hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非特異的結合のない超高感度ウィルス検出に向けたデジタル免疫測定法

本研究では、独自に開発した1分子デジタル酵素結合免疫吸着(デジタルELISA)法を改良して、標識抗体の非特異的結合の影響を受けない超高感度デジタルELISA法の確立を目指している。デジタルELISA法では、確率的に1分子の捕捉抗体ー抗原ー酵素標識抗体のELISA複合体をマイクロビーズ上に固定化し、これを1個ずつ体積フェムトリットルサイズの超微小溶液チャンバーに封入する。ビーズがELISA複合体を結合する場合、酵素が産生する蛍光性反応生成物がチャンバー中に蓄積するため、光るチャンバー数を数え上げるだけで抗原分子数を1分子単位で検出することができる。これまで、通常法と比較して100万倍という超高感度化に成功しており、ウィルス等の感染因子の超高感度検出への応用が強く期待されている。しかし、現在用いられている標識用の酵素であるβ-ガラクトシダーゼ(β-gal)は、反応速度が毎秒10回程度と遅く、定量的な蛍光強度計測が極めて難しい。そこで、本プロジェクトでは、まずβ-galを、蛍光アッセイ用の人工基質(FDG)に最適化するための進化分子工学実験に取り組んでいる。これまでに、野生型β-gal遺伝子をクローニングし、その配列確認を行った。その後、β-galの精製法を確立した後酵素速度論的な評価を行った結果、文献値とほぼ一致することを確認した。また、精製β-galの安定な保存条件も探索し、再現性の良い酵素評価系の確立に成功した。更に、酵素のスクリーニング実験に向けて、マイクロチャンバーアレイデバイスで1分子からの無細胞タンパク質合成を実現した。スクリーニングの際、遺伝子型と表現型を対応づけるため、1分子DNAを回収・増幅する技術を確立した。それにより、優れたタンパク質変異体を遺伝子レベルで簡単に調べられるようにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。デジタルELISA法では、確率的に1分子の捕捉抗体-抗原-酵素標識抗体のELISA複合体をマイクロビーズ上に固定化し、これを1個ずつ体積フェムトリットルサイズの超微小溶液チャンバに封入する。ビーズがELISA複合体を結合する場合、酵素が産生する蛍光性反応生成物がチャンバ中に蓄積するため、光るチャンバ数を数え上げるだけで抗原分子数を1分子単位で検出することができる。しかし、酵素標識抗体のビーズへの非特異的結合が原因で、超高感度デジタルELIAの再現性は低いという問題があった。そこで、本研究では、非特異的吸着する標識抗体が通常1分子であることに着目し、非特異的吸着とELISA複合体を光学的に分離したウィルス粒子を標的としたデジタルELIA法の確立を目指している。すなわち、標識抗体結合サイトを持つウィルスに2分子以上の標識抗体を結合させ、1分子ではなく、2分子以上の信号を発するチャンバ数だけをカウントすることで、真のELISA複合体だけを検出する。このためには、定量性の高い酵素反応検出が必要となる。H26年度までに2つの大きな成果があがった。1つは本プロジェクトのタイトル通りのウイルス粒子のデジタル計測である。インフルエンザのノイラミニダーゼ活性を利用した蛍光アッセイを超微小溶液チャンバーで実施することで1粒子毎のカウンティングに成功した。その結果、1mLあたり10粒子程度しか無い極めて希薄ウイルス溶液を用いても信号が検出され、PCR並みの感度が確認された。これは、当初の目論見通りELISAにおける非特異的吸着を抑えることで感度が格段に向上されたことを示す。また、興味深いことにプラーク形成数(ウイルス力価;PFU)と比較したとき、我々のデバイスで得られる信号数は数十倍大きかった。これは感染能を有するウイルス粒子数に対してノイラミニダーゼ活性を有する粒子数(PFU to virus particle ratio)が数十倍もあり、感染性粒子は全体の数%しか無いことを意味する。本プログラムの2つ目の成果は超微小溶液チャンバー中での無細胞タンパク質合成系の確立である。精製された因子だけを含む大腸菌由来無細胞タンパク質合成系を超微小溶液チャンバー中に封入し、その合成活性を確認した。当初は、油層との相互作用や、高濃度タンパク質溶液によるデバイス表面の吸着などの問題が多発し、良好な活性を得ることができなかったが、デバイスの前処理や油層成分の検討により、ほぼ試験管内合成と遜色の無い活性を得ることに成功した。さらに1分子の鋳型DNAを確率的に封入することで1分子DNAからの転写・翻訳にも成功している。

その結果、各DNA分子からの合成が非常に定量的に計測することができ、CVがおおよそ20-30%であることが分かった。本システムは注目する溶液チャンバーの内容物をマイクロピペットで回収することができるため、このシステムは進化分子工学に応用できる。今後このシステムを用いた実際の進化実験に挑む。本研究では、独自に開発した1分子デジタル酵素結合免疫吸着(デジタルELISA)法を改良して、標識抗体の非特異的結合の影響を受けない超高感度デジタルELISA法の確立を目指している。デジタルELISA法では、確率的に1分子の捕捉抗体ー抗原ー酵素標識抗体のELISA複合体をマイクロビーズ上に固定化し、これを1個ずつ体積フェムトリットルサイズの超微小溶液チャンバーに封入する。ビーズがELISA複合体を結合する場合、酵素が産生する蛍光性反応生成物がチャンバー中に蓄積するため、光るチャンバー数を数え上げるだけで抗原分子数を1分子単位で検出することができる。これまで、通常法と比較して100万倍という超高感度化に成功しており、ウィルス等の感染因子の超高感度検出への応用が強く期待されている。しかし、現在用いられている標識用の酵素であるβ-ガラクトシダーゼ(β-gal)は、反応速度が毎秒10回程度と遅く、定量的な蛍光強度計測が極めて難しい。そこで、本プロジェクトでは、まずβ-galを、蛍光アッセイ用の人工基質(FDG)に最適化するための進化分子工学実験に取り組んでいる。これまでに、野生型β-gal遺伝子をクローニングし、その配列確認を行った。その後、β-galの精製法を確立した後酵素速度論的な評価を行った結果、文献値とほぼ一致することを確認した。また、精製β-galの安定な保存条件も探索し、再現性の良い酵素評価系の確立に成功した。更に、酵素のスクリーニング実験に向けて、マイクロチャンバーアレイデバイスで1分子からの無細胞タンパク質合成を実現した。スクリーニングの際、遺伝子型と表現型を対応づけるため、1分子DNAを回収・増幅する技術を確立した。それにより、優れたタンパク質変異体を遺伝子レベルで簡単に調べられるようにした。H26年度は、ウイルスの計測と、無細胞タンパク質合成系の両方で大きな進捗があった。1ウイルスの1粒子計測;インフルエンザのノイラミニダーゼ活性を計測するため市販の蛍光アッセイを用いた。溶液条件等を検討したところ、若干アルカリ側の溶液において良好な蛍光信号がとれることが分かり、インフルエンザ1粒子の検出に成功した。この手法によって計測したウイルス粒子数は、pfu値と比較して50-100倍高いことが判明した。これは、細胞に感染性をもつ粒子数は全体の1-2%しかないことを意味しており非常に興味深い。北大医学部の大場教授や東大医科研の河岡研と、この発見の解釈について議論している。2無細胞タンパク質合成:進化分子工学への応用を考えて、フェムトリットルチャンバー中におけるタンパク質合成を検討したところ、溶液組成や油の種類を数十種類検討することで1DNAからの合成活性が確認出来る条件を見つけ出した。
脈翅目昆虫の共生細菌が産生する殺虫性蛋白質に関する基礎研究

本研究者は,脈翅目ウスバカゲロウ科昆虫に属するクロコウスバカゲロウ幼虫には殺虫性蛋白質を産生する細菌類が共生する.本研究では,それらの共生細菌類が産生する殺虫性蛋白質の構造を解明するとともに,蛋白質の諸性質を明らかにすることを目的とした.本研究の開始時点では,殺虫性蛋白質を産生する細菌としてEnterobacter aerogenesが得られていた.しかし殺虫性蛋白質を産生するクロコウスバカゲロウ幼虫の共生細菌はE. aerogenesだけではないと考え,同じような性質を示す共生細菌を探索した結果,Basillus cereusを見出した.本菌は,殺虫活性を示すphospholipase C (PLC)を分泌することで知られている.そこで,クロコウスバカゲロウ幼虫の吐き戻し液にPLCが含まれているのかどうか調べた結果,吐き戻し液から一定の割合でPLCが検出された.PLCとは異なる殺虫性蛋白質をB.cereusの培養液から精製した結果,分子量約70Kの蛋白質Toxin 1および分子量約35Kの蛋白質Toxin 2を単離した.Toxin 1および2は,それぞれzinc methalloprotease inh2Aおよびsphingomyelinase Cと相同性を示した.両蛋白質をコードする遺伝子をB.cereusからクローニングして塩基配列を解読することにより,それらの全一次構造を解明した.一方,クロコウスバカゲロウ幼虫の素嚢から共生細菌類を単離し,ハスモンヨトウ幼虫に対して経口的に投与した.その結果,多くの細菌類がハスモンヨトウ幼虫に対して顕著な感染性を示し,投与開始後数日以内に幼虫を死滅させることを見出した.以上のような研究と併行して,殺虫性蛋白質の試験系の一つとして,ネオニコチノイド系殺虫剤に対して様々な感受性を示すニコチン性アセチルコリン受容体をも構築した.本研究者は,脈翅目ウスバカゲロウ科昆虫に属するクロコウスバカゲロウ幼虫には殺虫性蛋白質を産生する細菌類が共生する.本研究では,それらの共生細菌類が産生する殺虫性蛋白質の構造を解明するとともに,蛋白質の諸性質を明らかにすることを目的とした.本研究の開始時点では,殺虫性蛋白質を産生する細菌としてEnterobacter aerogenesが得られていた.しかし殺虫性蛋白質を産生するクロコウスバカゲロウ幼虫の共生細菌はE. aerogenesだけではないと考え,同じような性質を示す共生細菌を探索した結果,Basillus cereusを見出した.本菌は,殺虫活性を示すphospholipase C (PLC)を分泌することで知られている.そこで,クロコウスバカゲロウ幼虫の吐き戻し液にPLCが含まれているのかどうか調べた結果,吐き戻し液から一定の割合でPLCが検出された.PLCとは異なる殺虫性蛋白質をB.cereusの培養液から精製した結果,分子量約70Kの蛋白質Toxin 1および分子量約35Kの蛋白質Toxin 2を単離した.Toxin 1および2は,それぞれzinc methalloprotease inh2Aおよびsphingomyelinase Cと相同性を示した.両蛋白質をコードする遺伝子をB.cereusからクローニングして塩基配列を解読することにより,それらの全一次構造を解明した.一方,クロコウスバカゲロウ幼虫の素嚢から共生細菌類を単離し,ハスモンヨトウ幼虫に対して経口的に投与した.その結果,多くの細菌類がハスモンヨトウ幼虫に対して顕著な感染性を示し,投与開始後数日以内に幼虫を死滅させることを見出した.以上のような研究と併行して,殺虫性蛋白質の試験系の一つとして,ネオニコチノイド系殺虫剤に対して様々な感受性を示すニコチン性アセチルコリン受容体をも構築した.アリジゴクと呼ばれる脈翅目昆虫の幼虫は,唾液(胃液)を獲物にまず注入して獲物の内部組織を消化した後,体液を吸汁する.筆者は,アリジゴクの唾液には強力な殺虫活性を示す蛋白質が含まれおり,これらが獲物を捕食する前に毒としてはたらいていること,そしてそれらがアリジゴク体内の微生物により生産されていることを発見した.本研究では,まずアリジゴクの一種であるクロコウスバカゲロウ幼虫体内の腹部(中腸)に共生し,殺虫性蛋白質を生産する微生物を探索した.その結果,殺虫性蛋白質を産生する微生物としてEnterobacter aerogenesを単離した.E. aerogenesは,嫌気条件で培養したときにのみ殺虫性蛋白質を生産し,その活性成分は熱ショック蛋白質の仲間であるシャペロニンであった.殺虫性シャペロニンは,数ngオーダーで各種の昆虫を瞬時麻痺させた.興味深いことに,本蛋白質は,GroELと同様にGroES蛋白質およびATP存在下,塩酸グアニジンで失活させた数種の酵素を回復させた.すなわち,筆者が見出したシャペロニンは,E. aerogenesから細胞外に放出されたとき昆虫毒としてはたらき,細胞内では変性した蛋白質のフォールディングを手助けしていることを見出した.また,クロコウスバカゲロウ幼虫およびヨツボシクサカゲロウ幼虫の大顎腺に潜み殺虫性蛋白質を生産する微生物を探索した.その結果,どちらの昆虫種からも殺虫性蛋白質を生産する微生物としてBacillus属の細菌を単離した.とくに,クロコウスバカゲロウ幼虫の大顎腺から単離した細菌は,分子量約70Kの蛋白質を生産することを見出した.

平成13年度の研究で,脈翅目ウスバカゲロウ科昆虫に属するクロコウスバカゲロウ幼虫から,殺虫性蛋白質を産生する微生物としてBacillus cereusを単離した.本菌は殺虫活性を示すPhospholipase C(PLC)を分泌することが知られている.そこで,クロコウスバカゲロウの唾液にPLCが含まれているかどうか調べた結果,鳥取市東部沿岸地域で採集したクロコウスバカゲロウ幼虫のうち約3割程度の幼虫の唾液からPLCが検出された.このことから,本菌は場合により幼虫と共存し,唾液の殺虫活性の向上に寄与するものと考えられた.幼虫から単離したB. cereusを振とう培養し,注射法で殺虫活性を示し,PLCとは異なる蛋白質を培養液から精製した.その結果,培養液には分子量約70Kの蛋白質(Toxin 1,昨年度の報告書に記載)に加えて分子量約35Kの蛋白質(Toxin 2)が単離された.蛋白質のN末端アミノ酸配列分析から,Toxin 1はzinc methalloprotease inhA2,Toxin 2はsphingomyelinase Cであることが示唆された.2種の殺虫性蛋白質をコードする遺伝子をB. cereusからクローニングし,それらの塩基配列を解読した結果,DNAの塩基配列から推定されるToxin1およびToxin 2のN末端のアミノ酸配列は,精製した蛋白質のN末端アミノ酸配列と完全に一致した.以上のような研究を進める一方,殺虫性蛋白質の試験系の一つとして,ネオニコチノイド系殺虫剤に高い感受性を示すニコチン性アセチルコリン受容体も構築した.哺乳動物のnAChRとは異なり,これまで誰も昆虫のnAChRの効果的な発現に成功していない.そこで,α7nAChRのloop D領域を一部改変し,ネオニコチノイドと強く相互作用する擬似昆虫型受容体を構築することに成功した.
陽電子消滅分光法を用いた金属中の格子欠陥に捕獲された水素の非破壊定量評価

本研究は陽電子消滅分光法を用いた金属材料中の水素が捕獲されるサイトと量を非破壊で検出する実験手法を確立することを目的として、(1)水素捕獲前後における空孔型欠陥の陽電子寿命値の変化の実験による取得、(2)上記の寿命値の変化のシミュレーションによる取得、(3)透過型電子顕微鏡観察による欠陥検出と昇温脱離ガス分析による水素捕獲サイトとその量の取得を実施する。本年度は以下のような成果を得ることができた。1電子線照射したタングステンに5.8MPaと1MPaで水素チャージを実施し、照射で形成した原子空孔が水素を捕獲することによる陽電子寿命値の変化を調べた。水素チャージ圧力が異なることによって、原子空孔に捕獲される水素数が変わり、それに伴って陽電子寿命値も変化すると予想したが、陽電子寿命値に変化はみられなかった。2電子線照射した低放射化フェライト鋼F82Hに電解水素チャージを行い、照射によって形成した原子空孔集合体に水素が捕獲され、その影響で陽電子寿命値が25ps程度短くなった。3電子線照射したα-FeにPdメッキを行い、5.6MPaで高圧水素チャージを行ったところ、照射で形成した原子空孔集合体に水素が捕獲され、陽電子寿命値が35ps程度短くなった。4空孔型欠陥の陽電子寿命値の捕獲水素数に対する変化をシミュレーションによって求め、上記1の試料では空孔型欠陥に捕獲される水素原子数が1.5個程度、上記2の試料では4個程度、上記3の試料では6個程度であることが予想された。5電子線照射した低放射化フェライト鋼F82Hに電解水素チャージを行い、空孔型欠陥に捕獲された水素の昇温脱離挙動を調べたところ、100-150°Cに原子空孔集合体からの水素放出と考えられるピークを得ることができた。透過型電子顕微鏡観察は実施できなかった。研究実績の概要の冒頭で記述した(1)については、電子線照射した材料を中心に、ターゲットとする金属材料である純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステンにおいて、水素チャージ前後における陽電子寿命値の変化を捉えることができている。また、Pdメッキを行えば、鉄系材料で高圧水素チャージが可能であることを確認できた。(2)についても、鉄中の原子空孔集合体が水素原子を捕獲した際の陽電子寿命値の変化をシミュレーションで得ることができている。(3)についても、透過型電子顕微鏡観察は当初の予定に比べて遅れているが、昇温脱離ガス分析によって、電子線照射したF82Hの水素の捕獲サイトを得ることができている。以上から、おおむね順調に進展していると判断した。今後は、下記の点に注目して研究を進める。1高圧水素チャージの圧力の違いによって空孔型欠陥へ捕獲される水素数が変われば、陽電子寿命値が変化することを示す。本研究で取り扱うすべての材料(純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステン)に対して上記の影響を調べる。特に、高圧水素チャージの圧力を変えた実験を実施する。2上記1の結果とシミュレーションを比較して、空孔型欠陥への水素捕獲数を得る。特にシミュレーションでは様々な大きさの原子空孔集合体の陽電子寿命値が水素を捕獲することでどの程度変化するかを調べる。また、その水素捕獲数が高圧水素チャージ中に平衡状態が成り立っていると仮定した場合に、妥当な値であるかを検討する。3継続して、昇温脱離ガス分析を行うと同時に、透過型電子顕微鏡による組織観察を実施する。

研究実績の概要の冒頭で記述した(1)については、電子線照射した材料を中心に、ターゲットとする金属材料である純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステンにおいて、水素チャージ前後における陽電子寿命値の変化を捉えることができている。また、Pdメッキを行えば、鉄系材料で高圧水素チャージが可能であることを確認できた。(2)についても、鉄中の原子空孔集合体が水素原子を捕獲した際の陽電子寿命値の変化をシミュレーションで得ることができている。(3)についても、透過型電子顕微鏡観察は当初の予定に比べて遅れているが、昇温脱離ガス分析によって、電子線照射したF82Hの水素の捕獲サイトを得ることができている。以上から、おおむね順調に進展していると判断した。今後は、下記の点に注目して研究を進める。1高圧水素チャージの圧力の違いによって空孔型欠陥へ捕獲される水素数が変われば、陽電子寿命値が変化することを示す。本研究で取り扱うすべての材料(純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステン)に対して上記の影響を調べる。特に、高圧水素チャージの圧力を変えた実験を実施する。2上記1の結果とシミュレーションを比較して、空孔型欠陥への水素捕獲数を得る。特にシミュレーションでは様々な大きさの原子空孔集合体の陽電子寿命値が水素を捕獲することでどの程度変化するかを調べる。また、その水素捕獲数が高圧水素チャージ中に平衡状態が成り立っていると仮定した場合に、妥当な値であるかを検討する。3継続して、昇温脱離ガス分析を行うと同時に、透過型電子顕微鏡による組織観察を実施する。富山大学で透過型電子顕微鏡実験の実施のために計上していた予算を使用することができなかった。予想以上に同大学における装置のマシンタイムの確保に苦労したことが主な原因である。2019年度に遅れを取り戻す予定であり、2018年度に計上していた予算も合わせて、透過型電顕観察用の試料作製等に関連する費用として使用する予定である。
オートポイエーシス的コンピュタ・アルゴリズムの開発

本研究の目的はオートポイエーシス的なエージェントをコンピュータ上に作成し、マルチエージェントシミュレータを用いてエージェント社会の挙動を観察することにより、人間社会における様々な現象や変化について考察することである。ここで、オートポイエーシス(Auto-poiesis :自己制作)とは神経生理学者のR.MaturanaとJ.Varelaによって考え出された生命システムであり、生命システムの理論である。本研究のオートポイエーシス的エージェントとは先天的な特性と後天的な特性をもっているエージェントであり、このエージェントの振舞とエージェントがエージェント社会に及ぼす影響について解析を行った。ここで、先天的な特性とは国籍、人種、性別等、人間が生まれながらに持っている遺伝的な特性である。この特性は自分の意志では決して変えることのできない普遍的な特性である。一方、後天的特性とは、勘、経験や知識等で、生後、学習、体験し会得する特性である。この特性は人間が存在する環境もしくは社会によって大きく変化させざるを得ない特性である。先天的特性は生物進化のための遺伝的な機能であり、後天的特性は環境に適応しながら自己維持を行うための機能であると考えられる。人間の特性を遺伝的特性と後天的特性の二面性として考えた場合、これらの特性はどのように社会全体に伝播しているのか?また、従来から人口予測などの分野ではシステムダイナミックスが用いられているが、本研究のオートポイエーシス的なエージェントを用いて人口予測などが行えないか?という視点からシミュレーションを実施した。これらの結果は国際会議で発表し、海外の研究者と議論を深めた。さらに、本研究でこれまで開発したアルゴリズムを利用し、都市ガス・電力市場融合の経済分析にも発展させ、都市ガス・電力事業者ネットワークをエージェントとしてシミュレーション実験を行い、モデルの有効性を検証した。ここで、オートポイエーシス(Auto-poiesis:自己制作)とは神経生理学者のR.MaturanaとJ.Varelaによって考え出された生命システムであり、生命システムの理論である。これらの結果は国際会議で発表し、海外の研究者と議論を深めている。
ロバスト制御と知的ネットワークに基づく多関節冗長ロボットの高速高機能な動きの実現

本研究では,ロボットマニピュレータに高速で高機能な動きを実現させるために,ロバスト速度ベクトル制御法と知的ネットワークに基づいてモーション制御を行う多関節冗長ロボットマニピュレータの製作実現とその有効性の検証を目指している.以下に,本研究で得られた成果を示す.1.ロバスト速度ベクトル制御法の開発:ロボットマニピュレータは,各関節におけるアクチュエータに印加される外乱(摩擦力,干渉力,重力,負荷トルクなど)による影響や制御対象のパラメータ変動による影響を非常に受けやすい.この両者の問題を同時に考慮し,ロバスト制御を実現する方法として,本研究ではH∞制御理論の混合感度問題を適用する.これより設計した補償器K(s)を用いて,先ず加速度コントローラを構成し,積分器2個のカスケード結合部分を配置転換することで,制御構造が簡単で且つ加速度コントローラの応答性能が保たれるロバスト速度ベクトル制御法のH∞速度制御系が構成できる.このH∞速度制御系を多関節ロボットマニピュレータに適用し,位置と力のハイブリッド制御を行ってその有効性を実験によって検証した.この成果は,1994年に,国際会議のIEEE/IES INTERNATIONAL WORKSHOP ON ADVANCED MOTION CONTROLとIEEE/IES IECON'94に,そして日本機械学会ROBOMEC'94講演会に,1995年に,電気学会産業計測制御研究会に,それぞれ発表し,良い評価を得た.2.多関節冗長ロボットマニピュレータの製作実現とその制御系の開発:冗長マニピュレータは余分な自由度を有するため障害物回避,特異点回避など様々な動作を行わせることができる反面,関節やアクチュエータの数が多くなることから機械的に複雑となる.そのためロバストなモーションコントロールを行うには簡単な制御アルゴリズムが望まれる.本研究では,冗長マニピュレータを製作し,これに知的ネットワークとH∞速度制御系を適用した.非冗長ロボットに対して有効性を既に立証しているH∞速度コントロールを,知的ネットワークと結びつけて,簡単に冗長マニピュレータのモーションコントローラを行っている.その成果は,1994年の電気関係学会関西支部連合大会と電気学会東京支部新潟支所研究発表会に,それぞれ発表し,良い評価を得た.本研究では,ロボットマニピュレータに高速で高機能な動きを実現させるために,ロバスト速度ベクトル制御法と知的ネットワークに基づいてモーション制御を行う多関節冗長ロボットマニピュレータの製作実現とその有効性の検証を目指している.以下に,本研究で得られた成果を示す.1.ロバスト速度ベクトル制御法の開発:ロボットマニピュレータは,各関節におけるアクチュエータに印加される外乱(摩擦力,干渉力,重力,負荷トルクなど)による影響や制御対象のパラメータ変動による影響を非常に受けやすい.この両者の問題を同時に考慮し,ロバスト制御を実現する方法として,本研究ではH∞制御理論の混合感度問題を適用する.これより設計した補償器K(s)を用いて,先ず加速度コントローラを構成し,積分器2個のカスケード結合部分を配置転換することで,制御構造が簡単で且つ加速度コントローラの応答性能が保たれるロバスト速度ベクトル制御法のH∞速度制御系が構成できる.このH∞速度制御系を多関節ロボットマニピュレータに適用し,位置と力のハイブリッド制御を行ってその有効性を実験によって検証した.この成果は,1994年に,国際会議のIEEE/IES INTERNATIONAL WORKSHOP ON ADVANCED MOTION CONTROLとIEEE/IES IECON'94に,そして日本機械学会ROBOMEC'94講演会に,1995年に,電気学会産業計測制御研究会に,それぞれ発表し,良い評価を得た.2.多関節冗長ロボットマニピュレータの製作実現とその制御系の開発:冗長マニピュレータは余分な自由度を有するため障害物回避,特異点回避など様々な動作を行わせることができる反面,関節やアクチュエータの数が多くなることから機械的に複雑となる.そのためロバストなモーションコントロールを行うには簡単な制御アルゴリズムが望まれる.本研究では,冗長マニピュレータを製作し,これに知的ネットワークとH∞速度制御系を適用した.非冗長ロボットに対して有効性を既に立証しているH∞速度コントロールを,知的ネットワークと結びつけて,簡単に冗長マニピュレータのモーションコントローラを行っている.その成果は,1994年の電気関係学会関西支部連合大会と電気学会東京支部新潟支所研究発表会に,それぞれ発表し,良い評価を得た.
分化転換による組織修復再生の分子機構の解析

1.ニワトリ胚色素上皮細胞について、その水晶体細胞への分化転換の全過程を完全に人為制御でき、水晶体細胞および色素上皮細胞のいずれにも再分化させうる多能的脱分化細胞の均一集団を大量に作出することのできる、従来類例のないすぐれて有効な倍養実験システムの確立に成功した。2.上記の実験システムを活用して、水晶体細胞に分化転換する色素上皮細胞の多能的脱分化状態の特性を明らかにすると共に、この脱分化細胞の多分化能は平均的分裂回数15回ほどまでは安定に維持されるが、加令が進むにつれて色素上皮細胞への分化能が失われ、最終的には水晶体細胞にのみ分化することを明らかにした。それにより、この実験システムの有用性を実証した。3.虹採色素上皮の分化転換によって成立するイモリ水晶体再生の分子機構を明らかにする目的で、水晶体が特異的に産生するクリスタリンの單クローン抗体の作出に成功し、これらを活用して胚型γ-クリスタリンの主要なγ-クリスタリン・サブクラス(γA1)の遺伝子をクローン化し、その全塩基配列を決定した。また、このγA1遺伝子は水晶体細胞で特異的に発現され、他のイモリ成体組織や水晶体に分化転換する虹採色素上皮細胞では全く発現されていないことを明らかにした。4.イモリ虹彩に対する單クローン抗体の作出を通じて、水晶体再生の初期過程において、虹彩色素上皮の水晶体再生部域のみでその初期変化と連動して消長する細胞表面分子の存在を明らかにし、修復再生の制御に関わる普遍的因子を探索するための道を開した。ニワトリ胚及びイモリ成体の色素上皮細胞について得られたこれらの研究成果は、色素上皮細胞に固有な分化転換能の発現およびその制御の分子機構のみならず、修復再生の制御の分子機構を解明するための基礎を与えるものと考えられ、その生物学的意義は大きい。
乳幼児への絵本の読み聞かせとコミュニケーション能力の発達

絵本は、乳幼児の(0・1・2歳児)のコミュニケーション能力をどのように育むかを調査した。まず、絵本のタイプをA「ナンセンス・ユーモア絵本」と伝統的なB「物語絵本」に分けた。約20組の親子に3年間でABタイプの絵本を各30冊ずつ60冊貸与し、親子で読み合いの記録を採ってもらった。その結果、Aタイプの絵本は言葉を獲得する前の乳幼児をもつ親子に豊かなコミュニケーション能力を育むことが分かった。目的:本研究の主たる目的は、乳幼児(0. 1. 2歳児)への絵本の読み聞かせにおいて、A「コミュニケーション開発型絵本」が、乳幼児にどのようなコミュニケーション能力を開発するかを、伝統的なB「知識カタログ型絵本」との比較において検討する。研究対象:恵庭市(北海道)・岡山市(岡山)・鳴門市(徳島)の3地域から、約20名の0. 1. 2歳児をもつ母親を選抜し、こちらから貸与した「A型絵本」10冊、「B型絵本」10冊が、どのように読まれたかの詳細な記録を収集した。研究成果:本研究において「A型絵本」として選抜した、長新太・元永定正らの創作による豊かな日本語のオノマトペと抽象的な絵やナンセンスが融合した赤ちゃん絵本は、伝統的な「B型絵本」と比較して明らかに、親子の間で多様な前言語的コミュケーションを数多く発生させた。リズミカルなオノマトペの絵本を読んでもらうことで、表情・ジェスチュアー・声の調子・まなざしを通して「やったりとったり」が頻繁に発生し、乳幼児自らがコミュニケーションの場でリーダーシップを取ろうとするケースもあった。言葉が生み出される前に、このような「A型絵本」の読み合いを通して生まれる多様なコミュニケーションの成立は、親の方にも驚きと感動をもたらし数多くの「赤ちゃん発見」の記録が寄せられた。また、乳幼児は、日常的にお話を聞いたり絵本を読み聞かせてもらう習慣があると、1歳過ぎ頃から自分でも赤ちゃん語(baby jargon)を使って読み始める。この研究成果は、30分のDVDに編集しドイツにおける国際会議(2009年3月21日)で発表された。目的:絵本を「読み合う」ことは、言葉が出る前の赤ちゃんと読み手(親)の間に、どのような方法でコミュニケーション回路の開発を促すのか。それは、1.読み手の読み方、2.読み手との関係性3.絵本の種類、4.赤ちゃんの資質の違いによる反応の差異、5.親の子ども観の変容、等を中心に分析・考察する。方法と研究協力者:恵庭市(北海道)、岡山市(岡山県)、鳴門市(徳島県)、京都市(京都府)の4地域から約20組の親子を選抜し、A「ユーモア・ナンモンス絵本」、B「物語絵本」を年間、約40冊配布し、それらがどのように読み合われたかの詳細な記録を収集した。研究結果:1.同じ両親の下での「読み合い」であっても、兄弟・姉妹で全く異なるタイプの子どもが存在する。兄は非常に優れた読み手であり、絵本を通してのコミュニケーション(言葉・表情・ジェスチャーなど)が巧みであるが、弟は全く無関心で絵本に興味を示さない。または、その逆で兄はあまり絵本を通してのコミュニケーションが上手でない等である。日常生活の落ち着きやテレビ・映像への好奇心等の要因は現在のところ、全く関係性が認められない。初期発達において、いわゆる絵本を「読まない子」の記録をDVD「ゆうさんの記録」(34分)に編集。それらの子とせもの特性についてさらに追跡する。2.赤ちゃんの生理的リズムに合わせた親の読み方には、大きな力量差があることが分かった。文章のliteracyのつかみ方、ユーモアやナンセンス絵本はとくに差が激しいし、「物語絵本」でなければ読めない親も存在する。非常に巧みな母親をモデルにDVD「ちひろさんの記録」(21分)を編集。3.優れた読み手の兄姉は、下の子どものreading literayを開発する。DVD「兄さんと弟」(50分)を編集。4.読み方の巧みさは、世代間伝承をする可能性がある。目的:本年度の研究目的は、1.親子が絵本を読み合う時の様々なコミュニケーションの力量差はどこから発生するか、2.絵本に興味を持たない子の理由は何が、3.読み手の親の世代間伝承について4.記録が3年目に入った研究協力者に新しい絵本を供与しその反応の違いの分析を行う、等である。方法と研究協力者:札幌市(北海道)、岡山市(岡山県)、鳴門市(徳島県)、京都市(京都府)の4地域から約20組の親子を選抜し、A「ユーモア・ナンセンス絵本」、B「物語絵本」を本年度も各20冊配布し(協力者の開始年の違いもあり一律ではないが)、合わせて今までに配布した計60冊の絵本がそれぞれどのように読み合われたかの詳細な記録を収集した。研究成果:1.基本的には親子で読み合いの質が高く記録も長期に継続した協力者は、読み方に随所に興味深い工夫が見られな。

たとえは『まてまてまて』(こぐま社)では、緊張感の高まりにつれて読みの声を高めて行く、『ぴょーん』(ポプラ社)では、2見開きごとの跳躍の仕掛けを2.3度繰り返してvisual literacyが形成できるように強調する、『どうぶつのおかあさん』(福音館書店)では子どもが「これなあに」としきりに動物の名前を尋ねるが、その行為は逆に子どもが言いたがっていると解釈し「○○ちゃんこれなあに教えて」と答えさせ、子どもに満足感を与えるなどである。途中で記録が頓挫してしまう協力者には、あまりコミュニケーショシ(読みの)工夫が見られなかった。2.絵本に興味のない子は様々な理由がある。今回の選書絵本よりも市販の絵雑誌スタイルの絵本の方が好きな場合、兄姉がいて遊ぶ方が面白い、0. 1. 2歳代は興味がなくても3歳過ぎから急激に絵本へと接近するなど、理由は多様であり、もう少し時間をかけての追跡が必要と思れる。本年は、3歳くらいから絵本へと興味を持ち始めた一男児の記録DVDを完成させた。
MRI解析に基づく変位・変形能を反映した精緻脳模型の開発

神戸大学医学部内倫理委員会の許諾のもとボランティア健常被検者9名で異なる体位によるMRI撮像、解析を行った。脳拍動の影響を検討するため1名で心電同期撮像を行い、ヘッドコイル内の感度むらの影響を検討するため生理食塩水寒天ファントムでの撮像を行った。内耳構造を基準とした頭部データの自動位置合わせプログラムを開発した。これらの検討から安静時の体位変換でも脳表と脳深部で変位・変形が異なっていることが示唆された。ソフトマテリアル脳を組み込んだ左前頭側頭開頭の頭蓋骨脳模型を試作した。摘出脳腫瘍組織での弾性率測定から得られた結果を参考に反映させるべき脳の弾性率を検討したが、造形が極めて困難であった。1健常被験者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析:(1)研究課題N0.1702「MR画像に基づく安静時脳位置変化・変形の非侵襲解析手法開発に関する研究」について、神戸大学医学部内倫理委員会審査会を経て承認を得た。(2)ボランティアの健常被験者6名に同意を得て、異なる体位(仰臥位⇔腹臥位、右向き⇔左向き)によるMRI撮像、解析を行った。(3)脳拍動の影響を検討するため、1名で心電同期撮影を行った。(4)ヘッドコイル内の感度むらの影響を検討するため生理食塩水寒天ファントムを作製し、その撮像、解析を行った。(5)解析手法の簡素化、時間短縮化を図るため、異なるMRIデータボリュームで頭部の位置合わせを自動化するプログラムの開発にとりかかった。2既開発ハードマテリアル脳モデルをマスターとしたソフトマテリアルモデルの開発:(1)ソフトマテリアルでの解剖学的再現性を確認するため、柔さの異なる側頭葉モデルの試作を行い、検討した。(2)脳実質の弾性率をソフトマテリアルに反映させるため、弾性率測定器を購入し、病理組織における脳弾性率の測定を行った。(1)健常被験者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析については解析手法の簡素化、時間短縮化が喫緊の課題であり、対応中である。(2)脳疾患患者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析については初年度後半で取り掛かる予定であったが、今年度の開始見込みである。(3)ソフトマテリアル性の精密脳模型の試作にはすでに着手しておりおおむね順調に進展している。1健常被験者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析:(1)研究課題No.1702「MR画像に基づく安静時脳位置変化・変形の非侵襲解析手法開発に関する研究」(神戸大学医学部内倫理委員会審査会承認済み)につき、これまでボランティアの健常被検者計9名に同意を得て、異なる体位(仰臥位⇔腹臥位、右向き⇔左向き)によるMRI撮像、解析を行った。(2)この結果をThe 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyにおいてポスター発表にて報告した。(3)解析手法の簡素化、時間短縮化を図るため、内耳構造を基準として異なるMRIデータボリュームで頭部の位置合わせを自動化するプログラムを開発した。2既開発ハードマテリアル脳モデルをマスターとしたソフトマテリアルモデルの開発:(1)昨年度購入したポータブル弾性率測定器を用いて、脳模型に反映させるべき脳実質弾性率を探るため、その近似として摘出脳腫瘍組織による測定を継続した。(2)この結果を第75回日本脳神経外科学会学術総会および10th Australasian Biomechanics Conferenceにてポスター発表で報告した。(3)研究課題No.170008「摘出脳腫瘍組織を対象とした組織の弾性率・粘弾性と病理学的変化の関係に関する観察研究」につき神戸大学医学部内倫理委員会審査会で承認を得た。(4)脳実質弾性率を参考に開発したソフトマテリアル脳を組み込んだ左前頭側頭開頭の頭蓋骨模型を試作した。(1)健常被験者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析について、異なるMRIデータボリュームで頭部の位置合わせを自動化するプログラムを開発したが、マニュアルで微調整した解析手法との精度の相違があるため、さらにプログラムを改善中である。(2)健常被験者での解析手法が確立していないため、脳疾患患者での解析には取り掛かれていない。(3)脳実質の弾性率を反映したソフトマテリアル脳模型(左前頭側頭部)を試作し骨模型に組み込むなどしており、おおむね順調に進展している。(4)新たに摘出脳腫瘍組織を対象とした組織の弾性率・粘弾性と病理学的変化の関係に関する観察研究を立ち上げ、当初計画と並行して行っている。(1)試作したソフトマテリアルモデル脳の弾性率を測定したところ、平均32.3kPa(19.446.5 )であった。また摘出直後の脳腫瘍組織の弾性率測定を行い、初期の4例について解析結果をIMECE2017のposter-paper-publicationにて発表した。脳腫瘍組織の弾性率は15kPa前後であり、食品で例えればプリンより硬く豆腐よりも柔らかい。この柔らかさのソフトマテリアルは造形が極めて困難であり、全体脳模型の作成については検討中である。(2)これまでボランティアの健常被検者計9名に同意を得て、異なる体位(仰臥位⇔腹臥位、右向き⇔左向き)によるMRI撮像、解析を行った。解析手法の簡素化、時間短縮化を図るため、内耳構造を基準として異なるMRIデータボリュームで頭部の位置合わせを自動化するプログラムを開発した。

さらに今年度、supine、proneおよびleft、rightのボリュームを20x20x20(pixels)のボクセルに分割し、supineおよびleftの分割ボクセルをテンプレートとし、prone及びrightの各ボクセルをレジストレーションして移動(dx,dy,dz)・回転(α,β,γ)を記録した。メッシュ処理を終えたボリュームを脳内部の解剖に基づいて色分けし、脳内部の位置変化・変形の解析をおこなった。安静時の体位変換でも脳表の変位に比べて脳深部での変位は顕著でかつまとまって移動している傾向があることが示唆された。これらの成果をEMBC2017、日本脳神経外科学会第76回学術総会等で報告した。現在論文作成中である。(3)申請者らは、交通事故の受傷状況を有限要素脳モデルで計算上再現し実所見と比較検討することで有限要素脳モデルの精度を向上させていく取り組みを行っている。新鮮な摘出脳腫瘍組織においてヤング率や粘弾性を測定して組織構築や病理学的変化と対比させ、また術前後のMRI画像から定量化した脳の変位・変形をFEM脳モデルへ反映してデータベース化する準備を開始した。神戸大学医学部内倫理委員会の許諾のもとボランティア健常被検者9名で異なる体位によるMRI撮像、解析を行った。脳拍動の影響を検討するため1名で心電同期撮像を行い、ヘッドコイル内の感度むらの影響を検討するため生理食塩水寒天ファントムでの撮像を行った。内耳構造を基準とした頭部データの自動位置合わせプログラムを開発した。これらの検討から安静時の体位変換でも脳表と脳深部で変位・変形が異なっていることが示唆された。ソフトマテリアル脳を組み込んだ左前頭側頭開頭の頭蓋骨脳模型を試作した。摘出脳腫瘍組織での弾性率測定から得られた結果を参考に反映させるべき脳の弾性率を検討したが、造形が極めて困難であった。1健常被験者での体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析について件数を重ねる。また学内倫理委員会の承認を経て、脳に形態異常を伴う患者(脳萎縮・変形を伴う高齢者や脳卒中慢性期患者、くも膜嚢胞患者など)からMRI撮像、データ収集、解析を行い健常被験者での結果との比較検討を行う。2脳血管、頭蓋骨などのマスターモデルを作成し、既存の脳マスターモデルと合わせて、脳全体でのソフトマテリアルモデルの作製、各パーツの組み合わせを行う。3試作ソフトマテリアルモデルの力学的試験を開始し、脳実質弾性率測定結果、画像データ解析結果と合わせて検証、改良点を探る。1体位による頭蓋内構造物の変位・変形の解析:(1)当初計画では、健常被験者での解析に続いて「脳に形態異常を伴う患者(脳萎縮・変形を伴う高齢者や脳卒中慢性期患者、くも膜嚢胞患者など)からMRI撮像、データ収集、解析を行い健常被験者での結果との比較検討を行う」としていたが、現在頭部の位置合わせを自動化するプログラムを改善中であること、また新たに倫理委員会への申請、被験者の収集および解析に要する時間等を考慮すると、今年度中の脳に形態異常を伴う患者での解析は断念せざるを得ない。(2)MRIデータボリュームの頭部の位置合わせを自動化するプログラムの精度改善し、完成する。
家族を主体とした医療者との協働による小児在宅ケアプランの実践とガイドライン作成

本研究は、子どもの在宅ケアを検討し始めてから、在宅ケアに移行し、継続するまでの子どもと家族の状態、入院中の家族を主体とした医療者との協働に関する家族と看護師の認識の特徴を明らかにすることを目的に、在宅ケア継続中の子どもの家族と病院勤務の看護師に質問紙調査を実施した。看護師133名、家族29名の回答が得られ、その分析結果と文献に基づき「家族を主体とした医療者との協働ケアプランのガイドライン(試案)」を検討した。1.子どもと家族中心のケアに関する情報収集小児在宅ケアにおける子どもと家族を中心とする支援に関する情報を得るために、国内外の学術雑誌に掲載されたFamily-Centered Care(FCC)に関する文献について検討した。その結果、病院に対する複数の調査報告において、FCCの視点が評価指標として活用されていること、病院改革の一環で実践的取組みに活用されていることが明らかになった。さらに、FCCを主要なテーマとする国際学会に参加し、情報収集を行った。米国を中心に、小児看護、精神看護、急性期看護などの様々な領域において、尊厳・尊重、情報共有、参加、協働を主要概念とする実践的・研究的取組みが行われていることが明らかになった。小児看護学領域では、NICUにおける入院環境の改善、障害児のケアプランの指針の作成などに、子どもと家族中心のケアの取組みが行われていることから、これらの情報を参考に協働ケアプランを検討することを計画した。2.家族との協働ケアプランのガイドラインの検討家族との協働によるケアプランに関するガイドラインを検討した。複雑な健康問題を有する二分脊椎に焦点を当てて文献検討を行った。その結果、発症予防のための葉酸摂取、出生前診断時の障害受容、新生児期の集中治療から退院までの健康管理と親役割の獲得、親主導の健康管理から子ども主体のセルフケアへの移行、子どもの社会化など、ライフステージにそった各期の課題を見出し、家族のみでなく子どもの主体性にも注目した協働ケアプランの方向性を検討した。その過程で患者会の協力を得て当事者の視点を加えたことは、ガイドラインを検討する上で有意義であった。1.小児在宅ケアの現状と協働ケアプランに関する調査の準備小児在宅ケアの意思決定・準備・継続期における小児と家族の状態、家族を主体とした医療者との協働について、医療者と家族の意識と実態を明らかにするために全国調査の準備に取り組んだ。患者・家族中心のケアに関する国内外の文献検討の結果、研究対象は小児から高齢者まで幅広く、また、小児の退院支援において一定の成果を生んでいることが明らかになり、小児在宅ケア支援において、家族を主体とする医療者との協働によるケアプランを推進する意義を確認した。全国の小児科を標榜する総合病院及び小児専門病院において、医療的ケアを取り入れた後に退院した小児の養育者と退院支援に携わった経験のある看護師に対する調査を計画した。文献検討に基づき、小児と家族の状況と協働ケアプランについての医療者と家族の意識と実態に関する質問紙、及び面接ガイドを作成した。倫理的配慮として、対象者に対して、研究の目的・方法、参加は自由意志によること、途中で参加を取りやめても何ら不利益を被らないこと、得られた情報は研究目的以外に使用せず、情報漏洩の予防に努めることを文書で説明し、無記名自記式質問紙は郵送による回収をもって研究への参加の同意とみなし、面接調査は、事前に同意書への署名を取り交わすことを計画した。2.小児在宅ケアにおける協働ケアプランのガイドライン試案の検討と活用の準備患者・家族中心のケアに関する文献検討により、協働ケアプランのガイドライン試案の内容を検討し、作成したガイドラインの活用と評価の方法を検討した。1.医療者及び家族に対する小児在宅ケアの現状と協働ケアプランに関する調査の実施入院中に医療的ケアを導入後、家庭で生活するようになった18歳未満の子どもを過去3年以内に受け持った経験をもつ看護師、同様に医療的ケア導入後、家庭で生活するようになって6か月から2年が経過した子どもの家族を対象に質問紙調査を行った。全国の小児専門病院及び小児専門医研修施設の計528施設に調査を依頼した。協力の同意が得られた58施設に対して、看護師用・家族用質問紙をそれぞれ郵送し、看護師134名(回収率44.8%)、家族29名(回収率29.2%)の回答が得られた。分析対象となった看護師の概要は、女性が9割以上を占め、年齢は20歳代から50歳代の幅で、30歳代が最も多く、スタッフナースが約7割を占めた。所属は約半数が一般病院、部署は小児病棟、NICUの順に多かった。8割以上の施設が退院調整や在宅支援を担う独立した部署を有し、医療的ケアの内容は経管栄養が最も多く、次いで吸引、酸素療法、気管切開、呼吸器管理など多様であったが、過去1年間に在宅移行期の支援に携わった受け持ち患者の数は12例が約半数を占め、個々の看護師の経験は限られることが明らかになった。

一方、家族への調査では、家族を主体とした医療者との協働の体験に、「学校の担任・保健の先生・本人・家族・看護師・医師との今後についての話し合い」の調整などが挙がり、協働できなかった体験として「決定されている事に対して意見を言う事は難しい」など、医療者との立場の違いが家族の体験として表現された。2.小児在宅ケアにおける協働ケアプランのガイドライン試案の検討米国で推進されているPatient- and Family-Centered Careの資料や関連文献、調査内容を参考に、協働ケアプランのガイドラインの検討を行った。
三次元PETとMRIによる脳賦活検査を目的とするデータ処理システムの開発

好感度三次元(3D)データ収集ポジトロンカメラ(PET)と磁気断層画像法(MRI)を用いる脳賦活検査法の確立を目指して以下のような研究を行った。まず、膨大な計算を伴う三次元画像再構成法をルーチン利用できるようアルゴリズムの高速を図り、1断面あたり1秒という世界最速の画像再構成に成功した(Ann NuclMed、1997)これにより、放射性注射水を投与後の脳内放射能の時間変化をダイナミックに追跡でき、同時期に開発した無採血脳血流計算法(J Cered Blood Flow Metabol,1996)を応用することで脳血流量が3D-PETにより定量できることになった。更に、この条件下での被験者への放射線被爆を評価し(J Nucl Med,1997)、通常の2D画像採取法に比較して1/(10)の放射線被爆線量であることが確認できたので、3D検査法を患者のみでなく、女性を含む健康な被験者に於いて応用することが妥当であると判断した。そこで、視覚的学習に関する脳生理実験を行い、学習に伴い課題遂行に関与する連合野の関与が減少することを見だした(Neuro Reoirt,1997)。更に、ポジトロン断層画像と解剖情報としてMRI画像との位地合わせをアフィン変換により補正するプログラム開発に成功した。これによりPETで検出される賦活部位をMRI画像に重ね合わせて位置が同定できるようになった。また、パブリック・ドメインにある統計的画像処理プログラム(SPM96)を日本人に用いる際の混入が予想される位置的誤差を日本人と英国人各20名に於いて解剖学的標準化精度を検討したところ、SPM96及び、その標準template脳画像を日本人に用いても有意な誤差が生じないことが明らかとなった。このような基礎的検討をもとにPET及びMRIを用いて脳賦活研究を施行した(J Neurol.Neurosurg Psychiat,1996;J Intl Soc LifeInfo Sci,1997;Am J Neiroradiol,1997)。ヒト脳活動に伴い脳血流の上昇がみられる。これを指標としてコンピュータ化された画像診断技術、ポジトロン断層法(PET)、磁気断層法(MRI)を用いて画像化するのが本研究の目的である。本研究では、まず、RETを用いての脳血流定量モデルの開発を企画した。特に、脳血流の絶対測定には、動脈採血を必要とするのであるが健康人を対象とした研究では、避けることが望ましい。そこで、放射性トレーサーである^<15>O標識水の脳内挙動から動脈採血を省略できる定量モデルが成立することを見いだし、そのための定量法を確立し報告した。更に誤差論についても明らかにした(渡部他、J. Cerebral Blood Flow Metabol 15)。次に、PETでは、放射線被曝が問題となるが、我々は、大視野PETを用いて三次元データ収集を行うことにより被曝を1/10に低減させることに成功した。そのためのコンピュータへの負荷に対してスーパーコンピュータ上で稼動するデータ処理システムを完成させ画像再構成時間を2分まで低減できている(Medical Now 26)。測定感度の上昇に伴い散乱γ線の増加が問題となっているが、これに対しての解決法を考案してその精度を検討中である。データ処理に関しては、統計画像解析プログラム(SPM96)を導入し、ここの被験者における脳活動の検出に成功している三次元画像表示ソフトウエアは、我々独自のレンダリングプログラム(CLIPSS)を完成させ、MRIと重ね合わせての三次元動画表示に成功している。

これらの方法論を用いて脳高次機能の画像解析を実行中であるが、その一部をまとめ報告した(田代他、J Int Soc Life Informat Sci 14)。MRI脳賦活に関して視覚刺激実験を開始している。高感度三次元(3D)データ収集ポジトロンカメラ(PET)と磁気断層画像法(MRI)を用いる脳賦活検査法の確立を目指して以下のような研究を行った。まず、膨大な計算時間を伴う三次元画像再構成法をルーチン利用できるようアルゴリズムの高速化を図り、1断面あたり1秒という世界最高速の画像再構成に成功した(Ann Nucl MED,1997)。これにより、放射性注射水を投与後の脳内放射能の時間変化をダイナミックに追跡でき、同時期に開発した無採血脳血流計算法(J Cereb Blood Flow Metabol,1996)を応用することで脳血流量が3D-PETにより定量できることになった。更に、この条件下での被験者への放射線被曝を評価し(J Nucl Med,1997)、通常の2D画像採取法に比較して1/10の放射線被曝線量であることが確認できたので、3D検査法を患者のみでなく、女性を含む健康な被験者に於いて応用することが妥当であると判断した。そこで、視覚的学習に関する脳生理実験を行い、学習に伴い課題遂行に関与する連合野の関与が減少することを見いだした(NeuroReport,1997)。更に、ポジトロン断層画像と解剖情報としてのMRI画像との位置合わせをアフィン変換により補正するプログラム開発に成功した。これによりPETで検出される賦活部位をMRI画像に重ね合わせて位置が同定できるようになった。また、パブリック.ドメインにある統計的画像処理プログラム(SPM96)を日本人に用いる際の混入が予想される位置的誤差を日本人と英国人各20名に於いて解剖学的標準化精度を検討したところ、SPM96及び、その標準template脳画像を日本人に用いても有意な誤差が生じないことが明らかとなった。このような基礎的検討をもとにPET及びMRIを用いて脳賦活研究を施行した(J Neurol.Neurosurg Psychiat,1997 ; J Intl Soc Life Info Sci,1997 ; Am J Neuroradiol,1997)。