hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
システム癌新次元国際連携支援

相互派遣企画委員会(小川誠司)並びに国際共同研究推進委員会(稲澤譲治)において、メールによる合議により企画並びに国際共同研究推進に関する議論と意思決定を行った。海外の研究先への派遣、国際共同研究を推進するために海外から研究者を招聘、および研究者を派遣してネットワークを形成することが主な活動となった。平成30年度は、平成29年度から年度をまたがる形で平成30年3月4月にタイ・チュラロンコン王立記念病院からがんゲノミクスの研究者1名を京都大学医学研究科に招聘して共同研究を実施した。5月にメキシコEl Colegio Nacionalへ3名を東大医科学研究所から派遣し、バイオインフォマティクス・システムズバイロジー及びがん研究に関する国際連携拠点の形成を開始した。令和元年に継続して連携することが決まった。6月には、英国サンガー研究所から研究者1名を招聘し、名古屋、京都大学においてがんゲノミクスに関する共同研究の打合せと今後の計画について詳細を詰めた。10月には、米国ミシガン大学よりバイオスタティスティクスの研究者1名、デンマーク・コペンハーゲン大学より研究者1名を東大医科学研究所に招聘して、癌のゲノム・オミックスデータ解析のための統計手法の開発についての研究の打合せを実施した。また、スウェーデン・ヘルシンキ大学よりがんゲノミクスの研究者を京都大学医学研究科に招聘し、がんゲノム解析についての研究打合せを行った。11月には、香港大学より7名のバイオインフォマティクスおよびゲノミクスの研究者を東大医科学研究所に招聘し、セミナー等により連携を深めた。これらの活動は、若手国際ネットワーク形成に大きく貢献したと考えている。また、こうした国際共同研究をふくめ複数の国際共同研究を実施するにあたり、ヒトゲノム解析センターのスーパーコンピュータを利用するのための支援を行った。人材の交流が定着し、国際共同研究及びネットワーク形成が具体的に進展した。特に、若手の主導により交流が行われヒューマンネットワークが形成されていることは、将来に向けての人材育成の観点からも重要な成果である。シニアな研究者は既に独自のネットワークをもって活動をしているが、若手が将来に向けて国際的な研究者コミュニティをリードしはじめたことは意義深い。国際社会における我が国の存在感を維持・向上するための方針・戦略に基づき、スパコンリソース及び旧新学術領域「システムがん」及び本新学術領域で整備したソフトウェアの国際利用を継続して行った。特に、スーパーコンピュータ利用の支援を行うことができ、本領域の特性が活かされた。東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターのスパコンSHIROKANE(1.5PFLOPS計算システム、高速ディスクアレイ30PB (Lustre File System)、ニアラインアーカイブ100PB)が国際共同研究を強く推進するという大きな意義があった。こうした活動の実績は、世界トップジャーナルを含む多くの専門誌に大きなインパクトをもって報告されている。さらに、人工知能のがん研究への活用については、世界にわたるアウトリーチ活動のなかで報告してきたことにより、本領域がその拠点となっていることが認識されるにいたった。そして、人工知能活用をとおしてがんにかぎらず、生命科学研究の方法論を新次元へと昇華していく国際連携がはじまっている。このように、研究資源と人材が国際連携のために十分に機能していると考える。これまでの企画を継続・更新し、相互派遣企画員会において派遣と受入についての企画を検討し、海外の研究グループとの共同研究を推進するとともに、若手ネットワーク形成を支援する。応募者に対しては、随時委員会においてメール審議を行い、派遣する研究員を決定する。また、海外からの受入れについても同様に、領域内の研究室への受け入れ研究員の決定を行う。派遣及び受入の期間については、効果をねらい、短期から長期まで経費の範囲内で柔軟性を持たせる。国際共同研究推進委員会においては、がん研究の新展開に関する国際動向の分析を行う。その他の事項についても、前述の活動を継続して実施する。令和年度は、米国Broad Institute及びNew York Genome Center、Icahn School of Medicine at Mount Sinaiへ複数の若手人材を長期間派遣する予定である。人工知能技術のがん及び生命科学研究への導入については、Watson for Genomicsでは米国本社の開発部と密に連絡をとってきたが、国際共同研究を推進する体制を継続する。さらに、これまでの研究でWatson for Genomicsだけでは不十分なところが判明しており、本領域の真骨頂でもあるグラフ構造からの知識発見のためのDeep Tensorなど説明可能な人工知能技術の調査と導入を図る。2015年12月19日に、東京大学医科学研究所、及びskypeを利用して会議を開催し、1)相互派遣企画委員会(委員長:小川誠司)、2)国際共同研究推進委員会(委員長:稲澤譲治)を立ち上げた。その後、相互派遣企画委員会メール審議にて、国際相互派遣の人選を行い、派遣及び受入を開始した。平成27年度は、小川誠司(計画研究代表者)が、タイより研究員を受け入れ、連携を開始した。各計画研究代表者及び分担者が有している国際ネットワークの調査を行い、研究の国際動向を領域として共有した。その結果、平成27年度は、武藤香織(計画研究代表者)が、これまで研究者を派遣していた実績に基づき、フィンランドでの会議(ACMG Annual Clinical Genetic Meeting)に連携強化のため研究員を派遣した。また、中国科学院生命科学研究所と連携強化の協議を行った。さらに、国際共同研究推進委員会では、韓国、米国等でのシンポジウム等を使い、ソウル大学がん研究所及びオクラホマ大学に、システム癌新次元の研究展開を企画した。国際的な研究者コミュニティをリードし、国際社会における我が国の存在感を維持・向上するための方針・戦略に基づき、スパコンリソース及びソフトウェアを国際利用可能なように調整・整備を開始した。

その結果、ヒトゲノム解析センターに国際がんゲノムコンソーシアムの全ゲノムデータのアジア・ミラーサイト(約1PBストレージを用意)を設置する方向で検討が開始された。また、シカゴ大学を中心として、Midwest-Asia Genomics Consortiumにおいて、前立腺がんの進化とヘテロ性の解明にむけて、ヒトゲノム解析センターがそのスパコンを活用した大規模データ解析を進めた。さらに、Watsonを通して、がん研究応用について国際ネットワークの構築を開始した。平成27年度は短期間であったが、若手人材の交流を開始できたことは大きい。国際ネットワークの広がりも順調である。特筆すべきは、東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターにスーパーコンピュータシステムShirokane3が2015年より稼働を始め、414TFLOPS計算システム、高速ディスクアレイ12PB (Lustre File System)、ニアラインアーカイブ100PBを用意できたことにより、国際がんゲノムコンソーシアムの全ゲノムデータのアジア・ミラーサイトの構築に向かうことができた。これは、国際社会における我が国の存在感を維持・向上することに極めて大きく貢献すると考える。Watsonは2017年7月にWatson Genomic Analyticsとして導入されて以後、2016年2月からはWatson Healthというシステムで高機能化された。さらに、Watson Discovery (Baylor College of Medicine)が開発をしてきたもの)のがん研究の利用について前向きに進められたことは、Watsonをハブとした今後の国際連携において大きな意義がある。相互派遣企画委員会(委員長:小川誠司)、並びに国際共同研究推進委員会(委員長:稲澤譲治)を、メールによる合議により企画並びに国際共同研究推進に関する議論と意思決定を行った。その主な活動は、国際共同研究先への派遣準備・派遣、国際共同研究を推進するためのハブ形成のためのワークショップの準備であった。平成28年度に経費が発生したものに関しては、小川誠司(計画研究代表者)が、タイ国チュラロンコン大学より研究員を2回に分けて受入、国際共同研究が進展した。また、同計画研究からハーバード大学へ研究者を派遣することに加え、これまでに作り上げた研究者ネットワークから計画研究の実績報告書に記載されているように多くの共同研究を推進され、世界トップレベルの成果がでている。また、岡田随象(計画研究代表者)が英国サンガー研究所より研究者を招聘し共同研究が進み始めた。
Ras/MAPKシグナルを抑制し、アポトーシスを誘導する新しい分泌性蛋白質

トランスポゾンP因子を利用した形質転換法により、複眼特異的にArgosを過剰発現するトランスジェニック系統GMR-argosを作成した。走査型電子顕微鏡で観察したところ、個眼の配列の異常および数の減少が認められた。複眼内部を解析した結果、個眼を構成する光受容細胞・コーン細胞・色素細胞の数が野生型よりも減少していることが明らかになった。このArgosによる細胞の減少は、細胞分化の異常によるものではなく、発生後期における過剰な細胞死によって生じたものであることが判明した。さらにこの細胞死は、p35・DIAP1・DIAP2の共発現によって有意に抑制された。これらの結果よりArgosの過剰発現による細胞死は、カスパーゼが関与するプログラム細胞死であるものと考えられた。さらに、蛹期の後期に活性変異型Ras蛋白質を発現させたところ、コーン細胞の細胞死が有意に抑制されたことから、Argosによる細胞死はRasシグナルの細胞死抑制機能の低下によるものであると考えられた。さらに、headi nvolution defectiveの過剰発現による細胞死がMAPKK及びMAPKの機能亢進型変異によって抑制されたことより、Ras/MAPKカスケードのシグナル伝達はプログラム細胞死を負に制御し生存を維持する機能を有することが明らかになった。ArgosによるRas/MAPKシグナルの抑制および細胞死誘導の過程には未知の分子が関与している可能性がある。これら未知の分子の同定を目的として、GMR-argosの表現型を変化させる新しい変異体の遺伝学的スクリーニングを行った。現在までに約50,000の個体をスクリーニングし有意な効果を示す系統を複数同定し、マッピングの作業を進めている。また、Argosの機能をさらに詳細に解析するために生化学的解析に着手した。
複数の点火源による容器内層流・乱流火炎伝播の三次元解析

本研究では複数の点火源によって容器内の静止および乱流状態にあるプロパン空気混合気に点火した後の火炎伝播を実験と数値解析の両面から検討すること、数値解析に必要な乱流燃焼速度(燃焼領域厚さを無視した等価火炎面についての燃焼速度)の温度、圧力依存性に関するデータを得ることを目的としている。主な知見は以下の通りである。(1)本解析法により最大圧力、最大圧力となるまでの時間、その後の圧力降下過程、火炎の三次元的発達状態をほぼ正確に表現できる。ただし、解析では考慮していないような循環二次流れが発達する条件では予測精度が低下する。(2)対点火の条件で燃焼時間を短縮するためには、壁面近くの点火に対してはできるだけ離した位置に対点火位置を設けること、また、容器内部で点火する場合は器壁と容器の中央の間でしかも対称な位置に配置するのが良い。(3)ダムケーラの式を用いて容器内乱流火炎伝播を解析すると、計算による圧力経過は実験結果に比較して燃焼の初期では圧力上昇速度が早く、後期では遅くなる。この不一致の原因は乱流燃焼速度の温度、圧力依存性にあると考えられる。そこで、球形容器を用いて層流、乱流燃焼速度の測定を行ったところ、次のことがわかった。(4)(乱流燃焼速度/層流燃焼速度)の(乱れ強さ/層流燃焼速度)に対するこう配は燃焼の進行とともに上昇する。このこう配は圧力よりも温度の影響を強く受ける。(5)燃焼速度比と当量比の関係は当量比が1以下ではほぼ一定であり、1.1以上では当量比の増加に対して放物線的に上昇する。今後は、燃料を変えるなど、広い範囲の温度、圧力条件について上記のデータを得るとともに、実際の燃焼状態、たとえば内燃機関内部の燃焼状態の解析へと、この方法を発展させていく予定である。
大規模スケジューリング問題の特性解析および局所探索とルールに基づく解法の提案

本研究では,大規模スケジューリング問題のための近似解法として,スケジューリング問題特有のヒューリスティクスである割付け規則を解の探索へと応用する方法について研究を進めている.前年度までに,解の探索と使用する割付け規則の更新を同時に進めることで,より有効な割付け規則の抽出および探索への再利用を行う大規模問題向けの効率的な探索方法について研究を進めてきた.当初の研究計画に則り,今年度は特に計算並列性に着目し,蟻コロニー最適化に基づく解法について,動的に更新され続ける割付け規則を適用するためアルゴリズムの更新ならびにパラメータの特定を行った.この研究を通して,蟻コロニー最適化において既存の暫定解を確率的に表現するフェロモンマップの更新を,割付け規則の更新と同時に行う場合の問題点を明らかにした.また,こうした問題点を回避し,有効な並列探索アルゴリズムを構築するためには,フェロモンマップを固定し割付け規則のみを更新するフェーズ,割付け規則を固定しフェロモンマップのみを更新するフェーズの二つを定義し,これらを複数回繰り返す方法について議論を進め,有効性検証を行っている.以上の研究成果に加え,特に蟻コロニー最適化など群知能を基礎とした並列アルゴリズムについて知見を深めるため,前年度から引き続き海外研究機関に長期滞在し,現地の研究者ならびに博士課程の学生とともに研究を進めた.本滞在は同知見獲得の目的のみならず,日常的に英語によってコミュニケーションをとりながら研究を進めていく貴重な経験を得られた.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。ジョブショップスケジューリング問題(JSP)に対する局所探索と割付け規則の組合せ解法の有効性について議論するため,個々の問題構造と有効な割付け規則の関係性の解明を行った.解析の結果として,1)有効な規則を構築するには概ね3種類程度の単純な規則を組み合わせるとよいこと,2)有効な組合せのパターン(すなわち有効な規則)は問題によって異なること,3)問題構造(仕事数,機械数,作業時間など)と有効な規則との間に明確な相関は見られないことが判明した.これらの結果から,JSPの解法として有効な割付け規則を予め決定することは難しいが,単純規則の有効な組合せ方をスケジュール探索と同時並行的に学習することで,良質なスケジュールを導出するための規則を,探索の履歴から抽出することが可能であるといえる.また,上述した実験を通して,大規模問題に対する割付け規則を用いた解法の有効性として,有効な規則のオンライン学習を行った場合でも,十分に短い計算時間内で良好な解を得られることも明らかにした.この結果より,有効な規則をスケジュールの探索と同時に学習し,探索を補助するヒューリスティクスとしてフィードバックする解法に有効性が期待できる.従来研究より,局所探索法はJSPに対する特に有効な解法であることが示されている.そこで本研究では局所探索法に対し割付け規則によるスケジュール構築を応用する方法を考えた.このとき,通常の割付け規則を用いたスケジュール構築では暫定解の状態に関わらず1つのスケジュールを決定的に導出してしまうため,スケジュールの一部分のみを対象として割付け規則を適用し,スケジュールの部分的再構築を行う方法を提案した.加えて,近傍を生成した割付け規則を評価し,GAなどの進化計算によってスケジュール探索と同時並行に学習することで,有効な規則の抽出・蓄積・再利用が可能である.特にスケジューリングを対象とする組合せ最適化問題に対し,従来有効とされてきた局所探索法に基づく解法に加え,スケジューリング問題に特有のヒューリスティクスを用いて既存のスケジュールに部分的変更を加える方法を提案した.これは前年度より引き続き行った研究の一つであり,ヒューリスティクスをスケジュールの探索と同時に進化計算によって改善することにより,有効なヒューリスティクスの抽出を可能としている.今年度は,前年度において提案した手法を発展させ,局所解からの離脱戦略としてだけでなく,特に探索初期におけるスケジュールの大幅な変更による探索速度の向上が可能ではないかとの仮定のもと,提案手法の改良を進めた.数値計算実験の結果として,特にいくつかの大規模問題に対して探索初期における解の改善速度の向上が観測でき,この点から本提案手法の大規模問題における従来手法に対する優位性が示された.当初の研究実施計画に基づき,今年度は上記継続研究に加え,ヒューリスティクスを応用した並列計算の適用可能な解法について研究を進めた.本提案手法は,他の組合せ最適化問題において有効性が示されている蟻コロニー最適化法を基礎とし,自身の提案した動的ヒューリスティクス,すなわちスケジュール探索中に進化計算によって改善され続けるヒューリスティクスを応用したものである.本研究については,最も一般的な蟻コロニー最適化法に基づいた解法のプロトタイプを作成し,その有効性を数値計算実験によって議論した.この結果として,特定の問題セットでは他の蟻コロニー最適化法を用いた既存手法より高い有効性を示す一方で,別の問題セットでは性能が著しく低下する現象が見られた.したがって,探索過程の詳細な分析に基づき,蟻コロニー最適化法で用いられるデータ構造の見直し,多様なヒューリスティクスを進化集団内に保持する戦略について研究を進めている.当初の研究計画に則り,1)局所探索とヒューリスティクスのハイブリッド解法を大規模問題に対して適用し,有効性の検証・考察を行うことができた.また,2)計算並列性の高い新たな解法の提案にも着手し,以上より概ね研究計画通りの進捗であると判断できる.研究計画上の変更点として,上記2の研究に関連して海外研究機関へ渡航し研究を継続している.同渡航に関しては書類上の手続きに遅れが生じ,年度始めの予定よりも半年ほど遅れての渡航となった.

この間,様々な事務的な用務を課せられることとなり,研究遂行に若干ながら支障をきたすこともあったものの,研究計画上致命的な遅れが生じているとは考え難く,よって表記の評価とする.本研究では,大規模スケジューリング問題のための近似解法として,スケジューリング問題特有のヒューリスティクスである割付け規則を解の探索へと応用する方法について研究を進めている.前年度までに,解の探索と使用する割付け規則の更新を同時に進めることで,より有効な割付け規則の抽出および探索への再利用を行う大規模問題向けの効率的な探索方法について研究を進めてきた.当初の研究計画に則り,今年度は特に計算並列性に着目し,蟻コロニー最適化に基づく解法について,動的に更新され続ける割付け規則を適用するためアルゴリズムの更新ならびにパラメータの特定を行った.この研究を通して,蟻コロニー最適化において既存の暫定解を確率的に表現するフェロモンマップの更新を,割付け規則の更新と同時に行う場合の問題点を明らかにした.また,こうした問題点を回避し,有効な並列探索アルゴリズムを構築するためには,フェロモンマップを固定し割付け規則のみを更新するフェーズ,割付け規則を固定しフェロモンマップのみを更新するフェーズの二つを定義し,これらを複数回繰り返す方法について議論を進め,有効性検証を行っている.以上の研究成果に加え,特に蟻コロニー最適化など群知能を基礎とした並列アルゴリズムについて知見を深めるため,前年度から引き続き海外研究機関に長期滞在し,現地の研究者ならびに博士課程の学生とともに研究を進めた.本滞在は同知見獲得の目的のみならず,日常的に英語によってコミュニケーションをとりながら研究を進めていく貴重な経験を得られた.これまでの研究成果ならびに今年度の研究成果により,北海道大学大学院情報科学研究科情報理工学専攻の定める学位授与の要件を満たした.よって,これらをまとめた学位論文を提出し,審査を経て合格の判定を受け,博士(情報科学)の学位を授与されるに至った.また博士後期課程修了時には,論文発表などを含めた学業成績優秀者として,北海道大学大学院情報科学研究科情報理工学専攻より専攻長賞を授与された.蟻コロニー最適化法に基づく提案手法の有効性改善のため,同手法の実装方法の改良およびヒューリスティクスの進化方法の改良を進める.具体的には,探索済みのスケジュールを確率的に表現する確率テーブルの更新規則,ならびに同テーブルとヒューリスティクスの使用バランス,ヒューリスティクスの更新規則について,特に部分スケジュールの表現方法,ヒューリスティクスを持った個体同士の掛け合わせに関する局所性に注目して研究を行う.当初の研究計画との変更点として,平成27年度から継続して,蟻コロニー最適化法の提案者であるMarco Dorigo教授のもとに渡航し,同教授のアドバイスを受けつつ研究を進める.また,同研究室で行なわれている群知能に基づく意思決定戦略に関する研究にも参画し,ヒューリスティクスを持ったエージェントが集団内において自身のヒューリスティクスを改善していく方法について幅広い知見を得る.28年度が最終年度であるため、記入しない。
中耳の炎症病態における自然免疫の関与とToll-like receptorの役割

1.上気道粘膜由来の上皮細胞培養株の樹立気道上皮から確立されたコマーシャルペースの細胞株やマクロファージの細胞株を使用すると同時に、鼻粘膜や中耳粘膜から採取した上皮細胞を用いて、培養細胞株の樹立を図った。その結果、ヒト鼻粘膜上皮細胞を採取し、HPV16-E7をトランスフェクションし不死化を図り、2系統の細胞培養株(HNECl, HNEC2)を樹立した。2.上気道細胞株におけるTLR遺伝子発現HNEC1およびHNEC2を20代継代した後、trizolを用いてtotalRNAを採取し、TLR1-TLR10特異的遺伝子発現についてRT-PCR法にて解析した。TLR2,TLR3およびTLR6特異的遺伝子発現をHNEC1,HNEC2いずれにおいても確認した。TLR4についてはHNEC2にのみ確認された。3.気道上皮細胞・肥満細胞からのケモカイン・サイトカイン産生におけるアレルギー治療薬の抑制効果上気道の炎症病態に関わる肥満細胞や上皮細胞をIgEのクロスリンキングやPAMPにより刺激し、サイトカインやケモカイン崖生のin vitroの実験系やin vivoでの急性鼻炎モデルを確立して、抗ヒスタミン薬や免疫修飾作用のある薬剤を用いた炎症病態の制御に関する種々の検討を行い、成果をあげた。4.溶達菌製剤OK43Zを用いた内因性IL-12産生の誘導とマウスアレルギー性鼻炎の抑制OK432は主としてTLR2を介し、単球系細胞よりIL-12産生を誘導することにより、抗原特異的Th2応答を制御し、マウスアレルギー性鼻炎モデルにおいて、誘導相でのOK432の投与が抑制効果を発揮し、アレルギー性鼻炎の予防的治療(早期介入療法)への応用が期待される。中耳炎をはじめとした上気道炎における気道上皮細胞の役割を検討するため、上気道粘膜上皮細胞に発現したToll like receptor(TLR)を中心に検討を行った。1:上気道細胞培養株の樹立中耳粘膜上皮細胞の培養が困難であったため、ヒト鼻粘膜上皮細胞を採取し、HPV16-E7をトランスフェクションし不死化を図り、2系統の細胞培養株(HNEC1,HNEC2)。2:上気道細胞株におけるTLR遺伝子発現についてHNEC1およびHNEC2を20代継代した後、trizolを用いてtotalRNAを採取し、TLR1-TLR10特異的遺伝子発現についてRT-PCR法にて解析した。まとめヒト鼻粘膜上皮細胞においては、TLR2,TLR3およびTLR6遺伝子発現が確認された。TLR4については、細胞株を増やし、追加検討を要する。上気道においてはTLR2のアゴニストとなるグラム陽性菌が多数存在しており、中耳炎や鼻副鼻腔炎における病態形成に関与している可能性が示唆される。来期においては、TLR2を介する刺激による炎症性ケモカインであるIL-8遺伝子転写活性に及ぼす影響を中心に検討を行う。副鼻腔炎や中耳炎など上気道の炎症性疾患の病態形成における気道上皮細胞の役割を検討するため、上気道粘膜上皮に発現したToll-like receptor(TLR)とそのリガンドとなる菌体抗原を用いて、種々の検討を行った。1:上気道粘膜

由来の上皮細胞培養株の樹立気道上皮から確立されたコマーシャルベースの細胞株やマクロファージの細胞株を使用すると同時に、鼻粘膜や中耳粘膜から採取した上皮細胞を用いて、培養細胞株の樹立を図った。その結果、ヒト鼻粘膜上皮細胞を採取し、HPV16-E7をトランスフェクションし不死化を図り、2系統の細胞培養株(HNEC1,HNEC2)。2:上気道細胞株におけるTLR遺伝子発現についてHNEC1およびHNEC2を20代継代した後、trizolを用いてtotalRNAを採取し、TLR1-TLR10特異的遺伝子発現についてRT-PCR法にて解析した。TLR2,TLR3およびTLR6特異的遺伝子発現をHNEC1,HNEC2いずれにおいても確認した。TLR4についてはHNEC2にのみ確認された。3:上気道の炎症病態に関わる肥満細胞や上皮細胞をIgEのクロスリンキングやPAMPにより刺激し、サイトカインやケモカイン産生のin vitroの実験系やin vivoでの急性鼻炎モデルを確立して、抗ヒスタミン薬や免疫修飾作用のある薬剤を用いた炎症病態の制御に関する種々の検討を行い、成果をあげた。副鼻腔炎や中耳炎など上気道の炎症性疾患の病態形成における気道上皮細胞の役割を検討するため、上気道粘膜上皮に発現したToll-like receptor(TLR)とそのリガンドとなる菌体抗原を用いて、種々の検討を行った。1:上気道粘膜由来の上皮細胞培養株の樹立気道上皮から確立されたコマーシャルベースの細胞株やマクロファージの細胞株を使用すると同時に、鼻粘膜や中耳粘膜から採取した上皮細胞を用いて、培養細胞株の樹立を図った。その結果、ヒト鼻粘膜上皮細胞を採取し、HPV16-E7をトランスフェクションし不死化を図り、2系統の細胞培養株(HNEC1,HNEC2)を樹立した。2:上気道細胞株におけるTLR遺伝子発現HNEC1およびHNEC2を20代継代した後、trizolを用いてtotalRNAを採取し、TLR1-TLR10特異的遺伝子発現についてRT-PCR法にて解析した。3:気道上皮細胞・肥満細胞からのケモカイン・サイトカイン産生におけるアレルギー治療薬の抑制効果上気道の炎症病態に関わる肥満細胞や上皮細胞をIgEのクロスリンキングやPAMPにより刺激し、サイトカインやケモカイン産生のin vitroの実験系やin vivoでの急性鼻炎モデルを確立して、抗ヒスタミン薬や免疫修飾作用のある薬剤を用いた炎症病態の制御に関する種々の検討を行い、成果をあげた。4:溶連菌製剤OK432を用いた内因性IL-12産生の誘導とマウスアレルギー性鼻炎の抑制OK-432は主としてTLR2を介し、単球系細胞よりIL-12産生を誘導することにより、抗原特異的Th2応答を制御し、マウスアレルギー性鼻炎モデルにおいて、誘導相でのOK-432の投与が抑制効果を発揮し、アレルギー性鼻炎の予防的治療(早期介入療法)への応用が期待される。
母相格子欠陥のマルテンサイトへの受け継ぎ挙動の解明とそれを利用した特性の向上

(1)母相オーステナイト中の転位および析出物のマルテンサイトへの受け継ぎ挙動]Fe-20%Ni-5%Mn合金を用いてオースフォームドマルテンサイトの内部組織を観察し,オーステナイト母相中に導入されたすべり転位がラスマルテンサイトに受け継がれることを見出した.Fe-33%Ni-10%Co-4%Ti合金を用いてオーステナイトより整合析出したγ'-Ni3Tiのマルテンサイト中への受け継ぎ挙動を調べ,熱弾性マルテンサイトではγ'析出物はマルテンサイトと同じくせん断変形で構造が変化するが,高温側で生成する非熱弾性マルテンサイトでは,析出物はγ'の構造を保ってそのまま受け継がれることがわかった.(2)オーステナイト中の析出物によるマルテンサイトの微細化効果]Fe-(1.5-2)%Mn-0.2%C合金およびS,V,N少量添加材で種々の粒径のオーステナイトから生成したラスマルテンサイト組織を調べ,オーステナイト粒の超微細化に伴いマルテンサイトの強度がブロック径に対するHal-Petchの関係に従って上昇することを見出した.粗大オーステナイトから整合析出したV(C,N)の微細分散により,オーステナイト粒内でラスのバリアントが種々異なる微細ブロックが形成され,マルテンサイト組織が微細化されることを明らかにした.(3)母相オーステナイト中の転位の受け継ぎによるマルテンサイト/ベイナイト組織の変化]Fe-31,33%Ni合金を用いて,レンズマルテンサイト中の欠陥組織を電子顕微鏡観察により調べ,変態歪の塑性緩和でオーステナイト中に導入された転位がマルテンサイト界面付近で受け継がれ,レンズマルテンサイト中に局所的な方位回転が生じることを明らかにした.また,炭素量を種々変化させたFe-Ni-C合金のオースフォームドマルテンサイトおよびベイナイト組織を調べ,オースフォームよりラスマルテンサイトパケット・ブロックは微細になるが,ベイナイトでは逆にブロックが粗大化すること.このベイナイトブロックの粗大化傾向は炭素量が高いほど顕著になることを明らかにした.(1)母相オーステナイト中の転位および析出物のマルテンサイトへの受け継ぎ挙動]Fe-20%Ni-5%Mn合金を用いてオースフォームドマルテンサイトの内部組織を観察し,オーステナイト母相中に導入されたすべり転位がラスマルテンサイトに受け継がれることを見出した.Fe-33%Ni-10%Co-4%Ti合金を用いてオーステナイトより整合析出したγ'-Ni3Tiのマルテンサイト中への受け継ぎ挙動を調べ,熱弾性マルテンサイトではγ'析出物はマルテンサイトと同じくせん断変形で構造が変化するが,高温側で生成する非熱弾性マルテンサイトでは,析出物はγ'の構造を保ってそのまま受け継がれることがわかった.(2)オーステナイト中の析出物によるマルテンサイトの微細化効果]Fe-(1.5-2)%Mn-0.2%C合金およびS,V,N少量添加材で種々の粒径のオーステナイトから生成したラスマルテンサイト組織を調べ,オーステナイト粒の超微細化に伴いマルテンサイトの強度がブロック径に対するHal-Petchの関係に従って上昇することを見出した.粗大オーステナイトから整合析出したV(C,N)の微細分散により,オーステナイト粒内でラスのバリアントが種々異なる微細ブロックが形成され,マルテンサイト組織が微細化されることを明らかにした.(3)母相オーステナイト中の転位の受け継ぎによるマルテンサイト/ベイナイト組織の変化]Fe-31,33%Ni合金を用いて,レンズマルテンサイト中の欠陥組織を電子顕微鏡観察により調べ,変態歪の塑性緩和でオーステナイト中に導入された転位がマルテンサイト界面付近で受け継がれ,レンズマルテンサイト中に局所的な方位回転が生じることを明らかにした.また,炭素量を種々変化させたFe-Ni-C合金のオースフォームドマルテンサイトおよびベイナイト組織を調べ,オースフォームよりラスマルテンサイトパケット・ブロックは微細になるが,ベイナイトでは逆にブロックが粗大化すること.このベイナイトブロックの粗大化傾向は炭素量が高いほど顕著になることを明らかにした.本年度は,母相オーステナイト中の転位および析出物のマルテンサイトヘの受け継ぎ挙動について以下の研究を行った.●加工オーステナイト中の転位のマルテンサイトヘの受け継ぎ挙動の解明室温でオーステナイト単相が残存し,室温以下での等温保持によってラスマルチンサイトが生成するFe-20%Ni-5%Mn合金を用いて,室温および高温のオーステナイト単相状態で圧縮変形(オースフォーム処理)を施した後,室温以下の温度で等温マルテンサイト変態させ,TEMによって加工オーステナイト組織およびオースフォームドマルテンサイトの内部組織を観察した.その結果,オーステナイト母相中に導入されたすべり転位がラスマルテンサイトに受け継がれることが明らかになった.また,無加工材で生成したマルテンサイトの周囲のオーステナイト中にも高密度の転位が存在していることから,ラスマルテンサイト中の高密度転位の起源の1つが,マルテンサイト変態時のひずみ緩和のためにオーステナイト中に導入された転位の受け継ぎであることが示唆された。●母相オーステナイト中の微細整合析出物のマルテンサイトへの受け継ぎ挙動の解明Fe-33%Ni-10%Co-4%Ti合金を用いて,オーステナイト単相での溶体化後973Kでの種々の時間の時効によりγ'-Ni_3Ti(L1_2構造)

析出物を整合析出させた後,室温以下でのサブゼロ処理によりマルテンサイト変態させ,析出物のマルテンサイト中への受け継ぎ挙動を調べた.その結果,時効時間が18ks以下では,Ms点が160K以下の熱弾性マルテンサイトが,18ks以上ではMs点が室温以上の非熱弾性マルテンサイトが生成することがわかった.TEMによりマルテンサイトに受け継がれた析出物を観察した結果,熱弾性マルテンサイトの場合にはγ'析出物はマルテンサイトと同じくせん断変形されて構造変化を起こしているのに対して,高温側で生成する非熱弾性マルテンサイトの場合には,析出物はせん断されずにγ'の構造を保ってマルテンサイト中にそのまま受け継がれることがわかった.本年度は,母相オーステナイト中の析出物によるマルテンサイトの微細化効果について以下の研究を行った.(1)析出物を利用したオーステナイト粒の超微細化によるラスマルテンサイト組織の微細化Fe-(1.5-2)%Mn-0.2%C合金のおよびそのV,N少量添加材で,オーステナイト単相域(1473K)溶体化-焼き入れ後,923Kで焼もどしによりセメンタイトおよびV(C,N)を微細析出させた後オーステナイト+V(C,N)二相域での逆変態処理により粒径約2μmまでの超微細オーステナイト粒を得た.この超微細オーステナイト材を焼き入れることで,有効結晶粒径であるブロック径が約1μmの超微細ラスマルテンサイト組織を得ることに成功した.オーステナイト粒の超微細化に伴い,焼入れままマルテンサイトの強度がブロック径に対するHal-Petchの関係に従って上昇すること,特定のパケットが優先的に発達する傾向が強くなることを見出した.(2)母相オーステナイト中の整合析出物によるラスマルテンサイト組織の微細化上記と同様の試料で,オーステナイト単相域(1473K)溶体化後の1173K時効により粗大オーステナイトから整合析出したV(C,N)の微細分散がラスマルテンサイト組織の形成におよぼす効果を調べた.析出物を含まない試料では,オーステナイト粒界から粗大ブロック/パケット組織が発達するのに対して,整合V(C,N)が微細分散した試料では,オーステナイト粒内でラスの成長方向(バリアント)が種々異なる微細ブロックが形成され,マルテンサイト組織が微細化されることがわかった.本年度は,母相オーステナイト中の転位の受け継ぎによるマルテンサイトおよびベイナイト組織の変化について以下の研究を行った.・レンズマルテンサイトの内部欠陥組織の解明室温でオーステナイト単相が残存し室温以下へのサブゼロ冷却によってレンズマルテンサイトが生成するFe-31および33%Ni合金を用いて,レンズマルテンサイト中の欠陥組織を電子顕微鏡を用いて調べた.その結果,変態歪の塑性緩和でオーステナイト中に導入された転位がレンズマルテンサイト界面付近で受け継がれること,これにともないレンズマルテンサイト中に局所的な方位回転が生じることを明らかにした.・オーステナイトから受け継がれた転位によるマルテンサイトおよびベイナイト組織の変化炭素量を種々変化させたFe-9%Ni-C合金を溶製し,オーステナイト域の種々の温度で種々の加工度の変形(オースフォーム)を施した後直接焼入れてマルテンサイトを得るか,Ms点以上で等温保持してベイナイト変態させた.このオースフォームドマルテンサイトおよびベイナイトについて有効結晶粒径であるパケットおよびブロック組織の変化を調べた.
画像・音声同期型情報共有サーバの開発と遠隔教育への展開

教育をコミュニケーションによる情報伝達ととらえた場合、学習環境の拡張や変化により、従来の教育方法だけでは解決できない問題が発生する。新しい学習環境においてもより効果的な、かつ効率的なコミュニケーションを成立させるためのシステムを開発した。まず、学習環境に関する理論を整理し、研究の枠組みとしてブロンフェンブレンナーの「生態学的学習環境モデル」を採用した。このモデルは異なるレベルのシステムから直接的、または間接的に影響を受け、相互に作用する子どもたちとその学習環境を示したものである。また、学習環境と発達する子どもたちを示すこのモデルを実装するために、大阪府S市立中学をフィールドとし、協働で進路学習および総合学習の実践を行い、記録を分析した。また、開発した情報共有サーバを利用するためのアプリケーションを開発し、東京大学、富山大学、金沢大学、メディア教育開発センターに配布し、大阪大学に設置した情報共有サーバとの通信実験を行った・実験ポイントとなる地点に置かれた端末には、映像、音声、文字などの情報が格納され、開発したアプリケーションを利用すると、ユーザの希望や興味・関心により、情報共有サーバが各端末から情報を収集、再構築し、ユーザに提供することになる。この通信実験を遠隔教育と想定すると、学習者は興味・関心や問題意識に沿った情報を収集することができ、また教授者は、学習者のレベルや学習内容に応じた教材を情報として提供することができることが明らかになった。また、動画像については、映像によるコミュニケーション成立の基礎となっている「映像文法」について、文献を整理し、近年の技術進歩による、映像制作の変化について専門家にインタビューを行い、明らかにした。新しい学習環境においてもより効果的な、かつ効率的なコミュニケーションを成立させるためのシステムを開発中である。そのために、まず学習環境に関する理論を整理し、研究の枠組みとしてブロンフェンブレンナーの「生態学的学習環境モデル」を採用した。このモデルは、異なるレベルのシステムから直接的、間接的に影響を受け、相互に作用する子どもたちとその学習環境を示したものである。次に、学習環境と発達する子どもたちを示すこのモデルを実装するために、大阪府S市立中学校をフィールドとし、共同で進路学習の実践を行い、記録を分析した。また、今後の学習環境では動画像によるコミュニケーションが重要視されると考えられる。よって、実際に映像による刺激が脳内でどのように反応し、学習に結び付いているかについても分析を進めている。従来「教えることによって学ぶ」「作ることによってわかる」と言われてきたように、「相手に伝わるように伝えること」はスキルとして重要視されてきた。しかし、本研究は、スキルとしてだけではなく、受信者にメッセージが的確に伝わることを再優先とし、情報の形式にも手を加えるものである。来年度は、効率的なコミュニケーションのための事例収集とともに、効果的なコミュニケーションのために、受信者が必要であると思っているメッセージを具体化し、情報発信側に伝えるフィルタを開発し、最終的には実際に遠隔教育を行い、システムを評価する予定である。
落屑症候群の病因に関する共同研究

落屑症候群は50歳以上の中高齢者の水晶体表面にふけ様の沈着物が生じ、緑内障や水晶体偏位などを起こす。高齢者の失明原因として重要な疾患である。落屑症候群は、早くから人口の高齢化が進んだ北欧に特有な疾患として知られていたが、近年わが国でも高頻度にみられるようになってきた。落屑症候群の病因解明には、その発症や臨床症状に人種差があるのか否か、人種差を加味した国際的な共同研究が不可欠である。そこで、ドイツのエルランゲン・ニュルンベルグ大学のナウマン教授と九州大学とで落屑緑内障に関する共同研究を行った。久保田敏昭がエルランゲン・ニュルンベルグ大学を訪問し、日本人とドイツ人の落屑症候群および落屑緑内障の臨床および病理学的特徴について比較検討し、下記の点を明らかにした。1.落屑症候群の病因に関する臨床的研究日本人とドイツ人の落屑症候群のある患者を臨床的に観察した。前房内の色素遊出や虹彩の色素虹彩脱出などの所見は、日本人とドイツ人で大きな違いは認められなかった。落屑症候群で緑内障を起こしている症例と緑内障を起こしていない症例とで臨床症状の有意の差はみられなかった。2.落屑緑内障の病因に関する病理学的研究(1)虹彩色素上皮細胞の加齢変化に関する病理学的検討虹彩色素上皮細胞の基底膜は加齢にしたがって肥厚し、2層あるいは3層の基底板が形成される。重層した基底板にはマイクロフィプリル様の線維が出現し、あたかも未熟な形態の落屑物質のようであった。このことから、虹彩色素上皮細胞の基底膜の加齢変化は前眼部における落屑物質沈着の一因となりうることが明らかになった。(2)落屑物質の組織化学的検討落屑物質とその周囲組織のプロテオグリカンを染色し、その種類と分布を明らかにした。落屑物質はコンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸のプロテオグリカンを含んでいた。落屑物質の形成には、マイクロフイブリルにこれらのプロテオグリカンが沈着することが関係している可能性がある。(3)落屑物質の免疫組織化学的検討九州大学とエルランゲン大学で得られた落屑症候群を持つ摘出眼球を免疫組織学的手法を用いて染色し、組織切片を電子顕微鏡で観察した。NHK-1epitopeに対するモノクローナル抗体を用いて染色した標本では、落屑物質に陽性に染まったが、その染色性に落屑物質の存在部位で差が認められた。房水に暴露する部位に存在する落屑物質が強陽性に染まり、局所的に産生されている部位の落屑物質にはあまり染まらなかった。このことから、NHK-1 epitopeは落屑物質の成熟と関係することを推論した。3.落屑症候群患者の症患感受性に関する分子遺伝学的研究落屑症候群患者および健常人の組織適合抗原(HLA)を調べた。DR4は健常人317名中132名(42%)で、落屑症候群患者では34名中6名(18%)であった。つまり、落屑症候群患者ではDR4をもっている人が少なかった。これは相対危険度0.3、P値0.0065で、5%以下の危険率で有意であった。同様に、DQ4は健常人317名中97名(31%)で、落屑症候群では34名中4名(12%)で、落屑症候群患者ではDQ4をもっている人が少なかった。これは相対危険度0.3、P値0.035で、5%以下の危険率で有意であった。さらに、Yatcの補正を行った後でも、落屑症候群患者ではDR4およびDQ4をもっている人が5%以下の危険率で有意に低かった。また、DRB1^*0405およびDQA1^*03も落屑症候群患者では健常人に比較して低い傾向があった。このことから、落屑症候群の発症には症患感受性があることが示唆された。

重層した基底板にはマイクロフィプリル様の線維が出現し、あたかも未熟な形態の落屑物質のようであった。このことから、虹彩色素上皮細胞の基底膜の加齢変化は前眼部における落屑物質沈着の一因となりうることが明らかになった。(2)落屑物質の組織化学的検討落屑物質とその周囲組織のプロテオグリカンを染色し、その種類と分布を明らかにした。落屑物質はコンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸のプロテオグリカンを含んでいた。落屑物質の形成には、マイクロフイブリルにこれらのプロテオグリカンが沈着することが関係している可能性がある。(3)落屑物質の免疫組織化学的検討九州大学とエルランゲン大学で得られた落屑症候群を持つ摘出眼球を免疫組織学的手法を用いて染色し、組織切片を電子顕微鏡で観察した。NHK-1epitopeに対するモノクローナル抗体を用いて染色した標本では、落屑物質に陽性に染まったが、その染色性に落屑物質の存在部位で差が認められた。房水に暴露する部位に存在する落屑物質が強陽性に染まり、局所的に産生されている部位の落屑物質にはあまり染まらなかった。このことから、NHK-1 epitopeは落屑物質の成熟と関係することを推論した。3.落屑症候群患者の症患感受性に関する分子遺伝学的研究落屑症候群患者および健常人の組織適合抗原(HLA)を調べた。DR4は健常人317名中132名(42%)で、落屑症候群患者では34名中6名(18%)であった。つまり、落屑症候群患者ではDR4をもっている人が少なかった。これは相対危険度0.3、P値0.0065で、5%以下の危険率で有意であった。同様に、DQ4は健常人317名中97名(31%)で、落屑症候群では34名中4名(12%)で、落屑症候群患者ではDQ4をもっている人が少なかった。これは相対危険度0.3、P値0.035で、5%以下の危険率で有意であった。さらに、Yatcの補正を行った後でも、落屑症候群患者ではDR4およびDQ4をもっている人が5%以下の危険率で有意に低かった。また、DRB1^*0405およびDQA1^*03も落屑症候群患者では健常人に比較して低い傾向があった。このことから、落屑症候群の発症には症患感受性があることが示唆された。
超臨界雰囲気中を運動する燃料液滴の蒸発・燃焼特性に関する数値的研究

高圧噴霧燃焼の基礎となる、遷移を含む、運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程を解明することを目的として、一連の数値的な研究を行った。1.平成7年度の科研費研究で開発した高圧雰囲気中を運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程に対する計算法に改良を加え、亜臨界、遷移、超臨界のすべての範囲において、気液界面、表面張力の影響、液滴の変形、火炎特性の時間的変化を精度よく計算できるようにした。。2.亜臨界から超臨界の範囲にわたって、運動する単一燃料液滴の数値解析を行い、液滴の運動速度と蒸発・燃焼特性との関係を調べ、以下のことを明らかにした。(1)運動する液滴が大きく変形し、クラゲ状になる。(2)着火は液滴の後部から起きる。着火後、火炎は液滴から急速に遠ざかるため、液滴の蒸発と燃焼過程が恰も独立に進行している。(3)蒸発の最終段階を除いて、蒸発速度は液滴の初速度に比例する。(4)燃焼は蒸発完了後も長時間続く。燃焼速度は液滴運動に無関係である。(5)亜臨界から超臨界への遷移は温度の高い部分から始まるので、液滴の前面、そしてリング渦部分の順に起きる。(6)表面張力が液滴の変形を抑制する効果があるが、表面張力が温度と共に変化する高温高圧の場合、その影響はさほど大きくない。(7)2次元液滴と軸対称3次元液滴とを比べて、蒸発時間がほぼ同じになるという意外な結果を得た。これは液滴変形の総合的な影響によるものである。一方、軸対称3次元液滴の燃焼時間は2次元液滴の約2/3倍である。(8)上記の計算結果に基づき、対流の影響を考慮した新しい蒸発モデルを構築した。3.超臨界雰囲気中に正面衝突する燃料液滴の蒸発特性の数値解析を行い、以下のことを明らかにした。(1)衝突する液滴の蒸発過程は液滴間距離が大きいときは液滴前面の濃度境界層により支配される。しかし、液滴が衝突し、縦方向に延ばされると、後方からきた流れの作る濃度境界層が支配的になる。(2)蒸発時間はある初期液滴間距離で最大値を取り得る。。
常圧低酸素トレーニングは一般人の健康・体力つくりに有効か?

日常的にトレーニングをしていない健康な男子大学生を用い,常圧低酸素環境(酸素濃度16%)への急性暴露が筋力および運動中の呼吸循環機能にどのような影響を与えるか,常圧低酸素環境および常酸素環境で持久的なトレーニングの呼吸循環機能に与える効果,そして常圧低酸素環境および加圧ベルトでの筋力トレーニングの効果を検討した。低酸素環境への急性暴露によって,筋力は若干減少する傾向を示したが,統計的には有意ではなかった。また,呼吸筋の酸素消費量も低酸素環境による影響が認められなかった。常圧低酸素環境下での持久的トレーニングの結果,最大下作業中の酸素摂取量および呼吸筋の酸素消費量ともに減少傾向を示したが,統計的な有意差は認められなかった。また,常酸素環境下でトレーニングした結果とも有意差は認められなかった。常圧低酸素環境下および加圧下の筋力トレーニングによって,筋力および周囲長は有意に増加した。しかし,両条件間には有意差を認めなかった。以上のことから,酸素濃度が16%程度の低酸素環境では,常酸素環境下での持久的トレーニングと得られる効果に差がないことが示唆された。しかし,加圧トレーニングと同様の効果が常圧低酸素環境下での筋力トレーニングで得られたことは,四肢以外の筋力トレーニングにも常圧低酸素環境下でのトレーニングが有効であることを示している。また,トレーニング後に貧血などの症状を引き起こすことがない点で,低酸素環境下での筋力トレーニングは一般人に有効であることが示唆された。常圧低酸素環境下における滞在やトレーニング効果については,多くの報告がある。しかし,そのほとんどが,高所トレーニングに変わる方法としての,競技能力向上に関する研究である。常圧低酸素システムが民間のトレーニングジムなどにも導入され,一般人にとっても身近なものとなっている現在,一般人の健康・体力つくりや生活習慣病予防に関して検討した報告はほとんど見られない。そこで平成21年度は,常圧低酸素環境に急性暴露した際の生体応答(呼吸筋の酸素消費量の変化および筋出力の変化)について検討した。被験者として健康な男子大学生8名を用い,常圧低酸素環境(酸素濃度16%)への滞在1時間後に,等速性筋力および運動中の呼吸筋の酸素消費量を測定し,常酸素環境と比較した。その結果,等速性筋力には低酸素環境の影響を認めることはできなかつた。しかし低酸素環境での運動時,換気量の亢進が大きな要因となり,常酸素環境よりもより多くの酸素を呼吸筋が消費することが明らかとなった。平成22年度以降はこれらの基礎資料を基に持久的トレーニングや筋力トレーニングによって、一般人の健康・体力つくりに有効かどうかを検討する。そこで平成22年度は,健康な男子大学生それぞれ7名に常圧低酸素環境下および常酸素環境下で,最大酸素摂取量の60%で30分間週3回8週間にわたってトレーニングさせた。また同期間,7名の男子大学生を対照群として用いた。トレーニングの前・中・後にすべての被験者の最大酸素摂取量,最大酸素摂取量の50および60%相当時の呼吸筋の酸素消費量,そして身体組成を計測した。その結果,対照群で得られたすべての計測結果には8週間にわたる変化は観察されなかった。両トレーニング群ともに,トレーニング後に最大酸素摂取量は増大したが,常圧低酸素環境下でトレーニングした群の方が、常酸素環境下群よりも有意な増加を示した。また,体重減少も低酸素群で大きくなる傾向を示した。体脂肪率に関しては,年末年始を実験期間に挟んだため,変動が大きかったが,両群ともに減少傾向を示した。運動中の呼吸筋の酸素消費量に関しては,両群ともに有意な変化を観察することは出来なかった。

以上のことから,一般人が常圧低酸素環境下で持久的なトレーニングを実施することは,全身持久力を明らかに向上させること,望ましい方向に身体組成を改善することが示唆された。平成23年は,低酸素環境下と上肢を加圧させての筋力トレーニングの効果を比較し,常圧低酸素環境下でのトレーニングが一般人の健康・体力つくりに有効であることを検討したい。常圧低酸素環境下における滞在やトレーニング効果については、多くの報告がある。しかし、そのほとんどが、高所トレーニングに変わる方法としての、競技能力向上に関する研究である。常圧低酸素システムが民間のトレーニングジムなどにも導入され、一般人にとっても身近なものとなっている現在、一般人の健康・体力つくりや生活習慣病予防に関して検討した報告はほとんど見られない。そこで平成23年度は、健康な男子大学生21名を用い常圧低酸素環境下でのレジスタンストレーニングと加圧によるレジスタンストレーニングの効果の差異について検討した。7名は常圧低酸素環境下で2kgのダンベルを用い、そして7名は常酸素環境下で上腕に加圧ベルトを装着して2kgのダンベルを用いたレジスタンストレーニングを実施させた。レジスタンストレーニングは1秒に1回の肘屈曲を30回行い10秒休息、その後20回実施で10秒休息、そして10回実施させた。このトレーニングを週3回8週間にわたって行わせた。また同期間,7名の男子大学生を対照群として用いた。トレーニングの前・中・後にすべての被験者の毎秒60度および300度の等速性筋力、そして上腕周囲長を計測した。その結果、両トレーニング群ともに筋力および周囲長は有意に増加した。しかし,両群間には有意差を認めなかった。加圧トレーニングと同様の効果が常圧低酸素環境下でのトレーニングで得られたことは,四肢以外の筋力トレーニングにも常圧低酸素環境下でのトレーニングが有効であることを示している。また,トレーニング後に貧血などの症状を引き起こすことがない点で,低酸素環境下での筋力トレーニングは一般人に安全かつ有効であることが示唆された。
視神経電気刺激による視機能の保護と回復

本課題は人工的電気刺激により視機能の維持や回復を目指す試みである。神経活動は神経細胞に様々な細胞内シグナル伝達の変化を引き起こす。その結果、神経突起の伸長や細胞間のシナプス機能が変化することが知られているが、特に注目すべきこととして、視神経の電気刺激により、視神経切断後に生じる網膜神経節細胞の細胞死がある程度減少することが報告されている。このことは、人工的な神経活動により、視機能の保護や回復を誘導できる可能性を示している。そこで、視神経の圧迫損傷をモデルとし、電気刺激による神経活動が、損傷後の視機能低下を防止するか、あるいは損傷後に低下した機能の回復を促進するかを成熟ラットを用いて検討した。視神経損傷の影響や電気刺激の効果を同一の動物で調べるため、慢性記録標本を作製した。成ラットの視覚野直上にステンレス製ボルト記録電極を留置し視覚誘発電位を記録した。一側視神経を定量的に損傷し、直後に視覚誘発電位を記録した。記録終了後、ラットERG記録用双極電極を角膜に装着し、6時間の経角膜電気刺激を行った。対照群は、電極装着後、刺激を与えずに同じ時間麻酔下で維持した。電気刺激終了直後、および視神経損傷から1週間後にも視覚誘発電位を記録した。以上、計4回の視覚誘発電位を各個体毎に記録し、その振幅を定量し、評価した。全ての動物において、視神経損傷直後に視覚誘発電位の振幅は大きく減少した。非刺激群では、その後6時間あるいは1週間の回復期間をおいても視覚誘発電位の改善は見られなかった。一方、経角膜電気刺激群においては、その振幅は電気刺激終了直後に有意に増大し、それは1週間後の記録においても持続していた。以上の結果から、ラットにおいて、視神経損傷直後の経角膜電気刺激が、視機能の保護あるいは回復を促進することが示唆された。そこで、視神経の圧迫損傷をモデルとし、電気刺激による神経活動が、損傷後の視機能低下を防止するか、あるいは損傷後に低下した機能の回復を促進するかを成熟ラットを用いて検討している。今年度はまず、程度が一定した視神経損傷を動物に与え、さらにその動物より長期間にわたり視覚性誘発電位を記録できる標本を確立した。視神経損傷のため、麻酔下のラットで、露出した視神経におもりを用いて圧迫を与えた。おもりの重さ、圧迫時間を調節することで、圧迫損傷の程度を定量的に調節することができる。さらに、大脳皮質視覚野上の頭蓋骨に記録用のボルト電極を固定した。これにより同一動物の大脳皮質視覚野より閃光刺激に対する誘発電位を、一週間以上にわたり慢性的に記録し、視神経機能を評価することができる。これまでに、この動物標本を用いて、視覚性誘発電位の大きさが10%以下に減弱するが、完全に消失はしない程度の損傷を安定して与えるプロトコルを確立した。今後は、損傷と同時に視神経に電気刺激を与えることで、視神経機能の低下や回復過程がどのような影響を受けるかを明らかにする予定である。