hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
時間-周波数解析における局所的特徴量の理論と精神的負荷状態変化の追跡

・スペクトル特徴量としてのスペクトル帯域の一般的クラス時間変化するスペクトルの特徴量として帯域は重要である。特に確率過程の等価帯域幅の提案は古くから数多くある。本研究においてはそれらの統一的表現の理論に取り組んできた。その結果、スペクトルの等価帯域幅は、レニーのα次ダイバージェンスを用いることにより大きく2つのクラスで表現することが出来ることが分かった。まず、一つのクラスはシャノンのエントロピーやフィッシャーのエントロピーで定義される3種類とスペクトルの台の計4種類で代表される伝統的等価帯域幅を包含するものである。しかしこのクラスには、AR課程の理論で重要な役割を果たすflatness factorが含まれておらず、これを代表等価帯域幅として含むのが他の一つのクラスである。これら2つのクラスはいずれもレニーのα次ダイバージェンスに基づくものであるが、前者のクラスは順方向ダイバージェンス、後者は逆方向ダイバージェンスから導かれる。後者のクラスはflatnessfactorとスペクトル台を含む無限集合であり、今後まだ知られていない重要な等価帯域幅がこのクラスから発見される可能性がある。・ダイバージェンスと相互情報量を用いた各種特徴抽出法の提案人のストレスを諮る重要な生理学的指標として脳波や心電図がある。また、人の精神状態は環境因子により影響をうける。本研究では上記等価帯域幅理論や情報理論を用いてこれらの指標や因子の解析並びに情報圧縮を試みている。まず、等価帯域幅の理論により心電図、脳波の圧縮と特徴抽出が可能である。またこれを気象画像解析に応用することにより、グレースケールの特徴的な幅を切り出す今までとは異なる画像閾値設計が可能となり、例えば従来の閾値設定では見落とされる黒潮などの検出もできる。本研究ではこの他、相互情報量を用いた新たな閾値設定法を提案しそれによる気象データ解析も行っている。これは従来の誤差最小規準に変わるものである。1.時間-周波数表現における局所平均周波数(瞬時周波数)の性質の数値実験的検討(吉川)簡単なモデルに対する瞬時周波数を理論的に計算し、成分信号の振幅と周波数の相互の関係が、瞬時周波数にどのように反映するかを調べた。2.時間-周波数表現における局所分散(時変帯域)の性質の数値実験的検討(吉川)いくつかの典型的な不規則信号に対し、Wigner-Ville分布の局所分散がどのような振る舞いをするかについてシミュレーションで検討しつつある。また、局所分散に変わるもので、決して負の値を取らない時変等価帯域幅との比較も検討しつつある。3.心電図を点過程と見たときの、その時間-周波数表現の可能性の理論的検討(吉川)点過程の時間-周波数表現をどのように定義するかについては難しく、未だその可能性については闇の中である。4.ストレス負荷時の生体信号シミュレーション実験(吉川、吉田)解析手法の問題点とそれを解決すべき方法を検討中である。5.精神負荷を安定して与える心理実験の準備とその予後実験、および各種生体信号(筋電図、脳波、心電図)の計測(吉田、吉川)ゲームの要素を取り入れた負荷実験とそのための生体信号計測環境を整備中である。確率過程の時間-周波数表現における局所広がり評価のための理論検討確率過程の等価帯域幅は何らかの意味で単位時間あたりの自由度としての意味が明確でなければならない。従来提案されている等価帯域幅の定義の中で、この意味で適切なものは3種類ある。

一つはシャノンの情報量に、他の二つは統計学におけるフィッシャーの情報量に基づくものである。本研究ではこれら3種類の等価帯域幅をすべて含むクラスをレニーのαエントロピーにより統一的に表現することに成功した。ここではこのクラスをα等価帯域幅と呼ぶ。α等価帯域幅により、問題に応じた次数αを選ぶことが可能となる。来年度は、この成果を時間-周波数表現の局所等価帯域幅の理論として発展させる。α等価帯域幅による脳波解析とストレス評価の試みストレス負荷時の心理的ストレスの評価を定量的に行うために生体信号解析は有用である。ここでは、脳波のアルファはの帯域の変化に注目し、ストレス負荷によりそれがどのように変化するかを調べる予備実験を行った。実験はクレペリン検査負荷を用いて行った。その結果、負荷前の閉眼安静状態におけるアルファはの帯域に比べ、負荷後の帯域が増加すること、その増加を検出するためには、等価帯域幅の次数をα=23程度に設定することがよいことなどが示唆された。[多量変調を受けた点過程のスペクトルの理論検討]ストレス評価のために最も一般的に用いられるのは心拍数の変動であり、そのためには心電図のRR間隔の計測と解析が必要である。しかし、Holter心電図のように長時間の計測の場合はAD変換で取り入れるべき情報量は膨大になる。そこで、例えば、簡単なローパスフィルタ回路を用いて、心拍数変動をアナログ的に推定できれば便利であり、そのような報告もないではない。心電図は通常は間隔変調パルス列として取り扱われ、その振幅変化は無視されることが多い。ところが、実際の心電図は間隔変調のみならず、振幅変調も同時に受けているのが普通であり、これを無視した処理には大きな誤差が生じる可能性がある。また、心電図は必ずしも同じではない2つの信号で2重に変調を受けたパルス列と考えることが出来る。このような系列はアナログ的いわゆる直交変調とよく似てはいると同時に、それとは異なる際だった特徴を有し、ブロードバンド時代の変調方式として注目される。しかし、このようなパルス列のスペクトルの構造は必ずしも明らかでなく、最近ようやっと理論報告がなされるようになった。本研究では心電図をこれらのいくつかの視点から捉え、そのスペクトル構造を明らかにしつつある。また、点過程の時間-周波数表現は全く未知の分野であり、大いに注目される。[Renyiのα次エントロピーの応用]気象または気候は心身の状態に大きな影響を及ぼすと考えられる。そのため、本研究では生体信号の解析と平行して、アメダスで観測される気温、雨量などのデータの解析、ひまわり気象衛星やNOAA気象衛星の画像の解析なども行いつつある。そこでは脳波スペクトルの帯域幅の評価、気温変動強度と人の活動との関係評価、雲画像解析などのための道具として、Renyiのα次エントロピーの応用を試みている。まだそれぞれの解析手法の検討段階であり、それらの総合的評価には至っていないが、それぞれにおいての興味深い問題が見えつつある。・スペクトル特徴量としてのスペクトル帯域の一般的クラス時間変化するスペクトルの特徴量として帯域は重要である。
大環状オレフィン合成のためのナノ空間メタセシス触媒の開発

小環状オレフィンのメタセシス反応に適したナノ空間触媒を新たに見出すために,ゾル-ゲル法を利用して調製したナノ多孔性アルミナに,レニウム酸化物を固定化してオレフィンメタセシス用不均一系触媒の開発を行った.鋳型剤を用いたゾル-ゲル法により,アルミニウアルコキシドを多孔体骨格形成のための出発物質とすると,3ナノメートルを中心とする狭い細孔径分布を示すナノ細孔でできた高い比表面積を有するアルミナが合成できた.このナノ多孔性アルミナに過レニウム酸アンモニウム水溶液を含浸させ,空気中で焼成すると細孔壁にレニウム酸化物が高分散状態で担持されたレニウムアルミナを合成できることがわかった.レニウム酸化物の担持状態を電子顕微鏡写真で調べた結果,レニウム酸化物の微粒子をアルミナ表面上に観測することができなかった.この新規物質のオレフィンメタセシス活性を,末端オレフィンの1-オクテン,および内部オレフィンの7-ヘキサデセンを用いて調べたところ,高い触媒活性を示すことが明らかになった.また,市販品の多孔性アルミナに同様なレニウム酸化物を導入した触媒に比べ,メタセシス反応速度が約1.5倍向上することもわかった.さらに,目的物オレフィンへの選択性も高く,重合化や,二重結合の異性化などの副反応の抑制も行うことが明らかとなった.現在,均一系メタセシス触媒の開発研究が全盛の中,活性の高い不均一系メタセシス触媒が新たに開発されたことは,化学工業プロセスへの実用的な応用の可能性があるため,これからの展開研究が大いに期待される.小環状オレフィンのメタセシス反応に適したナノ空間触媒を新たに見出すために,ゾル-ゲル法を利用して調製したナノ多孔性アルミナに,レニウム酸化物を固定化してオレフィンメタセシス用不均一系触媒の開発を行った.鋳型剤を用いたゾル-ゲル法により,アルミニウアルコキシドを多孔体骨格形成のための出発物質とすると,3ナノメートルを中心とする狭い細孔径分布を示すナノ細孔でできた高い比表面積を有するアルミナが合成できた.このナノ多孔性アルミナに過レニウム酸アンモニウム水溶液を含浸させ,空気中で焼成すると細孔壁にレニウム酸化物が高分散状態で担持されたレニウムアルミナを合成できることがわかった.レニウム酸化物の担持状態を電子顕微鏡写真で調べた結果,レニウム酸化物の微粒子をアルミナ表面上に観測することができなかった.この新規物質のオレフィンメタセシス活性を,末端オレフィンの1-オクテン,および内部オレフィンの7-ヘキサデセンを用いて調べたところ,高い触媒活性を示すことが明らかになった.また,市販品の多孔性アルミナに同様なレニウム酸化物を導入した触媒に比べ,メタセシス反応速度が約1.5倍向上することもわかった.さらに,目的物オレフィンへの選択性も高く,重合化や,二重結合の異性化などの副反応の抑制も行うことが明らかとなった.現在,均一系メタセシス触媒の開発研究が全盛の中,活性の高い不均一系メタセシス触媒が新たに開発されたことは,化学工業プロセスへの実用的な応用の可能性があるため,これからの展開研究が大いに期待される.本研究では,α,ω,-ジオレフィンの分子内メタセシス反応により,大環状オレフィン化合物を効率良く合成するために,ナノメートル領域の均一な細孔を持つメソ多孔体シリカにモリブデン酸化物を担持した触媒を調製した.すなわち,細孔径や細孔長の異なるメソ多孔体シリカ(HMS(n):nはゾルーゲル反応で鋳型剤として用いた第一級アルキルアミンの炭素数を示す)を調製した.HMS(n)に一定量の(NH_4)_6Mo_7O_<24>を担持した後,空気中で熱分解するとHMS(n)の細孔面にMoO_3が分散された触媒MoO_3/HMS(n)が得られた.このMo触媒をヘキサデカ-1,15-ジエンのn-ヘプタン溶液に加え,50°Cで加熱攪拌して,メタセシス生成物を分析した.HMS(8)(細孔径1.9nm,粒子径50nm以下)はHMS(12)(細孔径2.4nm,粒子径200700nm)やHMS(16)(細孔径2.9nm,粒子径200700nm)に比べて細孔径が小さいばかりでなく,粒子径も小さいことがSEM観察からわかった.HMS(8)の粒子径が小さいことから,細孔長もHMS(12)やHMS(16)に比べて短くなっていると推定される.ヘキサデカ-1,15-ジエンのメタセシス反応において,MoO_3を担持したMoO_3/HMS(8)は,HMS(12)やHMS(16)に担持した触媒よりも高い活性を示した.しかし現在のところ,生成物として分子間メタセシス反応によるものが主要であり,目的とするシクロテトラデセンはわずかにしか生成していない.不均一系メタセシス触媒は,一般にモリブデン,タングステン,レニウムなどの金属種を多孔性のアルミナやシリカに担持し,助触媒成分を加えて使用するものが多い.レニウム触媒は,モリブデン,タングステン触媒に比べ一般に高活性であるが,揮散し易い,テトラアルキルスズなどの毒性の高い助触媒を必要とする,ヘテロ原子官能基をもつオレフィンに対して活性が低い,高価であるなどの欠点をもつ.

最近,界面活性剤を用いる鋳型合成法により,比較的均一なメソ細孔をもつアルミナを合成する技術が開発された.そこで,小環状オレフィンのメタセシス反応に適したナノ空間触媒を新たに開発するために,ゾルーゲル法を利用して,アルミナ骨格にレニウム酸化物を複合化させたメソ多孔性のレニウムアルミナを合成する試みを行った.鋳型剤を用いたゾルーゲル法において,アルミニウムアルコキシドと触媒活性金属成分である過レニウム酸アンモニウムの混合物を,多孔体骨格形成のための出発物質とすると,メソ多孔性アルミナ細孔壁にレニウム酸化物が高分散状態で導入されたレニウムアルミナが合成された.この新規物質のオレフィンメタセシス活性を,末端オレフィンの1-オクテン,および内部オレフィンの7-へキサデセンを用いて調べたところ,高い触媒活性を示すことがわかった.また,市販品の多孔性アルミナに同様なレニウム酸化物を導入した触媒に比べ,メタセシス反応速度が約1.5倍向上することもわかった.現在,本研究で新たに見出したメソ多孔性レニウムアルミナ触媒を,小環状オレフィンのメタセシス反応に適用し,反応を解析している.
複数エージェントシグナリングゲームの基礎理論構築

本研究では複数エージェントのシグナリングゲームの基礎理論を構築する事を目指す。シグナリングゲームは、経済学、政治学、および行動生物学の研究で幅広い応用分析がなされているが、近年新しいモデルが多く開発されている、複数エージェントのシグナリングゲームに関しては、複数均衡の問題を解決する説得的な方法がいまだに提示されていない。本研究では、オペレーショナルかつ説得的な均衡選抜の手法を提示し、“一般的"と考えられる複数エージェントシグナリングモデルのクラスで、どのような結果が得られやすい傾向があるのか明らかにする。
窒息事故軽減に向けた児童の食行動調査と指導計画の開発

本研究は「窒息事故軽減に向けた児童の食行動調査と指導計画の開発」を行うために、2つの課題から構成されている。課題1は児童の食行動、給食の環境要因、摂食嚥下機能の発達に着目し、「給食時に窒息リスクのある児童はどのような特徴があるか」を包括的に調査する。課題1の調査は、学校で給食場面の食行動観察(課題1ー1)と各学年の児童に対する摂食嚥下機能の計測(課題1ー2)を実施する。課題2は多地域の小学校教諭にアンケート調査を実施し、「給食時の窒息リスクに関する教育現場の認識」を把握する。アンケートの構成は、給食時の窒息に関するアクシデント・インシデントの実態調査、窒息リスクの認識状況、給食時に着目している食行動を明らかにし、学年や教育背景による差異を分析する。さらに、教育現場で実施可能な窒息スクリーニングの時間や要望を調査する。2018年度は、所属機関において本研究の倫理申請を行い、倫理委員会の承認を得た。具体的な実績としては、課題1-1の給食時の食行動観察における観察項目を選定し「食行動観察評価表」を作成した。さらに、課題2の小学校教諭に対する「給食時の窒息リスクの認識に関するアンケート」を作製し、小学校教諭経験者に対し予備調査を実施した。予備調査の結果受けてアンケートを改訂し完成させた。アンケート調査を実施する小学校への依頼準備を進めている。現在までに、課題1の給食時の食行動観察については、文献的に調査し観察する食行動項目を選択し「食行動観察評価表」を作成した。さらに、課題2におけるアンケートは完成し、対象地域の小学校へのアンケート調査を行なう準備を進めている。倫理委員会の承認が得られるまでに時間がかかり、アンケート調査を2018年度中に実施できなかった為、当初の予定より若干遅れているが、2019年度前半にはアンケート調査を実施する。2019年度は、課題2の小学校教諭に対するアンケート調査を実施し分析を行なう。2019年度2020年度には、課題1-2小学生の摂食嚥下機能の発達を把握するために、各学年の児童の口腔機能・嚥下機能・咀嚼機能の計測を行なう。2020年2021年度で、小学校の給食時における児童の食行動観察評価を実施し、各課題の結果を統合し、関連学会や講演会で報告する。2018年度は、倫理委員会の承認を得るまでに時間がかかり、アンケート調査を実施するまでには至らなかった。そのため、郵送料や人件費が発生しなかった。2019年度は、アンケート調査の実施、その他の計測を本格的に実施する為、計測機器の準備などに使用する。
都市型新興感染症のリスク評価基盤構築

浴室は高温・多湿であるため微生物が増殖しやすい。そのため浴室の細菌群集の理解は、衛生管理と疾患の予防対策を行うにも重要である。そこで本研究はしばしば病原微生物が見出されるシャワーヘッドバイオフィルム(以下、バイオフィルム)とシャワーヘッド水(以下、水)の関係を明らかにすべく細菌群集構造を解析した。計18つの建物(一軒家、ホテル、アパート)からバイオフィルムおよび水を収集した。試料からDNAを抽出し16S rRNA遺伝子V1-V9領域を対象にPCRした。MinIONを用いて配列を取得し、bwa-memを使ってデータベースにマッピングした。マッピング後のデータはRを用いて解析した。その結果、すべての水試料に共通していたのは水圏由来のMethylobacterium属をはじめとする10属、また土壌由来のAncylobacter属、Alsobacter属をはじめとした38属の細菌がバイオフィルムよりも水に有意に高い割合で存在していた(P <=7.0e-04)。一方バイオフィルム試料ではMethylobacterium属とSphingomonas属のみ全ての試料に共通して存在していた。これらのことは、水とバイオフィルムはそれぞれ異なる細菌群集を構築していることを示唆している。水とバイオフィルムの両者に共通して見出された細菌属が占める割合は、バイオフィルムが水の2倍程度と有意に高かった(P=0.0008 < 0.05)ことから、水の菌が表面に付着し増殖したのであり、バイオフィルムの菌が水に出てきているのではないことを示唆している。上述の概要のように確実に成果をあげている。また、このような環境で重要なMycobacterium avium complex (MAC)の代表的なメンバーであるM. avium subsp. hominissuis (MAH)の集団レベルでの比較ゲノム解析と遺伝的集団構造解析を行い、以下のような、日本に分布するMAH系統のゲノムの特徴を見出すことに成功した。種が持つ遺伝子レパートリーの数を調べると、MAHは結核菌の3倍もの遺伝子レパートリーを持つことが判明した。また個体のゲノムを1つ解読するたびに新しく発見される遺伝子の数が結核菌よりMAHの方が多いことから、MAHは種外から積極的に新しい遺伝子を取り込んでいる種であると推定された。世界に分布するMAH集団内における日本のヒト分離株の進化的な位置付けを明確にするため、コアゲノムの一塩基多型(SNP)情報に基づいてMAHの系統を定義した。この結果、(1) MAHが比較的長い染色体断片を種内で交換しあう細菌種であること、(2)世界に大きく分けて5系統が分布していること、(3)日本のヒト分離株が東アジアに分布する2系統(MahEastAsia1, MahEastAsia2)のどちらかに属すること、(4)東アジアに分布する2系統間で組換えがよく起きていることなどが明らかになった。このようにして、本研究から得られる細菌群集構造データを病原細菌のデータとの関連を調べるための基盤は構築できている。上記の抗酸菌については、系統を簡易な単一遺伝子にて分類可能な手法の開発を進める。現在、以下のような予備的知見を共同研究で得て、また、方法論の確立を進めている。本細菌種はゲノム上の大部分を交換するにもかかわらず、一部、交換が起きていない領域が存在していることが判明した。また、解析数を増加させたところ、系統は5ではなく6系統存在することが判明した。また、ゲノム交換が起きていない領域の遺伝子2つを用いることで、この6系統を分類可能であることを見出した。また、簡易な携帯型DNAシーケンサーのデータを用いることで、オンサイトでのゲノム解析実施可能な系を確立することができた。また、高度なゲノム解析がインターネットや計算機の制限で実施困難な状況でも簡易な分子型別をインシリコで実施可能なプロトコルを確立することができた。本年度は、これらの知見の確定と妥当性の評価を進めていく。

また、このような環境で重要なMycobacterium avium complex (MAC)の代表的なメンバーであるM. avium subsp. hominissuis (MAH)の集団レベルでの比較ゲノム解析と遺伝的集団構造解析を行い、以下のような、日本に分布するMAH系統のゲノムの特徴を見出すことに成功した。種が持つ遺伝子レパートリーの数を調べると、MAHは結核菌の3倍もの遺伝子レパートリーを持つことが判明した。また個体のゲノムを1つ解読するたびに新しく発見される遺伝子の数が結核菌よりMAHの方が多いことから、MAHは種外から積極的に新しい遺伝子を取り込んでいる種であると推定された。世界に分布するMAH集団内における日本のヒト分離株の進化的な位置付けを明確にするため、コアゲノムの一塩基多型(SNP)情報に基づいてMAHの系統を定義した。この結果、(1) MAHが比較的長い染色体断片を種内で交換しあう細菌種であること、(2)世界に大きく分けて5系統が分布していること、(3)日本のヒト分離株が東アジアに分布する2系統(MahEastAsia1, MahEastAsia2)のどちらかに属すること、(4)東アジアに分布する2系統間で組換えがよく起きていることなどが明らかになった。このようにして、本研究から得られる細菌群集構造データを病原細菌のデータとの関連を調べるための基盤は構築できている。上記の抗酸菌については、系統を簡易な単一遺伝子にて分類可能な手法の開発を進める。現在、以下のような予備的知見を共同研究で得て、また、方法論の確立を進めている。本細菌種はゲノム上の大部分を交換するにもかかわらず、一部、交換が起きていない領域が存在していることが判明した。また、解析数を増加させたところ、系統は5ではなく6系統存在することが判明した。また、ゲノム交換が起きていない領域の遺伝子2つを用いることで、この6系統を分類可能であることを見出した。また、簡易な携帯型DNAシーケンサーのデータを用いることで、オンサイトでのゲノム解析実施可能な系を確立することができた。また、高度なゲノム解析がインターネットや計算機の制限で実施困難な状況でも簡易な分子型別をインシリコで実施可能なプロトコルを確立することができた。本年度は、これらの知見の確定と妥当性の評価を進めていく。分担研究者の藤吉、西内の執行予定が2019年度に変わったため。本年度、前年度の分担研究課題を同時に実施する。
画像深層情報のための非可視型3次元コードの開発

非可視型3次元コードの改良とまとめを目標に、以下の項目に関する検討と研究発表を行った。1.画像深層情報の基本となる非可視型バーコード構成材料に関する研究を継続した。具体的には、独自に開発した近赤外線透過性顔料AM-BKを応用することによりグレースケールも可能な非可視型バーコード作成が実現できることを示した。次に、カラー画像へのバーコード隠し込みを目的に、近赤外線反射特性の異なる黄・赤・青色のバーコードを作成した。さらに、カーボン添加による色相の低下を防ぐために新たに可視領域では透過率が高く近赤外線領域では透過率が低下するAM-BKと逆特性の色素を利用してより鮮明なカラー版非可視型バーコードの開発も行った。これらの結果は、電子情報通信学会研究会において発表した(発表文献1,3)2.次に、非可視型バーコードを物体あるいは衣類上に実際に装着した場合の読み取り方式と復号化精度の向上に関する研究を行った。ここでは、新たに簡易読み取りを目的に分割型二次元バーコード方式を開発し、従来不可能であった局面や布の表面から高い精度でバーコード読み取りと正確な復号が可能であることを示した(発表文献2)。3.次に、今回開発した非可視型バーコードの応用として、拡張現実感を目的とした非可視型バーコードによる情報提示装置を開発した。すなわち、眼鏡式液晶ディスプレイに取り付けた近赤外・可視両用型カメラからの非可視型バーコード映像を2次元コードデコーダに入力し、ディスプレイ上に文字として表示あるいは合成音声で出力するシステムjを開発した(発表文献4)。以上をまとめると、従来の2次元バーコードに対し近赤外線領域において検出可能な非可視型バーコードを開発し、さらにグレースケールにより情報量を増加させることが可能であることを示した。さらに応用面ではより高精度復号が可能な分割型二次元コードと拡張現実感対応型情報提示装置を開発する事ができた。非可視型3次元コードの作製を目的に、平成9年度は以下の3項目に関する検討と研究発表を行った。1.非可視型コード設計方法と読み取り装置。2.自然環境光下におけるコードの読み取り特性および3.カラー顔料による非可視型コード作成の基礎検討である。1.非可視型コードの設計と読み取りについては、赤外線透過顔料に対する光学的特性を光スペクトルアナライザで測定の後、個人認識を対象としたカラー顔画像の2次元コード化と読み取り・表示装置の開発を行った。その結果、ベクトル量子化によるRGB3種類の画像データから個人カラー写真が復元表示される事を確認した。さらに今後の3次元コード化対応を考慮し単一コード作成方法を検討した。2.の自然環境光下におけるコード読み取りでは、建物内に於いて赤外線照射と画像検出実験を行った。さらに具体的応用分野として、位置検出用自律走行型2次元コード読み取り装置を開発し、大学構内で走行実験を行った。その結果、移動速度約1km/hにてバ-コード検出による自律自動走行を確認した。3.のカラー顔料を用いた実験としては、近赤外透過型熱転写フィルム(シアン・マゼンタ・イエロ-)を今回新たに開発し、その印字・測定実験を行った。その結果、従来の熱転写プリンタと読み取り装置をそのまま我々のシステムに応用可能であることを確認した。上記結果1)2)については、1998年3月に電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会(於:玉川大学)で発表した。
余剰登上線維除去に先行して起こるmGluR1依存的な登上線維シナプス強化過程

mGluR1ノックアウトマウスおよびPKCγノックアウトマウスを用いて電気生理学的、形態学的な解析を行った。電気生理学的解析により、これらのノックアウトマウスの多くのプルキンエ細胞においては登上線維による単一支配が確立していないことが分かった。しかし、入力する複数の登上線維間には応答の振幅や伝達物質の放出確率といった機能には優劣が付いていることを明らかにした。また、神経トレーサー法と免疫組織化学を組み合わせた形態解析により、登上線維支配様式に関する以下の表現型を明らかにした。1.登上線維の支配領域が近位に退縮していた2.多重支配を引き起こす余剰な登上線維による支配は主に細胞体と樹状突起基部に存在していた。3.余剰な登上線維は、近隣のプルキンエ細胞を支配する登上線維の比較的短い側枝として、分子層やプルキンエ細胞層内を横走してやってきた。4.こうした近隣細胞間を横走する登上線維の投射様式は、生後14日令までは野生型と欠損マウスのどちらにも頻繁に観察された。5.その後の発達過程において、多重支配を招く横走する登上線維は野生型マウスで急速に消失したのに対して、欠損マウスでは残存した。以上の結果は、mGluR1シグナル伝達系が平行線維シナプス活動を細胞内へと伝達することによって、優勢な登上線維による支配を強化し、劣勢な登上線維による支配を細胞体や樹状突起基部から除去することにより、単一支配へ移行させる分子機構であるとの結論に達した。(1)登上線維の支配領域が近位に退縮していた(2)多重支配を引き起こす余剰な登上線維による支配は主に細胞体と樹状突起基部に存在していた。(3)余剰な登上線維は、近隣のプルキンエ細胞を支配する登上線維の比較的短い側枝として、分子層やプルキンエ細胞層内を横走してやってきた。(4)こうした近隣細胞間を横走する登上線維の投射様式は、生後14日令までは野生型と欠損マウスのどちらにも頻繁に観察された。(5)その後の発達過程において、多重支配を招く横走する登上線維は野生型マウスで急速に消失したのに対して、欠損マウスでは残存した。以上の結果は、mGluR1シグナル伝達系が平行線維シナプス活動を細胞内へと伝達することによよって、優勢な登上線維による支配を強化し、劣勢な登上線維による支配を細胞体や樹状突起基部から除去することにより、単一支配へ移行させる分子機構であると結論した。mGluRlノックアウトマウスおよびPKCγノックアウトマウスを用いて電気生理学的、形態学的な解析を行った。

(4)こうした近隣細胞間を横走する登上線維の投射様式は、生後14日令までは野生型と欠損マウスのどちらにも頻繁に観察された。(5)その後の発達過程において、多重支配を招く横走する登上線維は野生型マウスで急速に消失したのに対して、欠損マウスでは残存した。以上の結果は、mGluRlシグナル伝達系が平行線維シナプス活動を細胞内へと伝達することによよって、優勢な登上線維による支配を強化し、劣勢な登上線維による支配を細胞体や樹状突起基部から除去することにより、単一支配へ移行させる分子機構であるとの結論に達し、現在論文作成中である。
中次大脳視覚皮質における情報表現の機構

1.ネコの二次視覚野(18野)及び比較のために一次視覚野(17野)において、テクスチャー刺激を用い視覚刺激を行いながら反応を記録した。また同時に、従来使われてきた明るさの変化で定義される刺激パターンも使用した。テクスチャー刺激は高い空間周波数の正弦波のコントラストを振幅変調した画像パターンである。さらに、両眼同時刺激に対する反応をテクスチャー刺激、明るさパターンの刺激の両方について記録した。この実験により、以下の点が明らかになった。(1)テクスチャー刺激に反応する細胞で、明るさで定義される刺激に対し両眼視差選択性を持つものは、そのほとんどがテクスチャー刺激の両眼視差にも選択性を持ち、この2種類の刺激についての最適両眼視差は同じである。このことは、神経細胞が異種の視覚手がかりについて反応特性が不変なこと、つまり「手がかり不変性」を持つことを意味する。(2)明るさで定義される両眼からの入力信号とテクスチャーで定義される両眼入力信号は同一の段階で一度に統合される。この結果は、2つの目に異なる種類の刺激(1つの目には明るさで定義された正弦波、もう片方の目にはテクスチャーで定義された正弦波を提示する特殊な刺激)をコントロールとして使用することで示すことができた。2.逆相関法を周波数領域(空間周波数と方位の領域)で行うことにより、短時間の間に一次及び2次視覚野における神経細胞の空間周波数と方位の結合特性を測定することが可能になった。従来の運動する正弦波刺激による測定よりも、格段に神経細胞の特性に関して得られる情報量が増えた。また、比較により従来法による結果との整合性を確認し、新手法が従来法を代替できるより良い方法であることを示した。平成13年度には、2次のテクスチャー刺激を使う実験システムのセットアップと動物実験環境の整備とを行い実験を開始した。また、一次視覚野以降の中間段階の脳領域における視覚情報処理の定量的モデルを構築し、定量的な細胞の反応予測をおこなった。本研究で、モデル構築に使用した神経細胞の機構は、テクスチャー(模様)の境界に反応する細胞、すなわち「テクスチャー細胞」であり、一次視覚野の単純型・複雑型細胞の出力を統合して作られており、視覚皮質の3段及び4段目の細胞であるとの仮説に基づいている。このような神経回路構造を、エネルギーモデルとよばれる神経回路を2段直列につないだ、「カスケード・エネルギーモデル」として実現した。このモデル細胞にさまざまなテクスチャー視覚刺激を提示して、モデルの各部位の細胞での反応を計算した。この結果、ちょうど従来の一次視覚野の単純型・複雑型細胞が、明るさの違いで定義される物体の境界を抽出するのに適した特性をもっているのと同様に、カスケード・エネルギーモデル、すなわちテクスチャー細胞の出力は、テクスチャーの違い(あるいは有無)によって定義される物体の境界をよく抽出することを定量的に示すことができた。この計算実験に使われた視覚刺激には、いわゆる「主観的輪郭」と呼ばれる一群のパターンがあり、このようなパターンの境界線を、我々が見た時に得る境界の知覚と同様にモデル予測により示すことができた。次年度は、2次のテクスチャー刺激を使い、ネコの二次視覚野(18野)及び比較のために一次視覚野(17野)において、計算実験で使用したテクスチャー刺激を用い細胞の受容野構造を計測する。また、両眼の同時刺激に対する反応を、テクスチャー刺激、明るさパターンの刺激両方について記録する。ネコの二次視覚野(18野)及び比較のために一次視覚野(17野)において、テクスチャー刺激を用い視覚刺激を行いながら細胞外記録により神経細胞の反応を記録した。逆相関法により、テクスチャー刺激と明るさの変化による刺激に対する一般化した受容野を測定し、モデルによる予測と比較した。

また、両眼視、ステレオ視におけるテクスチャーの役割を探るために、記録したデータを逆相関法により分析し、奥行き方向を含む3次元空間での受容野を求めた。高い空間周波数のキャリアのコントラストに強弱をつけた振幅変調正弦波をテクスチャー刺激として用い、両眼刺激による相互作用を調べたところ、二次視覚野の細胞にはコントラストの変化による2次の刺激に対して反応を示す細胞が多く見られた。このような反応は従来の線形受容野モデルでは予測できず、非線形な要素を通過した後に空間的な加算を行うようなモデルが必要であることがわかった。このようなモデルにより、従来の受容野の外からの修飾効果とよばれてきた周辺効果は高次の一般化された受容野としてとらえることができることを示した。また、逆相関法を空間周波数・方位の領域で応用した、サブスペースマッピングによる周波数領域受容野の精密測定を短時間で行い、これを従来の運動する正弦波グレーティング刺激による測定法と比較した。ほとんどの神経細胞について、最適空間周波数と方位を求めるためにはサブスペースマッピングは従来の方法を代替できる効率の良い方法であることを示した。1.ネコの二次視覚野(18野)及び比較のために一次視覚野(17野)において、テクスチャー刺激を用い視覚刺激を行いながら反応を記録した。また同時に、従来使われてきた明るさの変化で定義される刺激パターンも使用した。テクスチャー刺激は高い空間周波数の正弦波のコントラストを振幅変調した画像パターンである。さらに、両眼同時刺激に対する反応をテクスチャー刺激、明るさパターンの刺激の両方について記録した。この実験により、以下の点が明らかになった。(1)テクスチャー刺激に反応する細胞で、明るさで定義される刺激に対し両眼視差選択性を持つものは、そのほとんどがテクスチャー刺激の両眼視差にも選択性を持ち、この2種類の刺激についての最適両眼視差は同じである。このことは、神経細胞が異種の視覚手がかりについて反応特性が不変なこと、つまり「手がかり不変性」を持つことを意味する。(2)明るさで定義される両眼からの入力信号とテクスチャーで定義される両眼入力信号は同一の段階で一度に統合される。この結果は、2つの目に異なる種類の刺激(1つの目には明るさで定義された正弦波、もう片方の目にはテクスチャーで定義された正弦波を提示する特殊な刺激)をコントロールとして使用することで示すことができた。2.逆相関法を周波数領域(空間周波数と方位の領域)で行うことにより、短時間の間に一次及び2次視覚野における神経細胞の空間周波数と方位の結合特性を測定することが可能になった。従来の運動する正弦波刺激による測定よりも、格段に神経細胞の特性に関して得られる情報量が増えた。また、比較により従来法による結果との整合性を確認し、新手法が従来法を代替できるより良い方法であることを示した。上記の二つの成果は日本神経科学大会と北米神経科学学会で発表された。
高等植物の液胞選別輸送機構の解明

種子タンパク質は,人類にとっては食料や飼料として不可欠のものであり,人類が必要とするタンパク質のおよそ70%は直接的又は間接的に種子から得ていると言われている.種子のタンパク質は粗面小胞体で合成された後,前駆体の状態で液胞へと輸送され,そこで成熟型へとプロセスされる.しかしながら,種子タンパク質の液胞輸送経路や集積に関する詳細な分子機構の解明は進んでいない.本研究では,申請者のグループが確立した種子タンパク質輸送の突然変異体gfs(green fluorescent seed)のプールの網羅的解析を行うことにより,植物特有の液胞輸送経路の発見とともに,液胞選別輸送の高次機能への役割を明らかにすることを目指している.平成23年度に得られた成果は下記の通りである.1.シロイヌナズナ液胞選別輸送変異体(gfs12)の原因遺伝子産物GFS12は,kinaseドメインをもつ機能未知のタシパク質であることが分かった.GFS12とGFPの融合タンパク質をGFS12のプロモータ支配下で発現する形質転換体を作製し,GFS12がとエンドソームとは異なる未知の顆粒と細胞質ゾルに局在することが分かった.シロイヌナズナにはGFS12のホモログが5種類存在する.これらの欠損変異体を確立したところ,いずれも液胞タンパク質の輸送の異常は認められなからた.従って,液胞への細胞内輸送にはGFS12のみが関与していることが示唆された.2.植物病害抵抗性における液胞選別輸送機構の解析:GFS12は,Pseudomonassyringae感染に対する抵抗性に関与していることが分かった.高等植物の種子の液胞は貯蔵タンパク質を大量に集積するオルガネラである.種子タンパク質は,人類にとっては食料や飼料として不可欠のものであり,人類が必要とするタンパク質のおよそ70%は直接的又は間接的に種子から得ていると言われている.種子のタンパク質は粗面小胞体で合成された後,前駆体の状態で液胞へと輸送され,そこで成熟型へとプロセシングされる.しかしながら,種子タンパク質の液胞輸送経路に関する詳細な分子機構の解明は進んでいない.本研究では,申請者のグループが確立した種子タンパク質輸送の突然変異体gfs(green fluorescent seed)のプールの網羅的解析を行うことにより,植物特有の液胞輸送経路の発見とともに,液胞選別輸送の高次機能への役割を明らかにすることを目指している.本研究は,平成22年9月に開始しており,7ヶ月間に得られた成果は下記の通りである.1.シロイヌナズナ液胞選別輸送変異体(gfs12)の原因遺伝子の同定:gfs12変異体(Columbia背景)をLandsberge背景のシロイヌナズナと交配させたF2集団を用いたポジショナルクローニングおよび次世代シーケンサーを用いたSNIP解析により,gfs変異体の原因遺伝子を同定した.次いで,この遺伝子産物であるGFS12の細胞内局在性等の解析を行った.2.植物病害抵抗性における液胞選別輸送機構の解析:最近,植物の細胞内輸送経路が病害応答機構に深く関与している報告が出されている.そこで,植物が独自に持つ免疫反応に細胞内輸送経路がどのように寄与しているのかを,gfs12変異体を用いた解析を行う目的で,非病原性菌であるPseudomonas(AvrRpm1)株による感染実験系を確立した.種子タンパク質は,人類にとっては食料や飼料として不可欠のものであり,人類が必要とするタンパク質のおよそ70%は直接的又は間接的に種子から得ていると言われている.種子のタンパク質は粗面小胞体で合成された後,前駆体の状態で液胞へと輸送され,そこで成熟型へとプロセスされる.しかしながら,種子タンパク質の液胞輸送経路や集積に関する詳細な分子機構の解明は進んでいない.本研究では,申請者のグループが確立した種子タンパク質輸送の突然変異体gfs(green fluorescent seed)のプールの網羅的解析を行うことにより,植物特有の液胞輸送経路の発見とともに,液胞選別輸送の高次機能への役割を明らかにすることを目指している.平成23年度に得られた成果は下記の通りである.1.シロイヌナズナ液胞選別輸送変異体(gfs12)の原因遺伝子産物GFS12は,kinaseドメインをもつ機能未知のタシパク質であることが分かった.GFS12とGFPの融合タンパク質をGFS12のプロモータ支配下で発現する形質転換体を作製し,GFS12がとエンドソームとは異なる未知の顆粒と細胞質ゾルに局在することが分かった.シロイヌナズナにはGFS12のホモログが5種類存在する.これらの欠損変異体を確立したところ,いずれも液胞タンパク質の輸送の異常は認められなからた.従って,液胞への細胞内輸送にはGFS12のみが関与していることが示唆された.2.植物病害抵抗性における液胞選別輸送機構の解析:GFS12は,Pseudomonassyringae感染に対する抵抗性に関与していることが分かった.
胸膜中皮腫の予後改善を目指した診断マーカーと阻害化合物の探索

本研究では、申請者が樹立した癌抑制遺伝子ノックアウト細胞株を利用して、中皮腫の増殖・進展に関わる細胞内分子および浸潤・転移を阻害する化合物を同定し、新規診断マーカーや新規治療薬の候補分子を探索することを目的とする。将来的には中皮腫に対する効果的な診断法・治療法を開発することを目指す。
ヒト体外授精に用いる品質良好精子の実践的選別法の検討

近年、生殖補助医療(ART)技術の発達と伴に本来非常に稀であったインプリント異常を原因とする先天性疾患の発症頻度が増加している事が報告されている。遺伝子刷り込み(ゲノムインプリンティング:GI)とは、特定の親由来の遺伝子のみ選択的に発現(片親性遺伝子発現)する現象で、エピジェネティックな修飾としてDNAメチル化により調整されている。そのシステムの破綻は先天性疾患や悪性腫瘍、生活習慣病などを導く。つまり、ARTを原因とするGI異常症とは、GIが獲得される時期の配偶子(卵、精子)の操作、排卵誘発、培養などがDNAメチル化に影響し、獲得あるいは維持できない可能性が示唆されている。これに対し、申請者らは不妊症男性精子のインプリント遺伝子のメチル化解析を行い、約25%に異常の存在を確認した。本研究では、97例の精子検体を用い、形態学的特徴とインプリント異常の関連性について評価した。精子濃度正常群では15.2%、中間群37.5%、重症群は80%にインプリント異常を認めた。また、奇形率では、50%以下は15%、50-65%では20%、65%以上では55%に異常を認めた。運動率では、10%以下で75%、10-40%では30%、40%以上では20%のインプリント異常を認めた。これらの結果より、精子のインプリント異常は、濃度、奇形率、運動率に関連することが判明した。したがって、精子の形態学的異常を示す症例の質的機能評価を行うことは、体外受精等のARTを実施する際にGI異常症の発生を予測する上で、児の安全性を考慮した重要な意義を持つ。また、ARTの実施に用いることが可能な良好な精子の実践的選別法となることが予想される。さらに、症例を増やし、この原因や予防法について検討する必要があり、次世代を担う子供の健康を大きく左右すると考えられる。
ＡＬＭＡとＶＥＲＡによるサブミリ波水メーザー源の高空間分解能観測

本研究は、国立天文台が運用する国内の超長基線電波干渉計VERAと、運用開始間もない日米欧のミリ波サブミリ波干渉計ALMAを組み合わせて、太陽系から最も近い大質量星形成領域オリオンKLについて観測的研究を推進した。本研究ではセンチ波からサブミリ波にある水分子輝線に着目し、オリオンKLのサブミリ波帯水分子輝線の初検出に成功した。また、コンパクトリッジと呼ばれる衝撃波領域や大質量原始星である電波源Iの物理的・力学的・化学的状態をこれまで以上の高解像度で明らかにするという成果も上げている。本研究では、国立天文台の超長基線電波干渉計VERAとアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計ALMAを用いて、太陽系から最も近い大質量星形成領域オリオンKLにおけるセンチ波サブミリ波帯の水メーザーを同時観測し、オリオンKLの星形成活動やメーザー励起機構の解明を目指す。2011年から、オリオンKLの22GHz帯水メーザーは通常の1000倍以上に増光するバーストが起こっており、絶好の機会となっている。2012年度は1カ月に12回の頻度でVEIUによる22GHz帯水メーザー観測を行い、6月に15万Jyと今回のバーストで最大光度になったことを確認した。解析中の位置天文情報と合わせ、メーザーバースト時の構造変化、運動を調べることが可能になっている。また、本研究ではVEIUによる大容量データ記録、広帯域・高分解能観測ための新たな記録装置「VDIF-Recorder」を導入し、観測運用に実用化している。ALMAについては、共同利用観測cycle0が予定より遅れたものの、現在全データの解析を進めている。ー方、本研究ではすでに公開されているAL燃科学評価データを用いて、オリオンKLでは初の振動励起(3500K)高エネルギー水輝線の検出という、当初計画以上の成果も上げている。振動励起水輝線は、SiOメーザーや22GHz水メーザーと同じ速度構造を示し、これらがほぼ同じ領域から放射されていることを示唆している。解析中のcycle0データでも他の振動励起水輝線を検出しており、水分子の励起状態を調べることが可能である。これらの成果を元にしたALMAのcycle1追加観測の提案は高い競争率(4倍以上)にもかかわらず2件採択されている。水メーザー源の運動(VERA)、物理的・化学的性質(ALMA)を総合して、オリオンKLにおけるメーザー励起機構、大質量原始星周りのジェットやガス円盤の解明が期待される。本研究では、国立天文台の超長基線電波干渉計VERA(ベラ)とアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計ALMA(アルマ)を用いて、太陽系から最も近い大質量星形成領域オリオンKLにおけるセンチ波からサブミリ波の水メーザー同時観測を初めて実行した。2011年から、オリオンKL領域の22GHz帯水メーザーは通常の1000倍以上に強度が増光するバーストが起こっており、絶好の観測の機会を得ている。2年目である本年度は、前年度に取られた観測データ解析を中心に進めている。ALMAのデータでは、オリオンKL領域の大質量原始星候補天体Source Iから321GHz、336GHzサブミリ波帯の水分子輝線が初めて検出され、Source I近傍の高温高密度ガスを高解像度で分解することに成功した。詳しい解析の結果、Source Iには回転するガス円盤が付随していることが明らかになり、Source Iが中小質量星同様に質量降着によって形成されていることを示す決定的な証拠を得るという成果を挙げている。また、VERAによる22GHz帯水メーザー観測は本年度も継続し、バーストした水メーザー源がオリオンKLのコンパクトリッジと呼ばれる衝撃波領域で励起されていることが解明された。また、22GHz帯水メーザーの強度は2012年に極大期を迎えたこと、2013年に一時静穏期になったもののその後再び増光し始めたことも明らかになった。一方、ほぼ同時にALMAで観測されたサブミリ波帯水メーザーは、Source Iでは検出されているもののコンパクトリッジ領域では検出されていない。VERAとALMAの結果を総合的に解釈すると、22GHz帯の水メーザーバーストは衝撃波領域の物理的性質の変化ではなく、メーザー放射のビーミングによる効果で増光が起こっていることが示唆され、メーザー励起機構を理解する上で重要な情報となっている。VERAの新システム立ち上げ、モニター観測は順調に進んでいる。一方、ALMAについては、観測所が初期運用であることもあり、cycle0共同利用の観測はやや遅れていた。現時点ではcycle0のデータは全て揃っており、解析の準備が整っている。ただし、本研究を元にしたALMA科学評価データによる成果発表、cycle1共同利用における2件の観測提案採択など、当初想定していなかった成果も上がっているため、達成度は(1)とした。25年度が最終年度であるため、記入しない。2013年度は、VERA、ALMAの観測データ解析を優先的に行う。

ALMAについては観測後1年でデータが公開され他の研究者からのアクセスも可能になるため、独占的に使用できる2013年11月までに論文出版を目指す。データ解析完了後、メーザー励起機構の理論的研究を開始する。すでに公開されているAL肌科学評価観測データや新規に採択されたcycle1データも含めて、メーザー励起機構や星形成機構の解明を目指した研究を推進する。25年度が最終年度であるため、記入しない。初年度VERAに導入を計画していたデジタルデータ記録装置について、計画よりも経費をおさえることができたため、次年度の成果発表(学会発表)の旅費に使用する。
柔軟構造を有する次世代多点微小神経電極の開発

本研究は,柔軟な構造によって神経への侵襲や「ずれ」を防止する微小多点神経電極の開発を目的とするものである.昨年度に引き続き,下記の課題の解決を図った.個々の課題は動物の神経を対象とした評価実験を行なった上で,さらに統合して,一体化を目指すこととした.以下,課題毎に本年度の実績について説明する.1柔軟な基板を有する神経電極の改良ポリイミドを基板とした,シリコンを針電極とする剣山型電極の試作に成功し,強度,電極インピーダンスなどの特性を評価した上で,神経活動の計測に成功した。2柔軟な電極構造を有する神経電極の改良これによって,神経束内での個々の神経線維に対する機械的侵襲度が低減し,生体適合性が向上するだけでなく,上記の「ずれ」の問題の解決も期待される.パリレンを基板とし,針電極部も基板を折り曲げて構成する形の新しい剣山型の電極を開発した.上記1に比べ高度な柔軟性を獲得している.ラット大脳皮質を対象とした計測にも成功した.3柔軟な電極の刺入・装着方法の開発柔軟な電極は,そのままでは網膜,神経束,脳の中に刺入することが困難であるため,刺入・装着方法を開発する.上記2の電極の針電極部について,レジストを犠牲層とすることにより微小流路を形成することに成功した.この中にポリエチレングリコール(PEG)を注入することにより,刺入に必要な固さを獲得し,刺入後にはPEGが神経組織内で溶解することによって,柔軟化させることに成功した.さらにこの流路を薬液注入などに利用することにより,さらなる応用の広がりが期待されるが,それについても基礎的な特性(強度変化,薬液注入能力)の確認を行った。本研究は,柔軟な構造によって神経への侵襲や「ずれ」を防止する微小多点神経電極の開発を目的としたものである.具体的には下記の課題の解決を図った.個々の課題は動物の神経を対象とした評価実験を行なった上で,さらに統合して,一体化を目指すこととした.以下,課題毎に研究目標と本年度の実績について説明する.1柔軟な基板を有する神経電極の開発(これによって網膜,神経束,脳といった様々な対象に対して,電極全体の形状的な適合性が高度に向上することが期待される.)実績:ポリイミドを基板とした,シリコンを針電極とする剣山型電極の試作に成功した.針電極の強度や針電極の長さなどに改善すべき点が残されており,次年度の課題とする.2柔軟な電極構造を有する神経電極の開発(これによって,神経束内での個々の神経線維に対する機械的侵襲度が低減し,生体適合性が向上するだけでなく,上記の「ずれ」の問題の解決も期待される.)実績:ポリイミドやパリレンを基板とし,針電極部も基板を折り曲げて構成する形の新しい剣山型の電極を開発した.A)に比べ高度な柔軟性を獲得している.ラット脳皮質を対象とした計測にも成功している.さらなる多チャンネル化,侵襲度の低下などの課題が残されており,次年度の課題とする.3柔軟な電極の刺入・装着方法の開発(柔軟な電極は,そのままでは網膜,神経束,脳の中に刺入することが困難であるため,刺入・装着方法を開発する.)実績:上記2の電極の針電極部について,ポリエチレングリコール(PEG)をコーティングすることにより,刺入に必要な固さを獲得し,刺入後にはPEGが神経組織内で溶解することによって,柔軟化させることに成功した.PEGコーティングの再現性などに課題が残されており,次年度の課題とする.本研究は,柔軟な構造によって神経への侵襲や「ずれ」を防止する微小多点神経電極の開発を目的とするものである.昨年度に引き続き,下記の課題の解決を図った.個々の課題は動物の神経を対象とした評価実験を行なった上で,さらに統合して,一体化を目指すこととした.以下,課題毎に本年度の実績について説明する.1柔軟な基板を有する神経電極の改良ポリイミドを基板とした,シリコンを針電極とする剣山型電極の試作に成功し,強度,電極インピーダンスなどの特性を評価した上で,神経活動の計測に成功した。
妊娠高血圧症候群の血管内皮機能障害に対する葉酸の改善効果の基礎的検討

妊娠高血圧腎症(PE)では,血管内皮機能異常が存在し,それはNOの反応性異常を特徴とする。我々は,PEモデル動物としてニトログリセリン慢性投与による内皮機能障害動物にて,血管局所の活性酸素の産生がその障害を発症していることを明らかにした。妊婦より得た大網抵抗血管での活性酸素種の関与を明らかにすることを目的とした。また,PEの病態が子宮らせん動脈の導管形成の失敗による胎盤循環不全によるendothelial cell activation(ECA)と考えられているので,胎盤局所での活性酸素種の産生を検討した。活性酸素種はスーパーオキシドとして8ヒドロキシデオキシグアニン(8OHDG),peroxynitriteをnitrotyrosine(NT)にて測定した。大網抵抗血管標本では,重症PE患者と正常妊婦の全症例で,内皮,中膜,外膜にNTの局在を認めた。ウエスタンブロット法によるNT定量でも両者に差を認めなかった。8OHDGも同様であった。重症型PE患者胎盤においてNTは,シトトロホブラストならびにインターメデュエイトトロホブラストにNTの強い局在を認めた(70%)。軽症型PE患者では強い局在を認めるものは少なく(25%),正常妊婦では局在を認めなかった(0%)。以上の検討によりPE血管の病態形成に活性酸素種が何らかの関与をしていることが示唆された。一方,重症PE患者の胎盤は母体絨毛間腔や母体面に接する部位で活性酸素種の関与が明らかとなった。しかし,PE患者において母体血管壁と胎盤peroxynitriteとindependentに産生調節されており,ECA発生の機序が単純でないことが示唆された。妊娠高血圧腎症血管ではアンギオテンシンII(Ang II)の感受性の増大と共に内皮由来弛緩因子(EDRF)機能障害が知られている。そのモデル動物として、ニトログリセリン(NTG)長期投与によりEDRF機能障害を発生させた動物を用いてきた。このモデルでは、AngII1型受容体(AT_1R)が増加し、その結果、血管内での活性酸素(O_2^*)産生が増加し、EDRFとくに内皮でのNO産生の減少が認められること明らかにした。今回、内皮由来NO反応性を低下させるメカニズムについて検討すると共に抗酸化薬のEDRF保護作用について検討した。この標本においてdihydroethidium(DHE)の蛍光量からO_2^*産生量を測定したところ、O_2^*産生はNTG群で増加し、Olm群やAA群はコントロール群程度に正常化した。この標本からtotal RNAを抽出し、定量PCR法にてAT_1RmRNAとEDRFの一つであるnitricoxide(NO)のsecond messengerであるcGMPの標的分子であるproteinkinase G(PKG)mRNAを測定したところ、AT_1RmRNAはOlm群のみに増加を認めた。一方、PKGmRNAはNTG群で低下が認められたが、Ol群で正常化したが、AA群において一部正常化した。この結果より、NTG長期投与動物血管においてAT_1RはO_2^*産生を増やし、内皮由来NO反応性の減少によるEDRF障害を発生させた。その障害は抗酸化薬の大量投与により一部改善した。この結果は、抗酸化剤のみの投与は通常量のみでなく、大量投与したとしても我々が現在進めている妊娠高血圧腎症患者での血管内皮機能異常を改善するには不十分である。すなわち、L-アルギニン+葉酸投与により内皮におけるO_2^*やNO産生系のバランスの調節が必要であることを支持すると考えられた。