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論文

機械学習を用いた放射線生体影響のビッグデータ解析

神崎 訓枝

環境技術, 48(3), p.121 - 125, 2019/05

東京電力福島第一原子力発電所事故以降、放射線の生体影響への関心が高まっている。これまで、機械学習を用いて放射線生体影響の評価を行ってきたが、未だ明らかになっていない機構も多く、特に、低線量域での放射線影響については、議論が続いている。これらの議論を踏まえ、「環境のビッグデータとそのデータ解析技術」の特集記事として、機械学習の一種である自己組織化マップを紹介し、その応用例を挙げて、機械学習を用いた放射線生体影響のビッグデータ解析について解説する。本稿では、機械学習の有用性と課題について、低線量被ばくの生体影響評価や被ばくに関連したオミックス解析の可能性を議論する。

論文

Comparative effects of radon inhalation according to mouse strain and cisplatin dose in a cisplatin-induced renal damage model

笹岡 香織*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝; 小橋 佑介*; 迫田 晃弘; 石森 有; 山岡 聖典*

Pakistan Journal of Zoology, 50(3), p.1157 - 1170, 2018/06

 パーセンタイル:100(Zoology)

シスプラチン(CDDP)は固形がんの治療に広く使用されているが、酸化ストレスによる腎毒性を持っている。そこで、我々は、ラドン吸入による放射線感受性の違いによるマウス系統差によるCDDP誘導腎障害に対する影響とCDDP濃度について検討した。まず、C57BL/6JまたはBALB/cのマウスに、1000Bq/m$$^{3}$$または2000Bq/m$$^{3}$$のラドンを24時間吸入後、CDDPを20mg/kg体重投与した。C57BL/6Jでは毛並等が改善され、BALB/cでは悪化した。次に、BALB/cマウスに、1000Bq/m$$^{3}$$のラドンを24時間後、CDDPを15mg/kg体重投与した。その結果、抗酸化機能の亢進などが見られた。以上のことから、ラドン吸入によってCDDP誘導腎障害を抑制することが可能であることが示唆された。

論文

Knowledge discovery of suppressive effect of disease and increased anti-oxidative function by low-dose radiation using self-organizing map

神崎 訓枝; 片岡 隆浩*; 小橋 佑介*; 柚木 勇人*; 石田 毅*; 迫田 晃弘; 石森 有; 山岡 聖典*

Radioisotopes, 67(2), p.43 - 57, 2018/02

我々はこれまで、低線量放射線はマウス諸臓器中で抗酸化機能を亢進し、酸化ストレス関連疾患を抑制することを報告してきた。しかしながら、それらの結果は対象疾患も低線量放射線による処置の条件も様々で、有効性が立証された治療法は確立されていない。そこで、本研究では、それらの結果から低線量放射線の健康効果を明らかにすることを目的とし、ラドン療法のような低線量放射線を活用した治療法の新規適応症を探索した。データの解析には自己組織化マップ(SOM)を用い、不安定な抗酸化機能の変化を自己組織化マップの曖昧な表現で視覚的に直感的に捉えることにより、出力された疾患抑制効果と抗酸化機能亢進の関連性を検討した。その結果、ラドン療法の適応症である疼痛への効果には明らかな線量依存性があることがわかり、肝疾患や脳疾患においても、線量依存性はないもののその効果を期待できると予測できた。本研究は、ラドン療法のような低線量放射線を活用した治療法の応用に貢献できると考える。

論文

Protective effects of hot spring water drinking and radon inhalation on ethanol-induced gastric mucosal injury in mice

恵谷 玲央*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝*; 迫田 晃弘; 田中 裕史; 石森 有; 光延 文裕*; 田口 勇仁*; 山岡 聖典*

Journal of Radiation Research, 58(5), p.614 - 625, 2017/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:71.73(Biology)

ラドン($$^{222}$$Rn)ガスを用いたラドン療法は、ラドンガスの吸入とラドンを含む水の摂取の2種類の治療に分類される。温泉水の短期または長期の摂取は胃粘膜血流を増加させ、温泉水治療が慢性胃炎および胃潰瘍の治療に有効であることはわかっているが、粘膜障害に対するラドンの正確な影響やそのメカニズムは不明である。本研究では、マウスのエタノール誘導胃粘膜障害に対する温泉水摂取およびラドン吸入の抑制効果を検討した。マウスを用いて、ラドン2000Bq/m$$^{3}$$を24時間吸入、または温泉水を2週間摂取させた。水中$$^{222}$$Rn濃度は、663Bq/l(供給開始時)から100Bq/l(供給終了時)の範囲にあった。その後、マウスに3種類の濃度のエタノールを経口投与させた。粘膜障害の指標である潰瘍指数(UI)は、エタノールの投与量に依存して増加した。しかし、ラドン吸入または温泉水による処理は、エタノールによるUIの上昇を抑制した。ラドン処理群と無処理対照群では抗酸化酵素の有意差は認められなかったが、ラドンまたは温泉水で事前処理したマウスの胃の過酸化脂質レベルは有意に低かった。これらの結果は、温泉水摂取とラドン吸入がエタノール誘導胃粘膜障害を抑制することを示唆している。

論文

Difference in the action mechanism of radon inhalation and radon hot spring water drinking in suppression of hyperuricemia in mice

恵谷 玲央*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝*; 迫田 晃弘; 田中 裕史; 石森 有; 光延 文裕*; 山岡 聖典*

Journal of Radiation Research, 57(3), p.250 - 257, 2016/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:49.9(Biology)

本研究では、ラドン療法の適応症である高尿酸血症について、吸入と飲泉による抑制効果を比較検討した。マウスにラドン吸入または飲泉させた後、オキソン酸カリウムを投与して高尿酸血症を誘導した。この結果、吸入と飲泉のいずれもキサンチンオキシダーゼ活性が抑制され、血清尿酸値の上昇も有意に抑えられた。また、ラドン吸入では肝臓と腎臓の抗酸化機能の亢進がみられた。高尿酸血症の抑制効果には、ラドン吸入では抗酸化機能の亢進が、飲泉では温泉水中の化学成分による薬理作用がそれぞれ寄与していることが示唆された。

口頭

機械学習による低線量放射線と関連薬剤の効能比較

神崎 訓枝; 片岡 隆浩*; 小橋 佑介*; 石田 毅*; 柚木 勇人*; 迫田 晃弘; 石森 有; 山岡 聖典*

no journal, , 

今までに、低線量放射線により抗酸化機能などが亢進し、各種酸化ストレス関連疾患が抑制されることを明らかにしてきた。他方、同様の疾患に対して抑制効果の高い植物などの抽出物に関する研究も進んでいる。このため本研究では、我々の成果を含む関連文献を収集・整理し総合的な効能比較を目的としたデータ解析を行った。その結果、例えばカラゲニン誘導足浮腫に関して、2000Bq/m$$^{3}$$ラドンの24時間吸入(低線量放射線)や20mg/kg体重tetaxeren-3-one(diospyros maritimaの成分)の投与は、10mg/kg体重indometacinの投与に相当することが出力マップから読み取れた。上記所見などはデータ数も少なくまだ検討が必要であるが、今後の各種酸化ストレス関連疾患の治療に役立つ知見と言える。

口頭

酸化ストレス疾患に対するラドン吸入と関連薬剤投与の抑制効果の比較検討

神崎 訓枝; 片岡 隆浩*; 小橋 佑介*; 石田 毅*; 柚木 勇人*; 迫田 晃弘; 石森 有; 山岡 聖典*

no journal, , 

各種酸化ストレス疾患に対しラドン吸入は抑制効果の可能性の高いことを報告してきた。今までの機械学習を用いたこれら文献を含むデータの解析では総合評価としたため、基準として対照群を0、疾患群を1と設定した。しかしながら、その効果は疾患の特性により様々であった。このため本研究では、疾患毎のデータ解析法により検討した。その結果、酸化ストレス疾患に対するラドン吸入と薬剤投与の抑制効果をより詳細に比較できた。

口頭

平衡等価ラドン濃度の簡便なスポット測定方法

迫田 晃弘; 神崎 訓枝; 田中 裕史

no journal, , 

ラドンの被ばく評価において重要なのは子孫核種濃度であり、平衡等価ラドン濃度の情報が望まれる。本研究では、平衡等価ラドン濃度のスポット測定を対象に、簡便な評価手法を検討した。子孫核種の個別濃度比を仮定せずに、1回のアルファ線計測から平衡等価ラドン濃度に換算可能な検量線を導出した。既存のラドン子孫核種測定器との結果比較も行い、本評価手法の妥当性も評価した。

口頭

曖昧な低線量放射線影響の評価に向けた機械学習によるビジュアライズ手法の提案

神崎 訓枝; 迫田 晃弘; 片岡 隆浩*; 山岡 聖典*

no journal, , 

低線量放射線の曖昧な生体影響評価は、基本的な統計手法や機械学習を用いても容易ではない。本研究では、このような影響の評価手法の確立を目的とし、機械学習の一種である自己組織化マップの改良を行った。具体的には、(1)似通ったトポロジーを持つクラス毎に、自己組織化マップによって、入力データを学習させた参照ベクトルを作成する。(2)得られた参照ベクトルすべてを自己組織化マップによって再解析する。この手順で、ベンチマークと低線量放射線に関するデータセットを解析したところ、複雑なトポロジーやデータ分布にも対応できることがわかった。

口頭

Modeling and visualization for characteristics extraction of mutations by radiation using machine learning

神崎 訓枝; 島田 幹男*; 柳原 啓見*

no journal, , 

DNA損傷の修復エラーが生じた場合に、そのDNA損傷は突然変異として残存し、発がん等の原因となる。被ばくによってどのような突然変異が起こるかは、放射線の種類や細胞の種類に依存することが報告されているが、まだ完全には明らかになっていない。つまり、放射線による突然変異の特徴把握は放射線生体影響を知る上で重要である。本研究では、種々の放射線による突然変異の特徴を把握するためのデータ解析手法構築の基礎的検討を行うことを目的とする。演習用のデータセットは、既存の論文データを参考にして作成した。データはトランジションまたはトランスバージョンの6種類の点突然変異、挿入、欠失の8つの項目に対する各突然変異率を持たせた。本実験では、機械学習の一種で、非線形のデータ解析について低次元されたマップによる視覚的表現が優れていると言われている自己組織化マップ(SOM)を用いて、クラスタリングによる特徴抽出と予測を行い、主成分分析等の類似の多変量解析法と比較検討した。SOMの出力マップ上では、似通ったデータが近くに配置され、データ各々の突然変異の種類毎の特徴を一目で把握できるよう分類可能であることがわかった。

口頭

ラドン水の皮脂成分への溶解度とその温度依存性に関する検討

石田 毅; 迫田 晃弘; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝; 田中 裕史; 柚木 勇人*; 光延 文裕*; 山岡 聖典*

no journal, , 

本研究では、ラドン水が皮膚に吸収することで及ぼす作用を明らかにするため、皮脂層に注目し構成成分へのラドンの溶解度およびその温度依存性に関して検討した。その結果、例えばラドン水の皮脂成分別の溶解度は、各温度においてミリスチン酸メチルとスクアレンが最大値を、トリオレインが最小値をそれぞれ示した。また、トリオレインがラドンの皮脂への溶解度に大きく関与していることも示唆できた。

口頭

ラドン吸入によるマウス諸臓器中の過酸化水素産生に関する基礎的検討

片岡 隆浩*; 神崎 訓枝; 迫田 晃弘; 石田 毅; 首藤 妃奈*; 矢野 準喜*; 田中 裕史; 花元 克巳*; 寺東 宏明*; 光延 文裕*; et al.

no journal, , 

これまでラドン吸入によってマウス臓器中の抗酸化機能が亢進することを報告してきた。ラドン吸入による抗酸化機能の亢進のメカニズムとして、微量のROSの生成が関わっている可能性が高い。そこで、本発表では、ラドンを吸入したマウス諸臓器中の抗酸化機能の活性化と過酸化水素量について調べたので報告する。

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