hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
最終糖化産物とインフラマソームの関連から探る糖尿病関連歯周炎の病態

平成27・28年度では歯周組織細胞にAGEs単独あるいはP-LPSやカルプロテクチンを複合添加し、インフラマソームの構成因子やIL-1b・IL-18の発現を調べ、糖尿病関連歯周炎とインフラマソームの関連を検証することを目標にしていた。これまでに歯肉線維芽細胞においてAGEsおよびP-LPSが酸化ストレス反応を引き起こし、IL-6やICAM-1を増加させることを見出した。また、歯肉上皮細胞、口腔粘膜上皮細胞、単球ではインフラマソーム関連因子の発現するが、歯肉線維芽細胞ではその発現は認められなかった。最終糖化産物によるインフラマソーム発現への影響はほとんど変化がなかった、高グルコース化の環境においても同様の結果であった。平成27年度は育児休暇のため実験開始が10月からとなった。昨年度はインフラマソーム遺伝子を発現する細胞の探索に時間を要した。単球および口腔粘膜上皮細胞に発現が認められたが、最終糖化産物の反応性が弱かった。そこで平成28年度はプライマーの再構築とタンパク解析による条件などの見直しを行い、昨年度発現しなかった数種の細胞についても再度解析を行っている。また最終糖化産物に対する反応性も弱く、最終糖化産物の再作成を行ったことから当初の実験計画より遅れている。インフラマソームはプロテアーゼの一種であるカスパーゼ-1活性化をひき起こすタンパク質複合体の総称で、細菌などの病原体などの刺激により活性化され、IL-b,IL-18分泌などを誘導する。インフラマソームにより誘導されたこれらの炎症誘導性サイトカインは、他の免疫細胞の活性化やTNF-a, IL-6などの炎症性サイトカインの誘導を促進する。本研究は最終糖化産物(AGEs)とインフラマソームとの関連からみた糖尿病関連歯周炎の病態解明とインフラマソームを介した炎症増悪化の抑制方法の探索を行うことを目的とした基礎研究である。すなわち歯周組織の細胞において、糖尿病合併症の原因の1つとして知られるAGEsの単独あるいはP-LPSのような歯周病原因子やカルプロテクチンのような炎症起因物質との複合添加により、インフラマソームを誘導し、酸化ストレスやNF-kBの活性化などを介して炎症性の増悪化に影響を与える可能性について検証を行う。平成27・28年度では歯周組織細胞にAGEs単独あるいはP-LPSやカルプロテクチンを複合添加し、インフラマソームの構成因子やIL-1b・IL-18の発現を調べた。歯肉上皮細胞、口腔粘膜上皮細胞、単球ではインフラマソーム関連因子が発現するが、歯肉線維芽細胞ではその発現はほとんど認められなかった。しかし、歯肉線維芽細胞においてはAGEsおよびP-LPSが酸化ストレス反応を引き起こし、IL-6やICAM-1を増加させることを見出した。平成29年度では歯肉線維芽細胞におけるAGEsがp38, ERK,NF-kBを介してIL-6,ICAM-1の発現を調整することやAGE誘導性IL-6がICAM-1の発現を増加させることにより、炎症担当細胞である単球の歯肉線維芽細胞への接着を促進することを見出した。大きなテーマであるインフラマソームについては、歯肉線維芽細胞では発現がほとんどなく、AGE、P-LPS、カルプロテクチン、ATPなど様々な刺激でも反応が認められなかった。
子どもの意見表明権の発達思想的基礎付けとその法哲学的および法解釈学的意味

本研究は、国連子どもの権利条約第12条に規定されている子どもの意見表明権の法哲学的、教育思想的意義を明らかにし、それに基づいてその法的意味を明らかにするために、4年間行われた。成果は以下の通りである。第1に、子どもの権利の本質をめぐる二極論-権利利益説に基づき、権威的な大人に対する服従を子どもの利益として同定し、子どもの権利の本質を権威への服従に求める立場、および、権利意思説に基づき、子どもが想定されていた以上に早く大人と同等の合理性を獲得するに至るとし、子どもの権利の本質を、権威への服従からの解放に求める立場-が、発達思想的には、子どもの発達を非合理的な非社会的精神状態から、合理的かつ社会的なそれへの入れ替わりとみなしていることにおいては変わらず、意見表明権を包摂し得ないものであること。第2に、意見表明権を子どもの権利の中に位置づけるためには、子どもが主体性を持って生まれ、かつ、子どもの主体性に応答する大人との関係においてこそ保障されるというVygotskyの発達思想を基礎にする必要があること。Vygotsky心理学に基づけば、意見表明権は、子どもが生まれながらにして有している主体性と、それを可能にする応答的な関係を保障することにその主眼があると解されることになる。第3に、この応答的な人間関係を形式性を本質とする法によって直接実現することは不可能なので、そのような応答的関係を「可能化する」ことにその役割が求められる。(1)応答的な関係を可能にする条件整備(具体的には、このような応答的な関係を教師と子どもとの間で可能にするクラスサイズ)(2)子どもに直に接している大人が子どもの要求に応答しながらその養育を実行していくことを不可能にするような干渉が国に禁止されること、および、(3)それとの問で応答的な人間関係を有すべき大人を有していない子どもにそのような大人を提供することである。本研究は、子どもが大人との間で持つ一定の質の関係性を権利として保障するものとして国連子どもの権利条約第12条に規定される子どもの意見表明権を論証することを目的としている。本年度は、基礎部分と応用部分に関して以下のような成果を得た。基礎部分については、第1に、Vygotsky心理学に基づく発達心理学的基礎付けの可能性を検討し、その結果、それが可能であることを確認した。論文はまだ公表していないが、執筆を終了している。現在、投稿先を検討中である。第2に、人格の全面的および統合的な発達を権利としてみなす「成長発達権」理論を、子どもと大人との関係性を子どもの権利の本質としてみなす「関係論的子どもの権利」論が発展させるものであり、それが、国家への忠誠の調達の手段として公教育をみなす近年の日本政府内部の議論(典型的には、教育基本法改正にかかわる中教審答申)に対する強力なカウンターとなりうることを確認しつつある。応用部分については、子どもの性および学童保育の領域において、「関係論的子どもの権利」論の具体的な場面での実効性を検証する作業を行い、二つの論文を公表した。その結果、子どもの性に関連しては、既存の自己決定アプローチおよび利益アプローチの双方に欠落している次のような問題に関係論的権利論が実効的に対応することができることがわかった。第1に、人格への性の統合を可能にする大人との応答的な関係性の実現を権利として主張できること。第2に、そのような統合に関わって特別な困難に直面している子ども(性的搾取を受けた子ども、妊娠している子ども等)「優れた助言者」を得る権利を主張できること。

また、学童保育に関連しては、優れた指導員との関係性を権利として主張することが可能となり、近年のモードである子どもの自律を強調した全児童対策が、権利を後退させるものであることを明示的に論拠付けることが明らかとなった。本年は、Vygotsky心理学に基づく子どもの意見表明権の心理学的正当化とその法的含意に関する論部を公表し、途中経過を報告することができた。この論文では、これまでの子どもの権利論が、服従かさもなくば服従かという二極論を構成したことの基礎に、FreudとPiagetが存在しながら、発達論的に両者は一致しており、2つの権利論の政治思想的な対立にもかかわらず、発達思想的には、成人年齢をどの段階で設定するのかの争いにとどまること、いずれも発達を非合理的な思考から合理的な思考への入れ替えと描くために意見表明権を正当化できないこと、そして、両者に対する批判を展開するVygotskyによってこそ正当化しやすいことを明らかにした。子どもの意見表明権を関係論的に捉えた場合の法的意義と、日本の子どものおかれている実態がこの観点からどのように評価されるのかについて、英文のレポートを作成し、国連子どもの権利委員会に提出すると同時に、委員との間で討論を行なうことができた。伝統的な国際人権理解(権利は国家と個人との間を流れるもの)からすれば、異常とも取られがちな関係論的把握に対して(権利は子どもとそれに直に接する大人との間に流れるもの)、予想通りの反発があったのと同時に、相当に積極的な受け止めもなされ、反応が真二つに分かれた。関係論的把握については今後も議論を継続するために、日本において国際共同研究会を開催することについて合意を得た。今年度は、(1)子どもの意見表明権の国連による理解の水準の分析、および、(2)子どもの意見表明権がカバーする子どもの学校参加に関わって、日本における学校参加に関わる法改正(学校運営協議会の任意設置等)の基礎にある新自由主義と、さらにその基礎にある権利観の特徴の分析を行なってきた。後者は、当初想定していなかったが、昨今の教育改革が広範な領域をカバーし、かつ、その基礎に重要な政治原理および教育原理を有しているために、学校における子どもの意見表明権実現への貢献度、そして、教育改革が基礎としている諸哲学と意見表明権が基礎にしている諸哲学との比較という、テーマが浮上することとなった。(1)に関しては、国連子どもの権利委員会が、日本政府第2回報告審査受けて採択した「最終所見」(CRC/C/15/Add.231(30 January 2004))に至るまで委員会の活動の包括的分析を行なった。委員会は、公私二分論に基づき、子どもとそれに直接接する大人との関係に対して法律不介入の原則を採用していたが、法律不介入原則が、大人と子どもとの間の"権力"的関係を放置するので、それを変更するものとして意見表明権があり、親子関係などにも意見表明権が及ぶことを是認する方向で動いている、ことが明らかになった。その成果の一端を論文として公表した。(2)に関しては、新自由主義の法制的意味を分析した論文を公表した後、その法哲学的および政治哲学的意味の分析を行なってきた。
フェロモン記憶に関わる可塑性シナプスの形態学的解析

フェロモン記憶に関わる可塑性シナプスの形態学的解析1.可塑性シナプスにおける機能分子の動態に関する形態学的解析フェロモン記憶の形成・維持に副嗅球内の相反シナプスにおこる可塑的変化が重要な役割を演ずることが明らかになってきた。そこで、シナプス後膜肥厚とよばれる受容体・チャネルなど機能分子が密に存在する部位に注目して、シナプス機能分子(グルタミン酸受容体・GABA受容体・PSD95)の動態を、免疫細胞化学と電子顕微鏡を組み合わせた方法で解析した。このために、機能分子を金粒子で標識し可視化した。現在定量的解析を試みている。2.培養鋤鼻ニューロンから副嗅球ニューロンへの情報伝達様式の形態学的および薬理学的解析ニューロン間の情報伝達様式を調べるため、鋤鼻ニューロンと副嗅球ニューロンの共培養系を確立した。共培養により、鋤鼻ニューロンの成熟が促進することが明らかになった。これは、副嗅球ニューロンから鋤鼻ニューロンへ逆行性(フェロモン情報の流れとは逆方向)の情報伝達が行われていることを示す。一方、共培養により副嗅球ニューロンのシナプスにも変化をおこす。樹状突起状上の棘突起のサイズは大きくなるがその数は減少すること、また棘突起のシナプス形成率は増加することが明らかになった。これは、共培養により副嗅球ニューロンのシナプスの形成・維持が促進していることを示している。共培養により、鋤鼻ニューロンおよび副嗅球ニューロンの両者に成熟を促進する効果が認められ、これには両者間のシナプス形成が必須であることが明らかになった。今後は、これらの変化を引き起こす物質を明らかにすることを目指す。1.可塑性シナプスにおける機能分子の動態に関する形態学的解析我々のこれまでの研究により、フェロモン記憶形成・維持の際に副嗅球内の相反シナプスが可塑的変化を示す事が明らかになった。此の形態変化の分子的基盤をあきらかにするため、免疫細胞化学法と電子顕微鏡解析を組み合わせた方法(免疫電顕法)を開発することを試みた。シナプス機能分子(グルタミン酸受容体、GABA受容体、PSD95)のいくつかを免疫細胞化学的に金粒子で標識し可視化した。しかしながら、定量的な解析が可能な分子はまだ少なくさらなる技術開発が必要である2.培養鋤鼻ニューロンから副嗅球ニューロンの情報伝達様式の形態学的および薬理学的解析機能分子の動態を解析するためには、生きたままの観察が必要である。そこで上記受容体分子をGFP等で標識し、共焦点顕微鏡で生きたまま観察することを可能にした。GFP-アクチンでニューロンを標識し、ニューロンの樹状突起の形態変化を共焦点レーザー顕微鏡でリアルタイムイメージングにより観察した。GABA受容体のアンタゴニストを投与することにより、ニューロンを脱抑制すると、樹状突起上のスパイン様構造に形態変化が認められた。さらに、この突起状にシナプスが形成されることを明らかにしたIn vivoで起こる変化と比較するためには、感覚受容ニューロンである鋤鼻ニューロンと副嗅球ニューロンを共培養して、鋤鼻ニューロンを刺激することにより副嗅球でおこるシナプスの変化を解析する必要がある。そこで、まず共培養の確立を試みた。まず、鋤鼻ニューロンと副嗅球ニューロンがシナプスを形成しているかを確かめるため、鋤鼻ニューロンをWGAで標識することにより解析した。この結果、シナプスの存在が明らかになった。

そこで、シナプス後膜肥厚とよばれる受容体・チャネルなど機能分子が密に存在する部位に注目して、シナプス機能分子(グルタミン酸受容体・GABA受容体・PSD95)の動態を、免疫細胞化学と電子顕微鏡を組み合わせた方法で解析した。このために、機能分子を金粒子で標識し可視化した。現在定量的解析を試みている。2.培養鋤鼻ニューロンから副嗅球ニューロンへの情報伝達様式の形態学的および薬理学的解析ニューロン間の情報伝達様式を調べるため、鋤鼻ニューロンと副嗅球ニューロンの共培養系を確立した。共培養により、鋤鼻ニューロンの成熟が促進することが明らかになった。これは、副嗅球ニューロンから鋤鼻ニューロンへ逆行性(フェロモン情報の流れとは逆方向)の情報伝達が行われていることを示す。一方、共培養により副嗅球ニューロンのシナプスにも変化をおこす。樹状突起状上の棘突起のサイズは大きくなるがその数は減少すること、また棘突起のシナプス形成率は増加することが明らかになった。これは、共培養により副嗅球ニューロンのシナプスの形成・維持が促進していることを示している。共培養により、鋤鼻ニューロンおよび副嗅球ニューロンの両者に成熟を促進する効果が認められ、これには両者間のシナプス形成が必須であることが明らかになった。今後は、これらの変化を引き起こす物質を明らかにすることを目指す。
低温域における水素吸蔵合金のキャラクタリゼーションと合金設計

本研究では、特にニッケル-金属水素化物電池の充放電特性が低温域で低下する原因を解明するとともに、電池の特性改善を図るための合金設計について検討した。得られた知見を総括すると以下のようになる。1)低温ではニッケル-金属水素化物電池の充電効率および高率放電能が著しく低下することならびに合金中では吸蔵水素が安定化するために電池の放電過程における水素拡散速度が低下することを明らかにした。2)低温では合金表面における電荷移動反応の交換電流密度が減少し電荷移動抵抗が増大することを明らかにした。さらに、電解質溶液のイオン伝導の活性化エネルギーは、負極合金内部における水素拡散や合金表面における電解移動反応のそれに比べて小さいことを見い出した。3)低温においては、充電過程では電荷移動反応が、また放電過程では電荷移動反応と水素拡散の両方が電池特性の低下を支配していることを明らかにした。4)以上の知見をもとに、合金中にモリブデンを添加して組成制御を行うと電極表面の触媒活性が増大し、低温における充電効率ならびに高率放電能が向上することを見い出した。さらに合金粒子の表面改質を行うことにより低温域におけるニッケル-金属水素化物電池の充放電特性の向上が図れることを明らかにした。本研究では、水素吸蔵合金の電気化学的特性が低温で低下する原因を解明し、その特性改善をはかるための合金設計について検討した。1)AB_5型水素吸蔵合金について20°C-40°Cの温度範囲でジーベルツ法により圧力-組成-等温線を測定した結果、温度が低下すると合金の水素吸蔵量は増大するが平衡水素圧が低下することが認められた。このことから低温において吸蔵水素は合金内で安定化しニッケル-金属水素化物電池の放電が起こりにくくなることが明らかになった。2)ニッケル-水素化物電池の負極における放電反応過程を、溶液内のイオン伝導、合金表面での電荷移動および合金中での水素の拡散の素過程に分け、低温域での電解液の電気伝導率、電極反応の交換電流密度および合金中での水素の拡散係数をそれぞれ求め、上記の反応過程を解析した。その結果、低温で水素吸蔵合金表面での電荷移動抵抗が増大することおよび合金内での水素拡散速度が低下することが高率放電能を低下させる原因であることがわかった。3)以上の知見をもとに、合金中に異種金属を添加し触媒活性を増大させることにより、低温におけるニッケル-金属水素化物電池の高率放電能の向上を図った。以上の成果の一部は第67回電気化学会(平成12年4月)で発表予定である。今後種々の添加元素の影響を群しく検討し低温域における合金設計の指針を得る。
代数的数体の類数問題

本研究では、代数的数体の類数問題を中心に、各分担者が関連する分野の諸問題について他大学との交流を深め、各地の研究集会に出かけて研究を行い、いくつかの成果をあげるとともに、今後の展望を開いた。代数的数体の類数はいろいろな角度から研究されている。アーベル数体の類数については、解析的に与えられた公式を代数的に解釈する試みが数多くなされている。とくに円分体の相対類数は有理整数を成分にもつ行列式を用いて表される。その中で最も興味深いのは、Mailletの行列式である。pを奇素数、nを自然数とするとき、1のp^n乗根の体にt個の有理整数の平方根を添加して得られる2^t次の拡大体を考察し、Stickelbergerイデアルの生成元を求めるとともに、相対類数が2^t個の(1/2)(p-1)p^<n-1>次の行列式の積を用いて表示されることを示した。この行列式の中に、Mailletの行列式と類似の行列式が現れ、さらに素数の非正則性との関連を示した。これらの結果は既に個別に発表してあるが、今回、新たな知見を加えて学位論文として纏めて九州大学に提出して受理された。
CRPSにおけるアクアポリン1の役割について

水チャネルであるAQP1は浮腫形成と痛みの両方に関与している。浮腫や痛みは慢性疼痛症候群の一つであるCRPSの特徴である。本研究は、AQP1がCRPSのメカニズムに関与しているかどうかを調べるために行われた。野生型マウスに虚血後慢性疼痛(CPIP)モデルを与え、浮腫および痛覚過敏の発生におけるAQP1の役割を調べた。そのために、AQP1機能の阻害剤であるアセタゾラミド(AZA)を用いた薬理学的アプローチを用いた。AZA群のマウスでは、CPIP作成日の前日から、28日間の観察期間に渡って毎日AZAの投与を行った。しかし、AZAの投与は浮腫の程度やその減り具合に影響を及ぼさなかった。また、28日の観察期間中に行われた機械的および熱刺激による感覚アッセイにおいてもAQP1阻害剤投与による痛みの改善効果も見られなかった。この結果から、AQPは虚血再灌流傷害後の浮腫形成および痛覚過敏症の発症に関与している可能性は低いことが示唆された。また、CRPSの薬理学的管理のためにAQP1以外のターゲットを探るべきことも示唆された。ラットのCRPSの動物モデルとして提案された虚血後慢性疼痛(CPIP)モデルを用いた。このモデルではゴム製のOリングを動物の後肢足に装着し、その足を虚血状態にする。再灌流後には虚血側の後肢足に浮腫および痛覚過敏が発生する。オリジナルのプロトコルに従ってCPIPモデルを作成したが、痛覚過敏ではなく感覚消失を認めた。その感覚消失はOリング装着中に足首の神経の傷害によって引き起こされたと考えられる。したがって、既存のモデルを変更する必要があったので、マウス大腿に空気圧カフの装着による血流遮断を試みた。そうすることによって神経損傷を軽減することができ、再灌流後に感覚のテストも問題なく行えた。その後、野生型マウスに改変されたCPIPモデルを与え、浮腫および痛覚過敏の発生におけるAQP1の役割を調べた。その目的を達するために改変されたCPIPモデルは一つの大事な実験ツールになるだろう。人の痛み疾患である複合性局所疼痛症候群(CRPS)には浮腫及び疼痛を起こす機序がある。水チャネルであるアクアポリン1(AQP1)がCRPSに関与しているという仮説を確かめるためにAQP1欠損マウスにCRPS動物モデルを試みた。このモデルでは動物の後ろ足首に硬いゴムのO-リングを付けることによって一時的に足の血流を止める(虚血後慢性疼痛(CPIP)モデル)。ラットまたはCD1系マウスでは3時間の足の血流閉鎖によって血流再開後にCRPSと同様な症状即ち浮腫及び痛みが起こる。AQP1欠損マウスにCPIPモデルを与える前に、比較対象となるC57BL/6マウスにCPIPモデルを作成し、血流再開後の経過観察の必要があった。足の血流を閉鎖させるために内径の異なるO-リングを試した。1.42mmのリングは一番強い浮腫を起こした。浮腫は血流再開後3日までに改善したが、過去の実験動物の報告と対象的に、C57BL/6マウスでは虚血後には痛みが生じなかった。むしろリングを付けることによって足の感覚

喪失が現れ、それは虚血1週間後に徐々に回復し始めた。その感覚障害は圧挫損傷の神経支配領域で見られる感覚喪失・回復と似たような症状だった。さらに、ラットと違って、C57BL/6マウスには感覚が戻った後に痛みが認められなかった。この問題を解決するためにより大きいリングを試してみた。しかし、より大きいリングの装着によって虚血後の浮腫の程度が減少し、感覚喪失も和らいだが完全に避けることができなかった。痛みも発生しなかった。2.06mmより大きいリングによって完全血流閉鎖ができず、浮腫も見られなかった。CPIPモデルにより疼痛が生じなかった結果からそのモデルはC57BL/6マウスに適応していない事が分かった。血管性および神経性両方のCRPS成分におけるAQP1の役割を調べるために他のモデルを検討する必要がある。動物の種類や系によって病気モデルの結果が異なることがある。AQP1の役割解明の目的を達成するために、本研究では使用しなければならないC57BL/6マウスには虚血・再還流によって痛みが起きない事が分かった。O-リング脱着による著しい浮腫が起きる一方、リングを取り外した後に後ろ足に感覚喪失または障害が現れる。またC57BL/6系マウスには感覚の回復後には痛覚過敏が現れないので、C57BL/6マウスにおいてCPIPモデルは典型的なCRPSモデルには当てはまらない可能性が高い。CRPSの血管性および神経性両方の成分におけるAQP1の役割を明らかにするためにC57BL/6マウスに両方の成分を持つモデルを作成する必要がある。坐骨神経切断モデルは慢性痛覚過敏と足の浮腫を引き起こすという報告がある。それでその次に、坐骨神経切断モデルをC57BL/6マウスで試してからAQP1欠損マウスに与える。その後最初の計画通りCRPSのモデルを与えたC57BL/6マウスにおいてAQP1mRNAなどの発現レベルを確認する。これらの行動学的および分子生物学的のデータに基づき、CRPS機序におけるAQP1の役割を明らかにしてみる。本研究を続けるために使用する。大きな実験装置の購入をせず、研究費を消耗品などの購入に使い、研究を終わらせ、科学学会や雑誌での研究結果発表などに使用予定。
体内物質のセンサーとして働く昆虫味覚受容体の生理的役割の解析

昆虫の味覚受容体(Gustatory receptor, Gr)は,口器だけでなく,脂肪体や血球など全身のあらゆる組織において発現している.すなわち味覚受容体は単なるエサの味を認識する受容体としての機能にとどまらず、体内組織において体液中の栄養分などを認識するセンサーとして働くことが期待される.しかし,このような体内環境をモニターする味覚受容体の具体的な生理的機能はほとんど明らかになっていない.本研究課題はの目的は,昆虫の体内組織のいたるところに発現するGrが,体内環境の変動を感じるセンサー分子としてどのような内分泌的制御・行動制御を果たしているのかを明らかにすることである.本年度は,以下について解析を行った.1.培養細胞を用いたカルシウムイメージング法によってカイコ由来のいくつかのGrについてリガンドを同定した.これらの結果について国際会議で発表した.in vitroにおいて複数のリガンドが見出されたGrについては,今後in vivoにおいて真に意味をもつリガンドを絞り込む必要がある.現在,これに関連する解析を行っている.2.体内組織におけるGr発現細胞は,ペプチドホルモンを共発現する場合が多い.そのため,Grのリガンド受容の下流では,ペプチドホルモンを介した生理的調節が働く可能性がある.これをカイコとキイロショウジョウバエを用いて検証しようと試みている.これについては現在,実験系の構築中である.リガンド同定系は立ち上がったものの,ペプチドホルモンに関するアッセイ系の確立に遅れが生じているため.1.カイコのGrノックアウト個体の作出を進めている.今後この個体を用いて栄養センシングに関連する表現型を解析することで,Grの役割を推定する.2.Grとペプチドホルモンの連携の有無を直接的に明らかにするためには,ホルモン分泌の検出系を確立する必要があるが,捗っていない.この系を確立し,最終的にはGrリガンドのインプットから内分泌を介した制御まで,栄養センシングが果たす生理的役割の全体像解明を目指す.昆虫の味覚受容体(Gustatory receptor, Gr)は,口器だけでなく,脂肪体や血球など全身のあらゆる組織において発現している.すなわち味覚受容体は単なるエサの味を認識する受容体としての機能にとどまらず、体内組織において体液中の栄養分などを認識するセンサーとして働くことが期待される.しかし,このような体内環境をモニターする味覚受容体の具体的な生理的機能はほとんど明らかになっていない.本研究課題はの目的は,昆虫の体内組織のいたるところに発現するGrが,体内環境の変動を感じるセンサー分子としてどのような内分泌的制御・行動制御を果たしているのかを明らかにすることである.本年度は,以下について解析を行った.1.培養細胞を用いたカルシウムイメージング法によってカイコ由来のいくつかのGrについてリガンドを同定した.これらの結果について国際会議で発表した.in vitroにおいて複数のリガンドが見出されたGrについては,今後in vivoにおいて真に意味をもつリガンドを絞り込む必要がある.現在,これに関連する解析を行っている.2.体内組織におけるGr発現細胞は,ペプチドホルモンを共発現する場合が多い.そのため,Grのリガンド受容の下流では,ペプチドホルモンを介した生理的調節が働く可能性がある.これをカイコとキイロショウジョウバエを用いて検証しようと試みている.これについては現在,実験系の構築中である.リガンド同定系は立ち上がったものの,ペプチドホルモンに関するアッセイ系の確立に遅れが生じているため.1.カイコのGrノックアウト個体の作出を進めている.今後この個体を用いて栄養センシングに関連する表現型を解析することで,Grの役割を推定する.2.Grとペプチドホルモンの連携の有無を直接的に明らかにするためには,ホルモン分泌の検出系を確立する必要があるが,捗っていない.この系を確立し,最終的にはGrリガンドのインプットから内分泌を介した制御まで,栄養センシングが果たす生理的役割の全体像解明を目指す.
3次元フォースマップ法による生体分子表面の水和構造・電荷分布の可視化と相関の解明

液中動作周波数検出型AFM(FM-AFM)により試料表面上での各点で周波数シフトカーブを取得することで固液界面空間における相互作用力分布を可視する2次元・3次元フォースマップ法を用い、生体試料表面における電荷密度と水和構造を評価する手法を開発した。50mM塩化ニッケル水溶液中において、マイカ基板上のプラスミドDNA上で3次元周波数シフトマップを取得し、水和構造に起因する複雑なコントラストパターンの観察に成功した。また、塩化カリウム水溶液中においてポリリジン膜でコートされたマイカ基板上のラムダDNA上で3次元周波数シフトマップを取得し、周波数シフトカーブの解析によりDNAの電荷密度を算出した。本研究課題では、これまでに開発してきた、液中で生体試料を分子分解能で観察できる周波数変調検出方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いた3次元フォースマップ法により、生体試料表面における電気二重層力および水和力を分離して測定し、生体試料表面の電荷密度と水和構造のそれぞれの3次元分布を比較することで、これらの相関を明らかにしていくことを目的としている。また、脂質二重膜、自己組織化単分子膜、タンパク質やDNAなどの生体試料表面の固液界面物性計測を実際に行い、官能基分布や塩基配列の識別を試みていく。本年度は、3次元フォースマッピングの高速化のため、高共振周波数のスキャナを開発し、また、探針制御系のFPGAプログラムを最適化することで、1本のフォースカーブの取得時間を短縮した。また、FM-AFM装置を恒温槽(室温±0.1°C)内に設置し、さらに溶液の蒸発を抑制することで、ドリフトを1 nm/min程度以下に低減した。これにより、マイカ表面における水和構造や界面活性剤自己組織構造の3次元フォースマップを取得することに成功した。本研究課題では、申請者がこれまでに開発してきた、液中で生体試料を分子分解能で観察できる周波数変調検出方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いた3次元フォースマップ法により、生体試料表面における電気二重層力および水和力を分離して測定し、生体試料表面の電荷密度と水和構造のそれぞれの3次元分布を比較することで、これらの相関を明らかにしていくことを目的としている。また、脂質二重膜、自己組織化単分子膜、タンパク質やDNAなどの生体試料表面の固液界面物性計測を実際に行い、官能基分布や塩基配列の識別を試みる。本年度は、モデル生体膜として、リン脂質分子であるDMPC(ジミリストイルホスファチジルコリン)の二重膜をマイカ基板上に形成し、温度を変えて膜構造および水和構造の評価を行った。また、表面電荷の異なるケイ酸塩鉱物の表面において3次元フォースマップ法により電気二重層力および水和力を分離して計測することに成功した。さらに、界面活性剤の円筒状自己組織構造上で3次元フォースマッピングを行い、モデル計算との比較により円筒状自己組織構造表面の電荷密度分布を算出した。本年度は、ポリリジンで被覆したマイカ基板上にDNA分子を固定し、KCl溶液中において3次元フォースマッピングを行った。この結果、DNA分子上では斥力、ポリリジン被覆マイカ基板領域上では引力がそれぞれ観察された。いずれも電気二重層力に起因するものであり、モデル計算により表面の電荷密度分布を定量的に求めることに成功した。本年度は、実験および解析の両面で、研究目標の達成に向けて順調に成果が得られ、本研究はおおむね順調に進展していると言える。例えば、実験において、3次元フォースマップ法により、表面電荷の異なるケイ酸塩鉱物の表面において電気二重層力および水和力を分離して計測することに成功した。また、界面活性剤の円筒状自己組織構造上で3次元フォースマッピングを行った結果をモデル計算と比較することで、円筒状自己組織構造表面の電荷密度分布を算出し、妥当な値を得ることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。工学表面の高低差が数百nmにおよぶ生体試料において、電気二重層力や水和力を精密に計測するため、現在の探針制御系のFPGAプログラムのさらなる最適化を行っていく。また、ケイ酸塩鉱物表面における3次元水和構造計測については、MDシミュレーションによって計算した水分子密度の3次元分布と比較し、水和力と水分子密度の相関について議論する。

さらに、DNA等の生体分子の形状を考慮に入れたモデルを用いて予想される電気二重層力を計算し、実験結果と比較することで、生体分子における電荷密度計測法を確立する。本研究は、おおむね順調に進展している。3次元フォースマッピング法では、探針は試料上の3次元領域(x, y, z各方向)を走査し、その際に探針にはたらく相互作用力、実際にはそれによって引き起こされるカンチレバーの周波数シフトを記録するが、本年度はこれを高速化するため、高共振周波数のスキャナを新たに開発した。また、探針制御系のFPGAプログラムを最適化し、1本のフォースカーブの取得時間を短縮することができた。また、FM-AFM装置を恒温槽(室温±0.1°C)内に設置し、さらに溶液の蒸発を抑制することで、ドリフトを1 nm/min程度以下に低減した。これらの開発により、マイカ表面における水和構造や界面活性剤自己組織構造の3次元フォースマップを取得することに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初、研究期間の1年目に広帯域ロックインアンプを導入し、これをベースとしてデジタルPLLを構築する予定にしていた。しかしながら、従来のアナログPLLを使っても十分に信頼性の高いデータが得られることが分かったため、広帯域ロックインアンプは導入しなかった。3次元フォースマップにおける等相互作用力面をリアルタイム再構成して表面形状を再構成する手法により、表面の高低差が数百nmにおよぶ生体試料においても安定に分子分解能像を取得する技術を開発する。また、モデル生体膜として、DMPC(ジミリストイルホスファチジルコリン)等のリン脂質分子の二重膜を作製する。DMPCは転移温度14°C、23°Cにおいてそれぞれゲル相からリップル相、さらには液晶相へと相変化を示すため、興味深い。例えば、溶液の塩濃度や温度を精密に制御しながらDMPC膜表面で3次元フォースマップを取得することで、Debye長の変化、水和水の流動性の変化にともなう相互作用力の変化を捉えることを試みる。最終年度は、これまでに開発してきた装置を用いた装置を用いて精力的に実験を行うため、これまで以上に消耗品となるカンチレバーが必要となる。また、研究成果を複数の国際会議で発表する予定にしている。したがって、次年度使用額は主に物品(カンチレバー等の消耗品)および旅費に充当する予定である。本年度当初は、広帯域ロックインアンプを導入し、これをベースとしてデジタルPLLを構築する予定にしていた。しかしながら、本年度中に行った実験では、従来のアナログPLLを使っても十分に信頼性の高いデータを得ることができたため、広帯域ロックインアンプを用いたデジタルPLLの導入は次年度へ延期することにした。次年度に、広帯域ロックインアンプを用いたデジタルPLLを導入する予定である。
マシンビジョンにおける透視的システム理論とオブザーバーの構成

動的マシンビジョンにおける基本的な問題は,既知または未知の運動方程式に従って運動している物体をカメラで観測し,そこで得られる時間的に変化する視覚情報(optical flow)から,物体の運動を理解,または運動を特徴づけるパラメータや物体の形状を決定することである.透視的システムはこのような動的マシンビジョンの問題を数理的に表現するときに現れ,システム理論的立場からこの基本的な問題はシステムの未知状態の推定および未知パラメータの同定問題として記述することができる.最も簡単な動的マシンビジョンの問題は,透視的情報から運動物体の状態(位置と速度)を推定することである.本研究では,一般化された透視的システムを定義し,そのようなシステムに対するLuenberger-typeの非線形オブザーバーを考察し,この非線形オブザーバーの収束問題を議論した.特に,システムがLyapunov安定でかつある種の可検出性を満たすという条件の下で,推定誤差が指数的速さで零に収束するオブザーバーが構成できることを証明した.さらに,このコンピュータシミュレーションを行ってその有効性を確認した.この研究で得られた成果はすでにいくつかの国際会議で発表され,また関連する成果も権威なる学術誌に公表されている.動的マシンビジョンにおける基本的な問題は,既知または未知の運動方程式に従って運動している物体をカメラで観測し,そこで得られる時間的に変化する視覚情報(optical flow)から,物体の運動を理解,または運動を特徴づけるパラメータや物体の形状を決定することである.透視的システムはこのような動的マシンビジョンの問題を数理的に表現するときに現れ,システム理論的立場からこの基本的な問題はシステムの未知状態の推定および未知パラメータの同定問題として記述することができる.最も簡単な動的マシンビジョンの問題は,透視的情報から運動物体の状態(位置と速度)を推定することである.本研究では,一般化された透視的システムを定義し,そのようなシステムに対するLuenberger-typeの非線形オブザーバーを考察し,この非線形オブザーバーの収束問題を議論した.特に,システムがLyapunov安定でかつある種の可検出性を満たすという条件の下で,推定誤差が指数的速さで零に収束するオブザーバーが構成できることを証明した.さらに,このコンピュータシミュレーションを行ってその有効性を確認した.この研究で得られた成果はすでにいくつかの国際会議で発表され,また関連する成果も権威なる学術誌に公表されている.マシンビジョンにおける運動物体の理解系は透視的システム(perspective system)と呼ばれる動的システムとして記述できる.透視的システムは,数学的には,多様体上の動的システムとして定式化するのが自然であるが,殆ど至るところ(generically)定義された非線形(動的)システムとしても定式化することができる.実際,透視的システムにおいては,透視情報を与える観測(出力)方程式は状態変数の有理関数で与えられるので,分母多項式をゼロとする状態では定義されない.したがって,運動方程式の線形・非線形性に関わらず,透視的システムは常に非線形システムとなり,マシンビジョンの問題は,システム理論的には,透視的システムの状態およびパラメータを推定する問題として定式化できる.当初,申請者らは多様体上の動的システムとして研究を進めてきたが,最近の研究から非線形システムとして定式化しても多くの有用な成果が期待できることが分かった.その主な理由は非線形システムに関する多くの成果が比較的困難なく利用できるからである.本研究では,運動物体の理解系の数学的モデルである透視的システムを特別な形をした非線形システムとして定式化し,透視的線形システムに対する状態を推定するオブザーバーについて研究を進めてきた.まず,運動物体の運動が時不変線形微分方程式で与えられるような透視線形システムに対して,マシンビジョンの立場から,どのような条件を満たすべきかを検証し,このような条件の下に時間の経過と共に状態推定誤差が確実にゼロに収束するようなオブザーバーの構成方法を確立した.さらに、これらの結果を運動物体の運動が時間時変線形微分方程式で与えられるような透視線形システムへ拡張し、計算機シミュレーションによって,その有効性を確認した.これらの研究成果は国際学会および国内学会において発表されました(研究発表の項を参照).マシンビジョンにおける運動物体の理解系は透視的システム(perspective system)と呼ばれる動的システムとして記述できる.透視的システムは,数学的には,多様体上の動的システムとして定式化するのが自然であるが,殆ど至るところ(generically)定義された非線形(動的)システムとしても定式化することができる.実際,透視的システムにおいては,透視情報を与える観測(出力)方程式は状態変数の有理関数で与えられるので,分母多項式をゼロとする状態では定義されない.したがって,運動方程式の線形・非線形性に関わらず,透視的システムは常に非線形システムとなり,マシンビジョンの問題は,システム理論的には,透視的システムの状態およびパラメータを推定する問題として定式化できる.当初,申請者らは多様体上の動的システムとして研究を進めてきたが,最近の研究から非線形システムとして定式化しても多くの有用な成果が期待できることが分かった.その主な理由は非線形システムに関する多くの成果が比較的困難なく利用できるからである.本研究では,運動物体の理解系の数学的モデルである透視的システムを特別な形をした非線形システムとして定式化し,具体的に次のような課題について研究していく.透視的線形システムに対する状態を推定するオブザーバーについて研究する.特に,マシンビジョンの立場から,透視線形システムがどのような条件を満たすべきかを検証し,このような条件の下に時間の経過と共に状態推定誤差が確実にゼロに収束するようなオブザーバーの構成方法を確立した.

さらに、これらの結果を時変Perspective systemシステムへ拡張し、計算機シミュレーションによって,その有効性を確認した.また,時不変、時変Perspective systemのオブザーバーについての研究成果は次の国際,国内学会において発表されました(研究発表の項を参照).
アポリポプロテインEによるタウ蛋白リン酸化機構に関する研究

研究の目的:我々の目的は、アポリポ蛋百E(アポE)が中枢神経細胞内のタウ蛋白のリン酸化を調節していることを、実験動物レベルで示すことである。研究結果:1)アポEノックアウトマウス脳における神経細胞内のタウ蛋白のリン酸化度まず我々はリン酸化タウ特異的抗体によるウェスタンブロッテイングや免疫組織化学を用いて、アポEノックアウトマウス脳における神経細胞内のタウ蛋白のリン酸化度を野生型マウスと比較したが、予想に反して明らかな差は見られなかった。2)ダブルノックアウトマウスの作製とタウ蛋白リン酸化度の評価リーラーマウスやヨタリマウス脳においては、中枢神経細胞内のタウ蛋白が高度にリン酸化されていることが知られている。そこでリーラーマウスやヨタリマウスをアポEノックアウトマウスと交配し、ダブルノックアウトマウスを作製した。タウ蛋白のリン酸化度を見た結果、リーラーマウスにおいてはアポE遺伝子Doseが低くなるほどタウ蛋白のリン酸化度は高くなることが分かった。一方ヨタリマウスにおいては、アポE遺伝子Doseにかかわらずタウ蛋白のリン酸化度は一定であった。このことはアポEが、神経細胞表面のVLDL ReceptorやApoE receptor2を介して、タウ蛋白のリン酸化を調節していることを示している。3)タウ蛋白リン酸化機構リーラーマウスにおけるアポE遺伝子Doseと様々なタウ蛋白リン酸化酵素活性を比較したところ、アポE遺伝子Doseが低くなるほど、GSK3β活性が上昇し、タウ蛋白リン酸化度の上昇と平行することが分かった。一方、Cdk5を代表とするその他のリン酸化酵素活性には変化は見られなかった。結論:以上より、アポE(マウスアポE)はVLDL RcceptorやApoE receptor2を介して、GSK3β活性を調節することにより、タウ蛋白のリン酸化を制御していることが証明された。
ＧＩＳやビッグデータ解析を用いた統合的流域災害管理システムの開発研究

本研究は、主として降雨・洪水による水災害を事例に、最新の空間情報処理技術、センシング技術、ICTを活用して、標準的な流域のWebGISをベースにした災害対応支援システムを実装するものである。これにより被害状況の迅速・的確な把握や、位置・場所に応じて必要かつ適切なリスク情報と避難などの災害対応行動支援情報を多様なメディアにより伝達することが可能となる。今回、わが国で実証したシステムをパッケージ化して、将来アジア地域などの開発途上国にシステム移転し教育研修することも想定して、実施したものである。本研究の具体的な成果は、次の3点に要約される。1)中部地域を事例に、降雨などの気象観測データや河川の水位などの流況データをWeb上でリアルタイムに収集・地理空間情報基盤上に表示するとともに、過去の時系列データベースと比較して、警戒レベルに達したと判断された場合に、アラート表示を行うことが可能なシステムを実装し、地方自治体の災害・減災の支援を可能にした。2)洪水災害の被害域を迅速に特定するため、合成開口レーダによるSAR画像を用いて、ニアリアルタイムに洪水冠水域を抽出するシステムを開発し、地理空間情報基盤上に表示を可能にした。3)気候変動シナリオにもとづく、マルチモデルCMIP5による将来気象データ、流域の降雨流出モデルIFAS、水文モデルHECの3つを結合して、春日井市域における、将来(2046ー65年)において想定される洪水リスクについての評価を可能にした。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、近年、降雨災害等の被害が多発している中部地域の岐阜県・愛知県の境界領域を流下する土岐・庄内川流域を実証実験サイトに取り上げ、流域における豪雨・洪水の迅速把握および警報など減災情報の生成と伝達を可能にして、災害にレジリエントな地域を実現するための「統合的な流域の災害管理システム」のプロトタイプを構築するものである。今年度は、ベースとしたICHARM(水災害・リスクマネジメント国際センター)が開発した、人工衛星観測雨量を活用できる統合洪水解析システム(IFAS)のシステムの改良および水文・気象データの表示システムの構築を主として行った。また、高解像度のリアルタイム気象データのマッピングについて、Halexからデータを購入して、ARCGISを用いて地理空間表示することも試験的に行った。本研究は、近年降雨災害等の被害が多発している、岐阜県・愛知県の境界領域を流下する土岐・庄内川流域を実証サイトに取り上げて、流域における豪雨・洪水の迅速把握および早期警報など減災情報の生成と伝達を可能にして、災害にレジリエントな地域を実現するための「統合的な流域の災害管理システム」のプロトタイプを構築するものである。これまで、ICHARMの開発したIFASシステムをベースに、そのシステムの改良および、水文・気象データベースの表示システムの構築を行い、WEBベースの表示システムへと改良して、ユーザーインタフェースを向上して、時系列表示や地理空間表示機能の追加や、計算速度を高めることを行った。今年度は、気象業務支援センターから配信されるレーダー降雨量データのリアルタイムデータの可視化を行い、その流域流出モデルの組み込み可能性を検討した。また、準リアルタイムに提供されるSAR衛星画像から、洪水エリア・冠水エリアの抽出方法についての検討を行った。さらに、ツイッターなどのSNS情報の災害時の利用の可能性について、これまでの洪水時のツイート情報をもとに、試験的なデータ解析を行った。当初の計画した研究項目(既存の洪水予測システムの再検討、リアルタイム情報の組み込み、WebGISによる地理空間情報の整備、表示システムの開発、SNSデータ)について、おおむね順調に、実行されている。また、別のプロジェクトとの連携も進んでいる。当初計画していた研究項目(既存の洪水予測システムの再検討、リアルタイム情報の組み込み、WebGISによる地理空間情報の整備等)については、想定していた内容以上に達成できたが、SNS情報の収集と処理については、別プロジェクトにおいて実施したため、本研究では行わなかった。

今後は、研究のとりまとめを行うとともに、統合的な流域管理システムへの実装を行うとともに、将来の二周波降水レーダー画像といった空間・時間の高解像度データを取り込んだ、新しい流域の降雨流出モデルのプロトタイプを構築して、避難勧告や早期警報機能の高精度化を行ない、さらにはそれらの情報を携帯端末などへ配信するシステムを検討する。また、これらの国内外の他地域への展開・技術移転についても検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、最新の衛星画像(全球降水観測計画主衛星や二周波降水レーダー画像、ALOS2など)の本システムへの自動組み込みやリスク情報の細密可視化について検討するとともに、避難勧告等の早期警報機能の追加およびそのモバイル端末への展開を行い、「統合的な流域の災害管理システム」のプロトタイプを完成させる。また、これらの国内外の他地域への展開可能性、技術移転の可能性について検討する。
無脊椎動物神経ネットワーク活動の光学的計測システム開発

無脊椎動物神経ネットワークにおけるシナプス活動を生理学実験と並行して光学的に計測し、細胞レベルでのシナプス機能部位を可視化する試みとして、細胞内Ca^<2+>動態を、実体解剖顕微鏡下で視覚化するための細胞蛍光像取り込み・解析装置を試作した。用途として、アメリカザリガニの全体標本を用いた生理学実験での使用を想定した。中枢神経系内の神経細胞内に、Ca^<2+>濃度の指示蛍光物質であるFura-2をガラス管微小電極により注入し、その蛍光像を、実体解剖顕微鏡(接眼×20、対物×0.5、作動距離20cm)に装着したペルチエ素子冷却型高感度CCDビデオカメラで光電変換した後、その画像をパーソナルコンピュータに転送して画像処理を行った。露光には、ビデオ標準露光時間(33ミリ秒)の512回連続加算を行った。(16.9秒)。脱分極性シナプス活動を引き起こすための電気刺激は、露光時間中に1Hzで繰り返し、その取り込み蛍光画像を、無刺激時の同時間露光と比較した。シナプス活動は、蛍光測定時に細胞内電極により記録した。蛍光励起は、超高圧水銀ランプ(100W)からフィルターで抽出した2種類(341.7nm、379.7nm)の紫外光照射により行った。画像は、8ビット256階調のモノクロデータとして768×493のピクセル解像力で取り込んだ。いずれの波長の励起光照射に際しても、肉眼では実体解剖顕微鏡化でほとんど細胞形態を識別することは不可能であったが、画像取り込み後の対数・シグモイド変換等により、これを視覚化することが可能となった。刺激の前後で、蛍光像の差を取り、これに種々の変換増幅をソフトウエア的に行うことによって、刺激によって蛍光が変化する部位を細胞全体像の中で同定することが可能であった。シナプス賦活にともなう細胞活動は、実体解剖顕微鏡下でも、画像解析処理によって視覚化することが十分可能であることが実証された。無脊椎動物神経ネットワーク活動の光学的計測システムを確立するための第一歩として、本年度は、中枢神経系内の神経細胞を蛍光色素で染色し、その形態と蛍光強度を実体解剖顕微鏡に取り付けた高感度ビデオカメラとコンピュータ画像解析によって調査した。実験材料には、アメリカザリガニProcambarus clarkii Girardを用い、調査対象の神経細胞には、腹部最終神経節で同定される大型のノンスパイキング介在神経であるLDS細胞を選んだ。今回新たに構築した実体解剖顕微鏡/ビデオシステムを用いた結果、LDS細胞の主要突起のみならず、従来のin situ細胞形態蛍光観察法では確認できなかったLDS細胞の末梢樹状突起まで可視化することが可能となった。細胞内染色用の蛍光色素には、ルシファーイェロウを用いた。得られた映像は、256階調で表示することによりその蛍光強度を定量化することが出来た。特に、入力シナプスが分布すると考えられている末梢樹状突起が可視化されたことにより、次年度から計画しているシナプス活動にともなう蛍光強度変化の計測への手がかりが得られたと考えられる。次の課題は、Ca^<2+>濃度の指示蛍光物質であるFura-2を用いて、LDS細胞を染色し、その末梢樹状突起を256階調で可視化する手続きの確立である。Fura-2の蛍光強度が、ルシファーイェロウと比較してかなり低いため、いかにして背景ノイズを抑えて細胞像を得るかが、中心問題となる。現在考えられる解決法としては、1)実体解剖顕微鏡の作動距離を可能な限り短くして、カメラ受光素子への光強度を上げる、2)必要に応じて実体解剖顕微鏡の代わりに正立顕微鏡を用いる、3)画像を加算平均して信号/雑音比を上げる、等である。(16.9秒)。

シナプス賦活にともなう細胞活動は、実体解剖顕微鏡下でも、画像解析処理によって視覚化することが十分可能であることが実証された。無脊椎動物神経ネットワークにおけるシナブス活動を生理学実験とともに光学的に計測して、シナプス機能部位を可視化する試みとして、本年度は、中枢神経系内の神経細胞に、カルシウム濃度の指示蛍光物質であるFura-2を注入し、シナプス活動にともなうその蛍光強度変化を、実体解剖顕微鏡(作動距離20cm)に取り付けた高感度ビデオカメラとコンピュータ画像処理・解析によって調査した。実験材料としては、アメリカザリガニProcambarus clarkii Girardを用いた。励起光の光源には、落射蛍光顕微鏡用の高圧水銀ランプを用い、2種類のバンドパスフィルターを用いて、341.7nmと379.7nmの紫外線を取り出し、それぞれを実験中の標本に落射証明した。標本からの光は、カメラ用の黄色ロングパスフィルターを用いて励起光を除去した。その結果、機械感覚性の上行介在神経において、1)無刺激状態で379.7nmの紫外光照射に対して細胞体、主要樹状突起および軸索など細胞像の概略を可視化することが可能である、2)341.7nmの紫外照射では、肉眼では識別不可能だが、計算機を用いて画像処理をすることによって、379.7nmほど明確ではないが、細胞体および主要樹状突起を可視化することが可能である、3)刺激時には341.7nm照射に対して無刺激時よりも強い蛍光強度を示す樹状突起部位が観察される、などの知見が得られた。ビデオ画像取込は約20秒間にわたって行い、刺激はその間、感覚神経軸索束を毎秒1回電気刺激することにより行った。この変化が、シナプス活動にともなう細胞内カルシウム濃度変化に対応するものかどうかについては、今後、両波長に対する蛍光強度比を無刺激・刺激時で比較して明らかにする必要がある。また、刺激時の蛍光強度変化を最大限に記録可能とするための刺激条件とビデオ取り込み条件の組み合わせを検討する。無脊椎動物神経ネットワークにおけるシナプス活動を生理学実験とともに光学的に計測して、シナプス機能部位を可視化する試みとして、本年度は、中枢神経系内の神経細胞に、Ca^<2+>濃度の指示蛍光物質であるFura-2を注入し、その蛍光像を、実体解剖顕微鏡(作動距離20cm)に取り付けた高感度ビデオカメラでコンピュータに取り込んだ上で、蛍光強度の微量差を目的に応じて検出するためのソフトウエアを開発した。実験材料には、アメリカザリガニProcambarus clarkii Girardを用いた。昨年度までに試作した実体解剖顕微鏡落射蛍光装置と蛍光像取り込み装置を用い、2種類(341.7nm、379.7nm)の紫外光照射に対する細胞蛍光を記録した。本研究で調査したのは主として腹部最終神経節の運動神経である。特に短波長(341.7nm)の照射時に、実体解剖顕微鏡下で肉眼ではほとんど細胞形態を識別することは不可能であったが、画像取込後の対数変換により、これを視覚化することが可能となった。Fura-2は、波長379.7nmの紫外光に対して、Ca^<2+>高濃度条件よりも低濃度条件での法が強い励起光を示すことが知られている。最終神経節の感覚根を電気刺激する前後で、励起光強度差を調べてみると、樹状突起の特定部位で刺激によって蛍光強度が減少することが判明した。