hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢女性に特化した新しいC型慢性肝炎治療法の開発

C型慢性肝炎に対する標準治療はインターフェロンとリバビリンの併用療法であるが、その有効率は約50%にとどまっている。高齢女性は治療効果が低いことが知られている。本研究では更年期女性の骨粗鬆症の治療剤である、ラロキシフェンが抗C型肝炎ウイルス(HCV)活性について明らかにした。ラロキシフェンはインターフェロンの抗HCV活性を増強した。一方、ラロキシフェンは高脂血症の抗HCV活性を減弱させた。1.粗鬆症治療剤の抗HCV活性骨粗鬆症に対する治療剤であるビスフォスフォネート剤のHCV RNA複製に対する効果をHCV RNAレポーターアッセイ(OR6アッセイシステム)を用いて検討した。ビスフォスフォネード剤のアレンドロネートがHCV RNA複製を抑制した。ビスフォスフォネートはメバロン酸経路のうちファーネシル合成酵素の阻害が知られている。平成21年度はアレンドロネート以外のビスフォスフォネート剤の抗HCV活性を検討する。また、ビスフォスフォネート剤が実際にゲラニルゲラニル化を阻害しているかどうかについても検討する。2.異なる遺伝子型HCVでの薬剤感受性遺伝子型1b型のHCV-0株ではプラバスタチンを除くスタチン剤(ローバスタチン、シンバスタチン、アトルバスタチン、フルバスタチン、ピタバスタチン)が抗HCV活性を示した。今回、遺伝子型2a型のJFH-1株を用いてピタバスタチンのHCV RNA複製に及ぼす効果を検討したが、予想外にJFH-1株ではピタバスタチンは抗HCV活性を示さなかった。平成21年度はJFH-1がスタチン剤に抵抗性を示す原因について検討する。また、1b型HCV株でもJFH-1株の様に抵抗性を示すものがないかどうかについて、HCV-0株以外の1b型HCV株を作製し検討する。3.肝細胞における骨関連分子の発現C型肝炎ウイルス(HCV)を効率よく複製するヒト肝癌細胞HuH-7における骨代謝関連分子(BAP)およびその受容体の発現をRT-PCRにより検討した。BMP2, BMP4は発現していたが、BMP3, BMP5, BMP6, BMP7の発現は認められなかった。受容体に関しては日MPRIAの発現は認められたがBMPR1B, BMPR2の発現は認められなかった。平成21年度はこれらの骨代謝関連分子をスタチン剤が誘導するか、また、HCV RNA複製への影響について検討する。(1)骨粗霧症治療剤の抗HCV活性昨年度は更年期以降の女性で発症率の高い骨粗鬆症の治療剤であるビスフォスフォネート剤のアレンドロネートが抗HCV活性を有することを報告した。メバロン酸経路における代謝産物のゲラニルゲラニルピロリン酸は宿主因子のゲラニルゲラニル化の基質となるが、HCVの複製にはゲラニルゲラニル化の修飾を受ける宿主因子(FBL2など)が必要なことが知られている。今年度は、閉経後骨粗鬆症の治療に用いられる選択的エストロゲン受容体調整剤の抗HCV活性について検討した。全長HCV RNA複製レポーターアッセイ系を用いてラロキシフェンのHCV RNA複製に及ぼす効果を検討した。ラロキシフェンは濃度依存的にHCV RNA複製を抑制した(EC_<50>:1μM)。また、ラロキシフェンはC型慢性肝炎の標準的治療剤であるインターフェロンの抗HCV活性を増強した。ラロキシフェンは現在、臨床の場で使用されている安全性の高い薬剤であるため、インターフェロン治療抵抗性の高齢女性に対する治療成績改善が期待される。(2)異なるHCV株でのスタチン剤の感受性昨年度は1b型HCV株(HCV-0)に比べて2a型HCV株(JFH1)ではスタチン剤が抵抗性を示すことを報告した。本年度は、3つの1b型HCV陽性患者血清(1B-4, 1B-5, KAH5)よりサブゲノムレプリコン複製細胞を作成し、スタチン剤に対する感受性を検討した。ピタバスタチンに対する1B-4, 1B-5, KAH5, 0由来のレプリコンのEC_<50>はそれぞれ0.40,0.51,0.64,1.00μMでありHCV株により感受性が異なることがわかった。他のスタチン剤(フルバスタチン、ロスバスタチン)でもKAH5由来のレプリコンは最も低い感受性を示した。このことは、C型慢性肝炎患者においてもスタチン剤の感受性に違いがある可能性を示唆している。C型慢性肝炎に対する現在の標準治療はペグインターフェロン(PEG-IFN)とリバビリン(RBV)の併用療法である。遺伝子型1bのHCV感染のPEG-IFN/RBV併用療法の治療成績は約50%となっているが、中でも更年期以降の女性において治療成績が良くないことが問題点としてあげられる。

更年期おいては高脂血症、骨粗鬆症の頻度高くこれらの疾患に対してスタチン剤、ビスフォスフォネートが用いられている。昨年度までに骨粗鬆症治療剤であるラロキシフェンが抗(C型肝炎ウイルス)HCV活性(EC_<50>:1μM)を有することを見出した。また、これまでにスタチン剤が培養細胞、患者でHCV RNAの増殖を抑制することが知られている。本年度はラロキシフェンをIFNあるいはスタチン剤と併用したときの抗HCV活性について検討した。ラロキシフェンは濃度依存的にIFNの抗HCV活性を増強した。一方予想外にラロキシフェンとスタチン剤の併用は相反効果を示した。スタチン剤、ラロキシフェンは現在臨床の場で更年期の女性に対して用いられている薬剤である。標準療法であるPEG-IFN/RBVにスタチン剤を追加することで治療成績が改善されることがこれまでに報告されている。今回の結果はPEG-IFN/RBVにラロキシフェンを追加することで治療成績が改善されることを示唆している。一方、スタチン剤とラロキシフェンを併用することはそれぞれの抗HCV活性を減弱させてしまう可能性があるため、臨床でこれらの2剤を併用する場合の有用な情報となるものと思われる。
ビ-クル能動的安全運転のための人間の行動、生理、心理の計測

本研究では、次の4課題。(1)無侵襲センサ出力の信号処理(2)ストレス計測(3)車両走行曲率と運転スキルの評価(4)顔の表情によりドライバの心理を表す表示器の構成。についての研究を進めた。(1)では、センサとして市販のコンデンサマイクロホンを用い座席に座ったときのお尻の振動から運転者の心拍を計測するシステムを構築した。このセンサは感度が高く他の振動も容易に計測してしまう。そのため心拍の波形の情報を利用した信号処理法を開発した。振動の無い座席では、無侵襲により、運転者の心拍変化をとらえることができた。(2)心拍と周波数と呼吸の強弱には、相関があり、その間の後れ時間とストレスは関連があるとのモデルのもとで、その関係を実験的に調べた。その結果、関連の存在は認められた。(3)自動車の既存のスピードメータとジャイロの出力の比から自動車走行軌跡の曲率オンラインで計測するシステムを開発した。道路の曲率を部分的に一定、ある程度以下の曲率では、道路は直線であるとの仮定をもとで、道路の曲率と運転に伴う曲率を分離した。分離された運転に伴う曲率変化から、その運転者の特徴を読み取ることができた。(4)自動車運転中の際に得られるデータ速度、回転数、横変異の評価言葉を抽出した。運転中の心理状態を「いらいら・怒り」「緊張」「過信・愉快」「焦り」「安定・冷静」の6つに分けアンケートをとりこれらと似顔絵との関係を因子分析により解析した。世界的にみても交通事故の件数は、増加傾向にあり、交通事故件数をより効果的に減少させることは、現代社会の重要な課題の一つである。パッシブ、アクティブセーフティなどの概念のもとに、シートベルト、エアバック等に代表される様々な装置や機構が開発されてきた。しかし、交通事故の数は、なかなか減らすことはできない。根本的に交通事故を減らすためには、人の認知・判断・操作特性などを配慮した研究をする必要がある。追突事故要因のドライバ運転行動からの解析、緊急時の障害回避挙動解析、ハンドル操作の心理的要素からの解析などが現在精力的に行われている。ドライバの緊張、疲労、眠気などの心身状態推定技術では、状態の推定に有効な生理情報、運転情報の研究など基本的研究のほかに、簡易なドライバの緊張、眠気の計測など方法の開発は、安全運転実現のため欠かせない要素の一つである。本研究では、単調な長距離運転時における安全運転支援システムの構築を目的とする基礎研究として、ドライバの疲労、眠気などドライバの状態推定について考えた。ドライバの運転技術によって車両は揺らぎを持って運転されている。この揺らぎを計測することでドライバの状態推定が可能である。そこで本研究では、揺らぎを自動車の走行曲率の揺らぎと仮定しその揺らぎを計測する。走行曲率計測の原理は、円運動の基本的な公式をアイディアとして光ファイバージャイロセンサとスピードセンサにより自動車走行曲率を計算した。運転状態の指標として、運転特徴を表す周波数帯域で運転曲率のパワースペクトル積分値を用いることを提案した。走行曲率と疲労の関係は、実際高速道路走行実験によりアンケート、血圧データ、尿など生理データなどと比較し、ドライバの眠気、疲れと高い相関があることがわかった。したがって高速道路のような幹線道路においては、研究の指標により疲労等の検出が可能であるということが結論づけられた。

振動の無い座席では、無侵襲により、運転者の心拍変化をとらえることができた。(2)心拍と周波数と呼吸の強弱には、相関があり、その間の後れ時間とストレスは関連があるとのモデルのもとで、その関係を実験的に調べた。その結果、関連の存在は認められた。(3)自動車の既存のスピードメーターとジャイロの出力の比から自動車走行軌跡の曲率オンラインで計測するシステムを開発した。道路の曲率を部分的に一定、ある程度以下の曲率では、道路は直線であるとの仮定のもとで、道路の曲率を部分的に一定、ある程度以下の曲率では、道路は直線であるとの仮定をもとで、道路の曲率と運転に伴う曲率を分離した。分離された運転に伴う曲率変化から、その運転者の特徴を読み取ることができた。(4)自動車運転中の際に得られるデータ速度、回転数、横変異の評価言葉を抽出した。運転中の心理状態を「いらいら・怒り」「緊張」「過信・愉快」「焦り」「安定・冷静」の6つに分けアンケートをとりこれらと似顔絵との関係を因子分析により解析した。
運動視知覚における局所情報の統合及び2次元運動情報の生成機構に関する研究

本研究は、視覚的運動情報処理の低次過程で抽出される局所的情報がどのような処理を経て、拡大(縮小)・回転と言った、対象の2次元運動の知覚へとつながるのか、また統合過程の多様な刺激依存性はどのようなメカニズムによって媒介されているのかを明らかにすることを目的としている。即ち、局所情報を統合し、2次元(及び1次元)運動情報を生成する機構の解明を目指す。研究の第2(最終)年度である平成10年度は、前年度作成の「高精度動画像提示システム」を中心とした運動視知覚実験システムを用い、まず、逆向マスキング現象を指標として2次元運動知覚の時間特性を解析した。その結果、マスキング現象が減衰する臨界SOA(Stimulus Onset Asunchomy)は、回転運動条件・拡大/縮小運動条件・並進運動条件の順に長くなることが示された。これは、局所的な運動情報から大域情報を生成する過程において、回転・拡大/縮小と言った2次元運動の方が1次元並進運動よりも早く処理されることを示唆するものである。この成果について、日本視覚学会98年度夏季大会において研究発表を行った。次に、ヒトの視覚領野における運動情報処理過程について検討するために、運動視知覚実験システム及び脳磁計測システムを用いて、運動情報による領域分割刺激に対する知覚特性及び脳磁応答特性を解析した。その結果、運動による知覚的領域分割が成立する刺激条件では、第5次及び第2/3次視覚野に有意な応答の増大が見られた。各領野の応答潜時の関係解析から、領域分割に関与するこの応答増大は、第5次視覚野から第2/3次視覚野へのフィードバック情報によるものであることが示唆された。この研究は、審査を経て国際生体磁気学会第11回大会の研究発表として採用され、同学会研究報告集に掲載予定である(現在印刷中)。研究の第1年度である平成9年度は、まず、申請の備品「高精度動画像提示システム」を中心とした運動視知覚実験システムを作成し、実験システムの性能評価を行った。その結果、同システムは時空間的側面、輝度コントラスト、色彩のいずれの点においても、研究遂行に十分な機能を持つことが明らかになった。次に、局所的運動情報の統合過程で生じると考えられる運動の同化現象について、拡大/縮小、回転などの2次元運動と1次元並進運動における空間特性の解析を行った。その結果、従来報告されてきた1次元運動だけでなく、2次元運動においても同化が生じることが明らかとなった。また、2次元運動の同化は直径20度に及ぶ広い空間的範囲で生じること、及びこの値は、霊長類の高次視覚野で、2次元運動に選択的応答を示す神経細胞の受容野サイズと一致することが示された。これらの成果の一部は、視覚研究に関する国際誌Vision Research誌に投稿され、審査を経て同誌第38巻第3号に掲載された。平成10年度は、上記研究をさらに推進し、2次元運動知覚の時空間特性・コントラスト特性等を実験的に定量化し、1次元運動知覚の特性と比較する。また、2次元運動におけるマスキング効果について、その時空間特性を定量化し、1次元運動における特性と比較する。これらの実験及び解析結果に基づき、2次元(及び1次元)運動情報生成機構の特性を定量的に説明しうるモデルの構築を行う。

本研究は、視覚的運動情報処理の低次過程で抽出される局所的情報がどのような処理を経て、拡大(縮小)・回転と言った、対象の2次元運動の知覚へとつながるのか、また統合過程の多様な刺激依存性はどのようなメカニズムによって媒介されているのかを明らかにすることを目的としている。即ち、局所情報を統合し、2次元(及び1次元)運動情報を生成する機構の解明を目指す。研究の第2(最終)年度である平成10年度は、前年度作成の「高精度動画像提示システム」を中心とした運動視知覚実験システムを用い、まず、逆向マスキング現象を指標として2次元運動知覚の時間特性を解析した。その結果、マスキング現象が減衰する臨界SOA(Stimulus Onset Asunchomy)は、回転運動条件・拡大/縮小運動条件・並進運動条件の順に長くなることが示された。これは、局所的な運動情報から大城情報を生成する過程において、回転・拡大/縮小と言った2次元運動の方が1次元並進運動よりも早く処理されることを示唆するものである。この成果について、日本視覚学会98年度夏季大会において研究発表を行った。次に、ヒトの視覚領野における運動情報処理過程について検討するために、運動視知覚実験システム及び脳磁計測システムを用いて、運動情報による領域分割刺激に対する知覚特性及び脳磁応答特性を解析した。その結果、運動による知覚的領域分割が成立する刺激条件では、第5次及び第2/3次視覚野に有意な応答の増大が見られた。各領野の応答潜時の関係解析から、領域分割に関与するこの応答増大は、第5次視覚野から第2/3次視覚野へのフィードバック情報によるものであることが示唆された。この研究は、審査を経て国際生体磁気学会第11回大会の研究発表として採用され、同学会研究報告集に掲載予定である(現在印刷中)。
文書認識等の技術を用いたホームページのアクセシビリティ向上に関する研究

1.得られた研究成果今年度はWeb上のコンテンツの中でも文書、資料等の配布手段として主流となっているPDFのアクセシビリティを向上させるための研究を行い、その成果の発表を行った。またWeb上で数式を表現する書式として標準となりつつあるMathMLへのアクセシビリティ対応の研究も行った。海外においては、イギリスで開かれた、世界の視覚障害者支援用機器を集めたQAC Sight Village 2005でのアクセシビリティ関連ソフトウェアのワークショップにおいて発表を行い、関連研究者・企業との情報交換、更には我々が開発したソフトウェアの販売等に関する協議などが行われた。また、昨年度に行った、視覚障害者におけるWebの活用状況等の聞き取り調査を行い、その調査結果を更に分析し、論文「重度障害者によるプレゼンテーションの方法とその教育に関する研究」の中に記している。PDFに関する研究としては、現状では、PDFの読み上げ順が正しくなかったり、数式部分の読見上げが出来ない状況を解決するために、PDFを再認識し、レイアウト解析、数式の認識結果の埋め込みを行う手法の提案を福祉情報工学研究会(WIT)にて「視覚障害者のためのPDF科学技術文書読み取りシステム」として行った。従来の認識システムがPDFを画像としてして認識いるのに対して、本手法は、PDFを画像として認識する一方で、PDFから文字情報を抽出し、画像認識から得た認識結果と抽出した文字情報をマッチングし、正しい結果を採用することで認識率を上げることに成功している。また、この際に数式の認識も行い、認識結果として読み上げて理解することが出来る文字情報を入れている。更にこのシステムを用いて、蔵書をPDFとして提供している電子図書館向けに、そのPDFを再認識することで、数式情報を埋め込み、更には数式によって引き起こされていた認識エラーを修正し、より精度の高い電子図書を生成するシステムも開発し、the 2nd International Workshoop on Document Image Analysis for Libraries (DIAL2006)において、論文「Refinement of digitized documents through recognition of mathematical formulae」として発表・掲載予定である。MathMLへのバリアフリー対応としては、日本大学の川根研究室との協力で、日本語読み上げが不可能であったMathMLの音声読み上げシステムの開発も行い、WITにおいて、「Web教材上の数式表示のバリアフリー化」として発表を行った。1.得られた研究成果今年度は準備期間として視覚障害者教育機関(筑波大学附属盲学校)及びオーストリアのリンツ大学の研究機関との研究集会を介して、Webアクセシビリティを含む情報アクセシビリティの現状調査を行い、研究協力関係を結ぶ事ができた。また、Webコンテンツ処理の研究会、WDA(Web Document Analysis)へ参加し、Webドキュメント処理に関して見識を深めた。文書認識技術での協力を得ている九州大学鈴木昌和研究室との研究打ち合わせを頻繁に行い、文書認識関係の以下の2論文を発表:(2)"行列要素間ネットワークを用いた行列の構造解析"これらの論文は、行列要素間の関連を用いた行列構造解析に関してであるが、Web上のコンテンツ間の関連を用い、Webコンテンツの構造解析にも応用出来る可能性がある。また、情報アクセシビリティに関しては論文「数学の授業におけるインタラクティブなコンテンツを含んだ授業教材作成システム」を発表し、研究集会においては「墨字・点字双方向リアルタイム表示システムの実現に向けて」として、情報の提供手段に関しての研究も発表している。2.今後の研究計画(1)購入したPCを用いて、WebコンテンツのHTML、見た目の画像情報などからなるデータベース構築システムを作成する。(2)作成したデータベースから、見た目の情報を用いた文書認識結果とHTMLからの情報を利用したWebコンテンツの解析アルゴリズムを開発する。(3)開発したアルゴリズムを実装した実用レベルのソフトウェアを開発し、広く使用されるように、配布を行う。1.得られた研究成果日本大学の川根研究室との協力で、Web上での数学教育のアクセシビリティ向上に関する研究の一環としてMathMLの音声読み上げシステムの開発も行っている。また、購入したPCを用いて、Webコンテンツや、さらにはWeb上で配布されているPDFの収集を行い、現在、そのデータの整理を行っている。2.今後の研究計画(1)収集したWebコンテンツの更なる解析、さらには、PDFのアクセシビリティを向上するための新たなるシステムの開発。

従来の認識システムがPDFを画像としてして認識いるのに対して、本手法は、PDFを画像として認識する一方で、PDFから文字情報を抽出し、画像認識から得た認識結果と抽出した文字情報をマッチングし、正しい結果を採用することで認識率を上げることに成功している。また、この際に数式の認識も行い、認識結果として読み上げて理解することが出来る文字情報を入れている。更にこのシステムを用いて、蔵書をPDFとして提供している電子図書館向けに、そのPDFを再認識することで、数式情報を埋め込み、更には数式によって引き起こされていた認識エラーを修正し、より精度の高い電子図書を生成するシステムも開発し、the 2nd International Workshoop on Document Image Analysis for Libraries (DIAL2006)において、論文「Refinement of digitized documents through recognition of mathematical formulae」として発表・掲載予定である。MathMLへのバリアフリー対応としては、日本大学の川根研究室との協力で、日本語読み上げが不可能であったMathMLの音声読み上げシステムの開発も行い、WITにおいて、「Web教材上の数式表示のバリアフリー化」として発表を行った。
MELAS患者由来のiPS細胞から分化誘導した神経細胞でのmtDNA修復の試み

ミトコンドリア病の一つであるMELAS(ミトコンドリア脳筋症・乳酸アシドーシス・脳卒中様発作症候群)は、ミトコンドリアDNA(mtDNA)の変異が原因で発症する。MELASの治療法の開発を目指し、MELASの原因となる変異mtDNAの存在率を変化させる為のツールとなるTALENの開発を試みた。変異あるいは正常mtDNAをそれぞれ優先的に切断するTALENを設計し構築を行った。SSA( single strand annealing )アッセイによりDNA切断活性を評価し、選別を行った。正常mtDNA切断TALENを細胞内ミトコンドリアに発現させたところ、mtDNAコピー数減少を誘導した。本研究は、ミトコンドリアDNA(mtDNA)に変異を有することで発症するMELAS(=ミトコンドリア脳筋症・乳酸アシドーシス・脳卒中様発作症候群)の根本的治療法の開発を目的としている。2013年に「ゲノム編集」のツールの一つであるTranscription Activator-like Effector Nuclease (TALEN)を利用して、変異のあるミトコンドリアDNA(mtDNA)特異的にDNA二本鎖切断(DSB)を導入することで、ミトコンドリア病の原因となる変異mtDNAを減少させ、ミトコンドリアの機能回復を誘導できるということが報告された。そこで本年度は、MELASの原因遺伝子変異の1つを特異的に認識し、切断するTALENの構築を行った。まず、変異部位を含む標的領域に結合し、二本鎖切断を誘導するTALENを設計した。続いて、設計したTALENを発現させるためのプラスミド作製を行った。選定した標的配列に対応するモジュールの連結にはGolden Gate法(Genes Cells. 18, 315-26, 2013)など、分子生物学的手法を駆使して、2ステップで行った。最後に、SSAアッセイ(HEK293T細胞にTALENおよびレポータープラスミドを導入し、ルシフェラーゼアッセイにより活性を評価)によりTALENの切断活性の評価を行った。今後、変異mtDNAを持つ細胞において、作製したTALENの切断効果を検証していく予定である。2013年に「ゲノム編集」のツールの一つであるTranscription Activator-like Effector Nuclease (TALEN)を利用して、変異のあるミトコンドリアDNA( mtDNA)特異的にDNA二本鎖切断(DSB)を導入することで、ミトコンドリア病の原因となる変異mtDNAの割合を減ずることができるという報告がなされた。そこで本研究では、TALENを用いて、mtDNAの点変異で主に発症するミトコンドリア病の一つであるMELAS(=ミトコンドリア脳筋症・乳酸アシドーシス・脳卒中様発作症候群)の根本的治療法を開発することを目的とした。本年度は、MELASの原因となるmtDNA変異、あるいは野生型mtDNAを選択的に認識し、切断するTALENが、実際に細胞内でミトコンドリアDNAの切断を引き起こすかについての検証を目指した。SSAアッセイにより選別した変異mtDNA、あるいは野生型mtDNAを優先的に切断するTALEN配列を用い、ミトコンドリア移行シグナルおよびエピトープタグをN末端に連結したプラスミドを作製した。改変したTALEN( mtTALEN )がミトコンドリアに局在しているかについて免疫細胞染色によって確認した。実際にmtTALENがmtDNAを切断する能力があるかについて、野生型mtDNAを切断するTALENを用いて確認した。HEK293T細胞にmtTALENプラスミド導入し、共発現させたGFPを基準にmtTALEN導入/非導入細胞をそれぞれセルソーターにより分取した。各細胞のmtDNAコピー数を定量したところ、GFP陽性細胞のmtDNAコピー数がGFP陰性細胞より減少したことから、作製したmtTALENがmtDNAの切断に寄与していることが示された。提出した研究計画に従い、おおむね順調に研究を遂行している。小児科学平成26年度に得られた結果を基にして、構築TALENの変異ミトコンドリアDNA切断に対する効果の検証を行う。(ii)MELAS- iPS細胞をSFEBq法により、グルタミン酸作動性神経細胞を主とする神経細胞への誘導を行う。分化誘導した神経細胞にTALENを導入し、変異mtDNAの減少効果を検証する。研究はおおむね予定通り進展している。TALENの作製が一先ず完了したので、10万円程度の余剰金が出来た。次年度の計画の遂行にあたり、消耗品費として、細胞培養に必要な培地、プラスチック用品および試薬;遺伝子導入実験、分子生物学実験、生化学実験、免疫組織化学実験等に使用するプラスチック用品、実験試薬、抗体の購入等に使用する予定である。
女性の更年期諸症状に及ぼすリフレクソロジーの効果 生理・生化学的指標による評価

本研究は、継続的なリフレクソロジー施術が女性の更年期諸症状に及ぼす効果について明らかにすることを目的とし、本年度は、健常成人と器質的な疾患を伴わない更年期症状を訴える女性に対し、実験計画を実施する予定であった。しかし、実施期ほが約3ケ月と長期に渡ること、リフレクソロジーの施術者が研究者一人であることから日程調整がつかず、健常成人女性2名のみの実施となった。1週間隔で継続的に計8回、1回45分間のリフレクソロジー施術を実施した。リフレクソロジー実施前後で心拍数の減少を認めるものの、心拍変動解析により算出された交感神経活動指標や副交感神経指標、唾液中アミラーゼ活性や唾液中コルチゾール濃度に関しては、明らかな変化は認められなかった。また、睡眠に対する効果を検討するために、リフレクソロジー実施日を挟む連続した3日間のアクチグラフと唾液成分の分析による客観的評価とOSA-MA睡眠調査票をベースにした主観的評価を行った。さらに1ケ月毎にピッツバーグ睡眠質問票日本語版を実施した。主観的評価は容易にデータ収集ができたが、客観的評価に関しては、就寝前のデータ収集が困難な場合が多く、完全なデータを揃えることができなかった。以上のことから、現時点では、主観的評価と客観的評価において、継続的なリフレクソロジーの実施による効果は明らかにはなっていない。今後は、リフレクソロジー施術者の数を増やし、更年期諸症状を呈する対象に対して、リフレクソロジー実施前後の生理・生化学的指標の変化を調べるとともに、主観的指標を用いて睡眠の質を評価し、継続的なリフレタソロジー施術の及ぼす効果についてさらに検討を続けていく。本研究は、継続的なリフレクソロジー施術が女性の更年期諸症状に及ぼす効果について明らかにすることを目的としている。その方法として、睡眠日誌による主観的指標とアクチグラフを用いた生理学的指標による夜間の睡眠覚醒リズムへの影響や、唾液中成分を用いた生化学的指標による自律神経系、内分泌系や免疫系への影響について検討する。本年度は、基礎的検討として、継続的なリフレクソロジー施術を健常成人女性に行い、その効果を生理・生化学的指標から検討することを予定した。本研究は、北里大学看護学部倫理委員会により承認を受け、実施した。対象者自身によるデータ収集方法に一部継続が困難な状態が生じたため、対象者により負荷の少ないデータ収集方法について検討し、データ収集回数を減らし、さらにデータ収集期間を縮小するなど、計画を一部変更した。アクチグラフを用いて、実際に夜間の睡眠覚醒リズムを検討したところ、主観的データと入眠潜時や中途覚醒について必ずしも一致しないことが示された。したがって、アクチグラフから得られたデータの分析方法についての再検討を行った。また、それに伴い睡眠調査票の内容の検討を行い、分析時にアクチグラフによる生理学的指標と対応しやすいよう新たに睡眠調査票を作成し直した。リフレクソロジー施術前後の心臓自律神経活動指標や唾液中成分を用いた生化学指標の変化については、現段階ではサンプル数が少なく、明らかな傾向は認められていないが、今後もサンプル数を増やし、分析を続けていく方針である。
メスバウアー分光の新展開

核ガンマ線の共鳴吸収として発見され40年に亘って固体物理の研究手段として用いられてきたメスバウアー分光の物質科学への新しい展開を放射光の使用やナノメートルサイズのクラスター物性、UやNpで代表されるアクチノイド元素への展開などで行い、下記の成果を得、これらの成果を原著論文として発表すると共に国際会議で報告した。本研究課題をさらに発展させるためには放射性同位元素を線源としない、放射光を線源とした核共鳴散乱分光について新しく展開することが不可欠である。1.オキシ水酸化鉄のメスバウアー分光^<57>Feメスバウアー分光測定から鋼材上に生成されるオキシ水酸化鉄である錆の詳細を明らかにした。これらの成果は国際会議での招待講演や錆科学に関する書籍の一章をなしている。2.ナノメートルサイズ微粒子のメスバウアー分光ボロン被覆Fe微粒子のメスバウアー分光、SiO_2で被覆された面心正方晶Ll_0型規則合金FePt微粒子のメスバウアー分光測定を行い、通常の磁化測定では測定困難な磁性を明らかにしている。3.放射光核共鳴散乱への新しい展開(^<181>Ta放射光核共鳴散乱による共鳴光子の位相変調測定)SPring8において^<181>Ta核の核共鳴散乱をエネルギー分解測定すなわちヘテロダイン方式を用いて成功しているが、その核共鳴散乱分光で得た共鳴光子の位相変調をくさび形のアクリル円板を高速回転させることによって観測することができた。位相の時間変化からアクリルの6.21keV光子に対する屈折率を(7.11±0.14)x10^<-6>と精密に決定できた。核共鳴非弾性散乱はフォノンの状態密度を知ることができる唯一の方法であるので、今後、特に注目して発展させることが必要であろう。4.アクチノイド化合物のメスバウアー分光による磁性研究アクチノイド化合物はその5f電子の挙動から新奇な磁性や多極子秩序を示すが、これらの化合物中NpFeGa_5のいわゆる1-1-5化合物は低温で磁気秩序を示す。日本原子力研究開発機構および東北大学金属材料研究所に協力して、その微視的な磁性を^<57>Feメスバウアー分光測定から明らかにし、国際会議で報告した。本研究はメスバウアー分光法を用いた物質科学への応用、具体的には、近年極めてその重要性を増しているナノメートルサイズのクラスター物性の解明、^<237>Np及び^<57>Feメスバウアー分光を新しく開発し、それらの測定からアクチノイド化合物の示す新規物性の解明、さらに放射光による新しレい核共鳴散乱測定の開発などから、メスバウアー分光の物質科学への新展開を目指したものである。本年度は下記研究課題について実施し、得られた成果の概要を示す。鉄酸化物あるいは金属殊とボロンとの混合物を窒素ガス雰囲気中で高温処理し、ボロン窒化物でコートされた100nmサイズの金属鉄微粒子の生成を確認した。

これらの微粒子では鉄ボロン化合物の生成が抑制されること、高温までこの鉄微粒子は酸化されないことが判明した。・Ll_0規則合金FePt微粒子SiO_2でコートされた6nmサイズのfcc FePt微粒子を作成し、熱処理からLl_0規則合金微粒子の作成に成功し、メスバウアー分光測定から大きな磁気異方性など微粒子のナノ磁性を調べた。・アクチノイド化合物のメスバウアー分光NpTGa_5(T=Co, Fe, Ni)は5f電子の挙動による新規な物性を示す化合物として注目され、特にNpFeGa_5は低温で磁気秩序を示す。これらの物性を調べる目的で^<57>Feメスバウアー測定を行うと同時に^<237>Npメスバウアー分光測定を行った。^<237>Np測定では^<241>Am線源を用いた測定を可能にし、^<57>Fe測定から磁気秩序と四極子相互作用が同時に発現することが初めて明らかとなった。・放射光核共鳴散乱実験の新展開放射光による^<181>Ta核共鳴散乱実験をエネルギー分解法を用いて観測し、2つのTa膜共鳴素子間に配置した溝付きアクリル板を回転することによって共鳴光子の位相変調を初めて観測した。核ガンマ線の共鳴吸収として発見されたメスバウアー分光の物質科学への新しい展開を放射光の使用やナノメートルサイズのクラスター物性、UやNpで代表されるアクチノイド元素への展開などで行い、下記の成果を得、これらの成果を原著論文として発表すると共に国際会議で報告した。・面心正方晶L1_0規則合金FePt微粒子のメスバウアー分光面心正方晶L1_0型規則合金FePtは極めて大きな磁気異方性エネルギーを有することが知られているが、この規則相であるFePt微粒子を作製すれば、微粒子磁石を作製した場合に生じる超常磁性現象をナノメートルサイズの微粒子にしても、回避することができる。規則相であるFePt合金を作るためには、不規則相である面心立方FePt合金を高温で焼鈍することが必要であり、微粒子は高温焼鈍では容易に焼結し粒子が粗大かするため、規則相のFePt合金微粒子の作製は極めて困難である。しかしながら、京大化研グループはSiO_2で被覆された6nmの面心立方FePt不規則合金を作製し、この微粒子を高温で焼鈍し、焼結による粒子サイズの増大が起こらないことを確認した。さらに、これらの微粒子は磁化測定から、大きな磁気ヒステリシスを示し、強磁性体であることを確認し、本研究課題での^<57>Feメスバウアー分光測定から面心正方晶L1_0型規則合金FePtであることを確認することができた。・^<181>Ta放射光核共鳴散乱による共鳴光子の位相変調測定SPring8において^<181>Ta核の核共鳴散乱をエネルギー分解測定すなわちヘテロダイン方式を用いて成功しているが、その核共鳴散乱分光で得た共鳴光子の位相変調をくさび形のアクリル円板を高速回転させることによって観測することができた。位相の時間変化からアクリルの6.21keV光子に対する屈折率を(7.11±0.14)x10^<-6>と精密に決定できた。・アクチノイド化合物のメスバウアー分光による磁性研究アクチノイド化合物はその5f電子の挙動から新奇な磁性や多極子秩序を示すが、これらの化合物中NpFeGa_5のいわゆる1-1-5化合物は低温で磁気秩序を示す。日本原子力研究開発機構および東北大学金属材料研究所に協力して、その微視的な磁性を^<57>Feメスバウアー分光測定から明らかにし、メスバウアー分光の応用に関する国際会議で報告した。・オキシ水酸化鉄のメスバウアー分光
解ける場の量子論模型

場の量子論は物質の究極の構成要素である素粒子の振舞いを記述する理論であるが、その全容は無限大自由度を扱う数学的複雑さのために未だ解明されていない。そこで場の量子論の本質的部分を保持しかつ解ける性質を有した模型を作りその種々の性質を具体的に研究することにより場の理論そのものを深く理解することが目的である。具体的な研究対象は各半単純リー代数に基づいた1+1次元の戸田場の理論でこれらは無限個の種類があり非常に性質が良い。1992年度までの研究によってsimply-lacedなLie代数に基づく理論に対しては、厳密なS-行列が解析性、ユニタリ性、交差対称性、質量スペクトルとブートストラップ原理に従って与えられその性質が良く理解された。今年度の研究対象の一つは、non-simply lacedリー代数に基づいた戸田場の理論である。これらは上記のsimply-lacedなリー代数に基づく理論とは異なり代数的表現論的特徴づけやくりこまれた場の理論との対応に多くの困難があった。[1]ではnon-simply laced戸田場の理論のS-行列が一つのリー代数にではなく長ルートと短ルートの交替で得られるリー代数の対に対応することを示しその力学を統制する`一般化されたブートストラップ原理'を明らかにした。これらのS-行列の持つ代数的表現論的意味づけは今後の課題の一つである。今年度のもう一つの研究対象は半直線上の解ける場の理論の構成であった。反射方程式(Yang-Baxter方程式の半直線の場合への拡張)とブートストラップ原理とを融合させた反射ブートストラップ方程式を種々の戸田場の理論につき具体的に解いて端点での相互作用の代数的取り扱いを論じた([2])。現在は場の理論的取り扱いと上記の代数的取り扱いを統一する理論の構築を目指している。
ナノ粒子‐生体膜界面における表面修飾金ナノ粒子の生体膜内侵入メカニズムの解明

本研究では,分子動力学シミュレーション法を用いて,アルカンチオール修飾金ナノ粒子の生体膜(リン脂質2重膜)に対する付着・侵入・透過挙動を解析した.特に粒子表面物性(表面電荷・表面修飾分子鎖長)およびモデル生体膜の組成や構造が,粒子ー生体膜間相互作用に及ぼす影響について解析した.その結果,粒子表面物性が粒子ー生体膜間相互作用に及ぼす作用機構を分子レベルで明らかにすることができた.さらに,実際の生細胞膜の構造を模擬したモデル生体膜を新たに導入することで,ナノ粒子が生体膜を自発的に透過する様子もシミュレートすることができた.はじめに、金ナノ粒子とモデル生体膜間の相互作用計算を可能とする分子動力学計算モデルの構築に取り組んだ。まず、表面修飾金ナノ粒子の分子構造計算を行った。はじめに、モンテカルロ計算を用いてコア金クラスタの結晶構造を決定した後、Simulated Annealing法を用いてアルカンチオールが表面に結合した金ナノ粒子(Au:SRナノ粒子)の構造を計算する一連の計算手法を構築した。その後、モデリングしたAu:SRナノ粒子を生物物理の分野で開発された生体膜計算モデルに組み込み、ナノ粒子ー生体膜間相互作用の分子動力学計算を実施した。次に、構築したモデルを用いて、Au:SRナノ粒子ー生体膜界面の相互作用現象の分子動力学解析を行った。特に粒子表面物性がナノ粒子ー生体膜間相互作用に及ぼす影響について検討を行った。粒子表面電荷に着目しその影響について検討したところ、電気的に中性および負帯電性金ナノ粒子とは異なり、正帯電性金ナノ粒子は負帯電性リン脂質分子を静電引力により吸着するため、生体膜構造を変形させながら生体膜内部へと侵入していくことが分かった。また、正帯電性金ナノ粒子の表面電荷密度を変化させて検討を行ったところ、表面電荷密度を増大させると生体膜へ侵入しやすくなるが、過度にナノ粒子を正帯電させると生体膜構造が破壊されることを明らかにした。以上の検討では、ナノ粒子が生体膜内に侵入し粒子の表面物性によっては膜欠損を引き起こす様子をシミュレートすることができたが、既往の実験研究で観察されているような、ナノ粒子が脂質二重膜全体を“透過"する様子はシミュレートできていなかった。そこで、実際の細胞膜が、内外層の脂質分子の組成が不均一な非対称膜であることに着目し、計算におけるモデル膜を、実際の細胞膜と同様の非対称構造に設定することを着想した。その結果、正帯電性金ナノ粒子が細胞膜を自発的に透過する現象をシミュレートすることに成功した。本研究では,分子動力学シミュレーション法を用いて,アルカンチオール修飾金ナノ粒子の生体膜(リン脂質2重膜)に対する付着・侵入・透過挙動を解析した.特に粒子表面物性(表面電荷・表面修飾分子鎖長)およびモデル生体膜の組成や構造が,粒子ー生体膜間相互作用に及ぼす影響について解析した.その結果,粒子表面物性が粒子ー生体膜間相互作用に及ぼす作用機構を分子レベルで明らかにすることができた.さらに,実際の生細胞膜の構造を模擬したモデル生体膜を新たに導入することで,ナノ粒子が生体膜を自発的に透過する様子もシミュレートすることができた.平成24年度は、はじめに、金ナノ粒子とモデル生体膜間の相互作用計算を可能とする分子動力学計算モデルの構築に取り組んだ。はじめに、原子挿入法ポテンシャルを用いたモンテカルロ計算を用いてエネルギー的に安定なコア金粒子の結晶構造を決定した後、Simulated Annealing法を用いた計算手法によりアルカンチオールで表面修飾された金ナノ粒子の分子構造を計算した。その後、作成した表面修飾金ナノ粒子を生物物理の分野で開発された生体膜計算モデルに組み込み、ナノ粒子ー生体膜界面の分子動力学計算を実施した。ここで、モデル生体膜は、負帯電リン脂質を含むリン脂質2重膜とし、実際の生細胞の電荷特性(負帯電)を模擬した。以上で構築したモデルを用いて、表面修飾金ナノ粒子ー生体膜界面の相互作用現象の分子動力学解析を行った。はじめに、金ナノ粒子の生体膜透過性を制御する上で重要な因子の一つである粒子表面電荷に着目し、その影響について検討したところ、電気的に中性および負帯電性金ナノ粒子とは異なり、正帯電性金ナノ粒子は生体膜を引き付け生体膜構造を変形させながら生体膜内部へと侵入していくことが分かった。次に、正帯電性金ナノ粒子の表面電荷密度を変化させて検討を行った。その結果、表面電荷密度を増大させると生体膜へ侵入しやすくなるが、過度にナノ粒子を正帯電させると生体膜を破壊してしまうことを明らかにした。さらに修飾分子(アルカンチオール)の炭素鎖長を変化させることで、金ナノ粒子の侵入挙動が変化することが分かった。炭素鎖長が短い場合はリン脂質の親水部と強く相互作用をするが、炭素鎖長が長くなるにつれてリン脂質の疎水部と強く相互作用しながら生体膜内部へと侵入していくことを明らかにした。平成24年度は、金ナノ粒子-生体膜間相互作用の分子動力学計算を実施するための基礎となる計算モデルの構築が最も優先されるべき目標であったが、これを着実に達成することができたことから、本研究は現在まで当初の計画通りに進展している。これまでの検討から、ナノ粒子が生体膜内に侵入し粒子の物性によっては膜欠損を引き起こす様子をシミュレートすることができた。

しかしながら、既往の実験研究で観察されているような、ナノ粒子が生体膜全体を“透過"する様子はシミュレートできていない。そこで来年度は、この透過過程をシミュレートし、その透過メカニズムを解明することを目指す。これと並行して、計算結果の妥当性を検証することを目的として、蛍光色素でラベルした巨大ベシクル(GUV)および金ナノ粒子を合成し、粒子のGUV膜透過性を共焦点レーザー顕微鏡で観察・評価する実験も実施する。その後、粒子の生体膜透過能と粒子物性の関係について詳細に検討し、金ナノ粒子の生体膜透過に及ぼす粒子物性の作用機構について系統的な知見・理解を得ることを最終目標とする。次年度は主に、消耗品として計算機の記録媒体等を購入する予定である。また、本研究成果の発表および意見交換・情報収集を目的として、シンガポールで開かれる国際会議(APCOM2013)に参加する予定である。さらに、予定している実験検討において必要な試薬等を消耗品として購入する予定である。
新規細胞膜機能ドメインTEMの構成因子とその機能の遺伝学的解析

膜4回貫通タンパク質であるテトラスパニンは、ヒトでは33種類からなるファミリーを形成し、多細胞生物における細胞接着・細胞遊走・癌転移・細胞膜融合などに深く関わる分子群である。その多様な生理的役割にも関わらず、テトラスパニンがどのように機能するか、その分子機構は不明のままである。近年、テトラスパニンは主に細胞膜においてテトラスパニン・エンリッチド・マイクロドメイン(TEM)と称される膜微小領域を形成する中心分子として働いていることが示唆されつつある。TEMにはインテグリンやIgドメインを持つ多様な膜タンパク質が濃縮されており、この膜ドメインへの集積がそれらの分子の機能を調節していると考えられる。TEMは従来知られている代表的な細胞膜微小領域である脂質ラフトとは異なる生化学的性質を持つことから、細胞膜上の新規のシグナリング・プラットフォームであると推測されている。さらにTEMがウィルス感染などの様々な病理的局面に機能することも示唆されており、それらの予防・治療に対する応用的知見をもたらすことも期待される。筆者は以前に線虫C.elegansのテトラスパニンのひとつであるtsp-15が線虫の表皮と外骨格の形態と機能に必須の因子であることを見いだした。そこでこの変異体を初期材料として、TEMの構成に関与する因子を遺伝学的手法で網羅的に同定し、その機能を解析することを目的とした。tsp-15機能低下変異体の表現型を抑圧する変異体、ならびにtsp-15機能低下変異体と類似する表現型を示す変異体のスクリーニングを行った。SNPを利用した遺伝子マッピングの結果、未報告の遺伝子を含む6つの責任遺伝子を同定した。そのうちのひとつは線虫外骨格の形成に必須であること、またもうひとつはこの分子の細胞膜局在に必須であることが示唆されており、tsp-15がこれらの分子と密接な機能関連を持つことが示唆された。膜4回貫通タンパク質であるテトラスパニンは、ヒトでは30種類以上からなるファミリ-を形成し、多細胞生物における細胞接着・細胞遊走・癌転移・細胞膜融合などに深く関わる分子群である。TEMにはインテグリンやIgドメインを持つ膜タンパク質が濃縮されており、この膜ドメインへの集積がそれらの分子の機能を調節していると考えられる。TEMは従来知られている代表的な細胞膜微小領域である脂質ラフトとは異なる生化学的性質を持つことから、細胞膜上の新規のシグナリング・プラットフォームであると期待される。そこでこの変異体を材料として、TEMの構成に関与する因子を遺伝学的手法で網羅的に同定し、その機能を解析することを目的とした。まずtsp-15機能低下変異体の表現型を抑圧する変異体、ならびにtsp-15機能低下変異体と類似する表現型を示す変異体のスクリーニングを行った。SNPマッピングとレスキュー実験を併用し、得られた変異体ストックの中から現在までに6つのアリルを同定した。そのうちの2つは過去に線虫の外骨格の形成に必須であることが示唆されている遺伝子に変異をもたらすことが分かった。
ヘリウム3ーヘリウム4混合液の超流動探索

ヘリウム3ーヘリウム4混合液の冷却に際して到達温度を支配するものは寒剤となる原子核系の温度ではなく、液に直接流入するヒ-トリ-クと界面熱抵抗値(カピッツァ抵抗)の決め手となる表面積との比である。カピッツァ抵抗を減らすには表面積を大きくする以外に現在のところ方法がなく、従来は寒剤として銅の原子核を用い液との接触面積を増やすために銀の超微粒粉末を銅表面に焼結するという間接的方法がとられていた。我々は焼結した超微粒粉末の原子核による混合液の直接冷却を行うこととし、酸化による非金属化や電気四重極等の問題のない白金を用いた。先づ白金および補助として用いる銀粉末のカピッツァ抵抗の見積りとヒ-トリ-クの値を見定めるためテスト用の実験セルを製作し混合液の冷却を行った結果次の成果を得た。1.ヘリウム3ーヘリウム4混合液の到達温度202μKを得た。この値は現在混合液冷却のワ-ルドレコ-ドであるが超流動相への転移の兆候は見られていない。2.銀および白金粉末のカピッツァ抵抗Rは共にT^<-2>則に従い、表面積をAとしたときRAT^2の値は銀、白金に対してそれぞれ24、32m^2k^3/wを得た。このT^<-2>則は最近提唱された中山の理論と一致している。3.ヒ-トリ-クの値は消磁後の時間をtとしてt^<-0.32>に従って減少し、1週間後の値は45pwを得た。このt^<-0.32>則はスタイカストからの熱拡散と考えられる。以上の結果からヒ-トリ-クの原因となる物質を最小限に抑え、白金の超微粒粉末により表面積を数倍に上げれば混合液の温度を目標の100μK以下にすることは可能と判断される。予定が少し遅れているが、現在白金粉末を用いた装置の完成を急いでおり、近々本実験に入れるものと考えている。
飛行昆虫に関する工学的研究

機械工学と生物学の境界領域を研究対象としているバイオメカニクス,生物機械工学,生体医用工学などは生物の本来備えている様々な機能や機構を工学的な観点から解析究明して,それらの成果を積極的に工学技術に取り入れることによって飛躍的に発展を続けている.その様な学問体系の進展状況を鑑み,当該研究は,幾多の危機的試練にもかかわらず数億年もの長い地球の歴史を通じて生き延び進化を続けてきた飛行する昆虫の航空工学的な特性を系統的に解明し,それらの成果を機械工学に応用しようとする基礎的な研究である.平成7年度の研究においては,多くの種類の飛行昆虫に関して形態学的なパラメータの測定を行い生物飛行の多様性を明確にし,バレンシ数の導入によって昆虫飛行を整理した.また,トンボ翼をバ-テックス力学の観点から調べることによって支脈による平面分割の法則性を見いだした.風洞実験においては,トンボのはばたき変位とはばたきによる速度変動の同時計測を行い,両者の相互相関関数などを求めた.平成8年度の研究においては,前年度の研究において明らかとなった成果に基づいて,さらに深く研究を掘り進めた.すなわち,飛行する昆虫翼の持つ形態学的および航空力学的特性を明瞭にするために,走査型電子顕微鏡による観察を行った.その結果,多くの微視的構造が新たに明らかとなった.例えば,トンボ翼の結節の不連続性,縦脈および横脈に規則的に配列する突起物の構造,翼膜表面の構造などが明瞭となった.低乱風洞実験においては,トンボのはばたきの周波数変化およびはばたき変位の制御による生成速度変動特性などが明らかとなった.さらに,ハチなどの自由飛行における高速度ビデオ観察や精密騒音計による音響測定に基づいて,無響風洞を使用したハチのまわりの流れ特性などを明らかにした.機械工学と生物学の境界領域を研究対象としているバイオメカニクス,生物機械工学,生体医用工学などは生物の本来備えている様々な機能や機構を工学的な観点から解析究明して,それらの成果を積極的に工学技術に取り入れることによって飛躍的に発展を続けている.その様な学問体系の進展状況を鑑み,当該研究は,幾多の危機的試練にもかかわらず数億年もの長い地球の歴史を通じて生き延び進化を続けてきた飛行する昆虫の航空工学的な特性を系統的に解明し,それらの成果を機械工学に応用しようとする基礎的な研究である.平成7年度の研究においては,多くの種類の飛行昆虫に関して形態学的なパラメータの測定を行い生物飛行の多様性を明確にし,バレンシ数の導入によって昆虫飛行を整理した.また,トンボ翼をバ-テックス力学の観点から調べることによって支脈による平面分割の法則性を見いだした.風洞実験においては,トンボのはばたき変位とはばたきによる速度変動の同時計測を行い,両者の相互相関関数などを求めた.平成8年度の研究においては,前年度の研究において明らかとなった成果に基づいて,さらに深く研究を掘り進めた.すなわち,飛行する昆虫翼の持つ形態学的および航空力学的特性を明瞭にするために,走査型電子顕微鏡による観察を行った.その結果,多くの微視的構造が新たに明らかとなった.例えば,トンボ翼の結節の不連続性,縦脈および横脈に規則的に配列する突起物の構造,翼膜表面の構造などが明瞭となった.低乱風洞実験においては,トンボのはばたきの周波数変化およびはばたき変位の制御による生成速度変動特性などが明らかとなった.さらに,ハチなどの自由飛行における高速度ビデオ観察や精密騒音計による音響測定に基づいて,無響風洞を使用したハチのまわりの流れ特性などを明らかにした.バイオメカニクス、生物機械工学,生体医用工学などは生物の本来備えている様々な機能を解析究明して,その成果を積極的に工学技術に取り入れることで飛躍的に発展を続けている。そのような状況を鑑み,当核研究は,幾多の危機的試練にもかかわらず数億年もの長い地球の歴史を通じて進化し生き延びてきた飛行する昆虫の航空工学的な特性を系統的に解明し,それらの成果を機械工学に応用することを目的としている。平成7年度の研究において,多くの種類の飛行昆虫の形態学的なパラメータの測定から生物飛行の多様性が明確となり,翼面積と重量の関係で巧みな飛行を行うトンボの位置づけが明らかとなった。風洞実験と次元解析により,トンボの羽ばたき周波数と質量とを関係づける係数が明らかとなったことで,今後の厳密な理論解析への大きな手がかりが得られた。また,トンボ翼の支脈による平面分割の法則性が発見されたが,これは当初の研究計画には入っていなかったものである。トンボ翼の形状を調べている段階から全く新たな方向に研究を進めた結果,そのような法則性が見いだされた。風洞実験により,トンボ翼の羽ばたき変位の時系列信号と羽ばたきによる速度変動が定量的に初めて測定され,両者の相互相関関数などが当初の目的通りに得られた。しかし,トンボ翼の弾性的な運動については,さらに工学的な計測が必要である。いずれにしても,ほぼ当初の研究計画に沿って,順調に研究が進められている。平成8年度の研究においては,前年度の研究において明らかとなった成果に基づいて,さらに深く研究を堀り進めた.すなわち,飛行する昆虫翼の持つ形態学的および航空力学的特性を明瞭にするために,走査型電子顕微鏡による観察を行った.その結果,多くの微視的構造が新たに明らかとなった.例えば,トンボ翼の結節の不連続性,縦脈および横脈に規則的に配列する突起物の構造,翼膜表面の構造が明瞭となった.

トンボ翼に関しては3次元曲面形状計測も行い,翼表面の凹凸の状態などを明確にした.低乱風洞実験においては,トンボのはばたきの周波数変化およびはばたき変位の制御による生成速度変動特性などが明らかとなった.さらに,ハチなどの自由飛行における高速度ビデオ観察や精密騒音計による音響測定に基づいて,無響風洞を使用したハチのまわりの流れ特性などを明らかにした.昆虫は変温動物であり,飛行活動が周囲の温度に依存することから,サーモグラヒィーによる飛行時の体表温度分布なども測定し,はばたきに関与する筋肉運動に関しても研究を進めたが,この研究に関してはさらに時間が必要であり,今後の課題といえる.本年度の研究において得られた成果は平成9年に開催される国際会議において発表すべく現在準備中である.研究の方向は,開始時に予想した以上に多岐に渡ったが,それだけ得られた成果も多い結果となった.