hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫の変態期にホルモンによって誘導される転写因子の制御ネットワークの解析

エクダイソンパルスでFTZ-F1遺伝子が誘導されるのに必要な転写開始点付近の1.6kbの領域のシス-エレメント内に塩基特異的に結合する2つの因子を同定し、その結合部位を決定した。これらの因子は、エクダイソンパルスに応じて変動することからFTZ-F1遺伝子の転写調節にかかわることが期待された。FTZ-F1の標的遺伝子と考えられるEDG84遺伝子の様々な転写調節領域をLacZ遺伝子に結合させた融合遺伝子を持つtransgenic fly系統を作成し、レポーター遺伝子の発現パターンを解析した。その結果、-400bpまでを有すると内在性のEDG84遺伝子と同様に成虫原基由来の細胞で発現すること、-200bpまでを有すると腹部表皮細胞での発現がみられるようになること、-100bpまでを有すると成虫原基由来の細胞で発現が極端に低下することが明らかになった。以上のことから、-400bpと-200bpの間に腹部での発現を抑制する因子が作用すること、-200bpと-100bpの間に成虫原基由来の細胞での発現を上昇させる因子が作用すると考えられた。FTZ-F1(BmFTZ-F1)によるfushi tarazu(ftz)遺伝子の転写活性化に必要なmediatorである。MBF1をクローン化し、塩基配列よりアミノ酸配列を予想した。その結果、MBF1は、humanからyeastまで存在することが明らかになり、その機能の重要性が示唆された。一方、クローン化したMBF2を用いて、基本転写因子との相互作用を調べたところ、MBF2は、TFIIAと相互作用することが明らかとなった。TFIIAを除いたHela転写系を用いて転写実験を行なったところ、転写の活性化はみられず、MBF2による転写の活性化にはTFIIAが必要であることが示された。
医薬品ならびに健康食品の有用性評価のためのメタアナリシス間接比較法の検討

医薬品ならびに健康食品の有用性を評価するための方法論として、メタアナリシス間接比較法について研究を行った。内容は間接比較法の問題点、医薬品ならびに健康食品への間接比較法の臨床応用、ならびに間接比較法の解析ソフトウェアの開発の検討を行った。本研究より、間接比較法の問題点・課題、適用条件等が明らかとなった。解決すべき課題はあるが、ある一定の条件下で医薬品等の評価において有用である可能性が示された。本研究の目的は、薬物治療におけるメタアナリシスの間接比較方法の確立と評価、ならびに臨床応用への可能性の検討である。その題材として、典型的な薬物療法ならびには健康食品・サプリメントなどを取り上げ、上記の研究テーマに関する検討を行う。また、可能であれば、メタアナリシスの間接比較法のプログラムの作成についても検討する。医薬品ならびに健康食品の有用性評価のためのメタアナリシス間接比較法の確立と評価、ならびに臨床応用への可能性を検討するために、本年度は下記の検討を行った。初年度は、薬物治療に関するテーマについて検討を行い、まず血液凝固阻止剤の臨床的有用性を検討することにした。文献検索データベースには、Medline,JDreamII、Cochrane Library,医学中央雑誌を用い、国内外の臨床試験論文の検索を行った。また、それぞれの製薬企業からも臨床試験情報を入手した。検索結果では、血液凝固阻止剤の臨床的有用性に関する複数のプラセボ対照試験や直接比較の論文が得られた。これらの論文に関して対象疾患・患者、有効性と安全性に関するエンドポイント、採択基準の決定とその適否、論文の質を評価し、解析に必要データを検討し、統合可能な論文を検討した。さらに、ソフトウェアの開発を行うために、第1段階として、直接比較法の部分を構築することとし、専門家と協議し、開発に必要なハードウェア・ミドルウェアを選定した。次年度以降も、本研究を継続し、発展させ、メタアナリシス間接比較法の確立を目指す。血液凝固阻止剤の臨床的有用性は引き続き検討中であり、本年度は間接比較法の妥当性について報告する。内容は臨床試験論文を用いた間接比較と直接比較の結果を比較することによる間接比較法の妥当性、シミュレーションによる間接比較に影響する要因の検討である。妥当性の検討には、HMG-CoA還元酵素阻害薬のロスバスタチン(R)、プラバスタチン(P)、シンバスタチン(S)、アトルバスタチン(A)の有効性を評価している、ランダム化比較試験6報のデータを用いた。R対P、R対S、R対Aで比較を行い、直接比較はメタ解析の結果を用いた。R対Pの間接比較(inRE_<RP>)は、Aを共通対照薬とした3比較、Sとした9比較、R対SのinRE_<RS>は、Aを共通対照薬とした6比較、Pとした6比較を行った。R対AのinRE_<RA>は、Pを共通対照薬とした2比較、Sとした6比較を行い、計32の間接比較を行った。inRE_<RP>は共通対照薬Aで1.781.98、Sで1.622.06であった。inRERSは共通対照薬Aで1.241.40、Pで1.201.50であった。inRE_<RA>は共通対照薬Pで1.101.12、Sで1.141.31であった。間接比較の72%(23/32比較)でRの有効率がP、S、Aより有意に高く、直接比較と同様の結果であった。inRE_<RS>において、95%CIの幅は共通対照薬がAより、Pで95%CIの幅が広がる傾向がみられ、統計学的に有意差がなくなったものもあった。以上より、間接比較には症例数および共通対照薬の有効率が影響することが明らかとなった。各薬剤1群の症例数が小さい、もしくは、共通対照薬の有効率が低い場合には、95%CIの幅は広がり統計学的に有意な結果とはなりにくいことがわかった。つまり、間接比較を行う場合には、用いる試験の症例数および共通対照薬の有効率を考慮すべきであることが示唆された。

医薬品ならびに健康食品の有用性評価のためのメタアナリシス間接比較法の確立と評価、ならびに臨床応用への可能性を検討するために、下記の検討を行った。医薬品の検討例として、血液凝固阻止剤の臨床的有用性(有効性と安全性)に関する論文検索はMedline等を用いて、placebo対照ならびに実薬対照の論文などさまざまな比較論文を収集した。試験薬の具体例としては、低分子量ヘパリンのfondaparinux、enoxaparin、nadroparinなどがあり、実薬対照としては、未分画ヘパリンであった。対象患者は、主に人工膝関節置換術、人工股関節置換手術の患者が含まれた。有効性の評価項目としては、血栓性塞栓症(深部塞栓症、肺塞栓症)、死亡などであり、安全性の評価項目としては、出血(大出血、小出血)などを抽出した。これらのデータを解析に使用するために要約を行った。まず、直接比較を行い、それらの結果を用いて間接比較をする予定である。また、健康食品の検討例としては、St.John's Wortの有用性について、Medline等を用いて血液凝固阻止剤と同様に文献検索を行った。論文としては、placebo対照ならびに実薬対照の論文などが種々あり、検索結果を吟味して、解析に使用できる論文ならびに解析実行の可否について今後検討する。さらに、間接比較の方法論に関する理論についてもる詳細に調査を行い、方法論に関する知識を得ることができた。これらの方法は次のプログラム作成に有用な情報となるものと考えられる。メタアナリシス解析プログラムの作成に関しては、専門家と共同で直接比較に関して、2値データについて計算過程の部分は、ほぼ完成した。しかし、画面上での表現については未完成であり、今後検討する。さらに、間接比較の部分についても今後引き続き検討して行く予定である。医薬品ならびに健康食品の有用性評価のためのメタアナリシス間接比較法の確立と評価、ならびに臨床応用への可能性を検討するために、昨年度に引き続き、健康食品としてSt.John's Wort(SJW)の抗うつ薬としての有用性を検討した。また、新たに医薬品として新規抗精神病薬であるアリピプラゾール(ARP)とオランザピン(OLZ)の有効性に関して検討を行った。SJWでは効果と副作用の2値データを、抗精神病薬では連続変量データを評価指標に用いて間接比較法(IC)の検討を行った。SJWの効果を選択的セロトニン再取込阻害薬(SSRI)、三環系抗うつ薬(TCA)などとの効果と直接比較法(DC)やICにより比較した結果、DC、ICともに同様の結果が得られ、ICの有用性が示された。なお、ICによる検討では、統計学的有意差は示されなかったが、三種の中ではTCAの効果が優れていると考えられた。また、副作用については、口渇がSSRIよりもTCAで多いことがICにより示された。RISあるいはPLBを共通対照薬として、ARPとOLZのPANSS変化量についてIC実施した結果、DCと同様の結果が得られ、効果指標に連続変量データを用いたICはDC同様に有用である可能性が示された。またメタアナリシス解析プログラムの作成に関しては、昨年度に引き続き、専門家と共同で研究を行った。画面構成は入力系と照会・分析系の2種類とした。
リン脂質ナノディスクの積層メカニズムとそれを利用した交互積層膜の作成

本研究課題では、生体膜を構成する主要な成分であるリン脂質が形成するナノディスクに着目し、交互積層膜(Layer-by-layer film)など機能性を付与したリン脂質膜の作成を目的とする。そのためは、リン脂質ナノディスク自体のの構造形成メカニズムやリン脂質薄膜の基板上での積層メカニズムを理解することが重要である。この目的を達成するために、本課題は以下の4つの研究に取り組んだ。本研究では機能性を付与できる薄膜として着目されている交互積層膜(Layer-by-Layer film)の材料として、高い生体適合性を有するリン脂質のナノディスクに着目し、その積層メカニズムの解明、および交互積層膜の作成を目的とした研究開発を行う。この目的を達成するために、本年度はナノディスクの交互積層膜を作成するための基礎的知見として、ナノディスク水溶液と接触させた際に基板上に形成されるナノディスクの積層構造について、その形成メカニズムを調べるために中性子反射率法と原子間力顕微鏡による積層構造のその場観察を行った。実験に際しては特に電荷の効果に着目し、ナノディスクと基板の表面電荷を正電荷、負電荷、中性と変化させ、その組み合わせによって積層構造がどのように変化するかを観察した。その結果、ナノディスクの電荷による違いはほとんど現れなかったのに対し、基板の電荷による影響は大きく、負電荷、および中性の基板表面にはナノディスクが積層するのに対し、正に帯電した基板の場合ではナノディスクの積層が起きない事が明らかになった。これは、ナノディスクの吸着挙動が単純な電荷による相互作用では記述できないことを示唆している。また、正に帯電した基板ではナノディスクの表面吸着が起こりにくい一方で、表面から数十ナノメートルに渡ってナノディスクの密度が高い層が形成されていることも明らかになっている。この高密度層が形成される原因については未だ不明で、次年度以降の研究によりこれを明らかにしていく。本研究では機能性を付与できる薄膜として着目されている交互積層膜(Layer-by-layer film)の材料として、高い生体適合性を有するリン脂質のナノディスクに着目し、その積層メカニズムの解明、および交互積層膜の作成を目的として研究開発を行う。この目的を達成するために、昨年度までにナノディスク水溶液を基板と接触させた際に形成される自己吸着膜について、中性子反射率法、および原子間力顕微鏡を用いたその場観察を行い、ナノディスクの吸着にはナノディスク自体の電荷より、むしろ基板の表面修飾による影響が大きいことが明らかとなった。通常、交互積層膜は異なる電荷の高分子溶液に交互に浸漬することによって作成できるが、この結果は単純な電荷の操作ではリン脂質ナノディスクの交互積層膜が作成できないことを示唆している。そこで、本年度は視点を変えて積層膜から機能性物質を放出するために必要な、リン脂質積層膜の剥離過程について中性子反射率法による評価を行った。用いた系は基板上にスピンキャストと呼ばれる方法で積層した中性リン脂質(DOPC)の二分子膜で、100枚以上の積層数を有している。これに水を接触させ、そこからの膨潤・剥離挙動を中性子反射率法で観察したのだが、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の大強度ビームを利用することにより秒オーダーで剥離過程を観察することができた。この際、過去の研究により塩化カルシウムの添加によりリン脂質の膜間距離が無限遠に発散する剥離転移が生じることが知られているため、その塩濃度依存性について調べたところ、相転移が一次転移的であること、基板の近傍では剥離転移が阻害され、数枚の膜が基板に吸着したまま残存することが明らかになった。これは剥離転移が静電相互作用と膜の波状運動によるエントロピーに由来の斥力との共同で生じていることを意味しており、既存の結果を強く補完するものである。本研究では、生体膜を構成する主要な成分であるリン脂質が形成するナノディスクに着目し、機能性を付与した薄膜である交互積層膜(Layer-by-layer film)の作成を目的とする。そのためは、リン脂質ナノディスクの構造形成メカニズムおよび基板上での積層メカニズムを理解することが重要であり、この知見に基づいて交互積層膜の作成といった応用研究に着手する。この目的を達成するために、昨年度までの研究では(1)ナノディスク水溶液を基板と接触させた際の吸着挙動を中性子反射率法、および原子間力顕微鏡によって観察し、ナノディスク自体の電荷よりも基板の表面修飾の影響が大きいことを明らかにした。(2)基板表面に積層したリン脂質二重膜の積層構造を水和させた際の膨潤・剥離挙動を中性子反射理法で観察し、塩化カルシウムの添加によって膜間距離が無限遠に発散する剥離転移を伴いながら膨潤・剥離していくことを明らかにした。これに対し、本年度の研究では交互積層膜に代わる機能性リン脂質になると期待できる重合可能なリン脂質膜の基板上積層膜について斜入射X線小角散乱実験を行った。この実験では重合可能なリン脂質の割合を変化させ、吸湿により膜間に貯蔵される水の量と膜の揺らぎとを評価することが出来、約50%を境に吸湿できる割合と面内揺らぎの相関長が大きく変化することが明らかになった。また、これと平行してリン脂質ナノディスクを加熱することで形成される直径数十nmの単層膜ベシクルを細胞内小胞のモデルとして利用し、弓状のドメインを有するタンパク質FBP17との相互作用を中性子小角散乱で評価した。このタンパク質は細胞膜に吸着する際に細胞膜を変形させることが知られており、膜の曲率が吸着・変形に与える影響についての理解が深まった。

当初の目的であった、リン脂質ナノディスクの交互積層膜の作成については、電荷の効果により単純積層するという方法が困難であることが明らかになり、この点については大きなマイナスであった。一方、塩化カルシウムを加えることによってリン脂質積層膜の剥離挙動を制御するという点に関しては成功を収めた他、リン脂質ネットワークに関する研究やリン脂質ナノディスクを細胞内小胞のモデルとして利用することにも成功しており、概ね順調に研究は進展していると考えている。本研究課題では、生体膜を構成する主要な成分であるリン脂質が形成するナノディスクに着目し、交互積層膜(Layer-by-layer film)など機能性を付与したリン脂質膜の作成を目的とする。そのためは、リン脂質ナノディスク自体のの構造形成メカニズムやリン脂質薄膜の基板上での積層メカニズムを理解することが重要である。この目的を達成するために、本課題は以下の4つの研究に取り組んだ。(1)ナノディスク水溶液を基板と接触させた際の吸着挙動を中性子反射率法、および原子間力顕微鏡によって観察し、ナノディスク自体の電荷よりも基板の表面修飾の影響が大きいことを明らかにした。(2)基板表面に積層したリン脂質二重膜の積層構造を水和させた際の膨潤・剥離挙動を中性子反射理法で観察し、塩化カルシウムの添加によって膜間距離が無限遠に発散する剥離転移を伴いながら膨潤・剥離していくことを明らかにした。(3)交互積層膜に代わる機能性リン脂質になると期待できる重合可能なリン脂質膜の基板上積層膜について斜入射X線小角散乱実験を行い、約50%を境に吸湿できる割合と面内揺らぎの相関長が大きく変化することが明らかにした。(4)リン脂質ナノディスクを加熱することで形成される直径数十nmの単層膜ベシクルを細胞内小胞のモデルとして利用し、弓状のドメインを有するタンパク質FBP17との相互作用をX線・中性子小角散乱で評価した。このタンパク質は細胞膜に吸着する際に細胞膜を変形させることが知られていたが、この実験により膜の曲率も変形挙動に影響を与えることを明らかになった。これらの知見はリン脂質膜の物性を理解すると共に、それを基に機能性等を付加する上での重要な知見である。当初の目的であった、リン脂質ナノディスクによる交互積層膜の作成においては、電荷の効果により単純積層することが困難であることが明らかとなった。この点は大きなマイナスであるが、外場の変化により機能的に内包物を放出する、という目的に立ち戻ってリン脂質の剥離過程を制御する点に着目した研究を進めており、全体としては順調に進展していると考えている。論文の作成についてはデータが揃っているものの十分に時間がとれておらず、その他の業務とのエフォート管理について課題が残されているが、次年度以降に報告できると考えている。
強化学習による思考・推論のモデル化

高次脳機能のシステム的理解のため、思考・推論などの高次処理の対象として、Wisconsin Card Sorting Test(WCST)を取り上げる。平成11年度は第一に、前頭葉損傷患者のデータを入手した。第二に、ワークステーション上に構築した新修正WCST用被験者実験システムをWCST用に変更した。第三に、この実験システムを用いて30人の被験者に対して被験者実験を行なった。第四に、構築済みのWCSTの思考・推論モデルを改良し、いわゆるハイパーパラメータを推定することによりモデルの最適化を行った。WCSTでは被験者は正誤のみが教えられる。従って正答が得られた場合にはこれを強化し、逆に誤答が得られた場合にはこれを弱めるという最も単純な強化学習を用いた。連続正答達成カテゴリー数、Milner型保続性誤り数、Nelson型保続性誤り数などの診断に利用されているさまざまな指標値がモデルのそれと合致するよう、モデルに含まれる3種類のハイパーパラメータ(正答時の学習率、誤答時の学習率、繰り返し学習回数上限)を最適化した。ここでの実験サンプル数は、正常者30人、無症候性脳梗塞患者38人、パーキンソン患者48人、アルツハイマー患者7人である。正常者の場合のハイパーパラメータとして、正答時および誤答時の学習率(56.8,51.7)、パーキンソン患者の場合には、(27.0,19.0)アルツハイマー患者の場合には、(3.00,2.32)が得られた。前頭葉損傷患者の学習率が小さいことが、過去の規則あるいは誤回答にとらわれて誤りが多くなる一因であることが示唆される。これにより、正常被験者と無症候性脳梗塞患者、パーキンソン患者、アルツハイマー患者の各カテゴリーのハイパーパラメータ値をグループ化し、人間の類型化が行える。またこれにより、規則発見が得意な人と不得意な人の相違がどこにあるのか、規則発見が効率化するための方策などに関する知見が得られるものと考えている。
タウ蛋白を標的とした新たな漢方由来アルツハイマー病治療薬の探索および作用機序解明

タウ蛋白を標的とした和漢薬由来認知症治療薬の基礎研究として,タウリン酸化酵素であるGSK-3βの阻害作用を有する黄連解毒湯および三黄瀉心湯の効果を解析した。これらの和漢薬を投与することにより,加齢促進モデルマウスの短期エピソード記憶障害が有意に改善され,その作用機序として,大脳皮質のGSK-3β阻害による神経細胞の機能維持に寄与する蛋白であるCRMP2のリン酸化抑制が関与することが示唆された。一方,リン酸化タウは各群で差がなかったことから,SAMP8大脳皮質ではCRPM2がタウより早期にリン酸化されることが明らかとなり,CRPM2が認知症の早期バイオマーカーとなることが示唆された。GSK-3β酵素活性阻害作用が見出された黄ごん由来フラボノイド類(wogonin,baicalinおよびbaicalein)を用いて,マウス大脳皮質初代培養細胞におけるGSK-3β阻害作用について検討したところ,baicaleinを処理した細胞ではGSK-3β活性が有意に低下していることが確認され,他のフラボノイドにおいても阻害傾向が認められた.また,アミロイド蛋白細胞毒性によるタウ蛋白リン酸化に対するこれらのフラボノイド類の影響を検討したところ,アミロイド蛋白処理により主要なタウ蛋白リン酸化部位であるセリン396位(GSK-3βによってリン酸化される部位;Ser396)やスレオニン205位(GSK-3β以外の酵素によってリン酸化される部位;Thr205)のリン酸化が引き起こされ,100 μM wogoninおよびbaicalein前処置によりSer396およびThr205のリン酸化の抑制作用が認められた.以上の結果からマウス大脳皮質初代培養細胞において,i)黄ごん由来フラボノイド類はGSK-3β阻害作用を有する,ii)wogoninはGSK-3βによるタウ蛋白のリン酸化を阻害する,iii)baicaleinはGSK-3β阻害作用以外の作用も有することが示唆された.一方,アルツハイマー病のモデル動物である嗅球摘出(OBX)マウスの海馬GSK-3β活性およびタウ蛋白リン酸化について検討した.OBX群は嗅球を摘出せず偽手術を施したマウス群にくらべて認知機能低下が認められた.また,これらのマウスでは海馬GSK-3βが活性化する傾向が確認されたが,Ser396およびThr205の顕著なリン酸化は認められなかった.このことから,本モデルマウスをタウ蛋白リン酸化モデルとして用いるには,さらなる条件検討が必要である.現在はOBXの条件を再検討するとともに,黄ごん含有漢方である黄連解毒湯の効果を検討している.本年度では、嗅球摘出(OBX)マウスに加えて、認知症研究に用いられる老化促進マウス(SAMP8)およびその対照マウス(SAMR1)を用いて、黄ごんを含んだ漢方である黄連解毒湯の認知機能低下改善効果およびその作用機序について検討した。6ヶ月齢SAMP8およびSAMR1にヒト換算3倍および10倍量の黄連解毒湯を飲水に含めて1ヶ月間投与した後に、物体認知試験(ORT)および恐怖条件付試験を行った。その結果、SAMP8はSAMR1に比べて認知機能が低下しており、対照薬のドネペジル(2.5 mg/kg/day)がSAMP8の認知機能低下を有意に改善したのに対し、黄連解毒湯は用いた濃度域においてORTおよび恐怖条件付試験の音刺激に対する記憶の改善傾向は認められたものの、有意な結果とはならなかった。また、これらのマウスから海馬および大脳皮質を摘出してタウ蛋白リン酸化酵素の一つであるGSK-3βの活性をキナーゼアッセイにて検討したところ、SAMP8ではSAMR1に比べてGSK-3βの活性が増強しているのに対し、黄連解毒湯投与SAMP8群では、大脳皮質で有意に活性が低下していることが確認された。また、海馬においても活性低下傾向が認められた。このことから、in vivoにおいて黄連解毒湯は脳内のGSK-3βを阻害することが示唆された。ただし、行動実験および海馬のGSK-3β活性では改善傾向を示したに過ぎなかったため、現在、ヒト換算30倍量の黄連解毒湯、および別の黄ごん含有漢方である三黄瀉心湯を用いて検討中である。行動実験のうち、ORTについてはそれぞれの漢方投与群について有意な改善効果が認められた。その他の行動試験および採用機序については引き続き検討中である。今年度では、前年度よりも高濃度であるヒト換算30倍量の黄連解毒湯および黄ごん含有漢方である三黄瀉心湯を用いて、嗅球摘出(OBX)マウスおよび老化促進マウス(SAMP8)の認知機能低下および脳内GSK-3β活性に対する影響を検討した。OBXマウスにおける検討では、投与期間を前年度から改訂し、手術3週間後より漢方を経口投与し、手術一か月後から行動実験を開始した。黄連解毒湯および三黄瀉心湯は物体認知試験(ORT)における改善効果を示さなかったものの、恐怖条件付け試験における文脈的記憶について有意な改善効果を示し、さらに黄連解毒湯は音刺激記憶についても改善効果を有した。このことから、黄ごんを含有する両漢方は、長期記憶の改善作用を有することが示唆された。また、OBXマウスの大脳皮質におけるGSK-3βの活性化が両漢方投与によって有意に阻害された。SAMP8における検討では、前回同様に6か月齢より薬物投与を開始し、一月後に行動実験を開始した。

SAMP8は参照マウスであるSAMR1と比較して、恐怖条件付け試験における文脈的記憶および音刺激記憶が有意に低下していたが、黄連解毒湯および三黄瀉心湯はこの障害を有意に改善することが確認された。しかし、短期記憶を解析するORTやModified Y-maze試験において、本年度で用いた老化促進マウスはR1の方がP8よりも認知機能が障害されているという前年度と反する結果が得られた。飼育条件や実験期間などに変更・不備はなく、長期記憶においては前回と同様の結果が得られていることから、ロットを変えて再検討する必要があると考えられる。そこで、前ロットの脳サンプルを用いて、GSK-3β以外で認知機能改善に関わる作用機序を検討したところSAMR1に比べて、SAMP8ではERK-1, 2のリン酸化が抑制されているのに対し、黄連解毒湯投与群においては改善傾向を示すことが確認された。現在、ERK-1, 2の下流経路について検討中である。上記の通り、SAMR1およびSAMP8の飼育条件の前回からの変更点はなかったため、本年度における老化促進マウスの短期記憶の異常は今ロットで特有の結果であったと考えられる。このことから、本ロットの脳サンプルを用いて薬理作用を検討しても前回の再現を得られないと判断し、ロットを変えての再検討が必要となった。このため、SAMP8を用いた検討について若干の遅れが発生してしまっている。ただし、現在すでに別ロットを購入し、薬物投与を開始出来る段階まで来ているため、これ以上の遅れはないと考えられる。現在飼育しているマウスを用いて、認知行動、特に短期記憶の再現性の確認、作用機序の解明および漢方の有効成分、特にフラボノイド類およびそれらの代謝物の体内動態についての検討を行う予定である。OBXマウスを用いた検討においては、本申請で得られた成果を前年度の第66回日本薬理学会北部会で報告し、さらに現在までの結果を基に論文作成中であるため、順調に推移していると考えられる。今年度は黄連解毒湯(OGT)及び三黄瀉心湯(SST)を用いた老化促進マウス(SAMP8)の認知機能低下及び脳内GSK-3β活性に対する影響の再試験を行った。前回同様に6ヶ月齢より漢方を経口投与し、一月後に行動実験を行った。その結果、SAMP8ではSAMR1と比べて、新規物体認識試験による短期記憶及び、恐怖条件付け試験による長期恐怖記憶の障害が見られ、OGT及びSSTを投与することにより、SAMP8の短期記憶障害は有意に改善したが、長期恐怖記憶障害は改善されなかった。短期記憶障害は嗅内皮質、長期恐怖記憶は海馬に依存した記憶であるため、次に嗅内皮質を含む大脳皮質と海馬を摘出し、それぞれのGSK-3β活性をキナーゼアッセイにより解析した。その結果、大脳皮質ではSAMP8のGSK-3β活性が上昇し、この活性はOGT及びSST投与群で有意に抑制された。しかし、GSK-3βの不活性化に関与するSer9のリン酸化は、各群で有意な差はなかった。これらのことからSAMP8では、大脳皮質のGSK-3βがリン酸化非依存的に活性化し、両漢方は、この活性化を抑制することが示唆された。また、海馬のGSK-3β活性は各群で変化がなかった。以上より、黄ごん含有漢方である黄連解毒湯と三黄瀉心湯は、SAMP8において大脳皮質のGSK-3β活性化を抑制することにより、CRMP2のリン酸化を抑制し、短期記憶障害を改善することが示唆された。
オジギソウの運動機構に関する新仮説の検証

オジギソウは接触等の刺激に反応して素早く葉を折りたたむ「おじぎ運動」を行う。おじぎ運動と他のより遅い植物運動との差がどのように生じるのかは未だに不明である。これを明らかにするために、我々はオジギソウの運動器官である葉枕について、そのすべての細胞が運動中にどのように変化するのかを明らかにしようと考えた。この目的を達成するために、運動前後の葉枕を素早く凍結して固定し、それを透明化して内部を観察する方法を開発した。また、コンピューターを用いて細胞の形態を自動的に解析する方法の開発を行った。本研究は、オジギソウ運動器官(葉枕)において運動時に起こる個々の細胞の形態変化を器官レベルで包括的に解明することにより、おじぎ運動のメカニズムを解明することを目的とする。まず、葉枕全体の非侵襲ライブイメージングが可能であるかを検証した。蛍光タンパク質GFPを全細胞で発現するトランスジェニックオジギソウを用い、組織深部の観察能力に優れた二光子励起顕微鏡を利用した葉枕のライブイメージング観察を行った。しかし、オジギソウ葉枕は組織の不透明度が高く、二光子励起顕微鏡を用いても器官内部の観察が困難であった。この問題を克服するために、「急速凍結置換法を用いた運動前後の器官の瞬時固定」および「植物組織の透明化手法を用いた組織深部観察」を組み合わせたアプローチを新たに考案し、そのための条件検討を行った。その結果、スラッシュ窒素を用いた急速凍結、アセトン・グルタールアルデヒド固定液による凍結置換、抱水クロラール・グリセロール溶液を用いた透明化、およびmPS-PI染色法による細胞壁染色の4つを組み合わせて用いることにより、葉枕器官の全域において個々の細胞形態を可視化できるようになった。現在、この手法を用いて運動前後における葉枕の観察・比較を行うとともに、得られた3次元画像から個々の細胞形態をコンピューターを用いて自動抽出・解析する方法の確立を行っている。オジギソウ運動器官である葉枕の包括的細胞イメージングに関して、二光子励起顕微鏡を用いた生体のライブイメージングを計画していたが、いくつかの実験条件を詳細に検討したが、オジギソウ組織の透明度が予想外に高く、可視化することが困難であった。このため、「研究実績の概要」欄に記載のアプローチを新たに発案し、その遂行に着手したが、この方針変更により新たな実験に関する条件検討が必要となり、研究の進展は当初計画と比べてやや遅れる結果となった。しかし、本年度の研究成果によって大きな技術的困難に関してはすでに克服できているため、今後1年間の延長期間内に成果を論文として発表できると考えている。本研究計画は、オジギソウ運動器官(葉枕)において運動時に生じる個々の細胞の形態変化を器官全体レベルで包括的に解明することにより、おじぎ運動のメカニズムを解明することを目標とする。この目的を達成するために、本研究では「急速凍結置換法を用いた運動前後の器官の瞬時固定」および「植物組織の透明化手法を用いた組織深部観察」を用いたアプローチを考案し、そのための実験条件の最適化を行った。その過程において、我々は「開いた状態で固定したオジギソウ葉枕が、染色・透明化の過程で自発的に閉じてしまう」という現象を見出した。これは、「組織レベルで蓄積された機械的弾性力が存在し、これがおじぎ運動に役割を果たす」という我々の仮説を裏付ける結果である。一方で、この性質は「運動前後の変化を観察する」上での大きな技術的困難となった。我々は、固定・染色・透明化のすべての過程において「水をいっさい用いない」実験手法の開発によりこの困難を克服し、細胞壁の可視化によって運動前後の葉枕の内部構造を詳細に観察できるようにした。並行して、得られた3次元画像から個々の細胞の形状を自動的に抽出・解析するプログラムの開発を行った。これらを用いて運動前後における小葉枕内の細胞の体積比較を行った結果、葉枕収縮側の運動細胞の体積(細胞壁に囲まれた領域の体積)は運動に伴い、最も変化の大きかった最外層において平均39%減少し、一方で非収縮側の運動細胞の体積は同じく最外層において平均18%増加することを見出した。これらの結果は、オジギソウ運動における細胞の体積変化を包括的かつ定量的に解析した初めての例であり、そのメカニズムの解明に大きく寄与するものである。今後、これらの解析技術を用いて「機械的弾性力」および「浸透による水の流出」のそれぞれがおじぎ運動に果たす寄与の割合を定量的に明らかにし、その成果を本年度中に論文として発表する予定である。本年度の研究成果により確立した観察手法を用い、引き続きオジギソウ葉枕の運動前後における観察・比較を行う。また、得られた3次元画像から個々の細胞形態をコンピューターを用いて自動抽出・解析する方法の確立を行い、得られたデータを包括的・統計的に解析する。以上の実験結果をもとに新規仮説

「葉枕がもともと持つ器官・組織レベルでの屈曲力が、オジギソウの速い運動を駆動する」の妥当性を検証する。これらの成果をまとめ、論文として発表を行う。進化学当初予定した二光子励起顕微鏡による実験がうまくいかず、別な実験方法をいろいろ検討する必要があったため、集中的に研究員を雇用する必要がなかった。実験系が確立したので、次年度においては、研究員を雇用し集中的に実験を行う。
多指ハンド型ロボットアームを用いた介助システムの研究

本研究では、人間の手指に似た多関節多指ハンドを備えたロボットアームが、人の生活環境において人と協調して動作できる知的介助システムの開発を目的とした。本研究を遂行するに当たり、3つのサブテーマを設定し、以下にその各々についての結果を示す。1.多関節多指ハンドアームの動作計画6自由度多関節型ロボットアームの先端に9自由度の3本指ハンドを取り付けた多関節多指ハンドアームの動作計画手法を確立した。多指ハンドに関しては、「把握平面の設定」「指先接触点の設定」および「手首位置の設定」の3つの段階に問題を分割することにより、効率よく把握形状を求めることができる。また、いくつかのヒューリスティックスによる優先探索手法を用いて、把握形状が短時間のうちに求められることをシミュレーションにより検証した。2.人のつかみ動作の解析多指ハンドの動作に反映させるため、高速度カメラを用いて人のつかみ動作を解析した。被験者が目の前に置かれた対象物(丸プラスチック小物体)をつかむようすを3台の高速度カメラ(250[Frames/sec])で撮影した。その後、画像解析ソフトウェアにより手首と親指、中指、人差し指の先端の3軸(x, y, z軸)変位や速度を計測した。その結果、人は近い物体より遠い物体の方を早くつかみ、物体の遠近にかかわらず全体の動作時間に差がないという知見が得られた。つまり、把握物体までの距離とつかみ速度とは比例する傾向にあることがわかった。3.ジェスチャを用いた人とロボットの協調作業システム人と協調して作業させるためのジェスチャ(手の形状)によるロボット動作システムを開発した。3眼ステレオビジョンを用いて、距離画像や色情報を用いて手や対象物の認識を行う。手の部分をハンド部とフィンガー部に分けることにより、効率よく手形状を認識することができた。本システムにより、ジェスチャ命令による対象物の受け渡し動作をロボットに実現させた。多関節多指ハンドを備えたロボットアームが人の生活環境において人と協調して動作できる知的介助システムの開発が本研究の目的である。人との協調作業を行わせるためには,ロボットに対してジェスチャを用いた指示が考えられる。本システムでは、画像情報および力センサデータにより動作命令の認識や安定把握できる指先接触位置の算出を行い、その後ロボットアームが自律的に障害物を回避して対象物を把握し、人の作業を助ける知的動作の実現を目指している。今年度は、6軸多関節型ロボットアームを対象とし、3眼ステレオビジョンから得られる距離画像と色情報を用いることにより手の追跡および形状の認識を行い,ジェスチャ動作によってロボットに対象物の把持,受け渡し作業を行わせるシステムを実現した。カラー画像からのRGB値と色相の情報を併用することで、照明の影響を受けずに安定して肌色である手の部分を抽出することができた。手の抽出後は、指さし動作から把持対象物を認識し、設定したジェスチャ指令を判断することでロボットアームが対象物を人に渡すことができた。対象物や手の位置は、ステレオビジョンからの距離情報により得ることができるため、本システムでは対象物の事前情報を必要としない。また、複数の対象物の中からどれを把持させるかはリアルタイムに人が指示するようになっており、人がロボットに対して対話的に命令できるシステムである。本研究の成果は、人がジェスチャという簡単な操作で指令を与えることができ、人の日常生活を支援する介助ロボットシステムを実現したことである。なお、今年度開発したシステムは平行指ハンドを有するものであるため、対象物を上部から把持するようにしたが、次年度は多関節多指ハンドに変更することで把持方法も検討する予定である。また、距離画像だけでなく3次元位置計測装置からの位置情報も組み合わせたシステムに拡張したい。

3眼ステレオビジョンを用いて、距離画像や色情報を用いて手や対象物の認識を行う。手の部分をハンド部とフィンガー部に分けることにより、効率よく手形状を認識することができた。本システムにより、ジェスチャ命令による対象物の受け渡し動作をロボットに実現させた。本研究では、人間の手指に似た多関節多指ハンドを備えたロボットアームが、人の生活環境において人と協調して動作できる知的介助システムの開発を目的とした。本研究を遂行するに当たり、3つのサブテーマを設定し、以下にその各々についての結果を示す。1.多関節多指ハンドアームの動作計画6自由度多関節型ロボットアームの先端に9自由度の3本指ハンドを取り付けた多関節多指ハンドアームの動作計画手法を確立した。多指ハンドに関しては、「把握平面の設定」「指先接触点の設定」および「手首位置の設定」の3つの段階に問題を分割することにより、効率よく把握形状を求めることができる。また、いくつかのヒューリスティックスによる優先探索手法を用いて、把握形状が短時間のうちに求められることをシミュレーションにより検証した。2.人のつかみ動作の解析多指ハンドの動作に反映させるため、高速度カメラを用いて人のつかみ動作を解析した。被験者が目の前に置かれた対象物(丸プラスチック小物体)をつかむようすを3台の高速度カメラ(250[Frames/sec])で撮影した。その後、画像解析ソフトウェアにより手首と親指、中指、人差し指の先端の3軸(x,y,z軸)変位や速度を計測した。その結果、人は近い物体より遠い物体の方を早くつかみ、物体の遠近にかかわらず全体の動作時間に差がないという知見が得られた。つまり、把握物体までの距離とつかみ速度とは比例する傾向にあることがわかった。3.ジェスチャを用いた人とロボットの協調作業システム人と協調して作業させるためのジェスチャ(手の形状)によるロボット動作システムを開発した。
頭蓋内埋め込み式衝撃波治療装置を用いた脳内ドラッグデリバリーシステムの開発

衝撃波損傷ラットモデルでは10-15MPa以上で照射側に脳内出血・壊死が認められた。その周囲では脳梁を介して反対側におよぶ広範囲で色素漏出とmatrix metalloproteinase発現増加が認められ、血管透過性亢進を示唆する所見と考えられた。対側には神経細胞の紡錘化を認め、頭蓋模擬モデル実験から頭蓋骨に反射した反射波とキャビテーションの発生が部位特有の損傷に関与するものと考えられた。グリオーマ細胞株への照射により種々の薬剤のうち、ブレオマイシンのみが照射回数依存的に細胞増殖能抑制効果を示した。本研究は脳神経外科領域における衝撃波医療応用としての初の試み(平成13年度開始)の延長である。本研究の目的は「頭蓋内埋め込み式衝撃波治療装置を用いた術中・術後脳内ドラッグデリバリーシステムの開発」で、具体的には脳腫瘍摘出術中および脳腫瘍摘出後の照射腔周囲に衝撃波を用いた薬剤導入システムを開発し、脳腫瘍治療において低侵襲、効率的かつ効果的な局所制御方法を開発することである。その実現にあたり、本研究期間内では、1).先行研究で明らかになった脳腫瘍細胞に対する衝撃波照射後の薬剤導入増強効果に関する知見を動物実験において検証、2).脳表近傍において衝撃波を照射した際の衝撃波動態を検証、3).脳表近傍で使用可能なマイクロサイズの衝撃波治療装置の開発、を目的とした。1).については、ラットを用いた脳腫瘍モデルを作製、照射実験を開始した。まだ安定した実験結果が得られる段階には至っていないため、次年度はモデル作製に重点を置く予定である。2).については、アジ化銀をラット脳表に照射した際の組織学的損傷閾値と損傷機序に関して組織学的、免疫組織学的に詳細な検討を行った。その結果、組織学的損傷閾値は1MPa程度であることが判明した。これとは別に衝撃波照射後神経細胞にアポトーシスを誘導する点、アポトーシスはpan caspase inhibitorであるz-vad-FMKにより阻害されることからこの経路はcaspase dependentである可能性が示唆され、英文誌に掲載された。次年度は脳深部の変化、特に血液脳関門が衝撃波によりどういった変化を示すかに関して詳細な組織学的・免疫組織学的検討を行う予定である。3).マイクロサイズの衝撃波治療装置に関しては従来のホロミウムYAGレーザー水中細管内発振を用いた方法以外にダイオードレーザーを含めた他のエネルギー源を用いて小型化を進めるための検討を継続している。来年は小型化衝撃波発生装置の試作品開発を目標に掲げたい。本研究の目的は、脳表近傍における衝撃波照射による血液脳関門の透過性の変化の有無を明らかにし、脳腫瘍動物モデルにおいて化学療法剤の腫瘍増殖抑制効果の増強作用があるかを明らかにすることである。本年度も衝撃波頭部外傷動物モデルを用いて衝撃波により起こる変化を組織学的・免疫組織学的に経時的に検証するとともに、血液脳関門透過性変化が起こる過剰圧を同定する検討を行った。8週令雄性SDラット右頭頂部に全麻下に骨窓を設け、アジ化銀を用いて衝撃波を発生、硬膜上から脳に単発照射を行った。照射過剰圧によりI.5MPa以下、II.510MPa、III.1015MPa、IV.1520MPa、V.2025MPaの5群に分けた。経時的変化としては照射1、3、24、72時間後において標本を摘出した。これまでのところ、II.III群においては衝撃波照射側に組織学的に照射部を中心に脳内出血・壊死を認め、エバンスブルー静脈内投与により出血・壊死が認められた領域外から脳梁を介して反対側におよぶ範囲内に色素の漏出が認められ、血管透過性の亢進を示唆する所見と考えられた。血管透過性の変化を示す機序としては摘出標本に対して免疫組織学的検討を行い、matrix metalloproteinase(MMP)2および9の増加を認める傾向にあったが、経時的変化を含めて検討を継続している。現在血液脳関門透過性が認められた過剰圧での臨床応用は現実的ではないことから、次年度は本動物モデルを用いた検討を継続し、脳実質損傷が起こらないI群においても脳血管透過性変化が起きているかを明らかにした上で、脳腫瘍動物モデルでの検討に移行する予定である。8週令雄性SDラット

右頭頂部に全麻下に骨窓を設け、アジ化銀を用いて衝撃波を発生、硬膜上から脳に単発照射を行った。照射過剰圧によりI. 5MPa以下、II. 510MPa、III. 1015MPa、IV. 1520MPa、V. 2025HPaの5群に分けた。経時的変化としては照射1、3、24、72時間後において標本を摘出した。III群以上の過剰圧では衝撃波照射側に組織学的に照射部を中心に脳内出血・壊死を認め、エバンスブルー静脈内投与により出血・壊死が認められた領域外から脳梁を介して反対側におよぶ範囲内に色素の漏出が認められ、血管透過性の亢進を示唆する所見と考えられた。また、III群以上では衝撃波照射側に照射部を中心に脳内出血・壊死が認められ、対側には神経細胞の紡錘形変形を認めた。これは過去の文献から衝撃波通過後に生じる変化と考えられた。音響インピーダンスを考慮した頭蓋モデルを作成し、同様の衝撃波照射を行い、特殊な光学系を用いた高速度撮影を行ったところ、対側では衝撃波の反射だけではなく、頭蓋骨からの膨張波とそれに引き続いてキャビテーションが発生する様子が観察された。血管透過性の変化を示す機序としては摘出標本に対して免疫組織学的検討を行い、matrix metalloproteinase(MMP)2および9の増加を認める傾向にあったが、経時的変化を含めて検討を継続している。対側での損傷は頭部外傷の考察する上で大きな知見と考えられた。脳実質損傷が起こらないI群においても脳血管透過性変化が起きているかに関しては継続評価中である。
ベガ型星の観測により検証可能な微惑星形成理論の構築

微惑星の形成過程についての理論研究を行った。特に、ダストの沈殿によって円盤乱流を生じる効果、ダストが自己重力によって集積し微惑星ができる条件、ダストの破壊を考慮したダスト成長、小さいダストの静電反発、の計算を行い、微惑星形成に必要な円盤条件などを求めた。また、ベガ型星ダスト円盤の観測との比較のため、輻射とガスの影響によるダスト円盤の構造形成の理論研究、およびダストの衝突破壊の実験的研究を行い、ベガ型星ダストが衝突破壊を起こした時の破片サイズ分布を求めた。さらに、ベガ型星円盤の前段階と思われる遷移円盤の観測に参画し、ダスト円盤の構造からガス円盤の性質を求めた。本研究は、新たな素過程を考慮した微惑星形成モデルの構築およびその観測的検証を目的とする。まず、(1)微惑星形成の理論シミュレーションを、「付着成長説」に立脚して行う。1μm程度のダストが衝突合体をくり返し、1km程度まで徐々に成長する過程を解き、現在観測されている原始惑星系円盤から、どのような分布の微惑星ができるのかを計算する。並行して、(2)微惑星の衝突破壊の数値シミュレーションを行い、ベガ型星ダスト円盤において、観測されたダスト円盤の構造を再現する微惑星分布を求める。(1),(2)のシミュレーションはそれぞれ、惑星形成理論が予想する微惑星分布、および観測から導かれる微惑星分布であるので、両分布を比較し、観測を説明する微惑星形成モデルの構築、および重要な素過程の検討を行う。ダストの衝突合体による微惑星形成過程のうち、ダストが原始惑星系円盤の赤道面に向かって沈殿しながら、合体成長していく過程について研究を行った。ダストのサイズ分布と鉛直方向の密度分布の進化を、鉛直方向の移流を考慮し(空間1次元)、衝突合体方程式を解いた。原始惑星系円盤のガスは、弱い乱流があると仮定し、衝突による破壊は起こらないとの仮定をとった。その結果、円盤赤道面に形成されるダスト層の構造と形成時期を明らかにした。ダスト層の構造と形成時期は、着目するダストの大きさに依存し、上空のダストが枯渇し、赤道面に沈殿するまでに着目したサイズまで成長できなくなった段階で、そのサイズのダスト層の構造が、定常状態に落ち着くことがわかった。また、定常状態では、赤道面への沈殿と乱流による拡散が釣り合った状態になり、Takeuchi \ & Lin (2002, ApJ, 581, 1344)で求めた、解析解とよく一致することを示した。さらに、1cm程度より大きいダストについては、その鉛直方向の構造は常に沈殿と拡散が釣り合った状態であり、1cmより大きなダストについては、鉛直方向の構造を数値的に解く必要がないことを示した。これらの結果を用い、ダストの中心星への落下時間と成長時間を比較した。ダストの落下が最も速い、危険なサイズ(^1m)を乗り越えるためには、乱流が十分弱いか、もしくはダスト-ガス比がcosmic abundanceの10倍程度必要であることがわかった。本年度の結果により、ダストが完全合体し、ダスト内部密度の変化がなく、また衝突破壊も起こらないときの、ダスト沈殿中の成長については結果が得られたので、次年度以降は、ダストの破壊などの効果を導入する。本年度は、ダストの衝突合体による微惑星形成過程の研究を継続して行った。ダストが原始惑星系円盤の赤道面に向かって沈殿しながら、合体成長していく過程について、ダストの衝突破壊の効果を考慮した研究を行った。その結果、ダストが成長し、cmくらいの大きさになると、ダストの衝突速度が大きくなり、破壊が始まる。いったん破壊が始まると、ダストのそれ以上の成長は阻害されることが分かった。また、衝突破壊を起こすダストは、cm程度の大きさをもっているため、原始惑星系円盤の赤道面に集中している。これらのダストが衝突破壊し、μmサイズの細かいダストを撒き散らす。そのため、μmサイズのダストも赤道面に集中した構造をとる。もし、ダストの破壊が顕著でない場合は、μmサイズのダストは乱流による拡散のため、円盤の上空まで巻き上げられ、鉛直方向に一様に分布する。μmサイズのダストの分布の違いをみることによって、ダスト破壊が効率よく起きているかどうかを観測的に検証できることを示した。また、ダストの破壊モデルによって、最終的なダストサイズ分布がどのように依存するかを調べた。その結果、カタストロフィック破壊が始まるエネルギーには、ほとんどよらないが、破片の最大サイズ、破片分布のべきを変えると、ダストサイズ分布は変わることが分かった。したがって、ダストサイズ分布を観測的に調べることにより、ダスト破壊モデルについて、制限が加えられることを示した。原始惑星系円盤において、ダストが赤道面に沈殿し、ダスト層ができた際に励起される乱流の強さを解析した。

乱流はダスト層形成に伴う種々の流体力学的不安定性によって励起されるが、その乱流の強さが、ガス抵抗によるダストの中心星への落下の際に解放されるエネルギー供給によって決まっていると仮定すると、乱流の強さとダスト層の構造を相補的に決めることができる。また、ダスト層の形成によって、ダストの中心星への落下が妨げられるが、落下速度はどのくらい減少するのか、またダスト粒子の衝突速度がどの程度になるのかも見積もった。これらにより、ダストの成長を研究する上で必要な、乱流の強さ、ダストの落下速度と相対速度を、見積もる手法を開発したので、ダスト成長の計算に今後組み込んでいく。特に、ダスト・ガス比が大きい円盤を考えると、ダストの衝突速度はそれほど大きくならないことを示した。衝突破壊を取り入れた合体成長の計算を行い、そのような円盤では、衝突破壊を起こさずに合体成長できる可能性があることを示した。さらに、ダストが負に帯電することを取り入れて、ダストの合体成長を解いた。負に帯電したダスト粒子はお互いに反発しあうことにより、その成長が著しく妨げられることが分かった。その結果、原始惑星系円盤の広い領域で、ダストの成長が妨げられる。これは、ダストがどのように成長し、微惑星が形成されるのかという問題に対して、大きな問題点を突きつけるものである。微惑星形成は、乱流状態にある原始惑星系円盤の中で行われると考えられる。原始惑星系円盤において、赤道面に沈殿したダストが永年重力不安定を起こし微惑星形成にいたるために必要な条件を求めた。これは、前年度の研究で、赤道面にダスト層ができた際に励起される乱流の強さを求めたが、その結果を使うことにより、解析が可能となった。その結果、特に円盤が初期に持っているダスト・ガス比に対して制限が付き、ダスト・ガス比が太陽組成の数倍程度になっていれば、永年重力不安定が起こることを明らかにした。このダストの濃縮は、円盤内でのダストの移動によって実現される可能性があり、これまで難しいとされていた重力不安定による微惑星形成の可能性を示すものである。また、永年重力不安定が起こるには、ダスト層起源以外の要因による乱流の強さが、αパラーメーターに換算して10-5程度以下である必要性を示した。そこで、続いて、円盤が磁気乱流によって進化をする場合を考察した。この場合は、円盤全体が乱流状態となる。この乱流の強さは、円盤を貫く縦磁場の強さに依存する。円盤の密度の進化が磁場の強さの進化に強く依存することを明らかにし、定常降着円盤になる時は、磁場の分布が決まってしまい、磁場がこれより小さいときに、磁気乱流不活性領域に円盤ガスがたまることを明らかにした。この結果は、AL融などの高分解能観測によって検証可能であり、円盤の構造の進化から、磁場の進化を解き明かすことができることを明らかにした。また、ベガ型星に移行しつつあると思われる、遷移円盤と呼ばれる天体のすばる望遠鏡による観測結果の解析に参加し、そのスパイラル構造の解析から円盤の温度などの物理状態を求めることができることを示した。