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コイD-アミノ酸オキシダーゼのゲノムDNA構造およびプロモーター領域の解析

D-アミノ酸オキシダーゼ(DAO)は、1935年に発見された初のフラビン酵素であるが、D-アミノ酸自体が細菌以外には存在しないと考えられていたため、その機能は長い間謎に包まれたままであった。しかしながら、近年の分析技術の進歩により、D-アミノ酸が哺乳動物や魚類も含めた、生物界に普遍的に存在することが明らかになり、本酵素の生理学的意義の解明が待たれている。コイ肝膵臓DAOは、哺乳動物のDAOとは異なり、餌由来のD-アラニンにより誘導される誘導酵素であることが分かっている。外因性のD-アミノ酸による、DAO遺伝子の発現・誘導メカニズムを解明するため、まず本酵素遺伝子のプロモーター領域を含むゲノムDNA構造を明らかにすることを目的とした。コイ肝膵臓DAOのゲノム遺伝子として2.6kbおよび3.1kbの2つのクローン(DAOg1およびDAOg2)を得ることが出来、それらにつきイントロン、エクソンの構造を明らかにすることが出来た。すなわち、2つのDAOゲノム遺伝子は共に10個のエクソンと9個のイントロン部分よりなっていた。更に5'-RACE法によりコイ肝膵臓DAOゲノム遺伝子上の転写開始部位を特定することが出来た。また、コイ肝膵臓DAOゲノム遺伝子につき、5'上流領域の塩基配列の解析を行った結果、DAOg1およびDAOg2それぞれにつき、転写調節に関与していると考えられる領域を特定することが出来た。これらの調節領域を、ルシフェラーゼをレポーターとするベクターに組み込み、メダカヘバトーマ細胞に導入したところ、DAOg2の転写調節領域のみが活性を示した。さらにこれらの転写調節領域の欠失体を作成し、上記レポーターシステムを用いることで、DAOg2における転写調節領域を特定することが出来た。研究分担者によりすでにクローニングされているコイ肝膵臓DAOの全長cDNAをプローブとして、コイゲノムDNAライブラリーから、ハイブリダイゼーションによるスクリーニングを行った。その結果、制限酵素処理で異なる分解パターンを示す、複数の陽性クローンが得られた。PCRによるコイDAOゲノム遺伝子のタンパク質コード領域のクローニングでは、イントロン-エクソン構造の異なる2種のクローンが得られている。このことから、コイゲノム上には少なくとも2コピーのDAO遺伝子が存在することが示唆されている。今回スクリーニングにより得られたクローンは、それぞれ、そのいずれかに対応している可能性がある。現在、これらのクローンにつき塩基配列の解析を行っている。D-アミノ酸オキシダーゼ(DAO)は1935年に発見された最初のフラビン酵素であるが,D-アミノ酸自体が細菌以外には存在しないものと考えられていたため,その機能は長い間謎に包まれたままであった.しかしながら,最近D-アミノ酸が哺乳類や魚類を含めた生物界に広く存在することが明らかになり,本酵素の生理学的意義の解明が待たれている.コイ肝膵臓のDAOは哺乳類のDAOとは異なり,餌由来の遊離D-アラニンによって誘導される誘導酵素であることをすでに明らかにした.したがって,コイ肝膵臓のDAOは餌の貝類や甲殻類に多量に含まれる遊離D-アラニンを有効に利用するための重要な酵素であると推定された.そこで,DAO遺伝子の発現・誘導メカニズムを明らかにするため,本酵素遺伝子のプロモーター領域を含むゲノムDNA構造を明らかにすることを試みた.コイDNAライブラリーからスクリーニングを行い,DAO1およびDAO2の2つのクローンが得られた.DAO1およびDAO2遺伝子はそれぞれ3,536および3,893bpのコード領域をもち,DAO1は10エクソンと9イントロンからなり,一方PAO2は11エクソンと10イントロンからなることが判明した.DAO1およびDAO2はcDNAとはそれぞれヌクレオチドレベルでは93および94%の同一率を示し,また演繹アミノ酸配列のレベルでは93および90%の同一率を示した.PAO1およびDAO2遺伝子はいずれも5箇所のプロモーター領域を有することが推定された.現在このプロモーター領域の機能解析を実施中である.D-アミノ酸オキシダーゼ(DAO)は、1935年に発見された初のフラビン酵素であるが、D-アミノ酸自体が細菌以外には存在しないと考えられていたため、その機能は長い間謎に包まれたままであった。

コイ肝膵臓DAOのゲノム遺伝子として2.6kbおよび3.1kbの2つのクローン(DAOg1およびDAOg2)を得ることが出来、それらにつきイントロン、エクソンの構造を明らかにすることが出来た。すなわち、2つのDAOゲノム遺伝子は共に10個のエクソンと9個のイントロン部分よりなっていた。更に5'-RACE法によりコイ肝膵臓DAOゲノム遺伝子上の転写開始部位を特定することが出来た。また、コイ肝膵臓DAOゲノム遺伝子につき、5'上流領域の塩基配列の解析を行った結果、DAOg1およびDAOg2それぞれにつき、転写調節に関与していると考えられる領域を特定することが出来た。これらの調節領域を、ルシフェラーゼをレポーターとするベクターに組み込み、メダカヘバトーマ細胞に導入したところ、DAOg2の転写調節領域のみが活性を示した。さらにこれらの転写調節領域の欠失体を作成し、上記レポーターシステムを用いることで、DAOg2における転写調節領域を特定することが出来た。
核内転写因子を分子標的とした新規リウマチ治療の試み

我々は、核内転写因子活性化を介した新規のリウマチ治療薬に関して基礎研究を進めた結果、関節リウマチ(RA)の病変部位であるヒト関節滑膜細胞において、インドメタシンなどの非ステロイド抗炎症薬(NSAIDs)の一部は、PPARγ活性化を介してアポトーシスを誘導することを見出した(J Pharmacol Exp Ther 2002;302:18)。加えて、アスピリンやサリチル酸でも、高濃度ではあるが、滑膜細胞に対するアポトーシス誘導作用が観察された(J Pharm Pharmacol 2002;54:1675)。さらに、漢方薬の成分であるトリプトリドにも同様の作用があった(BMC Pharmacol 2004;4:2)。一方、NSAIDsの中で最近注目されている選択的COX-2阻害薬は、重症消化管障害の少ない薬物群である。我々は、6種類の異なった選択的COX-2阻害薬についてヒト滑膜細胞に対するアポトーシス誘導作用を調べたところ、セレコキシブのみに臨床用量に比較的近い濃度からアポトーシス誘導によるRA滑膜細胞の増殖抑制作用を認めた(Arthritis Rheum 2002;46:3159)。加えて、このセレコキシブのアポトーシス誘導作用は大腸癌細胞に対しても認められた(FEBS Lett 2002;531:278)。これらの情報から、我々はセレコキシブによるアポトーシス誘導作用の特異的受容体が存在するという作業仮説に立って、その検索を開始した。現在までのところその発見には至っていないが、その研究の過程で滑膜細胞と癌細胞に対してセレコキシブよりも約10倍強力なアポトーシス誘導作用を発揮する新規のセレコキシブ誘導体を合成した。この新規物質については、現在詳細に検討中である。また、我々はCOX-2の下流でPGE_2産生に働く誘導型酵素であるmPGES-1発現が、産生されたPGE_2自身によって増強されるという炎症の増幅過程を説明する機序があることを見出した(Arthritis Rheum 2003;48:2819)。さらに、PPARγ活性化を促す生体内生理活性物質に関係する酵素であるPGDS発現遺伝子を線維芽細胞に導入することにより、新たな炎症制御法(Am J Respir Cell Mol Biol 2003;28:582 & Arthritis Rheum 2003;48:2931)を考案した。これらの研究結果を利用して、現在新規リウマチ治療薬を開発しつつある。我々は、従来から核内転写因子活性化を介した新規のリウマチ治療薬に関して基礎研究を進めてきた。この一連の研究の中で、関節リウマチ(rheumatoid arthritis, RA)の病変部位であるヒト関節滑膜細胞において、インドメタシンなどの非ステロイド抗炎症薬(nonsteroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)の一部は、PPARγ活性化を介してアポトーシスを誘導することを見出した(J Pharmacol Exp Ther 2002;302:18-25)。

一方、選択的COX-2阻害薬は重症消化管障害の少ないNSAIDsとして近年注目されている薬物群である。これらは、消化管障害が少ない事から比較的高用量の投与が可能なため、アポトーシス誘導などのCOX阻害以外の作用に適していると考えられた。そこで、6種類の選択的COX-2阻害薬のヒト滑膜細胞に対するアポトーシス誘導作用を調べた。その結果、6種類の中でセレコキシブのみに臨床用量に比較的近い濃度からアポトーシス誘導によるRA滑膜細胞の増殖抑制作用が認められた(Arthritis Rheum 2002;46:3159-67)。加えて、このセレコキシブの細胞アポトーシス誘導作用は、大腸癌細胞でも認められた(FEBS Lett 2002;531:278-284)。これらの作用は、いずれもCOX-2阻害活性には関係せず、またPPARγ活性化とも必ずしも関係しない新規の作用機序によることが明らかとなった。そのため、現在この作用に対応した特異的受容体または結合蛋白の検索を開始している。これらの研究を進めることにより、今回の目的である新規リウマチ治療薬の開発に貢献できるものと考えている。なお、癌細胞とRA滑膜細胞の増殖過程には共通点も少なくない。今回の研究は、新規の癌治療薬の開発にも役立つ可能性がある。我々は、従来から核内転写因子活性化を介した新規のリウマチ治療薬に関して基礎研究を進めてきた。この一連の研究の中で、関節リウマチ(RA)の病変部位であるヒト関節滑膜細胞において、インドメタシンなどの非ステロイド抗炎症薬(NSAIDs)の一部は、PPARγ活性化を介してアポトーシスを誘導することを見出した(J Pharmacol Exp Ther 2002;302:18-25)。これらの情報から、我々はこのセレコキシブによるアポトーシス誘導作用の特異的受容体が存在するという作業仮説に立って、その検索を開始した。現在までのところ、その発見には至っていないが、その研究の過程で滑膜細胞と癌細胞に対してセレコキシブよりも10倍強力なアポトーシス誘導作用を発揮する新規のセレコキシブ誘導体を合成した。平成16年度には、その新規薬物の詳細を検討する予定である。
ロゼット・モードで探る恒星における振動と自転の相互作用の研究

本研究の目的は、最近数値計算で発見された、自転する星のもつ特異な固有振動モード、ロゼット・モードの性質を理論的に調べることであった。主な成果は、(1)モード形成の物理機構の解明、および(2)現実の星における観測可能性を示したことである。まず、(1)については、自転のない場合に、非常に近い固有振動数を持つ複数のモードが、自転によって生じるコリオリ力の影響で相互作用することで、ロゼット・モードの特異な構造が出現すること示した。一方(2)については、恒星進化モデルに基づく数値計算を実行し、一部のB型主系列星で実際にロゼット・モードが励起される可能性のあることを示した。本研究課題では、自転する星の持つ特殊な固有振動モード、ロゼット・モードについて、その起源を理論的に解明し、また恒星進化理論や星震学における意義を明らかにすることを目的としている。平成26年度は、特にロゼット・モードの起源について重点的に研究した。ロゼット・モードは、自転星に現れる比較的低周波数の振動モードであり、その子午面上の運動エネルギー密度が、特徴的な構造(ロゼット・パターン)に沿って分布するという著しい性質を持つ。本研究の最初の課題は、なぜこのような特殊なモードが形成されるか、ということである。この解決のために、まず自転がない(球対称の)場合の星のモデル(ポリトロープ)の固有振動数スペクトルを調べ、モード(固有関数)の角度方向の構造が異なる複数のモードが、ほぼ同じ固有周波数を持つことがあることを確認した。次に、このような状況下で星が回転すると、たとえ自転角速度がさほど速くなくても、これらの周波数の近い振動モード同士が、主にコリオリ力のために、強く相互作用し、結果として生ずる固有振動モード(固有関数)の構造が大きく変化するということを示した。以上の過程は、まず(準縮退のある場合の摂動論という)解析的な手法によって明らかにされ、また直接的な数値計算によっても確認された。特に振動モードの構造が自転軸に関して対称でない場合であっても、ロゼット・モードが構成されることを示した。さらに、振動の角度方向の波長が小さいという仮定に基づいて、漸近解析を行い、ロゼット・モードの構造と、それを形成する固有モードの性質の間の関係を明らかにした。本研究課題の全体の目的は、回転星にみられる特殊な構造をもつ振動モード、ロゼット・モードについて、その起源を理論的に解明し、恒星の内部構造と進化における意義や星震学における役割を検討することである。平成27年度は、とくにロゼット・モードが現実的な星で励起される可能性を探り、またその角運動量輸送への寄与について調べた。平成26年度までの研究により、ロゼット・モードは自転が比較的速い星の低周波数(長周期)領域で見つかる可能性があることがわかった。とはいえ星の特定の固有振動モードが観測されるほどの振幅を持つかどうかは、振動振幅を大きくする効果(励起機構)と小さくする効果(減衰機構)のせめぎ合いで決まり、詳細はそれぞれの星の内部構造に依存する。そこで前述の高速自転、長周期振動という条件を考慮した結果、ロゼット・モードが励起されるとすれば比較的質量の大きい主系列星、変光星のタイプで言えば、長周期振動B型星(SPB)であろうという予想をたて、このタイプの星の現実的なモデルを構築し、その振動モードを数値的に計算した。とくに5太陽質量の主系列星の場合を詳細に調べると、自転角速度が臨界値の約25%(赤道自転速度約150 km/s)を越えないような場合に、実際に励起されるロゼット・モードが存在することがわかった。また、振動に伴う角運動量輸送について評価した結果、ロゼット・モードの場合にはその特殊な構造に対応し、通常のモードとは異なり、角度方向の輸送に特徴的な寄与が見られることがわかった。当初の計画通り、ロゼット・モードが現実的な星で励起されるかどうかを検討し、予備的な結果を発表できたが、結果の詳細についてはまだ発表するに至っていないため。こうなった原因の1つは、研究を進める過程で、当初予想していなかった、ロゼット・モードの構造に対する遠心力の効果が無視できない場合があることがわかり、その検討に時間を割く必要が生じたことである。本研究では、自転する恒星において現れる特異な構造を持つ固有振動モード、ロゼット・モードについて、その構成要因を理論的に詳細に調べ、また恒星物理学や星震学における意義を検討することを目的とする。平成28年度は、恒星振動が現実の星で励起される可能性を検討し、またモードが構成される場合に遠心力の果たす役割について検討した。さらに、赤色巨星でロゼット・モードが構成される可能性を検討するため、その土台となる漸近理論を展開した。平成27年度までの研究で、ロゼット・モードは、浮力が復元力としてはたらく低周波数領域において出現し、自転がなければ独立していた水平方向の振動パターンの異なる複数のモードが、周波数が近いためにコリオリ力によって相互作用することで生じるという機構が明らかになった。また、恒星進化計算に基づくモデルを用いて、ロゼット・モードが長周期振動B型星で励起される可能性を検討し始めた。平成28年度は、この励起問題の検討をさらに推し進め、恒星進化モデルの様々なパラメータの場合を検討し、HR図上のどの領域でロゼット・モードが現実に励起されうるかという計算を進めた。

一方で、これまでは自転の振動に及ぼす効果としては、コリオリ力だけを考えてきたが、詳細な数値計算との比較により、さほど周波数の低くない場合には、ロゼット・モードの構成には遠心力も影響するという示唆が得られた。そこで、遠心力の効果も摂動論として考慮するように定式化を拡張した。さらに、主系列星付近のみならず、より進化の進んだ赤色巨星においてもロゼット・モードが構成される可能性を検討した。これは、赤色巨星では中心密度の上昇にともなって、振動周波数のスペクトルが密になり、自転によるモード間の相互作用が起こりやすくなるからである。特に検討の土台として、赤色巨星の振動の漸近理論を詳細に展開した。遅れの原因は、計画立案時には考慮していなかった遠心力の効果が重要であることがわかったことである。このため、この効果を適切に考慮すべく、従来の解析を拡張し、解析的な計算方法(摂動論)で遠心力の効果を取り扱うことにした。ところが、この計算は(コリオリ力のみの場合に比べて)大変複雑になり、さらに先行研究の関連する計算結果との整合性を検討するのに予想以上に時間が掛かっている。本研究では、ロゼット・モードと呼ばれる、回転星の低周波数領域に現れる特殊な構造を持つ振動モードについて、その形成機構と性質を明らかにし、恒星物理において果たす役割を検討することを目的とする。平成29年度の成果は、まずは、ロゼット・モードの形成における遠心力の効果の評価である。数値計算との比較により、一部のロゼット・モードでは遠心力の影響と思われる性質が見られたため、摂動論を拡張して遠心力を考慮することにした。計算は複雑な解析計算であるが、ほぼ完了し、過去の研究との比較や検証を含め論文発表の準備を進めている。第二の成果は、非断熱効果を考慮した数値計算によって、早期型主系列星の一部においてロゼット・モードが励起されうることを示したことである。計算自体はほぼ完了しており、こちらも現在結果を論文としてまとめる準備を進めている。この他、恒星における振動と自転の相互作用という観点から、ケプラー探査機によって観測された回転星についての研究も実施し、論文として発表した。研究期間全体を通しての本研究の成果は、まず(1)ロゼット・モードの形成機構を解明したことである。すなわち、自転がない場合にほぼ縮退している角度構造の異なる複数のモードが、コリオリ力の2次の効果によって結びつくことで、ロゼット・モードの特異な構造が出現するというものである。次に(2)ロゼット・モードは軸対称なモードに限らず、非軸対称なモードでも出現しうることを示した。また(3)ロゼット・モードの構造は(水平方向の波長が短いという)漸近的な解析によっても再現できることがわかった。さらに(4)現実的な星において、ロゼット・モードが励起されうることもわかった。このように本研究により、ロゼット・モードのさまざまな性質が明らかになり、その恒星振動の物理における位置づけが明確になった。本研究の目的は、最近数値計算で発見された、自転する星のもつ特異な固有振動モード、ロゼット・モードの性質を理論的に調べることであった。主な成果は、(1)モード形成の物理機構の解明、および(2)現実の星における観測可能性を示したことである。まず、(1)については、自転のない場合に、非常に近い固有振動数を持つ複数のモードが、自転によって生じるコリオリ力の影響で相互作用することで、ロゼット・モードの特異な構造が出現すること示した。
多成分流体系の非平衡熱力学とその非平衡統計力学的基礎

多成分流体における輸送現象を記述する現象論について、非平衡熱力学の要請である保存則と不可逆性を基本として、多成分系の各成分の密度、流速(拡散流速)の発展方程式の一般的な形を求めた。その導出の詳細は、Miyazaki-Kitahara-Bedeauxの論文ならびに著書にまとめた。まず、多成分流体においては、内部エネルギーは保存量ではなく、流体運動に伴う運動エネルギーを加えた全エネルギーが保存量となることに注目し、エントロピーの独立変数として、全エネルギー、質量等で表現すると、自然は形で、中心速度、拡散速度が熱力学変数として、エントロピーの表式の中に入ってくる。エントロピーの微係数を示強パラメータとすると、線形応答として、粘性、熱伝導、拡散が、それぞれ流速勾配、温度勾配、相互摩擦抵抗の結果として表現される。可逆部分については、示強パラメータと反対称的な結合をする。上記の現象論はエントロピーを基礎としているので、ボルツマン-アインシュタインの原理に平衡状熊における揺らぎの確率分布を求めることができる。これを手がかりにして、さらに非平衡系における揺らぎに関する確率分布が従うべきマスター方程式を構成した。それに基づき、非平衡開放系の条件で化学振動する系における各化学成分の濃度揺らぎの空間相関の時間依存性を解析的に求め、モデル系に対する計算機シミュレーションとの比較を行った。揺らぎの空間相関もマクロな濃度振動に同期して振動することが分かった。上記の現象論的方法を基礎付けるために、多成分分子系の力学系の分布関数に対するリウビル方程式から出発して、分布関数に対する第ゼロ近似として、マクロな物理量によって表される局所平衡分布を用いると、可逆部分に対して確かに反対称な形式(時間反転対称性をもつ)が導かれることを示した。多成分流体系の熱力学的変数の発展方程式の可逆部分がシンプレクティックな構造をもっていることを微視的な力学から理解するために、分布関数の第ゼロ近似として局所平衡分布を導入した。局所平衡分布は、マクロな変数を通してのみ微視的変数によって記述される。そうすると、局所平衡分布から示強パラメータの関数としてエントロピーが定義される。マクロな変数の平均値(すなわち熱力学変数)が、局所平衡分布による平均値と等しいという条件から、示強パラメータは熱力学変数の関数となるこうして、熱力学変数の関数としてエントロピーが定義される。熱力学変数の時間微分を局所平衡分布で平均したところ、他の熱力学変数とのポアッソン括弧とハミルトニアンの積の平均値で表わされることが判明した。これに基づき、一般の流体方程式を導いたところ、熱力学を構成する際に用いた反対称行列とはことなる表現が得られた。すなわち、反対称性だけでは現象論の範囲では、発展方程式は一意的に決定されない、ということを意味する。現象論にあとどのような公理を導入すべきか、は残された問題である。本年は、多成分系として非平衡条件下に置かれた反応拡散系における揺らぎの計算を行った。すでに、定常状態においては、平衡状態には存在しない揺らぎの長距離相関が、非平衡状態で存在することが確かめられているが、その長距離相関が時間の関数としてどのように成長するかを、揺らぎを含めた流体方程式によって解析すると共に、計算器シミュレーションを行った。成長過程においては、流体方程式では特異的な関数形が現れるが、分子シミュレーションでは現われない。流体方程式は時間空間の小さい領域では正当化されないし、非平衡揺らぎに対して揺動散逸定理を仮定することに無理がある可能性がある。

まず、多成分流体においては、内部エネルギーは保存量ではなく、流体運動に伴う運動エネルギーを加えた全エネルギーが保存量となることに注目し、エントロピーの独立変数として、全エネルギー、質量等で表現すると、自然は形で、中心速度、拡散速度が熱力学変数として、エントロピーの表式の中に入ってくる。エントロピーの微係数を示強パラメータとすると、線形応答として、粘性、熱伝導、拡散が、それぞれ流速勾配、温度勾配、相互摩擦抵抗の結果として表現される。可逆部分については、示強パラメータと反対称的な結合をする。上記の現象論はエントロピーを基礎としているので、ボルツマン-アインシュタインの原理に平衡状態における揺らぎの確率分布を求めることができる。これを手がかりにして、さらに非平衡系における揺らぎに関する確率分布が従うべきマスター方程式を構成した。それに基づき、非平衡開放系の条件で化学振動する系における各化学成分の濃度揺らぎの空間相関の時間依存性を解析的に求め、モデル系に対する計算機シミュレーションとの比較を行った。揺らぎの空間相関もマクロな濃度振動に同期して振動することが分かった。上記の現象論的方法を基礎付けるために、多成分分子系の力学系の分布関数に対するリウビル方程式がら出発して、分布関数に対する第ゼロ近似として、マクロな物理量によって表される局所平衡分布を用いると、可逆部分に対して確かに反対称な形式(時間反転対称性をもつ)が導かれることを示した。
開腹術後痛に対する局所麻酔薬の鎮痛機序、筋毒性、創治癒への影響に関する研究

近年では、術前から抗凝固療法を行う患者が増えた。周術期の鎮痛目的で、硬膜外麻酔などの中枢神経系に近い部位を穿刺し局所麻酔薬を投与することを避け、より末梢で局所麻酔薬を投与することが増えてきた。末梢部位で局所麻酔作用を発揮するためには、比較的大量の局所麻酔薬を必要とするが、神経ブロックを目的とした局所麻酔薬の筋組織と創部修復に与える影響は明らかになっていない。本研究の目的は、筋切開部位に投与された局所麻酔薬の、炎症や組織修復に与える影響を調査することである。本研究ではラットを用いて、開腹時に創部周辺に局所麻酔薬を投与した際の筋組織の状態を評価した。麻酔下に腹部に長さ2センチの切開を作り、臨床的に広く用いられているロピバカイン、生理食塩水、切開のみの群にわけ、切開縫合5日後に腹部筋組織を光学顕微鏡で観察した。HE染色の結果は、5日後にはどの群も肉眼的に切開した筋組織は修復傾向にあった。0.75%ロピバカインの4日連続投与群では、0.25%ロピバカイン4日連続投与群、生理食塩水4日間連続投与群と比較して筋組織修復部位への炎症細胞が多い傾向がみられた。また、0.75%ロピバカイン1日投与群、0.25%ロピバカイン1日投与群、生理食塩水1日投与群では、筋層組織への炎症細胞の浸潤はあるものの、0.75%ロピバカイン4日投与群に比べて軽度であり、3群間で明らかな違いはなかった。平成30年度は、ロピバカインの投与濃度と投与回数に依存して、回復期にある炎症細胞浸潤の程度が変化することを確認した。これまで高濃度局所麻酔薬が正常筋組織に与える影響を調査した報告はあるが、筋損傷部位に局所麻酔薬を投与し、その影響を調査した報告はなかった。局所麻酔薬として、現在良く用いられているロピバカインを用いた。これに関しては、臨床に即した薬剤であったと考える。腹部切開部位への局所麻酔薬の投与により、ロピバカインの濃度と投与回数により炎症細胞の浸潤の傾向が異なることが明らかになった。これは平成30年度の成果であり、その点はおおむね順調に進展しているといえる。筋切開後には、炎症ー>増殖ー>組織修復の過程を経る。これまで切開した筋修復45日後の状態を調査してきたが、長期的な影響を評価するためには、7日10日後の腹部筋層の調査が必要である。現時点では炎症細胞の光学顕微鏡を用いた評価にとどまっている。炎症だけでなく、神経組織に与える局所麻酔薬の効果も免疫染色により調査する。周術期の鎮痛目的で、硬膜外麻酔などの中枢神経系に近い部位を穿刺し局所麻酔薬を投与すること避け、より末梢で局所麻酔薬を投与することが増えてきた。平成29年度はラットを用いて、開腹時に創部周辺に局所麻酔薬を投与した際の筋組織の状態を評価した。麻酔下に腹部に長さ2センチの切開を作り、臨床的に広く用いられているロピバカイン、ブピバカインと、生理食塩水、切開のみの群にわけ、切開縫合4日後に腹部筋組織を顕微鏡を用いて観察した。HE染色の結果は、4日後にはどの群も肉眼的に切開した筋組織は修復傾向(縫合されていた)にあった。切開のみにくらべ、ブピバカインとロピバカイン投与群では、筋組織修復部位への炎症細胞が多い傾向がみられた。また萎縮している筋組織が多い傾向にあった。一方、生理食塩水投与群でも、炎症細胞の浸潤がみられた。生理食塩水の投与に伴う機械的な筋組織の影響も除外できない。筋組織の萎縮については明確ではなかった。今後は、上記評価の定量化と、局所麻酔薬の濃度、投与期間の影響について調査する予定である。局所麻酔薬として、これまで頻用されきたブピバカインと、現在良く用いられているロピバカインを用いた。腹部切開部位への局所麻酔薬の投与により、炎症細胞の浸潤と筋組織の萎縮の傾向がみられた。これは当初の予定通りの進行であり、平成29年度は概ね順調に研究が進行した。

本研究ではラットを用いて、開腹時に創部周辺に局所麻酔薬を投与した際の筋組織の状態を評価した。麻酔下に腹部に長さ2センチの切開を作り、臨床的に広く用いられているロピバカイン、生理食塩水、切開のみの群にわけ、切開縫合5日後に腹部筋組織を光学顕微鏡で観察した。HE染色の結果は、5日後にはどの群も肉眼的に切開した筋組織は修復傾向にあった。0.75%ロピバカインの4日連続投与群では、0.25%ロピバカイン4日連続投与群、生理食塩水4日間連続投与群と比較して筋組織修復部位への炎症細胞が多い傾向がみられた。また、0.75%ロピバカイン1日投与群、0.25%ロピバカイン1日投与群、生理食塩水1日投与群では、筋層組織への炎症細胞の浸潤はあるものの、0.75%ロピバカイン4日投与群に比べて軽度であり、3群間で明らかな違いはなかった。平成30年度は、ロピバカインの投与濃度と投与回数に依存して、回復期にある炎症細胞浸潤の程度が変化することを確認した。これまで高濃度局所麻酔薬が正常筋組織に与える影響を調査した報告はあるが、筋損傷部位に局所麻酔薬を投与し、その影響を調査した報告はなかった。局所麻酔薬として、現在良く用いられているロピバカインを用いた。これに関しては、臨床に即した薬剤であったと考える。腹部切開部位への局所麻酔薬の投与により、ロピバカインの濃度と投与回数により炎症細胞の浸潤の傾向が異なることが明らかになった。これは平成30年度の成果であり、その点はおおむね順調に進展しているといえる。今後は平成29年度の結果の確認と、下記の研究を推進する。筋切開後には、炎症ー>増殖ー>組織修復の過程を経る。その過程にあたえる局所麻酔薬の影響の評価は今後の検討課題である。臨床的には創部への局所麻酔薬の持続投与が行われることがある。平成30年度は、局所麻酔薬の濃度と投与期間の影響を評価する。加えて、組織標本において、炎症の程度や、組織の再生について、別の手法を用いてその詳細な変化の様子を調査する筋切開後には、炎症ー>増殖ー>組織修復の過程を経る。これまで切開した筋修復45日後の状態を調査してきたが、長期的な影響を評価するためには、7日10日後の腹部筋層の調査が必要である。現時点では炎症細胞の光学顕微鏡を用いた評価にとどまっている。炎症だけでなく、神経組織に与える局所麻酔薬の効果も免疫染色により調査する。平成29年度は当初の予定より、動物の購入数を少なく抑えたため次年度使用額が生じた。次年度使用額は平成30年度請求額と合わせて、実験動物、染色抗体、薬剤の購入に使用する予定である。当初計画で見込んだよりも安価に研究が進んだため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、平成31年度請求額と合わせて使用する予定である。実験動物、抗体、薬剤の購入に充てる予定である。
高吸水性ポリマー電極の表面分析

顕微レーザーラマン分光法による研究では、まずラマン散乱強度の強いピリジンの水ジクロロエタン界面における吸着の測定を試みた。しかし、装置の感度不足または散乱強度不足のどちらか、またはどちらもが原因となり、シグナルは観測されていない。そこで、高吸水性ポリマーに吸収させたピリジン水溶液のラマン測定を、ポリマー表面、およびポリマー内部で行ったが、非常に弱いシグナルしか観測されなかった。また脂質2分子膜溶液をさまざまな表面に刷毛塗りし測定したが、未だ顕著なシグナルは観測できていない。装置の調整不足でS/N比が上がっていないのが一因であるのは確認できているので、感度の最適化が今後の課題である。吸水ポリマー電極を用いて、ナフト-15-クラウン-5によるアルカリ金属イオンの促進移動を調べた。有機相にはジクロロエタンとニトロベンゼンを用いた。その結果、ナトリウムは様々な濃度下で常に1:1錯体を形成し移動したが、カリウムはナフト-15-クラウン-5の濃度が高いと1:2錯体として、またカリウムイオン濃度が高いときには1:1錯体として移動していた。ECメカニズムを想定し決定した有機相中での錯体の安定度定数は、ナトリウムの1:1錯体に対しては5.0×10^6M^<-1>、カリウムの1:2錯体に対しては6.0×10^8M^<-2>という値が得られた。移動種の同定にエレクトロスプレーマススペクトル法を新たに導入し、イオン移動ボルタンメトリー法の結果と比較した。凍結電極を用い、各種4級アンモニウムイオンの凍結電解質溶液中へのイオン移動の熱力学量を決定し、それらの値を、水溶媒自身の水素結合によるネットワーク構造とイオンの水和とに関連付けて議論した。疎水性アニオンの脂質2分子膜を介した移動も研究し、疎水性アニオンと電解質イオンとのイオンペア-が2分子膜へ濃縮した後、それぞれのイオンが別々に反対相へ向かって移動するという新メカニズムを提案した。顕微レーザーラマン分光法による研究では、まずラマン散乱強度の強いピリジンの水|ジクロロエタン界面における吸着の測定を試みた。その結果、ナトリウムは様々な濃度下で常に1 : 1錯体を形成し移動したが、カリウムはナフト-15-クラウン-5の濃度が高いと1 : 2錯体として、またカリウムイオン濃度が高いときには1 : 1錯体として移動していた。ECメカニズムを想定し決定した有機相中での錯体の安定度定数は、ナトリウムの1 : 1錯体に対しては5.0×10^6M^<-1>、カリウムの1 : 2錯体に対しては6.0×10^8M^<-2>という値が得られた。

凍結電極を用い、各種4級アンモニウムイオンの凍結電解質溶液中へのイオン移動の熱力学量を決定し、それらの値を、水溶液自身の水素結合によるネットワーク構造とイオンの水和とに関連付けて議論した。疎水性アニオンの脂質2分子膜を介した移動も研究し、疎水性アニオンと電解質イオンとのイオンペア-が2分子膜へ濃縮した後、それぞれのイオンが別々に反対相へ向かって移動するという新メカニズムを提案した。
動作による感情表現の抽出とその応用に関する研究

感情情報取得を簡略化するための動作解析手法を開発した。これと並行して、感情抽出の主観評価実験で得られた感情分類に関する知見をもとに、動作から感情を抽出するアルゴリズムの開発も行った。以上のアルゴリズムをもとに、身体的動作から直感的にメディアをハンドリングできる感性的インタラクティブ・インタフェースを構築した。以下に、それぞれの研究について記す。1.動作解析手法の開発人物映像から映像処理で身体部位を抽出し、その部分を長時間追跡する人物部位追跡手法を開発した。映像処理では、人物シルエット画像へのスケルトン処理で得られた人物骨格成分に対してハブ変換を施して、各部位を直線パラメータで表現している。各部位の追跡処理では、この直線パラメータをカルマンフィルタで、追跡することにより、ノイズや隠蔽に頑健な各部位の検出・追跡を実現した。2.動作から感情抽出するアルゴリズムの開発身体動作と感情表現の関係付けることにより,身体動作から感情表現を抽出するアルゴリズムを開発した。処理は、高次SVDで学習した各感情に共通した要因を動作からの感情抽出処理に用いることを基本としている。「怒り」「喜び」「悲しみ」「恐怖」「驚き」「嫌悪」の基本6感情に対して、提案のアルゴリズムを適応したところ、それぞれの感情を区別化できる結果を得ることができた。2.感性的インタラクティブ・インタフェースの構築と評価上記の感情抽出アルゴリズムを用いることにより、モーションキャプチャデータから感情を抽出して、メディア表現をハンドリングできる感性的インタラクティブ・インタフェースを構築した。このインタフェースは、商用ツールである'Touch Designer'に感情抽出フィルターを組み込むことにより実現している。これにより、プログラミング知識のないメディアクリエータでも直感的にGUI環境におけるアイコンを操作してメディアハンドリングできるようになり、創造性を阻害することなく新しいメディア芸術的なコンテンツを制作できる環境を提供した。開発したインタフェースの評価実験では、身体動作からの感情表現を簡単な操作で可視化するするアプリケーションを制作し、国際会議で発表して好評を博した。感性情報との整合性に着目した新たな動作解析手法を開発することを目的に、本年度は1.動作解析手法の開発、2.感情抽出のための基礎データ収集と解析、および、3.感性的身体動作を基にしたヒューマンインタフェースの開発準備、の項目について研究を実施した。2.感情抽出のための基礎データ収集と解析基礎データ収集のため、基本6感情を複数人の演者に日常的な場面を想定して演じて貰い、それらのビデオ映像を題材として心理評価による感情推定を行い、感情の伝達性の良いデータを簡易な画像処理により解析した。心理評価の結果、「喜び」は「悲しみ」と対極となる相対的な軸を構成した以外、各感情が比較的、分離できることが示された。実験データをシルエット画像化し、2次元の特徴解析から得られた動作特徴量と心理評価を比較したところ、相関性が存在することを確認できた。これより、映像処理による身体動作の解析より感情が抽出できる可能性を示すことができた。3.感性的身体動作を基にしたヒューマンインタフェースの開発準備感性的身体動作から楽音を生成するインタラクティブなヒューマンインタフェースの開発を通して、ダイレクトなインタラクションの実現を目指して、システム設計を行った。前年度の感情抽出の主観評価実験で得られた感情分類に関する知見をもとに、動作から感情を抽出するアルゴリズムの開発を行った。この感性的認識アルゴリズムをもとに、身体的動作から直感的にメディアをハンドリングできる感性的インタラクティブ・インタフェースを構築した。

以下に、今年度に実施した研究について記す。1.動作から感情抽出するアルゴリズムの開発身体動作と感情表現の関係付けることにより,身体動作から感情表現を抽出するアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムは,人間の動作とその動作に付随する感情表現を対としたデータ群を感性情報処理で解析を通じてその関係性を明らかにするものである。この処理は、高次SVDで学習した各感情に共通した要因を動作からの感情抽出処理に用いることを基本としている。「怒り」「喜び」「悲しみ」「恐怖」「驚き」「嫌悪」の基本6感情に対して、提案のアルゴリズムを適応したところ、それぞれの感情を区別化できる結果を得ることができた。2.感性的インタラクティブ・インタフェースの構築と評価上記の感情抽出アルゴリズムを用いることにより、モーションキャプチャデータから感情を抽出して、メディア表現をハンドリングできる感性的インタラクティブ・インタフェースを構築した。このインタフェースは、商用ツールである'TouchDesigner'に感情抽出フィルターを組み込むことにより実現している。これにより、プログラミング知識のないメディアクリエータでも直感的にGUI環境におけるアイコンを操作してメディアハンドリングできるようになり、創造性を阻害することなく新しいメディア芸術的なコンテンツを制作できる環境を提供した。開発したインタフェースの評価実験では、身体動作からの感情表現を簡単な操作で可視化するするアプリケーションを制作し、国際会議で発表して好評を博した。
侵入型規則固溶原子によるFCC規則構造の強化機構の理解

侵入型溶質原子による固溶強化機構の体系的な理解を目標に掲げ、第一歩として面心立方(FCC)格子の体心にあたる八面体隙間に侵入型炭素原子が規則固溶するE21型金属間化合物における固溶強化機構の理解を本研究の目的とした。浮遊帯域溶融法による一方向凝固を用いて種々の炭素濃度とNi-Al組成比を持つE21型Ni3AlCおよびL12型Ni3Alの単結晶合金を作製し、主にナノインデンテーションを用いて局所的な弾塑性変形挙動を調べた。炭素濃度だけでなくAl-rich側の非化学量論組成が固溶強化に及ぼす影響が大きいこと、結晶方位依存性は顕著ではないことなどを見いだした。塑性変形開始に対応して荷重ー変位(P-h)曲線に不連続なバースト変位が発現するPop-in挙動を解析し、臨界荷重Pcと変位Δhから転位の挙動を考察した。弾性域で蓄積され塑性変形により解放される弾性エネルギーの大きさをPcは表し、その応答として急激に増殖する転位の密度と易動度がΔhに反映される。約3%の圧縮変形で予め可動転位を導入した試料に同じ荷重軸でナノインデンテーションを行うと、転位の増殖は必要ないためPop-inは抑制され、塑性変形が徐々に進行することを明確にした。PcとΔhは炭素濃度によらず同じ傾きの直線関係を示すが、炭素濃度が高いほどNi3AlCのPcとΔhは大きくなる。侵入型炭素原子により塑性変形に必要な応力に相当するPcは上昇するが、その分に見合った大きなΔhが得られることから転位の密度や易動度に及ぼす影響は大きくないと考えられる。一方、Al-rich組成では同等のPcで比べるとΔhが小さくなるため、転位の増殖が困難かつ転位の易動度が低くなることが示唆される。炭素と空孔サイトが規則化するE21型Co3AlC0.5単結晶合金と比較して、Pop-in挙動の解析、変形組織の観察と解析を行って理解を深めた。本研究では侵入型溶質原子による固溶強化機構の体系的な理解を最終ゴールに据え、第一歩として、稠密構造である面心立方FCC基調のE21型規則構造の金属間化合物に着目し、特定の格子位置に規則固溶する侵入型炭素原子に起因する固溶強化機構を解明することを本研究の目的としている。浮遊帯域溶融法の一方向凝固を用いて作製したL12 Ni3AlとE21 Ni3AlCの単結晶合金に対してナノインデンテーション試験を行い、ヤング率とナノ硬さの合金組成ならびに結晶方位の依存性を測定した。また、荷重ー変位(P-h)曲線に不連続なバースト変位として発現するpop-inの挙動を解析して、臨界荷重Pcとバースト変位Δhの関係を整理した。ここでPcは塑性変形の開始に必要な転位の生成または増殖、Δhは転位の密度または易動度に関連している。Ni3AlとNi3AlCのいずれにおいても、Ni-richあるいはAl-richの組成(非化学量論組成)が機械的性質に影響を及ぼすことが知られている。マイクロビッカース硬さ評価では化学量論組成からNiまたはAl濃度が離れるほど、また炭素濃度が高くなるほど硬さが上昇する傾向が観察できるが、ナノインデンテーションによるナノ硬さ評価では同様の傾向が顕著には現れないことが分かった。塑性変形開始に相当すると考えられるPcの値に関しては明瞭な組成依存性が観察されなかった。ここでpop-in挙動は転位の生成または増殖という偶発的なイベントに対応しているためPcとΔhの値には大きなバラツキが見られる。Pcは蓄えられた弾性エネルギーの大小を意味するので、PcとΔhが比例関係にあることから、解放された弾性エネルギーの大小に応じて活動する転位の密度あるいは易動度がΔhとして反映されていると解釈できる。また、(001)と(123)で比較した限りにおいて明瞭な結晶方位依存性は確認されなかった。研究実績の概要で述べているとおり、当初の研究計画で中心に据えていたL12 Ni3AlとE21 Ni3AlCに関する実験を進めており、今後の推進方策を具体的に計画できている。侵入型溶質固溶元素が塑性変形に及ぼす影響を解析して固溶強化機構を理解することを目標に掲げているが、これは極めて難しいチャレンジであり、実際に研究を進めるなかで予想以上の難易度が具体的に分かってきた。そこで、置換型溶質固溶元素が規則構造の空孔サイトを占有できる合金系として、ハーフホイスラーZrNiSnとホイスラーZrNi2Snを候補材料として選択し、同様のナノインデンテーション試験を行って効果的に比較検討を進めている。主要合金系のL12 Ni3AlとE21 Ni3AlC、比較合金系のZrNiSnとホイスラーZrNi2Sn、それぞれの実験結果の進捗を俯瞰的な視点で議論できる場として、7月に北海道大学で開催されるナノインデンテーションに関する国際会議に参加することにしている。研究協力者である大学院生2名が、それぞれの合金系についてポスター発表(計2件)を申し込んでいる。以上の理由から、概ね順調に研究を推進できていると判断している。

浮遊帯域溶融法による一方向凝固を用いて種々の炭素濃度とNi-Al組成比を持つE21型Ni3AlCおよびL12型Ni3Alの単結晶合金を作製し、主にナノインデンテーションを用いて局所的な弾塑性変形挙動を調べた。炭素濃度だけでなくAl-rich側の非化学量論組成が固溶強化に及ぼす影響が大きいこと、結晶方位依存性は顕著ではないことなどを見いだした。塑性変形開始に対応して荷重ー変位(P-h)曲線に不連続なバースト変位が発現するPop-in挙動を解析し、臨界荷重Pcと変位Δhから転位の挙動を考察した。弾性域で蓄積され塑性変形により解放される弾性エネルギーの大きさをPcは表し、その応答として急激に増殖する転位の密度と易動度がΔhに反映される。約3%の圧縮変形で予め可動転位を導入した試料に同じ荷重軸でナノインデンテーションを行うと、転位の増殖は必要ないためPop-inは抑制され、塑性変形が徐々に進行することを明確にした。PcとΔhは炭素濃度によらず同じ傾きの直線関係を示すが、炭素濃度が高いほどNi3AlCのPcとΔhは大きくなる。侵入型炭素原子により塑性変形に必要な応力に相当するPcは上昇するが、その分に見合った大きなΔhが得られることから転位の密度や易動度に及ぼす影響は大きくないと考えられる。一方、Al-rich組成では同等のPcで比べるとΔhが小さくなるため、転位の増殖が困難かつ転位の易動度が低くなることが示唆される。炭素と空孔サイトが規則化するE21型Co3AlC0.5単結晶合金と比較して、Pop-in挙動の解析、変形組織の観察と解析を行って理解を深めた。本研究で設定した主要合金系のL12 Ni3AlとE21 Ni3AlC、比較合金系のZrNiSnとホイスラーZrNi2Sn、それぞれに対してナノインデンテーション試験を実施することにより、pop-in挙動の解析から整理したPcとΔhの関係を考察し、塑性変形開始に必要な応力と転位の生成または増殖の関連性の理解に努めているところである。さらに塑性変形挙動を理解するためには、実際に活動しているすべり系を特定することが必須であると考えられる。そこで透過型電子顕微鏡(TEM)を用いてナノインデンテーション後の変形組織の観察を行う。ナノインデンテーションによる圧痕直下の変形組織を観察するためには、通常ではFIB(Focused ion beam)加工によって圧子の押し込み方向に平行な試料断面を薄膜化してTEM観察に供する。この方法では観察領域が狭く限定されるため難易度が高い。そこで確実に変形組織を観察する手法として、板状試料の片面にナノインデンテーションまたはMicro-Vickersの圧痕を複数導入し、反対側の面から研磨してTEM薄膜を作製することを試みる。ナノインデンテーションの第一人者である物質・材料研究機構の研究者に研究協力者として、本研究課題のこれまでの成果に関するディスカッションをしてもらった。一方、米国オークリッジ国立研究所においてナノインデンテーションの著名な実績を有する研究者、米国ペンシルバニア大学における金属間化合物の機械特性に関する権威である教授の先生、研究代表者の3名が一堂に会して、本研究課題(その着想となった研究成果を含める)に関する専門性の高いディスカッションを行う機会を持った。興味深い研究課題であるという認識で一致し、将来的にオークリッジ国立研究所の研究者と一緒に共同研究として発展させる方向で積極的な検討を進めている。
ツメガエル胚動物半球における背腹軸決定と中胚葉分化の分子機構

申請者はこれまでに8細胞期のツメガエル動物半球分離割球のアクチビン応答能に背腹の差があることを報告しており、この応答能の勾配が体軸の決定に関与していると考えている。これを形成する分子の実態は明らかでないが、昨年度の研究で、割球間の勾配は塩化リチウムによる背側化処理で変更しうる可塑的な現象であることがわかっていた。8細胞期分離割球を用いたアッセイは、通常のアニマルキャップアッセイでは不可能な、予定中胚葉領域の解析を行いうることに特徴がある。本年度は、分離割球をアクチビンと塩化リチウムで処理し、背腹の分子マーカー(筋actin,gsc,Xbra,Xwnt-8)の発現がどのように変化するかを調べた。第一の結果は、動物半球の割球をリチウムで処理しただけで背側(原口背唇部)のマーカーであるgscが著しく発現したことである。通常のアニマルキャップアッセイでは、gscはアクチビンによる誘導によって発現し、リチウムでは誘導されない。この結果は、予定中胚葉細胞においてgscが背側化に応答して発現することを示唆している。これが事実であるなら、従来中胚葉誘導作用によって発現するとされいたgscは、アクチビンのもつ背側化の作用によって引き起こすされていた可能性が考えられる。第二の結果は、動物半球の割球で分化する中胚葉の種類が、アクチビンの濃度のみならず処理の時期に応じて変化することである。MBT以前に処理すると背側中胚葉が、それ以降では腹側中胚葉が優先的に分化した。この実験では全く同じ細胞集団でのgsc,Xwnt-8,Xbraの発現量の変化が調べられ、単なる「応答能の喪失」では説明できない、MBT以前での積極的な背側化が示された。以上の結果は、胚においてアクチビンが初期の背側決定因子として機能しうること、及び背腹軸決定に誘導のタイミングが関与していることを示唆している。
気管いびき音モニターによる小児の睡眠呼吸障害スクリーニング法の開発と検証

本研究の目的は、本人も家族も気づかない睡眠呼吸障害が原因で起こる衝動性、注意力不足、学習障害、発育不良、夜尿症等の症状を呈する小児の睡眠呼吸障害を発見・治療することにより、心身の健康を取り戻し、親子関係を明るいものに変え、学校教育における指導上の困難を軽減することで、それらの小児と家族が生き生きと生活ができる明るい未来と幸せの実現を目指す。本目的のため、小児への負担を軽減した精度の高い睡眠呼吸障害判定検査機器(気管いびき音モニター)を準備し、本研究では、小児の集団レベルでの睡眠呼吸障害の有病率を明らかにし、見過ごされている睡眠呼吸障害に対して適切な治療を進めることで、これまで世界的に把握できていなかった一般集団(保育所、幼稚園、小学校)における小児の睡眠呼吸障害の実態を解明し、睡眠呼吸障害が原因で起こる健康障害、学習障害、問題行動等を改善することを目標とする。治療を要するにもかかわらず見過ごされている小児の睡眠呼吸障害が早期発見・治療へとつながり、睡眠呼吸障害に起因する学習障害や問題行動が改善することで、それらの子ども達と家族をはじめ周囲の人々の未来が好転すると確信する。そこで、簡易に睡眠呼吸障害を検出する機器を作成・準備した。某小学校小学1年生と2年生全員を対象に本機器および質問票を用いて睡眠呼吸障害を検出し、近隣の医療機関へ受診勧奨を行う体制を構築した。平成30年度中には、82名の小学生が登録され、これまでの調査結果を集計し、フィードバックを行っている。また、現在、順天堂学耳鼻科をはじめとする専門医療機関にて診察を受けるように勧奨中である。平成30年度までに、研究倫理審査を受け承認を得た。また、小児の睡眠呼吸障害を検出する機器を準備し、予備的測定を行った。以上の経過より小児の家庭で行うに際しての問題点の抽出と対応手法を策定した。その際、安全かつ精確な機器の使用と測定を目的として説明文書を作成した。また、対象となる小学校と協力関係を構築し、教員および保護者に対して本調査に関する情報提供を行った。某小学校小学1年生と2年生全員を対象に本機器および質問票を用いて睡眠呼吸障害を検出した。平成30年度中には、82名の小学生が登録され、これまでの調査結果を集計した。現在、フィードバックを行っている。また、現在、順天堂学耳鼻科をはじめとする専門医療機関にて診察を受けるように勧奨中で、必要に応じて、PSG検査等の精密検査を実施し、適切な治療を行う予定である。要精密検査と判定された小児については、順天堂学耳鼻科をはじめとする専門医療機関にて診察を受けるように勧奨し、PSG検査等の精密検査を実施する予定である。睡眠呼吸障害を有する患児は、扁桃切除やアレルギー性鼻炎などの抗アレルギー薬投与、持続的気道陽圧換気療法(CPAP)など適切な治療を行う予定である。さらに、治療後にSDBとADHD様の行動障害について、再評価を行う。本調査の結果から一般集団における小児のSDBの有病率、SDBとADHD様の行動障害との関連を分析する。また、SDBおよび行動障害とが、上記の治療により改善するかどうかを明らかにする予定である。また、症例数を確保するため、別のフィールドについても同様の調査を行うことが可能かどうか検討中である平成29年度は、福岡病院に保管されていた過去の小児データ(PSGと同時計測の終夜気管音)を解析することにより、新装置のデータの解析方法の開発を試みた。開発群として福岡病院で2012年から2013年の2年間の間に、睡眠呼吸障害が疑われ診断目的のPSGが実施された410歳の患児48名のデータを用いた。また、妥当性検証群として福岡病院で2017年に、睡眠呼吸障害が疑われ診断目的のPSGが実施された412歳の患児35名のデータを用いた。気管音自動解析方法の開発として、開発群48名の睡眠ポリグラフを各1時間の区間に分割し、合計432区間について、PSG目視判定の無呼吸低呼吸数(AH)と、気管音自動解析による気管音変動回数(TS-RD)を求めた。この際、TS-RDとAHの相関が最も良好になるようにTSーRD検出のためのパラメータを最適化した。また妥当性検証群での検討として、上記で決定した自動解析方法を適用し、TS-RDI(検査時間1時間当たりのTS-RD回数)を求め、PSG目視解析によるAHIと比較した。また気管音のサウンドスペクトログラム画像の目視解析を行い、目視解析による診断能の向上が見込まれるかを検討した。その結果、小児では、検査中の覚醒時の発声(会話)、体動などの影響が大きく、それを除外しないと診断は困難であることが明らかになった。目視判定では上記の問題をかなり克服できるが、習熟が必要な点で一般化に問題がある。そこで我々は、次のステップとして、福岡病院で蓄積された症例数が多い成人で数万枚の気管音画像(各1分画像)を人工知能に学習させ、その結果生成されたニューラルネットワークで判別させたところ、睡眠・覚醒は92%の精度で判別できること、会話、体動、閉塞性無呼吸、低呼吸、いびきなども同等の精度で判別できることが明らかになった。平成29年度は、調査票により抽出された小学生対象に、新しく開発された気管音記録装置を用いて測定を行い、同時計測する標準的診断検査方法(睡眠ポリグラフ;PSG)の結果と比較検討し、新装置の解析アルゴリズムを確定する予定であった。