hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
開発に伴うアジア地域の沿岸環境変化の調査

本研究の目的は、急速に発展しつつあるアジア地域の発展途上国の海岸線において、農業開発あるいは都市・港湾開発によって海岸環境にどの様な変化がもたらされているかを定量的にとらえようとするものであり、その一例として平成5年度はインドネシア、タイ、フィリピンにおける開発と沿岸環境の変化の関係について調査、検証を行った。これらの地域での海岸線は現在大きな変化に直面している。その第一のものは沿岸地域の開発の進行であり、埋め立てや浚渫による港湾の建設は沿岸部の浅海域を消失させ、生態系に大きな変化をもたらす。また、工業地域や都市部の排水、さらには沿岸部での魚介類の養殖による海水の汚染・富栄養化も深刻な問題となる。さらに人口の増加にともなう森林の伐採により、チャオプラヤ川など大河川流域地域の荒れ地化が急速に進行しており、これらの開発にともない、降雨により洗い出された土砂は河川によって運ばれ、最終的には河口に沈澱し沿岸の環境を大きく変化させてしまう。これらの地域での開発のテンポは、かつてどのような地域も経験したことがないほど急激なものであり、早急に調査・検討することが必要である。以上のような背景をふまえ、本研究はこれらの過程にともなって生じる沿岸の環境変化の実態を調査・解析することを目的とした。アジア地域全体を見ると、タイ、マレーシア、インドネシアに代表される今まさに変化が起こりつつある国と、ベトナム、バングラデシュのように変化から取り残されており、これからの変化が研究対象となる国とに大別できる。本研究では日本の経験と比較しつつ海岸環境変化の過程を国別に比較しつつ論じ、これからのそれぞれの国での開発のあり方について考察を加えた。一般に海岸環境システムの変化は複雑な因果関係から成立しており、現在の工学をもってしても予測できる時間的空間的な範囲は限られている。途上国の沿岸域開発における問題は、工学的知識の欠如とそれに起因する輻輳化した沿岸域の利用にある。国の施策として臨海型産業を育成しようとする要求が性急かつ無配慮な開発に結びつく場合に、急激な沿岸環境システムの変化が生じている。日本では明治以来、沿岸域の開発を積極的に行ってきたため、開発当時には予期できなかった環境システムの変化を数多く経験してきている。信濃川大河津分水路の通水による新潟海岸の急速な侵食、埋め立て用土砂の採取のためにあけられた東京湾海底の大きな穴に起因する青潮の発生などを例として挙げることが出来る。これらの事例は、開発行為というインパクトに対して環境システムの変化が時間的に遅れて立ち現われた例である。このことは開発の対象・内容・規模により環境システム変化との因果関係の複雑さや変化の出現期間に差異があることを示唆する。全地球規模で環境システムが変動しつつある今日、解析手法を持つ工学研究者の立場から発展途上国の沿岸開発に対して具体的に助言していくことが重要である。失敗例を含めて、日本が蓄積してきた経験と知見を活用する時である。本研究は、急速に発展しつつあるアジア地域の発展途上国の海岸線において、農業開発あるいは都市・港湾開発によって海岸環境にどの様な変化がもたらされているかを定量的にとらえようとするものである。
クロノタイプ別睡眠負債解消の機能解明

朝型・夜型のクロノタイプによって睡眠不足の影響を受ける程度に差があり、夜型指向性の強い人は睡眠不足の影響を受けにくいと言われているが、単純に睡眠不足に耐性があるのか睡眠負債を解消しやすいのかどうか明らかにされていない。本研究では強制脱同調プロトコル(forced desynchrony protocol; FDP)という特殊な生理学的手法を用いてクロノタイプおよび概日リズム周期(τ)の違いによる睡眠不足に対する抵抗性および睡眠負債の解消についての機能解明を行うことを目的とした。2030代の健常男性成人をリクルートして実験を行った。被験者にはMorningness - Eveningness Questionnaire (MEQ)を回答してもらい、クロノタイプを分けた。17名を対象に睡眠負債への抵抗性の違いについて、36時間のコンスタントルーチン(constant routine; CR)を行い、CR中に2時間ごとに測定したAlpha Attenuation Test(AAT)のα帯域の周波数解析を行った。AATは1分ごとに合計6分間の開閉眼を測定し、測定中はなるべく起きていること、顔や体に力を入れずに動かないようにするよう被験者に指示した。測定した脳波は2.56秒ごとにFOCUS(日本光電)を用いて高速フーリエ変換(FFT)解析を行い、開眼時と閉眼時のα帯域パワーからAlpha attenuation coefficients(AAC)を算出した。対数変換したAACを以下のモデルに当てはめて非線形回帰分析を行った。A = 3回目のAAC, B =傾き,C =標準偏差, D =標準偏差覚醒度の変動は夜型よりも中間型で変動が小さかったが、非線形回帰分析の回帰係数は有意な差が見られず、覚醒度の変動のリズム性については両群に差がなかったという結果を得た。これらについて日本生理人類学会第77回大会および第43回日本睡眠学会で発表した。MEQを用いたクロノタイプ別の客観評価の解析は概ね順調に進んでいるが、τ算出に関して追加項目を測定するためにτを使った解析がやや遅れている。予定していた日中の睡眠負債への抵抗性の客観評価、日中の眠気の解析は順調に進んでいる。合わせて眠気などの主観評価の解析、τの解析を行い、論文にまとめて欧米の雑誌上で発表する予定である。2035歳の健常成人をリクルートし、Morningness - Eveningness Questionnaire (MEQ)の得点からクロノタイプ別に分類し、断眠の抵抗性と睡眠負債の解消度の違いを検証した。実験手法には特殊なFDPおよびコンスタントルーチン(constant routine; CR)を用い、その中で36時間の断眠とそれに続く回復睡眠を取らせた。断眠の抵抗性は脳波を測定して客観的に覚醒度を測って評価した。回復睡眠ではPolysomnography(PSG)を測定し、睡眠構築、脳波の周波数解析を行った。現在、18名の健常成人のPSGにおける周波数解析を行い、クロノタイプ別の睡眠負債の解消度について今夏の日本睡眠学会で発表する予定である。当初の目的24名分のうち18名分のデータ測定を取得済みである。同時並行で解析を進めており、夜間PSGのデータ解析まで完了している。これまでにクロノタイプ別に断眠に対する睡眠負債の解消について17名を対象に夜間の睡眠脳波周波数解析を用いて解析を行った。中間型ではSWA(slow wave activity)の初期値も高く、睡眠中の早い段階で急峻に減衰しており、夜型ではそれがなだらかであった。就床前よりも起床後で主観的眠気も増加しており、睡眠負債の解消も十分ではないことが考えられたが、位相のずれを共変量にして調整しても統計学的有意な差はみられなかった。これらの結果を第42回日本睡眠学会で発表した。睡眠負債への抵抗性の違いについては、36時間のコンスタントルーチン(constant routine; CR)を行い、CR中に2時間ごとに測定したAlpha Attenuation Test(AAT)のα帯域の周波数解析を行った。

測定した脳波は2.56秒ごとにFOCUS(日本光電)を用いて高速フーリエ変換(FFT)解析を行い、開眼時と閉眼時のα帯域パワーからAlpha attenuation coefficients(AAC)を算出し、日本生理人類学会第77回大会で発表する予定である。クロノタイプ別の客観評価の解析は概ね順調に進んでいるが、メラトニンおよびコルチゾルの解析が完了していないためτを使った解析がやや遅れている。朝型・夜型のクロノタイプによって睡眠不足の影響を受ける程度に差があり、夜型指向性の強い人は睡眠不足の影響を受けにくいと言われているが、単純に睡眠不足に耐性があるのか睡眠負債を解消しやすいのかどうか明らかにされていない。本研究では強制脱同調プロトコル(forced desynchrony protocol; FDP)という特殊な生理学的手法を用いてクロノタイプおよび概日リズム周期(τ)の違いによる睡眠不足に対する抵抗性および睡眠負債の解消についての機能解明を行うことを目的とした。2030代の健常男性成人をリクルートして実験を行った。被験者にはMorningness - Eveningness Questionnaire (MEQ)を回答してもらい、クロノタイプを分けた。17名を対象に睡眠負債への抵抗性の違いについて、36時間のコンスタントルーチン(constant routine; CR)を行い、CR中に2時間ごとに測定したAlpha Attenuation Test(AAT)のα帯域の周波数解析を行った。AATは1分ごとに合計6分間の開閉眼を測定し、測定中はなるべく起きていること、顔や体に力を入れずに動かないようにするよう被験者に指示した。測定した脳波は2.56秒ごとにFOCUS(日本光電)を用いて高速フーリエ変換(FFT)解析を行い、開眼時と閉眼時のα帯域パワーからAlpha attenuation coefficients(AAC)を算出した。対数変換したAACを以下のモデルに当てはめて非線形回帰分析を行った。A = 3回目のAAC, B =傾き,C =標準偏差, D =標準偏差覚醒度の変動は夜型よりも中間型で変動が小さかったが、非線形回帰分析の回帰係数は有意な差が見られず、覚醒度の変動のリズム性については両群に差がなかったという結果を得た。これらについて日本生理人類学会第77回大会および第43回日本睡眠学会で発表した。MEQを用いたクロノタイプ別の客観評価の解析は概ね順調に進んでいるが、τ算出に関して追加項目を測定するためにτを使った解析がやや遅れている。今後、日中断眠中の脳波についての周波数解析を行い、クロノタイプ別の断眠に対する抵抗性の違いを明らかにする。また、採取したメラトニン、コルチゾール、直腸温データから概日リズム周期(τ)を算出して、断眠に対する抵抗性の違い、睡眠負債解消度の違いを明らかにする。予定していた日中の睡眠負債への抵抗生の客観評価の解析は順調に進んでいる。合わせて眠気などの主観評価の解析、τの解析を行い、論文にまとめて欧米の雑誌上で発表する予定である。予定していた日中の睡眠負債への抵抗性の客観評価、日中の眠気の解析は順調に進んでいる。
歯科診療室における高周波騒音の研究

1.歯科診療の現場での環境はかなり改善されてきているが、エア-タ-ビンエンジンやバキュ-ムシステムから発生する騒音は、いぜん未解決な点が多かった。本研究はそれらの問題の検討を試みようとしたものである。2.これまでの本研究者の研究により、エア-タ-ビンによる騒音には、可聴周波数を越えた20000Hz以上の周波数成分が相当含まれていることが予測されていたが、教室所有の機器では計測できずにいた。3.本補助金により、40,000Hzまで計測可能なマイクロホンと、100,000Hzまで分析可能なFFTアナライザ-により、タ-ビン用ハンドピ-ス等から発生する高周波騒音について周波数分析した。4.その結果、エア-タ-ビンから発生する騒音は、回転の中心周波数である40008000Hzをピ-クとする騒音が発生しており、その高域は、かなりの音圧レベルで可聴域を越えたところまで達していた。(今回使用した40000Hzを越えている場合もあった。)5.バキュ-ム口からの騒音は、音圧レベルは、比較的高いものの周波数分析では超音波領域はさほど問題にしなくても良いことが解った。6.超音波洗浄器による騒音も、可聴域のレベルは高いが、超音波レベルでは、騒音レベルは低かった。7.本研究は、科研費の補助により、永年の不明な点が解明されつつあるが、交付が11月過ぎであったため、当初の研究計画は、約半年程遅れている。即ち、実際の歯科診療室における実態調査及び歯科医師の聴力測定等は現在研究継続中である。成果がまとまり次第学会誌等で報告したい。8.なお、支出の「その他」のうちコンピュ-タプログラムは、FFT装置とパソコン間のデ-タ転送用に開発を依頼した。
自己運動の認識におけるミラーニューロンとAIP野ニューロンの役割

運動している最中に、自分がどのような運動を現在進行中であるのかを脳の中でモニターすることは、当然、運動の制御、学習にとって必要なことであるが、それのみならずボディイメージの形成さらには自己の認識ということまで関わってくる。今回の研究においてはこの自己の運動を脳がいかに認識しているのを調べるのが目的であった。平成13年度の科研費では、2次元のビデオモニターにてサルが自分の手の運動を見ながら物体をつかむシステムとともに、あらかじめ記録した手の動きの画像を動画としてタイミングをきちんとそろえて呈示するシステムが完成した。今後、サルの目線で見た自分の手の運動を呈示し、それに反応するニューロン活動を運動前野や頭頂葉にて記録する予定である。ミラーニューロンについては、現在までに暗室内の手の運動では明るいところと比較して反応が弱くなるニューロンが見つかっている。このようなことからミラーニューロンには、自己運動の認識に関わるニューロンがあると予測している。現在のところ、実際に他施設との研究協力にてF5におけるミラーニューロンの活動を記録中であるが、自分の手の動きの両像を見たときに反応すると思われるニューロンが記録されている。この実験では未だコントロール条件が十分ではないため、先に述べた動画呈示システムを叩いて、さらなる実験を行う予定である。また、日本大学との研究協力にてヒトを使ったfMRIでの記録を行った。頭頂葉の前方部分(AIP野に相当すると思われる)が自らの手の運動のコマンドを遠心性コピーとして受けとり、今行われている運動をモニターしていることを示唆するデータが得られた。これは、2001年の北米神経科学会で報告した。今後は、視覚フィードバックと遠心性コピーのみある状態、体性感覚と遠心性コピーのみある状態、視覚フィードバックと体性感覚、遠心性コピーのそろった条件で手の操作運動にかかわる領域の探索をおこなう予定である。
構造化ウェブデータからの並列分散データマイニングシステム

本研究課題の目的は,HTMLやXMLファイルなどのウェブデータから知識発見を行う分散型計算環境に適したデータマイニングシステムの実現と,そのシステムの理論的基礎となる木構造パターンの機械学習理論の構築である.近年,高速なネットワークと大容量記憶装置の発達を背景として,ウェブページに代表されるテキストデータの利用が急速に進みつつある.とくに,HTMLやXMLデータはテキストデータでありながら,タグを入れ子とする構造を持つので半構造データ,あるいは木構造データとよばれる.本研究課題では,木構造データからのデータマイニングの基礎理論を構築するため,木構造データを非順序木とみなす場合と,順序木とみなす場合の両方について,帰納学習あるいは例からの概念学習とよばれる基礎的研究を行った.また,提案した学習アルゴリズムを用いたデータマイニングシステムを開発した.木構造データから意味がある知識を抽出するためには,それらに頻出する木構造パターンを発見することが必要である.そこで,まず柔軟性に富む木構造パターンとして項木を定義した.項木は,いくつかの構造的変数と辺ラベルを持つ木構造からなるパターンであり,変数にはあらかじめ定められた条件を満たす非順序木または順序木を代入することができる.我々は,変数の代入条件,項木の表現能力,およびデータ提示および質問に関する様々な設定のもとで,項木言語の多項式時間機械学習アルゴリズムを与えた.また,理論の有効性を確認するため,提案した学習アルゴリズムをエンジンとするメタサーチシステムを開発した.このメタサーチシステムは,タグやキーワードの意味を全く考えず,木の構造だけから自動でラッパーを生成する機能を持つ.このメタサーチシステムにより複数の検索サイトの統合が実現できることを確認した.以上が,本研究課題で得た研究成果の概略である.本研究課題の目的は,HTMLやXMLファイルなどのウェブデータから知識発見を行う分散型計算環境に適したデータマイニングシステムの実現と,そのシステムの理論的基礎となる木構造パターンの機械学習理論の構築である.近年,高速なネットワークと大容量記憶装置の発達を背景として,ウェブページに代表されるテキストデータの利用が急速に進みつつある.とくに,HTMLやXMLデータはテキストデータでありながら,タグを入れ子とする構造を持つので半構造データ,あるいは木構造データとよばれる.本研究課題では,木構造データからのデータマイニングの基礎理論を構築するため,木構造データを非順序木とみなす場合と,順序木とみなす場合の両方について,帰納学習あるいは例からの概念学習とよばれる基礎的研究を行った.また,提案した学習アルゴリズムを用いたデータマイニングシステムを開発した.木構造データから意味がある知識を抽出するためには,それらに頻出する木構造パターンを発見することが必要である.そこで,まず柔軟性に富む木構造パターンとして項木を定義した.項木は,いくつかの構造的変数と辺ラベルを持つ木構造からなるパターンであり,変数にはあらかじめ定められた条件を満たす非順序木または順序木を代入することができる.我々は,変数の代入条件,項木の表現能力,およびデータ提示および質問に関する様々な設定のもとで,項木言語の多項式時間機械学習アルゴリズムを与えた.また,理論の有効性を確認するため,提案した学習アルゴリズムをエンジンとするメタサーチシステムを開発した.このメタサーチシステムは,タグやキーワードの意味を全く考えず,木の構造だけから自動でラッパーを生成する機能を持つ.このメタサーチシステムにより複数の検索サイトの統合が実現できることを確認した.以上が,本研究課題で得た研究成果の概略である.近年,高速なネットワークの発達を背景に,ウェブページに代表される構造化テキストテータの利用が急速に進みつつある.本研究では,ウェブデータなどの構造化データに対して,それらの機能や構造を説明する規則やパターンをグラフや木で表現するために,機械学習理論に基づいて,パターンの発見や照合などを行うための効率の良いアルゴリズムの設計とその計算量理論的な評価を行う.さらに,実際にXML/HTMLデータなどを対象に構造化データからの高速なデータマイニングシステムの開発を行う.これらのことを目標に,本年は次の結果を得た.(1)活発に研究されているグラフ構造データのひとつにXML/HTMLデータなどの木構造データがある.木構造データから有用な知識を発見するために,我々は順序項木と呼ばれる木構造パターンを提案した.順序項木は順序木の内部にいくつもの変数を持ち,その変数はサイズ可変である.本年はこの順序項木の効率的な学習可能性を,学習理論の代表的な2つのモデルである帰納推論と質問学習を用いて論じ,順序項木に現れる個々の変数のサイズが任意である場合には正データからの多項式時間帰納推論可能であること,個々の変数のサイズが2である場合で無限個のラベルを持つ場合は多項式時間質問学習可能であることを示した.(2)与えられたデータに現れる特徴をうまく表現するために様々な知識表現が提案されている.ニューラルネットやSVMはその代表的なものである.一方でどの知識表現が与えられたデータに適しているかを判断する基準は十分に与えられていない.我々は知識表現間の相対的な表現力をデータに依存しないように有向グラフ(仮説クラスアトラス)で描く方法を提案し,与えられたデータに適した知識表現を効率良く見出す方向づけを行った.構造化ウェブデータ,特にHTML/XMLなどの半構造データは木構造データとみなすことができる.本研究では,ウェブデータを順序木データとして扱い,そのデータから有益な知識を抽出するための実時間動作可能なデータマイニングシステムの開発を目標とする.本年度は,この目標を達成するために,基本アルゴリズムの並列化と,表現力のある木構造パターンの設計とその学習理論の研究を行い,以下の結果を得た.(1)順序木構造パターン照合のための効率の良い並列アルゴリズムを与えた.

順序木データから,データ固有のパターンを抽出するためには,パターンと順序木データの照合を何度も繰り返す必要がある.したがって,パターン照合アルゴリズムのスピードはシステム全体のスピードを左右する.そこで,我々は,並列アルゴリズムの理論に基づき,順序木構造パターンと順序木との照合を行う効率の良い並列アルゴリズムを与えた.このアルゴリズムは入力サイズの多項式個のプロセッサを用いて,対数多項式時間でパターン照合を行う.(2)表現力のある順序木構造パターンを提案し,そのパターンの多項式時間機械学習可能性を示した.我々がこれまでに提案した順序項木は構造的な内部変数をもつ順序木構造パターンである.変数には空でない任意の順序木を代入することができる.我々は既に順序項木言語のいくつかのクラスが多項式時間機械学習可能であることを示した.本年度は,ウェブデータ中の誤りや冗長な記述を吸収し,全体としてバランスのとれたパターン表現を得るために,縮約可能変数と呼ばれる空代入を許す変数を導入した.そして,縮約可能変数付き順序木言語のいくつかのクラスが多項式時間機械学習可能であることを示した(ILP03とALT03で発表).さらに,以上のアルゴリズムを実装したプロトタイプを作成し,実際のウェブデータに対してデータマイニングの実験を行い,実時間動作可能であることを確認した.本研究課題の目的は,HTMLやXMLファイルなどのウェブデータから知識発見を行う分散型計算環境に適したデータマイニングシステムの実現と,そのシステムの理論的基礎となる木構造パターンの機械学習理論の構築である.この目的を達成するため,平成16年度は,ウェブデータの特性を生かした知識発見を行うことを目標に研究を行い,次の結果を得た.半構造ウェブデータから意味がある知識を抽出するためには,まず,それらに頻出する木構造パターンを発見することが必要である.平成15年度までの研究で,我々は,柔軟性に富む木構造パターンとして項木(term tree)を提案し,帰納学習あるいは例からの概念学習とよばれる基礎的研究を行ってきた.項木は,いくつかの構造的変数と辺ラベルを持つ木構造からなるパターンであり,変数にはあらかじめ定められた条件を満たす非順序木または順序木を代入することができる.一方,ウェブデータを木構造データとみなすとき,多くの場合,その木の高さはその木の幅と比較し大きくならない.そこで,平成16年度では,木の高さの情報をウェブデータの特徴として抽出することのできる構造的変数(高さ制約変数とよぶ)を定義し,与えられたウェブデータの高さのパターンを抽出するために計算論的学習理論に基づく多項式時間学習アルゴリズムを提案した.最後に,本年度までに構築した項木の機械学習理論の有効性を確認するため,提案した学習アルゴリズムをエンジンとするメタサーチシステムを開発した.
固体絶縁物のインパルス破壊に及ぼすトラッキングとトリーイングの効果

固体絶縁物表面のトラッキング現象は、沿面放電の進展によって生じ得る。種々の高分子絶縁材料を試料として、標準雷インパルス高電圧印加時の油中沿面放電を調べた。その結果、エポキシマット積層板(EGML)の沿面放電に、他の試料では見られない特異現象のあることが分かった。すなわち、放電の進展と共に、ストリーマ上に輝点を持つ放電スポットが多数発生する。この現象は、EGMLの複合成分である誘電率の大きなガラス繊維によって、その近傍の電界が強化され、油中の電離現象が促進されたためである。このような沿面放電が生じた場合の放電電流パルスは、高密度ポリエチレンやエポキシ樹脂など、他のどの試料よりも大きく、かつパルス数も非常に多い。それ故、同じ電圧を印加した場合の放電電荷量は大きくなる。これに伴って放電エネルギーも増加し、絶縁物表面のトラッキング現象が起こりやすく、絶縁劣化の原因となり得ることが明らかにされた。一方、針-平板電極系を用いて固体内部のインパルス放電トリーイングが研究された。最初、汎用的な絶縁材料であるPMMAについて、インパルス電圧を連続的に印加した場合のトリーイングを調べた。その結果、(1)トリーの進展長と進展様相には、印加電圧の極性効果が存在することが分かった。すなわち、負極性トリーは、針電極先端から数本のトリーが進展するのみである。これに対して、正極性トリーは、針電極先端から幾本もの直線状トリーが広がりを持って進展し、進展長は負極性トリーよりも長い。(2)負極性トリーは、電圧の印加回数と共にその先端を僅かに助長するが、正極性トリーは、4回以上の電圧印加に対してその進展を殆ど停止する。本研究では、上記の成果を基に、より高い絶縁性能を持つ材料の開発として、配向性ポリエチレンが新規に創製されそのトリーイングが研究された。トリーの進展は、配向方向に強く依存すること、及び、絶縁強度は無配向ポリエチレンよりも高いことが判明した。(A)気体/固体界面の放電現象に関する研究として、印加するインパルス電圧の波頭長が、ポリエチレン電線表面の沿面放電現象に如何なる影響を及ぼすを詳細に測定し、以下の知見を得た。(1)正極性沿面放電の進展長は、印加電圧波高値の上昇と共に増加し波頭長の影響を受けない。(2)正極性沿面放電は、常に電線表面をジャンプしながら進展し、放電の様相は波頭長の影響を受けない。(3)負極性沿面放電の進展長は、印加電圧の波頭長によって影響される。すなわち波頭長が大きくなるほど進展長の伸びは抑制される。(4)負極性沿面放電は、細い筋状の放電を伴いながら電線表面に密着して進展し、放電の様相は波頭長の影響を受けない。(B)変圧器油/固体表面の放電現象に関する研究として、固体表面の幾何学的形状を変化、すなわち、表面に細い溝が存在する場合と突起(障害物)がある場合について、インパルス沿面放電の特性を調べた。その結果、以下の知見を得た。(1)正、負いずれのインパルス電圧を印加しても、電圧の波頭長が長いとき沿面放電の進展長は僅かに伸びる。(2)正極性沿面放電は、固体表面の幾何学的形状によって殆ど影響されないが、負極性沿面放電はそれらの影響を顕著に受ける。すなわち、負極性のストリーマーは、固体表面に密着して進展するために、細い溝が存在する場合はその溝に沿って、また、障害物がある場合はそこで停止する。

従って、進展長も変化する。(C)固体内に発生するトリーイングに関する研究として、試料にPMMAを用いて、断続的にインパルス電圧を印加した場合の特性を調べ、トリーの進展長と進展様相に特徴的な現象を見出した。(1)特に、正極性のトリーは、数回(約3回)の電圧印加に対しては新たなトリーの発生を示すが、それ以上の電圧印加回数においては、その進展を停止する。(2)これは、初期トリーの発生によって固体内に蓄積された電荷に関連するとの知見を得た。固体絶縁物表面のトラッキング現象は、沿面放電の進展によって生じ得る。種々の高分子絶縁材料を試料として、標準雷インパルス高電圧印加時の油中沿面放電を調べた。その結果、エポキシマット積層板(EGML)の沿面放電に、他の試料では見られない特異現象のあることが分かった。すなわち、放電の進展と共に、ストリーマ上に輝点を持つ放電スポットが多数発生する。この現象は、EGMLの複合成分である誘電率の大きなガラス繊維によって、その近傍の電界が強化され、油中の電離現象が促進されたためである。このような沿面放電が生じた場合の放電電流パルスは、高密度ポリエチレンやエポキシ樹脂など、他のどの試料よりも大きく、かつパルス数も非常に多い。それ故、同じ電圧を印加した場合の放電電荷量は大きくなる。これに伴って放電エネルギーも増加し、絶縁物表面のトラッキング現象が起こりやすく、絶縁劣化の原因となり得ることが明らかにされた。一方、針一平板電極系を用いて固体内部のインパルス放電トリーイングが研究された。最初、汎用的な絶縁材料であるPMMAについて、インパルス電圧を連続的に印加した場合のトリーイングを調べた。その結果、(1)トリーの進展長と進展様相には、印加電圧の極性効果が存在することが分かった。すなわち、負極性トリーは、針電極先端から数本のトリーが進展するのみである。これに対して、正極性トリーは、針電極先端から幾本もの直線状トリーが広がりを持って進展し、進展長は負極性トリーよりも長い。(2)負極性トリーは、電圧の印加回数と共にその先端を僅かに助長するが、正極性トリーは、4回以上の電圧印加に対してその進展を殆ど停止する。本研究では、上記の成果を基に、より高い絶縁性能を持つ材料の開発として、配向性ポリエチレンが新規に創製されそのトリーイングが研究された。トリーの進展は、配向方向に強く依存すること、及び、絶縁強度は無配向ポリエチレンよりも高いことが判明した。
ナノ領域機能性エアロゾルの工業的生成法に関する基礎研究

本研究では,励振用圧電素子を噴霧ノズルヘソドの基体中に埋め込んだ振動子構造を設計・作製し,数十kHz付近にて振動させることで,衝突焦点先端部で薄く引き延ばされた液体が微小液滴化することを促す方式をとった.圧電素子としてφ25のPZTを用い,これをφ25ステンレス合金でサンドイッチ構造にボルト締めして,円筒状にすることでランジュバン振動子とした.この振動子の前面に噴霧ノズルの中心部となるφ3円筒と,さらにこの先端部である円錐形状に接続している.このノズル先端部と振動子の間は円弧型ホーン形状とすることで,振動速度変成比を増幅できる構造とした.想定固有振動数は25kHとした.超音波振動を励起する発振器は,固有振動数自動追尾型の自励式発振器(20W)を圧電素子に接続することで,超音波振動を発生させた.前述の超音波振動ノズル専用の外周流体路を設計・製作し“噴霧ノズル"とした.噴霧ノズルとしての設計指針は,高速高圧気体の流れが先端円錐部表面(液体路)に平行であり,高速高圧気体とこれによって加速される液体の衝突焦点が先端円錐部頂点に位置するように設計されている.超音波振動の測定評価は,超音波振動ノズル先端部の縦振動をレーザドップラ振動計にて評価した.その結果,20Wの投入で,最大変位速度1720mm/s.最大片振幅11μmが得られた.波形は安定した正弦波形状であった.次に前述の超音波振動ノズルを用いて実際に噴霧を行い,超音波振動の有無が液滴微粒化に及ぼす影響を評価した,噴霧液滴の粒度分布評価には,レーザ散乱粒度計測法によるその場観察法を用いた.その結果,投入電力20Wにおいて,1)粒径分布幅が若干先鋭化する傾向があること,2)粒径分布のうち大粒径領域では顕著な微粒化が見られること(D90の微粒化率が19%),3)ザウター平均粒径としての微粒化率は7%であること,が判明した.本研究では,励振用圧電素子を噴霧ノズルヘソドの基体中に埋め込んだ振動子構造を設計・作製し,数十kHz付近にて振動させることで,衝突焦点先端部で薄く引き延ばされた液体が微小液滴化することを促す方式をとった.圧電素子としてφ25のPZTを用い,これをφ25ステンレス合金でサンドイッチ構造にボルト締めして,円筒状にすることでランジュバン振動子とした.この振動子の前面に噴霧ノズルの中心部となるφ3円筒と,さらにこの先端部である円錐形状に接続している.このノズル先端部と振動子の間は円弧型ホーン形状とすることで,振動速度変成比を増幅できる構造とした.想定固有振動数は25kHとした.超音波振動を励起する発振器は,固有振動数自動追尾型の自励式発振器(20W)を圧電素子に接続することで,超音波振動を発生させた.前述の超音波振動ノズル専用の外周流体路を設計・製作し“噴霧ノズル"とした.噴霧ノズルとしての設計指針は,高速高圧気体の流れが先端円錐部表面(液体路)に平行であり,高速高圧気体とこれによって加速される液体の衝突焦点が先端円錐部頂点に位置するように設計されている.超音波振動の測定評価は,超音波振動ノズル先端部の縦振動をレーザドップラ振動計にて評価した.その結果,20Wの投入で,最大変位速度1720mm/s.最大片振幅11μmが得られた.波形は安定した正弦波形状であった.次に前述の超音波振動ノズルを用いて実際に噴霧を行い,超音波振動の有無が液滴微粒化に及ぼす影響を評価した,噴霧液滴の粒度分布評価には,レーザ散乱粒度計測法によるその場観察法を用いた.その結果,投入電力20Wにおいて,1)粒径分布幅が若干先鋭化する傾向があること,2)粒径分布のうち大粒径領域では顕著な微粒化が見られること(D90の微粒化率が19%),3)ザウター平均粒径としての微粒化率は7%であること,が判明した.超音波励起型噴出ノズルの設計・製作をするために、まずどのように超音波を噴霧に当てれば噴霧および噴霧粒子径に有効な影響を与えることができるのかを調べた。1.定常波を利用する方法現有の22kHz、0.5kW超音波発生器のホーンの正面に反射板を置き、その間に定常波を発生させ、腹の部分に噴流を当てると噴流の偏向とわずかな微粒化促進が観測された。しかしこの方法で目に見える効果を得るためには数kWの強力な超音波発生器が必要となり実用的ではない。2.縦波を利用する方法超音波ホーンに平行に噴霧ノズルを取り付けると、ノズル先端できれいな噴霧が観測された。3.曲げ波(横波)を利用する方法(1)超音波ホーンの先端に、ホーン軸に直角に薄板をボルト締めし、振動する薄板上に点滴器を使って水を垂らすと、非常にきれいな噴霧が得られた。(2)薄板の代わりに安全かみそりの刃を取り付け、新開発の4流体ノズルからの噴流を超音波振動中のかみそりに当てると噴霧粒子径が15%ほど小さくなった。(レーザー振動計で薄板の振動を観測した。)

以上のことから、超音波の利用法としては2、3のように直接噴霧液体に超音波振動を与える方が効果的であることが分かったので、今後2、3の方法を利用する。今後の研究の展開は次の通りである。1.18年度1MHz、60w程度の超音波発生器を購入、その振動子を4流体ノズルの中心形に加工し、その周りに4流体ノズルを形成する。(現在設計中)2.レーザー振動計でノズルの振動を計測し、現有のレーザー散乱式粒子計で液滴粒子径を測定して、超音波振動の微粒化促進効果を検討する。本年度は,超音波振動は,励振用の圧電素子を噴出ノズルヘッドの基体中に埋め込んだランジュバン型振動子構造を設計・作製し,これを40kHz付近で振動させることで,衝突焦点先端部で薄く引き延ばされた液体が微小液滴化することを促す方式をとった.圧電素子としてφ15のPZTを用い,これをφ15アルミ合金でサンドイッチ構造にボルト締めすることで,縦寸34mmの円筒状にすることでランジュバン振動子とした.この振動子の前面に噴霧ノズルの中心部となるφ3円筒とさらにこの先端部である開き角55°の円錐形状を接続している.このノズル先端部と振動子の間はφ10の円筒でステップ状に接続した.これらの金属材質はアルミ合金とした.対応する想定固有振動数は40kHzである.超音波振動を励起する発振器としては,シンセサイザから発生する矩形波を,他励式発振器(10W)により増幅し,圧電素子に接続することで,超音波振動を発生させた.前述の超音波振動ノズル専用の外周流体路を設計・製作し"噴霧ノズル"とした.噴霧ノズルとしての設計指針は,円筒+円錐形であり,高速高圧気体の流れが先端円錐部表面(液体路)に平行であり,高速高圧気体とこれによって加速される液体の衝突焦点が先端円錐部頂点に位置するように設計されている.このことにより高速高圧気体の流速を損じることなく,衝撃波の発生により効果的に微小液滴化が実現できる構造とした.測定評価としては,大気中において超音波振動ノズル先端部の縦振動をレーザドップラ振動計にて評価した.その結果,7.5Wの投入で,最大変位速度1870mm/sが得られた.波形は安定した正弦波形状であった.次に前述の超音波振動ノズルを用いて実際に噴霧を行い,超音波振動の有無が液滴微粒化に及ぼす影響を評価した.噴霧液滴の粒度分布評価には,レーザ散乱粒度計測法によるその場観察法を用いた.その結果,投入電力10Wで,大粒径領域の粒子分布数が低減することで,粒径分布幅が若干先鋭化する(幾何標準偏差が低下する)傾向があるものの,平均粒径としての微粒化はわずかに留まった(約7%).本年度は,励振用圧電素子を噴出ノズルヘッドの基体中に埋め込んだランジュバン型振動子構造を設計・作製し,60kHz付近にて振動させることで,衝突焦点先端部で薄く引き延ばされた液体が微小液滴化することを促す方式をとった.圧電素子としてφ15のPZTを用い,これをφ15アルミ合金でサンドイッチ構造にボルト締めして,円筒状にすることでランジュバン振動子とした.この振動子の前面に噴霧ノズルの中心部となるφ3円筒と,さらにこの先端部である円錐形状に接続している.このノズル先端部と振動子の間は円弧型ホーン形状とすることで,振動速度変成比を増幅できる構造とした.想定固有振動数は60 kHとした.超音波振動を励起する発振器は,固有振動数自動追尾型の自励式発振器(20W)を圧電素子に接続することで,超音波振動を発生させた.前述の超音波振動ノズル専用の外周流体路を設計・製作し"噴霧ノズル"とした.噴霧ノズルとしての設計指針は,円筒+円錐形であり,高速高圧気体の流れが先端円錐部表面(液体路)に平行であり,高速高圧気体とこれによって加速される液体の衝突焦点が先端円錐部頂点に位置するように設計されている.超音波振動の測定評価としては,大気中または液浸状態において超音波振動ノズル先端部の縦振動をレーザドップラ振動計にて評価した.
ヒト遺伝子解析の医学的展開

現在個々のヒト遺伝子の構造解析は急速に進んでいるが,本研究はこれをさらに発展させて,疾患発症過程に働く遺伝的支配を理解し,遺伝子DNAに基づく新しい医学研究の確立を推進するためにはいかなる方策をとるべきかを考えようとするものである.活動はヒト遺伝子の構造から行うその発現機構の解析,染色体全体あるいはその部合的領域から進める遺伝子発現調節機構の究明,ヒト遺伝子の持つ特色と機能を焦点とした解析法とその延長としてのDNA診断法の検討,及び病因遺伝子の単離と同定の4つを目指す研究をそれぞれ調査するグループに分かれて行った.その結果ヒトゲノムのマッピングと塩基配列決定をいかに進めるかと,ヒト遺伝子系に独特な構造は何かの2点を取り上げて研究の現段階を整理し, 1月11日に東京で公開シンポジウムを行った.そこでは第一の問題についてわが国が世界に先駆げシステム工学の考え方に基づいた塩基配列の自動分析装置を開発しつつあり,ヒトゲノムDNAの約30億基塩対の全配列決定も可能となるであろうと言う現状が紹介された.これに対してこのような塩基配列決定の機器化を観迎しつつも,直ちにヒトゲノムDNAの解析にはいることの意義,実行の可能性,その組織のあり方について多くの疑問が寄せられた.またヒトの全cDNAの塩基配列決定も提唱されたが,これにも多くの批判が述べられた.したがって現在は重要な遺伝子について個々に解析を進めるとともに,染色体の大きな領域を取り扱うより一層容易な技術を成熟させつつ,将来に準備すべきであろう.第二の問題についてはヒトのヒトたる特徴を担う遺伝子,諸疾患に対応する遺伝子の解析の重要性が説かれ,発癌遺伝子,発癌抑制遺伝子, RFLPの意義,反復配列,トランスジェニックマウス作成,生理活性物質の研究に関する知見が総括され,今後の方向が討議された.現在個々のヒト遺伝子の構造解析は急速に進んでいるが,本研究はこれをさらに発展させて,疾患発症過程に働く遺伝的支配を理解し,遺伝子DNAに基づく新しい医学研究の確立を推進するためにはいかなる方策をとるべきかを考えようとするものである.活動はヒト遺伝子の構造から行うその発現機構の解析,染色体全体あるいはその部合的領域から進める遺伝子発現調節機構の究明,ヒト遺伝子の持つ特色と機能を焦点とした解析法とその延長としてのDNA診断法の検討,及び病因遺伝子の単離と同定の4つを目指す研究をそれぞれ調査するグループに分かれて行った.その結果ヒトゲノムのマッピングと塩基配列決定をいかに進めるかと,ヒト遺伝子系に独特な構造は何かの2点を取り上げて研究の現段階を整理し, 1月11日に東京で公開シンポジウムを行った.そこでは第一の問題についてわが国が世界に先駆げシステム工学の考え方に基づいた塩基配列の自動分析装置を開発しつつあり,ヒトゲノムDNAの約30億基塩対の全配列決定も可能となるであろうと言う現状が紹介された.これに対してこのような塩基配列決定の機器化を観迎しつつも,直ちにヒトゲノムDNAの解析にはいることの意義,実行の可能性,その組織のあり方について多くの疑問が寄せられた.またヒトの全cDNAの塩基配列決定も提唱されたが,これにも多くの批判が述べられた.したがって現在は重要な遺伝子について個々に解析を進めるとともに,染色体の大きな領域を取り扱うより一層容易な技術を成熟させつつ,将来に準備すべきであろう.第二の問題についてはヒトのヒトたる特徴を担う遺伝子,諸疾患に対応する遺伝子の解析の重要性が説かれ,発癌遺伝子,発癌抑制遺伝子, RFLPの意義,反復配列,トランスジェニックマウス作成,生理活性物質の研究に関する知見が総括され,今後の方向が討議された.
分子素材変換による植物工業のゼロエミッション化と持続的資源供給システムの確立

植物資源の機能性分子素材化を達成する要素技術として,本研究では新たに3相分離システム(2 Step Process III)を考案し,その効率を検討した。フェノール誘導体を非水系溶媒に溶解しリグノセルロース系試料に浸透,リグニンを溶媒和後,過剰区分を分離する。回収区分は次ステップにてリサイクル活用する。高濃度酸水溶液を加え相分離系を形成させ,リグニン,炭水化物区分を変換後,非水系溶媒を加える。系は3相に分離し,上層には未反応フェノールが抽出され,中層にはリグニン区分がベルト状に固相を形成する。さらに下層には糖質を溶解した水相が分離する。従来法(1段法,2段法)にて誘導したリグノフェノールとその収率および性状を比較したところ,両者に全く差異は見出されなかった。各種植物系バイオマスの変換分離性は,オリジナル試料の場合,針葉樹<広葉樹<草本の順で高く,この差は天然リグニンのネットワーク構造の差異に基づく。針葉樹,広葉樹および草本それぞれのグループ内において,相分離システムに対し樹種特性は見出されなかった。2次製品変換体の場合,新聞古紙等リグノセルロース系ファイバー試料は効率よく変換され,機能性リグノフェノールが迅速に誘導された。リグノ-p-クレゾール,リグノ-2,4-ジメチルフェノールは,塩基性条件下,ユニット構造におけるフェノキシドイオンの分子内求核攻撃(スイッチング機能)によって効果的に低分子化した。ポリマー末端のリグニン母体フェノール性芳香核に加え,クレゾール核上に活性サイトを有するリグノ-p-クレゾールはメチロール基導入後,架橋によりネットワーク型構造へと生長した。一方,リグノ-2,4-ジメチルフェノールは,ポリマー末端のみに反応性を有するため,末端に導入したメチロール基の架橋によりリニア型高分子へと生長した。
歯周病におけるメラトニンの役割解明および治療への応用

本研究では歯周組織構成細胞の一つであるヒト歯根膜由来細胞(HPDLC)を用い、ケモカインおよびMMP産生に及ぼすメラトニンの影響を明らかとすることを目的とし実験を行った。その結果、メラトニンはIL-1βが誘導したHPDLCのCXCL10およびMMP-1の産生を抑制することが明らかとなった。これらのことより、メラトニンは歯周炎病変局所でケモカインやMMP産生を抑制することにより、歯周炎の炎症を調整している可能性が示唆された。メラトニンは松果体から分泌されるホルモンであり睡眠リズムの調節に関与している事が知られている。近年、メラトニンに抗酸化作用、抗炎症作用など様々な生理活性作用がある事が明らかとなってきた。また、歯周炎においては歯肉溝浸出液中にメラトニンが含まれている事が報告されたが、その働きに関しては明らかとなっていない。本研究では歯周炎においてメラトニンの抗炎症作用に焦点を絞り、メラトニンが歯周組織構成細胞の一つであるヒト歯根膜由来細胞(HPDLC)のケモカインならびにMMP産生に与える影響について検討した。炎症性サイトカインの1種であるIL-1βはHPDLCのCXCL10ならびにMMP-1産生を誘導した。メラトニンはIL-1βが誘導したCXCL10ならびにMMP-1産生を濃度依存的に抑制した。この抑制効果はp38 MAPKとJNKリン酸化の阻害ならびにIκB-α分解阻害が関与している事も明らかとした。この結果よりメラトニンは歯周炎病変局所において歯周組織構成細胞のケモカインならびにMMP産生を減少させている事が示唆された。さらにメラトニンは炎症性細胞浸潤の抑制・細胞外マトリックスの分解抑制する事により歯周炎の発症および進行を抑えている事が示唆された。現在までに、メラトニンが歯周組織構成細胞の一つであるヒト歯根膜細胞のケモカイン産生ならびに細胞外マトリックス分解酵素の産生を抑制できることを明らかとし、その結果を学会発表を行い、さらに現在論文投稿中である。ゆえに、本研究課題はおおむね順調に進展していると思われる。メラトニンは松果体から分泌されるホルモンであり睡眠リズムの調節に働いているのみならず、抗炎症作用、抗酸化作用など多種多様な生理活性作用がある事が明らかとなっている。近年、歯周炎病変局所でもメラトニンの存在が報告されていたため、メラトニンが歯周炎病変局所で抗炎症作用を発揮しているのではないかとの仮説のもと、昨年、メラトニンはInterleukin (IL)-1βが誘導するCXC chemokine ligand (CXCL)10およびmatorix metalloptoteinase (MMP)-1産生を抑制できることを発見し、inflammation誌(39巻4号、1520-1526頁、2016年)に発表した。しかしながら、IL-1β以外のサイトカインが誘導する炎症性メディエーター産生に与えるメラトニンの影響は明らかとなっていなかった。そこで、今回は歯周炎での発現が報告されている炎症性サイトカインの一つであるtumor necrosis factor (TNF)-αに着目し検討を行った。TNF-αはヒト歯根膜由来細胞(HPDLC)のCXCL10ならびにMMP-1産生を誘導した。メラトニンはTNF-αが誘導したHPDLCのCXCL10ならびにMMP-1産生を抑制した。この結果よりメラトニンは歯周炎病変局所においてIL-1βが誘導するケモカインやMMP産生だけではなくTNF-αが誘導する炎症性メディエーター産生も抑制しうる事が明らかとなった。ゆえにメラトニンは炎症局所において炎症性細胞浸潤や細胞マトリックス分解を抑制し、歯周炎の発症や進行を抑えている可能性が考えられた。現在までに炎症性サイトカインが誘導するケモカインならびに細胞マトリックス分解因子の歯根膜由来細胞からの産生をメラトニンが抑制できることを発見し、そのデータの一部をInflammation誌に発表した。ゆえに本研究課題はおおむね順調に進展していると思われる。メラトニンは松果体から分泌されるホルモンであり、睡眠リズムの調節に働いているのみならず、抗炎症作用、抗酸化作用など多種多様な生理活性作用があることが明らかとなっている。これまでの研究で、メラトニンが歯周組織構成細胞であるヒト歯根膜由来細胞において、Interleukin(IL)-1βあるいはtumor necrosis factor(TNF)-αが誘導したchemokine ligand (CXCL)10およびmatorix metalloptoteinase(MMP)-1の産生を抑制することを発見している。そこで今回は、メラトニンが歯周組織構成細胞の一つであるヒト口腔上皮細胞(TR146)のケモカイン産生に与える影響について検討した。IL-12関連サイトカインでありT helper(Th)1細胞の分化誘導に関与しているとされるIL-27が、ヒト口腔上皮細胞のCXCL9、CXCL10、CXCL11(Th1ケモカイン)の産生を誘導すること、またその産生にはSTAT1、STAT3のシグナル伝達経路が関与していることを明らかとした(cellular physiology and biochemistry誌、43巻、1198-1206、2017年)さらに、IL-27が誘導したCXCL9、CXCL10、CXCL11の産生をメラトニンが濃度依存的に抑制すること、この抑制効果にはSTAT1、STAT3のリン酸化の阻害が関与していることも明らかとした。

この結果より、メラトニンは歯周病病変局所において、歯周組織構成細胞のケモカイン産生を減少させていることが示唆された。さらにメラトニンは炎症性細胞浸潤を抑制し、歯周炎の発症および進行を抑えている可能性が示唆された。本研究では歯周組織構成細胞の一つであるヒト歯根膜由来細胞(HPDLC)を用い、ケモカインおよびMMP産生に及ぼすメラトニンの影響を明らかとすることを目的とし実験を行った。その結果、メラトニンはIL-1βが誘導したHPDLCのCXCL10およびMMP-1の産生を抑制することが明らかとなった。これらのことより、メラトニンは歯周炎病変局所でケモカインやMMP産生を抑制することにより、歯周炎の炎症を調整している可能性が示唆された。現在、歯周組織構成細胞の一つであるヒト歯根膜由来細胞に対してメラトニンが抗炎症作用があることを明らかとしている。しかしながら、他の歯周組織構成細胞である歯肉線維芽細胞や歯肉上皮細胞に対するメラトニンの抗炎症作用に関しては不明である。今後、他の細胞に対してもヒト歯根膜由来細胞と同様の作用がメラトニンになるのか、検討を行う予定である。現在はIL-1βおよびTNF-αが誘導するケモカインおよび細胞外マトリックス分解因子の産生を抑制できる事を明らかとした。本年度はさらに多種の刺激因子で歯根膜由来細胞を刺激し産生誘導された炎症性メディエーター産生に与えるメラトニンの影響を確認する予定である。また、歯根膜由来細胞だけでなく歯肉線維芽細胞や歯肉上皮細胞の炎症性メディエーター産生に与えるメラトニンの影響も確認する予定である。歯周治療系歯学今年度はこれまでに培養に使用していた試薬に加えて、ELISA Kit, Western blotに使用する抗体などが十分に残っていたため、新たに購入する試薬が計画より少なくなったため次年度使用額が生じた。また、発表予定であった学会に参加できなかった事も次年度使用額が生じた理由として考えられる。当初、参加予定であった学会に参加できなかったこと、購入物品の価格が大きくディスカウントされていた事、すでにストックされていた試薬があり購入する必要がなくなったことが次年度使用額が生じた理由と考えられる。次年度は多種類のサイトカイン、ケモカインの発現を確認するために多くのELISA Kitや抗体を購入予定であり、その際に繰り越し分および次年度の研究費を使用する予定である。また、学会や論文投稿も多くする予定でありその際にも多くの研究費が必要となると思われる。今年は国内および国外の学会に積極的に参加し実験結果を公表することにより旅費として研究費を使用する予定である。また、論文投稿も行い、論文投稿料ならびに英文校正料に研究費を使用する予定である。使用する細胞および刺激する物質の種類を増やし、多種の試薬を購入する予定である。
高強度・短時間運動が骨格筋代謝適応をもたらす分子機序の解明

骨格筋の糖・脂質代謝を高めるには、乳酸性作業閾値(Lactate Threshold; LT)強度の持久性運動が有効であるが、これにはAMP依存性プロテインキナーゼ(AMPK)の活性化が関与する。加えて、高強度・短時間運動は、LT強度の持久性運動に比べて運動量が少ないにも関わらず、十分な代謝適応を引き起こす。本研究では、「高強度・短時間運動はAktキナーゼ(Akt)の活性化を介して骨格筋代謝適応効果を引き起こす」との仮説を検討したが、AktはLT強度から活性化されることが示唆された。また、遅筋線維ではAMPKはLT強度未満の低強度運動から活性化される可能性も示された。持久性運動を行うと、骨格筋では、ミトコンドリアが増加するので、糖質や脂質を代謝する能力が向上する。これらの代謝適応は持久力の向上や、糖尿病・脂質異常症などの生活習慣病を予防する効果をもたらす。骨格筋の糖・脂質代謝を高めるためには、乳酸性作業閾値(LT)強度以上の持久性運動が有効と考えられてきた。一方、高強度・短時間運動は、LT強度の持久性運動に比べて運動量が少ないにも関わらず、十分な代謝適応を引き起こす。そこで本研究では、高強度・短時間運動が骨格筋代謝適応をもたらす分子機序を解明することを目的とした。Aktキナーゼ(Akt)に着目し、Aktがどの程度の相対強度から活性化されるか、またAKt以外に高強度運動特異的に活性化される情報伝達経路が存在するかを検討する。今年度は、先ずLT強度ならびにLT強度未満の運動強度について検討した。ラットにLT強度未満の低強度運動(10m/分、30分間)、ならびにLT強度に相当する中強度運動(17.5m/分、30分)を負荷し、各運動直後に下肢骨格筋を採取した。その後、AKt、ならびにAMP依存性プロテインキナーゼ(AMPK)と呼ばれる、骨格筋代謝適応を与える働きの活性化指標である、AMPKの下流に位置するACC(Ser79)、TBC1D1(Ser237)のリン酸化状態を評価した。その結果、低強度ならびに中強度運動によって、遅筋であるヒラメ筋において、AKtのリン酸化に変化は無かった。ACC(Ser79)のリン酸化は、各々、74%および174%上昇した。またTBC1D1(Ser237)のリン酸化は22%および59%上昇した。したがって、低強度運動によってAMPKが活性化されると考えられる。本研究の結果は、LTに相当する運動強度からAMPKは活性化されると考えられてきた先行研究とは異なり、更に低い運動強度から活性化されている可能性が考えられる。骨格筋の糖・脂質代謝を高めるためには、乳酸性作業閾値(LT)強度の持久性運動が有効である。そして、これにはAMP依存性プロテインキナーゼ(AMPK)の活性化が関与する。しかしながら、この分子機序は明らかではない。そこで、本研究では、骨格筋代謝適応効果のトリガーとしてAktキナーゼ(Akt)に着目し、「LT強度を大きく超える高強度運動で初めてAktは活性化され、これを介して骨格筋代謝適応効果をもたらす」との仮説を検証した。12週齢のWistar系雄性ラットに、低強度(10m/分)から高強度(27.5m/分)に亘る幾つかの運動強度でトレッドミル走行を30分間行わせ、運動直後のヒラメ筋ならびに足底筋を摘出し、Aktのリン酸化レベルをウェスタンブロッティング法にて評価した。昨年度は、LT強度で上昇すると考えられるAMPKのThr172残基リン酸化レベルの上昇が、17.5m/分のLT強度運動では認められなかったことを報告したが、今年度の結果より、LT強度の上限に相当する中強度運動(22.5m/分、30分間)からリン酸化レベルは上昇すること、また運動強度の増加に伴い、リン酸化レベルは更に上昇することを確認した。結果として、本研究の仮説とは異なり、AktのThr308残基のリン酸化レベルは、AMPKのThr172残基リン酸化レベルの上昇と同様の運動強度から上昇し始めることが明らかとなった。したがって、Akt以外の高強度・短時間運動で特異的に活性化される酵素が骨格筋代謝適応を引き起こす可能性も考えられる。当該年度においては、AKtがどの程度の相対強度から活性化されるか、またAKt以外に高強度運動特異的に活性化される情報伝達経路が存在するかを確かめることを目的とした検討を行った。

そして、これまで中強度運動から活性化され始めると考えられてきたAMPKが低強度運動から既に活性化されている可能性が出てきた。この結果は、LT強度に相当する持久性運動が骨格筋の代謝適応をもたらすためには有効であることを必ずしも説明できるものではない。したがって、持久性運動の有効性を説明できる根拠を見直すきっかけになる新しい見解が得られたと考えられる。しかし本研究の目的である高強度・短時間運動が骨格筋代謝適応をもたらす機序に直接的に迫るものではないので、「やや遅れている」との評価を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。運動生理生化学今後、Aktが中強度運動を超える高強度運動で具体的にどの程度の相対強度から活性化されるかを明らかにすると共に、高強度運動によりAktが活性化される仕組みを検討する必要がある。また、AMPKが低強度運動から既に活性化されているとの新しい仮説を下に、低強度運動時における遺伝子発現の変化についても、検討したいと考えている。