hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地下水硝酸汚染・亜酸化窒素発生の機構解明と対策技術の検討

亜酸化窒素(以下N_2O)は、硝化反応における副生成物として、また脱窒反応における中間生成物として発生することから、昨年度に引き続き高知県内の施設園芸ハウスを対象とした詳細な現地調査を実施し、湛水にともなうN_2Oの発生機構の解明を試みた。その結果、湛水直後にN_2Oフラックスの非常に大きなピーク(170μgN/m2/min)が観察されたものの、その後速やかにフラックスは減少し、湛水にともなうN_2Oの急激な放出は比較的短期間で終了することが示された。地下水水質に関しては、湛水直後に溶存N_2O、硝酸性窒素、溶存酸素の全てが鋭い濃度ピークを示した。溶存N_2Oのピークが硝酸性窒素のピークと一致しており、かつ溶存酸素濃度はこのとき2mg/L以上であったことから、この濃度ピークは硝化反応における副生成物として地表面付近で生成したN_2Oの浸透に起因すると判断された。一方、湛水終了後には硝酸性窒素濃度の減少にもかかわらず、溶存N_2O濃度は一時的に増加した。粘土層を含む本調査地点では、畑地土壌ではあるが地下水中で脱窒による自浄作用が生じうることが昨年度の調査結果より明らかになっている。そこで、地表面からの浸透の影響が無視できると考えられる期間のデータに基づき、解析モデルによって脱窒速度係数を推定するとともに、この期間の溶存酸素濃度を考慮した結果、この溶存N_2O濃度の上昇は地下水中での脱窒反応の中間生成物として発生したものに起因すると推察できた。溶存N_2O濃度はその後再び減少したが、これは脱窒反応の進行にともないN_2OがN_2まで還元されたことによると考えられた。脱窒時の溶存N_2O濃度の上昇は湛水直後の濃度ピークと比較して小さく、湛水時の主要なN_2O発生要因は硝化反応であることが明らかになった。以上より、N_2O発生抑制をも考慮した硝酸性窒素による汚染地下水の浄化技術の開発に際して、粘土層の自浄作用を活用した原位置浄化技術の有望性が示された。高知県の沿岸施設園芸地域を対象とした地下水水質調査結果を解析することにより、施設園芸地域における地下水水質の悪化には施設園芸ハウスにおける湛水作業が大きな影響を及ぼしていることを明らかにした。また、水質調査結果に基づき、地下水中での脱窒速度係数および希釈率を推定した結果、脱窒速度係数は地下水中の酸化還元電位の低下とともに増大していること、および希釈率は共同利用を行っている井戸において大きいことが明らかになり、解析の妥当性が示された。さらに、地下水中の硝酸性窒素濃度は脱窒速度係数と希釈率の和で表される自浄速度係数により強く影響されることを示すとともに、自浄速度係数は経年的な変動よりもむしろ場所による影響を強く受けることが明らかになった。以上の結果を踏まえて湛水作業が地下水水質に及ぼす影響を定量的に評価する目的で、高知県内の施設園芸農家の協力を得て、施設園芸ハウスの一角を利用した現地実験を開始した。1m×3mの区画の周囲に止水矢板を深度約1.4mまで打ち込み、区画内に土壌水分センサー、圧力センサーおよび土中導電率計を設置し、土壌水分量および土中導電率の鉛直分布を時系列的に観測するとともに、土壌溶液を定期的に採取することで水質成分の形態変化についての検討を行った。調査結果に基づき、湛水時における地表の肥料成分の浸透速度の推定を行った結果、地下水水質調査において湛水後に当該地域の井戸で硝酸性窒素濃度ピークが観測されるまでの遅れ時間から推定される浸透速度とオーダー的に一致し、施設園芸地域における硝酸性窒素による地下水水質の悪化には湛水作業が強く影響することが現地実験の結果からも確認することができた。昨年度の研究より、施設園芸ハウスの湛水時期に地下水の硝酸性窒素濃度が急激に増加することが明らかになっている。そこで本年度は、湛水時期における地下水水質変動をより詳細に把握することを目的として、高知県中部の施設園芸地域を対象として湛水前後の期間をも含めた高頻度の地下水水質変動調査を行った。その結果、調査対象地点では湛水による地下水水質の急激な濃度増加は1日以内に起こり、1日もしくは2日後に硝酸性窒素濃度の最大値が現れること、またその後速やかに濃度が逓減することを明らかにした。また、地質構造に透水性が低く、かつ炭素含有率の高い粘土層が存在することにより、畑地の地下水においても嫌気的な場が形成されることを示した。湛水直後には粘土層が存在する地点においても溶存酸素濃度が急激に増加するが、その後速やかに嫌気的な場が再形成されることも明らかになった。地下水中のアルカリ度と硝酸性窒素濃度の関係に基づき、湛水後の濃度逓減時期における脱窒作用の評価を行った結果、地下水中に嫌気的な環境が形成されている時期には脱窒が生じているのに対して、好気的な状態にある時期は脱窒がほとんど生じていないと判断された。また、解析モデルに基づき地下水中での自浄速度の評価を行った結果、粘土層を含む地点では地下水中に嫌気的な環境が形成された時期には脱窒速度係数が大きく評価されたのに対して、大半が砂質礫やシルド礫で地質が構成されている地点では脱窒速度係数は小さい値となり、局所的な地質特性が地下水中の自浄速度に大きく影響することを示した。以上より、畑地土壌であっても地質構造によっては地下水中で脱窒による自浄作用が生じうることが定量的に示された。

亜酸化窒素(以下N_2O)は、硝化反応における副生成物として、また脱窒反応における中間生成物として発生することから、昨年度に引き続き高知県内の施設園芸ハウスを対象とした詳細な現地調査を実施し、湛水にともなうN_2Oの発生機構の解明を試みた。その結果、湛水直後にN_2Oフラックスの非常に大きなピーク(170μgN/m2/min)が観察されたものの、その後速やかにフラックスは減少し、湛水にともなうN_2Oの急激な放出は比較的短期間で終了することが示された。地下水水質に関しては、湛水直後に溶存N_2O、硝酸性窒素、溶存酸素の全てが鋭い濃度ピークを示した。溶存N_2Oのピークが硝酸性窒素のピークと一致しており、かつ溶存酸素濃度はこのとき2mg/L以上であったことから、この濃度ピークは硝化反応における副生成物として地表面付近で生成したN_2Oの浸透に起因すると判断された。一方、湛水終了後には硝酸性窒素濃度の減少にもかかわらず、溶存N_2O濃度は一時的に増加した。粘土層を含む本調査地点では、畑地土壌ではあるが地下水中で脱窒による自浄作用が生じうることが昨年度の調査結果より明らかになっている。そこで、地表面からの浸透の影響が無視できると考えられる期間のデータに基づき、解析モデルによって脱窒速度係数を推定するとともに、この期間の溶存酸素濃度を考慮した結果、この溶存N_2O濃度の上昇は地下水中での脱窒反応の中間生成物として発生したものに起因すると推察できた。溶存N_2O濃度はその後再び減少したが、これは脱窒反応の進行にともないN_2OがN_2まで還元されたことによると考えられた。脱窒時の溶存N_2O濃度の上昇は湛水直後の濃度ピークと比較して小さく、湛水時の主要なN_2O発生要因は硝化反応であることが明らかになった。以上より、N_2O発生抑制をも考慮した硝酸性窒素による汚染地下水の浄化技術の開発に際して、粘土層の自浄作用を活用した原位置浄化技術の有望性が示された。
進化系統ネットワークおよび超越木推定のための効率的アルゴリズムの研究

3つの生物種の親子関係を表す3つ組の集合が与えられたときに,それらがゴール型進化系統ネットワークとして表現できるかを決定し,表現できる場合はそのネットワークを構築するアルゴリズムを与えた.入力集合が密である場合,本アルゴリズムは線形時間で動作する.既存のアルゴリズムでは2乗時間が必要であった.また,この問題は入力が密ではない場合にはNP困難であることも示した.また、全ての正整数nに対し,n個の葉に対する3つ組の集合Tが存在し,任意のゴール型ネットワークはTの要素のうち最大でも0.4833の割合の要素とのみ矛盾がないことを示した.逆に,どんな3つ組の集合に対しても,その5/12以上の割合の要素と矛盾がないゴール型ネットワークを構築する多項式時間アルゴリズムを開発した.入力として根付き3つ組木の密な集合$T$が与えられたときに,全ての3つ組み木がゴール型進化系統ネットワークとして矛盾無く併合できるかどうかを決定し,もし併合可能ならばそのネットワークを構築する高速なアルゴリズムを与えた.我々のアルゴリズムは$0(|T|)$時間で動作する.過去の最速のアルゴリズムでは$0(|T|^2)$時間であった.さらに我々はこの問題の入力が密ではない場合には,例え単純な進化系統ネットワークを作成する場合でも問題がNP困難になることを示した,また,任意の正整数$n$に対し,$n$個の葉に対する3つ組の集合$Tが存在し,どんなゴール型ネットワークも$T$中の最大$0.4883cdo t|T|$個の3つ組としか矛盾しないことを示した.一方我々は,$T$の3つ組のうち少なくとも$frac|5| |12|$($>0.4166$)の割合のものと矛盾しないゴール型ネットワークを出力する多項式時間アルゴリズムを開発した.与えられた距離行列を満たす超メトリックゴール型進化系統ネットワークを再構築する組み合わせ的アルゴリズムを開発した.正確には,$n$個の生物種の各ペア間の距離を指定する行列$M$が与えられたときに,我々のアルゴリズムは$M$を満たす超メトリックゴール型進化系統ネットワークが存在するかどうかを$0(n^2 log n)$時間で決定し,さらにもし存在するならばそれを同じ時間で構築する.しかも,我々のアルゴリズムはそのようなネットワークの中で2つ以上の親を持つノード(ハイブリッドノード)の数が最小のものを出力する.さらに,$M$の部分行列$M'$で,$M'$を満たす超メトリックゴール型ネットワークが存在するようなもので最大のものを求める問題がNP困難であることを示した.さらに,不完全な距離行列(いくつかの要素が欠けている行列)が与えられたときに,それを満たす超メトリックゴール型ネットワークが存在するかを決定する問題がNP困難であることを示した.そして,我々のアルゴリズムをJavaやグラフ可視化ツールを用いて実装した.最類似部分森を求める問題(2つの順序付,ラベル付森$F$と$G$に対し,$F$の部分森$F'$で$G$との距離が最小のものを求める問題)にたいする効率の良いアルゴリズムを開発した.この問題は多くのよく研究された問題の一般化であり,RNA分子の2次構造やXML文書などの階層的構造の中からパタンを発見するなどの重要な応用を持っている.3つの生物種の親子関係を表す3つ組の集合が与えられたときに,それらがゴール型進化系統ネットワークとして表現できるかを決定し,表現できる場合はそのネットワークを構築するアルゴリズムを与えた.入力集合が密である場合,本アルゴリズムは線形時間で動作する.既存のアルゴリズムでは2乗時間が必要であった.また,この問題は入力が密ではない場合にはNP困難であることも示した.また、全ての正整数nに対し,n個の葉に対する3つ組の集合Tが存在し,任意のゴール型ネットワークはTの要素のうち最大でも0.4833の割合の要素とのみ矛盾がないことを示した.逆に,どんな3つ組の集合に対しても,その5/12以上の割合の要素と矛盾がないゴール型ネットワークを構築する多項式時間アルゴリズムを開発した.
幹細胞の増殖とSpheroid形成に適した基質特性の解明とその制御法の開発

幹細胞の培養基質として複数の細胞膜受容体と同時に結合する混合ペプチド-キトサンマトリックスの開発をめざした。研究期間中にはインテグリン間相互作用を示すインテグリンの組合せの検証もおこなった。幹細胞の細胞接着に特に重要な働きを占めているインテグリンと結合するペプチドの組合せおよび混合比を最適化する事で細胞接着活性が飛躍的に上昇することを確認した。また、幹細胞の培養基質として注目されるフィブロネクチンと同等の生物活性を示す混合ペプチド-多糖マトリックスを、フィブロネクチン由来ペプチドを複数用いて最適化する事で開発した。本研究成果は非タンパク質からなる幹細胞培養基質の開発に応用可能である。本研究計画では幹細胞の培養・増殖に適した細胞外環境の基質特性を解明し、幹細胞の未分化維持・増殖を促進する細胞外マトリックス由来活性ペプチド-キトサンマトリックスを開発することを目的とする。これまでタンパク質レベルにて検討されてきた細胞外マトリックス(ECM)を利用した幹細胞用培養基質を、数種の受容体特異的な細胞接着性ペプチドを混合・最適化し、ECMの機能を模倣した幹細胞用培養基質を開発する。ECM由来細胞接着ペプチドとしては、インテグリンαvβ3やインテグリンα5β1と結合するフィブロネクチン由来のRGD含有ペプチドがある。一方でフィブロネクチンは、分子内に多数の活性部位を有する多機能性タンパク質であり、インテグリンαvβ3やインテグリンα4β1やシンデカンなど10種類以上の細胞膜レセプターと結合する。このことから、RGDだけではフィブロネクチンの機能を模倣した機能性材料の開発は難しく、RGDのみでなくフィブロネクチン中に存在する他の活性配列も併せて用いることで、より機能的な人工細胞培養基材となることが期待できる。最近、フィブロネクチン中のPro-Arg-Ala-Arg-Ile(PRARI)配列がインテグリンα4β1との結合に関与する配列として新たに同定された。H27年度ではPRARIを含む合成ペプチドの生物活性を評価し、得られた活性配列を高分子多糖(キトサン)に固定化したPRARI-キトサンマトリックスを開発した。さらにインテグリンαvβ3と結合するRGD含有ペプチドとインテグリンα4β1と結合するPRARI含有ペプチドを同時に固定化した混合ペプチド-キトサンマトリックスを作製した。フィブロネクチンの生物活性を模倣した培養基質材料の開発をめざし、様々な組み合わせを精査したところ、フィブロネクチンの生物活性に近い機能を持つ混合ペプチド-キトサンマトリックスの開発に成功した。本研究成果に関して3回の学会発表を行うと共に、現在、論文を投稿中である。研究開始初年度であるH27年度は、受容体特異的なECM由来ペプチドを固定化したペプチドキトサンマトリックスを用いて、マウス胎生幹細胞の細胞接着活性試験を行うとともに、新規インテグリンサブタイプ特異的結合活性を示す細胞接着ペプチドの同定、キトサンゲルの開発を行った。マウス胎生幹細胞の細胞接着活性試験ではES細胞が多く発現している細胞表面受容体(インテグリンα6β1とα3β1)に着目し、これらと特異的に結合するペプチドを固定化したペプチド-キトサンマトリックスを中心に細胞接着活性を測定した。その結果、接着活性としてはインテグリンα6β1とα3β1と特異的に結合を示すペプチドを固定化したペプチドキトサンマトリックスが、他のペプチドを固定化した場合にくらべ比較的強く結合することが判った。一方、本研究計画では幹細胞を培養時にシングルセルまで分散させた培養を計画し、さまざまな条件検討を行ったが、シングルセルをスタートポイントした培養は難しいことが判ってきた。このことから、マウス胎生幹細胞を用いたペプチド-キトサンマトリックス上での培養は、フィーダー細胞上やマトリゲル上と同様に、ある程度の細胞凝集をともなったコロニー状での培養を行う必要があることがわかってきた。一方、新規特異的インテグリン結合活性ペプチドの同定では、フィブロネクチン由来のインテグリンα4β1特異的ペプチドの同定に成功した。現在、本結果については論文投稿中である。こちらのペプチドを用いたマウス胎生幹細胞も開始している。他にも、H28年度、およびH29年度の課題とし、ペプチド-キトサンマトリックスの将来的な応用に向けたキトサンゲルの開発に着手した。キトサンゲルの開発に関しては、カルボン酸をリンカーとして用いるシンプルな架橋系を開発することで、ゲル化のめどがたった。現在、幹細胞培養に向けの応用化の検証、固さの最適化などをすすめている。本研究計画は幹細胞の培養・増殖に適した細胞外環境の基質特性を、細胞外マトリックスタンパク質(ECM)由来活性ペプチドを用いることで解明し、同定した活性ペプチドを高分子多糖に固定化したES細胞培養用活性ペプチドー高分子多糖マトリックスの開発を目的としている。H28年度は、研究初年度のH27年度から研究を開始したフィブロネクチンの機能を模倣したペプチド-キトサンマトリックスの開発に関しての論文報告を行った。フィブロネクチンは、分子内に多数の活性部位を有する多機能性タンパク質であり、細胞外マトリックスタンパク質の中ではラミニンと並び未分化ES細胞の培養を可能とする基質として利用されている。本報告では、フィブロネクチン中のPRARI配列が、インテグリンα4β1との結合に関与する配列であることを新たに同定した。さらにフィブロネクチンはインテグリンαvβ3およびインテグリンα5β1と結合するRGD配列を有するため、RGD配列含有ペプチドとPRARI

配列含有ペプチドを同時に固定化した混合ペプチド-キトサンマトリックスを作製した。混合ペプチド-キトサンマトリックスの作成に関しては、PRARI配列含有ペプチドの長さ、アミノ酸配列の最適化を行った。PRARI最適化ペプチドとRGDペプチドを1:20のモル比で固定化した混合ペプチド-キトサンマトリックスはフィブロネクチンと同程度の細胞接着活性、神経突起伸長活性を示した。本研究成果に関して論文報告を行うと共に学会発表を行った。また、上記とは異なるインテグリンの組合せを検討したところ、異なるサブタイプのインテグリンーインテグリンクロストークによっても細胞接着活性が促進することが明らかとなった。本結果に関しては、3回の学会発表を行っており、現在は論文投稿の準備を行っている。H28年度は研究計画に沿って以下の4項目の検討を行った。1フィブロネクチンの機能を模倣した活性ペプチドーキトサンマトリックスの開発、2受容体特異的なECM由来ペプチドを用いたマウスES細胞接着活性ペプチドーキトサンマトリックスの開発、3キトサンゲルの開発、4インテグリンサブタイプ特異的結合活性を示す細胞接着ペプチドの組合せの検討上記、4項目の検討のうち、1ー3はH27年度からの継続的な検討課題とし、1はH28年度中に論文掲載された。また、4はH28年度からの新規課題となっている。2のマウスES細胞接着活性試験では、特異的なインテグリンに結合活性を示すペプチドを固定化したペプチドーキトサンマトリックスを最適化することで、細胞接着活性の向上をもたらすことができた。また、H27年度では、ES細胞継代時にシングルセルまで分散させたときの培養が難しく、コロニー状での培養を行う方向へと計画変更を考慮していたが、3の検討を行う中で、キトサンマトリックスの改良によってシングルセルからの培養を可能とした。現在は、H28年度までに特定した3種類ペプチドを用いて長期培養に向けた最適化を行っている。4のインテグリンサブタイプ特異的結合活性ペプチドの組合せに関しては、フィブロネクチン由来活性ペプチドとラミニン由来活性ペプチドという由来が異なるインテグリンサブタイプ特異的ペプチドを混合することで接着活性の上昇が見られることがわかってきた。こちらのペプチドを用いたマウスES細胞の培養も開始している。3のキトサンゲルの開発に関しては、Spheroid3D細胞培養に向けての検討を開始した。以上、現在のところ、課題によって若干の前後は見られるがほぼ研究計画通りに遂行している。本研究計画は幹細胞の培養・増殖に適した細胞外環境の基質特性を、細胞外マトリックスタンパク質(ECM)由来活性ペプチドを用いることで解明し、同定した活性ペプチドを高分子多糖に固定化したES細胞培養用活性ペプチドー高分子多糖マトリックスの開発を目的としている。H29年度は、計画二年目から研究を開始したインテグリンαvβ3およびインテグリンα5β1とインテグリンα6β1間のクロストークによる細胞接着活性の特異的な亢進についての結果をまとめた。インテグリンαvβ3とインテグリンα5β1はフィブロネクチン特異的なインテグリンサブタイプである。
再構成系を用いたアクセサリー蛋白質によるパラミクソウイルスの出芽機構の解明

多くの病原ウイルスを含むパラミクソウイルスの粒子形成過程(出芽)を研究した。cDNAからウイルスを人工合成して、M蛋白質と宿主因子Alixとの結合がウイルス出芽に重要であることを示した。一方、アクセサリー蛋白質CとAlixとの結合は出芽に影響を及ぼさなかったが、多くのC変異ウイルスの解析から抗インターフェロン能の詳細を示し、さらにC蛋白質がRNA合成を制御してウイルスゲノム極性を決めていることを解明した。本年度は、パラミクソウイルス出芽に対するアクセサリー蛋白質の関与を明らかにするために以下のとおり実施した。1.センダイウイルス出芽におけるC蛋白質の働きを調べるために、C蛋白質の荷電アミノ酸を変異させた一連のCm変異体(Cm2'Cm6')について、この変異をもつウイルスゲノムcDNAを作成した。この際に、計画のとおりにラムダファージを用いて簡便に全長cDNAを構築する方法を使用した。さらに産業総合研究所西村・中西博士の助力を得て、これらのすべての全ゲノムcDNAからウイルスを回収した。また、対照としてアポトーシスを誘導し、Jak-Stat経路を阻害することが知られているC-L170Sと、ウイルス解析中に見られた部分復帰変異体も得た。これまでのウイルスの解析では、いろいろなアポトーシス誘導能・出芽能・ウイルスRNA合成抑制能をもつウイルスが得られている。計画していた分節型センダイウイルスは回収することができなかったが、さらに試みる予定である。2.ニパウイルスM蛋白質のリン酸化修飾について、リン酸化部位予測プログラムによりリン酸化部位を絞っていき、リン酸化部位は単一ではなく複数のアミノ酸であること、そのうち大部分はN端の一群のセリン残基であること、さらにこれらの部位のリン酸化がウイルス様粒子の出芽に大きな影響を与えることを明らかにした。現在、さらに変異体を作成中である。他の蛋白質を導入した多蛋白質によるウイルス様粒子の作成について、各蛋白質に対する抗体を作成して性質を確認した。このようなデータの結果を踏まえ最終年度となる来年度は、変異ウイルスの性状を、抗インターフェロンシグナル伝達能も含めて調べて、アクセサリー蛋白質の出芽等に対する影響をまとめたい。また、複数の蛋白質によるニパウイルス様粒子の性状について検討を進めたい。最終の本年度は、以下のとおり研究を実施した。1.センダイウイルス出芽においては、Alixという宿主蛋白質がウイルス蛋白質MあるいはCと結合して作用することが、従来からのウイルス様粒子作製実験で明らかになってきた。Alixと結合できないC蛋白質をもつウイルスを人工的に作製し、そのウイルスの粒子形成と出芽を調べたところ、ウイルスレベルではこの結合は重要ではないことが明らかになった(未発表)。一方、Alixと結合できないM蛋白質をもつウイルスを作製したところ、ほとんど出芽できなかった。このウイルスを卵で盲継代したところ、3代目で出芽能を回復した復帰変異株を得ることができた。この株は、先だって人工的に変異を導入したAlixとの相互作用部位に新たな復帰変異が入っており、これが出芽能回復に関与していることが示唆された(投稿準備中)。以上から、ウイルスレベルにおいては、出芽にAlixとM蛋白質の相互作用が重要であることが明らかになった。2.C蛋白質の多数の変異体の解析から、インターフェロンシグナル伝達系阻害、インターフェロンβ誘導阻害、アポトーシス阻害のそれぞれの形質を欠くウイルスが得られ、これらの形質がある程度独立したC蛋白質の作用によることが推測された(投稿準備中)。また、C蛋白質を欠くとゲノムRNA合成の制御が崩れて、従来のマイナス鎖RNAだけではなく、プラス鎖RNAをゲノムにもつウイルスが精製することがわかった(lrieetal.,2008b)。C蛋白質変異ウイルスの中に、これに近い形質を示すものがあり、この変異体はインターフェロンβ誘導阻害も起こさないので、両形質の関連が示唆された。3.ニパウイルス、ならびに新たに調製した近縁のヘンドラウイルスのM蛋白質において、そのリン酸化がM-VLPの出芽に対する影響を検討したが否定的な結果であった。
観測フローを用いた道路網交通流の変動推定に基づくネットワーク評価

道路網交通流の動的な変化は,一日の中での時々刻々の変動(within-daydynamics)と日々の変動(day-to-daydynamics)に分けて考えることができる。本研究では交通流の日々の変動に着目し、ネットワーク上の一部の地点で観測された交通量データを用いて、非観測区間を含む道路網全体の交通量変動を推計するとともに、それに基づく道路網評価指標(ODペア間の時間信頼性指標)の開発を目的とした。(1)観測交通量データの統計分析:建設省の常時観測データおよび交通管制センターの感知器データを用いて変動の自己相関およびリンク間相関を中心に、交通量の日々の変動特性を統計的に分析した。(2)非観測区間交通量の推計モデル開発:ネットワークの一部の区間の観測交通量から、非観測区間を含む道路網全体の交通流を推計するための基礎的な方法論は既に提案されているので、(1)の分析結果を踏まえて、既存手法の拡張により、日々の交通量変動を推計することのできるモデルを開発した。(3)道路網評価指標の開発:ネットワークを構成する全てのリンクの交通量変動が、(2)のモデルによって与えられていることを前提に、交通量の日変動を明示的に考慮した新たな道路網評価指標を提案した。具体的には,既に提案されているODペア間の時間信頼性指標を改良し、新たな指標とした。(4)実際ネットワークでの検証:松山市域の道路網を用いて、(2)および(3)で示す方法論・評価指標の実証性を検討した結果、提案した一連の方法論は道路網計画評価に適用できることが確認できた。
幼児期の絵本を介した親子の相互作用から捉える子どもの語りの発達的検討

本研究は、親子の絵本の読み聞かせ場面を親による「読み聞かせ場面」と子どもが親にお話をする「語り場面」に分け、そこでの親の発話や行動が子どもの発話にどのような影響を及ぼし、子どもの語りの発達とどのように関連しているかというプロセスを実証的に検討していくことを目的としている。平成30年度は、満4歳児とその親15組を対象として、絵本を介した親子の相互作用を検討した。具体的な研究の手順は次のとおりである。1.平成27年8月から毎月2回行っている。対象児の家庭における絵本の読み聞かせの様子のビデオ記録を平成30年度も継続した。使用した絵本は子どもにとって新規の文字のない絵本と普段よく親が子どもに読み聞かせている絵本である。2.家庭での自由な絵本の読み聞かせの様子、絵本との関わりについて、絵本ダイアリーとして記入してもらった。その内容については現在分析中である。3.平成27年度の絵本の読み聞かせに関する質問紙調査の実施結果については、文字のない絵本を使用した親子のやりとりの分析において活用していく予定である。4.2歳8ヵ月の子どもに実施した「ロージーのおさんぽ」の読み聞かせの場面を分析した結果を、19TH INTERNATIONAL,PECERA CONFRERCE(JULY 6ー9,2018)EECERA 28TH CONFERENCE(Budapest,HungaryAugust28-31,2018)で発表した。この内容をAsia-Paciffic Journal Research in Early Childhood Educationに投稿中である。本研究の結果、親の発話は【擬音語・擬態語】【身体的状態語】方略の使用が多かった。また、親により使用方略の差が認められた。さらに、親の語りの長さと発話内容コーディング合計頻度の間には正の相関が認められた。養育中の親から子への読み聞かせにおいては擬音語・擬態語の使用が多いことが明らかとなった。また、親の会話スタイルは、子どもの語りのスタイルの特徴に反映することが明らかとなった。本研究では、絵本の読み聞かせ場面を親による絵本の「読み聞かせ場面」と子どもがお話をする「語り場面」に分け、そこでの親の発話や行動が子どもの発話にどのような影響を及ぼし、子どもの語りの発達とどのように関連しているかというプロセスを実証的に検討していく。平成28年度は満2歳児とその親15組を対象として絵本を介した親子の相互作用を検討した。具体的な研究の手順は次の通りである。1.平成27年8月から毎月2回対象児の家庭における絵本の読み聞かせの様子をビデオで録画した。使用した絵本は子どもにとって新規な文字のない絵本を中心とした。2.家庭での自由な絵本の読み聞かせの様子、絵本とのかかわりについて記入してもらった。その内容は現在、分析中である。3.絵本の読み聞かせに関する質問紙調査を実施した。家庭での読み聞かせ状況や親が捉えている読み聞かせの意義などをデータ入力した。この結果は、文字のない絵本の分析において活用していく予定である。2歳児8月「ロージーのおさんぽ」の読み聞かせ場面から以下のことが明らかとなった。絵本の読み聞かせ場面における親子語りを節に分け9種類の下位カテゴリーに分類した。1絵本を読むルール、2心的な状態語、3身体的状態語、4不確定な表現、5否定的な表現、6登場人物の発話、7因果関係を表現する語、8擬音語・擬態語、9強調する表現。これら9種類の使用頻度は、【登場人物の発話】、【強調する表現】、【心的な状態語】【擬音語・擬態語】が高かった。また、親によって使用カテゴリーに差が認められた。この差に対して、今後養育歴に加え、認知スタイル、心理的な個人特性などの視点から検討していく必要があると考える。研究対象者に関しては、申請の時に協力を依頼した家庭からの快諾が4月当初に得られている。また、親子の読み聞かせの様子についても1週間に1回程度、8ヵ月分の記録が得られており、その結果は分析済みである。その成果は、PECERA Ineernational 2017(July7-9,Cebu City)で発表する予定である。したがって、研究自体はおおむね順調に進展している。ただし、当初計画では、平成28年6月から「親子の読み聞かせ」の調査を開始する予定でいた。しかし、本研究の倫理審査の手続きが予想以上に遅く、倫理審査受理が研究者の計画よりも2ヵ月間の調査開始時期が遅れ、平成28年8月から調査開始となった。そのため、当初計画した調査開始時の子どもの年齢が2歳ではなく、2歳2か月からとなった。本研究では、親子の絵本の読み聞かせ場面を親による「読み聞かせ場面」と子どもが親にお話をする「語り場面」に分け、そこでの親の発話や行動が子どもの発話にどのような影響を及ぼし、子どもの語りの発達とどのように関連しているかというプロセスを実証的に検討していくことを目的としている。平成29年度は満3歳児とその親15組を対象として絵本を介した親子の相互作用を検討した。1.平成27年8月から毎月2回、対象児の家庭における絵本の読み聞かせの様子を平成29年度も継続してビデオ録画した。使用した絵本は子どもにとって新規な文字のない絵本と普段よく親が子どもに読み聞かせしている絵本である。

2.家庭での自由な絵本の読み聞かせの様子、絵本との関りについて絵本ダイアリーとして記入してもらった。その内容について、現在分析中である。3.平成27年度絵本の読み聞かせに関する質問紙調査を実施した内容について、文字なし絵本を使用した親子のやりとりの分析において活用していく予定である。4.2歳8か月に実施した「ロージーのおさんぽ」の読み聞かせ場面を分析した結果を18TH INTERNATIONALPECERACONFERENCE(JULY 7-9,2017)で発表した。本発表では、第1回目の調査での親が子どもに文字なし絵本をどのように語っていくかについて検討した。このことから親の語りの方略の特徴を明らかにすることを目的とした。親の語りを節に分け以下に示す9つの下位カテゴリー(絵本の読むルール、心的状態語、身体的状態語、不確定な表現、登場人物の発話、因果関係、強調表現、擬音語・擬態語)に分類できた。親が多く使用するのは、「登場人物の発話」「強調表現」「心的状態語」「擬音語・擬態語」であった。また、親により使用するカテゴリーに差が認められた。平成27年度から継続している親子の絵本の読み聞かせのビデオ記録はほぼ順調に進んでいる。平成27年度28年度のビデオ記録の分析結果は、18TH INTERNATIONALPECERACONFERENCE(JULY 7-9,2017)において発表した。したがって、おおむね順調に進展していると判断した。本研究は、親子の絵本の読み聞かせ場面を親による「読み聞かせ場面」と子どもが親にお話をする「語り場面」に分け、そこでの親の発話や行動が子どもの発話にどのような影響を及ぼし、子どもの語りの発達とどのように関連しているかというプロセスを実証的に検討していくことを目的としている。平成30年度は、満4歳児とその親15組を対象として、絵本を介した親子の相互作用を検討した。具体的な研究の手順は次のとおりである。1.平成27年8月から毎月2回行っている。対象児の家庭における絵本の読み聞かせの様子のビデオ記録を平成30年度も継続した。使用した絵本は子どもにとって新規の文字のない絵本と普段よく親が子どもに読み聞かせている絵本である。2.家庭での自由な絵本の読み聞かせの様子、絵本との関わりについて、絵本ダイアリーとして記入してもらった。その内容については現在分析中である。3.平成27年度の絵本の読み聞かせに関する質問紙調査の実施結果については、文字のない絵本を使用した親子のやりとりの分析において活用していく予定である。4.2歳8ヵ月の子どもに実施した「ロージーのおさんぽ」の読み聞かせの場面を分析した結果を、19TH INTERNATIONAL,PECERA CONFRERCE(JULY 6ー9,2018)EECERA 28TH CONFERENCE(Budapest,HungaryAugust28-31,2018)で発表した。この内容をAsia-Paciffic Journal Research in Early Childhood Educationに投稿中である。
ディーゼル排ガスの排ガス温度領域におけるプラズマNOx処理法の研究

ディーゼルエンジン排ガス中のNOxを無声放電で除去する方法において、排ガス最高温度400°Cまでを目標に排ガスの温度によるNO除去効率の変化、および高温ガスに対する炭化水素添加効果の変化を調べる目的で研究を進めた。平成14年度は、2.4kVAディーゼル発電機の排ガスを対象にして、400°Cまでの高温度に耐える新しい実験装置を設計製作し、ガス温度は約150°C強までのNO除去性能を調べた。NO除去効率は90°Cから130°Cにかけて向上し約30g/kWhの効率が得られることがわかった。エンジン全負荷で排ガスを放電装置に通すと「すす」が付着し、放電を不安定にするので、外部でオゾンを発生させ、排ガスに注入するオゾン注入法によるNO除去実験も行った。高温度ではオゾンが熱的に分解するので、NO除去性能が低下すると予想されたが、約180°CまでNO除去が可能であり、NO除去効率は、130°C以上で少しずつ低下する結果がえられた。平成15年度は、排ガスをヒーターにより過熱する装置を追加してガス温度を220°Cまで上昇させた結果、NO除去効率は30から35g/kWhと高いことが確認された。さらに排ガスの10%だけを通す小型の実験装置を新たに設計製作し、250°CまでのNO除去実験を行った結果、250°CでNO除去効率が最大60g/kWh程度まで上昇する実験結果が得られた。40°Cから60°Cでは、NO除去効率は、20から25g/kWhであるから、排ガスは高温度処理の方が高効率で処理でき、炭化水素添加の効果は、220°Cまでは低温度ガスの場合と大差ないこと、さらに200°C程度までは、オゾン注入法がNO除去法として使えることを明らかにすることができた。ディーゼル排ガス温度で無声放電とオゾン注入法によるNOx低減を目指して、実験システムを構築した。すなわち、2.4kVAのディーゼル発電機の排ガスをクーラにより温度制御し、40°Cから220°Cまでの排ガス温度にして、NOの除去性能を調べられるようにした。実験は、排ガスを直接無声放電で処理する直接放電法と、排ガスとは別のところでオゾンを作り高温度の排ガスにオゾンを注入する方法の2つについて行った。直接放電法では、ガス温度が90°Cから130°Cの範囲で、NO除去効率が高くなることが分かった。130度を超えると180°Cまで少しずつ効率が低下する。また、炭化水素を添加するとNO除去効率が向上するが、ガス温度150°Cでは、30°C付近のガス温度に対してほぼ同じか、やや効果が大きくなる傾向が見られた。一方、オゾン注入法では、220°Cまで実験を行ったがNO除去性能は、やはり130°C付近からやや低下傾向が見られた。高温度ではオゾンが破壊され効果が出ないという事前の予想に対して、220°Cまで一定のNO除去性能が保たれることが分かったのは、実用面で大きな意味を持つ。すなわち、直接放電法では排ガスが放電装置を通るので、放電装置が劣化する欠点があるが、オゾン注入法では、放電装置はクリーンで実用上寿命が長くなるからである。この研究は、排ガス温度でNO除去効率を高めるのが目標である。220°Cからさらに高温度で実験ができるように排ガスを再加熱する装置を設計製作した。これを使って、最大400°C程度まで温度範囲を広げて、炭化水素添加の効果、触媒の併用効果、オゾン注入法の適用限界などを調べていく予定である。

2.4kVAのディーゼルエンジン排ガスを直接放電装置に流す場合,ガスが流れるフローラインから熱が奪われ、エンジン出力1kWでは,最高温度を160°C程度にしか上げることができなかった.出力2kWでは220°Cまで温度が上がるが、放電装置が煤で汚れ,正常な放電をさせることができなかった.そこで,実験は1kWで行ったが,130°C付近で35g/kWhの比較的高い効率が得られた.さらに温度を上げるため,排ガス流量の1/10を使い電熱器によるガス加熱装置を加え,かつフローラインの熱絶縁を強化した小型の実験装置2セットを製作し、250°Cまでの実験を行った.高温度では,電極のアルミニウム箔が変形するなどして正常なバリヤ放電が得られないなどの不具合が多く起こったが,種々の対策を行って,実験ができるようになった。その結果,温度が上昇するほどNO除去効率が上がり,250°Cでは、50%のNOを除去するという条件で約60g/kWhという高い効率が得られることが分かった。また,高温度でのバリヤ放電の放電開始電圧を測定した結果、高温度でのガス密度低下による放電開始電圧の降下特性を求めることができた。また,バリヤ放電のミクロな構造とラジカルの拡散を考慮したNO除去反応の計算機シミュレーションを行った結果,常温より高温度の方が効率は高いが、温度が高すぎると効率は低下する傾向も出てきた.以上,排ガスの高温度領域では,40から60°Cの低温度より明らかにNO除去効率が高まること,220°Cの高温度でも,オゾン注入によるNO除去が可能であることを、2年間の研究で明らかにすることができた.
誰にでも展開できる中学生用「発見型柔道授業プログラム」の開発

発見型抑技授業プログラムの有効性を検討することを目的として、中学生を対象に発見型と一般型のプログラムによって研究授業を実施し、4種類の方法で授業評価を行い、両講座の得点を比較した。その結果、発見型抑技授業プログラムは体育の学習目的に対応できるプログラムであり、新学習指導要領の「手に入れた知識や技能を実践の場で応用し、活用していくような能力を育成する」という目的にも対応できるプログラムであることが検証できた。本研究の目的は、専門性を有していない指導者であっても、安全に柔道の授業が展開でき、かつ伝統的行動の仕方の理解や技能の上達を促進することができる中学生用「発見型柔道授業プログラム」を作成することである。以上の目的を達成するため、平成24年度には「よい抑込動作」の発見を学習の核にする「発見型抑技授業プログラム」を作成し、中学生を対象に研究授業を行ったので、平成25年度には、評価結果を処理し、プログラムの有効性を検討した。その結果、「発見型抑技授業プログラム」は、「スポーツに対する愛好的態度の育成」、「技能の習得」、「体育の科学的知識の習得」等の学習目的に対して有効に働くプログラムであり、新学習指導要領で求められている「手に入れた知識や技能を実践の場で応用し、活用していくような能力を育成する」という目的にも適ったプログラムであることが検証できた。また、中学1年生を学習者とする場合は、プログラムの内容が量的に難しく、簡略化が必要であることも明らかになった。また、投技の動き作りで課題であった運動伝導得点の向上に関しては、平成24年度に正しい足捌きを促すための教具「足形シート」を試作し、大学生を対象とした護身術と柔道講座で使用して好結果を得ていたので、平成25年度も同様に「足形シート」を用いた研究授業を実施した。そして、2年間の形態得点を集計し、使用しなかった過去2年間の結果と比較した。その結果、「足形シート」を用いた講座の「運動伝導」得点は有意に向上しており、「足形シート」の有効性が検証できた。以上、発見型の受身、投技、抑技授業プログラムがほぼ完成したので、各々の展開の仕方と授業後の復習問題、評価シート等を掲載した指導者向けの学習ノートを作成した。さらに、この学習ノートの内容とこれまでの研究成果、並びに今後の研究成果を広く発信するために、柔道授業に関するホームページを作成した。研究実施計画に基づき、平成24年度にはまず、発見学習の指標となる「よい抑込動作」を明らかにするための研究を、京都産業大学、及び同大学附属高の柔道部員を主な被験者として行った。その結果、「よい抑込動作」とは「相手の肩の動きの自由を奪う」動作であることが判明した。そこで上四方、横四方、袈裟固について、柔道熟練者をモデルとして「相手の肩の動きの自由を奪う」という目的に最も適った形態を探求し、「よい抑込動作」の形態的特徴を明らかにするとともに、形態評価の観点を見出した。そして、「よい抑込動作」の発見を学習の核にする発見型抑技授業プログラムを作成した。プログラムのプロットは、次の通りである。なお、プログラムの作成に加えて、発見学習用のビデオ教材の一部と学習ノートを試作した。1抑込が仰向けの相手の上半身を抑える理由と、それに関連した柔道原理の発見学習、2抑込のコツの発見学習、3四つん這いの相手を仰向けに返すコツの発見学習、4柔道原理を戦術として応用する応用学習。また、発見型投技授業プログラムについては、開発当初から投げ動作の習得状況に関する評価を「局面構造」と「運動伝導」の観点で行ってきたのであるが、「運動伝導」の得点のみ向上が見られなかった。そこで、平成23年度に原因究明のための研究を実施し、問題解決のための教具として、平成24年度に「足形シート」を試作した。この教具は学習者に正しい足捌きを促すための教具で、畳に乗せても滑らず、簡単に外せるように工夫した。そして、このシートを用いた教材ビデオを試作し、投技プログラムに組み込み、京都教育大学で平成24年度に実施された護身術と柔道講座で実験した。得られた結果について、平成23年度実施の同様の講座と比較したところ、「足形シート」を用いた講座の「運動伝導」の得点が有意に高くなっており、「足形シート」の有効性が確認できた。本研究の目的は、専門性を有していない指導者であっても、安全に柔道の授業が展開でき、かつ伝統的行動の仕方の理解や技能の上達を促進できる中学生用「発見型柔道授業プログラム」を作成することである。以上の目的を達成するため、平成24年度には「発見型抑技授業プログラム」を作成し、中学生を対象に研究授業を行った。そして、平成25年度には評価結果を処理し、プログラムの有効性を検討した。その結果、「発見型抑技授業プログラム」は中学2,3年生に対しては有効に働いたものの、中学1年生に対しては成果が認められなかった。そこで平成26年度には中学1年生に対して効力を発揮するようにプログラムを再考し、中学1年生用の「発見型抑技授業プログラム」を作成した。

そして、これまで作成したプログラムを基礎編(中学1年用)、応用前編(中学2,3年、または高校生用)、応用後編(高校生用)として再編し、その計画に合わせた学習ノートの原版も作成した。また、これらの作業と並行して、不足分の礼法学習用の動画や、「足型シート」を使った投技の動き作りのための動画を作成した。平成24、25年度の研究で投技の動き作りのための教具「足型シート」の有効性は検証できたが、柔道講座の「運動伝導」得点は「準備局面」、「主要局面」の得点に比べてまだ低い状態であった。そこで平成26年度には対応策を講じ、大学生を対象とした柔道講座でその効力を実験した。その結果、平成26年度の「運動伝導」得点は平成25年度よりも向上しており、「準備局面」、「主要局面」の得点に比べても有意な差はなくなっていた。ところで、「足型シート」は足裏の形をしたカードで、携帯性は優れているものの、使用しているうちにずれが生じてしまうという欠点を持っていた。そこで、足型があらかじめプリントしてあるマット形式の教具を考案し、背負投・大腰用と、内股・払腰用の足型マットを試作した。ユーザー名:hrk、パスワード:kyotouniv身体教育学平成25年度の研究計画は、次のとおりであった。(1)平成24年度末に中学生を対象に実施した研究授業の評価結果を分析し、「発見型抑技授業プログラム」の有効性を検証する。(2)「発見型抑技授業プログラム」の有効性が検証できたならば、修正を加えたこれまでのプログラムに抑技プログラムを加え、総合的な「発見型柔道授業プログラム」を作成し、中学生向けにアレンジする。(3)ビデオ教材を再編集し、中学生向けの総合的な学習ノートを作成する。以上の研究計画の内、(1)については達成できた。(2)については、中学2,3年生に対してはプログラムが有効に働いたため、抑技プログラムを加え、総合的な「発見型柔道授業プログラム」を作成することはできた。しかし、中学1年生に対してはプログラムが有効に働いたとはいえない結果となったため、中学生用にプログラムをアレンジするという作業には進めなかった。(3)については、ビデオ教材の再編集と総合的な学習ノートを作成することはできた。しかし、それらは発見型の柔道授業を展開するための指導者向けの教材として適当な内容であり、(2)と同様の理由から、中学生を対象とする柔道授業のためのビデオ教材や学習ノートを作成するまでには至らなかった。本研究の目的は、武道の必修化に対応し、専門性を有していない指導者であっても、安全に柔道の授業が展開でき、かつ伝統的行動の仕方の理解や技能の上達を促進することができる中学生用「発見型柔道授業プログラム」を作成することである。これまでの研究で高校生用の「礼法プログラム」、「受身プログラム」、「投技プログラム」についてはその有効性を検証し、ほぼ完成している。今回の研究目的は、「抑技プログラム」を完成させ、その有効性を検証し、総合プログラムを完成させること、そして、総合プログラムについて中学生用にアレンジした「発見型柔道授業プログラム」を作成し、その有効性を検証することである。
ヒト脳高次機能に関わる鶚口腔顔面領域の時空間的神経ネットワークの解明

これまで私は、舌体性感覚処理機構の検討、咀嚼がもたらす効果についての検討という、顎口腔領域からもたらされる大脳皮質刺激応答特性を検索することを自身の研究の柱としてきた。これらの研究は、昨年私なりの見解や解明出来たことを、本年度は健常者で得られた生理学的知見をひとつの系統として纏め上げることができた。そこで本年度は顎口腔領域に拘らず、特に体性感覚刺激応答の中でも高次脳機能への連結役を担うとされる二次体性感覚野の応答特性を検索することに焦点を当て、まず一つ目に基礎的研究として経頭蓋磁気刺激法を用い、磁気刺激によってもたらされる二次体性感覚野の応答の変遷を検討した。これは東京大学神経内科との共同研究にて実現した実験で、磁気刺激は四連発刺激を用いた。これは運動前野、一次運動野のそれぞれに運動閾値以下の刺激を5ミリ秒間隔にて4連発行うことで、一次体性感覚野の興奮性が増大するという、脳波を用いた先行研究の結果を受け、体性感覚野の応答について脳磁場計測器を用いて検討したものである。残念ながら本年度中に実験が終了しなかったため、論文として形を纏めることは叶わなかったが、これは設備の関係から世界でも東京大学でのみ可能になる実験であることから、この先も継続して実験を行っていく次第である。また昨年度より、てんかん発作とてんかん患者の体性感覚処理機構の関連を調べるべく、てんかんの術前検査で訪れる患者より手の正中神経刺激を行った際のデータを集めてきた。そして本年度我々は、昨年度立てた仮説の通り、μリズムを抑制する目的で手の正中神経刺激を行うことで、自発脳波上のてんかんスパイクの発生頻度が上がるケースが多いこと、そしててんかんの焦点の一によって、体性感覚誘発脳磁場反応に特異的な異常が認められることを発見した。この結果はさらなるデータ採取を行い、慎重に検討を重ね、必ず近い将来臨床の現場へ生かせるよう発表を行う予定である。私のテーマは当初「顎口腔領域の神経ネットワークを解明すること」と領域をあえて限定し、その解明に勤しんできたが、特に東京大学へ移動後てんかん症例や経頭蓋磁気刺激法と出会ったことで、視点を広く、全身へ目を向けることが可能になった。最初のテーマに関しても2編Reviewを纏めることが出来たことから、私なりの結論を呈示することが出来たと自認している。この三年の中、特に最後の一年は、現在の研究をスムーズに継続することが出来るよう、就職を決めることが出来るよう様々な公募にチャレンジしてきた。しかし現実問題として常勤研究員としての就職は困難であり、私は来年度より九州歯科大学にて大学院特別講師(非常勤講師)としての職を得ることが出来たのみである。これが現在の私の研究続行を困難にしている最大の要因である。ひとまず来年度より私は、現在所属している東京大学において客員研究員として在籍しつつ、現在の研究の継続を目指す予定にしている。科研費への公募が叶わない立場となるが、今後も出来るだけ早く受け入れ先を獲得し、研究を続けていく所存である。本年度は、機能的MRIを用いた神経イメージング手法を用い、舌の前方2/3と後方1/3の体性感覚処理機構の違いを検討した。これは、舌の神経支配が前方2/3と後方1/3で異なることから、神経支配の違いに関連した脳反応の違いがみられるのではないか、という仮説に基づくものであった。さらに舌の解剖学的位置やMRIの特性から、今回の実験では全く新しい装置と方法を開発する必要があった。結果、舌の前方2/3を刺激した際は、ホムンクルスの体性感覚地図を忠実に再現したが、後方1/3を刺激した際は、内蔵感覚を司る領域にまで反応が及んでいた。つまり舌の後方は、舌の前方に比べてより内蔵感覚に近い感覚処理を行っていることが考えられる。また舌の体性感覚刺激時には非常に著名な半球間差が認められた。通常手や足などは、刺激対側半球に反応が認められるが、舌の場合前方刺激の際も後方刺激の際も、右半球優位という結果が得られた。またこの実験の過程の中で、単純な舌の前方運動をさせた際の、血流が減少した部位について検討を行った。常に一定の血液量を貯蓄する脳の特性上、血流が増加している部位があれば必ず減少している部位がある。このように血流の減少箇所(Negative BOLD効果)は、通常手や足などでは動作を行っている対側半球の運動野にて血流が増加し、動作を行っている同側半球の運動野にて血流の減少が認められる。しかし、舌などの身体の正中にある器官を動作させた際に現れている血流の減少領域について検討した論文は皆無であった。結果、舌の運動時には両側の運動野にて血流の増加が認められ、反対に後頭頂葉や楔前部にて血流の減少が認められた。通常後頭頂葉や楔前部は思考などの高次機能に関与すると考えられており、この結果が舌に特有のものなのか、両側の運動野が同時に活動する全ての運動に言えるものなのかは、今後のより詳細な検討が必要とされる(Sakamoto et al, 2009, Neuroscience Letters)。これまで私は一貫して、舌体性感覚処理機構の検討と、咀嚼がもたらす効果についての検討を自身の研究の二本柱としてきた。

そしてこれらの中で得られてきた私なりの見解や解明出来たことを、本年度は健常者で得られた生理学的知見をひとつの系統として纏め上げるとともに、さらには得られた見解を様々な疾患を持つ人へ繋げ、生かしていく道を探し続けてきた。始めに私は、昨年度まで継続してきた機能的MRIによる神経イメージング手法を用いた論文のアクセプトを待ち(Sakamoto et al.,2010,Neuroscience Research)、機能的MRIとMEGの両機器を用いて得られた舌体性感覚処理機構についてReviewに纏め、学術雑誌に掲載された(Sakamoto et al.,2010,Frontiers in Integrative Physiology)。次に咀嚼が脳機能に及ぼす影響について得られてきたデータを纏め、Reviewを作成し学術雑誌に掲載された(Sakamoto et al.,2010,Anti-Aging Medicine)。しかしこの分野はまだまだ発展途上であり、私自身咀嚼をすることで運動抑制にどのような効果がみられるかを検討するため、現在早稲田大学スポーツ科学学術院と共同で事象関連電位を用いた実験を行っている最中である。そして現在、私はこれまで行ってきた以上の研究結果を踏まえ、てんかん発作とてんかん患者の体性感覚処理機構の関連を調べるべく、てんかんの術前検査で訪れる患者より手の正中神経刺激を行った際のデータを集めている。てんかん発作は体性感覚領域より発生しているμリズムと呼ばれる10Hzから15Hzの脳波を賦活させることで抑制出来るとされる。そこで我々は、あえてμリズムを抑制する目的で手の正中神経刺激を行い、その際のてんかんスパイクの発生頻度と、単なる自発脳磁場反応を計測した際のてんかん発生頻度の違いをみることで、発作の発生特性の解明を目指す。これまで私は、舌体性感覚処理機構の検討、咀嚼がもたらす効果についての検討という、顎口腔領域からもたらされる大脳皮質刺激応答特性を検索することを自身の研究の柱としてきた。これらの研究は、昨年私なりの見解や解明出来たことを、本年度は健常者で得られた生理学的知見をひとつの系統として纏め上げることができた。そこで本年度は顎口腔領域に拘らず、特に体性感覚刺激応答の中でも高次脳機能への連結役を担うとされる二次体性感覚野の応答特性を検索することに焦点を当て、まず一つ目に基礎的研究として経頭蓋磁気刺激法を用い、磁気刺激によってもたらされる二次体性感覚野の応答の変遷を検討した。これは東京大学神経内科との共同研究にて実現した実験で、磁気刺激は四連発刺激を用いた。これは運動前野、一次運動野のそれぞれに運動閾値以下の刺激を5ミリ秒間隔にて4連発行うことで、一次体性感覚野の興奮性が増大するという、脳波を用いた先行研究の結果を受け、体性感覚野の応答について脳磁場計測器を用いて検討したものである。残念ながら本年度中に実験が終了しなかったため、論文として形を纏めることは叶わなかったが、これは設備の関係から世界でも東京大学でのみ可能になる実験であることから、この先も継続して実験を行っていく次第である。また昨年度より、てんかん発作とてんかん患者の体性感覚処理機構の関連を調べるべく、てんかんの術前検査で訪れる患者より手の正中神経刺激を行った際のデータを集めてきた。そして本年度我々は、昨年度立てた仮説の通り、μリズムを抑制する目的で手の正中神経刺激を行うことで、自発脳波上のてんかんスパイクの発生頻度が上がるケースが多いこと、そしててんかんの焦点の一によって、体性感覚誘発脳磁場反応に特異的な異常が認められることを発見した。この結果はさらなるデータ採取を行い、慎重に検討を重ね、必ず近い将来臨床の現場へ生かせるよう発表を行う予定である。