hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子包接反応を利用した革新的分子デバイスの開発

アルキルアンモニウム側鎖により4重に架橋されたポルフィリン二量体に4つのクラウンエーテルを側鎖に持つフタロシアニンが4重にインターロックされた多重インターロック型分子組織は、ポルフィリン2分子がフタロシアニン1分子をサンドイッチしたfade-to-face型構造を有していることから、ポルフィリンとフタロシアニン間に2つのナノ空間を持つ。このナノ空間は、2つの平面性分子と4つのアンモニウムイオンに囲まれており、2つのアニオン性側鎖を有するポルフィリンを中心に分子包接反応に適している。種々検討を行った結果、この多重インターロック型分子組織は、内部ナノ空間の「入り口」のサイズよりも大きいジアニオン性ポルフィリンを取り込むことが分かった。これは、ロタキサンという柔軟に変化しうる構造によりポルフィリンとフタロシアニンが連結していることに起因すると考えられる。本研究でクリアすべきステップは、下記の通りである。(i)多重インターロック型分子組織Mの構築、(ii)多重インターロック分子の分子包接挙動の解明、(iii)多重インターロック型分子組織の基板への固定化、(iv)分子リフトの機能評価と電導性測定。本年度は、本研究の中核をなす上記項目(ii)多重インターロック分子の分子包接挙動の解明の部分を中心的に検討し、多重インターロック型分子組織の柔軟な構造に由来するユニークな分子包接反応についての重要な知見を得た。ロタキサンやカテナンなどのインターロック型超分子は、共有結合により連結された分子に比べて柔軟な構造を持ち、酸・塩基や酸化還元、熱などの外部刺激により構造がダイナミックに変化することから、外部刺激応答性分子として利用可能である。これまでの研究により、申請者らは、二分子のポルフィリン金属錯体がフタロシアニン金属錯体をサンドイッチした構造を持つ多重インターロック型分子組織Mを構築した。本年度は、Mの酸塩基応答性の検討をおこなった。Mは側鎖に4つのアンモニウムイオンを含む。このため、塩基の添加によりアンモニウムを脱プロトン化してアミンへと変換すると、クラウンエーテル環の酸素の非共有電子対とアミンの非共有電子対の反発により、両者が脱会合し、Mの構造が大きく変化すると期待した。Mは、塩化メチレン溶液中で、ポルフィリンとフタロシアニンが密にスタッキングした「収縮型」構造をとることがわかっている。そこで、Mに対して塩化メチレン溶液中、過剰量の超強力有機塩基であるフォスファゼン塩基を添加したところ、MのUV-VIsスペクトルが大きく変化した。1H-NMR測定および、Mの3核Cu(II)錯体のESRスペクトル測定の結果と併せて総合的に評価した結果、塩基の添加によりMのポルフィリンーフタロシアニン間距離が大きくなる、すなわち、Mが「収縮型」から「伸長型」へと変換されたことがわかった。伸長型のMに対して、トリフルオロ酢酸を添加すると、Mは再び「収縮型」へと変化することも確認した。この「収縮型」と「伸長型」との間の可逆的な変化は、Mを用いた革新的分子デバイスの動作原理として利用可能である。今後、引き続き、Mを基板へと固定化する手法の開発に取り組み、「分子リフト」等の開発につなげたい。現段階で、本研究のキー分子である多重インターロック型分子組織の構築に成功しているため、今後、この分子組織の持つナノ空間内部への分子包接挙動の解明を進める予定である。また、同時に開発を進めているアルキルチオール修飾
視細胞外節由来のリポフスチンの組成分析と血管新生因子と関連に関する研究

1.視細胞外節由来のリポフスチンの組成分析の研究の為に,ブタ網膜ホモジェネートを鉄イオンとincubationを行うことにより,視細胞外節由来の不飽和脂肪酸からの脂質過酸化物を形成させて,これが分解して生じたアルデヒドはアルブミンと結合することにより蛍光物質を生成する.これはリポフスチンの生成機序から化学的組成を反映するものと思われる.このin vitroのリポフスチンのモデルを使って,種々の化学的分析研究を行った.1)網膜ホモジェネートをアルブミンとFeSO_4と0-24時間incubationすることにより,初期に著明なアルデヒド形成のピークがあり,その後,徐々に減少して,24時間後にはbase lineまで戻った.一方,脂質過酸化を表すTBARSは初期より増加してその後も高値を示した.蛍光強度は24時間後まで徐々に増加していたった.2)アルデヒド(HNE)をアルブミンとincubationすることによっても経時的に蛍光物質を形成することが出来た.蛍光スペクトル分析により網膜ホモジェネートと鉄及びアルブミンによって出来る蛍光スペクトルは不飽和アルデヒドであるHNEおよびhexenalとアルブミンとの結合物と同様のスペクトルを示すことが分かった.このことは1)での蛍光物質は網膜の過酸化反応によって出来たアルデヒドがアルブミンとの結合により生じたものであることを裏付けている.3)グルタチオンはアルデヒドを抱合することにより実験系で蛍光物質を抑制した.2.塩化鉄による過酸化をさせた視細胞外節を培養網膜色素上皮(ウシ)に貧食させた時リポフスチン様蛍光物質は未処理の視細胞外節より著明であった.視細胞外節由来おりポフスチン様蛍光物質は脂質過酸化物が分解して生じた不飽和アルデヒドが深く関与していることが分かった.1.視細胞外節由来のリポフスチンの組成分析の研究の為に,ブタ網膜ホモジェネートを鉄イオンとincubationを行うことにより,視細胞外節由来の不飽和脂肪酸からの脂質過酸化物を形成させて,これが分解して生じたアルデヒドはアルブミンと結合することにより蛍光物質を生成する.これはリポフスチンの生成機序から化学的組成を反映するものと思われる.このin vitroのリポフスチンのモデルを使って,種々の化学的分析研究を行った.1)網膜ホモジェネートをアルブミンとFeSO_4と0-24時間incubationすることにより,初期に著明なアルデヒド形成のピークがあり,その後,徐々に減少して,24時間後にはbase lineまで戻った.一方,脂質過酸化を表すTBARSは初期より増加してその後も高値を示した.蛍光強度は24時間後まで徐々に増加していたった.2)アルデヒド(HNE)をアルブミンとincubationすることによっても経時的に蛍光物質を形成することが出来た.蛍光スペクトル分析により網膜ホモジェネートと鉄及びアルブミンによって出来る蛍光スペクトルは不飽和アルデヒドであるHNEおよびhexenalとアルブミンとの結合物と同様のスペクトルを示すことが分かった.このことは1)での蛍光物質は網膜の過酸化反応によって出来たアルデヒドがアルブミンとの結合により生じたものであることを裏付けている.3)グルタチオンはアルデヒドを抱合することにより実験系で蛍光物質を抑制した.2.塩化鉄による過酸化をさせた視細胞外節を培養網膜色素上皮(ウシ)に貧食させた時リポフスチン様蛍光物質は未処理の視細胞外節より著明であった.視細胞外節由来おりポフスチン様蛍光物質は脂質過酸化物が分解して生じた不飽和アルデヒドが深く関与していることが分かった.予備実験脂肪酸過酸化物の血管新生能を調べる目的で,リポキシゲナーゼから作成したリノール酸過酸化物を家兎角膜内に注入した実験を行い,注入後25日で角膜血管新生が生じ,約1カ月継続することをることを確認した.この角膜血管新生部位の過酸化脂質量とサイトカイン量を測定している.本実験1.ブタ網膜から分離した視細胞外節をFITCで標識してブタ培養網膜色素上皮細胞への取り込み(貪食)を調べ,経時的に視細胞外節の貪食が進行することを確認した.2.ブタ網膜から分離した視細胞外節を鉄イオンとincubationして作成したリポフスチンを培養網膜色素上皮細胞に貪食させる実験では,incubationしていないリポフスチンに比べて網膜色素上皮細胞の増殖能を低下させることが分かった.3.作成した視細胞由来のリポフスチン溶液を角膜輪部に注入した実験では,角膜上での血管新生は認められなかった.1.視細胞外節由来のリポフスチンの組成分析の研究の為に,ブタ網膜ホモジェネートを鉄イオンとincubationを行うことにより,視細胞外節由来の不飽和脂肪酸からの脂質過酸化物を形成させて,これが分解して生じたアルデヒドはアルブミンと結合することにより蛍光物質を生成する実験系を用いた.これはリポフスチンの生成機序から化学的組成を反映するものと思われる.このin vitroのリポフスチンのモデルを使って,種々の化学的分析研究を行った.1)網膜ホモジェネートをアルブミンとFeSO_4と0-24時間incubationすることにより,初期に著名なアルデヒド形成のピークがあり,その後,徐々に減少して,24時間後にはbase lineまで戻った.一方,脂質過酸化を表すTBARSは初期より増加してその後も高値を示した.蛍光強度は24時間後まで徐々に増加していたった.2)アルデヒド(HNE)をアルブミンとincubationすることによっても経時的に蛍光物質を形成することが出来た.

蛍光スペクトル分析により網膜ホモジェネートと鉄及びアルブミンによって出来る蛍光スペクトルは不飽和アルデヒドであるHNEおよびhexenalとアルブミンとの結合物と同様のスペクトルを示すことが分かった.このことは1)での蛍光物質は網膜の過酸化反応によって出来たアルデヒドがアルブミンとの結合により生じたものであることを裏付けている.3)グルタチオンはアルデヒドを抱合することにより実験系で蛍光物質を抑制した.2.塩化鉄による過酸化をさせた視細胞外節を培養網膜色素上皮(ウシ)に貧食させた時リポフスチン様蛍光物質は未処理の視細胞外節より著名であった.視細胞外節由来おリポフスチン様蛍光物質は脂質過酸化物が分解して生じた不飽和アルデヒドが深く関与していることが分かった.
無機ナノ粒子・有機高分子ハイブリッド膜を用いる超高感度SPRセンサーの開発

金ナノ粒子と分子認識高分子のハイブリッド材料を合成し、これを表面プラズモン共鳴(SPR)センサーのセンサー素子として応用することにより、極めて高感度の低分子量脂溶性化合物用センサーを構築できた。本研究ではアトラジン(除草剤、環境ホルモン)をモデル標的分子としてpMレベルの試料の検出に成功しており、本研究成果は、脂溶性化合物の高感度検出が望まれている環境分析や薬物分析における新規分析法として期待できる。金ナノ粒子を固定化した分子認識高分子を合成することを目的とし、以下の2点について検討を行った。1)センサー構築に適した金ナノ粒子の調製金ナノ粒子の表面修飾残基について検討を行った。高分子合成系中に金ナノ粒子を添加するためには、金ナノ粒子に有機溶媒への溶解性を付与する必要がある。そこで、ナノ粒子調製時に添加する保護剤を変えることにより種々の修飾金ナノ粒子を調製した。その結果、センサー基板を被覆する分子認識高分子の合成に適したジメチルホルムアミド等への溶解性を高めるにはメルカプトウンデカン酸等による修飾が.効果的であることがわかった。さらに、高分子に共有結合を介して固定化することを想定し、アリルメルカプタン等による修飾も検討した。いずれも安定な金ナノ粒子溶液が調製可能であった。透過型電子顕微鏡による計測の結果、金ナノ粒子の粒子径(直径)は約5nmであり、単分散のナノ粒子が得られていることがわかった。また、水溶性保護基としてDNAについても検討した。2)金ナノ粒子内包型分子認識高分子の合成とセンサーチップへの固定化修飾金ナノ粒子、メタクリル酸等(モノマー)、エチレングリコールジメタクリレート(架橋剤)、ジメチルホルムアミド(希釈剤)、アトラジン(環境ホルモンであり鋳型分子として用いた)、AIBN(重合開始剤)を混合し、予めアリルメルカプタン等で修飾した金基板上で熱重合により高分子を得た。走査型電子顕微鏡により被覆高分子の膜厚を計測したところ、約300nmであることがわかった。金ナノ粒子を固定化した分子認識高分子をセンサー素子として用い、環境ホルモン(アトラジン)の表面プラズモン共鳴法(SPR)による検出について以下のように検討を行った。1)SPRセンサーの構築とアトラジンの検出メルカプトウンデカン酸で修飾した金ナノ粒子(粒子径:約5nm)を含む重合反応溶液を調製し予めアリルメルカプタンで修飾した金基板を被覆し、さらに加熱することによってセンサー素子を得た。なお、重合反応溶液は、メタクリル酸(モノマー)、エチレングリコールジメタクリレート(架橋剤)、ジメチルホルムアミド(希釈剤)、アトラジン(鋳型分子)、AIBN(重合開始剤)を混合したものである。このセンサー素子を装着したSPRセンサー装置を用いて、アセトニトリル中でアトラジンの検出を行ったところ、約5pMまでのアトラジンが検出可能であり、極めて高感度な低分子量脂溶性化合物用センサーが構築されたことがわかった。2)SPRセンサーの選択性アトラジン以外の農薬(アシュラム、クロルピリホスなど)について、同様の検出を試みたところ、いずれもアトラジンと比較してその応答値は小さく、鋳型分子として加えたアトラジンに対して選択的応答を示すことがわかった。また、アトラジンを鋳型分子として加えなかったセンサー素子についても評価を行ったところ、感度・選択性ともに大きく劣るという結果が得られ、鋳型重合法(分子インプリンティング)が有用であることが示唆された。
肝癌循環腫瘍細胞の免疫回避機構解明と制御法の開発

本研究の目的は、肝細胞癌HCCに特異的な循環腫瘍細胞CTCの一細胞解析から、CTCが獲得する形質を探索し、CTCの免疫逃避解除法を開発することである。HCC根治切除症例255例(2010-2015年)の血液DNAからマクロファージ免疫チェックポイント分子SIRPαIgVドメインヴァリアントを評価した。V1ヴァリアントはV2およびV1/V2ヴァリアントに比較して、再発率は同等であったが、有意に生存率が不良であった(p=0.007)。CD47-SIRPαのアフィニティがHCCの予後に影響する可能性がある。またT細胞免疫チェックポイント分子PD-1の遺伝子多型PD-1.1をHCC310例(2010-2015年)で評価したところ、PD-1高発現型のGGアレルは有意に再発率が高率であった(0.047)。PD-1発現の多寡がHCCの予後に関わる可能性がある。CTCのフェノタイプ解析および一細胞解析を進行中である。循環腫瘍細胞の一細胞解析について、細胞単離と遺伝子増幅は可能な状況になっている。肝細胞癌における遺伝子変異を報告した既報から、頻度の高い変異(TERT、bカテニン)をシークエンスしたが変異検出率が極めて低かった。循環腫瘍細胞のフェノタイプ解析および一細胞解析を推進する。次世代シークエンサーを用いた一細胞解析に取り組む。肝切除症例数に応じて循環腫瘍細胞検出にかかる費用が増減するため、一部次年度に繰り越した。次年度使用の抗体ビーズ購入、および次世代シークエンスに使用する。
複合型視覚性幻覚の神経情報機構に関する数理モデル

レビー小体型認知症患者やパーキンソン病患者に共通にみられる複合型視覚性幻覚の神経機構解明を目指す数理モデルを構築することを目的としている。着目する点は注意機構の欠損と視覚野と前頭葉を結ぶ長距離神経経路の欠損である。注意機構に関しては既に数理モデルを構築しているので、長距離神経経路の欠損がいかにして幻覚を生むかに関する研究をしている。三つのアプローチを考えている。1.自己再組織化の失敗によるもの。2.欠損を補うニューロン新生などによる感覚ニューロンの分化・未分化によるもの。3.前頭葉・側頭葉・視覚野の連合の欠損によるもの。それぞれについて簡単に以下記述する。1.いったん学習したネットワークの一部を欠損させ再組織化を行うと、以前より結合強度が異常に高くなるネットワークが出現する。現在、その条件を細かく調べている。2.異種感覚入力のもと、リカレントネットワークを間違った応答が最小化するように進化ダイナミクスによって学習させると、それぞれの入力に対応する感覚ニューロンが分化するとともに未分化のニューロンも組織化されることが分かった。この未分化のニューロンと幻覚が関係がある可能性が示唆された。3.三層ニューラルネットにおいて、視覚野・前頭葉結合の一部を欠損させ入力視覚情報が乏しくさらにその処理機能に関し視覚機能的に単純な処理しかできない状況を設定し,そのもとで制御機能としては不良設定問題とみなされるような課題を遂行すると、モデル側頭葉に視覚幻覚様の出力が現れることが分かった。前頭葉・視覚野・側頭葉の三層ニューラルネットワークモデルにおいて、視覚野・前頭葉の結合を部分的に欠損させることによって、側頭葉に視覚幻覚様のパタンが現れることを発見した。さらに、リカレントニューラルネットにおいて進化的な学習を行うことで視覚ニューロン、聴覚ニューロンが分化することを見出し、さらに未分化のニューロンの存在が明らかになり、未分化ニューロンが幻覚と関係する可能性が示唆された。1.自己再組織化の失敗によるものに関して部分欠損の大きさと再組織化の時の学習の度合いを定量化し、どの程度の欠損ならば応答が正常に保たれるかを検討する。2.欠損を補うニューロン新生などによる感覚ニューロンの分化・未分化によるものに関して未分化のニューロンの性質を調べ、そのネットワークと分化ニューロンのネットワークの構造と結合強度の関係に応じて正常応答か異常応答のいずれになるかを調べる。3.前頭葉・側頭葉・視覚野の連合の欠損によるものに関して幻覚様の出力が起こるネットワーク条件を詳細に調べる。レビー小体型認知症患者が特異的にかつ典型的に経験する複合型視覚性幻覚の神経機構を解明するために、次のような数理モデルによる研究を行った。1.拘束条件付き自己組織化理論に基づいて、入力と出力の間の相互情報量と消費エネルギーの重み付差を最大にする変分原理を適用した。消費エネルギーは発火しているニューロン数によって表現した。すなわち、負の自由エネルギーに相当するF=I-λEを最大化することで、ネットワークの学習が起こると仮定した。ここで、λは逆温度に対応するパラメーターである。高温では消費エネルギー項は無視でき、相互情報量を最大化することになり、低温では消費エネルギー項の効果が無視できなくなる。注目すべき結果が2点得られた。(1)この変分をみたす学習則として反ヘブ則が一般的に導かれたことが分かった。(2)いったん学習したネットワークの結合の一つをある値に固定した後に再学習を行うと固定した値に臨界値がありネットワークの再組織化が可能か不可能かが決まることを発見した。2.視覚野、前頭葉、側頭葉を模したそれぞれ数百ニューロン規模のモジュールを構成し、それぞれが結合したニューラルネットを構成した。複数の人の顔パタンをモデル視覚野から入力しモデル側頭葉で学習させ、かつモデル側頭葉にさらに複数の顔パタンに対応してそれぞれ一つのアイコン的なパタンを学習させ、アイコンをモデル前頭葉に入力した。学習は結合パタンに埋め込む形で行った。この連合学習後に、3つのモジュールのそれぞれ内部結合、モジュール間結合をランダムに一定の割合で切断し、カオスダイナミクスを発生させた。その結果、アイコンに対応しない顔パタンが複数現れる結合切断が存在することが分かった。1.負の自由エネルギー最大化原理からニューラルネットワークの反ヘブ則が一般的に導かれることを発見した。2.学習後の一部結合切断によってネットワークの再組織化が可能かどうかの臨界点が存在することが分かった。3.三つのモジュールからなるニューラルネットワークモデルにおいて、結合切断の場所に依存して幻覚的なパタンが生成される結果が得られた。

2.異種感覚入力のもと、リカレントネットワークを間違った応答が最小化するように進化ダイナミクスによって学習させると、それぞれの入力に対応する感覚ニューロンが分化するとともに未分化のニューロンも組織化されることが分かった。この未分化のニューロンと幻覚が関係がある可能性が示唆された。3.三層ニューラルネットにおいて、視覚野・前頭葉結合の一部を欠損させ入力視覚情報が乏しくさらにその処理機能に関し視覚機能的に単純な処理しかできない状況を設定し,そのもとで制御機能としては不良設定問題とみなされるような課題を遂行すると、モデル側頭葉に視覚幻覚様の出力が現れることが分かった。前頭葉・視覚野・側頭葉の三層ニューラルネットワークモデルにおいて、視覚野・前頭葉の結合を部分的に欠損させることによって、側頭葉に視覚幻覚様のパタンが現れることを発見した。さらに、リカレントニューラルネットにおいて進化的な学習を行うことで視覚ニューロン、聴覚ニューロンが分化することを見出し、さらに未分化のニューロンの存在が明らかになり、未分化ニューロンが幻覚と関係する可能性が示唆された。1.変分原理を規模の大きなニューラルネットの学習に適用し、切断後の再組織化に臨界点が存在するかどうかを調べる。2.三モジュールからなるニューラルネットワークモデルにおいて、文脈に対応する情報を導入し、また発生するカオスの役目を明らかにすることで幻覚の神経機構の解明を目指す。1.自己再組織化の失敗によるものに関して部分欠損の大きさと再組織化の時の学習の度合いを定量化し、どの程度の欠損ならば応答が正常に保たれるかを検討する。2.欠損を補うニューロン新生などによる感覚ニューロンの分化・未分化によるものに関して未分化のニューロンの性質を調べ、そのネットワークと分化ニューロンのネットワークの構造と結合強度の関係に応じて正常応答か異常応答のいずれになるかを調べる。3.前頭葉・側頭葉・視覚野の連合の欠損によるものに関して幻覚様の出力が起こるネットワーク条件を詳細に調べる。
超多チャンネルセンサアレイによる多成分同時分子識別デバイスの創製

本研究では、多元素機能傾斜膜及びナノ微細加工技術を融合させることで、全て特性が異なる1000種類以上のセンサ素子から成り、少数センサの不具合及び素子間のばらつき誤差を劇的に低減した`高堅牢性超多チャンネルセンサアレイ'を創製し、従来原理的に困難であった多成分標的分子群の同時検出・識別機能を実証することで、多角的な化学情報の収集・蓄積・利活用を可能とする革新的分子認識センサエレクトロニクスの学術基盤創成を目的としている。当該年度の研究実績を以下に示す。1多元素機能傾斜膜による超多チャンネルセンサアレイの創製:小型基板上にZnO及びWO3を傾斜堆積し、その後界面原子拡散効果を介して機能傾斜酸化物膜を作製した。各種成膜条件(膜厚・温度)と組成・結晶性・電気伝導性・分子センシング特性の相関性を検討し、目的とする機能傾斜特性を得ることに成功した。2リアルタイム計測技術及び高堅牢性センシング法の構築:電子線リソグラフィによりクロスバー構造による1000チャネル素子を構築し、本素子構造においても良好な分子センシング特性が得られることを確認した。H30年度は1二元系機能傾斜酸化物膜の作製と分子センシングの機能実証、21000チャネルセンサ構造の構築の二点を当初の目的としていたが、そのいずれの目的も達成できており、本研究課題の最終目的達成へ向けて順調に研究を遂行することができているため。今後の計画として、以下の3点に取り組む。1多元素機能傾斜膜による超多チャンネルセンサアレイの創製:前年度までに原理検証を終えている機能傾斜膜の元素の組み合わせを変化させ、多種多様な酸・塩基性を有する金属酸化物半導体材料による機能傾斜膜を構築する。更に共同研究先であるタイ国立電子コンピューター技術研究センターへ訪問し、角度可変多元同時成膜技術により多元素組成による機能傾斜膜の構築を目指す。2リアルタイム計測技術及び高堅牢性センシング法の構築:高速測定機能を有する高速電子回路をセンサデバイスに実装し、超多チャンネルセンサアレイを構成する全センサ素子のリアルタイム計測を実証すると共に、分子センシングのシグナル抽出も併せて行う。3多成分標的分子群の同時検出へ向けたデータ解析法の構築:多成分標的分子群の同時検出・識別機能の検証へ向けたデータ解析法(データマップ・マイニング・機械学習技術)の構築を目指す。当該年度はテクニカルスタッフの人件費、及び消耗品費に助成金を使用する計画であったが、共同研究先であるタイ国立電子コンピューター技術研究センターに所属する博士研究員を雇用することで本研究をより円滑に遂行することが可能になるため、繰越金を次年度の研究員雇用費及び消耗品費として使用する予定に変更した。
数と対称性の発生進化ロジック：花器官配置の数理解析

数の多様化ロジック:花被片同士の重なり配置の種内変異と種間差異の野外調査を進めた(キンポウゲ科7種)。どの種もらせんと輪生に加えて少数の他の配置が混在し、幾何的に可能な配置の数に比べて制約されていた。配置の制約の発生基盤として、数理モデルから器官原基の差分成長などを見出し、論文出版した。3数性輪生、4数性輪生、5数性らせん、各配置の相対出現頻度(確率)は種ごとに異なる上に、興味深いことに、それ以外の制約された配置の確率と選択的に相関することを見出した。発生過程が特定の器官配置へ制約されることが花器官数の決定に関与することが示唆された。背腹軸に対称な器官の配置と数と出現順序の多様化ロジック:花の背側および腹側からの原基出現抑制シグナルが過渡的発現するモデルを新たに構築した。その結果、輪生配置の対称性が高まり、器官の数や配置に加えて出現順序についても多様な系統(シソ目、マメ目、他)を統一的に再現できることを明らかにした。領域内共同研究:ゼニゴケ雌器托のパラソル形状をアクリル樹脂で3Dプリンティングし、液体を掴んで離す機能を実験理論両面から評価した。ゼニゴケと同じく分岐の数が9程度の場合に、パラソル中に液体を保持しつつパラソルを傾けると液体を離す効率が最適となることを見出した。mmサイズの液体のピペットとして機能することを示し、論文出版した。根端ドームと根維管束放射パタンの形成過程のイメージングデータに基づき、定量的な数理モデルを構築した。根端ドームは、細胞分裂の局在と維管束細胞の異方的伸長を通じて力学的に安定なカテナリー曲線となることを明らかにした。維管束木部細胞群の直線的な境界は、木部細胞壁の高い伸展性と木部から離れて位置する師部細胞の分裂局在を通じて形成されることを予測した。実際に、分裂局在が乱れるArabidopsis変異体は境界の直線性が低下し、予測と整合した。29年度が最終年度であるため、記入しない。花器官の正確性と確率性:同種集団内に置ける花びらの数のばらつきの野外調査(花被片など;キンポウゲ科Ranunculus属3種, Anemone属5種, Eranthis属1種, Ficaria属1種。舌状花;キク科3種)において、数の平均値と標準偏差に注目した統計解析を進めた。属あるいは器官特異的な3つのタイプを発見した。その中で、1枚余分に花被片をつけて5数性から6枚性となった花について花被片同士の重なり配置を調べた結果、単子葉類に多い3数性の輪生配置が優先的に現れることを見出した(Anemone属)。5数性から3数性へ遷移する条件として、原基のらせん的配置と原基出現抑制の時間的減弱を数理モデルから予測した。花被片がさらに多い花(7枚以上)あるいは少ない花(4枚以下)についても花被片の配置を調べた結果、限定した配置(らせんか輪生)のみが現れやすいことを見出した。興味深いことに、これらの配置の多くはらせん配置の数理モデルから統一的に再現できることがわかりつつある。花被片の数のばらつきに応じて、らせん配置から様々な数の輪生配置を生み出す仕組みが示唆された。対称性:上記モデルへ背腹軸方向の原基出現抑制を導入することで、キク類オオバコ科キンギョソウの野生型(5数性)やCYCLOIDEA変異体(6数性)および近縁種(4数性)について、花被片の原基配置に加えて原基出現順序を統一的に再現できた。これらの調節ロジックとして、花の背側および腹側からの原基出現抑制シグナルの強度のバランスあるいはメリステムサイズを予測した。同時に、キク類とは異なる配置を示すバラ類マメ科(5数性)やアブラナ科(4数性)、単子葉類(3数性、2数性)の調節ロジックも予測できた。領域内共同研究:分裂組織のイメージングデータに基づき、細胞と組織(根端や維管束木部)の形状の定量数理モデルの構築を進めた。花器官の数に関しては、論文を2報出版し、それに続く実験的および数理的知見も得つつある。器官配置の対称性については、被子植物の幅広い系統にわたる多様な器官配置を一つのモデルで再現しつつある。領域内の班員との共同研究は、お互いのデータを頻繁に交換する形で進めることができるようになった。

その結果、輪生配置の対称性が高まり、器官の数や配置に加えて出現順序についても多様な系統(シソ目、マメ目、他)を統一的に再現できることを明らかにした。領域内共同研究:ゼニゴケ雌器托のパラソル形状をアクリル樹脂で3Dプリンティングし、液体を掴んで離す機能を実験理論両面から評価した。ゼニゴケと同じく分岐の数が9程度の場合に、パラソル中に液体を保持しつつパラソルを傾けると液体を離す効率が最適となることを見出した。mmサイズの液体のピペットとして機能することを示し、論文出版した。根端ドームと根維管束放射パタンの形成過程のイメージングデータに基づき、定量的な数理モデルを構築した。根端ドームは、細胞分裂の局在と維管束細胞の異方的伸長を通じて力学的に安定なカテナリー曲線となることを明らかにした。維管束木部細胞群の直線的な境界は、木部細胞壁の高い伸展性と木部から離れて位置する師部細胞の分裂局在を通じて形成されることを予測した。実際に、分裂局在が乱れるArabidopsis変異体は境界の直線性が低下し、予測と整合した。H28年度までに野外調査で見いだした花被片配置の確率性をまとめて今年度中頃に論文を一報投稿する。この確率性が、被子植物に見られる3数性、4数性、5数性、8数性のそれぞれの輪生配置が選択的かつロバストに生み出される進化発生ロジックを数理モデルで探索する。さらに、この確率性が被子植物の進化においてどの程度広く現れるのかを検証するために他の系統で野外調査を行う。器官配置の対称性、及び、分裂組織の形態形成(領域内共同研究)については、モデルの修正点も明らかになり、最終年度にはモデルを確定できると考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
プラズマをハードウェアとして実現する知能

本研究では、プラズマをハードウェアとして用いて、「知能」(解の探索機能、経験からの学習機能と仮定)を実現することを目的としている。弱電離プラズマが保持する知能性に関する性質を明らかにし、それを通して、弱電離プラズマの新規応用の可能性探索と、知能性に関わる様々な自然・社会現象への視点の再発見への橋渡しを行う。より具体的には、解の探索機能としては、迷路(通路の枝分かれと行き止まりの構造の組み合わせ)を解くことを例とし、また経験からの学習機能としてはプラズマとメタマテリアルのアレイ構造の生成機能におけるニューラルネットワーク機能の実現を目指して研究を遂行している。今年度は、弱電離プラズマにより迷路を解くことに実験的に成功し、合わせてその理論モデル構築を行った。迷路は、誘電体板上に深さ1 mm・幅1 mm・長さ10 mmの溝を単位構造とし、その溝をお互い直行する方向に揃えて迷路形状を構成した。そして、迷路上の2カ所に直径1 mmのステンレス棒を溝内に設置し、上部は石英ガラスで覆って最外周部で真空封止した。2本のステンレス棒を迷路の入口・出口と見立てて、2つの棒を電極としてバイポーラパルス電圧を印加したところ、迷路の正解経路に沿ってプラズマチャネルが形成された。このようなプラズマ生成部のパターンは、各単位溝を枝と見立てたときのネットワークにおいて、入口・出口に追加の重みを設定した上で媒介中心性を計算することで、その値の高い箇所が、正解経路を含んだプラズマ生成とほぼ一致することがわかった。また、今年度、ニューラルネットワーク機能の実現に関する検討準備を行った。具体的には、広帯域に周波数が可変(9 kHz6.1 GHz)の信号発生器を導入し、ニューラルネットワークのハードウェアとなるプラズマ及びメタマテリアルの周波数応答特性に対して微細に対応可能となった。平成30年度の研究実施計画に掲げていた、項目を計画通りに達成した。すなわち、弱電離プラズマにより迷路の解法が実現することに成功し、その理論モデルの提唱も行うことができた。また、次年度実施予定の、プラズマとメタマテリアルの複合構造におけるニューラルネットワーク機能の実現に対して、その環境整備を行うことができた。その他、関連する内容として、ネットワーク解析分野の分析手法の検討が大きく進んだ。得られた成果は、4つの国際会議発表により社会発信している。今後も計画通りに研究を遂行する。大きくは、プラズマとメタマテリアルによるニューラルネットワーク素子検討を行い、種々の自然現象に関与する学習機能のモデルとなる実験系の構築を目指す。合わせて、学術論文にて、弱電離プラズマによる迷路解法と、ニューラルネットワーク機能に関する成果発表を行っていく。参加予定だった学会の参加費の支出を取りやめたため。当該学会に、次年度参加する予定である。
肺癌における染色体不安定性の解明と治療抵抗性克服への展開

肺癌はいまだに難治性癌の一つである。肺癌細胞の遺伝子が動的な状態にあり(genetic instability)、耐性細胞を作り出すことが原因の一つと考えられる。このような癌の特徴には、染色体不安定性:chromosomal instability (CIN)が関与する可能性がある。本研究では、肺癌におけるCINの意義を調べ、CINに関与する因子の検討を行った。今回の検討により、CINを示す細胞では、DNA損傷修復関連因子であるChk2遺伝子の発現が高いこと、Chk2発現が高い肺癌の予後が悪いことが示され、肺癌の進展にChk2が関与していることが示唆された。[方針]1DNA損傷応答(DDR)関連分子(Chk2, BRCA1, ATM等)の肺腺癌における発現異常、機能異常の有無を検討し、染色体不安性の関係を調べる。2非小細胞肺癌におけるCINと臨床肺癌におけるdriver遺伝子変異との関係を明らかにし、発癌・増殖における役割を解明する。[方法]1非小細胞肺癌切除検体におけるDDR関連因子(Chk2, BRCA1等)のmRNA発現を解析する(qRT-PCR)。DDR関連因子の活性化レベルをリン酸化タンパクに対する免疫染色にて解析する。EGFR遺伝子、p53遺伝子、k-RASそれそれの遺伝子変異が判明している肺腺癌DNAサンプルを用いて染色体不安定性をSNP arrayにて評価し、他因子との関連を検討する。2EGFR遺伝子変異、K-RAS遺伝子変異およびp53遺伝子変異が判明している肺腺癌66例のパネルにおいてaneuploidyをレーザスキャンニングサイトメーター(LSC)法にて検討し、遺伝子変異との関係を検討する。[現在までの経過]1腺癌症例66例においてBRCA1、Chk2遺伝子発現をRT-PCRにて解析した。59例で解析可能であった。Chk2免疫染色の条件設定を行った。SNP array CGHに20サンプルを提出:構造変化の多いサンプル(%def>16%: n=8)をCIN+、少ないサンプル(%def<16%: n=12)をCIN-としたところ、CIN+のものはChk2発現レベルが高かった。2DNA ploidyをレーザスキャンニングサイトメーター(LSC)法にて157例の解析を施行し、同症例においてEGFR変異の解析を終了した。今後、PloidyとEGFR変異の関係を検討する。EGFR遺伝子、p53遺伝子,k-RASそれそれの遺伝子変異が判明している肺腺癌DNAサンプルを用いて染色体不安定性をSNP arrayにて評価し、他因子との関連を検討する。2肺腺癌66例中32例LSC施行するも、解析の細胞数が少なく解析ができない状態であった[方針]1DNA損傷応答(DDR)関連分子(Chk2, BRCA1, ATM等)の肺腺癌における発現異常、機能異常の有無を検討し、染色体不安性の関係を調べる。[方法]1非小細胞肺癌切除検体におけるChk2, BRCA1等のmRNA発現をqRT-PCRで解析する。DNAサンプルを用いて染色体不安定性をSNP arrayにて評価し、他因子との関連を検討する。2肺腺癌症例においてaneuploidyをレーザスキャンニングサイトメーター(LSC)法にて検討し、遺伝子変異との関係を検討する。[結果]

1腺癌症例66例においてBRCA1、Chk2遺伝子発現をRT-PCRにて解析した。リン酸化Chk2およびBRCA1の免疫染色を行った。SNP array CGHに20サンプルを提出:構造変化の多いサンプル(%def>16%: n=8)をCIN+、少ないサンプル(%def<16%: n=12)をCIN-としたところ、CIN+のものはChk2発現レベルが高かった。Chk2遺伝子発現レベルの高い腺癌患者では、発現レベルの低い患者に比べて、無再発生存が有意に不良であった。2レーザスキャンニングサイトメーター(LSC)法にて解析済みの症例(157例:1998年1/192001年8/30に手術)において、EGFR遺伝子変異をPNA-LNA PCR clamp法にて検討、またEML4-ALK変異を免疫染色法(iAEP法:intercalated antibody-enhanced polymer)で検討した。その結果、aneuploidyと腺癌のdriver遺伝子変異との明らかな関係は認めなかった。以前の解析において非小細胞肺癌におけるaneuploidyを有する肺癌症例は予後不良であることを示したが、今回の検討により、特に腺癌および女性においてaneuploidyを有する肺癌症例の予後が不良であることが示唆された。呼吸器外科実際、臨床肺癌の手術検体のSNP-CGHにより、CINの程度に差があること、DNA損傷応答因子の発現量とCINとに相関関係があることが示された。CINと肺癌の再発や化学療法耐性との関与を検討中である。肺癌組織は、他の癌腫のサンプルと比較して細胞密度が低いため、レーザスキャンニングサイトメーター(LSC)法でのaneuploidyの検討に向かないことが判明した。今後、肺癌におけるCINと遺伝子増幅の関係を検討する予定。実際、臨床肺癌の手術検体のSNP-CGHにより、CINの程度に差があること、DNA損傷応答因子の発現量とCINとに相関関係があることが示されたが、CINと肺癌の再発や化学療法耐性との関与を検討することは現時点ではできていない。今後の検討課題である。PCR、ダイレクトシーケンス、LCS、免疫組織化学染色、免疫蛍光化学染色、ウエスタンブロットによるタンパク質発現解析など、研究試薬や物品等の消耗品に使用する予定。研究成果として、国内外の学会にて発表を予定している。国内の学会では肺癌学会、日本外科学会などを予定している。SNP arrayは、1枚のアレイで数万から数十万カ所のSNPタイピングを行うことで、クロモゾームレベルの構造異常の検討や各部位におけるゲノムコピー数の定量が可能である。さらにSNP arrayを行う症例を増やすことにより、網羅的かつ詳細な構造変化解析を行う。いろいろな種類のDDR関連因子の発現や活性化、driver mutationを検討することにより、CINの肺癌における意義を検討する。PCR、ダイレクトシーケンス、LCS、免疫組織
北海道における魚油・魚粕生産技術に関する基礎研究

本研究では、北海道の魚油・魚粕生産技術とその道具について、北海道や樺太、その他地域のデータを収集し、比較検討を行った。富山県高岡地方の鉄釜製造調査で得られた資料データから、高岡で製造された鉄釜、特に北海道・樺太向け商品であるニシン釜の製造技術や、大正末期昭和初期における鉄釜(ニシン釜)の販売ネットワークの一端を明らかにした。本研究では、(1)魚油・魚粕の生産技術と道具の北海道への伝播過程、(2)北海道における技術改良、を明らかにすることを目的とする。伝播過程の解明については、魚を煮るための大釜と油・水分を搾り取るための圧搾器に焦点を絞り、北海道の魚油・魚粕生産と深い関わりがあると考えられる東北・房総半島・紀伊半島・北陸地方のイワシ漁業地や釜・漁具製造地に保存されている加工・生産用具の実地調査を実施する。北海道における生産技術と道具の改良については、ニシンの加工・生産用具に焦点を絞る。平成21年度においては、北海道大学附属図書館(札幌市)、北海道立図書館(江別市)において、魚油・魚粕生産技術の伝播と改良に関連する文献・新聞資料の閲覧・複写調査と関連データのデータベース化を実施した。合わせて、北海道の比較地域としての樺太における技術改良に関する新聞資料の複写を行い、昭和5年頃の煮釜改良の試みや圧搾器の使用状況などを確認した。また、北海道利尻地方、三重県津市・鳥羽市、青森県青森市・八戸市、広島県福山市・広島市において、博物館・教育委員会所蔵の魚油・魚粕生産用具の形態・構造、大きさ、材質等のデータ収集、使用方法や対象魚種等の聞き取り調査を行ったほか、地元図書館における関連文献資料調査を実施した。これらの調査では、圧搾器で油・水分を搾り取ったあと、魚粕をいかに効率よく・労力をかけずに抜き取るかという点で、各地の圧搾器において改良の跡を確認することができた。具体的には、魚を煮るための大釜と油・水分を搾り取るための圧搾器に焦点を絞り、北海道の魚油・魚粕生産と深い関わりがあると考えられる東北・房総半島・紀伊半島・北陸地方における魚油・魚粕生産地や加工具の製造地に保存されている生産・加工用具の実地調査を実施する。平成22年度は、北海道大学附属図書館(札幌市)、北海道立図書館(江別市)において、魚油・魚粕生産技術の伝播と改良に関連する文献・新聞資料の閲覧・複写調査と関連データのデータベース化を実施した。合わせて、北海道の比較地域としての樺太における技術改良に関する新聞資料の閲覧・複写調査を実施した。また、(1)市立函館博物館(北海道函館市)、(2)館山市立博物館分館(千葉県館山市)・九十九里町教育委員会(千葉県九十九里町)において、イワシを原料とする魚油・魚粕生産用具の調査を行い、形態・構造、大きさ、材質等に関するデータを収集したほか、関連する文献資料調査を実施した。(3)高岡市教育委員会・旧富田宗治郎家鋳造所跡地・高岡市立中央図書館など(富山県高岡市)においては、鋳造所跡地に残る鉄釜及びその外型、溶鉱炉跡などの実地調査を行ってデータ収集を行ったほか、鋳物工場での鋳物製造技術に関する実地調査を実施し、合わせて、製品の北海道への移出に関連する文献資料・新聞資料調査を実施した。この高岡地方における鉄釜製造技術調査の成果の一部を『北海道開拓記念館研究紀要』第39号に発表した。平成23年度は、北海道内の動向をつかむために、北海道大学附属図書館(札幌市)、北海道立図書館(江別市)において、魚油・魚粕生産技術の伝播と改良に関連する文献・新聞資料の閲覧・複写調査を行い、関連データのデータベース化を実施した。また、北海道利尻・礼文地方において、魚油・魚粕生産用具の調査を行い、その形態・構造、大きさ、材質等のデータ収集を行ったほか、所有者から用具の使用方法や、生産技術、対象魚種等の聞き取り調査を行った。他方、本州地域では、三重県立図書館(津市)、岩手県立図書館(盛岡市)、宮城県図書館・宮城県立公文書館(仙台市)において、近世期におけるイワシ漁とイワシ粕生産に関連する文献資料調査を実施し、イワシ粕生産の動向とイワシ粕の流通に関するデータを収集することができた。今後は、得られたデータをもとに、近世東北地方太平洋沿岸地域におけるイワシ漁・イワシ粕生産と、北海道との関連性を明らかにする。

本研究では、1魚油・魚粕の生産技術と道具の北海道への伝播過程、2北海道における技術改良、を明らかにすることを目的とした。そのために、原料となる魚を煮るための大釜と油・水分を搾り取るための圧搾器に焦点を絞り、北海道の魚油・魚粕生産と深い関わりがあると考えられる東北・房総半島・紀伊半島・北陸地方における魚油・魚粕生産地や加工具の製造地に保存されている生産・加工用具の実地調査を実施してきた。平成24年度は、北海道内の動向をつかむために、北海道大学附属図書館(札幌市)、北海道立図書館(江別市)において、魚油・魚粕生産技術の伝播と改良に関連する文献・新聞資料の閲覧・複写調査を行い、関連データのデータベース化を実施した。合わせて、北海道の比較地域としての樺太における技術改良に関する新聞資料の閲覧・複写調査を実施した。また、北海道利尻・礼文地方において、魚油・魚粕生産用具の調査を行い、その形態・構造、大きさ、材質等のデータ収集を行ったほか、所有者から用具の使用方法や、生産技術、対象魚種等の聞き取り調査を行った。本州では、千葉県立中央図書館・千葉県文書館、秋田県立図書館・公文書館、東京都立中央図書館、岩手県立図書館、和歌山県立図書館において、北海道で生産された魚油・魚粕の流通と利用に関する文献資料調査を実施した。合わせて、近世期におけるイワシ漁とイワシ粕の生産・流通に関連する文献資料調査を行い、関連データの収集を実施した。また、高岡市教育委員会・市立博物館・市立中央図書館において、魚粕生産に使用する鉄釜(ニシン釜、イワシ釜)の製造および北海道・樺太への販売に関する大正後半期の帳簿資料調査を実施した。高岡調査からは、同時期における高岡産のニシン釜・イワシ釜が北海道・樺太で広く取引されていたことを確認することができた。本研究では、東北地方太平洋沿岸地域の博物館等に現存する魚油・魚粕生産用具の調査を、盛り込んでいる。しかしながら、平成23年3月の東日本大震災の影響により、岩手県・宮城県の太平洋側地域での資料調査が遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。資料調査が遅れている東北地方太平洋沿岸地域については、県史・市町村史等の文献資料からデータ収集可能な場合は、現地での資料調査計画を変更して調査研究を進める。現地の状況を見極めて、研究計画の変更を判断する。
非ベンゼノイド構造組込み凹凸炭素層の構築と評価

通常炭素化法と、塩化アルミニウム系溶融塩炭素化法を用いて5員環含有デカシクレンから炭素化試料を調製し、さらに高温でも炭素化処理を行った。得られた試料の構造をラ-マンスペクトル、X線回折、ESR,FT-IRを用いて解析した。これまで炭素芳香族平面中に組み込まれた5員環構造を検出する方法は確率されていないが、本研究ではラ-マンスペクトルの1470cm^<-1>付近に現れる吸収がこの構造に帰属すると断定し、この吸収にもとづいて炭素化過程における5員環構造の影響を検討した。その結果、1)5員環構造による吸収は580°C前後で最大になり、それ以上高温では減少する。2)5員環構造は炭素化初期の段階で芳香族平面の拡がりの増大に寄与する。そして、3)炭素化、黒鉛化過程における積層厚さの変化は、5員環よりも炭素化時における溶融の有無に強く依存する、等の点を明らかにした。ついで電解重合法を用いて脂肪族性5員環を有するフルオレンポリマーフィルムを調製し、その炭素化・黒鉛化挙動を検討した。5員環の存在は上述のラ-マンスペクトルの吸収とFT-IRのメチレン基の残存から確認した。得られるフィルムは典型的難黒鉛化性を示したが、フィルムの一部でヘア-ピン状の積層構造が観察され、黒鉛化処理後も残存した。ヘア-ピン状の湾曲をもつためには5員環構造の組み込みが不可欠であり、また他の部分にも5員環構造の存在が示唆され、これが難黒鉛化性をもたらしたと結論した。申請期間中に物性評価をするまでには至らなかったが、5員環を組み込んだ炭素層を構築できることが明らかになった。
現実検討能力に関与する脳神経ネットワークの解明

我々の脳は外界からの様々な感覚情報を、自らの意図や記憶・知識といった内的な要素と統合し、現在自らがおかれている状況「現実」を推測している。この「現実検討能力」に関与する脳神経ネットワークを段階的に解明していく為に、平成22年度は「現実検討能力」を構成する重要な要素のうちの一つ、「文脈的な状況認知」の神経学的基盤の解明を行った。近年提唱されているSimulation理論によると、我々が、ある状況下で繰り返し経験した「知覚」「運動」「精神状態」等のmulti-modalな状態のパターンは、脳内でevent simulatorと呼ばれる概念知識の形で記憶されている。一旦、ある状況のevent simulatorが形成されると、我々は必要に応じてこのevent simulatorを再賦活することで、この状況をシミュレーションすることが出来るようになり(event simulation)、このプロセスが、文脈的な状況認知・推測の基盤となっていると考えられている。本研究では、event simulationにおける以下の3つのプロセス、すなわち、1)知覚された状況の要素間の関連性からbottom-upにevent simulationが起きる場合2)意識的に行われるtop-downなevent simulationを介して状況理解をする場合3)現在の状況との因果関係にある別のevent simulatorを賦活することで、未来/過去の状況推測を行う場合。に関して、それぞれが独立の神経基盤を持つかどうかの検討を、機能的MRIによる脳機能イメージング手法で明らかにすることを目指した。結果として、bottom-upなevent simulationに特異的に関与する脳領域として、両側下頭頂小葉、左中側頭回、両側前腹側前頭前野、右背外側前頭前野、両側楔前部を明らかにした。同様に、top-downなevent simulationに特異的に関与する脳領域として、左後部帯状皮質、両側側頭極、内側前頭前野(前部帯状皮質を含む)、左側頭頭頂接合部、左海馬傍皮質が、因果関係によるevent simulation(状況推測)に特異的に関与する脳領域として、左側頭頭頂接合部を同定した。本研究の知見は、今後の文脈的な状況認知・推測と関わる多くの分野(例:社会認知等)の脳内メカニズムの理解に貢献するものと思われる。この「現実検討能力」に関与する脳神経ネットワークを段階的に解明していく為に、平成20年度は「現実検討能力」を構成する重要な要素のうちの一つ、「Agency」の神経学的基盤の解明を目指した。Agencyは「ある動作を自分が引き起こしている、あるいはコントロールしている」と感じる感覚であり、我々がある運動事象を自己に帰属させ、自他の分離を行う上で重要な感覚であり、その神経学的基盤は脳機能研究における1つのトピックとなっている。しかし、これまでの先行研究では、Agency形成に特異的な「自らの運動企図と、運動に伴う感覚フィードバックの整合性」の処理に関わる神経基盤と、「運動時の多感覚様式の感覚入力どうしの整合性」の処理に関わるそれとが区別出来ておらず、Agencyに真に特異的な神経基盤は明らかになっていなかった。本研究では、上記2つの要素の今離を可能にする課題デザインを用い、それぞれの神経基盤を、機能的MRIを用いた脳機能イメージングの手法にて明らかにした。課題では、上記2つの処理を被験者が無意識的に行うようなゲーム課題を用いて、被験者の課題中の脳機能データを、機能的MRIを用いて測定した。大学生被験者24人から得られたデータを解析し、「Agency」形成に特異的に関与する脳領域として、左補足運動野、左小脳半球、右島皮質を世界で初めて同定した.同様に、「多感覚様式の感覚入力どうしの整合性」の処理に関与する脳領域として、両側下前頭回、島皮質、右中側頭回、左下頭頂小葉、左頭頂間溝、右前補足運動野が同定された。上記結果は、平成20年度中に国際学会および国際学会において発表を行い、研究成果を公のものとした。また、近日国際学術誌への投稿予定である.我々の脳は外界からの様々な感覚情報を、自らの意図や記憶・知識といった内的な要素と統合し、現在自らがおかれている状況「現実」を推測している。この「現実検討能力」に関与する脳神経ネットワークのうち、平成21年度は「エージェンシー」の神経学的基盤に関して、前年度までの実験・解析結果を学術論文にまとめ、国際学会誌Neuroimage誌に筆頭著者として発表した。Agencyは「ある動作を自分が引き起こしている、あるいはコントロールしている」と感じる感覚であり、我々がある運動事象を自己に帰属させ、自他の分離を行う上で重要な感覚である。これまでの先行研究では、Agency形成に特異的な「自らの運動企図と、運動に伴う感覚フィードバックの整合性エラー」の処理に関わる神経基盤と、それに付随する「多様式の感覚入力どうしの整合性エラー」あるいは「予測エラー全般」の処理に関わるそれとが区別出来ておらず、Agencyに真に特異的な神経基盤は明らかになっていなかった。本研究では、上記の要素の分離を可能にする課題デザインを用い、それぞれの神経基盤を、機能的MRIを用いた脳機能イメージングの手法にて明らかにした。結果として、「Agency」形成に特異的に関与する脳領域として、補足運動野、左外側小脳、および右後部頭頂葉、右EBA領域の一部を明らかにした。

同様に、「多感覚様式の感覚入力どうしの整合性」の処理に関与する脳領域として、両側下前頭回、島皮質、右中側頭回、左下頭頂小葉、左頭頂間溝、右前補足運動野を同定した。我々の脳は外界からの様々な感覚情報を、自らの意図や記憶・知識といった内的な要素と統合し、現在自らがおかれている状況「現実」を推測している。この「現実検討能力」に関与する脳神経ネットワークを段階的に解明していく為に、平成22年度は「現実検討能力」を構成する重要な要素のうちの一つ、「文脈的な状況認知」の神経学的基盤の解明を行った。近年提唱されているSimulation理論によると、我々が、ある状況下で繰り返し経験した「知覚」「運動」「精神状態」等のmulti-modalな状態のパターンは、脳内でevent simulatorと呼ばれる概念知識の形で記憶されている。一旦、ある状況のevent simulatorが形成されると、我々は必要に応じてこのevent simulatorを再賦活することで、この状況をシミュレーションすることが出来るようになり(event simulation)、このプロセスが、文脈的な状況認知・推測の基盤となっていると考えられている。本研究では、event simulationにおける以下の3つのプロセス、すなわち、1)知覚された状況の要素間の関連性からbottom-upにevent simulationが起きる場合2)意識的に行われるtop-downなevent simulationを介して状況理解をする場合3)現在の状況との因果関係にある別のevent simulatorを賦活することで、未来/過去の状況推測を行う場合。に関して、それぞれが独立の神経基盤を持つかどうかの検討を、機能的MRIによる脳機能イメージング手法で明らかにすることを目指した。結果として、bottom-upなevent simulationに特異的に関与する脳領域として、両側下頭頂小葉、左中側頭回、両側前腹側前頭前野、右背外側前頭前野、両側楔前部を明らかにした。同様に、top-downなevent simulationに特異的に関与する脳領域として、左後部帯状皮質、両側側頭極、内側前頭前野(前部帯状皮質を含む)、左側頭頭頂接合部、左海馬傍皮質が、因果関係によるevent simulation(状況推測)に特異的に関与する脳領域として、左側頭頭頂接合部を同定した。本研究の知見は、今後の文脈的な状況認知・推測と関わる多くの分野(例:社会認知等)の脳内メカニズムの理解に貢献するものと思われる。