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、2010年度も一般共同研究および計画共同研究あわせて75件の共同利用研究と計46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。2010年度も計22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(平成20)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
「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～40件が採択されていたが、共同利用研究の活性化に伴い、2010年度は75件(2009年度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2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。2009年度から「マウス・ラットの行動様式解析」、2010年度からは「近赤外線トポグラフィーを用いた脳機能解析」が加わった。2010年度は計6つのテーマで行わている。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。 問題点として、ヒトを対象とする共同研究・共同利用実験では、所外研究者の所属する機関において、実施する研究の倫理に関する承諾を求める必要がある。
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、1,000 kV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。この共同利用実験は今年度で29年目を迎える。今年度は、開始から28年間共同利用実験を運営してきた有井達夫准教授が昨年度をもって定年退職したため、新しく着任した村田和義准教授が後を引き継いだ。
共同利用実験は、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、超高圧電子顕微鏡の特性を生かした研究支援を行っている。これに対して今年度は「生体微細構造の三次元解析」を中心とする21課題が採択されている。この中で4課題は外国からの申請であり国際的にも利用されている装置であるといえる。さらに、前年からの継続課題が9件であったのに対して、新規の課題が12件もあった。これは、本施設が現在も常に新しい研究課題に対して有用な結果を出し続けていることを表している。分野別に見ると、神経の組織と細胞、そしてこれに関する分子の三次元観察が8件、その他動物および昆虫の組織と細胞、そしてこれに関する分子の三次元観察が6件、植物組織におけるタンパク質超分子の三次元構造観察が2件、細菌、原生生物の細胞内器官と、これに関した分子の三次元観察が5件であった。このことから脳神経分野だけでなく幅広く生物科学においても利用されていることがわかる。特筆すべきこととして、今年度は「生物試料の自然状態における高分解能観察」をめざす課題が３件あった。これに対応するために、低温試料ホルダーを調整し、フォーカス合わせ用の高感度シンチレーターカメラ、高感度イメージングフォルムを装着して、氷包埋試料の撮影が部分的に行えるようにした。時代の要請から考えて今後このような課題がさらに増えてくると考えられるので、無染色低温観察に必要な低い照射ダメージでの像撮影を可能にする周辺装置の整備を急がなければならない。
装置の稼働状況に関して、本年度は3月までに167日の利用可能日があり、このうち現在予約が入っているものも含むと109日間の利用がある。今後さらに予約が入ってくることを考慮すると平均稼働率は65%以上になると予想される。このうち所内利用が44日、所外利用が65日あった。超高圧電子顕微鏡は、昨年度の大規模な劣化部品交換のおかげで順調に稼働し、修理のために停止した日数は1月現在でわずか11日であった。しかし各部分の経年劣化は確実に進むと同時に交換部品の調達は年々難しくなっている。共同利用機器としては今後とも時代のニーズに即した改修を施していかなければならないのではあるが、すでに装置自体に大規模な故障が起きれば修復不可能となることから、将来的にこれに変わる装置の準備も考えていかなければならない。
本共同利用実験に関係する業績としては、著作1編、発表論文6報、学会発表が13回報告されている。これらは主に前年度までの成果がまとめられたものなので、今後さらに多くの成果報告がなされることが期待される。本装置は、これからも生物分野の研究者コミュニティーの三次元構造解析に対する強いニーズに応えるために、近年のコンピュータ技術を取り入れた電子顕微鏡のデジタル化を押し進め、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にすることが強く求められている。このために今後とも利用者と強く連携し、より使いやすく魅力的な装置へと改修して行かなければならない。
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、大学共同利用の研究施設として、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(平成14)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(平成14)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。2010(平成22)年度は6件の採択を行った。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。
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。2010(平成22)年度は19件の共同利用研究を実施した。現在の装置は2000(平成12)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おり、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、2009(平成21)年度に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を行った。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。2011(平成23)年度は、2台同時計測の際に、課題呈示装置や成績記録装置を撮影室内に設置に伴って発生する種々の雑音を低減するための調整から始め、実際の計測にまで漕ぎ着けた。来年度以降共同利用に供する予定である。
今後の課題としては次の３点が挙げられる。
1) 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。
2) 研究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1名、助教2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。さらに被験者のリクルートメントも重要かつ時間を要する業務であり、共同利用研究者自ら行うことが困難な場合には、生理研側がサポートをする必要があり、そのための人員配置を要する。
3) 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術職員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1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1 mmの深部構造を1 µm以下の解像度で観察できる性能を実現している。また、2010(平成22)年度には、イメージングと光刺激の同時操作が可能なツインレーザーシステムを導入した。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、血管・血流、骨組織、消化管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。その他、生体恒常機能発達機構研究部門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５件の計画共同研究を行った。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10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・申請準備中である。更に、2006–2008(平成18–20)年に採択された自然科学研究機構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」を実施し、終了後も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）として領域内共同研究にも供している。また、多光子励起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、多光子励起顕微鏡システムの見学には20件を超える来所者があった。
2006(平成18)年度から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毎週開催し、現在も所内外の研究者が継続的に行っている。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。また、世界最高レベルの品質を保つために、光路調整、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 極低温位相差電子顕微鏡の医学・生物学応用共同研究
極低温位相差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2件の計画共同研究を行った。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を行った。また、ビブリオ菌由来の分子モーターの膜貫通部位の構造について、機械一部を欠損したミュータントと野生型について、位相差低温トモグラフィーの応用により野生型とミュータントの構造差が立体構造の差として明確に示された。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、ミオシンフィラメントの高分解位相差観察を行い、位相差法の有効性をテストするとともに、生きた生物試料について筋肉モデルの蛋白質試料に関し常温高圧化での生体活性高分子の直接観察の観察条件を提供した。
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。所内の共同研究に加え、2009(平成21)年度から計画共同研究として、共同研究の募集を行っている。
2010(平成22)年度は11系統(所内1、所外10)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、17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。マウス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、遺伝子改変マウスの受入れに関し、法令上の煩雑な手続きと必要な情報の収集に大きな負担がかかっており、研究の進行を大幅に遅らせる原因にもなっている。利用者の負担を軽減するなど利便性の改善を行い、研究進行を迅速化できるよう努力したい。また、当初計画した遺伝子改変マウスの準備が完了しないこともあり、準備状況により共同研究の受け入れを開始するなど、柔軟な対応が今後必要である。
3.9 研究会
研究会も毎年件数は増加しており、2010(平成22)年度は22件が採択され合計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まっており、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「特定領域研究」が発足したりすることも多い。たとえば、1994–1996(平成6–8)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、特定領域研究(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」(平成15年度–19年年度)の特定領域研究と発展した。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(平成18)年度–2010(平成22)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(平成18)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(平成20)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)」を設置した。年間3--5件程度の採択を予定しており、研究集会の規模により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である。今年度は、「理論と実験の融合による神経回路機能の統合的理解」(Integrative analysis of brain network functions through combined theoretical and experimental approaches)（代表：深井朋樹 博士 理化学研究所)が岡崎コンファレンスセンターで開催された(2010(平成22)年6月2–3日）。
研究会の問題点として、課題名は変わっているものの類似内容で長年にわたり継続している研究会や、150人近くの参加者のある大規模研究会に発展したものもあり、研究会の意義を議論することも必要かも知れない。
3.10 国際共同研究
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 |
| 2001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 | |
| 2002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 | |
| 2003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 | |
| 2004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 | |
| 2005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 | |
| 2006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 | |
| 2007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 | |
| 2008年度 | ||||||||
| 採択件数 | 35 | 30 | 25 | 1 | 13 | 15 | 7 | 126 |
| 共同研究参加人員 | 184 | 124 | 495 | 11 | 36 | 62 | 14 | 926 |
| 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 |
| 消耗品費配分額 | 4,500,000 | 4,200,000 | - | - | 650,000 | 650,000 | 350,000 | 10,350,000 |
| 2009年度 | ||||||||
| 採択件数 | 37 | 37 | 25 | 1 | 14 | 16 | 7 | 137 |
| 共同研究参加人員 | 186 | 114 | 422 | 21 | 42 | 53 | 17 | 855 |
| 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年度* | ||||||||
| 採択件数 | 43 | 32 | 22 | 2 | 21 | 19 | 6 | 145 |
| 共同研究参加人員 | 177 | 145 | 336 | 14 | 71 | 77 | 18 | 838 |
| 旅費予算配分額 | 8,456,670 | 7,617,008 | 10,788,180 | 750,000 | 3,422,100 | 2,995,060 | 912,740 | 34,941,758 |
| 消耗品費配分額 | 4,950,000 | 7,156,000 | - | - | 1,050,000 | 750,000 | 300,000 | 14,206,000 |
*2011年2月18日現在
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