hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生態型を異にする"マツタケ"と総称されるきのこの分子系統学的および遺伝学的識別

"マツタケ"と総称されるきのこは、2つの異なる環境、すなわち針葉樹林および広葉樹林で発生する。日本のマツタケ(Tricholoma matsutake)は、"マツタケ"と総称されるきのこを代表するものであり、アジアの中緯度に分布する針葉樹林で発生する。一方、中国の雲南省および四川省の一部で発生するマツタケは生息地が日本のマツタケと異なり、低緯度領域に分布する広葉樹林で発生する。しかしながら、日本の針葉樹林のマツタケと中国の広葉樹林のマツタケの分類学的関係および両者の遺伝学的距離については、明らかにされていない。そこで、本研究者は、アジアの生態学的および地理学的に異なる地域から分離したマツタケの菌株の遺伝学的多様性を分析するため、ITS領域の塩基配列、ミトコンドリアSSU rDNAのV4,V6およびV9ドメインの塩基配列およびRAPD法による分析を試みた。ミトコンドリアSSU rDNAのV4,V6およびV9の塩基配列を調べたところ,供試した全ての菌株でほとんど差が見出されなかった。この結果は,全てのマツタケの菌株が,宿主特異性や地理的な差異があるにもかかわらず,同一の生物種に属することを意味する。ITS領域の塩基配列の結果もこの結論を支持するものであった。一方,RAPD分析から,生態学的に異なる環境から分離・収集したマツタケ菌株には遺伝的が差異があり,その差異は亜種として同定されるべきものであった。マツタケは外生菌根を形成する食用きのこで,樹木を宿主として共生する.日本のマツタケと形態,香りおよび食味が似ている,いわゆるマツタケと総称される食用きのこは,アジア,ヨーロッパ,アフリカおよびアメリカなど世界各地に分布する.マツタケを生態学的な立場からみると,日本,韓国,北朝鮮で採集されるマツタケはマツ属のほかに,トウヒ属,ツガ属の針葉樹林に発生する.また,中国南西部の常緑かし類を主体とする広葉樹林でもマツタケが発生することの報告がある.したがって,これらのマツタケと総称されるきのこには,宿主特異性からみると,少なくとも生態型の異なるものを含む.異なる生態型を示すマツタケと総称されるきのこについて,生物種と生態型の関連を解明するためにmt SSU rDNA V4領域の塩基配列を比較し,系統樹を作成したところ,日本産のTm-JK株およびTM-2株は韓国産,北朝鮮産,中国産のマツタケと同じクラスターに属した.V6およびV9領域でも日本産菌株と韓国産、北朝鮮産および中国産菌株が同じクラスターに属した.これらの結果より,針葉樹を宿主とする日本産,韓国産および北朝鮮産菌株は広葉樹を宿主とする中国産マツタケと同一の生物種であることが示唆された.さらに,核rDNA ITS領域の塩基配列を比較し系統樹を作成したところ,すべて異なるクラスターに分かれ,供試菌株間に亜種あるいは品種としての違いがあることが示唆された.これらの成果は、2005年4月に中国・上海で開催される「きのこの生物学とその生産物に関する第5回国際会議」で発表する予定である。

ミトコンドリアSSU rDNAのV4,V6およびV9の塩基配列を調べたところ,供試した全ての菌株でほとんど差が見出されなかった。この結果は,全てのマツタケの菌株が,宿主特異性や地理的な差異があるにもかかわらず,同一の生物種に属することを意味する。ITS領域の塩基配列の結果もこの結論を支持するものであった。一方,RAPD分析から,生態学的に異なる環境から分離・収集したマツタケ菌株には遺伝的が差異があり,その差異は亜種として同定されるべきものであった。
肝線維化における自然免疫を介した肝再生への誘導

古典的樹状細胞(conventional DC:cDC)は抗原提示能を含む多彩な機能を有する細胞である。肝線維化進展・制御のメカニズムには、微生物由来の因子(PAMPs)やネクローシス自己細胞由来の因子(DAMPs)の刺激によって認識するレセプター(TLRs)を介してKupffer細胞や肝星細胞が重要な役割を担っていることが知られているが、cDCの役割に関してはまだ十分に理解されていない。本研究では、肝線維化におけるcDCの機能的特性の解析を行い、さらに肝線維化の軽減実験を行い、その役割を解明することを目的に研究を行い、以下の結果を得た。1. cDCをCpGで刺激し、IL-10や炎症性サイトカインの産生を確認すると、CpGの刺激でTNF-α、IL-6だけでなくIL-10を産生した。2.活性化マクロファージがIL-10により抑制されるかを確認すると、LPS刺激による活性化マクロファージが産生したTNF-α、IL-6を抑制した。3.肝線維化におけるcDCの役割を確認するために、B6.FVB-Tg (Itgax-DTR/EGFP) 57Lan/J:cD11c-DTRマウス(DTRマウス)にジフテリアトキシン(DT) 100ngを投与しcDCを枯渇させ、四塩化炭素(CCl4)投与6週間後の生存率を評価した結果、CCl4投与群と比較し、CCl4/DT投与群は有意に生存率が低下した。4. CCl4による肝線維化マウスにCpGを投与するとIL-10が上昇し、肝線維化が軽減するが、DTRマウスにCCl4誘導の肝線維化を起こし、CpG/DTを投与してcDCを枯渇すると生存率が低下した。cDCがCpGで活性化され、IL-10を介してマクロファージからの炎症性サイトカインを抑制し、炎症や肝線維化の制御に重要な役割を担っていることが考えられる。肝線維化進展・制御のメカニズムにおけるcDCの役割に関してはまだ十分に理解されていない。本研究では、肝線維化におけるcDCの機能的特性について解析を行い、その役割を解明することを目的とする。(1) cDCをCpGで刺激し、IL-10や炎症サイトカインの産生を確認する。B6マウスの骨髄を採取し、GMCSFを投与して1週間培養で得たcDCをCpGまたはLPSで24hr刺激する。採取した上清でIL-10、TNFα、IL-6をELISAで、細胞でmRNA発現をqPCRで測定した。cDCはLPS、CpGの刺激で炎症性サイトカインだけでなく、抗炎症性サイトカイン(IL-10)を産生した(2)活性化Kupffer細胞がIL-10やCpG刺激後のcDCにより抑制されるかを明らかにする。マクロファージ細胞株(RAW246.7)に対しrIL-10添加を6hr行い、その後、LPSで刺激し3hr後に炎症性サイトカイン産生を抑制するかELISA、qPCRで評価した。結果2 IL-10は、LPSの刺激による活性化マクロファージが産生する炎症性サイトカインを抑制した(3)肝線維化におけるCpG投与の影響を評価する。B6マウスに四塩化炭素(CCl4)を繰り返し皮下投与することで肝障害を誘発し、肝線維化へ進展させる。CCl4投与開始3週間後に肝臓を摘出し、サイトカイン(TNF-α、IL-6)をqPCR測定で行い、残りで組織評価を行った。また、CCl4投与開始からCpGを1回/週で皮下注した条件したでも同様に検討した。結果3 CCl4誘導肝線維化マウスにおいて、3週間後のALT値がCpG投与で有意に上昇し、肝線維化の改善は認められなかった。肝組織におけるサイトカインのmRNA発現は認められなかった。今回の実験では、CpG投与による肝線維化の抑制効果が得られなかった。理由として、投与法が、以前と比べてCCl4投与前から行われているため、逆に炎症性を惹起した可能性がある。また、3週間と短い期間であったため、6週間後での評価も必要であったと思われる。今後繰り返し行うことで、その効果を検証する。また、肝組織におけるサイトカインのmRNAは測定したが発現は認めなかった。評価したタイミングもあるが、肝組織自体でも変化は微量である可能性もある。こちらに関しても、繰り返し行い検証する。肝線維化進展・制御のメカニズムには、微生物由来の因子(PAMPs)を介してKupffer細胞や肝星細胞が重要な役割を担っているが、cDCの役割に関してはまだ十分に理解されていない。本研究では、肝線維化におけるcDCの機能的特性とKupffer細胞との連係について解析を行い、その役割を解明することを目的とする。6-8週齢のC57BL6マウスに四塩化炭素(CCl4)を繰り返し皮下投与(0.5 ml/kg、週2回、3-6週間連続投与)することで重度の肝障害を誘発し、肝線維化へ進展させる。CCl4投与開始

3週間後に頸椎脱臼によりマウスを安楽死させ、肝臓を摘出し肝組織で肝線維化の評価を行なった。マウスから脾臓を摘出し、collagenase、DNaseを含むdigestion bufferでdigestし、cDC(CD11c+、B220-)、Gr-1でフローサイトメトリーを行い、樹状細胞の数等を検討した。さらに、マウス肝から樹状細胞、kupffer細胞、肝星細胞を単離し、CpGやLPSで刺激し、phenotypeやサイトカイン、肝線維化シグナルなどをELISA、PCR、FACSを用いて評価、検討中。また、CD11c陽性樹状細胞を欠損させるDTRマウスを購入し、現在繁殖予定である。マウス肝から樹状細胞、kupffer細胞、肝星細胞を単離するところで十分な細胞が得られず、検討が不十分であること、DTRマウスの搬入、検疫で時間がかかり、繁殖できていないため。【方法】実験1:B6マウスに四塩化炭素(CCl4)を繰り返し皮下投与して肝線維化モデルを作成し、CCl4投与開始4週間後にCpGを週1回皮下投与し、CCl4投与開始8週間後に肝臓を摘出し検討した。実験2:B6マウスの骨髄を採取し、GMCSFを投与して培養で得たcDCをCpGで24hr刺激する。採取した上清でIL-10、TNFα、IL-6をELISAで測定した。実験3:マクロファージ細胞株(RAW246.7)に対しrIL-10添加し、その後、LPSで刺激後にTNF-αやIL-6産生を抑制するかELISAで評価した。実験4:ジフテリアトキシン(DT)を投与することでcDCが枯渇する遺伝子導入マウス(DTR)を使用し、CCl4を繰り返し皮下投与し、生存率、肝組織を評価した。【結果】結果1:CpG投与群では、非CpG投与群と比較して、有意に肝線維化を抑制した。また、血漿ヒアルロン酸値、肝臓ヒドロキシプロリン値が低下、αSMA発現やTIMP1mRNA発現も低下した。結果2:cDCはCpGの刺激で炎症性サイトカインと抗炎症性サイトカイン(IL-10)を産生した。結果3: IL-10は、LPSの刺激による活性化マクロファージが産生する炎症性サイトカインを抑制した。結果4:DTを投与した群は非投与群と比較して有意に生存率が低下し、ALT高値、さらに肝線維化が悪化した。DTRマウスの検疫、搬入、繁殖に時間がかかったため古典的樹状細胞(conventional DC:cDC)は抗原提示能を含む多彩な機能を有する細胞である。肝線維化進展・制御のメカニズムには、微生物由来の因子(PAMPs)やネクローシス自己細胞由来の因子(DAMPs)の刺激によって認識するレセプター(TLRs)を介してKupffer細胞や肝星細胞が重要な役割を担っていることが知られているが、cDCの役割に関してはまだ十分に理解されていない。本研究では、肝線維化におけるcDCの機能的特性の解析を行い、さらに肝線維化の軽減実験を行い、その役割を解明することを目的に研究を行い、以下の結果を得た。1. cDCをCpGで刺激し、IL-10や炎症性サイトカインの産生を確認すると、CpGの刺激でTNF-α、IL-6だけでなくIL-10を産生した。2.活性化マクロファージがIL-10により抑制されるかを確認すると、LPS刺激による活性化マクロファージが産生したTNF-α、IL-6を抑制した。
ホットエレクトロン顕微鏡による固体電子波現象の直接観測技術の研究

電子波回折パターン観測のための走査ホットエレクトロン顕微鏡(SHEM)を研究した。以前に、絶縁物/金属エミッタで発生させた高エネルギ(3から4eV)ホットエレクトロンの探針捕捉は行われていた。そして最終目標は半導体エミッタで発生させた低エネルギ(30から300meV程度)ホットエレクトロンを観測することである。そこで本研究は、SHEM装置の完成、半導体ホットエレクトロンエミッタ実現、そして高エネルギ(3eV程度)ホットエレクトロンの探針捕捉を目標とした。高エネルギを選んだ理由は試料表面に低仕事関数金属を堆積することを避けるためである。研究の結果、(1)探針によるホットエレクトロン検出特性の包括的理解を達成した。探針/試料構造を球/平面でモデル化し、ジェリウムモデルと映像力でギャップポテンシャルを表し、ホットエレクトロン電流と熱平衡電子電流およびそれらの比のギャップ長依存性を解明した。(2)探針デバイス間の容量電流、残留直列抵抗による熱平衡電子電流、探針制御による位相シフトおよび減衰、を解明し、これら寄生効果の除去方法を確立させた。(3)半導体ホットエレクトロンエミッタを設計し、OMVPE成長によりAlAs/GaInAsヘテロ構造エミッタを作製した。3V以上でのホットエレクトロン発生動作を達成した。(4)作製したエミッタと寄生効果除去法を用いてホットエレクトロン検出実験を行いデータを理論と比較して検討した結果、検出電流はホットエレクトロンによるものではないと判定した。3eV以上の高エネルギ電子を100nm以上に渡って高効率伝搬させることは困難と結論した。以上、本研究によりSHEM装置および半導体ホットエレクトロンエミッタを完成させた。半導体内ホットエレクトロン観測に向けて300meV以下の低エネルギ電子を対象とする実験へ移行する決断を行った。さらに新たな測定法を着想した。走査型ホットエレクトロン顕微鏡(SHEM)実現に向けて、本年度は、探針によるホットエレクトロン検出特性向上、通常のSTMに改造を加えた装置構築、SHEM動作のモデル化と数値シミュレーション、半導体ホットエレクトロンエミッタ作製、を行った。まず固定点でのホットエレクトロン検出特性向上に向けて、ノイズ解析を行い、定常ノイズは積分処理で、また非定常ノイズはディジタル的除去処理を行って30秒以内でのホットエレクトロン検出を実現した。その後、非定常ノイズ発生と探針高さ制御フィードバックループ不安定性との相関を突き止め、ループの安定化を計ることでロックインアンプによる積分処理のみによる検出を可能にした。上記成果を基に、通常のSTMにロックインアンプ信号処理系を付加し、ノイズ除去に必要な時間だけ1点毎に停止しながら2次元走査をするためのソフトウエア変更を加えることでSHEM装置を設計作製し、8x8点の自動連続測定によりその動作を確認した。実験と並行して、探針試料間の3次元ポテンシャル分布電磁気学解析とポテンシャルバリア電子輸送の量子力学解析とを組み合わせたホットエレクトロン検出シミュレーションを行い、空間分解能、検出電流値、ホットエレクトロンエネルギの関係を解明した。シミュレーションからの知見を基に所要エネルギをもつホットエレクトロンを放射できるエミッタとしてAlAs/GaInAs系ヘテロ構造を解析および設計し、OMVPE法により作製した。ダイオード動作、耐圧については所望特性が得られたが、放出ホットエレクトロンのエネルギ分析は今後の課題に残された。以上により次年度の研究展開の基礎を築くことができた。走査探針を用いて半導体中で発生している電子波回折パターンを直接観測することを目指した。

本研究以前に、絶縁物/金属からの十分高いエネルギのホットエレクトロンを探針で捕捉出来ていたので最終目標への前段階に位置する半導体中に発生させた十分高エネルギのホットエレクトロンを探針捕捉することを本研究の目標とした。材料・構造設計、成長条件把握を経てOMVPEにより作製して3V以上電圧印加できるAlAs/GaInAsヘテロ構造エミッタを完成させた。並行して、探針表面間を1nm以下に保持し、容量結合電流や振動ノイズを除去し、ホットエレクトロン捕捉する装置について、その電気的、機械的特性把握を詳細に行い最適条件を得て、表面に達するホットエレクトロンを確実に捕捉できるよう準備した。ホットエレクトロン検出実験を行った。得られた多数のデータについて、ホットエレクトロン対熱平衡の電流比を理論と詳細にフィッティングし、探針表面間距離、探針表面曲率半径、ホットエレクトロン転送効率、表面金属の実効仕事関数のパラメータ値の組み合わせを推定した。多数の信頼できる実験とデータから推定した結果はどうしても説明できない値の組み合わせとなり、半導体中に3eV以上の高エネルギ電子を100nm以上に渡って探針で捕捉できる程高効率に伝搬させることが困難であると結論した。この実験結果より、一足跳びに最終段階、すなわち半導体中を30meV程度の低エネルギで伝搬する電子波を探針で捕捉するか、あるいは本研究中に着想した新たな方法で進めるべきであると判断した。本研究は最終目標達成の方法を生み出す極めて重要な一歩となった
組織培養による脳皮質形成機構の解析

マウスにおいては,大脳皮質層を構成するニュ-ロン群は胎生9日(E9)前後から誕生直前にかけて発生してくる。この間におけるニュ-ロンとグリア細胞の発生と分化の機構について細胞培養を通して調べてみた。方法としては低密度で細胞を培養し,一定の視野下の細胞の成長を継続して顕微観察並びに撮影し,ついで固定後,ニュ-ロンに特異的な抗体(NF,MAPー2など)とグリア細胞に特異的な抗体(GFAP,RCー1など)を用いて免疫二重染色を行い細胞種を判定した。E1112の大脳皮質(側頭部)より取り出された個々の細胞は,(a)そのままニュ-ロンへと分化,(b)一度以上の細胞分裂を行った後にニュ-ロンへと分化,(c)複数回の分裂をともない当初ニュ-ロンのみを,ついで姉妹細胞からGFAP陽性細胞を生じることが示された。それぞれの挙動を示した細胞は取り出された時点で,(a)は既に最終分裂を経過しニュ-ロンへとcommitされている細胞を,(b)はneuroblastsを,(c)はまだ多分化能を保有する細胞を示していると考えられる。ついでE1416期の大脳皮質を皮質基板(CP)下で切断し,脳室側(V側)とCPを含む表面側(P側)に二分しそれぞれを細胞培養した。P側の細胞のほとんどは分裂することなくニュ-ロンへと成長した。このことは皮質基板へと移動した細胞は既にニュ-ロンへとcommitされていることを示唆している。一方,V側の細胞は上記(a)(c)の挙動に加え,(d)当初GFAP陰性であるが,分裂増殖を伴って,ニュ-ロンは産生しないが,GFAP陽性へと成長する細胞,すなわちglioblastsが認められた。これらの結果は,ヒュ-ロンとグリア細胞が共通の前駆細胞の不等細胞分裂によって派生してくること,その際にニュ-ロンの産生と分化が先行し,ついで姉妹細胞としてglioblastが出現することが示唆された。これらの現象は,大腸菌βーgalactosidaseを組み込んだレトロウイルスベクタ-(BAG sector)を用いた細胞系普追跡においても確認された。
脊椎動物に頸部筋が出来るまで：筋・骨格・神経系のパターンから

脊椎動物は頭部中胚葉の存在で特徴付けられる。体節のみからなるナメクジウオを用いた研究から、頭部中胚葉の出現が初期中胚葉の脊椎動物特異的な移動に起因し、移動を抑えるとナメクジウオ的中胚葉を一部模写できることを示した。鰓下筋研究では、主として円口類を比較検索の対象とした。結果、顎口類では囲心腔と咽頭の相対的位置関係が変化したために、顎口類鰓下筋がより内側に発生すると推測された。現在進行中の鰓下筋研究では、軟骨魚類における検索から、二つのLbx遺伝子が排他的なパターンで発現し、顎口類を特徴付ける前方と後方の鰓下筋がそれぞれ異なる制御を受けることを発見している。本研究では、複数の脊椎動物種を用い、筋肉と骨格の前駆細胞の挙動と胚環境、その背景にある遺伝子相互作用を比較し、筋・骨格・神経ユニットの進化シナリオを復元することを目指す。平成27年度は、脊椎動物頭部の進化に着目し、共通祖先における頭部中胚葉形成機構を探る目的で、脊索動物ナメクジウオを用い、遺伝子発現パターンの比較と機能解析を行った。これまで脊椎動物の背側中胚葉の前後軸形成において、頭部と体幹部の領域化に関わる遺伝子群(gsc, bra, deltaなど)が報告されている。これらの相同遺伝子の発現ドメインは、原腸胚初期には脊椎動物と同様に発現領域が大きく重なり、ナメクジウオでは発生を通じてその状態が続く一方、脊椎動物胚(ヤツメウナギ、トラザメ、カエル)では頭部/体幹部予定領域に分離した。が、カエル原腸胚において脊椎動物特異的な中胚葉の細胞運動を阻害すると、ナメクジウオ胚的な発生を模倣した。つまり、脊椎動物の祖先において、頭部と体幹の中胚葉を特異化する遺伝子群の制御が前後軸にそって分かれたことが示唆される。また、脊椎動物の頭部中胚葉がナメクジウオのような筋節から直接進化したのではなく、前後軸に沿った遺伝的変容を背景とする新規形質であることも示唆された。また、本研究では、哺乳類のみで頚部体節から発生する横隔膜がどのような発生機構の変化で獲得されたものなのか、という問題にも取り組んでいる。そのための最初のステップとして、マウス、ニワトリおよびアホロートルとの比較を通じて羊膜類の頚部発生の祖先状態を推定するというアプローチを展開してきた。平成27年度は、特に、頚部から前肢芽にかけての領域におけるHox遺伝子、Hgfの発現パターンの解析を進めた。平成27年度はナメクジウオを含め、多数の希少種の胚を用いて実験し、結果を比較検討することができた。また新規の研究機器を用いた実験・観察を効率的に進めることができた。本研究では、複数の脊椎動物種を用い、筋肉と骨格の前駆細胞の挙動と胚環境、その背景にある遺伝子発現や細胞間相互作用を比較し、筋・骨格系の進化過程を復元することを目指す。平成28年度は、頭頸部の筋系の進化に着目し、共通祖先における頭部中胚葉形成機構を探る目的で、円口類ヤツメウナギやトラザメの胚を用いた解析を進めた。頸部における中胚葉や神経系細胞の分布を分子マーカーにより解析し、それが鰓弓との位置関係においてどのような機能的・発生学的な連関をもつかを明らかにすべく試みた。頭部中胚葉由来の鰓弓筋と、体節が頭部内へ伸長して形成される筋(鰓下筋系など)に関し、後者は近傍にある鰓弓筋とは独立の分化制御を受けることを示した。また、遺伝子欠失個体の作成により、筋芽細胞に内在する、長距離伸展に必須な遺伝子機能の手がかりを得た。また、哺乳類の進化において横隔膜の獲得をもたらした発生学的基盤を解明するため、外側中胚葉の頭尾軸特異化に注目した研究も進めた。本研究チームによる以前の研究により、哺乳類系統における前肢の位置変化は非ホメオティックなもので、祖先動物で前肢筋(うち頭側部要素)の発生を制御していた位置情報が部分的に残り横隔膜の発生を導いた可能性が示されていたが、今回、鳥類、両生類との外群比較によりHoxc5がその位置情報に関連し、哺乳類にのみ見られる頚部尾端のHoxc5発現領域が祖先的前肢の位置を示し、それが筋前駆細胞の移動を許容すると予測した。事実、ニワトリ胚で、前肢芽基部のHoxc5発現領域をより頭側部に移植すると、頚部レベルの体節から筋前駆細胞(Pax3発現細胞)が異所的に誘導されることが確認され、外側中胚葉のうちHoxc5を発現する領域が筋前駆細胞の移動経路となることが示唆された。非モデル動物における遺伝子機能阻害についても、足がかりとなる実験系を構築することができた。横隔膜の進化的起源に関する研究においては、外側中胚葉の頭尾方向のパターニングが横隔膜や前肢筋の筋前駆細胞の移動経路決定の要因の1つであるとの仮説に対して、ニワトリ胚を用いた予察的な移植実験によりこれを支持するデータを得られた。今後はこれをもとに遺伝子操作を含めた実験計画を立案、実施していくことになるが、本年度はそれに関連する論文を集め、準備を進めることができた。

本研究では、複数の脊索動物種を用い、筋肉と骨格の前駆細胞の挙動と胚環境、その背景にある遺伝子相互作用を比較し、筋・骨格・神経系の進化シナリオを復元することを目指す。平成29年度は、体節の一部、皮筋節に由来しながら、遠位方向に長距離を移動する筋芽細胞(migratory muscle precursor; MMP)に注目し、MMPから形成される四肢筋、舌筋、横隔膜の骨格筋の分化制御について解析した。羊膜類のMMPの発生には、Pax3遺伝子、Lbx1遺伝子による筋分化と細胞移動の制御が必要である。円口類ヤツメウナギは四肢(対鰭)を持たないが、舌筋の相同物である鰓下筋を持つ。本年度のヤツメウナギを用いた実験では、遺伝子欠失個体の作成とゲノム配列解析により、Lbx遺伝子が鰓下筋前駆細胞の咽頭部への伸長に必須であることが示唆された。また、硬節および鰓弓骨格のマーカーとしてScxを単離し、その発現領域と筋前駆細胞の位置を比較した。軟骨魚類トラザメを用いた解析では、遺伝子重複により二つのLbx遺伝子が存在し、骨格筋の発生において相互排他的なパターンで発現することが示された。特に鰓下筋においては前方と後方の筋組織(哺乳類のオトガイ舌骨筋、胸骨舌骨筋に相同)がそれぞれ異なる発生遺伝子に制御されて、それらが結合する骨格や神経系との連携を生じながら、発生後期に分化することが示唆された。また、トラザメのLbx遺伝子群は対鰭筋、僧帽筋および体壁筋にも発現し、大きく異なるこれらの筋の分化タイミングに対応する発現パターンを示した。これらの知見から、脊椎動物の初期進化において、皮筋節の腹側が二次的に進展して体幹部腹側を覆う発生機構が獲得され、その吻側部分である頸部筋の複雑化にLbxの発生制御遺伝子の重複が関わったことが示唆された。脊椎動物は頭部中胚葉の存在で特徴付けられる。体節のみからなるナメクジウオを用いた研究から、頭部中胚葉の出現が初期中胚葉の脊椎動物特異的な移動に起因し、移動を抑えるとナメクジウオ的中胚葉を一部模写できることを示した。鰓下筋研究では、主として円口類を比較検索の対象とした。結果、顎口類では囲心腔と咽頭の相対的位置関係が変化したために、顎口類鰓下筋がより内側に発生すると推測された。現在進行中の鰓下筋研究では、軟骨魚類における検索から、二つのLbx遺伝子が排他的なパターンで発現し、顎口類を特徴付ける前方と後方の鰓下筋がそれぞれ異なる制御を受けることを発見している。平成28年度以降、上記の動物種に加え、ヤツメウナギやトラザメの胚を用いた解析を進める。頸部における中胚葉や神経系細胞の分布を分子マーカー(RNAプローブ、抗体)により解析し、それが鰓弓との位置関係においてどのような機能的・発生学的な連関をもつかを明らかにする。並行して、哺乳類における横隔膜の獲得についての仮説を検証する実験を行う。ここでは、祖先動物における頸部&#8722;胸部移行レベルで生じたホメオティック変異が横隔膜の分化を許容したという仮説について、遺伝子操作実験を行う予定である。得られた結果を脊椎動物間で比較し、頸部における複雑な形態の創出について進化的に考察する。平成29年度以降、1)頭部神経堤細胞の移動・分布パターンの進化、ならびに二次心臓領域中胚葉の広がりの観点から、鰓下筋原基の移動の変化を説明し、脊椎動物の頸部筋の進化の背景にある発生学的プロセスとパターンの変化過程を推測し、2)哺乳類横隔膜の進化の背景となったHox遺伝子の制御の変化を明らかにし、その形態発生学的意義を理解する。29年度が最終年度であるため、記入しない。進化発生学29年度が最終年度であるため、記入しない。
超好熱性古細菌膜脂質を使った大腸菌の細胞膜エンジニアリング

我々がすでに構築している、超好熱性古細菌Aeropyrum pernixが有するC25古細菌膜脂質を大腸菌に生産させるシステムを基盤とし、同システムに各種メバロン酸経路を導入することにより、大腸菌生体膜の性質を変化させることを目的として研究を進めた。まずは真核生物型のメバロン酸経路、Thermoplasma型古細菌の変形メバロン酸経路、および同変形経路の一部酵素の基質特異性を変化させ、既知メバロン酸経路の酵素と組み合わせることで構築した人工的なメバロン酸経路を大腸菌に導入し、イソプレノイド生合成を増進させる効果が得られるか確認した。確認のために、評価が容易なカロテノイド色素の生産性を指標として用いた結果、真核生物型メバロン酸経路と人工的なメバロン酸経路によって大幅な生産強化が図れることが分かった。さらに、超好熱性古細菌A. pernixの研究により、既知のメバロン酸経路とは異なる中間体を経る新奇な変形メバロン酸経路を見出した。同経路は古細菌に広く分布しているため、これを古細菌型メバロン酸経路と命名した。同経路の重要な性質として、イソプレノイド生合成前駆体の生産に必要なATPの量が既知メバロン酸経路の2/3で済む点があげられる。この省エネ型の性質は、古細菌膜脂質を含むイソプレノイド化合物全般の生物生産を行う上で有益な可能性が高い。そこで実際に同経路の遺伝子を大腸菌に導入したところ、指標として用いたリコペンの生産量が増加し、同経路が再構築されたことが示された。当初の計画通り、大腸菌への既知メバロン酸経路の導入によりイソプレノイド生産の増進を試みた。その過程で、Thermoplasma目の好熱性古細菌が特異的に有する変形メバロン酸経路の重要酵素、メバロン酸3-キナーゼの基質特異性を改変した変異酵素の作製に成功し、これを利用した人工的なメバロン酸経路の構築にも成功した。同経路の大腸菌への導入は、すでにイソプレノイドの生物生産において盛んに利用されている真核生物型メバロン酸経路と同等の高い効果を有し、大腸菌におけるカロテノイド生産を大幅に向上させた。さらに、当初は予定していなかった新型の変形メバロン酸経路を超好熱性古細菌A. pernixを用いた研究により発見することができた。同経路はエネルギー消費量が既知メバロン酸経路および上記の人工的なメバロン酸経路に比べて低くて済むという特徴を持っており、イソプレノイドの生物生産において広い範囲で利用可能であり、かつ我々が目的とする超好熱性古細菌膜脂質の生産向上にも有効に使えると期待できる。最優先課題として、新たに見出した古細菌型メバロン酸経路を大腸菌に導入し、それによりイソプレノイド生産の向上が図れるかを確認する。その際、遺伝子発現に各種プロモータを利用したり、遺伝子の配置を変えることで、最適化を行う。カロテノイド色素の生産量を指標として性能評価を行い、もし大幅なイソプレノイド生産向上が達成できた場合には、大腸菌を宿主とした超好熱性古細菌膜脂質の生産系に同メバロン酸経路を導入することで、古細菌膜脂質の増産を目指す。もし期待した通りの生産増加が行えなかった場合には、既知メバロン酸経路、特に我々が開発し、真核生物型経路と同等の効果を有することを示した人工的なメバロン酸経路を導入することで目標達成を狙う。大腸菌における超好熱性古細菌膜脂質の生産向上に成功したのちに、その生体膜に起きる種々の性質変化を調べる。また、生体膜における大腸菌内在の膜脂質と古細菌膜脂質の比率を定量し、その比率と生体膜の性質の相関を明らかにする。

同経路の大腸菌への導入は、すでにイソプレノイドの生物生産において盛んに利用されている真核生物型メバロン酸経路と同等の高い効果を有し、大腸菌におけるカロテノイド生産を大幅に向上させた。さらに、当初は予定していなかった新型の変形メバロン酸経路を超好熱性古細菌A. pernixを用いた研究により発見することができた。同経路はエネルギー消費量が既知メバロン酸経路および上記の人工的なメバロン酸経路に比べて低くて済むという特徴を持っており、イソプレノイドの生物生産において広い範囲で利用可能であり、かつ我々が目的とする超好熱性古細菌膜脂質の生産向上にも有効に使えると期待できる。最優先課題として、新たに見出した古細菌型メバロン酸経路を大腸菌に導入し、それによりイソプレノイド生産の向上が図れるかを確認する。その際、遺伝子発現に各種プロモータを利用したり、遺伝子の配置を変えることで、最適化を行う。カロテノイド色素の生産量を指標として性能評価を行い、もし大幅なイソプレノイド生産向上が達成できた場合には、大腸菌を宿主とした超好熱性古細菌膜脂質の生産系に同メバロン酸経路を導入することで、古細菌膜脂質の増産を目指す。もし期待した通りの生産増加が行えなかった場合には、既知メバロン酸経路、特に我々が開発し、真核生物型経路と同等の効果を有することを示した人工的なメバロン酸経路を導入することで目標達成を狙う。大腸菌における超好熱性古細菌膜脂質の生産向上に成功したのちに、その生体膜に起きる種々の性質変化を調べる。また、生体膜における大腸菌内在の膜脂質と古細菌膜脂質の比率を定量し、その比率と生体膜の性質の相関を明らかにする。予想外の成果として、新奇な代謝経路である古細菌型メバロン酸経路を発見することができ、さらにその性質から代謝工学的な有用性が強く示唆されたため、同経路のイソプレノイド生産への応用に関する研究を優先して実施した。そのため、本研究課題の最終目的である、超好熱性古細菌膜脂質の生産向上に取り組むには至らなかった。したがって、当初予定していた実験の一部が次年度に持ち越され、次年度使用額が生じている。次年度には超好熱性古細菌膜脂質の生産強化と、それによる生体膜の性質変化を調べる実験を行う予定であり、そのために次年度使用額を利用する。
多値モデル検査法を用いたモデリング・エラーの発見

本研究は、モデル検査法を用いたシステム設計検証において、しばしば問題となる「モデル化の誤り(モデリング・エラー)」を発見する手法の研究を行うものである。モデル化に誤りがあるときは、仮にモデル検査器が「検証成功」という結果を出力をしても、システム設計が正しいことは保証されないため、これは深刻な問題である。本研究の中心となるアイディアは、「検証成功」という結果になったときに、モデルの一部を意図的に変更し、「検証失敗」となる限界モデルを探索することにより、モデリング・エラーの原因を探るというものである。今年度の研究では、昨年度の研究で構築した多値モデル検査のアルゴリズムを改良し、Quasi-Boolean Algebraに適用できるようにした。また、多値モデル検査の理論的基礎について、従来手法を一般化した定式化とそれに対するシミュレーション定理を証明し、多値モデル検査の効率化に対して理論的根拠を与えることに成功した。さらに、昨年度のアルゴリズムに対して実装上の改良をおこない、いくつかの具体例に対して、モデリング・エラーの発見を行う実験を行い、一定の条件のもとでは、本研究の手法で効率的なモデリング・エラー発見が可能であることがわかった。これらについては、後日、成果をまとめた論文を発表する予定である。関連研究として、「検証失敗からの情報の取得」という点で類似している型推論アルゴリズムにおける型エラーについての考察を行い、より良い失敗情報の取得を行うためのアルゴリズムの設計、開発を行った。モデル化に誤りがあるときは、仮にモデル検査器が「検証成功」という結果を出力しても、システム設計が正しいことは保証されないため、これは深刻な問題である。本研究の中心となるアイディアは、「検証成功」という結果になったときに、モデルの一部を意図的に変更し、「検証失敗」となる限界のモデルを探索することにより、モデリング・エラーの原因を探るというものである。本年度の研究では、まず、モデリング・エラーの事例研究を行い、実際のシステムの設計検証の場面において、どのような誤りがあり得るかについて事例検討を行った。次に、限界モデルを効率的に探索する際に鍵となる技術である多値モデル検査法の性能向上に取り組んだ。その結果、有界モデル検査法を多値モデルに拡張した手法において、探索効率を向上させる符号化法を発見し、実装を行うことができた。この方法では、128値程度の多値モデルに対するモデル検査においても、2値の場合のモデル検査の数倍程度の時間で実行することができるがわかった。これにより、本研究の目的であるモデリング・エラー発見システムの構築にある程度の見通しが立った。
内発的表情の認識に基づく感情推定によるライフログ映像検索に関する研究

感情推定に基づいて、ライフログ映像から印象的なシーンを効率的に検索・提示するシステムを構築した。印象的なシーンでは、映像中の人物に様々な表情が表出している可能性が高いため、顔面上の特徴点を用いて、表情の種類ならびに表情の強さを推定する手法、および映像中から特定の種類・強さの表情が表出しているシーンを検出する手法を確立した。これらを用いて、ウェブブラウザ上で動作し、ライフログ映像中から様々な表情が表出しているシーンを容易に検索・閲覧できる映像検索システムを構築した。感情推定に基づくライフログ映像検索を行う上で最も重要な要素である、内発的表情(自然に表出した表情)の認識法の確立を目指した。内発的表情を正確かつ迅速に識別するため、アンサンブル学習法を用いて、多数の顔特徴量(眉、目、口の端点などの位置関係)から、少数の有用な顔特徴量のみを選択し、高速な表情認識が可能な識別モデルを構築した。また、内発的表情は非常に多様であり、感情の強さによっても表情が異なるため、単に表情の種類を識別するだけでは不十分であり、表情の種類とともに、表情の強度を考慮する必要があると考えられる。そこで、アンサンブル学習で用いる複数の学習モデルの識別結果から、表情の強度を推定する手法を構築した。ライフログ映像を想定して撮影した、自然に表出した表情が含まれる映像データセットを使用して、笑顔の識別ならびに笑顔の強度を推定する実験を通じて、提案手法の評価を行った。その結果、多くの映像について、おおむね7割程度の精度で笑顔を識別できた。また、表情強度についても、人手で判断した表情強度と、提案手法により推定された表情強度の間に強い正の相関がみられた。意図的に表出された表情の認識に関しては研究が進んでいるが、内発的表情を対象とした表情認識に関する研究はあまり進んでいない。さらに、表情強度の推定は、重要性が高いにもかかわらず、ほとんど焦点が当てられていないことから、本研究の成果は、ライフログ映像検索のように、実用的な場面で使用する上で大きい意義があると考えられる。平成27年度には、感情に基づくライフログ映像検索の基礎となる、内発的表情の識別法を構築した。また、ライフログ映像を用いた表情認識・表情強度推定実験により、構築した表情識別法の評価を行い、ある程度精度よく、かつ効率的に表情認識ならびに表情強度推定ができることを確認した。本研究成果は、当該年度の主たる研究計画(検出対象とする感情の選定、内発的表情ならびに表情強度の認識に有効な特徴量の選定、内発的表情認識手法の構築と評価)をおおむね達成しているといえる。なお、検出対象とする感情としては、これまでに作成したライフログ映像データの内容の分析等から、喜びや驚きを伴うものが特に重要であると考えている。最終年度では、感情推定のための内発的表情認識および表情の強度推定に用いる特徴量(様々な顔特徴点の位置関係に基づくもの)を改善し、表情認識精度ならびに表情強度の推定精度を向上させた。また、前年度までは、表情認識・表情推定手法の評価において、笑顔のみを対象としていたが、新たにライフログ映像データセットを作成し、驚きなどの内発的表情も対象として、表情認識・表情推定手法の性能評価を行い、ある程度正確に表情認識と表情強度推定ができることを明らかにした。さらに、この表情認識・表情強度推定手法を用いて、ライフログ映像から多様な表情が様々な強さで表出しているシーンを検索するシステムを構築した。この検索システムは、手軽に利用できることを目的として、ウェブブラウザ上で動作するものとした。前述のライフログ映像データセット作成に参加した者により、構築したライフログ映像検索システムの評価を行った。その結果、システムの利用者が見たいと感じるシーンをある程度的確に提示できることを確認した。以上により、期間全体として、本研究の目的である、内発的表情の正確な認識および強度推定、表情認識・強度推定手法を用いたライフログ映像からの印象的なシーンの検出、ライフログ映像検索システムの構築と評価をすべて行うことができた。ただし、評価実験を通じて、表情強度の推定精度やライフログ映像検索システムの使いやすさには改善の余地があることが明らかとなったため、これらは今後の研究において取り組む予定である。これまでの研究で、内発的表情の識別法ならびに表情強度の推定法を確立することができたので、今後の研究においては、研究計画に従い、これらの手法を用いて、映像中から印象的なシーンを正確かつ高速に検出する手法を確立し、ライフログ映像からの印象的なシーンの検索システムを構築する。また、これまでの研究では、主に笑顔(喜び)を対象として、表情認識手法の評価を行ってきたが、驚きを伴うシーンなども印象的なシーンと考えられるため、ライフログ映像データの拡充を行い、複数の表情を含むデータセットを用いて、ライフログ映像検索システムの評価を行う。マルチメディアデータ工学
「傷」の帰属を語り癒そうとする言説の比較分析―語らずにすむ可能性のために

本研究は「傷」をめぐる理論と実践の議論を、提示する帰属先によって分類(a.病いや障害、b.社会問題、c.被害-加害関係、d.自分のせい)し、その戦略を採用することが当人に何をもたらし解決させ、何が困難であり失わせるのか、効用と負担という視点から比較検討を行うものである。本年度は、昨年度に引き続きa.「病いや障害」にまつわる議論をさらに深め、近年多く試みられている精神障害当事者による「当事者研究」という手法に着眼し、その効用と負担を考察した。自身のままならなさについて、病名を手がかりに自身に問い、解説を組み立てるという営みは、生活上の具体的な対処実践と結びつくものであり、医学モデルにも社会モデルにも回収されない新たな試みであるが、一方で自己客観化のための作業の疲れ、すなわち自身の問題を「筋道立てて考え」、自己の変換可能性を「信じ」なければならないといった作業に内在する負担が明らかになった。また、研究という手法による「語り」の多層性について考察した。並行してc.「被害-加害関係」の論点に着手した。犯罪被害者遺族への参与観察とインタビュー調査から、被害によって生じてしまった困難を、「出来事(事件)」との「距離」という視角から考察した。関連して書評「出来事を思う「位置」と「距離」-宮地尚子『環状島=トラウマの地政学』書評」を立命館大学先端総合学術研究科発刊の雑誌『Core Ethics』,Vol.8にて発表した。これまでの研究から、「傷」の只中にいる人々がその帰属を同定していこうとする具体的な過程が明らかとなった。この成果から「傷」をめぐる言説に内在する機制の論証が可能になる。本研究は「傷」をめぐる理論と実践の議論を、提示する帰属先によって分類(a.病いや障害、b.社会問題、c.被害-加害関係、d.自分のせい)し、その戦略を採用することが当人に、何をもたらし解決させ、何が困難であり失わせるのか、効用と負担という視点から比較検討を行うものである。目的は、堆積する議論の構図を解明し、検討すべき論点の浮上にある。その上で、個々の論点の考察とともに、言説間の相互関係の分析に主眼を置き、言説の只中にいる人々が「傷」の帰属を同定していこうとする具体的な過程と、その周囲に存在する機制の論証を最終的な成果とする。本年度は、上述した論点の、特にa.「病いや障害」にまつわる議論を重点的に考察した。すなわち、a.病名によって得られる存在や位置が確かに在ることを認めるとき、医療化批判の議論はどのようにそれを越えることができるのかについてである。この問題を考えるために、自閉症者の手記を手掛かりに病名診断の功罪について考察した。特に自ら病名を求めることの正当性を主張したニキリンコの言明に着目し、ニキの主張と、病名診断の普及を危惧する医療専門家・社会批評家の議論の照らし合わせを行った。その成果として、立命館大学において展開されている院生プロジェクトの「精神保健・医療と社会」研究会にて報告を行い(「心や精神を言説化するポリティクス--病名診断をめぐる〈ニキ・香山論争〉から」2010年7月27日)、また雑誌『生存学』(Vol.3、特集「精神」)に論文「自閉者の手記にみる病名診断の〓路--なぜ「つまづき」について語ろうとするのか」を投稿し、発表した。
拍動流エネルギーによる発育期の肺動脈血管壁、内皮細胞の変化(フーリエ解析の応用)

血管内拍動流エネルギーの全エネルギーに対する割合の差、周波数帯域の分布の差などに表される血管内エネルギーの変化により、発育期肺動脈血管壁の発育、血管床の発育、および血管内皮細胞の組織学的性状にどの様な影響が及ぼされるかを明らかにするため、以下の実験を施行した。大動物において鎖骨下動脈-肺動脈間吻合、または上大静脈肺動脈吻合、さらに肺動脈絞扼術を施行し遠隔生存を目指しているが、麻酔管理、術後管理に難渋し、生存動物を得ることが未だ困難である。急激な血行動態の変化のためモデルの生存そのものの確立が難しい可能性もあるが、さまざまな改良を加えて現在も、生存動物達成のため実験を継続している。外科手技とモデルの確立が得られれば、血行動態のデータの収集を直ちに開始し、それらの解析における問題点を行う。血行動態の結果と組織学的な結果を比較検討する。内皮細胞の染色は免疫学的方法(Factor VIII)を用いる。実験群モデル作成のための外科手技の確立、および術後管理技術の確立をめざした。幼犬におけるパイロットスタディおよび解析方法のおける問題点の指摘、改善をおこなった。新生犬、幼犬における外科手技はShinokaらのモデル作成技術(Shinoka T.et al.,J ThoracCardiovasc Surg 1997:in press,Shinoka T.etal.,Circulation 1996:94(9 Suppl):II164-8)を応用する。プレロックモデル群では右鎖骨下動脈-肺動脈吻合を行い、右心室-肺動脈間は遮断する。グレンモデル群では上大静脈-右肺動脈吻合を行う。手術施行時吻合部末梢の肺動脈内にカテ先圧センサー(Miller Iinstruments,2F Type)を押入し、さらにTransonic社ドプラ流速計を肺動脈周囲に装着後血管内圧、血流など血行動態の記録を行う。カテーテル留置のまま閉胸した後、術後管理を行い、1カ月、3カ月、6カ月後の段階で再度血行動態の記録を行い、肺動脈を摘出固定し、組織評価を行う。モデルが2群、術後期間が3群あるため、計6群の実験群、そして年齢をマッチさせたコントロールが3群ある。各群n=5を目標とする。血行動態の記録、解析はYoshigiらが確立した周波数分析、集中モデルを用いたシミュレーション解析を用いる(Yoshigi and Keller,Am J Physio1273;H19-H27:1996)。これにより、各周波数帯域におけるインピーダンス、エネルギー消費が算出される。肺動脈の発育評価は各種報告されている手法を用いるが、血管床の評価にはdye injectionによる切片のvideo densltometryによる定量化、そして中膜の評価にはエラステン染色、コラーグン染色を行う。平成10年度の目標ぼ2つある。第一に実験群モデル作成のための外科手技の確立・および術後管理技術の確立、第二には幼犬においてパイロットスタディを行い、解析方法における問題点の指摘、改善を行うことである。1.実験群モデル作成のための外科手技の確立、および術後管理技術の確立(継続中)発育期肺動脈の血行動態を実験的かつ物理逆に変化させるためには外科的手技の確立と安定したモデルの作成が必須である。本年度試みた外科的手技としては鎖骨下動脈-肺動脈間吻合、上大静脈-右肺動脈吻合、肺動脈絞扼術およびそれらの組み合わせである。いずれも外科的には生存可能で術後管理に伴う問題点も判明した。上記うち外科的手技、術後管理が比較的容易なものを選択することとしたが、現在もいまだ模索中である。2.幼犬におけるパイロットスタディーおよび解析方法における問題点の指摘、改善慢性生存犬において血行動態のデータ収録とその解析方法の問題点、とくに組織学的検討の模索をおこなった。血管内拍動流エネルギーの全エネルギーに対する割合の差、周波数帯域の分布の差などに表される血管内エネルギーの変化により、発育期肺動脈血管壁の発育、血管床の発育、および血管内皮細胞の組織学的性状にどの様な影響が及ぼされるかを明らかにするため、以下の実験を施行中である。

急激な血行動態の変化のためモデルの生存そのものの確立が難しい可能性もあるが、さまざまな改良を加えて現在も、生存動物達成のため実験を継続している。外科手技とモデルの確立が得られれば、血行動態のデータの収集を直ちに開始し、それらの解析における問題点を行う。血行動態の結果と組織学的な結果を比較検討する。内皮細胞の染色は免疫学的方法(Factor VIII)を用いる。血管内拍動流エネルギーの全エネルギーに対する割合の差、周波数帯域の分布の差などに表される血管内エネルギーの変化により、発育期肺動脈血管壁の発育、血管床の発育、および血管内皮細胞の組織学的性状にどの様な影響が及ぼされるかを明らかにするため、以下の実験を施行中である。大動物において鎖骨下動脈-肺動脈間吻合、または上大静脈肺動脈吻合、さらに肺動脈絞扼術を施行し遠隔生存を目指しているが、麻酔管理、術後管理に難渋し、生存動物を得ることが未だ困難である。
超高真空極低温高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の製作

昨年度に引続き、超高真空高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の立上げを行った。低温強磁場でのテストのため、HOPG試料を用いてヘリウム温度条件下で磁場印加を行い、格子像の測定を試みた。この結果10Tまでの磁場条件下では、高分解能で格子像を得ることが出来ることが明らかとなった。一方、トンネルスペクトルの測定に関しては、2H-NbSe_2のCDWギャップの観測に成功した。しかし、当初の目的の一つであったグラファイトのエッジ状態の観測に関しては、再現性の良い結果を得ることが出来なかった。これは、トンネルスペクトルは探針の状態に大きく依存し、そのばらつきを上回るほど劇的な局所状態密度の変化が観測できなかった事を意味する。今後、探針の状態の評価法や、データの統計処理の向上を目指す必要がある。また、現在、低温磁場中で、2H-NbSe_2の超伝導ギャップおよびボルテックスの観測を試みている。格子像の観測については、フッ素化グラファイト表面、HOPG上に作成したナノグラファイトについて実験を試みた。フッ素化グラファイトについては、フッ素化サイトにフッ素との共有結合により生じた欠陥構造とその周辺に√<3>×√<3>の超格子構造が観測された。また、この結果を理論的な解析結果と比較した。ナノグラファイトについては、電気泳導によりHOPG上に分散したダイヤモンドナノ粒子の熱処理により試料を作成し、約10nmのナノサイズのグラフェンを作成することに成功した。光照射実験については、超高真空、低温、高磁場条件での装置の調整に多くの時間を必要としたため、今後の課題として残された。当研究室現有の走査トンネル顕微鏡(STM)について、10^<-10>Torrの高真空、4.2Kまでの極低温および、7テスラまでの高磁場での動作テストを行った。最初のテストは当大学極低温システム研究センターで行ったが、最初の目標であるグラファイト試料の原子像を観測するに至らなかった。これは、装置が周辺の環境、特に振動や騒音に非常に敏感であり、センター内のヘリウム液化機のコンプレッサー等の騒音が影響を及ぼしているためであった。そこで、装置を静寂な環境の別の部屋に移転したところ、グラファイトの原子像の観測が可能になった。しかし、装置は相変わらず周辺の騒音に敏感であり、測定に当たっては静寂な時間帯を選ぶ必要があることが分かった。また、STMの針を試料に近づける際に使用するアプローチ用シアピエゾの動作が低温で不安定になるという問題が発生した。新たな装置として、試料導入室、処理室、観測室を備えた超高真空STMの開発を行った。現在の段階で、処理室には、真空中試料へき開装置、四重極子質量分析装置、通電加熱装置、低速電子線回折装置、オージェ電子分光装置が装備されている。試料のへき開法については、我々の目標物質のひとつであるグラファイト層間化合物にふさわしい方式を独自に考案した。また、STMヘッドに関しては、現有装置での経験を元に、外界からの振動による影響を最小限にするための工夫を行った。その結果、クライオスタットそのものの除振に加えて、STMヘッドをクライオスタント内部でさらにバネ吊りにすることが有効である事がわかった。実際にテストをしてみたところ、現有装置に比べてより安定したグラファイト原子像が観測され、外界からの騒音の影響も小さくなった。10^<-10>Torrの高真空、1.6Kまでの極低温および、12テスラまでの高磁場でのテストの結果も良好で、グラファイトの原子像および再現性のあるトンネルスペクトルが得られた。また、アプローチ用シアピエゾに関して改良を加えたため、現有装置のように低温で動作が不安定になる挙動は見られなくなった。

ただし、試料の温度が温度計の示す温度とずれている可能性もあり、今後、低温でのヘッドの正確な温度に関しては、超伝導体の超伝導ギャップの観測による詳細なテストが必要である。今年度は、前年度に引き続き、超高真空極低温高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の製作及び改良を行った。前年度に改良を加えた除振機構に関して、室温ではほぼ問題がないものの、低温では問題が発生することがわかった。その原因としては、ヘッド付近の同軸ケーブルが低温になると硬化し、外界からの振動を伝達していることが明らかになった。そこで、配線の形状を変化させたところ著しい改善が見られた。さらに、試料処理室と観測室をつなぐフランジに応力が集中し、その結果、除振台が本来の機能を発揮していないという問題も明らかになった。そこで、処理室と観測室の接続を柔らかいベローズに変更した。その結果、低温、強磁場中でグラファイトの原子像が安定して見られるようになった。STSの測定回路は、ロックインアンプを用いた交流法により、微分コンダクタンスを直接測定できるように改良を施した。しかし、直流に交流を混合する方式としてトランスを用いているため、早いバイアススキャンに対する応答速度の点で問題が生ずることがわかり、検討が必要である。この装置の特性を生かした実験として、低温、磁場中におけるグラファイトのランダウ準位の直接観察を目標とした実験を行った。具体的には、磁場中で微分コンダクタンスを測定し、ランダウ順位の存在を示唆する振動構造が現れるかどうかを検討した。現在のところ、0磁場における微分コンダクタンスと比べて自明な違いは観測されていないが、今後、ノイズ対策や真空度の改善により、データの再現性の向上を目指したい。そのためには、今年度納品された極低温強磁場対応回転STSヘッドの使用も有用であると思われる。また今後は、物質の対象を、様々な形態の炭素材料や、有機伝導体、無機磁性金属等に広げ、低温と磁場を生かした研究をスタートさせていきたい。昨年度に引続き、超高真空高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の立上げを行った。低温強磁場でのテストのため、HOPG試料を用いてヘリウム温度条件下で磁場印加を行い、格子像の測定を試みた。この結果10Tまでの磁場条件下では、高分解能で格子像を得ることが出来ることが明らかとなった。一方、トンネルスペクトルの測定に関しては、2H-NbSe_2のCDWギャップの観測に成功した。しかし、当初の目的の一つであったグラファイトのエッジ状態の観測に関しては、再現性の良い結果を得ることが出来なかった。これは、トンネルスペクトルは探針の状態に大きく依存し、そのばらつきを上回るほど劇的な局所状態密度の変化が観測できなかった事を意味する。今後、探針の状態の評価法や、データの統計処理の向上を目指す必要がある。また、現在、低温磁場中で、2H-NbSe_2の超伝導ギャップおよびボルテックスの観測を試みている。格子像の観測については、フッ素化グラファイト表面、HOPG上に作成したナノグラファイトについて実験を試みた。フッ素化グラファイトについては、フッ素化サイトにフッ素との共有結合により生じた欠陥構造とその周辺に√<3>×√<3>の超格子構造が観測された。また、この結果を理論的な解析結果と比較した。