hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
AIDのRNA編集機構による抗体の多様化とゲノム不安定化の制御機構

(RNA編集の直接的証明)AIDによる抗体遺伝子組換えを起こすB細胞株のRNAシーケンスを行い、AIDの有無により比較した。EspnをコードするRNAの特定のアイソフォームでRNA編集を発見し機能を解析した。また、AIDの免疫沈降で得たAID結合RNAをシーケンスし、転写メディエーター複合体を構成する分子mRNAにRNA編集を認めた。当該分子はCSRに必要であり、そのRNA編集の機能を解析している。(抗体遺伝子組換えにおけるRNA結合タンパク質の貢献)AID依存性DNA組換えに必要なhnRNPKとhnRNPLについて解析した。hnRNP Kのドメイン解析を行ったところ、KHドメイン中のGXXGモチーフと結合ドメイン中のRGGモチーフはCSRと体細胞変異で異なる機能を持つことが明らかになった。一方、hnRNP Lは4つのRRMドメインのうち第2、第3ドメイン、特にベータシート構造が重要であることを見出した。(AIDによるDNA切断の分子機構)AIDはトポイソメラーゼ1を制御しDNAを切断し、抗体遺伝子組換えを起こす。トポイソメラーゼ1(Top1)の3'UTR領域ノックアウト細胞ではこの組換え効率が低く、Top1タンパク質が増加していた。AIDによるTop1の制御は3'UTRへのmiRNA結合によると考えられた。現在miRNAの同定を行なっている。(抗体遺伝子クロマチン構造の解析)CSRに必要なスプライス因子Phf5aは、ヒストンH2Aバリアントのp400依存的な抗体遺伝子への集積を制御する。Phf5aのDNA修復における新たな機能を発見した。(細胞内dNTP量のCSRへの影響解明)dNTPaseであるSAMHD1の欠損によりdNTPが過剰となり、DNAポリメラーゼやDNA/RNAヘリカーゼが阻害されCSRが減少する。細胞内dNTPプールのCSRへの影響を初めて証明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。Top1との免疫共沈法によりTop1に結合する多くの制御タンパク質を同定し、分類した結果、ヒストン修飾、mRNAプロセシング、転写に関与するものの他にクロマチンリモデリング因子が同定された。特に、以前に免疫グロブリン遺伝子のDNA切断に必要と同定されたFACT複合体、ATP依存性クロマチン変換酵素SMARCA4および転写活性化マーカーであるトリメチルH3K4はすべて、機能的に重要なTop1との相互作用分子だった。すなわち、SMARCA4はTop1の免疫グロブリン遺伝子座へのリクルートを促進し、一方、FACT複合体はTop1をH3K4me3のヒストン修飾に引き寄せるアダプターとして働き、Top1によるDNA切断を可能にすることを発見した。この成果をさらに深め、AIDによるDNA切断とクラススイッチ組換え(CSR)に特異的なクロマチン環境を明らかにするため、S領域中にLexA結合配列を導入したCH12細胞株からLexAタンパク質を用いた免疫沈降によりAID依存的にS領域に集積するタンパク質を複数同定した。我々は今までにDNA切断端処理過程を、DNA切断端に共有結合したTop1の除去に関わる反応、切断端を二重鎖盲端又は短い切断端に切り揃える反応、二重鎖を2つのS領域の間でたぐり寄せる反応に別れることを明らかにしたが、得られた因子群の各ステップへの関与を解析中である。また、AIDの単量体は主にhnRNP Kと共局在し、二量体はhnRNPLと共局在することをグリセロール密度勾配法により証明した。AIDのC末端変異体が二量体形成能を欠くことに加え、AIDのN末端変異体のうち、体細胞変異が損なわれるがCSR能が保たれたタイプの変異体は二量体/多量体分画に分布することから、AIDの二量体/多量体形成による構造変換がCSRの組換え段階に関連することが示唆された。既にTop1と相互作用するヒストン関連因子の同定について成果をあげた他、AIDの二量体・多量体形成能とクラススイッチ組換え能との関連についても新規知見を得ることができた。これに関連し、現在、連携研究者岩田がAID単量体の結晶化に成功し、その構造解析の結果が待たれる。この成果はAID阻害剤の開発という新たな展望につながるものである。また、FACT複合体のクロマチン集積部位について、ゲノムワイドレベルでの解析の予備実験を行い、クロマチン環境とAID誘導性DNA切断機構の解析を継続している。AIDのC末端変異は、ヒト疾患では常染色体優性遺伝を示すが、これはC末端が二量体形成を果たすことでhnRNPLを含む共役因子を取り込まれるという仮説に合致し、C末端変異体のドミナントネガティブ効果を示唆している。現在、その変異体のノックイン細胞を樹立し、ドミナントネガティブ効果を始めとする分子機構の解析を進めている。AIDがTop1を介したDNA切断を行う制御に必要なRNA編集ターゲットを解析するため、AID-hnRNP K連続免疫沈降法を開発した。hnRNP KへのCRISPR/CAS9によるタグ挿入に成功し、RNA解析の段階に入ったため、ターゲット同定は目前である。hnRNPLを用いたクラススイッチ組換えに必須のmRNA編集ターゲット解析も、同様にRNA解析の段階にある。Top1 mRNAの制御機構については、3'UTR部分の貢献を示唆する知見があったものの、実際の3'UTRノックアウト細胞においてAID依存性のDNA切断は失われないという極めて重大な知見を得て、あらたにコード領域に焦点を移し解析を開始した。

また、miRNA-92aがAID誘導性のCSRと体細胞変異に関わる知見を得ており、その詳細な解析を行っている。CH12細胞でTop1 3'UTRノックアウト細胞を作成した。(未発表)。現在Ago2の免疫沈降とRNA ligaseを用いる方法でTop1 mRNAに結合するmiRNAの同定を進めている。AID-flagを発現させる293T細胞を作成しhnRNPK遺伝子のC末端にHAタグを挿入することに成功した。同細胞を用いてAIDとhnRNP Kとの複合体に結合するRNAを解析しAIDにより編集されたRNAの同定を進めている。AIDの構造解析についてはAIDとRNA結合タンパク質の結晶生成を試みている。Top1結合タンパク質の同定と機能解析についてはTop1-GFP融合タンパク質を用いたGFPトラップ法によりTop1会合タンパク質をプロテオミクスにて解析し、Smarca4もTop1のクロマチン上への集積を促進する因子であることを発見し、論文を発表した。APE1もTop1と会合する因子として同定されたが抗体遺伝子のAIDによるDNA切断にAPE1は関与しないことを証明した。(論文投稿中)。CH12細胞の抗体遺伝子S領域にLexA結合サイトを導入し、さらにLexAタンパク質を発現させた細胞を作成した。安定同位体標識アミノ酸を用いるSILAC法で結合タンパク質を同定する実験を進めた。hnRNP L遺伝子のC末端にHAタグが挿入された293T細胞を樹立しcofactor hnRNPLとAIDの連続免疫沈降実験の条件を整え、最終的にRNA産物を回収した。CSRのDNA修復過程に関わるヒストン関連因子を同定し、同分子と各種スプライシング因子との関連、DNA修復における機能を解析した。2)Top1によるDNA切断ターゲットの特異性決定機構の解明: a) Top1のDNA上集積に働くTop1結合タンパク質について論文を発表した。また、APE1について世界で始めて遺伝子座特異的なabasic site形成を評価する方法を開発した。b) CH12細胞の抗体遺伝子S領域にLexA結合サイトを導入した細胞から、DNA修復に貢献する新たな因子の機能を進めている。3)AIDによる特異的なDNA修復機構の解明:AIDの共役因子hnRNPL遺伝子C末端にHAタグが挿入された293T細胞を樹立しhnRNPLとAIDの連続免疫沈降実験の条件を整え、順調に網羅的なシーケンスの準備をしている。また、新規にDNA修復過程に関わるヒストン関連因子の機能解析を終え、結果を投稿中である。AIDのドメイン構造と二量体形成についてBimolecular fluorescence complementation (BiFC)法とグリセロール勾配を用いた分画法により解析を行い、N末およびC末のドメイン構造とその二量体形成、DNA切断と修復過程との関連を明らかにした。
生体組織リモデリングのバイオメカニクス-コラーゲン架橋の役割

生体組織は外的負荷の変化に適応してサイズや性質を変化させる。この現象は組織の「再構築(リモデリング)と呼ばれているが、生体軟組織における研究の歴史は浅く、しかもそのメカニズムは未だ明らかでない。組織の主体はコラーゲンであるので、再構築組織の成熟と機能はコラーゲン架橋(クロスリンク)などの下部構造に密接に関係する。コラーゲン線維間あるいは分子間の架橋の解析には、従生化学的手段が利用されてきたが、この方法は非常に面倒な技術と高価な装置を必要とするうえ、得られた結果をリモデリングのようなバイオメカニカルな現象に定量的に結びつけるのが難しい。そこで本研究では、各種材料の粘弾性の一般的計測法である応力緩和試験をコラーゲン架橋度の測定に利用するHydromechanical Isometric Tension法を応用することにした。この方法では、小サイズの試料をある大きさのひずみまで引っ張ったまま,コラーゲン変性温度以上まで加温し、このひずみと温度に保持した状態で応力緩和を計測する。応力緩和の大きさがコラーゲン架橋度を表すことになり、安定なコラーゲン架橋が多いほど応力緩和が少ない。H18年度は、この実験を行うために、生体組織から摘出した小試料に正確に所定の大きさの引張変形を与え、そのひずみ状態を保持しながら試料温度を100°Cに維持でき、応力が計測できる装置の設計,製作を行い、所期の結果が得られることを確認した。H19年度はこれをラット総頸動脈に用い、加齢と高血圧に伴うコラーゲンの架橋量の変化を測定した。その結果、架橋量とラットの週齢との間には有意な関係があり、32週齢以下に比べて64週齢では架橋量が有意に増加すること,高血圧によって架橋量が増加することが明らかになった。先行研究で壁弾性係数は加齢や高血圧によって増加するが壁内コラーゲンの量には変化が見られなかったことから、このような力学的性質の変には、コラーゲンの架橋が重要な役割を果たすことがわかった。生体組織は合目的的に最適に設計されているうえに、外的負荷の変化に適応してサイズや性質を変化させる。この現象は、生体組織に特有な性質であり、組織の「再構築」あるいは「リモデリング」と呼ばれている。骨のリモデリングに関する研究の歴史は古いが、生体軟組織におけるこの現象に関する研究の歴史は浅く、しかもそのメカニズムは未だ明らかでない。再構築される組織の主体はコラーゲンであるので、再構築組織の成熟と機能はコラーゲン架橋(クロスリンク)などのネットワーク構造やコラーゲン線維間相互作用などに密接に関係する。コラーゲン線維間あるいは分子間の架橋の解析には、従来はもっぱら生化学的手段が利用されてきたが、この方法は非常に複雑で面倒な技術と高価な装置を必要とするうえ、得られた結果を組織リモデリングのようなバイオメカニカルな現象に定量的に結びつけるのが難しい。そこで、本研究では、生体組織を含む各種材料の粘弾性の一般的計測法である応力緩和試験をコラーゲン架橋度の測定に利用するHIT (Hydromechanical Isometric Tension)法を応用することにした。この方法では、蒸留水に浸漬した試料をある大きさのひずみ(本研究では生体内で生ずるひずみ)まで引っ張ったまま、コラーゲン変性温度(90°C)以上まで加温し、このひずみと温度に保持した状態で応力緩和を計測する。

本年度は、この実験を行うために、生体組織から摘出した数mmオーダーの小試料に正確に所定の大きさの引張変形を与え、しかもそのひずみ状態で変形を保持しながら試料の温度を100°Cに維持でき、しかも正確に応力が計測できる装置の設計,製作を行った。そして、その評価を行ったところ、所期の結果が得られることを確認することができた。生体組織は合目的的に最適に設計されているうえに、外的負荷の変化に適応してサイズや性質を変化させる。この現象は組織万「再構築」あるいは「リモデリング」と呼ばれているが、生体軟組織における研究の歴史は浅く、しかもそのメカニズムは未だ明らかでない。再構築される組織の主体はコラーゲンであるので、再構築組織の成熟と機能はコラーゲン架橋(クロスリンク)などの下部構造に密接に関係する。コラーゲン線維問あるいは分子間の架橋の解析には、従来は生化学的手段が利用されてきたが、この方法は非常に面倒な技術と高価な装置を必要とするうえ、得られた結果をリモデリングのようなバイオメカニカルな現象に定量的に結びつけるのが難しい。そこで本研究では、各種材料の粘弾性の一般的計測法である応力緩和試験をコラーゲン架橋度の測定に利用するHydromechanical Isometric Tension法を応用することにした。この方法では、小サイズの試料をある大きさのひずみまで引っ張ったまま、コラーゲン変性温度以上まで加温し、このひずみと温度に保持した状態で応力緩和を計測する。応力緩和の大きさがコラーゲン架橋度を表すことになり、安定なコラーゲン架橋が多いほど応力緩和が少ない。平成18年度は、装置の設計,製作を行い、所期の結果が得られることを確認した。本年度はこれをラット総頚動脈に用い、加齢と高血圧に伴うコラーゲンの架橋量の変化を測定した。その結果、架橋量とラットの週齢との間には有意な関係があり、32週齢以下に比べて64週齢では架橋量が有意に増加すること、および高血圧によって架橋量が増加することが明らかになった。先行研究で壁弾性係数は加齢や高血圧によって増加することがわかっているが、壁内コラーゲンの量には変化が見られなかったことから、このような力学的性質の変化、さらには生体軟組織のリモデリングには、コラーゲンの架橋が重要な役割を果たすことがわかった。
がん患者におけるオピオイドの鎮痛効果とドパミン神経系に及ぼす影響との関係解明

がん性疼痛に対してフェンタニル貼付剤(デュロテップMTパッチ、フェントステープ)を使用している患者を対象として、各薬剤が定常状態に到達した後のフェンタニルおよびその代謝物の血中濃度と、遺伝子多型との関係を解明することを目的として、HPLC-MS/MSのグラジエント溶出法による薬物血中濃度測定法を立ち上げた。フェンタニルおよび代謝物のノルフェンタニルは、それぞれ0.1-8 ng/mLの範囲で直線性が認められ、患者検体の測定に問題ないと考えられた。遺伝子多型についてはCYP3A5、ABCB1、COMT、DRD2、OPRM1の解析を行った。初年度には20名について患者検体と同意を取得した。今年度はフェンタニルがドパミン神経系に及ぼす影響を明らかにするための予備的な検討を進めるため、検体数の多い術後疼痛管理目的でフェンタニルを使用している患者において検討を進めた。プロラクチンの濃度を68名の検体を用いて網羅的に解析したところ、男女差が認められた。男性、女性に分けてフェンタニルの血中濃度とプロラクチン濃度には相関が認められなかったものの、OPRM1の遺伝子多型ごとに解析したところ、女性患者においては変異型でプロラクチンの濃度が低下する傾向が認められた。DRD2については男女ともに、プロラクチン濃度と、遺伝子変異の間に相関は認められなかった。ただし、術後患者においては、術直後における体内導体の変動、併用薬、炎症の影響などが考えられる。これら予備検討をもとに、がん患者に対してフェンタニルを用いている検体について、同様の解析を行っていくことが有用であることが示されたため、検体の収集を増やしている。がん患者については、プロラクチンに影響を与える可能性の高いプロクロルペラジンなどの併用薬があることも、オピオイドの鎮痛効果とドパミン神経系に及ぼす影響との関係解明に重要な要素であると考えられる。浜松医科大学附属病院において、がん性疼痛に対してフェンタニル貼付剤(デュロテップMTパッチ、フェントステープ)を使用している患者を対象として、各薬剤が定常状態に到達した後のフェンタニルおよびその代謝物の血中濃度と、遺伝子多型との関係を解明することを目的として、HPLC-MS/MSのグラジエント溶出法による薬物血中濃度測定系を立ち上げた。血漿200 uLに内部標準物質(ノルフェンタニルD5体)溶液100 uL、アセトニトリル800 uLを添加し、混和後、-35°Cにて30分間冷却処理する。その後、10分間の超音波処理を行い、17,900×gで20分間遠心する。得られた上清900 uLを回収、乾固し、HPLC-MS/MSの移動相150 uLに再溶解するといった簡便な手順によって、患者の血漿中のフェンタニルおよびノルフェンタニルの同時測定に成功した。検量線の直線性はFentanyl: 0.1 - 8.0 ng/mL (r2 = 0.988)、Norfentanyl: 0.1 - 8.0 ng/mL (r2 = 0.995)の範囲で認められ、患者検体の測定に問題ないと考えられた。それぞれの患者について、PCR-RFLP法を用いてCYP3A5、ABCB1、COMT、DRD2、OPRM1の遺伝子多型について解析した。患者検体、同意の取得状況については、20検体(20名)を集めることに成功している。今後血中濃度および遺伝子解析結果の検体をさらに集めて、多型による血中濃度の影響について明らかにすることをめざす。

初年度については、測定法と遺伝子解析の方法の立ち上げに時間を要したこともあり、患者検体が予定よりも少なかった。フェンタニルの検体については引き続き収集を進めていく。モルヒネおよびその代謝物、オキシコドンおよびその代謝物についても同様に測定法を確立し、患者検体を集める。測定系の立ち上げに時間を要したため、初年度は研究成果の発表まで至らなかった。検体の測定も20例程度であり、消耗品の購入もほとんど必要がなかった。国内および国際学会参加のための旅費、論文への投稿のための諸費用、統計解析ソフトの購入などに充てる。患者検体が増えることによってLC/MS/MSの測定のための消耗品が必要となることが予想される。
頭部誘導に関わる遺伝子群の単離と機能解析

本研究は、頭部形成に関わる遺伝子カスケードを明らかにすることを目的とした。このために、頭部形成を制御するLim1転写因子の直接、又は間接の下流遺伝子を単離し機能を解析することにした。マウスLim1変異体と野生型胚を用いたディフィレンシャル・スクリーニングによって、Lim1変異体で発現量が低下する新規遺伝子としてStoma(Angiomotin)遺伝子を単離した。マウス変異体の解析によりStoma(Angiomotin)遺伝子が胚体外組織でvisceral endodermの移動を制御することを示した(諭文発表の都合、StomaをAngiomotinと改めた)。さらに、AngiomotinによるVEの移動制御の分子機構を示すため、相互作用因子の同定と解析を進めた。Yeasttwo-hybridsystemにより、Yap65遺伝子を単離した。Yap65はc-Yesに相互作用するWWdomain因子として単離されていた。最近、TEF/TEADファミリーの転写因子群と相互作用し、核内で転写活性化因子として機能することが知られている。これまでに、AngiomotinとYap65との相互作用において、WW domainが必要であること、AngiomotinのN末ドメインに存在する4アミノ酸からなる配列が相互作用に必須なこと、両者が培養細胞内においても相互作用していることを免疫沈降法、免疫染色によって確認した。一方、ディフィレンシャル・スクリーニングを継続した結果、sfrp1遺伝子を単離した。sfrp1タンパク質は、Wntファミリーと相互作用して機能阻害することが予想されている。遺伝子発現の解析の結果、原腸陥入期の胚のanterior mesendodermにおいて発現が認められた。変異マウス作成による機能解析を目的に、生殖系列キメラマウスを得た。また、研究分担者は、トランスジーンの挿入により、出生時に前頭部を大きく欠失するという頭部誘導の異常に特徴的な表現型を示す劣性変異マウス系統(headshrinker ; hhr)を樹立した。発生過程の解析の結果、hhrホモ変異胚では、後期の前方中内胚葉あるいは前方神経外胚葉の異常が原因となり、胎生8日以降で前頭部が退縮することが明らかになった。トランスジーンは候補遺伝子の約100kbに及ぶ巨大なイントロンに挿入されており、ホモ変異胚においてはその発現が野生型の約40%に低下していた。候補遺伝子のcDNAにより頭部欠失の異常を回復できたことから、hhr変異体はHhr遺伝子の発現が低下するhypomorphic変異と考えられた。したがって、頭部誘導にはHhr遺伝子の発現量が一定レベル以上あることが必須であることがわかった。本研究は、頭部形成に関わる遺伝子カスケードを明らかにすることを目的とする。このために、頭部形成を制御するLim1転写因子の直接、又は間接の下流遺伝子を単離し機能を解析する。Stoma遺伝子は、マウスLim1変異体と野生型胚を用いたディフィレンシャル・スクリーニングによって、Lim1変異体で発現量が低下する新規遺伝子として単離された。本年度は、これまでに作成したStoma遺伝子のマウス変異体の解析に重点を置いた。その結果、原腸陥入期においては、変異個体すべてが胚体外組織の形態異常を示すことが明らかとなった。形態異常は、主に頭側の胚体と胚体外組織の境界部に観察され、この領域における細胞の過度の蓄積と推定された。これらの細胞は、組織学的特徴、およびマーカー遺伝子の解析から、visceral endodermの性質を示した。また、変異個体で細胞増殖率の著しい上昇は認められなかった。最近、ヒト遺伝子のin vitro解析から、Stoma遺伝子が血管内皮細胞の移動を制御することが確認されている。以上から、変異個体の形態異常は、(頭側に顕著な)VEの移動能力の低下によると推定した。一方、Stoma変異体においては、VEの胚体中央部から頭側の移動とAVEの機能は正常であった。これらから、Stomaは胚体から胚体外組織へのVEの移動を制御すること、VEの頭側から胚体外への移動が、胚体中央部から頭側への移動とは異なる分子機構により制御されることを予想している。研究分担者は、突然変異マウスheadlessについて表現型の解析を行い、頭部形成異常がLim1変異マウスよりもやや遅れて始まることを明らかにした。さらにheadless変異の原因であるトランスジーンの挿入部位を同定し、頭部形成異常に関する新規の遺伝子座であることを示した。これらから、headless遺伝子はLim1遺伝子の下流で頭部誘導に関わる新規の遺伝子であると考えられ、現在、その原因遺伝子の特定を進めている。

最近、TEF/TEADファミリーの転写因子群と相互作用し、核内で転写活性化因子として機能することが知られている。これまでに、AngiomotinとYap65との相互作用において、WW domainが必要であること、AngiomotinのN末ドメインに存在する4アミノ酸からなる配列が相互作用に必須なこと、両者が培養細胞内においても相互作用していることを免疫沈降法、免疫染色によって確認した。一方、ディフィレンシャル・スクリーニングを継続した結果、sfrp1遺伝子を単離した。sfrp1タンパク質は、Wntファミリーと相互作用して機能阻害することが予想されている。遺伝子発現の解析の結果、原腸陥入期の胚のanterior mesendodermにおいて発現が認められた。変異マウス作成による機能解析を目的に、生殖系列キメラマウスを得た。また、研究分担者は、トランスジーンの挿入により、出生時に前頭部を大きく欠失するという頭部誘導の異常に特徴的な表現型を示す劣性変異マウス系統(headshrinker ; hhr)を樹立した。発生過程の解析の結果、hhrホモ変異胚では、後期の前方中内胚葉あるいは前方神経外胚葉の異常が原因となり、胎生8日以降で前頭部が退縮することが明らかになった。トランスジーンは候補遺伝子の約100kbに及ぶ巨大なイントロンに挿入されており、ホモ変異胚においてはその発現が野生型の約40%に低下していた。候補遺伝子のcDNAにより頭部欠失の異常を回復できたことから、hhr変異体はHhr遺伝子の発現が低下するhypomorphic変異と考えられた。したがって、頭部誘導にはHhr遺伝子の発現量が一定レベル以上あることが必須であることがわかった。
タイプ排除定理と無限組み合わせ論の研究

モデル理論の重要な手法であるコンパクト性を用いて,数学的構造を解析した.対象とする構造は,グラフ構造と算術(PAおよびそれより弱い体系)および順序極小理論のモデルである.グラフ構造は,モデル理論的には,2変数述語記号の構造と考えることができ,モデル完全性,モデル随伴理論の存在条件などについて結果を得た.また順序極小理論に関連しては,順序極小構造の関数族による拡張において,再帰的飽和性の観点から研究を行った.また無限組み合わせ論に関連した研究も行った.モデル理論におけるコンパクト性とは,一階論理式の集合Γにおいて,Γの任意有限部分がモデルを持てば,Γ自体もモデルを持つという定理を指す.モデル理論ではこのコンパクト性があるために,言語が可算の場合には,あまり大きな基数を用いずに議論することが多くの場合に可能である.すなわち集合論あるいは無限組み合わせ論の結果を用いない議論が通常は成立している.上記の一般的な見方に対して例外となる定理はいくつか知られている.Morleyのタイプ排除定理の証明とShelahによる一様樹形図の存在定理,単純理論におけるMorley列の存在定理などがそれらにあたる.これらの定理はErdos-Radoの定理(無限組み合わせ論の定理でRamseyの定理の拡張に近い形をしている)を用いて通常は証明される.しかし考えてみればわかるように,非常に大きな基数に対する組み合わせ論を用いなければ,可算に対する性質も証明できないとすれば,それは不自然な感じがする.この不自然さに対する感覚は多くのモデル理論研究者の共通の感覚であり,なるべく大きな基数を議論に出さずに,なるべく低い基数だけを用いた証明を与えたいと多くのモデル論研究者は考えてきた.我々はMorley列の存在定理とそれを用いた分岐(forking)の基本性質をErdos-Rado定理を用いずに,コンパクト性と無限Ramseyの定理を用いて証明することに成功した.また一様樹形図の存在に関してもコンパクト性と無限Ramseyの定理だけで証明することに成功している.理論Tが量化記号消去(QE)を許すとは,任意の論理式が量化記号∀および∃を持たない論理式と(Tのもとで)同値になることである.理論Tが量化記号消去を許せば,Tのモデルに関する各種の問題を非常に見通しよく考察できる.実閉体のQEは重要であり,計算機上にも実装されている.量化記号消去より弱いが同じく数学的に応用できる可能性を持つものがモデル完全性(model completeness)である.この概念は論理式がすべて存在型の論理式と同値になることを意味している.Tを∀∃型論理式の集合で記述された理論とする.Tがモデル完全なSと非常に近い関係にあるときTは随伴可能(companionable)であると言い,SをTのモデル随伴理論(model companion)という.多くの重要な理論が随伴可能なことが知られている.例えば,体の公理は随伴可能で,そのモデル随伴理論は代数閉体の理論である.しかし一方で随伴可能でない理論も存在する.そこでいかなる時に随伴可能で,いかなる時に随伴可能でないかを判定できる自然で見やすい条件が見つかれば大変良い結果となる.我々はTが随伴可能となるための必要十分条件および,見やすい十分条件(定義可能拡大という概念を導入した)を発見することができた.その判定条件を用いると,例えば次のことがわかる:(1)平面グラフの理論(公理化できることは,K5,K33の埋め込み不可能性による)は随伴可能でない.(2)K4,K4ーを部分グラフとして持たないグラフのクラスの理論は随伴可能である.モデル理論(model theory)において重要となる概念が理論Tのモデル完全性(model completeness)である.モデル完全性は構文論(syntax)と意味論(semantics)の両面から定義でき,モデル理論で重要な概念であり古くから研究対象となっている. Tのモデル完全性が分かれば,意味論的,構文論的両方の手法を用いて,その性質を調べることができるので,非常に有用な情報となる.このことに関連して,理論Tの拡大でモデル完全なものがあるか,あるいはTの随伴理論(model companion)でモデル完全なものがあるかを調べることが重要となる.これが可能な時に随伴可能(model companionable)と表現する.我々の研究は,理論Tの随伴可能性の判定しやすい条件を探すことである.注目したのはグラフ言語で書かれた理論の随伴可能性である.一般に有限言語で表現された理論はグラフ言語の理論の中に翻訳が可能となる.したがって,グラフ言語に対象を制限することは,一般性を極端に失うことはないと考えられる.今我々がグラフと考えるのは2項述語記号Rを言語として持つ構造で,対称性(xRy →yRx)と非反射性(¬xRx)を持つ構造のことである.グラフの公理を拡大する理論Tにおいて随伴可能性を調べた.結果A: Tが随伴理論を持つための必要十分条件は,すべての存在型論理式δ(x)に対して,本質的に有限個のobstacleが存在することである.結果B:Tが随伴理論を持たないための必要十分条件は,(解を持つ)存在型論理式δ(x)とΓ(x)が存在して,(a)存在閉モデルにおいて,Γを満たせばδを満たす,しかし(b)すべての有限集合Γ0 ⊂Γに対して,δ-obstacle δ'でΓ0(x) ∧δ′(x)が満たされる存在閉モデルが存在する.

これらの一般言語に対する特徴づけを用いると,例えば次の結果が得られる:結果C:平面グラフの理論は1階論理式の集合T_Kの形で表現される.したがって,随伴可能ではない.研究を遂行する上でジェネリック構造に関する研究は非常に重要である.ランダムグラフの研究はそのための第一歩に属する.ランダムグラフと彩色の研究において,当初予想していた以上の複雑さがあることが判明した.そのため研究課題進展のための研究計画を後ろ倒しする必要が生じた.本研究課題については,大別して二つの観点から研究を行い,(A)モデル随伴理論の研究および(B)構造に対する無限ラムゼー型の定理の構築について成果を得ている.(A)モデル随伴性に関する研究:一階論理式で書かれた理論(公理の集合)が(存在-全称)型で書かれているとき,その存在閉型のモデルが構成される.多くの場合にはそれらモデル全体はある理論(モデル随伴理論と呼ばれる)のモデル全体と一致する.体の理論のモデル随伴理論は代数閉体の公理となるなど,数学的に重要な理論となることが知られている.しかしながら,モデル随伴理論が存在しない場合も多々ある.本研究では,モデル随伴理論が存在するための判定しやすい十分条件(障害という概念を提唱した)の提示,およびモデル随伴理論が存在しない例として,今までに知られていない範疇のものを与えた.それらの中には次のものが含まれる.(1)平面グラフの理論,(2)Tσの形(σは自己同型写像)の理論.(B)ラムゼー型理論の構築:構造を持たない集合に対するラムゼー定理は有限型と無限型があり,有限型はコンパクト性あるいはケーニッヒ定理を用いることにより,無限型から導出される.同様のことは,構造を持つ集合に対するラムゼー理論でも成立する.ラムゼー理論の多くの研究が有限型で行われてきている.我々は,ランダム無限n部グラフについて考察して,辺彩色の場合にラムゼー型の定理が成立することを発見した.モデル理論の重要な手法であるコンパクト性を用いて,数学的構造を解析した.対象とする構造は,グラフ構造と算術(PAおよびそれより弱い体系)および順序極小理論のモデルである.グラフ構造は,モデル理論的には,2変数述語記号の構造と考えることができ,モデル完全性,モデル随伴理論の存在条件などについて結果を得た.また順序極小理論に関連しては,順序極小構造の関数族による拡張において,再帰的飽和性の観点から研究を行った.また無限組み合わせ論に関連した研究も行った.研究目的の一つは新しい形のタイプ排除定理を構築して,安定性理論/単純性理論の進展に貢献することである.新しいタイプ排除定理の構築まではできていない.しかし安定性理論/単純性理論に関しては,別の方法での研究により,進展に貢献できる結果が出ている.ランダムグラフの辺彩色については,一応の結論を得ている.すなわちその部分構造としてのランダムグラフ(したがって無限構造)で,彩色が一様になっているものの存在は示された.今後は,部分構造に関する彩色に関する研究と一般のジェネリック構造の研究を進めてゆく.モデル理論有限グラフ全体のクラスKがラムゼー性を持つことは知られている.その証明に無限構造を使うことにより見通しのよい証明が得られることを示した.今後は,この方法論を用いて,Kの部分クラスでラムゼー性を持つクラスを発見することを目指す.一様樹形図の存在とタイプ排除定理に関して研究を行うことを一年目の目標にしていた.
非線形微分方程式とその周辺

本研究は、非線形現象に関連する数学の諸理論を取り扱っている。二年間の研究成果は多岐にわたるが、その主なものについて報告する。1.無限次で退化する半楕円型偏微分作用素が、準楕円型となるための十分条件を与えた「1」。また、厳準楕円型にならない反例を与えた「2」。2.複素二次元の力学系において、不動点に連結する安定多様体の構造を解明した「3」、3.複素2次元多様体上の特別な性質をもつ有理曲線の近傍の幾何学的性質を考察した「4」。4.複素1次元の力学系において、「ア-ノルド舌」および「燕の尾」と呼ばれる特異性に関連した数値実験を行い、興味深い結果を得た「5」。5,定常性を仮定しない場合の、正規確率過程を研究し、道の最大値の分布について、その裾のオ-ダ-の、上からの精密な評価を与えた「6」。6,非線形ボルツマンの方程式に現れる衝突積分、および線形化ボルツマン方程式に現れる衝突積分の構造を調べ、前者については、そこに現れる流体力学量の影響を明らかにした。また、後者については、エリスピンスキの定理の拡張と精密化を行った。これらの結果は、ボルツマン方程式の解の漸近挙動の研究において有用なものであるが、時間的制約のため論文化することができなかった。これらの研究はいずれも、種々の非線形現象に関連する数学の諸理論の発展のための、重要なステップをなすものと考えられる。継続的な努力によって、一層の進展が図られるべきである。本研究の主な目的は、自然現象の記述に現れる種々の関数方程式の、数学的構造の研究である。方程式に内分される数学的構造の発見と解析が、解の性質の研究に寄与することは当然であるが、他方ではそれが、解析学に新しい理論的枠組を提供し、新しい研究分野の開拓に役立つことが期待されるのである。〔1〕では、退化したシュレンディンが一作用素の正則性伝播の問題に対して、ハイゼンベルグの不確定性原理を適用して解決することに成功した。〔2〕では、固体結晶に対する量子線計力学的モデルの一つである,2次元イジングモデルの拡張としての、SOSモデルの積分可能系に対して、局所高確率の保型的性質を調べ、組合せ論的な等成を確立した。〔3〕では、2複素変数の解析的変換が不動点をもつ場合に、変換の挙動を調べ、変換から定まるア-ベルの関数方程式の解を調べた。〔4〕では、稀薄気体に対する古典統計力学的モデルとしてのボルツマン方程式に対して、短距離的な力場の影響下において、熱力学的平衡解の近傍において、時間的大域解の存在が示された。〔5〕は、非線型振動の分岐現象に伴なう、共鳴現象や引き込み現象は、数学的見地からは、安定な周期解の出現と解釈されている。〔5〕は、このような分岐現象を、いくつかのモデル方程式について研究した。以上の諸研究は、継続的に発展させられつつあり、他の研究分担当の協力ともあいまって、更に他方面に及ぶ先端分野の研究に結実するものと期待できる。研究成果は多岐にわたっているが、その主なものについて報告する。1、森本は、無限次で退化する楕円型偏微分作用素の準楕円性について精密な研究を行った「1」。2,上田は、複素2次元の力学系において、不動点に連結する安定多様体の性質を解明した。「2」3,宇敷は、複数1次元の力学系において、「ア-ノルドの舌」及び「燕の尾」と呼ばれる特異性に関連した長大な数値実験を行い、興味深い結果を得た。「3」。また、実3次元空間における比較的簡単な力学系ー区分線形ベクトル場によって生成される力学系ーの中に現れる、ストレンジアトラクタの構造を、数値実験によって調べた。「4」。

4,河野は定常性を仮定しない場合の、正規確率過程について研究し、道の最大値の分布について、その裾のオ-ダ-の、上からの精密な評価を得た「5」。5,浅野は、流体の準微視的研究に現れるボルツマン方程式とヴラソフマクスウェル方程式、および巨視的立場による流体力学に現れるオイラ-方程式とナヴィエスト-クス方程式の解について、種々の漸近的性質を述べた総合報告を発表した。「6」。これは改善された取扱い法によるものであり、新しい結果も含んでいる。以上のように、これらの研究は、種々の非線形現象に関連する数学の諸理論を広展させる上で、重要なステップをなすものとかんがえられるが、なお継続的な努力によって、一層の進展が図られるべきである。
物流構造と消費の地域的変容に関する日本帝国内の比較研究

本研究の目的は、日本帝国の植民地である朝鮮および台湾の鉄道貨物輸送データベースを利用して、各地域間の物流構造と消費の地域的変容を明らかにし、それを比較することで両地域の特徴を明らかにすることである。特に、両地域における都市化の進展とそれに伴う都市と農村の分業関係の特徴に注目した。(1)朝鮮は都市化が急速に進展し、また、気候や資源の賦存状況に関して地域間の差異が明確であった。その結果、都市と農村の分業が明確に進展した。(2)台湾では、都市化が緩やかに進展し、また、朝鮮と比較すると、地域間の差異が小さかった。その結果、都市と農村間の分業は植民地時代を通じてあまり進展しなかった。本研究の課題は、朝鮮および台湾の鉄道貨物輸送データベースを利用して、各地域間の物流構造と消費の地域的変容を明らかにし、それを比較することで両地域の特徴を抽出することである。この研究目的に照らし、本年度では、日本植民地期台湾における鉄道貨物輸送分析に基づく物流構造、地域間分業の実態について、同じく日本植民地であった朝鮮との比較研究を実施した。その成果は、2013年12月に行われた立教大学・台北大学主催の国際シンポジウム「植民地台湾の社会資本と流通」で口頭発表を行った(「鉄道貨物の「島内」輸送と建設資材流通」)。以下、その成果内容について記す。台湾は朝鮮と比べて、地域的に広く、かつ高密度(面積・人口当)で鉄道が敷設されていったにもかかわらず、台湾内の物資移動に果たす鉄道の役割は小さく、島外(具体的には、日本内地や満洲地域)との間の貿易品を運搬する役割が大きかったことが明らかになった。これは、台湾島内の各地域が、比較的似たような産業構成、特に農業に偏った特徴を持っていたこと、加えて内陸都市の発達が十分でなかったために、地域内の分業が生じにくかったことがその理由として指摘できる。反対に、朝鮮の場合は、半島内の地域差が、台湾に比べると大きく、鉄道が敷設されることで地域内の分業が促進されたといえる。このような両地域内部での地域差の相違は、結果として日本帝国内部における役割(台湾=一次産品の供給地、朝鮮=一次産品のみならず中間財の供給地)の相違にも表れていると考えられる。従来の研究では、これを日本の植民地政策の相違から説明してきたが、両地域の持つ本来的な地域差(気候など含む)から説明するという植民地比較研究の新しい視点を提供することができたと考える。本研究の課題は、戦前日本帝国の植民地の鉄道貨物輸送データベースを利用して、各地域間の物流構造と消費の地域的変容を明らかにし、それを比較することで両地域の特徴を抽出することである。この研究目的に照らし、本年度では、以下の二点に取り組んだ。(1)昨年度の研究成果(朝鮮・台湾比較)を土台に、より分析方法を精緻化した上でその内容を論文として公表した。(2)また朝鮮半島と中国東北部(満洲)が鉄道により接続されていることから鉄道輸送が両地域の分業を促進することに着目し、両地域間の鉄道輸送を分析した内容を含む研究成果の口頭発表をおこなった。以下、各成果の概略を記す。(1)昨年度に朝鮮・台湾の地域間分業を鉄道輸送の内容から分析・比較した研究内容の口頭発表を行ったが、ここに「鉄道輸送額の推計」という方法を用いてその成果をさらに発展させた。台湾は朝鮮に比べて地域的に広範に、かつ、高い密度で鉄道が敷設されたにもかかわらず、地域間分業に果たす鉄道の役割は小さかった。それは台湾内の各地域が比較的均質な産業構造(農業)をもっていたために分業を促進する要素が少なかったこと、また台湾の都市化の進展も朝鮮に比べて緩慢で、都市ー農村間の分業を促さなかったことが要因であったと結論付けられる。そしてそれらは本国日本との分業関係(貿易関係)をも規定しており、台湾は農産物供給地として本国との関係を位置づけられる一方、朝鮮は農産物のみならず工業製品も本国に輸出するような複雑な貿易関係を結ぶことになった。(2)朝鮮と満洲の間の鉄道輸送構造を分析し、戦前期には満洲から朝鮮へ、戦時期には朝鮮から満洲へ、と両者の間の輸送方向が逆転していることを確認し、満洲地域内部の分業構造の検討も踏まえて1932年満洲国の成立の意義を考察した。26年度が最終年度であるため、記入しない。経済史26年度が最終年度であるため、記入しない。計画していた朝鮮・台湾の比較研究を実施できた点で、順調に進展していると評価できる。但し、物流構造、地域間分業の相違を抽出したのみで、「消費」部分の比較検討にまでは至らなかった点が反省点である。

また戦時期の統計資料を探すべく中国への調査を実施し、部分的ではあるが戦時期に関する新しい資料の発見をできた点も評価できる。引き続き、朝鮮・台湾の比較研究をおこなっていく。申請時の計画通り、両地域での鉄道敷設地域と非敷設地域の間での物流・消費の比較研究が具体的目的となる。鉄道が敷設されることによる一般的影響を両者の共通性から明らかにするとともに、朝鮮・台湾で相違する部分を抽出し、その要因を明らかにすることで、両地域の市場としての特質について考えていく。また、前年度シンポジウムで口頭発表した内容について活字化することも同時に進めていく。(2015年2月刊行の図書にて行う予定。)
量子統計的視点からの幾何学的漸近解析の諸問題の研究

ボゾンガスの状態数の漸近挙動についての結果を得た。また、M.Stolz氏との共同研究において、ランダム行列理論に現れるモーメント積分の、一般のコンパクト連結リー群での類似物を考察し、テンソル積を表すパラメータについての漸近挙動に関する結果を得た。更に、S.Zelditch氏の導入・考察したDelzant凸多面体上のBergman-Bernstein測度に示唆され、一般の凸多面体上でBernstein測度を導入・考察した。その結果、漸近展開公式などの諸性質を明らかにし、さらにBergman-Bernstein測度との関連を明らかにした。1.ボゾンガスの状態数の漸近挙動について得られた結果を論文にまとめ、アーカイブに投稿した。(math/0702857)この研究は分割数のスペクトル論的な類似に相当する(フリー)ボゾンガスの状態数の漸近挙動を、量子ハミルトニアンが周期的な場合に、分割数の漸近挙動を調べる際に用いられるMeinardusのsuddle point methodを応用して調べたものである。波動作用素のトレースの純虚数軸での特異性の性質が解析に反映するが、その部分をDuistermaat-Guilleminのトレース公式を用いて解析した。結果は周期系の場合のみであるが、平均化したボゾンガスの状態数の漸近挙動については、一般の状況で得られている。これは一体問題の場合のWeylの漸近公式に相当するものである。2.Michael Stolz氏との共同研究で、ランダム行列理論に現れるモーメント積分のテンソル積パラメータについての漸近挙動に関する論文をまとめ、アーカイブに投稿した。(math/0610720)またこの論文はProceedingsAMSに受理され出版予定である。この研究は、モーメント積分にテンソル積上の対称群の表現の指標が現れるが、このテンソル積のパラメータに関する漸近挙動をZelditchと筆者による方法で調べたものである。Diaconis-Shashahaniの公式はテンソル積のパラメータが行列のサイズに比べて小さい場合を扱っており、漸近形ではあるがそれと対照的な結果となっている。結果は、モーメント積分を汎関数と考え、その弱収束の意味で、ある可換有限部分群上の測度に収束することが分かった。3.現在Stolz氏と更に共同研究を進めている。問題はランダム行列理論の、放物的誘導表現から得られる群と表現の無限列への一般化である。これは次年度以後への課題である。本年度は、Bernstein多項式の一般の高次元凸多面体上での類似物の構成、およびその諸性質を調べ、一連の結果を論文にまとめた。論文は砂田利一先生還暦記念研究会のProceedings(Contemporary Mathematicsから出版予定。査読付きの出版物。)に投稿し、既に受理されている。以下で、この研究の背景と結果を説明する。Bernstein多項式とは元々BernsteinがWeierstrassの多項式近似定理を証明するために導入した単位閉区間上の多項式である。その後高次元標準単体や超立方体に対しては一般化されており、Abel-Ivan、Hormanderによる高次元標準単体上のBernstein多項式の漸近展開が知られていた。2007年にZelditchにより、一般のDelzant凸多面体上のBergman-Bernstein近似が導入され、その漸近展開が得られており、特にそのリーマン和への応用が考察された。ZelditchはDelzant多面体に対応するコンパクト・ケーラー・トーリック多様体上の解析を基にしており、これを一時の凸多面体に拡張することは難しい。そこで私は、より一般の(Delzantとは限らない)凸多面体上で、Zelditchとは独立に、Bernstein測度という概念を導入し、それを基にBernstein近似を導入し、その漸近展開を得た。これはAbel-Ivan、Hormanderによる前述の結果の拡張になっている。更に有限台を持つBernstein測度の分類とその構成法を2004年のZelditchとの共同研究で既に得られていた技術を用いて得ることが出来た。私の導入したBernstein近似は、ZelditchによるBergman-Bernstein近似とは異なる。この研究では凸多面体がDelzantの場合、両者が一致する条件を得たが、そのうちの一つは、Delzant多面体の格子点から定まる単項式埋め込みによって得られる、トーリック多様体上のFubini-Studyケーラー計量がDonaldsonの意味でbalancedであるという条件が現れた。Fubini-Study計量以外のケーラー計量に対して、balanced計量のこのような特徴付けが得られるかどうかは未解決である。本年度は、格子凸多面体上の格子点から定まるリーマン和の漸近挙動の研究を行った。

格子凸多面体上のリーマン和の漸近挙動はトーリック多様体のToeplitz作用素のトレースの漸近挙動という大域解析的問題だけでなく、Todd類の具体的な表示や(それとある意味で同等だが)Ehrhart多項式の関数の決定に直接関連するという意味で、位相幾何学的にも組み合わせ論的にも重要な問題である。具体的な手法は、まず凸多角錐体上のリーマン和の漸近展開を得ることにある。これは前年度研究したBernstein測度の類似物であるSzasz測度という測度を導入し、その漸近解析的性質を明らかにすることにより得られる。そして凸多面体上のEulerの公式の類似物である、Brion-Vergneによるある公式を用いて格子凸多面体上のリーマン和の漸近挙動を調べるというものである。この方針の利点は漸近展開の各係数が第二種スターリング数である程度具体的に表示が可能になることである。現時点では格子凸多面体上のリーマン和の漸近展開公式を得るには至っていない。しかしSzasz測度の漸近展開公式、並びに凸多角錐体上のリーマン和の漸近展開公式は得ることが出来た。その凸多角錐体上のリーマン和の漸近展開公式を用いて、格子凸多面体上の公式の予想を立てることが出来たが、その予想はBerline-Vergneによるlocal Euler-Maclaurin公式を用いると少なくとも形式的には正しいことが分かる。つまり信憑性の高い予想となっているが、その厳密な証明には、本年度発見したある微分作用素の分解と部分積分から派生する種々の微分作用素の関連を調べる必要があり、更なる解析を要することが分かった。
近赤外線分光法を用いた摂食・嚥下メカニズムと高次脳機能との関連の解明

嚥下運動(飲み込むこと)時の大脳皮質の脳血流変化について、嚥下障害の改善に有効とされる嚥下法施行時および嚥下誘発手技施行時の大脳皮質の脳血流変化について調査を行い、それぞれの脳活動部位の傾向が明らかとなった。また、側頭筋の受動的・能動的筋活動が近赤外線分光法データへ与える影響について検討し、いくつかの知見を得た。【目的、方法】嚥下障害の改善に有効とされる様々な嚥下法がある。Supersupraglottic swallowは喉頭閉鎖(強い息こらえ)を、Mendelson Maneuverは喉頭挙上を、昭大式嚥下法は喉頭閉鎖・喉頭挙上・舌根の挙上を強調して行いながら嚥下する方法である。近赤外線分光法(NIRS)を用いて、喉頭閉鎖施行時、喉頭挙上施行時、自由嚥下施行時、昭大式嚥下法施行時の大脳皮質の活動部位について検討した。同意の得られた健常者6名を対象として、頭頂から左右側頭部にかけて合計48chのNIRSプローブを設置し、喉頭閉鎖施行時、喉頭挙上施行時、昭大式嚥下法施行時、自由嚥下にて連続水嚥下、昭大式嚥下法にて連続水嚥下時について大脳皮質の活動部位および脳血流変化量を計測し、加算平均法により検討した。【結果と考察】1.喉頭閉鎖施行時:全チャンネルのOxy Hbが大きく減少し、左右前頭回領域においてDeexy Hbが増加した。2.喉頭挙上施行時:左右の運動野・感覚野においてOxy Hbが増加した。また、左右前頭回領域のOxy Hbが減少し、Deoxy Hbが増加した。3.昭大式嚥下法施行時:左右の運動野・感覚野においてOxy Hbが喉頭挙上施行時より増加した。また、左右前頭回領域においてOxy Hbが喉頭挙上時より程度は少ないものの減少し、Deoxy Hbは喉頭挙上施行時より増加した。4.自由連続水嚥下時:左右の運動野・感覚野においてOxy Hbが大きく増加した。5.昭大式嚥下法にて連続水嚥下時:左右の運動野・感覚野において自由連続水嚥下時より程度は少ないもののOxy Hbが増加した。喉頭閉鎖によるOxy Hbの減少とDeoxy Hbの増加は、息こらえに伴う低酸素の状態が影響しているものと思われた。その他の所見については、さらに分析数を重ね検討を加えて行きたい。【目的】昨年度は嚥下障害の改善に有効とされる嚥下法を施行した際の脳活動についてNIRSを用いた測定・検討を行なったが、その中で被験者に開閉口運動を行なわせた際に本来の脳血流量変動パターンとは異なる変化がみられた。過去の研究報告から側頭筋の分布する範囲にNIRSプローブを設置するため側頭筋活動時の影響が指摘されているが、その関連性について詳細な検討を行なっている報告はない。そのため、側頭筋を自動的・他動的に活動させた際にNIRS測定を行い、脳血流量の変化およびアーチファクトの有無について検討を行なった。【方法】対象は2330歳の健常成人8名で、光トポグラフィー装置ETG-4000のプローブ(合計48ch)を10-20法に従って頭頂から左右側頭部に設置した。被験者の左右耳前部の側頭筋相当部皮膚上にマイオモニターの電極を設置し、他動的な側頭筋の筋活動を行なわせた(4.5μV)。また、自動的な側頭筋活動(タッピングおよびクレンチング)も行い、それそれ安静時の脳血流量との変化をNIRSにて測定した。【結果】1.全症例において自動的・他動的な側頭筋筋活動と一致したアーチファクトは検出されなかった。2.マイオモニターによる他動的な側頭筋筋活動では全測定領域でOxy-Hbの明らかな変動は認められなかった。3.タッピングおよびクレンチングでは運動野を中心とした広い範囲でOxy-Hbの増加を認めた。【考察】今回の実験ではマイオモニターの刺激を一定にしたが、被験者によって側頭筋筋活動レベルに差が生じ、自動的な側頭筋活動時と他動的な側頭筋活動時との比較ができなかった。頭髪やNIRSプローブがあるため、他動的な側頭活動を正確に行なわせるのは困難であるのが現状であるが、今後その方法の改良などについて検討を加えたい。前回のわれわれの研究で、側頭筋をマイオモニターにて受動的に収縮させた際のNIRS測定への影響を調査したところ、全測定範囲でOxy-Hbの明らかな変動がないことが分かった。そこで今回は、下顎運動時における能動的な側頭筋活動が大脳皮質血流へ及ぼす影響について調査を行った。

同意の得られた健常者4名を対象として、光トポグラフィー装置ETG-4000のプローブを頭頂から左右側頭部にかけて合計48ch設置した。また同時に表面筋電計を耳前部に設置し側頭筋活動を測定した。実験課題は下顎運動(開口30秒-閉口30秒、クレンチング10秒、タッピング10秒)、安静時間は30秒とした。【結果と考察】1.安静時の脳血流が安定していなかったため、1名のデータをNIRS解析から削除した。2.開閉口運動では、表面筋電図にて明らかな側頭筋活動は観察されなかった。一方、NIRSの結果では開口時に顕著なOxy-Hb増加を認めた。従来より言われている側頭筋活動によるプローブ設置への影響や、側頭筋の筋収縮・弛緩に伴う筋体積の変化やミオグロビン量の変化などによるNIRSデータへの影響は、開閉口運動時では少ないことが示唆された。3.クレンチング運動では、表面筋電図にて今回の実験課題の中で最も大きい側頭筋活動が観察された。一方、NIRSの結果ではOxy-Hbが一度減少した後に増加する傾向がみられた。Oxy-Hbの減少はクレンチング時の息こらえによる影響が考えられる。4.タッピング時のNIRSの結果では、今回の実験課題の中で最も脳血流変化が少ない傾向を示した。