3 共同研究・共同利用研究
3.1 概要
大学共同利用機関である生理学研究所は、一般共同研究、計画共同研究（必要に応じて適宜、最も重要と思われるテーマを選択して集中的に共同利用研究をおこなう）および各種大型設備を用いた共同利用実験を行っている。別表に示すように、毎年多くの共同利用研究が行われており、2009年度も一般共同研究および計画共同研究あわせて74件の共同利用研究と計34件の共同利用実験を行い、着実な成果をあげている。 生理学研究所の共同利用研究のもう１つの重要な柱は生理研研究会である。2009年度も計25件が実施あるいは予定されている。岡崎３機関の中でも、生理学研究所の研究会の数は飛びぬけて多い。通常の学会とは異なり、口演が主体で発表時間と質疑応答時間が余裕を持って取られており、また少人数であるため、非常に具体的で熱心な討論が行われている。この研究会が母体となって研究班が構成された場合や、学会として活動を開始した場合もあり、その意義は大きい。2008年度からは「国際研究集会」が開始された。海外の研究者を招き英語で研究会を開催し、大きな成果を上げつつある。
3.2 共同研究・共同利用研究
「一般共同研究」と「計画共同研究」は、所外の大学及び研究機関の常勤研究者が、所内の教授または准教授と共同して行う研究であり、合計で従来は30～40件が採択されていたが、共同利用研究の活性化に伴い、2009年度は74件が行われている。計画共同研究は、研究者の要請に基づいて生理学研究所が自らテーマを設定する。2007年度までは、「遺伝子操作モデル動物の生理学的、神経科学的研究」と「バイオ分子センサーと生理機能」の二つが行われた。2008年度からは、「多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析」と「位相差低温電子顕微鏡の医学・生物学応用」が開始された。さらに2009年度からは「マウス・ラットの行動様式解析」が加わり、計5つのテーマで行われている。いずれも現在最も高い関心を寄せられている領域であると同時に、生理学研究所が日本における研究の最先端をいっている分野でもある。多くの共同利用研究の申請を期待している。
共同研究・共同利用研究による顕著な業績を資料として掲載した(第Ⅶ部1)。
3.3 超高圧電子顕微鏡共同利用実験
生理学研究所に超高圧電子顕微鏡（H-1250M型）が、1982(昭和57)年）3月に導入されている。この超高圧電子顕微鏡は、1,000kV級の装置で、医学生物学用に特化した装置として我が国唯一であるので、設置当初より全国に課題を公募して共同利用実験を行ってきた。2009年度には、この全国共同利用実験の実施は28年目に入っている。現在、「生体微細構造の三次元解析」「生物試料の高分解能観察」「生物試料の自然状態における観察」の３つのテーマを設定している。本研究所の超高圧電顕の特徴を生かした応用研究の公募に対して海外も含めて全国から応募がある。2009年度は「生体微細構造の三次元解析」に関連する課題が主であり、合計14課題が採択されている。この中で外国の研究者がメンバーとして正式に参加している課題は韓国からの4件、米国からの1件の計5件あり国際的にも利用されている装置であると言える。今年度は、これまでに論文が６件報告されている。 韓国高麗大学と生理研からのトリコモナス内部の３次元的形態に関する新しい報告 1件（J Electron Microsc 58: 305-313）、岡山大学、京都府立医大、生理研からの脊髄神経細胞に関する研究1件(Endocrinology, doi:10.1210/en.2009-0485)、理化学研究所再生医学研究所とマックスプランク研究所ドレースデンとの発達期の脳内神経細胞生成過程に関するレビュ―論文(Developm Growth Differentiation 51: 251-261)、韓国啓明大学からの植物に含まれる結晶性色素体に関する解説論文1件(J. Inst. Nat. Sci. (Keimyung University) 27: 47-54, 2009)、信州大学、信州医療学院からの超高圧電子顕微鏡を用いての厚い生物試料への応用総合報告論文（Annals Microscopy 9: 4-40）、弘前学院大、東京女子医大、生理研からのイソアワモチの多重光受容系部分の電子顕微鏡レベルでの３次元構造解析を行った和文解説論文1件(比較生理生化学 26: 58-68)である。いずれも厚い試料の観察可能性を有効に利用した報告である。 装置は、これまで各部の劣化に伴う修理改造を伴いながらも、ドライでクリーンな高真空度（＜1×10-5Pa）のもとに高い解像度を保って比較的安定に運転されてきた。設置以来の生理学研究所の超高圧電子顕微鏡の平均稼働率は、約80％である。全利用日数の約半分を所外からの研究者が使用してきた。しかし2009年3月時点で生理研に導入以来既に27年が経過している。この間一度も高度化という形での大規模な改造補修を行っていない。このため各部の劣化も進んでおり今年度は、当初から故障が相次いだ。6月にカメラ室の修理とレンズ電源等の内部に設置されている30数個の冷却用ファン全てを交換した。7月初めにマルチフィラメント（6個）駆動機構に異常が生じたために高圧発生および印加用のタンクを開けての電子銃の稼働機構の修理を行い同時にフィラメント交換とこれまで安定に稼働して来た1,000l/sec, 500l/sec の二台のイオンポンプ本体を新しいものに交換している。その後順調に稼働していたが11月に突然の高圧のトラブルが発生した。このためタンク内のコンデンサー11個を交換し作業を終えたが、その後、すぐ別の電気部品ダイオードの故障により再度、タンクを開けての修理を余儀なくされた。この種のトラブルは高圧タンク内に使用している電気部品の一部の劣化に起因していると考えられ、既に製造中止となっているものも含まれている点で今後の不安要因である。このように故障が相次いで、約3か月間、超高圧電顕は、使用不能であった。そのため12月末現在で、所内27日、所外18日と例年に比べて使用日数は少なくなっている。しかし修理が済んだ超高圧電顕に対して、その有用性を理解した利用者の使用希望が増加していることは今後の医学生物学用超高圧電子顕微鏡にとって期待がもてる傾向であるといえる。 今後、医学生物学分野での超高圧電子顕微鏡研究者コミュニティの三次元断層撮影に対する強いニーズに応えていくためにも、近年の技術発展を取り入れた電子顕微鏡のデジタル化を進め、迅速で自動化されたデータ取得およびデータ解析を可能とすることも必要である。より一層成果を挙げていくためには、更新または、大規模な修理改造が必須である。
3.4 生体磁気測定装置共同利用実験
生理学研究所は1991年に37チャンネルの大型脳磁場計測装置（脳磁計）が日本で初めて導入されて以後、日本における脳磁図研究のパイオニアとして、質量共に日本を代表する研究施設として世界的な業績をあげてきた。同時に、大学共同利用研究施設として、脳磁計が導入されていない多くの大学の研究者が生理学研究所の脳磁計を用いて共同研究を行い、多くの成果をあげてきた。現在、脳磁計を共同利用機器として供用している施設は、日本では生理学研究所のみである。2002年度には基礎脳科学研究用に特化した全頭型脳磁計を新たに導入し、臨床検査を主業務として使用されている他大学の脳磁計では行い得ない高レベルの基礎研究を行っている。
脳磁計を用いた共同研究としては「判断、記憶、学習などの高次脳機能発現機序」「感覚機能及び随意運動機能の脳磁場発現機序」という２つの研究テーマを設定し募集している。生体磁気計測装置共同利用実験の共同利用の件数は5ないし6件、外部の施設からの参加人数は15-20 人程度で推移している。2002年度に新型機器に更新される前は、2ないし3件であったので、新型機器への更新の効果が出ているものと思われる。本年度も７件の採択があり14 名が外部機関から参加している。また今後は、他の非侵襲的検査手法である、機能的磁気共鳴画像（fMRI）、経頭蓋磁気刺激（TMS）、近赤外線スペクトロスコピー（NIRS）との併用をいかに行っていくが重要な問題になると思われる。
本年度の共同研究の成果として英文原著論文を８編発表した（印刷中を含む）。第１著者は、国内では、愛知県身障者コロニー、中央大学文学部、群馬大学医学部、広島大学医学部、海外では、米国のNIH、米国のミシガン大学、イタリアのキエッティ大学である。
3.5 磁気共鳴装置共同利用実験
磁気共鳴装置については「生体内部の非破壊三次元観察」と「生体活動に伴う形態及びエネルギー状態の連続観察（含む脳賦活検査）」というそれぞれ2つの研究テーマを設定し募集している。現在の装置は2000年に導入されたもので、3テスラという高い静磁場により通常の装置（1.5テスラ）に比較して2倍の感度をもち、特にヒトの脳血流計測による脳賦活実験においては圧倒的に有利である。また、特別な仕様を施してサルを用いた脳賦活実験をも遂行できるようにした点が、他施設にない特色である。実験計画、画像データ収集ならびに画像統計処理にいたる一連の手法を体系的に整備してあり、単に画像撮影装置を共同利用するにとどまらない、質の高い研究を共同で遂行できる環境を整えて、研究者コミュニティのニーズに応えてきた。近年脳賦活検査の適用は認知科学全般に広がり、従前は人文系領域と分類されていた領域での利用も増加している。
このような学問動向をふまえ、生理学研究所では,人間の社会行動の神経基盤を解析することに注力している。個体間の相互作用中の神経活動を同時に記録解析することが,人間の社会能力の神経基盤を知るためには必須であることから、2個人間の相互作用中の神経活動を同時に計測するため, 3テスラ装置2台からなる同時計測用高磁場磁気共鳴画像装置の導入が決まり、現在工事中である（2009年度補正予算措置による）。この装置は課題呈示装置や成績記録装置を撮影室内に設置し,かつ外部とケーブルで接続することにより被験者への課題呈示を外部から制御し, かつ成績を記録する際に, 頭部用コイルを装着した状態で,被験者の目と口をビデオカメラにより撮影し,これをリアルタイムで相手被験者に提示・記録するとともに注視点を検出・記録する。また被験者の音声を記録しつつリアルタイムで相手被験者に提示することができる。一方それぞれの装置を個別に使用することも可能であり、従前の装置と合わせて、実験可能なスロットが大幅に増加し、共同研究を強力に推進することが期待できる。今後の課題としては次の3点が挙げられる。
- 保守管理費用の確保：実験を円滑に行うためにはメーカーによるＭＲＩ装置の保守管理が必須である。装置が3台になることから、保守管理費用が3倍に増加することになる。
- 教育職員の対応方法：最近研究人口の増大している脳賦活検査は、主に人間を対象としている関係上、倫理委員会の検討が必須であることから、共同利用には、所内対応研究教育職員との共同研究が前提となる。現在の教授一名、助教二名による対応には限界があり、その負担を軽減するため、生理研トレーニングコース、生理研研究会を積極的に組織して、機能的MRIについての最新の撮像、実験デザインならびにデータ解析手法の周知と共有化を図っている。画像撮影については、現在のところリサーチアシスタント（大学院生）の業務として、スタッフの監督下に画像撮影を行っているが、スロットの増加に対処するためには、研究員の関与、あるいは撮影要員の別途雇用が必要となる可能性がある。
- 技術職員の業務切り分け：撮影機器ならびにネットワーク機材のメンテナンス、撮像技術の高水準での安定化、実験用課題プログラムのデータベース化に技官の関与を大幅に増やすなど、業務の切り分けと専門化を進める必要がある。
3.6 多光子顕微鏡を用いた共同研究
多光子励起顕微鏡システムは、低侵襲性で生体および組織深部の微細構造および機能を観察する装置であり、近年国内外で急速に導入が進んでいる。
しかし、安定的な運用を行うためには高度技術が必要であるため、共同利用可能な研究機関は生理研が国内唯一である。 現在、2台の正立（in vivo用）と2台の倒立（in vitro用）の２光子励起顕微鏡が安定的に稼動している。その性能は世界でトップクラスであり、レーザー光学系の独自の改良により、生体脳において約1mmの深部構造を１ミクロン以下の解像度で観察できる性能を実現している。
生体内神経細胞のCa2+動態イメージング技術の確立および長時間連続イメージングのための生体固定器具の開発を行うとともに、同一個体・同一微細構造の長期間繰り返し観察技術の確立を行った。また、脳以外の生体適用の技術改良を推進し、免疫、肝臓、骨組織における生体分子や細胞の可視化について共同研究を実施した。特に、昨年度に引き続き、生理研計画共同研究として共同研究の募集を行った。その他、生体恒常機能発達機構及び多光子顕微鏡室が研究室単位での共同研究を受け入れている。今年度は計画共同研究6件（生体恒常機能発達機構部門２件、多光子顕微鏡室4件）を含む11件（生体恒常性発達現在3件、多光子顕微鏡室8件）の共同研究を行った。さらに、将来の共同研究の可能性を検討するための予備的実験を８件行った。また、電機メーカーと多光子顕微鏡室との代謝機能イメージングの共同開発により、2件の特許を申請準備中である。
更に、新分野創成型連携プロジェクトにおいて、「レーザーバイオロジー」を立案し、他研究所との学際的研究を継続している。また、特定領域研究「細胞感覚」の支援班（生体恒常性発達）や、JST・CREST「光展開」佐藤チーム及び特定領域研究「トランスポートソーム」の計画班（多光子顕微鏡室）として領域内共同研究にも供している。また、多光子顕微鏡システムを利用した共同研究の可能性についての詳細な相談10件、多光子顕微鏡システムの見学には25件を超える来所者があった。
若手研究者の育成のため、所内外から約15名の研究者が参加する光学顕微鏡やレーザーに関する基本知識の勉強会をほぼ毎週、共同研究を見据えた所外講師を招いたバイオイメージングセミナーをほぼ毎月行った。今後は更に共同研究申請数の増加が見込まれる一方で、多光子顕微鏡システムはクラスIVの高出力フェムト秒パルスレーザーを使用するとともに、光学系調整に熟練技術を要するため厳重な安全管理が必要であり、基本的に所内の対応人材の数が不足している。今後、レーザーの維持管理、および共同研究に対応できる人員の確保、維持管理費の確保および高精度画像処理システムの構築が大きな課題である。
3.7 位相差低温電子顕微鏡の医学・生物学応用共同研究
位相差低温電子顕微鏡は凍結状態の生物試料を無染色で高コントラスト観察できる手法であり、もっとも真実に近い細胞構造を直視できる方法である。本年度は4件の計画共同研究を行った。具体的にはシアノバクテリアの細胞周期に伴うDNA構造再編過程、結核菌の染色と抗酸化能との有機的関係解明そしてインフルエンザウィルスの立体構造解析に応用した。また生きた細胞の電顕写真を撮像するための雰囲気セルを開発しているグループとの共同研究において位相差法の有効性をテストする共同研究を行った。
バクテリアのDNA構造再編過程ではDNAの細胞内局在に関し新規知見を得ることができた。結核菌の観察に関しては結核菌の大きさが位相差電顕限界を超えていたため所定の画像が得られなかったが凍結切片像を導入すれば新知見が得られるという見通しが立った。インフルエンザウィルスについては低温位相差トモグラフィーの成功があり大きな手法的前進が得られた。生きた生物試料についての研究では筋肉モデルの蛋白質試料に関し常温高圧化での1分子観察が可能となった。論文については2報を発表でき一応の成果が得られている。
3.8 マウス・ラットの行動様式解析共同研究
脳で発現する遺伝子の機能を調べるためにはその最終アウトプットである行動を調べることが必要であり、遺伝子改変マウスの行動を解析することでその遺伝子の機能を個体レベルで調べることができると考えられる。行動様式解析室では、各種遺伝子改変マウスに対して網羅的行動テストバッテリーを行うことで精神疾患様行動を示すマウスを同定し、そのマウスの脳を解析することによって遺伝子と行動・精神疾患の関係、さらには精神疾患の中間表現型を明らかにすることを目指している。テストバッテリーには知覚・感覚、運動機能、情動性などから記憶学習や注意能力など高次認知機能まで各種のテストが含まれ、これらのテストの9割以上は自動化されている。そのため、大規模かつ客観的な測定が行えるようにデザインされている。
本年度は4系統の遺伝子改変マウスに対して、網羅的行動テストバッテリーによる解析を行ったのに加え、16系統の遺伝子改変マウスについても複数の行動テストによる解析を行っている。このうち、2つの系統の結果については論文として出版された。
マウスこの行動解析に対する要望は非常に多く、来年度以降も積極的に共同研究を受け入れる予定である。しかし、マウスの移動に際しては煩雑な書類手続が数多く存在し、利用者と研究室員に大きな負担になっており、研究の進行を大幅に遅らせる原因にもなっている。手続きを簡略化するなどして、共同研究者への利便性を図り、研究進行を迅速化できるよう努力したい。
3.9 研究会
研究会も毎年件数は増加しており21年度は25件が採択され1,000名以上の参加者が予定されている。生理研での研究会は件数および参加者とも岡崎地区の他の2つの研究所を大きく上回っており、生理研の共同研究の大きな柱の一つとなっている。各研究会では，具体的なテーマに絞った内容で国内の最先端の研究者を集め活発な討論が行われており，これをきっかけとして新たな共同研究が研究所内外で進展したり，科学研究費補助金「特定領域」が発足したりすることも多い。たとえば，1994～1996年に「グリア研究若手の会」として行われた研究会はその後，特定領域 (B)「グリア細胞による神経伝達調節機構の解明」へと繋がり，その後「グリア神経回路網」(2003年度～2007年度)の特定領域と発展した。また，バイオ分子センサー関係の生理研研究会が特定領域研究「セルセンサー」(2006年度～2010年度)に繋がった。また、痛みの研究会のメンバーを軸として同研究領域の拡大が科学研究費補助金の時限付き細目「疼痛学」(2006年度～)の採択に大きく貢献している。この他，毎年行われるいわゆるシナプス研究会やATP関係，心臓・循環器系のイオンチャネル、細胞死関係などの研究会は，それぞれの日本における研究者コミュニティを形成する上で大いに役に立っており，新分野の創成にも貢献している。
さらに生理学研究所研究会のより一層の国際化と充実を図るため、2008年度から海外の研究者を数名招聘して、英語による研究集会、「国際研究集会 (NIPS International Workshop)」を2008年度に設置した。これは、生理研研究会のより一層の国際化と充実を図るために、海外の研究者を数名招聘して行う。年間3～5件程度の採択を予定しており、研究会の規模により75万円を上限に生理研が補助を行う。50～100名程度の参加者を予定しており、年1回開催される生理研国際シンポジウムと比較し、小規模なワークショップ的な集会を予定している。今年度は「意識の脳内メカニズム」認知神経科学の先端(松元健二教授 玉川大学：所内対応者：伊佐正教授)が採択され、海外から９名の招待者を含む206名の参加者があった
3.10 国際的な共同研究
生理学研究所では、国内だけではなく海外の研究施設とも広い共同研究を行っている。詳細は国際交流を参照。| 年度区分 | 一般共同研究 | 計画共同研究 | 研究会 | 国際研究集会 | 超高圧電子顕微鏡共同利用実験 | 磁気共鳴装置共同利用実験 | 生体磁気計測共同利用実験 | 計 |
| 平成13年度 | ||||||||
| 採択件数 | 28 | 6 | 17 | 12 | 10 | 3 | 76 | |
| 共同研究参加人員 | 169 | 28 | 323 | 35 | 48 | 12 | 615 | |
| 旅費予算配分額 | 10,276,000 | 1,871,080 | 8,100,000 | 1,116,280 | 1,777,000 | 1,000,000 | 24,140,360 | |
| 旅費執行額 | 9,031,680 | 1,770,390 | 9,222,090 | 811,880 | 2,201,160 | 1,014,720 | 24,051,920 | |
| 平成14年度 | ||||||||
| 採択件数 | 33 | 4 | 20 | 10 | 11 | 5 | 83 | |
| 共同研究参加人員 | 206 | 17 | 470 | 26 | 50 | 14 | 783 | |
| 旅費予算配分額 | 11,091,700 | 975,080 | 10,100,000 | 1,116,280 | 1,777,000 | 1,000,000 | 26,060,060 | |
| 旅費執行額 | 9,431,360 | 570,710 | 12,554,850 | 807,240 | 2,030,420 | 847,040 | 26,241,620 | |
| 平成15年度 | ||||||||
| 採択件数 | 28 | 7 | 17 | 11 | 17 | 6 | 86 | |
| 共同研究参加人員 | 220 | 33 | 364 | 30 | 79 | 18 | 744 | |
| 旅費予算配分額 | 9,800,000 | 1,132,740 | 9,199,100 | 1,120,000 | 2,130,000 | 1,200,000 | 24,581,840 | |
| 旅費執行額 | 8,855,800 | 1,334,780 | 9,051,150 | 1,287,260 | 2,621,260 | 1,182,940 | 24,333,190 | |
| 平成16年度 | ||||||||
| 採択件数 | 26 | 10 | 21 | 12 | 18 | 5 | 92 | |
| 共同研究参加人員 | 195 | 41 | 271 | 27 | 90 | 16 | 640 | |
| 旅費予算配分額 | 9,406,000 | 2,285,000 | 8,500,000 | 1,120,000 | 2,130,000 | 1,200,000 | 24,641,000 | |
| 旅費執行額 | 5,676,560 | 590,270 | 8,365,430 | 1,122,320 | 2,130,010 | 1,209,956 | 19,094,546 | |
| 平成17年度 | ||||||||
| 採択件数 | 34 | 29 | 26 | 10 | 11 | 6 | 116 | |
| 共同研究参加人員 | 201 | 126 | 439 | 29 | 42 | 19 | 856 | |
| 旅費予算配分額 | 9,453,340 | 6,117,180 | 10,650,000 | 1,304,000 | 2,046,020 | 1,352,000 | 30,922,540 | |
| 旅費執行額 | 7,554,280 | 2,629,500 | 10,982,770 | 1,254,600 | 427,910 | 1,042,240 | 23,891,300 | |
| 平成18年度 | ||||||||
| 採択件数 | 36 | 27 | 25 | 14 | 13 | 7 | 122 | |
| 共同研究参加人員 | 266 | 108 | 449 | 41 | 45 | 25 | 934 | |
| 旅費予算配分額 | 9,667,554 | 3,690,802 | 11,500,000 | 1,639,180 | 1,520,840 | 1,403,460 | 29,421,836 | |
| 旅費執行額 | 7,658,620 | 1,983,710 | 10,769,300 | 1,562,180 | 357,720 | 1,040,000 | 23,371,530 | |
| 平成19年度 | ||||||||
| 採択件数 | 33 | 27 | 26 | 13 | 19 | 7 | 125 | |
| 共同研究参加人員 | 212 | 109 | 415 | 47 | 62 | 16 | 861 | |
| 旅費予算配分額 | 9,307,802 | 5,136,620 | 12,109,940 | 1,799,060 | 2,047,140 | 1,318,506 | 31,719,068 | |
| 旅費執行額 | 6,059,270 | 2,721,340 | 10,575,860 | 1,678,080 | 726,960 | 420,160 | 22,181,670 | |
| 平成20年度 | ||||||||
| 採択件数 | 35 | 30 | 25 | 1 | 13 | 15 | 7 | 126 |
| 共同研究参加人員 | 183 | 121 | 397 | 11 | 36 | 63 | 14 | 825 |
| 旅費予算配分額 | 9,355,910 | 5,118,530 | 11,926,400 | 750,000 | 1,959,040 | 2,975,440 | 1,060,446 | 33,145,766 |
| 旅費執行額 | 3,787,080 | 2,094,650 | 8,268,870 | 578,131 | 352,380 | 463,280 | 220,340 | 15,764,731 |
| 平成21年度* | ||||||||
| 採択件数 | 37 | 37 | 25 | 1 | 14 | 15 | 7 | 136 |
| 共同研究参加人員 | 180 | 109 | 315 | 20 | 39 | 49 | 17 | 729 |
| 旅費予算配分額 | 8,663,280 | 6,272,913 | 12,079,660 | 750,000 | 2,225,400 | 1,922,024 | 938,140 | 32,851,417 |
| 消耗品費配分額 | 5,400,000 | 5,550,000 | 700,000 | 550,000 | 350,000 | 12,550,000 | ||
*2010年1月4日現在