hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胸腺内分化過程におけるT細胞レセプターの遺伝子再構築を抑制する分子機構

RecombinaseはT及びB細胞で共通であるにもかかわらず、TCR遺伝子はT細胞で特異的に再構成する。又、TCRのb鎖はa鎖に先行して遺伝子再構成することが知られている。本研究では、この細胞系列及び分化段階特異的事象を制御している因子を明らかにすることを目指し、再構成と同様に遺伝子DNAに変化を生じるTCR遺伝子のgermline(GL)転写を分化段階特異的に誘導する因子を解析した。まず、異なる胎令期のマウス胸腺を解析することにより次の2点を明らかにした。(1)a及びb鎖とも、遺伝子再構成はGL転写に先行する。(2)a鎖とb鎖遺伝子間では、GL転写の分化段階に違いを見い出した。しかも、そのズレはJ断片において著名であるが、V断片ではほぼ同時期であった。この結果は、a及びb鎖遺伝子各々のenhancerは同分化段階で転写活性をもつことを意味し、両鎖遺伝子の転写が分化段階によって異なるのはenhancerのみでは決定されないこと、特にJ断片の転写はその他の因子が関与することが示唆された。そこで、Ja断片の転写活性化を抑制する因子の検索を開始した。まず、Ja49の転写開始点を決定した後その上流域約1Kbp単離し、luciferaseをreporter geneとして同領域の転写制御機能を解析した。その結果、(1)Ja49上流域に転写抑制部位の存在することを示唆するデータが得られた。(2)一方、Ja断片の転写はpre-TCRにより誘導されるることを明らかにした。さらに、T細胞特異的T細胞因子であるGATA3はT細胞は誘導できないがTCR遺伝子断片に脱メチル化を誘導することをJb断片により示し、GATA3によるTCR遺伝子のDNAを再構成或いは転写可能な状態に誘導する機能が示唆された。
空心単相高温超電導変圧器および超小型・軽量の交流大電流電源の開発

高温超電導電力機器開発の進展のためには,その機器に用いる高温超電導線材の通電特性をあらかじめ把握しておくことが非常に重要であり,そのためには大電流を通電可能な電源が必要となる。しかしながら,大電流通電可能な特に交流電源は,非常にサイズと重量が大きく,大学研究室などの小規模な研究所には導入が困難である。このことが高温超電導機器の開発の進捗を妨げる一要因となっている。そこで,本研究では,超小型・軽量の交流電源を指向した,空心高温超電導変圧器を用いた電源の開発を行っている。今年度は,出力電流の目標を60 Hzにて1 kApeakとし,それを実現可能な空心高温超電導変圧器の設計,作製および出力電流の特性評価を行った。変圧器の構造は一次巻線および二次巻線ともにシングルパンケーキ型とした。この構造の場合,巻数に対するインピーダンスを高くすることができ,両巻線を密着させることで磁気結合度も高くすることができるため,励磁インピーダンス十分大きくすることができ,空心でありながら,必要な出力電流(変流比)を得ることができる。なお,高温超電導線はテープ形状をしているため,シングルパンケーキ型は作製し易く,かつ巻線時に線材に不要な応力がかからないため,線材にとって適した構造でもある。一次巻線の巻数を200ターン,二次巻線を1ターンとして変圧器を作製し,出力電流を測定したところ,60 Hzにて一次電流30 Apeakにおいて二次電流1 kApeakを得ることができ,その波形にはひずみ(高調波の含有)も無かった。市販電源と比べて,サイズは1/300程度,重量は1/200程度(変圧器に接続する一次電源,液体窒素容器および液体窒素を含む)となり,小型・軽量化に成功した。当初計画として,最初の2年で空心高温超電導変圧器の最適設計と作製を行い,最後の1年で実証試験を行う予定としており,1年目において,1 kApeakの出力と小型・軽量化を達成したことから,おおむね順調に進展していると判断する。1 kApeakの出力に成功したものの,周波数は60 Hzのみである。本電源では,周波数の最大値の目標を1 kHzとしており,さらなる高い周波数での出力を達成する必要がある。そのために,変圧器のもれインダクタンスの低減を指向した構造の改善などを行っていく。また,今年度の研究過程において,変圧器の二次巻線に常電導転移時における自己保護特性を持たせられる可能性が示唆される実験結果が得られた。本変圧器も含め,一般に超電導機器では常電導転移が生じると過大な温度上昇による焼損などの事故が起きる可能性があるため,それに対する保護システムを設置することが必須である。本研究で得られた自己保護特性により,その保護システムを簡素化できる可能性があり,これについても並行して進めていく。

本変圧器も含め,一般に超電導機器では常電導転移が生じると過大な温度上昇による焼損などの事故が起きる可能性があるため,それに対する保護システムを設置することが必須である。本研究で得られた自己保護特性により,その保護システムを簡素化できる可能性があり,これについても並行して進めていく。電気学会中国支部奨励賞受賞・山西隆仁:平成30年度(第69回)電気・情報関連学会中国支部連合大会・天雲捷太:平成30年度(第69回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
悪性脳腫瘍に特異的な武装化細胞障害性T細胞を用いた養子免疫療法の開発

悪性グリオーマに対する免疫療法は、ペプチド等を用いた能動的免疫療法を中心に行われている。この方法は、患者自身の免疫力を高めることを狙った治療法であり、患者の免疫力が低下して免疫応答がうまく導けない場合には効果が期待できないという点で治療の限界が生じる。本研究による方法では、エフェクター細胞であるCTLに腫瘍特異性を持たせて体外で増やした後に患者に投与する受動免疫療法の基礎を築くものであり、この方法を用いた養子免疫療法は免疫力が低下あるいは抑制されている患者においても試験管内で狙った特定の免疫細胞を強力に誘導、活性化することによって効果が期待できるという点で魅力的な治療法である。またペプチドワクチン免疫療法のようなHLAの型による治療適応の制限がなく、より多くの患者に対して治療が行えることも利点である。悪性グリオーマの治療としては、他に同様の報告はされておらず、極めて独創的である。本研究により遺伝子改変CTLの強い抗腫瘍効果が示されれば難治性腫瘍である悪性グリオーマに対する新たな治療戦略として期待され、今後の発展の基礎となるものであり極めて意義深いものになると考えられる。平成21年度は、抗EGFRvIIIモノクロナール抗体とそれを単鎖抗体化したペプチドから得られた遺伝子情報と細胞内シグナル伝達の役割を果たすヒトCD3ζの可変領域とCD3ζをつなぐCD8α遺伝子情報を元に、TCRの可変領域部分を抗EGFRvIII抗体とし細胞内シグナルドメインとしてCD3ζを結合させたDNAフラグメントを作成した。抗EGFRvIII抗体遺伝子が正しく組み込まれたかを調べるために、完成したDNAフラグメントをプラスミドベクターに組み込んで血球細胞株に遺伝子導入後、RT-PCRやウエスタンブロッティング法、フローサイトメトリーによって発現を確認した。
混晶の成長機構と相安定性に関する研究

準平衡成長法である液相成長法を用いて、(GaAl)As,Ga(P,N),InGaAsP(GaAs)Sbの成長を行なった。これらの結晶に関し、フォトルミネッセンス法空間分解フォトルミネッセンス法をはじめ各種の物質分析法を用いて成長結晶の組成、組成不均一分析等を調べた。その結果混晶成長機構、非混和性につき次の知見を得た。先ず混晶成長機構に関しては、混晶組成比は原子ステップのキンクにおける原子のやりとりだけで決まるのではなく、ステップ端における原子のやりとりが重要であり、これによって組成分均一が起ることが示された。又、混晶の非混和性に関しては、InGaAsP結晶の非混和領域が面方位依存性を持つことを明らかにした。即ち、GaAs(100)基板上への成長の方が(111)A基板の場合より広い非混和領域を持つことがわかった。これは、成長層と基板とのひずみに起因する現象であると考えられる。又、【III】-【V】化合物半導体の状態図に関するデータベースを作成する作業を行なうとともに、Al-In-Sb系、Ga-As-Sb系およびGa-In-P系においては、発表されているデータが少ないので独自に実験を行ない必要な熱力学データを決定した。同様の準平衡成長の他の例としてハロゲン気相成長をとりあげ、(InGa)P混晶のハロゲン系による成長の熱力学的解析を行なった。これによると、混晶組成は、成長表面で完全平衡となるモデルにより理論的に充分予測できることを示した。又、非平衡成長法として知られるMOCVD法に関しても熱力学的解析を行なった。それによると、【III】族元素について完全分解を、【V】族元素については完全平衡を仮定することにより熱力学的手法で充分解析することが可能であることを示した。
カンキツ果実におけるCitCCD4の転写因子の単離および機能解析

β-シトラウリンは、赤色のC30のアポカロテノイドであり、この色素がカンキツ果実のフラベド(果皮部分)に蓄積することにより、果実は赤みがかった濃い橙色を呈する。CitCCD4はβ-シトラウリンの生合成に関わる重要な酵素遺伝子であり、β-シトラウリンの蓄積したカンキツ果実のフラベドにおいてのみ遺伝子の発現が認められる。本研究課題では、このCitCCD4遺伝子の発現を制御する転写因子を単離し、アグロインジェクションを用いて、単離した転写因子の機能解析を行うことを目的としている。平成30年度は,平成28年度に選定した転写因子に加えて、`山下紅早生'および`宮川早生'の果皮を用いてRNA-Seq解析を行うことにより、新たな候補転写因子をさらに探索した。その結果、`山下紅早生'および`宮川早生'の2品種間において2倍以上の遺伝子発現レベルに差がある遺伝子、かつ、成熟過程においてCitCCD4と類似した発現パターンを示した12種類の転写因子とされる候補遺伝子を選定した。平成29年度と同様にCitCCD4のプロモーター領域を導入したタバコに、一過性発現ベクターにライゲートしたCitCCD4の転写因子を導入し、選定した候補の遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するか調査した。その結果、選定した転写因子のうちの1つについて、僅かだかGUS染色のスポットが認められた。以上のように選定した候補の遺伝子の1つについて、CitCCD4の転写因子として機能する可能性が示唆された。CitCCD4はβ-シトラウリンを生合成に関わる重要な酵素遺伝子であり、β-シトラウリンの蓄積したカンキツ果実のフラベドにおいてのみ遺伝子の発現が認められる。本研究課題では、このCitCCD4遺伝子の発現を制御する転写因子を単離し、アグロインジェクションを用いて、単離した転写因子の機能解析を行う。平成28年度は,マイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析により,βーシトラウリン生成に関わるCitCCD4の転写因子と想定される候補遺伝子を探索した。CitCCD4の遺伝子発現は,β-シトラウリン含量が高いウンシュウミカンの`山下紅早生'で高い発現レベルを示し,一方,β-シトラウリンが蓄積しない`宮川早生'では非常に低い発現レベルを示すことが分かっている。この品種間差を利用するために,緑色時期の9月,果皮色が変わりはじめる10月,着色した12月の`山下紅早生'と`宮川早生'を使用し,フラベド(果皮部分)からRNAを抽出した。2品種における遺伝子発現解析をマイクロアレイにより行った。2品種間において2倍以上の遺伝子発現レベルに差がある遺伝子の中から、CitCCD4と類似した発現パターンを示した3種類の転写因子とされる候補遺伝子を選定した。これらの候補遺伝子についてリアルタイムPCRによる遺伝子発現解析を行ったところ,CitCCD4と類似し`山下紅早生'のみ9月から12月にかけて急速な増大が認められた。今後、これらの候補遺伝子について、機能解析を行う予定である。平成28年度は、βーシトラウリンを蓄積するウンシュウミカンの`山下紅早生'とβーシトラウリンを蓄積しない`宮川早生'のフラベド(果皮部分)からRNAを抽出し、マイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を行った。`山下紅早生'および`宮川早生'における結果を比較したところ、2品種間において2倍以上の遺伝子発現レベルに差がある遺伝子の中から、CitCCD4と類似した発現パターンを示した3種類の転写因子とされる候補遺伝子を選定した。これらの結果から、次年度以降に予定している転写因子の機能解析に繋がる研究成果を得ており、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。本研究課題では、このCitCCD4遺伝子の発現を制御する転写因子の単離し、アグロインジェクションを用いて、単離した転写因子の機能解析を行うことを目的としている。平成29年度は,平成28年度に選定したCitCCD4の転写因子の機能解析を行った。転写因子の機能解析は、CitCCD4のプロモーター領域を、アグロバクテリウムを用いて組み込んだタバコを使用した。具体的には、2kbpのCitCCD4プロモーター領域を、植物バイナリーベクターpZK3B-GUSにライゲートした。ライゲートしたベクターをAgrobacterium tumefaciensに導入し、タバコのリーフディスクをプロモーターを含むアグロバクテリウムに感染させた。葉に対しPCRとサザンハイブリダイゼーションを用い、遺伝子のコピー数を調査した。組換えタバコは13作製、5つはシングルコピーであった。また、一過性発現ベクターpBI121FLBに選定した転写因子の1つであるC07903をライゲートした。

pBI121FLB-CitC07903ベクターはAgrobacterium tumefaciens EHA105に導入した。プロモーター領域を導入したタバコに、一過性発現ベクターにライゲートしたCitCCD4の転写因子を導入し、選定した候補の遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するか調査した。今回の実験した結果では、GUSによる染色が認められなかった。平成29年度は、平成28年度に選定したCitCCD4の転写因子の1つであるC07903遺伝子の機能解析を行った。機能解析では、CitCCD4のプロモーター領域を、アグロバクテリウムを用いて組み込んだタバコを使用した。プロモーター領域を導入したタバコに、一過性発現ベクターにライゲートしたCitCCD4の転写因子のC07903遺伝子を導入し、選定した候補の遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するか調査した。今回の結果では、残念ながらC07903遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するかどうか確認することはできなかった。しかし、転写因子の機能解析は順調に行っていることから、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。β-シトラウリンは、赤色のC30のアポカロテノイドであり、この色素がカンキツ果実のフラベド(果皮部分)に蓄積することにより、果実は赤みがかった濃い橙色を呈する。CitCCD4はβ-シトラウリンの生合成に関わる重要な酵素遺伝子であり、β-シトラウリンの蓄積したカンキツ果実のフラベドにおいてのみ遺伝子の発現が認められる。本研究課題では、このCitCCD4遺伝子の発現を制御する転写因子を単離し、アグロインジェクションを用いて、単離した転写因子の機能解析を行うことを目的としている。平成30年度は,平成28年度に選定した転写因子に加えて、`山下紅早生'および`宮川早生'の果皮を用いてRNA-Seq解析を行うことにより、新たな候補転写因子をさらに探索した。その結果、`山下紅早生'および`宮川早生'の2品種間において2倍以上の遺伝子発現レベルに差がある遺伝子、かつ、成熟過程においてCitCCD4と類似した発現パターンを示した12種類の転写因子とされる候補遺伝子を選定した。平成29年度と同様にCitCCD4のプロモーター領域を導入したタバコに、一過性発現ベクターにライゲートしたCitCCD4の転写因子を導入し、選定した候補の遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するか調査した。その結果、選定した転写因子のうちの1つについて、僅かだかGUS染色のスポットが認められた。以上のように選定した候補の遺伝子の1つについて、CitCCD4の転写因子として機能する可能性が示唆された。平成29年度は、平成28年度に選定したCitCCD4の転写因子の機能解析を行う。転写因子の機能解析は、CitCCD4のプロモーター領域を、アグロバクテリウムを用いて組み込んだタバコを用いる。プロモーター領域を導入したタバコに、一過性発現ベクターにライゲートしたCitCCD4の転写因子を導入し、選定した候補の遺伝子がCitCCD4の転写因子として機能するか調査する。また、`山下紅早生'および`宮川早生'のフラベドを用いてRNA-seq解析を行い、CitCCD4の転写抑制因子についてもスクリーニングを行う予定である。
原子核ニュートリノ反応の精密理論解析

本研究課題では、まず重力崩壊型超新星の爆発過程における軽元素ニュートリノ反応の役割を調べた。爆発過程の環境での、2核子散乱における重陽子レプトン生成及び重陽子の電子捕獲反応によるニュートリノ生成率の解析を行い、重陽子をふくむ反応が衝撃波の発展に重要な寄与をする可能性を示した。一方GeV領域ニュートリノ反応の研究では、ニュートリノエネルギー分布を再構成する新たな方法を提案した。従来、ニュートリノ混合パラメタの抽出には、ニュートリノ原子核反応の準弾性散乱過程を用いてきた。ここでは、最大エントロピー法を用い反応過程を特定しないミュー粒子包含断面積からニュートリノフラックスの再構成が可能な事を示した。本研究の目的は(1)超新星の爆発過程において少数核子系におけるニュートリノ反応による加熱、冷却過程の提唱とその役割を調べること。(2)GeV領域におけるニュートリノ原子核反応において原子核模型依存性を最小限に止めるニュートリノフラックス抽出方法を提案することにある。(1)に関しては、最近超新星爆発のシミュレーションにより我々が求めた重陽子におけるニュートリノ吸収過程を取り入れた解析が行われ、重陽子の存在により衝撃波が大きく成長することが示唆された。これにより少数核子系のニュートリノ反応の重要性がますます広く認識されるようになってきた。本研究では、2核子系のニュートリノ反応の定式化を行い、ニュートリノ生成過程の解析を行った。超新星爆発シミュレーションの研究者から超新星爆発時の温度、密度、核種の組成の情報の提供を受け、重陽子によるニュートリノ発生率を解析した。その結果重陽子によるニュートリノ生成率は主要過程である核子と同程度の大きさになることが明らかにされた。(2)に関して、原子炉ニュートリノの実験によるニュートリノ振動角Θ13が有限の大きさを持つという実験結果が報告され大きな話題となった。これにより、ニュートリノ物理の次の大きな目標であるCPの破れが存在する可能性が開けた。このためには、ニュートリノフラックスを現在よりもさらに精度よく抽出することが重要となってくる。本研究では、最大エントロピーの方法を用い、T2K実験におけるニュートリノフラックスで平均化された包括的ミュー粒子生成断面積から、ニュートリノフラックスが得られることを示すことができた。これは準弾性散乱過程に強く依存していた従来の方法とは異なり、新たなユニークな方法を提案する研究となった。本研究では(A)超新星の爆発過程と少数核子系ニュートリノ反応および(B)GeV領域におけるニュートリノ原子核反応の課題をすすめる。今年度、(A)ついて超新星の爆発過程における重陽子の関与するニュートリノ生成機構の研究を行った。ここでは重陽子の電子捕獲によるニュートリノ放出、2核子散乱におけるニュートリノ放出にともなう重陽子生成過程の解析を行った。超新星爆発シミュレーションの研究者から、コアバウンス後約150msにおけるスナップショットとして温度、核子、電子など各粒子の密度の情報の提供を受け、開発した重陽子反応解析をもちいてニュートリノ放出率を調べた。その結果、新たに考察した重陽子をふくむ反応過程が衝撃波の発展に重要な寄与をする可能性があることが示された。この新しい反応機構が、実際の爆発過程にどのように影響を受けるのかをさらに調べるため超新星爆発シミュレーションの研究者に成果を提供する準備を進めている。(B)については共鳴領域におけるニュートリノ核子反応の解析を進めた。光子、パイ中間子をプローブとした核子における中間子生成反応の解析が進んだことから、この定式化を中間子共鳴の研究に応用した。またさらにPCACを用いた前方のニュートリノ反応の研究をすすめた。これまでデルタ共鳴以上の高いエネルギー領域におけるニュートリノによる中間子生成反応についてはほとんど理論的研究がなかったが、今回パイ中間子をプローブとした反応の結果を応用することにより、前方のニュートリノ散乱によるパイ中間子のみならずさまざまな中間子生成反応率に関する信頼できるデータを提供できることになった。これらの成果は2編の学術論文、5回の国際研究集会における招待講演において発表した。(1)超新星の爆発過程と少数核子系ニュートリノ反応:超新星爆発の環境下で、比較的物質密度の小さい領域において、よい近似でニュートリノ生成率を簡便に評価することができる、非縮退近似によるニュートリノ生成率公式を計画どおり導いた。これは超新星爆発シュミレーションを行っている研究者に提供し、ニュートリノ重陽子反応に関する研究成果を超新星爆発に応用し、発展させるために共同研究をさらに進めていく予定である。今年度はさらに物質中における重陽子の性質とニュートリノ反応の研究を進めた。超新星爆発では、通常の原子核物質密度程度から非常に密度の小さい領域までの、幅広い環境においてニュートリノが生成、吸収され、物質中のニュートリノ反応の解析が求められている。我々は、温度グリーン関数の方法を用い、T行列近似による定式化を行った。

解析の結果、原子核物質密度の1割程度の領域では、2核子は束縛せず、ニュートリノ放出率が減少すること、さらに、これらの領域では重陽子が短寿命となることを示した。(2)GeV領域におけるニュートリノ原子核反応:最大エントロピー法を深非弾性散乱領域への適応に関しては原子核パートン分布関数を用意する段階まで進んでいる。一方高エネルギー領域のニュートリノ反応については、重陽子におけるニュートリノによるパイ中間子生成反応の研究を行った。核子、パイ中間子の終状態再散乱の効果を取り入れた解析を行い、これまでのインパルス近似の妥当性を調べた。その結果nu + d ー>mu- +pi+ + p + nなど終状態2核子がpnペアとなる反応では核子間終状態相互作用を取り入れることが非常に重要であることが判明した。この反応はニュートリノによるパイ中間子生成過程に対する現在唯一の素過程に関するデータである。この研究はさらに発展させて、ANL,BNLの泡箱データの詳細な再解析を進めていく。原子核理論申請当初の研究目的は'(1)超新星の爆発過程において少数核子系におけるニュートリノ反応による新たな加熱、冷却機構を提案し、その重要性を解明する。(2)GEVエネルギー領域のニュートリノ原子核反応において、原子核模型依存性を最小限にとどめるニュートリノフラックス抽出方法を開発する。また反応理論の精密化、ニュートリノによる中間子生成過程の解析も行いニュートリノ混合パラメタの解析に寄与する。'ことであった。この当初目的の大部分は、現在ほぼ達成できていると考えている。これまで代表者らが開発してきた準弾性散乱過程、デルタ共鳴領域におけるパイ中間子発生をともなうニュートリノ反応模型を用いることで、最大エントロピー法による逆問題の解法がニュートリノフラックスの解析においては機能することが示され、計画の有用性が示された。この成果により研究の大きな不確定要因は取り除かれ、最終年度は抽出されたニュートリノフラックスの誤差、反応過程依存性など詰めの研究を行うことになる。また重陽子におけるニュートリノ反応の解析においても、主要部分の解析は終了することが出来、解析結果を集約する段階にある。現在、超新星爆発の研究者に成果を提供するため、シミュレーションに容易に取りこめる形の非縮退近似によるニュートリノ生成率公式を導いている。これらの成果は学会発表を行い、国際会議における発表を予定している。また成果の一部はすでに雑誌に投稿中である。研究目的にある(A)超新星の爆発過程と少数核子系ニュートリノ反応および(B)GeV領域におけるニュートリノ原子核反応、それぞれの課題についてほぼ当初の計画研究どおりに成果をあげることができた。2核子散乱における重陽子、重陽子における電子捕獲反応など重陽子の関与するニュートリノ生成過程の解析コードを完成することができた。
符号語長のオーダーを抑えた正整数のユニバーサル符号化

正整数のユニバーサル符号化、すなわち、任意の生起確率分布を想定した特に上限が限定されない正整数の符号化について4年間の研究活動を行った。成果は大きく2に分けられ、それぞれ更に2つに分けられる。1.数十や数千程度という実用的によく現れる範囲の正整数の符号化性能も良好なユニバーサル符号の研究では、(1)メッセージ長のグループ化に等比数列を用いることで、よく現れる比較的小さい正整数でも符号化性能が従来符号と同程度で、大きな整数での符号化性能として漸近的に最適という性質を有する符号を提案した。符号語が、長さ順、値順、辞書式順序を保存するという性質も有する。(2)画像のフラクタル表現において、アフィン変換のパラメータを正整数の符号化のグループ化方式によって分類する符号を提案した。復号側での収束計算結果の範囲を符号化側で推定できることから、収束範囲を制御することにより、従来不可能と考えられていた可逆フラクタル表現が可能であることを示した。2.現在理論的に知られている符号語長の限界に一層近づいた具体的な符号語生成を行うユニバーサル符号の研究では、(1)一定の範囲で計算誤差を許容する形で、数値計算を用いて符号語を割り当てる正整数符号を提案した。修正対数スター関数と呼ばれる符号語長のオーダーでの符号化を初めて可能にした。符号化と復号化の時間計算量のオーダーは、表わしたい正整数nに対して、理論上最小のオーダーのlog nである。(2)最も基本的な正整数符号であるLevenshtein-Eliasの符号に対して、符号語の各構成要素で高々1ビット修正を加えるだけで、ほとんど全ての正整数について、符号語長が対数スター関数よりも短いという性質を有する符号を提案した。1正整数のユニーバーサル符号化において、符号化したい正整数nの通常の2進数表現でのビット数を、等比数列を基にしたグループ化方式で符号化して前置する形の、非再帰型の正整数符号を提案した。実用的によく現れる範囲(例えば110億程度)の正整数だけでなく巨大な正整数でもよい符号化性能を有することを示した。符号語間で、長さ順、辞書式順序、値順のいずれも保存するという性質も有する。計算量は0(log n)である。2正整数のユニバーサル符号化において符号語長のオーダーを理論的にどこまで小さくできるかという問題については、Ahlswede-Han-Kobayashiによって示された、修正した対数スター関数を用いた式や、更にそれを定数個連ねた形の式で表された符号語長が、これまで知られている符号語長の中で最も短いオーダーであった。(1)符号語長の上界をもし対数スター関数と定数差に抑えるとき、その定数は2でよいことを示した。(2)Ahlswede-Han-Kobayashiによって示された修正対数スター関数を用いて表された符号語長関数に対して、符号語長を表す式の項の数を再帰的に表現する形を採ることで、理論的に可能な符号語長のオーダーはこれまで知られているよりも更に少なくとも一段階短いものであることを示した。3可算無限数の正整数をグループ分けして、正整数をグループ番号とグループ内の通し番号で表すグループ化方式の正整数のユニバーサル符号の考え方を用いて、画像のフラクタル表現における輝度と明暗というふたつの実数値パラメータをそれぞれ整数値でグループ化し、階調値のずれ方のメカニズムを明確にして、画像の可逆フラクタル表現が具体的な2値符号化までを含めて原理的に可能であることを初めて示した。

1正整数のユニバーサル符号化において符号語長のオーダーの理論的限界を明らかにする問題、すなわち、任意の正整数nを符号化する場合のnに対する符号語長の上界のオーダーをどこまで小さくできるかを示すという問題について、これまでに知られている最も短い符号語長の上界のオーダーは、Ahlswede-Han-Kobayashiによって示された、修正対数スター関数を定数個連ねた形の式で表された符号語長であった。この上界を本研究では平成13年度に更新した。具体的には、符号語長を表す式の項の数を再帰的に表現する形の式で符号語長のオーダーを表す方法であった。平成14年度は、本研究で採ったその方法は繰り返すことができ、更に、その繰り返しを重ねることによってわずかずつであるが符号語長の上界を表す式のオーダーを本質的に下げていくことができることを示した。2任意の画像のフラクタル表現ないしフラクタル圧縮は、これまで、元の画像と似た画像しか符号化・復号できない非可逆な方法しか存在していなかった。デジタル階調画像のフラクタル表現において符号化小領域ごとに符号化される情報である輝度と明暗というふたつの実数値に、グループ化方式の正整数のユニバーサル符号化の考え方を適用して、ふたつの正整数に帰着して符号化し、理論的に可逆フラクタル表現が可能になることを平成13年度に本研究で示していた。平成14年度は、符号化小領域を2×1画素と選ぶ場合について基本アルゴリズムを確立し、標準画像を用いて符号化実験を行い、整数のユニバーサル符号化を用いて画像の可逆フラクタル表現が可能であることを初めて実証した。正整数のユニバーサル符号化において、任意の正整数nを符号化した場合のnに対する符号語長の上界のオーダーを抑えるために、理論的な符号語長関数にShannon符号化を適用した机上の符号は従来から考えられていた。しかし、Shannon符号化を効率よく実現する一般的な方法は未だ知られておらず、もし正攻法でShannon符号化を用いると、符号化したい正整数nに対する計算量がn×log nのオーダーを下回ることはない。これは極度に大きい計算量である。実用的には計算量をnの桁数と同じのlog nのオーダーに抑える必要がある。本研究では、符号化したい正整数nに対してそのままShannon符号化を用いるのではなく、nとそれから再帰的に定義される長さ情報とを一定個数だけ通常の2進数表現で前置しながら表すことにして、最後の長さ情報の符号化にShannon符号化を用い、Shannon符号化の符号語を先頭に配置することを考案した。Shannon符号化を適用する値は符号化したい正整数nに対数を一定回数適用したごく小さな値になるため、通常の2進数表現で表す個数を2個以上にすれば、正攻法でShannon符号化を行ったにも関わらず全体に対するShannon符号化の部分の計算量の影響は無視できるオーダーになる。全体の符号化の計算量はオーダーlog nである。この符号の符号語長は、対数スター関数と定数との和も可能であるが、更にそれよりも一ランク小さいオーダーを実現していることを確認した。この符号は漸近的に最適という性質を持ち、また、充分大きなnでは計算量がオーダーlog nの既存のどんな符号よりも符号語長が短くなる。具体的な符号語を与える正整数のユニバーサル符号化の研究において、符号化したい正整数nに対する符号語長のオーダーを下げるために、一定の範囲で計算誤差を許容する形で数値計算を用いて符号語を割り当てる正整数符号を提案した。
マダイ黒色素胞の冷却凝集および赤色素胞の冷却拡散に関する研究

まず,致死直後のマダイから鱗を採取し,ヒアルロニダーゼおよびコラゲナーゼを含むリンゲル液中で30分間インキュベートし,軽いピぺッティングによって鱗に付着した上皮細胞を分散した.これフィブロネクチンコートしたカバーグラス上に12時間放置することによって細胞接着を誘導した.カバーグラスごと顕微鏡に設置した灌流チャンバーに装着し,カフェインを含むリンゲル液を灌流することによる刺激を行ったところ,黒色素細胞および赤色素細胞ともに,色素顆粒を拡散させることが明らかとなった.これは,カフェインがホスホジエステラーゼを阻害することによって細胞内cAMP濃度が上昇し,その結果顆粒に結合したモータータンパク質が移動したものと考えられた.また,コルヒチン投与すると微小管が脱重合し,色素顆粒の運動性が失われた.ー方,アクチン重合阻害剤の投与によって顆粒運動が阻害されることはなかった.したがって,マダイ色素細胞でも顆粒は微小管上を移動しているものと考えられた.さらに,約1°C冷却したリンゲル液を灌流して色素細胞を急冷すると,黒色素細胞では顆粒が凝集し,赤色素細胞では顆粒が拡散するという全く異なった応答が観察された.これは,予備的な鱗上の色素細胞について検討した際の結果とー致するものであった.したがって,冷却に対するマダイ色素細胞の応答は、神経やホルモンなどを介する応答ではなく,細胞そのものの応答であることが明らかとなった.以上のように,酵素分散した色素細胞は,種々の薬物や冷却などの刺激に対して,鱗上と同様の反応を示すことが明らかとなった.そこで,細胞の大量精製法の検討を行い,percol密度勾配法によって,黒色素細胞および赤色素細胞が分離できることが明らかとなった.まず,致死直後のマダイから鱗を採取し,ヒアルロニダーゼおよびコラゲナーゼを含むリンゲル液中で30分間インキュベートし,軽いピペッティングによって鱗に付着した上皮細胞を分散した.これをフィブロネクチンコートしたカバーグラス上に12時間放置することによって細胞接着を誘導した.カバーグラスごと顕微鏡に設置した灌流チャンバーに装着し,カフェインを含むリンゲル液を灌流することによる刺激を行ったところ,黒色素細胞および赤色素細胞ともに,色素顆粒を拡散させることが明らかとなった.これは,カフェインがホスホジエステラーゼを阻害することによって細胞内cAMP濃度が上昇し,その結果顆粒に結合したモータータンパク質が移動したものと考えられた.また,コルヒチン投与すると微小管が脱重合し,色素顆粒の運動性が失われた.一方,アクチン重合阻害剤の投与によって顆粒運動が阻害されることはなかった.したがって,マダイ色素細胞でも顆粒は微小管上を移動しているものと考えられた.さらに,約1°Cに冷却したリンゲル液を灌流して色素細胞を急冷すると,黒色素細胞では顆粒が凝集し,赤色素細胞では顆粒が拡散するという全く異なった応答が観察された.これは,予備的な鱗上の色素細胞について検討した際の結果と一致するものであった.したがって,冷却に対するマダイ色素細胞の応答は,神経やホルモンなどを介する応答ではなく,細胞そのものの応答であることが明らかとなった.以上のように,酵素分散した色素細胞は,種々の薬物や冷却などの刺激に対して,鱗上と同様の反応を示すことが明らかとなった.そこで,細胞の大量精製法の検討を行い,percol密度勾配法によって,黒色素細胞および赤色素細胞が分離できることが明らかとなった.今後は,分種した細胞を用いて,細胞内の酵素活性やセカンドメッセンジャー濃度の測定など生化学的検討を加えていく予定である.まず,致死直後のマダイから鱗を採取し,ヒアルロニダーゼおよびコラゲナーゼを含むリンゲル液中で30分間インキュベートし,軽いピぺッティングによって鱗に付着した上皮細胞を分散した.これフィブロネクチンコートしたカバーグラス上に12時間放置することによって細胞接着を誘導した.カバーグラスごと顕微鏡に設置した灌流チャンバーに装着し,カフェインを含むリンゲル液を灌流することによる刺激を行ったところ,黒色素細胞および赤色素細胞ともに,色素顆粒を拡散させることが明らかとなった.これは,カフェインがホスホジエステラーゼを阻害することによって細胞内cAMP濃度が上昇し,その結果顆粒に結合したモータータンパク質が移動したものと考えられた.また,コルヒチン投与すると微小管が脱重合し,色素顆粒の運動性が失われた.ー方,アクチン重合阻害剤の投与によって顆粒運動が阻害されることはなかった.したがって,マダイ色素細胞でも顆粒は微小管上を移動しているものと考えられた.さらに,約1°C冷却したリンゲル液を灌流して色素細胞を急冷すると,黒色素細胞では顆粒が凝集し,赤色素細胞では顆粒が拡散するという全く異なった応答が観察された.これは,予備的な鱗上の色素細胞について検討した際の結果とー致するものであった.したがって,冷却に対するマダイ色素細胞の応答は、神経やホルモンなどを介する応答ではなく,細胞そのものの応答であることが明らかとなった.以上のように,酵素分散した色素細胞は,種々の薬物や冷却などの刺激に対して,鱗上と同様の反応を示すことが明らかとなった.そこで,細胞の大量精製法の検討を行い,percol密度勾配法によって,黒色素細胞および赤色素細胞が分離できることが明らかとなった.
超音波ドップラーレオメトリーのオンライン化技術の共同開発

本課題はオンラインレオメトリーを開発・実現するために,スイス連邦工科大学(ETH)との共同開発を行っている.一つ目の成果は,超音波ドップラー流速分布計(UVP)で取得される流速分布と,レオロジー構成モデル方程式の数値解分布をデータ同化する解析手法の開発である.H30年度は,これを実現するための前提となる流速分布からの圧力分布の測定技術を開発した.UVPで取得される時間と空間の2次元流速分布から,非圧縮粘性流体の連続の式,運動量保存方程式を組み合わせたデータ処理手法を開発し,そこに正規直交分解(POD)を導入することで,計測ノイズに対して十分な耐性をもつアルゴリズムが完成した.このベンチマーク検証として円柱後流カルマン渦の流速分布をUVPで計測し,個々の渦が誘発する圧力変動の計測に成功した.さらに不透明流体に対して世界で初めて時空間の圧力分布の計測に成功した.この成果は国際誌のFlow Measurement and Instrumentationに論文として掲載された.またこの開発にあたり,ETHからP.Fischer教授,E.Windhab教授を北海道大学に招へいし,3日間にわたり討論した.これに合わせて,本基金によりETHと北海道大学の合同シンポジウムを北海道大学で開催した.参加者はETH側から合計7名,北海道大学からは工学部,農学部,水産学部のレオロジー分野の研究者と大学院生の合計80名が参加した.この合同シンポジウムで本課題のテーマから10件の講演を行った.H30年度は,超音波によるリアルタイムでの物性抽出を可能とする世界初の試みとして,ETHと北海道大学,明星大学が個々の専門技術を提供する土台が完成した.H30年11月にはETHから7名の研究者が来日し,北海道大学で合同シンポジウムの開催を実現できた.H31年2月には,代表者の村井と分担者の熊谷がETHに一週間訪問・滞在し,本課題に関するビジョンの発表と今後の研究協調戦略について討議を行った.とくにマイクロプラスチック問題に貢献する非ニュートン混相流動の計測と制御に重点を置くことが決定した.並行して相互の研究を進め,H30年度後半には5編の国際誌に本課題に関係する成果が発表された.このうち水・油・ガスが混在する複雑3相流の超音波モニタリングについては,International Journal of Multiphase Flowに掲載,液体金属のUVPによる測定とその熱物性評価については,Physical Review Fluidsに掲載,超音波パルスの高周波信号処理による壁面境界層内の界面計測についてはExperimental Thermal & Fluid Scienceに論文が掲載された.さらに振動せん断流のUVPによる計測で時空間に物性分布をもつ流体の計測技術を開発し,Journal of Rheologyに掲載が決定した.本課題は3つのテーマから構成され,それぞれの研究を推進する.テーマ1は流速分布測定技術とレオロジー支配方程式のデータ同化,テーマ2は,超音波や光による組織や物性の空間分布を可視化するレオグラフィ,テーマ3は,機械学習の利用を前提としたレオロジービッグデータの構築システムの開発である.テーマ1は主として代表者の村井がリードして開発する.R1年度は,シアシニング流体のUVPデータとレオロジー構成方程式の融合による,非ニュートン流体の圧力を含む応力テンソル分布の測定技術を開発する.シアシニング特性が弱い場合においては,すでにその仮試験データの獲得には成功しているため,対数特性をもつ強い非ニュートン流体での適用性の拡張に着手する.テーマ2については振動せん断流において実現できる数理スキームを確立したので,様々なレオロジー流体での試験を拡大する.なお,基本原理については本課題の成果として,既に特許出願を終えた.テーマ3については村井,朴,熊谷が協力し,機械学習型のレオメトリーを設計する.すでにANN(人工ニューラルネットワーク)によるプログラムは完成し,2変数空間で記述可能な非ニュートン流体の物性空間分布の合理的推定アルゴリズムが完成している.R1年度はこれをCNN型およびSNN型に拡張する.ETHとの第2回目の合同研究会については,2019年6月にETHを会場として実施予定であり,既に参加者も決定している.本課題はオンラインレオメトリーを開発・実現するために,スイス連邦工科大学(ETH)との共同開発を行っている.一つ目の成果は,超音波ドップラー流速分布計(UVP)で取得される流速分布と,レオロジー構成モデル方程式の数値解分布をデータ同化する解析手法の開発である.H30年度は,これを実現するための前提となる流速分布からの圧力分布の測定技術を開発した.UVPで取得される時間と空間の2次元流速分布から,非圧縮粘性流体の連続の式,運動量保存方程式を組み合わせたデータ処理手法を開発し,そこに正規直交分解(POD)を導入することで,計測ノイズに対して十分な耐性をもつアルゴリズムが完成した.このベンチマーク検証として円柱後流カルマン渦の流速分布をUVPで計測し,個々の渦が誘発する圧力変動の計測に成功した.さらに不透明流体に対して世界で初めて時空間の圧力分布の計測に成功した.この成果は国際誌のFlow Measurement and Instrumentationに論文として掲載された.またこの開発にあたり,ETHからP.Fischer教授,E.Windhab教授を北海道大学に招へいし,3日間にわたり討論した.これに合わせて,本基金によりETHと北海道大学の合同シンポジウムを北海道大学で開催した.参加者はETH側から合計7名,北海道大学からは工学部,農学部,水産学部のレオロジー分野の研究者と大学院生の合計80名が参加した.この合同シンポジウムで本課題のテーマから10件の講演を行った.H30年度は,超音波によるリアルタイムでの物性抽出を可能とする世界初の試みとして,ETHと北海道大学,明星大学が個々の専門技術を提供する土台が完成した.H

30年11月にはETHから7名の研究者が来日し,北海道大学で合同シンポジウムの開催を実現できた.H31年2月には,代表者の村井と分担者の熊谷がETHに一週間訪問・滞在し,本課題に関するビジョンの発表と今後の研究協調戦略について討議を行った.とくにマイクロプラスチック問題に貢献する非ニュートン混相流動の計測と制御に重点を置くことが決定した.並行して相互の研究を進め,H30年度後半には5編の国際誌に本課題に関係する成果が発表された.このうち水・油・ガスが混在する複雑3相流の超音波モニタリングについては,International Journal of Multiphase Flowに掲載,液体金属のUVPによる測定とその熱物性評価については,Physical Review Fluidsに掲載,超音波パルスの高周波信号処理による壁面境界層内の界面計測についてはExperimental Thermal & Fluid Scienceに論文が掲載された.さらに振動せん断流のUVPによる計測で時空間に物性分布をもつ流体の計測技術を開発し,Journal of Rheologyに掲載が決定した.本課題は3つのテーマから構成され,それぞれの研究を推進する.テーマ1は流速分布測定技術とレオロジー支配方程式のデータ同化,テーマ2は,超音波や光による組織や物性の空間分布を可視化するレオグラフィ,テーマ3は,機械学習の利用を前提としたレオロジービッグデータの構築システムの開発である.テーマ1は主として代表者の村井がリードして開発する.R1年度は,シアシニング流体のUVPデータとレオロジー構成方程式の融合による,非ニュートン流体の圧力を含む応力テンソル分布の測定技術を開発する.シアシニング特性が弱い場合においては,すでにその仮試験データの獲得には成功しているため,対数特性をもつ強い非ニュートン流体での適用性の拡張に着手する.テーマ2については振動せん断流において実現できる数理スキームを確立したので,様々なレオロジー流体での試験を拡大する.なお,基本原理については本課題の成果として,既に特許出願を終えた.テーマ3については村井,朴,熊谷が協力し,機械学習型のレオメトリーを設計する.すでにANN(人工ニューラルネットワーク)によるプログラムは完成し,2変数空間で記述可能な非ニュートン流体の物性空間分布の合理的推定アルゴリズムが完成している.R1年度はこれをCNN型およびSNN型に拡張する.ETHとの第2回目の合同研究会については,2019年6月にETHを会場として実施予定であり,既に参加者も決定している.2019年2月にETHに訪問・滞在した際の2名分の旅費が3月における精算の結果,当初見込みより安価で済み,そのまま繰り越すこととなった.
NK、NKT細胞による骨髄移植片拒絶の基礎研究

ガン治療において行われる放射線照射、化学療法は、ともに骨髄由来の顆粒球などを減少させるが故に患者は顆粒球減少症に伴う感染の危険にさらされる。これを防ぐためには骨髄移植が一つの方法であるが、移植骨髄の拒絶が問題である。この拒絶には通常のT細胞が関与するのではなくNK細胞が関与すると考えられてきたが、最近の研究からはNK細胞とT細胞の療法の特質を持ったNKT細胞群の関与も示されている。NKT細胞はT細胞受容体と共にNKRP-1分子を発現するT細胞として定義されるが、最近の研究からはこのような細胞群にいくつもの生物活性を持つことが示唆され、特に移植骨髄片の拒絶に関わる細胞群を同定することが重要と考えられる。本年度はマウスを用いこのNKT細胞の分化制御機構、そのエフェクター細胞の誘導機構を明らかにすることを目的とし、以下の諸点を明らかにした。1)NKRP-1分子の発現は、CD4とCD8のどちらも発現しないいわゆるダブルネガティブT細胞分画において自己のMHCならびに自己抗原を認識することによって誘導される。2)胸腺内において分化したNKT細胞は末梢の脾臓や肝臓に主として移動し、リンパ節には少数しか移動しない。一方末梢のNKT細胞は胸腺に移動することはない。3)MKT細胞に発現する低親和性IgG受容体CD16は抗体依存性細胞傷害(ADCC)活性には必須であるがNKT細胞の分化やそのNK活性には必要ではない。4)インターロイキン2によって誘導されるNK1.1陽性かつT細胞受容体陽性LGL(別名T-LGLあるいはT-LAK)はダブルネガティブT細胞中のNKRP-1陰性細胞から分化する。今後、これまでに作成したモデルマウス系を用い、移植骨髄片の拒絶にかかわるエフェクター細胞がNK細胞であるかあるいはNKT細胞であるかを検討する予定である。
感覚野興奮波伝播パターン変化を指標とした末梢神経切断・再支配に伴う中枢適応の解析

近年、末梢神経障害の急性期に起こる大脳皮質神経活動の変化が研究されているが未だ不明な点は多い。本研究では、我々の独自に開発した光学的多領域膜電位測定装置を使用し、大脳皮質上の神経活動の広がり(興奮波)のパターンを指標として正常時と神経挫滅直後、あるいは神経麻痺およびその後の回復過程における変化を解析した。その結果、挫滅や麻痺などの神経伝達遮断時には特定の領域で興奮波伝播速度が低下し、再支配直後には正常時と比較して過剰な興奮が起こることを明らかにした。これらの結果は、興奮波伝播パターンの変化が末梢神経障害後に起こりうる体性感覚地図の再構成や感覚異常に影響を与える可能性を示した。我々の研究室では、独自に開発した光学的多領域膜電位同時測定システムを用い、ラット大脳皮質の体性感覚野の神経活動を解析している。この光学的測定システムを用いることで、皮膚感覚刺激によって生じた神経興奮は、体性感覚地図上の対応する一点から始まり、その後興奮波となって体性感覚野を広範囲に伝播していくことを明らかにしてきた。本研究では、この神経回路網の構造と活動を反映する「興奮波伝播パターン」を指標として、末梢神経切断後の機能回復の初期過程を明らかにすることを目的としている。初年度は、末梢神経切断直後の急性期に焦点を当て、実験を行った。計画当初は、後肢の坐骨神経をターゲットとしていたが、前肢の尺骨神経を対象とした実験に変更した。その理由は、(1)尺骨神経のほうがより体表に位置し、処置を行いやすいこと、(2)隣接する正中神経と一部支配領域が重複しているため、対側体性感覚野の活動への影響も解析することができる(計画にある尺骨神経切断方法では脳梁を介した同側体性感覚野の活動しか観察できない)こと、の二点である。尺骨神経を完全挫滅し、挫滅する直前(PRE)、直後(t0)、30分後(t30)の光学記録を行った結果、神経挫滅後でも刺激応答が観察され、この応答は正中神経由来のものであると推測された。前肢刺激を与えてから体性感覚野上に応答が表れるまでの潜時は、PREと比較してt0、t30で有意に長くなっていた。興奮の起始部における光学シグナル波形を比較すると、振幅はPREと比較してt0で有意に大きくなっていた。また、興奮波の起始部から周辺部への興奮波の伝播速度を比較すると、起始部よりも内側(体性感覚地図上の小指側)でPREと比較してt0、t30では伝播速度が有意に遅くなっていた。これらの結果は、末梢神経切断後の非常に早期の段階で、体性感覚野の再構成に関わる変化がすでに起こっていることを示唆する。対象とする神経を坐骨神経から尺骨神経に変更したこと以外は、当初の計画通りに実施できている。さらに、当初の計画では単一の末梢神経切断の影響のみを観察する予定であったが、尺骨神経に変更したことで隣接する神経の切断による影響も併せて観察することができた。現在は、尺骨神経の切断だけではなく、(1)正中神経を切断した場合、(2)刺激部位と切断された神経の支配領域の比較(つまり、刺激部位を親指側掌球、小指側掌球、小指と細かく区別した際の、正中または尺骨神経切断後の神経活動変化の比較)、の実験もすでに行い、解析を進めている。これらの実験結果は、当初の計画よりもさらに詳細に末梢神経切断後に起こる中枢神経系の変化を解明することが可能である。また、現在の実験では切断した神経の対側の大脳皮質上の記録しか実施していないが、実験手法を改良することで両側の大脳皮質の記録も可能であることが判明した。末梢神経切断後の両側の体性感覚野における神経活動の変化を一個体内で観察することは、当初の計画以上の発見を期待でき、現在実験を進めている。このシステムにより、皮膚感覚刺激によって生じた神経興奮が体性感覚地図上の対応する一点から始まり、その後興奮波となって体性感覚野を広範囲に伝播していくことが明らかになった。本研究では、この「興奮波伝播パターン」を指標として、末梢神経切断後の初期過程の変化を明らかにすることを目的としている。初年度は尺骨神経のみ、次年度は正中神経の挫滅の急性期に焦点を当て、実験を行った。尺骨神経挫滅(UC)または正中神経挫滅(MC)に対し、刺激位置を右前肢尺側小球として、挫滅する直前(PRE)、直後(t0)、30分後(t30)の光学記録を行った。その結果、神経挫滅後でも刺激応答が観察された。上記刺激部位は両神経の重複支配領域であるため、観察された刺激応答は、UC群では正中神経由来の、MC群では尺骨神経由来のものである。UC群において、前肢刺激を与えてから体性感覚野上に応答が表れるまでの潜時は、PREと比較してt0、t30で有意に長くなっていた。

MC群では、上記測定項目のいずれにおいても有意な差は認められなかった。これらの結果は、大脳皮質上の興奮波伝播が皮質を構成する神経細胞同士の単純な横方向への伝播ではなく末梢からの入力に制御され、入力の消失に伴う興奮波伝播パターンの変化が末梢神経切断後の体性感覚野の再構成に影響を与えている可能性を示す。対象とする神経を坐骨神経から尺骨神経に変更し、さらに感覚支配領域が重複している正中神経の影響も併せて観察することで、神経挫滅の急性期における体性感覚野興奮波伝播の変化をより詳細に記録することができた。ただし、当初予定していた神経挫滅後の回復期における変化に関しては、実験動物用テレメトリーシステムを用いた筋活動の記録と大脳皮質の光学記録を組み合わせるよりも、麻酔薬を用いた末梢神経麻痺からの短期間の機能回復について検討したほうが、今までの実験結果について考察するにあたり重要であると判断した。このため、平成28年度で実施する予定だったテレメトリーシステムを用いた実験を最終年度へと延期した。尺骨神経と正中神経の挫滅による体性感覚野興奮波伝播パターンの比較は完了しており、「研究実績の概要」に書いた通りの結果が得られている。加えて、自作したカフ電極による両神経の直接刺激と皮膚感覚刺激に対する興奮波伝播パターンの違いを比較することで、末梢刺激に対する中枢神経系での情報処理方法と末梢からの入力消失に伴う変化において重要な結果を得ており、今後学会等で発表していく予定である。新たに研究計画に加えた、麻酔薬による短期間の末梢神経麻痺およびその後の回復過程に起こる興奮波伝播パターンの変化の解析についても実験方法はすでに確立できており、平成29年度前半にはデータ数を増やし、これまでの急性期の神経切断による結果と合わせて論文にまとめる。これらの実験結果は、当初の計画よりもさらに詳細に末梢神経切断および回復後に起こる中枢神経系の変化を解明することが可能である。我々の研究室では、独自に開発した光学的多領域膜電位同時測定システムを用い、ラット大脳皮質の体性感覚野の神経活動を解析している。このシステムにより、皮膚感覚刺激によって生じた神経興奮が体性感覚地図上の対応する一点から始まり、その後興奮波となって体性感覚野を広範囲に伝播していくことが明らかになった。本研究では、この「興奮波伝播パターン」を指標として末梢神経切断後の初期過程の変化を明らかにすることを目的としている。最終年度は、局所麻酔薬を使用した同一個体内での末梢神経麻痺および麻痺からの回復モデルを使用し、実験を行った。尺骨神経に対し、リドカインを使用して一時的に麻痺を起こし、麻痺による感覚遮断状態とその回復後急性期の体性感覚野興奮波伝播パターンの比較を行った。刺激位置は右前肢小指球とし、麻痺する直前(PRE)、麻痺から5分後(UA5)、30分の回復時間後(UR30)で光学記録を行った。その結果、刺激を与えてから体性感覚野上に応答が表れるまでの潜時は、PREと比較してUA5で長くなったが、UR30でPREと同程度の値に戻った。また、興奮波の起始部から周辺部への興奮の伝播速度を比較すると、後内側方向(体性感覚地図上の小指側)でPREと比較してUA5で速度が有意に遅くなっていたが、UR30では後内側方向および前外側方向(親指側)でPREの値を有意に上回った。尺骨神経麻痺時の変化は、尺骨神経挫滅の結果と類似していたが、麻痺からの回復後に観察された変化は体性感覚地図上で正常時よりも過剰な興奮が起こったことを示唆した。