hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
流れをもつプラズマの安定性と揺らぎ-非エルミート系のスペクトルと繰り込み理論

プラズマの安定性を調べるには、線形化されたMHD方程式を解かなければならないが、それには非エルミート作用素のスペクトル理論を必要とし、数学的には非常に難しい問題である。ただし、MHD方程式はハミルトン形式に書き表すことができるため、直接解かなくても変分原理によって平衡や安定性をある程度まで議論することができる。本研究ではDynamically Accessible Variation(以下、DAV)と呼ばれる変分法について注意深く考察し、これが従来の変分的手法よりも優れている点を明らかにした。Energy-Casimir methodによれば、任意のハミルトン系において、ハミルトニアンHとカシミール不変量Cの和の極値δ(H+C)=0は平衡状態であり、さらに第二変分が正(or負)定値であればその平衡は安定である。この手法はカシミール不変量が何かを具体的に知っている必要があり、3次元MHDの場合、テイラー状態にしか適用できないという問題がある。一方、MHD安定性解析でよく用いられるエネルギー原理は任意の平衡に対して適用できるものの、特殊な摂動が仮定されており、その関数空間での安定性しか議論していない。また、流れをもった平衡に対しては、しばしばエネルギーが不定値になってしまうという問題がある。DAVは理論上すべてのカシミール不変量を一定に保つ特別な変分である。DAVによるハミルトニアンの第二変分はカシミール不変量を知らなくても計算でき、Energy-Casimir methodやエネルギー原理と比べて、正定値になりやすい。本研究では、第一変分δ(H+C)=0によって特徴づけられる平衡に対しては、DAVによる第二変分が正定値であることが、全ての摂動に対する安定性の十分条件となることを示した。具体的には、プラズマの2次元的な運動に対して、DAVが常に他の変分法よりも優れていることがわかる。本研究は、流れをもつプラズマの波動や安定性を理論的に解析するために、揺らぎのスペクトルと漸近挙動を厳密に解析することを目的としている。具体的には、流れをもった平衡のまわりでプラズマの方程式を線形化して解くことになるが、それは非エルミート作用素のスペクトル理論を必要とする難しい間題であり、数学的にも一般的な解法は存在しない。そこでまず、本研究さは簡単のため1次元(平板形状)の理想プラズマの平衡を考え、シア(勾配)をもった磁場や流れの中での揺らぎの挙動を解析した。プラズマ中では磁場に沿った方向に伝播するAlfven波がよく知られているが、磁場がシアをもつ場合、位相速度(Alfven速度)が空間的に変化するため、揺らぎの挙動には連続スペクトルが現れる。Alfven波は横波なので磁場に垂直な二つの偏波があり、またそれぞれが正負の伝播方向をもつため、合計で4づの連続スペクトルが存在する。さらに、シアをもった流れが存在するとそれらは複雑なドップラーシフトを受ける。理想プラズマにおける磁場や流れ、圧力の揺らぎの場はしばしば変位ベクトル場に帰着され、線形化方程式はエルミートとなることが知られているが、そこでは時刻ゼロで磁場と圧力の揺らぎが無いという特別な条件が課された揺らぎにしか着目していない。本研究では任意の初期条件から出発した解をラプラス変換で解いたところ、上記の4つの連続スペクトルが縮退し、非エルミート系に特有の共鳴が起きていることがわかった。その結果、揺らぎの振幅は時間に比例して増大し、従来の指数関数的な挙動とは異なる新しい不安定性が存在することがわかった。このように初期値問題の解が求まったことは非エルミート作用素のスペクトルを理解するうえで、数学的にも重要である。流れをもったプラズマの平衡は、ベータ値の高い先進的核融合炉の実現可能性を秘めており、近年、様々なアプローチから研究されている。中でも2流体効果を含んだHall MHD(magnetohydrodynamics)モデルでは、通常のMHDに比べて流れがより本質的に寄与し、バラエティに富んだ平衡状態が存在することで知られる。本研究ではこのような流れをもった平衡の「安定性解析」を主な課題として取り組んでいる。特に今年度は日米科学技術協力プロジェクトの一環でニューヨーク大学のE.Hameiri教授と3ヶ月間、共同研究を行った。E.Hameiri教授は最新の論文で、流れの無いHall MHD平衡の安定性を調べたが、安定性条件はMHDとあまり変わらないという結果であった。Hall効果は流れが存在する上で本質的な寄与をすると予測されるので、E.Hameiri教授の結果を流れがある場合に拡散することを試みた。プラズマの安定性解析には古くからLagrange変位が用いられている。本来、MHD方程式は密度、圧力、磁場、流速の8変数であったのに対し、Lagrange変位の方程式のみに簡略化できたのは初期条件に特殊な仮定を導入したからである。この仮定は質量、エントロピー、磁束などの保存量を変化させないという事に対応しているが、本研究ではさらに初期の「電荷中性」を仮定することで、Hall MHD方程式に対してもLagrange変位による簡略化を行った。Hall MHDでは、イオンと電子が別々に運動するため、二つのLagrange変位を導入する必要があるが、最終的にHamilton形式と呼ばれる対称性をもった方程式が得られた。このような対称性をもつ方程式ではHamiltonianの第2変分の正値性から安定性の十分条件が得られる可能性がある。ここまでの議論は非常に一般的であるため、本研究では非圧縮性を仮定し、double Beltrami条件を満たす特別な平衡の安定性を具体的に考察した。

結果として、すべての保存量(カシミール)を変化させない摂動(Dynamically accessible variation)に対しては、特定のパラメータ領域でdouble Beltrami平衡が安定であることがわかった。プラズマの安定性を調べるには、線形化されたMHD方程式を解かなければならないが、それには非エルミート作用素のスペクトル理論を必要とし、数学的には非常に難しい問題である。ただし、MHD方程式はハミルトン形式に書き表すことができるため、直接解かなくても変分原理によって平衡や安定性をある程度まで議論することができる。本研究ではDynamically Accessible Variation(以下、DAV)と呼ばれる変分法について注意深く考察し、これが従来の変分的手法よりも優れている点を明らかにした。Energy-Casimir methodによれば、任意のハミルトン系において、ハミルトニアンHとカシミール不変量Cの和の極値δ(H+C)=0は平衡状態であり、さらに第二変分が正(or負)定値であればその平衡は安定である。この手法はカシミール不変量が何かを具体的に知っている必要があり、3次元MHDの場合、テイラー状態にしか適用できないという問題がある。一方、MHD安定性解析でよく用いられるエネルギー原理は任意の平衡に対して適用できるものの、特殊な摂動が仮定されており、その関数空間での安定性しか議論していない。また、流れをもった平衡に対しては、しばしばエネルギーが不定値になってしまうという問題がある。DAVは理論上すべてのカシミール不変量を一定に保つ特別な変分である。DAVによるハミルトニアンの第二変分はカシミール不変量を知らなくても計算でき、Energy-Casimir methodやエネルギー原理と比べて、正定値になりやすい。本研究では、第一変分δ(H+C)=0によって特徴づけられる平衡に対しては、DAVによる第二変分が正定値であることが、全ての摂動に対する安定性の十分条件となることを示した。具体的には、プラズマの2次元的な運動に対して、DAVが常に他の変分法よりも優れていることがわかる。
粥状動脈硬化の発生、進展に及ぼすトロンビン受容体の影響に関する研究

我々は本研究で粥状動脈硬化の初期病巣を形成する細胞がトロンビン受容体の発現をどのように調節しているのかを解明し、この受容体が粥状動脈硬化におよぼす影響を検討する目的で培養細胞におけるトロンビン受容体の発現を検討した。THP1細胞を100nMのフォルボールエステル(PMA)で刺激した後のトロンビン受容体のmRNAの発現誘導を調べたところ、刺激後24時間までの範囲内においてはいずれの処理時間においてもトロンビン受容体の発現増加は認められなかった。血管平滑筋細胞における受容体の発現誘導はこれまで報告された限りでは有効なものはなく、今後の課題である。次にトロンビン受容体の遺伝子構造ならびにプロモーター領域の検討を行う目的でヒト及びマウスの受容体遺伝子のクローニングを行った。その結果、以下のことが明らかになった。受容体遺伝子は二つのエクソンから成り、約15kbと比較的短いイントロンにより隔てられている。エクソン-イントロンのスプライシングはこれまでに知られているコンセンサスに一致し、またヒト、マウスともに共通の部位でスプライシングが起こっていた。プロモーター領域の解析により明らかになったことはまず、ヒト、マウス間で相同性が低いこと、また、TATA boxがみとめられず、GCの含有量が多いこと、などであった。これらの理由から、転写開始部位を決定するための種々の試みがうまくいかなかったことが説明できる。また、この遺伝子がCpG islandを形成していることが予想され、トロンビン受容体遺伝子がhouse keeping geneとしての役割を果たしていることが示唆された。
電離圏プラズマ高速フローチャネルとそのインターフェースにおける時間空間発展

地球の高緯度電離圏に存在する大規模なプラズマの流れの中には,局所的に狭いチャネルとなって高速の流れが生じている領域,フローチャネルが数多く存在している.本年度は,フローチャネルを具体的に表現する電場分布と,その領域で増大する電気伝導度の分布を与えて,中性の鉛直風と質量密度がどのような振る舞いをするのかを数値シミュレーションにより調べた.電気伝導度は,その分布を直接的に与えるのではなく,磁気圏から磁力線に沿って降下してくる電子が大気を電離させる過程もモデル化することで取り込んだ.そのため,電気伝導度と電場で決まるジュール熱に加えて,降下する電子が与える熱もモデル化できている.擾乱のない平衡状態のもとで,時刻t=0にステップ関数的に電場と電子降下を与えて,その直後に発生する大気重力波が収まった後の分布を調べることで,以下のような結果を得た.鉛直風速度の上昇と質量密度の増加は共に,降下電子のエネルギーが相対的に低い時に大きくなる.100 eV程度の特性エネルギーが最も効果的に作用する.これは,このようなエネルギーの電子降下が電離圏で比較的高高度である300 km付近での電離と加熱を促進させるためであると考えられる.一方,電子の降下エネルギーを数keVに上げると,電子降下が背景密度の大きい低高度部分に作用することになり,その部分の鉛直風や質量密度にほとんど影響を及ぼさない.100 eV程度の特性エネルギーをもつ降下電子のエネルギーフラックスを上げると,高度300 km付近での鉛直風速度の上昇と質量密度の増加は一層顕著になる.フローチャネルの最大速度を大きくした場合も同様に作用する.一方,フローチャネルの幅の効き方は,鉛直風速度の上昇と質量密度の増加に対して異なっており,フローチャネルの幅が狭いときには前者の上昇が顕著になり,後者の増加は幅が広いときに大きくなる.地球の高緯度電離圏で見られる大規模な2つ渦のプラズマの流れの中には,局所的に狭いチャネルとなって高速の流れが生じている領域が数多く存在する.本研究では,このような領域においてプラズマと中性大気の相互作用によって生じている現象を明確にし,またそれらを統一的にモデル化することを目的としている.本年度はまず,さまざま場所で生じている現象を整理するとともに,これまでに高速のフローチャネルが同定されていない領域,具体的にはカスプの低緯度側の領域において,磁気嵐の後にフローチャネルが現れることを見出した.次いで,モデル化に向けた方程式系の整理と評価を行い,モデル化に用いる幾つかのパラメタライゼーションについて検討を進めた.最初に取り組んだ理論整理の段階における考察から,本研究の対象に含めることができる新たな現象を見出し,その結果の報告やまとめに時間をかけることとなったため.地球の高緯度電離圏に存在する大規模な2つ渦のプラズマの流れの中には,局所的に狭いチャネルとなって高速の流れが生じている領域が数多くある.本研究では,このような領域においてプラズマと中性大気の相互作用によって生じている現象の物理過程を明確にし,それらを統一的に表現できるモデル化を行うことを主たる目的としている.昼間側のカスプ領域の赤道側に新たなフローチャネルが存在することを前年度に見出しており,本年度はまず,その性質の詳細を明らかにした.この種のフローチャネル領域には,オーロラが南北に延びるように埋め込まれており,そのオーロラ領域では,高速のプラズマの流れが減速させられていることがわかった.次に,フローチャネル領域のプラズマと中性大気の相互作用に関するモデル化の検討を進め,ジュール損失過程の理解に関して進展がみられた.また,フローチャネル領域のプラズマの流れの分布は,電離圏の遙か上方に位置する沿磁力線ポテンシャル構造の形成を考慮してモデル化する必要があることもわかった.新たに見出した現象についての投稿論文が完成し,また,その現象のデータの解析を通して,次のステップへの新たなアイデアを得ている.統一的なモデル化に向けた方法論の検討が幾分遅れているものの,全体として概ね順調に進展していると判断する.地球の高緯度電離圏に存在する大規模な2つ渦のプラズマの流れの中には,局所的に狭いチャネルとなって高速の流れが生じている領域が数多くある.本研究では,このような領域におけるプラズマと中性大気の相互作用によって生じている現象の物理過程を明確にし,それらを統一的に表現できるモデル化を行うことを主たる目的としている.本年度は,フローチャネルの領域を通って遠方へと延びている磁力線上にしばしば現れる準定常的な沿磁力線電位降下が,チャネルの形成に重要な役割を果たしているのかどうかを明らかにすることに焦点を置いた.沿磁力線電位差と,そこに流れている沿磁力線電流の密度,電位差の領域の水平空間サイズについて,観測から得られている典型的な量を,MHDの範囲で磁気圏側のプラズマの流れの渦度の変化として説明できるのかを調べた.具体的には,沿磁力線電位降下領域が磁力線を介してつながる夕方側磁気圏の赤道面において,モデル化されたプラズマ渦度分布を与え,それがどの程度乱される必要があるのかを計算するアプローチをとった.その結果,磁気圏の渦度の乱れを沿磁力線電位降下領域に関わる諸量と明確に関係づけるのは難しいことがわかった.このことは,準定常的な沿磁力線電位降下が生じるかどうかは,フローチャネルの形成過程とはほとんど関わっていないことを示唆しており,沿磁力線電位降下があることで生じる加速電子による電離圏の局所的な電気伝導度の増大については,フローチャネルの形状とは独立したものとしてモデルに組み込んでよいこともわかった.

これまで用いてきたシミュレーションの方法の一部を改良する必要があることがわかり,それに伴って,スパコンでの新たな計算に取り組むことになったため.地球の高緯度電離圏に存在する大規模なプラズマの流れの中には,局所的に狭いチャネルとなって高速の流れが生じている領域,フローチャネルが数多く存在している.本年度は,フローチャネルを具体的に表現する電場分布と,その領域で増大する電気伝導度の分布を与えて,中性の鉛直風と質量密度がどのような振る舞いをするのかを数値シミュレーションにより調べた.電気伝導度は,その分布を直接的に与えるのではなく,磁気圏から磁力線に沿って降下してくる電子が大気を電離させる過程もモデル化することで取り込んだ.そのため,電気伝導度と電場で決まるジュール熱に加えて,降下する電子が与える熱もモデル化できている.擾乱のない平衡状態のもとで,時刻t=0にステップ関数的に電場と電子降下を与えて,その直後に発生する大気重力波が収まった後の分布を調べることで,以下のような結果を得た.鉛直風速度の上昇と質量密度の増加は共に,降下電子のエネルギーが相対的に低い時に大きくなる.100 eV程度の特性エネルギーが最も効果的に作用する.これは,このようなエネルギーの電子降下が電離圏で比較的高高度である300 km付近での電離と加熱を促進させるためであると考えられる.一方,電子の降下エネルギーを数keVに上げると,電子降下が背景密度の大きい低高度部分に作用することになり,その部分の鉛直風や質量密度にほとんど影響を及ぼさない.100 eV程度の特性エネルギーをもつ降下電子のエネルギーフラックスを上げると,高度300 km付近での鉛直風速度の上昇と質量密度の増加は一層顕著になる.フローチャネルの最大速度を大きくした場合も同様に作用する.一方,フローチャネルの幅の効き方は,鉛直風速度の上昇と質量密度の増加に対して異なっており,フローチャネルの幅が狭いときには前者の上昇が顕著になり,後者の増加は幅が広いときに大きくなる.新たに見出した現象も含めて記述できる理論の枠組みの整理を終えて,実質的なモデル化に注力していく.特に,高速フローチャネルが生じている領域の違いを表現できる方法論を確立する.高緯度電離圏内の3次元空間領域の遙か上方に沿磁力線ポテンシャル構造が存在することをふまえたモデル化へと展開させる.これにより,高速の狭い流れであるフローチャネルが,さらに規模の小さい速度構造をもつことを表現できる.これまで進めてきた大枠の方針に従い,引き続き,電離圏のプラズマの流れの大きな構造の中に,小規模な構造が埋め込まれていることで生じている現象の同定とその物理過程を明らかにしていく.
教員養成・美術館・小中連携による批評力を育むグローバル時代の美術教育カリキュラム

学校と美術館との連携に関する海外の最新事例の調査を踏まえて、子どもの感性・美的判断力を培う鑑賞学習は発達段階に応じて小学校から中学校まで系統立てることが可能であることを示し、広島県公立小学校教員12名と広島県立美術館学芸員2名の協力を得て小学生を対象とした題材・教材開発を行い、教員のための『広島県立美術館アートカード入門-鑑賞学習へのヒント-』(2011年)、『広島アート・トーク入門-教室でできる美術館鑑賞』(2013年)を刊行した。本研究は、ジョン・デューイの教育思想を基盤としながら、教員養成、美術館、小・中学校の連携によって批評力の育成を図るグローバル時代の美術教育カリキュラムの開発を行うことを目的としている。本年度の研究成果は以下の3つにまとめられる。1つ目は、国外における最新事例の検討を目的として、米国ペンシルバニア州フィラデルフィア市で昨年度から実施されている大学・美術館・学校の連携による「アートが話すよ!」プロジェクトについて実地調査を行ったことである。このプロジェクトで開発された教材の特性について分析し、分析結果を踏まえながら、美術館と学校との共同開発教材のあり方について、広島市小学校教員、広島市現代美術館学芸員、広島県立美術館学芸員が参加する広島大学東千田キャンパスでの美術教育研究会において検討している。2つ目は、グローバル時代の美術教育カリキュラム開発を進めるにあたって、図画工作・美術科の評価の理論的枠組みを構築したことである。具体的には、広島大学附属三原小・中学校の教員との共同研究により、近年、改訂されたブルームのタキソノミーをベースにしながら図画工作・美術科の評価の指針となる基礎的な枠組みを作成している。3つ目は、大学で行う教員養成、美術館、小・中学校の研究ネットワークの構築を目指して、広島県立美術館と広島県の小学校教員8名の協力を得ながら、アートカード教材を用いた授業開発を行ったことである。大学教員、小学校教員、美術館学芸員による協議のもと、子どもの鑑賞能力の発達に関する最新情報を踏まえながら、低・中・高学年のそれぞれの発達段階に応じた授業開発を行っている。本年度の研究成果は、以下の4点にまとめられる。1つ目は、平成22年度に研究者、小学校教員、美術館学芸員の協力によって開発したアートカード教材を用いた授業の効果について児童対象のアンケート結果を基に検討し、検討内容を踏まえつつ広く学校で活用されることを目的として『広島県立美術館アートカード入門-鑑賞学習へのヒント-』を刊行したことである。2つ目は、米国の教科書である『美術の探究(Explorations in Art)』を参照して、美術批評の活動に基本的な美術ボキャブラリーを小学校の低・中・高学年のそれぞれについて整理し、美術ボキャブラリーシートを開発したことである。3つ目は、平成22年度に実地調査した米国ペンシルバニア州フィラデルフィア市で行われている「アートが話すよ!」の教育プログラムの分析を踏まえて、研究者、小学校教員6名、美術館学芸員2名との協力によって、パワーポイントを用いた鑑賞教材作成と授業開発を行ったことである。3つ目は、平成24年3月に開催された全米美術教育学会ニューヨーク大会に参加し、学校と美術館との連携に関する研究の最新情報を収集したことである。また、米国ペンシルバニア州フィラデルフィア美術館やニューヨーク州メトロポリタン美術館などで行われている学校との連携による教育プログラムについて引き続き実地調査を行ったことである。4つ目は、『広島県立美術館アートカード入門-鑑賞学習へのヒントー』を活用した教員養成用の授業を開発し、広島大学教育学部の授業科目である.「図画工作科教育法I」及び・「図画工作科授業研究」で実施したことである。昨年度に続き、小学校、美術館、大学の3者連携を通して、子どもの批評力を養うことをねらいとした教材・題材を開発し、その成果を『広島県立美術館アート・トーク入門ー教室でできる美術館鑑賞』にまとめ、2013年1月末に刊行している。内容は、広島県立美術館の所蔵作品を対象とした低・中・高学年ごとの学習指導案、PowerPoint教材、ワークシート、アート言葉カード、作品解説から構成されている。本教材・題材を用いた学習の効果については、児童269名を対象とした授業を実施し、発話分析、ワークシートの内容分析による質的調査、及び、質問紙調査によって検証を行っている。さらに、学校と美術館との連携を推進する上で、持続可能な連携発展を促す諸要因に関して、本研究の協力者である小学校教員7名、美術館学芸員2名を対象としたインタビュー調査を実施している。調査から、継続発展を促す要因として、「共通目的を持った定期的な会合の設定」、「相互の職種理解」、「教師の意識」などが明らかになっている。また、「継続発展のための課題」として、「教師の意識改善」、「子ども・保護者の理解」、「行政側からの支援の必要性」などが明らかになっている。おおむね順調に進展していると判断されるが、本研究の研究協力者に入っていた中学校の美術科教員が本年度ほぼ1年間を通して病休であったため、当初予定していた中学校との連携は断念することになった。24年度が最終年度であるため、記入しない。

本研究は、教員養成、美術館、小学校、中学校の連携を通して、批評力を育む教育プログラムを開発することを目指しているが、研究協力者である中学校の美術科教員が病休に入ったため、中学校との連携は取り止め、教員養成、美術館、小学校との連携を中心に研究を進めることとする。24年度が最終年度であるため、記入しない。
皮質下の公平性認知システムの情報解読とその制御メカニズム

本研究では被験者間に共通する扁桃体の活動パターンを抽出することで、被験者のさまざまな特性を予測するための手法を開発することを目的としている。前年度までにhyperalignmentにより被験者の脳活動データをアライメントして予測を行う手法を確立した。今年度はこれまで対象としてきたうつ病傾向の予測に加え、social value orientation(社会価値指向性)、不安傾向等の指標は予測可能であり、一方で性別や知能指数といった指標は予測不可能であることを明らかにした。このことは開発した手法が扁桃体の情報処理を明らかにする上で極めて強力なツールとなり得ることを示唆している。現在、この結果を論文としてまとめている段階である。併せて、本年度はdecoding手法確立の為に収集したultimatum gameのfMRIデータとオキシトシン受容体遺伝子多型、GABA関連遺伝子多型のデータから、不公平に対する行動選択と帯状回皮質の脳活動が2つの遺伝子の交互作用に依存することを発見し、論文として発表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度のfMRI実験の結果より、大脳皮質の高次認知機能の中枢である前頭前野の活動が“罪悪感"を表現し、皮質下の原始的な領域である扁桃体の活動は“不平等"を表現することを証明しました。また、前頭前野の経頭蓋直流電流刺激により罪悪感だけを操作することが可能であることも同時に示し、これらの表現が、ある程度独立していることもわかりました。この結果は、進化的に異なる新旧の脳領域がヒトの協力行動において異なる機能を担うことを意味しています。“罪悪感"は、他者や社会の期待と、自分の仮定の行動で生じる結果との差であり、相手の意図に基づく将来に対する動的なシミュレーション能力です。その表現が高次認知機能の中枢である前頭前野に存在する一方、他者との相対的な結果を示す“不平等"に対する表現は、原始的な脳である皮質下の扁桃体と側坐核に見られるという今回の知見は精神疾患をはじめとするヒトの社会行動に関わる多くの分野に影響を与え得ると考えられます。さらに次年度への予備実験として扁桃体、側坐核の活動から行動のデコーディングを行っており、良好な印象を得ています。背外側前頭前野tDCSを行いながらMRI装置内で信頼ゲームを行った。その結果、ゲーム条件提示時にtDCSによって背側前部帯状回の活動が増加し、腹側前部帯状回の活動が低下していることが判明した。これは同じ条件でresting-fMIを撮像した時に変化する脳内ネットワークの一部であることから、帯状回活動変化->協力行動変化の因果関係が示唆される。雑音、好きな音楽、restを30秒のブロックで聞いて好ましさを評価する課題において、実験条件のデコード成績の最も高かったのがamygdalaであった。このことはマルチバンド撮像によってTRを1秒以下にし、適切なフィルタを選択すれば偏桃体からのデコーディングが可能であることを示す。Amygdalaの機能に関して、うつ傾向、ノイズの処理という二つの新たな観点からの寄与を明らかにすることが出来た。本研究では、皮質下の領域の脳活動(主に7テスラ、3テスラ装置のfMRI信号)から社会行動に関する情報を解読する手法を開発し、計算論的神経科学と行動経済学の分野間協力で開発手法を将来のストレス予測や経済行動予測に応用することを目的としている。28年度は、扁桃体および内側前頭葉の脳活動パターンから現在と将来のうつ傾向指標の予測、またうつ傾向をデコードする為の基本的なデコーディング手法の開発を試みた。28年度に行ったfMRI実験と解析の結果、相手の取り分が自分よりどれだけ多いか(social value orientation)に対する扁桃体の活動パターンが現在と一年後のうつ傾向を予測することを示す新たな成果を得た。さらに自分の報酬が多い場合も気にする向社会的な被験者に限って自分と相手の報酬の絶対値に対する脳活動パターンからもうつ傾向の予測が可能であった。このことは経済格差と気分変動の間に見られる個人差に果す扁桃体と海馬の重要性を示唆するものである。これに加えて7TMRIで扁桃体の脳活動パターンから見ている顔表情をデコードする実験を行った。撮像パラメータを最適化することにより60試行程度のデータからデコードを行うことが可能となった。さらに安静時fMRI、神経線維の太さを計測する拡散強調画像(DTI)、複数の被験者の構造画像を直接定量比較が可能な定量的MRI(qMRI)といった最新の脳構造・活動指標を収集すれば、新たな神経疾患基盤の発見や高精度な精神疾患、パーソナリティ同定・予測手法の開発に繋がる可能性が浮かび上がった。扁桃体の格差に対する脳活動パターンが現在と一年後のうつ傾向を予測することを示す新たな成果を得た。さらに、試行毎のデコードは難しいと考えられた扁桃体の脳活動から7TfMRIを用いることで顔表情のデコードが可能であることを示すデータを得た。この手法を扁桃体で行われる情報処理を明らかにするのみではなく、これまで機能解析が難しかった側坐核、視床下核、視床下部といったヒトの皮質下微細構造の情報処理に大きく貢献することが期待される。本研究では皮質下領域の脳活動(主に7テスラ、3テスラ装置のfMRI信号)から社会行動に関する情報を解読する手法を開発し、計算論的神経科学と行動経済学の分野間協力で開発した手法を将来のストレス予測や経済行動予測に応用することを目指す。

本年度は皮質下の扁桃体の7TMRI信号からのデコーディング手法の確立に注力し、顔の表情判断課題を用いて(1)個人内でDecoderの学習に必要な試行数の見積と制度の評価(2)各個人のデータを集めて学習するための手法の確立と評価を行った。その結果、個人内で作成したDecoderでは信頼性高く恐怖・幸福の顔表情を解読することが難しいことが分かった。そこで、従来は大脳皮質に視覚情報のDecodingに適用されてきたHyperAlignment法を7テスラの扁桃体fMRI信号に適用することを試みた。この方法によりHyperAlignmentにより変換された共通空間上で10人の被験者して顔表情を弁別できる脳活動パターンの探索を行った。その結果、ランダムな推測では50%の分類精度となる条件で70%以上の分類精度を達成できた。さらに、分類精度と時間タイミングを詳細に分析したところ、分類精度のピークが顔提示後1秒と6秒後にあることが判明した。これらの弁別に貢献したボクセルのBOLD信号を分析したところ、1秒ではBOLDのinitial dipの情報が使われており、6秒ではBOLDのhemodynamic関数のピーク辺りの情報が使われていた。このように本年度は、7TfMRIの信号を用いて被験者に共通するdecodingを可能にするとともに、扁桃体のinitial dipが顔表情に関する情報を含むことを見出した。データはパスワードのあるコンピュータで処理しデータや処理結果の流出がないように管理する。研究成果発表の際、被験者個人を特定できる情報は一切公開しない。従来我々が試みてきたBOLD信号の標準化に基づく方法で、自分と他者が受け取る報酬の不平等が扁桃体と海馬に誘発する脳活動パターンから、これまで不可能であった現在及び未来(1年後)のうつ病傾向を予測することが可能となる新たな成果を論文として世界に発信することができた。これは多くの被験者に共通するパターンの抽出に相当する。さらに、新たに開発したhyper-alignmentに基づくdecoding手法により、7TfMRIの信号を用いて被験者に共通するdecodingを高い精度で可能にするとともに、扁桃体のinitial dipが顔表情に関する情報を含むことを見出した。本研究では被験者間に共通する扁桃体の活動パターンを抽出することで、被験者のさまざまな特性を予測するための手法を開発することを目的としている。前年度までにhyperalignmentにより被験者の脳活動データをアライメントして予測を行う手法を確立した。今年度はこれまで対象としてきたうつ病傾向の予測に加え、social value orientation(社会価値指向性)、不安傾向等の指標は予測可能であり、一方で性別や知能指数といった指標は予測不可能であることを明らかにした。このことは開発した手法が扁桃体の情報処理を明らかにする上で極めて強力なツールとなり得ることを示唆している。現在、この結果を論文としてまとめている段階である。
ベトナムの伝統的農村手工業の展開と農業・農村近代化の関連性に関する総合的研究

本研究の目的はベトナムの農村経済の基本構造を成す伝統的農村手工業(木工細工、陶器細工、銅細工、草業など)の展開とドイモイ政策開始以降の農業・農村の近代化に焦点をあて、その両者の関連性を解明して、ベトナム農村経済の現代メカニズムと農業・農村の開発戦略を考究することにある。本年度得た知見は以下である。1.ハノイ近郊の農村の居住者を伝統的農村手工業と農業との関連で類型化すると、つぎの4類型になること。(1)伝統的農村手工業専業類型、(2)伝統的農村手工業・農業併存類型I型(手工業主類型)、(3)同II型(農業主類型)、(4)農業専業類型。2.上記4類型の中で農業専業類型が最も低収入であり、今後、農業が衰退方向に向かう可能性が伺えること。3.伝統的農村手工業は農業近代化に伴って余剰となる潜在失業者としての農業労働力を吸引するアブソーバー機能を担っていること。4.伝統的農村手工業および最近農村に立地し出した農産加工業は原料調達、加工、販売の各過程で多くの労働者が介在する「重層構造型ワークシェアリング・システム」の性格を帯びていること。5.一連の制度改革が農業生産手段である農地の実質的私有化(長期保有が可能)を進め、それが農家間の農業生産力格差発生の契機となり、農民層分化・分解メカニズムが機能し出したこと6.伝統的農村手工業が立地する農村集落(コンミューン)では、水質汚濁などの環境問題や製品販売方法などの流通問題等が顕在化しつつあること。7.農業においては地力維持問題や化学肥料の多投入等による自然生態系の破壊問題等が潜在していることが伺われること。本研究の目的はベトナムの農村経済の基本構造を成す伝統的農村手工業(木工細工、陶器細工、銅細工、薬草業等)の展開とドイモイ政策開始以降の農業・農村の近代化に焦点をあて、その両者の関連性を解明して、ベトナム農村経済の現代メカニズムと農業・農村の開発戦略を考究することにある。そこで、本年度は伝統的農村手工業が立地するハノイ近郊農村の実態を聞き取り調査によって把握したが、その結果は以下である。まず第一は、伝統的農村手工業が立地するハノイ近郊農村の居住者を伝統的農村手工業と農業との関連で類型化すると、つぎの四類型に類型化できることが考察された。その第一類型は、稲作を基幹経営部門とする「専業農家グループ」であり、第二類型は、農業を主にやりながら、その一方で伝統的農村手工業製品を生産するのではなく、販売するだけという「農業主業・手工業製品販売グループ」であり、第三類型は、農業生産をやりながら、伝統的農村手工業製品も自ら制作する「農業・手工業併存グループ」であり、そして第四類型は、農業生産はいっさい行わずに、もっぱら伝統的農村手工業生産のみを行う「手工業生産専業グループ」である。第二は、上記類型の一戸当たり平均年収をみると、第四類型の「手工業生産専業グループ」がもっとも高く、ついで第二類型「農業主業手工業製品販売グループ」、第三類型「農業・手工業併存グループ」、そして第一類型「専業農家グループ」の順になっており、今後、農業が衰退方向に向う可能性の強いことが考察された。第三は、伝統的農村手工業が立地する集落(コンミューン)では、水質汚濁などの環境問題や製品の販売方法などの流通問題などが顕在化しつつあることが考察された。第四は、農業においては地力維持問題や化学肥料の施肥等による自然生態系の破壊問題などが潜在していることが考察された。

本研究の目的はベトナムの農村経済の基本構造を成す伝統的農村手工業(木工細工、陶器細工、銅細工、薬草業など)の展開とドイモイ政策開始以降の農業・農村の近代化に焦点をあて、その両者の関連性を解明して、ベトナム農村経済の現代メカニズムと農業・農村の開発戦略を考究することにある。そこで、本年度は伝統的手工業が立地する地域と稲作専業地域であるThai NguyenとThai Binを共同調査地に選定して、全員が現地調査を行った。その結果以下の諸点が把握された。まず第一は、べトナムでは一連の制度改革によって農業生産手段である農地が実質的に私有化され、農家間の農業生産力格差が惹起し、農民層分化・分解メカニズムが機能しだしていること。第二は、伝統的農村手工業の一つである農産加工業(精米、野菜加工、カッサバ加工、豆腐加工、茶加工等)は過剰就業状態にあるべトナム農村の労働力を吸収する重要な機能を有していること。第三は、農産加工は原料調達、加工、販売の各過程で多くの人が介在する「重層構造」になっており、いわば「重層構造型ワークシェアリング・システム」の性格を帯びていること。第四は、伝統的手工業が立地する集落において、農村手工業にる水質汚染等が観察され、水質汚染が環境問題になりつつあること。第五は、べトナム、とりわけ北部におけるもう一つの環境問題として、林野の資源枯渇問題が発生していること、などが明らかになった。本研究の目的はベトナムの農村経済の基本構造を成す伝統的農村手工業(木工細工・陶器細工・銅細工、草業など)の展開とドイモイ政策開始以降の農業・農村の近代化に焦点をあて、その両者の関連性を解明して、ベトナム農村経済の現代メカニズムと農業・農村の開発戦略を考究することにある。本年度得た知見は以下である。1.ハノイ近郊の農村の居住者を伝統的農村手工業と農業との関連で類型化すると、つぎの4類型になること。(1)伝統的農村手工業専業類型、(2)伝統的農村手工業・農業併存類型I型(手工業主類型)、(3)同II型(農業主類型)、(4)農業専業類型。2.上記4類型の中で農業専業類型が最も低収入であり、今後、農業が衰退方向に向かう可能性が伺えること。3.伝統的農村手工業は農業近代化に伴って余剰となる潜在失業者としての農業労働力を吸引するアブソーバー機能を担っていること。4.伝統的農村手工業および最近農村に立地し出した農産加工業は原料調達、加工、販売の各過程で多くの労働者が介在する「重層構造型ワークシェアリング・システム」の性格を帯びていること。5.一連の制度改革が農業生産手段である農地の実質的私有化(長期保有が可能)を進め、それが農家間の農業生産力格差発生の契機となり、農民層分化・分解メカニズムが機能し出したこと6.伝統的農村手工業が立地する農村集落(コンミューン)では、水質汚濁などの環境問題や製品販売方法などの流通問題等が顕在化しつつあること。7.農業においては地力維持問題や化学肥料の多投入等による自然生態系の破壊問題等が潜在していることが伺われること。
対照言語地理学の試み-日本、フランス、中国の言語地図を例に-

本研究は“方言事象を不連続な地理的条件のもとで比較・対照する"という対照言語地理学の構築を目指し、そのために日本、フランス、中国の言語地図を対象としていくつかの準備的作業と検討をおこなった。1)パソコンによる言語地図作成システムの作成:EGL(Editor for Geographical Linguistics,前川喜久夫氏作成)に改良を加え、日本語のみならずフランス語、中国語についてもパソコンによって言語地図が作成できるシステムを作成した。またEGLの地点データを入力するための支援ソフト、3次元空間に言語地図を記述できるプログラムを開発した。2)言語地図の検討:上記三地域(国)の言語地図に検討を加え、全国地図については分布パターンを類型化するとともに、特に植物、動物に関する語彙を取り上げて、方言量の多寡、namingの異同、類音牽引の問題等を検討した。その際中国語については項目数を増やすために、スタンプ方式の語彙地図を15枚作成した。狭域地図については、浜名湖周辺と中国・太湖周辺を取り上げ、分布の特徴、中心地の影響等を比較・検討した。3)標準語化の過程:日本語については、標準語成立に関する上方語の影響とその背景としての東西対立型分布が指摘されているが、中国語については南北対立を背景とする江淮官話の北京官話に対する強い影響が考えられる。またフランス語の場合は、パリを中心とした標準語化の拡大と方言地域の縮小という過程を推論することができる。
消化器癌の進展とアポトーシス関連蛋白の発現と機能

(1)消化器癌の細胞株及び胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,さらに癌巣に浸潤しているリンパ球(Tumor infiltrating lymphocytes, TIL)におけるFasR及びFasL発現を検索した。癌原発巣,転移巣共に膜結合型FasLの発現を認め特に転移巣に有意に増量していた。FasRはほとんど発現していなかった。さらに転移巣におけるTILでは癌原発巣に於けるそれに比してFasL, FasR共に有意に増加していた。癌の細胞株では膜結合型FasLの発現はほとんど認められず、non-functioningな細胞質型であった。(2)胃癌原発巣37例,転移巣(癌性腹水)37例の癌細胞対照として正常胃粘膜30例さらに癌巣に浸潤しているリンパ球(Tumor infiltrating lymphocytes, TIL)、対照として正常胃粘膜30例におけるTRAIL及びそのレセプター分子のDR4,DR5,DcR2)の発現を検索した。癌原発巣・転移巣.共に膜結合型TRAILの発現を認め,またDR4,DR5,DcR2分子も高度に発現していた。さらに転移巣におけるTILでは癌原発巣に於けるそれに比して共に有意に(p<0.01)増加していた。(3)TUNEL法でアポトーシスの程度を定量的に測定した。癌原発巣,転移巣の癌細胞はほとんどアポトーシスに陥っていないが転移巣のTILは癌原発巣のそれに比して有意に高い頻度でアポトーシスになっていた。(4)胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)のTILのphenotypeを検討した。その結果・転移巣のTILは胃癌原発巣のTILに比して有意にCD3+T細胞,特にCD8+CD11b-,CD4+CD62L-細胞比率が高かった。(5)正常胃粘膜,胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,さらにTILにおける細胞内アポトーシス関連分子Caspase8,-10,FLICEinhibitory protein(FLIP)の発現を検索した。癌化転移の過程でCaspase 8,-10、FLIP分子の発現が有意に増強した。この事は癌細胞のアポトーシス抵抗性、癌の進展局所におけるT cell activationの存在を示唆している。(1)消化器癌の細胞株及び胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,さらに癌巣に浸潤しているリンパ球(Tumorinfiltrating lymphocytes,TIL)におけるFasR及びFasL発現を検索した。さらに転移巣におけるTILでは癌原発巣に於けるそれに比してFasL,FasR共に有意に増加していた。(2)TUNEL法でアポトーシスの程度を定量的に測定した。(3)胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)のTILのphenotypeを検討した。その結果、転移巣のTILは胃癌原発巣のTILに比して有意にCD3+T細胞,特にCD8+CD11b-,CD4+CD62L-細胞比率が高かった。(4)胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,,さらにTILにおけるTRAILおよびそのreceptor分子(DR4,DR5,DcR2)の発現を検討した。胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞上にはTRAILおよびそのreceptor分子(DR4,DR5,DcR2)の発現が認められたが両者の間には有意の差はみとめなかった。しかし、TILにおいては転移巣では癌原発巣に比して有意にTRAILおよびそのreceptor分子(DR4,DR5,DcR2)の発現の増強が認められた。

癌原発巣,転移巣の癌細胞はほとんどアポトーシスに陥っていないが転移巣のTILは癌原発巣のそれに比して有意に高い頻度でアポトーシスになっていた。(4)胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)のTILのphenotypeを検討した。その結果・転移巣のTILは胃癌原発巣のTILに比して有意にCD3+T細胞,特にCD8+CD11b-,CD4+CD62L-細胞比率が高かった。(5)正常胃粘膜,胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,さらにTILにおける細胞内アポトーシス関連分子Caspase8,-10,FLICEinhibitory protein(FLIP)の発現を検索した。癌化転移の過程でCaspase 8,-10、FLIP分子の発現が有意に増強した。この事は癌細胞のアポトーシス抵抗性、癌の進展局所におけるT cell activationの存在を示唆している。(1)胃癌原発巣37例・転移巣(癌性腹水)37例の癌細胞,対照として正常胃粘膜30例さらに癌巣に浸潤しているリンパ球(Tumor infiltrating lymphocytes, TIL)、対照として正常胃粘膜30例におけるTRAIL及びそのレセプター分子(DR4,DR5,DcR2)の発現を検索した。癌原発巣,転移巣共に膜結合型TRAILの発現を認め,またDR4,DR5,DcR2分子も高度に発現していた。さらに転移巣におけるTILでは癌原発巣に於けるそれに比して共に有意に(P<O.01)増加していた。(2)TUNEL法でアポトーシスの程度を定量的に測定した。(3)胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)のTILのphenotypeを検討した。その結果、転移巣のTILは胃癌原発巣のTILに比して有意にCD3+T細胞,特にCD8+CD116-,CD4+CD62L-細胞比率が高かった。(4)正常胃粘膜,胃癌原発巣,転移巣(癌性腹水)の癌細胞,さらにTILにおける細胞内アポトーシス関連分子Caspase8,-10,FLICEinhibitory protein (FLIP)の発現を検索した。癌化転移の過程でCaspase8,-10,FLIP分子の発現が有意に増強した。この事は癌細胞のアポトーシス低抗性、癌の進展局所におけるT cell activationの存在を示唆している。
ナノ加工によるＳｉ熱電変換性能の探究

本研究は、低環境負荷なシリコンにナノ加工を施し、高い変換効率を有する熱電変換材料に昇華させる可能性を探求した。高性能化の鍵は、熱伝導率を低下させることであり、熱伝導を担うフォノンの輸送を制御することである。フォノニクスの学理に基づいて熱伝導率の人工制御に挑戦した。100 nm程度の世界最小周期をもつエアブリッジ構造の形成技術の開発と、ナノ・マイクロ構造の熱伝導率を光学的手法で高速・高信頼度で測定できる時間領域マイクロ熱反射測定法を確立した。ナノ構造特有のバリスティックフォノン伝導を室温で観測し、フォノニック結晶ナノ構造で、明確な熱伝導率の低減を観測することに成功し、本手法の有効性を示した。低環境負荷なシリコンにナノ構造を施すことで、熱電変換材料としての応用可能性を見出すことを目的とし、本年度は、フォノン輸送制御のナノエンジニアリングを行ったシリコンナノ構造における熱伝導測定を行った。熱電変換材料としての可能性を引き出す鍵は、電気伝導率を損なわずに、熱伝導率を低下させることであり、熱伝導を担う格子振動の量子であるフォノンの輸送を制御することである。当該年度は、単結晶シリコンを100 nm程度の超微細周期をもつエアブリッジ構造の形成技術の開発と、ナノ・マイクロ構造の熱伝導率を光学的手法で高信頼性を持って測定できるマイクロ時間領域熱反射測定法を確立した。シリコンナノワイヤーについて、さまざまな幅の構造について熱伝導率を測定し、ナノ構造特有のバリスティックフォノン伝導を反映した結果を室温において観測した。また、周期300nmのフォノニック結晶ナノ構造のフォノニックバンド構造を計算し、最適化設計を行って構造を作製した。ナノワイヤーと比較して明確な熱伝導率の低減を観測することができた。この結果は、熱伝導を担うフォノンの平均自由行程と同程度の寸法を有する系に特有の物理現象を含んでおり、ミクロスコピックな視点からのフォノン輸送・散乱現象に関する学術的価値の高い情報を含んでいる。現在、理論グループとの共同研究により、熱伝導低減のメカニズムに関する検討を進めており、表面散乱の効果とフォノニクスによる熱伝導制御効果についての考察を深めていく。ナノ構造形成技術に関しては、当初の計画を上回って微細な構造に形成に成功している。周期100 nm以下のフォノニック結晶ナノ構造の形成が高い歩留まりででき始めており、本構造では世界で最も微細な領域に達している。これまでに例のない高い温度領域でのフォノニクスによる熱伝導制御が期待できる。本研究の目的は、シリコンフォノニック結晶ナノ構造における熱伝導の物理的理解と熱電変換材料としてのポテンシャルを探求することである。本年度は、熱伝導制御に効果的なフォノニック結晶ナノ構造の設計とプロセス手法の確立、熱伝導測定システムの構築を行う研究計画であった。有限要素法により、様々な一次元フォノニック結晶ナノ構造について、バンドダイアグラムを計算するプログラムを開発した。また、エアブリッジ状の周期300 nmの一次元シリコンフォノニック結晶ナノ構造の作製プロセスを確立した。本構造は、最も細い部分が60 nm、厚さは145 nmであり、長さは100 umと充分な長さがあるため、フォノニック結晶ナノ構造を熱的に独立させることが可能で、フォノニック結晶ナノ構造の熱拡散率を光学的に測定可能な構造を作製することができた。熱伝導測定システムについては、時間分解熱反射測定系をほぼ完成させることができた。本実験系により、光パルスで加熱した時刻から任意の時間だけ遅れた時刻に別の光パルスを入射して、その反射光強度を測定することで、フォノニック結晶ナノ構造部を通じた熱の散逸に関する情報を得ることができる。そのデータからフォノニック結晶ナノ構造の熱伝導率を得ることができる。そのための解析プログラムも開発した。研究計画とは別に、新しいシミュレーションも行った。フォノニック結晶による熱伝導制御の可能性を確認するため、シリコンにおけるフォノンの平均自由行程を計算した。その結果、熱伝導に寄与するフォノンのうち90%以上が100 nmより長い平均自由行程を有することがわかり、本研究で提案するフォノニクスに基づいた熱伝導制御の可能性を支持する理論的根拠をより明確に得ることができた。平成24年度の当初研究計画は、熱伝導制御に効果的なフォノニック結晶ナノ構造の設計法と構造作製手法の確立、熱伝導測定システムの構築を行う計画であった。設計法については、有限要素法を用いたシミュレーションプログラムを開発し、達成した。また、構造作製手法についても確立し、熱伝導率測定を行うための所望の一次元フォノニック結晶ナノ構造を形成することができ、達成した。熱伝導測定システムの構築については、ほぼ完成しており、自動測定プログラムも構築したため、達成した。したがって、当初計画の目標をすべてクリアした。

当初の計画以上に進展していると評価した理由は、当初計画を全てクリアしたことに加え、計画になかったシミュレーションを行うことで、本研究の理論的根拠をさらに明確に示すことができたことによる。平成25年度は、構築した熱伝導測定システムを用いて、様々なフォノニック結晶ナノ構造における熱拡散率を測定し、構造の違いによる熱伝導制御効果の違いを明確に観測することで、フォノニクスによる熱伝導制御が可能なことを示す。また、熱電変換材料としてのポテンシャルを示すため、半導体ナノ構造の異なる部分をn, p型にドープして直列構造とし、ドープ濃度を熱起電力が最大となるように最適化することで、シリコンフォノニック結晶ナノ構造の熱電変換能を評価する。以上により、研究目的である、ナノ加工技術とフォノンバンドエンジニアリングによるシリコンの熱電変換応用への可能性とポテンシャルを示すことを目指す。熱電変換効率の測定に必要な、電気部品や光学部品の購入と、学会発表旅費に使用する予定である。
加齢に伴う筋力低下の原因究明に関する筋組織および脊髄・神経組織の分子生物学的研究

加齢に伴う筋力低下は、筋量の減少と筋組織の変性変化が最大要因とされている。筋量の減少は、筋線維数の減少と速筋線維の選択的萎縮の相乗効果によるものと考えられている。一方、筋量の減少には筋線維の萎縮による筋断面積の減少と筋線維数の減少が関与し、これには運動ニューロンの崩壊、喪失による運動単位の減少が原因といわれているが、未だ不明な点が多い。われわれは、この2年間、老化促進マウス(SAMP1)とICRマウスを用いて20週令90週令(各10週齢令ごと)のヒラメ筋と腓腹筋の組織化学的検討を行ってきた。その結果、SAMP1は56週令前後から筋の老化が始まり、ICRマウスはその後も明らかな老化兆候は認められにくいことがわかった。SAMP1の60週以降については、筋湿重量は明らかに有意差はみられたが、重量、筋線維断面積、筋線維数、筋線維のタイプ組成については、減少傾向はあるものの有意差はなかった。ただ、遅筋線維に比較して速筋の萎縮と筋繊維数の著しい減少が認められ、筋の遅筋化が窺われた。今回、筋線維数の減少と速筋線維の萎縮に運動ニューロンの死が関与しているかどうかについて、脊髄(腰髄)前角細胞の組織所見を観察した。脊髄前角細胞の死が認められれば、その細胞死が、アポトーシスよるものかどうかについてTUNEL染色、caspase染色にて証明を試みた。「実験」方法:20週令、60週令、70週令、80週令、90週令のSAMP1マウスおよびICRマウスを各週5匹づつ用い、脊髄標本を作成、HE染色、KB染色とTUNEL染色、caspase染色を行い鏡検した。結果:SAMP1については、20週令では、前角には正常な形態を示す豊富な脊髄細胞の集団がみられたが、筋の変性から初老と推察される60週令は、20週令に比し細胞数が減少しており、週令を重ねるにつれ、さらに細胞数が減少していた。しかし、60週令とそれ以降の週令とは明らかな有意差は認められなかった。Caspase染色では、20週令は染色されなかったが60週令以降の細胞では細胞質が染色されるものが多く、また、TUNEL染色では、70週令の一部に染色された核をもつ細胞が認められた。一方、ICRマウスについては、60週令以降の前角細胞には明らかな変化はみられなかった。結論:今回の実験では、SAP1に関しては、60週令以降の脊髄細胞は数が漸次減少していることから、ニューロンの崩壊あるいは消滅していることが検証され、また、このニューロンの死には、アポトーシスが関与している可能性のあることが示唆された。このことは下肢のヒラメ筋、腓腹筋の筋線維の萎縮と関連があり、筋力低下の一因とも考えられる。加齢に伴う筋力低下の原因についてはまだ不明な点が多い。筋力低下の最大要因は筋量の減少と考えられるが、加齢による筋量の減少は筋線維の萎縮と減少、速筋線維の選択的萎縮によるとされており、この点を解明するため老化促進マウス(SAMP1)、対照群としてICRマウスの筋組織の組織化学的な分析検討を行った。本年度の研究実績【実験I】週令4週、12週、24週、40週、50週、56週の雄のSAMP1(各3匹)と30週、50週、56週令の雄のICRマウス(各3匹)のヒラメ筋、腓腹筋を採取、標本として以下のことを検討した。1.SAMP1、ICRマウスの体重、ヒラメ筋と腓腹筋の採取材料の筋湿重量、筋線維タイプ組成、筋線維の断面積、筋線維数、筋線維の形態学的加齢変化について観察した。2.分析の結果、a)体重については、SAMP1は24週では増加、40週以降減少し、筋湿重量は40週までは増加、56週で有意に減少していた。b)筋線維タイプ組成の変化では、56週でタイプII線維がIに比較し有意に減少していた。c)総線維数については24週までは増加、50週から減少する傾向にあった。d)筋線維の形態学的変化は56週を境に中心核線維などの変化が観察された。以上からSAMP1については50週令以降から筋の加齢減少が起こることが示唆されたが、ICRマウスについては56週までは加齢による変化は観察されず、老化の早いSAM系の特性が窺えた。より高齢のマウス材料を検討することや筋量の減少と脊髄神経細胞のアポトーシスの関連については、末梢神経の関わりを含め次年度の研究を予定している。【実験II】トレッドミル走行による運動負荷が老化促進マウスのヒラメ筋に及ぼす影響について検討した。週令50週のSAMP1(3匹)を用い6週間のトレッドミル走行を行わせ、6週後にヒラメ筋を採取、上記と同様、筋湿重量、筋線維タイプ組成、筋線維タイプ別横断面積の変化や異常な筋線維の出現数などについて観察した。対照群として50週令のICRマウス(3匹)を使用した。分析結果では、ICRマウスでは筋線維の肥大が認められ運動負荷に適応があったのに対し、SAMP1では筋肥大は見られず、異常な筋線維が増加し、運動負荷に対して適応が不十分であり、筋組織の障害を生じた可能性もある。