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アキレス腱障害患者特有の捻れ構造と力学的特性の解明～予防法の開発に向けて～

アキレス腱(以下,AT)障害は,再発率が高く,有効な予防法が確立されていないことが問題視されている.その原因として,発生メカニズムが解明されていないことが挙げられる.我々は一連の先行研究で,大規模な解剖学的検討にてATの捻れ構造を明らかにした.更に,ATを3次元的に再構築し,シミュレーションを用いることで,捻れ構造がAT障害発生メカニズムに関与していることを明らかにした.しかし,捻れ構造は先天的な不可逆的要素であり,障害の予防的介入に繋がらない.そこで我々は,可逆的要素である「力学的特性」に着目した.アキレス腱(以下,AT)障害は,再発率が高く,有効な予防法が確立されていないことが問題視されている.その原因として,発生メカニズムが解明されていないことが挙げられる.我々は一連の先行研究で,大規模な解剖学的検討にてATの捻れ構造を明らかにした.更に,ATを3次元的に再構築し,シミュレーションを用いることで,捻れ構造がAT障害発生メカニズムに関与していることを明らかにした.しかし,捻れ構造は先天的な不可逆的要素であり,障害の予防的介入に繋がらない.そこで我々は,可逆的要素である「力学的特性」に着目した.
理科教育における科学論的内容に関する教授・学習プログラムの開発と評価

本研究プロジェクトは,日本の理科教育に対応した科学論的内容に関する教授・学習プログラムを開発し,その有効性を実証的に解明するため,日本の中学生の"Nature of Science"に関する理解状況,欧米の理科教育における"Nature of Science"の内容構成の一端を解明した。また,科学論的内容の教授・学習プログラムの開発を含めた学習指導方法の確立にむけて展望した。近年の国際学力調査の結果から,日本の生徒は科学的知識などの理解度については高い数値を示しているが科学論的内容というべき"Nature of Science"についての理解が不十分であると指摘できる。こうした問題状況に対する解決策の一つとして,日本の理科カリキュラムに"Nature of Science"の内容を導入し,生徒たちに,こうした内容を直接的に教授することを挙げることができる。というのも,現在,欧米の国々の多くは,実際に,"Nature of Science"を内容として導入した理科カリキュラムが開発され,導入しているからである。このような国際的動向に鑑みると,日本も同様,理科カリキュラムに"Nature of Science"の内容を導入し,日本の生徒に教授することが有効であると考えられる。そこで本研究の目的は,日本の理科教育に科学論的内容に関する教授・学習プログラムを開発し、その有効性を実証的に解明することである。そのため、欧米の理科教育における"Nature of Science"の内容構成の解明,そして日本の理科教育における'Nature of Science"を導入したカリキュラム開発,さらには,"Nature of Science"の教授・学習プログラムの開発を含めた学習指導方法の確立などが必要となる。特に平成22年度は、以下の2点に取り組んだ。(1)米国・英国等における科学論的内容の教授・学習に関する基本的枠組みの解明(2)日本の小学生・中学生の科学論的内容に関する理解度調査・分析、及び問題点の把握近年の国際学力調査の結果から,日本の生徒は科学的知識などの理解度については高い数値を示しているが科学論的内容というべき"Nature of Science"についての理解が不十分であると指摘できる。こうした問題状況に対する解決策の一つとして,日本の理科カリキュラムに"Nature of Scienceleの内容を導入し,生徒たちに,こうした内容を直接的に教授することを挙げることができる。そのため、欧米の理科教育における"Nature of Science"の内容構成の解明,そして日本の理科教育における"Nature of Science"を導入したカリキュラム開発,さらには,"Nature of Science"の教授・学習プログラムの開発を含めた学習指導方法の確立などが必要となる。特に平成23年度は、以下の3点に取り組んだ。(1)米国・英国等における科学論的内容の教授・学習に関する基本的枠組みに関する研究発表(2)科学論的内容に関する教授・学習プログラム(プロトタイプ)の開発(3)教授・学習プログラムの実践および有効性・問題点の検証・分析開発した教授・学習プログラムは、さらに実践を重ね、信頼性および妥当性を向上させる予定である。
細菌感染によって生じる特異的燐酸化反応の解析

マウス腹腔マクロファージをin vitroで培養し、SalmonellaやMycobacterium bovis BCGを感染させると、細胞内のある特定な蛋白が速やかに多数リン酸化されることを見いだした。Salmonella感染特有なリン酸化蛋白を死菌やLPS(エンドトキシン)の投与や他の菌の感染に際して現れるそれらと比較、解析し、次のような事柄を明らかにした。1.Salmonella生菌感染ではこの菌の死菌やエンドトキシン(LPS)投与の際に認められる特有な多数のリン酸化蛋白の出現と共に、それとは異なる生菌感染に特異的な種類の蛋白質のリン酸化が認められる。特に分子量85kDa・72kDaの蛋白が、強いリン酸化を受ける。2.これらの蛋白リン酸化は、サイトカラシンD添加により、菌の貧食をかなり抑制しても、リン酸化は殆ど抑制されない。また、クロラムフェニコール及びナリジキシ酸により菌の増殖を止めると蛋白リン酸化が強く抑制さた。すなわち、貧食よりも細胞内での菌の増殖がリン酸化誘導の刺激となることが示された。3.これらのリン酸化蛋白はS.typhimuriumやS.enteritidis感染で現れるが、BCG,Legionella pneumophila,Staphylococcus aureus,Pseudomonas aeruginosa,Listeria monocytogenes感染の際現れるそれとは明らかに分子量が異なる。4.Mycobacte-rium intracellulare(MI)感染についても検討した。しかし、MIは遅延発育菌である為か、我々の行っている^<32>P標識リン酸化法で検出可能な反応時間内では、顕著なリン酸化の亢進は観察されない。5.LPS刺激で生じるリン酸化蛋白、特にpp65についてもアミノ酸配列を解析した。6.Salmonella感染やそのLPSで90kDaの蛋白(p90)のチロシン残基がリン酸化されるのを見出した。これは感染後1分以内に起こり、PMAなどの刺激では起こらないので、感染との関係が示唆される。マスウ腹腔マクロファージをin Vitroで培養し、Legionella pneumophila,SalmonllaあるいはMycobacterium bovis BCGを感染させると、細胞内のある特定な蛋白が速やかに多数リン酸化されることを見いだした。初年度はS.typhi-muriumを感染させた際の感染初期に起こる蛋白リン酸化反応について、詳細な研究を行なつた。無刺激のマクロファージにも常にある程度の細胞内蛋白リン酸化反応が観察される。S.typhimuriumの生菌を感染させようと、あるいは加熱死菌や紫外線照射死菌を投与しようと、菌体にはエンドトキシン(LPS)が含まれるので、LPS刺激に基づく際に出現するとおなじ多数のイン酸化蛋白が現れる。しかし、生菌感染の場合、死菌やLPS投与とは異なった感染特有な蛋白リン酸化反応が観察される。即ち、感染後30分6時間の間に85,72,35,30,23 kDaの蛋白の著しいリン酸化が起こった。これらの蛋白のうち、35,30,23 kDaのリン酸化蛋白は生菌自体にも含まれており、その多くは菌の代謝による蛋白と推定できる。感染細胞をTri-ton-X-100を含む溶液で溶解し、感染菌を含む画分と含まない画分とに分けると、85と72kDaのリン酸化蛋白は感染菌を含まない画分に認められ、これらのリン酸化蛋白がマクロファージ由来であることが明らかにされた。

これらのリン酸化蛋白は、Escherichia coli,L.pneumophila,Pseudomonas aeruginosa,Staphy-lococcus aureus,Listeria monocytogenesを感染させたのでは生じてこない。この研究は、LPSや死菌による刺激とは別に、Salmonella生菌感染特有な蛋白リン酸化反応が、マクロファージ内に起こることを明らかにした。1.サルモネラ生菌感染に特異的にマウス腹腔マクロファージ内で、数種の蛋白質のリン酸化が認められ、特に分子量85KDa・72KDaの蛋白が、強いリン酸化を受けることを明らかにした。(1),これらの蛋白リン酸化は、サイトカラシンD添加により、マイクロファージによる菌の貪食を抑制しても部分的に抑制されるのみで、菌の貪食そのものが刺激になるのではなく、貪食された後の菌が何らかの刺激を行うと考えられる。また、クロラムフェニコール及びナリジキシ酸により菌の増殖を止めると、蛋白リン酸化が強く抑制され、細胞内での菌の増殖がリン酸化を誘導する刺激となる可能性が示された。(2),各種キナーゼ阻害剤による、蛋白リン酸化に対する効果は、これらキナーゼ阻害剤の多くが菌の増殖に対しても及ぼす可能性が否定できず、現在解析されるに至っていない。(3),グラム陽性細胞内寄生菌であるMycobacterium intracellulare(MI)感染についても検討した。しかし、MIは遅延発育菌である為か、我々の行っている^<32>P標識マクロファージのリン酸化法で検出可能な反応時間内では、顕著なリン酸化の亢進は観察されない。(3),主要なリン酸化蛋白については、分離精製を試みているが、多量のアイソトープと生菌とを必要とし、一般的な方法では困難である。現在、分取型電気泳動装置を用いた分離法を検討中である。サルモネラLPS刺激で生じるリン酸化蛋白、特にpp65についてもアミノ酸配列を解析した。(2),サルモネラ感染やそのLPSで90KDaの蛋白(p90)のチロシン残基がリン酸化されるのを、見出した。これは感染後1分以内に起こり、PMAなどの刺激では起こらないので、感染との関係が示唆される。
第二言語における習熟度と、第二言語処理時の脳反応時間との関係性に関する探索的研究

本研究は日本人英語学習者の英語習熟過程を明らかにするため、行動指標である課題正答率と反応時間を計測し、さらにはfMRIを用いた脳機能計測実験によって脳機能データも収集し、英語習熟度との関係性を明らかにすることを目的とした。結果として、習熟度と行動指標との関係性については強い関係性は見られなかった一方、母語の言語理解速度は外国語の言語理解速度と相関が見られた。行動指標と脳活動との関係性については、統計的に脳活動データから言語理解時間が予測・推定できたことから、強い関係性があることが示された。今年度は、実験準備及び先行研究の調査を中心に行った。今年度は行動実験としてself-paced reading taskによる実験を行った。同時に、習熟度評価試験として、Minimal English Test(MET)を使用した。英文読解時間、及び事後の読解確認テストの正答率と、習熟度指標としてのMETスコアとの関係性につき、解析を進めている。上記に並行して、習熟度指標の見直しを含め、予備調査を行って検討しながら、英語課題に対する正答率・反応時間の計測方法についても、大規模データの収集のためのシステムを構築するために予備調査を実施した。行動実験の実施が進んでおり、収集できたデータに対する解析に着手できているが、習熟度指標及び大規模行動データ収集のための方法に関する検討を行っている点、及び脳機能画像法を用いた実験実施のための準備に遅れが生じている。本研究では、日本人にとっての外国語である英語習熟度と、英語処理時の行動指標等のデータとの関連性を、探索的に検証することが目的である。今年度は、その英語習熟度指標の見直しを行った上で、英語処理の行動実験の実施を進めてきた。また、大規模行動データ収集の方法も整備することができた。行動実験の方は進んでいるが、データ収集が予想よりも遅れたペースになっており、引き続き収集を行う必要がある。また、大規模行動データ収集の実施も必要である。遅れが生じていた部分に対し、事業期間の延長を申請し、研究を継続する予定である。得られた結果は以下のとおりである。行動指標である課題正答率と反応時間と、英語習熟度との関係性については、「主語」「述語」「目的語」の単純な構造の文についてのself-paced readingの手法により、反応時間と習熟度との関係性は、どの部分についても見られなかった。一方、述部においてのみ、母語である日本語と外国語である英語での反応時間について、相関関係が見られた。これらの結果より、習熟度自体は反応時間には強い関係性は見られず、それよりも母語の言語理解速度が外国語の言語理解速度に関係する、つまりは、言語処理能力の個人差の方が習熟度よりも影響が強かった、ということが明らかになった。また、リスニング力とリーディング力との関係において、リスニングに関する習熟度がリーディングにおける文理解速度と有意な相関が見られた。この結果は、理解において時間的な制限があるリスニングにおける能力が、リーディング時の理解力にも関係があるという点で、音声入力と文字入力という異なるモダリティによる言語理解において、言語理解力自体は共通のシステムが存在することを示唆している。行動指標と脳反応との関係性については、fMRIによる言語理解実験を行った。fMRIによって文理解中の撮像を行った脳活動データから言語刺激理解時間を推定させた結果、推定された理解時間と実理解時間との間に有意な相関関係が見られた。これは、脳反応データと行動データとの間の関係が、数学的・統計学的に関係があることを意味しており、行動指標と脳反応との間に予測可能な関係が存在することが明らかになった。実験刺激の準備が進んでおり、2年目に実験実施が可能な状況に進むことができると考える。行動実験におけるデータ収集の継続、習熟度計測法の見直し、大規模データ収集方法の検討、及び脳機能画像法による実験の実施を行う予定である。データを収集でき次第、各データの相関関係について、解析を行う。遅れているデータ収集を引き続き行い、並行してデータ解析を行う。心理言語学準備が整い次第、実験を開始し、データが集まり次第随時解析も進める予定である。前々年度実施予定の実験準備・実施が遅れたため、全体的に計画が後ろに押している。データ収集が遅れ、次年度へデータ収集作業及びデータ解析作業が持ち越しとなってしまったため。実験準備を終え切らず、実験実施を2年目に行うため。習熟度評価法の検討、大規模データ収集方法の検討、予定していた行動実験の実施、及び脳機能画像法による実験の準備・実施のために使用する予定である。データ収集の実施、及びデータ解析の実施のために使用する。
神経筋伝達における筋弛緩薬とその代謝物との相互作用に関する研究

Vecuronium bromide(以下、ベクロニウム)は、生理的pH7.4では比較的不安定で、一部は体内で代謝を受け、3脱アセチル体を経て、最終的には3.17脱アセチル体(ORG7402)を生ずると考えられている。この7402自身が弱い筋弛緩作用を持っていることはよく知られているが、本研究では7402とベクロニウムとの相互作用およびネオスチグミンによるリバースに与える影響について検討した。その結果、7402はベクロニウムの筋弛緩作用に拮抗的に作用し、またネオスチグミンによるリバースの効果を低下させた。このために、7402の蓄積とともに同程度のブロックを作るのにより大量のベクロニウムが必要となり、またネオスチグミンによる筋収縮力の回復も悪くなると考えられる。また高濃度では、従来報告されているように7402自身筋弛緩作用を示す。このようなそれ自身が筋弛緩作用を持つ薬物による筋弛緩拮抗作用という一見逆説的な現象は、StephensonとGinsborgのいう弱い拮抗的阻害薬と強い拮抗的阻害薬の相互作用として説明できる。一方、ベクロニウムの人の体内での代謝については、まだ限られたデータしか得られていないが、当初、Savageらによって予想されたほど多くはないらしい。したがって、ORG7402が筋弛緩作用を示すほど蓄積される可能性は少なく、むしろベクロニウムの筋弛緩作用に対して拮抗的に働いている可能性が強い。人におけるベクロニウムとその代謝物の体内動態、およびそれらの相互作用についてはさらに今後の検討が必要である。
衛星観測と地上観測の統合利用による土地被覆の変動解析および予測

1.高波長分解能・高時間分解能の地上観測による、各種土地被覆の分光特性の把握昨年度、一昨年度に引き続き、各種土地被覆において分光特性(ハイパースペクトル分光放射計による)や天空・地表面状態(定点自動撮影カメラによる)の観測を、コンピュータ自動制御により毎日継続して実施した。観測は順調に実施され、本研究提案の分光指数GRVI (Green-Red Vegetation Index)を用いた植物季節検出アルゴリズムや土地被覆分類アルゴリズムの開発と検証に必要なデータを取得することができた。また、得られた地上データを用いてサブピクセルサイズの雲によるノイズについて検討した。その結果、従来多く用いられてきた分光指数(NDVI)では大きなノイズ成分が生じる一方で、それ以外の指数(特に近赤外・短波長赤外の波長域を利用したNDWIやLSWIなどの指数)ではほとんどノイズが生じないことがわかった。これは、適した分光指数を選択することで時系列情報を有効活用できることを示しており、本研究を遂行するうえで重要な知見である。2.分光指数の時系列変化情報を用いた土地被覆分類分光指数の時系列変化の特徴から各ピクセルの土地被覆を分類するアルゴリズムを構築し、2001年から2010年までの衛星観測データ(Terra MODIS、8日間コンポジット、大気補正済み)に適用した。対象範囲は日本である。現在、現場の踏査情報を用いた検証とアルゴリズム改良を進めている。1、衛星観測データを用いた土地被覆分類に適した分光指数を提案し、複数の地点(落葉広葉樹林、落葉針葉樹林、草地、水田)における分光反射特性の長期地上連続観測データを用いて、その有効性を確認した。本研究で提案する分光指数は、従来から土地被覆に多く使われてきた分光指数に比べて、地表面状態(植生、裸地、水、雪など)を容易に判別できた。そのため、提案した分光指数の季節変化を調べることにより、土地被覆タイプ(森林、草地、水田など)の判別精度の向上が期待できる。また、同一地点における地上観測データと衛星観測データの比較により、本研究の提案した分光指数が従来のものに比べて大気や雲によるノイズに強いことを明らかにした。2、提案した分光指数を用いて、時系列の衛星画像から日本全国の植物季節(展葉時期と紅葉時期)を観測する手法を開発した。植物季節は、気候変動の指標としてだけでなく、土地被覆を特徴づける情報としても重要である。地上観測データを用いて手法を検証したところ、本研究の手法により、米国NASAの配布している植物季節プロダクトよりも妥当な解を得ることができた。今後、これらの成果を活用した土地被覆分類手法を構築する予定である。また、これらの成果については、現在、学会誌への論文投稿準備中である。1.高波長分解能・高時間分解能の地上観測による、各種土地被覆の分光特性の把握リモートセンシングによる土地被覆分類アルゴリズムを高度化するためには、各種土地被覆が示す分光特性を、高い波長分解能、高い時間分解能で把握することが鍵となる。そこで、前年度に引き続き、各種土地被覆において群落上部の分光特性(ハイパースペクトル分光放射計による)や天空・地表面状態(定点自動撮影カメラによる)の観測を、自動制御により毎日実施した。得られたデータに基づき、昨年度提案した分光指数GRVI(Green-Red Vegetation Index)の時系列変化を活用した植物季節観測アルゴリズムおよび土地被覆分類アルゴリズムについて検討した。また、新たに中間赤外領域の分光特性に関しても地上観測を行い、中間赤外領域を用いた分光指数の土地被覆分類への有効性について検討した。2.衛星観測された地表面の分光特性の地上検証衛星観測による地表面の分光特性データには大気分子による散乱や雲被覆に起因するノイズが含まれているため、衛星リモートセンシングによる土地被覆分類を有効に行うためには、これらのノイズによる影響を把握しておく必要がある。そこで、地上観測された分光データを用いて、衛星センサMODISが観測した分光データを検証した。その結果、MODIS観測の分光指数NDVIは、日本では春と秋冬に地上観測値よりも系統的に大きな値を示し、これが衛星MODISによる土地被覆分類や植物季節観測の大きな誤差要因となっていることが明らかになった。一方で、MODIS観測の分光指数GRVIは、1年中、地上観測値とおおむね一致することが示された。

2.分光指数の時系列変化情報を用いた土地被覆分類分光指数の時系列変化の特徴から各ピクセルの土地被覆を分類するアルゴリズムを構築し、2001年から2010年までの衛星観測データ(Terra MODIS、8日間コンポジット、大気補正済み)に適用した。対象範囲は日本である。現在、現場の踏査情報を用いた検証とアルゴリズム改良を進めている。
哺乳動物個体レベルの突然変異検出系の開発

哺乳動物個体レベルで遺伝子突然変異を検出しうる系の開発を目指し、以下のごとき、微生物遺伝学的手法と、哺乳動物初期胚操作を組み合わせた実験を行なった。大腸菌supF遺伝子はトランスファ-RNAの構造遺伝子でありamber変異をサプレスするが、この遺伝子をプラスミドpBR322に組込みさらにこれをラムダファ-ジEMBL3に導入し多くの組換え体を得、これらの制限酵素地図を作成するとともに、試験管内パッケ-ジの効率の高いものを選択した。組換えファ-ジのsupF遺伝子に生じた突然変異は、適当な大腸菌指示菌(lacZam)を用いてプラ-クの色の変化として、容易に検出でき、さらに、変異部分の塩基配列も簡単に決定できる。実際、このファ-ジを、紫外線照射した大腸菌内で増殖させると、線量に依存して突然変異頻度が増加し、突然変異株の塩基配列を決定できた。上記組換えファ-ジDNAをマウス授精卵に導入し、ラムダに含まれるsupFをトランスジ-ンとして保有するマウス系統をサザン法により選択した。そのDNAを試験管内パッケ-ジすることにより、マウス細胞で生じたsupFの変化を大腸菌を用いて検出/定量することをこころみた。現在数系統のトランスジェニックマウスを作出し、それらより得たDNAにつき、パッケ-ジの効率や、塩基置換の頻度などに関して、解析を行なっている。哺乳動物個体における突然変異を能率よく検出し、それを分子レベルで解析するために、DNA塩基配列・機能ともに既知の外来遺伝子をマウスゲノムに組込み、このマウスを、作用機作が明らかにされている種々の変異原で処理して、組込まれた既知外来遺伝子中に誘発された変化を、分子レベルで解析するという実験系の開発を目指した。このような高精度のDNA分析には、動物個体内で生じたゲノムDNAの変化を性格に検出・定量する系が必要であるので、ラムダファージの試験管内パッケージングシステムを応用してファージに生じた変化を塩基配列レベルで解析することとした。ベクターとしてラムダファージEMBL3/4を用い、これに大腸菌のsupF遺伝子を組込み、多数の組換えDNAを作製した。supF遺伝子はその塩基配列が明らかにされており、またマウスでは発現しないので、マルチコピーとなってもマウスの個体発生には殆ど影響を与えないと考えられる。さらに以降のDNAシークエンス解析を容易ならしめるために、supF遺伝子は予めプラスミドpBR322に組み込んだ。数多くのラムダ組換え体のなかから、試験管内におけるパッケージングの効率、supF遺伝子の安定性等の諸性質について検討を加え、マウスに導入する複数の候補クローンを選択した。それらのうちの1つを、マウス受精卵に注入し、トランスジェニックマウスを作成する事を試みているが、未だ、ラムダファージゲノムを組み込んだ個体を得るにいたっていないので、注入実験を継続している。
プロテオミクスを用いた難治性消化器疾患の病態解明と新規診断・治療法の確立

プロテオミクスを用いて肝疾患や炎症性腸疾患患者血清中に多く存在する蛋白として、補体C4断片(C4-F)、キニノーゲン断片(Kini-F)、アポトーシス抑制因子(AIM)、ヒト好中球ペプチド(HNP)-1を同定した。血清C4-FはC型慢性肝炎の抗ウイルス効果と関連し、Kini-Fは非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の新しい診断マーカー候補であることを明らかにした。また、血清AIM値は慢性肝疾患の肝線維化と関連し、NAFLDの病態形成に寄与する可能性が示唆された。さらに、マウスモデルの検討で、HNP-1は潰瘍性大腸炎に加えて、NAFLDやアルコール性肝障害の病態進展因子であると考えられた。肝細胞癌に関連するバイオマーカー探索では、肝細胞癌患者血中に増加する蛋白としてアポトーシス抑制因子(AIM)を同定した。また、このAIMの上昇は背景肝の肝線維化と関連することを明らかにした。C型慢性肝炎インターフェロン治療難治例の治療効果予測マーカーの探索では、ペグインターフェロンとリバビリンにセリンプロテアーゼ阻害剤を併用すると、C型慢性肝炎に対する治療効果は高くなるが、その3剤併用療法でもウイルス消失が得られない患者が存在し、その治療効果予測法は十分明らかになっていないことに着目した。その解析過程でHCV蛋白と補体との関連を明らかにし、同定した蛋白が治療効果と関連する可能性があることを明らかにした。非アルコール性脂肪肝炎(NASH)のバイオマーカー探索と同定したタンパクの臨床的意義の解明では、プロテオーム解析から同定したキニノーゲン断片やヒト好中球ペプチド(HNP-1)は非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)もしくはNASHのバイオマーカー候補であることを明らかにした。また、同定したKininogen断片のELISA測定系を確立した。膵癌と自己免疫性膵炎患者血清を用いたバイオマーカー探索では、患者血清を用いたプロテオーム解析から、膵炎に関連する蛋白としてアポリポプロテインEやトランスサイレチンなどを同定した。炎症性腸疾患(潰瘍性大腸炎とクローン病)患者血清のプロテオーム解析では、潰瘍性大腸炎(UC)患者にHNP-1が増加していることを明らかにし、HNP-1の腸炎に及ぼす作用を明らかにした。また、フィブリノペプチドAがクローン病患者血中に増加することも明らかにした。このように、本研究では、プロテオーム解析法を用いて難治性消化器疾患と関連する蛋白をいくつか同定しており、今後、同定した蛋白の臨床的意義や病態との関連をさらに明らかにすることで、診断法や治療法の臨床応用を目指す。プロテオーム解析法を用いて難治性消化器疾患と関連する蛋白を同定し、臨床的意義や病態との関連を明らかにし、診断法や治療法の臨床応用を目指している。25年度は、アポトーシス抑制因子(AIM)、補体C4断片、ヒト好中球ペプチド(HNP-1)を中心に解析を進めた。肝生検を施行した慢性肝疾患と血清AIMとの関連を検討すると、血清AIM値は肝疾患の原因には依存しない肝線維化との関連があると考えられた。一方、自己免疫性肝疾患とは異なり、非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)においては、AIMはIgMや抗核抗体と関連した。肥満などのメタボリック症候群の病態において、AIMは免疫的機序を介したNAFLDの病態形成に関与する候補分子であり、AIMの制御がNAFLDの新しい治療法の創出に貢献できる可能性があると考えられた。また、HCV持続感染者血清中に増加している補体C4断片は、C型慢性肝炎患者の抗ウイルス効果と関連する可能性を見出した。一方、HNP-1トランスジェニックマウスにアルコール性肝障害を誘導すると、肝線維化と肝細胞アポトーシスが促進されたことから、HNP-1はアルコール性肝障害の増悪因子であることが示唆された。しかし、マウスの膵炎モデルでの解析では、HNP-1は膵炎の病態には関連しないと考えられた。さらに、血清AIMはクローン病で上昇し、潰瘍性大腸炎では上昇しないことを新規に見出した。以上のことから、本年度は、AIMは慢性肝疾患の肝線維化マーカーであるだけではなく、NAFLDの病態に深くかかわること、補体C4断片はC型慢性肝炎の抗ウイルス効果予測マーカー候補であること、HNP-1はNAFLDだけではなく、アルコール性肝障害の病態進展に寄与すること、AIMは炎症性腸疾患におけるクローン病と潰瘍性大腸炎の鑑別マーカー候補であること、を明らかにした。本研究では、プロテオーム解析法を用いて難治性消化器疾患と関連する蛋白を同定し、同定した蛋白の臨床的意義や病態との関連を明らかにすることで、診断法や治療法の臨床応用を目指す。

特に、24年度は、肝疾患と関連する蛋白としてアポトーシス抑制因子(AIM)、補体断片、ヒト好中球ペプチド(HNP-1)を中心に解析を進めた。肝生検を施行したC型慢性肝炎の血清AIM、レプチンおよびアディポネクチン濃度を測定し、肝生検所見との関連を検討した。肝線維化進行例(F2以上)は軽度例(F1以下)と比較して、血清AIM濃度は有意に高値で、AIMは肝線維化進行の独立した予測因子であった。一方、脂肪肝を認めるC型慢性肝炎症例ではレプチンは高く、アディポネクチンは低値であったが、AIMは差がなかった。また、HCV持続感染者の血清プロテオミクスで、補体C4の断片が血清中に増加していることを見出した。そこで、血清をアセトン沈降後、C4ポリクローナル抗体を用いてwestern blotを行うと、約17kDaのペプチドがHCV感染者血清中に多く存在し、HBV感染者や健常者血清中にはほとんど検出しなかった。さらに、抗ウイルス療法を施行したC型慢性肝炎患者の治療経過中の血清を解析すると、約17kDaのC4断片は著効患者では治療経過中に有意に減少するのに対し、無効患者では治療前と治療中で有意差はなかった。一方、HNP-1トランスジェニックマウスに肝線維化もしくは膵炎を誘導すると、肝線維化もしくは膵炎は増悪した。以上のことから、C型慢性肝炎ではAIMは肝線維化と密接に関連すること、HCV感染患者血清中に認められた約17kDaのC4断片は、インターフェロン治療効果と関連し、抗ウイルス治療時の新しい分子マーカーとなる可能性があること、HNP-1は肝線維化や膵炎の増悪に寄与する可能性があることを明らかにした。プロテオーム解析法を用いて難治性消化器疾患と関連する蛋白を同定し、同定した蛋白の臨床的意義や病態との関連を明らかにすることで、診断法や治療法の臨床応用を目指すことを目的としており、初年度である23年度は、病態と関連する候補蛋白をいくつか同定しており、臨床的意義も検討を開始しているため、区分(2)とした。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、プロテオーム解析法を用いて難治性消化器疾患と関連する蛋白を同定し、同定した蛋白の臨床的意義や病態との関連を明らかにすることで、診断法や治療法の臨床応用を目指している。24年度までに、C型慢性肝炎ではAIMは肝線維化と密接に関連すること、HCV感染患者血清中に認められた約17kDaのC4断片は、インターフェロン治療効果と関連し、抗ウイルス治療時の新しい分子マーカーとなる可能性があること、HNP-1は肝線維化や膵炎の増悪に寄与する可能性があることを明らかにした。炎症性腸疾患での解析が不十分ではあるが、肝疾患などを中心に、プロテオミクスで同定したタンパクの臨床的意義を検討し、病態との関連も明らかにしつつあり、区分(2)とした。特に、23年度は、肝疾患と関連する蛋白としてアボトーシス抑制因子(AIM)、補体断片:NAFLDと関連する蛋白としてキニノーゲン断片、ヒト好中球ペプチド(HNP-1)、膵炎と関連する蛋白としてアポリポプロテインE、トランスサイレチン、炎症性腸疾患と関連する蛋白としてHNP-1、フィブリノペプチドAなどを同定しており、24年度はこれらの蛋白を中心に解析を進める。
RNAの異常をモニターする細胞周期制御機構

多くの生物でRNAスプライシングに異常が生じると細胞周期のG2期に停止することが知られている。さらに、イントロンを分解する酵素が失活した場合もG2期からM期への進行に大きな障害が生じることも明らかにされている。しかし、どのような機構で細胞周期が停止しているのか明らかにされていなかった。そこで、分裂酵母を用い、RNAスプライシング変異株において細胞周期が停止しない変異株をスクリーニングし、数種類の変異株を得た。その原因遺伝子を同定したところ、カゼインキナーゼ2,wee1とrad24であった。BタイプサイクリンであるCdc13を過剰発現させても細胞周期を進行させることができた。すなわち、RNAスプライシングに異常が生じてもCdc2キナーゼが活性化されればG2期停止を解除させることができた。しかし、既知のDNA損傷のチェックポイント機能が失われてもRNAスプライシング変異株の細胞周期は停止したままであった。これはRNA転写後調節と細胞周期の連携が新しいチェックポイント機構により制御されている重要な手がかりであると考えられる。また、スプライシング異常によりCdc13タンパク質の量が低下していたことから、Cdc13タンパク質の量の調節がこの細胞周期制御機構の重要な制御機構になっていると考えられる。最近、RNAもDNAと同様に修復されることが明らかとなったが、RNAの異常と細胞周期の進行がどのようにして制御されているのかは全く未解明である。多くのRNAスプライシングの変異株が細胞周期のG2期に停止することが知られている。そこで、RNAスプライシング変異株において細胞周期が停止しない変異株をスクリーニングし、カゼインキナーゼ2,wee1とrad24変異を同定した。しかし、既知のDNA損傷のチェックポイント機能が失われても細胞周期は停止したままであった。
多波長観測で探る宇宙背景放射の起源

これまでの研究によると、天の川銀河の外から来るあらゆる光の足し合わせである宇宙背景放射には、可視光から近赤外線の波長域において通常の銀河では説明できない謎の放射成分が含まれる可能性が高い。本研究では、その起源を解明するために、宇宙背景放射の空間的なゆらぎを観測する方法と、宇宙背景放射によるガンマ線スペクトルの減衰を観測する方法を組み合わせる。前者はガンマ線バースト観測用の小型衛星計画HiZ-GUNDAMに搭載される可視光近赤外線望遠鏡による広い視野の観測により実現する。後者は様々な赤方偏移、様々なエネルギー帯域で観測されたガンマ線スペクトルと宇宙背景放射のモデルを比較することにより達成する。
ニコチンのEGFR発現促進作用が口腔癌のリンパ節転移に果たす役割

タバコの主要成分ニコチンは,喫煙により肺胞や口腔粘膜から吸収され,血中に移行する.血中のニコチンは中枢神経系のニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)に作用し,タバコの依存性に関与する.最近,ニコチンが乳癌細胞において上皮成長因子受容体(EGFR)を介して増殖・浸潤を促進している可能性があることが報告された.しかしニコチンが口腔癌に与える影響は不明である.そこで,ニコチンが口腔癌細胞のEGFRリン酸化とリンパ節転移に与える影響を検討した.ニコチンはnAChRを介してEGFRのリン酸化と核内移行を惹起し,口腔癌細胞のリンパ節転移を促進していた。口腔癌細胞HSC-2,HSC-3,OSC-19,OSC-20をニコチン存在下と非存在下で培養し,ニコチンが口腔癌細胞に与える影響について解析を行った.運動能,増殖能と遊走能はそれぞれWound healingアッセイとトリパンブルー法とBoyden chamber法を用いて測定した.EGFR発現はWestern blot法を用いて調べた.nAChR発現はReal time RT-PCR法を行い評価した.ニコチン添加群は,非添加群と比較してnAChRと運動能,増殖能,遊走能が促進し,EGFRが活性化していた.ヌードマウス可移植性ヒト口腔癌のリンパ節転移モデルの作製を行った.5週齢雄BALB/C系nu/nuヌードマウスの足蹠皮下に口腔癌細胞OSC-19を移植し,膝窩リンパ節への転移の有無を評価した.移植後は連日,ニコチンを腹腔内注射し,移植部の大きさを計測した.移植6週間後にマウスを屠殺し,移植部と膝窩リンパ節を摘出して,4%パラホルムアルデヒドで固定後,パラフィン包埋組織切片を作製した.ニコチン投与群の移植部腫瘍は対照群より増大しており,有意に多くの転移陽性リンパ節を認めた.タバコの主要成分ニコチンは,喫煙により肺胞や口腔粘膜から吸収され,血中に移行する.血中のニコチンは,中枢神経系のニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)に作用し,多幸感をもたらし,タバコの依存性に関与する.最近我々は,主に神経系のみに存在すると考えられていたnAChRが,乳癌細胞にも存在し転移を促進することを報告した(Guo J, Cancer Res, 2008).さらに我々は,口腔癌細胞において(1)ニコチンがEGFRのリン酸化を促進させること(2)ニコチンが運動能を上昇させること,を確認した(兒玉真一,岡山歯誌,2013).これらの知見より生じる疑問である,ニコチン-nAChR系が,EGFRの活性化を介して,癌の浸潤・転移を促進しているかという点について,口腔癌リンパ節転移動物モデルを用いてその解明を目指した.ヌードマウスの足底皮下に口腔癌細胞を移植しリンパ節転移動物モデルを作製した.リンパ節転移動物モデルにおいて,ニコチン投与によって腫瘍体積が増加し,リンパ節転移が促進された.ニコチンは口腔癌細胞の増殖能,遊走能,浸潤能を促進したが,nAChR阻害薬はその効果を抑制した.抗EGFR抗体は口腔癌細胞の増殖能,遊走能,浸潤能を抑制したが,ニコチンはその効果を解消した.ニコチン添加により口腔癌細胞のEGFR発現は減弱したが,リン酸化し核内移行した.ニコチンはEGFR下流のシグナル伝達因子を活性化したが,nAChRを阻害するとシグナル伝達因子は抑制された.申請時に立案した研究計画の80%程度は完了しており,概ね順調に進んでいると考えられる。ヒト口腔扁平上皮癌細胞株OSC-19,OSC-20,HSC-2,HSC-3の培養液にニコチン,nAChR非選択的阻害剤(メカミラミン塩酸塩),α7 nAChR選択的阻害剤(α-ブンガロトキシン),抗ヒトEGFRキメラ化モノクローナル抗体(Cetuximab)をそれぞれ添加し培養した.増殖能はトリパンブルー法,遊走能は創傷治癒アッセイ,浸潤能はマトリゲルを用いて測定した.EGFR発現および細胞内シグナル伝達経路はウエスタンブロット法で解析した.リン酸化EGFRの細胞内局在の検討は,ウエスタンブロット法と蛍光免疫染色を用いて解析した.5週齢雄BALB/C系nu/nuヌードマウスの足蹠皮下へOSC-19を移植後に,ニコチンとメカミラミン塩酸塩を腹腔内注射し,膝窩リンパ節への転移の有無を評価した.ニコチンはOSC-19,OSC-20,HSC-2,HSC-3の増殖能を促進した。ニコチンはOSC-19,HSC-3の増殖能,遊走能,浸潤能を促進したが,メカミラミン塩酸塩とα-ブンガロトキシンはその効果を抑制した.CetuximabはOSC-19,HSC-3の増殖能,遊走能,浸潤能を抑制したが,ニコチンはその効果を解消した.ニコチン添加によりOSC-19,HSC-3のEGFRはリン酸化し核内移行した.ニコチンはEGFR下流のシグナル伝達因子AKTを活性化したが,メカミラミン塩酸塩,α-ブンガロトキシンを作用させるとシグナル伝達は抑制された.

リンパ節転移動物モデルにおいて,ニコチンはOSC-19のリンパ節転移を増加させたが,メカミラミン塩酸塩は転移を抑制した.マウス足蹠皮下の腫瘍組織を免疫組織学的に検討すると,リン酸化EGFRの核内移行が抑制されていた.ニコチンはnAChRを介して,EGFRをリン酸化した.リン酸化EGFRは,細胞表面から核内移行し,口腔癌細胞の増殖能,運動能,遊走能,浸潤能を促進しリンパ節転移を促進していると考えられた.タバコの主要成分ニコチンは,喫煙により肺胞や口腔粘膜から吸収され,血中に移行する.血中のニコチンは中枢神経系のニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)に作用し,タバコの依存性に関与する.最近,ニコチンが乳癌細胞において上皮成長因子受容体(EGFR)を介して増殖・浸潤を促進している可能性があることが報告された.しかしニコチンが口腔癌に与える影響は不明である.そこで,ニコチンが口腔癌細胞のEGFRリン酸化とリンパ節転移に与える影響を検討した.ニコチンはnAChRを介してEGFRのリン酸化と核内移行を惹起し,口腔癌細胞のリンパ節転移を促進していた。26年度内に予定していた研究計画はほぼ予定通り遂行されている.口腔癌リンパ節転移動物モデルにおいて,ニコチン-nAChR系を阻害し,リンパ節転移の抑制効果を調べる.移植部と所属リンパ節の病理組織学的検討を行う.移植部におけるnAChRおよびEGFR発現を免疫組織化学的に評価する.リンパ節転移陽性率はH.E.染色と抗サイトケラチン抗体を用いた免疫染色を行い評価する.膝窩リンパ節と鼠径リンパ節への転移様相を解析する.移植部のリンパ管新生と血管新生をそれぞれ免疫組織化学的に評価する.口腔外科in vitroにおいては,ニコチン-nAChR系のシグナル伝達因子に対する阻害剤がEGFR発現に与える影響について検討する.nAChR阻害剤,Src阻害剤,MAPK阻害剤,PI3K阻害剤,Akt阻害剤を用いて,ニコチン-nAChR系のシグナル伝達因子を阻害する.EGFRおよびシグナル伝達因子の発現はWestern blot法を用いて調べる.口腔癌リンパ節転移モデルにおいては,移植部と所属リンパ節の病理組織学的検討を行う.nAChRおよびEGFR発現を免疫組織化学的に評価する.リンパ管新生は抗VEGFR-3抗体と抗LYVE-1抗体を用いて,血管新生は抗CD31抗体を用いて,それぞれ免疫組織化学的に評価する.
農業収入保険が酪農経営体のリスク外部化ツールとして機能するための条件に関する研究

収入保険が酪農経営体のリスク外部化ツールとして機能するためには、収入保険制度が保険としての機能を有していなければならない。そのためには第一に、保険の対象とする事故を、発生確率が十分に低いもののみに限定すること、第二に、発生確率を低くするような取り組みを、加入者に働きかけること、以上二つの方策が必要である。平成30年度は、上の二つの面で家畜保険が保険制度として成立している事例と考えられるデンマークの家畜保険制度を分析した。デンマークの制度は損害保険の面で、酪農家のリスクマネジメントツールとして機能している。そこで、酪農家の加入及び保険金受給の実態について、デンマークの酪農家の実態及び保険会社の実態を調査した。デンマーク国内において酪農家に乳牛死廃保険を提供している会社は4社存在する。これまで調査した、シェア最大の企業について、引き続き調査を実施した。従来の調査において、保険金支払い対象となる事故について、10日間に6頭の死廃事故がある場合に限定されていることが明らかになっていた。しかしその場合、6頭未満の事故に対しては全く支払われないため不公平が発生すると考えられること、また、デンマークにおける酪農飼養頭数規模の拡大に伴って、支払い対象となる事故発生確率が高くなると考えられること、以上のような点について、リスクマネジメントの点から明らかにする必要があった。これらについて、本年度改めて調査したところ、制度が大きく変更されていることが明らかになった。また、酪農家においても飼養頭数規模が平均的であっても、マイコプラズマの発生によって保険金支払いを受ける場合があるなど、支払実態についても明らかになった。これらの支払い実態については、シミュレーション分析によって裏付けをとることが可能となり、頭数規模の拡大によって、従来の家畜保険制度の前提が崩れていることが明らかになった。2018年度は、予定していたデンマーク酪農について、酪農家の調査と家畜保険シェア最大の企業に対して調査を実施することができた。家畜保険制度における支払条件の変更については、当初予想していなかった点ではあるが、家畜保険制度を理解するうえで重要であったといえる。つまり、ある時点では条件としては制度成立のための合理的なパラメータと思われていたものが、そうではなくなるということであり、酪農飼養頭数の増加によって、1頭あたり危険率は一定であっても、経営としての事故率は飼養頭数増加に伴い上昇するのである。そのため、保険金支払いの条件は常に妥当性をモニタリングする必要がある。デンマークにおける酪農家調査は、平均飼養頭数規模をやや超える酪農家と、平均規模を大きく越える、デンマークにおけるトップ40農場規模の経営実態を調査する機会を得た。これによって、今後のデンマーク酪農における家畜保険の改善方向を考察する機会を得たとともに、わが国の家畜共済(保険)の改善方向にも大きな示唆を得ることができた。調査結果は現在投稿準備中の論文に反映される予定である。2018年秋の、日本農業経営学会で報告し、その成果を報告論文として学会誌に投稿したが、内容を精査した学会誌編集委員会から、報告論文(紙幅は約6ページ)ではなく研究論文(紙幅は約20ページ弱)として投稿することをすすめられ、これに応じることとし、同時にデンマーク調査の結果も盛り込むこととした。以上のことを踏まえると、研究は概ね順調に進展していると判断される。2019年度の研究の第一は、2018年度の学会報告及びデンマークの調査内容を踏まえ、研究論文として学会誌に投稿することである。学会としては昨年秋に口頭で報告した日本農業経営学会を想定している。ここでわが国とデンマーク、韓国の家畜保険(共済)を比較することで、わが国家畜保険(共済)の特質を明らかにするとともに、デンマーク的な家畜保険が実現するための制度設計を試みる。今年度の調査研究としては、今年度から実施される収入保険について、加入申請の進展について調査する。2018年度にもすでに家畜共済組合への聞き取り調査を実施しており、加入状況はなかば予想通りではあるが、非常に低いことが明らかになっている。このことを踏まえ、主として調査協力が得られる共済組合の組合員に対して、収入保険に加入しない理由について調査を実施する予定である。その結果は、日本農業経済学会もしくは日本経営学会で報告する。現在の制度では、収入保険がいわばフローとしての農業収入を補償するものであり、家畜共済制度はストックとしての家畜資産を補償するものであるから、重複して加入することは可能である。しかし酪農家にとってはストックの保険である家畜共済がフローの補償的にも捕らえられている面があると考えられる。その実際を理論的実体的に明らかにし、制度の改善に対する提言をまとめることが今年度の最大の取り組み内容である。特に注目するのは、収入保険によって、死廃事故共済を受け取らない加入方式(1号除外)の酪農家が、収入保険にどのように対応するのか、という点である。収入保険の導入にともない従来の家畜共済が、明確に死廃共済と病傷共済に分けられ、農家も意識するようになったと考えられる。それが共済選択にどのように反映されているのかを明らかにする。

そこで、酪農家の加入及び保険金受給の実態について、デンマークの酪農家の実態及び保険会社の実態を調査した。デンマーク国内において酪農家に乳牛死廃保険を提供している会社は4社存在する。これまで調査した、シェア最大の企業について、引き続き調査を実施した。従来の調査において、保険金支払い対象となる事故について、10日間に6頭の死廃事故がある場合に限定されていることが明らかになっていた。しかしその場合、6頭未満の事故に対しては全く支払われないため不公平が発生すると考えられること、また、デンマークにおける酪農飼養頭数規模の拡大に伴って、支払い対象となる事故発生確率が高くなると考えられること、以上のような点について、リスクマネジメントの点から明らかにする必要があった。これらについて、本年度改めて調査したところ、制度が大きく変更されていることが明らかになった。また、酪農家においても飼養頭数規模が平均的であっても、マイコプラズマの発生によって保険金支払いを受ける場合があるなど、支払実態についても明らかになった。これらの支払い実態については、シミュレーション分析によって裏付けをとることが可能となり、頭数規模の拡大によって、従来の家畜保険制度の前提が崩れていることが明らかになった。2018年度は、予定していたデンマーク酪農について、酪農家の調査と家畜保険シェア最大の企業に対して調査を実施することができた。家畜保険制度における支払条件の変更については、当初予想していなかった点ではあるが、家畜保険制度を理解するうえで重要であったといえる。つまり、ある時点では条件としては制度成立のための合理的なパラメータと思われていたものが、そうではなくなるということであり、酪農飼養頭数の増加によって、1頭あたり危険率は一定であっても、経営としての事故率は飼養頭数増加に伴い上昇するのである。そのため、保険金支払いの条件は常に妥当性をモニタリングする必要がある。デンマークにおける酪農家調査は、平均飼養頭数規模をやや超える酪農家と、平均規模を大きく越える、デンマークにおけるトップ40農場規模の経営実態を調査する機会を得た。これによって、今後のデンマーク酪農における家畜保険の改善方向を考察する機会を得たとともに、わが国の家畜共済(保険)の改善方向にも大きな示唆を得ることができた。調査結果は現在投稿準備中の論文に反映される予定である。2018年秋の、日本農業経営学会で報告し、その成果を報告論文として学会誌に投稿したが、内容を精査した学会誌編集委員会から、報告論文(紙幅は約6ページ)ではなく研究論文(紙幅は約20ページ弱)として投稿することをすすめられ、これに応じることとし、同時にデンマーク調査の結果も盛り込むこととした。以上のことを踏まえると、研究は概ね順調に進展していると判断される。2019年度の研究の第一は、2018年度の学会報告及びデンマークの調査内容を踏まえ、研究論文として学会誌に投稿することである。
アダプティブアレー信号処理による周波数共用

H30年度は,ブラインド型アダプティブアレーを用いた干渉抑圧方式の拡張を中心に,以下の検討を行った.(1)複数のセル(基地局がカバーする領域)が存在するMassive MIMOシステムにおいて,これまでに,多数のアンテナ自由度を活用し上記ユーザ間干渉/セル間干渉を同時に抑圧可能とする手法を提案した.本年度はその改良手法を検討した.まず,アンテナ素子数よりも少ないビームを形成する事前処理を適用した.これは,干渉抑圧への不要な自由度の消費を抑え,希望信号の利得を高める効果を得るものである.また本方式はブラインドアルゴリズムに定包絡線アルゴリズム(CMA)を用いていたが,これは振幅値が一定であるQPSKにのみ有効であり,16QAM以上の複数の振幅値を有する変調多値数への対応が必要であった.そこで適用するアルゴリズムの変更等を行い,16QAMにおいてもこれまで同様に高い干渉抑圧効果を実現した.(2) CMAや独立成分分析(ICA)の動作原理に立ち返り,これらの動作領域を拡張する検討を行った.CMAやICAは信号の非ガウス性に基づきウェイトの最適化を行う点で共通している.到来信号がいずれもQPSKなど同様の変調信号である場合,その統計的性質は似ていることから大きなレベルを持つ信号からその性質を抽出し,ウェイトの最適化に至ることが考えられる.そこで,意図的に信号の性質を改変する処理として時間領域シンボル拡散の適用を提案した.任意の拡散行列を送信する希望信号にのみ乗算し,受信側においては希望信号と干渉信号が畳された受信信号に対して逆拡散処理を施すことで干渉信号のみを拡散することが出来る.拡散処理は信号の性質をガウス分布へと近づけることから,希望/干渉信号のレベルに関わらず適切に希望信号のみを捕捉し,干渉を抑圧可能となる.シミュレーションにより,提案方式の基本的な有効性を確認した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,様々な電波干渉を克服し周波数共用を実現するための手法として,事前情報の不要なブラインド型アダプティブアレーを検討の対象とする.H29年度は以下の検討を行った.(1)まず干渉を効果的に抑圧するためのアレー信号処理・制御に関する基礎検討として,各種ブラインド型アルゴリズムの特性比較を行った.新たなアプローチとして,独立成分分析(ICA)の一種であるRobustICAと事前処理であるビームスペース法の併用が干渉抑圧性能および収束性ともに安定かつ優れていることを見出した.100素子規模のアンテナを有する基地局にて通信を行うマルチビームMassive MIMOシステムにおいて本手法が特に有効であることを明らかにした.(2)ブラインドアルゴリズムは受信信号を用いた最適化処理によりウェイトを導出するものであるが,これは初期状態に大きく依存する.そこで,多素子アンテナを備えるシステムにおいて,ブラインドアルゴリズムを安定的に動作させる初期値の与え方としてアンテナ選択という簡易な手法を提案し,その有効性を明らかにした.(3)ブラインドアルゴリズムの応用のひとつとして,同一システム内の干渉抑圧のための検討を行った.Massive MIMOシステムにおいて既知のパイロット信号を用いた伝搬路推定ではその干渉抑圧性能に制限があり,セル内のユーザ間干渉とセル間干渉ともに抑圧できない問題がある.これに対しブラインドアルゴリズムを適用することでMassive MIMOのアンテナ自由度を活用し上記の干渉を同時に抑圧可能とする手法を提案した.(4)これまでに検討してきた異なる無線通信システム間での周波数共用方式において,信号対雑音電力比(SNR)が低い状況において提案手法の動作を補償することを目的として,サブキャリアごとに変調多値数を可変とする手法を導入し,その効果を確認した.本年度では基礎検討を中心に行った.(1)これまでブラインドによる干渉抑圧手法として定包絡線アルゴリズム(CMA)が有効な手段であったが,16QAM以上の多値信号にはその性能が低下する傾向にあった.RobustICAは多値信号に対しても安定して優れた干渉抑圧効果が確認できており,さまざまな検討への応用が期待できる.(2, 3)加えて,ブラインド型アダプティブアレーは多素子アンテナ(Massive MIMO)との併用により新たな効果を生み出し得る点に着目し,研究成果を得ることができた.これらの成果は雑誌論文に投稿中である.H30年度は,ブラインド型アダプティブアレーを用いた干渉抑圧方式の拡張を中心に,以下の検討を行った.(1)複数のセル(基地局がカバーする領域)が存在するMassive MIMOシステムにおいて,これまでに,多数のアンテナ自由度を活用し上記ユーザ間干渉/セル間干渉を同時に抑圧可能とする手法を提案した.本年度はその改良手法を検討した.まず,アンテナ素子数よりも少ないビームを形成する事前処理を適用した.これは,干渉抑圧への不要な自由度の消費を抑え,希望信号の利得を高める効果を得るものである.また本方式はブラインドアルゴリズムに定包絡線アルゴリズム(CMA)を用いていたが,これは振幅値が一定であるQPSKにのみ有効であり,16QAM以上の複数の振幅値を有する変調多値数への対応が必要であった.そこで適用するアルゴリズムの変更等を行い,16QAMにおいてもこれまで同様に高い干渉抑圧効果を実現した.(2) CMAや独立成分分析(ICA)の動作原理に立ち返り,これらの動作領域を拡張する検討を行った.CMAやICAは信号の非ガウス性に基づきウェイトの最適化を行う点で共通している.到来信号がいずれもQPSKなど同様の変調信号である場合,その統計的性質は似ていることから大きなレベルを持つ信号からその性質を抽出し,ウェイトの最適化に至ることが考えられる.