hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モータータンパクのシンクロ運動機構とそのモデル化

骨格筋のアクトミオシンでは、ミオシンモータードメインS1はATP分解反応により非常に短いアクチンを610mm/sという高速で駆動する。アクトミオシンのATP分解速度は101/s程度であり、1個のATP分解でアクチン分子10個分以上を移動する計算になる。これはモーター分子ミオシンS1の5倍以上の距離に相当するので、S1の構造変化以外にもなんらかの駆動機構があるはずである。それはアクチン自身に備わっている可能性がある。そこで本研究では駆動機構に関連するアクチンフィラメントの構造変化の検出をめざす。また、工学的応用としてアクトミオシンに近いエネルギー密度、高効率シンクロ運動機構を模倣した有機無機複合材料システムによるモデルの構築をめざす。a)アクチンの遣伝子を導入したキメラミオシンの作成細胞性粘菌により、アクチンの遺伝子をアクチン結合部として知られるミオシンS1のループに入れたキメラミオシンを作成する事に成功した。これまでキメラの構造とATP分解活性、重合活性を調べた。キメラのみのATP分解活性は0.11/sであるものが天然のアクチンと重合することで1.71/sまで活性があがり、アクチン側の重合がミオシンのATP分解活性に大きく影響することを見出した。さらにこの性質が協同的なものかどうか調べている。b)モデルの設計・試作筋肉のエネルギー密度は0.5W/cm2、効率は50%を超える。アクチンがミオシンS1を駆動するしくみをモデル化し工学的材料システムとして実現を図る。静電エネルギーを高密度に閉じこめる材料として、モデルアクチンフィラメントとして高分子樹脂とセラミクスを規則格子状に配列した材料の作成にとりくんでいる。モデルミオシンとして微小電極を配置した基板を用い、幾何形状と電圧印可による発生力の関係を調べている。これまで、ほぼ予想値の力が発生できることを確認している。今後理論の整備とそれに基づき実験的に基礎特性把握に取り組む。本研究では、骨格筋のアクトミオシンにおいて分子間駆動機構をになうアクチンフィラメントの役割を明らかにするため、遺伝子工学的に作成したキメラタンパクを用いた微小運動解析、およびマイクロ波誘電スペクトルによる周囲の水の誘電応答特性測定に基づく解析を行った。a)アクチンの遺伝子を導入したキメラミオシンの作成細胞性粘菌により、アクチンの遺伝子をアクチン結合部として知られるミオシンS1dCのループ2に入れキメラミオシンを作成する事に成功した。これまでキメラタンパクは天然のアクチンと重合しフィラメントを形成することを電子顕微鏡により確かめた。またキメラのみのATP分解活性が0.03/sであり、天然のアクチンと重合することで1.3/sまで活性があがり、アクチン側の重合がミオシンのATP分解活性に大きく影響することを見出した。即ちアクトミオシンの運動機構を調べる強力なツールを実現できた。
末期医療における回思法の認知行動療法への導入と位置づけに関する研究

本研究は,量的研究,質的研究,事例研究から成る。ライフレビューは回想法の一つであり,患者が自己の人生を振り返るという心理療法である。量的研究として,治療中のがん患者の抑うつ感と自尊感情に対するライフレビューの効果を調べた結果,抑うつ感と自尊感情の改善がみられた。次に,終末期のがん患者へのQuality of life(QOL)への効果について調べた結果,スピリチュアリティおよび気分などの改善に効果があることが明らかになった。質的研究としては,患者の語る内容を新しい質的分析方法であるテキストマイニングの手法を用いて分析した。これらより,QOLの得点と語りの内容の関係が明らかにされた。回想法に基づいた認知行動療法を用いた研究として事例研究を行った。治療や病院生活に不安や抑うつ感を感じている患者に,回想法と認知行動療法を実施した。その結果,患者の抑うつ感が改善され,コントロール感を高めることができた。そのほかの事例も含め,終末期のがん患者に回想法を含めた認知行動療法が有効であることが分かったとともに,その適用には困難な部分があることも明らかになった。ADL(日常生活動作)が低い患者,治療中である患者のなかには,医学的治療に関心が強いことから,行動的技法の実践が難しかったり,心理療法への動機付けが低いために,適用が難しいことがあった。この療法の位置づけとしては,この療法を適用するには条件があり,今後さらに修正が必要であると考えられた。学会発表等では,日本心理学会で,がん患者への支援というテーマでワークショップを開くことができ,多くの人に影響を与えることができた。本研究は,末期医療におけるがん患者の心理面の援助として回想法に基づいた認知療法の導入と開発を目的としている。平成16年度においては,まず回想法ががん患者への心理面の援助として有効であるかのエビデンスを得るために,緩和ケア病棟の患者に対して回想法を実施した。その結果,QOLの得点は有意に上昇した。QOLのスケールのなかでも,スピリチュアリティや気分に対して効果がみられ,少数の対象者ながらも,回想法が有効であることが明らかになった。そこで,慢性期のがん患者に対しても回想法を実施し,緩和ケア病棟の患者の結果も加えて内容分析をし,患者が語るテーマを明らかにした。さらにそれを基にして回想法の実施に関するプログラムを作成した。次に回想法とスピリチュアリティの関係についてセルフエフィカシーの要因を含めて検討した。健康な大学生を対象として,スピリチュアリティ,回想の質(肯定的回想,否定的回想),セルフエフィカシーに関するスケールの得点について分析した。その結果,スピリチュアリティと肯定的回想,スピリチュアリティとセルフエフィカシー,肯定的回想とスピリチュアリティとの間には相互に正の相関がみられ,密接な関係があることが明らかになった。さらに,肯定的回想やセルフエフィカシーに最も強く影響するスピリチュアリティの下位要因を重回帰分析等の統計解析によって明らかにした。そして,認知療法の効果を測定する道具として,がん患者用のビリーフを測定するスケールを開発するために,患者約100名にビリーフに関するアンケートを実施した。因子分析による解析の結果,7因子が得られた。しかし,各因子の項目数にばらつきがあるなどの問題があるため,さらに改良して,回想法に基づいた認知療法の効果を測定するスケールを開発する予定である。終末期のがん患者に対する回想法(なかでもライフレビュー)が,患者のスピリチュアルケアになるかを実証的に調べ,カウンセリング研究誌上で発表した。さらに,終末期のみならず,慢性期のがん患者に対しても効果があるかを,抑うつ感と自尊感情を指標として,対照群を設定して調査した結果を,Psychological Reportにおいて発表した。また,これら終末期と慢性期の患者の「語り」のテーマを質的に分析し,回想法を実施するためのテーマとプログラムに関する研究を「がん看護」において誌上発表した。

合わせて,臨床現場で活用されるために,「臨床心理学」において,「終末期がん患者の痛み」を特集号において発表した。学会では,昨年度,英国認知行動療法学会において(於:カンタベリー),回想法関連の研究を発表した。また,健康心理学会において,学会企画シンポジウムにおいて,医療への貢献というテーマのなかでも,患者のこころのケアという分野から発表し,さらに会員企画シンポジウムではスピリチュアリティを主眼としたケアに関するシンポジウムを企画して話題を提供した。現在,健康心理学研究の誌上において,「終末期がん患者への回想法に基づいた認知行動療法」が印刷中であり,この研究に関連した実証的な研究を,英国認知行動療法学会員のGeorge Fiedlman氏他と共同研究中である。本研究は,量的研究,質的研究,事例研究から成る。ライフレビューは回想法の一つであり,患者が自己の人生を振り返るという心理療法である。量的研究として,治療中のがん患者の抑うつ感と自尊感情に対するライフレビューの効果を調べた結果,抑うつ感と自尊感情の改善がみられた。次に,終末期のがん患者へのQuality of life(QOL)への効果について調べた結果,スピリチュアリティおよび気分などの改善に効果があることが明らかになった。質的研究としては,患者の語る内容を新しい質的分析方法であるテキストマイニングの手法を用いて分析した。これらより,QOLの得点と語りの内容の関係が明らかにされた。回想法に基づいた認知行動療法を用いた研究として事例研究を行った。治療や病院生活に不安や抑うつ感を感じている患者に,回想法と認知行動療法を実施した。その結果,患者の抑うつ感が改善され,コントロール感を高めることができた。そのほかの事例も含め,終末期のがん患者に回想法を含めた認知行動療法が有効であることが分かったとともに,その適用には困難な部分があることも明らかになった。ADL(日常生活動作)が低い患者,治療中である患者のなかには,医学的治療に関心が強いことから,行動的技法の実践が難しかったり,心理療法への動機付けが低いために,適用が難しいことがあった。この療法の位置づけとしては,この療法を適用するには条件があり,今後さらに修正が必要であると考えられた。学会発表等では,日本心理学会で,がん患者への支援というテーマでワークショップを開くことができ,多くの人に影響を与えることができた。
大学学術的文章作成授業履修者の文章作成力向上と付与されたコメントの関連

大学学術的文章の作成授業(8週間、8回)において、〈画面を視聴して課題文章を書く〉群と〈画面を視聴せずに課題文章を書く〉群とでは、画面を視聴した群が有意差をもって文章作成力を伸ばしていた。また、〈簡潔なコメントを与えた〉群と〈詳細なコメントを与えた〉群とでは、文章作成力の伸びに差が見られなかった。〈授業を受けたあとで専門科目のレポートを書いた〉群と〈授業を受けずに専門科目のレポートを書いた〉群とでは、「緻密さ」と「内容」において、授業を受けたあとの群のレポートが有意差をもって優れていた。「構成」では、差が認められなかった。専門課程に入る手前の学生の学術的文章力を因子分析によって整理した。【研究目的】初年次教育科目「学術的文章の作成」は、オンデマンド形式で履修者全員に授業が配信される8回(1回は約60分間)の授業である。毎回、短い文章作成が課され、文章は個別にフィードバックされる。<授業画面視聴の効果>と<考え方を含むコメントと考え方を含まないコメントの文章作成力向上への影響の違い>を測定するための実験を行なった。実験参加者は、学内で募集した学生51人と訓練を受けた文章指導員3人であった。【研究方法】実験参加者を三グループに分けた。〔グループ1a〕授業画面を視聴してから課題文章を書き、考え方を含まないコメントをフィードバックされたグループ、18人。〔グループ1b〕授業画面を視聴してから課題文章を書き、考え方を含むコメントをフィードバックされたグループ、18人。〔グループ2〕授業画面を観ずに文章作成のみ行い、点数だけがフィードバックされたグループ15人である。すでに開発済みの三観点六段階の評価評に基づき、全員のプレ作文とポスト作文の文章評価を行なった。プレ作文とポスト作文の評価点の違いを文章作成力の向上と考えた。【研究結果】実験参加者が各グループで数名ずつ途中棄権したため、統計処理をするに至らなかったが、次のような傾向が見られた。(1)グループ1に比べ、グループ2の参加者の文章作成力は伸びなかった。(2)グループ1aと1bは、ほぼ同様に文章作成力が伸びた。これにより、本授業において、授業画面の視聴をせずに課題文章のみを書いて点数評価を受けても文章作成力の向上はほとんど望めないことが明らかとなった。コメントの種類の違いについては、実験参加者を増やして再調査を行なうか、インタビューなどのデータを収集し質的に検証を行なう必要がある。1.学術的文章作成授業、追跡効果調査【研究目的】学術的文章作成授業での学習が専門科目レポートに活かされているかを、学内他科目において調査した。【研究方法】学術的文章作成授業が必修科目となる前の1年生72人と、同授業が必修科目となった後の1年生72人が、同一の専門科目において書いたレポートの得点を比較した。レポート文章は、「緻密さ」「構成」「内容」の3観点6段階で全体評価を行なった。【研究結果】分析の結果、「緻密さ」と「内容」で有意な差が認められたが、「構成」では差が見られなかった。レポート課題の性質上、構成に工夫の余地がなかったことが原因と思われる。2.基礎的な学術的文章作成能力を測るルーブリックの開発【研究目的】大学1・2年生が、専門科目の履修に入る手前で、どのくらい学術的文章作成能力があるかを評価測定する、文章評価ルーブリックを開発する。大学一般で使用することのできる汎用性を目指す。【研究方法】研究代表者らが、5年前に、経験に基づいて作成した文章評価ルーブリックを学内教員17名に試用してもらい、問題点を整理した。その上で、35項目の文章評価項目を抽出し、その35項目で350編のレポート文章を、文章指導員8人が評価した。350編のレポート文章は、様々な分野における、様々な目的、長さの文章である。これらレポート文章に対して付された評価得点を因子分析し、ルーブリックの観点を整理した。【研究結果】因子分析の結果、評価項目を5因子に整理することが妥当であると分かった。平成27年度は、二つの調査を行った。(1)平成26年度に行った、学術的文章作成授業における、異なる性質のフィードバックによる履修者の文章力向上の比較調査を、別の研究協力者を対象として継続した。26年度の調査では、8週に亘る授業であるため協力者が調査途中で脱落し、十分なサンプルが得られなかったためである。【研究目的】異なる種類のフィードバックを受けた履修者群二つの文章力向上の伸びを比較した。【研究方法】次の二つの群を比較した。1授業を視聴させた上で課題文章を書かせ、よいわるいのみのコメントを返却した協力者グループの文章力の伸び、2授業を視聴させた上で課題文章を書かせ、よいわるい+理由のコメントを返却した協力者群の文章力の伸びである。【研究結果】1と2の群とでは、文章力の伸びに有意な差が見られなかった。(2)大学初年次生と2年次生の学術的文章作成力の構造分析【研究目的】専門領域でレポートや論文を書くようになる手前の学生、すなわち初年次生と2年次生の文章作成力の構造を因子分析により明らかにした。

妥当性の検証は今後の課題とした。【研究方法】多様な領域から広く文章評価項目を集め、重なりを整理して35項目の文章評価項目を抽出した。この35項目を使って350編の文章を8人で評価し、その結果を因子分析した。【研究結果】大学初年次および2年次の文章作成力の構造は、5因子構造であることが明らかとなった。1文と語句、2内容、3段落、4全体構造、5参考文献である。この5因子構造は、文章作成指導の着眼点を定めた授業シラバスの構築に応用できる。また、文章評価ルーブリックの開発にも応用できる。大学学術的文章の作成授業(8週間、8回)において、〈画面を視聴して課題文章を書く〉群と〈画面を視聴せずに課題文章を書く〉群とでは、画面を視聴した群が有意差をもって文章作成力を伸ばしていた。また、〈簡潔なコメントを与えた〉群と〈詳細なコメントを与えた〉群とでは、文章作成力の伸びに差が見られなかった。〈授業を受けたあとで専門科目のレポートを書いた〉群と〈授業を受けずに専門科目のレポートを書いた〉群とでは、「緻密さ」と「内容」において、授業を受けたあとの群のレポートが有意差をもって優れていた。「構成」では、差が認められなかった。専門課程に入る手前の学生の学術的文章力を因子分析によって整理した。1.の、学術的文章作成授業、追跡効果調査は、適切な規模で進められ、授業効果が明らかとなった。授業を履修した者と履修しなかった者とを比較するという方法も、適切であった。調査結果は、今後の授業遂行に貢献するものである。2.の基礎的な学術的文章作成能力を測るルーブリックの開発は、先行する研究が質的、経験的に行なわれているものであるところ統計的に分析したという方法において新しい。そのため、期待された成果が得られたものであると評価できる。国語教育、文章作成教育、大学学部横断型文章授業1.基礎的な学術的文章作成能力を測るルーブリックの開発因子分析を行なったルーブリックの各因子グループに名前を付し、評価観点を仮確定させる。さらに、実際にこのルーブリックで学内教員に文章を評価してもらい、そこから得た感想等を反映させ、ルーブリックの正確さ、汎用性を高める。2.文章に付されたコメントと文章作成力向上の関係25年に行なった調査と同様の目的と方法で、調査規模を広げる。25年に行なった実験調査では、8週に亘る実験の過程でドロップアウトする研究対象者が多く、統計的な処理が難しいサンプル数となった。そこで、より多くの実験参加者を集め実験を行なう。文章評価基準には、26年に新しく開発したルーブリックを用いる。文章作成力の向上は、プレ作文、ポスト作文の比較により25年と同様に測定する。実験参加者の一部にインタビューを行い、文章力向上の実感、受けた指導の感想を聞き取る。文章作成指導に関わる実験では長期に亘る参加者の協力が必要とされるが、本実験は8週に亘ったためか、参加者の途中棄権率が予測以上に多かった。そのため、統計処理ができるほどにデータが収集できなかった。ただし、プレ作文、ポスト作文を評価して比較することにより文章作成力の向上を測定した。この一連の手続きは適切であったと考えられる。
初回播種膠芽腫を用いた全エクソームシーケンスによる播種関連遺伝子の網羅的探索

本研究の目的は、初回播種膠芽腫という稀少病態を解析対象とし、膠芽腫播種に関する基礎的知見を得ることである。本年度は、北里大学そして共同研究施設である東北大学で、ヒトゲノム研究に関する倫理申請をし承認された。また、もう一つの共同研究施設である東北大学メディカルメガバンク機構と共同研究契約を結び、全エクソームシーケンスは株式会社マクロジェン・ジャパンと契約し、解析を行なう段取りを立てた。膠芽腫症例のMRI画像を全例確認し初回播種膠芽腫の症例を列挙した。小児例や他の頭蓋内疾患などを除外し、症例の取捨選択の結果、北里大学脳神経外科で、7例の初回播種膠芽腫と正常血液のペアを同定し、東北大学脳神経外科では、7例の初回播種膠芽腫と正常血液のペア、そして3例の初回播種膠芽腫を同定した。約500例ほどの膠芽腫のうち、17例の初回播種膠芽腫例であり、頻度としては3%と、稀少病態である。東北大学の症例の一部は、東日本大震災の停電の際に、一部凍結検体の紛失と劣化を認めたため、3例では正常血液を得ることができなかった。他の検体は、幸いに全例凍結検体があり、genomic DNA抽出を施行した。抽出DNAの濃度に問題なく、且つ十分量抽出できており、スメアもなく質も良好であることを確認できた。現在、次世代シーケンサーを用いた全エクソームシーケンスを施行中である。同時進行で、東北大学メディカルメガバンクのスーパーコンピューターの解析環境を整えている。研究計画に則り、症例数の確定、DNAの抽出、各種倫理申請そして共同研究契約を結び、全エクソームシーケンスを行う段階まで到達した。平成31年度は、研究計画の通り、エクソームデータのバイオインフォマティクス解析を行ない、播種病態に関与する遺伝子を明らかにすべく解析を進める。株式会社マクロジェン・ジャパンとの契約及び解析状況より、全31例の全エクソームシーケンス用の費用を次年度に支払うことになったため、当該年度の使用額が当初の計画よりも低くなった。
遺伝子系統樹の重層構造によるゲノム進化解析法と生物学的知識自動獲得システムの開発

本研究代表者は,平成11年度から科学研究費補助金の基盤A(展開研究)として,研究課題「ヒト化を特徴づける遺伝子変化探索システムの開発」を開始した。これは,すでに配列の決定しているヒトのゲノムデータをもとにしてPCRプライマーをデザインし,それを用いて類人猿の種分化相同な塩基配列を決定し,ヒトの系統でだけ生じた遺伝的変化を大量に決定しようというものである。この研究計画をSilverと命名し,この研究によって決定された塩基配列データをWWW(http://sayer.lab.nig.ac.jp/silver/)で公開するシステムの概念構築を行った。データベースの本体は,まず遺伝子名のリストからなり,そのどれかをクリックすると,その遺伝子の詳細な情報を示すページに飛ぶ。そこでは,すでにDDBJ/EMBL/GenBank国際塩基配列データベースに登録されているヒトの配列を先頭に,Silver計画で決定されたヒトおよび類人猿の配列名が並ぶ。それらのaccession番号をクリックすると,DDBJのデータベースエントリーを参照できる。またその下には,ClustalWで多重整列したヒトと類人猿の配列が表示され,さらに近隣結合法で作成した系統樹が遺伝子ごとに表示される。これら一連のデータ加工は,現在のところはマニュアル操作がかなり入っているが,自動化できるところもあるので,それらについては近い将来,自動化するプログラムを作成する予定である。
沖縄県宮古郡島内における精神分裂病の高危険児研究

沖縄県立宮古病院において受診歴のある精神分裂病者を対象とし、カルテ調査を施行した。総数407名、うち女性は174名、そのうち子供のいる女性は61名であった。この61名の母親から出生した子供144名を高危険児とし追跡調査した。(男性の子供は今回の調査では除外した。)平成9年2月の時点で、精神分裂病の診断で宮古病院で治療歴のあるものが7名、精神分裂病が疑われるものが2名、精神遅滞が4名、神経症1名、シンナーなど問題行動2名であった。事故などで死亡したものが5名であった。対象となった高危険児の精神分裂病罹病率は4.86%であった。高危険児のうち発病した群と発病していない群とを、母親の結婚の有無、遺伝負因、経済状態、入院回数で比較検討したが有意差は認められなかった。今後さらに調査項目を広げ両群の比較検討を行う予定である。また、今回は養育状況についての調査が不十分であったため、今後も調査を継続していく予定である。さらに、いずれは、健常者を対照として養育状況などの比較検討を行いたい。
クロスタログラフィックワークベンチの構築とヒドロゲナーゼの構造解析

クリスタログラフィックワークベンチ、すなわち実験室規模におけるタンパク質立体構造のX線回折法による一貫解析システムを構築するとともにこれを活用して硫酸還元菌のヒドロゲナーゼの構造解析を行った。グラフィックワークステーションによってX線回折装置を制御するとともに測定したピクセルデータから構造因子を算出するソフトウエアを新たに開発した。このシステムを活用してヒドロゲナーゼ結晶のX線回折を行った。同型置換法により6Å分解能の電子密度を得ることに成功し、さらにその位相情報と多波長異常分散法による回折データから鉄・イオウのグラスターとニッケル原子の位置を区別して同定することに、成功した。初期電子密度図は水銀、ウラン、白金など6種類の重原子誘導体を用いた多重同型置換法によりプログラムPROTEINを用い、ネイテイブ構造因子の最良位相角とその重みを求めた。6Å分解能におけるこの重みの平均値は0.76であった。その後この6Å分解能の電子密度の溶媒領域を決定し、溶媒領域の平滑化による電子密度の改良を行った。その結果位相はさらに改良され、この位相と観測構造因子から計算した電子密度図に他と比べて明らかに大きく、孤立したピークを4つ見つけることができた。分解能はさらに4Åに拡張し、鉄原子の異常分散効果の大きな波長である1,74Å(Δf'=-6.1)と1.73Å(Δf'=-4.5.、Δf"=3.9)、ニッケル原子の異常分散効果の大きな波長の1.49Å(Δf'=-0.9、Δf"=3.0)及びどちらの原子の異常分散効果も小さな1.04ÅのX線で測定した回折データの異なる波長間(F(1.04Å)-F(1.74Å),F(1.04Å)-F(1.48Å))やバイフット対間(F^+(1.73Å)-F^-(1.73Å)の構造因子の差と同型置換法による位相(バイブット対の場合_<αMIR-π>/2)を用いた差フーリエ図を計算したところ、先に述べた4つのピークをニッケル(1個)と鉄・イオウのクラスター(3個)と同定することができた。これらの各金属原子の位置を多波長異常分散効果を考慮した方法で精密化した結果、原子パラメータは占有率,座標、温度因子とも収束した。実験室規模におけるタンパク質立体構造のX線回折法による一貫解析システムを構築するとともにこれを活用して硫酸還元菌のヒドロゲナーゼの構造解析を行った。4軸X線回折装置を制御しているコンピュータをIBMPC相当機を購入し置き換えることにより、研究室のEthernetに接続した。さらにグラフィックスワークステーションIRIS-Indigoを設置し、タンパク質構造解析のための各種のグラフィックスプログラムを搭載した。さらにこれらと現有のコンピュータ・X線回折装置を高速のネットワーク(Ethernet)で結び、データ転送および相互の割り込み制御の可能なシステムを構築した。測定した構造因子のデータセットを用いてワークステーションにおいて構造解析計算を行うためのソフトウェアの開発を行った。このシステむを活用してヒドロゲナーゼ結晶のX線回折を行った。データを3つの異なる波長において測定し、異常分散を利用した構造解析を試みた。異常散乱効果の差が観測されそれを利用したパターソン関数を数種類計算したところ、有意なピークが認められた。

これが鉄-イオウクラスターに対応するものであることは明かであった。しかしこの位置を利用した位相決定は成功しなかった。そこで重原子誘導体の調製を行い、異常散乱法と結合した位相問題の解決を行った。十種以上の重原子試薬を用いて誘導体を調製した。その結果水銀・ウラン・イリジウム・白金・鉛など数種の誘導体が有意な回折データの変化を与えることを認めた。これらの誘導体における重原子の位置を求め、精密化を行ったのち電子密度分布を計算した。6オングストロム分解能のマップは分子の境界を識別できるものであり、また鉄-イオウクラスターの位置と考えられる高いピークが認められた。このマップをもとに位相の精密化をはかる。昨年度に引続き実験室規模におけるタンパク質立体構造のX線回折法による一貫解析システムを構築するとともにこれを活用して硫酸還元菌のヒドロゲナーゼの構造解析を行った。新たにグラフィックスワークステーションIRIS-Indigoを設置しX線回折装置を制御するとともに測定したピクセルデータから構造因子を算出するソフトウエアを開発した。このシステムを活用してヒドロゲナーゼ結晶のX回線回折を行った。同型置換法により6Å分解能の電子密度を得ることに成功し、更にその位相情報と多波長異常分散法による回折データから鉄・イオウのクラスターとニッケル原子の位置を区別して同定することに、成功した。初期電子密度図は6種類の重原子誘導体を用いた多重同型置換法によりプログラムPROTEINを用い、ネイティブ構造因子の最良位相角とその重みを求めた。6Å分解能におけるこの重みの平均値は0.76であった。その後この6Å分解能の電子密度の溶媒領域を決定し、溶媒領域の平滑化による電子密度の改良を行った。その結果位相は更に改良され、この位相と観測構造因子から計算した電子密度図に多と比べて明らかに大きく、孤立したピークを5つ見つけることができた。鉄原子の異常分散効果の大きな波長である1.74Å(△f′=-6.1)と1.73Å(△f′=-4.5、△f′′=3.9)、ニッケル原子の異常分散効果の大きな波長の1.49Å(△f′=-0.9、△f′′=3.0)及びどちらの原子の異常分散効果も小さな1.04ÅのX線で測定した回折データの異なる波長間(F(1.04Å)-F(1.74Å),F(1.04Å)-F(1.48Å))やバイフィット対間(F^+(1.73Å)-F^-(1.73Å))の構造因子の差と同型置換法による位相(バイフィット対の場合alpha _<MTR->pi〓)を用いた差フーリエ図を計算したところ、先に述べた5つのピークをニッケル(1個)と鉄・イオウのクラスター(3個)およびゴーストピーク(1個)と同定することができた。これらの各金属原子の位置を多波長異常分散効果を考慮した方法で精密化した結果、原子パラメータは占有率、座標、温度因子とも収束した。クルスタログラフィックワークベンチ、すなわち実験室規模におけるタンパク質立体構造のX線回折法による一貫解析システムを構築するとともにこれを活用して硫酸還元菌のヒドロゲナーゼの構造解析を行った。グラフィックワークステーションによってX線回折装置を制御するとともに測定したピクセルデータから構造因子を算出するソフトウエアを新たに開発した。このシステムを活用してヒドロゲナーゼ結晶のX線回折を行った。
上部マントルおよび地殻下部物質の移動と変化

表面電離型質量分析計真空系部と制御計測器一式が購入された。この分析器によるBa,Rb,Sr,U,Th,REEの定量とSr,Nd,Hfアイソトープ比測定のための基礎的実験,各元素のスパイクの調整,測定試料の分解と抽出,質量分析計本体の真空系統の整備や操作のためのコンピューターのプログラミングが行なわれた。イオン化電源部と計測部を購入し、本体に組み込めば直ちに試料の測定を行なうことが可能となった。上部マントルと地殻下部物質の移動と変化について次のいくつかの新知見が得られた。東北日本弧、鮮新一更新世デイサイト一流紋岩火砕岩類の岩石学的、地球化学的特徴は第四紀成層火山を構成するカルク・アルカリ系列安山岩-デイサイトのものと本質的に全く同じである。これらの珪長質マグマは東北日本弧が日本海の開口・形成によりアジア大陸線から現在の位置に移動・定着し、島弧成立後の火山活動で上部マントルにおいて生成したカルク・アルカリ玄武岩苦鉄質安山岩マグマの分列結晶作用により生じた最終産物である。一の目潟産下部地殻由来捕獲岩の主成分と岩石学的性質はソレアイト高アルミナ玄武岩あるいはカルク・アルカリマグマの集積岩のものと一致する。しかしそれらの規格化インコンパティブル元素・パターンはいづれも典型的な島弧玄武岩のパターンを描き、さらにRbが少なくそのうちでも火山フロントに出現するソレアイトに一致する。また海洋性と大陸性の玄武岩の性質を示すものは全く発見されていない。海洋島や大陸玄武岩はNbが多く、一方海洋底と島弧玄武岩のNbは少ない。そこで上部マントルかんらん岩スピネルがその根源と考えられ、世界各地のものについて調べた。しかしながらNbは著しく少量であり、交代作用によりNbは移動するらしい。
因果連鎖オントロジーに基づく糖尿病の病態遷移予測に関する研究

糖尿病患者の将来起こりうる合併症リスクを予測するため、糖尿病病態遷移モデルの構築を目的とした。そのため、(1)糖尿病の病態遷移オントロジーを開発し、(2)実際の患者診療情報のオントロジーへのマッピング結果を時系列で追うことで、(3)大血管障害や細小血管障害を発症するまでの期間を、HbA1c、喫煙歴、家族歴、高血圧、脂質異常などの各種患者状態パラメータで予測する重回帰モデルを得た。本研究は糖尿病患者の状態を特定し、病態の進展・合併症の発症リスクを定量的に予測するモデルを開発するため、糖尿病関連領域の病態因果連鎖オントロジーの開発、そのオントロジーに基づく糖尿病病態遷移モデルの構築、同構築モデルの妥当性の検証、の3つを目的としている。本年度は以下のような研究を実施した。(1)糖尿病病態因果連鎖オントロジーの整備:既存の臨床医学オントロジーに関する成果(厚生労働省受託研究開発事業H22-H24)の進展に基づいて前年度の成果を修正し、糖尿病病態因果連鎖オントロジーβ版を作成した。(2)患者観察項目セットの確定:前年度下調査を行った患者観察項目セットに対し、日本医療情報学会・日本糖尿病学会の合同委員会で策定された糖尿病ミニマム項目セットも参考にしながら、データ入力用の観察項目セットを確定した。具体的には、診断名、入院回数、教育入院回数、糖尿病家族歴、喫煙歴、インスリン投与開始時、退院時インスリン投与の有無、退院時インスリン投与量、糖尿病内服薬、その他内服薬、LDL、HDL、TG、空腹時血糖値、HbA1c、糖尿病性腎症の有無・重症度、透析の有無・透析法・導入年月日、低血糖発作の有無、網膜症の有無・重症度・治療、自律神経障害・末梢神経障害の有無、大血管障害の有無・部位、蛋白尿、AB/C比、sCPR、sCr、GFR、各種既往症、各種合併症などである。(3)患者観察項目抽出データの作成:本院糖尿病代謝内科において複数回入院している患者の退院サマリーを対象に、上記(2)の項目セットに基づいて、観察項目データベースの作成(第一段階)を行った。本研究は糖尿病患者の状態を特定し、病態の進展・合併症の発症リスクを定量的に予測するモデルを開発するため、糖尿病関連領域の病態因果連鎖オントロジーの開発、そのオントロジーに基づく糖尿病病態遷移モデルの構築、同構築モデルの妥当性の検証の3つを目的としている。(1)糖尿病病態因果連鎖オントロジーの整備:前年度までに開発した糖尿病病態因果連鎖オントロジーβ版に対し、関連する臨床医学オントロジーに関する成果(厚生労働省受託研究開発事業H25-H27)の進展に基づき若干の修正を加え、糖尿病病態因果連鎖オントロジーを作成した。(2)患者観察項目抽出データの作成:前年度に行った第一段階作業に加え、H25年度も引き続き本院糖尿病代謝内科の患者退院サマリーを対象に、第二段階の患者観察項目抽出データベース作成を行った。これは日本医療情報学会・日本糖尿病学会の合同委員会で策定された糖尿病ミニマム項目セットと整合性を持ちながらこれを包含するもので、約40の観察項目から構成されている。この作成過程で、本研究に必要な時系列変化データを得るためには当初の抽出ルールに加えさらに詳細なサマリー分析を行う必要があることが判明し、この作業にかなりの日数を要したため、H25年度で予定していた病態遷移モデルの構築と検証までは行えず、延長申請の上これらの作業については次年度で行うこととした。研究は糖尿病患者の状態を特定し、病態の進展・合併症の発症リスクを定量的に予測するモデルを開発するため、糖尿病関連領域の病態因果連鎖オントロジーの開発、そのオントロジーに基づく糖尿病病態遷移モデルの構築、同構築モデルの妥当性の検証、の3つを目的としている。(1)ベースオントロジーの拡充項目の調査:本研究のベースとして既存の臨床医学オントロジーに関する成果(厚生労働省受託研究開発事業(H19-H21))を対象とし、患者診療データからの患者状態特定のために不足している病態概念の調査を行った。(2)記述フレームワークの構築とベースオントロジーの拡充:病態の因果連鎖を異なる記述粒度レイヤーで表現するフレームワークを構築し、(1)の結果と領域専門家の意見を元に、糖尿病の進行に伴う各種の病態、例えば慢性血管性/非血管性合併症(白内障、皮膚病変、腎症、網膜症、神経障害、脳血管障害などの記述をベースオントロジーに追加し、糖尿病病態因果連鎖オントロジーのα版を作成した。(3)患者観察項目セットに関する調査:各因果連鎖の促進/阻害因子として、病態遷移モデルを構築する際に用いる項目セットに関する調査を行った。(4)患者診療データマッピングのための用語集の整備:実際の患者診療情報に対して、検索・オントロジーへのマッピングを行うための基本用語集(病名,症状,検査項目,薬剤,各種略語等)を構築した。(5)患者診療データ規模に関する下調査:東大病院

糖尿病代謝内科における退院サマリー文書の一部を対象とし、上記オントロジーへのマッピング可能性と必要なデータ規模に関する下調査を行った。本研究は糖尿病患者の状態を特定し、病態の進行・合併症の発症リスクを予測するモデルを開発するため、糖尿病関連領域の病態因果連鎖オントロジーの開発、そのオントロジーに基づく糖尿病病態遷移モデルの構築、同構築モデルの妥当性の検証の3つを目的としている。本年度は前年度までに構築されたオントロジーと患者観察項目抽出データベースを元に、病態遷移モデルの構築を行った。データベース中の観察項目は種類が多く、また全ての項目が全患者にて得られている訳ではないため、糖尿病の有無、大血管障害(脳血管障害、冠動脈疾患、末梢血管障害)の有無、最小血管障害の有無(神経障害、網膜症、腎症)によって患者をクラスタ化し、そのクラスタ間の遷移を対象としてモデル化を行った。データ数の問題から妥当性の検証は十分に行えなかったが、現在進みつつある糖尿病分野の大規模臨床データベースなどにも適用可能なモデル化の手法を示した。得られた研究成果は今後発表予定である。医療情報学本研究で目的とする糖尿病病態遷移モデル構築に必要な基盤である、糖尿病病態因果連鎖オントロジーの構築については順調に進展している。また患者観察項目セットも確定し、それに基づいて東大病院糖尿病代謝内科における退院サマリーからの実データ抽出も順調に進展している。一方で、経時変化を得るためのデータに関しては件数がまだ少ないことから今後さらに拡充を行う予定である。本研究で目的とする糖尿病病態遷移モデル構築に必要な基盤である、糖尿病因果連鎖オントロジーの構築については順調に進展した。一方、東大病院糖尿病代謝内科における退院サマリーからの患者観察項目抽出については、そのデータベース作成過程で、本研究の目的の1つである病態遷移予測モデルの構築に必要な時系列変化データを得るためには、当初の抽出ルールのみでは困難であり、さらに詳細なサマリー分析を行う必要があることが判明した。そこで当初研究計画を変更する必要が生じこれにかなりの日数を要したため、本年度は病態遷移モデルの構築と検証までは行えず、延長申請の上これらの作業を次年度(H26年度)で行うこととした。本研究で目的とする糖尿病病態遷移モデル構築に必要な基盤である、糖尿病病態因果連鎖オントロジーの構築については順調に進展している。また患者観察項目セットに関する調査や、患者診療データを検索し病態因果連鎖オントロジーにマッピングするための用語集の整備も順調に進展した。一方で、東大病院糖尿病代謝内科における退院サマリーの下調査の結果、退院サマリーだけからでは患者の病態遷移ならびに定期的診療データの情報量が不足している可能性が高いことが判明した。また診療記録文書から患者の病態遷移情報を抽出する作業自体に予想より時間がかかることも判明し、その効率化も今後の課題である。今後も引き続き観察項目データベースの拡充を行い、最終的に経時変化が得られた患者データを元にして、病態因果連鎖オントロジーへのマッピングを行う。
口臭の原因物質産生に関連する細菌の探索-メタゲノム解析を用いて-

口臭測定は、起床時条件にて口臭測定、細菌数測定を行った。メタゲノム解析では、対象者の舌背中央部より、舌苔を採取した。対象者は、口臭測定の結果により、口臭あり群となし群の2群にわけた。口臭測定は、起床時条件にて口臭官能検査、ガスクロマトグラフィーおよびガスセンサー口臭測定器を用いて行った。舌苔中の平均細菌数の比較では、口臭あり群がなし群に比べ、有意に多かった。舌苔の付着範囲別の細菌数の比較では、舌苔の範囲「1/3以下」は、「1/3-2/3」および「2/3以上」のにくらべ、有意に細菌数が少なかった。また、舌苔の厚み別の細菌数の比較では、「薄い」と比較して、「中等度」および「厚い」は、いずれも有意に細菌数が多かった。口臭あり群の舌清掃前後の比較では、舌清掃前に比べて、舌清掃後は有意に減少した。メタ16S rRNA解析の結果、舌苔中の細菌属の組成を明らかにした。舌苔中の細菌門レベルでの構成では、全ての対象者に、Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Fusobacteria、Proteobacteriaが検出された。さらに、口臭あり群となし群の細菌叢の多様性の比較では舌苔中の細菌の多様性の分析では、Chao-1 indexおよびShannon indexにおいて、口臭あり群の方が口臭なし群に比較して、有意に高い値を示した。口臭の原因の一つに舌苔中の細菌が産生する揮発性硫黄化合物が挙げられる。そのため、口臭の治療や予防の現場では、舌苔除去は欠かすことができないが、チェアサイドで舌苔中の細菌数の評価は殆ど行われていないのが現状である。本年度は口臭の有無と舌苔中の細菌数の関連について明らかにした。東京医科歯科大学歯学部附属病院息さわやか外来を受診した患者のうち同意の得られた279名(男性107名、女性172名、平均年齢52.4歳±15.6歳)を対象に、口臭測定(口臭官能検査、ブレストロン、口臭ガスクロマトグラフィー検査)と舌苔診査(範囲、厚み)、舌苔中の細菌量測定を行った。口臭の有無はそれぞれの検査において認知閾値を基準とした。舌苔中の細菌数の測定には細菌カウンタ(パナソニックヘルスケア株式会社)を用いた。年齢、性別、舌苔量を考慮に入れても、舌苔中の細菌数は、口臭と関連があることがわかった。この結果は第12回アジア予防歯科学会・第65回口腔衛生学会総会にてポスター発表予定(平成28年5月)である。口臭原因物質産生に関連する細菌叢の解析の為の口腔内組織のサンプルの採取が予定よりやや遅れている。息さわやか外来の患者の口腔内サンプルを採取するため、患者によっては同意を得ることが難しい場合もある。口臭で悩んでいる人は多い。口臭の原因の一つに舌苔中の細菌が産生する揮発性硫黄化合物(硫化水素、メチルメルカプタン、硫化ジメチル)が挙げられる。口臭の予防や治療では、舌苔除去はかかすことができない。舌苔とは舌背部にみられる白色もしくは黄色の付着、堆積物であり、脱落上皮、食渣、唾液などに加え、細菌も含まれる。しかし、舌苔中の細菌に関する研究は少ない。本研究は、口腔内組織(舌苔、唾液など)のメタ16sRNA解析を行い、口腔内細菌叢と口臭との関連を明らかにすることを目的に行う。昨年度に引き続き、東京医科歯科大学息さわやか外来受診の患者のうち、研究同意がとれた患者(男性192名、女性314名、平均年齢53.14歳±15.35歳)を対象に、口臭測定(ガスクロマトグラフィー、ブレストロン、口臭官能検査)を行った。舌苔中の細菌数の測定を細菌カウンター(パナソニックヘルスケア株式会社)を用いておこなった。舌清掃前後での細菌数の比較をおこなった。口臭官能検査を基準としたROC曲線分析もおこなった。この結果、舌苔中の細菌数は口臭と関連しており、舌清掃によって有意に減少することが明らかになった。これらの結果は第66回口腔衛生学会(2017年6月)にて発表予定である。本年度は、口腔内組織(舌苔、唾液)の採取をおこなったうちの舌苔の40サンプルを用いて、メタ16sRNA解析を行っている。年齢階級、性別、口臭の有無などで、それぞれの舌苔の細菌叢の比較を現在行っている。口臭原因物質産生に関連する細菌叢の解析のためのサンプルの採取が遅れていた。息さわやか外来で同意をとれた患者より口腔内組織のサンプルを採取するため、同意を得るのが難しかったり、年齢や性別が偏っていたためである。う蝕、歯周病、口臭などの歯科疾患には口腔内細菌が関与している。口臭の主な原因物質である揮発性の硫黄化合物(硫化水素、メチルメルカプタン、硫化ジメチル)(VSC:Volatile Sulfur Compounds)は口腔内細菌が産生に関与している。しかし、それぞれのガスと細菌叢との関連はまだ明らかにはなっていない。本研究は、東京医科歯科大学歯学部附属病院息さわやか外来を受診した患者を対象に行った。本研究では、口臭測定で被検者を口臭あり群となし群に分け、メタ16S rRNA解析で、口臭あり群となし群の口腔内の細菌の組成を明らかにし、両群の比較を行ってきた。その結果、口臭あり群の方が細菌の多様性が有意に認められることが判明した。

さらに、口臭あり群に特異的に発現している細菌属などを明らかにしてきた。東京医科歯科大学歯学部附属病院息さわやか外来を受診した患者のうち、本研究の参加に同意がとれた者を被験者とするため。口臭測定は、起床時条件にて口臭測定、細菌数測定を行った。メタゲノム解析では、対象者の舌背中央部より、舌苔を採取した。対象者は、口臭測定の結果により、口臭あり群となし群の2群にわけた。口臭測定は、起床時条件にて口臭官能検査、ガスクロマトグラフィーおよびガスセンサー口臭測定器を用いて行った。舌苔中の平均細菌数の比較では、口臭あり群がなし群に比べ、有意に多かった。舌苔の付着範囲別の細菌数の比較では、舌苔の範囲「1/3以下」は、「1/3-2/3」および「2/3以上」のにくらべ、有意に細菌数が少なかった。また、舌苔の厚み別の細菌数の比較では、「薄い」と比較して、「中等度」および「厚い」は、いずれも有意に細菌数が多かった。口臭あり群の舌清掃前後の比較では、舌清掃前に比べて、舌清掃後は有意に減少した。メタ16S rRNA解析の結果、舌苔中の細菌属の組成を明らかにした。舌苔中の細菌門レベルでの構成では、全ての対象者に、Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Fusobacteria、Proteobacteriaが検出された。さらに、口臭あり群となし群の細菌叢の多様性の比較では舌苔中の細菌の多様性の分析では、Chao-1 indexおよびShannon indexにおいて、口臭あり群の方が口臭なし群に比較して、有意に高い値を示した。息さわやか外来患者に同意を得て、口腔内細菌解析用の口腔組織サンプル採取し、口臭原因物質産生に関わる細菌の探索の解析を行う見込みである。口腔内の細菌叢の解析を委託する業者とはすでに打ち合わせは済んでいる。現在、息さわやか外来で採取した40サンプルのメタ16sRNA解析を行っている。解析が終わり次第、年齢階級、性別、口臭の有無を含まて、比較解析を行う予定である。その上で、口臭の原因物質産生に関連する細菌の検討を行う。本研究を礎とし、より一層の探索をすすめ、口腔内の細菌を体系的に分析し、揮発性硫黄化合物(VSC)の産生との関連を明らかにすることが重要であると考える。さらに、口腔内は極めて複雑な環境であるので、細菌の機能や代謝物、細菌相互の関わり細菌間のネットワークの解析を行い、口臭の治療や予防に繋げる研究が必要と考える。息さわやか外来患者に同意を得て、口腔内細菌解析用の口腔組織サンプル採取し、口臭原因物質産生に関わる細菌の探索を行う予定である。現在、口腔内組織サンプルを採取を行っている。計画をたてた当初より解析の試薬等が値上がりしているとのことで、解析費の値上がりが見込まれている。口腔内組織サンプルの採取の同意を息さわやか患者から得るので、同意を得るのが難しかったので、当初の予定より、時間がかかったためである。委託解析に出す時期が遅れてしまった。現在、サンプルはすでに解析にだしている。研究のためのサンプル採取に時間を費やしたため、遅れが生じている。また、分析をうけ、さらなるサンプル採取が必要を考えられる。現在、本研究の分析をもとに論文投稿準備を行っている。平成28年度に口腔内組織のサンプル採取が終了する見込みである。口腔内組織サンプルの数がそろった時点で解析を受託する予定である。
重症呼吸不全患者に対する機能的電気刺激を用いた運動療法プログラムの開発と検証

本研究では,重症呼吸不全患者(主にCOPD)に対する呼吸リハビリテーションにおいて最も重要であり,かつEvidenceが高いことが明らかとなっている下肢筋力トレーニング法について,機能的電気刺激(以下, EMS)を併用した新しい運動療法プログラムを開発しその効果を,従来のプログラムとの比較から検証することを目的とした。その結果, EMSトレーニングは呼吸困難を出現させることなく、特に筋に十分な過負荷を与えることで効果的な筋力・持久力増大をもたらすことが示唆され,今後呼吸リハビリテーションの新しいツールになると考えられた。本年度は,慢性閉塞性肺疾患患者に対する機能的電気刺激を用いた運動療法プログラムを開発する前段階として,機能的電気刺激を用いた運動療法プログラムの効果および安全性を検証することを目的とした研究を実施した。すなわち内科的疾患を有していない整形外科術後患者(膝前十字靱帯再建術後)に対して,機能的電気刺激を用いた運動療法プログラムを実施し,その効果を検証した。前十字靱帯損傷患者に対し,靱帯再建術後の早期より機能的電気刺激を実施する群(EMS群:5名)と,従来の運動療法プログラムを実施する群(CON群:5名)の膝伸展筋力,下肢伸展パワーおよび大腿直筋,中間広筋,ヒラメ筋の筋厚の変化を測定し,比較検討した。機能的電気刺激は術後2日から開始し,4週間実施した。その結果,EMS群は,CON群に比べ,前十字靱帯再建による早期の筋萎縮や筋力低下を予防できた。つまり大腿直筋,中間広筋,ヒラメ筋の筋厚については,CON群は術後早期より筋萎縮が発生したが,EMS群は筋萎縮を抑制することが可能であった。また膝伸展筋力や下肢伸展パワーについては,CON群はその低下が大きかったのに対し,EMS群はその低下が少なかった。更に機能的電気刺激による副作用等は認められず,安全性が確認出来た。以上のことから,機能的電気刺激を用いた運動療法プログラムは安全であり,活動性の高くない患者に対しても十分応用可能であると考えられた。今年度は前年度の研究において下肢筋力トレーニング法としての有効性が示された機能的電気刺激(EMS)を用い,呼吸困難を有する慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者に対してEMSを用いた呼吸リハビリテーションプログラムと従来のプログラムによる効果の差を検証した。呼吸リハビリテーション目的入院中の症状の安定したCOPD患者14名を対象とし,筋力・持久力トレーニングとして自転車エルゴメーターを実施する群(CON群)7名とEMSを実施する群(EMS群)7名にランダムに分けた。その他のリハビリテーションメニューは全例同様のプログラムを4週間実施し,両群のトレーニング効果を検証した。検討項目は大腿四頭筋・下腿筋筋厚,膝伸展筋力,6分間歩行距離(6MWD),日常生活動作能力(NRADL)、呼吸筋力、BODE INDEX、Medical Research Council dyspnea scale (MRC)とした。その果,筋厚はEMS群において大腿直筋・外側広筋・下腿筋が増加したが,CON群はほとんど変化しなかった。また筋力はEMS群で有意に増加し,CON群はわずかに増加した。6MWDとNRADLは両群とも増加したがEMS群の増加率が有意に高かった。以上のことから,EMSトレーニングは呼吸困難を出現させることなく、特に筋に十分な過負荷を与えることで効果的な筋力・持久力増大をもたらすことが示唆された。これは呼吸困難出現の因子とされる中枢性疲労が存在しないことや、末梢循環に関する様々なメカニズムが考えられる。このようにEMSを用いたプログラムは従来のプラグラムに比べ,より効果的であることが示され,EMSはCOPD患者に対する呼吸リハビリテーションの新しいツールに成り得ると考えられた。
金属製ダイヤモンド型フォトニック結晶による高効率ミリ波制御デバイスの開発

フォトニック結晶は導電体または誘電体の周期的なパターンを有し、ブラッグ回折により電磁波を完全反射する機能材料である。本研究では、マイクロメータオーダの金属製フォトニック結晶を作製し、ミリ波領域における電磁波として、テラヘルツ波の伝播特性や共振挙動について調査を行った。テラヘルツ波は光の直進効果と電波の回折効果を併せて示すため、次世代ユビキタス社会を支える短距離用の高速情報通信を担う周波数帯として大いに注目を集めている。さらに、テラヘルツ波を用いたセンシング技術は、次世代の安心・安全社会を構築する食品および生体用センサーの開発には欠かせないものである。研究遂行においては、CAD/CAMプロセスのマイクロ光造形システムを世界に先駆けて開発し、微細な金属構造を形成できる新しいプロセスとして確立できたことが大きな推進力となった。具体的には、純銅粒子を分散した高分子材料を用いて微細な3次元構造体を形成し、脱脂および焼結処理を施すことで、純銅製のマイクロ構造体へと転換することに成功している。金属製フォトニック結晶では、直径270μnで長さ360μmの純銅製マイクロロットが3次元に展開し、格子定数900μmり周期構造が精密に実現された。テラヘルツ波領域における電磁波特性の評価では、あらゆる方向から進行してくる電磁波を反射できる完全バンドギャップの形成が、周波数0.3750.525THzにおいて確認されている。金属製の3次元格子による回折効果を示唆しており、効率の良い電磁波の制御構造として応用が期待できる。また、有限要素法を用いた電磁波解析によサ、金属製フォトニック結晶に点欠陥や面欠陥を導入すれば、バンドギャップ中に局在モードを形成し、平面波を発振できミることも示唆されており、新しいテラヘルツ波センサーの構築へ寄与しうる結果が得られたと考えられる。CAD/CAMプロセスの光造形法を用いて金属製の3次元格子を形成し、ブラッグ回折により電磁波を制御できる新しい機能材料の作製を目標に研究を進めた。周期構造によって電磁波を完全反射する金属製フォトニック結晶の開発を目指すものである。具体的には直径12mm程度のアルミニウム合金製ロッドを3次元的に組み合わせてダイヤモンド型の格子構造を形成し、次世代の高速大容量通信を担う周波数30100GHzのミリ波帯域において電磁波制御の可能性を調査した。実際の金属製フォトニック結晶の開発においては、以下に述べる作製・評価・解析の3段階を経ることが必要である。(1)作製段階:CAD/CAMの光造形法と高温焼結を組み合わせて健全なセラミック製鋳型を形成する技術や、真空鋳造により金属製の3次元格子を精密に成型する技術などを確立する。(2)評価段階:ネットワークアナライザーやホーンアンテナ等のミリ波計測機器により、指向性の高い電磁波を金属製フォトニック結晶に照射し、結晶構造の方位と電磁波伝播の関係を明らかにする。(3)解析段階:有限要素法による電磁気シミュレーションとミリ波の計測結果を比較検討することで、金属製格子の間隔と回折が生じる波長域の関係など結晶構造の設計法を構築する。本年度の研究によって、(1)作製段階における基礎的な技術が確立され、サンプルの作製や構造の制御が可能な段階に到達した。また(2)評価段階と(3)解析段階についても必要な機材などの調達や整備が完了しており、来年度はそれぞれの研究段階において得られた知見を総合しすることで、ミリ波制御用デバイスの試作についても検討する考えである。
自然言語による空間描写理解のための知識獲得と概念形成に関する研究

本研究では、知識獲得・概念形成の手法を用いて空間概念を構築する方法について、仮説に基づく実験システムの構築とその実験的評価を中心とした実証的な立場から研究を行なう。平成4年度は空間描写理解の際に暗黙的に使われる知識に関する研究を行なった。一般に、人間が空間描写を理解する過程では、ある描写から言語構造、概念構造を経て空間イメージが再現されると考えられる。この過程で用いられる常識や主観の獲得のために、人間がある対象について暗黙的にもっている情報の収集と、情景描写解釈時に利用可能な知識としての体系化を行ない、我々が開発している言語表現ー空間イメージの対応づけのための知識ベースへの組み込みを行なった。1.空間描写に現れる提喩(synecdoche)に注目し、人間が常識的に持つ知識を利用して、提喩からの空間的関係の抽出を行なった。2.従来のシソーラスのような概念体係に関する知識の他に、その対象の機能、および構造に関する知識を整理して与えることにより、対象間の空間的関係と提喩によって実際に指示されている部分との関係を取り出した。3.対象を表す名詞の他に空間語と呼ぶ空間的概念を陽に表現する語を用いることにより、空間的関係と提喩の関係を解析した。4.整理した知識を用いて、「名詞+『の』+空間語+『の』+名詞」の型をした表現からの空間的関係の抽出を行なった。今後、このような空間概念を取り扱うための大規模な知識ベースの構築に向けて研究を行なう予定である。