hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報系科目を対象とした自己組み立て型学習に関する実践的研究

本研究で得られた成果のひとつにある組み合わせ論的パズルのインスタンスを生成するアルゴリズムを与えたというものがある。このパズルは計算ブロックパズルと呼ばれるもので、そのインスタンスは、nxn格子面の連結するブロックへの分割と各ブロックへの正整数の割り当てとして与えられる。そしてこのパズルは、格子面の各マスに{1,2,...,n}の整数を次の2条件を満たすように割り当てることを求めるものである。この2条件とは、各行、各列には、{1,2,...,n}の整数が1回ずつ現れるというラテン方陣条件であり、他の条件は、各ブロックのマスに割り当てられた数の合計が、そのブロックに割り当てられた整数の合計に一致するという部分条件である。このアルゴリズムは、パズルを解くときに使う推論規則としてパラメータを与えると、難易度を指定できるようになっている。そして、認知心理実験を行い、その難易度のインスタンスが生成されることを検証した。本研究では、学生の実情をよく考慮した上で、講義の形態を取りながらも卒業研究などの個別の研究指導に近い教育効果を上げることを目指す自己組み立て型学習という考え方を新しく導入する。この学習方式は、学生が簡単に思い浮かべることのできるイメージを手掛かりにして、それに、目標とするイメージが得られるまで、繰り返し修正を加えて学習するものである。本年度は、このような方式の学習に焦点を絞り、情報系教科を対象とした教材開発のためのデータを収集するとともに、基盤となる知見を与える研究を実施した。・学習者がイメージをつくりあげていく過程、その過程で学習者の反応が変化していく過程を、文章を読ませたり、書かせたりすることにより、観察し、書かれた文章を収集し、分析した。・様々のパズルを取り上げ、パズルを解くという体験が、解くスキルをどう向上させるかについて、学習曲線のデータを収集し、分析した。・パズルを用いた種々の実験を行う場合、実験用の大量のパズルが必要となる。そこで、計算ブロックパズルとマクマホン立体パズルを取り上げ、パズルを自動生成するプログラムを開発した。・論理回路は情報系教科で広く用いられる計算モデルである。論理回路の設計や複雑さについて種々の知見を得、論理回路に関わる教材研究の基盤を整備した。・七並べや神経衰弱などのカードゲームを対象として、一人ゲームのプログラムを作成し、被験者にこれらのゲームを有利に進めるための戦略を学習させる実験を行い、学習曲線など、様々のデータを集めた。・イラスト、キーワード、フレーズなどの基準表現のサンプルを定めた上で、種々の学習対象に対して学習実験を実施し、学習の進み具合を基準表現に基づいて測定した。特に、基準表現の組み合わせや基準表現の間の連想のしやすさの関係に注目してデータを収集した。本研究では、研究代表者はこれまで、学習者自らが学習内容を組み立てることを目指す"自己組み立て型学習"について研究してきた。具体的な研究実績の概要は以下のとおりである。・情報系の厳選した教科内容に対して、多量のドリルを作成してデータベース化するとともに、各問題を解くのにドリルがどの程度有効かを学生の解答データを収集して検証した。
環境価値の評価を取り入れたミティゲーション施設の順応的管理

本研究は、圃場整備事業などで造成された生態系保全のためのミティゲーション施設を対象として、生息環境の価値(環境価値)をHEP法によって評価し、それにもとづいて順応的管理を策定し、その実施効果を検証することを目的とした。研究対象地には栃木県日光市の圃場整備地区における農業水路を選定し、3カ年の研究を行った結果、(1)HEP法による淡水魚の生息環境の価値の把握をつうじて、ミティゲーション対策の効果が評価できること、(2)その結果にもとづいて順応的管理の計画策定が可能なことが明らかになった。栃木県日光市K地区で実施された生態系配慮型圃場整備地区において、2種の淡水魚(スナヤツメ、タモロコ)について事業前と事挙後の環境価値をHEPによって推定した。その結果以下のことが明らかになった。(1)事業地区全体として事業後に環境価値が低下し、ノーネットロスは達成できていないことが明らかになった。(2)ミティゲーション対策無しの水路区間では、事業後に環境価値がほぼ半減した。これは水路のコンクリート化、底質変化、水深の低下によることが明らかになった。(3)ミティゲーション対策有りの水路区間では、事業後も環境価値は変化しなかった。このことから生態系配慮対策の有効性が示された。(4)環境価値の改善策として、ミティゲーション対策無しの水路区間は水深の確保、底質の改善が、ミティゲーション対策有りの水路区間では植生被度の改善が有効と考えられた。栃木県日光市K地区で計画中の生態系保全地について、HEPを利用して環境価値を損なわない計画のあり方について検討した。なお、保全対象種としてホトケドジョウとシマドジョウを考えた。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)保全地内で存置(回避対策)する石積み水路については、現在の水深よりも深い12cm以上を確保する。(2)新設する水田類似の池については、面積が大きいほど環境価値が高くなることから、面積について再検討する。(3)保全地で環境価値を増加させることにより、周辺の環境価値の減少分を補完しうることが明らかになった。これらの結果から、平成23年度は生態系保全地が整備された後の環境価値について検証し、順応的管理のあり方について検討する栃木県日光市の圃場整備地区では、平成22年度にミティゲーション対策をほどこした農業水路の工事が完了した。そこで、農業水路における淡水魚の生息場機能を灌漑期と非灌漑期にわけて調査し、管理段階における順応的管理のあり方を検討した。(1)通常の柵渠の水路とビオトープ水路(水路幅が広くかつ流速が遅い水路)を比較して、淡水魚の生息密度が有意に高かったのは、灌漑期でスナヤツメ、非灌漑期でドジョウ、シマドジョウ、スナヤツメ、ウグイだった。また、深み拡幅水路で生息密度が有意に高かったのは、灌漑期と非灌漑期でドジョウだった。(2)柵渠と比較してビオトープ水路では、灌漑期において有意に流速が小さく水深が大きかった。底質では有意に粘土・シルト・砂の割合が高かった。非灌漑期では水深の減少と流速の増加が見られた。深み拡幅水路では、灌漑期に有意に流速が小さく水深が大きかった。また、底質では粘土とシルトの割合が有意に高かった。非灌漑期でも流速や底質について同様の有意差がみられた。他方で、柵渠では流速が大きく、礫と石の割合が高かった。(3)以上の結果から、底生魚の保全を考えたときは、この地区では農業水路の順応的管理として低流速・高水深の維持および粘土・シルト質の底質確保をめざした管理が重要である。他方で、通常の柵渠の水路は、流速が大きいこと、底質が礫・石であることから、ウグイなどの遊泳魚の生息に適していることがわかった。
水素結合を戦略的相互作用とする基質認識型キラルBronsted塩基触媒の設計開発

グアニジン塩基がプロトン受容した際に形成する水素結合の方向制御に着目し、基質認識部位としての積極的な利用と反応点近傍への効果的な不斉反応場の構築を目指し触媒分子を設計した。要約すると(1)多点水素結合による基質の配向制御によって制御された不斉反応場を構築する。(2)従来の5, 6員環などの普通環ではなく、7員環に加えて9員環などの中員環形成により反応点近傍に不斉環境が構築可能な分子設計を行なう。これらの設計戦略を具現化する軸不斉源として、ビナフチル骨格を選択することにした。光学活性ビナフチル誘導体は入手容易かつ多くの化学修飾例、特に3, 3'一位への置換基導入が報告されていること、また3, 3'一位置換基(G)を適宜選択することで不斉環境を比較的遠くに及ぼすことが可能である。さらに、窒素原子を含む環構造が軸不斉を含んでいるため、中員環構造をとったとしても配座の自由度が比較的小さく複数の反応場の形成が避けられることもビナフチル骨格の利点として挙げられる。本申請研究は触媒反応系の開拓とそれに相応しい高活性と高立体選択的な軸不斉グアニジン触媒の設計開発が鍵となる。そこで、基本となる軸不斉グアニジン触媒のライブラリーを構築するとともに、それを用いて反応系の探索を中心に研究を展開した。触媒ライブラリーは7員環、9員環グアニジンともに、ビナフチル骨格の3, 3'一位に導入する置換基(G)に、立体電子的効果の大きく異なる各種置換ベンゼン環を導入して構築した。このライブラリーをもとに触媒と反応基質間、特に求核剤との間で多重水素結合可能な反応系の探索を行った。その結果、軸不斉グアニジンがα-ケトエステルを求核剤とするアゾジカルボキシラートとのアミノ化反応、ならびにSchiff塩基を1, 3-双極子前躯体とする[3+2]環化付加反応の優れた不斉触媒として機能することを明らかにした。(2)従来の5,6員環などの普通環ではなく、7員環に加えて9員環などの中員環形成により反応点近傍に不斉環境が構築可能な分子設計を行なう。光学活性ビナフチル誘導体は入手容易かつ多くの化学修飾例、特に3,3'一位への置換基導入が報告されていること、また3,3'一位置換基(G)を適宜選択することで不斉環境を比較的遠くに及ぼすことが可能である。触媒ライブラリーは7員環、9員環グアニジンともに、ビナフチル骨格の3,3'一位に導入する置換基(G)に、立体電子的効果の大きく異なる各種置換ベンゼン環を導入して構築した。その結果、軸不斉グアニジンがα-ケトエステルを求核剤とするアゾジカルボキシラートとのアミノ化反応、ならびにジアルキルホスファイトを求核剤とするニトロアルケンへの付加反応の優れた不斉触媒として機能することを明らかにした。

触媒ライブラリーは7員環、9員環グアニジンともに、ビナフチル骨格の3, 3'一位に導入する置換基(G)に、立体電子的効果の大きく異なる各種置換ベンゼン環を導入して構築した。このライブラリーをもとに触媒と反応基質間、特に求核剤との間で多重水素結合可能な反応系の探索を行った。その結果、軸不斉グアニジンがα-ケトエステルを求核剤とするアゾジカルボキシラートとのアミノ化反応、ならびにSchiff塩基を1, 3-双極子前躯体とする[3+2]環化付加反応の優れた不斉触媒として機能することを明らかにした。
両大戦間期日本蚕糸業の構造分析-製糸経営類型化のための基礎的研究

本研究の目的は,両大戦間期における日本蚕糸業の構造変容を、国内各地の様々な規模・タイプの製糸経営事例に基づき分析・解明することにあった。この目的に沿い、まず伝統的生糸生産地域長野県諏訪について岡谷蚕糸博物館所蔵の金一組、岡谷製糸合資会社などの大規模製糸経営の資料調査を行うとともに、東京大学経済学部所蔵の中規模経営小松組製糸所の資料整理を進めた(現在整理を続行中)。同県小縣群では丸子町郷土博物館館所蔵の依田社(営業製糸の組合組織)の資料調査を実施し、同社傘下製糸工場との資金関係が分かる貴重な経営データを得た。これらデータの比較分析により、同じく長野でも諏訪的経営タイプとは異なる経営類型の存在が裏付けられよう。次に後発生糸産地茨城については中規模経営谷口製糸所、真壁製糸合資会社、東光社の三製糸所経営資料の追加調査、経営データの入力・整理を行った。真壁合資については経営分析を試み、震災と契機とした経営の決定的悪化が確認しえたと同時に、両大戦間期における同社と横浜生糸売込問屋原合名との資金関係の全容を解明することもできた。この作業を通じ、中小製糸経営の場合、昭和恐慌以前にすでに経営的破錠を迎えていたものが少なからず存在したこと、また従来明確でなかった戦間期横浜生糸問屋の経営姿勢や製糸資金の放出状況が一定程度解明しえた。そのほか、新興生糸産地四国、九州については横浜市史編纂室所蔵の徳島の筒井製糸、神戸筒井商店(生糸売込問屋)の資料調査、大分県内製糸経営資料の調査をおこなった(大分県立図書館、大分大学)。大分の調査では資料散逸のため経営第一次資料の発掘はきなかったが、大分大経済研究所所蔵資料中にこれまで殆ど資料発掘が進んでいない神戸生糸市場に関する貴重な調査類が残されているのを発見、コピーにて収集した。こうした資料発掘調査の継続と各地経営の比較分析による経営類型の設定が今後の課題である。
硝酸を用いた電炉ダストのオンサイト処理プロセスの開発

本研究では、電炉ダストのオンサイト処理を可能にするプロセスの開発を目指す。硝酸浸出-電解採取を対象とする。低濃度の硝酸溶液をZn浸出液として用い、鉄の浸出は抑制する。浸出残渣は電炉原料として繰り返す。浸出されたZnは電解採取により回収する。プロセスの開発基礎研究として、電炉ダストの硝酸浸出実験、浸出液からの不純物除去実験、硝酸溶液からの電解採取実験をおこない、プロセス特性を明らかにした。(1)亜鉛華を溶解した硝酸溶液からの電解採取実験をおこない、以下の知見を得た。400A/m2以下では電気量に応じた析出が得られる事が分かった。電解析出した亜鉛は、洗浄乾燥後、析出形態を測定するまでに、ほぼ酸化されZnOの形態であった。(2)ダストの性状調査と硝酸浸出実験をおこない以下の知見を得た。電気炉ダスト中の亜鉛の形態としては、ZnOおよびZnFe204で、硝酸による浸出ではZnOだけでなく、難溶性のZnFe204の一部も浸出される事が分かった。ダストの添加量が多い時には、初期に浸出液中の鉄濃度は高くなるが、亜鉛の溶解に伴ってpHが高くなると鉄濃度が低下することが分かった。Pb浸出率はダスト添加量が低いほど高く、添加量の増加とともに減少する。硝酸濃度の高い方がPb浸出率は高くなった。(3)電気炉ダストの硝酸浸出溶液からZnの電解採取実験をおこない、以下の知見を得た。カソード極より激しく気泡が発生し、蓄積が起こる。活性炭処理を施すと気泡の発生はあるものの蓄積は起こらない。浸出液中に溶解しているシリカを煮沸・濃縮し除去すると電解析出物中のZn濃度は12mass%から54mass%へと高くなったが、ゲル状の析出物は発生した。今年度はダストの性状調査および硝酸による浸出実験を実施し、以下の知見を得た。1ダスト中の亜鉛の形態としてはZnOおよびZnFe_2O_4が、鉄の形態としてはFe_3O_4,Fe_2O_3が確認された。2亜鉛は数分で浸出され、比較的高い浸出率(2060%)となること、鉄の浸出速度にたいして亜鉛の浸出速度が高いことがわかった。3パルプ濃度が高いときには、初期に浸出液中の鉄濃度は高くなるが、亜鉛の溶解にともなってpHが高くなると、鉄濃度が低下する。4 20分程度の時間で鉄、亜鉛の濃度は急激に変化して、その後は、緩やかに変化あるいは一定となる。これはパルプ濃度に依らない。5硝酸濃度を一定として、パルプ濃度を増大させると、1時間後の浸出液中の亜鉛濃度は高くなる。一方、鉄濃度は、パルプ濃度が低いうちは高くなるが、pHが高くなるにしたがって低下する。硝酸濃度が高いほどZn浸出率が高い。6標準試薬の浸出と異なり、ダスト中のZnFe_2O_4は浸出される。7ダスト種類、硝酸濃度、パルプ濃度が不純物の浸出率に及ぼす影響は元素によって異なっていた。全体的には、Cd,Pb,Cu,Mn,Crの順で浸出率が高いこと、不純物の浸出率はパルプ濃度の増加とともに減少する傾向にあった。8 1時間後のORPとpHの関係は、パルプ濃度を増加させていくとORPが上昇し、さらに増加させるとORPは低下し、pHは上昇することがわかった。

ダストの種類、硝酸濃度に依らず、硝酸モル当たりのダスト重量が同一であれば、pH、ORPともにほぼ同一の値を示していることがわかった。本研究では、電気炉ダストを硝酸により鉄の浸出を抑えながら亜鉛を浸出させた後、電解採取により亜鉛を回収する。残渣は鉄源として電気炉に繰り返す。電炉メーカーでオンサイト処理可能な硝酸を用いた湿式処理プロセスを提案し、最適条件を明らかにすることが目的である。本年度は電解採取の基礎データーを得るために、亜鉛濃度10g/Lになるよう亜鉛華を0.26mol/L硝酸に溶かした純粋浴を調製し、亜鉛電解採取実験をおこない、析出物の形態や電着状況、電流効率を調べ以下の知見を得た。1電解析出した亜鉛は、洗浄乾燥後、ZnOの形態であった。2硝酸溶液からの亜鉛電解採取では400A/m^2以上で亜鉛の脱落が起き、電流効率は低下するが、それ以下では電気量に応じた析出が得られることが分かった。純粋浴からの電解採取結果を基に特徴的な浸出条件を選定し、実際の電気炉ダストの硝酸浸出溶液について電解採取実験をおこない以下の知見を得た。3ダスト浸出液から直接亜鉛電解をおこなうとカソード極より激しく気泡が発生し、蓄積が起こり正常な電解析出ができなかった。4ダストの前処理として水浸出を実施することで不純物の塩素はほぼ除去できるが、電解挙動は変わらなかった。5ダスト浸出液中に含まれる不純物濃度になるよう純粋浴に試薬を添加して調整した電解液では正常な亜鉛電解ができた。6活性炭による浄液処理を施すと気泡の発生はあるものの蓄積は起こらない。また析出物も比較的大きく成長して落下する点では、亜鉛華浸出液からの電解挙動に近くなることが分かった。7浸出液中に溶解しているシリカを煮沸・濃縮し除去すると電解析出物中のZn濃度は54mass%と高くなったが、ゲル状の析出物は発生した。
地殻物質による珪長質マグマの発生とマグマ溜りの復元に関する実験的研究

地殻の条件下での実験的研究が日本では非常に少ないため,われわれはガス圧式高温高圧装置を用いて以下の2点に関する実験を行ったので,その概略を報告する.1.大規模珪長質噴火のマグマ溜りの例として2.2万年前の始良火砕噴火の大隅軽石の融解実験により斑晶鉱物を再現させ,それが存在していたマグマ溜りの条件を明らかにする.2.2万年前の始良火砕噴火では大隅降下軽石→妻屋火砕流→亀割坂角礫→入戸火砕流の順に噴火が推移し,100km^3以上の均質な流紋岩質マグマを噴出した.斑晶鉱物は斜長石,石英,斜方輝石,磁鉄鉱,イルメナイトである.これまでの成果を踏まえ,今回0.4GPa,850750°C,含水条件のもとで融解実験を行った.その結果750850°C,H_2O6%以下の水不飽和な条件下で天然の斑晶鉱物組合せが再現できることがわかった.また今回の実験範囲ではliquidus相は常にplagioclaseであること,低温,高H_2O側ではopxに代わってhornblendeが晶出することが認められた.この結果から噴火前のマグマは1015kmの深さで800°C程度H_2O不飽和の条件に置かれていたことが推定された.2.地殻物質として阿武隈山地の泥質片麻岩を例にとり,不飽和含水条件のもとで高温高圧下で部分融解させ,融解時に起きる組織の変化からその反応を検討した.この実験では黒雲母片麻岩(鉱物組合せ:黒雲母,菫青石,珪線石,石英,斜長石,カリ長石,不透明鉱物)を,H_2Oを加えずに(H_2Oは含水鉱物に含まれるもののみ),0.4GPa,650900°Cに保持する.予察的な観察では750°C以上の温度では,黒雲母は石英との境界部で反応し,Caに乏しい角閃石(直閃石-ゲードル閃石もしくはカミングトン閃石),カリ長石(成分にとむメルト)を生じる.黒雲母の内部など石英成分に乏しい所ではこれらの他にスピネルも生じている.また800°C以上の温度では明らかに鉱物の境界に沿ってメルトが発生していることが確認された.この条件下では900°Cまでに黒雲母は消滅する。
読字障害における中間表現型：認知・知覚機能のサブグループ化と介入支援方法の開発

H29年度までは、北海道大学病院小児科・精神科外来にて延べ30名程度の限局性学習症と診断される児童をリクルートしてきた。全例について臨床表現系としての各種検査(WISC-IV、音読検査など)を行ってきた。また認知・知覚的表現系については音韻処理課題の準備を行い、眼球運動機能検査についてもGazefinderを用いた課題を作成した。またDTVP-3を海外から購入し、今後は標準データの取得を含めて検討していく予定である。またタブレット機器とタッチペンを用いた書字評価ソフトウェアの開発を行った。今後は微細運動困難を原因とする書字障害児の評価方法を確立する予定である。脳神経基盤研究については20名以上のディスレクシア群および14名の対照群で音読時の脳活動について脳磁図を用いて測定した。現在これによって得られた結果からは、無意味単語音読時の左側頭葉上側頭部の活動低下、有意味単語音読時の左下前頭葉の活動低下、さらに絵の呼称時に右下前頭葉の活動亢進が明らかとなった。特に絵の呼称時の脳活動の違いは、読字障害をもつ子どもたちが、文字だけでなく視覚刺激に対する反応が異なることを示しており、視覚刺激にて通常と異なる脳内経路を使用していることが示唆された。一部の研究では読字障害をもつ人は、視覚的・空間的な把握能力に優れているという報告もなされており、本研究で得られた結果は、こうした脳活動のそもそもの違いを示しているのかもしれない。H30年度、研究代表者は1年間米国Massachusetts General Hospitalに勤務し、主に脳磁図および機能的MRIの解析について研鑽を積んだ一方で、国内臨床におけるデータ解析については遅れかが生じたため、研究期間の延長を申請した。今後、米国での研究を生かして臨床データを用いた解析を行うことで、より精緻な研究成果が見込める。H29年度は前年に引き続き、北海道大学病院小児科・精神科外来にて延べ30名程度の限局性学習症と診断される児童をリクルートしてきた。これらの臨床データについては、一定数集まったことからデータクリーニングを行い、今後臨床表現型からのサブグループ化を進めていく。脳神経基盤の研究は一定の成果が得られたため、今後、米国で学んだ解析技術を用いデータをまとめ結果を公開する予定である。サブグループ化を行う上で一定程度の人数をリクルートできたため、今後は研究分担者と協働し読字や書字についてのデータをクリーニングし、サブグループに着目したさらなる評価方法の開発を進めていく。主訴が学習困難である児童だけでなく幅広い層から抽出を行っていく。さらにサブグループ化された症例への介入を進めていく予定である。認知表現系については、DTVP-3の日本語版の標準化を同時進行する予定である。より先進的な視覚認知および上肢微細運動の評価ツールとして活用できると考えている。また現在開発を終えたタブレットとペンデバイスを用いた書字評価方法は、微細運動障害に起因する書字の困難をもつ場合に指導効果も評価できるツールとなる可能性があり、これらを用いた一部症例の検討を開始していく。脳神経基盤研究については現在、音韻処理および意味処理課題を作成中であり、今年中にはこれらの脳活動測定が可能となる予定である。視覚表象に対する脳内プロセスを明らかにすることができると考えている。上記3分野で多層的な研究を発展させていく。H28年度は北海道大学病院小児科・精神科外来にて約20名の限局性学習症と診断される児童をリクルートしてきた。またタブレット機器とタッチペンを用いた書字評価ソフトウェアの開発を進めており、微細運動困難を原因とする書字障害児の評価方法を確立する予定である。今後はさらに音韻認知、意味認知に特化した課題により、より本質的な脳神経機能について研究を進めていく予定である。H28年度までに北大病院小児科・精神科外来にて約20名の限局性が句集症と診断される児童をリクルートしてきたが、人数は十分ではなく今後の研究推進策にて解決していきたい。

また認知表現系の評価が遅れていた。これは課題の導入、開発や眼球運動測定装置の導入が遅れたためである。これらは今年度第4四半期にほぼ導入が進んだ。H29年度は前年に引き続き、北海道大学病院小児科・精神科外来にて延べ30名程度の限局性学習症と診断される児童をリクルートしてきた。全例について臨床表現系としての各種検査(WISC-IV、音読検査など)を行ってきた。また認知・知覚的表現系については音韻処理課題の準備を行い、眼球運動機能検査についてもGazefinderを用いた課題を作成した。またDTVP-3を海外から購入し、今後は標準データの取得を含めて検討していく予定である。またタブレット機器とタッチペンを用いた書字評価ソフトウェアの開発を行った。今後は微細運動困難を原因とする書字障害児の評価方法を確立する予定である。脳神経基盤研究については20名以上のディスレクシア群および14名の対照群で音読時の脳活動について脳磁図を用いて測定した。現在これによって得られた結果からは、無意味単語音読時の左側頭葉上側頭部の活動低下、有意味単語音読時の左下前頭葉の活動低下、さらに絵の呼称時に右下前頭葉の活動亢進が明らかとなった。特に絵の呼称時の脳活動の違いは、読字障害をもつ子どもたちが、文字だけでなく視覚刺激に対する反応が異なることを示しており、視覚刺激にて通常と異なる脳内経路を使用していることが示唆された。一部の研究では読字障害をもつ人は、視覚的・空間的な把握能力に優れているという報告もなされており、本研究で得られた結果は、こうした脳活動のそもそもの違いを示しているのかもしれない。今後はさらに音韻認知、意味認知に特化した課題により、より本質的な脳神経機能について研究を進めていく予定である。これらの臨床データについては、一定数集まったことからデータクリーニングを行い、今後臨床表現型からのサブグループ化を進めていく。脳神経基盤の研究は一定の成果が得られたため、今後データをまとめ結果を公開する予定である。H29年度までは、北海道大学病院小児科・精神科外来にて延べ30名程度の限局性学習症と診断される児童をリクルートしてきた。
ヘビ-フェルミオンの理論研究

前年度に続き、アクチナイド、稀土類金属化合物の重い電子系、及び高温超伝導化合物を対象に、強い電子相関をもつ電子系に対する基本的理論研究を発展させ、いくつかの重要な成果をえた。その主な事項を以下に列挙する。1).前年度に続いて、U(Th)Pt_3を対象に、重いフェルミ粒子系の超伝導間の転移の可能性を検討した。(上田、長岡)2).周期的アンダ-ソン模型に立つフェルミ液体論の展開の一環として、高温超伝導体の正常状態におけるNMRの緩和時間、電気抵抗の異常が、強い反強磁性スピンのゆらぎに基くものとして、フェルミ液体論の枠組の中で理解できることを示した。またHall係数の異常部分、正常部分の計算を同じ立場に立って行った。(山田)3).強い電子相関をもつ電子系の基本的特性を見るために、1次元ハバ-ド模型における運動量分布関数、スピン相関関数のフェルミ面近傍の特異性を、一般の電子密度に対して数値計算を援用し、Luttinger液体の特性として理解できることを明確にした。(斯波)4).2次元ハバ-ド系がFermi液体であるか、あるいは1次元的なLuttinger液体かを調べるために、tーmatrix近似及び2次摂動の範囲で、フェルミ面の自己エネルギ-の特異性を調べた。(福山、山田)5).Covalent mixingに基く簡単な模型を用いて、高温超伝導体YBa_2Cu_3O_7における2種類の格子点を占める^<63>Cu、4種類の格子点の^<17>Oの電場勾配の実験値がすべて矛盾なく説明できることを示した。(芳田)6).強相関電子系においてHubbard gap内に生じるコヒ-レントバンドの従来の研究の発展として、その温度効果を調べた。(長岡、立木)前年度に続き、アクチナイド、稀土類金属化合物の重い電子系、及び高温超伝導化合物を対象に、強い電子相関をもつ電子系に対する基本的理論研究を発展させ、いくつかの重要な成果をえた。(長岡、立木)
中国における肝硬変及び肝細胞癌の研究

本共同研究事業は、平成6年より二年計画で実施した。中国西南部及び揚子江流域における肝硬変、肝細胞癌に関するウイルス肝炎及び日本住血吸虫症の役割の解明を目的とした。日本住血吸虫症浸淫地域の疫学調査としては、現流行地域の四川省正三口郷(調査A)、旧流行地の安徽省董点郷(調査B)、四川省新四郷(調査C)、江蘇省河陽郷(調査D)の一般住民を対象に、日本住血吸虫症の浸淫状況とともに肝炎ウイルスの保有状態を検討した。対照として非流行地の四川省資中内江地区(調査E)、江蘇省沛県(調査F)及び肝疾患のため入院加療を行っている四川省の肝硬変、肝細胞癌患者についても肝炎フイルスマーカーの測定を行った。肝炎ウイルスの疫学調査は、HBVについてHBs抗原、HBs抗体及びHBc抗体を調べ、HBs抗原陽性及びHBc抗体力価の高い者についてはさらにHBe抗原、抗体を測定した。HCVについてはEIA/CPでcore抗体を検出、さらにPHA法でHCV抗体を調べた。日本住血吸虫症現流行地域(調査A)では調査総数519名中56名(10.8%)にHBs抗原を検出した。HBVマーカー陰性者は164名(31.6%)で、HCV抗体は検出されなかった。旧流行地(調査B、C、D)では530名中79名(14.9%)がHBs抗原で、135名(25.5%)がHBVマーカー陰性、3名(0.57%)がHCV抗体陽性であった。非流行地(調査E、F)では219名中18名(8.2%)がHBs抗原で、70名(32.0%)がHBVマーカー陰性、2名(0.91%)がHCV抗体陽性であった。各地域のHBV及びHCVの感染に有意の差は見られなかった。242例の慢性肝疾患入院患者ではHBs抗原陽性が170例(70.2%)で、HCV抗体陽性が36例(14.9%)であった。HCV抗体陽性者36例中23例はHBVとHCVの二重感染であった。これら調査地域のEIA法による日本住血吸虫虫卵抗原に対する抗体陽性者(抗体価200倍以上)は、調査A:519名中339名(65.3%)、調査B:100名中38名(38%)、調査C:330名中42名(12.7%)及び調査D:100名中7名(7%)であった。調査Aの日本住血吸虫症の浸淫状況は、抗体保有率が非常に高く、しかも肝脾腫をともなう腹水貯留患者も多く見られた。本症の浸淫状況は非常に高いと判断された。調査Bは一旦制圧したと宣言されたが、また盛り返した地域であった。調査C、Dにおいては、山梨県の旧流行地(若草町)の14.9%より低い抗体保有状況を示しており、流行は既に終息したと考えられ、現地における疫学調査においても裏付けられた。非流行地の調査では、調査Eは115名中3名(2.6%)、調査Fは103名中1名(1%)にすぎなかった。慢性肝疾患入院患者では、肝硬変患者104名中7名(6.7%)、肝細胞癌患者155名中3名(1.9%)であった。日本住血吸虫感染による肝脾病変は宿主体内に残存した虫卵周囲への肉芽腫形成が引き金になると理解されている。また、近年腫瘍壊死因子α(TNFα)が成虫の成長と産卵に必須であるという報告がなされており、宿主におけるTNFαの産生が感染症状に影響を与えていることが示唆されてきている。そこで、高いTNFα産生を誘導するとされるTNFα遺伝子のプロモーター領域-308における点突然変異を持つTNF2対立遺伝子の存在を、中国の日本住血吸虫有病地住民について調べ、遺伝疫学的に検討を行った。TNFα遺伝子プロモーターは、変異のないTNF1対立遺伝子と、変異のあるTNF2対立遺伝子の2型性を示すことが知られている。今回調べた中国四川省の日本住血吸虫症浸淫地域の感染既往者165名の表現型頻度はTNF1/TNF1:0.855、TNF1/TNF2:0.115、TNF2/TNF2:0.03となり、以前報告された日本人、ソロモン人、ガンビア人におけるTNF2の表現型頻度に比べ有意に高い値が得られた。今後、実際のPCR産物からTNFα遺伝子プロモーター領域のDNA配列を決定して他の多型の存在についても検討していく必要があると考えられる。対照として非流行地の四川省資

中内江地区(調査E)、江蘇省沛県(調査F)及び肝疾患のため入院加療を行っている四川省の肝硬変、肝細胞癌患者についても肝炎フイルスマーカーの測定を行った。肝炎ウイルスの疫学調査は、HBVについてHBs抗原、HBs抗体及びHBc抗体を調べ、HBs抗原陽性及びHBc抗体力価の高い者についてはさらにHBe抗原、抗体を測定した。HCVについてはEIA/CPでcore抗体を検出、さらにPHA法でHCV抗体を調べた。日本住血吸虫症現流行地域(調査A)では調査総数519名中56名(10.8%)にHBs抗原を検出した。HBVマーカー陰性者は164名(31.6%)で、HCV抗体は検出されなかった。旧流行地(調査B、C、D)では530名中79名(14.9%)がHBs抗原で、135名(25.5%)がHBVマーカー陰性、3名(0.57%)がHCV抗体陽性であった。非流行地(調査E、F)では219名中18名(8.2%)がHBs抗原で、70名(32.0%)がHBVマーカー陰性、2名(0.91%)がHCV抗体陽性であった。各地域のHBV及びHCVの感染に有意の差は見られなかった。242例の慢性肝疾患入院患者ではHBs抗原陽性が170例(70.2%)で、HCV抗体陽性が36例(14.9%)であった。HCV抗体陽性者36例中23例はHBVとHCVの二重感染であった。これら調査地域のEIA法による日本住血吸虫虫卵抗原に対する抗体陽性者(抗体価200倍以上)は、調査A:519名中339名(65.3%)、調査B:100名中38名(38%)、調査C:330名中42名(12.7%)及び調査D:100名中7名(7%)であった。調査Aの日本住血吸虫症の浸淫状況は、抗体保有率が非常に高く、しかも肝脾腫をともなう腹水貯留患者も多く見られた。本症の浸淫状況は非常に高いと判断された。調査Bは一旦制圧したと宣言されたが、また盛り返した地域であった。調査C、Dにおいては、山梨県の旧流行地(若草町)の14.9%より低い抗体保有状況を示しており、流行は既に終息したと考えられ、現地における疫学調査においても裏付けられた。非流行地の調査では、調査Eは115名中3名(2.6%)、調査Fは103名中1名(1%)にすぎなかった。慢性肝疾患入院患者では、肝硬変患者104名中7名(6.7%)、肝細胞癌患者155名中3名(1.9%)であった。日本住血吸虫感染による肝脾病変は宿主体内に残存した虫卵周囲への肉芽腫形成が引き金になると理解されている。また、近年腫瘍壊死因子α(TNFα)が成虫の成長と産卵に必須であるという報告がなされており、宿主におけるTNFαの産生が感染症状に影響を与えていることが示唆されてきている。そこで、高いTNFα産生を誘導するとされるTNFα遺伝子のプロモーター領域-308における点突然変異を持つTNF2対立遺伝子の存在を、中国の日本住血吸虫有病地住民について調べ、遺伝疫学的に検討を行った。TNFα遺伝子プロモーターは、変異のないTNF1対立遺伝子と、変異のあるTNF2対立遺伝子の2型性を示すことが知られている。今回調べた中国四川省の日本住血吸虫症浸淫地域の感染既往者165名の表現型頻度はTNF1/TNF1:0.855、TNF1/TNF2:0.115、TNF2/TNF2:0.03となり、以前報告された日本人、ソロモン人、ガンビア人におけるTNF2の表現型頻度に比べ有意に高い値が得られた。今後、実際のPCR産物からTNFα遺伝子プロモーター領域のDNA配列を決定して他の多型の存在についても検討していく必要があると考えられる。本共同研究事業は、平成6年より二年計画で実施する。中国西南部及び揚子江流域における肝硬変、肝細胞癌に関するウイルス肝炎及び日本住血吸虫症の役割の解明を目的とする。初年度は四川省の肝硬変及び肝細胞癌の患者ならびに患者の主な出身地の一般住民について調査した。同時に江蘇省及び安徽省の住血吸虫流行地の近隣である非流行地をも調査した。成果の概要は以下のようである。1.四川省の肝硬変患者のHBs抗原保有者は77.5%で、HCV抗体陽性者は12.4%であった。
ザルガイ科の殼の後端の平坦化・殼の透明化とその適応的意義

ザルガイ科の二枚貝の殼の適応的意義を研究するにあたり、本研究では特にオオヒシガイ(Fragum fraum)に重点を置いた。この種は体内に光合成藻を共生させるにもかかわらず光を通すのに不利と考えられる半透明な殼を持っている。その理由を明らかにするために西表島の東海大学沖繩地域研究センターでの生態観察をはじめ、軟体部の解剖学的特長、組識切片の顕微鏡観察による軟体部での共生藻の分布状況などの調査を行った。その結果次の点が明らかになった。オオヒシガイは潮間帯下部で有孔虫殼を多く含む石灰質粗粒砂からなる底質中に生息する。軟体部で特に目立つのは殼後部直下の外套膜が肥厚し、ここに多数の纎毛がある点である。えら、唇弁、足などは退化していないので、水中の食物粒を濾過し利用でき、また運動能力も十分あると考えられる。共生藻は、採集したすべての個体に存在し、外套膜全面、纎毛、えら、筋肉に分布する。生態は光合成藻と共生する二枚貝としては特異で、殼は完全に底質中に潜って生活する。軟体部ではわずかに纎毛のみが海底面上に露出するだけである。この観察結果はオオヒシガイは普通の二枚貝と同じように底質に潜り外敵から身を守り、濾過による食物粒と光合成藻の両方を餌とする摂食方法を進化させた二枚貝であることを示唆する。底質中に潜っていても光合成藻と共生できるのは、底質の粗粒で空隙率の大きな堆積物を通過する光を利用出来るためで、また共生藻は低い光量で光合成を行なえる種類なのだろう。半透明な殼は光を散乱させるのに適しており、これによって共生藻の住む外套膜に光をまんべんなく供給出来る。西表の調査地ではオオヒシガイの生息密度は共存する他の二枚貝の10倍近く、オオヒシガイが「成功者」であることを物語る。今回解明できなかった殼後端の平坦化の適応的意義については今後の課題となった。
ミトコンドリアKATPチャンネルを介した虚血耐性現象のメカニズム

神経細胞に非致死的虚血負荷を与えることによって次に続く致死的な虚血負荷に対する耐性が誘導される虚血耐性現象(ischemic preconditioning)が知られている。近年では虚血負荷が加わった後のストレスが神経保護効果をもたらすというischemic postconditioning現象に関する報告が散見されるがその詳細なメカニズムに関しては未解明である。今回我々はミトコンドリア局在KATPチャンネルの活性化がミトコンドリアからのCa2+放出をもたらし、NMDA受容体反応を低減させることで虚血耐性を獲得するとする仮説をパッチクランプ法を用いて電気生理学的に示した。C57BL/6Jマウスを用いて海馬スライスを作成し、ホールセルレコーディングにてNMDA電流を計測、さらに細胞内カルシウム濃度変化およびミトコンドリア膜電位変化を計測した。今回の実験結果から、Ischemic PostCは、ミトコンドリアKATPチャンネルの開口が関与し、一時的にミトコンドリアを脱分極させることを示した。さらにischemic PostCの発動にはmPTPの少なくとも一時的な開口が必要であることを示し、それによりNMDA受容体をdown regulationさせることで細胞内のカルシウムイオン濃度の上昇を抑制することを示した。本研究は、ミトコンドリアが一過性のmPTP開口によるNMDAR silencingを介したミトコンドリアKATPチャネルの開口によって誘導されるPostCの神経保護効果に中心的な役割を果たすことが示された。申請者は虚血耐性現象(Ischemic pre-/post- conditioning )にミトコンドリアKATPチャンネルの活性化が関与していることを電気生理学的に報告してきた。しかし本チャンネル活性化が虚血耐性を獲得するより詳細は機序は不明である。申請者はミトコンドリアKATPチャンネルの開口によってミトコンドリア内膜の脱分極が生じ、ミトコンドリアPTPから細胞質にカルシウムイオンが放出され、これが細胞膜NMDA受容体のdown regulationをもたらし、このことでEPSCが低下するという仮説をもとに、虚血耐性現象を臨床応用に展開するための基盤研究として本研究ではより詳細な機序の解明を行う。研究期間内には以下のことを明らかにする。ミトコンドリア局在KATP(mitoKATP)チャンネル、ミトコンドリアPTP(MTPT)を介した虚血耐性現象の詳細な機序解明のために本研究計画では以下の研究項目を予定している。1本虚血耐性誘導でNMDA受容体のdownregulationがみられるかどうか、ミトコンドリアPTPの開口薬、阻害薬を用いることでこのNMDA受容体のdown regulationがミトコンドリアPTPを介しているかどうかを電気生理学的に検討する。21で得られた結果が、mitoKATPチャンネル開口薬であるDiazoxide(500&micro;M)を投与することで得られる、いわゆる薬剤誘導postconditioning群においても同様に認められるかどうかを検討する。さらに細胞質内Ca2+変化Ca2+感受性色素Oregon Greenを用いて測定し、耐性誘導によりミトコンドリアPTPからのCa2+放出を計測する。3ミトコンドリア膜電位をモニターし、耐性誘導によってミトコンドリア脱分極が生じ、それによってミトコンドリアPTPからCa2+が放出されることを明らかにする前述の概要で述べた通り、Ischemic postconditioningによる虚血耐性誘導でNMDA受容体のdown regulationがみられるかどうか、ミトコンドリアPTPの開口薬、阻害薬を用いることでこのNMDA受容体のdown regulationがミトコンドリアPTPを介しているかどうかをパッチクランプ法で評価するが、パッチクランプ機器の調整や研究協力者の人事異動等もあり、予定より遅れているが、現在状況は改善され、実験の進行が予想される。申請者はミトコンドリア局在KATPチャンネルの活性化によってミトコンドリアからのCa2+が放出され、これが細胞膜のNMDA受容体反応を低減させ、このことがEPSCの低下をもたらし、虚血耐性を獲得するという仮説を元に、虚血耐性現象を臨床応用臨床応用に展開するための基盤研究として本研究ではより詳細な機序の解明を行う。まず、4-8週齢のC57BLマウスを用い、海馬スライス標本を作製する。ホールセルパッチクランプ法を用いてspontaneous EPSC(sEPSC)、NMDA受容体電流、細胞内Ca2+濃度を測定した。結果としてPost-conditioning,ミトコンドリア局在KATP開口薬によりNMDA受容体電流は、コントロール群と比較して有意に抑制された。また、Post-conditioning,ミトコンドリア局在KATP開口薬投与により細胞内Ca2+濃度上昇はコントロール群と比較して有意に抑制された。さらに細胞外Ca2+をfreeにするとPost-conditioning,ミトコンドリア局在KATP開口薬により再灌流時の細胞内Ca2+の増加は抑制された。よってPost-conditioning,ミトコンドリア局在KATP開口薬による細胞内カルシウム濃度の上昇が抑制されるのは主に細胞外からのNMDAを介したCa2+の流入抑制であることが示された。実験はおおむね順調に進んでいる。細胞内Ca2+濃度の計測も大きなトラブルなく進んでいる。現在のところ仮説を指示する結果が得られており、平成30年度において実験を佳境へと進めていきます。

近年では虚血負荷が加わった後のストレスが神経保護効果をもたらすというischemic postconditioning現象に関する報告が散見されるがその詳細なメカニズムに関しては未解明である。今回我々はミトコンドリア局在KATPチャンネルの活性化がミトコンドリアからのCa2+放出をもたらし、NMDA受容体反応を低減させることで虚血耐性を獲得するとする仮説をパッチクランプ法を用いて電気生理学的に示した。C57BL/6Jマウスを用いて海馬スライスを作成し、ホールセルレコーディングにてNMDA電流を計測、さらに細胞内カルシウム濃度変化およびミトコンドリア膜電位変化を計測した。今回の実験結果から、Ischemic PostCは、ミトコンドリアKATPチャンネルの開口が関与し、一時的にミトコンドリアを脱分極させることを示した。さらにischemic PostCの発動にはmPTPの少なくとも一時的な開口が必要であることを示し、それによりNMDA受容体をdown regulationさせることで細胞内のカルシウムイオン濃度の上昇を抑制することを示した。本研究は、ミトコンドリアが一過性のmPTP開口によるNMDAR silencingを介したミトコンドリアKATPチャネルの開口によって誘導されるPostCの神経保護効果に中心的な役割を果たすことが示された。平成29年度中には本虚血耐性誘導でNMDA受容体のdown regulationの有無とミトコンドリアPTPの開口薬、阻害薬を用いることでこのNMDA受容体のdown regulationがミトコンドリアPTPを介しているかを評価し、さらにmitoKATPチャンネル開口薬であるDiazoxide(500&micro;M)を投与することで得られる、いわゆる薬剤誘導postconditioning群においても同様に認められるかどうかを検討する。平成30年度においてはさらに細胞質内Ca2+変化Ca2+感受性色素Oregon Greenを用いて測定し、耐性誘導によりミトコンドリアPTPからのCa2+放出を計測する。さらにミトコンドリア膜電位をモニターし、耐性誘導によってミトコンドリア脱分極が生じ、それによってミトコンドリアPTPからCa2+が放出されることを示すことで本虚血耐性現象の機序解明を進める予定である。これまでの結果からPost-conditioningによって細胞内カルシウム濃度の上昇が抑制されるのは主に細胞外からのNMDAを介したCa2+の流入抑制であることが示された。
疲労に抗して行動する意欲を維持する脳内機構の解明と食品によるその調節の可能性

レバーを押すことで脳報酬系に快刺激が得られる脳内自己刺激(ICSS)を用い疲労度測定法を検討した。刺激強度を変動させ脳報酬閾値を算出するRF法、所定時間内のレバー押し回数を記録するFR法、同じ刺激を得るためのレバー押し回数が漸増するPR法を比較した。運動負荷で各方法ともICSSの動機が減退した。情動ストレスではRF法でのみ動機の減退が検出された。運動意欲に報酬系側坐核に投射するドーパミン作動性神経が関与し、カフェイン投与によってその意欲の持続が引き起こされることを明らかとした。トレーニングによって持久能力が増大すると、同一運動負荷に対する疲労度が抑制されることをICSSを用いて明らかとした。I. ICSS (脳内自己刺激)を用いた疲労度測定法の最適化ICSSのプロトコールとして、報酬電気刺激を受けるために要するレバー押し回数が任意の回数で固定であるfixed ratio法を用いたとき疲労負荷により応答がどのように変動するかを検討した。運動による疲労負荷で刺激を得るためのレバー押し回数を低く設定した場合には変動がなかったが、これを高く設定した場合にレバー押し行動が減弱することが観察された。しかしながらまだ例数が少ないため、さらに検討を行う。II.運動負荷時の側坐核ドーパミン(DA)動態のマイクロダイアリシスによる検討自発的行動を行う動機の発生と維持に脳報酬系を構成する側坐核が重要な役割を果たすことが知られている。側坐核は機能的・解剖学的にコア部とシェル部に分けられる。本検討ではコア部でのDA濃度変動をマイクロダイアリシスにより測定した。その結果、シェル部と同様に走行時に細胞外液中DA濃度が上昇することが明らかとなった。シェル部でのDA濃度増大は走行終了後も持続するが、コア部では走行終了後に速やかに走行開始前と同じレベルに復帰した。III.動機の生成/維持に対して側坐核D1およびD2受容体が果たす役割の解明上記IIより側坐核シェルとコアは運動時に異なる役割を果たすことが示唆された。そこで本年度はラット側坐核シェルに対してDA受容体阻害剤を微量投与し、走行にどのような影響を及ぼすか検討した。側坐核でのDA受容体は1型と2型があり、各々に対し特異的な阻害剤であるSCH23390、およびEticloprideを投与し、トレッドミル走行時間を測定した。対照として生理食塩水を投与されたラットに比べどちらの薬物も持久走行時間を有意に減少した。D2受容体阻害の方がD1受容体阻害に比べさらに持久走行時間が短くなる傾向を示したが、統計的な差はなかった。I. ICSS (intracranial self-stimulation,脳内自己刺激)を用いた疲労度測定法の最適化:検討予定のICSSプロトコールのうちFixed ratio法について実験を行った。疲労度測定について一定の示唆を得たが、例数が少なく、さらに検討を要する。II.運動負荷時の側坐核ドーパミン(DA)動態のマイクロダイアリシスによる検討:側坐核シェル部およびコア部での運動時のDA作動性投射の動態を明らかにした。本項目について当初の計画は達成されたと考える。III.動機の生成/維持に対して側坐核D1およびD2受容体が果たす役割の解明:側坐核シェル部へのD1RおよびD2R阻害剤の投与が持久運動の維持に及ぼす影響について明らかにした。これにより本項目の本年度計画部分については概ね達成されたと考える。光遺伝学的手法を用いた検討についてはオプシンをDA作動性神経に発現させた組換えマウスの繁殖に取り組んでいる状態で、実験に十分な数を供するには不十分であり、現時点では達成が不十分である。ICSSのプロトコールとして、報酬電気刺激を受けるために必要なレバー押し回数が次第に増加するprogressive ratio法を用いたとき疲労負荷により応答がどのように変動するかを検討した。刺激を得るためのレバー押しを諦めた回数をブレイクポイントとするが、運動による疲労負荷で明らかな変化がなかった。対照でのブレイクポイントが低く、レバー押しへの意欲が高まっていない可能性があり、レバー押し回数増大のプログラムについて検討を要する。III.動機の生成/維持に対して側坐核D1およびD2受容体が果たす役割の解明昨年度のラット側坐核シェルへのDA受容体阻害剤微量投与に引き続き、同コア部へ阻害剤を投与し、走行にどのような影響を及ぼすか検討した。側坐核でのDA受容体は1型(D1R)と2型(D2R)があり、各々に対し特異的な阻害剤であるSCH23390、およびEticloprideを投与し、走行時間を測定した。D1R阻害の方がD2R阻害に比べより短時間で走行を停止させる傾向を示したが、統計的な差はなかった。IV.食品によって抗疲労・疲労回復効果が認められるものは動機の維持に寄与するか適量のカフェインが動物の持久運動時間を延長する報告があるが、ラットトレッドミル走行で同様の結果を得た。同じ投与量でオープンフィールドでの自発行動量および回転カゴでの自発運動量が増大した。このことから、カフェインは運動する動機の形成と運動を継続する意志のどちらか、もしくは両方に影響している可能性が示された。I. ICSS (intracranial self-stimulation,脳内自己刺激)を用いた疲労度測定法の最適化:検討予定のICSSプロトコールのうちProgressive ratio法について実験を行った。

ブレイクポイントの測定を行うことができることを確認したが、レバー押しの負荷回数増大のプログラムについてさらに適切な負荷曲線を検討する必要があると考えられた。また未だ例数が少なく、これについても電極設置手術の技術についてトレーニングを要する。II.運動負荷時の側坐核ドーパミン(DA)動態のマイクロダイアリシスによる検討:当初の計画は実行済みで、走行トレーニングを行って持久運動能力を高めた動物での応答を測定する計画を追加し、検討中である。III.動機の生成/維持に対して側坐核D1およびD2受容体が果たす役割の解明:コアへのDA受容体阻害剤投与について終了し、この項目での当初の計画を達成した。光遺伝学的検討についてはDA作動性神経でのオプシン発現組換えマウスについて実験に必要な規模での繁殖が可能となったため、刺激用光ファイバーの設置手術、光刺激パターン、目的神経の応答をc-fos発現で確認するなどの基礎的条件の検討を行っている。IV.食品によって抗疲労・疲労回復効果が認められるものは動機の維持に寄与するか:カフェイン投与について運動する動機の亢進と持久運動する意欲の維持効果を明らかとし、食品としてのカフェインに運動時の抗疲労効果がある可能性を示した。食品(成分)の抗疲労・疲労回復効果について1つを候補として示すことができたが、同様の効果を持つ食品(成分)についてさらに検討を行う。II.運動負荷時の側坐核ドーパミン(DA)動態のマイクロダイアリシスによる検討走行トレーニングを行って21m/minの速度で60分間の走行を行えるようにしたラットと、トレッドミル走行への慣らしだけを行い、トレーニングは行わなかったラットで走行時の側坐核シェル部でのドーパミン細胞外液中濃度の変化を検討した。走行強度を15m/minとしたが両群でDA濃度の変化に有意な差はなく、トレーニングはドーパミン作動性神経の活動にあまり影響しないことが明らかとなった。III.動機の生成/維持に対して側坐核D1およびD2受容体が果たす役割の解明について:ホームケージに併設した自発回転かごで自発的に走行する運動を用い、側坐核シェル部とコア部にD1受容体アンタゴニスト(SCH23390)もしくはD2受容体アンタゴニスト(eticlopride)0を投与するとコアにSCH23390を投与したときに統計的に有意胃に自発運動が抑制された。IV.食品によって抗疲労・疲労回復効果が認められるものは動機の維持に寄与するか:カフェインと同じアデノシンA2A受容体アンタゴニストであるMSX-3を側坐核に投与し、走行運動時間が延長することを明らかとした。カフェインと異なりMSX-3は自発行動や自発運動の増大は示さなかった。カフェインの腹腔内投与により脳脊髄液中のカフェイン濃度が増大することを確認した。レバーを押すことで脳報酬系に快刺激が得られる脳内自己刺激(ICSS)を用い疲労度測定法を検討した。刺激強度を変動させ脳報酬閾値を算出するRF法、所定時間内のレバー押し回数を記録するFR法、同じ刺激を得るためのレバー押し回数が漸増するPR法を比較した。運動負荷で各方法ともICSSの動機が減退した。