hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
星間・銀河間ガスで加速された準熱的粒子による非平衡放射と加熱

ハローや電波レリックが銀河団衝突していると見られる銀河団に見られる.前者はMpcスケールに広がるので,衝撃波よりも乱流によるin-situ粒子加速を考えるのが自然である.加速された粒子の一部は熱的粒子と相互作用してガスの加熱に寄与すると考えられ,電波強度とガスの温度や熱的X線光度の間には正の相関が観測されている.これらの観測事実を踏まえて,銀河団衝突の過程で形成される粒子のスペクトルを調べ,放射の特徴を明らかにして,電波ハローと整合的にコアの熱的進化を探る研究を進めている.平成28年度は,乱流加速された粒子と銀河団の熱的進化との関係を調べるため,前年度に開発した熱的粒子から非熱的粒子まで整合的に分布関数を計算するFokker-Planckコードの改良を行った.銀河団コアのガスの放射冷却時間は宇宙年齢より短くなりうるが,電波ハローの起源が銀河団衝突で乱流加速された電子とするなら,乱流の減衰後,加速された粒子が熱化することでガスの温度が上がり,この冷却問題は解決しうる.粒子の加速から加熱に移行するには,Fokker-Planckコードにおいて,移流項が抑制され拡散項が支配的になる必要がある.拡散過程の見直しを進め,より高次の項まで計算に含めることで加熱の手がかりを得た.この項は,低エネルギーの電子とカップリングしやすいので,放射冷却したコアの加熱に効果的である.ただし,加熱後のスペクトルは,温度はwell-definedと云えるものの,Maxwellianからわずかにずれた形をもつことが分かった.他に,乱流の初期スペクトルをKolmogorovとして,減衰により逆カスケードする可能性についても考察を行った.平成28年度の主要課題であった,加速から加熱への移行を記述するFokker-Planckコードの改良・テストについては概ね順調に進んでいる.また,乱流が減衰した後のスペクトルの時間発展についても妥当性の検証が進んでいる.本研究では,乱流は逆カスケードにより減衰して1Gyrのうちに速度は200km/s以下になると考えているが,X線天文学衛星HitomiによるPerseus銀河団の観測から,中心部での乱流の速度は200km/s以下であることが示され,本研究と矛盾しない結果が得られている.この結果はまた,放射冷却に対抗する,中心のブラックホールの活動の寄与が意外に小さい可能性を示唆しており,銀河団衝突に起因する乱流によって冷却コアが加熱されると考える本研究の重要性が増したと言える.全体に計算は順調に進んでいるが,明確な結果としてクレームするには気がかりな点が未だいくつか残っていて,それらを全て解消するには至っていないため,論文の準備は遅れ気味である.また,最近の観測で衝突におけるスロッシングが示唆されており,加熱の物理過程としてin-situ乱流加速からの加熱を考えるだけでいいのか調べる必要も出てきている.銀河団の形成・進化の過程で銀河団衝突で生じた衝撃波や乱流は銀河団ガスの粒子を加速する.実際,銀河団衝突していると見られる系で,GeV電子放射の電波ハローや電波レリックが観測されている.前者はMpcスケールに広がるので,衝撃波よりも乱流によるin-situ粒子加速を考えるのが自然である.
胸部単純X線写真正面像を利用した骨量推測に関する研究

本研究の目的は、既存の胸部単純X線写真正面像を利用して骨量を推測し、骨粗髭症のスクリーニングとして胸部単純X線正面像を利用することの可能性を検討することである。昨年度は、NIH(National Institutes of Health)Imageを用いて四角形のROIで画像解析を行った。今年度は、Micro Soft社製、Visual Basic Ver.5を用いて独自の濃度測定プログラムを開発した。胸部単純X線正面像をRATOC PXS-350Ver1.00を用いてデジタル画像として取り込み、右側の上腕骨骨頭部中央部分を垂直に縦断する1ピクセル幅の直線上を濃度測定の対象範囲とした。測定範囲は皮質部分を除いた骨梁部分で、濃度測定は1ピクセルごとに行った。画像解析による骨密度指標としては変動係数(標準偏差/平均濃度)を用いた。これを用いた理由は、骨梁の間隙の程度を濃度分布の差(標準偏差)として捉え、さらにX線撮影時の条件を補正するために標準偏差を平均濃度で除すことで画像から得られる骨密度指標と考えたからである。画像解析測定対象となったピクセル数は、平均して66.7である。今回の対象資料は、某病院受診者で、胸部単純X線写真のある者のうち、Hologic QDR-1000/wから算出された骨密度BMD(gms/cm^2)の評価がされている女性23名である。各指標の平均値は、胸部写真撮影時年齢が74.0歳、BMDが0.72、胸部写真の画像解析から得られたCVが4.41であった。BMDとCVの相関係数は-0.291(p=0.18)でBMDとCVの関連はみられなかった。先年度に実施した14名(平均年齢68.9歳)の成績ではBMDとCVとの正相関0.548(p<0.05)であり、今年度の成績とは一致しなかった。この原因について、画像解析上の問題であるのか、対象とした年齢層のちがいであるのかを検討するために、現在、30歳代18名、40歳代58名、50歳代39名、60歳代8名についてデジタル画像への取り込みを完了し、解析をすすめている。本研究の目的は、既存の胸部単純X線写真正面像を利用して骨量を推測し、骨粗鬆症のスクリーニングとして胸部単純X線正面像を利用することの可能性を検討することである。本年度は、いくつかの測定方法について検討を行った。対象とした資料は某病院受診者のうち、胸部単純X線正面像と腰椎L2-L4部位の骨密度検査所見(Hologic QDR-1000/wから算出された骨密度BMD(gms/cm^2))がある者14名分で、対象者の平均年齢は68.9歳(51-84歳)である。胸部単純X線写真をデジタル画像にとりこみ、NIH(National Institutes of Health)Imageを用いて画像解析を行った。胸部単純X線写真正面像に撮影されている骨(脊椎、助骨、上腕骨近位端、鎖骨)のうち、上腕骨近位端の骨頭部陰影の濃度分布に注目した。X線撮影時の条件(管電圧、管電流、距離、時間など)で撮影濃度が左右されるため、画像解析においては、骨頭部の中の任意のROI(region of interest,関心領域)を選び、ROIを構成しているピクセル値(画素の濃度)の平均値と標準偏差から変動係数CV(標準偏差/平均濃度)を求めて、撮影時の条件を補正した。なお、ROIは同骨頭部で10カ所を選び、上述したCVの平均値を求めた。その結果、BMDとCVの関連は相関係数がr=0.548(p<0.05)で骨量が多い者ほど、上腕骨骨頭部の濃度分散が大きいことが示された。これは、今回の対象者の年齢層(51-84歳)を考慮すると、骨量が減少するに従い陰影濃度は薄く均質となることを示唆している。現在、画像解析プログラムとして、NIH Image画像解析ソフトの他、ビジュアルベーシック言語を用いて独自の解析プログラムを作成中であり、今後、人間ドック等の資料を利用して本研究課題を実施する予定である。

今回の対象資料は、某病院受診者で、胸部単純X線写真のある者のうち、Hologic QDR-1000/wから算出された骨密度BMD(gms/cm^2)の評価がされている女性23名である。各指標の平均値は、胸部写真撮影時年齢が74.0歳、BMDが0.72、胸部写真の画像解析から得られたCVが4.41であった。BMDとCVの相関係数は-0.291(p=0.18)でBMDとCVの関連はみられなかった。先年度に実施した14名(平均年齢68.9歳)の成績ではBMDとCVとの正相関0.548(p<0.05)であり、今年度の成績とは一致しなかった。この原因について、画像解析上の問題であるのか、対象とした年齢層のちがいであるのかを検討するために、現在、30歳代18名、40歳代58名、50歳代39名、60歳代8名についてデジタル画像への取り込みを完了し、解析をすすめている。
細胞周期,神経分化,および胸腹壁形成におけるMsx遺伝子の機能に関する研究

1.細胞周期の制御機構におけるMsx1およびMsx2の機能解析Msx1,Msx2は、何らかの因子Xの発現抑制することにより、Cyclin D1の発現を促進していることが予測された。このXを同定するために、Msx1,Msx2ダブルノックアウトマウスの第一鰓弓からRNAを取り、野生型のRNAを対象に用いて、differential display法によりダブルノックアウトマウスで発現が増加する遺伝子をスクリーニングした結果、約50クローンが得られた。2.神経堤細胞の増殖・遊走・分化におけるMsx1およびMsx2の機能解析神経堤細胞の増殖・分化に機能するMsx1,Msx2の標的遺伝子あるいは下流遺伝子の網羅的探索を行うために、神経堤細胞を特異的に標識するConnexin43-EGFPトランスジェニックマウスを作成した。3.脊髄背側のパターン形成におけるMsx1およびMsx2の機能解析Wnt1,Wnt3aの発現がダブルノックアウトマウス脊髄背側で著明に低下していることを発見した。BMPシグナルの標的遺伝子であるMsx1,Msx2は、BMP→Msx1,Msx2→Wnt1,Wnt3a→Math1,Ngn1,MATH1という経路あるいはWnt1,Wnt3aを介さない経路の2通りで脊髄背側におけるプロニューラル遺伝子MATH1,Ngn1,Mash1の発現パターンを制御していることが考えられた。4.胸腹壁形成におけるMsx1およびMsx2の機能解析Msx1,Msx2ダブルノックアウトマウスでは全例に胸腹壁の全欠損、Msx1+/-,Msx2-/-あるいはMsx1-/-,Msx2+/-マウスの約75%に腹壁の部分欠損が認められ、胸腹壁の形成には量依存性にMsx1,Msx2が機能することが明らかになった。転写因子AP-2のノックアウトマウスではMsx1,Msx2ダブルノックアウトマウスと同様な胸腹壁の全欠損をきたすので、ダブルノックアウトマウスにおけるAP-2遺伝子の発現を調べたが、異常は認められなかった。
オリゴデンドロサイト前駆細胞と神経細胞間で構築されるシナプスの分子機構解明

自閉症患者脳では白質体積の変化が認められるが、その機序は明らかではない。白質は主にオリゴデンドロサイトで構成されているため、オリゴデンドロサイト前駆細胞のグルタミン酸受容体を介した分化機構に着目し、自閉症で変異が同定されているニューロリギン3の影響を検討した。オリゴデンドロサイト前駆細胞でのニューロリギン3発現とグルタミン酸刺激によるAMPA型グルタミン酸受容体応答が認められた。しかし、当細胞における遺伝子導入によるニューロリギン3発現調節が出来なかったため、本研究ではニューロリギン3の影響を解析できなかった。今後、実験条件の最適化が必要である。oligodendrocyte precursor cell (OPC)と神経細胞間で構築されるシナプスの分子機構を解明するため、まずラット新生児脳から単離培養したOPCの同定を行った。単離培養したOPCはOPCのマーカー蛋白質の一つであるNG2を発現していた。また、OPCにTriiodothyronine (T3)を処置して、oligodendrocyte (OLG)への分化を誘導させると、分化誘導前では発現が認められなかったmyelin basic protein (MBP:OLGのマーカー蛋白質の一つ)の発現が認められ、一方でNG2の発現は認められなくなった。これらのことから、単離培養した細胞はOLGへ分化可能なOPCであると確認できた。OPCが神経細胞で認められるシナプス関連タンパクを発現しているか検討する為、mRNA発現量を解析した。OPCでは、足場タンパクであるPSD-95やshank3、AMPA型グルタミン酸受容体サブユニットであるGluR1やGluR3、接着タンパクであるneuroligin(NLGN)3のmRNA発現が認められた。さらに、GluR2とGluR4、NLGN3に関してはwestern blot法においてタンパクの発現を確認できた。パッチクランプ法を用いてOPCにおけるグルタミン酸刺激による電流応答を解析した。グルタミン酸刺激のみでは、その電流応答を取得することが出来なかった。そこで、AMPA型グルタミン酸受容体の脱感作阻害剤であるcyclotiazideを共処置するとグルタミン酸刺激による電流応答を取得することが出来た。以上のことから、単離培養したOPCはグルタミン酸を介したシナプスを形成可能であることが示唆された。これまでの検討によりOligodendrocyte precursor cell (OPC)にneuroligin3(NLGN3)が発現していることを確認した。そこで、OPCと神経細胞間で構築されるシナプスでのNLGN3の役割を解明するため、OPC上のNLGN3発現調節の方策を検討した。NLGN3には4つのスプライスバリアント(A1A2、A1、A2、delta)が存在することが報告されており、申請者はラット脳から2種のスプライスバリアント(A2、delta)をクローニングした。また、NLGN3を標的とするshRNA(NLGN3-shRNA)の作製を行った。HEK細胞にNLGN3プラスミド(A2ならびにdelta)と同時にNLGN3-shRNAの導入を行い、Western blot法にて解析した。NLGN3 A2とNLGN3 deltaは共に想定の分子量の位置に発現し、NLGN3-shRNAはその発現量を減少させた。また、OPCから抽出したタンパクを同時にwestern blotした際にNLGN3 A2と同程度の位置にバンドが検出されたことから、OPCにはNLGN3 A2もしくはA1が優位に発現していることが示唆された。上記のプラスミドをOPCに導入することを試みた。プラスミドにはGFPが組み込まれているため、GFP発現で導入効率を評価した。Lipofectamine2000ならびに3000での導入では、全く蛍光を発するOPCは観察されなかった。次にエレクトロポレーションによる導入を行った結果、蛍光を発するOPCがわずかに認められた。脳由来の神経細胞とOPCの共培養を試みたが、シナプス構築の評価は困難であった。そこで、脊髄後根神経節とOPCの共培養を検討した。OPCは脊髄後根神経節との共培養下で分化様の形態変化が認められた。当年度における到達目標は、OPCと神経細胞間のシナプスをin vitroの実験系で確立し、シナプス形成能とシナプス伝達能におけるNLGN3の役割を検討することであった。当年度の実績では単離培養したOPCがグルタミン酸に応答することは確認できた。また、OPCでのNLGN3のknockdownは未検討であるが、NLGN3強制発現HEK細胞においてNLGN3を標的としたshRNAによるknockdownを検討し、有効なshRNA配列を同定した。当年度の実績は、到達目標には達していないが、目標に対してある程度の進捗を示しているため、達成度はやや遅れているとした。27年度が最終年度であるため、記入しない。神経薬理学単離培養したOPCのNLGN

3発現を調節し、グルタミン酸に対する応答を検討する。変異NLGN3の発現系構築では、NLGN3強制発現用プラスミドをすでに作製済みである為、プラスミドに変異を入れて作製を行う。また、それと並行して、神経細胞とOPCの共培養系におけるシナプス構築方法を確立する。脊髄後根神経節とOPCのin vitro共培養系では、グルタミン酸を介した小胞性伝達が報告されている。脳由来の神経細胞において、OPCとのシナプス構築が困難であると判断された場合は、脊髄後根神経節との共培養系でのNLGN3の機能の検討を試みる。27年度が最終年度であるため、記入しない。
化学物質浄化能を有する水生植物-根圏微生物共生系による新規水質浄化システムの開発

水生植物-根圏微生物共生系を利用した、各種化学物質汚染水の浄化技術開発に向けた基礎検討を行った。フェノール分解菌を選択的かつ高密度に根圏に集積できるウキクサの根分泌物が、複数種のフェノール性物質から構成されており、暴露される化学物質の種類によって特に微量成分が変化すること、ウキクサやヨシの根圏で、多様な芳香族化合物の分解促進作用が認められたこと、世界初となる4-tert-ブチルフェノール分解菌の分離に成功し、その分解経路と分解促進メカニズムを明らかにすることができた。これまで主として栄養塩の吸収・除去による富栄養化対策に用いられてきた水生植物による水質浄化法(植生浄化法)とその根圏に棲息する微生物(根圏微生物)の共生系を1つのシステムとして扱い、微生物の各種化学物質分解能も活用する新規ファイト/バイオレメディエーション技術へと展開するべく、各種汚染への適用範囲が広く、経済的かつ効率的な"根圏浄化法"の確立を研究の全体構想としている。本研究では、そのうち、特に水生植物による特定の根圏微生物の選択的集積メカニズムを明らかにし、根圏浄化法を合理的かつ効果的に適用するための知見を集積した上で、化学物質汚染浄化に資する根圏浄化法のプロトタイプを構築することを目的として、平成21年度はウキクサを対象として、分解促進効果が得られる化学物質種を明らかにするとともに、分解促進効果が認められた化学物質がウキクサと根圏微生物に及ぼす影響について、根分泌物成分の解析・同定と根圏に選択的に集積された微生物の特徴づけを実施した。ウキクサ根圏では、これまでに生分解の報告のない4-tert-ブチルフェノールが有意に分解されることを明らかにし、この分解微生物がウキクサ根圏に集積されていることを示した。またその特徴づけを行い、分類学的な特徴や分解酵素遺伝子がこれまでに知られている各種アルキルフェノール類分解関与微生物とは異なることを示した。また、ウキクサの根分泌物の解析に着手し、4-tert-ブチルフェノールやフェノールに曝露された際に変化する根分泌物成分についてHPLCベースでのピークリストを作成した。本研究では、そのうち、特に水生植物による特定の根圏微生物の選択的集積メカニズムを明らかにし、根圏浄化法を合理的かつ効果的に適用するための知見を集積した上で、化学物質汚染浄化に資する根圏浄化法のプロトタイプを構築することを目的としている。平成22年度はウキクサ根圏から分離された4-tert-ブチルフェノール(4-t-BP)分解菌Sphingobium fuliginis OMI株がウキクサの根分泌物によって、どのように4-t-BP分解促進しているのか、根分泌物の添加/非添加によって作成した実験系で明らかにすることを試み、根分泌物がOMI株の増殖や4-t-BP分解酵素の誘導を引き起こすのではなく、4-t-BPの毒性を緩和することによって分解を促進している可能性と4-t-BPの分解中間体の代謝を促進している可能性を示すことができた。その他、ウキクサ-根圏微生物共生系で、フェノール、アニリン、2,4-ジクロロフェノール、ノニルフェノール、ビスフェノールAなどの多様な化学物質の分解が促進されること、ヨシ根圏にも4-t-BP分解菌が存在していたことなどを明らかにした。これまで主として栄養塩の吸収・除去による富栄養化対策に用いられてきた水生植物による水質浄化法(植生浄化法)とその根圏に棲息する微生物(根圏微生物)の共生系を1つのシステムとして扱い、微生物の各種化学物質分解能も活用する新規水質浄化技術へと展開するべく、各種汚染への適用範囲が広く、経済的かつ効率的な"根圏浄化法"の確立を研究の全体構想としている。本研究では、特に水生植物による特定の根圏微生物の選択的集積メカニズムを明らかにし、根圏浄化法を合理的かつ効果的に適用するための知見を集積し、化学物質汚染浄化に資する根圏浄化法のプロトタイプを構築することを目的としている。平成23年度は、昨年度までの研究で得られた4-tert-ブチルフェノール(4-t-BP)分解菌Sphingobium fuliginis OMI株による4-t-BP分解反応について、分解産物分析側からのアプローチによってこれを明らかにするための実験を実施した。GC/MS分析の結果、OMI株は4-t-BPを芳香環のメタ開裂経路によって分解していることを明らかにした。また、OMI株のゲノム配列からも、芳香環のメタ開裂を触媒する酵素の関連遺伝子が見つかったことから、これらの遺伝子群が4-t-BP分解に関わっているものと推定された。

ここで見つかった遺伝子群はフェノール分解に関与するものと類似していたことから、OMI株の4-r-BP分解促進は、本研究の着想を得た、ウキクサ根圏におけるフェノールの分解促進現象と同様のメカニズムによるものと推定された。また、OMI株のビスフェノールA(BPA)分解経路についても検討し、OMI株がBPAの2つの芳香環のうちの1つを水酸化、メタ開裂を経て分解した後、残りの芳香環を開裂するという、細菌類では新規の分解経路であることを明らかにした。このように、水生植物と根圏微生物の共生系では、多様な芳香族化合物の分解促進が可能であることを示すことができた。今後、水生植物自身の活性と根圏微生物の根圏での安定性(定着化)に向けた検討が期待される。
メモリ内演算に基づく超低消費電力深層学習チップの開発

今年度は,ゲートレベル自己同期パイプライン技術を応用したバイナリ・ニューラルネットワーク向けアクセラレータの開発に取り組んだ.集積回路の消費電力を削減する手法の一つとして,電源電圧を,トランジスタのしきい値電圧以下にまで下げる,サブスレッショルド動作が知られている.しかし,サブスレッショルド領域ではトランジスタの特性ばらつきが顕在化し,パスごとの信号伝播遅延が大きくばらつきため,グローバルクロックに基づく同期回路設計は困難であった.そこで,今年度は,ゲートレベル自己同期回路に着目したクロックレス・アクセラレータの開発可能性を検討した.ゲートレベル自己同期回路は,論理ゲート単位で演算の終了を検知するとともに,ハンドシェイク通信によってデータの送受信を制御する方式である.そのため,論理ゲート自らが信号伝播遅延のばらつきに自己適応することで,動作速度の自律的な調整が可能である.具体的には以下の項目に取り組んだ.*バイナリ・ニューラルネットワーク向けアクセラレータの自己同期回路実装:65nmプロセスを想定し,自己同期回路を用いてニューラルネットワークアクセラレータを設計した.トランジスタサイズを最適化することで電源電圧を0.2V程度まで下げても正常動作することをシミュレーションにより確認した.*ゲートレベル自己同期回路の設計フロー立ち上げ:今後のチップ試作に向けて,自動設計ツールを活用できるよう,設計環境の整備に取り組んだ.具体的にはスタンダードセル及び自動配置配線ツールによる物理レイアウト設計フローを整備し,トップ階層まで自動配置配線によって設計できることを確認した.自動配置配線によるフローでアンテナルールを考慮させると大量のDRCエラーが出てしまうことが分かっている.実装しようとした回路密度の問題かを切り分けるために,次年度は小規模な演算器に絞って実装を進め,原因究明と対策に取り組む.次年度は構築した設計フローを用いて,試作コストの低い180nmプロセスを中心にチップ試作を進め,簡単な演算器を例にコンセプト実証に取り組む.同時に,ニューラルネットに限らず,暗号計算向けアクセラレータやイジング計算機などの周辺領域に対する自己同期回路の応用可能性を検討する.今年度は,ゲートレベル自己同期パイプライン技術を応用したバイナリ・ニューラルネットワーク向けアクセラレータの開発に取り組んだ.集積回路の消費電力を削減する手法の一つとして,電源電圧を,トランジスタのしきい値電圧以下にまで下げる,サブスレッショルド動作が知られている.しかし,サブスレッショルド領域ではトランジスタの特性ばらつきが顕在化し,パスごとの信号伝播遅延が大きくばらつきため,グローバルクロックに基づく同期回路設計は困難であった.そこで,今年度は,ゲートレベル自己同期回路に着目したクロックレス・アクセラレータの開発可能性を検討した.ゲートレベル自己同期回路は,論理ゲート単位で演算の終了を検知するとともに,ハンドシェイク通信によってデータの送受信を制御する方式である.そのため,論理ゲート自らが信号伝播遅延のばらつきに自己適応することで,動作速度の自律的な調整が可能である.具体的には以下の項目に取り組んだ.*バイナリ・ニューラルネットワーク向けアクセラレータの自己同期回路実装:65nmプロセスを想定し,自己同期回路を用いてニューラルネットワークアクセラレータを設計した.トランジスタサイズを最適化することで電源電圧を0.2V程度まで下げても正常動作することをシミュレーションにより確認した.*ゲートレベル自己同期回路の設計フロー立ち上げ:今後のチップ試作に向けて,自動設計ツールを活用できるよう,設計環境の整備に取り組んだ.具体的にはスタンダードセル及び自動配置配線ツールによる物理レイアウト設計フローを整備し,トップ階層まで自動配置配線によって設計できることを確認した.自動配置配線によるフローでアンテナルールを考慮させると大量のDRCエラーが出てしまうことが分かっている.実装しようとした回路密度の問題かを切り分けるために,次年度は小規模な演算器に絞って実装を進め,原因究明と対策に取り組む.次年度は構築した設計フローを用いて,試作コストの低い180nmプロセスを中心にチップ試作を進め,簡単な演算器を例にコンセプト実証に取り組む.同時に,ニューラルネットに限らず,暗号計算向けアクセラレータやイジング計算機などの周辺領域に対する自己同期回路の応用可能性を検討する.
腎疾患に対する神経型NO合成酵素遺伝子治療の可能性

慢性糸球体腎炎、高血圧性腎症、糖尿病性腎症のいずれにおいても腎機能低下の経過の中では糸球体硬化が認められ末期腎不全へと進行していく。糸球体硬化については糸球体内圧の上昇がその大きな要因であることが知られている。腎臓においては輸入細動脈と輸出細動脈および傍糸球体装置において尿細管-糸球体フィードバック機構(TGF)を形成し糸球体内圧を変化させて体液調節をおこなっている。神経型NO合成酵素(nNOS)は腎臓においてはこの部位に局在と発現の調節が報告され、糸球体内圧の調節に重要な働きをもつと考えられる。ラットにおいてnNOSの阻害をおこなうと糸球体濾過率が低下すること、糖尿病性腎症モデルラットにおいてnNOSが減少していくこと、腎不全モデルラットにおいて腎不全の進行とともに腎臓でのnNOSの発現が減少することが報告されている。また、自然発症高血圧モデルラットにNOS阻害剤を投与すると糸球体硬化を認め、高血圧の進行が早いことが報告されている。そこで、トリプルノックアウトマウスにおいて糸球体の変化を確認したところ、糸球体硬化像が野生型マウスに比べ強く発現していた。また、さまざまなNOSノックアウトマウスで尿量、尿浸透圧、血圧など評価をおこなった。収縮期血圧は内皮型NOS (eNOS)がノックアウトされている場合に上昇していた。ダブルノックアウトマウスにおいてはnNOS、eNOS、誘導型NOS (iNOS)の組み合わせに関係なく尿量の増加を認め、トリプルノックアウトマウスにおいて更なる増加を認め尿浸透圧の低下を認めた。トリプルノックアウトマウスではアクアポリン2蛋白の発現が減少しており、バゾプレッシンによる尿濃縮力も低下を示した。このためNOはTGFに関与し糸球体硬化において重要な役割をもっとともに、糸球体濾過量の変化および尿細管における水調節にも関与することが示唆された。高血圧性腎症、慢性腎炎、糖尿病性腎症いずれの疾患も最終的に糸球体硬化に至り腎不全へと進行する。糸球体硬化は糸球体内圧の上昇がその大きな要因であることが知られている。腎においては「輸入細動脈-傍糸球体装置-輸入細動脈」で尿細管ー糸球体フィードバック機構(TGF)を介し糸球体内圧を変化させ体液調節をおこなっている。神経型NOS(nNOS)はこの部位に局在と発現の調節が発見され、糸球体内圧の調節に重要な働きをもつと考えられる。ラットにおいてnNOSの選択的阻害をすると糸球体濾過率が低下すること、糖尿病性腎症のモデルでnNOSが減少していくこと、腎不全モデルラットで腎不全の進行と共に腎内のnNOSの発現が減少していくことが報告されており、糸球体内圧の減少という観点からnNOSは理論的には腎保護的に作用することが予想される。しかし腎保護作用を期待してnNOSを増やす試みはまだなされていない。腎不全治療の新しい治療法としてのnNOSの発現の増加を試みる。腎不全のモデルとして6分の5腎摘出ラットを作成。180g-200gのWistar ratの腹腔内に,pentbarbitalを注射し、麻酔後に開腹。右腎は摘出し、左腎の腎動脈の分枝を1ないし2本結紮し、左腎の3/2の腎梗塞を作る。コントロールグループは開腹術のみ行う。追加決定であった為、実験の開始進行が遅れているが、nNOSのcDNA組み込みアデノウィルスの作成を待って進めていく方針である。

腎臓においては輸入細動脈と輸出細動脈および傍糸球体装置において尿細管-糸球体フィードバック機構(TGF)を形成し糸球体内圧を変化させて体液調節をおこなっている。神経型NO合成酵素(nNOS)は腎臓においてはこの部位に局在と発現の調節が報告され、糸球体内圧の調節に重要な働きをもつと考えられる。ラットにおいてnNOSの阻害をおこなうと糸球体濾過率が低下すること、糖尿病性腎症モデルラットにおいてnNOSが減少していくこと、腎不全モデルラットにおいて腎不全の進行とともに腎臓でのnNOSの発現が減少することが報告されている。また、自然発症高血圧モデルラットにNOS阻害剤を投与すると糸球体硬化を認め、高血圧の進行が早いことが報告されている。そこで、トリプルノックアウトマウスにおいて糸球体の変化を確認したところ、糸球体硬化像が野生型マウスに比べ強く発現していた。また、さまざまなNOSノックアウトマウスで尿量、尿浸透圧、血圧など評価をおこなった。収縮期血圧は内皮型NOS(eNOS)がノックアウトされている場合に上昇していた。ダブルノックアウトマウスにおいてはnNOS、eNOS、誘導型NOS(iNOS)の組み合わせに関係なく尿量の増加を認め、トリプルノックアウトマウスにおいて更なる増加を認め尿浸透圧の低下を認めた。トリプルノックアウトマウスではアクアポリン2蛋白の発現が減少しており、バゾプレッシンによる尿濃縮力も低下を示した。このためNOはTGFに関与し糸球体硬化において重要な役割をもつとともに、糸球体濾過量の変化および尿細管における水調節にも関与することが示唆された。
歯周病リスク因子としての唾液蓄積ダイオキシン類の解析

本研究はヒト唾液中に含有されるダイオキシン濃度を測定することを試み,ダイオキシン蓄積の疫学的調査への可能性について検討するとともに,環境汚染にともなう人体への影響についてダイオキシン類と直接接触する歯肉上皮細胞を用いて,生体毒性を調べようとするものである.得られた結果は,以下の通りである.1.唾液に含有されるダイオキシン類の分析を行うために,本研究の主旨を理解し実験参加に同意した8人の健康成人より唾液を採取し,得られた唾液サンプルにRIラベルした内部標準物質を添加し,ジクロロメタンによって抽出後,LamparskiらやSmithらの方法を改変して妨害成分を除去した.2.全異性体の分離は高分解能ガスクロマトグラフィー(HRGC)を用い,高分解能質量分析計(HRMS)により定性分析するとともにSelected Ion Monitoring(SIM)モードで特定質量数のイオンを選択的にモニターし定量した.これまでに得られた結果から,ヒト唾液中の総コプラナーPCB(CoPCB)濃度は血中の約50%であり,血中には主として67置換のCoPCBがみられるのに対して,唾液中では34置換の化合物がみられることを明らかにした.3.歯肉上皮細胞(HGEC)はダイオキシン受容体であるaryl hydrocarbon receptor(AhR) mRNAを発現しており,血液および唾液中で主にみられた2,3',4,4',5-pentachlorobiphenyl (PCB118)あるいは1,2,3,4,6,7,8,9-octachlorodibenzo-p-dioxinによりIL-8産生が誘導された.また,歯周病原因子である線毛との共培養により,HGECからのIL-8産生が増強されることを明らかにした.以上の所見から,唾液中ダイオキシンは歯周組織において持続的な炎症性サイトカイン産生を誘導し,歯周病を含む慢性炎症性疾患のリスク因子として作用していることが示唆される.本研究はヒト唾液中に含有されるダイオキシン濃度を測定することを試み,ダイオキシン蓄積の疫学的調査への可能性について検討するとともに,環境汚染にともなう人体への影響についてダイオキシン類と直接接触する歯肉上皮細胞を用いて,生体毒性を調べようとするものである.本年度に得られた結果は,以下の通りである.1.唾液に含有されるダイオキシン類の分析を行うために,本研究の主旨を理解し実験参加に同意した8人の健康成人より唾液を採取し,得られた唾液サンプルにRIラベルした内部標準物質を添加し,ジクロロメタンによって抽出後,LamparskiらやSmithらの方法を改変して妨害成分を除去した.2.全異性体の分離は高分解能ガスクロマトグラフィー(HRGC)を用い,高分解能質量分析計(HRMS)により定性分析するとともにSelected Ion Monitoring(SIM)モードで特定質量数のイオンを選択的にモニターし定量した.これまでに得られた結果から,ヒト唾液中の総コプラナーPCB(CoPCB)濃度は血中の約50%であり,血中には主として67置換のCoPCBがみられるのに対して,唾液中では34置換の化合物がみられることを明らかにした.次年度は,唾液中ダイオキシンについてさらなる詳細な分析を進めるとともに,唾液中に多くみられるダイオキシン類によるヒト歯肉上皮細胞への作用について明らかにすることを計画している.本研究はヒト唾液中に含有されるダイオキシン濃度を測定することを試み,ダイオキシン蓄積の疫学的調査への可能性について検討するとともに,環境汚染にともなう人体への影響についてダイオキシン類と直接接触する歯肉上皮細胞を用いて,生体毒性を調べようとするものである.得られた結果は,以下の通りである.1.唾液に含有されるダイオキシン類の分析を行うために,本研究の主旨を理解し実験参加に同意した8人の健康成人より唾液を採取し,得られた唾液サンプルにRIラベルした内部標準物質を添加し,ジクロロメタンによって抽出後,LamparskiらやSmithらの方法を改変して妨害成分を除去した.2.全異性体の分離は高分解能ガスクロマトグラフィー(HRGC)を用い,高分解能質量分析計(HRMS)により定性分析するとともにSelected Ion Monitoring(SIM)モードで特定質量数のイオンを選択的にモニターし定量した.これまでに得られた結果から,ヒト唾液中の総コプラナーPCB(CoPCB)濃度は血中の約50%であり,血中には主として67置換のCoPCBがみられるのに対して,唾液中では34置換の化合物がみられることを明らかにした.3.歯肉上皮細胞(HGEC)はダイオキシン受容体であるaryl hydrocarbon receptor(AhR) mRNAを発現しており,血液および唾液中で主にみられた2,3',4,4',5-pentachlorobiphenyl (PCB118)あるいは1,2,3,4,6,7,8,9-octachlorodibenzo-p-dioxinによりIL-8産生が誘導された.また,歯周病原因子である線毛との共培養により,HGECからのIL-8産生が増強されることを明らかにした.以上の所見から,唾液中ダイオキシンは歯周組織において持続的な炎症性サイトカイン産生を誘導し,歯周病を含む慢性炎症性疾患のリスク因子として作用していることが示唆される.
制限付RBF法と脳磁場計測法を用いてbimusicalの習得過程の神経基盤を探る

本研究の成果は,次の3点にまとめられる。第1の成果は,人間の調性スキーマの学習過程を模すことのできる計算モデルを構築したことである。第2の成果は,音楽聴取の初期経験が調性処理の脳活動に与える影響を脳機能計測実験によって観察したことである。第3の成果は,音楽のグローバル化が進んでいる現代においても,依然として文化間で調性スキーマが大きく異なることを実験的に確認したことである。本年度の研究成果は,以下2点である。[1]聞き手の脳は,どのような学習メカニズムに支えられ,音楽スキーマを習得するのだろうか。本研究では,人工的ニューラルネットワーク・Restricted Radial Basis Function Network(制限付RBF)を構築し,そのネットワークに西洋音楽と日本伝統音楽を入力した。制限付RBFが両文化の音楽を学習した結果,ネットワーク内部の組織上に作られた西洋音楽に反応するユニットと日本伝統音楽に反応するユニットの空間的特徴は,西洋音楽ー日本伝統音楽のbi-musicalな聞き手において観察された脳活動のそれと矛盾しないことが分かった。[2]上記[1]において構築した制限付RBFのどこを,どのように修正することで,文化差および発達差を説明できるのだろうか。この疑問に取り組むためには,これまでの研究対象であった日本人大学生からのデータだけでなく,外国人からのデータ,および,大学生とは異なる年齢層の日本人からのデータも必要となる。この意図のもと,本年度は,中国人,韓国人,インドネシア人,ベトナム人,ドイツ人,北米人などに,西洋音楽と日本伝統音楽を聞かせ,彼らから知覚反応データと感情的反応データを得る行動実験を実施した(現在も継続中である)。現在のデータを分析した結果からは,日本伝統音楽だけでなく,西洋音楽に対しても,外国人と日本人大学生の間で知覚的反応と感情的反応は異なる可能性が高いこと示唆されている。本年度は,現在までに蓄積してきた行動実験及びニューロイメージング実験の知見を基に,人間の調性知覚を模した計算モデルを構築した(Matsunaga, Hartono, & Abe, 2015)。具体的には,調性の脳内学習メカニズムは文化間で共通であるという仮説のもとに,誤差逆伝搬法による学習アルゴリズムを備え,かつ,学習前には(特定の音楽文化を前提としない)普遍的な特徴のみを備えた多層型パーセプトロンを計算機上の構築した。そして,そのモデルに西洋音楽の一般的な楽曲群を入力し,西洋音楽の一般的な聞き手による調性知覚を教師信号として与えて学習させたところ,モデルは西洋音楽の子どもが示す調性的感受性の発達過程を正確にシミュレートできることが示された。このことから,人間の調性的感受性の発達過程に関して,以下2つの示唆が得られた。1つ目は,音楽に曝されることで,調性的感受性に関与する神経回路は少しずつ連続的に変化している可能性である。2つ目は,調性的感受性の変化は,あらかじめ決められた年齢的なスケジュールに即しているというよりも,曝される音楽の経験量に依存している部分が大きいという可能性である。上記[1]の結果を基に学会発表2点を行った。現在は,その結果をまとめた論文を作成している。また,2015年度では,[2]の実験結果を国内外の学会にて発表予定であり,既に一部の学会にはエントリーしている。実験心理学今後は,構築した制限付RBFモデルを拡張し,音楽知覚に見られる文化差,および,発達差を説明できるように努める。そのため,現在既に着手している外国人対象の実験に加え,日本人シニア層を対象とした実験を行う。これらの実験で得た反応データを基に,彼らの脳活動を測定する脳機能計測実験を実施する。それと並行して,まずは行動データを基に,制限付RBFの拡張と修正を行う。2014年11月に,現在使用している脳磁場測定装置(北海道大学医歯学総合研究棟)が故障し,データが正確に測定できない状態となった。そのため,脳機能計測実験を中断した。これに伴い,研究代表者が予定していた旅費数回分(静岡理工科大学北海道大学),及び,謝金などの支払いを2015年度の予算に繰り越すことにした。2015年4月に脳磁場測定装置の故障の修理が終わったという連絡を受けた。今後は,被験者を再募集して,中断していた脳機能計測実験を再開する。
歯胚分化過程におけるカルシウムチャンネル、カルシウムポンプの遺伝子発現

電位依存性カルシウムチャンネルのα1(A,B,C,D)とβ(β1、β2、β3、β4)サブユニットの遺伝子発現局在所をラット成獣、発達過程でin situハイブリダイゼーションによって示した。成獣脳ではAおよびBは主に小脳皮質、海馬に、特にAではプルキンエ細胞に強く、CおよびDでは嗅球僧帽細胞、顆粒細胞、歯状回に主に発現していた。β1は嗅球僧帽細胞と歯状回に、β2は海馬とプルキンエ細胞に強い発現がみられた。β3は嗅球僧帽細胞、顆粒細胞、内側手綱核に、β4は嗅球僧帽細胞、プルキンエ細胞、顆粒細胞に強い発現がみられた。このα1とβサブユニットのパターンの比較で、β4はAのP型チャンネルと、β1とβ3はDとCのL型チャンネルと複合していると思われる。しかし、パターンの不一致が幾つかの脳領域にみられた。L型チャンネルのCの遺伝子発現ではグリア細胞にもはっきりした発現がみられた。発達過程の脳では、すべてのα1及びβサブユニットで外套層に発現が認められたが、脳室神経上皮細胞層には認められず、嗅球、海馬、小脳を除きほとんどの脳の領域において、生後の早期に発現の減少を認めた。これはカルシウムチャンネルが神経細胞の分化に密接な関係を持っていることを示唆する。歯胚ではA,Bはdentinogenesisのmantle zoneの形成期に一致してオドントブラストに発現し、C,Dは特定の時期に一致する発現の増減は認められず、比較的低いレベルで一定であった。また、どのタイプのカルシウムチャンネルも石灰化開始に呼応した発現はなかった。これは石灰化に必ずしも細胞内をカルシウムイオンが通過する必要が無いことを強く示唆するものである。今後ナトリウム/カルシウム交換系など、カルシウム関連の蛋白質の遺伝子発現に関する知見の蓄積が石灰化の解明にぜひとも必要であり、この視点に立って研究を進めるつもりである。
中性子星において回転する超流動体の研究

中性子星の内部には中性子がペアを組んでギャップを持ち、超流動状態になっていると考えられている。このことは理論的にも、いくつかの観測からも確立している。密度の低い領域ではスピン・シングレットのペアを組んでいるが、密度が核密度程度になると、3P2というスピン・トリプレットで軌道角運動量が1、全角運動量が2のペアを組んでいることが理論的に予言されている。本研究課題の主要テーマは3P2超流動のトポロジカルな性質を解明することであった。3P2超流動は実空間及び運動量空間の両方において豊富なトポロジカルな性質を持っていることがわかった。中性子星は高速回転をしているので、回転軸にそって1019本程度の渦が生成され格子を組んでいる。3P2超流動をギンツブルグ・ランダウ理論及びボゴリューボフ・ドジャン方程式の枠組みで基底状態を調べると、弱極限ではネマティック相になっていることがわかった。また、磁場が小さいときは、1軸ネマティック相、磁場の強い場合はD2対称性を持った2軸ネマティック相、さらにマグネター程度に強いとD4対称性を持った2軸ネマティック相となっていることがわかった。また、最後の場合は、整数渦は半整数渦2つに分裂して、この半整数渦は交換操作が非可換な、非可換量子渦であることがわかった。また、これらの渦の渦芯が磁化していることがわかった。次に運動量空間のトポロジーを調べると、あるクラスのトポロジカル超伝導になっていることがわかった。これにより3P2超流動の表面にトポロジーで守られたギャップレスなマヨラナ・フェルミオンが存在していることがわかった。また、表面に垂直方向に磁場をかけると、ギャップがあくことがわかった。このため3P2超流動が球面であれば、極付近でギャップがあき、赤道付近ではギャップレスに保たれているため、異方的に磁化していることがわかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。磁場下のトリプレットの中性子超流動をGinzburg-Landau理論を用いて解析した。基底状態を決定し、整数渦の解を構成しその性質を調べた。渦の内部で自発磁化があることを見出した。高密度QCDのクォーク物質において、カラーフレーバー固定相においては非アーべリアン渦が存在するが、それによるアハラノフ・ボーム効果を発見した。渦のコアには、マヨラナ・フェルミオンと南部ゴールドストーンモードが局在することが知られていたが、それらの間の相互作用を決定した。中性子超流動の研究においては、1本の出版論文と1本のプレプリントを執筆した。これにより、中性子トリプレット超流動の磁場下での基底状態がわかり、さらに整数量子渦と半整数量子渦の状態がはっきりとした。よって、これだけでも、研究は順調に進んでいる。また、カラー超伝導においては、非アーべリアン渦がアハラノフ・ボーム効果を示すということが、わかった。また、渦のコアにおける、マヨナラ・フェルミオンと南部ゴールドストーンボソンの相互作用を決定した。これらの部分は、当初の研究計画に入っていなかった結果であるので、全体としては当初の計画以上に進展している。中性子超流動においては、中性子星の実際の観測とつなげる結果を出したい。また中性子星のパルサー・グリッチ現象などを、非可換な渦を用いて説明をしたい。カラー超伝導においては、アハラノフ・ボーム効果の物理的な帰結を議論して、これも中性子星の観測可能量と結びつけたい。
自然物や自然現象のかたちと動きのビジュアルシミュレ-ション

研究実施計画に従い実績を述べる.1.山岳地形について再帰的に尾根線を自動生成するデ-タ増幅型のアルゴリズムを開発し,その有効性をシミュレ-ションにより確認した.季節感の表現の開発の一貫として,積雪のある山岳景観のレンダリング法を開発した.2.樹木について枝の枝垂れの多くや樹冠の形成は芽の向日性によるとする仮定の有効性を計算機シミュレ-ションにより検証した.3.水流について既開発の流体粒子の行動モデルをミラククラウンのような水滴の動きもシミュレ-ション可能なものへと拡張することを試みた.4.炎・煙について渦場と粒子の行動モデルと,粒子の流れで表現された煙や炎のレンタリング法を開発し,その有効性をシミュレ-ションにより確認した.5.ひび割れについてうわ薬の厚さを決定するためのうわ薬の“垂れ"のシミュレ-ション法とうわ薬の厚さに応じて動作する行動モデルを開発し,その有効性をシミュレ-ション例により確認した.6.その他について岩盤中の節理に従った岩場形状の生成アルゴリズムと侵食アルゴリズムの開発を試み,良好な感触を得ている.7.成果の公表について(1)はテレビジョン学会誌に,(2)は電子情報通信学会論文誌に投稿中である.また,CG作品(スライド)をACMーSIGGRAPH'91に投稿している.さらに,いずれについても,情報処理学会全国大会,NICOGRAPH'90,および情報処理学会「グラフィクスとCAD」研究会などにおいて講演発表を行った.研究実施計画に従い実績を述べる.1.山岳地形について再帰的に尾根線を自動生成するデ-タ増幅型のアルゴリズムを開発し,その有効性をシミュレ-ションにより確認した.季節感の表現の開発の一貫として,積雪のある山岳景観のレンダリング法を開発した.2.樹木について枝の枝垂れの多くや樹冠の形成は芽の向日性によるとする仮定の有効性を計算機シミュレ-ションにより検証した.3.水流について既開発の流体粒子の行動モデルをミラククラウンのような水滴の動きもシミュレ-ション可能なものへと拡張することを試みた.4.炎・煙について渦場と粒子の行動モデルと,粒子の流れで表現された煙や炎のレンタリング法を開発し,その有効性をシミュレ-ションにより確認した.5.ひび割れについてうわ薬の厚さを決定するためのうわ薬の“垂れ"のシミュレ-ション法とうわ薬の厚さに応じて動作する行動モデルを開発し,その有効性をシミュレ-ション例により確認した.6.その他について岩盤中の節理に従った岩場形状の生成アルゴリズムと侵食アルゴリズムの開発を試み,良好な感触を得ている.7.成果の公表について(1)はテレビジョン学会誌に,(2)は電子情報通信学会論文誌に投稿中である.また,CG作品(スライド)をACMーSIGGRAPH'91に投稿している.さらに,いずれについても,情報処理学会全国大会,NICOGRAPH'90,および情報処理学会「グラフィクスとCAD」研究会などにおいて講演発表を行った.
肝臓を介する予測制御的体液恒常維持機構の解明:特に受容機構と中枢機構

我々は,門脈ー肝臓領域に存在するNa^+受容器に関し,以下の報告を行ってきた。1.この領域のNa^+濃度が増加すると,コリン作動性神経を介し腸管でのNa^+吸収が抑制され,腎交感神経を介し腎臓からのNa^+排泄が増加する。2.この応答はNa^+特異的であり,浸透圧に反応したものではない。3.このNa^+受容機構を介する体液恒常性維持機構は,日常の摂食のような生理的状態でのNa^+バランス維持に重要な役割を果たしており,肝臓除神経すると,高食塩食負荷に対するNa^+排泄が遅延する。4.また,肝硬変ではNa^+受容機構の感度が低下し,この病態での体液維持機構破綻の原因となっている。以上のように,門脈ー肝臓領域Na^+受容器の求心路,遠心路,効果器等についての報告を行ってきたが,その受容機構および中枢機構については不明である。したがって,本研究はこの2点を明らかにするために行い,以下の結果を得た。1.肝臓のNa^+感受性神経は延髄および視床下部の自律神経および体液向上性維持に関与する中枢に投射する。2.門脈ー肝臓領域Na^+受容機構にブメタナイド感受性Na^+K^+2Cl^-共輸送体が関与している。また,ブメタナイド感受性Na^+K^+2Cl^-共輸送体は,門脈ー肝臓領域のK^+濃度感知にも関わっており,肝門脈内のK^+濃度が増加すると腎臓からのK^+排泄が増加する。門脈-肝臓領域のNa受容機構の中枢投射を調べるため,この受容機構を刺激し,中枢でのニューロン興奮に伴い核内で産生されるFosタンパクを免疫染色した。受容機構刺激は以下の2つの方法を用いた。1)肝門脈内高張NaCl溶液投与に応答する肝臓求心神経の電気刺激。2)肝門脈内への種々の高張溶液投与。電気刺激および肝門脈内高張NaCl溶液投与により最終野,孤束核,第3脳室周囲核,視策上核等にFosが発現した。しかし,肝門脈内高張マンニトール溶液投与,あるいは高張LiCl溶液投与ではFosは発現しなかった。以上の結果より,門脈-肝臓領域のNa受容機構は延髄,視床下部の自律神経中枢および体液恒常性維持に関与する中枢に投射していることが分かった。さらに,このシステムは他の高張溶液には応答せず,Naに特異的であることが分かった。長期の体液恒常性維持における門脈-肝臓領域Na受容機構の役割を調べるため,肝門脈あるいは下大静脈に等張あるいは高張NaCl溶液を2週間にわたり持続投与し,Naバランス,飲水行動,食塩嗜好性,血圧の変化を調べた。肝門脈投与群に比べ下大静脈投与群では,高張溶液投与時に有意に正のNaバランスを示し,血圧の上昇も大であった。また,肝門脈投与群では高張溶液投与時に食塩嗜好性が抑えられるが,下大静脈投与群ではこの効果は見られなかった。以上の結果により,門脈-肝臓領域Na受容機構は行動性調節を介し,長期の体液恒常性維持に重要な役割を果たしていることが分かった。門脈-肝臓領域Na受容器を介する反射性体液恒常性維持機構の求心路,中枢経路,遠心路,効果器,生理学的および病態生理学的役割に関し,種々の報告をしてきた。しかしその受容機構に関しては不明である。本年度の研究においては,受容機構を解明するため,麻酔下のラットを用い,種々の薬剤投与前後で肝門脈内高張NaCl溶液投与に対する肝臓求心神経活動の応答を調べた。この神経は高張NaCl,NaHCO_3に対し用量依存性に興奮するが、LiCl,マンニトールに対しては全く応答しない。

従って,Na^+-sensitiveであると考えられ,各種Na^+transporterの阻害薬投与前後でのNaClに対する応答を検討した。高張NaCl溶液に対する応答は肝門脈内amiloride投与により影響されなかったが,ouabain, furosemide,bumetanide投与により用量依存性に抑制された。従って,門脈-肝臓領域Na受容機構にbumetanide-sensitive Na^+K^+2Cl^- cotransporterが関与する事が解明された。さらに,この神経はK^+濃度上昇に対し,用量依存性に応答する。この応答の生理学的意義を調べるため,肝門脈内に微量のKCl溶液を投与し,尿中K^+排泄を測定した。静脈内投与に対し,肝門脈内投与では有意に多くのK^+を排泄した。従って,門脈-肝臓領域bumetanide-sensitive Na^+K^+2Cl^- cotransporterを介する受容機構はNa^+のみならずK^+の恒常性維持にも関与していることが解明された。生体内に存在するNa^+受容器として、視床下部、味蕾、腎のmacula densa(Na^+受容器というよりもむしろCl^-受容器)などが知られている。このうち、視床下部のNa^+受容器に関してはその受容機構は不明であるが、味蕾はアミロライド感受性Na^+チャネルを介し、macula densaはNa^+K^+2Cl^-共輸送体を介してNa^+濃度を感知していることが確かめられている。門脈-肝臓領域Na^+受容器も何らかのNa^+輸送機構を介し、Na^+濃度を感知しているのではないかと考え、種々のNa^+輸送機構に対する阻害薬投与前後で、肝門脈内高張NaCl溶液投与に対する、肝臓求心神経活動の応答を調べた。ネンブタール麻酔下のラットにおいて、肝門脈内0.75MNaCl溶液投与に対し、肝臓求心神経活動は用量依存性の増加を示した。この応答は、肝門脈内アミロライド、SITS投与では全く影響を受けなかったが、ウアバイン、フロセミド、ブメタナイド投与により、用量依存性に抑制された。したがって、門脈-肝臓領域Na^+受容機構にNa^+K^+2Cl^-共輸送体が関与している可能性が示唆された。門脈-肝臓領域Na^+受容器のNa^+受容機構にNa^+K^+2Cl^-共輸送体が関与しているということから考え、この受容器はCl^-およびK^+濃度に対しても応答する可能性がある。しかし、肝門脈内高張LiCl溶液投与に対して、肝臓求心神経は応答しないことから、Cl^-濃度に対する応答性は否定された。しかし、K^+濃度に対する応答は不明である。したがって、肝門脈内K^+濃度に対する肝臓求心神経活動の応答を麻酔下のラットを用いて調べた。肝門脈内に等張KCl+NaCl溶液を投与すると、肝臓求心神経活動はK^+濃度依存性の増加を示した。この応答は肝門脈内ブメタナイド投与により用量依存性に抑制されたことから、Na^+K^+2Cl^-共輸送体がK^+濃度感知にも関わっていることが示唆された。さらに、門脈・肝臓領域K^+受容器の役割を調べるため、麻酔下のラットを用い、微量の等張KCl+NaCl溶液肝門脈内投与あるいは下大静脈内投与に対する尿中K^+排泄を測定した。微量投与により血中K^+濃度は有意な上昇を示さなかったにも関わらず、肝門脈内投与では尿中K^+排泄の有意な増加が認められた。一方、下大静脈内投与では尿中K^+排泄は肝門脈内投与に比べて有意に少なかった。