hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膝関節骨部の動的特性の測定評価法の確立

さらに新たな動的特性パラメータの抽出法を構築し,評価を行った.次年度に国際学会にて口頭発表(採択済み)を行い,論文投稿を行う.患者を対象に動的特性を抽出する際,患者の屈曲運動が大きいことから動的特性抽出時にエラーの発生が確認された.このとき,オペレータによる修正作業を必要とするため,作業効率の低下を招く.そこで,屈曲運動速度に頑健な手法の構築を行った.これにより今後さらに被験者を募った際により効率的な解析が行えるようになった.上記内容を国内学会1件にて口頭発表を行った.膝関節疾患の診断において,骨部のみならず軟部組織の特性評価が重要となる.特に非侵襲な画像診断における評価が期待されている.膝関節疾患の一つである変形性膝関節症はその発症時に構成成分であるプロテオグリカンやコラーゲンの減少が認められる.そこで本研究ではMRIを用いた軟部組織の構成成分評価法の構築を行う.これに先立ち,物理ファントムおよび豚膝関節を用い,軟部組織の各構成成分の濃度とMR信号との関係の調査を行った.膝関節疾患の保存的療法のひとつである装具療法は,医師の経験に基づいて装具選択が行われる.患者ごとに適切な選択を行うためには膝関節の動的特性が必要となる.そこで,我々は連続X線透視像と3次元CT像を用いた2D/3Dレジストレーション法を応用し,膝関節の動的特性抽出を行うことを目的とする.昨年度までに健常者13名,変形性膝関節症患者12名を対象とした撮影実験の実施と膝関節の動的特性抽出システムの開発を行った.これらデータとシステムを用いて医学分野と産業分野への応用を行った.医学分野への応用では健常者と変形性膝関節症患者の膝関節動態の比較を行い,本システムの有効性の確認を行った.その結果,比較に有効なパラメータを見出すなど,新たな知見を得た.この成果に関しては論文投稿を行い,現在査読行程中にある.産業分野への応用として,膝関節用装具装着前後での膝関節動態を比較することで,膝関節用装具の効果測定を行った.装具効果による動態の大きな改善は確認されなかったものの,装具によって異なる補正効果があることが確認された.この知見は英文ジャーナルへ投稿を行い,採択を得た.(Journal of Medical Imaging and Healt hInfbrmatics)膝関節軟骨の評価法としてMRI画像からT1ρマップとT2マップを作成する手順を構築した.これら患者データは撮影を終えた後に手術を行っており,対象の軟骨を切除し,医師により評価が行われている.軟骨評価用として変形性膝関節症患者28名のMRIデータを取得し,上記システムを用いて解析を行った.疾患が進行している領域においてT1ρ値,T2値に変化が見られた.しかし,この数値の変化の発生機序との因果関係は解明できていないため,今後は医師による評価とMRIから得た評価情報,さらには各種軟骨構成成分との比較を行う.患者データの数例において,動的特性抽出時にエラーの発生が確認された.これに伴う修正作業は多大な時間を必要とする.これによって進捗がやや遅れた.本年度中にこれに対する改善を行ったため,今後は計画通りに遂行できるものと考える.また,本年度はデータの収集を優先して行ってきたため,解析に遅れが生じている.
リモートセンシングとソーシャルセンシングの融合による被災地支援策の刷新

津波浸水予測、建物被害予測、空間情報処理という3つの要素技術を統合して,有効な被災地支援策の立案に資するための広域被害把握の研究を実施した.1)緊急地震速報から最悪の津波シナリオを即時推定する二段階多数シナリオ解析手法を構築し,想定地震へ適用し,有効性を実証した.2)2015年鬼怒川洪水による茨城県常総市を対象とし,ALOS-2/PALSAR-2によって撮影された2時期のSAR画像を用いて,差分処理により浸水域を抽出できることを実証した.3)災害発生後にビッグデータ情報資源として配信されるウェブニュースの情報を縮約して,状況把握を支援する方法を開発し,検証を行った.巨大地震・津波災害による被災地の回復力(Resiliency)を向上させるために,被災地の被害の全容を把握して必要な支援の質と量を推計するリアルタイムシミュレーション・リモートセンシングと,被災者の生活回復度や被災地社会の安定度を計測するソーシャルセンシングを高度に融合し,全く新しい被災地支援技術を創成する.25年度は以下の3課題に取り組んだ.(1)シミュレーションと津波被害関数による津波被害の推定手法の開発:東日本大震災の建物被害実態に基づき,即時的津波被害予測のための津波被害関数を構築した.具体的には,津波浸水域内の建物被害を4段階(流失・全壊・半壊・一部損壊)に分類し,津波の流体力学的諸量(浸水深・流速)の関連で被害率を求めた.(2)リモートセンシングによる建物被害の把握:衛星画像と航空写真を用いたリモートセンシングによる津波浸水域,建物被害の量的把握を目指した画像解析手法を開発した.特に,昼夜・天候を問わず観測が可能な合成開口レーダー(SAR)を用いた被害把握手法を開発した.(3)ソーシャルセンシングによる被災地状況の把握:ソーシャルネットワークのデータから位置・被害状況を分析し,その空間分布を明らかにすることができた.以下の3つの成果を得た.1)南海トラフの巨大地震・津波災害の即時的被害予測を目標に,リアルタイムシミュレーション手法の高度化に取り組んだ.これまで開発した津波計算のソースコードの並列化,スーパーコンピュータでの実行を前提としたソースコードの最適化アルゴリズムを検討した.2)津波被害関数の高度化に取り組んだ.津波による建物被害推計には,対象地域の津波浸水深や流速を数値解析により推定し,建物被害程度との関連で建物被害棟数を求めるのが一般的である.この関係として「津波被害関数」と呼ばれる指標が用いられることが多く,建物流失率と浸水深の関係式がよく利用される.現在は,建物構造別の被害関数が多く整備されているが,建物密集度や建物分布の影響が考慮されていない.また,対象地域の海岸地形の違い(リアス式海岸部・平野部)や津波減衰効果の有無で被災建物を区分することで,被害関数の高度化が図られているが,1つの地域特性にのみ着目していることと,どちらも定性的な区分に過ぎないことから,複数の地域特性を定量的に考慮することが課題である.本研究では津波被害の地域特性について,湾地形,標高・地形勾配,海岸保全状況,建物構造と分布状況という4つの観点から定量的に評価し,対象地域の津波被害関数を類型化を行った.3)2013年11月にフィリピンで発生した台風Haiyanの被災地での解析を行った.複数センサによる衛星画像の解析により,浸水範囲,建物被害分布を明らかにすることができた.具体的には,台風前後に撮影された3時期の合成開口レーダ画像を用いて,変化抽出解析を通じて建物被害を把握した.目視判読による建物被害分類と台風前後画像間における相関係数の関係性を調べ,相関係数の変化から建物の被害レベルを推定するモデルを作成した.今年度は,シミュレーションによる予測情報とセンシング等による把握情報の融合という視点で,災害の被害情報取得の高度化を目標に取り組んだ結果,以下に列挙する成果を得ることができた.1)リアルタイムシミュレーション,センシング,空間情報処理を融合したリアルタイム津波浸水・被害予測技術の実証を,高知県,静岡県,宮城県をケーススタディとして行った.地震情報の自動取得と津波の発生予測(10分以内),津波伝播・浸水・被害予測(10分以内),結果の図化・配信を10mメッシュで行うという目標を「トリプル10(テン)チャレンジ」として達成したことに加え,東北大学のスーパーコンピュータに災害時モードを新たに導入し,いつ津波が発生しても迅速に予測ができるよう,スパコンの緊急利用技術を実用化した.2)巨大津波災害の発生直後,広域に及ぶ津波被災地の被害を把握するには,リモートセンシング技術が必要である.様々なプラットフォーム・センサの中でも衛星搭載の合成開口レーダは被災地の撮像可能性が高いため,迅速な広域被害把握に期待が高い.津波被災前後の被災地を捉えたL-バンドSAR(ALOS/PALSAR)により,建物流失棟数を推計する手法を開発した.X-バンドSARによる解析に比べると精度が落ちるものの,災害発生直後の早期の被害全容把握には十分な精度(ピアソン積率相関係数=0.97)を得る事ができた.3)被災地の生活支障や支援ニーズが被災地での被害程度に関連しているという仮説に立脚し,広域被害把握技術とモバイル端末等からのツイートデータの分析を融合し,被災地内の被害程度(浸水深,建物被害,人的被害)と生活支障や支援ニーズとの関連性を明らかにしようと試みた.

現時点においては,震災発生前と震災発生後のツィートの空間的分布および増加特性と津波浸水域内の被害状況の関連性は見いだせていないが,引き続き丁寧な解析を行っていく.当初設定した研究計画における各要素技術(リアルタイムシミュレーション,リモートセンシング,広域被害把握,ソーシャルセンシングによる被災地動態把握)に関する研究は順調に行われており,成果の積み重ねおよび成果の公表も順調である.津波浸水予測、建物被害予測、空間情報処理という3つの要素技術を統合して,有効な被災地支援策の立案に資するための広域被害把握の研究を実施した.1)緊急地震速報から最悪の津波シナリオを即時推定する二段階多数シナリオ解析手法を構築し,想定地震へ適用し,有効性を実証した.使用した計算環境は,XeonE5-2687W(2CPU,6nodes)で,本手法の解析に要した時間は3分程度であり,簡便にリアルタイム多数シナリオ解析が可能であることを明らかにした.60通りの想定地震に本手法を適用して推定精度の検証を行った結果,震源と観測点の距離が大きくなるほど,本手法の津波予測精度が高くなることがわかった.2)2015年鬼怒川洪水による茨城県常総市を対象とし,ALOS-2/PALSAR-2によって撮影された2時期のSAR画像を用いて,差分処理により浸水域を抽出する手法を開発した.浸水域抽出のための閾値の設定は,平均差分図の画素のヒストグラムの平均値と標準偏差の差を用いて決定した.以上の浸水域を,被災後SAR撮像時点での浸水域とした.現地調査の結果と良好に整合しており,PALSAR-2による浸水域の抽出は津波,洪水を問わず可能であることを実証できた,3)災害発生後にビッグデータ情報資源として配信される,ウェブニュースの情報を縮約して,状況把握を支援することを目的にして,時間断面ごとに,クラスタリングし,そこから代表的な内容を提示するアルゴリズムを設計し,その評価実験によって同アルゴリズムの精度を明らかにした.津波浸水予測、建物被害予測、空間情報処理という3つの要素技術を統合して,有効な被災地支援策の立案に資するための広域被害把握の研究を実施した.1)緊急地震速報から最悪の津波シナリオを即時推定する二段階多数シナリオ解析手法を構築し,想定地震へ適用し,有効性を実証した.2)2015年鬼怒川洪水による茨城県常総市を対象とし,ALOS-2/PALSAR-2によって撮影された2時期のSAR画像を用いて,差分処理により浸水域を抽出できることを実証した.3)災害発生後にビッグデータ情報資源として配信されるウェブニュースの情報を縮約して,状況把握を支援する方法を開発し,検証を行った.当初設定した研究計画は,1)リアルタイムシミュレーション手法の構築,2)リモートセンシングによる撮像シナリオの構築,3)津波災害以外での被災地での被害把握の試行,4)ソーシャルデータからの被害状況の把握という4つの課題であった,1)4)について,査読論文に投稿(一部出版済み)できる成果を得ることができた.激甚な被災地の回復力を高めるために必要なことは,被害の全体像の推定・把握であり,その次に被害の程度に応じた救護・支援策を展開することである.前者の課題については,広域被害把握研究の枠組みが対応しており,我々の研究分野の成果が蓄積されている.一方,被災地内でどのような生活支障が生じ,激甚な被害からの回復に向けた支援が必要とされているかを早期に把握することは容易ではないが,SNS等の被災者自身が発信する情報が被災地の社会動態の理解に重要な役割を果たしうるという期待がある.
患者がエビデンスとナラティブをつないで意思決定できるディシジョン・エイドの開発

本研究は、患者が治療法や療養生活の選択において、エビデンスに関する情報を得られて、自分の価値観をつないで意思決定できるガイド(ディシジョン・エイド)を開発することを目的とした。難しい決定の1つである乳がんの術式選択に焦点をあてディシジョン・エイドを開発した。開発過程では、1)患者のニーズ把握、2)試案作成、3)体験者による内容評価、4)医師と看護師の確認、を行った。手術を受ける予定のある乳がん女性にディシジョン・エイドを提供し評価を行った結果、意思決定ガイドの提供により意思決定の葛藤の減少に効果があった。平成25年度は、以下の1)4)のプロセスを経てディシジョン・エイドを開発した。1)ニーズの把握:患者の価値観が決定に影響する場合の患者の意思決定プロセスにおける経験を価値観の対立、情報源の活用、ディシジョン・エイド活用に対するニーズという視点から把握するため、治療選択の経験がある乳がん体験者10名を対象にインタビューを実施した。逐語録より、意思決定の葛藤が生じる価値基準5カテゴリーの抽出、情報源の1つとして体験者の体験談の活用頻度とメリット・デメリットを抽出した。また決定プロセスのニーズとして、ディシジョン・エイド活用のニーズ、情報整理、気持ちの整理の支援ニーズがあることが示された。2)ディシジョン・エイド(試案)の作成:1)の結果、先行研究などを参考に、ディシジョン・エイド(試案)をオタワの意思決定サポートの枠組みを基盤とし作成した。本研究では、決定に価値観が影響する初期乳がん患者の術式選択を取り上げた。選択肢である乳房温存術(+放射線治療)と乳房切除術における生存率は、初期乳がん患者で同等であるというエビデンスより決定における価値観の明確化が重要であることからこの題材を取り上げた。3)ディシジョン・エイド(試案)の内容適切性の検討:ディシジョン・エイド(試案)のわかりやすさ、長さなどの内容適切性を検討するため、術式選択の経験のある乳がん体験者14名を対象に、質問紙調査とフォーカスグループインタビューを実施した。また、文献検討より、ディシジョン・エイドの研究課題の1つに体験者の体験談をディシジョン・エイドに含むか含まないかのエビデンス蓄積の必要性が示唆されていることから、本研究で意思決定プロセスと決定の結果に対する体験談を収集し、その効果を評価することとした。4)ディシジョン・エイドの修正:3)の結果と、医療専門家による内容確認を踏まえてディシジョン・エイドを修正した。世界のディシジョン・エイド研究は、効果が実証されたディシジョン・エイドにどのような情報を含めばより効果が高まるかを検証する時期に入っており、体験者のナラティブを含むディシジョン・エイドの効果がまだ検証されていない。平成26年度は、患者の価値観が決定に影響するため葛藤を伴いやすい乳がんの術式選択に焦点をあて、開発したディシジョン・エイドの効果検証を実施した。1)研究デザイン:介入群2群と比較群を置くランダム化比較試験(介入群は、体験者のナラティブとその活用方法を含むディシジョン・エイドを提供する群(ナラティブあり群)と、含まないディシジョン・エイドを提供する群(ナラティブなし群)の2群、比較群はディシジョン・エイドを提供しない群と設定し合わせて3群を比較。2)対象:初期乳がん(Stage0期II期)と診断され、術前化学療法を行わず手術を受ける予定の女性210名(各群70名)。3)介入方法:同意が得られた研究対象者を無作為に割付けた。いずれの群も、介入前(乳がんの手術が必要と判断され精密検査を実施している時期、介入後(術式が決定し手術を受けるまでの間)、術後1か月後に質問紙調査票への回答を依頼し郵送法にて回収した。4)測定項目:意思決定の葛藤、意思決定の満足度、不安とし、体験者のナラティブの利用度や有用性等を確認した。研究にあたり所属施設の倫理審査委員会の承認を得た上で実施した。5)進捗状況:2014年8月より乳がん認定施設1施設にて研究協力者のリクルートを開始したが、リクルート対象患者および研究協力に同意の得られる患者が予定の見積もりより少なく、リクルート期間を延長する必要性が発生したため、研究期間を延長しリクルートを継続した。データ収集終了後、統計解析ソフトSPSSを使用した分析を行い、介入後のアウトカム平均値の差の比較、変化量の比較等、実施する予定である。平成27年度は、1)ディシジョン・エイドの評価(平成26年度より継続),2)ディシジョン・エイドの理解を深めるコンテンツ作成を行った。1)ディシジョン・エイドの評価:平成26年度に続き、予定よりリクルート期間を要したため期間を延長しディシジョン・エイドの評価を実施した。葛藤を伴いやすい乳がん術式選択に焦点をあて、手術を受ける予定の乳がん患者を対象にランダム化比較試験を実施した。Primary Outcomeを意思決定の葛藤とし、Decisional Conflict Scale(DCS)(O'Connor, 1995)日本語版(Kawaguchi et al., 2013)を使用し、基本属性等を含む自記式質問紙を作成し介入前(Time 1)、介入後の術式決定後(Time 2)、術後1か月後(Time 3)に測定し、ITT解析にて共分散分析と多重比較法(Sidak法)によるPrimary Outcomeの分析を行った。

有効回答とみなす患者174名において3群間のDCS得点比較の結果、Time 2 DCS合計得点は2つの介入群ともに対照群と比較し有意な得点の差は認められなかったが、Time 3 DCS合計得点は2つの介入群ともに対照群と比較し有意に得点が低かった。結論として、初期乳がん患者に術式選択に関するディシジョン・エイドにナラティブ情報を含める場合と含めない場合双方ともに手術後1カ月後の意思決定葛藤を低下することがわかった。2)ディシジョン・エイドの理解を深めるコンテンツ作成:文献検討により得られた知見を基に、市民と医療者がディシジョン・エイドについての理解を深めるためのコンテンツを作成した。本研究は、患者が治療法や療養生活の選択において、エビデンスに関する情報を得られて、自分の価値観をつないで意思決定できるガイド(ディシジョン・エイド)を開発することを目的とした。難しい決定の1つである乳がんの術式選択に焦点をあてディシジョン・エイドを開発した。開発過程では、1)患者のニーズ把握、2)試案作成、3)体験者による内容評価、4)医師と看護師の確認、を行った。手術を受ける予定のある乳がん女性にディシジョン・エイドを提供し評価を行った結果、意思決定ガイドの提供により意思決定の葛藤の減少に効果があった。研究の当初の予定ではプロセス評価として開発したディシジョン・エイドの内容適切性の検討およびfeasibility testを最終目標としていたが、文献検討の結果、海外のディシジョン・エイドに関する研究が速いスピードで発展し蓄積されているため、ディシジョン・エイドの開発に続きアウトカム評価に進んだ。文献検討により得られた知見を基に、市民と医療者がディシジョン・エイドについての理解を深めるために作成したコンテンツを掲載する。看護情報学本研究は当初の計画以上に進展している。リクルート対象患者および研究協力に同意の得られる患者が予定の見積もりより少なくリクルート期間を延長する必要性が発生し期間を延長したが、その後順調にリクルートが進んでいる。データ収集終了後速やかに分析作業を行うことで成果が得られると考える。ディシジョン・エイド開発のプロセスを経て、ディシジョン・エイドの開発ができた。研究開始当初の計画時と比較し、海外の研究が速いスピードで発展し蓄積されていることがわかったため、アウトカム評価まで実施することとした。アウトカム評価は実際にこれから治療の選択を必要とする患者を対象としたものとしたが、研究協力者のリクルートに、期間を要したためデータ収集期間を延長する必要性が生じた。平成25年度の文献検討より、海外では乳がんの術式選択のディシジョン・エイドの開発と評価が複数実施されていること、最新のディシジョン・エイドのシステマティックレビューの結果からディシジョン・エイドの効果として意思決定における知識向上、葛藤の低下、決定プロセスと結果に対する満足度の向上があげられていることが明らかにされている。かつディシジョン・エイドの介入は害にならないという結果があることから、わが国での導入推進のために当初予定していたプロセス評価(修正版のインターネット公開と内容適切性の検討、feasibility test)は実施せず、アウトカム評価を実施することに変更した。
ヒトの脳内情報処理過程に対する一過性の運動効果の解明

本研究はヒトの脳内情報処理過程に対する一過性の運動効果の解明を目的として,以下の研究成果を得た-(1)30分間の中強度運動直後には運動準備過程に関わる皮質運動関連領野(運動野,運動前野,補足運動野など)の神経活動が賦活した。(2)刺激の認知処理過程と反応準備過程で一過性運動の効果の持続時間が異なった。(3)中強度運動中には覚醒水準の変動や前頭葉の賦活に伴い、無意識的な刺激処理過程に関わる神経活動が高まった。ヒトの脳内情報処理過程に対する運動効果を解明することを目的とし,本年度はヒトの脳内情報処理過程を非侵襲的に調べる有効な指標である事象関連脳電位(ERPs)を用い,以下の2つの研究課題を検討した.まず,一過性の運動が脳内の認知処理過程に及ぼす影響を検討するため,運動習慣を有する群(運動群)と有さない群(非運動群)において,強度の異なる20分間の自転車ペダリング運動後にGo/NoGo反応時間課題を実施し,課題遂行中にERPsを測定した.その結果, ERPsの中でも刺激の認知処理に関わる神経活動を反映するP3振幅は非運動群においてのみ運動強度の違いによって異なる変化を示した(中強度運動後にP3振幅が顕著に増大).次に,一過性の運動が脳内の運動準備過程に及ぼす影響を検討するため, 30分間の中強度運動前・直後・回復期(運動終了後30分)にグリップ把持課題を実施し,課題遂行中にERPsを測定した.その結果, ERPsの中でも脳内の運動準備過程に関わる神経活動を反映する運動関連脳電位は運動前に比べて運動直後で振幅が増大した.以上のことから,運動習慣のない者においては運動強度の違いにより認知処理過程に対する運動効果が異なり,逆に運動習慣を有する者は運動強度に関わらず認知処理過程の機能を良好に維持できるものと考えられる.また, 30分間の中強度運動直後には運動準備過程に関わる皮質運動関連領野(運動野,運動前野,補足運動野など)の神経活動が賦活することが示された.本研究の結果は,一過性の中強度運動はヒトの脳内情報処理過程,その中でも刺激の認知処理過程と運動準備過程に関わる神経活動を賦活させ,その機能を亢進させる可能性を示唆するものである.ヒトの脳内情報処理過程に対する一過性の運動効果を解明することを目的とし,本年度は一過性の運動が脳内情報処理過程に及ぼす影響の持続時間を検討した。本研究は精神疾患や神経疾患の既往歴のない若年者14名を対象に実施された。本研究は運動を行わずに約30分間隔でGo/NoGo反応時間課題を行うコントロール条件と,30分間の中強度運動前後及び運動終了後約30分の時点でGo/NoGo反応時間課題を行う運動条件で構成された。その結果,反応時間はいずれの条件においても有意差が認められなかったが,覚醒水準の指標となる随伴陰性変動(CNV)の早期成分の振幅,刺激の認知処理に関わる神経活動を反映するGo P3振幅,反応抑制の機能を反映するNoGo P3振幅は運動直後で顕著に増大した。さらに運動条件において,反応準備過程を反映する後期CNV振幅は運動前に比べて運動直後及び運動終了後約30分の時点においても高振幅を示した。以上のことから,本研究で実施した30分間の中強度運動は覚醒水準に影響を及ぼし,それに伴って刺激に対する認知処理過程や反応抑制,反応準備に関わる神経活動を賦活させたと考えられる。また,後期CNV振幅については運動直後のみならず,運動終了後約30分の時点においても高振幅を示し,刺激の認知処理過程と反応準備過程で一過性の運動に対する影響の現れ方が異なる可能性も示唆された。運動遂行には皮質運動関連領野(一次運動野,一次体性感覚野,前運動野,補足運動野など)に加えて小脳,大脳基底核,小脳などの皮質下部位も広汎に賦活する。これらの脳部位は後期CNVの発生にも貢献しており,一過性の運動の影響をより強く受けたのかもしれない。ヒトの脳内情報処理過程に対する一過性の運動効果を解明ることを目的とし,今年度は一過性の運動中における自動的な脳内情報処理過程(刺激に対して能動的に注意を向けない)への影響について,事象関連電位のミスマッチ陰性電位(MMN)を用いて検討した.本研究は精神疾患や神経疾患の既往歴のない若年者34名を対象に実施された。本研究は運動を行わずにMMNを測定するコントロール条件と心拍数予備能(HRR)の20%,40%の強度の自転車ペダリング運動中にMMNを測定する運動条件で構成された.MMNの誘発には聴覚刺激を用い,500Hz(240回)と750Hz(60回)の聴覚刺激を1秒間隔でランダムに提示した.前頭葉(Fz)から導出されたMMN振幅はコントロール条件,20%HRR条件に比べ40%HRR条件で有意に増大した.
カイコにおける条件付き遺伝子ノックアウト法の開発

カイコの中部絹糸腺を有用タンパク質生産を行う器官として最適化するため、内在性のセリシンタンパク質の発現を外部からコントロールできるカイコ系統の作出を目的としている。2年目は、初年度にクローニングを行ったヒートショックプロモーターに制御されるTALEN遺伝子をカイコゲノムへ導入し、体色マーカー遺伝子の破壊を誘導するための条件検討を行うとともに、本来の目的であるSer1遺伝子を破壊するTALENをカイコに導入するためのベクターを調製した。幼虫の体色を制御するBmBLOS2遺伝子をターゲットとする1対のTALEN遺伝子をそれぞれ異なる蛍光マーカー遺伝子GFPおよびDsRed遺伝子を持つpiggyBacベクターに組み込み、各3系統以上の組換えカイコを作出した。これらを休眠系統と交配し、保存するとともに、異なるTALENを持つ系統同士を交配し、11蛾区の受精卵を採取した。これら11種類の受精卵について、孵化のおよそ3日前(点青期)に42°Cに2時間置くことによりTALEN遺伝子の発現を誘導した。5齢期に幼虫体色を観察したところ、油蚕形質の発現は認められなかった。次に、ヒートショックによる発現誘導の時期を産卵翌日とし、6蛾区について同様の試験を行ったところ、すべての蛾区でモザイク状の油蚕形質が確認された。TALEN遺伝子を片方のみ持つか全く持たない個体については、すべて野生型の形質であった。モザイクの程度は系統および個体によって異なり、遺伝子の挿入部位によってTALEN発現の強さが異なることが示唆された。体色マーカー遺伝子により条件付きの遺伝子のノックアウトが確認されたため、初年度に最も効率よくSer1遺伝子を破壊することが確認されたTALEN遺伝子を組み込んだpiggyBacベクターを作製し、カイコ受精卵に注入した。Ser1遺伝子を破壊するTALEN遺伝子をカイコゲノムに導入するためのpiggyBacベクターは、制限酵素とDNAリガーゼを用いる通常のクローニング方法により調製することができなかった。高度の反復配列を含む比較的大きなプラスミドベクターであったため、大腸菌内で構造が不安定であるためと考えられた。これを解決するため、1)プラスミドベクターから不必要な配列を除去し、2)TALEN遺伝子の反復配列はクローニングの最終段階でGolden gate法により組み込むよう改善を行った。正確性の高いPCRとIn-Fusion酵素を用いたクローニング法を利用して、piggyBac転移酵素の認識配列とマーカー遺伝子を組み込んだTALEN遺伝子調製用のベクターを作製した。このベクターに塩基認識部位である繰り返し配列をGolden gate法により組み込み、TALEN遺伝子導入用のpiggyBacベクターの作製が確実に行えるようになった。Ser1遺伝子を破壊するTALEN遺伝子を組み込んだカイコ系統を作製し、受精卵のヒートショック処理によりどの程度のSer1遺伝子が破壊されるか測定する。また、それによるSer1タンパク質の減少の程度を測定する。さらに、ヒートショック処理を行わない場合、吐糸および継代に影響がないことを確認する。当初の計画にあった中部絹糸腺における外来遺伝子の発現量の向上についても実験準備を進めるが、これまでの進捗の遅れのため、計画期間中の達成は困難と考えられる。そのため、Ser1タンパク質の減少を確認する段階で成果を一旦とりまとめ、残された部分については、研究期間終了後に他の研究資金により研究を継続する。今後、課題の進捗に合わせて随時必要な試薬等を購入する。カイコの中部絹糸腺はセリシンタンパク質を大量に合成分泌する器官であり、遺伝子組換えカイコによる有用物質生産に利用されている。その際、大量の内在性セリシンが生産効率の低下の原因となっている。我々はゲノム編集技術を用いたセリシン遺伝子(Ser1)のノックアウトに成功しており、セリシンをほとんど分泌しないカイコ系統を得ているが、それらの系統はセリシンを失うことで大量のフィブロインを正常に吐糸できず、蛹化あるいは羽化できない個体が多いため維持が困難である。そこで、Ser1を標的とする人工ヌクレアーゼであるTALENをあらかじめカイコのゲノムに挿入し、必要な時に発現を誘導することによりSer1をノックアウトできる条件付きノックアウトを試みる。今年度は、ゲノムに挿入したTALEN遺伝子の動作確認とセリシンの合成を有効に妨害できるTALENの選定を平行して進めた。まず、TALENのクローニングベクターにhsp70遺伝子のプロモーターを挿入し、熱を加えることによりカイコ体内で転写が開始するよう改変した。すでに効率が確認されているTALEN遺伝子をこのベクターに組み込み、さらにpiggyBacベクターに組み込んだ。これを288粒のカイコ受精卵に注射したが、期待した組換え個体は得られなかった。注射したベクターが約14kbと比較的大きく、導入効率に問題がある可能性が考えられたため、1対のTALEN遺伝子を別々のpiggyBacベクターに組み込み、生殖細胞への導入を試みている。一方、Ser1の転写制御領域、翻訳開始領域、反復領域のそれぞれを標的とするTALENのクローニングを行い、それぞれ48粒の受精卵に注射し、注射世代の営繭状態を観察した。その結果、反復領域を標的とするTALENのみで薄皮繭が多数出現し、条件付きSer1遺伝子ノックアウトに利用できることを確認した。Ser1を標的とするTALENの選定は予定通り進み完了したが、TALEN遺伝子のゲノムへの挿入に失敗し、計画が少し遅れている。概要に述べた通りの方法で対処しているところである。

2年目は、初年度にクローニングを行ったヒートショックプロモーターに制御されるTALEN遺伝子をカイコゲノムへ導入し、体色マーカー遺伝子の破壊を誘導するための条件検討を行うとともに、本来の目的であるSer1遺伝子を破壊するTALENをカイコに導入するためのベクターを調製した。幼虫の体色を制御するBmBLOS2遺伝子をターゲットとする1対のTALEN遺伝子をそれぞれ異なる蛍光マーカー遺伝子GFPおよびDsRed遺伝子を持つpiggyBacベクターに組み込み、各3系統以上の組換えカイコを作出した。これらを休眠系統と交配し、保存するとともに、異なるTALENを持つ系統同士を交配し、11蛾区の受精卵を採取した。これら11種類の受精卵について、孵化のおよそ3日前(点青期)に42°Cに2時間置くことによりTALEN遺伝子の発現を誘導した。5齢期に幼虫体色を観察したところ、油蚕形質の発現は認められなかった。次に、ヒートショックによる発現誘導の時期を産卵翌日とし、6蛾区について同様の試験を行ったところ、すべての蛾区でモザイク状の油蚕形質が確認された。TALEN遺伝子を片方のみ持つか全く持たない個体については、すべて野生型の形質であった。モザイクの程度は系統および個体によって異なり、遺伝子の挿入部位によってTALEN発現の強さが異なることが示唆された。体色マーカー遺伝子により条件付きの遺伝子のノックアウトが確認されたため、初年度に最も効率よくSer1遺伝子を破壊することが確認されたTALEN遺伝子を組み込んだpiggyBacベクターを作製し、カイコ受精卵に注入した。Ser1遺伝子を破壊するTALEN遺伝子をカイコゲノムに導入するためのpiggyBacベクターは、制限酵素とDNAリガーゼを用いる通常のクローニング方法により調製することができなかった。高度の反復配列を含む比較的大きなプラスミドベクターであったため、大腸菌内で構造が不安定であるためと考えられた。これを解決するため、1)プラスミドベクターから不必要な配列を除去し、2)TALEN遺伝子の反復配列はクローニングの最終段階でGolden gate法により組み込むよう改善を行った。正確性の高いPCRとIn-Fusion酵素を用いたクローニング法を利用して、piggyBac転移酵素の認識配列とマーカー遺伝子を組み込んだTALEN遺伝子調製用のベクターを作製した。このベクターに塩基認識部位である繰り返し配列をGolden gate法により組み込み、TALEN遺伝子導入用のpiggyBacベクターの作製が確実に行えるようになった。現在、幼虫皮膚の体色に関係する遺伝子を標的とするTALENのゲノムへの導入を試みている。早急に導入を完了し、熱処理による動作確認を行う予定である。
高度侵襲下のインスリン抵抗性に関するIL-18の影響と雌雄差の検討

侵襲後のサイトカイン増加はインスリン抵抗性を引き起こし、血糖コントロールを困難にすることで予後悪化に関連している。本研究では、急性炎症下の血糖変動への性差とIL-18の関与についてマウス急性炎症モデルで検討した。ノックアウトマウスを用いた検討により、内因性のIL-18は侵襲時の血糖値、インスリン値を肝臓のインスリンシグナルを介して抑制している可能性が示唆された。また、性別によって低血糖となる機序に差がある可能性が示唆されたが、IL-18と性差との関連についてはさらなる検証が必要である。本研究では、急性炎症下の血糖変動への性差とIL-18の関与について検討した。マウスに40 mg/kgのLPSを用いて急性エンドトキシン血症モデルを作成した。血糖値はLPS投与後1時間後に高血糖を引き起こし、その後低血糖に陥った。6時間後の血中インスリン濃度は高値を示したが、雌に比べて雄の方が高値であった。肝臓のmRNA発現量は、IRS-1に変化は見られなかったが、IRS-2はLPS投与で有意に増加し、雄よりも雌で有意な増加がみられた。雌では、Cbl-bも有意に増加した。好中球のアポトーシスも雄では抑制されるが、雌では促進傾向が見られた。これらより、エンドトキシン誘発の低血糖では機序に性差が存在する可能性が示唆された。次に、高血糖を示したLPS投与後1時間に着目し、IL-18ノックアウトマウス(KO)を用いて検討した。野生型(WT)ではLPSにより血糖が上昇し、それはKOでさらに顕著であった。このとき、血漿中インスリン濃度はWTに比べKOで高値であり、コルチコステロン濃度に有意差は見られなかった。各種インスリン関連シグナルは、筋肉や脂肪では有意な差は見られなかったが、肝臓においてはIRS-1の発現がKOで有意に低値であった。よって、急性炎症期にはIL-18KOマウスでは高血糖、高インスリン血症が確認され、インスリンシグナルの低下が機序として考えられた。血漿中TNF-α濃度に有意差は見られず、IL-6濃度はKOで有意に高値であったが、インスリンシグナルとの関連についてはさらに検討を要する。マウス急性エンドトキシン血症モデルの超急性期では、IL-18は、LPSに惹起される高サイトカイン血症と高血糖、高インスリン血症を抑制する可能性が示唆された。また、それに引き続く低血糖期では、低血糖の機序が性別で異なる可能性が示唆された。しかし、詳細な機序はさらなる検討が必要である。近年、高度侵襲下生じるインスリン抵抗性が、救急患者における血糖管理に関与することと、炎症性サイトカインであるIL-18血中濃度が、メタボリックシンドロームにおける循環器系疾患の発症率に関与することが明らかとなった。本研究は、高度侵襲下のインスリン抵抗性におけるIL-18の役割をマウス敗血症モデルにおいて検討するものであり、IL-18濃度の上昇はインスリン抵抗性を促進させると予測した。平成23年度はエンドトキシン血症モデルマウスを用いた検討を行った。C57BL/6J(WT)及びIL-18 knock out (KO)マウスに40 mg/kgのエンドトキシンを腹腔内投与し、0, 15, 30, 60分後の血糖値を測定した。エンドトキシン投与後12時間後に犠死せしめ、血糖値、インスリン、コルチコステロン、サイトカイン(IL-6,TNF-α, IFN-γ, IL-10)濃度を測定した。また、肝臓と筋肉よりmRNAを抽出し、insulin receptor substrate-1 (IRS-1), IRS-2を測定した。LPS投与0時間では血糖値にWT, KOとも有意な差は見られなかったが、投与後15, 30, 60分後ではWTに比べてKOで血糖値が有意に高くなっていた(p<0.01)。12時間後にはWT、KOともに低血糖となり、有意差は見られなかった。IL-6, TNF-αはLPSで著増したが、KOで差は無く、IFN-γはKOで有意に低値であった。IL-10はKOで有意に高値であった。インスリン、コルチコステロン濃度は12時間では有意差は見られなかったが、肝臓のIRS-1 mRNAはKOマウスで有意に低値であった。これらの結果より、IL-18は侵襲早期の血糖値上昇を抑制し、さらに、インスリンシグナル経路にも関与する可能性が示唆された。現在雌マウスでも解析を行っている。平成23年度の検討により、IL-18は侵襲早期の血糖値上昇を抑制し、さらに、インスリンシグナル経路にも関与することが明らかとなった。

当初の予想では、IL-18濃度が上昇するとインスリン抵抗性が惹起され、血糖値が上昇するのではと考えていたが、現段階ではむしろIL-18が血糖値上昇を抑制する可能性が明らかとなった。神戸大学との連携は十分に出来ており、IL-18ノックアウトマウスに関してはインスリンシグナルの解析など、予想以上の結果が得られたため、実験は非常に順調に進んでいる。IL-18に関する本研究のような成果は全く初めての報告であり、すでに論文化に向けて準備を進めている。しかし、IL-18によるインスリン抵抗性への関与は血糖値だけでは明らかではないため、インスリン、グルカゴンなどホルモンの測定や、更に詳細なインスリンシグナル経路の検討が必要と考えている。また、好中球を中心とした検討では明らかな有意差は認められず、予定していた実験はほぼ終了しているものの、さらに詳細に検討し、特に、アポトーシスとインスリン抵抗性をつなぐ検討を平成24年度に重ねる必要があると考えたため、「おおむね順調に進行」にとどめた。平成23年度の結果より、IL-18は血糖上昇を抑制するのではないかと考えられたが、エンドトキシン血症モデルでは投与後数時間しか高血糖を維持出来ないため、非常に短期間の血糖上昇を抑制することしか明らかに出来ていない。インスリン抵抗性による血糖上昇を詳細に検討するには、盲腸結紮穿刺モデルなど、別の敗血症モデルにより侵襲後一定期間高血糖状態を維持する必要があると考えられるため、これらの検討を追加することを考えている。しかし、一方で低血糖状態においてもC3Hマウスでは性差が存在する可能性が示唆されるデータを得ており、高血糖状態だけでなく、低血糖状態におけるIL-18の役割についても検討する予定である。また、肝臓や筋肉におけるインスリンシグナル遺伝子の解明をさらに詳細に行う必要もあると考えている。基本的には平成23年度の実験計画に沿って平成24年度も実験を行う予定であるが、上記の様な検討を組み合わせる必要があると考えているため、(1)盲腸結紮穿刺モデルによる検討の追加、(2)低血糖状態におけるIL-18の役割の検討、(3)肝臓や筋肉におけるIRS下流シグナルの検討、を追加する予定である。現在の予定では、(1)は現在用いているエンドトキシン血症モデルに追加して盲腸結紮穿刺モデルを行う。盲腸結紮穿刺モデルは動物倫理委員会の承認を得たのちに追加する。手技は既に確立している。(2)はエンドトキシン血症モデルを用い、投与後6時間以降で低血糖を呈した状態について、血糖値、インスリン値、サイトカイン値、アポトーシスなどの検討を行う。IL-18ノックアウトマウスを用い、IL-18の役割ついても検討する。(3)はエンドトキシン血症、盲腸結紮穿刺いずれについても行い、IRSの下流シグナルのmRNAや蛋白の解析を行うものとする。平成23年度は試薬類など、消耗品に研究費を使用し、実験は順調に進めることができた。一方で、学会などでデータを発表する機会を設けることができなかったため、平成24年度は追加実験に使用する試薬類などの消耗品に加え、積極的に国内外に結果を発表する機会を多く設けることを予定している。また、外国語論文を作成し、海外ジャーナルへの投稿を準備中であるため、外国語論文校正費用を計上する予定である。必要となる試薬類は平成23年度とほぼ同じであり、プラスチック消耗品類、投与薬品類(麻酔、エンドトキシンなど)、及び実験に使用するリアルタイム関連試薬、フローサイトメータ関連試薬、抗体類などを予定している。機器類などの設備品は予定していない。
RFアミド関連ペプチド(RFRPI)産生ニューロンへの機能形態学的アプローチ

RFRP1,RFRP3は同一の前駆ペプチドより由来すると考えられており、それぞれの特異抗体をもちいて脳における免疫染色を行うと、抗RFRP1抗体、抗RFRP3抗体の免疫反応は視床下部腹内核外周の神経細胞体において全て共存する。しかし、RFRP3のC末端の構造は、別種のRFアミド関連ペプチドであるNPFFとも一致している。NPFFに関する形態学的解析は1980年代よりなされてきたが、その報告中のNPFF含有神経細胞体分布領域は、われわれが見出したRFRP1,RFRP3免疫陽性神経細胞体の分布領域(視床下部腹内側核外周)を含むものであった。そこで今回RFRP、NPFF産生神経細胞の鑑別を行うため以下の実験を行った。現在用いている抗RFRP3、抗体および市販抗NPFF抗体を用いた抗体染色に先んじて、吸収試験をおこなったところ、抗RFRP3抗体はRFRP1、NPFFには反応しないが、市販抗NPFF抗体はRFRP3に交差反応を示すことが明らかとなった。さらにRFRP mRNA、NPFFmRANに対するin situ hybridizationを行ったところ、視床下部腹内側核外周にはRFRP mRNAのみが、室傍核、視索上核、孤束核、三叉神経脊髄路核にはNPFF mRANのみが発現していた。以上より、これまでに報告されたNPFF産生神経細胞の分布の中で、一部は近年発見されたRFRPとの混同があったことが明らかとなった。RFRP1,RFRP3含有神経線維は、終脳、間脳、中脳、橋、延髄において分布が認められ、その殆どで抗RFRP1抗体、抗RFRP3抗体の免疫反応は共存した。しかし、視床、脊髄の一部では抗RFRP3抗体反応性のみを示す神経線維が検出された。これはRFRP1,RFRP3は共に視床下部の同一の神経細胞で産生されながらも、RFRP3のみを特定の領域に輸送する専用の軸索の存在を示唆している。RFRP mRNAは視床下部腹内側核周囲から、背内側核、室周囲核にかけて散在性に分布し、RFRP1受容体mRNAは視床下部室傍核、室周囲核に認められた。またRFRP1のプロラクチン分泌促進活性に関連して、室周囲核において、チロシン水酸化酵素含有細胞(TH細胞)にRFRP1受容体mRNAが検出され、RFRP1は視床下部のドーパミン産生細胞に働きかけて、プロラクチン分泌抑制を解除することにより、下垂体からのプロラクチン分泌を促すことを明らかにした。抗RFRP1抗体、抗RFRP3抗体を用いた免疫組織化学により上述の領域に分布する細胞体に抗RFRP1抗体反応、抗RFRP3抗反応は共に観察された。RFRP神経線維は、終脳(中隔野、分界条床核、弓状核)、間脳(視床室傍核、視床下部室傍核、室周囲核、弓状核など)、橋(脚傍核、前庭神経核)、延髄(三叉神経脊髄路核、孤束核)など脳内に広く分布することが明らかとなった。殆どの神経線維において、抗RFRP1抗体反応性、抗RFRP3抗体反応性は共存したが、視床の部と正中隆起外層においては、抗RFRP3抗体反応性のみを示す神経線維が検出された。

さらにRFRP1,3を脳室内注入することによって青斑核、孤束核などにc・Fosの応答が検出され為これはこれらのペプチドが脳内のカテコールアミン産生細胞に影響することを示唆する。また視床下部の弓状核、視索上核にもc-Fosの応答が検出され、先に見出したプロラクチンの分泌以外にもRFRPによる神経内分泌への影響が示唆された。RFRP1,RFRP3は同一の前駆ペプチドより由来すると考えられており。それぞれの特異抗体をもちいて脳における免疫染色を行うと、抗RFRP1抗体、抗RFRP3抗体の免疫反応は視床下部腹内側核外周の神経細胞体において全て共存する(平成13年度実績報告書に記載)。しかし、RFRP3のC末端の構造は、別種のRFアミド関連ペプチドであるNPFFとも一致している。NPFFに関する形態学的解析は1980年代よりなされてきたが、その報告中のNPFF含有神経細胞体の分布領域は、われわれが見出したRFRP1,RFRP3免疫陽性神経細胞体の分布領域(視床下部腹内側核外周)を含むものであった。そこで今回RFRP、NPFF神経産生細胞の鑑別を行うため以下の実験を行った。現在用いている抗RFRP3抗体、および市販抗NPFF抗体を用いた抗体染色に先んじて、吸収試験をおこなったところ、抗RFRP3抗体はRFRP1、NPFFには反応しないが、市販抗NPFF抗体はRFRP3に交叉反応を示すことが明らかとなった。さらにRFRP mRNA、NPFFmRANに対するin situ hybridizationを行ったところ、視床下部腹内側核外周にはRFRP mRNAのみが、室傍核、視索上核、孤束核、三叉神経脊髄路核にはNPFF mRANのみが発現していた。以上より、これまでに報告されたNPFF産生神経細胞の分布の中で、一部は近年発見されたRFRPとの混同があったことが明らかとなった。
沖縄の社会構造と生活世界-二次利用として公開可能なミクロデータの構築をめざして-

本研究では、戦後60年を経過した沖縄の社会構造を、これまでの変動過程も視野に入れながら、住民意識調査によって得られた統計的なデータに基づいて明らかにすることを目的とする。本土復帰後、沖縄社会はあらゆる面できわめてドラスティックな変動を遂げてきたが、かならずしも社会学的調査のデータとして蓄積されてきたとは言えない。本研究では、大きく3つの視点からのアプローチによって、沖縄の社会構造をマクロな構造変動として捉えるために、生活世界におけるミクロデータを収集する。第一の視点は、社会学的な視点である。ここでは、戦後60年間に、沖縄県民の生活構造と意識がどのように変容したのかを、家族、国際化・グローバリゼーション、エスニシティー、沖縄のアイデンティティ、そして観光と沖縄イメージを具体的なトピックとして分析する。第二は、社会福祉学的な視点である。ここでは、沖縄の社会構造と生活世界の変動課程を、社会福祉、地域福祉、長寿社会化、そして児童養護問題を中心に分析する。第三は、マスコミ学的な視点である。ここでは、沖縄の社会構造と生活世界の変動課程を、情報化、国際コミュニケーション、世論、平和意識という要素から分析する。以上のデータは、二次利用として公開可能なミクロデータとして構築することをめざすものである。初年度は調査の企画、予備調査を行った。2年目は本調査を実施し、有効票885票を得た。そして調査結果を概要版として対象者に配布した。3年目は本調査の分析を行って研究成果報告書を作成した。本年度は初年度であるため、調査の企画、予備調査を行った。調査の企画の際には前掲の3つの視点からのアプローチについて更に議論を深め、調査の項目を作成した。過去との比較、JGSSとの関連についても議論した。そして来年度の本調査に向けた予備調査を実施した。

ここでは、沖縄の社会構造と生活世界の変動課程を、社会福祉、地域福祉、長寿社会化、そして児童養護問題を中心に分析する。第三は、マスコミ学的な視点である。ここでは、沖縄の社会構造と生活世界の変動課程を、情報化、国際コミュニケーション、世論、平和意識という要素から分析する。以上のデータは、二次利用として公開可能なミクロデータとして構築することをめざすものである。本年度は2年目となり、本調査を実施した。標本数1640、有効票870、回収率は53%であった。そして調査結果は概要版として対象者に配布した。本研究では、戦後60年を経過した沖縄の社会構造を、これまでの変動過程も視野に入れながら、住民意識調査によって得られた統計的なデータに基づいて明らかにすることを目的とする。本土復帰後、沖縄社会はあらゆる面できわめてドラスティックな変動を遂げてきたが、かならずしも社会学的調査のデータとして蓄積されてきたとは言えない。本研究では、大きく3つの視点からのアプローチによって、沖縄の社会構造をマクロな構造変動として捉えるために、生活世界におけるミクロデータを収集する。第一の視点は、社会学的な視点である。ここでは、戦後60年間に、沖縄県民の生活構造と意識がどのように変容したのかを、家族、国際化・グローバリゼーション、エスニシティー、沖縄のアイデンティティ、そして観光と沖縄イメージを具体的なトピックとして分析する。第二は、社会福祉学的な視点である。本年度は3年目となり、昨年度の本調査から得られた有効票885の分析を行い、研究成果報告書を作成した。また、内閣府『世論調査年鑑』に掲載を申請した。
通電加熱を利用した新規加熱調理に関する基礎的研究

本研究では従来法に代わる通電調理法の開発を目的として、調理実験および理論的な解析を行った。具体的には、以下の各食材について通電過程の実験とシミュレーションを行い、通電加熱時の温度不均一性およびタンパク質変性分布について検討した。なお、計算に必要なパラメータとして、28年度、29年度に測定した各食材の電気伝導度およびタンパク質変性速度定数を用いた。1)ハンバーグ:29年度の研究において、ハンバーグを直径85mm、高さ15mmの円盤状に成形し、上下を電極で挟んで通電加熱実験を行った。周波数20kHzの電源を用いると十分加熱可能であるが、商用周波数50Hzの場合、電極の腐食が激しく、本条件ではハンバーグの加熱に商用周波数電源は向かないことが判明した。電源コストを考えると50Hzのほうが望ましいため、30年度に電極の腐食対策を検討した。具体的には、特殊セラミックをコーティングした電極を使用して通電加熱を行ったところ、電極の腐食なしに加熱できることわかった。2)卵:全卵を通電加熱すると卵黄よりも卵白のほうが電気伝導度が高いため、均一には加熱されない。さらに卵黄を包んでいる卵黄膜は電気伝導度が低いため、より不均一化が起こる。30年度に全卵の通電加熱モデルを作成し、温度シミュレーションを行い、全卵の中で高温になる領域および加熱されない領域ができることを理論的に示した。3)肉、魚などを加熱調理する場合、加熱しすぎると固くなり食感が悪くなる。この加熱しすぎを回避するために低温調理法が用いられている。お湯や蒸気を用いた従来の低温調理法の代わりに通電加熱を適用し、食材としてはビーフ(畜肉)とホタテ貝柱(水産物)を用いて、通電加熱の有用性について、理論的に明らかにした。通電加熱調理法の開発を目的として、以下に示す調理実験および理論的な解析を行った。まず、食材として牛肉と卵を選定し、LCRメータを用いて通電加熱の基礎データである電気伝導度の測定を行った。肉については脂肪含量の異なるサンプル(和牛とオーストラリア産ビーフ)を用意し、卵については卵黄と卵白を分離して測定した。その結果、脂肪が肉の内部に入っている和牛のほうが電気電電導度が小さいこと、卵黄よりも卵白のほうが電気伝導度が大きいことが明らかとなった。本研究で対象とする牛肉および卵は、加熱とともにタンパク質が変性し、加熱にともなって、どの程度タンパク質変性が進行するかを検討するためには、変性速度定数の取得が必要である。牛肉については既に測定データがあるので、DSCダイナミック法を用いて、卵のタンパク質変性速度定数を推定した。また、卵の場合、タンパク質変性にともない、白濁(卵白)および色(卵黄)の変化が起こる。ここでは、加熱時の卵白の白濁を吸光光度計、卵黄の色の変化を色彩計を用いて測定し、タンパク質変性との相関を試みた。その結果、卵白ではトランスフェリンとアルブミンの変性がDSCで確認され、アルブミンの変性が白濁をもたらすことが示された。同様に、卵黄についてもDSCで2つのピークが観察され、2つ目のピークのタンパク質変性が色の変化をもたらすことが示唆された。次に、通電加熱における発熱の解析解析を行った。解析には、多くの場合、ジュールの法則が使用される。しかし、本研究で用いている20kHzの高周波電源では、マクスウェルの方程式を解くことが必要となる。そこで、市販の電磁界解析ソフトを使用したが、発熱性を決める電気伝導度は温度依存性があるため、食品内部の温度計算も同時に行い、電磁界解析と熱移動解析を連成して行った。マグロの通電加熱実験と比較検討したところ、解析結果と良好に一致した。タンパク質食品の加熱においては、タンパク質変性の制御は極めて重要であり、タンパク質変性を予測するためは、タンパク質変性速度定数の値が欠かせない。2016年度に試料として用いた卵のタンパク質変性速度定数の公表された値はなく、本実験により測定した。さらに、卵黄、卵白の加熱実験を行い、その温度変化とタンパク質変性・色変化の関係を明らかにし、国際学会(EFFoST(European Federation of Food Science and Technology)International Conference)で発表した。また、牛肉(和牛、オーストラリア産ビーフ)の電気伝導度および通電加熱特性については、国内学会2件(日本食品工学会)、国際学会1件(EFFoST International Conference)を、2017年度に発表する。1)ハンバーグまず、ハンバーグを試料として、LCRメータを用いて通電加熱の基礎データである電気伝導度の測定を行った。ハンバーグを30mm×30mmの立方体に成形し、電極に挟んで通電加熱し、所定温度に到達後、LCRメータを用いて、インピーダンスおよび抵抗を測定した。電源周波数は50Hzと20kHzとし、測定温度を10°Cから80°Cまで10°C刻みで測定を行った。その結果、測定温度が高いほど電気伝導度は高くなること、周波数が50Hzに比べて20kHzのほうが電気伝導度が高くなることを明らかにした。次に、ハンバーグを直径85mm、高さ15mmの円盤状に成形し、上下を電極で挟んで通電加熱実験を行った。商用周波数50Hzの場合、電極の腐食が激しく、ハンバーグの加熱に商用周波数電源は向かないことが判明した。また、周波数20kHzの電源を使用して加熱した場合、温度が高温になるのに従い、ドリップが発生するとともに変形が起こった。