hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己と他者の脳内身体表現ダイナミクスに関する研究

最近の社会性に関する脳科学研究からミラーシステムと呼ばれる脳領野の重要性が指摘されている。本研究では、観察者が他者の行動を応援することによるミラーシステムの活動変化について検討し、その活動特性について新たな知見を得た。また自己の運動を他者の運動から区別するメカニズムを理解するために、遅延映像フィードバックを用いた実験を行い、200-300ms以内の感覚間の時間整合性が重要であることを見出した。本研究では、自己と他者の身体が脳内でどのように表現されているか、またそれらがどのように連関しているのかを、脳機能計測、生理指標計測、および認知行動実験を通じて明らかにする。本研究は、研究項目1「自己と他者の脳内身体表現生起メカニズム」と研究項目2「他者身体表現と自他共有身体表現の連関メカニズム」からなる。2007年度は、研究項目1ではまず、遅延映像フィードバックに基づく自己身体認識課題のための実験装置の組み立てを行い、ついで受動的運動および能動的運動において自己身体映像が遅延した場合の自己認識課題について予備実験を行った。その結果、両課題とも約200ミリ秒程度の映像遅延で被験者が遅延を検出でき、先行研究とほぼ一致する結果となった。これらを踏まえて2008年度は感覚モダリティによる違いなどを検討するための実験を行う予定である。また研究項目2では、映像を見ているときの観察者の脳活動および筋電図反応を計測する実験を行った。刺激としては対面する2人の人物がジャンケンをしている映像を用いた。その結果、脳活動に関しては運動野で比較的ロバストな活動が計測されたが、筋電図についてはあまり顕著な活動を観測することはできなかった。これは運動野の活動が実際に筋肉を駆動させるほどは強くなかったためだと考えられる。脳活動については、ジャンケンの結果(手前側の人物が勝つか負けるか)によって活動が変化するという結果が得られた。これらについては、2008年度中に学会発表、論文誌等で発表の予定である。2008年度は、研究項目1では、受動的運動および能動的運動において自己身体映像が遅延した場合の自己認識課題について行動実験を行った。その結果、両条件とも約200ミリ秒程度の映像遅延で被験者が遅延を検出できたが、その弁別曲線の傾きが条件間で異なることを見出した。受動運動と能動運動における自己身体認識過程の違いを遅延視覚フィードバックを用いて詳細に調べた研究はこれが初めてであり、現在国際論文誌に投稿準備中である。また、同様の遅延視覚フィードバックを用いたラバーハンド錯覚実験を行った。ラバーハンド錯覚は身体運動を伴わず、触覚刺激と視覚フィードバックの相互作用によって起こる錯覚であり、前述の運動課題を補足する実験として位置づけられる。実験の結果、約300ミリ秒の時間ずれまではラバーハンド錯覚が起こるが、それ以上の遅延になると錯覚の度合いが有意に弱くなることを確認した。研究項目2では、2人のモデルが対戦ゲーム(ジャンケン)をしている映像を見ているときの脳活動を測定した。このとき、被験者は一方のモデルを応援するように指示してある。その結果、応援しているモデルが勝ったときのほうが負けたときよりも運動野が有意に強く活動することを確認した。この研究成果はNeuro Report誌に掲載が決定している。これらの成果は自他共有身体表現の活性が状況によって変化することを示唆するものであり、自他身体表現のダイナミクスに関する有意義な知見だと考える。平成21年度は、研究項目1では、受動的運動および能動的運動において自己身体映像が遅延した場合および空間的に回転した場合の自己認識課題について行動実験を行った。その結果、能動的および受動的運動ともに約230ミリ秒の映像遅延が弁別閾値であること、その弁別曲線の傾きは能動的運動のほうが急峻であること、映像の回転が加わると弁別閾値が長くなることを明らかにした。また、同様の遅延視覚フィードバックを用いたラバーハンド錯覚実験を行い、約300ミリ秒の遅延まではラバーハンド錯覚が起こること、このときに運動感覚野で脳活動が有意に増えることを見出した。研究項目2では、対戦ゲーム観察中の脳活動を測定した。

その結果、被験者が応援しているプレイヤーが勝ったときのほうが負けたときよりも運動野が有意に強く活動すること、被験者と向きの異なる(3人称的視点の)プレイヤーを応援するときに運動野の活動が強くなること、被験者がそのゲームに習熟している時にはむしろエラーをしたときのほうが運動野の活動が強くなる可能性があることなどを明らかにした。これらの研究成果は国際ジャーナル誌や国際学会等で既に発表を行っている。これらの成果は自他共有身体表現の活性が状況によって変化することを示唆するものであり、自他身体表現のダイナミクスに関して深い洞察を与えるものであるといえる。
問題分割と対称性検知を用いた、高速なプランニングアルゴリズムの開発

(1)ディープラーニングを用いた画像のシンボリック表現への分割プランニング問題では、入力が多くの場合人間が制作した命題/一階述語論理による記号的モデルであり、実応用ではこのモデル化の課程がボトルネックとなる。そこで、このフレームワーク全体の可能性を広げる試みとして、ディープラーニング(DL)を用いて記号的モデルを画像から自動生成する研究を行った。この研究では、中間層にGumbel Softmaxとよばれる特殊な活性化関数をもつオートエンコーダを用いて、与えられた画像データをより命題表現の列に分割する。この変換によって、始めて現実世界のデータをプランニング問題として扱えるようになった。前年の結果に加え、ノイズありのデータに対しても適用が可能になったほか、より広範なドメインに対して性能評価を行った。(2)状態遷移モード(アクション)の教師なし分割・状態遷移規則の学習研究(1)は、ある世界の状態を表した画像から、命題論理記号を自動で生成する手法を開発した。一方、画像で示された環境上でプランニングを行うには、それぞれの状態の記号的な表現だけでなく、その状態がいつどのように変化・遷移するかも学習しなくてはならない。この遷移の種類・条件・効果を表す概念がアクションである。アクションを学習せずにプランニングを行うためには、存在しうるすべての状態を写す画像集合が必要になるため、その意味で研究(1)の成果だけでは非実用的であった。この研究では、アクションを(1)で学習した命題表現のペア(アクション前後の状態を表す)を用いて学習し、得られたアクションを用いて初期状態からゴール状態へのプランニングが可能であることを示した。研究(1)と(2)の成果を合わせた論文は、人工知能分野の権威的国際学会(フルペーパー査読有り、8ページ)であるAAAIに採択された。29年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は、ドメイン非依存プランニングでの対称性検知と問題分割を研究している。(1,A*のタイブレーク(TB)法の改善)A*はプランニング問題とグラフ探索問題の最適解を得る(最適探索)ための基礎的かつ実用的な手法である。本研究は、コスト0で実行できる行動を含む問題で、A*のTB法が性能に大きく影響することを示し、改良法を実証した。また、TBが、充足解を得るための手法(非最適探索)と本質的に同一であることを示した。研究課題である分割プランニングは非最適探索なので、本研究により分割プランニングを最適探索に応用できることが示せた。(2,侵入型パーコレーション(BIP)を用いた探索幅の抑制)貪欲最良優先探索の改良として、BIPとよばれるフラクタルを用いるアルゴリズムを開発した。また、貪欲最良優先探索でのTB法の効果を実証した。(3,ディープラーニング(DL)を用いた画像の記号表現への分割)プランニング問題の入力は、人間が製作した記号的モデルであり、実応用ではこの製作課程が課題となる。そこで、プランニングの枠組み全体の可用性を広げるため、DLを用いて問題を画像から自動生成するシステムを製作した。このシステムは、画像を、プランニングソルバが解釈できる、離散的な命題表現の列に分割・変換する。結果、始めて現実世界のデータをプランニング問題の入力として直接与えられるようになった。(4,辺の重みが未知のグラフでの最適探索)実問題では、アクションのコスト(探索グラフ辺の重み)が未知かつその計算が重い場合がある(例:TSPで都市間移動の時間が未知、1辺ごとに地図上の経路探索)。そこで、コスト計算を遅延させ探索を高速化する遅延展開A*(Delayed Expansion A*)を開発した。当初計画にあったような、申請者による既存研究を元にして、前処理として直接対称性検知および問題分割を行い、通常の探索アルゴリズムで求解する、というアプローチには、検知と分割の粒度が荒く、適用できる問題ドメインが限られてしまうという問題があったため、対称性検知と問題分割をより低レイヤーの探索アルゴリズムで扱う方針に転換し、進捗が得られている。その他にも派生した様々な研究成果を得た。

この研究では、アクションを(1)で学習した命題表現のペア(アクション前後の状態を表す)を用いて学習し、得られたアクションを用いて初期状態からゴール状態へのプランニングが可能であることを示した。研究(1)と(2)の成果を合わせた論文は、人工知能分野の権威的国際学会(フルペーパー査読有り、8ページ)であるAAAIに採択された。最適解の探索がタイブレーク=非最適解の探索の繰り返しに帰着されることから、最適探索のために分割プランニングなどの非最適手法を用いることができることがわかった。今後の課題として、最適探索で分割プランニングを実験的に評価することが挙げられる。BIPは、実験的に、探索木の幅を縮小させていることが解っている。申請者は、これがフラクタルとしてのBIPの持つ等方性が陰に行う対称性破壊の影響だと考えている。今後の課題として、これをより数学的観点から解析することが挙げられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
医療のためのマルチメディア通信システムとそのユーザインタフェース

本研究の目的は遠隔地の専門医が仮想現実感・マルチメディア技術を使って正確で効率的なコミュニケーションを行うシステムを構築することである。離れた場所の外科医が特定の患者について胃癌・肝臓癌・腎臓癌などの手術について相談するような場合を想定した。これには,共同研究を行っている国立がんセンター東病院から4名の患者のCTにより得られた3次元画像を用いた。研究の方向は,(1)磁気位置測定装置を用いてメスやナイフを仮想操作するユーザインタフェースシステムの構築,(2)クライアント/サーバ(C/S)を用いた通信システムの構築(3)腹部の臓器を自動確認するアルゴリズムの研究について行った。第3の分野は対象とする臓器の3次元モデルを作る上で各臓器を取り外しの出来るパ-ツとする必要があるためであった。またパ-ツ化した臓器は柔らかい性質を持つようにバネモデルを用いた。(1)と(2)についての成果は日本医用画像工学第15回大会(平成8年7月)で発表した。高橋,廣田,金子:柔らかい臓器の手術シミュレーションである。特に柔らかい物体のモデルについては日本バーチャルリアルティ学会第1回大会で発表した。廣田,金子:柔らかい仮想物体モデルの入力に関する検討。またこうした応用などを含めて金子が電気関係4学会東海支部大会(平成8年11月)でシンポジウム"3次元画像処理の動向-仮想博物館・医療への応用を中心として"の座長を勤めた。学会誌論文としては日本医用画像工学学会誌に"柔らかい臓器を対象とした手術シミュレーション"を投稿した。臓器の自動認識については平成8年度の情報処理学会第53回全国大会で朝木,金子:前処理,後処理を用いた3次元細線化の改良。本研究の結論として言えることは手術シミュレーションの機能を満足させるシステムの構築にはめどがついたが本当の手術に近い感じを与えるための実時間性についてはコンピュータの速度がまだ不十分と言える。
顔面神経顔の三次元モデルシミュレーションと麻痺程度の定量評価

三年にわたる本研究課題の二年目として、主に学習用データベースの構築と比較的シンプルなモデルでのシミュレーション実験を行った。データベース構築に関しては、45人の顔面神経麻痺患者と9人の健常者の協力を得て、複数視点顔画像の撮影実験を続けている。顔面神経麻痺患者45人、健常者9人と、偏りの大きいデータに見受けられるが、顔面神経麻痺患者の麻痺程度にはばらつきが大きく、健常者を麻痺度:0とすると、麻痺程度毎に概ね均等なバランスのデータベースを構築できる。シンプルなモデルでのシミュレーション実験では、学習を少数の表情に限定し、特定の被験者の三次元顔における、表情生成精度を検証した。現段階では学習データ数が限られているため対象を限定して実験を行ったが、顔面神経麻痺患者の顔形状の多様性をカバーし得るデータベースを構築できた際には、基本的には同様の考え方で本研究課題を実現できると考えている。2018年度より新たにDeep Learningに基づいた生成モデルを利用し、患者の麻痺部位を検知するとともに、その部位を表現する特徴量に基づいた顔画像生成への応用を現在進めている。生成モデルを利用するにはデータ数が少ないが、局所的な特徴抽出や各種水増し法を利用して、問題の解決を進めている。本研究課題では顔面神経麻痺程度の診断支援も目的としているが、2018年度の時点ではこれについては研究を進められていない。2019年度に着手の予定である。シミュレーション実験に関しては、国内学会において研究報告を行っている。2018年度は主に学習用データベース構築に重点を置いて実験を行ってきた。現状、54人の被験者を確保しており、本実験を遂行するにあたって必要となるデータを取得できる目処はついたと考える。シミュレーション実験については現在、研究開始当初には想定していなかった課題が浮上しており、昨年度から手法の変更を行ったが、現状進捗の遅れにはつながっていない。2018年度において、顔面神経麻痺患者の顔画像データベース構築は一旦完了した。現在はシミュレーションシステムについて現状の問題点の解決策を検討し、年度後半には研究報告、論文投稿などを考えていきたい。また、本研究課題着手以前に開発した二次元顔画像に対する顔面神経麻痺程度の自動評価手法を三次元に拡張し、精度を確認するとともに問題点を洗い出し、発展させる予定である。三年目である2019年度は締めくくりとして、前年までに作成したシステムの精緻化、対外発表に重点を置く。研究協力者の病院での試験運用に向けて準備を進めていく予定である。三年にわたる本研究課題の一年目として、主に学習用データベースの構築と比較的シンプルなモデルでのシミュレーション実験を行った。データベース構築に関しては、35人の顔面神経麻痺患者と5人の健常者の協力を得て、複数視点顔画像の撮影実験を続けている。顔面神経麻痺患者35人、健常者5人と、偏りの大きいデータに見受けられるが、顔面神経麻痺患者の麻痺程度にはばらつきが大きく、健常者を麻痺度:0とすると、麻痺程度毎に概ね均等なバランスのデータベースを構築できる。この実験の結果、目視では自然な顔を生成することができたものの、生成結果上での顔面神経麻痺スコアの再現性に問題があることが分かった。シミュレーションを行う顔形状に大きく依存していることが考えられ、今後の対処について検討中である。本研究課題では顔面神経麻痺程度の診断支援も目的としているが、2017年度の時点ではこれについては研究を進められていない。2018年度以降に着手の予定である。2017年度は主に学習用データベース構築に重点を置いて実験を行ってきた。現状、40人の被験者を確保しており、本実験を遂行するにあたって必要となるデータを取得できる目処はついたと考える。シミュレーション実験については現在、研究開始当初には想定していなかった課題が浮上しており、解決策を検討しているが、現状進捗の遅れにはつながっていない。

本研究課題では顔面神経麻痺程度の診断支援も目的としているが、2018年度の時点ではこれについては研究を進められていない。2019年度に着手の予定である。シミュレーション実験に関しては、国内学会において研究報告を行っている。2018年度は主に学習用データベース構築に重点を置いて実験を行ってきた。現状、54人の被験者を確保しており、本実験を遂行するにあたって必要となるデータを取得できる目処はついたと考える。シミュレーション実験については現在、研究開始当初には想定していなかった課題が浮上しており、昨年度から手法の変更を行ったが、現状進捗の遅れにはつながっていない。二年目である2018年度も引き続き、顔面神経麻痺患者の顔画像データベース構築を続ける(2018年度中完了の予定)。それと同時にシミュレーションシステムについても現状の問題点の解決策を検討し、年度後半には研究報告、論文投稿などを考えていきたい。また、本研究課題着手以前に開発した二次元顔画像に対する顔面神経麻痺程度の自動評価手法を三次元に拡張し、精度を確認するとともに問題点を洗い出し、発展させる予定である。三年目である2019年度は締めくくりとして、前年までに作成したシステムの精緻化、対外発表に重点を置く。研究協力者の病院での試験運用に向けて準備を進めていく予定である。2018年度において、顔面神経麻痺患者の顔画像データベース構築は一旦完了した。現在はシミュレーションシステムについて現状の問題点の解決策を検討し、年度後半には研究報告、論文投稿などを考えていきたい。2017年度後半は新たに発見された課題の解決に注力したため、人手を増やしてのデータ検証作業などが行えず、想定よりも人件費が少なくなった。その結果、全体でも予定金額よりも35,101円支出額が少なくなった。2018年度は上記課題を解決し、人件費を使用しての作業も行う予定である為、研究費は当初の予定通り執行できると考える。
倒産処理法における租税債権の地位の包括的研究

租税債権の倒産処理法上の取り扱いは、重要な問題であるが、租税法学と倒産法学の協力体制を構築できなかったため、理論的にも解釈論・立法論的にも十分な解明がなされていない。本研究は、このような認識に基づき、租税法学者と倒産法学者が互いに協力し合い、以下の点を検討した。(1)手続開始前の原因に基づく租税債権については、優先権を付与するか否か、するとして付与すべき範囲、租税債権の優先権の弊害の是正策。(2)手続開始後の原因に基づく租税債権については、倒産債務者に関しどのような租税を課すかに関わる基礎理論。以上の研究により、以下のような成果を得ることができた。(1)租税債権は、実体法上一般優先権を付与されている以上、優先されるべきである。しかし、公示されないため、公示されない担保権と同様の弊害をもたらすほか、納税を猶予することにより、債務者の支払不能が隠蔽され、倒産処理手続開始を不当に遅らせることになる。そこで、優先の範囲を手続開始前の一定年限に限る必要がある。これを1年とする新破産法は正当である。(2)破産手続開始後に破産財団の負担となる租税債権は、「共同の費用」という基準では画定できない。租税が費用となるという概念は租税法上も存在しないし、比較法的にも発見は難しい。そうではなく、ある租税が、破産手続開始後破産財団に関して発生すると認められる場合(つまり担税力があると認められ租税法の解釈として課税が許されると解される場合)に、そういう租税は財団債権として破産債権者全体に負担させようという趣旨であると解すべきである。つまり、破産手続における租税債権は、まず、それが担税力の見地から課せられるべき(ないし徴収されるべき)か否かを決定し、その課税が是認される場合には、破産手続においてもその賦課徴収は貫徹されるべきであるという基準で判断されるべきである。(3)破産管財人の源泉徴収義務については、課されるべきであると考えるが、その確定の費用が破産債権者の配当原資から支払われることに鑑み、多額の費用が生じないような源泉徴収義務の範囲の画定や、仮に多額の費用が生じた場合の費用分担のルールの確定などが、不可欠の前提であると思われる。本年度は、本科研の研究の主要部分の1つ(我国の歴史の分析、比較法的分析)を遂げるに当たり、基本的な視角が必要であると考え(対象が膨大なので、さもなければ研究が散漫になり、多大な時間を要する)、それについての検討を行い、以下のような仮説を得た:租税は、債務者の担税力などに基づいて課されるのであるから、倒産した債務者や倒産財団に対する課税は、当然そのような観点(例、債務超過に陥っている債務者や倒産財団に対する課税が合理的なのか否か)に基づく正当性の検討に耐えねばならない。そして、そのような検討に耐えるものであるなら、倒産による損失を負担することなく、完全に弁済されるべきである。ただし、徴税当局が、納税を猶予し、債権という形でこれを保有していると、債務者の破綻した財務状況を隠し、倒産処理手続の適時の開始を妨げる。租税債権の制限は、このような事由に基づいてなされるもののみ正当化される。このような視点は、比較法的検討により基礎付けられるのではないだろうか。

本科研のテーマに関する、メンバーの研究実績は以下のとおりである。まず、研究代表者・中西正は、「破産法改正と倒産実体法の見直し・債権の優先順位」ジュリスト1273号(2004年)67頁を挙げることができる。ここでは、優先される債権の必要性と弊害を多角的に分析し、来年度以降で行う、歴史的、比較法的検討と、解釈・立法提言への基礎を築いた。また、「更生債権関係等」会社更生法・ジュリスト増刊(ムック)(2005年刊行予定)では、同様の検討を再建型倒産処理手続一般に広げ、理論の完成度を上げようと試みた。研究分担者佐藤英明は、「破産法改正と租税債権」租税法学会編『租税法研究33号』(2005年5月刊行予定)収録で、改正された破産法における租税債権の取り扱いを、詳細に紹介し、検討している。租税は、債務者の担税力などに基づいて課されるのであるから、倒産した債務者や倒産財団に対する課税は、当然そのような観点(例、債務超過に陥っている債務者や倒産財団に対する課税が合理的なのか否か)に基づく正当性の検討に耐えねばならない。そして、そのような検討に耐えるものであるなら、倒産による損失を負担することなく、完全に弁済されるべきである。ただし、徴税当局が、納税を猶予し、債権という形でこれを保有していると、債務者の破綻した財務状況を隠し、倒産処理手続の適時の開始を妨げる。租税債権の制限は、このような事由に基づいてなされるもののみ正当化される。佐藤はこのような観点から、アメリカ合衆国の租税法の研究を行った。その結果、アメリカ租税法は、優先権を付与するか否かに際して、徴税当局が、納税を猶予し、債権という形でこれを保有していると、債務者の破綻した財務状況を隠し、倒産処理手続の適時の開始を妨げるという考慮から、優先権となる範囲につき時的制限を付していることが明かとなった。さらに、現在のアメリカ合衆国での主たる議論は、債務者の担税力、つまり債務超過に陥っている債務者や倒産財団に対する課税が合理的なのか否かという観点からなされていることも明かとなった。このようなアメリカ法の現状に照らすと、とくに個人所得税の分野でわが国の法制に解釈論上問題となり、また、立法的な手当を必要とする論点が残っていることが判明した。中西は、ドイツ破産法の歴史研究から、ドイツ法でも、徴税当局が、納税を猶予し、債権という形でこれを保有していると、債務者の破綻した財務状況を隠し、倒産処理手続の適時の開始を妨げるという考慮から、優先権を排除していることを、明かとした。このような各自の研究をベースとし、さらにわが国の倒産実務における具体的な問題点を知るために、実務家(大阪弁護士会所属弁護士)と、このような観点にかかわる諸問題について議論を行い、多くの知見を得た。佐藤は、以上の研究成果を租税法研究会(平成17年5月)で発表し、引き続き『ジュリスト』誌の同研究会欄に掲載する論文を準備中である。また、上記の問題意識を新破産法下の日本の現行制度に向けた論稿である「破産手続と租税債権」・税務事例研究91号(平成18年5月刊行予定、校正作業済)を執筆した。中西も、以上の研究成果を、「更生債権等関係」新会社更生法の基本構造と平成16年改正・ジュリスト増刊号(2005)232-238頁三木浩一・山本和彦諞・ロースクール倒産法(2005)で発表した。平成18年度は、手続開始後の租税債権につき、研究を行った。
熱交換換気システムのための透明性の高い評価設計技術の構築

建築物は室内空気質維持のため定常的に外気を導入する必要があるが、空調時には換気熱損失をきたすことから排気する空気から給気する空気に熱を回収するための熱交換機能が省エネルギー性能の向上において極めて重要な手法となっている。しかしながら、全熱交換器等製品の熱交換効率や風量ー圧力特性等の特性値の評価方法には曖昧な点があるなど課題のため、現状においては熱交換換気システムの効果が十分に発揮されていない状況となっている。そこで、性能評価試験方法に関する実験に基づき、方法の詳細にわたって再構築し、実質的な省エネルギー効果算定のための方法を作成するとともに、熱交換換気システムの設計方法の骨子の作成を行った。研究初年度の平成26年度においては、建築物の省エネルギー性能に関わる設備機器類の特性値の計測及び信頼性確保に関する理論的整理及び既存の規格類を対象とした調査検討を行った。その結果、ルームエアコン、ビルエアコン及びヒートポンプ給湯器については具体的な計測方法が規定された規格が存在するとともに、第三者機関の測定装置と民間企業の装置との測定精度に関する比較検証が行われているとともに、毎年市場買い上げにより第三者機関が特性値の確認を行う制度のあることがわかった。また、ガス燃焼機器については、第三者機関が介入して試験が実施されていることもわかった。一方で、その他の設備機器については表示される特性値の信頼性は製造者に任されていることが一般的であることがわかった。熱交換換気設備について調査した結果として、熱交換効率等の特性値の信頼性を担保する制度は存在しないこと、規格(JIS B 8628)には測定方法の具体性について課題が残されている(試験者の裁量の幅が小さくない)ことが認められた。特に、同規格は静止形全熱交換器を念頭において作成されており、回転形のための測定方法については課題のあることが認められた。そこで、平成26年度においては、より具体的で明確な測定方法に関する規定を、エアコン類の規格や制度の運用方法、及び関連する規格(特に送風機に関する規格JIS B 8330)を参考として大まかに案を作成し、熱交換効率及び漏れ量に関する試験装置の試作を行った。静止形のためには風量機外静圧特性の測定のための試験装置も試作した。また、温度等のセンサー類の不確かさに関する規定も重要であることから、使用するセンサー類についても選定の検討を行った。試験と並行して、回転形全熱交換器の現場実測を寒冷地(北海道)及び温暖地(茨城県)において実施した。本研究は熱交換換気を含み外皮及び空調設備からなるシステムの特性を改めて検証し、その省エネルギー実効性に係る透明性の高い評価方法及び設計方法を構築することを目標としている。本研究では現時点までに、非住宅建築物に設置された熱交換換気設備の挙動に関する実測調査(寒冷地及び温暖地)を行うとともに、実験室における熱交換効率及び有効換気量率に関する既往の分析結果等を参考にして、熱交換換気設備の特性評価方法のあるべき状況の理論的検討、関連国内外規格に準拠した試験装置の製作を行った。また、非住宅建築物における熱交換換気設備を含む空調設備の空気搬送系に関する設計の実態を実務者に対してヒアリングを実施して把握するとともに、製作した試験装置を用いて2機種(静止形及び回転形)を対象として試験を試行した。合わせて、国内外の特性値計測に係る規格を分析し、規格には現れないより具体的な測定手順案の作成に着手した。さらに、回転形に関して豊富な試験実績を有するユーロベント(欧州の空調関連の性能認証制度)のために熱交換換気設備の試験を行っているスイス・ルツェルン大学を訪問して、担当研究者との情報交換を行った。従来熱交換換気の省エネ効果の評価においては、有効換気量率、給排気量の大きさと比率、測定器の不確かさの要件、具体的な測定条件等への配慮が不十分なまま、単に全熱交換効率で換気負荷を割り引く操作がなされることが多かったが、それらの要因を考慮した省エネ効果の評価ロジックを作成し、研究期間の途中ではあるが平成28年省エネルギー基準のための一次エネルギー消費量算定プログラムへの導入を完了させた。また、平成28年度から開始された日本冷凍空調工業会における全熱交換器のJISの改正委員会に参画し、これまでの研究成果を基に改正方針に関する提案を行っている。熱交換換気に関する欧州、北米及び国際規格の調査分析を完了させ、具体の試験装置及び試験手順の大略の作成を行い得ている。また、熱交換換気メーカーの組織(日本冷凍空調工業会)との連携をとり、同組織におけるJIS規格の改正に対しても提案を発し得ている。さらに、全熱交換器の省エネ効果の評価ロジックを作成して、国の省エネルギー基準における一次エネルギー消費量算定法に組み込むことができた。最終年度の平成28年度においては、1大規模な非住宅建築物を対象として義務化される省エネルギー基準のための評価方法に活用するための全熱交換器の給排気風量による熱交換効率補正手法を作成するとともに、初年度に整備した試験機器を使用して検証データを取得した。2ISOに沿った新JIS及び現行JISに則って、初年度に製作した試験装置を用い、試験の試行を行った。3我が国で全熱交換器の性能評価試験に適用されてきたJIS B 8628(全熱交換器)が、先行して制定された国際規格ISO 16494:2014を取り入れて全面的に改定されることとなり、当該JISの改訂に本研究代表者が委員としてかかわり、全熱交換器による省エネルギー効果の評価に活用可能な特性値(熱交換効率、有効換気量率、風量機外静圧特性)を

高い信頼性で得ることのできる試験方法作成のための支援を行うとともに、規格には記載され得ない試験方法の細則案を作成した。試験方法の試行及び細則案の作成過程においては全熱交換器の製作又は供給者6社と連携をとり、新JIS移行後における各社による試験結果の信頼性向上を目的として、本研究による試験装置と各社の試験装置とによる試験結果の比較を一部実施した。また、全熱交換器が適用される空調設備の一次エネルギー法に関する情報を関連国際規格策定の組織に継続して参加することにより取得した。その過程において、研究代表者等が作成した計算与条件としての非住宅建築物の各種室用途に関する室使用条件に関する国際規格を提案し発行させた(ISO 18523-1:2016)。また、全熱交換器の省エネ効果の評価を含む空調エネルギー消費量計算法の国際比較研究をIEA EBCプログラムにおいて提案し、本研究代表者をリーダーとするワーキンググループを立ち上げ、英国、米国、スイス、ドイツ、日本の計算方法に関する分析比較を行った。建築物は室内空気質維持のため定常的に外気を導入する必要があるが、空調時には換気熱損失をきたすことから排気する空気から給気する空気に熱を回収するための熱交換機能が省エネルギー性能の向上において極めて重要な手法となっている。しかしながら、全熱交換器等製品の熱交換効率や風量ー圧力特性等の特性値の評価方法には曖昧な点があるなど課題のため、現状においては熱交換換気システムの効果が十分に発揮されていない状況となっている。そこで、性能評価試験方法に関する実験に基づき、方法の詳細にわたって再構築し、実質的な省エネルギー効果算定のための方法を作成するとともに、熱交換換気システムの設計方法の骨子の作成を行った。初年度予算を有効に活用し、熱交換換気設備のための性能試験装置の仕様検討を経て製作までに到っており、おおむね順調に進展したと考えられる。最終年度である平成28年度においては、全熱交換器の重要な特性値である熱交換効率及び有効換気量率に関する安定し信頼できる試験手順案を完成させるとともに、最大で既実施の機種に加えて4機種の試験を実施して、試験手順案の検証を行う。試験実施機種に関しては各メーカーと測定結果に関する情報交換を十分に行って、必要に応じて試験方法の微修正を行った上で、本研究により製作された試験装置を日本における標準的な熱交換換気設備試験装置として公表する。試験の信頼性確保とともに、熱交換換気設備を含む空調システムの標準的な設計施工方法の作成公表につなげることを目指す。これらの成果は、今後建物新築時に適合義務化の予定となっている省エネルギー基準評価方法に組み込むこととする。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学・設備工学試験装置を運用して実際に全熱交換器の試験を実施し、特性値に関する必要十分な信頼性の確保を念頭に置きつつ、極力コストのかからない試験方法案の検討に着手する。回転形については国内には確たる測定規格が存在しないため、欧米の規格を参考としつつ試験方法の検討を行う。また、特に回転形については風量比による熱交換効率の補正方法を作成するためのデータを得る。
遺伝子改変動物を用いた新たな食品評価系の開発

抗酸化酵素SOD1を欠損する細胞(SOD1 KO MEF)を用いて、抗酸化物質の新規評価法の確率を試みた。まずSOD1 KO MEFが死滅する20 %酸素濃度下で細胞増殖するか否かを指標に、既知のモデル化合物を用いて検討した。その結果、アスコルビン酸添加により細胞増殖が観察され酸化ストレスに脆弱なSOD1 KO MEFの維持増殖が可能な抗酸化物質が存在することがわかった。さらに、従来の評価法と今回確立した新評価法をカテキンを用いて比較検討した結果、新評価法が、より鋭敏にカテキンの抗酸化能を検出可能であることが明らかになった。本研究課題は、SOD1欠損線マウス維芽細胞(SOD1 KO MEF)を用いた通常酸素あるいは低酸素培養により、有効な抗酸化活性あるいは酸素毒性をもたらす化学物質の鋭敏な検出系を確立する事で、従来ならば動物実験まで行って初めてその抗酸化活性や酸化ストレスによる毒性が示されたような物質を、培養系で容易に、短時間で検出する事を目指している。前年度までに、高酸素濃度下でもSOD1 KO MEFを増殖させるビタミンcをはじめ、幾つかの物質で抗酸化効果を確認する事が出来た。しかし抗酸化効果が報告されている物質でも全く増殖効果が得られかったものも多数あった。このことは、抗酸化能が知られている既知の物質においても、実際の生理的条件では有効に働く物と有効な効果が得られない物とがある可能性を示している。本研究の目的はそのような物質の選別を可能とする事であり、新規の評価系として本評価系が充分に機能する可能性が示された。本年度、正常細胞を用いて酸化ストレスを与え、それに対する抗酸化能を検討する従来の方法と、SOD1 KO細胞を用いる本評価法とを比べた結果、本評価法がより鋭敏に反応することを示した。また抗酸化物質が効果を示すときの細胞の酸化ストレスの状態について検討を行うための予備実験を行った。抗酸化物質の評価に用いられるアッセイには、体内の酸素濃度約2 %に比して高酸素濃度である20 %O2濃度下での培養細胞系が一般的に利用される。このような条件下で選別される抗酸化物質は、強すぎる抗酸化活性を有し生体に副作用を及ぼす可能性も考えられるため、より生体内に近い条件で抗酸化物質を検出するアッセイ系を開発する必要がある。近年、抗酸化酵素スーパーオキシドディスムターゼ1の遺伝子欠損(SOD1 KO)マウスから単離した線維芽細胞(MEF)が、通常酸素濃度(20%)を酸化ストレスとして認知し、死滅することを見いだした。本研究では、生体内に近い条件での有効な抗酸化物質の検出系を確立することを目的として開始した。。まずSOD1-KO MEFが死滅する20 %酸素濃度下で細胞増殖するかを指標に、既知のモデル化合物を用いて検討した。その結果、アスコルビン酸添加により細胞増殖が観察された。グルタチオン、カテキン、コエンザイムQ10の添加群でも細胞死の抑制が観察された。このことから、酸化ストレスに脆弱なSOD1-KO MEFの維持増殖が可能な抗酸化物質が存在することがわかり、今後、未知な抗酸化物質の評価に応用可能なことが示された。さらに、WT MEFに酸化剤と抗酸化物質を添加する従来の評価法と、今回確立したSOD1 KO MEFに抗酸化剤を加える評価法を、代表的な抗酸化物質であるカテキンを用いて比較検討した。その結果、SOD1 KO MEFを用いる本法が、より鋭敏にカテキンの抗酸化能を検出することがわかった。本研究により、SOD1 KO MEFを用いた抗酸化物質の新たな評価法が確立でき、その方法が既知の抗酸化物質の再評価並びに未知の抗酸化物質の評価に応用可能であることがわかった。本年度における実施状況としてまず、培養維持が可能であるかどうかさえわからなかったSOD1 KO MEFに関して、通常酸素培養と低酸素培養にて培養維持できる条件を決定する事が出来た。このことで、今後詳細な条件検討に用いることが可能になった。続いて、培養条件を確立したSOD1 KO MEFの通常酸素培養と低酸素培養において、抗酸化活性の検出系を確立する目的で、既知のモデル化合物を用いて検出系の精度と再現性などに関して多面的な検証を行った。

フラボノイド、カロテノイド、ビタミンC、Eなどの天然の抗酸化物質、グルタチオンやシステインなど多数の化合物を用いて検討した結果、高酸素濃度下でもSOD1 KO MEFを増殖させるビタミンcをはじめ、幾つかの物質で抗酸化効果を確認する事が出来た。しかし抗酸化効果が報告されている物質でも全く増殖効果が得られなかったものも多数あった。このことは、抗酸化能が知られている既知の物質においても、実際の生理的条件では有効に働く物と有効な効果が得られない物とがある可能性を示している。本研究の目的はそのような物質の選別を可能とする事であり、新規の評価系として本評価系が充分に機能する可能性が示された。飼育中のSOD1遺伝子欠損マウスがやや不妊傾向にあり、計画通りに胎仔が得られなかったことと、蛍光顕微鏡とイメージベースサイトメーターを用いた酸化ストレスの評価の予備実験での実験条件の検討に時間がかかったことが考えられる。本年度において培養条件を確立したSOD1 KO MEFの通常酸素培養と低酸素培養において、抗酸化活性に関して既知のモデル化合物を用いて検出系の精度と再現性の検証を行えたことは、評価できる結果であると考えられる。しかし、酸素毒性を与えるような有毒物質の検討まで十分に行うことが出来なかった事がマイナス点として挙げられる。その理由として、SOD1欠損線マウス維芽細胞(SOD1 KO MEF)の初期培養条件の検討に時間を要したことと、既知の抗酸化化合物のそれぞれの投与濃度の条件決定に時間を要したためと考えられる。次年度の計画として、まず既知の抗酸化物質をSOD1 KO細胞に添加した際に、酸化ストレス軽減が起こっているのかどうかについて、フローサイトメーターと蛍光顕微鏡を用いた解析を行う。同時、にアポトーシス関連の分子についてウェスタン解析で検討する。酸化ダメージについては、タンパク質の酸化の程度をカルボニルブロットやBIAMによる-SH基酸化の検出系を使い、脂質の過酸化についてはHNEをはじめとするアルデヒドの測定を行う。また、SOD1 KOマウス細胞を用いて確立した新規抗酸化物質の評価系を、未知の物質について応用するため、研究協力関係にある他研究室から分与して貰った、抗酸化の可能性が考えられる様々な化合物についての検討評価を行う。次年度以降の予定として、1)今年度中に決定まで行えなかったSOD1 KO MEFの培養系での評価条件を決定する。2)SOD1 KO MEFが通常培養の酸素濃度を酸化ストレスと感知して細胞死に至る機構について、細胞周期関連の分子に注目して解析する。3)より再現性の高い検出系を構築するため、不死化細胞を樹立する。この3つを達成するために、まず1)に関して既知の影響が知られている標準化合物を用い、これまでに試みた20 %と1 %酸素濃度の他に、0.5 %、1 %、5 %でも行い、増殖曲線から最適条件を決定する。標準化合物の使用濃度に関して、更に詳細な条件を試み、最適濃度を決定する。2)に関して、細胞の酸化ストレスの状態を評価するために、次の項目について検討する。i.細胞内活性酸素(過酸化物)をH2DCF-DAにて検出する。ii.脂質の過酸化についてTBA法にて過酸化脂質を測定する。iii.脂質過酸化物のうち細胞老化に関するHNEなどのアルデヒド類についてGC-MSを用いて定量測定を行う。iv.タンパク質の酸化の程度を、カルボニルブロットやBIAMによる-SH基酸化の検出を行う。
河床付着層における細菌フロラを決定する要因の解析

河川はたえず河川水が流れ去っていく開放系である。その中で河床の石面に形成される付着層は1つの“棲み家"として微生物の生活場所になっている。河床の付着層は微生物の中で、数の上からも働きの上からも最も重要な仲間が細菌群集である。この細菌群集の種類構成を明らかにすることは、河川という環境を考えた場合、重要なテ-マとなる。細菌群集の構成の検討には、どうしても平板法を用いることになるが、平板の培養温度には共通の理解はない。そこで細菌フロラを決定する要困の1つに何度でコロニ-を形成させたかという事が重要になってくる。自然界の細菌には夛様な仲間がおり、それらが1つの培養温度で1度に観察されるわけではないので、平板上の細菌フロラにこの点が大きくかかわってくる。本研究では、物質的な側面から細菌フロラを決定していると思われる付着層の藻類と細菌の関係を実験的に認めることは失敗に終ったが、細菌フロラを得る技術的側面の1つである培養温度については、5・20・30・37°Cの4段階で培養を行い、一定の成果を得た。すなわち、細菌フロラの1断面であるコロニ-形成曲線を得ることによってそこに及ぼす環境要因との関連から、細菌群集の変動をとらえることができた。河川水を流れていく細菌群集の数や、コロニ-形成曲線の係数の変動には規則性はみられなかったが、付着層の細菌群集のコロニ-数は河川水中の有機物濃度に基づいて変動し、入やtrという係数の変動も河川環境との相関が認められた。これらの結果は上流域の流れに早いところの付着層で認められた要因とは異なり、河川の地域によって細菌群集の受ける影響は異なることが明らかとなった。細菌フロラを決定する要因も同様、地域によって異なることになる。河川では、河川水は常に流れ去っていくが、河床には付着層が形成される。この付着層に生息している微生物、特に細菌は河川における有機物分解の担い手として重要な役割を果たしている。本研究者は、河床の付着層の細菌フロラを検討してきたが、年間を通じてみると細菌フロラの優占種が季節によって変動することが明らかになった。このような優占種が決って現れる要因の解析を行うため、まず培養温度の違いによって細菌群集がどのように変動するかを考察した。生きている細菌は、平板培養によってコロニーを形成することから、年間を通じて培養温度を4段階もうけ、それぞれの培養で平板にコロニーが形成される状況を観察し、服部等によるFORモデルの検討を行った。結果は現在解析中であるが、河川水を流下していく細菌群集と、付着層に生息しているものではコロニー形成によるFORモデルの係数に差があることが明らかになった。これらの細菌が、そこに生息している全菌数(アクリジン染色による)と、フォルマザンを形成する呼吸活性を持つ菌数の中で、どれほどの位置をしめているかも同時に検討している。なお、昨夏の異常気象のため、付着層中での微生物間の相互関係を明らかにしようとした付着藻類の分離は行なえなかった。一昨年の異常気象で採取できなかった上流域海沢において、5月末および10月に採取を行った。それらの付着層サンプルから珪藻Cymbella spを分離した。このCymbellaは黄色で平板上をはってコロニ-を形成する細菌と、白色で小型のコロニ-を形成する細菌を伴っていた。これらの細菌をCymbellaと分離して、無菌のCymbellaを得ようと画線分離を試みたが現在のところ成功していない。

抗生物質を用いて細菌を殺す方法もあるが、Cymbellaに与える影響を考えまだ実施していない。そこで無菌珪藻を得る努力をひとまず中止して、混合培養を試行している。0.2μmの口径のフィルタ-を間にはさんで培養する方法や、透析チュ-ブを用いての培養を行っているところである。珪藻に伴っている細菌は単独で培養可能であるが、この珪藻は単独で培養することが難しく結果はあまりうまくいっているとは言えない。これまでの結果で成果といえる点は、1981年に分離した細菌Cytophaga sp.と今回分離した黄色の細菌は同一種であると考えられることで、自然界における細菌種の不安定性が指摘されているが、10年経過しても同じような生活をしている細菌が同じ場所に生息していたことから、細菌種の安定性が確かめられた点にある。また、中流域において得られた培養温度を4段階にして計数した菌数と、染色法による計数を比較するデ-タは現在報文作成中である。本研究のまとめの年度であったが、当初予定していた硅藻の単離株と細菌の栄養的な関係を実験的に明らかにしようとする実験は、硅藻の単離が困難でうまくできなかった。上流域における研究結果から注目していたCymbella spは常に2種類の細菌を伴なっており(CytoplagaspとPseadi monas sp.)単独にすることができなかった。そこで単独にせず細菌を加えて量的な変化を追う事にしたが、混合培養の方法論でつまづき年度内に期待した結果は得られなかった。同じく細菌フロラを左右している要因に平板の培養温度が考えられる。そもそも細菌フロラの決定には、平板法を用いてコロニ-を形成させ、これについて諸生理学的な性質の検討をした上で決定するのであるが、平板は培養しなければならない。その温度を現場の水温にするのがほづ望ましい方法であると思うが、自然界の温度は変化しており、必らずしも現場水温に固執できない面がある。また、河川水を流れていく細菌の環境と付着層に生息している細菌の環境とは同じではないであろう。そこでフロラを決定する平板の培養温度を、5°C,20,30,37と変化させて生じたコロニ-を計数した。それに際しコロニ-形成曲線を作り、FORモデルのλ,trの係数の計算を行い,河川水質との関連を明らかにした。生じたコロニ-数は20°Cで培養した時の値が年間を通じて最も高かった。30°Cの培養はほゞこれに近く、5°Cと37°Cの培養によるコロニ-数は季節性が認められた。コロニ-を形成しない染色される菌数は、2桁ほど高いので、20°C培養した平板でフロラを検討するのが、最もよいと考えられる。コロニ-形成に要する時間は、培養条件で異ったが37°Cで培養される細菌が有機物量の変動と相関を持って変動し、赤色を示すコロニ-の変動は有機物量と逆相関をもって変動した。培養温度を変える事により、フロラの断面を明らかにすることが出来た。
遺伝子導入細胞を用いる神経細胞に特有なNaポンプ活性調節機構の解明

初代培養神経細胞のNaポンプ(Na,K-ATPase)には,すべての組織や細胞に普遍的に存在するα1型アイソフォームの他に,神経細胞に特徴的なα2型およびα3型アイソフォームが発現する.これらのNaポンプのイオン輸送活性は,種々の刺激により,細胞を興奮させた後あるいは細胞内ATP濃度を低下させた際などに,異なった活性変化を示す.この活性調節機構を解明する目的で,BALB/c3T3細胞にα3型(神経細胞型)Naポンプのα3鎖cDNAを導入したT3-3-3細胞を用いて解析を行い,神経細胞の結果と比較した.この細胞は本来のα1型Naポンプの他にα3型Naポンプが安定に発現し,イオン輸送活性において,α3型はα1型よりも,細胞外のK^+に対して高い親和性を,細胞内のNa^+に対しては低い親和性を示した.また,ATPase活性において,α3型はα1型よりもATPに対して低い親和性を示した.さらに,電気生理学的解析から,α3型は静止膜電位付近では活性が低く,脱分極によって活性が増大することが明らかになった.これらのαl型とα3型Naポンプの性質の相違は,培養神経細胞の興奮した後あるいは細胞内ATP濃度が低下した際に起こるα3型Naポンプの活性上昇に関与すると推定された.しかし,成熟した培養神経細胞においては,興奮後の神経細胞型の活性上昇の程度は顕著であり,またα1型活性は低下した.一方,未成熟な細胞では興奮後に神経細胞型活性とともにα1型活性が上昇した.これらの活性変化の機構すべてを,Naポンプ自身の性質の相違だけで説明することはできず,細胞内情報伝達を介する機構も必要であると推定した.しかし,T3-3-3細胞では,細胞内のcAMP濃度を上昇させる薬物や,protein kinase Cを活性化させる薬物で細胞を刺激したが,イオン輸送活性は影響されず,その機構は神経細胞に特有なものであると推定された.初代培養神経細胞のNaポンプ(Na,K-ATPase)には,すべての組織や細胞に普遍的に存在するα1型アイソフォームの他に,神経細胞に特徴的なα2型およびα3型アイソフォームが発現する.これらのNaポンプのイオン輸送活性は,種々の刺激により,細胞を興奮させた後あるいは細胞内ATP濃度を低下させた際などに,異なった活性変化を示す.この活性調節機構を解明する目的で,BALB/c3T3細胞にα3型(神経細胞型)Naポンプのα3鎖cDNAを導入したT3-3-3細胞を用いて解析を行い,神経細胞の結果と比較した.この細胞は本来のα1型Naポンプの他にα3型Naポンプが安定に発現し,イオン輸送活性において,α3型はα1型よりも,細胞外のK^+に対して高い親和性を,細胞内のNa^+に対しては低い親和性を示した.また,ATPase活性において,α3型はα1型よりもATPに対して低い親和性を示した.さらに,電気生理学的解析から,α3型は静止膜電位付近では活性が低く,脱分極によって活性が増大することが明らかになった.これらのαl型とα3型Naポンプの性質の相違は,培養神経細胞の興奮した後あるいは細胞内ATP濃度が低下した際に起こるα3型Naポンプの活性上昇に関与すると推定された.しかし,成熟した培養神経細胞においては,興奮後の神経細胞型の活性上昇の程度は顕著であり,またα1型活性は低下した.一方,未成熟な細胞では興奮後に神経細胞型活性とともにα1型活性が上昇した.これらの活性変化の機構すべてを,Naポンプ自身の性質の相違だけで説明することはできず,細胞内情報伝達を介する機構も必要であると推定した.しかし,T3-3-3細胞では,細胞内のcAMP濃度を上昇させる薬物や,protein kinase Cを活性化させる薬物で細胞を刺激したが,イオン輸送活性は影響されず,その機構は神経細胞に特有なものであると推定された.初代培養神経細胞を刺激するNaポンプ(Na,K-ATPase)アイソフォームが選択的な活性調節を受ける.この神経細胞に特有なNaポンプの選択的な活性調節機構を解明する目的で,神経細胞型Naポンプを安定に発現する遺伝子導入細胞を用いて解析を行った.T3-3-3-細胞はBALB/c 3T3細胞(マウス繊維芽細胞)にα3型(神経細胞型)Naポンプのα3鎖cDNAを導入することにより得られた細胞である.この細胞に,本来のα1鎖のほかにα3鎖が存在することを,RT-PCRによりmRNAレベルで,またWestern blot解析によりタンパク質レベルで確認した.さらにこの細胞で,α3型Naポンプの存在量が全体の約30%であることを,細胞膜分画のNa,K-ATPase活性の測定によって明らかにした.細胞への^<42>K^+取り込みにより求めたNaポンプ活性は非常に低値であったが,ナトリウムイオノフォアで細胞を刺激することにより有意となった.このとき,α3型Naポンプ活性の割合は,存在の割合と同じ全体の約30%であった.これは,初代培養神経細胞の結果と異なり,α1型とα3型Naポンプが細胞内で同等にイオンを輸送していることを示している.さらに,細胞内のcAMP濃度を上昇させる薬物や,protein kinaseCを活性化させる薬物で細胞を刺激したが,Naポンプ活性は影響されなかった.これらの結果は,Naポンプアイソフォームの選択的な活性調節が起こるためには,神経細胞型Naポンプが存在することだけでは不十分であり,神経細胞に特有ななんらかの活性調節機構が必要であることを示唆する.

現在,この活性調節機構が存在する可能性がより高い神経株化培養細胞に,神経細胞型Naポンプ遺伝子を導入し安定に発現する遺伝子導入細胞の確立を試みており,さらに解析を進める.神経細胞に発現するNaポンプ(Na,K-ATPasc)アイソフォームは,種々の外的環境の変化に応じて活性が変化する.この活性調節機構を解明する目的で,神経細胞型Naポンプを安定に発現する遺伝子導入細胞を用いて解析を行い,初代培養神経細胞の結果と比較した.T3-3-3細胞はBALB/c 3T3細胞にα3型(神経細胞型)Naポンプのα3鎖cDNAを導入することにより得られた細胞である.本来のα1型Naポンプの他にα3型Naポンプが安定に発現し,Naポンプとしてイオン輸送活性を示す.細胞への^<42>K^+取り込みにより求めたNaポンプ活性において,α3型Naポンプは細胞外液のK^+に対して,α1型よりも高い親和性を示した.一方,細胞内のNa^+に対しては,α3型Naポンプはα1型よりも低い親和性を示した.また,電気生理学的解析によって,α3型は静止膜電位付近では活性が低く,脱分極すると活性が増大することが明らかになった.培養神経細胞の興奮後に起こるα3型Naポンプの活性上昇に,これらのNaポンプアイソフォーム自身の性質の相違が関与すると推定された.しかし,培養神経細胞においては,興奮後のα3型の活性上昇の程度は非常に顕著であり,また,未成熟な細胞では興奮後にα3型とともにα1型活性が上昇するのに対して,成熟した細胞ではα1型活性の低下が起こった.これらの活性調節のすべては,Naポンプ自身の性質の相違だけで説明することはできず,神経細胞に特有な細胞内情報伝達機構も必要であると推定された.そこで,細胞内情報伝達機構を備えていると考えられる神経系株化培養細胞に,神経細胞型Naポンプ遺伝子を導入し, Naポンプ活性を安定に発現する細胞の確立を試みている.
圧電素子によるレ-ザ-励起キャピラリ-振動の直接検出と高感度CZE検出器への応用

キャピラリ-電気泳動法(CZE)は超微小量の試料を高い分離能で成分分離することができ、次世代の分析法として期待されている。本研究では、CZEの高感度な検出法として、強度変調レ-ザ-光をキャピラリ-に照射してキャピラリ-に弦の振動と同様な振動を誘起し、この振動を検出することによりCZEで分離された超微量成分を検出する方法を開発した。特に、圧電素子(PZT)を弦に接触させ、弦の振動を直接高感度に検出する方法を開発した。以下に実績の内容をまとめる。1)圧電素子をキャピラリ-の一端に接触させ、キャピラリ-を伝わる振動を直接検出する装置を作成した。この方法によれば、これまで提案してきたプロ-ブビ-ムの偏向(キャピラリ-直上のプロ-ブレ-ザ-を通過させ偏向させる)で検出する方法よりさらに1桁高感度であり、通常の吸光検出器に比較すると約4桁高感度であることを確認した。2)キャピラリ-や圧電素子の共振など振動特性を実験的ならびに解析的に検討した。その結果、弦の共振に相当するキャピラリ-の共振周波数では、振動強度は増大するが雑音を拾いやすく、S/Nの観点からは検出器としては適さないことがわかった。これは、機械的な要因による雑音の生成は弦の固有振動数で誘起されるためと考えられる。信号強度とS/Nの観点から、作成した検出器毎にに最適な周波数を決めた。3)作成した検出器をCZEに接続し、CZEの検出器とした。この装置(CZE/CVL)を用いて、ビタミンB_2やアミノ酸を分離検出し、fmolレベルの超微量試料を検出定量できることを確認した。以上より、当初の計画を満足する結果を得た。