hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
確率論的アプローチによる新規脳PET画像解析法の認知症診断への臨床応用

今後は当初の予定通り、アミロイドPET画像に本補正法を応用してその有用性を検討し、本法を用いたアルツハイマー病の診断法の確立を目指す。開発したPET画像補正システムの特許出願の準備に時間を要しているため、学会発表や論文執筆にかかる費用を次年度に持ち越したため。また、脳PET画像解析に用いるソフトウェアの購入も次年度に持ち越したため。平成27年度の未使用金は、平成28年度分と合わせて使用する予定である。まず平成27年度に予定していた特許出願を次年度に予定しているため、それにかかる費用を支出する予定である。また、米国核医学会年次総会で成果の一部を発表する予定であり、その旅費・参加費の支出を予定している。今後アミロイドPET画像での検討において使用する予定である脳PET画像解析ソフトウェアを購入する。その他、今後臨床データの解析を本格的に進めるにあたり、データ保存用の記録媒体等の購入も必要である。
屋外環境における移動ロボットの自律ナビゲーションに関する研究

本研究の目的は、移動ロボットが環境に関する知識に基づき、自己の有するセンサ情報を用いて自力で動き、与えられた目的地まで確実に到達できるようにすること、及び、そのようなロボットのための環境認識技術、制御技術ならびに情報処理技術を確立することである。本研究では、とくに、大学のキャンパス内や遊歩道などの環境を対象とした。ロボットをこのような整備された屋外環境下で安全に動き回り、自主的に目的地まで走行させるため、(1)画像による屋外環境認識、(2)環境地図の構築とその利用法、(3)目的地まで最も安全かつ確実に到達するための経路計画、(4)地図とセンサ情報に基づく現在位置推定、(5)凸凹のある路面上でノンホロノミックな走行体に決められた経路を走行させる制御法、の各々について研究開発を行った。さらにそれらの成果を統合して実験用の移動ロボットを構築し、実際に筑波大学内キャンパスを走行させる実験を行った。この結果、(1)屋外の不整備環境であっても、その特徴を予め分析してそれを利用することにより、信頼性の高いナビゲーションを行うことができる。(2)一般的に屋外の路面は屋内の路面より一回り凸凹が大きくデットレコニングのみで走行できる範囲は狭い。しかし、環境中の目印を用いてデッドレコニングの累積落差を補償することにより、それなりの現在位置推定は可能であり、これを用いたナビゲーションが有効である。等が明らかとなった。等が明らかとなった。移動ロボットが環境に関する知識に基づき、自己の有するセンサ情報を用いて自力で働き、与えられた目的地まで確実に到達できるようにすること。そのようなロボットのための環境認識技術、制御技術ならびに情報処理技術を確立すること。これを目的として本研究は進められた。本年度はとくに、大学のキャンパス内や遊歩道などの環境を対象とし、ロボットをこのようなある程度整備された屋外環境下で安全に動き回り、自主的に目的地まで走行させるため、以下の通りの研究を行った。1.ナビゲーションを行う環境を具体的に定め(筑波大学内の約2Kmのコース)、問題を定式化した。2.屋外の不整地を走行できる柔らかい車輪を有する走行メカニズムとその制御系を開発試作した。3.ロボットの現在位置確認のための、超音波距離センサとビジョンシステム併用による、ランドマークの認識と位置測定法を研究した。4.2カメラを用いたビジョンシステムによる走行路上障害物検知方式を開発し、システムを試作した。5.局所的なセンサ情報の蓄積による大域的地図の生成とそれに基づく走行経路計画方を研究した。6.自律ロボットのコントローラのための省電力機能分散型アーキテクチャを設計し、コントローラを試作した。そのようなロボットのための環境認識技術、制御技術ならびに情報処理技術を確立することが本研究の目的である。本研究では、とくに、大学のキャンパス内や遊歩道などの環境を対象としロボットをこのようなある程度整備された屋外環境下で安全に動き回り、自主的に目的地まで走行させるための技術の開発を実験ロボット学的アプローチにより進めている。本年度の主な成果は以下のとおりである。1.屋外の不整備値を走行できる柔らかい車輪を有する走行メカニズムとその制御系を設計し、試作を進めた。2.ロボットの現在位置認識のための、超音波センサとビジョンシステムの併用による、ランドマークの認識と位置測定法について研究を行った。3. 2カメラを用いたビジョンシステムによる走行可能領域上障害物検知方式を開発し、システムの試作を行った。4.局所的なセンサ情報の蓄積による大域的地図の生成方を考案し、それに基づく走行計画法を研究した。5.自律ロボットのコントローラのための省電力機能分散型アーキテクチャについて基本設計を行い、具体化について検討した。6.これらの成果を統合して、屋外環境における実験システムに搭載するための準備を行った。

本年度は、ロボットに、このようなある程度整備された屋外環境下で安全に動き回り、自主的に目的地まで走行させるため、(1)画像による屋外環境認識、(2)地図とセンサ情報に基づく現在位置推定、の各々について研究開発を行った。本年度の成果のうち、とくに画像により屋外歩道の境界を検出して、それに従ってナビゲーションを行う方式は、比較的簡単な地図情報によって、ロバストなナビゲーションが実現できる。この方式を昨年度までの成果に統合して実験用の移動ロボットを構築し、実際に筑波大学内キャンパスを走行させることができた。また、屋外環境のナビゲーションのためには実験が不可欠であり、良い実験装置(ロボット及び、開発・モニタリングシステム)を構築することがきわめて重要である。本年度はこのため研究用の開発・モニタリングシステムも開発試作し、その有効性を確かめた。
地域の文脈を意識させる農漁村環境づくりのための合意形成に関する研究

具体的な地域問題において,当該市民が地域の風土との関係からその問題を考え,意見を述べ,新たな気づきが生まれる機会を提供するために,市民自ら関わるーミングを設計した.対象地域は,東日本大震災の大津波で甚大な被害を受けた南三陸海岸に位置する農村漁村(東松島市)である.大災害からのインフラ等の復旧の目処がつき,南三陸海岸の多くの農漁村には中長期的な地域づくりが求められている.ここでは,防潮堤建設が及ぼす「環境」(風土)の変化への地域住民の思いを代弁する役割演技型ゲーミングの開発と評価,風土とのかかわりが深い地域資源(農業・漁業・観光)を生かした地域外交流への提案ゲーミングの開発と評価を行った.25年度は、地域農村のもつアイデンティティへの気づきを意識させるための中国の一小都市でのゲーミング実験の結果、山形県の中山間地農村での農業者のライフストーリー調査にもとづくゲーム作成の結果、および青森県三沢市での漁業についての役割演技型の合意形成実験の結果について、それぞれ住民の意識形成の観点から分析し3本の論文として学会誌等に投稿し掲載された。中国の実験では、若者(高校生)が伝統工芸の職人を演じることでクラスメイトの地域文化の重要性意識が高まること、ライフストーリー調査では、農業者の生活への共感が増すこと、漁業資源の活用による合意形成実験では、演じる人と演じられる人の間でのやりとりの楽しさを通じてお互いの理解が深まったことが確認された。地域づくりのための合意形成手法として地域文脈を意識させるひとつの方法として、地域物語を通して情報共有させる方法を考えた。ここでは、ナラティブアプローチによる接近を試み、語りのボランティアによる読み聞かせの効果を調査した。それによれば、読み聞かせは、地域物語の持つ地域情報を確実に伝えるという効果よりも、地域住民への共感を促す効果の方が大きいことが学生実験による予備調査で確認でき、この結果は国際学会で報告した。これに関連して、地域づくりにいける地域計画の表現方法について、数値目標に代表される形式的な表現が説得力をもつことも学生実験により確認されている(国内学会で報告)。合意形成のための別の方法として、グループによるゲーム作成(農業ゲームの作成)の効果も調べた。ゲームの作成は扱うゲームの題材によって教育効果が期待されるが、ここでは農業の技術的側面よりも、農業を中心とした地域環境づくりへの啓蒙効果(意識改革)への期待ができる結果となっている。本年度の調査対象地は宮城県東松島市宮戸島月浜地区である.まず,地域内交流/地域外交流,普遍性/固有性の観点から13名の学生を3つの価値観α,β,γをもつ3つのチーム(45名で構成)にわけ,東松島市市役所職員による対象地域(宮戸島)についての事前説明,その情報をもとにプランのたたき台を各チームが作成した.調査当日は,現地で地域住民へのインタビュー,および東松島市市役所職員に現地の案内によるフィールド調査を行い,その後まちづくりプランのたたき台をもとに修正を施し,最終プランを完成し,翌日,地元住民の前でまちづくりプランを発表した.地元住民には,学生の発表に対して,「自分が受け入れやすい」「宮戸にふさわしい」「新鮮で,独自性がある」「実施可能性がある」「夢がある」という5項目に関して4段階(4が高評価)で評価してもらうと同時に,1番支持するチームと2番目に支持するチームを聞き.プラン発表の後,住民に支持するチームの学生と一緒にプランについての感想や改善点,実際にプランを実行するために必要なことなどの話し合いを行った.調査前では価値観γ(地域内交流・固有性)がほかの価値観に対して高かったのに対し,調査後では価値観β(地域外交流・固有性)が増加,価値観α(地域外交流・普遍性)が増加,価値観γが減少と価値観によって大きな差がついた.全体の評価値の分散は発表会前から発表会後にかけて減少している.調査の前後で,地域づくりにおける人的資源・社会関係・物的資源・労働環境・文化資本の5つの要素の重要性を聞いており,これらの価値観の変化との関連を検討中である.宮城県東松島市のブランド化活動において、地元産品の直売所での観光客と地元民とのやりとりを2つの仮想的な環境の中でロールプレイとして実現し、観光客側の受容感(地元に受け入れらる感覚)の違い、および東松島への好感度について検討した。環境設定では、従来どおりの地元産品の歴史や商品の味、品質などブランド化に期する情報を、地元民に扮して客に伝えるもの、もう一つは、客とのやりとりを楽しむ会話づくり、すなわち商品情報だけでなく個人的な話を加えながら演技する。得られた成果として、観光客の受容感は後者のほうが高く、東松島を訪れたいという気持ちが高まること、一方でCVMによる地元産品の貨幣評価では有意な差異がなかった。商品のブランド化という点に焦点をあてる場合、観光客の受容感に注目することは効果的でないといえるが、ブランド品の地元に足を運んでもらうことを考えれば、商品方法だけではなく地元民と観光客との間の個人的なやりとりも長期的には重要であると考えられる。別の調査研究として、大津波で被災した南三陸沿岸の農漁村に計画されている防潮堤建設についての住民の合意形成の問題を取り上げた。防潮堤建設は、住民の意見を尊重しながら政府主導で実施しているものであるが、地元住民の考えは一様ではなく極めて複雑な気持ちの上で揺らいでいる。防潮堤建設の是非は大津波体験の有無とか直接関係せず、また何が何でも人命優先というのではなく地域のアイデンティティの確保が前提という被災民もいる。

多様な4人の被災民による体験話と防潮堤建設意識を、それぞれのグループの学生たちに聞かせた後、学生同士で防潮堤建設にあたって最も考慮すべきことを話し合ってもらった。得られた結果として、防災重視よりも合意形成重視、限られた時間の中で防潮堤建設を決定するのではなく、すべての住民が納得できるまで時間を十分にかけることの重要性意識が高まった。この補助事業は前年度に終了予定であったが、前年度最初に襲った病気(遅発性内リンパ水腫)のため補助事業を進めることができなくなり、前年度後半より研究を再開したものの事業終了できない見通しとなったため、一年間の期間延長を承認いただいた。一般に合意形成過程を,一つの地域集団に属する多様な価値観を有する人々の間で,それぞれの異なる主張を通して,集団的意思決定を探り出す過程であると定義する.「風土を評価するための合意形成」といった一般論ではなく,具体的な地域問題において,当該市民が地域の風土との関係からその問題を考え,意見を述べ,新たな気づきが生まれる機会を提供するために,市民自ら関わるようなゲーミングを設計した.対象とした地域は,2011年3月の東日本大震災の大津波で甚大な被害を受けた南三陸海岸に位置する農村漁村である.大きな災害からのインフラ等の復旧の目処がつき,南三陸海岸の多くの農漁村には中長期的な地域づくりが求められている.ここでは,防潮堤建設が及ぼす「環境」(風土)の変化への地域住民の思いを代弁するような役割演技型ゲーミングの開発とその評価,風土とのかかわりが深い地域資源(農業・漁業・観光)を生かした地域外交流に対する提案ゲーミングの開発と評価を行った.前者では,防潮堤建設問題のような合意形成への十分な時間が必要な場面では,今回のゲーミングが当事者の体験談や気持ちへの共感と,社会的視点獲得という意味で一つの有効な手段であることが確認できた.ただし,主に被災住民の話を聞くことを他者視点獲得や共感の手段と捉え,ディスカッションの役割と区別して設計していなかたため,ディスカッションがどのように共感や他者視点獲得に影響を与えたのかはっきりしていない.後者では,ゲーミングを通して,観光客としての役割から地域ブランドプラン作成の役割に変化すると,被験者に意識の変化が生じることが明らかになった.また,実際の地域住民と意識を比較することで,その変化をより明らかに示した.さらに,地域ブランド作りの方向性によって,意識変化に違いが生じることを明らかにした.具体的な地域問題において,当該市民が地域の風土との関係からその問題を考え,意見を述べ,新たな気づきが生まれる機会を提供するために,市民自ら関わるーミングを設計した.対象地域は,東日本大震災の大津波で甚大な被害を受けた南三陸海岸に位置する農村漁村(東松島市)である.大災害からのインフラ等の復旧の目処がつき,南三陸海岸の多くの農漁村には中長期的な地域づくりが求められている.ここでは,防潮堤建設が及ぼす「環境」(風土)の変化への地域住民の思いを代弁する役割演技型ゲーミングの開発と評価,風土とのかかわりが深い地域資源(農業・漁業・観光)を生かした地域外交流への提案ゲーミングの開発と評価を行った.26年度は、連携研究者として参加している大型の科学研究費(基盤研究A)への負担が想定以上に大きくなっており、本研究に関わる調査は11月に行った東松島調査のみに留まっている。そのため、研究全体のスケジュールはやや遅れている。
キャピラリー電気泳動による光学異性体分離用新規キラル識別剤の探索研究

本研究で用いたキラル識別剤はイオン性置換基を持つシクロデキストリン(CD)誘導体およびタンパク質である。他種のキラル識別剤の利用も試みたが,上記2種が優れていたので報告する。イオン性CD誘導体としては,カルボキシル基,リン酸基またはスルホブチル基を持つβ-CDおよびカルボキシル基またはリン酸基を持つγ-CDを用いた。未修飾CDやメチル化CDと比べると,本研究で用いたアニオン性CD誘導体は,中性およびイオン性両方の光学異性体の分離が可能であることが大きな特色である。中性の光学異性体試料としては,ベンジル,マンデル酸エステル,PTH-アミノ酸,フェニルエチルアルコールなどのラセミ体の分離が可能であった。分離条件としては,中性付近のpHでCD誘導体濃度10mM程度を用いた。一方,塩基性光学異性体の分離では,中性CD誘導体と比べると低濃度で光学異性体の分離ができることが判明した。試料として用いた塩基性医薬品40種以上の光学異性体が分離できた。条件としては,電気浸透流の抑制と試料の吸着を防止するために,内面にポリアクリルアミド修飾したキャピラリーを用い,pH5付近でCD誘導体濃度は5mM以下で十分であった。光学異性体の分離に関してはβ-CD誘導体とγ-CD誘導体との間に大差はなく,後者の方が結合定数が小さい傾向にあった。キラル識別用タンパク質としては,酸性糖タンパク質であるα_1-AGPを用いた。このタンパク質塩基性光学異性体の分離に優れた結果を示した。上記CD誘導体を用いた分離とはやや分離選択性が異なるが40種以上のラセミ体の分離ができた。キャピラリーにはポリアクリルアミド修飾したものを用い,pH56で分離を行った。タンパク質による検出の妨害を除くために部分充填法を採用した。
植物の膜輸送とその織織化による高次機能の発現

1.イオン輸送の機構大川は活動電位発生に関与するカルシウムチャンネル制御の機構について、新免は同じく活動電位の発生に関与するカルシウム依存性クロライドチャンネルについて、開閉の機構について明らかにした。清沢は通常は正確に制御されている車軸藻の細胞内浸透圧が外液のK^+濃度を上昇させることにより乱されることを明らかにした。2.情報伝達におけるイオン輸送菊山はエクオリンを用いることにより、膜電位による原形質流動の制御におけるカルシウムの役割を明らかにした。水野高等植物の伸長成長のオーキシン制御におけるプロトンポンプの役割について解析し、加藤はこれらの成果をふまえて理論的解析を行った。飯野はドナリエラのプロトン放出におけるK^+とCa^<2+>の役割を明らかにした。島崎は気孔開閉の制御におけるカルモジュリン依存性ミオシン軽鎖キナーゼの重要性を明らかにした。高木はオオセキショウモにおける原形質流動の光誘導に関与すると考えられるCa^<2+>の輸送機構に関する解析を行った。片岡はフシナシミドロの光屈性の解析を行い、Ca^<2+>による制御機構および偏光屈性の機構について明らかにした。3.ストレス下におけるイオン輸送大隅は酵母におけるオートファジ-について解析し、液胞およびそのプロトンポンプの重要性を明らかにした。岡崎は膨圧調節における細胞内pHについて解析した。吉田は培養細胞を用い、低温ストレス下における細胞質の酸性化を明らかにした。三村はオオムギのリン酸欠之ストレス下における細胞質リン酸のホメオスタシスについて解析した。イオン輸送の機構:パッチクランプ法により,シャジクモ原形質膜のCl^-チャンネルの測定に成功した。このチャンネルは電圧感受性をもち,カルシウムによって活性化される。これらのことから,このチャンネルは活動電位の発生に関係しているものと考えられる(大川)。清沢はシャジクモの外液のK^+濃度を上げると膨圧が上昇することを発見した。この結果は植物細胞の漫透調節を考える上で重要である。情報伝達におけるイオン輸送の役割:シャジクモの活動電位時における細胞内遊離カルシウム濃度の測定を行い,膜電位変化や原形質流動の停止との関係を明らかにした(菊山)。加藤は高等植物の吸水機構を解析するための拡張カナルモデルを用い,ミトリササゲ胚軸切片のストレス時における成長応答を解析した。水野は高等植物の酸成長時における膨圧測定を行い,酸成長時には膨圧が減少することをみつけた。これは酸成長において表皮細胞壁は弛緩されるが、木部側プロトンポンプは活性化されず、能動的吸水が促進されないことを示す。新免はミルフラスモを用い,外液K^+濃度上昇による脱分極時における原形質流動停止の解析を行った。その結果、外液にEGTA,Ca^<2+>,Mg^<2+>を加えると原形質流動が回復することが明らかとなった。高木はオオセキショウモからマイクロソ-ム分画を得,カルシウムの輸送機構を解析し,カルシウムの輸送に2つの機構があることを明らかにした。島崎は孔辺細胞におけるプロトンポンプ活性の制御にミオシン軽鎮キナ-ゼ様タンパク質が関係していることを明らかにした。ストレス下における膜輸送:吉田は蛍光試薬による細胞内P^Hの測定を行い,低温ストレス時に細胞内が酸性化することを見つけた。岡崎は微小プロント電極を用い,細胞内P^Hとプロトンポンプ活性の関係を調べた。平成3年9月1112日に八王寺セミナ-ハウスで班会議を開いた。イオンの輸送の機構:車軸藻の外液のKCl濃度を50-100mMに上げると細胞内浸透圧調節能を失い、細胞内浸透圧が400mOsMにまで上昇することが分かった(清沢)。

車軸藻のクロライドチャンネルの開閉がカルモジュリンによって制御されている可能性を示した(大川)。情報伝達における膜輸送:車軸藻のカルシウム感受性クロライドチャンネルの特性について、細胞内潅流法によって解析した(新免)。また、車軸藻における活動電位発生における細胞質遊離カルシウム濃度変化を測定した(菊山)。セキショウモにおける原形質流動の光誘導にプロトンポンプが関与していることを明らかにした(高木)。トウモロコシ幼葉鞘の先端部の組織から調整したプロトプラストを用い、オーキシンによってプロトンポンプが活性化されることを示した(飯野)。高等植物の酸成長における細胞壁の力学的性質等についての測定を行なった(水野)。孔辺細胞の開孔の制御にカルシウムとプロトンポンプが関与していることを明らかにした(島崎)。ストレス下における膜輸送:オオムギ葉組織における細胞質およびアポプラストのリン酸イオンの濃度調節には液胞が重要な役割を演じていることを明らかにした(三村)。低温ストレス下において、培養細胞の原形質内のPHが下がることを明らかにした(吉田)。浸透ストレスに対する胚軸木部プロントポンプの活性化パターンを実験によって確かめた(加藤)。シラタマモの膨圧調節において、細胞質PHは大きく変化しないことを示した(岡崎)。フシナシミドロの屈性発現に耐塩性、膨圧調節などが関与していることを示した(片岡)。1.イオン輸送の機構大川は活動電位発生に関与するカルシウムチャンネル制御の機構について、新免は同じく活動電位の発生に関与するカルシウム依存性クロライドチャンネルについて、開閉の機構について明らかにした。清沢は、通常は正確に制御されている車軸藻の細胞内浸透性が外液のK^+濃度を上昇させることより乱されることを明らかにした。2.情報伝達におけるイオン輸送菊山は、エクオリンを用いることにより、膜電位による原形質流動の制御におけるカルシウムの役割を明かにした。水野は、高等植物の伸長生長のオーキシン制御におけるプロトンポンプの役割について解析し、加藤は、これからの成果をふまえて理論的解析を行った。飯野は、ドナリエラのプラトン放出におけるK^+とCa^<2+>の役割を明らかにした。島崎は、気孔開閉の制御におけるカルモジュリン依存性ミオシン軽鎖キナーゼの重要性を明らかにした。高木は、オオセキョウモにおける原形質流動の光誘導に関与すると考えられるCa^<2+>の輸送機関に関する解析を行った。片岡は、フシナシミドロの光屈性の解析を行い、Ca^<2+>による制御機構および偏光屈性の機構について明らかにした。3.ストレス下におけるイオン輸送大隅は酸母におけるオートファジーについて解析し、液胞およびそのプロトンポンプの重要性を明らかにした。岡崎は、膨圧調節における細胞pHについて解析した。吉田は、培養細胞を用い、低温ストレス下における細胞質リン酸のホメオスタシスについて解析した。
内皮細胞由来収縮因子エンドセリンによる血管収縮の細胞内分子機序に関する研究

1.エンドセリン(ET)ー1の、Ca感受性蛍光色素(フラー2)を負荷した豚冠動脈微小血管条片の張力、細胞質Ca濃度([Ca]i)、ミオシン軽鎖隣酸化反応(二次元電気泳動法により測定)に対する効果を、同一標本において調べ、相互の連関を明らかにした。その結果、ETー1によって引き起こされる収縮には、(1)[Ca]i増加に依存し、燐酸化ミオシン軽鎖の増加を伴う要素と、(2)[Ca]i増加に必ずしも依存せず、燐酸化ミオシン軽鎖も増加しない要素が存在することが明らかとなった。[Ca]i増加に依存する要素には、細胞内貯蔵部からのCa放出が主として引き起こす成分と、細胞外Ca流入に依存し、燐酸化ミオシン軽鎖の減少を伴う、主として収縮維持に関与している成分が含まれていることが示唆された。さらに、ETー1には収縮蛋白質系のカルシウム感受性を増幅させる作用の可能性も示唆された。[Ca]i増加の関与しない収縮は、Wー7で抑制されず、Hー7では抑制されることから、Cキナ-ゼを介する機構が関与する可能性が示唆された。2.フラー2を取り込ませた豚大動脈弁弁尖の表面蛍光連続測光法を用いて、内皮細胞の[Ca]iを測定した。ETー1およびETー3は、[Ca]iの上昇を引き起こし、細胞外Caの存在下では二相性の変化を示した。最初の相は、ピ-クを伴う鋭い[Ca]iの上昇であり、細胞外Caを除いた条件でも観察され、細胞内Ca貯蔵部からのCa放出によるものであり、第二相は、細胞外Caに依存性の[Ca]iの持続的上昇からなっており、細胞膜のCaチャンネルを介するCaの流入によるものと考えられた。さらに、ETー1が、ETー3の場合よりも大きな[Ca]iの上昇を引き起こすことを初めて証明した。従って、ETの生理的役割として、血管平滑筋の収縮を直接引き起こす作用(パラクライン)のみならず、内皮細胞の分泌機能を制御するオ-トクライン情報伝達物質としての役割も考えられた。1細胞質Ca^<2+>濃度・張力同時測定法による検討。Ca^<2+>感受性蛍光色素(furaー2)を取り込ませた豚冠動脈微小条片の表面蛍光連続測光法により、細胞質Ca^<2+>濃度を測定し、同時に等尺性張力を測定した。外液Ca^<2+>存在下、エンドテリンーI(ETー1)を投与すると、細胞質Ca^<2+>濃度と張力は速やかに増加し一定のレベルを維持した。この反応は用量依存性であり、ED50は、各々、0.32nM(細胞質Ca^<2+>濃度)と0.60nM(張力)であった。この収縮はETー1を洗い除いたのちも持続した。118mMK^+脱分極刺激による蛍光強度と張力の増加分を100%とした時、0.1μMのETー1投与時の蛍光強度と張力は、各々、90%(740nM)と125%であった。無Ca^<2+>液(2mM EGTA)中では、ETー1は細胞質Ca^<2+>濃度と張力の一過性増加を引き起こした。

ピ-ク値はいずれも用量依存性であり、ED50は6nM(細胞質Ca^<2+>濃度)と9nM(張力)であった。0.1μMのETー1投与時の蛍光強度と張力のピ-ク値は、外液Ca^<2+>存在下の値を100%とした時、各々58%(430nM)と105%であった。無Ca^<2+>液中でカフェイン(20mM)感受性およびヒスタミン(10μM)感受性の細胞内貯臓Ca^<2+>を枯渇させた後、ETー1を投与すると、一過性だが用量依存性の収縮が誘発された。この時、細胞質Ca^<2+>濃度は全く増加しなかった。0.1μMのETー1投与により28%の収縮を認めた。従ってETー1による収縮は、低濃度(1nM以下)では主に外液Ca^<2+>依存性であり、より高濃度では細胞内貯蔵Ca^<2+>の放出と細胞質Ca^<2+>濃度増加を伴わない収縮の関与も加わることが明きらかとなった。2初代培養平滑筋細胞において^<45>Ca^<2+>、^<22>Na^+フラックス法を用いて検討した。ETー1は、外液Ca^<2+>の有無にかかわらず、用量依存性に^<45>Ca^<2+>effluxを増加させたが、^<45>Ca^<2+>influxは全く増加させなかった。^<22>Na^+influxについは一定の結論を得るに至らなかった。1.琢冠動脈中膜条片を急速固定し、二次元電気泳動法によりミオシン軽鎖燐酸化を測定し、エンドセリン(ET)の効果を調べた。ETー1投与時、(1)細胞外Caの有無に関わらず、細胞質カルシウムイオン濃度[Ca]iが上昇する場合は、早期(30秒)から燐酸化ミオシン軽鎖も増加すること、(2)細胞外Caが存在する場合、張力や[Ca]iは増加したまま維持されるが、燐酸化ミオシン軽鎖は次第に減少すること、(3)[Ca]iの上昇を伴わない収縮では、燐酸化ミオシン軽鎖は増加しないこと等が明らかとなった。ETー1による[Ca]iは上昇は、カルモジュリンを介するミオシン軽鎖燐酸化を引き起こすが、それは、発生張力の初期相のみを制御していると考えられ、持続相の張力維持には、別の制御機構が関与している可能性が示唆された。この持続相の張力維持機構は、[Ca]iの持続的上昇に依存するものであり、収縮蛋白質のCa感受性の増大とは異なるものである。[Ca]i増加を伴わない一過性の収縮には、Caーミオシン燐酸化系を介さない別の機構が関与していると考えられた。2.フラ-2を取り込ませた琢大動脈弁弁劣の表面蛍光連続測光法を用いて、内皮細胞の[Ca]iを測定した。ETー1およびETー3は、[Ca]iの上昇を引き起こし、細胞Caの存在下では二相性の変化を示した。最初の相は、ピ-クを伴う鋭い[Ca]iの上昇であり、細胞外Caを除いた条件でも観察され、細胞内Ca貯蔵部からのCa放出によるものであり、第二相は、細胞外Caに依存性の[Ca]iの持続的上昇からなっており、細胞膜のCaチャンネルを介するCa流入によるものと考えられた。さらに、ETー1が、ETー3の場合よりも大きな[Ca]iの上昇を引き起こすことを初めて証明した。従って、ETの生理的役割として、血管平滑筋の収縮を直接引き起こす作用(パラクライン)のみならず、内皮細胞の分泌機能を制御するオ-トクライン情報伝達物質としての役割も考えられた。
キャビティ・リングダウン法によるOHラジカルの計測

キャビティ・リングダウン法は本来マイクロ秒程度の遅い化学反応の速度定数を精度良く測定するために最近考案された方法である。ここではその手法を低濃度のラジカル検出に利用する。Ringdown cavityは長さ50cmの真空フローセルの両端に620nmで反射率99、83%の凹面鏡(r=2m)を設置した。このキャビティにレーザー光線を導入してミラー間での多重反射で1千回のオーダーで往復させることができた。したがって光路長は1km程度となり、大気中微量成分の吸収計測が出来る条件には及ばないが、今後の改良で充分に実大気計測が可能であることが確認された。大気ラジカルの中で最も反応性に富むため最も低濃度であるOHラジカルをも検出できる程度に高感度化された吸収計にする予定である。平成10年度はこの吸収計の心臓部である光学系の調整と多重反射で発生するPulse train信号の積算処理による吸収強度の定量化をNOについて校正し、計測の実用化を図った。様々な圧力で測定を行い、今回のCRD測定がLambert-Beerの法則を満たしていることが確認された。また、傾きから吸収の断面積σを求めることができた。これらの結果から、本装置における検出限界濃度を1x10^<13>molecules/cm^3(500ppb)と求められた。この検出限界濃度は、実際の大気中に存在するNO_2濃度(0.0320ppb)に比べはるかに高い値であり改良が必要である。
金属シリサイド/pーSi_<1ーx>Ge_x界面の作製とその制御

1.研究の目的...ショットキ-障壁型赤外センサ-の長波長化を目的にした、Silicide/pーSiGe接合に対するgermanideの影響を除去するために、PtとSiの同時蒸着によるPtSiの低温形成について検討した。2.本年度の研究実験...蒸着速度比Pt/Si=1/1とし、基板温度を80,200,350°Cと変えてX線、RHEED、比抵抗、ショットキ-特性の測定を行った。80°Cでも既にPtSiが形成されており、200°Cになると[110]方向への配向が始まる。また比抵抗も、Pt/Si=1/1基板温度200°Cで堆積した膜は、通常の熱処理による物とほぼ同じであった。蒸着速度比をPt/Si:4/3,1/1,3/4と変えると、Ptが多い場合には充分にPtSiが形成されているにもかかわらず、Siが多い場合にはX線のピ-クは現れず、アモルファスに成っていると考えられる。また、このようなPtSi_xでショットキ-を形成した場合には、熱的安定性が悪かった。これに対してPt/Si=1/1、基板温度200°CでPtSiを形成した場合には、熱的安定性も良く良好なショットキ-が得られた。しかしながら、ショットキ-特性はPtSi蒸着前の高真空中での基板熱処理温度に敏感で、900°C、20分のthermal cleaningを行うと、良好なショットキ-が得られないという現象が見られた。これについては今後更に検討を行う予定である。
深部コールベッドメタンの挙動

地下深部の石炭中で生成したメタンが移動集積して多くの天然ガス鉱床が形成されている.一方,石炭中に残存しているメタンも有用な天然ガス資源として利用できる.日本の代表的な始新世石炭中の残留メタンの特徴について研究し,残留メタンが非常に大きな炭素・水素安定同位体比を持っていることを明らかにした.また,石炭が高い温度を経験すると残留メタン濃度が高まり資源価値が増すことが明らかになった.地下深部の石炭中で生成したメタンが移動集積して多くの天然ガス鉱床が形成されている.一方,石炭中に残存しているメタンも有用な天然ガス資源として利用できる.日本の代表的な始新世石炭中の残留メタンの特徴について研究し,残留メタンが非常に大きな炭素・水素安定同位体比を持っていることを明らかにした.また,石炭が高い温度を経験すると残留メタン濃度が高まり資源価値が増すことが明らかになった.コールベッドメタンは資源量が豊富で世界各地に分散して存在していることから,有望な天然ガス資源として世界的な関心が寄せられている.日本や東アジアの大陸縁辺域にも新生代の炭層が広く分布しているが,日本のように地殻変動が激しく活動的な地域では,炭層の多くが地下深部に存在しており,また,炭層の層厚が薄いためコールベッドメタンとして開発することは容易ではない.本研究では,地下深部に存在する十分に熟成した一連の炭層(炭層,炭質堆積物の互層)中に存在する遊離の炭化水素ガスの存在量を見積もりその資源価値を明らかにすること,また,炭層の変形や破壊にともなった炭化水素ガスの挙動(排出や吸着)について考察し,炭層の天然ガス根源岩としての特徴を解明することを目的としている.平成21年度は石狩層群美唄層炭層の露頭サンプルのほか,石油資源開発(株)が苫小牧沼ノ端にて掘削中であった坑井の石狩層群相当層のカッティングスサンプル(深度約3000-4000m)を用いてそれらに存在する遊離ガス,吸着ガスの測定法に関する研究を行った.特に,PDHID(パルス放電ヘリウムイオン化検出器)による無機有機ガスの高感度同時測定法とコールベッドの破壊にともなって生成する炭化水素ガスの濃度と炭素水素安定同位体比の測定法に関する基礎研究を推進し,これらの測定法をほぼ確立することができた.今後は,これらの方法を適用して地下深部のコールベッド中に存在する炭化水素ガスの挙動を解明する計画である.本研究の目的は日本の深部炭層中に存在するガスの挙動を解明しコールベッドメタンの資源ポテンシャルを明らかにすることである.我が国の始新世石炭の多くは亜瀝青炭(Ro=0.30.6%)に分類される.このような亜瀝青炭のコールベッドメタン資源ポテンシャルを明らかにするため,平成21年度に構築した炭層中に存在する無機・有機ガスのパルス放電ヘリウムイオン化検出器(PDHID)による同時分析法を用いて,北海道美唄地域の三美炭鉱に露出する始新世亜瀝青炭の分析を行った.その結果,粉砕にともなって遊離するガス中に水素,一酸化炭素,メタン,二酸化炭素,エチレン,エタン,プロピレン,プロパン,イソブタン,ブタンが検出され,それらの濃度は粉砕時間にほぼ比例して増加した.炭化水素中で最も多いメタンの放出量は常温常圧で約20(ml/g)であった.その炭素同位体組成からこれは熱分解起源のメタンだと判断された.熟成度の低い亜瀝青炭の場合は熱分解起源コールベッドメタンの資源ポテンシャルは小さい.さらに熟成した瀝青炭(Ro=0.6-1.6%)であれば十分な熱分解起源コールベッドメタンの資源ポテンシャルが期待される.今後は熟成度のより高い瀝青炭や無煙炭(変成炭),あるいは実験室で加熱熟成させた石炭試料について分析を行い,日本における熱分解起源コールベッドメタンの資源ポテンシャルを明らかにする.北海道に分布する新生代始新世の炭層を例にして,石炭内の炭化水素ガス濃度を明らかにし,変形や機械的破壊にともなう炭化水素ガスの挙動を解明することが本研究の目的である.これまでに,パルス放電ヘリウムイオン化検出器(PDHID)を用いた石炭中の無機有機ガス同時分析法を確立させ,北海道美唄地域の三美炭鉱に露出する始新世亜瀝青炭を例に,炭層の破壊にともなって水素,一酸化炭素,メタン,二酸化炭素,エチレン,エタン,プロピレン,プロパン,イソブタン,ブタンが有意に放出されることを明らかにした.本最終年度は,破壊にともなって放出されるメタンガスの資源ポテンシャルを明らかにするため,実験室で亜瀝青炭を加熱熟成させ,残留するガスの組成と濃度,および炭素,水素安定同位体組成の変化について検討した.美唄層亜瀝青炭(Ro=約0.5%)を325°Cで24時間,350°Cで48時間,窒素雰囲気下で加熱し残留ガス濃度とメタン,二酸化炭素の炭素・水素安定同位体比を測定した.加熱された石炭中の残留ガス濃度は急増したが,残留ガス濃度に大きな差は認められなかった.これは生成したガスの多くが石炭から排出されたためである.また,残留ガスでは通常の熱分解ガスと比較してメタンの相対濃度が小さく,メタンがより排出されたことを示している.これはガスの排出にともなってガスの組成分別が生じていることを示している.メタン,二酸化炭素の炭素・水素安定同位体比はいずれも熟成度の高い残留ガスほどより大きな値を持っている.
腎癌の網羅的遺伝子発現解析に基づく新規予後関連遺伝子からの治療標的の探索

進行性腎癌は致死率が高く治療に難渋する泌尿器癌です。臨床経過において多様性を示すことから、予後や治療薬の効果を予測する手段が求められています。本研究では,腎癌の80%以上を占める淡明細胞型腎細胞癌を対象とした網羅的遺伝子発現解析を行い,遺伝子発現様式での分類が淡明細胞型腎細胞癌の予後と強く相関することを確認しました.さらに、臨床における淡明細胞型腎細胞癌を38個の遺伝子発現に基づいて3つのサブグループに分類することが可能で、各グループごとに分子標的薬の治療効果に相違があることが示唆されました。これらの結果から、この分類は臨床における予後予測や治療薬選択に応用できる可能性が示唆されました.1.淡明細胞型腎細胞癌(ccRCC)の手術検体を対象とした網羅的遺伝子発現解析から得られたデータと臨床経過・予後との再解析の結果、最終的に38遺伝子が最適な予後不良関連遺伝子セットと結論付けた。この成果は国内外の学会で報告するとともに、国際特許申請を行った。2.我々のマイクロアレイのデータでは、この38予後不良関連遺伝子の1つであるAnnexin A4は正常腎と比べてccRCCで非常に高いレベルで発現しており,その機能の中に予後不良と関連する要因があると考えられた。まずは、腎癌細胞株でのAnnexin A4の発現状況を確認し、高発現腎癌細胞株と低発現細胞株を選別した。腎癌細胞株のTUHR3TKB、TUHR4TKB、OSRC2、TUHR10TKB、10RGBに加え、ACHN、786-0、Caki-1、Caki-2の腎癌細胞株で検討した結果、786-OとCaki-2を高発現/低発現株の候補とした。次年度には、これらの細胞株を持ちいて予後不良の原因となる機能の解析を行う。1.腎細胞癌の手術検体を対象とした網羅的遺伝子発現解析データと臨床経過や予後情報での解析の結果から、最終的に38遺伝子を予後不良関連遺伝子と結論付けた。この38遺伝子セットについて特許申請を行い、受理された。2.この38遺伝子セットの発現様式から、淡明細胞型腎細胞癌は疾患予後や分子標的薬治療の反応性が異なる3つのサブグループに分類可能であることが示された。この結果から、腎癌の腫瘍組織における38遺伝子発現様式から、疾患予後や治療薬の効果を予測できる可能性があることが示唆された。本成果を第104回日本泌尿器科学会で発表し、日本泌尿器科学会総会賞の表彰を受けた。3. 2の成果を国際学会(アメリカ泌尿器科学会)に応募し、採択された。臨床検体での解析における進展が得られ、重要な予後関連遺伝子を同定し、特許申請、国内外の学会発表で成果を報告した。臨床における淡明細胞型腎細胞癌の手術検体を対象とした網羅的遺伝子発現解析データと臨床情報および予後情報を基にした解析から、最終的に38遺伝子を予後不良関連遺伝子と結論付けた。この38遺伝子を腎細胞癌の予後不良予測遺伝子セットとして特許申請を行い、受理された。この38遺伝子セットの発現様式から、淡明細胞型腎細胞癌を、予後や分子標的薬治療の反応性が異なる3つのサブグループに分類できることを見出した。つまり、淡明細胞型腎細胞癌の手術検体における38遺伝子セットの発現様式を調べることで、予後や治療薬の効果を予測できる可能性があることが示唆された。本成果を第104回日本泌尿器科学会で報告し、一定の評価を得ることができた(日本泌尿器科学会総会賞を受賞)。さらに、この成果をアメリカ泌尿器科学会(AUA)に応募し、採択・発表を行った。これらの結果から、この分類は臨床における予後予測や治療薬選択に応用できる可能性が示唆されました.今年度の研究目的の達成とともに、臨床検体での解析における進展が得られた。38予後関連遺伝子の中で、腎細胞癌における機能や役割が不明な遺伝子についても機能解析を追加する。泌尿器癌今後は、Annexin A4の高発現/低発現腎細胞癌株を用いた機能解析を進める。さらに、38予後不良関連遺伝子のなかで腎細胞癌における機能がわかっていないものについても機能解析を予定している。使用額に端数が生じた。端数を次年度に使用する予定。
ゲノム組換えへの挑戦とそれを利用した合成生物学

超好熱菌Thermococcus kodakarensisの高い形質転換効率に着目し、ゲノムDNAを用いて大規模なDNA組換えを試みた。ウラシル・トリプトファン要求性を示す宿主を用いてこれらの要求性の解除を指標に形質転換体の選択を行った。野生型T. kodakarensisのゲノムを用いた場合には目的の組換え株が容易に得られた。近縁の超好熱菌ゲノムを用いた場合は、ゲノムDNA供与体の短いDNA断片を予め挿入したT. kodakarensisを宿主とした場合に組換え株が得られた。ゲノム組換えの宿主として筋Thermococcus kodakarensis KU216(ΔpyrF)のを用いた。まずKU216宿主およびpUDTrpE(pyrFマーカーを有するtrpE破壊ベクター)を用いて遺伝子組換えに必要なDNA量を検討した。その結果、0.03μgでもウラシル要求性が相補されたPyrF^+株が得られた。次にKU216を宿主としてKOD1ゲノムを用いてPyrF^+株が得られるかを検討した。まずKOD1およびKU216のゲノムDNAを抽出した。プラスミドDNAと異なりゲノムDNAの場合、細胞内に取り込まれ難い可能性も考えられたため、塩化カルシウム処理したものや、ゲノムDNAを予め制限酵素処理して断片化したものでも形質転換を行った。また、ネガティブコントロールとしてpyrF遺伝子をもたないKU216のゲノムでも形質転換を行った。その結果、塩化カルシウム処理および制限酵素処理の有無に拘わらずKOD1ゲノムで処理したものはPyrF^+株が得られ、KU216ゲノムでは得られなかった。KOD1ゲノムで形質転換を行って得られたPyrF^+株集合体からゲノムDNAを抽出して遺伝子型をPCRにより解析した。pyrFの外側と内側にアニーリングするプライマーセットを用いた。その結果、pyrF部位で組換えが起こり欠損が復帰していることが分かった。これらのことからT.kodakarensis KU216においてはT.kodakarensis KOD1から抽出したゲノムDNA90μgを用いて形質転換(PyrF^+株の作製)が可能なことが分かった。またゲノム供与体として未培養の好熱性アーキアに注目し、Caldiarchaeum subterraneumのメタゲノム解析を行った昨年度の研究を通じて、超好熱性アーキアT.kodakarensisのpyrF(orotidine.5'-phosphate decarboxylase)欠損株であるKU216株を、野生株KOD1から抽出したゲノムDNAで形質転換を行うとウラシル要求性が相補されることが分かった。このことからT.kodakarensisはゲノムDNAを細胞内に取り込み、相同的組換えによってpyrFを獲得することが示唆された。今年度は、このような組換えが他生物由来のゲノムDNAを用いても起こる可能性を考え、まずはT.kodakarensisと同じThermococcales目に属するPyrococcusfuriosusのゲノムDNAの導入を試みた。宿主にはKU216株及びP.furiosusのゲノム断片をあらかじめKU216株に導入した株を用い、P.furiosusのゲノム全体またはpyrFオペロン部位が導入されるかを検討した。宿主として用いるため、T.kodakarensisKU216株のRubisco遺伝子(TK2290)上流のnon-coding領域またはchitinase遺伝子(TK1765)上にP.furiosusゲノム断片を1つあるいは2つ導入した株を作製した。導入したP.furiosus由来ゲノム断片は約1000bpの長さで本菌ゲノム上のpyrF遺伝子の近傍に位置するものとした。次にゲノム組換えが起こるかを検討するために、P.furiosusゲノムを用いて、KU216株及び作製したP.furiosusゲノム断片導入株の形質転換を試みた。その結果、P.furiosusゲノム由来の2つの断片を導入した株を宿主とした場合にウラシル要求性が相補された形質転換体を得ることができ、形質転換体の遺伝子型を解析することによりP.furiosus由来pyrF遺伝子のT.kodakarensisゲノム上への挿入が確認できた。また昨年度メタゲノム解析を行ったCaldiarchaeum subterraneumのゲノム上にユビキチン様タンパク質修飾系の遺伝子クラスターを発見し、それが実際に機能することを明らかにした。
遠心鋳造法による金属基複合材料の創成とその鋳造過程の熱・力学的解析

これまで,金属複合材料(MMC)の製造法に関して種々の方法が考案されているが,なかでも遠心鋳造法を用いれば,鋳造条件を適当に設定することによって強化材の分布を任意に制御し,場所によって強化材体積分率が異なる傾斜機能材料としてのMMCを製造することが可能となる。そこで本研究では,アルミニウム合金を母材,SiC粒子を強化材として,縦型遠心鋳造装置を用いて傾斜機能特性を有するMMCを創成すると共に,母材に凝固過程で生じる強化材の分布,ならびに残留応力の測定を行い,傾斜機能材料としての特性を評価した。また,MMCの最適な鋳造条件を決定する目的から,母材金属の凝固を考慮した鋳造過程の熱・力学的解析を行い,強化材が不均一に分布する効果を考慮した温度と応力のシミュレーションを行い,実験結果との比較によってその妥当性を検討した。その結果,1.鋳型の回転速度を変化されることによって強化材粒子の分布形状を変化させることができた。特に,回転速度を速くすることによって山形に分布する強化材粒子のピーク値を高くすることができた。2.鋳型の初期温度を変化させることによっても強化材粒子の分布形状を変化させることができた。特に,回転速度を上げることによって強化材粒子が集中するピーク位置を外側に移動させることができた。3.X線回折を用いることによって傾斜機能円筒の残留応力を測定した結果,円筒の外側で周方向に圧縮の残留応力が存在することがわかった。4.有限要素法を用いてて,遠心鋳造過程の熱・力学的解析を行い実験結果と比較した結果,強化材粒子の分布形状の鋳造条件依存性を的確に表現することができた。また,傾斜機能円筒の半径方向に分布する残留応力を予測することができた。
真正粘菌変形体にみられる遷移ダイナミクスに対する数理モデルの作成とその数理解析

真正粘菌変形体は単細胞生物であり、脳のような高次情報処理機構が存在しないが、環境の変化に応じて適切に行動を変化させることができる。このような環境適応的振る舞いを可能にする化学反応ネットワークの数理機構を明らかにするために、生物実験および数理モデルの作成によって現象の解明を試みた。本研究によって、(1)忌避物質を与えた際の移動方向変更の仕組み(2)原形質ゲルの収縮弛緩運動の情報処理における役割に関する数理解析を行った真正粘菌変形体は単細胞生物であり、脳のような高次情報処理機構が存在しないが、環境の変化に応じて適切に行動を変化させることができる。本研究によって、(1)忌避物質を与えた際の移動方向変更の仕組み(2)原形質ゲルの収縮弛緩運動の情報処理における役割に関する数理解析を行った真正粘菌変形体は単細胞生物であり、脳のような高次機能を持たないにもかかわらず、餌のある場所に集まり、忌避物質に接した際にはその場所から離れるといった適応的な振る舞いを示すことが知られている。しかしながら、そのような環境適応性に対する数理的な理解に至っていないのが現状である。本研究の目的は、収縮弛緩運動と伸展運動によって発生する遷移ダイナミクスの数理的機構を解明するために解析手法を開発し、真正粘菌にみられる遷移ダイナミクスの発生機構を明らかにすることによって、環境適応的な振る舞いを可能にする数理的機構を明らかにすることである。本年度は真正粘菌の移動運動およびパターンダイナミクスに関する数理解析を行った。収縮弛緩運動とゾルを相互作用させた数理モデルの作成、および数値シミュレーションを行い、生物実験結果との比較を行った。移動運動の再現においては細胞先端部で起きる化学反応を考慮に入れることによって忌避物質に接した時に示す遷移ダイナミクスを定性的に再現することに成功した。この結果から、細胞先端部における化学反応の活性化が移動運動において重要であることを示すことができた。さらに、その数理モデルを改良することによって定在波、およびスパイラルパターンを再現する数理モデルの構築を試みた。定在波の再現において収縮弛緩運動にかかわる化学反応が有する非線形性が重要であることが数値シミュレーションによって明らかになった。真正粘菌変形体は外部原形質の収縮弛緩運動によって発生する原形質流動の時空間パターンを定性的に変化させることによって環境適応的な行動選択を可能にしている。そのパターンの発生機構及び遷移過程を数学解析することによって、細胞が環境変化を情報化し、環境適応的な運動につなげる細胞内化学反応ネットワークの本質的機構を解明することが可能になる。真正粘菌変形体の環境変化の情報化に対しては、収縮弛緩の振動数が重要な役割を果たしていると考えられている。実際、振動数の変化によって空間的な伝播波を生成し、その波の上流に向かって細胞が移動することが報告されている。特に、Matsumotoらの実験では他の物理的条件に依らず振動数が本質的であることが示されている。一方、振動数の変化が行動の変化に結びつく仕組みは解明されていない。本年度はMatsumotoらによって得られた実験結果を再現する現象論的モデル方程式の作成を試みた。従来我々が提案してきたモデルを拡張し、収縮弛緩運動と原形質流動の相互作用を考慮した。数値実験の結果、収縮弛緩運動-原形質流動-ゾルーゲル変換の3つの効果が適切に相互作用することによって共鳴現象が発生し、空間非対称な運動が生成され、伝播波の上流に向かって細胞が移動することを示した。さらに、収縮弛緩運動の方程式に対してパラメータサーチを行った結果、FitzHugh-Nagumo方程式のような閾値を持つ非線形性において共鳴現象が発生しやすいことを発見した。また、数理モデルの大域的分岐図を作成するために、反応拡散系に適用可能な分岐追跡ソフトウェアの開発を行った。本研究の目的は、細胞内化学反応ネットワークを解析し、環境変化と行動選択に関わる情報処理機構を数理的に解明することである。細胞内では様々な時間周期を持つ化学反応が起きていることが知られている。しかし、それらの多くが生物的な機能においてどのような役割を持つかは明らかにされていない。今年度は、細胞が忌避物質に接した際に見せる、行動選択機能に関わる化学反応を明らかにするために、実験家との共同研究によって実験および理論の両面から現象の考察を行った。生物実験では、様々な時間周期で光刺激を与え、細胞が忌避物質を通過する時間を観測することによって、行動選択に関わる特徴的な周期が存在することを示した。この実験結果を理論的に解明するために、フェーズフィールドモデルを用いた数理モデリングを行い、先端部分で起きる化学反応と細胞運動をカップリングさせた方程式を導出した。方程式に対する数値シミュレーションによって周期的外部刺激が行動選択時間を短縮させることを確認し、伸展運動に関わる化学反応が行動選択速度に影響することを示唆する結果を得た。さらに、伸展運動に関わる化学反応の非線形性に着目することによって、光刺激によって意思決定時間が短くなる仕組みを数理的に解明した。Matsumotoらが行った実験を再現する数理モデルの作成に成功した。当初の計画通り粘菌の収縮弛緩運動の位相勾配に応じて移動方向が決定する仕組みを解明することができた。

また、収縮弛緩運動を記述するモデル方程式の違いによって現象の再現性が変化することを確認した。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画を作成した時点では、真正粘菌変形体の収縮弛緩運動をHopf分岐点近傍の周期解として扱い、縮約方程式を導出する計画を立てていた。しかし、数理モデルの数値実験の過程で、収縮弛緩運動をHopf分岐点近傍の周期解として扱うよりはrelaxation oscillationとして扱ったほうが実際の振る舞いを説明できることがわかってきた。今後は、縮約理論に関する研究計画を変更し、relaxation oscillationに対応可能な縮約理論の発展を行い、モデル方程式の解析を行う。