hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔がんに対する再発予防がんペプチドワクチン療法の確立

口腔がん微小環境における免疫担当細胞の局在と臨床病理学的所見ならびに予後との関係を免疫組織化学的に検討した。その結果、invasive front実質のFoxP3陽性T細胞、CD8陽性T細胞の高発現症例は予後良好で、有用なバイオマーカーとなり得る可能性が示唆された。また、進行口腔がんや高悪性度口腔がんでPD-1、PD-L1、PD-L2が多く発現していることが示された。口腔がんに対する新規がん免疫療法の開発には、これらの免疫逃避に関与する分子の制御が重要と考えられた。口腔がんに対するIFAとIFN-αを併用したSVN-2Bペプチドワクチンの臨床試験7例の臨床効果は、SD;3例、PD;4例で、腫瘍マーカーの低下が2例に認められた。テトラマー陽性CTL増加は7例全例、DTH反応は1例に認められ、有害事象は注射部位の発赤と硬結をはじめ掻痒や発熱など軽微であった。SVN-2Bペプチドワクチン単剤と比較して高い治療効果が得られ、安全性にも問題がないことが明らかとなり、残り3例を残し試験終了とした。新規抗原ペプチドの分離同定では有望なペプチドの同定には至らず、次年度の継続課題として進行中である。がん特異的モノクローナル抗体技術を用いて作製され、ヒトがんタイプのpodoplaninのみを認識するLpMab-23に着目し、抗体医薬品としての可能性について免疫組織化学的に検討した。その結果、LpMab-23の発現は早期舌扁平上皮癌において、頸部後発リンパ節転移を予測する上で最も強い危険因子であることが示され、バイオマーカーとしての有用性のみならず転移予防の抗体医薬品としての可能性が示唆された。さらに、被膜外浸潤を認めた頸部後発リンパ節転移巣の大多数でLpMab-23の強発現を認め、LpMab-23が腫瘍浸潤能に関与している可能性が考えられた。局所進行・再発口腔がんに対するがんペプチドワクチン療法の臨床試験ならびにがんペプチドワクチン創薬化を目指した新規がん抗原の分離同定に係る基礎的研究を継続して行った。臨床試験では、不完全フロイントアジュバント+インターフェロンαを併用したサバイビン遺伝子産物由来ペプチドの第I/II相臨床試験が進行中である。一部の症例では免疫学的効果のみならず腫瘍縮小効果や腫瘍マーカーの低下などの臨床的効果も得られている。現在のところ重篤な有害事象は出現していない。新規口腔がん細胞株OTMの樹立と自家口腔がん特異的細胞傷害活性を有するTcOTM cloneのペアの作製に時間を要したため、後続の研究にやや遅れが生じている。局所進行・再発口腔がんに対する不完全フロイントアジュバント+インターフェロンαを併用したサバイビン遺伝子産物由来ペプチドの第I/II相臨床試験においては、一部の症例で免疫学的効果のみならず腫瘍縮小効果や腫瘍マーカーの低下などの臨床的効果も得られている。近年、治療効果のより高い複合がん免疫療法の開発と臨床試験が試みられている。がん特異的モノクローナル抗体技術を用いて作製され、ヒトがんタイプのpodoplaninのみを認識するLpMab-23に着目し、有害事象の少ない抗体医薬品としての可能性について免疫組織学的に検討した。新規口腔がん細胞株OTMの樹立にやや時間を要したが、その後は順調に自家口腔がん特異的細胞傷害活性を有するTcOTM cloneのペアを作製し、抗原ペプチドの分離同定を試みている。サバイビン遺伝子産物由来ペプチドを用いたがんペプチドワクチン療法の臨床試験においては、平成29年度内に予定症例数が満たされず、期間延長を予定している。

その結果、LpMab-23の発現は早期舌扁平上皮癌において、頸部後発リンパ節転移を予測する上で最も強い危険因子であることが示され、バイオマーカーとしての有用性のみならず転移予防の抗体医薬品としての可能性が示唆された。さらに、被膜外浸潤を認めた頸部後発リンパ節転移巣の大多数でLpMab-23の強発現を認め、LpMab-23が腫瘍浸潤能に関与している可能性が考えられた。サバイビン遺伝子産物由来ペプチドを用いた再発予防ワクチン療法の臨床試験を遂行し、免疫学的効果と再発・転移予防効果ならびに有害事象を評価する。OTM細胞からlysateを作製し、直接抽出法を用いてOTM細胞表面に発現している抗原ペプチドを抽出する。得られた抽出物をHPLCにより精製し、各フラクションについてTcOTMの反応性を検討し、NAPを同定する。同時にTcOTMの供給には限りがあるため、そのTCRの遺伝子情報を取り出し白血病細胞由来細胞株などの無限増殖が可能な細胞に組み込むことにより検証を継続することを可能にする試みも行う予定である。サバイビン遺伝子産物由来ペプチドを用いたがんペプチドワクチン療法の臨床試験を遂行し、免疫学的効果と臨床効果ならびに有害事象を評価する。同時に患者末梢血から得られるTcOTMの供給には限りがあるため、そのTCRα鎖・β鎖をクローニングして、白血病細胞由来細胞株などの無限増殖が可能な細胞に遺伝子導入することにより人工CTLの樹立と解析を目指し、多方面から抗原ペプチドの分離同定を試みる。新規口腔がん細胞株OTMの樹立と自家口腔がん特異的細胞傷害活性を有するTcOTM cloneのペアの作製に時間を要し、HLA class I分子に結合する抗原ペプチドの分離同定など後続の研究にやや遅れが生じているため。初年度に新規口腔がん細胞株OTMの樹立と自家口腔がん特異的細胞傷害活性を有するTcOTM cloneのペアの作製に時間を要し、HLA class I分子に結合する抗原ペプチドの分離同定など後続の研究にやや遅れが生じているため。(使用計画)HPLCを用いた抗原ペプチドの同定を主体にCTL cloneのTCR遺伝子導入など多方面から抗原ペプチドの分離同定を試みる予定であり、医薬品、生化学的試薬、抗体・関連キットや細胞培養一般試薬等の消耗品費ならびに国内外の学会での成果発表に充当する。当該年度でやや遅れが生じていたHPLCを用いた抗原ペプチドの同定とサバイビン臨床試験に係る医薬品、生化学的試薬、抗体・関連キットや細胞培養一般試薬等の消耗品費に充当する。
ＮＰＹニューロンに発現するグルココルチコイドレセプターの機能解析

AgRPニューロン特異的にグルココルチコイドレセプターをノックアウトしたマウスに高脂肪食を投与したところ、野生型マウスと比較して白色脂肪重量、体重とも有意に低値を示した。また、褐色脂肪細胞におけるUCP1 mRNAの発現が有意に増加した。一方、野生型マウスの視床下部器官培養において、小胞体ストレスを惹起するタプシガルギンはp65のリン酸化を増強するとともにデキサメサゾンによるAgRPおよびNPY mRNA発現増強作用を減弱させた。また、p65の阻害剤はタプシガルギンのAgRPおよびNPY mRNA発現に及ぼす効果をキャンセルすることが示された。グルココルチコイド受容体(GR)の遺伝子がloxP配列ではさまれたノックインマウスとニューロペプタイドY(NPY)ニューロン特異的にCreを発現するトランスジェニックマウスを交配し、NPYニューロン特異的なGRノックアウトマウスが得られた。同マウスに4週齢から高脂肪食を投与すると野生型マウスより有意に体重が減少すること、また内臓脂肪重量が有意に低下することが明らかとなった。以上の結果はNPYニューロンに発現するGRがエネルギーバランスを維持するのに必須の存在であることを意味している。一方、マウス視床下部器官培養を用いた検討では合成グルココルチコイドであるデキサメサゾン投与によるNPYおよびAgouti-related peptide (AgRP) mRNA発現の増強が小胞体ストレスを誘導するタプシガルギンあるいはトニカマイシンを培養液に加えることにより有意に減弱すること、タプシガルギンが炎症系のシグナルであるNFkB-p65を活性化すること、NFkB-p65の阻害によりタプシガルギンによるNPYおよびAgRP mRNA発現減弱がキャンセルされることが明らかとなった。また、タプシガルギンはMAPK (P38)も活性化するとともにデキサメサゾンによるGRのリン酸化(Serine 211)も減弱させること、MAPK (P38)の阻害によりGRのリン酸化(Serine 211)の減弱がキャンセルされることも明らかとなった。これまでの研究からカヘキシーや肥満症の発症に視床下部の小胞体ストレスや炎症が関与していることが示唆されているが、今回の検討から視床下部の小胞体ストレスが炎症系のシグナルを活性化すること、また小胞体ストレスは炎症系のシグナルを介して視床下部のGRを介したシグナルを阻害することが明らかとなった。AgRPニューロン特異的にCreを発現するマウスと、グルココルチコイドレセプター遺伝子をloxP配列で挟んだマウスを交配することにより、視床下部AgRPニューロン特異的にグルココルチコイドレセプターをノックアウトしたマウスを作成した。本ノックアウトマウスに高脂肪食を生後4週から12週間投与したところ、野生型マウスと比較してノックアウトマウスでは白色脂肪が減少し、体重も有意に低下した。摂餌量に関しては野生型マウスとノックアウトマウスの間に有意な差を認めなかったが、ノックアウトマウスでは褐色脂肪細胞におけるUCP1 mRNAの発現が有意に増加した。以上よりAgRPニューロンのグルココルチコイドレセプターを介したシグナルは高脂肪食投与時において熱産生を減弱させることで肥満の発症・進展に関与していることが示唆された。また、野生型マウスの視床下部器官培養において、合成グルココルチコイドであるデキサメサゾンはAgRPおよびNPY mRNA発現を有意に上昇させること、小胞体ストレスを惹起するタプシガルギンおよびトニカマイシンはデキサメサゾンによるAgRPおよびNPY mRNA発現増強作用を減弱させることが明らかとなった。さらに小胞体ストレスは視床下部におけるp65のリン酸化を増強すること、p65の阻害剤はタプシガルギンのAgRPおよびNPY mRNA発現に及ぼす効果をキャンセルすることが示された。すなわち、AgRP(NPY)ニューロンにおける小胞体ストレスはp65を介したシグナルによりグルココルチコイドによる摂食亢進作用を減弱させることが示唆された。本研究の目的は視床下部弓状核のニューロペプタイドY(NPY)ニューロンに発現するグルココルチコイドレセプター(GR)のエネルギーバランスにおける役割を明らかにすることである。そのために、NPYニューロン特異的にCreを発現するAGRP-CreマウスとGR遺伝子座をloxPサイトではさんだGR flox/floxマウスの交配を行い、NPYニューロン特異的にGRをノックアウトしたマウスを作成してその表現型を解析する。現在までにGR +/flox:AGRP-CreマウスとGR flox/floxマウスの作成が終了し、両者の交配の準備が整った。

また、in vivoの特性を維持したマウス視床下部器官培養を用い、グルココルチコイドアナログであるデキサメサゾンがNPYおよびAGRP mRNAの発現を有意に増加させること、デキサメサゾン存在下でのみインスリンがNPYおよびAGRP mRNAの発現を有意に低下させることをRT-PCRを用いて確認した。さらにエネルギーバランスの破綻に視床下部の小胞体ストレスが関与しているという仮説を立て、マウス視床下部器官培養の培養液中に小胞体ストレス誘導剤であるタプシガルギンを加えて検討を行った。その結果、タプシガルギン投与下ではデキサメサゾンによるNPYおよびAGRP mRNAの発現増強作用が減弱し、インスリンによるNPYおよびAGRP mRNAの発現減弱作用も消失することを見出した。以上の結果は視床下部の小胞体ストレスはGRのシグナルを阻害することでエネルギーバランスに影響を与えていることを示唆している。グルココルチコイド受容体(GR)の遺伝子がloxP配列ではさまれたノックインマウスとニューロペプタイドY(NPY)ニューロン特異的にCreを発現するトランスジェニックマウスを交配し、NPYニューロン特異的なGRノックアウトマウスが得られたこと、同マウスの解析が順調に進んでいること、マウス視床下部器官培養を用いた検討からもGRの解析が進んでいることから、研究はおおむね順調に進展していると判断する。NPYニューロン特異的にGRをノックアウトしたマウスの作成の準備を整えるとともに、マウス視床下部器官培養でGRシグナルによるNPY, AGRP発現調節の基礎的検討を行ったため。NPYニューロン特異的なGRノックアウトマウスに通常食を与え、体重の変化を野生型マウスと比較検討する。また、通常食あるいは高脂肪食を与えたNPYニューロン特異的なGRノックアウトマウスの摂食量、エネルギー消費を野生型マウスと比較検討する。また、NPYニューロン特異的にGRがノックアウトされていることwZ/EGトランスジェニックマウスを用いて検討するとともに、GRのプローベあるいは抗体を用いたin situ hybridization法、免疫染色法により視床下部のGRの発現を検討する。GR +/flox:AGRP-CreマウスとGR flox/floxマウスを交配し、得られた(1) GR flox/flox:AGRP-Cre(ホモ接合体)マウス、(2) GR +/flox:AGRP-Cre(ヘテロ接合体)マウス、(3) GR flox/flox(野生型)マウスに通常食を与え、摂餌量、体重、糖代謝(ブドウ糖負荷試験、血糖値、インスリン値)、インスリン感受性(インスリン負荷試験)を検討する。さらに生後4週から高脂肪食を投与し、摂餌量、体重、糖代謝、インスリン感受性をホモ接合体マウス、ヘテロ接合体マウス、野生型マウスで比較検討する。生後16週の時点でマウスを屠殺し、脳を取り出して視床下部におけるNPY、AGRP、POMC mRNAの発現をin situ hybridization法およびRT-PCR法を用いてホモ接合体マウス、ヘテロ接合体マウス、野生型マウスで比較検討する。
ネオエキヌリンAの神経細胞保護メカニズムの解明

各種の変性神経疾患では活性窒素による細胞傷害が示唆されている。ネオエキヌリンAは、活性窒素に対する耐性を賦与するが、そのメカニズムは不明であった。本研究により、ネオエキヌリンAによる細胞保護作用は、細胞のNAD(P) H産生の産生予備能力を亢進させるという、新規メカニズムに基づいていることが明らかとなった。また、ネオエキヌリンAの更なる薬効評価のため、活性窒素によるアルツハイマー病細胞モデル系等を構築した。変性神経疾患の発症に活性窒素の関与が示唆されている。研究代表者らは、カビ由来のアルカロイドneoechinulin Aに、ペルオキシナイトライト(ONOO^-)による神経細胞死を防ぐ薬理効果を見出し、本研究補助金によってこのメカニズムの解明に着手した。まず、我々がONOO^-誘導剤として用いているSIN-1(3-morpholinosydnonimine)について、細胞死誘導メカニズムの詳細な解明を行った。その結果、SIN-1による細胞死は、実際にはONOO^-による細胞傷害ではなく、培地中の血清成分と、SIN-1から生じるスーパーオキシドと一酸化窒素とが反応して生じた物質による傷害であることを明らかにした。SIN-1は、酸化ストレス誘導剤として広く用いられており、本発見は、我々のneoechinulin A研究だけでなく、酸化ストレス研究分野全般に大きな波及効果があると思われる。neoechinulin AによるSIN-1耐性賦与のメカニズム解明のため、neoechinulin Aの24時間処理による細胞の抗酸化系酵素の活性変化を調べた。その結果、neoechinulin A処理は細胞のグルタチオン(GSH)濃度を低下させること、しかしながら、スーパーオキシド不均化酵素(SOD)をはじめ、その他の抗酸化系酵素の活性にはほとんど影響を与えないことを見出した。通常、細胞はGSH量が高いほど、酸化ストレスに対して耐性を示す。これは、これまでの生物学の常識に反する発見であり、今後の詳細な解析が必要である。ネオエキヌリンAは、培養神経系細胞において、活性窒素によって誘導される細胞死、さらにはパーキンソン病(PD)誘導神経毒1-methyl-4-phenylpyridinium(MPP^+)によって誘導される細胞死に対して耐性を付与する。ロテノンはMPP^+と同様に実験動物にPD様の病態を誘導する。また、MPP^+と同様、ミトコンドリア電子伝達系complex Iを阻害するが、MPP^+よりも特異性が高い。ロテノン誘導細胞死ではミトコンドリアによるATP産生停止が寄与する。そこで、MPP^+より作用点がよくわかっているロテノンを用い、これによって誘導される細胞死に対して、ネオエキヌリンAが保護効果を有するか調べた。その結果、ネオエキヌリンAはロテノン誘導細胞死に対しても保護効果を有することが判明した。ロテノンによるミトコンドリア傷害により解糖系におけるATP産生は亢進したが、ネオエキヌリンAはここには全く影響を与えないことが判明した。しかし、細胞のATP総量はネオエキヌリンAにより低下することが判明した。これは、ネオエキヌリンAにより、ATPの消費に依存した細胞保護機構が活性化されている可能性を示唆する(Akashi et al.,2011)。今後はこの保護機構の解明を行う。アルツハイマー病(AD)脳の特徴として、神経細胞死に先立ち、細胞内にタウタンパク質が不溶化して沈着する。ネオエキヌリンAのAD治療薬としての可能性を探るため、神経系培養細胞にタウの不溶化を誘導する条件の検討を行った。その結果、病的レベルの一酸化窒素を少なくとも4日細胞に曝露することにより、タウが不溶化することを世界で初めて見出した(Takahashi et al., Reain Research, submitted)。今後はこのADモデル細胞を用いて、ネオエキヌリンAの有効性を検討する。ネオエキヌリンAは、12時間以上共培養することにより、PC12細胞に活性窒素傷害に対する耐性を賦与する。ネオエキヌリンA処理よる細胞の変化を調べた結果、ライゼートレベルでは、解糖系・クレブス回路の個々の酵素活性に変化はなく、また、NAD(P)H含量にも変化はなかった。しかし、生細胞レベルにおいてNAD(P)Hを、フェナジン触媒下で細胞外テトラゾリウムによって酸化した場合、再還元活性が1.5倍程度上昇することが判明した。構造類自体であるプレエキヌリンには、この効果のみならず細胞耐性賦与活性も見られない。以上の結果より、ネオエキヌリンAによる活性窒素耐性賦与には、NAD(P)H産生の潜在能力(reserve capacity)の亢進に基づいていることが判明した。活性窒素は細胞内タンパク質のチオール基(-SH)をニトロソ化する(-SNO)。しかしこの反応機序については混沌としている。一酸化窒素(NO)ドナーならびにニトロソ化システイン(CysNO)などを用いて探究した結果、ニトロソ化は培地成分により影響を受けることが判明した。

生理食塩水中などでは、CysNOがアミノ酸トランスポーターを介して取り込まれることが必要であるが、通常の細胞培養培地では、基質アミノ酸との競合ならびにアルブミンへのニトロソ基転移反応のため、トランスポーターでの取り込みは起こらないことが示された。本解析により、細胞内タンパク質ニトロソ化に対するネオエキヌリンAの効果の検証が可能となった。アルツハイマー病(AD)では、タウタンパク質が不溶化して細胞内に沈着する。この過程へのNOの関与を調べたところ、病的レベルのNOに細胞を少なくとも4日曝露するとタウが不溶化することを見出した。また、タウ沈着に先行し、過度のニトロソ化、プロテアソーム活性の低下、ならびにミトコンドリアの機能低下が起こることが判明した。本ADモデル系により、ネオエキヌリンAの有効性の検証が可能となった。
3次元空間情報の標本化と復元に関する研究

研究計画に従って研究を遂行し,以下の知見を得た.1.前年度に構築したシステムを用いて,極めて微少なカメラ間隔で3次元空間情報を撮影し,カメラ位置・方向に応じた幾何学的補正をかけることにより,エピポーラ平面画像として蓄積できるシステムを開発した.2.さまざまな3次元形状や反射特性をもつ物体についてエピポーラ平面画像を取得・蓄積した.3.取得したエピポーラ平面画像を統計的に解析した結果,3次元物体の形状や反射特性の多様性にもかかわらず,エピポーラ平面画像の局所パターンに類似性が存在することが分かった.4.3の結果を踏まえ,エピポーラ平面画像の局所パターンを構成する2次元の基底を考案した.これは1次元のガボール関数を元に,エピポーラ平面画像の特徴を考慮して視差軸方向に直線的に拡張し,さらに視点位置において離散化したものである.5.エピポーラ平面画像の局所パターンは,4の基底のうち展開係数の大きい上位数パーセントの基底のみからSN比35[dB]程度の品質で再構成できることを示した.これを利用することにより,エピポーラ平面画像を数十分の一に圧縮できるアルゴリズムを開発した.6.4の基底が連続関数を離散化したものから構成されることを利用し,エピポーラ平面画像の局所パターンを基底展開した後に視差軸方向の離散化点数を増やすことにより,視差軸方向の解像度を増加させること,すなわち視差補間を行って視点数を増加させることに成功した.7.6の結果より,3次元空間情報を取得するために必要な視点間隔は,エピポーラ平面画像の局所パターンを解析し,妥当な基底に展開できる間隔であれば十分であることが示された.実験では,隣接する視点間において4ピクセル程度の視差が生じる視点間隔以内であればエピポーラ平面画像を再構成できるという結果が得られた.研究計画に従って研究を遂行し,以下の知見を得た.[撮影装置の構築](1)小型のCCDカメラ,移動ステージ,パーソナルコンピュータ,画像取り込みボードを用いて任意視点画像取得装置を構築した.(2)移動ステージは水平方向と回転方向の2自由度を有するX-θステージを用い,シリアルポートを通じてホストコンピュータから移動量の制御を可能とした.撮影される画像の解像度はNTSC相当であり,位置合わせ精度は水平方向10μm,回転方向1/500度が得られた.(3)一辺15cmの基準立方体を用い,カメラの内部パラメータ5つ,外部パラメータ6つの計11個のパラメータを推定するアルゴリズムを構築した.(4)これを応用し,3次元位置と向きを測定する3次元センサとCCDカメラを組み合わせることで,精密なステージを用いることなく,カメラパラメータ既知の任意視点画像を撮影できる装置を開発した.[標本化と復元の理論構築](1)3次元映像情報は空間中を伝播する光線の集まりで表現できることに着目し,3次元空間情報の標本化と復元の問題を光線空間における標本化と復元の問題として定式化した.(2)光線空間データの取得装置として薄厚単レンズを有したCCDカメラを仮定し,透視変換と点像広がり関数とを用いて光線空間データの取得過程をモデル化した.(3)上記モデルの下で,光線空間データの帯域について検討を行った.その結果,空間軸方向の帯域はCCDの画素ピッチと焦点距離により制限され,視差軸方向の帯域はレンズの口径と焦点距離により制限されることが分かった.(4)構築した取得装置を用い,光軸平行で直線配列の多眼カメラで撮影した光線空間データについて空間軸と視差軸方向の帯域を調べた結果,上記検討が正しいことを実データで確認できた.研究計画に従って研究を遂行し,以下の知見を得た.1.前年度に構築したシステムを用いて,極めて微少なカメラ間隔で3次元空間情報を撮影し,カメラ位置・方向に応じた幾何学的補正をかけることにより,エピポーラ平面画像として蓄積できるシステムを開発した.2.さまざまな3次元形状や反射特性をもつ物体についてエピポーラ平面画像を取得・蓄積した.3.取得したエピポーラ平面画像を統計的に解析した結果,3次元物体の形状や反射特性の多様性にもかかわらず,エピポーラ平面画像の局所パターンに類似性が存在することが分かった.4.3の結果を踏まえ,エピポーラ平面画像の局所パターンを構成する2次元の基底を考案した.これは1次元のガボール関数を元に,エピポーラ平面画像の特徴を考慮して視差軸方向に直線的に拡張し,さらに視点位置において離散化したものである.5.エピポーラ平面画像の局所パターンは,4の基底のうち展開係数の大きい上位数パーセントの基底のみからSN比35[dB]程度の品質で再構成できることを示した.これを利用することにより,エピポーラ平面画像を数十分の一に圧縮できるアルゴリズムを開発した.6.4の基底が連続関数を離散化したものから構成されることを利用し,エピポーラ平面画像の局所パターンを基底展開した後に視差軸方向の離散化点数を増やすことにより,視差軸方向の解像度を増加させること,すなわち視差補間を行って視点数を増加させることに成功した.7.6の結果より,3次元空間情報を取得するために必要な視点間隔は,エピポーラ平面画像の局所パターンを解析し,妥当な基底に展開できる間隔であれば十分であることが示された.実験では,隣接する視点間において4ピクセル程度の視差が生じる視点間隔以内であればエピポーラ平面画像を再構成できるという結果が得られた.
高機能発汗カプセルの開発

衣服の着心地の研究において、非定常時における衣内微環境の詳細を実験的、理論的に明らかにすることがますます重要になってきている。我々は2つの手法を用いて、非定常時の衣内気候の解明を行った。その一つは、時定数の目的に適した新規の発汗カプセルの開発と、それを用いた衣内微環境の変動の追跡であり、他の一つは伝熱理論と流体力学を駆使した衣内微環境の数値解析である。すなわち、これまでに開発してきた発汗カプセルの空気流入部の形状を変え、流入空気の対流を考慮し、衣服着用実験用として使用し易く、さらに定量性の高い新型発汗カプセルを開発した。また、この時定数ならびに時定数の経時変化などを新たに購入したデータ収録装置を用いて測定し、この新型発汗カプセルが十分に使用に耐えるものであることを確認した。この中で、多屋は衣服横断面の解析に利用し成果を得ている対称化ドットパターン法(SDP)ならいにウェーブレット手法を利用して発汗挙動の新たな分類化を行い、潮田は、濡れ感、蒸れ感に関する素材の影響について検討を行い、興味ある結果を見出した。さらに、ワークステーションを用いて、衣内の対流を中心とした熱移動の数値解析ソフトを改良した。衣内微環境を模擬した二次元モデルの形状を設定し、連続の式、運動方程式、エネルギー方程式、拡散方程式の各変数を無次元化し、MAC法を用いて数値計算を行った。計算に際しては、時間に対して前進差分を、空間に対しては中心差分を採用した。また不等間隔の差分格子を用い、解の安定のため風上差分を適用した結果、我々が以前に開発した衣内の熱移動数値解析ソフトを改良でき、安定な解が得られる新しいソフトを考案できた。これらの結果は商業的に使用するには、若干の更なる改良が必要であるが、新しい着心地評価法の基礎を確立できたと考えている。
伝熱管内液膜流動機構の高精度予測モデルの開発に関する研究

本研究は、舶用プラント配管内の未発達域から完全発達域に渡る界面波の時空間的変動特性を実験的に捉え、流動メカニズムの解明に資する精度の高いデータベースを構築するとともに、液膜の発達と液滴発生の相互作用を考慮に入れた環状流界面輸送に関する機構論的モデリングを行うものである。最終年度となる平成17年度は、平成16年度に収集した液膜厚さおよび液膜界面構造に関するデータをもとに、垂直管上昇環状流における液膜の一次元平均界面積濃度と管断面界面積濃度分布の管軸方向発達特性を整理した。また、既存のドリフトフラックスモデルおよび液滴径と液滴飛散量に関する相関式を用いた環状流界面積濃度の評価モデルを作成し、平成16年度に得られた液膜界面積濃度の計測結果との比較から、作成したモデルの適用性を評価した。平成17年度の研究において得られた知見は以下のようにまとめられる。1環状流の液膜界面積濃度は、管軸方向の発達に伴って徐々に増加する。その増加率は、本実験の範囲において最大で3%であった。2既存のドリフトフラックスモデルと飛散液滴に関する相関式を用いて、環状流における液膜界面積濃度の軸方向変化を予測するモデルを作成し、実測値と比較した結果、両者の偏差は本実験の範囲において2.5%以内であった。3全界面積濃度に対する液膜界面積濃度の寄与率は、気液レイノルズ数の増加に伴って、徐々に減少することを解析的に示した。本実験における最小の気液レイノルズ数条件(Re_g=31800,Re_f=1050)では、液滴発生量が少ないため、液膜界面積濃度の寄与率は1に近い値を示した。一方、最大の気液レイノルズ数条件(Re_g=98300,Re_f=9430)においても、その寄与率は0.4以上の高い比率を示した。したがって、広範な流動条件において、液膜が環状流の界面輸送項の重要な要素になると言える。4液膜界面積濃度の管断面分布を、液膜界面変位の計測結果を用いて実験的に整理した。液相レイノルズ数の低い条件において、液膜界面積濃度の分布形状は、壁面近傍に鋭いピークを有する。また、液相レイノルズ数が増加すると、界面の波立ちが激しくなることで、その分布のピークが徐々に鈍化し、管中心方向に長いすそ野を持つ分布形状へと移行することが確認された。今後は、本研究で得られた知見をもとに、環状流を対象にした高精度な流動発達予測式、すなわち液膜界面構造の変化と液滴の飛散・付着メカニズムを考慮した界面積濃度輸送方程式を開発していく予定である。本研究は、舶用プラント配管内の未発達域から完全発達域に渡る界面波の時空間的変動特性および液滴飛散・付着挙動を実験的に捉え、流動メカニズムの解明に資する精度の高いデータベースを構築するとともに、液膜の発達と液滴発生の相互作用を考慮に入れた機構論的モデリングを行うものである。平成16年度は実験装置の作成、計測機器の準備を行うとともに、他実験との整合性の確認と試験パラメータを整理するため、主として液膜厚さ計測手法の確立および環状流液膜厚さの流動発達特性に関するデータを収集した。以下に平成16年度で得られた研究成果の概要を示す。・レーザーフォーカス変位計(LFD)を用いて垂直円管内上昇環状流の液膜厚さの測定を試みた。二次元液膜波を高速度ビデオカメラとLEDにより同時計測した結果、時空間的に急変を伴う実際の液膜に対しても、LFDでは従来の測定手法では測定できなかった界面の微小な波動や0.1mm以下となる極薄い液膜厚さを精度良く測定できることが確認された。・垂直管上昇環状流の管軸方向全域に渡る界面波の時空間的変動特性をLFDにより測定し、特に、液膜破断に密接に関与する局所液膜厚さの挙動および擾乱波特性を助走距離に対し精査した。擾乱波の通過頻度は増減を繰り返しながら助走距離の増加に従って減少することを明らかにした。固有の圧力の変化が軸方向各部に存在して液膜厚さの変動が生じている可能性があることを圧力伝播特性の解析結果から示した。最小液膜厚さはほぼ乱流遷移層の厚さに相当し、乱流遷移層内を通過する界面波最下点頻度は、乱流遷移層厚さの変化に応じて一定の値を示す傾向にあった。また、これらの結果を踏まえて、最小液膜厚さを予測する実験相関式を得た。平成17年度は、さらに環状流の液滴挙動に関するデータを整理すると共に、環状流の流動発達特性、特に界面輸送に関わるモデリングを実施する予定である。

1環状流の液膜界面積濃度は、管軸方向の発達に伴って徐々に増加する。その増加率は、本実験の範囲において最大で3%であった。2既存のドリフトフラックスモデルと飛散液滴に関する相関式を用いて、環状流における液膜界面積濃度の軸方向変化を予測するモデルを作成し、実測値と比較した結果、両者の偏差は本実験の範囲において2.5%以内であった。3全界面積濃度に対する液膜界面積濃度の寄与率は、気液レイノルズ数の増加に伴って、徐々に減少することを解析的に示した。本実験における最小の気液レイノルズ数条件(Re_g=31800,Re_f=1050)では、液滴発生量が少ないため、液膜界面積濃度の寄与率は1に近い値を示した。一方、最大の気液レイノルズ数条件(Re_g=98300,Re_f=9430)においても、その寄与率は0.4以上の高い比率を示した。したがって、広範な流動条件において、液膜が環状流の界面輸送項の重要な要素になると言える。4液膜界面積濃度の管断面分布を、液膜界面変位の計測結果を用いて実験的に整理した。液相レイノルズ数の低い条件において、液膜界面積濃度の分布形状は、壁面近傍に鋭いピークを有する。また、液相レイノルズ数が増加すると、界面の波立ちが激しくなることで、その分布のピークが徐々に鈍化し、管中心方向に長いすそ野を持つ分布形状へと移行することが確認された。今後は、本研究で得られた知見をもとに、環状流を対象にした高精度な流動発達予測式、すなわち液膜界面構造の変化と液滴の飛散・付着メカニズムを考慮した界面積濃度輸送方程式を開発していく予定である。
アルカンおよびその誘導体の単層成長膜の構造評価

ペニングイオン化電子スペクトル(PIES)と紫外光電子スペクトル(UPS)を用いてグラファイトの劈開面に形成したn-アルカン(I)、飽和脂肪酸の二価金属塩(II)、アルカジイン(III)、アルカテトライン(IV)の蒸着超薄膜の構造評価を行った。いずれの化合物でも横たわった分子から成る単分子層が得られ、これを1層ずつ積み重ねて単層成長させることができた。しかし、I-IIIは単分子層と多分子層が微妙に異なるPIESを与えた。擬πMOとO_<2S>MOの電子分布・状態密度のエネルギー依存性を詳細に検討した結果から、その原因は、1層めでは炭素のzigzag面が基板に平行に配向するのに対して、2層めからはzigzag面の短軸が傾くことにあると考えられる。IIIの単分子層とその光重合により生成する帯状巨大分子(atomic sash)単分子層、ならびに、IVの単分子層の光重合により生成する織物状巨大分子単一層(atomic cloth)に対して、走査トンネル顕微鏡(STM)観察を行い、どの場合もアルキル鎖が平ちな配向で規則正しく2次元充填していることを確認した。さらに、分子または各種鎖の配列状態、基板との整合関係、巨大分子の周期構造などを明らかにすることができた。atomic sashも単層成長させることができたが、IIIの場合とは異なり、atomic sashのアルキル鎖は2層め以降も平らに配向した。ただし、累積過程のPIESでは最上層に配座の乱れたアルキル鎖が検出された。このことに対応して、atomic sashの1層部分(A)と2層部分(A^2)が混在する試料のSIM観察では、同一領域に対する連続する走査でA-A^2境界が違う形状にみえ、隣のsashと接していないA^2部分端のアルキル鎖が不安定であることがわかった。ただし境界以外はA部分、A^2部分のいずれにおいても、アルキル鎖、ボリジアセチレン鎖は規則正しく配列していた。固体清浄表面にnーアルカン、飽和脂肪酸塩、アルカジイン、アルカテトラインなどを蒸着すると、分子が横たわって並んだ単分子層やそれが積み重なった多分子層(単層成長膜)が得られる場合があるが、膜の構造の詳細には不明な点が多い。本課題では、グラファイト基板に形成した17,19ーヘキサトリアコンタジイン(HTDY)膜を例に取り、ペニングイオン化電子スペクトル(PIES)と走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて構造評価を行った。HTDY膜は層数に関係なく擬π(pπ)MOに基づくピークP_1とP_2が強調されたPIESを与え、分子が横たわっていることを示したが、単分子層と多分子層のPIESではP_1とP_2の相対強度が異なった。P_1とP_2は、それぞれ、pπMO領域の頂上付近と底付近の高い状態密度に対応する。C-C単結合を切る節が多い頂上付近のpπ(pπ_t)MOは、CーC間の分子表面の窪みからの滲み出しが小さいのに対し、そのような節が少ない底付近のpπ(pπ_b)MOは滲み出しが大きい。逆にC-H結合方向への滲み出しはpπ_tMOの方がpπ_bMOよりも大きい。

このことから、(1)単分子層では、分子の炭素骨格平面が下地に平行であり、CーC間の窪みでの局所電子分布がより大きいpπ_bMOに基づくP_2が、状態密度では優るpπ_1MOによるP_1と同程度の強度を示す;(2)多分子層では、表面分子の短軸が若干傾き、水素原子近傍での局所電子分布と状態密度の両方に優るpπ_tMOに基づくP_1が強調される、と解釈できた。なお、STM観察により、単分子層では分子が平らな配向で規則正しく2次元充填していることが確認された。ペニングイオン化電子スペクトル(PIES)と紫外光電子スペクトル(UPS)を用いてグラファイトの劈開面に形成したn-アルカン(I)、飽和脂肪酸の二価金属塩(II)、アルカジイン(III)、アルカテトライン(IV)の蒸着超薄膜の構造評価を行った。いずれの鎖状化合物でも分子が横たわって配列した単分子層が得られ、さらにこれを1層ずつ積み重ねて単層成長させることができた。しかし、I-IIIの場合は、単分子層と多分子層が微妙に異なるPIESを与えた。擬πMOとσ_<2S>MOの電子分布・状態密度のエネルギー依存性を詳細に検討した結果から、その原因は、1層めでは炭素のzigzag面が基板に平行に配向するのに対し、2層めからはzigzag面の短軸が傾くことにあると考えられる。なお、アルキル鎖が3箇所で折れ曲がった構造を有するIVは、多分子層においても単分子層のときと同様平らに配向することが分かった。IIIの単分子層内光重合により得られる帯状巨大分子(atomic sash)も単層成長させることができたが、モノマーIIIの場合とは異なり、atomic sashのアルキル鎖は2層め以降も平らに配向した。ただし、累積過程のPISEでは最上層に配座の乱れたアルキル鎖が検出された。このことに対応して、atomic sashの1層部分(A)と2層部分(A^2)が混在する試料の走査トンネル顕微鏡(STM)観察では、同一領域に対する連続する走査でA-A^2境界が違う形状にみえ、隣のsashと接していないA^2部分端のアルキル鎖が不安定であることがわかった。ただし境界以外はA部分、A^2部分のいずれにおいても、アルキル鎖、ポリジアセチレン鎖は規則正しく配列していた。
肝細胞細胞骨格構成蛋白の代謝とマロリ-体形成に関する研究

Denkらの方法に従い,C3HマウスKグリセオフルビンを投与し,マロリ-体(MB)を作製し,摘出した肝をdetergent処理し,透過電顕,走査電顕で観察すると共に,抗サイトケラチン抗体(マウスサイトケラチン抗体:CK55,CK44およびヒトサイトケラチン抗体:AE3,EAB903)とポリクロ-ナルな抗ユビキチン(Ub)抗体を用いて検討した。MBを形成した肝細胞では中間径フィラメント(1F)のdisorganizationが見られたが,MBが形成されても1Fは存在していた。MBはCK55で染色されるが,肝細胞の1Fはモザイク状に染色される場合と全く染色されない場合があった(蛍光抗体法)。AE3,EAB903はMBのみを染色した。CK44ではMB,細胞質ともK染色される肝細胞が存在した。CK55とUbの2重染色ではMBは両者で染色され,CK55で反応する細胞質ではUbの反応があり,CK55の反応がなければUbの反応もなかった。免疫電顕では,MBの形成された肝細胞でも1Fは存在していたが,CK55が全くラベルされない1Fが存在していた。MBにはCK55,Ubともにラベルされた。UbはCK55陽性の1Fには強い反応を示したが,CK55陰性の1Fにはラベルされなかった。〈結論〉MB形成過程において1Fのdisorgoni tionが出現する。そして,その過程でCK染色陰性のいわゆるempty ellがみられるが,これは1Fが消失したものではなく,1Fの表現型の変化に起因するものである。この変化はMB形成の原因となりうるもので,正常の表現型を示す1Fの分解にはUbの関与が示唆される。Ubを介する蛋白分解系の異常がMB形成の原因の1つと思われる。マロリ-体が強いユ-ビキチン化(UQ化)を受けていることは免疫螢光染色で判明した。そして免疫電顕によりUQ化はマロリ-体を形成しているフィラメント全てに顕著であり,マロリ-体周囲の肝細胞中間径フィラメント(IF)にも顕著であった。1FのUQ化がマロリ-体形成の原因か結果かは現時点では断定しがたい。現在.ヒトの肝癌症例でマロリ-体形成のあるものを対象に.ユ-ビキチン抗体(マウスIgM抗ユビキチン抗体),抗サイトケラチン状体(ペプチド7とペプチド18)と多機能酵素蛋白であるプロテアソ-ムに対する抗プロテアソ-ム抗体(徳島大学,酵素病理部門,田中啓二博士より供与)を用いて検討中である。その結果マロリ-体形成のある肝癌細胞でも細胞質にサイトケラチンは明瞭に染色されるが、マロリ-体非形成細胞に比し分布がやや不均一であった。プロテアソ-ムは、田中らの研究から,細胞が癌化すると,細胞質から核へと染色性が変化することが判明している。我々の研究でも肝癌細胞の核にはプロテアソ-ムが強く染色された(酵素抗体法)。アルコ-ル性肝障害例でプロテアソ-ムを研究中であるが,肝障害の明らかな例では,肝癌細胞と同様に核にプロテアソ-ムが強く染色されることが多いことが判明した。このような現象が.アルコ-ル性肝障害における肝細胞の変性・壊死と関連しているのか.アルコ-ルあるいはその代謝産物と関連しているのか検討中である。プロテアソ-ムの免疫電顕での検討は未だ施行していない。

Denk3の方法に促い,C3Hマウスにグリヤオフルビンを投与し,マロリ-体(MB)を作製し,摘出した肝をdetergent処理した。間接蛍光抗体法,免疫電顕法でMBと中間径フィラメント(1F)の関係について,1Fの表現型の変化と蛋白分解系の一つであるユビキチン(Ub)の関与の面から検討した。一次抗体には二種のマウスサイトケラチン(CK)(CK55,CK44)に対する抗体,ヒトCKに対する抗体(AE3,EAB903)とポリクロ-ナルUb抗体を用いた。グリヤオフルビン投与群(GF群)ではMBはCK55で染色されたが,肝細胞の染色は,モザイク状に染色されるものと,全く染色されないものが存在した。AE3,EAB903はMBのみ染色された。また,CK44でMB,細胞質ともに染色される肝細胞が存在した。CK55とUbの二重染色ではMBは両者で染色され,CK55の反応する細胞質ではUbの反応があり,CK55の反応がなければUbの反応もなかった。免疫電顕では,GF群ではMBの存在する肝細胞でも1Fは観察できたが,CK55が全く存在しない1Fもあった。そして,MBにはCK55,Ubともに存在した。UbはCK55陽性の1Fには強い反応を示したが,CK55陰性の1Fには存在しなかった。<まとめ>MB形成過程において現われるCK染色陰性のいわゆるempty cellは1Fが存在しないためではなく、1Fの表現型の変化に起因することが判明した。この変化はMB形成の原因となりえ,正常の表現型を示す1Fの分解にはUbの関与が示唆された。Ubの介する蛋白合解系の異常もMB形成の原因の一つと思われた。
せん断流下におけるコロイドのゆらぎの研究

微粒子などの物質の拡散現象は、大気、河川、血管内などあらゆるところでみられる現象である。アクチンネットワーク中に分散する微粒子では、ネットワーク構造によるトラップにより拡散に変化が生じることが実験的に求められている。また、粒子間相互作用の無視できない濃度で微粒子を分散させた溶液にせん断を印加すると、微粒子は流体力学的相互作用によって拡散する。このように粒子の拡散は、周りの媒質や状態の強い影響を受けている。本研究では、増粘性多糖類であるキサンタンガム溶液中に蛍光微粒子を分散させ、せん断を印加したときの微粒子の軌跡を直接計測し、せん断流がキサンタンガム中の微粒子の拡散に与える影響について考察を行った。微粒子の拡散を評価するために数百個の微粒子の軌跡から平均自乗変位を求めた。y方向のせん断速度0(1/s)の結果では、時間に対する冪指数が1よりも小さくなっており、劣拡散(sub-diffusion)的振舞を示していた。一方で、せん断下では、せん断速度の増加に伴い平均自乗変位の冪指数が1に近づいていくことがわかった。粒子間相互作用のない通常のブラウン運動では、y方向の拡散はせん断流の影響を受けない。そこで、この拡散の変化を考察するために、各せん断速度におけるキサンタンガム水溶液の粘度と平均自乗変位から、アインシュタインストークスの関係式を用いて求めた粘度を比較を行った。その結果から、キサンタンガム水溶液の粘度変化に比べて、微粒子の拡散の変化の方が大きいことがわかった。これらのことから、せん断による拡散の変化はキサンタンガム水溶液の粘度変化ではなく、せん断によってキサンタンガム分子の作る構造からの流体力学的相互作用(非熱的ゆらぎ)による寄与が大きいことが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。先行研究により、平衡状態では1/2となる持続確率の冪指数(持続指数)がせん断を印加することにより変化することが理論的に指摘されていたが、実験的に求めた例は今までなかった。そこで本研究では、ニュートン流体としてよく知られている水中に微粒子を分散させ、定常せん断を印加したときのブラウン運動の様子を共焦点レーザー顕微鏡を用いて直接観察した。そこで得られた軌跡を解析した結果、持続確率は冪で減衰し、せん断を印加することにより持続指数が変化することが実験的に実証できた。また、その持続指数の変化する特徴的な時間がせん断速度に依存していることを見出した。さらに、微粒子の位置に対する2時間相関関数を求めたところ平衡系では見られなかった相関が現れていることが分かった。Langevin方程式から導出した2時間相関関数からせん断流下における持続指数を近似的に求め、実験で得られた結果と比較したところ良い一致を示していた。これらの成果をまとめてPhysical Review Eで発表した。上記で用いた手法を、増粘剤として広く用いられていてシアシニングを起こす非ニュートン流体であるキサンタンガム水溶液に適応した実験を行った。平均二乗変位を求めたところ、せん断流とは垂直な方向で平均二乗変位が顕著に大きくなり、せん断流の影響が見られていた。記憶関数を用いた解析では、せん断を印加すると、平衡状態に比べて緩和時間が短くなり、せん断流は記憶項が拡散に及ぼす影響を小さくすることがわかった。今までの測定手法をニュートン流体よりも複雑な粘弾性物質に適応させ、次の研究に向けての見通しがついている。

粘弾性流体中の微粒子において、せん断流によって拡散の変化をもたらす起源を明らかにするために、キサンタン分子を分散させる媒質を、ブラウン運動の影響が無視できる程度の高粘度のものに変化させた実験を行う。また、定常振動流下でも同様の実験を行い、定常せん断流を印加することにより見られた変化が現れるかを確かめる。
伴性劣性遺伝性水頭症に関する研究-分子遺伝学的検討および遺伝子診断法確立-

1.臨床像の特徴日本小児脳神経外科学会員の協力を得て15家系30症例の臨床データを分析することができた。その内の自験1家系5症例では、胎児エコーの結果最も早い例では在胎21週で脳室拡大を検出した。合併奇形としては、全例で脳梁形成不全、3例で母指の内転屈曲を認めた。2例で脳室腹腔シャントを行ったが、術後一側脳室の縮小および波状の脳室壁不整を認めた。長期生存者は1例のみで、1例は乳児期死亡、2例は胎内死亡し、1例では妊娠中絶が行われた。剖検は3例で行ったが、中脳水道狭窄は認めなかった。したがって本症における水頭症の原因は、最近指摘されているように、中脳水道狭窄に起因するものではないと考えられる。2.分子遺伝学的研究近年の分子遺伝学的研究により、本症の原因遺伝子座位がXq28に存在することが明らかとされた。さらにXq28に存在するneural cell adhesion moleculeの一つであるL1遺伝子に関する検索が近年進み、本症では現在までにL1における遺伝子変異が3つ、すなわち(1)Rosenthalら(Nature genetics2:107,1922)、(2)Campら(Nature Genetics 4:421,1993)、(3)Jouetら(Nature Genetics 4:131,1993)により報告されている。私達は上記の自験1家系でこれらの報告されている遺伝子変異を追試してみたが、同一の変異を確認することができなかった。現在他の家系を用いて検討を継続中である。
安静立位姿勢制御のフィードバック遅れ時間の推定方法に関する比較研究

本研究では、(1)安静立位時の足圧中心動揺(自発性動揺)の統計的な性質が非整数ブラウン運動と非整数ガウスノイズの境界近くにあること、(2)そのため、非整数ブラウン運動と非整数ガウスノイズのどちらにも適用可能なDetrended Fluctuation Analysis(DFA)が足圧中心動揺のフラクタル解析には適していることを確認した。また、DFAを用いた分析の結果等に基づき、次の可能性を示した。(1)安静立位姿勢制御では足圧中心の速度情報が位置情報より重要な意味をもつ。(2)両脚安静立位姿勢制御では左右の脚の働きに差(ラテラリティ)がある。足圧中心動揺のデータから推定される安静立位姿勢制御のフィードバック遅れ時間(FDT)は、標準的な重心動揺検査の項目である足圧中心の移動速度や移動面積などでは説明できない立位姿勢制御系の機能特性の指標として期待されている。FDTは必ずしも制御系の欠陥を意味するものではなく、むしろ、開ループ制御系の機能性の高さ、あるいは姿勢制御系の生理的なゆらぎを許容する「機能的あそび」を反映する可能性がある。平成21年度は、先行研究で取り上げられたFDTの推定方法の比較を行うために、いくつかの方法で計算を試みた。しかし、自発性姿勢動揺制御の「戦略」に関わると推察されるラテラリティの問題が計算の過程で浮上した。足圧中心は足底面の圧力分布の中心(重みつき平均)である。左右の足の圧中心はそれぞれの足の接地面上にあるが、二足立位時の足圧中心は、左右の足圧に著しい差がないかぎり両足の圧中心のほぼ中間にある。しかし、今回分析した子どもの足圧中心のデータをみると、左右の足の圧中心動揺が対称になっているケースは少なかった。安静立位時の自発性姿勢動揺制御では、姿勢制御系(運動系)の「効果器」である左右の足が、必ずしも同じような機能をはたすわけではなく、二足が同調(連動)あるいは協応して動揺制御にあたる場合もあれば、独立して動揺制御をする場合もあると考えられる。これらは、状況に応じた姿勢制御戦略の使い分けかもしれないし、立位姿勢の歪みに原因するかもしれない。今年度の研究で、FDTを推定する際はラテラリティ(左右差)を考慮する必要があることが明らかになった。当初の研究計画を一部変更し、平成22年度はラテラリティの問題に焦点を当てる。足圧中心動揺の時系列データから推定される安静立位姿勢制御のフィードバック遅れ時間(FDT)は、標準的な重心動揺検査の項目である足圧中心の移動速度や移動面積などでは説明できない立位姿勢制御系の機能特性の指標として期待されている。平成22年度はFDTの推定方法の比較を行うためにいくつかの方法で計算を試みた。しかし、自発性姿勢動揺制御の「戦略」に関わると推察されるラテラリティの問題が計第の過程で明らかになった。また、浮き趾(特に母指が接地していない状況)が足圧中心動揺に大きな影響を及ぼすことも明らかになった。東日本大震災の影響で、参加予定であった日本発育発達学会第9回大会が平成23年度に延期されたため、研究費補助金の一部(同学会大会への参加のための旅費)を平成23年度に繰り越した。結局、大会は中止となり、研究報告は論文形式で「日本発育発達学会第9回大会記録集」に掲載された。日本発育発達学会第9回大会が中止となったため、旅費は日本体育学会第62回大会への参加のために使用した。これらの学会発表では学童野球の選手、高齢者(太極拳長期実践者と運動習慣のない健常者)を対象に測定した足圧中心動揺のデータの分析結果を報告した。フィードバック遅れ時間はDetrended Fluctuation Analysisのスケーリング指数αのクロスオーバー・ポイントクロスオーバー・ポイントから推定することが可能であることが示唆された。また、加齢や疲労は足圧中心動揺をガウスノイズの方向にシフトさせ、トレーニング(運動習慣)は足圧中心動揺をブラウン運動の方向にシフトさせる傾向が示された。ラテラリティや浮き趾が足圧中心動揺のフラクタル性に影響を及ぼすことが明らかになったが、これらの要因の影響は相互複合的であり、個々の要因の影響を理解するためにはさらなる基礎的研究が不可欠である。足圧中心動揺の時系列データから推定されるフィードバック遅れ時間は、安静立位時の自発性姿勢動揺を制御する系の機能的状態の指標として有望と考えられる。

本研究の目的は、フィードバック遅れ時間の適切な推定方法を確立し、その解釈および評価の方法・基準等について運動制御理論、統計力学、非線形力学などの視点から、あるいは様々な被検者や動揺測定条件から得られた推定飯の比較をもとに考察することである。平成23年度は過去2年間の成果と他の研究グループの報告等を踏まえ、本研究の総括を行った。安鹸立位時の足圧中心位門と速度(階差)の時系列は、非整数ガウスノイズと非整数ブラウン運動の境界(1/fゆらぎ)に近い動態を示すことが明らかになった。そのため、足圧中心動揺の分析には、これら二つのタイプの時系列の分析が可能なDetrended Fluctuation Analysis(DFA)が最も適切な分析手法のひとつであると結論づけられた。足圧中心動揺は健常な成人では1/fのゆらぎに近いが、立ち方、年齢、健康状態、トレーニング、身体の不活動化などの影響により拡散性や相関構造は変化する。こうした変化は、DFAのスケーリング指数α(自己相似パラメータH)、あるいは持続性相関から反持続性相関へ移行するクロスオーバー・ポイントなどに反映されると考えられる。重心点(身体重心の垂直投影点)が安定限界より十分に内側にあるときは、足圧中心の速度の方が動揺制御にとってより重要な意味をもつことが示唆された。本研究では学童野球の選手、学生、高齢者(太極拳長期実践者と運動習慣のない健常者)を対象に、片脚および両脚立位姿勢で、あるいは下腿筋へのキネシオテープ貼付時に足圧中心動揺の測定を行った。フィードバック遅れ時間はクロスオーバー・ポイントから推定することが可能であることが示唆された。また、加齢や疲労は足圧中心動揺をガウスノイズの方向にシフトさせ、トレーニング(運動習慣)は足圧中心動揺をブラウン運動の方向にシフトさせる傾向が示された。今後、集積した基礎データの分析を進め、この「傾向」を検証する予定である。