hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワイヤレスセンサネットワークの設計開発支援に関する研究

今年度は特に,スマートフォンなどの移動端末からの情報収集を想定したアプリケーション支援に取り組んだ。近年,モバイル端末をセンサとして用いるモバイルセンシングは,実世界の現象をモニタリングする重要な技術の一つとして注目されている.しかしそのようなシステムは,多数のノードの協調的な振る舞いを,各端末上で動作するプログラムの集約によって実現する必要があり,その開発は容易ではない.そこで,モバイル端末によるセンシングシステムを容易に実現するため,クラウドベースのモバイルセンシングを支援するミドルウェアの設計を行った.モバイル端末上のアプリケーションとサーバ側のモジュールからなる提案ミドルウェアは,端末のモビリティを管理し,モバイルセンシングを実現する.時間,位置,センサデータの特徴といった実世界の条件と処理の内容を規定したクエリを与えるのみで,モバイル端末に対するセンシングの実行のコマンドの送信,端末のリアルタイムな位置管理に基づいたタスクの割り当てやその変更などの処理を意識することなく,モバイルセンシングの容易な実行を実現する.このミドルウェアを用いることで,開発者はモバイル端末によるセンシングを端末の配置やモビリティなどの詳細を把握することなく実現することができる.この提案手法について,クエリによって記述できるアプリケーションの汎用性を検証するとともに,ミドルウェアの性能がある一定の性能を達成を確認することで,ある水準の性能のアプリケーションを容易に実行できる支援環境のコンセプトの有用性を示している.ユビキタス社会の到来に伴い、自然環境データの長期的な収集、大規模災害時の救命救急や医療現場における情報交換などの様々な場面でワイヤレスセンサネットワーク(WSN)への要求が強まると考えられる。そのためには多様な用途に向けた開発を想定した支援を行う必要性があり、その実現に向けて検討を行ってきた。WSNアプリケーションの多くは、センサが観測した周辺環境の変化をイベントとして捕捉し、データ処理(モニタリング)を行う。モニタリングの実現のためには、WSN全体の振舞いやトポロジを想定しながら、各センサノード(以下、ノード)のデータの送受信や演算などの個々のノードの動作を規定していく。しかしノード単体の動作は、ノード全体により実現される振舞いとはギャップがあり、設計者にとって直感的ではなく誤りを伴うことが多い。そこで、WSNのモニタリングなどの処理を行うプログラムの開発支援手法の研究および提案を行った。この手法では、WSN上の複数のノードを、ノード間の接続関係や位置関係、イベントなどにより動作中に動的に決定するノード集合として扱うことができる記述言語を設計した。設計者はこれらを用いて、モニタリングに関わるノード集合やそのノード集合の動作を、WSN全体として直感的に記述することができる。この言語を用いたWSNの動作の記述は、その動作を実現するノードプログラムを自動で導出することができ、モニタリングを個々のノードの動作へ分割する作業やノードプログラムの実装に伴う負荷を軽減することができる。今年度は、ワイヤレスセンサネットワークの設計開発支援技術の実現と評価に取り組んだ。近年、実世界の様々な事象をセンシングするセンサーネットワーク技術について、スマートグリッドやITS、建築物の管理などの場面におけるサービスの高度化などへの応用が検討されるなど、その重要性が高まっている。そのようなセンサーネットワークにおけるアプリケーションの多くは、センシングデータをセンサーノード間で協調して収集および処理し、それに応じて環境へのフィードバックやリアクションを決定するシステムである。しかし、そのようなセンサーノード間の協調処理の実装は、最終的に実現したいアプリケーション全体の振舞い(アプリケーション仕様)を意識しながら、各センサーノードのデータの送受信や演算などの振舞いをプログラミングする必要があり、アプリケーション仕様とセンサーノード単位のプログラム記述とのギャップのため、開発には労力を要する。そのような課題に対し、無線センサーネットワークにおいてセンシングやデータ収集を行うアプリケーションの開発支援手法についての研究に取り組んだ。提案手法では、センシングイベントの発生場所や時刻に応じたセンサーネットワークアプリケーション全体での処理手順を記述できる言語によるアプリケーション仕様を各センサーノードの実行プログラムへ変換することで、センサーノード間のデータ交換を含む複雑な協調プロトコルを直接記述することなくアプリケーションを開発可能な環境を提供する。その際に対象となるセンサーネットワーク環境のいくつかの情報を与えることで、そのアプリケーションおよび環境に適した通信プロトコルなどから構成された実行プログラムを導出する方法論についても検討および検証・評価を行っている。近年,モバイル端末をセンサとして用いるモバイルセンシングは,実世界の現象をモニタリングする重要な技術の一つとして注目されている.しかしそのようなシステムは,多数のノードの協調的な振る舞いを,各端末上で動作するプログラムの集約によって実現する必要があり,その開発は容易ではない.そこで,モバイル端末によるセンシングシステムを容易に実現するため,クラウドベースのモバイルセンシングを支援するミドルウェアの設計を行った.モバイル端末上のアプリケーションとサーバ側のモジュールからなる提案ミドルウェアは,端末のモビリティを管理し,モバイルセンシングを実現する.時間,位置,センサデータの特徴といった実世界の条件と処理の内容を規定したクエリを与えるのみで,モバイル端末に対するセンシングの実行のコマンドの送信,端末のリアルタイムな位置管理に基づいたタスクの割り当てやその変更などの処理を意識することなく,モバイルセンシングの容易な実行を実現する.このミドルウェアを用いることで,開発者はモバイル端末によるセンシングを端末の配置やモビリティなどの詳細を把握することなく実現することができる.この提案手法について,クエリによって記述できるアプリケーションの汎用性を検証するとともに,ミドルウェアの性能がある一定の性能を達成を確認することで,ある水準の性能のアプリケーションを容易に実行できる支援環境のコンセプトの有用性を示している.平成23年度は、ワイヤレスセンサネットワーク(WSN)のアプリケーションの開発支援として、端末用プログラムの導出とそれを実現する最適なネットワークプロトコルの選択に取り組み、シミュレーション・実機による評価を行い、その成果について発表を行った。

このように、目的を達成するための基本的なアプローチについて一定の成果を出すことができたため、今後は応用的な発展に取り組むことが出来る段階だと考えられる。今後は、スマートフォンなどの移動端末からの情報収集を想定し、モビリティを持つノードからの協調型データ収集アプリケーションの開発支援手法に取り組む。固定端末のWSNと異なり、時間の推移と共に各端末の位置が変化するネットワークでは、データの収集対象の決定や協調動作のためのトポロジの管理などが困難である。それに対し、端末とサーバとの連携や周辺端末との協調動作の改良により解決を試みる。今年度の研究計画では、WSNプロトコルの開発支援について位置推定アプリケーションに特化した応用に取り組む予定であったが、モビリティを伴うアプリケーションを対象とすることで、より社会的なニーズに沿った成果を得ることを考えている。
難分解性農薬分解細菌の分解酵素タンパク質の細胞内局在性と基質輸送に関する研究

Sphgingobium japonicum UT26は有機塩素系農薬γ-hexachlorocyclohexane(γ-HCH)を資化し生育できる。これまで機能未知の推定ABCトランスポーター遺伝子群linKLMNがUT26のγ-HCH代謝産物2,5-Dichlorophenolに対する耐性に必要であり、さらに有機溶剤耐性や疎水性化合物の細胞侵入抑制にも関わることを明らかとしてきた(J.Bacteriol.,2007,Endo, et. al.)。LinKLMNの具体的な機能は明らかになっていないが、LinMがMceドメインと呼ばれる脂質結合性が示唆されるドメインを保持することや、LinNが細胞膜にアンカーされるためのシグナル配列を保持することからLinKLMNは細胞膜成分の輸送や細胞膜への埋め込みに関わっている可能性が予想された。そこで菌体及び培養上清中の脂溶性成分について、野生株とlinKLMN破壊株で比較を試みたところ、linKLMN破壊株では培養上清にスフィンゴ糖脂質、黄色色素、外膜タンパク質等が漏出していることが明らかとなった。これらの結果は、LinKLMNが細胞外膜成分の輸送や外膜そのものの安定性に関わること、また環境汚染物質分解能に細胞外膜の性質が深く関わっていることを示しており、高効率な環境汚染物質分解細菌の創出への本結果の応用が期待される。Sphingobium japonicum UT26は有機塩素系農薬γ-hexachlorocyclohexane(γ-HCH)を唯一の炭素源として生育できる細菌である。これまでの研究からUT26のγ-HCH分解経路や分解酵素遺伝子群についてはすでに明らかになっていたが、我々はさらに、UT26のγ-HCH分解能の総合的な解明を目的に、分解酵素の細胞内局在性や基質の取り込みといった間接的に分解に関わる分解酵素以外の因子に注目し、トランスポゾンを利用した系によりγ-HCHを分解できなくなったUT26変異株の作成と解析を行った。その結果、分解酵素遺伝子以外にUT26のγ-HCH資化に関わる遺伝子として、ABCトランスポーターをコードすると予想される遺伝子群linKLMNを同定した。LinKLはABCトランスポーターの膜コンポーネント、ATPaseコンポーネントと相同性を示し、LinMNはそれぞれ機能未知のペリプラズムタンパク質、リポタンパク質であると予想された。linKLMN遺伝子を破壊したところ、LinKLMN四つのコンポーネントが全てHCH資化に必要であることが示された。linKLMN破壊株では、有機溶剤感受性の増加や疎水性蛍光プローブの取り込み量増加が確認され、LinKLMNは細胞膜の透過性に影響を与えていると考えられた。さらにlinKLMN破壊株はHCH代謝の副産物である2,5-dichlorophenolに対し、非常に高い感受性を示したことから、linKLMNは代謝産物の毒性に対する抵抗性を付与することで、HCH資化に関わっていることが示唆された。本研究の成果は、細菌の特殊環境への適応機構を理解するための基礎学問的に新規な知見をもたらすとともに、高効率な分解菌の育種や実際の環境浄化に適した菌株の開発につながるものである。Sphgingobiumjaponicum UT26は有機塩素系農薬γ-hexachlorocyclohexane(γ-HCH)を資化し生育できる。
超急性期災害看護のレジリエンスを引き出すアクティブ・ラーニング教材の開発

本研究では、我が国の災害発生時により多くの人々に適切な医療を提供することを可能にする、看護師、看護組織の臨機応変な対応力を引き出す学習ツールの開発をめざした。東日本大震災、福島原発事故、熊本地震、岩手豪雨、関東・東北豪雨、地下鉄サリン事件の際に主に病院にて災害対応に従事した医師・看護師・保健師へのインタビュー調査のデータをもとに、災害発生から48時間(超急性期)の混乱し高い不確実性のなかでも効果的な対応を引き出すために必要な要因を導き出した。その知見を活用し、特に、CBRNE災害(生物、化学、放射線、核、爆発物による災害)発生時の臨機応変な対応力を引き出すトレーニング方法が開発された。本研究課題では、超急性期災害看護における臨機応変な対応力を引き出すアクティブ・ラーニング教材の開発をめざす。2016年度は大地震による災害、それに伴う原子力事故、大洪水による水害、化学物質による災害で対応にあたった看護師、医師、保健師にインタビュー調査を行った。そこで得たデータをもとに、特に不確実性の高い超急性期にどのような事象が発生し、どのような対応が求められ、どのようなトレーニングを積む必要があるのか分析した。本研究が進むなかで、今後社会に必要とされる知見を創出するためには、CBRNE災害(化学、生物、放射線、核、爆発物により引き起こされる災害)への対応力をいかにして向上を図るかに焦点をあてる必要があることが明らかになった。そのため、CBRNE災害への対応の経験を有する看護師や医師などに改めてインタビュー調査を依頼し実施した。現段階までの予備的分析のなかで明らかになった課題は以下の通りである。1)災害時の集団心理の理解、2)停滞した状況を打破するリーダーシップ、3)BCPのどこにも災害保健師がいないことへの対応、4)医療資源を見極めたうえで起こり得ることの予測から診療までの全体像を創り上げる能力、5)人手の足りない現場で医師を助けるキーマンとなる優秀なバイスタンダーの育成、6)その状況下で絶対にやってはいけないことの明示、7)公式的でシンボリックな情報と方針の伝達、8)公式的な情報伝達経路の構築、9)対応が正しかったのか検証する仕組みの構築、10)リスクを正しく伝える戦略。これらの課題に対応するトレーニングを構築することが2017年度の課題である。とりわけ、災害拠点病院などの院内で実施することを想定したトレーニング方法を考案し、トライアル実施から効果検証まで行う。研究を進めるなかで、CBRNE災害への対応を検討することが急務であることが明らかになり、CBRNE災害への対応経験のある適切なインタビュー対象者の選定とリクルートを改めて行ったことが大きな理由である。これまでに得たデータを予備解析し、特殊な病棟や病院の事例から浮かび上がった教訓や良好実践事例が汎化可能であることも確認しており、インタビュー調査対象者の再選定は適切であると判断した。当初、インタビュー調査を2016年9月より1月までに実施する予定であったが、変更により、調査対象者の適格基準の見直しが2016年12月、2017年1月に調査対象者の再リクルート、2017年2月から4月までインタビュー調査を実施する計画へ変更した。本研究課題では、超急性期の災害看護における臨機応変な対応力を引き出すアクティブ・ラーニング教材の開発をめざした。本課題に取り組むなかで、大地震による災害、大洪水による災害、化学物質による災害、放射線による災害への対応についてヒアリングを実施した。そのヒアリングで得たデータをもとに、不確実性の高い災害発生時の対応においてどのような事象が発生し、どのような対応が求められ、どのようなトレーニングを積むことが必要であるか分析した。その分析結果をもとに、トレーニング内容の検討を行い、看護従事者並びに医療従事者が自ら学習を進めることを促すアクティブ・ラーニング教材の開発を進めた。本研究をすすめるなかで、今後社会に求められる知見を導き出すためには、CBRNE災害(化学、生物、放射線、核、爆発物により引き起こされる災害)への対応力を備えることが、特に求められていることが明らかになった。そのため、とりわけCBRNE災害発生時に臨機応変な対応力を発揮できるようにするためのトレーニングする教材の開発をめざした。具体的に導き出された課題として以下が浮かび上がった。これらの課題に対応するトレーニングを検討し、病院内での実施を想定したトレーニング方法を考案しトライアルを実施した。

その知見を活用し、特に、CBRNE災害(生物、化学、放射線、核、爆発物による災害)発生時の臨機応変な対応力を引き出すトレーニング方法が開発された。本研究の進捗状況は、やや遅れ気味ではあるが、年度内には研究目的にある超急性期災害看護におけるアクティブ・ラーニング教材の開発が行える見込みである。具体的なスケジュールは以下のとおりである。2017年4月末まででインタビュー調査を終了し、同5月からインタビューデータの文字起こしが終了次第データ解析に移行する。同9月までをデータ解析の期間とし、全てのデータを用いて、災害超急性期にどのような事象が発生し、どのような対応が求められ、どのようなトレーニングを積む必要があるのか大きな指針と、トレーニングや教材の開発に落とし込むための具体的な方策を検討する。同10月より、組織行動、人間工学、臨床看護、救急医など学際的チームを編成し、具体的にどのようなトレーニングが必要であり、トレーニングのツールとしてどのような教材が必要かについて、主にフォーカスグループを用いて検討を重ねる。2018年1月2月には、開発した教材を用いたトレーニングのトライアル実施を行い、効果検証も併せて実施する。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。リーダーシップ平成29年度が最終年度であるため、記入しない。今後当該webページは、開発したトレーニングと連動するように作成する。トレーニング後の振り返りや主体的学習を促す情報提供の場としても活用する。
走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた強誘電体記録に関する研究

従来のリニアスキャナ型SNDM強誘電体プローブメモリを用いた記録再生では,ピエゾスキャナの移動速度がデータ転送速度を制限してしまう問題が存在していた.そこで,1プローブあたりのデータ転送を高速にすることを目標として新たに回転ディスク型SNDM強誘電体プローブメモリを試作した.本装置の開発に当たってまず記録媒体を高速回転させる際に生じる記録面の大きなぶれに対し,記録再生ヘッドを高速に追随させなければならないといった課題があった.そこで,フィードフォワード制御を導入した独自のヘッド高さ制御手法を開発し,プローブの接触圧の変動を従来法に比べて3分の1以下に低減させた.一方,本装置では広い範囲にわたってデータの記録再生を行なうため,記録媒体は大面積かつ均一な厚さを有したものでなければならない.そこで,記録媒体の薄片化に使用するドライエッチング装置の改造を行い,新たに試料台に二軸自動ステージ搭載して,加工後の結晶の厚さが均一となるように結晶上の各点のイオンビーム照射時間を調節することができる仕様とした.この装置を用いて記録面サイズ:14x14mm^2のLiTaO_3単結晶記録媒体の加工を行い,エッチング前は平均152.1nmであった試料厚をエッチングによって48.5nmまで薄くした.また,標準偏差で評価した厚さのばらつきについては,エッチング前は28.8nmであったのに対し,エッチング後には3.1nmまで減少させた.続いて,回転ディスク型SNDM強誘電体プローブメモリおよび大面積LiTaO_3単結晶記録媒体を用いて,データ転送速度試験を行い,現状200kbpsの書き込みが行えることを明らかにした.強誘電体高密度記録の媒体作製法として分極制御ウェットエッチング(PCWE)法を開発した.この手法により,厚さ数百nmの均一な単結晶記録媒体を作製することが可能となった.強誘電体はフッ酸を用いてウェットエッチングを行う際,その極性によってエッチレートが異なるといった性質を有する.LiTaO_3の場合,-z面はフッ酸によく溶けるが,+z面はほとんど溶けない.そこで,-z面をエッチングする際,結晶にDCバイアス電圧を印加する.すると,結晶が薄くなるにしたがって結晶内の電界強度が増加し,ある厚さに達したとき分極反転が起きる.このとき,+z面がフッ酸にさらされることになるため,この時点でエッチングを終了させることができ,得られる薄片結晶の厚さは,エッチング面全体にわたって均一となる.次に,データ記録時におけるビット誤り率の評価を行った.その際,特に応用の観点から重要であるプローブの耐久性といった点を重視し,探針先端の劣化が極めて小さい導電性ダイヤモンドコートカンチレバーを用いてデータの記録再生を行った.しかしながら,市販のダイヤモンドコートカンチレバーは一般的な金属コートのカンチレバーに比べ探針径が大きいため,高密度にデータを記録したときの特性が劣っていた.そこで,まず初めに探針先端の先鋭化を行い,260Gbit/inch^2の密度(ビット間距離50nm)で128×128bitの実データの記録を可能にした.その際,書き込み条件を変化させたときのビット誤り率の違いに関して調べ,良好な特性が得られる条件を見出した.最適化された書き込み条件の下では,データサイズ9797bitの中にビット誤りは全く存在しなかった.したがって,このときビット誤り率は1×10^<-4>未満であることが確認された.これは,現行の磁気記録方式とほぼ同等の値であり,実用に十分耐えるものと考えられる.従来のリニアスキャナ型SNDM強誘電体プローブメモリを用いた記録再生では,ピエゾスキャナの移動速度がデータ転送速度を制限してしまう問題が存在していた.そこで,1プローブあたりのデータ転送を高速にすることを目標として新たに回転ディスク型SNDM強誘電体プローブメモリを試作した.本装置の開発に当たってまず記録媒体を高速回転させる際に生じる記録面の大きなぶれに対し,記録再生ヘッドを高速に追随させなければならないといった課題があった.そこで,フィードフォワード制御を導入した独自のヘッド高さ制御手法を開発し,プローブの接触圧の変動を従来法に比べて3分の1以下に低減させた.一方,本装置では広い範囲にわたってデータの記録再生を行なうため,記録媒体は大面積かつ均一な厚さを有したものでなければならない.そこで,記録媒体の薄片化に使用するドライエッチング装置の改造を行い,新たに試料台に二軸自動ステージ搭載して,加工後の結晶の厚さが均一となるように結晶上の各点のイオンビーム照射時間を調節することができる仕様とした.この装置を用いて記録面サイズ:14x14mm^2のLiTaO_3単結晶記録媒体の加工を行い,エッチング前は平均152.1nmであった試料厚をエッチングによって48.5nmまで薄くした.また,標準偏差で評価した厚さのばらつきについては,エッチング前は28.8nmであったのに対し,エッチング後には3.1nmまで減少させた.続いて,回転ディスク型SNDM強誘電体プローブメモリおよび大面積LiTaO_3単結晶記録媒体を用いて,データ転送速度試験を行い,現状200kbpsの書き込みが行えることを明らかにした.
キャリアドープされた低次元スピン系の励起構造

本研究の目的は、低次元スピン系にキャリアドープした場合の励起について詳しく調べることである。今年度は、一次元スピンギャップ系の不純物効果についての研究を行った。一次元スピンギャップ系の不純物効果に関しては、ボソン化法により反強磁性秩序が誘起されることが示されているが、今回は別法としてJordan-Wignerフェルミオンを用いた議論を行った。このフェルミオン系に不純物を入れると、ギャップ内に新たに状態が現れ、これに伴って、不純物の周りに磁気モーメントが誘起されることが分かった。ここで得られたギャップ内状態は、ソリトンに伴って現れる従来のギャップ内状態とは違った性質を持つ新しい状態である。また、誘起された磁気モーメントはボソン化法で得られている反強磁性秩序と関係するものと考えられる。特に、フェルミオンのモデルに交替磁場を取り入れた計算では反強磁性磁気モーメントが得られ、従来のボソン化法で得られている反強磁性秩序との対応が明確である。今年度はさらに、二次元電子系の軌道磁性についても研究を行った。ドット型やリング型といくつかのジオメトリーについて磁化の磁場依存性と誘起される永久電流の空間依存性の計算を行い、様々な温度磁場領域での軌道磁性を詳しく調べた。振動やゆらぎなど、軌道磁性の特徴的なふるまいの変化から相図を作成し、二次元電子系の軌道磁性について統一的な物理的描像を得た。
粘性解理論に基づくサブリーマン多様体上の非線形偏微分方程式の研究

サブリーマン多様体上の微分方程式論は生物学や機械工学などの分野へ応用できることが広く認識されている.現代科学の最先端の研究へ直接的に貢献するために数学的な基礎理論を発展させることが本研究のモチベーションである.具体的には,最適輸送,視覚機能と幾何学的制御の研究に応用される非線形偏微分方程式の解の正則性と凸保存性等の性質を考察し,これまでユークリッド空間で構築された粘性解理論をサブリーマン多様体へ拡張することを目標とする.サブリーマン多様体上の微分方程式論は生物学や機械工学などの分野へ応用できることが広く認識されている.現代科学の最先端の研究へ直接的に貢献するために数学的な基礎理論を発展させることが本研究のモチベーションである.具体的には,最適輸送,視覚機能と幾何学的制御の研究に応用される非線形偏微分方程式の解の正則性と凸保存性等の性質を考察し,これまでユークリッド空間で構築された粘性解理論をサブリーマン多様体へ拡張することを目標とする.
自閉症の認知硬直性を惹起する神経遷移ダイナミクスの同定と動的脳刺激法による介入

自閉スペクトラム症は人口の数パーセントに見られる発達障がいである。その症状として社会疎通性の障害が注目されがちだが、もう一つの中核症状である活動と興味の範囲の著しい限局性も、たとえ知能が平均もしくは平均以上であっても、当事者の社会生活に大きな影響を与えている。本研究では、「この自閉症に見られる認知の硬直性が神経活動の過度の安定性にあるのではないか」という仮説を独自の統計解析手法および心理実験パラダイムを用いて検証する。さらに新たに開発する動的脳刺激法によって、その神経-行動相関の因果性を実証し、将来的な非侵襲的治療のヒントを探る。
マルチアパーチャ・マルチタップCMOSイメージセンサによる機能的生体イメージング

今年度は,まず近赤外感度を高めた市販センサを使って8波長計測(2眼は波長幅の狭い低感度波長930nmに割り当て)可能なマルチスペクトル複眼カメラを試作した.また,複眼画像から視差を除去し,全ての個眼像を位置合わせするためのアルゴリズムを確立した.マルチカメラでよく用いられるステレオキャリブレーションはパラメータの推定誤差が大きいため,画像情報から直接位置合わせする方法を検討した.周波数領域イメージングのために,モンテカルロシミュレーションによるルックアップテーブルの作成を行うとともに,多波長の吸収係数画像から生体色素濃度を推定するためのフィッティング法を開発した.以上のアルゴリズムを前述の市販センサを用いた複眼カメラに適用し,シリコーンファントムを用いてその有効性を確認した.また,計測対象に構造光を投影してその3次元形状を計測し,対象の表面上で縞の間隔が均等になるような正弦波パターンを生成・投影する手法を実装し,実際のプロジェクタ・カメラシステムを用いて動作を確認した.研究室で以前開発した電荷排出機能付き4タップ画素センサを用い,8倍速で正弦波を投影し,3位相画像に加えて環境光画像を撮影して減算することで,被写体の動きに強く照明光下でも生体の吸収・減衰散乱係数の2次元マップがリアルタイム計測可能であることを実証した.多重露光レーザスペックルコントラスト法に基づく血流速さの2次元マップを前述の現有4タップ画素センサを用いて実証した.3×3眼の複眼イメージセンサのための電荷排出機能をもつ4タップをデバイスシミュレータを用いて開発した.画素ピッチ11.2μm角とし,電荷転送速度を比較するために,異なるフォトダイオードサイズのテスト画素を設計した.市販センサを用いたシステムを開発するとともに,必要な一連の画像処理アルゴリズムを開発し,その機能を実験的に検証した.現有4タップ画素センサを用いて吸収・減衰散乱係数2次元マップのリアルタイム計測に成功し,実験的にマルチタップセンサの有効性を示すことができた.イメージセンサ開発は画素開発に留まっているが,概ね順調に進んでいる.レーザスペックルコントラストに基づく血流速さ計測についても,現有4タップ画素センサを用いて実証に至っており,総合的にはおおむね順調に進んでいると考えている.昨年度設計したイメージセンサを試作し,その特性を計測する.実験データに基づき選択・改良した画素を用いて複眼イメージセンサを設計する.昨年度試作した市販センサを用いた複眼カメラを用いて,レーザースペックル血流速さ計測と,吸収・減衰散乱係数計測を融合し,これらの同時計測を実現する.ファントム,被験者を用いた実証についても引き続き準備を進める.今年度は,まず近赤外感度を高めた市販センサを使って8波長計測(2眼は波長幅の狭い低感度波長930nmに割り当て)可能なマルチスペクトル複眼カメラを試作した.また,複眼画像から視差を除去し,全ての個眼像を位置合わせするためのアルゴリズムを確立した.マルチカメラでよく用いられるステレオキャリブレーションはパラメータの推定誤差が大きいため,画像情報から直接位置合わせする方法を検討した.周波数領域イメージングのために,モンテカルロシミュレーションによるルックアップテーブルの作成を行うとともに,多波長の吸収係数画像から生体色素濃度を推定するためのフィッティング法を開発した.以上のアルゴリズムを前述の市販センサを用いた複眼カメラに適用し,シリコーンファントムを用いてその有効性を確認した.また,計測対象に構造光を投影してその3次元形状を計測し,対象の表面上で縞の間隔が均等になるような正弦波パターンを生成・投影する手法を実装し,実際のプロジェクタ・カメラシステムを用いて動作を確認した.研究室で以前開発した電荷排出機能付き4タップ画素センサを用い,8倍速で正弦波を投影し,3位相画像に加えて環境光画像を撮影して減算することで,被写体の動きに強く照明光下でも生体の吸収・減衰散乱係数の2次元マップがリアルタイム計測可能であることを実証した.多重露光レーザスペックルコントラスト法に基づく血流速さの2次元マップを前述の現有4タップ画素センサを用いて実証した.3×3眼の複眼イメージセンサのための電荷排出機能をもつ4タップをデバイスシミュレータを用いて開発した.画素ピッチ11.2μm角とし,電荷転送速度を比較するために,異なるフォトダイオードサイズのテスト画素を設計した.市販センサを用いたシステムを開発するとともに,必要な一連の画像処理アルゴリズムを開発し,その機能を実験的に検証した.現有4タップ画素センサを用いて吸収・減衰散乱係数2次元マップのリアルタイム計測に成功し,実験的にマルチタップセンサの有効性を示すことができた.イメージセンサ開発は画素開発に留まっているが,概ね順調に進んでいる.レーザスペックルコントラストに基づく血流速さ計測についても,現有4タップ画素センサを用いて実証に至っており,総合的にはおおむね順調に進んでいると考えている.昨年度設計したイメージセンサを試作し,その特性を計測する.実験データに基づき選択・改良した画素を用いて複眼イメージセンサを設計する.昨年度試作した市販センサを用いた複眼カメラを用いて,レーザースペックル血流速さ計測と,吸収・減衰散乱係数計測を融合し,これらの同時計測を実現する.ファントム,被験者を用いた実証についても引き続き準備を進める.
二光子顕微鏡と電子顕微鏡の相関解析によるシナプス安定化機構の解明

本研究は生後発達早期に起こる選択的なシナプス安定化機構の分子基盤の解明を目的とした。具体的には、まず二光子顕微鏡により個体レベルでのシナプス動態について解析し、安定化されたシナプスや新生シナプスを同定した。次に同じシナプスを電子顕微鏡で観察し、安定化して維持されるシナプスの微細形態を明らかにした。生体内で観察されたスパインシナプスについて、その形態を電子顕微鏡を用いて解析した結果、形態計測のパラメーターについてはその多くが保存されており、安定化されたシナプスはその体積が選択的に大きいことが確認できた。更に脳の様々な部位(大脳皮質、海馬、線条体、小脳)についてスパインの3次元立体再構築を実施し、脳の部位におけるスパイン形態の多様性を解析し、更に脳領域を越えて保存されている形態的な共通性について、一般的な原則を見出す事にも成功した。このようなスパインシナプスの形態が持つ共通性について、その背景に存在する分子基盤を捉えることが重要であると考え、更に細胞内のカルシウムシグナリングを調節する分子の関与についても検討した。現在、上記の研究についてはデータを取りまとめると共に、このような電子顕微鏡を用いた研究からスパインの動的な機能を理解するためのパラメーターを抽出する方法論を検討している。この目的のために、スパイン形態の脳部位を越えて存在する特徴がどのようにして生じるのか、数理科学的な解析を含めた研究を実施している。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は生後発達早期に起こる選択的なシナプス安定化機構の分子基盤を明らかにすることを目的としている。具体的な手法としては、まず二光子顕微鏡により個体レベルでのシナプス動態について解析し、安定化されたシナプスや新生シナプスを同定する。次に同じシナプスを電子顕微鏡による微細構造解析や光学顕微鏡によるarraytomography法の結果と照らし合わせることにより、安定化して維持されるシナプスの微細形態および分子組成について明らかにする。さらにin vivoで関連分子の発現を制御することにより、分子の集積とシナプス安定化との関連について明らかにする。H27年度は主として電子顕微鏡でのシナプス観察のための条件検討を中心に研究を進めた。とくに二光子顕微鏡で観察したシナプスを電子顕微鏡で観察するためには同じシナプスを二光子顕微鏡と電子顕微鏡で同定することが必要であり、そのための技術的基盤の確立に重点を置いた。電子顕微鏡による観察については予備的検討を終えた。現在は、光学顕微鏡と電子顕微鏡でのシナプス観察のための技術的基盤を進めており、順調に進んでいる。本研究は生後発達早期に起こる選択的なシナプス安定化機構の分子基盤の解明を目的としている。具体的には、まず二光子顕微鏡により個体レベルでのシナプス動態について解析し、安定化されたシナプスや新生シナプスを同定する。次に同じシナプスを電子顕微鏡で観察することで安定化して維持されるシナプスの微細形態について明らかにし、免疫電顕等の手法を併用することで分子組成についても明らかにする。本年度は、昨年度確立した電子顕微鏡によるシナプス観察手法を発展させて、脳の様々な部位から網羅的にスパインの三次元再構築をおこなった。その結果、脳の各部位におけるスパイン構造の多様性とその意義について知見を得ることができた。現在、上記の成果について論文を執筆中であると共に、当初の目的である二光子顕微鏡の併用によるシナプス安定化機構の解明を目指すべく、その技術的基盤の確立を進めている。昨年度確立した電子顕微鏡手法を用いてスパイン構造の多様性に関し、論文として報告するのに充分なデータを取得することができたため。電子顕微鏡での画像取得については脳の各部位からシナプス構造情報を抽出し、シナプスやスパインの微細形態について解析を行う。同時にarray tomography法などの光学顕微鏡技術や、シナプス構造観察のための新しいプローブ作製などを進め、二光子顕微鏡でのシナプス動態と関連づけ、シナプスの安定化機構の解明を目指す。

得られたデータを元に現在論文を執筆中であることから、論文の完成を目指すと共に、当初から予定していた、二光子顕微鏡との併用による技術を確立し、シナプス安定化機構の解明を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。東京大学大学院医学系研究科神経細胞生物学分野ウェブサイト
プラズマ燃焼の内部構造解明のための中性子測定システムの開発

計画の最終年度である本年度は、JT-60Uにおけるデジタル信号処理を用いた超高速な中性子計測システムを拡張し1)中性子検出器の複線化と複数視線からの高速なプロファイル測定、2)データ処理の高速化によるショット間でのデータ解析、3)計測手法の高度化、に取り組み、以下のような成果を得た。1)JT60Uに垂直1視線、斜め6視線についての中性子検出器とフラッシュADCを用いた高速データ収集系を整備し、それらを、同期させて各検出器の時間分布を計測する手法を開発した、これによって、複数視線から中性子の時間依存性を極めて高速に観測する手段を整備し、中性子時間分布の空間依存性を測定できることを検証した。2)データ処理の高速化のためにデータ処理手順を見直し、コンパイルの繰り返しを止め、多重バッファリングを導入することによって、データを高速にかつ安全に転送し、処理することが可能となった。これによって、データ処理時間は大幅に短縮され、ショット間での解析が現実的になってきた。3)平行して、得られたデジタルデータにn一γ弁別を適用する手法を検討し、デジタルフィルターを用いて信号のテイル部分を短縮することで信号あたり70ns以下の解析時間で弁別が可能となり、また、関数あてはめ法、ベクトル内積法を用いたパターン認識法を開発した。これらによって、低エネルギー粒子の弁別が、従来の電荷積分法に比べて大幅に向上した。これらを組み込むことによって更なる性能向上が期待される。また、高速ガスカウンターMicro MEGAの開発を継続し、低圧力運転によって信頼性向上を達成した。初年度の今年は,1)研究課題を整理してそれを具体化するための方針を検討し,2)必要な機器・手法の開発と整備,を開始した。1.課題の整理本課題の役割である核融合プラズマからの中性子の時間的,空間的,エネルギー的挙動を明らかにし,これを通してα粒子の挙動及び核融合プラズマの状態を明らかにするための具体的手法を検討した。時間的挙動の場合は,アルベン不安定性を明らかにすることが重要で,そのためにはMHz以上の高速時間応答とこの時間内に十分な計数を得るため高い検出効率を実現する。プラズマの空間的挙動に関して二次元的情報を抽出するために必要な計測系とトモグラフィ手法の導入を図る。また,イオン温度やα加熱の影響を評価できるだけの高いエネルギー分解能の計測系を開発・整備することを目指す。これらを総合して,a)MHz帯域の中性子検出法,b)中性子プロファイル測定手法(CT手法),c)実機における実験による燃焼実験への見通し,を具体的な課題とする。2.機器・手法の開発・整備上記課題を達成するために,a)MHz帯域・高感度検出器として,1)平行平板雪崩検出器(PPAC),と2)シンチレーション検出器(スチルベン,NE213型)を選定し,PPACの設計と試作を開始,またシンチレータの高速化,安定化を検討し,機器を発注した。b)また,中性子プロファイル測定のために,1)JT60における斜方向,縦方向プロファイル測定を計画し,CT手法の適用の検討を開始した。c)MHz計測に必要なパイルアップ・連続パルスデータに対応するため,デジタル信号処理システム(DSP)の導入を図り,前段システムを構築しその特性の把握と高速化のためのプログラム開発を進めた。高速Flash ADCを選定し,発注した。次年度本格システムを構築する。今年度は昨年度設定したロードマップに従い,1)高速・高感度中性子検出法の開発,2)コンパクト中性子カメラの開発,3)JT-60Uにおける実測のためのデータ収集法の検討,を行った。具体的内容は以下の通りである。1.スチルベンシンチレータの高速化JT-60Uで使用してきたnγ弁別回路付スチルベン検出器の計数率上限(10^5CPS)を大幅に高めるために,フラッシュADCに信号波形を直接取り込み,デジタルデータ処理でnγ弁別を行う手法の開発に着手し,計測系とデータ収集・処理プログラムを整備した。nγ弁別と計数率の関係を調べ,60ns程度の積分時間で弁別が可能なことを見出し,データ転送の高速化法を検討した。2.平行平板雪崩検出器(PPAC)の開発最も高速な応答を有するPPACを核融合炉に適用するため,増倍特性を調べ、数Torrの低いガス圧において,高速な応答を示し,陽子に対しても十分な信号を生じることを見出した。従って反跳陽子やα粒子によっても高速応答が得られるので,PPACの高速性を生かしつつ,大型化や感度の向上が可能となる見通しを得た。また,核融合中性子によるバックグラウンドの低減法も見出した。3.コンパクト中性子カメラの開発限られたスペースしか利用できない実験炉で必要なコンパクトな中性子カメラとして,CVDダイヤモンド検出器と水中の^<16>O(n,p)^<16>N反応による^<16>Nからのγ線を利用したチェレンコフ検出器の試験を行い,ダイヤモンド検出器の照射特性を明らかにし,チェレンコフ検出器の実用化への見通しを得た。4.中性子プロファイルデータの解析とデジタル信号処理法の導入JT-60Uにおいて得られてきた中性子観測データの解析を進めるとともに,高周波事象を観測するためにフラッシュADCを用いた測定の準備を行い,予備実験を開始した。今年度は、昨年度までの成果を基礎に1)スチルベンシンチレータを用いた高感度中性子高速システムの実用化,2)スチルベンシステムのJT-60Uにおける実験への適用、3)平行平板型雪崩検出器(PPAC)に基づく超高速中性子カウンターの開発、を行った。具体的内容と成果は以下の通りである。

1.スチルベンシンチレータを用いた高感度中性子高速システムの実用化JT60で使用してきたスチルベン検出器の計数率上限(10^5 CPS)を大幅に高めるために,高速フラッシュADCに信号波形を直接取り込み,デジタル信号処理でパイルアップ条件下でも波形分離によってnγ弁別を可能とする手法を開発し,高速化を図った。信号を連続した1個の信号として取込み、解析するもので、従来法を大幅に越える計数率(>10^6)を実現した。また、計数率の変動によるホトマルのゲイン変動を低減し、又補正可能とするためにLEDの光をホトマルに導入しモニターするシステムを製作した。加速器中性子源を用いて性能の検証とエネルギー校正を行った。2.スチルベンシステムのJT-60Uにおける実験への適用1のシステムをJT-60Uの垂直ボートにおける測定に適用し、10^6 CPSまでの計測に成功した。また、ゲイン変動の発生を観測し、DSPによって補正可能なことを実証した。また、DT燃焼による中性子の観測にも成功した。これによって世界で最も高速な中性子スペクトロメータが実現した。プラズマの高速不安定性の解明に有効と期待される。3.平行平板雪崩検出器(PPAC)の開発昨年実現した軽荷電粒子検出型PPAC中性子検出器を位置敏感型に拡張するとともに、感度向上の方策を検討し、PPACを多段にカスケード接続する方式を試験し、有望なことを検証した。次年度、実際の計測への応用を検討する。計画の最終年度である本年度は、JT-60Uにおけるデジタル信号処理を用いた超高速な中性子計測システムを拡張し1)中性子検出器の複線化と複数視線からの高速なプロファイル測定、2)データ処理の高速化によるショット間でのデータ解析、3)計測手法の高度化、に取り組み、以下のような成果を得た。1)JT60Uに垂直1視線、斜め6視線についての中性子検出器とフラッシュADCを用いた高速データ収集系を整備し、それらを、同期させて各検出器の時間分布を計測する手法を開発した、これによって、複数視線から中性子の時間依存性を極めて高速に観測する手段を整備し、中性子時間分布の空間依存性を測定できることを検証した。2)データ処理の高速化のためにデータ処理手順を見直し、コンパイルの繰り返しを止め、多重バッファリングを導入することによって、データを高速にかつ安全に転送し、処理することが可能となった。これによって、データ処理時間は大幅に短縮され、ショット間での解析が現実的になってきた。3)平行して、得られたデジタルデータにn一γ弁別を適用する手法を検討し、デジタルフィルターを用いて信号のテイル部分を短縮することで信号あたり70ns以下の解析時間で弁別が可能となり、また、関数あてはめ法、ベクトル内積法を用いたパターン認識法を開発した。これらによって、低エネルギー粒子の弁別が、従来の電荷積分法に比べて大幅に向上した。これらを組み込むことによって更なる性能向上が期待される。また、高速ガスカウンターMicro MEGAの開発を継続し、低圧力運転によって信頼性向上を達成した。
含硫植物油性成分の吸収と機能発現に関する研究

植物由来の含硫成分として最も代表的なニンニク(Allium sativum L.)の成分について、吸収と機能発現を中心に検討した。ニンニクを摂取する際には、加熱して、ニンニクそのものの機能発現系を破壊し、前駆体(アリイン)として摂取する場合と、細切して充分機能物質を作らせてから摂る場合とに大別される。近年、これらの前駆物質も動物体内では、幾つかの機能を発現することが明らかにされている。しかし、それらの吸収に関する情報はほとんどない。そこで本研究では、ニンニクにとって機能物質であるスルフィドの生理機能を検討することに加えて、機能前駆物質アリインについても検討した。研究成果は、(1)強い生理活性が期待されるdiallyl trisulfideの化学合成法を確立した。(2)アリイン(S-allyl-L-cysteine sulfoxide)、および、その^<35>S標識化合物を合成し、動物の消化管からの吸収と分解機構を究明した。(3)ヒト結腸由来ガン細胞Caco-2を用いて細胞へのアリインの取り込みと分解について検討し、当該細胞では分解されないが、迅速に吸収されること、その吸収にはcysteine transporterが関与していることなどを明らかにした。(4)ニンニクとオニオンの油性成分がヒト急性前骨髄球性白血病細胞HL-60に対して、増殖を抑制するとともに、好中球(顆粒球)へ分化させることを確認した。現在治験薬として扱われているall-trans retinoic acid(ATRA)による同細胞の分化誘導作用を、これらの油性成分が相乗的に促進することも確認した。以上のように、本研究によって、主要機能成分diallyl trisulfideの化学合成法を確立した。また、S-allyl-L-cysteine sulfoxideの消化管からの吸収と分解、細胞表層の受容体の種類などについて、それぞれ確認および推定することができた。平成11年度は、ニンニク、タマネギに含まれる含硫化合物の機能性について、腫瘍細胞の分化誘導や虚血再潅流障害に及ぼす影響について主に検討した。ガーリックオイルが虚血再潅流障害に及ぼす影響:虚血再潅流障害に及ぼす影響は、ラット全肝虚血モデル系においてtype-1 plasminogen activactor inhibitor(PAI-1)の発現に及ぼす影響について検討した。ラットに5分間の全肝虚血を施し、肝臓から定法に従い全RNAを調製しRT-PCRによりPAI-1遺伝子発現量を検討した。また、血漿中のグルタチオンなどいくつかのパラメーターの測定を行なった。正常肝臓においてはPAI-1遺伝子はほとんど発現していなかったが、虚血再潅流によりPAI-1の発現は経時的に増大した。虚血再潅流によるPAI-1遺伝子発現の誘導はガーリックオイルの前投与により減少した。また、肝臓中のGSHは虚血再潅流により増大し、この増大はガーリックオイルの投与により減少する傾向を示した。ガーリックオイルが急性前骨髄性白血病細胞の分化に及ぼす影響:急性前骨髄球性白血病細胞株HL-60をモデルとして、ガーリックオイル、オニオンオイルがHL-60の増殖・分化に及ぼす影響について検討した。ガーリックオイル、オニオンオイルはHL-60増殖を濃度依存的に抑制し、顆粒球方向への分化を誘導した。Garlicの構成成分であるジアリルジスルフィドについても同様の細胞増殖抑制能、分化誘導砥が観察された。1)ニンニクが産生する含硫化合物の給餌による生体機能変化と静脈注射による生体機能変化の比較

ラットに対して、ニンニク粉末(全diallylsulfides5.05mg/g粉末)を0.8%含ませた高脂肪食(ショートニング30%またはラード30%)を1ヶ月間給餌したところ、腎臓周囲脂肪組織、皮下脂肪,血漿トリグリセリドおよび血漿遊離脂肪が、ニンニク無添加食に比して有意に減少した。また、これらとは逆に、褐色脂肪組織(IBAT)重量とその中のミトコンドリアタンパク量は有意に増加した。これらの結果から、ニンニク食ラットのIBAT機能の亢進による脂肪の異化の促進が考えられたので、IBAT中のアンカップリングタンパク(UCP)を定量してみた。その結果、ショートニング食にニンニクを添加した食餌群で、ニンニク無添加群の1.5倍、ラード食にニンニクを添加した群で2倍のUCP量が測定された。ニンニク添加食は、またラット尿中ヘのアドレナリンおよびノルアドレナリン排泄量を顕著に増大させた。このようなニンニクの作用が、ニンニク中のどの成分によって現れるのか、あるいは類似化合物でもみられるのかなどに関して、数種類のsulfidesを用意して、ノル/アドレナリンの血漿濃度を指標に検討したところ、butyl-、amyl-、ethyl-disulfidesでは、対象と変わらず変化が見られなかったが、methyl-、allyl-disulfidesに効果がみられた。また、allyl sulfidesの効果は、mono-<di-<tri-sulfideの順に硫黄原子が多くなるほど強くなることが認められた。2)ニンニク・タマネギ油性成分が急性前骨髄球性白血病細胞HL-60を顆粒球へ分化させるニンニクとタマネギの油性成分はallylsulfidesを主成分としている。これらをHL-60培養液に20μg/ml添加し、培養すると、増殖が抑制される。培養液へのアルカリフォスファターゼ漏出はみられないので、細胞毒性はないものと考えられる。培養24時間後より、顆粒球に特徴的なBTB還元能および細胞表面マーカーCD11bの発現量が増大してきた。これらの作用は、diallyl disulfideによって、より強く現れた。顆粒球はアポトーシスを示さず、巨大化した。植物由来の含硫成分として最も代表的なニンニク(Allium sativum L.)の成分について、吸収と機能発現を中心に検討した。当該成分は、植物体の生育に直接関与するprimary metabolitesではなく、防御機構を担当するsecondary metabolitesと考えられている。事実、植物体内には、そのような機能を発現する前段階の物質、前駆物質として存在していて、微生物による組織侵襲や害虫による組織損傷が契機となって初めて機能物質(ニンニクではアリシンやスルフィド類)が産生されてくる。このような有事の状態は、我々がニンニクを細切、摩砕する場合も当然起きてくるものである。むしろ重大な障害となって、最大限の抵抗(機能物質生産)を示す。
全自動3次元形状計測のためのツイン視覚サーボ系による制御装置の開発

「実物体の3次元コンピュータモデルを全自動で生成可能とすること」が本研究の目的である。3次元画像計測装置の一般への普及の見込みは高いとは言いがたい。その大きな原因のひとつには、測定から3次元コンピュータモデル生成までの一連のプロセスを全自動化できていないという点があげられる。パターン投影法やステレオ法を用いた3次元形状計測装置では、多数方向から撮影された複数の側面モデルを合成してひとつの全方位モデルを生成する。通常、測定方向の方角決めや、合成の編集作業は手作業となる。マーカーを用いて合成を自動化する手法も提案されているが、測定方向の方角決めは未測定箇所を予想しながらの手動調整となる。あるいは全方向360°×180°から任意角度毎に測定する方法もあるが、5°ごとに測定を行ったとしても2592回の撮影が必要となり時間がかかる上、合成時の調整も困難となる。そこで本研究では、測定されていない箇所を自動で判定するとともに、ロボットの視覚誘導に用いられる視覚サーボの理論を応用した全自動3次元計測のための制御装置の開発を目指す。
ウシ住血原虫の生物学的クローニング及びこれ用いた原虫のマーカー遺伝子の収集

我々は、北海道渡島地方および奥尻島の放牧牛から採取した血液材料をウシ置き換えSCIDマウスに接種する方法により、複数のBabesia ovata分離株を得ることに成功した。これらの分離株は、いずれも、原虫の形態的特徴・病原性・媒介ダニなどの点からは区別できないが、抗原性状ならびにゲノムDNA塩基配列の点ではかなりの多様性が見られた。また、同一ウシ個体から異なる時期に分離された原虫や、さらには、一つの原虫寄生血液サンプル中ですらも、抗原性ならびに遺伝性状の異なる複数の原虫サブポプレーションが存在することが明らかとなった。本研究では、B.ovataの多様性獲得のメカニスムを解明するため、その解析手段として必要な、多型性を示すマーカー遺伝子の収集ならびにマーカー性状の異なる複数の原虫クローンの樹立を試みた。現時点までに、SpS7,merozoite surface protein,sphericalbody protein,roptory associated proteinなどの多型性を示す遺伝子、ならびに、small subunitribosomalRNA,actin,β-tubulin,elongation factorなどのいわゆるハウスキーピング遺伝子(コントロールとして)をクローニングすることに成功し、これらの遺伝子の塩基配列のほとんどを決定し終えた。一方、我々は、マイクロキャピラリーを用いて顕微鏡下で一個の感染赤血球を採取し、これをウシ赤血球置き換えSCIDマウスに接種して増殖させる方法を開発し、これにより、Babesia ovataの原虫クローンを得ることに初めて成功した。複数の原虫クローンを分離し、それらのゲノムDNAについて、上記の遺伝子マーカーをプローブとしたサザンブロット解析を行なうことにより、いくつかのマーカーの組み合わせで個々の原虫クローンを区別できることが判明した。原虫の多様性が生じるメカニズムとして有性生殖ステージにおける原虫相互での遺伝子の組み換えが関与している可能性が考えられる。本研究で得られた遺伝子マーカーを異にする2つの原虫クローンを混合感染させたウシにフタトゲチマダニの成ダニを吸血させ、次世代の幼ダニへ移行した原虫についてどのようなマーカーの変化が生じたかを調べることにより、有性生殖ステージにおける遺伝子の組み換えの過程を研究することが可能性となるだろう。これまでの研究で、我々は、北海道渡島地方および奥尻島の放牧牛から採取した血液材料をウシ置き換えSCIDマウスに接種する方法により、いくつかのBabesia ovata分離株を得ることに成功した。これらの分離株は、いずれも、原虫の形態的特徴・病原性・媒介ダニなどの点からは区別できないが、虫体の抗原性状ならびにゲノムDNA塩基配列の点ではかなりの多様性が見られた。また、同一ウシ個体から異なる時期に分離された原虫や、さらには、一つの原虫寄生血液サンプル中ですらも、抗原性ならびに遺伝性状の異なる複数の原虫サブポプレーションが存在することが判明しつつある。本研究の目的は、B.ovataに見られるこのような多様性をより詳細に調べ多様性獲得のメカニスムを解析することであり、まず、その第一段階として、多型性を示すマーカー遺伝子をできるだけ多く収集することに専念した。現時点までに、SpS7,merozoite surface protein,sphericalbody protein,roptory associated proteinなどの多型性を示す遺伝子、ならびに、small subunitribosomalRNA,actin,β-tubulin,elongation factor-2などのいわゆるハウスキーピング遺伝子(コントロールとして)をクローニングすることに成功しており、これらの遺伝子の全塩基配列を決定中である。