hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
認知症者のコミュニケーション障害の類型化に基づく包括的アプローチの開発

アルツハイマー型認知症者のコミュニケーション障害を,全体高型,聴覚障害型,認知障害型,言語障害型,全体低型の5つに類型化して,コミュニケーションアプローチ方法の効果を検証した.聴覚障害型については(1)補聴器装用率の向上にワーキングメモリーと単語復唱能力が関与する,(2)発話者の口形提示は聞こえを促進する,認知障害型については(3)メモリーブックを用いた訓練は,認知・言語・意欲の向上と行動障害の減少をもたらすことを明らかにした.アルツハイマー型認知症者のコミュニケーション障害を,全体高型,聴覚障害型,認知障害型,言語障害型,全体低型の5つに類型化して,コミュニケーションアプローチ方法の効果を検証した.聴覚障害型については(1)補聴器装用率の向上にワーキングメモリーと単語復唱能力が関与する,(2)発話者の口形提示は聞こえを促進する,認知障害型については(3)メモリーブックを用いた訓練は,認知・言語・意欲の向上と行動障害の減少をもたらすことを明らかにした.本研究は、認知症者の89割にみられ、リハビリテーション(以下、リハ)や介護困難の要因となっているコミュニケーション障害について、(1)我々が既に開発した評価法を用いて包括的に評価し、(2)類型化(聴覚障害型、失語症型、高次脳機能障害型、構音障害型、それらの複合型等)し、(3)タイプごとのコミュニケーションアプローチを開発して、その効果を検証することを目的とする。平成22年度の研究実施計画は、認知症者のコミュニケーション障害の評価実施(上記(1))と、類型化(上記(2))であった。研究成果は以下の通りである。1)Alzheimer型認知症85例、その他10例、計95例に、コミュニケーション機能、認知機能、感覚機能の評価を実施した。2)得られた結果を統計的に分析し、コミュニケーション障害の類型化に着手した。現在、分析継続中である。3)コミュニケーションアプローチに関する研究者であるオハイオ州立大学のBourgeois博士を訪れ今年度の成果を報告するとともに、次年度の研究計画について情報交換した。4)日本老年精神医学会、認知神経科学会、高次脳機能障害学会にて、研究成果を公表した。本研究は、認知症者の7090%にみられ、認知機能低下や行動障害増悪、またリハビリテーションや介護困難の要因のひとつとされるコミュニケーション障害について、(1)我々が既に開発した方法を用いた包括的な評価、(2)聴覚障害型、失語症型、高次脳機能障害型、それらの複合型等への類型化、(3)タイプごとのコミュニケーションアプローチの開発と実践、(4)介入効果の検証を行うことを目的としている。平成22年度に上記(1)(2)を終了したことを踏まえ、平成23年度の研究実施計画は、類型化したタイプごとのコミュニケーションアプローチの開発と実施(上記(3))であった。1)認知症者97例に実施した評価結果をStepwise法による階層的クラスター分析にて解析した。認知症者のコミュニケーション障害は、全体高型、聴覚障害型、認知障害型、構音障害型、全体低型の5タイプに類型化された。2)各タイプに対するコミュニケーションアプローチを考案した。具体的には、全体高型:機能維持・向上のためのグループ認知訓練、聴覚障害型:補聴器装用、口形提示による理解促進法、認知障害型:機能維持・低下防止のためのグループ訓練、メモリーブックを用いた見当識訓練、構音障害型:構音訓練、義歯の装着、全体低型:機能低下防止のための非言語的コミュニケーション手段を多用した訓練である。現在、認知症者97例に対し、2施設でこれらのアプローチを実施中である。3)研究成果の公開は以下の通りである。・原著論文(査読あり):老年精神医学雑誌第10巻pp1166-1173。本研究の目的は、認知症者の70%以上にみられ、認知機能低下や行動障害の増悪、リハビリテーションや介護困難の要因の一つとされるコミュニケーション障害について、1我々が既に開発した方法での包括的な評価、2障害の類型化、3タイプごとのコミュニケーションアプローチの開発と実践、4介入効果の検証を行うことである。平成23年度までに123を終了し、コミュニケーション障害を全体高型、聴覚障害型、認知障害型、構音障害型、全体低型に類型化して、各々へのアプローチを検討した。全体高型、構音障害型、全体低型については、既存のアプローチが適用可能と考えられたことから、今年度は、聴覚障害型と認知障害型に対する新規アプローチについて「4介入効果の検証」を行った。1)聴覚障害型:補聴器継続装用の要因を分析した。その結果、補聴器のフィッティングが可能であったのは51例中18例、装用4か月可能であったのは5例で、累積dropout率は、各々64.7%、90.2%と高かった。重回帰分析の結果、補聴器装用期間と強い関連を示したのは、(mini mental state examination、以下MMSE)のワーキングメモリーと、単語の復唱であった。以上より、認知症者の補聴器継続装用は容易ではないが、装用に有効と思われる2要因が明らかになり、臨床応用の視座が得られた。2)認知障害型:メモリーブックを用いて認知・言語・行動障害への介入を行った。3か月後の再評価において、MMSEが15→17/30点に向上し、標準失語症検査補助テストでは発話開始時間の短縮、発話量増加、主題説明能力向上を認めた。

標準意欲検査では「ほとんど意欲がない」→「中等度の意欲」と改善した。行動障害評価では興奮拒否、易刺激性、脱抑制のスコアが改善した。以上より、メモリーブックの認知・言語・行動障害への有効性が示された。本研究の4つの目的のうち、平成22年度に第1および第2目的が、平成23年度に第3目的である認知症者の類型化に基づいたコミュニケーションアプローチの実施がほぼ予定通り進行中であるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.認知症者への再評価実施:研究代表者、研究分担者(山田弘幸、大森史隆)、研究協力者3名が、約100例の対象に、聴覚、認知、言語、介護負担などの再評価を実施する。実施場所は医療法人猪鹿倉会パールランド病院(鹿児島市)、医療法人厚生会トトロみのる園(延岡市)である。各施設の所属長、対象本人あるいは家族には、平成22年の初期評価実施の際、十分な説明のもとに文書で承諾を得ている。研究対象が高齢で認知症を有しているため、身体状況増悪や転院・退院などで評価実施困難例が出ると想定される。これまでの我々の研究より実施困難例は12割と予測され、統計処理上の問題はないと判断する。2.結果の分析:リサーチアシスタントにより入力された介入効果を、研究代表者と研究分担者(飯干明)が統計的に検証する。集団データについては二元配置分散分析、個々の症例についてはマクネマー検定を行う。使用統計ソフトはSPSS for windows 19.0、実施場所は鹿児島大学、志學館大学(いずれも鹿児島市)である。3.結果のまとめ:研究代表者、研究分担者(山田弘幸、飯干明、大森史隆)が、介入効果を総合的に考察する。
MEMS技術を用いた超小型超電導磁気エネルギー貯蔵素子

従来の巨大な超電導磁気エネルギー貯蔵装置(SMES)を小型化し、超電導薄膜でできた螺旋状コイルの埋め込まれたSiウェハの積層体でSMESを作る新しい方法を提案した。この方法はSMESの大量生産にも適する。エネルギー貯蔵容量が蓄電池に匹敵し、Siの機械的強度で、発生する電磁応力に耐えることが理論的に予測できたので、この方法によりSMESの実現が可能と判断した。複数回の試作を経て、4インチSiウェハに設けた螺旋状トレンチ内に形成した螺旋状NbN超電導薄膜コイルで、設計通りのエネルギー貯蔵量が確認できたので、この新しいSMESの作り方を実証できた。これにより、新たなSMESの応用展開が期待できる。(1) 4インチSiウェハ用に幅5μ,1100ターンの螺旋状パターンのフォトマスクを作成し, A,B,2タイプのスパッタ成膜法によるNbN薄膜超電導コイルを作成した. Aタイプはリフトオフ法を用いてウェハ上に作成した膜厚420nmの平面型コイル, Bタイプは反応性イオンエッチングを用いたBosh法により幅5μ,深さ5μの螺旋状トレンチを形成した後、NbN薄膜を形成,さらにメッキ法により銅でトレンチを充填した後,ウェハ表面のNbN薄膜, Cuメッキ膜を化学機械研磨法により除去したものである.(2)半導体評価システムおよび4インチSiウェハ100枚の積層体を4Kまで均一に冷却できる5W冷凍機クライオスタットを導入,極低温用トランスバースホール素子も組み込み,超電導コイル特性評価システムを立ち上げた.(3) Aタイプの内側100ターン分について8Kで臨界電流値1.12mA, 3.9Kで臨界電流値1.55mAを観測した. 4.2Kで電流1mAのとき,発生磁場4.3μTを実測し,磁気エネルギー貯蔵量を電流値から1.41nJと見積もった.Bタイプの内側300ターン分について4Kで臨界電流値10mA,発生磁場62μTを実測し,磁気エネルギー貯蔵量を電流値から490nJと見積もった.(4) 4インチSiウェハに幅60μ,深さ300μのトレンチ80本を並列接続し,これを300枚積層(厚さ30cm)積層し,これを磁場の向きを上下に反転させて組み合わせた場合,液体窒素あるいは液体水素冷却下で,最大1.4KWh/リットルの磁気エネルギー貯蔵密度となると算定した.これはLi二次電池の現状目標値の2倍以上,理論限界も上回る.ただし,このとき電磁力によりトレンチ壁にかかる応力は1.9GPaと, Siの材料力学的耐力4GPに迫り詳細な形状設計が必要になると予測された.(1)H26年度に、4インチSiウェハ表面に反応性スパッタ成膜+リフトオフ法で形成した幅5μのNbN超電導薄膜コイルで、温度4.2Kで電流1mAのとき、発生磁場4.3μTを実測し、電流値から磁気エネルギ-貯蔵量1.41nJを得た。さらに、4インチSiウェハに幅5μ、深さ5μの螺旋状トレンチをBosh法により穿ち、反応性スパッタ法によるNbN薄膜形成、次いで無電解めっきによるNiPのシーディングの後、電解めっきによるCu薄膜を形成した後、化学機械研磨法により、トレンチ内を除き、Siウェハ表面のNbN層、Cu層を除去して、NbN超電導薄膜コイルを試作した。この試料で全体1200ターン(前期1100ターンとの記載を訂正)のうち、内側300ターンに相当する断線の無い部分で、4Kで臨界電流値10mA、発生磁場62μTを実測し、磁気エネルギ-貯蔵量490nJを得た。H27年度は、上記プロセスを改良した新たな試作を行った結果、前年度の20倍の磁気エネルギー貯蔵量9.9μJを得た。(2)これらの結果を踏まえ、本試作構造の態様、すなわちトレンチ内壁に超電導薄膜が形成され、ついでCuなどの常伝導体膜が形成されている態様について、特許出願を行うとともに、2015年11月16-18日に東京のタワーホール船堀で行われた、The 28th Int'lSymp. onSuperconductivityにおいて、口答発表1件、ポスター発表1件を実施した。(3)NbN膜に比べ300倍以上のエネルギー貯蔵が期待できる超電導材料YBa2Cu3O7-δの形成につき、湿式法Matal Organic Decomposition(MOD)法による基礎検討を開始した。求められるYBa2Cu3O7-δC軸配向膜は、まだ得られていない。4インチSiウェハ上、幅7μ、深さ5μ、全長271mの螺旋状トレンチ内にNbN/Cu 2層構成の超電導コイルを試作した。今回は超電導特性への悪影響が懸念されるNiPシーディングを行わなずCuめっき層を形成した。懸念された化学機械研磨時のCuめっき層の剥離は起きなかった。しかし、今回も全体1200ターン中、内側の400ターン分の領域以外は断線があり今後のプロセス管理に課題が残った。この400ターン部分両端に電極をつけ、極低温冷凍機で冷却していくとCuの電気抵抗の温度依存性に対応し、電気抵抗が徐々に減少した。

温度が14Kを割ると超電導により電気抵抗が消失したNbN側に電流が移ったことが示された。13Kから3.6Kまで7段階で、電流ー電圧特性を測定すると、はじめ接触抵抗程度の5.5Ωの傾きをもつ直線に沿った。電圧をさらに増加させると、電流はこの直線から離れ、ピークを迎えた後、減少に転じ、さらに不連続に大幅に低下した。電流が直線から離れる値は冷却温度が低いほど大きく、3.6Kでは47mAに達した。これらは超電導コイルを流れる電流が臨界電流値を超えて常伝導状態に転移し、コイルに蓄えられていた磁束が一定量まとめて外れる現象と理解される。発生磁場測定値は、当然ながら電流に比例し、3.6Kにおける臨界電流値47mAでは、570μT、前年度の20倍の磁気エネルギー貯蔵量9.9μJを得た。トレンチ断面に形成できたNbN超電導薄膜の断面積を勘案すると、このエネルギー貯蔵量はNbN薄膜コイルに臨界電流値が流れた場合の磁気エネルギー貯蔵量の理論予測値にほぼ等しかった。まだ少ないNbN断面積を増加させる手段や、臨界電流値がNbNの300倍を超える酸化物高温超電導体の適用をこころみるなど、乗り越える課題はあるにせよ、研究開発の方向性はクリアなことから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。従来の巨大な超電導磁気エネルギー貯蔵装置(SMES)を小型化し、超電導薄膜でできた螺旋状コイルの埋め込まれたSiウェハの積層体でSMESを作る新しい方法を提案した。この方法はSMESの大量生産にも適する。エネルギー貯蔵容量が蓄電池に匹敵し、Siの機械的強度で、発生する電磁応力に耐えることが理論的に予測できたので、この方法によりSMESの実現が可能と判断した。複数回の試作を経て、4インチSiウェハに設けた螺旋状トレンチ内に形成した螺旋状NbN超電導薄膜コイルで、設計通りのエネルギー貯蔵量が確認できたので、この新しいSMESの作り方を実証できた。これにより、新たなSMESの応用展開が期待できる。本研究の発案から、H27にSiウェハ上1200ターンの螺旋状トレンチ内に形成したNbN超電導螺旋状コイル中、300ターンの断線の無い領域についき、臨界電流値47mA、磁気エネルギー貯蔵量9.9μJを実測、原理実証の成功までをまとめ、Superconductor Science and Technology 30, 015014(11pp)(2017)に公表、オリジナリティを確保した。その後、V字型の溝に変更、臨界電流が5倍弱増加した。これらの結果に基づき、理想的なトレンチ構造の場合、30cm×30cm×60cmのSMESユニットで1.8Wh/リットルと、従来の大型SMESの2倍強の貯蔵電力密度が算出された。また、多少の断線は影響のでないコイル構造を考案、特許出願した。さらに飛躍的な高性能化を目指し、YBCO/CeO2/Si系にトライするも、まだ配向成膜未達。ウェハ接合は、予備検討での接合確認のみで、本格検討には入れなかった。磁気センサを用い、通電中のウェハの動径方向の磁力密度分布をはじめて測定し、中心から空芯部は徐々に磁力密度が増加し、コイル内縁で最大となり、外縁に向かって漸減するのを実測した。YBCOでは、この内縁での電磁応力がSiウェハを破壊する可能性があり、今後のコイル形状設計の指針とする。一方、市販NbTi線をNbN螺旋コイル両端に圧着、15K以下で、NbNコイルに超電導電流を外部から流し込み、10K以下でNbTi線が超電導転移することで、超電導閉回路を形成し、永久電流モードを実現して、磁気エネルギー貯蔵の保持を試みた。しかし、永久電流は数十秒で減衰した。NbTi-NbN圧着部の接触抵抗によるとみられる。
津波・高潮の堤防越流による後背地の氾濫・洗掘評価モデルの開発

本研究は,巨大な津波や高潮が海岸堤防を越流した場合に後背低平地に生じる高速流とそれに伴う洗掘を評価できるモデルの開発を行った.開発したモデルは従来よりも高解像度な計算グリッドを用いて堤防を急勾配地形として表現することにより,シームレスかつ高精度に越流・氾濫を再現することができる.また,東北地方太平洋沖地震津波による被災事例の分析をもとに,高解像度計算による局所流速から堤防背後の洗掘量を表す指標を構築した.この指標を用いることで,堤防によって構成される防護システムの越流に対する脆弱性評価を行うことができ,海岸低平地において洗掘破堤を生じやすい箇所を推定することが可能になる.巨大津波による堤防越流・氾濫および洗掘を予測できるモデルの開発を目的として,平成26年度は(1)基本水理モデルの構築,および(2)モデル検証のための水理模型実験を実施した.基本モデルは,堤防を高解像度グリッドで急勾配地形として表現することで,シームレスな越流・氾濫計算を可能にする鉛直積分型のモデルである.モデル構築上の課題となるのは,堤防によって生じる陸・水境界を含んだ複雑な越流水の挙動を安定かつ高精度に再現することであり,浅水方程式に衝撃補足法を適用することでこれを実現した.モデル検証のために簡単な条件で堤防模型を用いた越流実験を実施し,モデル結果との比較を行ったところ,モデルによる越流量はベルヌーイ定理に基づく広幅堰の越流公式による結果に相当することが示された.越流水深が小さい場合にはモデルと実験結果はよく一致するが,越流水深が大きくなると堤防角部で発生する非静水圧(鉛直加速度)の影響でモデル結果は実験結果を過小評価することが明らかとなった.さらに,モデルを東北地方太平洋沖地震津波による三陸海岸での被災事例に適用したところ,現地での被災状況を良く再現できることが示された.堤防背後の洗掘深を表す指標として局所流速の自乗の時間堰分量を堤防に沿って算出し,津波前後の地形測量データに基づく洗掘深との対応を比較したところ両者には良好な対応が見られたことから,高解像度モデルに基づく面的な洗掘予測につながる可能性を見出すことができた.一方で,堤防での非静水圧の影響は,越流水深が大きい場合には1020%の越流量過小評価につながることから,より高精度なモデル開発のためにはその影響を考慮することが今後の課題として残された.巨大津波による堤防越流・氾濫および洗掘を予測できるモデルの開発を目的として,平成27年度は(1)東北地方太平洋沖地震津波被災事例によるモデル検証,(2)堤防破堤の影響分析,および(3)越流量評価のさらなる高精度化に向けた検討を実施した.(1)平成26年度に三陸海岸の狭小な低平地(釜石市鵜住居地区)の越流問題に対してモデル検証を実施したが,より対象範囲を広げて広大な低平地を有する仙台海岸においても越流・氾濫の高解像度シミュレーションを実施した.実際の浸水範囲と計算結果を比較したところ,前年の事例と同様に越流水深が大きい場合に非静水圧の影響による越流量の過少評価する傾向が見られた.(2)上記二つの対象地域において,堤防破堤を考慮した計算を行いその影響を分析した.広大な低平地を有する仙台南部地域では破堤に伴う人的被害,建物被害の有意な増大が示唆されたが,堤防後背地の狭い三陸海岸では破堤による影響は限定的であった.仙台南部地域においては破堤を考慮することでより現実に近い被災状況が再現できることが示された.(3)越流水深が大きい場合の越流量過小評価を改善するため,非静水圧を考慮した基本モデルを構築した.モデルは鉛直加速度の効果を取り入れた非線形分散波式をもとにより高次の差分スキームを用いて離散化を行った.単純な台形断面堤防を越流する問題についてモデル検証を行ったところ,越流水深が大きい条件でも約±5%程度の精度で計算を行うことができ,大幅な越流量・浸水予測精度の改善が確認された.一方,基礎方程式には高次項が含まれるため計算が不安定化しやすく,複雑な問題に適用するためにはより安定な計算手法を実現することが今後の課題として残された.本研究は,巨大な津波や高潮が海岸堤防を越流した場合に後背低平地に生じる高速流とそれに伴う洗掘を評価できるモデルの開発を行った.開発したモデルは従来よりも高解像度な計算グリッドを用いて堤防を急勾配地形として表現することにより,シームレスかつ高精度に越流・氾濫を再現することができる.また,東北地方太平洋沖地震津波による被災事例の分析をもとに,高解像度計算による局所流速から堤防背後の洗掘量を表す指標を構築した.

この指標を用いることで,堤防によって構成される防護システムの越流に対する脆弱性評価を行うことができ,海岸低平地において洗掘破堤を生じやすい箇所を推定することが可能になる.当初の計画は概ね達成したことに加えて,現地適用性の検討も実施することができたため上記の区分が適当と判断した.海岸工学平成26年度の研究によって,いくつかの課題点があるものの堤防周辺の水理量は妥当に評価できることが示されたため,今後は堤防背後の洗掘量の評価について研究を実施する予定である.当初の研究計画では,土砂輸送モデルに基づく洗掘深評価を念頭においていたが,流速を用いた簡便な洗掘指標でも現地の洗掘状況を十分に説明できることが示されたため,さらに底質粒径や乱れの影響等を考慮した指標を考案し,越流・氾濫モデルと組み合わせて堤防の洗掘さらにはそれに伴う破堤リスクを評価できる手法へとつなげることを目的として研究を遂行する.生じた次年度使用額はごく小額であり,特別な意図をもって繰り越したものではない.小額のため,次年度使用計画に変更はない.
繰り込み群の数学的研究と応用の開発

(1)伊東は金沢大学の田村助教授とO(N)古典スピン系の分析を行い,モデルをフーリエ変換して得られる(duality変換)関数行列式det^<-N/2>(1+iGψ/√<N>)(G=(-Δ+m^2)^<-1>)のψに対する依存性や可積分性を論じた.これはクオーク粒子の幽閉や2次元シグマ模型の質量生成などの長年の問題の解決の端緒になるもので、ランダムな複素ポテンシャル{iψ(χ);χ∈Z^2}をもつGreen関数が早く減衰する現象(Anderson局在)がポイントとなる事を指摘、G^<(ψ)>=(-Δ+m^2+iψ/√<N>)^<-1>が(a.a.{ψ(χ)}に対して)持つ性質,グリーン関数の減衰率や滑らかさなどを解析した。現在ポリマー展開やブロックスピン変換を通じて分析を改良しつつある.(2)さらに伊東、田村はPoint measureの正値性から粒子の統計がpara-boson, para-fermi統計のいづれかに限ることを論証しつつある.(粒子の置換に対する)対称群の表現論を多粒子系の分配関数に重ね,正値なPoint measureから得られる,粒子ガス系の分配関数になる事を示した.(3)寺本は他の共同研究者とともに、板を流れ落ちる、非圧縮性粘性流の時間的定常解をNavier-Stokes方程式をもとに研究し、若干の条件下にグローバルに安定な周期解などの存在を示した.(4)伊東と廣島はシュレデインガー作用素と輻射場の結合したPauli-Fierz模型を研究,繰りこみ可能性を論じた.オリジナルな量子電気力学は繰りこみ可能であるが、光速度を無限大としたものは本来の性質を失っており、繰りこみ可能性が望めないことを示した.ただし、シュレディンガー作用素の代わりに,Dirac作用素としているものは(光速度有限モデル)繰りこみ可能と推察された.(1)伊東は金沢大学の田村助教授とO(N)古典スピン系の分析を行い,モデルをフーリエ変換して得られる(duality変換)関数行列式det^<-N/2>(1+iGψ/√<N>)(G=(-Δ+m^2)^<-1>)のψに対する依存性や可積分性を論じた.これはクオーク粒子の幽閉や2次元シグマ模型の質量生成などの長年の問題の解決の端緒になるもので、ランダムな複素ポテンシャル{iψ(χ);χ∈Z^2}をもつGreen関数が早く減衰する現象(Anderson局在)がポイントとなる事を指摘、G^<(ψ)>=(-Δ+m^2+iψ/√<N>)^<-1>が(a.a.{ψ(χ)}に対して)持つ性質,グリーン関数の減衰率や滑らかさなどを解析した。現在ポリマー展開やブロックスピン変換を通じて分析を改良しつつある.(2)さらに伊東、田村はPoint measureの正値性から粒子の統計がpara-boson, para-fermi統計のいづれかに限ることを論証しつつある.(粒子の置換に対する)対称群の表現論を多粒子系の分配関数に重ね,正値なPoint measureから得られる,粒子ガス系の分配関数になる事を示した.(3)寺本は他の共同研究者とともに、板を流れ落ちる、非圧縮性粘性流の時間的定常解をNavier-Stokes方程式をもとに研究し、若干の条件下にグローバルに安定な周期解などの存在を示した.(4)伊東と廣島はシュレデインガー作用素と輻射場の結合したPauli-Fierz模型を研究,繰りこみ可能性を論じた.オリジナルな量子電気力学は繰りこみ可能であるが、光速度を無限大としたものは本来の性質を失っており、繰りこみ可能性が望めないことを示した.ただし、シュレディンガー作用素の代わりに,Dirac作用素としているものは(光速度有限モデル)繰りこみ可能と推察された.繰り込み群は数学的解析法として数理科学の諸分野に地歩を占めたがやはり計算法の困難さは否めない。4次元の格子ゲージ理論やシグマ模型ではクオーク粒子の閉じこもりや質量生成がおこると言う現代物理の基本仮定は,今世紀に未解決で残された。この問題の難しさは系の非線型にあり、繰り込み群もそのままでは応用出来ない。伊東は非線形スピンモデルをフーリエ変換し,生ずるランダムポテンシャルψ(x),x∈Z^2を含むラプラシアンのGreen関数(-Δ+iψ)^<-1>(x,y)の振る舞いが重要な役割を担い,この事実からスピン系の相転移不存在(コーク粒子の幽閉に関する長年の予想)が出てくることを示唆した。ここでψ(x)はガウス的な確率変数である。ここにおいてはもとの系に質量がないのに,質量が自動的に現れるアンダーソン局在の現象が重要である。これから長年の問題の解決が帰結すると期待している。廣島は量子電気力学を古典近時したPauli-Fierz模型の紫外切断に対する依存性を計算し、摂動の3次でその計算が量子電気力学とは振る舞いが異なることを示唆した。これはPauli-Fierz模型の限界を示唆するかも知れない。また島田は球面上に分布するポテンシャルが原点に収束するとき、適当なスケーリングをとれば、Resolventがノルム収束することを示した。

(1)伊東は金沢大学の田村助教授とO(N)古典スピン系の分析を行い,モデルをフーリエ変換して得られる(duality変換)関数行列式det^<-N/2>(1+iGψ/√<N>)(G=(-Δ+m^2)^<-1>)のψに対する依存性や可積分性を論じた.これはクオーク粒子の幽閉や2次元シグマ模型の質量生成などの長年の問題の解決の端緒になるもので、ランダムな複素ポテンシャル{iψ(x);x∈Z^2}をもつGreen関数が早く減衰する現象(Anderson局在)がポイントとなる事を指摘、G^<(ψ)>=(-Δ+m^2+iψ/√<N>)^<-1>が(a.a.{ψ(x)}に対して)持つ性質,グリーン関数の減衰率や清らかさなどを解析した。現在ポリマー展開やブロックスピン変換を通じて分析を改良しつつある.(2)さらに伊東、田村はPoint measureの正値性から粒子の統計がpara-boson, para-fermi統計のいづれかに限ることを論証しつつある.(粒子の置換に対する)対称群の表現論を多粒子系の分配関数に重ね,正値なPoint measureから得られる,粒子ガス系の分配関数になる事を示した.(3)寺本は他の共同研究者とともに、板を流れ落ちる、非圧縮性粘性流の時間的定常解をNavier-Stokes方程式をもとに研究し、若干の条件下にグローバルに安定な周期解などの存在を示した.(4)伊東と廣島はシュレディンガー作用素と幅射場の結合したPauli-Fierz模型を研究,繰りこみ可能性を論じた.オリジナルな量子電気力学は繰りこみ可能であるが、光速度を無限大としたものは本来の性質を失っており、繰りこみ可能性が望めないことを示した.ただし、シュレディンガー作用素の代わりに,Dirac作用素としているものは(光速度有限モデル)繰りこみ可能と推察された.
血管伸張の調節機構の解明による腫瘍血管の正常化方法の開発

血管内皮細胞の分化や増殖に比べ、血管伸張の分子機構には不明な点が多い。本研究では、血管伸張に関与するmTORC2の下流シグナルを明らかにすることで、血管形態の調節メカニズムの解明を目指す。血管形成に重要な役割を持つ転写因子Foxo1を欠損したES細胞から分化した血管内皮細胞は、VEGFの刺激を受けても血管様伸張を示さない。申請者は、伸張機能が消失したFoxo1欠損血管内皮細胞の血管形態異常を、mTORC1の阻害によるmTORC2の活性化で回復できることを報告した(Tsuji-Tamura K et al. J Cell Sci.vol 129, p1165-1178, 2016)。また、株化血管内皮細胞を用いた解析によって、mTORC1/2阻害剤KU0063794の投与が微小管分布の異常を誘導し、細胞形態を変化させる一方、mTORC1阻害剤everolimusは影響しないことを明らかにした。mTORC2はPKCaの調節を介してアクチン制御に働くことが報告されているが、微小管における機能は明らかではない。しかし、これらの結果から、mTORC2は、これまで知られていたアクチン制御だけでなく、微小管構造の調節にも関与している可能性が示された(Tsuji-Tamura K et al. BBRC. vol 497, p326-331, 2018)。そこで、mTORC1とmTORC2の血管内皮細胞での機能の詳細を明らかにするために、2種類の血管内皮細胞株を用いてCRISPR-Cas9ゲノム編集システムによるmTORC1とmTORC2の特異的サブユニットについてシングル、またはダブルノックアウトを試みた。今後、これらのノックアウト細胞を用いて、アクチン・微小管構造、細胞形態、血管形成機能等を解析し、mTORC1, mTOC2の血管形成における役割を解明する。本年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞の作製を試みた。株化血管内皮細胞による解析によって、mTORC1/2の阻害が微小管構造と細胞形態の異常を引き起こす一方、mTORC1の阻害では変化が起こらないことが示された。mTORC1とmTORC1/2の阻害はいずれも細胞増殖を抑制し、阻害剤間の差は見られないことから、mTORC1/2阻害の効果は細胞活性には関わらない、細胞骨格と細胞形態に特異的な作用として重要であると考えられた。そこで血管形成におけるmTORC1とmTORC2の機能の詳細を明らかにするために、2種類の血管内皮細胞株を用いて、それぞれの特異的サブユニットを標的としてCRISPR-Cas9ゲノム編集システムによるシングル、またはダブルノックアウトを行っている。これらの細胞をもちいて、アクチン・微小管構造、細胞形態、血管形成機能等を比較解析することで、mTORC1とmTORC2の個々の、または共通の血管形成における機能を同定できると考えている。また、微小管調節におけるmTORC2の下流シグナルを検討するため、微小管調節因子との相互作用を解析している。次年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞の作製を継続し、さらに機能解析を行う。これまでの研究によって、mTORC1, mTORC2は共に細胞増殖の促進に関与することが分かっている。一方、細胞骨格制御とそれに伴う細胞形態の調節については、mTORC2が特異的に働いていることが示唆されている。mTORC2はPKCの調節を介してアクチン制御に働くことが報告されているが、微小管における機能は明らかではない。そこで次年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞を用いて血管形成における細胞骨格の構造への影響を解析する。さらに、微小管調節においてmTORC2と相互作用する因子候補について、遺伝子導入、またノックアウトを行い血管形成への影響を解析する。

そこで、mTORC1とmTORC2の血管内皮細胞での機能の詳細を明らかにするために、2種類の血管内皮細胞株を用いてCRISPR-Cas9ゲノム編集システムによるmTORC1とmTORC2の特異的サブユニットについてシングル、またはダブルノックアウトを試みた。今後、これらのノックアウト細胞を用いて、アクチン・微小管構造、細胞形態、血管形成機能等を解析し、mTORC1, mTOC2の血管形成における役割を解明する。本年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞の作製を試みた。株化血管内皮細胞による解析によって、mTORC1/2の阻害が微小管構造と細胞形態の異常を引き起こす一方、mTORC1の阻害では変化が起こらないことが示された。mTORC1とmTORC1/2の阻害はいずれも細胞増殖を抑制し、阻害剤間の差は見られないことから、mTORC1/2阻害の効果は細胞活性には関わらない、細胞骨格と細胞形態に特異的な作用として重要であると考えられた。そこで血管形成におけるmTORC1とmTORC2の機能の詳細を明らかにするために、2種類の血管内皮細胞株を用いて、それぞれの特異的サブユニットを標的としてCRISPR-Cas9ゲノム編集システムによるシングル、またはダブルノックアウトを行っている。これらの細胞をもちいて、アクチン・微小管構造、細胞形態、血管形成機能等を比較解析することで、mTORC1とmTORC2の個々の、または共通の血管形成における機能を同定できると考えている。また、微小管調節におけるmTORC2の下流シグナルを検討するため、微小管調節因子との相互作用を解析している。次年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞の作製を継続し、さらに機能解析を行う。これまでの研究によって、mTORC1, mTORC2は共に細胞増殖の促進に関与することが分かっている。一方、細胞骨格制御とそれに伴う細胞形態の調節については、mTORC2が特異的に働いていることが示唆されている。mTORC2はPKCの調節を介してアクチン制御に働くことが報告されているが、微小管における機能は明らかではない。そこで次年度は、mTORC1とmTORC2の特異的サブユニットのシングル、またはダブルノックアウト血管内皮細胞を用いて血管形成における細胞骨格の構造への影響を解析する。さらに、微小管調節においてmTORC2と相互作用する因子候補について、遺伝子導入、またノックアウトを行い血管形成への影響を解析する。
金属-アルカリ原子吸着系の結合状態及び仕事関数の被覆度依存性に関する理論的研究

この研究課題で我々は,金属表面にアルカリ金属原子が吸着した系について,吸着機構及び仕事関数等関連する物理量が被覆度に応じてどのように変化していくのかという問題を理論的に解明することを目的とした。用いるモデルはLCAOの枠内であるが,通常無視される原子軌道間の非直交性を考慮し,また取扱いが困難なため殆んど議論されない吸着原子の不規則配置の効果をcell-CPAの方法により考慮した。前者は,吸着機構がイオン結合的か共有結合的かを検討する上で不可欠であり,後者は表面バンドの形成過程に深い関わりがあり,仕事関数の温度変化の本質的原因であることが示された。平成3年度及び4年度は,それまでの成果の上に立って,吸着原子の有効相互作用の被覆度依存性について研究した。従来の理論においては殆んどの場合,吸着原子間の静電的相互作用のみが考慮され,従って全被覆度において相互作用の斥力であるというのが通説であった。しかし数年前からLEED,EELSの実験により高被覆度において相互作用が引力になる場合のあることが示唆されていた。我々は静電的相互作用とは別に存在する電子遷移に起因する“凝集的相互作用"をも計算し,合理的なパラメータの値の範囲で,有効相互作用が引力になりうることを示した。(Phys.Rev.Bに発表)平成5年度は,従来確立してきたモデルと方法を“2層吸着"の問題に適用することを試みた。これはアルカリ金属原子を金属上に一層吸着させた上に別種のアルカリ金属原子をさせた系の性質を問題にするものである。この問題については、最近北大の実験グループが研究を始めており,新しい触媒機構を示唆するなど興味深い結果が得られている。現在までに必要な定式化を完了し,予備的な計算結果を得ている。我々はこの数年間,吸着原子ー基板間の電子遷移の様相の被覆度による変化をLCAO的なモデルを用いて系統的に研究している。平成3年度はそれまでの成果に立って,吸着原子間の有効相互作用の被覆度依存性について研究した。従来、吸着原子間の相互作用は,双極子相互作用による斥力であるとされてきたが,最近のLEED,EELSの実験から,高被覆度では引力となるという主張が為され,問題となったものである。この問題は,多吸着原子系の吸着機構を明らかにする上で,基本的なものであるが,未だ理論的検討は殆んど為されていない。我々の理論は,モデル計算ではあるが,吸着原子の不規則配列を考慮できる枠組みとなっているため,上述の問題を取り扱うのに適している。吸着原子間の有効相互作用としては,従来考えられてきた双極子相互作用の他に,吸着原子間の電子遷移に起因する“凝集的相互作用"が考えられる。後者は引力的な性質のものである。被覆度の増加と共に,双極子モ-メントは通常減少するので,前者は減少し,逆に後者は,オ-バ-レ-ヤ-バンドの拡がりのため,被覆度と共に絶対値が増加するということが,予想された。このことを具体的な計算で確かめるために,基板を1次元金属にとり,各種パラメ-タを,アルカリ原子/金属の場合に設定し,数値計算を行った。その結果,双極的相互作用は被覆度と共に急激に減少し,凝集的相互作用は(絶対値)ゆるやかに単調増加する。適当なパラメ-タを選ぶと,被覆度0.70.8あたりで全相互作用が負(引力)となることが分かった。これは,Tochihara等の実験結果と定性的に一致する。この結果については,平成3年9月の日本物理学会において発表し,現在,論文としてまとめている段階である。

次の目標はこの計算を2次元基板の場合に拡張することであり、現在準備中である。この研究課題で,我々は金属表面のアルカリ金属原子の吸着の様相が被覆度に応じてどのように変化していくのかという問題を理論的に解明することを目的にしている。用いるモデルはLCAOの枠内であるが,通常無視される吸着原子の位置の不規則性,原子軌道間の非直交性を考慮できる枠組としている.研究の過程で,通常吸着原子間の相互作用は斥力であると信じられているのに反し,高い被覆度領域では引力になりうることが判明し,この問題の解明に研究の重点を移した.このことは数年前のTochihara等のLEED,EELSの実験結果の解釈と符合しており,これが事実とすれば、従来の実験解析は,大巾に修正されるべき事柄であるからである。従来は,吸着原子間の力として,双極子相互作用のみを考えていたのに反し,吸着原子間の電子遷移に起因する引力的な“凝集的相互作用"が高被覆度では重要になるということである.平成3年度の研究において,既に予備的な計算は終っており,適当なパラメータを設定すれば,有効相互作用は中間の被覆度領域まで斥力,高被覆度領域では引力となることが分った.平成4年度においては,この結果を実験グループと検討すると共に,各種パラメータを,現実的に予想される値の範囲にしぼって再計算を行った。その結果,合理的なパラメータの設〓において,上記と同様の結果を得た。この結果については,Physical Review B15に投稿し,近く刊行される予定である.ここで扱っている問題は,不規則な吸着原子系のみならず,規則配列を示す吸着系の被覆度による構造変化の解釈にも,従来の考え方に大きな変更を求めるものである.この研究課題で,我々は金属表面のアルカリ金属原子の吸着機構が被覆度の変化に応じてどのように変化するのかという問題を理論的に解明することを目的にしている.LCAOモデルを用いるが,通常無視される原子軌道間の非直交性や吸着位置の不規則性を考慮し現実の現象の特徴を表現できる枠組みとしている.昨年度までに,吸着原子間の有効相互作用の被覆度による変化を自己無撞着に求める計算を完了し従来の定説と異なる高被覆度における引力相互作用の可能性を理論的に示した.これは既に実験的に知られていた高被覆度における吸着原子の凝縮現象を裏付ける結果である.(業績1)今年度は、当初の計画にはなかったものであるが,従来確立してきたモデルと方法を,2層吸着の問題に適用することを試みた.2層吸着の問題とはアルカリ原子を1層吸着させた上に別種のアルカリ原子を各被覆度で吸着させた系の性質を問題にするものである.この研究により,アルカリ原子吸着の機構がより一層明確に理解できることが期待される.この問題については,最近,北大の研究グループが実験を始めており,新しい触媒機構を示唆するなど興味深い結果が得られている.当研究では,アルカリ2/アルカリ1/金属及びアルカリ1/アルカリ2/金属の一対の系について電子遷移,有効相互作用及び仕事関係の被覆度依存性をコンシステントなパラメータを用いて計算し実験事実との比較を行うこととした.今年度において定式化を完了させ第1段階として,アルカリ2/アルカリ金属1及びアルカリ1/アルカリ金属2の系について予備的な計算を行い,いくつかの点で実験結果と対応する結果を得ている.この結果を検討し,近く報告する予定である.
CD28分子集簇能による胃癌抗PD-1抗体療法におけるresponder群の同定

CD28分子集簇能をバイオマーカーとした胃癌抗PD-1抗体療法のresponder群の同定を目的とする。T細胞表面CD28分子の集簇能はそのシグナルの強度を反映すると考えられ、これ定量化してマーカーとする。本研究では、PD-1の標的がCD28であることで生じるPD-1遮断の新たなる作用点のメカニズムの解明と、PD-1遮断の計画的中止可能群の絞り込みを行う。本研究の基盤をなす研究として、イメージングサイトメトリーを用いT細胞表面に分布するCD28分子の細胞表面での動態の検出系の開発であるが、T細胞は少量の抗原でも活性化できるべく、抗原提示細胞と広く接着し、「免疫シナプス」を形成する。その前段階で素早く細胞膜に並ぶ活性化シグナル分子集団が集簇し、シグナルを活性化させることがすでに示されている。この表面分子の集簇を細胞集団レベルでの検出に成功した。この検出系を元に胃癌、食道癌の末梢血での評価を行い、その意義を検討する。さらに、T細胞分画のCD28分子の発現と動態解析による抗PD-1抗体のresponder群の検出を目的として、解析を進める。抗PD-1抗体治療開始後肺癌患者末梢血の解析より、増殖能をもつPD-1+CD8+T細胞が増加し、これらはCD28+であることを示した。これは、PD-1治療高反応性T細胞はCD28+であることが必要条件となることを表すため、これを更に進めて、PD-1治療後にCD28+T細胞のCD28シグナルが保持(再活性化)されることがPD-1免疫療法の反応性を反映するという仮説で研究を進める。イメージングサイトメトリーを用いT細胞表面に分布するCD28分子の細胞表面での動態の検出系の確立に成功し、この表面分子の集簇を細胞集団レベルでの検出に成功した。健常非癌患者の末梢血の解析は終了し、一定の成果を得た。現在は、食道癌。胃癌に関して解析を進めているところである。可能な範囲での進行癌患者(肺癌、悪性黒色腫、胃癌)抗PD-1抗体療法の治療前/後の末梢血CD8+T細胞のCD28IS形成の測定と機能解析を進めているが、症例集積はまだ、開始していない。IS形成能を定量的に測定し、生理的意義としての妥当性を持たせる場合、T細胞そのもののCD28の発現を測定し、CD28陽性細胞中のCD28集簇細胞数を測定し、さらに増殖能を参照としており、やや手技的な煩雑さもある。現在のところ、治療後末梢血採取が開始されていない状況で、院内倫理委員会申請を可及的早急に進める必要がある。さらに、このIS形成の生理的な意義をより明らかにする必要がある。マウスでの検討は困難であり、ヒトリンパ球での解析が必須であるため、クローン化した末梢血T細胞の作成、入手を検討している。現在は、食道癌。

IS形成能を定量的に測定し、生理的意義としての妥当性を持たせる場合、T細胞そのもののCD28の発現を測定し、CD28陽性細胞中のCD28集簇細胞数を測定し、さらに増殖能を参照としており、やや手技的な煩雑さもある。現在のところ、治療後末梢血採取が開始されていない状況で、院内倫理委員会申請を可及的早急に進める必要がある。さらに、このIS形成の生理的な意義をより明らかにする必要がある。マウスでの検討は困難であり、ヒトリンパ球での解析が必須であるため、クローン化した末梢血T細胞の作成、入手を検討している。
線維芽細胞を用いた悪性高熱症の低侵襲的診断法の確立

悪性高熱症が疑われる患者に対して診断のための筋生検を行う際に、同時に皮膚から線維芽細胞を採取して培養し、筋芽細胞に分化誘導する遺伝子導入試薬を付加して骨格筋細胞に分化させて機能検査を行う。この診断法が確立すれば従来の検査よりも患者に与える侵襲を軽減することができ、検査が従来より普及することが期待される。また、患者血液の遺伝子情報を解析することで新たな原因遺伝子の同定や病態のさらなる解明も期待される。
軸索起始部の可塑性における分子機構の解明

ニワトリ蝸牛神経核の大細胞核神経細胞は、核内で周波数局在性を示し周波数に応じて軸索起始部の長さが異なっている。この軸索起始部の可塑性機構を解明するために大細胞核を含むニワトリ胚脳幹切片培養を用いるが、実験を進める上で培養系での細胞の性質を理解することは大変重要であると考えて、主に電気生理学的な性質を調べた。培養系では周波数特性が消失していたが、持続的な脱分極により高周波数域の細胞でin vivo同様、低電位活性化型K+チャネル由来のK+電流が増大することを見出した。このK+電流の増大は電位依存性Ca2+チャネルを介した細胞内Ca2+濃度の上昇により起こること、Ca2+濃度の上昇は周波数域に限らず同程度起こることから、細胞内の情報伝達経路が周波数域毎の細胞で異なることが示唆された。よって、神経核内の細胞は領域によりもともとの性質が異なっており、神経活動が引き金となり機能分化が起こると考えられる。今年度は追加実験を行い、論文として報告した。また薬理学的実験によってK+電流の増大に関わる分子の探索を試みた。その結果アデニル酸シクラーゼが関与することを突き止めた。これらの結果から軸索起始部の可塑性が脱分極による持続的なCa2+変化でも起こりうると考えた。実際、脱分極により高周波数域の細胞で軸索起始部が短くなった。また、培地中のK+をキレートすることで活動電位の頻度を上昇させても軸索起始部は短くなった。これらの結果は細胞全体あるいは局所のCa2+濃度の上昇が軸索起始部の可塑性に大きな影響を及ぼすことを示唆している。また昨年度の報告書に記載したようにチャネルロドプシンを用いた活動制御についても進めており、発現ベクターの構築とエレクトロポレーション法による大細胞核神経細胞への発現は確認している。今後は活動電位と軸索起始部の可塑性の関連についても調べて行きたいと考えている。交付申請書において、今年度の研究計画として(1)軸索起始部可塑性の特性の解析と(2)軸索起始部の可塑性に関わる分子の同定、の2点を挙げた。(1)については、神経の活動を抑制すると軸索起始部が長くなり、これを実験系として(2)の研究に用いると書いた。しかしながらK+電流を阻害すると軸索起始部が短くなることを新たに見出した。そのため(2)の研究は軸索起始部が短くなる条件を用いて進めている。まだ候補分子は得られていないが、申請書に記述したCa2+やリン酸化酵素の影響を調べる事で何らかの分子が可塑性に関わるものとして得られると期待している。(1)については軸索起始部の特性を解析するとともに、実験系として使用する培養脳幹切片における大細胞核神経細胞の特徴を調べる事も主な目的としている。蝸牛神経である大細胞核神経細胞は、その軸索起始部の長さも含め、神経核内の領域ごとに異なる性質を示す。ところが培養切片にすることでこの差がほとんどなくなる。今年度の研究により、培養液中のK+濃度を高くして慢性的な脱分極を誘導すると、高周波数域の細胞において低電位活性化型K+チャネル由来のK+電流が増大するというin vivoの発生段階に見られるものに近い性質が観察された。免疫染色の結果、高K+濃度条件にすることで高周波数域の細胞においてのみ低電位活性化型K+チャネルの局在が細胞質から細胞膜へと変化する事を見出した。これは神経核内の領域毎に細胞の活動や入力に対する反応性が異なる事を示しており、大細胞核の周波数域に応じた細胞特性の違いを作り出す機構を明らかにすることができるのではないかと考えている。神経への入力や活動を抑えると軸索起始部が長くなるということは申請書に記載したが、今年度、K+電流を阻害すると軸索起始部が短くなる事を見出した。これは培養切片内においてもin vivoと同様に軸索起始部がその長さを活動等に応じて自在に変化させる事ができることを示している。軸索起始部可塑性の特性を解析するという計画において進展が見られたと考える。この結果をもとに可塑性を引き起こすトリガーが何であるのか等、特性の解析をさらに進めていきたいまた、今年度中に軸索起始部の可塑性関連分子をスクリーニングし、候補分子を得る事を目標の1つとしていた。しかしながら現段階ではスクリーニングを始めた所で、結果は得られていない。これには、培養脳幹切片内の大細胞核神経細胞における軸索起始部の可塑性について、上記の短くなるという変化が起こる条件を探していた事が原因として挙げられる。しかし候補分子のスクリーニングにあたっては、長さが短くなるものを指標とした方が各細胞の軸索起始部の示す長さの分布が狭くなるためばらつきが少なく、実験結果の精度が上がると考えられる。トリの蝸牛神経核である大細胞核の神経細胞はその軸索起始部の長さも含め、神経核内の周波数域毎に異なる性質を示す。昨年度までに、培養切片にすることでこの周波数特異性がほとんどなくなることを明らかにし、さらに持続的な脱分極を誘導することで高周波数域の細胞においてのみ低電位活性化型K+チャネル由来のK+電流が増大することを見出した。これはin vivoの発生段階で見られる性質であり、神経核の周波数特異性を作り出す機構でもある。今年度はこの解析を更に進め、脱分極によってL型の電位依存性

Ca2+チャネルを介したCa2+流入が生じ、これがトリガーとなって高周波数域の細胞におけるK+電流が増大することを明らかにした。しかもCa2+の流入量は高周波数域と低周波数域の細胞で変わらないため、これらの細胞内における情報伝達経路が異なることが示唆された。よって、神経核内の細胞はもともとの性質が異なっており、神経活動がトリガーとなって周波数域に応じた性質の違いが作り出されると考えられる。この結果は現在投稿中である。交付申請書では今年度の研究計画として、軸索起始部可塑性のダイナミクス解析を挙げた。昨年度の報告書においてK+電流を阻害すると軸索起始部が短くなり、この条件をもとにスクリーニングを行うことで軸索起始部可塑性に関わる分子を同定すると記載した。しかしながらスクリーニングを進める過程で軸索起始部が短くなるという現象が不安定であることがわかり、新たな条件を探索中である。同時に軸索起始部が長くなる条件を用いてスクリーニングを行ってもいるが、まだ候補分子は得られていない。研究実績の概要で述べたように、実験系として用いる大細胞核神経細胞の特性については周波数特性の形成機構を含め、解析が進展した。しかしながら軸索起始部可塑性に関わる分子の同定には至っていない。昨年度の報告書に記載した可塑性関連分子のスクリーニングに使用する条件が不安定であったためである。薬剤処理によって軸索起始部の可塑性を引き起こすことができれば簡便にスクリーニングを行うことができるため、イオンチャネルの阻害剤等を用いてより安定した条件を探していたが、条件の決定に至っていない。軸索起始部の短縮を引き起こすには、単に活動を上げるだけでは効果がなく、発生する活動電位の頻度やパターンを変えなければならない可能性が考えられる。そのため、チャネルロドプシンを大細胞核に発現させて光刺激によって活動電位の頻度やパターンを変える実験を行う予定である。ニワトリ蝸牛神経核の大細胞核神経細胞は、核内で周波数局在性を示し周波数に応じて軸索起始部の長さが異なっている。この軸索起始部の可塑性機構を解明するために大細胞核を含むニワトリ胚脳幹切片培養を用いるが、実験を進める上で培養系での細胞の性質を理解することは大変重要であると考えて、主に電気生理学的な性質を調べた。培養系では周波数特性が消失していたが、持続的な脱分極により高周波数域の細胞でin vivo同様、低電位活性化型K+チャネル由来のK+電流が増大することを見出した。このK+電流の増大は電位依存性Ca2+チャネルを介した細胞内Ca2+濃度の上昇により起こること、Ca2+濃度の上昇は周波数域に限らず同程度起こることから、細胞内の情報伝達経路が周波数域毎の細胞で異なることが示唆された。よって、神経核内の細胞は領域によりもともとの性質が異なっており、神経活動が引き金となり機能分化が起こると考えられる。今年度は追加実験を行い、論文として報告した。また薬理学的実験によってK+電流の増大に関わる分子の探索を試みた。その結果アデニル酸シクラーゼが関与することを突き止めた。これらの結果から軸索起始部の可塑性が脱分極による持続的なCa2+変化でも起こりうると考えた。実際、脱分極により高周波数域の細胞で軸索起始部が短くなった。また、培地中のK+をキレートすることで活動電位の頻度を上昇させても軸索起始部は短くなった。これらの結果は細胞全体あるいは局所のCa2+濃度の上昇が軸索起始部の可塑性に大きな影響を及ぼすことを示唆している。