hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メンタルプラクティスの効果的な実践方法の開発に向けた神経生理学的検討

メンタルプラクティス(MP)の実践においては対象者が運動イメージ(MI)を鮮明に想起していることが前提となるが, 1人称MIを想起することは容易ではない.そのため,効果的なMPを実践するには,この1人称MIの鮮明度を十分に確保する必要がある.本研究では対象者が1人称のMIを想起する際に,想起する課題に関する感覚情報を提示することで,1人称MIの鮮明度が強化されるという仮説を立て,大脳皮質運動野興奮性の変化と主観的なMI鮮明度評価の観点から検証した.その結果,動作に関連した聴覚情報や視覚情報の負荷した条件では対象者の主観的なMIの鮮明度を高め,またMI中の大脳皮質運動野の興奮性も高値を示した.本年度は,実験1:運動イメージ課題において,同時に運動イメージ課題と関連した感覚情報を提示することが,1人称運動イメージの想起の鮮明度を高めるかどうかを経頭蓋磁気刺激(TMS)による運動誘発電位(MEP)を指標とした大脳皮質運動野の興奮性変化と主観的な運動イメージの鮮明度評価によって検討する実験の継続実験を行った.また,同時に実験2として,運動イメージ課題における補助的手段として映像提示を行う場合,提示する映像の視点の違いにより主観的なイメージの鮮明度が異なるのではないかという仮説を立て,実験1と同様に経頭蓋磁気刺激(TMS)による運動誘発電位(MEP)を指標とした皮質運動野興奮性と主観的な運動イメージ鮮明度評価(VAS)によって検討する実験を開始した.映像の視点に関しては,1人称視点,3人称視点,側方視点と3条件とした.結果としては,現在までの所,概ね仮説通りのデータが収集できており,実験1は感覚情報を同時に提示することが主観的な運動イメージの鮮明度や運動イメージ中の大脳皮質運動野の興奮性をより高めること,実験2では1人称視点が他の視点と比較して主観的な運動イメージの鮮明度や運動イメージ中の大脳皮質運動野の興奮性がより高まる結果がでている.今後は,さらに被験者数を増やし,統計学的な分析を行って最終的な考察を行う予定である.本研究の結果は,リハビリテーションの臨床における効果的なメンタルプラクティスの方法論に示唆を与えるものと考える.本年度は,昨年度に引き続き,実験1:運動イメージ課題において,同時に運動イメージ課題と関連した感覚情報(視覚情報や聴覚情報)を提示することが,運動イメージの鮮明度に影響を与えるかどうかについての検討を経頭蓋磁気刺激(TMS)による運動誘発電位(MEP)を指標とした大脳皮質運動野の興奮性の変化と主観的な運動イメージの鮮明度評価によって検討する実験,実験2:運動イメージ課題における補助的手段として視覚映像を提示する場合,提示する映像の視点がどのような影響を与えるかについて,経頭蓋磁気刺激(TMS)による運動誘発電位(MEP)を指標とした大脳皮質運動野の興奮性の変化と主観的な運動イメージの鮮明度評価によって検討する実験の継続実験を行った.実験については概ね予想していたとおりの結果がでており,今年度はその成果を第47回日本作業療法学会及び第5回アジアオセアニア臨床神経生理学会で発表した.さらに発表時の討議において,実験方法の一部の問題を指摘された部分があったため,学会発表後,実験方法の一部見直しを行い,改めてデータの収集を開始した.今後は,できる限り早急にデータ収集を終了して論文の執筆を行い投稿する予定である.メンタルプラクティス(MP)の実践においては対象者が運動イメージ(MI)を鮮明に想起していることが前提となるが, 1人称MIを想起することは容易ではない.そのため,効果的なMPを実践するには,この1人称MIの鮮明度を十分に確保する必要がある.本研究では対象者が1人称のMIを想起する際に,想起する課題に関する感覚情報を提示することで,1人称MIの鮮明度が強化されるという仮説を立て,大脳皮質運動野興奮性の変化と主観的なMI鮮明度評価の観点から検証した.その結果,動作に関連した聴覚情報や視覚情報の負荷した条件では対象者の主観的なMIの鮮明度を高め,またMI中の大脳皮質運動野の興奮性も高値を示した.本年度は運動イメージ課題において,同時に運動イメージ課題と関連した感覚情報を提示することが,1人称運動イメージの想起の鮮明度を高めるかどうかを大脳皮質運動野の興奮性変化と,主観的な運動イメージの鮮明度評価によって検討した.対象は右利きの健康成人4名とした.被験者には,前方80cm程度前方に置かれたPCモニタに向かって椅子座位をとらせ,両上肢は前方の机に安楽に置かせ固定した.運動イメージ課題には「はさみで紙を切る動作」を採用し,「あなた自身が,実際にはさみで紙を切っているかのように運動をイメージしてください」と指示する.この課題を,1)口頭指示のみ,2)同時にスピーカーから実際にハサミで紙を切る音を提示する(聴覚条件),3)同時に第3者が実際にハサミで紙を切っている映像(動画)をPCモニタ提示する(視覚情報),4)同時に実際にはさみで紙を切る音と映像を提示する(聴覚+視覚情報)の4条件で行わせた.課題中は,1)2)については閉眼,3)4)に関しては,開眼でモニタの映像を注視させた.経頭蓋磁気刺激(TMS)は,映像においてはさみが閉じる瞬間に同期して与え,運動誘発電位(MEP)を母指球筋群(TH)から計測した.実験条件の順番はランダマイズした.また各条件終了後には,主観的な運動イメージの鮮明度をVisual Analogue Scale(VAS)を用いて評価した.

その結果,データ数が不十分であるものの,「聴覚条件」,「視覚条件」,「聴覚+視覚条件」におけるMEP振幅は,安静条件と比べ増大する傾向を示し,「聴覚+視覚条件」で最も大きい値を示した.また,主観的な運動イメージの鮮明度の指標として用いたVASの計測値においても「聴覚+視覚条件」において最も大きい値を示した.今後,さらにデータサンプルの収集に努め,統計学的にも各条件における違いを検討していきたい.研究代表者が,研究の初年度(6月末)で移動したため,新所属である長崎大学における実験環境の構築に時間を要したため.研究代表者が年度途中(6月30日付)で所属を移動したため,新所属である長崎大学における実験環境の構築に時間を要したため.新所属での研究環境は整い,予定していた2つの実験も共に開始している.今後は,両実験共に,被験者数を増やしてデータ解析を行い.最終的なまとめの段階に入って論文を執筆する.新しい所属での実験環境も十分に整ったため,次年度は今年度の遅れを取り戻すために実験頻度を高め,データサンプル数を増加させる.次年度はも実験遂行に必要な消耗品,データ処理車金及び研究分担者との打ち合わせ旅費,英文校閲費等を計上する.次年度は,実験遂行に必要な消耗品,被験者謝金.及び研究分担者との打ち合わせ旅費,研究成果発表のための旅費,英文校閲費等を計上する.
骨端部薬剤持続投与法による新たな長管骨長径成長制御法の開発

我々のグループの研究の最終目的は、様々な薬剤を骨端部に持続注入する事により成長軟骨板を制御し、骨切りや創外固定などを用いた手術を行わずに小児の長管骨を延長および短縮する方法を確立し、臨床応用することにある。本研究ではこれまでの先行研究をさらに発展させるために薬剤投与方法を従来の浸透圧ポンプから電動の体内埋め込み式に変更し、また骨の長軸成長を促進のみに留まらず骨の成長を抑制する事も可能となった。本研究の結果は今後、再現性を十分に確認した後に論文投稿予定である。我々のグループの研究の最終目的は、様々な薬剤を骨端部に持続注入する事により、骨切りや創外固定などを用いた手術を行わずに小児の長管骨を延長および短縮する方法を確立し、臨床応用することにある。具体的な本研究の目的は、まず骨の長軸成長を促進する薬剤と抑制する薬剤について、それぞれの候補薬剤の中から最も効果の強い薬剤を動物実験にて同定することである。その後、その薬剤による長管骨の長軸成長への効果や、成長軟骨板細胞への影響を詳細に検証する。4週齢の日本白色家兎の左脛骨近位骨端部骨髄腔内に、様々な薬剤を投与する。対照として右側には同様の手技を用いて生理食塩水を注入する。2週間投与群、4週間投与群に分けて投与期間による効果も比較検討する。従来の浸透圧ポンプでは薬剤の失活が問題点として挙げられ、この問題点を解決し、さらに、薬剤の効果を最大限にするために動物に埋め込んだ後に薬剤を補充可能なマイクロポンプを用いた。投与薬剤として、成長促進としてはIGF-Iを、成長抑制としてはIGF-I receptor antagonistを用いた。IGF-Ireceptor antagonistにて興味深い変化が見られたのでその効果について詳しく検討を加えた。2週間投与群、3週間投与群に分けて投与期間による効果も比較検討した。従来の浸透圧ポンプでは薬剤の失活が問題点として挙げられ、この問題点を解決し、さらに、薬剤の効果を最大限にするために動物に埋め込んだ後に薬剤を補充可能なマイクロポンプを用いる。本実験手技に精通している研究協力者の高橋と共に動物実験を進めることにより、実験を効果的に進めることができた。投与薬剤としては骨延長についてはすでに入手済みのIGF-Iを、骨短縮についてはIGF-IR antagonistを投与した。脛骨長の変化は軟X線像を用いて比較検討した。両薬剤にて成長促進・抑制効果が得られたので、以後はこれらの薬剤に焦点を当てて研究をを継続する。4週齢の日本白色家兎の左脛骨近位骨端部骨髄腔内に、様々な薬剤を投与した。対照として右側には同様の手技を用いて生理食塩水を注入した。投与薬剤としては骨延長についてはすでに入手済みのIGF-Iを、骨短縮についてはIGF-IR antagonistに焦点を当てて研究を実行した。軟骨4週齢の白色家兎の左脛骨近位部l骨端部骨髄腔内に、IGF-I receptor antagonistを3週間持続投与した。対側にはcontrolとして生理食塩水を3週間持続投与した。3週間の投与により、脛骨の長軸成長は抑制された。薬剤投与の効果を軟X線画像、CT画像、組織像、骨形態計測などで詳細に検討した。1投与薬剤と投与期間の決定

4週齢の日本白色家兎の左脛骨近位骨端部骨髄腔内に、様々な薬剤を投与する。対照として右側には同様の手技を用いて生理食塩水を注入する。2週間投与群、3週間投与群に分けて投与期間による効果も比較検討した。従来の浸透圧ポンプでは薬剤の失活が問題点として挙げられ、この問題点を解決し、さらに、薬剤の効果を最大限にするために動物に埋め込んだ後に薬剤を補充可能なマイクロポンプを用いる。本実験手技に精通している研究協力者の高橋と共に動物実験を進めることにより、実験を効果的に進めることができた。投与薬剤としては骨延長についてはすでに入手済みのIGF-Iを、骨短縮についてはIGF-IR antagonistを投与した。脛骨長の変化は軟X線像を用いて比較検討した。両薬剤にて成長促進・抑制効果が得られたので、以後はこれらの薬剤に焦点を当てて研究をを継続する。投与期間は3週間が適切と判断した。<骨形態計測>骨髄腔内への薬剤投与の効果を検討するにあたって、骨形態計測による評価が不可欠となったため、骨形態計測を高価であるがすすめる。<薬剤投与後の成長軟骨板の軟骨細胞の小胞体ストレス応答>・タンパク質合成工場である小胞体は、様々な要因で容易にその内部環境が影響を受け、タンパク質の折り畳みが障害されることを小胞体ストレスといい、細胞は小胞体ストレスに対して小胞体ストレス応答と呼ばれる機構を持ち、生体機能に重要な働きをしている。・細胞外基質を盛んに産生する成長軟骨板の軟骨細胞は発達した小胞体を持つことから、小胞体ストレス応答が軟骨細胞の機能発現に重要な働きをしていると考えられている。我々のグループでは、様々な成長障害をきたす疾患において小胞体ストレス応答に異常をきたしていることに着目し研究を進めている。本研究でも薬剤投与後の軟骨細胞と小胞体ストレス応答について検証する。投与薬剤をIGF-IとIGF-IR antagonistに決定し今後の研究を推進する。投与期間は3週間とした。4週齢の日本白色家兎の左脛骨近位骨端部骨髄腔内に、薬剤を投与する。3週間投与した効果も比較検討する。骨形態計測を次年度に統括して実行する事にしたため、予算を次年度に繰り越す必要が生じた。<骨形態計測>3週間の持続投与後の骨髄腔内の変化について、骨形態計測を用いて検討する。<小胞体ストレス応答>先端医療研究資源技術支援センターの器具を用いエポン樹脂包埋後超薄切片を作成し、電子染色後、電子顕微鏡を用いて、薬剤投与後の軟骨細胞の小胞体を観察する。定量的RT-PCRで、以下の小胞体ストレス応答の実行因子の発現誘導を測定する。分子シャペロンBiP、小胞体関連分解因子Derlin、アポトーシス因子CHOP等。また、小胞体を観察するため電子顕微鏡用のダイアモンドナイフを購入する。また、学会発表のために持ち運び可能なノートパソコンを新規購入する。データ解析のためのパーソナルコンピューターおよび解析ソフトを購入する予定である。
豪雪地帯を対象とした地下帯水槽蓄熱法による冷・暖房及び融雪システム

本研究では、地下帯水槽を用い、夏期の自然エネルギーを冬期の暖房・融雪に、また冬期の雪の持つ冷エネルギーを夏の冷房に活用するという自然エネルギーの季節的蓄熱利用システムの開発を最終目標にしている。すなわち、本研究は、新しい自然エネルギーシステムの開発であって、以下の5項目にわたる要素研究から成っている。1)地下帯水層蓄熱法の基礎研究。2)夏冬兼用のコレクターの開発。すなわち、夏は冷房機器、冬は暖房もしくは融雪器として一年を通して使用できるコレクターの開発。3)微温水暖房・微冷水冷房法の研究。4)各種熱源の確保。5)システムとして作動させた際の成績係数と経済性。三年間の実験結果を整理すると1.熱回収率60%を確保する基礎技術を確立すると共に、蓄熱に伴う水質汚染は、クローズドサイクルの採用により発生しない事を確認した。2.ソーラコレクタを兼ねた屋根融雪チューブ、ソーラコレクタを兼ねた無雪道路、河川の熱利用の研究により、一年を通して使用出来る道路型、屋根型、河川型コレクターの設計法を呈示した。夏冬兼用型コレクターの導入により、太陽熱のみならず、多種多様な自然エネルギーの活用が可能になった。3.23°Cの蓄熱微温水、12°Cの微冷水を用いてそれぞれ床暖房、床冷房を行なう極めて経済的な工事法と効果的な運転法を実証した。4.本システムを熱併給発電所と接続して地下帯水層蓄熱法を併用した『コ・ジェネATES』に発展させると、燃料消費量を従来の1/4に削減する事が出来る。4)各種熱源の確保。本研究では、地下帯水層を用い、夏期の自然エネルギーを冬期の暖房・融雪に、また冬期の雪の持つエネルギーを夏の冷房に活用するという自然エネルギーの季節的蓄熱利用システムの開発を最終目標にしている。本年度は、微温水暖房に有効な床暖房に着目し、1)安価な床暖房工法の開発2)蓄熱地下水連続通水法による冷暖房効果の把握、及び、3)快適性を評価することを目的として床暖房施設を本学機械工場に試作し、冷・暖房実験を行い、簡単な定常熱通過モデルによる理論解析を行なった。その内容を以下に要約する。1)安価なビニールホースの伝熱管とワイヤーチップ・コンクリート複合材の使用により、人件費を含む施工費を7,800円/【m^2】と一般普及型の40%まで低減することができた。2)連続通水法により床下土壌蓄熱効果と相まって、十分な冷・暖房効果が得られた。実用範囲内で定常熱通過モデルの使用が妥当であることを示すとともに10%の誤差を含みつつ室温を容易に算出する半実験式を提示した。本システムの快適性を、機械工場における活動量及び着衣量から、MV理論による快適作用温度と作用温度の実測値とを比較検討した結果、蓄熱地下水直接通水による暖房を行なっている機械工場は、快適熱環境にあることを確認した。本研究では、地下帯水層を用い、夏期の自然エネルギーを冬期の暖房・融雪に、また冬期の雪の持つ冷エネルギーを夏の冷房に活用するという自然エネルギーの季節的蓄熱利用システムの開発を最終目標にしている。本年度は、A)地下帯水層蓄熱法において、注入水に第一鉄イオンが含まれる時、帯水層内で、水酸化第二鉄コロイドが生成され、地下水の流れを抑止することにより、結果的に熱回収率が向上する現象が発生している。これをコロイド効果と呼ぶことにして、室内実験・野外実験を並行させ、B)地下帯水層蓄熱法を基礎とした熱・電気併給システム『コ・ジェネATES』(CO-GEN Eration based on Aquifer Thermal Energy Storage)に関する検討を行ない、以下の結論を得た。Aー1)鉄コロイドの生成は、鉄バクテリア(ガリオネーラ)の活動によるものである。

その活動度は、レドックス電位で判断する事が出来る。2)週1回の逆洗操作により鉄コロイドの目詰まりは、井戸回り、直径1.6mの範囲まで破壊・除去され、それより遠方に残留する鉄コロイドが蓄熱性能を徐々に向上させる。B)コ・ジェネATESは、地下帯水層蓄熱法を利用して自然エネルギーを取り込みながら運転することから、年間の総合成績係数=3.04、従ってエネルギーコストを現在の1/4に低減する事が出来る。
現代の生命論・環境論との関わりにおけるキリスト教自然神学の再構築

本研究によって得られた研究成果は次のようにまとめられる。1.キリスト教自然神学の形成と展開を、4世紀のキリスト教神学形成期から、中世を経て、宗教改革期までたどることによって、本来キリスト教自然神学において問われていたのは、キリスト教と諸思想・諸科学との討論の場の設定、っまりコミュニケーション合理性の確立に関わっていたことが示された。2.「宗教と科学の対立図式」の代表的事例としてしばしば挙げられる「ガリレオ裁判」が何であったのかについて、最近の研究状況を論じた。3.キリスト教自然神学は過ぎ去った過去の問題ではなく、むしろ近代以降の思想状況におけるキリスト教思想の意義を問う際のポイントなるものであり、まさにこの点に、キリスト教自然神学の再構築の可能性が見いだされることが明らかにされた。4.キリスト教自然神学の再構築の議論を現代の生命論・環境論との連関において、具体的な検討が行われた。キリスト教神学を現代の生命論や環境論との関わりにおいて再構築するという課題を遂行するに当たって、その理論的前提として位置づけられたのは、形而上学の問題であり、本研究では、パネンベルクの意味論とホワイトヘッドとその影響下にあるプロセス神学が検討された。5.「自然神学の再構築と形而上学」という問題設定の妥当性について、とくに進化論の問題との関わりで検討がなされた。平成16年度は、現代キリスト教思想における自然神学再構築の諸動向を概観すると共に、この自然神学再構築の可能性を形而上学という観点から具体的に検討することが試みられた。具体的には以下の点について研究が進められ、いくつかの重要な成果をあげることができた。1.キリスト教自然神学の形成と展開に関して、マクグラスの最近の諸研究を参照しつつ、とくに、キリスト教思想史の観点-コペルニクス主義論争と聖書解釈学(カルヴィニズムの適応理論)との関わり、17世紀のニュートン主義の展開など-から検討を行った。2.現代キリスト教思想における自然神学再構築の動向として、パネンベルク(『自然の神学に向けて』)とモルトマン(『科学と知恵』)の議論を検討し、こうした問題意識の直接的背景の一つとして、現代の生命論環境論の間題状況が存在することを確認した。3.キリスト教自然神学の再構築の理論的基盤(哲学的)を考察する中で、形而上学の問題に注目し、形而上学の問い直し-近現代の形而上学への様々な批判を前提として-が自然神学構築の鍵になることを確認した。とくに、この点から、ホワイトヘッド哲学とプロセス神学(ハーツホーン、カブ)の意義について検討を行った。4.「宗教と科学」研究会、宗教倫理学会、南山宗教文化研究所といった共同研究の場において、様々な立場の研究者と交流し、研究の内容充実と視野拡大につとめた。16年度に引き続いて行われた本年度の研究においては、次のような成果が得られた。1.現代の生命論や環境論との関わりにおけるキリスト教自然神学の再構築に向けて、この再構築の試みが満たすべき基本的方向性と諸条件について、検討がなされた。具体的には、ティリッヒにおける生の多次元的統一の理論、そしてホワイトヘッドとその影響下にある神学者たち(ハーツホーン、カブ、グリュフィンら)によるプロセス思想とについて、詳細な分析が行われた。とくに、進化論論争という問題連関を取り上げることによって、キリスト教自然神学の再構築のためには、その基礎論としての形而上学の構築が不可欠になること、さらには、この形而上学の構築にはキリスト教神学と自然主義の双方の再解釈(→自然主義的な有神論あるいは有神論的な自然主義)が必要になるとの結論が得られた。2.現代キリスト教思想を代表するギルキー、カウフマン、モルトマン、パネンベルク、マクフェイグらの諸研究を分析することによって、現代キリスト教思想の議論の文脈に、本研究の構想を位置付けることが試みられ、こうした作業から、自然神学の再構築という議論をさらに公共性の問題へと展開する必要があることが明らかになった。これは、自然神学をコミュニケーション合理性の問いとして解釈することの帰結であるが、自然神学の再構築が環境論や生命論といった実践的テーマとの関わりで再構築される場合に、重要な論点となるものである。3.16年度に引き続き、必要な文献収集を続けると共に、研究会、研究者間の交流が推進された。

とくに、研究代表者は、「宗教と科学」研究会(京都大学キリスト教学)を主催すると共に、宗教倫理学会の研究プロジェクトに参加し、南山宗教文化研究所の「科学・こころ・宗教」プロジェクトとの交流を行った。
樹木の内生ジベレリン及び微生物交換により生成されるジベレリンの有効利用

キャラボク新芽のジベレリン、ジベレリン生産菌の細胞融合、微生物変換により生成したジベレリンのキャラボク及びイヌガヤヘの投与の効果について検討した。1キャラボク新芽中のジベレリン:キャラボク新芽からジベレリン-A3(GA3),GA4と一種のジベレリングルコシルエステルを単離した。3カウレンの微生物変換により生成したジベレリンの投与によるキャラボク,イヌガヤへの影響:キャラボクでは、ジベレリン投与により新芽の伸長が無添加それに比べ、約1.2倍伸長した。イヌガヤでも約1.1倍新芽の伸長が見られた。また、ジベレリン投与により、新芽中の強力な抗ガン性物質,タキソ-ル含量が無添加のそれの1.1倍増加した。イヌガヤでもジベレリン投与により、抗ガン性物質、ハリントニン,イソハリントニンの含量が無添加のそれの約1.2倍増加することを見出した。キャラボク新芽のジベレリン,ジベレリン生産菌の細胞融合,微生物変換により得たジベレリンのキャラボクへの投与の効果について検討した。1キャラボク新芽中のジベレリン:キャラボク新芽の抽出物からジベレリンを含む4つのフラクション(Fr)を得た。これらのFrからジベレリン-A_3(GA_3),GA_4と一種のジベレリングルコシルエステルを単離した。2細胞融合による基質変換能の高い融合菌の作出:Gibberella fujikuroi IFO 9977菌とIFO 30337菌との細胞融合により、3種の融合菌(F1,F2,F3)を得た。そのうち、F2とF3菌は両親株よりも基質変換能が高く且つ生物活性の高いジベレリンを生産できる融合菌であった。3 G.fujikuroi IFO 9977菌を用いたカウレンの微生物変換により生成されたジベレリン:G.fujikuroi IFO 9977菌を用いた微生物変換により、5種のジベレリン(GA_3,iso-GA_3,GA_4,GA_7,iso-GA_7)が生成することを見いだした。4カウレンの微生物変換により生成したジベレリンの投与によるキャラボクの生育:キャラボクの新芽の下の茎に微生物変換により生成したジベレリンを8日毎に5回投与した。伸長は1週間毎に6回計測した。その結果、微生物変換により生成したジベレリンは、キャラボクの新芽の伸長を無添加のそれに比べ、1.2倍増加させた。また、ジベレリン投与後20週間後に新芽を切取り、メタノールで抽出して、キャラボク中の強力な抗ガン性物質、タキソ-ルの生産量を調べた。その結果、微生物変換により生成したジベレリンはタキソ-ルの生産性を無添加のそれに比べ、1.1倍増加させることを見いだした。ジベレリン生産菌の細胞融合、微生物変換により得たジベレリンのイヌガヤへの投与の効果について検討した。1ジベレリン生産菌の細胞融合:Gibberella fujikuroi IFO 9977菌とIFO 30337菌との細胞融合により、3種の融合菌(F1,F2,F3)を得た。F2とF3菌は両親株よりも基質変換能が高く、その微生物変換により生成されたジベレリンの活性は両親株のそれらよりも高かった。また、融合菌も両親株と同じジベレリン(GA3,iso-GA3,GA4,GA7,iso-GA7)を生産できることを見出した。いずれの融合菌でもGA3,iso-GA3,GA7の生産量が約1.54倍増加した。2カウレンの微生物変換により生成したジベレリンの投与によるイヌガヤの新芽の伸長,二次代謝物生産への影響:イヌガヤの新芽の下の茎に微生物変換により生成したジベレリンを8日毎に5回投与した。その結果、微生物変換により生成したジベレリンは、イヌガヤ新芽の伸長を無添加のそれに比べ、1.1倍増加させた。また、GA4のみは1.2倍増させた。ジベレリン投与後20週間後に新芽を切取り、メタノール抽出してイヌガヤ中の抗ガン性物質、ハリントニン,イソハリントニン,ホモハリントニンの含量を調べた。その結果、微生物変換により生成したジベレリンは、ハリントニン、イソハリントニンを無添加のそれに比べ、各々約1.2倍増加させることを見出した。
必須アミノ酸トリプトファンによる幹細胞老化制御機構の解明・骨質改善治療への応用

口腔インプラント治療は,人工歯根が歯槽骨や顎骨と結合することにより強固な骨支持を得るため,骨量と骨質が重要な因子となる.しかし,日本人は欧米人と比べ歯槽骨が解剖学的に菲薄で,インプラント体埋入のために骨造成が必要な場合も少なくない.また,高齢化の進む日本で増加傾向にある骨粗鬆症患者へ口腔インプラント治療がなされる場合も多く,多くの研究者が骨造成や骨質改善に関する研究を進めてきた.我々は,これまでの研究から骨髄由来間葉系幹細胞の幹細胞性維持という観点からスクリーニングし,同定したトリプトファンが,骨質改善や骨の創傷治癒を促進することが明らかにした.この結果は,トリプトファンの投与が口腔インプラントの骨結合促進においても有用である可能性を強く示唆するものである.しかし,口腔インプラントの埋入に伴うトリプトファンの投与が,1骨のリモデリングを担う骨芽細胞,破骨細胞や間葉系幹細胞にどのような影響を与えるのか,また,2インプラント体の初期固定や長期予後に有意に働くのか,また,トリプトファンによる幹細胞の活性化が骨粗鬆症をはじめとする老化疾患に対して有効なのか,未だその詳細は明らかでない.そこで,本研究ではトリプトファンの骨代謝関連細胞に与える効果の検討を行うこととした.トリプトファンと間葉系幹細胞の骨芽細胞分化との関係性は明らかにしてきたが,破骨細胞との関係性は未だ不明である.はじめに,トリプトファンが破骨細胞分化に与える影響を検討した.すなわちトリプトファンを投与したマウスの大腿骨を経時的(0, 3, 7, 14日)にサンプリングし,組織学的,分子生物学的に検討する計画をした.しかし本研究では研究期間が短く解析,評価するまでには至らなかった.口腔インプラント治療は,人工歯根が歯槽骨や顎骨と結合することにより強固な骨支持を得るため,骨量と骨質が重要な因子となる.しかし,日本人は欧米人と比べ歯槽骨が解剖学的に菲薄で,インプラント体埋入のために骨造成が必要な場合も少なくない.また,高齢化の進む日本で増加傾向にある骨粗鬆症患者へ口腔インプラント治療がなされる場合も多く,多くの研究者が骨造成や骨質改善に関する研究を進めてきた.我々は,これまでの研究から骨髄由来間葉系幹細胞の幹細胞性維持という観点からスクリーニングし,同定したトリプトファンが,骨質改善や骨の創傷治癒を促進することが明らかにした.この結果は,トリプトファンの投与が口腔インプラントの骨結合促進においても有用である可能性を強く示唆するものである.しかし,口腔インプラントの埋入に伴うトリプトファンの投与が,1骨のリモデリングを担う骨芽細胞,破骨細胞や間葉系幹細胞にどのような影響を与えるのか,また,2インプラント体の初期固定や長期予後に有意に働くのか,また,トリプトファンによる幹細胞の活性化が骨粗鬆症をはじめとする老化疾患に対して有効なのか,未だその詳細は明らかでない.そこで,本研究ではトリプトファンの骨代謝関連細胞に与える効果の検討を行うこととした.トリプトファンと間葉系幹細胞の骨芽細胞分化との関係性は明らかにしてきたが,破骨細胞との関係性は未だ不明である.はじめに,トリプトファンが破骨細胞分化に与える影響を検討した.すなわちトリプトファンを投与したマウスの大腿骨を経時的(0, 3, 7, 14日)にサンプリングし,組織学的,分子生物学的に検討する計画をした.しかし本研究では研究期間が短く解析,評価するまでには至らなかった.
胎児栄養環境維持における血液胎盤関門制御機構の包括的解明と表現型変動との相関

血液胎盤関門は胎児への物質移行を制御することで胎児環境維持を担うため、その機能制御機構の解明は重要である。本研究では、(1)血液胎盤関門への分化、(2)妊娠糖尿病モデルラット、(3)妊娠期低栄養モデルラットにおける血液胎盤関門トランスポーターの発現制御をそれぞれ明らかにした。本研究成果は、血液胎盤関門が母体栄養環境や胎盤分化過程に対応して胎児環境維持に向けたトランスポーター等の発現制御を受けることを具体的に示す重要な知見である。妊娠糖尿病時の母体栄養環境変化に対応した血液胎盤関門機能制御を明らかにするため、ストレプトゾトシン誘導糖尿病妊娠ラットにおいて解析を行った。その結果、妊娠糖尿病ラットの胎盤において核酸トランスポーターCNT2 mRNA発現量および胎盤刷子縁膜ベシクルに対するadenosine取り込みへのNa^+依存性取り込みの寄与率がいずれも有意に増加していることが示された。従って、妊娠糖尿病病態において血液胎盤関門におけるCNT2を介したNa^+依存性adenosine取り込みの寄与が増大していることが示唆された。CNT2の発現量増加は、母体血中adenosineをより能動的に取り込むためのメカニズムと考えられ、胎児におけるadenosine作用の増強に関与している可能性がある。胎盤絨毛cytotrophoblastはsyncytiotrophoblastへと分化することで関門を形成するため、分化を通じた血液胎盤関門機能制御機構の解明は重要である。未分化cytotrophoblastモデルであるヒト絨毛癌由来JEG-3細胞をforskolin処理することで分化誘導した結果、血液胎盤関門選択的に高発現するorganic anion transporter(OAT)4(SLC22A11)mRNAの発現量および輸送活性が有意に増加することが示された。本誘導効果は、protein kinase A(PKA)阻害剤によって阻害された。従って、血液胎盤関門におけるOAT4の発現には、syncytiotrophoblastへの分化過程におけるPKAへを介した発現誘導機構が関与していることが示唆された。胎児期低栄養は胎児成長のみでなく成人後の生活習慣病発症リスクの増加にも影響する。低栄養からの胎児・胎盤保護機構を明らかにするため、妊娠期低栄養モデルラットを作成し、低栄養曝露に対する胎盤における遺伝子発現制御を解析した。妊娠8日目から摂取カロリーを50%に制限した妊娠期低栄養モデルラット(低栄養群)を作成し、自由に餌を摂取させた対照群と共に、妊娠19日目に胎盤および母体・胎児血漿を採取した。その結果、低栄養群において胎盤重量、胎児重量の有意な低下が示され、低栄養状態にあることが裏付けられた。低栄養群胎盤においては、エネルギー貯蔵物質として機能するcreatineの前駆体であるL-arginineを輸送するcationic amino acidtransporter 2b(Cat2b/Slc7a2)および、creatine合成酵素であるL-arginine,glycine amidinotransferase遺伝子発現量が有意に増加していることが明らかとなった。母体血漿中クレアチン濃度はカロリー制限群で有意に高かった一方,胎児血漿中、胎盤内クレアチン濃度には二群間で有意差は示されなかった.さらに、カロリー制限群胎盤では対照群と比較して,レプチン発現量は減少し,レプチン受容体発現量は増加し、胎児胎盤成長を制御するインスリン様成長因子2の発現量は減少していた.以上の結果から、低栄養環境に曝された胎盤は、creatineの合成促進に向けた遺伝子発現制御など、エネルギー代謝制御を受けていることが明らかとなった。本制御は低栄養状態に対する胎盤における代償性変化の一つとして、低栄養によって崩れたエネルギー代謝バランスを改善させるために生じた変化である可能性があり,重要な知見である。
液性免疫記憶の生成・維持・活性化機序

免疫システムは、一度経験した病原体に対して記憶(メモリー)が成立し、同じ病原体の再感染に対し、迅速に対応できるようになっている。この「免疫記憶」機能を担うのは、メモリーB/T細胞であるが、本研究では、この迅速反応性を支えるメカニズムを探索した。先ず、メモリーB細胞が空間的に再度の病原体侵入にアクセスしやすい場に存在すること、又、このメモリーB細胞は転写因子Bach2の発現低下により分化能が増強していること、更に、メモリーB細胞は迅速にメモリーT細胞を活性化し、このメモリーB/T相互作用が寄与していること、これら3つのメカニズムが協調的に働いていることを明らかにした。メモリーB細胞の存在部位・活性化サイトの同定一次免疫が終焉した後、メモリーB細胞が何処に存在するかという場所の問題は、再度抗原に出遭った時に、「メモリーB細胞が、他のどのような細胞と相互作用し、どのようなメカニズムを用いて活性化されるか」を考える上で重要な課題である。メモリーB細胞の分子マーカーが判然としなかったこともあり、従来の研究成果は、実験系によってばらばらである。申請者らは、メモリーB細胞に特異的に発現するIgG1^+CD38^+というマーカーを指標に、メモリーB細胞が定常状態でどこに存在するかを、NP-CGG抗原のシステムで検討した。結果、IgG1^+CD38^+は、縮小した胚中心の周囲に存在することが明らかになった。「メモリーB細胞が何処で活性化されるのか」という問題には、最近樹立された細胞周期でS/G2/M期に存在する細胞はFucciマーカーでgreenに発光するというシステムを用いる(Sakaue-Sawano et. al ; Cell ; 2008)。二次免疫直後に細胞増殖するB細胞はメモリーB細胞と考えられるので、Fucci positiveの細胞はメモリーB細胞で、なおかつ、二次免疫直後に増殖・反応している場と考えられる。Fucciがリンパ球特異的に発現しているマウスを有しているので、このマウスを用いて、メモリーB細胞が抗原の再度侵入により、何処で活性化されているかを検定。結果胚中心の周囲に存在しているIgG1^+CD38^+メモリー細胞が選択的に活性化されることが明らかになった。また、このIgG1^+CD38^+メモリー細胞の活性化には、T細胞が要求されることをT細胞のみを枯渇する実験で明らかにすることができた。一次免疫が終焉した後、どのようなタイプのメモリーB細胞が生成されてくるのか、又、メモリーB細胞が亜集団に分類されるのか、更に、されるとしたら、それぞれの亜集団は、どのような機能的相違があるのかは、液性免疫記憶機構を考える上で必須の課題である。申請者らは、NP-CGGをマウスにinjectionし、ハプテンであるNP抗原に対するメモリーB細胞を解析した。クラススイッチしたメモリーB細胞に関してはIgGl^+CD38^+というマーカーを指標に用いた。また、IgM^+細胞に関しては、外来性抗原に暴露されたB細胞はAIDが一過性に発現することを利用して、AID fate mappingマウスを用いて(AIDが発現すると始めてGFPを発光するマウス株)、IgM^+AID^+というマーカーを指標に用いた。本年度、大きく3つの実験結果を得た。1)IgG1メモリー細胞は主として、胚中心(GC)周辺にクラスター状に存在するのに対し、IgMメモリーB細胞は濾胞全般にscatteringしている。この胚中心周辺に存在しているIgG1メモリーB細胞が、再度の抗原侵入(2次免疫)に際して迅速に反応し、増殖するようになった(Aiba et,a1 ; PNAS,2010)。2)生体の中での、IgM,IgG1メモリーB細胞はその寿命が異なる。3)IgGlメモリーB細胞はIgMメモリーB細胞に比べて、再度の抗原刺激により、より迅速にプラズマ細胞へ分化し、特異的抗原を産生するようになる。このようにメモリーB細胞の中に、IgM,IgG1メモリーB細胞という、性質の異なる亜集団が存在し、協調的に液性免疫に関わっていることが示された。現在、更なる解析をおこなっているところである。一次免疫が終焉した後、どのようなタイプのメモリーB細胞が生成されてくるのか、又、メモリーB細胞が亜集団に分類されるのか、されるとしたら、それぞれの亜集団は、どのような機能的相違があるのかは、液性免疫記憶機構を考える上で必須の課題である。先ず、この抗原injection系では、抗原刺激はうけたもののクラススイッチしていないIgMタイプのメモリーB細胞と、クラススイッチしたIgG1タイプのメモリーB細胞が主として作られる。IgG1タイプのメモリーB細胞はIgG

1^+CD38^+というマーカーを指標に,又IgMタイプはCD273^+というマーカーを用いて単離し、機能検定を行なった。本年度、大きく3つの実験結果をえた。1)IgMメモリーB細胞は体突然変異を受けている各群(胚中心過程を経ている)と、受けていない分画の2種類が存在し、2次免疫反応の時には、主として、前者の分画が反応する。2)IgG1メモリーB細胞はナイーブB細胞に比べて、2次反応時に増殖反応が優位に高いと考えられていたが、そうではなく、むしろプラズマ細胞への分化反応が亢進している。3)2)の分子基盤としては、IgG1メモリーB細胞は転写因子Bach2がナイーブB細胞に比べて、その発現が低下しており、結果プラズマ細胞へのマスター転写因子Blimp1の迅速な上昇を引き起こすことができる。このように、1次反応と同様の抗原により、2次免疫反応が生じるとき、どの細胞が主として反応するのか。また、その性質はナイーブB細胞とどのように異なっているのかを明らかにすることができた。本年度は、メモリーB細胞の機能発現に重要と考えられている転写因子Bach2の制御因子である転写因子Foxo1のB細胞活性化における影響を、誘導的欠損を用いて解析した。胚中心(GC)反応は、高親和性BCR発現B細胞を選択する重要な場を提供する。Foxo1を欠損さすと、GC細胞への分化は影響なかったが、一端できたGC B細胞の維持ができず、急速にGC反応が終焉に至ることが判明した。即ちGC反応が継続する時間が十分でなく、それ故、高親和性B細胞の選択が十分に起こらないと考えられる。その原因を調べたところ、Foxo1欠損GC B細胞では有意にIgbeta, CD19の発現低下が生じており、これが引き金になりGC B細胞による抗原提示が十分でなく、Tfh細胞の活性化を十分に引き起こすことができない。その結果、GCの早期の終焉が起こっているのではないかと考えられる。Foxo1欠損はPI3K活性化が亢進した状態を反映していると考えられ、GC反応が一定時間継続するためには、適切なPI3Kの活性化(過剰でない)が要求されると考えられる。この結論は、PI3K亢進状態を引き起こすPTEN欠損GC B細胞でも同様の、GCの早期終焉がみられることよりも支持された。一方、Foxo1欠損しても、メモリーB細胞の維持・活性化に影響は殆ど認められなかった。本年度は、メモリーB細胞を活性化さすT細胞は特殊なサブセットかどうか等、T細胞側の詳細な解析をおこなった。液性免疫の1次反応にはナイーブT細胞から転写因子Bcl6を用いてTfh細胞へと分化した細胞が、活性化B細胞と相互作用をして、このB細胞を更に活性化することが既に知られていた。2次反応(メモリー反応)においては、1)このエフェクターTfh細胞から生成されたメモリーT細胞(メモリーTfh)が、メモリーB細胞の迅速活性化には必須であり、又、このメモリーTfh細胞はCXCR5+で、B細胞領域、T-B境界領域に存在していた。すなわち、メモリーB細胞の近傍に存在していた。
階層型粗粒度並列処理におけるプログラム再構成を伴うデータ局所化の研究

平成13年度は、共有メモリ型マルチプロセッサシステム上での階層型粗粒度タスク並列処理における、一般的なマクロタスクグラフを対象としたデータ局所化(データローカライゼーション)について研究を行った。本研究では、従来、集中共有メモリ経由で行われていた粗粒度タスク間データ転送において、分散キャッシュ(ローカルメモリ)を有効利用し、データ転送オーバヘッドを軽減することを目的としている。具体的には、本年度は、粗粒度タスク並列処理の適用される各階層において、粗粒度タスク並列性が十分に得られ、かつ、粗粒度タスク間で分散キャッシュを介したデータ転送が行えるようにプログラムを再構成するループ整合分割法を開発した。本手法の適用後、各ループは整合して複数の部分ループに分割されており、同一データを使用する異なるループの部分ループ間において、分散キャッシュを介したデータ授受が可能となる。また、一般的なマクロタスクグラフから分散キャッシュ経由のデータ授受を行う領域を決定する方法として、データローカライゼーション対象マクロタスク決定法についても研究を行った。上述のループ整合分割法を適用後、多量のデータ転送を必要とする粗粒度タスク集合を同一プロセッサに割り当てるため、データ転送ゲインを考慮したスケジューリングアルゴリズム、及び、データローカライゼーショングループを考慮したスケジューリングアルゴリズムを用いる。本研究では、提案手法を用いた階層型粗粒度タスク並列処理をマルチプロセッサシステム(Sun Ultra80)上で性能評価し、その有効性を確認している。なお、本研究に関連した研究成果は、国際会議IWACT、情報処理学会論文誌、並列処理シンポジウム、情報処理学会研究会等で発表されている。平成12年度は、階層型粗粒度タスク並列処理におけるデータ依存マクロタスクグラフを対象としたデータ局所化について研究を行った。階層型粗粒度タスク並列処理では、従来、ループやサブルーチン等の粗粒度タスク間データ転送を集中共有メモリ経由で行っていたが、さらなるデータ転送オーバヘッドを軽減するためには、粗粒度タスク間データ転送をローカルメモリあるいは分散キャッシュ経由で行う必要がある。そこで、本年度は、データ依存のみをもつマクロタスクグラフ(プログラム)に対して、粗粒度タスク間並列性が十分得られ、かつ、マクロタスクグラフ上の広範囲にわたってローカルメモリ(分散キャッシュ)経由データ転送が行えるように、粗粒度タスク及び配列データを分割するプログラム再構成手法(ループ整合分割法)を提案した。さらに、分割された粗粒度タスクの内、データ転送量の多い粗粒度タスク集合を同一プロセッサに割り当てるために、データ転送ゲインを考慮したスケジューリングアルゴリズムを提案した。本スケジューリングアルゴリズムにおける割り当て時のプライオリティは、データローカライゼーショングループ、データ転送ゲイン、クリティカルパスである。また、本研究では、提案手法を用いた階層型粗粒度タスク並列処理をマルチプロセッサシステム上で性能評価し、その有効性を確認した。なお、本研究に関連した研究成果は、情報処理学会の計算機アーキテクチャ研究会で2件、全国大会で1件発表されている。
パーティクルフィルタによるセンサの故障検知・隔離・回復

確率的なノイズが混入するシステムの状態推定には,カルマンフィルタ(KF: Kalman filter)やパーティクルフィルタ(PF:particle filter)などの確率フィルタが広く利用される.特にPFは,状態量を多数の状態の仮説(粒子)を用いてフィルタ分布を離散近似するため,非ガウス分布に従うノイズが混入する系の状態を推定することができる.また,PFの粒子分布を監視することで,所与のモデルからの逸脱を定量化できる.さらに,PFを制御系に組み込み,状態推定器(オブザーバ)として利用する手法が提案されている.本研究では,これらの手法を統合し,状態フィードバック制御系のオブザーバとしてPFを利用することで,制御系の状態推定とシステムの異常の定量化を同時に実行する手法を提案した.具体的には,オブザーバとして制御系に組み込まれたPFの粒子分布の監視により,制御系の所与のモデルからの逸脱を定量化することで,システムの異常を検知する手法を提案した.また,粒子分布の監視のための距離尺度や時系列情報の集積手法を複数提案した.さらに,提案手法の有効性をシミュレーションによって比較検討した.その結果,提案手法では,PFによって非線形確率系の状態推定と異常の進行の時系列監視だけでなく,未知の故障の検知や定量化,異常の種類の特定などが可能であることが示された.また,異常の種類によって,その検出に有効な距離尺度が異なることが見出された.さらに,PFのアルゴリズムに含まれるリサンプリング処理が,異常を検出するための情報を消去してしまうことも見出された.平成28年度は【サブテーマ1:事後確率分布評価のために二種類の手法の適用を検証】について研究を以下の項目について順次遂行した。パーティクルフィルタの事後確率分布の概形を任意の精度で抽出する手法であるPF-mCRLの適用によって、故障検知手法の確立を試みた。すなわち、この手法を適用することにより、例えば「確率分布がガウス分布に近しいほど各センサの計測状況が良く、多峰分布であれば計測状況が悪い」というような、「事後確率分布の概形」と「センサの計測の確からしさ」の関連性を定量化し評価した。しかし、本試行により以下の点が問題として明確になった:センサの故障に伴う観測ノイズの瞬間的な変化を捕らえることはできることは確証が得られた。しかし、パーティクルフィルタのリサンプリング処理が確率分布の概形を整形することで、予備知識と異なる統計量に従った粒子の分布(本研究で知りたい情報)を消去する。したがって、故障が徐々に進行するようなケースには、本手法の単純な適用は脆弱である。(1ー2)尤度検定手法の適用故障検出のために、パーティクルフィルタの粒子分布を基にした尤度検定の導入を試みた。全てのセンサは正常で、外れ値は偶然の誤差だとする帰無仮説と、故障したセンサが存在するという対立仮説の尤度比較を行い、それらの尤度比(逸脱度)を算出することで、どちらの仮説が優位かを判定する手法である。しかし、この手法の適用でも(1ー2)と同様の検討結果を得た。すなわち、ノイズの統計的性質が変化した瞬間の発見は可能であるが、故障が徐々に進行するようなケースには脆弱である。現在までの基礎実験の考察において、故障検出におけるリサンプリングの有害性が見出された。すなわち、リサンプリング処理により、故障に関する粒子の情報が消去されることが問題となった。リサンプリング処理の頻度を低減させて同様の実験を行い検証したが、故障によってシステムノイズが大きく変化するような種類の故障の検出のみ可能であった。また、それらの場合でも、故障が発現した数ステップのみを発見できる状況であった。一方で、リサンプリング処理はパーティクルフィルタの計算量とメモリ量を抑えるための工夫であるため、これを除く処理を行うことは難しい。このような理由から、当初の研究のアイデアを見直す必要性が生じた。パーティクルフィルタ(PF: particle filter)は,各時刻で推定される状態量の確率分布を重みつき粒子の集合として近似表現することができる.PFはノンパラメトリックなベイズフィルタの実装方法の一つであり,事後信念から状態をランダムにサンプリングして事後信念を表現することで,ガウス分布よりも複雑な分布を表現可能である.本研究では,PFを状態フィードバック制御系の状態観測に利用すると同時に,その粒子分布を監視することで,制御系の想定からの逸脱(故障)の定量化を行う手法を構築した.当該年度は,三種類の確率分布の監視手法を構築し,それらの性能を検証した.まず,有効サンプルサイズ(通称ESS)の値の変化を監視することで,観測モデルの統計的な変化を検出する手法を構築した.事前に設計されたシステムモデルと観測モデルに対して,実プラントの統計的なふるまいが忠実であれば,粒子の重みの偏りは急激には増加せず,リサンプリングステップ後からESSの値が徐々に減少していく.一方で,システムに障害が発生し,急激にプラントの統計的な挙動が変化した場合には,粒子分布による観測の近似精度が急激に低下し,急激なESSの減少が生ずる.そこで,ESSの急激な減少を観測することでシステムの故障を判定する手法を確立した.つぎに,事前に用意された観測モデルと状態推定結果(重みつき粒子分布)の類似度をχ二乗検定により判定する手法を構築した.本手法によっても,故障判定を行うことができることを確認した.しかし,これらの二種類の手法では,モデルと推定の乖離をスカラの値で表現するのみであり,故障の種類を判定することはできなかった.そこで最後に,PFの粒子分布を時系列方向に重畳してヒストグラム化する手法を構築した.

この手法により,事前に想定されたモデルからの故障状態における逸脱と逸脱の種類を定量化できることを示した.平成29年度までに,パーティクルフィルタを利用して制御系の状態量推定と故障検出を同時に行う複数の手法を提案できたことから,当初計画通りに進捗しているといえる.確率的なノイズが混入するシステムの状態推定には,カルマンフィルタ(KF: Kalman filter)やパーティクルフィルタ(PF:particle filter)などの確率フィルタが広く利用される.特にPFは,状態量を多数の状態の仮説(粒子)を用いてフィルタ分布を離散近似するため,非ガウス分布に従うノイズが混入する系の状態を推定することができる.また,PFの粒子分布を監視することで,所与のモデルからの逸脱を定量化できる.さらに,PFを制御系に組み込み,状態推定器(オブザーバ)として利用する手法が提案されている.本研究では,これらの手法を統合し,状態フィードバック制御系のオブザーバとしてPFを利用することで,制御系の状態推定とシステムの異常の定量化を同時に実行する手法を提案した.具体的には,オブザーバとして制御系に組み込まれたPFの粒子分布の監視により,制御系の所与のモデルからの逸脱を定量化することで,システムの異常を検知する手法を提案した.また,粒子分布の監視のための距離尺度や時系列情報の集積手法を複数提案した.さらに,提案手法の有効性をシミュレーションによって比較検討した.その結果,提案手法では,PFによって非線形確率系の状態推定と異常の進行の時系列監視だけでなく,未知の故障の検知や定量化,異常の種類の特定などが可能であることが示された.また,異常の種類によって,その検出に有効な距離尺度が異なることが見出された.さらに,PFのアルゴリズムに含まれるリサンプリング処理が,異常を検出するための情報を消去してしまうことも見出された.現在までの基礎実験の考察において新たに注目したのが、故障検出におけるリサンプリングの有害性である。現在、この問題を克服するための複数のアイデアを有している。まず、有効サンプルサイズ(ESS: effective sample size)の値の利用による故障検出について取り組んでいる。ESSの値は、粒子が総じて有効に利用されている場合には、粒子数と同じ値まで増加するが、粒子の重みに偏りが発生すると減少する。この値は、システムが正常に動作している場合にはリサンプリングを抑制するように機能するが、故障が発生したシステムでは、リサンプリングの頻度を上げるように作用することが、先の検証より見出されたた。すなわち、システムに故障が発生することでシステムモデルと観測モデルに差が発生するため、粒子分布に大きな偏りが生ずる。すると、ESSの値は急速に低減するため、結果としてリサンプリングが頻発する。すると、粒子分布に現れたと考えられる故障を示す統計的な性質がすぐに消去されることになる。このESSによるリサンプリング機能を抑え、ESSの値を監視することで、故障の検出に有用な情報を粒子分布から引き出すことができないか、というアイデアについて、現在検討を始めている。
魚類寄生粘液胞子虫類の宿主認識と侵入のメカニズム

サケ科魚類の神経系に寄生する粘液胞子虫Myxobolus arcticusと、コイの結合組織に寄生するThelohanellus hovorkaiについて、宿主特異性の発現メカニズムをin vivoとin vitroにおける実験系により調べた。in vivo感染実験は、各粘液胞子虫の放線胞子を蛍光色素CFSEで標識してから感染させ、攻撃試験直後に固定して侵入した胞子原形質を蛍光顕微鏡で検出・計数した。その結果、M.arcticusの場合は感受性魚種のサクラマスにも非感受性のベニザケにも同程度侵入したが、最終的にはベニザケでは胞子形成に到らなかった。一方、T.hovorkaiの場合は、感受性のコイには侵入したが、非感受性のキンギョには侵入がほとんどみられなかった。In vitroにおける実験では、各種魚類の体表粘液を採取し、粘液中の含有タンパク量を数段階に設定して放線胞子と接触させた後、胞子原形質離脱率を測定した。その結果、T.hovorkaiはコイとキンギョのどちらの粘液に対しても反応したが、反応が起こるタンパク量の閾値に大きな差があった。すなわち、コイの粘液ではタンパク量16μg/mlでも反応したが、キンギョの場合は600μg/mlでないと反応しなかった。さらに、放線胞子が粘液中のどのような糖鎖を認識するのかを調べるため、粘液に各種レクチンを添加してから胞子と反応させる方法を標準化した。以上より、T,hovorkaiは、放線胞子の侵入時点において魚の体表粘液中のある種の特異的糖鎖構造を認識してコイに選択的に侵入することがわかった。一方、M.arcticusの場合は、侵入時点では魚種に非特異的であったことから、感染後の発育過程で適合魚種とそうでない魚種との間に違いが出てくると推察された。寄生組織および宿主特異性が異なる3種類の粘液胞子虫の放線胞子を蛍光色素(CFSE)で標識してから数種類の供試魚に浸漬感染させた後、パラホルムアルデヒド固定して体表、鰭、鰓などにおける胞子原形質の侵入を蛍光顕微鏡で調べた。その結果、放線胞子の形態的違いによって魚への侵入部位が異なることがわかった。すなわち、Mvxobolus cultusのラーベイア放線胞子は体表および鰭から、Thelohanellus hovorkaiのオ-ランチアクチノミクソン放線胞子は鰓から、M.arcticusのトリアクチノミクソン放線胞子はいずれの部位からも侵入した。さらに、T.hovorkaiのニシキゴイへの侵入過程を経時的、定量的に追跡した結果、浸漬30分後に鰓への侵入数がピークに達し(27cells/gill)、以降、見かけ上減少して60分後には検出できなくなった。これは、30分以後、胞子原形質が分裂増殖して蛍光が褪色する、あるいは寄生体が血流などに乗って他に移動した可能性を示唆する。また、30分以後新たな侵入がないこと、浸漬する胞子数に比例して侵入する胞子数が増加するわけではないことなど、放線胞子の魚への侵入に関する動態の一部が明らかになった。また、in vitroの実験においてT.hovorkai放線胞子を蛍光カルシウム指示薬Fura2-AMで染色して蛍光分光光度計で測定する方法により、コイ体表粘液との接触で誘導される放線胞子の原形質放出に伴い、細胞内カルシウム量が増加することが示された。これより、粘液胞子虫の感染メカニズムの解明に細胞生理学的アプローチが可能になった。