hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動機づけを促進するコンピュータ利用学習：現実空間と仮想空間による実験的検討

learning)において,ドロップアウトする学習者が多いという持続性の問題の解決に寄与することであった。この目的を達成するために,本年度は次の3つの研究を行った。(1)課題の解決方略を教示するタイミングが自己効力感と後の課題の取り組み時間に及ぼす影響の検討,(2)報酬の獲得を無意識に予期することによるアンダーマイニング効果の検討,(3)自己調整学習方略の実践経験と社会的スキルとの関連の検討その結果,それぞれの研究において次のことが明らかになった。(1)課題の解決方略の教示は,課題に取り組む前よりも,課題の失敗や諦めを経験した後のタイミングで行う方が,学習者の自己効力感や後の課題の取り組み時間に好影響を及ぼす。(2)課題成績に応じた金銭報酬を与えると,その課題に対する内発的動機づけが低下するというアンダーマイニング効果は,金銭報酬の獲得を無意識に予期するだけでも生じる可能性がある。(3)大学での学習において,自己調整学習方略を使用した経験がある人ほど,自己制御やコミュケーション能力などの社会的スキルが高い傾向にある。これらの成果は,持続的な学習をサポートする方法や,持続的な学習に重要な内発的動機づけが低下するメカニズム,学習者が自律的な学習方略を身につけることの重要性に関する新たな知見を提供するものであり,コンピュータ利用学習における持続性や動機づけの向上に対して一定の示唆を与えるものである。要因を統制した状況下で得られた本研究成果の知見を踏まえて,今後はより実際のコンピュータ利用学習に近い状況下でさらなる検討を行い,持続的に取り組むことのできる学習システムを開発するための指針を得ることが求められる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,パソコンやタブレットなどのデジタル端末を用いた,e-learningをはじめとするコンピュータ利用学習(Computer-based learning)において,ドロップアウトが多いという持続性の問題の解決に寄与することである。本年度は次の4つの研究を行った。(1)学習者のパーソナリティ特性と好みの教授者との関連の検討,(2)課題成績に及ぼす学習環境の影響の検討,(3)諦め行動が課題の持続性に及ぼす影響の検討,(4)動機づけの動的変化を測定する実験パラダイムの開発結果,それぞれの研究において次のことが明らかになった。(1)学習者のパーソナリティから,好みの教授者を予測するのは難しいこと,(2)ラーニングコモンズでは他の学習環境と比較して,作業課題や創造性課題の成績が向上すること,(3)課題解決を諦めるという行動によって,課題に対する自己効力感が低下し,課題取り組みの持続性が低下するという悪循環が生じること,(4)課題遂行中の動機づけの動的変化を測定・分析する上で,動機づけ指標の試行内変動に着目する実験パラダイムが有効であること。これらの成果は,学習に最適な環境,学習の持続性低下のメカニズム,課題中の動機づけの変化に関して新たな知見を提供するものであり,学習の持続性や動機づけを向上させるための示唆に富むものである。今後はよりコンピュータ利用学習への応用可能性が高い実験状況での検討を行い,持続的に取り組むことのできる学習システムを開発する指針を得ることを目指す。一部の研究においては,予測した結果が得られなかったものの,複数の研究を計画的に進め,今後につながる成果を挙げることができた。また,筆頭著書として,学会誌への発表2件,学会発表4件と精力的に研究発表を行うことができた。今年度の成果をコンピュータ利用学習ならではのシステムに応用するための研究を行う。具体的には,教授者エージェントや,仮想空間上の学習環境,ナビゲーションシステムへの応用を目的とした実験状況での検討を行う。
ガボール変換を用いた時変信号処理に関する研究

本研究では時変な特徴の推定を可能とするガボール変換を用いた時変信号処理手法の開発を目的として、次の項目について検討し、成果を得た。1.本研究でのガボール変換は、オーバサンプリング条件での変換を導入した。この場合信号の表現には冗長な情報が含まれるが、信号の特徴推定を考えたときには、基底関数の設計に柔軟性がもたれ、必要な帯域での特徴推定ができる。そこで、最小エネルギー条件での基底及び孤立波条件の基底を用いて音声などの特徴推定を行った。その際雑音や外乱等の影響のため、フーリエ変換に見られるような微細構造が同じように表現されていることを実験的にみいだし、信号の生成システムの推定のための、後処理について考察している。2.信号の時変モデル化とそのモデルの推定のために、自己組織化モデルとして知られているニューラルネットワークをRBF (Radial Bases Function)に改良し、高精度でモデルの特徴を推定できることを示した。3.ガボール変換を行う場合、フーリエ変換に対する高速フーリエ変換アルゴリズム等のような、処理の軽減化を行う高速アルゴリズムは存在しなかったが、本研究ではこの処理の高速化について、超並列処理向きの演算方法を考え、実際にHITACHI SR2001システム上で実現し、超並列システムで高速に処理できる可能性を示した。この手法は、実時間処理を志向するときに必要な処理であると考えられる。
橋核、橋被蓋網様体核のOKN初期急速増加への係わり

予備実験として4匹のサルを用いて視運動性眼振(OKN)の皮質下経路の第一次中継核である視蓋前域視索核(NOT)に順行性に神経線維を標識できるバイオサイチンを注入した。NOTからの出力系は3経路認められた。1)交連線維を通して対側のNOTに集束する。2)NOTの復側から網様体を通って橋被蓋様体(NRT)に投射する。3)NOTから内側網体を下降、橋外背側核(DL)、NOT右下神経周囲核、外転神経核、前庭核に分枝しながら下オリーブ投射するものであった。その中最も強い線維は3)の内側網体でDL、NRTに豊富な線維連絡が認められた。これら組織学的な研究は一部ER紙(1993)、全て現在投稿中である(J Comp Neurol)。NOTより豊富な線維を受けているDL、NRTのOKN初期急速増加への影響をみるためにサルの訓練、条件づけをおこなった。1匹のサルを用いた。ハロタン麻酔下に慢性実験用にボルト、シリンダー、電極用ワイヤーを植込んだ。90cm^2のスクリーンより50cmに動物を固定し、光点が暗くなった時動物がレバーをはなすと代償としてジュースが出るようにした。しかしサルはランダムにレバーを押し、その中には光点の輝度変化に一致してジュースをもらえることになり、現在光点がランダムにでてくるソフトを改良中である。動物が条件づけできたら、前回行った外側膝状体を同定しDLを同定しここを化学的に破壊する予定である。1匹のサルを用いた。
二つのGサイクルを結ぶ新規三量体G蛋白質シグナル依存性RhoGEF群の機能解析

これまで、我々は、種々の細胞において、三量体G蛋白質によるRhoファミリーG蛋白質の活性化機構の存在を示してきた。この機構解明には三量体G蛋白質シグナルによるRhoファミリーG蛋白質に特異的なGTP-GDP交換反応促進因子(RhoGEF)の活性化機構の解明が重要であると考え、本研究ではかずさDNA研究所のデータベースにあるRhoGEFの遺伝子クローン中、三量体G蛋白質βγサブユニットにより活性化されるRhoGEF分子として同定したFLJ00018も含めたいくつかのRhoGEF分子の細胞内機能を明らかにすることを目的としている。昨年度までに、FLJ00018以外で、βγサブユニットにより活性化されるRhoGEF分子として新たに二つの分子を同定し、その一つのクローンが、FLJ00018がβγサブユニットにより直接活性制御を受けていたのに対し、βγサブユニットにより活性化されたチロシンキナーゼの一種であるsrcにより活性制御をうけることを見出した。本年度は、βγサブユニットにより活性化される新規RhoGEFが、srcによりチロシンリン酸化されることを見出し、そのチロシンリン酸化される部位が、N末端領域に存在することを明らかにした。また、このsrcによるリン酸化は、現在のところβγサブユニットとは別の経路によって働くと考えられる。今後、この新規RhoGEF分子の活性化機構の詳細を明らかにする必要があると考えられる。本年度は特に、FLJ00018のもつPDZ結合ドメインおよびPHドメイン着目し、PDZドメイン含有蛋白質のひとつであるPSD-95が、FLJ00018によるSRE活性を抑制することや、ホスホリパーゼD2あるいはその酵素活性により産生されるホスファチジン酸により、FLJ00018の機能が抑制されることを見出した(投稿準備中)。また、βγサブユニットにより活性化されるRhoGEF分子としてあらたに二つの分子を同定し、その一つのクローンが、FLJ00018がβγサブユニットにより直接活性制御を受けていたのに対し、βγサブユニットにより活性化されたチロシンキナーゼの一種であるsrcにより活性制御をうけることを見出した。現在、引き続き新たに見出したもうひとつのRhoGEF分子についても検討を行っている。今後、細胞形態制御機構に関わるこれらのRhoGEF分子の活性制御機構の検討により、がんや神経形成にかかわる病態の発症機構の解明の一端を担えるものと考えられる。
異種環境負荷間のトレードオフを考慮した水環境改善対策の評価手法の確立

仮想評価法(CVM)によって諏訪湖の水環境改善便益を解析した結果,年間7.3億円となった.一方,対策に伴って発生するCO2排出などの副次的な環境負荷の損害費用は最大で年間2,300万円となった.「浮遊粒子状物質(SPM)による死亡リスクの低減」,「綾瀬川の水質改善」および「オオタカの保護」について選択型コンジョイント分析による調査を行った結果,野生生物の保護が重要視されていない結果となり,死亡リスク低減に比べ,水環境改善が高く評価された.諏訪湖集水域では屎尿由来の窒素負荷は大幅に削減され,諏訪湖への負荷は過去30年間で半減した.諏訪湖への主要な流入4河川の中では,栄養塩濃度の最も高い宮川で高頻度の水質観測を実施した.農耕地のような非特定汚染源の場合には,栄養塩負荷のかなりの部分が降水にともなう増水時に発生しており,諏訪湖への栄養塩負荷削減には農耕地からの土壌流出防止などの対策が重要であることが示された.道路近傍で粉塵,多環芳香族炭化水素(PAHs)の濃度を測定し,通過交通量との関係を解析した.小流域で粉塵,PAHsの降下量と降雨時の流出特性の関係を調査した.広島湾流域を対象に,様々な化学物質の生態系ならびに飲料水としてのリスクを算定し,議論した.諏訪湖を対象に,多環芳香族炭化水素とリン酸トリブチルについて,流域からの発生量と湖心堆積量との関係を調べた結果,両者が比較的良く一致した.1977年以来の諏訪湖の透明度の変遷を解析した.諏訪湖では近年アオコの発生が少なくなり,一方,大発生を繰り返して迷惑害虫となっていたユスリカの現存量が著しく低下した.また,漁獲量は最も汚染のひどかった1970年代をピークに減少の一途をたどっていることがわかった.諏訪湖では下水道の整備により水質浄化が進んだが,それに伴い集水域からの負荷の寄与率が上がった.仮想評価法(CVM)によって諏訪湖の水環境改善便益を解析した結果,年間7.3億円となった.一方,対策に伴って発生するCO2排出などの副次的な環境負荷の損害費用は最大で年間2,300万円となった.「浮遊粒子状物質(SPM)による死亡リスクの低減」,「綾瀬川の水質改善」および「オオタカの保護」について選択型コンジョイント分析による調査を行った結果,野生生物の保護が重要視されていない結果となり,死亡リスク低減に比べ,水環境改善が高く評価された.諏訪湖集水域では屎尿由来の窒素負荷は大幅に削減され,諏訪湖への負荷は過去30年間で半減した.諏訪湖への主要な流入4河川の中では,栄養塩濃度の最も高い宮川で高頻度の水質観測を実施した.農耕地のような非特定汚染源の場合には,栄養塩負荷のかなりの部分が降水にともなう増水時に発生しており,諏訪湖への栄養塩負荷削減には農耕地からの土壌流出防止などの対策が重要であることが示された.道路近傍で粉塵,多環芳香族炭化水素(PAHs)の濃度を測定し,通過交通量との関係を解析した.小流域で粉塵,PAHsの降下量と降雨時の流出特性の関係を調査した.広島湾流域を対象に,様々な化学物質の生態系ならびに飲料水としてのリスクを算定し,議論した.諏訪湖を対象に,多環芳香族炭化水素とリン酸トリブチルについて,流域からの発生量と湖心堆積量との関係を調べた結果,両者が比較的良く一致した.1977年以来の諏訪湖の透明度の変遷を解析した.諏訪湖では近年アオコの発生が少なくなり,一方,大発生を繰り返して迷惑害虫となっていたユスリカの現存量が著しく低下した.また,漁獲量は最も汚染のひどかった1970年代をピークに減少の一途をたどっていることがわかった.諏訪湖では下水道の整備により水質浄化が進んだが,それに伴い集水域からの負荷の寄与率が上がった.仮想評価法(CVM)やLCAなどの手法を組み合わせ諏訪湖における下水道整備,底泥浚渫,施肥対策,市街地対策について評価を試みた.まず,諏訪湖集水域においてCVMを適用したアンケート調査を行い対策による諏訪湖の水環境改善便益を解析した結果,年間7.3億円となった.一方,対策に伴って発生する副次的な環境負荷に対してLCインベントリー分析を行いCO2排出による地球温暖化の損害費用を算出した結果,最大で年間2,300万円となった.これらの結果から,評価対象の対策は統合的にみて環境改善効果が大きいことが示された.過去30年間の諏訪湖集水域で人口は微増,家畜飼養頭数では,豚・トリ数は大幅に減少し,牛数も1980年をピークに半減した.農耕地面積も1970年以降2/3まで減少し水田作付け面積の減少はさらに大きい.市街地面積はやや増加し,林野面積はほぼ横ばいである.屎尿由来の窒素負荷は大幅に削減された.諏訪湖への窒素流入負荷は過去30年間で半減した.環境中での微量化学物質の挙動は健康リスクに影響を与える.そこで,道路近傍で粉塵,多環芳香族炭化水素(PAHs)の浮遊粉塵,降下粉塵中濃度を測定し,通過交通量との関係を解析した.小流域で粉塵,PAHsの降下量と降雨時の流出特性の関係を調査した.

広島湾流域を対象に,様々な化学物質の生態系ならびに飲料水としてのリスクを算定し,議論した.諏訪湖では近年アオコの発生が少なくなり,一方,大発生を繰り返して迷惑害虫となっていたユスリカの現存量が著しく低下していることが明らかとなった.また,漁獲量は最も汚染のひどかった1970年代をピークに減少の一途をたどっていることがわかった.これらの結果から,浅い富栄養湖で浄化を進めると,魚の現存量の減少,湖底に生息するユスリカ幼虫の減少,アオコの減少,水草の増加が誘導されることが示された.諏訪湖水環境改善の環境属性および環境価値について,行列形式の記入表を用いた記号による重み付け評価の結果を解析した.その結果は環境属性の中では,アオコおよび透明度,次いでユスリカが比較的高く評価されていること、環境価値の中では,遺贈価値が最も高く評価され,次いで存在価値,代位価値が評価されていることなどが明らかになった.諏訪湖への主要流入4河川の中で諏訪湖への窒素負荷も最大であるとみられている宮川の定期観測(週1回)から,流量と全窒素,全リン濃度との回帰式を求め,その回帰式を用いて宮川安国寺橋における2002年1年問の窒素,リン流下量を算出した.その結果,窒素流下量は276tonN/yr,リンは11.0tonP/yrとなった.期間としては1年間の1/6程度(62日間)の増水時(4m3/sec以上)に,窒素では51%,リンでは83%が流下している計算になる.降水時の栄養塩類の流出,特に懸濁態成分の流出が諏訪湖への栄養塩負荷に大きく寄与していることが判明した.道路近傍で粉塵,多環芳香族炭化水素の浮遊粉塵,降下粉塵中濃度を測定し,通過交通量との関係を解析した.また,環境省の一般環境,沿道B(a)P大気中濃度データベースをもとに,そうした濃度と人口や自動車密度との関係を解析した.一方,諏訪湖を対象に,多環芳香族炭化水素とリン酸トリブチルについて,流域からの発生量と湖心堆積量との関係を調べた結果,両者が比較的良く一致していることがわかった.諏訪湖の水を引き込んでいる諏訪市高島城の堀で魚の除去実験を行った上ころ,水中のリン濃度が顕著に減少し,水質が改善された.この結果は,水質に及ぼす底生魚の影響が大きいことを示している.諏訪湖に多い底生魚,コイによる底泥から水中への栄養塩の回帰速度を,屋外水層を用いて推定した.その結果,83.9μg/日/コイ1gという全リンの回帰速度が得られた.「浮遊粒子状物質(SPM)による死亡リスクの低減」,「綾瀬川の水質改善」および「オオタカの保護」について詳細なシナリオを設定し,草加市民に対して選択型コンジョイント分析による調査を行った.草加市民がオオタカ生息数の増加に価値を感じておらず,人間健康の保護,生活環境の保全に比べ,野生生物の保護が重要視されていない結果となり,死亡リスク低減に比べ,水環境改善が高く評価された.諏訪湖への主要な流入4河川の中では,栄養塩濃度の最も高い宮川において,高頻度の水質観測を実施した.全窒素,全リン濃度ともに,河川流量の増大に伴い増加したが,溶存態の成分には大きな変化はみられず,増水時の濃度増加は,主に懸濁態成分によるものであった.農耕地のような非特定汚染源の場合には,栄養塩負荷のかなりの部分が降水にともなう増水時に発生しており,諏訪湖への栄養塩負荷削減には農耕地からの土壌流出防止などの対策が重要であることが示された.霞ヶ浦と諏訪湖において,流入負荷,流入河川水質,湖内水質,底質の20-30年スケールでの変化を調査し,相互の関係を解析した.
Higgs粒子検出のための高放射線耐性を持つ飛跡検出器の研究開発

平成14年度は13年度に試作した放射線検出用ダイヤモンド検出器の性能評価を行った.検出器は3.5mm×3.5mm×400μmのチップ状の単結晶型ダイヤモンドで,両面は電荷読み出しのためにTi-Pt-Auによるメタライズ処理が施されている.この両面に高電圧を加えた状態で,電荷を持つ放射線がこれを通過したときに生じる電子とホールを読み出すことで荷電放射線の信号が得られる.この検出器を組み込んだ回路系を製作し,検出器の性能を調べる実験を行った.先ずダイヤモンド試料に対して耐電圧試験を行った結果,試料の両面間の電圧が2500Vから3000Vに達した辺りで放電することが分かった.ダイヤモンドは10^<16>Ωcmの抵抗率を持っており,非常に高電圧を加えても殆ど電流は流れない筈であるが,今回の放電は再現性が認められたので,試料に微量に含まれる不純物等が種になって放電している可能性がある.これより上限を2500Vと設定し,ダイヤモンド検出器に加える電圧を変えながらβ線(^<90>Sr/^<90>Y,2.238MeV)を照射したときに得られる電気信号を,増幅器を通してパーソナルコンピュータに取り込んだ.さらに,プラスチックシンチレータと光電子増倍管を用いてダイヤモンド検出器を通り抜けたβ線を測定し,ダイヤモンド検出器との同時計測を行うことで,ダイヤモンド検出器の測定効率を調べた.その結果,先ず印加電圧を1000Vにした時点で,β線のダイヤモンド検出器の通過に伴う電気パルスが発生することの確認に成功した.その後徐々にダイヤモンド検出器への印加電圧を上げていき,2000Vの段階でノイズを10%許容する条件でβ線の信号を66%の効率で捉えることができ,2500Vでは74%の効率を得ることが出来た.今後はより質のよいダイヤモンドの製作により測定効率の向上を図ることが必要であるが,今回の試験によりダイヤモンドがHiggs粒子等の崩壊による放射線の飛跡検出器として十分使用できることが確かめられた.平成13年度は主に放射線検出のためのダイヤモンド検出器の設計と製作を行った.放射線が検出器を通過したときに生成される電離電子およびホールの収集率を向上させ,大きな信号を得ることを目指して,ダイヤモンドには単結晶型を採用した.現在大型化ができるという点で,気相合成法による多結晶ダイヤモンドがよく使われているが,これは結晶どうしの接面において電子やホールの吸収が起こり,大きな信号が得られにくい.そこで,装置の大型化に関しては今後の技術革新を待つ必要があるものの,大きな信号が得られると期待される単結晶ダイヤモンドの放射線検出器としての性能を調べることを今回の目的とし,世界的に人工ダイヤモンド合成に高い技術を持つ住友電工に検出器用単結晶ダイヤモンドの製作を依頼した.検出器用試料の設計であるが,面積に関しては現時点で可能な最大のものとして12.25mm^2(=3.5mm×3.5mm)を採用した.また,ダイヤモンドが厚いほど,荷電粒子が通過したときの電子やホールの生成数は多くなるが,ダイヤモンド中の電子の平均移動距離が数百μmであることと,荷電粒子自身の散乱を抑えるために物質量を少なくしたいという理由から,厚さは400μmとした.ダイヤモンド試料の両面には電子およびホールの読み出しのためにメタライズ処理を施した.ここにはうまくオーム性接触となるように接触面の側からTi-Pt-Auの順でメタライズがされている.片側のメタライズは位置検出のためにストリップ状の電極にしたが,メーカー側の技術的な条件もあって200μmとなった.実際のダイヤモンドの製作は高温高圧の下で結晶を成長させるため,上記の大きさで約2ヶ月を要したが,最終的には無事に設計通りのものが得られた.平成14年度は13年度に試作した放射線検出用ダイヤモンド検出器の性能評価を行った.検出器は3.5mm×3.5mm×400μmのチップ状の単結晶型ダイヤモンドで,両面は電荷読み出しのためにTi-Pt-Auによるメタライズ処理が施されている.この両面に高電圧を加えた状態で,電荷を持つ放射線がこれを通過したときに生じる電子とホールを読み出すことで荷電放射線の信号が得られる.この検出器を組み込んだ回路系を製作し,検出器の性能を調べる実験を行った.先ずダイヤモンド試料に対して耐電圧試験を行った結果,試料の両面間の電圧が2500Vから3000Vに達した辺りで放電することが分かった.ダイヤモンドは10^<16>Ωcmの抵抗率を持っており,非常に高電圧を加えても殆ど電流は流れない筈であるが,今回の放電は再現性が認められたので,試料に微量に含まれる不純物等が種になって放電している可能性がある.これより上限を2500Vと設定し,ダイヤモンド検出器に加える電圧を変えながらβ線(^<90>Sr/^<90>Y,2.238MeV)を照射したときに得られる電気信号を,増幅器を通してパーソナルコンピュータに取り込んだ.さらに,プラスチックシンチレータと光電子増倍管を用いてダイヤモンド検出器を通り抜けたβ線を測定し,ダイヤモンド検出器との同時計測を行うことで,ダイヤモンド検出器の測定効率を調べた.その結果,先ず印加電圧を1000Vにした時点で,β線のダイヤモンド検出器の通過に伴う電気パルスが発生することの確認に成功した.

その後徐々にダイヤモンド検出器への印加電圧を上げていき,2000Vの段階でノイズを10%許容する条件でβ線の信号を66%の効率で捉えることができ,2500Vでは74%の効率を得ることが出来た.今後はより質のよいダイヤモンドの製作により測定効率の向上を図ることが必要であるが,今回の試験によりダイヤモンドがHiggs粒子等の崩壊による放射線の飛跡検出器として十分使用できることが確かめられた.
Th1細胞分化機構の構造生物学的解明

ヒトはウイルスなどの侵入に対してナイーブヘルパーT(Th0)細胞はTh1細胞に分化して、マクロファージや細胞障害性細胞を活性化してウイルスや細胞内抗原の除去を行う。インターロイキン(IL)-27は、Th0細胞からTh1細胞の分化誘導の初期に関わる分子でる。IL-27はfour helix bundle構造をもつp28と2つのfibronectin typeIIIドメインをもつEpstein-Barr virus induced gene 3 (EBI-3)からなる。IL-27の受容体は、特異的なWSX-1とIL-6などと共有されるgp130からなる。本研究の目的は、IL-27/WSX-1/gp130複合体の結晶構造を解明し、Th1細胞分化機構を構造生物学的に解明することである。p28とEBI3はジフルフィド結合を介さない二量体を形成しており、精製中に不安定であったため、リンカーでつないだ一本鎖(s)IL-27のコンストラクトを作成して、動物細胞を用いて発現させた後、精製を行った。WSX-1は大腸菌を用いて発現させた後、精製を行った。精製したsIL-27とWSX-1を混ぜた後、ゲルろ過カラムクロマトグラフィーにより複合体として精製を行った。sIL-27/WSX-1複合体の結晶化条件の検索を行ったが、結晶の形成は確認出来ていない。gp130のドメイン(D)1からD3までを昆虫細胞を用いて発現させた後、精製sIL-27/WSX-1複合体と混合して、sIL-27/WSX-1/gp130複合体として精製を試みたが、gp130(D1-D3)はsIL-27/WSX-1複合体と結合しなかった。そこで、gp130をD1-D4のコンストラクトの調製したところとsIL-27/WSX-1複合体と結合した。精製した三者複合体を用いて結晶化条件の検索を進めているところである。インターロイキン(IL)-27は、Th0細胞からTh1細胞の誘導初期に関わる分子でる。WSX-1は大腸菌を用いて発現させて精製を行った。現在、gp130とWSX-1のドメインを増やして三者複合体を調製することを試みているところである。IL-27は、p28とEBI3を共発現させた後精製を行ったが、試料が不安定であった。そのため、リンカーで繋いだ一本鎖試料として発現させた後、精製を行なった。sIL-27は収量は低かったが、動物細胞により発現させた後、精製することに成功した。WSX-1は大腸菌で発現させた後、精製することに成功している。精製したWSX-1はsIL-27と複合体として精製することに成功しており、sIL-27/WSX-1複合体として結晶化条件の検索を進めているところである。gp130については、昆虫細胞を用いてD1からD3までの領域の発現系を構築して、精製することに成功した。精製したgp130とsIL-27/WSX-1複合体を混ぜて、sIL-27/WSX-1/gp130複合体としての精製を試みたが、成功に至っていない。現在、WSX-1 (D1-D3)のコンストラクトと、gp130 (D1-D4)のコンストラクトの作成を行い、発現系の構築を進めているところである。IL-27はfour helix bundle構造をもつp28と2つのfibronectin type

IIIドメインをもつEpstein-Barr virus induced gene 3 (EBI-3)からなる。IL-27の受容体は、特異的なWSX-1とIL-6などと共有されるgp130からなる。本研究の目的は、IL-27/WSX-1/gp130複合体の結晶構造を解明し、Th1細胞分化機構を構造生物学的に解明することである。p28とEBI3はジフルフィド結合を介さない二量体を形成しており、精製中に不安定であったため、リンカーでつないだ一本鎖(s)IL-27のコンストラクトを作成して、動物細胞を用いて発現させた後、精製を行った。WSX-1は大腸菌を用いて発現させた後、精製を行った。精製したsIL-27とWSX-1を混ぜた後、ゲルろ過カラムクロマトグラフィーにより複合体として精製を行った。sIL-27/WSX-1複合体の結晶化条件の検索を行ったが、結晶の形成は確認出来ていない。gp130のドメイン(D)1からD3までを昆虫細胞を用いて発現させた後、精製sIL-27/WSX-1複合体と混合して、sIL-27/WSX-1/gp130複合体として精製を試みたが、gp130(D1-D3)はsIL-27/WSX-1複合体と結合しなかった。現在、gp130とWSX-1のドメインを増やして三者複合体の調製を試みた。IL-27は、p28とEBI3を共発現させた後精製を行ったが、試料が不安定であった。そのため、リンカーで繋いだ一本鎖試料として発現させた後、精製を行なった。sIL-27は収量は低かったが、動物細胞により発現させた後、精製することに成功した。WSX-1は大腸菌で発現させた後、精製することに成功している。精製したWSX-1はsIL-27と複合体として精製することに成功しており、sIL-27/WSX-1複合体として結晶化条件の検索を進めているところである。gp130については、昆虫細胞を用いてD1からD3までの領域の発現系を構築して、精製することに成功した。しかしながら、精製したgp130 (D1-D3)はsIL-27/WSX-1複合体への結合が確認できなかった。そこで、WSX-1 (D1-D3)のコンストラクトと、gp130 (D1-D4)のコンストラクトの作成を行い、発現系の構築を行い、発現・精製を行った。現在、これらのタンパク質について、複合体形成が可能であるか確認を進めているところである。ヒトはウイルスなどの侵入に対してナイーブヘルパーT(Th0)細胞はTh1細胞に分化して、マクロファージや細胞障害性細胞を活性化してウイルスや細胞内抗原の除去を行う。インターロイキン(IL)-27は、Th0細胞からTh1細胞の分化誘導の初期に関わる分子でる。IL-27はfour helix bundle構造をもつp28と2つのfibronectin typeIIIドメインをもつEpstein-Barr virus induced gene 3 (EBI-3)からなる。
適応性と頑健性を有する基盤ソフトウェアのカーネル開発

将来の計算機の利用を支える事ができる適応性と頑健性を有する基盤ソフトウェアについて、中核ソフトウェア(カーネル)を研究開発した。具体的には、利用する計算機の環境に合わせ必要なプログラムを自動的に適応動作させる機構を示した。また、低品質ソフトウェアが高品質ソフトウェアに悪影響を与えない頑健なプログラム機構を示した。いずれの機構も試作し、その有効性を確認した将来の計算機の利用を支える事ができる適応性と頑健性を有する基盤ソフトウェアについて、中核ソフトウェア(カーネル)を研究開発した。いずれの機構も試作し、その有効性を確認した平成18年度の研究計画に基づき,研究環境を整備し,カーネルの基本動作に基づく以下の研究を実施した.1.開始処理については,OS走行に必要となるハードウェアの初期化とカーネルやユーザプログラム実行のための初期化処理を実現した.2.割り込み・例外処理については,割り込みや例外処理部を作成し,タイマや通信デバイスの割り込みの処理を実装した.これにより,周期タイマの利用やイーサネットを利用した通信の基本部分を実現した.3.領域管理については,環境への適応性と,障害への頑健性を有するカーネルを実現するために,メモリ領域のマッピング方式を設計した.4.プログラム実行制御については,マルチプロセス環境を実現し,優先度によるスケジューリング機構を実現した.また,ドライバのプロセス化も試作し,OSのサービスをプ白セスとして動作させる基本機構を設計した.5.時計の制御については,タイマ割り込み処理を実現し,優先度に基づくプロセスのスケジューリングを実現した.6.ユーザプログラム実行については,環境に適応してプログラムの実行を制御する方式を設計した.また,OS起動後にコマンドインタプリタを起動し,コマンドが実行できることを確認した.7.コンソール管理については,キーボード入力を実現した.また,領域管理において,ゼロコピー通信を実現するためのメモリ領域を実現し,その基本性能評価を行い,効果を明らかにした.この機能により,プロセス間で高速な通信を実現できることを確認した.さらに,実現したイーサネットドライバ(NIC制御部分)を用いた通信性能の基本評価を行い,マイクロカーネル構成における性能分析を行った.平成19年度は,として,カーネルの機能拡張,およびリアルタイム制御機能の検討,適応制御機能の検討を行った.(1)研究環境の整備として,ネットワーク通信機能の試験と評価を行うため,計算機とネットワーク機器を購入し,研究環境を構築した.また,開発オペレーティングシステムの適用対象として,ロボットの制御オペレーティングシステムを検討して,開発オペレーティングシステムを動かすためのロボットを購入した.ロボット用に広く採用されている既存リアルタイムオペレーティングシステムの性能を調査した.(2)既存リアルタイムオペレーティングシステムの内部構造について問題点を整理し,リアルタイム処理の新しい方式を検討,試作し,評価を行った.具体的には(1)のロボット用オペレーティングシステムで採用されているART-Linuxのリアルタイム処理の周期実行機能について,周期の揺れを抑える方式を考案した。(3)カーネルの拡張機能外部記憶装置へのデータの読み書きを実現するため,ファイル管理機能を拡張した,具体的にはUNIX FSFをプロセスとして実装した,その際にゼロコピーによる効率的なバッファ管理を用いる方式を考案した.(4)アプリケーションレベルでの通信機能を実現するため,カーネルのネットワーク通信機能を拡張した,通信においては,バッファ管理とプロセス間通信の高い性能が要求されることが分かった.プロセス間通信の性能向上を検討した.(5)各種デバイスドライバをプロセスとして実現する方式を検討した.その際に既存オペレーティングシステムのLKMをそのままプロセスとして走行させ,デバイスドライバの開発効率を向上させる方式について検討し,シリアル通信部分について試作を行った.(6)カーネルの適応制御機能について,状態遷移を再精査することによって,信頼性の向上を図った.(7)成果発表カーネルの拡張機能による成果をまとめ,学会に発表した.実験では硫化したGaAs基板にパラジウム原子を載せた系で周東・有澤(北大薬学)、塚本(阿南高専)らによってヘック触媒反応が報告されているので、まずその系に絞って第一原理計算を行った。2×2のスーパーセルでの第一原理計算により、硫黄原子とパラジウム原子のそれぞれの安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。さらに、硫黄原子とパラジウム原子がそれぞれ1個ずつ共吸着した場合での両原子の安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。また、それぞれの場合の電子状態の違いを調べた。計算の結果判明したことは、硫黄原子を先に吸着させても、後から吸着したパラジウム原子の安定吸着位置の方が硫黄原子より内側となることと、硫黄原子との共吸着の場合の方がかなりパラジウム原子の吸着エネルギーが強くなることである。つまり、硫黄原子の役割はパラジウム原子を強く表面上に結合させることであると言える。このことは、実験において硫化していないGaAs基板上にパラジウム原子を載せた場合に触媒活性は示すものの数回の実験で触媒活性が失われてしまうのに対し、硫化させたGaAs基板にパラジウム原子を吸着させた場合は100回程度実験を繰り返しても触媒活性の劣化があまり起きないという事実を説明する計算結果であると言える。このことから、硫黄以外の原子を代用させてパラジウム原子を固定させることも可能であることも結論づけられた。また、GaN(0001)基板についてもパラジウム原子と硫黄原子の吸着位置を明らかにした。平成20年度は,主に,OSサーバ間の高速通信機構,ファイル管理サーバ機能,および適応制御機能の試作と評価を行った.

(1)我々が開発しているAnTオペレーティングシステム(An operating syslem with adaptability and toughness)において、OSサーバ間の通信を高速に行う機構を設計し開発した。AnTは、プロセス間の複写レスでのデータ授受機能を支援するコア問通信データ域(ICA:InLer-core Communication Area)を有する。これを利用し通信を高速化する。この機構は、以下の特徴を持つ。(A)複数のOSサーバにまたがる多段依頼を高速化しているとともに、返却時の処理不要部分を割愛できる直接返却を可能にしている。(B)授受するデータの保護を可能にしている。(C)使い方に合わせ、同期通信と非同期通信の両形式を可能にしている。(2)AnTにおけるファイル管理サーバを設計した.ファイル管理サーバは,ディスクドライバ等の他のOSサーバとの連携が多発するため,性能が低下しやすい.このため,ICAを利用して入出力の高速化を図る。また,複数の論理ボリュームを統合することにより,ファイル管理の利便性の向上を可能にした.(3)入出力機器の動作履歴を考慮し,ドライバを起動する制御法を試作した。シミュレーション評価により,初期状態からの適応は早いことを明らかにした.また,自動削除は,利用回数を記録しておく期間を一回の計算機の動作時間より短くした時に起こり得ることを明らかにした.さらに,試作したAnTオペレーティングシステムでの評価でも,シミュレーションと同様な結果を得た.また,占有メモリ量を推察するため,プログラムの大きさを比較し、以下のことを明らかにした。(A)LKMドライバとプロセス化ドライバは,OS一体型ドライバに比べ,プログラムが大きい.(4)研究成果をまとめ,学会に発表した.
カーボンナノチューブを用いた音響用電子管に関する研究

音響用電子管に用いる電子源としてカーボンナノチューブ・ファイバー膜電極を作成し、その電子放出特性を評価することが本研究の目的であった。当初制作した反応装置であるプラズマ援用化学気相堆積(PECVD)装置ではナノチューブ・ナノファイバー膜ではなく、ダイヤモンド状カーボン(DLC)膜が主に成長することが判った。本研究はカーボンナノ構造膜の一つであるDLC膜の作成と電子線源の評価ではなく、カーボンナノチューブあるはファイバーで構成される膜の成長とその電子源への応用で、当初の目的であるカーボンナノチューブ・ファイバー膜成長を可能とするために装置を改造を重ねた。1.カーボンナノチューブ・ファイバー膜作成用PECVD装置が完成し、最適成長条件を得るための電極配置等の微調整を残すのみである。2.カーボンナノ構造膜成長最適条件は温度とガス成分によって変化するが特にガス分圧比と流量が重要で、ガス分圧制御によりDLC膜あるいはカーボンナノチューブ・ファイバー膜となることが判った。3.CVD法の一種であるPECVD法を用いたカーボンナノチューブ・ファイバー膜成長はCVDに変わりはなく表面敏感反応であり、表面の清浄化と種金属などを含む基板の前処理が重要なパラメータである。4.電子放出測定については、測定装置の試作の段階である。現在の段階では、比較的大きな電流密度の電子源が要求される音響用電子管の電子源への応用は未知で、今後さらに実験を進める。本研究では平成16年度にはCnH2n+2として表せるパラフィン系炭化水素を炭素源として用い、ニッケル系金属表面に一端が閉じられたカーボンナノチューブ(MWCNT)を成長させることを目的としてプラズマCVD装置を作成し、成長基礎条件を決定することである。1、ナノチューブ作成のためのCVD装置の基本部分の設計と組み立てはほぼ完了している。2、作成したCVD装置を用いて、ナノチューブのための成長条件であるガス流量、ガス分圧比、高周波入力パワー、温度など成長の最適条件を決定しつつある。3、電子放出特性測定のための既存装置の改造と、既存の真空機器への組み込みを行った。パラフィン系炭化水素(CnH2n+2)でnの大きいすなわち分子量の大きな炭素源を反応装置内で分解させた場合、ナノチューブ以外に多量の分解生成物が発生することが分かった。パラフィン系炭化水素でn=14は常温で気体n=515では液体であることが知られているが、nが4以上では現在の反応装置では制御性に問題があり、現在まだカーボンナノチューブを安定して成長させるには問題がある。メタンあるいはエタンなどの分子量(n)の小さい炭素源用いて同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させ、反応生成物が本装置特有の現象であるのか、あるいは成長条件に問題があるのかを判別する必要があるので、原料炭素源の変更を次年度で予定している。また、CVD装置の改造とガスの排気性能を向上させるための真空系の改造改善し実験を繰り返している。
表面力測定による高分子電解質ブラシの構造と相互作用の解明

高分子電解質は、基礎科学的にも、また工学、生物学との関連からも重要な物質である。本研究は、高分子電解質を基板上に二次元的にブラシ状に並べ、相互作用の距離依存性を直接測定する表面力測定を中心手段として、その構造と相互作用の特色を明らかにすることを目的とした。(1)高分子電解質ブラシの表面力測定従来から研究を続けているポリグルタミン酸に加え、ポリリジン、非ペプチドであるポリメタクリル酸を親水基とし、安定な水面単分子膜を与える界面活性剤を合成した。重合度及びその分散は液体クロマトグラフで測定し、必要に応じ単一成分部分を分取した。ラングミュアブロジェット(LB)法により調製した高分子電解質ブラシの表面力測定を行った。表面力曲線は表面から深さ方向への相互作用を反映しており、遠距離側成分の電気二十層斥力からブラシ層の表面電位(即ち電荷密度)が、近距離側の立体斥力成分からは高分子電解質鎖の有効長や、圧縮弾性率が得られる。水溶液相のpH、塩濃度を変え、これらの測定から構造決定ならびに変形にかかわる因子を抽出した。(2)相互作用のブラシ密度依存性、重合度分布依存性イオン化したポリグルタミン酸において、密度を下げていくとある域値で突然、立体斥力成分(即ち圧縮弾性率)が大きくなる相互作用の転移を見出し、対イオンの高分子鎖への結合状態(即ち活量)の転移と考えている。この相互作用の転移の一般性を確認し、対イオンの影響を調べるために、高分子電解質をポリリジンとし相互作用を調べた。応力曲線を対イオンの浸透圧でフィッティングするモデル式を提出した。また、現実系との対比から重要である重合度分布のある試料についても測定し、重合度分布と相互作用について検討した。本研究は、高分子電解質を基板上に二次元的にブラシ状に並べ、相互作用の距離依存性を直接測定する表面力測定を中心手段として、その構造と相互作用の特色を明らかにすることを目的とする。具体的な成果は次のようである。(1)ラングミュアブロジェット(LB)法による高分子電解質ブラシの調製、評価:LB法による高分子電解質ブラシの調製には(1)様々な種類の高分子電解質のブラシ構造を形成できる、(2)密度を自由に変えられる、という利点がある。新たに非ペプチドであるポリメタクリル酸の合成を行った。重合度及びその分散は液体クロマトグラフで測定し、現在、鎖長分布を確認中である。(2)高分子電解質ブラシの表面力測定:ポリリジンブラシの表面力測定を行った。表面間距離約30nmに力の不連続な変化が観測され、遠距離成分は電気二重層力で表され、これよりブラシ層の表面電位、電荷密度を求めた。また、ブラシ層の立体斥力に起因する近距離成分から、高分子電解質鎖の有効長、および圧縮弾性率を求め、またこれらの水溶液相のpH、塩濃度依存性を調べた。(3)相互作用のブラシ密度依存性:イオン化したポリグルタミン酸において、密度を下げていくとある域値で突然、立体斥力成分(即ち圧縮弾性率)が大きくなる相互作用の転移を見出し、対イオンの高分子鎖への結合状態(即ち活量)変化と考えている。この転移の一般性を確認するために、ポリリジンブラシ層の密度を変えて表面力測定を行った。

その結果、ポリグルタミン酸ブラシ層と同様に、鎖密度Γ=0.19本/nm^2をしきい値として、鎖一本あたりの圧縮弾性率は高密度側で0.28±0.08pN、低密度側で3.0±0.2pNと不連続に変化することが分かった。同様に密度に依存した不連続な変化はポリリジンブラシ層の累積比、表面電位にも現れることも新たに見出した。高分子電解質は、基礎科学的にも、また工学、生物学との関連からも重要な物質である。本研究は、高分子電解質を基板上に二次元的にブラシ状に並べ、相互作用の距離依存性を直接測定する表面力測定を中心手段として、その構造と相互作用の特色を明らかにすることを目的とした。(1)高分子電解質ブラシの表面力測定従来から研究を続けているポリグルタミン酸に加え、ポリリジン、非ペプチドであるポリメタクリル酸を親水基とし、安定な水面単分子膜を与える界面活性剤を合成した。重合度及びその分散は液体クロマトグラフで測定し、必要に応じ単一成分部分を分取した。ラングミュアブロジェット(LB)法により調製した高分子電解質ブラシの表面力測定を行った。表面力曲線は表面から深さ方向への相互作用を反映しており、遠距離側成分の電気二重層斥力からブラシ層の表面電位(即ち電荷密度)が、近距離側の立体斥力成分からは高分子電解質鎖の有効長や、圧縮弾性率が得られる。水溶液相のpH、塩濃度を変え、これらの測定から構造決定ならびに変形にかかわる因子を抽出した。(2)相互作用のブラシ密度依存性、重合度分布依存性イオン化したポリグルタミン酸において、密度を下げていくとある域値で突然、立体斥力成分(即ち圧縮弾性率)が大きくなる相互作用の転移を見出し、対イオンの高分子鎖への結合状態(即ち活量)の転移と考えている。この相互作用の転移の一般性を確認し、対イオンの影響を調べるために、高分子電解質をポリリジンとし相互作用を調べた。応力曲線を対イオンの浸透圧でフィッティングするモデル式を提出した。また、現実系との対比から重要である重合度分布のある試料についても測定し、重合度分布と相互作用について検討した。
G1サイクリンによるS期移行制御の分子機構

本研究の目的は、G1サイクリン・cdk複合体を手掛りとして、初期胚におけるS期制御の機構を、M期とS期のcouplingという視点から明らかにすることである。本年度に得られた成果は以下の通りである。1.減数分裂間期では、M期が終了したあとS期を経ずに再びM期へ進行する。アフリカツメガエル減数分裂間期卵をpuromycin処理したところ、間期の核が形成されてDNA複製がおこると判明した。このことは、減数分裂間期には既にDNA複製能は備わっているが、それを抑えるシステムが蛋白質合成依存性に存在している可能性を示唆している。2.減数分裂を完了した成熟卵では、M期が終了しているにもかかわらず、受精の刺激なしにはS期が始まらない。ところがこうしたヒトデやウニの成熟未受精卵では、emetine等で蛋白質合成を抑えると、それだけで受精の刺激なしにDNA複製が開始すると判明した。このことは、上記の1とあわせて、S期開始の抑制因子が蛋白質合成に依存して存在していることを示唆している。正常の受精の場合は、この抑制因子がG1サイクリン・cdkの作用の下流にあって不活化されて、S期が始まると考えられる。3.胞胚期にはG1期が出現してM期とS期のcouplingが成立する(中期胞胚転移,MBT)とされている。アフリカツメガエル卵細胞からはじめてサイクリンD1、D2のcDNAをクロン化し、サイクリンD2特異的な抗体を作製した。これによる解析の結果、サイクリンD2蛋白質は未受精卵には存在しないが、受精後その量は初期発生に応じて増加し、胞胚期にピークに達したあと減少すると判明した。このサイクリンD2蛋白質量のピーク期とMBTとは一致するので、両者の因果関係を現在解析中である。
脳梗塞リハビリにおける機能回復を誘起する薬物併用療法とその分子機構の解明

近年、脳梗塞後のリハビリにおいて、積極的に麻痺回復を行う治療戦略に関心が高まりつつあるが、脳内の分子機構などについては未だ不明な点が多い。そこで、脳梗塞モデル動物における訓練後の大脳皮質プロテオーム解析を行った。その結果、NGF, PKC, calmodulinなどのタンパク発現の増加が確認された。次に、脳梗塞モデル動物の運動訓練とPKC活性化剤投与の有無による機能回復を運動学的解析により評価を行った。Rotarod testによる評価では、運動訓練・薬物併用療法が運動機能回復に有用であり、訓練単独よりもその回復が増強された。さらにその効果は薬剤用量依存性であった。近年、脳卒中後の麻痺や障害に対して、脳の可塑性変化に基づいた新たなリハビリテーションという概念が浸透し始め、積極的に麻痺回復を行う治療戦略に関心が高まりつつあるが、脳内の分子機構などについては未だ不明な点が多い。我々はこれまでに、運動機能回復に関わる脳内機能的分子の検出を目的として、脳梗塞モデル動物を用い、運動訓練による運動機能の回復過程を観察するとともに、大脳皮質における網羅的解析により、NGF, PKC, GAP43などのup-regulationが観察され、機能回復に至る脳内の分子機構にこれらの物質が関与している可能性について報告してきた。そこで本年度は、脳梗塞モデルラットを用いて運動訓練の有無による機能回復の程度の差と神経活動との関連性について探るために、神経活動依存性に発現が誘導されるc-Fosを指標に、運動学的解析後の脳内の活動領域の可視化を行うとともに、PKCの局在解析を行った。脳梗塞手術2日後から回転ケージによる自発訓練を行った群をExercise (EX)群、訓練を行わなかった群をControl (CNT)群とし、脳梗塞前と梗塞後経時的にRotarod testによる運動学的機能評価を行った。その結果、CNT群と比較してEX群において、脳梗塞後6日目に歩行持続時間の有意な増加が認められ、自発運動訓練が運動機能の改善に有用であったことが示唆された。そこで脳梗塞6日後、Rotarod testを行った後に灌流固定を行い、脳組織を採取、薄切後にc-Fos, PKC抗体を用い、その局在について解析した。c-Fosの発現については、CNT群と比較してEX群で脳梗塞周囲の発現増加が認められた。PKCの局在解析ではEX群で、大脳皮質第2/3層での免疫反応性の増加が認められさらに、大脳皮質神経細胞において膜局在が観察され、PKCの活性化が示唆された。我々はこれまでに、運動機能回復に関わる脳内機能的分子の検出、およびその分子的な機序について基礎医学面から裏付けることを目的として、脳梗塞モデル動物を用い、自発運動訓練による運動機能の回復過程を観察するとともに、大脳皮質におけるantibody arrayを用いた解析により、NGF, calmodulin, PKC, GAP43などのup-regulationが観察され、機能回復に至る脳内の分子機構にこれらのタンパク質などが関与している可能性について報告してきた。そこで本年度は、脳梗塞モデルラットを用い自発運動訓練およびPKC活性化剤投与の有無による機能回復を運動学的解析により評価を行い、薬剤投与の有用性を検討した。脳梗塞モデルラットはPhotothrombosisによる大脳皮質脳梗塞を作製した。手術2日後から回転ケージによる自発訓練を行った群をExercise (EX)群、訓練を行わなかった群をControl (CNT)群とし、それぞれの群に対して、脳梗塞後5日目に薬剤もしくはその溶媒の投与を行った。運動学的機能評価にはrotarod testを用い、脳梗塞前と梗塞後2、4、6、8日後に評価を行った。Rotarod testによる運動機能評価では、脳梗塞後8日目に溶媒投与EX群と比較して薬剤投与EX群の有意な歩行持続時間の増加が認められた。一方、薬剤投与CNT群では、溶媒投与CNT群と比較して、有意な歩行持続時間の変化は認められなかった。これらの結果より、薬剤投与のみでの機能回復は得られず、運動訓練と薬物併用療法が運動機能回復に有用であり、さらに訓練単独よりもその回復が増強されることが示唆された。さらに、薬剤用量依存性に歩行持続時間の増加傾向が認められた。

そこで、運動機能回復に関わる脳内機能的分子の検出、およびその分子学的な機序について基礎医学面から裏付けることを目的として、脳梗塞モデル動物を用い、自発運動訓練による運動機能の回復過程を観察するとともに、大脳基底核のモノアミン動態について検討を行った。脳梗塞モデルラットはPhotothrombosisによる大脳皮質脳梗塞を作製した。手術2日後から回転ケージによる自発訓練を行った群をExercise (EX)群、訓練を行わなかった群をControl (CNT)群とし、脳梗塞前と梗塞後経時的にRotarod testによる運動学的機能評価を行った。さらに大脳基底核におけるモノアミンの定量比較と免疫組織学的解析を行った。Rotarod testによる運動機能評価では、CNT群と比較してEX群において、脳梗塞後6日目以降に歩行持続時間の有意な増加が認められた。このことは、自発運動訓練が運動機能の改善に有用であったことが示唆される。モノアミンの比較においては、脳梗塞2日後の障害側線条体ドパミン(DA)濃度は梗塞前と比較して有意な増加、脳梗塞10日後EX群のDA濃度は、CNT群と比較して有意な減少が認められた。さらに免疫組織学的解析ではCNT群において黒質のTH免疫反応性が高い傾向が観察された。一方、5-HTは脳梗塞10日後CNT群と比較して、EX群において有意な増加が認められた。また5-HT濃度とrotarod testにおける歩行持続時間との間に有意な正相関が認められたことにより、5-HTが運動機能回復過程の一端に関与している可能性が示唆された。本研究は当初、ヒトの脳梗塞に比較的近似した、中大脳動脈閉塞再灌流による脳梗塞モデル作製を計画していたが、梗塞巣サイズのばらつきが大きいことが問題であった。麻痺程度の層別化によりある程度解決される問題ではあるが、今後の実験への効率化を考慮し、Photothrombosisによる脳梗塞モデルへの変更を行った。そのため、梗塞領域の大きさや位置などの設定、麻痺程度および運動機能障害の評価、回復過程における運動機能評価など基礎的事項の検討に多くの時間が費やされた為と考える。但し、24年度中には訓練・薬物投与の有無及び投与量などの検討を開始し、一部で運動機能回復が誘起されていることを確認した。本研究は当初、ヒトの脳梗塞に比較的近似した、中大脳動脈閉塞再灌流による脳梗塞モデル作製を計画していたが、梗塞巣サイズのばらつきが問題として浮上した。麻痺程度の層別化により、ある程度解決される問題ではあるが、今後の実験への効率化を考慮し、Photothrombosisによる脳梗塞モデルへの変更を行った。これまでに、脳梗塞モデル作製の技術的確立、各種運動訓練方法および、運動機能評価法などの検討を行い、これらの基礎的検討事項から得られた結果を基に、訓練方法・強度・評価法などを決定した。そして、更なる運動機能回復を目指し、薬物併用療法の検討を開始するに至った。