hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
政治テキストの内容分析システムの構築

本年度は、最終年度として政治テキストの分析ソフトウェアシステムとして『Content Analyzer』を完成させた。昨年度までの作業で、複数テキスト・ファイルからの検索と該当個所の抽出、概念の単純頻度計測および同時出現頻度の計測は実現していたが、本年度はこれらのデータから主成分分析およびクラスター分析を行うルーティンを追加し、テキストの分析システムとしての一貫性を持ったソフトウェアとして『Content Analyzer』を完成させるための作業を行った。なお、本作業で作成したソフトウェアについては、当初CASPT(Content Analyzing System of Political Texts)というものを考えていたが、実現したソフトウェアの実用範囲は必ずしも政治テキストのみにとどまらない汎用性をもつことにかんがみ、より一般的な『Content Analyzer』とした。また、本年度の作業としては、『Content Analyzer』の研究補助ソフトとしての有用性を試す意味から、現実の政治テキストとして、総理大臣の国会演説を利用して、さまざまな分析を試みた。その結果、複数テキスト・ファイルからの検索・抽出といった最も単純な機能も、きわめて有用であることが確認されたし、単純頻度計測や同時出現頻度の計測も、汎用の表計算ソフトと結び付けることで、政治学的に意味ある分析を容易にできる。また、主成分分析やクラスター分析のルーティンを加えたことによって、複数テキスト間の類似度が視覚的に判断できるようになった。市販のソフトの中には、複数テキスト間の類似度を示すものがいくつか登場してきているが、いかなる基準でそれらのテキストが類似しているのかを確認する方法がない。『Content Analyzer』は、その点、みずからの基準をはっきりさせた上で、複数テキスト間の類似度を計測できるため、研究ツールとしては、より有用性が高いと思われる。本研究は、大量の政治関連テキストについて、その内容をさまざまな観点から分析するコンピュータ・システム(仮称CASPT)を開発することである。本年度は、最近の情報処理研究、政治学、社会学などにおけるコンピュータを利用した内容分析についての文献の検討、コンピュータ専門家からの意見聴取、CASPTの基本設計などのためメンバー間での研究会を6回行った。それ以外にも随時、インターネットを通し研究調整を行い、以下の作業を行った。第1には、戦後の日本の総理大臣の国会演説を材料に、有用と思われる500余りの政治概念の抽出を行った。第2にこの概念を使って、予備的に総理演説におけるそれらの頻度分析を行った。第3に、単純頻度分析、複数概念間の同時出現頻度分析、これらをベースにした手法の検討を行った。第4に、政治テキスト分析の初歩的トゥールとして、前述の頻度分析のプログラムを作成したほか、多数の政治テキストの中から、指定させた概念の出現箇所を抽出し、リストアップするプログラムも作成した。第5に、第4で述べたような初歩的トゥールを組み込んだユーザー・フレンドリーなシステム、CASPTのプロトタイプともいうべきシステムの設計を完了した。第6に、第4で述べた初歩的トゥールで実際の政治分析がどの程度可能になるかを、日本の安全保障政策の展開をテーマとして検討してみた。来年度の課題は、政治概念リストをさらに検討すること、政治概念間をつなぐ述語構造としてどのようなものを考えるべきかを検討すること、さらにテキスト間の類似度の図示化の方法、テキストそのもの構造の抽出と図示化をすることであり、これらの手法のプログラムを作成することである。また、CASPTのプロトタイプをとりあえず完成させ、実験を繰り返し、実際の政治分析にどの程度有用かを調べる方針である。本研究の目的は、大量の政治関連テキストについて、その内容をさまざまな観点から分析するコンピュータ・システムを開発することである。本年度は、前年に引き続き、最近の情報処理研究、政治学、社会学などにおけるコンピュータを利用した内容分析についての文献の検討、コンピュータ専門家からの意見聴取を行うとともに、コンピュータ・システム(今年度から、Content Analyzerと呼ぶことにした)の基本設計などのためメンバー間での研究会を12回行った。第1には、前年度作成した単純頻度分析のプログラム、複数概念間の同時出現頻度分析のプログラム、多数のテキストから指定された概念の出現箇所を抽出するプログラムなどのプロトタイプを統合し、ユーザーフレンドリーなソフトウェアの暫定版(Content Analyzer)を作成した。これは現在のところ、Macintosh上での使用が可能である。第2に、Content Analyzerを継続的に実験し、これの使い勝手の向上につとめた。第3に、昨年度作成した政治概念リストに内容分類のための属性を付加する作業を行った。第4に、改定された政治概念リストを使って、政治テキストの構造を簡潔に表すための試行錯誤を行った。試行錯誤の例としては、テキストを「認知構造図」作成の手法によって、因果認識を図示する作業、出現概念の頻度を分析することによって段落の内容属性とキーワード(見出し)を自動的に生成する作業などを行った。次年度は、本年度の試行錯誤の成果を踏まえさらに機能を向上させたContent Analyzerの開発を行っていきたい。その際、テキストの構造の図示化まで含んだソフトウェアとして完成させたい。

なお、本作業で作成したソフトウェアについては、当初CASPT(Content Analyzing System of Political Texts)というものを考えていたが、実現したソフトウェアの実用範囲は必ずしも政治テキストのみにとどまらない汎用性をもつことにかんがみ、より一般的な『Content Analyzer』とした。また、本年度の作業としては、『Content Analyzer』の研究補助ソフトとしての有用性を試す意味から、現実の政治テキストとして、総理大臣の国会演説を利用して、さまざまな分析を試みた。その結果、複数テキスト・ファイルからの検索・抽出といった最も単純な機能も、きわめて有用であることが確認されたし、単純頻度計測や同時出現頻度の計測も、汎用の表計算ソフトと結び付けることで、政治学的に意味ある分析を容易にできる。また、主成分分析やクラスター分析のルーティンを加えたことによって、複数テキスト間の類似度が視覚的に判断できるようになった。市販のソフトの中には、複数テキスト間の類似度を示すものがいくつか登場してきているが、いかなる基準でそれらのテキストが類似しているのかを確認する方法がない。『Content Analyzer』は、その点、みずからの基準をはっきりさせた上で、複数テキスト間の類似度を計測できるため、研究ツールとしては、より有用性が高いと思われる。
フィッシャーカルベン錯体を用いる多元素環状化合物の新規合成法の開発

これまで,イミンとクロムカルベン錯体との反応を検討してきた。カルベン錯体を用いる限り,反応の触媒化は困難であると判断し,ビニリデン錯体を用いた触媒的な反応の開発を目指して検討を行ってきた。今回は,テトラヒドロフラン中においてタングステンヘキサカルボニル(1当量)に高圧水銀ランプを光照射させることにより調製したタングステンペンタカルボニルTHF錯体をアルキニルイミンに作用させることにより,キノリン誘導体が良好な収率で得られることを見いだした。反応修了後,N-メチルモルホリンN-オキシドを作用させることによりキノリンの収率が向上した。これは,反応終了後には金属がキノリンに配位しているために収率が低下しており,酸化剤を添加することにより金属が除去されるために収率が向上したものと考えられる。また,本反応は,触媒的に進行させることも可能である。すなわち,タングステンヘキサカルボニルを20mol%用いてもほぼ同等の収率でキノリン誘導体が得られた。本反応は以下の実験事実よりタングステンビニリデン錯体を経由して,電子環状反応により進行しているものと考えられる。1)アセチレンの末端に重水素の置換したアルキニルイミンを用いて反応を行ったところ,対応する位置に重水素が導入された。2)置換アセチレンからは環化反応が進行しない。以上,ビニリデン錯体を基盤とする電子環状反応によるイミンからキノリンへの変換反応を見いだした。我々はこれまで、アルケニルフィッシャークロムカルベン錯体とイミンの熱反応をルイス酸存在下行うことにより、[3+2]付加環化反応が進行し、3-ピロリン誘導体が収率よく得られることを報告している。また、光学活性なクロムカルベン錯体を用いることにより[3+2]付加環化反応が高ジアステレオ選択的に進行しすることも明らかにしている。今回我々は、フィッシャークロムカルベン錯体とイミンとの熱反応について検討した。Hegedusらにより、イミンとの光反応でβ-ラクタム誘導体が得られることが知られているが、熱反応については報告例がない。その結果、メチルフィッシャーカルベン錯体をベンジリデンアニリンとともにTHF中加熱還流したところ、低収率ではあるものの新規化合物であるアリルアミン誘導体が得られた。そこで、窒素原子上の置換基および溶媒について検討を行ったところ、窒素原子上に強い電子求引性基であるトシル基の置換したイミンを用い、ジクロロエタン中で加熱還流を行うと、最も良好な収率(73%)でアリルアミン誘導体が得られることがわかった。さらに、カルベン炭素上のα位に置換基を有するカルベン錯体を用いても対応するアリルアミン誘導体が得られた。本反応においては、まず熱反応によりカルベン錯体から一酸化炭素が脱離し、ケテン-イミン錯体が生成した後、四員環アザクロマサイクルを経て進行し、アリルアミン誘導体が生成すると考えている。
聴覚障害,教育工学のための感覚代行装置の活用法と改良に関する研究

本研究は聴覚障害教育工学のための感覚代行装置の有効な活用法を探ることを目的として、タクタイルボコ-ダの改良と蝸牛外刺激型人工内耳の試作を行ったものである。1.タクタイルボコ-ダでは内言語発達のために必要となる触覚領野と言語領野が連合するような音声ー触覚刺激変換法を追求するところにある。そのため、本研究では、連合しやすいであろう刺激パタ-ンと刺激呈示方法を求めるための基礎研究を行った。その結果、従来の触知ボコ-ダの子音識別が困難であった原因の一つは後続母音による子音の時間的なバックワ-ドマスキング現象にあることが分かった。この問題点を解決するため電光掲示板のように振動刺激部位が指先上を移動していくようなスウィ-ブ呈示方式を提案した。この方式を用いると時間的なバックワ-ドマスキングを避けることができることが判明し、最適なスウィ-ブ速度を決定した。音声信号の包絡を抽出して作った刺激をスウィ-プさせて呈示してた結果、子音部と母音部が比較的時間的に分離している音声で識別率が向上することが分かった。2.人工内耳は、重度聴覚障害者の残存する末梢聴神経を電気で刺激し、音に関する情報を中枢に伝達させる聴覚補綴手段である。本研究では、幼児や小児にも適用でき、内耳への侵襲を極力少なくすることを目的としたシングルチャンネル蝸牛外刺激型人工内耳システムを試作し評価した。蝸牛に損傷を与えない方法として、シングルチャンネルの蝸牛外刺激型人工内耳を採用し、音声スペクトルを時系列信号に変換して情報を伝達できるような方式を開発した。難聴者による急性実験で母音の識別テストを行った結果、60%程度の識別率が得られることを確認した。以上、本研究では新しい発想に基づくタクタイルボコ-ダおよび人工内耳を開発し、重度聴覚障害者支援システムとしての有効性を評価した。1、既に我々の研究室で開発済みの触知ボコ-ダを利用して重度聴覚障害者に読話と組み合わせた音声認識実験を行った。実験では、本研究費で購入したポ-タブルDATと8ミリビデオカメラを利用し、読話と触知ボコ-ダを併用したときに読話だけのときよりもどの程度単音節音声の認識率が上昇するかを評価した。その結果、触知ボコ-ダが読話で認識するのが難しい子音の判別に有利であることが実証されたが、個人差をどのように吸収するかという問題が残された。2、蝸牛外刺激型人工内耳については開発途上であったので急性実験に基づき合成母音を用いて読話の補助としてどこまで利用できるかを評価した。さらに、触知ボコ-ダと人工内耳を情報伝達能とくに子音のような時系列信号の弁別能の観点から比較しそれらの長所と短所を明確にした。その結果、聴神経の時系列信号の弁別閾は極めて高いが、周波数分解能は触知ボコ-ダの方が良いことが判明した。3、今後の課題個人差がきわめて大きいことが改めて確認され、当初予定していたより被験者を限定し、問題点を絞って難題に取り組まなければならなくなった。触知ボコ-ダでは、話者により振動パタ-ンが大きく異なり、そのための認識誤差が現れた。話者の個人差を吸収するようなアルゴリズムの開発の必要性がある。また、人工内耳の急性実験の結果から、聴神経電気刺激で感覚を生じる高度難聴者は約20%程度であることが分かった。

さらに、電気刺激によって生じる感覚は音感覚からは程遠いものであることから、リハビリテ-ションの重要性を再認識した。本研究は聴覚障害教育工学のための感覚代行装置の有効な活用法を探ることを目的として、タクタイルボコ-ダの改良と蝸牛外刺激型人工内耳の試作を行ったものである。1.タクタイルボコ-ダでは内言語発達のために必要となる触覚領野と言語領野が連合するような音声一触覚刺激変換法を追求するところにある。そのため、本研究では、連合しやすいであろう刺激パタ-ンと刺激呈示方法を求めるための基礎研究を行った。その結果従來の触知ボコ-ダの子音識別が困難であった原因の一つは後続母音による子音の時間的なバックワ-ドマスキング現象にあることが分かった。この間題点を解決するため電気掲示板のように振動刺激部位が指先上を移動していくようなスウィ-プ呈示方式を提案した。この方式を用いると時間的なバックワ-ドマスキングを避けることができることが判明し、最適なスウィ-プ速度を決定した。音声信号の包絡を抽出して作った刺激をスウィ-プさせて呈示した結果、子音部と母音部が比較的時間的に分離している音声で識別率が向上することがわかった。2.人工内耳は、重度聴覚障害者の残存する未梢聴神経を電気で刺激し、音に関する情報を中枢に伝達させる聴覚補綴手段である。本研究では、幼児や小児にも適用でき、内耳への侵襲を極力少なくすることを目的としたシングルチャンネル蝸牛外刺激型人工内耳システムを試作し評価した。蝸牛に損傷を与えない方法として、シングルチャンネルの蝸牛外刺激型人工内耳を採用し、音声スペクトルを時系列信号に変換して情報を伝達できるような方式を開発した。難聴者による急性実験で母音の識別テストを行った結果、60%程度の識別率が得られることを確認した。以上、本研究では新しい発想に基づくタクタイルボコ-ダ及び人工内耳を開発し,重度聴覚障害者支援システムとしての有効性を評価した。
肉腫と血小板の相互作用による増殖・転移誘導とその分子機構を標的とした治療法の開発

骨軟部肉腫領域での化学療法は、この20年間で特段の変化をみない。しかし肺転移が予後因子であるため、増殖と共に肺転移を抑制する新たな治療ターゲットの発見が望まれる。以前より、血小板が腫瘍の転移に重要であることが報告されており、更に、活性化された血小板より放出される多くのサイトカインが転移に関与していることも報告されている。我々は、ヒト骨肉腫細胞が血小板と凝集・活性化を起こすことをすでに確認している。本研究では、これらの成果を更に発展させ、骨肉腫による血小板活性化の機序を詳細に検討し、血小板活性化が肉腫の増殖・転移に果たす役割を解明し、それを治療へ発展させることが目的である。1)骨肉腫と血小板との凝集・活性化におけるP2Y12阻害薬の効果1骨肉腫高肺転移株(ヒト143B、マウスK7M2)を用いて、それらとヒトおよびマウスからの洗浄血小板との凝集試験を行い、凝集を確認した。2P2Y12阻害薬としてticagrelorを用い、洗浄血小板に30分間Preteatし、コントロール群(血小板用ブッファーを添加)、DMSO群、Ticagrelor群と種々の骨肉腫との凝集の有無を確認し、Ticagrelor群で有意に凝集が抑制された3ヒト骨肉腫細胞高肺転移株とヒトおよびマウスからの洗浄血小板を30分共培養ののち、遠心して得られた上清をELISAに用いる。血小板活性の際に血小板顆粒中に含有するPlatelet Factor-4(PF-4)が特異的に放出されるので、PF-4の測定で血小板活性の有無を確認する。43の実験において、血小板に2と同様に、バッファー、DMSO、Tricagrelorを30分前に添加し、それぞれに高肺転移株を加え、やはり30分共培養を行い、上清中のPF-4を測定する。骨肉腫細胞と血小板との凝集を認め、さらにそれがP2Y12阻害薬のTicagrelorで抑制されていた。また、凝集の際に放出されるサイトカインも抑制された。骨肉腫細胞と血小板の共培養から放出された上清を回収し、それらによる肉腫へのEMT誘導やInvasionなどを検討する。
不等毛藻類で見られる鞭毛異質性についての分子細胞生物学的研究

褐藻、珪藻をはじめとする不等毛藻類は長短2本の鞭毛を有し、長鞭毛にはマスチゴネマと呼ばれる細かい毛が付着していることを大きな特徴とする。これら2本の長短鞭毛は構造だけではなく動き、光受容などの機能においても大きな違いを有している。本研究では、褐藻シオミドロと黄金色藻オクロモナスを材料に、鞭毛伸長と鞭毛複製に関して詳細な電子顕微鏡観察を中心に観察を進めた。オクロモナスについては鞭毛複製過程を間欠ビデオ装置で調べるとともに、その核分裂過程について透過型電子顕微鏡観察と蛍光抗体法による観察から明らかにした。オクロモナスの核分裂は核膜開放型であり、画極には複製した鞭毛基部から伸張する繊維状構造のリゾプラストが存在しており、そこから紡錘体微小管が染色体に向かって伸びている。リゾプラストは従来セントリンタンパクから構成されると考えられてきたが、各種抗体を用いた観察からオクロモナスのリゾプラストにはセントリンは存在せず、γ-チューブリンが特異的に存在することが明らかになった。すなわち、種々の真核藻類の遊泳細胞で広く見られるリゾプラストは、不等毛藻類の分類群において構成タンパク質が異なることを明らかにした。また、褐藻シオミドロを用いて、複子嚢内における遊走子形成時の鞭毛伸張と分化過程について急速凍結置換法を用いた電子顕微鏡観察を詳細に行った。2木の鞭毛伸張は同時に開始されるが、伸張開始時の極めて早い時期から明確な区別が付き、鞭毛伸張時には細胞膜からの小胞付加が起こっていることが分かった。マスチゴネマの長鞭毛付加過程は明らかにはできなかったが、単鞭毛基部の膨潤部構成物の形状、また形成過程については明確に示すことができた。本年度は不等毛藻類である黄金色藻オクロモナス及び褐藻シオミドロを材料に、構造も機能も異なる2本の鞭毛の伸張過程について研究を進めた。オクロモナスの長短2本の鞭毛は間期ではそれぞれ14.1±1.9μm、3.4±0.7μmである。激しく細胞を振盪することにより鞭毛を切断し、その後の長鞭毛の伸張過程を調べたところ、切断後1-2時間までの速度が特に速く、切断後1時間で鞭毛長は平均6.2μmに達した。細胞分裂時の鞭毛複製・伸張の場合、長鞭毛の伸張速度は平均6.7μmまでは特に速く、鞭毛新生開始後わずか15分で伸張した。次に、細胞周期の様々なステージでコルヒチンによる微小管脱重合実験を行った。間期ではコルヒチン処理により長鞭毛は8.9±12.4μmになり、短鞭毛においてはほとんど観察できなくなった。細胞分裂時にコルヒチンを処理すると長鞭毛は4.0±1.3μm、短鞭毛は1.6±1.9μmとなった。以上の結果から、オクロモナスの長鞭毛では、鞭毛基部から6-7μmの部分は鞭毛伸張において極めて速い形成が可能の部分であると考えられる。また基部から10μmの部分は鞭毛軸糸は安定した構造を持つと考えられる。つまり鞭毛先端4μm程度の部分はチューブリン分子の重合・脱重合が盛んに行われている部分と考えられる。シオミドロにおいては複子嚢において遊泳細胞形成時での鞭毛伸張過程について急速凍結置換法を用いた電子顕微鏡観察を進めた。その結果、長短2本の鞭毛は同時に伸張を開始し、その後の伸張速度の違いから長さの違いが生まれることが明らかになった。

また、褐藻複子嚢内での鞭毛伸張では鞭毛付近の細胞膜から形成された小胞が鞭毛膜に融合していることが観察できた。特に後鞭毛に局在する走光性に関与していると考えられる電子密度の高い物質はこの様な小胞を介して輸送されていると考えられた。前鞭毛に特異的に付着しているマスチゴネマの輸送・付着機構については現時点では不明である。本年度も昨年度同様に不等毛藻類である黄金色藻オクロモナス及び褐藻シオミドロを材料に、構造も機能も異なる2本の鞭毛の伸張過程について研究を進めた。特にオクロモナスについてはその核分裂過程について透過型電子顕微鏡観察と蛍光抗体法による観察から明らかにした。オクロモナスの核分裂は核膜開放型であり、両極には複製した鞭毛基部から伸張する繊維状構造をとるリゾプラストが存在しており、その部分から紡錘体微小管が染色体に向かって伸びている。リゾプラストは従来セントリンタンパクから構成されると考えられてきたが、抗セントリン抗体を用いた蛍光抗体法では、セントリンの局在は鞭毛基部にのみ観察され、リゾプラストには観察できなかった。しかしながら抗γ-チューブリン抗体を用いた観察ではリゾプラストに陽性反応があることが明らかになった。以上の結果は真核藻類の遊泳細胞で広く見られるリゾプラストが、不等毛藻類の分類群においてその構成タンパク質が異なることを示している。また、不等毛藻類における長短鞭毛では長鞭毛の表面にマスチゴネマと呼ばれる小毛が特異的に付着していることが知られている。オクロモナスを材料にマスチゴネマを構成するタンパク質について調査し、現在まで2種類の新規タンパク質を同定した。さらに現在までマスチゴネマ構造は葉緑体ER内において観察できるという報告があるが、それがどのような経路を経て、長鞭毛に特異的にかつ整然と付着できるかは不明のままである。そこで、オクロモナス細胞分裂時と褐藻シオミドロ遊泳細胞形成時での鞭毛形成過程に焦点を絞り長鞭毛へのマスチゴネマ付着過程の観察を試みたが、決定的な証拠となる電顕像を得ることはできなかった。
フレイルの評価に活用できる携帯型ＮＩＲＳを用いた口腔機能アセスメント指標の開発

先行研究での成果を基礎資料とし、指標化の前提となる再現性や客観性を確認した。分析中に発生したシステムドライバ用PCの障害は、ハード的(SSD)な問題であったと確認できたことから、評価ソフトのアルゴリズムは適正であると確認した。これら結果から、成人期の筋機能の後退の把握や、頬部マッサージ効果の検証等に向けた一定の成果を得られた。冷却負荷後の体温回復過程の個人差は、冷却剤の圧接による局所の貧血の影響は無視できるレベルであることが検証でき、咀嚼筋や唾液腺の機能を、間接的に血流や皮膚温が反映している可能性を検証できた。この点から、唾液分泌や筋活動の間接的な指標の開発までのロジックを示すことができた。NIRS測定深度の最適化に関しては、頬部特有の解剖学的形態の影響もあり、引き続き測定の規格化を念頭に検討を要すると思われた。唾液腺マッサージ効果の測定については、5分間以上の安静条件でのレスト時間の後、30秒間の冷却負荷後に片側のみに2分間の唾液腺マッサージ(同術者が振幅1Hzで実施)タスクを実施し、両側のOxy-Hb、Deoxy-Hb、およびTotal-Hbの各測定点変化量を以降5分間測定する方法が最適と判断した。この手法であれば、冷却負荷の局所血流動態を反映したと推測されるOxy-Hbの低下やDeoxy-Hbの上昇、マッサージ効果を反映したと推測されるがOxy-Hbの上昇が観察でき、再現性も確認できた。また、測定システム構築上の課題となっていたソフトウェアの集団的評価と表現力の問題点については、ハード面の問題も含まれるため引き続き開発業者とも連携し必要な検討を実施したい。本システムの構築は最終段階に到達しており、実際の唾液分泌速度との関連性を集団的に検証する必要があり、特に高齢の口腔乾燥症患者での追加検証の必要性を認識している。フレイルの提唱者であるFriedらは、加齢性筋肉減少症(サルコペニア:Sarcopenia)を含むフレイルサイクルを発生モデルとして提唱している。近年、フレイルの予防に注目が集まり、筋委縮発現機序の解明が進められているが、本研究ではサルコペニアの予防や進行抑制に寄与するとされるレジスタンストレーニング等に必要な要件を検討している。申請者らが実施した先行研究を背景に、サルコペニアとフレイルとの関係性を考察すると、加齢で咀嚼関連の筋肉量が低下すると、低栄養や易疲労が生じ社会参加までが障害されると推察され、これら過程のステップごとに、廃用の前兆的変化としての血流低下が生じると推察できる。この兆候を試作した熱画像ターゲティングシステム(冷却負荷法による赤外線サーモグラフィー熱画像から、頬部の温度上昇中心を捕捉し、深部の血流動態を携帯型近赤外分光分析法(NIRS)で詳細把握する測定システム)から得たデータから、実際に筋肉系のモーターユニット機能を把握した。サーモグラフィー熱画像の測定結果からは、咬筋相当部の温度変化中心から温度変化辺縁までの平均距離は34cmとなっており、NIRSによるOxy-Hb、Total-Hbの改善効果を全測定対象者で把握することができた。これら結果から、サルコペニアの予防手段として提唱されてきた有酸素運動から、ADL低下者においては筋マッサージ法に、予防対策の主体をシフトする事を提案する。頬部のマッサージは、唾液分泌向上だけでなく、Oxidativeな筋繊維に対する賦活効果が期待できる。ミクロ的なミトコンドリア生合成の向上等までは把握困難としても、毛細血管の血流改善はNIRSで把握できることから、マッサージのような他律的な筋運動の継続によっても、筋サテライト細胞の活性化・増加が実現できれば、フレイルの予防にも寄与すると推察する。本申請で使用している携帯型近赤外分光分析法(NIRS)は、開発業者に依頼し研究用にカスタマイズを実施した独自の4チャンネル化測定システムである。このシステムドライバを搭載したPCのSSDに不具合が発生し、測定および解析が不可能となった。このため、緊急的にデータの回復と原因究明、修正ドライバの供用を開発業者に依頼し、更新システムが稼働するまでに約5か月を要した。この測定機材更新により、研究計画に遅延が生じた(システム修復中は既存データの解析と文献的検証を主体に研究を遂行)。また、新規に活用を開始した対照測定用の冶具の慣熟にも時間を要したため、システム更新後の測定計画は全般にやや遅れが生じた。本年度は評価系の予測モデルから測定システムの基本構成に取り組み、先行研究で対象者とした健常成人に対しての測定を継続して実施し、指標化の前提となる再現性や客観性を確認した。分析中に発生したシステムドライバ用PCの障害は、ハード(SSD)の問題であったことから、評価ソフトのアルゴリズムは適正であると判明した。これら結果から、成人期の筋機能の後退の把握や、頬部マッサージ効果の検証等に向けて一応の成果が得られた。冷却後の体温回復過程の個人差に関しては、冷却剤の圧接の影響は無視できるレベルであることが検証でき、咀嚼筋や唾液腺の機能を間接的に反映した評価指標としての可能性を検討できた。NIRS測定深度の最適化に関しては、頬部特有の解剖学的形態の影響もあり、今年度も引き続き規格化を念頭に検討を実施したい。

唾液腺マッサージ効果の測定を目的とした測定については、5分間以上の安静条件でのレスト時間の後、30秒間の冷却負荷後に片側のみに2分間の唾液腺マッサージ(同術者が振幅1Hzで実施)タスクを実施し、両側のOxy-Hb、Deoxy-Hb、およびTotal-Hbの各測定点変化量を以降5分間測定しす方法とした。この手法であれば、冷却負荷の局所血流動態を反映したと推測されるOxy-Hbの低下やDeoxy-Hbの上昇、マッサージ効果を反映したと推測されるがOxy-Hbの上昇が観察でき、再現性も確認できた。また、測定システム構築の過程で課題となっていた4ch化ソフトウェアの問題点の確認については、一定の時間小節でOxy-Hb、Deoxy-Hbの比を分割評価する方法を考案し、本年度も引き続き検討を実施する。併せて前頭部測定ポイントの最適化や、ヘッドホン型冷却負荷機材を活用した規格測定モジュールの最終構成を検討し、得られたデータを連携研究者ら検討の上、関連学会にて成果を公表する予定である。前年度に生じたシステムドライバを搭載したPCのSSDに不具合のため、測定および解析が約5か月間不可能となり、保管されていたデータの一部も喪失した。このため研究計画が遅延を生じ、現在もその影響が継続しているため。先行研究での成果を基礎資料とし、指標化の前提となる再現性や客観性を確認した。分析中に発生したシステムドライバ用PCの障害は、ハード的(SSD)な問題であったと確認できたことから、評価ソフトのアルゴリズムは適正であると確認した。これら結果から、成人期の筋機能の後退の把握や、頬部マッサージ効果の検証等に向けた一定の成果を得られた。冷却負荷後の体温回復過程の個人差は、冷却剤の圧接による局所の貧血の影響は無視できるレベルであることが検証でき、咀嚼筋や唾液腺の機能を、間接的に血流や皮膚温が反映している可能性を検証できた。この点から、唾液分泌や筋活動の間接的な指標の開発までのロジックを示すことができた。NIRS測定深度の最適化に関しては、頬部特有の解剖学的形態の影響もあり、引き続き測定の規格化を念頭に検討を要すると思われた。唾液腺マッサージ効果の測定については、5分間以上の安静条件でのレスト時間の後、30秒間の冷却負荷後に片側のみに2分間の唾液腺マッサージ(同術者が振幅1Hzで実施)タスクを実施し、両側のOxy-Hb、Deoxy-Hb、およびTotal-Hbの各測定点変化量を以降5分間測定する方法が最適と判断した。また、測定システム構築上の課題となっていたソフトウェアの集団的評価と表現力の問題点については、ハード面の問題も含まれるため引き続き開発業者とも連携し必要な検討を実施したい。本システムの構築は最終段階に到達しており、実際の唾液分泌速度との関連性を集団的に検証する必要があり、特に高齢の口腔乾燥症患者での追加検証の必要性を認識している。申請者は、口腔周囲の筋肉のうち最も咀嚼に関連する咬筋に着目し、フレイルの前兆的変化を含めて把握可能な、予知性の高い機能賦活評価指標が必要と考えている。これは短期的には介護予防など筋肉の廃用変化等への対策に寄与し、長期的には要介護者の機能訓練の評価に寄与すると考えられる。
同種骨移植の生着・同化に関する研究

1.骨移植の生着に関する実験的研究(1)移植骨の再血行化について家兎腸骨を用い、自家、同種骨移植の再血行化、微細血管構造について研究した。方法は墨汁注入後、移植骨を採取、透明薄切片を作製し、経時的に微小血管の進入態度を比較した。自家骨では母床より2ー3mmの表層では、移植1週目には血管新生があり、2週目では約50%、4より8週目ではゞ全域に血行再開をみた。保存同種骨では血行再開の良好なものから、不良なものまでばらつきが認められた。再血行化に従って骨新生が起ってくる。(2)同種骨移植の骨形成。骨透明標本と同一の骨ブロックを用いた。骨形成能はテトラサイクリン多重標識を行なって蛍光像の強さと標識環の距離を観察し、また同一標本のマイクロラジオグラフィーを作製して経時的に比較検討した。冷凍、凍結乾燥同種骨においては自家骨よりも骨形成が遅延する。同種骨で著明な免疫組織反応がないことから、生着遅延は造骨細胞の生死や血管進入の起こり難いことが主な原因ではないかと思われた。自家、同種骨ともに、血管新生は常に骨新生に先行し、新生血管のない所では骨形成は起こりえないことがわかった。血管の内皮細胞が骨誘導現象に何らかの役割を持つことが示唆され、今後in vitroでの実験が必要である。2.骨移植の臨床臨床的に骨移植は力学的影響が少ない部に行なわれることが多い。我々は移植骨に力学的作用が及ぶ場合の骨癒合を検討した。すなわち人工骨頭置換時に寛骨臼蓋や臼底に移植した骨変化についてである。X線的には移植骨の関節面に骨透明帯をはさんで骨硬化が出現すると安定化と認められ、移植骨の圧潰は停止する。1.骨移植の実験同種骨移植は自家骨に比して骨の置換が遅延する。その機序として移植免疫と骨の保存・処理法の如何がある。今回は骨の保存法が骨形成に如何なる影響を与えるかの基礎的検討を行なった。即ち免疫反応を全く考虜せずにすむ自家骨に各種の保存処理を加え、自家移植を行ない、硬組識学的、X線学的に観察した。-80°C保存冷凍骨,凍結乾燥骨,脱脂骨,脱灰骨は新鮮自家骨に比して骨形成速度が遅延する。しかしこれら処理骨間では骨の置換に大きな差異はなかった。これからみると、新鮮自家骨は生きた造骨細胞や骨髄細胞の供給源となって骨新生にすぐれ、処理自家骨は生細胞がないため、自家骨といえども骨形成に劣る。骨形成の様式は骨伝導が主体のようである。今後は自家および同種骨について、微小血管造影を行ない、母床よりの血管進入の様式、速度を比較したい。2.骨移植の臨床主として骨腫瘍切除後に、自家骨、同種骨移植を行なった症例の臨床経過を調査中である。1.骨移植の実験(1)同種骨移植の骨形成,同種骨は自家骨に比して骨の生着が遅延する.今回は骨の保存法が骨形成に如何なる影響を与えるかの基礎的検討を行なった.自家骨に各種の保存処理を加え,自家移植を行なって,テトラサイクリンラベリング,マイクロラジオクラフィーにより骨形成を比較した. -80°C冷凍骨,凍結乾燥骨,脱脂骨,脱灰骨は新鮮自家骨に比して骨形成速度が遅延した.しかし各種処理骨間では骨形成能に大きな差はなかった.これは新鮮骨には生きた造骨細胞が含まれ,積極的に骨形成に関与し,一方処理骨は生細胞を含まぬため,骨成形が低下するものと考えられる.骨形成の様式は骨伝導が主体のようである.

(2)骨移植の血行再開について.新鮮自家骨では母床より2-3mmまでの血行再開は移植後1週目には認められ,類骨石灰化はこれより遅れ, 3週目頃より盛んに行なわれる.また血行の進入とともに骨梁間に間葉糸細胞の増殖が認められる.処理自家骨では血行の進入は遅れるが,血行が再開されると類骨石灰化は遅滞なく進行する.新鮮同種骨ではこの両者とも著しく遅れている.2.骨移植の臨床臨床例については,関節形成術時に骨欠損部に補填する移植骨の生着状況を観察した.寛骨臼底に骨釘・骨細片,摘出骨頭を盃状にしたもの,腸骨片を架橋したもの,の4種の骨移植術について, X線像,骨シンチグラムを比較した.移植骨はかなり早期に生着し,寛骨臼関節面に骨硬化像が出現する.荷重による力学的作用が移植骨の生着とリモデリングに関係深いものと推測された.1.骨移植の実験骨移植における骨片の再血行化と骨形成の関係に注目し、家兎腸骨を用いて移植実験を行なった。移植骨の種類として臨床的に広く用いられている自家骨と、将来が期待される凍結同種骨を用いた。微小循環の観察法として墨汁注入後、透明標本を作成し、微小血管の移植骨への進入をみた。骨形成はテトラサイクリン多重標識を行なって、その蛍光像を蛍光顕微鏡で観察し、また非脱灰標本を顕微X線撮影して、骨形成の推移をみた。対象とした自家骨移植では、2週目で移植骨の50%以上に再生血行を認め、4週目より8週目にかけて血管進入の程度は増し、深部にも到達した。凍結同種骨では自家骨に近い良好な再血行化を示すものから、血管進入が不良なものまでかなりのばらつきを示した。骨形成は移植骨周囲および母床境界部に著明であり、骨片深部への到達はかなり遅れる。自家、同種移植のいづれにおいても、血管新生は骨新生に常に先行し、新生血管のない部位では骨形成が起こりえないことが判明した。血管とくに血管内皮細胞が骨形成に強く関与しているであらうことが示唆される。組織学的には免疫反応の像は認めがたかった。2.骨移植の臨床的観察臼蓋形成不全を伴なう変形性股関節症や寛骨臼破壊が著明は慢性関節リウマチに対して、寛骨臼蓋や臼底に自家腸骨あるいは保存同種骨を移植して、人工骨頭置換のみを行なう手術法を行なってきた。この場合の移植骨の生着をX線像や骨シンチ像で追跡調査した。移植骨には寛骨臼との骨癒合がまず起こり、次に人工骨頭との間に一層の透明帯をはさんで骨硬化が出現する。内上方への移動は約1年7ケ月で停止する。この間骨シンチの集積はあるが、安定化とともに減少する。
林縁複層林の造成に関する基礎的研究

本研究は,下層の生育に有利な条件をもつ林縁付近を利用した複層林の造成をめざし,陽光と林縁の構造の関係について調査研究したものである。調査は,スギ人工林2林分,ヒノキ人工林1林分(異なった構造の2林縁),落葉広葉樹天然生林1林分,モミ天然林1林分の合計6林縁で林縁および林内の林分構造,光環境および下層植生の種構成や現存量を調査した。得られた主な結果は以下のとおりである。1.形成されて十分年数が経過した林縁では、林縁付近の林分現存量が林内よりも高い。しかし非破壊的方法(LA I-2000)による葉面積指数の測定によれば葉量の差はないと推察された。2.林内の光環境におよぼす林縁の影響は,人工林では林縁から上層木の樹高まで,天然林では樹高の1.5倍までであるが,林縁木の枝下高が低いと影響の範囲はきわめて狭くなる。3.林縁付近の下層植生の現存量は,下層植生が受ける陽光量に対応して減少するが,針葉樹人工林や落葉広葉樹天然林など林分の種類によって減少の程度が異なる。4.天然林の林縁付近に生育する高木種の稚樹の大部分は林分の構成種である。人工林の林縁付近でも,近くに天然林があれば少数の広葉樹の高木種稚樹が生育する。以上から,林縁付近の林内側の光環境の制御は林縁木の枝下高の調整による方法が妥当であること,人工林の林縁付近で広葉樹の高木種の育成が可能であることなどが示唆された。なお,アラカシの幼樹の樹冠構造を解析し,庇陰に対する適応について検討した。今後より多くの資料を加え、林縁構造の諸要因と光環境および下層木の成長と関係を解析し、それらの相互関係について簡略な数式化を試みたい。林縁付近の光環境と下層の植生や高木種の更新状況との関係を明らかにするため,平成5年度では,主に京都大学演習林でスギ人工林(芦生演習林),ヒノキの人工林(徳山試験地),落葉広葉樹二次林(芦生演習林)およびモミ・ツガ天然林(和歌山演習)などの林分構造の異なった林縁の構造や光環境と下層植生を調査し,林縁の影響について検討した。得られた主な成果は下記のとおりである。1)人工林で,林縁が成立してから充分時間の経過した林縁付近の胸高断面積合計は,林内の値に比べて多くなる。このことは,林縁付近の個体の成長が林内より大きいことを現し,葉の純同化率の増大とともに葉量の増加もその一因であると考えられる。2)林縁付近の林内の光環境に及ぼす林縁の影響は,林縁の構造によって異なり,影響の範囲がきわめて少ないものから,上層木の樹高程度までの場合が多く,最大でも樹高の約1.5倍までであった。しかし,この影響の範囲については,林縁の構造の他に,林縁の方位,傾斜,太陽高度,天候などの影響を受けると考えられるので,より広範囲の調査が必要である。3)下層の木本植物の種数や本数密度と林縁からの距離には一定の傾向が見いだせなかったが,地際断面積合計は林内への距離の増大とともに減少し,相対照度の変化によく対応している。

4)本研究で購入したLAI-2000による葉面積指数の測定により,林縁付近の上層木と下層植生の葉面積指数が,互いに関連し林内に向かって変化すると思われ,下層植生の下部の相対照度との関連など興味ある結果が見いだされたが,なお多くの調査による確認が必要であると考えられた。本研究は,下層の生育に有利な条件をもつ林縁付近を利用した複層林の造成をめざし,陽光と林縁の構造の関係について調査追究したものである。調査は,スギ人工林2林分,ヒノキ人工林1林分(異なった構造の2林縁),落葉広葉樹天然生林1林分,モミ天然林1林分の合計6林縁で林縁および林内の林分構造,光環境および下層植生の種構成や現存量を調査した。得られた主な結果は以下のとおりである。1.形成されて十分年数が経過した林縁では,林縁付近の林分現存量が林内よりも高い。しかし葉面積指数の非破壊的方法(LAI-2000)による測定では葉量の差はないと推察された。2.林内の光環境におよぼす林縁の影響は,人工林では林縁から上層木の樹高まで,天然林では樹高の1.5倍までであるが,林縁木の枝下高が低いと影響の範囲はきわめて狭くなる。3.林縁付近の下層植生の現存量は,下層植生が受ける陽光量に対応して減少するが,針葉樹人工林や落葉広葉樹林など林分の種類によって減少の程度が異なる。4.天然林の林縁付近に生育する高木種の稚樹の大部分は林分の構成種である。人工林の林縁付近でも,近くに天然林があれば少数の広葉樹の高木種稚樹が生育している。以上から,林縁付近の林内側の光環境の制御は,林縁木の下枝高の調整で行うことが妥当であると考えられた。針葉樹人工林の林縁付近で,光環境を調整することにより針広混交林の育成の可能性が示唆された。しかし,この限られた調査結果では,林縁の構造と光環境の関係を具体的に普遍化することは困難であった。今後より多くの林縁の調査を加えて,林縁構造の諸要因と光環境の変化との関係を解析し,簡略な数式化を試みたい。
イオン性液体の組織化による異方的イオン・物質輸送材料の構築

分子の自己組織化を利用して、階層的な秩序構造を有する高機能性材料を構築していくことは、21世紀の重要な研究課題の一つである。特に、電子・イオン伝導性を有する有機材料は分子デバイス・情報材料・エネルギー材料への展開が期待されている。この中で、我々は、高イオン伝導性を示す有機溶融塩であるイオン性液体に着目した。本研究では、イオン性液体の構成部位となっているイミダゾリウム塩を液晶の自己組織化能を利用して多様な秩序を持たせて配列させ、低次元でイオンを異方的に輸送する材料を構築することを目的とした。イミダゾリウム塩を液晶誘導体化することにより、2種類の異方的イオン伝導材料が得られたので以下に示す。(1)1次元イオン伝導性カラムナー液晶親油性基およびイミダゾリウム基からなるブロック構造を有する扇状分子を設計・合成した。この分子は室温を含む幅広い温度範囲でカラムナー液晶性を示した。液晶相では、イオン性部位がナノ相分離によりカラムの内側に自己組織化することがわかった。カラムナー液晶に機械的なせん断を印加することにより、カラム構造をマクロスコピックなスケールで均一に配向させることに成功し、異方的な1次元イオン伝導性を温度の関数として初めて測定した。(2)2次元イオン伝導性高分子フィルム異方的イオン伝導構造を自己組織化により形成した場合、刺激により構造の変化しない安定な材料が必要な場合がある。そこで、メタクリル基を導入したスメクチック液晶性イミダゾリウム塩を合成した。これらの分子はスメクチックA相において、ガラス基板上で自発的にホメオトロピック配向したモノドメイン構造を形成した。この配向した液晶を光重合することにより、層状ナノ構造を有する自立性高分子フィルムが得られた。これらのフィルムは異方的な2次元イオン伝導性を示した。イオン活性機能を有する有機材料として、近年、イオン性液体が注目を集めている。本研究では、イオン性液体の構成部位となっているイミダゾリウム塩などのイオン活性部位を、液晶の自己組織化能を利用して多様な秩序をもたせて配列させ、新しい機能性材料とすることを目的とした。1.秩序構造制御による1次元高速イオン伝導材料の構築トリス(アルキルオキシ)フェニル基を有する扇状構造のイミダゾリウム型イオン性液体を設計した。分子の自己組織化には、イオン活性部位と非イオン活性部位のナノメートルレベルの相分離構造の形成を活用した。オクチル鎖のイオン性液体は-29133°C、ドデシル鎖のイオン性液体は17183°Cで、イオン性部位をカラムの中心に組織化したヘキサゴナルカラムナー液晶相を形成した。液晶状態でせん断を印加することにより、カラム構造を均一に欠陥なく基板上に配向させた。この配向したイオン活性液晶の異方的イオン伝導性を温度の関数として交流インピーダンス法により測定した。カラム軸に平行な方向のイオン伝導度は垂直な方向のイオン伝導度よりも高い値を示した。これは、芳香族アルキル部位がイオン絶縁層として機能することにより、イオンがカラムの軸に沿って1次元的に伝導したためと思われる。さらに、これらのイオン活性液晶にリチウム塩をドープすることによって、カラム軸方向の伝導性と伝導度の異方性を同時に向上することに成功した。2.重合による構造の静的安定化異方的構造を有する自立性イオン伝導材料の構築を目的とし、重合基としてアクリル基やメタクリル基を導入した棒状および扇状構造のイミダゾリウム型イオン性液体モノマーを合成した。これらのイオン性液体はそれぞれスメクチック液晶相、カラムナー液晶相を形成した。

液晶状態でモノマーを均一配向させたまま光重合することにより、異方的1・2次元イオン伝導性を示す高分子フィルムの作製に成功した。イオン活性機能を有する有機材料として、近年、イオン性液体が注目を集めている。本研究では、イオン性液体の構成部位となっているイミダゾリウム塩などのイオン活性部位を、液晶の自己組織化能を利用して多様な秩序をもたせて配列させ、異方的にイオン・物質を輸送する新しい機能性材料を開発することを目的とした。アクリル重合基をもつ扇状構造のイミダゾリウムイオン性液体モノマーを合成した。液晶性発現には、イオン性部位(イミダゾリウム部位)と非イオン性部位(芳香族アルキル部位)のナノ相分離形成を活用した。この化合物は2050°Cまでヘキサゴナルカラムナー液晶性を示した。液晶状態においてせん断を印加することにより、カラム構造をせん断方向に均一ホモジニアス配向させることに成功した。また、シランカップリング剤で表面処理したガラス基板上では、カラムが自発的に均一垂直配向することを見出した.液晶状態のモノマーに紫外光照射することにより重合を行なった。その結果、カラムの均一な配向秩序を維持した透明で機械的に安定な高分子フィルムが得られた。これらの配向フィルムの異方的なイオン伝導度を温度可変交流インピーダンス法により測定した。カラム軸に平行な方向のイオン伝導度は垂直な方向のイオン伝導度よりも高く、100°Cにおいて約1500倍の異方性値が得られた。これはカラムの軸に沿ってイミダゾリウムイオン性部位からなる一次元的なイオン伝導パスが形成されているためと考えられる。
動的再編成機能を有するニューラルネットワークを用いた頑健な制御器の進化的構築

近年,歩行ロボット,特に2足歩行ロボットに関する研究が活発に行われるようになった.従来の歩行制御では,環境ならびにロボットの厳密なモデルに従って軌道計画を立て,その軌道に追従することで歩行制御を行っていたが,絶えず変化する環境下では実時間で対応できなかった.これに対して,生物は未知環境下でも適応的に歩行を行う.生物の歩行は,中枢パターン生成器とよばれる神経系により生成されることが知られている.この知見に基づき,生物の神経回路をモデル化して歩行制御を行う研究が近年注目を集めている.従来の神経回路モデルは,一定結合によりその回路構造が構築されているため,出力が一定となり,定常的な歩行しか生成できずにいた.絶えず複雑に変化する環境下にて行動するためには,神経回路モデル自身が状況に応じてその性質を適切に変化させる必要がある.そこで、本研究では,実際の神経系にて観察される神経修飾と呼ばれる現象に着目し,状況に応じて実時間で行動を調節・遷移させる神経回路モデルの構築を目指した.シミューレーションにおいては,3次元動力学シミュレータにより2足歩行ロボットをモデル化した.提案する神経回路モデルの構築には,進化的計算手法を用いた.シミュレーションの結果,2足ロボットモデルは,進化過程において経験していない環境(斜面,外乱等)に対して適切に対処していることがわかった.また,状況に応じて歩行と足踏みという異なる運動パターンの実時間行動遷移を可能とすることを確認した.提案手法は,神経回路モデルを用いた場合適切なセンサフィードバックシステムとなりうることも示した.今年度は,国内会議1件,国際会議2件,学術論文2件で発表し,現在1件の論文を投稿中である.近年,歩行ロボット,特に2足歩行ロボットに関する研究が活発に行われるようになった.従来の歩行制御では,環境ならびにロボットの厳密なモデルに従って軌道計画を立て,その軌道に追従することで歩行制御を行っていたが,絶えず変化する環境下では実時間で対応できなかった.これに対して,生物は未知環境下でも適応的に歩行を行う.生物の歩行は,中枢パターン生成器とよばれる神経系により生成されることが知られている.この知見に基づき,生物の神経回路をモデル化して歩行制御を行う研究が近年注目を集めている.従来の神経回路モデルは,一定結合によりその回路構造が構築されているため,出力が一定となり,定常的な歩行しか生成できずにいた.絶えず複雑に変化する環境下にて行動するためには,神経回路モデル自身が状況に応じてその性質を適切に変化させる必要がある.そこで、本研究では,実際の神経系にて観察される神経修飾と呼ばれる現象に着目し,状況に応じて実時間で行動を調節・遷移させる神経回路モデルの構築を目指した.シミューレーションにおいては,3次元動力学シミュレータにより2足歩行ロボットをモデル化した.提案する神経回路モデルの構築には,進化的計算手法を用いた.シミュレーションの結果,2足ロボットモデルは,進化過程において経験していない環境(斜面,外乱等)に対して適切に対処していることがわかった.また,状況に応じて歩行と足踏みという異なる運動パターンの実時間行動遷移を可能とすることを確認した.提案手法は,神経回路モデルを用いた場合適切なセンサフィードバックシステムとなりうることも示した.今年度は,国内会議1件,国際会議2件,学術論文2件で発表し,現在1件の論文を投稿中である.
ヒトES/iPS細胞の維持と分化におけるプラズマ照射効果と分子生物学的基盤の形成

低周波低温大気圧プラズマを生体に照射すると、様々な生体組織からの応答が認められ、プラズマの医療への応用が行われている。しかし、細胞応答の機構はほとんど明らかにされていない。本研究は、多能性を持ち、生体を構成するすべての細胞へと分化する胚性幹細胞(ES細胞)や人工多能性幹細胞(iPS細胞)を用いて、プラズマ照射が正常な細胞の分化に与える影響を明らかにすることを目的としている。本年度は、プラズマ照射培地に生じるNO2-、NO3-濃度の計測とそれが与えるマウスES細胞の分化への影響を検討した。60秒のプラズマ照射により、培地中にNO2-とNO3-が合計して2 μM生成された。Diethylenetriamine nitric oxideを培地に加え、対応する濃度の活性窒素種を培地中に発生させ、胚様体(EB)を形成させて検討を行った。EBの大きさや形態には変化がなく、これらの活性窒素種は、EBの増殖には関わらないことが分かった。さらに、分化マーカーの発現を検討した所、中胚葉と内胚葉の分化が促進された。前年度までの解析で、プラズマ照射培地では、EB形成に際し、中胚葉と内胚葉の分化が阻害され、これが、H2O2以外の活性種によるWntシグナルの阻害に起因することが分かっている。本年度の解析から、この原因となる活性種は、NO2-とNO3-でないことが明らかになった。加えて、ヒトiPS細胞に与える効果も検討した。プラズマ照射がシグナルに影響を与え、ヒトiPS細胞の未分化性維持に影響することがわかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。低周波低温大気圧プラズマを生体に照射すると、様々な生体組織からの応答が認められる。このため、低周波低温大気圧プラズマの医療への応用が行われようとしている。胚性幹細胞(ES細胞)は、多能性を持ち、生体を構成するすべての細胞へと分化する。マウスES細胞は、LIFを除いて浮遊培養すると、マウス胚を模した分化過程を経て、エピブラスト(着床後胚)から、三胚葉(内胚葉、中胚葉、外胚葉)で構成される胚様体へと分化する。我々は、この分化系を用い、プラズマ照射の分化に与える影響を検討している。前年度までの研究で、細胞への直接のプラズマ照射の有無にかかわらず、プラズマ照射した培地で培養すると、エピブラストへの分化が促進され、それに続く中胚葉と内胚葉分化の抑制、外胚葉から神経分化の促進が起こることが明らかになった。本年度は、これらに関わる分子種を明らかにした。冷蔵保存した培地でも同様な効果が認められたため、本効果は、プラズマ照射した培地中の寿命の比較的長い分子種に由来すると考えられた。そこで、プラズマ照射した培地中のH2O2と等量のH2O2をプラズマ照射していない培地に加え、検討を行った。中胚葉と内胚葉分化の抑制にはH2O2以外のプラズマ照射特有の分子種が関与し、エピブラストへの分化の促進と外胚葉分化から神経分化の促進にはH2O2が主に関与していた。また、エピブラストへの分化と外胚葉分化から神経分化の促進では、リン酸化ERKが増加しており、FGFシグナルの活性化が分化促進の原因になっていた。中胚葉と内胚葉分化の抑制では、Wntシグナルが抑制されていることも明らかになった。これらの事実から、プラズマ照射が、産生する活性酸素種を介して分化に関わるシグナルを制御し、細胞の分化に影響を与えることが明らかになった。プラズマ照射が、産生するH2O2などの活性酸素種などを介して分化に関わるシグナルを制御し、細胞の分化に影響を与えることを明らかにすることができ、計画は、おおむね順調に進んでいる。論文の出版、関連特許の提出も行った。

今後は、以下の2点について、検討を行う。(1)中胚葉と内胚葉の分化の抑制を引き起こしているWntシグナルの抑制には、H2O2は関わっていなかった。今年度は、Wntシグナルの抑制にどのような分子種が関わっているか明らかにする。(2)ヒトES細胞とiPS細胞において、同様な効果があるか、検討を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。