hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢者の皮膚耐性から捉えたスキンテア（皮膚裂傷）の発生要因の解明と予防法への応用

平成30年度は、スキンテアを発症しやすいといわれている脆弱化した皮膚の分類をおこなうため、高齢者の皮膚の実態調査を行った。さらに客観的手法にて高齢者の皮膚弾性を評価し、スキンテア予防に寄与することを目的とした。【対象】75歳以上の高齢者30名(31部位)であった。【測定部位】スキンテアの発生頻度が高い上肢の皮膚である。【測定項目】1皮膚の生理学的測定(角質水分量と真皮水分量の測定;モイスチャーメーターD使用)2皮膚の力学的測定(ヤング率;柔さ計測システムSoftMeasure HG1003使用)3皮膚の肌理(皮溝平均太さ、皮溝太さ分散、皮溝間隔;マイクロスコープ使用)であった。【結果】スキンテアの発症があったものを除き、25名26部位(皮膚判定で脆弱群:健常群=17名:9名)であった。対象の概要(脆弱群:健常群)は、平均年齢86.3:84.1歳、男女比9:11と1:6、平均TPは6.3:6.1、平均albは3.1:3.0であった。角質・真皮水分量はどちらも3040%で乾燥状態を示した。どの項目も、脆弱群と健常群で有意差はみられなかった。健常群におけるヤング率と全項目において有意差があったものは1項目だけであったが、前腕内側の全ての項目において負の相関がみられた。反対に前腕外側では正の相関がみられた。【考察・結論】今回は主観的な皮膚判定法の有意性を支持する結果は得られなかった。また弾性係数と水分量には相関はなかった。弾性力は水分量以外の因子に依存する可能性があり、対象数を増やし他の客観的指標を加えて検討する必要がある。今年度は真皮層の血流状態を測定できなかった。この指標が皮膚の弾性力と関係が有ると考えており、来年度はこの項目を増やし、検討を重ねていくことが重要であると考える。平成30年度は、真皮上層における毛細血管血流速マイクロ断層可視化を行う予定であったが、機器の調整がつかず、この項目においては調査が進められなかった。しかし、他の項目についての調査は予定通り遂行できている。令和元年度は真皮上層における毛細血管血流速マイクロ断層可視化を測定し、皮膚の柔さ、皮膚機能、肌理構造などをあわせて分析していく予定である。さらに、当初の目的でもあった、各測定項目で得られた結果から脆弱化をおこすメカニズムを検討する。皮膚の真皮層の血流測定が今年度は機器の不具合によりできなかったため、当初リース代として考えていた金額が使用できなかった。
概日リズムの位相変位関連遺伝子の視交叉上核における発現

明暗(LD)条件下明期にて、視交叉上核に特異的に発現し、他の脳部位で発現しない遺伝子をDifferential mRNA display法にて検索した。そのうちの一つY01は新しいcDNAであって、cDNA in situ hybridizationにて、視交叉上核に強いシグナルを発現していた。また同手法を用いて、新規に、時間特異的発現遺伝子、光誘発関連遺伝子も数個同定した。最近、我々は、脳内アミンによりペプチド性脳内伝達物資が変化し、行動変化を来すことを報告した。また、ペプチド作動性細胞が、新しいタイプの細胞間物質でリズム位相変位物質でもある一酸化窒素(NO)産生能を有し、また発現させることを明らかにした。従って、アミンやNOの枯渇時の視交叉上核における遺伝子の発現も、Differential mRNA display法にて検討中である。また、成熟ラットにおいては、視交叉上核におけるVIPは、光刺激依存遺伝子として知られる。そこで、ラットVIP遺伝子の発生と遺伝子発現のリズム様式の変動の相関を検索した。VIP遺伝子は胎生末期に発現し、明瞭な昼高く夜低い内因性リズムは生後10日より認められた。このリズムは視交叉上核への入力線維が急増する生後20日以降、新しくVIP遺伝子を発現するニューロンの出現とともに、光従属性リズムへ変動した。これは、光刺激入力が新しい遺伝子のフェノタイプを誘導し、リズムを制御するという初めての報告である。このVIP遺伝子のリズム変移現象は、概日リズムの光周期への同調の形成機構の物質的探究の手がかりとして、現在探究中である。
水中爆轟波の衝撃による岩盤の亀裂破砕

水を込物として使う爆破技術がある。アクアブラスティングなどという名で露天採掘発破でも使用が試みられている。しかし、水の込物としての効果や、そのメカニズムについてはよくわかっていない。本研究では、水の込物の効果とその原理を追求し、水を込物として使用する爆破技術を確立することを目的とした。小型のコンクリート・モルタル・ブロックと雷管を用いた爆破試験の結果では、水が込物としてきわめてよい性能を示すことが得られた。空気,空隙の大きい砂,水,比重を1.5程度にまで高めた粘性液体を込物として用いると、爆薬の周囲が空気であるか、水であるかによって、モルタル・ブロック内を伝播する爆轟応力波の加速度振幅に著るしい差が見られる。この効果を端的に表わすのがそれぞれの音響学的インピーダンスであるが、水,空気,そして岩石(モルタル)は、常温常圧下ではそれぞれ150,000g/【cm^2】・S,39.60g/【cm^2】・S,770,000g/【cm^2】・Sであり、水が爆轟応力波の伝播の媒体として空気より優れていることがよくわかる。また、爆破孔の込物としての水を考えると、爆薬が爆轟した場合、水は爆薬周囲を完全に閉塞しているので、爆薬は密装填の状態になっているとしてよい。しかし、その後の爆轟ガスの膨脹に対しては、水は単に慣性力としてのみ働き、砂や粘土などのように摩擦抵抗による効果を期待することはできない。このことは上記の実験においても、それぞれの場合の亀裂の観察から明瞭に知ることができた。以上、今回の研究の目的はほぼ達したと考えるが、他にも、雷管の高温高圧のガスを直接に受けたセメンタイトが方解石に変化する現象や、比重を高めた粘性液体を水の代りとして、実際の亀裂のある岩盤でする可能性など、いくつかの顕著な興味ある結果を得ることができた。
脊髄におけるノルエピネフリン作動性下降性抑制系を介した鎮痛機序に関する研究

亜酸化窒素がノルアドレナリン作動性下行性抑制系を介して,脊髄のGABA作動性ニューロンを賦活化しc-Fosタンパクを発現することが明らかになっている。脊髄内で放出されたノルエピネフリンがアドレナリン作動性α受容体を介してGABA作動性ニューロンを賦活化し,鎮痛作用をもたらすものと予想されている。研究計画に従って,α受容体の各サブタイプに特異的な遮断薬を投与し,どのタイプのα受容体が上記のような鎮痛機構に関与しているかを明らかにした。Fischer系雄性ラットにヨヒンビン,プラゾシンを腹腔内投与し,亜酸化窒素に暴露した。免疫組織染色で各群の脊髄切片のc-Fos陽性細胞数を比較したところ,プラゾシン群ではc-Fosの発現が減少していたが,ヨヒンビン群では減少していなかった。このことから,GABAニューロンの賦活化に関与しているのは,α1受容体であることが明らかとなった。また,抗c-Fos抗体とサブタイプに非特異的な抗α1受容体抗体を用いた2重染色により,c-Fosとα1受容体が同一細胞に共存していることも確認された。α1受容体の中でどのサブタイプが関与しているかを明らかにするため,α1A,α1Bおよびα1Cに特異的な市販の抗体を用いて,2重染色を試みたが抗体のサブタイプ特異性に疑問があり,結論を出すに至っていない。また,脊髄くも膜下腔に細いカテーテルを挿入して,くも膜下腔に薬物を投与することを試みたが,カテーテル自体の刺激でc-Fosが発現することが明らかとなり,プラゾシンのくも膜下投与によるc-Fos発現への抑制効果は評価できていない。亜酸化窒素がノルエピネフリン作動性下行性抑制系を介して,脊髄のGABA作動性ニューロンを賦活化することが明らかになっている。脊髄内で放出されたノルエピネフリンがαアドレナリン受容体を介して, GABA作動性ニューロンを賦活化し,鎮痛作用をもたらすものと予想されている。研究計画に従って, α受容体の各サブタイプに特異的な遮断薬を投与し,どのタイプのα受容体が上記のような鎮痛機構に関与しているかを明らかにした。Fischer系統のラットにヨヒンビン,プラゾシンおよび生理的食塩水を腹腔内投与し,亜酸化窒素に90分間暴露した。賦活化されたGABAニューロンはc-Fosタンパクを発現することが明らかになっている。各群の脊髄切片を抗c-Fos抗体を用いて免疫組織染色したところ,プラゾシン群では生理的食塩水群と比較してc-Fosの発現が減少していたが,ヨヒンビン群では減少していなかった。このことから, GABAニューロンの賦活化に関与しているのは, α2受容体ではなくα1受容体であることが明らかとなった。また,抗c-Fos抗体とサブタイプに非特異的な抗α1受容体抗体を用いた2重染色により, c-Fosとα1受容体が同一細胞に共存していることも確認された。今後は, α1受容体の中でどのサブタイプが関与しているかを明らかにするため, α1A, α1Bおよびα1Cに特異的な抗体を用いて,亜酸化窒素によって誘導されたc-Fosとの共存関係を調べる予定である。
塩ストレスによる細胞死とストレスに適応した新根形成機構に関する細胞生理学的研究

塩ストレスによってオオムギ根の伸長が抑制された時、塩ストレスの程度が中程度であったり、一過的であった場合は、新根が発生する。一方、この時いったんストレスを受けて伸長が停止した古い根については、根細胞では核DNA分解を伴う細胞死が起こっていることをこれまで明らかにした。この細胞核DNAの分解は、アポトーシス様の機構が働き、時間的にも早い反応であることから、何か積極的な細胞生理的意味があるのではないかと考えた。具体的には、ストレスを受けた根の物質を分解し、輸送して塩ストレスに適応した新しい根や、地上部の形成に再利用しているのではないかと仮説を立てた。この仮説を検証するために、実験をおこなった。また細胞死と根形成の関係についてさらなる知見を得るため、ヒトおよび線虫の細胞死抑制遺伝子を導入した形質転換タバコを用いて実験をおこなった。オオムギ根に^<32>Pまたは^3Hで標識したチミジンを根に取り込ませて、根細胞のDNAを標識した。一定の時間根に塩ストレスを与えた後、アポトーシス様の機構で分解された核酸成分が転流・再利用されて、新根あるいは地上部の核酸合成に利用されるまで待った後、新根、地上部から核酸を抽出して、取り込まれた放射能を測定した。その結果、ストレス解除後成長を再開した地上部に有意に標識が入ることが明らかになった。新根にも標識が入るようだが、地上部ほど明確な結果にならなかった。次にヒトおよび線虫の細胞死抑制遺伝子を導入した形質転換タバコを農水省農業生物資源研究所から提供を受けて、根の形態形成を観察した。形質転換タバコの根は成長が遅くなり、外見上はまっすぐに伸びず、縮れたようになっていた。維管束系を観察したところ、木部の構造に異常が生じた根が多く見られ、道管の通導が悪く、成熟が遅延していることがわかった。細胞死抑制因子が働いて、木部の組織分化・細胞配列に影響を与えた結果と推察された。これらの個体の塩ストレス応答について、現在研究を進めているところである。
エージェントベース社会システム分析のためのシミュレーションアーキテクチャ研究

本研究では我々が開発した社会シミュレーション言語SOARS<http://www.soars.jp>を基盤に社会経済の課題解決・政策デザインを行うための枠組みとツールに関する研究開発を行った。実社会を対象とした複雑なシステムの解析では、様々なアスペクトからのモデルを接合した全体システムの挙動を理解し、更にそこに政策的なオプションを加える事で何らかの制約充足条件を満たすようなソリューションを見いだすシナリオ解析が求められる。成果として(1)エージェントベースのモデリングによって異なったアスペクトを持つサブモデルをマイクロレベルで接合させる手法を開拓(2)マルチアスペクトモデルを解析するためのモデルコンポーネントをSOARSに導入し(3)これらの枠組みとツールを二つの具体的な領域で応用を試みた。当年度は、SOARSのモデル構築環境を一新し、領域専門家がモデル概念を明確化する過程でモデルライブラリを有効活用できるようにすべく、以下の研究を実施した。(1)文理融合型のエージェントベースシミュレーション環境の整備エージェントよりアクセス可能な機能オブジェクトによるモジュールコンポーネントのライブラリー化および、モジュール化の手法の確立を目指した研究開発を実施した。エージェントベースシミュレーションに於いては従来の受動的なオブジェクトとは異なるエージェントの自律性に対する配慮が必要となるが、従来のオブジェクト指向に基づくクラスライブラリのみでは充分であるとはいえない。当研究においては具体的に会計情報を扱う情報オブジェクトを実装し、実際にエージェントベースシミュレーションにおいて動的なモデル開発に適用可能であることを実証した。(2)「役割指向プログラミング」の理論的解明とモジュール構築応用社会シミュレーションの開発において、並行処理プロセス記述に関する継承異常の問題により、クラス継承によるルールの再利用が困難であるという弱点があるオブジェクト指向のみでは充分ではない。役割指向プログラミングの技法はこのような弱点の克服を目指し発展を遂げてきたが、現在ではSOARSにおけるモジュール型開発により有効性が実証される段階に達している。当研究ではさらにこれを進め、役割指向の本質を明確化すべく分析を行い、いくつかの規範の抽出を行うに至った。そのうち最も重要と思われるものはエージェントの自律性であり、これは主に2つの規範により支えられる。その1つはスポットを介したエージェントの間接的な相互作用であり、もう1つはステージという大域的な仮想イベントによるルールの一斉実行である。これらの規範によりエージェントの自律的なルール記述が可能となり、実装の負荷が大幅に軽減されると結論付けられた。昨年度は、「応用の拡大とそれによるライブラリアーキテクチャの改良」をテーマに、以下の3点について研究を行った。1)シミュレーションベースの机上演習モデルの研究と開発領域専門家が社会的問題解決を行うためのコミュニケーション環境としてエージェントベースシミュレーションを用いた机上演習を利用するにあたり、ユーザーインターフェースの整備が必要となった。特にシミュレーションモデル作成者のみではなく、モデル利用者向けのインターフェースの充実を図ることとなった。2)新型インフルエンザ等の感染症を例とした再利用可能なモデルコンポーネントのライブラリー構築ライブラリー構築において、大まかにまず全体モデルからコンポーネントを抜き出す手法と、最初からコンポーネントとして部品を設計する手法があり、一長一短がある。当研究においてはまず前者の手法で必要となるコンポーネントを抽出し、後にインターフェースの整備を行った上で後者の手法でコンポーネントの追加を行いライブラリーの構築を実施した。これにより机上演習等への対応が容易となった。3)組織シミュレーションのためのモデルコンポーネント作成現在、上場企業の財務諸表が金融庁のEDINETから電子的に取得可能であり、これをもとにした経済シミュレーションを構築することでヒト・モノ・カネを全て組み込んだ形での組織シミュレーションが可能となる。そのための基礎として、まず会計情報を代数化したMAAL(Algebraic Account Description Language)とのリンクをSOARSに組み込んだ。これを基に発展させたデータベース機能を有するDCL(Data Compilation Language)を組み込むことで、上記の様な組織シミュレーションが構築可能であることを明らかにした。本研究では我々が開発した社会シミュレーション言語SOARS<http://www.soars.jp>を基盤に、現実の社会経済の課題解決・政策デザインを行うための枠組みとツールを提供することを目的に研究開発を行った。成果として(1)エージェントベースのモデリングによって異なったアスペクト、異なった語彙を持つモデルコンポーネントをマイクロレベルで接合させる手法を開拓(2)この様なマルチアスペクトモデルの挙動を解析するために我々の開拓した役割指向概念を持つエージェントベースシミュレーション言語SOARS上に、モデルコンポーネントをプログラムモジュールとして導入し(3)これらの枠組みとツールを二つの具体的な領域で応用を試みた。一つは公衆衛生学的な課題であり、もう一つがエネルギーマネージメントシステムに関する課題である。

前者では感染症に関する対策や救急車の搬送問題等を扱い、後者ではスマートグリッドと対比的なボトムアップでHEMS, BEMS, CEMSを包摂するエージェントベースのエネルギーマネージメントシステムを提案した。後者ではエージェントベースモデリングに交換代数という簿記を抽象化した代数系の状態記述を導入し、エージェントベースシミュレーションにダブルエントリーの状態記述を導入するアーキテクチャを確立した。また後者に関連して特許を2件申請した。今後は相互に境界条件を構成する複数のモジュールと政策的なオプションをマイクロからメソスケールの粒度で接合させ課題解決の討議空間を構築するエージェントベースのモデリング理論と方法と手法を開拓していきたい。3つの研究テーマの成果が互いに影響を及ぼしあい、良好な成果が得られている。特に最初のテーマである「シミュレーションベースの机上演習モデルの研究と開発」の成果としてSOARSのユーザーインターフェースの整備が行われた結果、他のテーマにおけるライブラリーやコンポーネント開発において強力な支援となった。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに多くの専門家と問題解決を行うための社会シミュレーションモデルの構築経験を積み、国内外での研究の進捗報告において、本研究の有用性を発表してきたことをふまえ、前年度に開発したモデルライブラリを公開することを1つの大きな計画とする。そのためには、これまでの構築したモデルを再度見直し、ライブラリとして登録・公開するための編集を行い、同時にモデルライブラリの利用法をまとめる必要がある。これらをふまえ、これまでの成果をまとめるとともに、国内外での発表および報告書の作成を行い、さらにWebページ上でモデルライブラリを公表し、広く成果を問う予定である。さらには、今日発展が著しいクラウドシステムの利用も検討している。
半導体ナノ構造表面における気相光触媒反応場の追跡と人工光合成への応用

まず、パルス電着を用いたp型の酸化銅(I)(Cu2O)のナノ構造作製に着手し、堆積されるp型Cu2O微粒子の粒径や結晶性の制御をある程度確立した。また、Cu2Oのパルス電着の初期過程(核成長や核形成)を電気化学測定によって追跡する新手法を提案した。続いて、陽極酸化で作製したn型の酸化鉄(Fe2O3)ナノチューブアレイ表面にCu2O微粒子膜を堆積したFe2O3/Cu2O複合体に対して、気相メタノールと気相水を用いた可視光照射下での光触媒反応評価を行った。助触媒貴金属を用いなくても、可視光照射に伴う水素生成が生じることを確認し、p型とn型のヘテロ接合におけるZ-スキーム反応機構が寄与していることを示唆する結果を得た。更に、高真空下と大気圧下での気相光触媒反応分析を用いて、Pt担持酸化チタン(TiO2)ナノチューブアレイ表面での二酸化炭素(CO2)の光還元過程を追跡し、CO2の光還元によって生成されるCOやメタンを検出するに至った。更に、ケルビンプローブ原子間力顕微鏡(KPFM)によるTiO2表面における光照射前後での表面電位計測を実施し、不活性雰囲気中での光照射後の表面電位の緩和時間が、大気下よりも更に長くなることを見出した。この現象は光触媒反応に寄与する光誘起キャリア(正孔)の振る舞いを反映したものであると推測される。また、TiO2ナノチューブアレイを用いて、水素生成と分離を同時に実現するメンブレンリアクターに関して、化学的剥離に基づく自立型メンブレンの作製が可能であることを新たに見出した。以上のように、ワイドギャップ半導体材料を対象として、気相反応場に着目した新しいバンドエンジニアリングの指針の開拓、及び高機能光触媒メンブレンリアクターに向けて有益な成果を得た。Fe2O3/Cu2O複合体において気相反応場での光触媒水素生成を確認できたことで、Z-スキーム型を模擬した複合材料系の構築と可視光応答材料の開発において、一定の成果が得られた。また、人工光合成を念頭においた二酸化炭素の光還元過程の追跡にも実際に着手し、予備的な実験結果を得るに至った。これらは概ね研究計画に沿った成果であると言える。それと並行して、ケルビンプローブ原子間力顕微鏡を用いた半導体光触媒表面における表面電位計測も継続して取り組み、光励起されたキャリアの緩和過程が測定雰囲気によって大きく影響を受けることを見出し、現在、その成果について論文投稿を行っている。更に昨年度に得られた光触媒メンブレンリアクターの温度制御に関する成果については、学術論文への掲載に至っている。理論計算による実験結果の予測や検証については進捗が遅れているものの、以上の事由により、本研究課題は概ね順調に進展していると判断できる。まず、理論計算によるアプローチも精力的に進めていく。遷移金属を含んだ化合物半導体や二次元系材料から構成されるナノ構造表面に対して、密度汎関数法によるエネルギーバンド構造の計算を行う。その結果により予測される電子状態と、気相反応場での可視光応答及び光触媒活性との相関を追跡していく。実験で用いる光触媒材料としては、昨年度と同様、Z-スキーム型を模擬した複合材料系を活用すると共に、より高効率な可視光応答光触媒材料の開発を試みる。更に、気相光触媒反応分析装置を用いて、光触媒水素生成過程と二酸化炭素光還元過程における実時間観測を推進し、それらの量子収率や半導体ナノ構造の基本的な物性値との相関について調査を進める。また、KPFMによる表面電位計測結果を基に、理論計算や気相光触媒反応分析で得られる結果の相補的な検証を行う。上記の成果を活用して、可視光応答性を有する光触媒リアクターを新たに構築し、その性能評価を実施することで、本研究での取り組みの有用性を検証する。以上の研究項目に基づき、これまで全く議論されていない、気相反応場における光触媒材料表面のエネルギーバンド構造と光触媒反応系における酸化還元電位との相関、及び光触媒反応過程の解明に寄与する新しい知見を得ると共に、高機能光触媒メンブレンリアクター開発を目的とした研究を遂行する。ワイドギャップ半導体材料を対象として、気相反応場に着目した新しいバンドエンジニアリングの指針の開拓、及び高機能光触媒メンブレンリアクター開発を目的とした研究を遂行した。まず、可視光応答性を有する酸化鉄(III)(Fe2O3)に着目し、陽極酸化法により作製した酸化鉄ナノチューブアレイ(FNA)試料に対して、高真空下での気相メタノールの光触媒分解過程の観察を行った。その結果、助触媒としてPt微粒子を堆積させたFNA試料において、可視光照射に伴う水素(H2)生成や中間生成物(COやH2O)の検出に成功した。従来の液相反応場では、外部からの電圧印加が無い状況ではFNA表面に可視光を照射しても光触媒水素生成は生じないことが知られており、観測された結果が気相反応系(特に高真空下)特有の現象であることが考えられる。また、典型的な光触媒材料である酸化チタン(TiO2)や酸化タングステン(WO3)とは異なる、酸化鉄とPt微粒子の混合系に特有の挙動も観測された。更に、原子間力顕微鏡によるTiO2表面における紫外光照射前後での表面電位計測を実施し、大気中での光照射停止後の表面電位の緩和時間が、酸化チタン試料の面方位や形状の違いにより、大きく異なることを見出した。

また、TiO2ナノチューブアレイを用いて、水素生成と分離を同時に実現するメンブレンリアクターを作製し、その機能の温度依存性を詳細に評価した。液相反応場ではあるものの、メタノールを犠牲剤とした水の光分解による水素生成・分離機能を確認し、メンブレンの温度上昇と共に水素生成速度や量子収率が段階的に向上することも示した。以上のように、ワイドギャップ半導体材料を用いた高機能光触媒メンブレンリアクター開発に向けて有益な成果を得た。まず、半導体ナノ構造を対象にした気相/液相系反応に対する光触媒活性と、材料種及びナノ構造の表面形状との関係について体系的に調査を行っており、光触媒機能を発現する様々な材料の作製も進展している。更に気相反応系(特に高真空下)特有と思われる現象も観測しており、その成果を基にした学術論文の発表に至っている。それと並行して、ケルビンプローブ原子間力顕微鏡を用いた半導体光触媒ナノ構造表面における表面電位計測にも取り組み、光励起されたキャリアの緩和過程に関する知見もある程度取得できている。更に光触媒メンブレンリアクター及びその測定評価系の構築と温度特性も達成している。これらは概ね研究計画に沿った成果であると言える。理論計算による実験結果の予測や検証については進捗が遅れているものの、以上の事由により、本研究課題は概ね順調に進展していると判断できる。まず、パルス電着を用いたp型の酸化銅(I)(Cu2O)のナノ構造作製に着手し、堆積されるp型Cu2O微粒子の粒径や結晶性の制御をある程度確立した。また、Cu2Oのパルス電着の初期過程(核成長や核形成)を電気化学測定によって追跡する新手法を提案した。続いて、陽極酸化で作製したn型の酸化鉄(Fe2O3)ナノチューブアレイ表面にCu2O微粒子膜を堆積したFe2O3/Cu2O複合体に対して、気相メタノールと気相水を用いた可視光照射下での光触媒反応評価を行った。助触媒貴金属を用いなくても、可視光照射に伴う水素生成が生じることを確認し、p型とn型のヘテロ接合におけるZ-スキーム反応機構が寄与していることを示唆する結果を得た。更に、高真空下と大気圧下での気相光触媒反応分析を用いて、Pt担持酸化チタン(TiO2)ナノチューブアレイ表面での二酸化炭素(CO2)の光還元過程を追跡し、CO2の光還元によって生成されるCOやメタンを検出するに至った。更に、ケルビンプローブ原子間力顕微鏡(KPFM)によるTiO2表面における光照射前後での表面電位計測を実施し、不活性雰囲気中での光照射後の表面電位の緩和時間が、大気下よりも更に長くなることを見出した。この現象は光触媒反応に寄与する光誘起キャリア(正孔)の振る舞いを反映したものであると推測される。また、TiO2ナノチューブアレイを用いて、水素生成と分離を同時に実現するメンブレンリアクターに関して、化学的剥離に基づく自立型メンブレンの作製が可能であることを新たに見出した。以上のように、ワイドギャップ半導体材料を対象として、気相反応場に着目した新しいバンドエンジニアリングの指針の開拓、及び高機能光触媒メンブレンリアクターに向けて有益な成果を得た。Fe2O3/Cu2O複合体において気相反応場での光触媒水素生成を確認できたことで、Z-スキーム型を模擬した複合材料系の構築と可視光応答材料の開発において、一定の成果が得られた。
電磁波による脳血流イメージング法の開発

長波長光を用いてラットの脳機能を評価できるか否かを検討し、脳表面から深部まで観ることができる簡便な方法の原理検証を行うために研究を行った。実験的にラット頭部に波長5.73μmのレーザー光を照射し、その透過の検出を試みたが、特定のピークが得られなかった。血液、組織水、脳脊髄液により光が吸収がされること、散乱により光が直進せず光路長が一定しないことが計測を妨げる要因と考えられた。テラヘルツ波(0.8-1.5 THz、1 THz=波長300μm)による脳スライスイメージング(キヤノンとの共同研究)を試みた。その結果、腫瘍領域で屈折率が高くなり、脳腫瘍と正常脳との鑑別が可能であることが明らかとなった。脳の神経活動を可視化する方法で、装置が比較的小さく移動もできるという点で優れていてwearableな方法に発展させることができる装置としては、NIRS、EEGが挙げられる。しかし、これらは脳深部の機能評価ができないことが最大の問題である。我々は、新たな脳血流イメージングにより神経活動を評価する方法として、長波長光(電磁波)を用いた新たな方法の原理検証を行うため、平成27年度は、適切な波長の検討を行うことを主目的に実験を行った。フーリエ変換赤外分光光度計を用い、ラット脳組織・ラット培養グリア細胞において赤外光の吸収と波長の関係を探索した。その結果、6μm、9μmの波長で吸収のピークが見られた。これらの結果に基づき、ペルチェ冷却型量子カスケードレーザー(波長6.1 μm、7.8 μm)の2種類を準備し、全身麻酔下にラットを定位脳手術装置に固定し、MCT光導電素子(赤外線入射により抵抗値が減少する素子)により赤外線を計測するシステムを構築した。ペルチェ冷却型量子カスケードレーザー(浜松ホトニクス)の準備とシステムの構築に時間を要したために、平成27年度内に計測実験によるデータの収集を終えることができなかった。その中で、明確なピークを検出しにくいこと、透過光で何らかのピークが検出できても光路長が実際の長さの23倍以上であり透過・吸収の評価がしにくいなどの問題が認識された。ペルチェ冷却型量子カスケードレーザーにより、ラット脳(個体レベル)での赤外光の透過・吸収を計測するシステムを構築しているが、量子カスケードレーザーの準備(特定の波長に対する特注品であり、試作後のチューニングに時間を要する)とシステムの構築に時間を要したために、計測システムの構築をほぼ終えるにとどまり、平成27年度内に計測実験によるデータの収集を終えることができなかった。脳の神経活動をイメージングする方法として、従来用いられているfMRI、SPECT、PET、MEGなどは大型でwearableではないという欠点を持つ。一方、NIRSやEEGは、装置が比較的小型で移動できるという点で優れているが、脳深部の評価ができないことが最大の問題である。本申請ではこれらに代わる新たな方法を探索するために、長波長光を用いてラットの脳機能(特に血流)変化を検出できるか否かを検討し、脳深部まで観ることができる簡便な方法の原理検証を行うことを目標に研究を行った。イソフルレン麻酔下にラット頭部に5.73μmの量子カスケードレーザーを照射し、その透過の検出を試みたが、特定のピークが得られなかった。血液だけでなく、組織水、脳脊髄液により光が吸収がされること、散乱により光が直進せず光路長が一定しないことが計測を妨げる要因と考えられた。個体レベルではこれらの因子を除外することが困難であり、長波長光によるイメージング法の探索目的に、テラヘルツ波(0.8-1.5 THz)による脳スライスイメージング(キヤノンとの共同研究)を試みた。その結果、腫瘍と正常脳との間では、1細胞の密度(腫瘍領域では単位面積あたりで細胞核の占める割合が高い)、2水分量の差により、腫瘍領域で屈折率が高くなり、脳腫瘍と正常脳との鑑別が可能であることが明らかとなった。平成27年度の実験の中で、ラット個体レベルで頭部に赤外光を入射し透過光を検出しようとしても、生体内での散乱により:1)明確なピークを検出しにくいこと;2)透過光で何らかのピークが検出できても光路長が実際の長さの23倍以上であり透過・吸収の評価がしにくいことが問題として認識された。平成28年度は、赤外光だけでなく超音波との相互連関(光・音響連関)による特定の場所からの赤外光吸収の変化の評価に関して検討する必要があると考えている。脳神経外科
クロスローラガイドの保持器ずれの発生機構の解明とその防止方法の提案

本研究では,まず,一般的なクロスローラガイドの保持器ずれに及ぼすラジアル荷重とミスアライメントの影響を調べた.次に,保持器ずれを防止防止対策がなされたスタッドローラガイドにおいて,近年問題となっているディンプルの損傷の基礎研究として,スタッドとディンプルの接触力および応力の解析を行った.最後に,スタッドとディンプルの接触力と応力を低減するためには、鋼製のスタッドローラおよび円筒ころを窒化けい素製へ変更することが有効であることを明らかにした.本研究は,クロスローラガイドの保持器ずれ(実際の保持器の移動距離とローラとレールが巨視的な滑りを伴わないで転がり接触する理想的な場合の保持器の移動距離の差)の発生機構を解明し,その防止方法の提案を目指している.今年度における研究の成果は以下の通りである.(1)まず,クロスローラガイドテーブルを試験装置に鉛直に取り付けた状態で,一定の駆動周期で駆動した.そして,保持器ずれに及ぼすラジアル荷重およびミスアライメントの影響を実験的に調べた.その結果,以下のことが判明した.すなわち,ラジアル荷重が加わった場合,ミスアライメントがゼロであれば,左右の保持器はテーブルの駆動周期で微小に変動しながら,主として鉛直下方にずれる.ヨーミスアライメントがある場合,ラジアル荷重がゼロならば,テーブルの駆動周期での微小な変動を除き,左右の保持器の保持器ずれの方向は互いに逆向きとなる.一方,ピッチミスアライメントがある場合,ラジアル荷重がゼロならば,左右の保持器は主として鉛直上向きにずれる.(2)次に,保持器ずれに及ぼすラジアル荷重およびミスアライメントの影響を解析的に明らかにするために,試験クロスローラガイドテーブルのモデルに対してマルチボディ解析(MBA)を行った.MBAモデルにおいて,ローラ,保持器およびレールは,ヘルツ接触部を除き,剛体と仮定した.保持器ずれに及ぼすラジアル荷重およびミスアライメントの影響に関するMBAの結果は,上述のような実験結果と定性的に一致した.このことから,クロスローラガイドテーブルにおける保持器ずれを説明するのにMBAが有効であることが判明した.本年度は,保持器ずれの防止策の1つであるディンプル(球面形状のメインディンプルおよびサイドディンプルで構成)とスタッドローラを用いたクロスローラガイドを対象とし,ディンプルとスタッドの損傷を防止するために,ディンプルとスタッドの接触力のマルチボディ解析を行った.なお,マルチボディ解析では,ヘルツの接触理論を用いて,ディンプルとスタッドの接触力を評価するとともに,各接触部の摩擦を考慮した.本年度における研究の成果は,以下の通りである.1.スタッドとディンプルの接触力は最大直線速度の増加にともなって増える.2.スタッドとディンプルの接触力はパルス状である.3.矩形波運転(クロスローラガイドの直線速度を時間に対して矩形波状に変化させた往復運転)の場合,パルス状の接触力は,運転開始点および折り返し点で発生する.一方,正弦波運転(クロスローラガイドの直線速度を時間に対して正弦波状に変化させた往復運転)の場合には,このような傾向は見られない.4.矩形波運転および正弦波運転のいずれの場合も,スタッドローラの加速度の絶対値が大きい時に,パルス状の接触力が発生する.5.ディンプルとスタッドの接触力は,メインエッジ(メインディンプルとサイドディンプルの境界部)およびサイドエッジ(サイドディンプルと軌道の境界部)で大きくなる傾向がある.本年度は,保持器ずれ防止策の1つであるスタッドローラを有するクロスローラガイド(スタッドローラガイド)について,スタッドとディンプルの接触力および応力を調べた.本年度における研究の成果は,以下の通りである.1市販のスタッドローラガイドの仕様に基づいて,ディンプルのついた2本のレール,1個のスタッドローラ,28個の円筒ころ,保持器で構成したマルチボディ解析(MBA)モデルを作成し,解析を行った.なお,各部品の材料は,市販のスタッドローラガイドと同様に,レールおよび円筒ころが軸受鋼,スタッドローラがステンレス,保持器がポリアセタールとした.MBAの結果,スタッドとディンプルの接触力は正弦波運転よりも台形波運転,静止レールよりも駆動レールの方が大きい傾向があることがわかった.また,スタッドとディンプルの接触力が大きくなるときに,各部品の加速度の絶対値も大きくなる傾向があることがわかった.2スタッドとディンプルのミーゼス応力を計算するために,有限要素法(FEM)解析を行った.FEM解析の結果,スタッドとディンプルのミーゼス応力は,サイドディンプルと軌道面の境界部で最大となることがわかった.3最後に,スタッドローラと円筒ころの一方または両方の材料を,鋼の40%の密度を有する窒化けい素へ変更して,MBAおよびFEM解析を行った.MBAの結果,スタッドとディンプルの接触力は,スタッドローラと円筒ころの両方を窒化けい素製にすると,それらが,鋼製の場合に比べて,大きく低減できることが明らかとなった.また,FEM解析の結果,スタッドとディンプルの最大ミーゼス応力は,円筒ころのみおよびスタッドローラと円筒ころの両方を鋼製から窒化けい素製に変更することで,大きく低減できることが判明した.本研究では,まず,一般的なクロスローラガイドの保持器ずれに及ぼすラジアル荷重とミスアライメントの影響を調べた.次に,保持器ずれを防止防止対策がなされたスタッドローラガイドにおいて,近年問題となっているディンプルの損傷の基礎研究として,スタッドとディンプルの接触力および応力の解析を行った.

最後に,スタッドとディンプルの接触力と応力を低減するためには、鋼製のスタッドローラおよび円筒ころを窒化けい素製へ変更することが有効であることを明らかにした.現在までに,当初計画にしたがって,保持器ずれの防止策の1つであるディンプル(球面形状のメインディンプルおよびサイドディンプルで構成)とスタッドローラを用いたクロスローラガイドを対象とし,ディンプルとスタッドの損傷を防止するために,ディンプルとスタッドの接触力のマルチボディ解析を行った.そして,ディンプルとスタッドの接触力の発生状況を解析的に明らかにした.ディンプルとスタッドの接触力が大きくなる運転条件および部位は,研究協力者であるベアリングメーカの有している損傷に関する運転条件および部位と定性的に一致している.これらの成果により,次年度に予定されている研究成果のとりまとめ,学会講演等が可能な状態となっている.以上の理由から,研究目標の達成度に関しては,おおむね順調に進展していると判断した.工学現在までの成果を踏まえて,マルチボディ解析で得た接触力の時間波形を用いて時刻歴解析を行い,ディンプルとスタッドの塑性変形量を求める.その結果とこれまでの結果をとりまとめ,学会にて発表する.現在までに,当初計画にしたがって,保持器ずれに及ぼすラジアル荷重およびミスアライメントの影響を実験的に調べ,その特徴を明らかにした.さらに,この実験結果を説明するためにマルチボディ解析を実行し,実験結果と解析結果が良く一致することを確認した.これらの成果により,次年度に予定されている保持器ずれの防止方法の検討が可能となっている.以上の理由から,研究目標の達成度に関しては,おおむね順調に進展していると判断した.現在までの成果を踏まえて,保持器ずれ防止策の1つであるディンプルとスタッドローラを用いたクロスローラガイドを対象とし,ディンプルとスタッドの損傷なく保持器ずれが防止できる方法を検討する.つぎに,ディンプルとスタッドの間の接触力をマルチボディ解析で明らかにする.そして,保持器ずれを防止し,ディンプルとスタッドの損傷が生じないクロスローラガイドの形状を提案する.
インスリン様成長因子の作用機序に関する研究

インスリン様成長因子(IGFーI)は哺乳動物の個体成長を促進する重要な成長因子であるがその作用機序はこれまで不明であった。本研究はマウス由来線維芽細胞であるBalb/c3T3細胞を正常細胞のモデル系とし、IGFーIの作用機序を解明しようとするものである。我々はまずIGFーIが細胞周期依存性に増殖効果を発揮することを明らかにし、その作用を発現できる状態の細胞を用いてIGFの作用機序を検討した。IGFの増殖促進作用は細胞外カルシウム濃度に依存していることから我々はIGFがCa^<2+>に依存した細胞内シグナルを産生するのではないかと考え検討を行った。その結果、(1)IGFが持続的なCa^<2+>流人を惹起すること、(2)それはIGF感受性Ca^<2+>透過性チャンネルを活性化することによること、(3)Ca^<2+>流入が増殖促進活性の細胞内シグナルであること、(4)Ca^<2+>流入を感知して増殖促進をもたらす機構が存在し、それが細胞周期によって調節されていることなどを明らかにすることができた。さらにCa^<2+>を感知する機構としてCキナ-ゼを想定し、ジアシルグリセロ-ル(DAG)代謝に対するIGFの作用を検討した。その結果、IGFが持続的なDAG増加をもたらすことが明らかになった。DAGは、(1)フォスファチジルコリン、(2)グリコシルフォスファチジルイノシト-ル、(3)de novo合成の少なくとも3つの異なった経路により産生され、これらが持続的なDAG増加をもたらしていると考えられた。今後の課題として、このDAGによってCキナ-ゼが持続的に活性化されるかどうか、Cキナ-ゼ活性化が増殖促進にどのように関与しているかなどを明らかにしていかなければならない。第一にインスリン様成長因子(IGF-I)によって調節されるカルシウム透過性陽イオンチャンネルの存在を明らかにし,その電気生理学的な特性と細胞周期依存性を明らかにした。同時にこのチャンネルを介して実際にCa^<2+>が流入し細胞内Ca^<2+>濃度が増加することを明らかにした。第二にIGF-IによってCa^<2+>感受性の伝達系が活性化するかを検討した。この目的のためにCキナーゼ活性化物質であるジアシルグリセロール(DAG)に注目し,IGF-IがDAGを増加させるかどうかを調べた。IGF-Iはいくつかの経路を活性化してDAGを増加させることが明らかになった。その中には近年インスリンによって調節されることが報告されているイノシトールリン脂質の一種であるフォヌファチジルイノシトールグリカンの分解作用,さらにフォスファチジルコリンの分解によるDAGの遊離があり,これらによって短時間のうちにDAGが増加する。さらにde noveの合成系を介した作用もあると考えれられ,これに関しては今後の検討が必要と考えられる。(1)インスリン様成長因子(IGF)作用の細胞周期依存性に関する研究IGF-Iのもつ様々な作用がどのように細胞周期に依存しているかを検討した。その結果、IGF-I受容体のチロシンリン酸化及びブドウ糖の取り込みは静止期・primed competenceのいずれにおいても観察されたが、一方Ca^<2+>流入の増加、ジアシルグリセロ-ルの増加反応およびDNA合成の促進作用は静止期には観察されず、PDGFとEGFを作用させて得られるprimed competenceの細胞においてのみ観察された。後三者は細胞を百日咳毒素とインキュベ-トしておくことによって完全に抑制されることが明らかとなった。(2)IGFのCa^

<2+>流入促進作用に対するG蛋白の関与既に我々はIGF-IのCa^<2+>流入促進作用が百日咳毒素によって抑制されることを報告しG蛋白の関与を示唆しているがこの点をさらに明らかにさせる目的で細胞内に非水解性のGTP-γSやGDP-βSを封入することによってG蛋白の関与を検討した。細胞内への封入はATP^4を用いて行った。GTP-γSを封入することによってCa^<2+>流入は約2倍に増加し、この作用はテトラメスリンで抑制された。一方GDP-βSはそれ自身ではCa^<2+>流入に変化を与えなかったがIGF-IによるCa^<2+>流入の増加作用を消失させた。これらの結果からG蛋白の関与が確実なものとなった。(3)IGF-Iのジアシルグリセロ-ル増加作用前述のようにIGF-Iをprimed competenceの細胞に投与するとジアシルグリセロ-ルが増加する。これがどのような代謝経路を経て発現されるかを検討する。本研究は代表的な細胞増殖因子であるインスリン様成長因子(IGFーI)の作用機序を解明することを目的としている。本年度は特に以下に述べる2点に焦点をしぼって検討を行った。(1)IGFーIによる細胞内カルシウム濃度([Ca^<2+>]_c)の変化:IGFーIは増殖促進作用を示す条件下でCa^<2+>流入を増加させるが、その条件下で周期的な[Ca^<2+>]_cの上昇(オシレ-ション)をもたらす。IGFーIによるオシレ-ションは細胞外液Ca^<2+>濃度に完全に依存し、その頻度はIGFーIの濃度及び細胞外液Ca^<2+>濃度に依存している。IGF感受性陽イオンチャンネルはランダムに開閉をくり返しており、これによってオシレ-ションが起こるものと考えられる。(2)IGFーIによる細胞内ジアシルグリセロ-ル(DAG)の変化:IGFーIは増殖促進活性をもつ条件下において細胞内DAG代謝に変化を与えることが明らかとなった。DAGは【○!a】フォスファチジルイノシト-ルグリカンの加水分解、【○!b】フォスファチジルコリンの加水分解、【○!c】denovoの合成の少なくとも3つの経路を活性化することによって持続的なDAG増加をもたらす。こうしてIGFーIによってDAGとCa^<2+>流入の両者が持続的に増加することが初めて明らかにされた。今後はこのIGFーI作用にCキナ-ゼが関与するのかどうか、また他のCa^<2+>依存性の反応が関与しているかどうかなどについて検討していきたいと考えている。この目的のため現在リン酸化について検討を行っているところである。
ミトコンドリアATP合成酸素のフリップフロップ機構による活性調節-ATPアーゼ阻害蛋白、9K蛋白及び15K蛋白の協奏機構-

1.ミトコンドリアのATP合成酸素は触媒部位を持つF_1部分とプロトンチャンネルを構成するF_0部分の2つの主要な部分から構成されているが、本研究はこのATP合成酸素の活性調節を行う三種類の制御因子が、それぞれATP合成酸素のどの部分に結合してその作用を現わすのか、その制御の機構はどのように行われるかを研究しようとしたものである。2.本年度の主要な目的であった各制御因子の遺伝子をクローニングし、酵母を用いて各因子の欠損した変位酵母を作成することはすべて成功した。現在ATPアーゼインヒビター欠損株、9K蛋白欠損株、15K蛋白欠損株を得ると共に、さらに各二因子を組合わせた欠損株、三因子共に欠損した変異株も得ている。3.各因子を欠損させても酵母はATP合成反応をミトコンドリアで行うことができるので、これらの制御因子はATP合成反応に直接関与するものでないことを明らかにした。しかしATPアーゼインヒビターで9K蛋白を欠損させた酵母は一定の条件下ではきわめて死滅しやすく、ATPの細胞内濃度が保持できなくなっている可能性が示唆された。また、15K蛋白欠損株ではATP分解活性が高まっており、ATPaseインヒビターが存在しても、このATPアーゼインヒビターが作動しにくくなっていることが示唆され、当初予想したように、15K蛋白が、ATPアーゼインヒビターと9Kに蛋白の作動性を制御する蛋白であることが裏付けられた。4.人工膜にATP合成酵素を結合させ、人工膜上でのATP合成酵素と3制御因子の相互作用についての研究は今後の課題として残されている。
腎保存の研究:ANP,Ca拮抗剤によるイヌ長期低温灌流および自家移植の検討

(研究実績概要)1)犬単離腎低温灌流保存に灌流液中心房性Na利尿ペプチド(ANP)および塩酸バラパミル投与の影響雄性雑種成犬の腎を摘出し、酸素供給低温灌流装置(ミネソタ式腎灌流装置MOX-100)に腎を装着し、灌流液別に1群:UW灌流液、2群:UW灌流液にANPを添加、3群:UW灌流液に塩酸バラパミルを添加の3群で24時間灌流し比較した。低温灌流後の腎機能のviabilitを検討するための、腎皮質の組織中ATPを液体クロマトグラフィにて測定したが、第2群のUW灌流液にANPを添加した群の腎皮質組織中ATP濃度が他の2群に比較して高値を示しており、腎viabilityは保たれていることが示唆された。2)低温灌流後自家腎移植に対するANPおよび塩酸バラパミル投与の影響ビ-グル犬を使用し、UW灌流液による24時間低温灌流保存後自家移植直後よりANP投与7日間群、塩酸バラパミル7日間投与群および無投与群で14日間観察し、比較検討した。移植腎生着に関してはANP投与群および塩酸バラパミール投与群は全例生着したが、コントロール群は1/3匹腎不全にて死亡した。腎機能に関しては無投与群に比較し、ANP投与群および塩酸バラパミル投与群で早期の機能発現が認められたが、この2群間には移植後14日目では有意な差はみられなかった。以上より、イヌ腎低温灌流保存および自家腎移植に対し、ANPおよび塩酸バラパミールの投与は低温灌流保存移植において有用であることが示唆された。本邦における死体腎移植は、地域ネットワークとして単純冷却保存が施行され、短時間のシッピングが可能であった。しかし、1994年4月より全国レベルでの腎移植ネットワークが整備され、全国レベルでのシッピングが行われるようになり、長期腎保存が必要となってきた。今回、我々は長期腎保存の方法として現在最も有用な保存液であるU-W保存液を使用し低温腎潅流保存と単純冷却保存を比較した。1.単離腎低温潅流保存と単純冷却保存における腎Viabilityの検討単離腎低温潅流群として、雑種成犬の両腎を摘出し、1腎は腎動脈よりヘパリン加生食で腎内をwash outした後に低温腎潅流保存装置(ミネソタ式腎潅流装置MOX-100)に装着、U-W液を潅流液として使用し、さらに酸素供給して4°Cで潅流した。一方、単純冷却保存群としてU-W液でwash out後、さらにU-W液で満たした保存カップに収納し、4°Cで保存した。その後、3日目および7日目に腎Viabilityを評価するために、腎皮質を1g切除して、ホモジネイト後除蛋白の処置を加えHPLCにて腎皮質のATP、ADPおよびAMPを比較検討した。腎皮質ATP,ADPおよびAMPより推定された腎Viabilityは、単離腎低温潅流保存群が単純冷却保存群に比較して保たれており、さらに保存期間に関しては3日目より7日目において2群間の差は明かであった。以上より、長期腎保存においては低温潅流保存が単純冷却保存より腎Viabilityは保たれていることが示唆されたものと判断される。今後は、以上の2群において戻し自家移植を施行の上、生着率の差を検討し、さらに潅流液組成において心房性Na利尿ペプチドあるいはCa拮抗剤の有無に関してその有用性を検討する予定である。1)犬単離腎低温灌流保存における心房性Na利尿ペプチド(ANP)および塩酸バラパミルの影響

雄性雑種成犬の腎を摘出し、酸素供給低温灌流装置(ミネソタ式腎灌流装置MOX-100)に腎を装着し、酸素を供給しつつ3日間灌流した。灌流液別に1群: UW灌流液、2群: UW灌流液にANPを添加、3群: UW灌流液に塩酸バラパミルを添加の3群で比較した。灌流中の腎灌流圧は灌流6時間頃より3群および2群において低下傾向が認められ、腎灌流液流量も同様に増加傾向が認められ、塩酸バラパミルおよびANPは腎灌流中の腎血管抵抗抑制作用が示唆された。腎皮質のATP,ADPおよびAMPより判断される腎biabilityの変化についても腎灌流3日目では3群間に有意な差は認められなかった。2)低温灌流腎自の家腎移植に対するANPおよび塩酸バラパミル投与の影響低温灌流保存時間についてはUW灌流液のみで24時間、48時間および72時間後自家腎移植を施行したが、48時間および72時間低温灌流後自家腎移植はほとんど生着せず、24時間灌流が限界と判断した。24時間灌流保存後に自家移植直後より無投与群、ANP投与群および塩酸バラパミル投与群で14日間観察し、比較検討した。移植腎生着に関してはANP投与群が優れていたが、他の2群においては差は認めなかった。腎機能に関しては無投与群に比較し、ANP投与群および塩酸バラパミル投与群で早期の機能発現が認められた。以上より、イヌ腎低温灌流保存および自家腎移植に対し、ANPの投与は腎機能発現において有用であることが示唆された。
脳血流BFトレーニングシステムの開発と評価

機能的MRIを用いた個人脳活動解析によって、食欲の制御に関わる脳領域を同定し、それらの領域内に超小型NIRS装置を用いたバイオフィードバック訓練のターゲット領域が含まれることを確認した。しかし、実生活環境でシステムを稼働させると、ベースラインシフトへの対応、脳活動をフィードバック信号に変換する係数の設定が非常に困難であることが判明し、プログラムの修正を行ったが、目的とする実証実験を行うことができなかった。随意的に変化させた脳からの信号を効率よくコンピュータに伝えるための、バイオフィードバック(BF)トレーンングが、操作者の心身機能にどのような影響を与えるのかを明らかにすることが目的である。そのため、言語による思考を直接反映する背外側前頭前野の活動を信号源として利用可能な、超小型NIRs装置を使ったBFトレーニングシステムを開発し、それを健常被験者が長期間使用した時の、被験者の心身機能の変化を定量的に評価する。平成27年度は、予備実験として超小型NIRs装置で計測可能な背外側前頭前野、および背内側前頭前野で、視覚情報をもとに食欲の制御に関わる脳血流変化をとらえることが可能か否かを、機能的MRIを用いて個人解析を行い検討し、それらの領域で狙った信号変化が得られることを証明した。また、実際の食事中にBFトレーニングを行うことを想定し、それを可能とする超小型NIRsを用いた視覚および聴覚BFトレーニングシステムの開発を行った。以上をもとに、平成28年度の実験プロトコルを作成し、東北大学大学院医学系研究科倫理委員会の承認を得た。さらに、局所大脳皮質活動に関係のない、呼吸や低周波成分のノイズを除去するために、ウェーブレットを用いた非線形ノイズ低減法と適応FIRフィルタを用いた低減手法を適応し、オンライン処理で高い性能を持つノイズ除去アルゴリズムを開発した。またこれと並行して、ウェーブレット変換により周波数帯域別の情報抽出に成功した。当初研究計画通りに進んでいる。随意的に変化させた脳からの信号を効率よくコンピュータに伝えるための、バイオフィードバック(BF)トレーンングが、操作者の心身機能にどのような影響を与えるのかを明らかにすることが最終目的であった。そこで、言語による思考を直接反映する背外側前頭前野の活動を信号源として利用可能な、超小型NIRs装置を使ったBFトレーニングシステムを開発し、それを健常被験者が長期間使用した時の、被験者の心身機能の変化を定量的に評価することを目的に研究開発を進めた。平成27年度は、食欲の制御に関わる脳領域を同定し、それらの領域内にターゲットとする背外側前頭前野が含まれることを、機能的MRIを用いた個人脳活動解析によって確認した。平成28年度は、食欲制御ニューロフィードバックシステムを完成させ、実際に被験者に長期間使用させたときの効果や種々の影響を調査する予定であった。事前検証としてfNIRSを用いた食欲制御課題を設定し、ニューロフィードバック訓練が可能であることまで示すことに成功した。しかし、実生活環境でシステムを稼働させると、fNIRS信号でしばしば生じるベースラインシフトへの対応、脳活動の変動レベルをフィードバック信号(=刺激枠の色)に変換する係数(傾き)の設定が非常に困難であることが判明した。そのため、ローパスフィルタ的ベースライン除去をオンラインで可能とするアルゴリズムの開発と実装、キャリブレーションで個人ごとの変動幅に適応するプログラムの開発と実装を行ったが、目的とする実生活でのニューロフィードバック実験を行うことができなかった。当初計画通り、平成28年度は、健常右利き大学生を募集し、ダブルブラインド・ランダム化比較対象試験により、BFトレーニングが操作者の心身機能に与える影響を評価する。介入期間は1カ月間とし、その前後で、脳MRI検査、自律神経機能検査、認知機能検査、心理アンケート検査を行う。介入後から介入前のデータを引くことで変化量を出し、年齢や性別などを補正した上でANCOVAを用いて群間比較を行い、BFトレーニングが、心身機能に与える影響を定量的に評価し、対外発表を行う。認知科学