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IL-13Rα2を標的とした膵臓癌転移抑制と生命予後の延長

本年度までにIn vivoの実験まで終了して結果をまとめている予定であったが、適切なマウスモデルの検討や薬剤投与経路のなどの条件の選定に時間を要してしまった。次年度にIn vivoの実験を終了し結果をまとめ報告する。IL-13Ralpha2は癌細胞で特異的に発現しており、膵臓癌においても約70%の癌で高発現している。癌における詳しいIL-13Ralpha2の働きはまだ未知であるが、我々は膵臓癌モデルマウスを用いてIL-13Ralpha2がmatrix metalloproteinase等の因子を活性化することにより、膵臓癌の浸潤、転移を促進していることを報告した。先ず本研究では、ヒト膵臓癌の切除検体を用いてIL-13Ralpha2の発現と生命予後、浸潤転移形式との関係を検討した。国内2施設の膵臓癌切除標本、計236検体におけるIL-13Ralpha2の発現を評価したところ、IL-13Ralpha2の高発現群で生命予後の短縮が見られた。またIL-13Ralpha2の発現と腫瘍の神経浸潤との関連が認められ、IL-13Ralpha2が神経浸潤を促進している可能性が示唆された。本研究の結果は現在、科学雑誌に投稿中である。本研究で膵臓癌の進展におけるIL-13Ralpha2の重要性が確認できたため、現在前癌病変を用いたIL-13Ralpha2の発現の変化や組織型による発現の違いを検討している。以前我々はHDAC阻害薬がIL-13Ralpha2の発現を亢進することを報告した。食品に多く含まれるポリフェノールはHAT阻害活性を示すことが知られている。緑茶Epigallocatechin gallate(EGCG),クミンcurcumin,赤ワインresveratrolの3種類のポリフェノールにおけるIL-13Ralpha2抑制効果を検討したが、結果EGCGがもっとも強くIL-13Ralpha2抑制した。モデルマウスに対してEGCGを投与することにより宿主の生存期間を延長する傾向がみられた。しかしEGCG投与により体重減少等の副作用も同時に観察された。今後は副作用対策や臨床応用を試みる予定である。ヒト膵臓癌の切除検体を用いてIL-13Ralpha2の発現と生命予後の関係を検討した。またIL-13Ralpha2の発現と腫瘍の神経浸潤との相関を認め、IL-13Ralpha2が神経浸潤を促進している可能性が示唆された。また緑茶に含まれるEpigallocatechin gallate(EGCG)は膵臓癌細胞においてIL-13Ralpha2の発現を抑制し、膵臓癌モデルマウスに対してEGCGを投与することにより宿主の生存期間を延長した。IL13Ralpha2の発現をコントロールする薬剤の選別、投与濃度、時間などの条件設定に予定より時間がかかっている。マウスを用いた実験の手続きにも時間を要しており、平成26年度に計画していた実験は3-6か月程度遅れていると考える。In vivoの実験を進行させIn vitroで得られた検討を生体で再確認する。また並列して現在実験に用いているポリフェノール類以外にもIL-13R
蛋白質立体構造の安定化に果たす疎水性残基の役割

蛋白質の各々の特異な機能はその立体構造の特徴に依存して発揮される。その立体構造の安定化機構の解明は蛋白質研究の基礎的で重要な課題である。本研究では、立体構造の安定化に果たす疎水性残基の役割を明らかにするために、ヒト・リゾチーム変異型、Ile→Val(5箇所:23,56,59,89と106位)とVal→Ala(9箇所:2,74,93,99,100,110,121,125と130位)の14種の変異型を作製し、それらの変異型蛋白質の熱測定とX線結晶解析を行なった。14種の変異型全ての熱変性の熱力学的パラメーターを高性能断熱型示差走査熱量計(DASM4)を用いて求めた。Ile→Val変異型は同じ性質の置換であったが、変性のギブスエネルギーの差は0.4から1.2kcal/molの変化を示した。また、変性のエンタルピー変化は0.6から-6.0kcal/molの変化を示した。これらの結果は同じ性質の置換であっても置換部位構造上の特徴によって種々に安定性へ寄与することを示した。また、大きな変性のエンタルピーの変化はエントロピー項によって相殺され、安定性の変化の程度を低めるのに役立っている。Val→Ala変異型も同じ傾向の結果を示した。5種のIle→Val変異型の構造解析の結果は、置換によってその部位での少しの変化は見られたが、全体の構造の変化はほとんどないことを示した。特に特徴的なのは、59位変異型においては置換部位に水分子が導入されたことである。全体を総括すると、変異型は、置換での疎水性相互作用による安定性の低下を構造の微調整によって安定性を部分的に補っていることを示した。これらの結果は蛋白質立体構造の安定化に果たす疎水性残基の役割に関する基礎的で重要な知見である。
超臨界貧溶媒化を用いたメゾスコピック有機微結晶の製造法の開発

本研究は、超臨界二酸化炭素を用いた数十ナノミクロンの範囲のメゾスコピックな有機微粒子を製造法の開発を目的とした。光沢付与剤としてのエチレングリコールジステアレートを対象に、ASES法について実験条件(温度・圧力・溶液流量・溶液濃度)と生成結晶形状との相関関係を考察し、高温・高圧ほど、また低溶液流量ほどアスペクト比が大きく、表面が平滑な結晶が得られることが判明した。なお、検討結果はフラーレンについても適用を試みた。近年,数十ナノミクロンのメゾスコピックな有機微粒子(微結晶)が機能性塗料,光電子材料,化粧品等の広い分野に活用され,製品の高機能化,高性能化に役だてられている.ところで、メゾスコピック微粒子製造法には,粉砕などの固相法,ゾルゲル法などの液相法,CVDなどの気相法があるが,溶媒残留や大きな乾燥エネルギー、さらに粒子間凝集が課題として認識されている。そこで,特にグリーンケミストリーの観点からE-FACTORを極小化できる製造法が要望されており、その一候補として,超臨界二酸化炭素(scCO2)を用いた微粒子(微結晶)製造法がある.本研究では、シャンプーの光沢付与剤として用いられるエチレングリコールジステアレート(EGDS)を対象に、試料溶液を二酸化炭素中に噴霧して貧溶媒化するASES法(Aerosol Solvent Extraction System)について実験条件(温度・圧力・溶液流量・溶液濃度)と生成結晶形状との相関関係を定量化するとともに、結晶生成メカニズムおよび形状制御性について考察した。実験では、EGDSを所定量、溶媒であるシクロヘキサンに溶解させ試料溶液とした。次に所定温度に保持した高圧セルに、二酸化炭素を所定圧となるまで圧入した後、試料溶液をセル上部のキャピラリーより定流量で注入するとともに、二酸化炭素も送液した。所定量のサンプル溶液注入が完了後、二酸化炭素のみを3060分セル内に流通させて溶媒を除去した。その後、系内を減圧し、セル内部より結晶を回収した。回収した結晶は重量法により収率を、レーザー顕微鏡による結晶形状の観察から平均結晶径(=長径)、アスペクト比(=長径/厚さ)および表面粗さを算出した。得られた結果を比較すると、高温・高圧、低溶液流量条件とすることでアスペクト比が大きく表面粗さの小さい結晶が高収率で得られることが示された。また、溶液濃度および導入溶液量を調節することで目的とする結晶径が得られることが示唆された。本研究は、サイズが数十ナノミクロンの範囲のメゾスコピックな有機微粒子(微結晶)を、超臨界二酸化炭素(scCO2)を用いた手法により製造する際のモルフォロジー制御法の開発を目的としている。平成20年度は、昨年度に引き続きシャンプーの光沢付与剤として用いられるエチレングリゴールジステアレート(EGDS)を対象に、ASES法について実験条件(温度・圧力・溶液流量・溶液濃度)と生成結晶形状との相関関係を定量化するとともに、結晶生成メカニズムおよび形状制御性について考察した。また、対象をフラーレン(C60)として、トルエン溶液のGAS法により粒子径制御の可能性について検討した。実験結果は、重量法による収率、レーザー顕微鏡による平均結晶径(=長径)、アスペクト比(=長径/厚さ)および表面粗さにより評価した。その結果、混合系の臨界庄以下(50°C、8MPa)および臨界圧近傍(40°C、8MPa)で、アスペクト比が小さく、表面粗さの大きい結晶が生成した。また、臨界圧以上の結果を比較すると高温・高圧でアスペクト比が大きく、表面粗さが小さかった。低溶液流量でアスペクト比が大きく、表面粗さが小さくなる挙動が見られた。さらに、溶液流量以外の操作因子の影響もあるが溶液流量を小さくすることで高収率となる傾向が見られた。また、EGDS総量が等しい条件では、高溶液濃度で結晶径が小さかったが、EGDSの導入量を増加することで結晶径およびアスペクト比がともに大きくなった。フラーレンについては、は、粒径510μm程度の不揃いな粉末原料C_<60>が、GAS法(40°C,15MPa)で晶析を行うと八面体状で粒径の揃った粒子となった。初期加圧速度が大きいほど粒径が小さくなり、加圧速度が同じ場合は溶液が低濃度ほど小さい粒子が生成し、高温・試料溶液量が多い}まど大きい粒子が生成した。
同時多視点空中映像インタラクションシステムの開発

研究代表者は、2006年に2面コーナーリフレクタアレイという新規な光学素子を開発した。この光学素子は、多数の微小光学系による光線分割をその動作原理とし、鏡映像と同等な像を、虚像ではなく実像として結像することができる受動結像光学素子である。この光学素子は、光軸が存在せず、面対称位置に結像するため、立体像であっても歪みのない像が結像可能という特徴を持つ。ただし、2面コーナーリフレクタには方向性があるため、視野角は限定的であった。そこで本研究では、このような光学素子により、多視点から観察可能な空中映像表示システムの開発を目指した。本年度は、2面コーナーリフレクタアレイを利用して多視点化を可能とする構成を提案した。これにより、例えば対向視点を持つ観察者に空中の3次元位置を共有した空中映像表示が可能となる。また、新しい実鏡映像結像光学系である、レトロリフレクタアレイおよびハーフミラーを組み合わせた光学系を提案するとともに、試作を行った。この光学系は、2面コーナーリフレクタアレイ同様、鏡映像の実像を結像することができ、さらにレトロリフレクタアレイの形状の任意性によって広い視野角を確保することが可能となる。ただし、鏡面反射回数が多くなるとともに、光路長が長くなるため、解像度を上げることは困難となる。ただし、光学素子の試作が遅れたため本年度については、以上のような光学系の提案により、360度から観察可能な空中映像提示が原理的に可能であることを示すにとどまった。また、素子の遅れもあり、インタラクション検出、画像提示システムについては、本年度は構想のみの検討となった。今後、実際のシステムとしての試作を行う予定である。
免疫制御を応用した新規歯周病予防法の開発

歯周病の進行には口腔内細菌に対する免疫応答が関与している。特に免疫担当細胞であるヘルパーT細胞(Th細胞)の骨吸収誘導能が注目されており、ヘルパー17 T (Th17)細胞が産生するサイトカインが骨吸収を促進させることが明らかにされている。そこで、本研究はTh17細胞の産生するサイトカイン産生を抑制することで歯周病進行を抑制できるかを培養細胞や動物感染実験により解明する。
飢餓ストレス応答機構解明に向けた分子イメージング手法の開発

真正粘菌変形体は飢餓ストレスに曝されるとアクトミオシン系で制御された活発な原形質流動を停止し,細胞壁が形成されて単核の耐性型細胞のスクレロチウム(Sc)へと分化する。このメカニズムを明らかにする事は,細胞運動の制御・ストレス環境耐性型細胞の構築の解明に重要であると考えられる。私はこれまで変形体からSc形成過程において, 0.5日目に活性・タンパク質およびmRNA発現量のピークを示す新規のミオシンホスファターゼE1を報告してきた。本研究では,変形体からSc形成誘導過程におけるE1・ミオシン・アクチン等の細胞内局在を,分子イメージング手法を用いて調べることにより, Elの原形質流動停止における分子機構を明らかにする事を目的とした。変形体・Scおよび変形体からSc形成誘導0.5日目の細胞をサンプリングし,抗E1抗体,抗ミオシン抗体を用いて蛍光抗体法による免疫染色を行い,アクチンはPhalloidinを用いて染色した。染色後は共焦点レーザ顕微鏡を用いて観察し,網羅的画像解析にはハイコンテントアナリシスを用いた。その結果,変形体およびScにおいて, E1・ミオシン・アクチンは近傍に局在することが確認できた。Sc形成誘導0.5日目においては, E1・ミオシンはともに細胞周辺部に局在し,形態はアクチンと異なり複数の円形が集まっていた。E1・ミオシンに対応する蛍光強度をアクチンに対する蛍光強度で補正し比較したところ, Sc形成誘導0.5日目にピークが認められた。これらの結果からElは原形質流動停止に関与することが明らかになり,さらにその形態変化からアクトミオシン系以外の細胞内シグナル伝達にも深く関わっていることが示唆された。今後は変形体からSc形成に関わる他の分子を探索しE1との関連を調べることで,変形体が飢餓ストレスに応答して運動を停止し、冬眠状態に遷移する詳細な分子メカニズムを明らかにする。
ゼロエミッションデータベースを用いた物質循環シミュレータの開発

物質循環データベース(地域プラントの原料、製品、廃棄物に関するInput-Output情報および物質変換や再生に関する技術データベース)をを利用したゼロエミッション・シミュレータの開発を行った。この特定領域研究の最終年度にあたり本年は、このシミュレータを実際の地域データに対して適用し、どの程度のシミュレーションが可能かを検証した。その結果、現状とは異なる別の物質循環の可能性を示唆し、更に再資源化技術をどのように活用すれば良いかを併せて提示できることが確認できた。今後、このシミュレータで利用するデータベースの情報記述の抽象性や、このデータベースの構築の体制などが求められる。
Vigna属野生植物を利用した超耐塩性・超アルカリ耐性・共生利用型新作物の開発

超耐塩性・超アルカリ耐性マメ科作物の開発に、沖縄県のサンゴ砂浜に適応したハマササゲを利用するため、ハマササゲ耐塩性、耐塩性根粒菌の塩環境下における共生N固定能力を調査し、以下のことを明らかにした。ハマササゲの耐塩性は非常に高く400mM NaCl、pH9.5に耐え、根粒菌は5%NaCl、pH11に耐える能力を有する。一方、80mM NaClで根粒着生に必要な根毛のカーリングが起こらなくなり、共生系の確立は低塩濃度で大きく阻害された。しかし、一旦根粒が着生すると根粒数やN固定能力は、ダイズが枯死した400mMでも対象区の60%-70%を維持できた。今後、根粒着生時の耐塩性改良が必要である。雑種集団の両親V.luteola(ルテオラ62、PW189)とV. marina (マリナ63、PW039)について、挿し木を用いてNaHCO3(2000ppm)に対する耐性を水耕条件下で比較した。10月7日に挿し木を行い、10月9日に500ppm、10月21日に1000ppm、10月23日に1500ppm、10月25日に2000ppmに濃度を上げ、その後1週間ごとに枯死の程度を評価した。ルテオラ62は、2000ppm処理開始後2週目から葉が枯死しはじめたが、その時点でマリナ63に枯死した葉はなかった。2000ppm処理開始後3週目には、ルテオラ62はほぼすべての葉が枯死していたが、その時点でマリナ63の葉の枯死率は10%程度であった。このことから、挿し木を用いた水耕条件下において、マリナ63はルテオラ62と比較して顕著なアルカリ塩耐性を示すことが明らかになった。さらに、同じ両親系統を用いて土耕栽培を行い、それにNaHCO3処理(4000ppm)を行った場合にもマリナ63は処理後3週目に枯死率50%であったのに対し、ルテオラ62はほぼ完全に枯死した。このことから、水耕、土耕の両条件下において、マリナ63はルテオラ62よりもアルカリ塩に対して高い抵抗性を有することが明らかになった。次いで、どの程度の塩分濃度下までマリナと耐塩性根粒菌の間に共生の成立がみられるのかを、実験条件下で調査した。実験には、マリナと供試菌株Irio-2a-6(1)(500mMNaCl耐性菌株)を用い、土壌としてはバーミキュライトとサンゴ砂を用いた。栽培は、1/1000aポット(直径約11cm、高さ約15cm)のポットで行い、塩処理は、NaCl濃度の異なるN-free培養液(0 mM、100 mM、200 mM、300 mM)を用いて3反復で実施した。その結果、今回の実験系における共生系の成立は100mMと200mMの間の濃度で完全に阻害されることが明らかになった。V. marina(マリナ64)とV. luteola(ルテオラ61)の雑種F2集団(第二集団)の耐塩性検定の結果、前年度の集団で得られた耐塩性QTLとは別の耐塩性QTLを新たに検出した。この集団のF2個体のうち、耐塩性が高かった9個体を選んで、種子稔性を高める目的で、ルテオラ61による戻し交雑を実施し、BC1F1世代の種子38粒を獲得した。また、第一集団についても、F2集団のジェノタイプと耐塩性の程度から5系統のF2:3集団を栽培し、ルテオラ62による戻し交雑を実施し、耐塩性QTLの領域がマリナとルテオラのヘテロ接合になっているBC1F1世代22個体を獲得した。第一集団からは、寄与率50%の耐塩性QTLが、第二集団からは寄与率20%の耐塩性QTLが検出された。マリナが根粒着生を成立する栽培条件の検討に関しては、4段階の尿素施肥量(0、1.2、4.8、12 mM)、4種の培地資材(バーミキュライト、セラミスグラニュー、サンゴ砂、川砂)、2種の栽培方法(一定濃度のNaClにつける浸漬法、その溶液を定期的に与える洗浄法)、を組み合わせて試験区を設計し、それぞれの試験区でマリナを68週間栽培後、植物生育量、根粒着生数、その窒素固定能力を調べた。その結果マリナが根粒着生を成立する栽培条件としては、尿素施肥量は12 mM、培地としてバーミキュライトを用い、一定濃度のNaClにつける浸漬法で、ハマアズキに最も良く根粒が着生した。根粒が形成されるNaCl濃度の検討に関しては、マリナと根菌の共生系が成立し、根粒が形成される最大NaCl濃度は80 mMで、窒素固定能も探知できたが、その活性は無処理区の約5 %まで低下していた。根粒着生数を半減させる塩濃度は約15 mM、窒素固定活性では約30 mMであり、感染と窒素固定過程の耐塩性濃度が異なると共に、両生物の共生成立において、塩濃度はまず、感染過程に大きく影響を与えることが分かったダイズ(エンレイ)とBradyrhizobium属根粒菌(系統名USDA110)の組み合わせを比較対象として、実験を行った。

その結果、以下のことが明らかになった。共生成立に重要な役割を果たすと考えられている根毛は、根粒菌が分泌するNod Factorと呼ばれる物質に反応して変形(カーリング)する。塩処理がカーリングに与える影響を調べたところ、80mMの塩処理によってマリナの根毛のカーリングが5%程度に減少していた。一方ダイズの根毛のカーリングは25%程度を維持していた。このことが、耐塩性自体はダイズよりはるかに優れているマリナの、80mM程度の塩条件下における根粒形成を阻害した要因のひとつと考えられた。次に、根粒着生直後の根粒源基肥大期における塩処理(7日間)の影響を比較した。その結果、200mMNaClまでは、ダイズとマリナの生育や根粒数、N固定能力に差はみられなかった。しかし、400mMNaClにおいてはダイズは枯死した一方、マリナでは根粒数66%、N固定能力59%を維持できていた。次に、根粒成熟期(播種後28日目)からの7日間の塩処理の影響を比較した。根粒着生数について、ダイズ共生系では40mMNaCl処理から顕著な減少が見られたのに対し、ハマアズキ共生系では600mMNaCl濃度下でも維持され、僅かに増加していた。また、窒素固定能力については、ダイズ共生系はNaCl濃度が上昇するにつれて急激に低下し、200mMで16%、400mMでは5%、600mMでは2%まで低下して完全に阻害された。一方、ハマアズキでは、NaCl処理による減少が見られるものの、200mMで53%を維持し、600mMでも25%の活性を発現していた。このことから、ハマアズキ共生系は根粒成熟期の耐塩性に優れていることが示唆され、一度根粒が形成されると共生機構は高い耐塩性を示すことが分かった。超耐塩性・超アルカリ耐性マメ科作物の開発に、沖縄県のサンゴ砂浜に適応したハマササゲを利用するため、ハマササゲ耐塩性、耐塩性根粒菌の塩環境下における共生N固定能力を調査し、以下のことを明らかにした。ハマササゲの耐塩性は非常に高く400mM NaCl、pH9.5に耐え、根粒菌は5%NaCl、pH11に耐える能力を有する。一方、80mM NaClで根粒着生に必要な根毛のカーリングが起こらなくなり、共生系の確立は低塩濃度で大きく阻害された。しかし、一旦根粒が着生すると根粒数やN固定能力は、ダイズが枯死した400mMでも対象区の60%-70%を維持できた。今後、根粒着生時の耐塩性改良が必要である。V. marinaの耐塩性に関して、寄与率の高いふたつのQTLを検出し、その遺伝子単離に向けた集団の養成が計画通りに進捗している。その過程で、種子生産力の高いV.luteolaによる戻し交雑を実施しており、耐塩性と種子生産能力を兼ね備えた植物の作成も進んでいる。耐塩性根粒菌が根粒を形成する過程に塩ストレスが与える影響に関して、好適な実験条件を得ることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。植物遺伝資源学Vigna marinaの耐塩性を持ちV luteolaの種子生産性を兼ね備えた雑種個体を得るため、BC1F1世代38個体を栽培しBC1F2の分離世代種子を得て、耐塩性遺伝子の単離へと研究を進める。また、この雑種集団の両親系統間にはアルカリ塩(NaHCO3)に対する抵抗性にも差があることが明らかになったので、分離世代を用いてアルカリ塩に対するQTL解析を実施し、アルカリ塩耐性遺伝子の座乗位置を推定する。砂浜に生息する耐塩性根粒菌に関しては、どの程度のNaCl濃度まで共生が成立可能かに関するデータを蓄積する。また、新たに土壌のpHストレスが共生関係の成立に与える影響に関する研究を開始する。マリナがアルカリ塩に対してルテオラよりも高い耐性を持つことが明らかになったこと、マリナと耐塩性根粒菌の共生成立の限界塩類濃度に関する情報が得られたことから、研究は当初計画に沿って進展している。
公的医療保険の効率性-逆選択が存在する市場における政府介入の是非-

本研究では、公的医療保険を縮小し市場原理を活用することにより総医療費を削減できるかについて、世界20カ国5年・14カ国11年について、パネルデータ分析を行なった。結果は、(1)総医療費(対GDP)比率は、国民皆保険制度がないほど高くなり、公的医療保険支出比率(対総医療費)が小さいほど高くなる(2)総医療費(対GDP)比率は、国民皆保険制度の有無・公的医療保険支出比率(対総医療費)・喫煙率・人口1000人当り医師数・1人当りGDP・乳幼児死亡率・平均寿命・65才以上人口比率等の説明変数で大半を説明できるであった。世界23カ国4年・11カ国15年のパネルデータ分析を行った。結果は、(1)総医療費(対GDP)比率は、国民皆保険制度がないほど高くなり、公的医療保険支出(対総医療費)が小さいほど高くなる(2)総医療費(対GDP比率)は、国民皆保険制度の有無・公的医療保険支出比率(対総医療費)・喫煙率・人口1000人当り医師数・1人当りGDP・乳幼児死亡率・平均寿命・65歳以上人口比率等の説明変数で、大半(78割)を説明できるであった。これは、情報の非対称性がある医療保険分野では、政府が直接に市場を支配した方が、医療費の効率化につながるということである。この結論に至る過程では、分配の平等については考慮しておらず、それを考慮すれば一層、政府の介入が正当化される。上記のOECDの最大23カ国・15年のデータ分析から、「日本の官製市場民営化委員会の意向通りに、医療保険制度の民営化を進めていった場合、国民医療費削減ではなく、国民医療費増大につながること」が分かる。これは、日本医師会の主張に符合するものである。また、海外著名研究であるNewhouse(1992)の、「米国医療費の増大は、高齢化・医療保険の普及・医師の増加などでは余り説明できない。米国の医療費の増大の大部分は残差である技術進歩である」という通説を、この結果は、ほぼ完全に否定する内容である。これは、新自由主義の主流派経済学の理論に合致しないが、ノーベル賞受賞者のスティグリッツの「情報の非対称性に関する理論」を実証しているものである。OECD HEALTH DATA 2008から、国数を優先させた20カ国5年データと、期間を優先させた14カ国11年データを作成した。これに基づきパネルデータ分析を行った結果、次の3つの仮説が成立することを実証した。(仮説1)実質自己負担(保険・公費以外)比率を10%増加させると(例:日本であれば、15.3%を25.3%とする)、総医療費(対GDP)比率は、0.7%1.4%減少する。実質事項負担比率を、日本であれば1.65倍にしても、総医療費が急減する訳ではないが、一定の抑止効果があることは、P値が0.00000.0002であることから明らかである。(仮説2)公的医療保険支出比率(対総医療費)の項は、係数推定値-0.102、P値が0.000と大きな医療費削減要因となっている。日本の公的医療保険支出比率(対総医療費)は、2003年で81.5%であるが、民営化を進め、アメリカ並の44.5%に引き下げると、それだけで、総医療費(対GDP)比率は8.1%から11.9%へ5割近く上昇することになる。(仮説3)総医療費(対GDP)比率は、実質自己負担比率・公的医療保険支出比率(対総医療費)・乳幼児死亡率・1人当たりGDP・人口千人当り医師数・65歳以上人比率・喫煙率で、71.4%79.0%が説明される。次に、上記で説明力が高いとされた計量モデルを用いて、2055年の日本の医療費(対GDP)比率を予測した。2055年の医療費(対GDP)比率は、現行医療制度を延長した場合11%程度で3%程度の上昇で止まる。この上昇は小さいとは言えないが、国民の合意があれば負担可能である。一方、アメリカ的医療制度に変更した場合、2055年の日本の医療費(対GDP)比率は、1617%程度と89%も急増し、国民の選択肢としてすら提示できないと考えられる。Asia-Pacific Journal of Risk and Insuranceに、修正論文を再投稿するための研究を行った。査読者の「なぜ、医療保険は、民間より政府が行った方が効率的なのか」という質問に答えるべく、立命館大学経済学部教授の大川隆夫先生に第二著者になっていただきミクロ経済学の理論との整合性を強化した。

さらに、英文ジャーナルのスタイル等に合わせ、論文の流れや英文表現を強化すべく、St.John's Universityのリスクマネジメント学科長のW.Jean Kwon氏に第三著者になっていただき、英文の構成を抜本的に見直した。これにより、導入→先行研究→仮説→モデル→実証の流れが明確になった。さらに、実証部分の最初に、統計まとめを入れることにより、英文論文として読みやすくした。その論文を、2010年12月に、Asia-Pacific Journal of Risk and Insuranceあて再度投稿した。また、逆選択が保険市場へ与える影響を分析しつつ、保険の実務分野への影響を探るため、国際会計基準および法人税法についても研究を行った。現在のIASB(国際会計基準審議会)の案では、負債の現在価値評価にあたって、被保険者の逆選択を考慮して行うことになっており、逆選択が保険負債に与える影響は極めて大きい。これに関連して、国際会計基準の動向に関する報告書を公刊した。さらに、日本の法人税制と国際会計基準の関係についても分析し、論文を公刊した。
血管平滑筋の新しい増殖促進機構:壁内外圧力差

密栓したプラスチックフラスコに圧力計及びヘリウムガスボンベを並列に接続し、壁張力、ずり圧力を加える事なく、培養平滑筋細胞に圧力のみを負荷した。細胞はラット大動脈より調製しクローン化した平滑筋細胞を用いた。細胞増殖作用は細胞数及び抗ブロモデオキシウリジン抗体を使用したキットにより測定したDNA合成を指標とした。イノシトール三リン酸(IP_3)はbinding法によるRIAキットにより測定した。細胞内カルシウムは細胞をスライドフラスコに培養し、30分間Fura-2/AMを負荷後、顕微鏡システムにより、単一細胞内のカルシウムを測定した。24時間の加圧により、細胞数、DNA合成は圧力依存性に増加した。圧力刺激はIP3産生を増加させた。この増加はホスホリパーゼCの阻害剤であるNCDCにより有意に抑制されたが、百日咳毒素によって部分的にしか抑制されず、カルシウムチャンネル拮抗薬のニフェジピンでは抑制されなかった。圧力による平滑筋細胞DNA合成の増加はチロシンキナーゼの阻害薬により有意に抑制された。細胞内カルシウムは80,160mnHgの圧力負荷により速やかに上昇し、加圧中ピーク値を保ち、減圧により速やかに加圧前値に復した。ピーク値は加えた圧力と正の相関を示し、このカルシウムの上昇はNCDCにより完全に解除された。以上の結果は、圧力刺激がPLCを活性化し、細胞内カルシウムを上昇させ、血管平滑筋の増殖をきたすものと考えられた。
尿中剥離細胞中の分子マーカー解析による尿路上皮癌の早期発見に関する検討

【対象】平成15年7月より当センターで入院治療を受ける患者のうち,尿中剥離細胞における分子生物学的検討に対して十分な理解と承諾が得られた尿路上皮癌患者23人,泌尿器科良性疾患患者6人および健常人男性3人を対象とした.【方法】治療前に対象より100mlの自排尿を採取.50mlを尿中サバイビンmRNAの定量に残りを尿細胞診に用いた.得られた尿は直ちに冷却遠心し洗浄操作の後,再度遠心し得られた沈渣は分析まで冷凍保存した.また,手術中に得られた組織検体も洗浄の後,分析まで冷凍保存した.サバイビンmRNAの測定は検体よりtotal RNAを抽出.サバイビン検出用Revers PrimerでcDNA合成を行いABI PRISM7700 Sequence Detectorを用いたReal-time PCR法にて行った.調整したスタンダードRNAの発光値を基準に定量値を算出した.また,同時にGAPDH mRNAの測定も同時に行いサバイビンmRNA測定値を補正した.尿細胞診はclassIV以上を陽性とし,病理学的所見は膀胱癌取り扱い規約に従い,組織の異型度は標本内に認められるより高い異型度とした.【結果】病理学的には22例が移行上皮癌で,1例は腺癌であった.腫瘍組織中のサバイビンの測定は18例で可能で全例でサバイビンmRNAが検出されたが,膀胱全摘3例での正常膀胱粘膜ではサバイビンmRNAは検出できなかった.癌部のサバイビンmRNA量は10^<4.24>-10^<6.48>copies/total RNAと測定され,低分化癌で高値を示す傾向がみられた.尿中サバイビンの測定では膀胱腫瘍患者では20例中7例でサバイビンmRNAが検出されたが(10^<2.47>-10^<6.14>copies/total RNA),良性疾患6例および健常人ボランティア3例では検出できなかった.【考察】膀胱腫瘍組織ではサバイビンmRNAは全例で検出できた.尿中剥離細胞での検出率は尿細胞診とほぼ同等であったが,採尿方法等を工夫することにより膀胱癌診断の補助検査として有用性を秘めていると思われた.【対象】平成15年7月より当院で尿路上皮癌と診断され入院治療をうける患者のうち,尿中剥離細胞におけるサバイビン,テロメラーゼ活性,hTERTの検討に対して十分な理解と承諾が得られた患者6例を対象とした.【方法】対象患者より採取した自然排尿された20-50mlの尿をEDTA処理した採取容器に採取.採取した尿は直ちに冷却遠沈.洗浄遠沈後2/3を凍結保存.残りの1/3を用い採取同日に尿沈渣検査を施行した.これによりテロメラーゼ活性擬陽性を示すと考えられる3症例に対してはin situ TRAPassayを行った.また,全例で腫瘍組織を凍結保存した.【結果】尿沈渣で6例中3例でWBC100/HPFと著明な尿路感染が見られた.これらの症例ではin situ TRAP assayは弱陽性と思われる剥離細胞をわずかに認めるものの尿中RBCとWBCにより判定不能であった.残りの3例に対して蛍光TRAP法を用いたテロメラーゼ活性の測定を行った.内一例は内部標準の増幅が不十分で解析不能であった.残りの2例では8bpごとのladderを認めず,尿中テロメラーゼ活性は陰性と判断した.この3例の腫瘍内のテロメラーゼ活性は21.8-38.4U/ugで全例でテロメラーゼ活性の発現を認めた.また,尿中サバイビンの発現は6例中2例で認められ10^<2.74>-10^<5.44>copies/ug total RNAであった.【考察】尿中テロメラーゼ活性は6例中4例で検討不能で2例は陰性であった.また,尿中サバイビンは6例中2例で活性を認めた.十分な解析ができていないがこれらの症例では十分な尿中剥離細胞を採取できてない可能性があり,尿の採取法の検討および洗浄法を考慮する必要があると考えられた.さらに症例を重ね尿中サバイビン,テロメラーゼ活性,hTERTの尿路上皮癌患者検出についての有用性について検討していきたい.【対象】平成15年7月より当センターで入院治療を受ける患者のうち,尿中剥離細胞における分子生物学的検討に対して十分な理解と承諾が得られた尿路上皮癌患者23人,泌尿器科良性疾患患者6人および健常人男性3人を対象とした.【方法】治療前に対象より100mlの自排尿を採取.50mlを尿中サバイビンmRNAの定量に残りを尿細胞診に用いた.得られた尿は直ちに冷却遠心し洗浄操作の後,再度遠心し得られた沈渣は分析まで冷凍保存した.また,手術中に得られた組織検体も洗浄の後,分析まで冷凍保存した.サバイビンmRNAの測定は検体よりtotal RNAを抽出.サバイビン検出用Revers PrimerでcDNA合成を行いABI PRISM7700 Sequence Detectorを用いたReal-time PCR法にて行った.調整したスタンダードRNAの発光値を基準に定量値を算出した.また,同時にGAPDH mRNAの測定も同時に行いサバイビンmRNA測定値を補正した.

尿細胞診はclassIV以上を陽性とし,病理学的所見は膀胱癌取り扱い規約に従い,組織の異型度は標本内に認められるより高い異型度とした.【結果】病理学的には22例が移行上皮癌で,1例は腺癌であった.腫瘍組織中のサバイビンの測定は18例で可能で全例でサバイビンmRNAが検出されたが,膀胱全摘3例での正常膀胱粘膜ではサバイビンmRNAは検出できなかった.癌部のサバイビンmRNA量は10^<4.24>-10^<6.48>copies/total RNAと測定され,低分化癌で高値を示す傾向がみられた.尿中サバイビンの測定では膀胱腫瘍患者では20例中7例でサバイビンmRNAが検出されたが(10^<2.47>-10^<6.14>copies/total RNA),良性疾患6例および健常人ボランティア3例では検出できなかった.【考察】膀胱腫瘍組織ではサバイビンmRNAは全例で検出できた.尿中剥離細胞での検出率は尿細胞診とほぼ同等であったが,採尿方法等を工夫することにより膀胱癌診断の補助検査として有用性を秘めていると思われた.
閣議決定の法的性質に関する比較法史的研究

本研究は、閣議決定の対象、手続、法的効力といった性質について、比較法史的な考察を行い、ひいては、閣議決定の政治過程全体の中における位置づけについて検討を行うものである。具体的には、(1)日本法について、明治憲法下の内閣制度創設時から今日までの、主要な学説と専門文献に当たるとともに、内閣官制や内閣法の制定当時の議論を探り、また閣議決定の運用からその政治過程全体の中における位置づけについても検討を行うとともに、(2)比較法について、諸外国について閣議決定に相当する決定の対象、手続、法的性質、ひいては政治過程全体の中における位置づけ等について、訪問調査も行い明らかにしていく、というかたちで研究を進めるものである。(1)については、昨年度に引き続き、、国立国会図書館を訪問して、内閣制度創設に先立つ太政官内閣期、また内閣制度創設時、さらに第二次世界大戦後の内閣法制定時に関わる原史料に当たり、文献複写も行って、ある程度の史料収集を進めることができた。そして、少しずつであるが、史料の解読を進めている。また、近年の閣議決定のありようについても、昨年度に引き続きデータの整理を進めた。(2)については、今年度は、ドイツ(連邦)における閣議と閣議決定の実際と法的性質を中心に、調査を行い、3月にはベルリンでの現地調査を実施し、ドイツにおける閣議決定の理論と実際の両面について、期待していた以上の知見を得ることができた。日本の憲法史、憲政史における研究については、明治期を中心に史料の収集を進めているが、その分析がやや遅れている。また、直近のデータの整理についても、あまり進められていない。他方、比較法における研究については、3月のベルリンでの実地調査を通じ、ドイツにおける理論と実際に関して、当初、期待していたよりも豊かな知見が得られ、日本法との比較においても有益な示唆が得られた。それゆえ、「おおむね順調に進展している」とした。日本法については、引き続き国立国会図書館に赴いて、史料を探索するとともに、主に太政官内閣および明治憲法下での閣議決定のあり方について、考察を進めていきたい。また、可能であれば、近時の運用について、事例研究というかたちで進めてみたい。比較法の今年度はフランスでの実地調査を予定している。語学の問題もあり、また従来の研究の蓄積が十分でないという点でも、イギリスでの調査に比較して難航することが予想される。できるだけ事前の準備を進めるとともに、場合によっては、イギリスの国立公文書館での資料収集やドイツでの追加調査と組み合わせることで、実地調査を効率的に行うことも考えたい。具体的には、(1)日本法については、明治憲法下の内閣制度創設時から今日までの、主要な学説と専門文献を当たるとともに、内閣官制や内閣法の制定当時の議論を探り、また閣議決定の運用からその政治過程全体の中における位置づけについても検討を行うとともに、(2)比較法について、諸外国について閣議決定に相当する決定の対象、手続、法的性質、ひいては政治過程全体の中における位置づけ等について、訪問調査も行い明らかにしていく、というかたちで研究を進めるものである。(1)については、国立国会図書館を訪問して、内閣制度創設に先立つ太政官内閣期、また内閣制度創設時、さらに第二次世界大戦後の内閣法制定時に関わる原史料を当たり、文献複写も行って、まだ完全ではないものの、ある程度の史料収集を進めることができた。そのうえで、少しずつであるが、史料の解読を進めている。また、最近の閣議事項についてのサーベイにも着手した。(2)については、今年度はイギリスに焦点を当てて調査を行い、3月に実地調査を行った結果、完全ではないものの多くの有益な知見が得られて相当程度進展させることができている。なお、閣議決定にも関わる、イギリスの財政制度について、学会報告を行うとともに、論文も執筆した。これらはいずれも平成30年度に公表される予定である。日本法の考察という観点からは、国立国会図書館に赴いて、太政官内閣期および内閣制度創設の前後の時期に関する史料を中心に収集を行い、また少しずつ史料の整理を進めた。また、日本国憲法下の閣議決定のありようについても、データの整理に着手した。比較法的考察という観点からは、3月に予定通りイギリスでの実地調査を行った。そこでは、専門家からの聞き取り調査において、想定していた以上の知見を得ることができ、イギリスの閣議決定をめぐる史料の所在についても貴重な情報を得ることができたが、資料収集を行う時間が足りなかった。

(2)については、今年度は、ドイツ(連邦)における閣議と閣議決定の実際と法的性質を中心に、調査を行い、3月にはベルリンでの現地調査を実施し、ドイツにおける閣議決定の理論と実際の両面について、期待していた以上の知見を得ることができた。日本の憲法史、憲政史における研究については、明治期を中心に史料の収集を進めているが、その分析がやや遅れている。また、直近のデータの整理についても、あまり進められていない。他方、比較法における研究については、3月のベルリンでの実地調査を通じ、ドイツにおける理論と実際に関して、当初、期待していたよりも豊かな知見が得られ、日本法との比較においても有益な示唆が得られた。それゆえ、「おおむね順調に進展している」とした。日本法については、引き続き国立国会図書館に赴いて、史料を探索するとともに、主に太政官内閣および明治憲法下での閣議決定のあり方について、考察を進めていきたい。また、可能であれば、近時の運用について、事例研究というかたちで少しずつ進めてみたい。比較法の今年度はドイツまたはフランスでの実地調査を予定している。語学の問題もあり、また従来の研究の蓄積が十分でないという点でも、イギリスでの調査に比較して難航することが予想される。できるだけ事前の準備を進めるとともに、場合によっては、イギリスの国立公文書館での資料収集と組み合わせることで、実地調査を効率的に行うことも考えたい。また、可能であれば、近時の運用について、事例研究というかたちで進めてみたい。比較法の今年度はフランスでの実地調査を予定している。できるだけ事前の準備を進めるとともに、場合によっては、イギリスの国立公文書館での資料収集やドイツでの追加調査と組み合わせることで、実地調査を効率的に行うことも考えたい。理由は、当初の見込みほど物品費(書籍代)がかからなかったせいだとみている。発生した次年度使用額は、閣議決定の実態のサーベイのためアルバイトを雇うこととし、翌年度は本格的に作業を依頼するので、翌年度分の助成金と合わせて、こちらに充当することを考えている。3月に実施したドイツの実地調査に要した費用の支払いが年度内に完了せず、次年度に持ち越しとなっているため、見た目の次年度使用額が大きくなっている。
閉鎖環境下における人間行動の諸側面

南極での越冬は物理的に閉鎖・隔離された環境であるばかりでなく、そこで一定期間、限られた人間とのみ生活を送らなければならない点で精神的にも閉鎖・隔離された環境であるといえる。この様な環境下で生活する上において最も問題となってくるのは、人間関係から派生するいろいろなことがらである。個々の人間の適応に関しては、隊員選抜時の各種心理検査や精神科医による面接によってある程度は推し量ることが出来るであろうが、南極越冬のような非常に特殊な環境下では、集団内における適応が非常に重要になってくる。1990年から1994年にかけて実施した様々な心理テストによって、これら諸要素を抽出することを試みたが、今回使用したテストバッテリ-では十分に解明することが出来なかったように思われる。その理由の一つとして、被験者としての越冬隊員のほとんどがこのような質問紙に対して「建て前式」の解答に終始したことから、高い心理的バリアーが存在したことが考えられる。このような状況にあって、彼らの「本音」を聞き出したり、や集団内での適応を計測する手段としは現場での構造化面接の実施や行動観察が最も妥当であるように思われる。行動観察を実施した第32次隊においては、集団内で不適応を引き起こしたもの同士が小集団を形成、維持したが、彼らはこのことによって精神的な安定をはかっていたように思われる。また望ましいリーダーとしてある程度は隊員の自由裁量にまかせるような自由放任ないしは民主型タイプが最適であったように思われる。1988年9月、南極研究科学委員会(SCAR)の中に極地-宇宙に共通に関連する要素としての閉鎖・隔離環境下での人間要素についての研究グループが発足したことが示すように、極地での越冬生活は長期宇宙有人飛行とは、微小重力の点をのぞき、様々な点で共通の要素を持っており、人間に関する諸要素を研究する最適のシミュレーションの場として考えられている。このような背景のもとに極地心理研究(PPP)が南極に越冬基地を持つ数カ国で開始され、日本においては、1990年11月に出発した第32次南極地域観測隊を最初として、1994年3月に帰国した第34次隊まで、足かけ5年にわたって3隊、総数107名の昭和基地越冬隊員に実施された。これら3隊の比較における顕著な差はまず、回収率の差である。最初の隊である第32次隊は越冬の前・中・後期を問わず常に高い回収率(91.3%)を示したのに対し、第33次隊では越冬の経過とともに回収率は低下し、最終回ではわずか11.1%であった(平均回収率は66.1%)。第34次隊ではちょうどこれら二つの隊の中間型であったが、最終回には同様に30%台まで低下した(平均回収率は80.6%)。これは回収率がこのプロジェクトの直接あるいは間接の実施者と隊員間の人間関係に大きく依存していたことが帰国後のインタビューなどで明らかになった。テストの質問形式との関連で見てみると、選択式よりも記述式において回収率が悪い。とくに一種のソシオメトリー・テストである対人反応尺度では、個々の名前を記入するという行為の故に回答そのものを拒否される場合が多く見られた。この点は国際比較において、日本とその他のテスト実施国との顕著な相違点として注目されている。この様な環境下で生活する上において最も問題となってくるのは、人間関係から生じてくるいろいろな事柄であり、直接に作業遂行度や士気、モラルに多大な影響を持ってくる。個々の人間の適応能力に関しては、隊員選抜時の各種心理検査や精神科医による面接によってある程度は推し量ることが出来るであろうが、南極越冬のような特殊な環境下での集団内における適応能力はほとんど計測されていないのが現状である。

1990年から1994年にかけて実施した様々な心理テストによって、これらの諸要素を抽出することを試みたが、今回使用したテストバッテリ-では十分に解明することが出来なかったように思われる。その理由の一つとして、被験者としての越冬隊員のほとんどがこのような質問紙に対して「建て前式」の回答に終始したことから、高い心理的バリアーが存在したことが考えられる。このような状況にあって、彼らの「本音」を聞き出したり、や集団内での適応を計測する手段としては現場での構造化面接の実施や行動観察が最も妥当であるように思われる。行動観察を実施した第32次隊においては、集団内で不適応を引き起こしたもの同士が小集団を形成、維持したが、彼らはこのことによって精神的な安定をはかっていたように思われる。また望ましいリーダーとしてある程度は隊員の自由裁量にまかせるような自由放任ないしは民主的タイプが最適であったように思われる。
昆虫脳情報処理に基づく状況依存的匂い源探索行動戦略の同定と再構成

本研究は,化学感覚を用いた空間認知の工学的実現を目指しており,カイコガ雄成虫の性フェロモン源探索行動を主な計測対象とし,その状況依存的な行動選択過程の解明とモデル化に取り組んでいる.平成29年度は,研究計画に沿って平成28年度までに実施したカイコガ微小脳と行動の同時計測結果に基づき,カイコガの持つ状況依存性の解析と,これを仮想空間でのシミュレーション及び自律型移動ロボットに実装した行動実験による構成的機能解明を行った.カイコガの雌探索行動は脳内のLateral Accessory Lobe (LAL)領域により生成されているため,雌探索中のLALの神経応答と行動軌跡を同時に計測することで両者の対応付けを可能とした.これにより,カイコガ雄成虫の行動選択過程が受容するフェロモン刺激頻度の違いにより変化していることが明らかとなった.匂い源探索において刺激頻度は,匂い源からの距離に応じて変化することがわかっている.そのため,カイコガは常に一定の行動を行っているのではなく,雌探索の初期・中期・終期で行動を調節することで探索の確実性を確保していることがわかった.得られた現象を定式化し,匂い源探索という機能にどのように貢献するかを構成的に解析した.仮想空間でのシミュレーションと地上走行型ロボットを用いた実環境での実験で検証した結果,従来の生物模倣型探索アルゴリズムに比べ,行動選択過程を受容する刺激頻度に応じて変化させたほうが探索成功率を高く保つことができるということが示された.したがって,本研究は状況依存的な匂い源探索行動戦略の同定に成功したといえる.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。災害時の人命救助や有毒物質漏れ源探索等に活用が期待されている効率の良い匂い源探索問題解決手法の提案に向けた研究に従事した.本研究では,匂い原探索問題に対して生物が普遍的に備えている匂い源探索能力に注目し,その能力をモデル化することで問題を解決する.本研究のモデル生物には,刺激入力に対する行動出力の関係が明解であるカイコガ雄成虫個体を採用した.生物は,時々刻々と複雑に変化する環境下において同種のメスや餌場を確実に探索可能である.そこで,この生物脳がどのような状況下でどのようなフィードバックを行っているかを同定し,生物脳を人工物のように置き換えることで問題を解くことを目指す.したがって,平成27年度は脳活動と行動の関係性を明らかにするために,(i)実際の生物から行動と生体信号を非拘束状態で計測する電気生理計測システムの確立と,(ii)生物の身体の一部を固定した行動と脳活動の同時計測予備実験を実施した.(i)で構築した計測システムは,非拘束状態で生物の行動が計測できるにも関わらず,生物の位置と姿勢を一意に固定することが可能である.このことは,行動を引き起こす刺激を高精度に生物に供給可能であるとともに任意の箇所に電極を挿入し,生物の生体信号を同時に計測することを可能とした.また,(ii)においては20μmの微小電極を行動指令を生成している脳内部位に侵入させ,行動と神経活動変化の対応関係を計測した.これらによって,モデル生物の行動出力のみならず内部状態の計測と推定が行えるようになり,サポートベクターマシンのような機械学習手法との併用によって状況依存的な行動判断が可能となった.これらの成果は工学だけでなく理学の国際会議講演に採用されたことで本研究の価値が認められている.匂い源探索問題は,人間社会の安全安心に大きく寄与する重要課題であるが,未だ実用的な解決手法が提案されていない工学的に価値の高い問題である.この問題に対して本研究では,自然界で効率よくこの問題を解決している生物に注目し,その能力を同定する.匂い原探索は,気流が複雑に変化する環境下で問題解決することが必要であり,生物は状況依存的に行動を選択していると考えられる.そこで,アルゴリズムを同定する際,生物の持つ状況依存性を含めることが重要である.これは,行動指令を生成する脳内活動変化を行動とともに計測することが必要である.現在までに計画通り,対象生物の脳活動ー行動同時計測実験系を確立し,実験と解析を進めることができた.本研究は,化学感覚を用いた空間認知の工学的実現を目指しており,カイコガ雄成虫の性フェロモン源探索行動を主な計測対象とし,その状況依存的な行動選択過程の解明とモデル化に取り組んでいる.平成28年度は,研究計画に沿って,平成27年度で実施したカイコガ微小脳と行動の同時計測を引き続き行い,その連関の解析を行った.カイコガの匂い源探索行動は直進行動と回転行動の二つに大別できる.この行動パターンは脳内のLateral Accessory Lobe (LAL)領域により生成しており,LALの電気生理応答を行動中のカイコガから同時に計測した.このLALの神経発火変化と行動の関係性についてFuzzy理論を用いて解析した結果,カイコガは匂い源探索の初期と終期では匂い情報の活用の仕方に違いがあることが分かった.この傾向を定式化し,匂い源探索への有効性を仮想空間上のシミュレーションと地上走行型ロボットに実装し,検証した.地上走行型ロボットでの実験は,風洞のような整った空気の流れの実験フィールドではなく,送風機等により気流を複雑にかき乱した環境で実施した.その結果,シミュレーションと地上走行型ロボットでの匂い源探索実験の両方で,匂い刺激に対して常に一定の反応を示す従来のカイコガの匂い源探索アルゴリズムに比べ,探索の過程で匂い刺激に対する行動応答変化があるアルゴリズムの方が探索性能に向上がみられた.

このことから,カイコガは常に同じ行動を繰り返し行っているのではなく,状況に応じて適切に行動を選択しているのではないかという基礎的なデータを得ることができた.平成28年度の研究では,平成27年度に構築した実験系と手法を用いて,観測対象生物(昆虫)の脳神経活動と行動の同時計測実験を実施し,その関係性を解明した.実験対象生物はカイコガ雄成虫個体で,カイコガの匂い源探索行動は匂い情報を活用する直進行動(サージ)と左右転向しながら匂い情報を探索するジグザグ行動の二つに大別できる.それらの行動パターンを生成しているといわれている脳部位は,生物学の知見からわかっている.しかし,これまで神経活動量変化と行動は別々に計測・解析されているため,状況依存的な行動選択過程の有無を確認することは困難である.そこで本年度は,匂い源探索中の脳神経活動と行動を同時に計測する実験を実施することで,その関係性解明に取り組んだ.その結果,匂い刺激の受容頻度に応じてサージ行動の選択過程に変化があることが示唆された.生物実験で得られた傾向を定式化し,シミュレーションと地上走行型ロボットを用いて検証した.その結果,匂い源との距離をつめるサージ行動の選択過程に時変性があることで,探索成功率が向上し,状況依存的な行動動特性についての知見獲得を進めることができた.次年度は,匂い源探索における嗅覚情報以外の複数感覚が状況依存的な行動選択過程に及ぼす影響の解明とモデル化を行う.また,実際の災害現場を視野に入れ,飛行型ロボットへアルゴリズムを再構築し,地上と空中での匂い源探索問題の相違点を明確化し,より多自由度なシステムへの結実を目指す.本研究は,化学感覚を用いた空間認知の工学的実現を目指しており,カイコガ雄成虫の性フェロモン源探索行動を主な計測対象とし,その状況依存的な行動選択過程の解明とモデル化に取り組んでいる.平成29年度は,研究計画に沿って平成28年度までに実施したカイコガ微小脳と行動の同時計測結果に基づき,カイコガの持つ状況依存性の解析と,これを仮想空間でのシミュレーション及び自律型移動ロボットに実装した行動実験による構成的機能解明を行った.カイコガの雌探索行動は脳内のLateral Accessory Lobe (LAL)領域により生成されているため,雌探索中のLALの神経応答と行動軌跡を同時に計測することで両者の対応付けを可能とした.これにより,カイコガ雄成虫の行動選択過程が受容するフェロモン刺激頻度の違いにより変化していることが明らかとなった.匂い源探索において刺激頻度は,匂い源からの距離に応じて変化することがわかっている.そのため,カイコガは常に一定の行動を行っているのではなく,雌探索の初期・中期・終期で行動を調節することで探索の確実性を確保していることがわかった.得られた現象を定式化し,匂い源探索という機能にどのように貢献するかを構成的に解析した.仮想空間でのシミュレーションと地上走行型ロボットを用いた実環境での実験で検証した結果,従来の生物模倣型探索アルゴリズムに比べ,行動選択過程を受容する刺激頻度に応じて変化させたほうが探索成功率を高く保つことができるということが示された.