hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能性界面における非平衡量子電子輸送特性

SiC用電極作製には、金属/SiC界面化学反応が不可欠であり、形成される化合物が電極特性に影響を及ぼす。SiC上にチタンとアルミニウムを堆積させて、高温熱処理によりTi_3SiC_2化合物の形成を走査透過電子顕微鏡より同定した。STEM観察から界面は原子レベルで平坦であり格子不整合に起因したミスフィット転移の形成が無い高い整合性を有していた。第一原理計算によるSi-C-Si界面に炭素一層を介することによって、ワイドギャップ半導体用電極界面に形成されるショットキー障壁が著しく低減して、低抵抗界面を形成することが分かった。伝導電子を生み出すキャリア供給層をSrTiO3絶縁体間に挟み込んだ「絶縁体層/キャリア供給層/絶縁体層」の層状界面構造をもつ高品質超格子構造を作製し、絶縁体層の体積を増加させると反対に電気が流れやすい金属状態になる現象(導電化)を発見しました。最新の電子顕微鏡技術を用いた原子構造解析と電子状態の理論計算を駆使して、「絶縁体を増加させると界面で結晶のひずみが少なくなり高導電化すること」を解明しました。本研究では、機能性電子材料おいて発現し、デバイス等への応用において最も重要な電流(量子・電子)輸送機構について、高分解能を有する透過電子顕微鏡法(TEMおよびSTEM)を用いた原子レベルでの構造解析と高速・大容量計算機による理論計算(第一原理など)を併用して、実験と理論の両面から解明することを目的とした。具体的には、シリコンに替わる次世代電力制御素子として注目されているワイドバンドギャップを有する炭化珪素(SiC)半導体に対する金属電極に着目し、電極/半導体界面における電流輸送機構を解明した。特に電極界面における炭素原子一層の形成がショットキー障壁を劇的に低減させ、界面での電流輸送を容易に生じさせたと結論づけた。本成果は、SiC半導体のみならず、今後進展が期待されるダイアモンド半導体用電極開発にも応用できる知見と言える。また、熱電変換素子や超電導素子として期待される超格子構造を有するチタン酸ストロンチウム系薄膜について、電流輸送における金属-絶縁体相転移と微細構造との相関を明らかにした。原子制御した超格子薄膜において、薄膜堆積過程で結晶構造に微少な歪みが生じ、電子状態を急激に変化させ、ドーパントから供給された電子の輸送機構に大きく影響を及ぼすことを見出した。本成果は、昨今の原子層堆積技術が確立される中、材料機能に対して結晶格子歪みの影響について十分な理解の必要性を示すものとなった。本研究では、機能性電子材料おいて特異な量子現象(電子輸送など)が発現する界面(粒界や異種接合)に着眼して、走査透過電子顕微鏡法による原子レベル構造解析と理論計算(第一原理など)を併用して、実験と理論の両面から界面原子構造と電子状態、物性の相関性について解明することを目的としてきた。これまでに熱電変換素子や超電導素子として期待される超格子構造を有するチタン酸ストロンチウム系薄膜について、電流輸送における金属-絶縁体相転移と原子構造・微細構造(積層構造や結晶歪み)との相関を明らかにした。本年度は、絶縁体セラミックスとして知られる高純度酸化マグネシウム(MgO)を用いて、バイクリスタル(双結晶)法による結晶粒界の転位配列・構造制御し、元素識別可能な原子分解能電子顕微鏡法による局所原子構造計測や電子状態解析を行い、さらにスーパーコンピューターによる原子構造・電子状態の理論計算を遂行してきた。その結果、これまで不明であった高純度セラミックス中に濃度がppmレベルのごく微量残留する不純物が偏析した結晶粒界の原子構造や化学状態を計測することに成功した。特に結晶粒界において偏析した不純物原子が点欠陥などと強く相互作用して規則配列した超構造の自己組織化を発見した。本成果から不純物制御によるセラミックス材料の高性能化に関する研究のブレークスルーになることが期待される。また、原子レベルでこの超構造を自在にコントロールできれば、低次元系物質に特有の特異な機能特性の発現も期待でき、今後界面構造を原子制御した全く新しい材料設計やプロセスの指針構築にも貢献できると考えられる。
組合せ最適化問題としてのパターン認識：理論構築と実用化に関する基礎研究

認識対象を簡潔に説明する知識や概念の組合せを求める最適化問題としてパターン認識の理論を再構築し、既存技術では解決が困難なパターン認識の課題を合理的に解決する「組合せパターン認識」を具体化した。また、組合せ論的パターン認識の実用性・信頼性を実験的に明らかにするため、文字画像、肺聴診音、動画像の解析へ応用した。その結果、典型的な線画とその組合せに基づく漢字検出、正常音・異常音の組合せによる肺音認識、自己運動・物体運動の組合せによる動画像理解を可能にした。複数の基本クラス(subclass)の組合せによって認識対象を説明する「組合せパターン認識」の理論構築のため、パターン認識が帰着する組合せ最適化問題を整理した。組合せの要素となる基本クラスが既知か否か、クラスが階層関係等の何らかの関係構造を持つか否かによって問題をC0C5の6種類に分類した:(C0)既知の基本クラス・関係構造無し、(C1)既知の基本クラス・既知の関係構造有り、(C2)既知の基本クラス・未知の関係構造有り、(C3)未知の基本クラス・関係構造無し、(C4)未知の基本クラス・既知の関係構造有り、(C5)未知の基本クラス・未知の関係構造有り.単純な例として、顔認識を(C0)の問題として扱うと、個人は既知の基本クラスであり、人数と共に基本クラスは増える。しかし、顔認識を(C3)として扱うこともできる。この場合、顔画像をスパース表現する辞書(ただし辞書ベクトル間に関係はないものとする)を機械学習すると、顔の個人差や陰影、姿勢等の違いによって基本クラスが推定される。この基本クラスの組合せによって個人の顔を表現し分類するので、人数と共に基本クラスを増やすことを避けられる。この利点を活かし、組合せ最適解の有無によってクラスの追加と共に基本クラスを更新する手法を開発中である。一方、組合せパターン認識の実用性を検討するために、様々な文字画像から機械学習した線画とその組合せによる文字検出と認識について取り組んだ。(C5)の問題設定では文字を構成する基本的な線画ではなく偏や旁等が基本クラスとして機械学習された。認識対象を簡潔に説明する特徴やクラスの組合せを求めるパターン認識によって合理的に実現する機能が2つある:(1)異なる特徴や基本クラスを組み合わせて、未学習の対象を認識する機能、(2)既知・未知を判別する機能。これらの機能に着目し、肺聴診音のパターン認識および文字検出について検証実験を遂行した。肺音認識は、肺聴診音を構成する肺音(呼吸音、連続性ラ音、断続性ラ音等)をすべて言い当てる多重ラベリング問題である。一般に、聴診音はこれらの構成音の混合であるため、構成音を基本クラスとして機械学習するための訓練データを用意できない。よって、「(C3)未知の基本クラス・関係構造無し」の問題と見なした。肺聴診音のスペクトログラムの低ランク性とスパース性を先見情報とすると、呼吸音と断続性ラ音の構成要素が部分空間の基底として得られ、それ以外の構成音が連続性ラ音として分離されることを確認できた。文字検出の検証実験では、文字特有の線画、偏、旁の組合せの有無によって文字・非文字を判別する可能性を確認できた。前年度では、「(C5)未知の基本クラス・未知の関係構造有り」の問題として漢字画像を基底学習したとき、線画ではなく偏や旁等が基本クラスとして得られたが、それらを構成する基本的な線画が得られない問題が残った。当該年度では、文字の構成要素に局所性の先見情報を与えたとき、特徴的な線画が基本クラスとして得られ、更にその組合せとして偏や旁等の高次の特徴を上位のクラスとして獲得できた。また、得られた上位クラスの簡潔な組合せの有無に基づき文字・非文字を頑健に判別でき、(2)の機能による文字検出の可能性を確認できた。認識したい対象の事例が与えられたとき、それらを簡潔に説明するための特徴やクラスを求め、求めた特徴やクラスを組み合わせることで対象の認識を実現する仕組みの構築に取り組んできた。本年度は、この組合せパターン認識を応用問題に適用して実用性を検証した。特に、肺聴診音のパターン認識と、動画像による運動の推定・分類を応用の対象とした。これらの先行研究では、特徴やクラスを限定した応用のみが見られる。例えば、肺音検出の既存手法は、断続性または連続性の異常音のどちらかに限られている。運動の推定・分類の既存手法は、カメラの自己運動または物体の運動のどちらかが対象になっている先行研究が多い。肺音認識への応用では、次の(1)(3)の先見情報のみから肺聴診音を構成する肺音(呼吸音、連続性ラ音、断続性ラ音)を同時に検出できることが示された:(1)呼吸音は限定された少数の周波数成分の組み合わせであること(ただし周波数帯は未知)、(2)断続性ラ音はパルスが反復していること(ただし波形は未知)、(3)連続性ラ音は限定された瞬時周波数成分の組み合わせであること(ただし瞬時周波数は未知)。動画像への応用では、次の(1)と(2)の先見情報のみからカメラの自己運動と物体の運動を同時に推定・分類できることが示された:(1)自己運動で生じる画像の変動は少数の基本的な変動の組合せで表現できること(ただし基本的な変動は未知)、(2)運動する物体は短時間または画像の一部にしか出現しないこと(ただし物体の出現時刻や位置・形状は未知)。

これらの応用のように先見情報から組合せパターン認識を具体化する算法設計には、スパース性・冗長性を定量化する凸関数の最適化の技法が有効である。以上の成果を国内外の会議・シンポジウム・研究会等で発表した。認識対象を簡潔に説明する知識や概念の組合せを求める最適化問題としてパターン認識の理論を再構築し、既存技術では解決が困難なパターン認識の課題を合理的に解決する「組合せパターン認識」を具体化した。また、組合せ論的パターン認識の実用性・信頼性を実験的に明らかにするため、文字画像、肺聴診音、動画像の解析へ応用した。その結果、典型的な線画とその組合せに基づく漢字検出、正常音・異常音の組合せによる肺音認識、自己運動・物体運動の組合せによる動画像理解を可能にした。当該年度では、組合せ論的パターン認識で実現される機能を検証することと、アルゴリズムの効率化をハードウェア・ソフトウェアの両側面から試みることを計画していた。具体的な設計には至っていないが、効率化を達成するための調査活動は遂行できている。また、検証実験を予定より前倒して実施できている。計算機科学引き続き、組合せ論的パターン認識で実現される機能の検証およびアルゴリズムの効率化に取り組む。ハードウェアによる高効率ランダム射影の加速、逐次計算可能なロバスト主成分分析の効率化を試み、基本クラスとその組合せを求める際に応用問題依存となる課題と解決法を明らかにする。実用化の取り組みの例として、肺聴診支援装置を設計する。最終年度につき、これまでの研究成果をまとめた論文投稿に努める。平成25年度は、パターン認識が帰着する組合せ最適化問題の整理および解法の効率化、関連研究の動向調査を行う計画であった。問題整理については研究実績の概要にある通り進捗している。動向調査では、パターン認識に数多く応用されるようになったスパースコーディングを組合せパターン認識の一種と見なすとき、クラスの関係の抽出あるいは既知の関係構造を導入可能な機械学習に大きな研究の余地が残されていることを確認できた。研究成果の発表・発信に若干の遅れが生じているが、文字検出・認識や肺聴診音認識の検証実験を前倒して遂行できている。また、次元圧縮による機械学習の効率化を検討する過程で、高次元非線形写像の機械学習の効率化も見込めることを発見している。組合せ最適化アルゴリズムの効率化を、ハードウェア・ソフトウェアの両側面から試みる。高効率ランダム射影は、高次元データに関する組合せ最適化に適した効率的な次元削減手法である。パターンの計測と同時にランダム射影する装置の開発も視野にいれ、実用的な組合せパターン認識装置のアーキテクチャの設計や、FPGAによる実装の可能性を検討する。また、時系列データの組合せパターン認識を効率化するため、基本クラスの機械学習や組合せ解の逐次更新法を設計する。組合せ最適解の有無に基づき既知・未知を判断する「無知の知」の応用および数理的側面の探究を進める。また、検知した未知クラスのテストパターンから自動的に機械学習する仕組みを検討し、自ら知識を獲得するパターン認識系を設計する。前年度に着手した実証実験を継続する。文字検出・認識では、基本クラスを線画に限定するとその共起関係で偏や旁等が表せることを確認するため、(C2)の問題設定を検討する。また、時系列データへの応用として肺音のパターン認識装置を設計する。
器質的原因による摂食・嚥下障害に対する歯科補綴学的リハビリテーションに関する研究

要介護高齢者や脳血管障害患者の摂食・嚥下障害とそのリハビリテーションが近年注目され、機能的原因のみが問題視され、口腔腫瘍術後などの器質的原因は問題視されていないのが現状である。歯科学的には、準備期と口腔期の障害に起因する摂食・嚥下障害に対しては歯科学的リハピリテーションが必要と考えられる。そこで本研究は、以下の3つを目的とした。1.実際の患者を対象に、顎義歯、PAPやPLなどによる歯科補綴学的リハビリテーションによる、咀噛機能および嚥下機能の客観的評価および主観的評価を行い、補綴装置の有用性を明確にすると。2.口腔の器質的原因による摂食・嚥下障害に対して、補綴装置応用の歯科補綴学的リハビリテーションを行っている機関や病院の実態調査。3.リハビリテーションを受けた患者群と受けなかった患者群の、食生活および全身の健康状態を追跡調査を行い、歯科補綴学的リハビリテーションの有用性を明確にすること。12年度は、当病院登録の口腔腫瘍術後患者のうちの61名と総義歯装着患者32名に摂食・嚥下を含めた口腔機能に対する主観的評価(患者の満足度)を行い、以下の結果を得た。1.上顎欠損群では摂食・嚥下、下顎、舌欠損群では同等に発音・構音も重要視していた。2.顎義歯装着で、上顎欠損群の満足度は全般に改善され、下顎、舌欠損群では十分に改善されなかった。3.対象の口腔機能に対する満足度は、総義歯装着患者のそれより全般的に低かった。今年度は、広域の医療機関に対して実態調査を行ったが、十分な回答数が得られなかうたものの、1.歯科的リハビリテーションを行っている機関や病院は少なく、歯科医療機関との連携が十分にとれていないことが原因として考えられた。2.リハビリテーションを受けた患者群のほうが受けなかった患者群よりも、食生活に工夫を凝らし、健康管理に対する意識が高い傾向にあった。近年、要介護高齢者や脳血管障害患者の摂食・嚥下障害とそのリハビリテーションが注目されているものの、脳卒中などにみられる機能的原因ばかりが問題視され、口腔腫瘍術後などにみられる器質的原因はあまり重要視されていないのが現状である。歯科学的に口腔という器官に注目した場合、準備期と口腔期の障害に起因する摂食・嚥下障害に対しては歯科学的リハビリテーションの必要性があると考えられる。1.実際の患者を対象に、顎義歯、PAPやPLなどによる歯科補綴学的リハビリテーションによる、咀嚼機能および嚥下機能の客観的評価および主観的評価を行い、補綴装置の有用性を明確にすること。2.口腔の器質的原因による摂食・嚥下障害に対して、PAPやパラタルリフトなどの装置を応用した歯科補綴学的リハビリテーションを行っている機関や病院が、どの程度あるか、またどのように行われているかを明確にすること。今年度は、当院に登録されている口腔腫瘍術後患者のうちの61名(上顎欠損32名、下顎欠損16名、舌欠損13名)を対象に、コントロールとして総義歯装着患者32名に摂食・嚥下を含めた口腔機能に対する主観的評価(患者の満足度)を行い、以下の結果を得た。1.対象が最も重要と考える口腔機能は、上顎欠損群では摂食・嚥下であり、下顎、舌欠損群では同等に発音・構音も重要視していた。2.顎義歯装着により口腔機能に対する満足度は、上顎欠損群では全般に改善され、下顎、舌欠損群では改善されない機能もあった。次年度は、他機関にアンケート調査を行い、広域調査を行う予定である。

2.顎義歯装着で、上顎欠損群の満足度は全般に改善され、下顎、舌欠損群では十分に改善されなかった。3.対象の口腔機能に対する満足度は、総義歯装着患者のそれより全般的に低かった。今年度は、広域の医療機関に対して実態調査を行ったが、十分な回答数が得られなかうたものの、1.歯科的リハビリテーションを行っている機関や病院は少なく、歯科医療機関との連携が十分にとれていないことが原因として考えられた。2.リハビリテーションを受けた患者群のほうが受けなかった患者群よりも、食生活に工夫を凝らし、健康管理に対する意識が高い傾向にあった。
種間不和合性・雑種胚崩壊性関与遺伝子の同定

Brassica rapaのBrassica oleracea花粉に対する種間不和合性のQTLを第2染色体の3.7 Mb領域内に絞り込み、その領域の遺伝子の塩基配列分析により種間不和合性遺伝子の候補として3つの遺伝子を見出した。B. rapaのRaphanus sativusとの属間交雑における雑種胚崩壊性に関わる2つのQTLを複数年の調査により明らかにし、QTL領域にある雑種胚崩壊性遺伝子の候補としてBrFIEaとBrMSI1aを明らかにした。興味深いことに、これらのQTLはBrassica napusやBrassica nigraとの種間交雑における雑種胚崩壊にも関わる可能性を見出した。Brassicarapaとダイコンの属間交雑における雑種形成能のQTL解析の反復試験のため、2010年に雑種形成能評価を行ったF2個体のSNPマーカーの遺伝子型分析とQTL解析を行った。これまで、第1、第3、第10連鎖群にQTLを検出していたが、その内の第1と第10連鎖群のQTLを再度検出した。第1と第10連鎖群のQTLはシロイヌナズナで胚発生に関与することが知られているFIEとMSI1が座乗するシロイヌナズナゲノム領域とシンテニーがあるため、B.rapaのオルソログ遺伝子BrFIEaおよびBrMSI1aを単離し、F_2の両親間で塩基配列を比較したところ、聖護院カブはBrFIEa遺伝子に、チーフハクサイはBrMSI1a遺伝子にそれぞれフレームシフト変異を持つことを見出した。これらの遺伝子を正常型ホモで持つ個体は、両方が変異型ホモの個体よりもダイコンの属間交雑で有意に多数の雑種種子を形成することが分かった。以上の研究を原著論文として公表した。B.rapaの15系統のこれら遺伝子の遺伝子型を分析し、属間交雑での雑種種子形成能を調査したところ、遺伝子型によって雑種種子形成能に差があることが分かった。Brassica rapaの柱頭のBrassica oleracea花粉に対する種間不和合性のQTLの領域を絞り込むため、第2染色体のKBrS003M22とKBrB086G22の間の3.5 Mbの領域に20300kb間隔で作成した14のSNPマーカーを用い、KBrS003M22-KBrB086G22領域が1回親でその他が反復親型の系統を作成したが、夏期の高温により枯死したため、もとの親系統に戻り、再度系統の作り直しを行った。ダイコンとの属間交雑におけるBrassica rapaの雑種形成能の第1と第10連鎖群のQTLにそれぞれ座乗するBrFIEaとBrMSI1aのフレームシフト変異を検出するDNAマーカーを用い、B. rapaの15系統の遺伝子型を分析し、遺伝子型が異なる3系統を選んでB. nigra, B. oleracea, B. napusの花粉で種間交配を行い、雑種種子形成能を調査した。B. oleraceaでは雑種種子は得られなかったが、ダイコンとの属間交雑で高い雑種種子形成能を示した遺伝子型のハクサイ系統が、B. nigraやB. napusとの種間交雑でも高い雑種形成能を持つことを見出した。特に、B. napusとの種間交雑では、高い雑種種子形成能の系統では1莢あたり11.5粒の種子が得られたのに対し、`聖護院カブ'では1莢あたり1.1粒と大きな差が見られた。BrFIEaとBrMSI1aの変異を検出するDNAマーカーがB. nigraやB. napusとの種間交雑での雑種形成能の予測に利用できる可能性が期待される。BrFIEaとBrMSI1aにはそれぞれ別に2つのパラログがあるため、それらの遺伝子発現を調査した。いずれも2つの内1つが発現しており、それらをそれぞれBrFIEb, BrMSI1bと名付けた。シロイヌナズナではFIEとMSI1の機能を失った突然変異はいずれも不稔であるが、B. rapaでは、BrFIEaとBrMSI1aにフレームシフト変異があっても、BrFIEb, BrMSI1bにより補われることで種子が得られるものと考えられた。Brassica rapaの柱頭のBrassica oleracea花粉に対する種間不和合性に関わる第2染色体のQTL領域を、Bra026650からKBrS003M22sの間の3.7 Mbの領域に絞り込んだ。B. rapaのゲノム情報から450遺伝子を見出し、種間不和合性に関わると推定される21遺伝子について遺伝子発現を調査し、セリン/スレオニンプロテインキナーゼ遺伝子のBra033053とBra032942が種間不和合性の強度に関わる遺伝子の候補として推定した。

昨年度見出したB. napusとの種間交雑で高い雑種種子形成能を示したB. rapa系統`CR清雅'とBrFIEaおよびBrMSI1aにおいて同じ遺伝子型の別系統`はるさかり'を見出し、B. napusとの雑種種子形成能を調査した。BrFIEaとBrMSI1aを共に正常型で持つ`はるさかり'は、どちらか一方を機能不全型で持つ`チーフ'や`聖護院カブ'に比べ高い雑種種子形成能を示したことから、BrFIEaとBrMSI1aを含むダイコンとの属間雑種種子形成能に関わるQTLがB. napusとの種間交雑でも同様に作用することを確認した。しかしながら、全体に雑種種子形成能が昨年度に比べ低かったことから、再度秋にB. napusとの種間雑種種子形成能を調査した。秋の交配では、これら系統間で雑種種子形成能に有意な差が見られず、これら2つのQTLのB. napusとの種間雑種種子形成能における関与は、再度検証することが必要となった。秋の交配では、開花期後半に気温が低下し、雑種種子形成能が大幅に下がったことから、受精後の気温が雑種種子形成能に影響することが示唆された。種間雑種種子形成能の調査で信頼性が高い結果を得るためには、これまで同様に春に交配を行う必要があることが分かったが、年に一度の検定となるため、研究に年数がかかることが問題となる。26年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝育種科学26年度が最終年度であるため、記入しない。雑種種子形成能の遺伝子分析においては、候補遺伝子を見出し、その変異を同定し、多数系統を用いてアソーシエーションも見出すなど、当初計画以上に進展した。ダイコンとの交雑で高い雑種種子形成能を示す遺伝子型がB. napusとの種間交雑でも高い雑種形成能を持つことを見出したことは、特筆すべき成果である。しかし、形質転換体が得られなかったため、BrFIEaとBrMSI1aの遺伝子機能の証明ができなかった。種間不和合性遺伝子の解析においては、BC4F1世代を自殖してQTL領域のみを1回親の遺伝子型をホモで持つ系統を作出して、種間不和合性に対する影響を評価する。種間不和合性強度に有意差が見られれば、作成したSNPマーカーを用いて組換え型を選抜し、ゲノム領域を絞り込む。雑種種子形成能(雑種胚崩壊性)については、候補遺伝子が変異型ホモの個体に正常型遺伝子を形質転換法で導入して、雑種種子形成能への効果を検証するとともに、これら遺伝子によって制御される遺伝子の発現に対する遺伝子型の効果を評価する。種間不和合性遺伝子の解析においては、SNPマーカーを用いて組換え型を選抜し、ゲノム領域を絞り込む。雑種種子形成能については、B. rapa系統に正常型遺伝子を形質転換法で導入して、雑種種子形成能への効果を検証するとともに、これら遺伝子によって制御される遺伝子の発現に対する遺伝子型の効果を評価する。昨年度形質転換体が得られなかったのは候補遺伝子が変異型ホモの個体のみを用いたためと考えられ、今年度は、形質転換しやすいB. rapa系統にBrFIEaとBrMSI1a遺伝子を導入し、変異型ホモの個体と交雑することによって、遺伝子機能の証明を行う。次年度使用額は、当初計画していた種間不和合性QTL領域の絞り込みのための特性評価を、材料作出に時間を要して次年度に実施することにしたため生じたものであり、延期した本研究に必要な経費として、平成25年度請求額と合わせて使用する予定である。
工業化学物質の受容体結合解析基盤の確立

昨年度に引き続きCYP450と核内受容体の化学物質との相互作用解析を行った。特に、昨年度に発表した「AI評価方法」(Molecular Informatics 37(1-2):1700127)と能動的学習を融合する新手法の開発に成功した。この方法は、予測対象化合物と受容体データにおける割合の基に、評価に用いる統計(例:「正解率」accuracy)のあらゆる値をわかりやすく画像化した背景に、能動的学習の逐次的な進化を描画する。この可視化により、相互作用AIモデルがどのように予測能力が上がっているかを具体的に説明され、規制機関や医薬品開発者がAIモデルの性質を理解できるようになる。その結果、工場などで排出される化学物質の受容体との相互作用を推定するAIの性質(感性・特異性)が考慮でき、現場での応用を検討できるようになる。また、active projectionの応用として、米政府主催の毒性予測コンクールで使用された化学物質を解析して、毒性予測AIモデルの性質を解析した。このデータの「有毒性・無毒性」の割合が極端である(9割無毒性)が、従来型のAIモデル解析では予測能力が高くても、「なぜ高い」のが不明となる。active projectionを用いることにより、AIが初期段階では無毒性化学物質しか識別できなくて、中期段階で有毒性化学物質を識別できるようになる、という時系的な進化が明らかになった。もう一つの応用として、active projectionによる抗癌剤予測AI評価を実施中である。ChEMBLという化合物活性データベース(公開型)から(1)核内受容体と化合物の活性データ、及び、(2)Cytochrome P450酵素の活性データを抽出し整理しました。データに矛盾または大きなばらつきが無いことを検証後、予測モデルの開発に取り組みました。モデル方法として以前の研究で開発した「能動的学習」を適用しました。その結果、活性データ全体の中から約10パーセントのデータを効率よく選択することによって、得られたモデルが全体データに対して高予測性能を示すことを証明できました。また、活性データが少ない受容体への実応用を想定して、一つずつの受容体を学習データから省いた場合のモデル予測能力と省かれた受容体の予測性を評価しました。この結果をChemMedChem誌に投稿した結果、Very Important Paper(VIP論文)の指定を受賞しまし、2018年6号の表紙イメージと選ばれました。また、別の方向として、活性予測の評価方法について研究を進めました。その結果、人工知能を評価する際、評価尺度によってAIを過剰に評価してしまう危険性を理論的及び実応用的に証明でき、受容体のモデリングを含めてAIを使用する際のbest practicesを提案しました。この結果をMolecular Informaticsで発表し、日刊工業新聞(2月8日30面)・日経産業新聞(3月1日5面)・財経新聞(3月7日)で紹介されました。核内受容体に対する化学物質の活性を高精度に予測できるモデルが構築できたため、研究目的は達成している。残りの研究期間に、モデルの予測能力をさらに向上させ、適用範囲を定量的に評価できる仕組みを作成する予定をしている。また、米国政府との連携を続けて毒性予測とレギュラトリーサイエンスへの実用に向けて研究を進める。予測モデルの実験検証を国際共同研究で実施するが、先方で発生する消耗品費用の支払の先送りとなっており、次年度の経費と計上される。
構成要素の詳細情報に基づく大規模集積回路の高位合成に関する研究

平成6年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.本研究では,まず,高位合成に適した遅延のモデル化を行なった.また,配線遅延を考慮した回路構造生成アルゴリズム,それに適した配線手法の開発を行なった.高位合成時に,配線遅延を考慮した,新しいスケジューリング法の開発も行なった.本研究の成果を以下にまとめる.1.配線遅延と回路モジュール内部の遅延のモデル化高位の抽象的なレベルでの設計時に,LSIの構造からタイミングの評価を行なうために配線遅延を考慮した新しいタイミングモデルと評価のアルゴリズムの開発を行なった。回路シミュレーションおよび論理検証によってモデルのパラメータを決定した。2.回路構造生成アルゴリズムの開発ここでは,微細LSIの高位合成における新しい配置駆動型ライブラリへのマッピング(ライブラリ中からモジュール選択)のアルゴリズムを開発した。そのアルゴリズムは、回路の最も多くデータ通過経路(クリティカルパス)上の遅延が最小になるように配置と同時に、ライブラリ中からモジュール選択を行なう。また、メモリの量を最小化するために、回路におけるデータ移動を表すデータフローグラフの最適技術を提案した。3.新しい配線最適化技術の開発回路性能をパラメータにして構造的に,何度も繰り返して配置を最適化する(タイミング駆動型モジュール配置)手法を提案した。既存の手法が配置の面積を最小化しているのに対して,我々の手法は配線遅延を最小になるように、配置を行なう。4.新しいスケジューリングアルゴリズムの開発微細LSIのデータ転送時間が最小化するための分割バスアーキテクチャを提案した。このアーキテクチャにあけるスケジューリングアルゴリズムを開発した。本手法では演算素子相互のデータ転送に要する計算機とバスの制約、遅延も取り扱う。色々なスケジューリングの評価を行なった。5.上記の手法の具体化,実験的評価回路モデルと,アルゴリズムを一つのCADプログラムとして実現した.これを実際のLSIの設計に適用し,既存のツールとの比較を行なって,本手法の有効性を実証した平成6年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.本研究では,まず,高位合成に適した遅延のモデル化を行なった.また,配線遅延を考慮した回路構造生成アルゴリズム,それに適した配線手法の開発を行なった.高位合成時に,配線遅延を考慮した,新しいスケジューリング法の開発も行なった.本研究の成果を以下にまとめる.1.配線遅延と回路モジュール内部の遅延のモデル化高位の抽象的なレベルでの設計時に,LSIの構造からタイミングの評価を行なうために配線遅延を考慮した新しいタイミングモデルと評価のアルゴリズムの開発を行なった。5.上記の手法の具体化,実験的評価回路モデルと,アルゴリズムを一つのCADプログラムとして実現した.これを実際のLSIの設計に適用し,既存のツールとの比較を行なって,本手法の有効性を実証した
軸索ガイダンスにおける成長円錐の自律性と翻訳トランス因子の役割

神経軸索先端の成長円錐内でmRNAと結合し局所翻訳を制御する二種の翻訳トランス因子について研究を行った。まず、RNA結合タンパク質であるジップコード結合タンパク質1 (ZBP1)は脳由来神経栄養因子(BDNF)によるリン酸化を介してβ-アクチンmRNAの翻訳を制御し、軸索伸長の方向を調節することが明らかとなった。さらに、mRNAと結合する非コードRNAであるマイクロRNAが成長円錐に局在し、BDNFによる軸索伸長の制御に関与する可能性が示された。今年度は、成長円錐におけるmRNAとmRNA結合タンパク質の局在変化について解析するために、まずβ-actin mRNAとその結合タンパク質であるzipcode binding protein 1(ZBP1)を例に検討した。大脳皮質神経細胞の分散培養系において、脳由来神経栄養因子(BDNF)刺激により、β-actin mRNAとZBP1の成長円錐への局在は増加した。また、ZBP1のβ-actin mRNA結合制御に必要な396番目のチロシンリン酸化も同時に亢進していた。次に成長円錐における局所翻訳を解析するために、β-actinの3'-非翻訳領域と膜結合型GFPを融合させた翻訳レポーターを作成した。同翻訳レポーターを大脳皮質神経細胞に導入し、BDNFを投与したところ、成長円錐内の蛍光輝度が上昇した。同蛍光輝度の上昇がSrc型チロシンキナーゼの阻害剤で抑制されたことから、BDNFによるSrcを介したZBP1のチロシンリン酸化が成長円錐で起こり、β-actin mRNAの局所翻訳を亢進することが示唆された。さらに、軸索ガイダンスにおける局所翻訳の役割を解明するために、β-actin mRNAの翻訳を阻害するZBP1のリン酸化部位変異体を導入し、成長円錐の回旋アッセイを行った。同リン酸化変異体はBDNFによる成長円錐の回旋応答を抑制し、ドミナント・ネガティブの表現型を示した。以上より、成長円錐に対する刺激がmRNA結合タンパク質のリン酸化状態を変化させ、結合mRNAの翻訳を調節し、神経ガイダンスを制御する可能性が示唆された。本年度は神経軸索及び成長円錐の翻訳トランス因子のうち、マイクロRNA(miRNA)について解析した。miRNAは17-25塩基からなる非コードRNAであり、ターゲットとなるmRNAと結合し翻訳を制御することが知られている。神経細胞においては、細胞体及び樹状突起における局在は既に解明されているが、軸索・成長円錐においては全くの不明であった。我々は軸索におけるmiRNAの局在を解明するために、軸索を高純度かつ高収率で単離するための新規培養法「ニューロンボール法」の開発に成功した。大脳皮質神経細胞を用いてニューロンボール培養法を行い、軸索と細胞体画分を調製したところ、核小体RNAが1/1000しか混入せず、また樹状突起マーカーであるMAP2が免疫プロットでほとんど検出されなった。よって、この方法を用いて細胞体・樹状突起を含まない高純度の軸索画分が単離できることが示された。次に軸索と細胞体miRNAのオミクス(miRomics)解析を行い、同培養系で発現している159種のmiRNAのうち、miR-134、720を含む7種のmiRNAが細胞体に比べて軸索により蓄積していることを明らかにした。この結果から、miRNAは細胞体から軸索に能動輸送により輸送され蓄積している事が示唆される。さらに軸索・成長円錐における局在を可視化するために、現在蛍光in situ hybridization法(FISH)法を用いて解析しつつある。昨年度ニューロンボールを用いて7種類の軸索に有意に集積するマイクロRNA (miRNA)を同定したが、今年度は蛍光in situハイブリダイゼーションを用いて軸索及び成長円錐におけるそれらの発現を検討した。そのうち、miR-181a-1*(miR-181a-1の相補鎖)、miR-532、miR-709、miR-720は細胞体や軸索のみならず、成長円錐にも粒子状に発現が確認された。一方、我々が細胞体に多く局在するmiRNAとして同定したmiR-16、miR-379は成長円錐における局在が見られなかったことから、特定のmiRNAが成長円錐に局在する機構があることが示唆された。次に成長円錐に局在するmiRNAの局在が細胞外刺激により変化するかを検討した。脳由来神経栄養因子(BDNF: Brain-derived Neurotrophic Factor)刺激によりmiR-720の成長円錐内への局在が有意に増加した。最後に、成長円錐に局在するmiRNAの軸索機能における役割を検討するために、miR-720のアンチセンスオリゴのBDNF依存的軸索伸長に与える影響を検討した。miR-720のアンチセンスオリゴはBDNFによる軸索伸長をコントロールレベルまで低下させた。従って、miR-720は細胞外刺激によって局在が変化し、軸索伸長に関与することが示された。

これらの結果から、特定のmiRNAが成長円錐に局在し、細胞外刺激によって局在が増減し、軸索の機能を調節することが示唆された。新規培養法「ニューロンボール法」の開発に成功し、miRNAのオミクス解析ができることが示された。今回同定された軸索miRNAの役割を今後検討していく予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね計画通りに振興しているので、現在のところ研究計画を変更する予定はない。
神経内分泌細胞の調節性分泌経路へのタンパク質選別輸送機構の解明

神経内分泌細胞では、ペプチドホルモンや神経ペプチドは、トランスゴルジネットワークから分泌顆粒に選別輸送されて、貯留され、細胞外刺激により分泌される。本研究では、グラニンタンパク質(クロモグラニンA,B、セクレトグラニンII,III)が分泌顆粒に特異的に局在することから、その選別機構の解明を通してペプチドホルモンの選別機構の解析を行っている。これまでセクレトグラニンIIIは、分泌顆粒膜と直接結合し、クロモグラニンAを分泌顆粒へ運ぶ選別受容体として機能することを示した。平成17年度には、1)セクレトグラニンIIIとカルボキシペプチターゼE(CPE:分泌顆粒への選別受容体の一候補)の相互作用機序と、2)セクレトグラニンIIIが、ペプチドホルモンの選別受容体として機能する可能性、を解析・検討した。申請者は、電子顕微鏡下で同一の分泌顆粒中にセクレトグラニンIIIのみ集中しているドメイン、CPEのみ集中しているドメイン、セクレトグラニンIIIとCPEが混在しているドメインが存在する像を観察した。この形態学的観察を裏付けるために、セクレトグラニンIIIとCPEが結合することを生化学的解析で実証した。解析の結果、セクレトグラニンIIIはCPEと分泌顆粒内環境である高カルシウム・酸性条件下で結合した。またCPE欠損マウスを用いて、セクレトグラニンIIIの局在、ペプチドホルモンの選別輸送について検討したところ、セクレトグラニンIIIはCPE非存在下でも顆粒膜直下に局在し、ある種のペブチドホルモンの選別輸送受容体として機能していることを見いだした。さらにセクレトグラニンIII、CPE、クロモグラニンAのペプチドホルモン選別輸送での関係を調べたところ、ペプチドホルモンはセクレトグラニンIIIやCPEにより分泌顆粒へ選別され、その後、クロモグラニンAと凝集体を構成することが明らかとなった。本研究では、平成16年度に、(A)セクレトグラニンIIIとカルボキシペプチターゼE(CPE:分泌顆粒への選別受容体の一候補)の相互作用機序(B)セクレトグラニンIIIが、ペプチドホルモンの普遍的な選別受容体として機能する可能性、(C)分泌顆粒膜が高濃度のコレステロール組成を成すメカニズム、を解析検討した。(A)セクレトグラニンIIIとCPEの相互作用機構申請者は、電子顕微鏡下で同一の分泌顆粒中にセクレトグラニンIIIのみ集中しているマイクロドメイン、CPEのみ集中しているマイクロドメイン、セクレトグラニンIIIとCPEが混在しているマイクロドメインが存在する像を観察した。この形態学的観察を裏付けるために、セクレトグラニンIIIとCPEが結合することを生化学的解析で実証した(論文投稿中)。(B)セクレトグラニンIIIが、ペプチドホルモンの選別輸送として機能する可能性CPE欠損マウスを用いて、セクレトグラニンIIIの役割について解析した。セクレトグラニンIIIは、ペプチドホルモンの選別輸送として機能していることを見いだした(論文投稿中)。(C)分泌顆粒膜が高濃度のコレステロール組成を成すメカニズム申請者は、これまでセクレトグラニンIIIが、高コレステロール濃度の脂質組成をもつ分泌顆粒膜と直接結合することを示した。申請者は、分泌顆粒膜のコレステロール集積メカニズムが、選別輸送を理解する上でのカギになると考え、分泌顆粒膜を精製し、膜上に局在する脂質代謝関連タンパク質群をマススペクトル法により解析した、分泌顆粒膜のコレステロール集積に関与するタンパク質候補を選定した。
環境保全型農業における雇用創出の可能性に関する研究

本研究は、有機農業を含む環境保全型農業が、環境保全と安全な食に果たす役割に加え、高齢化や後継者不足などで沈滞しつつある農業・農村に活気を与え、雇用を創出する可能性について探ることを目的としている。これまでの調査において、有機農業は地域密着型と認証型、産消提携型の三つのタイプに分けられており、地域密着型の有機農業は若者に参入の機会を与えていることが明らかになっている。それでは、認証型や産消提携型の有機農業の雇用吸収力はどうなのかを比較し、喫緊の課題である若者の雇用と農村の活性化のための政策に有効なモデルを提示する。そのために、最終年度である今年は、日本の「農の会」「大地を守る会」「三芳村生産グループ」と、韓国の「パルダンセンミョンサリム」において現地調査を行い、これまでの調査結果を補完した上で、全体的な調査結果としてまとめることにした。特に、韓国調査の結果は、大日本農会の寄稿依頼により『農業』に掲載された。また全体のまとめは、今年度中に学術雑誌に投稿する予定である。これまでの調査により、雇用創出の可能性というは、結局、新規就農者がどういう経緯で、どういうところに魅力を感じて有機農業に取り組むことになるのかの問題であり、そのような環境基盤や条件を可能にする要素を探ることに関わる。考えられる要素を項目によって、理念、生産、生産者、消費者、支援策に分けられる。理念に関わるものとしては、生産以外の取り組みにどのくらい関わっているか、または開かれた会への参入などによって新規就農の選択が左右されることになると考えられる。また生産と関わる現実問題としては、土地の確保や助け合える環境の有無、生産物の流通・販売チャネルの確保、そして新規就農者のための研修プログラムの有無などが雇用創出の重要な要素であり、比較の結果、地域密着型の方がより充実していることが分かった。本研究の目的を達成するために、主には現地調査を中心にした研究を行った。当初、研究対象地としては、日本や韓国を想定していたが、研究するうちに、アジアやヨーロッパのいつくかの地域においても現地調査を行うことができ、より幅広い視野から研究に取り組むことができた。本研究課題の今後の推進方策については、「雇用問題」により具体的な方法論から接近したいと思う。これまでの研究においては、まず、雇用を可能にする諸要素を探ってみたが、これに引き続き、その諸要素を用いてより実践的な形で社会的課題を解決するための有機農業の役割を雇用問題とともに研究する。いわゆる「社会的企業と有機農業」の関連性について試みる予定であるが、これは、これまでの本研究課題の実行があったからこそ可能なものであり、雇用創出の「可能性」からより具体的な形においての実証研究につながる大きな成果のひとつである。初年度であった21年度(9月開始)には、本調査に向けて共同研究グループとの打ち合わせや予備調査など準備態勢を整えることに重点を置き、カンボジアではこれまでの研究成果を発表し、本研究の課題について議論を行なった。詳しくは次の通りである。9月、10月に、それぞれタイと韓国においてこれまで行ってきた有機農業の現地調査の共同研究グループと打ち合わせを行い、これからの調査に向けての意見交換を行った。2010年1月には、バングラデシュ・ダッカ大学のラーマン教授らとダッカ周辺の3つの農村地域を訪問し、マイクロ・クレジットによる貧困対策や雇用創出の実際を視ることができた。2月には、22年度に行う予定であるヨーロッパ地域における有機農業の実態調査のために予備調査を行った。イギリスの土壌協会やフランスの提携運動グループであるAMAPや、イタリアのGASでは最近、若者を中心に有機農業に新規就農する動きが広まっている。本研究は、有機農業を含む環境保全型農業が、環境に配慮し、安全な食作りに貢献してきた役割に加え、高齢化、担い手や後継者の不足などで沈滞しつつある農村・農業に活気を与える雇用創出の可能性について探ることを目的としている。5月には、日本有機農業学会の総合研究会に招待され、韓国における有機農業を含む環境にやさしい農業の総称である親環境農業の発展様子を韓国の政策動向を中心に発表を行った。10月には、1ヶ月間に渡って、ヨーロッパにおける有機農業の調査を行った。最近、ヨーロッパでは農業環境政策を積極的に取り組むことによって有機農業に参入する農家が増えつつあり、有機農業を中心にするコミュニティの再生までにつながっている。フランスでは、パリ近辺のAMAPやりんご農家、また政府支援団体や消費者団体などに訪問し、ドイツでは、古くからバイオダイナミック農業を実践している農場を訪問した。デンマークでは、有機畜産農家と福祉関連施設を、オーストリアでは、有機マーケットの現場を訪ねることができた。この成果は「あしがら農の会」の総会(12月、神奈川県開成町)において発表を行った。2011年3月には、これまでの有機農業の研究をまとめた『地域に根ざす有機農業:日本と韓国の経験』(筑波書房)を出版した。

これまでの調査において、有機農業は地域密着型と認証型、産消提携型の三つのタイプに分けられており、地域密着型の有機農業は若者に参入の機会を与えていることが明らかになっている。それでは、認証型や産消提携型の有機農業の雇用吸収力はどうなのかを比較し、喫緊の課題である若者の雇用と農村の活性化のための政策に有効なモデルを提示する。そのために、最終年度である今年は、日本の「農の会」「大地を守る会」「三芳村生産グループ」と、韓国の「パルダンセンミョンサリム」において現地調査を行い、これまでの調査結果を補完した上で、全体的な調査結果としてまとめることにした。特に、韓国調査の結果は、大日本農会の寄稿依頼により『農業』に掲載された。また全体のまとめは、今年度中に学術雑誌に投稿する予定である。これまでの調査により、雇用創出の可能性というは、結局、新規就農者がどういう経緯で、どういうところに魅力を感じて有機農業に取り組むことになるのかの問題であり、そのような環境基盤や条件を可能にする要素を探ることに関わる。考えられる要素を項目によって、理念、生産、生産者、消費者、支援策に分けられる。理念に関わるものとしては、生産以外の取り組みにどのくらい関わっているか、または開かれた会への参入などによって新規就農の選択が左右されることになると考えられる。また生産と関わる現実問題としては、土地の確保や助け合える環境の有無、生産物の流通・販売チャネルの確保、そして新規就農者のための研修プログラムの有無などが雇用創出の重要な要素であり、比較の結果、地域密着型の方がより充実していることが分かった。本研究の目的を達成するために、主には現地調査を中心にした研究を行った。当初、研究対象地としては、日本や韓国を想定していたが、研究するうちに、アジアやヨーロッパのいつくかの地域においても現地調査を行うことができ、より幅広い視野から研究に取り組むことができた。本研究課題の今後の推進方策については、「雇用問題」により具体的な方法論から接近したいと思う。これまでの研究においては、まず、雇用を可能にする諸要素を探ってみたが、これに引き続き、その諸要素を用いてより実践的な形で社会的課題を解決するための有機農業の役割を雇用問題とともに研究する。いわゆる「社会的企業と有機農業」の関連性について試みる予定であるが、これは、これまでの本研究課題の実行があったからこそ可能なものであり、雇用創出の「可能性」からより具体的な形においての実証研究につながる大きな成果のひとつである。
精神疾患患者の家族へのエンパワメントと希望につながる支援の構築

精神疾患患者の家族は長年にわたり患者を支えて生活する中で、過度な負担が生じている。今後は、家族が地域生活の中で患者や社会と共に歩む質の保証を図る必要がある。そこで、精神疾患患者の家族がエンパワメントされ豊かな生き方へとつながる家族支援体制の構築に寄与し、支援の方策を提示することを最終目的とする。本研究では、精神疾患患者の家族に対して、1.地域で家族がエンパワーされ、自身の人生を肯定的に認識するための支えとなりうる要素や内容の明確化。2.家族が希望の持てる地域でのモデル的支援方法と支援内容の把握。3.家族の特徴や地域支援機関に応じ多職種と連携した、家族への支援体制と支援のあり方の策定を行う。
慢性ストレスに起因する神経障害性疼痛増悪のエピジェネティック制御と中枢感作機構

ストレス状態や神経障害性疼痛発症時の口腔顔面領域からの侵害情報入力における三叉神経節および三叉神経脊髄路核尾側亜核での分子動態変化の解明から疼痛に対する新規治療法確立を目指した。痛覚過敏発症時、三叉神経節ではエピジェネティック制御によりCGRP陽性神経細胞の分子動態が変化し、ERKのリン酸化を介してサテライトグリア細胞の活性化が生じた。そのサテライトグリア細胞活性化の制御にはP2Y受容体が大きく関与することが判明した。さらに、ストレスや神経障害性疼痛発症時には末梢でのTRPV1の発現が変化することにより、侵害情報の上位中枢への伝達が亢進し、神経障害性疼痛の増悪が惹起される可能性が示された。舌神経損傷モデルラットを開発し、同モデルで舌への熱・機械刺激に対する逃避閾値が低下することを確認した。末梢神経の神経細胞体が存在する三叉神経節において、神経細胞体およびサテライトグリア細胞における各種分子動態の変化を免疫組織学的に解析した。舌神経損傷により、三叉神経節細胞にてカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)の発現が増加し、神経細胞体に表現型の変化(エピジェネティック制御)が生じていることが認められた。また、その変化に対して、サテライトグリア細胞におけるERKのリン酸化が寄与することも証明した。続いて、三叉神経節にCGRP受容体のアンタゴニストであるCGRP8-37、またはERKのリン酸化阻害薬であるPD98059を投与した。その結果、舌への熱・機械刺激に対する逃避閾値の低下が抑制され、三叉神経節におけるCGRP陽性細胞の減少、サテライトグリア細胞におけるERKのリン酸化抑制、サテライトグリア細胞の活性化の抑制が確認された。さらに、神経障害性疼痛の増悪に関わる重要な因子の1つと考えられる身体的・心理的ストレスを負荷すると、口腔内へのカプサイシン刺激(C fiber刺激)に対する嫌悪反応が生じることが分かった。これらの結果より現在のところ、身体的・心理的ストレス状態や神経障害性疼痛発症時の三叉神経節では神経細胞体のエピジェネティック制御によりCGRPの分子動態が変化し、さらにERKのリン酸化を介してサテライトグリア細胞の活性化が生じ、口腔内のTRPV1の分布様式が変化することにより疼痛が惹起される可能性が示された。本実験系での末梢神経系における分子動態の変化は免疫組織学的には明らかになりつつある。しかし、三叉神経節からの細胞外神経活動記録に必要な機器の故障があったため、神経活動記録のデータ取得がやや遅れている。また、予備実験より、身体的・心理的ストレスを負荷した際のカプサイシン刺激に対する嫌悪性に性差が関与することが明らかとなり、雌ラットも用いて行動観察実験、免疫組織学的解析を行っている。したがって、申請当初の雄ラットのみを使用する実験計画と比較すると進捗状況は遅れていると言わざるを得ないが、本研究自体の幅は広がっていると考えられる。前年度の有効な研究結果を基に研究計画を発展させ、舌神経損傷モデル(LNC)ラットを用いて、三叉神経節(TG)における神経-サテライトグリア細胞(SGC)機能連関への影響因子を解析した。疼痛を誘発する細胞外プリンヌクレオチド、とくにADPをリガンドとするGタンパク質共役型受容体(P2YR)のサブタイプは、TGに存在する。NaiveラットのTGにADPを直接投与すると舌への機械及び熱刺激に対する逃避閾値が低下し、TGでのカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)産生細胞数増加とSGCでの細胞外シグナル調節キナーゼ(ERK)のリン酸化が確認された。一方、LNCラットのTGにP2Y12Rの選択的アンタゴニスト(MRS2395)を投与、またはnaiveラットのTGにADPとMRS2395を同時投与すると、舌への刺激に対する逃避閾値の低下が抑制され、CGRP産生細胞数増加とERKのリン酸化も抑制された。前年度の結果と合わせると、神経障害性疼痛発症時の一次ニューロンにおけるCGRP産生細胞数増加やエピジェネティック変化はSGCでのERKリン酸化と相互作用があり、そのSGCの活性化にはP2Y12Rの関与が重要であることが示唆された。続いて、二次ニューロン(三叉神経脊髄路核尾側亜核:Vc)でのエピジェネティック制御についても行動薬理学的に検討した。神経損傷モデルラットの大槽内にDNAメチル化転移酵素阻害剤を投与すると逃避閾値低下が有意に抑制された。従って、神経障害性疼痛には末梢神経系のTG、中枢神経系のVcの両者でのエピジェネティック制御が機能していることが推察された。さらに、神経障害性疼痛発症時にVcの投射ニューロンで生じる機能変化について解析中である。予備実験より、身体的・心理的

ストレスを負荷した際のカプサイシン刺激に対する嫌悪性に性差が関与することが明らかとなった。これにより、申請当初の計画には含まれていなかった雌ラットを用いた実験も遂行していく。さらに現在までは、侵害刺激に対する行動観察のみを行っているため、身体的・心理的ストレスを負荷された際の行動観察も行い、ストレス状態の客観的評価をデータに加える。また、今後は28年度の実験計画に従い、三叉神経脊髄路核尾側亜核における分子動態および神経活動性の変化を免疫組織学的手法および電気生理学的手法を用いて解明し、国際学会での研究成果発表と国際雑誌での論文発表を予定している。神経科学神経活動記録実験がやや遅れており、申請当初の予定より購入する電極の本数が減少したため次年度使用額が生じた。次年度使用額分は、電気生理学的実験に用いる電極の購入に充てる。28年度の研究費は、雄ラットに加え雌ラットの購入に関わる費用の増加が予想され、さらに、身体的・心理的ストレスの客観的な評価を行う機器の購入を予定している。免疫組織学的実験・電気生理学的実験に使用する薬剤、消耗品、および論文投稿に関わる費用は、概ね申請当初通りとする。