hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
在宅ケアの安全性を高めるチームワーク構築と向上のプログラム構築の研究

本研究は、多職種が関わる在宅ケアにおけるチームワーク構築および向上とそれによる安全性の担保を可能とするために、我が国の在宅ケアにおけるチームワークの構成要素とそれらを統合し具体化するためのアプローチを明確化、具体化し、その有効性の検証を行うことを目的としている。そこで本年度は、介護施設におけるケアの安全性向上を意図した、チームワーク構築に関するプログラムの検討を実施し、チームワークの構成要素を照らし合わせる形を通して、我が国の在宅ケアにおける安全性向上に寄与しうるチームワークの構成要素を同定し、それらの構築を促し、向上させることとなる要素の論点の整理を行った。これらの点を踏まえて、当該構成要素に関して、先行知見に基づいた、暫定的な日本語版を作成した。こうした日本語版を元に、研究組織の研究者および外部の専門家を加えて、その内容に関する詳細な検討を行い、暫定版の在宅ケアのチームワーク構築プログラムとして検証を行う前の叩き台を作成した。作成したチームワーク構築プログラムの日本語版のたたき台に関して、実際の現場におけるチームワークの構築や向上に寄与しうるに妥当なものであるかどうかという点に関して、その妥当性に関しての検討を行ったが、研究組織および研究組織外の専門からの意見から、当該のたたき台の妥当性に関して、再検討を行うべきであるとの見解に達し、再度、チームワーク構築プログラムの日本語版たたき台を再検討する必要が生じたため。当初のたたき台を再検討し、再度チームワーク構築プログラムの日本語版たたき台を構築する。さらにこうしたプログラムが、実際の現場におけるチームワークの構築やその向上に寄与しうるに妥当なものであるかどうかという点に関して、本研究の協力施設の現場でケアを担当する専門職の方々を中心にヒヤリング調査を実施し、その内容に関する妥当性等の検証を試みる。さらにこうした検証を踏まえ、研究組織全体に協力を得た施設などの関係者らを加えて当該プログラムに関する全体での検討を行うこととする。本研究は、多職種が関わる在宅ケアにおけるチームワーク構築および向上とそれによる安全性の担保を可能とするために、我が国の在宅ケアにおけるチームワークの構成要素とそれに対応した具体的なアプローチを明確化、具体化し、その有効性の検証を行うことを目的とした。そのために当該年においては、安全性に直結するチームワークのあり方に関して、安全学、産業心理学分野などを中心に安全性とチームワークに関する先行知見の洗出しと整理を実施すると同時に、当該課題に関する進展が大きい、航空領域分野、さらには隣接分野におけるチームワークの要素の抽出と整理を実施し、在宅ケア領域におけるその適応可能性の検討を行った。くわえて、事故事例などの分析を通して、事故事例にチームワークに関連する要素がどのように関係しているかに関する検討を行うために、在宅ケアにおけるチームワークの課題を洗い出した検討を行った。さらにこうした作業結果を補完するために、現場で在宅ケアを担う専門職を対象にしたフォーカス・グループインタビューを実施しするための準備作業と安全性に関連するチームワークの構成要素における論点の整理を実施した。計画においては、既存データに基づいた在宅ケアにおけるチームワークの課題を洗い出しに関してFunctional Resonance Analysis Method(FRAM)を用いて検討を行うと同時に、この検討を補完するために、現場で在宅ケアを担う専門職を対象に、フォーカス・グループインタビューを実施する予定であったが、対象者の選定に課題が生じ、準備作業に留まってしまったため。そこで当該年度においては、前年度における検討を踏まえ、我が国の在宅におけるケアの安全性向上を意図した、チームワークの構成要素に関しての検討を実施した。具体的に在宅におけるチームの現状とあり方を他の領域などにおけるチームワークの構成要素などと照らし合わせる形を通して、我が国の在宅ケアにおける安全性向上に寄与しうるチームワークの構成要素の検討を行った。加えて、介護施設におけるケアの安全性向上を意図した、チームワーク構築に関するプログラムである、Team STEPPS for Long Term Careの検討を行い、高齢者在宅ケアとの共通性および差異に関する検討を行った。Team STEPPS for Long Term Careは、現在、高齢者ケアの安全性向上を意図したチームワーク構築および向上のためのプログラムとしては、世界的に見て最も包括的かつ先端的なものであるとされ、そうした点から、高齢者の在宅ケアにおけるチームワークの構成要素と考えうるものを、このTeam STEPPS for Long Term Careにおけるチームワークの構成要素と比較検討を行い、高齢者在宅ケアにおけるチームワークにとってクリティカルな要素の検討を実施した。計画においては、それまでの作業に基づいて高齢者在宅ケアにおける重要なチームワークの構成要素が同定され、それを元に我が国における在宅ケアチームワーク構築プログラムの試案の作成がなされる予定であった。しかしながら、研究組織において様々な形で議論および検討を行うに過程で、我が国の高齢者在宅ケアにおいて決定的に重要なチームワークの構成要素を明確な形で同定しきることができなかった。こうした状況を踏まえ、介護施設におけるチームワークに焦点を合わせたTeam STEPPS for Long Term Careの内容に関して、より詳細かつさらに掘り下げた検討を実施する必要性から、研究組織内の研究者らによる検討に留まらず、実際の高齢者在学ケアの現場において在宅ケアに従事する方々にも検討を依頼するために、当該資料の日本語版およびその解説用資料を作成し、議論を促し、検討を求める必要性が生じたため。

本研究は、多職種が関わる在宅ケアにおけるチームワーク構築および向上とそれによる安全性の担保を可能とするために、我が国の在宅ケアにおけるチームワークの構成要素とそれらを統合し具体化するためのアプローチを明確化、具体化し、その有効性の検証を行うことを目的としている。そこで本年度は、介護施設におけるケアの安全性向上を意図した、チームワーク構築に関するプログラムの検討を実施し、チームワークの構成要素を照らし合わせる形を通して、我が国の在宅ケアにおける安全性向上に寄与しうるチームワークの構成要素を同定し、それらの構築を促し、向上させることとなる要素の論点の整理を行った。これらの点を踏まえて、当該構成要素に関して、先行知見に基づいた、暫定的な日本語版を作成した。こうした日本語版を元に、研究組織の研究者および外部の専門家を加えて、その内容に関する詳細な検討を行い、暫定版の在宅ケアのチームワーク構築プログラムとして検証を行う前の叩き台を作成した。作成したチームワーク構築プログラムの日本語版のたたき台に関して、実際の現場におけるチームワークの構築や向上に寄与しうるに妥当なものであるかどうかという点に関して、その妥当性に関しての検討を行ったが、研究組織および研究組織外の専門からの意見から、当該のたたき台の妥当性に関して、再検討を行うべきであるとの見解に達し、再度、チームワーク構築プログラムの日本語版たたき台を再検討する必要が生じたため。まずは、現場で在宅ケアを担う専門職を対象に、安全性に関連するチームワークの構成要素に焦点をおいたフォーカス・グループインタビューを実施する。次いで、介護施設におけるケアの安全性向上を意図した、チームワーク構築に関するプログラムの検討を行う。具体的には当該プログラムにおいて議論されているチームワークの構成要素と、前年度に実施したフォーカス・グループインタビューにおいて見出された、チームワークの構成要素を照らし合わせる形を通して、我が国の在宅ケアにおける安全性向上に寄与しうるチームワークの構成要素の同定を試みる。先の作業により同定された在宅ケアにおけるチームワークの構成要素の構築を促し、向上させることとなる、内容の検討を行う。具体的には、当該プログラムの我が国の在宅ケアにおけるチームワーク構成要素に適合的な部分を利用し、その日本版在宅ケアチームワーク構築プログラムを構築する。Team STEPPS for Long Term Careなどの検討作業を踏まえ、高齢者在宅ケアにおけるチームワークにとって重要と考えられる構成要素を同定し、それらを確定する。こうした作業を踏まえ、我が国の在宅ケアにおけるチームワーク構成要素からなる、日本版高齢者在宅ケアチームワーク構築プログラムを構築する。
劣モジュラ性をもつ最適化問題に対するアルゴリズムの開発とその応用

劣モジュラ関数は,離散変数を取扱う組合せ最適化の分野において,基本的かつ重要な関数である.本研究は理論的な側面と実問題への適用の両方を主眼にいれ,劣モジュラ構造をもつ最適化問題に対するアルゴリズムの開発とそれらの応用を課題としている.劣モジュラ関数や,それに付随して定まる基多面体や劣モジュラ多面体が関連した最適化問題は数理計画における多くの場面で現れる.今年度の研究実績について以下で述べる.・研究実績1:基多面体上での凸最適化.本研究ではまず基多面体上での変数分離型凸関数の最小化問題に対する分解アルゴリズムにより最適解の有理数性のシンプルな十分条件が得られることを示し,辞書式最適基問題(藤重,1980)と劣モジュラ効用配分問題(Jain・Vazirani, 2007)の等価性などの性質を導いた.また,パラメトリック劣モジュラ関数最小化を用いた,分解アルゴリズムの理論的に高速な実行手法を提案した.さらに,あるクラスの非変数分離型凸関数最小化が多項式時間で解けることを指摘した.この結果は国際会IPCO2007で発表された.・研究実績2:パラメトリック劣モジュラ関数最小化.強射(Topkis 1978)と呼ばれる単調性を満たす複数個の劣モジュラ関数が与えられているとき,すべての関数の最小化をパラメトリック劣モジュラ関数最小化とよぶ.この問題は分数計画の解法で現れる基本問題であり,他にもいくつかの応用を持つ.劣モジュラ関数最小化問題に対し,最近Orlin(2007)が高速なアルゴリズムを提案した.本砺究ではOrlinの手法をパラメトリック劣モジュラ関数最小化へと拡張し,関数が複数個あっても最小化に要する理論的な計算量が本質的に変わらない高速なアルゴリズムを開発した.さらに,新しい応用として,劣モジュラ最適化問題のロバスト性評価が効率的に実行できることを示した.・研究実績3:パラメトリック劣モジュラ交わり問題の解構造.劣モジュラ交わり問題は,マトロイド交わり問題や劣モジュラ関数最小化の一般化であり,組合せ最適化の基本問題である.そのパラメトリック版は次のよう定義される:強射列をなす劣モジュラ関数列f1,...,fkと,逆向きに強射関係の成り立つ劣モジュラ関数列g1,...,gkが与えられているとき,各i=1,...,kについて2つの劣モジュラ多面体P(fi)とP(gi)の共通部分の中で成分和最大となるベクトルを求めよ.本研究ではこの複数個の劣モジュラ交わり問題について,すべての最適解をシンプルな構造で表現可能であることを示した.無限個の関数列からなる連続的な問題も同〓劣モジュラ関数は,離散変数を取扱う組合せ最適化の分野において,基本的かつ重要な関数である.本研究は理論的な側面と実問題への適用の両方を主眼にいれ,劣モジュラ構造をもつ最適化問題に対するアルゴリズムの開発とそれらの応用を課題としている.基多面体は劣モジュラ関数に付随して定まる多面体である.本研究では基多面体上での変数分離型の凸関数最小化問題に対する高速なスケーリング法を用いた近似解法を与え,また目的関数が特に2次関数の場合に厳密解を求められることを示した.この問題は辞書式順序で最適なネットワーク計画を与える問題(Megiddo,1974)を,最近では経済学における市場の均衡価格を求める問題(Jain-Vazirani,2005)を特殊ケースとして含むことがわかっている.この問題に対するアルゴリズムの高速化や,待ち行列モデルを中心としたさらなる応用に関する研究を岩田覚氏とブリティッシュ・コロンビア大学のThomas McCormick氏と共に進めている.基本的なNP-困難問題である施設配置問題や集合カバー問題は,応用範囲の広さなどもあり多くの研究が世界的になされている.これらの問題に対し劣モジュラ構造を組み込むことで自然な一般化が可能であり,現実の問題をより詳細にモデル化できる.本研究ではNesterov(2005)による連続最適化手法を離散的な変数を扱うこれらの問題に適用することで,ペナルティを含む施設配置問題などに対して高速な近似アルゴリズムを与えた.異なる連続最適化手法を用いたアプローチによるアルゴリズムのさらなる高速化や,より多くの組合せ最適化問題に対する本研究の手法の適用に関して,スイス連邦工科大学チューリッヒ校のFabian Chudak氏と共に研究を進めている.劣モジュラ関数は,離散変数を取扱う組合せ最適化の分野において,基本的かつ重要な関数である.本研究は理論的な側面と実問題への適用の両方を主眼にいれ,劣モジュラ構造をもつ最適化問題に対するアルゴリズムの開発とそれらの応用を課題としている.基本的な組合せ最適化問題である施設配置問題や集合カバー問題に対し,劣モジュラ構造を組み込むことで自然な拡張が可能である.劣モジュラ性を組み込んだ離散的構造を持つ様々な最適化問題に対し,本研究ではスムーズ最小化手法(Nesterov,2005)と劣勾配情報を用いた最適化手法(Nesterov,2005)の2つの異なるアプローチをサブルーチンとして用いた近似アルゴリズムを設計した.また,問題の固有の性質を利用した,さらなる高速化手法についても提案している.また本研究では劣モジュラ関数最小化の実用的に高速な解法の設計についても提案している.

この研究はスイス連邦工科大学チューリッヒ校のFabian Chudak氏との共同研究であり,本成果はSIAMとACM共同開催の国際会議SODA2007(2007年1月)に論文が採択されている(本国際会議の採択率は3割前後).基多面体は劣モジュラ関数に付随して定まる多面体であり,その上での凸最適化問題は多くの応用を持つ.本研究ではまず変数分離型凸関数の最小化問題に対する分解アルゴリズムにより最適解の有理数性のシンプルな十分条件が得られることを示し,辞書式最適基問題(藤重,1980)と劣モジュラ効用配分問題(Jain-Vazirani,2007)の等価性などの性質を導いた.また,パラメトリック劣モジュラ関数最小化を用いた,分解アルゴリズムの理論的に高速な実行手法を提案した.さらに,あるクラスの非変数分離型凸関数最小化が多項式時間で解けることを指摘した.本成果は国際会議IPCO 2007(2007年6月)に論文が採択されている(本国際会議の採択率もまた3割以下).劣モジュラ関数は,離散変数を取扱う組合せ最適化の分野において,基本的かつ重要な関数である.本研究は理論的な側面と実問題への適用の両方を主眼にいれ,劣モジュラ構造をもつ最適化問題に対するアルゴリズムの開発とそれらの応用を課題としている.劣モジュラ関数や,それに付随して定まる基多面体や劣モジュラ多面体が関連した最適化問題は数理計画における多くの場面で現れる.今年度の研究実績について以下で述べる.・研究実績1:基多面体上での凸最適化.本研究ではまず基多面体上での変数分離型凸関数の最小化問題に対する分解アルゴリズムにより最適解の有理数性のシンプルな十分条件が得られることを示し,辞書式最適基問題(藤重,1980)と劣モジュラ効用配分問題(Jain・Vazirani, 2007)の等価性などの性質を導いた.また,パラメトリック劣モジュラ関数最小化を用いた,分解アルゴリズムの理論的に高速な実行手法を提案した.さらに,あるクラスの非変数分離型凸関数最小化が多項式時間で解けることを指摘した.この結果は国際会IPCO2007で発表された.・研究実績2:パラメトリック劣モジュラ関数最小化.強射(Topkis 1978)と呼ばれる単調性を満たす複数個の劣モジュラ関数が与えられているとき,すべての関数の最小化をパラメトリック劣モジュラ関数最小化とよぶ.この問題は分数計画の解法で現れる基本問題であり,他にもいくつかの応用を持つ.劣モジュラ関数最小化問題に対し,最近Orlin(2007)が高速なアルゴリズムを提案した.本砺究ではOrlinの手法をパラメトリック劣モジュラ関数最小化へと拡張し,関数が複数個あっても最小化に要する理論的な計算量が本質的に変わらない高速なアルゴリズムを開発した.さらに,新しい応用として,劣モジュラ最適化問題のロバスト性評価が効率的に実行できることを示した.・研究実績3:パラメトリック劣モジュラ交わり問題の解構造.劣モジュラ交わり問題は,マトロイド交わり問題や劣モジュラ関数最小化の一般化であり,組合せ最適化の基本問題である.そのパラメトリック版は次のよう定義される:強射列をなす劣モジュラ関数列f1,...,fkと,逆向きに強射関係の成り立つ劣モジュラ関数列g1,...,gkが与えられているとき,各i=1,...,kについて2つの劣モジュラ多面体P(fi)とP(gi)の共通部分の中で成分和最大となるベクトルを求めよ.
硫酸化多糖類の糖鎖構造と溶液特性の関係の解明

<1>FGF-2と位置選択的脱硫酸化ヘパリンとの複合体の構造FGF-2とヘパリンの相互作用メカニズム解明のために,ヒトFGF-2と種々の脱硫酸化ヘパリンの複合体形成を小角X線散乱により解析した。FGF-2・天然型ヘパリン複合体では,球状のFGF-2分子がヘパリン鎖の同一側面に配置していると考えられた。しかし6-O-脱硫酸化およびN-脱硫酸化ヘパリンとの複合体ではランダムに会合していると思われた。一方,2-O-脱硫酸化ヘパリンはFGF-2と会合せず,イズロン酸残基のO-2の硫酸基がFGF-2との会合に最も必要であることが分かった。また分子モデリングによる解析より,O-2の硫酸基はイズロン酸残基の立体配座を限定し糖鎖の柔軟性に影響するため,2-O-脱硫酸化がFGF-2との複合体形成を阻害すると考えられた。一方,O-6および2-Nの硫酸基はグルコサミン残基の配座すなわちヘパリン鎖の柔軟性に影響を与えないと考えられた。このため脱6-硫酸化および脱N-硫酸化ヘパリンは,FGF-2との複合体形成したと考えられた。<2>アガロース由来新規四糖の生成とアガロースの立体構造の関連本研究では,アガロースの部分メタノリシスで生じる四糖がアガロースの立体構造を反映し,さらにゲル化の機構を示唆すると結論する。この四糖は内部の3,6-アンヒドロガラクトース(AnGal)残基とガラクトース(Gal)残基が環状アセタール結合で結ばれた特殊な構造であった。硫酸化およびメチル化アガロースも同様の構造の四糖を与えた。アガロースのGal残基のOH-4およびAnGal残基のO-5の間には水素結合があり,これがゲル化に必要である。また,この水素結合は上記四糖のアセタール結合の生成に有利な立体構造を与えると思われた。一方AnGal残基がD-体である他はアガロースと同じ構造であるβ-カラギーナンは,分子モデルでは同様の水素結合が局所的には可能であるが,メタノリシスでは該当する四糖が生じなかった。β-カラギーナンがゲル化せず,かつ上記の水素結合が四糖生成とゲル化に必須であることより,本四糖はartifactではなく,アガロースの立体構造より直接導き出されるものと考えられた。1.紅藻ハナフノリ(Gloiopeltis complanata)多糖の単離精製沖縄県で食用とされる表記紅藻(現地呼称フヌイ)より、多糖フノランをヘキサデシルピリジニウム塩として単離し、さらに塩化カリウムによるゲル化力の相違による分画、アルカリによる反応により、理想的なアガロース6-硫酸を得ることに成功した。2.多糖の脱硫酸化法の確立とβ-カラギーナンの調整単糖において有効であった、シリル化

試薬4-トリメチルシリロキシ-3-ペンテン-2-オンを硫酸化多糖に適用し多糖の脱硫酸化法を確立した。同方法をガラクトース(Gal)残基の4位に硫酸基を持つκ-カラギーナンに適用し、硫酸基のないβ-カラギーナンを得ることに成功した。3.アガロースおよびアガロース6-硫酸分解物中の四糖のキャラクタリゼーション市販アガロースおよびアガロース6-硫酸を部分メタノリシスし四糖を得た。各種分析の結果これは3-結合D-Galと4結合3,6-アンヒドロ-L-ガラクトース(AnGal)が交互反復するが、糖鎖内D-Gal残基のO-3,O-4と-L-AnGal残基のC-1の間に分子内環状アセタールをもつ特殊な構造と判明した。L-AnGal残基を光学対掌体で置換した骨格の市販κ-カラギーナンおよび上記で得たβ-カラギーナンを部分メタノリシスしても四糖は生じなかった。これより上記四糖はアガロース中のAnGal残基のO-5とGal残基のO-4の間に水素結合等の相互作用があるという従来の予想を裏付けるものと考えられた。4.フノランの橋かけ反応高親水性の網目高分子の作製のためフノランの化学的橋かけ反応を試みたが、アガロースがされゲルが生成する条件ではフノランは橋かけされなかった。また、硫酸基をもつκ-およびλ-カラギーナンも橋かけされなかった。反応条件をさらにリファインするとともに、同反応を阻害する原因が硫酸基であるか、官能基の立体的位置や多糖のコンホメーションであるのかを現在検討中である。<1>FGF-2と位置選択的脱硫酸化ヘパリンとの複合体の構造FGF-2とヘパリンの相互作用メカニズム解明のために,ヒトFGF-2と種々の脱硫酸化ヘパリンの複合体形成を小角X線散乱により解析した。FGF-2・天然型ヘパリン複合体では,球状のFGF-2分子がヘパリン鎖の同一側面に配置していると考えられた。しかし6-O-脱硫酸化およびN-脱硫酸化ヘパリンとの複合体ではランダムに会合していると思われた。一方,2-O-脱硫酸化ヘパリンはFGF-2と会合せず,イズロン酸残基のO-2の硫酸基がFGF-2との会合に最も必要であることが分かった。また分子モデリングによる解析より,O-2の硫酸基はイズロン酸残基の立体配座を限定し糖鎖の柔軟性に影響するため,2-O-脱硫酸化がFGF-2との複合体形成を阻害すると考えられた。一方,O-6および2-Nの硫酸基はグルコサミン残基の配座すなわちヘパリン鎖の柔軟性に影響を与えないと考えられた。このため脱6-硫酸化および脱N-硫酸化ヘパリンは,FGF-2との複合体形成したと考えられた。<2>アガロース由来新規四糖の生成とアガロースの立体構造の関連本研究では,アガロースの部分メタノリシスで生じる四糖がアガロースの立体構造を反映し,さらにゲル化の機構を示唆すると結論する。この四糖は内部の3,6-アンヒドロガラクトース(AnGal)残基とガラクトース(Gal)残基が環状アセタール結合で結ばれた特殊な構造であった。硫酸化およびメチル化アガロースも同様の構造の四糖を与えた。アガロースのGal残基のOH-4およびAnGal残基のO-5の間には水素結合があり,これがゲル化に必要である。また,この水素結合は上記四糖のアセタール結合の生成に有利な立体構造を与えると思われた。一方AnGal残基がD-体である他はアガロースと同じ構造であるβ-カラギーナンは,分子モデルでは同様の水素結合が局所的には可能であるが,メタノリシスでは該当する四糖が生じなかった。β-カラギーナンがゲル化せず,かつ上記の水素結合が四糖生成とゲル化に必須であることより,本四糖はartifactではなく,アガロースの立体構造より直接導き出されるものと考えられた。
ディオファンタス近似、特に線型回帰数列の小数部分について

本年度は、実数のb進展開に現れるdigitを解析した。特に、代数的無理数のb進展開において、digitが均等に現れるというBorelの予想の解決に向けた研究を行った。代数的無理数のb進展開におけるdigitを調べることで、代数的無理数の数論的性質を解析することにより、整数論への応用が期待される。Borelの予想の具体例として√2など、代数的無理数の2進展開では、digitである0と1が同じ割合で現れると数値実験から予想されている。しかし、実際にdigitの均等性が証明されている代数的無理数は存在せず、この予想は解決には程遠い。そこで、Bugeaudは予想の解決に向けて、b進展開におけるdigit変化数を研究することを提案した。なぜならばdigit変化数が多いことを証明できれば、digitの均等性の証拠になるからである。BugeaudとEvertseは有理近似の方法を用いてdigit変化数の下からの評価式を構成した。ところが、彼らの結果は、数値実験で予想される値よりも弱いものである。そのため、彼らの結果を改良することを目指した。昨年度は、2進展開の場合においてのみ、彼らの結果を改良することに成功した。今年度は全てのb進展開に対して、代数的無理数のdigit変化数の先行結果を改良することができた。また、本年度は等比数列の小数部分の大きさを解析した。特に、小数部分の極限点に着目して研究を行った。極限点の最大値と最小値の大きさを決定すれば、小数部分が漸近的にどのような大きさを取るかについて知ることができるからである。等比数列の小数部分の大きさを調べることも、公比の数論的性質の研究につながる。本研究では公比が具体的に与えられたときに、極限点の最大値と最小値がどのような値であるかについて、Mahler関数の特殊値を用いて記述することに成功した。等比数列の小数部分の大きさがどのような挙動を示すかについて研究した。等比数列は公比と初項が決まれば一意的に定まるが、今年度の研究では公比が代数的数である場合を扱った。特に、初項も代数的数である場合、よく知られた例外を除いてその等比数列の小数部分は一様に分布すると予想されている。ところが、具体的に与えられた等比数列の小数部分が一様に分布するかどうかを判定する方法は一般には知られていない。代数的数を公比にもつ等比数列の小数部分を解析し、その代数的数の数論的性質を詳しく知ることにより整数論への応用が期待できる。一様分布列を得ることは、擬似乱数や数値計算におけるモンテカルロ法などに関連があり、応用上も重要である。代数的数を公比にもつ等比数列の小数部分が具体的に与えられた値をどのような頻度で取りうるかを研究することが、等比数列の小数部分の一様分布性を示唆する。BugeaudとEvertseは特に公比が整数の場合を先行結果として扱った。今年度の研究では彼らの先行結果を一般の代数的数を公比にもつ等比数列に拡張することができた。また、代数的数を公比にもつ等比数列の小数部分をべき級数を用いて表示することに成功したため、今後小数部分に関するさらなる解析が期待できる。さらに、公比が2である場合、SSB expansionsという数系を用いることにより先行結果の評価式を指数的に改良することに成功した。また、等比数列の一様分布論の超越数論への応用として、べき級数の特殊値の代数的独立性の判定法を構成した。その結果、Mahlerの方法など従来の判定法では代数的独立性が示せなかった数の代数的独立性を証明することができた。
マイクロ流路を用いたピコリットル二相液滴および異形ポリマー微粒子の精密調製

本研究では,マイクロ流路の分岐構造を利用した均一サイズのピコリットル異相液滴の生成法,および異形ポリマー微粒子の調製法の開発を目的としている.本年度は,マイクロ流路の加工技術および有機二相液滴の作製技術の確立に重点を置いて研究し,以下の成果を得た.(1)有機二相液滴生成用のマイクロ流路の製作合成石英を加工基板とし,機械加工およびドライエッチングによる微細溝加工を行った.機械加工法は,100μmの先端刃径を有するエンドミル状の単結晶ダイヤモンド工具を用い,幅100200μm,深さ100μmの微細溝,および深さ50100μmの段差形状を加工することができた.ドライエッチングでは,幅100200μm,深さ100μmの微細溝の加工を行った.ガラス基板の熱溶着によって加工溝を封止し,マイクロ流路を形成した.(2)単分散有機二相液滴の生成作製したマイクロ流路を用い,有機二相液滴の生成試験を行った.水相としてSDS0.5%水溶液,2つの有機相としてシリコーンオイルと重合性モノマーを用いた.シリンジポンプを用いて水相および2つの有機相の流量制御を行い,生成される二相液滴のサイズの範囲,単分散二相液滴が生成される流量条件の測定を行った.得られた二相液滴のサイズは90200μm程度で,変動係数は約2%であった.二相液滴の相分離構造を界面エネルギーのシミュレーションによって検証した結果,シリコーンオイルの相と水相の間に,モノマーの薄膜が存在することが示唆された.(3)単分散異形ポリマー微粒子の調製生成した二相液滴に対して硬化処理を行い,単分散非球形ポリマー微粒子を得た.2つの有機相の体積比率を0.110.0の間で変化させ,粒子形状を変化させることができた.生成粒子の形状は,界面エネルギー計算によるシミュレーション結果とよく一致した.本研究では,マイクロ流路の分岐構造を利用した均一サイズのピコリットル異相液滴の生成法,および異形ポリマー微粒子の調製法の開発を目的としている.本年度は,マイクロ流路の加工技術および有機二相液滴の作製技術の確立に重点を置いて研究し,以下の成果を得た.(1)有機二相液滴生成用のマイクロ流路の製作合成石英を加工基板とし,機械加工およびドライエッチングによる微細溝加工を行った.機械加工法は,100μmの先端刃径を有するエンドミル状の単結晶ダイヤモンド工具を用い,幅100200μm,深さ100μmの微細溝,および深さ50100μmの段差形状を加工することができた.ドライエッチングでは,幅100200μm,深さ100μmの微細溝の加工を行った.ガラス基板の熱溶着によって加工溝を封止し,マイクロ流路を形成した.(2)単分散有機二相液滴の生成作製したマイクロ流路を用い,有機二相液滴の生成試験を行った.水相としてSDS0.5%水溶液,2つの有機相としてシリコーンオイルと重合性モノマーを用いた.シリンジポンプを用いて水相および2つの有機相の流量制御を行い,生成される二相液滴のサイズの範囲,単分散二相液滴が生成される流量条件の測定を行った.得られた二相液滴のサイズは90200μm程度で,変動係数は約2%であった.二相液滴の相分離構造を界面エネルギーのシミュレーションによって検証した結果,シリコーンオイルの相と水相の間に,モノマーの薄膜が存在することが示唆された.(3)単分散異形ポリマー微粒子の調製生成した二相液滴に対して硬化処理を行い,単分散非球形ポリマー微粒子を得た.2つの有機相の体積比率を0.110.0の間で変化させ,粒子形状を変化させることができた.生成粒子の形状は,界面エネルギー計算によるシミュレーション結果とよく一致した.
シリコン基板上に成長した窒化物半導体マイクロ構造の光学特性

<研究実績の概要>本研究では、窒化物半導体の異なる結晶成長面に作製したヘテロ量子井戸構造の発光ダイナミクス及びヘテロ界面の分極電界の効果を明らかにすることを目的とした。まず、前年度のGaN(1-101)ファセット面上に作製した多重量子井戸構造の光励起型測定法によるデバイスパラメータを検討した結果を参照しながら、試料構造を大幅に改善した。評価方法としては、時間分解分光法の一つで、光励起キャリアのエネルギー緩和過程を時間またはエネルギーの関数として測定できるPL強度相関信号法を利用した。この測定法を用いて(0001)と(1-101)ファセット面上に作製した単一量子井戸構造におけるキャリアダイナミクスについて検討した。低温における発光スペクトルでは、両方ともにバンド端からの発光以外に長波長側(低エネルギー側)に欠陥(点・面欠陥、転位、積層欠陥等)の種類に応じた発光ピークが現れた。該当するエネルギーでの緩和過程をそれぞれ評価した結果、(0001)ファセット面は2つの発光減衰成分があることが分かった。低温において、短い減衰時定数成分は25psオーダーであった。また、発光エネルギーに依存せず、ほぼ一定であることから、バンド内のキャリアのトラップあるいは輸送過程を示しているものと考えられる。一方、長い減衰時定数成分は5501000psオーダーとなり、バンド間遷移によるエネルギー緩和過程であることが分かった。しかしながら、転位・積層欠陥に起因した発光にも関わらず、500psのバンド端発光より短い減衰時間を示した発光ピークからは、発光再結合過程と同程度の減衰時間を持つ非発光再結合過程が関与していることが示唆された。この成果を第6回窒化物半導体国際会議(IWN-2006)でポスター発表し、その内容はphys.stat.sol.に掲載される予定である。更に、C軸を傾いた面である(1-101)ファセットを用い同様な評価を行った結果、バンド端発光領域での再結合発光強度の減衰時間は約590psとなり、(0001)ファセット面より約1.4倍短くなった。しかし、この結果だけではヘテロ界面の分極電界の効果が十分説明出来ないため、現在シミュレーションを並行した研究が進行中である。
房水流出路の4次元イメージングと緑内障病態における動的変化に関する研究

新しいイメージング技術を用いて房水流出路組織における眼圧調節に関わる分子メカニズムを解明することを目的とした。2光子顕微鏡を用いた角膜輪部付近の撮影によって、前房とシュレム管と思われる部位を確認することが出来た。また強膜のコラーゲン線維も観察可能であった。条件検討を行ったが、画像のシグナル/ノイズ比の改善は困難だった。細胞実験ではデキサメサゾン刺激によって線維柱帯細胞におけるアクチン細胞骨格が変わることをライブイメージングで確認することができ、その細胞が細胞遊走能に乏しいことを初めて証明した。またデキサメサゾンは線維柱帯細胞の貪食を低下させるが、ROCK阻害剤では貪食が増加することがわかった。2光子顕微鏡撮影の、組織毒性が弱く深達度が高いという特性を生かし、さらにSHGによるコラーゲン線維の可視化を組み合わせて4次元イメージングを行った。ラットの摘出眼の前房にマイクロニードルを刺入し、緑色の蛍光色素を定圧で灌流した。角膜および結膜上皮はHoechstによって核染色をおこなった。これを2光子顕微鏡にセットし角膜輪部付近の撮影を行ったところ、緑色に染まる前房とシュレム管と思われる部位を確認することが出来た。しかしながら蛍光のみを映し出すモニターの断面図からシュレム管と思われる部位を同定することは困難で、得られた画像も詳細な解析が可能なレベルには至っていなかった。蛍光試薬濃度、励起光の強さ、対物レンズの種類等の調節によってノイズ/シグナル比のより低い条件を検討したが、現在までのところ、改善にいたっていない。一方で、線維柱帯細胞の機能を視覚化するため、2つの実験系を立ち上げた。一つは線維柱帯細胞にGFPラベルしたアクチンを導入し、タイムラプス顕微鏡を用いてライブイメージングをこころみた。その結果、細胞運動と連動したアクチンを生細胞で観察することに成功した。また、線維柱帯細胞の貪食能を評価するために、蛍光ビーズを培地に加え、貪食されたビーズをオートカウンターで定量することができた。線維柱帯細胞の機能を視覚化するためにGFPでラベルしたアクチンを導入し、タイムラプス顕微鏡を用いてライブイメージングを行った。その結果、デキサメサゾン刺激によってアクチン細胞骨格の構造が変わり、クロスリンクアクチンネットワーク(CLAN)を形成することが確認された。これまで固定した細胞のCLANを観察した報告はあったが、ライブイメージングによるCLAN形成の確認は我々が初めてであった。ライブイメージングによってCLANは刻々と形態を変え、形成と消失を繰り返す例もあることが分かった。また、デキサメサゾン刺激によってCLANが形成されることと、細胞遊走が低下することは報告されていたが、この2つの現象を直接結びつけるデータは得られていなかった。我々はライブイメージングを用いることで、CLANを形成した細胞が細胞遊走能に乏しいことを初めて証明した。さらに、Rho-kinase inhibitor(Y-27632)によるアクチンの脱重合化現象も、同様の方法でライブイメージングが可能であった。線維柱帯細胞におけるアクチンの脱重合化は、緑内障治療薬としてのRho-kinase inhibitorの薬効と関連しているため、薬剤に対する感度の個人差等、今後の臨床的な利益に繋がる治験が得られることが期待される。線維柱帯細胞に対するライブイメージングを用いた研究の成果が順調に得られている。線維柱帯細胞の貪食能に対する各種薬剤の影響について検討することを目的に実験を行った。ブタの眼から線維柱帯細胞を単離、培養し、継代数4-6回で実験に用いた。また、ヒト由来の線維柱帯細胞を不死化したTM-3も実験に用いた。ブタ線維柱帯細胞の培地を一晩無血清とし、その後蛍光マイクロビーズ(staphylococcus aureus bioparticle)を培地に加え、12時間培養した。その後wash outして細胞外のビーズを抗体標識し、細胞を4%パラフォルムアルデヒドで固定した。蛍光顕微鏡で写真撮影し、1細胞あたりの取り込数をオートカウンターにてカウントした。刺激薬剤は、ステロイド薬であるデキサメサゾン、Rho-associated kinase(ROCK)阻害薬であるY-27632、monocyte chemoattractant protein-1(MCP-1)、transforming growthfactor(TGF)-β2を用いた。10、100、1000nMのデキサメサゾンで刺激した結果、100nMデキサメサゾン刺激によってコントロールと比較して貪食が低下する傾向にあった。一方で、2.5、10、25μMのY-27632で処理したところ、25mMの濃度で貪食が有意に増加した(P<0.05)。一方で、MCP-1、TGF-β2でも刺激を行なったが、有意な変化はみとめられなかった。ヒト線維柱帯細胞由来のTM-3を用いた同様の実験では、100nMデキサメサゾンによって貪食が低下する傾向があり、10および25μMのY27632で有意に貪食が増加した。以上のことから、デキサメサゾンは線維柱帯細胞の貪食脳を低下させ、ROCK阻害薬は逆にこれを向上させることが示唆された。

また強膜のコラーゲン線維も観察可能であった。条件検討を行ったが、画像のシグナル/ノイズ比の改善は困難だった。細胞実験ではデキサメサゾン刺激によって線維柱帯細胞におけるアクチン細胞骨格が変わることをライブイメージングで確認することができ、その細胞が細胞遊走能に乏しいことを初めて証明した。またデキサメサゾンは線維柱帯細胞の貪食を低下させるが、ROCK阻害剤では貪食が増加することがわかった。2光子顕微鏡を用いたイメージングはやや遅れている一方で、線維柱帯細胞の機能を評価する面では当初予定を超えて発展している。これにより、全体としては、おおむね順調に進展していると判断した。線維柱帯細胞の機能をさらに追求するため、アクチン細胞骨格の形態が貪食能に与える影響をライブイメージングを用いて検証する。貪食能は蛍光ビーズとオートカウンターを用いて客観的に評価し、アクチン細胞骨格の修飾については、デキサメサゾン、Rho kinase inhibitor、ラトランキュリン、などの効果を検討する。デキサメサゾンはステロイド緑内障の原因となりうる薬剤で、Rho kinase inhibitorおよびラトランキュリンは緑内障治療薬としてそれぞれ発売中および治験中である。したがって、本研究の進展により臨床的に有意義な成果が得られる可能性がある。眼科学分野線維柱帯細胞にGFPラベルしたアクチンを導入し、タイムラプス顕微鏡を用いてライブイメージング技術を用いて、近年臨床応用されたRhoキナーゼ阻害剤の効果を確認する。Rhoキナーゼ阻害剤はアクチンを脱重合かさせ、眼圧を下降させることが分かっているが、ライブイメージングで細胞動態を検討した報告はない。また、同手法を用いて、ステロイド緑内障の原因薬剤の一つであるデキサメサゾンがアクチン細胞骨格に与える影響と、これに伴う機能変化を検討する。これまでの報告で、デキサメサゾン処理にによってアクチンにcross-linked actin networkを呼ばれる構造変化が生じることが分かっている。この変化が細胞遊走に与える影響を検討する。また、線維柱帯細胞の貪食能を評価するために、蛍光ビーズとオートカウンターを用いた評価系を確立したが、ライブイメージングと組み合わせることで、アクチン細胞骨格の変化と貪食能をリアルタイムで観察し、薬剤等の影響を評価することをこころみる。
逆流性食道炎の成因ならびに外科的逆流修復術の効果から見た胃食道逆流防止機構-Yield Pressure と Vector Volumeによる胃食道逆流防止機構の評価-

[目的]本研究は,噴門部機能をVector VolumeとYield Pressureにより直接的評価を行い,さらにInsulin負荷試験による胃液検査,24時間食道内pHモニタリングによる評価を加え,逆流性食道炎の発生機序と外科的噴門部修復術の有用性を分析することにある。[対象と方法]健常者8例と十二指腸潰瘍症例5例の術前後(選択的近位迷走神経切離術+前壁半周性噴門形成術)ならびに逆流性食道炎8例の術前後(全周性噴門形成術)において,被検者本人(保護者)の承諾の上で,下記方法にて測定を行った。先端より5cmの位置に水平8方向に内圧測定用の側孔を設けたインフュージョン式内圧力カテーテルを挿入し,1cm/秒のmotorized pull through法にて,Vector Volume(VV)を測定した。そして約1000mlの空気を胃内に送気した後に同様の測定を行った。そして,胃内への送気を行う前の胃内圧と送気後胃伸展時における胃内圧を求め,両者の差をYield Pressure(YP)とした。また症例により,承諾の上で,胃液検査,24時間pHモニタリング検査を施行した。[成績]逆流性食道炎(十二指腸潰瘍を合併しない)の胃酸分泌は,健常者に比べ,やや低値でガストリン反応には差を認めなかった。YPとVVでは,後者の方が,逆流性食道炎の有無の弁別性に優れていた。食道裂孔ヘルニアを認めない十二指腸潰瘍症例のVVは,食道裂孔ヘルニアを伴う症例,逆流性食道炎症例に比べ,有意に高く,噴門形成術により,その値が増加した。過度の増加では,通過障害が,軽度増加では,効果不良が認められた。VVによる評価は,逆流防止機能の判定ならびに噴門部修復手術の術式選択に関し有用な検査法になると考えられるが,症例が十分とは言えず,さらに症例を集積し,検討を重ねる予定である。[目的]本研究は,噴門部機能をVector VolumeとYield Pressureにより行い,逆流性食道炎の発生機序と外科的噴門部修復術の有用性を分析することにある。[対象と方法]これまでに健常者3例と十二指腸潰瘍症例3例の術前後(選択的近位迷走神経切離術+前壁半周性噴門形成術)ならびに逆流性食道炎2例の術前後(全周性噴門形成術)において,被検者本人(保護者)の承諾の上で,下記方法にて測定を行った。先端より5cmの位置に水平8方向に内圧測定用の側孔を設けたインフュージョン式内圧力カテーテルを挿入し,1cm/秒のmotorized pull through法に呼気末期(V_1),吸気末期(V_2)にそれぞれ3回以上測定した。測定された8方向の圧と高圧帯の長さよりVector Volumeは積算される。そして約1000mlの空気を胃内に送気した後に同様の測定(V_3,V_4)を行った。そして,胃内への送気を行う前の胃内圧(G_1)と送気後胃伸展時における胃内圧(G_2)を求め,両者の差をYield Pressureとした。また症例により,承諾の上で,胃液検査,24時間pHモニタリング,食道内圧検査を施行した。

[成績]健常者ならびに食道裂孔ヘルニアを認めない十二指腸潰瘍症例のV_1は80-200cm^3であったが,食道裂孔ヘルニアを伴う症例,逆流性食道炎症例では,17-40cm^3と低値を示していた。そして,前壁噴門形成術,全周性噴門形成術いずれの術後もV_1の増加が認められたが,両術式は,V_2の形態に違いとして現れた。また全周性の噴門形成術の1例は,70cm^3程度の増加に留まり,自覚症状は消失したが,24時間食道内pHモニタリングでは,軽度の食道内逆流が認められた。胃伸展後のVectorVolumeは,多くの症例で低下していた。Vector Volumeによる評価は,噴門部における通過ならびに逆流防止機能の判定ならびに噴門部修復手術の術式選択に関し有用な検査法になると考えられる。[目的]本研究は,噴門部機能をVector VolumeとYlield Pressureにより行い,逆流性食道炎の発生機序と外科的噴門部修復術の有用性を分析することにある。[対象と方法]前年度に引き続き,健常者5例と十二指腸潰瘍症例2例の術前後(選択的近位迷走神経切離術+前壁半周性噴門形成術)ならびに逆流性食道炎6例の術前後(2/3周噴門部形成術,全周性噴門形成術)において,被検者本人(保護者)の承諾の上で,下記方法にて測定を行った。先端より5cmの位置に水平8方向に内圧測定用の側孔を設けたインフェージョン式内圧力カテーテルを挿入し,1cm/秒のmotorized pull through法によりVector Volumeの測定を行った。そして約1000mlの空気を胃内に送気した後に同様の測定を行った。そして.胃内への送気を行う前の胃内圧と送気後胃伸展時の胃内圧求め、両者の差をYield Pressureとした。また症例により,承諾の上で,胃液検査,24時間pHモニタリング,食道内圧検査を施行した。[成績]逆流性食道炎(十二指腸潰瘍を合併しない)の胃酸分泌は,健常者に比べ,やや低値でガストリン反応には差を認めなかった。Yield PressureとVector Volumeでは,後者の方が,逆流性食道炎の有無の弁別性に優れていた。健常者ならびに食道裂孔ヘルニアを認めない場合,食道裂孔ヘルニアを伴う症例,逆流性食道炎症例に比べ,高値であった。この値は,噴門形成術により増加したが,高値例では,通過障害の症状が持続した。また噴門形成術の種類により,Vector Volumeの形態に違いが認められた。Vector Volumeによる評価は,噴門部における通過ならびに逆流防止機能の判定ならびに噴門部修復手術の術式選択に関し有用であるが,症例数が十分とは言えず,さらに検討を続ける予定である。
捕獲行動の神経メカニズム

ゼブラフィッシュ稚魚の捕獲行動に関与する神経回路を明らかにするために、捕獲行動時に活動性を示す神経細胞集団の探索を行った。その結果、稚魚が視覚的に餌を認識した際に視床下部下葉が活動することを見出した。視床下部下葉の細胞集団に特異的に神経毒を発現させたところ、捕獲行動が抑制された。また視覚系から視床下部下葉への投射経路を探索下結果、前視蓋領域の神経細胞が軸索を投射していることを明らかにした。これらの結果から、餌を視覚的に認識しその情報が捕獲行動の動機付けに用いられるための神経回路の候補として、前視蓋-視床下部下葉という神経回路が重要な役割を果たすことが示唆された。視覚情報がどのようにして脳内で処理され、それが動物行動の選択につながるのかを明らかにするために、脊椎動物モデルであるゼブラフィッシュの摂食行動を対象とし、外界の物体がどのように視覚的に認知され捕獲行動へ至るのか、その細胞レベルでのメカニズムを明らかにすることが本研究目的である。方法論としては、稚魚の捕獲行動を定量的に解析し、神経毒等を用いて脳部域特異的な神経活動の抑制を行なうことにより捕獲行動の変化を解析するものである。【野生型ゼブラフィッシュ稚魚の捕獲行動の解析】ゼブラフィッシュ稚魚は受精後4日目に泳ぎ始め、同時に捕食活動を開始する。外界の物体に対する捕食行動は生得的であるが、餌ではない小物体に関しては数回の捕獲行動の後、興味を示さないようになる。これらの行動の変化を定量的に解析するための記録測定システムを、高解像度カメラとLABVIEWソフトウェアを用いて構築した。【脳部域特異的に発現するGal4系統の選別】国立遺伝学研究所内のゼブラフィッシュリソースセンターで管理・維持されている約1000系統のGal4系統のデータベースを参照して、終脳、間脳、中脳、後脳などで脳部域特異的にレポーターGFPを発現している系統を選び出し、実際の詳細な発現パターンを解析するために、候補となるGal4系統をUAS:GFPと掛け合わせ、共焦点レーザー顕微鏡を用いてGFPを発現する神経細胞の位置や形態を解析した。本研究は、視覚情報がどのように脳内で処理され、動物の行動の選択がなされるのかを明らかにすることを目的として、ゼブラフィッシュ稚魚の摂食行動をモデルとしている。摂食行動に関与する神経回路を明らかにするため、今年度は脳内の視覚系の神経回路を蛍光標識するためのGal4系統のスクリーニングを前年度から引き続き行い、その結果、前視蓋に特異的な系統、魚類の摂食行動に重要であることが先行研究により示唆されている視床下部領域の系統を同定し、実際にそれらの発現パターンをGFPリポーターの蛍光観察により解析した。昼行性のヒトや動物おいて視覚情報は生存に必須の重要な感覚情報である。しかしながら、視覚情報がどのようにして脳内で処理され、それが動物行動の選択につながるのかに関してはあまり理解が進んでいない。そこで本研究では脊椎動物モデルであるゼブラフィッシュの摂食行動を対象とし、外界の物体がどのように視覚的に認知され捕獲行動へ至るのか、その細胞レベルでのメカニズムを明らかにすることを目的とした。ゼブラフィッシュの視覚中枢は中脳視蓋であり、視蓋表層部は網膜からの入力を受ける。視蓋深部は運動系に連絡することから、視蓋の内部で感覚情報の処理から運動出力に至るまでの計算がなされていると予想される。また終脳や間脳、後脳なども認知過程を調節する可能性がある。そこで捕獲行動に関与する神経回路を全脳に渡って探索・同定するアプローチをとった。具体的には、Gal4ーUASシステムを用いて、脳部域特異的にGal4転写因子を発現する細胞でUAS:神経毒を発現させ、特定の神経機能を阻害したときの捕獲行動に対する影響を評価した。その結果、視床下部下葉の神経活動が捕獲行動に必要であることを見出した。また、視床下部下葉にタンパク質性カルシウム指示薬GCaMPを導入して捕獲時における神経活動をカルシウムイメージングの手法を用いて測定したところ、獲物(餌となるゾウリムシ)が稚魚に近づいたときにか顕著な活動性を示すことを明らかにした。さらに、視床下部下葉に入力する経路として、前視蓋部からの神経軸索の投射が存在することを見出した。これらの実験結果から、前視蓋-視床下部下葉という神経回路が餌の検出から摂食行動への動機付けを担う神経回路である可能性を提唱した。当初の計画では摂食行動に関与する神経回路を同定後、その神経回路を構成する神経細胞内に神経毒を発現することにより、それらの神経細胞の役割を明らかにするという方針であった。しかしながら、現在所有する神経毒の系統を用いた場合には十分な発現量が得られないことが明らかになった。

神経行動学現在所有する神経毒の系統の代わりに、新たな神経毒の系統の作製を行う。もう一つの代替案として、神経毒を用いずにレーザー破壊法により神経細胞を選択的に破壊し摂食行動への影響を評価する。当初の平成25年度の計画通り、行動学測定装置を作り上げることに成功した。また必要となるGal4系統をデータベース上で検索し、実際にGal4の発現パターンを共焦点レーザー顕微鏡で観察し複数の有用な系統を確保できた。当初使用を予定していた遺伝子導入ゼブラフィッシュ系統の中に、実験目的の遂行に十分な有用性を持たないものがあることが明らかになったため、それを用いた実験を中止した。本研究の目的達成のためには、ゼブラフィッシュ稚魚の捕獲行動をいかに精緻に定量的に記載できるか、またそれを自動化できるかが重要である。自動化することによって多数の系統をテストすることが可能になり、捕獲行動に関わる興味深い神経回路の発見につながると期待される。そのため有用な画像処理アルゴリズムの実装を重点的に行なう必要がある。実験目的の遂行に十分な有用性を持つ遺伝子導入ゼブラフィッシュの系統を新たに作製する。平成25年度は行動学測定装置の開発のためのソフトウェア開発を重点的に行なったため、高価な解析用PCの購入を先送りしたため。高解像度で長時間測定するための大容量、高パフォーマンスの解析用PCを購入する予定である。
嗅覚系における神経回路網形成の分子基盤

申請者らは、嗅細胞における嗅覚受容体遺伝子の相互排他的な発現、及びそれに依存して生じる嗅球への位置特異的な軸索投射の分子機構を解明する為、マウス14番染色体上に隣接して存在する、3つの相同性の高い嗅覚受容体遺伝子(MOR28-MOR10-MOR83)を同定し、それらの基礎的な解析を行ってきた(Tsuboi,et al.,J.Neurosci.,19,8409-8418,1999)。本研究において我々は、長年の懸案であったトランスジェニックマウスにおける嗅覚受容体遺伝子の発現系の確立を試み、YAC(yeast artificial chromosome)ベクターを用いる事により世界に先駆けて成功した。このトランスジェニックマウスにおいては、460kbのYAC DNA上の嗅覚受容体遺伝子MOR28はlacZ遺伝子により標識されている。一方、外来性のMOR28遺伝子を発現する細胞と区別する為、ノックインの手法を用いて内在性のMOR28遺伝子がGFP遺伝子により標識されたマウスを作製した。これらを交配したマウスを解析した結果、(1)外来性及び内在性のMOR28遺伝子は個々の嗅細胞で相互排他的に発現すること、(2)それぞれの遺伝子を発現する嗅細胞の投射先は隣接しているが異なる糸球であること、(3)新生及び再生の過程において、嗅神経がそれぞれに対応する独立した糸球を形成する為には、一定数以上の細胞が必要であることが明らかとなった。次に、lacZとGFPで別々に標識した2種類のMOR28遺伝子の発現を、トランスジェニック系で解析したところ、それぞれが異なる嗅細胞で相互排他的に発現することが示された。これは、同一の染色体部位に複数個導入された同じMOR28トランスジーンの間でも、相互排他的発現の見られることを実験的に示した最初の例として注目された(Reed,Nature Neurosci.,3,638-639,2000)。申請者らはまた、上述したノックインマウスの嗅上皮からGFP蛍光を指標にMOR28発現嗅細胞を単離し、その核に関してRNA-DNA FISH(fluorescent in situ hybridization)法を用いて解析することにより、これ迄提唱されていた嗅覚受容体遺伝子のmonoallelicな発現を、単一細胞レベルで初めて証明した。更に、嗅細胞の嗅球への軸索投射に関して、ノックインマウスとトランスジェニックマウスを用いて解析した結果、嗅覚受容体遺伝子の染色体上での位置、遺伝的多型、遺伝子標識の種類及び有無などが、軸索投射を規定するパラメーターになり得ることが示された。