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電顕組織化学による雄性生殖細胞の分化様式の検討

1幼弱および成獣マウスでのTEX101とアポトーシスとの関連幼弱マウス(生後1-12日)と成獣マウスの精巣において、TEX101蛋白免疫染色とTUNNELの2重染色を行った。その結果、マウス精巣では、両者が陽性に染まる細胞は認められなかった。アポトーシスから逃れた雄性生殖細胞がTEX101を発現している可能性が示唆された。2成獣マウス精巣でのTEX101蛋白とTEX101 mRNAの局在TEX101蛋白局在検出には免疫組織化学を用いて、TEX101 mRNA局在検出にはin situ hybridizationを用いて、成獣マウス精巣でのそれらの発現を詳細に検討した。その結果、TEX101 mRNAはspermatogoniaでは発現が認められず、spermatocyteとstep1-9 spermatidで発現が認められた。ところがstep10-16 spermatidやspermatozoonではmRNA発現は認められなかった。一方、TEX101蛋白はspermatogoniaでは発現が認められず、spermatocyteとstep1-9 spermatidで発現が認められ、さらにstep10-16 spermatidやspermatozoonでも発現が認められた。以上から、step10-16 spermatid以降の最終分化段階の雄性生殖細胞に認められるTEX101蛋白はde novoで、すなわちspermatid自身で新規に合成されているのではなくて、その分化段階以前に合成されたTEX101蛋白をそれぞれのspermatidが保持しているものと推察された。3成獣マウスの精巣上体・精管におけるTEX101蛋白の局在以上から、成獣マウスでは、精巣→精巣上体→精管へとspermatozoonが移動していく間に、徐々にTEX101蛋白を消失していくことが観察された。この現象は、精子細胞の受精能獲得(capacitation)と関連する可能性がある。本研究成績はヒト雄性生殖細胞の分化や受精能獲得機構などの解明を目指す研究への基盤成績となり得る。TEX101蛋白局在検出には免疫組織化学を用いて、TEX101 mRNA局在検出にはin situ hybridizationを用いて、成獣マウス精巣でのそれらの発現を詳細に検討した。2.種々の妊娠ステージにある胎仔マウス(胎齢5日から17日)と幼若期のマウス精巣を分離し、精巣各細胞におけるTEX101mRNAの局在様式をin situ hybridizationで検討した。その結果、胎性期マウズ精巣では雄性生殖細胞のうちProspermatogoniaにTEX101mRNAが発現しており、spermatogoniaには発現がない。Sertoli細胞やLeidig細胞にもmRNAは認められなかった。4.これら種々の発達段階でのTEX101の蛋白レベルでの発現を蛍光免疫組織化学で検討した。TEX101蛋白はSertoli細胞やLeidig細胞には認められない。胎生期の精巣のprospermatogoniaにTEX101蛋白は発現し、spermatogoniaでは発現が消失し、spermatocyte, spermatids, spermatozoaではTEX101蛋白が再び発現した。5.雄性生殖細胞は精子射出に際して、あるいは射精にそなえて精巣から精巣上体へと性管内を移行していく。男性(雄性)性管内でのこの生殖細胞移行・移動は雄性生殖細胞の受精能獲得に重要である。そこで、TEX101 mRNAとTEX101蛋白について、精巣内と精巣上体内での各生殖細胞毎の局在様式を解明中である。1.TEX101(Mouse Genome Informatics;MGI ID:1930791)発現とアポトーシスとの関連性を見るために、幼弱マウス(生後1-12日)と成獣マウスにおいて、TEX101蛋白とTUNNELの2重染色を行った。

その結果、両者が陽性に染まる細胞は認められなかった。アポトーシスから逃れた雄性生殖細胞がTEX101を発現している可能性が示唆された。2.成獣マウス精巣におけるTEX101蛋白とTEX101 mRNAの局在をそれぞれimmunohistochemistryとin situ hybridizationを用いて形態学的に詳細に検討した。その結果、TEX101 mRNAはspermatogoniaでは発現が認められず、spermatocyteとstep1-9 spermatidで発現が認められた。ところがstep10-16 spermatidやspermatozoonではmRNA発現は認められなかった。一方、TEX101蛋白はspermatogoniaでは発現が認められず、spermatocyteとstep1-9 spermatidで発現が認められ、さらにstep10-16 spermatidやspermatozoonでも発現が認められた。step10-16spermatid以降の最終分化段階以降の雄性生殖細胞に認められるTEX101蛋白はde novoで合成されているのではなくて、その分化段階以前に合成されたTEX101蛋白を保持しているものと理解された。4.以上から、成獣では、精巣から精巣上体へとspermatozoonが移動していく間に、徐々にTEX101蛋白を消失していくことが観察された。この現象は、精子細胞の受精能獲得(capacitation)と関連する可能性があり、今後の研究成果が期待される。
エピタキシャル強磁性2重トンネル接合におけるスピン依存共鳴トンネル効果

強磁性トンネル接合におけるトンネル磁気抵抗効果に代表されるスピン依存伝導現象の発見は、不揮発性メモリなどの新規スピントロニクスデバイスの発展に大きく寄与している。しかし、これらの素子は受動素子であるため、半導体トランジスタなどとの複合化が必須となっており、大容量化の弊害となっている。そのため、スピントロニクス素子自身にスイッチ機能、増幅機能といった機能性を付与し、能動素子化することが強く望まれている。本研究ではトンネル接合の能動素子化としてスピントランジスタの開発を目指すものである。当初の計画では超薄膜中間層を有する二重トンネル接合における共鳴トンネル効果の実現を目指したが、絶縁層上の超薄膜強磁性金属層の作製が技術的に非常に困難であるため、より簡易に同様の機能性付与が可能である、磁壁駆動型スピントランジスタの実現を試みた。具体的な素子構造としては、磁性細線上の一部にのみ上述のトンネル接合を配置した構造であり、細線中に流すスピン偏極電流によって誘起される磁壁の電流駆動により、トンネル接合の抵抗をスイッチすることが可能である。また、駆動部が金属細線であるのに対し、出力部がトンネル接合であるため、容易に電圧増幅を実現することも可能である。この構造は現在特許申請中である。初年度は、磁性細線中における磁壁の電流駆動のダイナミクスを明らかにする事を第1の目的として、Ni_<80>Fe_<10>合金(パーマロイ)細線を作製し、高周波電流に対する応答を調べた。通常の異方性磁気抵抗効果を用いたダイナミクス検出は非常に感度が低いため、スピントルクダイオード効果を用いた高出力検出法を確立した。この検出法により、種々の幅、形状を有するパーマロイ細線中の磁壁の運動を調べた結果、Vortex磁壁における高周波電流誘起の共鳴運動を観測することに成功した。また、このような共鳴状態にある磁壁は、より小さな外部磁場の印加でスイッチさせることが可能であることも明らかとなった。これらの成果は春に行われる、日本物理学会、応用物理学会にて発表する予定である。
飛行機の高精度な静的空力特性推定を可能にする飛行試験データ処理手法の研究

今年度の主たる成果は、複数の飛行試験で得られたデータから特定の区間抽出等を行わずにベイズ推定を用いて空気力学的知見を含んだモデルを推定したことと、静的とみなせる区間を抽出した上でクラスタ解析を実施して多峰性のあるデータ集合を単峰性のデータに分解することで、飛行試験で得られた空力特性データを得たことの2点である。一つ目の成果であるベイズ推定を用いたモデル推定は、これまで平滑区間の自動抽出を行ってから点推定していた空力特性推定に対して、空気力学的条件を広範囲に変化させた複数の飛行試験全体を同時に扱いながら圧縮性、粘性の変化の影響を含めたモデル化を実施するものであり、平滑区間抽出の工程を省略することを可能としつつ同時にデータのばらつきについての情報もモデル化することができた。成果を国際学会で口頭発表した。二つ目の成果であるクラスタ解析を用いた多峰性の除去では、飛行試験の平滑区間を抽出した上で点推定を行う際に、平滑と判断されたデータ区間に実際には含まれている多峰性をクラスタ解析を行うことで単峰性のクラスタに分解し、データ集合のばらつきを抵抗係数に換算して当初の0.00250.0040から0.00150.0020までほぼ半減することに成功した。成果を英文誌に投稿したが、研究期間内に査読が終了しなかった。本研究には「静的とみなせるデータの抽出」と「静的空力特性データのばらつきの抑制」という二つの課題が設定されているが、前者は前年度までに自動的に実施することを可能としており、二つ目の課題は後者を解決するものである。当初、2つの課題の成果を統合することで大域的かつ高精度の空気力学的モデルを生成することを想定していたが、統合する形で広域の空力モデルを推定するには至らなかった。本研究は静的空力特性を精度良く取得するために、課題1「静的とみなせるデータの抽出」と、課題2「静的空力特性データのばらつきの抑制」を行う。初年度として、なるべく理想的なデータで検討を進めるために、静的空力特性取得のために設計された経路を飛行する飛行試験を行った。すなわち、特定のマッハ数で特定の複数の高度を一定時間、条件を固定しつつ飛ぶことを繰り返すことで、高度によってレイノルズ数を変えつつ、時間の経過とともに減少する重量の変化で迎角変化を実現した。課題1に関しては、ウェーブレットを使用したフィルターバンクを適用することで、静的計測区間として想定した区間を抽出できることを実証するコンピュータプログラムを開発。研究チーム内で共用できるように整備した。課題2については、運動方程式の分析によって加速度がばらつきの主たる原因であることを解明し、抵抗係数のサンプルのばらつきを0.02から0.0030.005程度まで低減することができた。また、複数飛行ケース間にまたがる平均値のばらつきは0.001程度まで低減することができ、研究成果を飛行機シンポジウムで発表した。また、2分間の定常飛行中のデータに対して相関解析およびクラスタ分析を行うことで、データのばらつきが明確な多峰性を持つことを確認したが、この多峰性がどのような理由で生じているのかについての原因を特定するには至っていない。課題1については、ソフトウェアの整備に注力したため、静的データを確実に検出できることの確認が遅れる結果となった。ただし、ソフトウェアの整備が完了すると、確認自体は着実に行えると考えられるため、これによる全体計画の遅れの影響は軽微であると考える。課題2については、ばらつきを予定を超えて大きく低減することができ、またその成果を口頭発表した。ただ、多峰性については、相関解析による多峰性の視覚化はされているが、その原因を特定するには至っていない。飛行試験を実施し、昨年度および今年度の飛行試験データから静的な空力特性を推定するためのシステムを構築し、取得したすべての領域について大域的に空力特性を推定できるようにした。また、推定された空力特性の古典的不確かさを算出した。推定した空力特性は舵面等すべての変動要素を考慮したものではなく、また飛行試験中は完全に静的なデータを得ることはできない。すなわちデータは準静的である。準静的なデータにおいては変動成分はデータのばらつきとして現れるため、その特性を明らかにして変動成分を除去したい。そこで、変動成分に寄与の大きい要素を抽出するために、Scagnostics(Scatter Plot Diagnostics)及びクラスタリングを用いて主たる変動要素の抽出を行った。結果として、抵抗係数のばらつきを0.0015程度に抑制できるめどを得た。加えて、飛行試験データから準静的な区間を自動的に抽出するシステムを改善した。具体的には、これまでに開発した手法(ウェーブレットを使用して安定した領域を抽出する)に対して、抽出した区間に対して事前に与えたルールを適用すること及び近い特性を持つ区間を同じ種類の区間として認識するという2つの改善を施すことで、単に分割されるだけであった時系列データをいくつかの解析目的に適したデータに適切にラベリングすることを可能とした。ただし、目標のうちの「静的空力特性取得を目的として設計されていない飛行試験データを使用しながら、空力特性を推定する」ことまでは達成できなかった。研究分担者の人事異動があり、その影響で進捗が遅れた。そのため、静的空力特性を目的として設計されていない飛行試験データを使用しながら、空力特性を推定することで大域的な飛行試験データセットを作成することまでは達成できなかった。

本研究は静的空力特性を精度良く取得するために、課題1「静的とみなせるデータの抽出」と、課題2「静的空力特性データのばらつきの抑制」を行う。課題1に関しては、平成27年度に開発した、ウェーブレットを使用したフィルターバンクによって設定した条件に適合した連続区間を自動的に抽出する手法を用いて、複数の飛行試験結果を含む広範囲のデータから気圧高度、対気速度、角速度、飛行機の形態に設けた条件を満たす区間を自動的に抽出した上で、縦の空力特性、すなわち抵抗係数、揚力係数、ピッチングモーメント係数について空力特性算出を行い、手法の有効性を確認した上で日本航空宇宙学会第48期年会講演会にて口頭発表を行った。本発表は講演会の若手奨励賞を受賞した。この手法は特性推定のための古典的な処理手法に比べ効率よく、また高精度に空力特性を推定するために、全ての飛行データの変動に着目し、静的、動的特性推定のそれぞれに適した形に飛行データを選別加工する点に特色がある。また、課題2に関しては、事前に平滑区間として指定して抽出したデータをガウシアンプロセスを用いてモデル化することにより、揚力係数および抵抗係数を20カウント(=0.002)程度のばらつきで求められることを示し、第55回飛行機シンポジウムにて口頭発表した。飛行試験では舵角、エアデータ、姿勢角といった変数が同時に変化することから、特定の一つの変数だけを変化させて線形モデルを作るという地上試験の一般的な手法は使用できないため、ここではモデルの入力を迎角α[deg]、マッハ数、レイノルズ数とし、モデルの出力を抵抗あるいは揚力とするモデルをガウシアンプロセスを用いることで構築した。実験用航空機の故障によって飛行試験を予定通りに行うことが出来なかったことによるデータの不足に加え、研究代表者および研究分担者1名のその他の業務の多忙による研究推進の遅延の二つの理由により、当初計画通りの研究遂行が困難となったため研究が遅延しており、事業期間延長承認申請を行った。今年度の主たる成果は、複数の飛行試験で得られたデータから特定の区間抽出等を行わずにベイズ推定を用いて空気力学的知見を含んだモデルを推定したことと、静的とみなせる区間を抽出した上でクラスタ解析を実施して多峰性のあるデータ集合を単峰性のデータに分解することで、飛行試験で得られた空力特性データを得たことの2点である。一つ目の成果であるベイズ推定を用いたモデル推定は、これまで平滑区間の自動抽出を行ってから点推定していた空力特性推定に対して、空気力学的条件を広範囲に変化させた複数の飛行試験全体を同時に扱いながら圧縮性、粘性の変化の影響を含めたモデル化を実施するものであり、平滑区間抽出の工程を省略することを可能としつつ同時にデータのばらつきについての情報もモデル化することができた。成果を国際学会で口頭発表した。二つ目の成果であるクラスタ解析を用いた多峰性の除去では、飛行試験の平滑区間を抽出した上で点推定を行う際に、平滑と判断されたデータ区間に実際には含まれている多峰性をクラスタ解析を行うことで単峰性のクラスタに分解し、データ集合のばらつきを抵抗係数に換算して当初の0.00250.0040から0.00150.0020までほぼ半減することに成功した。成果を英文誌に投稿したが、研究期間内に査読が終了しなかった。
非線形結合振動子系の同期モードと時間遅れの影響に関する研究

本研究では、リミットサイクル振動子による結合振動子系における同期モードの共存、強制引き込み現象および結合の時間遅れの影響について、理論と実験の両面からのアプローチを推進した。主な研究対象を化学振動子のBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応とvan der Pol型発振回路とし、これらで構成される結合振動子系の周期解の存在性、安定性、共存に関する数学解析とシミュレーションに取り組んだ。また、解析結果を実証する実験データの取得も試みた。本研究では、結合したリミットサイクル振動子系の引き込み現象と時間遅れの影響の解析に向けて、写像度理論と位相縮約法を融合した新手法の確立を目的とする。主な研究対象は、BZ反応系とvan der Pol型方程式系である。結合振動子系のリミットサイクル多重存在問題においては、S1-degree theoryと位相縮約法を組み合わせてLimit cycleの振動数を区別する方法を、外部摂動による強制引き込み現象に対しては、Coincidence degree theoryと位相縮約法を組み合わせて解の安定性判別の手法をそれぞれ提示する。また、数学独自の視点から結合力の強さや時間遅れの大きさを調節できるような工夫を施した実験系を構築し、数学モデルの解析結果を実証する観測データの取得を目指す。初年度は次の2点に専念した。1.ポンプとチューブを用いて2つのBZ振動子を接続した反応系(2槽時間遅れ結合系)では、適当な結合強度のもとでチューブ長を長くする(すなわち時間遅れを大きくする)とリミットサイクルが分岐を起こし、同相と逆相の2つの同期モードが共存する。化学実験で取得したデータが示す現象を分類し、一方では数学モデル上のパラメータの適切な値を同定して数値解析を行って、両者を結果を照合することでモデルの妥当性について評価・検討を行った。2.2種類の触媒(セリウムとフェロイン)が作用するBZ反応において反応溶液が4色6段階に変化するリズム現象に対して、数学モデルを構築しHopf分岐の存在定理による理論的な証明は完了しており、目下、実験データと合わせて論文執筆の段階にある。本研究では、複数結合したリミットサイクル振動子系の引き込み現象と結合の時間遅れの影響の解析に向けて、数学理論と実験の両面からのアプローチを推進する。研究対象とする振動子は、主にベロウソフ・ジャボチンスキー(BZ)反応系とvan der Pol型方程式系である。数学解析では、写像度理論と位相縮約法を融合して、解の分岐・安定性解析の新手法の開発を目指す。今年度、結合振動子系のリミットサイクル多重存在問題においては、S1-degree theoryにより分岐で現れる解の個数を調べ、並列して位相縮約法を応用することで各解の安定性と振動数を区別する方法について研究した。また、外部摂動による強制引き込み現象に対しては、Coincidence degree theoryと位相縮約法を組み合わせて、摂動の強さと解の安定性を関係付ける手法の開発に取り組んだ。特に、反応速度が周期的に影響を受けるBZ反応系の解析で進展があった。一方、実験面からのアプローチで得られた主な成果は、次の2点である。(1)2種類の触媒(セリウムとフェロイン)が作用するBZ反応系において反応溶液の色が多段周期的に変化する現象について、従来ある2つの反応スキームを組み合わせたハイブリッドモデルを構築し、微分方程式系を導出しHopf分岐の存在定理を構築した。近日中に投稿予定である。(2)van der Pol型振動回路を3つ結合したシステムにおいて、結合強度の組み合わせを変化させながら実験を繰り返し、安定かつ相異なる振動数をもつ複数のリミットサイクルが共存し得ることを証明する観測結果が得られた。目下、数理モデルのシミュレーション結果と合わせて、論文執筆段階にある。今回の研究費により実験環境と計算機設備の充実を図ることができたため、実験面から研究アプローチが先行している状況にある。数学解析においては計画段階の予定よりも若干遅れはあるが、当該研究課題全体を見渡しての進捗状況としては概ね順調であると判断できる。特に、結合振動子系の複数のリミットサイクルの共存問題においては、S1-degree theoryにより分岐で現れる解の個数を調べ、並列的に位相縮約法を応用することで各解の安定性と振動数を区別する方法について研究する。今年度の進展を次の3つにまとめる:(1)3つのvan der Pol振動子による結合振動子系において、システムがS3対称性をもつ場合6個の安定なリミットサイクル(in-phaseが1個、2-in-phaseが3個、rotatingが2個)が共存することがモデリングと数値シミュレーションにより明らかになった。実験面でこれらを実証するデータは、S3対称系の2-in-phaseとrotatingの共存が取得済みであり、かつ現在使用している回路系ではin-phaseの観測は実現できないことが分かった。(2)(1)の結合振動子系でシステムが非対称な場合、倍周期のリミットサイクルのみ出現することがモデリングと数値シミュレーションにより明らかになったが、実験観測には成功していない。この原因として、周期倍化が起こるかどうかは、負性抵抗の電流電圧特性、また回路内に発生する電気ノイズに鋭敏に左右されることが分かった。

(3)周期的な外部摂動を受けるBZ反応系において、摂動が強いとき安定な周期解はその振動数に引き込まれ、摂動が弱いときは同じ振動数を持つ不安定な周期解が現れることが分かった。この証明には、Coincidence degree theoryとHopf分岐の方向性を調べるための中心多様体理論を応用した。(1)2種類の触媒(セリウムとフェロイン)が作用するBZ反応系において反応溶液の色が多段周期的に変化する現象について、従来ある2つの反応スキームを組み合わせたハイブリッドモデルを構築し、Hopf分岐の存在定理を構築した。この成果に関する論文が現在投稿、審査中である。(2)3つのvan der Pol振動子による結合振動子系おいて、システムの対称・非対称とリミットサイクルの個数の関係についての実験観測および数値解析の結果に関する論文を投稿し、現在審査中である。(3)目下、結合BZ振動子系において、結合項の時間遅れを分岐パラメータとしたリミットサイクルの分岐解析に着手している。当該研究課題全体を見渡しての進捗状況として、論文のアクセプトに未到達であるという点から、やや遅れていると判断する。本研究では、複数結合したリミットサイクル振動子系の引き込み現象と結合の時間遅れの影響の解析に向けて、数学理論と実験の両面からのアプローチを推進する。特に数学理論では写像度理論と位相縮約法を融合して、周期解の分岐・安定性解析の新手法の開発を目指す。今年度及び補助事業期間全体を通じて得られた研究成果は主に次の3点である:(1)3つのvan der Pol振動子による結合振動子系おいて、システムの対称性とリミットサイクルの個数の関係について数値解析および実験観測により研究した。前年度までに、システムがS3対称性をもつ場合、6個の安定なリミットサイクル(in-phaseが1個、2-in-phaseが3個、rotatingが2個)が共存可能である数学解析の結果を掴んでいたが、実験では2-in-phaseとrotatingの共存を示すデータは取得可能である一方で、同じ回路系を用いてin-phaseの観測は実現困難であることを先行研究と照らして分析した。また、システムが対称性を失うと複数のリミットサイクルの共存は起こらないことも判明した。当研究成果は論文にまとめ、専門誌に掲載された。(2)2種類の触媒(セリウムとフェロイン)が作用するBZ反応系において、反応溶液の色が多段周期的に変化する現象について、定量的な観測データと理論的な証明を合わせた論文が掲載に至った。従来ある2つの反応スキームを組み合わせたハイブリッドモデルを構築し、このモデルのHopf分岐の存在定理を構築することにより証明を完成した。(3)テンサイにおける代表的な伝染病はそう根病であり、病気の媒介者P.betaeの活動性は土壌水分、pH、温度に依存する。そこで、地温と降雨が病気の広がりに与える影響を分析するために、テンサイの成長と媒介者との相互作用を記述するODEモデルを拡張して解のダイナミクスを調べた。
樹木に対するエアロゾルの影響とその樹種間差異の解明

ブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの苗木に、ブラックカーボン粒子または硫酸アンモニウム粒子を暴露する手法を確立し、それぞれ2年間にわたる暴露実験を行った。いずれの樹種においても、成長や光合成能力に対するブラックカーボン粒子の影響は認められなかった。一方、硫酸アンモニウム粒子の暴露は、各樹種の成長に影響を及ぼさなかったが、スギの当年葉の光合成能力を増加させ、旧年葉のそれを低下させることが明らかになった。近年、東アジアにおけるエアロゾルなどによる越境大気汚染とその植物影響が懸念されている。しかしながら、エアロゾルが植物に及ぼす影響はまったく解明されていないため、東アジアにおける植物に対するエアロゾルの影響に関する現状評価や将来予測を行なえない状況である。したがって、植物に対するエアロゾルの影響を早急に明らかにする必要がある。そこで、平成2022年度においては、東アジアの代表的な樹種の成長、光合成などの生理機能、水分状態および栄養状態などに対するブラックカーボンの影響を実験的に解明することを目的とした。近年、東アジアにおけるエアロゾルによる越境大気汚染とその生態系影響が懸念されている。しかしながら、エアロゾルが植物に及ぼす影響はまったく解明されていない。このため、東アジアにおける植物に対するエアロゾルの影響に関する現状評価や将来予測を行なえない状況である。そこで、本研究においては、東アジアの代表的な樹種に対するエアロゾルの影響を実験的に解明することを目的とした。本研究においては、樹木生理生態学を専門とする研究者と微粒子工学分野の研究者が協力し、エアロゾル粒子発生器とエアロゾル曝露チャンバーを作成し、東アジアで極めて深刻な環境問題であるエアロゾルが樹木に及ぼす影響とその樹種間差異を解明するため、極めて重要性が高く、意義がある。平成20年度は、長期間にわたって樹木を育成でき、樹木にエアロゾル(ブラックカーボン)を曝露することができるエアロゾル粒子発生器とエアロゾル曝露チャンバーを設計し、作成した。粒子径が数百ナノメータであるカーボン粒子を気中に発生させることを目的とし、新たなエアロゾル粒子発生器の設計を行った。開発したエアロゾル粒子発生器においては、一次粒子径が数十ナノメータのカーボン粒子を用いた水溶性懸濁液を液滴化し、気中へ分散させる方式を採用した。その結果、気中で水が蒸発した後に凝集体(二次粒子)となるカーボン粒子が樹木の葉に沈着した。また、東アジアの代表的樹種(スギ,カラマツ,ブナ,スダジイなど)の生理生化学的機能、水分状態および栄養状態の評価方法を検討し、確立した。2009年5月8日に、鹿沼土を詰めた2Lポットにブナ、スダジイ、スギ、カラマツの苗木を1個体ずつ移植した。2009年6月1日に、各樹種の苗木をエアロゾル曝露チャンバー内に配置し、育成した。ブラックカーボン曝露を行わないコントロール区とブラックカーボン曝露を行うブラックカーボン曝露区を設定した。樹木へのブラックカーボンの曝露は、2009年6月13日から開始し、2日に1回、8:009:00の間に、静電噴霧法(10分間)と超音波噴霧法(5分間)で行なった。8月と10月に採取した葉の表面におけるブラックカーボン粒子の沈着状態を観察した結果、4樹種の葉表面にブラックカーボン粒子の沈着が確認できた。いずれの樹種においても、12月における個体乾重量に対するブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかった。8月においては、いずれの樹種においても、光飽和条件下における純光合成速度、蒸散速度、水蒸気気孔拡散コンダクタンスおよび葉温に対するブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかった。10月においては、ブナ、スダジイおよびアカマツの純光合成速度にブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかったが、比較的弱光条件下におけるカラマツの純光合成速度がブラックカーボン曝露によって有意に低下した。以上のように、一成長期にわたるブラックカーボン曝露は、4樹種の個体乾物成長や葉のガス交換速度などに著しい影響を及ぼさないことが明らかになった。なお、ブラックカーボンの曝露実験は、平成22年度においても継続する予定である。東アジアの森林樹種に対するエアロゾルの影響とその樹種間差異を解明することを目的として、ブナ(Fagus crenata,3年生)、スダジイ(Castanopsis sieboldii,2年生)、スギ(Cryptomeria japonica,1年生)およびカラマツ(Larix kaempferi,1年生)の苗木に対するブラックカーボンの影響に関する実験的研究を行った。葉の表面におけるブラックカーボンの沈着状態を電界放出形走査電子顕微鏡で観察した結果、すべての樹種の葉表面に暴露由来のブラックカーボンの沈着が確認できた。

2010年8月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの光飽和条件下における純光合成速度、葉温および光-光合成曲線の初期勾配として表される光合成の光利用効率にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。また、2010年8月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの葉の光化学系IIの最大量子収率(F_v/F_m)およびブナとスジイの葉の分光特性に対するブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。2010年11月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの個体乾重量にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。2009年6月1日から2010年11月1日までの樹高の増加量と根元幹直径の増加量にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。これらの結果から、2成長期間にわたるサブミクロンサイズのブラックカーボン暴露は、ブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの成長や光合成などの生理機能などに影響を及ぼさないことが明らかになった。アジア大陸から越境輸送されるエアロゾル粒子が植物に及ぼす影響を明らかにするためには、平均粒子径が数百nm(サブミクロン)のエアロゾル粒子を用いた実験的研究を行う必要がある。しかしながら、現在の所、サブミクロンサイズのエアロゾル粒子が植物に及ぼす影響に関する研究は極めて限られており、植物の成長や生理機能などに対する長期的な影響は明らかにされていない。そこで、本研究では、ブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの苗木に対するサブミクロンサイズの硫酸アンモニウム粒子の影響とその樹種間差異を解明することを目的とした。2011年4月に、鹿沼土を詰めた容量2Lのポットに1個体ずつ各樹種の苗木を植栽した。6月1日に、各樹種の苗木をエアロゾル暴露チャンバー内に配置し、硫酸アンモニウム粒子の暴露を行わない対照区と硫酸アンモニウム粒子の暴露を行う硫酸アンモニウム暴露区で育成した。樹木への硫酸アンモニウム粒子の暴露は、2011年6月3日10月27日において、1日1回(30分間/日)、超音波力型粒子発生装置を用いた噴霧乾燥法によって行った。2011年10月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの個体乾重量、樹高および根元幹直径に対する硫酸アンモニウム粒子の有意な影響は認められなかった。2011年710月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの葉の光飽和条件下における純光合成速度、蒸散速度、水蒸気気孔拡散コンダクタンスおよび水蒸気飽差の上昇に対するgsの応答に対する硫酸アンモニウム粒子の有意な影響は認められなかった。スダジイの葉のエピクチクラワックス量は、硫酸アンモニウム粒子の暴露によって有意に低下した。スギの葉内硫酸イオン濃度は硫酸アンモニウム粒子の暴露によって有意に増加した。さらに、スギの葉内では全遊離アミノ酸濃度が硫酸アンモニウム粒子の暴露によって有意に増加した。現在の所、アジア大陸から越境輸送されるサブミクロンサイズのエアロゾル粒子が植物の成長や生理機能などに対する長期的な影響は明らかにされていない。
グロボ系スフィンゴ糖脂質のＬＰＳ受容体への特異的結合による生体防御機構

LPSで誘導されるスフィンゴ糖脂質の生体防御機能と作用機構を解析した。とくに細胞膜におけるグロボ系糖脂質のLPSによる細胞障害に対する抑制機能につき、LPS受容体とGb4の結合特異性と相互作用を解析し新規の糖脂質機能の解明をめざした。Gb4のTLR-4/MD2への特異的結合と、LPSシグナルの抑制作用が示された。また、Gb4の中で、飽和脂肪酸含有セラミドから成る分子のみがTLR-4/MD2に結合したことから、免疫細胞染色や膜分子の分画の結果と共に、その結合が脂質ラフトで起こることが示唆された。LPS注入マウスへのGb4の投与でエンドトキシンショックの軽減が見られ、治療応用の可能性が示された。グロボ系糖脂質の中で、Gb4のみがLPS受容体であるTLR4-MD-2複合体に結合することを、免疫共沈降及びNative-PAGE等によって示してきたが、さらに、MD2-FLAG-Hisx6-tagタンパク質と共に沈降する糖脂質分子の分子構造につき、脂質ドメイン(長さと飽和度)に焦点をおいて解析した。沈降物を用いて、Orbitrap MS解析を行った結果、d18:1のスフィンゴシンに加えて、C16:0及びC24:0の飽和型の脂肪酸を含有するセラミドのみが、複合体に結合することが判明した。このことは、Gb4とTLR4-MD-2複合体の結合が脂質ラフトにおいてのみ起こっていることを示した、免疫蛍光細胞染色の観察結果とよく一致するものであった。最終的に、グロボ系糖脂質(Gb4)が実際のグラム陰性桿菌の重症感染時のエンドトシンショックに対する有効な治療法になりうるかを検討するために、D-GlcNAc前投与によるLPS重症傷害状態のマウスに、Gb4を投与して、その治療効果を検討した。その結果、LPS投与後4時間の時点で、Gb4の投与を行った時に、無処置マウスではほとんど死亡したのに比べて、約50%の生存が確認された。血中LDH値も、前者で0.35前後(OD490)だったところが、後者では約0.1に低下した。病理組織所見の比較検討においては、無処置では肺と肝臓に細胞浸潤が見られ、とくに肝臓で広範で著明な出血壊死が惹起されたのに比べて、Gb4注入マウスでは軽微な壊死所見のみを認め、大部分は原型を留めていた。よって、エンドトキシンショックの治療方策としてGb4投与が有効であることが示された。総じて、中性糖脂質の内因性リガンドとして、TLR4-MD-2が初めて同定されると同時に、その臨床応用の可能性が示された。A4GALTにより合成されるグロボ系糖脂質の中、Gb4がリポ多糖(LPS)受容体であるTLR4-MD-2複合体に特異的に結合して、LPSのTLR4-MD-2複合体への結合を阻害することを示した。MD2-FLAG-Hisx6-tagの発現ベクターを血管内皮細胞に導入後、抗His-tag抗体による免疫沈降物の質量分析(MS)の結果、Gb4のみが有意に沈降し、Gb3やLacCerは沈降しないことが示された。そこで、脂質構造に焦点化してMS解析を行い、スフィンゴシンと飽和型脂肪酸(C-16、C-24)から成るセラミド含有糖脂質のみが検出された。そこで、血管内皮細胞をLPSで刺激した時の、TLR-4-MD-2及びGb4の細胞内局在を免疫細胞染色により検討したところ、10-15分をピークにGb4とMD2の膜近辺での共局在が観察された。さらに、同様のLPS刺激化の血管内皮細胞のTriton-100抽出液をシュクロース比重超遠心法により分画して、TLR-4の細胞内局在を検討し、刺激前には非ラフト画分に局在したTLR-4が、15分後には一部がラフト画分に移動することが分かった。よって、LPSがラフトの外側で受容体に結合した後、脂質ラフトに移行する過程でLPSがGb4に置換されることが示唆された。その仮説は、Gb4とTLR4-MD-2の親和性がLPSのそれに比して低い点で難点があるが、糖脂質のクラスター効果が存在することが示唆される。Gb4の作用機構の詳細を明らかにするために、抗Gb4抗体を用いたEMARS法によってGb4結合分子の同定を企図した。しかし、これまで用いてきた抗体はヒトIgM抗体であり、使用法に難点があったので、B3GnT-5遺伝子欠損マウスを卵巣癌抽出液で免疫して、IgG型抗Gb4抗体モノクローナル抗体の樹立に成功した。

グロボ系糖脂質の、LPS毒性の抑制およびLPS刺激によるシグナルの制御機能を解析するために、グロボ系糖脂質を欠損するGb3/CD77合成酵素(A4galt)のKOマウスおよびそれらに由来する血管内皮初代培養細胞を用いた検討を行った。とくに、LPS受容体、TLR4-MD-2複合体に対するグロボシドの結合特異性について検討を行い、A4galt欠損マウスと野生型マウス間の、LPSへの感受性の差異のメカニズムを明らかにした。具体的には、LPS刺激に対する生体反応でのグロボ系糖脂質の役割を解析するために、グロボ系糖脂質欠損A4galのKOマウス由来血管内皮初代培養細胞を用いて、LPS刺激時のシグナル変化と遺伝子発現を比較検討した。その結果、iNOS、TNAa、IL-6、NO等の発現レベルが亢進することが判明した。さらに、血管内皮初代培養細胞へGb3合成酵素遺伝子の再導入時に、反応性の回復が確認された。また、LPS注入マウスのLPS感受性を、A4galt欠損マウスと野生型で比較し、KOマウスでの感受性亢進を認めた。次に、糖脂質のLPS受容体複合体への結合の検討のため、初代培養血管内皮細胞の糖鎖改変によるLPSの結合実験とTLR-4/MD2に対する糖脂質の結合実験を行った。そのために、His-MD-2と糖脂質の複合体の共沈降、およびNative-PAGEを行った。さらに種々の糖脂質を用いた結合阻害を行い、結合特異性を明らかにした。これらの結果をふまえて、TLR-4/MD2に対する糖脂質の結合機構を明らかにするために、複合体のドッキングモデルを構築して、セラミド部分のみならずGb4の4糖部分がMD2の疎水性ギャップにはまり込んで結合することが示された。さらに、Gb4とTLR4-MD2複合体との細胞膜上での会合状態を、細胞免疫染色と超遠心による脂質ラフト分離により観察した。Gb3合成酵素遺伝子(A4galt)のノックアウトマウスのLPSに対する感受性の亢進を発見して以降、そのメカニズムの解析を進めることにより、今まで全く機能が分からなかったGb4の重要な役割を明らかすることができた。さらに、そのメカニズムとして、Gb4がLPS受容体であるTLR4-MD-2複合体に特異的に結合して、LPSの受容体への結合を阻害することも分かった。また、LPS投与によって惹起されるエンドトキシンショックに対する治療法として、Gb4が効果的に機能する可能性が確認できたことは、今後の研究展開に新たな方向を示すものといえる。これまで、周到な準備と予備実験が実施されてきており、多くの場合、基礎実験を繰り返すことなく、有意の実験結果を導くことが可能であった。また、レトロウイルス発現ベクターによるGb3合成酵素cDNAの導入や、複合体のドッキングモデル作成による解析、さらにnative PAGEに関しては、各々の領域の専門家の意見をもらい、時には協力を得ながら進めた結果、順調に進展することが可能となった。一方、これまで、努力目標としてきた、Gb4とTLR-MD2との複合体の結晶解析に関しては、結合力の弱さが主な原因となって、結晶の作成がやや遅れているのが現状である。糖鎖を含めたグロボ系糖脂質分子とTLR4-MD-2との結合様式に関して、分子ドッキングモデルによる解析と、実際の分子複合体の形成に基づく結晶解析を行って、詳細な相互作用のメカニズムを明らかにしたい。さらにこれらの研究成果の発表のため、新しい論文の投稿を準備中である。おもに、活性化、病理組織変化などの比較検討を行い、KOマウスと野生型マウスにおけるLPS感受性の差異を、具体的な病理変化とMAPKファミリー、サイトカイン、転写因子等の発現解析により検討する。さらに、グロボ系糖脂質の脂質ドメイン(長さと飽和度)の影響について、比較解析を行う。
社会・実践者・研究者の真の協働による新しい科学教育研究の構想

本研究では,近年の日本学術会議「日本の計画(Japan Perspective)」や総合科学技術会議「科学技術関係人材の育成と活用について」などで求められている今後の新しい学術研究の方向性としての「社会のための科学」という新しい立場を採用しつつ,『日本科学教育学会』に所属する若手・中堅研究者をコア・メンバー(研究分担者24名,研究協力者10名から構成)として「社会・実践者・研究者の真の協働による新しい科学教育研究の構想」に関する共同研究の企画を行い,科学教育研究の学問領域群の中に,新しい領域を開拓するための準備に着手することを目的とした.平成17年9月に「社会・実践者・研究者の真の協働による新しい科学教育研究の構想」研究企画会議を実施した。そこでは,まず,当該研究領域に関する研究発表を行い,予備的議論を行った。次に,科学教育が協働すべき計9のパートナー(学校・教育委員会,科学者・エンジニア,社会教育施設,企業・産業界,一般市民,NPO/NPO,メディア・ジャーナリズム,国際協力事業団体,科学技術ボランティア)を想定し,各パートナーとどのような共同研究・教育実践活動が可能かについて,現在それぞれの連携研究を展開している分担者相互で探索的に議論した。また,会議後には,先の9つのパートナー別の研究グループを構成し,それぞれのグループによって,先行研究等に関する集中的な調査を行い,データベース化するとともに,それらを精選するなかで,約100件の関連主要文献リストを作成した。2006年には,オンラインの議論を集約し,本テーマに関する理論と実践方法論の枠組みを策定し,最終報告書としてWeb上で成果を公開する準備を終了した。
脳白質線維画像の統合による機能的脳治療システムの開発

脳の拡散テンソルMRIより生成した軸索画像に画像処理を行い頭部定位放射線治療計画機や手術ナビゲーションに統合した。弓状束への10Gyの定位照射は側頭葉部分では言語障害を引き起こすが前頭葉部分では引き起こさなかった。錐体路は20Gy、視放線は8Gy、弓状束の側頭葉側は8Gy、前頭葉側は20Gy以下となるように定位照射を行えば合併症は極めて低率に抑えられた。手術ナビゲーションへの統合では、電気刺激の強度と錐体路までの距離に一次的な相関が認められた。LINUXをオペレーティングシステムにもつハードウェアと、LINUX上で起動する画像解析ソフトウエアDr.Viewを設置し、脳の拡散テンソルMRIより生成した軸索画像に段階的に画像処理を加えたものを脳病変を治療するための定位放射線治療計画機や開頭手術のナビゲーションシステムに統合する画像処理を行うシステムを構築した。次いで、前頭葉ブローカ野と側頭葉ウェルニッケ野を結ぶ言語の連絡線維である弓状束の近傍病変に対して過去に定位放射線治療を行った症例12例を選別した。拡散テンソルMRIより弓状束の軸索画像を描出し、上記システムを用いて過去に行われた治療計画にこれを統合した。治療後の言語系合併症の発生との相関について検討した結果、側頭葉部分の弓状束線維に対しては10Gy照射することによって高率に障害が発生していたが、前頭葉部分への照射では障害の発生例は1例も存在していなかった。このように、言語の入力を司る側頭葉部分は放射線への耐容線量が低く、出力を司る前頭葉部分は耐容が高いという、耐容線量の部位特異性を検出しえた。その理由として、言語機能は複合的な大脳白質線維の連絡および機能的な統合により営まれており、線維の部位により機能が異なるためと考えられる。過去の研究で入力線維である視放線は耐容線量が8Gyと低く、出力線維である運動線維は20Gyと比較的高いことがわかっており、これらの事実とも合致する結果であった。また、副次的な研究結果として、治療計画に際して画像処理方法を工夫することによってより精密な治療が可能になることや、治療後の従来の画像診断方法に変わりより低侵襲であるMRIでの診断方法の有用性についても見出した。定位放射線治療を行った脳動静脈奇形の症例144例中のうち、特に損傷されると重篤な障害が発生し臨床上大きな問題となる白質線維である錐体路、視放線、および弓状束の3つの線維に近接している71例において、これらの線維を描出して定位放射線治療の計画装置に統合した。これまでの研究結果に基づき錐体路は20Gy、視放線は8Gy、弓状束は側頭葉側は8Gy、前頭葉側は20Gy以下となるように照射を行った。治療後の経過観察にて得られた臨床情報から合併症の出現の有無と出現した時期について追跡調査を行った。中央値23ヶ月の経過観察期間において、既存の感覚障害の悪化と一過性の麻痺を認めたが、後者はステロイド投与にて治癒を認めた。弓状束を統合して以降は言語障害が出現した症例はなかった。以上のように、定位放射線治療において白質線維画像を統合することにより、確実に合併症を予防できることが証明された。次に、この手法を応用して開頭手術に際して利用する術中ナビゲーション画像にも白質画像の統合を導入した。術中に白質を電気刺激することにより、統合された錐体路がそこに実際に存在していることが直接的に証明され、この手法の信頼性を確認することができた。これについては次年度にデータの蓄積を行う予定である。また、副次的な研究結果として、弓状束のさらに詳細な検討を行い、また錐体路に近接する視床の病変に対する定位放射線治療における白質画像の統合の有用性についても見出した。初年度に脳の拡散テンソルMRIより生成した軸索画像に段階的に画像処理を加えたものを脳病変の治療に統合する画像処理システムを構築し、前年度には軸索画像を手術中ナビゲーションシステムに統合するシステムを構築した。このシステムを脳腫瘍の患者17例に適用し、13例で錐体路を、4例では視放線を手術中ナビゲーションに統合した。錐体路近傍の腫瘍の患者では同時に術中に錐体路の電気刺激を併用し結果、画像システム上で錐体路との距離が5mmの位置においては画像上の錐体路を5mAにて電気刺激することで上下肢の筋電図が検出され、距離が10mmの位置では10mAの刺激で筋電図が検出された。すなわち、電気刺激の強度と距離に一次的な相関が認められ、この現象は錐体路との距離が20mm程度まで認められた。

なおかつ、画像システム上の錐体路を手術中に温存し得て電気刺激にて筋電図が温存されたものは術後に再現性を持って運動麻痺を生じず、システム上の錐体路がほぼ実際の錐体路を反映していることが証明された。また、錐体路近傍の脳動静脈奇形に対して定位放射線治療を行った52例において開発した統合システムを利用する前後の治療結果を比較検討した。その結果、システムを利用して意図的に錐体路の温存を意図した24例では、システム利用前の28例と比較して運動麻痺の合併症を優位に減少されることができたことが証明された。副次的な研究結果として、PET画像を術中ナビゲーションに統合することの有用性や多種類の画像を統合する際の最適な融合画像の選択、神経膠腫に対するより効果的な定位放射線治療の方式などについても見いだした。
脳計測に基づく擬人化エージェントの発話交替時の非言語表現設計論の確立

人と擬人化エージェントとの円滑な発話交替の設計には,(1)人の観察からの発話志向態度である「話したい/聞きたい」ときの顔表情と仕草のモデル化,(2)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現の作成と主観的評価,(3)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現時の人の脳活動計測,(4)評価結果,脳計測結果からのモデルの再作成が必要である.本研究は,(2)主観的評価に加えて,(3)脳計測を用いることにより,非言語表現モデルを評価するものである.さらに(4)主観的評価と脳計測による評価を繰り返すことで,より詳細な表現モデルの構築する.22年度では,擬人化エージェントによる発話志向態度である「話したい/聞きたい」を示す顔表現を探った.複数のさまざまな「話したい/聞きたい」を示す顔表現を持つエージェントキャラクタを作成した.アンケートによる主観的評価により,複数の顔表現の特徴を考察し「発話志向態度」を示す顔の表現モデルを構築した.作成した抽象的な発話志向態度のモデルと表現は,今後,機械による人の発話志向態度の認識,およびロボットや擬人化エージェントの表現などに幅広く応用可能である.さらに発話志向態度モデルの明示性/非明示性に着目し,語用論の観点から考察を行った.考察に基づき,脳計測実験のための実験デザインを作成した.今後,擬人化エージェントによる「話したい/聞きたい」の表現について脳計測データを収集し考察する.人と擬人化エージェントとの円滑な発話交替の設計には,(1)人の観察からの発話志向態度である「話したい/聞きたい」ときの顔表情と仕草のモデル化,(2)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現の作成と主観的評価,(3)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現時の人の脳活動計測,(4)評価結果,脳計測結果からのモデルの再作成が必要である.(1)は,複数人会話のビデオ観察による発話交替の分析,および発話交替の分類である.(2)は,発話交替時における擬人化エージェントの動作表現の作成と評価である.本研究は,(2)主観的評価に加えて,(3)脳計測を用いることにより,非言語表現モデルを評価するものである.さらに(4)主観的評価と脳計測による評価を繰り返すことで,より詳細な表現モデルの構築する.21年度では,上記(1)(2)について,擬人化エージェントによる発話志向態度である「話したい/聞きたい」の表現を作成した.アンケートによる主観的評価により,動作の特徴を考察し「発話志向態度モデル」を構築した.また,このモデルを用いた発話交替アバタをデザインし,仮想的な発話交替を再現させ,会話データおよび行動データを収集した.さらにデータの分析や考察を基に,動作の特徴を抽象的に表現することを試みた.作成した抽象的な発話志向態度の表現は,今後,機械による人の発話志向態度の認識,およびロボットや擬人化エージェントの表現などに幅広く応用可能である.今後,擬人化エージェントによる発話交替時の「話したい/聞きたい」の感情表現について基礎的な脳計測データを収集し考察する予定である.人と擬人化エージェントとの円滑な発話交替の設計には,(1)人の観察からの発話志向態度である「話したい/聞きたい」ときの顔表情と仕草のモデル化,(2)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現の作成と主観的評価,(3)エージェントの「話したい/聞きたい」の非言語表現時の人の脳活動計測,(4)評価結果,脳計測結果からのモデルの再作成が必要である.本研究は,(2)主観的評価に加えて,(3)脳計測を用いることにより,非言語表現モデルを評価するものである.さらに(4)主観的評価と脳計測による評価を繰り返すことで,より詳細な表現モデルの構築する.22年度では,擬人化エージェントによる発話志向態度である「話したい/聞きたい」を示す顔表現を探った.複数のさまざまな「話したい/聞きたい」を示す顔表現を持つエージェントキャラクタを作成した.アンケートによる主観的評価により,複数の顔表現の特徴を考察し「発話志向態度」を示す顔の表現モデルを構築した.作成した抽象的な発話志向態度のモデルと表現は,今後,機械による人の発話志向態度の認識,およびロボットや擬人化エージェントの表現などに幅広く応用可能である.さらに発話志向態度モデルの明示性/非明示性に着目し,語用論の観点から考察を行った.考察に基づき,脳計測実験のための実験デザインを作成した.今後,擬人化エージェントによる「話したい/聞きたい」の表現について脳計測データを収集し考察する.
気道上皮細胞由来の神経-効果器伝達阻害及び気道平滑筋過分極因子の薬理学的研究

気道上皮細胞を有する細気管支輪状標本にグアネシジン存在下に電気刺激(EFS)を加えるとれん縮様収縮(以下収縮)が発生する。この収縮は、アトロピンおよびフグ毒感受性を示し、その大きさは漸減現象を示し、5分間に一度の繰り返し刺激(20Hzでの10回刺激)を加えると約30分間で完全に消失する。インドメタシンはこの漸減現象の時間経過を延長するが完全には抑制しない。しかしインドメタシン存在下にlipoxygenase阻害剤(AA861)、あるいはロイコトリニン阻害剤を加えるとこの漸減現象は完全に消失した。そこで気道上皮細胞を培養し、その培養上清中に迷走神経-効果器伝達阻害因子が存在するか否かを検討した。気道上皮培養上清(以下培養上清)は、気道上皮細胞を剥離した細気管支輪状標本のEFSによる収縮反応を抑制した。培養上清による収縮抑制効果は培養上清により異なり、26例の培養上清のうち4例はEFSによる収縮反応を完全に抑制し、残りの22例では、部分的に抑制したにすぎなかった。培養上清による収縮抑制効果をさらに検討する目的で、【.encircled1.】気道上皮細胞を正常培養液、【.encircled2.】インドメタシン存在下、【.encircled3.】AA861存在以下および【.encircled4.】インドメタシン+AA861存在下で培養し、収縮抑制効果を観察するとその強さは【.encircled1.】>【.encircled3.】>【.encircled2.】>【.encircled4.】の順序であった。さらにこれらの培養上清に含まれるPGE_2をラジオイムノアッセイした。PGE_2は、各培養上清に5ng30ng/mlの濃度で含有され、PGE_2の含量が多い培養上清は、強い収縮効果を示し、この効果はインドメタシン存在下での培養により完全に消失した。我々はすでに外因性および内因性PGE_2が気管平滑筋組織において迷走神経効果器伝達の阻害因子であることを証明している。(Am.Rev.Respir.Dis.143:s6-s10)。したがって本実験により気道上皮細胞由来の迷走神経-効果器伝達の阻害因子もPGE_2であると結論できる。