hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重症小児患者の体液管理のための低侵襲体液量評価法の開発

体重8kg以上の小児で少量のブドウ糖(1gまたは2g)を指示薬として短時間で得られるブドウ糖初期分布容量(以下IDVG)は成人に比し大きかったが、成人と同様心拍出量や循環血液量と正の相関関係があり、小児重症患者の体液管理に有用であることが判明した。また投与後3分のみならず5分の血漿ブドウ糖濃度推移を加えることで算出される推定IDVGは3-7分間の濃度推移から1分画モデルで算出されるIDVGの代用となることが判明した。平成22年度測定した患児は1歳から7歳まで主として開心術術後患児24名であった(体重8.4-23.8kg)。ブドウ糖約0.1g/kgとなるよう1gまたは2gを中心静脈から静注し、投与後7分までの血漿ブドウ糖濃度の変化を1分画モデルに当てはめ、ブドウ糖初期分布容量(以下IDVG)を算出した。1g投与は11名(n=20)、2g投与は4名であった。1g投与では術前体重を基にしたIDVGは平均140±20(SD)ml/kgであり、成人より多少多めの傾向が見られた。また成人でブドウ糖(5g)投与後3分の血漿ブドウ糖濃度増加分のみを用いた予測式よりIDVGを推定できた(Crit Care 2005;9:R144)。この推定IDVGが利用すれば今回1gを投与した場合には、5g時の1/5のIDVGとなるが、1g時の推定IDVGと実測IDVG間にはr=0.95,p<0.0001の正の相関があり、また差違は平均50±250(SD)mlと十分この推定IDVGが使用できる可能性があることが解った。2g投与時でも症例数が少ないものの同様の結果であった。測定の問題点としては50%ブドウ糖溶液使用した場合、血管内での混和が速やかにおこらず、20%程度まで希釈して投与しなければならないことが判明した。また今回ICG投与し非侵襲のDDGアナライザーによる循環血液量測定を同時に試みたが、利用できるプローブでは小児では鼻腔に装着困難であり、今後口角など他の部位での測定をしなければならないことが判明した。未だデータ数が少なくデータを発表する段階にはないが、今後も測定を続けデータ収集解析に努める。平成22年度の研究で患児でも十分IDVG測定が可能であり、実際、臨床で輸液管理に応用できる可能性が示唆された。平成23年度測定した患児は主として開心術術後患児13名であった(体重8.4-25.9kg)。ブドウ糖約0.1g/kgとなるよう1gまたは2gを中心静脈から静注し、投与後7分までの血漿ブドウ糖濃度消退曲線よりブドウ糖初期分布容量(以下IDVG)を算出した。1g投与は11名(n=20)、2g投与は2名であった。昨年の結果を含めて1g投与では術前体重を基にしたIDVGは術当日平均148±20(SD)ml/kg(n=17)であり、以後術後2日目まで増加傾向を認めたが日々の差は有意でなかった。しかし昨年は明らかでなかったが、成人(110-130m/kg)に比し、小児の開心術後IDVGは大きいことが明らかとなった。また成人でブドウ糖(5g)投与後3分の血漿ブドウ糖濃度増加分のみを用いた予測式よりIDVGを推定できた(CritCare2005;9:R144)。この推定IDVGを利用すれば今回1gを投与した場合には、5g投与の1/5のIDVGとなるが、これまでの22年度も含めたデータでは1g時の推定IDVGと実測IDVG間にはr=0.94の正の相関があったが、成人(r=0.98)に比し低かった。これは血漿におけるブドウ糖消失速度定数が成人ではほぼ0.07/min前後に対して、患児中には0.14/min程度まで増加していた症例もあったことに起因する。これを解決するにはブドウ糖投与3分のみでなく4分の血漿ブドウ糖濃度を加味することで、両IDVG差違は平均73±165(SD)mlから平均0±132(SD)mlへと改善した(p<0.001)。測定の問題点としては血管内での混和が速やかにおこらず、4分後の血漿ブドウ糖濃度は3分後に比し逆に増加した症例も数例見られた。これを確かめるためにも投与4分後の採血は必須と考えられた。また今回ICG投与し非侵襲の循環血液量測定を同時に試みたが、23年度は1g投与症例で6名、2g投与症例で2例と未だデータ数が少なく、今後もデータ収集解析に努める。24年度は22年、23年度に引き続いて21人の主として心臓手術術後患児のデータ取得ができた。

24年度の中頃からはインドシアニングリーン(ICG)を用いた比較的低侵襲の心拍出量や循環血液量の測定法に改良を加え、これらの測定値の精度が高まり、比較的安定したデータが得られるようになった。これまでの結果では少量のブドウ糖(1gまたは2g)を指示薬として用いた体液量評価(ブドウ糖初期分布容量、以下IDVG)は成人と同様心拍出量や循環血液量と正の相関があることが判明した。また従来成人で用いてきたブドウ糖投与3分後の血漿ブドウ糖濃度上昇のみによるIDVG推定では、血漿からのブドウ糖消失速度に各患児や測定時点で差があり、ブドウ糖投与3分後のブドウ糖濃度のみならず、投与後5分のブドウ糖濃度を加味することでIDVG推定が大幅に改善することが判明した。さらに先の2年間の結果と同様、成人に比して心臓手術術後のIDVGは大きいことが確認された。術直後に比し術後1日目にはIDVGは増大する傾向が見られた。測定上の問題点も判明した。即ち、小さな体動や涕泣であっても体内でのブドウ糖動態に大きな影響を与え、ブドウ糖投与3分から7分後間で各測定時点で変化が認められないなど測定時には体動等がないことが重要であることが確認できた。以上より、小児患者ではIDVG測定時には多少の鎮静下で行う必要があるが、小児においても成人と同様に間接的な心臓前負荷の指標としてIDVGを体液管理に使用できることが判明した。23年度は小児開心術症例が前年に比し少なかったが、それでも小児開心術症例術後には成人に比し、IDVGが増加しており、中心部細胞外液量が増大していることが判明した。また短時間でIDVGを推定する方法は、成人ではかなり有効であるが、小児では多少手直しを要することが明らかとなり、小児でも手直しすれば有効に使用できることが示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はさらに症例数を増やして、循環血液量、心拍出量との関係を明らかにする。またこれまでの推定IDVGの算出の式が、この後の症例に適応して、その精度を検討する。
TSPANが及ぼすγ-secretase活性変化の機序解明

脳内において、アミロイドβタンパク質(Aβ)を産生する酵素は、細胞膜に局在する複合体タンパク質のγ-secretaseである。アルツハイマー病(AD)患者脳内では、このγ-secretaseの活性が変化し、産生するAβ分子種が異なった結果として、脳内へAβ42が蓄積すると考えている。ではどのようにしてγ-secretaseの活性が変化するのか?これまでに、γ-secretaseと同様に細胞膜に局在するtetraspanin(TSPAN)は、γ-secretaseの活性に影響を及ぼすことが知られている。またAD患者では、TSPANの発現量が変化しているという報告もある。哺乳類において、33種のTSPANが存在することが報告されている。そのため本研究では、どのTSPANがγ-secretaseの活性に影響を及ぼすのか明らかにすることを目的として実施した。迅速に入手可能であった7種類のTSPANを培養細胞に過剰発現させ、産生されるAβを生化学的に解析した。産生するAβの絶対量は、減少するTSPANと変化しないTSPANに分類できた。産生されるAβ分子種について解析した結果、TSPANを過剰発現させない場合と同様に、Aβ40とAβ42の産生比率に変化は認められなかった。アミロイド前駆体タンパク質APPもしくは、γ-secretaseの構成因子であるpresenilinに遺伝子変異を有する家族性ADでは、Aβの産生量は低下する。一方、Aβ40とAβ42の産生比率は変化する。産生比率の変化によって、脳内へのAβ蓄積が加速され、家族性ADの発症年齢は早期である。本研究結果より、TSPANの発現に伴いAβ産生量を低下させることで、家族性ADとはAβ分子種比率は異なるが、類似した機序によりAD発症に至るのではないかという疑問を新たに生じた結果となった。本研究の目的は、アルツハイマー病患者脳内に蓄積するアミロイドβタンパク質(Aβ)の産生機序に寄与するtetraspanin (TSPAN)の影響を明らかにすることである。哺乳類において、TSPANは33種類存在していることが報告されている。昨年度まで実施していた研究活動スタート支援研究に加え本年度の研究成果として、複数のTSPANの発現がAβ産生を抑制することを見出し、その中で既知TSPANよりもAβ産生抑制効果が有意に大きいTSPAN分子を明らかにした。一方、Aβ産生を亢進させるTSPANは、これまでの本研究では見いだせていない。TSPAN遺伝子を培養細胞へ一過性に発現させたところ、同じTSPAN分子であっても異なる細胞種では発現量が大きく異なる場合や、まったく発現しない細胞種も見られた。このことは、TSPAN分子が何らかの機構によりAβ産生抑制に寄与するが、すべてのTSPAN分子種が神経細胞に発現してAβ産生に影響を及ぼすとは限らないことを示唆する。またこれまでにAβ産生酵素のγ-secretaseの存在は、細胞膜のraft画分に多いことが知られている。またTSPANも細胞膜に発現するタンパク質であり、raftに局在すると考えられている。しかし、もし細胞種でraftの組成が異なれば、あるTSPANが局在しやすいraftおよび局在しにくいraftがあり、raftの組成変化が結果的にAβ産生に影響を及ぼしている可能性も考えられる。当初の計画どおり、Aβ産生に影響を大きく及ぶすTSPAN分子を見出すことができ、順調に進捗している。本研究は、細胞内においてアミロイドβタンパク質(Aβ)を産生する酵素のγ-secretaseの活性に着目している。このγ-secretaseは、細胞膜に局在しており、特にraftと呼ばれる画分に多く存在している。このraftに局在するタンパク質にテトラスパニン(TSPAN)もあり、発現させるTSPANの種類によってAβの産生抑制される程度が異なることを昨年度までに見出した。TSPANの種類とγ-secretase活性についてより詳細な検討を行うため、今年度はHEK293細胞にγ-secretaseの基質であるnotchと各TSPANを一過性に発現させた。その結果、Aβは産生抑制されていたのに対し、驚いたことにnotchの切断はTSPANの発現によって亢進していた。この結果は、TSPANによるγ-secretaseへの影響がAβ産生とnotch切断では異なることを示した。これまでの先行研究では、γ-secretase阻害剤によるAβ産生とnotch切断への影響は同様であったことから、Aβ産生とnotch切断に乖離があることは、γ-secretaseの機能解析としてきわめて重要な発見であると考えられる。しかしここまでの検討では培養細胞で行っており、脳内におけるγ-secretaseの機能解析を行うには脳組織での検討が必要である。本年度の研究において、マウス脳組織に直接βCTFを塗布してAβを産生させる新たな実験系を構築した。現在はnotchの切断も同様に起こるのかを検討しており、TSPANノックダウンマウスでの検討前段階を確立させる。TSPANによるAβ産生とnotch切断に及ぼす影響が異なることを見出した。さらにTSPANによるγ-secretaseへの影響を解析する上で、Aβ産生およびnotch切断について脳組織をもちいて解析する新たな実験系を構築できた。

アルツハイマー病(AD)患者脳内では、このγ-secretaseの活性が変化し、産生するAβ分子種が異なった結果として、脳内へAβ42が蓄積すると考えている。ではどのようにしてγ-secretaseの活性が変化するのか?これまでに、γ-secretaseと同様に細胞膜に局在するtetraspanin(TSPAN)は、γ-secretaseの活性に影響を及ぼすことが知られている。またAD患者では、TSPANの発現量が変化しているという報告もある。哺乳類において、33種のTSPANが存在することが報告されている。そのため本研究では、どのTSPANがγ-secretaseの活性に影響を及ぼすのか明らかにすることを目的として実施した。迅速に入手可能であった7種類のTSPANを培養細胞に過剰発現させ、産生されるAβを生化学的に解析した。産生するAβの絶対量は、減少するTSPANと変化しないTSPANに分類できた。産生されるAβ分子種について解析した結果、TSPANを過剰発現させない場合と同様に、Aβ40とAβ42の産生比率に変化は認められなかった。アミロイド前駆体タンパク質APPもしくは、γ-secretaseの構成因子であるpresenilinに遺伝子変異を有する家族性ADでは、Aβの産生量は低下する。一方、Aβ40とAβ42の産生比率は変化する。産生比率の変化によって、脳内へのAβ蓄積が加速され、家族性ADの発症年齢は早期である。本研究結果より、TSPANの発現に伴いAβ産生量を低下させることで、家族性ADとはAβ分子種比率は異なるが、類似した機序によりAD発症に至るのではないかという疑問を新たに生じた結果となった。Aβ産生抑制効果が最も大きかったTSPAN分子が神経細胞で発現しているか、もしくは一過性にでも発現してAβ産生を抑制できるか検討をすすめ、TSPAN分子とγ-secretaseの関係について解析を行っていく。マウス脳組織でのAβ産生およびnotch切断させる実験系を確立させる。TSPANノックダウンマウス脳でも同様に行い、脳組織でもTSPANによるγ-secretaseへの影響が培養細胞で見られたようなことが起こるのかを検討していく。さらにはイメージング質量分析を行い、変動する分子の存在、脳組織における脂質の組成解析などを行っていく。
ボーリング・ビット位置でのAEと機械量データに基づく岩盤内可視化に関する研究

本研究により得られた成果を、以下にまとめる。1)実験により削孔機のビット位置で検出したAE(ビット振動)、トルク、推力の変化が、岩種の違いやき裂位置を特定するのに有効であることを確認した。2)ハードウェア・システムの要である信号伝送方式に関して、光伝送方式とFM電波による方式を個別に検討した結果、いずれも可能であることを確認した。ただし、光伝送方式では特殊なロッドが必要になり、実用のためには問題が多い。一方、FM電波を用いた伝送方式では、雑音レベルが比較的高いものの、ロッドの継ぎ足しに伴いアンテナを延長することで、信号を受信できた。3)FM電波を用いた信号伝送装置を使って、室内岩石削孔試験を実施した。その結果、削孔中のAE、各機械量データを検出、解析、表示できた。また試体内にき裂を設け、そのき裂位置を通過する際の各データの変化を比較した結果、岩盤内のき裂位置の検出には、AEが有効であることを確認した。4)これらの信号伝送システムとは別に、ビット位置で検出した信号を、ビット後部に配置したデジタルメモリに記録し、オフラインで解析するシステムも開発した。このシステムにおいても、ビット位置のAEや機械量データを用いた検層が可能であることを、実験により確認した。5)ソフトウェア・システムとしては、各データを収録し、各種ログを作成、表示できるプログラムと、それらのログからニューラル・ネットワークを用いて地層構造の変化や不連続面位置を特定、表示するプログラムを作成した。小型油圧式回転削孔機を用い、ビット位置でAEおよび各種機械量データを検出し、記録、解析、表示できるシステムを構築した。このシステムのハードウェア部は試作段階にあり、現場への適用のためには電子回路の小型化、防水性、耐震性の向上を図る必要がある。とりわけ、ビット位置でデータを検出、記録するシステムが、将来有望と判断された。本年度の計画に従い、ボーリング・ビット位置でのAE(岩盤切削音)とマシンの機械量データを計測、記録するためのハードウェア・システムの設計、製作、ならびに主要なソフトウェアの開発を行なった。ハードウェア部は、ビット位置トルク、推力、AE信号検出部、それに続く信号増幅、伝送回路部、ロッド内信号伝送中継システム部、削孔マシン本体の削孔回転数、ストローク検出部、全データの受信、記録部から成るシステムを想定している。本年度は特に、ビット位置でのAE信号並びにトルク、推力データが地層不連続面の検出に有効である事を確認するために、室内基礎実験を行った。また、小口径ボーリング用信号伝送システムについて検討した。1、既存のボーリング・マシンのビット位置近傍に、トルク、推力検出用の歪みゲージ、ならびに回転軸方向、回転方向に感度を持つ小型加速度計を2個取り付け、き裂を有する岩石の削孔試験を行った。その結果、岩石の破砕面を重ね合わせただけのわずかなき裂であっても、その箇所にビットが達するといずれのデータにも変化が見られ、充分不連続面の検出が可能であることが確認された。2、ボーリング・ロッド内での信号伝送方法を検討するために、水を満たした管内で、FM電波探知距離を測定した。その結果、アンテナ出力約2mWの発信器では、送受信アンテナ距離が25cm以内であれば受信可能であることがわかった。これにより、ビット位置の4チャンネルの信号をFM電波で発信し、ロッド内にアンテナを装備することで、信号伝送が可能であることを確認した。また、並行して光通信(RS232C)による方法も検討するため、信号伝送回路を設計、製作した。3、各種機械量データならびにAEデータからニューラル・ネットワークを用いて不連続面を検出し、地層構造を推定、3次元表示するまでの手法を開発した。

ボーリング・ビット位置でのAE(岩盤切削音)とマシンの機械量データを計測、記録するためのハードウェアシステムの設計、製作と改善、ならびにソフトウェアの改良を行なった。また、岩石供試体を用いた基礎的な削孔試験を実施し、コンピュータ内にデータを記録すると共に、ディスプレー上でモニターできることを確認した。ハードウェア部の開発では、先ずビット位置のトルク、推力、AE(軸方向)の3チャンネルの信号を非接触で伝送する方法について、昨年度に引き続き検討した。すなわちFM電波に変調して伝送する方式と、光信号に変換して光ファイバーで伝送する方式である。その結果、光ファイバーの場合でもファイバー先端同士の距離が10mm以内であれば、非接触方式で伝送可能なことを確認した。しがしながら、増幅、伝送回路が大きくなるため、検討の結果、本研究では3帯域のFM電波を用いて伝送する方法を採用することにした。そのために、信号検出部、それに続く信号増幅、伝送回路部を装備した、外径45mmの特殊ロッドを新たに設計、製作した。また、回転数および削孔長は、削孔機本体に取り付けた光反射式回転計およびワイヤー型変位計により検出した。このシステムを用いて岩石供試体の削孔試験を実施したが、途中で回路の防水に不備が見つかり、当初計画していた数の削孔試験を実施できなかった。この室内基礎実験は、次年度の早い時期に実施する予定である。ソフトウェア部の開発としては、AEならびに機械量時系列データから自動的にログを作成、表示するシステムを作成した。また、昨年度開発した、複数孔のデータを用いてニューラルネットワークにより不連続面位置を求め、地層構造を推定し、3次元表示するシステムにも改良を加えた。すなわち、不連続面をスプライン補間を用いて描き、地層の3次元構造を汎用性の高いモデリング言語であるVRMLで表示するシステムを作成した。本年度は、ビット位置でのAE(岩盤切削音)とマシンの機械量データを計測、記録するためのハードウェアシステムの改善を行い、昨年度に引き続き室内削孔試験を実施した。ハードウェア部の改善では、本システムの要であるロッド内の信号伝送方式について再検討した。すなわち、ビット位置で検出した信号をマシン本体位置まで伝送するのに、光伝送方式とFM電波を用いた方式の電子回路等を改めて設計、製作した。光伝送方式では、電圧信号(±5V)をデジタル光パルスに変調し、ロッド内の光ファイバーケーブルで伝送する小型回路(基盤寸法34X150mm)を製作した。この方式では、ケーブル間に約10mmまでの間隙があっても伝送でき、ロッド継ぎ足し部分で非接触伝送が可能である。しかし、ファーバーの軸を正確に合わせる必要があり、またケーブル長約2m毎に増幅回路が必要になり、実用には未だ問題の多いことが明らかになった。一方、FM電波による伝送方式では、ロッドの継ぎ足しに従いアンテナを延長することにより、数mまでの削孔に伴う各信号を記録できることを確認した。次に、後者の伝送方式を用いて室内削孔試験を実施した。
集団同時脳情報に基づく注意惹起事象の実時間抽出

本研究課題では、集団ユーザの注意を惹起するような周辺事象を、集団脳情報を利用してリアルタイムで抽出する技術の開発を行うことを目的とする。従来の加算平均処理ではなく、新たに複数の被験者の脳波を統合解析することにより、事象関連電位の一回計測の状況において、集団の注意を惹起した刺激をリアルタイムで抽出できる技術を開発した。本研究課題では、脳とコンピュータシステムを専用の脳情報読み取りセンサで直結し、集団の注意惹起を検出するブレインマシンインタフェース技術を開発することが目的である。一年目では、屋内での集団を対象にした脳波計測システムを開発し、実際に脳波計測を行ってデータを蓄積する計画であった。複数人の被験者の脳情報計測が可能なシステムの開発を行った。ここで開発したシステムでは、3名の脳波の計測が可能であった。本システムは、脳波計と既存ワークステーションから成り、閉じた通信ネットワークで安全に接続され、既存の五感刺激提示装置を用いて、コンピュータプログラムに従って視聴覚刺激を提示可能であった。単純な視覚刺激を利用して、被験者の集団に刺激を与えた際の事象関連電位を計測した。ここで、事象関連電位は被験者の注意に密接に関連しており、複数人の注意を惹起する特定の視覚刺激を、この脳波から抽出することを予備的に試みた。脳波は頭頂部付近の2か所から計測し、データを蓄積した。特に、一回きりの計測であっても注意惹起事象の抽出性能が可能であるか、前述の計測システムと今回開発を進めている信号処理ソフトウェアを利用して、9名分の脳波データを分析することとした。その結果、9名分の脳波において事象関連電位が明瞭に検出可能であり、この知見を応用して次年度以降、自動で脳波を判読するシステムの開発を行っていく予定である。本研究「集団同時脳情報に基づく注意惹起事象の実時間抽出」においては、集団の脳波計測を行い、複数人の脳波データを統合することにより、集団の注意を惹起した環境事象の抽出を行うことを目的としている。今年度は前年度に引き続き、集団の脳波計測とその解析を行った。また、非加算平均の脳波を集団被験者で統合して処理することにより、注意惹起事象の抽出精度が向上することの再確認ができた。さらに、事象として実験室内における動画刺激を採用し、比較的単純なコンテンツを含む動画内から読み取られる刺激提示時刻に基づいて集団の脳波解析を行った結果、明瞭な事象関連電位が抽出可能であることを確認した。また、リアルタイム性が確保されるよう非加算の短時間の脳波のみを使用して脳波のパターン識別を行った結果、本研究に必要な脳波の分析における基盤技術が確立できたと判断される。以上で得られた知見を最終年度において応用するために、環境中の事象発生時刻を自動で抽出するためのプログラムの概要設計を行った。自動抽出はコンピュータビジョンなどの技術に基づいて実現するよう検討が行われた。このコンピュータビジョンシステムは、まずは屋内において動作するよう設計され、将来的に8名10名程度の屋外の集団の周辺環境の事象を抽出できるように開発される予定である。本研究課題では、脳とコンピュータを専用の脳情報読み取りセンサで直結し、集団の注意惹起を検出するブレインマシンインタフェース技術を開発することが目的であった。最終年度において、集団被験者を対象にした脳波計測を実施し、屋外でも利用可能なシステムの実現に向けて、無線型脳波インタフェースシステムを構築し、実証実験を行った。無線型脳波インタフェースシステムにおいては、同時に複数人の被験者の脳波を記録可能であり、また、この集団被験者の注意惹起の有無を実時間で判別可能な認識アルゴリズム、またその結果を表示・記録するシステムが実装された。検証段階において、複数人の被験者が注意を惹起した事象を、約80%の精度で検出することが可能であった(最終年度に、国際会議論文として発表済み)。さらに、被験者数を増やした上で動作可能なオンラインシステムも構築した。本システムは有線システムではあるが、実際に8名までの脳波を同時に計測可能なシステムとして構築され、引き続き、実験を重ねて本システムの有用性を明確にできると期待される。また、当初の予定として挙げられていたように、コンピュータビジョンを導入して、集団被験者の周辺事象の発生タイミングを特定することによる事象関連電位の分析も行った。これらの知見を利用して、今後、屋外において集団の注意を惹起する事象の抽出を行うことができると考えおり、これらの成果を一部まとめ、身体装着装置に関する専門書を共同執筆した。本研究における目標の一つとして、屋外における環境認識技術を導入し、集団被験者の周辺における自然現象などの事象を抽出可能な脳波インタフェースを稼動することが挙げられていた。しかしながら、コンピュータビジョンの性能不備により、事象認識において実時間性を十分に確保できないことが判明し、当初予定の一部が達成できず、この問題を克服することが課題として残された。26年度が最終年度であるため、記入しない。生体情報工学26年度が最終年度であるため、記入しない。脳波計測とその分析など、一年目に実施すべき事項は、ほぼ達成されている。

一方で、計測可能被験者数が3名と少ないという問題があるため、この計測可能被験者数を増やすことが必要である。よって、当初の計画以上に進展しているということはなく、おおむね順調に進展していると判断できる。本研究は、おおむね順調に進展している。現時点で、当初の達成目標と大きく異なる点はなく、集団の脳波の統合技術も確立できており、特に深刻な問題となる事項は存在していない。26年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、一年目に獲得した知見を応用して次年度以降、自動で脳波を判読するシステムの開発を行っていく予定である。また、本研究の目的達成のため、脳波計測の無線化や、画像処理プログラムの開発を行って画像認識システムの開発を実施する計画である。本研究においては、最終年度、集団の周辺環境事象を自動で抽出可能なコンピュータビジョンシステムを開発し、実装する。このシステムを実装後、屋内、屋外(もしくはウェ屋内ウェアラブル条件)において、集団被験者を用いた実証実験に取り組む。まず、屋内における特定の現象の抽出ができるよう脳波のパターン識別の実験を行う。屋内における特定の現象としては様々が考えられるが、網羅的に検討を行い、最適な実験条件を確立したい。次に、システムを可能な限りウェアラブル化し、屋外における計測と分析の可能性について模索する。システムのウェアラブル化においては、各被験者に装置の持ち運びを要求するため、複数の同一計測システムを調達する必要がある。よって、安価なシステムを構築することが理想である。最終年度では、屋内の実験によって目的はほぼ達成されるが、より魅力的な応用のために、少なくとも、屋外においても利用可能なシステム開発を行い、その精度の検証までを導出したいと考えている。その他、脳波の信号処理手法を改善するため、特殊なソフトウェアを調達する可能性もある。当初購入予定であった機器について、計測環境によっては利用できない可能性があると判明したため、購入機器を見直すことになったことから未使用額が生じたもの。次年度以降はこれまでに得られたデータを基に、必要な知見を抽出して映像処理技術と組み合わせたシステムの開発に着手し、実験備品や実験消耗品の購入のほか整体計測装置の増設を検討している。本研究においては、安価な脳波計測器を複数準備する計画であった。しかしながら、安価な脳波計測器の性能を調査した結果、実用に耐えることができないという結果が得られたため、現時点で、調達を保留している段階である。安価な脳波計測器については、近年、様々な装置が市販され始めており、まずは、その調達の可能性を検討していく。それらの製品がすべて性能基準に達しない場合、既存のシステムを改良するための費用として資金を活用し、研究の目的が達成されるよう準備を行う計画である。同時に、メーカーとの連携を密に行い、あらたな計測器の仕様策定や意見交換を行うなど、理想的な製品の開発に関わるような取り組みも積極的に行っていく。
Webページを利用した小学校教員用体育学習指導方法研修システムの開発と評価

本研究の目的は「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」を構築し,それらの使用が教師の学習指導力向上に及ぼす効果を明らかにすることであった.これらの目的を達成するため,小学校体育授業におけるマット運動を対象とした2種類のソフトが開発された.まず第1番目のソフトは,マット運動の技術的ポイントや練習方法,小学校体育授業における学習指導過程の構成方法や指導上の留意点等を動画やテキストによって提示するものであった.また,2番目のソフトは,マット運動学習における技術ポイントに関する理解力を評価するため,児童のマット運動演技を動画で提示し,それらの問題点を解決する技術的ポイントについて回答するものであった.なお,2番目のソフトは,事前調査によって尺度の信頼性・妥当性が確認された.第1番目のソフトに対する小学校教師へのアンケート調査回答を分析した結果,このソフトはマット運動の指導方法を理解する上で有益であり,指導に対する自信を高める効果を持っていることが示された.また,大学生に対し,第1番目のソフト使用後のマット運動学習における技術ポイントに対する理解度テストを第2番目のソフトを使用して実施した結果,有意な得点の向上が認められた.以上のことから,今回の研究で開発した「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」は,マット運動指導に対する自信やマット運動学習における技術的ポイント理解を深めるために有効であることが示された.本研究の目的は「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」を構築し,それらの使用が教師の学習指導力向上に及ぼす効果を明らかにすることであった.これらの目的を達成するため,小学校体育授業におけるマット運動を対象とした2種類のソフトが開発された.まず第1番目のソフトは,マット運動の技術的ポイントや練習方法,小学校体育授業における学習指導過程の構成方法や指導上の留意点等を動画やテキストによって提示するものであった.また,2番目のソフトは,マット運動学習における技術ポイントに関する理解力を評価するため,児童のマット運動演技を動画で提示し,それらの問題点を解決する技術的ポイントについて回答するものであった.なお,2番目のソフトは,事前調査によって尺度の信頼性・妥当性が確認された.第1番目のソフトに対する小学校教師へのアンケート調査回答を分析した結果,このソフトはマット運動の指導方法を理解する上で有益であり,指導に対する自信を高める効果を持っていることが示された.また,大学生に対し,第1番目のソフト使用後のマット運動学習における技術ポイントに対する理解度テストを第2番目のソフトを使用して実施した結果,有意な得点の向上が認められた.以上のことから,今回の研究で開発した「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」は,マット運動指導に対する自信やマット運動学習における技術的ポイント理解を深めるために有効であることが示された.本研究の目的は,小学校教師の体育学習指導力向上に資する「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」を構築し,それらの使用が教師の学習指導力向上に及ぼす効果を明らかにすることである。この体育学習指導方法研修システムは,子どもの運動技能習得過程における技術的ポイントや練習方法,小学校体育授業における学習指導過程の構成方法や指導上の留意点等を提示する「体育学習指導力向上WBT (Web Based Training)システム」と自分の体育学習指導力を評価する「体育学習指導力自己評価システム」とで構成されている。本年度は,「体育学習指導力向上WBT (Web Based Training)システム」の構築を目的として次のような作業を行った。1.個人的運動種目における技術分析・学習指導過程とシステム構造の検討作業内容:小学校体育授業で実施されるマット運動の各種目における技術ポイントを整理し,教師用として記述する。各種目における練習方法例や学習指導過程の展開例を収集・記述する。2.システム内で使用される動画等の素材収集作業内容:児童のマット運動実施状況をデジタルビデオカメラで録画する。3.素材の編集およびネツトワークへの最適化(動画の圧縮変換)作業内容:録画した動画や静止画像をWeb用に編集・圧縮変換する。4.システムレイアウトに基づくHTML書類の作成作業内容:編集・圧縮変換した動画や静止画像を文章とともにWebページで提示するためのHTML書類を作成し,各ページ間でのリンクを張る。以上の作業の結果,「体育学習指導力向上WBT (Web Based Training)システム」の基本的枠組みは仕上がったが,その内容の最適化とシステムのチェックが課題として残されている。本研究は,子どもの運動技能習得過程における技術的ポイントや練習方法,小学校体育授業における学習指導過程の構成方法や指導上の留意点等を提示する「体育学習指導力向上WBT (Web Based Training)システム」と自分の体育学習指導力を評価する「体育学習指導力自己評価システム」とで構成される「小学校教員用体育学習指導方法研修システム」を構築し,それらの使用が教師の学習指導力向上に及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。本年度は前年度作成した「体育学習指導力向上WBTシステム」内容の最適化と「体育学習指導力自己評価システム」の構築を作業課題として研究を進めた。その具体的内容は以下のとおりである。1.「体育学習指導力向上WBTシステム」に対する教師の評価22名の小学校教師にこのシステムの使用を依頼し、19名からその効果に対する評価の有効回答を得ることができた。その回答によると、システム使用後の指導に対する自信は使用前に比べて有意に向上することが示された。また、その回答内容の分析から、このシステムは「一般的技術ポイント」理解や「つまずきを解決するための技術ポイント・練習方法」理解に効果的であることが示された。2.「体育学習指導力自己評価システム」の構築(1)上記体育学習指導力向上WBTシステムに対応した自己評価項目を作成するため、評価対象となる児童の演技を録画した。

続いて、これらの演技から代表的なつまずき例を選択して刺激画像を作成した。その結果、小学校マット運動で取り扱われる10種類の技に対応する各4個、計40個の刺激動画が作成された。(2)上記40個の刺激動画を教員志望の学部学生70名に提示し、演技の「できばえ」評価、「つまずきの技術的ポイント」「解決策としての練習方法」に対する自由記述を求めた。次にこれらの回答を整理してそれぞれの演技に対する評価項目を作成し、尺度化した。しかしながら、この尺度の信頼性・妥当性を検討する作業は次年度の課題として残された。マット運動領域を対象として作成された「体育学習指導力向上WBT(Web Based Training)システム」「体育学習指導力自己評価システム」の使用効果を検討するため,次のような手順で研究を進めた.1.「体育学習指導力自己評価システム」の作成とその信頼性,妥当性の検討(1)「体育学習指導力自己評価システム」の作成体育授業中に児童が行うマット運動演技の典型的な「つまずき」(10種類の技から各4場面,計40場面)を動画で示し,それらに対する対応策を回答するためのテストを作成した.(2)評価基準項目の作成と精選および得点基準の算出体育を得意教科とする小学校教員16名の上記認識テストに対する回答から評価基準となる項目を抽出し,それらを精選した後に得点基準を算出した.(3)「体育学習指導力自己評価システム」の信頼性・妥当性の検討上記自己評価システムによる大学生及び大学院生30名からの回答を先述の評価基準項目と照合して得点化し,その内的整合性を検討した結果,0.813のα係数を示した.また,それぞれの得点をマット運動指導自信度及び技能自信度との関連から検討を行った結果,指導自信あり群及び技能自信あり群の得点が指導自信なし群及び技能自信なし群の得点より有意に高かった.以上のことから,この自己評価システムの信頼性・妥当性が確認された.2.「体育学習指導力向上WBTシステム」「体育学習指導力自己評価システム」を利用した研修効果の検討「体育学習指導力向上WBTシステム」の利用効果を検討するため,25名の大学生に対して1日1時間,計5時間のWBTシステムを使用した研修を課した.研修前・後に実施した「体育学習指導力自己評価システム」によるテスト得点を比較した結果,0.1%水準で有意な向上が認められ,このシステム使用の有効性が確認された.
洋上風力発電への導入を目指した10MW級全超電導発電機の研究

近年風力発電機は経済的なメリット等により単機当たりの発電容量が増加してきている。しかし、発電容量の増加に伴い発電機重量も増加するため、風車のタワー部分のコスト増加等が問題である。よって今後の風力発電機には、重量・サイズの増加を抑えつつ大きな発電容量を達成することが求められる。超電導技術はそれらを達成する解の一つとして注目されており、世界中で超電導風力発電機が研究されている。本研究の目的は、まだ実現例のない10MW級の洋上風力発電への適用を前提として世界初の「全超電導風力発電機」を提案、研究を行うことである。本構造は電機子・界磁コイルの両方が同一のクライオスタット内に格納され、従来の超電導発電機よりも更にコンパクト化が期待できる。また、電機子コイル側に細線・多芯構造のMgB2超電導線材を用いており、全超電導機の実現において問題であった交流損失の増加を回避可能である。本年度(平成24年度)は、(1)超電導風力発電機並びに永久磁石型風力発電機の電磁設計、(2)発電機短絡事故時の際の解析及び(3)全超電導発電機の交流損失の計算を行った。得られた成果として、既存の永久磁石型発電機のサイズ・重量が13.1m、230トン以上になるのに対し、全超電導機は直径4.0m、重量は約64トンとなり、既存技術の永久磁石型発電機より大幅なコンパクト化が可能であることが分かった。さらに他の超電導発電機(突極/非突極超電導界磁型発電機)と比較しても、最もコンパクト・軽量な構造となった。また短絡事故が起り、電機子コイルに過大な電流が流れた際には、MgB2超電導体がクエンチを起こしてコイルの抵抗が急激に増加し、限流効果をもたらす'ことが示された。さらに交流損失を計算した結果、1.9kW程度となり冷凍機の損失を考慮すると100倍の190kW程度である。すなわち定格出力の2%弱の損失となり、MgB2線材を用いる方がYBCO線材を電機子コイルへ用いる場合よりも大幅な低減が可能であることが示された。平成24年度で辞退のため、平成25年度以降は実施せず平成24年度で辞退のため、平成25年度以降は実施せず近年風力発電機は経済的なメリット等により単機当たりの発電容量が増加してきている。平成24年度で辞退のため、平成25年度以降は実施せず平成24年度で辞退のため、平成25年度以降は実施せず
動画像圧縮イメージセンサの試作

従来の画像処理システムでは、画像の取得と処理は独立している。センサに対する高フレームレート化・高精細化といった高レート化の要請や画像処理に対するより高速な情報の抽出などの高機能化の要求に対して、従来の枠組で対応すると、転送速度がボトルネットとなり、ピクセルレートが高速になるにつれ、画像信号自体の取得・蓄積が困難になる。本研究では、カメラのイメージセンサ上で直接動画像を圧縮する高機能イメージセンサチップの設計・試作を行なった。センサ上に画像処理を統合することにより、画像の並列性を利用した高速処理によりピクセルレートを低減し、上記のボトルネックを解消し、高速撮像や高精細撮像のための有効な手段となる。1)画素並列型の動画像圧縮イメージセンサの設計・試作・評価。レート制御、アドレス制御を合わせ,完全な形態の圧縮センサを試作した.また,その際,消費電力、トランジスタ素子数が少なくなるよう画素内回路、センサアレイの再設計を行なった.これらの新設計に基づき、画素並列型の第2次プロトタイプの試作を行ない,検証を進めた.2)列並列型の動画像圧縮イメージセンサの設計・試作・評価新しい動画像圧縮イメージセンサの構成法として考案している列並列型の圧縮センサの設計,試作を行った.列並列型構成により、開口率の向上、低消費電力化を図る事ができ,取得画像の品質が著しく向上することを確認した.従来の画像処理システムでは、画像の取得と処理は独立している。センサに対する高フレームレート化・高精細化といった高レート化の要請や画像処理に対するより高速な情報の抽出などの高機能化の要求に対して、従来の枠組で対応すると、転送速度がボトルネックとなり、ピクセルレートが高速になるにつれ、画像信号自体の取得・蓄積が困難になる。本研究では、カメラのイメージセンサ上で直接動画像を圧縮する高機能イメージセンサチップの設計・試作を行なっている。センサ上に画像処理を統合することにより、画像の並列性を利用した高速処理によりピクセルレートを低減し、上記のボトルネックを解消し、高速撮像や高精細撮像のための有効な手段となりうる。平成7年度は、以下の項目に関して研究を推進してきた。条件付画素補充方式の動画像圧縮のセンサ上への実装。試作した圧縮センサの撮像動作を確認するとともに画素内回路の動作を検証した。さらに、レート制御、アドレス制御を合わせ,完全な形態の圧縮センサの試作を進めている。2)列並列型の動画像圧縮イメージセンサの設計。新しい動画像圧縮イメージセンサの構成法として考案している列並列型の圧縮センサの設計を進めた。列並列型構成により、開口率の向上、低消費電力化を図ることが可能となる。なお、設計のために大きなソフトウエアを動かす必要があり、設計用演算装置として2つのワークステーションを購入した。平成8年度は、以下の項目に関して研究を推進してきた。1)画像並列型の動画像圧縮イメージセンサの設計・試作・評価。さレート制御、アドレス制御を合わせ,完全な形態の圧縮センサを試作する.また,その際,消費電力、トランジスタ素子数が少なくなるよう画素内回路、センサアレイの再設計を行なった.これらの新設計に基づき、画素並列型の第2次プロトタイプの試作を行ない,検証を進めた.2)列並列型の動画像圧縮イメージセンサの設計。新しい動画像圧縮イメージセンサの構成法として考案している列並列型の圧縮センサの設計,試作を行った.列並列型構成により,開口率の向上、低消費電力化を図る事ができ,取得画像の品質が著しく向上した
あまみ長寿地域における動脈硬化進展予防に関する環境・宿主要因の研究

あまみ長寿地域で一般住民に対し動脈硬化・長寿に関わる研究を行った。動脈硬化は高年齢、高い最高血圧、空腹時高血糖、飲酒者、ヤセた人で多かった。酸化ストレスによるDNAの障害は加齢とともに上昇しており、89歳以下では喫煙などの生活習慣に影響されていたが、90歳以上では関係がなかった。DNAの障害を修復する酵素の個人差を遺伝子で分類すると90歳以上の健康長寿者で働きが弱い型を持つ者の割合が65歳未満の人に比べ小さく、長寿に関係している可能性が考えられた。あまみ地域は、日本の平均と比べて長寿者の割合が高い一方、男性の平均余命は日本人の平均より低いという2面性を有している。平成17年度より開始した「がん」を対象とした日本多施設共同コホート研究(J-MICC study:主任研究者浜島信之)のベースライン調査に追加で動脈硬化の程度を非侵襲的に評価できる心臓足首血管指数(CardioAnkle Vascular Index=CAVI)の計測を平成1719年度の3年間で研究対象者4,ll6名に対して行った。CAVIの解析の結果、同地域における動脈硬化の分布に2面性があることが明らかになった。日本人の標準値に比べ、60歳代女性の高齢群では動脈硬化の進行が抑えられている人の割合が多い一方、40歳代男性では逆に動脈硬化が進行している人の割合が多かった。動脈硬化進展の性・年齢群別の分布の違いが、長寿者の分布と平均余命の男女差に関連している可能性があることが示唆された。また、平成20年度に行う予定である動脈硬化の進展と関連があると考えられる候補遺伝子のSNiPs解析に関しては、平成19年度は「あまみにおける長寿要因の研究」に参加した90歳以上の住民のうち、83名の血液検体からDNAの抽出を行った。平成20年度には一般住民健診受診者の血液検体からのDNA抽出を行い、この両者に対するSNiPs解析を実施する。J-MICCstudyで行った調査票による生活習慣調査約4,100人分のデータのコンピューターへの入力およびデータクリーニング作業を現在継続中であり、平成20年度には利用可能となる見込みである。今後、動脈硬化の進展およびその予防に関わる危険要因と防御要因を、環境・宿主要因の面から明らかにするとともに、今回の調査結果をベースラインデータとして長期追跡調査を継続し、生活習慣病予防および長寿に関わる要因を明らかにしていく予定である。鹿児島県あまみ長寿地域の離島において、市町村が行った住民健康診査および職域健診を受けた一般住民のうち5121人から同意を得て血液採取、質問票調査及び動脈硬化測定を行い、動脈硬化に関わる環境要因の解析を行った。動脈硬化と正に関わる要因は、年齢、収縮期血圧高値、空腹時血糖高値、飲酒、BMI低値(<18.5)であった。また、60歳代における動脈硬化の割合には各離島間での地域差も認められた。血中脂質との関連についても解析を行った結果、喫煙が低HDL血症、運動が高HDL血症に関連していた。このように環境要因と動脈硬化および血清脂質との関係はこれまでに報告されている知見とほぼ一致する結果であった。さらに90歳以上の高齢者45人を含む115人を対象にDNA酸化ストレスの指標である80HdGを測定した。80HdG値は加齢とともに上昇し、生活習慣との関連では、90歳未満群では喫煙と正に、食酢摂取と負に関連していたが、90歳以上群では生活習慣との関連は認められなかった。また、DNAの酸化ストレスに対する修復酵素であるhOGG1遺伝子のSer326Cys遺伝子多型分布の解析を302人(90歳未満250人、90歳以上52人)に対して行った。90歳以上の健康長寿者群ではDNAの酸化ストレス修復活性が弱いCys/Cys型の遺伝子多型を持つ者の割合が90歳未満群に比べ明らかに小さかった。これらの結果は、長寿者では酸化ストレスに関して環境要因より宿主要因の関与が大きいことを示唆する重要な知見である。
ドーパミン神経を介した後シナプス細胞へのニコチン、エタノールの作用

タバコとアルコールの共依存の頻度の高さ、タバコの離脱症状の強さのために禁煙の困難さなどの脳内での生物学的機序を明らかにするために、研究代表者が確立した腹側被蓋野(VTA)+側座核(NAcb)の初代神経共培養システム(VTAのみ、NAcbのみ、VTA+NAcb)を利用して、PKA-cAMP-CREB-CRE経路に注目し、遺伝子発現の変化を見るために細胞にCRE-luciferaseを含むプラスミドを一時的に発現させてエタノール単独(EtOH)、ニコチン単独(Nic)、エタノール+ニコチン(EtOH+Nic)で刺激した際のluciferase活性の測定、細胞免疫染色法などによる研究を行った。平成19年度は低濃度のEtOH+Nicにおいてのみ、側座核の後シナプス神経細胞に細胞内シグナルの変化や遺伝子発現を誘導し、これが後シナプスドーパミンD2受容体(D2R)、アデノシンA2a受容体(A2aR)両者の働きを必要とする結果を得たことから、アルコールとタバコの共依存という現象メカニズムの一つとしてD2R,A2aRの働きを必要とする可能性を示した。平成20年度はNicの長時間刺激、離脱、再刺激(Nic、EtOH+Nic)によるluciferase活性を検討した。Nic長時間刺激群での活性低下からニコチン受容体(nAChR)の脱感作による神経終末からのドーパミン(DA)放出低下による影響が、Nic前処置群では離脱後のNic再刺激でluciferase活性が上昇したことから慢性Nic投与による細胞内での神経伝達系の慢性的な変化が考えられる。しかし、この慢性的な変化をタンパク質、遺伝子レベルで検討するまでには至っていない。当初計画していた、HPLC-ECD法等を用いた細胞外アデノシン、ドーパミン濃度の測定は十分に検討できなかった。(目的)タバコおよびアルコールは最も広く使用されている依存性薬物の一つであり,悪性腫瘍,循環器疾患,消化器疾患合併の危険を増す。関連する医療費は年間1兆円を超すため,予防並びに禁煙治療が重要となり,その生物学的機序の解明が治療につながる可能性がある。依存性薬物の共通のメカニズムとして,脳内報酬系と呼ばれる腹側被蓋野(VTA)から側座核(NAcb)に投射するドーパミン(DA)作動性A10神経に作用して,NAcbでのDA放出の増加が言われている。研究代表者が確立したVTAとNAcbの神経細胞共培養系を用いると依存性薬物のVTA細胞への作用,放出されたドーパミンのNAcb細胞への作用を観察することができるためこれを用いて研究を行っている。(方法)妊娠17日目の母ラットより取り出した胎児脳を用いNAcb,VTA,NAcb+VTAの神経細胞初代培養を行い,培養14日目に様々な濃度のニコチン単独と各種濃度のエタノール単独,または両者を組み合わせて各細胞を刺激した。(結果)ニコチン単独またはエタノール単独で作用を示さない3μMと25mMを組み合わせると,NAcb+VTAにおいてのみCRE-luciferase活性の上昇が見られ,ドーパミンD2受容体遮断薬またはアデノシンA2a受容体遮断薬の前処置で遮断され,両受容体の働きを要すると考えられる。免疫染色にてリン酸化CREBとmu-オピオイド受容体の共染色を認め,上記の受容体拮抗薬やPKA阻害薬,Gβγ阻害薬で阻害された。(意義および重要性)低濃度のエタノールとニコチンの併用で側座核の神経細胞に細胞内シグナルの変化や遺伝子発現を誘導することから,アルコールとタバコの共依存をもたらすメカニズムの一つとして意義かあるかもしれない。

単回刺激による実験であるため,現在各薬剤で前処置した細胞に新たに刺激を加えた際の変化を見る研究を遂行している。目的)タバコおよびアルコールは依存性薬物の一つであり、多彩な合併症をもたらし、関連する医療費は年間1兆円を超すため、予防並びに禁煙治療が重要であり、その脳内での生物学的機序の解明が治療につながる可能性がある。依存性薬物のメカニズムとして、脳内報酬系の腹側被蓋野(VTA)から側座核(NAcb)に投射するドーパミン(DA)作動性A10神経に作用して、NAcbでのDA放出の増加がある。また、タバコの依存性はニコチン受容体(nAChR)の脱感作も影響していると考えられる。H20年度も研究代表者が確立したVTAとNAcbの神経細胞共培養系を用いて引き続き研究を行った。(方法)胎生17日目のラット脳のNAcb、VTA、NAcb+VTAの神経細胞初代培養を用い、培養12-3日目に36時間ニコチンで刺激し(CHR)、12時間ニコチンを含まない培地に交換する(W/D)。14日目にニコチンとエタノールを単独、または組み合わせて各細胞を刺激した(CHA)。(結果)CHR刺激ではニコチン使用群の方がLuciferase活性(Luc)が対照群に比べて低い傾向があり、W/DではLucは対照群と差がなく、CHAにて前処置群は非前処置群と比べてLucが高値であり、CHA時のニコチン濃度に依存するが、CHR時のニコチン濃度とは相関がなかった。CHA時のエタノール単独およびエタノールとニコチン併用群はLucに統計学的有意差は得られなかった。(意義および重要性)ニコチンの36時間刺激によるニコチン群のLuciferase値の低下はnAChRの脱感作による神経終末からのDA放出低下が、12時間離脱後の再投与によりニコチン前処置群でニコチン再投与でLuc値が上昇しており、慢性ニコチン投与で細胞内の神経伝達系に慢性的な変化が生じたものと考えられる。CREBのリン酸化の変化を今後見たり、tyrosine hydroxylaseの発現量、リン酸化、細胞外のDA量の測定等を今後行う予定である。
月経周期のヒト生物時計におよぼす影響

ラットにおいて、活動量のサーカディアンリズムはエスとロジェンの高い時期に位相前進、プロジェステロンの高い時期に位相後退を示し、性周期に伴って変動する。そこで、ヒトでは月経周期に伴いサーカディアンリズムが変動するのかどうか調べるために、健常女性6例、月経前緊張症(PMS)を示す女性6例の睡眠覚醒腸温のサーカディアンリズムを一月経周期調べた。また、卵胞期(エストロジェンの高い時期)、黄体期(プロジェステロンの高い時期)のメラトニンのサーカディアンリズムも調べた。その結果、健常女性群、PMS群において、睡眠覚醒と直腸温のサーカディアンリズムは月経周期に伴って変動を示さないことが分かった。しかし、PMS群において、メラトニンリズムのオンセットは黄体期には約1時間の位相後退を示した。従って、ラットで見られるような性周期に伴うサーカディアンリズム変動は、ヒトでは、睡眠や直腸温リズムに関しては完全に抑制されているが、メラトニンリズムに関してはその抑制が弱いことが分かった。一方、PMSを示す一例においては、睡眠、直腸温、メラトニンの全てのサーカディアンリズムが卵胞期に持続的前進を示し、黄体期に持続的後退を示した。よって、この一例は「月経周期に伴うサーカディアンリズムの変動」の抑制メカニズムが障害されていることが分かった。これまで、このような睡眠障害を示す症例は報告されていなかったので、交代性位相変位症候群(APPS)と名付け、論文として報告した。この疾患メカニズムを明らかにするために、卵巣摘除ラットにエストロジェンを投与したところ、生物時計中枢である視交叉上核(SCN)において、ニューロン間のギャップ結合遺伝子(Connexin 32)の発現が上昇した。一方、ギャップ結合はSNCのニューロン間の同期に関与することを示した。従って、この疾患メカニズムとして、SCNニューロンの同期障害が考えられた。月経前緊張症(PMS)の脳内メカニズムを調べるために、ヒトおよび動物を用いて実験を行った。ヒトでは、異なる振動体によって制御されている睡眠覚醒リズムと深部体温リズムを同時に40日間測定した。PMSを示さない女性はすべて、睡眠覚醒リズムも深部体温リズムも一定であり、月経周期に伴う深部体温の変動は見られなかった。ところが、PMSを示す女性のうち2例では、卵胞期に持続的な位相前進が、黄体期には持続的な位相後退が見られた。別の3例では、排卵、月経に伴い位相の急激な変化が見られ、そのうち2例では、卵胞期には4時間の位相前進が、黄体期には4時間の位相後退が見られ、残りの1例では、卵胞期には4時間の位相後退が、黄体期には4時間の位相前進が見られた。また、別の2例では、睡眠リズムは一定であるのに、卵胞期、黄体期に関わらず、持続的な位相前進(自由継続リズム)を示した。以上のことから、ヒトでは、一般的に卵巣ステロイドホルモン(エストロジェン、プロジェステロン)によるサーカディアンリズムの変動は抑制されているが、PMSでは、その抑制が障害され、月経周期に伴うサーカディアンリズムの変化が現れると解釈することができた。一方、実験動物であるラットの場合、エストロジェンが位相前進をもたらしたり、プロジェステロンが二つの異なる振動体の同期を障害したするのでPMSの疾患モデルとなりうる。そこで、卵巣摘除ラットにエストロジェンを投与したところ、生物時計の存在する視交叉上核のギャップ結合蛋白の遺伝子発現が抑制された。