hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム配列を核としたヤポネシア人の起源と成立の解明

実質的に、2018年7月から、本新学術領域研究「ヤポネシアゲノム」がはじまった。7月に第1回総括班会議を開催した。9月に公募研究の説明会を開催した。全体会議を11月に青山学院大学で開催し、計画研究の研究代表者と研究分担者の大部分が出席した。第2回総括班会議も開催した。同年9月には北海道大学にて「歴史はやわかりセミナー第1回」を開催した。12月には韓国の遺跡を訪問するとともに、釜山大学で第3回総括班会議を開催した。2019年3月には京都駅前で公開講演会・第4回総括班会議を開催し、同じく1月に北海道大学で若手研究集会を開催した。このほか、10月に三島市の市民文化会館と国立遺伝学研究所で開催された日本人類学会で本新学術領域関係のシンポジウムを4個開催した。2019年2月にB02言語学班の班会議が石垣島と与那国島で開催されたが、他の研究者も多数参加して、学際的な研究会となった。2019年1月には、ドイツのイエナで開催された言語学・考古学・遺伝学の国際会議に本新学術研究の関係者4名が招待され講演した。本新学術研究の活動を広く知っていただくために、季刊誌Yaponesian(領域代表の斎藤成也が編集長をつとめ、総括班の研究分担者とB01班の木下尚子が編集委員)を編集し、ゼロ号を2019年2月に刊行した。このゼロ号では、「ヤポネシア鼎談」として、総括班の斎藤成也・藤尾慎一郎・木部暢子が話し合いをした様子を掲載した。また、各計画研究の紹介をしたほか、「ことばめぐり」、「遺跡めぐり」、「しまめぐり」、「動植物ゲノム紹介」、「ソフトウェア紹介」、「研究室紹介」、およびコラムとして「わたしの好きなヤポネシアのうた」の連載をスタートさせた。リレーエッセイをもうけ、ゼロ号では、先史モンゴロイド重点領域研究と新学術研究「旧人から新人への交代劇」の領域代表をされた赤澤威さんに寄稿していただいた。2018年度は、7月から活動が開始となったので、全体会議は1回だけ、11月に青山学院大学で開催した。2019年1月には北海道大学で若手交流会を、3月に京都駅前で公開講演会を開催した。また9月には歴史はやわかりセミナーを北海道大学で開催した。総括班会議は、7月、11月、12月、3月の4回にわたり開催した。特に12月は韓国の釜山大学で開催し、その前後に遺跡や博物館を見学するとともに、領域代表の斎藤成也と古代人ゲノムA02班研究代表者の篠田謙一が釜山大学博物館で講演した。また2019年1月には、ドイツのイエナ大学で開催された国際シンポジウム"Transeurasian millets and beans, languages and genes"に4名の班員が発表した。2019年2月に開催された言語学B02班の班会議は、言語学だけでなく、ゲノム学や考古学の研究者も多数参加し、総括班からも旅費支援をおこなった。2019年度以降の4年間は、総括班としては、総括班会議を年に4回以上開催するほか、年に2回の全体会議、年に1回の公開講演会および若手集会の開催をおこなう。また、最終年度を待たずに、3年目(2020年度)にはしかるべき出版社に打診して、全7巻から構成されるヤポネシア人の起源と歴史に関する書籍シリーズの刊行を企画し、5年間の新学術領域研究ヤポネシアゲノムが終了したあとただちにこれらの書籍が刊行されることを計画している。これら日本語の書籍は、国民に広く新学術領域研究ヤポネシアゲノムの成果を知っていただくためのものだが、英語の書籍についても、領域代表の斎藤成也がSpringer社のEvolutionary Studies SeriesのSeries Editorなので、ここで何冊かの英語の書籍を出版する計画である。

このゼロ号では、「ヤポネシア鼎談」として、総括班の斎藤成也・藤尾慎一郎・木部暢子が話し合いをした様子を掲載した。また、各計画研究の紹介をしたほか、「ことばめぐり」、「遺跡めぐり」、「しまめぐり」、「動植物ゲノム紹介」、「ソフトウェア紹介」、「研究室紹介」、およびコラムとして「わたしの好きなヤポネシアのうた」の連載をスタートさせた。リレーエッセイをもうけ、ゼロ号では、先史モンゴロイド重点領域研究と新学術研究「旧人から新人への交代劇」の領域代表をされた赤澤威さんに寄稿していただいた。2018年度は、7月から活動が開始となったので、全体会議は1回だけ、11月に青山学院大学で開催した。2019年1月には北海道大学で若手交流会を、3月に京都駅前で公開講演会を開催した。また9月には歴史はやわかりセミナーを北海道大学で開催した。総括班会議は、7月、11月、12月、3月の4回にわたり開催した。特に12月は韓国の釜山大学で開催し、その前後に遺跡や博物館を見学するとともに、領域代表の斎藤成也と古代人ゲノムA02班研究代表者の篠田謙一が釜山大学博物館で講演した。また2019年1月には、ドイツのイエナ大学で開催された国際シンポジウム"Transeurasian millets and beans, languages and genes"に4名の班員が発表した。2019年2月に開催された言語学B02班の班会議は、言語学だけでなく、ゲノム学や考古学の研究者も多数参加し、総括班からも旅費支援をおこなった。2019年度以降の4年間は、総括班としては、総括班会議を年に4回以上開催するほか、年に2回の全体会議、年に1回の公開講演会および若手集会の開催をおこなう。また、最終年度を待たずに、3年目(2020年度)にはしかるべき出版社に打診して、全7巻から構成されるヤポネシア人の起源と歴史に関する書籍シリーズの刊行を企画し、5年間の新学術領域研究ヤポネシアゲノムが終了したあとただちにこれらの書籍が刊行されることを計画している。これら日本語の書籍は、国民に広く新学術領域研究ヤポネシアゲノムの成果を知っていただくためのものだが、英語の書籍についても、領域代表の斎藤成也がSpringer社のEvolutionary Studies SeriesのSeries Editorなので、ここで何冊かの英語の書籍を出版する計画である。
ミトコンドリア遺伝子疾患モデルマウスを用いた病態発現機構の解明

近年、ミトコンドリアDNA(mtDNA)突然変異がミトコンドリア病と総称される疾患の原因となっているだけでなく、糖尿病やパーキンソン病、老化といった疾患や現象にも関与しているという報告がなされている。しかしmtDNA突然変異と疾患との直接の因果関係については不明瞭な点が多く、その理解のためにはモデル動物を使用した個体レベルでの観察が必要である。本年度は病原性欠失型mtDNAを有するミトコンドリア病モデルマウスであるミトマウスにおいて、病態の治療を目的として研究を行った。ミトコンドリア病の治療法としては、現状、呼吸鎖酵素の基質やビタミン類の投与などが行われているが、このような方法では根本的な原因である変異型mtDNAを取り除くことはできない。そこで着目したのが、卵に対する出生前遺伝子治療である。mtDNAは母性遺伝するため、変異型mtDNAを保有するミトコンドリア病の母親から生まれる子供もミトコンドリア病を受け継いでしまう。しかし、卵において欠失型mtDNAの割合を減らすことができれば、生まれてくる子供のミトコンドリア病の諸症状を抑制できる可能性がある。そこで、ミトマウスの受精卵を用いてこの出生前遺伝子治療の可能性を検証した。ミトマウス受精卵における欠失型mtDNAの割合を減らす方法としては,除核した正常なマウス卵(野生型mtDNAのみを含有する)にミトマウスの核を移植する方法をとった。その結果、核移植によって誕生した個体では顕著な欠失型mtDNA含有率の減少が見られた。また、この欠失型mtDNAの減少によって、ミトマウスに特徴的なミトコンドリア病の諸症状は完全に抑制された。核移植を行わなかったミトマウスは8ヶ月齢程度で死亡してしまったのに対し、核移植を行ったミトマウスは野生型マウスと変わらない寿命を有していた。つまり、核移植によって生まれて来たマウスはミトマウスの核ゲノムを持つにも関わらず、欠失型mtDNAを微量しか含有しないため、ミトコンドリア病を発症しないのである。これらの結果から、受精卵核移植はミトコンドリア病の出生前治療において極めて有効な方法であると結論できた。本年度の研究では主に突然変異型mtDNAによる個体,レベルの病態発症を抑制していると考えられるミトコンドリナ間相互作用の検証を行った。マウス培養細胞由来の大規模欠失型mtDNAを、異なる系統マウス由来のmtDNAを持つマウス受精卵に導入したマウスの作製を行い、電子顕微鏡を用いて単一細胞内の個々のミトコンドリア呼吸活性をチトクロムcオキシダーゼ(COX)活性を指標として観察した。その結果、一定以上大規模欠失型mtDNAが蓄積してはじめて細胞のCOX活性は低下し、なおかつCOX陽性のミトコンドリアとCOX陰性のミトコンドリアが単一細胞内に混在することはないという結果が得られた。この結果は、マウス作製時に外部から導入した大規模欠失型mtDNAを有するミトコンドリアと、受精卵由来のミトコンドリア間で、大規模欠失型mtDNAにおいて失われている遺伝子産物が頻繁に供与されたことを示している。以上の結果から、細胞内においてミトコンドリアは活発に相互作用し物質を交換することで突然変異型mtDNAによる病態発症うぃ抑制していると考えられる。また、既に作製されているミトコンドリア病モデルマウスあるMito-Miceにおける病理解析、及び大規模欠失型mtDNAの次世代遺伝様式の解明については、本年度は十分な数の試料が得られなかったため、来年度も継続して解析を進める予定である。本年度は以下の2点の研究を行った。1)マウス個体レベルでのmtDNAの組換え異なる種に属するマウスのmtDNAを混在させたマウスを作製することで、これまでその存在について議論が交わされてきたmtDNAにおける組換えの明確な証拠を得た。また、この発見により、変異型mtDNAによる病態発症抑制機構であるミトコンドリア間での物質交換がmtDNAレベルで行われていることがより確かなものとなった。2)mtDNA突然変異マウスにおける新たな病体の発見病原性欠失突然変異型mtDNAを持つヒトミトコンドリア病モデルマウスであるMito-Miceにおいて、新たな病体である難聴症状を確認した。しかし、ヒトミトコンドリア病において難聴と併発することが報告されている糖尿病の症状をこのMito-Miceは示しておらず、むしろ低血糖を示していた。この観察結果は病原性欠失突然変異型mtDNAによる酸化的リン酸化の機能不全を補うために、解糖系によるエネルギー産生を促進させていることによるものと考えられる。

しかしmtDNA突然変異と疾患との直接の因果関係については不明瞭な点が多く、その理解のためにはモデル動物を使用した個体レベルでの観察が必要である。本年度は病原性欠失型mtDNAを有するミトコンドリア病モデルマウスであるミトマウスにおいて、病態の治療を目的として研究を行った。ミトコンドリア病の治療法としては、現状、呼吸鎖酵素の基質やビタミン類の投与などが行われているが、このような方法では根本的な原因である変異型mtDNAを取り除くことはできない。そこで着目したのが、卵に対する出生前遺伝子治療である。mtDNAは母性遺伝するため、変異型mtDNAを保有するミトコンドリア病の母親から生まれる子供もミトコンドリア病を受け継いでしまう。しかし、卵において欠失型mtDNAの割合を減らすことができれば、生まれてくる子供のミトコンドリア病の諸症状を抑制できる可能性がある。そこで、ミトマウスの受精卵を用いてこの出生前遺伝子治療の可能性を検証した。ミトマウス受精卵における欠失型mtDNAの割合を減らす方法としては,除核した正常なマウス卵(野生型mtDNAのみを含有する)にミトマウスの核を移植する方法をとった。その結果、核移植によって誕生した個体では顕著な欠失型mtDNA含有率の減少が見られた。また、この欠失型mtDNAの減少によって、ミトマウスに特徴的なミトコンドリア病の諸症状は完全に抑制された。核移植を行わなかったミトマウスは8ヶ月齢程度で死亡してしまったのに対し、核移植を行ったミトマウスは野生型マウスと変わらない寿命を有していた。つまり、核移植によって生まれて来たマウスはミトマウスの核ゲノムを持つにも関わらず、欠失型mtDNAを微量しか含有しないため、ミトコンドリア病を発症しないのである。これらの結果から、受精卵核移植はミトコンドリア病の出生前治療において極めて有効な方法であると結論できた。
染色体ドメインを形造るグアニン四重鎖結合タンパク質Rif1の分子形態解析

マウスRif1(2,418アミノ酸)がオリゴマーを形成して複数のグアニン四重鎖DNA(G4 DNA)に結合し、そのN末端領域(NTD, 1,151アミノ酸)とC末端領域(CTD, 299アミノ酸)も各々単独でオリゴマーとしてG4 DNAに結合することは、本研究開始前にJ. Biol. Chem.に報告した。その後、全長Rif1オリゴマーの微細形態をクライオ電子顕微鏡による単粒子解析で決定するため、全長Rif1の大量精製に取り組んだ。その中で、精製用エピトープタグを付加したRif1を恒常的に発現するマウスES細胞(E14-D8株)を活用したところ、この細胞から精製した方が従来の293T細胞から精製するより分解され難いことが判明した。ところが、以下の「進捗状況」に詳述するように、現状では培養細胞でのRif1発現効率が相当低いため、その大量精製は非常に困難な状況に陥ってしまった。そこで、全長ではなく、NTDとCTDの間にある長い天然変性領域(LID, 968アミノ酸)を欠失したRif1-NC(NTD+CTDの意)の単粒子解析を先ず試行することにした。上述したRif1-NTD, Rif1-CTD,及びRif1-NCを精製し、電顕解析担当の米国の研究協力者に送付したところ、クライオ電顕ではないが、ネガティブ染色による電顕観察を実施された。その結果、Rif1-NCは一見オリゴマーのように見えるが、不定形凝集体の可能性が高いため、凝集していないRif1-NCを何とかして大量精製して欲しいと要望された。Rif1-NCはRif1-NTDや-CTDと違って低塩濃度では細胞から効率良く抽出されないため、これまでは高塩濃度抽出液から精製してきたが、低塩濃度抽出液から精製すれば凝集し難いのではないかと期待し、実際にその大量精製に取り組み始めたところである。クライオ電子顕微鏡による単粒子解析に供する全長Rif1オリゴマーを大量に精製するため、様々な方法に取り組んだ。上述の私の論文では、精製用エピトープタグ2種を付加したRif1をヒト293T細胞に一過性に強制発現させ、2段階のアフィニティーカラムで精製していた。しかし、これでは単粒子解析用には精製度が不十分なため、更にG4 DNAアフィニティーカラムや汎用のイオン交換クロマトグラフィー等による精製を試みたが、Rif1が希釈されるばかりで十分には精製されなかった。そのうえ、精製段階が進んでもRif1はカラムクロマトグラフィー中に分解され易く、大量精製は非常に困難と判明した。当ラボでは、精製用エピトープタグを付加したRif1を恒常的に発現するマウスES細胞(E14-D8株)も作成していたため、293T発現系と並行して、このE14-D8細胞からの精製も試みた。その結果、Rif1発現量は293T細胞に劣るものの、E14-D8細胞から抽出したRif1の方が分解され難いことが判明した。ところが、電顕観察担当の米国の研究協力者と直接打ち合わせしたところ、タンパク質濃度が5 mg/ml以上必要であると告げられた。計画当初は5マイクログラム精製してくれと依頼されていたので驚嘆と落胆の限りであった。実質的に当初目標値の50倍から100倍の量を精製しなければならず、そのためには直径10 cmの細胞培養皿に換算して25,000枚以上必要となる。これは私の取得した研究費では賄えず、しかも25,000枚分の培養施設も無く、培地も労力も全く足りない。このような事情で、全長Rif1の単粒子解析は、その発現効率を50倍以上向上させる方法を開発するまでは見合わせることにした。一方で、クライオ電顕観察は先ずRif1-NCを対象として進めることにした。プレリミナリーなネガティブ染色による電顕観察の結果、Rif1-NCは一見オリゴマーのように見えるが、それよりも不定形凝集体の可能性が高いため、凝集していないRif1-NCを何とか精製して欲しいと米国の研究協力者から要望された。Rif1-NCは低塩濃度では細胞からの抽出効率が非常に低いため、これまでは高塩濃度抽出液から精製してきたが、低塩濃度抽出液から精製すれば凝集し難い可能性が期待できる。その精製に必要な細胞の量も労力も大幅に増えてしまうことになるが、奮起すれば実施可能と判断したため実際に取り組み始めたところであり、今後も大量精製を進める。一方、全長Rif1の単粒子解析のためには、その発現効率を50倍以上向上させる必要がある。そのため、Rif1のN末端側に付加するタグを発現増強効果が見込まれる種々のタグに変更して強制発現させる。また、NTDとCTDの間にあるLID(長い天然変性領域, 968アミノ酸)内のcodon usageを精査し、minor codonをmajor codonに置換したり、LIDに短い欠失やアミノ酸置換を導入してRif1発現効率の大幅向上を目指す。

その後、全長Rif1オリゴマーの微細形態をクライオ電子顕微鏡による単粒子解析で決定するため、全長Rif1の大量精製に取り組んだ。その中で、精製用エピトープタグを付加したRif1を恒常的に発現するマウスES細胞(E14-D8株)を活用したところ、この細胞から精製した方が従来の293T細胞から精製するより分解され難いことが判明した。ところが、以下の「進捗状況」に詳述するように、現状では培養細胞でのRif1発現効率が相当低いため、その大量精製は非常に困難な状況に陥ってしまった。そこで、全長ではなく、NTDとCTDの間にある長い天然変性領域(LID, 968アミノ酸)を欠失したRif1-NC(NTD+CTDの意)の単粒子解析を先ず試行することにした。上述したRif1-NTD, Rif1-CTD,及びRif1-NCを精製し、電顕解析担当の米国の研究協力者に送付したところ、クライオ電顕ではないが、ネガティブ染色による電顕観察を実施された。その結果、Rif1-NCは一見オリゴマーのように見えるが、不定形凝集体の可能性が高いため、凝集していないRif1-NCを何とかして大量精製して欲しいと要望された。Rif1-NCはRif1-NTDや-CTDと違って低塩濃度では細胞から効率良く抽出されないため、これまでは高塩濃度抽出液から精製してきたが、低塩濃度抽出液から精製すれば凝集し難いのではないかと期待し、実際にその大量精製に取り組み始めたところである。クライオ電子顕微鏡による単粒子解析に供する全長Rif1オリゴマーを大量に精製するため、様々な方法に取り組んだ。上述の私の論文では、精製用エピトープタグ2種を付加したRif1をヒト293T細胞に一過性に強制発現させ、2段階のアフィニティーカラムで精製していた。しかし、これでは単粒子解析用には精製度が不十分なため、更にG4 DNAアフィニティーカラムや汎用のイオン交換クロマトグラフィー等による精製を試みたが、Rif1が希釈されるばかりで十分には精製されなかった。そのうえ、精製段階が進んでもRif1はカラムクロマトグラフィー中に分解され易く、大量精製は非常に困難と判明した。当ラボでは、精製用エピトープタグを付加したRif1を恒常的に発現するマウスES細胞(E14-D8株)も作成していたため、293T発現系と並行して、このE14-D8細胞からの精製も試みた。その結果、Rif1発現量は293T細胞に劣るものの、E14-D8細胞から抽出したRif1の方が分解され難いことが判明した。ところが、電顕観察担当の米国の研究協力者と直接打ち合わせしたところ、タンパク質濃度が5 mg/ml以上必要であると告げられた。計画当初は5マイクログラム精製してくれと依頼されていたので驚嘆と落胆の限りであった。実質的に当初目標値の50倍から100倍の量を精製しなければならず、そのためには直径10 cmの細胞培養皿に換算して25,000枚以上必要となる。これは私の取得した研究費では賄えず、しかも25,000枚分の培養施設も無く、培地も労力も全く足りない。このような事情で、全長Rif1の単粒子解析は、その発現効率を50倍以上向上させる方法を開発するまでは見合わせることにした。一方で、クライオ電顕観察は先ずRif1-NCを対象として進めることにした。プレリミナリーなネガティブ染色による電顕観察の結果、Rif1-NCは一見オリゴマーのように見えるが、それよりも不定形凝集体の可能性が高いため、凝集していないRif1-NCを何とか精製して欲しいと米国の研究協力者から要望された。
都市緑地の生物多様性は心理的幸福感を向上させるか？景観スケールでの検証

平成30年度は、東京都練馬・杉並区の都市公園(27公園)を対象とした現地アンケート調査を実施し、都市公園を訪問することで得られる心理的便益が、どれほど公園内の生物多様性と関係するのかを明らかにした。現地アンケート調査を通じて約600人の緑地訪問者を対象に、心理的便益を聞き取った。また、現地で自然環境調査を実施し、それぞれの調査対象公園の環境要因(樹冠率など)と木本植物の種数を調査した。さらに、GISでの分析を行い、各調査公園の面積や凹凸度などを算出した。解析では、これら三種類のデータを統合し、緑地訪問者が得る心理的便益が、どれほど景観・生態的要因ならびに訪問者の個人属性と関連するのかを評価した。解析の結果、都市緑地を訪問することで得られる心理的便益は、様々な景観・生態的要因、個人属性の影響を受けることが分かった。例えば景観・生態的要因の観点では、面積が大きく木本の種数が高い公園ではより多くの心理的便益が得られることが分かった。また個人属性の観点では、女性や年齢が高い人、さらに自然への関心が高い訪問者がより多くの心理的便益を得ていることが分かった。本研究では樹木種数が高い緑地でより心理的便益の値も高くなることを示したが、この結果は、都市緑地において心理的便益の維持と生物多様性の保全が両立できることを示唆している。平成28年度は、東京都練馬区の市民・区民農園でアンケート調査を実施し、都市型市民農園における植物との直接的な関わり合いが農園利用者の心理・身体・社会的健康に及ぼす影響を明らかにした。調査は東京都練馬区が管理している21箇所の市民・区民農園で実施した。アンケート調査は、市民・区民農園の利用者165人と、非利用者(練馬区民の中から無作為に抽出された人)167人を対象に実施した。アンケートでは、5つの健康尺度(主観的健康度、身体不調度:日常生活内で見られる身体的不調の数、BMI、心理的健康度:12問版General Health Questionnaireを用いて計測、社会的健康度:Social Cohesion and TrustScaleを用いて計測)を使用して、被験者の健康状態を評価した。解析では、被験者の社会経済学的要因(収入、年代、性別、生活スタイル等)を考慮して、農園利用者と非利用者の健康状態を比較した。解析の結果、市民農園の利用者は、非利用者と比較して、BMIを除く全ての健康尺度でより健康的な数値を示すことが明らかとなった。具体的には、農園利用者は、主観的な健康度・心理的健康度・社会的健康度が高く、身体不調度が低いことが分かった。この結果は、都市の市民農園における日常的な植物との関わり合いは、都市住民の健康を維持・促進させる上で重要な役割を持つことを示唆している。一方で本研究では、農園利用頻度・時間は利用者の健康状態に影響を及ぼしていなかったが、この結果は、短時間の農園利用でも十分な健康便益を得ることができることを示唆している。H28年度に予定していた調査を終わらせることができ、成果の一部を投稿論文として公表することができたため。平成29年度は、東京都民を対象としたWebアンケート調査を実施し、都市住民の自然体験(都市緑地利用)頻度・時間を規定する要因と、緑地利用が人々の身体的(BMIや運動習慣)・心理的(抑うつ・ストレスレベル)・社会的な健康状態(地域社会に対する連帯感)を明らかにした。Webアンケート調査を通じて計1048人の被験者を対象に、(1)緑地利用レベル(頻度・時間)、(2)個人属性、(3)自然と関わる意欲の高さ、そして(4)身体的・心理的・社会的健康状態の四項目を聞き取った。また郵便番号を基に、各被験者の居住環境(緑被度等)をGIS解析により測定した。解析の結果、都市住民の緑地利用レベルは、居住環境と自然と関わる意欲の二つの影響を受けることが明らかとなった。居住環境については、居住地周辺の緑地の数や環境の多様度(植生図から算出)が正の影響を持つことが示された。この結果は、たとえ、多くの面積の緑地を景観内に確保できなくても、それらの緑地の配置や質を管理したり、都市住民を対象とした啓蒙活動を行うことで、都市住民の緑地利用を向上させることができることを示唆している。また、都市住民の健康状態について解析した結果、彼らの健康状態は居住地周辺の自然環境要因と自然体験頻度に影響を受けることが示された。具体的には、居住地周辺に緑地面積が多い人、また日常的に緑地と関わる頻度が高い人ほど心理的な健康状態が良いことが分かった。以上の結果は、都市において生物多様性が豊かな緑地を残すことは、都市住民の自然体験の向上をもたらし、ひいては彼らの健康促進にも貢献することを示唆している。当初予定していた研究計画の大部分を平成29年度までに終えることができ、いくつかの投稿論文してまとめることができたため。

さらに、GISでの分析を行い、各調査公園の面積や凹凸度などを算出した。解析では、これら三種類のデータを統合し、緑地訪問者が得る心理的便益が、どれほど景観・生態的要因ならびに訪問者の個人属性と関連するのかを評価した。解析の結果、都市緑地を訪問することで得られる心理的便益は、様々な景観・生態的要因、個人属性の影響を受けることが分かった。例えば景観・生態的要因の観点では、面積が大きく木本の種数が高い公園ではより多くの心理的便益が得られることが分かった。また個人属性の観点では、女性や年齢が高い人、さらに自然への関心が高い訪問者がより多くの心理的便益を得ていることが分かった。本研究では樹木種数が高い緑地でより心理的便益の値も高くなることを示したが、この結果は、都市緑地において心理的便益の維持と生物多様性の保全が両立できることを示唆している。平成28年度は、都市における植物との関わり合いが心理的健康を含む様々な健康と密接に関連していることを明らかにしたが、来年度は公共緑地における動植物との関わり合いを対象に、同様の手法を用いた研究を実施することを予定している。特に平成29年度は、生物多様性と健康の関係をより詳細に明らかにするため、生物多様性が豊かな緑地はより高い心理的健康便益をもたらすのか?、生物多様性をより正確に認識している緑地利用者はより多くの心理的健康便益を得ているのか?といった疑問に答えられるようなデータを取得したい。平成28年度、29年度の研究を通じて、都市に残された自然は人々の健康促進に貢献できる可能性が示された。平成30年度は、自然体験と健康促進の関係について、より詳細な因果関係に関する知見を得るため、現地において詳細な社会実験を行う予定である。現地・フィールドでの調査、打ち合わせや情報収集を予定していたが、天候不良等により実施できない事態が生じたため。東京都内の緑地で昆虫類と鳥類を対象としたフィールド調査を実施する予定であったが、人員・時間的な制約により昆虫類の調査が一部行うことができず、旅費と人件費を当初の計画通りに使うことができなかったため。H28年度に実施できなかった現地・フィールドでの調査、打ち合わせや情報収集を行う。
インターネットを用いた心機能のリアルタイムカオス解析

本研究の目的は、全く新しい循環制御系の診断法の確立を目指して、インターネット回線を介したネットワークによるリアルタイム診断が可能な、心機能のカオス解析システムの完成を期することである。そのためにAQ法による心内膜自動解析により左室内膜の自動解析を行って左室の一回拍出量を求め、その時系列情報を病院内のイントラネットらしくはインターネツト回線でコンピュータに転送し、解析結果を再びネットワーク回線で伝えるリアルタイムの診断システムの開発を試みた。そのために加齢医学研究所附属病院超音波検査室の超音波診断装置の心内膜自動解析によって解析される左室内腔の容量を、時系列曲線として取り出すことができるように、現有の超音波診断装置に改造を加えた。得られた時系列曲線はリアルタイムで、パーソナルコンピュータ内にADコンバータを介して読み込み、1心拍毎のRR間隔と1回拍出量の時系列データに変換するシステムを試作した。このシステムによって、パーソナルコンピュータ内で定量化、統計計算の他、非線形力学を応用したカオス解析が具現化した。更に特筆される研究成果はトノメトリ法にと同時計測することにより末梢血管抵抗のリアルタイム計測が具現化したことであり、心臓支配自律神経と血管運動支配自律神経を独立して解析することが可能になったので、より詳細な循環機能計測、神経機能計測が可能になった。この成果は新聞やテレビなどマスコミにも取り上げられ注目されている。本解析システムにより生体から非侵襲的に、かつ実時間的に左室容量の時系列曲線を得ることができるようになり、多くの興味深い知見が得られた。特に左室のストロークボリュームの時系列変動におけるカオス性が発見され、生体の非線形ダイナミクスを解析する上で非常に興味深いとともに、診断学的な新しい意義も示唆された。本研究によって全く新しい画期的な循環機能、自律神経機能診断法が確立すると同時に、今後膨大なデータ処理が必要になることが自明である医療分野に、インターネットを応用した医療情報処理の新しい方法論が確立されうるものと期待される。そのためにAQ法による心内膜自動解析により左室内膜の自動解析を行って左室の一回拍出量を求め、その時系列情報を病院内のイントラネットらしくはインターネツト回線で計算時間が高速であるワークステーションに転送し、結果を再びネットワーク回線で伝えるリアルタイムの診断システムの開発を目指す。平成9年度には、当初の予定通り、心内膜自動解析によって解析される左室内腔の容量を、時系列曲線として取り出すことができるように、現有の超音波診断装置に改造を加えた。得られた時系列曲線はリアルタイムで、パーソナルコンピユ-タ内にADコンバータを介して読み込み、定量化、統計計算の他、非線形力学を応用したカオス解析が具現化した。その結果、生体から非侵襲的に、かつ実時間的に左室容量の時系列曲線を得ることができ得るようになり、多くの興味深い知見が得られた。変換された時系列データはネットワーク回線を介して工学部のワークステーションへ転送するように改造中であり、次年度はもちろん更に大きな研究成果が期待できるものと考えられる。
新規機能性物質が眼底循環動態に及ぼす影響の生理学的・薬理学的研究

アスタキサンチン(AST)はカロテノイドの1種であり、数々の薬理作用が報告されている。本年度は健常人がASTを摂取したときの眼底血流に及ぼす影響を検討するために、対照群を設け、二重盲検法による臨床試験を実施した。スクリーニング時に測定した眼底血流量を基準に無作為にAST12mg摂取群(AST群)とAST0mg摂取群(プラセボ群)の2群にわけ、4週間摂取した。摂取前、摂取後2週目および4週目に眼底血流量を視神経乳頭部、黄斑部および眼底後極部の3部位について測定した。眼底血流量はレーザースペックルフローグラフィ(LSFG)眼底血流測定装置(TRC-50X、ソフトケア社)を用いて、右眼の測定を行った。その結果、摂取前と比較して、AST群の視神経乳頭部の血流量は摂取後2、4週目で増加し、特に摂取後2週目で有意な増加がみられた(摂取前;22.7±7.4 NB値、摂取後2週目;23.9±7.9 NB値、p<0.05)。黄斑部の血流量も増加しており、特に摂取後4週目で有意な増加がみられた(摂取前;18.2±5.2 NB値、摂取後4週目;21.1±6.6 NB値、p<0.05、)。次に、眼底後極部の血流量についても同様に増加し、摂取前と比較して、摂取後2、4週目ともに有意差がみられた(摂取前;14.5±4.0 NB値、摂取後2週目;16.1±3.8 NB値、摂取後4週目;16.6±4.2 NB値、p<0.05)。プラセボ群の視神経乳頭部、黄斑部および眼底後極部の血流量への影響はみられなかった。また、両群間の比較では摂取後2週目、4週目ともに黄斑部および眼底後極部の血流量はAXT群の方が高値を示したが、有意差はみられなかった。以上のことから、視神経乳頭部、黄斑部および眼底後極部といった眼底部位特異的な血流改善はみられないものの、網脈絡膜全般の血流の増加傾向がみられた。したがって、ASTは加齢黄斑変性、糖尿病網膜症などの眼底疾患だけではなく、緑内障における視神経乳頭血流改善など各種の眼底疾患に対し、臨床応用出来る可能性が示唆された。アスタキサンチン(AST)、ルテイン(LUT)はカロテノイドの一種であり、抗酸化作用をはじめとする種々の薬理作用が報告されている。ASTおよびLUTの抗炎症作用を明らかにするため、EIUにおけるNF-κB活性に及ぼす影響を検討した。ルイスラットにLPS投与直後に1、10、100mg/kgのASTまたはLUTを静脈内投与した。6、12、24時間後に前房水を採取し、炎症細胞数、タンパク濃度、NO濃度、PGE2濃度およびTNF-α濃度を測定した。また、LPS投与3時間後のNF-κBの免疫組織化学を行い、虹彩、毛様体のNF-κB陽性細胞数を測定した。その結果、ASTおよびLUTは濃度依存的にEIUの炎症因子を抑制した。その抑制は、LPS投与6時間後からみられることから、炎症の初期段階に作用すると思われた。これは、炎症サイトカインネットワークを支配する虹彩・毛様体におけるNF-κB活性を抑制する結果と一致した。欧米の疫学研究において、眼底循環の病態である加齢黄斑変性の予防に黄斑色素LUTの有効性が示唆されている。LUTの脈絡膜新生血管(CNV)に対する作用について、マウスのレーザー誘導脈絡膜新生血管モデルを用いて分子メカニズムとあわせて検索した。C57BL/6マウスに対しレーザー光凝固によりCNVを誘導し、LUTを光凝固照射前30分、直後、照射後30分に腹腔内投与し7日後にCNV体積を評価した。また、脈絡膜血管新生を制御する接着分子であるintercellularadhesion molecule(ICAM)-1の脈絡膜におけるタンパク発現をELISA法で検討した。その結果、LUT投与によって、実験的CNVの形成が有意に抑制された。この分子メカニズムとして脈絡膜におけるICAM-1の発現抑制が考えられた。

黄斑部の血流量も増加しており、特に摂取後4週目で有意な増加がみられた(摂取前;18.2±5.2 NB値、摂取後4週目;21.1±6.6 NB値、p<0.05、)。次に、眼底後極部の血流量についても同様に増加し、摂取前と比較して、摂取後2、4週目ともに有意差がみられた(摂取前;14.5±4.0 NB値、摂取後2週目;16.1±3.8 NB値、摂取後4週目;16.6±4.2 NB値、p<0.05)。プラセボ群の視神経乳頭部、黄斑部および眼底後極部の血流量への影響はみられなかった。また、両群間の比較では摂取後2週目、4週目ともに黄斑部および眼底後極部の血流量はAXT群の方が高値を示したが、有意差はみられなかった。以上のことから、視神経乳頭部、黄斑部および眼底後極部といった眼底部位特異的な血流改善はみられないものの、網脈絡膜全般の血流の増加傾向がみられた。したがって、ASTは加齢黄斑変性、糖尿病網膜症などの眼底疾患だけではなく、緑内障における視神経乳頭血流改善など各種の眼底疾患に対し、臨床応用出来る可能性が示唆された。
膵がん細胞を標的とした新しい抗がん療法の開発

膵癌は浸潤性が高く,早期に転移しやすいことから極めて予後不良な癌の一つであるが,現状では,進行膵癌に対する有効ながん薬物療法はない.そこで,膵癌細胞を標的とした新たな細胞標的療法を考案した.膵癌細胞のX分子の要求度が高いことに着目し,そのreceptor-mediated endocytosisを利用した抗がん剤送達法を用いることによって,膵癌細胞を標的とした新規の抗がん療法を開発した(論文投稿中).本製剤はX分子要求度の高い各種膵癌細胞株に対する特異的な送達,ならびに高い抗腫瘍効果をin vitroおよびin vivoで示した.現在,実用化に向けた準備を進めている.膵癌は浸潤性が高く,早期に転移しやすいことから極めて予後不良な癌の一つであるが,現状では,進行膵癌に対する有効ながん薬物療法はない.そこで,膵癌細胞を標的とした新たな細胞標的療法を考案した.膵癌細胞のX分子の要求度が高いことに着目し,そのreceptor-mediated endocytosisを利用した抗がん剤送達法を用いることによって,膵癌細胞を標的とした新規の抗がん療法を開発した(論文投稿中).本製剤はX分子要求度の高い各種膵癌細胞株に対する特異的な送達,ならびに高い抗腫瘍効果をin vitroおよびin vivoで示した.現在,実用化に向けた準備を進めている.膵癌は難治性癌で一つあり、極めて予後不良である。現在、手術不能膵癌のがん薬物療法の成績は約半年であり新規治療法の開発が期待されている。薬物療法の治療成績が不良である原因の一つとして、抗がん剤のがん細胞における血中濃度が不十分であることが上げられる。本研究では膵癌細胞において要求度の高いX分子に着目し、X分子結合型リポゾームを開発し抗がん剤を内包化することで、膵がん細胞特異的に薬剤を送達しより効果の高く有害事象の少ない細胞標的治療を開発することを目論む。平成21年度は、X分子結合型リポゾームの作製を試みた。具体的には膵がん細胞株の腫瘍マーカーを測定し、X分子要求度を検討した。次に、X分子の発現をRT-PCR,ウェスタンブロットなどにより検討した。更に、X分子結合型リポゾームを作製しX分子の結合率と膵がん細胞株への導入効率を比較検討し、最も効率的なプロトタイプのX分子結合リボゾームを決定した。現在、このプロトタイプのリポゾームに抗がん剤(ゲムシタビン、CDDPなど)を封入し、これらの薬剤の封入効率を検討しつつ、in vitroでの抗腫瘍活性を検証している。また、作製したプロトタイプX分子結合型リポゾームを担癌マウスに投与し、in vivoでの送達性も検証している。悪性腫瘍の中でも難治性癌である膵癌は,新たな治療戦略が期待されている.現在使用されている抗がん治療の問題は,有効な腫瘍内血中濃度を癌細胞へもたらす事ができない点である.即ち,新たなDrug deliverysystemの開発が膵癌の治療を改善する上で最も重要である申請者らは,膵癌細胞において要求度の高いX分子に着目し,X分子結合型リポソームを開発した.初年度は,そのX分子結合型リポゾームで,in vitroにおける膵がん細胞への特異的送達性を検証するとともに,X分子結合型リポソームに各種抗がん剤(シスプラチン,ゲムシタビン)を用いて,細胞毒性試験を行い膵癌細胞,特にX分子の要求度の高い癌細胞ほど効果や送達性が高い事を確認した.そこで,これらの結果を踏まえて,X分子結合型リポソームに蛍光物質を内包化し,担癌マウスを作製し抗腫瘍効果を検証した.その結果,X分子要求度の高い膵がん細胞を移植した胆癌マウスにおいて,X分子結合型リポソームは癌細胞特異的に集積した.更に,膵癌細胞株の皮下腫瘍モデル,同所モデル,ならびに肝転移モデルなどを作製し,抗腫瘍効果の検討を行っている.また,同薬剤を用いて有害事象(短期毒性,長期毒性)などの検討も行い,実際の臨床応用に向けた基礎的な検討も実施中である膵癌は,現在本邦における癌死亡原因の第5位であり,年間約2,2000人を超える死亡数が推計されており,年々増加の一途を辿っている.膵癌は浸潤性が高く,早期に転移しやすいことから極めて予後不良な癌の一つである.更に,診断時に手術不能のIVb期に既に進行している例が約60%であり,例え病期IVb以下で手術が行われても90%の症例は再発し5年生存率は10%と報告されている.現状では,このような進行膵癌に対する有効ながん薬物療法はなく,最も有効性の高いとされているGemcitabinによる抗がん治療を行っても平均余命は約5.7ヶ月と極めて不良である.また,最近注目されている分子標的療法も,欧米を中心に臨床試験が試みられているが特異性に問題があり,満足すべき成果は得られていない.

このようなことから,膵癌細胞を標的とした新たな細胞標的療法を考案した.本研究では,膵癌細胞のX分子の要求度が高いことに着目し,そのreceptor-mediated endocytosisを利用した抗がん剤送達法を用いることによって,膵癌細胞を標的とした新規の抗がん療法を開発することを目的とするものである.すなわち,抗がん剤を内包化させたliposomeにX分子を結合させ,膵がん細胞特異的なDDS法を開発し,膵癌治療の効果増強ならびに副作用軽減を目指す.当該年度においては,これまでの基礎的検討を踏まえ,至適化したX分子結合リポゾームに抗がん剤を搭載し,in vitroおよびin vivoでの抗腫瘍効果を検討した.その結果,X分子の要求度の高い各種膵癌細胞株に対する特異的な送達,ならびに高い抗腫瘍効果を認めた.また,in vivoにおいても担がんマウスにおいて,膵がん細胞特異的な送達と抗腫瘍効果を認めた.以上より,本研究により膵癌に対する新たな細胞標的療法の可能性が示された.現在,実用化に向けた準備を進めている.
日本の医学英語教育に関するニーズと経済的評価による改善戦略の決定

徳島大学の医学英語教育の新プログラムにより、学生は英語での講義に慣れ、試験の結果、理解度の高まりが認められ、満足度も高まった。教員への調査の結果、読解能力、情報収集能力、コミュニケーション、プレゼンテーション、英語学習への興味・やる気の育成が主なニーズを挙げられた。授業改善する為に、2名の非常勤講師を雇い入れモデルの教育効果が高く、増分費用も少なく実現可能性が高いモデルであると考えられた。本学の医学英語教育は、2学年では医学用語の基本を学習し、3学年では"Medical Communication":学生は、原著論文を読んで、概要を書き、班毎にプレゼンテーションを行わせ討論を英語で行なう講義を取り入れた。4学年は,各々の臓器疾患別のチュートリアルコースと連動し,英語の講義を実施した.昨年と比べて、講義で少し日本語を使うことにしたので、全くついてこれない学生はほとんどなくなりました。少なくとも、特に3学年と4学年の学生たちが英語で講義行う事をなれてきたし、英語の理解力少し高まった事を考えられる。尚、学生の調査による、昨年と比べて、満足度高めること出来ました。医学英語教育は、ネーティブスピーカーだけが実地できるものではなく、ノンネーテェブスピーカーも教えることができると考え、北京大学医学部医学英語科に情報交換と学生調査のため、訪問しました。その結果、中国の医学教育は5年間であり、1年から3年生までで剖学の用語をまず覚えるという点は本学と共通していた。講義数は徳島大学とほぼ岡じ17コマ/年であるが講義時間は倍の120分であった。この間の医学英語の教員は中国人であるが医学英語の専門家であった。4年生のチュートリアルコースでは臨床の教員が、小グループで英語を使った教育を行っていた。5年生は臨床実習が中心となり英語教育は特に行われていなかった。骨格・筋の講義を-コマ担当したが、英語での質問が活発に行われ、北京大学の学生の英語の聞く力、表現力は、いずれをとっても徳島大学の学生に比べ明らかに高いと感じられた。ただ、徳島大学で行っている学生による論文の紹介のプレゼンテーションと質疑応答の講義は、北京大学の学生も教員も強い関心を示し、北京大学でも今後実施することが検討された。アンケートについては現在その調査の分析中である。今年は、徳島大学医学英語教育新しいアフローチが3年目です。フログラムとして、たんたん成長してきたと言えます。2年生:Basic Medical Terminology、授業以外に基礎医学英語の練習と毎週レポートを提出させた事により、もっと課発的に勉強する事を見えて、今年の本試験では初めて、全員合格した事出来ました。おそらく、医学英語の基礎の言葉の実力ついた事を考えられる。3年生:Medical Communication、TBLとして、英語の事嫌がらず、熱心に小さなグルプで、自分達選んだ論文を読んで、英語でクラスプレゼンテーションとデイカーションを行って、そして一人一人の学生がその論文を自分の英語で纏めると言うアプローチ今年のクラスコンサルテーションで学生アンケート及び先生方の感想は良かたです。4G : Clinical Terminology、診療所の言葉覚える事とPBLチューリアルに関して文書読むを中心の講義です。今年もう講義に少し日本語入れてほしいと言う悩みがなくなた事を医学英語の関心少し高また事を言えます。今回はイギリスへのビザが遅れた事により、エジンバラ大学主催する医学英語教育FDに参加出来な方。その代わりに、医学英語教育の情報交換のため、ハンガリのペクス大学医学部へ行って来ました。先生達と話し、授業の参加、学生調査をして来ました。その結果は、医学英語の教育内容がほとんど同じけれども、異なる所は、徳島大学では、医学英語教育が3学年に行っており、必修科目で、一人の先生がすべての学年に教えています。ペクス大学でハ、医学英語は、選択科目であり、6人の先生がいるために、小さいグルプで教えること出来て、一人一人の学生とコミュニケーションを出来る。学生調査の分析結果は、英語に対して、ペクス大学の学生は、徳島大学の学生より満足度高くて、そして色々なしも(予習復習、外国人専門家及び患者とのコミュニケーション、英文読解、英語で授業行う事、国際学会及び他の活動等)より熱心である。これから、我々の学生達、医学英語の教育に対して、今よりもっと満足度,動機ずけあるいは、英語の関心を高めるために色々な戦略を考える必要である。医学科の教員にアンケート調査を行った結果、医学論文の読解能力、情報収集能力、コミュニケーション、英語学習への興味・やる気の育成が主なニーズとして挙げられた。また担当教員は、医学英語のターミノロジー、医学論文読解およびプレゼンテーション、また論文記述、診療上の言葉を理解し患者および他の職種とのコミュニケーション能力をニーズとして挙げた。これらのニーズを充足する為に現行の授業をどのように改善するか検討を行った結果、2つのモデルが考えられた。一つは、講義の内容をターミノロジー中心からコミュニケーション、論文の読み書きにシフトするが、教員は現行の教員一人で行うプランA。もう一つは、2名の非常勤講師を雇い入れ、現行の教員と合わせ3名でプランAと同様の内容の講義を行うプランBである。

この2つのモデルの医学英語教育効果をデルファイ法を用いて推定(現行の教員一人で行うターミノロジー中心の講義の教育効果を100と仮定する)を行ったところ、プランAの教育効果の中央値は110、プランBの教育効果は120であった。現在、1クラスの学生数は、110名を超えており一人の教員で行うプランAでは効果は比較的小さいと推定する評価者が多かった。非常勤講師を加えた3名態勢ならば、医師が患者に医療面接をする場面等をシュミレーションする事も可能であるなど、有利な点は多いと考えられた。費用の増分に関しては、教員一人で講義内容を変更するプランAは零円であった。一方2名の非常勤講師の雇入れを行うプランBは185,000円であった。従って、教育効果を上げるのに必要な費用は、プランAは零、プランBは9250円となりプランAが効率的であった。しかしながら、高い教育効果が期待されるプランBの実施にかかる費用は、185,000円と比較的安価であり、実現可能性は高いと考えられた。
高感度腫瘍正着NOGマウスを用いた肝がん幹細胞の同定および治療基盤の確立

近年、多くのがん種で癌幹細胞(あるいは腫瘍始原細胞)の存在が報告されている。がん幹細胞の機能的同定には生体における腫瘍形成能の検討が不可欠であるが、通常の免疫不全マウス(ヌードマウスやNOD/scid)では微量のがん幹細胞を移植しても、宿主免疫により拒絶され、その腫瘍形成能を検討することは困難である。今回我々は、超免疫不全NOGマウスを用い、肝細胞がんにおけるがん幹細胞の同定を試みた。Epithelial cellular adhesion molecule(EpCAM)は正常上皮に出現し、細胞接着に関与する分子で,腺がん、がん幹細胞に高発現することが知られている。例えば、乳癌においてはCD44^+/CD24^<-lo>/EpCAM^+分画、膵癌においてはCD44^+/CD24^+/EpCAM^+分画にがん幹細胞様の細胞が集積しているとの報告がある。EpCAMがヒト肝臓前駆細胞に発現していることから、我々は、EpCAMが肝細胞がんのがん幹細胞の特異的マーカーとして有用ではないかと考え、NOGマウスと単一細胞純化法を用いて検討した。肝細胞がんにおいてEpCAM^+細胞は、EpCAM^-細胞と比較し、より抵抗性(細胞生存性)、腫瘍形成能が高い特性を有し、がん幹細胞が含まれている可能性が示唆された。さらに、遺伝子操作によるEpCAM発現制御を加えた細胞の解析から、EpCAMが腫瘍形成能の増強に関わることが分かった。しかしながら、EpCAM^+細胞のEpCAM発現をノックダウンしてもその腫瘍形成能の減少がみられるが、EpCAM^-細胞のレベルにまでは至らなかったことから、EpCAM以外にも肝がん幹細胞の増殖を制御する分子機構が存在する可能性も示唆された。
拡張Hebb則による神経回路網の構造的および機能的な自己組織化に関する研究

本研究課題では,生物脳のように変化する外部環境との相互作用を介して,構造的および機能的に柔軟に自己組織化する神経回路網モデルの構築を目標としているが,本年度は,はじめに,15年度に構築した構造改変に対応させた拡張Hebb則のプロトタイプを改良し,生理学的にもより妥当な結合構造の時空間改変を統合したモデルを構築した.つぎに,シミュレーションにより,改良モデルの能力を検証し,その理論的考察を行った.1.プロトタイプ拡張Hebb則の改良ニューロンは主にシナプス結合を介して入力情報を受け取るが,シナプス結合を全く持たない新生ニューロンは入力がないため発火せず,したがって,Hebb則による学習が成立せずに新たな結合も形成されないという一種のジレンマがあった.従来のモデルでは,ランダムな初期結合構造を仮定するなど,不自然な解決法が用いられているが,15年度に提案したプロトタイプでも,ランダムな結合形成により便宜的に解決しており,その生理学的妥当性には疑問が残るなど,根本的な問題解決には至っていなかった.これに対し,本年度改良した学習則では,生理学的にもより妥当なニューロンの自発発火を構造改変のための信号として定式化することで,このジレンマを解決した.2.シミュレーションによる能力検証と理論的考察改良したモデルを計算機上にインプリメントし,パターン認識問題に適用した結果,生理学的により妥当なシナプス結合を持たない新生ニューロンを用いても,認識に必要な対象の概念形成過程の幾つかの簡単な側面の再現が可能であるなど,その性能が確認された.また,理論的にも先に提案した概念(記憶)形成能力をより少ない計算コストで実現できることが証明された.本研究課題では,生物脳のように変化する外部環境との相互作用を介して,構造的および機能的に柔軟に自己組織化する神経回路網モデルの構築を目標としているが,本年度は,はじめに,固定構造下での教師なし学習法であるHebb則を構造改変にも適用できるように拡張した.つぎに、提案している時空間変化モデルに拡張Hebb則を適用し,連続的な構造改変とパラメータ改変の統合的な改変モデルを構築し,その性能評価を行った.1.拡張Hebb則による連続的時空間変化モデルのプロトタイプ構築これまでに提案している時空間変化モデルにおいては,統合モデルの一般的な統一的定式化に成功しているが,その解法が確立されていなかった.そこで,一般式をそのまま解くのではなく,解析可能となるように新しい自己組織型の神経回路網モデルを提案し,具体的定式化を進めた.新モデルは,構造がその機能を直接的に規定する機構をもつが,あらかじめ結合構造を与えるのではなく,開発した拡張Hebb則を用いることにより,外部環境からの入力に応じて結合構造,すなわち必要な機能を自己組織的に改変,獲得するモデルである.新モデルの開発により,時空間的変化統合モデルのプロトタイプが構築され,具体的性能解析が可能となった.2.シミュレーションによる能力検証開発したプロトタイプを計算機上にインプリメントし,パターン認識問題に適用した結果,認識に必要な対象の概念形成過程の幾つかの簡単な側面の再現が可能であるなど,従来のモデルにはない性能が確認された.とくに,従来の固定構造下での学習では,決められた枠内での機能改変にとどまっていたのに対し,自律的構造改変が可能になったことにより,新機能の付加や獲得など,従来の学習の枠組みを超える新しい結果が得られた.本研究課題では,生物脳のように変化する外部環境との相互作用を介して,構造的および機能的に柔軟に自己組織化する神経回路網モデルの構築を目標としているが,本年度は,はじめに,15年度に構築した構造改変に対応させた拡張Hebb則のプロトタイプを改良し,生理学的にもより妥当な結合構造の時空間改変を統合したモデルを構築した.つぎに,シミュレーションにより,改良モデルの能力を検証し,その理論的考察を行った.1.プロトタイプ拡張Hebb則の改良ニューロンは主にシナプス結合を介して入力情報を受け取るが,シナプス結合を全く持たない新生ニューロンは入力がないため発火せず,したがって,Hebb則による学習が成立せずに新たな結合も形成されないという一種のジレンマがあった.従来のモデルでは,ランダムな初期結合構造を仮定するなど,不自然な解決法が用いられているが,15年度に提案したプロトタイプでも,ランダムな結合形成により便宜的に解決しており,その生理学的妥当性には疑問が残るなど,根本的な問題解決には至っていなかった.これに対し,本年度改良した学習則では,生理学的にもより妥当なニューロンの自発発火を構造改変のための信号として定式化することで,このジレンマを解決した.2.シミュレーションによる能力検証と理論的考察改良したモデルを計算機上にインプリメントし,パターン認識問題に適用した結果,生理学的により妥当なシナプス結合を持たない新生ニューロンを用いても,認識に必要な対象の概念形成過程の幾つかの簡単な側面の再現が可能であるなど,その性能が確認された.また,理論的にも先に提案した概念(記憶)形成能力をより少ない計算コストで実現できることが証明された.