hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
活動的火山の脱ガスに伴う自然電位異常の発生に関する研究

薩摩硫黄島火山、雌阿寒岳火山においてAMT法電磁探査と自然電位観測を行い、それぞれの火山の特徴を明らかにした。さらに薩摩硫黄島火山を対象として、熱水系の数値シミュレーションを実施し、火山ガスが集中している領域が高比抵抗を示し、凝縮した熱水が流下する領域は低比抵抗となることが確かめられた。この場合、観測されているような自然電位の正異常は、従来からのモデルが示す熱水の上昇域である必要がない。低比抵抗の領域がある程度発達すれば、熱水の下降流によっても自然電位の正異常が現れる。このモデルを、雌阿寒岳の観測結果と、伊豆大島火山の既存研究結果に当てはめ、確からしさの検討を行った。火山活動が活発な火山を対象にテストフィールドを設け、野外観測、室内実験、数値シミュレーションの多角的な手法により、マグマからの脱ガスに伴う自然電位発生のメカニズムを検証することを目的に、AMT法による電磁探査を雌阿寒岳で実施した。AMT法による電磁探査は、雌阿寒岳の西山麓から山頂に至るオンネトー登山道沿いの約4kmの測線上、9ヵ所の観測点で実施した。データの解析を進め、およそ2kmまでの深度の比抵抗構造を得た。昨年度および今年度の測定結果をもとに、薩摩硫黄島火山と雌阿寒岳火山の自然電位分布の発現様式おける比抵抗構造の影響について定性的な考察を行った。火山活動が活発な火山を対象にテストフィールドを設け、野外観測、室内実験、数値シミュレーションの多角的な手法により、マグマからの脱ガスに伴う自然電位発生のメカニズムを検証することを目的に自然電位の補完調査と、AMT法による電磁探査を薩摩硫黄島硫黄岳で実施した。AMT法による電磁探査は、硫黄岳の西山麓から山頂に至る約4kmの測線上で、12地点の観測点で実施した。データの解析を行いおよそ1kmまでの深度の比抵抗構造を得た。自然電位の補完調査は、硫黄岳およびその山麓域の164点にて測定を実施し、自然電位分布図を作製した。本研究では、火山活動が活発な火山を対象にテストフィールドを設け、野外観測、室内実験、数値シミュレーションの多角的な手法により、マグマからの脱ガス活動に伴う自然電位発生のメカニズムを検証することを目的にしている。薩摩硫黄島火山においてAMT法電磁探査と自然電位観測を行った。電磁探査によって得られた比抵抗構造と、自然電位観測によって得られた地表の電位分布を、熱水系の数値シミュレーションを用いて解析した。その結果、火山ガスが気相になっている領域が高比抵抗を示し、火山ガス凝縮相が液単相で存在する領域は低比抵抗となることから、火山の熱水系として、マグマからの脱ガス活動によって発達する山体内の熱水対流が主体であることが明らかになった。自然電位の正異常は、従来からのモデルが示すような熱水の上昇域である必要はないことも分かった。表層で相対的に高比抵抗、下層で低比抵抗というような比抵抗のコントラストを考えた場合、地表面の傾斜に対して、コントラストの境界面の傾斜がより急な場合には、熱水や水の下降流によっても自然電位の正異常が現れる場合がある。低比抵抗の原因として火山ガス凝縮相を考えると、その発生元となる脱ガス活動がより活発になれば、火山ガス凝縮相の対流の規模も大きくなるので、低比抵抗の領域は盛り上がる(コントラストの傾斜が急になる)ことになる。このモデルを、すでに得られている伊豆大島、雌阿寒岳で測定した比抵抗構造に当てはめ、それぞれの火山における自然電位分布を、脱ガス活動の活動度の差異によって現れる熱水対流の規模の違いによって説明することを試みた。地球物理学火山活動が活発化した際にどのような自然電位の変動が現れるか予測を行うために、地殻浅部でのマグマから脱ガスによって噴気活動が生じている火山の、自然電位異常の発生メカ二ズムを再検討することを目的にしている。自然電位の発現様式の多様性をもたらす比抵抗構造の影響を検討するため、テストフィールドとなる雌阿寒岳にてAMT法による電磁探査からなる野外観測を予定通り実施した。また、そのデータを解析することによって比抵抗構造を得ることができた。ただし山岳が急峻でかつ広域であるため、測定は西側山域に限られ、全山を横断するような測定はできなかった。火山活動が活発化した際にどのような自然電位の変動が現れるか予測を行うために、特に地殻浅部でのマグマから脱ガスによって、噴気活動が引き起こされている火山の自然電位異常の発生メカ二ズムを再検討することを目的にしている。そのための作業仮説を検証するため、テストフィールドを設け、野外観測、室内実験、数値シミュレーションを実施する。今年度は、基礎データとなる、自然電位およびAMT法による電磁探査からなる野外観測を、予定通り薩摩硫黄島火山で実施した。そのデータを解析し比抵抗構造を得ることができた。

ただし採取した岩石サンプルのゼータ電位の測定については未消化となった。雌阿寒岳火山での野外観測として、未消化であった東側山域の電磁探査を実施し、全山を横断するような比抵抗構造を求める。薩摩硫黄島火山および雌阿寒岳火山で取得したデータを解析をさらに進めるとともに、熱水系の数値シミュレーションを実施し、新たに提案した自然電位発生メカニズムのモデルの検証作業を進める。当初の計画にあった、採取サンプルの室内実験によるゼータ電位測定は、連携研究者の異動等から実施が困難な状況にあるが、その場合には過去に得られている一般的なデータを使用する。また、地表面温度分布測定については、航空機のチャーターが難しい状況にあるため、地上からの測定および、過去の測定データを利用する。いずれも当該研究の遂行に大きな支障はない。比較研究となる雌阿寒岳火山での野外観測を実施する。薩摩硫黄島火山および雌阿寒岳火山で取得したデータを解析するとともに、熱水系の数値シミュレーションを実施し、新たに提案した自然電位発生メカニズムのモデルの検証作業を進める。また、地表面温度分布測定については、航空機のチャーターが難しい状況にあるため、地上からの測定および、過去の測定データの利用を検討している。観測に使用する消耗品類の契約額が見込み額を下回ったため。観測に使用する消耗品類の購入に充当する。該当なし
硫化タリウム結晶の格子不安定性と光伝導特性の制御

1.ゾーンレベリング法を適用したS-rich原料を用いたブリッジマン法により結晶成長を行った。溶融の後、徐冷すると針状試料を得ることができた。一方、急冷で成長を試みたところ、針状試料と異なり新たに板状のtlS単結晶を得た。X線構造解析から、針状結晶は従来から報告されきた鎖状ー次元構造の正方晶をとるTlSe構造であるが、板状結晶は単斜晶系TlGaSe、構造をとる新しい結晶であることが判明した。2.逐次誘電的相転移の発生。TlGaSe結晶で見いだされた逐次誘電的相転移と類似の相転移をこの硫化タリウムで発見した。比熱や誘電率測定を行い熱力学的データの蓄積も行った。明かにした点は、次の三点である。(A)室温相は強誘電相であり、Tl^<1+>のab面内での微小変位を伴うC-軸に沿う4倍周期構造が出現する。(B)318.6Kから341.1Kまでの温度領域では、非整合相が中間相として現れ、ドメイン構造が実現する。(C)341.1K以上の高温相は、常誘電相で単斜晶系に属する。この整合ー非整合転移を含む逐次転移は、対称性から要求されるリフシッツ項やロックイン項を含むランダウ型自由エネルギーの孝察から整理できる。Tl^<1+>の微小変位がこの格子不安定の鍵を握るわけであるが、電子論的孝察やソフトモードなどダイナミカルな側面の問題は、これからの課題である。3.光伝導特性TlS化合物は、古くから光伝導材料として知られている。今回は板状試料を用いて、電気伝導度、光伝導度、光伝導スペクトルの測定を試みた。光伝導度の大きさは、10^<-7>10^<-8>Ω^<-1>cm^<-1>程度でカルコゲンガラスのそれとほぼ同じオーダーである。スペクトルのピーク値は、11000Å(1.13eV)にあり、バンドギャップがこのエネルギー近傍にあることを示唆する。又、スペクトルの温度変化と相転移との相関を明らかにした。
人工股関節置換術後の脱臼予防への骨格・筋モデルを用いた動作解析システムの臨床応用

1.本システムを用いた脱臼予防、治療への臨床応用4次元動作解析システムのリアルタイム化を可能とし人工股関節術後患者の術後早期に臨床レベルで使用可能としたことにより、脱臼予防に関しては、初回人工股関節手術を終えた患者のリハビリの一環として退院前動作指導として脱臼リスクなく日常動作が可能であるかチェックするシステムの構築に成功し、人工関節パーツの設置が良好であれば従来禁止されていたしゃがみや和式トイレ動作などの深屈曲動作を許可できる可能性が十分あることが示された。また、脱臼患者においては脱臼原因となるインピンジメントのほとんどが人工関節パーツの設置不良に起因することが本システムにて示され、特定されたインピンジメントを回避する動作指導することが限界はあるが脱臼治療の保存療法として成り立つこと。手術治療においては脱臼原因となるインピンジメントを防止するインプラント設置計画をシミュレーションし、ナビゲーションツールを用いて計画通り設置する方法で脱臼制御行いえること。などの新しい知見が得られた。2.筋肉包含モデルの開発とインピンジメント判定システムへの股関節張力環境の統合化現在の4次元動作解析システムによる脱臼リスク判定の限界であった軟部組織からの緊張を考慮にいれたリスク判定を行えるように、患者CTから個々の筋肉の体積を計測することにより、患者の股関節周囲のリアルな筋肉モデルを作成し、任意の肢位での筋肉により関節にかかる張力を予測することを可能とするシステムを作成し、実測股関節合力と本モデルからの推測値の検証を行う方法論を確立した。手術での実測股関節合力と本モデルからの推測値の検証を行うため、すでに手術例で実測を行いモデルとの比較検討をおこなっているので引き続き成果を報告していきたい。本年度の研究成果としては、4次元動作解析システムのリアルタイム化を可能とし人工股関節術後患者の術後早期に臨床レベルで使用可能であることを2005年5月日本整形外科学会学術集会にて報告した。また、人工股関節全置換術患者で人工股関節の設置位置に問題のない患者では、低い椅子の使用、しゃがみこみ、足組み等の従来は術後に制限されていた動作も安全に行い得る可能性があることを2005年10月日本股関節学会にて報告した。術後脱臼歴のある患者の脱臼肢位回避指導も行い、脱臼例では非脱臼例に比べ、動作中のインピンジメントまでの安全域が狭い可能性があることや、反復脱臼例ではさらに安全域が狭く、脱臼の予後にまで関係している可能性や反復脱臼例の動作解析で予想されたインピンジメントが直後の再置換術の術中所見と一致し、シミュレーション結果の妥当性が評価できた症例を2006年2月日本人工関節学会で報告した。従って、本システムの臨床応用の実現とシミュレーション結果の正確性を示し、本システムを用いることにより新たな知見が得られてきたことは大きな成果であったと思われる。今後はさらに本システムを用いた動作指導や手術計画の効果判定へと進めて行きたい。また、来年度には筋肉モデルの統合を行い、より実際の生体に近いシミュレーションを行えるようなシステムにヴァージョンアップさせる予定である。本年度の研究成果としては(1)システムの発展昨年度四次元動作解析システムのリアルタイム化を実現し、THA手術後の脱臼と本システムで判定したインピンジメントリスクの関係を示してきた。しかし、1例につきモデル作成のために3-4時間の準備時間が必要であることが問題点であった。今年度はソフトのシステムアップを図り、約30分の準備時間で可能となったことで患者負担を減らし、マーカーの工夫により従来しゃがみこみ動作や正座動作など低くかがむ動作などマーカー遮蔽により追跡が不安定で動作取得が難しい動作でも確実に解析できるように改善されたため、よりリアルな動作を解析中に再現させることが可能となった。(2)本システムを用いた人工股関節術後

患者の脱臼予防、脱臼治療経験の報告昨年まで人工股関節手術後患者の非脱臼例の動作指導、脱臼例への動作指導、脱臼例への手術加療への応用と、各項目について臨床応用方法を開発してきたが、今年度はこれらの症例経験を包括的にまとめ、従来の経験的画一的脱臼予防、治療と異なり、患者ごとにカスタマイズされた、根拠に基づいた予防治療方法を人工関節術後脱臼の治療経験として2006年第36回日本人工関節学会、および、2006年第15回日本コンピュータ外科学会で報告した。(3)筋肉包含モデルの作成と予測される関節合力の検証来年度は、手術での実測股関節合力と本モデルからの推測値の検証を行い、現在の4次元動作解析システムによる脱臼リスク判定の限界であった軟部組織からの緊張を考慮にいれたリスク判定を行えるように発展させていきたい。*本システムを用いた人工股関節術後患者の脱臼予防、脱臼治療についてのまとめ脱臼予防に関しては、初回人工股関節手術を終えた患者のリハビリの一環として退院前動作指導のルーティンとして本システムを使用し脱臼リスクなく日常動作が可能であるかチェックするシステムを構築し臨床応用可能とした。その評価の結果、人工関節パーツの設置か良好であれば従来禁止されていたしゃがみや和式トイレ動作などの深屈曲動作を許可できること。脱臼患者においては脱臼原因となるインピンジメントのほとんどが人工関節パーツの設置不良であることが本システムにて示され、特定されたインピンジメントを回避する動作指導することが限界はあるが脱臼治療の保存療法として成り立つこと。手術治療においては脱臼原因となるインピンジメントを防止するインプラント設徴計画をシミュレーションし、ナビゲーションツールを用いて計画通り設置する方法で脱臼制御行いえること。などの知見が得られた。これらの結果を2007日本コンピュータ学会、2008日本CAOS研究会等で発表し、2007関節外科特集【人工関節置換術における合併症とその対策】で報告した。*筋肉包含モデルの作成と予測される関節合力の検証現在の4次元動作解析システムによる綴目リスク判定の限界であった軟部組織からの緊張を考慮にいれたリスク判定を行えるように、患者CTから個々の筋肉の体積を計測することにより、患者の股関節周囲のリアルな筋肉モデルを作成し、任意の肢位での筋肉により関節にかかる張力を予測することを可能とするシステムを作成し、実測股関節合力と本モデルからの推測値の検証を行う方法論を確立し報告した。すでに手術3例で実測を行いモデルとの比較検討をおこなっているので引き続き成果を報告していきたい。
振動・波動現象の数理解析と数値解析

本研究では、磁気流体波、音波、弾性波などの振動・波動現象を始めとする自然現象を、偏微分方程式の初期値境界値問題あるいはスペクトル固有値問題として定式化し、有限要素法を用いた数値計算アルゴリズムを与え、その妥当性の数学的解析と実際の数値計算結果の検討を行うことを研究目標とした。研究を進めるに当たっては、研究者の個別研究に基礎をおきつつ、研究の相互交流にも力を注いだ。特に、週一開催された「数値解析研究会」や統計数理研究所主催の「MHD研究会」を始めとする年間を通しての各種の研究会での相互交流につとめた。以下、個別の研究実績について述べる。1.抵抗性線形化磁気流体作用素のスペクトル近似と、系の時間発展問題の関連につき研究し、その過程でNewmarkのβ法について興味有る事実を見いだした(加古、千葉)。2.構造体と音場の連成振動における固有値問題の解析的性質の解明と、それを利用した有限要素近似を研究し、近似スキームの収束証明と誤差評価を得た(加古、田吉、DENG Li)。3.散乱問題の高次放射条件を利用した数値解析手法の研究を進め、領域分割法による反復計算法の有効性を理論的に明らかにすると共に、有限要素法による近似計算を実行し有効性を確認した(加古、劉)。4.無限領域等の特異性を持つ領域における数値計算法の開発を行い、完全流体における一様流中の物体回り流れの数値計算法を考案し、流体中の振動・波動計算の基礎を築いた(小山、牛島)。5.移流拡散問題の差分近似の安定性と近似誤差評価を研究し、散逸と分散が同時に存在する系の数値計算法に対し新たな知見を加えた(名古屋、牛島)。7.高分子二相分離問題の数学的解析に取り組み、モデルの妥当性を明らかにした(大西)。
γ-グルタミルトランスペプチダーゼの活性中心の構造解析と反応機構

大腸菌のγ-グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)はD体、L体いずれのγ-グルタミル化合物も基質とする。代表的な基質であるD/L-グルタミンとD/L-γ-グルタミル-p-ニトロアニリドに対する酵素化学的パラメーターを求めたところ、D体に対するKm値はL体に対するKm値に比べて10倍ぐらい大きい値であった。このことは、α炭素に付いているアミノ基、カルボキシル基の両方を認識している残基が存在することを示している。GGTのアミノ酸配列とクラスIVセファロスポリンアシラーゼのアミノ酸配列のホモロジーは驚くほど高い。特にこれまでにアミノ酸配列が明らかになっているGGTの間で、完全に保存されている残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼでもよく保存されている。そのうちの一つである大腸菌のGGTの433番目の残基に当たるAsp-433に相当するヒトのGGT残基(Asp-423)は基質であるγ-グルタミル化合物のα位のアミノ基と相互作用して安定化させていることが示唆されていた(つまり、Asp-433は活性中心を形成する残基の一つと考えられた)。この残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼではアスパラギンであったので、D433N変異を導入したところ、GL-7-ACAアシラーゼ活性を持つようになり、GGTをセファロスポリンアシラーゼに変換することに成功した。一報、この残基に相当するBacillus subtilisのAsp-445をAlaに置換したところ、転移活性を完全に失ったものの、加水分解活性は保持していた。また、加水分解活性に対する酵素化学的パラメーターは、野生型のものと大きくは違わなかった。結晶化については、Spring-8で収集したデータが良く、初期解像度で2Aの回折強度データを得ることができ、9割ぐらいの残基のモデリングに成功した。大腸菌由来のγ-グルタミルトランスペプチダーゼはD体、L体いずれのγ-グルタミル化合物も基質とするが、D体に対するKm値はL体に対するKm値に比べて10倍ぐらい大きい値になった。γ-グルタミルトランスペプチダーゼのアミノ酸配列とクラスIVセファロスポリンアシラーゼのアミノ酸配列のホモロジーは高い。特にこれまでにアミノ酸配列が明らかになっているγ-グルタミルトランスペプチダーゼの間で、完全に保存されている残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼでもよく保存されている。そのうちの一つである大腸菌のγ-グルタミルトランスペプチダーゼの433番目の残基に当たるAsp-433に相当するヒトのγ-グルタミルトランスペプチダーゼ残基(Asp-423)は基質であるγ-グルタミル化合物のα位のアミノ基と相互作用して安定化させているととが示唆されていた(つまり、Asp-433は活性中心を形成する残基の一つと考えられた)。この残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼではアスパラギンであったので、D433N変異を導入したところ、GL-7-ACAアシラーゼ活性を持つようになり、γ-グルタミルトランスペプチダーゼをセファロスポリンアシラーゼに変換することに成功した。大腸菌のγ-グルタミルトランスペプチダーゼはD体、L体いずれのγ-グルタミル化合物も基質とするが、D体に対するKm値はL体に対するKm値に比べて10倍ぐらい大きい値であった。

γ-グルタミルトランスペプチダーゼのアミノ酸配列とクラスIVセファロスポリンアシラーゼのアミノ酸配列のホモロジーは高い。特にこれまでにアミノ酸配列が明らかになっているγ-グルタミルトランスペプチダーゼの間で、完全に保存されている残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼでもよく保存されている。そのうちの一つである大腸菌のγ-グルタミルトランスペプチダーゼの433番目の残基に当たるAsp-433に相当するヒトのγ-グルタミルトランスペプチダーゼ残基(Asp-423)は基質であるγ-グルタミル化合物のα位のアミノ基と相互作用して安定化させていることが示唆されていた(つまり、Asp-433は活性中心を形成する残基の一つと考えられた)。この残基はクラスIVセファロスポリンアシラーゼではアスパラギンであったので、D433N変異を導入したところ、GL-7-ACAアシラーゼ活性を持つようになり、γ-グルタミルトランスペプチダーゼをセファロスポリンアシラーゼに変換することに成功した。この残基に相当するBacillus subtilisのAsp-445をAlaに置換したところ、転移活性を完全に失ったものの、加水分解活性は保持していた。結晶化については、新しいリザーバーの検索を行い、これまで使用してきたPEG6000以外にも多くのリザーバーが使用できる可能性が見出された。
酸化物デバイス構築用絶縁体単層利御成長の研究

酸化物超伝導体の電子デバイス応用において、高品質で再現性の良好な特性を有するジョセフソン接合作製が望まれている。本研究では、このような接合作製技術の実現を目指して、とくに酸化物超伝導体に適合した絶縁体トンネルバリア材料を探索する観点から検討を進める。ここでは超伝導体電極材料としてはBi_2Sr_2CaCu_2O_8(Bi2212)を用いるが、この薄膜では極めて(001)配向(c軸配向)成長しやすく、かつc軸方向ではコヒーレンス長が極端に小さいという特性を示すため、積層型の超伝導接合製作は著しく困難である。このため、上記絶縁体バリア材料の研究とともに、膜面に垂直方向のコヒーレンス長増大を図るため、PbドープBi2212の非c軸配向薄膜形成の検討を行っている。本研究では、極薄のバリア層絶縁体材料として、新規に希土類金属酸弗化物(REOF)を選びまずその成膜検討を開始した(ここで、希土類金属REとしては、電極薄膜とのエピタキシャル整合性からSmを用いる)。REOFの特徴は、(1)高温相では立方晶の螢石型構造をとり、その格子定数よりPbドープBi2212とのエピタキシャル整合性が良好である。(2)融点が高く、耐熱性に優れている。かつ、構成元素として金属イオンとの結合性が強い弗素が入っており、電極層/バリア層界面の急峻性に優れていることが期待できる(このことはジョセフソン接合形成において本質的に重要である)。SmOF薄膜の形成は、基板としてSrTiO_3を用い、以下の方法で試みた。電子ビーム蒸着法により、蒸発源としては弗化サマリウムSmF_3粉末を用いて、オゾン化酸素雰囲気中で反応性蒸着により成膜する。成長面温度を、Bi2212薄膜作製と同じ700°Cとすることにより、弗素が有効に除去されて、SmOFが成長することを見いだした。成長薄膜の詳細なキャラクタリゼーション、接合形態での検討が今後の課題である。
宇宙ロボットによる未知浮遊物体の回収作業に関する研究

将来の宇宙開発において,衛生軌動の設立,保守,点検,修理などを行なうために,軌道上を航行するロボットが必要不可欠である.本研究では,この様なロボットに必要とされる基本的な機能の1つである浮遊物体の回収作業について基礎的な検討を行っている.従来の多くの研究では,対象である浮遊物体の慣性や形状のパラメータは即知であることが仮定されていた.しかし,ロボットは不測の事態にこそ役立たなければならない.したがって,破損した部品や軌道上に浮遊する宇宙塵の様な非協調的な対象を扱えること必要である.そこで,本研究では、運動する物体の様子を撮影した画像の時系列からその物体の動力学パラメータと形状パラメータを効率よく推定するアルゴリズムについて提案している.この方法は,衛星軌道上の浮遊物体の運動は,外力の働かないオイラ運動方程式に従っていると見なせることを利用しており,画像の時系列から抽出した角速度ベクトルの時系列に基づいて物体の運動を推定し予測するものである.昨年度までは,アルゴリズムの骨子だけがができていたが,補助金で購入したUNIXワークステーションによって,様々な状況を想定したシミュレーションを行い,より広い範囲で適用できる実際的なアルゴリズムになるように改良した.現在は,以上の計算機シミュレーションの結果に基づいて,実際の物体と光学系/画像処理系を用いた第2段階のシミュレーションの準備にかかっている。並行して,無重力環境で大型の回転物体を捕捉し把持するための,衝突現象のモデル化やそれに基づく運動計画について検討している.衝突におけるモデル化においては,衝突点の接線方向の速度や力をどのように扱うかということが問題になるが,これをパラメータ化し,運動計画のアルゴリズムに組み込むことを目指している.将来の宇宙開発において,衛生軌動の設立,保守,点検,修理などを行なうために,軌道上を航行するロボットが必要不可欠である.本研究では,この様なロボットに必要とされる基本的な機能の1つである浮遊物体の回収作業について基礎的な検討を行っている.従来の多くの研究では,対象である浮遊物体の慣性や形状のパラメータは即知であることが仮定されていた.しかし,ロボットは不測の事態にこそ役立たなければならない.したがって,破損した部品や軌道上に浮遊する宇宙塵の様な非協調的な対象を扱えること必要である.そこで,本研究では、運動する物体の様子を撮影した画像の時系列からその物体の動力学パラメータと形状パラメータを効率よく推定するアルゴリズムについて提案している.この方法は,衛星軌道上の浮遊物体の運動は,外力の働かないオイラ運動方程式に従っていると見なせることを利用しており,画像の時系列から抽出した角速度ベクトルの時系列に基づいて物体の運動を推定し予測するものである.昨年度までは,アルゴリズムの骨子だけがができていたが,補助金で購入したUNIXワークステーションによって,様々な状況を想定したシミュレーションを行い,より広い範囲で適用できる実際的なアルゴリズムになるように改良した.現在は,以上の計算機シミュレーションの結果に基づいて,実際の物体と光学系/画像処理系を用いた第2段階のシミュレーションの準備にかかっている。並行して,無重力環境で大型の回転物体を捕捉し把持するための,衝突現象のモデル化やそれに基づく運動計画について検討している.衝突におけるモデル化においては,衝突点の接線方向の速度や力をどのように扱うかということが問題になるが,これをパラメータ化し,運動計画のアルゴリズムに組み込むことを目指している.
味覚の性差をもたらす脳の性分化メカニズムの解明

本研究は、味覚の雌雄差をもたらす脳の性分化メカニズムを明らかにすることを目的とて行われた。味覚のうち、特に甘味に対しメスがオスに比べて高い嗜好性を示すことが報告されていることから、ラットを用いて過去の報告と一致した結果が得られるかどうかを確かめた。カロリーとは関係なく、甘味のみに対する嗜好性を確かめるためにサッカリン水溶液を用いた。雌雄ラットに、0.25、0.5、あるいは0.75%サッカリン水溶液および対照として水道水を与え、その後2週間、水摂取に対するサッカリン摂取の割合を得た。その結果、ウィスター今道系のラットを用いた場合、メスがオスより有意に高い甘味嗜好性を示す日があることが確かめられた。この嗜好性の傾向は、卵巣除去メスと精巣除去オスとを比べた場合にも認められた。一方、Sprague-Dawley(SD)系ラットを用いて、同様の実験を行った結果、これまでの結果とは異なり、オスがメスに比べて有意に高い甘味嗜好性を示すことが明らかとなった。さらに、Long-Evans系ラットを用いて同様の実験を行ったところ、雌雄の間に明瞭な甘味嗜好性の違いは認められなかった。これらの結果より、ラットの系統によって雌雄の甘味嗜好性には違いがあり、メスあるいはオスが高い甘味嗜好性を示す場合、さらに雌雄に大きな違いがない場合があることが明らかとなった。すなわち、「メスは高い甘味嗜好性を示す」というこれまでの研究結果は普遍的でない可能性が高いことを示す結果となった。現在、過去の報告との違いの理由を検討するとともに、本研究結果を報告するための準備を行っている。本研究は、味覚の雌雄差をもたらす脳の性分化メカニズムを明らかにすることを目的として行われた。雌雄ラットに、0.25、0.5、あるいは0.75%サッカリン水溶液および対照として水道水を与え、水摂取に対するサッカリン摂取の割合を得た。その結果、ウィスター今道系のラットを用いた場合、メスがオスより高い甘味嗜好性を示すことが確かめられた。また、生後一日日の新生オスラットに精巣除去手術を施し、オス型脳への性分化を阻害したラットを用い、成熟後に同様の実験を行ったところ、甘味嗜好性においてメスと同様の傾向が認められた。これらのことから、甘味に対する嗜好性の性差は成熟後の性腺由来の性ステロイドホルモンによるものではなく、新生時期の不可逆的な脳の性分化に起因することが示唆された。一方、LSD系ラットを用いて、同様の実験を行った結果、これまでの結果とは異なり、オスがメスに比べて高い甘味嗜好性を示すことが明らかとなった。この事実は、用いるラットの系統によっては、メスの甘味嗜好性が高いとはいえないことを示している。すなわち、「メスは高い甘味嗜好性を示す」というこれまでの概念は普遍的でない可能性が高いことを示すものである。これらの結果をふまえ、甘味嗜好性に絶対的な雌雄差があるか否かについてさらに検討するための研究を現在も継続して行っている。
嗅覚線毛における情報変換チャネルの修飾機構

嗅覚線毛には嗅覚情報変換に関与するイオンチャネルが高密度に発現し、生体信号発生に寄与している。情報チャネルは2種類存在し、サイクリックヌクレオチド感受性陽イオンチャネル(Cyclic nucleotide-gated channel, CNG channel)、カルシウム感受性クロライドチャネル(Calcium-activated chloride channel, Cl(Ca)channel)と呼ばれる。これらのチャネル特性を知ることで、嗅覚受容の第一段階である化学物質から生体電気信号への制御や修飾機構について分子レベルで情報変換機構の定量的な解析を行うことが可能となる。嗅覚研究の中でも、嗅覚マスキングのターゲットがCNGチャネルであることから、ホールセルパッチクランプ法により測定した電流の抑制率を測定することで、チャネルに対する影響を調査した。研究実施計画にもあるように、CNGチャネル阻害を引き起こす化学物質の特性や阻害性、効果を検証し、更に高い阻害効果を持つ物質探索も行った。試薬として流通している化学物質のみならず、天然化合物や人工化合物、更に飲食品からの揮発性物質、自然界に存在している植物・動物から得られた天然物質など、広範囲に新規抑制物質の可能性についても探索した。本研究から得られた電気生理データにより、基礎科学の分野だけではなく、嗅覚受容を取り扱う産業界においても基盤となる情報が得られたと確信する。特に、最終年度(および1年延長した期間)は、新しい物質の収集と可能性の検証を引き続き行った。その結果、特徴的な化学構造と化学的な性質を併せもつ物質(トリクロロアニソールとその類似物質等)が極めて高い抑制性を有することが明らかとなった。さらに市販されている飲食品にも抑制物質が多く含まれ、CNGチャネルを抑制することから、嗅覚情報変換機構に作用することも明らかとなった。生体を取り巻く環境や日常的に摂取する飲食品などから得られる香りの作用は生体に大きな影響を与える。本研究では、匂いを感じる受容機構とその調節機構を嗅覚受容の第一段階である嗅細胞線毛を用いて、研究・調査し、分子レベルでの機構解明を目的としている。本年度は、線毛にあるサイクリックAMP介在性嗅覚情報変換システムの抑制機構の1つである嗅覚マスキングを制御するCNGチャネル抑制機構に関して、分子システムと産業応用との新規可能性について研究・調査した。嗅覚マスキングはCNGチャネルの抑制から生じ、CNGチャネル阻害剤の存在は匂いの感覚を減衰させる。これは嗅覚マスキングの良い効果として歴史的には長く使用されていたが、近年では、飲食品に含まれることで本来の風味が減衰することで商品の価値を著しく劣化させる悪影響を持つ。その1例が、ワインにおけるブショネである。しかし、このファクターも場合によっては、臭み消しとしての機能を発揮することから、阻害物質の量やコンビネーション等について検索中である。H26年度は各種飲食品や原材料等に含まれているCNGチャネル阻害剤について検証を進めた。各種飲食品の素材や原材料において、その中に含まれている物質を分析し、CNGチャネルに対する阻害効果を調べた。それらの中で、嗅覚マスキングを引き起こすような特定の物質が含まれている場合には、試料の原産地、流通経路、保管状態等を調査し、経路上で化学反応が起こる可能性についても分析調査を行った。これらの試料の選定や調査などと並行して、CNGチャネル阻害の分子基盤についても、電気生理学的見地から調査を行った。匂い環境は生体に多大な影響を与えることで知られているが、その多くは無意識下で行われている。匂いを感じる受容機構を備えている嗅細胞線毛を実験のモデルとして用い、匂い受容や情報変換の分子機構を定量的に調査・研究して、その実体・身体的影響に対して分子基礎科学レベルでの機構解明を目的とした。嗅細胞線毛では、局所高密度に発現している情報変換チャネルによって化学-電気信号変換が行われる。ターゲットの1つである、嗅覚マスキングは各種様々な化学物質によって引き起こされる。特に、情報変換に関与するイオンチャネル活性(サイクリックヌクレオチド感受性陽イオンが抑制されることで、嗅覚の減弱が生じる。飲食品の風味は主に匂いによって構成されるため、嗅覚マスキングの分子機構解明は、飲食品の風味知覚(特に、フレーバーロス)の機序を知る上でも重要な課題である。本年度は、cAMPが介在する嗅覚受容システムの抑制機構として知られている嗅覚マスキングのメインメカニズムがCNGチャネルの抑制であることを踏まえ、CNGチャネル阻害をもたらす分子および物質を調査・検索した。その際、現存する化学物質のみならず、有香植物やフィトンチッドを始めとする自然界に存在する複合的な匂い物質もターゲットとし、試料採取や物質探索などを行った。検証は各種匂い物質を単離嗅細胞に適用し、電気生理学的手法(パッチクランプ法)を用いた。各種物質の中でも、数分子で多数のチャネルを同時に阻害するほどの高疎外性を持つ分子が存在することから、その抑制機構や新規物質設計についても検討した。本年度は、以下を研究目的とした。1CNGチャネルの高阻害効果分子の調査検索2効果に関する分子基盤3新規分子の設計である。1に関しては、自然界(主に有香植物・フィトンチッド)や飲食品のみならず生産過程や流通経路における物質発生に着目し、多岐にわたる物質を調査した。2では、CNGチャネルは線毛構造における機構を調べるため、各種チャネル阻害剤やチャネル修飾、等の影響を調査した。3では、新規物質の特性となりうる点を調査している。更に、前年度から継続して新規物質を検索している。これら全てを考慮すると、研究目的への達成度は概ね順調であると判断した。匂いは無意識下で生体に多大な影響を与える。

匂い受容の第一段階は、嗅上皮内にある嗅細胞にで匂い物質が接触することで始まる。匂いを感じる受容機構を備えている嗅細胞線毛を実験モデルとして用いて、匂い受容システムや情報変換過程における分子機構を詳細に調査し、分子基礎レベルでメカニズム解明を試み、実験目的とした。嗅細胞線毛は外界から飛来する匂い物質が始めて生体にコンタクトする場である。この線毛上には情報変換チャネル(CNGチャネル・Cl(Ca)チャネル)が他の部分と比較して局所的に高密度に発現している。それにより化学-電気信号変換が高効率で行われるシステムを有する。研究ターゲットの1つである嗅覚マスキングは、各種様々な化学物質によって、これらの情報変換チャネルの抑制により、引き起こされることは既に過去の研究成果で示した。特に、情報変換チャネルの中でもCNGチャネルが阻害されることで、嗅覚が顕著に低下する。飲食品にとって、匂いは重要であり、味とは異なった風味とも評される。この風味が減弱することが、情報変換チャネルの中のCNGチャネルをターゲットとしていることを踏まえ、チャネル阻害をもたらす分子を自然界に存在する天然化合物・人工化合物など幅広い方面から探索し、検証する。試料採取や物質探索後は、細胞に適用し、実際のイオンチャネルの興奮・抑制を電気生理学的手法(パッチクランプ法)にて測定し、検討することで、ダイレクトなチャネル抑制を確認することが可能である。本研究により、基礎研究分野のみならず、産業界においても有用なデータが得られることから、社会的な意義も深い。本年度は、研究目的として以下を掲げた。1.CNGチャネルを阻害する物質探索2.阻害効果に対する機構解明3.抑制分子の設計、である。自然界に存在している匂いは一般的に、市販している薬品(多くは単一物質)ではなく、各種の匂いが混在している。そのため、飲食品のみならず、その生産過程や流通過程から得られる匂いに関しても、特定の化学物質によるCNGチャネル抑制が引き起こされていると考えられるデータを取得した。1.ではチャネルを阻害する物質として過去にその機能が明らかとなったTCAと同程度の抑制物質を発見した。自然界に存在する天然物質の効果を検証している。2.では抑制分子と細胞膜やチャネルとの親和性等に着目し、研究を進めた。3.は抑制分子の持つ特徴的な化学構造が得られたことから、その構造を基盤とし、更なる抑制物質のアーキテクチャーを推測している。これらの結果に関しては、現在論文を作成中である。匂いは他の感覚と異なり、認識・知覚していない状態でも生体に影響を及ぼす。匂い受容の初段は嗅上皮内に位置する嗅細胞と匂い物質が接触することで始まる。匂いを感じる受容機構を備えている嗅細胞線毛を実験モデルとして用いて、匂い受容システムと生体情報変換過程における分子機構を解明することを目的とした。
一般(定型発達)成人における社会的認知能力の個人差の測定法に関する実験的研究

成人の社会的認知能力に個人差を測定するため,プロの俳優6名により演じられた対人場面を録画したものを材料とし,「動画(音声付き)」「画像」「音声のみ」の3種類の課題(MPMR Test)を作成し,大学生を対象に実施した結果,各課題成績は正規分布を示すこと,各課題の信頼性は,許容範囲であることなどが確認された。この結果は,課題成績に一定の個人差が表れることを意味している。これらの課題成績と,基本的認知傾向との関連性を調べたところ,社会的認知能力課題の成績と共感化傾向は中程度の正の相関,システム化傾向とは弱い負の相関を示した。これらの結果は,E-S理論の基本的仮定と一致しており,当課題が社会的能力を測定していることを示唆している。本年度は,社会的認知能力を測定するための課題の刺激用データベースを作成するために,プロの俳優により,代表的な社会的相互作用場面の台本に沿って,通常の日常的場面に最も近いと考えられるシーンを演じてもらい,それを録画した.そして,各刺激場面の登場人物の心的状態が,実験者側が想定したものと一致しているかどうかを確認するために,各刺激を見せた上で,100人の学生を対象に,それぞれ自由記述によって登場人物の心的状態について認知した内容について回答を求めた.この回答内容から,語句の重複などを整理するとともに,回答傾向に基づいて,次の課題で使用する選択肢を選定した.次年度においては,この課題に基づき,第2段階のデータ収集を行い,最終的な課題の作成の基礎データを得る予定である.また,各シーンの画像情報だけから構成された視覚情報課題と,音声情報だけから構成された聴覚情報課題を作成し,社会的認知能力の個人差についてモデュール別に測定可能なものを構築した。また,それとともに,より基礎的な社会的知覚能力を測定するために,目の部分だけの写真を刺激とした心的状態の推論課題と,視線方向の検出課題も作成した。これらの手続きによって,心理学的測度としての精度高い尺度を構成するとともに,各課題間の組み合わせや重要度の違いなどについても検討し,テスト・バッテリーを構成する予定である。なお,この課題作成過程について,この領域の代表的研究機関であるケンブリッジ大学(英国)教授のDr.Baron-Cohenの研究チームを訪ね,実験のデモンストレーションを行うとともに,討議を通して意見を収集した。成人の社会的認知能力に個人差が存在するということについては,経験的には知られているものの,実証的な研究はほとんど存在しない.しかし,神経科学等による脳機能の解明とともに,社会的認知能力の測定は、大きな課題となってきている.そこで,一般成人を対象とした社会的認知能力を測定するための課題を作成することが本研究の主要課題である.課題の刺激としては,プロの俳優により演じられた対人場面を録画し,それを「通常刺激(動画のまま)」「視覚刺激(画像のみ)」「音声刺激(音声のみ)」の3種類に加工し,それを刺激材料として、大学生を対象に,各刺激人物の心的状態の自由記述,それを元に整理した4肢選択形式による各刺激人物の心的状態についての選択率をデータとして,尺度構成法の手続きに従って,本年度は動画刺激課題について作成を行った.当動画課題を大学生を対象に実施した結果,課題成績の分散は,ある程度正規分布を示すこと,課題の信頼性は,許容節囲であることなどが確認された.この結果は,課題成績に一定の個人差が表れることを意味しており,当研究の基本的な目的が達成可能であることを示唆している.そこで,この課題成績と,社会的認知に関連する「共感性」との関連性を調べたところ,相関は極めて低かった.また,パーソナリティとしての協調性との関連性もあまり見られなかった.これらの結果は,当課題が従来の質問紙で測定されるような自己認知としての社会性とは独立した,パフォーマンスとしての社会的能力を測定していることを示唆している.成人の社会的認知能力に個人差が存在するということについては,経験的には知られているものの,実証的な研究はほとんど存在しない.しかし,神経科学等による脳機能の解明とともに,社会的認知能力の測定は,大きな課題となってきている.そこで,一般成人を対象とした社会的認知能力を測定するための課題を作成することが本研究の主要課題である.課題の刺激としては,プロの俳優に上り演じられた対人場面を録面し、それを「通常刺激(動画のまま)「視覚刺激(画像のみ)」「音声刺激(音声のみ)」の3種類に加工し,それを刺激材料として、大学生を対象に,各刺激人物の心的状熊の自由記述,それを元に整理した4肢選択形式による各刺激人物の心的状態についての選択率をデータとして,尺度構成法の手続きに従って,本年度は動画刺激課題について作成を行った.

当動画課題を大学生を対象に実施した結果,課題成績の分散は,ある程度正規分布を示すこと,課題の信頼性は,許容範囲であることなどが確認された.この結果は,課題成績に一定の個人差が表れるとを意味しており,当研究の基本的な目的が達成可能であることを示唆している.そこで,この課題成績と,基本的認知傾向である共感化とシステム化との関連性を調べたところ,試作された社会的認知能力課題の成績と共感化傾向は中程度の正の相関,システム化傾向とは弱い府の相関を示した.これらの結果は,E-S理論の基本的仮定と一致しており,当課題が従来の質問紙で測定されるよりな自己認知としての社会性とは独立したパフォーマンスとしての社会的能力を測定していることを示唆している.
相対遅延モデルに基づく非同期式パイプラインシステムの論理設計と試作および評価

コンピュータの超高速化,高機能化にともなって集積回路が超微細化加工されるに従い,従来のクロックによる同期式システムの考えだけでは正しい動作が保障されないため,要求/応答制御信号を用いた非同期システムが注目されている.本研究では,相対遅延モデルを提案し,これに基づく非同期システムやパイプラインシステムを設計し,これらをFPGA上に実装し,評価を行うものである.研究の途中で, D-素子や2線論理実装ライブラリ,また,非同期システムの検証手法,時相論理の新しい体系などを提案している.コンピュータの超高速化,高機能化にともなって集積回路が超微細化加工されるに従い,従来のクロックによる同期式システムの考えだけでは正しい動作が保障されないため,要求/応答制御信号を用いた非同期システムが注目されている.本研究では,相対遅延モデルを提案し,これに基づく非同期システムやパイプラインシステムを設計し,これらをFPGA上に実装し,評価を行うものである.研究の途中で, D-素子や2線論理実装ライブラリ,また,非同期システムの検証手法,時相論理の新しい体系などを提案している.本研究は,年々,超高速化・高機能化するコンピュータシステムあるいはデジタル機器の限界を打破するため,新しい設計手法および構成法である非同期式システムについて,その基礎理論と機器構成を行ない評価するものである.本年度はそのために,1.基礎理論と設計手法およびシステム検証に関する研究,と2.非同期マイクロパイプライン・システムのハードウェア構成,基本論理素子の研究を行なった.1.従来の同期式デジタルシステムは超高速動作になるとクロックスキュー等の問題が生じ,その微細加工や大規模化に限界が認識されるようになってきた.非同期システムはグローバルクロックを使用せず,要求信号/応答信号を用いた事象駆動型の回路システムであり,本質的には3値論理を基礎としている。非同期式システムは,同期式システムの限界を超え,なおかつ低消費電力,低電磁界輻射などの利点を有する.また,設計や検証において通常のブール代数のみではシステム記述力が弱く,様相論理や時相論理を用いることも少なくない.本年度の研究では非同期システムの基礎理論として,様相論理や時相論理に関する研究および発表を行なった(2件).これは,Constructive論理とSituation論理についての公理体系および構造に関するものと,プライアーの様相論理Qに関する内容であった.続いて,非同期回路のためのシステム検証技術として,時相論理を応用した研究論文(3件)を発表した.これは,大規模で複雑な動作仕様のシステムが正しく所望の動作を行なうかをシステム記述から検証するCADプログラムであり,国際学会での発表に対して優秀論文発表賞を受けた.さらに,多値論理システムのテスト技術の論文(1件)を掲載した.2.非同期パイプラインシステムのハードウェア構成として,束データ方式に基づいたパイプラインプロセッサを,科研費で購入したFPGAボード上のLSIに構成し動作させた.非同期コンピュータとして動作確認し,研究発表を行なった.合成手法として,バーストモード非同期回路の合成を研究し発表を行なった.さらに,非同期回路を構成する最新の構成要素をニューロMOSトランジスタで合成したヒステリシス性を持つしきいゲートについても新規の研究として発表を行なった.国際学会等の参加や論文掲載料に科研費を使用した.本研究の目的は、年々、超高速化・高機能化するデジタル機器やコンピュータシステムの限界を打破するため、新しい設計手法および構成法である非同期式システムについて、その基礎理論と機器構成を行ない計測・評価するものである。本年度はその目的に沿って,1.3値論理と様相論理に基づく基礎理論に関する研究,2.非同期システムの検証に関する研究,3.非同期パイプラインシステムの検討とヒステリシスを持つ基本ゲートの提案を行なった。1.従来の同期式デジタルシステムでは,素子遅延も配線遅延もある上限を仮定していたので,2値諭理で設計・表現できたが,超高速化,高密度化が進むと遅延の仮定もいくつかのバリエーションが生じ,遅延の取り扱いが複雑になると共に特殊な3値論理が応用される。本年度は,遅延による現象を第3の論理値で表現することに加え,様相諭理を扱うことにより,新しい数学モデルを構築した(2件)。2.続いて,設計した非同期システムが仕様通りの正しい振る舞いをするか検証をする技術に関する研究の報告を行なった(3件)。これらは非同期システムとその中の制御回路を記述する手法と,この記述に基づいてシステム検証を行なう方法を提案し,シミュレーションでその性能を評価した報告である。3.2線諭理を用いた非同期回路の設計手法として,フィードバックを有するυ-MOSトランジスタを提案し,これがヒステリシス性(記憶)をもつユニークな特徴を有することを示した。このトランジスタは非同期回路のゲート素子として優れており,その構成法,しきい値電位の制御法などを報告した(4件)。今後の研究目標は,以上の研究報告を踏まえ,2線式非同期回路でパイプラインシステムをLSI上に実装し,性能評価を行なうことである。本研究の目的は,年々,超高速化・高機能化するデジタル機器やコンピュータシステムの限界を打破するため,新しい設計手法および構成法である非同期式システムについて,その基礎理論と機器構成を行ない計測・評価するものである.本年度はその目的に沿って,1.様相の扱える3値論理のシステムQtを提案した.多値論理の分野でも最近,話題になるテーマでもある.非同期システムなど従来のブール代数では扱えない時間情報や因果律を扱える.2.非同期システムの検証に関する研究成果を発表した.検証ツールSMVなどを使用して,複雑になる非同期システムの振る舞いを高速に検証する手法を与えており,斬新である.

3.非同期パイプラインシステムの検討とヒステリシスを持つ基本ゲートの提案:フローティングゲートを応用したヒステリシスを有する非同期回路向けしきい素子を開発し,そのしきい値を可変にできる構成まで開発した.デバイスのシミュレーションにNG-SPICEを使用した.4.2線式非同期回路用のライブラリを開発しVHDLに実装した.また,これを用いて種々の非同期回路を設計できることを示した.FPGA上に,提案している相対遅延で実装できる.また,非同期システムをFPGAに実装したときの測定器として8チャンネルのデジタルトレーナーを試作し,これが良好に動作した.以上,電子部品の購入,論文掲載料,国際学会・国内学会の参加に科研費を使用した.本研究は,年々,高速化・高機能化するコンピュータシステムの限界を打開するため,新しい非同期システムの設計手法や構成法,さらに構成要素(新機能のゲート回路など)を提案している.実際にFPGA上にシステム構成し,動作確認や評価を行うものである.本年度はその目的に沿って1.ヒステリシスを有するしきいゲートを提案しその回路構成とレイアウトを発表した.さらに,ヒステリシスを有するしきいゲートのしきい値を可変できる素子を開発した.これら提案したゲートを用いてALUを構成しデモンストレーションを行った.2.ペトリネットを用いて非同期パイプラインシステムの動作を記述し,いくつかのパイプラインシステムの比較を行った.これによりパイプラインシステムの共通な動作原理を抽出することができた.さらに非同期パイプラインシステムのFPGA実装を行った.3.非同期システムを市販のFPGAに実装するために2線論理構成のためのVHDLライブラリを開発し,発表を行った.4.各種C素子回路の回路動作をSMVによって検証を行い,どのC素子がどの遅延モデルで動作可能かを分類した.以上,学会参加費・旅費,機器購入,電子部品購入に科研費を使用した.
新たな分子病因の解明に基づく心筋症と心不全病態の治療戦略に関する研究

新規の心筋症原因遺伝子としてCARP変異を同定し、その機能異常を解明した。また、拡張型心筋症の原因となるZASP変異は、糖代謝に関わる酵素PGM1の局在心筋異常を生じることを見出した。一方、心筋ミオシンフォスファターゼの抑制サブユニットM21は心筋におけるM110のリン酸化を制御することを明らかにした。また、拡張型心筋症モデルマウスを用いて、心筋収縮のカルシウム感受性制御による心不全病態抑制を示した。本研究の目標は、心筋症の分子病因と病態形成機構の理解に立脚した心筋症・心不全病態の治療戦略を開発することにある。本年度の主な研究成果は以下のとおりである。1.酵母2ハイブリッド法を用いてZASP/Cypherの心節特異的ドメインに結合するタンパクを同定した。GFP融合遺伝子をラット心筋細胞に導入しで当該タンパクの細胞内分布を検討したところ、当該タンパクは通常は細胞質に存在するが、低血清培養条件下ではZ帯に移行した。また、種々のリコンビナントを用いた実験の結果、Z帯移行シグナルはC末端ドメインに存在し、N末側は通常培養条件下ではZ帯への移行を抑制していることが判明した。また、拡張型心筋症患者に見出されたZASP/Cypher変異は当該タンパクへの結合性を著明に減少させた。2.候補遺伝子アプローチによって、タイチンN2B領域結合タンパクであるFHL2、細胞外マトリックス結合タンパクであるラミニンα4、インテグリンキナーゼの変異が拡張型心筋症の原因となること、タイチンZ9-Z10領域結合タンパクであるオブスキュリンの変異が肥大型心筋症の原因となることを明らかにした。3.PP1MのスモールサブユニットであるM21を高発現するトランスジェニックマウスが肥大型心筋症の病態を呈するが、低発現マウスは明らかな心肥大を呈さなかった。そこで、高発現マウス、低発現マウスおよび対照マウスの心筋を用いた網羅的発現解析を実施し、高発現マウスでのみ発現が変化する遺伝子群として39遺伝子を同定した。4.pull-down法を用いてM21とPP1Mラージサブユニットとの結合を検討したところ、M21はMYPT2よりMYPT1に強く結合すること、結合ドメインはMYPTのC末側1/3にあること、M21のロイシンジッパードメインはMYPTとの結合に必須でないことなどを明らかにした。既知の原因遺伝子のいずれにも変異が見出されない特発性心筋症患者集団についての候補遺伝子アプローチにより、肥大型心筋症の新たな原因遺伝子としてANKRD1変異(CARP変異)を同定した。肥大型心筋症関連CARP変異(3種類)はいずれもがタイチンN2Aドメインおよびミオパラジンとの結合性が増強すること、心筋細胞分化後もCARPが核内あるいは核膜周辺に貯留することを見出した。さらに、肥大型心筋症患者にタイチンN2Aドメイン変異(2種類)を見出したが、これらはいずれもCARPとの結合性が増強した。これらのことからタイチンN2A-CARP連関異常が肥大型心筋症の原因となることが強く示唆された。一方、FKTN変異を有する拡張型心筋症患者の臨床的特徴として骨格筋症状、心筋症状の発現以前から持続する高CK血症があることを明らかにした。これらとは別に、心筋特異的ミオシンフォスファターゼ・スモールサブユニットであるM21を高発現するトランスジェニックマウスには心筋のCa感受性増強、心筋肥大、心筋細胞錯走配列、突然死、長期経過後の心不全死が認められたことから、ヒトの肥大型心筋症の忠実なモデル動物であることが明らかとなった。このモデルを用いて検討したところ、ミオシン軽鎖のリン酸化の亢進は観察されないこと、ミオシンフォスファターゼ・ラージサブユニットのリン酸化異常を生じていることが判明した。一方、ラミンA/C変異ノックインマウスの心不全はオスで著明に観察されるが、去勢・卵巣摘出、テストステロン投与、アンドロジェンレセプター阻害剤投与実験を組み合わせることにより、心不全の悪化効果はテストステロンによることを証明した。また、ラミンA/C変異ノックインマウスではアンドロジェンレセプターの核内移行が亢進していることが明らかとなり、心不全発症における性ホルモンの寄与が解明された。心筋症の分子病因と病態形成機構の解明とそれに立脚した治療戦略の開発を目的とした。(1)Z帯-I帯構成要素間の機能連関と心筋ストレッチ反応機構:肥大型心筋症および拡張型心筋症の原因遺伝子としてCARP変異を同定した。CARPは心筋ストレッチ時に細胞質から核内に移行することが知られているが、肥大型心筋症関連変異を有するCARPはラット心筋細胞に導入すると定常状態でも核内に移行した。一方、拡張型心筋症関連変異を有するCARPは細胞内局在異常を呈さなかったが、C2C12細胞に導入すると、ストレッチ反応に関連する遺伝子群の発現変化をもたらした。