hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前近代イスタンブルの都市空間に関する研究－街区とその住民構成に注目して

本年度はオスマン朝の首都イスタンブルの都市構造の分析を行い、同時に都市インフラの代表例としてモスク建築の意義を考察した。征服直後から精力的に推進されたイスタンブルの再開発についてはモニュメント建設の観点から論じられることが多かった。しかし公の建設活動の詳細が明らかとされる一方で、一般街区でどのように再建が進捗したかについては依然不明な点が多い。以上の課題を解決するため、1455年のイスタンブル検地台帳の分析をおこなった。ここから、史料中に登場する借地料の徴収対象となる街区のほとんどは市域西端の城壁あるいは金角湾沿いの周縁地域に位置していたことが判明した。有力者にはイスタンブル中心部の土地が下賜されて自発的な開発が推奨される一方で、市内周縁部の荒廃地の所有権はスルタンに留め置かれる二極構造をよみとることができた。またモスクの建築空間の分析も行った。都市開発の核となるモスクはスルタンのみならず政府高官や商人など、幅広い社会階層の寄進によって付属施設とともに供給されていた。モスクの平面の分析より、寄進者を空間的に明示する上で重要だったのが回廊で囲まれた中庭の有無で、当初スルタンにのみ許されていたものだったことが明らかとされた。一方、一般寄進者が自らのモスクに「中庭」を付属させてスルタンのモスクを模すことも公然と行われていたが、これはスルタンのモスクの中庭とは性格が異なるものであることは明示されていた。しかし16世紀末になると、オスマン朝の体制変化にともなってこのようなデザイン規制自体が崩壊していったことも明らかとなった。権力を掌握した皇太后や重臣が建設させたモスクにはスルタンのモスク同様の中庭が付属しており、かつてのように一定度の配慮がなされることはなくなった。これは権力構造の変革が、都市インフラの代表であるモスク建築の空間の枠組みに大きな変更を許した興味深い事例である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は研究計画に従い、イスタンブルのマハッレ(街区)構造の分析に努めた。まず、1455年のイスタンブル検地台帳(tahrîr defteri)と、1546年のイスタンブルワクフ調査台帳を手がかりとして、1453年イスタンブル征服直後の都市復興の実態を分析した。前提となる都市内での不動産所有形態を、「私有地」「一般ワクフ地」「スルタンのワクフ地」と整理することでその性格を明らかとし、土地の下賜をとおしてオスマン朝政権が都市開発をコントロールした様子が判明した。また1455年の検地台帳に登場するマハッレの位置を分析することで、中心部ではワクフによる都市開発が進む一方、イスタンブルの周縁部にはムカータアという借地制度を基盤とした異なる性格の都市空間が広がっていたことが判明した。この内容については、今年度実施する現地での史料調査の結果をふまえたうえで、2014年度に論文として投稿予定である。さらに都市空間と建築空間の関連を考察するため、博士課程より研究を続けているイスタンブル旧宮殿についての資料調査をおこない、現在投稿論文を執筆中である。とくに着目したのが、15世紀後半オスマン朝に来朝したヴェネツィアやジェノヴァなど、イタリア人の記録である。イタリア語ないしラテン語で書かれたこれら史料群は、今日までオスマン朝研究者によってはあまり目が向けられてこなかったものであるが、オスマン語史料にはあらわれない内容を含む点で大変重要な史料である。本年度はその内容を分析することにより、15世紀後半から16世紀前半にかけてのイスタンブル旧宮殿の敷地域の変遷をたどることに成功した。本年度は、オスマン朝下交易都市として繁栄したブルサのマハッレ(街区)構造と住民構成の分析を行い、また昨年度より引き続いて首都イスタンブルの都市構造の分析を行った。15世紀後半のブルサに関しては、シャリーア法廷台帳・租税台帳・遺産目録など歴史研究を行う上で、同時代オスマン朝の他都市に比べて非常に恵まれた史料群が残存している。そこで本年度はトルコ共和国に二度の出張を行い、ISAM(イスラーム研究センター)やトルコ共和国首相府文書館で上記史料の調査および複写を行った。この過程で、当時のブルサでは徴税対象となる住民が大きく「家持」と「借家人」に二分されていたことが判明した。さらに16世紀前半までに作成された遺産目録は、ブルサのムスリム住民が死亡した際には貧富の区別なく悉皆的に作成される、都市史研究を行う上で極めて史料価値の高いものであることが分析の結果から判明し、今後研究を進める上で定量的な分析を行う基礎的史料となりうることも明らかとなった。今までにわかっただけでも、15世紀末のブルサのムスリム住民の約4割が非ムスリムからの改宗者としてのバックグラウンドを有していたこと、また生前から自邸を宗教的寄進制度(ワクフ)を用いて寄進した「借家人」が一定度存在していたことがあげられる。また5月から6月にかけて行った出張では、イタリアのヴェネツィアに滞在し、ヴェネツィア国家文書館に所蔵されるオスマン朝関連の外交文書の調査および閲覧を行った。15世紀末から16世紀にかけてヴェネツィア共和国の貴族だったサヌードが編纂した浩瀚な史料群は、オスマン史研究でも第一級の史料であるが、今回の調査によりサヌードが用いなかったオスマン朝に関する外交文書を発見した。

征服直後から精力的に推進されたイスタンブルの再開発についてはモニュメント建設の観点から論じられることが多かった。しかし公の建設活動の詳細が明らかとされる一方で、一般街区でどのように再建が進捗したかについては依然不明な点が多い。以上の課題を解決するため、1455年のイスタンブル検地台帳の分析をおこなった。ここから、史料中に登場する借地料の徴収対象となる街区のほとんどは市域西端の城壁あるいは金角湾沿いの周縁地域に位置していたことが判明した。有力者にはイスタンブル中心部の土地が下賜されて自発的な開発が推奨される一方で、市内周縁部の荒廃地の所有権はスルタンに留め置かれる二極構造をよみとることができた。またモスクの建築空間の分析も行った。都市開発の核となるモスクはスルタンのみならず政府高官や商人など、幅広い社会階層の寄進によって付属施設とともに供給されていた。モスクの平面の分析より、寄進者を空間的に明示する上で重要だったのが回廊で囲まれた中庭の有無で、当初スルタンにのみ許されていたものだったことが明らかとされた。一方、一般寄進者が自らのモスクに「中庭」を付属させてスルタンのモスクを模すことも公然と行われていたが、これはスルタンのモスクの中庭とは性格が異なるものであることは明示されていた。しかし16世紀末になると、オスマン朝の体制変化にともなってこのようなデザイン規制自体が崩壊していったことも明らかとなった。権力を掌握した皇太后や重臣が建設させたモスクにはスルタンのモスク同様の中庭が付属しており、かつてのように一定度の配慮がなされることはなくなった。これは権力構造の変革が、都市インフラの代表であるモスク建築の空間の枠組みに大きな変更を許した興味深い事例である。文書館での史料調査は順調に進み、現在その内容の分析を行っている。おおむね研究は順調に進展しているが、論文執筆など成果の発表に向けた準備がさらに必要である。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後はブルサに関する裁判文書と遺産目録、租税台帳の分析を進め、都市街区と住民、不動産所有の実態についての考察を行う。またここから得られた知見を用い、イスタンブル郊外のユスキュダルの街区についても同様に分析を行う。加えて旧首都のエディルネについても考察を行い、上述のオスマン朝の三都を複合的に分析する研究とする。その結果、前近代オスマン朝の首都と首都空間、住民の関係性を明らかとする。今年度は15世紀後半のイスタンブルの都市空間の解明につとめ、研究実績の概容でのべたように新たな史料の分析をおこなった。不動産所有形態の違いや地域間の偏差が考察から明らかになったものの、得られた知見は現在論文執筆中の段階であるあるため、「2おおむね順調に進展している」とした。2年目も引き続きイスタンブルの都市構造分析につとめる。まず2014年5月から6月にかけてトルコおよびイタリアに出張して資料調査をおこなう予定である。トルコではユスキュダル地区の法廷台帳を調査し、イタリアではヴェネツィア国立文書館での基礎調査を実施の上、文献調査をおこなう。またユスキュダルでは街区巡検も実施して、簡易な図面を作成する予定である。得られた知見は論文として公表する。
タナゴ亜科魚類が獲得した新奇形質の適応的多様化機構

繁殖戦略の一例である繁殖寄生を行う動物では、利用する宿主に対する適応進化によって、近縁種においてすら繁殖形質が多様化していることが珍しくない。コイ科の属するタナゴ亜科(Acheilognthinae)魚類は、イシガイ目の淡水二枚貝類に託卵するという特異な繁殖生態を持ち、種によって利用する二枚貝の種類に偏りがあることが知られている。また、タナゴ類には他のコイ科魚類には認められない顕著な繁殖形質(卵形質・産卵管形質)の多様化が認められ、これらは宿主依存的な適応進化の産物であることが強く示唆されている。例えば、産卵管は、小型の二枚貝種を利用するタナゴ類では短く、大型の二枚貝種を利用するタナゴ類では長いことがタナゴ亜科魚類に広く認められている。特に、タビラ類(日本列島には、セボシタビラAcheilognathus tabira nakamurae、シロヒレタビラAcheilognathus tabira tabira、ミナミアカヒレタビラAcheilognathus tabira jordani、キタノアカヒレタビラAcheilognathus tabira tohokuensis、アカレヒタビラAcheilognathus tabira erythropterusの5亜種存在)には、この顕著な傾向が種内に認められ、この現象の進化遺伝基盤にアプローチするのに適したモデル系である。本年度は、これらの亜種間の産卵管における発現変動遺伝子をRNA-seqにより探索することを試みた。既に解析用のデータは取得しているが、研究代表者および研究代表者の所属機関での業務が多忙であったため、本研究の遂行に充分な時間が当てられなかったため。研究期間を一年間延長して、今年度、昨年度実施できなかったデータ解析を行うことに決定した。祖先系統や近縁系統には認められない新奇形質の獲得は,当該系統のさまざまなレベルでの多様性創出に大きな貢献をしたと予想される.本研究は,淡水性二枚貝類への繁殖寄生と関連して,産卵管という新奇形質を獲得したタナゴ亜科魚類をモデル系として,新奇形質の適応的多様化機構を明らかにしようとするというものである.平成28年度は,亜種間に顕著な産卵管長の変異が認められるタビラ類をモデル系とした研究を展開した.大型貝類に産卵し,長い産卵管長を保有する亜種(キタノアカヒレタビラ)と小型貝類に産卵し,短い産卵管長を保有する亜種(アカヒレタビラ)を対象とし,産卵管で発現する遺伝子群のカタログ化を行った.両亜種から伸長段階が異なる産卵管を採取し,抽出・精製したRNAを用いて,cDNAライブラリーを作成し,Illumina社の次世代シーケンサーによるRNA-seqを行った.シーケンスデータをアセンブルし,得られたコンティグを元に,発現遺伝子群をリストアップした.今後,このコンティグをリファレンス配列として,両亜種間で発現量変異を示す遺伝子群を検出する予定である.産卵官長変異の遺伝基盤を探索するためのトランスクリプトーム解析を行ったが,ウェットの実験自体は既に終了している.今後得られたデータを用いて,詳細なバイオインフォマティックス解析を行う必要があるが,現段階では予定通りで進捗していると考えている.繁殖戦略の一例である繁殖寄生を行う動物では,利用する宿主に対する適応進化によって,近縁種においてすら繁殖形質が多様化していることが珍しくない.コイ科に属するタナゴ亜科(Acheilognathinae)魚類は,イシガイ目の淡水二枚貝類に托卵するという特異な繁殖生態をもち,種によって利用する二枚貝の種類に偏りがあることが知られている.また,タナゴ類には他のコイ科魚類にはみられない顕著な繁殖形質(卵形質・産卵管形質)の多様化が認められ,これらは宿主依存的な適応進化の産物である可能性が示唆されている.しかし,その根拠となる知見は乏しいのが現状である.そこで平成29年度では,系統種間比較(phylogenetic comparative methods: PCM)を用いたアプローチにより系統関係と利用宿主を考慮して,タナゴ類の雌繁殖形質多様化の要因の探索とその動態についての検証を行った.ミヤコタナゴを除く日本産タナゴ亜科魚類のすべての種を対象に卵形の定量化を行うとともに,これらの種の分子系統関係を利用し統計的に解析したところ,本亜科魚類における宿主依存的な卵形質の進化が支持され,これまで示唆されていた仮説の検証に成功した.また,このような宿主依存的な卵形質の進化はタビラ(Acheilognathus tabira)5亜種の間でも認められ,これまで研究代表者らが予測してきたシナリオが統計的に支持された.これまでの研究で、仮説を支持する結果が既にいくつか得られているため。

特に、タビラ類(日本列島には、セボシタビラAcheilognathus tabira nakamurae、シロヒレタビラAcheilognathus tabira tabira、ミナミアカヒレタビラAcheilognathus tabira jordani、キタノアカヒレタビラAcheilognathus tabira tohokuensis、アカレヒタビラAcheilognathus tabira erythropterusの5亜種存在)には、この顕著な傾向が種内に認められ、この現象の進化遺伝基盤にアプローチするのに適したモデル系である。本年度は、これらの亜種間の産卵管における発現変動遺伝子をRNA-seqにより探索することを試みた。既に解析用のデータは取得しているが、研究代表者および研究代表者の所属機関での業務が多忙であったため、本研究の遂行に充分な時間が当てられなかったため。平成28年度に得られたデータを用いて,詳細なバイオインフォマティックス解析を行い,産卵官長が異なる亜種間で発現量変異を示す遺伝子群を検出していく予定である.タナゴ亜科魚類における宿主適応と関連した産卵管長の多様化に関して、その遺伝基盤を比較トランスクリプトーム解析からアプローチする研究項目に関して、次世代シーケンスデータのデータ解析に重点をおいていく。研究期間を一年間延長して、今年度、昨年度実施できなかったデータ解析を行うことに決定した。昨年度、野外でのサンプル採集が効率的に進んだことで、調査に関係する旅費や消耗品費が次年度に持ち越すことができたため。当初予定していたDNA分析について、より適切な手法が新たに発見されたことから、それらの実施を慎重に検討する時間を今年度確保したことにより、分析を次年度に実施することにしたため。(理由):既に解析用のデータは取得しているが、研究代表者および研究代表者の所属機関での業務が多忙であったため、本研究の遂行に充分な時間が当てられなかったため。そのため研究期間を1年間延長した。(使用計画):2019年度に行う各種のバイオインフォマティクスの解析に使用する予定である。次年度、行動解析用の高性能パソコンを購入する計画のために予算を使用したい。
構造変更シミュレーションのための振動モードと剰余剛性の拡張に関する研究

実験データを用いた構造変更シミュレーションにおいては,測定の困難さから測定できる自由度と構造変更要素の自由度との整合性が取れない,高次モードの情報が利用できないなどの問題点がある。本研究では,未測定点(自由度)の振動モードおよび剰余剛性の推定法を提案し,それらの推定法を組み込むことで,構造変更要素として有限要素法で用いられるモデリング要素の利用可能な構造変更シミュレーション法を開発することを目的とした。最初に,モード拡張法を用いて未測定点の振動モードを推定する方法について検討した。その結果,次のことが明らかになった。未測定点の振動モードを推定する解析モデルとしては,構造全体をモデル化する必要はなく,未測定点を含む部分モデルで推定可能である。その境界条件は,設定が容易な周辺自由で十分である。実験データとして与える振動モードの測定点数が少ない場合は,多くのモードを重ね合せると推定精度が悪くなる。最も推定精度が高くなるときの重ね合せるモードの数は,部分モデルのモード行列の条件数の変化から決めることができる。次に,モード拡張法を拡張し,未測定点の剰余剛性を推定する方法について検討した。その結果,振動モードと同様に部分モデルの振動モードの重ね合せで剰余剛性が推定可能であるが,振動モードに比べて剰余剛性の推定精度,特に回転自由度の推定精度が低くなることがわかった。最後に,モード拡張法を組み込んだ構造変更シミュレーション法の予測精度について検討した。適用例として,薄板構造物にL型鋼を取り付けるリブ補強間題を取り上げ,予測精度を調べた。その結果,補強リブが測定点以外の位置に取り付けられた場合でも,提案した構造変更シミュレーション法を用いることで精度よくリブ補強後の固有振動数が予測できることがわかった。したがって,本研究で開発した構造変更シミュレーション法の有用性が検証できた。本研究では,未測定点(自由度)の振動モードおよび剰余剛性の推定法を提案し,それらの推定法を構造変更シミュレーションに組み込むことで,構造変更要素として有限要素法で用いられるモデリング要素の利用可能な実験モードベース構造変更シミュレーション法を開発する。本年度は,モード拡張法を用いて未測定点の振動モードおよび剰余剛性を推定する方法について検討した。特に振動モードの推定法において,推定精度に影響を及ぼす解析モデルのモデル化誤差,境界条件,重ね合わせる解析モードの数,実験データとして与える測定点の位置と点数について検討した。その結果,未測定点の振動モードを推定する解析モデルとしては,構造全体をモデル化する必要はなく,未測定点を含む部分モデルで推定可能である。また境界条件は,部分モデルを切り出す前の状態を忠実に表す必要はなく,設定が容易な周辺自由の境界条件で十分である。ただし,実験データとして与える振動モードの測定点の位置と点数が不適切な場合は,推定精度が悪くなる。その判定に部分モデルのモード行列の条件数を用いることができ,さらに最も推定精度が高くなるときの重ね合わせる解析モードの数を決める指標として,条件数を用いることが可能であることがわかった。また,未測定点の剰余剛性の推定については基本的な定式化を行い,簡単な数値実験でその特性を評価した。本年度の検討で,振動モードの推定に関しては推定法が確立されたと考えられる。そこで,次年度(平成16年度)では剰余剛性の推定法を確立し,部分モデルを用いた振動モードおよび剰余剛性の推定法を組み込んだ構造変更シミュレーション法の実用化を図る。

本研究では,未測定点(自由度)の振動モードおよび剰余剛性の推定法を提案し,それらの推定法を組み込むことで,構造変更要素として有限要素法で用いられるモデリング要素の利用可能な構造変更シミュレーション法を開発することを目的とした。本年度は,昨年度開発したモード拡張法を利用して部分モデルの振動モードから未測定点の振動モードを推定する方法の推定精度について詳細に検討した。その結果,次のことが明らかになった。実験データとして与える振動モードの測定点数が十分な場合は,重ね合せるモードの数を多くするほど推定精度が高くなる。一方,測定点数が少ない場合は,多くのモードを重ね合わせると推定精度が悪くなる。その場合に,最も推定精度が高くなるときの重ね合せるモードの数は,部分モデルのモード行列の条件数の変動率から決めることができる。なお,測定点数の妥当性も条件数から判定できる。次に,モード拡張法を拡張し,未測定点の剰余剛性を推定する方法について検討した。その結果,部分モデルの振動モードの重ね合せで剰余剛性を推定することが可能である。ただし,振動モードに比べて剰余剛性の推定精度,特に回転自由度の推定精度が低くなることがわかった。最後に,モード拡張法を組み込んだ構造変更シミュレーション法の予測精度について検討した。適用例として,薄板構造物にL型鋼を取り付けるリブ補強問題を取り上げた。予測精度を調べた結果,補強リブが測定点以外の位置に取り付けられた場合でも,開発したモード拡張法を用いることで精度よくリブ補強後の固有振動数が予測できることがわかった。したがって,本研究で開発した構造変更シミュレーション法の有用性が検証できた。
非線形現象解明に向けた計算機援用解析学の構築

非線形偏微分方程式に対する解の数値的検証法の開発とその適用を中心として研究を進め、特に、これまでほとんど研究例を見ない非線形発展方程式に対し、十分有効な数値的検証原理を見出すことに成功した。また、従来から蓄積してきた楕円型方程式の解に対する解の検証方式に新たな知見を加え、その拡張・改良を行うとともに、流体方程式をはじめ理論解析が困難な実際問題に適用して数値的証明を行い、その有効性を実証した。非線形現象と関連した具体的問題に対する計算機援用証明とその関連問題につき以下の成果を得た(1)非線形楕円型境界値問題およびNavier-Stokes方程式に対する数値的検証法について以下の結果を得た(中尾)・楕円型方程式の検証に関して、非強圧的楕円型作用素の境界値問題に対する有限要素解の構成的誤差評価法の開発・重調和問題の有限要素解の構成的a prioriおよびa posteriori誤差評価法を与えた。・3次元熱対流問題の精度保証を定式化し、ロールタイプについては十分長いパラメータ領域で分岐解を検証でき、六角形および四角形タイプについては、分岐点近傍での検証実例を与えた。・共役問題が特異性を持つ場合の2階線形楕円型問題に対する有限要素解の$L^2$誤差評価について新たな知見を得た(2)双安定反応拡散系における内部遷移層の挙動を考察し、空間非一様媒質下で内部遷移層の運動を記述する方程式を導出し,空間非一様性とダイナミクスとの間の関係を詳細に解明した(栄)。(3)気液二相流を一般化した二流体問題の創生解(manufactured solution)を作成、それを用いて,以前に開発したエネルギー安定有限要素スキームが数値的に収束していることを示した(田端)。(4)3次元Photonic Crystalのバンド・ギャップの存在検証の定式化について検討し、固有値非存在を保証する数値的検証法を拡張して適用することにより,数学的に厳密に証明する手法を開発した(長藤)。(5)常微分方程式の周期解の数値的安定性解析に関する研究を行い,初期値問題として解かれていた変分方程式を反復法で解く方法を提案し,計算結果の精度が改善されることを示した(村重)(6)常微分方程式に対する精度保証法の精密化を目ざして、近年開発された精度保証法であるTaylor Model法に関する研究を行い、これと中尾理論との融合を試み、解の閉軌道を求めることに成功した(山本)。(7)流体の安定性を記述する非自己共役固有値問題であるOrr-Sommerfeld方程式に対する固有対の包含および固有値の除外に対する計算機援用証明アルゴリズムを提案し,不安定化を起すパラメータの特定を行なった(渡部)。非線形現象の数学モデルに対する計算機援用証明とその関連課題につき恒常的に検討を続け以下の成果を得た。1.非線形境界値問題およびNavier-Stokes方程式に対する数値的検証法について以下の結果を得た。(中尾)(1)楕円型方程式の検証に関して、スペクトル法を用いることによりきわめて高精度で解を検証できることを示した。(2)次元Navier-Stokes方程式の解の精度保証で重要となるH-2-0射影の最良誤差評価定数を高精度で包み込みを与えた。(3)非線形放物型の初期値・境界値問題に対する解の検証方式を定式化した。2.形態形成モデルを2次元有界領域で考えることにより,境界上にピークを持つ解の運動を抜き出し,その妥当性を厳密に証明した。(栄)3.混相流問題に特性曲線有限要素法を適用し,エネルギー安定性を維持できるスキームを開発した.対称行列の枠組みで計算ができるようになり,解法の高速化が実現できた(田端)。4.指数関数的な非線形性を持つbeam方程式に対して,各解の軌道安定性を数学的に厳密に保証する数値的・数学的融合の手法を開発した。(長藤)5.常微分方程式の周期解の安定性について,変分方程式を反復的に解く新しい数値計算法を提案し,従来の方法の問題点を解決できることを示した。(村重)6.常微分方程式境界値問題の精度保証法とその半自動化について研究し、INTLABで起動可能な精度保証計算プログラムを自動生成する方法を開発した。(山本)7.並行Poiseuille流れの安定性問題から導かれる非自己共役複素固有値問題に対する計算機援用証明に取り組み,固有値の非存在範囲を効率的に特定する手法を開発した。(渡部)非線形数理モデルに関する計算機援用証明技法とその関連課題につき恒常的に検討を行い、以下の成果を得た。また、平成22年度経費を繰り越すことによって、23年11月に国際研究集会を開催し、海外からの参加を得て研究討論とレビューを行い、研究の新たな方向付けを見いだした。1.非線形微分方程式に対する数値的検証法について次の成果を得た。(中尾)(1)時間遅れをもつ常微分方程式系に関する数値的検証方式を定式化し、レスラー方程式の周期解の検証に成功した。

(2)並行Poiseuille流れの安定性問題から導かれる非自己共役複素固有値問題に対する計算機援用証明に取り組み、固有値の非存在検証を実現した。(3)線形放物型問題の計算機援用a priori評価法を定式化・実装し、その有効性を確認した。2.反応拡散系に現れるパルス解やフロント解の挙動を各種条件の下で理論的・数値的両目面から考察した。(栄)3.エネルギー安定特性曲線有限要素スキーム用いて,砂時計形状領域で二流体問題の数値シミュレーションを行い,境界条件の挙動への影響,流体の分離・併合現象を調べた。(田端)4.2次元有界領域における反応拡散方程式のノイマン問題についての定常解の包み込み、および、ある種のgroupoid上で定義された実数値関数に対する関数方程式のHyers-Ulam安定性の計算機援用証明を行った。(長藤)5.津波の数学モデルとしても重要な、一方向に進む孤立波の高精度数値計算法の開発した。(村重)6.数式処理手法の援用および多倍長区間演算ライブラリの開発によって、精度保証付き数値計算の自動化と高精度化を実現し、常微分方程式境界値問題への適用を行った。(山本)7.無限次元Newton法において重要となる線形化作用素の逆作用素の効率的なノルム評価と、それにともなう有限次元スペクトルノルムの高精度・高速な精度保証付き数値計算に関する成果を得た。(渡部)非線形数理モデルに関する計算機援用証明技法とその関連課題につき恒常的に検討を行い、以下の成果を得た。また、平成22年度経費を繰り越すことによって、23年11月に国際研究集会を開催し、海外からの参加を得て研究討論とレビューを行い、研究の新たな方向付けを見いだした。1.非線形微分方程式に対する数値的検証法について次の成果を得た。(中尾)(1)線形楕円型作用素の逆作用素に対する効率よいノルム計算法を開発した。(2)シュレディンガー作用素の固有値非存在の数値的検証を実現し、その有効性を実証した。(3)解の局所一意性に対する数値的検証について新たな定式化とその実例を示した。(4)線形放物型作用素の逆作用素評価に関する新たな手法を定式化し、その数値例を与えた。(5)常微分方程式の初期値問題の解に対するニュートン型手法を用いた数値的検証に関する知見を得た。2.反応拡散方程式に現れる進行波解のダイナミクスを調べるための有効な理論を確立した(栄)3.常微分方程式の周期解の線形数値的安定性解析と、津波などの非線形水波の数値計算上における特異点処理方式を開発した。(村重)4.2次元有界領域における反応拡散方程式のノイマン問題の定常解に対する数値的検証を実現(長藤)5.気液二相流など混相流問題の有限要素計算において、エネルギー安定性が考慮された数学的に正当な計算法として、エネルギー安定特性曲線有限要素スキームを開発した。(田端)6.並行Poiseuille流れの安定性問題から導かれる非自己共役複素固有値問題の固有値の非存在範囲を効率的に特定する手法を開発し、その有効性を実証した。(渡部)
海洋島木本種の進化に注目したシマザクラ属（アカネ科）の系統解析と分類学的再検討

アカネ科シマザクラ属Leptopetalumにおける(1)分布拡大に伴う海洋島における木本化、(2)草本種の分類学的再検討について、昨年度に引き続き、国内外での野外調査、形態観察、核DNA ITS領域と葉緑体DNAによる系統解析を実施することで、以下の点が明らかになった。(1)太平洋諸島広域分布の木本種L.foetidumについては、昨年は分布域西側・マリアナ諸島に分布するHedyotis marianensisあるいはH. foetida var. marianensisとされてきたものを解析していたが、分布域東側・トンガ(タイプ産地)産試料の解析により、L. foetidumは単系統群で、東西での遺伝的分化が見られた。(2)アジア太平洋諸島の海岸に広域分布する草本種L.strigulosumには2系統あり、東アジア産を別分類群にすることは昨年までに示唆されていたが、韓国、台湾およびパラオ産の試料を新たに解析したことで、L. strigulosumは太平洋諸島(マリアナ諸島パラオソロモン)に限られ、東アジア産は、L. coreana (ソナレムグラ)とL. taiwanensis(タイワンソナレムグラ)と認識すべきであることが明らかになり、現在、学名変更の準備を進めている。(3)多系統群であることが明らかになったアジア太平洋諸島の内陸・海岸に広域分布する草本種L. biflorumについては、引き続き、試料追加と解析を進めているが、少なくとも系統的には大きく2つに区別され、それぞれの系統内に形態的分化が見られることが分かってきた。本年度は、Leptopetalum biflorumを除く各分類群のタイプ産地での調査・試料入手ができたことで、系統だけではなく、分類学的再検討についても具体的に進めることができる目処が立ってきた。草本種Leptopetalumstrigulosumの分類学的再検討に関する学術論文を準備する。また、L. biflorumについては、形態的比較およびタイプ標本の検討を進めることで分類学的再検討を行う予定である。さらに、シマザクラ属に含めるべきか属の所属が不明であるミャンマー産Thecagonum parishiiは、連携研究者の協力のもと、再度探索を実施する予定である。シマザクラ属Leptopetalumについて(1)分布拡大に伴う海洋島における木本化について、(2)草本種の分類学的再検討について、系統分類学的にアプローチすることを目的としている。本年度は属の構成種を網羅し、植物園栽培のL. grayiとL. maexicanumに加えて、南硫黄島からのL. pachyphyllumとマリアナ諸島からのL. foetidumの木本4種、国内・中国大陸・台湾・マリアナ・ソロモンからのL. strigulosum、国内・スリランカ・ベトナム・タイ・シンガポール・中国大陸からL. biflorum、タイからL. pteritumの草本3種を入手し、形態観察、核DNA ITS領域と葉緑体DNAによる系統解析、染色体数とゲノムサイズ比較を実施することで、以下の点が明らかになった。(1)草本種は複数系統群に分化し、木本種はその一群内に内包される単系統群である。(2)木本種は小笠原・火山列島固有のL. grayiとL. mexicanum、太平洋諸島広域分布のL.foetidumと火山列島固有のL. pachyphyllumがそれぞれ姉妹群となり花形態で区別できる。(3)アジア太平洋諸島の内陸・海岸に広域分布する草本種L. biflorumは複数系統からなる多系統群で、国内で「シマソナレムグラ」とされるものがその一群に相当し、L. biflorumとは別の分類群として区別すべきである。(4)アジア太平洋諸島の海岸に広域分布する草本種L. strigulosumは単系統ではない2系統があり、日本国内・中国大陸・台湾のものは別の分類群として区別するべきである。(5)国内で混同される「シマソナレムグラ」と「ソナレムグラ」は、それぞれ系統的に分化した群であり、形態的特徴に加えて、ゲノムサイズでも区別できる。当初計画から調査地域を変更して調査を行ったが、予定よりも広範囲から試料入手をすることができ、属内をカバーした系統関係を明らかにすることができた。この結果、予想外の系統関係が示され、次年度取り組むべき新たな課題も明らかになった。

(3)多系統群であることが明らかになったアジア太平洋諸島の内陸・海岸に広域分布する草本種L. biflorumについては、引き続き、試料追加と解析を進めているが、少なくとも系統的には大きく2つに区別され、それぞれの系統内に形態的分化が見られることが分かってきた。本年度は、Leptopetalum biflorumを除く各分類群のタイプ産地での調査・試料入手ができたことで、系統だけではなく、分類学的再検討についても具体的に進めることができる目処が立ってきた。引き続き、野外調査を実施し、形態観察、系統解析、染色体数を実施する。野外調査は、広域分布木本種L. foetidumのタイプ産地であるトンガに加えて、草本種L. biflorumとL. strigulosumの分類学的再検討に重要と考えられる台湾・フィリピン・済州島での調査を行う予定である。また、パラオからのL. strigulosumの試料を提供してもらえる予定である。さらに、シマザクラ属に含めるべきか属の所属が未だ不明であるミャンマーのThecagonum parishiiについては、見つけることができなかったため再度調査を実施する予定である草本種Leptopetalumstrigulosumの分類学的再検討に関する学術論文を準備する。また、L. biflorumについては、形態的比較およびタイプ標本の検討を進めることで分類学的再検討を行う予定である。さらに、シマザクラ属に含めるべきか属の所属が不明であるミャンマー産Thecagonum parishiiは、連携研究者の協力のもと、再度探索を実施する予定である。
クモ類の眼の絶対感度と分光感度変動の比較生理学的・行動学的研究

1.ウリキンウワバの単眼は340nmの紫外光及び520540nmの緑色光に対しそれぞれ極大感度を示す。正常個体では、2030分間の動物全体への背景光照射に伴い単眼の緑色光感度と紫外光感度の比(GR/UV)が大きく低下する。脳と単眼を連絡する単眼神経を切断すると、背景照射に伴うGR/UVの低下は起こらなくなるが、この時切断した神経を遠心的に電気刺激するとGR/UVは顕著に低下する。これらの結果はGR/UVを下げる働きを持つ脳からの神経情報が、背景の明るさの上昇に伴い増加する事を示している。クモでは遠心性情報は光照射終了後に増加し眼の感度を上昇させるが、自然環境下での遠心性情報の変化に伴うクモとヤガの眼の感度の変化はよく似たものであった。2.コガネグモの脳を覆う部分のクチクラはほとんど色素を持たず光をよく通す。この部分をライトガイドの先端に固定し、肢にY型迷路球を持たせたクモを用いて、クモの影からの逃避行動に及ぼす脳内光感受性細胞の役割を調べた。その結果、440nm付近に極大感度を持つ脳内光感受性細胞が影からの逃避行動に関与している事が明らかになった。3.コガネグモの視細胞の応答は脳内に細胞体を持つニューロンの情報により遠心性の調節を受けており、恒常暗黒下では感度のサーカディアンリズムを示す。今回我々は、オクトパミンのコガネグモ前側眼の応答に対する作用について調べた。夜には、昼に比べ闘値が1log以上低下し、また夜のERGは2つのピークを示したり昼に比べピークが幅広くなったりする。昼、生理的食塩水中にオクトパミンを投与すると、闘値が2log近く低下し、応答波形のピークが2つに分離したり幅広くなった。このオクトパミンの作用は、視神経を介した遠心性の作用に大変良く似ていた。これらの結果は、コガネグモの遠心性神経繊維から放出される伝達物質はオクトパミンである事を示している。クモ類は頭胸部上に通常四対八個の眼(前中眼、前側眼、後中眼及び後側眼)を持ち、更に脳内には直接光に対し感受性を示す神経細胞を持っている。コガネグモの四対の眼には紫外線受容細胞(極大感度:360nm)、青受容細胞(480500nm)及び緑受容細胞(540nm)のうち23種類の視細胞が存在するが、これらの眼の絶対感度と分光は脳内の光感受性細胞からの司令(神経情報)により遠心的に調節されている。今回、我々はウリキンウワバ(鱗翅目・ヤガ科)の単眼の分光感度をERGを記録して調べた。その結果、ウリキンウワバの単眼もクモの眼と同様に遠心性の調節を受けている事が明かになった。ウリキンウワバの単眼は紫外光(340nm)及び緑色光(520540nm)に対しそれぞれ極大感度を示す。また、選択的色順応の結果は単眼には少なくとも紫外線受容細胞と緑受細胞の2種類が存在する事を示している。正常個体では、2030分間の背景光照射に伴い単眼の緑色光感度と紫外光感度の比(GR/UV)が大きく低下する。

脳と単眼を連絡する単眼神経を切断すると、背景照射に伴うGR/UVの低下は起こらなくなるが、この時切断した神経を遠心的に電気刺激するとGR/UVは顕著に低下する。これらの結果は、単眼のGR/UVを下げる働きを持つ脳からの神経情報が、背景の明るさの上昇に伴い増加する事、及び、自然環境下では、単眼の分光感度が明暗サイクルに伴い日周変動している事を示している。クモでは遠心性情報は光照射終了後に上昇し暗時の眼の感度を上昇させ、またヤガでは遠心性情報は光照射期間中に上昇し明時の眼の感度を低下させるという異なった働きをしているが、自然環境下での遠心性情報の変動に伴うクモとヤガの眼の絶対感度と分光感度の変動はよく似たものである。クモ類は頭胸部上に4対8個の眼(前中眼、前側眼、後中眼及び後側眼)を持ち、更に脳内には直接光に対し感受性を示す神経細胞を持っている。我々はクモ類の眼と脳内光感受性細胞の電気的応答及び動物行動を通し、それらの機能を調べているが、今回以下の点を明らかにした。1.コガネグモの前側眼の応答も他の眼の場合と同様に脳内光感受性細胞からの司令(神経情報)により遠心的に調節されている。恒常暗黒下では遠心性情報は昼間期に比べ夜間期に増加する。この遠心性情報の増加に伴い、弱い光に対する前側眼のERG応答の振幅は除々に大きくなったが、強い光に対するERG応答の振幅は逆に小さくなった。即ち、夜間期には昼間期に比べ前側眼の光刺激に対する閾値は低下するが、刺激強度-ERG応答曲線の傾きは緩やかになる。しかし、夜間期のERG応答は昼間期に比べ波形面積が広くなり、しばしば2つのピークを示す事が見いだされた。視細胞の光応答を細胞内記録法により調べた結果、その波形はERG応答の波形とよく似ていた。これらの結果は、前側眼の視細胞には性質の異なる複数のチャンネルが存在するか、性質の異なる視細胞が電気的に結合している事を示唆している。2.コガネグモは暗黒背景下では眼に提示した点光源に対し負の走光性を示すが、脳照明下では点光源に対し正の走光性を示すようになる。この走光性に及ぼす脳照射光の分光特性を背中を固定し肢にY型迷路球を持たせたクモを用いて動行学的に調べた。その結果、440nmの光に極大感度を持つ脳内光感受性細胞が走光性を調節している事が明らかになった。コガネグモの視細胞の応答は脳内に細胞体を持つニューロンの情報により遠心性の調節を受けており、恒常暗黒下では感度のサーカディアンリズムを示す。コガネグモと同様な遠心性の調節を受けているカブトガニやサソリの眼では、遠心性の神経伝達物質はオクトパミンであると報告されている。今回我々は、オクトパミンのコガネグモ前側眼の応答に対する作用について調べた。前側眼は、コガネグモの8個の眼のなかでは最も単純で、視細胞はわずか50個程度しか含まれていない。夜には、昼に比べ閾値が1 log以上低下する。また、夜のERGは2つのピークを示したり昼に比べピークが幅広くなったりするが、同様の現象は、単一視細胞でも観察される事から、前側眼の視細胞には性質の異なるチャンネルが存在するものと考えられる。一方、可能性としては性質の異なる視細胞が電気的に結合している事も考えられるが、現在のところ、前側眼に性質の異なる2種類以上の視細胞が存在するとの積極的な証拠は全く得られていない。昼、生理的食塩水中にオクトパミンを投与すると、閾値が2 log近く低下し、応答波形のピークが2つに分離したり幅広くなったりする事が観察された。このオクトパミンの作用は、視神経を介した遠心性の作用、即ち、恒常暗黒下でみられる昼・夜間期の変化と大変良く似ていた。しかし夜、内因的に閾値が十分に低下した状態でオクトパミンを作用させても、その効果はほとんど見られないか、見られても昼の場合に比べ小さなものであった。これらの結果は、コガネグモの遠心性神経繊維から放出される伝達物質はカブトガニやサソリ同様オクトパミンである事を示している。
FE-SEM抗体法で細胞壁肥厚の物理機構を時系列解析

形成層で分裂した細胞は、膨圧の力によって体積を拡大させる。その後の強固な細胞壁の堆積にも膨圧は関わっていることを研究代表者は明らかにしてきた。本研究は、日変動する膨圧と細胞壁堆積を時系列で解析することを目指し、次の成果を得た。従来法に比べて、より無傷に細胞壁の新生面を観察する方法を確立した。膨圧を人為的に変動させながら生育する方法を確立した。生育時の光と膨圧が細胞壁成分堆積に及ぼす影響を明らかにした。原形質内圧の細胞壁成分輸送への作用を解明に向けて,従来に行われている試料調整方法よりも,より無傷な二時壁新生面をFE-SEM抗体法で観察する方法を検討し,その方法として次の成果を得た。定法では試料採取後,グルタールアルデヒド化学固定を行うことで,タンパク質に架橋構造を構築し,試料の切削時に柔軟な分化中細胞の形態が損なわれないようにしている。しかし,新生面に堆積するし無定形な多糖類はこの操作によって多数が消失していることが分かった。また,柔らかい分化帯は試料切削時にその形が変形してしまうことを抑えるため,試料を凍結して切削するのが定法であるが,無定形な多糖類は凍結と融解によって多数が消失していることが分かった。これらの結果から,壁成分輸送を解明するための試料調整方法を確立した。それは試料を採取した後直ちに非凍結で緩衝液を用いて湿らせながら切削することである。堆積した細胞壁成分は互いに絡み合い重合して強固な細胞壁が形成される。細胞壁が強固になるのは,日変動する原形質内圧が形成中の細胞壁を押し固めていることが大きく関与していると予想している。このパッキング作用を調べるため,成育中の樹木苗の原形質内圧を人為的に制御する方法を検討し,以下の結果を得た。樹木苗を水耕法で生育し,水耕液は密封した容器に入れ,水耕液にコンプレッサーで圧力を加えることで樹木苗に水耕液を過分に吸水させることできた。加圧力を特注した微量調整弁で調整することで,木部ポテンシャルとして計測される内樹皮接線ひずみを人為制御できるようになった。これにより,原形質内圧によるパッキング作用の解明に向けての実験方法の1つを確立した。原形質内圧が細胞壁成分輸送へどのように作用しているかを解明するために、より無傷な二次壁新生面における壁成分堆積をFE-SEMと抗体法を組み合わせて時系列解析を試みる研究目的において、今年度設定した課題と成果は以下のとおりである。1.原形質内圧の日変動を推定するために、内樹皮における接線ひずみ法による木部ポテンシャル測定に加えて、葉を試料とした水ポテンシャル測定を試み、時系列パラメータの増加を目指した。接線ひずみの変動と水ポテンシャルの変動は合致し、両者の変動に位相差がないことが確認できた。この結果、自動連続測定において有利であり、さらに比較的安価な測定ができることから、接線ひずみ法が原形質内圧の測定に最適であると結論した。2.二次壁新生面の壁成分堆積と原形質内圧との関係を調べるため、樹木試料の生育照度を幾種類準備し、光強度変動とひずみ変動と二次壁新生面の関係を調べた。強光度から低光度までを4段階に設定し、それらの組み合わせ6通りの生育条件で試料を生育した結果、二次壁新生面において、強光度ほどセルロースミクロフィブリルの堆積が明瞭に観察された。また、低光度ほどリグニンとヘミセルロースからなるマトリックスの堆積が明瞭に観察された。さらに、強光度と低高度の差がわずかであっても接線ひずみ変動は測定され、二次壁新生面の様相も差があることが分かった。
Toll様受容体を介したプライミング効果による脂質メディエーター産生増強機構

リゾPAF-AT活性が高い腹腔マクロファージを野生型マウス及びTLR4、MyD88、TRIFノックアウトマウスから調製した。LPSで細胞を刺激するとTLR4依存的な酵素活性の二相性の上昇が、刺激後30分にピークに達するものと8時間以降に徐々に上昇するものとして観察された。興味深いことに前期相の活性上昇はMyD88依存的なのに対し、後期相はMyD88及びTRIFに非依存的であった。さらに、リゾPAF-AT活性はLPSばかりでなく生成物のPAFで細胞を刺激することによっても1分以内にピークに達する上昇を示した。そこでLPSで予め刺激したマクロファージに対してPAFを作用させたところ、LPSとの相乗的な酵素活性の上昇が後期相にのみ認められた。しかもこのLPSのプライミング効果もまたTLR4依存的かつMyD88及びTRIF非依存的であった。このリゾPAF-ATの同定(cDNAクローニング)を目的として、ブタ脾臓から酵素活性が高いタンパク質分画を各種カラムクロマトグラフィーで精製し質量分析計によって中に含まれる分子を同定したが、現在までにリゾPAF-ATの候補と思われるタンパク質は見つかっていない。この実験と平行して、アセチル転移酵素をはじめ各種転位酵素と相同性のある機能未知のタンパク質を遺伝子データベースから検索し、そのうちの有力候補分子を動物培養細胞に発現させてリゾPAF-ATの活性を指標にスクリーニングする実験も行っている。アセチルCoA:リゾPAFアセチル転移酵素(リゾPAF-AT)は、血小板活性化因子(PAF)の産生にとって重要な生成反応を触媒する。腹腔マクロファージにおいて、この酵素はLPSによってプライミングされる。すなわちPAFで細胞を刺激してこの酵素の活性を上昇させるとき、LPSで前処理しておくと酵素活性の上昇がさらに増大する。申請者はこのプライミング効果がTLR4依存的かつMyD88非依存的に起きることを既に明らかにしているが、さらなる分子機構の解析を進めるために今年度は以下の実験を行った。大阪大学審良教授より供与していただいたTRIF-KOマウスの腹腔マクロファージを用いた実験から、LPSのプライミング効果はTRIF非依存的に起きることが明らかになった。野生型マウスの腹腔マクロファージを用いた実験でIFNβはLPSの代わりにプライミング効果を惹起することはできず、また抗IFNβ抗体はLPSのプライミング効果を抑制できなかった。これらの結果はプライミング効果がTRIF非依存的現象であることを支持している。一方、シクロヘキシミド処理によりプライミング効果は大きく減弱したことからde novoのタンパク質合成の関与が示唆された。上記のアプローチとは別に、リゾPAF-ATに対するLPSプライミング機構をこの酵素の部分アミノ酸配列を決定し、cDNAクローニングすることによって明らかにしようとする試みも行っている。ブタ脾臓のミクロソーム画分(ホモゲナイズ後に10,000×gで遠心した上清を、さらに100,000×gで遠心したときに得られる沈殿)から界面活性剤を使い酵素活性を可溶化後、数種類のカラムクロマトグラフィーによって部分的に精製した分画を既に得ている。現在、この分画を質量分析計で解析することによって部分アミノ酸配列を決定するための条件を検討中である。
発達期の副交感神経活動性と低酸素虚血性脳障害の重症度に関する基礎的研究

胎児は副交感神経優位であり分娩時に低酸素に曝される。副交感神経優位は胎児にとって低酸素耐性となるという合目的性を考え、7生日ラットの低酸素虚血性脳障害モデルで検討した。その結果、アセチルコリン受容体刺激は容量反応依存性に脳保護作用を示し、抑制は脳障害が増悪した。機序としてマイクログリアと炎症性サイトカインが関与した。次に、副交感神経系の活動性の指標となる心拍数細変動の変化と脳障害との関連性を検討した結果、低酸素中の反応期細変動の減少が脳障害指標として有用である可能性を示した。子宮内の胎児は生理学的に副交感神経優位である。子宮内は低酸素環境であり、さらに分娩に伴う低酸素ストレスを考慮すると、胎児が副交感神経優位の環境下にあることと、低酸素との間に、何らかの合目的な関連性があると考えられる。われわれの先行研究では、副交感神経刺激剤の投与で低酸素症による発達期脳障害の発症頻度を有意に軽減した。胎児心拍数モニタリングの基線細変動は自律神経系の影響を受ける。副交感神経遮断剤を用いると基線細変動は消失する。そこで、副交感神経活動性の指標として基線細変動を用い、脳障害との関連性を検討した。本年度の計画に沿って、発達期脳障害モデルである7生日ラットのLevine-Riceモデルを用い、低酸素虚血を10回にわたり、反復して加え、心拍数細変動の変化を検討した。その際、基線(baseline)細変動と反応期(response)細変動とを個々に、定量的に評価した。その結果、脳障害を発症しなかった動物では、baseline細変動も、response細変動も10回の低酸素虚血刺激によって有意な変化を示さなかった。炎症惹起物質であるLPSを用いて低酸素虚血刺激を加えると、脳障害を発症しなかった動物では対照群と同様の変化を示した。しかし脳障害を発症した動物では、まずbaseline細変動が3回目の刺激から有意に低下し、response細変動も5回目の刺激から有意に低下し、10回目まで有意な変化が持続した。今回の一連の検討から、副交感神経の活動性に関連する細変動の減少は脳障害と有意な関連があり、なかでもbaseline細変動の変化が早期から出現し、さらにresponse細変動の減少が加わると脳障害に繋がると考えられた。現在、詳細な統計学的検討を行っており、論文を作成し、併せて学会発表を行う計画である。また、本結果を臨床データの分析に繋げることが可能か、臨床データの後方視的検討と、前方視的研究への準備を進める予定である。発達期脳障害のモデルとして汎用されている7生日のWistar ratを用いて検討した。8%の低酸素刺激を10分間毎に10回負荷し、その間の基線細変動の変化と脳障害の重症度の関連性を検討した。このモデルでは脳障害を発症させるために、炎症物質であるLPSの投与が必要である。そこで実験群にはLPSの前投与を行い、対照群には同量の生食を投与した。実験7日後に脳を摘出し、組織学的検討を行った。本年度の実績として、脳障害発症に関する検討では、脳障害は実験群に限って発症した(脳障害n=5、脳障害なしn=10)。対照群(n=14)からの脳障害発症はなかった。この結果はこれまでのわれわれの先行研究結果と同様であった。現在、基線細変動(紙媒体と電子媒体)を、低酸素負荷前と低酸素中とに分けて検討を行っている。また、細変動の分類を、これまでの目視で行う半定量的分類と、コンピュータを用いた定量的分類とで行い、目視検査(臨床で行われている)の有効性も検討する。細変動の検討結果は平成25年度以降に実施し、有意差判定ができない場合には、動物実験を追加する予定である。胎児は元来低酸素環境下にあり、かつ副交感神経優位であり、しかも分娩時に低酸素に曝される。そこで副交感神経優位は胎児にとって低酸素耐性となるという合目的的仮説を立て、7生日ラットの低酸素虚血性脳障害モデルを用いて検討した。

さらに副交感神経系の活動性の指標となる心拍数細変動の変化と脳障害との関連性を検討した。1)副交感神経と低酸素虚血性脳障害副交感神経刺激剤を投与した後に低酸素虚血負荷を加えると、大脳皮質、海馬の神経細胞障害を有意に減少させた(文献1)。逆に抑制剤では脳障害の重症度が増した(文献2)。容量反応依存性を検討すると、アセチルコリンエステラーゼ阻害剤の容量依存性に脳障害は軽減した。引き続いて、低酸素負荷後のマイクログリア活性化の経時的変化を検討すると、海馬では急性期に活性化され、白質と大脳皮質では24時間以降の慢性期に徐々に活性化した。大脳皮質と白質の遅延型障害に対して複数回連続投与を実施し、脳障害を抑制できることが判明した。機序としてマイクログリアとサイトカインの関与を見ると、アセチルコリン受容体刺激によりマイクログリア活性化が抑制され、その部位の脳障害が軽減し、(文献2)そこから産生される炎症性サイトカイン(IL-1β)産生も減少した。(文献3)マイクログリア活性化も、サイトカイン産生も容量依存性であった。2)心拍数細変動同ラットモデルに低酸素負荷を繰り返すと、脳障害発症個体では、低酸素中の反応期細変動も、回復期の基線細変動も減少した。特に5回目以降の低酸素刺激では、脳障害発症個体では非発症個体に比べて有意差を認め、反応期細変動の変化が明白であった。(投稿中)以上から、副交感神経刺激は児脳障害に保護的に作用し、マイクログリアとサイトカインの関連が示された。副交感神経の活動性は心拍数細変動で評価でき、その減少が脳障害と密接に関連した。周産期医学、胎児生理学、低酸素性脳障害、胎児心拍数モニタリング、産婦人科学研究計画では、平成24年度には動物実験を行い、平成25年度には、脳障害群と非脳障害群とを判別可能なパラメーターを絞り込むことを想定していた。現時点で、上記のように、baseline細変動の減少とresponse細変動の減少とが有力なパラメーターとして抽出できた。また、電子媒体での記録データを用いて、今後も追加検討が可能な状況である。これらの観点から、平成25年度の研究の達成度を自己点検すると100%であり、順調に進展していると判断した。交付申請書の研究計画に記載した内容では、平成24年度には動物実験を行い、摘出した脳の組織学的検討から脳障害群と非脳障害群とに分け、2群間で基線細変動の検討が可能かを評価することとなっている。平成24年度の実験で、既に脳障害が5例あり、非脳障害群(実験群の10例と対照群の14例)と統計学的検討は可能である。また、紙媒体での記録は全例に可能であり、同時に、電子媒体での記録保存も実施されており、種々の検討にデータを用いることが可能である。これらの観点から、平成24年度の研究の達成度を自己点検すると100%である。ひとつは電子媒体に保存されたデータを最大限に有効利用して、脳障害と有意に関連するパラメーター、あるいはパラメーターの組合せを見つける。特に、baseline細変動の減少とresponse細変動の減少とに加えて、更なるパラメーターの追加で脳障害発症予測を向上できるか検討する。現在、一過性徐脈に関して検討を開始した。もうひとつは動物実験を行い、治療介入時期を検討する方策である。低酸素負荷を反復投与しつつ、脳障害と関連したパラメーターが出現し始めた時点で2群に分け、1群は対照群とし、治療群との間で脳障害予防、治療に有効な薬剤、低体温等の対策、低酸素からの早期解除、などについて検討する。