hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カリウムチャネルにおけるイオン選択性と透過機構を統一的に記述する理論の開発

細胞はイオンチャネルを通る選択的イオン透過を利用して電気シグナルを生成する。そのため、イオンチャネルを通るイオンの選択性と透過は生命にとって必須である。本研究では、このイオン選択性とイオン透過の関係を調べることを目的とした。Punch through法による電流計測は、イオン種によって電流ー電圧曲線の線形が異なることを示唆している。この違いを説明するため、分子動力学シミュレーションにより、モデルチャネルを通る電流ー電圧曲線の線形とイオン透過の律速段階の関係について解明した。カリウムチャネルを通るナトリウムの電流ー電圧曲線は優線形と予想され、これは低電位でのカリウム選択性に寄与すると考えられる。イオンチャネルにおけるイオンの選択的透過は、イオンチャネルの機能の根幹であり、細胞が機能するための活動電位や膜電位の生成の微視的起源である。イオンチャネルがどのようにイオンを選択しつつ透過させているのかは、イオンチャネルの発見以来、X線結晶解析が行われ詳細な原子構造が分かった現在でも解かれていない問題である。本課題は、原子レベルでのコンピュータシミュレーション(分子動力学法に基づく)を行い、この問題に対する答えを探るものである。イオンチャネルとして、構造の良く知られているK+チャネル(Kv1.2チャネル)を採用した。これは、K+選択的なチャネルであり、Na+を通しにくいことが知られている。電気生理学的手法による電流計測ではK+チャネルを通るNa+電流を観測できないため、時に「Na+は透過しない」と勘違いされていることもある。しかし、これは観測するにはNa+電流が小さ過ぎると考えるのが科学的であろう。つまり、選択性の問題は、本当はイオン透過の問題のはずである。この考えを基に、K+チャネルを通るNa+電流のシミュレーションを行った(K+電流については、既に解析を行い、現在論文として投稿中である)。計算されたNa+電流は0.8 pAであった。この電流値は、電気生理学的手法による観測の下限程度であり十分に小さく、計算されたK+電流の1/20であった(K+電流は実測値とほぼ同じである)。古典的パラメータを用いた計算であることを考慮すれば、実験を十分に再現するデータが得られたと考えている。また、Na+の透過機構は、K+のそれと同様であることが明らかになった。透過はイオンの細胞内溶液から中心空洞、中心空洞から選択性フィルタへの侵入という2段階によっており、また後者の過程においていわゆるノックオン機構が起きることも確認した。イオンチャネルにおけるイオン透過とイオン選択性の起源を探るべく、分子動力学法(MD)を用いたシミュレーションにより、イオンの選択的透過を調べた。本研究では、次の2点について研究を行った。1) K+チャネルにおける電気生理学的測定、いわゆるpunch through法を模したMDシミューレションを行い、K+チャネルがNa+とK+をどの程度区別しているのかを調べた。2)モデルチャネルを通るイオン透過速度をMDシミュレーションによって調べ、イオンチャネルを通る電流の電位依存性が何によって決まるのかを解明した。punch through法とは、細胞内溶液をK+とNa+の混合溶液にしておき、電位を変化させた際に流れる電流を測定する実験手法である。この時、電流ー電圧曲線は、特徴的なS字曲線を描く。この曲線を解析することで、1つのNa+の透過に伴い、いくつのK+が流れたかを測定することが出来る。過去の実験において、1つのNa+の透過に伴い、5-30個のK+が流れることが分かっている。本研究でのMDシミュレーションによる計算では、1つのNa+の透過に伴い約6個のK+が透過し、実験に近い結果を得ることができた。モデルチャネルを通るイオン電流の電位依存性を調べた。その結果、多くのイオンチャネルで観測されるような劣線形の電流ー電圧曲線が得られる場合と、イオンチャネルでは通常観測されない優線形の曲線が得られる場合があった。この線形の違いは、イオン透過の律速段階の物理的起源に起因することを解明した。透過速度がエントロピーによって支配される場合、劣線形であった。一方、エネルギーによって支配される場合は優線形であった。この結果から、punch through法で測定されるS字曲線は、K+の電流ー電圧曲線が劣線形であり、Na+は優線形であることが推測される。Na+の選択的透過について、論文として纏まっていないことを考えれば、「計画以上」に推進しているとは判断できない。一方、Na+の透過の仕方まで解明できたことを考えれば、「遅れている」とも判断できないと考えた。生物物理学Na+の透過様式がK+のそれとほぼ同じであること、また、Na+の透過の方が(当然ながら)遅いことも明らかになった。この透過速度の違いが何に起因しているのかを、それこそがイオン選択性の起源の解明のための鍵であると感じており、今後追求して行きたい。海外での発表を予定していたが、取り止めたため残額が生じた。
小胞体ストレスセンサー分子特異的な酸化修飾阻止薬の開発

これまでに多数のNO標的タンパク質およびその修飾部位の同定に成功してきた.この情報を利用して,NO修飾システイン残基近傍に作用して,酸化のみを特異的に阻止する化合物の単離をin silicoスクリーニングから試みたところ,世界で初めての分子特異的酸化抑制化合物の単離に成功した(特許出願済).そこで,本研究では,パーキンソン病発症に深く関わる小胞体ストレスセンサーIREαのS-ニトロシル化を特異的に抑制する新規シーズの単離を目指す.加えて,その抗パーキンソン病効果を細胞レベルとモデル動物を用いて検証し,薬理学的に分類のない新カテゴリー(酸化修飾部位阻止薬)に属するシーズの創製にチャレンジする.これまでに多数のNO標的タンパク質およびその修飾部位の同定に成功してきた.この情報を利用して,NO修飾システイン残基近傍に作用して,酸化のみを特異的に阻止する化合物の単離をin silicoスクリーニングから試みたところ,世界で初めての分子特異的酸化抑制化合物の単離に成功した(特許出願済).そこで,本研究では,パーキンソン病発症に深く関わる小胞体ストレスセンサーIREαのS-ニトロシル化を特異的に抑制する新規シーズの単離を目指す.加えて,その抗パーキンソン病効果を細胞レベルとモデル動物を用いて検証し,薬理学的に分類のない新カテゴリー(酸化修飾部位阻止薬)に属するシーズの創製にチャレンジする.
維持可能な医療制度のための医療DWHの品質評価手法確立の試み

システム変更前後からの医療情報システムからのデータ抽出比較によるデータの品質影響の評価を行い、システム間のデータ構造、粒度の際によるデータ欠損の可能性について分析した。電子保存の三原則、真正性・保存性・見読性は、電子カルテの外部システム(DWH等)で補完的に備えるべき要件であると提言した。また、IHE-XDSは診療記録の標準化、地域医療での共有および、電子カルテのシステム移行の際にも継続して電子保存の三原則を満たす手段としても利用できることを提案した。診療情報の品質評価には,自組織内での内省的検討と他組織の診療情報との比較検討による方法がある。今年度は,医療統計情報プラットフォーム(Clinical Information Statistical Analysis)に提供された大学附属病院の医療情報を活用し,他組織の診療情報との比較検討による品質評価を試みた。各大学の運用や解釈の差異が少ないと思われる診療行為を評価指標とし,各大学における診療行為の請求実績を分析した。その結果,病床数,来院患者数の規模とは相関しない項目が全体の84%を占める事が判明した。かつ,それぞれの各大学において,平均値より大きく逸脱している項目が全体の15%前後を占めている事が判明した。このことは,各大学において,全体の10%程度の項目を重点的に見直しをすれば,各大学の指標の品質が大幅に改善する可能性を示唆した。いわゆる大学間ベンチマークの試みは多数行われているが,ベンチマークに供されたデータの品質について評価した事例は少なく,今後のベンチマークの品質を上げるための方法論として今後期待が持たれる。また,筆頭研究者が在籍する愛媛大学附属病院において,医療情報システムの更新が始まったため,現状の医療情報システムのデータベースをバックアップし,評価を医療情報システム更新後に評価するように研究計画を修正した。データの品質評価に代えて,医療情報システムの更新に伴う,データ品質の劣化,損失の可能性について,論文「電子化された診療記録の移行を巡る法的環境に関する考察」にて考察した。当初の研究計画では、21年度に研究者の所属する医療情報システムからデータを抽出し評価する予定であったが、2008年10月から2009年5月にかけて医療情報システムが別のベンダーに変更されたため、一部の研究計画の修正を行った。すなわち、平成21年度に実施予定であった、DWHからのデータ抽出ではなく、ベンダー・システム変更前後からの医療情報システムからのデータ抽出比較によるデータの品質影響の評価に切り替えた。データ移行の際に、システム間のデータ構造、粒度の際によるデータ欠損の可能性について分析した。電子カルテが満たすべき電子保存の三原則はシステム移行を通して満たすことは不可能であり、真正性、保存性、見読性については、電子カルテの外部システムで補完的に備えるべき要件であると提言した(医療情報学連合大会・新医療発表)。また、医療データの外部保存にクラウドを利用する場合の問題点について整理し(電子情報通信学会発表)、IHE-XDSを利用した、診療記録の標準化、地域医療での共有(遠隔医療学会発表)および、電子カルテのシステム移行の際にも継続して真正性、保存性、見読性を満たすための外部システム要件としても耐えうることを示唆した(医療情報学連合大会発表)。これらの成果をもとに、本研究の目的の一つであった「医療情報システムへの反映案」「医療情報学会での提言」はそれぞれ、2009年の医療情報学連合大会(広島)で提案され、また平成22年度に別途実施予定の研究成果としても開示する予定である。
パイエル板特殊上皮M細胞による抗原トランスサイトーシスの分子基盤

本研究は、プロテオーム解析の手法を用いて、M細胞特異的に発現する機能分子群を同定することを目的としている。昨年度までにM細胞を多く含むパイエル板上皮層(FAE)と、ほとんど含まない小腸絨毛上皮(IEC)を分離回収する技術を確立し、Affymetrixマイクロアレイによる遺伝子発現プロファイルの比較検討を行った。こうして得られたFAEに特異的に発現する遺伝子群の情報を元に、定量PCRおよびin situ hybridizationによる解析を行い、M細胞特異的遺伝子の特定を進めて来た。今年度は、更にその解析を進め、パイエル板M細胞特異的に発現する遺伝子6種、絨毛M細胞特異的に発現する遺伝子1種を同定した。それらの一部については、モノクローナル又はポリクローナル抗体を作成し蛋白質レベルでの発現を確認した。このうち、GPI-アンカー型膜蛋白質であるGP2は、マウスパイエル板のみならず、孤立リンパ小節、盲腸・大腸リンパ濾胞のM細胞にも発現していた。これより、GP2が汎M細胞表面マーカーであることを確認した。更にヒトのパイエル板M細胞でもGP2は発現しており、生物種を超えたM細胞マーカーである可能性が高い。GP2はM細胞の管腔側細胞膜表面に発現しており、GP2リコンビナント蛋白質は腸内細菌との結合活性を示した。更に、蛍光標識バクテリアをM細胞への取り込ませると、GP2との共局在が高い頻度で認められた。これまでM細胞に発現するバクテリアの取り込み受容体は大部分が未知であったが、本研究によりGP2が受容体として重要な役割を果たすことが示唆された。この他、M細胞とM細胞の問にはTunneling nanotuble (TNT)状の細い管によってネットワークが形成されており、そのTNT形成には新規Secファミリー分子M-Secが重要な役割を果たすことが示唆された。TNTは離れた細胞間の情報伝達や小胞輸送に重要な役割を果たすことが知られているため、M細胞間の抗原取り込みシグナルの伝達や抗原輸送におけるTNTの役割について現在解析を進めている。【目的】M細胞は抗原マクロ分子を抗原提示細胞に受け渡すことで粘膜表面の免疫サーベイランスに重要な役割を果たしているが、抗原の選別・輸送機構の詳細は分かっていない。これまでに我々は、M細胞に発現するIgA受容体が抗原の取り込みに重要な役割を果たすことを示してきた。本研究では、マクロ分子の細胞内輸送経路を詳細に解析するとともに、遺伝子発現プロファイル解析を通じてM細胞の機能発現に関わる分子群の同定を試みた。【方法と結果】1)パイエル板腸管ループにIgA結合蛍光ラテックス粒子を注入してM細胞に取り込ませた後、免疫染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡を用いて詳細な観察を行った。その結果、ラテックス粒子はクラスリン被覆小胞を介して取り込まれ、初期エンドソームへ輸送された後、エクソシスト複合体を介して基底側面膜へ搬出されることが判明した。2)M細胞を多く含むパイエル板上皮層(FAE)と、ほとんど含まない小腸絨毛上皮(IEC)よりRNAを抽出し、Affymetrixマイクロアレイによる遺伝子発現プロファイルの比較検討を行った。更に定量PCRおよびin situ hybridizationによる解析の結果、Ub-D、Tm4sf4及びTNFRsf12aの3遺伝子はFAE特異的に発現していた。一方で、これまで神経内分泌系細胞に発現するとされてきたSgne-1が、腸管ではM細胞に限局して発現していた。【結論】M細胞内におけるマクロ分子輸送経路を明らかにするとともに、M細胞特異的遺伝子としてSgne-1を同定した。Sgne-1はプロホルモン変換酵素PC2の分泌顆粒への輸送を修飾するとされており、M細胞のトランサイトーシス機能への関与が示唆される。

この他、M細胞とM細胞の問にはTunneling nanotuble (TNT)状の細い管によってネットワークが形成されており、そのTNT形成には新規Secファミリー分子M-Secが重要な役割を果たすことが示唆された。TNTは離れた細胞間の情報伝達や小胞輸送に重要な役割を果たすことが知られているため、M細胞間の抗原取り込みシグナルの伝達や抗原輸送におけるTNTの役割について現在解析を進めている。
大手私鉄企業のグループ事業展開戦略に関する研究:JRおよびBRへの教訓

われわれは,都市型大手私鉄企業の多角的事業展開を軸とした経営戦略について多方面から研究を行い,これらから交通政策上のインプリケーションの導出,さらには他のケースへの移転可能性の検討を最終的な目標として研究を開始した。本年度の研究活動の実績の概要は以下の通りである。(1)わが国における都市鉄道に対する公的規制を中心とした諸政策,さらに大手私鉄の多角化の実態についてレビューすることが基礎的作業となることはいうまでもない。これについては開始前からある程度予期されたことであったが,いくつか重要な先行研究が存在したもののわれわれの視座からすれば不十分な点も多かったので,まずこの点の解明につとめた。この成果は,作業の中心となった正司の手によってまとめられ,金本・山内編『交通』(NTT出版)第3章「鉄道輸送」として納められている。(2)また,沿線の地域構造やその事業環境に大きく影響を与えているクルマの利用経験について,われわれの意図しているような十分なデータを収集するためには,やはり画像情報も含めたデータ提示を援用しながらのインタビュー手法を開発する必要があることが明らかになり,その開発に努め,まだパイロット段階ではあるがある程度の成果が得られた。これについては,作業の中心となった大津によってまとめられ,この7月刊行予定の雑誌『経済理論』に所収される予定である。(3)これらの成果を統合し,さらに関西系大手私鉄企業グループに対して行われたアンケート・データの解析を重ねた分析については,現在投稿準備中の段階にある。1月17日に勃発した未曾有の阪神・淡路大震災の影響を受けて,まだ公表手段は確定していないが,少なくとも本年7月ニュージーランド(正司が参加の予定)にて開かれる第4回陸上交通にたいする規制緩和に関する国際会議の場で,本分野の第一線の世界の研究者からコメントをいただけることはほぼ確定している。
父性ゲノム刷り込み領域の決定

哺乳類の雌雄ゲノムには決定的な機能差があり,刷り込み遺伝子と呼ばれる片親性に発現する特殊な発現様式の遺伝子群のうち精子側で制御されているものを父性メチル化刷り込み遺伝子という.これまで3箇所の父性メチル化刷り込みを受ける領域がわかっているが,いずれの領域が個体発生に重要なのか未だ決定されていない.これらについて卵子ゲノムのみの個体発生系として他に例のない研究アプローチである二母性マウス胚作出系を利用して研究を展開し,7番染色体上のH19メチル化調節部位(DMR)と12番染色体上のIG-DMRの2領域に含まれる刷り込み遺伝子の機能を明らかにするとともに,これら遺伝子の適切な発現レベルの維持が正常なマウス個体発生に必須であることを証明した.哺乳類の雌雄ゲノムには決定的な機能差があり,刷り込み遺伝子と呼ばれる片親性に発現する特殊な発現様式の遺伝子群のうち精子側で制御されているものを父性メチル化刷り込み遺伝子という.これまで3箇所の父性メチル化刷り込みを受ける領域がわかっているが,いずれの領域が個体発生に重要なのか未だ決定されていない.これらについて卵子ゲノムのみの個体発生系として他に例のない研究アプローチである二母性マウス胚作出系を利用して研究を展開し,7番染色体上のH19メチル化調節部位(DMR)と12番染色体上のIG-DMRの2領域に含まれる刷り込み遺伝子の機能を明らかにするとともに,これら遺伝子の適切な発現レベルの維持が正常なマウス個体発生に必須であることを証明した.本研究はマウス7番染色体および12番染色体上に存在する父性メチル化インプリント領域によって制御を受けるインプリント遺伝子群が個体発生に及ぼす影響について、その制御機構および機能について精子ゲノムを一切使用しない卵子ゲノムのみから作られる二母性マウス胚を用いて解析し明らかにすることを目的とする。特に、インプリント遺伝子の片親性の発現様式は哺乳類に特異的にみられることから、同じく哺乳類特異的な臓器である胎盤における父性メチル化インプリント遺伝子の機能について注目したその結果、7番染色体のIgf2-H19領域および12番染色体上のD1K1-Gt12領域におけるインプリント遺伝子発現を正常化した場合、二母性マウス胚由来の胎盤も野生型マウス由来の胎盤と組織学的に比較すると全く遜色のない構造を示すことを明らかにした。さらにマイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を通して、いずれかの領域だけを正常化した場合の二母性胚由来胎盤を比較することにより、それぞれの領域のインプリント遺伝子群が胎盤形成にサイズの増加と組織形成の調節など相補的な役割を果たしていることを明らかにした。これらの結果から、二母性マウス胚もたった二箇所の父性メチル化インプリント領域の遺伝子群を正常化することにより組織学的にも、また、遺伝子発現パターンも正常な胎盤を形成することが証明された。次年度ではさらに、Igf2-H19領域とD1K1-Gt12領域の父性メチル化インプリント遺伝子群の正常な発現がマウス胎盤形成にどのような役割を担っているのか細胞レベルでの解析を行う。本研究により以下のことが明らかとなった。1)まず、7番および12番染色体上のIgf2-H19メチル化可変領域(DMR)およびIG-DMRを欠損したマウスを使って作製した二母性マウス胚を胚移植した。胎齢12.5日において胎盤を摘出して、マイクロアレイ解析に供し、それぞれの領域内のインプリント遺伝子によって制御を受ける遺伝子群を決定した。これにより、新たなマウス胎盤形成に関わる遺伝子群を示すことができた。さらに、これら二領域のインプリント遺伝子発現を調節することで二母性マウスの胎盤形成が正常になることを証明した。2)次いで、H19-DMRのみ、あるいは、H19-DMRに加えてH19遺伝子そのものを欠損した変異マウスから作製した二母性マウス胚を用いて、Igf2遺伝子が胎盤形成および胎子形成に果たす役割を詳細に分析した。この結果、血管新生に関係する遺伝子の転写量の調節にIgf2遺伝子の発現が関与する可能性を示すことができた。3)最後に、二母性マウスの寿命について分析した。その結果、二母性マウスは野生型マウスに比べて約30%寿命が長いことが明らかになった。さらに、白血球の成分値を比較したところ、二母性マウスでは好酸球の割合が有意に高いことが示された。以上の二母性マウスの研究を通して、父性メチル化インプリント遺伝子が個体発生に及ぼす影響を明らかにするとともに、正常な個体発生に必須な父性メチル化インプリント領域を決定することができた。
鳥の群れの集団動力学

鳥の群れの集団的な挙動を、個体レベルの運動の定量的な計測に基づいて物理的な視点で理解するための試みとして、2メートルという基線長でありながら可搬性の高いドライカーボン製のステレオ動画像撮影システムと、専用の画像処理ソフトウェアを開発し、主として、マガンの群れの動態の解析を行なった。その結果、近接個体間の相対位置の調整過程の詳細から個体間の相互作用の様態を推定し、それに基づいて群れの多体運動を運動方程式によって記述、計測データと併せることでモデルのパラメータを推定することに成功した。鳥の群れの動態を計測するためのステレオカメラシステムの製作と改良を行った。まず、画素数400万でグローバルシャッター方式のCCDカメラを導入、その制御部を新規に製作し、毎秒60コマのフレームレートで完全に左右の画像が同期した状態の鮮明なステレオ動画が取得できることを確認した。このシステムを宮城県内の観察地に設置し、30回以上のデータ収集を実施した。対象としたのは、集群性が高く密な群れを形成するムクドリと、いわゆるV字型の飛翔隊形を呈するマガンである。次いで、ステレオ動画像から、群れの中の各個体の三次元的な軌跡を再構成するためのソフトウェアの開発を行った。従来は、イメージ処理・解析ソフトとして知られるNIH ImageJのプラグインを独自開発し、画像内の各個体の同定と位置計算を手動で行っていたが、一連の処理の大半を自動化・高速化できるよう、アルゴリズムの再検討と画像処理ソフトウェアのコーディングを実施した。画像の中から鳥のみを自動的に検知するとともに、時間的に隣り合うコマの画像間での位相相関から個体の同定を行い、ステレオ計測から得られた三次元座標に時間軸を加えた4次元データ点情報と併せることで、それぞれの個体の軌跡を高い確率で追尾できることを確認した。こうして得られた時間・空間的なデータを元にして、鳥の視点で群れ内部の動態を動画として表示するためのソフトウェアを作成しデータの確認と可視化を可能とすると共に、個体間の速度相関、加速度相関等の定量的な解析が可能であることを確認することができた。鳥の群れの集団動力学を解析する上で最も重要なデータである各個体の三次元的な軌跡の推定を、高い空間解像度で行うべく、計測システムに大幅な改良を加えた。具体的には、カーボン素材を用い、屋外でも安定に運用できる形で、ステレオカメラシステムの基線長を約2mに伸張するとともに、カメラの光学系の性能を改善することによって、より広い画角にわたって、計測誤差を従来の1/2以下に抑えることができた。新たに製作したステレオカメラシステムを用い、宮城県北部で秋から厳冬期にかけて、ムクドリのねぐら入り前の集団飛行、および、マガンのV字飛翔隊形の撮影を多数回実施し、当初の目標であった、カメラから200m程度以内の個体を十分識別した上で、位置を同定できることを確認した。こうして取得されたステレオ画像データを元に、自主開発を行っている解析ソフトウェアを使って、個体毎の位置、速度、さらに加速度を計算し、いくつかの予備的な知見を得た。そのひとつは、マガンの編隊飛行における「遅いモード」の同定である。マガンの一次元的な飛翔隊形において、相対的な位置変位の揺らぎが波動となって群れの先頭から後方に伝搬する現象が、申請者自身によって報告されているが、その際の個体間相互作用の詳細は不明であった。今年度実施したデータ解析を通じて、飛行方向に対して水平面内横向きに間隔を調整する過程で最も時間遅れが生じており、集団的な波動の伝搬に対して最も寄与することを、定量的に示すことができた。本研究では、ステレオカメラによる三次元軌跡の計測を基本的な手法として、鳥の群れの動態の解析を進めてきた。前年度までにほぼ完成した、カーボン素材を用いた長基線長型のステレオ撮影システムについて、ソフトウェアやセンサー類のさらなる改良を加え、それをフィールドに持ち出して、ムクドリやスズメの群れ、およびマガンやハクチョウの編隊飛行の計測を多数回実施した。ガンやハクチョウなどの大型の鳥がV字型の隊形を組むのは、前方の個体の翼から生じた翼端渦を後方の個体が利用することで飛行に必要なエネルギーを有意に節約できるからである、と考えられてきた。しかしながら、現実の環境で、そうした調整がどのように行われているかについて、定量的な解析は殆ど成されていなかった。本研究では、個体間の相対位置や飛行速度を十分な精度で計測できるため、こうした流体力学的な議論との整合性について、実データによる検証を試みた。具体的には、地上に風向・風速計を設置し、マガンやハクチョウの編隊の個体間の相互位置と、その風による影響を調べ、個体の相互配置が横風の影響を受けており、それが流体場の風による変形で説明できることを定量的に明らかにした。さらに、羽ばたきによる渦場の「変調」の影響を見るために、羽ばたきのダイナミクスと位置関係を詳細に解析し、V字型の鳥の編隊を1次元状の結合振動子モデルとして記述し、位相同期を通じて、編隊全体の飛行コストが減じられている可能性を新たに見出した。小型のムクドリやスズメ等の群れについても解析を進めているところであるが、現状のシステムのままでは長時間的なトラッキングが難しく、手法の改良・開発も含め、今後の課題と考えている。鳥の群れの集団的な挙動を、個体レベルの運動の定量的な計測に基づいて物理的な視点で理解するための試みとして、2メートルという基線長でありながら可搬性の高いドライカーボン製のステレオ動画像撮影システムと、専用の画像処理

ソフトウェアを開発し、主として、マガンの群れの動態の解析を行なった。その結果、近接個体間の相対位置の調整過程の詳細から個体間の相互作用の様態を推定し、それに基づいて群れの多体運動を運動方程式によって記述、計測データと併せることでモデルのパラメータを推定することに成功した。鳥の群れの集団運動を解析するに十分なステレオ動画像計測システムを開発することが、本研究の第一の目的であった。概要にも記したとおり、可搬性を持ちかつ基線長の長いステレオカメラシステムがほぼ完成し、マガンのような大型の鳥であれば、200m程度の範囲まで計測可能であることが確認されたため、その点では、当初の目標は概ね達成されている。その一方、ムクドリなどの小型でしかも羽ばたき周波数の大きな鳥に対しては、現状の60FPSのシステムでは時間分解能が不足することが、データ解析を通じて判明したため、システム開発について、さらなる改良の余地を残している。本研究の二つ目の目標である、有効相互作用の推定や安定性の議論など、群れの集団運動の数理物理的な解明についても、概要に記した内容を含め、フィールド計測によって得られた定量的なデータに基づいた分析を、最終年度に向けて、進めているところである。数物系科学研究1、2年目は、三次元計測システムの開発に時間を割き、マガンなどの大型の鳥の群れを対象とした場合、ほぼ当初の目標を達することができた。さらに、ムクドリなどの小型の鳥の群れについても適用可能とするために、高速なフレームレートにまで対応できるように、部分的な改良と調整を施す計画である。さらに、鳥の群れと同様の手法で、水槽内の魚の群れについて三次元計測を実施できないか、他大学の研究者と協力しながら、検討を行っているところで、水中でのステレオカメラの校正手法などの開発に、すでに着手している。最終年度は、鳥のみならず、本研究で得た手法や知見を、広く「群れの科学」に適用する可能性も探っていく予定である。当初、1.三次元計測機器の改良と調整、および、2.画像処理プログラムの開発と確率的トラッキングアルゴリズム開発・実装、の二つを今年度中に実施する計画としていた。1については、動画のフレームレートが当初の計画に較べて2割程度低いものの、ほぼ、狙い通りの性能を出すことができた。また、画像処理に関しても、当初計画していた確率的なトラッキングアルゴリズムに代えて、ヒューリスティックなアルゴリズムを組み合わせる形で、目的とする性能・動作は概ね達成された。今年度の研究を効率的に推進したことによるもの。初年度に開発・改良したシステムによって、カメラから100メートル程度の範囲を飛行する群れであれば、十分な精度で三次元軌跡を再構成することが可能となったが、フィールドでの試行の結果を検討した結果、有効なデータを確実に得るためには、計測範囲を150mから200m程度まで拡張する必要性が明らかとなった。そのため、カーボン素材等を用いて、ステレオカメラの基線長を延ばし、これに対応する計画である。今後は、現状のシステムに改良を加えつつ、当初の計画に沿って、A.マガンの群れの波動、および、B.ムクドリの液滴運動のダイナミクス、について解析を進め、鳥の群れ内部の有効相互作用の推定、群れ運動を支配する遅いダイナミクスの抽出、および、実データに依拠した数理モデルの提案を進める予定である。
地域スケールにおける樹木の遺伝構造の解明と森林生態系管理への提案

森林の遺伝的多様性の保全に資するため、ウダイカンバ、モミ、コナラ、ミズナラを対象として、(1)更新のタイプや更新段階の違い、(2)標高や傾斜など林分の立地条件、(3)遺伝子流動を阻害するような地形的隔離の3つの視点から遺伝的多様性への影響を研究した。その結果、林分の更新の様態、密度、立地環境などが繁殖を通じて次世代の遺伝的多様性に強い影響を及ぼすこと、同一地域でも気候や地形による隔離が遺伝構造を規定してことが明らかになり、これらを考慮した、森林生態系管理の重要性が示された。東京大学北海道演習林内の個体密度の異なるウダイカンバ4林分(1.9,19,90,300本/ha)において、樹上種子および散布種子の繁殖成功ならびに遺伝的多様性を評価した。その結果、最も個体密度の低い林分(1.9本/ha)において有胚率、有効花粉親数の低下が生じていることが示され、低密度林分において花粉不足が生じていることが示された。一方で、300本/haと最も個体密度の高い林分においても、繁殖成功度および有効花粉親数は低い傾向にあり、このことは林冠のうっぺい度が花粉散布の制限要因となっていることを示唆していると考えられる。以上のデータを用い、本種において最も繁殖成功度が高まる個体密度の推定を行った。これまでの風媒樹種の研究例では、極端に密度の低下した林分における報告は散見されるものの、同種内においてここまで計画的にデザインされた研究例はなく、風媒樹種の花粉散布研究に一石を投じた結果といえる。また、散布種子段階の結果からも、低密度林分ではseed shadowの重なり具合の低下による空間的な遺伝的構造化が生じていることが示された。これらの結果は学問上の意義だけでなく、実際に本種を施業管理する際の指標として個体密度を利用する際の有効かつ重要なデータであるといえる。埼玉県秩父地域おける、異なる標高域(850-1750m)のミズナラ19林分の遺伝的多様性を7つの核SSRマーカーを用いて評価した。その結果、高標高域(>1500m)および低標高域(<1000m)に比べ、中標高域(1000-1500m)の集団の遺伝的多様性が最も高いことが明らかとなった。このことは低および高標高域は本種にとって生態的な分布の端にあたり、生育地が限られていること、また生育地間の遺伝的な交流も中標高域に比べて限られていることなどの影響と考えられた。標高が植物種の遺伝的多様性に与える影響は草本種では報告があるが、木本種ではほとんど報告がなく、学問上の新知見であるといえる。1)更新のタイプや更新段階の違いが遺伝的多様性に及ぼす影響についてウダイカンバでは、これまでに成木密度の異なる林分における繁殖成功の評価および花粉の遺伝子プールの多様性と構造の評価から明らかにした、交配最適密度、成木の低密度化が次世代集団の空間的遺伝構造形成に及ぼす影響について、補強するデータを取得した。また、モミでは、成熟段階の異なる林分の核および葉緑体DNAの分析結果から、個体間距離(密度)や林分面積と多様性との間の関係を明らかにした。2)標高や傾斜など林地条件と遺伝的多様性の関係コナラについては、秩父山地の立地環境および標高の異なる(140-1200m)15集団について解析を行ったが、標高と遺伝的多様性の間には傾向は認められなかった。一方、水分条件のよい立地環境にある集団の遺伝的多様性が高く、尾根や山頂といった水分条件の悪い立地では低かった。これは、尾根などではコナラの更新と成林が制限されているためと考えられた。ミズナラについては、3)の調査から標高と遺伝的多様性の一般的傾向を確認した。3)地形的バリアーが遺伝的多様性に及ぼす影響ミズナラについて、秩父集団の解析が早期に終了したため、他の地域における一般性を確認することとし、南木曽地域において同様の遺伝解析を行った。その結果、過去の分布変遷と地域の遺伝構造との間に密接な関係を認めたほか、稜線が地形的バリアーをなしていることも確認された。以上から、樹木種の遺伝構造の形成には、広域的にはこれまで明らかになっているように、当該樹種の分布変遷が大きな影響を及ぼしているが、地域的なまとまりの中では、標高の高い稜線や気象条件などにより、集団間の遺伝子の交流が制限されていること、また、林分単位で見ると、更新のパターンや、個体密度などにより次世代の遺伝構造が規定されることが明らかにできた。
アトピー性皮膚炎患者の皮膚と抹消血における環境抗原に対する多様性についての検討

アトピー性皮膚患者のT細胞の反応パターンは,マウスのTh2細胞パターン,すなわち液性抗体産生を促進する方向に偏っているとこれまで多くの報告がある.Candida albicans抗原にたいして,正常健康人はTh1細胞パターン,すなわち遅延型過敏反応を示すが,アトピー性皮膚炎患者では皮膚の遅延型過敏反応が低下していることを私たちはすでに報告した.今回私たちは,抹消血リンパ球においても,アトピー性皮膚炎患者ではCandida albicans抗原にたいして増殖反応を起しにくいことを発見した.同時に行った,抹消血リンパ球にたいするPHA抗原,SEA抗原,SEB抗原をもちいた刺激試験では正常健康人と同等の増殖反応を認めた.このことから,アトピー性皮膚炎患者では特定の抗原にたいして,皮膚のみならず抹消血リンパ球レベルでもTh2細胞パターンの反応をすることがわかった.また,この傾向は血清中総IgEレベルが高い程,またRASTスコアが高い程顕著に認められた.現在,抹消血リンパ球培養上清中のサイトカインレベルを測定中である.アトピー性皮膚患者のT細胞の反応パターンは,マウスのTh2細胞パターン,すなわち液性抗体産生を促進する方向に偏っているとこれまで多くの報告がある.Candida albicans抗原にたいして,正常健康人はTh1細胞パターン,すなわち遅延型過敏反応を示すが,アトピー性皮膚炎患者では皮膚の遅延型過敏反応が低下していることを私たちはすでに報告した.今回私たちは,抹消血リンパ球においても,アトピー性皮膚炎患者ではCandida albicans抗原にたいして増殖反応を起しにくいことを発見した.同時に行った,抹消血リンパ球にたいするPHA抗原,SEA抗原,SEB抗原をもちいた刺激試験では正常健康人と同等の増殖反応を認めた.このことから,アトピー性皮膚炎患者では特定の抗原にたいして,皮膚のみならず抹消血リンパ球レベルでもTh2細胞パターンの反応をすることがわかった.また,この傾向は血清中総IgEレベルが高い程,またRASTスコアが高い程顕著に認められた.現在,抹消血リンパ球培養上清中のサイトカインレベルを測定中である.
超音速ノズルにおけるスラスト・ベクトル・コントロールについての基礎研究

次世代極超音速スペースプレーンの開発では、インテ-クの入口流れや非対称ノズル流れを明らかにして、推進システムの高効率化を実現することが必要不可欠である。本研究では、スペースプレーン推進システムの設計資料を提供するために、非常に独創的なアイデアである気体力学的にスラストを制御する方法(スラストベクトルコントロール)や機体の推進システムについて、実験と解析より明らかにした。そこで、非対称ノズルに取り付けた多孔壁面上からのブリーディングによるスラストベクトルコントロールの可能性や、その性能に及ぼす形状、ブリーディング流量および圧力比等のパラメータの影響を、LDV、圧力測定および流れの可視化等を用いて実験的に調べた。その結果、ランプ全表面に沿った流れにアクティブコントロールを適用する場合、かなりのブリーディング流量が必要となるため本推進システムには適しておらず、一方、パッシブコントロールでは、流れが特に強い過膨張の状態にある場合において、壁面圧を調整するには不十分であることがわかった。しかしながら、両者を組み合わせることで、少ないブリーディング流量により効率的にスラストベクトルを制御することが可能となることがわかった。その際、非対称ノズルで生ずる三次元効果はスラスト増加に寄与することがわかった。しかし、ブリーディング流量は、推進方向における損失を少なくするために可能な限り小さくしなければならないが、これは機体後部ノズルに取り付けた補助ノズルからの二次ジェットにより可能となることがわかった。また、ブリーディングシステムの最適化や形状の設計に関する半経験的な方法が、いくつかの代表的なパラメータ(たとえば圧力比等)に対し考案された。この理論により、コントロールシステムの全体の性能評価が可能となった。
退化楕円型方程式の解の正則性の研究

1.退化楕円型方程式の解の特異点の除去可能性の研究について(1)主要部が線形の場合において特異点が除去可能になるための十分条件が得られた。この条件は特異集合(解の特異点が存在する可能性のある集合)の大きさ、非線形項の増大度と要部の退化の仕方に関する条件で、直観的には特異集合のある種のキャパシティに関する条件である。また特異集合がなめらかである場合にはこの条件が必要十分であることが示された。(2)主要部が非線形である場合に上記の結果が拡張された。特に、非線形項(吸収項)のルジャンドル変換をすることにより得られるコンジュゲイト関数を導入することにより、キャパシティを本格的に用いた精密な議論が展開された。2.クリティカルな非線形項を持つ準線形退化楕円型方程式の研究について(1)クリティカルな非線形項を持つ準線形退化楕円型方程式が研究され、その応用として、モデル作用素の解析を通して重み付きソボレフの不等式の最良定数と極値関数の存在・非存在が調べられた。そこでの結論は、最良定数は退化の仕方に連続的には依存せず、極値関数の存在も、従来知られていた領域の幾何学的性質への依存だけではなく、退化の仕方に大きく関係するということであった。(2)内部退化をする一般な楕円型方程式の有界な解の存在が研究された。また解の1階微分の評価をするため積型のソボレフ不等式の研究がなされた。3.ポテンシャル論の研究について吸収項を持つ非線形退化楕円型方程式の解の特異性を測るために様々なキャパシティの研究がされた。またキャパシティゼロ集合の特徴付けが1と関連してなされた。この条件は特異集合(解の特異点が存在する可能性のある集合)の大きさ、非線形項の増大度と主要部の退化の仕方に関する条件で、直観的には特異集合のある種のキャパシティに関する条件である。(2)主要部が非線形である場合にもほぼ同様の結果が証明されつつあるが、必要性がまだ未解明であり来年度以降の課題である。(3)内部退化をする一般な楕円型方程式の有界な解の存在が研究された。2.フリティカルな非線形項をもつ準線型退化楕円型方程式の研究について本年度は重み付きソボレフの不等式の最良定数と極値関数についての研究を中心に行った。特に重みが部分空間からの距離のべきである場合に最良定数と極値関数の存在が議論され、不等式の両辺の重みのべきのパラメーターに最良定数と解の存在が本質的に依存することが明らかにされた。3.ポテンシャル論の研究について吸収項を持つ非線形退化楕円型方程式の解の特異性を測るために様々なキャパシティの研究がなされた。

また特異集合がなめらかである場合にはこの条件が必要十分であることが示された。(2)主要部が非線形である場合に上記の結果が拡張された。特に、非線形項(吸収項)のルジャンドル変換をすることにより得られるコンジュゲイト関数を導入することにより、キャパシティを本格的に用いた精密な議論が展開された。2.クリティカルな非線形項を持つ準線形退化楕円型方程式の研究について(1)クリティカルな非線形項を持つ準線形退化楕円型方程式が研究され、その応用として、モデル作用素の解析を通して重み付きソボレフの不等式の最良定数と極値関数の存在・非存在が調べられた。そこでの結論は、最良定数は退化の仕方に連続的には依存せず、極値関数の存在も、従来知られていた領域の幾何学的性質への依存だけではなく、退化の仕方に大きく関係するということであった。(2)内部退化をする一般な楕円型方程式の有界な解の存在が研究された。また解の1階微分の評価をするため積型のソボレフ不等式の研究がなされた。3.ポテンシャル論の研究について吸収項を持つ非線形退化楕円型方程式の解の特異性を測るために極々なキャパシティの研究がされた。またキャパシティゼロ集合の特徴付けが1と関連してなされた。
M&A市場の理論的分析 ー 資源再配分の効率性の観点から

資源再配分の効率性という観点からM&A市場を分析する静学的な理論モデルを構築した。モデルの特色として、情報の非対称性を取り込みつつ、M&Aの発表に対する株価の反応についての米国における実証事実を、効率的な資源再配分と整合的に解釈することができる。静学モデルの性質については概ね明らかになったため、研究成果を2本のワーキングペーパーにまとめた。第一論文では、生産技術と企業属性分布に関する弱い仮定のもとで、買収企業と被買収企業の株価の反応が実証事実と整合的になる条件を明らかにした。また、M&Aが発表される前に、企業のどのような属性が投資家に観察可能であるかに依存して、買収側と被買収側の株価の反応(上昇/下落)の4つの組み合わせが発生することを示した。第二論文では、仮定を強めたモデルを用いて、異なる情報開示制度の在り方がM&Aの効率性に与える影響を分析した。特に、情報開示の精度は高いが独占的な(したがって企業から高い料金を徴収する)仲介業者に依存した制度と、不正確だが無料の情報開示を提供する公的な制度を分析し、どちらの制度も非効率だが、両者が共存する場合のほうが、それぞれの制度が単独で存在する場合よりも非効率の程度は小さくなることを示した。研究成果は、以下の場所で発表した。2018年度中に第一論文をまとめ、2019年度に追加分析を行う予定であったが、2018年度中に研究成果が蓄積したため、二つの論文(ワーキングペーパー)にまとめることができたため。2019年度はこれまでの研究成果を発表し、論文を改訂したうえで学術雑誌に投稿することを目指す。研究発表は現時点で以下を予定している。■東京大学での研究発表(5/9発表済み)同時に、第三論文(当初の予定では第二論文)に向けたモデルの動学的拡張について検討する。
ステップ後流における拡散火災の保炎

高速気流中にステップを設け、その後流に形成される拡散火災の保炎挙動について実験的に研究を行った。実験はステップ高さ,h=10-50mm,ステップから燃料噴出口までの距離,1f=20-200mm,燃料噴出速度,Vf=5-15m/s,燃料噴射角,θ=30^O-90^O,主流空気流速,U_O=30-50m/sの範囲で変え、火炎安定限界及びLDV法を用いて流れ場の流速分布を測定した。その結果以下の結論を得た。(1)ステップ高さによらず、ステップ高さとステップから再付着点までの距離の比、1r/hはほぼ一定(5.5)であった。(2)火災安定限界における燃焼の存在は、再付着点までの距離及び再循環領域内の速度分布を顕著には変化させない。これより、火災安定化は、未燃時の再循環流条件に基いて検討することが可能と考えられる。(3)再循環領域内に燃料を斜めに噴出した場合、火災の安定性に及ぼす噴射角の影響は、噴出速度や噴出口までの距離に依存する。燃料噴出口が比較的スッテプに近い場合、噴射角を小さくすると、火災の安定性は燃料の噴出速度に影響されなくなる。すなわち、燃料を再循環流と対抗して噴出させることにより、安定性に対する燃料噴出速度の依存性を弱めることができる。一方、燃料噴出口が再付着点に近づくと、再循環流速及び乱れが大きくなるため、燃料噴射角や燃料噴出速度の影響が明白ではなくなる。(4)乱流燃焼速度と局所的な流速のつりあいに着目して提案した有効当量比Ф*に基づいて、火災の安定化条件を燃料噴出位置により大別した。再循環流が速く乱れ強さが大きい領域では、火災は噴出された燃料と再循環領域に流入する空気流が燃料過農混合条件で安定化される。一方、再循環流が遅く乱れ強さが小さい領域では火災は燃料希薄混合条件で安定化される。高速気流中にステップを設け、その後流に円形の噴出口より水素-窒素混合気を噴出することにより形成される拡散火炎の保炎について実験的に検討を加えた。ステップ高さ(h=10-50mm)、ステップから燃料噴出口までの距離(1_f=20-200mm),燃料噴出速度(V_f=5-15m/s),燃料噴射角(θ=30°-90°),主流空気流速U_o=30-50m/s)を変え、火炎安定限界及びLDVを用いて流れ場の流速分布を測定した。(1)LDVによる測定結果から、ステップ高さとステップから再付着点までの距離の比、1_r/hはステップ高さによらず、ほぼ一定(=5.5)である事が分かった。このことは、ステップ高さとステップから再付着点までの距離が比例関係にあることを示している。(2)火炎安定限界における燃焼の存在は、再付着点までの距離及び再循環領域内の速度分布を顕著には変化させない。これは、安定限界近くでは燃料濃度が最も小さくなり、従って発生熱量が小さくなるためである。従って、火炎安定条件は、未燃時の再循環流の特性に基づいて検討することが可能であると考えられる。(3)再循環領域内に燃料を斜めに噴出した場合、火炎の安定性に及ぼす噴射角の影響の程度は、噴出速度や噴出口までの距離に依存する。燃料噴出口が比較的ステップに近い場合、噴出角を小さくすると、火炎の安定性は燃料の噴出速度に影響されなくなる。

すなわち、燃料を再循環流と対向して噴出させることにより、安定性に対する燃料噴出速度の依存性を弱めることができる。一方、燃料噴出口が再付着点に近づくと、再循環流速及び乱れが大きくなるため、燃料噴射角や燃料噴出速度の影響が明白ではなくなる。(4)火炎安定条件は拡散火炎基部での予混合火炎セグメントの存在を考えることにより検討することができる。そのセグメントでの乱流燃焼速度と局所的な流速のつりあいに着目して提案した有効当量比Φ^*に基いて、火炎の安定化条件を燃料噴出位置により次に示すように大別することができた。再循環流が速く乱れ強さが大きい領域では、噴出された燃料と再循環領域に流入する空気流から算出される燃料濃度が火炎安定限界時には燃料過濃状態となるが、一方、再循環流が遅く乱れ強さが小さい領域では燃料希薄条件となる。平成8年度の結果より,保炎機構を解明するためには,円管からの吹き出しを伴うステップ後流の流れ場の詳細を明らかにすることが不可欠であることが明らかとなった.そこで,本年度は,その流れ場の基本的な性質を明らかにするために,吹き出しをスリットとした単純化したステップ後流を対象に,実験的に検討を加えた.主流速度を10m/s一定とし,ステップよりステップ高さ(20mm)の2倍(40mm)あるいは4倍(80mm)下流に設置されたスリットから燃料の代わりに窒素を吹き出し,未燃状態においてレーザドップラー流速計を用いて流れ場の詳細を測定した.窒素吹き出し量は,主流との運動量比Iが0.010.5の範囲で5段階変化させた.その結果,以下の点が明らかとなった.(1)燃料吹き出し量が大きくなると,吹き出し部近傍の主流に直角方向の流速は増加し,その結果,再循環領域内の逆流速度が増加する.(2)乱れ速度のrmsは,燃料吹き出し量の増加に伴って,吹き出し部近傍で顕著に増加するが,再循環領域全域においてその影響が見られる.再循環流全体の様子を明らかにするために,レーザトモグラフィ法を用いて,吹き出し流の挙動について検討を加えた.その結果,再循環流中での吹き出し流の挙動を定性的に可視化することができた.これらの結果より,再循環流中に吹き出しを行うと,吹き出し部近傍の平均流速,乱れ特性が大きく変化し,火炎の保持に大きな影響を与える可能性があることが明らかとなった.
運動機能可塑性における赤核機能・構造連関の解明

脳卒中や脳損傷後の脳機能の回復のメカニズムは十分にわかっていない。どのように脳が構造や機能連関を変化させる能力を持つか(可塑性)を調べるために非侵襲で脳内の微細構造を観察する技術を確立し、動物実験により脳損傷後の機能回復と脳内の変化の観察を行った。脳内微細構造を観察技術として高解像度拡散強調MRI画像法や高精度パイプラインを開発した。繰り返し観察することでゆっくりとした運動機能回復とそれに関連する脳内運動関連部位の微細構造の変化をとらえることをに成功した。これらの結果は機能回復促進する新しい治療法や診断法の開発に寄与すると考えられる。脊髄損傷や運動野限局病変の症例や脳・脊髄損傷動物モデルにおいて損傷直後の高度な運動機能障害の後に、一定の機能回復が起きることが知られている。その運動機能回復を担う内的機構は十分解明されておらず回復を促進・補助する治療法の開発も遅れている。本研究では、MRI画像法を用いて機能的・解剖学的連絡性の変化を観察することで運動機能回復のメカニズムを探ることを目的とする。霊長類動物を用いて運動野損傷モデルを作製し運動課題遂行(指精緻運動)の機能的障害度およびその後の日々の訓練を続けた際の機能回復を観察した。これまでの報告(Murata et al. 2008)と同様に2.3か月かけて運動機能障害が回復した。経過中、拡散テンソル画像を繰り返し撮像し、微細構造の変化の同定を試みた。拡散異方性(fractional anisotropy, FA)の値を算出するための解析プログラムを整備し、個体間や測定間の変動を軽減させる標準化法を開発した。この方法によって運動野損傷後において運動野直下の白質や皮質脊髄路の通過部位(内包後脚、大脳脚など)のFA値が低下していることがわかり運動野皮質神経の軸索変性に合致した拡散特性の変化を同定できた。さらにFA値の上昇を示した部位も複数の灰白質・白質で観察された。これらのことから拡散テンソル画像法による標準的な解析が精度高く評価できること、機能可塑性に関与する部位の同定も可能であることが示唆された。今後詳細な解析を加え薬理学的な実験も行うことで運動機能の可塑性に因果的役割を持つ部位の同定を試みる。運動機能回復に関わる脳内機構を調査することで脳卒中や脳損傷など脳障害後の機能回復促進や治療法開発が期待される。本研究は拡散強調MRI画像法を用いた撮像法の技術開発を行うことで脳内神経突起の時間変化を経時的に観察し、機能回復に因果的に関わる神経突起や脳内連絡性の動的変化を同定することを主眼として研究を進めた。脳卒中患者が発症後3カ月間のリハビリテーションを行う過程で、麻痺側の運動機能と脳内の拡散テンソル画像を時間を追って撮像した結果、障害側の大脳皮質から脊髄へとつながる神経線維連絡路(錐体路)で神経線維の変性が徐々に進む一方、脳の中心付近深部にある赤核で神経突起の再構築が進み運動機能は3カ月間かけて徐々に回復した。赤核における神経突起再構築は麻痺回復度とも相関した。赤核は進化的に古い構造物で、ヒトでの機能は十分理解されていなかったが脳障害後の運動機能改善・可塑性に関与することが示された。今後拡散テンソル画像法を用いることで脳卒中後の麻痺回復に対する新しい治療法の評価・開発や、リハビリテーション法の最適化につながることが期待される。本研究成果はNeuroimage: Clinicalに発表された。脳損傷モデル動物を用いた研究では、観察手法の精度・再現性向上をはかった結果、解析結果の感度を上昇させることができた。それによって生じた陽性所見を確認するため、神経トレーサー実験などの他モダリティーの評価系の組み合わせの必要性が生じ、現在も進行中である。運動野損傷の動物モデル(Murataら2015)を作製し、運動課題遂行(指精緻運動)の機能的障害度およびその後の日々の訓練を続けた際の機能回復を観察した。これまでの報告と同様に2.3か月かけて運動機能障害が回復したが。その経過中、拡散強調画像を繰り返し撮像し、微細構造の変化の同定を試みた。拡散強調画像から神経突起方向分散を計算し麻痺の回復との関係性を調べたところ、神経突起の損傷に関わる部位、損傷後の麻痺回復に関わる部位として赤核をはじめとした多数の皮質・皮質下構造物で見出し、大局的な脳内ネットワークの動態変化が生じることを確認した。薬理学的実験も行うことで回復に関わった部位が実際に運動機能回復に必要であったことを示唆する結果も得られた。機能脱落後の可塑性に重要な観察が得られた。これまで申請者らは片麻痺を呈する脳卒中患者の機能回復過程においても同様の赤核の変化を観察しており(Takenobuら2014)、今回の知見は、機構の因果性を明らかにするもので効率的なリハビリテーション治療戦略を構築するうえで重要である。