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スーパーオキシドラジカルの新奇な直接酸化特性とその発現メカニズム

スーパーオキシドアニオンが関与する反応の生成物や中間体を気相クラスター反応を利用して真空中に単離し,光電子分光法によってその電子・幾何構造を決定することで反応機構に関する知見を得た.大気反応である二酸化硫黄との反応では,硫酸型の会合体イオンを生成する新たな反応経路の存在を明らかにした.生体内過程である一酸化窒素・二酸化炭素との反応系では,中間体イオンnitrosoperoxycarbonateを初めて実験的に捕捉・同定し,この中間体を経由した炭酸ラジカルの生成機構を実証することができた.スーパーオキシドアニオンは大気環境や生体内の多くの反応に関与する重要な活性種であり,その反応メカニズムを分子レベルで解明することは大気・生命現象を理解するうえで不可欠である.本研究では気相溶媒和クラスター環境を利用して,スーパーオキシドアニオンの関与する反応の生成物イオンや反応中間体イオンを気相中に単離し,電子・幾何構造に関する情報を得ることによって,スーパーオキシドアニオンの新奇な反応性を実証すること,およびその発現メカニズムを解明することを目的としている.平成27年度は,スーパーオキシドアニオンの水和クラスターと二酸化硫黄との衝突反応によって生成するSO_4アニオンの電子・幾何構造を光電子分光と量子化学計算を組み合わせて決定した.得られた光電子スペクトルから、peroxy型構造とsulfate型構造の2つのSO_4構造異性体が生成していることがわかった.量子化学計算による最近の報告では,スーパーオキシドアニオンと二酸化硫黄を出発物質とした気相反応はperoxy型SO_4アニオンのみを生成すると予測しており,本研究の結果はこの理論予測を覆す結果である.peroxy型の生成は求核付加反応,sulfate型の生成はO-O結合の開裂を伴う直接酸化反応とみなすことができ,孤立した状態では穏やかな還元剤であるスーパーオキシドアニオンが溶媒和によって同じ反応試剤に対して求核反応性・酸化反応性を持つようになることを示している.本年度は,(1)イオン源・分光システムの改良,(2)溶媒和スーパーオキシドアニオンと二酸化硫黄との反応によって生成する負イオン種のキャラクタリゼーションを行った.(1)については,新たなパルスエントレイメントイオン源の開発によって反応出発物質であるスーパーオキシド溶媒和クラスターのイオンビームを高強度化・安定化することができた.これにより光電子分光に十分な量の衝突反応生成物が得られるようになった.また,光電子分光の励起光を水素ラマンシフターの導入によって深紫外域まで高エネルギー化した.これらの改良によって,(2)の実施において,スーパーオキシドの気相反応からperoxy型とsulfate型両方のSO_4アニオンが生成することを明らかにすることができた.以上のことから,おおむね順調であると判断した.本年度は,スーパーオキシドアニオンと二酸化炭素・一酸化窒素が関与する反応系を主な対象として以下の成果を得た.(1) CO_4負イオンの生成と分光:酸素/二酸化炭素混合クラスターへの電子付着過程によって,クラスター内O_2- + CO_2反応を進行させ,CO_4(CO_2)nクラスター負イオンを生成した.光電子分光と量子化学計算から,CO_4負イオン(n = 0)はperoxy型OOCO_2構造の分子負イオンと同定した.また,n>1のクラスター負イオンは,CO_4負イオンをイオンコアとしたOOCO_2(CO_2)n溶媒和型クラスター構造であることを明らかにした.(2) ONOOCO_2負イオンの気相単離と分光:前項(1)で生成したCO_4(CO_2)nクラスターを反応試剤として一酸化窒素NOと反応させることで,ONOOCO2負イオン(nitrosoperoxycarbonate)を気相中に単離し,シス・トランス両方の構造異性体が生成していることを明らかにした.この負イオンは生体内過程であるONOO-(peroxynitrite)とCO_2の反応の中間体と考えられてきたが,実験的には未検出であった.本研究では,この反応がCO_2クラスター内で進行するため,CO_2溶媒の蒸発に伴うエネルギー緩和によって中間体イオンの捕捉が可能となったと考えられる.(3) CS_3負イオンの分光:クラスター内イオン分子反応の新しい適用例としてS-+CS_2反応に着目し,CS_2/Ar超音速ジェットの放電イオン化を利用してCS_3負イオン生成した.S-がCS_2のC原子を攻撃すると炭素中心型CS_3-が,S原子を攻撃すると直鎖型SCSS-が生成することを明らかにした.スーパーオキシドアニオンが関与する反応の生成物や中間体を気相クラスター反応を利用して真空中に単離し,光電子分光法によってその電子・幾何構造を決定することで反応機構に関する知見を得た.大気反応である二酸化硫黄との反応では,硫酸型の会合体イオンを生成する新たな反応経路の存在を明らかにした.生体内過程である一酸化窒素・二酸化炭素との反応系では,中間体イオンnitrosoperoxycarbonateを初めて実験的に捕捉・同定し,この中間体を経由した炭酸ラジカルの生成機構を実証することができた.本年度の成果をもとに,量子化学計算によってsulfate型SO_4アニオンの気相生成メカニズムを明らかした上で,学術論文としてまとめて発表する.また並行して,計画にある他のスーパーオキシド反応系にも着手し,生成物・中間体イオンの検出・分光によって,それぞれの反応系におけるスーパーオキシドの反応性を明らかにする.クラスター物理化学計画していた装置全体の改良(イオン源・光源・分光計)の内,イオン源と光源を改良した時点で生成イオン種の光電子分光が遂行可能となったため,分光測定を優先した.

このため,分光計の改良は次年度に持ち越すこととした.次年度に着手する反応系では,より高感度・高効率の分光測定が求められると予想される.このための分光計の改良を行う予定であり,これに繰越し費用と次年度の研究費の一部を充てる予定である.
精神科入院患者の身体合併症対策についての官民共同システムの構築に関する研究

精神科病院では身体合併症患者が増加している実態が明らかとなった。院外他科受診している患者割合も比較的高く、受診依頼・転院先は公立総合病院、個人病院が多かった。最近1年間の依頼件数は31件以上が25.1%となっており、断られた件数は13件が35.5%、0件が28.6%、46件が15.6%となっており、自治体により格差があることが推察された。理由としては、精神症状への対応が困難、空床なし、他患者への影響があり、転院先が見つからない背景には精神科患者ゆえの受入れ拒否があると捉えられていることが分かった。現在の治療枠組みの機能についてはどちらともいえない40.3%、機能していない36.4%、機能している21.6%と若干の差はあるものの自治体間に格差があるためか結果が分かれた。精神科病院が行政に望むことでは、受入体制の整備、指導的関与があげられており、受診をスムーズにするための調整システムの構築が必要とする回答が多かった。一方、身体科病院では入院患者の15%が精神疾患を合併していると38%が回答しており、そうした患者の対応では民間精神科病院に転院依頼37.6%がなされ、公立精神医療機関への依頼は9.5%にとどまっていた。病床数の限界から民間精神科病院に頼らざるを得ない実態の一端がうかがわれる。しかし、精神科病院に断られたことがあるが66.9%、その理由として身体疾患への対応困難31.6%があり、必ずしもスムーズには機能していないことが推察される。精神科病院からの転院依頼を断ったことがあるが51.0%あり、理由として精神症状増悪時の対応困難26.5%、空床なし22.0%、他患者への影響13.1%があげられている。構造としては互いに必要とする専門医の未整備がある。身体科病院管理者が考える現在の治療枠組みについてはどちらともいえない47.3%、機能していない27.0%、機能している20.5%と精神科病院の管理者が考える構造と相似していた。身体科医師は精神科診療を兼務することについてはよくない41.4%と回答し、課題として精神科医の雇用・確保32.8%、精神科診療技術の向上23.4%、看護師の精神科看護技術の向上15.6%をあげながらも精神科病院も身体科に対応できる体制を整備すること35.4%、都道府県レベルで受療システムを整備する必要があること33.3%と回答している。これらのことから精神科病院においても身体科病院においても互いに必要とする患者問題を抱えながらも独自に対応しつつ、かつ行政に対する受療調整機能の確立を求める意向が強いことが明らかになった。どのようなシステムが必要かを考えるときに東京都の例は重要な先例になると思われる。

これらのことから精神科病院においても身体科病院においても互いに必要とする患者問題を抱えながらも独自に対応しつつ、かつ行政に対する受療調整機能の確立を求める意向が強いことが明らかになった。どのようなシステムが必要かを考えるときに東京都の例は重要な先例になると思われる。初年度に予定していた目的の1つとして精神科入院患者の身体合併症への対応と現状について全国約1200か所の精神科病院の管理者を対象に質問紙調査を実施した。質問項目の中には合併症患者の動向や身体科病院に入院を依頼した際の患者の受け入れ拒否の実態を把握するための内容を含み、現状に対する管理者の意識や現在のシステムが有効に機能していないと考える管理者には解決策について自由筆記の回答を求めた。分析結果として、一つには精神科医が身体科治療にかかわることで負担感が増している実態が明らかとなり、受療システムが存在する一部の自治体では病院間の連携がうまくとれているものの、多くの自治体では機能していないことが明らかとなった。結果の概要は関連会において順次、公表した。本研究の重要性は実態把握に基づいて精神科病院と身体科病院の有機的な連携の可能性を多角的に検討し、従来の精神障害者に対する偏った身体科治療処遇を改善することで人権問題に発展することを防止し将来的には自殺者の減少や医療費の削減にもつながる研究である。次年度は、今回の結果を踏まえながら身体科病院の管理者に対し、精神科入院患者の身体合併症対策について対応の現状と課題、共同対応の可能性などについて調査を実施する予定である。2年目の今年は計画どおり2つ目の目的として精神科患者の対応と現状について全国1507か所の身体科病院の管理者を対象に質問紙調査を実施した。質問項目には特定の精神科病院と患者受入れについての協力提携(契約)の有無や入院患者が精神症状を発症した際の対応の現状、精神疾患患者の外来受診の状況、精神疾患患者の入院治療(受入れ)の実態などについて詳細に把握し、今後の方向性と対策としては、現状の治療枠組み(治療完了までのプロセス)が円滑に機能していると考えるか、など精神科病院との連携についての在り方について把握した。同時に精神科入院患者や精神疾患患者の身体合併症医療の円滑な運営について管理者としての認識を自由記載で回答を求めた。結果は現在分析中であるが、近年、精神疾患患者の利用率が増加していること、治療システムが存在する一部の自治体ではある程度の連携がとれているものの、多くの管理者が連携は不十分であると認識していることが分かった。分析結果の概要はまだ公表していないが、有益な成果を得たので順次、全国学会において発表する予定である。本研究の重要性は実態を把握し身体科病院と精神科病院の機能的な連携を可能にする方策を多角的に検討することであり、従来の精神障害煮に対する偏った身体科治療処遇を改善し、人権に配慮した社会の形成、ひいては円滑な治療開始による医療費の削減など今後、車要性を増す研究と考えている。次年度はこれまでの結果を踏まえ調査結果を詳細に検討し官民共同システムの理論的構築を試みる予定である。1年目と2年目の調査結果とを照合した結果、精神科入院患者の受入れに拒否的な身体科病院では理由として精神科対応が困難なため精神疾患患者を受入れても看護を含む医療的対応ができないことをあげるケースが多かった。こうしたケースでは、背景として、本来、精神疾患患者の身体科対応は公的医療機関が果たすべき機能であり、精神科病院から個々に受入れ要請が来ないよう行政がきちんと関与し対応すべきであるとの意識が強いように思われた。さらに分析結果から明らかになったことは、一定の自治体ではこうした問題に悩む状況はほとんどなく、各自治体による格差が大きいと推察されたことである。
シプナス形成におけるプロリン指向性プロテインキナーゼとCキナーゼの役割

申請者らは、既に大脳皮質ニューロンの初代培養系において、キナーゼ阻害剤であるK-252bが、シナプス形成を阻害すること、その際、[^<32>P]ATPの取り込みで見たリン酸化の阻害が数個の蛋白質で見られること、その内の一つがMAP1Bであることを明らかにしている.本年度はキャピラリー高速液体クロマトグラフィーにエレクトロスプレー質量分析計をオンラインで結合したLC/MS法を用い、MAP1Bのリン酸化部位を詳細に解析した.試料は大脳皮質ニューロンの初代培養を用いSDSゲル電気可動を行いMAPIBに相当するバンドを切り出し、SDS存在下、直接ゲル片をプロテアーゼ処理して得られたペプチド混合物を用いた.その結果、従来その寄与が示唆されていたカゼインキナーゼIIによるリン酸化部位以外の部位で、8ヵ所以上もMAP1Bがリン酸化されていること、これらの新しく見出されたリン酸化部位が、いずれもリン酸化部位の直後にプロリンが存在することが明らかとなった.このことから、最近注目を浴びているMAPキナーゼやCdk5キナーゼなど、いわゆるプロリン指向性キナーゼが、MAP1Bをリン酸化し、そのリン酸化がシナプス形成に必須であると考えられる.MAP1Bは神経突起伸長の初期の段階に重要な役割を果たしていると考えられていることから、突起伸長のシグナスを伝えるMAPキナーゼの重要なターゲットである可能性がある.同様に成長円錐の主要蛋白質であり、Cキナーゼの主要基質として知られているGAP-43の翻訳後修飾を解析した結果、GAP-43もプロリン指向性キナーゼでリン酸化され、そのリン酸化にはMAPキナーゼ、Cdk5以外のプロリン指向性キナーゼによりリン酸化されていることが明らかとなった.申請者らは、既に大脳皮質ニューロンの初代培養系において、キナーゼ阻害剤であるK-252bが、シナプス形成を阻害すること、その際、[^<32>P]ATPの取り込みで見たリン酸化の阻害が数個の蛋白質で見られること、その内の一つがMAP1Bであることを明らかにしている.本年度はキャピラリー高速液体クロマトグラフィーにエレクトロスプレー質量分析計をオンラインで結合したLC/MS法を用い、MAP1Bのリン酸化部位を詳細に解析した.試料は大脳皮質ニューロンの初代培養を用いSDSゲル電気可動を行いMAPIBに相当するバンドを切り出し、SDS存在下、直接ゲル片をプロテアーゼ処理して得られたペプチド混合物を用いた.その結果、従来その寄与が示唆されていたカゼインキナーゼIIによるリン酸化部位以外の部位で、8ヵ所以上もMAP1Bがリン酸化されていること、これらの新しく見出されたリン酸化部位が、いずれもリン酸化部位の直後にプロリンが存在することが明らかとなった.このことから、最近注目を浴びているMAPキナーゼやCdk5キナーゼなど、いわゆるプロリン指向性キナーゼが、MAP1Bをリン酸化し、そのリン酸化がシナプス形成に必須であると考えられる.MAP1Bは神経突起伸長の初期の段階に重要な役割を果たしていると考えられていることから、突起伸長のシグナスを伝えるMAPキナーゼの重要なターゲットである可能性がある.同様に成長円錐の主要蛋白質であり、Cキナーゼの主要基質として知られているGAP-43の翻訳後修飾を解析した結果、GAP-43もプロリン指向性キナーゼでリン酸化され、そのリン酸化にはMAPキナーゼ、Cdk5以外のプロリン指向性キナーゼによりリン酸化されていることが明らかとなった.
網膜視覚情報並列処理に関わる神経機序の研究

網膜は、眼に映った外界の風景をそのまま脳へ伝えるのではなく脳での情報処理に向けて網膜を構成する神経細胞間での情報のやりとりの中で、視覚情報の前処理を行う知能センサとも呼ばれる機能を有している。その機能の1つに網膜に投影された物体の形や色、動きの情報が異なる神経経路にて並列処理することがあげられる。本研究は、これに関わる神経機序を生理学的に比較的詳細な数理モデルを構築することで明らかにしていくことを目指している。
パラジウム錯体による異性化重合を活用する高機能ポリオレフィンの創製

本研究ではジイミンパラジウム錯体によるオレフィン類の異性化重合を利用し、官能基の密度、分布が完全に制御された高分子の合成と、その機能の探索を目指して研究を行った。ジイミンパラジウム錯体により非共役ジエンやトリエン、アルキルシクロペンテンやアルケニルシクロヘキサンなどの異性化重合が選択的に進行し、立体構造の制御された五員環や六員環を含む高分子が得られることを見いだした。モノマーのアルキル基の長さを変えることにより、高分子中の環構造の密度や分布を完全に制御することも可能である。トリエンの重合では官能基が一定間隔で交互にならんだ高分子が得られた。1,3-トランス五員環を含む高分子は液晶性を示した。従来の重合法では側鎖官能基の平均的な密度の制御された高分子の合成は比較的用意であるが、その分布を完全に制御することは不可能であった。本研究ではジイミン配位子を有するパラジウム錯体によるオレフィン類の異性化重合を利用し、様々な官能基の密度、分布が完全に制御された高分子の合成と、その機能の探索を目指して研究を行っている。本年度は、特に五員環および六員環のシクロアルカン構造を主鎖に有する高分子の立体選択的合成と、その物性について検討を行った。我々はこれまでにパラジウム錯体が4-アルキルシクロペンテンの付加異性化重合を引き起こし、シクロペンタン骨格が主鎖上に一定の間隔で配置された高分子を与えることを見いだしている。しかも、環の立体構造が全て一定にそろった高分子は液晶性を示す。本年度は同様の触媒を用いた3-アルキルシクロペンテンの異性化重合も進行することを見いだした。しかもその重合は、モノマーの光学純度に応じて繰り返し単位の構造が変わるという従来にない特徴を有していることが明らかとなった。重合において鍵となるのは、用いている錯体が動的なキラリティーを有しているという点であり、さらに光学活性なモノマーによってその配向が誘起されていることが分かった。光学活性な3-メチルシクロペンテンを用いることにより得られる光学活性なポリマーは、従来合成に成功していたラセミ体のポリマーに対してより高く狭い温度範囲で液晶性を示すことが示唆された。アルケニルシクロヘキサンも同様に重合し、六員環構造を主鎖に有するポリマーが得られることが分かった。その立体構造はトランス-1,4型に制御されている。この構造を高分子主鎖中に組み込むことは、従来非常に困難であった。得られたポリマーは非常に高融点であることが分かった。本研究ではジイミン配位子を有するパラジウム錯体によるオレフィン類の異性化重合を利用し、様々な官能基の密度、'分布が完全に制御された高分子の合成と、その機能の探索を目指して研究を行っている。昨年度までに、パラジウム錯体が4-アルキルシクロペンテンや3-アルケニルシクロペンテンの付加異性化重合を引き起こし、シクロペンタン骨格が主鎖上に山定の間隔で配置された高分子を与えることを見いだしている。環の立体構造が全て一定にそろった高分子は液晶性を示す。アルケニルシクロヘキサンも向様に重合し、トランス-1,4型に制御された六員環構造を主鎖に有するポリマーが得られる。本年度は、ジイミンパラジウム錯体がメチレンシクロヘキサンの異性化重合を引き起こすことを見出した。得られたポリマーは、アルケニルシクロヘキサンと同様にトランス-1,4-シクロヘキサン環を含んでいる。1,1-二置換オレフィンは配位重合性が低く、単独重合の例は極めて限られており、本重合は非常に珍しい。ジイミンパラジウム錯体は一酸化炭素とメチレンシクロヘキサンとの共重合にも有効であり、この場合にはトランス-1,2-シクロヘキサン環を含むポリケトンが得られる。C2対称ジイミンパラジウム錯体は4-メチルシクロペンテンの立体規則性重合を引き起こす。得られるポリマーはキラルであることから、光学活性錯体を用いた不斉重合について検討を行った。光学活性ジイミセパラジウム錯体は、ジイミン配位子と光学活性ビスオキサゾリンパラジウム錯体との配位子交換により合成した。得られた錯体は4-メチルシクロペンテンの不斉重合を引き起こし、光学活性ポリマーが得られることが分かった。様々なアルキル基を有する1,6,11-トリエンのダブル環化重合が円滑に進行し、ビスシクロペンタン環を有するポリマーが得られることも見出した。

本研究ではジイミン配位子を有するパラジウム錯体によるオレフィン類の異性化重合を利用し、様々な官能基の密度、分布が完全に制御された高分子の合成と、その機能の探索を目指して研究を行っている。一昨年度までに、パラジウム錯体が4-アルキルシクロペンテンや3-アルキルシクロペンテンなどのシクロペンテン類や、アルケニルシクロヘキサンやメチレンシクロヘキサンなどのモノマーの異性化重合を引き起こし、立体構造の制御された五員環や六員環が主鎖上に一定の間隔で配置された高分子を与えることを見いだしている。パラジウム錯体はトリエンのダブル環化重合にも有効であり、異なる二種類の官能基を有するシクロペンタン環が交互に一定間隔で配置されたポリマーを与えることも見出している。昨年度は、ジイミンパラジウム錯体を用いて、メチレンシクロヘキサン類と一酸化炭素の共重合を行った。無置換のメチレンシクロヘキサンおよび3位、4位にメチル基を有したメチレンシクロヘキサンと一酸化炭素の共重合では1,2-trans-シクロヘキサン構造を有するポリマーが生成した。一方、2-メチルメチレンシクロヘキサンと一酸化炭素との共重合では1,2-cis-シクロヘキサン構造を有するポリマーが得られた。2-メチルメチレンシクロヘキサンと一酸化炭素との共重合の反応は1次の速度式に従って進行し、他のメチレンシクロヘキサンの重合比べて非常に速く進行していることがわかった。また、反応開始時から終了時まで狭い分子量分布を保ったまま分子量が増加していくことから、リビング的に重合が進行していることが明らかとなった。メントンから誘導されたモノマーを用いてポリマーを合成することにも成功した。一昨年度までに、パラジウム錯体が4-アルキルシクロペンテンや3-アルキルシクロペンテンの異性化重合を引き起こし、シクロペンタン骨格が主鎖上に一定の間隔で配置された高分子を与えることを見いだしている。また、アルケニルシクロヘキサンやメチレンシクロヘキサンも同様に重合し、シクロヘキサン環を含んだ高分子が生成する。パラジウム錯体は様々なアルキル基を有する1,6,11-トリエンのダブル環化重合を引き起こし、ビスシクロペンタン環を有するポリマーを与えることも見出している。昨年度は、様々な官能基の導入されたアルケニルシクロヘキサン、メチレンシクロヘキサンの合成を行い、その重合を行った。コレステロール骨格を有するメチレンシクロヘキサンを合成し、その単独重合および一酸化炭素との共重合について検討を行ったが、ポリマーは得られなかった。一方、4-アルキル-1-メチレンシクロヘキサンおよび2-アルキル-1-メチレンシクロヘキサンの重合は進行し、ポリマーが得られた。アルキルシクロペテン類の重合について、得られるポリマーの光学純度の向上を目指して、キサンテン骨格を有するS形C2対称ジイミン配位子を合成した。両親媒性官能基や発光性官能基を導入した様々なビスアルコキシメチルヘプタジエンの重合により、それらの側鎖官能基が均一に分布したポリオレフィンの合成を行った。また、親水性官能基および疎水性官能基をトリエンモノマー上に導入し、ダブル環化重合を行うことにより、それらの官能基がポリマー上に交互に配置した両親媒性ポリマーの合成について検討を行った。
癌の超早期発見にむけたＤＮＡｔｏｏｌｂｏｘによるｍｉＲＮＡ濃度判別システムの開発

本年度は,(1)線形分類器の閾値である入力DNA濃度の調整手法を確立した他,(2)入力となるDNAの種類が増えたケースにおける,化学反応ネットワークによる線形分離,また,(3)出力ノードが増加したケースにおける各出力DNA間の化学反応の連鎖,および独立性などを検討した。(1)当研究で開発を行った線形分類器の入力DNA濃度の閾値は出力DNA濃度の増幅速度および分解速度のバランスで決定される。当年度は,線形分類器反応中の出力DNA濃度の分解速度を増加させる調整を行うことで,閾値濃度の調整が可能なことを検討した。具体的には,分解速度を促進させるために,出力DNAを不活化させるドレインテンプレートの濃度を増加させた。ドレインテンプレートの増加により,閾値濃度が調節することができることを明らかにした。(2)では,多入力DNAの判別が可能であることを示すため,最大9種類までの異なる配列をもつ入力DNAからの変換テンプレートを新たに設計し,これらを連結させた線形分類器を利用したDNA濃度パターンの線形分離(DNA濃度の重みつき和のチューニングや非線形性の確認,反応温度の最適化,各酵素濃度調整による反応速度のコントロール等)についてin vitroの実験系を利用し,詳しく検討を行った. (3)は,線形分類器の出力多層化に該当する内容である。新しく双安定性スイッチとなる出力DNAの配列のデザインを行い,その各種テンプレートをデザインした.そして,これらの異なる配列をもつ出力DNAの双安定システムを3種類まで同時に独立して反応させることができるかどうか,すなわち,各インジケータ間のクロストークの有無や,蛍光リークなどの脆弱性となりうる部分をin vitro実験系を用いて詳しく検討し,設定温度の調整や選択する蛍光の種類を変化させることによってこれらの問題を低減可能であることを明らかにした。本研究計画における初年度は研究目的として、診断システムに必要な線形分類器の基盤開発を行うことを掲げた。本研究の最終的な研究目的はリキッドバイオプシーのための診断システムの構築であり、10種類以上のバイオマーカー(miRNA)が混在する状態で、その濃度パターンを判別し、特定のDNAを合成することで診断が可能なマスターミックスの開発である。そのためには分子演算を実行可能な、化学反応ネットワークのアセンブリ手法のプラットフォームを構築することが必要となる。そこで、本研究で開発するDNAパターン判別システムをより多数の入力と多数の出力に対応できるように新たにデザインを行なった。具体的には、変換テンプレートやスイッチシステムの設計を新しくデザインした。その結果、修士の研究をベースとして、より他入力かつ他出力のシステムに対して、線形分離が可能であることを確認した。具体的に本年度検討した点は(1)線形分類器の閾値である入力DNA濃度の調整手法を確立した他,(2)入力となるDNAの種類が増えたケースにおける,化学反応ネットワークによる線形分離,また,(3)出力ノードが増加したケースにおける各出力DNA間の化学反応の連鎖,および独立性の確認、を行った。これらの成果を学会にて発表を行った。当初予期していなかったこととしては、線形分類器における偶発的に発生するノイズによる信号増幅に対する処理手法の研究も行った。具体的には、算出されるインジケータDNAが、標的となる配列がなくとも合成されてしまう現象であり、EXPAR(等温増幅手法)における誤診の原因になりうる。この分子ノイズを取り除くために、利用する実験器具の抗DNA処理や、変換テンプレートの配列の再設計を検討した。実験により、上記の操作でノイズを低減できることが確認された。今後の研究計画の概要として、(1)今までにシステムを用いてなどの論理回路と組み合わせた、より複雑なパターン判別手法の構築を行うとともに、(2)細胞株のパターン判別に対しても適用し、PENによるパターン判別手法を確立することを目指す。具体的には、これまでに構築した線形分離システムの出力DNAと、インヒビター機構やDNAのストランド置換反応を利用したANDゲートやORゲートを組み合わせたパターン判別を行なったり、また、線形分類器のチューニングにあたる手法の開発および出力ごとのアフィニティの違いの調整手法など、システムのチューニング部分についてのより詳細な検討を重ねることを目指す。具体的には、パターン判別にはそれぞれの入力DNAに対して個別に重みを設定する必要がある。この個別の重みの設定手法については既に検討を行なったが、多数のストランドを取り扱う際には、できる限り用いるストランドの種類を少なくすることが望ましいため、開発を検討している。また、液滴プラットフォームを用いた線形分離の評価手法をマルチターゲットに適用させることについても検討を行う。DNAビーコンを用いた蛍光強度の測定により行われるため、蛍光の出力として2種類までのDNAのみに留まっていたが、新たなフィルターを利用することで、3種類までのインジケータDNAの解析が可能であることを検討する。(2)細胞から得られるmiRNAをターゲットとし、そのパターンをPEN DNA tooboxによって設計したパターン判別システムを用いて分類することで、細胞腫が判別できることを証明することを目指す。具体的には、正常細胞、がん細胞でそれぞれ発現蛍光が変化するバイオマーカを同定したのち、PEN DNA toolboxを用いてこれらを検出し、パターン判別ができるようなシステムをデザインする。

当年度は,線形分類器反応中の出力DNA濃度の分解速度を増加させる調整を行うことで,閾値濃度の調整が可能なことを検討した。具体的には,分解速度を促進させるために,出力DNAを不活化させるドレインテンプレートの濃度を増加させた。ドレインテンプレートの増加により,閾値濃度が調節することができることを明らかにした。(2)では,多入力DNAの判別が可能であることを示すため,最大9種類までの異なる配列をもつ入力DNAからの変換テンプレートを新たに設計し,これらを連結させた線形分類器を利用したDNA濃度パターンの線形分離(DNA濃度の重みつき和のチューニングや非線形性の確認,反応温度の最適化,各酵素濃度調整による反応速度のコントロール等)についてin vitroの実験系を利用し,詳しく検討を行った. (3)は,線形分類器の出力多層化に該当する内容である。新しく双安定性スイッチとなる出力DNAの配列のデザインを行い,その各種テンプレートをデザインした.そして,これらの異なる配列をもつ出力DNAの双安定システムを3種類まで同時に独立して反応させることができるかどうか,すなわち,各インジケータ間のクロストークの有無や,蛍光リークなどの脆弱性となりうる部分をin vitro実験系を用いて詳しく検討し,設定温度の調整や選択する蛍光の種類を変化させることによってこれらの問題を低減可能であることを明らかにした。本研究計画における初年度は研究目的として、診断システムに必要な線形分類器の基盤開発を行うことを掲げた。本研究の最終的な研究目的はリキッドバイオプシーのための診断システムの構築であり、10種類以上のバイオマーカー(miRNA)が混在する状態で、その濃度パターンを判別し、特定のDNAを合成することで診断が可能なマスターミックスの開発である。そのためには分子演算を実行可能な、化学反応ネットワークのアセンブリ手法のプラットフォームを構築することが必要となる。そこで、本研究で開発するDNAパターン判別システムをより多数の入力と多数の出力に対応できるように新たにデザインを行なった。具体的には、変換テンプレートやスイッチシステムの設計を新しくデザインした。その結果、修士の研究をベースとして、より他入力かつ他出力のシステムに対して、線形分離が可能であることを確認した。具体的に本年度検討した点は(1)線形分類器の閾値である入力DNA濃度の調整手法を確立した他,(2)入力となるDNAの種類が増えたケースにおける,化学反応ネットワークによる線形分離,また,(3)出力ノードが増加したケースにおける各出力DNA間の化学反応の連鎖,および独立性の確認、を行った。これらの成果を学会にて発表を行った。
植物由来のSOSシグナルを介した生態免疫システムに及ぼす農薬の影響評価

農業生態系では害虫の被害を受けた植物由来のSOSシグナルに天敵が誘引される働きが農薬散布で阻害され、天敵による害虫密度抑制(生態免疫システム)が十分機能しない可能性がある。本研究は、農薬が天敵の害虫探索行動に及ぼす阻害効果について植物・害虫・天敵昆虫の3者系を用い検討した。その結果、各種の化学農薬を散布した植物では、農薬の忌避効果によって天敵が植物に誘引されず、天敵が植物上の害虫を攻撃できない場合があることを発見した。害虫の被害を受けた物は特異的な揮発性物質(SOSシグナル)を放出し、これに天敵が誘引される。自然生態系ではSOSシグナルを介した天敵の働き(生態免疫システム)が機能しているが、農業生態系では十分に機能していない。本研究では農薬が生態免疫システムに及ぼす阻害効果に注目する。19年度は、SOSシグナルの誘引作用に及ぼす農薬の忌避効果の実証など、致死濃度以下での影響を検討する。主に2種類の実験系を用い研究を実施した。1)マメ科植物・ナミハダニ・捕食性天敵類系。天敵ミヤコカブリダニを用いた生物検定の結果、ハダニ被害植物のSOSシグナルと同程度の高い誘引活性成分(サリチル酸メチル)を発見した。また、各種農薬に対する感受性試験を実施し、殺虫効果等に関する知見を得た。さらに、殺虫効果が低い薬剤を対象に天敵のパフォーマンスに及ぼす影響を調査した結果、致死濃度以下での産卵数減少が認められた。天敵昆虫に関しては、ケシハネカクシ等に対する各種農薬の殺虫効果に関する知見を得た。2)アブラナ科植物・コナガ・コナガコマユバチ系。合成ピレスロイド系のペルメトリン乳剤において天敵忌避作用が認められたが、コナガ被害コマツナ株からのSOSシグナルの天敵誘引作用よりも忌避効果は弱く、農薬散布後のコナガ被害株に天敵が定位するという興味深い現象が観察され、想定外の成果を得た。株上での天敵のパフォーマンス及ぼす影響を調査したところ、餌探索行動や滞在後の生存に対する悪影響が認められた。以上の結果は、農薬の殺虫効果が高く、一方で忌避効果が弱い場合、SOSシグナルに誘引された天敵が植物上で死亡するか、もしくは行動異常を起こす可能性があることを示唆している。3)その他の成果。天敵カブリダニや天敵昆虫を用い、農薬等の各種化学物質の天敵忌避作用を効率的に検出するための生物検定法および化学分析法を開発した。自然生態系では害虫の被害を受けた植物由来のSOSシグナルに天敵が誘引されることで植物上での害虫密度が抑制されているが、農業生態系ではこのような生態免疫システムは十分機能していない。本研究は農薬が生態免疫システムに及ぼす阻害効果に注目する。本年度は、前年度の研究進展が顕著であったアブラナ科植物・コナガ・コナガコマユバチ系を主な対象とし、SOSシグナルの誘引作用に及ぼす各種農薬の忌避作用の程度を比較検討した。薬剤処理されたコナガ被害コマツナ株へのハチの定位行動や株上での探索行動に及ぼす影響を比較したところ、阻害効果が高い農薬(エトフェンプロックス乳剤、メソミル水和剤等)や低い農薬(エマメクチン安息香酸剤、クロチアニジン水和剤)が見られた。前者では害虫探索後の天敵に及ぼす致死作用は低く、後者では逆に致死作用は高くなった。天敵が長時間農薬に触れた場合には農薬の種類に関わらず全ての個体が死亡したことから、天敵の探索行動をあまり阻害しない農薬は、天敵の死亡率をかえって高める危険性があることが明らかとなった。これは従来の知見とは異なる新たな発見であり、農薬が天敵に及ぼす影響を評価する上で貴重な成果である。マメ科植物・ナミハダニ・捕食性天敵類系については、上記の実験系での研究をより優先したため、前年度に実施した各種試験の追加データの収集や論文作成等の取りまとめを行うことにとどめた。その中で、ナミハダニのコロニーを構成する立体網による対捕食者防衛の機能的意義を明らかにし、立体網から受ける影響の程度や立体網に対する対抗能力が天敵の種類ごとに異なることを実証した。農薬の影響に関する前年度・本年度の研究成果については、ハダニの天敵飼育技術の開発に関連した特許出願後に学会発表や論文等で公表する予定である。本年度は、前年度の研究進展が顕著であったアブラナ科植物・コナガ・コナガコマユバチ系を主な対象とし、SOSシグナルの誘引作用に及ぼす農薬(ダイアジノン)の忌避作用の程度について、散布後の経過日数との関係を検討した。

コナガ被害コマツナ株(農薬無散布)と農薬処理(1、24時間経過)したコナガ被害コマツナ株とを選択させたところ、有意に多くのハチが前者に定位行動を示し、農薬による忌避効果が見られたが、処理後72時間の被害株では忌避効果は見られなくなった。農薬処理1時間後の被害株上では滞在時間が短く、滞在終了後のハチ成虫の死亡率は高かったが、農薬処理24時間および72時間経過した被害株上での滞在時間は長く、滞在終了後のハチ成虫の死亡率は低かった。滞在期間中の寄生率を比較すると、農薬処理1時間後の被害株上での寄生率は低かったが、農薬処理24時間および72時間後の被害株上では寄生率が有意に高くなった。これらの実験条件下では、農薬(ダイアジノン)処理後2472時間経過した被害株上においては、天敵寄生蜂の寄主探索行動や生存率に及ぼす影響は小さかったが、農薬処理72時間経過した被害株上で寄主探索を繰り返す実験条件下においては、探索後のハチ成虫の死亡率は高くなることが明らかになった。
損傷前のAMPA受容体シナプス移行能が脳損傷後の機能回復を促進するメカニズム

本研究では、脳損傷前に豊かな環境下でマウスを飼育することで、損傷後のリハビリテーションによる機能回復を促進するのではないかと仮説をたて、研究を行った。昨年度、豊かな環境設備(巨大なケージ、回し車、遊具)を適切に設置し、前肢を使用して餌を把握する運動課題(リーチングタスク)の運動学習効率が良くなることが明らかになった。今年度は、損傷後の機能回復能を検討するために、シリンダーテスト、ポールテスト、リーチングタスクを損傷後、3日、10日、17日、24日、31日に実施した。シリンダーテスト、ポールテストではControl群とEnrich群で差は認められなかった。リーチングタスクでは、損傷後3日ではほぼ同等の成功率の低下を呈したが、損傷後10日では有意差はないが成功率の増加傾向が認められた。損傷後17日以降は同等の成功率を示した。また、本研究費で購入した皮質微小刺激法の構築を行うことができた。しかし、Control群とEnrich群で電気生理学的な違いは検出できなかった。豊かな環境下で飼育後に急性脳スライスを作製し、運動野第2/3層の錐体細胞からホールセルパッチクランプ法を用いてAMPA受容体を介したシナプス後電流(Excitatory postsynaptic current: EPSC)を測定したが、Control群とEnrich群で変化が認められなかった。以上のことから、豊かな環境下で飼育することで、学習課題の効率的な習熟、損傷後のリハビリテーションによる早期回復の可能性が示唆された。今後さらにこれらの現象の分子細胞メカニズムを明らかにしていく必要がある。脳血管障害により生じた麻痺は元の水準までの機能回復は困難である。機能回復を促進するアプローチが近年開発されているが、十分な改善には至っていない。それは、リハビリテーションにより機能回復が促進されるメカニズムが明らかにされていないことに起因すると考えられる。そこで、本研究では、脳損傷前AMPA受容体のシナプス移行能に着目し、リハビリテーションにより可塑性が誘導され、機能回復が促進するメカニズムを明らかにすることを目的としている。本研究では、損傷前のAMPA受容体シナプス移行を促進する方法として、豊かな環境下での飼育を行った。豊かな環境下で飼育すると、海馬CA1領域の錐体細胞における長期増強が促進し、AMPA受容体の発現量も増大することが既に明らかになっている(FosterらBrain research 1996)。今年度の研究実績として、まず、豊かな環境設備(巨大なケージ、回し車、遊具)を適切に行うことができた。豊かな環境下で飼育したマウスは、前肢を使用して餌を把握する運動課題(リーチングタスク)の運動学習効率が良くなることが明らかになった。大脳皮質(運動野)凍結損傷モデルを構築することができた。大脳皮質凍結損傷を作成する損傷強度の設定を適切に行うことができた。機能回復能を評価する行動タスクを複数検討し、リーチングタスクにおいて、豊かな環境飼育マウスでは機能回復を促進する傾向が認められた。豊かな環境設備の設定や大脳皮質凍結損傷モデルを構築することができたため。1.マウスを豊かな環境下で飼育した後に、損傷前のAMPA受容体のシナプス移行能を検証する。AMPA受容体のシナプス移行は、ホールセルパッチクランプ法を用いて、検討する。また、大脳皮質のマッピングの変化を調べるために、皮質内微小刺激法を用いて検討する。2.損傷後の機能回復能及びメカニズムを解明する。現在、豊かな環境下で飼育したマウスは機能回復を促進する傾向が見られているため、個体数を追加した実験を行う。さらに、機能回復を仲介するメカニズムとして、AMPA受容体の量的・機能的変化を電気生理学的実験や生化学的実験から明らかにする予定である。現在得られている結果より、有意差を検出するために、次年度に動物個体を増加させ、検討していくために、今年度から繰越額が生じた。
新規末梢循環癌細胞検出法を応用した膵癌幹細胞の治療抵抗性機序解明とその打破

局所進行膵癌に強度変調放射線治療を用いた術前化学放射線療法(NACRT)を行った。TelomeScan F35を用い血中遊離癌細胞(v-CTCs)検出を行いその意義を解析した。対象は男:女=4:11、計15例。NACRT有効性:切除不能1例を除く14例でR0手術ができ、CA19-9値では治療前に比し治療後の数値が50%以上低下した症例は9例。v-CTC推移:5例がNACRT前より陽性で、5例中1例はNACRT後に陰性化、残り4例でv-CTC値はNACRT後急上昇し、術直後も陽性で術後約1年で陰性化した。v-CTC上昇4例中2例で術後早期に肝再発した。v-CTC値は良好なバイオマーカーである。【研究目的】膵癌手術症例、術後転移再発症例、切除不能症例を含めた膵癌患者の血液より新規膵癌末梢循環腫瘍細胞(Circulating tumor cell: CTC)検出システムであるテロメスキャンを用いてviable pancreatic CTCを検出し、臨床経過および予後とCTC検出の意義を解析することを目的とする。【研究方法】手術症例においては術前(術前化学放射線療法の前・後)、退院時の計3回、切除不能症例、転移再発症例では抗癌剤治療など治療開始前および投与終了後1ヵ月の計2回の採血を膵がん患者に行い、テロメスキャンシステムを用いたviable pancreatic CTCの検出を行い、腫瘍マーカーの推移などの臨床経過、予後とCTC検出数の変化と合わせて解析しCTC発現の意義を検証する。【結果】当初、OBP401というアデノウイルスを用いてCTC検出を行ったが、癌細胞に対する精度、特異性を向上させるべくテロメスキャンF35という新規開発したアデノウイルスを用いてCTCの検出を行った。ウイルスをF35に変更することで、非特異的GFP陽性細胞の検出数は格段に減少した。CTC検出を行った20例中9例でviable pancreatic CTCを検出した。CTC陽性患者9例のうち4例で肝転移、リンパ節再発を認め、2例は早期死亡した。現在、中長期での予後をフォロー中である。さらに検出されたCTCの免疫染色の結果、vimentin-cytokeratin double positiveのCTCを検出でき、予後も極めて不良であることが判明した。【結語】テロメスキャンを用いた新規膵癌末梢循環腫瘍細胞)検出システムによりCTC陽性と判定された膵癌患者の予後は極めて不良であり、viable pancreatic CTC検出は有用な予後予測因子である。【背景・目的】局所進行膵癌(PK)に強度変調放射線治療(IMRT)を用いたNACRTを行っている。同患者にTelomeScan F35を用い末梢血中の遊離癌細胞(viable CTCs)検出を行い予後予測を行い、v-CTCの有無、推移の臨床的意義を解析した。【治療・対象】PKにIMRT 60Gy+GEM +S-1によるNACRTを実施、NACRT前・後、術後にv-CTC値を測定した(N群)。同時期に実施したPK surgery first症例でも術前後v-CTC値を測定(S群)。【結果】N群は男:女=5:11、計16例、年齢中央値は69歳。[NACRT有効性]切除不能3例を除く13例でR0手術ができ(TP:PD:DP=3:7:3)、CA19-9値、PDG-PETでは治療前に比し治療後の数値が50%以上低下した症例は各々7例、6例、標本の組織学的効果でも全例Evans分類IIa以上の効果を認めた。[v-CTC推移]5例がNACRT前よりv-CTC陽性で、5例中1例はNACRT後にv-CTCは陰性化したが、残り4例でv-CTC値はNACRT後急上昇し、術後1ヵ月でもv-CTCは陽性を維持し、術後半年1年でv-CTCは陰性化した。v-CTC上昇の4例中1例は術後8ヵ月目に肝再発し死亡した。[S群]男:女=5:3、計8例、年齢中央値70歳。7例にR0手術を行った(PD:DP=5:2)。術前後共にv-CTCが0であった症例は4例で、1例は術前v-CTCは陰性で術後4 cellsと上昇、S-1補助療法後v-CTCは陰性化。術前v-CTC陽性は3例で、2例は術後陰性化、残り1例は術中に微小肝転移が判明し切除不能。【結語】v-CTC陽性例に対するNACRTはPKにEMTを誘発、v-CTC遊出を惹起し早期転移巣形成が示唆され、v-CTC値は良好なバイオマーカーである。

v-CTC推移:5例がNACRT前より陽性で、5例中1例はNACRT後に陰性化、残り4例でv-CTC値はNACRT後急上昇し、術直後も陽性で術後約1年で陰性化した。v-CTC上昇4例中2例で術後早期に肝再発した。v-CTC値は良好なバイオマーカーである。医歯薬学、消化器外科学研究計画に従っておおむね順調に研究は進行できた。今後、臨床データーとつきあわせて中長期での予後予測因子となるか、さらには術後補助療法の有効性判定に応用できるかを解析する。膵癌患者においてviable pancreatic CTCの出現はきわめて予後不良であることが本研究成果により明らかとなった。したがって、以下の研究推進によりCTCの新しい知見を深めることは、膵癌の治療抵抗性の打破につながるものと確信している。膵癌原発巣由来tumor lysateおよび増殖能を有するCTC両者をα1,3GT酵素を用いて&#61537;-galエピトープを酵素学的に生合成しα-gal pancreatic tumor lysateおよびα-gal CTCを作成する。これらをhigh Anti-Gal K.O. miceに各々投与しanti- pancreatic tumor lysate抗体、anti-CTC抗体をマウス血清中に誘導する。膵癌原発巣およびCTC由来糖タンパク質をそれぞれ二次元電気泳動で展開・分離し、上記の免疫マウスの血清を用いてWestern blottingを行う。それぞれのblotting signalsを比較し、膵癌原発巣およびCTC由来糖タンパク質の中で両方の血清で増強したスポット、さらにanti-CTC抗体を含むマウス血清でのみ増強するスポットを確認し、その注目スポットに相当する部位のゲルを切り出しマススペクトロメトリーで解析し新しいCTC標的タンパクの同定を行う。当初計画よりも少ない予算で進行したため。物品等の購入。
発達障害児・者の就労移行支援のための認知アセスメント解釈フォーマットの開発

学校教育では教えず、問われず、保護されていることが、就労では必須の能力となることがある(就業能力)。例えば、エラー検出、作業効率、作業持続、マルチタスク、プランニング、対人コミュニケーションなどであり、発達障害児・者はそれらの能力に困難を示すことが報告されている。そこで本研究事業では、学校教育と就労において共通して利用されるウェクスラー成人用知能検査(WAIS-III)の検査結果に基づき、このような就業能力を分析・評価するための解釈フォーマット(分析シート)を開発した。近年の発達障害支援の動向として、早期支援、高等教育における学修支援、及び就労支援が注目されている。このことは、発達障害支援が学校教育における支援に留まることなく、発達過程において連続的な支援に拡がりつつあることを示している。学校教育から就労への移行においては環境に大きな質的変化が生じる。その移行支援を円滑に進めるためには、1.就労支援において特別支援教育の支援資産を継承・活用すること、2.就労において問題化することを、特別支援教育において予防的に支援することの2つが必要になる。発達障害児の特別支援教育について、個別支援計画の作成においては、WISCやWAIS、K-ABC、DN-CASなどの知能検査(認知アセスメント)が中心的な役割を果たしている。これらの検査は複数の下位検査から構成され、その下位検査得点間のプロフィールを分析する手続きが既に開発されており、アセスメントや支援において積極的に活用されてきた。これらの検査やそのプロフィール分析を共通のものとして、特別支援教育と就労支援を関連づけることが、円滑な就労移行支援や支援の連携に繋がることが期待される。神経心理学では、反応時間(反応潜時)が神経機能の成熟度や損傷度の第一の指標であるとされ、これはWISCやWAISの「処理速度」群指数に相当する。WISCやWAISの「符号」及び「絵面配列」下位検査は、就労の良否を予測することが指摘されていた。また「理解」下位検査は、対人葛藤の解決力をみることができるが、言語能力の高い者ではこの下位検査に正答しても現実場面とは異なる場合がある。自閉症児・者の中で「積木模様」や「組合せ」下位検査を含め「知覚統合」群指数が高い場合は、言語指示による作業内容の理解が困難であっても、視覚パターンの呈示によりそれが可能となる。こうした知見を体系化し、教育的支援と就労支援を関連づけることが次の課題である。学校教育と就労は理念や目的において単純に直結せず、環境に大きな相違がある。学校教育では教えないこと、問われないこと、保護されていることが、就労においては必須の能力(就業能力)となる。例えば、エラーやミスの検出(製品の品質・責任)、作業効率(企業収益)、プランニング・マルチタスク(作業マネジメント)、チームワーク・対人コミュニケーション能力(組織活動)などである。このような就業能力について、定型発達児は教わらなくても自然と身に付けるが、発達障害児・者は就業能力について敢えてトレーニングする必要があり、また努力しても身に着かないこともある。そこで就業能力をアセスメントすることが必要になり、そのためには学校教育と就労で共通して利用される心理検査が必要になる。学校教育と就労では利用される心理検査にも大きな相違があるが、知能指数(IQ)の情報は障害支援のどのような分野でも必須であり、IQを測定する知能検査として最も広く利用されているのがウェクスラー式知能検査(WAIS)である。つまりWAIS知能検査は学校教育と就労に共通の心理検査である。学校における特別支援教育ではWAIS知能検査は主要な心理検査の1つであり、下位検査得点によるプロフィール分析の手続きや分析シートがすでに開発されている。しかし就労(労働)の分野では、WAIS知能検査がIQ情報以外に活用されることはほとんどみられない。そこで本年度は、学校教育と就労に共通の心理検査であるWAIS-III知能検査の検査結果に基づき、就業能力を分析・評価するための解釈フォーマット(分析シート)を作成した。この分析シートを活用することにより、学校における特別支援教育の支援資産をキャリア教育や就労移行支援において継承・活用することが可能となり、キャリア教育の理念を実現するための目標が具体化され、キャリア教育の推進力として貢献することが期待される。
セクター理論における分類空間の幾何学的構造

量子場に代表される無限自由度量子系の数学的構造に関わる当研究計画の内容とその成果を要約すると,対称性とその破れおよび熱的性質に基いて量子状態を特徴づけ,「(状態族の)分類空間の幾何構造」の視点からそれらを分類し記述・解釈するための理論的枠組の構成・整備を目指すという初期の目標は,この3年間の研究により大枠で実現されると共に,状態概念に重点を置いた問題設定から大きく踏み出して物理系を記述する代数自体及びそれに働く群作用の決定をも視野に入れ,当初の予想にない射程で問題を論ずる状況となった。具体的に見ると,状態分類は表現の中心環に属する秩序変数だけで指定可能な「セクター」と「セクター内部」という2つのレベルの区別が重要である。前者については破れのない内部対称性に付随したセクター構造を扱うDoplicher-Haag-Robertsのセクター理論が知られていたが,その一般的本質を"selection criterion"の概念およびそれが果たす「方程式」並びに圏論的adjunctionとしての役割に見出し,Galois理論と密接な関連での接合積の機能に着眼することで,破れた対称性や対称性以外の文脈でのセクター概念の扱いとその普遍的記述の枠組を提起した[論文1-4]。そこからセクター内部に踏み込むには,中心環を極大可換部分環に置き換え,群・Kac代数の双対性で重要なKac-竹崎作用素を導入することが本質的で,これにより観測過程の一般的数学的構成が可能になる[論文6]。更に状態の同定に必要な観測データのなす数学的構造の情報から,逆にそれを生成するミクロ量子系の無限次元非可換代数も再構成できることが,接合積に関する竹崎双対定理から分かる。量子場のtype III局所部分環の再現には外部作用で与えられるdynamicsが本質的なこともこの文脈で明らかとなり,観測による動力学の決定までが新たな数学的課題となる(I.Ojima & M.Takeori, in preparation)。様々な物理的状況に対応してその記述に直接寄与する物理的状態を全て選び出す判定基準と共に,選び出された物理的状態をセクター概念に基づいて分類し,それらの物理的解釈を自然に与えるような一般的理論的枠組を論文3で与えたが,それに沿って群・Hopf代数の双対作用・接合積の概念をそこに自然な形で取り込むことと,熱的状況での状態・表現の数学的取扱いに本質的な役割を果たすmodular構造に関わる手法の整備を目的として,セクター理論に非コンパクト群が出現する状況の数学的整備を,第1年目の主要課題として設定した。この目的のために,論文4では温度の概念がスケール不変性の破れに付随して現れる秩序変数であることを解明すると同時に,上記の接合積代数がミクロ量子系固有の物理量とそれを分類するマクロ変数の両方を含んだ複合系として,破れた対称性の整合的記述において果たす本質的役割を明らかした。この視点を更に一歩進めると,論文5に示すように,破れた対称性に伴って生成される状態のfamilyの記述に留まらず,基本的な自然定数を「動かす」変換を考えることも可能となり,それによってミクロからマクロに及ぶ「理論のfamily」の統一的扱いが可能になる。これは相転移・臨界現象に伴う相共存や相境界に伴うsingularityの一般的取扱いに重要な役割を演ずることが期待され,セクター理論におけそ分類空間の構造解明に大きく資するものと考えられる。