hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転位網自己組織化のメゾスケール非破壊直視観察システムの開発

種々の構造体,荷重形態に対して得られる転位網自己組織化による内部構造を非破壊的に同定する直視観察システムの開発を行った.既存の走査型電子顕微鏡(SEM)の電子線を断続的に試料表面に照射することにより,その電子線照射領域において熱波が発生する.その熱波は伝ぱとともに音波に変化し,内部への弾性波として伝搬する.その材料の熱的特性の相違から生じる波動特性の変化を試料裏面に設置された圧電素子(PZT)により電気信号として取出し,SEMモードでの表面観察と同時に非破壊的に内部観察を行う電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の開発を行った.SEAMからの超音波信号は非常に微弱で周波数が高いため,市販の増幅回路では超音波信号の検出は難しく,PZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し,ノイズの影響を受けにくくした.その後,検出信号に重畳するノイズ成分を除去するために,インスツルメンテーションアンプによるノイズ除去を行った.その後電子線の断続周波数に同期させたロックインアンプにより検出信号の増幅を行い,電子線誘起超音波信号の検出を可能とした.このシステムを用いて,多層膜界面に発生する転位組織を持つLSIチップや,単結晶ウエハーに積層したダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)薄膜材を用いて,直視観察システムで得られる超音波信号の検出を確認した.その後,検出信号を2次元位相差像としてコンピュータ上に描画するシステムの構築を行った.種々の構造体,荷重形態に対して得られる転位網自己組織化による内部構造を非破壊的に同定する直視観察システムの開発を行った.既存の走査型電子顕微鏡(SEM)の電子線を断続的に試料表面に照射することにより,その電子線照射領域において熱波が発生する.その熱波は伝ぱとともに音波に変化し,内部への弾性波として伝搬する.その材料の熱的特性の相違から生じる波動特性の変化を試料裏面に設置された圧電素子(PZT)により電気信号として取出し,SEMモードでの表面観察と同時に非破壊的に内部観察を行う電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の開発を行った.SEAMからの超音波信号は非常に微弱で周波数が高いため,市販の増幅回路では超音波信号の検出は難しく,PZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し,ノイズの影響を受けにくくした.その後,検出信号に重畳するノイズ成分を除去するために,インスツルメンテーションアンプによるノイズ除去を行った.その後電子線の断続周波数に同期させたロックインアンプにより検出信号の増幅を行い,電子線誘起超音波信号の検出を可能とした.このシステムを用いて,多層膜界面に発生する転位組織を持つLSIチップや,単結晶ウエハーに積層したダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)薄膜材を用いて,直視観察システムで得られる超音波信号の検出を確認した.その後,検出信号を2次元位相差像としてコンピュータ上に描画するシステムの構築を行った.本年度は,種々の構造体,荷重形態に対して得られる転位網自己組織化による内部構造を非破壊的に同定する直視観察システムの開発を行った.既存の走査型電子顕微鏡(SEM)の電子線を断続的に試料表面に照射することにより,その電子線照射領域において熱波が発生する.その熱波は伝ぱとともに音波に変化し,内部への弾性波として伝搬する.その材料の熱的特性の相違から生じる波動特性の変化を試料裏面に設置された圧電素子(PZT)により電気信号として取出し,SEMモードでの表面観察と同時に非破壊的に内部観察を行う電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の開発を行った.まず,そのシステムの解像度に直接的な影響を与える極低雑音試料ホルダー系の試作を行った.すなわち,(1)照射電子線の断続回路の設計および既存の電子線発生回路との連結,(2)検出用PZT素子設置部の設計,(3)現有のSEM試料ホルダー取り付け部との連結機構の設計,(4)配線を含む試料ホルダーの真空仕様のための設計,(5)検出PZT素子の配線取出しのためのSEM真空容器バウンダリーポートの設計,(6)PZT素子出力超音波信号の位相差電圧変換システムの構築を行った.つぎに,多層膜界面に発生する転位組織を持つLSIチップや,単結晶ウエハーに積層したダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)薄膜材を用いて,直視観察システムで得られる超音波信号の検出を確認した.本年度は、種々の構造体および荷重形態に対して得られる転位網自己組織化による内部構造を非破壊的に同定する直視観察システムである電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の開発を前年度に引き続き行った。前年度の研究により開発上の問題点として、従来のSEMの面内スキャン速度では早すぎるために、十分な超音波信号を検出することができなかったため、超スロースキャン発生装置を設置した。これにより、観察領域に照射される電子線を増やすことが可能となり、試料から発生する信号量を増加することができ、超音波信号の検出をより容易にすることができた。また、SEAMからの超音波信号は非常に微弱で、周波数が高いため、超音波信号検出器であるPZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し、ノイズの影響を受けにくくした。その後、検出信号に重畳するノイズ成分を除去するために、インスツルメンテーションアンプによりノイズ除去を行い、さらに増幅することで、高周波微小信号の検出を可能とし、電子線誘起超音波信号の検出を確認した。

その後、検出器により測定した超音波信号を2次元位相差像としてコンピューター上に描画するシステムの作成を行った。そして、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)薄膜、単結晶シリコン、単結晶アルミニウムなどの試料に押込み試験を行った試料をSEAMにより直接観察を行うことで超音波顕微システムの動作検証を行った。
ｐＤＮＡの極小化パッケージングと全身投与による膵臓がんの遺伝子治療

本研究は、膵臓がん組織を覆う間質を超えてがん巣に到達し、がん細胞で遺伝子発現させることによって膵臓がんを遺伝子治療することを目的としている。そのためには、遺伝子キャリアのサイズを(動的光散乱測定で)粒径50nm以下にする必要があるとされている。しかしながら、二重らせん構造DNAは持続長50nmの剛直性を有しており、原理的にそれ以下にすることはできない。本研究では、プラスミドDNA(pDNA)の二重鎖を熱融解させ、柔軟な一本鎖としてから高分子と複合化することによって、粒径50nm以下となる極小化遺伝子キャリアを得ようとするものである。当該年度までの研究によって、動的光散乱測定で粒径50nm程度に複合体を微小化できること、および複合体は、センス鎖、アンチセンス鎖をともに内包した二本鎖内包複合体と、それらを別々に内包した一本鎖内包複合体とから構成されていることを見出した。当該年度は、これらが実際に一本鎖内包複合体と二本鎖内包複合体であることと、遺伝子発現への寄与とを明確にすることを目標とした。具体的には、二本鎖内包複合体と一本鎖内包複合体とを選択的に作り分け、それらを単離すること、および超遠心分析によって複合体の分子量を決定することを行った。その結果、驚くべきことに一本鎖内包複合体であっても二本鎖内包複合体と遜色のない遺伝子発現することを見出した。さらに、その極小化遺伝子キャリアは間質を超えてがん巣に到達し、がん細胞で遺伝子発現することをレポーター遺伝子を用いた動物実験より確認した。これは、経静脈投与で膵臓がん細胞に遺伝子発現させた初めての成功例であり、今後、治療効果のある遺伝子を送り込むことで、膵臓がんの本丸攻撃による遺伝子治療の実現に期待がもたれる。研究実績の概要に述べたように、pDNAを熱解離した後に高分子と複合化させるという方法論によって粒径を間質透過が見込まれるサイズに微小化できること、それが遺伝子発現すること、そして膵臓がんモデルマウスへの経静脈投与で膵臓がん巣に実際に遺伝子発現させられることを確認している。当初、巨大高分子であるpDNAの二重らせん構造を完全に解くことは困難と予想し、1つの複合体中にDNA二重鎖のセンス鎖とアンチセンス鎖がともに収容された二本鎖内包複合体の形成を想定していた。しかしながら、透過型電子顕微鏡像の詳細な観察から、直径25nmと40nmとの二つの粒径分布が認められ、二本鎖内包複合体とともに一本鎖内包複合体が形成されていることが示唆された。一本鎖内包複合体は、内包するDNAの分子量が半分であることから粒径がさらに小さくなり、間質透過に有利と考えられる。一方において、そもそも一本鎖で遺伝子発現するのかという疑問がある。そこで当該年度は、調製条件を詳細に検討し、それぞれを選択的に作り出すこと、それらを単離すること、そして超遠心分析によって複合体の分子量を決定することに注力した。これによって一本鎖DNAからなる複合体を調製、単離することに成功した。驚くべきことに、培養細胞を用いた評価より、一本鎖内包複合体は二本鎖内包複合体と遜色ない遺伝子発現を示すことが確認された。一本鎖を含むPMsの形成は想定外であったが、これは粒径をさらに微小化しつつ遺伝子発現が得られる形態であり、当初計画したように膵臓がん巣の細胞に遺伝子発現させることに成功した。このことから、研究は順調に進展していると判断している。上述したようにこれまでに、DNA二重鎖からセンス鎖とアンチセンス鎖をそれぞれ別々に収容した一本鎖複合体からなる極小化遺伝子デリバリーシステムを調製することに成功し、それが遺伝子発現能力を有すること、さらに膵臓がんモデルマウスにおいて、間質を越えてがん巣の細胞に遺伝子発現させられることを明らかにしてきた。2019年度では、がん組織中における複合体の分布とサイズの効果を検討するとともに、がん組織以外の体内分布を評価する。また治療用遺伝子を用いて系統的な実験系を組み、治療効果の実証実験を開始するとともに、毒性評価など安全性も評価する。一方において、一本鎖DNAからなる複合体が遺伝子発現することは驚きの結果である。これには、細胞内で二本鎖が再結合した可能性、一本鎖から二重鎖が合成され二重鎖となった可能性、もしくは一本鎖から直接転写がおこった可能性が考えられる。そのメカニズムについて、試験管中での評価や培養細胞を用いて探索研究を行う。本研究では、粒径50nm以下でなければ血管からがん巣に到達出来ないというデリバリーに制限のある膵臓がんに対し、高分子ミセル型遺伝子キャリア(PMs)を極小化させる方法論を確立し、膵臓がん巣で遺伝子を発現させることによって治療効果を得ることを目的としている。平成28年度は、全身投与を念頭に、血中循環時の安定性付与のためのチオール基を導入したブロック共重合体poly(ethylene glycol)-b-poly(L-lysine)(thiolated), PEG-PLys(SH),について、PEG分子量21k、5k, 2kならびにPLys重合度70、40程度、チオール基導入率10%からなるシリーズを合成した。これらを用い、大気圧下90°C以上でDNAを熱処理し、ブロック共重合体と混合することで、動的光散乱測定による粒径評価で50nm以下に、透過型電子顕微鏡(TEM)観察からpDNAが球状にパッケージングされることを確認し、本研究のねらいの1段階目を達成した。

一方、TEM観察から、球状ミセルは二種類の粒径分布が存在することを認めた。超遠心分析を用いたミセルの分子量測定より、それらは一つのミセルにDNAのセンス鎖とアンチセンス鎖がパッケージングされたpaired packagingと、センス鎖、アンチセンス鎖が別々にパッケージングされたunpaired packagingであることを明らかにした。さらに、その存在分率は、DNAの熱処理時間やポリマーとの混合法によって変化することを認めた。今後、この分率の制御を試みるとともに、遺伝子発現との相関を検証していく。DNAを熱処理することにより高分子ミセル内にpDNAを極小化パッケージングさせることに計画通り成功する一方、一つのミセルにDNAのセンス鎖とアンチセンス鎖がパッケージングされたpaired packagingと、センス鎖、アンチセンス鎖が別々にパッケージングされたunpaired packagingであることを認め、それを超遠心分析を通じて定量的に解析出来ることを見出した。これらは当初計画したものであり、順調に進展していると判断している。膵臓がんは、がん巣が間質で覆われているという特徴により、粒径50nm以上の粒子はがん細胞に到達出来ない。一方、DNAは持続長50nmという剛直性のため、原理的にはそれ以下にできない。本研究では、DNAの剛直性を制御することによって粒径の極小化を図り、間質を通過させ膵臓がん巣で遺伝子を発現させることを目的としている。平成29年度までに、DNAを熱解離させた後に高分子と複合化することで、直径およそ20nmの球状複合体が形成されることを透過型電子顕微鏡(TEM)により確認するとともに、全身投与に必要となる複合体の構造安定化のためのジスルフィド架橋を導入しても、その構造が維持されることを確認した。一方、TEM観察から、球状複合体は平均20nmのなかに大小二つの分布があることが認められた。これは、DNAのセンス鎖とアンチセンス鎖が1つの複合体中に内包された二本鎖複合体と、複合体にセンス鎖とアンチセンス鎖が別々に内包された一本鎖複合体であると推定した。H29年度は、分析用超遠心装置を用い、粒径の異なる複合体の分子量とその存在比率を決定することに取り組んだ。その結果、それらの粒子は推定通り二本鎖複合体と一本鎖複合体であること、および熱処理時間三分によって調整した複合体においてその存在比が1:9であることを確認した。当初、一本鎖複合体の形成は想定していたものの、その存在は高くないと考えていたことからこの結果は予想外であった。さらに、密度勾配遠心の条件検討を進め、2つの複合体を分離、回収できる条件を確立することに成功した。並行して膵臓がんモデルマウスを用意し、生体中における複合体の生物機能の検討を進めた。その結果、全身投与で複合体はがん巣の細胞に広く遺伝子発現させられることを認めるに至り、間質を越えて膵臓がんに遺伝子発現させるという本研究目的の達成見込みを確認した。DNAを熱解離することにより、pDNA複合体の粒径を50nm以下とすることを計画通り成功させた。一方、一本鎖複合体の存在が大多数であったことは、想定外であったが、それにより内包するDNAの分子量を半分とすることができるため、粒径をさらに微小化させる結果となった。
埴輪工人の移動からみた古墳時代前半期における技術交流の政治史的研究

高い技術的専門性が要求される形象埴輪を樹立する古墳は、古墳時代前半期に近畿地方から各地方に急速に拡大したが、その背景には埴輪工人(製作技術者)の派遣を伴う埴輪生産を想定することができる。このような古墳は古墳時代中期に関わる前期末(4世紀後半末)頃と中期中(5世紀前半中)頃、および中期末(5世紀後半末)頃に集中している。研究期間の3ヶ年で、各地方で形象埴輪を樹立する当該期の主要古墳出土資料の調査を実施した。調査対象は福岡県沖出古墳・鋤先古墳、熊本県向野田古墳・天水小塚古墳、大分県亀塚古墳・御陵古墳、山口県柳井茶臼山古墳、広島県三ッ城古墳・三玉大塚古墳、岡山県天狗山古墳・金蔵山古墳・西山古墳群、愛媛県鶴ヶ峠古墳群・妙見山古墳、大阪府五手冶古墳、奈良県室宮山古墳・石見遺跡、和歌山県車駕之古址古墳、京都府私市円山古墳、滋賀県野洲大塚山古墳、岐阜県昼飯大塚古墳、三重県宝塚1号墳、長野県倉科将軍塚古墳・天神山1号墳、山形県菅沢2号墳、岩手県角塚古墳出土埴輪などである。調査に際しては、福岡・熊本・大分・山口・広島・岡山・愛媛・大坂・京都・奈良・和歌山・滋賀・岐阜・三重・静岡・長野・群馬・山形・岩手の各府県在住の古墳研究者を研究協力者として依頼し、実測・撮影などの資料調査を行ったほか、関連資料の調査および文献収集も実施した。また、各地方で研究協力者と埴輪生産の技術交流と古墳文化の伝播をテーマとした研究会を実施し、当該期首長層の古墳築造に関する技術交流からみた政治的関係について検討した。このほか、大学院生を研究補助として、写真・図面などの調査資料と文献資料の整理を進め、東京国立博物館蔵の宮崎県西都原古墳群、群馬県赤堀茶臼山古墳・奈良県石見遺跡出土資料などの接合・分類と実測も実施した。高い技術的専門性が要求される形象埴輪を樹立する古墳は、古墳時代前半期に近畿地方から各地方に急速に拡大するが、その背景には埴輪製作工人(技術者)の派遣を想定することができる。このような古墳は、前期末(4世紀後半末)頃と中期中(5世紀前半中)頃に西日本に集中することから、今年度は初年度として近畿地方以西の資料および文献の調査を行った。資料は奈良県御所市宮山古墳・徳島県小松島市大代古墳・熊本県宇土市向野田古墳出土資料などで、ほかに各県内関連資料の調査および文献収集も行った。また、東京から遠隔地の広島・山口・福岡・佐賀・熊本・愛媛県および奈良県在住の古墳研究者を研究協力者として依頼し、大分市において当該期の形象埴輪に関する研究会を開催した。ここででは各地の資料の調査状況について報告会を行ったほか、今後の地域調査計画についての打ち合わせと調査協力について協議した。引き続き、作業の能率化を図り、研究協力者とともに、大分市亀塚古墳・大臣塚古墳・大在古墳・御陵古墳、三重町立野古墳出土埴輪の実測・撮影などの資料調査を行った。このほか、大学院生に研究補助を依頼し、写真・図面などの調査資料と文献資料の整理を進めるとともに、当該期の基準資料である東京国立博物館蔵の宮崎県西都市西都原古墳群および群馬県赤堀町茶臼山古墳出土資料の接合・分類を進め、実測などの調査を実施した。また、研究会の開催および調査活動に必要な資料を編集して資料集を作成したほか、基本資料となる報告書などの必要文献の購入も行った。

高い技術的専門性が要求される形象埴輪を樹立する古墳は、古墳時代前半期に近畿地方から各地方に急速に拡大するが、その背景には埴輪製作工人(技術者)の派遣を想定することができる。このような古墳は、前期末(4世紀後半末)頃と中期中(5世紀前半中)頃、および中期末(5世紀後半末)頃に集中している。今年度は研究期間の2ヶ年目として、これらの時期に各地方で形象埴輪を樹立する初源的な古墳出土資料の調査を実施した。調査を実施した資料は、福岡県稲築町沖出古墳・同福岡市鋤先古墳・熊本県宇土市向野田古墳、広島県東広島市三ッ城古墳・同吉舎町三玉大塚古墳、愛媛県大西町妙見山古墳・松山市鶴ヶ峠古墳群、三重県松阪市宝塚1号墳、岐阜県大垣市昼飯大塚古墳、長野県須坂市天神山1号墳・八丁鎧塚古墳群、山形県山形市菅沢2号墳、岩手県胆沢町角塚古墳出土資料である。調査に際しては、福岡・熊本・広島・愛媛・大阪・奈良・静岡・長野県の各府県在住の古墳研究者を研究協力者として依頼し、各地方資料についての研究会を実施するとともに、これらの資料について実測・撮影などの資料調査を行った。ほかに、各県内の関連資料の調査および文献収集も実施した。このほか、大学院生に研究補助を依頼し、写真・図面などの調査資料と文献資料の整理を進めた。また、当該期の基準資料である東京国立該当博物館蔵の宮崎県西都市西都原古墳群、および群馬県赤堀町茶臼山古墳・奈良県三宅町石見遺跡出土資料の接合・分類と実測を実施した。高い技術的専門性が要求される形象埴輪を樹立する古墳は、古墳時代前半期に近畿地方から各地方に急速に拡大するが、その背景には埴輪工人(製作技術者)の派遣を伴う埴輪生産を想定することができる。このような古墳は、いわゆる古墳時代中期に関わる前期末(4世紀後半末)頃と中期中(5世紀前半中)頃、および中期末(5世紀後半末)頃に集中している。今年度は研究期間の3ヶ年目として、これらの時期に各地方で形象埴輪を樹立する初源的な主要古墳出土の資料調査を実施した。調査対象資料は、福岡県沖出古墳・鋤先古墳、山口県柳井茶臼山古墳、広島県三ッ城古墳・三玉大塚古墳、岡山県天狗山古墳・金蔵山古墳・中山古墳群・西山古墳群、大阪府五手冶古墳、奈良県室宮山古墳・石見遺跡、和歌山県車駕之古址古墳、京都府私市円山古墳、三重県宝塚1号墳、山形県菅沢2号墳、岩手県角塚古墳出土埴輪である。調査に際しては、岩手・山形・群馬・静岡・三重・滋賀・京都・奈良・大坂・和歌山・岡山・広島・山口・福岡・大分の各府県在住の古墳研究者を研究協力者として依頼し、実測・撮影などの資料調査を行ったほか、各県内の関連資料の調査および文献収集も実施した。また、各地方の当該資料を踏まえて埴輪生産の技術交流と古墳文化の伝播をテーマとした研究会を実施し、当該期首長層の古墳築造に関する技術交流を通じた政治的関係について検討した。また、昨年度に引き続き、東京国立博物館蔵の宮崎県西都市西都原古墳群、および群馬県赤堀町茶臼山古墳・奈良県三宅町石見遺跡出土資料の接合・分類と実測を実施した。年度末には、平成1214年度の研究成果を集約した報告書を作成した。
脳磁図による平滑性追跡眼球運動に関する脳内メカニズムの研究

本研究では,小さな対象物を眼で追いかけ続ける眼球運動(平滑性追跡眼球運動)に関する脳内メカニズムを,脳磁図データから明らかにする.今まで,平滑性追跡眼球運動を行っているときの脳活動を脳磁図から探ることは困難であったが,研究代表者らが見出した手法を活用することで,時々刻々と変わる脳内表現を調べることが可能になり,予測的な眼球運動を実現する脳内表現を明らかにすることができた.平成25年度は、研究代表者らが提案するノイズ除去手法で得られた脳電流を用いて、眼球運動に関するデータ解析を行った。一つは(1)脳電流から眼球運動を再構成することであり、もうひとつは(2)予測的な眼球運動を実現するために必要な脳活動の先行時間についてである。(1)もし、眼球運動を反映した脳電流が提案手法によって得られているならば、その脳電流から眼球運動を再構成することが可能なはずである。そこで、視標が動き始める時刻から300ms前までの脳電流を利用して、脳電流から眼球運動の再構成を試みた。再構成にはスパース線形回帰を用いた。その結果、計算で求めた重み係数は、lateral occipital temporal cortex (LOTC)のような視標追跡運動に関連する皮質領域上で大きくなっていた。また、再構成された視標速度は真値と強い相関があり、あてまはりのよさ(Goodness-of-fit)の値も大きかった。定性的にも定量的にもよく再構成できていたことがわかった。(2)順序から考えて、脳活動が起こったあとに、視標追跡運動が起こる。Covert/Overt pursuitにおける脳内の時間的な表現を調べるために、仮定している先行時間を変化させ、スパース推定を行い、相関係数の大小関係を調べた。その結果、Covert pursuit taskの場合、150ms先行していると設定したときに、相関係数が最も大きかった。本研究では,小さな対象物を眼で追いかけ続ける眼球運動(平滑性追跡眼球運動)に関する脳内メカニズムを,脳磁図データから明らかにする.今まで,平滑性追跡眼球運動を行っているときの脳活動を脳磁図から探ることは困難であったが,研究代表者らが見出した手法を活用することで,時々刻々と変わる脳内表現を調べることが可能になり,予測的な眼球運動を実現する脳内表現を明らかにすることができた.平成24年度は、本研究に関する基礎的解析を行った。一つは推定した脳電流の(1)空間的表現の解析であり、もうひとつは(2)時間的表現の解析である。(1)目の前に提示された白い点を目でゆっくりと追いかける課題を行っているときのMEGデータから、拡張ダイポール法を用いてノイズ源(左右の眼球、心臓)と皮質の電流を同時に推定した。適切なハイパーパラメータを設定して電流推定することで、ノイズ源と皮質表面に配置したダイポールで妥当な大きさの電流が推定できた。また、皮質電流が推定された皮質領域は、眼球運動に関連する領域(lateral occipito-temporal cortex、Intraparietal cortex、Precentral cortex、Medial superior frontal cortexなど)と一致しており、空間的にも妥当な値が得られた。(2)推定電流の空間的特徴だけでなく、時間的な特徴も表現できているか調べるため、推定電流の時間波形の特徴も調べた。眼球に配置したダイポールでは、視標運動とよく似た特徴を持つ時間波形が得られた。心臓位置に配置したダイポールでは、心拍の特徴であるQRST波が再現できた。皮質領域で推定された電流の試行平均値は、位置や速度、加速度と相関のある電流が推定された。来年度以降、これらの推定された皮質電流を用いて視標の運動情報が再構成できるか試みる予定である。研究目的を達成するために、平成24年度は、ノイズに歪められた脳磁図データから歪みのない脳電流を推定することが目標である。その検討のために、被験者が目の前に提示された点を目でゆっくりと追いかける課題を遂行しているときの脳磁図データから皮質電流を推定することを試みた。脳活動だけでなく、ノイズの振る舞いも同時に推定するため、皮質表面全体と左右の眼球中心、心臓位置にもダイポールを配置した。電流推定の際、事前知識として脳活動の空間情報(fMRIの信号強度情報)と個々のノイズ源の信号強度情報を与え、逆問題を解くことで観測データを説明できる皮質電流と眼球・心臓の電流を推定した。その結果、適切なハイパーパラメータを設定して電流推定することで、ノイズ源と皮質表面に配置したダイポールで妥当な大きさの電流が推定できた。さらに、推定電流の空間的特徴だけでなく、時間的な特徴も表現できているか調べるため、推定電流の時間波形の特徴も調べた。これらから、本研究の目的を達成するために必要な本年度の研究目標を達成しており、おおむね順調に進展しているといえる。

ノイズに歪められたMEGデータから、眼球運動を反映した皮質電流が得られているならば、その皮質電流から眼球運動を再構成することが可能なはずである。そこで、抽出した皮質電流から眼球運動の再構成を試みる。連続的に変化する皮質電流から運動を再構成するために、スパース推定を用いる。このスパース推定は、実験課題に関係のない脳活動を自動的に省きながら予測モデルを構築する方法である。構築した回帰モデルを利用する事で、皮質表面に配置した約20,000点のダイポール電流から眼球運動の位置、速度、加速度を再構成することを試みる。また、その再構成の善し悪しを通じて、脳活動情報出力精度の善し悪しを評価する。この予測モデルの構築は、計算コストが大きいため、長い計算時間を要する。計算時間を短縮し、研究の効率アップを計るために、物品費に計上する計算サーバを増設する予定である。また、研究結果を外部に発表するための旅費、論文作成のための英文校正のための予算を計上する。そのことで、研究の目的を達成することを目指す。
筋の硬さの評価法に関する研究

顎機能異常者において、筋の疲労・拘縮等による筋の緊張度の変化は、臨床症状と密接に関連している。そこで本研究は、筋組織が粘弾性としての性質を有することに着目し、筋の硬さの変化を筋組織の粘弾性の変化として定量的に把握することを目的とした。まず予備実験として、硬度の異なる3種類のゴム板(硬度30°、50°、70°、厚さ10mm)を準備し、この両端を固定して、ゴム板中央に加振器の先端を接触させ、振動振幅1mmで種々の頻度の振動を加えた。この時、加振器内蔵の加速度ピックアップから出力と、ゴム板上に設置したピックアップからの出力とをFFTアナライザーにより振動解析し、ゴム板固有の共振振動数を求めた。その結果、硬さの違いにより共振振動数に差が生じ、ゴム硬度の増加に伴い共振振動数の上昇が認められた。次に被験者に正常有歯顎者を用い、咬筋の筋弛緩時から収縮時における共振振動数をゴム板の実験と同様に求めた。この時、筋の状態を把握するため、咬筋EMGを同時記録した。その結果、振動振幅が1mmの場合、咬筋EMGの振幅の増大に伴い共振振動数の上昇が認められた。しかし振動振幅が0.5mm以下の場合では、EMGの変化にかかわらず共振振動数がほぼ一定の値を示した。これは、振動振幅が短くなると、筋ではなく表面皮膚の共振振動数が導出されたためと考えられる。以上の結果から、筋にある一定以上の振幅を有する振動を与えた場合、被験者及び加振器内に設置した加速度ピックアップの出力を解析することにより、ゴムあるいは筋肉のような共振振動数の低い軟かい物体においても、加振器の特性を除外した共振振動数を測定し得ること。筋緊張の増大に伴い、共振振動数が上昇することなどが明らかとなった。以上から、共振振動数を計測することにより、筋の硬さをより客観的な数値として表わすことが可能であると考えられる。
ランダムな成長パターンの形成機構

自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長・体重などを例にして、複雑系一般の統計性の基本は対数正規分布であることを基礎づけた。自然界に見られるパターンの多くはランダムで多様である。しかし、それらのパターンが自然法則に従ってできている限り、何らかの規則性が隠されているはずである。本研究はランダムな成長パターンの形成機構を解明し、その普遍性を考察する。具体的にはランダムな成長パターンを伴う非線形非平衡現象の中で、特に細菌のコロニー形成と結晶成長を取り上げる。また、社会現象の統計則の解明も追及する。自然界に見られるパターンは多種多様である。しかし、それらのパターンが自然法則に従ってできている限り、パターンの構造にも統計にも何らかの規則性・普遍性が秘められているはずであり、その解明を目的としている。本年度の研究実績は主として3種類に分けられる:(1)栄養が豊富で固めの培地で成長するバクテリアコロニーは特徴的な粗い成長界面を呈する。これまではこの成長界面は比較的単純な自己アフィンフラクタルで特徴付けができるものと判断していた。しかし、より詳しい解析を行った結果、この成長界面はマルチフラクタルの一種であるマルチアフィン性を呈していることがわかった。界面付近で細菌細胞が異常に長い形態を取り、複雑に絡み合いながらコロニーを成長させることが原因であるが、マルチアフィン性を呈する詳しい機構は不明で、その解明には引き続き研究が必要である。(2)比較的侵食が行き届いた山岳地形はバースト指数Hで特徴付けられる自己アフィンフラクタルであり、高さを指定したときの等高線ループ全体や1本だけのループのフラクタル構造、それにいろいろなサイズのループの統計の間に簡単なスケーリング則があることが、これまでの私たちの研究で明らかにされてきた。そこで、比較的大規模な計算機シミュレーションでHを指定した地形曲面を生成し、そのスケーリング則を確かめた。さらに、具体例として、長崎県佐世保市近辺の九十九島地域を取り上げ、そのスケーリング則が実際の地形でもよく成り立っていることを確かめた。(3)自然界で観察されるいろいろな統計現象において、代表的な分布関数はべき乗分布と対数正規分布で、特に前者のべき乗分布はフラクタル現象への興味とあいまって注目されてきた。しかし、これまでべき乗分布として議論されてきたいろいろな例の分布関数をより詳しく検証すると、必ずしもべき乗分布と断定できない場合があることに気付いた。そこでいろいろな例について再度検証することにした。本年度検証した例を列挙すると、老人病患者の介護期間分布、生物の寿命分布、咀嚼による食片サイズ分布、国別のGDP,軍事費、AIDS/HIV患者数などの分布であり、これらはいずれも対数正規分布を呈する。対数正規分布は対数の世界での正規分布であり、そのためにそうなる理由がある意味ではっきりしている。特に興味深いのは、県別の人口の推移であり、戦後まもなくは国内の混乱を反映して全体が対数正規分布を呈していたのが、戦後の経済復興を反映して大部分の人口の少ない県と一部の人口の多い都道府県とで人工の二層分離を起こし、それらが見事に2対数正規分布で記述できることである。今後は市・長・村それぞれの人口分布の特徴付けをも行い、社会科学者との議論を行うつもりである。身の回りに見られるパターンは多種多様である。しかし、それらには構造的にも統計的にも何らかの規則性・普遍性が秘められていることが多く、その解明を目的としている。本年度の研究実績は主として3種類に分けられる:1.バクテリアは培地の固さと栄養濃度に応じて多彩なコロニーパターンを呈する。今年度は主として大腸菌のモルフォロジーダイアグラムの確立、特に周期的成長の特性の定量的測定と、緑膿菌の嫌気性環境での特異な振る舞い、特に通常より高い運動性の原因を追究した。2.成長するパターンの界面は特別なスケーリング性を示し、自己アフィンフラクタルであること力宝多い。但し、実験結果はあまり単純ではなく、一般には界面成長に初期、中期、後期段階がある。それを考慮して、成長界面のスケーリング性に関し、従来の理論を整備・拡張して、界面成長現象の適用範囲をはるかに拡大した。3.自然界や社会現象で観察されるいろいろな統計現象における代表的な分布関数はべき乗分布と対数正規分布であり、従来はべき乗分布が注目されることが多かった。しかし、複雑系では対数正規分布がより基本的な分布関数であることを基礎付けし、多くの例を提示した。

例えば、市町村の人口分布のうち、町と村は対数正規分布に従うことを示し、Zipf(べき乗)則に従う市の人口分布でさえ、適当な仮定の下に対数正規分布から導かれることを示した。自然界に見られるパターンは多種多様である。しかし、それらには構造的にも統計的にも何らかの規則性・普遍性が秘められていることが多く、本研究はその解明を目指している。本年度の研究実績は主として2種類に分けられる:1.バクテリアは培地の固さと栄養濃度に応じて多彩なコロニーパターンを形成する。今年度は主として緑膿菌のモルフォロジーダイアグラムの確立及び大腸菌とプロテウス菌の周期的成長の特性の定量的測定を行った。特に、大腸菌とプロテウス菌の周期的成長に関して、共焦点レーザー顕微鏡を駆使して、菌密度の時間的空間的変化を追い、周期的成長のダイナミクスを追求した。2.自然現象に限らず社会現象も含めた、様々な複雑系で観察されるいろいろな統計現象における代表的な分布関数はべき乗分布と対数正規分布である。そこで昨年度までの成果として、複雑系では対数正規分布がより基本的な分布関数であることを基礎付けし、多くの例を提示した。本年度はそれを踏まえて、市町村人口分布の時間変化に見られる特徴を明らかにした。また、ガウス分布の典型とされてきた私たちの身長分布でさえ、対数正規分布がよりよいこと、ただし思春期の2年ほどだけはガウス分布の方がフィッティングがよりよくなることを見出した。身長の平均値は進化が強く影響して遺伝的に強く制限されるが、平均値の周りの揺らぎは人体が成長する複雑系であるために対数正規分布を呈する。思春期は大人への準備として遺伝的制限としての規格化を受けるためであろう。自然界に見られるパターンは多種多様であるが、それらには構造的にも統計的にも何らかの規則性・普遍性が隠されていることが多い。本研究はその解明を目指している。今年度は主として大腸菌の走化性及び大腸菌とプロテウス菌の周期的コロニー成長の特性の定量的測定を行った。大腸菌とプロテウス菌の周期的コロニー成長に関して、共焦点レーザー顕微鏡を駆使して、菌密度の時間的空間的変化を追い、周期的成長のダイナミクスを調べた。また、大腸菌のコロニー形成に走化性が効いていないことを見出した。2.自然界、社会に見られる系はほとんど例外なく複雑系である。複雑系での統計性はべき乗分布と対数正規分布で特徴づけられることが多い。しかし、本研究で私たちは、複雑系では対数正規分布がより基本的な分布関数であることを基礎付けし、多くの例を提示した。さらに、市町村人口分布の時間変化に見られる特徴を明らかにした。また、ガウス分布の典型とされてきた私たちの身長分布でさえ、対数正規分布がよりよいこと、ただし思春期の2年ほどだけはガウス分布の方がよりよくフィットすることを見出した。身長の平均値は直立歩行への進化が強く影響して遺伝的に強く制限されるが、平均値の周りの分布は人体が成長する複雑系であるために対数正規分布を呈する。
三次元高分解能超音波診断装置の開発

皮膚病変の病理組織標本において,その主病変の約90%は表面からおよそ3mm以内に含まれている。従って,超音波でこれを検出しようとする場合には,表面から5mm程度の深達性があればよいことになる。本研究では,30MHzのリニア-型高周波超音波プロ-ブと発振回路を試作し,このプロ-ブで皮膚の垂直断面像を求め,この断面と垂直に,すなわち,皮膚表面と平行に機械的に走査させ,得られた多数枚の連続皮膚超音波断面像から,画像として必要な部分を切り出し,コンピュ-タ・グラフィックスの手法により,生体内の三次元画像を作成した。その後,皮膚病変部を切除して,病理組織像と比較検討した。その結果,皮膚表面の所見からは窺い知れない病巣の立体画像を生体内で確認することができた。この手法は悪性黒色腫などのように,病巣の表面からの深さが予後を左右する場合や,生検を行うことの躊躇される場合には,予め,三次元的に底部の所見を観察,計測できるところから,治療方針を決定する上で計り知れない価値があると考えられる。今後の課題としては,電子走査型プロ-ブはセクタ-走査型プロ-ブに比べて走査時間が極めて短い一方で,方位分解能のやや劣る事はやむを得ないものの,分解能をもっと理論値に近づけることと,本装置以外の機器にも汎用性のある三次元再構築ソフトプログラムを開発することであろう。本年度は30MHZの高分解能生体用超音波でプロ-ブと発振回路を製作し、この画像をコンピュ-タにとり込む段階で終了した。三次元再構築の研究に関しては次年度以後に実施の予定である。平成2年度は,平成元年度に製作した高周波超音波プロ-ブと発振回路により得られた皮膚および粘膜の超音波断層像を,三次元走査用装置により断層面と垂直に移動させ,得られた多数枚の断層像を重ね合わせ,立体表示像の作成を試みた。すなわち,皮膚の良性,悪性腫瘍のうち,小型で表在性のものについて,30MHz超音波プロ-ブを用いて垂直断層像を求め,この断層面と垂直に,10mm/秒の速度で走査した0.11.0mm間隔の30枚の連続した断層像をフロッピ-ディスクに記録した。一枚の超音波断層像のアナログ信号を512x512画素にA/D変換したのち,病変部を中心に256x256画素分を切り出し,それを各断層像のスライス幅に応じたステップ幅で,コンピュ-タ内のメモリ-上に三次元デ-タとして積み上げた。立体表示としては,視点の方向に関連させて超音波像の輝度を徐々に変化させる表面法と,病変部の断層像のみを抽出したのち,輝度を加え合わせる再投影法を行ってみたが,全体構造とくに表皮と病変部との位置関係を明らかにするため,この二法を重ね合わせて一枚の画像とする方法を検討中である。今後の問題点としては,奥行き情報の色相表示のため,各画素ごとのデ-タと濃度デ-タを色相と明度に変換して表示する点と,現在の30MHz超音波プロ-ブの水平分解能が,まだ期待どおりの0.12mmに達していない点であり,これらを平成3年度に改良させて,分解能と立体表示の改良をはかりたい。平成元年度,2年度に製作した30MHzリニア-電子走査型超音波プロ-ブと発振回路,プロ-ブ走査機構,三次元画像処理ソフトを用いて,すでにフロッピ-ディスクに記録,保存しておいた小型,表在性の皮膚病変について生体内での三次元超音波構築像の作成を試みた。すなわち,一枚の断面像についてはアナログ信号を512×512画素にA/D変換したのち,病変部を中心に7.5×7.5mm分を256×256画素(pixel)として切り出し,それらの断面像をスライス幅に応じたステップ幅で128×128×117画素(voxel)として256グレイレベルで三次元デ-タとして積み上げた。

三次元表示としては,視線方向,作成範囲,作成閾値,カラ-表示をそれぞれ決定したのち,視線の方向に関連させて視点からの距離により超音波像の輝度を徐々に変化させる表面法と,病変部の断面像のみを抽出したのち,輝度を加え合わせる再投影法,および,断面組み合わせ法を行って見た結果,全体構造,とくに表皮と病変部との位置関係を明らかにするには,表面法と断面組み合わせ法の二法を重ねあわせて一枚の画像とし,これに距離尺度を追加して,距離計測能をもたせるのが良いと考えられた。なお,この方法による三次元画像一枚の作成には約15分を要し,また,一枚の画像内に表現できる皮膚病変の大きさは15×21×15mm,または,7.5×10.5×7.5mmで,分解能はそれぞれ0.24mm,0.13mmであった。
低酸素性肺高血圧をもたす細胞外基質合成亢進に関与する転写調節機構の解明

まず、前年度にクローニングしたラット,prolyl 4-hydroxylase(P4H)α(I)染色体DNAの制限酵素地図を作製した。そして、exon1を含む約3.1kbのDNA断片の塩基配列を解読した。その結果、転写開始点よりも上流-86-79の領域に低酸素応答性配列と相同性の高い塩基配列が存在した。ラット胎児肺繊維芽細胞を用いてルシフェラーゼアッセイを行ったところ、この配列は低酸素濃度に応答しプロモーターからの転写量を6倍に上昇させ得ることか分かった。さらに、ゲルシフトアッセイによりこの配列にはhypoxia inducible factor-1(HIF-1)が相互作用しうることもわかった。以上の結果から、P4H α(I)遺伝子の低酸素による転写量の上昇は上流-86-79の領域に転写調節因子のHIF-1が作用することによって、引き起こされていることが強く示唆された。ラットprolyl4-hydroxylase(P4H)染色体DNAのクローニングを行い、転写調節に重要と考えられる5'上流領域の取得を試みた。まず、ラットcDNAの5'上流をクローニングするために、公表されているcDNAの5'末端に相補的な配列を持つプライマーを用いた5'RACE法を行ったところ、公表されている配列より27bp長いクローンを得た。このcDNA末端をプローブとしてラット染色体ライブラリーよりP4H染色体DNAのスクリーニングを行った結果、ラットP4Hの5′上流を含む全長約18kbの染色体DNAクローンを得た。今後は詳しい制限酵素地図の作成、5'上流領域の塩基配列の解読を行う。また、得られた5'上流領域を用いてルシフェラーゼアッセイを行い、低酸素に応答する転写調節領域の解析を行うことにより、酸素濃度の低下による遺伝子発現調節機構の解明を行いたい。
生体用チタン合金の耐摩耗性改善のための表面処理に関する研究

非消耗電極型アーク炉(大亜真空技研(株)製)によって各種合金のインゴットを溶製した.得られたチタンインゴットを現有の超高温高真空横型管状電気炉(理科工業(株)製)で均質化熱処理し,これを表面処理用の試料とする.ホウ化処理はハロゲン化剤であるホウフッ化カリウムなどの粉末とボロンの供給源とするアモルファスボロンの粉末,ならびに燒結防止のため配合するアルミナ粉末を混合した処理剤を入れたカプセル中に試料を埋没させ,上述の横型電気炉内で適当な処理条件(時間,温度)の熱処理を行った.まず,ホウ化処理によって形成した皮膜の表面と試料断面の観察を行い,皮膜の厚さ,地合金との密着性などのマクロな構造や欠陥等を評価した.これには光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製JSM-6400)を使用した.また,全自動X線回析システム(フィリップス製MPD1880,ディジタル・イクイップメント製ワークステーションMicro VAX3100を含む)を使用し,皮膜の構造解析ならびに構成相の同定を行い,表面の皮膜がTiB_2を主体としたものであることを確認した.皮膜の力学的性質の検討は極薄膜の硬さ測定が可能なダイナミック超微小硬度計(島津製作所製DUH-200,現有設備)によって評価した.上述の諸性質に関して,既存のチタン合金等の結果と比較して検討し,本研究で行った耐摩耗性のための表面処理の有用性を明らかにした.非消耗電極型アーク炉(大亜真空技研(株)製)によって各種合金のインゴットを溶製した.得られたチタンインゴットを現有の超高温高真空横型管状電気炉(理科工業(株)製)で均質化熱処理し,これを表面処理用の試料とする.ホウ化処理はハロゲン化剤であるホウフッ化カリウムなどの粉末とボロンの供給源とするアモルファスボロンの粉末,ならびに燒結防止のため配合するアルミナ粉末を混合した処理剤を入れたカプセル中に試料を埋没させ,上述の横型電気炉内で適当な処理条件(時間,温度)の熱処理を行った.まず,ホウ化処理によって形成した皮膜の表面と試料断面の観察を行い,皮膜の厚さ,地合金との密着性などのマクロな構造や欠陥等を評価した.これには光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製JSM-6400)を使用した.また,全自動X線回析システム(フィリップス製MPD1880,ディジタル・イクイップメント製ワークステーションMicro VAX3100を含む)を使用し,皮膜の構造解析ならびに構成相の同定を行い,表面の皮膜がTiB_2を主体としたものであることを確認した.皮膜の力学的性質の検討は極薄膜の硬さ測定が可能なダイナミック超微小硬度計(島津製作所製DUH-200,現有設備)によって評価した.上述の諸性質に関して,既存のチタン合金等の結果と比較して検討し,本研究で行った耐摩耗性のための表面処理の有用性を明らかにした.
モジュライの織り成す新しい物理とその観測可能性

フレーバー、CP、宇宙現象に関わる現在および将来の実験観測を通じて新しい物理の探求をおこなった。とくに自然界においてモジュライが果たす役割の検証を目指し、超対称理論、高次元理論、高エネルギー素粒子実験など多方面から研究を進めた。レプトン数・フレーバーの破れや超対称性の破れにともなうモジュライ場が、暗黒物質や加速器物理と関わる現象に着目して重点的に解析し、標準模型を超える新しい物理におけるモジュライ力学の観測可能性を議論した。●低エネルギー(電弱相互作用)の領域で、ゲージーノ質量が縮退している現象は、これまでに考慮されて来なかった新たな超対称性の観測可能性を生む。超共形変換のアノマリー効果が存在する系において、縮退が実現する一般的な条件を導出した。また、縮退したスペクトラムは、低エネルギー領域の観測値によってのみ決まり、あたかもゲージ結合定数に対する中間領域の閾値補正が無いように振る舞うことを明らかにした。さらに閾値の存在による縮退の安定性や、超重力理論の枠組みにおける縮退条件の力学的実現を考察した。●ニュートリノの世代混合の実験値は、世代空間において整列した真空構造を強く示唆している。これに対し、高次元空間における境界条件を用いた真空整列の新しい機構を提唱した。これまでの4次元における複雑なポテンシャル構成を必要とせず、かつ余剰次元空間の無矛盾条件から、真空整列の方向も少数に限られる可能性を指摘した。●レプトンの世代混合角はTri-bimaximal型と呼ばれる特徴的な構造で非常に良く近似される。レプトンの質量行列がカスケード型と呼ばれる形状である場合について、もたらされるさまざまな現象(フレーバーの破れやバリオン数生成等)の解析をおこなった。●PAMELA実験等における反粒子fluxの観測により、レプトンに結合する暗黒物質の存在が示唆されている。崩壊する暗黒物質に対して、その寿命とニュートリノ質量との間に強い関連があることを見出した。また右手型ニュートリノが高次元を伝搬する場合に、radionモジュライがこの性質をもつスカラー暗黒物質となることを示し、具体的な理論構成、陽電子fluxの議論をおこなった。●上述の枠組,すなわち右手型ニュートリノが高次元時空にある場合に、さまざまなシーソー機構を提示し、将来実験において検証可能であることを示した。とくにLarge hadron colliderにおける3レプトン終状態のモードを重点的に解析し、モデルの観測可能性を考察した。●高次元シーソーモデルについて、導出されるニュートリノ質量に対する時空の曲がりの影響を調べた。一般的な重力背景でのニュートリノ質量を評価した結果、曲がりを表す計量因子は全体的な係数としてのみ現れ、その他には全く影響を与えないことを見出した。1.右手型ニュートリノが5次元時空を伝播する場合に、シーソー機構を通じた将来実験における検証可能性を追究した。とくにLarge Hadron ColliderおよびInternational Linear Colliderの2つの加速器実験における3レプトン終状態のモードに注目した。昨年度までの解析に加えて、新たにレプトンの世代構造を取り入れた重点的な数値解析をおこない、シーソー機構・右手型ニュートリノ・余剰次元の観測可能性を考察した。2.近年の宇宙線観測衛星実験における反粒子線束の観測により、ダークマターの存在が示唆されている。宇宙年齢より長い寿命で崩壊するダークマターを考えた場合、寿命とニュートリノ質量の間に、大統一理論を通じた強い関連性を見出した。ダークマターは、ニュートリノ質量を与えるモジュライ場(小質量・大期待値)、もしくはゲージ一重項フェルミオンであり、世代を司る非可換離散対称性との関わりと陽電子線束の評価をおこなった。3.前年度までの結果を受け、シーソー機構の高次元実現をさらに追究した。特徴的に生み出されるニュートリノの質量パターンや、レプトン世代混合角との対比を詳細に解析してゆくことによって、実現可能性や観測可能性の議論へつなげる結果が得られ、論文にまとめて発表した。
認知機能亢進のための運動・栄養処方の開発

本研究の目的は,運動誘発性の脳神経活動および脳乳酸代謝の増加が認知機能を亢進させるという仮説を明らかにすることである.この仮説を明らかにすることで,本研究の終着点である,認知機能亢進のための運動・栄養処方の開発基盤を構築することが期待できる.本年度では,昨年度展開した現象論ベースの知見に加え,認知機能亢進のための運動・栄養補助プログラムをさらに検証した.加えて,運動誘発性認知機能亢進の作用機序解明に向けたアプローチを展開した.具体的には,以下に示すそれぞれの研究活動を展開した.1.局所的なレジスタンス運動(ニーエクステンションのみ)を行うだけで,認知機能が急性的に高まることを明らかにした.さらに,軽強度の運動を行った場合と比較して,乳酸がより多く産生されるような高強度の運動を行った場合,運動後に高まる認知機能への効用は,より強まることも明らかにした.2.運動開始1時間前に,脳神経活動を活性化させる高濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取することで,低濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取した対照条件と比較して,運動によって高まる認知機能はさらに高まることを明らかにした.3.コペンハーゲン大学の循環・代謝の研究で世界的に著名な研究グループと共同で,脳での乳酸取り込みなどの脳内代謝動態を直接的に測定する方法(脳を跨ぐ動静脈血濃度較差)を用いて,乳酸産生量が低下した運動後の認知機能が低下する機序の一つとして,脳乳酸代謝の低下が関与している可能性を明らかにした.4.博士学位申請論文を執筆し,早期修了制度を利用して博士号(スポーツ健康科学,立命館大学)を取得した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究の目的は,運動誘発性の脳神経活動および脳乳酸代謝の増加が認知機能を亢進させるという仮説を明らかにすることである.この仮説を明らかにすることで,本研究の終着点である,認知機能亢進のための運動・栄養処方の開発基盤を構築することが期待できる.そのため,本年度では,認知機能亢進のための運動・栄養補助プログラムの探索を,現象論ベースの検討を中心に,以下に示す研究活動を展開した.1.従来,認知機能を亢進させるために効果的な運動処方とされてきた中強度定常運動と比較して,高強度運動を間断的に繰り返し実施する高強度間欠的運動を実施した方が,運動後の認知機能の亢進がより長い時間持続することを明らかにした.2.この高強度間欠的運動後の認知機能亢進の持続性には,運動による乳酸産生量が重要な役割を担っている可能性があることを示した.3.運動によって亢進する認知機能を,より効果的に持続させるためには,一定の高い運動仕事量が必要となることを明らかにした.特に,仕事量(運動強度×実施時間)を構成する運動強度は,認知機能亢進のためにとても重要な役割を担っている可能性があることも明らかとした.4.運動前に,高濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取することで,低濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取した条件と比較して,運動による認知機能の亢進を相加的に高める可能性が示された.5.コペンハーゲン大学の循環・代謝の研究で世界的に著名な研究グループと共同で,脳での乳酸取り込みなどの脳内代謝動態を直接的に測定する方法(上腕動脈内頸静脈格差)により,脳代謝動態と認知機能の関係性を検討した.また,所属機関(立命館大学)における研究倫理教育を受けた.研究計画通り,認知機能亢進のための運動・栄養補助プログラムの探索を,現象論ベースの検討を中心に研究活動を展開できた.本研究により,運動誘発性の乳酸産生量が,運動によって亢進した認知機能の持続性に関与している可能性が明らかとなった.さらに,2年目で計画していた脳代謝動態の測定も実施し,現在解析中の段階にある.したがって,概ね順調に研究が遂行できていると判断できる.本研究の目的は,運動誘発性の脳神経活動および脳乳酸代謝の増加が認知機能を亢進させるという仮説を明らかにすることである.この仮説を明らかにすることで,本研究の終着点である,認知機能亢進のための運動・栄養処方の開発基盤を構築することが期待できる.本年度では,昨年度展開した現象論ベースの知見に加え,認知機能亢進のための運動・栄養補助プログラムをさらに検証した.加えて,運動誘発性認知機能亢進の作用機序解明に向けたアプローチを展開した.具体的には,以下に示すそれぞれの研究活動を展開した.1.局所的なレジスタンス運動(ニーエクステンションのみ)を行うだけで,認知機能が急性的に高まることを明らかにした.さらに,軽強度の運動を行った場合と比較して,乳酸がより多く産生されるような高強度の運動を行った場合,運動後に高まる認知機能への効用は,より強まることも明らかにした.2.運動開始1時間前に,脳神経活動を活性化させる高濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取することで,低濃度のココアフラバノールが含まれたココア飲料を摂取した対照条件と比較して,運動によって高まる認知機能はさらに高まることを明らかにした.

3.コペンハーゲン大学の循環・代謝の研究で世界的に著名な研究グループと共同で,脳での乳酸取り込みなどの脳内代謝動態を直接的に測定する方法(脳を跨ぐ動静脈血濃度較差)を用いて,乳酸産生量が低下した運動後の認知機能が低下する機序の一つとして,脳乳酸代謝の低下が関与している可能性を明らかにした.4.博士学位申請論文を執筆し,早期修了制度を利用して博士号(スポーツ健康科学,立命館大学)を取得した.今後は,運動によって変化する脳代謝動態(グルコースや乳酸等)と認知機能の関係性を構築する.さらに,MR装置を用いて,運動後の局所的な脳神経活動の活性化および脳代謝動態の検討も試みる.また,繰り返しの運動前に,エネルギー源(特に乳酸)を補給すると,認知機能の回復がみられるのか検討する.これらによって,認知機能亢進のための運動・栄養処方の急性的な応答を検討し,開発基盤を構築することで,3年目では慢性的な応答の検討を目指す.これまでの研究成果について,学術論文として公表する.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。