンス地方に広く行われたemphyteose(永代賃借制)契約のシステムが広く利用されていたことがわかった。この制度はとりわけ黒死病の災厄以後の中世末期の人口流動的な社会に極めて適合的な土地所有システムであった。

アヴィニョン司教座参事会は先進的にも、この制度を積極的に活用して人々の信心行為を勧奨したのである。3、シャベルニーは参事会によるemphyteose利用の一端と理解される。なかんずく、今回利用した、1370年代に編纂されたシャペルニー関連文書を編纂した参事会長オド・モネタリイは、他方、黒死病以後混乱していた教会の財政基盤の整備にも努力し、成果を収めた人物であったと考えられる。そこで、今後は分析領域を拡大し、オドがemphyteoseをどのように利用して財政整備全体を実行したのかをより包括的に解明することが次の課題となる。平成19年度の研究活動は以下2点に要約される。1.18年度の留学により得られた成果の発表(内容は昨年度の本報告参照)。下記の通り12月1日に口頭発表を行う。また、仏語で論文を執筆し、すでにフランスの指導教授J.シフォロー氏提出済みである。内容的には執筆前にすでに承認をえているので、大きな問題があるとは思われない。表現上の必要な訂正を施したうえで、仏文の専門雑誌に投稿したいと考えている。2.研究の継続司教座参事会の中世末期における財政基盤整備の研究の一環として、アヴィニョン近傍に立地するSaint-Paul-de-Mausole修道院の土地契約文書の分析に着手して。現段階での成果は以下の通り。14世紀の教ヨハネス22世の決断により、同修道院はそれまでの参事会への従属関係をより密接なものとした。当時にヨハネスの影響を受けた2代の修道院長により、14世紀半ば、その所領の地代を支払う土地所有者たちとの間にemphyteose契約の大掛かりな確認がなされ、膨大な文書が残された。財政基盤整備の大改革の証と思われる。興味深いのはそれら契約のうち一定割合が、単なる地代契約ではなく、魂の安息を願う年1回のミサに対する礼金(anniversarium)の形を取っていることである。宗教行為の実践と教会の財源確保が合致した事例として今後も注目して分析を進める予定である。
我が国の医療制度が抱える根本問題の経済理論的・実証的研究

当該研究では、我が国の医療制度が本質的に持っている側面を経済学的に分析した。また、我が国の医療制度を前提として、人口高齢化が進展する中で将来の国民医療負担がどうなるかという点についても経済理論に基づいたシミュレーション分析を試みた。我が国の医療制度の中で、特に医療供給に関わる部分は出来高払い制度で運営されている。この出来高払い制による支払い方法は医療の過剰投与を誘発することが示された。一般的に過剰投与は薬価差益の存在が大きな理由とされているが、理論分析では薬価差益がなくても現行制度が出来高払い制である限り、過剰投与は避けることができない。また過剰投与が存在する場合、特に開業医は過小労働も引き起こす。すなわち、望ましい水準まで働かず、それによって失った収入を過剰投与によって賄っていることが理論的に示された。また、病院医のような勤務医に関しては過剰労働をも理論的に示すことができた。また、過剰労働がなされている場合、かならず医療サービスは最適水準以下になることも示された。したがって、もし2004年に導入された新研修医制度が特に地方病院の勤務医に過剰な労働を強いている大きな原因とすれば、その影響は単に勤務医の過剰労働だけでなく、医療全体のサービス水準の低下に結びついている可能性がある。一方、国民医療費を見た場合、対GDP比で考えるとその比は今後10年の間に1%増加し続け、2050年には約9.6%に達する。また、自己負担率を15%からそれぞれ20%、30%に上昇させた場合のシミュレーション分析を行った結果、微少ながらも国民負担率は低下した。また、自己負担率の上昇は老齢期における医療支出(自己負担分)を上昇させることから若年期に於ける予備貯蓄が上昇し、その結果、経済成長にはプラスに作用する。自己負担率を20%に上昇させた場合には最終的には国民負担率は1%低くなる。また、自己負担率を30%に引き上げた場合は3%国民負担率は低下する。医師・患者の行動を、それもわが国の点数制度、あるいは医療保険制度を前提として、理論的に分析した。具体的には情報の非対称性を念頭に置きながら、契約理論を如何に我が国の医療保険制度に応用できるかをサーベイするとともに、既に我が国で研究されている研究論文をサーベイした。また、我が国特有の制度を理論分析に反映させるため、いくつかの病院を訪問し実際に医療従事者から聞き取り調査を行った。また、英国医療経済学研究グループとの研究交流を通して、医療経済学分野における情報の経済学の発展状況を確認してきた。特に英国国内では公的医療保険制度(NHS)が財政的に大きな問題を抱えているが、その処方箋として様々な政策がとられている。その処方箋の多くは制度に経済的インセンティブを与えるものであり、これらの実際の政策を吟味することによってどのような制度が我が国の保険制度に適合するかなどを考察した。ここで重要なことは実際の英国公的医療保険制度改革では経済的インセンティブを与えることが大前提となっている点である。すなわち、医師の利潤動機をも前提として制度改革を行っている点であり、現在はこのような視点から我が国の点数制度改革を考察している。また来年度の研究につながるべき、理論分析をシミュレーション分析に応用できるよう実際のプログラムを作成しつつある。またそのシミュレーション分析をより現実に近づけるよう実際のデータを整理し、そのデータを元にパラメータの特定化を行っている。

このカリブレーションには当分時間を要するが、来年度のシミュレーション分析に向けて必要不可欠であり、さらなるデータ整理を通してよりシミュレーション分析の精緻化を行っている。我が国の高齢化社会到来を念頭に、現実的な我が国の公的医療保険制度を分析に取り組み、将来の医療負担(国民医療費)が今後どのように変化するか、さらにマクロ経済にどのような影響を与えるかについて、シミュレーション分析を行った。そこでの大きな結果は次の通りである。まず、国民医療費を見た場合、対GDP比で考えるとその比は今後10年の間に1%増加し続け、2050年には約9.6%に達する。また、自己負担率を15%からそれぞれ20%、30%に上昇させた場合のシミュレーション分析を行った結果、微少ながらも国民負担率は低下した。また、自己負担率の上昇は老齢期における医療支出(自己負担分)を上昇させることから若年期に於ける予備貯蓄が上昇し、その結果、経済成長にはプラスに作用する。またこのようなプラスの効果を通して、自己負担率を20%に上昇させた場合には最終的には国民負担率は1%低くなる。また、自己負担率を30%に引き上げた場合は3%国民負担率は低下する。一方、理論分析では、我が国の出来高制による支払い方法は医療の過剰投与を誘発することが示された。一般的に過剰投与は薬価差益の存在が大きな理由とされているが、理論分析では薬価差益がなくても現行制度が出来高払い制である限り、過剰投与は避けることができない。また過剰投与が存在する場合、特に開業医は過小労働も引き起こす。すなわち、望ましい水準まで働かず、それによって失った収入を過剰投与によって賄っていることが理論的に示された。また、病院医のような勤務医に関しては過剰労働をも理論的に示すことができた。また、過剰労働がなされている場合、かならず医療サービスは最適水準以下になることも示された。したがって、もし2004年に導入された新研修医制度が特に地方病院の勤務医に過剰な労働を強いている大きな原因とすれば、その影響は単に勤務医の過剰労働だけでなく、医療全体のサービス水準の低下に結びついている可能性がある。
VCSELアレイを用いた超高速光並列顔面像検索システム

本研究では、VCSELを用いた薄型並列光源モジュールを提案し、回折光学素子とVCSELにより並列演算数に対する限界を解決し、さらにLD光源モジュールの1/10という薄型化を実現した。これらは、従来の2次元光相関演算やアライメントの精度を向上させ、装置サイズの小型化を可能にしており、光情報処理システムが次の広がりある応用へ向かう大きな指針を示したといえる。本年度はこのモジュールの利用を想定し、以下のように超高速・並列な光並列相関演算システムの構築を行った。1.全光型超高速画像検索システムの実証高機能コリニアホログラフィック記録システムを用いることで画期的な超高速化を実現する光相関システムの構築を行った。バイオメトリクス認証評価に基づく300人データベースによる顔認証実験において、本人拒否率、他人受け入れ率共に3%以内を実証した。この結果から全光型超高速画像検索エンジンが精度を保ちつつ認証演算が可能であることを確認した。2.体積型ホログラムによるロバスト画像検索のための参照画像設計ホログラフィック光相関演算では、記録画像の多重枚数とホログラフィック記録メディアの膜厚は比例関係にある。一方でメディアの膜厚と認証のロバスト性は相反する関係にある。本研究開発では、従来トレードオフの関係にあるメディアの膜厚と記録画像の多重数に関して、参照画像に工夫を行うことで、どちらのメリットも活かすことの可能なホログラフィック記録手法を確立した。この設計に基づき原理確認実験に成功し超高速画像検索システムに向けた大きな進歩を遂げた。3.高精度化に向けた動画・3次元データベースの構築光相関演算の大容量性の特徴を活かし、動画像および3次元画像を用いたデータベースを作製した。動画像を用いることで動きのある画像では40%もの精度向上を確認し99.2%という高精度化を実現した。また3次元データベースを利用することで角度のある画像に対して認証精度が20%向上した。単一光源を用いた相関光学系は、演算速度向上を図るための空間並列性に限界が生じていた。この解決に、光の出射方向が垂直であること、さらに発光分布が真円であるというVCSELの利点と、設計の自由度が高く薄型軽量というマルチレベルゾーンプレートアレイの利点を活かし、薄型並列光源モジュールを提案し、構築した。これにより並列演算数に対する限界を解決し、更にLD光源モジュールの1/10という薄型を実現した。【超高速光並列顔画像検索システムの構築】精密な光軸合わせを回避しつつ並列演算の容易なシステム構成と、高精度な相関フィルタの設計を提案・設計した。この相関フィルタの精度評価は、他人受け入れ率、本人拒否率がともに1%以下となった。基礎設計を基に、前処理・後処理を自動化した超高速光並列顔画像検索システムを構築した。強誘電性液晶FLC-SLM(フレームレート2.5kHz,1280x768pixel)を組み込むと同時に4並列演算とすることで、4000faces/sの演算速度を実現した。【光並列顔検索システムの評価】構築したシステムの精度評価を行った結果、他人受け入れ率1%および本人拒否率2.3%という実用的に十分利用しうる認証評価値を得た。さらにカメラを意識しない動きのある顔画像へ向けて、入力及びデータベースに動画像を用いた高精度顔認識アルゴリズムを提案し、実証した。撮影を意識しない条件における1ヶ月の出席管理を、学生40名(登録者20名、未登録者20名)で行った結果、動画から切り出した40枚の顔画像と、1枚の入力画像を利用することで、93.3%の認証率、さらに入力画像を動画とすることで99.2%の認証率、0%の排他率を得た。これは同条件で比較した市販ソフトの2倍以上の認証率となった。