hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タウタンパク質の神経原線維変化の形成抑制を目指したプロリン異性化酵素改変体の創製

また、このプロテアーゼ活性の反応効率及び特異性には、さらなる向上の余地が残されており、今後の研究においても改良を重ねていく予定である。本研究は、アルツハイマー病の主要な原因と知られるタウタンパク質の神経原線維変化(NFT)の形成を標的とし、このNFTの形成抑制、また、その結果としての微小管の安定化とアルツハイマー病の発症抑制を目指した。この目的のため、近年明らかになってきたプロリン異性化酵素FKBP12とPin1とタウタンパク質との特異的な相互作用に注目した。本研究では、まず、両プロリン異性化酵素の活性部位に網羅的変異を導入し、プロリン異性化活性の向上に成功した。さらに、Pin1の機能の大幅な改変に取り組み、タウタンパク質が有するpS/pT-Pモチーフも標的とするプロリン残基指向性プロテアーゼ活性の創出に成功した。当初計画では、本年度はPin1のプロリン異性化活性を向上させる変異体を設計するとともに、大腸菌の系で発現及び精製し、タウペプチドの凝集抑制活性能の向上を図る予定であった。ところが、Pin1のプロリン異性化活性の向上をもたらす変異体は、数種類作成することに成功したものの、プロリン異性化活性とタウペプチドの凝集化の抑制能力との相関が認められなかった。このことは、プロリン異性化状態がタウタンパク質(タウペプチド)の凝集化の原因のひとつであるという定説に対し、本研究は一石を投じることになった。一方で、タウタンパク質の凝集化の抑制能をPin1が確実に有することも確認したので、今後の研究の中で凝集化抑制機構の本質的な解明を目指していきたい。生物物理学平成27年度はPin1にプロテアーゼ活性を付与するような変異を導入する予定であり、現在までの予備的な研究により、変異にともなうプロテアーゼ活性の出現を確認している。さらに活性と特異性を高めることにより、実際にタウタンパク質のリン酸化部位の特異的な切断による凝集化阻害を目指す予定である。また、これと平行して、Pin1の本来のタウタンパク質凝集化抑制機構についても、解析を進める予定である。本研究の申請調書で触れているように、本研究では、新規「Pin1の異性化活性のスクリーニング法」を確立することが研究全体の成否を決定付けるものになっており、これが達成できたことから、初年度の目標は概ね達成できたと考えている。一方で、Pin1の改変体の作製速度が、諸般の事情により、ピーク速度から期待されるものよりは遅くなっているものの、このことは当初からすで考慮済みであり、来年度の前半で完了するという当初の予定に変更はない。本年度途中より広島大学のグループと、Pin1の異性化活性測定に関する共同研究を開始した。当初予定になかった広島大学での研究打合せのための旅費として、前倒し支払請求をおこなった。当初は2回の出張を計画していたが、先方との事前の打合せを密にしたり、インターネットの効率的な活用により、1回の日帰り出張で十分な打合せが行えた。その結果、次年度使用額が生じた。初年度に確立した新規「Pin1の異性化活性のスクリーニング法」を用いて、異性化活性を向上させたPin1を網羅的に導入した改変体の中から見出すとともに、タウタンパク質の凝集抑制能についての解析をおこなう。
リバースエンジニアリングにおける特徴線抽出技術に基づいたNURBS曲面の生成

リバースエンジニアリングの基幹技術としての特徴線抽出によるセグメンテーション技術の開発を行い、正多面体を用いた手法や円錐面や球面などの解析的な曲面を同定した後に自由曲面をセグメンテーションする手法が得られたが、その中でラインベースの手法が有効であるという結論に至った。さらにTスプラインを用いたパッチの結合アルゴリズムの高度化を行った。加えて、セグメンテーションを高速化する技術も併せて開発も行った。実測データからCADを生成しそれをもとに更に性能向上を目指すリバースエンジニアリングでは開発期間の短縮が図られている。ただし、大規模のSTL(STereo Lithography)モデルとなると、最終ゴールのCAD面生成にたどり着くまで多くの時間を費やしているのが現状である。計測散乱点はノイズも多く、その構造再構成にはドローネの手法が使用されるのが一般であるが、代表者のグループでは、それよりも遥かに効率の優れたMOA法(最大角度法)を開発している。代表者のグループも特徴線抽出に関してそれぞれに独自の手法を編み出しており、これらの手法それぞれの高度化を図るとともに得失を見極め、形状に即した効率的な組み合わせ法を検討している。最終ゴールのCAD面はNURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)が標準である。これを構成するためには、まずは四角形パッチを求めるためいくつかの四角形に分けるステップが必要でこのステップはセグメンテーションと称されている。大規模モデルに対するセグメンテーションは、手作業なしでは未だどこも成功していない。これに対して、当該年度では、まず、曲率を用いて特徴線の抽出アルゴリズムの研究を行った。さらに、これと領域成長を用いた対象物表面の形状の分類に関する研究、すなわち、平面、円筒面、円錐面.トーラス面、球面、フィレット面、押し出し面、線織面の分類に関する研究を行った。特徴線の抽出には、法線ベクトルや平均曲率を利用し、形状の分類には、メッシュの局所的な性質を調べるためにガウス写像の次元とその形状特性を利用した。ここで得られた結果により、各セグメントの境界部分の抽出が高精度に行うことができ、加えてそのセグメントの境界が滑らかなものとして得ることができる。これは、NURBS曲面などの曲面生成を行うための一つの重要な要素となる。構造再構成の際、特徴線が要素の境界でなく、要素を横切ったりすると再構成の精度は悪くなる。そこで第1ステップとして、ガウス写像と曲率を組み合わせ、平面、円筒面、円錐曲面、球面、トーラス面、掃引曲面、線織面といった曲面の型を同定するアルゴリズムを開発した。第2ステップとして、シャープエッジやフィレットの認識の後に部分的なセグメンテーションを行い、残りの自由曲面に対して、法線ベクトルを用いて全体のセグメンテーションを完成するなど、同定アルゴリズムの高度化により、正確なセグメンテーションを実現した。次に、四面体メッシュ生成アルゴリズムとして、基本的に使用されているドローネ法では表面メッシュの構造を保持した上での自動的四面体メッシュを生成することは困難である。そこで、与えられた表面の三角形メッシュを正確に保持するというアドバンシング・フロント法の長所を生かし、内部にグリッド点を生成し、境界から内部に向かって、グリッド点の中から要素品質が最良となるような点を選択して四面体要素を生成することにより、中心部分の要素品質が悪くなるというアドバンシング・フロント法の欠点も自動生成で克服した。更にTスプラインを用いて、表面パッチの結合による、ギャップのない、任意形状の自由表面の生成法を提案した。このTスプラインによる結合アルゴリズムは、(1)隣接するパッチの共有部分を決定する共有パラメータ領域の決定、(2)スケーリングとエッジのノット間隔が、接合する他の面とのノット間隔と同じになるようにする再パラメータ化、(3)接合部分上にあるそれぞれのエッジと頂点の機械情報の結合位置情報の認識、(4)接合部分上にあるそれぞれのエッジと頂点の位相情報の認識、と4つの主要ステップからなる。以上により既存のNURBSパッチの結合アルゴリズムでは困難な、T字型構造を持つNURBSパッチ間の結合も可能にした。NURBS曲面の生成の精度をよくするためには、その前段階であるセグメンテーションの工程を精度をよく行う必要がある。そのため、本年度は、まず、前年度までに行っていた、シャープエッジの検出を基調として、平面,円筒面,球面,押し出し面,線識面,回転面,トーラス面,フィレット曲面などの曲面型を同定するセグメンテーション手法と、正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体の五つの正多面体(プラトン立体)を基にセグメンテーションを行う手法に加えて、平均値シフト法を基盤とする新しい手法の研究開発を行った。新手法は、各三角形要素の法線ベクトルを算出し、その法線ベクトルの単位球面へ射影し、その座標(点)を三角形に対応させ、次に、法線ベクトルの近さによって点群のクラスタリングを行い、さらに平均値シフト法により点群クラスターの密度中心を求め、これにWardの最小残差法と経路密度法を用いて点群クラスターをマージしてセグメンテーションを行うものである。

これらの手法の得失を検討した結果、形状の特性を考慮したセグメンテーションを行うためには、領域成長法による手法、特にラインベースの手法が有効であるという結論に至った。また、リバースエンジニアリングに現れるような莫大な数の点を有するモデルに対してセグメンテーション技術を適用するためには、アルゴリズムの高速化を図る必要も生じてくる。そのため、今回は、上記に加えて、各点に対して,それに接続する全ての三角形要素を考え,各法線ベクトルの平均を考えることにより高速化を実現した。前年度に少し遣り残していた部分があったが、今年度はその部分も含めて、おおむね計画を遂行することができた。これは、分担者を含めた3人がそれぞれの役割を全うし、しかも3人の連携がうまくいった結果であると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。Tスプラインを用いた表面パッチの結合による、ギャップのない、任意形状の自由表面の生成法に関しては、理論的にはOKであるが、実際のモデルでの検証がまだ、十分ではない。そこで理論的な部分だけではなく、実際の構造物への適用を考えた場合は、見た目の滑らかさも必要であるため、プログラムによる実地検証を行い、理論の正当性を立証する。また、全体のシステムのプロトタイプを構築し、複雑モデルへの適応性およびシステム全体の頑健性の検証も併せて行う。
生体4Dイメージングによる血管の管腔形成機構の解析

血管内皮細胞特異的に内腔膜および細胞間接着を可視化できるトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し、生体内ライブイメージングにより血管の管腔形成過程を観察した。その結果、同過程における血流の役割を見出した。さらに我々は、Hippo pathwayの標的因子であるYAP1が、血管の管腔形成に伴って核外から核内に移行することを見出し、最終的にはこれが管腔形成後の血流刺激によって制御されることを明らかにした。血管の主要な役割は管として血液の運搬を担うことであることから、血管の管腔がどのように形成されてその管腔構造が維持されるのかを理解することは、血管研究の根源的な主題であるといえる。管腔形成過程は極めて動的な過程であることから、これらを詳細に理解するためには、現象を生きたまま立体的に(4D)捉える必要性がある。そこで本研究では、胚が透明で生きたまま血管を可視化できるゼブラフィッシュをモデルとして用い、管腔形成過程を生体内でリアルタイムに可視化することにより、その詳細な理解を目指している。血管内腔の形成は、血管内皮細胞が内腔(Apical)側と側底部側に極性化するところから始まることから、この過程の解析のため、管腔膜のみを特異的に可視化できるトランスジェニックフィッシュの作製を行った。具体的には、ゼブラフィッシュのpodocalyxin-like 1の内部にEGFPを組み込んだ融合タンパク質を血管内皮細胞特異的に発現させることで、内腔膜のみを特異的に可視化することに成功した。さらに、細胞間接着を特異的に可視化するために、細胞間接着局在分子であるPECAM1およびClaudin5に蛍光タンパク質を融合させた分子を血管内皮細胞特異的に発現させるトランスジェニックフィッシュを樹立し、細胞間接着の特異的可視化に成功した。現在、これらのラインを用いて、極性化過程における内腔膜の形成過程や、管腔化および管腔を維持する状況での細胞間接着のリモデリングについて生体4Dイメージングによる解析を行っている。申請者はさらに、Hippo patywayの標的因子が管腔化による制御を受けることを新たに見出しており、管腔化のアウトプットを理解する研究として、新たに解析に着手した。血管は血液の通る管であることから、血管がどのように管腔を形成し、それに伴い血管内皮細胞がどのように応答するのかを理解することは、機能的血管の構築過程を理解するうえで必須である。本研究では、ゼブラフィッシュを用いたin vivoイメージングによって、血管の極性化や管腔化、およびそれに起因する血管内皮細胞の応答を分子レベルで理解することを目指した。血管内皮細胞の内腔膜や細胞間接着を特異的にラベルできるトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し、節間血管の管腔が形成される過程を動的に解析した結果、血管新生では最初に複数の両側盲端の管腔が自律的に形成され、続いて血流と繋がった内腔(開放端)が抹消(盲端側)に向かって伸長・融合することで一続きの管腔を形成することを明らかにした。後者の管腔の伸長および融合は心拍に起因する血流に依存しており、血流による方向性を持った力が管腔化の駆動力となることがわかってきた。管腔形成において、個々の血管内皮細胞が血流によるメカニカルストレスにどのように応答するのかは今後の課題である。申請者はさらに、上皮細胞の極性形成に関与するHippo経路に注目し、血管の管腔形成との関係性を検討した。Hippo経路の標的因子である転写共役因子YAP1の活性制御をモニターする目的で、血管内皮特異的にGFP-YAP1を発現するトランスジェニックフィッシュを作製した。そこで、GFP-YAP1の局在を生体内で観察することで、血管におけるYAP1の活性状態を動的に捉えることに成功した。観察の結果、GFP-YAP1は、血管管腔化に伴って核内に移行することを見出した。さらに一連の解析から、YAP1の核局在および転写活性化能の亢進は、管腔化に伴う細胞形態の変化ではなく、管腔形成後の血流によるメカニカルストレスによって引き起こされることを新たに見出した。血管生物学ゼブラフィッシュの管腔形成過程をin vivoイメージングにより可視化するために、内腔膜を特異的に可視化できるトランスジェニックフィッシュと、細胞間接着を特異的に可視化できるトランスジェニックフィッシュの作製に成功しており、これらを用いて管腔形成過程や、管腔化した血管の4Dイメージング研究に着手できているため、概ね当初の目標を達成できたと考えている。共焦点顕微鏡や二光子励起顕微鏡を用いて、血管内皮細胞が内腔膜の極性を獲得する過程について、細胞動態を連続的に捉えて詳細な解析を行う。また、細胞間接着やアクチン骨格のダイナミクスを同時に可視化することで、細胞間接着の形成やリモデリング、細胞骨格系の制御がどのように極性形成・内腔形成とリンクするのかも解析する。

さらに、細胞間接着の可視化を行うことによって、管腔形成過程や管腔が維持された状況下での細胞間接着のリモデリングの動態についても注目して解析を行う。分子レベルでの解析は、モルフォリノオリゴやTALENによるノックアウトフィッシュの作製、ドミナントネガティブ型タンパクの発現などにより、行う予定である。具体的にはHippo pathway関連因子と管腔化との関連性を中心に解析を行う。管理するゼブラフィッシュの匹数が当初予定よりも若干少なく、ゼブラフィッシュ維持・管理のための費用が減少したため。新たなゼブラフィッシュ系統の作製を予定しており、これらのゼブラフィッシュの維持・管理費とする。具体的には餌代やフィルター代、ケージ代などに充てる。
金融コングロマリットの規制の在り方

本研究は、当初、金融コングロマリット規制に関するJoint Forumの提言とその後の展開を研究の中心課題としていた。第1章の「金融コングロマリットと保険」は、わが国の金融コングロマリット規制の現状と問題点について、Joint Forumの提言とも比較しつつ、検討したものである。しかし、Joint Forumの提言内容はその後EUの金融コングロマリット指令にも採用されることとなったものの、Joint Forumの上記提言を深化させるという活動は行われなかったこともあり、このまま抽象的にJoint Forumの提言内容を分析検討することは必ずしも得策ではないと考えられたこと、他方で、わが国では様々な形での保険コングロマリットの形成が現に生じており、これに伴う法律問題の検討が喫緊の課題となっていることから、保険コングロマリット形成の一過程である株式会社化の問題の検討に重点を移して研究を行った(第2章「保険会社と組織変更」)。第2章第2款「相互会社から株式会社への組織変更」(保険業法85条96条)に関する研究はその成果である(なお、第2章第1款の保険業法68条84条についての研究は、相互会社化に関するものであるが、株式会社化に関する規定の中で相互会社化に関する条文が準用されていることから併せて成果報告書に収めてある)。株式会社化規整は、平成15年4月の保険業法改正で、一部改正がなされたことから、同改正を分析検討する研究を平成15年度に行った。第2章第3款の「平成15年保険業法改正による株式会社化規整の改正」はその成果である。本年度は、バーゼル銀行監督委員会、証券監督者国際機構および保険監督者国際機構により1996年に創設された金融コングロマリットに関する「ジョイント・フォーラム」が公表した各種文書を順次分析・検討するとともに、わが国のほか、米国・ドイツ等の諸外国における関連文献を収集し、今後4年間の研究の基盤整備を行うことができた。とりわけ、本年度前期の大学院法学研究科(専修コース)の商事法特講の授業(「金融コングロマリットの研究I」)において、「ジョイント・フォーラム」が1998年2月に公表した協議用文書、およびその意見照会を経て1999年2月に公表したペーパー等を研究対象として取りあげ、金融機関から派遣された社会人大学院生らと意見交換をなしえたのは有意義であった。また、本年度は、今後4年間の研究の基盤整備を行う年度でもあることから、関連文献の収集とともにパソコンを利用した研究環境を充実させることにも力を注いだ。具体的には、国際機関・政府機関等から新たに入手した資料をファイルとして整理するとともに、本研究課題に関して過去に入手した関連資料を、研究補助を利用して、ファイル化する作業も行った。本年度は、わが国の従来の金融コングロマリット法制を整理し、その問題点を抽出するという作業を行うとともに、保険コングロマリットの形成過程として重要な相互会社の株式会社化に注目し、なかでも平成12年改正保険業法のもとでの株式会社化に関する諸問題を検討した。「金融コングロマリットと保険」損保研究63巻1号は前者の研究の成果であり、あるべき金融コングロマリット規制を探るための基盤整備的な研究をなしえたと考えている。また、「保険業法逐条解説(XII)(85条89条)」生命保険論集136号、「保険業法逐条解説(XIII)(90条96条)」同137号は、関西保険業法研究会において以前に行った研究報告をまとめるという形をとってはいるものの、その中に本年度の研究成果を相当程度反映させることができたと考えている。なお、保険相互会社のコングロマリット形成に関しては、、株式会社化とこれに続く株式交換・株式移転を計画している複数の相互会社の担当者とコングロマリット形成にかかる実務問題について数度にわたり意見交換を行うことができた。相互会社の株式会社化を経たコングロマリット形成に関してはなお法制整備の余地があると考えられるが、この問題については、今後現れるであろう実例を踏まえたうえで次年度以降にさらに研究を深めることを企図している。

また、本年度は、前年度に引き続き、関連文献の収集とともにパソコンを利用した資料整理にも力を注いだ。この結果、以前にもまして充実した研究環境を作ることができたと考えている。本年度は、当初の予定では、金融コングロマリットの具体的な規制の在り方を検討する予定であったが、海外においてこの分野の研究はやや停滞気味でもあり、このまま抽象的に規制のあり方を検討することは必ずしも得策ではないと考えられたこと、他方で、わが国では様々な形での保険コングロマリットの形成が現に生じており、これに伴う法律問題の検討が喫緊の課題となっていることから、本年度は後者の問題の検討に重点を置いて研究を行った。保険会社の企業結合や企業再編は、相互会社の株式会社化と株式交換・株式移転、保険会社同士の合併、保険契約の包括移転、保険会社の会社分割などによって行われうるが、これらの手段によって企業結合ないし企業再編が実行に移されるに際して、保険業法の様々な箇所で解釈上の疑義が存することが明らかになりつつある。これは、保険業法が、保険コングロマリットの形成が現在のように頻繁かつ多様な形で行われることを想定しなかったことによるものと思われる。そこで本年度は、現に企業結合・企業再編を経験した保険会社の法務担当者とのインタビューを通じて、実務上生じたまたは今後生じかねない種々の問題点を明らかにし、その解決のための保険業法の解釈・立法の在り方を検討した。それらの問題点のほとんどが従来検討されたことがない未知のものであって、その整理に時間を要したため、研究成果の公表には至らなかったが、来年度には、保険会社の企業結合ないし企業再編に関するまとまった研究を公表したいと考えている。当初の予定では、本研究の最終年度である平成15年度には、金融コングロマリットの具体的な規制の在り方を検討する予定であったが、金融コングロマリット規制に関する興味深い提言を行ったJoint Forumの活動がその後停滞したこともあり、このまま抽象的に規制のあり方を検討することは必ずしも得策ではないと考えられたこと、他方で、わが国では様々な形での保険コングロマリットの形成が現に生じており、これに伴う法律問題の検討が喫緊の課題となっていることから、昨年度に引き続き、本年度も後者の問題の検討に重点を置いて研究を行った。保険会社の企業結合や企業再編は、相互会社の株式会社化と株式交換・株式移転、保険会社同士の合併、保険契約の包括移転、保険会社の会社分割などによって行われうるが、このうち、株式会社化規整は、平成15年4月の保険業法改正で、一部修正がなされたことから、本年度は同改正に関する解釈論的検討および立法論的検討を行った。また、本年度は、現に株式会社化、合併、保険契約の包括移転を経験し、また今後株式交換や株式会社化を予定している保険会社の法務担当者とのインタビューを行って、実務上生じたまたは今後生じかねない種々の問題点について調査した。それらの問題点については現在、鋭意整理・分析中であり、近いうちにこれらの問題を中心に、保険会社の企業結合ないし企業再編に関するまとまった研究を公表する予定である。
小中学生の生きる力を育む「防災教科学習」を目指した単元構想図・指導案の開発

本研究では、日本の学校現場における防災教育の現状と課題を明らかにした上で、小学生や中学生が様々な自然災害の正しい知識を身につけ、災害時には自らの危険を予測し主体的に回避する能力を高めるための体系的な教育プログラムを提案し、学校現場でプログラムの評価・検証を行った。研究手法は、学習理論であるインストラクショナル・デザインのアディープロセスを採用した。特に開発したプログラムの特長として、防災の専門家が教育プログラムの実施ごとに学校現場にその都度出向くのでなく、現場教員自身が小学生・中学生との日常の教授学習過程の中で防災教育を実践することができるものとした。本研究は、「特殊な学校(防災教育先進校)」を除いて、これまで「総合的な学習の時間」での1数時限を単元とする1テーマや、防災訓練・避難訓練・消火訓練などの「単発のイベント」としてしか扱われなかった小中学校の義務教育現場における「防災教育」について、防災学の立場から心理学・教育学の学習理論・技法を用い、防災専門家の介入なしに教科学習の中で体系的に学ぶような「単元構想図(カリキュラム)・指導案(1時限の授業進行案)」を提案する。本年度は、熊谷地方気象台が埼玉県教育委員会や埼玉県内の現場教員と連携して「生きる力」を高めるための防災教育について、現場教員・児童・生徒へのヒアリング調査によって学習すべき能力(コンピテンシー)と課題を明らかにし、「緊急地震速報を利用した避難訓練」を県内の全公立学校(約1,500校)へ普及させるための「緊急地震速報訓練用指導プログラム」を開発した。本研究のプログラムを実施することで、緊急地震速報のチャイム音を訓練開始の合図に、チャイム音を聞いた児童生徒は、自らの思考力と判断力を活用し「落ちてこない」「倒れてこない」「移動してこない」安全な場所へ移動し身を守る対応を身に付けることができる。訓練についても、消防法によって年間計画で実施する地震対応行動と避難行動の全過程を行う避難訓練と、朝の会や休み時間,掃除の時間など様々な場面を想定し、対応行動のみを短時間で行うショート訓練の2種類を提案した。訓練の前後に行う事前学習・事後学習では、児童生徒が自らの思考力と判断力を活用しながら主体的に行動することができる学習目標を設定したうえで、学校の特徴にあわせて現場教員の創意工夫が生かされる指導ができるよう,自由度の高いプログラム設計としており、埼玉県内の全公立小中学校や特別支援学校等において適用可能なものにした。本年度は、南海トラフ巨大地震・津波の危険性が高い高知県、歴史災害が少なく災害に対する意識が低い岡山県などの各学校の現場教員・児童・生徒へのヒアリング調査によって学習すべき能力(コンピテンシー)と課題を明らかにした。特に、2013年9月2日の埼玉県竜巻災害において人的・建物被害が発生した埼玉県越谷市の小中学校へのヒアリング調査によって、竜巻に関する防災教育が具体的なカリキュラムによって実施されていなかったことを明らかにし、竜巻被災地の児童生徒を対象に竜巻発生時の心理・行動状態を把握する質問紙調査を実施し、竜巻の予兆現象や竜巻が接近したときの対応行動などの実態を明らかにした。さらに質問紙調査によって解明された児童生徒の心理・行動状態をもとに、竜巻に関する効果的な防災教育のあり方について提案を行った。被災地の心情に配慮をし、大きな被害が発生しなかった埼玉県熊谷市の小学校の協力を得て、竜巻防災教育プログラムを開発・検証し、児童にどのような対応行動の向上が見られたかについての効果測定も行った。また本学校は昨年度開発をした「緊急地震速報を利用した教育プログラム」に関係する実践校であり、緊急地震速報という別のハザードを対象にした訓練の教育効果が、竜巻から身を守る対応行動に援用できるかどうかについても検証を行った。本年度は、昨年度に引き続き、南海トラフ巨大地震・津波の危険性が高い高知県、歴史災害が少なく災害に対する意識が低い岡山県(ただし両県とも昨年度とは異なる学校を対象)の各学校の現場教員・児童・生徒へのヒアリング調査によって学習すべき能力(コンピテンシー)と課題を明らかにした。具体的には、巨大地震・津波の危険性が高い地域における年間を通した教育プログラムの実施について検討・実証を行った。また、竜巻被災校の被害・対応と、これまでの竜巻防災教育の実態を分析し、インストラクショナル・デザインのアディープロセスの考え方を導入し、竜巻やその予兆現象を理解した上で、竜巻接近時の対応行動を学ぶこと及び竜巻発生を正しく認知した時に適切に判断をして迅速に行動する「竜巻災害への行動のパッケージ化」を学習目標とした竜巻防災教育プログラムを開発した。

本教育プログラムは、竜巻被災校・竜巻被災地域内の小中学校において、プログラム開発段階で学習効果の向上を確認しながら改善を図り完成度を高めた。そして複数の学校でプログラムを実践し、竜巻発生を正しく認知した時に適切に判断をして迅速に行動するという点について、十分な教育効果が確認できた。当初計画にあった、当事者(教職員・児童生徒)の生の声を収集した上で、「竜巻による学校被害・児童生徒への人的被害」という従来の防災教育では手薄だった分野に焦点をあてて、被災地における実践をもとに教育プログラムを完成させ、被災地内の他学校等での使用を通して教育プログラムの実証を行った。特に本プログラムは、防災専門家が介入しなくても、教育歴に関係なく、どの学校・どの教員でも、児童生徒との日常の教授学習過程の中で授業を可能にする竜巻防災教育プログラムとして、教育委員会からも高く評価され、栃木県では全県の学校現場へ配布された他、文科省の実践的安全教育総合支援事業でも活用されていることは大きな成果である。ただし、東日本大震災からの復興はまだ道半ばであり、特に地震災害の最新の知見・教訓をもふまえた防災教育プログラム開発・提案には時間がかかり、またマルチハザードとしての防災教育プログラムの開発および、複数の学校への適用・検証にまで結びつけることができなかったことなど残された課題もあるために、これらについては次年度以降の課題として解決していきたい。本研究は、「特殊な学校(防災教育先進校)」ではない一般の小中学校の教育現場において、これまで「総合的な学習の時間」での1数時限を単元とする1テーマや、防災訓練・避難訓練・消火訓練などの「単発のイベント」としてしか扱われなかった「防災教育」について、防災学の立場から心理学・教育学の学習理論・技法を用い、防災専門家の介入なしに教科学習の中で体系的に学ぶような「単元構想図(カリキュラム)・指導案(1時限の授業進行案)」を提案する。本年度は、これまで開発してきた地震・竜巻の防災教育プログラムについて、インストラクショナル・デザイン理論におけるADDIEプロセス(分析→設計→開発→実施→評価のスパイラルアップによってプログラムの向上を図っていくプロセス)の考え方に従って、新たな小中学校での実証によるプログラムの効果測定とプログラムの更新を行うとともに、火山防災教育の課題を踏まえて、子どもたちが火山噴火を正しく理解し、適切な対応行動を身に付けるための体系的な火山防災教育プログラムの開発と検証を行った。対象としたのは栃木県の那須岳火山地域の児童生徒であり、児童生徒および保護者を対象としたアンケートにおいて那須岳の噴火に対する防災意識の現状と課題を明らかにし、プログラムを開発し実践によって検証を行った。また検証過程において、火山防災教育プログラムと地震防災教育プログラムを並行して行うことによって、児童生徒の防災意識・行動にどのような変化が見られるかの効果測定を行った。特に分析結果から、火山防災教育プログラムによる学習効果は、火山イベントと地震イベントによって、当初習得した学習効果が一定レベルで保持されていることを明らかにした。
導電性高分子のソフトアクチュエータによる医療機器の開発

導電性高分子ポリピロール(PPy)は、自立フィルム作成法として使用する電解重合時において、使用する支持電解質中のアニオンを選定することにより、アノード膨張及びカソード膨張の対称的な膨張極性を有するポリピロール自立フィルムを作製出来ることが明らかとなった。以上の両対称的な膨張特性を有するポリピロール層を表裏面に有する自立フィルムは、それ単膜で大きく屈曲運動を示すバイモフル駆動フィルム(バイアイオニックアクチュエータ)として振る舞うこと明らかとなった。この屈曲フィルムを用い、幾つかの構造体に組み合わせることに、煽動的な変形運動を示すアクティブリングや唇型駆動を示すリング等さまざまな運動体を作製することに成功した。以上の運動体によるデモンストレーションから、バイアイオニックアクチュエータが生体的な駆動素子として十分活用可能であることが示された。PPyバイアイオニックアクチュエータの駆動系を形成するPPy単体フィルムのカソード膨張性及びアノード膨張性はまた、独自のフィルム変形直接測定法の結果から、比較的希釈な塩化ナトリウム水溶液0.005M中においても、明瞭な伸縮運動を呈した。海水(約1M)及び生理食塩水(0.10.5M)等の濃度を考慮すると、アノード、カソード各膨張性フィルムはこうした生体系電解水溶液中でも安定に変形駆動を示すことが明らかとなった。以上の結果から、両膨張性フィルムを応用したPPyバイアイオニックアクチュエータもまた、生体系電解液溶液中で屈曲性能を発現させることを示し、生体系機能素子等への高い応用性が示された。導電性高分子ポリピロールの電気化学的酸化還元反応過程におけるフイルム伸縮挙動について、調査検討を行った。ポリピロールフィルムの電気化学反応過程では、その電気伝導度は酸化・還元両状態共に比較的高い電気伝導性を有することが判明した。こうした高い電気伝導性は繰り返し印加される電気化学的酸化還元反応後においても保持され、電気化学的活性はプロトン濃度が比較的低いph5の領域においても保持されることが判った。以上の結果は、ポリピロールが中性電解液中においても電解反応を示し、酸化・還元両状態で単電極として振る舞い且つ膜内での電気化学反応性能が高く、電気化学アクチュエータとして極めて有用な材料であることを意味する。ポリピロール自立フィルムの電解伸縮挙動をポリピロール自立膜は、電気化学的重合法により作成される。得られたフィルムの電解伸縮挙動は電解重合時に使用する支持電解質により、その伸縮特性が大きく変化することが判った。以上の結果、ポリピロールフィルムは、作成法によりアニオン駆動型とカチオン駆動型の2種類のフィルムを作成可能であることが判明した。この二つのタイプの駆動型フイルムを組み合わせることで、新たなタイプのアクチュエータ両面駆動型アクチュエータ)の構築が可能となった。より生体デバイスの実用的応用を鑑み、リング部位を導電性高分子アクチュエータで構成したアクチュエータ(アクティブリング)の試作を行った。印加電位のサイクルにある程度同期したリングの変形が見られたものの、その変形は一方向的であり、再現的な変形を発現させる事が困難であった。そこで、先に示した新規なアクチュエータ構造を導入したアクティブリングを試作したところリング変形の可逆性能は大きく向上し、印加電圧に比較的追従したリング変形が観測された。ここに試作されたアクティブリングは生体デバイスの一部品とみなすことが可能で、より立体的な構造の導入により、蠕動運動等を示すチューブやポンプ等への具体的デバイス展開をより明確に示すことができた。導電性高分子ポリピロール(PPy)は、電解重合法により変形駆動を呈するフィルムが作製される。電解重合時に使用する支持電解質中のアニオンを選定することにより、アノード膨張及びカソード膨張の対称的な膨張極性を有するポリピロール自立フィルムを作製出来ることが明らかとなった。

こうした、両対称的な膨張特性を有するポリピロールフィルムを表裏面に連続的に成膜することで、単膜で大きく屈曲運動を示すバイモフル駆動フィルム(バイアイオニックアクチュエータ)を作製出来ることが明らかとなった。この屈曲フィルムを用い、幾つかの構造体に組み合わせることに、煽動的な変形運動を示すアクティブリングや唇型駆動を示すリング等さまざまな運動体を作製することに成功した。以上の運動体によるデモンストレーションから、バイアイオニックアクチュエータが生体的な駆動素子として十分活用可能であることが示された。PPyバイアイオニックアクチュエータの駆動系を形成するPPy単体フィルムのカソード膨張性及びアノード膨張性はまた、独自のフィルム変形直接測定法の結果から、比較的希釈な塩化ナトリウム水溶液0.005M中においても、明瞭な伸縮運動を呈した。海水(約1M)及び生理食塩水(0.10.5M)等の濃度を考慮すると、アノード、カソード各膨張性フィルムはこうした生体系電解水溶液中でも安定に変形駆動を示すことが明らかとなった。以上の結果から、両膨張性フィルムを応用したPPyバイアイオニックアクチュエータもまた、生体系電解液溶液中で屈曲性能を発現させることを示し、生体系機能素子等への高い応用性が示された。
マスターレギュレーターを介した相反的Ｇ１／Ｓ制御による細胞系列分岐のメカニズム

様々な細胞運命の決定や分化の進行は、転写因子によるネットワークを重要な分子基盤としている。我々は胸腺DP(CD4/8 double positive)細胞からヘルパー系CD4SP(CD4 single positive)細胞、またはキラー系CD8SP(CD8 single positive)細胞を選択的に分化誘導する培養系を確立し、これを用いて転写因子Runx3がCD8SP細胞分化を司どるマスターレギュレーターであるとの発見の一翼を担ってきた。一方、CD4SP細胞分化のマスターレギュレーターはTh-POKである。Runx3とTh-POKは、互いを負に制御することによって、共通の前駆細胞から2つの細胞系列の分岐を可能としている。しかし、分化シグナルを受容した結果、Runx3/Th-POKのいずれが優位に働くのか、転写因子ネットワークのダイナミズムがどのように制御されるのか、未だ完全に理解されるには至っていない。上述の培養系は、TCRシグナルという分化の「トリガー」から、可逆的な中間段階を経て「不可逆的分化」が成立するまでの動的なプロセスを観察することを可能にした。我々はこれを用いて、「Runx3, Th-POKという二つの細胞系列のマスターレギュレーターは、それ自身がG1-S期進行を相反的に制御する活性を有するとともに、G1-S期制御に依存してそれぞれの系列決定を行う」ことを見いだした。細胞周期制御が分化進行に随伴して起こるという見方はしばしば行われるが、本研究では、細胞周期制御が転写因子ネットワークと関連して細胞運命分岐の要因をなすというモデルを提唱するに至った。24年度が最終年度であるため、記入しない。胸腺CD4/8両陽性(CD4/8 double positive,DP)細胞からヘルパー系CD4 T細胞とキラー系CD8、T細胞が分岐する際、転写因子Th-POK,Runx3はそれぞれの分化におけるマスターレギュレーターである。このとき、分化のトリガーである抗原レセプターを介したシグナル、あるいはキラー系CD8T細胞への分化にとりわけ重要なサイトカインレセプターを介したシグナルが、細胞周期のG1-S進行に対してそれぞれ抑制的または促進的に働き、この相反的なG1-S制御に依存して細胞系列決定が行われることを見出した。このような細胞系列決定の機構-- "reciprocal G1/S controlmodel"と呼ぶことにした--の分子的機序の解明を目指し、胸腺DP細胞に各種細胞周期制御分子の強制発現並びにノックダウンを行い、抗原レセプターによる分化誘導・細胞系列決定への影響を検討している。Runx3発現が抗原レセプターシグナルによるG1 arrestおよびCD4 T細胞系列への分化を抑制する一方、Runx3によるTh-POK抑制・CD4抑制・CD8活性化が、いずれもDNA複製ライセンス因子Cdt1の抑制因子Gemininの発現により阻止されることが確認された。一方、c-myc,AktがRunx3と同様に抗原レセプターシグナルによるG1 arrestおよびCD4 T細胞系列への分化に拮抗的に働いた。ミモシン、ラパマイシンなどG-S阻害剤がヘルパー系CD4 T細胞への分化に促進的、CD8T細胞への分化に拮抗的に働くことを考え合わせると、G1-S進行制御とTh-POK,CD4,CD8遺伝子の制御が密接に関連すると思われる。現在分子機構の詳細について、更なる検討を行っている。我々が提唱しているモデルをサポートする実験データを着実に蓄積している。分子機構の詳細を解明するための準備も整いつつある。胸腺DP細胞株に各種CDK inhibitorを薬剤依存的に発現させ、Runx3によるTh-POK抑制・CD4抑制・CD8活性化をgemininと同様に阻止するか否か、またこれらCDK inhibitorのノックダウンがTCRシグナルによるCD4系列への分化を抑制するか否かを明らかにする。

一方、gemininがRunx3による標的遺伝子制御を阻止する機構について、(1)DNAへの結合が低下するか否かをChIP assayにより、(2)Runx3のリン酸化がgemininにより影響を受けるかどうかをPhos-Tagを用いた生化学的解析により、(3)Runx3に結合する因子がgemininにより影響を受けるかどうかを抗Runx3免疫沈降物のproteomics解析により検討する。
患者個人生涯医療被ばく線量計算システムの基盤開発

本研究は(A)放射線画像検査における被ばく線量計算システムの開発、(B)核医学検査における被ばく線量計算システムの開発、(C)血管造影、画像下治療における被ばく線量計算システムの開発、(D)医療被ばく線量合算システムの開発の4項目からなり、当初の研究計画通り今年度は(B)核医学検査における被ばく線量計算システムの開発を重点的に実施した。核医学検査画像、及びCT画像より擬似的に線源核種である放射線を発生させるモデルを開発し、模擬ファントム内にて線量計算を実施、検証した。これまでの研究期間において当初の計画書通り、(A)放射線画像検査における被ばく線量計算システムの開発、(B)核医学検査における被ばく線量計算システムの開発、(C)血管造影、画像下治療における被ばく線量計算システムの開発を実施してきた。どのシステムも比較的順調に開発が進んでおり、最終年度のシステム統合に向けて検証を実施している。これまでの研究開発項目の検証をファントム等を用いて実施する。その後、各モダリティ毎の線量計算結果を同一尺度で合算、評価可能とするため、非剛体画像位置合わせ技術を用い被ばく線量を算出する。平成29年度は当初の計画書に則り、「放射線画像検査における被ばく線量計算システムの開発」、「血管造影、画像下治療における被ばく線量計算システムの開発」を実施した。システム開発においては放射線輸送分野で精度及び有用性が確立されている、汎用モンテカルロコードEGSnrcを用いた。モンテカルロ法は現存する放射線シミュレーションアルゴリズムの中において最も正確であるが、計算時間が長いという欠点が存在する。本研究において線量計算は精度維持のため近似技術を一切使用せず、スーパーコンピュータと並列計算処理のみを用いて計算精度を担保しつつ高速化を達成した。X線照射装置は多岐にわたり、数100種類以上ある機種ごとにX線管球モデルを構築するのは現実的ではない。そのため、X線源データは照射装置の固有ろ過、管電圧より精度の確立された理論式を用いて算出可能なスペクトル情報を用いて対応した。これにより、他施設においても少ない情報で正確なX線源情報が取得可能となった。次に、照射範囲に関してはDICOM画像より取得を行い、患者データは検査直近のCTデータを用いることにより線量計算を行うシステムを開発した。患者体内構造を大きく変形させ複雑な体位を必要とするマンモグラフィーなどの一部の一般撮影検査においては対応不可であるが、大半の一般撮影検査、CT検査、血管造影検査においては本手法により線量計算が可能となった。複数台の一般X線撮影装置、CT撮影装置、血管造影装置において構築したモデルと実測との精度検証をファントムで行い、その後、臨床症例を用いてシステムとしての有用性を示した。申請書に記載した平成29年度の研究項目である、「放射線画像検査における被ばく線量計算システムの開発」、「血管造影、画像下治療における被ばく線量計算システムの開発」を達成し、学会報告等実施した。申請書に記載した平成30年度の研究開発項目である「核医学検査における被ばく線量計算システムの開発」を実施する。
レーザー位相制御による光分解生成物の選択

本課題研究はレーザー光の位相変化により、複数ある光分解過程の割合が変化して光分解生成物の収率が変化することを目的とした。平成8年度に光分解生成物のイオン画像分光を行うための装置を完成させた。このイオン画像装置は、光分解生成物を多光子イオン化して、電極で加速して一定時間飛行させ、二次元イオン検出器で観測し、二次元画像の広がりにより光分解生成物の速度分布を測定するものである。完成した装置により、生成物の電子・振動・回転状態を選別し、並進速度についても充分に分解して測定できることを証明できた。平成9年度はその光分解生成物画像計測装置を用いてオゾンおよびCH_3Iの光分解過程について調べた。オゾンの光吸収のHartley帯およびHuggins帯に相当する近紫外部の280-320nmの範囲の光で分解したときに生成するO(^3P)とO(^1D)を検出した。O(^3P)またはO(^1D)をモニターしながら、光分解の波長を掃引し、光分解収率スペクトルを得た。この波長領域では光分解過程にO(^3P)+O_2(X^3Σ^-_g)とO(^1D)+O_2(a^1Δ_g)の二つの過程がある。O(^3P)をモニターした光分解収率スペクトルには、対応する波長領域のO_3の吸収スペクトルにはない多くの構造が表れることを見出した。O_3の電子励起状態でO(^3P)+O_2(X^3Σ^-_g)とO(^1D)+O_2(a^1Δ_g)の二つの過程へ分かれる際の分子振動の影響が表れていると考えられる。これは位相制御により分岐比が変化する可能性が大きいことを示す。CH_3Iについては、304nmと608nmの二つの光で分解したときのI^+のイオン画像に表れる位相の効果を調べた。すなわち、光分解して生成するI原子の速度とその異方性に304nmの一光子光分解と608nmの二光子光分解の二つの過程のコヒーレントな相互作用が、画像に表れることが可能である。304nmのレーザー光は608nmのレーザー光を非線型結晶を通して得た第二高調波なので、2つのレーザー光の位相は相関を持つ。304nmと680nmの二つの間の光の位相を変化させてたときに、I生成物の画像には変化が表れなかった。これは、608nmの二光子光分解の吸光断面積が小さいためであろう。

終状態を指定した個々の分解過程を追うことができるので、レーザー位相制御の観測を行う上で非常に有利である。従来の分解生成物の濃度だけの測定では、数多くの量子状態への分解過程の重なりにより、コヒーレント効果が打ち消されてしまうからである。イオン画像装置を用いて光分解生成物の並進速度分布および角度分布を一度に観測できるイオン画像分光を実際に行った。具体的には、CH_3Br, (CH_3Br)_2, SOCl_2, CCl_4などの光分解過程の研究を行い成果を得た。その結果を学術誌に投稿した。このイオン画像分光により、効率よく光分解生成物を検出できること、分解生成物の電子・振動・回転状態を選別して並進エネルギー分布を求めることができた。CH_3Brについては、真空紫外の118nmで光分解したところ、CH_3^+とBr^-のイオン対生成が見られた。このイオン対過程は中性解離およびCH_3Br^+への直接イオン化と競争していることがわかった。次年度は、真空紫外118nmとともに355nmのレーザー光を入射することにより異光分解過程の位相制御を行う。本研究ではレーザー光の位相変化により、複数ある光分解過程の割合が変化して光分解生成物の収率が変化する可能性を調べた。平成8年度光分解生成物の電子・振動・回転状態および並進速度を選別して測定できる光分解生成物画像計測装置を完成させたので、平成9年度はその装置を用いてオゾンおよびCH_3Iの光分解過程について調べた。オゾンの光吸収のHartley帯に相当する近紫外部の280-300nmの範囲の光で分解したときに生成するO(^3P)とO(^1D)を検出した。O(^3P)またはO(^1D)をモニターしながら、光分解の波長を掃引し、光分解収率スペクトルを得た。超音速ビーム中で計測することによりO_3の回転分布によるスペクトルの広がりを押さえることができた。この波長領域では光分解過程にO(^3P)+O_2(X^3Σ^-_g)とO(^1D)+O_2(a^1Δ_g)の二つの過程がある。O(^3P)をモニターした光分解収率スペクトルには、対応する波長領域のO_3の吸収スペクトルにはない多くの構造が表れることを見出した。O_3の電子励起状態でO(^3P)+O_2(X^3Σ^-_g)とO(^1D)+O_2(a^1Δ_g)の二つの過程へ分かれる際の分子振動の影響が表れていると考えられる。CH_3Iについては、304nmと608nmの二つの光で分解したときのI^+のイオン画像に表れる位相の効果を調べた。すなわち、光分解して生成するI原子の速度とその異方性に304nmの一光子光分解と608nmの二光子光分解の二つの過程のコヒーレントな相互作用が、画像に表れることが可能である。304nmのレーザー光は608nmのレーザー光を非線型結晶を通して得た第二高調波なので、2つのレーザー光の位相は相関を持つ。304nmと608nmの二つの間の光の位相を変化させてたときに、I生成物の画像には変化が表れなかった。これは、608nmの二光子光分解の吸光断面積が小さいためであろう。
地震動の非定常性を考慮したフーリエスペクトルに基づく応答スペクトルの算定

本研究の成果は,フーリエ振幅スペクトルを基にして,位相情報を加味することにより絶対加速度応答スペクトルを推定する手法を開発したことである。これまで,地震学の分野では,地震動の特性についてはフーリエ振幅スペクトルを用いて議論されることが多かったため,本研究において提案された手法を用いることにより,地震学の最先端の研究成果を設計のの分野で重要な応答スペクトルに直ちに反映させることが可能となる。以下にその成果を列挙する。1.応答スペクトルの推定に重安な役割を果たす位相情報として,群遅延時間スペクトルを平均及び分散を振動数の関数として導入した。これは,地震波のフーリエ位相スペクトルの微係数として定義されるが,その特性はもとの時系列波形の調和成分毎の非定常性を示すものである。2.上の群遅延時間スペクトルを用いて,地震波の包絡線関数を推定した。3.得られた包絡線関数を用いて,もとの時系列波形が振幅変調型の正規確率過程であるという仮定のもとで,一質点系の最大応答を極値分布理論に基づき確率論的に推定した。4.種々の振動数を有する調和成分について上記の最大応答を推定することにより,応答スペクトルの推定結果を得た。また,本手法では,確率論的に推定をおこなっているため,推定結果の標準偏差を与えることができ,推定結果の信頼性を定量的に示すことができる。5.実務の観測記録に対して,本手法を適用し,フーリエ振幅スペクトルと平均及び分散群遅延時間スペクトルを用いて絶対加速度応答スペクトルを推定し,振幅が著しく大きい場合や,震源が非常に近い場合を除くと非常に精度良く推定可能であることを確かめた。
前頭皮質５層局所回路における興奮性―抑制性情報処理システムの解明

大脳皮質5層錐体細胞は、その軸索の投射先によって、二種類の錐体細胞に分けられる。両側の線条体に投射する細胞(CCS細胞)と同側の線条体及び、橋核へ投射する細胞(CPn細胞)である。これらの2つの異なる錐体細胞はシナプス伝達様式、結合性が異なることが明らかとなっている。しかしながら、抑制性細胞(FS細胞、LTS細胞)との関係については明らかとなっていない。そこで、これらの間のシナプス特性について調べた。特に2つの錐体細胞からFS細胞への短期可塑的変化について詳しく調べた。そうしたところ、錐体細胞の投射先に依存して、その可塑的変化が異なることが明らかとなった。大脳皮質5層錐体細胞は、その軸索の投射先によって、大きく二種類の錐体細胞に分けられる。一つは反対側の線条体に投射し同時に同側の線条体で軸索をおえるもの(CCS細胞)である。もう一つは同側の線条体及び、橋核へ投射し、さらに脳幹へと軸索をのばすもの(CPn細胞)である。この2種類の錐体細胞では、皮質内における形態が異なる。また、これらの2つの異なる錐体細胞グループではシナプス伝達様式、シナプス結合性が異なることが明らかとなっている。しかしながら、このように異なる情報の流れを作る興奮性神経細胞とどのように抑制性細胞が、関与するのかについては、明らかとなっていないことが多い。そこで、前頭皮質5層局所回路における興奮性ー抑制性情報処理システムの解明を課題として研究を行った。まず、大脳皮質の抑制性細胞の中で、脱分極通電に対するスパイク応答の違いから分類可能であるFS細胞とLTS細胞に着目した。これらの2種の抑制性細胞は錐体細胞への入力の仕方が異なり、FS細胞は、主に細胞体など、局所的な抑制をかけ、LTS細胞は、むしろ遠位樹状突起に抑制をかけるとされている。まず、FS細胞と2種の錐体細胞のシナプス結合性は、興奮性シナプス結合確率も、抑制性シナプス結合確率もほとんど変わらなかった。次に、それぞれの錐体細胞からFS細胞へ2発の連続したスパイク入力への興奮性応答の周波数特性(10Hz, 25Hz, 40Hz)について詳しく調べた。そうしたところ、CCS細胞は、周波数が上がるにつれ、シナプス伝達減弱が強くなる傾向がみられたが、CPn細胞は、どの周波数においてもシナプス伝達増強がみられた。LTS細胞への関係についても調べたところ、2種の錐体細胞ともにシナプス伝達増強がみられた。これらのことから、特に錐体細胞から抑制性細胞への入力に関しては、投射先に依存した関係性があることが示唆された。大脳皮質5層錐体細胞は、皮質内の情報を、皮質外へと出力することが知られている。皮質外領域に出力された情報は、特に2つの情報ループ(線条体ー大脳基底核ループ、橋核ー小脳ループ)にそって処理が進むことに着目し、2種類の独立した大脳皮質5層錐体細胞、線条体投射錐体細胞:CCS細胞、橋核投射錐体細胞:CPn細胞を用いて、これまでに、2種の錐体細胞は、グループ間でそれぞれ異なる情報処理をし、さらに、2種のグループ間において、情報の流れに方向性があることを明らかとした。このような大脳皮質内錐体細胞の情報処理システムに、どのように抑制性細胞が作用するかを明らかとしたいと考えた。そこで、2種類の錐体細胞と、2種類の抑制性細胞の伝達様式について明らかとするために、2種類の錐体細胞を蛍光標識したスライス切片を作成し、錐体細胞(CCS細胞、CPn細胞)と抑制性細胞を、2細胞同時ホールセル・パッチクランプ法を用いて電気記録し、そのシナプス結合性について調べた。特に、抑制性細胞の中でも、多くを占める、Fast spiking細胞(FS細胞)との相互作用を調べたところ、FS細胞からそれぞれの細胞への結合確率は、それぞれ、45%, 49%と非常に高い確率で結合していた。また、3細胞同時記録したところ、FS細胞は、2種類の異なる錐体細胞にシナプス結合する確率は、FS細胞が、同時に同種類の錐体細胞に結合する確率が変わらないことが明らかとなり、FS細胞は、近傍の錐体細胞にランダムな抑制をすることが示唆された、また、2種類の錐体細胞から、FS細胞への結合様式をみたところ、CCS細胞からFS細胞への結合確率(26%)は、CPn細胞からFS細胞(16%)に比べて有為に高く、FS細胞の働きを、CCS細胞がより制御し、情報の流れをCCS細胞がより強くコントロールすることが示唆された。

抑制性細胞と2種類の錐体細胞(CCS細胞、CPn細胞)との2細胞もしくは、3細胞同時ホールセル・パッチクランプ記録によって結合様式、シナプス伝達様式、周波数特性を調べることが、本年度の計画であった。FS細胞から錐体細胞へのシナプス結合がランダムであることはすでに様々な研究者が明らかとしているが、投射先が異なる錐体細胞からFS細胞への興奮性シナプス入力特性が異なることが明らかとできたことは、有用な研究であると考えれる。また、現在、LTS細胞との2種類の錐体細胞関係についても実験を進め、ほぼ、データは集め終段階までできている。そのため、計画どおりに進んでいると考えられる。引き続き、研究課題にそって、電気生理実験を行う。平成25年度は形態解析も行う。記録終了後のスライスを50μに再切を行い、細胞内染色をし、標本を作成する。3次元再構築システムであるニューロルシダを用いてこれらの標本から細胞の形態を再構築し、形態解析を行う。平成25年度は、引き続き、電気生理実験を行っていくが、より実験を効率よく進めるために、蛍光システムの改良と、多細胞同時ホールセルパッチクランプの効率をあげるためのシステムのバージョンアップを行う予定である。