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マルチエナジー法を用いた救急MDCTによる急性期脳梗塞CADシステムの開発

本研究は,我国における死亡率原因の第3位及び寝たきりになる原因の第1位の脳血管疾患を対象とし,近年問題視される脳梗塞を画像診断により支援する手法の開発を目的としている.急性期脳梗塞検出用X線CT撮影条件の再考,急性期脳梗塞を描出するための画像処理アルゴリズムの開発,急性期脳梗塞描出のための頭蓋骨の影響評価及びDual Energy画像の利用の検討から,X線CT検査では描出困難な急性期脳梗塞を早期に検出する可能性を明らかにした.本研究は,我国における死亡率原因の第3位及び寝たきりになる原因の第1位の脳血管疾患を対象とし,近年問題視される脳梗塞を画像診断により支援する手法の開発を目的としている.急性期脳梗塞検出用X線CT撮影条件の再考,急性期脳梗塞を描出するための画像処理アルゴリズムの開発,急性期脳梗塞描出のための頭蓋骨の影響評価及びDual Energy画像の利用の検討から,X線CT検査では描出困難な急性期脳梗塞を早期に検出する可能性を明らかにした.本研究は,我国における死亡率原因の第3位及び寝たきりになる原因の第1位の脳血管疾患を対象とし,近年問題視される脳梗塞を画像診断により支援する手法の開発を目的としている.我々は平成18年度より継続的に脳卒中画像診断支援の確立を目指し,疾患検出画像処理技術やX線CTによる描出能及び撮影条件評価を目的にファントム開発を行ってきた.本年度においては,1.急性期脳梗塞検出用X線CT撮影条件の再考,2.急性期脳梗塞を描出するための画像処理アルゴリズムの開発,3.脳卒中診断における本手法の小児領域への応用(可能性),4. Multi-energy法を用いた撮像パラメータの構築について主に検討を行った.1及び3において,急性期脳梗塞描出に必要なCTプロトコールと撮影線量が明らかになり,救急時におけるrt-PA使用による血栓溶解療法の適応判断がX線CTにて行える可能性を明らかにした.また,成人のみでなく,小児における脳梗塞等の低吸収領域における撮影条件を導き,本手法が患者全般に応用できることがわかった.2において,ボケマスク処理を応用した周波数強調処理を考案し,低吸収域の大幅なコントラスト改善を確認した.この画像を対象にモルフォロジカルフィルタとラベリング後の面積を特徴量とする一連のアルゴリズムを開発し,X線CTでは描出困難とされている急性期脳梗塞の検出に成功した.4において,135kV,80kVの異なるエネルギー撮影画像に係数を乗じ,合成画像の生成によるコントラスト維持及びノイズを減少させる手法を構築し,低吸収域のコントラストの上昇傾向を明らかにした.本研究では,わが国における死亡率原因の第3位である脳血管疾患を対象としている.昔から脳出血が多い国として有名であり,近年は食の欧米化や成人病が増加し脳梗塞が問題視されている.我々は脳卒中画像診断支援法の確立をめざし,疾患検出画像処理技術やX線CTによる描出能及び撮影条件評価を目的にファントム開発を平成16年度より継続的に行ってきた.平成22年度においては,科研費にて開発した脳卒中ファントム(特許出願済)による(1)急性期脳梗塞描出のための頭蓋骨の影響評価及びDual Energy画像の利用,(2)脳梗塞に対応した画像処理アルゴリズムの作成について主に研究を行った.(1)に関して脳卒中ファントムを用いた半導体検出器によるフォトン数の測定より,頭蓋骨による減弱率を算出し,約50%が骨による吸収で検出器まで到達しないことを明らかにした.同様に脳卒中ファントムを用いたX線CT臨床機においてのCTDIWの測定からも約50%の頭蓋骨による吸収を確認した.一般に,急性期脳梗塞等の低コントラスト領域に影響するNoise成分の要因として,検出器に入射するフォトン数の減少が考えられ,高管電圧の利用でフォトン数減少を防ぐ方法等を現在考案中である.また,異なるEnergy(管電圧)で撮像した2画像を用いて,係数を変化させた合成画像の取得から低コントラストの上昇を検討した.係数0.4と0.6の組合せの合成画像のシミュレーションにおいて,コントラスト上昇を確認した.この結果を受け,臨床機にての実験を計画中である.(2)に関して上記画像を対象に,モルフォロジカルフィルタとラベリング後の面積を特徴量とする処理を開発し,X線CT検査では描出困難な急性期脳梗塞を早期に検出する可能性を明らかにした.
応力による単分子接合物性の能動的制御および新規機能探索

本研究では、実験的に単分子接合に対して面直(Z)方向だけでなく面内(X)方向にも応力を加えながら単分子接合の構造を変調することで、単分子接合の電気伝導度を制御することを目的とした。単分子接合は走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて作製した。昨年度にSTM探針をX方向にも移動できるようにすることで単分子接合に多方向から応力を与えるシステムを構築した。今年度は、構築したシステムを用いて応力印加による単分子接合の電気伝導度の応答性を調べる研究を行った。実験では、金属との結合様式等が異なる分子を用いて、Z及びX方向にSTM探針を動かしながら電気伝導度を測定した。STM探針を500Hzの速度で周期的に振動させると、単分子接合の電気伝導度が変化した。電気伝導度の時間依存性について高速フーリエ変換(FFT)を行い、周波数との関係をヒストグラムとして表現した。ヒストグラムで現れている500Hzでのピークの高さは、応力印加時での伝導度の最大値と最小値の差に比例している。Z, X方向それぞれについて500Hzでのピークの高さと探針の振幅の関係から、伝導度の探針振動に対する応答性を求めた。分子の種類に関係なく、X方向よりZ方向に振動させた方が大きいことが分かった。続いて、探針の移動方向に対する、伝導度応答性の相対比を求めた。実際に、ビピリジン、ベンゼンジアミン単分子接合について伝導度応答性の相対比に有意な差が現れた。その結果は、金属との結合様式に応じて金属と分子間の界面構造変化の仕方が異なることを示唆している。昨年度に構築したシステムを用いて、金属との結合様式が異なる分子の電気伝導度の応答性を評価することを達成した。具体的には、金属と結合する部位の形状が違うビピリジンとベンゼンジアミンを用いると、電気伝導度の応答性に有意な差が現れている。学会発表については、国内会議2回、国際会議1回出席した。論文投稿についても、2件出版された。今後は、昨年度に構築したシステムの評価を進めるため、架橋させる分子の結合基の種類や分子骨格の形状を変えながら電気伝導度の応答性を比較する予定である。伝導度応答性が分子種によって差が現れるメカニズムを明らかにするため、単分子接合の電子状態を解析する方法を確立する予定である。具体的には、熱起電力測定システムを構築することを検討している。安定した分子接合を形成した状態で微小な電位差を観測するために外部ノイズを最小限に抑えるためにファラデーケージを導入する。また、電極間に温度差を与えるためにペルチェ素子をSTM装置に導入する。構築したシステムを用いて、単分子接合の熱起電力を測定し、同時に計測する電気伝導度・I-V特性と組み合わせることで単分子接合の電子構造解析法を開発する。単分子接合に対して面内方向に応力を加えると、単分子接合の構造の変化の仕方が面直方向に応力を加えた場合と異なるので、単分子接合の電気伝導度を含む電子物性も異なると予想される。従って、応力の印加方向による単分子接合の電子物性の応答性を比較することで単分子接合の電子物性の変化の機構を解明できると期待される。本研究では、実験的に単分子接合に対して面直方向だけでなく面内方向にも応力を加えながら単分子接合の構造を変調することで、単分子接合の電気伝導度を制御することを目的とした。STM探針を面内方向にも移動できるようにすることで単分子接合に多方向から応力を与えるシステムを構築した。STM探針の動きを制御することで、単分子接合に多方向から応力を与えた。実験では、単分子接合について面直方向だけでなく面内方向にもSTM探針を動かしながら電気伝導度測定を行った。架橋させる分子として、モデル分子として用いられるBDTを用いた。BDT単分子接合の形成が確認できたら、探針を面内方向へ500Hzの速度で振動させた。単分子接合の破断を防ぐため、探針の面内方向への振幅を金原子1個分と同程度である0.3nmに設定した。探針を面内方向へ振動すると、BDT単分子接合の電気伝導度が1秒間に500回周期的に変化していることが分かった。BDT単分子接合の電気伝導度が探針の面内方向への移動に対して応答していることが分かった。以上より、単分子接合に多方向から応力を与えるシステムを構築し、単分子接合の電気伝導度の応答性を調べることに成功した。単分子接合に多方向から応力を与えるシステムを構築し、単分子接合の電気伝導度が応力印加に対して応答していることを見出した。今後は現在使用しているBDT単分子接合について実験条件の最適化をするとともに、応力印加に対する単分子接合の電気伝導度の応答性が架橋する分子の種類による依存性を検討するつもりである。

実験では、金属との結合様式等が異なる分子を用いて、Z及びX方向にSTM探針を動かしながら電気伝導度を測定した。STM探針を500Hzの速度で周期的に振動させると、単分子接合の電気伝導度が変化した。電気伝導度の時間依存性について高速フーリエ変換(FFT)を行い、周波数との関係をヒストグラムとして表現した。ヒストグラムで現れている500Hzでのピークの高さは、応力印加時での伝導度の最大値と最小値の差に比例している。Z, X方向それぞれについて500Hzでのピークの高さと探針の振幅の関係から、伝導度の探針振動に対する応答性を求めた。分子の種類に関係なく、X方向よりZ方向に振動させた方が大きいことが分かった。続いて、探針の移動方向に対する、伝導度応答性の相対比を求めた。実際に、ビピリジン、ベンゼンジアミン単分子接合について伝導度応答性の相対比に有意な差が現れた。その結果は、金属との結合様式に応じて金属と分子間の界面構造変化の仕方が異なることを示唆している。昨年度に構築したシステムを用いて、金属との結合様式が異なる分子の電気伝導度の応答性を評価することを達成した。具体的には、金属と結合する部位の形状が違うビピリジンとベンゼンジアミンを用いると、電気伝導度の応答性に有意な差が現れている。学会発表については、国内会議2回、国際会議1回出席した。論文投稿についても、2件出版された。今後は、応力の印加方向及び分子の種類を変えて昨年度と同様の測定を行い、単分子接合の電気伝導度の応答性を比較することを考えている。熱起電力測定システムを構築する。安定した分子接合を形成した状態で微小な電位差を観測するために外部ノイズを最小限に抑えるためにファラデーケージを導入する。また、電極間に温度差を与えるためにペルチェ素子をSTM装置に導入する。構築したシステムを用いて、単分子接合の熱起電力を測定し、同時に計測する電気伝導度・I-V特性と組み合わせることで単分子接合の電子構造解析法を開発する。ベンゼンジチオールなどのモデル分子を用いて、計測システムの評価を行い、続いて1年目に計測した分子についても適用し、単分子接合の電子構造解析手法を確立する。今後は、昨年度に構築したシステムの評価を進めるため、架橋させる分子の結合基の種類や分子骨格の形状を変えながら電気伝導度の応答性を比較する予定である。伝導度応答性が分子種によって差が現れるメカニズムを明らかにするため、単分子接合の電子状態を解析する方法を確立する予定である。具体的には、熱起電力測定システムを構築することを検討している。
糸魚川-静岡構造線の形成過程の解明

山梨県早川流域において,糸魚川-静岡構造線(以下糸静線)の断層破砕帯を中軸とする南北幅5km東西延長15kmの地域の地質踏査を行ない、糸静線の活動の影響が及んだ領域を明らかにした上で、断層破砕帯内部の変形小および微小構造を野外および鏡下において記載し、糸静線の活動ステージの区分を試みた。以下にその概要について述べる。○当地域では、糸静線は早川にそってほぼ南北方向に走る高角度断層である。糸静線の西側には、古第三系の瀬戸川層群の主にスレートからなる地層が、東側には、新第三系の堆積岩類および火山岩類が、それぞれ分布している。これらの地層は、糸静線に対して時計回りに僅かに斜交した姿勢を示し、糸静線に切断されている。また糸静線近傍では地層の走向が糸静線に収斂してほぼ平行になる部分が認められる。このことは糸静線の活動に左横ずれのステージが存在したことを示している。○糸静線の断層面を含む断層破砕帯は調査地域内で9ルートにおいて良好に露出している。断層活動に伴う破砕の影響の及んでいる幅はいずれのルートにおいても片側50mを越えていない。破砕帯中の岩石(断層破砕岩類)は粘土鉱物を大量に含み、これらの定向配列にともなう逆断層の非対称面構造が発達している。面構造上の断層条線は高角度西傾斜を示す。以上のことは、糸静線に西側の地層を上盤とする逆断層活動のステージが存在したことを示している。○糸静線の断層面が確認できる9露頭のうち、5露頭で糸静線を切断する共役型の小断層が見いだされた。これら小断層のσ1はいずれも東西方向,σ2はほぼ鉛直方向を示している。このことは、東西方向からの圧縮が上記の2ステージに引き続いて起こったことを示している。以上のように糸静線の変形ステージが3ステージ識別された。今後は瀬戸皮スレート帯が糸静線の変形帯であった可能性も考慮に入れ、さらに分解能を上げていく所存である。
環境低負荷型コンパクトブラスティングシステムの開発

本年度は、安全の観点から発破による起砕物の飛翔特性について検討するため、昨年に引き続き国内の露天掘り鉱山において発破試験を実施し、岩盤状態および発破規格が起砕岩石の飛翔特性に及ぼす影響について検討した。まず、岩盤特性では岩石強度および岩盤内節理の状況が、発破規格では火薬原単位および最小抵抗線が起砕岩石の最大初速度に顕著な影響を及ぼすことが明らかとなった。次に、Rock Mass Rating法を用いて得られた岩盤特性値、および発破規格としての火薬原単位と最小抵抗線を主要パラメータとして抽出し、起砕岩石の最大初速度の予測式を提案した。この予測式を用いることで、異なる岩盤状態および発破規格から発生する起砕岩石の最大飛翔距離の推定が可能となり、飛石災害を抑制するために発破規格を変更する際の指針として有用であることを実証した。さらに、岩盤内に存在する節理方向が起砕岩石の飛翔方向に及ぼす影響について検証し、岩盤内節理の走向が切羽面の走向に対し0度から30度あるいは60度から90度で存在する場合には、起砕岩石は切羽正面方向に飛翔し、岩盤内節理の走向が切羽面の走向に対し30度から60度で存在する場合には、切羽正面方向ではなく岩盤内節理の走向に対して垂直な方向に飛翔する傾向があり、岩盤内節理の賦存状況に基づいて、適切な起爆方向および起爆秒時差を設定する必要があることを明らかにした。平成28年度から平成30年度に得られた成果を取りまとめ、小規模発破により周辺地山および周辺環境への影響を抑制しつつ、高い発破効率を得ることが可能な「環境低負荷型コンパクトブラスティングシステム」の設計指針を提案した。また、得られた研究成果を国内外の学会で発表した。今年度は、まず亀裂の発生メカニズムを解明するため、モルタルブロック供試体による室内発破実験を実施し、供試体の変形挙動の正確な計測手法について検討するとともに、亀裂の発生および進展メカニズムおよびその特性について検討した。供試体の変形挙動の計測には、これまでひずみゲージが用いられてきたが、雷管の起爆に3、000V超の高電圧を用いるため、このノイズの影響により正確なひずみ計測が困難であることが明らかとなった。そこで、本研究では高速度カメラにより撮影した画像を基に画像相関法(Digital Image Correlation、以下DIC)を用いたひずみ計測法を適用し、本手法の有効性を明らかにした。次に、DIC法により得られた供試体表面のひずみおよびひずみ速度の時間履歴から、発破による岩石の変形挙動には火薬の爆轟により発生する弾性波(S波)が大きな影響を与えていること、亀裂の発生および進展にはひずみのみならずひずみ速度が大きな影響を与えていることが明らかとなった。一方、国内の露天掘り金鉱山において、岩盤状態(岩盤強度、亀裂密度、節理状態)発破規格(火薬原単位、起爆秒時差、起爆方向)を変化させて発破試験を実施し、これら発破規格の発破効果、発破振動および周辺岩盤の損傷に及ぼす影響について評価を行った。その結果、岩盤の起砕効果は岩石強度が大きいほど岩盤の亀裂状態に依存することが明らかになった。一方、発破条件によっては火薬原単位が増加しても起砕効果に顕著な変化が認められず、起砕物の飛翔距離が大きくなったことから、効率的かつ安全な発破を実施するためには、岩盤状態に基づいて適切は装薬量を決定する必要があることを確認した。さらに、地質条件や地形条件に応じて適切な起爆秒時差および起爆方向を設定することで、起砕物の粒度制御が可能になることも明らかとなった。平成28年度は、1)室内発破実験による諸条件下における亀裂発生・進展メカニズムの解明および亀裂発生制御方法に関する検討および2)現場実験による各地山条件および発破条件下での発破効果・発破振動に関する検討について当初の予定通り実施できており、また室内実験および現場実験についてその実施手順・手法についても確立できており、平成29年度もスムーズに実験が実施できる環境作りができており、おおむね順調に進展していると考える。本年度は、発破による岩石の破壊機構についての知見を得るため、強度の異なる2種類のモルタル供試体を用いた室内小規模発破試験を実施し、発破後の岩石のき裂の進展挙動ならびに供試体の強度の影響について種々検討を行った。なお、昨年度に引き続き画像相関法(Digital Image Correlation; DIC)を用いたひずみ解析を適用し、高速度カメラを用いて撮影した画像を基に発破後の供試体表面の変形挙動の可視化を試みた。その結果、供試体の強度が大きいほど、大きなひずみ速度で破壊が発生することが明らかになるとともに、岩石の強度とき裂発生時のひずみ速度の関係について明らかにした。このことから、き裂発生予測に対してひずみ速度が有効であることが明らかになるとともに、き裂発生時のひずみ速度の閾値についてデータを得ることが出来た。一方、昨年度に引き続き国内の露天掘り鉱山において、岩盤状態(岩盤強度、き裂密度、節理方向・状態)および発破規格(起爆秒時差、起爆方向)を変化させて発破試験を行った。その結果、適切な起爆秒時差を設けることで発破振動の効果的な軽減が可能なることが明らかとなった。また、起爆秒時差が異なると起砕物粒度に違いが認められたことから、起爆秒時差により発破の起砕効果も異なることが明らかとなった。さらに、起爆方向の相違により起砕効果および起砕物の飛翔方向も異なることが明らかとなった。

一連の現場試験の結果かから、適切な起爆秒時差および起爆方向を設定することで、効果的かつ環境に易しい発破が可能になることが明らかとなった。平成29年度は、1)室内発破試験により岩石強度が異なる場合のき裂発生およびその進展メカニズムの検討および2)現場実験による起爆秒時差ならびに起爆方向が発破の起砕効果および発破振動に及ぼす影響に関して検討し種々の知見が得られており、昨年度の成果と併せて結果がまとまってきていることから、おおむね順調に進展していると考える。本年度は、安全の観点から発破による起砕物の飛翔特性について検討するため、昨年に引き続き国内の露天掘り鉱山において発破試験を実施し、岩盤状態および発破規格が起砕岩石の飛翔特性に及ぼす影響について検討した。まず、岩盤特性では岩石強度および岩盤内節理の状況が、発破規格では火薬原単位および最小抵抗線が起砕岩石の最大初速度に顕著な影響を及ぼすことが明らかとなった。次に、Rock Mass Rating法を用いて得られた岩盤特性値、および発破規格としての火薬原単位と最小抵抗線を主要パラメータとして抽出し、起砕岩石の最大初速度の予測式を提案した。この予測式を用いることで、異なる岩盤状態および発破規格から発生する起砕岩石の最大飛翔距離の推定が可能となり、飛石災害を抑制するために発破規格を変更する際の指針として有用であることを実証した。さらに、岩盤内に存在する節理方向が起砕岩石の飛翔方向に及ぼす影響について検証し、岩盤内節理の走向が切羽面の走向に対し0度から30度あるいは60度から90度で存在する場合には、起砕岩石は切羽正面方向に飛翔し、岩盤内節理の走向が切羽面の走向に対し30度から60度で存在する場合には、切羽正面方向ではなく岩盤内節理の走向に対して垂直な方向に飛翔する傾向があり、岩盤内節理の賦存状況に基づいて、適切な起爆方向および起爆秒時差を設定する必要があることを明らかにした。平成28年度から平成30年度に得られた成果を取りまとめ、小規模発破により周辺地山および周辺環境への影響を抑制しつつ、高い発破効率を得ることが可能な「環境低負荷型コンパクトブラスティングシステム」の設計指針を提案した。また、得られた研究成果を国内外の学会で発表した。<平成29年度>平成28年度の研究1)室内模型実験および2)現場発破実験を引き続き実施する。さらに、項目1)の室内発破実験で得られた結果を基に、発破に伴って発生する応力波の伝播と亀裂進展過程および起砕物の破断面形成プロセスの解析から亀裂の発生・進展予測のための数値シミュレーションコードを開発する。また、項目1)および2)の室内発破実験および現場試験の結果を基に,各地山条件および発破規格における発破効果および発破振動の伝播挙動に関する予測モデルの構築を行う.さらに、露天掘り鉱山あるいは坑内掘り鉱山において発破試験を実施し、発破に伴う周辺地山の損傷領域ならびに安定性に及ぼす影響に関して検討を行う<平成30年度>平成28年度29年度の成果を基に,小規模発破により周辺地山および周辺環境への影響を抑制しつつ,高精度および高い発破効率を得ることが可能な「環境低負荷型コンパクトブラスティングシステム」の設計指針を提案する.
通信回線を用いた白血病治療過程の数理解析ネットワ-クの構築とその実用化の研究

前年度の研究で数理モデル(近似モデル)を応用した急性白血病の治療過程の解析システムの基本構想として、中枢(白血病治療解析デ-タ-・ベ-ス)、検査部デ-タ-・ベ-スおよび他医療施設等(解析副センタ-を含む)のデ-タ-・ベ-スを電話回線とファクシミリで連結して通信ネット・ワ-クを作成することを挙げ、それぞれの機能を高める研究に従事してきた。本年度は上記の個別の機能の整備、改良と共に全体としてのシステムの整備を行ない、血液疾患(白血病)デ-タ-・ベ-ス利用のマニュアルとして記述した。具体的な成果は次のようである。(1)全体の解析システムを主センタ-(PC9801、近似モデルおよび血液疾患デ-タ-・ベ-ス機能を内臓)、副センタ-(主センタ-と同機能及び通話性をもつ);検査デ-タ-・センタ-(特定白血病患者の検査デ-タ-だけの選択・発信プログラムを持つ)、臨床現場(コンピュ-タ-またはファクシミリで投薬デ-タ-を送信、解析デ-タ-を受信)として明確な機能分化を行なった。(2)主センタ-・コンピュ-タ-は、検査及び臨床現場からの入力をうける。ここで近似モデルにしたがって症例固有のパラメ-タ-を決定し、解析結果は電話回線をへてコンピュ-タ-またはファクシミリで臨床現場に電送される。(3)検査デ-タ-・ベ-スから特定患者のデ-タ-の自動抜き取り通信のためのプログラムの改良が重ねられ、結果として成功した。(4)検査デ-タ-・ベ-スのハッカ-ないしウィルスの侵入防止のための工夫を行なった。(5)他医療施設との通信回線による直接の血球数の入力は、コンピュ-タ機種が異なる場合には困難であった。(6)主センタ-との交信は電話回線をコンピュ-タ-またはファクシミリへの入力切換装置を設置して簡易に実施できた。(7)数理解析デ-タ-・ベ-スの操作マニュアルを作成した。(8)急性白血病5症例について今回のシステムを用いて治療過程の予測・解析を行ない有用性を確認した。これまでの研究で我々は、急性白血病症例の治療過程における血球動態(白血病細胞および正常顆粒球)を細胞回転概念を基礎にした数理モデルを用いて予測する研究を行い、相当数の症例に適用し治療計画の選択や白血病状態の解析に有用であることを明らかにしてきた。今回の研究は上記の数理モデルを移植した白血病治療解析データー・ベースを中枢として、検査部データー・ベースおよび他医療施設のデーター・ベースまたは医療データーを通信回線を用いて連結し対象とする症例の血液検査データーを日々自動的に入力し、経追図を作成するとともに、数理モデルによる血球数変動の予測と評価を通信するようなネットワークを構築することである。これまでに得られた研究成果はつぎのようである。1.中枢としてパソコン(NEC PC 9801)を用い、末梢血細胞数だけで白血病細胞および顆粒球の変動を記述する実用的な近似モデル式を開発し、このプログラムを移植した。近似モデル式に実際の時系列の血球数および薬剤量を代入して症例個有のパラメーターを決定すると、以後この症例の治療経過の実際と予測を同一ディスプレーに表示させ、假想投薬による治療選択を行うことができるようにした。2.検査部データーベースから通信回線を介して白血病解析データー・ベースへ、日々の血球数が自動的に転送しうるシステムを作成することができた。3.他医療施設との通信回線による直接の血球数の入力にはなお障害があり、現在ファクシミリを介するデーター入力と解析通報および治療コンサルテーションを行っている。4.近似モデル式の適用によるパラメーターの解析によって、寛解例は白血病細胞減少率(Y軸)と正常顆粒球減少持続日数(X軸)で規定される一定の平面域内に分布し、非寛解例はそれ以外の平面に分布し、かつそれらの意義は臨床血液学的および生体モデル論上有意義なことが知られた。

(3)検査デ-タ-・ベ-スから特定患者のデ-タ-の自動抜き取り通信のためのプログラムの改良が重ねられ、結果として成功した。(4)検査デ-タ-・ベ-スのハッカ-ないしウィルスの侵入防止のための工夫を行なった。(5)他医療施設との通信回線による直接の血球数の入力は、コンピュ-タ機種が異なる場合には困難であった。(6)主センタ-との交信は電話回線をコンピュ-タ-またはファクシミリへの入力切換装置を設置して簡易に実施できた。(7)数理解析デ-タ-・ベ-スの操作マニュアルを作成した。(8)急性白血病5症例について今回のシステムを用いて治療過程の予測・解析を行ない有用性を確認した。
振動高励起分子における量子カオス状態の統計分光学

本研究は、東大教養とMITにおいて別個に進行している振動高励起分子の分光実験を有機的に結合させ、また、フランス・グルノ-ブルのグル-プの理論解析の助力を得て、分子内振動ダイナミックスについて新しい概念の確立を目指すものである。また、研究対象をvan der Waals分子錯体へ拡張するために、フランス・オルセのグル-プと分光実験とその解析について共同研究を行った。1.励起高励起分子の振動ダイナミックス(1)MITグル-プは、アセチレンの振動高励起状態の高分解能分光測定を誘導放出励起(SEP)分光法で行い、準位のエネルギ-間隔などの統計分光解析を適用し、振動ダイナミックスがカオス的であると結論した。(2)フランス・グルノ-ブルのグル-プは、MITグル-プのデ-タをフ-リエ変換して、時間領域スペクトルを求め、すべての準位が完全に相関していないことを示した。つまり、振動モ-ドのうちの一部の運動は準周期的である。(3)東大教養グル-プは、アセチレンの振動準位を低エネルギ-領域から高エネルギ-まで測定し、大局的な準位構造を把握するべきであると判断し、単一回転振電準位のアセチレンからの蛍光を分光し、その準位エネルギ-を三つの振動モ-ドの量子数の組で表現する努力を払った。その結果、低いエネルギ-領域(約14000cm^ー1以下)では、振動エネルギ-は、量子数の展開式で表現できるが、高エネルギ-側では、二つのCH変角振動モ-ドが非調和結合のために、相互に結合して独立なモ-ドでなくなることを結論した。つまり、局所的なカオス状態が現れると解釈できる。東大教養グル-プの指摘は、「分子の振動ダイナミックスは一挙にカオス的になるのではなく、段階を経て最終的にカオス状態に到達する」というもので、これまでの考え方に一つの整理を与えたものである。(4)東大教養の上記の提案に基づき、アセチレンのCH変角振動が結合する様子を高分解能分光によって明確にとらえられる実験がMITで計画され、実行された。実験的に信号対雑音比を特に高める努力を払い、S/N=600を達成した。その結果、7000cm^ー1においても本来禁制であるシスCH変角振動の準位への遷移が現れることを発見し、トランスとシスCH変角振動の非調和結合を実証することができた。このことは、振動高励起分子の振動ダイナミックスの情報か低エネルギ-領域の高分解能分光測定によって得られることを意味している。したがって、他の分子の振動ダイナミックスを探る方法論を与えたものとしても評価できる。2.NO_2の単分子解離反応(1)東大教養では、NO_2の光解離で生成するO,NOを状態を指定してレ-ザ-誘起蛍光(LIF)の分光法でモニタ-しながらNO_2の励起波長を走査して光解離励起分光(PHOFEX)のスペクトルを測定した。その結果、スペクトルは、線構造を示し、光解離は電子基底状態の励起振動準位を経て起こることが示された。(2)上記のスペクトルに示される準位構造が、カオス的振動ダイナミックスに対応するかどうかを、フランス・グルノ-ブルのグル-プが高分解能分光の方法で検討した。準位間の非調和性に基づく結合以外に、回転誘起の結合が存在すること、準位の統計をとることによって相関が存在することなどが指摘された。(1)東大教養では、HgAr_2の2段の励起によってHgの6s7s状態の錯体のLIFスペクトルを測定した。その構造について、HgAr^+のイオン殻をRydberg電子が囲み、その外側にArがゆるく束縛されるという描像が提出された。(2)フランス・オルセでは、HgAr_2の錯体内ポテンシャル2対ポテンシャルの重ね合わせと仮定し、構造と運動の予測を行った。実験・理論の大略は一致している。

その結果、低いエネルギ-領域(約14000cm^ー1以下)では、振動エネルギ-は、量子数の展開式で表現できるが、高エネルギ-側では、二つのCH変角振動モ-ドが非調和結合のために、相互に結合して独立なモ-ドでなくなることを結論した。つまり、局所的なカオス状態が現れると解釈できる。東大教養グル-プの指摘は、「分子の振動ダイナミックスは一挙にカオス的になるのではなく、段階を経て最終的にカオス状態に到達する」というもので、これまでの考え方に一つの整理を与えたものである。(4)東大教養の上記の提案に基づき、アセチレンのCH変角振動が結合する様子を高分解能分光によって明確にとらえられる実験がMITで計画され、実行された。実験的に信号対雑音比を特に高める努力を払い、S/N=600を達成した。その結果、7000cm^ー1においても本来禁制であるシスCH変角振動の準位への遷移が現れることを発見し、トランスとシスCH変角振動の非調和結合を実証することができた。このことは、振動高励起分子の振動ダイナミックスの情報か低エネルギ-領域の高分解能分光測定によって得られることを意味している。したがって、他の分子の振動ダイナミックスを探る方法論を与えたものとしても評価できる。2.NO_2の単分子解離反応(1)東大教養では、NO_2の光解離で生成するO,NOを状態を指定してレ-ザ-誘起蛍光(LIF)の分光法でモニタ-しながらNO_2の励起波長を走査して光解離励起分光(PHOFEX)のスペクトルを測定した。その結果、スペクトルは、線構造を示し、光解離は電子基底状態の励起振動準位を経て起こることが示された。(2)上記のスペクトルに示される準位構造が、カオス的振動ダイナミックスに対応するかどうかを、フランス・グルノ-ブルのグル-プが高分解能分光の方法で検討した。準位間の非調和性に基づく結合以外に、回転誘起の結合が存在すること、準位の統計をとることによって相関が存在することなどが指摘された。(1)東大教養では、HgAr_2の2段の励起によってHgの6s7s状態の錯体のLIFスペクトルを測定した。その構造について、HgAr^+のイオン殻をRydberg電子が囲み、その外側にArがゆるく束縛されるという描像が提出された。(2)フランス・オルセでは、HgAr_2の錯体内ポテンシャル2対ポテンシャルの重ね合わせと仮定し、構造と運動の予測を行った。実験・理論の大略は一致している。本研究は,東大教養とMITにおいて別個に進行している振動高励起分子の分光実験を有機的に結合させ,また,その理論解析をフランス・グルノ-ブルのグル-プの助力を得て,分子内ダイナミックスについて新しい概念の確立を目標としている。この共同研究を開始するに当り,90年8月末に各グル-プより分担者が東大教養に集まり,意見交換を行った。その結果,次の3課題をとり挙げることとした。1.MITグル-プは,振動高励起状態の分光情報を誘導放出励起(SEP)分光法による高分解能測定を行い,準位構造を統計的手法で解析し,振動ダイナミックスがカオス的となり得るかどうかを検討している。一方,東大教養では,分子の特定の回転振電準位を選択し,その準位から発する螢光を分光して,低分解能ではあるが,広いエネルギ-範囲のスペクトル測定を行った。その結果,基準振動モ-ドで記述できる低エネルギ-領域の準位より基準振動モ-ドの概念が崩れる高エネルギ-領域までグロ-バルな準位構造を明らかにしつつある。両グル-プで共通の対象としてとり挙げた分子はアセチレンで,そのCH変角振動のダ-リングデニソン共鳴がカオス的状況に至る鍵であることが指摘された。2.振動モ-ド間の結合の基本を探るために3原子分子NO_2,SO_2の振動準位構造を螢光分光法で求め,グルノ-ブルのグル-プがこれにフ-リェ解析の手法を適用した。
高親和性コリン取り込みによるアセチルコリン合成制御

研究代表者らはコリン作動性神経においてアセチルコリン合成を律速する高親和性コリントランスポーター(CHT1)のクローニングを2000年に報告し、CHT1の機能調節機構を中心に研究を進めた。CHT1を過剰発現させた哺乳類培養細胞、神経芽腫細胞、あるいはラット胚前脳基底野初代培養(17日胚)におけるCHT1の細胞内局在変化を調べた。免疫細胞化学的観察でCHT1の細胞内局在を調べたところ、小胞体などの細胞内小器官や一部の原形質膜などに分布していた。細胞表面タンパク質を親水性ビオチンアナログでラベル・精製した画分のウエスタンブロットあるいはHC3結合実験により細胞表面のCHT1発現量を定量的に評価した。HC3やcAMP刺激などにより細胞表面のCHT1発現量は数倍に増加した。CHT1の原形質膜への移行の促進、あるいは細胞内移行の抑制が示唆された。また、57人のユダヤ人ゲノムDNAを用いてヒトCHT1遺伝子翻訳領域全長の塩基配列を包括的に解析した結果、CHT1の第3膜貫通領域に位置する89番目のアミノ酸IleからValへの置換(I89V)に対応する単一塩基多型(A265G)を見出した。ユダヤ人での多型頻度は6%と推測された。野生体と変異体(I89V)のCHT1をそれぞれCOS-7細胞やHEK293細胞に発現させたところ、I89Vによるコリン取り込み速度のVmax値は野生体と比較して40-50%減少していた。コリンNa^+、Cl^-、HC3に対する親和性や細胞膜表面での発現量は同程度であった。ヒトCHT1のIle-89変異体(I89A, I89F)や線虫CHO-1の変異体(V90I)もコリン取り込み活性の減少を示した。日本人の多型頻度は14%でありユダヤ人など他の幾つかの人種間と有意差があった。この多型はコリン作動性神経障害と関係する遺伝的因子である可能性が考えられるが、アルツハイマー病やレビー小体型痴呆などの神経疾患との相関は観察されなかった。最近我々は高親和性コリントランスポーター(CHT1)をクローニングすることに成功した。そこでヒトCHT1遺伝子翻訳領域の単一塩基多型を解析した結果、トランスポーターの第3膜貫通領域に位置する89番目のアミノ酸ILeからValへの置換(189V)に対応する多型を見い出した。野生体(WT)と変異体(189V)のCHT1をそれぞれCOS-7細胞に発現させたところ、発現量は同程度であったが189Vによるコリン取り込み速度はWTの40-60%であった。コリンに対する親和性は同程度であった。また我々はラット、サル、ヒトの中枢神経系におけるCHT1の発現分布を抗CHT1抗体を用いて免疫組織化学的に調べた。また前脳基底野初代培養細胞において種々の刺激によるCHT1の局在変化を調べた。高親和性コリントランスポーターの発現分布を調べるためCHT1のC末端に対する抗体を用いてラット中枢神経系における免疫組織化学的観察を行った結果、前脳基底野、線状体、脳幹、脊髄などに陽性の細胞体が観察された。さらに大脳皮質、海馬、線状体、視床、扁桃体、脳幹、脊髄などの神経終末に強いシグナルが観察された。これらの分布はコリン作動性神経のマーカーであるコリンアセチルトランスフェラーゼや小胞アセチルコリントランスポーターの発現分布とよく一致していた。ニホンザル脊髄では細胞体の他に前角や後角などの軸索や終末で異なる強度のシグナルが観察された。これらの結果から高親和性コリントランスポーターCHT1はコリン作動性神経に特異的に発現し、神経終末でアセチルコリン合成に寄与していることが示唆される。またラット胚前脳基底野初代培養細胞を用いてCHT1の局在を調べたところ小胞体や細胞膜などに分布しており、NGF、cAMP刺激などによって細胞膜へ移行した。

コリンNa^+、Cl^-、HC3に対する親和性や細胞膜表面での発現量は同程度であった。ヒトCHT1のIle-89変異体(I89A, I89F)や線虫CHO-1の変異体(V90I)もコリン取り込み活性の減少を示した。日本人の多型頻度は14%でありユダヤ人など他の幾つかの人種間と有意差があった。この多型はコリン作動性神経障害と関係する遺伝的因子である可能性が考えられるが、アルツハイマー病やレビー小体型痴呆などの神経疾患との相関は観察されなかった。
細胞近傍のミクロ流れによる膜表面の物質取込の変化

動脈内表面に分布している内皮細胞の挙動に着目し、内皮細胞に微視的なレベルでの力学的環境を制御することによって、細胞による生理活性物質の分泌や物質の取り込みを行う。その際の細胞近傍の流れという力学的環境を明確にすることにより、未解決のメカノレセプターの存在及び分布が明らかになる可能性があり、バイオメカニクスの領域では大きなインパクトを与える成果となる。そこで、本研究では、生理活性物質の分泌や物質の取込を行っている細胞の状態をレーザー共焦点顕微鏡によって捉え、その画像から細胞モデルを構築し、細胞モデル近傍の流れを顕微鏡下での流れの計測を行って、細胞への流れによる力学的刺激と機能変化との対応を付け、メカノバイオロジカル相互作用を明確にすることを目的とする。本研究では、ブタの培養内皮細胞に流れによる剪断応力の刺激を加えてから、細胞に取り込まれるアルブミンの量を、蛍光色素をラベルしたアルブミンを用いて測定した。アルブミンは蛍光色素と結合しているため、蛍光強度の細胞内の分布をレーザー共焦点顕微鏡によって観測することができる。その結果、細胞内に取り込まれるアルブミンの量は、負荷した剪断応力の大きさによって特異的に変化することが解った。低い剪断応力では流れの負荷を与えない場合よりも増加するが、剪断応力の高い場合は、取り込み量が減少する。このような負荷する剪断応力に応じて、アルブミンの取り込みが変化することは、流れの刺激に応じて、細胞が能動的に制御していることであり、剪断応力による刺激がどのように細胞の能動的な物質移動を制御しているか興味深い問題であり、今後大きな発展が期待される。生体における物質移動の現象の捉え方に関しては、マクロからミクロへ視点が移ることによって新しい現象が見えて来ており、マイクロバイオメカニクスという分野が展開されるであろう。
梅雨前線帯の広域降水量分布変動と水収支過程に関する研究

人工衛星のマイクロ波放射計データ(SSM/Iの19.35GHzと85.5GHz)に基づき,海上も含めた梅雨前線帯付近の広域降水量分布とその変動を評価するとともに,GNS雲データによる雲量や深い対流雲域の出現頻度,及び全球解析データによる水蒸気収支との関係について冷夏・大雨/猛暑・渇水(1993/1994)年の夏を中心に解析を行ない,次の点が明らかになった。1.1993年には,8月に入っても日本付近で梅雨前線帯に対応する降水域が持続したが,前線帯の位置の違いだけでなく,そこでの総降水量自体が1994年に比べて大変多く,それは,例えば5日雨量100ミリを越える「大雨域」の面積の違いを大きく反映したものである事が明らかになった。2.1993年の夏の多量の降水は,すぐ南の(28N)亜熱帯高気圧域からの大きな北向き水蒸気輸送により維持されていたが,日本の南の亜熱帯高気圧域内で28Nに近づくにつれて北向きの水蒸気輸送が急激に増大しており,単にグローバルな東アジア域への水蒸気輸送とは別に,亜熱帯高気圧自体の水輸送構造の違いが両年の降水分布の違いに密接に関連している事が明らかになった。3.78月頃の梅雨前線停滞時には,1993年についても,5日雨量で見た広域の「大雨」には深い対流雲群の頻出が大きな寄与をなしていたが,台風が日本海まで北上した時には,大規模場の層状雲域である38N以北においても,その南側の対流雲域と同等な「広域の大雨」が見られるなど,冷夏年における梅雨前線と台風の水の再分配過程の興味深い違いが明らかになった。また,いくつかの興味深い事例について,個々の降水系のマルチスケール構造とライフサイクルについても検討を行った。
高分散分光観測による前主系列星の新たな年齢決定方法の確立

本研究では、前主系列星やそれに付随する原始惑星系円盤、双極分子流の進化過程をより詳細に学ぶために、前主系列星の年齢をより正確に求める新たな手法を確立することを目的としている。従来の年齢決定法では、距離、減光、ベーリングなどから生じる光度の不定性が大きな問題となっていたが、本研究では高分散分光観測から前主系列星の表面重力を導出することで、正しい年齢を求めることができる。今年度の主な成果として、近赤外KバンドにあるScとNaの吸収線の等価幅比を用いることで、3800K(0.60.7太陽質量)の前主系列星の年齢をファクター1.5の精度で決定することが可能となった。この結果と、昨年度の可視IバンドのFeとNaの等価幅比を用いた年齢決定方法を合わせることで、0.90.6太陽質量の前主系列星の年齢を決定することができるようになった。この手法を用い、本研究ではおうし座分子雲中に属する前主系列星の原始惑星系円盤の進化タイムスケールの解明に取り組んだ。原始惑星系円盤は惑星形成の場であるため、進化タイムスケールを明らかにすることで、普遍的な惑星形成過程の理解を深める事が可能となる。これまでは、前主系列星の年齢が星野光度から求められていたため、正確な年齢を基にした進化タイムスケールを明らかにすることができていなかった。本研究による手法で、正確な年齢を求めた上で進化タイムスケールを明らかにしたところ、原始惑星系円盤は4×10^6年で散逸することが明らかになった。この結果によって、惑星形成過程の理解がより一層深まると考えられる。また、本研究の手法の汎用性を高めるために、4200K以外の有効温度をもつ天体に対する年齢決定法を確立するために、2009年5月にすばる望遠鏡で、2009年11月に岡山天体物理観測所でそれぞれ観測を行い、良質のデータを得ることに成功した。
九州中部地域における地熱構造および熱水流過程の研究

1.九州中部地域の地下構造発達過程は、つぎのようである。(1)約150万年以前に、南北伸張によって、中央構造線沿いに半地溝構造が形成され、(2)150万年から70万年前には、2本の断層の右横ずれ運動によって基本的な盆状構造が形成され、(3)それ以降は、中央構造線の活動範囲の減少により、現在の盆状構造へと変化した。2.九州中部地域および小笠原硫黄島(伊豆ーマリアナ弧)の火山ガス中に含まれる不活性ガスは、東北日本や南九州のものより窒素に乏しい。このことは、「マグマ性ガス中の窒素は、先第三紀基盤岩中の窒素化合物に由来する」ことを示唆する。3.地球化学・水文学的な資料から推定される別府熱水系の年齢は約5万年であり、この間に放出された塩素の90%以上は深部からの供給による。4.九重硫黄山における流体の循環・流動は、以下のように特徴づけられる。(1)地熱流体の深部に至る循環は、マグマの熱によって駆動されており、天水起源の流体の平均滞留時間は、蒸気系で短く(約7年以内)、熱水系で長い(100年以上)。(2)平穏時に放出される塩化水素量は3.78.7ton/day、マグマ性水蒸気量は3601400ton/dayである。(3)火山活動が活発化すると、地層を通して、噴出蒸気中に大気が吸引される。5.伽藍岳(別府)および阿蘇中央火口丘で自然電位調査が実施され、火山体内における地熱流体の流動経路を示唆する電位異常が検出された。6.別府地熱地域の高温湯池に堆積している赤色沈殿物の組成変化は、最近約100年間における地下熱水系の温度低下を示す。本研究は、火山・地熱・温泉活動の活発な九州中部地域の地熱構造の形成機構や発達過程などについて、できるだけ具体的な抽象を構築することを目的としている。本年度(初年度)は、以下のような成果が得られた。1.別府-島原地溝は、その重力分布から、盆状構造の集合であるように見える。その形成機構につき、この地溝の東端に位置する別府湾一帯を対象とした造構運動のシミュレーションが行われ、2本の断層の右横ずれ運動によるという結果が得られた。2.別府地熱系における岩石・熱水のカリウム濃度及び熱水の循環量より、この地熱系の年齢が約5万年と求められた。さらに、この5万年間における塩素収支より、その90%以上が深部から供給されたものと推定された。この供給機構の解明が、今後の大きな課題であり、これと関連して、火山・地熱ガスに含まれる貴ガスの研究も進行中である。3.地熱流体の循環過程に関し、九重火山を試験地として、噴出する温泉水や蒸気のトリチウム濃度が測定された。予備的な解析により、蒸気の滞留時間は5年程度と短く、他方、温泉水のそれは100年以上に達するという結果が示唆されたが、さらに検討を要する。4.また、九重火山を試験地として、火山活動を通して放出される物質量(塩化水素や水)の測定法が開発された。5.別府-島原地溝の南縁を占める大分平野の深部熱水の起源を、臭素と塩素より検討し、海水由来、海性堆積岩由来、及び火山岩由来の3種が存在することが示された。6.その他、地熱地域の地下構造に関して、自然電位の測定が継続されている。本研究は、火山・地熱・温泉活動の活発な九州中部地域の地熱構造や発達過程などについて、できるだけ具体的な描象を構築することを目的としている。これまでに、以下のような成果が得られた。

1.九州中部地域に発達する盆状地下構造の形成機構に関して、別府湾一帯を対象としたシミュレーションが行なわれ、2本の断層の右横ずれ運動によることが明らかになった。2.地球科学・水文学的な資料より、別府地熱系の年齢が約5万年と求められた。この5万年間に同地熱系から放出された塩素の90%以上は深部から供給されたものと推定され、その供給機構の解明が新たな課題である。3.九重火山から流出する地熱流体の安定同位体比およびトリチウム濃度が測定・解析され、地熱流体の深部循環モデルが構築された。4.降水を利用した活火山からの塩化水素・マグマ性水蒸気放出量の推定法が開発され、九重硫黄山に適用された。同火山からの塩化水素放出量は3.78.7ton/day、マグマ性水蒸気量は3601400ton/dayと見積もられた。5.別府地熱地域の血の池地獄の赤色沈殿物の黄色化の原因は鉄明礬石の出現であることが明らかにされ、地下熱水流動系の変化との関連が示唆された。6.地下深部からの物質供給と関連して、火山ガス・地熱ガスに含まれる貴ガスの系統的な調査が遂行され、九州中部地域の貴ガスは、東北日本や南九州のものに比べて窒素に乏しいことが知られた。この特徴と地質構造とを比較検討した結果、「マグマ性ガス中の窒素は、先第三紀基盤岩中の窒素化合物に由来する」という新たな解釈が得られた。これを確かめるため、今後さらに調査・研究を続ける予定である。1.九州中部地域の地下構造発達過程に関して、次の知見が得られた。(1)約150万年以前には、南北伸張によって、中央構造線沿いに半地溝構造が形成され、(2) 150万年から70万年前には、2本の断層の右横ずれ運動によって基本的な盆状構造が形成され、(3)それ以降は、中央構造線の活動範囲の減少により、現在の盆状構造へと変化した。2.地球化学・水文学的な資料から推定される別府熱水系の年齢は約5万年であり、この間に放出された塩素の90%以上は深部からの供給による。3.別府地熱地域に堆積している赤色沈殿物の組成変化より、近年における地下熱水系の温度低下が示された。4.九重硫黄山から流出する地熱流体の酸素・水素の同位体濃度・化学組成より、以下の知見が得られた。(1)地熱流体の深部に至る循環は、マグマの熱によって駆動されており、天水起源の流体の平均滞留時間は、蒸気系で短く(約7年以内)、熱水系で長い(100年以上)。(2)平穏時に放出される塩化水素量は3.78.7ton/day、マグマ性水蒸気量は3601400ton/dayである。(3)活動が活発化すると、地層を通して、噴出蒸気中に大気が吸引される。5.火山・地熱地域における自然電位調査により、地熱流体の上昇経路を検出できる可能性が示された。6.九州中部地域および小笠原硫黄島(伊豆-マリアナ弧)の火山ガス中に含まれる貴ガスは、東北日本や南九州のものより窒素に乏しいことが知られた。この特徴と地質構造とを比較検討した結果、「マグマ性ガス中の窒素は、先第三紀基盤岩中の窒素化合物に由来する」という新たな知見が得られた。
情動系(感性系)賦活とリハビリテーション効果の基礎的研究

被験者の特性不安の高低がリハビリテーション効果の一側面である運動学習効果に与える影響について、運動パフォーマンス解析やfMRIを用いた脳機能画像解析により検討した。結果、特性不安が平均レベルの群において、運動課題(非利き腕の第5指を用い、小さな粒を小さな穴から取り出す)の上達度が特性不安の高い群に比べて高く、運動関連領域における賦活部位の収束がより顕著に見られることが示された。また、同群においては、意識の集中に関わるとされる頭頂間溝部皮質の賦活も認められた。情動操作による報酬系賦活がリハビリテーション(運動学習)効果に与える影響を検討するため、本年度は実験に最適な運動学習課題の設定を目的とした実験的検証を行った。最適な運動課題として、1)先行研究によりリハビリテーション効果が検討され本研究に応用できる、2)比較的短期間で効果が得られる、3)fMRIとNIRS双方で検証するため同じ動作でできるものを仮定し検討した。具体的方法として、健常な被験者を対象に、非利き腕の第5指を用いた細かい作業(小さな粒を小さな穴から取り出す)を仰向けの状態で行う課題を設定した。1日1時間(午前午後30分ずつ)で10日間課題を遂行し、特定数の粒を取り出すスピード、エラー率、指の動きの変化および課題遂行期間前後の脳血流動態の変化を解析した。実験の結果、時系列の変化に伴うスピードの上昇、エラー率の低下が認められた。さらに指の動きの変化の解析では、第5指の腹と手掌を合わせるスピードの上昇が示され、このことが粒をうまく保持しエラー率を低下させる要因の1つであることが示唆された。fMR Iによる脳血流動態の解析により、課題開始前に見られた広範囲な脳領域における賦活が、訓練後には対側の運動野を含めたより限局的部位での賦活に収束することが示唆された。以上の結果は運動学習効果に関する先行研究を支持するものであり、これにより本研究の運動課題として妥当であると判断された。次年度は、各パラメータの変化率を時系列で確認し、最適な期間を設定するとともに、快・不快刺激を課題に付加した場合のパラメータの変化を観察することで報酬系賦活がリハビリテーション効果に与える影響を検討する。さらに、fMRIとNIRS双方により脳血流動態を検証し、座位等のより臨床に近い形での実験に向けた基礎データの収集を行う。前年度、健常な被験者を対象に非利き腕の第5指を用いた細かい作業(小さな粒を小さな穴から取り出す)を仰向けの状態で行う課題を設定し、10日間の訓練後のパフォーマンスと脳血流動態の解析を行った。今年度は前年度に作成した上記課題について、運動学習効果が得られる最短の訓練期間を検討するために、課題の各パラメータを時系列で確認した。8人の被験者を用いた結果より、課題遂行のスピード、エラー率ともに5日間で改善することが示された。また、fMRIを用いた脳血流動態の解析により、5日間の訓練で、運動学習効果を示す「訓練前と比較して、運動関連脳領域におけるより限局した部位での賦活」に賦活部位が収束することが示された。さらに、情動系(感性系)を賦活する刺激を実験に付加する前に、被験者の不安状態が運動パフォーマンスと脳血流動態に与える影響について検討した。不安尺度のSTAIを用いて被験者を特性不安・状態不安の高低で分類し検討した結果、特性不安普通群は高い群と比較して課題のエラー率の改善が良く、運動関連領域における賦活部位の収束もより顕著に見られることが示された。上記の結果は、情動系(感性系)の効果を検証していくためには、外的要因(刺激)のみでなく、内的要因も視野に入れて検討していく必要性のあることを示唆している。今後、被験者のストレス等に対する生理学的指標だけでなく、その人が備えている特性等(不安の抱きやすさなど)の心理学的指標も検討の対象に加えていくことが重要であろう。