hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感性情報通信に向けた顔の分析合成処理共通プラットホームの構築

現在までに、多くの研究機関や大学において、顔の認識や顔画像合成に関する様々な研究が行われ、コンピュータの処理能力の向上と共に実用化の直前レベルまでに達している。しかし、これらの要素技術は、個別の要求に対して研究開発された場合が殆どで、他のシステムとのインタフェースを含む拡張性や統一性を持たないものが多い。このような背景において、本研究では、顔画像を対象として汎用性のある構造化された基本ソフトウェアシステムの構築を目指した。このソフトウェアシステムの中心は、顔画像の認識と合成技術を統一して扱える汎用的な顔情報処理ライブラリが中心となっている。顔の認識技術としては、顔と顔部品の抽出、記述、ならびに動画像中でのそれらの追跡、さらに個人照合や表情認識のための基本ツールの開発を行った。また汎用化のためのAPI開発も行った。顔画像合成では、自然さとリアルさを併せ持つ顔、顔部品の3次元モデルと顔の表情、動きの合成が可能な顔画像合成ルールの構築を行った。顔形状の標準モデルを用意し、認識システムの出力から得られた顔特徴点に基づいて個人の顔写真に整合して、個人の顔形状に合ったモデルを作成する手法を確立した。各研究機関で開発された基本アルゴリズムを相互に結合し、さらに汎用化を目指す工夫を行ったこと。個々の表情変形ルールに対して大幅なクオリティ向上を目指したこと。またインタラクション技術として、感情の取り扱い方法や、ネットワークを経由したコミュニケーションについて具体的に検討したこと。またWEB上でのコミュニケーションを汎用的に記述する方法を実現した点が新しい成果である。また心理的な分析により顔表情アニメーションの時間的な変化について検討した点も全く新しい成果である。平成11年度、以下の研究を行った。●顔と顔部品の抽出と記述ツールの構築これまで各々の研究期間で単独に開発,評価を行ってきたと顔部品の抽出のための処理モジュール(顔の切り出し,瞳の抽出,各顔器官の検出,各顔器官及び顔輪郭の抽出等)を一連の処理の流れとして結合した.また,各処理モジュールの使い勝手を良くすると共に,共通の計算機環境での利用のための変更を行った.さらに認識過程にユーザが適宜介入することを可能とするユーザインタフェースを用意した.●表情と印象による顔合成システムの開発顔画像の合成では,汎用性・構造化を考慮した上で自然さとリアルさを持つ顔・顔部品の3次元形状モデルと顔の表情・動きの合成が可能な顔画像の合成ルールの構築した.そして,顔合成のための3次元形状モデルの整合,表情変形,口形生成の各々ツールについて,合成結果についての評価を行うと共に,一般向けに合成インターフェイスを使いやすくした.●顔認識・合成システムの総合評価顔認識システムにより抽出した顔器官及び顔輪郭に対する特徴点を用いて,顔合成システムにおけるモデルフィッティングを行い,更に,表情や口形の変化を行うという流れの自動化および各サブシステムのトータルシステム化を行った.ただし,必要に応じてユーザの介在できるGUIを用意し,ユーザが処理結果を評価,確認できる環境を整えた.また,心理実験などにより表情や口形変形規則を評価した.本年は、既存の顔分析・合成プログラムをベースにその改良と機能拡張を行った。まず顔分析ツールを用いた顔画像からの目、瞳、唇、鼻、顔輪郭等の特徴点自動抽出結果に基づき、標準ワイヤフレームを顔画像に自動整合するプロセスを実現した。手動の顔モデル整合ツールでは顔の輪郭を大まかに合わせる部分から序々にミクロな整合を行う進めるようにGUIが配慮されているが、そのプロセスを踏襲して、特徴点の自動抽出結果から顔輪郭特徴点⇒目特徴点⇒唇特徴点⇒各特徴点間の補間という順にワイヤフレームの座標を順次決定してゆく。さらにこの自動整合結果の評価のため、複数の人数の顔画像に提案アルゴリズムによる整合を実施し、平均顔ワイヤフレームと平均テクスチャを計算して平均顔を合成した。これを同じ顔画像に対して手動でモデル整合した結果に基づく平均顔合成結果と主観評価により比較して、自動整合の性能評価する手法を確立した。

一方、手動の顔モデル整合ツールを機能拡張して、正面顔画像のみでなく、側面の顔画像に対して標準顔モデルを整合できるツールを作成した。これにより、横顔輪郭による顔の奥行き情報を顔モデルに追加して、より本人に近い3次元顔モデルが作成可能となった。この機能拡張に伴い、顔アニメーション作成ツールの改良をさらに実施した。日本語および英語の発音記号に対する基本口形の3次元形状を定義しなおし、より自然な発話アニメーションが実現可能となった。また、表情パラメータを表現するアクションユニットに対しても、3次元表情変形を考慮した表情変形ルールを定義し、任意方向からの視点に対しても自然な表情および発話アニメーションが実現可能となった。現在までに、多くの研究機関や大学において、顔の認識や顔画像合成に関する様々な研究が行われ、コンピュータの処理能力の向上と共に実用化の直前レベルまでに達している。しかし、これらの要素技術は、個別の要求に対して研究開発された場合が殆どで、他のシステムとのインタフェースを含む拡張性や統一性を持たないものが多い。このような背景において、本研究では、顔画像を対象として汎用性のある構造化された基本ソフトウェアシステムの構築を目指した。このソフトウェアシステムの中心は、顔画像の認識と合成技術を統一して扱える汎用的な顔情報処理ライブラリが中心となっている。顔の認識技術としては、顔と顔部品の抽出、記述、ならびに動画像中でのそれらの追跡、さらに個人照合や表情認識のための基本ツールの開発を行った。また汎用化のためのAPI開発も行った。顔画像合成では、自然さとリアルさを併せ持つ顔、顔部品の3次元モデルと顔の表情、動きの合成が可能な顔画像合成ルールの構築を行った。顔形状の標準モデルを用意し、認識システムの出力から得られた顔特徴点に基づいて個人の顔写真に整合して、個人の顔形状に合ったモデルを作成する手法を確立した。各研究機関で開発された基本アルゴリズムを相互に結合し、さらに汎用化を目指す工夫を行ったこと。個々の表情変形ルールに対して大幅なクオリティ向上を目指したこと。またインタラクション技術として、感情の取り扱い方法や、ネットワークを経由したコミュニケーションについて具体的に検討したこと。またWEB上でのコミュニケーションを汎用的に記述する方法を実現した点が新しい成果である。また心理的な分析により顔表情アニメーションの時間的な変化について検討した点も全く新しい成果である。
非放射場と放射場を対等に扱う単一感受率による光学の理論

近接場光学(NFO)に相応しい微視的応答理論を構築した.NFOには:(1)ナノ構造の低対称性により電気的・磁気的応答が区別不可能で誘電率・透磁率が論理的に使えない,(2)スカラーポテンシャル(SP,非放射場)とベクトルポテンシャル(VP,放射場)が応答の原因として共存する,という特徴がある.これを考慮してSP・VPを原因,誘導電荷密度・電流密度を結果とする線型・非戦型の単一感受率を作用積分の汎関数微分から系統的に定義した.また,モデル系に適用しSP,VPに対する応答に質的違いがあることを明らかにした.最終目標である誘電率・透磁率の代替となる現象論的単一感受率は構築途上であり今後もこれを目指す.誘電率と透磁率の2つの感受率は高い対称性の系のみに有効であることが本研究課題の研究協力者によってすでに示されているが,低い対称性のナノ構造がある近接場光学系等にも依然使われている.本理論研究の目的は,物理的に正当で実用性のある誘電率・透磁率の代替として単一感受率を与えることにある.本理論では原因の時刻・場所に与える非放射場・放射場と結果の時刻・場所で生じる電荷密度・電流密度を関係づける4元感受率を考える.これにより非放射場と放射場を対等に扱えるので近接場光学で非放射場の物理を理解する足場となる.研究実施計画では25年度に1.単一感受率の定義と関数形の限定:(a)簡単な系と(b)一般の多電子系で4元の線型・非線型単一感受率をもとめ既存理論と比較する,2.単一感受率を現象論的に決める指導原理の探索,26年度には近接場光学への適用を行うことにした.研究協力者との山梨大学での2回の会合を通して25年度1.の進捗は順調だった:(a)を省き直接(b)の一般論で線型・非線型の4元感受率を作用積分の電磁ポテンシャルによる汎関数微分で定義し,電荷保存則とゲージ変換不変性の成立を一般的に示した.次に4元の線型・非線型感受率の微視的表式を導出,電荷保存則とゲージ変換不変性を検証した.これまでの成果は5件の学会発表となった([研究成果]を参照).また,既存の理論との比較も行った.2に取り組む前に問題が生じ論文投稿を延期した.詳細は[現在までの達成度]に記すが,無摂動の多電子系の電子間相互作用を4元の電磁ポテンシャルに焼き直した系をつくり4元感受率を求める出発点とするが,固有状態のシリーズが両者の系で異なる事,焼き直した系では電子が自己相互作用をもってしまうことが問題である.26年度前半に問題の解決を目指し1の部分の論文投稿と2,及び26年度にするべき近接場光学への適用に取り組む予定である.本課題は,通常の光である放射場と光源近くに局在する非放射場を対等に扱う理論によって誘電率・透磁率の代替を構成し,近接場光学に役立てることを目指しています.25年度は最小作用の原理に基づき非放射場と放射場を対等に扱う単一感受率の微視的表式を導出しました.26年度は,研究計画に従い,1.先年度までの成果を国際会議で発表し,2.微視的表式の結果をもとに実験に役立つ現象論の構成について研究を進めました.現象論の進捗が遅れ研究期間を27年度まで延長させていただきました.1.米国での近接場光学の国際会議(NFO-13)で研究成果の発表をしました[1];ナノ構造が関わる近接場光学での単一感受率の必要性・非放射場の考慮の必要性,単一感受率の性質と微視的表式の導出,を述べました.この部分は25-26年度に論文投稿予定でしたが,進捗が遅れている現象論の研究との整合性を確保して27年度に投稿します.国際会議では,他にナノ構造がもたらす非放射場の非線型効果について発表しました[2];将来,本課題の現象論と比較する予定です.2.近接場光学での誘電率・透磁率の代替を目指して単一感受率の現象論の研究を進め,応用物理学会で2件の発表をしました.本理論は,まず,通常の方法で多電子系束縛状態の基底系を構成し,次に基底状態の電子間クーロン相互作用を非放射場に焼き直した後,外来の非放射場・放射場を対等に考慮する新しい摂動論です.[3]ではナノ構造近傍の分子のHOMO-LUMO間の非放射場・放射場による励起・脱励起を考慮した単一感受率の現象論を発表しました.[4]では,ナノ構造=エッジ・カスプの近似的対称性の既約表現で指定した電子状態間の励起・脱励起を考慮した単一感受率の現象論を発表しました.現象論は27年度に論文投稿する予定です.[1]-[4]のタイトル等は「現在までの達成度」をご参照ください.近接場光学系を含む対称性の低い系では電気的励起と磁気的励起が同時に起きるために,2つの感受率:誘電率・透磁率を用いることが不合理である.本研究は,近接場光学系に使える誘電率・透磁率の代替物;「現象論的」単一感受率の構築を目指している.前段階として非放射場(SP,スカラーポテンシャル)と放射場(VP,横ベクトルポテンシャル)を対等に扱う「微視的」

単一感受率演算子を先立つ2年間で導出したが,期待値をとる非摂動状態が不明だった最終年度の研究:「現象論」に到達できなかったが,「微視的」感受率の理論を完成させ,簡単な系に適用して近接場光学での誘電率の不合理性を明らかにした.1.相応しい非摂動状態として,通常の方法で求めた多電子基底状態と同じSP,即ち,同じ電荷密度をもつことを要請し,作用積分の最適化を再考し密度汎関数法のKohn-Sham方程式を得た.この基底状態での期待値として感受率が求まる.2.新しい単一感受率を2準位1電子系に適用した.座標による遷移であるSPへの応答,運動量による遷移であるVPへの応答は不確定性原理から導かれるトレードオフの関係にあり質的に異なる.つまり,対称性の高低に拘らず単純な誘電率での記述はできない.1.は学会発表を行った.1,2は最終年度で英文校正まで行えたので論文投稿を行う.全体を通じての研究:非放射場と放射場を対等に扱う単一感受率を作用積分の汎関数微分としてHeisenberg演算子の形で導出したことは新たな定式化であり,以下の利点をもつ;ゲージ固定を不要とし,電荷保存則とゲージ不変性が対称性として理解しやすい;非線形単一感受率も系統的に導出できる;Heisenberg演算子は古典対応がとれ,現象の理解,未知の現象の予想,現象論的感受率の構築に役立つ.今後,引き続き,現象論構築を目指す.近接場光学(NFO)に相応しい微視的応答理論を構築した.NFOには:(1)ナノ構造の低対称性により電気的・磁気的応答が区別不可能で誘電率・透磁率が論理的に使えない,(2)スカラーポテンシャル(SP,非放射場)とベクトルポテンシャル(VP,放射場)が応答の原因として共存する,という特徴がある.これを考慮してSP・VPを原因,誘導電荷密度・電流密度を結果とする線型・非戦型の単一感受率を作用積分の汎関数微分から系統的に定義した.また,モデル系に適用しSP,VPに対する応答に質的違いがあることを明らかにした.最終目標である誘電率・透磁率の代替となる現象論的単一感受率は構築途上であり今後もこれを目指す.微視的理論は研究計画通りに進みましたが,現象論には遅れがでています.学会発表[1-4]はほぼ計画通りに行っていますが,微視的理論と現象論の整合性を確保するため論文投稿に滞りが生じました.現象論を構成する際の困難の原因は,非相対論的量子論で導出した線型・非線型の単一感受率の微視的表式が複雑で,物理的直感が効きにくいことです.しかし,ナノ構造=エッジ・カスプの近似的対称性が現象論の構成に役立ちそうなことがわかってきました[4].(1)には初心者でも問題がわかるように解説を書きました.近接場光学1.単一感受率の微視的表式の物理的理解を進めるとともに,2.ナノ構造=エッジ・カスプの近似的対称性を利用して現象論の構成を目指します.具体的には,1.は非相対論的量子力学による微視的表式の複雑さの原因である反磁性項の物理的由来と大きさの見積もりをして,強調される場合,無視できる場合を仕分けること,2.はエッジやカスプの近似的対称性を表す群の既約表現でナノ構造の局在電子状態を指定し,その状態間の励起・脱励起が許容か禁制かを非放射場・放射場ごとに判断し,線型・非線型効果の一覧を作成し,現象論を構成の助けとします.現象論の目処が立ち次第,微視的理論と論文投稿を行い,現象論は一定の完成度を得たら論文投稿します.本研究課題に取り組んでいる間に,電磁相互作用を考慮した作用積分において,スカラーポテンシャルとともにベクトルポテンシャルについても最適化・消去して物質自由度だけで記述できることがわかりました.
植物育種スクリーニング用酵母宿主ベクターの改良と生殖器官認識物質解析への応用

植物育種のため一次スクリーニング用宿主として蛍細胞性真核微生物酵母の宿主、ベクター系を改良するとともに、この系を用いて生殖器官認識物質の解析へも応用することが本研究の目的である。酵母宿主(SC,SP)は真核生物中でも最も充実しているものでバークレー酵母遺伝ストックセンターだけでも700株以上の菌株が常時利用可能であるが、実際宿主として使用可能な株は数種に限られている。このため本年度は酵母菌を一次宿主とするための一般技術の開発に主として集中した。第一次はkarl(核隔合欠換突然変異)を使う段階的形質転換法の導入により、従来形質転換宿主として実質的に不適当であった大部分の酵母菌株が宿主として利用可能となった。第二はプラスミドを用いたマーカの宿主への選択的導入法であり、第3は酵母遺伝子解析用コンピュータソフト(YGAP)の開発である。YGAPはrandom,tetrad胞子解析,データベース,コロニー解析,マッピング,遺伝子地図の作成等が可能なコンピュータ支援ソフトである。以上によりより簡単に育種目的に一次宿主として酵母の利用が可能となった。(以上担当吉田),ユリ等の配偶体型自家不和合性の認識機構についてはほとんど解析されていないが、ユリの生殖器官認識物質は雌蕊の花経に在するCaralCell由来の分泌粘液物質によって不和合,和合反応が起ることで確認した。また、この反応がCAMPによって制御されていることを明らかにした。(以上担当,手塚)。設備2品として購入した遺伝情報解析用パーソナルコンピュータは遺伝情報解析及びYGAPの作製,改良に使用している。遠心エバポレータ及びゲルドライヤーは生化学実験に常時使用している。(以上担当,手塚)。
三次元ハイブリッド組織体としての機能性有機低分子ゲルに関する研究

われわれは、(1)新規な有機低分子ゲルの創出、(2)ゲルの凝集形態と分子構造・分子間相互作用との相関の解明、(3)有機低分子ゲル創出のための分子設計指針ならびに三次元網目状組織体構築の手法の確立、(4)有機低分子ゲルの熱可逆的ゾル-ゲル転移の解析、(5)有機低分子ゲルの光・電子機能材料への応用、を目的として研究を行なっている。これまでに、4,4^',4^<''>-tris(stearoylamino)triphenylamine(TSATA)ならびにN,N^',N^<''>-tristearyltrimesamide(TSTA)が、種々の有機溶媒とゲルを形成しうることを見いだしている。平成9年度は、8年度までに得られた知見をもとに、さらに新しい有機低分子ゲルの創製を目指して、新規化合物群1,3,5-tris(4-octadecanoylaminophenyl)benzene(TSAPB)ならびに1,3,5-tris(4-stearoylaminophenylphenylamino)benzine(TSA-TDAB)を設計・合成し、これらの有機低分子が、実際に種々の有機溶媒とゲルを形成しうることを見いだした。これらの新規分子系において、(1)分子間水素結合とゲル形成能との相関、(2)アルキル鎖長とゲル形成能との相関、(3)有機低分子ゲルの微細構造、について検討を行なった。その結果、TSATA,TSTAの系と同様にTSAPBならびにTSA-TDABの系においても、3つのアミド結合部における分子間水素結合と適当な長さの長鎖アルキル基が、ゲル形成に必要な三次元ネットワーク構造の形成に重要な役割を果たしていることを明らかにした。
非反転対称磁性体を舞台とした磁気・キラル協奏電子物性の創出

空間反転対称性の破れた磁性体では、複数の対称性の破れにより、固体特有の電気と磁気の相関(電気磁気効果)が生じる。この相関は、時間的に振動する電磁場である電磁波と物質の相互作用においても、光学的電気磁気効果として発現することが、近年の研究を通して見出されてきた。本研究では、微視的なメカニズムに関する知見をもとに、キラル磁性体における光学的電気磁気効果である、磁気キラル二色性(MChD)に関して、物質設計の観点から、可視光領域における巨大効果の実現を目指した。微視的な観点からは、MChDは電気双極子(E1)遷移と磁気双極子(M1)遷移の干渉効果として理解されており、両者の強さが同程度の時に効果が最大となる。そこでまず、両者の強度を近付けることを物質設計指針とした。しかし大半の光学遷移では、遷移強度の関係が、|E1|>>|M1|となってしまう。そこで本研究では、反転心のある場合にE1禁制となるf-f遷移に着目し、キラル希土類錯体での物質開発に取り組んだ。この際、希土類元素周りのジオメトリーがE1禁制の緩和の大きさに影響することにも着目し、等方的な配位構造を持つ錯体を合成し、局所的対称性の破れを抑制した。また希土類元素のJ多重項のうち、時間反転操作により結び付けられる状態からのMChD信号同士は互いに打ち消し合う関係にあることが示される。その為、磁場印加によるゼーマン分裂により、二つの状態間の占有分布に偏りを生じさせなければ、信号は相殺されてしまい、MChDは観測出来ない。そこで本研究では、比較的大きなJの値を持ち、大きなゼーマン分裂が期待されるTb錯体を候補物質とした。上記の物質設計指針に基づいて合成したキラルTb錯体においてMChDの観測を試みたところ、500-600nmの可視光領域のf-f遷移発光において、従来の報告値の約65倍に相当する強いMChDの実現に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、磁気・キラル協奏電子物性の開拓を行う舞台となる、強磁性とキラリティを併せ持つ非反転対称磁性体の設計・合成に取り組み、光学的電気磁気効果の観測を行った。具体的には、有機・無機ハイブリッドハライドに着目し、キラル有機アンモニウム分子が挿入された銅塩化物の系の単結晶を、メタノール中で自己集積化させることで育成した。物性測定が可能な2 ×2 mm程度の単結晶試料の育成に成功した為、単結晶X線構造解析により結晶構造を決定した。その結果、銅塩化物層間に、キラルな有機アンモニウムカチオンが挿入された構造となっていることが分かった。空間群はキラリティと極性の両方を有する三斜晶系(P1)であり、空間反転対称性の破れが確認された。また極性に関しては、銅塩化物層内に[110]方向を向いた電気分極(P)が存在し、挿入する分子のキラリティに依存してPの向きが反転することを見出した。一方、10K以下の低温においては、強磁性転移に伴う磁化(M)の急激な立ち上がりが観測され、狙い通りに空間反転と時間反転対称性が同時に破れた系を得ることに成功した。得られた単結晶試料に対し、15 T超伝導マグネットを用いてVoigt配置で測定を行ったところ、k・(P×M)≠0となる配置で方向二色性が観測された。また、光の進行方向周りに試料を180°回転させ、Pを反転させたところ、方向二色性の信号に符号反転が見られ、光学的電気磁気効果が観測出来ていることを確認した。また、磁気キラル発光の測定系の構築にも取り組んだ。具体的には、ロックインアンプを用いた磁場変調分光の測定系を構築した。ロックインアンプや光学定盤など、必要な機材を揃え、光学系の構築、制御プログラムの作製などまでの作業が終了し、標準試料の発光スペクトルの測定テストまでを行った。本年度の研究計画に予定していたように、有機・無機ハイブリッド銅塩化物の系において、強磁性とキラリティを併せ持つ新しい非反転対称磁性体を設計・合成することに成功している。また、物質の合成にとどまらず、二年目以降に予定していた、この試料を用いた光学的電気磁気効果の観測に成功するなど、研究目標である磁気・キラル協奏電子物性開拓まで達成することが出来た。一方の、磁気キラル光学効果の測定系に関しても、順調に構築が進んでおり、計画通りに研究が進展している。

しかし大半の光学遷移では、遷移強度の関係が、|E1|>>|M1|となってしまう。そこで本研究では、反転心のある場合にE1禁制となるf-f遷移に着目し、キラル希土類錯体での物質開発に取り組んだ。この際、希土類元素周りのジオメトリーがE1禁制の緩和の大きさに影響することにも着目し、等方的な配位構造を持つ錯体を合成し、局所的対称性の破れを抑制した。また希土類元素のJ多重項のうち、時間反転操作により結び付けられる状態からのMChD信号同士は互いに打ち消し合う関係にあることが示される。その為、磁場印加によるゼーマン分裂により、二つの状態間の占有分布に偏りを生じさせなければ、信号は相殺されてしまい、MChDは観測出来ない。そこで本研究では、比較的大きなJの値を持ち、大きなゼーマン分裂が期待されるTb錯体を候補物質とした。上記の物質設計指針に基づいて合成したキラルTb錯体においてMChDの観測を試みたところ、500-600nmの可視光領域のf-f遷移発光において、従来の報告値の約65倍に相当する強いMChDの実現に成功した。有機・無機ハイブリッドハライドの系に関しては、ひとまず光学的電気磁気効果の観測という当初予定していた物性測定まで、初年度で実現することに成功した。そこで今後は、磁気・キラル協奏電子物性の観測が期待される、新たなキラル分子磁性体の設計・合成へと研究を進める。具体的には、Cu以外の遷移金属を用いた有機・無機ハイブリッドハライドでの物質開拓を試みる。また、磁気キラル光学効果の測定系も八割がた構築出来ている為、発光性のキラル希土類錯体を合成し、磁気キラル発光現象の観測を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
網羅的遺伝子発現解析による精神分裂病慢性期における薬物治療構築の研究

統合失調症は罹患期間が長くなると陰性症状が目立ってくる。それは疾患自体が進行したためと考えられているが、年余に渡って投与される薬物の影響がまったくないとは考えられない。近年、マイクロアレーを中心とした網羅的遺伝子発現解析が利用可能となり、カスケードを形成している分子群の変化が一網打尽に観察できるようになった。今回、抗精神病薬で神経細胞の変性や生存に関連している遺伝子の発現変化を調べることにより抗精神病薬による神経障害の有無を検討し、慢性期に適した薬物療法を提案しようと計画した。方法:8-9週齢の雄性ddYマウスに14日間連日、1日1回腹腔内に薬物を投与した。使用した抗精神病薬はhaloperidol(2mg/kg)である。また、haloperidolは一般に錐体外路性副作用を予防するために抗コリン薬と併用されるのでbiperiden併用投与群も設定した。マウスは薬物最終投与の、48-53時間後に断頭し、陰性症状と関連があると言われている背外側前頭前野からRNAを抽出した。Katoの方法に従い約500種類の遺伝子を600種類のプライマーを用いてアダプター付加競合PCRを行い発現遺伝子量を測定した。考察: haloperidol投与でMAP3K4の発現が上昇したが、それはストレスにより上昇する分子である。培養細胞ではhaloperidolによりアポトーシスが誘発されるぐそのときMAP3K4の下流のMAPK8-14が活性化する。しかし、本研究ではアポトーシス誘導遺伝子は発現せずMAPK8-14の発現も変化していなかったので、in vivoではhaloperidolは神経にストレスを及ぼすが神経細胞死までは誘発しないと考えられた。本年度は研究の初年度であり、実験のセットアップと予備実験をおこなった。セットアップ網羅的遺伝子発現解析で調べる遺伝子候補を文献などから選択した。神経細胞死、細胞周期、シナプス関連、神経突起局在分子など約500個強の遺伝子を検索した。それらのmRNAの配列を調べ今回使用する制限酵素であるMbo IやHha Iで切断可能であるか検討した。次にPCR産物が100-200bpになるように遺伝子特異的プライマーを専用のソフトウエアーを使用して設計した。予備実験実験に使用した動物は遺伝子情報の多いマウスを使用した。脳の部位としてはdorsolateral refrontal cortexを使用した。文献では統合失調症(精神分裂病)では前頭葉で脳血流やグルコース代謝などが低下しているというSPECTやPETを用いた研究があるので上記の部位を使用した。ABI310シークエンサーでPCR産物を電気泳動して、PCR産物の長さを求め、計算上の値と同じであるならば、その遺伝子は発現しているとした。その結果約100弱の遺伝子の発現が確認できた。前回、中脳腹側で行った同様の実験では300個弱の遺伝子をスクリーニングした時、約80個の遺伝子の発現が確認できた。今回はそれに比べると遺伝子発現の種類が少なかった。つまり、前頭前野は中脳腹側よりも遺伝子の発現に多様性がないということである。本実験もっとも典型的な抗精神病薬であるハロペリドールを2週間投与したマウスを断頭し、dorsolateral prefrontal cortexを取り出し、一群7-8匹で現在、実験中である。ハロペリドール以外にatypical neurolepticであるクロザピンやオランザピンでの変化も検討する予定である。
古地図および堆積物を利用した高分解能火山地質学の構築

江戸時代の古地図に噴気・噴煙が描かれている火山の調査を行った結果,噴気・噴煙の記述のある火山は,以下の火山である.千島・北海道地域:恵山,北海道駒ケ岳,有珠山,渡島(松前)大島,渡島(松前)小島,イワオヌプリ(ニセコ),雄阿寒,雌阿寒,羅臼岳(知床),択捉焼山,茂世路岳.東北・関東・中部:岩手山,浅間山,新潟焼山,九州:鶴見岳,雲仙,阿蘇,霧島,桜島,薩摩硫黄島,口永良部島,小臥蛇島,口之島,中之島,諏訪瀬島,横当島.北海道および薩南諸島の火山については,これら古地図の情報を基に噴煙史を編むことに成功した.これらの成果は古地図の記述を適切に評価すれば火山活動史の構築に役立つことを示している.江戸時代の古地図に噴気・噴煙が描かれている火山の調査を行った結果,噴気・噴煙の記述のある火山は,以下の火山である.千島・北海道地域:恵山,北海道駒ケ岳,有珠山,渡島(松前)大島,渡島(松前)小島,イワオヌプリ(ニセコ),雄阿寒,雌阿寒,羅臼岳(知床),択捉焼山,茂世路岳.東北・関東・中部:岩手山,浅間山,新潟焼山,九州:鶴見岳,雲仙,阿蘇,霧島,桜島,薩摩硫黄島,口永良部島,小臥蛇島,口之島,中之島,諏訪瀬島,横当島.北海道および薩南諸島の火山については,これら古地図の情報を基に噴煙史を編むことに成功した.これらの成果は古地図の記述を適切に評価すれば火山活動史の構築に役立つことを示している.本研究は,古地図と堆積物を利用した火山活動史構築法の開発を目的とする研究である.噴煙の画かれた古地図のカタログつくりと噴煙の画かれた火山の噴煙史と火山活動史の関係を,地質調査を併用して明らかにする.本年度は,東日本の古地図および火山地質の調査,特に北海道(蝦夷)の古地図とそれらに噴煙が描かれている火山について行なった.古地図の調査は,デジタルアーカーブとして公開されている各図書館のものについての調査を行った他,函館市立中央図書館,北海道立図書館,札幌市立図書館などの図書館に収蔵されている古地図について閲覧し,それら古地図に記録された情報の記述時期,信憑性や成立過程などの調査のための文献調査もあわせて行なった.調査の結果明らかになった古地図に噴気・噴煙が描かれた火山は以下のものである,恵山,北海道駒ケ岳,有珠山,渡島(松前)大島,渡島(松前)小島,イワオヌプリ(ニセコ),雄阿寒,雌阿寒,羅臼岳(知床),択捉焼山,茂世路岳.また古地図の成立時期などから,恵山は1819世紀を通して噴気・噴気活動が活発であったこと,樽前山は同時期噴火活動があったにもかかわらず噴気・噴煙活動が活発でなかったことが明らかとなった.これら,道南の噴気・噴煙が描かれたこれら火山については現地調査を行い,その記述についての信憑性の調査を行った.その結果,渡島小島については,ある古地図に噴気・噴煙の記述があったが,実際に噴気・噴煙が上がっていたかは疑わしいことが明らかになった.その一方,イワオヌプリに関しては,江戸時代の噴火記録や噴気の記録は無いもの,最近まで噴気をあげていたと思われる多数の噴気孔の痕跡や水蒸気爆発テフラなどが発見された.北海道以外には,東日本の江戸幕府勅撰の古地図「国絵図」や伊能図について調査を行い,岩手山,鳥海山などに噴気・噴煙が描かれていることが明らかとなった.江戸期に噴火活動があったことが知られている蔵王火山と日光白根火山についても,予察的な古地図調査及び地質調査を行った.本研究は,古地図と堆積物を利用した火山活動史構築法の開発を目的とする研究である.噴煙の画かれた古地図のカタログつくりを行い,噴煙の描かれた火山の噴煙史と火山活動史の関係を,文献史料及び地質調査を併用して明らかにする.本年度は,中西日本の古地図および火山地質の調査を新たに行い,それと並行して昨年度調査した北海道(蝦夷)の噴煙の描かれた古地図のカタログつくりとその補足調査を行った.さらに、噴煙の描かれていないが、活動記録のある栗駒火山についても、古記録の調査と伴に、現地調査をおこなった.その結果,九州の火山について噴煙の描かれた古地図のカタログを作成した.さらに,現在活動中の霧島火山については,古地図に描かれた噴煙活動の妥当性を検討するため,文書記録から江戸期の活動のとりまとめも行った.その結果,霧島火山,阿蘇火山には,多くの古地図に噴煙が描かれているが,桜島火山については,ほとんどの古地図に噴煙が描かれていないことが明らかとなった.霧島火山についての成果の一部をまとめて,日本火山学会の学術誌「火山」に論文を投稿した.また,中日本の浅間火山について噴煙の描かれた古地図のカタログつくりを行った結果,19世紀前半に噴煙活動が低調になったことを示唆するような結果が得られた.さらに,活火山として認定されていない,トカラ列島横当島において地質調査を行い,火山活動史を明らかにした.

その結果,横当島は新鮮な火山地形をの残し,樹木などの植生に乏しく近年噴火した可能性が高いこと.最後の火山活動は,爆発的でかつ,規模の大きなものであることが判明した.のまた,北海道の江戸期後半の噴煙史古地図のカタログと火山活動史との関係は,日本第四紀学会及び日本火山学会で順次報告を行った.最終年度の本年は、今まで収集した噴煙の描かれている古地図のカタログづくりを行った。さらに、古地図の記述の信頼性を調べるために、いくつかの火山について信頼のおける文書記録をまとめた。その結果、同一の古地図に複数の火山が描かれている場合は、噴煙の記述の有無は、実際の噴火活動の有無を示している可能性が高いことがわかった。特にいくつかの古地図に注目し、古地図の成立過程からその情報の信頼性を検証したのちに、噴煙活動史の構築を行った。その結果、江戸時代後期(18世紀以降)を通して、噴煙活動が活発な火山は、恵山、浅間山、阿蘇山、霧島山の各火山であることがわかった。さらにケーススタディとして、古地図に噴煙が書かれているが、近年の噴火活動が知られていなく活火山に認定されていないトカラ列島横当島の地質調査並びに文書記録を含めた、昨年度の計画で行った地質調査について、解析を行うことともに、横当島は、伝説めいた記録だが、最新の堆積物の特徴と合致する噴火活動の記録が残ること、江戸末期に噴煙活動の存在を示す文書記録が残ること、国絵図(古地図)に噴煙が描かれていることが明らかになった。そのため、歴史時代に噴火活動を行った可能性が高く、かつ江戸時代に噴煙活動があった可能性も高いことが明らかとなった。また、現在の横当島と隣の上ノ根島において、現在、新たに噴気活動があることを発見し、報告した。なお、日本火山学会発行の学術誌「火山」に論文として公表した霧島火山新燃岳の成果は、2013年日本火山学会論文賞をいただくことができた。天候や海状不良のため,予定していた時期に野外調査が行なえず,予定してた実施期間内に予定した研究が終了できなかった.そのため,科研費の繰り越し手続きを行い,次年度に計画の一部を実施した.以下にその概要を記す.平成23年度5月までに西日本の横当島の現地調査を行ない、天候不順等でそれが行ない場合、代替調査として10月までに北海道の雄阿寒岳の現地調査を行ない.平成24年3月までに少なくともどちらか一つの火山の古地図に描かれた噴煙と噴火史の関係のケーススタディをまとめる予定であった.しかし,天候や海状況不良で,平成23年度は調査ができなかった.そのため,科研費の一部を繰り越し,平成24年5月に横当島の調査を行った.また栗駒山の調査もおこなった.25年度が最終年度であるため、記入しない。収集した噴煙の描かれている地図についてカタログ化を進める.また,噴火との関係を霧島火山,桜島火山,浅間火山について引き続き行う.さらに,噴煙の描かれていないが江戸時代に活動したと考えられている,栗駒山,日光白根山などについても江戸時代の噴火史まとめ,噴煙が描かれているものとの対比を行う.本年度調査した横当島に関しては,規模が大きくかつ新鮮な地形面をなす火砕物が発見されたため,次年度に追加現地調査を行う予定である.これらの成果を基に,噴煙の描かれている古地図のカタログ化,描かれた噴煙と噴火などの火山活動の関係,現地調査の結果から,古地図から火山活動を抽出する方法をまとめる.25年度が最終年度であるため、記入しない。
レーザー爆轟式衝撃波管の提案と先行輻射を伴う大気圏突入カプセルの加熱予測精度向上

近年の挑戦的な惑星探査計画において、秒速15 kmを超える超高速大気突入に耐えうるカプセル設計が求められている。このような超高速突入では、輻射により生成された先行電子が、カプセルの加熱を大きく増加させる可能性がある。しかし、超高速突入環境を模擬できる装置が存在せず、先行電子の計測技術も確立していないため、この予測を検証できていない。そこで本研究では、超高速突入環境を模擬できるレーザー爆轟式の革新的衝撃波管を提案し、さらにレーザートムソン散乱法による先行電子の高精度計測を実施して、先行輻射加熱の物理を解明する。その結果、加熱予測精度が向上し、挑戦的探査計画での確実なカプセル回収へ繋がる。
新規ナノチェッカーボード構造を有する非膨潤ゲルの創製

昨年度には,温度応答性高分子を導入することで,生理条件下で膨潤挙動が制御されたハイドロゲルを構築した.しかし,この特殊な設計をもってしても,ハイドロゲルが分解するにつれ,新たな膨潤が誘起されてしまうことが課題であった(分解誘起膨潤).多くの生体応用においては,ハイドロゲルは役目を終えた後に分解し,体外に排出されることが求められる.そのため,分解誘起膨潤を克服可能な新たなメカニズムの探索が必要であった.そこで本年度は,分子レベルで"膨潤しにくい"高分子からハイドロゲルを構築することを試みた.高分子ゲルの膨潤挙動を予測するのに最適なFlory-Rehner理論によれば,水中における溶解度パラメーター(χ)が0.53程度となる高分子からハイドロゲルを構築すれば,膨潤が分子レベルで抑制された状態となることがわかっている.そこで本研究では,親水性N,N-dimethylacrylamideおよび疎水性N-tert-butylacrylamideからなる"水に馴染みにくい"コポリマーをハイドロゲルの構成成分として採用した.得られたハイドロゲルをダルベッコりん酸緩衝生理食塩水(D-PBS)に浸漬させ,その膨潤度の温度依存性を検討した.すると,生体温度である37°Cにおいて,このハイドロゲルは膨潤しないということが明らかとなった.更に,ハイドロゲルの分解試験を行ったところ,このハイドロゲルはある一定の程度の膨潤度を保ったまま分解が進行することが判明した.これはFloryらの理論的予測と一致するものである.このように,水への馴染みやすさを調節した合成高分子を用いることで,分解誘起膨潤が抑制されたハイドロゲルの合成に成功した.これは,薬物担体や細胞の足場として利用する場合などにおいて,安全に分解して体外へ排出される材料を実現するための要素技術として極めて重要なものである.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、再生医療への関心が高まる中、医用材料としてのハイドロゲルに注目が集まっている。しかし、通常のハイドロゲルは水に馴染みやすい高分子(親水性高分子)で構成され、生体内のような水が豊富な環境では、外部から水を吸収して膨らみ(膨潤)、壊れやすくなるという欠点があった。本研究では、低温(10°C)では水に溶け、生体温度(37°C)では収縮状態となる特殊な合成高分子を、相互架橋可能となるよう新規に合成し、ハイドロゲルに精密導入することに成功した。当該ハイドロゲルについて、膨潤試験および力学強度試験を行ったところ、水系環境においても膨潤が抑制され、さらには優れた物理特性を示すことが明らかとなった。この材料は、将来、人工軟骨へ向けた応用や、再生医療における万能細胞の一時的な足場材料としての利用が期待できる。昨年度には,温度応答性高分子を導入することで,生理条件下で膨潤挙動が制御されたハイドロゲルを構築した.しかし,この特殊な設計をもってしても,ハイドロゲルが分解するにつれ,新たな膨潤が誘起されてしまうことが課題であった(分解誘起膨潤).多くの生体応用においては,ハイドロゲルは役目を終えた後に分解し,体外に排出されることが求められる.そのため,分解誘起膨潤を克服可能な新たなメカニズムの探索が必要であった.そこで本年度は,分子レベルで"膨潤しにくい"高分子からハイドロゲルを構築することを試みた.高分子ゲルの膨潤挙動を予測するのに最適なFlory-Rehner理論によれば,水中における溶解度パラメーター(χ)が0.53程度となる高分子からハイドロゲルを構築すれば,膨潤が分子レベルで抑制された状態となることがわかっている.そこで本研究では,親水性N,N-dimethylacrylamideおよび疎水性N-tert-butylacrylamideからなる"水に馴染みにくい"コポリマーをハイドロゲルの構成成分として採用した.得られたハイドロゲルをダルベッコりん酸緩衝生理食塩水(D-PBS)に浸漬させ,その膨潤度の温度依存性を検討した.すると,生体温度である37°Cにおいて,このハイドロゲルは膨潤しないということが明らかとなった.更に,ハイドロゲルの分解試験を行ったところ,このハイドロゲルはある一定の程度の膨潤度を保ったまま分解が進行することが判明した.これはFloryらの理論的予測と一致するものである.このように,水への馴染みやすさを調節した合成高分子を用いることで,分解誘起膨潤が抑制されたハイドロゲルの合成に成功した.これは,薬物担体や細胞の足場として利用する場合などにおいて,安全に分解して体外へ排出される材料を実現するための要素技術として極めて重要なものである.相互架橋可能な四分岐型温度応答性高分子を新規に合成し、ハイドロゲルへ精密に導入することで、当初の課題であった「ハイドロゲルの膨潤挙動の制御」に成功した。これまでに得られた成果は米国サイエンス誌をはじめとする学術誌に出版されており、研究活動は順調に進んでいるものと考えられる。ハイドロゲルを薬物担体や細胞の足場として利用する場合など、ある種の応用では、ハイドロゲルは役目を終えた後、自然に分解することが求められる。その場合、ハイドロゲルを構成する繊維上の網目構造が分解していくことで、浸透圧と弾性エネルギーのバランスが崩れ、不可避的に膨潤が生じてしまう。

今後は、水への馴染みやすさを調節した高分子からハイドロゲルを新規に合成するなど、新たな観点からハイドロゲルの中長期的な膨潤挙動制御を狙う。27年度が最終年度であるため、記入しない。
脳分離体外循環時の脳潅流温と至適潅流条件に関するリンNMRによる実験的研究

【目的】脳分離体外循環における脳至適潅流条件を検討するにあたり超低体温下循環停止法での各種温度条件での安全許容時間に関するデータを必要とした。そのため超低体温循環停止での各温度における脳内エネルギー代謝の相違を31P-NMR Spectroscopy法を用い、経時的に測定し比較検討した。【対象】生後4週の豚10頭(10.5±0.43kg)を対象とし、超低体温時の鼓膜温で以下の3群に分け検討した。A群(15°C、n=3)、B群(17.5°C、n=3)、C群(20°C、n=4)【方法】31P-MRS測定にはSIS100/300(2.35T)を用いた。体外循環回路を装着した豚の頭蓋骨上、頭頂部に表面コイルを装着し脳内リンNMRスペクトルを測定した。。体外循環開始後、各群の目標温度まで全身冷却した後、60分間の循環停止、さらにその後同温で2時間再潅流を行い、その間のリンエネルギー代謝を経時的に測定し比較検討した。【結果】循環停止後、A、B、Cいずれの群においてもただちに高エネルギーリン酸であるPCr、ATPはともに減少し、Piは逆に増加した。各群間での高エネルギーリン酸の減少の程度に差異は認められず、循環停止後60分においては高エネルギーリン酸は枯渇しPiのみが検出された。再潅流開始後、A群ではPiの減少とPCr、ATPの回復が認められたが、C群ではPiは殆ど減少せず、PCr、ATPの回復も認められなかった。一方、B群において再潅流後ATPは70%ほどの回復を示したもののPCrは30%までの回復にとどまった。【結論】循環停止時間を60分に固定した場合、鼓膜温15°Cと20°Cの間で脳内リンエネルギー代謝の再潅流後の回復に明らかな差異を認めた。また17.5°Cでは高エネルギーリン酸の回復は不十分であり、このあたりに60分循環停止の安全限界があると考える。。
二重対角行列正則化を用いた大規模悪条件問題に対する数値計算法の開発

本研究の目的は、大規模な悪条件線形方程式に対して有効な数値計算法を開発することにある。前年度では主に数値計算法の設計と、その理論的な解析を行った。本年度は、より実際的な問題への適用を試みた。大規模悪条件線形方程式の典型的な例として、ボケ画像の鮮明化問題が挙げられる。ボケ画像は、求めるべき未知な画像と、既知な点拡がり関数との畳込みとして定式化できる。通常、この点拡がり関数が画像の位置に依存せずに一様な場合は、高速フーリエ変換を用いた方法で求めることができるが、点拡がり関数が画像の位置に依存して変化するような問題では、既存の方法は用いることができない。そのため、線形方程式として定式化しなければならないが、大規模かつ悪条件となるため、鮮明な画像を復元するには困難が伴うことになる。ここでは、点拡がり関数が画像の位置によって変化する3次元CT像再構成問題でのボケ画像鮮明化問題を想定し、この大規模悪条件問題への数値計算法の適用を試みた。想定した3次元画像復元問題では、点拡がり関数を表現する線形方程式の係数行列が巨大となり、計算機のメモリ上に格納することが困難である。また、行列の転置を表現することも困難なため、解法は転置行列の不要なものを使用しなければならない。本年度はまず、比較的小規模な問題に対してさまざまな数値計算法の適用を試み、それらの解法の数値的な特性を解析し、その結果を3月に福岡大学で開催された第81情報処理学会全国大会で研究発表を行った。本年度は、より実際的な大規模悪条件線形方程式への適用のための準備期間であり、今後の研究に必要な計算機環境の整備、各種のプログラムのライブラリ化、さまざまな数値計算法の数値的な特性に対するデータ収集を行うことができた。これらは次年度以降の研究活動に活かされるものであり、現状おおむね順調に進捗しているものといえる。最終年度である次年度では、これまでの研究成果を踏まえて、より大規模な点拡がり関数が一様ではない3次元のボケ画像鮮明化問題に対して、我々の数値計算法の適用を試みる。そして、それらの結果をまとめて、英文誌フルペーパーとして投稿する予定である。本研究の目的は、データに観測誤差などの分離不可能なノイズを含む大規模な悪条件線形方程式に対して有効な数値計算法を開発することにある。このような問題に対しては反復解法の一つであるLSQR法が有効である。しかし、我々の想定するような問題にLSQR法を適用したとき、反復の初期段階では誤差は順調に減少するが、ある段階を境に、誤差は増加に転ずる。その誤差が減少から増加に転ずる点が反復の最適な打ち切り回数を表す。通常、LSQR法などの反復解法は残差を反復停止のための基準とするが、残差は誤差と違って反復回数に対して単調に減少するため、我々が想定するような問題では反復停止のための基準として用いることはできない。LSQR法は反復により二重対角行列を生成し、各反復において、その二重対角行列を係数行列に持つ最小二乗問題を解くことにより近似解の列を生成する。我々は、その二重対角行列の条件数を容易に、かつ正確に評価する方法を開発した。しかし、この二重対角行列の条件数も、反復回数に対して単調に増加するため、条件数単体では反復停止則として用いることはできない。それに対して我々は、条件数と残差を用いた新たな反復停止条件であるLCRグラフを用いた反復停止則を提案し、その有効性を数値実験を用いて確認した。その結果を6月の数値解析シンポジウムと9月の日本応用数理学会年会で研究発表し、さらに、電子情報通信学会論文誌に投稿し、1月号に採録された。我々の想定するデータにノイズを含んだ大規模悪条件線形方程式に対して、LSQR法の適用を試み、新たな反復停止則を導入し、その有効性を比較的小規模なテスト方程式に対する数値実験を用いて検証した。そして、その結果を研究集会ならびに学会で発表し、有識者からさまざまな提言を頂いた。さらに、研究速報という形ではあるが、査読付きの論文誌に投稿し、掲載されるに至った。これらは第一年度の結果としては、おおむね順調に進捗しているといえる。

また、行列の転置を表現することも困難なため、解法は転置行列の不要なものを使用しなければならない。本年度はまず、比較的小規模な問題に対してさまざまな数値計算法の適用を試み、それらの解法の数値的な特性を解析し、その結果を3月に福岡大学で開催された第81情報処理学会全国大会で研究発表を行った。本年度は、より実際的な大規模悪条件線形方程式への適用のための準備期間であり、今後の研究に必要な計算機環境の整備、各種のプログラムのライブラリ化、さまざまな数値計算法の数値的な特性に対するデータ収集を行うことができた。これらは次年度以降の研究活動に活かされるものであり、現状おおむね順調に進捗しているものといえる。先に述べたように、我々の提案する方法の有効性を比較的小規模なテスト方程式を用いて数値実験で検証した。さらに、研究速報として論文誌に投稿したが、今後は我々の方法の理論的な解析を行い、英文誌にフルペーパーとして投稿する予定である。また、より大規模かつ実際的な悪条件方程式に対しての有効性を検証する。大規模悪条件方程式としては3次元電子顕微鏡CT像再構成問題を想定している。この問題への適用のための計算機環境の整備を行う予定である。この環境整備には電子顕微鏡CT像再構成問題を取り扱っている研究機関への出張を含み、そこでさまざまな研究打ち合わせ、ならびに情報交換を行う予定である。最終年度である次年度では、これまでの研究成果を踏まえて、より大規模な点拡がり関数が一様ではない3次元のボケ画像鮮明化問題に対して、我々の数値計算法の適用を試みる。そして、それらの結果をまとめて、英文誌フルペーパーとして投稿する予定である。
北太平洋から北極海における大型動物プランクトン生物系統地理の解明

本研究では、分子生物学的手法を用いることで、従来の手法では解明することができなかった対象海域に優占する大型動物プランクトン種の生物系統地理を明らかにすることを目的とする。調査海域は北太平洋亜寒帯域から、近年夏季の海氷減少が著しい太平洋側北極海までの高緯度海域として、水平的に広く様々な海域から試料の採集を行う。分子生物学的手法であるハプロタイプ分析を行い、対象海域において優占する主要な大型動物プランクトン種の生物系統地理を明らかにする。
Antiーslit ventricular catheterの開発と臨床応用

水頭症の外科的治療において髄液の過剰排除は、種々の合併症を惹起する原因ともなりこの予防対策が急がれるところである。本研究では、この防止対策として特殊な脳室カテ-テルにその効果を求めた。初年度の研究として脳室系の圧動態を分析し、Antiーslit ventricular catheterの有効性を証明するための脳室系シリコンシミュレ-ションモデルを開発した。これにより、臨床応用の段階に入るためのantiーslit ventricular catheterの縮少モデルの臨床効果を動物を用いることなく実験できた。また、slit ventricle及びisolated ventriclesにおける圧動態の相対的変化が種々の病態設定により諸条件のもとに解析できた。二年目の研究では、初年度の本研究によって開発した脳室系シリコンシミュレ-ションモデルを応用し、脳室内に伝播する頭蓋内圧、特にその脈圧の変動につき検討した。シリコンシミュレ-ションモデルの左右の側脳室に微少圧センサ-を挿入し、左にPudenz脳室チュ-ブ、右に本研究テ-マのAntiーslit ventricular catheterを設置した。それぞれの脳室チュ-ブから脳室内に満した生食水を排除してゆく経過において、両者の脳室内脈圧の温存程度を比較した。結果においては、開発した脳室系シリコンシミュレ-ションモデルでは、極めてコンプライアンスが高く、高圧性の水頭症病態をシミュレ-トするには著しい容量の生食水の注入が必要であった。しかしながら、一側の側脳室からの内容液の排除では、両側側脳室内に平等に伝播される脈圧の動態が理想的な状況下に記録された。そして、特に、Pudenz脳室チュ-ブによる脳室チュ-ブ設置例では脈圧の減少、抹殺が著しく、Antiーslit ventricular tubeではその良好な脳室内圧温存効果が確認された.本研究により、髄液過剰排除の病態改善に期待し得る結果が得られた。水頭症の治療法に関して、現時点における治療ゴ-ルが短絡管依存性停止性水頭症への移行におかれている現状にあっては、短絡術による種々の合併症を最小限に抑え得る短絡管システムの開発が急務である。現在臨床応用されている短絡管システムは、基本的に圧コントロ-ルによる短絡機構を有するものの、多くの症例で髄液過剰排除が生ずることが知られている。これにより、成人例では硬膜下血腫が、小児例では髄液循環路の隔離とslit ventricle syndrome等か生じ、水頭症治療の大きな弊害となっている。本研究では、これらの合併症の対策として、脳室内AW圧温存を目的としたanti-slitventricularcathaterの開発をすすめ、実用化することにある。本年度の研究では、脳室系の圧動態を分析し、anti-slit ventricular catheterの有効性を証明するための脳室系シリコンシミュレ-ションモデルを開発した。これにより、臨床応用の段階に入るためのanti-slit ventricular catheterの縮小モデルの臨床効果を動物を用いることなく実験できる。また、slit ventricle及びisolated ventriclesにおける圧動態の相対的変化が種々の病態設定により諸条件のもとに解析できる。本年度の研究におけるもうひとつの成果には、ラフト6-AN誘発実験モデルを用いて、幼若脳(この場合は胎仔脳)における水頭症治療後の頭蓋変形及び脳室系の形態変化を観察し、中脳水道が二次的に閉塞しisolated fourth ventricleが出現する機構を解析したことがあげられる。以上の結果は、本年度さらにデ-タを集積し今後論文発表としてまとめる予定である。

水頭症の治療法に関して、現時点における治療ゴ-ルが短絡管依存性停止性水頭症への移行におかれている現状にあっては、短絡術による種々の合併症を最少限に抑え得る短絡管システムの開発が急務である。現在臨床応用されている短絡管システムは、基本的に圧コントロ-ルによる短絡機構を有するものの、多くの症例で髄液過剰排除が生ずることが知られている。これにより、成人例では硬膜下血腫が、小児例では髄液循環路の隔離とslit ventricle syndrome等が生じ、水頭症治療の大きな弊害となっている。本年度の研究では、昨年度の本研究によって開発した脳室系シリコンシミュレ-ションモデルを応用し、脳室内に伝播する頭蓋内圧、特にその脈圧の変動につき検討した。シリコンシミュレ-ションモデルの左右の側脳室に微少圧センサ-を挿入し、左にPudenz脳室チュ-ブ、右に本研究テ-マのAntiーslit ventricular catheterを設置した。それぞれの脳室チュ-ブから脳室内に満した生食水を排除してゆく経過において、両者の脳室内脈圧の温存程度を比較した。結果においては、開発した脳室系シリコンシミュレ-ションモデルでは、極めてコンプライアンスが高く、高圧性の水頭症病態をシミュレ-トするには著しい容量の生食水の注入が必要であった。しかしながら、一例の側脳室からの内容液の排除では、両側側脳室内に平等に伝播される脈圧の動態が理想的な状況下に記録された。そして、特に、Pudenz脳室チュ-ブによる脳室チュ-ブ設置側では脈圧の減少、抹殺が著しく、antiーslit ventricular tubeではその良好な脳室内圧温存効果が確認された。本研究により、動的実験によるア-チファクトからの誤差を脳室モデルの開発から解消し、antiーslit ventricular tubeの効用を確認することができた。