hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学習機能を有する超並列光情報処理の研究

本研究は,光並列演算とある種の並列演算モデルの親和性に注目し、それらを融合した光並列演算システムを実現しようとするものである.つまり,偏微分方程式で記述されるような並列演算モデルが要請する大規模並列性を光演算の原理的な並列性を利用して実現し、その演算に対し学習機能を導入することにより汎用性に欠けるとされてきた光演算に柔軟性を付与しようとするものである.本年度は,前年度の成果を踏まえ,超並列演算処理機講のアーキテクチャの改良を行うとともに,新たに偏微分方程式を解くために光演算アーキテクチャとして,正の値と近傍演算のみで実現可能な光フィードバック系の構成手法を提案し,2階偏微分方程式の一つであるPoisson方程式を解くシステムを提案し,空間光変調素子を用いた簡単な実験系により実現可能性を検討した。また,光ニューロコンピューテイングの一種である相関学習を用いた連想記憶の新しい学習方法を提案し,その方法が光コンピューティングの合った方法であることをシミュレーションで示した.この方法は光での実現は容易だが,性能が低いとされてきた相関学習に対して,スパースコーディングを主体とした3つの改良を行うことにより,光実現に難しい学習方法を用いて少ないニューロン数のネットワークを実現するよりも,実現の容易な相関学習でニューロン数の多いネットワークを実現する方が結果的に高い性能が得られることを示した.これらと同時に,本研究で開発している演算アーキテクチャの演算機能に関する評価方法,とくに演算の汎用性,並列化の限界等の評価方法の検討を行っている.また,前年度提案した超並列演算処理機構に光インターコネクションを導入し,フィードバック型の演算機構の実現の検討を行った.本研究は,光並列演算とある種の並列演算モデルの親和性に注目し、それらを融合した光並列演算システムを実現しようとするものである.つまり,偏微分方程式で記述されるような並列演算モデルが要請する大規模並列性を光演算の原理的な並列性を利用して実現し、その演算に対し学習機能を導入することにより汎用性に欠けるとされてきた光演算に柔軟性を付与しようとするものである.本年度は,前年度の成果を踏まえ,超並列演算処理機講のアーキテクチャの改良を行うとともに,新たに偏微分方程式を解くために光演算アーキテクチャとして,正の値と近傍演算のみで実現可能な光フィードバック系の構成手法を提案し,2階偏微分方程式の一つであるPoisson方程式を解くシステムを提案し,空間光変調素子を用いた簡単な実験系により実現可能性を検討した。また,光ニューロコンピューテイングの一種である相関学習を用いた連想記憶の新しい学習方法を提案し,その方法が光コンピューティングの合った方法であることをシミュレーションで示した.この方法は光での実現は容易だが,性能が低いとされてきた相関学習に対して,スパースコーディングを主体とした3つの改良を行うことにより,光実現に難しい学習方法を用いて少ないニューロン数のネットワークを実現するよりも,実現の容易な相関学習でニューロン数の多いネットワークを実現する方が結果的に高い性能が得られることを示した.これらと同時に,本研究で開発している演算アーキテクチャの演算機能に関する評価方法,とくに演算の汎用性,並列化の限界等の評価方法の検討を行っている.また,前年度提案した超並列演算処理機構に光インターコネクションを導入し,フィードバック型の演算機構の実現の検討を行った.
神経回路における確率的情報処理の学習基盤の解明

平成27年度は、博士論文の執筆およびディフェンスを行い、博士(科学)の学位を取得するとともに、神経回路での学習および計算における確率的プロセスの重要性について研究を進めた。第一に、昨年度から引き続き、結合可塑性の機能的意味について理論的研究を行った。従来、脳での学習を担うシナプス可塑性は、主にシナプス後ニューロンのスパインの大きさ・組成の変化により起こると考えられていたが、近年、スパイン自体の除去・および生成も頻繁に起こることが明らかになった。そこで、本研究ではスパインの生成・除去により実現される結合可塑性が、どのようにしてシナプス可塑性と協調的に学習をおよび情報処理を担うのかを考察した。その結果、ヘッブ型の結合可塑性を用いることで、従来提案されていたカットオフ型の結合可塑性よりも、入力ニューロン群における多様性に対してロバストな推定が可能になることが分かった。この結果は、確率的な結合可塑性の、決定論的な可塑性に対する優位性を示唆する。また、シナプスの不確定性と結合確率の実験値をモデルと比較した結果、実際のシナプスにおいても、結合可能性が情報表現において重要な役割を果たすべきことが示された。また、最近の実験研究において、大脳皮質の局所神経回路において、ニューロン同士の結合の多くは複数のシナプスによって担われていることが明らかになった。例えば、マウスのバレル皮質において、ニューロン間結合の平均シナプス数は10個程度であると推定されている。一方で、なぜシナプス結合にこのような冗長性が存在するのかは依然明らかになっていない。そこで次に、樹状突起を持つニューロンのモデルを用いて、冗長なシナプス結合の機能的意味の解明を行った。その結果、シナプス結合の冗長性を利用することで、入出力に対してベイジアンの意味で最適な学習を実装できることを明らかになった。27年度が最終年度であるため、記入しない。事前分布学習の研究脳の感覚野では、感覚器から送られてくるスパイク信号から元の外部刺激を推定する必要がある。そのため、感覚野の神経回路では外部刺激の構造の内部モデルが表現されていると考えられている。一方で、その内部モデルが具体的にどのように表現されているかは依然知られていない。本研究では、外部刺激の性質が頻繁に変化する環境においては、その内部モデル自体の事前分布を利用することでよりロバストな学習・推定が神経回路において可能になるという仮説を提唱し、理論計算およびネットワーク・シミュレーションによりその妥当性、また実際の脳との対応を考察した。特に、シナプス重みだけでなく、シナプス結合自体も可塑性を示す場合に、内部モデルの学習にどのようなメリットがあるかを考察した。STDP型学習則による推定学習神経回路では、Spike-timing-dependent plasticity(STDP)と呼ばれる、スパイクの時間間隔に依存する学習則が存在することが知られている。一方で、リカレントな神経回路において、STDP型学習則により何が学習できるかというのは依然分かっていない。特に、リカレントな神経回路では、入力スパイク間の相関の伝播が起こると考えられているが、その伝播がいかにSTDP型の学習に影響を及ぼすか、また、伝播の存在にどのような機能的優位性があるかは、依然理解が進んでいない。そこで、本研究ではフィードバック型の神経回路モデルを例に、解析的および数値的計算により、スパイク相関の伝播のSTDP型学習則への影響を考察した。事前分布学習の研究では、外部環境が動的に変化する場合、シナプス結合の有無により静的成分を表現し、結合重みで動的成分を表現することで、ロバストな推定が可能となることが分かった。

また、特に結合がスパースな場合、シナプス結合で内部モデルを表現することで、シナプス重みで表現する場合よりも、情報処理の不確定性を抑えられることが分かった。さらに、上記の結合・重み構造はHebb型の学習則をシナプス結合と重みとに課すことで、自然に達成されることが示された。これらの研究成果は、北米神経科学学会およびComputational and System Neuroscience (Cosyne) 2015で発表し、現在論文投稿中である。また、STDP型学習則による推定学習については、解析的および数値的計算の結果、ノイズの性質により学習に最適なスパイク相関の構造が異なることが分かり、特に入力スパイク列がクロストーク・ノイズと呼ばれる非ランダムなノイズを持つとき、スパイク相関が緩やかな方が学習に優位であることが明らかになった。また、このときの学習則は、機械学習の分野で用いられるベイジアン独立成分分析の近似的アルゴリズムと対応することが示された。このことは、神経回路における生物的な学習則が、ベイジアンの意味で最適な解を近似的に与えていることを意味し、神経回路における確率的情報処理の学習におけるスパイクの重要性を示唆する。これらの研究成果は、日本神経科学大会および北米神経科学学会で発表し、また理論生物学の分野で最も権威のある雑誌の一つであるPLOS Computational Biologyに受理された。27年度が最終年度であるため、記入しない。事前分布学習については現在主にフィードフォワード型の神経回路モデルを考察しているが、今後はリカレントな結合も含んだモデルへの応用を考えている。特に、リカレント回路には互いに高い頻度で結合しているクラスタが多数存在することが、近年実験的研究から明らかになっており、それらのクラスタ構造と確率的な内部モデルとの対応を考察したいと考えている。さらに、応用として大規模神経回路における結合構造の機能的役割へと考察を進める予定である。例えば、海馬と嗅内皮質から構成されるリカレント回路は、記憶の形成に本質的な役割を担っていることが知られているが、その構造と機能との対応は依然明らかでない。この点について、確率的枠組みから考察を行いたいと考えている。また、スパイク・タイミング依存型の学習則については、シナプス前後のニューロン間の発火タイミングだけでなく、樹状突起上の近接するシナプス前ニューロンの相対的な発火タイミングも学習において重要であることが、近年様々な実験結果から明らかになりつつある。そこで、近接するシナプス間の相互作用を取り込んだ理論モデルを提案し、その相互作用が神経回路形成においてどのような役割を持つかを、理論計算およびシミュレーションを用いて現在考察している。また現在、北海道大学の浅井准教授とともに、神経細胞型素子を利用した、フィードバック型神経回路でのSTDP型学習則の工学的応用に向けた共同研究も進めている。
認知症高齢者の尊厳を支えるケアの構成要素に関する研究

本研究では,保健,医療,福祉やケア領域における尊厳(dignity)に関する研究を概観し,その課題について明確にした。その上で,日本のケア専門家が重視する尊厳への取り組みについて自由記載のアンケートを用いて収集し,そこからケア内容を列挙し,内容分析にて分類した。リスト化したケア内容について,ケア現場のスタッフに対してアンケート調査を実施した。デルファイ法を用いて同一のアンケートに2度回答することで,合意の度合いを検討した。さらにケア専門家の尊厳の自由記述のアンケート内容をテキストマイニングの手法で分析し,対応分析を用いて視覚化した結果,尊厳の概念が職種間で異なることが示唆された。本研究は,認知症高齢者の尊厳を支えるケア実践の内容とその構成要素を明らかにするものである。平成28年度は,認知症高齢者の尊厳を支えるケアに関して,デルファイ法調査(第1段階から第3段階)を実施した。(1)第1段階では,「認知症の方にとっての尊厳についてどう思うか」という自由記載のアンケートを実施した。40名のケア専門職(介護福祉士,介護支援専門員,看護師・セラピスト等)より回答を得た。741項目の回答を内容分析した結果,5カテゴリーの尊厳を支えるケア55項目が抽出された。また,介護福祉士,介護支援専門員,看護師・セラピストの3職種間で回答内容を検討したところ,職種間で回答に違いが認められた。(2)第2段階は,第1段階で抽出された尊厳を支えるケア55項目について,その重要度(5件法)と実施度(6件法)に関するアンケート用紙を作成し,無作為抽出した全国1200カ所の認知症高齢者の医療や介護に関わる施設(認知症疾患医療センター,介護療養型医療施設,介護保険施設,通所施設,小規模多機能型居宅介護施設等)と第1段階の回答者に,記名式のアンケートを送付して,電話にて事前説明を行い調査を依頼した。その結果,310名(回収率25%)より回答を得た。項目ごとに検討したところ,尊厳を支えるケアの多くの項目に関して重要との回答が認められた。(3)第3段階は,第2段階のアンケートに関して項目毎に回答割合を算出し,回答者の回答を併記したアンケート用紙を作成し,第2段階と同一の回答者に送付を行った。現在,その回収がほぼ完了している。第1段階,自由記載アンケートの回答より,尊厳を支えるケア項目を抽出するのに時間を要したが,その後の調査は,比較的順調に進んでいる。通常の無記名のアンケート調査と異なり,記名式のアンケート調査は回収率が下がってしまうが,今回は,310名(25%)より回答を得ることができた。アンケート計画としては,最終の第3段階まで送付は完了しているので,今後は回収を確実に行い,分析へとすすめる予定である。本研究の目的は,認知症高齢者の尊厳を支えるケア実践の構成要素を明らかにすることである。昨年度実施した3段階のデルファイ調査の結果,認知症高齢者の尊厳を支えるケア55項目のほとんどが90%以上のコンセンサスを示していた。しかし,説明や選択に関する項目,社会参加に関わる項目は,他の項目と比較してコンセンサスの度合いが低かった。また,尊厳を支えるケアの実施度では,多くの項目は「できている」という回答であったが,社会参加や終末期のアドバンス・ディレクティブといった項目は,「やや実施できていない」傾向がうかがえた。尊厳を支えるケア実践とそのコンセンサスには,関連があることが示唆された。尊厳を支えるケアについて,さらに解析をすすめるため,デルファイ調査第1段階の自由記載内容についてテキストマイニングによる分析を行った。クラスター分析や対応分析を用いて,尊厳を支えるケアの構造を視覚的に示すことが目的である。496文,15084文字を解析した結果,もっとも出現頻度が高かった単語は, 84回の「人」であり,30回以上出現していたのは「認知症」,「本人」,「思う」,「自分」,「ケア」,「家族」であった。これらの頻出語は,「介護支援専門員・社会福祉士」,「介護福祉士」,「医師・看護師・療法士」で異なっていた。対応分析のグラフにおいても,3職種は向き合うように布置され,尊厳を支えるケアについて相違した観点を持っていることが示唆された。対応分析から得られた成分スコアをもとにクラスター化を行った結果,認知症ケアにたずさわる専門職が考える尊厳から6つのクラスターが得られた。残差分析の結果,職種間に有意な差が認められ,他の職種が重視している点を認め自分の実践に取り入れたり,お互いに補い合っていくことが重要であることが示唆された。平成28年度に行ったアンケート調査の結果から,尊厳を支えるケアに関する55項目について,現場の職員より肯定的な回答を得た。その一方で,尊厳を支えるケアに関して自由記載の意見を得ている。

今後はそれらの内容を分析するとともに,国内外の文献を調査し,尊厳を支えるケアの構成要素につい考察を進めていきたい。また,尊厳を支えるケアに関する職種間の意識の違いについても明らかにしていきたいと考えている。社会科学平成28年度は,主としてデルファイ法によるアンケート調査を実施し,その分析や成果の取りまとめの経費,学会参加旅費が計上できなかったため。平成28年度で主たる調査を終了した。来年度は,調査の分析ならびに成果報告に関して経費を計上する予定である。(1)アンケート調査の分析や取り纏め,報告の準備に関する経費,(2)研究成果報告や最新の研究動向を探るための国内外の学会への参加費,旅費等の経費
上でつなぐ中学校理科の単元開発とその検証

1研究目的現在の中学校理科教育では,生徒の「地球観」を十分に育成できていない。そこで,生徒が探究しやすい「土」を中心とした単元開発とその実践を行い,生徒の「地球観」の育成を図る。2研究方法土に関する観察,実験について,単元や教材の開発を行い,授業実践を行う。実践結果については,全体アンケートや生徒のレポート分析,抽出生徒に対する聞き取り調査を実施する。3研究成果「土」を中心とした単元開発(全5時間)は,中学校第1学年の「大地の変化」についての学習の導入として取り扱い,土の観察の基礎的な技能が身に付き,土についての認識が深まるように留意した。具体的には,まず始めに,生徒に「土とは何か」という単元を貫く課題を提示し,予想を立てさせた。生徒は,土は大きさが異なる粒から構成されていることや,水分や生物の死骸が含まれていること,また,それら割合によって土の性質が決まることを予想の段階から見出していた。その一方で,肥料分や微生物,土の粒の成分について,科学的な捉えが不十分であった。その後,運動場と農園の土を提示し,その違いについて4人班ごとに探究活動を行った。生徒は,加熱実験や吸水実験,顕微鏡や顕微鏡カメラでの観察,水に入れたときの変化,ヨウ素液などの試薬を使った実験など,目的意識をもって観察,実験を行っていた。加熱実験については,教師が有機物の割合が高い土として黒土を示し,追加実験を行った。黒土をさわったときの感触や,加熱したときの質量の減少,赤く燃え色が変化するようすから,土の固体成分は無機物だけでなく有機物を含むということ,また,水や空気も土の一部であることを生徒自らが見出していた。単元の終末の生徒の考察からは,「土とは何か」という問いに対する生徒の認識の深まりが見られた。また,事前事後のアンケート結果の比較からも,生徒の土に対する有用感が向上した。
メカニカルストレスを介した筋局所アンドロゲンの筋萎縮予防メカニズムの解明

本研究では、メカニカルストレスを介した筋局所アンドロゲン産生機構の転写メカニズムと生理作用について解明することを目的とした。メカニカルストレス(物理的刺激)は、身体運動による骨格筋の恒常性の維持に必要な因子の一つである。活性型アンドロゲンであるジヒドロテストステロン(DHT)は、性ホルモン合成酵素の5alpha-reductase(srd5a1)によりテストステロンから合成され、運動によって骨格筋局所において活性化される。我々はsrd5a1の転写調節因子を探索し最初期遺伝子Egrファミリーが候補因子として挙げられたが、運動刺激に対する応答性については明らかにされていなかった。そこで平成30年度では、骨格筋細胞へのメカニカルストレス刺激がEgrファミリー遺伝子発現の応答に与える影響について検討した。マウス筋芽細胞株C2C12細胞にメカニカルストレスを負荷(1時間、2時間、3時間)し、Egrファミリー(Egr1、Egr2、Egr3、Egr4)遺伝子発現を測定した。その結果、Egr1、Egr2、Egr3遺伝子発現はメカニカルストレス負荷1時間に増加し、Egr4は3時間に増大した。メカニカルストレスによるEgrファミリーの活性化はsrd5a1転写活性化に関与し、身体運動による骨格筋局所のアンドロゲン産生を介した骨格筋の適応に関与している可能性が考えられる。平成30年度では、骨格筋細胞へのメカニカルストレス刺激がEgrファミリー遺伝子発現の応答に与える影響について検討した。骨格筋培養細胞(C2C12)にメカニカルストレス(周波数0.17Hz、伸展率20%、1時間、2時間、3時間)を負荷し、Egrファミリーの遺伝子発現をqPCR法、タンパク発現レベルをウエスタンブロット法にて評価した。また、Egrファミリーの各siRNAを遺伝子導入試薬(Lipofectamine)を用いて導入し、Egrファミリーをノックダウンした際のメカニカルストレス応答性Egrについて検討しているが、条件検討の段階で当初の予定より時間を要したことから、研究進捗に遅れが生じた。次年度の研究計画を遂行するための研究環境は整っており、今後の進捗が期待できる。今後の研究計画としては、平成30年度に整備した研究機器を用いて進めていく予定である。さらに、メカニカルストレス応答性Egrファミリーの転写調節因子を探索することを目的とする。転写因子の探索のためバイオインフォマティックスによってEgrファミリープロモーターに結合する候補転写因子を抽出する。候補となる転写因子の発現ベクターをEgrファミリープロモーター領域を挿入したレポーターベクターとともに、C2C12細胞に導入後、Egrファミリーの転写活性をルシフェラーゼアッセイにて評価し、候補転写因子についてはメカニカルストレスに対する応答性についても検討する。また、マウス個体内において、身体運動による筋局所アンドロゲンの活性化メカニズムとして、Egrファミリー転写活性化因子に着目し、骨格筋代謝における作用について検討する予定である。本研究では、筋局所の活性型アンドロゲン産生の活性化因子としてメカニカルストレスに着目し、局所アンドロゲン産生を介した骨格筋代謝制御メカニズムを明らかにし、メカニカルストレスを介した新たな筋萎縮予防メカニズムを解明することを目的とした。平成29年度では、メカニカルストレスを介した筋局所アンドロゲン産生の応答機序について検討した。活性型アンドロゲンであるジヒドロテストステロン(DHT)は、性ホルモン合成酵素の5alpha-reductase(srd5a1)によりテストステロンから合成される。骨格筋におけるsrd5a1を介した活性型アンドロゲン産生は運動により活性化され、骨格筋代謝への関与が示されている。先にsrd5a1の転写調節因子を探索し最初期遺伝子Egr-2を同定したが、運動刺激に対する応答性についは明らかでなかった。そこで骨格筋細胞へのメカニカルストレス刺激がEgr-2に与える影響について検討した。マウス筋芽細胞C2C12にメカニカルストレスを負荷しEgr-2及びsrd5a1遺伝子・タンパク質発現を測定した。メカニカルストレスによりEgr-2及びsrd5a1の発現が増大した。運動刺激によるEgr-2を介したsrd5a1の転写活性化は、骨格筋局所の活性型アンドロゲン産生の亢進に関与している可能性が示された。平成29年度では、メカニカルストレスを介した筋局所アンドロゲン産生が骨格筋代謝に及ぼす影響につい検討するために、培養細胞伸展装置及びCo2インキュベーターを購入した。測定環境の整備に当初の予定より時間を要したことから、研究進捗に遅れが生じた。しかしながら、次年度へ向けて研究計画を遂行するための研究環境が整っており、今後の進捗が期待できる。マウス筋芽細胞株C2C12

細胞にメカニカルストレスを負荷(1時間、2時間、3時間)し、Egrファミリー(Egr1、Egr2、Egr3、Egr4)遺伝子発現を測定した。その結果、Egr1、Egr2、Egr3遺伝子発現はメカニカルストレス負荷1時間に増加し、Egr4は3時間に増大した。メカニカルストレスによるEgrファミリーの活性化はsrd5a1転写活性化に関与し、身体運動による骨格筋局所のアンドロゲン産生を介した骨格筋の適応に関与している可能性が考えられる。平成30年度では、骨格筋細胞へのメカニカルストレス刺激がEgrファミリー遺伝子発現の応答に与える影響について検討した。骨格筋培養細胞(C2C12)にメカニカルストレス(周波数0.17Hz、伸展率20%、1時間、2時間、3時間)を負荷し、Egrファミリーの遺伝子発現をqPCR法、タンパク発現レベルをウエスタンブロット法にて評価した。また、Egrファミリーの各siRNAを遺伝子導入試薬(Lipofectamine)を用いて導入し、Egrファミリーをノックダウンした際のメカニカルストレス応答性Egrについて検討しているが、条件検討の段階で当初の予定より時間を要したことから、研究進捗に遅れが生じた。次年度の研究計画を遂行するための研究環境は整っており、今後の進捗が期待できる。今後の研究計画としては、平成29年度に整備した研究機器等を用いて検討を進めていく予定である。さらに、マウス個体内における筋局所アンドロゲン産生と筋萎縮との関連性について検討を行う。また、培養細胞及びマウス個体内の両面から、メカニカルストレス(運動刺激)を介した筋局所アンドロゲン産生が筋萎縮抵抗性に及ぼす影響について検討していく予定である。今後の研究計画としては、平成30年度に整備した研究機器を用いて進めていく予定である。さらに、メカニカルストレス応答性Egrファミリーの転写調節因子を探索することを目的とする。転写因子の探索のためバイオインフォマティックスによってEgrファミリープロモーターに結合する候補転写因子を抽出する。候補となる転写因子の発現ベクターをEgrファミリープロモーター領域を挿入したレポーターベクターとともに、C2C12細胞に導入後、Egrファミリーの転写活性をルシフェラーゼアッセイにて評価し、候補転写因子についてはメカニカルストレスに対する応答性についても検討する。また、マウス個体内において、身体運動による筋局所アンドロゲンの活性化メカニズムとして、Egrファミリー転写活性化因子に着目し、骨格筋代謝における作用について検討する予定である。
古海洋環境指標としての生物源シリカ堆積岩の自然史科学的研究

シリカに著しく富む堆積岩についた、古海洋環境復元に関連して検討した。その種の岩石は環太平洋造山地帯に特徴的にみられ、本邦においては、中・古生界の層状チャートや新第三紀のいわゆる硬質頁岩とよばれる珪藻土が代表的なものである。それらの構成物質のほとんどは、放散虫骨格や珪質海綿の骨針や珪藻殻といった微化石であり、陸源の粗粒な砕屑物質をふくまないという特徴がある。こうしたことは、それらが生物源の堆積物であって、遠洋性あるいは半遠洋性環境下で形成されたことを示している。そして、それらの珪質生物群集は、海洋の水塊の性質の推定とグローバルな海洋大循環の復元にとって重要な意味をもっている。一般に放散虫軟泥は赤道地域に、珪藻軟泥は高緯度地域に典型的とされる現世堆積物の分布状況と、地質時代の復元される大陸配置と予想される古海流系から、それぞれの生物源シリカ堆積岩と古海洋環境との関係は以下のように推定される。三畳紀からジュラ紀初期の層状チャートは、超大洋パンサラッサの南北半球にあった大きな旋回流の赤道域における高い生物生産量を示唆するもので、白亜紀の層状チャートは超大陸の分裂で南北大陸を分断して誕生したテチス海を通る赤道循環流を代表するものと解釈される。一方、中新世の珪質頁岩は北方からの海流の影響のものと表層水の透光帯で形成されたもので、現在のような海洋の大循環系が成立していたことを示唆する。つまり周南極海流(南極環流)の成立によって寒冷化し、大陸氷床が拡大安定化して、中緯度における亜熱帯流や亜寒帯環流が形成されていたことを反映していると考えられるものである。珪質堆積岩のうち,層状チャートについてはジュラ紀付加体の美濃帯と白亜紀付加体の四万十帯で調査および試料採集を行ない,比較研究用試料を秩父帯で収集した.第三紀の硬質頁岩またはポーセラナイトと珪藻土については,日本海側の能登半島および壱岐で調査採集を行なった.試料の研磨薄片とフッ酸腐食片を作成して,偏光顕微鏡および電子顕微鏡で観察した結果,古期のものが放散虫骨格を主とするのに対して新期のものは珪藻殻を主としており,これまでの成果とあわせて例外のないことが確認された.このように地質時代に対応して珪質生物遺骸内容が異なっていることは,珪質生物の変遷史に海洋のシリカ収支が関連してきたことを強く示唆している.海洋表面の透光帯で生産される珪藻は放散虫とは生態が異なるので,海洋におけるシリカの垂直的分布もまた珪質生物の変遷にともなって変動したことが予想される.古海洋環境や古地理の復元に資するために,データはデジタル情報として整理されて記録保存されつつある.一方,ネットワークを通して珪質堆積岩のデータベースを公開するために,今年度は既存の地質科学関連のデータベース,とくに放散虫化石など微化石のデータベースについて調査を行なった.同時に本研究の結果の利用に関連して,自然史系博物館における地質科学関連資料のデータベースの構築と公開についてまとめ,質の高いコンテンツが重要であることは当然のことであるが,現状における問題点を指摘しつつ,将来どのようにあるべきかについても検討した.地質調査は日本海側の地層群を中心に行なわれ,珪質堆積岩としてチャートがおもに収集されたが,新生代の地層では硬質頁岩と珪藻土が採集された.調査の過程において,熱水による変質作用で形成されたシリカ沈澱物から,2種の新鉱物が発見されている.

調査研究で得られた情報を比較研究に活用していくために,標本資料のデータベース構築について,博物館の蓄積資料とあわせて検討を行なった.収集資料については,通常の偏光顕微鏡および走査型電子顕微鏡観察から,珪質堆積岩の主体をなすシリカが,放散虫や珪藻といった珪質生物遺骸であることが確認され,混在する他の構成物質については鉱物内容が分析され,おもにイライトやクロライトからなることが確かめられた.また,熱水性シリ力沈澱物にふくまれる燐酸塩鉱物などが識別されたが,ボロンの珪酸塩鉱物Okayarmaliteや砒素と鉛の硫化物tsugaruiteといった新鉱物が発見され記載された.このような生物源および無機化学的沈澱による構成物質から,冷水塊における珪藻の高い生産量や熱帯水域での放散虫のブルーミングに関連して形質堆積岩の堆積条件を考察し,くわえて熱水作用が示唆する海洋底環境についても推定し,古海洋環境解析の基礎データとした.形質堆積岩,形質微化石,および関連する鉱物の資料は,博物館においては整理・標本化されて,附随する情報とともに登録保管されて,利用に供される.そのためデータベースの活用方式について検討し,鉱物資料の一部については博物館のホームページで公開を試みた.本邦における生物源シリカ堆積岩について,その層序的位置と構成物質内容について検討した.その代表的なものに,中生代三畳紀からジュラ紀および白亜紀の層状チャートと,新生代中新世の珪質頁岩またはポーセラナイトがある.それぞれが放散虫や珪藻といった珪質プランクトンの集積によってできたものであり,陸源の粗粒砕屑物質をほとんど混入していないことが改めて確認された.それらは遠洋性または半遠洋性の環境下で堆積して形成されたものとみなされることから,ローカルな環境で支配される浅海性堆積物とは異なり,グローバルな古海洋水塊の性質を反映するものと考えられる.一般に放散虫軟泥は赤道地域に,珪藻軟泥は高緯度地域に典型的とされる現世堆積物の分布状況と,地質時代の復元される大陸配置と予想される古海流系から,それぞれの生物源シリカ堆積岩と古海洋環境との関係は以下のように推定される.ジュラ紀までの層状チャートは,超大洋パンサラッサの南北半球にあった大きな旋回流の赤道域における高い生物生産量を示唆するもので,白亜紀の層状チャートは超大陸の分裂で南北大陸を分断して誕生したテチス海を通る赤道循環流を代表するものと解釈される.一方,中新世の珪質頁岩は北方からの海流の影響のもと表層水の透光帯で形成されたもので,現在のような海洋の大循環系が成立していたことを示唆する.つまり周南極海流(南極環流)の成立によって寒冷化し,大陸氷床が拡大安定化して,中緯度における亜熱帯環流や亜寒帯環流が形成されていたことを反映していると考えられるものである.
人生の危機を乗り越える「心理学的強さ」についての研究

心の強さ(研究会において指摘を受け「心理学的強さ」から「心の強さ」に名称を変更した)を育む方法として、スイス・チューリッヒ大学での実践例、オーストラリア・マックワイアリ大学附属不安クリニックでの心理援助プログラム、韓国・梨花女子大学教授らによるホスピスケアのプロジェクトを紹介し、そこから日本での実践方法の枠組みについて考察した(平成17年度千葉大学教育学部研究紀要に掲載)。現在、各国で用いられている方法の多くは認知行動療法であり,直接自分自身に焦点を当てる点,"情緒への気づき"および"(症状への)知的理解"を促している点が共通していた。また,各々のプログラムとそこで得られる効果を限定的に明示している点,カウンセリングで従来重視されてきた「話す」ことだけでなく独自のワークブックなどを作成して「書く」ことをプログラムの中に組み込み,自己客観視に結びつけていく点は,特筆すべきであろう。また、作成した心理学的強さの質問項目に基づき調査を重ね、現在、日本と韓国の若者(大学生)との比較研究を行っている。人生の危機の内容を大きく,(1)原因や状況に一定の時間的区切りがあるものと,そうでないもの、(2)人が介在するもの(加害や被害の認知も含む)と,そうでないもの,の大きく2つの軸から分類し,分析・検討の上、学会誌(国際誌)へ投稿する予定である。加えて,3人のひめゆり生存者から、ご自身の回復過程を振り返っていただきつつ,心の強さについて話を伺った。また、ニュージーランド・マセイ大学との連携で犯罪や自然災害での被害者支援を行っている臨床家から、ケアの様相と現状、心の強さを育む視点について、意見交換を行った。これらから得られた知見について(心の強さを育むプログラムへの示唆等)、執筆を始めている(平成18年度千葉大学教育学部研究紀要に執筆予定)。前年度より行っている「心理学的強さ」の概念についての自由記述式アンケートの結果の分類を完了した(その一部について学会発表を行う予定である;平成16年度日本心理学会)。得られた知見として、心理学的強さは、"楽観主義""現実からの一時避難(現実から距離を置く)""自分への信頼""未来への視点""考え方の広がり""他者からのサポート""忍耐力""自己成長志向""処世術の習得""時間の経過""自己理解"等の要素から、説明できると考えられた点などがあげられる。上の結果をもとに、「心理学的強さ」を測定する尺度を作成し、その信頼性と妥当性を検討するため、再度調査を行った。また、どのような人生の危機に、「心理学的強さ」の中のどの部分が有効に働くのかも、あわせて検討しており、これらについては現在、分析と考察を進めている(その一部について学会発表を行う予定である;平成16年度日本教育心理学会)。また、スイス、チューリッヒ大学において、「心理学的強さ」について、特に中・高校生の発達の観点から、専門家との意見交換を行った。また、同大学で開発され実践されている、個人の内的成長力を引き出す心理援助プログラムについて、説明を受け、簡易版の体験を行った。ここから得られた知見について(心理学的強さを育むためのプログラムの有効性と課題等)、執筆を始めたところである(平成16年度千葉大学教育学部研究紀要に投稿予定である)。「心理学的強さ」を測定する質問項目を作成し、平成16年度の日本教育心理学会において発表した。その際、「心理学的強さ」を、本人の主観的な意識の程度からのみ判断するのではなく、"(のちに)自分で成長できたという実感(自己成長感)の持てた、人生の危機を乗り越えた経験"を中心としてとらえるよう、修正を行った。アンケート調査の分析により明らかになった主な点は、以下の通りである;1.人生の危機(本人にとってのつらい体験)の内容によって、それに影響を及ぼす「心理学的強さ」の側面が異なった。具体的には、タイムリミットがある出来事(e.g.受験)や、主に自分自身や将来に関するつらさや不安等については、「自分と向き合う」ことが大きく影響していた。一方で、人間関係でのトラブルや喪失体験等には、「物事に立ち向かわない」こと(「物事に立ち向かう」ことのなさ)が影響を及ぼしていた。2.人生の危機の内容によらず、乗り越えるきっかけがあった(意識できた)人の方が、肯定的自己成長を感じていた。現在、人生の危機の内容毎に、「心理学的強さ」がどのような形で有効に働くのかを、試案も含め、分析・検討している(その一部について学会発表を行う予定である;平成17年度日本教育心理学会)。また、オーストラリア、マックワイアリ大学および併設の不安クリニックにおいて、「心理学的強さ」について、専門家との意見交換を行った。同クリニックで実践されている認知療法を基盤とした心理援助について、説明を受け、実際行われた面接の陪席をした。ここから得られた知見について(「心理学的強さ」の発達を、認知的枠組みの変化としてとらえる際の課題等)、執筆を始めている(平成17年度千葉大学教育学部研究紀要に投稿予定)。

現在、各国で用いられている方法の多くは認知行動療法であり,直接自分自身に焦点を当てる点,"情緒への気づき"および"(症状への)知的理解"を促している点が共通していた。また,各々のプログラムとそこで得られる効果を限定的に明示している点,カウンセリングで従来重視されてきた「話す」ことだけでなく独自のワークブックなどを作成して「書く」ことをプログラムの中に組み込み,自己客観視に結びつけていく点は,特筆すべきであろう。また、作成した心理学的強さの質問項目に基づき調査を重ね、現在、日本と韓国の若者(大学生)との比較研究を行っている。人生の危機の内容を大きく,(1)原因や状況に一定の時間的区切りがあるものと,そうでないもの、(2)人が介在するもの(加害や被害の認知も含む)と,そうでないもの,の大きく2つの軸から分類し,分析・検討の上、学会誌(国際誌)へ投稿する予定である。加えて,3人のひめゆり生存者から、ご自身の回復過程を振り返っていただきつつ,心の強さについて話を伺った。また、ニュージーランド・マセイ大学との連携で犯罪や自然災害での被害者支援を行っている臨床家から、ケアの様相と現状、心の強さを育む視点について、意見交換を行った。これらから得られた知見について(心の強さを育むプログラムへの示唆等)、執筆を始めている(平成18年度千葉大学教育学部研究紀要に執筆予定)。
ヒトＳＬＥ関連多型部位に見出された新たなＦｃ受容体会合モチーフの解析

FcγRIIA膜貫通部位全長にわたる28種類のCys置換体を安定発現するB細胞株を確立し、様々な条件下で架橋実験を行ったところ、FcγRIIAは予想されていなかった複雑な非刺激時受容体会合、架橋時再会合を起こすことが解った。再会合は受容体情報伝達に必須の過程である。FcγRIIB I232T多形は同定された相互作用部位の1つに存在し相互作用を変容する。受容体構造機能関連に関してさらに構造生物学的、分子動力学的な検討を始める予定である。抑制型FcγRIIB受容体の膜貫通部多型I232Tは自己免疫の発症リスクに関連すると共にマラリア感染抵抗性を付与することが判明し、ヒト個体の免疫閾値を低下させる重要な変異である。さらに同多型は、Fc受容体が細胞膜を越えてどのようにシグナルを発生させるか、という根源的な問題にアプローチする上での原型的なモデルとして解析する価値がある事を我々は提示している。すでにI232Tが受容体の脂質ラフトへの分配を減少させ、そのB細胞機能抑制能が減弱する、無機能型変異体であることを示した。本論文は広く注目され重要なレビューを含め100回に上る引用を受ける重用な情報となっている。FcγRIIBはホモロジーが極めて高い活性型受容体、FcγRIIAをペア型受容体として有し、本研究では活性型、抑制型受容体双方を研究対象とした。平成24年度までにFRET法、システインスキャニング法を用いFcγRIIA細胞膜外膜近傍部分、膜貫通部位外膜側、膜貫通部位内膜側の3ヶ所に重要な会合モチーフを見出した。これらは共通の膜会合モチーフを内在しており、この内膜貫通部位の接点はいずれもリガンド依存性に会合しシグナル発生に必須である。個々の接点に無機能型の変異を導入する実験から、膜貫通部の接点は独立に働き膜内で受容体3量体を形成してシグナルに関わることを見出した(論文登校準備中)。FcγRIIBも同一のモチーフを介して会合し、I232T変異は会合状態を大きく変化させる。膜内での密接な多量体形成は受容体ラフト分布、シグナル発生の構造単位を与える可能性がある。また、いくつかのシード薬剤が膜貫通部接合を低下させてシグナルを抑制する可能性を見出しており、治療的な側面からの検討を加える。自己免疫疾患、生活習慣病、などにおける慢性炎症の重要性が指摘され、新規の標的分子を検索する意義がある。我々は全身性エリテマトーデスに関連するFc受容体多型のを解析し膜貫通部位(TMD)のアミノ酸置換が受容体機能を大幅に減弱させることを見出した。この知見はTMDが積極的に関与する未知のシグナルを示す。我々はこの、細胞膜シグナル伝達の分子機構を検討した。同機構は創薬標的として重要なフィールドを形成する。多型を見出したFcgRIIB(抑制型)、対(pair)をなすFcgRIIA(活性型)を対象としキナーゼ型受容体の研究から示唆されたTMD部位特異的会合を検討した。手法は、膜周辺貫通部のアミノ酸をCys置換し、作成した28種類の置換体をヒトB細胞株に安定発現して銅錯体による酸化刺激を、あるいは膜内還元状況下ではCys選択的クロスリンカ-を用いて、二量体・多量体を検出するものである。従来、膜貫通部位ペプチドを可溶化剤内で再構成し、核磁気共鳴法によって二量体構造を決定する手法が行われ成果をあげていたが、この方法は分子全体を取り扱うことができず、リガンド刺激時の挙動を知ることができない。Cysクロスリンクを用いる手法では分子全体を扱いリガンド刺激を加える事ができる。諸種の条件設定、詳細な分析を終え、以下の新たな知見を見出し、投稿準備中である。1)FcgRIIは非刺激時にTMD細胞外部分で非活性型二量体を形成する。2)刺激時には2ヶ所のTMD会合面(GxxxGモチーフ)を介して二量体、三量体を形成する。3)最大刺激は三量体によって伝達される。従来Fc受容体は多価架橋で刺激を受けることが知られていたが、TMD三量体形成がその分子機構である可能性が高い。4)疾患関連多型では刺激依存性会合部位の会合状況が大きく変わっている。これらの知見は受容体シグナル伝達の基礎となり、同時に創薬標的部位を示す。我々はヒトSLE発症のリスクを与える、抑制型Fc受容体、FcγRIIBの膜貫通ドメイン構造多型、FcγRIIB_I232Tの機能解析を行い、SLE患者に集積するFcγRIIB_232Tアレル産物が抑制機能を欠いた無機能型変異体であることを報告した。Fcγ受容体細胞外ドメインを架橋すると受容体が規則的に会合し機能的高次構造をとる可能性があるが、その実態は知られていない。

また、細胞内にシグナルを伝える必要性から、膜貫通ドメインが何らかの役割をはたすはずだが、その機構は解明されていない。上記のFcγRIIBの膜貫通ドメイン多型は機能的高次構造の存在、その生成過程における膜貫通ドメインの関与を示唆する。我々はFcγRII受容体が膜貫通ドメインで部位特異的に会合しホモダイマーを形成して、機能的高次構造を形成すると仮定した。この仮説を検証するために、膜貫通ドメイン全長の系統的システイン置換体を作成してB細胞に導入し、ジスルフィド結合を介する2量体形成を観察した。さらに、2量体形成を抑制することを指標として会合に重要なモチーフを抽出した。これらの結果、細胞外膜近傍のドメイン(グループ1)、膜貫通ドメイン細胞外側(2)及び細胞内側(3)の3カ所に重要な会合モチーフを見出した(発表準備中)。これらは2カ所以上で同時に会合できるので、架橋時に膜貫通ドメインは密接に集合し、αヘリックスの束を形成する。この過程が、受容体の機能、細胞内再分布に必要である。我々は初めてFcγRIIA、IIBの細胞膜外膜近傍部分、膜貫通部位外膜側、膜貫通部位内膜側の3ヶ所に重要な会合モチーフを見出した。I232T変異はFcγRIIBの会合状態を大きく変化させる。I232T変異が免疫調節の異常をきたす分子機構は多くの研究者に注目されており、その問に明快な解答を与えることができる。また、シグナル発生と膜貫通部位機能の関係は理解されておらず、今回の知見は受容体機能の基礎的理解にとって大きな進展となると考えられる。また、シード薬剤が膜貫通部接合を低下させてシグナルを抑制する可能性があり治療剤開発上も有用な情報を提供できると考えている。以上、この2年間で目的達成に近づく成果が十分達成されている。FcγRII受容体が膜貫通ドメインで部位特異的に会合しホモダイマーを形成する、という当初の仮説を納得の行く水準で証明した。見出された結果は受容体の構造機能相関を考える上で重要な視点をあたえると考えている。構造生物学的手法の導入、抑制型受容体の疾患関連多型の解析が残っており、今後の課題である。FcγRIIA、Bの会合モチーフは多くの抑制型受容体の膜貫通部位に見出され、免疫閾値をコントロールする重用なモチーフである可能性がある。現在、このモチーフの意義の普遍性を多くの受容体で検討中であり、今後もその作業を進めていく。また、活性化受容体、抑制受容体を問わず膜内での密接なホモ、ヘテロ多量体形成は受容体ラフト分布、シグナル発生の構造単位を与える可能性があり、検討を加える。さらにいくつかのシード薬剤が膜貫通部接合を低下させてシグナルを抑制する可能性を見出しており、治療的な側面からのモデル実験を進めていく。抑制型受容体多型、FcγRIIB_I232Tに、これまでの検討で得た情報を還元し、本受容体の膜貫通部会合部位の同定、機能的意義の解明、さらにI232T多型が分子会合、機能に与える影響を解析して、疾患関連多型の構造機能相関を深く洞察する。見出されたモチーフはFcγRIIのみに見出されるのでなく、多くの免疫受容体、代謝受容体にも存在する。これらを網羅的に解析し、架橋による受容体会合、機能発現の一般的なメカニズムを理解する。構造生物学者との連携をおこない、分子動力学的解析、核磁気共鳴法、等を導入してより詳細な分子間会合、高次構造の解析を行う予定である。FcγRIIB_I232
がん遺伝子ｖ－Ｓｒｃによる細胞周期進行異常の解明

Src型チロシンキナーゼ(SFK)は、増殖、分化、接着などさまざまな細胞応答を制御している非受容体型チロシンキナーゼファミリーである。SFKの活性化型変異体であるv-Srcは高いチロシンキナーゼ活性を持っており、v-Srcの発現によって細胞ががん化することから、がん遺伝子産物として知られている。我々はこれまでに、v-Srcの誘導発現によって、従来考えられてきた細胞増殖促進ではなく、細胞増殖抑制が起こることを見出した。そこで、私はv-Srcによるチロシンリン酸化の細胞周期進行に対する影響を解明することを目的として研究を行った。前年度までの研究から、v-Srcの発現によってp21の増加による細胞周期進行抑制が起きている一方で、v-Src発現細胞の一部はコロニーを形成することが明らかになった。本年度は細胞周期進行抑制と細胞のコロニー化という相反する現象の関連について詳細な解析を行った。その結果v-Src長期発現によってDNAの断片化を含めた染色体異常が起こることを見出し、染色体異常によるv-Srcの発現低下がコロニー形成に重要であることを明らかにした。NIH3T3細胞は通常培養条件下ではコロニーを形成しないことから、v-Src発現抑制に加えて形質転換能を獲得した細胞がコロニー形成していることが示唆された。v-Src発現によるコロニー形成は、従来考えられてきた増殖シグナルの活性化による一義的な現象ではなく、染色体不安定化によるストカスティックな現象であることを明らかにした。これらの結果を国内学会で発表し、さらに国際誌に論文を投稿し掲載された(Honda et al., 2018)。今回明らかにしたv-Src発現によるがん化機構は既存の考え方とは異なる新規のモデルであり、染色体異常機構を含めたより詳細な機構を解明することでがんの発生機序に新しい知見を得ることができると期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。しかし、我々の以前の研究によりv-Srcの発現が細胞増殖を促進するのではなく、抑制することが明らかになった。そのため、従来考えられてきたv-Srcによる細胞増殖促進を介したがん化とは異なる機構が予想された。そこで本研究は、v-Srcによる細胞周期に与える影響を解明することを目的に細胞生物学的研究を行っている。申請前にv-Src発現によって細胞周期進行抑制が起こることを見出していたため、本年度は細胞周期進行抑制の原因となるタンパク質の同定を目指した。ウェスタンブロット法による解析の結果、v-Srcの発現により細胞周期抑制因子であるCDKインヒビターの発現が増加することを見出し、v-Srcによる細胞増殖抑制機構の一端を解明した。また、v-Srcによる形質転換能を解析するため、NIH3T3細胞を用いたコロニー形成実験を行った。その結果、本研究における条件においても、v-Srcの発現によって細胞のコロニー化が起こることを明らかにした。以上の結果から、v-Srcの発現は細胞周期進行抑制を引き起こす一方で、従来の報告と同様に細胞のコロニー化を引き起こし、がん化に寄与することが示唆された。また、研究の過程で発見された、Src型チロシンキナーゼの脂質修飾と細胞分裂期制御の関係についても明らかにした。これらの結果を国内及び国際学会で発表し、さらに国際誌に論文を投稿し掲載された。本年度の研究から、v-Srcはチロシンリン酸化活性に依存して細胞周期進行抑制を引き起こし、その原因としてCDKインヒビターの発現量上昇が関与することが示唆された。また、NIH3T3細胞を用いた実験により、v-Srcの誘導発現によって、細胞周期進行が抑制されているにもかかわらず、細胞のコロニー化が引き起こされることが明らかとなった。これらの結果から、v-Srcによる細胞周期進行抑制の原因となるタンパク質の解明や、細胞増殖抑制が起きていても細胞のコロニー化が起こることが明らかとなり、当初の計画通り進展している。また、研究の過程でSFKの局在を制御する脂質修飾によって、G2期から分裂期にかけてSFKは細胞膜またはオルガネラ膜に局在しており、脂質修飾をうけずに拡散したSFKは細胞分裂期において染色体不均等分配を引き起こすことを明らかにした。このことから当初の計画以上の成果が得られたと考えられる。

その結果v-Src長期発現によってDNAの断片化を含めた染色体異常が起こることを見出し、染色体異常によるv-Srcの発現低下がコロニー形成に重要であることを明らかにした。NIH3T3細胞は通常培養条件下ではコロニーを形成しないことから、v-Src発現抑制に加えて形質転換能を獲得した細胞がコロニー形成していることが示唆された。v-Src発現によるコロニー形成は、従来考えられてきた増殖シグナルの活性化による一義的な現象ではなく、染色体不安定化によるストカスティックな現象であることを明らかにした。これらの結果を国内学会で発表し、さらに国際誌に論文を投稿し掲載された(Honda et al., 2018)。今回明らかにしたv-Src発現によるがん化機構は既存の考え方とは異なる新規のモデルであり、染色体異常機構を含めたより詳細な機構を解明することでがんの発生機序に新しい知見を得ることができると期待される。本年度明らかにしたことをもとに、v-Srcが発現してから細胞周期進行抑制とコロニー化が起こるまでにどのような過程を経ているのか解析するため、蛍光顕微鏡によるライブセルイメージングを用いて観察を行う。また、細胞周期進行抑制と細胞のコロニー化は一見相反する現象であるため、細胞のコロニー化が起こる際に、どのように細胞周期進行抑制が解除されているのか、解析を行う。最終的にv-Srcによるチロシンリン酸化が細胞のコロニー化を引き起こす期間を同定し、リン酸化基質を探索することで、v-Srcによる細胞のがん化機構の解明を行いたい。29年度が最終年度であるため、記入しない。
BiS2系層状超伝導体単結晶を用いた固有ジョセフソン素子の作製

BiS2系超伝導体RE(O,F)BiS2の単結晶育成に成功した.得られた結晶の超伝導異方性を強磁場中測定で評価し,ジョセフソン素子として利用できることを確認した.また,アニールによるクロス型接合を作製するために,高温での超伝導特性変化を解明した.400°C以下のアニールでは超伝導特性が劣化しなかったため,接合を試みたが,現時点では超伝導接合実現に至っていない.クロス型接合以外のジョセフソン素子作製法を見出すため,元素置換による非超伝導相の形成を目指し,Sb置換やRE置換により実現した.元素置換効果を研究する中で,新超伝導体Sn1-xAgxTeを発見した.本年度の研究において,BiS2系超伝導体(NdO1ーxFxBiS2)単結晶の育成に成功した.得られた単結晶を用いて固有ジョセフソン素子を作製することが本研究の最終目標であるため,得られた単結晶の基礎物性評価を行った.得られた単結晶は超伝導転移温度(Tc)が約4Kであったため,より高いTcを実現することを目的として真空中アニール効果の検証を行った.その結果,400°C以下の低温アニールでTcが5K以上の高い超伝導特性が発現することがわかった.また,結晶構造の解析から,低温アニールによりc軸方向の結晶構造が変化している可能性を見出した.今後,銅酸化物系で用いられたクロスジャンクション法を用いて固有ジョセフソン素子の試作に挑戦する計画である.また,本年度の研究において,超強磁場(物性研・国際超強磁場施設の共同利用)をもちいた超伝導異方性の評価も行った.BiS2系超伝導体の中で最もTcの高いLaO0.5F0.5BiS2は,常圧相と高圧相の二つの結晶構造が存在し,それぞれTc2.5KとTc10Kである.超強磁場下における磁気抵抗測定の結果から,高圧相の面間方向の超伝導異方性が常圧相と比べて小さいことが解明された.また,高圧相では面内にも異方性が観測され,結晶構造の対称性が正方晶から下がっており,超伝導面内で異方的な超伝導状態が発現していることを示唆した.さらに,本研究の対象物質であるBiS2系に関して,元素置換を系統的に施した系において,超伝導特性と強く相関する結晶構造パラメータの解明に成功しつつある.今後,Tcを支配するパラメータを決定できれば,より高いTcを持ったBiS2系超伝導体が得られ,応用の可能性を大きく広げることができる.また,本年度の研究で得られた単結晶を用いて,外部研究機関との共同研究を行っている.2012年に我々が発見したBiS2系超伝導体は,層状の結晶構造を有する層状超伝導体であり,銅酸化物系超伝導体で実現したような固有ジョセフソン素子を実現できる可能性がある.そこで,本挑戦的萌芽研究では,BiS2系超伝導体RE(O,F)BiS2の単結晶育成に挑戦し,さらに単結晶の接合作製のための基礎物性を解明することを目指した.第一に,RE(O,F)BiS2単結晶育成に関して,REをNdとした場合に良質単結晶育成に成功した.得られた単結晶の超伝導特性を低温・強磁場かで評価し,固有ジョセフソン素子に利用できる大きさの超伝導異方性を有することを確認した.第二に,二つの結晶を接合するために,物性のアニール効果を研究した.その結果,400°Cまでのアニールでは超伝導特性は劣化しないが,500°C以上のアニールで超伝導特性は大きく劣化することが分かった.この条件のもとで,400°C以下でのクロス型接合作製(Bi系銅酸化物で用いられた方法)を試みたが,現時点で接合を介した超伝導特性の観測には至らなかった.そこで,他の接合法を提案するために,元素置換による局所的超伝導状態の破壊の可能性を検討した.その結果,Nd(O,F)BiS2のBiをSbで置換すると急激に非超伝導化することが分かった.よって,また,REサイトのイオン半径を系統的に変化させることで,化学圧力効果により超伝導特性を制御できることも見出した.よって,本研究に基づき,BiS2系超伝導体を用いたジョセフソン素子作製に有効な手法として,REサイトおよびBiサイトの元素置換効果を用いた非超伝導層形成をマイクロスケールまたはナノスケールで行うことを提案するに至った.最後に,元素置換効果を検証する中で,新超伝導体Sn1-xAgxTeの合成に成功した.BiS2系超伝導体RE(O,F)BiS2の単結晶育成に成功した.得られた結晶の超伝導異方性を強磁場中測定で評価し,ジョセフソン素子として利用できることを確認した.また,アニールによるクロス型接合を作製するために,高温での超伝導特性変化を解明した.400°C以下のアニールでは超伝導特性が劣化しなかったため,接合を試みたが,現時点では超伝導接合実現に至っていない.クロス型接合以外のジョセフソン素子作製法を見出すため,元素置換による非超伝導相の形成を目指し,Sb置換やRE置換により実現した.元素置換効果を研究する中で,新超伝導体Sn1-xAgxTeを発見した.本年度の研究において,当初目的としていたBiS2系超伝導体の単結晶を得ることに成功した.また,基礎物性評価として,超伝導転移温度が上昇する条件を解明し,さらに,超伝導性が消失する限界のアニール温度も見極めた.