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ナノ超流動ヘリウム3の創成と新奇準粒子状態の局所検出

ナノメートルスケールの空間に閉じ込めた超流動ヘリウム3を、微小機械振動子(micro electromechanical systems, MEMS)などの新しいタイプの力学センサーを用いた局所観測によって調べ、ナノ超流動ヘリウム3の相図を明らかにすることが目的である。微小空間中では、閉じ込めの形状に依存して、2次元A相、ストライプ相、ヘリカル相、ポーラー相などの新相が予言されている。ヒッグスモードによる高周波音波の共鳴吸収やMEMSの力学応答測定から各相の対称性が決定を目指している。海外共同研究者との共同研究は、研究代表者自身がフロリダ大学に滞在したことにより進めることができた。高磁場中で実現する超流動ヘリウム3のA1相、A2相における水晶振動子の高周波横波インピーダンス測定により、これらの非ユニタリー超流動体の表面束縛状態がスピン状態に依存する力学応答を示すことが、代表らによって見出された。このスピン状態依存性の起源を高周波(水晶振動子)と低周波(MEMS)の振動子の同時測定により見出すことを目指す共同研究である。また磁場中で、振動子をその場回転させて、力学応答の磁場との角度依存性を測定することも、本共同研究の大きな特徴である。滞在期間中に、試料容器に仕込んだ水晶振動子とMEMSの共鳴の同時測定の目処が立った。また回転駆動用の液体ヘリウム3の熱アンカーの設計を終えて、再冷却への準備が整った。このスピン状態依存性は、単純な弱結合理論では説明できず、表面状態における強相関効果の発現の可能性があり、その起源を明らかにすることは異方的超流体の表面状態の物理において大きな意義を持つ。また日本物理学会におけるシンポジウムで機械振動子によるトポロジカル超流動体の講演を行った。更に国際会議においてナノ空間中のヘリウムについての招待講演を行った。当初は高周波横波インピーダンス測定用の水晶振動子とMEMS素子を測定用試料容器へ組み込むと両者の共鳴信号を同時に測定することができないという原因不明のトラブルに見舞われたが、容器内でのグラウンドの取り方を工夫することにより改善することが、研究代表者が滞在中に明らかとなった。また何度か超低温実験を試みたが、水晶振動子の温度依存性が超流動転移の振る舞いを示さなかった。その原因を探ったところ、熱流入により超流動転移温度以下への冷却が出来ていないことが様々な測定から判明した。これは回転駆動用の液体ヘリウム3の熱アンカーが十分でないため、その液体を通して熱流入していると考えるに至った。研究代表者が滞在中に、回転駆動系の熱アンカーを強化する再設計が終わり、再冷却への準備が整った。今年度の始めには、超低温実験を再開する目処が立った。また正常に動作しているMEMSを、サンプル容器内に配置すると共鳴が見えなくなるという奇妙な現象が生じた。原因を探ると、サンプル容器内の金属部分のグラウンドのとり方に工夫がいることが判明した。この点を改良すると共鳴が見えることが分かった。これにより水晶振動子とMEMSの両方の共鳴を、同一サンプル容器内で観測できると期待できる。水晶振動子による横波音響インピーダンス測定とMEMS測定を同一サンプル容器内で行う目処が立った。また大きな熱流入による超低温への冷却困難の問題は、回転駆動用の液体ヘリウム3への熱アンカーに改善により解決できたと思われる。これから装置の冷却を行い、超低温高磁場中測定へと進む予定である。横波音響インピーダンス測定とMEMS測定を、高磁場中で同時に行い、非ユニタリー超流動体の表面状態の特異な力学応答を、周波数依存性と磁場方位依存性の観点から解明を試みる。これまでにない幅広い周波数域での力学測定と、超低温でin situ回転が可能な素子を用いた磁場方位依存性の観点から解明を試みる。これより非ユニタリー超流体が示す特異なスピン依存力学応答の起源を明らかにし、強相関効果の発現可能性を探ることが出来る。ナノメートルスケールの空間に超流動3Heを閉じ込め、SAWやMEMSといった新しいタイプの力学センサーを用いた局所観測から、ナノ超流動3Heの相図の全容を明らかにすることが目的である。閉じ込め形状などに依存して、2次元A相、ストライプ相、ヘリカル相、ポーラー相などの新相が予言されており、ヒッグスモードによる共鳴吸収やMEMSの力学応答から各相の対称性の決定を目指した。本年度は、磁場中の超流動3Heの音響抵抗測定のセットアップを終えて、全体を組み上げた。その後、冷却を試みたが大きな熱流入があり、超低温での実験はまだ出来ていない。熱流入の原因を探ったところ、新たに導入した超伝導マグネットのリード線からの熱流入が原因であることを突き止めたが、磁場中測定を行うまでは行かなかった。一方で、ゼロ磁場での測定が可能な、バルク3Heで加圧した4He薄膜の超流動転移を調べたところ、4Heの固化圧よりも高圧側でも、3He散乱の鏡面度が増大していることを見出した。これは4He薄膜が固化しているにも関わらず、乱れを抑制する効果を持つことを示すものである。MEMSを用いたナノ薄膜超流動3Heの研究は、海外共同研究者との共同研究により進展した。代表らによってなされた、高磁場中で実現する超流動3HeのA1相、A2相における高周波横波抵抗測定により、これらの非ユニタリー超流動の表面状態は力学応答に大きなスピン状態依存性を持つことが示されていた。この依存性は、単純な弱結合理論では説明できず、表面状態における強相関効果の発現の可能性がある。

横波音響抵抗測定とMEMS測定を、高磁場中で同時に行い、非ユニタリー超流動の表面状態の特異な力学応答を周波数依存性と磁場方位依存性の観点から解明するべく、試料セルを組み立て実験準備を終えた。海外共同研究者との共同研究は、研究代表者自身がフロリダ大学に約2週間滞在したことにより、当初計画より順調に進展している。研究代表者が作成した音響素子を用いた実験を、フロリダ大学でも執り行うことが出来ることとなった。高磁場中の超流動3Heの表面状態が示す特異な力学応答の起源を、これまでにない幅広い周波数域での力学測定と、超低温でin situ回転が可能な素子を用いた磁場方位依存性の、両面から調べることが可能となった。代表者が持つ横波音響抵抗測定技術と、海外共同研究者が得意とするMEMS (micro electromechanical systems)を用いた低周波ずれ応答測定技術を融合した、幅広い周波数域(10 kHz 100 MHz)の測定から、表面状態に対する強相関効果へ迫りたい。滞在中に、横波音響素子とMEMS素子の測定用試料容器への組み込みと配線を終え、それぞれの素子の動作確認を行った。試料セルは、高磁場中でサンプルをin situ回転させることが出来る独自の機構を有する。これまでは主に量子ホール系の磁場方位依存性を調べるのに用いられて来たが、超流動3Heの力学応答の磁場方位依存性を調べるのに使おうという目論見である。これから装置の冷却を行い、超低温高磁場中測定へと進む予定である。横波音響抵抗測定とMEMS測定を、高磁場中で同時に行い、非ユニタリー超流動体の表面状態の特異な力学応答を、周波数依存性と磁場方位依存性の観点から解明を試みる目処が付いた。ナノメートルスケールの空間に閉じ込めた超流動ヘリウム3を、微小機械振動子(micro electromechanical systems, MEMS)などの新しいタイプの力学センサーを用いた局所観測によって調べ、ナノ超流動ヘリウム3の相図を明らかにすることが目的である。微小空間中では、閉じ込めの形状に依存して、2次元A相、ストライプ相、ヘリカル相、ポーラー相などの新相が予言されている。ヒッグスモードによる高周波音波の共鳴吸収やMEMSの力学応答測定から各相の対称性が決定を目指している。海外共同研究者との共同研究は、研究代表者自身がフロリダ大学に滞在したことにより進めることができた。高磁場中で実現する超流動ヘリウム3のA1相、A2相における水晶振動子の高周波横波インピーダンス測定により、これらの非ユニタリー超流動体の表面束縛状態がスピン状態に依存する力学応答を示すことが、代表らによって見出された。このスピン状態依存性の起源を高周波(水晶振動子)と低周波(MEMS)の振動子の同時測定により見出すことを目指す共同研究である。また磁場中で、振動子をその場回転させて、力学応答の磁場との角度依存性を測定することも、本共同研究の大きな特徴である。滞在期間中に、試料容器に仕込んだ水晶振動子とMEMSの共鳴の同時測定の目処が立った。また回転駆動用の液体ヘリウム3の熱アンカーの設計を終えて、再冷却への準備が整った。
会計研究と組織理論の接合を通じた計算実践の解明

平成30年度は各サブテーマの研究を推進すると同時に,全体を統合して計算実践を討議する理論的フレームワークの検討を行った。金融業の計算実践の研究(サブリーダー:澤邉)では、1金融機関の再生支援活動について、実践理論を援用し,一般抽象的な普遍的概念が個別具体的な固有実践と目的論の次元と感情論の次元が絡み合いながら意義づけされていることを明らかにし、2地域中核企業・サプライヤー・金融機関・税理士事務所・大学で構成される地域ビジネス・エコシステムにおける計算実践が個別主体の枠を超えて行われることで、それぞれの生存能力を高めているメカニズムを明らかにするとともに、3金融機関の観点から、製造企業の現場データをIoTで取得しリアルタイム概算原価を計算する意義を考察した。企業経営の計算実践の研究(サブリーダー:松嶋)では、1官僚制の形式合理性がイノベーションを算出させる遂行的な制度的メカニズムを考察し、2高度な観察技術がサイエンスの活動自体に与える影響についても、放射光施設を取り巻くエコシステムの進化として分析し、3物質性概念を経験的に検討する対象として企業の空間マネジメントに関する調査を行い、これまでの理論的検討についても包括的にとりまとめた。地球環境保護の計算実践研究(サブリーダー:國部)では,1MFCAとイノベーションの関係を探求して計算実践の役割を明らかにし,2環境経営におけるKPIの役割を分析して複数評価原理の方法を提示し,3計算実践と倫理の相互関係を分析して,CSR経営に応用できる新しい責任経営に関する理論を構築した。各サブテーマの内容を統合するために,LSEのミラー教授を招聘してシンポジウムを開催し,全体を統合する理論的フレームワークの検討を行った。その成果は令和元年以降に,論文・著書として刊行される予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は、計算実践を解明するための理論的枠組を、1アクターネットワーク理論(ANT)、2実践理論、3制度派組織論に分けて研究を行った。1ANTについては、國部をリーダーとして、東田、北田、天王寺谷が担当した。ANTの理論に関して、計算の社会学派と会計学派の理論的交渉という理論的フレームワークを構築し、環境管理会計手法であるマテリアルフローコスト会計(MFCA)を題材にして、ANTの観点から分析を行った。その結果、数値情報が銘刻として機能することや、特定のアクター間のネットワークによってMFCA実践が支えられていることが明らかにされた。また、MFCAがイノベーションを駆動するメカニズムについても研究を行った。2実践理論については、澤邉をリーダーとして、宮地、吉川、柊が担当した。実践理論としてSchatzkiの理論が会計実践にどのように応用できるのかを中心に研究を進めた。金融機関の企業再生支援活動を事例として、合理性だけでなく、目的感情構造が実践に大きな影響を及ぼしていることを明らかにした。金融のような経済合理性が貫徹していると思われてきた領域における感情の側面を浮き彫りにしたことは意義がある。3制度派組織論については、松嶋をリーダーとして、上西、矢寺が担当した。近年注目される制度ロジック概念について、多元的な価値領域の混合として算出される実践を分析するための方法論的基盤を見直し、特に近代において、価値合理性から切り離された手続き合理性が、新たな価値となっている点に計算実践のユニークさがあることを識別した。また、理論研究と合わせて、製造業における計測装置が取引関係を再構築していく力や、コンピュータのアルゴリズムとして組み込まれた金融理論が帯びた遂行性に関する事例研究を行った。上記の成果を『計算と経営実践』(有斐閣)として2017年2月に出版した。本年度の研究目的は、アクターネットワーク理論、実践理論、制度派組織論の3領域について理論研究を推進することであったが、それぞれの研究目的が達成され、年度末にそれらの成果をまとめた編書を出版できたという点で、当初の予定どおりの進捗であると考えられる。本研究成果は、計算と経営実践の融合にとどまらず、経営学と会計学の邂逅も射程に収めたもので、その学術的意義は大きいと考えられる。経済合理性を基礎とする主流派の経営学・会計学とは異なる制度を基礎とする経営学・会計学の方法論的基盤を構築することができた。さらに、28年度の研究では理論研究にとどまらず、事例研究の一部にも着手することできたので、29年度の研究にも好影響を与えることができた。平成29年度は,計算実践に関する3分野について以下のような実績を得た。1金融業の計算実践(サブリーダー:澤邉)では、金融機関の再生支援機関における会計実践について実践理論に基づいた分析を進め澤邉・吉川によって国際学会で報告が行われた。ビジネスエコシステムの生成・発展にむけた金融機関の会計実践については、今治造船業におけるビジネスエコシステムを対象に調査を進め宮地によって学会報告が行われた。またIoTなどテクノロジーの発達がコストマネジメント実践に及ぼす影響について柊による調査が進められた。2企業経営の計算実践の研究(サブリーダー:松嶋)では、生産現場での計算装置が新たな企業間関係を再構築してきた過程に関して、上西によって積極的に学会報告が行われた。人事評価の計算実践に関しては、矢寺が研究を取りまとめており、来年度に学術書の出版を予定している。科学的な観察技術の利用を通じたイノベーションに関しては、松嶋ほかによって現代経営研究所が企画するワークショップ「イノベーション・エコシステムのデザイン」を開催することができた。

3地球環境保護の計算実践の研究(サブリーダー:國部)では,マテリアルフローコスト(MFCA)会計(東田,天王寺谷)と,KPI研究(國部,北田)の2つのトピックを中心に研究を行った。MFCAに関しては,これまでの日本及びアジアにおけるMFCAの展開について,書籍にまとめることができた。KPI研究については,英文書籍のための原稿を完成し,来年度に投稿予定である。日本会計研究学会,アメリカ会計学会等でも報告を行った。さらに,ロンドン大学のUnerman教授,ドレスデン工科大学のGuenther教授との共同研究も進め,来年度中には成果を国際的なジャーナルで報告することを予定している。金融業の計算実践の研究については、ほぼ研究計画通りの進捗状況にある。国際学会での報告・議論を通じて明確になった理論的方向性に沿って研究を進めていくことになる。ビジネスエコシステムの生成・発展における会計実践や、テクノロジーの発達がコストマネジメント実践に及ぼす影響についても事例研究が予定通り進んでいる。企業の計算実践の研究に関しては、ほぼ研究計画通りに研究実績をあげてきた。今後は、従来の計画以上に、多様な計算実践の事例研究を蓄積していくとともに、研究領域としての体系化も必要になると考える。地球環境保護の計算実践の研究については,計画を上回るレベルで研究が進捗している。MFCAに関しては,MFCAの理論と実践に関する著書を刊行できたし,国内外の学会で成果を公表することができた。最終年度に投稿可能な英語論文のアウトラインも完成した。平成30年度は各サブテーマの研究を推進すると同時に,全体を統合して計算実践を討議する理論的フレームワークの検討を行った。金融業の計算実践の研究(サブリーダー:澤邉)では、1金融機関の再生支援活動について、実践理論を援用し,一般抽象的な普遍的概念が個別具体的な固有実践と目的論の次元と感情論の次元が絡み合いながら意義づけされていることを明らかにし、2地域中核企業・サプライヤー・金融機関・税理士事務所・大学で構成される地域ビジネス・エコシステムにおける計算実践が個別主体の枠を超えて行われることで、それぞれの生存能力を高めているメカニズムを明らかにするとともに、3金融機関の観点から、製造企業の現場データをIoTで取得しリアルタイム概算原価を計算する意義を考察した。企業経営の計算実践の研究(サブリーダー:松嶋)では、1官僚制の形式合理性がイノベーションを算出させる遂行的な制度的メカニズムを考察し、2高度な観察技術がサイエンスの活動自体に与える影響についても、放射光施設を取り巻くエコシステムの進化として分析し、3物質性概念を経験的に検討する対象として企業の空間マネジメントに関する調査を行い、これまでの理論的検討についても包括的にとりまとめた。地球環境保護の計算実践研究(サブリーダー:國部)では,1MFCAとイノベーションの関係を探求して計算実践の役割を明らかにし,2環境経営におけるKPIの役割を分析して複数評価原理の方法を提示し,3計算実践と倫理の相互関係を分析して,CSR経営に応用できる新しい責任経営に関する理論を構築した。
多相ミクロ不均質媒質中におけるプラズマ創成とその応用に関する研究

プラズマ液体ナノ界面の生成法として,液中において3次元的に多数集積化した微細な気泡内でプラズマを生成する3次元集積化マイクロソリューションプラズマを提案した.その生成装置の試作と動作確認を行い,優れた水処理能力や水中での材料プロセス能力を有することを明かにした.時間分解発光分光とプラズマ反応シミュレーションにより,その高い水処理能力の起源を明かにした.シミュレーションにより,プラズマ液体ナノ界面にナノスケールの空間電荷層が形成され,界面での選択的反応の可能性があることを予測した.Er:YAGレーザを用いたプラズマ/液体ナノ界面生成法の可能性についても検討し,滅菌効果を伴うことが明かになった.プラズマ液体ナノ界面の生成法として,液中において3次元的に多数集積化した微細な気泡内でプラズマを生成する3次元集積化マイクロソリューションプラズマを提案した.その生成装置の試作と動作確認を行い,優れた水処理能力や水中での材料プロセス能力を有することを明かにした.時間分解発光分光とプラズマ反応シミュレーションにより,その高い水処理能力の起源を明かにした.シミュレーションにより,プラズマ液体ナノ界面にナノスケールの空間電荷層が形成され,界面での選択的反応の可能性があることを予測した.Er:YAGレーザを用いたプラズマ/液体ナノ界面生成法の可能性についても検討し,滅菌効果を伴うことが明かになった.多相媒質中の放電として,微細泡が関与する水中プラズマの生成について調査した.今回は,主に,パルス放電の放電開始電圧電圧の微細泡の供給量依存性について調べた.数kV程度の比較的低電圧の印加でジュール加熱により生成した気泡内の放電を用いる例では,外部から気泡を供給する効果が無いことが報告されているが,微細泡が関与する水中放電を行った際に,10kV級の液中放電の場合には,泡の存在が放電開始電圧を低減する効果があることを明らかにした.また,その起源として,高電圧が印加される金属表面に気泡によってもたらされる気相が存在することで,初期電子が供給されやすくなっていることが示唆された.液中気泡内放電や液滴含有気相放電において必ず存在する気液界面近傍の気相に含まれる水蒸気を起源とするOH等の活性種の密度が,Arを30%以上添加した場合に,計算上は,その準安定原子によるH_2Oの分解によって生成される割合が増えてくることを明らかにした.また,酸化に関係するH_2O_2,HO_2,0についても同様の傾向があることを明らかにした.また,初年度から応用に関する見通しを立てるために,アンモニア水中プラズマを用いた多層カーボンナノチューブの表面処理に着手した.実験の結果,液体中の気泡内放電によって多層力ーボンナノチューブの構造を大きく破壊することなく多層カーボンナノチューブのアミノ化が可能であり,更に,アミノ化された基点を利用して複合材料形成時に有利なε-アミノカプロン酸の重合が可能であることを見出した.本研究では,従来にはなかった「電界」「磁界」「高速度の電子やイオン」との相互作用が液相化学反応場に導入でき,新奇な化学反応と合成物質が期待される多相媒質中でのプラズマ生成とその応用に関する研究を遂行している.昨年度に開始した応用面である多相カーボンナノチューブの表面修飾では,具体的に処理された物質が有益な効用を有するのかをまだ明らかにしていなかった.そこで,本年度は,具体的に,汎用プラスチックの一種であるナイロン(ポリアミド6)の成形時の原料粉体に処理されたナノチューブ粉体添加する実験を実施した.その際に機械的・熱的特性が向上することを確認した.また,昨年度から引き続き利用している一対の電極間の放電には,ランダムな形状となる気泡(反応場)の形状の揺らぎが大きい,気泡発生に至らない領域に電流が流れることによるジュール加熱効率の低下,プラズマと液相の相互作用が行われる界面が大容量の液体に比べるとあまりにも少なすぎる,という問題があった.そこで,本年度は,こうした問題を解決する手段として,多孔質誘電体媒質と平面誘電体電極との界面を利用したマイクロソリューションプラズマとも言うべきプラズマ生成法を提案し,その放電特性,集積化による大面積化の可能性,具体的な液体処理への応用,について研究を行った.更に,こうした液体中の気泡内での放電を用いたプロセスが将来的に実用化すれば,その「設計」が必要になると考え,モデル化とシミュレーションにも着手した.具体的には,ジュール加熱による気泡の成長過程のモデル化とシミュレーションを実施し,気泡成長の模擬が可能となった.集積化マイクロソリューションプラズマは,従来の点状の液中プラズマ生成法と比較すると,プロセスの要となる気/液界面(プラズマ/液界面)が多数形成されることになるため,プロセスの高効率化が期待できる.これに加えて,なりゆき任せのランダムな形状の気泡を形成する従来の液中プラズマ生成法と比べると,気泡のサイズが多孔体の空孔径によって制限されるため,液体と接する気相のサイズを制御することができるという特長もある.簡単化した計算ではあるが,2桁の気相サイズの増加が,4桁ものOHラジカルフラックスの減少につながることが示唆されており,気泡サイズの制御は,プロセスを均一化,安定化させるためにも必要であると考えられる.こうした気泡サイズの可制御性という特長を維持しつつ,液体とプラズマとの相互作用を更に高効率化するための手法について検討した.具体的には,昨年度実現した多孔質体の一側面だけのプラズマ生成を,多孔質体内部でも生成することを試み,三次元集積化マイクロソリューションプラズマと呼ぶべきプラズマ源の試作を行った.試作に先立ち,数値計算による実現可能性の検討を行った.

これにより,多孔質誘電体内において液体流路を狭くした環境では,導電性の液体で覆われた気泡内でも,放電のために必要な十分な電界を印加出来ることを明らかにあした.この計算結果を基にして,多孔質誘電体を用いた三次元集積化マイクロソリューションプラズマ装置を試作し,液体導電率が500uS/cm以下であれば,多孔質体内の気液混合媒質において,体積的なプラズマが生成されることを実証した.また,このプラズマ源が材料プロセシング用として利用できることを金ナノ粒子の合成実験を通じて実証した.液中に多数の微細気泡を導入し,各気泡内でのプラズマ生成を実現する三次元集積化マイクロソリューションプラズマ(3DーIMSP)のプロトタイプを改良することにより,メチレンブルーの分解効率を,従来のゼロ次元ソリューションプラズマに対して,約16倍まで向上させることに成功した.また,分解効率の印加電圧依存性の調査から,寄生放電がまだ残存しており,その抑制によって更なる効率向上が期待できることを明かにした.また,3DーIMSPからの発光を,時間分解分光法を用いて調査した結果,3DーIMSPに外部からArを供給していることにより,Hラジカル,OHラジカルの生成経路として,H2Oの電子衝突解離以外にも,準安定のAr(3P)とH2Oの衝突によるHラジカル,OHラジカルの生成経路があり,これが3DーIMSPの高効率化につながっている可能性を明かにした.また,時間分解発光分光と気相反応の計算機シミュレーションにより,H3O+と電子との解離性再結合も,放電終了後の気相中において,OHラジカルの発生に大きく寄与していることを明かにした.更に,気液界面に形成されるナノ界面である電気二重層の時間空間的挙動を,計算により調査した結果,3DーIMSPにおいて電圧を印加した後,プラズマが生成・存在している数百ナノ秒後の時間帯では,電気二重層がほとんど形成されておらず,ラジカルだけが生き残っているミリ秒の時間帯において電気二重層が形成されていることを明かにした.また,液中での輸送係数が小さい方のイオンが液面直下に残留し易く,気相からの化学種の作用を半選択的に受ける可能性があることを計算により明かにした.これらと並行して,Er:YAGレーザを用いた新たな気液混合相プラズマ生成法を検討した.プラズマ生成による明確な発光を検出するには至らなかったが,過酸化水素の発生を確認した.平成24年度の研究により,平成23年度に作製した三次元集積化マイクロソリューションプラズマ(3DーIMSP)のプロトタイプを改良することにより,メチレンブルーの分解効率を,従来のゼロ次元ソリューションプラズマに対して,約16倍まで向上させることに成功した.また,分解効率の印加電圧依存性の調査から,寄生放電がまだ残存しており,その抑制によって更なる効率向上が期待できることを明かにした.また,3DーIMSPからの発光を,時間分解分光法を用いて調査した結果,3DーIMSPに外部からArを供給していることにより,Hラジカル,OHラジカルの生成経路として,H2Oの電子衝突解離以外にも,準安定のAr(3P)とH2Oの衝突によるHラジカル,OHラジカルの生成経路があり,これが3DーIMSPの高効率化につながっている可能性を明かにした.
交差点の動的リスクマップ作成に基づく電気自動車の低速域自動運転システムの開発

本研究では、衝突リスクの高い交差点における自動車の自動運転システムの実現を目的とする。衝突事故を削減するため、自動車運動力学・制御工学の専門知識に機械学習の知識を取り入れ、交差点通過行動、左折、右折のための自動運転機能の理論的設計を行う。対向車や歩行者との衝突危険度(顕在リスク)と、経験則による潜在リスクを考慮した動的リスクマップ作成手法の確立と、そのリスクを回避するための低速域の自動運転システムを構築した。知能化した超小型電気自動車を用いた走行実験によりその有効性に明らかにした本研究では、衝突リスクの高い交差点における自動車の自動運転システムの実現を目的とする。知能化した超小型電気自動車を用いた走行実験によりその有効性に明らかにした本研究では、衝突リスクの高い交差点における自動車の自動運転システムの実現を目的としている。本年度は、対向車や歩行者との衝突危険度(顕在リスク)と、知識データベースによる潜在リスクを考慮した動的リスクマップ作成手法の確立と、そのリスクを回避するための低速域の自動運転システムの実現を目標としている。電気自動車の低速域自動運転システムの実現に向けて、本年度は交差点右折時の自動運転システムに焦点をあてて、以下のことを実施した。まず、周辺状況認識による交差点リスクマップの作成については、レーザレーダの点群により交差点内の歩行者を検出し、その歩行者の将来の運動を予測し、数秒先の自車との相対位置を推定し、ポテンシャルフィールドの概念に基づき衝突リスクマップ作成アルゴリズムを提案した。リスクマップの作成では、歩行者との衝突を回避するための規範減速度を算出し、道路固定座標上にその値を可視化したものである。次に、超小型電気自動車を用いた交差点自動運転システムの設計については、センサ情報から周辺状況を認識・理解し、現在の運動状態と走行状況に基づき衝突回避の可否を判断する。衝突回避不可の場合はリスクに応じて減速制御を行う。自動運転の制御アルゴリズムの基本的なアーキテクチャは、右折するための経路追従制御を行う操舵制御系と、歩行者衝突回避を行う減速制御系である。前輪操舵アクチュエータと左右独立駆動モータを備えた実験車両を用いた実験で有効性を検証した結果、歩行者と衝突することなく右折が安全に行われることを確認した。衝突事故を削減するため、自動車運動力学・制御工学の専門知識に機械学習の知識を取り入れ、交差点通過行動、左折、右折のための自動運転機能の理論的設計を行い、知能化した超小型電気自動車を用いた走行実験によりその有効性に明らかにした。具体的には、対向車や歩行者との衝突危険度(顕在リスク)と、経験則による潜在リスクを考慮した動的リスクマップ作成手法の確立と、そのリスクを回避するための低速域の自動運転システムを構築した。研究期間中に実施した内容は以下である。(1)車載センサの融合による交差点周辺状態認識を用い、衝突リスク定量化とリスクマップ作成手法を確立した。(2)市街地走行データから総合的に分析し、交差点通過・右左折のパターンから規範的な操作行動をモデル化し、自動運転の制御アルゴリズムを理論的に設計した。具体的には、センサ情報から周辺状況を認識・理解し、通過、右折、左折の可否を適切に判断するアルゴリズムを実装し、決定された行動に応じて自動車の運動を制御する。自動運転の操作制御アルゴリズムの基本構造は、交差点における一連の運転操作を状態遷移モデルによって記述し、経路追従と障害物回避を行うための目標車両運動状態を決定する。前輪操舵アクチュエータと左右独立駆動モータにより、車両運動制御システムを設計した。(3)交差点環境における衝突リスクマップを時々刻々作成し、安全を確保するための最適な軌道と速度プロファイルを決定し、その軌道を追従する自動運転システムの設計を行い、シミュレーションおよび実車実験によりその有効性を検証した。平成22年度で開発した電気自動車の左右独立インホイールモータ制御による自動運転システムを拡張し、周辺状況認識および衝突リスクマップ作成により、時々刻々の周辺環境の動的変化に対応可能な自動運転システムを設計した。システムの有効性を検証するための実験シナリオは、映像収録型ドライブレコーダで取得した交差点ヒヤリハットデータに基づき設定した。また、様々な形状の交差点での実験を行い、提案した自動運転システムのロバスト性の検討を行った。
損傷脊髄の再生に関する基礎的研究-胎内手術モデルを用いて-

脊髄損傷や広範囲の髄内腫瘍などにより脊髄が横断性に完全に損傷された場合に生じる機能障害は不可逆性であり、その修復は極めて困難とされている。われわれが開発した胎内手術法により胎仔の脊髄損傷モデルを作成し、再生軸索が伸長しやすい細胞環境や因子を明らかにするため、脊髄の病理組織学的所見と運動機能を併せて評価し検討を加えた。妊娠後期(妊娠18日19日)ウィスター系ラット25匹を用いて胎内手術を行った。手術用顕微鏡を使用し、第810胸椎レベルで胎仔脊髄を完全に切断した。生後5週でMotor Performance Score(MPS)を用いて運動機能を評価した。また生後6週で安楽死させ病理組織学的評価を行った。ヘマトキシリン・エオジン染色の他に星状膠細胞のマーカーとして抗glial fibillaryacidic protein抗体(以下GFAP抗体)を用いた免疫組織学的評価を行った。なお、生後6週齢ラット15匹を用いて同様の操作を行い、対照群とした。運動機能は病理組織学的に脊髄の連続性の程度と一致しており、脊髄の連続性が認められたラットでは、その連続した部分にGFAP陽性線維と神経線維が認められた。一方、対照群では脊髄損傷部は膠原線維により置換されており損傷脊髄の修復に相違が認められた。この結果から、炎症反応や瘢痕形成の欠如は脊髄の再生に有利な環境と考えられた。近年、tissue engineeringの進歩により各組織の組織再生の研究がすすめられている。われわれは、受傷後に多大な機能損失をきたす脊髄損傷における神経の再生を図る目的で今回の研究に着手した。これまでに、われわれは四肢のさまざまな組織の再生について、胎児モデルを用いた胎内手術により研究をかさねてきた。動物モデルでは生後3週以内のラットで脊髄損傷の回復が期待できると報告されており、より修復能の高い胎児期ではより良好な回復が期待される。そこで胎内手術により脊髄損傷モデルを作成し、脊髄損傷の修復状況を抗ニューロフィラメント抗体などを用いた免疫染色を行い検討を加える計画をたてた。今年度は脊髄損傷モデルの確立を図った。妊娠ラットの正中下腹部に一部切開を加えて、子宮を腹膜外に露出し、第8胸随レベルで脊髄に損傷を加えた。作成する損傷の程度、あるいは手術時間により胎仔の出生率が左右されるという問題が生じたため、脊髄損傷を横断性に切断して作成するモデルから、部分的な損傷へと変更した。また、あわせて胎仔の減数化や羊水量の調節によって出生率を改善した。その結果、脊髄損傷部より下位での神経細胞に変化が生じていることが明らかになった。現在、抗ニューロフィラメント抗体などを用いた免疫染色を行い検討を加えており、NGFやTGF-β、IL-1,GAP43などの発現をIn situ hybridyzation法を用いて分子生物学的に解析しようとしている。また、できればPolymerase Chain Reaction(PCR)を施行して、DNA解析およびRNA解析をそれぞれ行いたい。
固体か流体かに依存しない支配方程式に基づいた高精度数値解析手法の開発

本課題は,固体か流体かに依存しない支配方程式を理論的に導出し,その支配方程式に基づいた数値解析コードを開発して,固体と流体との中間的状態にある媒質の動的な挙動を高精度に解析することを目指したものである.固体と流体の双方を取り扱うことのできる支配方程式をラグランジュ形式で導出し,線形弾性体からニュートン流体までシームレスに解析できることを静的解析,および動的解析によって検証した.本解析コードを飽和砂地盤の動的解析に適用し,液状化地盤の揺動現象を再現することができた.非液状化層や埋設構造物を想定した側壁付近で,励起された鉛直振動に伴う液状化が確認された.液状化地盤における揺動現象を忠実に再現するため,流体と固体とをシームレスに解析するための基礎的な研究を行った.流体の支配方程式はナビエストークス式,固体の支配方程式は釣り合い式であるが,これを連続体力学の立場からラグランジュ形式の運動方程式とそれぞれ流体と固体に対応する構成モデルの組み合わせとして表現し直し,構成モデルに含まれるパラメータを変化させることで流体と固体という2つの相をシームレスに表現する.今年度は,線形弾性体と完全流体とをシームレスに表現するため,共通する構成モデルのポアソン比を変化させることで,両者を表現した.また,4節点のアイソパラメトリック要素を適用した有限要素法解析では,ポアソン比が0.5に近づくと解析上硬めの解が求まるロッキング現象が生じる.これを解決するために次元低減積分が採用されることもあるが,解析条件によってアワーグラスモードによる不安定性を生じることもある.このため,構成モデルに含まれるポアソン比を0.5に近づけるだけでは数値解析としては不十分で,固体・流体双方で共通し,かつ両者で解析誤差の少ない解析方法も必要である.そこで,要素の回転剛性を考慮することでアワーグラスモードを解決できるとする流体解析における既往の研究を参考にして,固体の場合にも誤差が小さくなるよう,小さな回転剛性を付与することを提案した.これにより,線形弾性体と完全流体の場合においては,ポアソン比を変化させることでシームレスに両者を解析できるようになった.本課題は,固体か流体かに依存しない支配方程式を理論的に導出し,その支配方程式に基づいた数値解析コードを開発して,固体と流体の中間的状態にある媒質の動的な挙動を高精度に解析することを目指したものである.初年度は,固体の支配方程式,および流体の支配方程式のそれぞれについてその適用限界を理論的に考察してきた.昨年度は,固体と流体の双方を取り扱うことのできる支配方程式をラグランジュ形式で導出し,完全流体を適切に表現できることを検証した.具体的には,流体解析時に連続式として取り扱われることの多い基礎式を構成式に一般化し,流体の自由表面に働く物体力の効果は有限変形を考慮することで取り込む,せん断剛性の減少に伴う不適切な変形モード(砂時計不安定性)の励起を高次要素により回避する工夫をしている.まず,完全流体を満たした矩形容器を静的に傾ける解析を行うことで,理論的に導かれる水面形に一致することを確認した.続いて,同容器を水平に調和振動で揺動させ,水面の上下変位をHousnerの解と比較したところ,妥当な結果を得ることができた.本解析手法の特徴は,数値解析コードに回転剛性や表面力ポテンシャルなどの恣意的なパラメータ・理論を含むことなく,自然に固体と流体の解析を共存させていることにある.構成式を自由に与えることができるため,液状化解析のための弾塑性モデルを導入できることや,二相系の支配方程式を扱うことも可能である.本課題は,固体か流体かに依存しない支配方程式を理論的に導出し,その支配方程式に基づいた数値解析コードを開発して,固体と流体の中間的状態にある媒質の動的な挙動を高精度に解析することを目指したものである.初年度(平成25年度)は,固体の支配方程式,および流体の支配方程式のそれぞれについてその適用限界を理論的に考察した.2年目(平成26年度)は,固体と流体の双方を取り扱うことのできる支配方程式をラグランジュ形式で導出し,完全流体を適切に表現できることを検証した.具体的には,流体解析時に連続式として取り扱われることの多い基礎式を構成モデルとして一般化し,流体の自由表面に働く物体力の効果は有限変形を考慮することで取り込む,せん断剛性の低下に伴う不適切な変形モードの励起を高次要素により回避する工夫をした.昨年度(平成27年度)は,開発した解析コードを用いて,液状化地盤における揺動現象の数値解析を実施した.非液状化地盤や構造物を想定した側面付近で液状化が進行することが表現されたこと,液状化地盤内部にせん断ひずみにより液状化が進行するエリアがあることから,「H型」に液状化が進行することを確認した.本課題は,固体か流体かに依存しない支配方程式を理論的に導出し,その支配方程式に基づいた数値解析コードを開発して,固体と流体との中間的状態にある媒質の動的な挙動を高精度に解析することを目指したものである.固体と流体の双方を取り扱うことのできる支配方程式をラグランジュ形式で導出し,線形弾性体からニュートン流体までシームレスに解析できることを静的解析,および動的解析によって検証した.

本解析コードを飽和砂地盤の動的解析に適用し,液状化地盤の揺動現象を再現することができた.非液状化層や埋設構造物を想定した側壁付近で,励起された鉛直振動に伴う液状化が確認された.初年度から昨年度にかけて,当初の計画通り進められている.地震工学昨年度までに開発した固体と流体との双方に適用できる解析コードを用いて,液状化地盤の揺動現象の数値解析を行う.液状化地盤の解析を行うためには,有効応力解析が取り扱えるように二相系の支配方程式に置き換えること,液状化解析を行うための砂弾塑性構成モデルを導入することが必要である.その上で,基本的なケースについて液状化地盤の揺動現象の数値解析を試みる.従来の液状化地盤の応答解析と比較してどのような点が特徴であるか議論し,揺動現象に起因する現象を抽出することを目指す.初年度は線形弾性体と完全流体という線形の構成モデルに対する検討を実施する予定であったが,これは概ね達成できているため,当初の研究計画通り順調に進展していると判断する.前年度に開発した手法は,回転剛性の付与にある任意性が残されていたため,これを解決するために,高次の要素を利用した有限要素法による結果を検討する.また,対象が液状化地盤であるならば非線形の弾塑性構成モデルを採用する必要があるし,有効応力解析を行うことが望ましい.そこで,有効応力解析においても流体と固体とで矛盾なく支配方程式を立てることができるのか検討し,液状化を表現できるような弾塑性構成モデルを採用して,ひとつの媒質が徐々に流体に変相する様子とそのときの動的な応答の変化を調べる.数値解析を実施するために新規計算機の購入を予定していたが,既存の計算機でも数値解析手法の妥当性を検証するには十分であったため,見合わせた.今年度以降に実施する研究では計算負荷の高い数値解析を行うため,前年度未使用額を含めて計算機を購入する予定である.
高感度還元気化ＭＣ－ＩＣＰＭＳ法の開発に基づく魚類中の大気由来水銀の特定

地球規模の水銀汚染対策として、火山や熱水活動によって排出される自然由来の水銀と、人間活動によって排出される人為起源水銀とを識別することができるトレーサーの開発を目指した。本研究では、還元気化装置と多重検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて、魚類中の極僅かな自然界の水銀同位体比変動を計測する分析方法を開発し、魚類中の水銀同位体比に非質量依存同位体分別の影響が検出されて、底質や岩石などに含有されている水銀とは異なる同位体比組成をもっている事を明らかにした。平成24年度は日本近海で採捕されたマグロと、湖沼環境における上位消費者に位置しているマスの水銀同位体分析を実施したのと同時に、さらなるデータ蓄積のための試料採集と試料の均質化を図った。こうした魚類中の水銀濃度が比較的高いことが知られているが、その水銀の起源を特定するために水銀同位体分析を推進している。主要なマグロ水揚げ港で、日本近海で採捕されたマグロの筋肉片の一部を頂戴したり、購入したりした。そうした筋肉片の均質化と水銀定量を実施した。またインド洋で採集されたマグロの筋肉片の水銀定量を実施した。結果は乾燥重量ベースで0.2から1.6 ppmであった。それらの比較的濃度が高い日本近海マグロサンプルの水銀同位体分析を実施して、水銀同位体比が0.55から0.68‰であるという知見を得た。また奇数の水銀同位体比に1.56から1.76‰の非質量依存同位体分別効果の影響に関する知見を得た。これらの結果から海洋環境中に光還元した水銀の存在を示唆しており、光還元した溶存水銀はガス状の原子状水銀に変化することが知られているために、水環境から大気環境へ水銀が供給されていることを示唆している。これらに加えて、マグロの国際標準物質中の水銀同位体分析を行ない精度管理を実施した。これらの知見および結果を第21回環境化学討論会で発表した。最終年度は日本近海とインド洋で採集されたマグロと、湖沼で採集されたマス類の水銀同位体組成のデータ収集を継続して行った。いずれの試料から奇数の水銀同位体比に非質量依存同位体分別効果(MIF)が検出された。特に海洋魚の方が陸水魚と比較して高いMIFが検出された。これは蓄積している水銀の経路が異なっているためだと示唆される。これらの研究結果を、エジンバラで開催された国際水銀会議で発表した。本研究課題では、生物試料中に蓄積している水銀の起源を特定するために、水銀同位体組成に着目して研究を実施た。本研究の目的の1つである高感度水銀同位体分析については、前処理方法も含めて既存の装置で達成した。しかしながら、既存装置の感度および精度の限界を知ることとなり、比較的高濃度(1ppm以上)で水銀が蓄積している生物試料しか測定できなかった。今後装置の更新及び、濃縮方法の開発を行い、微量水銀含有生物試料の水銀同位体比分析方法を確立する。また本研究課題では、人為的に排出された水銀が大気経由で水環境に沈着し、その後メチル化することによって生物に濃縮される過程を水銀のMIFで明らかにしようとしたが、水銀のMIFは酸素のMIFと異なり、水圏環境内で発生する現象であることが実験でも確認できたため、水銀のMIFは大気由来の指標では無くて光還元反応の指標となりうるという知見を得た。光還元反応は水圏から大気圏への水銀の移動過程を示す化学反応であり、環境中の水銀動態を解明するために重要な指標と成りうる。本研究では水環境に生息する魚類の水銀同位体分析技術の開発を行ない、奇数の水銀同位体比に非質量依存同位体分別効果の有無をしらべ、魚類に蓄積している水銀が大気由来のものかどうかを特定することを目的としている。そのために、流入河川の無い摩周湖に生息しているマス、比較的自然な状態が維持されている本栖湖のマス、そして日本近海で採捕されるマグロとインド洋で採捕されるマグロを研究対象としている。平成23年度は摩周湖でヒメマスとニジマスの採集を実施するのと同時に、環境試料バンクに保存されているこれらの魚類に均質化を実施した。そして凍結乾燥後に粉末化させて、水銀含有量を定量した。また焼津港周辺で、日本近海で採捕されたマグロの部位の一部を購入および譲渡していただいたり、本栖湖でマスの採捕に努めた。さらに延縄漁業の実習船の協力によってインド洋で採捕されたマグロの筋肉片、内蔵塊、エラ片を入手した。水銀同位体分析技術の開発に関しては、国際標準生物試料のDORM-2とDOLT-3を用いて、マイクロ波加熱酸分解による前処理法の確立、還元気化多重検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置による水銀同位体分析法の開発、そして精度管理を実施した。

得られた国際標準試料の水銀同位体比は、これまでに報告されている参考値に近似している事を確認した。これまでに順調に試料採集と均質化を実施して、水銀定量と同位体分析を実施している。これまでに採集した31個体のマグロと24個体のマスの総水銀定量を実施した。今後はこうした試料の水銀同位体分析を推進し、蓄積している水銀の特異性を明らかにする予定である。最終的には、生物中に蓄積している水銀の同位体比から大気由来水銀の特定を可能にする手法開発を目指しており、今後はさらなるデータ蓄積を図り、解析に注力する。国立環境研究所は、平成23年3月11日に発生した東北太平洋沖地震で震度6弱を記録し、多くの分析機器に多大な被害が生じた。しかしながら、迅速に復旧作業に取り組むことによって、多重検出器型誘導結合プラズマ質量分析装置の早期の復旧にこぎつけた。その中で、前処理法および分析法の確立を達成できたことで、今後の分析基盤ができあがり、おおむね順調に進展している。生物試料の採集には常に既得権が伴い、統計学的に仮説を立証するためには相当数のデータが必要となる。そうした中で、本栖湖に生息するマスの相当数の採集が困難であるのと同時に、本栖湖は毎年マスを放流しており、その環境を適切に示しているか不明である。そのため湖沼環境の大気由来水銀の特定には摩周湖のマスの分析を進めている。またマグロ試料に関しても継続して日本近海の試料の採集に務めるとの当時に、インド洋のマグロの水銀同位体分析を推進する。継続して日本近海で採捕されたマグロと本栖湖のマス採集に務めるのと同時に、採集した魚試料の調製および均質化をすすめる。時々、国際標準試料を用いて前処理法および分析法の精度管理を実施しながら、実試料の前処理と分析をすすめる。しかしながら、マイクロ波加熱酸分解による前処理法は、2 mg/kg以上の比較的水銀濃度が高い試料に限定されるために、微量水銀を含む試料の分解方法と水銀濃縮方法を検討する。平成25年度は2年に1度開催される国際水銀学会がエジンバラで開催される。その学会でインド洋と日本近海で採捕されたメバチマグロとキハダマグロの水銀同位体比の比較に関する発表を行うための学会参加費と旅費に充てる。また継続してデータ蓄積を推進するために、分析に必要な高圧ガス、試薬、そして汎用実験器具の購入に使用する。試料採集と学会参加の旅費、実験補助者の雇用、そして高圧ガス、試薬、実験器具等の消耗品を購入する費用に使用する。
知覚・概念・行為--知覚経験の概念性および非概念性についての研究

1.知覚の哲学に関する研究2009年11月に開催された第42回科学哲学会(高千穂大学)にて、「知覚の命題的構造-概念主義の経験的基盤の探究-」というタイトルのもとで発表を行った。当発表は、私が主要な研究対象としている知覚経験の概念主義について、経験的基盤に基づいたその新たなモデルを提案するものであった。そのなかで、私は「知覚経験が成立する過程において、世界からの非概念的な情報が何らかの仕方で概念化され、命題的な構造を獲得する」という仮説を立て、その仮説を指示する経験的理論として、ゼノン・ピリシンの視覚的インデックス理論とモハン・マッテンの感覚的分類理論を取り上げ、それらを合わせて新たな知覚モデルを提示するとともに、その含意を考察した。本発表は論文のかたちにまとめられ、現在同学会の学会誌へと投稿中である。2.脳神経倫理学に関する研究また、2010年3月にはUTCP Booklet 15『脳科学時代の倫理と社会』が出版され、拙論「ニューロマーケティングに関する倫理的考察-疑似科学化と消費者の自律性」が掲載された。私は本論文で、脳科学とマーケティングの融合分野として近年登場した「ニューロマーケティング」について、その社会的・倫理的な問題性を「疑似科学化の問題」と「自律性侵害の問題」の二つの側面から考察した。本論文に関しては、完成稿の内容をメルボルンで開催された国際ワークショップ"Brain Science and Ethics"にて発表した。1.知覚の哲学に関する研究2009年1月に開催された第3回BESETO会議(東京大学・北京大学・ソウル国立大学の共同国際会議)において、"Is Perception Enactive?:Constitutivism and Conceptualism about Perceptual Content"というタイトルのもとで発表を行った。当発表は、私が研究課題の中心においている知覚経験の概念主義を、知覚内容に関するエナクティヴ・アプローチの批判を通じて、新たな視座のもとで展開させるものだった。本発表の内容は当該会議の会報に掲載された。さらに、この研究内容に対しては、2008年3月に行った一連の発表(UTCPワークショップ"Philosophy of Perception:Being in the World"での発表、およびCUNY認知科学シンポジウムでの発表)においてさらなる精緻化を試みた。こうした研究を通じて、知覚経験の概念主義を経験的な検証が可能な理論へと改訂させるための基盤となるモデルを構築する一歩を踏み出すことができた。2.脳神経倫理学に関する研究2008年8月に勁草書房より、染谷昌義との共著論文「『究極のプライバシー』が脅かされる!?-マインド・リーディング技術とプライバシー問題」を含む論文集『脳神経倫理学の展望』(信原幸弘・原塑編)が出版された。当該論文では、神経科学的な「心を読む技術」が抱える理論的困難をいくつかの点から考察し、関連する倫理的問題を生命倫理学における「遺伝子例外主義」との比較に基づいて検討した。さらに、「侵襲性概念の脳神経倫理学的検討」というタイトルのもとで、侵襲性概念の倫理的含意を批判的に検討する内容の論文を執筆し、UTCPブックレット『エンハンスメント・社会・人間性』に掲載された。
SMN遺伝子スプライシング制御を中核技術とする脊髄性筋萎縮症治療法の開発

1 (研究の背景)90%以上の脊髄性筋萎縮症(SMA)患者は,SMN1遺伝子が欠失している。しかし,同じSMN蛋白をコードしているSMN2遺伝子は残存している。SMN1遺伝子のエクソン7の6番目の塩基がCとなっているのに対し,SMN2遺伝子ではTとなっている。そのためにSMN1遺伝子の転写過程でエクソン7がスキップされることになり,完全な蛋白が産生されない。この事実より,SMAの治療戦略として,SMN2遺伝子のスプライシング制御が考えられるようになった。2 (エクソン特異的スプライシング促進化合物)Cartegniらの報告に基づいて,SMN2遺伝子エクソン7のスプライシングを促進するペプチド核酸(PNA)を合成した。SMN2EX6-7プラスミドを用いた無細胞系の実験(in vitroスプライシング・アッセイ)で検討したところ,このPNA投与によってスプライシング効率は改善した。しかし,同ペプチド核酸をSMA患者由来の線維芽細胞に投与しても,SMN2遺伝子エクソン7のスプライシング効率の改善は認められなかった。3 (バルプロ酸存在下での培養細胞スプライシング反応)SMA治療薬としてHDAC阻害剤,特にバルプロ酸(VPA)が注目されている。私たちは,SMA患者由来の線維芽細胞を培養し,バルプロ酸のSMN2遺伝子の転写,エクソン7のスプライシングに対する効果を定量的PCRで検討した。検討したVPA濃度は,0.51000uMの範囲にあった。各種濃度のVPAを投与する前,および投与後16時間での転写効率,スプライシング効率をリアルタイムPCR法で比較したが,有意な変化は認められなかった。VPAの有効性は患者によって異なる事が示唆された。1.スプライシングを制御するペプチド核酸に関する研究Cartegniらの報告(2003)に基づいて、SMN2遺伝子エクソン7のスプライシングを制御するペプチド核酸を合成した。このペプチド核酸の効果について、SMN2EX6-7プラスミドを用いて検討したところ、スプライシング効率の有意な改善を認めた。このことより、同ペプチド核酸は、少なくとも試験管内において、SMN2遺伝子エクソン7のスプライシングを制御する化合物であると思われた。しかし、同ペプチド核酸を線維芽細胞(SMN1-/SMN2+細胞)に投与しても、SMN2遺伝子エクソン7のスプライシングの改善効果は認められなかった。これは、このペプチド核酸が細胞内へ取り込まれなかったせいか、あるいは細胞内で速やかに分解されたせいかも知れない。ペプチド核酸の修飾方法について、さらなる研究が必要である。2.バルプロ酸存在下での培養細胞スプライシング反応脊髄性筋萎縮症の治療薬としてバルプロ酸が注目されている。そこで、私たちは、脊髄性筋萎縮症患者由来線維芽細胞を培養し、バルプロ酸のSMN2遺伝子の転写、エクソン7のスプライシングに対する効果を検討した。検討したバルプロ酸濃度は0.51000μMの範囲にあった。各種濃度のバルプロ酸を投与する前、および投与後24時間での転写効率、スプライシング効率をRT-PCR法で比較したが、有意な変化は認められなかった。また、5μMバルプロ酸投与群、非投与群でのSMN蛋白量をウェスタンブロット法で検討したが、有意差は認められなかった。バルプロ酸の有効性は患者によって異なる事が示唆された。3.脊髄性筋萎縮症患の遺伝子変異解析1型脊髄性筋萎縮症患者に認められたSMN1遺伝子内微小変異(W92S)は、SMN蛋白TudorドメインとSm蛋白の結合を阻害している事が明らかになった。

90%以上の脊髄性筋萎縮症(SMA)患者において、責任遺伝子であるSMN1遺伝子が欠失し、その相同遺伝子SMN2遺伝子が残存していることが知られている。SMN2遺伝子は、SMN1遺伝子と全く同じ蛋白をコードしているものの、SMN1遺伝子とはスプライシング・パターンが異なる。近年、SMAの治療薬の候補として、バルプロ酸(VPA)が注目されてきている。VPAは従来から抗痙攣薬としてよく用いられてきた薬剤である。VPAがヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(HDAC inhibitor)としての作用を示す事から、SMN2遺伝子の転写活性を上昇させることが期待される。また、スプライシングを調節し、SMN1遺伝子型のスプライシング・パターンを誘導する事が期待されている。私たちは、SMA患者由来線維芽細胞を培養し、VPAのSMN2遺伝子の転写、エクソン7のスプライシングに対する効果を検討した。培養液に添加したVPA濃度については、いずれも抗痙攣薬の治療濃度に相当する0.51000μMの範囲内であった。各種濃度のVPAの効果について、投与前と投与後16時間での転写効率(トータルmRNA量、フルレングスmRNA量-FL、エクソン7欠損型mRNA量-Δ7)、スプライシング効率(FL/Δ7比)をRT-PCR/電気泳動ゲル検出で検討したが、これらに有意な変化は認められなかった。この事実は、すべてのSMA患者由来の細胞において、VPAがSMN2遺伝子の転写活性を上昇させるわけでもなく、スプライシング調節に関与しているわけでもないことを示している。また、この事実より、SMAに対するVPA治療にあたっては、VPAが有効な患者を選択することが優先課題である事が明らかになった。研究者が示した実験方法は、VPAが有効な患者を選択するための方法として有望なものであると考えられる。