hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトを含む哺乳類の数値気道モデル開発と室内環境評価への適用

経気道暴露問題の本質的理解のためには流体工学的な側面からの研究蓄積が求められている.しかしながら,倫理的な観点より,実人体を用いた被験者実験(in vivo)には大きな制約がある.そのため動物実験を実施してその結果を人間に外挿するか,模擬的な呼吸器系モデルを作成した上で実験室実験(in vitro)を行うことになる.実験の第一段階としてマウスやラット等の小型の齧歯類動物を用いた実験や小形哺乳類であるイヌやサルを対象とした動物実験を行うことが一般的であるが,そのインパクトを人体スケールへ換算する必要がある.経気道暴露問題をラット等の小形齧歯類やイヌ,サル等の小形哺乳類と,人間で定量比較するためには,両者の鼻腔内流れ場の相違と,微粒子輸送現象の差違,気道内沈着分布の差違を定量的に把握していることが本質的に重要な課題となる.しかし現状では医学的な暴露試験に使用されているラットの鼻腔を対象とした速度場に関する詳細な実験結果,CFD解析結果(in silico)に関する報告はほぼ皆無といって良い状況にある.このような背景のもと,Lu Phuong博士との共同研究では,サルとヒトの鼻腔・口腔から気管支細分岐までの幾何形状を詳細に再現したうえで,経気道曝露による生理影響を定量的に評価するための数値気道モデルの開発に取り組んだ.数値解析モデルの開発に加え,その解析精度検証のために,鼻腔内速度場・温度場・粒子拡散場を対象とした可視化計測技術の開発にも取り組んだ.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。経気道暴露問題の本質的理解のために流体工学的な研究蓄積が求められている.倫理的な観点より実人体を用いた被験者実験(in vivo)には制約があるため,動物実験を実施してその結果を人間に外挿するか,模擬的な呼吸器系モデルを作成して実験室実験(in vitro)を行うことになる.実験の第一段階としてラット等の小型齧歯類や小形哺乳類であるイヌやサルを対象とした動物実験を行うことが一般的であるが,そのインパクトを人体スケールへ換算する必要がある.経気道暴露問題を実験動物とヒトで定量比較するためには,両者の鼻腔内流れ場,微粒子輸送現象,気道内沈着分布等の差違を定量的に把握することが本質的に重要な課題となる.本研究ではラット,イヌ,サル,ヒトの鼻腔・口腔から気管支細分岐までの幾何形状を詳細に再現したうえで,経気道曝露による生理影響を定量的に評価するための数値気道モデルの開発に取り組むものである.本年度は研究計画に従い,以下の課題を推進した.(1)ほ乳類上気道モデルの作成:コンピュータ断層撮影法(CT)による3次元データ(DICOM)を基に,ラット,イヌ,サル,ヒトの鼻腔から気管までの詳細幾何形状を抽出し,汎用的な3D-CAD用書式(STL)で形状データを整理した上で,CFD解析用のメッシュデータを作成した.(2)複雑幾何形状内の速度場・温度場を対象とした高空間・高時間分解能3次元可視化計測技術の確立:ヒトならびにサルのアクリル製上気道モデルを作成し,可視化粒子画像流速測定法PIVにて鼻腔モデル内流れ場の可視化計測を行った.また,対応する数値解析を実施することで計算流体力学CFDの予測精度検証も実施した.当初の研究計画に従い,順調に研究を進めている.経気道暴露問題の本質的理解のためには流体工学的な側面からの研究蓄積が求められている.しかしながら,倫理的な観点より,実人体を用いた被験者実験(in vivo)には大きな制約がある.そのため動物実験を実施してその結果を人間に外挿するか,模擬的な呼吸器系モデルを作成した上で実験室実験(in vitro)を行うことになる.実験の第一段階としてマウスやラット等の小型の齧歯類動物を用いた実験や小形哺乳類であるイヌやサルを対象とした動物実験を行うことが一般的であるが,そのインパクトを人体スケールへ換算する必要がある.経気道暴露問題をラット等の小形齧歯類やイヌ,サル等の小形哺乳類と,人間で定量比較するためには,両者の鼻腔内流れ場の相違と,微粒子輸送現象の差違,気道内沈着分布の差違を定量的に把握していることが本質的に重要な課題となる.しかし現状では医学的な暴露試験に使用されているラットの鼻腔を対象とした速度場に関する詳細な実験結果,CFD解析結果(in silico)に関する報告はほぼ皆無といって良い状況にある.このような背景のもと,Lu Phuong博士との共同研究では,サルとヒトの鼻腔・口腔から気管支細分岐までの幾何形状を詳細に再現したうえで,経気道曝露による生理影響を定量的に評価するための数値気道モデルの開発に取り組んだ.数値解析モデルの開発に加え,その解析精度検証のために,鼻腔内速度場・温度場・粒子拡散場を対象とした可視化計測技術の開発にも取り組んだ.研究2年目となるH30年度には以下の2課題を実施する.(1)アクリル製上気道モデルを対象とした3次元可視化計測の実施:初年度に確立した高空間・高時間分解能を有する3次元計測手法を基に,イヌやヒトのアクリル製上気道モデルを対象とした気道内流れ場と粒子拡散場の計測を試みる.呼吸量すなわち流入気流のReynold数を段階的に変化させた計測を行うことで,数値解析検証用の高精度データを蓄積する.

(2)数値鼻腔モデル(ラット,イヌ,サル,ヒト)を対象としたCFD解析:初年度に定常一定呼吸条件のCFD解析を実施し,基本ケースの計算結果と実験結果の比較を実施したが,研究2年目であるH30年度は,鼻腔内流れの特徴となる,狭窄部や急拡大部を含む複雑幾何形状,更には非定常呼吸サイクルに起因する複雑流れ場の予測を可能とする乱流モデルを検討し,独自の補正を施したモデルを提案する.その上で,ナノスケールからマイクロスケールのエアロゾル粒子を対象としたEuler-Lagrange系の鼻腔内エアロゾル濃度分布解析法を開発・整理する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
傷害ストレスは如何にして脱分化を誘導するのか？

WIND1はシロイヌナズナにおいて傷害部位での細胞の脱分化とカルス形成を正に制御する転写因子であるが、傷害ストレスやその他のストレスがどのようにWIND1の発現を活性化させるかは分かっていない。本研究では酵母ワンハイブリッド解析から選抜されてきた熱ショック応答に関与する因子が、WIND1の上流因子として植物細胞の脱分化に関与することを明らかにした。AP2/ERF型転写因子の一つであるWIND1は、傷害応答因子であり、シロイヌナズナにおいて傷害部位での細胞の脱分化とカルス形成を正に制御する。WIND1プロモーターを用いた酵母ワンハイブリット解析から、上流因子候補の転写因子を複数選抜した。この内、熱ショック応答に関与する転写因子は、WIND1の共発現因子としてpublic databaseでも高順位にリストアップされる。傷害処理をしたシロイヌナズナ胚軸のトランスクリプトーム解析から、この上流候補因子は熱ショックのみならず、傷害ストレスでも短時間に発現が誘導されることが分かった。また、WIND1は熱ショックでも発現が誘導され、熱ショックによる脱分化に関与することが明らかとなった。熱ショック因子の機能欠損体では、定常時や熱ショック後におけるWIND1の発現が抑制されていることや、熱ショック時の脱分化が抑制されることから、熱ショック/傷害ストレス→熱ショック因子→WIND1→脱分化というカスケードが存在することが示唆された。活性酸素種(ROS)の発生がこれらのストレスの引き金となっている仮説に基づいて研究を進めた。シロイヌナズナの胚軸を用いたカルス誘導系から、傷害部位でROSが発生することが実際確認できた。ROSシグナルを抑制する薬剤を処理した培養細胞をホストにした遺伝子一過的発現系においては、着目している脱分化促進因子のプロモーター活性が変化することを観察した。しかしながら、傷害ストレスによってROSを過剰に生成する変異株、ROS生成が抑えられる変異体を用いたカルス形成実験においては、カルス形成率の変化において再現性の良い結果が得られておらず、仮説を強く示すデータが得られていない状況である。今後は、ROSの関連も詰めつつ、他の可能性、例えばカルシウムイオンの関与、タンパク質の翻訳後修飾による制御等について研究を進めていく。細胞の脱分化は、一度分化した体細胞が多分化能を再獲得する過程であり、多細胞生物に広く観られる現象である。脱分化現象が顕著に観られるのは、傷害によって組織の損傷が起きた時であるが、これには、傷害部位を脱分化細胞で覆うことで外界から生体内部を保護し、更に組織・器官を再分化させて傷を修復するという生物学的意義があると考えられる。しかし、傷害をはじめとするストレスがどのように脱分化を促進するのか、また脱分化細胞の細胞特性がどのように維持されるのかといった分子メカニズムはこれまでほとんど明らかにされておらず、広く生物科学における重要な研究課題の一つとなっている。本研究では、傷害およびその他のストレスによって発生することが知られているReactive Oxygen Species (ROS)等に着目し、それらストレス因子がどのように脱分化促進因子の機能を活性化させるかについて、その分子機構を明らかにする。平成24年度は、まず傷害によってROSシグナルが活性化するか標識試薬を用いて確認した。続いてROSシグナル関連変異体を用いて、傷害によるカルス形成率の変化を調べた。またROSシグナルを活性化または抑制する薬剤を処理した培養細胞をホストにし、着目している脱分化促進因子のプロモーター活性の変化を観察した。加えて、着目している脱分化促進因子について遺伝子発現の直接制御因子の単離および機能解析を進めた。シロイヌナズナの胚軸を用いたカルス誘導系から、傷害部位でROSシグナルが活性化することが実際確認できた。また、ROSシグナル変異体では傷害による胚軸からのカルス形成率が変化することが明らかとなった。着目している脱分化促進因子について遺伝子発現の直接制御候補因子の探索を行ったところ、パブリックデータベースにおいても共発現因子としてリストアップされてくる因子が単離された。また、この因子も傷害によって発現が促進することが傷害組織の遺伝子発現解析から明らかとなった。これらの結果は、当初予定した研究計画で期待された研究進度と概ね一致している。当初の計画通り、機能変異株、マーカーライン、ChIP解析等を用いて、傷害およびその他のストレスから細胞の脱分化までの分子カスケードを、着目している因子を中心に明らかにしていく該当なし
白金四核クラスター錯体の骨格変換反応

1.新規三核錯体の合成[Pt_4(CH_3COO)_8](1)の面内配位座に嵩高いN,N′ジメチルエチレンジアミン(Me_2en)を配位させることにより骨格変換反応を引き起こさせ新規三核錯体,[Pt_3(CH_3COO)_4(Me_2en)_3]^<2+>(2),を合成することに成功した。また,既知のシクロヘキサンジオンジオキシム(cdoH_2)の三核錯体,[Pt_3(CH_3COO)_4(cdoH)_2(cdoH_2)](3),のり面内配位座をエチレンジアミンで置換することにより新規三核錯体,[Pt_3(CH_3COO)_4(en)_3]^<2+>(4),を合成することに成功した。このことより嵩高い配位子を用いなくとも置換反応により新規三核錯体を合成できることが示された。2.三核錯体の構造得られた錯体のうち2の過塩素酸塩,[Pt_3(CH_3COO)_4(Me_2en)_3](ClO_4)_2・NaClO_4,および本研究以前に合成したジメチルグリオキシム(dmgH_2)の三核錯体,[Pt_3(CH_3COO)_4(dmgH)_2(dmgH_2)](5),のについて結晶構造解析を行った。5は構造既知の3とほぼ同様な結合距離角度(骨格部分)であり白金三核骨格は二等辺三角形(Pt-Pt=2.60,2.52Å)であった。2については当初の目的通り面内配位子間に水素結合は存在していないが,面内配位子の配位窒素原子と面外の単座配位酢酸イオンとの間に水素結合が存在した。また白金三核骨格についても面内配位子間の水素結合がないことを反映してより正三角形に近く(Pt-Pt=2.59,2.56Å)なっていた。3.面内配位座の置換反応性今回新規に合成された三核錯体には面内配位座間の水素結合が存在しないため高い反応性が期待された。そこでに2に過剰のenを反応させたところ完全にenに置換した4が得られた。dmg錯体やcdo錯体のグリオキシム配位子による置換では三置換体が得られていないことから,今回の三核錯体の置換反応性が高くなってはいるが1から期待されたほどの反応性ではなかった。これはエチレンジアミンの配位性が大きく白金との結合が強くなり脱離しずらくなったためと考えられる。
機械的ストレスによる心肥大の分子機構

圧および容量負荷による心肥大が形態学的に異なることは明らかにされているが、分子的反応についての検討は行われていない。本研究では、圧および容量負荷による心肥大における分子機構を解明した。1.コンピューターを用いてペーシングと伸展刺激を制御することによって、圧および容量負荷による肥大心モデルのためのin vitroのシステムを開発し、その分子機構の相違を検討した。ラット培養心筋細胞においてERK1/2およびMEK1/2のリン酸化は、収縮期伸展において拡張期伸展に比し早期に、高度に認められたが、JNKおよびp38-MAP kinaseのリン酸化には差が認められなかった。[^3H]leucineの取り込みは、収縮期伸展において拡張期伸展に比し有意に増加した。この収縮期伸展刺激による[^3H]leucineの取り込みの増加は、MEK1/2阻害薬PD98059によって有意に抑制された。2.圧および容量負荷のかかったヒト右心房筋の遺伝子発現をDNAチップによって解析したところ、コントロール群および容量負荷群に比べ、圧負荷群ではCDKI1A及びMKP-1 mRNAの発現が有意に亢進していた。さらに、Western blot法の検討で、ラット培養心筋細胞において、機械的伸展刺激は強度依存性にCDKI1AおよびMKP-1蛋白発現を亢進させた。本研究により、圧および容量負荷による心肥大においてその分子メカニズムに相違がみられたことから、圧および容量負荷による心肥大に対して、それぞれ個別の新たな治療戦略が必要であることが示唆された。本研究では、コンピューターを用いてペーシングと伸展刺激を制御することによって、圧および容量負荷による肥大心モデルのためのin vitroのシステムを開発し、その分子機構の相違を検討した。1.圧および容量負荷による肥大心モデル(In vitro)の作成ラット培養心筋細胞の心拍数が毎分40以下になった時点で、毎分60回、刺激電位70Voltでペーシングし、コンピューターにより収縮期または拡張期のみに細胞を伸展させた。このシステムにおけるペーシングによる心筋細胞の捕捉率は、刺激電位70Voltで8090%である(Circulation,in press)。2.圧負荷および容量負荷による肥大心モデル(In vitro)における分子機構の相違ERK1/2およびMEK1/2のリン酸化は、収縮期伸展において拡張期伸展に比し早期に、高度に認められたが、JNKおよびp38-MAP kinaseのリン酸化には差が認められなかった。この収縮期伸展刺激による[^3H]leucineの取り込みの増加は、MEK1/2阻害薬PD98059によって有意に抑制された(Circulation,in press)。心筋細胞において、圧負荷モデルである収縮期伸展が拡張期伸展より重度の心肥大をもたらし、そのシグナル伝達においてERK1/2経路が関与していることを明らかにした。圧および容量負荷による心肥大において、機械的シグナル伝達に相違がある可能性が示唆された。現在さらに、臨床例においても心疾患患者において圧および容量負荷のかかった心房筋の遺伝子発現をDNA Chipによって、解析しているところである。今年度の本研究では、圧および容量負荷のかかった右心房筋の遺伝子発現をDNAチップによって解析したところ、コントロール群および容量負荷群に比べ、圧負荷群ではcyclin-dependent kinase inhibitor 1A(CDKI1A, p21,11.7±3.1fbld vs control)及びdual specificity phosphatase1(DSP-1,MKP-1,26±22.1fbld)mRNAの発現が有意に(P<0.05)亢進していた。DNAチップによってスクリーニングされたこれら発現

冗進遺伝子(CDKI1A、MKP-1)について、それぞれ特異的primerを用いてreal-timePCR法をおこなったところ、圧負荷群でCDKI1A(2.4±0.5fold vs control)およびMKP-1(6.2±4.7fold)mRNAの発現が亢進しており、その定量性が確認された。さらに、Westemblot法の検討で、ラット培養心筋細胞において、機械的伸展刺激は強度依存性にCDKI1AおよびMKP-1蛋白発現を亢進させた。本研究により、in vivoヒト圧負荷心房筋においてCDKI1AおよびMKP-1mRNA発現が、in vitro培養心筋細胞において機械的ストレスによってCDKI1AおよびMKP-1蛋白発現が冗進することから、圧負荷や機械的伸展刺激時の細胞増殖に向かう生体反応に対し、自己防御的に細胞周期の制御もしくは細胞増殖の抑制を行うことで、自ら平衡状態を保つ方向に調節している可能性が示唆された。現在、さらにα-myosin heavy chainのpromoterを用いでCDKI1A(p21)を心臓特異的に発現させたトランスジェニックマウスを作成し、心肥大におけるCDKI1Aめ役割を検討している。
カラーバリアフリーを考慮したプレゼンテーションの配色に関する調査と対策法の研究

1.色覚偏移者(色覚異常者)を対象に一般的に普及しているソフトウエア(パワーポイント)を使用して、プロジェクターオンプレゼンテーション時のカラーパレット上の色判別度の聞き取りテストを行った。色温度を上昇させると青色光成分が加算されるため印刷学会の推奨する判定用色温度5000Kに比べて赤色、及び緑色の判別が若干ではあるが低色温度下に比べて優位差が生じることが判った。2.医学領域内の複数のコメディカルが発表したパワーポイントデータを収集して、そのデータを基にVISCHECソフトウエアを用いてシミュレーション変換を行い調査した。その結果、同一画面上に彩度差が低い赤色と緑色の文字などを使用して比較を表す構成画面作成の例があった。その結果、特に錐体・桿状体が暗順応条件下では色覚偏移者(色覚異常者)にとっては判別しにくい配色がなされていた。今後、プレゼンデータは口頭発表後、WEB上にも載せる可能性も充分あるのでW3C基準にも準拠させる必要があると考えられる3.国内の公共施設などの標識を調査・収集・同上シミュレーションソフトを用いて調査を行った。その結果、色覚偏移者(色覚異常者)が判別しにくい配色法で施されたものを予想以上に見受けた。特に利用頻度が高い公共交通機関の標識など制作にあたり、常に各種アクセシビリティーにしながら制作することがカラーバリアフリー化を普及させる上で重要になると考える。
魚類の回帰・固執行動解明を最終目標とした神経ロガーの開発

魚類の回帰・固執行動解明を最終目標とした脳波導出用の神経ロガー開発を目的として、自由遊泳中のコイ(Cyprinus carpio)からの脳波導出法の確立を試みた。放音による供試魚の条件付けが完了するのに約3日を要した。条件付けが完了した個体からは放音前後で明らかに異なる波形が記録されたが、そうでない個体は音源に向かわず波形の変化はみられなかった。つまり、記録された波形の違いは、音源への移動時にとった反応もしくは行動を反映した脳波を表している可能性が考えられた。本研究では、コイ(Cyprinus carpio)の明暗条件に伴った活動時、非活動時における脳の電位変化を記録しその違いから魚類の脳波を解析することを目的とした。供試魚にはコイ(体長19.3 cm体重170 g)を用いた。麻酔を施した供試魚の頭骨に電極取り付け用の穴を開けて電極装着手術を行った。電極装着手術では最後にデンタルセメントを用いて遊泳時に電極が外れないように電極固定を行った。手術後、コイをアクリル水槽(180×60×60 cm)に移し3時間ほど水槽に馴致させ、コイが麻酔から十分に覚醒したことを確認した後電位変化の測定を行った。測定開始から、最初の5時間を蛍光灯による明条件(233 lx)、続く5時間を明かりを消した状態の暗条件(0 lx)とした。得られた電位変化の波形から、明条件および暗条件時の30秒以上の波形をそれぞれ10箇所ずつ選択し、周波数解析ウェーブレット変換を用いて周期を出し周期を周波数に変換した。得られた脳電位から2つの卓越した周波数が確認された。統計は得られた卓越周波数を明暗条件でt検定により比較した。得られた2つの卓越周波数の平均値は、明条件で3.62 Hzと1.72 Hz、暗条件で2.69 Hzと0.97 Hzとなった。t検定の結果、明暗条件間に有意差があり暗条件は明条件と比較して周波数が低かった。よって、本実験で記録されたそれぞれの波形はコイの明暗条件に伴った脳波である可能性が考えられる。ヒトの脳波において平常時から睡眠が深くなるにつれて周波数が低下することが明らかになっている。本実験においても暗条件において周波数が低下していたため、コイの睡眠行動時における脳波を記録した可能性が考えられる。ヒトなどの哺乳類の睡眠時の脳波との比較を行なえば魚類の睡眠行動について明らかになる可能性がある。【背景・目的】本研究では魚類の回帰・固執行動解明を最終目標とした脳波導出用の神経ロガー開発を目的として、自由遊泳中のコイからの脳波導出法の確立(実験1)、および脳波ロガーを用いた自由遊泳中のサケからの脳波導出(実験2)を試みた。【方法】実験1:麻酔で不動化したコイの頭部にドリルで約径直5 mmの穴を開け、電極の先端が終脳背側部に触れるように挿入し固定した。電極装着後、給餌場所が壁で仕切られた実験水槽内で12時間馴致した。実験水槽に設置したスピーカーから500 Hzの断続音(音圧110 dB)を10秒間放音すると同時に、給餌場所にフードタイマーから自動的に給餌が行われるように設定した。この試行を10分間隔で1日に36回行い、行動をビデオカメラで記録した。放音と同時に給餌場所に集魚するようになったら、供試魚が給餌までの経路を認識し、条件付けが完了したものとした。条件付け後、放音のみで音源に向かった供試魚の波形を記録し、そうでない個体と比較・解析した。実験2:標津川で捕獲したサケに実験1と同様の脳波測定用の電極を固定し、脳波ロガーに接続後、背部付近に装着した。その後、実験魚を自由遊泳させ脳波を記録した。サンプリングレートは200 Hzに設定した。【結果・考察】実験1:供試魚の条件付けが完了するのに約3日を要した。実験2:実験魚は電極装着後も、脳波ロガーを装着していない魚と比べて異常な行動はみられなかった。脳波については現在解析中であるが、現在のところ連続的に記録可能な時間は2.5時間であるためより長期的な脳波記録可能なデータロガーの開発が期待される。

コイの脳波を測定するために、電気分解法を用いて双極のタングステン電極を作成した予備実験から体長が約20 cm程度のコイでは頭蓋骨から終脳背側部までの距離が約12 mmであることが明らかとなっている。そこでコイの頭部にドリルを用いて約5 mmの穴を開け、作成した電極の先端が終脳背側部に触れるようにアガロースおよびデンタルセメントを用いて固定した。電極の装着には約30分間を要した。電極の装着後、魚を実験水槽に移して手術から回復させるために1日馴馳した。電極から延びるリード線は発泡スチロールに巻きつけ、測定時にのみ生体電気アンプと接続した。実験の結果、装着から1週間は電極の脱落はみられなかった。また、異常行動も観察されなかった。つまり、本研究における電極の装着方法を用いることでコイの自由遊泳を阻害することなく1週間程度の脳波測定が可能であると考えられる。1回の実験で電極を装着した供試魚および電極を装着していない供試魚2匹を合わせた3匹を用いた。供試魚に電極を装着後、1日馴馳し音による条件付けを開始した。放音直後は供試魚は餌を見つけることができず給餌場所へはほとんど集魚しなかったが、時間が経過するにつれて集魚するようになり約3日条件付けが完了した。条件付けが完了した個体と条件付けをおこなっていない個体からそれぞれ生体電気アンプおよびAD変換器を用いて電位変化を測定した。条件付けを行った個体では放音直後に明らかな波形の変化が認められた。つまり、放音前後で記録された波形の違いは、音源への移動時にとった反応もしくは行動を反映した脳波を表している可能性が考えられた。本手法を用いることで自由遊泳中の魚からの脳波を測定することが可能であることが示された。本年度までに自由遊泳中のコイから脳波を導出する手法を確立した。しかし、本研究の目的である1野外における自由遊泳中のニジマスからの脳波導出、2データロガーを用いた脳波の導出を行っていない。そのような理由から研究期間を1年間延長し、1および2の研究達成を目標とする。本研究ではコイの脳波の測定のための装置作成および測定系を確立したと言える。今年度はさらに実験個体数を増やし、実験魚の行動と脳波との関係性について明らかにする予定である。まず、半野外環境でニジマスを用いた実験を行うために静岡県水産試験研究所で研究を行う。また、京都大学の三田村啓理助教の協力を得て脳波導出のためのデータロガーを試作し脳波導出の実験を行う予定である。本研究では実験期間の大半を装置の作成および実験系の確立に費やしたため、まだコイの脳波変化の一般性について議論するには実験個体数が少なく不十分である。そのため今後も継続的に測定を行い、条件付けに伴った脳波に関して詳細な解析を行う必要があると考えられる。本研究では最終目標は脳波を測定するための神経ロガーの開発であるため、具体的にはどのような周波数帯に脳波変化が表れているのかについて明らかにする必要ある。データロガーを用いたバイオロギング研究において、行動データを取得する際に重要になってくるのがデータの記録媒体としてのロガーのメモリ量とサンプリング間隔の関係である。一般的に、データのサンプリング間隔を短くしてデータの精度を向上すれば、蓄積されるデータ量が多くなり、記録時間が短縮する。つまり、メモリ量とサンプリング間隔はトレードオフの関係にある。魚類の脳波を定量的に解析するためにはどの程度のサンプリング間隔でデータを取得し、どのような波形が導出されるのかをまず明らかにする必要がある。ハトは帰巣中、海岸線を通過するときの脳波が、12-60 Hzの成分に顕著なピークを示すことが報告されている(Alexei et al., 2009)。
超広視野頭部搭載型映像装置を用いた協調作業に関する研究

今年度は、前年度の研究成果を継承し、協調作業のための超広視野頭部搭載型映像装置について検討を進めた。まず、超広視野頭部搭載型ディスプレイ(Head Mounted Display, HMD)に関して、まず1.前年度に試作したHMDであるHyperbolic Head Mounted Projective Display(HHMPD)のためのGPUを用いた高速なコンピュータグラフィックスの描画手法を開発した。これにより実時間性の高いアプリケーションの製作が可能となった。また、2.同装置を用いてVRウォークスルーシステムを開発して学術展示などで専門家より高い評価を得た。一方、超広視野頭部搭載型カメラ(Head Mounted Camera, HMC)に関して、3.双曲面ハーフミラーの形状に関する種々のパラメタの関係式を導き、それらのトレードオフについて検討した。また、4.求めた関係式を用いてミラーパラメタの選択とその結果得られる視体積形状や視野角などの情報を実時間で確認・検討可能なシミュレーションプログラムを開発した。さらに、5.実際に単眼の試作システムを開発し、利用者視点での広視野映像を撮影できることを確認した。さらに、6.得られた利用者の眼球映像を用いた実時間の視線検出システムの開発を行った。その結果、装着者の視線方向を5度15度程度の精度で実時間で検出可能であることを確認した。今後は、これらの装置を用いて、実際に協調作業を実施し、その有用性を確認していく予定である。本研究課題では情報爆発時代のヒューマンコミュニケーションを支援する全く新しい頭部搭載型広視野映像装置について研究する。具体的には、1)視野角180度程度の超広視野立体映像を提示可能、2)画角180度程度の超広視野立体映像をユーザの眼球視点で撮影可能、3)多人数対応が可能、という画期的な特長を備える映像装置の開発を目指す。平成19年度は頭部搭載型プロジェクタの光学コンバイナとして双曲面ハーフミラーを用い、超広視野の映像提示を実現する映像提示装置を設計した。具体的には双曲面の外側焦点に小型プロジェクタが、内側焦点に眼球中心が来るよう双曲面ハーフミラーを配置する。この際、双曲面の形状パラメータに制約があり、人間の観察に適するパラメータ範囲が限られること、また、その場合でも広視野の映像提示が可能な設計が可能であることを示した。これにより、軽量でシンプルな構成でありながら瞳射出が大きく鮮明な映像を観察可能な、水平視野角180度程度の超広視野映像提示を実現できることを示した。さらに、実際にこの設計に基づいて試作機を製作し理論どおりに映像提示が行えることを示した。試作1号機では、単眼用のシステムを開発し、広視野の映像提示が行えることを確認した。また、試作2号機では、ステレオ表示が可能なシステムを開発し、広視野のステレオ映像提示が行えることを確認した。また試作2号機では反射防止コーティングを行い、二重像提示を防止した。さらに、広視野映像の提示に適したコンピュータグラフィックスの実時間レンダリングアルゴリズムを開発した。
キネシンモータータンパク質阻害剤を用いた卵巣がんに対する新規治療法の開発

新規合成KSP阻害剤のうち、in vitroヒト卵巣がん細胞増殖抑制力価が最も高かったKPYB10602をKSP阻害剤として用いた。本剤はpaclitaxelに比べ低いものの、carboplatinに比べ高いin vitro増殖抑制を示した。また担がんマウス腫瘍体積の増大を有意に抑制し、かつ微小管阻害薬にみられる歩行障害を示さなかった。本剤は、securinの発現増大を伴ってM期の割合を増やし、下流の活性酸素発生を増加、Bax発現、およびカスパーゼ活性を介してアポトーシス誘導、抗腫瘍効果を示すことが明らかとなった。本研究で新規合成KSP阻害剤が、副作用の少ない抗がん剤になる可能性が示唆された。キネシンモータータンパク質ファミリーの1つであるkinesinspindle protein (KSP)を標的としたKSP阻害剤は、副作用の少ない、新たな機序の抗がん剤になることが期待されている。本研究では、KSP特異的、かつ阻害活性の高い、カルバゾール誘導体構造をもつ新たな合成KSP阻害剤を用いてヒト卵巣がんに対する抗腫瘍効果をin vitroでまず検討し、最も活性の高いKSP阻害剤についてin vivoでの検証を試みた。さらにKSP阻害剤の有用性および機序の詳細を明らかにし、新たな治療法への提示を目指した。ヒト卵巣癌細胞A2780を用いて、新規KSP阻害剤の候補化合物の細胞増殖抑制力価をMTT assayとチミジン取り込みassayによってIC50で評価したところ、最も力価が高いのはCompound 10bであった。その力価は、パクリタキセルに比べて低いものの、カルボプラチンに比べ500倍以上高い抑制作用を示した。そこでCompound 10bを担がん免疫不全マウスに皮下投与したところ、体重減少は認められず、微小管阻害薬にみられる神経障害に伴う歩行障害は全くみられなかった。また経時的にモニタリングした腫瘍体積の増大を用量依存的に有意に抑制した。とりわけ高用量投与では腫瘍が消失した個体もみられた。以上の結果から、新規合成KSP阻害剤が、副作用の少ないターゲット効果の優れた新たな抗がん剤になる可能性が示唆された。一方in vitroでの検討から、KSP阻害剤Compound 10bは細胞分裂期(mitotic phase)の割合を増やし、関連タンパクの発現を変動させた。さらに下流の活性酸素産生およびアポトーシス誘導作用を示すことを確認した。キネシンモータータンパク質ファミリーの1つであるkinesinspindle protein (KSP)を標的としたKSP阻害剤は、副作用の少ない、新たな機序の抗がん剤になることが期待される。我々はKSPに特異的かつ阻害活性の高い、カルバゾール誘導体構造をもつ新規KSP阻害剤を合成し、これら化合物を用いてヒト卵巣がんA2780に対する抗腫瘍効果をin vitroおよびin vivoで検討した。まず新規合成KSP阻害剤のうちin vitro抗腫瘍効果が最も力価が高いKPYB10602を見出したので、以降KPYB10602に絞り検討した。KPYB10602を担がんマウスに皮下投与したところ、経時的な腫瘍拡大を用量依存性に抑制し、体重は減少せず増加をみた。しかも腫瘍がほとんど消失した動物もみられた。一方正常マウスに微小管阻害薬を投与すると神経障害に伴う歩行障害がみられたが、KSP阻害剤では全くみられなかった。以上の結果は新規合成KSP阻害剤が、副作用の少ない、新たな機序をもった優れた抗がん剤になる可能性を示唆している。今回皮下投与で評価したが、剤型の工夫を加えることで標的臓器、細胞への到達性が上がり、効果の増大をもたらす可能性、また内服による効果が見いだせる可能性も考えられた。KPYB10602が細胞分裂期(mitotic phase;M期)の割合およびアポトーシスの割合を顕著に増加させることを、in vitroの検討から見出した。M期の停止は、セキュリン分解の抑制を伴い発現していた。さらにKPYB10602は、活性酸素産生、カスパーゼ分解を促進させることを明らかにした。これに関連するアポトーシス誘導タンパクBax-2の発現を増加させていることを見出した。以上より、新規合成KSP阻害剤が、KSP阻害によるM期の割合の増加、さらには下流のアポトーシス関連タンパクの発現、活性酸素産生の増加を介してアポトーシス死を誘導した、と考えられた。本研究が、今後の臨床研究に向けた基礎研究成果の1つになることが期待される。薬理学(2)新規KSP阻害剤の抗腫瘍効果(in vivo)は、免疫不全マウスを用いて、Compound 10b投与で評価を行い、腫瘍容積の増大に対する有意な抑制を示すことを見出した。

今回皮下投与での評価を行ったが、将来的に剤型の工夫が必要かもしれない。また本化合物は脂溶性が高く、内服による効果がある可能性も示唆された。(3)新規KSP阻害剤の毒性(in vivo)は、上記(2)免疫不全マウスに対する評価の中で、パクリタキセル投与群では神経障害を伴う歩行障害が一過性に観察された。これは正常マウスを用いた同量投与でも観察された。一方、KSP阻害剤Compound10b高用量投与でも観察されないことを確認した。(4)新規KSP阻害剤の正常細胞に及ぼす作用(in vitro)は、正常細胞として、他の研究に用いている脂肪組織由来間葉系幹細胞を使用して検証を行った。その結果、細胞増殖抑制力価に大きな差異があることを見出した。(5)新規KSP阻害剤の細胞周期・アポトーシスに及ぼす作用(in vitro)は、既に実施済である。以上より、研究進捗状況はほぼ順調と判断した。合成したKSP阻害剤のなかで、Compound 10bが最もin vitro抗腫瘍力価が高く、in vivo抗腫瘍効果の有意な差異を見出すことができた。免疫不全マウスでのヒト卵巣固形がんに対する作用は、臨床で卵巣がんに適用されているパクリタキセルやカルボプラチンと比較しても、ほぼ同等の力価をもっているとの結果を得た。したがって、薬理効果については検証済みであり、新たな機序をもつ副作用の少ない抗がん剤となる可能性があることまで確認済みである。一方で、KSP阻害剤は細胞分裂期(mitotic phase)の割合を経時的に増やし、関連タンパクおよびそのリン酸化発現を変動させた。さらに下流の活性酸素産生およびアポトーシス誘導作用を示すことを確認した。したがって、これら一連の流れの詳細の検討、およびパクリタキセルやカルボプラチンなどとの比較が、有用性の証明には今後必要となる。現在、細胞周期、および細胞周期に関わるタンパクおよびリン酸化の発現を鋭意検討中であり、次年度はこの点の検証に焦点をあて研究の遂行を図りたい。と同時に、学会発表を積極的に行い、論文発表に向け、投稿原稿準備にも取り組みたい。本年度は細胞培養実験(主たる経費利用;液体窒素、炭酸ガス、培養理化学機器、培地)を基礎として、動物実験(主たる経費利用;動物)に関わる評価を行い、本研究費を先にあげた種々購入費用に充てた。以上の成果を踏まえて、機序に関わる研究に重きをシフトし、比較的高価である抗体購入経費に年度後半は充てた。次年度の研究経費に、引き続き抗体購入経費等にまずは充てる予定である。次年度の本課題研究は、機序の解明に焦点を絞る予定である。このため種々の抗体を引き続き購入して、フローサイトメーター、Western blotting解析を通じて、細胞周期、これに関わるタンパク発現、リン酸化タンパク等の経時的変動を解析する。また学会発表を積極的に行い、さらに論文作成のための英文チェック依頼の費用にも本研究費を充てたいと考えている。
フェムト秒過渡回折格子分光による電極界面近傍の光ダイナミクスの研究

面の規制された半導体電極界面の電子やホールのダイナミクスを明らかにする為に,n型酸化チタン単結晶電極を用い,電位制御しながら発光特性のピコ秒ダイナミクスを調べた.さらに,過渡回折格子分光法を用いて,電極界面のフェムト秒励起状態ダイナミクスを解析した.1.酸化チタン電極界面のピコ秒発光分光酸化チタン基板はルチル型(100),(110),(001)面を用い,水素還元およびNbドープによりn型半導体としたものを用いた.電解質水溶液中で電位制御しながらピコ秒シングルフォトンタイミング法により発光スペクトル,発光寿命を解析したところ,酸化チタンの発光スペクトルは,ベアの基板,水素還元した基板どちらも410nmおよび430nm付近にピークを持つ微弱な発光が観測された.励起スペクトルからも,n型処理により生成した界面のトラップサイトからの発光ではなく,酸化チタンのバンド間遷移に対応する発光であることが明らかになった.さらに,430nmの発光は,正の分極に比べ負の分極で強く観測され,発光強度l(V)/l(0)は数倍変化した.発光寿命は発光強度と対応しており,正の分極で速い寿命成分が観測された.観測波長依存性の測定から時間分解発光スペクトルを求めたところ,スペクトル形状は時間にほとんど依存しなかった.これらの結果からも発光が酸化チタンのバンド間遷移に由来しており,電位によりフェルミ準位を変える事により電子-正孔再結合過程が制御出来ることが明らかになった.2.酸化チタン電極界面のフェムト秒過渡回折格子分光フェムト秒過渡回折格子分光により励起状態ダイナミクスを解析したところ,発光寿命に対応した緩和時間が観測され,電子-正孔の再結合緩和過程の電位依存性が明らかになった.以上のように半導体電極界面における電子-正孔再結合の緩和過程が明らかになる共に,電位により再結合過程を制御できる事がわかった.面の規制された半導体電極界面の電子やホールのダイナミクスを明らかにする為に,n型酸化チタン単結晶電極を用い,電位制御しながら発光特性のピコ秒ダイナミクスを調べた.さらに,過渡回折格子分光法を用いて,電極界面のフェムト秒励起状態ダイナミクスを解析した.1.酸化チタン電極界面のピコ秒発光分光酸化チタン基板はルチル型(100),(110),(001)面を用い,水素還元およびNbドープによりn型半導体としたものを用いた.電解質水溶液中で電位制御しながらピコ秒シングルフォトンタイミング法により発光スペクトル,発光寿命を解析したところ,酸化チタンの発光スペクトルは,ベアの基板,水素還元した基板どちらも410nmおよび430nm付近にピークを持つ微弱な発光が観測された.励起スペクトルからも,n型処理により生成した界面のトラップサイトからの発光ではなく,酸化チタンのバンド間遷移に対応する発光であることが明らかになった.さらに,430nmの発光は,正の分極に比べ負の分極で強く観測され,発光強度l(V)/l(0)は数倍変化した.発光寿命は発光強度と対応しており,正の分極で速い寿命成分が観測された.観測波長依存性の測定から時間分解発光スペクトルを求めたところ,スペクトル形状は時間にほとんど依存しなかった.これらの結果からも発光が酸化チタンのバンド間遷移に由来しており,電位によりフェルミ準位を変える事により電子-正孔再結合過程が制御出来ることが明らかになった.2.酸化チタン電極界面のフェムト秒過渡回折格子分光フェムト秒過渡回折格子分光により励起状態ダイナミクスを解析したところ,発光寿命に対応した緩和時間が観測され,電子-正孔の再結合緩和過程の電位依存性が明らかになった.以上のように半導体電極界面における電子-正孔再結合の緩和過程が明らかになる共に,電位により再結合過程を制御できる事がわかった.
特別支援教育支援員に対する科学的根拠に基づいた学習支援を実践するための研修効果

本研究は、特別支援教育支援員(以下、支援員)が科学的根拠に基づいた学習支援を実践するための研修プログラムの開発とその効果の検討を目的とした。研修は、講義および演習で構成され、その内容は、発達障害の理解、認知神経心理学の基礎、応用行動分析学の基礎、発達障害医療の現状、大学教育相談の事例見学、発達障害児へのIT機器の利用、事例研究と支援計画作成、医療機関での発達障害児の診療、グループ討議であった。実施回数は全9回、1回は3時間程度であった。参加者は、公立学校の支援員4名であった。従属変数は、1読み書き障害児に対する基礎知識到達度テスト(以下、基礎知識テスト)、2KBPAC、3学習支援計画作成テスト、4行動支援計画作成テストとした。1は37点満点、2は25点満点、3は6点満点、4は8点満点であった。1、3、4は研究者が作成した。3および4の評価として、3は認知的な背景を根拠として、子供の得意な学習方法を計画することなど、4は、環境調整や困った行動に替わる望ましい行動の形成などの評価項目を設定し、それらの項目に基づく記載があれば項目ごとに1点を加算して評価した。研修成果として1が3.3点上昇、2が4.3点上昇、3が2点上昇、4が2.8点上昇した(いずれも平均得点、少数第二位四捨五入)。参加者の感想から、「具体的なケースで研修したので、今見ている子供と重ね合わせ、自分の関わり方を考えることができた。」という記述がみられた。本研究の結果より、支援していく上で必要な医学的知識、認知神経心理学および応用行動分析学に基づくアプローチを講義・個別事例研究を含む演習を通して支援員に研修することで、学習面、行動面の基礎的な知識や支援計画作成スキルが向上することが示唆された。今後はこの研修を受講した支援員が、各学校で科学的根拠に基づいた指導やその振り返りができているかをフォローアップしていきたい。
能動対応型通信による協調走行の最適化と評価に関する研究

本研究は交通効率を向上するために走行中の自動車は能動対応(ポジティブ)型通信に関してIEEE802.11の改善方式としてOBENプロトコルを提案してセンサーネットワークシステムに実装して評価するとともに、OPNETシミュレーションを行い、スループット、遅延、ノード数変動への適応性などの面から評価した結果、提案の有効性を確認できた。協調走行に欠かせない通信品質QoSの実現方法は重要で、QoSの提供とスループットの向上を両立させる方法OBQを提案し、シミュレーションの結果は協調走行の要求に満たすことが確認できた。25年度に協調走行に向けた規約と通信方式を進めるともに協調走行に向けて合意を達するために情報交換の規約を検討した。通信方式に関して無線LANの多端末対多端末の通信を効率よく実現するために分散型に予約方式を導入し、新しい方式を提案した。協調走行に欠かせない通信品質QoSの実現方法は重要で現状は集中型通信方式では容易に実現できるが、いかに分散システムで実現するのかは課題である。それに対してリアタイムサービスの実現方法としてIEEE802.11eを改善してQoSの提供とスループットの向上を両立させる方法OBENを提案し、シミュレーションの結果は協調走行の要求に満たすことが確認できた。また、走行効率の向上に関する最適化規則、走行方針の決定に関わるグループ全体の意思決定に関してGroup Decisionの研究を行った。研究の結果は今後の研究にいい試みとなる。24年度に協調走行に向けた規約と通信方式を中心に研究を進めてきた。協調走行に向けて合意を達するために情報交換の通信量、現実的な通信システムを考えた上で当事関連車両が順守する合理的な規約を検討した。また、規約を上位層と下位層に分けて上位層はプロトコルの正確性を中心に下位層は通信手順と通信量の適正性をシミュレーションで検証した。最適モデルの検討、制限された演算機能、タイムクリティコル通信の前提での複雑な計算式の適用を中心にデータの取得、整合と処理方法などの問題の解決を試みた。予定の研究テーマを中心に詳細な項目を検討した。グループの結成と管理においてグループの規模、グループヘッドの選出手順、機能定義、交替方式、メンバーの加入、脱退などのテーマについて管理方式、通信の効率を検討して、新しい提案ができた。走行中の車群は加速、追い越し、交差点での進路変更などでメンバーの加入、脱退に関して効率がいい提案をした。合意達成、情報セキュリティなどの項目は今協調走行に重要であり、実用面を重視して研究を行った。また、無線分散システムの通信方式に関して無線分散ネットワーク上でいかに速く情報を届けることができるかが、本研究の成功の鍵となるため、走行車群に適応できる分散型無線通信プロトコルOBENを提案でき、シミュレーションで評価を行った。提案方式OBENは分散方式という前提で低遅延、高スループットを有し、従来方式より十分に性能を向上できたことが確認できた。本研究は交通効率を向上するために自動車群の協調走行を実現することを目的とし、走行中の自動車は能動対応(ポジティブ)型通信により、追い越しなどの意図を事前に複数の関連自動車に伝達して合意の上で協調しながら走行する方式を検討した。走行車両群を分散システムとして制限時間内に最適な協調行動の合意を形成し、リアルタイムな通信システムを検討した。通信量を意識して合意達成のプロトコルを考案した。走行中の車群において加速、追い越し、勾配道路の影響を低減するための協調手順を検討した。協調走行、合意達成に必要な条件を満たす通信方式の研究を進めて伝送遅延、接続速度のなどの面から評価し、タイムクリティカル通信を保証できる多帯域チャンネル通信、IEEE802.11の改善、分散システム上の予約方式の実現などの面で検討した。IEEE802.11の改善方式としてOBENプロトコルを提案してセンサーネットワークシステムに実装して評価するとともに、OPNETシミュレーションを行い、スループット、遅延、ノード数変動への適応性などの面から評価した結果、提案の有効性を確認できた。協調走行に欠かせない通信品質QoSの実現方法は重要で、いかに分散システムで実現するのかは課題である。それに対してリアタイムサービスの実現方法としてIEEE802.11eを改善してQoSの提供とスループットの向上を両立させる方法OBQを提案し、シミュレーションの結果は協調走行の要求に満たすことが確認できた。車を模擬したロボカー(実車の1/10の大きさ)を利用して協調アルゴリズムを作成して走行実験を行った。加速度センサー、ジャイロセンサーを搭載し、走行中の加速度を記録して通信方式とセンサー性能および協調アルゴリズムを検証した。予定通りに協調走行に向けた規約と通信方式および優先規則などの最適化規則に関して研究を進めることができ、IEEE802.11eを改善して優れた方式を提案できた。研究成果を取りまとめ、国際会議、ジャーナル論文を投稿し、採録された。予定通りに研究を進めることができ、上位層はプロトコル、下位層は通信手順と通信量検証した。研究成果を取りまとめ、国内発表をした。

また、24年度に国際会議、ジャーナル論文の原稿を作成して投稿した。IEEE802.11eの改善方式OBENを実システムセンサーネットワークで検証する。また、集中方式と分散方式の結合方式ハイブリッド通信方式の提案SRAPと実験評価を通して比べて実用上の問題点と適応性を検証する。協調走行に関わる共通規則についてOR理論を用いて制定と評価基準を検討する。車を模擬したロボカーシステム(実車の1/10の大きさ)を導入して通信方式とセンサー性能をテストする。協調アルゴリズムを作成して走行実験を行う。加速度センサー、ジャイロセンサーを搭載し、走行中の加速度を記録して協調アルゴリズムを検証する。最適化評価最適化規則の詳細化:自動車からなる分散システムにおいて追い越し、交差点での優先規則などの最適化規則を制定する。グループの各メンバーが持つ情報はミラーのように同じであり、1つの要求に対して共通規則に基づいての判断結果(合意認定)は同じでなければならない。この条件を満たす前提で客観性を持つ最適規則を制定する。制定された規則に基づいて最適化を実現するアルゴリズムを検討する。最適化規則をアルゴリズムで表現する。したがって理論解析とシミュレーションを用いて最適化の効果を評価する。国内発表、国内での調査などは少ないため、旅費がのこりました。また、シミュレータより途中導入したロボカーでの検証に切り替えました。国際会議の参加などの旅費、研究補助で学生雇用、加速度センサーなどの物品代として使う予定・旅費国内、国際会議に参加して論文を発表するための必要な費用(登録費、旅費)である。国際会議(アメリカ、オーストラリア、2回)の予定である。人件費・謝金当該研究の遂行を補助する学生に支払う費用(約150時間)である。システム開発用電子部品購入費
広葉樹形成層細胞の二次木部細胞への分化制御機構

広葉樹樹幹における年輪構造は非常に複雑で多様である。これは、広葉樹の形成層細胞が様々な種類の二次木部細胞に分化するためである。本研究では、広葉樹における二次木部細胞の分化制御機構を解明することを目指し、広葉樹の形成層帯における植物ホルモンの量的分布パターンと二次木部細胞の形成位置との関連性を明らかにすることを目的としている。本年度は、落葉広葉樹環孔材のハリエンジュ(Robinia pseudoacacia)を対象に樹幹部の内生オーキシン(IAA)量の季節変動と年輪形成および葉のフェノロジーとの関連性の解析を行った。一列目の大径道管の形成が終了し、道管径が徐々に減少する6月下旬から8月上旬において最も活発に木部の生産が行われていた。また、大径道管形成期間は木部生産量に関して個体間差がほとんど認められなかったが、孔圏外形成時期の6月下旬から8月上旬では木部生産量に著しい個体間差が認められた。これらの結果から、この時期の形成層細胞の分裂頻度が当年の年輪幅に影響を与えるといえる。開芽は当年の道管形成開始後の5月上旬に認められ、8月上旬まで新葉の展開が認められた。また、7月8月上旬には落葉が始まり、形成層活動が休止した後の11月上旬でもわずかに着葉が認められた。一方、内生IAA量は季節によって変動しており、孔圏外部形成時期に年間の最大値を示していた。しなしながら、内生IAA量やその量的変動と木部の生産量や道管形成パターンとの間に明瞭な関連性は認められなかった。これらの結果から、ハリエンジュにおける形成層活動や道管配列パターンの形成は内生IAA量やIAA量の変動だけで制御されているわけではないことが示唆された。これらの成果は、落葉広葉樹における年輪構造形成の制御機構に関する新たな基礎的知見であるといえる。広葉樹の形成層細胞は様々な種類の二次木部細胞に分化する。本研究では、二次木部細胞の分化制御機構を解明することを目指し、広葉樹の形成層帯における植物ホルモンの量的分布パターンと二次木部細胞の形成位置との関連性を明らかにすることを目的とする。平成28年度は、実験1:一成長期における形成層活動および二次木部形成の季節性の解析、実験2:形成層帯における細胞・組織単位での植物ホルモン定量方法の検討、実験3:木部組織の3次元的可視化方法の検討、を行った。道管の配列パターンが異なる広葉樹環孔材コナラ樹幹および散孔材ギンドロ樹幹における木部形成と葉のフェノロジーを一成長期にわたってモニタリングし、両者を同一時系列内で比較した。その結果、コナラおよびギンドロの形成層活動および木部形成の開始、休止時期、コナラにおける孔圏形成から孔圏外形成への移行時期を特定し、開芽・開葉および落葉との関連性を明らかにすることができた。また、コナラでは当年最初の形成層細胞分裂や分化中道管要素は局所的に認められるのに対し、ギンドロでは接線方向で同調して認められた。このことから、樹種によって当年最初の形成層細胞分裂や道管形成様式が異なっていることが示唆された。これらの成果は、形成層帯における植物ホルモンの量的分布パターンと二次木部細胞の形成位置との関連性を解析する上での重要な知見である。休眠期コナラ成木から採取した師部、形成層、木部を含むブロック試料からオーキシン、ジベレリン、アブシジン酸を定量することができた。また、クリオスタットを用いて作製した柾目切片からもオーキシン、ジベレリン、アブシジン酸を検出することができ、凍結連続切片からの定量が可能であることが分かった。また、連続切片から二次木部の組織構造を立体的に再構築するための手法の検討を行い、組織構造および水分通道経路を3次元的に可視化することに成功した。平成28年度の実験から、形成層活動および二次木部形成の季節性や春先の道管形成位置に関する知見が得られた。また、供試する樹種において植物ホルモンの定量が可能であることが分かった。今後の解析の基礎になるデータ、試料が揃ったので、おおむね順調に進んでいると考えている。平成28年度は、道管の配列パターンが異なる広葉樹環孔材コナラおよび散孔材ギンドロ樹幹における形成層活動および木部形成の季節性の解析に重点を置いた。その結果、木部形成の季節性を明らかにするとともに、葉のフェノロジーとの関連性や春先の形成層細胞分裂再開・道管形成様式を明らかにすることができた。今後の内生植物ホルモンの量的分布パターンの解析に用いるブロック試料を採取することができた。植物ホルモンの定量方法の検討については、コナラにおいて定量が可能であることや切片からの定量が可能であることが分かった。定量条件の最適化、切片からの定量方法の効率化を継続して実施中である。