hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超対称理論とボトムクォークの物理

超重力理論に基づいて、B中間子のフレバーチェンジングニュートラルカレント(FCNC)過程の計算を行ない、将来のBファクトリー実験でのこの理論の検証可能性を検討した。1.b→sγ過程によって超重力理論の荷電ヒッグス粒子の質量にどのような制限が課せるかを調べた。この理論では超対称粒子とゲージボリンや荷電ヒッグス粒子のループ効果が二部相殺することがあり得るので、比較的軽い荷電ヒッグスも許されることを示した。2.B°-B^^-°混合とK中間子でのCPの破れのパラメータ∈kを計算した。これらの量は標準模型に比べて20%程度大きくなることがわかった。Bファクトリー実験によって小林益川行列要素が正確に決まるとこれらの量は理論に対する重要な制限になる。3.b→Sl^+l^-過程の計算を行ない、b→sγ過程の制限を満たした範囲で、分岐比等がどのくらい大きくなるかを調べた。その結果、分岐比が標準模型に比べて50%程度大きくなるパラメーター領域が許されていることがわかった。4.超対称理論やフレーバー物理に関連した話題として、ヒッグス粒子の物理K崩壊やμ→eγ崩壊に関する理論的計算を行なった。本年度は主にBファクトリーの物理で、どのように超対称粒子の効果が見えるかについての研究を行なった。まず、超重力に基づいた超対称標準模型でb→sγの過程からの模型のパラメーターに対する制限を求めた。この模型では荷電ヒッグスが存在するが、b→sγの過程からその質量に制限を与えるためには、その他の超対称粒子の効果との干渉の効果を正しく取り入れなくてはならない。その結果ヒッグシ-ノの質量のパラメータによってこの干渉効果の符号が変わり、一方の符号に対しては荷電ヒッグスの質量に強い下限がつくことを見出した。次にBB混合やKでのCPの破れのパラメーターEKをこの模型で計算した。その結果荷電ヒッグスや超対称粒子の効果は、これらの量を標準模型に比べ1020%増加させることがあることを指摘した。このことは、BファクトリーでBの崩壊によるCPの破れを測り、BB混合やEKと合わせて、新しい物理の効果を探る場合に重要になる。また超対称性理論に関する物理として昨年度に引き続いて超対称標準模型でのヒッグスセクターと将来のリニアコライダーでの超対称粒子の探索に関する研究を行なった。本年度は昨年度にひき続きB中間子の物理でどのように超対称性を探るかについての研究を行なった。昨年度は主にb→Sα過程からの超動模型に対する制限を求めたが今年度はBB^0混合、K系でのCPの破れのパラメータE_K,及びb→Sl^+l^-過程について解析を行なった。BB^0混合及びE_Kに関しては超対称粒子の効果で標準模型に比べて1020%程度大きくなることがあることがわかった。これはBファクトリー実験により小林益川行列のパラメータが良く決まった場合超対称模型に対する制限になる。またb→Sl^+l^-に対する超対称粒子の効果を超重力理論の範囲内で計算した。特にスカラートップ粒子が比較的軽い(≦200GeV)場合には標準模型と比較した場合、b→Sγはあまり変わらなくても、b→Sl^+l^-の分岐比が2060%ぐらい増加することがあり得ることを示した。これは、Bファクトリーでb→Sl^+l^-モードを測定することがb→Sγとは独立な重要性を持っていることを意味している。本年度は引き続きB中間子の稀崩壊により超対称粒子の効果を探るための研究を行なった。特に超重力理論に基づいてb→Sl^+l^-過程の分岐比、レプトン対の前後非対称の計算を行ない、将来のBファクトリーの実験で、標準模型と明らかに区別がつく.パラメーター領域が存在することを指摘した。また同じ過程により標準模型を超える物理がどのように探索できるかを示す例としてヒッグスダブレットを多数含む模型に対してb→Sl^+l^-過程の分岐比等の計算を行なった。また超対称理論のフレーバー物理と関連する話題としてニューオンの偏極を使うことによりμ→er過程の感度が,上げられることを指摘した。これは将来μ→er過程で大統一理論を検証しようとする場合重要である。
原子分解能その場観察によるアラゴナイト形成メカニズムの解明

1、2年目に得られた観察結果を踏まえ、1.マグネシウムイオン(Mg^<2+>)と合成ポリペプチド、それぞれカルサイト表面近傍の水和にどのような影響を与えるか、2.水和構造の変化によってカルサイトの成長速度に変化が及ぶか、つまり、水和構造の変化がアラゴナイト形成に関与するか、という点に着目し、最終年度は下記の実験を実施した。1. FM-AFMによるカルサイト表面近傍の水和構造の原子レベルその場観察: Mg^<2+>と合成ポリペプチドを単独で添加した成長溶液中での水和構造を周波数変調方式原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて原子レベルその場観察し、1,2年目に得られた水和イメージングの結果と比較した。2. PSIによるカルサイトの成長速度測定:位相シフト干渉計(PSI)を用いてMg^<2+>や合成ポリペプチドを添加した溶液中でのカルサイトの成長速度を測定し、成長速度に対する添加物効果を定量的に評価した。本研究で明らかになったことは、以下の通り。(1)合成ポリペプチドはカルサイトの水和構造に対して単独では影響を及ぼさない。(2)Mg^<2+>と合成ポリペプチドの複合効果によって水和が強固になる。(3)水和構造の形成によって、固液界面の界面張力が緩和される。(4)(3)の効果により、核形成が促進される。(5)水和は界面張力に影響するが、カルサイト表面へのイオンの取り込みに対しては影響を及ぼさない可能性が示唆された。本研究は、水和構造の原子レベルイメージング、成長速度の精密測定という手法を組み合わせ、水和構造がカルサイトの成長に与える影響を初めて実証した。界面張力は多形の形成を左右するパラメータであることから、本研究の結果は、Mg^<2+>や有機分子が水和構造を変化させることで結晶-溶液界面の界面張力を制御し、アラゴナイトの形成を促進している可能性を示すものである。(抄録なし)本研究課題の目的は、アラゴナイト形成に対する合成ポリペプチドとマグネシウムの役割を明らかにし、アラゴナイト形成メカニズムを理解することであるが、平成23年度の結果から、合成ポリペプチドが水和構造に影響を与えることが明らかとなった。主たる成果は、周波数変調方式原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて、カルサイト結晶表面近傍での水和構造のその場観察を成功させたことである。常温常圧下でアラゴナイト形成を促す合成ポリペプチドが、結晶表面近傍の水和構造を複雑な構造に変化させる様子が観察された。水和層の除去は結晶成長を律速する重要な過程であり、次年度に予定しているアラゴナイト成長速度の精密測定結果との相関が期待される。さらに、透過型電子顕微鏡(TEM)での成長層断面のex-situ観察、EDSによる結晶内部へのマグネシウムイオンの取り込み量の評価など、合成ポリペプチドおよびマグネシウムイオンの機能を明らかにするための補足的データが多数得られた。初年度の研究計画は、2011年3月の震災により結晶成長速度測定に用いる予定である位相シフト干渉計が破損したために変更された。位相シフト干渉計が長期的に復旧しない可能性を考慮し、合成ポリペプチドやマグネシウムイオンの、カルサイト、およびアラゴナイトの成長速度に対する影響を、結晶成長を律速する「脱水和」過程の観察から評価することを目指した。なお、位相シフト干渉計は、2012年4月初旬に復旧が完了し、第2年度は計画通りの進行が可能となった。カルサイトからアラゴナイトへの相転移を促す、合成ポリペプチドを添加した炭酸カルシウム過飽和溶液中でカルサイト結晶表面の水和構造その場観察を行った。この系では、昨年度よりもさらに高分解の水和構造イメージが得られた。カルサイト結晶表面の原子配列に対応した水の配置を、水1分子のスケールで特定することに成功した。また、2次元の画像を一定間隔でずらしながら取得し、それらの画像から水和構造を3次元再構築した。その結果、カルサイト結晶表面近傍には、4つの階層に分かれた網目状の水和構造が存在することが明らかとなった。さらに、合成ポリペプチドを添加した溶液中の水和構造との比較のため、超純水中、および何も添加しないpureな炭酸カルシウム過飽和溶液中での水和構造その場観察も行った。その結果、カルサイト表面の水分子の配置に大きな違いは見られなかったものの、水和構造が形成される層厚が合成ポリペプチドを添加した溶液中に比べて薄くなっていることがわかった。この結果から、ポリペプチドの添加によって成長速度が変化することが予想される。2.位相シフト干渉計によるカルサイトの面成長速度の精密測定合成ポリペプチド添加による成長速度の変化を検証すべく、位相シフト干渉計を用いてカルサイト結晶表面の面成長速度の測定を行った。炭酸カルシウム過飽和溶液中でのカルサイト基板の成長速度は、何も添加しないpureな系〉マグネシウムイオンのみ添加した系〉合成ポリペプチドのみ添加した系〉合成ポリペプチドとマグネシウムイオンを添加した系と、添加物の追加に伴い減少する傾向が見られた。

1. FM-AFMによるカルサイト表面近傍の水和構造の原子レベルその場観察: Mg^<2+>と合成ポリペプチドを単独で添加した成長溶液中での水和構造を周波数変調方式原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて原子レベルその場観察し、1,2年目に得られた水和イメージングの結果と比較した。2. PSIによるカルサイトの成長速度測定:位相シフト干渉計(PSI)を用いてMg^<2+>や合成ポリペプチドを添加した溶液中でのカルサイトの成長速度を測定し、成長速度に対する添加物効果を定量的に評価した。本研究で明らかになったことは、以下の通り。(1)合成ポリペプチドはカルサイトの水和構造に対して単独では影響を及ぼさない。(2)Mg^<2+>と合成ポリペプチドの複合効果によって水和が強固になる。(3)水和構造の形成によって、固液界面の界面張力が緩和される。(4)(3)の効果により、核形成が促進される。(5)水和は界面張力に影響するが、カルサイト表面へのイオンの取り込みに対しては影響を及ぼさない可能性が示唆された。本研究は、水和構造の原子レベルイメージング、成長速度の精密測定という手法を組み合わせ、水和構造がカルサイトの成長に与える影響を初めて実証した。界面張力は多形の形成を左右するパラメータであることから、本研究の結果は、Mg^<2+>や有機分子が水和構造を変化させることで結晶-溶液界面の界面張力を制御し、アラゴナイトの形成を促進している可能性を示すものである。当初予定していた計画を変更し、FM-AFMによる水和構造その場観察を試みたことにより、カルサイトとアラゴナイトの安定性を成長速度論的に議論するためのデータが得られた。水和構造を可視化することにより、合成ポリペプチドが結晶成長に対して果たす役割を明らかにすることに成功したため。当初の研究目的では、アラゴナイト形成過程における「結晶表面の原子分解能その場観察」と「成長速度」の2種類のデータからアラゴナイト形成メカニズムを明らかにしていく予定であった。しかし、これに加えて「水和構造イメージング」のデータも加わったことで、アラゴナイト形成メカニズムだけでなく、「水和と成長速度の相関」という結晶成長学における一つの大きな命題についても理解することが期待されるため。次年度は、合成ポリペプチド、マグネシウムイオンを添加した過飽和溶液中でのカルサイト劈開面、およびアラゴナイト(001)面の成長速度を精密測定する。その結果から、それぞれの溶解度を測定し、溶解度の合成ポリペプチド濃度、マグネシウム濃度依存性を検証する。それらの結果を水和構造観察結果と照合させ、合成ポリペプチドとマグネシウムによってアラゴナイト形成が促される機構について、より詳細に考察を行う予定である。(1)水和構造の定量化これまでに得られた3次元の水和像から、結晶表面からの高さ毎の水分子の密度などを算出し、合成ポリペプチドの有無による氷和構造のちがいを定量的に比較する。(2)成長速度の比較位相シフト干渉計によって、合成ポリペプチドの濃度を変化させてカルサイトおよびアラゴナイトの成長速度を精密測定し、合成ポリペプチドがアラゴナイトの形成に与える影響について、カイネティクスの視点から議論する。(1)、(2)の結果より、アラゴナイト形成に与える合成ポリペプチドの効果、および形成メカニズムを明らかにする。(抄録なし)
心肺蘇生ガイドライン改定を見据えた院外心停止患者の高度集中治療と血液データの検証

院外心停止患者の社会復帰率のさらなる向上を目指し、大阪府における救命センター等に搬送された院外心停止患者の多施設共同前向きレジストリデータベースを用いて、院外心停止患者の病院搬送後の体外循環などの高度集中治療の有効性検証ならびに予後と関連する血液データの探索的評価を行い、院外心停止患者の治療戦略の改善に寄与するエビデンスを創出し、心肺蘇生ガイドライン改定に貢献することである。
筋力トレーニング条件に応じた至適回復期間の検討：筋形状および神経活動に着目して

本研究では、筋肥大および筋持久力向上を目的とした筋力トレーニング後の最大筋力、筋形状および神経活動の変化を明らかにすることを目的とした。筋力トレーニング習慣のある者が、筋肥大条件のトレーニング後、最大筋力はトレーニング前と比較してトレーニング直後および1日後まで有意に低下した。一方、筋持久力条件では、直後のみ有意に低下し、1日後は有意な変化はみられなかった。トレーニング習慣のない者は、両条件ともにトレーニング直後のみ有意に低下し、1日後に有意な差はみられなかった。これらの結果から、筋力トレーニング後の最大筋力は、トレーニング条件およびトレーニング習慣の有無によって変化することが明らかとなった。長期的な筋力トレーニング効果を得るためには、トレーニング条件に応じた至適な回復期間を設定する必要がある。これまでに、筋力トレーニング後の至適回復期間に関する指針が提示されているものの、その科学的根拠に関する研究は皆無である。そこで本研究では、筋肥大、最大筋力向上、および筋持久力向上を目的とした各筋力トレーニング条件における、トレーニング後の回復期間中の最大筋力、筋形状および神経活動の変化(回復応答)を観察し、筋力トレーニング条件に応じた至適回復期間を明らかにする。さらに、筋力トレーニング習慣のある者とない者の回復応答の違いについても検討する。以上を通じて、筋力トレーニング条件およびトレーニング習慣の有無に応じた至適回復期間に関する指針を提案することを目的とした。平成25年度は、定期的な筋力トレーニング習慣のない者を対象に、筋肥大および筋持久力向上を目的としたトレーニング後の筋形状および神経活動の回復応答を検討した。現在、得られた結果を分析している段階であるが、得られた知見は筋力トレーニング条件の違いがトレーニング後の筋や神経系の回復応答に与える影響を明確にするデータとなる。これらの知見は、筋力トレーニングの初心者が筋力トレーニングを実施した後に、どの程度の回復期間を設け、どのようなコンディショニングを実施すれば、効率のよいトレーニング効果が得られるかについての指針を作成する上で重要なデータとなりうる。そこで本研究では、筋肥大、最大筋力向上、および筋持久力向上を目的とした各筋力トレーニング条件における、トレーニング後の回復期間中の最大筋力、筋形状および神経活動の変化(回復応答)を観察し、筋力トレーニング条件に応じた至適回復期間を検討した。定期的な筋力トレーニング習慣のない者を対象に、筋肥大および筋持久力向上を目的としたレッグエクステンションの筋力トレーニング後の最大筋力および神経活動の回復応答を検討した。その結果、最大筋力は筋肥大条件においてトレーニング直後に27%(平均値)統計的に有意に低下し、筋持久力条件では36%有意に低下した。一方、両者の低下率には統計的有意な差はみられなかった。1日後の最大筋力は、筋肥大条件では2%、筋持久力条件では5%の低下であり、トレーニング前との間に有意な差はみられなかった。中枢神経系の活動水準はトレーニング直後において、筋肥大条件では5%、筋持久力条件では11%の低下であったが、両者の低下率には統計的な有意な差はなかった。これらの結果から、トレーニング直後の筋力低下には筋肥大および筋持久力条件によって差がないことが示唆された。また、1日後には両条件において最大筋力はトレーニング前のレベルまで回復することが示唆された。次に、定期的な筋力トレーニング習慣のある者を対象にアームカールの筋力トレーニングを実施し、筋肥大および筋持久力条件における回復応答を検討した。現在、得られた結果を分析している段階であるが、得られた知見はトレーニング条件に応じた回復過程を明らかにする上で重要なデータとなりうる。トレーニング科学平成25年度に実施を計画していた実験をほぼ予定通り終えることができたため、おおむね順調に進んでいると判断できる。平成26年度は平成25年度に実施した筋力トレーニング条件をトレーニング経験のある者を対象に実施し、トレーニング経験の有無がトレーニング後の回復応答に与える影響について検討を加える。平成25年度の消耗品の購入が予定していたよりも少なく済んだため、その備品購入額が次年度使用額として生じた。平成26年度の消耗品の購入に使用する予定である。
機能性RNAネットワーク解析に基づく腎細胞癌治療抵抗性獲得機序の探索

最近の我々の研究において、マイクロRNAのガイド鎖だけでなく、パッセンジャー鎖も癌細胞において癌抑制的、もしくは癌促進的に機能していることを明らかにしてきた。本研究費を用いて遂行した研究では、腎細胞癌細胞におけるマイクロRNA発現シグネチャーに基づいて、miR-455-5p(パッセンジャー鎖)およびmiR-455-3p(ガイド鎖)に焦点を当てた。miR-455-5pとmiR-455-3pの両方が腎細胞癌組織で発現抑制され、これらのマイクロRNAの低発現が、臨床的に腎細胞癌患者の予後不良と有意に関連していた。miR-455-5pおよびmiR-455-3pの過剰発現により、腎細胞癌細胞の増殖、遊走および浸潤能は、有意に阻害された。マイクロアレイ解析によるゲノムワイドな遺伝子発現解析および、データベース分析を組み合わせることで、それらマイクロRNAが標的とする癌促進遺伝子を同定した。その結果から、有糸分裂の際に染色体分離に深く関与する、SKA1およびSKA3に着目した。腎細胞癌細胞において、miR-455-5pによるSKA1、およびmiR-455-3pによるSKA3の直接調節を実証した。過去の我々の報告で、SKA1の腎細胞癌組織における過剰発現および、その癌促進的機能は証明している。本研究においては、腎細胞癌臨床標本におけるSKA3の過剰発現を確認した。さらに、miR-455-3p/SKA3軸が腎細胞癌細胞の進展に寄与していることを証明した。マイクロRNAのパッセンジャー鎖を含めて、癌抑制型マイクロRNAに基づく分析戦略は、腎細胞癌におけるの分子的病因の解明のための有効なアプローチである。マイクロRNAのパッセンジャー鎖を含めた解析を継続することで、腎細胞癌における新しい重要な分子ネットワークを同定することができた。miR-455のパッセンジャー鎖であるmiR-455-5pによる細胞周期関連遺伝子SKA1の直接制御及び、miR-455のガイド鎖であるmiR-455-3pによるSKA3の直接制御を証明し、これらの分子軸が腎細胞癌細胞の進展に深く関与していることを証明した。現在、治療抵抗性腎細胞癌組織を用いた解析も継続しており、治療抵抗性獲得にこれらの分子ネットワークがどのように寄与しているかの解明を試みているところである。また、腎細胞癌における癌抑制マイクロRNA・miR-144-5p(パッセンジャー鎖)が腎細胞癌において癌促進遺伝子syndecan-3を直接制御し、腎細胞癌の臨床的予後にも影響を与えていることを証明した。さらに、miR-532の両鎖(miR-532-5p;ガイド鎖、miR-532-3p;パッセンジャー鎖)が共にAQP9を制御しており、腎細胞癌の進展においてこれらの分子経路が重要であることを証明した。このように、本申請における研究は順調に進展している。引き続き、腎細胞癌の治療抵抗性獲得に関与する分子経路を、マイクロRNAを起点として明らかにする。現在主に、癌組織で発現低下しているマイクロRNAに着目し、その癌抑制的機能を証明してきたが、今後は、癌組織において発現が亢進しているマイクロRNAにも焦点を当てる。発現亢進しているマイクロRNAをノックダウンすることで、癌細胞の進展性が抑制できればそのマイクロRNAが癌促進的な機能を有していることになる。また、治療抵抗性を獲得した腎細胞癌臨床検体を用いたマイクロRNA発現プロファイルを用いることで、腎細胞癌治療抵抗性に関与する分子経路を、マイクロRNAを起点として解明していく。同定した分子経路を遮断する事により、腎細胞癌治療において、癌細胞の増殖や転移を抑制し、治療抵抗性獲得を克服する戦略を考案する。以下の研究項目について、順次明らかにする計画で予定ある。(1)「治療抵抗性腎細胞癌マイクロRNA発現プロファイル」に基づき、腎細胞癌組織で発現が著明に変化しているマイクロRNAについて機能解析を施行し、治療抵抗性腎細胞癌・癌抑制型および癌促進型マイクロRNAを探索する。(2)それらマイクロRNAが制御する機能性RNAネットワークの探索により、治療抵抗性腎細胞癌で活性化している分子シグナルを見出す。(4)治療抵抗性腎細胞癌で活性化している分子シグナルを遮断する戦略を考案し、in vitroにおける検証を行う。

過去の我々の報告で、SKA1の腎細胞癌組織における過剰発現および、その癌促進的機能は証明している。本研究においては、腎細胞癌臨床標本におけるSKA3の過剰発現を確認した。さらに、miR-455-3p/SKA3軸が腎細胞癌細胞の進展に寄与していることを証明した。マイクロRNAのパッセンジャー鎖を含めて、癌抑制型マイクロRNAに基づく分析戦略は、腎細胞癌におけるの分子的病因の解明のための有効なアプローチである。マイクロRNAのパッセンジャー鎖を含めた解析を継続することで、腎細胞癌における新しい重要な分子ネットワークを同定することができた。miR-455のパッセンジャー鎖であるmiR-455-5pによる細胞周期関連遺伝子SKA1の直接制御及び、miR-455のガイド鎖であるmiR-455-3pによるSKA3の直接制御を証明し、これらの分子軸が腎細胞癌細胞の進展に深く関与していることを証明した。現在、治療抵抗性腎細胞癌組織を用いた解析も継続しており、治療抵抗性獲得にこれらの分子ネットワークがどのように寄与しているかの解明を試みているところである。また、腎細胞癌における癌抑制マイクロRNA・miR-144-5p(パッセンジャー鎖)が腎細胞癌において癌促進遺伝子syndecan-3を直接制御し、腎細胞癌の臨床的予後にも影響を与えていることを証明した。さらに、miR-532の両鎖(miR-532-5p;ガイド鎖、miR-532-3p;パッセンジャー鎖)が共にAQP9を制御しており、腎細胞癌の進展においてこれらの分子経路が重要であることを証明した。このように、本申請における研究は順調に進展している。引き続き、腎細胞癌の治療抵抗性獲得に関与する分子経路を、マイクロRNAを起点として明らかにする。現在主に、癌組織で発現低下しているマイクロRNAに着目し、その癌抑制的機能を証明してきたが、今後は、癌組織において発現が亢進しているマイクロRNAにも焦点を当てる。発現亢進しているマイクロRNAをノックダウンすることで、癌細胞の進展性が抑制できればそのマイクロRNAが癌促進的な機能を有していることになる。また、治療抵抗性を獲得した腎細胞癌臨床検体を用いたマイクロRNA発現プロファイルを用いることで、腎細胞癌治療抵抗性に関与する分子経路を、マイクロRNAを起点として解明していく。同定した分子経路を遮断する事により、腎細胞癌治療において、癌細胞の増殖や転移を抑制し、治療抵抗性獲得を克服する戦略を考案する。以下の研究項目について、順次明らかにする計画で予定ある。(1)「治療抵抗性腎細胞癌マイクロRNA発現プロファイル」に基づき、腎細胞癌組織で発現が著明に変化しているマイクロRNAについて機能解析を施行し、治療抵抗性腎細胞癌・癌抑制型および癌促進型マイクロRNAを探索する。(2)それらマイクロRNAが制御する機能性RNAネットワークの探索により、治療抵抗性腎細胞癌で活性化している分子シグナルを見出す。(4)治療抵抗性腎細胞癌で活性化している分子シグナルを遮断する戦略を考案し、in vitroにおける検証を行う。解析及び物品購入費が高額となるため、H30年度に執行せず、H31年度経費と合算して使用することとした。
単一神経細胞におけるマルチユニット演算素子の検証

ラット海馬急性スライス標本におけるCA1錐体細胞樹状突起にWhole-cell Patch clampによるnoise電流刺激を適用して膜電位応答を計測した。周波数応答解析の結果、樹状突起はローパスフィルタの特性を持った。またその電気抵抗については不均一な分布を示し、樹状突起の中間シャフト部において最も高い値となった。樹状突起は入力信号を構成する周波数、その信号の樹状突起上の入力部位に依存した入力信号に対する応答の修飾を示唆する。脳の情報処理の単位素子は神経細胞と考えられている.昨今,神経細胞の情報演算様式は単一ではなく,その様式を入力信号の時間パタンに依存して多様に変化させ得る事実が電気生理実験や計算機実験によって報告されている.この事実は,脳で発生する様々な信号時系列に対して神経細胞の演算方式も多様に変化することを示唆する.我々は神経細胞において外部信号の入力部位である樹状突起に着目した.本研究では神経細胞はその樹状突起上の信号入力の位置に依存した情報処理の可能性を検証した.その結果,単一の神経細胞は信号の入力部位に応じて信号を検出する能力を有することを明らかにした.具体的には電気生理実験によって時系列入力パタンに対する樹状突起部位間の応答差を調べた.ラット海馬急性スライス標本におけるCA1錐体細胞樹状突起にWhole-cell PatchclampによるWhite noise電流刺激を適用し,樹状突起上の膜電位を計測した.結果として膜電位応答は樹状突起上の部位に依存した.尚,刺激強度については,全ての刺激パタンについて規格化した.今後は特定の時間情報の検出能力の有無について詳細な議論をするために更なるデータ取得を行う.加えて効率的な実施のために実験と並行してデータ解析を進行させる.神経細胞はその樹状突起上における信号入力の位置に応じて,特定の時間情報を検出または無視する能力を有するという作業仮説を電気生理実験にて検証した.ラット海馬急性スライス標本におけるCA1錐体細胞樹状突起にWhole-cell PatchclampによるWhite noise電流刺激を適用し,膜電位応答を計測した.周波数応答解析の結果,1)細胞体と樹上状突起はローパスフィルタの特性を持つ.2)フィルタの通過周波数帯域は一様ではなく,細胞体に近位の樹状突起においてはローパスフィルタの特性が強い.3)樹状突起のインピーダンスについては不均一な分布を示し,先端樹状突起の中間シャフト部において最も高い値となる.4)樹状突起のローパスフィルタ特性は脱分極によってより顕著になる.5)コヒーレンス解析の結果,シータ・ガンマ周波数帯域において樹状突起における入出力の高いコヒーレンシを明らかにした.また細胞体から遠位の樹状突起についてはガンマ周波数帯域において顕著な遅延が記録された.本研究結果から細胞体樹状突起はシナプス入力に対して入力信号を細胞体に伝達するための単なる受容器官ではなく,入力信号を構成する周波数,その信号の樹状突起上の入力部位と入力タイミングにおける膜電位に応じたダイナミックな入力信号に対する応答の修飾を明らかにした.錐体細胞は先端樹状突起上におけるシナプス入力の時間加算様式について静的な線形加算ではなく動的な加算を経て神経細胞は発火に至る可能性を本研究は示唆する.本研究は神経細胞における時間演算機能の解明を通じて脳の時間情報処理機構解明の一端を担う.
音声と片手指先タッチ入力によるマニピュレータ操作インタフェース

音声とタッチパネル上のジェスチャ入力を併用するマニピュレータ(ロボットアーム)の命令・操作方法及び操作インタフェースに関する研究を推進した。作業がやりやすいマニピュレータの操作インタフェースを実現するために、音声とタッチパネル上のジェスチャを用いた操作入力・命令方法を検討し、新しいインタフェースの開発と評価を行っている。これまでに、音声とマルチタッチジェスチャを用いた命令による操作が可能なインタフェースを複数開発し、それらの評価と検討を行ってきた。本年度は、既に開発したインタフェースにおける各命令の覚えやすさ、認知負荷、容易さ、効率などについて、過去の実験データと映像に基づいて再検討した。また、3本以上の指を用いたマルチタッチジェスチャによる新しい命令方法についても検討した。具体的には、2-4本の指でパネルをタッチし、回転するジェスチャを用いて、ハンドを回転する三種類の回転命令(ヨー・ピッチ・ロール)を使い分ける方法、3または4本の指を前後左右にスライドさせ、ハンドを決められた姿勢(前向き・下向きなど)にする方法などについて考案した。そして、これらの新しい命令方法を検討するために、PCのタッチスクリーン上での1-4本の指を用いたマルチタッチジェスチャ(スライド・回転・ズーム)を検出する新しいソフトウェアモジュールを開発した。開発にあたり、ジェスチャの検出漏れ、誤検出、タイムラグを減らし、小さな指の移動でジェスチャが行えるような工夫をした。この新しいモジュールを用い、ロボットシミュレータ上で、音声とマルチタッチジェスチャによってロボットハンド、マニピュレータ、移動ロボット、ドローンの操作が可能なシステムを構築した。これらのシステムで実際に操作を行ってみることで、命令の覚えやすさ、命令や作業の行いやすさ、操作ミスなどの生じうる問題を確認した。長期海外派遣研究により、研究費の支出が行えなかったため。また、同じ理由でマニピュレータ実機を用いたシステムの開発、テスト、ユーザ評価を行うことができなかったため。今後は、これまでの検討の結果を踏まえて、さらに新しい命令方法の考案、新しい操作インタフェースの開発と実験協力者による評価実験を行う予定である。音声と片手指先入力を用いた新しい命令セットを設計し、その命令セットによってマニピュレータを操作できる新しい操作インタフェースを開発する。片手指先入力による命令には、タッチパネル上のスライド、回転、ズームなどのジェスチャ、1-5本指のタップなどを検討する。片手指先入力による命令を増やせば、作業時間の増加につながるモードの切り替えや音声入力を減らすことができる。したがって、効率的な作業が可能になると考えられる。また、マニピュレータを停止させずに動作を変更できるようにする。新しい操作インタフェースを用いて、音声と片手指先入力による各命令の比較と評価、命令セットの比較と評価、インタフェースの比較と評価が可能になる。比較対象としては、ボタンやレバーを用いた命令・命令セット・インタフェースを考えている。今後明らかにしたい点としては、まず、個別の命令および命令セットの覚えやすさと認知負荷が挙げられる。課題実行時のエラーの頻度、アンケートとインタビューなどに基づいて考察する。つぎに、個別の命令による操作および命令セットによる作業の効率と時間がかかる要因が挙げられる。これは、所要時間、エラーの頻度、命令の頻度などに基づいて考察する。効率については、操作方法を習得した後の変化についても確認したいと考えている。開発したインタフェースの有用性については、命令セットの覚えやすさ、作業時の認知負荷、作業の主観体験(難しさ、快適さ、楽しさ、気になった点などを含む)、作業の効率・所要時間・命令頻度などに基づいて考察する。申請者のこれまでの研究結果と関連研究の結果に基づいて、音声とタッチパネル上でのジェスチャによるマニピュレータ操作の効率および直感性に関する考察を行った。また、これまでの研究で開発した音声とマルチタッチによるマニピュレータ操作インタフェースのソフトウェアを一部変更した新しいインタフェースを試作した。操作の効率を検討した結果、7自由度のマニピュレータを1または2自由度ずつ操作するタッチ操作のみでは、ボタンによる操作に比べて大幅な効率化は難しいという結論を得た。したがって、タッチ入力の種類を増やし、モード切替をなくすだけでは、特に熟練者においては作業効率の大きな向上は望めない。しかし、タッチ操作に音声を加えることで、3自由以上の操作と入力の多重化を行えば、作業時間を短縮することが可能であると考え、考察を行った。また、直感性について考検討した結果、スライドジェスチャによる回転操作が他の操作よりも直感性が低く、覚えにくいという結論を得た。したがって、回転はスライド以外のジェスチャと音声で行う方法を考案する必要がある。試作したシステムでは、2点タッチと3点タッチの回転ジェスチャによって、2種類の回転が行える。これらは、回転軸のイメージが容易で、特異点が生じないことから、スライドジェスチャよりも容易であると考えられる。しかし、現状では、3種類の回転を行う直感的なジェスチャの組み合わせがみつかっていない。試作したシステムでは、指先の移動速度によってマニピュレータの動作速度を指定すること、指先の移動によってグリッパの移動方向を変更することができる。これらは、ジェスチャによって移動方向を正確に伝えられなくても、ジェスチャをやり直す必要がないことから、作業効率の向上につながるものと考えられる。これまでの研究成果に基づいてマニピュレータ操作の効率と直感性を考察した結果、当初計画していたスライドジェスチャによる回転操作に弱点があることが判明したまた、モード切替を減らす方法以外にも、効率向上の方法が有効であるという見通しを得た。以上から、「音声と片手指先タッチ入力による新しいマニピュレータ操作インタフェースの設計」に時間をかけることとし、「タッチ点の指を区別する新しいタッチ入力検出モジュールの開発」は、遅れている。

「ハンドの移動方向の変更と位置調節が可能なインタフェースの開発と評価」についても、多数の初心者による評価を行っていない。しかし、有用なインタフェースの設計に関する考察が進んだことから、「音声と片手指先タッチ入力による新しいマニピュレータ操作インタフェースの開発」を行う上での研究の進捗の遅れは、大きいものではないと考える。音声とタッチパネル上のジェスチャ入力を併用するマニピュレータ(ロボットアーム)の命令・操作方法及び操作インタフェースに関する研究を推進した。作業がやりやすいマニピュレータの操作インタフェースを実現するために、音声とタッチパネル上のジェスチャを用いた操作入力・命令方法を検討し、新しいインタフェースの開発と評価を行っている。これまでに、音声とマルチタッチジェスチャを用いた命令による操作が可能なインタフェースを複数開発し、それらの評価と検討を行ってきた。本年度は、既に開発したインタフェースにおける各命令の覚えやすさ、認知負荷、容易さ、効率などについて、過去の実験データと映像に基づいて再検討した。また、3本以上の指を用いたマルチタッチジェスチャによる新しい命令方法についても検討した。具体的には、2-4本の指でパネルをタッチし、回転するジェスチャを用いて、ハンドを回転する三種類の回転命令(ヨー・ピッチ・ロール)を使い分ける方法、3または4本の指を前後左右にスライドさせ、ハンドを決められた姿勢(前向き・下向きなど)にする方法などについて考案した。そして、これらの新しい命令方法を検討するために、PCのタッチスクリーン上での1-4本の指を用いたマルチタッチジェスチャ(スライド・回転・ズーム)を検出する新しいソフトウェアモジュールを開発した。開発にあたり、ジェスチャの検出漏れ、誤検出、タイムラグを減らし、小さな指の移動でジェスチャが行えるような工夫をした。この新しいモジュールを用い、ロボットシミュレータ上で、音声とマルチタッチジェスチャによってロボットハンド、マニピュレータ、移動ロボット、ドローンの操作が可能なシステムを構築した。これらのシステムで実際に操作を行ってみることで、命令の覚えやすさ、命令や作業の行いやすさ、操作ミスなどの生じうる問題を確認した。長期海外派遣研究により、研究費の支出が行えなかったため。また、同じ理由でマニピュレータ実機を用いたシステムの開発、テスト、ユーザ評価を行うことができなかったため。当初の着想のみにとらわれず、さまざまな操作方法を検討し、評価する方針である。
C型肝炎ウイルスに対するT細胞ワクチンの開発

C型肝炎ウイルス(HCV)に対するT細胞応答を利用した新しい予防法,治療法の開発のための検討を行った.HLA B44を有する慢性C型肝炎患者末梢血中に存在するHCVコア抗原88-96アミノ酸をエピトープとして認識する細胞障害性T細胞株を樹立し、このCTLが抗原エピトープを認識するのに重要な,エピトープ上のアミノ酸の同定を行ったところ,HCVコア抗原88-96アミノ酸の9アミノ酸のペプチドの4番目,6番目がCTLクローンに共通して重要な部位であることが判明した.4番目と7番目のアミノ酸を野生型HCVのアミノ酸と異なったアミノ酸で置換して抗原性を高めることができるかいなか検討したが,1b型,2a型のHCVでは野生型の配列(NEGLGWAGW)より抗原性を高めることはできなかった.2b型の配列では,変異型として報告されているアミノ酸配列(NEGCGWMGW)を有するペプチドが最も抗原性が高かった.T細胞応答を誘導するには,HCV抗原を細胞内で発現するDNAワクチンが適当と考えられるが,マウスを用いてHCV DNAの投与法の比較検討を行ったところ,筋注2回投与ではCTL応答の誘導は認められず,筋注に電気的遺伝子導入を加えたもの,あるいはHCV DNAの脾臓内注射によりHCV特異的CTL応答を誘導することができた.しかしながら,ヒトにおいて電気的遺伝子導入あるいは脾臓内直接注射は非現実的であるので,より効率よくHCV抗原を発現するDNAワクチンを作製し,筋肉内あるいは皮内投与を3回繰り返すプロトコールでHCV特異的CTL誘導の検討をマウスおよびチンパンジーで行った.しかしながら,この方法ではCTLを誘導できず,HCV DNAコンストラクト,投与方法にさらに工夫が必要であるとの結果が得られた.C型肝炎ウイルス(HCV)に対するT細胞応答を利用した新しい予防法,治療法の開発のための検討を行った.HLA B44を有する慢性C型肝炎患者末梢血中に存在するHCVコア抗原88-96アミノ酸をエピトープとして認識する細胞障害性T細胞株を樹立し、このCTLが抗原エピトープを認識するのに重要な,エピトープ上のアミノ酸の同定を行ったところ,HCVコア抗原88-96アミノ酸の9アミノ酸のペプチドの4番目,6番目がCTLクローンに共通して重要な部位であることが判明した.4番目と7番目のアミノ酸を野生型HCVのアミノ酸と異なったアミノ酸で置換して抗原性を高めることができるかいなか検討したが,1b型,2a型のHCVでは野生型の配列(NEGLGWAGW)より抗原性を高めることはできなかった.2b型の配列では,変異型として報告されているアミノ酸配列(NEGCGWMGW)を有するペプチドが最も抗原性が高かった.T細胞応答を誘導するには,HCV抗原を細胞内で発現するDNAワクチンが適当と考えられるが,マウスを用いてHCV DNAの投与法の比較検討を行ったところ,筋注2回投与ではCTL応答の誘導は認められず,筋注に電気的遺伝子導入を加えたもの,あるいはHCV DNAの脾臓内注射によりHCV特異的CTL応答を誘導することができた.しかしながら,ヒトにおいて電気的遺伝子導入あるいは脾臓内直接注射は非現実的であるので,より効率よくHCV抗原を発現するDNAワクチンを作製し,筋肉内あるいは皮内投与を3回繰り返すプロトコールでHCV特異的CTL誘導の検討をマウスおよびチンパンジーで行った.しかしながら,この方法ではCTLを誘導できず,HCV DNAコンストラクト,投与方法にさらに工夫が必要であるとの結果が得られた.C型肝炎ウイルスに対するT細胞応答を利用した新しい予防法、治療法を開発するための基礎的検討を行った。HLAB44を有する慢性C型肝炎患者末梢血には一部の患者でC型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞が存在し、C型肝炎ウイルスの排除に重要な役割を果たしていることを示す研究結果が最近得られている。従って、インターフェロン治療によっても著効率が2030%の慢性C型肝炎患者の治療法、あるいは予防法として細胞障害性T細胞応答を増強する方法が考えられる。私達は、HLAB44拘束性細胞障害性T細胞が、C型肝炎ウイルスコア蛋白88-96のアミノ酸を最小エピトープとして認識することを明らかにした。HLAB44拘束性細胞障害性T細胞応答を強く刺激するペプチドあるいはDNAワクチンを開発する目的で、抗原ペプチドのHLAB44あるいは細胞障害性T細胞の細胞抗原受容体への結合に重要な位置の検討を行った。最小抗原エピトープであるペプチドNEGLGWAGWの各アミノ酸を一つずつアラニンあるいはセリンで置換したペプチドを合成し、これらペプチドがHLAB44拘束性細胞障害性T細胞株の有効な抗原になりうるか否かを、細胞障害性試験により検討した。その結果、9アミノ酸のペプチドのN端から2、4、6、9番目のアミノ酸の置換により、細胞障害性T細胞による認識が失われた。最近のHLAB44結合モチーフの報告と考え合わせると、2番目と9番目のアミノ酸はHLAB44との結合に重要であり、4番目と6番目のアミノ酸は細胞障害性T細胞のT細胞抗原受容体との結合に重要と考えられる。そのほかのC型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞株においても抗原エピトープのT細胞抗原受容体結合部位が同じであるかどうかは、今後更に検討が必要である。C型肝炎ウイルスに対するT細胞応答を利用した新しい予防法,治療法を開発するための基礎的検討を行った.HLAB

44を有する慢性C型肝炎患者末梢血のC型肝炎ウイルス量と細胞障害性T細胞応答の検討から,C型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞がウイルス増殖を抑制している可能性を先に明らかにした.本年度は,細胞障害性T細胞応答を増強すると考えられるサイトカインのHLAB44拘束性C型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞誘導に及ぼす影響と,C型肝炎ウイルスコア抗原をコードするDNAワクチンによるマウスにおける細胞障害性T細胞誘導に及ぼす影響について検討した.インターロイキン12は細胞障害性T細胞誘導増強効果を有することが知られているが,HLAB44を有するC型慢性肝炎患者末梢血リンパ球をin vitroでC型肝炎ウイルスコア蛋白88-96により刺激し,C型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞を誘導する際にインターロイキン12を添加したところ,増強効果は認められずかえって細胞障害活性の抑制が見られた.この原因として,過剰のインターロイキン12投与により,その作用を抑制するインターロイキン10の産生が誘導され,インターロイキン12の作用がかえって抑制された可能性がある.一方,マウスにC型肝炎ウイルスコア抗原をコードするDNAワクチンを投与する際に,同時にGM-CSFを発現するDNAも同時に投与したところ,非特異的細胞障害活性の増強は見られたが,C型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞活性の増強は認められなかった.現在,更に投与方法,投与量を変えて検討中である.C型肝炎ウイルスに対するT細胞応答を利用した新しい予防法,治療法を開発するための基礎的検討を行った.HLA B44を有する慢性C型肝炎患者末消血のC型肝炎ウイルス量と細胞障害性T細胞応答の検討から,C型肝炎ウイルス特異的細胞障害性T細胞がウイルス増殖を抑制している可能性を先に明らかにした.本年度は,HCVコア抗原を哺乳動物細胞に効率良く発現するプラスミドDNAをマウスおよびチンパンジーに投与し,HCV特異的CTLおよびHCV特異的ヘルパーT細胞の誘導を試みた.用いたプラスミドDNA pX-HCVcoreはHBxプロモーターの下流にHCVコア抗原をコードするcDNAを挿入したプラスミドで,トランスフェクトした動物細胞で安定して,コア抗原を効率良く発現することが可能である.マウスにおいてはBALB/Cマウスに3週間おきに50μgのプラスミドを2回筋注後,3週間後にマウス脾細胞を採取し,P815細胞にHCVコア遺伝子をトランスフェクトした細胞と共にIL-2含有培養液で培養後,HCVコア抗原を発現する遺伝子組み換えワクシニアウイルス感染P815細胞を標的として,細胞障害活性を測定した.チンパンジー実験では,3週間おきに3回pX-HCVcore2mgを皮内および筋肉内に注射するとともに,ヒトGM-CSF遺伝子2mgを筋注した.最終投与3週後に,末消血リンパ球を10アミノ酸づつオバ-ラップし,HCVコア抗原全長をカバーする20アミノ酸の合成ペプチドで刺激し,刺激に用いたペプチドでパルスしたチンパンジーのB細胞株を標的として,HCVペプチド特異的CTL活性を測定するとともに,リンパ球をHCVコア抗原で刺激し,ヘルパーT細胞活性を測定した.しかしながら,マウスにおいてもチンパンジーにおいてもHCVコア特異的T細胞応答を誘導することはできなかった.現在,分泌型HCV抗原を細胞内で産生するプラスミドDNAを作製し,HCV特異的T細胞応答の誘導を試みている.
高感度原子磁気センサを用いた超低磁場マルチモダリティＭＲＩシステムの開発

本研究では,神経・精神疾患などの診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムの開発を目的として,超高感度な光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)の深化とモジュール化,ならびにこのセンサによるMRI撮像を超低磁場で実現し他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムに関する研究を行った.OPAMについてはK原子とRb原子のハイブリッド型により高い空間的均一性を実現できることを示し,さらに新たな多点同時計測法を開発した.また,モジュール型OPAMによるMR信号の直接計測手法の提案を行い数値実験によりその妥当性を示すなど多くの成果を挙げる事ができた本研究では,神経・精神疾患などの診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムの開発を目的として,超高感度な光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)の深化とモジュール化,ならびにこのセンサによるMRI撮像を超低磁場で実現し他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムに関する研究を行った.OPAMについてはK原子とRb原子のハイブリッド型により高い空間的均一性を実現できることを示し,さらに新たな多点同時計測法を開発した.また,モジュール型OPAMによるMR信号の直接計測手法の提案を行い数値実験によりその妥当性を示すなど多くの成果を挙げる事ができた従来のMRI装置では超伝導磁石による強磁場の印加が必要であり、大型・高額な装置となっている。そこで近年、超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた超低磁場MRIの試みが報告されている。しかし、SQUIDは液体ヘリウムによって冷却する必要があるため、装置の小型・低価格化が困難である。本研究では、SQUIDを凌ぐ新たな超高感度光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)により液体ヘリウムなどの冷媒なしに脳磁図,脳波,眼球運動計測といった他の計測手法と融合可能な超低磁場マルチモダリティMRIシステムの実現に挑戦する.そして,特に認知症をはじめとする中枢神経系の疾患の診断支援や治療効果の定量的な評価に寄与することを目的とする.初年度は,システムのコア技術となるOPAMについて,我々のグループが世界に先駆けて提案したK原子とRb原子を混合したハイブリッド型による高感度化を主眼において研究を進めた。本年度は,このハイブリッド型センサ作成の諸条件、最適なレーザのパワーなどを理論と実験の両面から明らかにした。本研究ではMRI撮像を超低磁場で実現し,他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムを実現することによって認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量評価可能なシステムを目指している.その第一歩として視覚認知課題遂行時の脳神経活動などに基づいて定量評価・診断支援に寄与したいと考えており.そのため初年度から眼球運動と同時計測された脳磁図や脳波に基づき大脳皮質活動を推定する新たな解析手法開発を開始し有益な新知見を得ている.一方,超低磁場MRIシステムの実現に向けて,OPAMによるMR信号の遠隔計測手法と直接計測手法の2つについて検討すると共に,超低磁場MRIを用いた脳機能の新たな計測法について理論と生体ファントム実験の両面から検証した.本研究では、超高感度光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)を開発し,それにより液体ヘリウムなどの冷媒なしに脳磁図,脳波,眼球運動計測といった他の計測手法と融合可能な超低磁場マルチモダリティMRIシステムの実現に挑戦する.そして,特に認知症をはじめとする中枢神経系の疾患の診断支援や治療効果の定量的な評価に寄与することを目的として実施された.本年度は,初年度に引き続き超低磁場MRIの鍵となるK原子とRb原子を混合したハイブリッド型の光ポンピング原子磁気センサの高感度化と,感度の空間的均一性の向上に関する検討を進めた。K原子とRb原子を封入する一辺の大きさが5cm立方体型OPAMガラスセルを用いシミュレーションと実測の両面から従来の単一原子を用いるOPAMに比べ我々が独自に開発したハイブリッド型OPAMの方が感度の空間的均一度が高く広い計測領域において高感度が図れることを示すことができた.その後,このハイブリッド型OPAMを用いて生体ファントムを用いた磁場分布計測を実施し,その有効性を示す事ができた。本研究ではまた,MRI撮像を超低磁場で実現することにより,他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムを開発することによって認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムを開発することを目指しており,そのため本年度はMRIや脳磁図との同時計測可能な多チャネルの脳波計を導入し,超低磁場マルチモダリティMRIに必要な異なるモダリティから得られる計測データを統合的に解析し時間・空間分解能の共に優れる神経活動部位の推定手法の開発を行った.一方,OPAMによる超低磁場MRIの実現に向けて、MR信号検出とMR画像撮像シーケンスに関してシミュレーションによる検討を実施し圧縮センシングの有効性を示すことができた。本研究ではMRI撮像を超低磁場で実現することにより,他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とし,認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムを開発することを目指して研究を進めてきた.本年度は,まず我々が世界に先駆けて開発したK原子とRb原子を混合したハイブリッド型の光ポンピング原子磁気センサの性能向上に関する研究を進めた。このハイブリッド型原子磁気センサは,K原子を直接ポンピングする代わりにRb原子をポンピングし、Rb原子のスピン偏極をK原子とRb原子のスピン交換衝突によりK原子に移すことにより計測系のノイズ低減を行うことができるという特徴を有している.

本年度は,スピン偏極の空間的均一性向上に向け,スピン偏極の振る舞いを記述する光学的ブロッホ方程式に基づく詳細なシミュレーションを行い,K-Rbハイブリッド型原子磁気センサによりスピン偏極の高い空間的均一性を実現できることを示した.また,このハイブリッド型原子磁気センサを用いた一つのセル内における多点同時計測法を提案し,実測によりその有効性を示す事ができた.さらに本年度は,光ポンピング原子磁気センサによるMR信号の直接計測手法の検討を進め,モジュール型センサによるMR信号計測の新たな手法の提案を行い理論と実験によりその妥当性を示した.加えて,超低磁場MRIにより超偏極キセノンガスをイメージングすることを目的として,新たな撮像パルスシーケンスであるSWIFT法に関して理論的な検討を進め,シミュレーションによりその実現可能性を示す事ができた.最後に,高次脳機能を反映する神経活動を捉えることを目的に視覚刺激の呈示時における誘発応答の計測に挑戦し,原子磁気センサを用いた脳磁図と脳波の同時計測を世界で始めて実現した.26年度が最終年度であるため、記入しない。生体医工学26年度が最終年度であるため、記入しない。年度後半である11月に追加で採択決定通知があり交付を受けたため,初年度については研究期間が5ヶ月と短かったが,成果の概要で記載の通り有益な新知見と次年度以降の研究に繋がる成果が得られたため.研究実績の概要で記載の通り,計画していた原子磁気センサの高感度化については,K原子とRb原子を混合したハイブリッド型のセンサによりノイズの低減を図り高感度化が実現できることを理論と実験の両面から示す事ができたこと,また超低磁場マルチモダリティの実現に向けてMRI,脳磁図,脳波の融合計測可能なシステムが整ってきたこと,さらに超低磁場MRIにおける撮像時間の短縮に関しても検討がすすみ,おおむね順調に計画した研究内容が達成できていると言う事ができる.本年度は,初年度に引き続きK原子とRb原子を混合したハイブリッド型の光ポンピング原子磁気センサ(OPAM)を用いてさらなる高感度化を目指す。本年度は,さらにこのハイブリッド型OPAMを用いた生体磁気計測に向けて,多チャネル計測に関する基礎実験として生体ファントムを用いた磁場分布計測に着手する。また,本研究ではMRI撮像を超低磁場で実現することにより,他の様々な計測手法とのマルチモダリティ計測を可能とするシステムを開発することによって認知症などの高次脳機能に関わる疾患の診断支援や治療効果を定量的に評価できる新規医用イメージングシステムを開発することを目指しており,そのため超低磁場MRIとの同時