hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地殻-マントル間の物質循環におけるリサイクル物質のリチウム同位体地球化学

SIMSによるLi同位体分析用の標準試料を作成するには,鉱物から均質な部分を取り出して分析を行なわなければならない場合があり,その際,従来より少ないリチウム量に対しても従来並みの高精度で同位体分析を行なう必要がある.そこで,研究代表者自身が開発した表面電離型質量TIMS同位体分析法を一部改良し,100ngのリチウムに対して,0.5‰(1σ)の精度で分析できるようにした.この成果については,現在投稿中である.また精度の高いリチウムの定量分析を効率よく行なうために,Flow injectionを装備したICP-MSを使った同位体希釈法によるリチウムの定量分析法も確立した.この方法では10mgの試料に対して2%(1σ)の分析精度でリチウムを定量することが可能である.この成果については現在論文を執筆中である.これらの分析方法を活用して,リサイクル物質の一つと考えられている海洋堆積物として,四国四万十帯に産する頁岩を追加分析し,MORBよりδ^7Li値が中央海嶺玄武岩類(MORB)より低い値を持つ海洋堆積物が存在することを再確認した.さらに,四国汗見川沿いに産する三波川帯の変堆積岩のリチウム同位体分析を行ない,低変成度から高変成度まで,全岩のリチウム同位体組成が系統的に変化することなく、ほぼ一定の同位体組成を持つことが明らかになった.また,変塩基性岩のリチウム同位体組成は変堆積岩との接触面からの距離に対して系統的な変化が観察され,相対的にリチウム含量が高い変堆積岩由来の流体の影響を被っていることが明らかになった.さらに,SIMSの標準試料として電気石のリチウム同位体組成を決定し,変堆積岩中に含まれる電気石のリチウム同位体分析により,変成作用中におけるリチウムの同位体分別を明らかにし,リチウム同位体の地球化学的トレーサーとして能力の評価を行なうことと,リチウム同位体を利用した地殻-マントル間の物質循環の解明に関する研究は現在も継続して行なっている.東北日本弧玄武岩類に対してリチウム(Li)同位体分析を行ない,リチウム同位体組成および微量元素組成を伊豆弧火山岩類のそれらと比較した.その結果,伊豆弧火山岩類に見られたような,島弧横断方向に対して明瞭な同位体比変動は東北日本弧の玄武岩類には見られなかった.これは,東北日本弧の方が伊豆弧に比べ,島弧マグマに寄与する,リサイクル物質である海洋堆積物の成分の変質中央海嶺玄武岩成分に対する割合が相対的に多いため,スラブ由来の流体のLi同位体組成が,島弧火山岩マグマのもう一方の端成分であるウェッジマントルのLi同位体組成に近くなってしまったためであるということが明らかになった.このことにより,沈み込み帯-島弧系における物質循環において,Li同位体はリサイクル物質の組成を鋭敏に反映する非常に強力な地球化学的トレーサーになり得ることが明確に立証された.また,伊豆弧においてLi/Y比は島弧横断方向に対して,深発地震面深度が深くなるに従い連続的に減少するが,東北日本弧では深発地震面震度が180kmのところで,大きな正の異常が見られた.これは深発地震面震度が180kmところでのローソン石の分解によると考えられる.したがって,スラブ由来の流体の化学組成は,沈み込んだ物質の鉱物相により制御されていることが明らかとなった.また,このことにより深発地震面震度が180kmスラブ上面の温度を見積もることが可能となり,それは775°Cであることも明らかとなった.現在,沈み込んだ物質(三波川変成岩類)を使って,沈み込み深度に伴う,Li同位体組成の変化と変成鉱物相との関係を明らかにすべく,全岩分析とイオンプローブによるLi同位体分析のためのスタンダード作りが進行中である.SIMSによるLi同位体分析用の標準試料を作成するには,鉱物から均質な部分を取り出して分析を行なわなければならない場合があり,その際,従来より少ないリチウム量に対しても従来並みの高精度で同位体分析を行なう必要がある.そこで,研究代表者自身が開発した表面電離型質量TIMS同位体分析法を一部改良し,100ngのリチウムに対して,0.5‰(1σ)の精度で分析できるようにした.この成果については,現在投稿中である.また精度の高いリチウムの定量分析を効率よく行なうために,Flow injectionを装備したICP-MSを使った同位体希釈法によるリチウムの定量分析法も確立した.この方法では10mgの試料に対して2%(1σ)の分析精度でリチウムを定量することが可能である.この成果については現在論文を執筆中である.これらの分析方法を活用して,リサイクル物質の一つと考えられている海洋堆積物として,四国四万十帯に産する頁岩を追加分析し,MORBよりδ^7Li値が中央海嶺玄武岩類(MORB)より低い値を持つ海洋堆積物が存在することを再確認した.さらに,四国汗見川沿いに産する三波川帯の変堆積岩のリチウム同位体分析を行ない,低変成度から高変成度まで,全岩のリチウム同位体組成が系統的に変化することなく、ほぼ一定の同位体組成を持つことが明らかになった.また,変塩基性岩のリチウム同位体組成は変堆積岩との接触面からの距離に対して系統的な変化が観察され,相対的にリチウム含量が高い変堆積岩由来の流体の影響を被っていることが明らかになった.

さらに,SIMSの標準試料として電気石のリチウム同位体組成を決定し,変堆積岩中に含まれる電気石のリチウム同位体分析により,変成作用中におけるリチウムの同位体分別を明らかにし,リチウム同位体の地球化学的トレーサーとして能力の評価を行なうことと,リチウム同位体を利用した地殻-マントル間の物質循環の解明に関する研究は現在も継続して行なっている.
アデノウィルスベクターを用いた新しい造血幹細胞体外増幅法の開発

末梢血から単離したCD34陽性細胞に上皮細胞増殖因子(EGF)受容体を発現する組み換えアデノウイルスを感染させてEGFRを発現させ、さらにEGFを加えて培養することにより未熟な血液前駆細胞が増幅させうるかどうかをコロニーアッセイ法を用いて検討した。インEーロイキン6(IL-6)およびSCFを培養中に加えることによりCD34陽性細胞に対するアデノウイルスの感染効率の改善が得られた。この結果、液体培養期間中に、EGF存在下ではEGF非存在下に比べ、コロニー形成細胞が約5倍に増幅された。増幅されたコロニーの中では、特にBFU-Eの増幅が目立った。本来の標的はさらに未熟なレベルの細胞であるため、LTC-ICを標的としてアデノウィルスの感染、およびEGFによる増幅に関して検討した。CD34陽性細胞にアデノウィルスを感染させEGFRを発現させた後、フローサイトメーターを用いてEGFR陽性細胞を純化した。純化した細胞を用いてLTC-ICアッセイを行うことにより、EGFR陽性細胞中にLTC-ICが存在することを確認した。すなわち、LTC-ICにアデノウィルスが感染しうることを証明した。さらに、EGFRを発現させたCD34陽性細胞をEGF存在下および非存在下で5日間培養し、LTC-ICアッセイを行った。その結果、EGFがLTC-ICを増幅させることがわかった。この研究では、アデノウィルスを用いて未熟造血細胞を体外増幅させうることを示し、臨床応用に可能性を開いた。さらに、IL-3依存性マウス骨髄細胞株FDC-P1細胞に、レトロウィルスを用いて恒常的活性型MEK蛋白質を過剰発現させることにより、FDC-P1細胞はIL-3による最大刺激以上の増殖能を付与される、という報告を、われわれは独自に追試した。そこで、恒常的活性型MEKをコードするcDNAを組み込〓セアデノウィルスを作成中である。上皮細胞増殖因子(EGF)受容体を発現する組み換えアデノウイルスを用いて、CD34陽性ヒト白血病細胞株にEGF受容体(EGFR)を発現させ、EGFシグナルの効果を検討したところ、EGF依存性の増殖が認められた。この際、分化段階への影響を検討する目的で表面マーカーをフローサイトメーターで調べたところ、ほとんど変化はみられなかった。そこで、実際に末梢血から単離したCD34陽性細胞にアデノウィルスを感染させてEGFRを発現させ、さらにEGFを加えて培養することにより未熟な血液前駆細胞が増幅させうるかどうかをコロニーアッセイ法を用いて検討した。CD34陽性細胞に対するアデノウイルスの感染効率は低かったが、インターロイキン6(IL-6)およびSCFを培養中に加えることにより感染効率の改善が得られた。この結果、5日間の液体培養期間中に、EGF存在下ではEGF非存在下に比べ、コロニー形成細胞が約5倍に増幅された。

その結果、EGFがLTC-ICを増幅させることがわかった。この研究では、アデノウィルスを用いて未熟造血細胞を増幅させうることを示し、臨床応用に可能性を開いた。末梢血から単離したCD34陽性細胞に上皮細胞増殖因子(EGF)受容体を発現する組み換えアデノウイルスを感染させてEGFRを発現させ、さらにEGFを加えて培養することにより未熟な血液前駆細胞が増幅させうるかどうかをコロニーアッセイ法を用いて検討した。インEーロイキン6(IL-6)およびSCFを培養中に加えることによりCD34陽性細胞に対するアデノウィルスの感染効率の改善が得られた。この結果、液体培養期間中に、EGF存在下ではEGF非存在下に比べ、コロニー形成細胞が約5倍に増幅された。増幅されたコロニーの中では、特にBFU-Eの増幅が目立った。本来の標的はさらに未熟なレベルの細胞であるため、LTC-ICを標的としてアデノウィルスの感染、およびEGFによる増幅に関して検討した。CD34陽性細胞にアデノウィルスを感染させEGFRを発現させた後、フローサイトメーターを用いてEGFR陽性細胞を純化した。純化した細胞を用いてLTC-ICアッセイを行うことにより、EGFR陽性細胞中にLTC-ICが存在することを確認した。すなわち、LTC-ICにアデノウィルスが感染しうることを証明した。さらに、EGFRを発現させたCD34陽性細胞をEGF存在下および非存在下で5日間培養し、LTC-ICアッセイを行った。この研究では、アデノウィルスを用いて未熟造血細胞を体外増幅させうることを示し、臨床応用に可能性を開いた。さらに、IL-3依存性マウス骨髄細胞株FDC-Pl細胞に、レトロウィルスを用いて恒常的活性型MEK蛋白質を過剰発現させることにより、FDC-Pl細胞はIL-3による最大刺激以上の増殖能を付与される、という報告を、われわれは独自に追試した。そこで、恒常的活性型MEKをコードするcDNAを組み込〓セアデノウィルスを作成中である。
HTLV-1 TaxによるゲノムDNAメチル化制御異常の誘導機構

癌細胞でDNAメチル化異常が認められることは周知であるが、その誘導に関わる分子機構は不明である。細胞分裂=DNA複製後のゲノムのメチル化パターンの継承は"maintenance methylase=Dnmt1"に依存する。Dnmt1はDNA-Dnmt1-PCNA複合体形成を介して機能するが、本研究では、ヒト白血病ウイルスHTLV-1のoncoproteinであるTaxがp21WAF1の発現誘導を介してこのDNA-Dnmt1-PCNA複合体形成を競合的に阻害し、DNAメチル化パターンの継承を撹乱し、ゲノムのhypomethylation化を促進すると言う仮説に基づき、Taxがメチル化されたプロモーターを脱メチル化する事を解析する系の確立を目指した。HTLV-1感染T細胞株の解析では、ウイルス遺伝子を発現しTaxの存在する細胞ではIFN-γ等のサイトカイン遺伝子のプロモーター領域のCpGが脱メチル化しているのに対し、MT-1等のウイルス遺伝子の発現していない細胞株やJurkatではメチル化レベルが低下している事が明らかになった。さらにCdで誘導可能なTaxをもつJurkat細胞JPX9を用いて、Taxの発現とメチル化の相関の解析を試みた。しかし、JPX9はTaxの発現に伴いp21WAF1の発現が誘導されるが、2日目以降著明なアポトーシスを示す事から、DNA複製サイクルを経た後のCpGメチル化解析には適さないことが明らかになった。そこで、Taxによるアポトーシス誘導に対して体制を示すJPX9細胞の作製を試みる事にし、レトロウイルスベクターを用いてアポトーシス抑制因子であるCrmAを導入したJPX9-Crmを作製し解析を進めている。
外胚葉器官形成におけるNF-kBのメカニズム解明

転写因子であるNF-kBは、癌、炎症反応、免疫応答、内分泌系など様々な生体反応に関与している。本研究において我々は、このNF-kBの歯の発生への関与についての検討を行い、以下の結果を得た。NF-kBのインヒビターをリン酸化し、NF-kBの活性を促すIKKの構成成分の1つであるIkkαのノックアウトマウスの前歯に異常が認めれ、その前歯歯胚においてNotchの発現が抑制されている事が明らかとなってる。このNotchは、歯胚に発現するものの、その発現は、Stellate Reticulum(SR)に限られる。これは、Ikkαのノックアウトマウスの前歯におけるNotchの抑制が、Notchの抑制ではなく、SRの欠如である可能性がある事を示している。そこでIkkαのノックアウトマウスの前歯におけるSRの有無を検索した。SRのマーカーであるSLUG、CD44のIkkαのノックアウトマウスの前歯での発現が確認できた。またSRは、Msx2を通して、エナメル形成に関与する事が報告されている。Ikkαのノックアウトマウスの前歯において、Msx2および正常なエナメル質が確認され、Ikkαのノックアウトマウスの前歯にSRが存在する事が確認された。一方Notch-Ikkαの関係は現在まで報告されていない。しかし我々は、NotchのリガンドであるJagged2のノックアウトで認められる口腔上皮の癒合とPalata1 Shelfのelevation不全による口蓋裂を、Ikkαのノックアウトマウスにおいても見出し、いくつかの組織においてIkkα-Notchが密接に関連している事が示唆された。以上の事より前歯の発生には、NF-kBの活性を促すIkkαと、それによるNotchの活性が重要であることが示唆された。NF-kBのインヒビターをリン酸化し、NF-kBの活性を促すIKKを構成するIkkα、Ikkβ、Ikkγの発現が確認されたが、それぞれの発現パターンはかなり異なるものであった。Ikkαは初期では歯胚の基底上皮に、後期ではエナメル芽細胞にその発現を認めた。Ikkβは、初期では歯胚の基底上皮と凝集した間葉組織に、後期では象牙芽細胞に発現していたのに対し、Ikkγでは、初期においては歯胚の内エナメル上皮に、後期では象牙芽細胞に発現していた。一方、β-galactosidase geneがNF-kBのリポーターgeneとして組み込まれたトランスジェニックマウスでは、NF-kBの活性を示すLacZの発現が、エナメルノットに限局しており、いずれのIkkダイマーとも違った発現パターンを示した。NF-kBの抑制されたトランスジェニックマウス及びIkkαノックアウトマウスにおいて歯の異常が確認されたものの、NF-kB関連物質であるNIKのノックアウトマウスや、IKKαのactivation loopに欠損が存在し、IKKαが正常にリン酸化されないトランスジェニックマウスでは、それらの歯の異常は確認されなかった。以上のことより、NF-kBは、歯の発生に関与するものの、その関与は、NF-kBのシグナルの中の一部を使用したものである事が、推察された。

NF-kBのインヒビターをリン酸化し、NF-kBの活性を促すIKKの構成成分の1つであるIkkαのノックアウトマウスの前歯に異常が認めれ、その前歯歯胚においてNotchの発現が抑制されている事が明らかとなってる。このNotchは、歯胚に発現するものの、その発現は、Stellate Reticulum(SR)に限られる。これは、Ikkαのノックアウトマウスの前歯におけるNotchの抑制が、Notchの抑制ではなく、SRの欠如である可能性がある事を示している。そこでIkkαのノックアウトマウスの前歯におけるSRの有無を検索した。SRのマーカーであるSLUG、CD44のIkkαのノックアウトマウスの前歯での発現が確認できた。またSRは、Msx2を通して、エナメル形成に関与する事が報告されている。Ikkαのノックアウトマウスの前歯において、Msx2および正常なエナメル質が確認され、Ikkαのノックアウトマウスの前歯にSRが存在する事が確認された。一方Notch-Ikkαの関係は現在まで報告されていない。しかし我々は、NotchのリガンドであるJagged2のノックアウトで認められる口腔上皮の癒合とPalatal Shelfのelevation不全による口蓋裂を、Ikkαのノックアウトマウスにおいても見出し、いくつかの組織においてIkkα-Notchが密接に関連している事が示唆された。以上の事より前歯の発生には、NF-kBの活性を促すIkkαと、それによるNotchの活性が重要であることが示唆された。
離散・超離散系の保存量と可積分性の研究

Lyness方程式を超離散化したLyness max方程式に対しては,具体的な高次の保存量を求め,その保存量の一般的な構造を明らかにするために,derivative Lyness方程式の具体的な保存量を見出した.また,非線形方程式に対する数式処理的・数値的なアプローチとして,球面的距離により修正されたPoiseuille流の厳密解や双曲的計量によるPoiseuille流れを表す方程式を導出した.Lyness方程式の従属変数を超離散化したk階のLyness max方程式については,昨年度に第1,第2,第3の保存量を具体的に求めたが,これが互いに独立であることをカソラチ行列式を用いて証明した.この結果については,ギリシャで開かれた国際会議(The 6th World Congress of Nonlinear Analysts)において発表した.また,Lyness max方程式のn次の保存量を求めるために,derivative Lyness方程式に対応するderivative Lyness max方程式を導出したが,これに対するLax-pairの一つの候補を見いだした.また,分担者の一人である久保は代数計算に対して,その計算結果が計算順序によらない算法で代用するという手法を提案し,与えられた代数に最も近い結合代数を見つけるという幾何学的問題の定式化を行った.また,粘性流体の運動を支配する非線形方程式(Navier-Stokes方程式)に対して,柴とともに球面的距離により修正されたPoiseuille流の厳密解を求めることに成功した.無限個の保存量をもつcoupled KdV型の方程式を以前に見つけていたが,この方程式の解の構造はまだ十分には解明されていないため,離散化または超離散化はまだ行われていない.そこで,この方程式の超離散化の第一段階として,保存量の立場から独立変数を離散化した方程式の候補を見いだした.また,分担者の一人である久保とともに代数計算に対してその計算結果が計算順序によらない算法で代用するという手法を昨年度に提案したが,この手法によって,数値計算の上でも精度の良い結果が得られることを示した.また,柴ともに双曲空間におけるPoiseuille流を表す方程式の候補を見いだした.Lyness方程式を超離散化したLyness max方程式に対しては,具体的な高次の保存量を求め,その保存量の一般的な構造を明らかにするために,derivative Lyness方程式の具体的な保存量を見出した.また,非線形方程式に対する数式処理的・数値的なアプローチとして,球面的距離により修正されたPoiseuille流の厳密解や双曲的計量によるPoiseuille流れを表す方程式を導出した.本研究課題の目的は離散系の保存量を探索する効率的アルゴリズムを開発し,それを数式処理システム上に実現することである.今年度は,有理式型の完全離散方程式(偏離散方程式)の保存量を探索するアルゴリズムとして,一様なランクをもつ差分方程式の保存量を逐次的に構成するアルゴリズムを作成し,それらが保存量であるための条件を求めた.また,そのアルゴリズムを実現するプログラムを数式処理システムREDUCE上に作成した.このプログラムにより,有理式型の保存量の分母分子の各々の次数を考慮しなくても探索することができるようになった.具体例としては,有理式型の離散方程式の一つであるLyness方程式の高次保存量を具体的に求めることができた.これらの保存量の構造を基にして,Lyness方程式の一般的な次数の保存量の具体的な形を求めるMAPLEプログラムを作成した.さらに,ランクが一様でない離散方程式に対しても上記のアルゴリズムが適用できるように,ダミーの重みを持った変数を導入することによって,より一般的な離散方程式に対しても保存量を求めることができるようになった.また,Lyness方程式の従属変数を離散化したk階のLyness max方程式については,第1,第2,第3の具体的な保存量を求め,元のLyness方程式に対応する保存量が存在することを示した.さらに,Lyness max方程式の一般的なn次の保存量を求めるための準備として,derivative Lyness方程式に対応するderivativeLynessmax方程式を導いた.最終年度の成果としては,有理式型離散方程式の保存量を求める新しい数式処理プログラムを作成し,これを用いてderivative Lyness方程式に対して具体的な保存量を見出した.また,無限個の保存量をもつcoupled KdV方程式の一つに対して離散版の候補を見出し,その方程式に対しても具体的な保存量を求めた.粘性流体の運動を支配するNavier-Stokes方程式に関する研究として,古典的なPoiseuille流の非ユークリッド的一般化を考え,双曲的計量によPoiseuille流れを表す方程式を導出した.2重連結領域のスパンについての数式処理的・数値的研究として,領域がある条件に従って動くとき,スパンがどのような変化を見せるかを,計算的に調べた.また,有限次元結合代数の分類問題に新たな手法で取り組み,低次元代数の分類に成功した.

さらに,変形で互いに移り合う代数の型を明らかにした.研究期間全体を通じての成果としては,具体的な解の構造がわかっていないため,解の立場からの離散化が進んでいないcoupled KdV方程式に対して,保存量の立場から離散化の候補を見出したことは意義深い.また,Lyness方程式の超離散版であるLyness max方程式に対しては,その一般的構造を解の構造を明らかにするために,derivative Lyness方程式の具体的な保存量を見出した.これらの保存量の間の関係から一般的な構造を知る手がかりが得られたのは意義深い.また,非線形方程式に対する数式処理的・数値的なアプローチとして,球面的距離により修正されたPoiseuille流の厳密解や双曲的計量によるPoiseuille流れを表す方程式を導出した.離散化は数値計算の立場からも重要であり,数値計算の精度に関する研究として計算順序に依らない結合代数を見出したことは重要である.応用数学大きな次数の保存量をコンピュータによる数式処理を用いて求めるときに,膨大な未定係数の処理が必要となるが,これを現実的な時間の中で行うためには,メモリー容量および計算時間を削減するための手法が必要である.その手法として数値計算との併用によるゼロ判定のアルゴリズムの開発を行ってきたが,制限付きではあるがそのアルゴリズが機能し始めている.また,Lyness max方程式の保存量の構造の完全な解明には至っていないが,一般的な次数の保存量を求めるための補助方程式に対するLax-pairの候補が得られており,全体としてはおおむね順調に進展しているといえる.有理式型の非線形方程式の保存量を求めるプログラムを用いてLyness max方程式以外の超離散方程式の解の振る舞いを調べていたが,プログラムに不備が見つかり,プログラムの作成をし直していたため,予定よりも研究に遅れが生じた.一様なランクを持つ方程式の保存量を求めるプログラムについては,実際の研究で使用できる程度のかなり大きな次数の保存量まで求めることができることを確認したので,この問題に関してほぼ予定通りである.ランクが一様でない方程式の保存量の探索については,未定係数の数が予想以上に膨大になり,コンピュータのメモリーの制限によって大きな次数の保存量の計算ができるところまでは至っていない.しかし,数値計算との併用によるゼロ判定のアルゴリズムを開発中であるので,この問題もまもなく解決できるものと期待している.また,Lyness方程式およびLyness max方程式の保存量の構造についての研究は,次年度に行う予定であったが,こちらは当初の計画よりも少し早く進んでいるので,全体としてはおおむね順調に進展しているといえる.大きく分けて,以下の3つの点について研究を進めていく予定である.(1)数値計算との併用によるゼロ判定アルゴリズムの完成.(3)有理式型の非線形方程式の保存量を求めるプログラムを用いて,Lyness max方程式以外の超離散方程式の解の振る舞いを調べる.有理式型の非線形方程式の保存量を求めるプログラムを用いて,coupled KdV型の超離散方程式の導出と,その方程式の解の振る舞いの解明を行う予定である.大きく分けて,以下の3つの点について研究を進めていく予定である.(1)数値計算との併用によるゼロ判定アルゴリズムの開発.(2)Lyness max方程式の一般的なn次保存量の構造の解明.(3)一般的な超離散方程式の保存量を求めるアルゴリズの開発.研究費の大半は,研究打ち合わせおよび成果発表に関わる旅費である.
柔軟な検索機能を有する文字列検索アルゴリズムの開発と検索システムへの応用

平成15年度平成17年度の各年度における研究成果の概要を以下に示す.平成15年度1.ビット並列論理演算を利用した高速なビット並列型検索アルゴリズムを開発し,実際にプログラムを作成し性能を評価した.2.ハイブリッド型検索アルゴリズムの基本設計を行った.ここで,ハイブリッド型とは,検索のためにいろいろな有限オートマトンを使い分けるアルゴリズムである.3.近似検索アルゴリズムの開発した.近似検索とは,類似の文字列を検索することである.平成16年度1.有限オートマトンの最適化と検索アルゴリズムへの応用:すなわち,検索を高速に行うための最適な有限オートマトンついて,実際に我々が開発したアルゴリズムに組み込むことにより評価した.2.多様な論理演算への対応:正規表現のプール演算によるさらなる拡張法を考案した.平成17年度1.有限オートマトンによる検索アルゴリズムの最適化:平成16年度に引き続き,アルゴリズムの性能を実験的にさらに評価した.2.有限オートマトンのサイズに関する考察:正規表現に対し提案されている数種の有限オートマトンいついて,そのサイズを実験的に評価した.3.動的な演算定義が可能な検索システムへの拡張と改良:アルゴリズムの設計とその評価を行った.平成15年度平成17年度の各年度における研究成果の概要を以下に示す.平成15年度1.ビット並列論理演算を利用した高速なビット並列型検索アルゴリズムを開発し,実際にプログラムを作成し性能を評価した.2.ハイブリッド型検索アルゴリズムの基本設計を行った.ここで,ハイブリッド型とは,検索のためにいろいろな有限オートマトンを使い分けるアルゴリズムである.3.近似検索アルゴリズムの開発した.近似検索とは,類似の文字列を検索することである.平成16年度1.有限オートマトンの最適化と検索アルゴリズムへの応用:すなわち,検索を高速に行うための最適な有限オートマトンついて,実際に我々が開発したアルゴリズムに組み込むことにより評価した.2.多様な論理演算への対応:正規表現のプール演算によるさらなる拡張法を考案した.平成17年度1.有限オートマトンによる検索アルゴリズムの最適化:平成16年度に引き続き,アルゴリズムの性能を実験的にさらに評価した.2.有限オートマトンのサイズに関する考察:正規表現に対し提案されている数種の有限オートマトンいついて,そのサイズを実験的に評価した.3.動的な演算定義が可能な検索システムへの拡張と改良:アルゴリズムの設計とその評価を行った.本年度は,拡張正規表現に一致する文字列を検索するための効率的な検索アルゴリズムの開発および評価,さらに,類似文字列を検索するための近似検索アルゴリズムについて,以下の研究を行なった。1.ビット並列論理演算を利用した高速なビット並列型検索アルゴリズムの開発および評価通常,コンピュータでは,ワード単位で論理和,論理積などのビット並列論理演算が可能であり,このような演算がアルゴリズムの高速化に有効であることが知られている。本年度は,研究代表者である山本が開発したモジュール分割法にビット並列論理演算を導入し,拡張正規表現に一致する文字列を高速に検索するアルゴリズムを開発した。さらに,実際にこのアルゴリズムを実装し,実験的に効率さを評価した。この成果は国際会議で受理され,発表している。2.ハイブリッド型検索アルゴリズムの開発我々のアルゴリズムは,拡張正規表現を,正規表現を表す断片に分割し、各断片を非決定性有限オートマトンに変換する。もしその断片が小さければ、さらに決定性有限オートマトンに変換することによって高速化が期待できる。本年度は,次年度に向け,断片のサイズによって非決定性,決定性を使い分けるハイブリッド型アルゴリズムの基本設計を行なった。3.近似検索アルゴリズムの開発共通集合演算だけを持つ正規表現(準拡張正規表現)に対し,より高速な近似検索アルゴリズムを開発した。我々は,山本が開発したモジュール分割法と正規表現の近似検索アルゴリズムの設計に用いられた手法を融合することによって新しいアルゴリズムを開発した。この結果も,国際会議で受理され,発表している。本年度は,拡張正規表現対する検索アルゴリズムの改良とアルゴリズムで使われる有限オートマトンの最適化について,以下の研究を行なった。1.有限オートマトンの最適化と検索アルゴリズムへの応用正規表現からできるだけサイズの小さい有限オートマトンを求めるための高速アルゴリズムを開発した。さらに、検索アルゴリズムに適した有限オートマトンを求めるため、開発した検索アルゴリズムにいくつかの有限オートマトンを実装し、実際の性能を評価した。これにより、単にサイズの小さいオートマトンが優れているというわけではなく、サイズが大きくてもシミュレーションに適した構造を持つオートマトンのほうがよい性能を示す場合があることを示した。2.多様な論理演算への対応最初に開発した拡張正規表現に対する検索アルゴリズムは、論理和、論理積、否定だけに対応可能であった。この機能を拡張し、ユーザが任意の論理演算を自由に定義できるようにアルゴリズムを改良した。これによって、ユーザは演算を自由に定義し、検索に利用することができる。このような拡張に当たっては、元々のアルゴリズムの性能を落とさないように、ユーザが定義した演算を自動的に解釈し、実行するような仕組みを考案した。平成17年度は,本研究課題の最終年度であり,今までの研究に基づき以下の点について研究を行った.1.有限オートマトンによる検索アルゴリズムの最適化平成16年度に,サイズの小さな有限オートマトンを構成するための効率的なアルゴリズムを開発し,拡張正規表現におけるその性能を評価した.その結果,検索アルゴリズムの効率化のためには有限オートマトンのサイズだけでなくその構造も重要であることがわかった.本年度は,いろいろな有限オートマトンをアルゴリズムに組み込むことにより,その性能を実際に評価した.2.有限オートマトンのサイズに関する考察

3.動的な演算定義が可能な検索システムへの拡張と改良拡張正規表現は,論理和,論理積,否定に対応する論理演算を利用できるが,平成16年度にこれを任意の論理演算が利用できるような仕組みを考案した.本年度は,この機能を組み込んだ検索システムを実際に実装し,その評価を行った.これにより,任意の論理演算を高速に実行でき,その有効性を確認した.
脳卒中片麻痺者の姿勢改善を目的としたTrunk Solutionの開発と評価

本研究の目的は体幹装具Trunk Solution(TS)を脳卒中片麻痺者に使用させその効果および短下肢装具との相乗効果を評価し,TSを改良するとともに体幹,骨盤部を中心とした評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すことである.三次元動作分析装置を用いた27名の片麻痺者を対象とした歩行評価では,コントロール群と比較してTS使用群で有意に歩行パフォーマンスが改善し,病院における臨床評価でも同様の結果が得られた.また,改良版Trunk Solutionを作製しデザイン性を高めるとともに,胸を押す抗力,骨盤の加速度,角速度,筋活動の計測が可能な臨床用評価システムも考案することができた.本研究は姿勢の改善と体幹前面筋群の活動の促通を目的とした抗力を具備した継手を有する体幹装具Trunk Solution(以下TS)を脳卒中片麻痺者に使用させ,その即時効果,長期使用効果および短下肢装具との相乗効果を運動学,運動力学的な指標を用いて評価し,片麻痺者に適した仕様にTSを改良するとともに評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すものである当該年度においてはTSの改良を実施し,脳卒中片麻痺者においても装着が可能となるように脱着の容易性を向上させた.また,改良したTSと短下肢装具との相乗効果を調べるために患者会に登録する脳卒中片麻痺者を対象として三次元動作分析装置を用いた評価を実施した.16名の脳卒中片麻痺者を無作為にTS装着群とダーメンコルセット装着群の2群に分けて,短下肢装具のみ装着,短下肢装具といずれかの体幹装具装着,体幹装具を外した後に再度短下肢装具のみ装着の3条件で,歩行動作の計測を実施した.すべての計測を終了し,当該年度末より解析作業を開始した.またプレ実験として裸足におけるTSの効果検証を9名の脳卒中片麻痺者に対して実施した後,論文を執筆し,現在国際義肢装具学会誌に投稿中である.加えて,TSが継手から体幹部に与える力,体幹部に生じる加速度そして体幹部の筋活動をタブレット端末によって計測する簡易型計測システムの開発にも着手した.現在プロトタイプの計測システムの製作が完了し,臨床の現場にて評価を行うための準備を進めている.本研究は姿勢の改善と体幹前面筋群の活動の促通を目的とした抗力を具備した継手を有する体幹装具Trunk Solution(以下TS)を脳卒中片麻痺者に使用させ,その効果および短下肢装具との相乗効果を評価し,片麻痺者に適した仕様にTSを改良するとともに評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すものである.25年度中に脳卒中片麻痺者にTSを裸足で使用した際の効果の検証は終了した.本研究結果から片麻痺者がTSを装着した状態で歩行した後に外して歩行を実施すると,麻痺側の股関節の屈曲筋の発揮が促され,歩幅が増加することで歩容が改善することが明らかとなった.本研究内容については国際義肢装具学会誌への掲載が決定している.26年度中にはTSと通常使用される体幹装具および短下肢装具の組み合わせが片麻痺者の歩行能力に与える影響を明らかにするための計測を国内の2施設で実施し,計30名の計測が終了した.本計測内容についてはデータ解析中であり,27年度に実施される国際義肢装具学会と日本義肢装具学会にて発表の予定である.また,TSを片麻痺者がリハビリテーションの訓練場面で脱着しやすい形状に改良するとともに,TSが胸部を押す抗力をセンシングおよびLEDで表示できるようにした.また,このセンシングした値をIPADに無線で出力することで,アプリケーション上で片麻痺者の体幹機能を評価する仕組みを開発した.TSとIPADをセットにした臨床評価システムを3か所の病院に貸し出し,ハードウェア,ソフトウェアを含め,より臨床で使用可能な仕様に改良する予定である.本研究は姿勢の改善と体幹前面筋群の活動の促通を目的とした抗力を具備した継手を有する体幹装具Trunk Solution(以下TS)を脳卒中片麻痺者に使用させ,その効果を評価し,片麻痺者に適した仕様にTSを改良するとともに評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すものである.2015年度までに実施した研究実績として,脳卒中片麻痺者30名を無作為にTS装着群とダーメンコルセット装着群に分け,短下肢装具装着によるTSの相乗効果について検証した.結果としてTS装着時に片麻痺者の歩行パフォーマンスが向上し,短下肢装具とTSの同時装着を行うことで,前遊脚期の足関節底屈モーメントが増加して歩行速度が増加することがわかった.また,TSとIpadをWifiを用いて接続するツールを開発し,TSが胸部を押す力と筋電の同期計測および姿勢評価を可能にした.このシステムの臨床現場での試用を行い,TSを用いた歩行練習の効果をTSを用いない歩行練習の効果と比較した.結果として,TSを用いた歩行練習では前遊脚期における片麻痺者の体幹前傾角度が減少し,歩行パフォーマンスが向上するという結果が得られた.現在までに複数の片麻痺者を対象としたリハビリテーション病院にTSおよび評価システムを貸出し,TSの効果の評価を行っている.

また,TSはそのデザイン性についても高い評価を受けており,2014年度のGood Design賞を受賞した.片麻痺者に対するTSの効果検証を多角的に実施し,病院における評価も実施している.三次元動作分析装置によって膨大な量のデータが得られているため,解析に時間を要しているが,今年度前半にはすべて終了する見込みが立っている.本研究は姿勢の改善と体幹前面筋群の促通を目的とした抗力を具備した継手を有する体幹装具Trunk Solution(以下TS)を脳卒中片麻痺者に使用させ,その効果を評価し,片麻痺者に適した使用にTSを改良するとともに評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すものである.平成25年度28年度までにTSの改良,評価システムの開発および実際の疾患者を対象とした計測を実施し,ほぼすべての予定は終了していた.しかしながら,30名の脳卒中片麻痺者の歩行のデータ解析を複数の運動学,運動学的パラメータを用いて解析することでより質の高い研究成果が報告できると考え,平成29年度まで研究実施期間を延長した.本年度中に30名の脳卒中片麻痺者をTSと短下肢装具使用群とダーメンコルセット使用群に15名ずつを無作為に分けて,TS装着による効果を検証するためのデータ解析を行うことができた.結果としてTS群はダーメン群と比較して,歩行の時間距離因子では,歩行速度,ケイデンスが増加した.運動学的パラメータではより骨盤の後傾を防ぐことができるとともに股関節の伸展角度が大きくなっていた.運動力学的パラメータではMstの足関節の底屈モーメントと遊脚期の足関節背屈モーメントが増加した.開発した装具の効果を無作為化比較試験により得られたデータを分析することができたため,より質の高い結果を得ることができた.また作製したTSを追加的に病院に配布して,効果の検証を行うとともに実用化の可能性が高いことも知ることができた.本研究の目的は体幹装具Trunk Solution(TS)を脳卒中片麻痺者に使用させその効果および短下肢装具との相乗効果を評価し,TSを改良するとともに体幹,骨盤部を中心とした評価システムを開発し,臨床応用による実用化を目指すことである.三次元動作分析装置を用いた27名の片麻痺者を対象とした歩行評価では,コントロール群と比較してTS使用群で有意に歩行パフォーマンスが改善し,病院における臨床評価でも同様の結果が得られた.また,改良版Trunk Solutionを作製しデザイン性を高めるとともに,胸を押す抗力,骨盤の加速度,角速度,筋活動の計測が可能な臨床用評価システムも考案することができた.初年度の研究成果がすでに国際学会誌で掲載されることが決定しているとともに,装具の改良も順調に進んでいる.また,当初の計画通り片麻痺者30名を対象とした実験が終了しており,学会発表のエントリーも完了している.開発した装具とIPADを無線で接続するためのハードウェア,アプリケーションの開発も終了しているため,計画は予定通り順調に進展している.実験はすべて終了し,解析ツールもほぼ完成している.計測された膨大なデータ全体を今年度中に整理し,質の高い報告書として内容を報告できるよう研究を推進していく.人間工学,バイオメカニクス今後は26年度に片麻痺者30名を対象として実施した計測のデータ解析を進め,論文投稿への準備を進めるとともに,現在臨床評価を実施している内容を基にして,開発中の体幹装具と臨床評価用のアプリケーションの改良を適宜進めていく.すでに脳卒中片麻痺者が使用可能なTSの作製が完了し,16名の脳卒中片麻痺者を対象として改良したTSの効果および短下肢装具との相乗効果を明らかにするための実験も終了している.また,タブレット端末を用いた臨床評価システムの製作にもすでに着手している.当初見込んでいたデータ解析についてはほぼ終了しているが,質の高い報告書として提出するために膨大なデータをまとめなおし,開発した体幹装具の効果をより客観的に導きたいと考えている.
柔道の審判員の投技評価における位置に関する研究

本研究は、国内外において初めて、柔道の審判員が実際にどのような位置で投技評価を行っているかを検証した。現在の副審は移動できないために、異見発生を含め投技評価の半数以上は推奨される審判員の位置(主審と副審2名を線で結んだ三角形の内側)で行われていないことや主審に視界を遮られて投技が見えにくい場面があることが明らかとなった。ゆえに、主審と同様に副審も移動して投技評価を行うことが望ましいことを提言した。2011年11月に撮影した試合映像を2012年4月に再集計・再分析を行った。そして、2012年8月24日に東海大学(湘南キャパス)で開催された日本体育学会第63回大会において、「柔道の審判員の投技評価における位置に関する研究」という演題で口頭発表を行った。また、2012年9月6日に東京農工大学(小金井キャンパス)で開催された日本武道学会第45回大会において、「柔道の審判員の投技評価における位置について」という演題で口頭発表を行った。なお、本研究期間内に遂行できなかった学会誌(原著論文)への投稿や一般公開(柔道関係の雑誌への投稿など)を個人研究費において2013年度に実施する予定である。本研究は、柔道の試合において審判員が実際にどのような位置で投技評価を行っているかを初めて検証したことに意義がある。主審と副審2名を線で結んだ三角形の内側と外側で行われた投技評価数(内側204個、外側215個)や異見発生数(内側33個、外側34個)に差がなく、主審によって副審の視界が遮られている場面が発生していることが明らかになった。このことから、副審も主審と同様に移動して投技評価を行うことが望ましいことを提言できたことは重要である。現在、国際柔道連盟によって試合場内で主審が投技評価を行い、副審1人と審判委員1人が試合場外から主審の審判をチェックするという1人制審判が試験的に導入されている。2014年には国内外において3人制審判から1人制審判へ移行されることがほぼ確実となっている。1人制審判においても、副審や審判委員がビデオカメラで撮影した映像をチェックし、投技評価に介入することが予想される。どのような投技の状況で投技評価に介入して異見が発生しているかを検証することが必要である。平成23年度はデータの収集(試合撮影)と分析を行った.データの収集について,科学研究費の交付が本学から研究代表者へ通知されたのが5月であったために,4月に予定していた大会の試合を撮影できなかった.そのため2011年11月12日・13日に開催される講道館杯全日本柔道体重別選手権大会を撮影することとした.46月までに実験補助者(撮影者3名)の人選や宿泊の手配を行った.711月までに撮影機材(ビデオカメラ7台,リモコン三脚7脚,予備バッテリー14個,充電器4個,カメラバッグ7個,メモリーカード7個)について検討して購入を行った.また,謝金や記入書類を準備した.不足する機材は個人研究費を用いて購入した.撮影日前日の11月11日にホテルに入り,打合せ会議(撮影機材のチェック,撮影方法と撮影場所の確認)を行った.また,撮影日当日(11月12日・13日)の朝にも打合せ会議(撮影方法と撮影場所の最終確認)を行った.さらに,撮影後(11月12日のみ),ホテルに戻って打合せ会議(明日の撮影準備,撮影方法の改善点)を行った.123月までに撮影した試合の分析を行った.撮影した試合数は461,投技評価数は420,異見発生数は67であった.また,異見が発生したものは,三角形の内側で31個、三角形の外側で36個あった.異見が発生しなかったものは,三角形の内側で172個,三角形の外側で181個あった.研究実績の概要で述べているように,全体的な分析(集計作業)は完了したが,学会発表や原著論文としてデータを用いるには,全試合映像を再度確認しながら詳細な分析が必要になるからである.平成24年度は,8月22日・23日・24日に東海大学(神奈川県)で開催される第63回日本体育学会と9月6日・7日に東京農工大学(東京都)で開催される第45回日本武道学会に参加し,研究成果を発表する.また,体育学研究あるいは武道学研究の原著論文として投稿する.さらに,一般の方でも理解しやすい内容や表現にして柔道(講道館発行),近代柔道(ベースボールマガジン社発行),柔道科学研究(全日本柔道連盟発行),本学のホームページに掲載する.詳細については以下に記す.46月までに,日本体育学会への一般研究発表申込みの〆切である5月7日までに大会予稿輯原稿を完成させて申込みを行う.また,日本武道学会への演題登録

申込み〆切である5月20日までに申込みを行い,大会抄録の〆切である6月30日までに完成させて申込みを行う.78月までに学会発表で用いるスライドや原稿を完成させる.学会発表における指摘点等を検討して912月までに体育学研究あるいは武道学研究の原著論文として投稿する.13月までに柔道(講道館発行),近代柔道(ベースボールマガジン社発行),柔道科学研究(全日本柔道連盟発行),本学のホームページに掲載する.平成24年度は,8月22日・23日・24日に東海大学(神奈川県)で開催される第63回日本体育学会と9月6日・7日に東京農工大学(東京都)で開催される第45回日本武道学会に参加し,研究成果を発表するために必要な年会費,大会参加費,旅費に研究費を使用する予定である.また,柔道のルールブックや剣道のルールブック等の必要な資料を購入するために研究費を使用する予定である.さらに,論文投稿にあたり日本語抄録の英訳を業者(FORTE)に依頼するために研究費を使用する予定である.論文掲載が決定した時点で図のカラー印刷費や別刷り代に研究費を使用する予定である.
国家儀礼からみた東アジア音楽史の新研究

従来の古代東アジアにおける音楽史研究は、主に芸術性や個別の楽曲・楽器等に焦点をあてたものであり、国家儀礼との緊密な関連に注目し、王朝の正統性にまで踏み込んで追究したものは非常に少なかった。本研究は、こうした音楽史研究の動向を根本的に転換するべく、中国・朝鮮半島・日本の君主が、自らの正統性を主張するために儀礼音楽を整備したという国家論の視点を用い、儀礼音楽の比較という見地から東アジアの有機的結合を新たに発見し、その歴史的背景をも解明するものである。
高速画像解析法による末梢神経損傷後の脊髄後角可塑性変化の解析

後根付き脊髄スライスを用いて、脊髄後角細胞の細胞内Ca2+の変動を可視化し、痛み刺激に対する後角細胞の興奮の強さと広がりを可視化することに成功した。痛み刺激の代用として後根を電気刺激することにより、まず、後角浅層部(第2層)内痩躯の細胞が最も早く強く興奮し、その後、第2層中央部や第3層に興奮が広がることがわかった。次に、糖尿病性神経障害性疼痛モデルを作成し、神経障害性疼痛治療薬であるプレガバリンの後角細胞の興奮に対する作用を検討した。その結果、臨床濃度のプレガバリンは糖尿病性神経障害性疼痛モデルの脊髄において興奮の強さや広がりに有意に影響にないことが判明した。平成26年度は最適の脊髄スライス作成法、染色法と記録法を確立することを主な目標としていた。膜電位と細胞内Ca2+イメージングの両方を行う予定であったが、まず変化率の大きいCa2+イメージングを行った。脊髄スライス作成はこれまでの電気生理実験と同様に週齢10週以上のラットから後根付き脊髄横断スライス(L5レベル)を作成し、1染色液(Rhod-2)の指摘濃度、2至適染色時間、3至適染色温度の決定を行った。1染色液濃度:通常、脳スライスではRhod-2の濃度は0.1mg/10ml程度であるが、成熟ラット脊髄はミエリンが多いため、この濃度では全く染まらず、溶解させることができる限界まで高濃度を試してみた。溶解させることができる限界の濃度は0.33mg/4mlであることがわかり、この濃度だとスライスの内部までRhod-2を到達させることができることがわかった。2染色時間:通常、脳スライスでの染色時間は30分程度であるが、高濃度Rhod-2でも30分では染色できず、60分・90分の染色時間を試してみた。その結果、十分な染色には最低90分が必要であることがわかった。また、同様の条件でスライスパッチクランプ記録を行い、90分の染色でもスライス内の細胞が生きていることを確認した。3至適染色温度:Rohd-2は細胞膜通過性を良くするためアセトキシメチル体になっている。これが細胞内に入ると細胞内エステラーゼによって加水分解を受けアセトキシメチル基が外れる。エステラーゼ酵素が上手く働くには体温と同じ37°C付近が理想であるが、酸素供給と需要のバランスを考えるとより低温の方が有利と考えられる。そこで3つの温度、25°C、28°C、36°Cでの染色を試してみたところ、28°C程度で染色することが最も変化率が高かった。以上のように、1染色液の指摘濃度は0.33mg/4ml、2至適染色時間は90分、3至適染色温度は28°Cを決定することができた。平成27年度は正常ラットの脊髄横断スライスを用いてCa2+イメージングを行い、分節レベルの神経興奮の広がりを明らかにすることを主な目的としていた。L5神経根をA線維の刺激強度で電気刺激すると、まず脊髄後角浅層部膠様質の内側1/3に興奮が現れ、外側方向(膠様質中央部)と深層部(後角第3層)の方向へ興奮が広がっていくのが観察できた。蛍光強度が最大となるのは膠様質の内側1/3で、変化率は約1%程度であった。次に、C線維の刺激強度で後根刺激すると、やはり膠様質の内側1/3が最も早く興奮し、同様に外側方向と深層部に興奮が広がることが観察できた。蛍光強度はやはり膠様質の内側1/3で最大となり、変化率は約2%程度であった。脊髄後角外側部の興奮は後根の単発刺激ではほとんど観察できなかったが、20Hz, 5連刺激を行うと若干ではあるが興奮が観察された。以上の結果から、後根から入力する痛覚情報により、まず脊髄後角浅層部膠様質の内側1/3の細胞が単シナプス性に興奮し、その後、興奮は外側や深層部に広がることがわかった。脊髄後角外側部の細胞は多シナプス性に興奮することが推察された。次に、糖尿病性神経障害性痛モデルラットを作成し、正常ラットと興奮の広がりを比較した。モデルラットの脊髄スライスで後根を電気刺激したところ、正常ラットとほぼ同様の興奮の発生が観察され、膠様質の内側1/3に興奮が現れ、外側方向と深層部の方向へ興奮が広がっていくのが観察できた。蛍光強度の変化率も正常ラットと比べて有意差はなかった。以上の結果から、糖尿病性神経障害性痛モデルラットで観察される痛覚過敏やアロディニアは脊髄後角細胞の興奮性の亢進によって生じるものではないことが示唆された。当初、予定していた神経障害性疼痛モデルのうち、糖尿病性神経障害性痛モデルラットしか作成できていないが、神経障害性痛治療薬であるプレガバリンの作用を糖尿病性神経障害性痛モデルラットで観察できているので、研究全体としてはおおむね順調と思われる。平成28年度はストレプトゾトシンの腹腔内投与によって作成した糖尿病性神経障害性疼痛モデルラットの脊髄スライスを用いて、神経障害性疼痛の治療薬であるプレガバリンが脊髄後角レベルで糖尿病性神経障害性疼痛に対して鎮痛作用があるかどうかCa2+イメージング法を用いて検討した。糖尿病性神経障害性疼痛モデルラットではストレプトゾトシン投与後、約2週間で後肢足底に対する逃避閾値が低下し、また、足をなめたり振り回したりする様な異常な疼痛行動が観察された。

このようなモデルラット及び正常ラットから脊髄スライスを作成し、プレガバリンの脊髄後角細胞の興奮性に対する急性作用を比較検討した。臨床的に到達し得るプレガバリンの最大脊髄内濃度は1-2マイクロモル程度であるが、それを超える濃度である10及び100マイクロモルのプレガバリンは正常及びモデルラットの両方において後根刺激で誘発した脊髄後角細胞の興奮を減弱させることはできなかった。一方、臨床濃度の300倍の濃度である300マイクロモルのプレガバリンはわずかではあるが脊髄後角細胞の興奮を減弱させたが、その作用は正常とモデルラットで有意な差はなかった。これまでプレガバリンは脊髄後角で興奮性伝達物質の放出を急性に減少させることにより脊髄後角細胞の興奮を減弱させて鎮痛作用を発揮すると信じられてきたが、それは臨床濃度を遙かに超える濃度で始めてみられる現象であり、少なくとも臨床で用いられる濃度ではそのような作用はないことが明らかとなった。この結果は、プレガバリンは内服後、8時間で最大脊髄内濃度に到達するにもかかわらず、鎮痛効果が発現してくるまで少なくとも数日かかるという臨床的観察にも一致している。後根付き脊髄スライスを用いて、脊髄後角細胞の細胞内Ca2+の変動を可視化し、痛み刺激に対する後角細胞の興奮の強さと広がりを可視化することに成功した。痛み刺激の代用として後根を電気刺激することにより、まず、後角浅層部(第2層)内痩躯の細胞が最も早く強く興奮し、その後、第2層中央部や第3層に興奮が広がることがわかった。次に、糖尿病性神経障害性疼痛モデルを作成し、神経障害性疼痛治療薬であるプレガバリンの後角細胞の興奮に対する作用を検討した。その結果、臨床濃度のプレガバリンは糖尿病性神経障害性疼痛モデルの脊髄において興奮の強さや広がりに有意に影響にないことが判明した。ミエリンが多い成熟動物の脊髄スライスを膜電位感受性色素やCa指示薬で染色するのは困難であり、これまで成功していなかった。そのため、まずイメージングのための方法論を確立することが非常に困難であることが予想されていたが、少なくとも細胞内Ca2+に関しては高濃度指示薬を用いて90分以上染色することにより、予想以上にシグナルノイズ比の良い鮮明な画像が記録できることがわかった。また、脊髄レベルで鎮痛効果を発揮すると考えられているオピオイドの1つであるオキシコドンや下行性疼痛抑制系の伝達物質の灌流投与により後根刺激による後角細胞の興奮の広がりが抑制され、脊髄内投与で痛みを惹起するGABA受容体拮抗薬のビククリンで興奮の広がりが増強することが確認された。これらの観察はこれまでの電気生理のデータと一致するものであり、脊髄スライスの作成と染色が適切に行われていることが確認できた。神経障害性疼痛モデル動物の作成はまだ行っていないが、正常動物(ラット)における方法論は完成しつつあり、研究全体としてはおおむね順調と思われる。今後は水平断脊髄スライスの作成法の確立とともに、坐骨神経を機械的に傷害した神経障害性痛モデルを作成し、脊髄内の興奮に対する神経障害性痛治療薬であるプレガバリンの作用を観察する予定である。麻酔科学現在は後根付き横断脊髄スライスでイメージングを行い、脊髄内での痛覚情報の広がりを観察している。今後は脊髄縦断スライスで頭尾方向の興奮の広がりを正常ラットで観察し、その後は坐骨神経を物理的に損傷した神経障害性疼痛モデルラット、有痛性糖尿病性神経障害モデルラットでの変化を観察する予定である。さらに、神経障害性疼痛の治療薬の影響を観察する予定である。