hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
RPE65のEAU惹起部位と網膜色素上皮を炎症の主座とするぶどう膜炎との関連

網膜色素上皮に特異的に炎症を生じていると考えられる疾患が存在することから、これらの炎症の発症機転に網膜色素上皮特異的な分子が関与している可能性について検討することを目的とした。網膜色素上皮に特異的でることが推測され、起炎性のある分画として既にPEP65が分離されているが、この分画は単一の蛋白質から構成されているか、網膜色素上皮に特異的かなど全く不明である。PEP65分画が網膜色素上皮に比較的豊富に含まれ、自己免疫性ぶどう膜炎を惹起することが判明していることから、分子量が近似し、網膜色素上に比較的豊富に含まれるRPE65に実験的自己免疫性ぶどう膜炎惹起能があるか否かとこの分子と疾患の関連について検討した。最初にヒトRPE65のアミノ酸配列に従って10アミノ酸残基づつ重複する30アミノ酸長の蛋白質全長をカバーするpeptideを合成した。これらのpeptideをルイスラットに免疫し、炎症を惹起することのできるpeptideを確定した。RPE65には多数の炎症を惹起することのできる部位が存在した。また炎症を惹起するために必要な最小量はラットー匹あたり20μgであり強力な起炎性を持っていることが判明した。同一の蛋白質の中に多数の炎症惹起部位があることについてdeterminant spreadingが関与していないかについて検討を行ったが、リンパ球増殖反応ではこの機序が関与している結果は得られなかった。当該の科研費の交付を受け、ルイスラットと有色ラットとの交配を行い、F1ラットを作成した。これらのラットにルイスラットを戻し交配し、N2,N3ラットを作成し、MHCクラスIIの遺伝子型を検索した。N2,N3ラットの内、有色で、MHCクラスIIがRT1 BLのホモの個体を選別し、これにRPE65を免疫し、実験的自己免疫性ぶどう膜炎(EAU)が惹起されるか否かの検討を行っている。有色ラットにRPE65によって惹起されるEAUは白色ラットにおいて惹起されるそれよりも肉芽腫性の変化が強かった。RPE65の免疫によるEAUはMHCがRT1 BLのホモ接合体であることが必要条件であるが、この他にも因子があると推測された。現在、有色で、RT1 BLがホモの接合体で、その他の因子もホモ接合体である個体を作成し、これらを交配させることによって、安定にRPE65によってEAUを惹起することのできる系統を樹立しようとしているところである。また網膜色素上皮に炎症が存在すると推測される患者リンパ球を患者さんに説明し、同意を得たうえで、採取・分離し、RPE65のヒトアミノ酸配列に従った約30残基で、蛋白質全長をカバーするように合成したpeptideを刺激抗原としてリンパ球増殖試験を行った。併せて患者さんのHLAの遺伝子型の解析も行っているが、現在は症例数が少なく、傾向は掴めていないが、症例数を増やすことによって、結果が得られるものと考えられる。網膜色素上皮に存在し分子量65kDaの蛋白質がぶどう膜炎を惹起することができることが報告されているが、その蛋白質は同定されていなかった。私達はこの蛋白質がPRE65であると推測し、この蛋白質あるいはこの蛋白質のアミノ酸配列に従って合成したペプチドの免疫によって実験的ぶどう膜炎が惹起されるか否かについて検討した。またPRE65のぶどう膜炎惹起部位について検討した。これに加え実際に存在するぶどう膜炎にPRE65が関与しているか否かを検討するためぶどう膜炎患者リンパ球のRPE65に対する反応性について検討した。PRE65は私達の予測どおりルイスラットに実験的自己免疫性ぶどう膜炎を惹起することができた。その組織像は色素上皮に存在する分子量65kDaの蛋白質(PEP65)によって惹起されるぶどう膜炎と極めて類似していた。次にRPE65のぶどう膜炎惹起部位を決定するために9アミノ酸長づつ重複する約30アミノ酸長のペプチドをRPE65の全長をカバーするように合成し、これらのぶどう膜炎惹起能について検討した。その結果

RPE65には多数のぶどう膜炎惹起部位が存在することが判明した。また強いぶどう膜炎惹起部位についてはその最小起炎量を決定した。これらのデーターを基に、実際のぶどう膜炎、特に網膜色素上皮に炎症の主座がありそうな疾患についてRPE65の関与について検討を行っている。具体的にはRPE65に対する抗体価の測定と患者リンパ球の増殖試験をおこなっている。これについては現在は患者数が少なくまだ結論は得られていない。
劣モジュラ的な離散構造に注目した最適化基礎理論の展開と高速アルゴリズム開発

凸多面体上の辞書式最適解ならびに離散凸性に関連して、greedy system of linear inequalitiesという新しい概念を導入し、良く知られるJack Edmondsの貪欲アルゴリズムと同様な手順によって辞書式最適解が得られることを示した。さらに、このようにして得られる辞書式最適解が整数解を与える条件を吟味し、それによって、室田・田村によって示された「整凸関数の劣微分が整数点を含むこと」の別証明を与えた。また、整凸関数の新たな特徴付けも明らかにした。現在もさらに機械学習や最適化の分野で劣モジュラ解析の関連研究が世界中で活発に続けられているが、本研究課題で得られたk-劣モジュラ性、歪双劣モジュラ性などの一般化劣モジュラ構造に関する研究やゾノトープモデルによる線形計画の研究などの更なる深化を通して、最適化の数理とアルゴリズムの新展開を目指して今後も研究を進める。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。機械学習を始め、離散最適化・組合せ最適化の関連分野において、劣モジュラ構造あるいは劣モジュラ的な類似の構造が現れる問題を調査し、系統的に分類し吟味し、劣モジュラ的な構造の観点から重要で有用であると考えられる未解決問題ならびに未開拓な課題を整理する作業を行い、今後の研究に有用な成果を得た。具体的には、以下の通りである。1.要素数制約付き多面体の族の有する双対一致性の概念を導入し、そのような多面体族の凸包の線形不等式表現を確定させた。2.無向グラフにおけるブロードキャストゲームにおける最小ポテンシャルをもつナッシュ均衡解の社会コストの性質を調べた。具体的には、最小ポテンシャルをもつナッシュ均衡解の社会コストと最適な社会コストの比に関して、非自明な上限,下限値を与えた。3.グラフ上での離散凸関数の理論構築を試みて、その新たな知見に基づき、多品種流や施設配置問題への応用を行った。4. Huber-Krokhin-Powell(2013)によって提案されたskew-bisubmodular関数の一般化を提案し、一般化skew-bisubmodular関数と一般矩形上の凸拡張の関係を明らかにした。また、skew-bisubmodular関数から自然に定まる多面体を導入し、その上での最小ノルム点と関数の最小値の関係を示す最大最小定理を導いた。5.巡回セールスマン問題の緩和問題である、特定の枝カットと交わる2-因子問題に対して、3正則グラフでのアルゴリズムを構築した。さらに、やはり巡回セールスマン問題の緩和問題である最小2辺連結部分グラフ問題に対して3正則3辺連結グラフにおける近似アルゴリズムを設計した。機械学習を始め、離散最適化・組合せ最適化の関連分野において、劣モジュラ構造あるいは劣モジュラ的な類似の構造が現れる問題を調査し、系統的に分類し吟味して、劣モジュラ的な構造の観点から重要で有用であると考えられる未解決問題ならびに未開拓な課題を整理し、今後の研究に繋がる有用な成果を得た。具体的には、主要な成果は、以下の通りである。1.劣モジュラ的な離散構造を有する新たな関数系として横断劣モジュラ関数の概念を導入し、横断劣モジュラ関数最小化問題に対する最大最小定理を示した。さらに、ダイアモンドの直積束上の劣モジュラ関数やk-劣モジュラ関数などの応用上特に重要な特殊ケースに対し、付随する多面体構造の解析を行った。特に横断劣モジュラ関数の概念によって既存の多くの成果に対する統一的な視点が与えられた。2.劣モジュラ的な離散構造に関わる基本的な多面体として双劣モジュラ多面体があり、離散凸関数を定める定義域の単体分割をその単体間の局所的な接続関係を双劣モジュラ的に定めることによって広がる離散凸関数のクラスを示した。3.ネットワーク合成問題に対するGomory-Huのアルゴリズムと半整数性を新しい立場から見直し、あるクラスの歪優モジュラ被覆問題にまでアルゴリズムと半整数性が拡張できることを示した。また、それを応用して、さらに広いクラスに対して近似アルゴリズムを構築した。4. 2人零和平均利得確率ゲームに対する定常戦略を考察し、与えられた正定数dに対して、確率ゲームがd-エルゴード的である場合、24d-エルゴード的であるような定常戦略を求めるアルゴリズムを構築した。5. 2部グラフにおける$C_4$-free 2-マッチングに対して,2部グラフのDulmage-Mendelsohn分解や一般グラフのEdmonds-Gallai分解に対応する分解定理を証明し、その有用性を示した。1.古くから研究されているCongestionゲームについて、Fotakis(2010)によって示された局所最適な更新の繰り返しで均衡解に高速に収束する現象が、M凸関数に対する貪欲算法に他ならないことを明らかにした。2.数理最適化分野で最も基礎的な線形相補性問題(LCP)の入出力の疎性に関わる入力行列の行/列毎の非零要素数の最大値や解の非零要素数をパラメータとして扱い、パラメータ化計算量を明らかにした。3.歪優モジュラ関数に対する交差解消

ゲームは、RedとBlueの2人のプレイヤーからなるゲームで、カット被覆線形計画問題の双対解をラミナー解にする交差解消プロセスを抽象化したものであり、このゲームに対し、Karzanovによる0-1値歪優モジュラ関数に対する既存結果を拡張・改良した多項式時間Red必勝戦法を与え、その帰結として,広いクラスのカット被覆線形計画の双対解に対する強多項式時間交差解消アルゴリズムを与えた。4.劣モジュラ的な離散構造を有する新たな関数系として、Huber-Krokhin-Powell(2013)によって導入された歪双劣モジュラ関数に対する最小化問題は、Huber-Krokhin(2014)によって楕円体法を利用したアルゴリズムが知られていたが、組合せ的アルゴリズムの開発は未解決であった。この問題に対し、Iwata-Fujishige(2005)およびMcCormick-Fujisge(2010)による双劣ジュラ関数最小化アルゴリズムを基礎に、歪双劣モジュラ関数最小化問題に対する組合せ的強多項式時間アルゴリズムの開発を行った。順調に研究成果をあげて、国内外の会議で発表し、学術専門誌への発表や投稿を行ってきている。また、今後の研究の展開へ向けての萌芽的な手がかりを得て、研究の新たな展開を試みている。機械学習を始め、離散最適化・組合せ最適化の関連分野において、劣モジュラ構造あるいは劣モジュラ的な類似の構造が現れる問題を調査・吟味して、劣モジュラ的構造の観点から重要かつ有用であると考えられる未解決問題ならびに未開拓な課題を整理し、今後の研究の展開に繋がる有用な成果を得た。具体的には、主要な成果は、以下の通りである。(1)最小化ナップサック問題に対して、キャンセル付きオンライン版を扱い、競合比8をもつ決定的オンラインアルゴリズムを開発した。(2)ホーン規則によるアンチマトロイドの新しい表現法を提案し、その表現法のもとでの基本的な問題とそれを解くアルゴリズムを提案した。特にメンバシップ問題やインファレンス問題に対する線形時間アルゴリズムを与えた。(3)離散凸解析の基礎をなすL凸関数は,その定義域である整数格子をグリッドグラフ,ツリーの直積、さらに一般的なグラフにおきかえても自然に定義できることを明らかにした。(4)制約付き2-マッチングの新たな枠組を提案し、その問題が多項式時間可解となる有用な十分条件を導き、最大最小定理・組合せ的アルゴリズム・分解定理を与えた。(5)Edmondsの有向木詰込み定理の拡張としてBercziとFrankによって提案されたマトロイド制約付き有向木詰込み予想に対し、反例を与え、マトロイド制約が横断表現やグラフ表現を有する場合は、その予想が正しいことを証明した。(6)ネットワークにおける混雑現象のパラドックスとしてBraessパラドックスが良く知られているが、対象のネットワークに付随する制約条件がマトロイド構造を有する場合にはBraessパラドックスが生じないことを明らかにした。(7)職探しのjob-matching問題において、ランダムに局所改善を繰り返すことにより、確率1で均衡解に到達することを示した。
水銀アーク光源蛍光顕微鏡をベースとしたタンパク質活性光制御システムの開発

光遺伝学(オプトジェネティクス)を用いた顕微鏡下でのタンパク質活性光制御は次世代タンパク質機能解析法として注目されている。本研究は、通常の水銀アーク光源を利用した電動蛍光顕微鏡をベースとしてイメージングソフトのマクロプログラミングにより高度に自動化した安価で実用的な光制御イメ-ジングシステムを構築することを目的とした。イメージングソフトから制御できる電動励起光絞りを利用し励起光照射部位のサイズを調節することで細胞の一部または全視野を光刺激することを可能とした。ソフトウェアのプログラミングでこれらの動作を連動させ、自動で光刺激とタイムラプス画像取得を行うことに成功した。光遺伝学(オプトジェネティクス)を用いたタンパク質活性制御は次世代タンパク質機能解析法として注目されている。本研究は、通常の水銀アーク光源を利用した電動蛍光顕微鏡をベースとしてイメージングソフトのマクロプログラミングにより高度に自動化した安価で実用的な光制御イメ-ジングシステムを構築することを目的して行われた。蛍光顕微鏡は、イメージングソフトから制御できる電動励起光絞りを利用し励起光照射部位のサイズを調節することで、細胞の一部だけを光刺激したり全視野を光刺激したりすることを可能とした。光刺激用にCFPフィルター、蛍光画像取得用にRFPないしYFPフィルターセットを電動ターレットに備え、高速回転で波長チェンジさせる。透過光の光路には、500 nm-ロングパスフィルターを挿入して透過光による光刺激をカットした。光制御システムは、MetaMorphイメージングソフトウェアのジャーナル機能でプログラミングし、自動での光刺激とタイムラプス画像取得を行えるようにした。植物青色光センサーphototropinのLOVドメインを融合させたPhotoactivatable(PA)-Rac1は、青色光刺激によりコンフォメーション変化をおこし可逆的に活性化させることで、その分子スイッチとしての役割を顕微鏡下で可視化できる。RAW264マクロファージ、PC3細胞にPAーRac1のcDNAを遺伝子導入し、12-24時間後にRac1活性光制御実験を行った。我々のシステムを用い、光照射によりRac1依存性と思われる細胞運動を安定して誘起することに成功し、学会及び論文発表を行った。さらに、緑色光照射によって活性酸素ROSを産生するKillerRedを用いたCALIや他の励起波長での光刺激にも対応できるよう光刺激用フィルターを選択できるプログラミングを行い、これによってより汎用性の高いオプトジェネティクス顕微鏡システムを完成することができた。植物の青色光センサードメインを融合させたRhoGTPaseは、共焦点顕微鏡のレーザースキャン照射によりコンフォメーション変化をおこし可逆的に活性化させることができ、次世代タンパク質機能解析法として注目される。本研究は、通常の水銀アーク光源を利用した電動蛍光顕微鏡をベースとしイメージングソフトのマクロプログラミングにより高度に自動化することで安価で実用的な光制御イメ-ジングシステムを構築することを目的とする。蛍光顕微鏡は、37°Cのステージチャンバーを備えた倒立型電動顕微鏡(Leica DMI6000)をベースとし、励起用光源は、超高圧水銀アークランプを外部光源として使用し5段階NDフィルターの電動ホイールにより光量を調節した。電動励起光絞りを利用して励起光照射部位のサイズを5段階で選択できるようイメージングソフトから連動制御可能とした。蛍光フィルターキューブは、光刺激用にCFPフィルター、蛍光画像取得用にRFPフィルター、YFPフィルターを電動ターレットに備え高速回転で波長チェンジさせる。透過光の光路には、500 nm-ロングパスフィルターを挿入することにより、LOV感受性光をカットした。対物レンズは、100倍オイル浸レンズを用いた。画像取得には高感度高精細デジタルカメラを使用した。光制御システムは、MetaMorphイメージングソフトウェアのジャーナル機能でプログラミングし、自動で光刺激と画像取得を行った。RAW264マクロファージ、PC3細胞にPhoto-activatable(PA)ーRac1のcDNAをNeon遺伝子導入装置で導入し、12-24時間後にRac1活性光制御実験を行った。これらのシステムを用い、光照射によりRac1依存性と思われる細胞運動を安定して誘起することに成功した。電動顕微鏡と周辺機器の統合化、イメージングソフトのプログラミングによる光刺激とタイムラプス画像の取得の自動化に成功し、簡便かつ有効な蛍光顕微鏡光制御システムが構築できた。このイメージング装置を用いてPA-Rac1発現細胞でRac1依存性の細胞運動を誘起することに成功し、励起光の強度や時間などの条件もおおむね決定することができたので、本研究は、おおむね順調に進展しているといえる。KillerRedはAnthomedusaeクラゲの発色タンパク質であるanm2CPを改変して開発された新規の赤色蛍光タンパク質で、540580nmの緑色光照射によって活性酸素ROSを産生するというユニークな特長を持つ蛍光タンパク質である。緑色光照射によって産生された活性酸素で、in vivoにおける目的タンパク質の正確な光分子機能不活性化や選択的な細胞死誘導の研究への応用が期待される。PA-Rac1の水銀アーク光源

蛍光顕微鏡光制御のシステムを基にして、光刺激の波長を緑色光(540-580 nm)に入れ替えることにより、KillerRed融合タンパク質発現細胞で光刺激によるタンパク質を不活性化(細胞内局所的ノックダウン実験)や細胞死誘導への応用を試みる。透過光源の光路には、500 nmショートパスフィルターを挿入し、KillerRedへの刺激をブロックする。マクロプログラミングは、蛍光波長フィルター選択の変更のみで行える。KillerRedを融合させるタンパク質としては、Rac1,Cdc42,Rab35,actinin4などを予定している。これらのタンパク質のCALI不活性化解析とPA-Rac1, PA-Cdc42の組合せにより細胞内アクチン構築などへの影響を観察したい。現状の制限絞りでは、光刺激を行う領域は最小でも細胞の半分程度であり、細胞のより局所に光を絞ってあてるには、さらにサイズの小さい絞りをオーダーメイドで作成し、顕微鏡に組み込む必要がある。本年度で光刺激顕微鏡システムがほぼ構築できたので、次年度に光刺激領域の縮小化が可能となるよう改良を加えるために研究費を次年度に使用する。
実物資料を活用した自然史の新たな展示手法および展示理論の構築

前年度に引き続き、博物館における試作展示・実証実験および資料の学術的背景を明らかにするための学術調査を行った。二年目となる本年は、前年度の実証実験結果との比較のための調査研究および、前年度の結果を踏まえた取り組みを行った。実証実験は前年度同様、北九州市立自然史・歴史博物館において行った。1.資料収集:前年度に引き続き収集・研究を進めている。野外調査では標本資料収集だけではなく、野外調査でないと得られない写真や映像などのデータ収集にも努めた。標本では失われてしまう情報を補完することで、実証実験の幅を広げられるものと考えられる。これら資料は必要に応じて調査研究を行い、学術的背景を明らかにする。学術成果は学術誌に出版する。2.実証実験:前年度におこなった子供の声を集めるためのアンケート手法の設計・実証実験の結果を集計・考察し、論文を執筆中である。本年度は、前年度の結果を踏まえ、夏の特別展(73日間、観覧者数およそ12万人)にてアンケート調査や聞き取り調査を行った。前年度との比較のため、前年度同様の調査と継続調査が主となっているが、学びに関する新たな調査も行った。また、実証実験では構造色に着目し、構造色が見る角度によって色彩が変化することを体験していただくため、大型ケースを用いて動く展示を試作設置してその効果を検証した。本試作展示では、展示物が動き、逐次表情を変えていくことが来館者に対しインパクトを与えることが明らかになった。さらに、実物標本だけでは元の姿や大きさを想像しづらい化石標本について、復元模型や復元図を組み合わせて紹介し、その効果を検証した。平成30年度の研究課題としてあげていた調査・分析をおおむね行うことができたため。次年度以降は今年度の成果を基に、既存の展示手法を再構築した実物展示による自然史展示手法の実証実験を進めていく。本研究の最終目標は、博物館における実証実験をベースとして、「実物」を基軸とした効果的な展示手法の開発・検証を行うことにより、汎用性の高い自然史の基礎的展示理論を構築することにある。実物資料は必要に応じて収集・整備・調査研究という過程を踏み、資料の学術的背景を明らかにして実証実験へ活用する。実証実験は北九州市立自然史・歴史博物館で行う。研究初年度となる29年度は、予備調査的側面を多く含んだ研究実施となった。1.資料収集:実物資料の展示のための資料収集・調査研究は実証実験の基盤となるものであるが、このような資料はすぐには展示へは活用できない。そのため、次年度以降の展示への活用を目指し、実証実験に用いる各分野の資料を収集したほか、必要に応じて資料の調査研究を行った。学術成果は学術誌で発表する。2.実証実験:夏の特別展(51日間、観覧者数およそ12万人)を中心に、博物館内でアンケート調査や聞き取り調査などを行ったほか、実物標本に対する来館者の反応を調査した。アンケートは現在集計・解析中であるが、知覚刺激効果を検証するアンケート調査については集計・解析が終了したため、その結果を全国科学博物館協議会の研究発表大会でポスター発表した。また、研究協力者である坂倉真衣氏(宮崎国際大学)と共同で、博物館での体験、特に特別展の観覧が、学校や日常生活の場でどのように意味付けられ記憶として残っていくのかを把握するための継続的な来館者調査を開始した。3.実証実験における本年度の成果の一例として、大量の実物資料を展示する手法では、来館者が(1)めずらしい生物にふれる楽しさや、生物の美しさへの感動を持つこと、(2)生物の種類数や形態、生態の多様性から生物学的な特徴を自らが知覚すること、(3)展示に関する感動や知覚の共有化・深化を来館者間(特に家族間)にもたらすことができたと判断された。平成29年度の研究課題としてあげていた調査・分析をおおむね行うことができたため。

平成30年度の研究課題としてあげていた調査・分析をおおむね行うことができたため。次年度以降は今年度の成果を基に、既存の展示手法を再構築した実物展示による自然史展示手法の実証実験を進めていく。
マルチメディア教材を用いた英語リズム学習過程における脳内変化と学習ロボットの開発

萌芽研究「英語リズムパターン学習過程における脳波変化」(平成15年;課題番号:15650181)から、英語リズム学習時に脳波が変化しているのではないか、という仮説を証明する研究に着手した。実際にはGrahamにより開発され、共同研究者の中野によって修飾されたリズム学習教材である、ジャズチャンツ教材を学習者に学習させ、その脳波変化を調べた。その結果、前頭部(F3,F4,Fz領域)でのθ波(Fmθ)のパワー値が学習時に経時的に増加した。その増加は有意であった。その後、学習者のリズム学習は維持されたが、Fmθのパワーは減少した。この事実から、Fmθ波が英語リズム学習時の脳内変化を検出出来る脳波であると示唆された。萌芽研究期間では、示唆的な結果は得られたが、仮説のきちんとした検証は得られなかった。本研究課題に採択された後に、測定を再度行い、ジャズチャンツは、英語リズム学習の6ケ月後の長期記憶にも関わる事を明らかにした。このような結果から、英語リズム学習者の状態を脳波で検出出来るのではないか、と言う考えに至り本課題の研究を開始した。つまり脳波を使い、学習者の状態にあった適切な英語リズム学習教材を提供出来る、そのような英語学習教材提供システムの構築を目指し、そのようなシステムを英語リズム学習ロボットと名付けた。システムは、3つの部分から出来上がっている。学習者の脳波を測定しパソコンに取り込む脳波測定部、パソコンに入力した脳波を解析する脳波解析部、解析された結果から、現在提供されている教材を入れ替える英語リズム教材提供部の3つである。本事業では、FedoraCore6上でシステムを開発し実際に使用できるか確認した。脳波α波が出現すると、インターネットを介して提供される英語教材が変更される事を確認した。英語リズム学習を行っている時の日本人L2学習者の脳から10/20法に基づき、Fz,Cz,Pz,Oz,F3,4,T3,4の8カ所より脳波を測定した。英語リズム学習は、1979年、グラハムによって開発され、共同研究者の中野によって改変された、Jazz Chants for Childrenというリズム教材を用いて、1日15分間ずつ計5日間行った。リズム教材用いた学習後、5人の被験者の英語リズムは、Nativeの英語スピーカに近くなった。また、その時得られた脳波を、MEM法に基づく周波数解析ソフトであるMemCalc(諏訪トラスト社製)によって周波数解析を行った。その結果、F3,F4での前頭部θ波(Fmθ;4-8Hz)パワーが、5日間の学習期間において、他の部位に比べて有意に増加した。また、各被験者が英語リズム教材にフォロー出来るようになった日と、Fmθ波のパワーが最大になる日とは一致した。Fmθ波のパワーは、その後減少した。しかし、6ヶ月間オーストラリアで過ごしていた直後に測定した被験者や、英語を母国語とするインドからの留学生では、以上の傾向は観察されなかった。この事は、英語リズム学習において、Fmθ波が関与する事を示唆しており、特に英語リズムの記銘の時期にFmθ波が関与する事を示している。苧阪らの研究(2002)によれば、課題目標に集中する時、一時的に脳が外来の刺激を抑制する時に発生すると考えられている。今回の英語リズム教材を用いた課題においても、教材によって外来刺激の邪魔が無くなり課題に集中できる脳内環境になり、徐々に被験者は英語リズム教材のリズムを脳内に記銘し、最終的に英語リズム教材を全てフォロー出来るようになったものと考えられる。この過程にFmθ波が関与すると予想される。

英語リズム学習時に前頭部θ波(Fmθ)のパワーが増大する事を今までに明らかにしてきた。最終年度に作成する、英語リズム学習ロボットの開発に向けて基礎的なデータ集めを行なった。具体的には、下記の3点を実践した。1)英語リズム学習時のFmθ波の英語リズム長期記憶への関与英語リズム学習教材のジャズチャンツの長期記憶への関与は、前年度に報告したが、その時測定した脳波を解析した。その結果、ジャズチャンツで記憶してから6ヵ月後にテストした時には、Fmθ波の出現は無かった。従って、長期記憶を思い出す場合には、前頭部θ波は関与しない事が示唆された。2)"学習指標脳波"Fmθ波の検出Wavelet法を用いる事を考え、その性質について、Igor, Matlabなどの既存ソフトウエアを用いて調べた。Wavelet法は、そのテンプレート波形を決め、そのテンプレートにあった場所を検出する手法である。そのテンプレートには、Morlet, Haarなどがある。このうち、θ波、α波を含んだ脳波に合う、テンプレートを調べた所、Morletをテンプレートにした時の検出感度が一番良かった。またプレリミナリな結果からは、大体周期の2倍のデータが必要であると概算出来た。θ波の周期が125-250ミリ秒なので、せいぜい500ミリ秒のデータが必要である事が示唆された。3)英語学習ロボットシステムの開発実際の英語リズム学習ロボット開発システムのプラットフォームを開発中である。入力部位には、最近リアルタイム処理がカーネルに組み込まれたLinuxを採用して、A/Dボードを用いて脳波の信号がパソコンに入力出来るようにした。また脳波によって、学習者に提供する英語教材を変化させる必要があるので、そのシステムをWeb2.0の技術を用いて開発する予定である。本研究では、英語リズムの被学習者の脳波に応じてオーダーメーイド学習が可能な学習ロボットを開発する事を最終目的とする。この英語学習ロボットは、学習時に変化する指標となる被学習者の脳波を用いて、英語リズムパターン学習に関する良好な学習環境、学習プログラムの構築、及び学習教材を提供するロボットである。(I)英語リズムパターン学習状態の検出昨年度の脳波実験の結果から、"学習指標脳波"としては、前頭部θ波を用いる。この脳波を検出するために、今年度は、wavelet法、時分割高速フーリエ変換法、MultiTaper法を比べた。この中で時分割高速フーリエ変換法には任意な窓関数が必要となり測定データに最適な窓関数を探すのは困難であった。MultiTaper法は、この欠点を補うものであり、複数の窓関数に関して高速フーリエ変換を行い、スペクトルを求める方法である。しかし、計算に多くの時間がかかったので、wavelet法を採用した。Wavelet法とは、マザーWaveletと呼ばれる関数と時系列データとのテンプレートマツチングを行イスペクトルを計算する方法である。様々な検討を行った結果、θ波を検出するためには、Morlet関数をマザーWaveletに、時間窓600ミリ秒で、θ波周波数範囲(4-8Hz)のwavelet解析を行えば、リアルタイムに解析可能である事を明らかにした。(II)英語リズムパターン学習ロボット開発システムの開発
シンタキシン１アイソフォームのシナプス伝達における機能分化

シンタキシン(sy)1A及びsy1Bの遺伝子破壊マウス(KO)を用いて機能差を検討した。Sy1AKOではグルタミン酸及びGABA性伝達は正常であった。sy1BKOではmPSCが低下し、シナプス小胞(SV)のready releasable poolの減少とrecyclingの上昇が観察された。またsy1A/sy1B double KOでは誘発性神経伝達は生じたが、個々の小胞の放出は散在的であった。従ってsy1は開口放出過程には本質的に不要であるが、SV放出の同時性を制御する因子であることが示された。更にsy1Bはグリア細胞からのBDNF放出を促進して神経細胞の発達・生存を支持していた。1.シンタキシン1Bノックアウト(以下1BKO)ではCa2^+非依存的な微小シナプス後電流の頻度は興奮性・抑制性のシナプス共に低下していた。高浸透圧刺激を用いてシナプス小胞のプールサイズを測定したところ有意に減少していた。またCa2^+依存的な誘発性シナプス後電流の波形や振幅に変化は認めないが、ペアドパルス比の上昇、頻回刺激時の応答の減衰パターンに変化がみられた。2.1AKO及び1BKOのダブルノックアウトマウスより得た培養神経細胞系では、シナプス伝達が生ずるという予期しない結果が得られた。しかしその波形はシナプス小胞が刺激に同調して放出されるのではなく、非同期的なシナプス伝達となることが分かった。これは従来の"シナプス伝達にはシンタキシン1Aおよび1Bが必須である"という概念を変える重要な知見であった。3.高カリウム刺激によるシナプトソームからの伝達物質の放出を検討した結果、1AKOではモノアミンの放出が低下したが、1BheteroではGABA、グルタミン酸の放出が低下しており、アミン系は正常であった。4.1Bheteroでは脳切片からのモノアミン分泌は正常であったが、脳内微小還流法ではドーパミン分泌は増加し、セロトニン分泌は低下していた。これらの結果はこのマウス脳内ではモノアミンの分泌調節系に異常があることを示唆した。培養神経細胞を用いた電気生理学的解析から、sy1BKOマウスではGABA及びグルタミン酸性シナプスにおいて微小シナプス後電流の頻度が低下したが、誘発性シナプス後電流におけるpaired-pulse比が増大した。またこれらのシナプスでは小胞のturn overが促進されていること並びにreleasable poolが低下していることが示された(PLoS ONE 9(2014): e90004.)。これらの所見はsy1AKOでは全く認められず、両者がシナプスにおいて異なる働きをしていることが明らかとなった。一方、sy1BKOより得た培養神経細胞は生存率が低く、この低下はBDNF, neurotropin-3により回復した。更にsy1BKOのグリアではこれらの神経成長因子分泌が低下していることが示され、sy1Bを強制発現させるとその分泌能が回復したことから、sy1Bは成長因子群の放出作用も制御していることが分かった(J.Neurochem., 2014 in press)。興味あることにsy1A/1B double KOマウスは胎生期致死であるが、胎児期より得た培養神経細胞でも誘発性シナプス伝達が存在することが認められた。しかしその様相は通常と異なりasynchronousであり時間経過も遷延していた(Plos one 2014)。この観察は従来考えられていたschemeと異なり、シナプス伝達直前に生じる開口放出の誘導そのものにはsy1A,1Bが必要でなく、その時間的修飾にのみ作用しているという新たな知見を見出した。換言すると細胞内小胞の融合現象にシンタキシンファミリー分子が必須であるという従来の考えが訂正される可能性を示した。これまでに電気生理学的及び生化学的解析によりsyntaxin(sy)1Aはカテコラミンやセロトニン等のモノアミン系の遅い神経伝物質放出過程を、そのアイソフォームであるsy1Bはグルタミン酸、GABA等の速い神経伝達物質放出過程を制御していることが示された。またsy1Aとは異なり、sy1Bはグリア細胞からの神経成長因子の放出を調節していて、神経細胞の分化・生存・維持に重要な役割をしていることが示された。本研究より派生した新たな成果として、人間の自閉性障害(ASD)のゲノムでは約6%の例でsyntaxin1A遺伝子がhaploidとなっていることを見出した。しかしsy1Bには異常は認めなかった。既にマウスのsy1A遺伝子欠失実験によりheterozygote (haploid)の場合には、ヒトの自閉性障害に類似した行動異常が惹起されることを報告している。

従って少なくとも一部のASDにおいてはsy1A遺伝子コピー数の減少が行動異常を誘起する直接的な原因であることが初めて明らかにされた。またsy1Aheterozygoteマウスの脳内ではペプチド性伝達物質であるオキシトシンの分泌低下が見られた。これはオキシトシン神経系を制御する脳内ドーパミン系の機能低下に起因しており、このマウスにオキシトシンを脳内投与すると社会性行動異常が正常に回復することが分かった。最近、人間においてもASDに見られる社会性行動異常に対してオキシトシン投与の有効性が報告されているが、ASDではオキシトシン遺伝子の異常は見出されていない。従って上記の遺伝子改変マウスの結果を勘案すると、ASDにおけるオキシトシンの治療効果の基本的な作用機序として、sy1Aの遺伝子欠失あるいは遺伝子発現異常が関与している可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子神経生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に行うべき実験系は順調に進捗している。特にシンタキシン1A及び1B遺伝子のダブルノックアウトマウスの神経細胞でもシナプス伝達が起きることが初めて示され、予期しない新しい知見が得られた。シンタキシン1A(sy1A)とsy1Bの機能差について詳細が明らかとなりつつある。前者では遅いシナプス伝達を行うモノアミン系の分泌が低下していることがこれまでに明らかとなっていたが、sy1BKOマウスでの解析から速いシナプス伝達におけるsy1Bの役割が明確となってきた。またシナプス伝達のみならず、両者が成長因子の分泌にも異なる挙動をとることが明らかとなった。これらの所見は従来考えられていたように、両者が同一の機能を有するという固定観念を正すうえで重要な知見となった。また両者がシナプスに存在する小胞の開口放出に必須であるという考えに重大な疑問を呈したことは大きな前進である。更にグリア細胞からの神経成長因子分泌にはsy1Aではなくsy1Bが介在していることを初めて明らかにした。基本的な方針は変更がないが、既に行ってきたトランスジェニックマウスについての基礎的検討の結果、平成25年度に作成、繁殖させる予定のトランスジェニックマウス系の遺伝子発現効率が期待されたものよりかなり低いことが判明した。その為、従来から準備を進めてきた系を変更し、他の系に切り替える必要が生じた。今後、syntaxin1Aとsyntaxin1Bの機能の違いを作り出する細胞内因子、機序を同定するとともに、両者が有芯小胞やシナプス小胞とどのような相互作用をするか確認する研究計画を推し進める予定である。その為にvesicle親和性の検討やyeast two-hybrid法による研究推進を予定している。平成24年度の計画がかなり順調に経過した為、試薬等の重複もなく、使用量がやや予定より少なめであった。しかし上に記したように従来、準備を進めてきた系に代わり別の系の遺伝子改変マウスに変更する可能性が考えられるので当初の予想より多くの試薬代等が必要となると予想され、それに用いる動物代、試薬代に充てる予定ある。研究計画に則り比較的達成度が速く進行しており、予想外の新たな結果も得られつつある。
褥瘡発生に関わる基礎的研究-皮膚・筋肉の構成細胞の加圧刺激に対する応答-

褥瘡(いわゆる床ずれ)の発生メカニズムを解明する助けとして、皮膚および筋肉を構成する細胞の圧力に対する反応を実験的に検討した。その結果、皮膚の構成細胞は圧力を受けることでこれまで褥瘡に関与するとは考えられていなかった遺伝子を発現することが明らかとなった。さらにこれまで圧力によって発現した遺伝子は、タンパク質のレベルでも発現することもわかった。加えて、より生体に近い実験モデルを作成した。本研究の目的は、褥瘡発生プロセスには圧という機械的刺激への細胞応答に始まる一連の細胞反応が関与するという仮説を検証することである。平成21年度の研究結果としては、新たに圧に対して反応する遺伝子を確認できた。これは、これまで褥瘡に関与する可能性が述べられていないタンパク質の遺伝子で、現在褥瘡発生および治癒過程との関連を検討中であるため、本報告書での詳細発表は控える。この遺伝子と褥瘡発生の関連性が明らかになることで、褥瘡予防に関する新たな知見が確立すると考える。ストレスタンパクであるヒートショックプロテイン(HSP)70は、皮膚線維芽細胞への加圧刺激によってその遺伝子発現が増加することは3次元培養による実験ですでに証明していたが、今回、免疫染色によって初期褥瘡(stage I)の真皮層に発現していることが、明らかにできた。このことは、stage Iの褥瘡は圧という機械的刺激や低酸素状態など何らかの刺激によって、真皮層の細胞が傷害されることにより引き起こされる可能性を示している。また、より生体に近い環境すなわち圧で弾力を失いにくい皮膚のモデル系の作成を目指し、単層培養したヒト皮膚線維芽細胞およびマウス由来の筋管細胞を、カイコフィブロインスポンジ内で培養した結果、増殖は確認できているが、現在、より増殖が活発化する培養方法について回転しながらの培養や振動を与えながらの培養など種々の培養方法を実践しながら検討している。平成22年度の研究結果としては、より生体に近い(弾力性のある)モデルの作成を目指し、ヒト皮膚線維芽細胞をカイコフィブロインスポンジ内で培養する方法を検討した。その結果、細胞浮遊液には従来の3次元培養の際に用いていたコラーゲンを含有しない培養液のみを用い、培養は撹拌させながら行う方法が最も細胞増殖効率が高いことを明らかにできた。また、カイコフィブロインスポンジが他の市販されている培養スポンジよりも培養効率は高いことも明らかにした。また、血管拡張因子であるシクロオキシゲナーゼ(COX)-2は皮膚繊維芽細胞への加圧刺激によって、その発現を増強させることを明らかにしたうえで、他研究者との共同研究によって生体における早期褥瘡での組織学・組織化学的な確認を行った。その結果、Stage I褥瘡では、血管拡張は認めるが免疫染色の結果では、COX-2よりも別の血管拡張因子でありNO合成酵素であるeNOSが関与している可能性が見えてきた。平成21年度に確認した「新たに圧に対して反応する遺伝子」に関して研究を継続し、皮膚繊維芽細胞は加圧刺激によって骨形成因子(BMP)ファミリーであるBMP-6の発現を増強させることを明らかにし、先述した共同研究によって生体での発現も確認できた。これは、これまで褥瘡に関与する可能性が述べられていないタンパク質の遺伝子であり、重要な発見であると言える。今後は、褥瘡の発生プロセスのほかに治癒経過との関連性を経時的に追っていくことも重要な意味を持つと考える。以上のことから、今年度の結果も褥瘡の発生には機械的刺激に対する細胞の反応が関与していることを示すものであると考える。
半導体における光励起プロセスの基礎

半導体集積回路技術の微細化及びデバイス性能の飛躍的向上にともない、従来用いられてきた熱プロセスの限界が認識され、現在、光励起プロセスが注目されている。本研究は、平成2年度から発足する重点領域研究「半導体における光励起プロセスの基礎」を行なうため、(1)各研究分担者の専門ならびに周辺領域研究の調査研究を行なうための全体会議(2)課題の調整ならびに研究の進め方を審議するための幹事会を開催し、重点領域研究発足のための準備研究を行なうことを目的に設けられた。この趣旨にもとづき本研究では、全体会議を2回・幹事会を1回開き、全体の総括として平成2年2月13日成果報告会を開催した。この場では、「反応過程の制御」「表面反応の研究」「膜形成の基礎」「反応の計測・診断」の各研究班から各自、平成元年度に得られた調査結果及び成果を発表・討論し合い、全体を「半導体における光励起プロセスの基礎」成果報告集としてまとめた。この結果、各研究分担者間の共通の問題意識が鮮明となり、次年度以降行なわれる重点領域研究の進め方について充分な討論を行なうことができた。以上より、平成2年度から重点領域を発足・推進していくための準備は充分に整えられたと考えられる。
ES細胞、iPS細胞を用いた時空間的制御による肝細胞分化誘導に関する研究

現在、重症肝不全及び各種代謝性肝疾患の根治療法は肝臓移植であるが、我国においては慢性的なドナー不足を抱え苦慮しているのが現状である。近年、組織幹細胞を用いた再生医療の研究が行われているが、細胞の供給力という点において問題を抱える。そのため本研究では、肝細胞移植治療や人工肝臓開発のための臨床応用を見据え、ES/iPS細胞から多くの成熟した肝細胞を誘導させる分化誘導方法の研究に取り組んだ。肝細胞分化に関わる転写因子を以前に報告した実験系からスクリーニング後、その中でも肝細胞分化に最も有効的であると推測される転写因子を幾つかクローニングし、ES細胞において一斉に強制発現させた結果、積極的な肝細胞への分化がおこらなかった。このことから、転写因子に感受性のある細胞群において一斉に強制発現させなければ効果的ではないと考え、薬剤添加の有無によって遺伝子の発現を制御できる発現系を構築し、感受性のある細胞へ誘導させた後に薬剤添加によって転写因子を発現させた結果、肝細胞分化への促進が観察された。しかしながら、この薬剤誘導型発現システムの構築に成功している細胞株は1クローンに過ぎず、複数のクローンを得ることはできなかった。このため、結果の信評性と再現性が得られないと同時に、ランダムインテグレーションでの遺伝子導入では薬剤誘導型発現システムを有する細胞を樹立させることは困難であると考えた。そこで、相同組み換えの手法を用いて薬剤誘導型発現システムを構築し、複数株の細胞を樹立した。今後は、この細胞株を用いて肝細胞分化に関わる転写因子の発現をコンディショナルに制御し、肝細胞への選択的な分化誘導を試みる。そのため、本研究は肝細胞移植治療や人工肝臓開発のための臨床応用を見据え、如何にして成熟肝細胞を大量に確保するかということを目的とし、それを実現させるために、ES/iPS細胞から多くの成熟した肝細胞を誘導させる分化誘導方法の研究に取り組んでいる。そこで、相同組み換えの手法(Masuis,et al.)を用いて薬剤誘導型発現システムの構築し、複数の細胞株の樹立を試みている。また、誘導した細胞をどのような方法で評価・解析していくのかということも重要であると考え、ICG(インドシアニングリーン)を用いた新規評価系も構築したことで、肝細胞に分化した細胞数の定量や分化した肝細胞の成熟度を解析するための新しい評価方法になったと考える。薬剤添加によって遺伝子発現を制御できる細胞株を樹立することにおいて予想以上に時間がかかっている。ランダムインテグレーションでの遺伝子導入では薬剤誘導型発現システムを有する細胞を樹立させることは困難であると考え、相同組み換えの手法を用いて薬剤誘導型発現システムの構築し、複数の細胞株の樹立を試みる予定である。
球面拡散ビームによる革新的超音波イメージング

従来,超音波断層像の構築においては,送信・受信ともに集束ビームを形成し,方位分解能を向上させている.しかし,送信・受信ともに集束させる場合,一般的に1回の送信につき1方向しかビームを形成しないため,断層像内各点のデータは1方向のビームから得ている.超音波反射は角度依存性が大きいため,曲率を有する対象物,例えば血管の輪切り断面などは円周方向に一様な画像を得ることは困難である.本研究では,球面状に拡散する送信ビームを用い,1回の送信ごとに角度の異なる多数の受信集束ビームを形成して重ね合わせることにより,超音波断層像の角度依存性を低減できる画期的な手法を開発した.従来,超音波断層像の構築においては,送信・受信ともに集束ビームを形成し,方位分解能を向上させている.しかし,送信・受信ともに集束させる場合,一般的に1回の送信につき1方向しかビームを形成しないため,断層像内各点のデータは1方向のビームから得ている.超音波反射は角度依存性が大きいため,曲率を有する対象物,例えば血管の輪切り断面などは円周方向に一様な画像を得ることは困難である.本研究では,球面状に拡散する送信ビームを用い,1回の送信ごとに角度の異なる多数の受信集束ビームを形成して重ね合わせることにより,超音波断層像の角度依存性を低減できる画期的な手法を開発した.平成25年度は,超音波送信に使用する球面拡散ビームの生成方法の検討および最適化を行うとともに,送信ビーム内に多数の角度の異なる受信集束ビームを形成する手法について検討を行った.アレイ状超音波プローブの各素子の駆動時刻を制御することで,超音波プローブ内部に想定した仮想点音源からの球面波(球面拡散波)を実現できることを確認した.各素子の駆動時刻は,超音波アレイ振動子と仮想点音源との距離により決定する.多数の素子を用いて球面拡散波を送信することにより,1素子もしくは少数の素子を駆動することにより球面波を発生させる従来の手法に比べ送信超音波音圧を飛躍的に高めることに成功した.また,送信波面を,超音波プローブ内の仮想点音源を中心とする円と考えることにより,イメージング対象点からの超音波エコーの受信時刻を推定し,受信集束ビームを形成する手法を用いることで超音波断層像を構築する手法を開発した.超音波画像評価用ファントムを用いた基礎実験を行い,超音波断層像を適切に構築できることを確認した.本評価実験において,構築した超音波断層像において空間分解能やコントラストが従来の集束送信超音波ビームを用いたイメージング法に比べ劣化していることが認められた.空間分解能とコントラストを改善するため,超音波アレイ振動子の各素子で受信した信号の位相情報に着目した.受信ビームフォーミングにおいて,想定した散乱点までの往復伝播時間を相殺すると,想定した散乱点と実際の散乱点が一致している場合は各素子で受信した信号の位相が揃っていると考えられる一方,一致していない場合は位相が揃っていないと考えられる.このような違いを,位相の分散として評価することにより受信ビームフォーミングにおいて設定した焦点位置以外からの散乱波を抑圧し,高時間分解能を実現しながら空間分解能とコントラストを従来法と同程度まで改善することに成功した.前年度に開発した受信ビームフォーミング法および断層像構築手法では,球面拡散波により超音波が照射された範囲に関して,異なる角度で多数の受信集束ビームを形成することにより超音波断層像を構築している.球面拡散波を用いた超音波イメージングでは,多数の送信・受信角度において得られた超音波信号を重ね合わせて断層像を構築するため,超音波断層像の角度依存性を低減できる.その結果,頸動脈壁短軸断面のように超音波の入射角度により反射強度が大きく変化し,描出可能領域が制限されるようなターゲットに対して,集束送信ビームを用いた従来のビームフォーミング法に比べ,球面拡散送信ビームを用いた提案手法の方が描出可能範囲が拡大されることを,模擬血管を用いて評価した.また,球面拡散ビームを用いた超音波イメージング法に基づく,対象物の変位計測法に関する研究を行った.変位計測については,血流速度ベクトル計測のための2次元変位推定法の開発を行った.超音波ドプラ法による従来の速度計測法では,ある1つの超音波ビーム方向の速度成分のみが推定されていたが,本計測法では,球面拡散ビームを用いた超高速超音波イメージング法とパターンマッチングを用いた2次元変位推定法を組み合わせることにより血流速度ベクトルの推定を実現した.球面拡散送信ビームを用いたイメージングでは,空間分解能およびコントラストが劣化するため,得られた断層像を用いた変位推定の精度も劣化する.前年度に開発した高空間分解能化・高コントラスト化手法を用いることにより,2次元変位(速度)ベクトルの推定精度も向上することが示された.ヒトを対象としたin vivo計測では,心臓内腔の複雑な血流動態のイメージングに成功し,その有効性を示すことができた.工学当初計画において,本年度は球面状に拡散する送信超音波ビームの実現と,球面拡散送信ビームに対応した受信ビームフォーミング法および超音波断層像構築を目標としており,それらいずれも達成できたことから,当初計画通りに研究が進捗していると言える.送信に使用する球面拡散波については,アレイ型超音波プローブの多数の素子(最大96素子)を用いて実現することに成功した.従来の集束送信ビームに比べ送信

波音圧は減少するが,1素子(もしくは少数の素子)ではなく多数の素子を用いることにより送信波を拡散させても十分な音圧レベルの超音波を画像化の対象領域に照射できることを確認した.受信ビームフォーミングについては,従来の集束送信ビーム波面と球面拡散ビーム波面が画像化対象領域内の各点まで伝播する時間の違いを考慮してビームフォーミングを行うことにより超音波断層像が構築できることを確認した.超音波画像評価用ファントムを用いて評価を行ったところ,送信にも集束波を用いる従来のビームフォーミング法に比べ空間分解能とコントラストが劣化していることが判明した.しかし,これらの問題についても,アレイ型超音波プローブの各素子で受信した信号を解析することにより空間分解能およびコントラストを改善する手法を開発することに成功しており,これらの達成状況から,当初目標を達成できたと言える.平成25年度に開発した受信ビームフォーミング法および断層像構築手法では,球面拡散波により超音波が照射された範囲に関して,異なる角度で多数の受信集束ビームを形成することにより超音波断層像を構築している.今後は,これら多数の受信集束ビームに沿った方向の対象物変位を推定して合成することにより対象物の変位ベクトルを推定する手法の開発を行う.変位を推定する関心点を通過する複数の受信ビームから得られた受信信号を用いて,関心点についてそれぞれの受信ビームの方向の変位を求める.このように,関心点の変位を多数の異なるビーム方向に分解して計測し,それらを合成することで変位ベクトルを推定する.それぞれの受信ビーム方向の変位を求める手法としては,受信超音波信号の位相変化を用いる手法,受信超音波信号間の相関や残差を用いる方法などを検討する.本研究では,変位ベクトルを計測する動的な生体組織・器官として動脈壁を想定する.開発した変位ベクトル計測法の精度評価を行うために,模擬血管(シリコーンゴムもしくはウレタンゴムで製作)を用いた基礎実験を行う.既設の拍動流ポンプを用いて模擬血管内に流体を循環させ,内圧変化(心拍に伴う血圧変化に対応)を発生させる.本模擬循環系において模擬血管の輪切り(短軸)断面からの超音波受信信号を計測するとともに,圧力センサを用いて内圧も計測する.短軸の超音波断層像については,従来法に比べ角度依存性が低減しているかどうか評価を行う.また,変位ベクトルの計測精度評価に関しては,模擬血管の寸法・弾性率および圧力センサにより計測した内圧を元に理論的に推定される変位量を真値として,超音波により計測した変位ベクトルの誤差を評価する.以上の評価実験を行った上で,ヒト頸動脈短軸断層像の非侵襲的in vivo計測を行う.平成26年度において開発を行う変位計測法の評価を行うための評価実験系の部品および評価実験で得られる超音波信号解析用のソフトウエアが必要となったため,平成25年度において送信用球面拡散超音波ビームにより発生する音場分布を計測するためのハイドロホン走査システムを構築する際,必要な仕様を絞り込むことでシステム構築に必要な回路部品の調達において余剰金を確保した.平成26年度において開発を行う変位計測法について,ウレタンゴムを用いて模擬血管を製作し評価実験を行う予定である.ウレタンゴムの内圧を変化させ,拍動を発生させるための模擬循環系を構築する予定であるため,そのために必要となる模擬循環系の部品費および評価実験で計測した超音波信号の解析用ソフトウエア購入費として使用する.