hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多発性硬化症における脳ＭＲＩ次世代拡散解析と臨床応用：ＤＴＩからＱＳＩへ

多発性硬化症(MS)の運動障害や高次機能障害に影響する可能性が高いと云われているMRIにおける『正常脳』(normal-appearingbrain tissue; NABT)の評価は従来のMRI撮像法では限界があり、新たな撮像法・解析法の開発が望まれていた。今回の研究では、新たに開発された解析ソフトを用い、拡散テンソルtractographyを応用した拡散尖度画像(DKI)やQ空間画像(QSI)などの新たな拡散解析を行なった。いままで正常にしか見えなかったNABTの異常を拡散テンソル解析やDKI, QSIは評価可能であり、MSの診断や予後・治療効果判定に有用と思われた。2. MS患者ならびにNMO患者の視覚障害の解明やその認知機能との関係を解明するべく、DKIを用いて評価し、さらに臨床指標である視覚誘発電位(VEP)との対比を行い、その有用性を検討した。本研究は第41回日本磁気共鳴医学会大会学術奨励賞を受賞した。3.多発性硬化症では視床の萎縮および血流・代謝の低下が知られており、視床に生じている微細構造の変化を鋭敏に検出できる可能性を示した。高次認知機能障害などの臨床的指標や神経学的予後との関連について更に検討を重ねたい。概要は以下の2点に分けられる。2.視覚誘発電位で異常を呈したMSの後頭葉におけるNABTに対しNODDIを用いて解析を行った.NAWMでは正常白質よりも軸索方向の水の拡散にばらつきがあり,軸索の密度が低いことが予測された.NODDIは従来の拡散テンソルとは異なる理論的背景による解析方法でありMSのNABTにおける新たな評価方法として有用な臨床的指標となることが期待される.詳細は概要並びに業績に記載の通りである。毎月症例数は10例近く撮像し、研究協力者により解析可能な状態となっている。詳細は概要並びに業績に記載の通りである。毎月症例数は5例以上撮像し、研究協力者により解析可能な状態となっている。今後はさらなる臨床情報との対比により、結果を包括的に総合し、病変と症状の解剖学的部位との関係のみならず、NABTと健常者や罹病期間での検討、視神経脊髄炎やMSの総合障害度評価尺度:EDSSや機能別障害度:FSと予後について検討、さらに治療前後の拡散変化について検討をしていきたい。今後は臨床情報との対比により、結果を包括的に総合し、病変と症状の解剖学的部位との関係のみならず、NABTと健常者やMS病期間での検討、類似の疾患ではあってもMSでない患者との比較(視神経脊髄炎など)、MSの総合障害度評価尺度:EDSSや機能別障害度:FSと予後、治療効果後の変化などを検討する。物品費や旅費そして人件費が予定額よりも安く済んだため。海外学会への参加と物品購入に充当する。国内外学会参加費、PC周辺機器、研究協力者への謝金など
蛋白質フォールディング研究の企画調査

さまざまなゲノム・プロジェクトが進展しつつある中で,蛋白質フォールディング問題の解決はポスト・ゲノムにおける最も重要な課題の一つとして位置づけられる。既に,米国や英国においては,この十年間ほどの間に,生物科学者,物理学者,化学者らが一丸となって,蛋白質フォールディング問題の解決に向けた研究を強力に押し進めている。この研究領域の今後に於ける重要性に鑑み,この研究領域を特定領域研究(A)として実施し,広く公募を募ってこの分野における我が国の水準向上と強化を図ることが緊急の課題となっている。本基盤研究(C)(企画調査)では,上記の点に鑑み,以下の二つを目的とする。(1)蛋白質のフォールディングと物理化学の研究領域における国内外の情勢を把握するため,この分野における国内外の先導的な研究者を招き,公開シンポジウムを企画実施する。(2)将来,特定領域研究(A)として発展させるための準備調査を行う。以下の研究成果が得られた。(1)文部省科学研究費補助金基盤研究(C)公開シンポジウム「蛋白質フォールディング研究の現状と将来」("Protein FoldingStudies : Current Status and Future Perspectives")を平成13年12月12・13日の二日間,東京都渋谷区駒場エミナースにて開催した。日本人講演者9名,外国人講演者6名,参加者約150名で,活発な議論がなされ,日本におけるこの分野の研究の活力が大変高いことが明らかとされた。(2)本研究の代表者と分担者である桑島,後藤,平田が世話人となり,日本生物物理学会第39回年会シンポジウム「蛋白質フォールディングの原理的理解」(平成13年10月7日,大阪大学)を行った。(3)この研究領域を特定領域研究(A)として発展させるため,平田が申請代表者となって,平成14年度発足特定領域研究「水と生体分子が織りなす生命現象の化学」の領域申請を行った。
物理モデリングとスパースモデリングの融合による自然法則の抽出

近年の実験・測定技術の発展に伴い,高次元データが取得されるようになり,自然現象の整理自体が容易でなくなってきた.本計画研究はスパースモデリングを基本として,自然科学の時空間データ駆動による普遍的なモデリング原理の構築を目的とした.典型例として3つの課題,固体物理の走査型トンネル顕微鏡・分光,脳科学のカルシウムイメージング,地球科学の岩石形成のダイナミクスを中心に研究を進めてきた.それらは,空間構造形成,時間発展ダイナミクス,時空間ダイナミクスの抽出例に対応している.我々はスパースモデリングとベイズ推論の枠組みで,研究分野の詳細に依存しない自然科学のモデリング指針を得ることが出来た.本計画研究は,スパースモデリングを基本として,自然法則を抽出するための時空間データ駆動による普遍的なモデリング原理の構築を目的としている.そのために研究方法の典型ケースとして、特に本年度は、走査型トンネル顕微鏡(STM)の画像解析とカルシウムイメージングのモデル解析に着手した.(1)STMのスパースモデリング: STMにより物質表面の原子スケールの画像が得られるが,これまでの多くの研究では,理論モデルのシミュレーションと実験結果を「絵」として比較し,モデルパラメータの調整が行われてきた.本年度は,単原子吸着問題において理論モデル推定をベイズ推定の枠組みで定式化し,人口データを用いた検証から,物理モデルのパラメータ推定が可能であることを示した.また、余剰な相互作用項からのモデル抽出もある程度可能であることがわかった.今後の展開のための基礎が確立した.方法の概念を具現化する典型例を示し,自然科学の画像型データの解析法の基盤を固める.(2)カルシウムイメージングのモデリング:カルシウムイメージングなどの計測技術の発展により,脳神経活動の時空間活動の観測が可能となってきている.しかしながら,応答に本質的な素子や素子間のネットワーク構造は,多次元データの中に隠されている.本年度は,特に,脳神経活動を担う神経細胞素子に注目し,素子内において空間構造を有する,樹状突起における電気特性の空間分布を推定する統計的アルゴリズムを構築した.人工データを用いた検証により,低解像度の雑音が重畳されたデータから,神経細胞素子の時空間ダイナミクスを支配する電気特性の空間分布を推定可能であることを示した.さらに,神経細胞の符号化特性を示す指標として注目されているスパイクトリガー平均をスパース推定する方法を考案し,雑音が重畳された観測データからスパイクトリガー平均を精緻に推定する方法の考案に成功した.本研究の目的は,スパースモデリングにより高次元自然科学データから重要因子を抽出し,解析目標を明確化し,理論・シミュレーションの物理モデリングとの接点を探ることにより,自然法則を抽出する普遍的なモデリング原理の構築することである。今年度は空間構造の形成法則の典型例として走査型トンネル顕微鏡(STM)の画像解析、時間発展ダイナミクスの抽出の典型例としてカルシウムイメージングのモデル解析を進めた。STM画像解析には本質的に二次元スペクトル分解の方法を適用し、トポグラフィー像としての原子位置推定問題の定式化と人工データでの検証を行った。スペクトルピーク数が100以上あるような問題に対しては、少ない場合とはことなる定式化と解法が必要である。我々はレレバンスベクトルマシーンを用いた解法がこの問題に適していると考え、スパース仮定のもとでの刈りこみを行う方法を提案し、元のSTM像の解像度と同程度の精度での原子位置推定が可能であることを示した。この方法は一般的な走査型プローブ顕微鏡によるデータにも応用可能である。カルシウムイメージング解析では、物理過程を取り入れた理論モデルの定式化とシミュレーションデータのスパースモデリングを行い,重要因子の比較から理論モデルの構築方法を開発した。解法としては逐次モンテカルロ法を用いて非線形性の効果を取り入れたモデリングを非摂動論的に解くことを試みた。ノイズの強さは部分観測のデータの粒度を変化させたときの推定パラメータの精度の頑健性を丁寧に調べた。空間構造抽出としてのSTM画像解析はトポグラフィーデータを足がかりにベイズ推定の枠組みが整理された。カルシウムイメージングの問題もダイナミクス推定の基本的な問題として逐次モンテカルロ法を用いた汎用性の解法が確立できた。今後に二つを組み合わせた時空間構造抽出に向けた基盤をなすものあり、今年度の目的は達成できたと考える。本研究の目的は,スパースモデリングにより高次元自然科学データから重要因子を抽出し,解析目標を明確化し,理論・シミュレーションの物理モデリングとの接点を探ることにより,自然法則を抽出する普遍的なモデリング原理の構築することである。前年度に引き続き走査型トンネル顕微鏡(STM)画像解析の方法を進め、クロスバリデーションによりL1正則化項のハイパーパラメータ推定が機能することを人工データにより確認し、酸化物表面の実データへの応用を始めた。実データでは格子欠損が明確に同定でき、その自動統計解析が可能となった。カルシウムイメージング解析では樹状突起の時空間ダイナミクスのモデリングを行い、部分的な膜電位の観測データから未観測データと背後の物理法則のパラメータ推定までが系統的に行えるようになった。非線形ダイナミクスへの対応が可能となり、汎用性の高い解析方法となった。引き続き地球科学班との共同研究にもこの方法は応用できることもわかってきた。この成果は国際会議などで発表し、論文としても公表された。課題3としてあげていた時空間ダイナミクス推定問題に関して、地球科学班との共同研究を本格的に開始した。まず豊かな相構造をもつフォワードモデルの探索として、シリカなどの多形固相を表現可能なモデルを探索し、その相構造やダイナミクスと自由エネルギー地形を明らかにした。今後の逆解析の基礎となることが期待できる。

また、不均一反応のモデリングにカルシウムイメージング解析でも用いた方法を適用し、化学反応の生成物の部分的な時間発展データのみから化学反応定数を推定する方法を提案した。STM画像解析では実データ解析に進むことができ、さらにスペクトロスコピーの実空間解析に向けた足がかりができた。昨年度末より博士研究員として観山氏を迎え、研究体制も整った。また、カルシウムイメージング解析での方法を地球科学班との共同研究として不均一化学反応モデリングに応用することに成功した。本研究では普遍的な方法論の構築を目指しているが、実際に雛形とも言える適用ができたと考えている。本研究の目的は,スパースモデリングにより高次元自然科学データから重要因子を抽出し,解析目標を明確化し,理論・シミュレーションの物理モデリングとの接点を探ることにより,自然法則を抽出する普遍的なモデリング原理の構築することである。前年度に引き続き走査型トンネル顕微鏡(STM)画像解析の方法を進め、StVO3の酸化物表面の実データに対するスパースモデリング解析を進めた。酸素欠損の空間分布を定量的に扱うことができ,空間統計に基づく解析により,短距離の斥力効果を同定するとともにその典型的なスケールの評価ができるようになった。また、同時に酸素欠損による格子ひずみの統計性も評価できるようになった。また、非線形ダイナミクスの推定問題では近似的ベイズ計算が機能することを明らかにし、並列計算への実装を行った。今年度は不可逆な化学反応系に適用したが、より複雑な化学反応系への展開を模索した。その過程において、近似ベイズ計算の手順の中に方法論としての発展の必要性を見出し、重要な改良ができた。これは様々な応用を考える際に重要な整理であると考える。課題3としてあげていた時空間ダイナミクス推定問題に関して、公募班の佐々木班との共同研究を本格的に開始した。そこでは化学反応の触媒反応の時系列データの解析を考えるが、触媒過程が空間構造を考慮する必要があり時空間ダイナミクスの典型となっている。やはり、ここでも近似的ベイズ計算が有効であることを確認しつつある。空間構造抽出としてのSTM画像解析はトポグラフィーデータを中心に取り組んでいるが、実データ解析を扱うことに成功し、鉄系超伝導などにも展開中である。時空間構造抽出として、化学反応系に注目し、公募班の佐々木先生との共同研究も動き出し、最終年度に向けて研究を前進させる土台ができた。前年度に引き続き走査型トンネル顕微鏡(STM)画像解析の方法を進め、StVO3の酸化物表面の実データに対するスパースモデリング解析を進め,酸素欠損間の有向相互作用モデル推定に着手した。
ミュオニウムと中間子原子の化学反応

ミュオニウムMuの質量が水素原子の1/9である点に着目し、本年度は以下の研究を行なった。1.Mu+N【O_2】系。アルゴン気体中にMuを生成し、N【O_2】との化学反応を調べた。その反応の速度定数をMuスピンの横緩和速度と縦緩和速度から求めた。N【O_2】のスピンによるMuの緩和速度を測定することができた。この値を利用してMuとN【O_2】の化学反応の断面積を求めると、【!>】5×【10^(-16)】【cm^2】となる。H+N【O_2】に対する反応の断面積が5×【10^(-16)】【cm^2】であるので、Mu+N【O_2】の反応系は動力学的同位体効果が存在しているものと推論できる。2.Mu+【O_2】/【Br_(2o)】気相中におけるMu+【O_2】/【Br_2】系に対するMuスピンの緩和速度を測定し、Mu+N【O_2】反応の解釈に用いた。Mu+【O_2】系では、Muスピンは主に【O_2】のスピンによって緩和する。一方Mu+【Br_2】系では、【Br_2】が反磁性的であるので、主として化学反応のみが起こっている。このような特微を持つ系におけるMuスピンの緩和速度を測定し、Mu+N【O_2】系と比較検討した。N【O_2】はスピンを持っていると同時にMuとも効率よく反応するので、このような比較により、1の実験における解釈が妥当であるかどうかを検証することができる。1と2の結果に矛盾がないことが明らかになった。3.Mu+N【O_2】系のミュオンスピン共鳴Mu+N【O_2】の反応をさらにくわしく調べ、反応生成物が予想しているようにMuOであるかどうかを確かめる目的で、アルゴン中に生成したMuのスピン共鳴実験を試みた。現在まだ共鳴信号は得られていない。信号が得られた段階でN【O_2】をアルゴン中に導入し、その効果を調べる予定である。
新型半導体γカメラを用いた被曝低減検査の冠動脈病変診断精度に関する研究

半導体γカメラを用いた負荷心筋SPECTの低投与量プロトコールの診断精度について、fractional flow reserveの計測を含めて検討した。冠動脈疾患が疑われた104例を前向きに組入れて、テクネシウム製剤555 MBqのみを使用したSPECT検査を行い、3か月以内に冠動脈造影を実施して、中等度狭窄病変にはFFRを計測した。診断精度は左前下行枝は感度87%、特異度73%、正診率82%、回旋枝は其々76%、81%、79%、右冠動脈は其々87%、92%、90%と従来のトレーサー量を用いたAngerカメラと同等であり、しかも、撮像時間の短縮と推定被曝量は5 mSv以下と著しく低減された。平成25年度は新型半導体γカメラDiscoveryの画像特性を従来型Angerカメラとを比較検討するとともに、検査に使用するTcの投与量を通常量の半分である555MBqとして撮像したSPECT画像を評価した。新型γカメラ・システムの特徴の一つとして左室下壁と肝臓との重なりにより、灌流欠損の評価に問題を生じることがある。しかしながら、本システムの短時間撮像の利点を生かして、腹臥位撮像を追加することでこの問題を解決出来ることを報告した(第23回日本心臓核医学会総会・第13回米国心臓核医学会学術総会)。また、本研究の主題である被曝低減検査についても、Tcの投与量を従来の半分にしても、2倍の撮像時間である負荷後10分・安静時6分と延長すれば、患者に負担にならない範囲で検査を行うことが出来る。しかも、得られるSPECT画像では十分なRIカウントが得られて、画質も良好であることを報告した(欧州心臓病学会2013・第78回日本循環器学会学術集会)。以上のように準備段階の研究でも予想された結果を得ており、また、本研究についても東京医科大学医学研究倫理委員会の承認を得て(2386号)、7月より前向き研究を開始した。まず、研究対象の候補となる患者について研究説明を行い、平成25年度中には27例のうち26例からインフォームド・コンセントを得た。このうち、冠動脈造影検査で中等度狭窄を認めて冠動脈造影用センサー付ガイドワイヤーを使用した症例は18例であった。同年度に交付された研究費は上記の特定医療器材20本分に該当するため、概ね予定通りの症例数を蓄積しており、本研究の進捗も順調であると判断している。平成25年度には新型半導体γカメラDiscoveryを用いて、Tc製剤の投与量を従来の半分に低減させる一方で、撮像時間を従来の2倍となる負荷後10分・安静時6分というプロトコールを確立した。この方法によって、通常投与量と同等の心筋カウントと画質が得られ画像診断も適切に実施可能であることを学会誌で報告した(日本心臓核医学会誌2015年17号第1巻)。上記のような方法論を確立して、平成25年7月から主題研究を開始した。研究対象となる患者に対して説明を行い、大多数の対象者からインフォームド・コンセントを得ることができている。平成25年度は26例の研究参加を得て、平成26年度はさらに42例の対象者を追加することが出来ており、2年間で合計68例の症例を蓄積できている。さらに、上記のデータを基に予備的解析を行い、被曝低減の低投与量プロトコールでも従来の心筋SPECT検査と同等の診断精度を示すことが示された。この結果は第79回日本循環器学会学術集会に採択され、2015年4月26日に発表し、参加者からは好評を得た。また、相対的心筋虚血の診断精度について心筋SPECTはPETに劣るが、低投与量プロトコールでも種々の機能的パラメーターを用いることによって、診断精度の向上が可能であることを報告した(米国心臓病学会2015)。以上のように予定通りの症例数を蓄積し、且つ、予備的解析でも仮説を支持する結果を得ているので、本研究の進捗状況は順調であると判断している。平成2526年度には、新型半導体γカメラDiscoveryを用いたTc製剤の投与量を半分(555 MBq)とした撮像プロトコールの妥当性を確立し、予備的解析も行って冠動脈病変診断精度を概算した。平成27年度は36例の対象者を加えた結果、最終登録症例数は104例となった。なお、症例数の規定因子は冠動脈造影用センサー付ガイドワイヤーの購入予算であり、研究プロトコールに基づき58症例(同一症例に複数本使用あり)、94冠動脈に対して血流予備量比(FFR: fractional flow reserve)を計測した。残る46症例については冠動脈に中等度狭窄病変を認めず、FFR計測は非適応と判断された。以上の登録データを基に最終解析を行った概要は次の通りである。登録104症例の中で適応と判断された症例の冠動脈に対してFFRを計測し、平均値は0.79、機能的心筋虚血とされる0.80以下の病変を48血管に認めた。FFR計測が適応外と判断された218冠動脈のうち、86血管に90%以上の重症狭窄を認めた。この結果、冠動脈の機能的狭窄病変は左前下行枝(LAD)に67、左回旋枝(LCx)に29、右冠動脈に38となった。

一方、低投与量プロトコールによる負荷心筋SPECTにて、LAD領域には65%の症例で心筋虚血を認め、LCx領域には35%、RCA領域には37%で認めた。最終目標の冠動脈病変診断精度はLADでは感度87%、特異度73%、正診率82%、LCxでは其々76%、81%、79%、RCAでは其々87%、92%、90%と従来のトレーサー量を用いたAngerカメラと同等であり、このような良好な結果のために、当初考慮していた複雑な解析は不要であった。しかも、従来法と比較して、撮像時間の短縮と推定被曝量が4.24-4.79 mSvと著しく低減されている利点は患者負担の軽減につながる。半導体γカメラを用いた負荷心筋SPECTの低投与量プロトコールの診断精度について、fractional flow reserveの計測を含めて検討した。冠動脈疾患が疑われた104例を前向きに組入れて、テクネシウム製剤555 MBqのみを使用したSPECT検査を行い、3か月以内に冠動脈造影を実施して、中等度狭窄病変にはFFRを計測した。診断精度は左前下行枝は感度87%、特異度73%、正診率82%、回旋枝は其々76%、81%、79%、右冠動脈は其々87%、92%、90%と従来のトレーサー量を用いたAngerカメラと同等であり、しかも、撮像時間の短縮と推定被曝量は5 mSv以下と著しく低減された。負荷心筋SPECT検査において、従来のトレーサー量をTc製剤で半分量に低減した検査プロトコールにて臨床的に問題がないか否かが第一の課題ではあった。しかしながら、本研究プロトコールによって通常量のTc製剤投与と同等の画像診断が可能であることを学会誌(心臓核医学会誌)に掲載した。第二の課題は対象患者の蓄積であるが、平成25年度に引き続いて平成26年度も順調に研究が実施できるだけの参加を得ている。この2年間で合計68例の参加者があり、冠動脈造影検査検査中に研究プロトコールに基づき45例で血流予備量比(FFR: fractional flow reserve)を計測している。第三の課題は被曝低減検査による冠動脈病変の診断精度であるが、第79回日本循環器学会で発表した予備的検討についても、従来の検査法と同等であるとの主張に対して参加者からは同意を得たと認識している。さらに、症例数を増やした検討についても2015年夏に開催される欧州心臓病学会に採択されて、現在発表の準備中である。循環器内科学今後の研究の中心はさらなる症例数の追加と最終解析および論文作成である。ただし、予算の大半を費やして購入している、冠動脈造影用センサー付ガイドワイヤーについては合計60本が限度である。なお、研究プロトコールにより全員にこの特定医療器材を使用するわけではないが、この2年間の推移からは約90例が最終登録症例数になるのではないかと予想している。上記の目標症例を本年度半ばまでに蓄積する。また、欧州心臓病学会での討議の結果にも考察を加えた上で、後半には最終解析を行う。この際には日本核医学会ワーキング・グループとして認定された半導体SPECT研究会の1,000例のデータもベンチ・マークとして本研究と比較する。以上の解析等を基にして論文作成を行う予定である。負荷心筋SPECT検査にて使用するTc製剤を通常投与の半分に減量した場合に、果たして臨床診断に耐えるだけの画像の質が担保できるのか、という点が第一の課題ではあったが、施設内での評価では問題はなかった。さらに、上記の研究実績の概要にも示したように、Tc低投与量プロトコールによって得られたSPECT画像に関して、国内・国外学会で報告したところ良好な反応を得た。
交代制勤務者の不眠症に関する研究-睡眠環境およびワークストレスの影響を考慮した看護職集団における調査

1)病棟看護職者の職員寮で室内音環境を測定したところ、昼夜を問わず睡眠保全に不適切な事例が少なくなかった。騒音レベルが高い時ほど中途覚醒が発生しやすいことも示唆された。交代制勤務者の住環境では、夜間のみならず昼間の音環境保全が重要であることに注意する必要がある。昼間の睡眠保全のために必要な音環境が夜間睡眠と同様でよいのかどうかが今後の検討課題である。2)病棟看護職者の職業性ストレスを一般勤労者と比較すると、高demandと高達成感が特徴であり、裁量度・同僚上司の支援は大差ないことが明らかになった。この集団の精神健康レベルは一般勤労者に比べ相当に低く、きわめて精神的不調感と抑うつ感の強い集団であった。それは仕事の量的負荷・質的負荷および同僚との対人関係ストレスなどと強く関連していたが、看護職特有のストレス要因との関連は弱かった。この集団の精神健康レベルの低さは、看護職の特殊性によるというより一般的な労働条件の問題に起因していると考えられる。3)病棟看護職者の不眠症有症率は一般集団よりもはるかに高かった。主観的睡眠感の日間変動からは、深夜勤明けおよび休日後の睡眠の質が特に低いことも示唆された。不眠症のリスクファクターを検討した結果、a)最近の夜勤が少ない場合に不眠症が特に多いことは、勤務体制への「馴れ」の重要性を示唆している、b)しかし休日が少ない場合に不眠症が特に多いことは、シフトワークによる睡眠-覚醒リズムの乱れの調整のため、ある程度の自由時間が必要であることを示唆している、c)勤務時間以外に「患者の重篤性」や仕事の達成感の低さなどの職業性ストレスの影響も示唆される、d)他に有症率の高さを説明できる要因はなく、不眠症が多いのは交代制勤務の影響と考えられる、e)一部病院では睡眠薬使用者が多い、f)ただし不眠が「ヒヤリ・ハット」事故と関連しているという証拠はなかった。本年度は秋になって補助金の追加採択が決まったので、研究計画の進捗状況は当初予定よりも遅れているが、次年度の早い時期には本調査に着手できるよう、必要な機材整備および調査フィールドへの協力依頼を中心に準備を進めた。対象者の日常の睡眠環境調査に関しては、関東地方と東北地方の3病院に協力を依頼し、うち2病院からすでに承諾を得た。環境測定に必要な照度計および騒音測定機材一式を整備し、特に後者については安価な新製品が出たことからその有用性について試験的検討を行い、これを確認した。さらに、調査時に使用する質問紙(行動調査・睡眠評価等に関する)を試作し、予備的に施行して内容の適切性を検討した。以上に基づき、次年度早々には調査の実行に入れる準備が整った。睡眠とストレスに関する質問紙調査に関しては、関東地方の2病院に協力を依頼し、うち1病院からすでに承諾を得た。使用する質問紙の一部の項目は別の研究で既に使用実績があるので、その調査結果について再整理を進め、質問項目の取捨選択を行った。これに従って新たに質問紙を試作し、予備的検討を行った。さらに、病院ごとに設定すべき質問項目について、その内容を検討した。一方、対照群としての女性日勤勤労者に関しては、関東地方の1企業の職域集団を対象とすべく協力を依頼した。なお、まだ実際の調査に入っていないことから、本年度の研究成果発表は特にない。本年度は主要な備品の整備を終え、本調査に着手した。

看護職者の日常の睡眠環境調査に関して、東京・千葉・福島の3病院に協力を依頼し、計12名の協力者を得た。各協力者について約2週間にわたり、睡眠時の音環境と光環境を測定し、またアクチウォッチによる体動記録、質問紙による行動調査と睡眠感調査を行った。これらのデータについては現在整理中であるが、次年度中には成果を発表できる見通しである。睡眠とストレスに関する質問紙調査は2つのフィールドで実施することができた。うち看護職群については、東京の1病院で調査を実施し、149名の有効回答を得た。この結果はすでに学会で発表しつつあり、次年度中には詳細な成果を発表できるよう準備中である。また対照群として、群馬県の一職域における端末オペレータ業務従事者を対象とする調査を実施し、回収した質問紙を現在整理中である。次年度には仙台の1病院で看護職を対象とする調査を実施することが決定しており、さらに3病院についても調査協力を依頼中である。1)病棟看護職者の職業性ストレスを一般勤労者と比較すると、高demandと高達成感が特徴であり、裁量度・同僚上司の支援は大差ないことが明らかになった。この集団の精神健康レベルは一般勤労者に比べ相当に低く、きわめて精神的不調感と抑うつ感の強い集団であった。それは仕事の量的負荷・質的負荷および同僚との対人関係ストレスなどと強く関連していたが、看護職特有のストレス要因との関連は弱かった。この集団の精神健康レベルの低さは、看護職の特殊性によるというより一般的な労働条件の問題に起因していると考えられる。2)病棟看護職者の不眠症有症率は一般集団よりもはるかに高かった。主観的睡眠感の日間変動からは、深夜勤明けおよび休日後の睡眠の質が特に低いことも示唆された。不眠症のリスクファクターを検討した結果、a)最近の夜勤が少ない場合に不眠症が特に多いことは、勤務体制への「馴れ」の重要性を示唆している、b)しかし休日が少ない場合に不眠症が特に多いことは、シフトワークによる睡眠-覚醒リズムの乱れの調整のため、ある程度の自由時間が必要であることを示唆している、c)勤務時間以外に「患者の重篤性」や仕事の達成感の低さなどの職業性ストレスの影響も示唆される、d)他に有症率の高さを説明できる要因はなく、不眠症が多いのは交代制勤務の影響と考えられる、e)一部病院では睡眠薬使用者が多い、f)ただし不眠が「ヒヤリ・ハット」事故と関連しているという証拠はなかった。
Ｓｉ基板上ＧａＡｓ系三元混晶ナノワイヤの成長機構解明と欠陥抑制に関する研究

我々はこれまで, MBE装置を用いたVLS法により,無触媒でSi基板上へのGaAsナノワイヤの作製に成功し,三元混晶であるInGaAsナノワイヤの成長機構を明らかにすることができた。しかし,GaAsの時よりも,三元混晶にすることで結晶内に双晶が発生し易くなり,光学的・電気的特性に影響を及ぼす可能性があると懸念されるため,今年度は双晶の発生に関して検討を行った。また,不純物ドーピングについても検討を行った。Si基板上への無触媒GaAsナノワイヤの成長は,As圧力を変化させて行った。As圧力が低いときには,TEM観察等によりウルツ鉱構造が支配的であったが,As圧力が高くなるにつれて,閃亜鉛鉱構造が支配的になることがわかった。このことを理論的に検討するために,ウルツ鉱構造の1層が双晶であると仮定し,Ga液滴におけるAs吸着原子の過飽和度と,As吸着原子が気相・触媒・結晶界面まで拡散し核を形成した場合の系の自由エネルギー変化を計算し,これらを基に,双晶の発生確率を見積もった。計算した双晶発生確率から,As量が増加するに従って,双晶の発生確率が減少していることがわかった。この結果は,実験結果と同様の傾向を示した。不純物ドーピングの検討では,Siをドープして長さ約35μmのGaAsナノワイヤを成長させた。このナノワイヤを基板から分離させ,Si基板上に分散させ,電子線露光技術を用いて電極を取り付けた。また,熱電性能によるドーピング評価のためにナノワイヤ周辺に熱源も設けた。熱電性能を示す1つのパラメータであるゼーベック係数から,熱電性力率と無次元性能指数を測定し,それらからドープ量を見積もったところ,5.9×10^18 cm^-3となった。しかし,同様にドープしたバルクGaAsよりもドープ量が1桁程低くなっており,ナノワイヤ中に不純物が取り込まれ難くなっていることがわかった。申請書の実施計画書では,三元混晶を様々な成長条件で成長し,その成長機構を解明することと,それに併せて双晶などの欠陥の発生機構解明およびその抑制技術解明,そしてデバイス応用のための不純物ドーピングによる影響の検討を目的としていた。本年度は,双晶発生機構解明あるいはドーピングの検討としては少し複雑である三元混晶ではなく,無触媒で成長したGaAsナノワイヤに対して,実施計画通り双晶などの欠陥の発生機構解明およびその抑制技術解明,ならびに不純物ドーピングについて検討を行った。その結果,研究実績の概要でも述べているように,ナノワイヤ成長時のAsの圧力を制御することで,双晶の発生が制御出来ることが分かった。また,この実験結果は理論的に計算からも同様の傾向が示唆され,無触媒ナノワイヤ成長における双晶発生機構の解明ならびに双晶抑制技術解明をある程度達成できたものと考える。不純物ドーピングにおいても,ある程度ドーピングが可能であり,デバイス応用に向けての知見が得られたものと考えている。しかしながら,AlGaAsやInGaAsナノワイヤといった三元混晶に関しては,十分な知見が得られておらず,今後の課題となる。以上のように,若干課題が残ったものの,当初の計画通りに本年度の研究は遂行された。平成24年度にGaAsナノワイヤの双晶発生機構や双晶抑制技術がえられたので,これらの情報を基に,LEDなどの発光素子や単一光子源デバイス,あるいは単一電子トランジスタのようなデバイス応用を見据えたGaAsナノワイヤあるいは三元混晶ナノワイヤへの不純物ドーピングならびにダブルへテロ構造の作製を行う。そこで,これまでの成長条件や双晶抑制技術を参考にしてナノワイヤ中にダブルへテロ構造を作製し,その発光特性評価や電気的特性評価を行う。測定には,PL,CL,EDX,SNOM,SEM,STEM等を用いて行う。また,電気的特性評価には,電子線露光装置およびプローバ等を用いて低温にて測定を行い,以上の結果をまとめて,光デバイスや電子デバイスとしての高いポテンシャルを有することを示し,成果発表を行う。これと平行して,以下の検討も行う。デバイス応用には長尺かつ極細のナノワイヤが必要であるが,長尺にしようとすると横方向の成長も促進され,極細のナノワイヤを得ることができない。そこで,原料交互供給法による長尺かつ極細ナノワイヤ実現の検討を行う。平成25年度においても,平成24年度と同様にナノワイヤ成長において必要となる半導体材料,基板,液体窒素,ガス,薬品等に物品費を当てる予定である。残りは,昨年度の成果をもとに国際会議と国内会議への成果発表,ならびに印刷物等があればその印刷費に研究費を使用する予定である。

このことを理論的に検討するために,ウルツ鉱構造の1層が双晶であると仮定し,Ga液滴におけるAs吸着原子の過飽和度と,As吸着原子が気相・触媒・結晶界面まで拡散し核を形成した場合の系の自由エネルギー変化を計算し,これらを基に,双晶の発生確率を見積もった。計算した双晶発生確率から,As量が増加するに従って,双晶の発生確率が減少していることがわかった。この結果は,実験結果と同様の傾向を示した。不純物ドーピングの検討では,Siをドープして長さ約35μmのGaAsナノワイヤを成長させた。このナノワイヤを基板から分離させ,Si基板上に分散させ,電子線露光技術を用いて電極を取り付けた。また,熱電性能によるドーピング評価のためにナノワイヤ周辺に熱源も設けた。熱電性能を示す1つのパラメータであるゼーベック係数から,熱電性力率と無次元性能指数を測定し,それらからドープ量を見積もったところ,5.9×10^18 cm^-3となった。しかし,同様にドープしたバルクGaAsよりもドープ量が1桁程低くなっており,ナノワイヤ中に不純物が取り込まれ難くなっていることがわかった。我々はこれまで, MBE装置を用いたVLS法により,無触媒でSi基板上へのGaAsナノワイヤの作製に成功している。今年度は,ナノワイヤ成長方向に三元混晶であるInGaAsを成長することでヘテロ構造を作製しその成長機構を明らかにすることを試みた。(111)Si基板上にGaAsナノワイヤを成長した後,成長中断せずにInGaAsの成長を行い,最後に光学測定を行うためにGaAs/InGaAsナノワイヤ構造をAlGaAsで覆った。この試料を走査型電子顕微鏡:SEM,カソードルミネッセンス:CLおよびエネルギー分散形X線分光:EDXによって評価した。SEMおよびEDX観測により,ナノワイヤ先端にInGaAsが成長していることが確認できたが,GaとInの気相比を1:1以上にInを供給しているにもかかわらず,Inは微量にしか混入しておらず,CL観測においても,GaAsとInGaAsが混在したピークになった。また, InGaAsが成長した部分はGaAsナノワイヤ部分よりも直径が太く約40 nmとなった。MBEによるVLS法においては,V族律速として考えられているナノワイヤの直径が過剰なIII族原料のために直径が太くなったと解釈でき, Inがナノワイヤ成長の触媒の働きをしていると考えられる。この,InGaAsナノワイヤの成長機構を解明するために,InとGaの液滴表面,液滴とナノワイヤ結晶の界面,そしてInGaAsナノワイヤの側面におけるギブスの自由エネルギーを考えることで,熱力学的解析を行った。液滴接触角が58度付近で自由エネルギーが系として安定な最小値をとった。これを考慮して液滴の体積に対するナノワイヤの直径を見積もったところ,約40nmで収束し,実験結果と良く一致した。このことから,三元混晶ナノワイヤの成長機構についてある程度明らかにすることができたと考えられる。申請書の実施計画書では,三元混晶を様々な成長条件で成長し,その成長機構を解明することと,それに併せて双晶などの欠陥の発生機構解明およびその抑制技術解明,そしてデバイス応用のための不純物ドーピングによる影響の検討を目的としていた。
ＳＴＭを用いた生体分子の単一分子構造観察

本研究の目的は、超高真空・低温・走査型トンネル顕微鏡を用いてタンパク質などの生体分子を単一分子レベルで構造解析することであり、分子の蒸着法としてエレクトロスプレーイオン化法を利用する。本研究では、このエレクトロスプレーイオン化法を利用することにより、巨大有機分子や生体分子の真空蒸着に成功し、走査型トンネル顕微鏡による単一分子計測に成功した。本研究の目的は、超高真空・低温・走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、タンパク質などの生体分子を単一分子レベルで構造解析することであり、分子の真空蒸着法としてエレクトロスプレーイオン化法を利用する。エレクトロスプレーイオン化法は、先鋭化したキャピラリーに高電圧を加え、そこにターゲット分子を溶かした溶媒を注入することで、テイラーコーンを形成してイオンビームがスプレーされる現象を利用している。そして、そのイオンビームを真空中に導入することで、基板表面への蒸着を可能にする。25年度は、スプレー形成の条件や蒸着の条件を探査し、基板上に溶媒などの不要な分子が蒸着されず、目的の分子のみが蒸着される条件を探査した。条件探査には、化学構造が既知で、純度の高いオリゴチオフェンを用いた。用いたオリゴチオフェン分子は、10nmから100nm程度の鎖長を持つ機能性有機分子であり、最適な蒸着条件を探るとともに、分子形状の鎖長依存性も調べた。実験の結果、イオンビーム生成において、キャピラリーに印可する電圧がテイラーコーン形成に寄与し、溶液を流す流量がプルーム形成に寄与することが分かった。これらの条件を最適化することで、微細イオン液滴を再現性良く形成させることができるようになった。さらに、基板への蒸着において、5分程度の蒸着を複数回行うことで基板上に不純物が残留せず、目的分子だけの蒸着が出来ることが明らかになった。これより、個々の長鎖オリゴチオフェン分子の形状が、STM観察によって明らかになった。これらの結果は、The Journal of Physical Chemistry Cに報告した。本研究の目的は、超高真空・低温・走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いてタンパク質などの生体分子を単一分子レベルで構造解析することであり、分子の真空蒸着法としてエレクトロスプレーイオン化法を利用する。このエレクトロスプレーイオン化法は、先鋭化したキャピラリーに高電圧を加え、そこにターゲット分子を溶かした溶媒を注入することで、テイラーコーンを形成してイオンビームがスプレーされる現象を利用している。平成25年度は、スプレー形成条件や蒸着条件を最適化し、目的の分子のみが溶媒などの不純物無しで蒸着できることを目指した。これによって、鎖長が10nmから100nmにも渡るオリゴチオフェン分子の形状とコンフォメーションの関係が高分解能STM観察によって明らかになった。特に、鎖長が長くなるととぐろを巻くような形状になることも分かった。この実験によって、蒸着法として、溶媒などの不純物が基板表面に残留しないために、複数回に分けて蒸着することが良いことが分かった。平成26年度は、ターゲットを生体分子に移し、グルカゴンなどのタンパク質の分子蒸着およびSTM観察を行った。生体分子では、真空に不都合な水を溶媒として用いるため、蒸着条件の最適化に苦労したが、再現性の良い分子蒸着を実現できた。現在、高分解能観察を進めているところであり、今後、多様な分子形状とフォールディングの関係を明らかにして行けると考えている。表面科学25年度は、スプレー形成の条件や蒸着の条件を探査し、基板上に溶媒などの不要な分子が蒸着されず、目的の分子のみが蒸着される条件を探査した。以上の結果は、ほぼ予定通りの進行である。さらに不純物の残留をほぼ完全に防いだことは、詳細な単一分子計測のためには重要となり、予定以上の成果とも言える。長鎖オリゴチオフェン分子のエレクトロスプレー蒸着および、その高分解能・走査型トンネル顕微鏡(STM)観察に成功したので、26年度はその対象を生体分子に移行させる。生体分子は有機分子と比べて純度が低い上に、構造の多様性が大きいので、より慎重な実験が必要になる。

また、用いる溶媒も、揮発性有機溶媒から水溶液となり、低蒸気圧のために基板に残留する可能性も高くなる。そこで、26年度は、水溶液に適したスプレー条件を再探査し、最適な蒸着条件を探る。また、用いる生体分子としては、DNAやグルカゴンなどを考えており、手に入るサンプルの純度や構造の多様度などを加味して優先順位を決める。これらの生体分子をSTMによって単一分子計測することで、個々の分子の構造を明らかにして行く。エレクトロスプレー蒸着装置の改造を計画していたが、実験が予想よりも上手く進行していたため、改造を先延ばしにし、その状態でできる実験を多く行った方が良いと判断した。25年度に計画していたエレクトロスプレー蒸着装置の改造を行う。
場の量子論における非摂動論的アプローチ

当初幾つかの重点課題を設定、分担者の相互連絡のもと各課題での成果の批判的総合を目ざして研究を進めた。以下課題ごとにその成果を報告する。格子ゲージ理論。これは、次の弦理論と共に、非摂動効果の結果たる低エネルギー・ハドロン相でのQCD有効理論と目されるものである。岩崎らのグループがこれに精力的に取組み、繰込群を考慮した改良型格子理論を提出、それに基づきクェンチ近似のもとでハドロン質量を系統的に計算した。弦理論。九後グループは相対論的に共変な形で相互作用をしている弦のゲージ不変な場の理論を構成、更にその際作用積分といてΦ^3相互作用項のみから出発してもよいことを示した。吉川らはこのΦ^3理論が真の意味で時空構造と物質相互作用を統一する理論としての資格を持つことを論証した。その他ヘテロティック弦模型、オービフォルド・コンパクト化等でも幾つかのグループが成果をあげた。(小平、井上、北添、窪田、安井、内藤ら。)複合場及び場の理論一般。山脇らは「隠れた局所対称性」に基づく複合ゲージボゾンの理論及びテクニカラー模型の研究を行い、総合報告を公刊。複合模型については寺沢らも独自の理論を展開、多数の論文を発表した。場の理論一般、非平衡系の場の理論による記述及び場の理論のトポロジカルな側面等の研究もそれぞれ進展した(横山、堀、小嶋、渡辺、板橋ら)。確率過程量子化。並木らが精力的に研究、多数の論文を発表した。この量子化法の見地からのアノマリーの分析は並木らの他に荒牧らも行った。現象論的分析。岩田らは重から軽に至るメゾン質量の系統的分析に基づいてqq^-有効ポテンシャルを求めた。並木らはQCD相転移に対する半現象論的理論を提出。ニュートリノ現象論でも成果があった(高杉、渡辺ら)。以上、相当の成果と自負しているが、これを踏台に今後も非摂動世界の物理現象の解明に努力を続ける所存である。格子ゲージ理論。弦理論。確率過程量子化。現象論的分析。3年計画の初年度にあたって、当初の計画に沿って各グループがそれぞれの分担課題の研究を進めた。量子色力学の非摂動論的側面を調べる強力な手段の一つである格子ゲージ理論においては、スーパーコンピューターの発達に伴って新局面が開かれつつある。岩崎らはスーパーコンピューターを駆使してハドロンの質量を計算した。もう一つの強力な手段である確率過程量子化法については、その基礎、応用、及びシミュレーションの方法について多くの成果をあげ、アノマリーの問題もこの量子化法の観点から調べた(並木)。カイラル対称性の問題に関連しては、非線型カイラルラグランジアンにおける隠れた対称性と質量を持つヤン・ミルズ場の関係を明らかにすることができた(山脇)。また零度及び高温におけるカイラル対称性について、東北大のグループがシュヴィンガー・ダイソン方程式を用いて分析した。場の理論一般についても多角的に研究を進めた。共変的な弦の場の理論についての研究が進展した(九後)。また重力理論への応用を目指して、曲った空間における非平衝統計力学を場の理論の立場から調べた(小嶋)。場の理論の非摂動論的性質を反映する重要な指標であるところのアノマリーについても、いろいろな観点から分析してその多様性を明らかにした。

統一理論に関連しては、複合模型(寺沢、山脇)、ニュートリノの質量の測定の問題(渡辺)、プランク質量の問題(仲)を調べた。またモノポールについての現状の総括を渡辺が行った。他方では、クオーク・反クオークポテンシャルの詳細な性質を明らかにした(岩田)。61年度には研究会を2回開催したが、その主題は一つはアノマリーであり、他は有限温度での相転移とハドロンの質量変移である。これらについて問題点の整理と将来の展望を行った。本研究計画の第二年目として本年度は,前年度の成果とその批判の上に立って,当初に設定した各分担課題を更に追及する形で研究を進めた.格子ゲージ理論に基づいて岩崎らはハドロン質量の計算を続行すると共にストリング・テンションのスケーリング及び普偏性についての議論を展開した.彼等は更に,典型的な非摂動効果たるトポロジカルな励起の問題およびU(1)・アノマリー問題を格子ゲージ理論の立場から解析した,確率過程量子化の側からもカイラル・アノマリーの分析がなされた(並木,荒牧ら).並木らはまた量子力学の観測問題に関連して新しい考察を加えている.他方カイラル対称性問題では東北大グループは高温での対称性回復相転移の分析を続けている.非摂動論的アプローチのもう一つの方向として弦理論が注目されている.吉川らは曲った時空での弦の場の理論の定式化を行なった.その他に弦理論,超弦理論の分野では,小平,横山,井上らがそれぞれヘテロティック・ストリング,ヴィラソロ代数,非可換オービフォールド等を論じ,また高杉らは超弦理論に関連してニュートリノ質量を論している.超対称性理論,超重力理論の分野では,仲らがカルーザ・クライン的多次元時空での超対称性を考察し,他方内藤は10次元超空間を論じている.素粒子論と宇宙論との関わり合いという観点から,SN1987Aが脚光を浴びたが,当総合研究班においても,この超新星からのニュートリノ・バーストの解析が試みられた(寺沢ら及び東北大グループ).このほか,山脇らは群の非線形実現と隠れた局所対称性に関する総合報告を完成,岩田らはBS方程式による〓〓系の解析を行ない,また小嶋は量子力学系の非線形応答理論を取扱う等,それぞれに成果をあげつつあり,その一部は発表ずみまたは発表予定である.当初に設定した重点課題を、過去二年度の成果と反省の上に立って、更に追及した。特に最終年度として、三年間の研究のまとめも行った。岩崎らは繰込群を考慮した改良型格子ゲージ理論に基づいて、ハドロン及びH粒子の質量の計算を続行すると共に、数値計算用並列計算機QCDPAXを製作中であり、そのプロジェクト・リポートをまとめた。格子ゲージ理論と並んで弦理論も、非摂動効果の結果としてのQCDの低エネルギー・ハドロン相での有効理論と目されるものであるが、これについては北添、小平、井上らがヘテロティック弦模型及び弦模型につきものの余分な次元のコンパクト化の問題に関連してオービフォルド上の弦模型を研究した。その成果はそれぞれ論文として公刊されている。確率過程量子化については、前年度に引きつづき並木らが研究、コンフォーマル・アノマリーの解析も行った。更に確率過程量子化法からの発展として並木らはオペレーター・ランジュバン方程式を用いて、QCDにおけるハドロン相とクォーク・グルーオンプラズマ相との間の相転移の半現象論的モデル理論を提出した。山脇らは「隠れた局所対称性」に基づく複合ゲージ・ボゾン及びテクニカラー模型を総合的に研究し、それぞれに関する総合報告を公刊及び公刊準備中である。
知覚神経終末と周囲組織の相互作用に関する立体微小解剖学的研究

知覚神経終末が機械的刺激を受容するしくみを解析するため、神経終末の微細構造と周囲組織との相互関係を、水酸化ナトリウム浸軟法を応用した走査電顕と通常の方法に従った透過電顕によって観察した。一部の試料については、軸索終末とシュワン細胞を同定するため、それぞれのマーカー物質であるprotein gene product-9.5とS-100蛋白に対する抗体を用いた免疫組織化学を行った。観察はラットで行い、観察対象として、歯根膜線維の張力を検知する遅い順応性の機械受容器であるルフィニ終末と、洞毛の動きの加速、減速に応答する速い順応性の受容器である槍型神経終末を選んだ。どちらの知覚終末も共通の構造を示す主部と、その末端に付属する、それぞれの終末タイプに特異的な部位の2つにわかれた。主部は、一本の扁平な軸索終末を2枚のシュワン細胞突起が挟んだ三つ組み構造を呈し、厚い基底膜様物質によって、周囲組織から隔離されていた。一方、末端部は、遠位方向に広がる長いシュワン細胞突起とその基部に随伴する軸索の指状突起によって特徴づけられた。歯根膜ルフィニ終末では、これらのシュワン細胞突起が舌状を呈し、歯根膜線維にきつく巻き付いていた。これに対し、洞毛周囲槍型終末では、シュワン細胞突起は紐状で、無定型基質中をまっすぐに伸び、硬い結合組織要素に扁平な末端を付着させていた。こうした神経終末先端部の構造は、従来の薄い組織切片の観察では示されなかった。本研究は、これらの構造を、組織の機械的変形や動きを知覚装置に効率的に伝え、刺激受容に関わる可能性のある部位として提案する。知覚終末の微細形態と周囲組織との相互関係を明らかにする目的で、ラットの切歯歯根膜ルフィニ終末と洞毛周囲柵状神経終末を、水酸化ナトリウム浸軟法を応用した走査電顕と通常の方法に従った透過電顕によって観察した。また、一部の試料については、軸索とシュワン細胞を同定するため、それぞれの細胞に特異的なprotein gene product 9.5とS-100蛋白に対する抗体を用いた光顕、電顕免疫組織化学を行った。どちらの知覚装置も、髄鞘を失った軸索終末部を2枚の扁平なシュワン細胞突起が包んだ構造をとった。終末側面に沿ってシュワン鞘の継ぎ目がスリット状に伸び、そこから、軸索の短い指状の突起が多数露出していた。これらの突起は、知覚終末を包む分厚い基底膜様物質の層に埋没していた。一方、神経終末の末端からは、シュワン細胞の細長い突起が房状に伸びだし、そのうちあるものは、起始部に軸索の小突起を随伴させていた。これらの房状突起は、歯根膜では膠原線維束をきつく抱え、洞毛周囲では毛包硝子膜に達して細胞膜の電子密度の上昇を伴った接着装置様の構造を形成した。知覚終末の軸索の指状突起は以前から透過電顕によって報告されているが、シュワン細胞の房状突起の存在は、本研究によって初めて明らかにされた。今回の観察結果は、後者のほうが前者よりも周囲組織と強固に結合していることを示唆する。これら2種類の微小突起は、機械刺激の受容に異なる役割を果たすと予想される。1.知覚小体に随伴する終末シュワン細胞の形態と周囲組織との相互関係を明らかにする目的で、ラットの歯根膜ルフィニ終末と洞毛周囲ルフィニ終末・槍型終末を、S-100蛋白の免疫組織化学、NaOH浸軟法を用いた走査電顕、通常の方法に従った透過電顕の3つの方法で観察した。どの知覚装置でも、終末シュワン細胞は、シュワン鞘から球形の核周部が細い首をもって突出した、特異な形態を示した。

多数の細かい突起が、これらの細胞のシュワン鞘先端部を丸い核周部から起こり、周囲組織に向かって伸びた。こうした過剰な突起は、神経の発生・再生過程で出現する、未分化なシュワン細胞にも見られることが知られる。成熟したシュワン細胞では、これらの突起は軸索終末を周囲組織に結合させ、機械刺激が受容部位に伝わるのを助ける他、周囲組織の生理的、病的改変に適応した知覚終末の形態変化に関わると予測される。2.皮膚表皮や粘膜上皮の基底層に分布するメルケル細胞は、微絨毛によって上皮組織の機械的変形を感受し、顆粒に含まれる伝達物質を上皮内神経終末に向かって放出すると一般に考えられている。機械刺激がメルケル細胞微絨毛にどのように伝わるかを検討する目的で、この細胞と周囲細胞の相互関係を、ラットの洞毛外根鞘と硬口蓋上皮で走査電顕観察した。外根鞘基底層のメルケル細胞は平滑な側面を示し、頂部から多数の長い微絨毛を出して、表層の上皮細胞に深く食い込ませていた。これに対し、硬口蓋のメルケル細胞は、比較的短い微絨毛を不規則に放射し、それらの多くは上皮細胞の間隙に入りこんで自由端で終わっていた。前者の微絨毛の方が、後者よりも組織の変形の検知に好都合と考えられる。