hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯大気海洋系変動と日本の異常天候に関する数値的研究

本課題では、近年の日本および周辺アジア域における異常天候の発現メカニズム理解と、それに対する地球温暖化および熱帯域自然変動の寄与を明らかにすることを目的とした各種数値実験を行う。特に、全球的な気温上昇の停滞(ハイエイタス)と、下記の猛暑出現に着目し、大気大循環モデル(AGCM)と大気海洋結合モデル(CGCM)を組み合わせたシミュレーションを考案、実施して結果を解析する。本来の最終年度にあたる昨年度は、結合モデルを用いた熱帯太平洋大気海洋系変動のメカニズムおよび要因切り分け実験の解析を進め、結果を論文としてまとめた。特に、CO2やエアロゾルなどの人間活動による外部強制と大気海洋系の力学の相対的な役割の理解を進めることができた。2015/2016年のの非常に強いエルニーニョの発現に、熱帯大気擾乱との相互作用が重要であることが数値実験から明らかにした。本課題のもう一つの柱である、全球大気モデル(AGCM)を用いた100メンバーのアトリビューション実験については、予定通りの計算を終了し、膨大なデータの解析を進め、日本の夏季の天候に大きな影響を与える西部熱帯太平洋域の海面水温の変動に着目し、近年の西部太平洋の高温状態が夏季の猛暑頻度にどの程度寄与していたかを明らかにした。最終年度の成果のうち、温暖化による熱帯降水の変化および、ENSOの天候影響に関する研究成果を公表すべく、国際会議のセッションを企画していたが、共同研究者の都合により延期されたため、半年間の繰り越しを行った。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。1年目である本年度は、AGCMによる過去の天候のアンサンブル再現実験を実施し、2013年の猛暑を対象とした要因分析を行った。その結果、温暖化に伴う低緯度の海面水温上昇が猛暑の発生確率を有意に増加させていたことが分かった。この成果は、米国気象学会の特別号において公表された。また、北半球全体で過去数十年における猛暑の頻度が増大している観測事実が、上記のシミュレーションでよく再現されていることを確認し、さらにそのアトリビューションを試みた。具体的には、海面水温や大気中二酸化炭素濃度などを変えた仮想的なアンサンブルを別途作成し、それらを組み合わせて解析することで、CO2濃度上昇による直接的な温室効果が陸上を温暖化させていることが猛暑増加に対する第一の要因であることが分かった。課題2年目となる本年度は、1結合モデルを用いた長期気候再現実験の実施と解析および、2結合モデルを用いた事後予測実験、季節予測実験の実施と解析を実施した。1では、熱帯太平洋域の十年規模変動がどのような要因で生じているのかを調べるための要因切り分けを目的とした研究を進め、熱帯大西洋およびインド洋からの影響伝播のメカニズムを明らかにした。さらに、放射強制の要因切り分け実験の結果から、最近20年の西部太平洋の海洋昇温や海水準上昇をもたらした貿易風の強化に、硫酸性エアロゾルによる強制が効いていたことを見出した。一方、2では熱帯太平洋域の海面水温変動のメカニズム理解および予測可能性を探求した。2014年から熱帯太平洋の状態はエルニーニョに向かって変化してきたが、2014年にエルニーニョが発現しなかった理由を事後予測実験を用いて調べた結果、南太平洋からの冷水の貫入がエルニーニョの成長を阻害したということが分かった。今年度からPD研究員を雇用し、結合モデルを用いた長期シミュレーションの実施と解析が予想以上に順調に進んだ結果、太平洋域の十年規模気候変動の要因分析に関して想定通りの成果を挙げられた。また、事後予測実験およびメカニズム実験も、分担研究者らによる精力的な研究作業の結果、予定通りに実施することができ、多くの成果を得た。課題3年目となる本年度は、結合モデルの実験を実施し結果を論文として公表するとともに、昨年度実施したAGCMのアンサンブル実験データの解析を行った。具体的な実績は以下のとおりである。○結合モデルを用いた長期気候再現実験および要因分析実験の実施と解析(渡部、望月):最近20年の熱帯西部太平洋の昇温状態や関連する貿易風の強化がどのような要因で生じているのかを調べ、結果を論文としてまとめた。

○結合モデルを用いた事後予測実験の実施と解析(今田):2015年は強いエルニーニョが発生したが、前年に赤道大気海洋系はエルニーニョが発現してもおかしくない状態だった。これについて、2014年のエルニーニョがなぜ発達しなかったのかを事後予測実験を行って詳細に調べ、論文として公表した。○AGCMを用いた100メンバーアトリビューション実験の解析(塩竈、今田):2000年代の日本の猛暑に対する自然変動と温暖化各々による熱帯海面水温偏差の寄与を、高解像度AGCMを用いて行った大規模アンサンブル実験の結果を解析して評価した。また、観測史上初となるような異常気象の出現が長期的にどう変化しているかを解析し、論文として公表した。昨年度からPD研究員を雇用し、大気海洋結合モデルを用いた長期シミュレーションの実施と解析が予想以上に順調に進んだ結果、太平洋域の十年規模気候変動の要因分析に関して期待通りの成果を挙げられた。また、熱帯結合系の予測可能性研究および日本域の異常天候に関するメカニズム・要因分析も、分担研究者らによる精力的な研究作業の結果、予定通りに実施することができ、多くの成果を得た。本課題では、近年の日本および周辺アジア域における異常天候の発現メカニズム理解と、それに対する地球温暖化および熱帯域自然変動の寄与を明らかにすることを目的とした各種数値実験を行う。特に、全球的な気温上昇の停滞(ハイエイタス)と、下記の猛暑出現に着目し、大気大循環モデル(AGCM)と大気海洋結合モデル(CGCM)を組み合わせたシミュレーションを考案、実施して結果を解析する。本来の最終年度にあたる昨年度は、結合モデルを用いた熱帯太平洋大気海洋系変動のメカニズムおよび要因切り分け実験の解析を進め、結果を論文としてまとめた。特に、CO2やエアロゾルなどの人間活動による外部強制と大気海洋系の力学の相対的な役割の理解を進めることができた。2015/2016年のの非常に強いエルニーニョの発現に、熱帯大気擾乱との相互作用が重要であることが数値実験から明らかにした。本課題のもう一つの柱である、全球大気モデル(AGCM)を用いた100メンバーのアトリビューション実験については、予定通りの計算を終了し、膨大なデータの解析を進め、日本の夏季の天候に大きな影響を与える西部熱帯太平洋域の海面水温の変動に着目し、近年の西部太平洋の高温状態が夏季の猛暑頻度にどの程度寄与していたかを明らかにした。最終年度の成果のうち、温暖化による熱帯降水の変化および、ENSOの天候影響に関する研究成果を公表すべく、国際会議のセッションを企画していたが、共同研究者の都合により延期されたため、半年間の繰り越しを行った。今年度予定していたPD研究員の雇用が実現しなかったため、解析を担当する人手の不足が懸念されたが、AGCMのアンサンブルを生成した分担研究者らが精力的に研究を遂行してくれたため、当初予定していた2013年猛暑事例の要因分析を行うことができた。2年目以降に主に用いる予定のCGCMについても、順調に調整および東京大学情報基盤センターのスパコンへの移植作業がすすみ、長期シミュレーションを実施する目途がついた。当初の計画通り、3年目以降は結合モデルを用いた熱帯太平洋大気海洋系変動のメカニズムおよび要因
実験計画法と多変量解析法におけるサンプルサイズの設計

本研究では,実験計画法では特に多重比較法について,多変量解析法では特にマハラノビス・タグチ・システム(MTシステム)について,サンプルサイズの設計という基本的な切り口から各手法の性能の検討や改良手法の提案を行った.多重比較法については,ダネットの方法に関するサンプルサイズの設計方法の既存研究を整理し,より簡便な近似的方法と比較検討した.また,Max t法について,前提条件に対するロバストネスを検討し,サンプルサイズとの関係を検討した.さらに,最大対比法の性能を検討し,その改良手法を考案して検討した.これらの研究は,多重比較法の実務的な応用を促進させるものであり,誤用を防ぐ意義のあるものでもある.MTシステムについては,次のような研究を行った.まず,品質工学で中心的役割を果たすSN比とその確率分布についての考察を行った。従来は確率分布と結びつけることが困難とされていた問題であったが,2重非心分布と結びつけることにより,今後の理論的な展開への道を開いた.次に,品質工学と統計的品質管理との関係とその中におけるMTシステムの位置付けを検討した.また,MTシステムとニューラルネットワークの方法との性能比較を行った.そして,MTシステムのある種の距離の性質について理論的定理を導いた.さらに,多重共線性がある場合のMTシステムの性能と改良手法について検討した.いずれの検討も,サンプルサイズと密接に関係している.MTシステムの理論的な研究が十分ではなかった現状に対して,大きく前進することができた.MTシステム以外の多変量解析法の分野でも,モデル選択の基準の研究,多重共線性のある場合の研究などを行い,応用上の観点から有用な知見を得た.本研究では,実験計画法では特に多重比較法について,多変量解析法では特にマハラノビス・タグチ・システム(MTシステム)について,サンプルサイズの設計という基本的な切り口から各手法の性能の検討や改良手法の提案を行った.多重比較法については,ダネットの方法に関するサンプルサイズの設計方法の既存研究を整理し,より簡便な近似的方法と比較検討した.また,Max t法について,前提条件に対するロバストネスを検討し,サンプルサイズとの関係を検討した.さらに,最大対比法の性能を検討し,その改良手法を考案して検討した.これらの研究は,多重比較法の実務的な応用を促進させるものであり,誤用を防ぐ意義のあるものでもある.MTシステムについては,次のような研究を行った.まず,品質工学で中心的役割を果たすSN比とその確率分布についての考察を行った。従来は確率分布と結びつけることが困難とされていた問題であったが,2重非心分布と結びつけることにより,今後の理論的な展開への道を開いた.次に,品質工学と統計的品質管理との関係とその中におけるMTシステムの位置付けを検討した.また,MTシステムとニューラルネットワークの方法との性能比較を行った.そして,MTシステムのある種の距離の性質について理論的定理を導いた.さらに,多重共線性がある場合のMTシステムの性能と改良手法について検討した.いずれの検討も,サンプルサイズと密接に関係している.MTシステムの理論的な研究が十分ではなかった現状に対して,大きく前進することができた.MTシステム以外の多変量解析法の分野でも,モデル選択の基準の研究,多重共線性のある場合の研究などを行い,応用上の観点から有用な知見を得た.研究目的に掲げていたテーマのうち,(1)多重比較法関連,(2)タグチ・マハラノビス・システム(MTS)関連,(3)グラフィカルモデリング関連について主に取り組んだ.以下にその概要を示す.まず,(1)については,母平均に関する最大対比法の性能評価を多重比較法の観点およびモデル選択の観点から研究した.第1種の過誤の確率および検出力について調べた.また,Max t法を含めて最大無影響量の推定の性能評価を研究した.この際,生産者危険と消費者危険を定義して,各手法の性能を比較した.次に,(2)については,MTSの多重共線対策として,すでに宮川・永田論文で示した結果を深める方向で検討を開始した.この問題はリッジ回帰とも関連する.また,サンプル数が少ない場合の現実的な対処法の開発とその性能評価を検討している.さらに,判別分析やニューラルネットワークとの比較を行い,MTSの特徴を調べる研究を行っている.そして,MTSの提案者である田口玄一が提唱しているパラメータ設計に関連して,機能窓法の推測におけるサンプルサイズの影響についても研究した.ノンパラメトリック法として知られている方法と確率分布(特に,ロジスティック分布)を想定したパラメトリック法との比較を行い,サンプルサイズによる違いによる影響度を検討している.(3)については,因果ダイアグラムにおいてどの共変量を選択するのかについて,その推定精度への影響を検討した.バックドア規準を満たす場合だけでなく,その他の場合についても検討を広げ,影響の程度を理論的・数値的に検討した.次の(1)から(5)の内容を研究および発表した.(1)多変量解析法である2進木解析法において最終的なモデルをどのように選択すればよいのかについて研究した.(2)異常値判定および分類の問題において,ニューラルネットワークとマハラノビス・タグチ・システムのパターン認識の性能比較を行った.(3)因果ダイアグラムの構造に基づいて,どの変数を考慮すれば推定精度が向上するのかについて考察した.(4)多重比較法のひとつとして最大対比法の性能評価を行い,改善手法を提案した.(5)タグチメソッドに登場するSN比を統計モデルの枠組みで考え,それらの確率分布を二重非心分布としてとらえることができることを示した.研究目的に掲げていたテーマのうち、

(1)多重比較法関連、(2)タグチメソッド一般、およびタグチ・マハラノビス・システム(MTS)関連ついて主に取り組んだ.以下にその概要を示す.まず、(1)については、閉検定手順の原理を整理・再確認し、各手法がどのような形で閉検定手順を満たしているのかの妥当性について再検討した.また、False Discovery Ratioの原理に基づく手法とその性質について検討を加えた.さらに、多重比較法におけるサンプルサイズの設計についての可能性について研究した.これらを資料にまとめて応用統計学会で2時間にわたり講演した.次に、(2)については、まず、タグチメソッドとSQCとの違いや共通点などを検討した.あいまいにされがちだった点を明確に整理し、学会のシンポジウムで講演し、その内容をより詳しく解説論文としてまとめた.また、MTSの多重共線対策として、すでに宮川・永田論文で示した結果を深める方向で検討を続けた.1つは、項目数がn-1以上の場合のMTシステムの第1種の距離が初期データに対しては定数となることを数学的に証明した.つまり、この場合には、初期データからは閾値を計算できないことを意味する.この成果は、日本品質管理学会誌に論文として公表した.次に、宮川・永田の方法を含めて、いくつかの方法について、様々な条件のもとで性能評価を行い、宮川・永田の方法が多くの場合に優れていることをシミュレーションにより示した.多重共線性に関連して、ニューラルネットワーク手法について研究した.重回帰分析との比較を通じて、多くの場合、ニューラルネットワーク手法が多重共線性についてロバストであるという研究成果を得た.
GICの低温圧縮を用いた新炭素物質合成の理論研究

結晶を低温(もしくは室温)で加圧したときに起きる圧力誘起構造変化の特徴は、温度が低いために熱拡散が起きず、反応が非平衡条件で起きること、そのために必ずしも設定温度・圧力での熱力学的安定相ばかりでなく、準安定相が現れることにある。本研究の目的は、この低温圧縮によってグラファイト層間化合物(GIC)からどのような新しい炭素物質が合成可能か、またそれがどのような物性を示すかを、第一原理分子動力学法シミュレーションを用いて理論的に予測し、実物実験にむけての指針を提示することにある。本年度はこの理論予測の精密化を図り、超高圧下の構造、物性、相転移経路についてさらなる検討を行った。その結果をもとに、現在、Li-GICの圧力構造相転移について、同じ特定領域研究(A)「カーボンアロイ」に参加している筑波大学の平井らのグループにより、実物実験による検証が開始されている。本年度はまた、強結合近似によりオーダーN法(計算時間が粒子数Nに比例する手法)の電子状態計算を実効しながら動的な結晶構造変化のシミュレーションが可能な、半経験的分子動力学法のプログラムを作成した。これを用いてフラーレン結晶系に対する衝撃圧縮の大規模シミュレーションを行い、構造変化時の潜熱による温度上昇効果が、圧力誘起による透明アモルファスダイヤモンドヘの転移に重要であることを明らかにした。
骨盤部悪性腫瘍における4次元画像誘導小線源治療の実現

前立腺癌・子宮癌の3次元組織内照射において今まで殆どなされていなかったMRI画像を組み込んだことにより、危険臓器を避けながら、かつ標的の範囲を正確に把握した高精度照射を行うことができた。さらに、照射と照射の間に起こる治療用アプリケータのずれを測定し(前立腺癌では7番目の子宮癌では世界初の報告)、4次元化を目指すことが出来た。1)カラードプラ機能を有する超音波診断の導入組織内照射を行うには出血などの重度の障害発生率が高いため、世界的にもあまり行われていない骨盤深部のリンパ節腫瘍の治療に成功した。本研究助成金によりカラードプラ機能を有する超音波検査装置の導入したことで、リンパ節に伴行する動脈血管をモニター上に描出することに成功し、アプリケータ針を安全に刺入することができた。また、同じく新規に導入した治療計画装置が有する機能を用いて行った術前治療計画(バーチャルインプラント)が有効でもあった。この二つを組み合わせてシステム化する予定である。平成21年4月から現在までに、全症例で輸血を必要としていない。2) Fusionを基にした3次元治療計画新規に導入した治療計画装置を用いて組織内照射のアプリケータ針刺入当日のCT画像と当日のMRI画像、および刺入翌日以降のCT画像とのfusionを試みた。Fusion機能にも種類があるため、最も精密で再現性が高くかつ短時間で出来る方法を検討中である。まだ完成と呼べる状況ではないが、現時点で把握できた内容を日本医学放射線学会関西地方会(平成21年10月17日)および日本放射線腫瘍学会小線源治療部会(平成22年5月15日)にて報告した。3)アプリケータ偏位の定量化そして、新規に導入した治療計画装置を用いたシステムを検討中である。ただ、2)に述べたのと同様にFusion機能などの環境設定中である。カラードプラ機能を有する超音波診断を利用し、通常では治療できなかった深部骨盤リンパ節腫瘍に対して小線源治療を施行することに成功した。現在、論文化して投稿中である。4次元治療を導入するためのデータ収集としての症例(術後再発子宮癌)のアプリケータの偏位の定量化(これを完璧に補正できれば4次元治療となる)を行い、解析した。4次元治療を導入するためのデータ収集としての症例(非切除新鮮子宮頸癌)のアプリケータの偏位の定量化(これを完璧に補正できれば4次元治療となる)を行い、解析した。研究結果を当院の三上が論文化した(第二著者として参加)。4次元治療を導入するための基礎データ収集としての症例(術後再発子宮癌)の3次元治療成績を解析した。研究結果を当院の古妻が論文化した(第二著者として参加)。研究目的は、(1)画像誘導刺入による有害事象の軽減(とくに出血)、(2)3次元画像誘導治療計画の確立、(3)4次元画像誘導治療計画実現に向けた取り組み、(4)婦人科・前立腺癌以外の骨盤疾患への応用、であった。(1)---平成23年は骨盤腫瘍60例(婦人科:37、前立腺:21、直腸肛門:2)に治療を行ったが、カラードプラ導入の効果もあり、輸血施行例は0例であった。(2)---3次元画像誘導治療計画を全例に行った。全てにおいて過大な患者待機時間や計画ミスなどのトラブルなく施行し得た。また、そこで得られた線量容積ヒストグラム(DVH)などの客観的数値を用いて論文報告や学会発表を行った。(3)---全骨盤疾患に対して4次元治療計画に向けたアプリケータの偏位の測定を毎日CT撮影を行って計測した。また、そこで得られた偏位の数値および偏位により誤差を生じたDVHを評価し、疾患別に論文報告や学会発表を行った。(4)---直腸肛門疾患2例にも上記(1)・(2)・(3)を応用した。うち1例は肛門が過去の手術により閉鎖されていため、経直腸ドプラエコーを施行できなかった。(2)・(3)は施行できた。この貴重な経験から、実行可能な疾患・不可能な疾患の分別および不可能な疾患に対する新たな対策を考えていくことになった。
インドネシア・リアウ州における自立小農のアブラヤシ生産とその流通システムの解明

報告者の研究は,インドネシア・リアウ州において拡大する小規模なアブラヤシ栽培に着目し,地域住民の生業変化や収穫物の流通システムの解明を目的としている.報告者は,平成28年度に実施した調査・研究を踏まえ,平成29年度は,リアウ州での追加的な現地調査と,これまで収集したデータの分析結果を論文にまとめる作業をおこなった.現地調査に関しては,平成28年度において,住民に対する聞き取り調査を実施してきたリアウ州のA村とB村にて,各村の開拓史などに関する補足的な調査を実施した.平成29年5月には,A村の村役場での土地売買に関する資料収集に加え,A村の歴史に詳しい住民へのインタビューを実施した.これにより,20世紀後半から現在までのA村の開拓史をまとめる作業をおこなった.平成29年9月には,リアウ州北部のB村に滞在し,平成28年度の追加調査として,B村やその周辺村における農業協同組合を訪問し,住民が収穫したアブラヤシが搾油工場に運ばれる経路と,その中間に位置する買い取り業者の役割について,聞き取りをおこなった.平成29年度の現地調査では,調査許可の期限内に,A村とB村での追加調査に加えて,政府の関係諸機関にて,データ・資料の収集を実施することができ,概ね計画通りに調査を遂行することができた.研究成果の発表に関しては,学会発表や論文の投稿を進めてきた.平成29年4月には,ベトナム・ホーチミンで開催された第25回国際地理学会・持続的農村社会部会の国際会議に参加し,平成28年度に実施したリアウ州A村での調査結果を報告した.この学会には,オーストラリアをはじめとする,人文地理学と東南アジア地域研究の専門家が参加しており,報告者の発表に対して,東南アジアの政治制度・生態環境・文化・慣習といった観点から,有益なコメントを得ることができた.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。報告者の研究テーマは,インドネシア・スマトラ島中部のリアウ州において拡大する小農アブラヤシ栽培と,その収穫物の流通システムの解明である.報告者の主たる研究手法は,農村に長期間滞在して村民への体系的な聞き取り調査である.加えて,調査対象農村と周辺農村との相対的な位置づけを理解するために,人口センサスや政府の各種統計データの分析を中心としている.平成28年4月9月には,農業省農園局リアウ支部および中央統計庁リアウ支部での聞き取り調査を踏まえて,リアウ州中部に位置するA村を調査地として設定した.その上で,同村に2か月間滞在し,村民に対するインタビュー調査を実施した.A村でのインタビュー調査に際しては,現地のカウンターパートであるリアウ大学に加え,A村の経済状況や住民の暮らしぶりに精通している農業指導員1名の協力を得て,2か月間で177名へのインタビューを実施した.その調査結果は,平成28年8月に中国・北京で開催された国際地理学会にて報告済みである.平成28年10月平成29年3月には,上記の調査結果の分析を進めつつ,リアウ州中部の農村と比較するため,リアウ州北部に位置するB村を2つ目の調査地として設定した.B村では,A村でのインタビュー調査と同様の調査票を用い,村役場の職員に協力を依頼することで,62名の村民へのインタビューを実施した.また,平成28年度を通じて,リアウ州住民の出生地や民族背景と産業別就業構造の関係をマクロな視点から捉えるため,中央統計庁が公開している人口センサス個票データの分析をおこなった.この分析結果は,論文としてまとめ,現在投稿中である.平成28年度における報告者の研究は,概ね順調に進んだといえる.インドネシアの中央省庁や地方自治体での調査許可に関わる手続きも,滞りなく進めることができ,平成28年度4月からスマトラ島リアウ州での現地調査を開始することができた.特に,中央統計庁および地理空間情報局では各種統計データやデジタル地図データを入手し,それらを用いてマクロなレベルからリアウ州の特徴を理解するための分析が可能となったことは,大きな収穫であった.また,2つの調査村では村役場や農業局の職員の方々が報告者の調査を快く受け入れて頂き,村の案内からインタビュー対象者の選定まで,様々な面において協力を得ることができた.これにより,一年間で2つの村において合計239名の村人にインタビュー調査を実施することができた.また,州・県・村の行政職員に対しても,調査村における農業生産の現況とそれに対する政府側の支援,あるいは住民への社会福祉サービスなどの政府プログラムなどが,実態としてどのように進められているのかを聞き取ることができた.報告者の研究は,インドネシア・リアウ州において拡大する小規模なアブラヤシ栽培に着目し,地域住民の生業変化や収穫物の流通システムの解明を目的としている.報告者は,平成28年度に実施した調査・研究を踏まえ,平成29年度は,リアウ州での追加的な現地調査と,これまで収集したデータの分析結果を論文にまとめる作業をおこなった.現地調査に関しては,平成28年度において,住民に対する聞き取り調査を実施してきたリアウ州のA村とB村にて,各村の開拓史などに関する補足的な調査を実施した.平成29年5月には,A村の村役場での土地売買に関する資料収集に加え,A村の歴史に詳しい住民へのインタビューを実施した.これにより,20世紀後半から現在までのA村の開拓史をまとめる作業をおこなった.

平成29年9月には,リアウ州北部のB村に滞在し,平成28年度の追加調査として,B村やその周辺村における農業協同組合を訪問し,住民が収穫したアブラヤシが搾油工場に運ばれる経路と,その中間に位置する買い取り業者の役割について,聞き取りをおこなった.平成29年度の現地調査では,調査許可の期限内に,A村とB村での追加調査に加えて,政府の関係諸機関にて,データ・資料の収集を実施することができ,概ね計画通りに調査を遂行することができた.研究成果の発表に関しては,学会発表や論文の投稿を進めてきた.平成29年4月には,ベトナム・ホーチミンで開催された第25回国際地理学会・持続的農村社会部会の国際会議に参加し,平成28年度に実施したリアウ州A村での調査結果を報告した.この学会には,オーストラリアをはじめとする,人文地理学と東南アジア地域研究の専門家が参加しており,報告者の発表に対して,東南アジアの政治制度・生態環境・文化・慣習といった観点から,有益なコメントを得ることができた.平成29年度は,平成28年度に調査を実施した2つの村での補足調査をおこないつつ,これまで収集してきたインタビュー調査データの分析結果を論文にまとめて,『地理学評論』に投稿する予定である.具体的には,調査データをエクセルに入力し,各世帯の基本情報,アブラヤシ栽培面積,雇用労働の賃金,個人事業の所得などの特徴が明確になる個票を作成する.その上で,アブラヤシ栽培面積にもとづいて全世帯を「大規模農家」「中規模農家」「小規模農家」「労働者」というグループに分け,各グループの特徴を分析する.この分析結果をもとに,論文を執筆して日本地理学会の『地理学評論』に投稿する予定である.同時に,平成28年度までの研究をまとめ,博士論文の執筆にとりかかる.今年度は,調査データの分析を中心とした研究に従事するため,現地での調査に比べると研究計画が立てやすい年度であると言える.2017年11月にインドネシアでの調査許可の期限が切れるが,それまでに博論執筆に必要な捕捉調査を完了する予定であるため,研究計画に大きな変更は生じないと見込んでいる.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
セロトニン下行性疼痛抑制系の賦活化による顎顔面領域の新たな慢性痛制御理論

本研究では下行性疼痛抑制系の賦活が慢性痛に及ぼす影響について動物実験で検証した。その結果、神経結紮により閾値の低下がみられた慢性痛モデルにおいて、結紮側と同側のオトガイ神経を電気刺激することにより刺激の12時間後に逃避閾値の上昇がみられた。この時電気刺激側と同側の三叉神経脊髄路核にセロトニンの強発現が惹起されたことから、慢性痛モデルに対する急性痛付加が下行性疼痛抑制系を賦活し、一時的に慢性痛を軽減することが示された。近年、非定型歯痛、舌痛症などの慢性痛患者は増加傾向にあり社会問題となっている。しかしながら、慢性痛に対する治療法は確立されておらず、診断および治療法の開発を目指した慢性痛発症メカニズムの解明は急務であり責務である。最近、上記慢性痛患者に対し、抗うつ剤SSRI(Selective Serotonin Reuptake Inhibitor :選択的セロトニン再取り込み阻害薬)の投与が試みられ、鎮痛効果に対する有効性が報告されている。延髄大縫線核(RMg)のセロトニン作動神経細胞体は下行性に脊髄後角および三叉神経脊髄路核尾側亜核(TgNC)の広作動域ニューロン(WDRニューロン)に投射し、疼痛刺激を抑制する機構、すなわち、下行性疼痛抑制系を形成している。SSRIが慢性痛を制御するメカニズムは、下行性疼痛抑制系の賦活化により痛み中枢のセロトニン濃度が上昇したためと考えられているが不明な点も多い。そこで本研究では、顎・顔面領域の慢性痛を抑制するために、ラットオトガイ神経の電気刺激に対する痛み中枢におけるセロトニンの動態を免疫組織学的手法で検討した。その結果、両側の延髄大縫線核およびオリーブ核にセロトニン陽性細胞が見られたが三叉神経脊髄路核尾側亜核のセロトニン陽性細胞数は個体によりばらつきがみられた。今後セロトニン抗体の種類変更および抗体濃度条件を検討しセロトニン陽性細胞の局在を詳細に検討する予定である近年、非定型歯痛、舌痛症などの慢性痛患者は増加傾向にあり社会問題となっている。最近、上記慢性痛患者に対し、抗うつ剤SSRI(Selective Serotonin Reuptake Inhibitor:選択的セロトニン再取り込み阻害薬)の投与が試みられ、鎮痛効果に対する有効性が報告されている。そこで本研究では、顎・顔面領域の慢性痛を抑制するために、ラットオトガイ神経の電気刺激および舌へのカプサイシン注入に対する痛み中枢におけるセロトニンの動態を免疫組織学的手法で検討した。その結果、オトガイ神経電気刺激および舌カプサイシン注入により延髄大縫線核のセロトニン陽性細胞が増加傾向を示した(二時間後)。また、オトガイ神経電気刺激により刺激側の三叉神経脊髄路核尾側亜核のセロトニン陽性細胞は非刺激側に比べて増加した。一方、舌カプサイシン刺激では刺激側の三叉神経脊髄路核尾側亜核のみならず非刺激側においてもセロトニン陽性細胞がみられた(刺激側>非刺激側;一時間後、二時間後)。しかしながら、慢性痛に対する治療法は確立されておらず、診断および治療法の開発を目指した慢性痛発症メカニズムの解明は急務である。最近、三叉神経領域に起こる慢性痛を訴える患者様に対しSSRI(選択的セロトニン再取り込み阻害薬)が鎮痛効果をもたらすとの報告から、慢性痛の制御に延髄大縫線核のセロトニン作動神経細胞の軸索が下行性に三叉神経脊髄路核に投射する「下行性疼痛抑制系」の賦活が重要であることが示された。私たちは既にラットオトガイ神経(三叉神経第III枝)の電気刺激により、三叉神経脊髄路核に非刺激側に比べて高密度なセロトニンが発現すること(下行性疼痛抑制系の賦活)を観察していたので、本研究ではこの人為的な下行性疼痛抑制系の賦活が慢性痛に及ぼす影響について動物実験で検証し、新たな慢性痛治療の臨床応用を目指すことを目的とした。

その結果、神経結紮(CCI:Chronic constriction injury)により閾値の低下がみられた慢性痛モデル(結紮一週間後)において、結紮側と同側のオトガイ神経を電気刺激することにより刺激の12時間後に逃避閾値の上昇がみられた。この時電気刺激側と同側の三叉神経脊髄路核にセロトニンの強発現が惹起されたことから、慢性痛モデルに対する急性痛付加が下行性疼痛抑制系を賦活し、一時的に慢性痛を軽減することが示された。今後更にこのメカニズムについて詳細に検討する予定である。また、カプサイシンの舌注入刺激により注入側と同側の三叉神経脊髄路核にセロトニン発現が惹起されたことから、TRP(transient receptor potential protein)V1受容体刺激を介した下行性疼痛抑制系の賦活の可能性が示唆された。
きらめきのある画像の処理に関する研究

本研究は対象物のつやに関する情報を統計的手法を用いて抽出し,その特徴を定量化すること,それらの情報を画像に加えることにより,つやを持った画像として復元することを目的としている.初年度においては,つや情報以外の情報を排除した計測を行うため,対象物体として,形状が平坦なつやのない物体を選び,その物体につや出しスプレーを塗布することで,つやのあるモデルを仮定し,照明,位置など全て環境を同一として,カラーTVカメラで撮像し対象データとした.これらのRGB画像を小領域(ブロック)に分割し,各ブロックの平均値,分散値,エントロピーの頻度分布の形態を求めたところ,つやありについて不連続な分布を示すことを確認し,つや情報の存在を示した.さらに,両画像間のつながりを調べるため,H(色相),L(明度),S(彩度)値を成分とする3次元状態空間を考え,つやのないものからあるものへの区分線形写像の存在について検討し,小領域におけるつや写像は区分線形写像性を有することが確認できた.次年度においては,RGB画像をHLS空間に変換し,同空間での分布を主成分分析し,画像のLとSの間に特徴のある関係が認められた.また,L-S座標系での両画像の分布の形態,範囲に特徴ある差異が見られた.次いで,つやのない画像中につやのつく領域の推定を行い,各画素ごとにRGBの最大値から最小値を引き算し,正規化した値Mを算出し,LとMを用いた階層クラスタリングにより,つやのない画像を領域分割し,各々の領域についてつやの特徴を表す評価値を求め,その評価値によりつやのつく領域を推定し,かなり良く推定されることを確認した.次に,形状が平担なものに加えて,平性でないへ対象を拡大し,つやについてもつやだしスプレーにより付加されたつや以外に果物などが本来持っているつやの特徴抽出も試みた.この結果から,形状にかかわらず,平均,分散にもつやの情報が現れることがわかった.本来対象物が持っているつやについては画像中のL,S値の勾配分布に着目し,L,S値の勾配を二軸とする平面での画素分布によってつやなしとつやありに明らかな差異があることが認められた.今後,さらに対象を拡げつやの種類による特徴の解析,対象物の性状との関連について調べる.本研究は対象物のつやに関する情報を統計的手法を用いて抽出し,その特徴を定量化すること,それらの情報を画像に加えることにより,つやを持った画像として復元することを目的としている.初年度においては,つや情報以外の情報を排除した計測を行うため,対象物体として,形状が平坦なつやのない物体を選び,その物体につや出しスプレーを塗布することで,つやのあるモデルを仮定し,照明,位置など全て環境を同一として,カラーTVカメラで撮像し対象データとした.これらのRGB画像を小領域(ブロック)に分割し,各ブロックの平均値,分散値,エントロピーの頻度分布の形態を求めたところ,つやありについて不連続な分布を示すことを確認し,つや情報の存在を示した.さらに,両画像間のつながりを調べるため,H(色相),L(明度),S(彩度)値を成分とする3次元状態空間を考え,つやのないものからあるものへの区分線形写像の存在について検討し,小領域におけるつや写像は区分線形写像性を有することが確認できた.次年度においては,RGB画像をHLS空間に変換し,同空間での分布を主成分分析し,画像のLとSの間に特徴のある関係が認められた.また,L-S座標系での両画像の分布の形態,範囲に特徴ある差異が見られた.次いで,つやのない画像中につやのつく領域の推定を行い,各画素ごとにRGBの最大値から最小値を引き算し,正規化した値Mを算出し,LとMを用いた階層クラスタリングにより,つやのない画像を領域分割し,各々の領域についてつやの特徴を表す評価値を求め,その評価値によりつやのつく領域を推定し,かなり良く推定されることを確認した.次に,形状が平担なものに加えて,平性でないへ対象を拡大し,つやについてもつやだしスプレーにより付加されたつや以外に果物などが本来持っているつやの特徴抽出も試みた.この結果から,形状にかかわらず,平均,分散にもつやの情報が現れることがわかった.本来対象物が持っているつやについては画像中のL,S値の勾配分布に着目し,L,S値の勾配を二軸とする平面での画素分布によってつやなしとつやありに明らかな差異があることが認められた.今後,さらに対象を拡げつやの種類による特徴の解析,対象物の性状との関連について調べる.前年度に構成したシステムを通じて画像に含まれるつや情報のデータベース作成に当たって、当該年度は、前に対象とした木の葉、粘土、皮革など表面形状が比較的平坦なものに加えて、陶器、果物、カラーボール、テニスボールなどの表面が平坦でないものへ対象を拡大した。さらに、つやについてもつやだしスプレーにより付加されたつやを対象とするほか、果物などが本来もっているつやの特徴抽出も試みた。拡大した対象について画像全体の性質を見るために、明度L、彩度Sの値の頻度分布を求めたところ、つやなし、つやありの分布に差異のあることがわかった。従って、これらの対象の解析においても、L、Sの分布の解析を中心とすることとし、前年度実施したHLS色空間におけるL-S分布を求めたところ、L-S平面での解析の有効性を確認できた。さらに、対象画像のL、S値そのものについての統計量、平均、分散をつやなし画像、つやあり画像について求め比較を行った。この結果から、平均、分散にもつやの情報が現れることがわかった。

次に、同一対象物に対して、スプレーでのつや付加でなく、本来対象物が持っているつやの検出が行なえるような特徴量を求めて、テニスボール、リンゴ、カラーボールについて画像中のL、S値の勾配分布に着目した。すなわち、L、S値の勾配を二軸とする平面での画素の分布においてつやなしとつやありに明らかな差異があることが認められた。今後、さらに対象を広げ、つやの種類による特徴の解析、対象物の性状との関連について調べたい。
アメリカのサンベルトにおける都市政治改革(1950年代～今世紀初頭)に関する研究

サンベルトの主要都市では、20紀半ば過ぎにビジネス界主導の「リフォーム政治」が花開き、経済成長重視の政策がとられたが、黒人をはじめとするマイノリティの政治参加は抑制されていた。しかし、投票権法成立後、マイノリティは発言力を高め、リフォーム政治は変容期を迎えた。折から大都市圏化が進展する過程で、白人中産階級の郊外への移住傾向は強まり、サンベルトにおいても中心都市と郊外との政治的対立が顕著になった。このような状況下で、郊外の白人中産階級は共和党支持傾向を強め、サンベルトにおける共和党躍進の原動力となったといえよう。20世紀を通じてアメリカの都市では市政改革が進展し、都市政治は「マシーン政治」から「リフォーム政治」へと大きく転換し、また、この過程で大都市圏政府も設立されていった。本研究の全体構想は、1950年代から今世紀初頭の時期に、1)こうしたリフォーム政治の展開と大都市圏政府の形成がどのようであったか、また、2)この都市政治改革が連邦政治にいかなる影響を与えたかを課題とし、それらを解明することにある。平成20年度には、第二次大戦後に大都市圏化が急速に進んだ南東部のサンベルト大都市圏に注目して、サンベルトの大都市圏化と大都市圏統治のための改革が南部における共和党の台頭とどのように関連していたのかという問題を中心に研究をおこなった。とくに1960年代後半から70年代に進んだ共和党保守派による南部取り込み戦略(「南部戦略」)と南部大都市圏郊外の住民による草の根の運動(強制バス通学反対運動など)に関する文献を研究し、それを基に両者の関係について分析をした。大都市圏化の進展過程で中心都市と郊外の対立が顕著になっていくが、両者を統合する形で大都市圏政府を形成したシャーロットと、中心都市と郊外とが分離するアトランタとを強制バス通学という争点をめぐって比較することを通じて、サンベルト大都市圏の発展過程で増大した郊外の白人中産階級がサンベルトにおける共和党の台頭と支持層の拡大を支えていったことを明らかにした。連邦政治研究に偏りがちな我が国のアメリカ政治研究において、大都市圏化の過程における連邦政治と都市政治との繋がりという新しい視点から「堅固な南部」の崩壊を分析した点で意義があるといえる。20世紀後半から21世紀初頭にかけてアメリカの大都市政治は、ごくおおまかにいえば「マシーン政治」から「リフォーム政治」へと大きく転換していったが、その過程でリフォーム政治がどのように展開され、またそれが連邦政治といかなる関係をもっていたのかをサンベルトに焦点をあてて解明することが本研究の目的である。平成21年度には、大都市圏統治問題を解洗するために生まれた「大都市圏政府」構想の中でもとくに「市-カウンティ統合(以下、「統合」)」に注目して、第二次大戦後のサンベルト大都市圏における「統合」の盛衰とその背景を考察した。「統合」は1960年代から70年代半ばにかけて南東部の大都市圏でブーム期を迎えたが、その推進運動は、革新主義市政改革の伝統である政治腐敗の根絶と「能率と節約」の実現という目的を継承していたと同時に、大都市圏の経済発展にとって「統合」が有効であるというメッセージと強く結びついていた。また、この「統合」ブームの背景には議員定数是正訴訟、連邦投票権法などにより大都市圏の住民、とくに中心都市のアフリカ系住民の発言力が増大したことが複雑に関係していた。「統合」の具体例についてできるだけ資料を収集して研究したが、とくにジャクソンビルをとりあげ、なぜ「統合」推進運動が成功したかを多角的に分析した。ジャクソンビルを含めて「統合」推進運動が展開されたサンベルト大都市圏の政治状況を考察することを通じて、コミュニティのリーダーの役割、中心都市と郊外の関係、アフリカ系住民の政治力等に関して新たな発見があった。これらが連邦政治における南部共和党の台頭とどのような関係にあるのかを考察しつつあり、この問題をさらに掘り下げていくことが今後の課題である。19世紀末期以降、アメリカの諸都市では「マシーン政治」への批判から市政改革が進展し、「リフォーム政治」への転換が進んでいった。本研究の目的は、20世紀半ば以降も市政改革が積極的に導入されたサンベルト地域(南西部・南東部)に焦点をあて、主要都市でリフォーム政治がどのように展開されたか、またそれが連邦政治といかなる関係をもっていたのかを解明することにある。1.平成22年度には、サンベルトの主要都市でリフォーム政治がいつ絶頂期を迎えたのか、またその時期の市政はどのような特徴をもっていたのかを中心に研究を進めた。アメリカの市政改革運動といえば、北東部・中西部を中心に19世紀末期から20世紀初頭に展開された革新主義運動に注目が集まるが、20世紀の都市発展史を振り返る時、様々な市政改革に基づくリフォーム政治が花開いたのはむしろサンベルト主要都市においてであり、その絶頂期は1950年代から60年代前半にかけてであることを明らかにした。

その特徴として、(1)市政府形態としての委員会制.マネージャー制とこれらに伴う全市単一選挙区制・無党派選挙制の導入が相次ぎ、リフォーム政治体制が定着したこと、(2)こうした状況の下でビジネス界主導の政治体制が強化され、経済発展が重視される一方で、低所得層や黒人をはじめとするマイノリティの政治参加が未だ抑制されていたことが挙げられる。2.上記の研究成果は、様々な一次史料、ケーススタディ等を用いてダラス、サンアントニオ、シャーロット、フェニックスをはじめとするサンベルトの主要都市における市政改革と改革後の市政の実態分析を基礎している点に意義がある。また、過年度研究した1960年代後半以降のサンベルト主要都市におけるリフォーム政治の変容との関連を検討することを通じて、サンベルトにおける共和党躍進の背景を考察する上でも重要な発見をすることができた。
アデノ随伴ウイルスを用いた血友病インヒビター患者に対する遺伝子治療用ベクターの開発

血友病AあるいはBインヒビターの治療に用いられるリコンビナント活性型第VII因子製剤(rFVIIa)は半減期が短いことから、その一定レベルの持続的な発現がインヒビター患者の出血予防となる可能性があり、FVIIaとして細胞外へ分泌されるメカニズムを持たせた治療用ベクターのデザインに着手した。平成14年度に、遺伝子工学的操作にてヒトFVIIcDNAをAAVベースのプラスミドに組み込み、さらに、FVIIが細胞外分泌時にFVIIaとなるべく、FXがfurin/PACEによりRKRというアミノ酸配列を認識しこの部位に作用し成熟FXとなる。このことを受け、RKRをコードする9塩基をFVII重鎖-軽鎖間に挿入しベクタープラスミドを作成した。平成15年度には、本ベクタープラスミドのRKR配列をダイレクトシークエンスにて確認するとともに、発現実験に先立ち、2種類の市販の抗FVIIポリクローナル抗体を準備し、抗原量測定のためのELISAを構築した。FVIIcDNAおよびFVIIcDNAにRKR配列を組み込んだ各々2つのベクタープラスミドを大量培養純化した。HEK293細胞を6穴プレートに準備し、2μg/wellのプラスミドDNAをリポフェクション法によりトランスフェクションした。数回のトランスフェクションを試みたが、培養72時間後においても有意なFVIIタンパクの発現は得られなかった。このことは、9塩基挿入が細胞外分泌の抑制を引き起こしたことが推測された。ELISAやトランスフェクションの方法にも改良の余地があると思われ、本研究期間内において提示できる結果は得られなかったが、期間終了後も上記を考慮しつつ課題に取り組む予定である。血液凝固第VIII(FVIII)あるいは第IX因子(FIX)遺伝子異常である血友病AあるいはBの治療中に時として同種抗体(インヒビター)が発生する。インヒビター治療にはリコンビナント活性型第VII因子製剤(rFVIIa)が用いられるが、その半減期は短く、一定レベルの持続的な発現がインヒビター患者の出血予防となる可能性があり、以下の遺伝子工学的操作を行いFVIIaとして細胞外へ分泌されるメカニズムを持たせた治療用ベクターをデザインした。(1)ベクタープラスミドのデザインヒトFVIIcDNAはPollak E.(The Children's Hospital of Philadelphia.)から供与を受けた。これをCMVプロモーターとともに5'、3'両端にITRを有するAAVベースのプラスミドに組み込んだ。(2)活性型FVII発現カセットの作製FVIIは細胞外分泌時にFVIIaとなる必要がある。第X因子(FX)が分泌される際、furin/PACEがRKRというアミノ酸配列を認識し開裂させ成熟FXとなることが既知であり、この9塩基をFVII重鎖-軽鎖間に遺伝子工学的手法を用いて挿入した。9塩基を組み込んだ重鎖3'、軽鎖5'プライマーをデザインしPCR法を用いて各々を増幅した後、末端にBam HIをリンカーした重鎖5'、軽鎖3'プライマーで全長を増幅し制限酵素処理後、Insert DNAを得た。Bam HIサイトで挿入されたFVIIcDNAを切り出したベクターDNAとこれをLigationしFVIIa発現カセットを有するプラスミドが得られている。今後本ベクタープラスミドのRKR配列の確認を行った後、293細胞を用いて評価していく予定である。
視細胞シナプス間隙のpH変化をもたらす網膜水平細胞のプロトン輸送機構

感覚神経系において受容野周辺からの側抑制は受けた刺激の輪郭を際立たせ、像や物体の形の認識の上で極めて重要なメカニズムである。視覚系ニューロンは網膜視細胞から外側膝状体のニューロンに至るまで円形で同心円状の受容野を持っている。側抑制によって受容野中心部と周辺部は拮抗した性質を持つ。網膜における側抑制はすでに視細胞レベルで観察されており、水平細胞が錐体視細胞の周辺受容野形成に関与しているという考え方は1970年代から多くの研究者が認めるところであった。本研究では申請者らが提唱している水平細胞の膜電位によってもたらされたシナプス間隙のpH変化によって錐体視細胞のカルシウム電流が修飾され受容野周辺部が形成されるという仮説を証明するために、網膜から単離した水平細胞を用いて、(1)水平細胞の膜電位変化が細胞の外側のpHを変化させるか、(2)そのpH変化は膜電位とどのような関係を持っているか、(3)pH変化はどのようなメカニズムによってもたらされるのかなどの問題を解明するため実験を行った。(1)網膜から単離した水平細胞に、細胞の外側から膜非透過性pH感受性色素を吸着させた後、水平細胞を脱分極させると、脱分極の程度に応じて細胞の外側が酸性化することを光学的に確認した。(2)このpH変化はVesicular typeATPaseの特異的な阻害剤であるBafilomycin A1により可逆的に阻害された。(3)単離水平細胞の膜にはVesicular typeATPaseの存在することが免疫組織化学的な方法によって証明できた。以上の結果から、水平細胞のV-ATPaseが働いて脱分極に伴うプロトンの放出を起こし、それが錐体視細胞のシナプス前終末のカルシウム電流を制御し、ひいては伝達物質の放出量を制御することによって周辺拮抗型の受容野の形成、すなわち側抑制が引き起こされると結論した。今回の研究によって、網膜が受容した像のコントラスト抽出の機構を明らかにすることが出来た。本研究結果は平成19年12月英国生理学会発行のJournal of Physiologyに掲載された。視覚系ニューロンは円形で同心円状の受容野を持ち、受容野中心部と周辺部は拮抗した性質を持つ。網膜における側抑制はすでに視細胞レベルで観察されており、水平細胞が錐体視細胞の周辺受容野形成に関与していると考えられている。本研究では申請者らが提唱している水平細胞の膜電位によってもたらされたシナプス間隙のpH変化によって錐体視細胞のカルシウム電流が修飾され、受容野周辺部が形成されるという仮説を証明するために、(1)水平細胞の膜電位変化が細胞の外側のpHを変化させるか、(2)pH変化は膜電位とどのような関係を持っているか、(3)pH変化はどのようなメカニズムによってもたらされるのかなどの問題を解明することを目的として本研究を行った。1.pH感受性蛍光色素H-110を用いたpH変化の光学的測定pH感受性蛍光色素HAF(5-hexadecanoylaminofluorescein)は長い脂肪酸の側鎖とfluoresceinのpH感受性部分を持つため、細胞外から投与すると側鎖が細胞膜に突き刺さり、fluoresceinが細胞外部に露出して固定されるので、細胞膜外面のpHを捉えることが出来る。コイ網膜から単離した水平細胞にHAFを作用させ、440nmと490nmの2波長で励起して得られた細胞の蛍光画像を記録した。2波長の励起光による蛍光強度の比を取り、これをpHの値に換算した。

高カリウム液やカイニン酸を含む液で水平細胞を脱分極させると、細胞外表面は0.1-0.2pH単位ほど酸性化した。酸性化の度合いは脱分極量に依存していた。2.水平細胞の膜電位変化に伴う細胞表面のpH変化をもたらすメカニズムの解明水平細胞膜表面を酸性化させる分子機構の一つとしてvesicular typeのH^+ pump(V-ATPase)の関与を検討した。V-ATPaseを選択的に阻害するBafilomycin A1(0.2μM)を投与すると脱分極誘起性の酸性化が抑制された。N-ethylmaleimide(NEM)でも同様の結果が得られた。他の可能性を示唆する結果は得られなかった。このことから水平細胞で膜電位依存的に細胞外のプロトンを増大させた主要な膜の分子機構はH^+ pumpであることが示唆された。感覚神経系において受容野周辺からの側抑制は受けた刺激の輪郭を際立たせ、像や物体の形の認識の上で極めて重要なメカニズムである。視覚系ニューロンは網膜視細胞から外側膝状体のニューロンに至るまで円形で同心円状の受容野を持っている。側抑制によって受容野中心部と周辺部は拮抗した性質を持つ。網膜における側抑制はすでに視細胞レベルで観察されており、本平細胞が錐体視細胞の周辺受容野形成に関与しているという考え方は1970年代から多くの研究者が認めるところであった。本研究では申請者らが提唱している水平細胞の膜電位によってもたらされたシナプス間隙のpH変化によって錐体視細胞のカルシウム電流が修飾され受容野周辺部が形成されるという仮説を証明するために、網膜から単離した水平細胞を用いて、(1)水平細胞の膜電位変化が細胞の外側のpHを変化させるか、(2)そのpH変化は膜電位とどのような関係を持っているか、(3)pH変化はどのようなメカゴズムによってもたらされるのかなどの問題を解明するため実験を行った。(1)網膜から単離した水平細胞に、細胞の外側から膜非透過性pH感受性色素を吸着させた後、水平細胞を脱分極させると、脱分極の程度に応じて細胞の外側が酸性化することを光学的に確認した。(2)このpH変化はVesicular typeATPaseの特異的な阻害剤であるBafilomycin A1により可逆的に阻害された。(3)単離水平細胞の膜にはVesicular typeATPaseの存在することが免疫組織化学的な方法によって証明できた。以上の結果から、水平細胞のV/ATPaseが働いて脱分極に伴うプロトンの放出を起こし、それが錐体視細胞のシナプス前終末のカルシウム電流を制御し、ひいては伝達物質の放出量を制御することによって周辺拮抗型の受容野の形成、すなわち側抑制が引き起こされると結論した。今回の研究によって、網膜が受容した像のコントラスト抽出の機構を明らかにすることが出来た。本研究結果は平成19年12月英国生理学会発行のJournal of Physiologyに掲載された。