hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スウォームネットワークによる分子情報処理機構に関する研究

平成26年度については,スウォームネットワークによる計算回路構築ならびに非同期セルオートマトンにおけるパターン形成問題に対して研究を展開した.従来のスウォームネットワークでは,ネットワークを構成する各エージェントに一定方向に対して駆動力を発生させることが必要であったが,本研究ではその制限を撤廃し,各エージェントはブラウン運動に基づくランダムな移動を行うことができるものとした.前年度の研究においては,このネットワークを用いて信号伝達を行うことが可能となっている.今年度の研究においては,非同期論理回路の一つであるブラウン回路の各要素をスウォームネットワークにより模擬することが可能であることを示した.これにより,このスウォームネットワークも計算万能であることを証明することができた.本研究成果については,国際会議AFCAなどにおいて発表し,さらに定義などを厳密化した論文をNew Generation Computing誌に投稿し,掲載が決定している.また,非同期セルオートマトンにおけるパターン形成問題については,ブラウン運動により駆動されるセルオートマトンを対象とした.このセルオートマトンにおいて,セル空間上に配置されたパターンを自分自身により複製する,いわゆる自己複製を行う方法について提案した.パターンは円環状の構造を有しており,自分自身のパターン形状の検査・符号化・ならびに符号化された情報の復号化を行うことができる.また,複製パターン同士が衝突する際におこるデッドロック状態を回避することも可能である.本研究成果については,国際会議AFCAにおいて発表を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに提案してきたスウォームネットワークの改良に焦点を当て研究を展開した.従来のスウォームネットワークにおいては,ネットワークを構成する各エージェントには一定方向に向けて駆動力を発生する機構が必要であったが,現実の分子システムにおいて発生する駆動力としては熱運動(ブラウン運動)を考慮する必要がある.平成25年度においては,ブラウン運動に基づきランダムに移動するエージェントを用いて信号伝達を行うことが可能なエージェントモデルを提案することができた.また,論理演算素子についても現在検討をすすめており,平成26年度においては,信号伝達素子・論理素子を統合し,計算万能(チューリング機械を構成できる)なエージェントを提案する予定である.上記研究と平行して,DNA架橋アクリルアミドゲル分子を用いた計算システムであるゲルオートマトンについても検討を行っている(東京大学,広島大学,情報通信研究機構との共同研究).さらに,生体のDNA分子系に基づく自己複製シミュレーションについても非同期セルオートマトンモデルに基づくモデルを構築してきた(国際学会AFCAにおいて発表を行った).平成26年度については,スウォームネットワークによる計算回路構築ならびに非同期セルオートマトンにおけるパターン形成問題に対して研究を展開した.従来のスウォームネットワークでは,ネットワークを構成する各エージェントに一定方向に対して駆動力を発生させることが必要であったが,本研究ではその制限を撤廃し,各エージェントはブラウン運動に基づくランダムな移動を行うことができるものとした.前年度の研究においては,このネットワークを用いて信号伝達を行うことが可能となっている.今年度の研究においては,非同期論理回路の一つであるブラウン回路の各要素をスウォームネットワークにより模擬することが可能であることを示した.これにより,このスウォームネットワークも計算万能であることを証明することができた.本研究成果については,国際会議AFCAなどにおいて発表し,さらに定義などを厳密化した論文をNew Generation Computing誌に投稿し,掲載が決定している.また,非同期セルオートマトンにおけるパターン形成問題については,ブラウン運動により駆動されるセルオートマトンを対象とした.このセルオートマトンにおいて,セル空間上に配置されたパターンを自分自身により複製する,いわゆる自己複製を行う方法について提案した.パターンは円環状の構造を有しており,自分自身のパターン形状の検査・符号化・ならびに符号化された情報の復号化を行うことができる.また,複製パターン同士が衝突する際におこるデッドロック状態を回避することも可能である.本研究成果については,国際会議AFCAにおいて発表を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。スウォームネットワークモデルの改良については,ブラウン運動に基づく信号伝達機構が構築できた.また,ブラウン運動に適応した論理素子開発についても目処が立っている.ゲルオートマトンモデルについては,過去に提案した拡散現象に対応しているモデルの再構築を行えている.平成26年度においては,ブラウン運動に対応したスウォームネットワークモデルにおける論理素子の開発を行い,計算万能なシステムの構築を目指す.ゲルオートマトンに関する研究においては,非同期セルオートマトンモデルを用いた拡散現象に基づく計算モデルの改良を行う予定である.
大腸がん微少環境下における抗原提示細胞の機能制御を基軸とした新規治療法の開発

近年、免疫チェックポイント阻害剤が開発され抗腫瘍効果が示されている。大腸癌においても、マイクロサテライト不安定性を有する症例への有効性が期待されているが、約10%程度と限定的であり有効症例拡大を目指した新規治療法の開発が望まれる。これまで、申請者は、IL-6/STAT3シグナル経路がヒト樹状細胞において抗原提示能を低下させること、IL-12産生抑制を介して抗腫瘍免疫にとって望ましいとされるTh1型免疫の誘導を抑制することを報告している。また、大腸がん切除検体を用いた検討により腫瘍内へのT細胞誘導には腫瘍局所における成熟・活性化した抗原提示細胞の存在が重要であることを報告した。マウス皮下腫瘍移植モデルを用いた検討において、IL-6欠損下ではより効果的なTh1細胞の誘導がなされており、より高度な細胞障害性T細胞の誘導がなされること、腫瘍細胞におけるMHC-class1分子およびPD-L1の発現が増強されることを確認した。実際に皮下腫瘍移植モデルのPD-L1を用いた治療系の実験においてIL-6欠損マウスでは劇的な治療効果を示すことを確認した。同腫瘍組織には多数の抗原提示細胞の存在を確認でき、HLA-class2分子の発現も増強されていることから、IL-6欠損状態においては、抗原提示細胞の機能が抗腫瘍免疫において適切に制御され、効果的かつ効率的な腫瘍局所におけるがん抗原特異的T細胞誘導およびTh1型免疫導入がなされていると考える。IL-6/STAT3シグナル経路は抗原提示細胞の機能制御による、より効果的ながん免疫治療開発の有望な標的であると考える。昨年度は、マウスの抗原提示細胞を単離し網羅的な遺伝子解析を行い、いくつか治療標的候補分子として有望な機能分子を同定した。今年度は、マウスにおけるin vitroにおける標的候補分子の機能解析を予定していたが実験系の確立にやや難渋している。当初の実験計画よりはやや遅れている判断した。大腸癌切除検体を用いてCD4やCD8など免疫組織染色の条件検討は完了しており、症例の収集とともに検討を継続している。昨年度に引き続き、in vitroにおける標的分子の機能解析を行い新規治療標的としての有望性を評価する。実験系の確立を目指し、現在の問題点を確認し改善していく必要がある。また、大腸癌切除検体を用いた免疫組織染色の施行,および症例の集積は引き続き継続していく。in vitroの機能解析により有望な標的分子が確認できた際には、同分子の免疫組織染色の追加も予定している。また、大腸癌症例の集積における予備的検討により、末梢血単球数と大腸癌患者の再発予後に相関があることが示唆された。末梢血単球は腫瘍組織における抗原提示細胞の前駆細胞であり、免疫治療における有効症例のバイオマーカーとしての可能性などを模索していきたい。大腸癌患者は年々増加傾向にある。手術治療、化学療法、放射線療法の発達により治療成績は向上しているが、手術後の再発、切除不能症例などさらなる治療の改善が求められている。免疫チェックポイント阻害剤の開発によりがん免疫治療に注目が集まっている。我々は、これまでヒト細胞を用いた検討においてIL-6/STAT3シグナル経路が抗原提示細胞の抗原提示能を抑制的に制御していること、IL-12産生抑制を介しTh1型免疫応答を抑制していることを報告してきた。さらに、マウスを用いた検討においてIL-6欠損状態では効率的にTh1型免疫を誘導可能であり、免疫チェックポイント阻害剤との併用治療において著名な抗腫瘍効果が確認された。IL-6/STAT3シグナル経路は抗原提示細胞の機能制御を基軸とした治療標的として有望であると考えられた。IL-6自体は多機能なサイトカインであることから、より抗原提示細胞の機能を制御する因子を同定することで、がん局所またはリンパ組織において抗原提示細胞の機能制御を基軸とした新規がん免疫治療としてより有望ではないかと考えた。本研究では、IL-6欠損マウスと野生型マウスにそれぞれのがん皮下移植モデルを作成しがん局所、およびリンパ組織中の抗原提示細胞を単離、網羅的な遺伝子解析を行うことで治療標的として有望な機能分子の同定を目指す。網羅的な遺伝子解析からいくつかの候補遺伝子を同定しており、今後その機能解析を行うことで治療標的としての有望性を確認していきたい。本年度は、マウスの抗原提示細胞を単離し網羅的な遺伝子解析を行い、いくつか治療標的候補分子として有望な機能分子を同定した。今後は、マウスにおけるin vitroにおける標的候補分子の機能解析を予定している。また、大腸癌切除検体を用いてCD4やCD8など免疫組織染色の条件検討や予後情報などの収集を初めている。本研究は、当初の予定したスケジュールにて進行していると考え上記のように判断した。マウス皮下腫瘍移植モデルを用いた検討において、IL-

6欠損下ではより効果的なTh1細胞の誘導がなされており、より高度な細胞障害性T細胞の誘導がなされること、腫瘍細胞におけるMHC-class1分子およびPD-L1の発現が増強されることを確認した。実際に皮下腫瘍移植モデルのPD-L1を用いた治療系の実験においてIL-6欠損マウスでは劇的な治療効果を示すことを確認した。同腫瘍組織には多数の抗原提示細胞の存在を確認でき、HLA-class2分子の発現も増強されていることから、IL-6欠損状態においては、抗原提示細胞の機能が抗腫瘍免疫において適切に制御され、効果的かつ効率的な腫瘍局所におけるがん抗原特異的T細胞誘導およびTh1型免疫導入がなされていると考える。IL-6/STAT3シグナル経路は抗原提示細胞の機能制御による、より効果的ながん免疫治療開発の有望な標的であると考える。昨年度は、マウスの抗原提示細胞を単離し網羅的な遺伝子解析を行い、いくつか治療標的候補分子として有望な機能分子を同定した。今年度は、マウスにおけるin vitroにおける標的候補分子の機能解析を予定していたが実験系の確立にやや難渋している。当初の実験計画よりはやや遅れている判断した。大腸癌切除検体を用いてCD4やCD8など免疫組織染色の条件検討は完了しており、症例の収集とともに検討を継続している。今年度の研究において網羅的な遺伝子解析により同定した候補分子についてin vitroにおける機能解析を行い、抗原提示細胞の機能制御因子としての働きを評価する。siRNAを用いた実験系による検討を予定している。以上により、抗原提示細胞を標的とした新規がん免疫免疫治療の標的分子としての可能性を評価する。次に、マウス担がんモデルにて同機能分子の発現状況を免疫組織染色により評価するとともに、阻害剤などが入手可能であればマウスにおける治療モデルを作成し実際の治療標的としての可能性を検討する。また、ヒト細胞を用いた検討を行うことによりマウス細胞から得られた知見との相同性を確認する。また、ヒト大腸癌切除検体を用いて同機能分子の発現を免疫組織染色により評価する。同時にCD4やCD8などT細胞浸潤やHLA-DR発現細胞の評価や再発、生命予後との関連を検討する。以上により、マウスで得られた知見と結果から、抗原提示細胞の機能制御に関わる機能分子が新規がん免疫治療における有望性と臨床応用の可能性を検討する。昨年度に引き続き、in vitroにおける標的分子の機能解析を行い新規治療標的としての有望性を評価する。実験系の確立を目指し、現在の問題点を確認し改善していく必要がある。また、大腸癌切除検体を用いた免疫組織染色の施行,および症例の集積は引き続き継続していく。in vitroの機能解析により有望な標的分子が確認できた際には、同分子の免疫組織染色の追加も予定している。また、大腸癌症例の集積における予備的検討により、末梢血単球数と大腸癌患者の再発予後に相関があることが示唆された。
プログラムの構造に基づく並行処理プログラムのテストケース作成技法の基礎的研究

本研究の目標は、並行処理プログラムのテスト品質向上のために、テストケースの作成技法について基礎的な研究として、テスト時に被テストプログラムを実行するための条件と被テストプログラムの実行結果が正しいことを判定するための期待出力とを記述したテストケースを並行処理プログラムのソースコード(プログラムの構造)に基づいて作成する方法の確立、テストケース作成アルゴリズムの開発、支援ツールの基礎技術の確立、であった。テストケースを作成する並行処理プログラムの記述言語に実用的な言語として開発されたAda言語を最初に選択した。Ada並行処理プログラムについてテストケースとして「協調路」を定義した。協調路は、プログラムを構成する各プロセス(Adaではタスク)の入口から出口に至る路をAdaで採用されている同期・通信機構である遠隔手続き呼出がプロセス間で対応するように組み合わせた路の集合である。この協調路をAda並行処理プログラムのソースコードから作成するためのアルゴリズムを開発し、自動的に協調路を作成するツールを試作した。さらに、テストケース作成について動的にプロセスが作成される場合の対策の検討と、作成したテストケースをテスト実施において実行するための強制実行の方法について検討した。また、開発した並行処理プログラムのテスト方法の応用として、C並行処理プログラムおよびオブジェクト指向言語で記述されたプログラムのテスト方法についても検討した。以上行なってきた本研究で得られた研究成果は以下の通りである。1.Ada並行処理プログラムのモデルとして、各プロセスの並行処理に関連した部分のみを取り出した事象グラフとプロセス間での同期とを用いた事象同期モデルを提案し、その事象同期モデルの上で協調路をテストケースとして定義した。協調路をテストケースとすることによって、Ada並行処理プログラムのテストが行なえることを確認した。2.Ada並行処理プログラムのソースコードからテストケースとして協調路を自動的に作成するツールを開発した。3.Ada並行処理プログラムのテストを実施するためには、動的なプロセス生成に対応した協調路の作成方法が必要であり、テスト実施のために強制的なプログラムの実行が必要であることを確認した。並行処理プログラムのテスト品質向上のために、テストケースの作成技法について基礎的な研究を進めている。研究の目標としては、テスト時に被テストプログラムを実行するための条件と被テストプログラムの実行結果が正しいことを判定するための期待出力とを記述したテストケースを並行処理プログラムのソースコード(プログラムの構造)に基づいて作成するための方法の確立、テストケース作成アルゴリズムの開発、支援ツールの基礎技術の確立、がある。さらに、作成したテストケースに基づくテストの実施やテスト十分性評価まで含めたテスト支援環境について検討する必要がある。今年度は、並行処理プログラムに対してテスト充分性が評価できかつテストケース作成に必要充分な情報を含んだ形態である事象同期モデルとしてAda並行処理プログラムをモデル化する方式を開発した。事象同期モデルに基づくテスト充分性評価基準を満足するテストケースを事象同期グラフ上の協調路として定義した。協調路は、並行処理プログラムを構成するプログラム単位のそれぞれの実行路を同期・通信を満足するように組み合わせた路の集合である。事象同期グラフおよび協調路の定義を情報処理学会の論文誌上に発表した。さらに、協調路をAda並行処理プログラムのソースコードから自動的に作成するテストケース作成支援システムを試作し、簡単なプログラムに適用した。さらに、作成したテストケースの実行方法および、テスト充分性評価技法について検討し、Japan SIGAda、情報処理学会研究会で報告した。また、並行処理プログラムの特性を理解するために、計算機ネットワーク上の応用プログラムについてソフトウェアシンポジウム、JWCC8(Joint Workshop Computer Communication)で報告した。並行処理プログラムのテスト品質向上のために、テストケースの作成技法について基礎的な研究を進めた。

研究の目標としては、テスト時に被テストプログラムを実行するための条件と被テストプログラムの実行結果が正しいことを判定するための期待出力とを記述したテストケースを並行処理プログラムのソースコード(プログラムの構造)に基づいて作成するための方法の確立、テストケース作成アルゴリズムの開発、支援ツールの基礎技術の確立、であった。昨年度確立した並行処理プログラムについてのテストケース作成方式の適用範囲を拡大するために、(1)プログラムの動的な側面をより反映するために「タスク型を含んだプログラムのテストケース作成方式」について検討し、情報処理学会で報告、(2)実用的なC言語で記述されたプログラムに適用可能なように事象相互作用モデルの開発とテストケース作成ツールの設計、を行なった。また、テストケース作成の際テスト充分性を保証するためのテスト基準について検討し、「C並行処理プログラムのテスト充分性評価」について情報処理学会およびAPSEC'94(The First Asia-Pacific Software Engineering Conference)で報告した。さらに、メッセージ通信のみを用いた並行処理プログラムを作成することのできるオブジェクト指向言語(C++やSmallTalk等)で記述されたプログラムについてテスト方式を検討した。オブジェクト指向プログラムの場合は、プログラム内部の文や分岐に基づいたテストだけでなく、プログラムの単位であるオブジェクトの静的な記述であるクラスの宣言と振舞いとして作成される実体との違いを反映したモデルの上でメセージ通信に着目したテストが必要であり、実施可能であることを示した。このオブジェクト指向プログラムのテストについて情報処理学会で報告した。
薬用植物の試験管内保存と再生植物の生化学的評価

試験管内で長期間冷蔵保存された植物器官から復元したクローン植物の植物学的評価のみならず、含有有効成分の母植物との定性的・定量的同一性に関する生化学的評価を行うことにより、薬用植物遺伝子源の試験管内保存法の信頼性と汎用性を実証することを目的として研究を行い、本年度は次のような結果を得た。キク科、セリ科、ナス科、イネ科に属する植物の中から、耐寒性および含有有効成分の化学的分類群が異なる薬用植物を材料として選び、それらの無菌培養シュートを515°Cの温度で試験管内保存した。同時に、植物再生の系を確立するための実見を実施した。これらのうち、キク科のオオバナオケラ(根茎:ビャクジュツ、成分:精油)とナス科のハシリドコロ(地下部:ロートコン、成分:アルカロイド)については、2°Cで2年間冷蔵保存した培養シュートから再生した植物の栽培試験を終了して生物学的性状調査および二次代謝成分の分析を実施した。その結果、2年間の冷蔵保存は植物学的特性および含有成分の組織・含量に影響しないことが明らかになった。以前報告したホソバオケラでも同様の結果が得られており、無菌植物器官の試験管内冷蔵保存が温帯性薬用植物の保存法の一つとして信頼できることが確かめられた。温帯性のハマボウフウ(セリ科)、亜熱帯性のチョウセンアサガオ属植物(ナス科)、熱帯性のレモングラス(イネ科)については、冷蔵試験、栽培試験を速攻している。亜熱帯性および熱帯性の植物の場合、5°Cでは低温障害のため半年間の保存もできなかったが、成長抑制のための保存温度を温帯性植物の場合に比べて少し設定すると1年間の保存が可能であった。試験管内で長期間保存された植物器官から復元したクローン植物の植物学的評価のみならず、含有有効成分の母植物との定性的・定量的同一性に関する生化学的評価を行うことにより、薬用植物遺伝子源の試験管内保存法の信頼性と汎用性を実証することを目的として研究を行い、本年度は次の結果を得た。双子葉植物ナス科のチョウセンアサガオ属植物および単子葉植物イネ科のレモングラスなどの無菌シュートの増殖条件を改良して冷蔵保存を開始した。また、冷蔵保存終了後にシュートを効率よく発根させる条件や試験管内からポットに出して馴化させる方法についても検討し、培養系から再生植物を育成する系を確立するための実験を行い、改良点を見いだした。植物学分野の研究に携わってきた本外個人特別研究員に植物成分の分析に関する技能を修得してもらうために、上記の植物および本研究室で冷蔵保存実験を継続してきた植物材料について、ガスクロマトグラフ法や高速液体クロマトグラフ法による分析を実施した。すなわち、チョウセンアサガオ属植物およびハシリドコロのトロパンアルカロイド、オケラ属植物の精油のガスクロマトグラフによる分析、キケマン属植物のテトラヒドロプロトベルベリン系アルカロイドの高速液体クロマトグラフ法による分析である。
鉄筋コンクリート建築構造物の損傷制御型設計法の確立

損傷評価法の確立については,材料・部材・層・構造物全体での損傷の種類とその力学的損傷度合いの評価、損傷予測法の提案と各種外乱に対する適応性とその精度評価、ひび割れ幅や残留変形などによる部材から骨組みの塑性率などによる構造物全体での評価を含めた損傷評価手法の開発をおこなうこと,損傷制御構造形式の開発については,エネルギー吸収性と自己復元性を有する構造要素を積極的に取り入れ、材料・部材・層・構造物全体に対して、設定許容損傷限界を満足する構造形式の確立をおこうことを目的として研究を行った。具体的には,以下の研究を遂行した。・プレキャストコンクリート板と周囲の柱や梁を,ダウエル鉄筋を介して接合する工法を対象に,非構造壁が建物耐震性能に及ぼす影響を検討するための基礎的資料を得ることを目的として,非構造壁をモデル化した7体の実大の試験体を作製し,接合部の位置や個数,完全スリットの幅,鉄筋の定着方法を変数とした静的漸増振幅繰返し載荷実験を行い,それらの強度や復元力特性に関する比較検討を行った。・粘弾性ダンパー付き間柱による既存RC造共同住宅の制震補強構法の開発に資する基礎資料を整備することを目的として、ダンパーの有無と設置位置を実験変数とした3層1スパンRCフレームの動的載荷実験を行い、当該フレームの動的特性に及ぼす粘弾性ダンパーの補強効果とダンパー設置位置の影響について検討した。・付着挙動と応力再配分を,分散ひび割れモデルを用いたFEMにより直接計算し,ひび割れ幅を求める手法を開発し,ひび割れ後の応力再配分を行うことにより,実用的な精度でひび割れ幅を算出することが可能になった。・有開口耐震壁のせん断性状の把握を目的として,開口周比が0.4前後で,開口が偏在及び多層に渡る計7体のRC造耐震壁の静的載荷実験を行った。2004年度当初の計画に従い,以下の研究を遂行した。・RC柱モデル試験体を用い、地震時荷重条件と等価となるよう水平力と軸力を変動させ、損傷の分布および進展状況を把握した。早期のひび割れを工学的な損傷量として表すため、損傷程度をひび割れ幅及び長さの関数として客観的な評価が行える損傷指標を提案するための計測方法をスキャナーを用いて試みた。・RC造連層耐震壁と杭基礎の部分架構モデルを用いた損傷評価を行った。耐震壁は、1階壁脚の曲げ降伏を仮定して設計を行い、杭・基礎スラブを含む基礎梁への杭頭曲げモーメント及び水平せん断力等の応力が,壁の回転に伴う壁脚打継ぎ面での離間に応じて,変化することを明らかとした。さらに、壁脚水平曲げひび割れ面における水平せん断力伝達機構が壁脚の曲げ降伏前から降伏後に変化することに伴って変化する壁脚ヒンジ領域の曲率・壁の回転角・層間変形角をモデル化できることを示唆した。・部材の損傷制御に関する研究では、高いエネルギー吸収性能と原点復帰性(有害な残留変形を残さない)を有し、地震後そのまま供用できる、又は損傷部分の交換で再使用可能な、損傷制御型の部材接合形式を選択し,片持ち梁型試験体7体と門型架構試験体3体を作製し,載荷実験を行なった。提案した,構造システムは有効であるが,改善点が数点あることを突き止めた。計画した研究内容をほぼ達成し,次年度の研究計画を企画中である。ただし,エネルギー吸収システムに関しては,これまでに提案したもの以外にも,種類を増やして研究を進めることとする。

損傷評価法の確立については,材料・部材・層・構造物全体での損傷の種類とその力学的損傷度合いの評価、損傷予測法の提案と各種外乱に対する適応性とその精度評価、ひび割れ幅や残留変形などによる部材から骨組みの塑性率などによる構造物全体での評価を含めた損傷評価手法の開発をおこなうこと,損傷制御構造形式の開発については,エネルギー吸収性と自己復元性を有する構造要素を積極的に取り入れ、材料・部材・層・構造物全体に対して、設定許容損傷限界を満足する構造形式の確立をおこうことを目的として研究を行った。具体的には,以下の研究を遂行した。・RC柱モデル試験体を用いた実験結果を用いて、損傷の分布および進展状況を推定する方法について検討した。早期のひび割れを工学的な損傷量として表すため、損傷程度をひび割れ幅およびひび割れ間隔を用いて表すことが可能であることを示した。・PCa造連層耐震壁と杭基礎の部分架構モデルを用いた損傷評価を行った。耐震壁は、1階壁脚の曲げ降伏を仮定して設計を行い、杭・基礎スラブを含む基礎梁への杭頭曲げモーメント及び水平せん断力等の応力伝達経路及び伝達機構を解明した。さらに、壁脚水平曲げひび割れ面における水平せん断力伝達機構が壁脚の曲げ降伏前から降伏後に変化することに伴って変化する壁脚ヒンジ領域の曲率・壁の回転角・層間変形角を定量化した。昨年の一体打ち試験体と抵抗機構の比較を行なった。・部材の損傷制御に関する研究では、高いエネルギー吸収性能と原点復帰性(有害な残留変形を残さない)を有し、地震後そのまま供用できる、又は損傷部分の交換で再使用可能な、損傷制御型の部材接合形式を開発した。・計画した研究内容をほぼ達成し,次年度の研究計画を企画中である。ただし,エネルギー吸収システムに関しては,これまでに提案したものの実用化を含めて,架構を用いた検証実験を企画中である。・偏在開口付耐震壁試験体4体を用いた載荷実験を行い、せん断耐力と変形性能に関する基礎データを収集した。実験結果を用いた解析モデルをマクロモデルや有限要素法モデルを適用して構築し、荷重の載荷方向、開口の位置、大きさなどがせん断性状に与える影響をモデル化できることを確認した。・連層耐震壁と杭基礎の部分架構モデルをマクロモデルでモデル化し、損傷評価を行った。耐震壁は、杭、基礎梁、1階スラブを含むものであり、これら部材と耐震壁の連性挙動がせん断抵抗機構に大きな影響を与えていることを解明した。この結果、杭・基礎スラブを含む基礎梁への杭頭曲げモーメント及び水平せん断力等の応力伝達経路及び伝達機構をモデル化し、さらに、壁脚水平曲げひび割れ面における水平せん断力伝達機構が壁脚の曲げ降伏前から降伏後に変化することに伴って変化する壁脚ヒンジ領域の曲率・壁の回転角・層間変形角を定量化した。・部材の損傷制御に関する研究では、高いエネルギー吸収性能と原点復帰性(有害な残留変形を残さない)を有し、地震後そのまま供用できる、又は損傷部分の交換で再使用可能な、損傷制御型の構造形式を実現するためのデバイス(波形鋼鈑、混合より線)を開発した。
代数群とその周辺の総合的研究

伊原は主として計算数論に関わった、整数論の計算機実験に不可欠な多倍精度整数計算用のパッケージを完成し、その基本部分を誌上公開した。これをふまえて現在楕円曲線の整数論用ソフトの開発を研究中である。小池は複素鏡映群のある基本的系列に対して、その変形であるヘッケ環(古典A,B型ヘッケ環の一般化でアフィンヘッケ環の商環になっている)を導入し、その既約表現をすべて決定した上で、表現の具体的構成も行った。さらに同じ複素鏡映群について、マーナガン中山型の公式を示し、ある種のテンソル表現の既約表現への分野を各既約表現についてヤング図形を用いて母関数の形で与えた。井上は一般型代数曲面の、例が稀少な方面で、新しく2種類の系列をなす例を構成した。ひとつは楕円モジュラ曲面の分岐被覆として得られるもので、位相的指数が正の曲面の系列であり、リヴネとは独立の発見である。もうひとつは3個の楕円曲線の直積内の超曲面の商として得られるものであり、幾何的種数がゼロの曲面の系列をなす。また従来証明が示されないまま引用されてきたグラウエルトのある定理に対して、ひとつの証明法を与えた。本間は3次元ポアンカレ予想の攻略法として、従来のホモトピー論的立場とは別の、ザイフェルト膜系を用いるホモロジー論的立場を提唱し、専門家の関心を集めている。
比較元素論的14族元素低配位活性種の構造と反応性

本研究課題では将来の特定領域研究への展開を意図して、カルベン、ラジカル、イオンなどの有機活性種とその14族金属類縁体の構造、物性、反応性の比較研究の動向を分担して研究調査することを目的とした。シリレン、ゲルミレン、スタンニレンおよびプルンビレンの生成、構造と反応性の研究を櫻井、荻野、中平、吉良、持田、時任、赤阪が担当し、これまでのカルベン化学に関する知識の集積および最近の沢木、富岡らの炭素の2価化学種に関する研究成果と比較して、元素間の構造と反応性の類似性と相違性を系統的に研究した。シリルラジカルの分光を平塚が、安定ケイ素およびゲルマニウムラジカルの単離、構造と反応性の研究を松本が行い、炭素ラジカルとの差異を比較した。14族元素カチオンの単離および構造と反応性の研究を関口が行い、竹内、園田らのカルボカチオンに関する先端的研究の成果と比較した。同様の観点からシリルおよびゲルミルアニオンの化学(河内)、14族有機金属分子のラジカルイオンの化学(水野)、14族金属不飽和化学種のシラエテン(坂本、石川、九内)、ジシレンおよびシラベンゼン(時任)に関する研究調査を行った。また、非経験的分子軌道法を用いたケイ素-ケイ素3重結合分子の構造の理論的考察を永瀬が研究調査した。上記の研究結果を総合的に議論する会議を開催し、有機活性種に関する構造論と物性論の現状とその限界を活発に討論し、この様なアプローチを広範囲に展開して将来特定領域研究の新しい研究領域に発展させるべきであるとの共通認識に達した。
Bリンパ球の分化におけるRNAプロセシングの制御

我々は、抗体クラススイッチの中間過程とも考えられる、多重アイソタイプの同時発現がtrans-splicingによって起こるとの仮説を提示した。この仮説を検証するために、ヒト模型μ鎖遺伝子導入マウスなどの脾臓細胞を用いるモデル実験を行い、導入遺伝子の可変部と内在性のマウス定常部とからなるmRNA(trans-mRNA)が産生されることを証明し、これを支持する結果を得てきた。本研究では、RNAプロセシングによって抗体のクラススイッチが調節されている可能性とその分子機構を解明することを目的として、trans-mRNAの産生を制御する因子を検索した。加えて、この調節における遺伝子の組換えとRNAプロセシングの重要性を進化学的に考察するため、クラススイッチを完結する遺伝子組換えが起こり、これに必須であると考えられるS領域と類似する構造の有無をニワトリのμ鎖遺伝子について検索した。さらに、S領域を欠く導入遺伝子をdonorとしてもtrans-mRNAの発現が誘導できるか否かを検討した。まず、われわれが先に確立した、ヒト発現型μ鎖遺伝子導入マウスの脾臓細胞をLPSとIL-4で刺激し、γ1およびε鎖のtrans-mRNAを産生させるモデル実験系に、抗γ1鎖抗体を添加しその効果を調べた。各アイソタイプのtrans-mRNA産生は導入遺伝子の可変部と各々の内在性定常部に特異的なprimerを用いたRT-PCR法により、検出・半定量した。その結果、抗γ1鎖抗体はγ1鎖とε鎖のtrans-mRNA産生を特異的かつ強力に抑制することを見い出した。同じ実験系に、可溶化高親和性IgE受容体α鎖を添加する実験を行ったところ、抑制の程度は上記の抗体添加に比べればやや劣るものの、ε鎖trans-mRNAの産生が特異的に抑制されることも発見した。さらに、この実験系において、可溶化CD40リガンドはLPSと同等以上に強くtrans-mRNAの産生を誘導した。以上の結果は、trans-mRNAによってコードされるアイソタイプの抗体に対する結合刺激によって、trans-mRNA産生がアイソタイプ特異的に負の制御を受けることを意味し、この過程、すなわち、RNAプロセシングによる多重アイソタイプ同時発現が生理的な条件下でも起こりうる、制御可能なクラススイッチの中間過程であるとの仮説を強く支持するものである。また、Fc受容体がある局面ではリガンドとしてB細胞などに信号を伝達する可能性があるという、この受容体の機能として全く新しい視点を提供するものでもある。次に、ニワトリμ鎖定常部遺伝子のすぐ上流の塩基配列を決定したところ、5塩基を単位とする2種の繰り返し構造が見い出され、そのうちの下流側の配列は哺乳類のS領域の相補鎖と高い相同性を示した。この事実は、鳥類においても遺伝子組換えによるクラススイッチが存在する可能性と繰り返し配列(S領域)の機能的重要性を強く示唆している。一方、SμおよびSγ2b領域を人工的に欠失させた発現型γ2b鎖遺伝子の導入マウスであるC lineの脾臓細胞をLPSとIL-4で刺激したところ、γ1鎖およびε鎖trans-mRNAが産生されることが確認された。このマウスの脾臓細胞で産生されたtrans-mRNAの量は、Sμ領域を持つμ鎖遺伝子導入マウスの脾臓細胞が産生するそれと大きな違いがなかった。この結果からtrans-mRNAがdonor遺伝子のS領域には依存しない機構によって産生されることが示された。この事実は、trans-mRNAの発現が染色体間のS-S組換えにはよらないことを意味し、RNAレベルでの発現機構すなわちtrans-splicingによるものであることを一層強く支持している。さらに、trans-mRNA発現がdonorをμ鎖に限らない、より一般的な機構であることも示唆している。

同じ実験系に、可溶化高親和性IgE受容体α鎖を添加する実験を行ったところ、抑制の程度は上記の抗体添加に比べればやや劣るものの、ε鎖trans-mRNAの産生が特異的に抑制されることも発見した。さらに、この実験系において、可溶化CD40リガンドはLPSと同等以上に強くtrans-mRNAの産生を誘導した。以上の結果は、trans-mRNAによってコードされるアイソタイプの抗体に対する結合刺激によって、trans-mRNA産生がアイソタイプ特異的に負の制御を受けることを意味し、この過程、すなわち、RNAプロセシングによる多重アイソタイプ同時発現が生理的な条件下でも起こりうる、制御可能なクラススイッチの中間過程であるとの仮説を強く支持するものである。また、Fc受容体がある局面ではリガンドとしてB細胞などに信号を伝達する可能性があるという、この受容体の機能として全く新しい視点を提供するものでもある。次に、ニワトリμ鎖定常部遺伝子のすぐ上流の塩基配列を決定したところ、5塩基を単位とする2種の繰り返し構造が見い出され、そのうちの下流側の配列は哺乳類のS領域の相補鎖と高い相同性を示した。この事実は、鳥類においても遺伝子組換えによるクラススイッチが存在する可能性と繰り返し配列(S領域)の機能的重要性を強く示唆している。一方、SμおよびSγ2b領域を人工的に欠失させた発現型γ2b鎖遺伝子の導入マウスであるC lineの脾臓細胞をLPSとIL-4で刺激したところ、γ1鎖およびε鎖trans-mRNAが産生されることが確認された。このマウスの脾臓細胞で産生されたtrans-mRNAの量は、Sμ領域を持つμ鎖遺伝子導入マウスの脾臓細胞が産生するそれと大きな違いがなかった。この結果からtrans-mRNAがdonor遺伝子のS領域には依存しない機構によって産生されることが示された。この事実は、trans-mRNAの発現が染色体間のS-S組換えにはよらないことを意味し、RNAレベルでの発現機構すなわちtrans-splicingによるものであることを一層強く支持している。さらに、trans-mRNA発現がdonorをμ鎖に限らない、より一般的な機構であることも示唆している。本研究では生理的クラススイッチ誘導刺激であるCD40からの信号が、トランス・スプライシングによって産生されると考えられるtrans-mRNAの発現を誘導しうるかを検討した。TG.SA系統マウスの脾臓細胞をリコンビナント可溶化CD40 ligandとIL-4によって刺激すると、細胞のblast化と増殖が観察されたが、その程度はLPSとIL-4によって刺激したものに比して低かった。これに対応して、可溶化CD40 ligandとIL-4の刺激によるγ1およびε鎖の非組換え型定常部遺伝子転写物の産生誘導はLPSとIL-4による刺激に比べやや弱かった。しかしながら、この刺激によって、γ1鎖ならびにε鎖trans-mRNAの産生が強力に誘導された。このtrans-mRNAの産生誘導は、LPSのそれに匹敵するかむしろ強力であった。今回の結果はtrans-mRNAの発現が人工的刺激のみならず、より生理的なクラススイッチ誘導刺激によっても誘導できることを示している。
DNA損傷シグナリングを誘導するR-loop構造を介したゲノム安定性維持機構

本研究では、(1)ヒト細胞においてDNA二重鎖切断後に、生じるR-loop構造の調節メカニズム、(2)R-loop構造の形成メカニズム、(3)R-loop構造を認識し、適切に処理するための分子メカニズム、(4)転写複合体およびR-loop構造がゲノム安定性に与える影響、について着目して研究を実施する。今年度は、2光子共焦点レーザー顕微鏡を用いて、特にS/G2期におけるDNA二重鎖切断修復とR-loop構造の関係について検討した。その結果、ヒト細胞においてDNA二重鎖切断発生後のごく初期の時間帯において、DNA二重鎖切断の近傍でR-loop構造の形成が見られること、さらにこれらのR-loop構造はRad52とXPGによって認識・解消されることが判明した。さらに、R-loop構造の形成・解消を起点として、相同組換え修復(転写共役型相同組換え修復、Transcription Associated Homologous Recombination Repair; TA-HRR)が開始され、転写活性化領域におけるDNA二重鎖切断は正確に修復されることが明らかとなった。転写共役型相同組換え修復を阻害すると、ゲノム異常の発生が顕著に増加したことから、これらの機構がゲノム安定性の維持に大きく寄与することが示された。これらの結果から、R-loop構造とDNA二重鎖切断応答の協同によるゲノム安定性維持機構について新たな分子モデルを提唱する論文を出版した。また、これらの研究結果を日本国内の学会および米国で開かれた学会において発表し、今後の課題についてフィードバックを得た。今年度はプロジェクトが大きく進展し、出版した論文が国際的に高く評価されたため。次年度は、(1)ヒト細胞においてDNA二重鎖切断後に、生じるR-loop構造の調節メカニズム、の課題について、2光子共焦点レーザー顕微鏡を用いて、DNA二重鎖切断後のR-loop構造の形成に関与する因子をスクリーニングする。また、このスクリーニングによって発見された分子について、DNA損傷修復経路における役割を検討する。また、(4)転写複合体およびR-loop構造がゲノム安定性に与える影響、の課題について、DNA二重鎖切断後のゲノム安定性に関して新たな解析系を確立し、転写およびR-loop構造とDNA二重鎖切断修復機構の関係性について検討する。2光子共焦点顕微鏡の装置使用料と人件費について、他の資金による支出の目途が立ったため。次年度使用額は、消耗品の購入に充てる予定である。
苦味受容体の免疫学的役割に関する研究

本研究では、研究代表者らが以前に行った臨床研究において、スギ花粉症の舌下免疫療法の奏功に強く相関することが示唆された苦味受容体の免疫応答における役割を明らかとする。中でも、免疫応答において中心的な役割を果たしているT細胞に焦点を当てて、苦味受容体の役割を解析する。まず、ヒトCD4陽性T細胞における苦味受容体の発現を測定したところ、発現量が少なかった。そこで、ヒトT細胞株であるJurkat細胞を用いて苦味受容体の強制発現系を構築した。TAS2Rは7回膜貫通タンパク質(GPCR)であるが、細胞外領域が極端に短く、膜への局在化が困難であった。そこで、N末に他GPCRタンパク質のN末部分を挿入することにより、細胞膜への局在化に成功した。そこで、いくつかのリガンドを細胞に作用させてみたところ、ある種のリガンドを作用させた場合には細胞の活性化が抑制される可能性が示唆された。また、免疫応答は全身性の反応であることから、生体内での免疫応答における苦味受容体の役割を明らかとする必要がある。そこで全身性の反応を検討するために、研究代表者らが最近作出した抗原特異的T細胞由来のクローンマウスを用いてアレルギー性鼻炎モデルの樹立を試みた。クローンマウスにたった数回抗原を点鼻するとアレルギー性鼻炎を発症したが、野生型マウスに同じ回数、点鼻を行っても鼻炎病態は発症しなかったことから、クローンマウスを用いることにより、速やかに病態を発症するアレルギー性鼻炎モデルを確立することができた。今後の解析に必要な強制発現系の構築に成功し、反応性は弱いながらも苦味成分がT細胞に影響を与えることを示唆される結果を得ることが出来た。更にマウスを用いた検討を行う為の基盤となるマウスモデルが確立された。初年度においてin vitroにおける強制発現系の構築、in vivoにおけるモデルマウスの作製が順調にできたことから、次年度はさらに発展的にリガンドによる変化を検討する。当初の予定より細胞膜への局在化に時間を要したことから、使用額が次年度に繰り越された。現在、発現系を構築した細胞を用いてリガンドによる細胞応答の特徴を解析していることから、本解析に必要なmRNAの試薬、フローサイトメーターを用いた解析で使用する抗体等を中心として予算を使用する予定である。
質量分析による糖蛋白質糖鎖高感度構造解析法の開発

二次元電気泳動などから得られるピコモル以下の微量糖蛋白質糖鎖の構造解析を確立する目的で、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)により分離された糖タンパク質に対して、糖ペプチドのエレクトロスプレーイオン化(ESI)タンデム質量分析による糖鎖構造解析、及び、糖鎖の4-アミノ安息香酸2-ジエチルアミノエチルによる化学誘導化とその構造解析について検討した。ヒトトランスフェリンをモデル糖タンパク質として実験を行った結果、ピコモルレベルの試料で、SDS-PAGE→in-gel酵素消化→糖ペプチドの分離→MS/MSによる糖鎖の構造解析が可能であった。低エネルギー衝突活性化開裂により糖ペプチド糖鎖はグリコシド結合で特異的に開裂を受け、糖の並びや枝分かれ構造に関して有効な情報が得られた。さらに、ESI法と四重極-飛行時間型タンデム質量分析計の組み合わせにより、従来困難であった分子量3000を超える高分子量の糖ペプチドの構造解析が直接行えることを示した。一方、ゲル中で遊離した糖鎖を直接化学誘導化する方法では、化学誘導化におけるロスを最低限に抑え、また、質量分析の際のイオン化に悪影響をおよぼす過剰試薬はアミノプロピル基を有するポリマー担体により効率よく除去でき、さらに、低分子量の水溶性の共雑物は逆相担体により除去する方法を見出した。現在のところ、SDS-PAGEへの最低チャージ量として、ヒトトランスフェリンでは10pmolを用いて誘導化糖のLC/ESI-MSによる糖鎖分析が可能であった。また、MS/MSスペクトルから糖鎖の配列情報を簡便に得るために、観測される断片イオンをもとに、既に開発済みのアミノ酸配列解析用ソフトウェア(SeqMS)を改変して応用した。二次元電気泳動などから得られるピコモル以下の微量糖蛋白質糖鎖の構造解析を確立する目的で、1)電気泳動ゲルから分離された糖蛋白質を効率よく抽出、回収する方法、2)糖鎖切断の後に糖鎖を蛋白質部分と分離する方法、3)得られた遊離の微量糖鎖に対して行う4-アミノ安息香酸2-ジエチルアミノエチルによる化学誘導化法、4)高感度質量分析のための試料前処理法等の検討を行った。その結果、糖蛋白質のペプチド・マス・フィンガープリント(蛋白質データベース検索に利用)については、500fmol量から得られたゲルバンドに対して、インゲルーアルキル化、酵素消化、糖鎖切断酵素(PNGase F)による処理、逆相担体による脱塩処理を行うことができ、従来より多くの情報量を質量分析から得ることが可能となった。一方、逆相担体による脱塩処理で素通り画分に得られた遊離の糖鎖については、化学誘導化におけるロス、及び、低分子量の水溶性の共雑物のため、現在のところ、50pmol量の糖蛋白質から得られたゲルバンドに対して質量分析による検出、構造解析が可能であった。また、誘導化糖のタンデム質量分析において観測された断片イオンを系統化し、糖鎖の配列情報を簡便に得る方法(ソフトウェアを含む)を確立した。当初試作予定のミクロリアクターは糖鎖をゲルから単離した後に行う化学誘導化を効率よく行うためのものとして考えたが、上記結果より、最終的に得られる誘導化糖鎖の大幅な収率の向上にはつながらないと判断し、試作を断念した。次年度は、ゲル中の糖鎖を直接化学誘導化し、その後に逆相担体による単離、精製を行う方法を試み、より微量の糖鎖の検出、構造解析法を確立する。二次元電気泳動などから得られるピコモル以下の微量糖蛋白質糖鎖の構造解析を確立する目的で、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)により分離された糖タンパク質に対して、糖ペプチドのエレクトロスプレーイオン化(ESI)タンデム質量分析による糖鎖構造解析、及び、糖鎖の4-アミノ安息香酸2-ジエチルアミノエチルによる化学誘導化について検討した。

ヒトトランスフェリンをモデル糖タンパク質として実験を行った結果、ピコモルレベルの試料で、SDS-PAGE→in-gel酵素消化→(糖ペプチドの分離)→MS/MSによる測定が可能であった。低エネルギー衝突活性化開裂により糖ペプチド糖鎖はグリコシド結合で特異的に開裂を受け、糖の並びや枝分かれ構造に関して有効な情報が得られ、さらに、ESI法と四重極-飛行時間型タンデム質量分析計の組み合わせにより、従来困難であった分子量3000を超える高分子量の糖ペプチドの構造解析が行えることを示した。ゲル中で遊離した糖鎖を直接化学誘導化する方法では、化学誘導化におけるロスを最低限に抑え、また、低分子量の水溶性の共雑物をを除去するために、アミノプロピル基を有するポリマー担体による過剰試薬の除去、逆相担体による脱塩精製を行う方法を確立した。現在のところ、SDS-PAGEへの最低チャージ量として、ヒトトランスフェリンでは10pmolを用いて誘導化糖のLC/ESI-MSによる糖鎖分析が可能であった。
脳血流とTDASからみた園芸療法の認知症予防効果

また、日本認知症予防学会にて口頭発表「認知症予防ガーデニングプログラムにおけるファイブ・コグの得点向上と前頭極の賦活維持効果」を行った。(方法)63歳84歳での右利きの健常高齢者18名にガーデニングに関する集団活動を月1回,計3回行った。毎回,セルトレイに播種や挿し木をして持ち帰った作物の栽培管理(ペットボトル=PBによる潅水:23METsの低強度運動,1020分/日)とオリジナル活動日誌(毎日)の記載(15分/日)を依頼した。集団活動日にはルッコラやハツカダイコンの播種,イチゴ苗の鉢上げ,ハーブ挿し木,平易なフラワーアレンジ等の個別作業(40分×2種類)と談話の時間(20分)を設けた。日誌では園芸に関する身体活動量(METs・時/日)算出や,今日食べた野菜・果物を想起する項目を設けた。介入前後には高齢者集団用認知機能検査ファイブ・コグとNIRSを用いた前頭極脳血流(Oxy-Hb値)測定(課題:セルトレイへのPB潅水)を実施した。(結果)ファイブ・コグでは,介入後には介入前と比べて有意な向上が総合点(p=0.012)と再生回答得点(p=0.008)にみられた。ペットボトル(PB)潅水時の脳血流測定(Oxy-Hb最高値で比較)では介入前・後ともほぼ同等の賦活がみられ, 3か月同様の潅水実施後も賦活の維持が示された。研究の総まとめ・論文作成と並行して、認知症予防につながるガーデニング認知症予防プログラムの普及に向けた提案ができるところまで進んでいる。研究成果をまとめ、地域社会に広く普及するため、HPやパンプレットを作成して情報発信を行っていく。I健常高齢者の前頭前野を活性化させる効果的園芸作業の選定:今までに報告した我々の研究では、高齢者では、播種やかん水時に前頭前野の賦活が、間引き、定植、除草時に比べて高いことがわかっている。このことを踏まえて、1)健常高齢者(I群)を対象に、園芸作業(播種、かん水)を繰り返し(5回)行った際に、慣れによる作業中の脳血流に低下がみられるか否かについて検証した。2)別の健常高齢者(II群)を対象に、園芸作業(播種、かん水)中、および、花・野菜・果物名の想起中の脳血流測定を行ない、園芸作業中に前頭前野が賦活することを検証した。同時に、認知機能検査としてFiveーCogを実施した。現在、1)と2)について、データの分析を行っている。2)の高齢者については、認知機能改善につながる園芸療法プログラム(平成28年4月から実施)を考案した。II軽度認知機能高齢者を対象とした園芸療法による認知機能改善効果の検証:認知機能低下がみられる高齢者および認知症高齢者(III群)を対象に、園芸作業中、および、花・野菜・果物名の想起中の脳血流測定を行った。同時にTDASを用いて認知機能検査を行った。現在、データの分析を行っている。この被験者向けに、認知機能改善につながる園芸療法プログラム(平成28年4月から実施)を考案した。III学会発表:日本園芸療法学会にて、「認知症予防のための園芸療法-注意機能と前頭前野賦活からの考察-」と題し、園芸作業中の前頭前野賦活状況から,効果的な認知症予防につながる園芸療法プログラムのあり方について口頭発表した。27年度に、健常高齢者および認知機能が低下した高齢者を対象に脳血流データ、認知機能検査などを実施し、必要情報の収集を終えている。研究1:健常高齢者を対象に,脳血流測定器を用いて園芸作業中の脳血流状況を測定した。播種、かん水作業は前頭極の活性化に効果的な作業であることを確認した。結果は第6回日本認知症予防学会学術集会(2016.9.24)にて発表し,現在論文作成中。研究2:健常高齢者を対象に,園芸療法非介入期・介入期における認知機能と脳血流を調査した。脳血流データは分析中。Five-Cog.を用いた認知機能測定では,介入後,記憶に関する得点が優位に改善した。2017年度発表予定。研究3:認知症高齢者を対象に,園芸療法非介入期・介入期における認知機能,脳血流を調査した。データ分析中。前頭極の機能に関する新たな知見(Gate way仮説)が発表されており、その内容と本研究の整合性確認が必要となったため。【今までの研究実績】FAB(前頭葉機能検査)の3つの課題を用いた研究で,ガーデニングのように繰り返し動作を行う課題(運動計画課題:拳・手刀・平手の動作をくり返す)は,反応選択課題や反応抑制課題に比べて前頭前野(前頭極・前頭前野背外側部)の賦活が大きいこと(Toyodaら,2016)や,ガーデニング課題はFABの運動計画課題より前頭前野の賦活が大きいこと(Toyodaら,2016)を報告した。【当該年度の研究】ガーデニングを繰り返し行なった場合に前頭極の賦活が維持するのかについて検証した。方法は、高齢者にガーデニング課題(たねまき,かん水)を5回(1回あたり,15秒間「止め」の合図がかかるまで課題を遂行し,その後15秒休みをとる)を行い,前頭極の脳血流(脳血流が多いほど測定部位が賦活していることを示す)を測定した。

本研究の結果では,たねまき課題を繰り返し行っても前頭極すべての測定領域で賦活が低下しなかった。このことから,1園芸作業の,目(視覚)と手(体性感覚)から入力される外部情報に注意を向けながら作業をする(外的思考が起きている)という特徴が前頭極内側の賦活と関係していること,2園芸作業中,外部情報に基づく思考(外的思考)の他に,両半球の前頭極外側部では外部情報とは独立した思考(内的思考)が起きていて,それが前頭極(両内側・両外側)の賦活の維持と関係があること,3たねまき課題のように,作業工程数が多いと外的思考と内的思考が多岐にわたって繰り返されるが,このことと右半球前頭極外側部の賦活が関係すること,4たねまき課題のように,作業中に注目すべき対象物の視覚的特徴が変化していくことと左半球前頭極外側部の賦活が関係していること,などが考えられた。ガーデニング作業を続けることは,運動効果だけでなく,継続的に前頭極を含む前頭前野を刺激している可能性があることが示された。ガーデニングの認知症予防効果を高齢者の認知機能への刺激という視点からとらえて、論文発表を行うことができた。また、日本認知症予防学会にて口頭発表「認知症予防ガーデニングプログラムにおけるファイブ・コグの得点向上と前頭極の賦活維持効果」を行った。(方法)63歳84歳での右利きの健常高齢者18名にガーデニングに関する集団活動を月1回,計3回行った。毎回,セルトレイに播種や挿し木をして持ち帰った作物の栽培管理(ペットボトル=PBによる潅水:23METsの低強度運動,1020分/日)とオリジナル活動日誌(毎日)の記載(15分/日)を依頼した。集団活動日にはルッコラやハツカダイコンの播種,イチゴ苗の鉢上げ,ハーブ挿し木,平易なフラワーアレンジ等の個別作業(40分×2種類)と談話の時間(20分)を設けた。日誌では園芸に関する身体活動量(METs・時/日)算出や,今日食べた野菜・果物を想起する項目を設けた。介入前後には高齢者集団用認知機能検査ファイブ・コグとNIRSを用いた前頭極脳血流(Oxy-Hb値)測定(課題:セルトレイへのPB潅水)を実施した。(結果)ファイブ・コグでは,介入後には介入前と比べて有意な向上が総合点(p=0.012)と再生回答得点(p=0.008)にみられた。ペットボトル(PB)潅水時の脳血流測定(Oxy-Hb最高値で比較)では介入前・後ともほぼ同等の賦活がみられ, 3か月同様の潅水実施後も賦活の維持が示された。研究の総まとめ・論文作成と並行して、認知症予防につながるガーデニング認知症予防プログラムの普及に向けた提案ができるところまで進んでいる。平成28年4月からは、II群の健常高齢者、III群の認知機能低下がみられる高齢者および認知症高齢者(III群)を対象に、認知症予防のための園芸療法プログラムを3か月実施し、実施後の脳血流、認知機能検査と比較して効果を検証する。今年度は、前述の研究1の論文公表(英文)、研究2・3の学会発表を行う。第一は、健常高齢者や認知症高齢者がガーデニングを継続的に行ったときの脳の賦活状況や認知機能の変化をまとめる。第二は、健常高齢者がガーデニング課題を数分間連続して行った場合の前頭極の賦活状況を検証する。研究成果をまとめ、地域社会に広く普及するため、HPやパンプレットを作成して情報発信を行っていく。論文投稿の遅れにより投稿料として支出予定していた額が次年度使用となった。現在執筆中の論文投稿料の執行分が30年度に繰り越しとなった。論文投稿が3月までに間に合わず翌年に繰り越したため平成29年度に論文投稿を行い支出予定。