hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超弦理論のループ計算と弦場の理論

次いで、渦糸の量子化問題を経路積分による方法で研究した。この結果、渦糸がエニオンであることを示し、さらに、渦糸を記述する場の理論を得た。これを解析することにより、分数量子ホ-ル効果のヒエラルキ-を初めて場の理論的に明らかにした。また、ヒエラルキ-の各レベルでの渦糸(ラフリンの準粒子)の質量や電荷を初めて決定した。分数量子ホ-ル効果のより深い理解に我々の場の理論的方法は極めて有効であると考えられる。(1)江澤は、弦理論の原型である双対励起模型の時代に知られていたファインマン類似則の方法をゴ-ストや超ゴ-ストを含めて共変化し、超弦理論の摂動的研究を行った。超弦理論に特有な「ピクチャ-・チェンジング現象」を正しくとりいれる方法として、伝播演算子にある特別な射影演算子を挿入することを提唱した。これを用いて、超弦理論が発散の無い理論であるかどうか研究した。(2)超弦理論はその低エネルギ-極限として、超重力や超対称な超一理論を与える。これらの超一理論に立脚して現象論的にどの様な事が結論されるのかは、極めて重要な課題である。岡田は、特に、トップクオ-ク及びそのスカラ-パ-トナ-によるル-プ効果から、ヒッグス粒子の質量のうける量子補正を詳しく解析した。近未来の実験でヒッグス粒子が観測され得るか、についても研究を行った。(3)江澤は、リ-マン面上でのエニオンの研究を行った。エニオンはボソンやフェルミオンを一般化した統計性を持つ粒子であり、2次元空間で存在可能である。まず、エニオン系に時間に周期的に依存する渦糸ソリトン解がある事を証明し、その厳密解を得た。更に、このソリトンを半古典的に量子化した。次いで、エニオンの場の量子論をボソン場を用いて構成し、その摂動論を提唱した。その際、接触相互作用項を導入する必要性を指摘した。その結果を用いて、奇数分母及び偶数分母の分数量子ホ-ル効果の全く新しい解析方法を与えた。当研究課題の基に行った研究の具体的成果は以下の様である。(1)リーマン面上のエニオンの場の理論とホール状態江澤は昨年に引き続いて、リーマン面上でのエニオンの研究を行った。エニオンは分数統計をもつ粒子であり平面上でのみ存在可能である。エニオンの統計反発力を取り入れた場の理論を構成し、物理的対象である平面電子系の解析を行った。その結果、ホール状態及び位相的励起(エニオン)状態の波動関数を理論的に初めて導出した。同様の解析を2層電子系に対しても行ったが、その成果には目覚ましいものがある。即ち、特定の物理的条件の基に、二層間にJosephson効果が見えるはずである、という結論を得た。この予言が重要であるのは、まず第一に、強磁場中の半導体系に新しいタイプの超伝導現象(Josephson効果)が可能である、と言うことを示しているからである。更に、興味あるのはJosephson効果の観測によってCooper pair 2eではない素電荷eの凝縮の存在を実験的に証明できるからである。(2)2次元時空の重力理論超弦理論は重力理論に多くの示唆を与える。吉村は重力理論のプロトタイプとしての2次元理論を解析した。この研究で提唱した模型は半古典的に量子化可能であり、かつ可解であるので、重力崩壊の具体的な描像を得る事ができた。(3)超重力理論におけるヒッグス粒子超弦理論はその低エネルギー極限として、超重力や超対称な統一理論を与える。
ボトムアップ手法によるメタ原子集積体の自動形成

可視光における3次元共振型メタマテリアルを実現するためには、(1)可視光と共振できるプラズモニックな材料で作られたサブ波長サイズの共振器、(2)高い共振値を得られる分割リング共振器(SRR)などの共振器デザイン、および(3)(1)・(2)によって得られる「メタ原子」の3次元的なアレイの3点が必要である。本研究ではコロイド粒子を鋳型とした逆オパール中に金属イオンを錯化したブロック共重合体を包埋し、ブロック共重合体微粒子の集積体を形成した後、金属イオンを還元するボトムアップ手法により、cmオーダーサイズのメタ原子集積体を自動形成することを目的とした。コロイド結晶を鋳型とすることで形成される逆オパール構造を鋳型とし、その空孔内にブロック共重合体とポリマー被覆金ナノ粒子をキャスト製膜する事により、空孔内に同心球状のミクロ相分離構造を形成し、金ナノ粒子が相分離構造に沿って配列したコンポジット膜の形成に成功した。さらにコロイド微粒子と金ナノ粒子を同一の水分散液に混合し、塗布製膜する事で、コロイド粒子同士がつながった部分の周囲に金ナノ粒子が毛管力で凝集し、結果としてリング状の構造が形成される事を見いだした。金ナノ粒子リングはコロイド粒子同士の結合点に自動的に形成されるため、三次元的に金ナノ粒子リングが配列したコンポジット膜が形成された。このコンポジット膜を加熱する事により、金ナノ粒子同士を融着することで、金ナノリングの形成にも成功した。以上の結果から、ボトムアップ手法を用いて、メタ原子集積体の自動形成を実現した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、コロイド粒子を鋳型として作製される、逆オパール中に金属イオンを錯化したブロック共重合体を導入し、ナノサイズの空孔にブロック共重合体を包埋した後、金属イオンを還元するというボトムアップ手法によりメタ原子集積体を自動形成することを目指す。申請期間中に金属イオン錯化ブロック共重合体の合成と逆オパールの作製、逆オパールへのブロック共重合体の包埋と金属イオンの還元によるメタ原子集積体の作製を行い、メタマテリアルとしての光学特性検討により最終的にcmオーダーサイズの可視光における3次元共振型メタマテリアルを創製する。今年度はコロイド結晶を鋳型とした逆オパール構造の作製とブロック共重合体のミクロ相分離構造制御を行った。サブミクロンサイズのポリスチレン微粒子を集積し、ポリビニルアルコールで包埋した後、ポリスチレン微粒子を溶媒を用いて溶出することにより逆オパール構造の作製を行った。金ナノ粒子とブロック共重合体を共通の溶媒に溶かし、逆オパール中にキャストすることにより、空孔内にブロック共重合体のミクロ相分離構造と、ミクロ相分離構造に沿って配列した金ナノ粒子の配列が形成されることを見いだした。ミクロ相分離構造のモルフォロジーは用いるブロック共重合体の共重合比や金ナノ粒子のブレンド比率に依存することが明らかとなった。さらに金ナノ粒子の融点付近でアニーリングする事により、金ナノ粒子の融着が観察され、金属ナノ構造の形成が示唆された。さらにコロイド結晶を鋳型とした金ナノ粒子の集積による金属ナノリング構造形成にも成功した。すでに次年度に予定していた金属ナノ構造をコロイド結晶を鋳型として形成する手法を確立できており、進捗状況は予定を上回っている。作製された金属ナノ構造の最適な構造用件をシミュレーションを含め検討を行う。最適化した構造用件を基に作製を行い、光学物性の解明を行う。また、構造の確認や光学物性の測定には様々な分野の研究者との連携が必要であるため、現在行っている連携をさらに深めて研究を行うことが必要であると考えている。
マカクザル視覚連想記憶の形成・想起における下部側頭葉TE野と36野の機能差の解析

本研究では、部分図形の組み合わせから成る集合図形の視覚認識機構を調べる。具体的には、遅延見本合わせ課題を用いて部分図形をサルに学習させた後、それらの部分図形を組み合わせた集合図形を識別する集合図形識別課題を学習させ、その課題を遂行中に、下部側頭葉において部分図形に反応した神経細胞の活動を記録する。本年度は以下の実験を行った。遅延見本合わせ課題を用いて120種類の部分図形を学習させたサルの下部側頭葉36野、及びTE野において、単一神経細胞から細胞外電位記録を行い、学習に用いた部分図形に選択的に反応する神経細胞が多く存在する小領域を同定した。次に、この小領域に電極を刺入し、サルに注視課題を課して、固視点上に部分図形を呈示することにより、単一神経細胞の部分図形に対する反応を調べた。特定の部分図形に選択的に反応する神経細胞が見られたら、次に、その反応する部分図形を用いて集合図形を作成し、上記の集合図形識別課題を遂行中に、上記の神経細胞から引き続き活動を記録した。その結果、部分図形に反応する神経細胞の多くは、その組み合わせから成る集合図形に対しても反応を示したが、集合図形内における部分図形の配置や、用いる部分図形の組み合わせによって、反応に相違が見られた。
タケノコ採取の生態学～人為的撹乱に対するタケノコの応答

本研究の目的は、山菜として利用されるチシマザサのタケノコを対象とし、生態学的な知見に基づいて人為的撹乱に対するチシマザサの応答について調べ、タケノコ資源を活用するための情報を提言することである。野外実験の結果、「タケノコ採取」はササの補償成長を促すことで翌年以降のタケノコの生産性を高めることを発見した。一方で、「地上部の刈取り」のような破壊的な撹乱ではタケノコの生産性が低下する可能性が高く、大規模な刈取り後では、タケノコの生産性が元の状態に回復するまでに30年以上かかると予想された。以上の結果から、「タケノコの利用性を高めるには、撹乱の種類や程度を考慮することが重要である」と提起する。山菜は森林から享受される生態系サービスである。山菜のサービスを最大限に利用するためには、その生産性を決める環境要因を特定するとともに、「山菜採り」や「森林施業」といった人為的撹乱に対する山菜の応答について調べる必要がある。この問題の解決には、基礎生態学で蓄積されてきた知見やアプローチを駆使して山菜採りを研究することが求められるが、山菜採りを生態学的な視点から研究した事例はない。本研究は、北海道の高級山菜であるチシマザサのタケノコを対象とし、生態学的な知見を駆使して人為的撹乱に対するチシマザサの応答について調べ、タケノコ資源を持続的かつ効率的に活用するための情報をまとめることを目標とする。平成26年は「タケノコの生産性に対する前年の収穫の影響」について調べた。前年(平成25年)に、北海道大学の天塩研究林に21ヵ所の実験区を設置し、その半数を収穫区として一般的なタケノコ採取の基準でタケノコを収穫し、もう半数を対照区としてそのまま維持していた。収穫の実施年(平成25年)では、タケノコの生産数や親ササ(すでに成熟しているササで、その数は潜在的なタケノコ生産能力の指標となる)の密度は処理区間で違いがなかったが、収穫の翌年(平成26年)のタケノコの生産数は対照区よりも収穫区で3倍も大きかった。親ササの密度は収穫の前後で変化しなかったため、本結果は、正に「収穫に応答してササはタケノコの生産数を高めた」ことを示す。多くの植物では、損傷に応答して損傷で失った以上に新しい組織を生産する(補償反応)ことが知られる。「収穫」はこのような補償反応を引き起こすことで、「タケノコの生産を強める」と考えられる。補償反応を引き出すことがタケノコ資源の効率的利用の鍵となるだろう。本研究は、基礎生態学的な知見を実学的な課題へと応用する試みであり、その成果には大きな社会的関心をともなうと期待している。山菜は森林という自然環境に生育する。そのため山菜資源(山菜の生態系サービス)を持続的かつ効率的に利用するためには、基礎生態学で蓄積された知見やアプローチを駆使して山菜を研究することが求められる。本研究は、北海道特産の山菜であるチシマザサのタケノコを対象とし、生態学的な知見を駆使してタケノコ採りという人為的撹乱に対するチシマザサの応答について調べ、タケノコ資源を活用するための情報をまとめることを目的とする。平成25年から、タケノコの生産性に対する収穫の影響を明らかにするための野外実験を開始した。北海道大学の天塩研究林に10m四方の実験区を20ヵ所設置し、その半数を収穫区として一般的なタケノコ採取の基準で平成25年と26年にタケノコを収穫した。もう半数は対照区としてタケノコを収穫しないまま維持している。最初の収穫の実施年(平成25年)にはタケノコの生産数は処理区間で違いがなかったが、収穫の翌年(平成26年)と翌々年(平成27年)のタケノコの生産数は対照区よりも収穫区で多かった。加えて、少なくとも2年間の収穫では、(1)タケノコの味は低下しないこと、(2)親ササ(成熟したササで、その数は潜在的なタケノコ生産能力の指標となる)の密度は変化しないことも分かった。上記の結果は、正に「収穫という撹乱で補償反応が引き起こされ、タケノコの生産性は高まること」を示す。これまでの結果から、「適度な撹乱を加えてササの補償能力を引き出すことで、タケノコの生産性は高まる」という仮説を持った。この仮説を確かめるために、「地上部の刈取り」という収穫とは異なる撹乱をササに与える実験を計画した。この実験のために、北海道大学天塩研究林に20ヵ所の実験区を設け、平成27年に処理(地上部の刈取り)を実施した。本研究は、チシマザサのタケノコを対象として、「タケノコ採取」と「ササの刈取り」という2つの人為的撹乱が、翌年以降のタケノコの生産性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。昨年まで(平成26・27年)の実験で「収穫は翌年のタケノコの生産を高める」という、興味深い結果を得ることができた。この成果を論文にまとめ、その論文は、平成27年12月にPLOS ONEに掲載された。この課題に関しては、当初の期待を上回る成果と判断した。「地上部の刈取り」にともなう撹乱の影響を調べる課題は、調査・実験場所の選定を終え、平成27年に実験処理を行った。

平成28年にそのデータを取る予定である。以上の2つの状況を考慮し「おおむね順調に進展している」とした。山野に自生し食用となる植物を、人は山菜として利用してきた。人工的な環境で育つ野菜とは異なり、山菜の生産性は収穫後の山菜の応答に依存する。そのため、山菜を持続的かつ効率的に利用するには「収穫がその後の山菜にどのような影響をもたらすか」を明らかにすることが必要となる。本研究では、北海道の山菜であるチシマザサのタケノコに着目し、継続的に3年間タケノコを収穫した後のササ個体群の状態、タケノコの出現数や味を調査し、山菜の個体群の遷移や生産性に及ぼす収穫の影響を調べた。平成25年に北海道大学天塩研究林に10m四方の実験区を20ヵ所設置し、それらを収穫区と対照区に分けた。収穫区では平成26-28年の間、毎年タケノコを収穫した。取り残したタケノコの数から、収穫区ではその年に生産されたタケノコの約7割を収穫していた。収穫の開始年(平成25年)のタケノコの出現数は処理区間で違いがなかったが、翌年には、タケノコの出現数は対照区よりも収穫区で2.5倍も多かった。この傾向はその後も続き、平成26-28年のタケノコの出現数は収穫区で常に高かった。一方で、ササの密度や太さ(ササの密度と太さは、それぞれ生産されるタケノコの数や太さと強い相関がみられる)、タケノコの味に関しては収穫の影響はみられなかった。このように、3年の収穫では、チシマザサの遷移過程に影響しないでタケノコの生産性を高めると考えられる。以上の結果から、「人為的撹乱を加えてササの補償能力を引き出すことで、タケノコの生産性は高まる」という仮説を持った。この仮説を確かめるために「地上部の刈取り」という収穫とは異なる撹乱をササに与える実験を平成27-28年に実施した。その結果、地上部の刈取りによる生産性の強化はみられず、タケノコの生産性は若干低下していた。この結果は「ササの補償能力を引き出すには撹乱の種類を考慮することの必要性」を提示する。本研究の目的は、山菜として利用されるチシマザサのタケノコを対象とし、生態学的な知見に基づいて人為的撹乱に対するチシマザサの応答について調べ、タケノコ資源を活用するための情報を提言することである。野外実験の結果、「タケノコ採取」はササの補償成長を促すことで翌年以降のタケノコの生産性を高めることを発見した。一方で、「地上部の刈取り」のような破壊的な撹乱ではタケノコの生産性が低下する可能性が高く、大規模な刈取り後では、タケノコの生産性が元の状態に回復するまでに30年以上かかると予想された。以上の結果から、「タケノコの利用性を高めるには、撹乱の種類や程度を考慮することが重要である」と提起する。本研究は、チシマザサのタケノコを対象として、「タケノコ採取」と「森林施業(特にササ刈り)」という2つの人為的撹乱が、翌年のタケノコの生産性や、タケノコの長期的な生産性を規定するササ林の遷移に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。昨年(平成26年)の実験で「収穫は翌年のタケノコの生産を高める」という、社会的に大きな興味を惹く結果を得ることができた。この結果は、国内の2つの学会(個体群生態学会第30回年次大会・第62回日本生態学会大会)で発表し、いずれの発表でも高い評価を得た。現在、これらの成果をまとめ論文の執筆を進めている。この課題に関しては、当初の期待を上回る成果と判断した。「森林施行」にともなう撹乱の影響を調べる課題は、調査・実験場所の選定を終えたところである。
神経栄養因子の歯根膜神経改造への関与〜歯の移動実験モデル〜

歯根膜の機械受容器であるルフィニ神経終末は高い神経可塑性を有し、下歯槽神経切断実験では、神経切断後約1か月で再生する。近年、我々は、歯根膜ルフィニ神経終末の生後発達や再生過程に高親和性神経栄養因子受容体であるTrkBのリガンドであるbrain-derived neurotrophic factor (BDNF)、Neurotrophin 4/5(NT4/5)が関与していることを報告した。これら2種の神経栄養因子は歯根膜ルフィニ神経終末の発生、再生過程において、異なる時期に作用していることが想像された。本研究では、下歯槽神経切断モデルを用いて、NT4/5遺伝子欠損マウスの歯根膜ルフィニ神経終末の再生過程を免疫細胞化学的に検討した。さらに、持続的recombinant NT4/5投与がルフィニ神経終末の再生過程に及ぼす影響を検討し以下の結果を得た。1.NT4/5欠損マウスの歯根膜における神経密度は、sham群の解析の結果、野生型マウスに比べ約16%の低形成を示した。2.野生型マウスと比較した、NT4/5欠損マウスの神経密度の減少率は、下歯槽神経切断後3日で最大となり、次いで7日後、その後はほぼ同レベルに保たれた。3.持続的recombinant NT4/5投与による回復実験では、下歯槽神経切断後7日、14日後の神経密度はvehicle群に比べそれぞれ上昇したが、7日と14日後の上昇率に有意差はなかった。また、下歯槽神経傷害を行わなかった群の歯根膜ルフィニ神経の密度も上昇した。しかしながら、野生型のルフィニ神経終末に見られる多数の微小突起の発達は見られなかった。本研究の結果から、NT4/5は下歯槽神経切断後、歯根膜ルフィニ神経終末の再生過程の初期過程において重要な役割を果たすことが示唆された。また歯根膜ルフィニ神経終末の再生過程には複数の神経栄養因子が時期依存的に関与していることが伺えた。これまでの我々のtrkBのリガンドである脳由来神経栄養因子(brain-derivedneurotrophic factor : BDNF)を人為的に欠損させたヘテロ型マウスの歯根膜神経の解析実験により、BDNFがルフィニ神経終末の生存、再生に深く関わることを強く示唆した。さらに、この実験結果はBDNFに加え、NT4/5、NGFなどの他の神経栄養因子の関与が想像された。本研究では,予備実験として、BDNFとともにtrkBのリガンドとして作用するneurotrophin-4/5(NT-4/5)のホモ型遺伝子欠損マウスを用いて、同マウス切歯歯根膜における歯根膜神経について検討し,以下の結果を得た。1.神経特異タンパクの一つであるprotein gene product 9.5の免疫細胞化学と画像解析法を用いて,ホモ型マウスでは野生型に比べ、20%弱の神経分布密度の低下を観察した。またホモ型マウスでは野生型でみられるような成熟した歯根膜ルフィニ神経終末を欠いていた。3.歯根膜でのtrkB、p75-NGFRのタンパク発現状態を免疫細胞化学的に検討したところ、ホモ型マウスと野生型マウスでは相違は認められなかった.歯根膜の機械受容器であるルフィニ神経終末は高い神経可塑性を有し、下歯槽神経切断実験では、神経切断後約1か月で再生する。
血管新生阻害因子を標的とする蛋白分解酵素遺伝子導入による新しい癌遺伝子治療の開発

肝細胞増殖因子(HGF)をelastasc消化して精製されたNK4は、HGF antagonistとしてHGFの癌細胞浸潤・転移促進作用を阻害する働きのほか、angiostatinと同様に血管新生抑制因子として癌の進展を抑制する。われわれはこれら2つの血管新生抑制因子がおのおのの基質から共通のproteaseにて精製されることに注目し、elasetase遺伝子導入による血管新生阻害作用を遺伝子治療の可能性に着手した。しかし、細胞毒性と標的分子の誘導効率の問題から継続を断念した。そこで、マウス大腸癌細胞株(CT26)にNK4遺伝子を導入してNK4高発現株(CT26-NK4)を樹立し、in vitro、in vivoにおける抗腫瘍効果を検討した。同細胞株はin vitroにおいて、細胞浸潤と遊走能においてHGF抵抗性を示した。In vivo皮下腫瘍モデルでは、NK4発現腫瘍では有意な腫瘍増殖抑制と生存率の延長効果を認めた。このメカニズムの解析にて、1)血管新生抑制、2)腫瘍細胞アポトーシス誘導、3)細胞増殖抑制の他、4)癌-間質相互作用の破錠(癌細胞からのHGF inducerの産生抑制)が明らかとなった。またCT26-NK4群では、腫瘍内に明らかなT細胞浸潤の増加を認め、CT26-NK4群のマウス脾細胞からのINF-γ産生も増加していたことから、NK4の5)細胞性免疫能増強作用が新たに示され、肝・肺・腹膜転移モデルにおいても、強力な転移抑制効果と生存率延長効果を認めた。DNAチップを用いたCT26-NK4の遺伝子変化の解析にてインテグリン発現の減弱を認められ、in vitroにおいてフィブロネクチン、コラーゲンへの細胞接着が抑制されることを確認した。本研究は、強力な血管新生阻害因子として知られるangiostatinおよびHGF/NK4が、天然に存在する物質(プラスミノーゲンおよび肝細胞増殖因子)から共通の酵素処理(エラスターゼ消化)により得られることに着目し、エラスターゼ遺伝子導入によってこれらの血管新生阻害因子の誘導とそれによる癌細胞の成長阻止(最終的には転移阻害)を目的とした研究である5これまでの研究で行えた内容と問題点は以下のごとくである。【研究内容】1)ブタの膵臓由来のcDNAをtemplateとしてelastase1遺伝子をPCR法にてクローニングし、発現ベクターを作製。本年度はこの遺伝子をまずNIH3T3細胞にエレクトロポレーション法にて導入し、安定発現細胞株を樹立した。2)この細胞株を用いて、培地内に肝細胞増殖因子(HGF)およびプラスミノーゲンを添加してHGF/NK4およびangiostatinの産生を確認した。(Westernblot法)3)この培養上清を用いてHUVEC細胞を標的とした血管新生阻害活性の基礎的検討を行った。【問題点】NIH3T3細胞でのエラスターゼの発現は確認できたが、期待された血管新生阻害活性が認められなかった。この理由として基質・酵素間の量的・質的な問題(転換効率)の他、種特異性あるいはエラスターゼの細胞毒性が考えられた。【今後の展望】実際に腫瘍細胞に導入して、in vivoでの活性の発現(腫瘍増殖抑制があるか否か)特にM5076肉腫細胞株での自然肝転移モデルでの検討を予定しているが、最近NK4発現ベクターのクローニング並びに東北大学よりNK4アデノウイルス(AdCMV : Nk4)の供与が受けられたため、これらを用いたNK4単独での癌の転移浸潤抑制の解析を準備している。肝細胞増殖因子(HGF)をエラスターゼ消化して得られる分子内断片NK4は、HGFantagonistとしてHGFの癌細胞の増殖・浸潤・転移促進作用を阻害する働きのほか血管新生抑制因子として癌腫の増大・進行を抑制することが知られている。

今年度我々はNK4の発現ベクター(pcDNA-NK4)をマウス大腸癌細胞株CT26に遺伝子導入してNK4高発現株を樹立し、この癌細胞の挙動に対してNK4が如何なる作用を及ぼすかin vitroおよびin vivoの系にて検討した。【細胞株の樹立】pcDNA-NK4はCMVプロモーター下にhuman NK4cDNAを組み込んだもので、これをelectropolation法にてマウス大腸癌細胞株(CT26)に遺伝子導入し、G418選択の元希釈法にて高発現株をクローニングした(CT26-NK4)。【in vitro assay】CT26はHGF receptorであるcMETを高発現しているが、このレベルは遺伝子導入にて変化しなかった(Western blotにて確認)。その上でHGF刺激による細胞増殖・運動能・浸潤能の変化を細胞数カウント,Transwell assay, Matrigel assayにて検討したが、何れもHGFによる刺激作用が完全に抑制された。【in vivo assay】この癌細胞を同系マウスに皮下移植し移植腫瘍の大きさの変化と生存率等を検討した。その結果NK4発現細胞では有意な腫瘍増殖抑制と生存期間の延長効果を認めた。更にこれらの作用機序の解析にて、1)血管新生抑制、2)腫瘍細胞apoptosis誘導、3)細胞増殖抑制等の効果の他、癌細胞からのHGF inducer (PDGF等)産生を抑制し、HGFを介した4)tumor-stromal interactionの破綻を引き起こすことが明らかとなった。肝細胞増殖因子(HGF)をエラスターゼ消化して得られる分子内断片NK4は、HGF antagonistとしてHGFの癌細胞の増殖・浸潤・転移促進作用を阻害する働きのほか、血管新生抑制因子として癌の増大・進行を抑制することが知られている。昨年度はマウス大腸癌細胞株(CT26)にNK4遺伝子を導入してNK4高発現株(CT26-NK4)を樹立し、in vitroにおいて同細胞株は、HGFによって促進される細胞浸潤、遊走能が強力に阻止され、in vivo皮下腫瘍モデルでは、NK4発現腫瘍での有意な腫瘍増殖抑制と生存率の延長効果が発揮されること確認した。今年度はこのCT26-NK4を用い、1)臨床応用を意識し、種々の実験転移モデルを用いた転移抑制効果、2)免疫能への関与について検討・解析した。1)肝・肺転移ともにCT26-NK4群では有意に転移腫瘍病変数、腫瘍径の増大抑制と生存率延長効果を認めた。機序の解析では免疫染色にて、従来より報告されているアポトーシス細胞の増加と腫瘍血管新生抑制を認めた。一方腹膜播種モデルにおいては、転移腫瘍病変数、重量の有意な抑制と生存率延長効果を認めたが、アポトーシス細胞の増加や血管新生抑制は認められなかった。そこでNK4の新たなメカニズムを模索するため、DNAチップを用いてCT26-NK4の遺伝子変化を解析したところ、インテグリン遺伝子発現の減弱を認めた。In vitroの解析でインテグリンのリガンドであるフィブロネクチン、コラーゲンへの細胞接着を調べたところ、確かにNK4群で低下していた。すなわちNK4は細胞接着を減弱させることでも転移抑制効果を発揮している可能性が見出された。
酸化物の特異構造におけるイオンダイナミクスの理論計算

本研究では、局所的な特異構造におけるイオンダイナミクスの信頼性と高速性を兼ね備えたシミュレーション解析法を、第一原理計算と機械学習を用いて開発することを目指して研究を進めた。平成30年度の主な成果は以下のとおりである。(1)多元化合物に対するニューラルネットワークポテンシャル構築:アモルファス酸化タンタル中の銅原子拡散を解析する、密度の異なる系を扱える汎用性を備えたポテンシャルを、前年度のアルミナの場合にならって開発し、所望のポテンシャルの作成に成功した。また、作成したニューラルネットワークポテンシャルを用いて収集したアモルファス酸化タンタルの原子配置のデータの特徴をパーシステントホモロジー法により解析し、密度の低下とともに、一様に原子間隔が広がるのでなく、空隙が大きくなることを示す予備的な結果を得た。(2)電場下のニューラルネットワークポテンシャルの開発:ボルン有効電荷を予測するニューラルネットワークを構築することができ、さらに、既存のニューラルネットワークポテンシャルで求めた力にこのニューラルネットワークにより予測した電場印加による力の変化を加えることにより電場印加下の分子動力学計算を行う計算プログラムを作成することができた。(3)フォノン計算:ウルツ鉱型GaN結晶のフォノンバンド構造の第一原理計算結果をよく再現できるニューラルネットワークポテンシャルの作成に成功した。さらに、作成したニューラルネットワークポテンシャルを用いて熱伝導率の計算も行い、第一原理計算と良い一致を得ることができた。以上のように第一原理計算と機械学習を用いた方法論の開発が進み、イオン伝導については侵入金属イオンのダイナミクスを扱うことができ、またフォノンについては欠陥等を含む系に適用するためのポテンシャル整備をほぼ終えることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、局所的な特異構造におけるイオンダイナミクスの信頼性と高速性を兼ね備えたシミュレーション解析法を、第一原理計算と機械学習を用いて開発することを目指して研究を進めている。平成29年度の主な成果は以下のとおりである。(1)多元化合物に対するニューラルネットワークポテンシャル構築:アモルファスアルミナ中の銅原子拡散を解析する、密度や組成(酸素とアルミニウムの比率)の異なる系を扱える汎用性を備えたポテンシャルを開発し、第一原理計算のエネルギー値との比較およびアルミナ構造の特徴についての実験・理論計算の先行研究との比較から、所望のポテンシャルの作成に成功したことを示した。さらに、銅原子拡散挙動の密度依存性および組成依存性に関する予備的な結果を得た。(2)電場下のニューラルネットワークポテンシャル作成に向けて:まず、電場印加による力の変化がボルン有効電荷と強く相関することを明らかにした。これを踏まえ、ボルン有効電荷を予測するニューラルネットワークの構築を進めた。まだ予測精度の点で不十分であるため、今後改良を試みる。(3)フォノン計算:ニューラルネットワークポテンシャルによるフォノン計算を、SiGe合金系およびGaNについて進めた。これまでのイオンダイナミクスに比べ、フォノンバンドの再現には高い精度が必要であることがわかった。精度の改善をある程度進めることができたが、今後さらに改良を試みる。並行して、第一原理計算によるフォノンおよび電子フォノン相互作用の振舞いの解析をGaNについて進めた。その結果、歪のかけ方によってoptical phononの変調具合が変わることが見えてきた。特に面内二軸ひずみ(c軸方向への圧縮に相当)では、LO-TO分裂の仕方が大きく変わることがわかった。密度や組成のことなる系を扱えるニューラルネットワーク(NN)ポテンシャルを構築できる目途が立ち、電場下についてもボルン有効電荷がキーであると特定してその振舞いを記述するNNの構築に進んだ。フォノン計算については予想以上に手ごわいことがわかったものの、精度の向上を着実に進めている。さらに、第一原理計算でのフォノンや電子フォノン相互作用の振舞いの解析も進んだ。以上を踏まえ、おおむね順調に進んでいると判断した、本研究では、局所的な特異構造におけるイオンダイナミクスの信頼性と高速性を兼ね備えたシミュレーション解析法を、第一原理計算と機械学習を用いて開発することを目指して研究を進めた。

(1)多元化合物については、これまでの知見を他の系に生かすことに注力する。特に、酸化タンタルにおいて、酸素の組成比や密度の異なる状況に対応できるニューラルネットワークポテンシャルを構築し、また水分子を含有している場合等を解析できるよう、3元以上への拡張を進める。(2)電場下については、ボルン有効電荷を記述するニューラルネットワークを構築した上で、原子・イオンに働く力の電場による変化を記述できるニューラルネットワークポテンシャルの構築を試みる。(3)フォノン計算については、ニューラルネットワークポテンシャルの高精度化と、欠陥のある系のニューラルネットワークポテンシャルの精度検証の2点を並行して進める。以上の解析を、フォノンや電子フォノン相互作用の振舞いの第一原理計算による解析と照らし合わせながら進め、精度と計算速度の点で最適な計算・解析手法を確立することを目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
エリスロポエチンによる虚血障害脊髄組織の再生

エリスロポエチン(EPO)が脊髄虚血障害を受けた脊髄組織の再生を促進するかどうかを検証した。マウス脊髄虚血モデルに対してEPO(5000 IU、投与群)及び生食(対照群)を投与し、術後7及び28日に後肢の運動機能、脊髄の組織所見を評価した。その結果、後肢の運動機能は術後28日で投与群は改善、対照群は悪化を認めた。脊髄の組織所見では投与群で術後7及び28日に運動神経損傷の抑制を、術後28日に運動神経再生を、また術後7日に微小血管再生を認めた。以上より、EPO投与にて脊髄虚血障害が軽減し、術後早期での微小血管新生を誘導、さらには遠隔期での運動神経再生を促進させることが示唆された。1.マウス脊髄虚血モデルの作成について:Adult male C57BL/6 miceを使用し、静脈麻酔を施し気管内挿管、仰臥位で左第二肋間を切開し、下行大動脈を露出、左鎖骨下動脈分岐後すぐの下行大動脈を脳外科用血管クリップにて9分間遮断、対麻痺を発症することが確認できた。2.実験グループの設定:Erythropoietin投与群(5000単位のrecombinant human EPOを虚血30分前と術後7日間毎日経静脈投与)とコントロール群(同容積の生理食塩水を同じタイミングで経静脈投与)を設定した。3.脊髄虚血作成後のマウスの経過観察について:両群を術後58日間にわたり観察し、生存率、後肢の運動機能、脊髄の組織所見を比較する予定であるが、二週間程度で死亡するマウスが多く、長期生存のマウスの個体数が少ないため十分な組織所見のデータが得られていない。4.組織学的な脊髄障害の評価について:術後7日後の組織評価については脊髄のパラフィン標本を作製し、運動神経細胞の数のカウント、免疫染色による評価(CD34陽性細胞評価、brain-derived neurotrophic factor (BDNF)とVEGFの発現の度合い)が行えている。5.血管再生と運動神経再生の評価について:術後28日目と56日目にの組織切片にてCD31陽性細胞とNeuN陽性細胞を免疫染色にて同定することにより評価する予定であるが、いまだ十分な検体数が得られておらず、両群間の比較ができていない。1.マウス脊髄虚血モデルの作成について2.組織学的な脊髄障害の評価について1.マウス脊髄虚血モデルの作成について:adult male C57BL/6マウスを使用し、静脈麻酔を施し気管内挿管、仰臥位で左第二肋間を切開し、下行大動脈を露出、左鎖骨下動脈分岐すぐの下行大動脈を脳外科用血管クリップにて9分間遮断、対麻痺を発症することが確認できた。また同様に7分間遮断でも対麻痺を発症することを確認した。3.脊髄虚血作成後のマウスの経過観察について:両群を術後58日間にわたり観察し、生存率、後肢の運動機能、脊髄の組織所見を比較する予定であるが、二週間程度で死亡するマウスが多く、長期生存のマウスの個体数は少ないが、7日後までの運動機能評価は行えている。4.組織学的な脊髄障害の評価について:術後7日後の組織評価については脊髄のパラフィン標本を作製し、運動神経細胞数の数のカウント、免疫染色による評価(CD34陽性細胞評価、brain-derived neurotrophic factor (BDNF)とVEGFの発現の度合い)が行えている。5.血管再生と運動神経再生の評価について:術後28日目と56日目の組織切片にてCD31陽性細胞とNeuN陽性細胞を免疫染色にて同定することにより評価する予定であるが、いまだ十分な検体数が得られておらず、両群間の比較ができていない。【背景】脊髄虚血による対麻痺は胸部大動脈瘤術後の深刻な合併症の一つである。一方、造血ホルモンであるエリスロポエチン(EPO)が組織の虚血障害に対して保護的に働くことが知られており、障害後の組織再生をも促すことが示唆されている。我々はEPOが脊髄虚血障害を軽減することを報告したが、本研究においてはEPOが障害を受けた脊髄組織の再生を促進するかどうかを検証する。【方法】マウス脊髄虚血モデル(C57BL/6マウスに対して全麻・開胸下に下行大動脈を7分間遮断し対麻痺を発症)に対して虚血前30分及び術後7日までEPO(5000 IU、投与群)及び生食(対照群)を連日投与し、術後7及び28日に生存率、後肢の運動機能、脊髄の組織所見(運動神経損傷:脊髄前角に含まれる正常形態を保った運動神経細胞数、運動神経再生: NeuN+CD34陽性細胞数、微小血管再生: BDNF及びVEGF発現、CD31+CD34陽性細胞数)を評価した。【結果】術後28日における生存率に群間有意差を認めなかった。後肢の運動機能は術後7日に両群とも同等に最低となり(有意差なし)、術後28日で投与群は改善、対照群は悪化し有意差を認めた。術後7日及び28日における正常運動神経細胞数はいずれも投与群で有意に多かった。また、BDNF及びVEGF発現、CD31+CD34陽性細胞数は術後7日において投与群が有意に高値であったが、術後28日では群間有意差を認めなかった。

また、NeuN+CD34陽性細胞数は術後7日では群間有意差を認めなかったが、術後28日では投与群が有意に高値であった。【結語】EPO投与にて脊髄虚血障害が軽減し、術後早期での微小血管新生を誘導、さらには遠隔期での運動神経再生を促進させることが示唆された。安定したマウス脊髄虚血モデルの作成に予想以上の期間を要したため、期間内での成果報告までには至らなかった。今後、新たな研究助成金を取得した上で、さらなる検討を加え、成果報告する予定である。エリスロポエチン(EPO)が脊髄虚血障害を受けた脊髄組織の再生を促進するかどうかを検証した。マウス脊髄虚血モデルに対してEPO(5000 IU、投与群)及び生食(対照群)を投与し、術後7及び28日に後肢の運動機能、脊髄の組織所見を評価した。その結果、後肢の運動機能は術後28日で投与群は改善、対照群は悪化を認めた。脊髄の組織所見では投与群で術後7及び28日に運動神経損傷の抑制を、術後28日に運動神経再生を、また術後7日に微小血管再生を認めた。以上より、EPO投与にて脊髄虚血障害が軽減し、術後早期での微小血管新生を誘導、さらには遠隔期での運動神経再生を促進させることが示唆された。脊髄虚血マウスの生存率が低く、長期生存のマウスの検体が少ないため。心臓血管外科学1.マウス脊髄虚血モデルの作成について:脊髄虚血時間を7分に短縮し、対麻痺の重症度を下げたところ生存率が向上したため、この設定で以後の研究を継続する。2.実験グループの設定について:上記設定にて28日生存の検体数を増やし、EPO群とコントロール群で運動評価、組織評価について比較検討する。3.最終目標について:28日後の評価が可能となれば、さらに56日後の評価も同様に行い、結論をまとめる。また日常業務において、実験に費やせる時間が少ないため。実験に必要なマウスの選別に時間を要したため、事業の遂行がやや遅れている。マウスの長期生存が得られず、その後の研究の遂行が遅れたため。1.マウス脊髄虚血モデルの作成について:生存率を向上させるため、術後生理食塩水の注射投与日数を増やす。また脊髄虚血時間を短縮し、対麻痺の重症度を下げてみる。2.実験グループの設定について:まずは上記方法にて28日生存の検体数を増やし、EPO群とコントロール群で運動評価、組織評価について比較検討する。1.マウス脊髄虚血モデルを作成方法に基づき推進する。2.実験グループの作成に必要なだけの標本数を確保する。3.組織学的な脊髄障害の比較を行うため、組織標本の作製をすすめる。4.免疫染色による評価を行うためCD34、BDNF、VEGFの免疫染色を行う。また血管再生の評価を行うため、術後28日目と56日目にの組織切片にてCD31の抗体を用いて血管内皮細胞を染色後、血管数をカウントしてその密度を比較検討する。またCD34との二重染色を行い骨髄由来のCD34陽性細胞が関わっているか評価する。さらに運動神経再生の評価のため術後28日目と56日目にの組織切片にてNeuN対する抗体を用いて免疫染色を行い、神経再生の有無を評価する。
人間・ロボット協調システムにおける作業分担/介入様式に関する研究

本研究は、人間・ロボット協調システムにおける人間とロボットとの作業分担や人間の作業介入の様式を体系化し、実システムを試作してその有効性を検証することを目的として実施されたものである。本研究により得られた成果の概要は以下の通りである。(1)オペレーターにとって直感的なロボットとの作業介入/分担様式の確立およびその体系化:人間・ロボット協調システムにおける作業介入/分担様式として6つの操作モードを設定した。さらに操作者にとって直感的でかつ安全に操作モードを切り替えることができるように、操作モードの切り替え順序を規定した。(2)複数の作業介入/分担様式間での変更を容易にする操作デバイスの開発:操作モードを切り替えるデバイスとして、3つの切り替えスイッチを用いたものを試作した。これにより複数の作業変数それぞれ独立な操作モードをスムーズに切り替えられることが分かった。(3)マスタ・スレーブシステムを基にした人間・ロボット協調システムの試作:一自由度の実験システムを試作し、いくつかの作業実験を通して設定した操作モードや規定した切り替え順序の妥当性を検証することができた。さらに、単純な作業に対してこの協調システムを用いることによりどれだけ作業達成度が向上するかを評価した。このような研究のもとで得られた知見としては、(a)作業分担/介入のための操作性を考慮したデバイスの開発および(b)操作者の意図を理解するシステムの開発の必要性が挙げられる。なお、関連研究として、スケーリング効果を考慮したマイクロテレオペレーションシステムにおける操作性や仮想オペレータシステムによるヒューマンインタフェイスに関する検討も行い、初等的な結果が得られている。人間・ロボット協調システムにおける作業介入/分担様式として6つの操作モードを設定した。また一自由度の実験システムを試作し、いくつかの作業実験を通して設定した操作モードや規定した切り替え順序の妥当性を検証することができた。これまでの研究によって得られた知見としては以下の2点が挙げられる。(i)作業分担/介入のための操作デバイス:操作モードを切り替えるデバイスとして、とりあえず切り替えスイッチを用いた単純なものを試作したが、マスタアームを把持したままの操作性には難があり、操作性を考慮したデバイスの開発が必要であることが分かった。(ii)システムによる操作者の意図の理解:人間・ロボット協調システムでは、人間からの操縦指令とシステムがロボットに与える動作指令とが相反するものになり、場合によってはシステムが操作者からの介入指令を受け入れない場合が起こり得ることが分かった。これにより、システムが操作者の意図を自動的に検出し、動作介入などを受け入れるようにシステムを設計しておくことが必要であることが分かった。本研究は、人間とロボットの作業分担やロボットによる作業への介入の様式を体系化し,実システムを試作してその有用性を検証することを目的とする.本年度得られた成果の概要は以下の通りである。(1)マスタ・スレーブシステムにおけるスケーリングとロバスト安定性の検討.マイクロマシン分野などの微小な対象物を扱うマスタスレーブシステムでは,スレーブアームのおかれた世界とマスタアームや人間の世界とで支配的な力学現象が異なるため,オペレータの操作に困難が伴う.これに対処するために,長さと力で異なる拡大率を採用する方式が研究されている.本研究では,微小な対象物の寸法を人間が扱いやすい大きさまで拡大させたと仮定したときに,それを操作するのに必要な力をオペレータに提示する方式(幾何学的拡大法)の,制御アルゴリズムを提案し,そのロバスト安定性の検討を行った.また実験により,提案したアルゴリズムの有効性を確認した.(2)仮想オペレータシステムによるヒューマンインタフェイスの検討.ヒューマンエラーによる事故防止のため,ヒューマンインタフェイスの解析および設計の研究が種々なされているが,本研究では,各種ヒューマンインタフェイスを一般的に論じるため,仮想的なオペレータをオペレーティングシステムの中に存在させ,実際のオペレータとコミニュケーションを行う認知モデル(VOS)を提案している.

このモデルを用いることにより,オペレーティングシステムと人間を同時にモデル化でき,ヒューマンインタフェイスシステムの問題点などを一般的に検討出来るようになると期待される.本手法の簡単な操作対象への適用についても,初等的な結果を得ている.途中で研究代表者が代わったこともあり,当初の計画通りに進まなかった部分もあるが,全体的には,良好な結果が得られたと考えている.
実物教材の導入が英文読解への意欲と理解を促進する効果に関する教育心理学的研究

学校教育における英語のリーディングの授業では、英文を読んで理解し、和訳するという課題が与えられる。しかし、学習者が読む英文は必ずしも自分が読みたい英文ではなく、義務的に読むだけで、理解や和訳もおざなりになること(課題関与事態に陥ること)が危惧される。本研究では、第三者が与えた、読みたくない英文でも読みたくなり、英文内容の理解が促進されるであろう方略として、読解過程を問題解決過程として組織し、問題を与える際に実物教材を用いて答えを予想させることを採用した。平成16年度は、三葉虫の化石とその解説を用いて、この方略を用いたテキストを作成し、その有効性を大学生を対象にした実験授業を行って検討した。その結果、英文の読みたさ評定、日本語訳の正確さ、両者の関連などの指標から、英文読解に自我関与する傾向がみられ、方略の有効性が示唆された。平成17年度は、実物教材以外の、写真教材や文章教材でも同様の効果が見られるかを検討するために、問題提示に写真を用いるテキストと文章のみのテキストを作成し、テキストを用いた実験授業を大学生を対象に行った。その結果、問題の答えを予想し、その予想を英文を読んで確認するという問題解決事態の導入は肯定的に受け止められていたが、教材の違いの効果は見られなかった。また、平成16年度研究との比較では、平成16年度研究の遂行が勝り、実物教材を用いた問題解決過程の導入が効果的であることが示唆された。しかし、2つの研究は、教材要因の他に学習者要因も結果に影響している可能性が高いので、今回はできなかったが、事後的に学習者要因を調整した研究ないしは分析を実施し、教材要因の効果を追求することがなお必要であると思われる。1.研究概要と目的:実物教材を用いた英文読解に関する実験授業を、大学生12名を対象に、次の手順で行った。(1)学習者による化石(三葉虫)の観察とそれが何かの予想、(2)自分の予想の確からしさ評定、(3)化石の説明文に対する読みたさ評定、(4)三葉虫がいつ頃、どこで、どのくらいの期間生息していたかを内容とする英文(英文1)の日本語訳、(5)三葉虫の餌は何かの予想、(6)自分の予想の確からしさ評定、(7)三葉虫の食性に関する英文(英文2)の読みたさ評定、(8)英文2の日本語訳、(9)三葉虫について知りたいことの自由記述、(10)知りたいことが書かれた英文の読みたさ評定、(11)三葉虫への興味度、英文の読みたさ等11項目の調査項目への回答。この実験授業の目的は、(1)自分の予想を確認するために英文を読むという授業は面白いし、英文を読みたくなる、(2)日本語訳の正確さや全体の訳の良さは、読みたさ評定と相関している、(3)英文の読みたさや三葉虫への興味関心は高まる、の3点を確認することであった。2.結果の概要:(1)自分の予想を確かめるための英文読解の授業は面白いという対象者が多い(11名/12名)。また、英文1の読みたさでぜひ読みたい、読みたいと答えた者は10名/12名、英文2のそれでは9名/12名)と読みたいとする者が多い。(2)3名の判定者が1文毎の訳の正確さ、訳文全体の良さを3段階に評定した。英文1の訳の正確さは85%、英文2のそれは70%であった。また、訳文全体の良さは英文1、英文2共に中位評定の者が多かった。

さらに、読みたさと訳の正確さの相関は英文1:0.68、英文2:0.46、読みたさと全体の訳の良さの相関は、英文1:0.51、英文2:0.03と、英文2では相関がなかった。(3)内容(三葉虫)に対する興味関心度は高まったが、英文自体の読みたさはそうではなかった。(4)実物教材の導入は英文読解にプラスだと回答する者が多かった(11名/12名)。1.昨年度研究において、実物教材(三葉虫の化石)を用いた英文読解を内容とする実験授業を行い、実物教材による問題導入→答えの予測→英文読解(和訳)という問題解決過程の導入が英文読解に対する意欲や理解に及ぼす効果を検討した。2.本年度は、問題導入場面に写真と文章を用いる教授プランと文章を用いる教授プランを作成し、問題解決過程を導入した英文読解の実験授業を大学生106名を対象に行い、以下の実績を得た。1)写真教材群(47名)と文章教材群(59名)では、英文処理能力を反映する分かち書きテスト得点において前者(平均41.7点、標準偏差=12.5)が後者(平均47.2点、標準偏差=13.3)に劣った。2)しかし、英文和訳の正確さ得点では両者に差が見られなかった(第1文:前者6.49点、後者6.50点、第2文:前者3.45点、後者:3.25点)。以上から、英文処理能力が劣る群でも同様の訳が産出できるのだから、写真教材が文章教材よりも有効と思われた。しかし、3)問題の答えの予想数こそ写真教材群が多いものの、予想の確信度得点、答えを内容とする英文の読みたさ度などの数値は文章教材群の方がよかった。また、4)授業内容が面白い:写真教材群47%<文章教材群56%、自分の予想を確かめるために英文を読むのは面白い:写真教材群70%≦文章教材群75%、三葉虫のことを友人に説明できる:写真教材群49%<文章教材群66%、とアンケート結果は文章教材群の方が肯定的であった。それを裏づけるように、5)予想を立てたことで英文が読みたくなった:写真教材群60%=文章教材群59%と教材による差はなかった。以上から、どの教材を用いて問題を導入されるかよりも、問題-解答の予想(解答の知りたさ)-英文の読みたさ-読解や理解の正確さという一連の問題解決過程として授業を組織化することが、大学生の英文読解への意欲や理解に影響を与えることが示唆された。
遺伝学的アプローチを用いて生後発達における神経回路精緻化メカニズムを解明する

本研究員は、生後発達初期の未熟な神経回路が、外部からの入力に応じて精緻化され機能的な神経回路となる過程において、皮質下領域における分子機構がどのような働きを担うかを明らかにすることを目的とし、研究を行ってきた。昨年度までの研究から、視床アデニル酸シクラーゼI(AC1)が大脳皮質における神経回路精緻化において重要な働きを担うことが明らかになった。さらに。複数領域において同時にAC1を欠損させることにより、複数の脳領域におけるAC1が相加的に働き、神経回路精緻化を達成していることが示唆された。また、脳幹AC1が視床における神経回路精緻化において非常に重要な役割を担うことが示された。そのため、これまで不明であった全身性AC1欠損マウスの大脳皮質におけるバレル形成不全および視床におけるバレロイド異常がそれぞれ、視床AC1および脳幹AC1の欠損によることが明らかにされた。しかし、脳幹特異的AC1欠損マウスにおいて使用されていた脳幹特異的Cre発現マウスは、脳幹における組換え効率が低く、Cre発現領域についても限定的であることが分かっていた。そのため、本年度は、新規脳幹特異的Cre発現マウスを作成し、より良い脳幹特異的AC1欠損マウスを得ることに注力した。新規脳幹特異的Cre発現マウスは、交配により他の脳幹特異的Cre発現マウスと組み合わせて使用することにより、脳幹PrV核において90%以上の組換え効率を持つようになる。このマウスを用い、脳幹特異的AC1欠損マウスを作製したところ、以前は異常を判別できなかった従来の染色法による実験においても全身性AC1欠損マウスと同様の異常を検出することに成功した。この結果から、脳幹AC1の欠損が十分に支障における神経回路精緻化を阻害することが確認できた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、目的としていた体性感覚システムにおける複数領域特異的な遺伝子欠損マウスの作成および解析を行い、皮質下領域におけるI型アデニル酸シクラーゼの働きが、神経回路精緻化の過程で重要な役割を担うことを明らかにした。さらに、新規の脳幹特異的Creトランスジェニックマウスを作製し、これまで問題となっていた脳幹における遺伝子欠損の不完全性を解決した。また、標的遺伝子を皮質下で欠損させることにより、様々な行動異常が引き起こされることが明らかとなった。複数の脳領域を包含した神経システムにおいて、特定の領域でのみ標的遺伝子を欠損させ、網羅的な解析を行う例は非常に稀である。今回の解析によりマウスの体性感覚システムにおいて、皮質下領域の遺伝子は、神経回路精緻化に寄与することが明らかとなった。本年度の研究により、これまで解明されていなかった皮質下領域における遺伝子発現が、大脳皮質における神経回路精緻化に非常に重要であることが示された。さらに、皮質下領域に発現する遺伝子が大脳皮質の神経経路精緻化に及ぼす影響およびその意義の一端について、神経回路の形態から行動レベルにいたるまでを明らかにすることができた。さらに。

「脳幹における遺伝子欠損の不完全性」というこれまでの研究における問題解決のため、予定にはない新規トランスジェニックマウスの作成を行ったため、予定していた子宮内電気穿孔法による単一視床・皮質投射軸索の可視化実験の進行に遅れが生じている。しかし、これまでの研究における問題点を解決し、研究全体を通し完成度は上がっているため、おおむね順調に進展していると言えるだろう。今後は、研究計画に記載した1標的遺伝子の機能推定に重点をおいて研究を進める予定である。単一視床・皮質等車軸索の可視化および形態解析から、視床細胞の遺伝子操作実験を行うと同時に、データベース等により下流のシグナル伝達経路の特定を進める予定である。
クロール泳の短距離パフォーマンスを改善させる高速度状態持続トレーニングの開発

水泳中の抵抗力は速度の約2-3乗に比例して大きくなるため、競泳とは抵抗との戦いである。体格が小さい日本人競泳選手は抵抗軽減について有利であるはずが、日本人選手は短距離種目で活躍できない現実がある。本研究ではスタートやターン後に泳ぎ始める速度に着目し、「高い速度で泳ぎ出すことで高速状態が持続できるのか」、「高速状態を持続させるにはどんな泳フォームが適しているのか」、そして「この高速状態はトレーニングによって持続時間が延長できるか」を明らかにする。本研究から得られる知見によって競泳の短距離トレーニング方式が一新され、国際大会において日本人選手の短距離種目におけるメダル獲得に貢献できる。