hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼児・児童における道具操作の方略に関する理解と運動パフォーマンスとの関連

年長児から小学校1年生までの就学期の子どもたち140名のデータ収集を終え、道具操作の効果的な支援・指導法の開発に資する興味深い結果を得ることができた。現在は平成27年度の研究テーマに沿って、データ収集に着手している。発達心理学、臨床心理学、特別支援教育平成27年度は申請書の計画に従い、ハサミ操作に特化した具体的な方略についての子どもの理解を調べ、実際の運動パフォーマンスとの関連を解析する予定である。具体的には、非利き手の動かし方や両手の協調の仕方、身体を支持する点の多寡などについて尋ねることにしている。
英国国会議事堂に関するデザイン史的研究-A・W・N・ピュージンと「英国性」の表現

本研究は、英国国会議事堂のゴシック・リヴァイヴァル様式のデザインに焦点を当てることで、従来十分に検討されてきたとは言えない問題--なぜ19世紀の英国においてゴシック・デザインが「英国性」の表現として認知され得たのか--を掘り下げて探求したものである。本年度は、昨年度に引き続き主として英国国会議事堂のデザインに見出される「英国性」の表現、およびゴシック主義者ピュージンが英国国会議事堂の建設に果した実際の役割について検討を行い、研究成果の発表に努めた。本研究課題では、古典主義的な平面と外形・輪郭を維持しながら、その外壁面をゴシック装飾で覆うという英国国会議事堂の「特異なゴシック」に注目し、「なぜ19世紀の英国においてゴシック様式が『英国性』の表現として認知され得たのか」という、従来十分に検討されてきたとは言えない問題を掘り下げている。平成16年度は、特に本研究課題を遂行するうえで必要不可欠な一次資料、視覚資料を、(1)英国国会議事堂の設計競技の条件としての「英国性」の表現について、(2)英国国会議事堂の代表的な設計競技案のゴシック・デザインについて、(3)ゴシック主義者ピュージンが英国国会議事堂の実現に果した実際の役割について、の三つの観点に注目しながら収集、整理した。具体的には、大英図書館貴重書部門、国立公文書館、英国国会議事堂公文書室、ヴィクトリア・アンド・アルバート美術館、等に所蔵されている英国国会議事堂およびA・W・N・ピュージン関連の一次資料の収集を行うとともに、それらの検討・考察を進めた。また、18,19、20世紀英国におけるゴシック様式の建築事例の図版を作成するとともに、それとの比較対象としてヨーロッパ大陸におけるゴシック建築事例に注目し、フランスのゴシック・リヴァイヴァルに関する資料収集、図版作成も並行して行った。平成16年度中に本研究課題において得られた知見は、平成17年11月に台湾、國立雲林科技大學を会場に開催される国際デザイン会議(2005IDC)において発表する予定(第一次審査通過済み)である。この発表では、英国国会議事堂に具現したゴシック・リヴァイヴァルを古典主義VSゴシックの19世紀英国における「様式戦争」下にあって中道的な傾向と位置付け、多様な様式を「囚われることのない自由の精神」に基づいて混合、併用する建築芸術における「英国性」の所産として論証する。
少数原子クラスター内包系のスピン・構造状態制御による物性発現機構の理論的解明

少数の金属原子からなるサブナノおよびナノクラスター等の擬縮重多電子系の電子状態に由来する磁性、伝導性、光物性及び触媒特性の構造と物性の相関関係を第一原理量子化学計算に立脚した手法により、物性の発現機構とそれらの物性発現に向けた作業仮説の確立を目指して研究を行った。その結果、金などの複合ナノクラスターの触媒特性における電荷分極の重要性、多核金クラスター錯体における光吸収発光特性の解明と高効率化に向けた作業仮説、そして大きな多核金属錯体の零磁場分裂定数D値の小さなモデルクラスターを用いた算出方法などの有用な情報を理論計算から得ることに成功した。有限個の原子から構成される巨大分子、複核の金属錯体やシングルナノサイズ以下のクラスター等の系では、バルク固体とは異なる擬縮重した電子状態に由来する開殻電子が誘起する電荷分極やスピン分極が物性発現に非常に重要な役割を果たす。その代表例が磁気的な性質であるが、この磁性を発現する電子状態が光学特性、電気伝導性や化学反応性に影響を与えて、特異な物性が発現することがある。このような特性は、それらの系に含まれる原子数の増滅や立体構造の変化により大きく変化させることが可能となることが予想される。しかしながら、具体的な構造と物性の関連性は、明らかになっていない。そこで我々は、第一原理計算等によりこのようなシングルナノサイズ以下の実在系及びモデル系を系統的に解析し、擬縮重した電子状態に連動する物性発現機構を理論的に解明する。特にそれら諸物性が、配位子やイオンなどの存在による化学的圧力や系に含まれる多核金属原子集合体等の立体構造や構成する原子数の変化によりどのように変化するかについて詳細に検討する。また、対象となる物質系を単に有機、無機材料や金属、非金属という元素由来の分類学ではなく、より根源的な擬縮重する電子状態に由来する物性発現機構の理解という観点から俯瞰的にとらえ、第一原理的な理論計算等により得られる情報から対象系の物性・機能の合理的な解釈を試みるものである。このような概念形成は、ボトムアップで新規機能性物質を構築していくための礎になると考えられる。有限個数の原子から構成される巨大分子、複核の金属錯体やシングルナノサイズ以下のクラスターなどの系では、バルク固体とは異なる擬縮重した電子状態に由来する開殻電子が誘起する電荷分極やスピン分極が物性発現に非常に重要な役割を果たす。その代用例が磁気的な性質であるが、この磁性が発現する電子状態が光学特性、電気伝導性や化学反応性に影響を与えて、特異な物性が発現することがある。このような特性は、それらの系に含まれレル原子数の増減や立体構造の変化により大きく変化させることが可能であることが予想される。しかしながら具体的な構造と物性の関連性は、明らかになっていない。全体の研究成果として、多核金クラスターの金クラスター錯体の有する光吸収発光特性の構造とと波長の相関関係を解明し、その発光特性の変化を量子力学計算から明らかとするとともに、Mn多核クラスターの磁気異方性及び開殻電子系材料の電気伝導性と構造の相関関係を明らかにすることに成功した。このような特性は、それらの系に含まれる原子数の増減や立体構造の変化により大きく変化させることが可能となることが予想される。本年度は、Pd(dmit)系の磁気的相互作用に振電相互作用が大変重要な役割を果たしていることを明らかにしたとともに、2Fe-2Sフェロドキシン活性中心ノ電子状態がクラスター回りの残基の形成する水素結合ネットワークに大きく支配されることも明らかにした。さらに多核金クラスター錯体の吸収発光スペクトルの構造による変化を系統的に考察し、電子状態を検討するための基礎的データを収集することに成功した。グラフェン上への酸素吸着、多核金クラスター錯体の光吸収などの理論計算において、成果が上がりつつ有り、おおむね順調である。25年度が最終年度であるため、記入しない。

多核金クラスター錯体の光吸収などの理論計算において、成果が上がりつつ有るとともに、他の金属含有系においても成果を得つつ有り、おおむね順調である。次年度には,さらなる大規模系への展開も見据えて主メモリーの搭載量の大きなマルチコアcpu搭載の計算機を購入し、実在系への展開を促進させる。25年度が最終年度であるため、記入しない。次年度には,さらなる大規模系への展開もはかり、実在系の多角金属クラスターの有する電子状態と物性発現機構の相関の解明をさらに深化させる。特に、金クラスター錯体での13核クラスターなどの吸収発光スペクトルの発現機構の解明と、グラフェン上での酸素吸着による伝導性変化の機構を解明する。
交感神経系の成立機構と交感神経-血管とのインターフェース

動物成体において自律神経系および内分泌器官は体内恒常性維持を担う中心ユニットとして認識されている。しかし、これらの機能ユニットが発生時期にどのように作られるのかに関する理解は進んでいない。代表者はこれまでの独自先行研究をもとに、発生期における交感神経(自律神経)と副腎髄質(内分泌組織)の運命分岐機構、副腎皮質と生殖腺の細胞起源の問題、生殖腺形成機構の解明に取り組み、交感神経と副腎髄質の運命分岐にCv-2遺伝子が関わること、副腎皮質と生殖腺の起源が異なること、さらに、生殖腺形成のトリガーがShh遺伝子によって担われることを見出し、それぞれの成果は論文報告済み、あるいは論文投稿済みの状態である。交感神経系(交感神経と副腎)およびそれによって機能調節される血管系は恒常性維持の中心を担うユニットである。本研究では個体発生における交感神経系の成り立ちと、交感神経-血管の間にはたらく相互作用の確立機構を理解することを目的としている。具体的には、1共通前駆細胞(Neural crest細胞:以下、NC細胞)から生じる交換神経と副腎髄質の分岐および形成機構、2副腎が作られる際の皮質-髄質の合体と両者にはたらく相互作用の実体、3交感神経-血管インターフェースの成立機構の解明を目指してきた。NC細胞から交感神経と副腎髄質を分岐させるきっかけがBMPシグナルの活性化度合いの差(交換神経ではBMPシグナルが負に、副腎ではBMPシグナルが正に制御される)、BMPスイッチと名付けた機構によって制御されていることがこれまでに分かっていた(1に関連する研究)。当該年度はこのBMPシグナルの上流に、Crossveinless-2(Cv-2)がはたらくことを見出した。その詳細は、Cv-2が交感神経-髄質系のNC細胞においては負のBMPシグナル制御因子としてはたらき、交感神経で特異的に発現することでBMPシグナル活性化の差を生み出すことがわかった。また、2の解析として、副腎皮質の由来を解析した。副腎皮質は、同様にステロイドホルモンを合成分泌する器官である生殖腺と共通の細胞から生み出されると考えられてきた。しかしながら私の細胞系譜解析の結果、副腎皮質と生殖腺の由来は異なることがわかってきた。これにより、より正確に副腎皮質への遺伝子導入が可能となる。代表者は副腎の発生学的な成り立ちを理解するためにこの内分泌器官の形成機構を研究してきた。これまでに、副腎髄質については神経堤細胞に由来することが知られていたものの、副腎皮質の由来については諸説あるが結論には至っていなかった。当該年度、代表者はトリ胚を用いた細胞ラベル実験から、副腎皮質が体腔上皮に由来することを見出した。また、生殖腺も副腎皮質同様にステロイド合成系の内分泌器官であり、副腎皮質と共通の由来をもつことが過去の先行研究から示唆されていたが、代表者の今回の解析により、生殖腺も体腔上皮から由来するものの、副腎皮質は異なる区画から由来することがわかった。本研究から、これまで謎であった皮質の由来を突き止めることができたが、それに伴って今後皮質への遺伝子操作実験が可能となった。副腎形成機構の更なる発展に寄与する知見となった。一方で、生殖腺の解析も合わせて進めていた。結果として、内胚葉から分泌されるソニックヘッジホッグタンパク質が体腔上皮に作用することがトリガーとなり、生殖腺の分化が始まることを見出した。前半の副腎皮質の由来については、Development, Growth, and Differentiation誌に筆頭著者として投稿済み、後半の生殖腺の形成機構についてはNature Communications誌に最終責任著者として投稿済みであり、それぞれリバイス作業中である。どちらも繰越期間中の掲載を目指している。H27年度中に遺伝子導入条件の再検討が必要となり、H28年度に繰越ししての研究計画となってはいるが、副腎皮質の由来も決定したこともあり、その後は順調に研究が進捗している。本年度解析を進めた仕事の一つは、副腎皮質と生殖腺の発生学的な由来についてである。ニワトリ胚を用いた細胞系譜解析を行った。結果として、生殖腺はHHステージ13の体腔上皮に由来し、特にこの時期二層の上皮である体腔上皮の体腔に面した上層から由来することを明らかにした。一方、副腎皮質はその上層上皮からは由来しないこと、おそらくはその下層の上皮に由来する可能を見出した。これまで副腎皮質と生殖腺は同一の発生学的な由来を持つと考えられていたが、体腔形成が起こるごく早い発生段階においてすでに副腎皮質と生殖腺の予定細胞は領域的に分かれていることがわかった。こちらの仕事は再投稿中である。本年度行ったもう一つの仕事は、ソニックヘッジホッグによる生殖腺誘導の解析である。前年度、代表者はこちらの成果内容をNature Communications誌へ投稿していた。本年度は査読者らのコメントに従い、追加実験と論文内容の変更を進めてきた。追加した解析は、ソニックヘッジホッグ、その阻害因子、BMP4、Nogginを体腔上皮に強制発現した際の生殖細胞の数の変化についてであり、ソニックヘッジホッグおよびBMP4を強制発現させると生殖細胞数が増加し、一方でこれらシグナルの阻害因子を強制発現させると生殖細胞数が減少することを見出している。これにより全体の内容として、内胚葉で発現するソニックヘッジホッグが体腔上皮に作用し、BMPシグナルを介しながら生殖腺の誘導(生殖細胞の誘引も行う)を行うことが明らかとなっている。この仕事内容はNature Communications誌に掲載された。

本研究内容に関連する論文をNature Communications誌に掲載させることに成功し、残り1報に関しても掲載に向けて順調に進んでいるため。本年度は副腎皮質と生殖腺の分化機構に関する研究を展開した。まず、副腎皮質と生殖腺の起源に迫る研究に関しては論文をDGD誌に再投稿の状況に達することができた。査読者から、副腎皮質が体腔の深層部層から由来することに関し、細胞ラベルの照会を受けたことから、体腔深層部の細胞ラベリングの再検討を行った。結果として、本ラベリング法では体腔深層部もラベルできるが、他に血管と内胚葉も同時にラベルことがわかった。これを受け、血管だけをラベルする実験系を追加して、副腎皮質が血管からは由来しないことを確認した。査読者からのコメントとして他に、体腔上皮が深層部と表層部に分かれる時期についての照会があった。これを受け、体腔の発生過程を再度精査し、結果としてニワトリ胚においては体腔が形成される前の段階である16体節期の体節23レベルの体軸において、体腔上皮が二層に分かれておらず、未熟な単層上皮であることを明らかにした。これらのデータを追加した論文を再投稿中である。新たなデータを追加できたので、「副腎皮質と生殖腺の共通前駆細胞が存在する時期」および「副腎が体腔深層部に由来する可能性」について議論を深めることができた。他に、内胚葉から分泌されるヘッジホッグによる副腎皮質の発生について解析を進めた。ヘッジホッグの阻害因子である分泌型HIPを強制発現させることにより、副腎皮質分化におけるヘッジホッグシグナルの必要性について検証した。結果として、副腎皮質は正常に発生することがわかった。これにより、副腎皮質の分化はヘッジホッグシグナルに依存しない系に制御されている可能性が示された。この結果は、ヘッジホッグシグナルにより発生が開始される生殖腺とは対照的な結果となった。動物成体において自律神経系および内分泌器官は体内恒常性維持を担う中心ユニットとして認識されている。しかし、これらの機能ユニットが発生時期にどのように作られるのかに関する理解は進んでいない。代表者はこれまでの独自先行研究をもとに、発生期における交感神経(自律神経)と副腎髄質(内分泌組織)の運命分岐機構、副腎皮質と生殖腺の細胞起源の問題、生殖腺形成機構の解明に取り組み、交感神経と副腎髄質の運命分岐にCv-2遺伝子が関わること、副腎皮質と生殖腺の起源が異なること、さらに、生殖腺形成のトリガーがShh遺伝子によって担われることを見出し、それぞれの成果は論文報告済み、あるいは論文投稿済みの状態である。1と2の研究は順調に推移しているものの、3の研究は当該年度の後半からスタートする予定であったが、H26年度初頭からのスタートになる。その理由は複合的であり、一つは研究機関を異動したことによる研究時間の短縮、およびCv-2機能解析に時間を要したことに起因する。ソニックヘッジホッグによって生殖腺の分化トリガーが引かれることがわかってきたが、副腎皮質の分化の初期機構は現在も全くの謎のままである。
癌細胞の増殖・浸潤に関与する活性酸素生成型NADPHオキシダーセの活性化機構

癌細胞の増殖・浸潤に関与する活性酸素生成型NADPHオキシダーゼの活性化には、オキシダーゼ特異的シグナル伝達蛋白質(p47^<phox>,p67^<phox>とp40^<phox>)が移行して、細胞膜に存在する酵素本体シトクロムb_<558>(b_<558>)と相互作用する必要がある。平成12年度は以下のような成果を得た。(1)b_<558>と細胞質因子の相互作用は、p47^<phox>SH3ドメインとP22^<phox>(b_<558>の小サブユニット)の細胞質領域との結合に依存するが、p47^<phox>C末領域の3つのセリン残基(Ser-303,304,328)のリン酸化が、SH3ドメインのunmasking、p22^<phox>との結合、及びオキシダーゼ活性化能誘導に必要であることを示し、更にアラキドン酸がリン酸化と協同的に働いてP47^<phox>の構造変化を引起こしオキシダーゼを活性化することを明らかにした。(2)p40^<phox>は休止時細胞でp67^<phox>と会合しているが、これは新規なドメイン間(それぞれPCモチーフとPB1ドメイン)の新しいタイプの蛋白質間相互作用によるものであること、この結合がオキシダーゼ活性化を正に制御していること等を示した。PB1ドメインは酵母のシグナル伝達蛋白質Bem1pにも存在し、その役割を明らかにすると共に、その3次構造決定に成功した。(3)p47^<phox>のN末領域に新規ドメイン(PB2ドメイン)を見い出し、その3次構造決定すると共に、PB2ドメインがPIP結合ドメインであり、p47^<phox>の膜移行に必須であることを明らかにした。(4)種々の癌細胞に発現している新規な活性酸素生成型NADPHオキシダーゼ(NOX4)を同定しそのcDNAクローニングに成功した。また、NOX4が腎癌細胞の増殖制御に関与することを見い出した。
統計物理学の手法を利用した、経済主体のインタラクションを陽に入れた理論の構築

ネットワーク構造を持つモデルを考え、そのネットワークがモデルの結果にどのように影響するかを複数の研究を通して調べた。具体的な研究は以下に列挙した通りである。ネットワーク構造がエージェント間の協力行動にどう影響するかを調べた。囚人のジレンマの状況がある時にネットワークが協力行動を促進する条件を数学的に明らかにし、数値計算でその正当性を確かめた。どのようなネットワークが協力行動を促進し、逆にどのようなネットワークが協力行動を抑制するかを明らかにした。ネットワーク構造が社会的な学習にどのように影響を与えるかを数学的に明らかにした。どのようなネットワーク構造が社会的学習を高めるかを明らかにし、その理由も調べた。ネットワーク構造が企業間競争にどのような影響を与えるかを数学的に調べた。特にスケールフリーネットワーク上だと非自明で面白い結果が生まれることが明らかになった。TFPのスピルオーバーとネットワーク構造との関連を数学的に調べた。スピルオーバー効果を表す数学的表現を導入し、それを解析的に解いた。その数学的な結果が幾つかの非自明な性質を持つことが明らかになった。その結果を具体的に応用したモデルを通してどのようなネットワーク構造が成長率を高めるのかを明らかにした。ネットワーク上の協調ゲームを調べ、ネットワーク構造がどのように結果に影響を与えるのかを研究した。その結果スケールフリーネットワーク上だと常に協力行動が生まれ、厚生が高まることなどが明らかになった。Complex Networkという自然科学の分野から生まれた手法を経済学の分野に生かした。今年度の研究は、データを使った研究としては以下の二点。ちなみに二点とも日本の主要な企業をほとんど含む80万社の取引関係を含むデータセットを使った、これは世界的にも非常に珍しく貴重なデータセットであるが、これを用いて日本企業の取引関係を分析したものである。1、日本企業の取引ネットワークの基礎的分析:スケールフリー性、次数相関、階層性などの解析を行った。2、企業間の物理的距離とリンクの関係。1は以下に発表済みである。Konno,T.(2008).Network Structure of Japanese Firms-Hierarchy and Degree Correlation:Analysisfrom 800,000 Firms.Economics Discussion Papers,No 2008-39.理論研究としては、ネットワーク上での協力行動に関する分析を行った。企業や人間の関係をネットフークと捉える事が出来るが、どのようなネットワークが協力関係を促進するかと言う研究である。具体的には、ネットワーク上にエージェントを置き進化ゲームを行う。隣接頂点間でゲームが行われる。このような設定のもとで、どのような利得構造・ネットワーク構造ならばエージェント間の協力行動が促進されるのかを調べた。
堤体内の間隙水圧挙動と浸透破壊に対する安定性評価に関する研究

アースダムにおける水位急低下の問題を対象として、小型の間隙水圧計を網目状に埋設した模型堤体に対して、一定の遠心加速度の下で上流側水位を変動させる遠心実験を行い、堤体内の間隙水圧挙動と破壊メカニズムの関係を調べた。実験では、同一の均質堤体に対し上流側水位の低下速度を変えた場合や、上流斜面に透水性の低い薄い遮水層を設置した場合、堤体中央部に排水能力を高めるためのL型のドレーンを配置した場合など、想定される幾つかの状況を再現し、それらの要因が斜面内の残留間隙水圧の蓄積に及ぼす影響を調べた。また、同じ条件において上流斜面のすべり破壊を再現する遠心実験も実施し,水位急低下に伴い発生する残留間隙水圧が斜面の不安定化に及ぼす影響を論じた。この結果、(1)均一堤体でも水位低下速度が大きい場合は貯水側への排水が十分に行われず、上流側で片寄った間隙水の残留が起こり、斜面の不安定化に影響する。(2)低透水性の表層を有する堤体では、貯水側への排水がほとんどないため、堤体内の浸潤面は貯水位と連動することはなく、不連続な落差が生じる。(3)ドレーンの排水効果によって堤体内部では残留間隙水圧が速やかに低下するが、斜面表層部では均質堤体と同程度に間隙水圧が残留し、貯水位低下に伴い堤頂部を含むすべり破壊が発生した、などの特性が明らかになった。以上の他、透水性の基礎地盤上に建設された河川堤防を対象として、その浸透現象を遠心模型実験で再現し、浸透に伴い堤体底部に作用する揚圧力の特性を明らかにするとともに、揚圧力が堤体の安定性(パイピングや支持力低下)に及ぼす影響を論じた。また、解析的研究としては、FEM飽和-不飽和浸透解析の結果に基づいて、円弧すべり面上の間隙水圧分布と、堤体内の動水勾配分布の変化傾向を調べ、浸透作用に伴う堤体の破壊形態の表現方法について二、三検討を加えた。本年度は、アースダムにおける水位急低下の問題を対象として、小型の間隙水圧計を網目状に埋設した模型堤体に対して、一定の遠心加速度の下で上流側水位を変動させる遠心実験を行い、堤体内の間隙水圧挙動と破壊メカニズムの関係を調べた。前年度までに予備実験として、同一形状の均質堤体に対して上流側水位の低下速度を変えた遠心実験を行い、堤体内の浸透挙動と間隙水圧の残留特性に関する議論を行いながら、破壊実験を含めた実験手法の確立を目指した。本年度は、全実験を通じて堤体の主要部を一定の材料で構成し、貯水位の低下速度は一定として、斜面部に透水性の異なる薄い表層を設けて斜面保護工をモデル化した堤体を含めて遠心実験を行い、堤体の透水性と浸透挙動の関係や、残留間隙水圧の発生状況と斜面破壊のメカニズムなどについて調べた。研究を通じて得られた知見を整理すると、以下のようにまとめられる。(1)均一堤体でも、水位低下速度が大きい場合や若干の低透水性表層が存在する場合は、貯水側への排水が十分に行われず、上流側で片寄った間隙水の残留が起こり、斜面の不安定化に影響する。(2)低透水性の厚い表層が存在する堤体では、貯水側への排水がほとんどないため、堤体内の浸潤面は貯水位と連動することはなく、不連続な落差が生じる。この状況に対する農水省ため池整備基準による浸潤面計算は、設計面で安全側の評価を与える。

(3)本遠心実験によって、水位急低下に伴う堤体のすべり破壊の現象が再現でき、破壊評価も比較的精度良く行えることが判明した。水位急低下時の間隙水圧挙動として、堤体中央部にL型のドレーンが配置された場合ついて追加実験を行い、排水能力を高めるためのドレーンが残留間隙水圧の蓄積に及ぼす影響を調べた。また、上流斜面のすべり破壊を遠心実験で再現し,水位急低下に伴い発生する残留間隙水圧が斜面の安定性に及ぼす影響を論じた。この結果、ドレーン付近ではその排水効果によって残留間隙水圧の速やかな低下が見られたが、斜面の表面部では均質堤体と同程度に間隙水圧が残留するため、貯水位低下に伴い堤頂部を含むすべり破壊が生じ、支持を失ったドレーン部が崩壊して堤頂付近に深い欠落を起こす等の特徴的な現象が観察された。本年度は他に、透水性の基礎地盤上に建設された河川堤防を対象として、その浸透現象を遠心模型実験で再現し、浸透に伴い堤体底部に作用する揚圧力の特性を明らかにするとともに、揚圧力が堤体の安定性(パイピングや支持力低下)に及ぼす影響を論じた。実験では、堤体及び基礎地盤材料の透水係数を幾つか変化させ、主として浸透特性に及ぼす基礎の透水性の影響を調べた。その結果、(1)揚圧力分布の拡大傾向は基礎地盤と堤体の透水係数比の値にあまり影響を受けず、基礎地盤の透水性の絶対的な大小に依存する。(2)基礎地盤の透水性が大きいと、水位の上昇とともに揚圧力分布が全域で速やかに拡大する。(3)透水係数比の値が大きいほど基礎地盤に比べて堤体部が相対的に不透水になり、揚圧力の分布形状は不透水堤体の直線分布に近似する、などが知れた。解析的研究としては、FEM飽和-不飽和浸透解析の結果に基づいて、(1)円弧すべり面上の間隙水圧分布と、(2)堤体内の動水勾配分布の変化傾向を調べ、浸透作用に伴う堤体の破壊形態の表現方法について二、三検討を加えた。
口腔癌周辺にみられる異常上皮の悪性潜在能に関する細胞化学的研究

7週齢のゴールデンシリアンハムスター雄20匹の左頬嚢粘膜に対し、週3回、9,10-dimethyl-1,2-benzanthracene0.5%アセトン溶液を10週間塗布した。塗布終了後、5週まで経時的に屠殺し、組織学的、細胞化学的検察を加えた。組織学的検索の結果、20匹すべてに扁平上皮癌の発生を認めた。組織学的に癌は、外向性増殖を主体とする疣贅型と深部増殖を主体とする浸潤型に大別された。疣贅型は高分化で、粘膜上皮と連続性にみられた。浸潤型は中分化のものが多く、多中心性であった。癌の周辺粘膜上皮には、肥厚、過角化を示すものが多く、乳頭状の上皮増殖や軽度から高度の上皮異形成など多彩な変化が認められた。これらの変化は頬嚢内に連続性かつ多発性に認められた。核DNA量の検索では、パラフィン包埋したブロックより単離細胞塗抹標本を作成、Feulgen染色を施した。この標本を顕微分光測光法を用い、Feulgen DNAの光学濃度を測光し、パソコンにてデーター解析を行い核DNA量ヒストグラムを作成した。この他に分散値と4C以上の細胞頻度を求めた。その結果、癌のDNA ploidy patternはaneuploidyPatternを呈するものが数多く認められた。分散値と4C以上の細胞頻度では、正常粘膜に比べて明らかな異常所見を呈した。また、浸潤癌の方が疣贅癌に比べ分散が大きく、4C以上の細胞頻度も高かった。周辺異常上皮ではdiploidyとaneuploidyを示すものの両者が認められた。周辺異常上皮の分散と4C以上の細胞頻度は、癌と正常粘膜上皮の中間的な値を示していた。上皮異形成の程度との関係では、DNA ploidy pattern、分散値と4C以上の細胞頻度との間には明らかな関連性は認められなかった。
幕末維新期村落社会の比較研究

当初の研究計画にもとづき、越後の米作単作地帯、畿内の綿作地帯という、それぞれ幕末維新期において典型的とみなされる地域で、各1ヵ村ずつフィールドを設定した。すなわち、越後国頸域郡岩手村(佐藤家文書)と和泉国大鳥郡上神谷豊田村(小谷家文書)である。そして、現地におけるフィールド・ワークと、重要史料のフィルム撮影を行った。史料の内容分析については、時間の制約上、これまでのところ岩手村佐藤家文書を中心に行い、以下の新知見を得た。1.石高制を前提とした徴税機構としての村請制は、地租改正事業完了時まで基本的に存続していたことが明らかとなった。そして、地租改正で近代的・私的土地所有権が法認されたことにより、地租負担は個人の責任となり、村請制は解体した。2.地租改正までは、毎年貢租と小作米とが一括して徴収・決済されていた。公的な貢租と私的な小作米とが構造的に分かち難く結合しているのが、村請制的貢租徴収システムの特徴であった。3.地主が居村外において、所持地の名義変更や利用形態の変更などを行おうとすると、小作人・支配人・質入主などから強い反対がおこることがあった。4.こうした小作人たちの主張を支えていたのは、自分の家と当該の土地との歴史的・個別的な深い結びつきであり、こうした結びつきは質入れの年季が明けても途切れることはないという観念であった。5.村落共同体やその代表者としての村役人は、小作人たちの主張を支持し、さらには自らが主体となって村外地主と争うこともあった。そこから、村人の土地に対する権利を擁護し、村外地主のフリーハンドの権利行使を規制しようとする村落共同体の意思をみてとることができる。
歯周病原性菌の鉄獲得蛋白を標的としたDNAワクチンによる効率的免疫誘導法の開発

歯周病原性菌Porphyromonas gingivalisのリジン特異的システインプロテアーゼ(KGP)はプロテアーゼ機能とヘモグロビン結合機能を有しており、本菌の病原性に重要な役割を果たしていると考えられている。我々は、KGPを標的として作製したDNAワクチンをマウスに筋肉内接種することにより、血清中に特異抗体が誘導され、P.gingivalis感染に対する防御効果が認められることを報告した。本研究では、DNAワクチンの筋肉内接種およびDNAワクチンを導入した無毒化宿主細胞内寄生細菌の経口接種により免疫したマウスにおいて、液性免疫や細胞性免疫がどのように誘導されているのかを比較し、より効率的な免疫誘導法を確立することを目的とした。経口接種のためにkgpDNAワクチン(pCMV/kgp)を構築し、Salmonella typhimurium SL7207株に導入した。マウスにpCMV/kgpを保持した宿主細胞内寄生細菌を経口接種により週1回連続4週の免疫を行った結果、血清抗KGP特異抗体価の上昇が認められた。pCMV/kgpを筋肉内接種したマウスにおいても血清抗体価の上昇は認められたが、経口接種法ほど顕著な上昇はみられなかった。さらに、pCMV/kgPを筋肉内に注射した場合には、唾液抗KGP IgA抗体価の上昇はみられなかったが、経口投与した場合には、唾液抗KGP IgA抗体価も明らかに上昇した。現在、より効率的な免疫誘導法を確立するため、DNAワクチンの投与方法や細胞性免疫の誘導能について詳細な検討を行っているところであるが、P.gingivalisのKGPを標的にしたDNAワクチンの経口投与は有力な歯周病防御法となる可能性が示唆された。歯周病原性菌Porphyromonas gingivalisのリジン特異的システインプロテアーゼ(KGP)は,本菌の病原性発揮に重要な役割を果たしていると考えられている.我々はこれまでに,KGPを標的としたDNAワクチンpSec Tag2A/kgpを作製し,マウスに筋肉内接種することにより,血清中に特異抗体が誘導され,P.g.感染に対する防御効果が認められることを確認している.本研究では,筋肉内接種,および宿主細胞内寄生細菌を用いた経口接種のそれぞれの方法で免疫したマウスにおいて,体液性,細胞性,および粘膜免疫がどのように誘導されているかを比較し,より効率的な免疫誘導法を確立することを目的としている.現在までに,経口接種法に使用する新たなkgpDNAワクチンであるpCMV/kgpの構築と,無毒化宿主細胞内寄生細菌SalmonellatyphimuriumSL7207株へのpCMV/kgpの遺伝子導入を行い,菌体内にDNAワクチンを保持した宿主細胞内寄生細菌を作製した.5週齢のマウスに,pCMV/kgpを用いた筋肉内投与法またはpCMV/kgpを保持した宿主細胞内寄生細菌の経口接種法により週1回連続4週の免疫を行い,初回免疫時より毎週1回採血し,血清中の抗KGP特異抗体価を調べたところ,経口投与したマウスにおいて,抗KGP特異抗体価の上昇が免疫開始後4週目より観察され,その抗体価は5週目でプラトーに達した.一方,pCMV/kgp筋注群においても抗体価の上昇が認められたが,経口投与群ほど顕著な上昇は認められなかった。また,Western blotting法により,経口投与群抗血清のリコンビナントKGPへの特異的な反応性が確認された.

今後さらに,唾液中の抗KGP IgA抗体価や,細胞性免疫の誘導能について詳細な検討を加え,それぞれの投与法の有効性を検討する予定である.歯周病原性菌Porphyromonas gingivalisの有するリジン特異的システインプロテアーゼ(KGP)は、本菌の病原性の発揮に重要な役割を果たしていると考えられている。我々は、これまでに、KGPを標的としたDNAワクチン(pSecTag2A/kgp)を作製し、P. gingivalis感染に対する防御効果を、マウスモデルを用いて検討してきた。その結果、このDNAワクチンをマウスに筋肉内接種することにより、血清中に抗KGP特異抗体が誘導され、P. gingivalis感染に対する防御効果が認められることを明らかにした。さらに、経口接種に使用するために新たなkgpDNAワクチン(pCMV/kgp)を構築し、無毒化宿主細胞内寄生細菌Salmonella typhimurium SL7207株に導入し、菌体内にDNAワクチンを保持した宿主細胞内寄生細菌を作製し、マウスに経口投与した。その結果、経口投与でも血清中に抗KGP特異抗体が誘導されることが示された。本年度の研究では、KGPを標的にしたDNAワクチンをマウスに経口投与することにより、血清中だけではなく、唾液中にも抗KGP抗体が誘導されるかどうかを検討した。pCMV/kgpを筋肉内に注射した場合には、血清抗KGP IgG抗体価は上昇したが、唾液抗KGP IgA抗体価の上昇はみられなかった。一方、pCMV/kgpを経口投与した場合には、血清抗KGP IgG抗体価だけではなく唾液抗KGP IgA抗体価も明らかに上昇した。現在、より効率的な免疫誘導法を確立するため、DNAワクチンの投与方法や細胞性免疫の誘導能について詳細な検討を行っているところであるが、本研究の結果から、P. gingivalisの主たる病原因子の一つであるKGPを標的にしたDNAワクチンの経口投与は有力な歯周病防御方法となる可能性が示唆された。
感染症伝染ダイナミクスの離散時間モデルの数理的構造に関する研究

感染症の伝染ダイナミクスの基本モデルとして幅広い応用の基礎になっている常微分方程式系による連続時間モデルに対して,確率過程を応用した数理モデリングの手法を用いた新しい非線形差分方程式系による数理モデルを構成し,その数学的な性質の解析を行った。さらに,自然に定義される感染個体の期待再生産数に関する基本的な結果をまとめた。本研究では,感染症の伝染ダイナミクスに関する新しい非線形差分方程式糸による離散時間モデルの構成とその数理的解析を体系的に行い,その構造(関数形etc.)の合理性[生物現象の構造との論理的な整合性]について体系的に考察することにより,近年,数理生物学の分野として発展著しい,感染症の伝染ダイナミクスに関する数理モデル研究に新しいモデリングのための数理的基盤を提供することを目指している。感染症の伝染ダイナミクスに関しては,離散時間モデルの合理的構造に関する研究は未だ希有である。本年度では,感染症の伝染ダイナミクスに関する基本的な数理モデルとして幅広い応用の基礎になっている常微分方程式系によるKermack-McKendrickモデルを基とする連続時間モデルに対して,確率過程を応用した数理モデリングの手法により,新しい非線形差分方程式系による数理モデルを構成し,その数学的な性質に関する基本的な解析を行った。常微分方程式系による連続時間モデルにおける数理モデリングと同じ個体間相互作用に関する仮定の下に,本研究による数理モデリングの手法で構成された離散時間モデルは,対応する連続時間モデルとは独立に構成されているが,数理的に重要な性質については,定性的に対応すること("dynamical consistency")を示唆する結果が得られている。この点について,今後,さらにより精緻な数理的な解析を進めるとともに,次年度以降は,本年度の研究の結果をより広い感染症の伝染ダイナミクスへの数理モデリングに応用するための数理的な問題点を掘り起こしてゆく予定である。本研究では,感染症の伝染ダイナミクスに関する新しい非線形差分方程式系による離散時間モデルの構成とその数理的解析を体系的に行い,その構造(関数形etc.)の合理性[生物現象の構造との論理的な整合性]について体系的に考察することにより,近年,数理生物学の分野として発展著しい,感染症の伝染ダイナミクスに関する数理モデル研究に新しいモデリングのための数理的基盤を提供することを目指している。本年度では,昨年度の研究成果を受け,感染症の伝染ダイナミクスに関する基本的な数理モデルとして幅広い応用の基礎になっている常微分方程式系によるKermack-McKendrickモデルを基とする連続時間モデルに対する新しい非線形差分方程式系による数理モデルの数学的な性質に関する基本的な解析を発展させた。昨年度の結果,本研究による数理モデリングの手法で構成された離散時間モデルのもつ数理的に重要な性質が,対応する常微分方程式系による連続時間モデルと定性的に対応すること("dynamical consistency")を数学的に示す成果を得た。一方,疫学上も重要な定量的な感染症指標としての感染規模(感染シーズンにおける感染経験者総数に相当)の年変動に関する新しい離散時間モデルをKermack-McKendrickモデルによる極限方程式を応用して構成し,解析を進めている。次年度も,本年度の研究成果をさらに発展させ,感染症の伝染ダイナミクスに関する新しい数理モデリング,また,その応用に関する数理的な問題を掘り起こしてゆく予定である。本研究では,感染症の伝染ダイナミクスの基本モデルとして幅広い応用の基礎になっている常微分方程式系によるKermack-McKendrickモデルを基とする連続時間モデルに対して,確率過程を応用した数理モデリングの手法を用いて,新しい非線形差分方程式系による数理モデルを構成し,その数学的な性質の基本的な解析を行った。常微分方程式系による連続時間モデルにおける数理モデリングと同じ個体間相互作用に関する仮定の下に,本研究による数理モデリングの手法で構成された離散時間モデルは,対応する連続時間モデルとは独立に構成されているが,数理的に重要な力学的性質については,高い定性的対応性("dynamical consistency")をもつ結果が得られた。さらに,本研究の数理モデリングにより自然に定義される感染個体の期待再生産数に関する基本的な結果をまとめた。感染症伝染の社会的重篤度を計る重要な指標として扱われてきた基本再生産数については,連続時間ダイナミクスモデルに関して多くの数理的な研究がなされてきたが,本研究で定義されるより一般的な再生産数の数理的特性を詳細に調べることにより,感染症の伝染ダイナミクスの進行に伴うどの時点でどのような対策が感染症伝染の沈静化に効果的・効率的であるかについての理論的な議論も可能である。
ヒトの精神的負担時の心拍変動解析のための基礎的研究

静脈還流の違いが心拍変動の各周波数変動成分に及ぼす影響について、体位変換装置(ティルティングベッド)を用い測定した。さらに体位変換装置ごと水浸させ体位変換と水浸時の自律神経反応を比較検討した。体位を水平から60度起こした状態では水平時と比較して、一般的に心拍数の上昇および末梢血管抵抗の増大が引き起こされるが、今回の研究からも同様の結果が認められた。心電図から算出した心拍数、およびインピーダンスカーディオグラム算出した心拍出量と血圧の値から推定した全末梢抵抗値の上昇からも確認された。血圧の反応としては若年被験者のデータであったことから、姿勢変化に対する血圧の変化は小さく一貫した傾向は認められなかった。本研究では体位を水平から60度起こした状態を一定時間保持した後、体位変換装置ごと水浸させる条件と、水平状態にもどす条件とを測定したが、循環器動態においてこれら2条件間に顕著な差はみとめられず、体位を水平から60度起こした状態でも下半身を水浸させることによって、水平安静時と同様の血行力学的反応パターンを示すことが明らかとなった。従って、精神的負担時の心拍変動解析における体位変換の影響に関して、体位の影響すなわち体幹角度よりもむしろ静脈還流そのものの違いが影響を及ぼすことが示唆された。なお、同時に測定した直腸温も、体位を水平から60度起こした状態で一貫して上昇し、かつ、その後の水浸時および水平復帰時、両条件とも同様に下降した。この結果は血液が末梢から体幹部にシフトしたことによるものか、姿勢変化によって体温調節反応が変化したことによるものかは不明であるが、静脈還流の違いにより直腸温の変化を惹起する可能性を示唆している。最後に、本年度の実験で得られたすべての心拍変動に関する知見から、一貫して、心拍変動には個人差が大きく、個人内変動と個人間変動とをわけて考察する必要性が確認された。精神的負担時の心拍変動解析におけるウェーブレット(wavelet)解析の有効性を確かめるため、予備実験として睡眠時の心拍変動を測定し解析した。その結果、各睡眠段階と心拍変動のLF成分の変化との対応がみとめられ睡眠脳波の測定ができない状況でも、より測定が簡便な心電図からある程度の睡眠段階の推定が可能であることが示唆された。しかしながら、従来の窓フーリエ解析等の時間周波数解析方法と比較して、ウェーブレット解析の顕著なアドバンテージはみとめられなかった。一方、異なる基底の自律神経活動水準の様態を得るために用いた受動的体位変換試験に関して、そのときの血行力学的反応パターンを、インピーダンスカーディオグラムから心拍出量を測定し評価したが、使用するテープ電極の取り付け方の若干の差が、精神負荷の影響よりも大きな変位を生み出すことから、精神的負担の評価においてはこの測定法の更なる改良が示唆された。同じく、血行力学的反応パターンからの考察を加えるべく交感神経活動の指標として心電図とインピーダンスカーディオグラムから得られる前駆出期(pre-ejection period : PEP)を測定した。この指標に関しては、精度の向上をはかるために心音図の測定も併用したが、これに関しては、来年度の実験予定である水浸時においても精度良く測定できることが明らかとなり来年度以降の実験に見とおしがついた。最後に、本年度の実験で得られたすべての心拍変動に関する知見から、一貫して、心拍変動には個人差が大きく、個人内変動と個人間変動とをわけて考察する必要性が示唆された。
若年者の顎関節症の予防に関する研究

1.顎関節雑音と顎運動機能について顎関節雑音を有するものは,顎機能障害を潜在していることが示唆され顎関節雑音が顎関節症の予防管理の鍵症状である。しかしながら,小児の咬合変化と顎運動がどのように発育しているのか解っていない。そこで平井はHellmanの咬合発育段階IIA,IIIA,IVAの正常咬合者の33名を対象に顎運動を検討した結果,次のような知見を得た。すなわち,咬合発育段階の進行に伴い下顎運動範囲は側方,前方,下方ならびに後方へ拡大し,限界位のばらつきは減少した。また,咬合発育段階の進行と共に滑走運動路の傾斜角は急になる傾向を示した。2.顎関節部の形態と顎関節症症状との関係について我々はFCRの矢状断と前頭断断層像による顎関節部内の立体的評価を試みた。その結果によると,下顎窩に対する下顎頭の位置は,矢状断と前頭断で高い相関性があることが解った。また,下顎頭の骨変化は,矢状断および前頭断とも顎関節症症状とよく一致していた。下顎頭の骨変化と来院までの期間は,顎関節症症状が発症してからの期間が長いほど骨変化の発現する率が多かった。3.顎関節症患者の治療法について我々は、若年者の顎関節症患者に対してsplint療法後に矯正治療を積極的に行った症例の治療経過と治療前後の咬合状態と咀嚼筋機能の分析結果を検討した結果次のことが解った。顎関節症患者の矯正治療終了後の咬合状態は改善した。また,咀嚼筋の機能状態は矯正治療後は初診時と比較して咀嚼機能も改善されていた。さらに円板整復型splint療法で顎関節雑音の消失した患者の咬合挙上法は現在検討中である。1.顎関節雑音の採取方法と客観的診査方法について顎関節雑音の採取方法は、エア-マフを使用せずコンデンサ-マイクロホンを使用して外耳道部から採取したものが一番明瞭な記録が得られた。この方法を用いて顎関節雑音を対称群(11関節)、クリニック音群(13関節)および捻髪音群(4関節)の三群に分けて調査した結果、顎関節雑音の原波形はクリック音群と比較して捻髪音群の持続時間が短く立ち上がりが急であった。パワ-スペクトル分布では捻髪音群が最も高域にまで分布し、続いてクリック音群が高く対照群が最も低かった。以上から、顎関節雑音の診査方法が確立が出来たと考える。2.下顎運動機能と顎関節雑音との関係について顎関節症症状を有する者の顎運動機能を知る手段として、対照群(11名)、クリック音群(8名)の下顎限界運動路と咀嚼筋筋電図の分析を行い、顎関節雑音の臨床的意義を検討した結果次のような事が解った。下顎限界運動路について、クリック音群は対照群に比べ運動路のバラツキが大きかった。また、咀嚼筋筋電図によるとクリック音群は対照群に比べて咀嚼障害のあることが示された。以上のことから、顎関節雑音を有するものは顎機能障害を潜在していることが示唆され、顎関節雑音を顎関節症の予防管理に用いることは有効であると考える。FCRを使用し、若年者の顎関節症患者38名を対象に顎関節内の形態を検討した結果次のような所見を得た。顎関節症患者の顎関節症症状を有する顎関節は、下顎窩に対する下顎頭の位置の異常や下顎頭の形態的異常の発現頻度が顎関節症症状を持たない顎関節より高かった。

さらに円板整復型splint療法で顎関節雑音の消失した患者の咬合挙上法は現在検討中である。1.顎関節雑音と顎運動機能について顎関節雑音を有するものは,顎機能障害を潜在していることが示唆され顎関節雑音が顎関節症の予防管理の鍵症状である。しかしながら,小児の咬合変化と顎運動がどのように発育しているか解っていない。そこで平井は,Hellmanの咬合発育段階IIA,IIIA,IVAの正常咬合者33名を対象に顎運動を検討した結果,次のような知見を得た。すなわち,咬合発育段階の進行に伴い下顎運動範囲は側方,前方,下方ならびに後方へ拡大し,限界位のばらつきは減少した。また,咬合発育段階の進行と共に滑走運動路の傾斜角は急になる傾向を示した。2.顎関節部の形態と顎関節症症状との関係について我々はFCRの矢状断と前頭断断層像による顎関節部内の立体的評価を試みた。その結果によると,下顎窩に対する下顎頭の位置は,矢状断と前頭断で高い相関性があることが解った。また,下顎頭の骨変化は,矢状断および前頭断とも顎関節症症状とよく一致していた。下顎頭の骨変化と来院までの期間は,顎関節症症状が発症してからの期間が長いほど骨変化の発現する率が多かった。3.顎関節症患者の治療法について我々は,若年者の顎関節症患者に対してsplint療法後に矯正治療を積極的に行った症例の治療経過と治療前後の咬合状態と咀嚼筋機能の分析結果を検討した結果次のことが解った。顎関節症患者の矯正治療終了後の咬合状態は改善した。また,咀嚼筋の機能状態は矯正治療後は初診時と比較して咀嚼機能も改善されていた。
乳癌浸潤の超早期診断を目的とした次世代形態情報ビッグデータの解析

癌細胞を用いずとも、その周囲に存在する筋上皮細胞の形態情報だけで、正常、良性病変、2種類のDCISの4つの組織型が90.9%の精度で分類できることがわかった。また癌周囲に存在する可能性が高い細胞の特徴から、新しい乳癌浸潤メカニズムを提唱した(Yamamoto et al. Sci Rep. 7, 46732, 2017.)。癌と周囲の正常組織の画像解析を組み合わせることで、よりきめ細かく癌の悪性度を判別できる可能性があることがわかった。今後、病理分野における診断補助システムへの応用につなげていく予定である。乳癌は浸潤の有無で予後および治療方針が大きく異なる。例えば乳癌患者全体の本邦における死亡率は約20%であるが、DCISに限定すると死亡率は2%以下となっている。しかし術前予測は難しく、術前に浸潤無し(DCIS)と診断されたにも拘わらず術後に浸潤部が判明し、診断が変わる例は珍しくないため、患者および医療従事者双方にとって大きな問題となっている。本研究では病理標本上数万の細胞について形態特徴量を網羅的に測定し、形態情報ビッグデータを抽出する。そしていわば「形態情報のマイクロアレイ」作成・解析し、乳癌浸潤の超早期診断法開発を目指す。初年度は、乳腺の筋上皮細胞核に対して「形態情報マイクロアレイ」を行うためのシステムの開発および調整を行った。デジタル化した病理標本(バーチャルスライド)の筋上皮細胞核全てに対し各々30項目以上の形態特徴量を抽出し、その特徴量に対しサポートベクターマシンを用いて分類する一連のプログラムを完成させた。解析後のアウトプットに3D表示を加えることによって、結果表示の視認性を飛躍的に向上させることができた。さらに当初の計画以上にプログラム開発が順調に進んだため、一部にDeep Learningを組み込んだ分類システムのプロトタイプ開発も行った。筋上皮細胞については濃度の異なるp63免疫染色の比較を行うことにより、画像解析に最適な濃度を見出すことを成功した。またこれらプログラム開発と並行して解析症例のデータベース化およびバーチャルスライド化を行い、術前針生検および術後の組織標本のピックアップが完了した。初年度の到達目標である、1「形態情報マイクロアレイ」を行うためのシステムの開発および調整、2症例のデータベース化が完了した。さらに当初の計画には含まれていなかったDeep Learningを一部取り込んだプロトタイプのシステムも作成することができた。計画以上に進展している。乳癌は浸潤の有無によって、「非浸潤癌(DCIS)」と「浸潤癌」に大きく分けることができ、浸潤の有無で予後が大きく異なっている。本研究では、病理標本上の数万におよぶ細胞を網羅的に測定し、得られた形態特徴量のビッグデータから、いわば「形態情報のマイクロアレイ」を作成し解析するという手法を用いて、乳癌浸潤の超早期診断技術開発および浸潤能獲得過程解明の一端を目指す。昨年度は、「形態情報マイクロアレイ」の基本プログラムの作成を行った。今年度は、さらにこれらのプログラムの安定化を行い、異なるOS上で動作を可能とした。さらに解析結果を立体化し可視化する手法を開発することにより、視認性の向上が飛躍的に上がった。また、細胞分布に対して生態学で用いられているポイントパターン解析を取り入れた。そしてこれまでの個別の核情報に加え、細胞集団レベルにおけるpleomorphismやheterogeneityの定量化を可能とするCell Feature Level Co-occurrence Matrix (CFLCM)を新たに開発し、論文発表した(Journal of Pathology Informatics 2016,7:36)。CFLCM法は病理画像上の細胞分布を的確に表現することが可能であり、同手法を用いることによって、個々は全く同内容の細胞集団であっても、その分布形式が異なると、その程度を数値として表現することができる。本手法を組み込むことにより、昨年度より精度の高い解析が可能となった。乳癌罹患率は女性癌の中で第一位を占め、我が国では1年当り約1万人以上が乳癌によって亡くなっている。乳癌は浸潤の有無によって、「非浸潤癌(DCIS)」と「浸潤癌」に大きく分けることができるが、DCISに限定すると死亡率は2%以下である。しかしその浸潤時期の予測は難しく、患者および医療従事者双方にとって大きな問題となっている。本研究では、病理標本上数万の細胞について形態特徴量を網羅的に測定した形態情報ビッグデータに対し機械学習を用いて解析することで、下記結果を得た。非浸潤癌および良性病変と診断された乳腺症例を対象として、HE標本と免疫組織化学的解析を行い、whole slide scannerにてデジタル化した。そのデジタル化した各種病理標本のROI上の筋上皮細胞核から形態特徴量を抽出し、約1万個の細胞から形態情報マイクロアレイを作成した。その後、機械学習と統計処理を組み合わせることで、各症例毎のクラス分類を行った。その結果、癌細胞を用いずとも、その周囲に存在する筋上皮細胞の形態情報だけで、DCISを含む4つの組織型が90.9%の精度で分類できることがわかった。また癌周囲に存在する可能性が高いと機械学習により判定された細胞の特徴から、新しい乳癌浸潤メカニズムを提唱した(Sci Rep.7,46732,2017.)。本研究より癌と周囲の正常組織の画像解析を組み合わせることで、よりきめ細かく癌の悪性度を判別できる可能性があることがわかった。

癌細胞を用いずとも、その周囲に存在する筋上皮細胞の形態情報だけで、正常、良性病変、2種類のDCISの4つの組織型が90.9%の精度で分類できることがわかった。また癌周囲に存在する可能性が高い細胞の特徴から、新しい乳癌浸潤メカニズムを提唱した(Yamamoto et al. Sci Rep. 7, 46732, 2017.)。癌と周囲の正常組織の画像解析を組み合わせることで、よりきめ細かく癌の悪性度を判別できる可能性があることがわかった。今後、病理分野における診断補助システムへの応用につなげていく予定である。次年度については、データーベース化された症例に対し、初年度に開発したシステムを用いて解析を進める。作成したバーチャルスライドの中には、染色性が不安定なスライドも含まれているため、適時、調整を行いながら解析していく予定である。本年度に開発した細胞集団レベルにおけるpleomorphismやheterogeneityの定量化を可能とする新技術、Cell Feature Level Co-occurrence Matrix (CFLCM)の応用を積極的に行っていく予定である。また次年度は研究の最終年度に当たるため、筋上皮細胞の解析結果に対する論文も発表していく予定である。病理学、情報学当初の計画以上に進展しているが、物品に係る費用の効率的使用に努めた結果、予想以上の効果があり安価におさまったため若干の未使用が発生した。物品に係る費用の効率的使用に努めた結果、予想以上の効果があり安価におさまったため若干の未使用が発生した。H28年度請求額をあわせて次年度の物品費の一部として用いる。H29年度請求額をあわせて次年度の物品費の一部として用いる。