hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運転集中状態を３段階評価する予防安全運転支援システムの構築

地元バス会社との共同運行実験は次年度開始の予定である。昨年度研究成果報告書の今後の研究の推進方策のなかで、走行環境の潜在的な危険度評価が重要であるとの観点から、「運転環境の危険度推定」と「ドライバの個人特性の抽出」の2課題を加えることを述べたが、前者に関する研究成果を国内会議で報告した。予防安全運転支援システムを構成する4つの核技術である1注視行動の妥当性評価、2瞬きの時系列解析、3覚醒努力表情の検出、4車両の速度、操作予測、の開発を進めた。1については、昨年度に構築した優先順位付けの妥当性を示した。特に、ヒトの視覚特性のひとつである周辺視の重要性を実験で明らかにした。2については、昨年度よりサッケード(高速眼球回転運動)計測法の開発を先行させてきたが、運転席に着座したドライバーの眼球に映り込む周辺画像情報を用いてサッケード計測が可能であることを示した。3については、本課題を修士研究テーマとしていた学生が他大学に異動したため検証実験が中断した。4については、昨年度に構築した先行車両の追従走行アルゴリズムを改良し、通常走行状態での車両速度と車間距離の推定精度を向上させた。3における覚醒努力表情は漫然状態を示す生体情報のひとつであるが、これに代えて、心拍および発汗情報を含む車両操作情報を特徴量とした多次元データのクラス分類により、漫然運転状態が検出可能であることを示した。本研究課題名に掲げていた運転集中状態の3段階評価については、漫然状態の発生頻度によって注意喚起や警告を発する手法の検討を進めたが、検証実験の実施には至らなかった。予防安全運転支援システムの有効性を検証する実験環境としての、1ドライビングシミュレータ(DS)環境、および2ドライバー情報収録環境の整備について、今年度も継続して改良と更新を行った。1については、DS操作における没入感を増すために、周辺光を遮断する暗幕を新たに設けた。2については、大学構内における実車搭載実験により、搭載機器類の動作検証を行った。本年度の研究予算による主たる購入物品は上述の暗幕のみで、残りは研究発表を行うための国内会議の参加費に充当した。漫然運転は、主として疲労や眠気による意識低下と、意識が運転以外に集中することにより引き起こされる。前者はドライバーの表情から比較的容易に判断できるが、後者を外部から判断するのは容易ではない。本研究では、1注視行動の妥当性、2瞬きの時系列変化、3覚醒努力表情の有無、4アクセル/ブレーキペダルの操作情報を総合して、漫然状態を検出するシステムの開発を行い、以下の成果を得た。a. 1と4の解析手法を確立した。b. 2に代えて、実用性の高いサッケード計測技術を開発した。c.ドライバー情報に基づき、漫然状態を総合的に検出した。d.漫然状態の発生頻度で運転集中状態を評価する手法を提案した。研究計画書を作成した時点では、外部との共同研究を想定しておらず、当初の研究計画に対して課題達成の優先順序に多少の変更が生じた。
電池の中で起こる化学変化からイオンの生成を理解する学習プログラムの開発

出雲科学館で2012年度に実施した中学3年生「化学変化とイオン」の理科学習では,"イオンが電極に引かれる現象"を応用した小惑星探査機「はやぶさ」のイオンエンジンについて,授業の中で紹介した。理科で学習する内容が科学技術の発展を支える基礎となっている具体的な事例を聞き,中学生がどのような意識をもったのか調査した。理科学習では,3時間(45分X3)の授業を実施した。1時間目は,教科書に記載されている実験を中心にサイエンスホールで大型画面を用いて演示した。目で直接見て確認することのできないイオンの生成や存在などについて,それらの実験の直後にアニメーションで効果的に分かりやすく解説することで生徒の理解を助けたり,興味や関心をより高めたりすることができるように工夫した。2時間目は,2人に1セットの数量で塩化銅水溶液の電気分解を実施した。3時間目は,1人1セットで電解ニッケルめっき実験をし,オリジナルのキーホルダーを作製し,実験記念品として持ち帰らせた。理科学習の1か月後に,生徒向けアンケート(全11問)を,1学校6学級の在籍者(174人)を対象に実施した。イオンが電極に引かれる現象を理解することができたのか及び「はやぶさ」に使われているイオンエンジンのような最先端の科学技術の事例を聞いたことなどについての回答を得た。「イオンエンジンは,『イオンが電極に引かれる』ことを利用して前へ進む力を得ています。このことを,理解することができましたか」の問いに対して,85.1%(148人)の生徒が「できた」「少しできた」と好意的な回答をした。※四者択一今回,イオンエンジンのように,中学校の理科で学習する内容が最先端の宇宙探査と密接に関係している事例について情報収集をし,授業に生かすことができた。また,生徒向けアンケートの他の設問への回答傾向から,指導目標である『電解質の水溶液中に陽イオン・陰イオンが存在し,電流を流すと陰極・陽極へそれぞれ引かれること』について,「生徒は,実験を踏まえて理解を深めることができている」と分析している。
ミクロオートファジーによる新規エンドサイトーシス経路の研究

エンドサイトーシスはシグナルの受容、栄養供給を通じて、様々な生理機能に必須な役割を果たす。初期胚では「ミクロオートファジー」とよばれるユニークなメカニズムでエンドサイトーシスが進行する。初期胚と似た性質をもつ空腸上皮細胞での膜ダイナミクスを明らかにするため、GFP融合エンドソームタンパク質を発現するマウスを作成し、オルガネラダイナミクスを検討した。腸管特異的に膜融合装置を欠損するマウスでは、細胞微細構造が異常になり、出生後、成長の遅延が見られた。増殖因子の受容と応答の制御は疾病に直接間接に関与することから、加齢に伴う腸上皮の増殖など、興味深い研究を展開する基盤を構築することができた。ミクロオートファジーは、細胞基質の一部、あるいは小さなオルガネラが大きな液胞に飲み込まれる生理的過程であり、酵母の生育条件の適応において重要な細胞内の再組織化を担う。最近、私たちは高等動物細胞においてもミクロオートファジーが起きており、とりわけ、初期胚の原腸陥入の時期に必須の機能を果たしていることを明らかにしている。本研究では高等動物においてのミクロオートファジーの普遍性と細胞機能の関連を検討することを目的とする。研究の発足に辺り、巨大な液胞を有することが明らかになっている空腸を検討することとした。消化器官上皮細胞で特異的にCre recombinaseを発現することをおこなうため、Gata6転写因子のコーディング領域をCreの配列に置き換えたBACを構築し、マウス受精卵に導入して多数のTg動物を得た。これらをレポーター遺伝子をもつマウスと交配したところ、小腸上皮でCreの活性があるマウスは得られず、免疫ブロットなどによってもCreの発現は確認できなかった。mRNAの発現が確認されたことから、転写段階は計画通りに起きているが、Gata6タンパク質の翻訳には未知の制御機構があり、トランスジーンではその制御を再現できていないことが考えられる。平行して、既存の小腸特異的Cre発現トランスジーン(Vilin-Cre)を、mVam2(-), rab7(-)の遺伝学的背景に導入することをすすめると共にmVam2flox, mRab7flox alleleをホモにもつマウスを作出した。マウス初期胚において「ミクロオートファジー」が起きており、原腸陥入期の母体との相互作用と胚のパターン形成に必須であることが明らかになっている。ミクロオートファジーの動物細胞でのメカニズム・生理的意義は未解明である。本研究では様々な組織におけるミクロオートファジーの実態を探ることを計画している。ミクロオートファジーをはじめとする、オルガネラ膜輸送の制御にはオルガネラ膜に存在する液胞型プロトンポンプ、V-ATPaseが重要な機能を持つ。V-ATPaseは多数のサブユニットから構成され、さらには各サブユニットにイソフォームが存在しており、組織特異的な発現をするものも含まれている。オルガネラ膜ダイナミクスやミクロオートファジー、さらには脳高次機能におけるこれらの基本的細胞機能の関わりを明らかにするため、神経特異的に発現がみとめられるV-ATPase GサブユニットのG2イソフォームを欠損するマウスを作成し、その表現型の解析を進めている。G2イソフォームの欠損に伴い、組織特異的な発現様式を示さないGサブユニットイソフォーム、G1の現存量が脳組織で顕著に増加した。すなわち、神経特異的G2の欠損はG1のアップレギュレーションを引き起こす。この量の制御は、mRNAの増加を伴わなかった。したがって、V-ATPaseのGサブユニット発現量の制御は、転写レベル、mRNAの安定性レベルではなく、タンパク質翻訳以降のメカニズムが関わっていると考えられた。今後、G2欠損マウスにおけるミクロオートファジーに関して、詳細な観察を進めて行く。ミクロオートファジーは細胞基質、あるいは小型オルガネラを大きな液胞に取り込む膜ダイナミクスであり、出芽酵母などでは生理的な環境適応に重要な作用をもつ。哺乳類をはじめとする動物細胞では、しかしながら、ミクロオートファジーの実態、意義など、ほとんど明らかにされていない。私たちがミクロオートファジーを見いだしたマウス初期胚の胚体外上皮組織と、新生マウスの腸管上皮組織は様々な点で共通性を示す。そこで、本研究の最終年度では、マウス空腸上皮組織におけるエンドサイトーシス経路の解析を進めた。空腸上皮組織を構成する細胞は明確な細胞極性をもち、頂端面から活発なエンドサイトーシスを行う。エンドソームマーカーで確認したところ、頂端面の形質膜直下の膜系は初期エンドソームの性質を、核周辺のオルガネラはリソソームの性質をもつことが確認できた。エンドソーム間の膜輸送を担う分子であるsyntaxinの遺伝子破壊マウスでも腸管の細胞形態は変化せず、この組織においてsyntaxinの機能は必須ではないと考えられる。さらに、膜ダイナミクスを担うV-ATPaseのsubunit Gの遺伝生理学的な研究を進めた結果、神経特異的G2の欠損はエンドサイトーシス・ミクロオートファジーに顕著な影響を与えないことを明らかにした。一方、腸上皮で低分子量GTPaseの機能を喪失させたところ、エンドソームの形態が異常となり、ミクロオートファジー経路に異常が生じていることが考えられた。空腸上皮での膜ダイナミクスの異常は新生仔の発育に影響しており、出生後の体重増加が野生型に比べて低下する。糞便に明らかな異常は見られていない。加齢に伴うシステミックな生理との関連に関してさらなる観察によって明かにしていく基礎を築くことが出来た。

エンドサイトーシスはシグナルの受容、栄養供給を通じて、様々な生理機能に必須な役割を果たす。初期胚では「ミクロオートファジー」とよばれるユニークなメカニズムでエンドサイトーシスが進行する。初期胚と似た性質をもつ空腸上皮細胞での膜ダイナミクスを明らかにするため、GFP融合エンドソームタンパク質を発現するマウスを作成し、オルガネラダイナミクスを検討した。腸管特異的に膜融合装置を欠損するマウスでは、細胞微細構造が異常になり、出生後、成長の遅延が見られた。増殖因子の受容と応答の制御は疾病に直接間接に関与することから、加齢に伴う腸上皮の増殖など、興味深い研究を展開する基盤を構築することができた。ミクロオートファジーの観察に関してはさらなる検討が必要である。遺伝子改変マウスの作成と変異表現型の解析に関しては当初の予定以上に進み、なおかつ、予想されていない結果を得ることができている。両方の状況を鑑み、おおむね順調と評価している。細胞生物学オルガネラの観察を各組織で進ることに予想以上に時間を費やしており、今後、迅速化を図りたい。また、遺伝子改変マウスは多数、作成できていることから、これらを効率的に観察する手立てを講じていきたい。消化器官特異的にミクロオートファジー関連遺伝子を欠失するのには、当初Gata6-Creを新たに作成することを計画したが、Gata6を用いたCre発現が困難であったことから、次善の策としてのVilin-Creを用いることになった。マウス交配とホモ接合体の確認には世代時間の制約もあって時間がかかっているが、これは当初の予定通りである。また、関連する研究課題において、Ttr-Creを用いた臓側内胚葉特異的Cre発現による初期胚での遺伝子欠損の表現型の解析に成功している。前年度よりの繰り越しを効率的に使用し、研究を進めて来た結果、当初(初年度より)の算定より年度ごとの費用が少なめに推移しているため、次年度への繰り越しが生じている。産仔が得られはじめているVilin-Cre, mVam2deltaもしくはVolin-Cre Rab7deltaのマウスと、mVam2floxホモ、rab7floxホモのマウスをかけ合わせ、出生直後、あるいは出生直前の胎仔において、エンドサイトーシストレーサーや、蛍光抗体法を駆使してオルガネラの動態を観察してミクロオートファジーの実態を明らかにしていく。さらには、新生マウスの成長生理を観察し、ミクロオートファジーの生理的意義に関しての研究を進める。次年度にはこれらを活用し、研究の推進と、研究発表(掲載費など)を進めていく。本年度はマウスの遺伝的交配が主だったこと、他の関連研究でのマウス飼育や維持管理費を効率的に運用したために、本研究課題からは実験動物購入に関わる経費のみ、手当てすることになった。研究を進めるにあたり,必要に応じ、また他の研究課題と共通する点を有機的に活用したため当初の見込額と執行額は異なった。来年度は蛍光試薬や解剖に必要な試薬などの購入を行い、当初の研究計画を実施する。
冬眠の各種治療への応用（HP Complexに注目して）

冬眠を様々な医学的治療に応用できるかどうか検討するべく、現在は入手困難な冬眠タンパク(HP Complex)を人工的に合成するために、HP Complexの構成成分であるHP-20,HP-25,HP-27を、それぞれの相補的DNA (cDNA)をもとに,組換えタンパク質合成の手法の一つであるコールドショック発現系を用いて合成することに成功した。本研究は、心肺蘇生後の軽度低体温療法や重症感染症の治療に冬眠のメカニズムを応用するために、Kondoによりシマリスから発見されたHibernation-specific Protein Complex (HP Complex)をラットの脳室内に投与することにより、ラットを冬眠させられるかどうかを調べ、循環動態や免疫系に及ぼす影響を調べようとするものである。現在、HP Complexの入手は非常に困難であるが、HP Complexの構成タンパクであるHP-20、HP-25、HP-27の3種類については、それぞれの相補的DNA (cDNA)がTakamatsuらにより明らかにされているため、まずこれらのcDNAをクローニングしたプラスミドをTakamatsuより入手し、cDNAからこれら3種類のタンパクを合成しようと試みた。当初は、Biocomber社のPURESYSTEMシリーズを使用して無細胞タンパク質合成という方法を用いてHP-20、HP-25、HP-27の合成を試みていたが、タンパク合成量が少ない、あるいはうまく合成できないため、ラットの脳室内に投与するまでには至らず、より効率よく大量にタンパク合成できる方法に変更することにした。実際には、タカラバイオ社のコールドショック発現ベクターpCold ProS2にHP-20のcDNAを組み込んだプラスミドを用いて宿主大腸菌の形質転換体を調整し、この大腸菌を培養して充分量のHP-20が合成されている事を確認した。冬眠のシステムを医療に応用できれば、心肺蘇生後の低酸素脳症に対する軽度低体温療法や、弓部大動脈解離に対する人工血管置換術中の低体温下体外循環中など、様々な状況で有用である可能性がある。近年、冬眠にはHibernation Protein Complex (HP Complex)が重要な役割を演じている事が発見された。しかし、HP Complexは現在シマリスから採血した血液から精製することによりのみ得られており、一般の研究者がHP Complexを用いて冬眠の研究を行うことは非常に困難な状況である。本研究は、HP ComplexをcDNAをもとに遺伝子組み換えの技術を利用して人工的に合成し、冬眠のシステムを他の種(本研究ではラット)にも応用できないか調べようとする研究であった。cDNAからのタンパク合成は非常に困難であり、他の方法では全く合成できないかあるいは非常に少量しか合成できなかった。しかし、今回コールドショックタンパク合成システムを用いたところ、HP Complexの構成成分である、HP-20、HP-25、HP-27の3種類のタンパクの安定した合成が可能であることが分かった。今後、これらのタンパクを大量に合成・精製することにより、HP Complexを用いた冬眠の研究ができるようになると考えるが、精製や他の動物への投与はいまだできておらず今後の課題である。集中治療医学当初は、Biocomber社のPURESYSTEMシリーズを使用して無細胞タンパク質合成という方法を用いてHP-20、HP-25、HP-27の合成を試みていたが、タンパク合成量が少ない、あるいはうまく合成できないため、ラットの脳室内に投与するまでには至っていなかった。最近ようやくコールドショック発現ベクターpCold ProS2を用いたタンパク合成により、十分量のHP-20が合成されている事を確認した。残り2つのHP Complexの構成タンパクであるHP-25、HP-27の合成についても、HP-20と同様にタカラバイオ社のコールドショック発現ベクターpCold ProS2を用いて十分量を合成し、実際にラットの脳室内に投与する実験をしていきたい。HP Complexの構成タンパクであるHP-25、HP-27の合成についても、HP-20と同様にタカラバイオ社のコールドショック発現ベクターpCold ProS2を用いて十分量を合成する予定であったが、本年度中に行うことができなかった。HP Complexの構成タンパクであるHP-25、HP-27の合成について、タカラバイオ社のコールドショック発現ベクターpCold ProS2を用いて十分量を合成する。
昆虫の視物質回路網の解明

昆虫の網膜における視物質発色団の代謝経路について,(1)光により11-シス形レチノイドを生成する蛋白質の同定と,(2)不完全変態昆虫における発色団代謝経路の解明とそれに関与する蛋白質の同定,の2点に焦点を絞り研究を行った。その結果,ショウジョウバエの網膜特異的酸化還元酵素(PDH)が光異性化蛋白質であることを見出した。また,コオロギの発色団代謝経路をHPLC解析により明らかにし,それに関与するレチノール結合蛋白質を発見した。1.ショウジョウバエのレチノイド代謝関連蛋白質抗スルメイカRALBP抗体を用いて、ショウジョウバエ網膜の水溶性画分に存在し細胞間のレチノイド輸送に関与する可能性のあるレチノイド結合蛋白質の検出を行った。その結果、分子量約100kの蛋白質の存在がイムノブロッティングにより確認された。そこで、この蛋白質が存在するとみられる部分のゲルを切り出し、その配列決定を試みたが、現在まだ十分な蛋白質量が得られず決定には至っていない。今後、より多くの材料から十分量の蛋白質を得るべく、精製法を改良して実験を継続する予定である。一方、レチノイドの光異性化を司る蛋白質については、セイヨウミツバチでこれまでに見つかっている水溶性の異性化蛋白質を単離することを試みた。その結果、ネイティブ電気泳動を用いてミツバチの眼の水溶性画分に特異的な分子量約25kの蛋白質の単離に成功し、現在、PMFによる配列決定を進めている。2.コオロギのレチノイド代謝関連蛋白質コオロギのレチノイド結合蛋白質等の探索を行うための準備として、眼に含まれるレチノイドのHPLCによる分析を行った。その結果、明暗条件下で11-シス形と全トランス形間の異性化が起こり、発色団として視物質と結合していると考えられるレチナールが検出されたのに加えて、11-シス形ならびに全トランス形レチノールの存在が確認された。この結果から、ショウジョウバエと同じく視物質回路にレチノールが関与していることを示唆され、これらの結合蛋白質が存在する可能性を示された。1.ショウジョウバエのvisual cycle関連蛋白質ミツバチ網膜の水溶性画分に特異的に存在し、レチナールの光異性化に関与するレチノイド結合蛋白質を電気泳動により分離し、PMFを用いた一次構造の解析を行った。その結果、最も有力な候補蛋白質として、「プロスタグランジン脱水素酵素類似蛋白質」が同定された。そこで、この配列を用いてショウジョウバエのゲノムデータを解析したところ、すでに我々が単離・同定に成功し、色素細胞に特異的に存在することが明らかとなっている酸化還元酵素(PDH)が、最もホモロジーの高い蛋白質として検出され、この蛋白質が、ショウジョウバエ網膜のvisual cycleにおいて、全トランスレチナールの光による11-シス形への異性化に寄与していることが、強く示唆された。PDHは、レチナールーレチノールの酸化還元反応にも関与することが示されており、今回の結果は、この蛋白質が昆虫網膜のvisual cycleにおいてきわめて重要な役割を果たしていることを示すものである。2.コオロギ網膜におけるレチノイド代謝経路明および暗順応状態において、コオロギ複眼に含まれるレチノイドの組成を分析し、その変化から、網膜における発色団代謝経路を解析した。その結果、視物質の光反応により生じた全トランスレチナールはレチノールに還元されたのち色素細胞に運ばれ、そこで再びレチナールに酸化されて11-シス形に光異性化されることが示唆された。次年度はこの経路を作業仮説とし、レチノイド代謝に関与する蛋白質の同定と、その機能解析を行う予定である。1.ショウジョウバエのvisual cycle関連蛋白質昨年度の研究から、ショウジョウバエ網膜においてレチナールの光異性化に関与する蛋白質として、色素細胞に特異的に存在することが明らかとなっている網膜特異的酸化還元酵素(PDH)が、最有力候補として同定された。この蛋白質のin vivoでの機能を解析することを目的として、その欠損変異体の作成を行った。FLP/FRTによる組換えシステムを用いた染色体欠失法を利用することにより、PDH遺伝子のみを特異的に欠損させた変異体の作成に成功し、PDH蛋白質が全く発現されないことを、イムノブロッティング法により確認した。この変異体の機能解析が、今後の課題である。一方、ビタミンA欠乏培地での飼育により、その発現量が変化する蛋白質について、2次元電気泳動法による分離と質量分析を用いたPMF分析を試みた。2次元電気泳動による分離には成功したが、質量分析には更なる量が必要であることが分かった。2.コオロギ網膜におけるレチノイド代謝経路フタホシコオロギ網膜におけるレチノイド代謝経路を明らかにするために、この経路に関与するレチノイド結合蛋白質の同定とその機能解析を試みた。

コオロギ網膜の水溶性画分をネイティブ電気泳動により分離し、紫外線照射により生ずる蛍光検出を行って、レチノール結合蛋白質を検出したところ、分子量約36kの蛋白質を見出した。HPLCによる解析から、この蛋白質は暗所で全トランス形レチノールを結合しており、光照射により結合するレチノールが11-シス形に変化することが示唆された。
壁面流における乱流発生から発達乱流に至る不変集合の分岐構造と境界クライシス

平面クエット流において,レイノルズ数と初期条件が異なる10万例以上の数値計算を行い,カオス発生の初期段階を詳細に捉えた.層流解以外のアトラクタが同時に2つ存在することで,フラクタル吸引領域境界の形成やその崩壊過程を複数の大域分岐と関連して見つけた.求めたリアプノフ次元は2を少し上回る大きさであり,カオスアトラクタは1次元写像と同相であると考えられる.このため,原理的には数次元の力学系を構築できることが分かった.永田の定常解からのカオスの発生においては,機械学習を用いてこの低次元化系を構築し,少なくとも5変数を用いることで,ナビエ・ストークス方程式を再現する高精度な系が構築できることが分かった.フランス共同研究者2名,大学院生2名,当研究室の河原教授が主な共同研究者である.本研究の数値計算には課金型(例えば九大の高性能アプリケーションサーバー(HA8000-tc))の計算機を用いて継続的に行った.本研究ではDNS等に用いる数値計算の準備を主にも力を入れて行なった.数値計算の準備では,特に矩形領域内での境界値問題の高速解法に取り組んだ.この境界値問題は矩形管流のDNSを高精度に行う際に遭遇する方程式で,2方向に多項式を用いる離散化を行うため,非常に複雑である.初年度としては,2次元の場合の境界条件が特殊な場合の解法を完成させ,4辺が壁に囲まれた2次元熱対流の問題の数値計算が高精度に行えるようになった.この結果,熱対流問題の解の分岐構造を詳細に調べることが可能となり,熱対流の循環方向のカオス的反転の開始に至る道筋を発見することが出来た.DNSから反転の分岐構造を捕らえたのは本研究が初めてであると考える.また,円管流において,遷移レイノルズ数近傍で観測される乱流パフの分裂のメカニズムについて,DNSを用いて詳細に調べた結果が論文として発行された.さらに分裂の発生頻度に関する研究として,極値理論を用いての解析を進めている.フランス人博士2名(Manneville,Duguet),大学院生2名(金澤,森下),当研究室の河原教授のが主な共同研究者であった.数値計算は主に九州大学の課金型の大型計算機HA80000-tcを用いた.本年度の主な実績は以下の4点である.(1)機械学習を用いて乱流の(数値的な意味で)厳密な低次元力学系の構築法を確立した(清水,河原).十分小さなレイノルズ数の乱流ではあるが,5変数の時間発展方程式で直接数値計算(数10万変数)の時間発展を再現することができ,大幅な計算コストの削減が行えた.高レイノルズ数にも応用できれば,工学的な乱流計算にも非常に重要であると考える.(2)平行平板間流れにおいて,乱流の発生源と期待できる2方向局在乱流を,従来よりも小さなレイノルズ数(Rem=425程度)で得た(従来の下限レイノルズ数はRem=550程度).(金澤,清水,河原)この局在乱流の分岐構造を求めることが出来れば,平行平板間流れでの乱流遷移の問題は解決されるものであると考える.(3)ダクト内流れの乱流2次流れのレイノルズ数依存性について調べた.(森下,清水,河原)昨年度,ダクト内流れの計算法の開発に取り組んだ結果,十分高レイノルズ数の計算が行えた.(4)円管流れでの局在乱流(乱流パフ)の消滅と分裂に対応する物理量について,極値の分布関数を調べた.(Manneville,Duguet,清水,河原)研究実績の概要の(1)と(2)は当初の計画を上回る成果である.まず(1)について述べる.乱流の容量次元は限られており,原理的には有限個の変数で流れが記述できるとされている.当初の研究計画では乱流が発生するレイノルズ数から発達乱流のレイノルズ数にかけて,容量次元つまり乱流の自由度がどの様に増加するのかだけを測定することであった.乱流の自由度がいかに小さくても,乱流のデータを圧縮して低次元の構成方程式を構築することは困難であると考えていた.しかし,近年の機械学習のアルゴリズムの発展により,カーネル分位点回帰やサポートベクトルマシンを用いることで,非常に高速に高精度な低次元方程式を構築できることが分かった.さらに,直接数値計算を高精度に再現できる変数の数を乱流の次元とすることで,本手法から直接的に乱流の次元を求めることができた.(2)については,平行平板間流れにおいて,非常に大きな計算領域で準静的にレイノルズ数を小さくしていくことで,流れ方向とスパン方向の両方に局在した乱流を得ることができた.この局在乱流はほぼ周期的で秩序を保った流れである.このため,この乱流中の不変解を求めることは困難ではないと考えられる.フランス共同研究者2名(Manneville、Duguet)、大学院生2名(金澤、森下)、当研究室の河原教授と共に共同研究を行った。本研究課題の数値計算には、核融合研究所の公募型課題の採択による、プラズマシミュレータ(富士通PRIMEHPC FX100)に加え、九州大学の課金型の高性能アプリケーションサーバー(HA8000-tc)を利用した。本研究で得られた主な成果を以下に挙げる。(1)平行平板間流れにおいて、前年度に得た空間局在解にフィルター関数を用いて、さらに局在した時間周期解を求めることに成功した。

(2)平面クエット流において、大領域での大規模数値計算を行い、乱流維持の下限レイノルズ数が330程度であり、報告されている実験値325よりも大きいことが分かった。また、低解像度による数値計算から、平面クエット流における乱流遷移も、2次元のdirected percolation普遍クラスによく従うことが分かった。(3)矩形管流れの超高レイノルズ数乱流の数値計算行うことが可能になり、乱流2次流れのレイノルズ数依存性を調べた。平行平板間乱流と異なり、2次流れの生成に関わるレイノルズ応力が、レイノルズ数でスケーリング出来るというデータを得ることが出来た。角の存在を利用し、この相似性を説明する定性的理論を構築できた。平面クエット流において,レイノルズ数と初期条件が異なる10万例以上の数値計算を行い,カオス発生の初期段階を詳細に捉えた.層流解以外のアトラクタが同時に2つ存在することで,フラクタル吸引領域境界の形成やその崩壊過程を複数の大域分岐と関連して見つけた.求めたリアプノフ次元は2を少し上回る大きさであり,カオスアトラクタは1次元写像と同相であると考えられる.このため,原理的には数次元の力学系を構築できることが分かった.永田の定常解からのカオスの発生においては,機械学習を用いてこの低次元化系を構築し,少なくとも5変数を用いることで,ナビエ・ストークス方程式を再現する高精度な系が構築できることが分かった.研究の初年度は翌年度以降で用いる数値計算の準備を行う予定であった.高精度スペクトル法によるDNSと,数値的厳密解を求めてパラメータの変化に伴う解の接続の手法について,おおむね順調に準備を行うことができた.ルジャンドル多項式などの直交多項式によるスペクトル変換において,高速多重極変換を用いての高速変換を行う予定であったが,計算コードの作成に非常に時間を要することと,多項式を用いる方向の自由度が十分に大きくないと,高速変換の威力が発揮されないことが分かり,高レイノルズ数の数値計算が必要になる際に高速変換を取り入れることとした.乱流はレイノルズ数の増加に伴ってその実質的な自由度が増加する.工学的に重要な高レイノルズ数の数値計算において,上記で述べた低次元方程式系をどの様に応用できるのかを考える.第一段階としては,孤立した乱流の集団の例を扱い,およそ独立した(弱い相互作用の)低次元系の集団の場合を考える.発達乱流の場合においても,同等な要素(低次元系)の相互作用系と見なせるとすると,本手法は従来の工学的な乱流モデルよりもはるかに効率的な手法になると期待できる.また,平行平板間流れの乱流遷移の問題については,上記で得られた局在解を用いて,その乱流中から直接的に不変解を抜き出すことや,乱流を層流の境界を求めるエッジ追跡を行うことによって,乱流を発生させる解の分岐構造を解明し,種々の遷移レイノルズ数を求めていく予定である.流体工学円管流や平行平板間流において領域の大きさを充分にとり,カオスアトラクタやカオスサドルが発生するレイノルズ数を求める.遷移流(円管ではRe2000程度)はカオスサドルで,乱流には寿命がある.従来数値計算では,比較的長い間乱流が持続する初期条件と層流解をの線形結合を用いて,乱流にも層流にも漸近しない状態を求められてきた(シューティング法).この状態を準静的に低レイノルズ数側へと接続することで,カオスサドルの発生(境界クライシス)のRetを求める.Retはその近傍で消滅時間を測定し,代数的に発散する点とする.また,カオスを構成する不変集合の起源を調べる.乱流の分裂過程についても発生のReを求めることを試みる.
CdsーCdSeーCdTe系の固相における相境界の決定

IIーVI族化合物半導体四元混晶であるCdS_xSe_yTe_<1ーxーy>系について粉末X線回折法と質量分析法によって状態図を作成した。前年度、X線回折法により700°Cと800°Cにおける状態図及び等格子定数線を作成した。また質量分析法により700°Cにおける相境界の決定を行った。この二つの手法により、700°Cにおいて決定された相境界の位置はほぼ一致している。今年度は、X線回折法によって750°Cにおける状態図及び等格子定数線を作成し、700°Cから800°Cの範囲での固相領域における状態図を作成した。750°Cにおける状態図をFig.1に示し、700°Cから800°Cにおける状態図をFig.2に示す。この結果から、700°Cと800°Cの間ではウルツ鉱型六方晶間の二相領域(W_1+W_2)が、閃亜鉛鉱型立方晶とウルツ鉱型六方晶間の二相領域(W_1+W_2)が、閃亜鉛鉱型立方晶とウルツ鉱型六方晶間の二相領域(Z+W)に変態することがわかる。また750°Cにおいては三相共存相の存在が確認された。また700°Cにおける閃亜鉛鉱型立方晶とウルツ鉱型六方晶間の二相領域(Z+W)に存在する試料をEPMAにより分析した結果から求められた二相領域内のタイラインの傾向をFig.3に示す。IIーVI族化合物半導体CdSーCdSeーCdTe擬三元系の状態図を708°C、808°Cにおいて粉末X線回折法により作成した。図1、2に粉末X線回折法により作成した状態図を示す。808°Cでは閃亜鉛鉱型立方晶単相(Z)、ウルツ鉱型六方晶単相(W)、立方晶と六方晶間の2相(Z+W)、格子定数が異なる六方晶間の2相(W_1+W_2)の4つの領域が得られた。708°Cでは閃亜鉛鉱型立方晶単相(Z)、ウルツ鉱型六方晶単相(W)、立方晶と六方晶間の2相(Z+W)の3つの領域が得られた。また、これらの粉末X線回折法により作成した状態図をもとに、質量分折法を用いて、688°Cにおける低濃度CdTe側の相境界を決定した。図3に質量分折法により測定された低濃度CdTe側の相境界を示す。この系は実際には4元系であるが、測定では擬3元系と仮定して取り扱い、測定の結果、試料が相合蒸発を行っていることを確認した。しかし、CdSeーCdTe擬2元系では、相境界手前の組成でCdSeとCdTeの蒸気圧が平衡に達し、組成がそれ以上低濃度CdTe側へ変動しないために測定できなかった。また、高濃度CdTe側の相境界は、イオン電流強度の変化が小さいために測定てきなかった。〈序〉IIーVI族化合物の4元混晶のうちのCdS_xSe_uTe_<1ーxーu>系について粉末X線回折法により700°C及び800°Cにおいて状態図を作成したので報告する。〈実験〉高純度試薬CdS、CdSe、CdTeを所定の組成を目標に秤量し、石英のアンプルに真空封入した。一様な固溶体にするため1000°Cで100時間程度熱処理をした。その後、粉末に粉砕して所定の温度で1000時間程度平衡化熱処理をし、X線用試料とした。ディフラクトメ-タ-で得られたピ-クより、相判定及び格子定数の算出を行った。〈結果〉Fig.1,Fig.2に作成した状態図を示す。

800°Cでは閃亜鉛鉱型立方晶単相(Z)、ウルツ鉱型六方晶単相(W)、立方晶と六方晶間の2相(Z+W)、六方晶間の2相(W_1+W_2)の4つの領域が得られた。700°Cでは閃亜鉛鉱型立方晶単相(Z)、ウルツ鉱型六方晶単相(W)、立方晶と六方晶間の2相(Z+W)の3つの領域が得られた。700°Cのウルツ鉱型六方晶の固溶度を表す曲線は変曲しているという結果が得られた。格子定数は組成依存性があり、ベガ-ド則ら一致するという結果が得られた。
保育園経営における事業システムとその再構築に関する研究

本研究ではこの保育所の事業システムを分析対象とし、その現状を経営学的視点から明らかにするとともに、システム再構築の可能性を検討してきた。保育所の中でも本研究ではマイナスのイメージでとらえられることの多い民営の認可外保育所に特に焦点をあて、その内実について検討を重ねてきた。これらの調査からは、資金的制約の多い認可外保育所が独自のマネジメント・システムと外部リソースの柔軟な活用によって、良質の保育の実現を可能としていることが明らかとなった。平成22年度4月から8月までの研究期間は、まず研究対象である保育園経営の現状の把握と各研究メンバーの専門領域に照らした問題意識の明確化に努めた。6月初旬に、研究スケジュールの打ち合わせを行い、6月21日(月)、7月5日(月)、7月12日(月)の3回にわたって、10時12時まで2時間程度の研究会を実施した。第1回研究会では、研究代表者である藤岡から、『保育園経営の概況と事業システム』というテーマで、保育園という事業体がこれまで主に家政学、教育学、社会福祉学から分析され、私企業による運営に強い反発を持ち、事業の存続性という観点からの分析、検討が皆無であったこと、近年、保育所の形態の多様化が進み、私企業による参入、運営がより積極的な役割を果たすようになってきたことが明らかにされた。第2回の研究会では、経営組織論の立場から大田原が、保育の質向上に向けた国内外の取り組みの進展の紹介と学習する組織作りの重要性が指摘され、先行する事例として医療や教育の現場における組織改善事例から組織構成員による自発的、自主的な能力向上への取り組みの必要性が説かれ、今後の研究課題の明確化がなされた。第3回研究会では、会計学を専門とする金森から、保育園運営の財務的側面に焦点をあてた分析がなされ、運営費の内訳、仕組み、保育園の会計基準の特殊性などについて検討がなされた。これらの研究会と並行し、研究メンバーそれぞれが専門分野の立場から参考となる書籍の文献リストの作成を行い、メンバー間で共有化されるとともに7月9日には、滋賀県大津市の公立認可保育園(正休ののはな保育園)と神戸市中央区の私立認可外保育所(キッズバルーン)において聞き取り調査を金森と藤岡が実施し、資料の収集と協力依頼を行った。本研究の目的は、若年労働者市場に過度に依存して成立している保育園(所)の事業システムを分析対象とし、今後も持続可能な事業システムとして存在していくためには、どのような点においてシステムの変更や組み直しをしていくべきか、その再構築可能性について、経営学的あるいは会計学的視点から考察することである。一国における保育サービスの在り方は、最も働きざかりの年代にある20代から40代の労働者のパフォーマンスに大きな影響を与えると同時に、少子化による人口減少は将来における国内労働力の不足、国内市場の縮小へとつながり、一国の競争力を左右する大きな要因となる。本研究ではこのような問題意識のもと、保育所経営の現状を分析するとともに、保育サービス事業の収益構造、事業ネットワークの在り方、保育事業を取り巻く多様な環境要因についての整理を行なってきた。またサービス・マネジメント研究者や従来の社会福祉あるいは教育分野の研究者との会合、ディスカッションの機会を設け、分析対象に対する多角的な視点からの理解に努めた。また、次年度に実施する首都圏の事業所内保育所および認証保育園への聞き取り調査の予備調査として、首都圏の上場企業に勤務する子育て世代の女性を対象に都心における保育事情についてインタビューを行った。インタビューを通じて収集された情報は、国内において最も厳しい状況にある保育環境を理解する一助となったと同時に、その中で事業として成立させるための様々な取り組みについて知る好機ともなった。本年度は、引き続き関西圏の事業所内保育所の聞き取り調査を行うとともに、新たなサービス事業として保育事業に参入を決めたアパレル・メーカーについて調査を行った。事業として採算を見込むのであれば、利用価格を公的資金によって極めて低く抑えられている一般の保育価格に対して、高額に設定せざるを得ず、理念として実現したい保育と実際に事業として実現可能な保育との間に大きな隔たりがあり、企業が保育を事業として成立させる困難性が伺われた。引き続きスウェーデン・ベクショー市でモンテッソーリメソッドを用いる民営保育所、国内首都圏の特定高額所得者を対象に事業を展開する株式会社立の保育所等を訪問し、聞き取り調査を実施し、保育所の運営体制、雇用状況などについて情報の収集、分析を行った。いずれの調査からも明らかとなったのは、保育所の事業システムにおいて健全な雇用システムを実現し、財務的にも安定させるためには、他の教育事業と同様に受益者からの利用料金だけで事業を成立させることは難しく、多様かつ複合的な収益システムの構築が必要であることである。

また事業の展開にあたっては単体の事業者がすべてのリソース(土地、建物、遊具、専門教員)を抱え込む単体完結型の事業ではなく、地域、他業者との連携やリソースの共有によるコスト削減が見込まれる複数連携型の事業を目指すことが1つの方策としてあることが明らかとなった。本研究の目的は、変化著しい保育業界に焦点をあて、その事業システムを分析対象とする。保育事業は、若年労働市場に依存した極めて脆弱な事業システムの上に成り立っており、それが今後も持続可能な事業として存在していくためには、どのような点において事業システムの変更や組み直しをしていくべきか、その再構築可能性について、経営学的あるいは会計学的視点から考察することである。本年度は民営保育所のなかでも2000年以降設立が可能となった株式会社立の保育所、とりわけ従業員への厚生福利事業の一環として展開されている事業所内保育所に焦点をあて、関西に本社を持ち、事業所内保育所を運営する企業および保育所を訪問し、聞き取り調査を行った。聞き取り調査は、人事部あるいは総務部など管理担当者、実際を保育所を日常的に運営する園長、利用者である従業員などを対象に行った。調査を通じて、事業所内保育所に通う子供の多くが03歳児であり、産休・育休を取得した女性従業員がその後、職場復帰を果たす際に重要な役割を果たし、ひいては女性従業員の安定的継続的雇用につながっていることが分かった。一方でこうした保育所運営には多額の資金が必要されるにも関わらずその恩恵を受けるのは一部の従業員であるという点で、公平性という観点からみると企業の福利厚生策の1つとして維持する難しさがあるということも指摘されている。本年度後半では、民営保育所の設置、運営が先行して行われたスウェーデン・ストックホルム市教育省学校庁(Skolverket)および株式会社立保育所Vittra Schoolを訪れ、その制度設計、現状、実態などについて調査を行った。春休み期間に、東京および大阪、神戸の保育所での聞き取り調査を予定していたが、研究者の家族の予期せぬ病気(インフルエンザ、マイコプラズマ肺炎、ロタウィルス)や手術・入院(腸重積など緊急手術が1月に2回)などによって、予定していた調査を実施することができなかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。聞き取り調査先を移動時間のかかる首都圏ではなく、関西圏に変更したため、講義期間中にも調査先訪問が可能となったため、機動的に調査をすすめることができた。春休み期間が最も調査の時間を取れる時期ではあるが、不測の事態に備え、今年度は夏休みや学期期間中に聞き取り調査の予定を組み、研究年度末に予定を集中して組まないようにする。株式会社が運営する保育所が増えてきているものの、その多くは非常に苦しい経営状況にあり、事業システムとして既存の仕組み(20代の女性従業員を多く雇い、数年で新しい従業員と入れ替わることによって人件費を低く抑える)とは異なる仕組みをとる保育所は少ない。今後は保育所民営化が先行して行われ、多様な展開をみせるスウェーデンの現状を調査し、あるべき保育所の事業システムについて考察していく。
内毒素による組織破壊における免疫系の関与についての免疫組織学的研究

歯周疾患の原因の1つとして、プラ-ク中の細菌が重要である事を示す報告が数多く出されている。その中でもグラム陰性細菌の外膜に存在する内毒素は、多彩な生物学的作用を有するとともに、リンパ球やマクロファ-ジや線維芽細胞などに作用して、いろいろなサイトカインを産生させる。このような免疫学的活性あるいは免疫系の細胞およびサイトカインなどは、歯周疾患の発症や進行に重要な役割を演じていると考えられるが、詳細については十分に解明されていない。そこで本実験では、まず抗内毒素血清抗体価を指標として、E.coli内毒素に対する免疫反応をみるためのELISA法を確立した。次に、あらかじめ正常マウスに内毒素を腹腔投与し体液性免疫を亢進させた免疫群(I群)、および非免疫群(N群)、さらに免疫系の細胞の中でもT細胞が先天的に欠損しているヌ-ドマウス群(Congenitally Athymic mouse、CA群)の3群に対し、それらの歯肉に内毒素の頻回投与を行った場合に起こる歯周組織の炎症や破壊のメカニズムを病理組織学的に検討した。その結果、N群において歯肉投与回数が少なく血清抗体価が低い時は歯周組織の炎症や破壊の程度はI群よりも弱かったが、投与回数が増加し血清抗体価が上昇するにつれてI群と類似した炎症像を示しており、両群ともに破骨細胞の形成をともなう歯槽骨吸収が確認された。一方それとは対照的に、CA群は投与回数が増加し血清抗体価が上昇しても、I群やN群よりも炎症性細胞の浸潤範囲は極端に狭く、浸潤細胞の密度も著しく弱かった。さらに破骨細胞の形成や歯槽骨の吸収もなったく認められなかった。以上の結果から、Tリンパ球の存在が破骨細胞性の骨吸収へ大きな関連を有することが明らかとなったので、以後はTリンパ球と骨吸収との関連をより詳細に検討したいと考えている。グラム陰性菌の内毒素(LPS)が歯周組織破壊に重要な関連があることはよく知られている。また防御のための免疫系細胞が同時に歯周組織に破壊的に働くという仮説も認められてきた。そこで本研究ではLPSを用いてあらかじめ免疫処置したマウスの歯肉に、再びLPSを注入し歯周組織での免疫系細胞の反応を免疫組織学的に検討することとした。本年度はその前実験として、血清中の抗LPS抗体価をLPSに対する免疫反応の指標とし、その抗体価測定の為のEIA法を確立した。その原理は、LPSを固相化してそれに測定すべき血清を添加し、血清中の抗LPSIgGを固相と結合させ、結合したペルオキシダ-ゼによる発色反応をみることで抗体価を定量する事である。すなわちLPSを腹腔投与したマウスから得られた血清をオクタロニ-法及び重層法にて検定し、抗LPS抗体を含む血清をpositive control抗血清とした。また、非処理のマウスの血清をnegative control抗血清とした。これらの抗血清を使用して各段階での反応条件を検討し、次のような結果を得た。種々の濃度のLPSで固相化した結果、O.5μgLPS/Wellでの固相化が最適であった。また、この時0.02MMgCl_2を共存させる必要があった。市販の西洋ワサビペルオキシダ-ゼ標識抗マウスIgGは、1,000倍希釈液が至適濃度であった。

次に、種々の濃度のLPSをマウス腹腔に投与し、そのときの血清抗体産生状態を上記のEIA法及びオクタロニ-法にて検索したところ、投与量に依存的に抗体産生能が上昇し5μg投与群で抗体産生量は最大となり、それ以上の投与量では殆ど抗体価の上昇は認められなかった。また、オクタロニ-法では抗体産生が感知されなかった血清中においてもEIA法では十分な抗体量が測定可能であった。歯周疾患の発症と進行に、歯周ポケット内のプラ-ク細菌とくにその内毒素が重要な関連を有することを示す報告はすでに数多くなされている。内毒素には種々の生物学的活性が存在し、なかでもその免疫学的活性により免疫系細胞が歯周組織の破壊を起こすのではないかと推測されている。しかし実際に免疫系細胞のうちどの細胞がどのように関わっているのかについての報告はみられない。そこで今年度われわれはE.coli内毒素をマウスの歯周組織に頻回注入し、その時におこる組織破壊と免疫系細胞との関連を実験的に明らかにしようと考えた。まずBALB/c(+/+)マウスに内毒素を腹腔投与し、4週後から1日おきに下顎歯肉に内毒素を注入した(免疫群)。一方PBSを腹腔投与した後に同一の処置を行ったものを非免疫群とし、さらにBALB/c(nu/nu)に非免疫群と同一の処置を行ったものをヌ-ド群とした。そして血清抗体価を測定しつつ、1、4、7、10、13回歯肉に投与後屠殺し、下顎を摘出、通法にしたがって光学顕微鏡標本を作製して検鏡した。その結果免疫群および非免疫群のいずれも、内毒素を4回歯肉に注入すると好中球を主体とする広い炎症性細胞浸潤が観察された。さらに7回注入すると破骨細胞の形成をともなう骨吸収像がみられ、注入回数を増やすほどその反応は強くなっていた。一方、ヌ-ド群では13回注入しても炎症性細胞の浸潤範囲は狭く、骨吸収はまったく起こっていなかった。以上の結果から、Tリンパ球の存在が破骨細胞性の骨吸収へ大きな関連を有することが明らかとなったので、以後はTリンパ球と骨吸収との関連をより詳細に検討したいと考えている。
低温花芽誘導過程に特異的に発現する遺伝子の解析

Brassiacacampestrisの品種おそめに低温処理(5°C,8時間日長)を行い花芽の分化を誘導した。花序の分化が始まる低温処理6週間目の茎頂部からcDNAライブラリーを作製し、完全展開葉のpoly(A)^+RNAを用いてサブトラクションを行った。続いて、低温花芽誘導特異性を確認するため、花芽分化の進んだ低温処理12週間目の茎頂部と低温処理前の完全展開葉のそれぞれのpoly(A)^+RNAをプローブとして用い、ディファレンシャルスクリーニングを行った。その結果、花芽分化誘導期に強く発現する13クローンを単離した。この13クローンについての塩基配列を決定し、相同性検索を行った。その結果、10クローンについては既知の遺伝子と相同性を示した。3クローン(FTA1-04,2-27,2-46)については既知の遺伝子との相同性は低かった。既知の遺伝子と相同性の高かったクローン群に転写因子としての機能を有すると考えられるクローン(FTA1-09)が存在し、TATbindingprotein様遺伝子であることが推定された。このクローンについてはB.campestrisS9系統の小胞子期の葯cDNAライブラリーから全長と推定されるcDNAを単離した。このFTA1-09クローンと、既知の遺伝子と相同性の低かった3クローン(FTA1-04,FTA2-27,FTA2-46)についての発現様式を確認するためにノーザンハイブリダイゼーション分析を行った。その結果、FTA1-04クローンについては花芽分化誘導時における発現を確認することはできなかったが、FTA 2-27,FTA2-46クローンについては低温処理12週間目の花芽の発達が進んだステージにおいて強い発現を認めた。また、FTA1-09クローンについても花序の発達が進んだステージに強い発現が認められ、さらに、葯においても強い発現が認められた。
ネコの本能行動の発動を制御する嗅覚システムの解明

ネコは、同種の尿を嗅ぐと、頭を持ち上げ口を半開きにして恍惚とした表情を提示する。これはフレーメンと呼ばれる本能行動である。フレーメンが単純で再現性の良い本能行動であり、ネコの脳が齧歯類より高次で霊長類ほど複雑になっていない点に着目し、フレーメンを行動レベルから分子レベルまで研究して、高次な動物の本能行動の発動機序を解明するための研究基盤を構築した。ネコは、伴侶動物として我々にとても身近な動物だが、ネコの行動を科学的に検証している事例は少なく、多くの行動原理が未だ解明されていない。その一つが尿マーキングによる縄張り行動である。ネコの縄張り行動は広く知られているが、情報媒体となっているにおい物質の分子種、その処理に関わる嗅覚神経回路、他個体の嗅覚情報から得る利益など殆ど分かっていない。ネコの嗅覚コミュニケーションの仕組みが明らかになれば、多様な哺乳動物の嗅覚システムの基本原理を解明するためにも活用できると期待される。そこで本研究では、ネコのフレーメンと呼ばれる本能行動をモデルに、ネコの嗅覚コミュニケーションに関わるにおい物質の同定と情報処理に関わる嗅覚神経回路の解明を目指している。今年度は、6頭のネコの尿を混合した試料を準備して、そこからフレーメンを誘起するにおい物質の同定を試みた。ネコ尿をバイアルにいれ、40°Cで加温しながら揮発成分をTenax-TAに濃縮した後、加熱脱却GC-スニッフィング装置で濃縮した揮発成分をにおい袋に回収した。におい袋をネコに提示したところ、ネコが丹念ににおいを嗅いだ後フレーメンすることが分かった。よって非自己の嗅覚情報は揮発性のにおい物質で作られ、それがブレーメンの誘起に関係していることを明らかにできた。次に鋤鼻器の開口部である切歯管(口腔前歯後方に位置する穴)を医療用ボンドで塞いだのち、尿を提示指定フレーメンの有無を調べた。結果、切歯管を塞いだネコもフレーメンをしたため、切歯管からの物質取り込みは、フレーメンに必要ない可能性が強く示唆された。本研究では、ネコが嗅覚器でフェロモンを受容してから本能行動を発動するまでの分子神経メカニズムを解明を目指している。ネコは、同種の尿を嗅ぐと「フレーメン」と呼ばれる、頭を持ち上げ口を半開きにして恍惚とした表情を提示する。フレーメンが単純で再現性の高い本能行動であり、ネコの脳が齧歯類より高次で霊長類ほど複雑になっていない点に着目し、フレーメンを行動レベルから分子レベルまで研究して、高次な動物の本能行動の発動機序解明を目指している。今年度は、昨年に引き続きフレーメンフェロモンの精製とフレーメン受容メカニズムについて研究した。6頭のネコの尿を混合した試料をガラスバイアルにいれ、40°Cで加温しながら窒素ガス(50ml/min)で尿の揮発成分を捕集管に導き、さらにその先にポリバックを取り付けて捕集管にトラップされなかった揮発成分を全量回収した。ポリバックに対してネコがフレーメンを示さないことが確認できたので、フレーメンフェロモンは捕集管に捕集されていることが確認できたので、捕集管に濃縮された成分を加熱脱却装置を備えたガスクロマトグラフで分画しながらフレーメンフェロモンの最終精製に取り組んでいる。フレーメン受容メカニズムについては、ネコの尿を嗅がせながら無麻酔下で脳波解析や近赤外光脳機能解析が実施可能か、その分析手法の確立を目指した。本年度は、ネコの頭部に電極やプローブを装着して解析する技術の確立に成功したので、まず嗅球の機能変化についてリアルタイム分析を行っている。今後はフレーメンの有無で脳波や嗅球の活動変化に差が生じるか詳細に解析する予定である。ネコの尿には数百、数千種類にもおよぶ有機化合物が存在していると考えられるが、今年度の成果よりフレーメン誘起フェロモンが揮発性物質であることが分かり、候補物質がだいぶ絞られたと考える。また切歯管を塞ぐ動物実験も順調に実施することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、GCで揮発性におい物質を分取しながらフレーメンの誘起に必須なにおい物質の同定を試みる。また引き続き詳細に行動解析を実施してフレーメンの有無でネコの他の行動や生理状態が変化するか調べる。