hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
公平性配慮型データ変換技術の開発とそのクラウドソーシングによる効果検証

本研究は,公平性配慮型データマイニングという機械学習分野の中でも新しい分野の研究である.この研究分野が生じた背景について述べておく.データマイニング技術の普及に伴い,与信・採用・入試など,個人の生活に大きな影響を及ぼす分野に適用されるようになった.それに伴い,人種や性別といった情報が決定に影響してしまう事例が散見されるようになった.公平な決定結果を得るためには,人種や性別などのセンシティブな情報への依存性を排除するために,これらの特徴とは統計的独立性を保証する制約下で予測結果を計算しなければならない.一方で,予測の効用も重要であり,この制約下で予測精度を最大にする必要がある.しかし,この予測精度と公平性の為の制約はトレードオフの関係にあり,このトレードオフを改善することが,公平性配慮型データマイニングでは重要な目標である.以前の研究成果により,この公平性を考慮するときに,予測モデルの予測分布自体が示す分布を用いると,よいトレードオフは達成できない.なぜなら,実際の決定は予測モデルに確定的な決定則を適用するため,実際の決定結果は予測分布とは異なってしまうためである.2018年度は,この決定則の適用を考慮しつつ,予測精度を改良する手法に取り組んだ.通常の予測モデルとはことなり,決定則の影響で最適化すべきモデルが平滑ではない.そのため計算が困難な離散最適化問題となる.この離散最適化問題を,軸ごとに最適化する手法を考案し,既存アルゴリズムよりよい精度-公平性のトレードオフを達成することに成功した.しかし,二つの国際会議に投稿したが,残念ながら採録には至らなかった.その他,公平性に配慮した機械学習技術の進展のため,国内解説,国際ワークショップの運営や講演などを行った.2018年度はアルゴリズムの改良に取り組み,既存手法より優れた予測精度-公平性のトレードを達成することに成功した.しかしながら,トレードオフの改善幅や,計算量の問題などいくつかの指摘があり,国際会議への採録には至らなかった.これらの査読者のコメントに対応すべく,さらなる改良が必要になる.2019年度は以下の研究を実施する.(1)公平性アルゴリズム担当は,(1a) 2018年度より開発中の決定則を明示的に考慮したアルゴリズムの改良に取り組み,国際会議への採録をめざす. (1b)ECMLPKDD2017のPerez-Suayらの既存アルゴリズムや,線形変換を用いた公平性配慮方のデータ変換アルゴリズムの開発・実装に取り込む(2)クラウドソーシング担当は(2a)公平性配慮型アルゴリズムを実験するための,データ収集に取り組む.具体的課題としては,質問項目の画面上の配置による違いを検証するためのデータを,クラウドソーシングを利用して収集する.本研究は,公平性配慮型データマイニングという機械学習分野の中でも新しい分野の研究である.この研究分野が生じた背景について述べておく.データマイニング技術の普及に伴い,与信・採用・入試など,個人の生活に大きな影響を及ぼす分野に適用されるようになった.それに伴い,人種や性別といった情報が決定に影響してしまう事例が散見されるようになった.公平な決定結果を得るためには,人種や性別などのセンシティブな情報への依存性を排除するために,これらの特徴とは統計的独立性を保証する制約下で予測結果を計算しなければならない.一方で,予測の効用も重要であり,この制約下で予測精度を最大にする必要がある.しかし,この予測精度と公平性の為の制約はトレードオフの関係にあり,このトレードオフを改善することが,公平性配慮型データマイニングでは重要な目標である.以前の研究成果により,この公平性を考慮するときに,予測モデルの予測分布自体が示す分布を用いると,よいトレードオフは達成できない.なぜなら,実際の決定は予測モデルに確定的な決定則を適用するため,実際の決定結果は予測分布とは異なってしまうためである.2018年度は,この決定則の適用を考慮しつつ,予測精度を改良する手法に取り組んだ.通常の予測モデルとはことなり,決定則の影響で最適化すべきモデルが平滑ではない.そのため計算が困難な離散最適化問題となる.この離散最適化問題を,軸ごとに最適化する手法を考案し,既存アルゴリズムよりよい精度-公平性のトレードオフを達成することに成功した.しかし,二つの国際会議に投稿したが,残念ながら採録には至らなかった.その他,公平性に配慮した機械学習技術の進展のため,国内解説,国際ワークショップの運営や講演などを行った.2018年度はアルゴリズムの改良に取り組み,既存手法より優れた予測精度-公平性のトレードを達成することに成功した.しかしながら,トレードオフの改善幅や,計算量の問題などいくつかの指摘があり,国際会議への採録には至らなかった.これらの査読者のコメントに対応すべく,さらなる改良が必要になる.2019年度は以下の研究を実施する.(1)公平性アルゴリズム担当は,(1a) 2018年度より開発中の決定則を明示的に考慮したアルゴリズムの改良に取り組み,国際会議への採録をめざす. (1b)ECMLPKDD2017のPerez-Suayらの既存アルゴリズムや,線形変換を用いた公平性配慮方のデータ変換アルゴリズムの開発・実装に取り込む(2)クラウドソーシング担当は(2a)公平性配慮型アルゴリズムを実験するための,データ収集に取り組む.具体的課題としては,質問項目の画面上の配置による違いを検証するためのデータを,クラウドソーシングを利用して収集する.
患者ピア・サポーター養成プログラムの開発と評価

患者ピア・サポーター養成プログラムの開発を行い、ピア・サポートプログラムの運用に関するガイドラインを作成、研修にて乳がん患者ピア・サポーターを養成し、ピア・サポートを必要とする乳がん患者に対してプログラムを実施した。プログラム評価として、支援を受けた患者、ピア・サポーター、医療者に半構成的インタビュー調査し、その効果を分析、プログラムの効果が明らかになった。患者ピア・サポーター適用ガイドラインとして、目的:「同じ病気を体験しながら社会復帰しているピア・サポーターは、患者に対し、今後の自己の姿をイメージさせ、不安を軽減させることに加え、闘病への励みを与える。このような効果をもつピア・サポーター訪問により、病気の受け入れや精神的な立ち直りを少しでも早め、早期の社会復帰や退院後、病気と共に自分らしい生活を送ることに繋がることを目指す。」とし、「養成方針」「養成プログラム参加条件」等を明確にした。また、実際の活用の流れとして、担当医師・看護師(依頼者)→患者ピア・サポーター担当者(看護師)→患者ピア・サポーター→サポート実施→患者ピア・サポーター担当者(看護師)に報告→依頼者に報告というシステムを構築。各場面での留意事項や特に情報管理や倫理面についての徹底を行うことを明確にし、医療チームで共通認識をもつようにした。また、前年度までのインタビュー調査:「患者ピア・サポーターが医療者と協働して同病者を支援するために必要な教育・研修内容」から挙がった項目をもとに、実際の患者ピア・サポーター養成プログラム(研修)を企画した。3日間(午後4時間ずつ)の日程とし、具体的内容は、「ピア・サポーターの役割」「ピア・サポーター活動に必要な医療知識」「患者心理の理解」「自己理解・他者理解」「コミュニケーションスキル」と題した講義、「ピア・サポーターの倫理的配慮」「(実際のサポート場面の)ロールプレイ」演習、そして、研修後の個人面談にて、感想や今後のピアサポーターとして活躍していく意思・意欲等の確認という「講義→演習→個人面談」という形式とした。上記のガイドライン、養成プログラムに従い、今年度、「第1回患者ピア・サポーター養成研修」を開催し、5名の患者ピア・サポーターを養成した。現在、養成プログラムでの学びおよび学習効果などを検証中である。ピア・サポーター養成研修を受講し認定を受けた患者ピア・サポーター5名によるピア・サポート支援を従来の医療者支援に加え、ピア・サポートを希望する患者に対し、「患者ピア・サポーター支援」事例として実際に適用した。平成22年度は、6件の事例があり、それぞれの事例に対し、ピア・サポーター支援を受けた患者、ピア・サポート支援を実施したピア・サポーター、およびその事例に関わる医療者の三者(三側面)からインタビュー調査を実施している。現在、インタビュー調査実施途中、並行して分析途中である。ピア・サポーター支援を受けた患者への調査に関しては、患者ピア・サポーターからの支援がどうであったか、その支援によってどのような変化があったか等について、半構成的インタビューガイドにそってインタビュー調査を行い、ピア・サポーターへの調査に関しては、患者を支援する際の実施状況、および良かった点・困難だった点などについて、また、ピア・サポーターと協働した医療者への調査に関しては、ピア・サポーターからの支援を受けて担当する患者がどうであったか、医療者として、サポート体制の中に患者ピア・サポーターを組み込むことに対しどうであったか、実際に医療・ケアを提供する中でどのような影響があったかなどについて、半構成的インタビューガイドにそってインタビュー調査を実施している。支援を受けた患者およびピア・サポーターには、量的データとして、「ピア・サポート機能」に関するアンケート調査も同時に行った。以上、平成22年度に得た調査データを多面的な側面から分析し、ピア・サポーター育成および活用の効果について総合的に評価することが次年度(本研究助成最終年度)にむけた目標である。また、平成22年度は、第2回ピア・サポーター養成研修を実施し、新たに4名の患者ピア・サポーターを養成した。引き続き、ピア・サポート支援事例の蓄積、その事例評価を行っていく予定である。医療費の高騰や在院日数の短縮等の理由により、患者は入院中に疾患を受容するのに十分な時間を持てず、様々な不安をかかえたまま退院を強いられるケースが増えてきている一方、患者にとって、同じ病の体験をもつ先輩患者の存在が大きな励みとなり、実生活に即した智恵や工夫は実践的アドバイスとなっている。このような背景を受け、患者ピア・サポーターを育成し、医療者と協働し多面的に患者を支援していく新たなサポートシステムとして展開しているプログラムの評価を行うことが本年度の目的である。各事例に関して、支援を受けた患者、ピア・サポーター、医療者の三者に対し、倫理的配慮を行いながらその効果についてインタビュー調査を行い、6事例についてデータを質的に分析した。結果として、支援を受けた患者は、地域や病院で展開している患者会には少し隔たりを感じ参加できない段階の者あるいは体験者へピンポイントで聞きたい内容を持っている者であった。具体的な効果としては、がんを経験し手術を終えた今も仕事をしているピア・サポーターの存在自体が励みとなり勇気を与え、また同じような境遇が深い共感を生み出し安心感を与えていた。そのようなモデルに触れることで、無理をしていた自分の心のズレに気づいたり、言葉が一歩前進する後押しとなったり、姿が将来をイメージさせ今後の具体的な段取りを考えられるようになったり、決めかねていたことへの決意につながったりしていた。

また、ピア・サポーターに関しては、自分が今悩んでいる患者のために役に立てるという体験だけでなく、自分を振り返る機会にもなり人としての成長を感じていた。医療者と協働して活動できることに対しても良い印象を持っていた。医療者(主治医)に関しては、介入前後で患者が大きく変化したという認識はなかったが、特に弊害等問題はなく、このままさらに検証を続けていき、より情報を共有していきたい旨を確認した。
神経細胞特異的なロコモーション移動の経時的な形態変化と神経極性獲得の機構

神経細胞移動は大脳皮質形成に重要であり、異常を来すと様々な神経疾患を引き起こす。神経細胞移動の過程のうちロコモーション移動は、移動の最も長い距離を占めている重要な過程にも関わらず従来直接的な解析が困難だったため、その制御機構はほとんど不明だった。本研究ではスライス培養法を用いた機能阻害剤によるスクリーニングによりこの問題を解決し、いくつかの分子が核や先導突起の形態変化の制御を通じてロコモーション移動に関与していることを明らかにした。脳形成過程において脳室周辺で誕生した未成熟神経細胞は脳表層側へ向かって移動し、特定の層や神経核へと配置される。この移動の過程に異常が生じるとてんかんや精神遅滞を伴う滑脳症などの脳奇形が惹起されることから、神経細胞移動は脳が正しく機能するために必須な発生段階であると考えられるが、その分子機構については未解明な点が多い。特に「ロコモーション移動」は、移動の最も長い距離を占めている重要な過程であるにも関わらず、多極性など複数の過程を経た後に行われるため、従来の実験手法では移動のより早い段階の二次的な影響を排して直接特定の分子の機能を抑制する実験が困難であった。本研究ではロコモーション移動の制御機構を分子レベルで理解することを目指し、簡便に個体への遺伝子導入を行える「子宮内エレクトロポレーション法」と大脳皮質のスライス培養法を組み合わせることにより、ロコモーション細胞で特定の分子の機能を抑制する実験を行った。初年度の今年は、機能阻害剤を用いてロコモーション移動に関わる分子のスクリーニングを行った。その結果、Ro31-8220、Go6976、Rottlerinなどの機能阻害剤の添加によりロコモーション移動に異常が生じることが確認された。また細胞骨格系への影響を調べるために大脳皮質の初代培養細胞にこれらの機能阻害剤を添加すると、Rottlerinなどの添加により微小管の配向に影響を与えることが観察された。ロコモーション細胞の移動は、先導突起の伸長、核の移動、後方突起の退縮など様々な段階からなるため、今後は機能阻害剤の標的分子がロコモーション移動のどの段階の制御に関与しているかを解析していく予定である。昨年度は大脳皮質のスライス培養法を用いた阻害剤スクリーニングにより、神経細胞移動に影響を与える阻害剤を絞り込んだ。神経細胞移動の過程は、先導突起の伸長・核の移動など複数の段階が連続的に行われるため、本年度はスクリーニングによって得られた阻害剤の標的分子群がそれぞれ神経細胞移動のどの段階を制御しているかを明らかにすることにより、神経細胞移動の機構を総合的に理解することを目指した。そこで、一つ一つの神経細胞の細胞体の移動速度や形態変化、先導突起や軸索の伸長過程など時間依存的な神経細胞の形態変化を詳細に調べるために、タイムラプス観察の系を改良し、高倍率のレンズを用いて短い時間間隔での撮影を行うことにより、スクリーニングによって得られた阻害剤の標的分子が神経細胞移動に伴う形態変化のどの段階に関与しているかの詳細を調べた。その結果、Cdk5が核の形態変化に関与していることが示された。尚、平成24年1月に発表された論文において形態変化の解析に重要な要素が新たに示されたため、今後は更なる詳細な分析の必要になる。神経細胞移動はその様式が多段階に分けられるが、特に、脳表層近くで行われるロコモーション移動は、他の段階の後で行われるため、その分子機構を直接解析することが難しかった。昨年度までに、大脳皮質のスライス培養法を用いた阻害剤スクリーニングにより、神経細胞移動の中でも特にこれまで直接的な解析が難しかったロコモーション移動に影響を与える阻害剤を絞り込み、スクリーニングによって得られた阻害剤の標的分子がそれぞれ神経細胞移動のどの段階を制御しているかを画像解析を用いて調べた。しかし、平成24年1月に発表された論文において形態変化の解析に重要な要素が新たに示されたため、追加実験・詳細な分析の必要が生じた。本年度は必要な追加実験・詳細な分析を行い、これらの解析から得られた情報を統合することにより、ロコモーション移動の機構を総合的に理解することを目指した。

その結果、核の形態変化、先導突起の形態変化にCdk5などの分子が関与していることが示され、複数の段階が連続的に行われることによってなされる神経細胞移動の機構の一端を明らかにすることができた。平成24年1月に発表された論文において形態変化の解析に重要な要素が新たに示されたため、追加実験・詳細な分析の必要が生じたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。ロコモーション移動のメカニズムを明らかにするため、神経細胞の移動時の形態変化をより詳細に観察する必要がある。
角膜組織におけるTGF-βアイソホ-チの発現に関する研究

本研究では角膜組織において,TGF-β13のタンパクの局在とmRNAの発現を検討した。タンパクレベルでの検討はTGF-β13のLAP(latency-associated peptide)部分に対するポリクローナル抗体(Dr.MiyazonoとDr.C-H Heldinより供与)を用いた免疫組織化学によった。結果は,TGF-β1 LAPは角膜上皮と実質には認めなかったが,TGF-β2 LAPは角膜上皮の全層に強い発現を認め,実質にもびまん性に局在していた。TGF-β3 LAPは上皮層には局在を示さなかったが,実質,特に上皮下に強い局在を認めた。つぎにTGF-β13mRNAの発現をRT-PCR法で検討した。in vivoの角膜上皮細胞,角膜実質細胞,角膜内皮細胞から抽出したpoly A RNAからcDNAを合成して,それをtemplateとした。使用したプライマーはTGF-β13前駆体に特異的な領域(LAP領域の中)を選択して作成した。さらにそれぞれのアイソホームに特異的なプローブを作成して,サザンブロットハイブリダイゼーションを施行した。結果としては,TGF-β1前駆体mRNAは角膜上皮細胞,実質細胞,内皮細胞のいずれにも弱いながら発現していた。TGF-β2前駆体mRNAは角膜上皮細胞に強く発現しており,実質や内皮細胞にも発現を認めた。TGF-β3mRNA前駆体mRNAは角膜上皮と内皮細胞に発現していたが,実質細胞には発現を認めなかった。Pasqualeらは,角膜組織にはTGF-βアイソホームの成熟型タンパクは局在していないことを報告している。したがって,本研究の結果は角膜上皮と実質に潜在型のTGF-β2が,実質に潜在型のTGF-β3が局在していることを示唆している。しかし,その機能や活性化のメカニズムは今後の研究課題である。
動脈硬化予防のための日本人と日系ハワイ人におけるメタボリック症候群に関する研究

平均BMIは男女ともハワイ在住日系人の方が日本人に比べて大きかった(男:23.4±2.8 vs 28.1±4.7 kg/m2,P<0.0001;女:23.4±3.0 vs 25.9±5.4 kg/m2,P<0.0001)。興味深いことに身長は全くと言えるほど差がなかった。男性の平均飲酒量と喫煙頻度は日本人であるかに高かった。血清LDLコレステロール値、トリグリセリド値は男女ともハワイ在住日系人の方が日本人に比べて高かった。男性において収縮期血圧、拡張期血圧とも日本人で高かったが、降圧薬非服用に限ると両地域で差はなかった。平均HbAlcは男女ともハワイ在住日系人の方が日本人に比べて高かった。また、メタボリックシンドロームの有病率は男女ともハワイ在住日系人の方が日本人に比べて高かった(男:3.9% vs 23.2%,P<0.0001;女:2.3% vs 9.7%,P=0.012)。平均血清アディポネクチン値は男女とも日本人の方がハワイ在住日系人比べて高かったが(男:8.1±3.8 vs 6.7±3.2μg/ml, P=0.003;女:12.9±6.1 vs 9.3±4.2μg/ml, P<0.0001),BMI≧28kg/m2の対象者に限ると差が消失した(男:P=0.16、女:P=0.40)。回帰分析を用いて血清アディポネクチン値の規程因子を調べたところ男性においてはBMI、HDLcと飲酒量が規定し、地域差(Site)は有意でなくなった。一方女性における血清アディポネクチン値の規程因子は年齢、BMI、HDLc、総エネルギー摂取量および地域差(Site)であった。すなわち身体計測値と血液検査結果からは両地域の血清アディポネクチン値の差を説明することが不可能であった。ランダムサンプル日本人男女1,145名、日系ハワイ人男女267名のうち地域住民のサンプルである滋賀県愛東町259名と日系ハワイ人男女267名において凍結血清を融解してアディポネクチンとレプチンを測定した。今回はアディポネクチンを中心に解析した。対象年齢は両地域とも4059歳としたので差はなかった。肥満係数BMI(体重kg/(身長m)^2)は男女ともハワイ在日系人で大きく(男:23.4±2.8 vs 28.1±4.7kg/m^2,P<0.0001;女:23.4±3.0 vs 25.9±5.4kg/m^2,P<0.0001)、メタボリックシンドローム(BMI>30kg/m^2,HbAlc>5.6%,血圧130/85mmHgまたは降圧薬服,triglycerides【greater than or equal】150mg/dl,HDLc<40mg/dlの5項目の内3項目以上)もハワイ在日系人で多かった(男:3.9% vs 23.2%,P<0.0001;女:2.3% vs 9.7%,P=0.012)。

平均アディポネクチン濃度は日本在住人で高かったが(男:8.1±3.8 vs 6.7±3.2μg/ml,P=0.003;女12.9±6.1 vs 9.3±4.2μg/ml,P<0.0001)、BMI【greater than or equal】28kg/m^2の対象に限定すると差はなかった(男P=0.16女P=0.40)。重回帰分析の結果アディポネクチンの有意な規程因子は男ではBMI,HDLコレステロール,飲酒量であり、女では年齢,BMI,日米差,HDLコレステロール,摂取熱量であった。メタボリックシンドロームの頻度とアディポネクチン濃度の日米在住日本人での差は肥満度の差によって説明可能であった。われわれはこれまでに栄養と血圧に関する国際共同研究INTERMAPの副研究として日本人と日系ハワイ人のランダムサンプルを対象として1997-98年に実施されたINTERLIPID研究の既存データからメタボリックシンドロームの有病率を算出し、さらに凍結保存血清を用いて新たにアディポネクチンを測定した。年齢には差がない日本住民259人(男130人、女129人)、ハワイ在住日系米人267人(男136人、女131人)を対象とした結果、平均BMIは男女とも日系米人で高く(男:23.4 vs 28.1 kg/m^2,P<0.01;女:23.4 vs 25.9 kg/m^2,P<0.01)、同一診断基準を用いたメタボリックシンドロームの有病率も男女とも日系米人で高かった(男:3.9 vs 23.2%,P<0.01;女:2.3 vs 9.7%,P<0.05)。また血清アディポネチン濃度は男女とも日系米人で低かった(男:8.1 vs 6.7・g/ml,P<0.01;女:12.9 vs 9.3・g/ml,P<0.01)。この差異の原因を検討するため男女を合わせたデータを用い多変量回帰分析を用いて解析した。Body mass index(BMI)や運動量に両地域で有意な差があったが、これらのみで両地域の差を説明できなかった。両地域における摂取栄養素の差の内、タンパク質とn-3多価不飽和脂肪酸を解析モデルに代入すると両地域差が消失した。遺伝的に同一と想定される両地域住民の血中アディポネクチン濃度の差は生活習慣、特に食習慣の差によって説明できた。
樹木生理現象の数理モデル化に関する研究-森林環境における熱・水・二酸化炭素循環の記述をターゲットとして-

植生体内に一旦蓄えられてから大気へ至る水の量は無視できないほど大きく、また、植生体内の貯留水は乾燥環境下においても気孔を開き光合成・蒸散を継続させる。樹木ではその物理的サイズ故に、樹体内貯留水が地表面のエネルギー交換過程に及ぼす影響は大きいと考えられる。樹体内貯留水は樹体内の各器官に流入・出する水量差の総和である。葉からの蒸散はポテンシャルの低下を生み出し、これが下端まで伝播して吸水と樹体内の水移動を生み出す。よって本研究では、SPACの中に樹体内貯留水を考慮した植生内水移動モデルを組み込むことを前提とし、蒸散、吸水、樹体内貯留水、樹体内ポテンシャル分布が統合的に記述されるようなモデルを構築した。樹体内の水移動・貯留に関して、(1)水は円錐形に近似された樹体の中で導管を模した細管中をポテンシャル流として移動する、(2)樹体各部位での流入・出差がそこでの貯留水量となる、(3)樹体内のある部位での貯留水は毛管圧により保持される、という条件のもとに、既往の気孔コンダクタンスモデルを連結させて、単木レベルでの吸水・貯留・蒸散および樹体内ポテンシャル変動を記述する非定常シミュレーションモデルを構築した。そして、単木レベルの水収支計測の結果(瀧澤ら,1996)から、樹木サイズ、樹体内水分特性等のモデルパラメータ導出と計算結果の正当性確認を行った。なお、本研究の成果は、Agricultural and Forest Meteorology誌に印刷中である。地表面でのエネルギー交換過程において、純放射量の潜熱エネルギーと顕熱エネルギーへの分配様式は最大の関心事である。特に植生面は、蒸散によって潜熱エネルギーへの変換が促進されるという特徴を持つ。潜熱エネルギー交換に繋がる土壌から植生を通じて大気に向かう水の流れに関してSPACという概念を考えたとき、P(植生)は単なる水みちではない。よって、特に樹木-森林ではその物理的サイズ故に、樹体内貯留水がエネルギー交換過程に及ぼす影響は大きいと考えられた。境界条件としての流出は葉からの蒸散であり、流入は根からの吸水である。葉からの蒸散はポテンシャルの低下を生み出し、これが根まで伝播して吸水と樹体内の水移動を生み出す。よって、SPACの中に樹体内貯留水を考慮した植生内水移動モデルを組み込む場合、蒸散、吸水、樹体内貯留水、樹体内ポテンシャル分布が統合的に記述されるようなモデルを考えることが道理に合っているといえよう。本年度の成果として、樹体内の水移動・貯留に関して(1)水は円錐形に近似された樹体の中で導管を模した細管中をポテンシャル勾配によって移動する,(2)樹体各部位での流入・出差がそこでの貯留水量となる,(3)樹体内のある部位での貯留水量とポテンシャルには一定の関係がある(ここでは、対数関数)、という条件のもとに、既往の気孔コンダクタンスモデル、光合成モデル、根吸水モデルを連結させて、単木レベルでの吸水・貯留・蒸散・光合成を記述する非定常シミュレーションモデルを構築・完成させた。さらに、既往の計測結果を用いて本モデルの正当性を示し、最終的な目標である森林-環境相互作用系モデルの樹木部分を担うモデルとしての評価も行った。
新CCDによる広域スペクトル観測

交付申請書に記載した「研究目的・研究計画書」にしたがって研究を進め、以下に具体内容を箇条書きする。1.ロ-レル社により新しく開発された広波長域スペクトル用の高性能CCDを購入した。それと共に実験用CCDとソケット一式を入手し、全体システムのチェック工具として確保した。2.新CCDに対応した制御回路部品を購入して製作し、動作チェック等の確認を行った。実験用CCDでのテストの準備中である。3.CCDを入れる冷却デュアーは当初既存のものを用いる予定であったが、新CCDの規格が大きく前のものと異なるため新たにデュアーを制作中である。今後の研究は新しいデュアーに新CCDを入れ、全体システムの立ち上げを実験室で行い、動作確認を行う。これと既存のデータ取得システムにつなげるインターフェースを構築し、岡山のク-デ分光器に接続する。そして、恒星スペクトルの吸収線や輝線の時間変化を観測して恒星の活動現象(Be星活動、フレア-活動など)を解明する。また、太陽近傍の古い恒星から新しい恒星にわたる化学組成を明らかにすることは、宇宙の化学進化を解明する上で重要な研究である。岡山の望遠鏡で届きうる限りの恒星のスペクトルを観測して、化学組成を明らかにしていく予定である。
高次構造を基礎としたFMN結合タンパク質の酸化還元活性の発現原理

硫酸還元菌由来のFMN結合タンパク質について、タンパク質工学的な研究を行った。FMN結合タンパク質と分子量の点で近く、また、補欠分子族としてFMNを結合しているフラボドキシンと比較すると、アミノ酸配列上、Thr-Trp-Asnという配列だけが唯一同一であった。そこで、これらのアミノ酸残基を部位特異的変異法によって、9種類の変異型FMN結合タンパク質を遺伝子工学的に創出し、この配列がFMNとの結合や酸化還元電位にどのような影響を与えているかについて、包括的に考察した。酸化還元電位の測定には、サフラニンTをメディエーターとして用いた。野生型と比べて、Trp残基をAla、Tyr、Phe、His各残基に置換した変異体は、すべて、若干(8から18mV)正にシフトしていた。これにより、このTrp残基側鎖は、酸化還元電位について、それほど重要でないことが示唆された。しかし、FMNをペプチド鎖に結合させる点では、重要であることも明らかにしている。一方、Asn残基をGln、Asp残基に置換した変異体では、結合・酸化還元電位とも、ほとんど変化が見られなかった。Asn残基は、この3残基の中でも保存性が低いことも考えると、重要性が低いことが示唆された。Thr残基をSer残基に置換した改変体では若干(5mV)、Val残基に置換した改変体では、大きく(約60mV)負にシフトしていた。このことから、この位置が親水的な雰囲気であることが、酸化還元電位に対して重要であることが示唆された。そこで、Thr残基をVal残基に置換した改変体について、その結晶を得、X線結晶構造解析を行った。現在、分解能1.5Åのデータを取得しており、高次構造モデルを作成中である。一方、従来、硫酸還元菌はグルコースを利用して成長できないとされてきたが、解糖系酵素を遺伝子工学的に研究することにより、その能力があることを明らかにした。そこで、これらのアミノ酸残基を部位特異的変異法によって、9種類の変異型FMN結合タンパク質を遺伝子工学的に創出し、サフラニンTをメディエーターとして、その酸化還元電位の変化を調べた。一方、Asn残基をGln、Asp残基に置換した変異体では、ほとんど変化が見られなかった。私の以前の研究で、FMNとの結合においては、Trp残基を他のアミノ酸に置換した改変体のみ弱まり、特にGly改変体では、もはやほとんど結合しないことを明らかにしている。立体構造解析の結果からも、FMNとの結合にこのTrp残基が重要であることを示した。今回、酸化還元電位の詳細な検討を行った事により、Thr残基の酸化還元電位に対する寄与が明らかとなった。

これらの事から、この配列がFMNとの結合や酸化還元電位にどのような影響を与えているかについて、考察した。硫酸還元菌由来のFMN結合タンパク質について、タンパク質工学的な研究を行った。FMN結合タンパク質と分子量の点で近く、また、補欠分子族としてFMNを結合しているフラボドキシンと比較すると、アミノ酸配列上、Thr-Trp-Asnという配列だけが唯一同一であった。そこで、これらのアミノ酸残基を部位特異的変異法によって、9種類の変異型FMN結合タンパク質を遺伝子工学的に創出し、この配列がFMNとの結合や酸化還元電位にどのような影響を与えているかについて、包括的に考察した。酸化還元電位の測定には、サフラニンTをメディエーターとして用いた。野生型と比べて、Trp残基をAla、Tyr、Phe、His各残基に置換した変異体は、すべて、若干(8から18mV)正にシフトしていた。これにより、このTrp残基側鎖は、酸化還元電位について、それほど重要でないことが示唆された。しかし、FMNをペプチド鎖に結合させる点では、重要であることも明らかにしている。一方、Asn残基をGln、Asp残基に置換した変異体では、結合・酸化還元電位とも、ほとんど変化が見られなかった。Asn残基は、この3残基の中でも保存性が低いことも考えると、重要性が低いことが示唆された。Thr残基をSer残基に置換した改変体では若干(5mV)、Val残基に置換した改変体では、大きく(約60mV)負にシフトしていた。このことから、この位置が親水的な雰囲気であることが、酸化還元電位に対して重要であることが示唆された。そこで、Thr残基をVal残基に置換した改変体について、その結晶を得、X線結晶構造解析を行った。
電荷秩序相の2-1-4型遷移金属酸化物磁性体のスピンダイナミクスの研究

13年度においては、試料調整用のガス雰囲気制御アニール炉の整備の継続、及び、中性子散乱による電荷秩序相のLa_<0.6>Sr_<1.4>MnO_4の磁気励起の観測を集中して行った。La_<1-x>Sr_<1+x>MnO_4の実験では、広範囲な運動量遷移、エネルギー遷移空間に渡ってその励起の様相を測定し、電荷秩序によって長周期となった記事構造を反映したゾーンから立ち上がる、相互作用が大きく再規格化されたと思われる(4J_<AF>S17meV程度)反強磁性スピン波の分散を観測した。この反強磁性スピン波は、酸素ドープしたLa_2NiO_<4+δ>でも見られたように、長波長領域においてのみ安定で、高いエネルギーでは強度を失う。また、この反強磁性スピン波と共存する形で、強磁性スピン波が存在する。このスピン波は、4J_FS=35meVの相互作用の大きさを持ち、ゾーン中心からゾーン境界まで明瞭に観測される。これらの磁気励起の様相の解釈は現在検討を重ねている最中であるが、いずれにしろ、極めて複雑な電荷秩序系の磁性の一端を捉えることに成功したと考えている。この他、英国、米国の研究者と共同で、ラザフォード・アップルトン研究所の中性子散乱研究施設にて、La_<2-x>Sr_xNiO_4の高エネルギースピン波励起の測定を試みたが、実験装置の故障によるトラブルのため、残念,ながら結果を得ることができなかった。本課題による研究は13年度で終了となるが、一部には、完全に解明できなかった問題も残された。これらに関しては、今後の研究の課題としたい。研究初年度である12年度においては、試料調整用のガス雰囲気制御アニール炉の整備、そして、中性子散乱実験については、La_<0.6>Sr_<1.4>MnO_4の電荷秩序等に伴う結晶構造、時期構造の長周期構造の追跡、さらに、磁気励起の予備的調査を行い、La_2CoO_<4.24>の磁気構造を調べる実験を行った。La_<1-x>Sr_<1+x>MnO_4に関しては、x=0.4の試料について実験を始め、電荷秩序に関してx=0.4の領域ではこれまでの抵抗測定等では確認されていなかったものが、中性子散乱により電荷秩序に伴うと思われる結晶構造の長周期構造を確認することができた。電荷秩序相は、これまでの報告よりも広い領域に存在することが示唆される。観測された磁気構造等はx=0.5のものとほぼ一致する。他のMn系酸化物でも見られるような相分離状態がこの系でも実現しているのではないかと思われる。また、スピン波励起の予備的測定も行い、次年度以降の詳細な研究の準備を開始した。Co系に関しては、酸素ドープ系によるハーフドープ近傍のLa_2CoO_<4.24>について、研究を進めた。最近、Srドープによるハーフドープ、La_<1.5>Sr_<0.5>CoO_4についての中性子散乱実験の報告が別なグループからなされているが、彼らの結果が、電荷秩序、磁気相関が、極めて短距離、特に二次元面間の相関が弱いことを伺わせるのに対し、我々の酸素ドープ系の結果では、相関距離は極めて長い。過剰酸素の秩序化がこの相関距離、特に、二次元面間の相関に強く関わっていることが、Ni系での同様の振る舞いの類推から、伺われる。また、Srドープ系での報告では、系内のCo^<2+>、Co^<3+>のうちCo^<3+>は非磁性としているが、我々の実験ではこれと矛盾する結果を与えている。その点を今後追求する必要があるが、Srドープ系での磁気反射、長周期構造の反射が、相関距離の短さに対応して微弱なのに対し、酸素ドープ系では十分な観測強度を持つので、より信頼できる結果が得られると期待される。。La_2NiO_4のストライプ相に関しては、その磁気励起の測定を13年度から行うべく、試料作製・調整の準備を開始した。

これらの磁気励起の様相の解釈は現在検討を重ねている最中であるが、いずれにしろ、極めて複雑な電荷秩序系の磁性の一端を捉えることに成功したと考えている。この他、英国、米国の研究者と共同で、ラザフォード・アップルトン研究所の中性子散乱研究施設にて、La_<2-x>Sr_xNiO_4の高エネルギースピン波励起の測定を試みたが、実験装置の故障によるトラブルのため、残念,ながら結果を得ることができなかった。本課題による研究は13年度で終了となるが、一部には、完全に解明できなかった問題も残された。これらに関しては、今後の研究の課題としたい。
やませのライブカメラと気象データの収集・配信および4D簡易体験システムの研究

○研究目的東北地方の太平洋沿岸では,初夏から梅雨明け頃にかけてやませと呼ばれる冷たく湿った北東風または東風が吹き,農作物に被害をもたらす.このようなやませの発生状況を静止画およびコマ撮り動画として撮影するとともに,気象データを収集しWebサーバで公開する.愛媛県大州市で発生する強風の気象現象である肱川あらしについても,同様に観測を行う.やませの4D簡易体験システムでは, HMD(ヘッドマウントディスプレィ)+モーションVR動画(360°全方位動画)により,撮影した現場の映像をあらゆる方向(3D)から見渡すことができるようにする.これに加えて現場の気象データを再現することにより, 4D表現を行う.○研究方法(1)ソーラーパネルとバッテリーを電源とするライブカメラと気象データの収集・配信装置を開発する.(2)360°全周カメラによって全方位撮影を行い,やませの動画を記録する.(3)撮影した映像をHMDへ表示する.(4)収集した気象データ(風向/風速/温度/湿度)を使用し,映像の表示と同期させて送風ファンの回転数と送風方向,加湿器等を制御するプログラムを作成して観測地点の環境を簡易的に再現する.○研究成果九戸郡野田村においてやませの静止画と動画の撮影を1ヶ月間実施した.また,肱川あらしについても同様に4ヶ月間撮影を実施した.得られた研究成果は,第13回情報技術研究会(九州工業大学)において「やませと肱川あらしの観測用ライブカメラの開発」というタイトルにより口頭発表を行った.○研究目的東北地方の太平洋沿岸では,初夏から梅雨明け頃にかけてやませと呼ばれる冷たく湿った北東風または東風が吹き,農作物に被害をもたらす.このようなやませの発生状況を静止画およびコマ撮り動画として撮影するとともに,気象データを収集しWebサーバで公開する.愛媛県大州市で発生する強風の気象現象である肱川あらしについても,同様に観測を行う.やませの4D簡易体験システムでは, HMD(ヘッドマウントディスプレィ)+モーションVR動画(360°全方位動画)により,撮影した現場の映像をあらゆる方向(3D)から見渡すことができるようにする.これに加えて現場の気象データを再現することにより, 4D表現を行う.○研究方法(1)ソーラーパネルとバッテリーを電源とするライブカメラと気象データの収集・配信装置を開発する.(2)360°全周カメラによって全方位撮影を行い,やませの動画を記録する.(3)撮影した映像をHMDへ表示する.(4)収集した気象データ(風向/風速/温度/湿度)を使用し,映像の表示と同期させて送風ファンの回転数と送風方向,加湿器等を制御するプログラムを作成して観測地点の環境を簡易的に再現する.○研究成果九戸郡野田村においてやませの静止画と動画の撮影を1ヶ月間実施した.また,肱川あらしについても同様に4ヶ月間撮影を実施した.得られた研究成果は,第13回情報技術研究会(九州工業大学)において「やませと肱川あらしの観測用ライブカメラの開発」というタイトルにより口頭発表を行った.
凝固過程の動的挙動とその制御に関する研究

本研究の目的は、凝固過程の動的挙動に注目し、そのプロセス(特に固相領域の厚さ)を冷却面温度を非定常的に制御することにより達成しようとすものである。固相厚さや固相成長速度を制御するために必要な冷却面温度の非定常な設定値を、簡便で実用上十分な精度を有する方法で計算し、予測する可能性について検討した。このため、まず最初に非定常一次元の凝固解析モデルを提案し、当該モデルによる冷却面の温度変動に対する固相厚さの応答について解析した。さらに、この簡便な解析モデルの妥当性を検証する目的で、二次元数値モデルを開発した。また、矩形空間を満たした蒸留水を上方から冷却し、氷層を形成する実験を行った。その結果、提案した一次元、二次元モデルによる予測値が実験結果と良い一致を示すことがわかり、当該解析モデルの妥当性が証明された。解析と実験の比較は、主に冷却面温度を周期的に変動させて行われた。この時の固相厚さ変動の振幅と冷却面温度変動に対する位相遅れの二点について、理論予測値と実験値の比較を行っている。本研究における理論解析の特徴は液相領域での自然対流の存在を考慮している点である。特に水は4°Cで密度が最大となるため、複雑な自然対流が発生し、固液界面での対流熱伝達も一般的には複雑な様相を呈する。しかしながら、これまでの研究によると、空間的に平均化された固相厚さの時間変動は、一次元解析モデルにより実用上十分な精度で近似することが出来ることが証明された。これにより、対流の直接計算が不可能な高Ra数領域での乱流熱伝達が存在する場合でも、凝固プロセスを非定常的に制御するための冷却面温度を理論的に予測できることを示した。凝固過程は種々の自然現象や工業プロセスにおいて広く見られる物理現象である。本研究では特にその動的挙動に着目し、凝固が進行するときのプロセス(固化領域の厚さ)を制御するための知見を得ることを目的としている。凝固過程の制御とは冷却面温度の制御により如何に凝固厚さの制御が可能であるかを明らかにすることである。本年度は深さ約18cmの容器に水を満たし、上方より冷却した場合の氷の生成過程について検討した。容器の下方壁面は8°Cで一定温度に固定し、容器の上方壁面温度を0°C以下の温度で変化させた時の氷厚さの時間に対する変化を実験的、理論的に調べた。その結果以下のことが明らかとなった。(1)冷却壁面温度が、ある凝固点以下の平均温度の周りで一定温度振幅で振動する場合、その振動数が増加すると氷厚さの変動量は小さくなり平均温度に対応する氷厚さに漸近して行く。(2)氷厚さの変動は冷却面温度変動より遅れて現れ、その位相遅れは氷厚さの一乗に比例して増大する。(3)液相内での自然対流を感温液晶を用いて可視化し、その温度場の様子から対流パターンが一セルまたは二セルの単純な対流であることがわかった。(4)冷却壁面の温度変動が固相(氷)内でどのように減衰して行くかについて、非定常熱伝導方程式に基づき検討し、上記(1)および(2)の実験について理論的予測を行った。その結果、理論的予測が実験結果と定量的に一致することが確認できた。

凝固過程の制御とは冷却面温度の制御により如何に凝固厚さの制御が可能であるかを明らかにすることである。本年度は境界固定法に基づく二次元数値解析コードを開発し、動的な凝固過程に関する数値シミュレーション実験を行った。その結果、修正レイリー数が10^5以上では液相内の対流が振動流となること、レイリー数が10^7まで安定して数値計算が可能であることを明らかにした。また、二次元数値計算の結果は、昨年行った一次元モデルに基づく理論解析結果と極めて良い一致を示し、一次元および二次元解析モデルの妥当性を検証することが出来た。さらに昨年に引き続き、一辺約18cmの矩形水槽内に上方から氷層を形成させたときの液相内での対流構造を粒子画像流速測定法であるPIV法により計測した。その結果、対流速度は最大で約1mm/sであること、レイリー数は10^8のオーダーであり乱流に近い振動流になっていること、固液界面の湾曲は対流のマクロ構造により決定されることを確認した。水で飽和した多孔質体内での動的な凝固現象について研究を行った。上方から凝固点以下の温度で冷却された矩形空間を想定して、冷却面温度が時間的に変動する場合について実験かつ数値的に検討を加えた。この際、下方境界面は一定温度でかつ凝固点温度以上に設定されている。実験において飽和多孔質体はガラスビーズと蒸留水により形成した。矩形空間は一辺が約18cmの立方体である。実験における修正レイリー数は約100である。凝固点近傍で密度逆転層を有する水で飽和した多孔質層では、対流発生の臨海レイリー数は約200であることが知られている。このため本実験において、液相領域は熱伝導支配であることがわかる。冷却面温度の変動周期は矩形波で1時間から10時間まで変化させ、固液界面の変動を観察し、変動振幅と位相遅れを計測した。また、固相内温度分布が定常状態であると仮定した準定常1次元解析モデルを提案した。導かれた固液界面の振動に関する一次の常微分方程式は、冷却面温度変動振幅が冷却面温度の過冷度に比べ小さい場合について摂動法により解析的に解かれた。さらに支配方程式は数値的にも解かれ、両者は良い一致を示した。このことから摂動法による近似解の妥当性を確認できた。1次元モデルによる固液界面位置の変動に関する予測値はほぼ実験値と良い一致をみた。これにより飽和多孔質内での動的な凝固現象が1次元の準定常モデルにより十分に予測可能であることを検証することが出来た。
新規性認識機構を介する記憶アップデート基盤の解明

本研究では、記憶をアップデートするメカニズムを明らかにすることを目的として、(1)マウスにおける社会的認知記憶課題及び物体認知記憶課題を用いた解析及び、(2)高い記憶能力を示すトランスジェニックマウスを用いた解析を計画した。(1)社会的認知記憶課題及び物体認知記憶課題では、記憶形成から24時間後のテスト1において、タンパク質合成阻害剤を腹腔内投与すると、テスト1から24時間後のテスト2において、阻害剤投与群では記憶が認められなかったことから、タンパク質合成阻害により記憶再固定化が妨げられたことが示唆された。従って、2種類の解析系において、記憶想起後に新規性認識機構が働き、遺伝子発現依存的な記憶再固定化が誘導されるという結果を得た。続いて、海馬CA1領域を標的としたマルチユニット記録を試みたが、実験系の確立に予想以上に時間を要したため、サンプル数が少なく評価するまでに至らなかった。しかし、これまでの恐怖記憶制御機構の解析から、記憶アップデートには海馬の活性制御機構が重要であることが示唆されているため、社会記憶と物体記憶を対象とした本解析を継続していく意義は極めて高いと考えられる。(2)我々が過去に報告した高い記憶能力を示すトランスジェニックマウスを用いて記憶形成の中枢である海馬を標的としたマルチユニット記録を行った。その結果、野生型マウスにおいて時間帯依存的なシータ波のpower spectralの変動が観察された。一方、トランスジェニックマウスではサンプル数が少なく評価するまでに至らなかった。しかし、突出した高い記憶能力を示すトランスジェニックマウスを有するのは我々のグループのみであることから、本解析を継続していく意義は極めて高いと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、記憶をアップデートするメカニズムを明らかにすることを目的として、マウスにおける社会的認知記憶課題及び物体認知記憶課題を用いた解析を計画した。社会的認知記憶及び物体認知記憶では、マウスが探索対象を識別し、既知であるか未知であるかを判別する新規性認識機構を作動させた上で、既存の記憶がアップデートされるか、あるいは、新たな記憶が形成されるかが決定されると考えられる。そこで、この実験系を認知記憶アップデートのモデルとして捉え、行動薬理学的解析、生理学的解析を実施した。社会記憶(幼若マウスの記憶)を形成させてから24時間後のテストにおいて、テストの30分前にタンパク質合成阻害剤を腹腔内投与しても既知のマウスを識別できたことから、社会記憶が認められた。従って、社会記憶の想起にタンパク質合成が必要でないことが示唆された。一方、想起から24時間後のテストにおいては、タンパク質合成阻害により既知のマウスを識別できず、社会記憶が認められなかった。従って、タンパク質合成阻害により社会記憶再固定化が妨げられたことが示唆された。以上の解析結果は、探索対象を物体に変更した物体認知記憶課題においても同様であった。以上より、2種類の解析系において、記憶想起後に新規性認識機構が働き、遺伝子発現依存的な記憶再固定化が誘導されるという結果を得た。そこで、既知及び未知物体に遭遇した際の海馬の生理学的変化を解析するために、海馬CA1領域を標的としたマルチユニット記録を試みたが、実験系の確立に予想以上に時間を要したため、記録数が少なく評価するまでに至らなかった。しかし、これまでの恐怖記憶制御機構の解析から、記憶アップデートには海馬の活性制御機構が重要であることが示唆されているため、この解析を推進していく意義は極めて高いと考えられる。行動薬理学的手法により、2種類の記憶課題において記憶アップデート機構を解析する実験系が確立された。一方、学習課題遂行中のマウス海馬領域からのマルチユニット記録を確立するために予想以上に時間を要したため、海馬の生理学的変化と記憶アップデート機構の因果関係について評価することが出来なかった。マルチユニット記録法により、既知及び未知物体に遭遇した際のマウス海馬の生理学的変化を解析する。

実際には、脳波と海馬CA1領域の神経活動との因果関係、記憶の強度と海馬CA1領域の神経活動の関係について検討する。また、記憶形成時と記憶アップデート時の比較、記憶能力が向上した遺伝子改変マウスを用いた解析も計画している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
冠動脈バイパス手術における心筋誘電特性による適正バイパス手術の決定に関する研究

日本白兎で虚血心モデルを作成し、経胸壁心エコー検査、直視下での観察、病理学的評価で正常及び虚血心筋のviability評価を施行した。それらを元に、立体的な心筋電極の作成に取り掛かったが完成には至っていない。一方で、適正な冠動脈バイパス術を施行する上で静脈グラフトの内膜肥厚を抑制する必要があり、日本白兎の総頚動脈に外頚静脈を吻合し、抗腫瘍薬のパクリタキセルを投与してsonoporationを行うと内膜肥厚を抑制した。今後、誘電特性との対応を検討する予定である。本研究の目的は,臨床において冠動脈バイパス術で心筋viabilityと組織血流の評価を術中に行い,虚血心筋の局在と程度を立体的に評価し,適切かつ最大有効なバイパス術のデザインを可能たらしめる事である。今年度は研究実施計画に基づき,動物実験において正常心筋または虚血心筋の心筋viabilityの評価目的で,日本白兎を用いて冠動脈左前下行枝を閉塞させることによる陳旧性心筋梗塞モデルと,閉塞させた冠動脈を30分後に再解放する冠虚血再灌流モデルを作成した。術後4週間で,経胸壁心エコー検査と,再開胸により肉眼的に壁運動の評価及びマッピングを行った。犠死後,Evans blue dye冠動脈注入により冠動脈の灌流域を,またtriphenyltetrazolium chrolide(TTC)染色による梗塞領域を同定した。病理評価としてhematoxylin-eosin(HE)染色で虚血部位の心筋障害度,Masson trichrome(MTC)染色で梗塞領域の繊維化を評価した。肉眼視及びエコーによる壁運動の評価と,組織学的及び病理学的な評価を照らし合わせ,その相関関係より残存心筋のviabilityの一評価とした。その結果を踏まえ,現在は正常及び虚血心筋の心筋組織血流量の評価,エネルギー代謝に基づいた心筋viabilityの評価に加え,虚血心筋の電気特性の変化を測定し,虚血心筋の局在と量を立体的に評価できるシステム開発に着手する予定である。本研究の目的は、臨床において冠動脈バイパス術で心筋viabilityと組織血流の評価を誘電特性を利用しながら術中に行い、虚血心筋の局在と程度を立体的に評価し、適切かつ最大有効なバイパス術のデザインを可能たらしめる事である。初年度は研究実施計画に基づき、動物実験において正常心筋または虚血心筋の心筋viabilityの評価を施行した。日本白兎を用いて冠動脈左前下行枝を閉塞させることによる陳旧性心筋梗塞モデル、冠虚血再灌流モデルを作成した。術後4週間で経胸壁心エコー検査による壁運動評価と梗塞部位の局在評価を行い、再開胸により肉眼的壁運動の評価及びマッピング、色素注入による冠動脈灌流域評価、病理学的な壊死、線維化領域の評価を行った。今年度は上記虚血部位の評価を元に、立体的な心筋電極の作成に取り掛かったが完成には至っていない。一方で、当研究の命題である適正冠動脈バイパス術を施行する上で、静脈グラフトの内膜肥厚を抑制する必要があり、下記の如く実験を行い良好な成績を得た。日本白兎の総頚動脈に外頚静脈を吻合し、冠動脈ステントの内膜肥厚防止に用いられている抗腫瘍薬のパクリタキセルを投与してsonoporationを行うと、バイパスのみの群、パクリタキセル投与のみの群、sonoporationのみの群と比較して有意に内膜肥厚を抑制した。この方法は、適正冠動脈バイパス術を可能とする一つの補助手段であると考えられ、今後、誘電特性との対応を検討する予定である。
骨髄間質の幹細胞のアポトーシス阻止能と新しい間質由来因子の遺伝子クローニング

精髄造血における正の制御機構の一つとして、顆粒球系細胞株の増殖・分化に対するG-CSFの二面作用をチロシンリン酸化を指標に検討した。NFS 60とKasumi-1は、G-CSF刺激により3H-thymidine uptakeが亢進し、なかでもJAK-1とJAK-2のリン酸化が速やかに認められた。一方、HL-60とOTC-4にはCD11bやmyeloperoxidase(MPO)などの分化抗原発現や単球系への形態的分化を認めたが、3H-thymidine uptakeは亢進しなかった。また、JAK-1とJAK-2もリン酸化されず、タンパク量も減少していた。したがって、G-CSFによる細胞増殖の情報伝達には、JAK-1とJAK-2が必須であると考えられた。現在、HL-60およびOTC-4におけるリン酸化タンパクの同定と、それらの細胞分化に与える影響について解析を続けている。幹細胞再生には間質細胞の重要性が指摘されているが、その後の分化方向を決定する上でサイトカインの果たす役割は大きい。単球系細胞は骨髄組織のみならず体内に広く分布し、そのサイトカイン産生は骨髄造血の方向性に大きく影響する。本研究課題では、サイトカイン刺激を介した単球の活性化・不活性化機構を検討し、造血機構への関与を考察した。なかでもIL-4やIL-10は、活性化単球の各種サイトカイン産生に対して強力な抑制作用を有するが、活性酸素やプロスタノイド産生にも抑制効果が認められた。更に、その機序が各々の産生酵素であるNADPHオキシダーゼならびにシクロキシゲナーゼ遺伝子の発現抑制に基づくことを生化学的に明らかした。両サイトカインのシグナル伝達機構解明のための、今後の有望な実験系の一つとして考えている。
GDAP-1の機能解析

本年度は昨年度に引き続きGDAP-1-10のORFのクローニングとその解析を行った。その結果、1)GDAP-群の発現解析:これらはマウスの発生過程で見る限りいずれもE16-P7の時期に神経系に特異的に発現していた。また、P19細胞を神経系に分化させたときもGDAP-群の発現が同様に見られることが明らかになった。2)GDAP-1の解析:マウス、ヒトのcDNAライブラリーからORFを含む複数のクローンを得た。いずれも358アミノ酸をコードしており、94%の相同性をもつことが明らかとなった。従って、マウスとヒトとの間で高度に保存されたアミノ酸配列を持つタンパク質であることが明らかになった。現在のところデータべ一スに登録されておらず、新規タンパク質である。C-、N-末端側それぞれにMyc,FLAGを融合させNeuro2aに発現させると、N-末端側が細胞質、C-末端側がERに存在していた。アミノ酸配列を見ると、C-末端側近傍に一回膜貫通領域と推定される配列が見られる。また、細胞質領域に核移行シグナルに似た配列があることがあきらかになった。さらに、Two-hybrid systemを用いて、細胞質領域のGDAP-1と相互作用をするタンパク質を検索し、幾つかの候補を得たのでその同定・解析をも開始した今後、これらGDAP-群の解析やTwo-hybrid systemなどにより、この細胞増殖抑制機構を解明して行く予定である。