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特異ユニタリ表現に対する幾何学的不変量とモデル理論

本研究では,リー群の特異既約ユニタリ表現の実現について,幾何学的アプローチによる研究を行った.第一に,簡約リー群の特異ユニタリ最高ウェイト表現について,基本的表現のテンソル積を(表現に対する)幾何学的不変量を用いて分解することによって,テータ双対性対応の拡張を与えるDvorsky-Sahi理論のフォック模型版を築いた.第二に,実階数4の例外型単純リー群の四元数型構造から生じる既約概均質ベクトル空間上の特異軌道をルート系の情報を用いて記述した上で,Gross-Wallachによって発見された四元数型特異ユニタリ表現が,冪零K-軌道の幾何学的量子化によって実現されることを明らかにした.本研究では,リー群の特異既約ユニタリ表現の実現について,幾何学的アプローチによる研究を行った.第一に,簡約リー群の特異ユニタリ最高ウェイト表現について,基本的表現のテンソル積を(表現に対する)幾何学的不変量を用いて分解することによって,テータ双対性対応の拡張を与えるDvorsky-Sahi理論のフォック模型版を築いた.第二に,実階数4の例外型単純リー群の四元数型構造から生じる既約概均質ベクトル空間上の特異軌道をルート系の情報を用いて記述した上で,Gross-Wallachによって発見された四元数型特異ユニタリ表現が,冪零K-軌道の幾何学的量子化によって実現されることを明らかにした.本研究は,実簡約リー群の特異ユニタリ表現に対して,良い実現(モデル)の理論を当該表現に付随する幾何学的不変量を駆使して築くことを主な研究目的とし,ユニタリ最高ウェイト表現・四元数離散系列等に対する一般Whittakerモデル,退化主系列への埋め込み,テータ対応等の既存の研究を深めることにより,リー群の無限次元表現論の深化・発展を目指している本年度は, Bore1-de Siebentha1離散系列を含む,テータ安定な放物型部分代数からのコホモロジー誘導表現に対する随伴サイクルと等方表現を,勾配型不変微分作用素を用いて特定するための研究を実施し,当該誘導表現に対するモデル理論を展開する上で礎になる重要な知見を得たさらには,テータ対応の拡張に関するDvorsky-Sahi理論を検討し,そのフォックモデル版を構築することによって特異ユニタリ表現に対する等方表現と拡張テータ対応が結びつくことを見出した各連携研究者は,微分作用素環上の加群,力学的Yang-Baxter写像,多重旗多様体の軌道等,各自の研究テーマに係る側面で本研究に参画・貢献した本研究は,実簡約リー群の特異ユニタリ表現に対して,良い実現(モデル)の理論を当該表現に付随する幾何学的不変量を駆使して築くことを主な研究目的とし,ユニタリ最高ウェイト表現・四元数離散系列等に対するテータ対応等の研究を深めることにより,リー群の無限次元表現論の深化・発展を目指している.本年度実施した研究において,研究代表者は,(1)特異ユニタリ最高ウェイト表現について,テータ対応の拡張に関するDvorskyーSahiの理論のフォック模型版に完全に構築し,当該(g, K)-加群に対する等方表現が拡張テータ対応を与えることを示した.(2)四元数型冪零軌道の固定部分群と許容データを同定し,実階数4の例外型単純群の特異四元数型ユニタリ表現が四元数型冪零軌道の量子化として得られていることの証左を得た(朱富海との共同研究).(3)二重旗多様体の軌道が有限となるためのある十分条件(連携研究者西山らによる)が成り立つ場合を特定する定理に,統一的かつ簡明な証明を与えた.本研究は,実簡約リー群の特異ユニタリ表現に対して,良い実現(モデル)の理論を当該表現に付随する幾何学的不変量を駆使して築くことを主な研究目的とし,ユニタリ最高ウェイト表現・四元数離散系列等に対するテータ対応等の研究を深めることにより,リー群の無限次元表現論の深化・発展を目指した.平成24年度は,四元数型特異ユニタリ表現のモデルとその幾何学的不変量についての研究を統合的に実施した.研究代表者は,四元数型冪零軌道の固定部分群と許容データを同定し,当該冪零軌道の正規性を検証した上で,実階数4の例外型単純群の特異四元数型ユニタリ表現のフォック模型が四元数型冪零軌道の幾何学的量子化として得られることを完全に証明した.また,その成果を日本数学会秋季総合分科会(九州大学)等で発表した.さらに,特異ユニタリ最高ウェイト表現について,テータ対応の拡張に関するDvorsky-Sahi理論のフォック模型版に関する研究成果を数理解析研究所研究集会おいて口頭発表し,同講究録から論文を速報版として出版した.簡約リー群の特異ユニタリ表現(特異最高ウェイト加群及び四元数型特異ユニタリ表現)に対するモデル理論の構築について,「研究実績の概要」(1),(2)に記したとおり,表現の幾何学的不変量及びテータ対応との関係を明らかにする良好な研究成果が得られていることから,本課題研究は当初の計画どおり,順調に進展していると判断した.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,特異ユニタリ最高ウェイト加群のフォック模型及び四元数型特異冪零軌道の量子化に関する研究成果の取り纏めを行うとともに,ユニタリ表現のフォック模型及びシュレディンガー模型の双方を考察することによって,四元数型特異ユニタリ表現とその幾何学的不変量についての研究を統合的に推進したい.24年度が最終年度であるため、記入しない。
置換ベンザインの選択的[2+2]環化付加反応の設計

本研究では、ベンザイン側の置換基とオレフィン側の置換基の違いによって、[2+2]環化付加反応機構がどのように異なるのか、種々の異なった置換基によってポテンシャルエネルギー面がどう変化するのか、ab initio分子軌道法を用いて理論計算により検討した。そして位置選択的な環化付加反応を制御している電子的効果および立体的因子について調べた。計算方法は、無置換の場合についてHF法、B3LYP法、MP2法等を検討したが、CASSCFと比較して、電子相関を適度に取り入れた密度汎関数法が比較的よい結果を与えることがわかった。無置換後のベンザイン+エチレンの場合では、twitter ionicな中間体を形成する前に存在する第1の遷移状態TS1のエネルギーは+12.5kcal/molの方が、中間対から生成物に至る際に存在する第2の遷移状態TS2のエネルギー+5.0kcal/molよりも高くなっている。ベンザイン側にOH基を導入した場合でも、オレフィンにOH基を導入した場合でも、TS1,TS2のエネルギーは共に約5kcal/mol程度低くなり、OH基によって反応性が高められることを示している。ベンザイン側に、より電子吸引性の高いフッ素を置換したフッ化ベンザインと、メトキシエチレンの場合について調べてみると、最も有利な経路の第1の遷移状態のエネルギーは、メトキシベンザインの場合よりも半減しており、エネルギー障壁はフッ素置換によって約4kcal/molの減少を示す。次に、オレフィン側に2つのメトキシ基を導入するモデルとして、1,3ジオキソランとの反応について考察した。その結果、これまで2段階反応であった環化付加反応が1段階反応となり、エネルギー障壁が非常に低くなることがわかった。このことは、熱的に禁制な[2+2]反応であっても、ベンザインおよびオレフィンの置換基を制御することによって、反応機構を変化させ、極めて選択的で、しかも高い反応性を持つ場合が、量子化学計算によって理論的に予測できるということを意味しており、今後の実験的検証が期待できる。熱的に禁制な[2+2]環化付加反応であるにもかかわらず容易に進行するベンザインとオレフィンの反応について、これまで調べてきた反応機構が、途中にスピロ型の中間体を経由する段階的反応であり、ヒドロキシル基を導入することによって位置選択的な環化付加反応が可能であるという計算結果ならびに実験事実を発展させ、オルトベンザインならびにオレフィンにさまざまな置換基を導入することによって、どのような選択的環化反応が可能となるかについて、理論的側面から検討した。今年度は、置換基としてメトキシ基、シロキシ基をベンザインおよびオレフィンに導入した場合を検討し、電子的効果および立体的因子が反応機構におよぼす影響を、ab initio分子軌道法を用いて理論的に調べた。その結果、ヒドロキシル基よりはメチル基の方が、電荷の偏りを大きくし、より反応性を高めること、シロキシ基の場合は、メトキシ基よりも反応性が落ちること等がわかった。また、強い電子吸引基であるフッ素をベンザインに導入した場合についても検討した結果、これまで2段階反応であった環化付加反応が1段階反応となり、エネルギー障壁が非常に低くなることを見い出した。このことは、量子化学計算によって熱的に禁制な[2+2]反応であっても、ベンザインおよびオレフィンの置換基を制御することによって、反応機構を変化させ、極めて選択的で、しかも高い反応性を持つ場合が、理論的に予測できるということを意味しており、今後の実験的検証が期待できる。
内軟骨性骨化に着目した顎変形症の病態解明および新規治療法の開発

強力な内軟骨性骨化の促進因子であるC型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)を軟骨特異的に欠失させたCNPノックアウトマウス(Col2-CNP-KOマウス)と軟骨特異的に過剰発現させたCNPトランスジェニックマウス(Col2-CNP-Tgマウス)を作製し、顎顔面形態の解析と、それに続く病態解明をそれぞれ実施する。本結果により、CNPを用いた効果的かつ安全性の高い顎変形症への非侵襲的臨床応用を目指す。
睡眠をはじめとする意識レベルの変化に伴う脳代謝動態の解析と精神科領域への応用

昨年度までのサルにおける研究において、解離型麻酔薬と知られるケタミンが脳内のドーパミン受容体の結合活性を増加させることをポジトロンエミショントモグラフィー(PET)を用いた実験により明らかにした。本年度はさらに、バルビツール系の麻酔薬であるペントバルビタールについても同様の実験を行なったが、線条体、大脳皮質のドーパミン受容体の結合性はケタミンとは反対に減少を示し、これらの結合活性が脳の複雑な神経のネットワークにより調節されていることが明かとなった。また昨年度の研究によりPETにおけるムスカリン性アセチルコリン受容体のトレーサーとしてその有用性が確認された[^<11>C]-N-メチルピぺリジルベンジレート(NMPB)を用いて同様の検討を行った。その結果、大脳皮質や視床など脳のほぼ全域に存在しているこのタイプの受容体のうち、線条体や海馬などの脳の限られた部位における結合活性のみがケタミンの投与により増大することが見いだされた。さらに、H_2^<15>Oを用いたPETによる脳局所血量の測定を併せて行うことにより、このような麻酔薬による神経伝達物質受容体の結合速度の変化は、対応する脳局所の血流の変化に依存して起こっているのではないことが明かとなった。一方、ラットやサルの脳局所内のマイクロダイアリシス法により組織侵襲なく薬物を投与する方法により、抑制性神経伝達物質であるGABA受容体のアゴニストや興奮性神経伝達物質である非NMDA受容体のアゴニストを睡眠-覚醒を調節する上で脳内で中心的な位置にある視束前野や後部視床下部へ投与すると、これらの刺激により睡眠-覚醒や行動量が著しく変化することが明らかとなった。このことからこれらの部位が意識レベルの調節する上で、GABAやグルタミン酸などのアミノ酸系神経伝達物質による神経ネットワークが重要な役割を演じていることが明かとなった。ポジトロンエミッショントモグラフィ-(PET)や近赤外分光法は、脳局所の神経機能に密接に関係するエネルギ-代謝や神経伝達の動態を、無侵襲的に測定・解析することができる。そこで我々は、これらの測定方法を無麻酔下のサルに応用するためのシステムを開発し、脳の高次機能の神経機構の解明を試みている。1)PETシステムこれまでサルなどの動物を用いてPETによる測定を行う場合、麻酔下の頭部を固定して測定する以外方法がなかった。しかし、脳の生理的な調節機構を検討するためには、無麻酔下で研究を行うことが最抵限必要であると考えられたので、我々はまず、無麻酔状態のサルに対するPET測定装置の開発を行った。その結果、特殊な坐位式モンキ-チェア-に頭部固定装置を装備した、サル用PET測定装置を完成した。このシステムは、課題負荷や薬物負荷などが容易に行うことができ、マイクロダイアリシスなどの脳内物質の局所定量法や近赤外分光法などの侵襲・無侵襲的な測定方法との組合せることにより、広く多角的な神経機能の解析を可能としている。現在までに我々は、このシステムを用い、ポジトロン標識したド-パミン受容体アンタゴニストの脳内結合動態を測定した結果、ド-パミンD1タイプ、D2タイプの両方のアンタゴニストの、線条体におけるド-パミン受容体への結合が、ケタミン麻酔によって著しく亢進されていることを見い出している。2)近赤外分光法サル頭部に装着した光ファイバ-により長時間にわたる安定かつ持続的な脳内の信号の測定に成功し、一晩における、睡眠ー覚醒変化に伴う脳内ヘモグロビンの酸化ー還元状態の変動をモニタ-することに成功した。また、その際、REM(rapid eye movement)睡眠期に、一過性に発現する特異的な信号を見い出した。昨年度開発した無麻酔下のサルを用いたポジトロンエミッショントモグラフィ-(PET)の測定システムにより、ド-パミンD_2受容体の線条体への結合速度が麻酔薬ケタミンの投与により上昇することが判明した。本年度は、この作用の分子機構を調べた。まず、脳マイクロダイアリシス法を施行し、ケタミンにより線条体におけるド-パミン遊離量に変化がないことを確認した。次いで、ケタミンの作用の一部分として知られるグルタミン酸NMDA型受容体に対する非競合阻害作用によりこのド-パミンD_2受容体結合の変化が惹起されるのかどうかを、MK801を用いて調べた。NMDA型受容体に付随するカルシウムチャネルの阻害剤であるMK801の投与により、PETによって、ケタミンと同様に、ド-パミンD_2受容体結合速度の上昇が見い出され、この現象は、グルタミン酸系とド-パミン系の相互作用によって起こることが示唆された。PETは、このように生きて活動している脳での複雑なニュ-ロンネットワ-ク間の相互作用の研究に有用である。一方、睡眠・覚醒状態や意識レベルの変化におけるアセチルコリン系の解析を行うために、新規に^<11>C標識N-メチルピペリジルベンヂレ-トを導入し、サルやヒト正常ボランティアにおいて、ムスカリン性アセチルコリン受容体の定量解析法を検討した。ボランティアに対し、36時間の断眠を施行した後、PETにこのリガンドを使用し、橋や視床でのムスカリン性アセチルコリン受容体の変化を見いだした。断眠による脳のエネルギ-代謝と、これらの神経化学的変化を対応させる目的で、PETにより局所グルコ-ス

利用能を調べるための予備実験として、様々な方法により48時間・72時間の断眠を加えたラットにおいて、^<14>C-2-デオキシグルコ-ス法による局所グルコ-ス利用能を詳細に検討し、脳の10以上の部位が断眠に対し、選択的に活動変化を来すことが判明した。昨年度までのサルにおける研究において、解離型麻酔薬と知られるケタミンが脳内のドーパミン受容体の結合活性を増加させることをポジトロンエミショントモグラフィー(PET)を用いた実験により明らかにした。本年度はさらに、バルビツール系の麻酔薬であるペントバルビタールについても同様の実験を行なったが、線条体、大脳皮質のドーパミン受容体の結合性はケタミンとは反対に減少を示し、これらの結合活性が脳の複雑な神経のネットワークにより調節されていることが明かとなった。また昨年度の研究によりPETにおけるムスカリン性アセチルコリン受容体のトレーサーとしてその有用性が確認された[^<11>C]-N-メチルピぺリジルベンジレート(NMPB)を用いて同様の検討を行った。その結果、大脳皮質や視床など脳のほぼ全域に存在しているこのタイプの受容体のうち、線条体や海馬などの脳の限られた部位における結合活性のみがケタミンの投与により増大することが見いだされた。さらに、H_2^<15>Oを用いたPETによる脳局所血量の測定を併せて行うことにより、このような麻酔薬による神経伝達物質受容体の結合速度の変化は、対応する脳局所の血流の変化に依存して起こっているのではないことが明かとなった。一方、ラットやサルの脳局所内のマイクロダイアリシス法により組織侵襲なく薬物を投与する方法により、抑制性神経伝達物質であるGABA受容体のアゴニストや興奮性神経伝達物質である非NMDA受容体のアゴニストを睡眠-覚醒を調節する上で脳内で中心的な位置にある視束前野や後部視床下部へ投与すると、これらの刺激により睡眠-覚醒や行動量が著しく変化することが明らかとなった。このことからこれらの部位が意識レベルの調節する上で、GABAやグルタミン酸などのアミノ酸系神経伝達物質による神経ネットワークが重要な役割を演じていることが明かとなった。
アジア舞踊文化圏構想における共通言語の発見と創作舞踊発展のための基盤研究

日本の舞踊文化の構成要素として、これまでの研究成果の中から「舞(儀式的要素における回転動作)」「振(手話を含む演劇的動作及び足の動作)」「踊(民俗性の中に生じる感情的上下運動及び跳躍)」を伴い、今まで狭義の中でしか定義されてこなかったわが国の舞踊文化「日本舞踊」について、その構成要素や身体動作に定義について明らかにした成果を踏まえ、アジア舞踊文化圏、とりわけ中国、韓国の伝統舞踊の表現との比較研究において、試演や成果発表を通じ検証しながら、最終的にその成果を新しい舞踊創造の指針となるものを舞踊創造を実践する舞踊家を含む実践者へ内外を問わず提供するため、作品を提示し上演会を最終成果発表(2018年10月7日実施・会場:日本大学芸術学部江古田校舎小ホール)として創作舞踊作品上演を通し、研究成果を生かした作品を創作、又舞踊家に研究協力してもらいながら、広く一般に観客として観劇してもらい、その結果、感想等についても、アンケートで情報収集しそのデータを蓄積することができた。又、試演作品による上演と並行し、同日には、これまでの研究成果について、その成果と研究内容をまとめた冊子(上演パンフレットを兼ねる)を作成し、それに基づき口頭発表を実施した。こうした実践としての舞踊創作作業による作品製作と共に、研究成果を論文化する作業を通し、実際的に本研究の成果を、現状において確定されず広く認知されていない日本舞踊領域において、研究者はのみならず、主に実践者としての舞踊家への新たな舞踊創造への可能性を提示できたことはもちろん、日本舞踊に留まらず、中国舞踊や韓国舞踊、又アジアの舞踊圏に共通する「舞「振」「踊」、そして、吸う・止める・吐くといった三つの呼吸動作による身体との連携運動を始め、「間(ま)=正確な秒数などで測れない空間的時間」の存在も共通する舞踊文化として存在していることも発表し成果を得た。当該研究の進行にはまず我が国の舞踊動作における特徴を調べることが必要である。その意味でまず我が国の歌舞伎舞踊の始源的な身体表現を持つ新潟県女谷に伝承される「綾子舞」を取材し、そこで公開された特に「小歌踊」を中心にその動作を現地取材の上映像に収録し、データとして保存した。これは平成26年度に実施予定の韓国の舞踊表現との比較研究の対象資料として扱うものとし、現在各演目ごとに室町時代以降、出雲阿国のかぶき踊りの舞踊要素など、我が国の伝統的な舞踊身体表現の始源的な資料として、現在も解析を行い整理したものを平成26年度中に具体的な分類とともに論文発表を予定している。また、我が国の民俗的な身体表現を体系化させ、それをまとめた上で、平成26年度における韓国の舞踊表現、身体動作との比較を実施するために、韓国人舞踊家蔡美京氏に研究協力を要請した上で、日本における民俗的な身体表現として大学紀要論文(日本大学芸術学部紀要第59号、2014年3月発行)に、『日本民俗の身体表現ー民俗芸能を中心にした舞踊動作の研究(一)ー』という表題で論文を掲載した。その内容においては、まず我が国の舞踊表現における始源的な要素として1祈り・巫術の要素(例:神楽ほか)2楽・舞・踊の三要素(例:式楽と民俗的な宗教感やその風習)3笑の要素4服従の要素5滑稽の要素6俳優(わざおぎ)の要素7物真似の要素、以上我が国固有の始源的舞踊の身体的動作及び表現に内在されている要素である旨をまとめ記述した。またそうした動作の中には、足を踏む動作はもちろん、「スベリ」の要素、「腰を入れる」要素、拍子や滑稽をその目的とするものなどにまとめた。さらに結論として、我が国の舞踊表現の基本的な動作として「六方」や「人形振」「踏む」「足を出す」「足を引く」「スベリ」「ヲコツキ」ほか、比較対象となる舞踊表現身体動作についてまとめそれを論文として発表した。当該年度に関しては、アジアの舞踊表現における共通性の発見を進めるべく、韓国伝統舞踊における表現、技法を研究するべく前半期は、韓国大使館韓国文化院への取材協力のもと、比較・共通性発見への聞き取りを数度にわたり実施した。特に、韓国伝統舞踊家であり、韓国伝統舞踊「大平舞」の一人者でもある金順子氏にインタビューしさらに文化院で行われているレッスンにも参加し、その表現及び技法、そして精神的な概念に関し研究取材を実施した。その一方で、比較し共通性を探る必要性から日本舞踊、とりわけ古典舞踊の技法のデータ集積の必要から、日本舞踊家、花柳秀衛氏の協力を得て、日本舞踊における表現、また技法に関し、細かく分析した上で、一つ一つの動作・表現を映像記録した。また、同花柳氏には、日本舞踊における古典の名曲である、清元「北州」を踊ってもらい、その動作・振り・表現を映像に記録し、今後共通点を海外に取材した際に容易に説明できるよう映像化し分析をしやすいような工夫を実施した。さらに、当該年度においては、韓国の伝統舞踊との比較及び共通性を探る研究と並行し、中国における伝統芸術である京劇の中から特段日本舞踊との表現比較において比較対象としやすい作品として「白蛇伝」を題材として、秋から年度末にかけ、数回にわたりワークショップを実施し、その中から京劇にもまた日本舞踊をはじめとする日本の主要な伝統芸能の共通性として「間(ま)」という概念の発見に至ることに成功した。

とりわけその研究成果は、シンポジウム開催及びパンフレットの意味もなす調査報告によってまとめられ、さてまた日本舞踊家を集め行った日本舞踊による京劇作品の舞踊化は中国のメディアからも取材を受けるなど、今後の研究発展の基盤を築くことができたものと確信している。また韓国伝統舞踊との共通性の発見を目的とした研究論文を作成し査読付きの紀要論文として成果を発表した。当該年度においては、主に今までの研究成果を踏まえ、まず創作舞踊、とりわけ我が国の舞踊芸術たる日本舞踊における方法論及び基盤となる法則を探るべく、論文『芸能行為における〝笑い〟の研究ー日本の舞踊文化とその根源的概念を中心にー』及び論文『創作舞踊試論(一)ー概念の分類整理と身体表現としての方法論の試作を中心にー』を研究論文として執筆し、大学紀要論文(審査付)として発表した。また、とりわけ沖縄地方における伝統芸能、琉球舞踊及び組踊に関し研究しながら、相違点や相互性を探るため、約1年間にわたり学生参加のワークショップ実施に関し主導的立場で関わり、その成果発表でも司会進行、また責任者を務めた。さらに、当該年度においては、新潟県十日町周辺で開催される「越後妻有アートトリエンナーレ・大地の芸術祭2015」への出品作品として、日本の民俗的思考及び身体的特徴を実践的に捉えるべく作品執筆をし、実際に現地での野外公演(公演場所:新潟県十日町市室野・洞泉寺境内)として、学生出演による作品上演を行った。以上のような研究実績を踏まえ、当該年度は主に、日本の民俗的な身体表現の特徴、例えば「足使い」の方法、また「間(ま)」のとりかた、そして「呼吸法」などについて特に注目しながら、とりわけ沖縄、琉球芸能における足使い、歩行法、呼吸、間(ま)のとり方について、ワークショップを通じた実践的なデータ収集に加え、論文発表における研究成果の取りまとめを行った。そうした研究過程の中で得られた成果の中で特に今後、現状進行中である韓国舞踊との比較、またこれから始める中国、盗東南アジアにおける舞踊表現における、身体技法における共通点や呼吸としての時間軸である「間(ま)」における思考の比較などについて、アジアにおける舞踊表現の共通点としてその比較対象発見がなされたことが当該年度における一番の成果であったと考えている。アジアにおける舞踊表現の共通性を用い、新しい舞踊創造の形を日本舞踊を通じて領域として形成することを目標とし、その方法論の発見が本研究の最終的な研究成果として目指しているところである。当該年度にあたっては、まず日本の民俗性に共通する舞踊表現の基本的概念を論文としてまとめ、とりわけその根幹的な要素として「舞=儀式性や式典性を含む旋回動作」「踊=民族的な動作を象徴する跳躍運動」「振=近世における歌舞伎を中心とした演技的要素を含む手話的表現」を研究成果として、紀要論文「アジアの舞踊表現における共通言語の発見IIー日本の舞踊における「振」、その意義と役割ー』を発表し、その動作をインドのヒンドゥー舞踊における身体言語的表現である「ムードラ」に発見し、その比較対象の一つを発見した。中でも「手話」による表現では、我が国の「振」という身体表現法との共通性を見出すことができた。また、それは同じく中国、雲南省における少数民族における舞踊にも同様なことが発見できることが本研究のいままでの成果でも発見できたものである。
シュレディンガー方程式のスペクトル・散乱理論

シュレディンガー方程式を中心に,数理物理の方程式について,関数解析,偏微分方程式などの手法を用いて研究を行った.研究代表者の研究成果を中心に、以下に概要を述べる.(1)半古典極限について:シュレディンガー方程式のプランク定数を0に近づけるときに,作用素のスペクトルや方程式の解がどのような振る舞いをするかを研究するのが半(準)古典極限の理論である.A.Martinez(ボローニャ大),V.Sordoni(同)と共同で,相空間のトンネル効果の評価とその応用について研究を行った.2002年の共著論文では多状態の量子力学系の散乱の解析に,2004年の(Sordoniとの共著の)論文では断熱極限の指数的評価への応用を得た.また,2003年のStefanov, Zworskiとの共著論文においては,共鳴と散乱の関係について,半古典極限下で論じた.(2)ランダムシュレンディンガー作用素:ポテンシャルが確率過程であるようなシュレディンガー作用素をランダムシュレディンガー作用素と呼び,物性物理などで重要な役割を果たす.状態密度(IDS)やアンダーソン局在を中心にこの分野の研究を行った.2003年のKlopp,中野,野村との共著論文ではランダムな磁場を持つシュレディンガー作用素について考察し,特定のモデルでのスペクトルの局在を証明した.印刷中Kloppとの共著論文では同様の手法を用いて,ランダムホッピング・モデルと呼ばれるランダム作用素のスペクトルの局在を示した.2001年,2002年のCombes, Hislopとの共著を含む4編の論文では,IDSの一意性や連続性証明するための一般的な方法について考察した.(3)シュレディンガー方程式の特異性の伝播について:シュレディンガー方程式の解の波としての伝播速度は無限大である,波動方程式のような波面集合の有限伝播性は成り立たないことが知られている.その代わりに,初期値の減衰が解のなめらかさを導くことが知られており,これは平滑化効果と呼ばれる.印刷中の中村の論文では,超局所平滑化効果が一種の波面集合の伝播定理として捉えられることを示し,より精密な結果を拡張された条件の下で証明することに成功した.シュレディンガー方程式を中心に,数理物理の方程式について,関数解析,偏微分方程式などの手法を用いて研究を行った.研究代表者の研究成果を中心に、以下に概要を述べる.(1)半古典極限について:シュレディンガー方程式のプランク定数を0に近づけるときに,作用素のスペクトルや方程式の解がどのような振る舞いをするかを研究するのが半(準)古典極限の理論である.A.Martinez(ボローニャ大),V.Sordoni(同)と共同で,相空間のトンネル効果の評価とその応用について研究を行った.2002年の共著論文では多状態の量子力学系の散乱の解析に,2004年の(Sordoniとの共著の)論文では断熱極限の指数的評価への応用を得た.また,2003年のStefanov, Zworskiとの共著論文においては,共鳴と散乱の関係について,半古典極限下で論じた.(2)ランダムシュレンディンガー作用素:ポテンシャルが確率過程であるようなシュレディンガー作用素をランダムシュレディンガー作用素と呼び,物性物理などで重要な役割を果たす.状態密度(IDS)やアンダーソン局在を中心にこの分野の研究を行った.2003年のKlopp,中野,野村との共著論文ではランダムな磁場を持つシュレディンガー作用素について考察し,特定のモデルでのスペクトルの局在を証明した.印刷中Kloppとの共著論文では同様の手法を用いて,ランダムホッピング・モデルと呼ばれるランダム作用素のスペクトルの局在を示した.2001年,2002年のCombes, Hislopとの共著を含む4編の論文では,IDSの一意性や連続性証明するための一般的な方法について考察した.(3)シュレディンガー方程式の特異性の伝播について:シュレディンガー方程式の解の波としての伝播速度は無限大である,波動方程式のような波面集合の有限伝播性は成り立たないことが知られている.その代わりに,初期値の減衰が解のなめらかさを導くことが知られており,これは平滑化効果と呼ばれる.印刷中の中村の論文では,超局所平滑化効果が一種の波面集合の伝播定理として捉えられることを示し,より精密な結果を拡張された条件の下で証明することに成功した.関数解析、偏微分方程式論を用いて、シュレディンガー方程式の研究を行った.具体的には、下のような研究成果を得た.1.ランダム、シュレディンガー作用素の性質:ポテンシャル関数がエルゴード的な確率過程であるようなシュレディンガー作用素を,ランダム・シュレデインガー作用素と呼ぶ.これは,不規則性を持つ物質中の電子を記述する方程式と考えられ、物性論では極めて重要である.2001年にJ.Functional Analysisに発表した論文では,ランダム・シュレディンガー作用素のIDS(Integraed Density of States,状態密度)の定義の意性を証明した.また2001年にCommunications in Mathematical Physicsに,J.M.Combes, P.D.Hislopと共著で発表した論文では,IDSに関するWegner評価についての新しい結果を得た.現在は,ランダムな磁場を持つシュレディンガー作用素に関するWegner評価を証明し,スペクトルの局在を証明することを目指して研究を進めている.2.相空間でのトンネル効果とその応用:トンネル効果とは,大まかに言えば,古典力学的に許されないような運動に対応するシュレディンガー方程式の解の挙動,と考えられる.

半古典極限(プランク定数が0に近づくとき)では,トンネル効果は指数的に小さくなると予想される.この性質は,相空間で切り離されたエネルギー曲面の連結成分に局在する解の間の相互作用の評価と考えることができる.これを数学的に厳密に定式化した物が相空間のトンネル効果(tunneling effects in the phase sapce)である.J.Functional Analysisに発表予定の,A.Martinez, V.Sordoni(ともにボローニャ大学)との共著論文においては,複数のチャンネルを持つシュレディンガー方程式の散乱理論への応用に関する結果を得た.進行中の研究としては,A.Martinez, V.Sordoniと共同で,シュレディンガー方程式の超局所的解析的平滑化(microloc alanalytic moothing effect)への応用を,またV.Sordoniと共同で断熱定理(adiabatic theorem)への応用を研究している.シュレディンガー方程式を中心に、量子力学の方程式、作用素について、関数解析的、あるいは微分方程式的な手法を用いて研究を行っている。今年度には、以下のような研究成果を得た。(1)相空間での半古典極限の方法とその応用:シュレディンガー作用素の半古典極限におけるトンネル効果の評価の一般的な枠組みとして、FBI(Fourier-Bros-Iagornitzer)変換を用いた、相空間における指数的重み付き評価(exponential weighted estimates in the phase space)がある。この手法を用いたシュレディンガー作用素のスペクトル、固有値などの研究をA.Martinez(Bologna大学)、V.Sordoni(Bologna大学)との共同で行っている。具体的には、内部自由度を持つシュレディンガー作用素の散乱における状態遷移の確率を、相空間でのトンネル効果と捉え、半古典極限において指数的に小さくなることを証明した(J.F.A. 2002)。この手法を断熱極限(adiabatic limit)における指数型評価が、エネルギー空間でのトンネル効果として自然に導かれることを示した(V.Sornoniとの共同研究。論文投稿中)。また、この手法をシュレディンガー方程式の解析的特異性の伝播に応用する研究を、A.Martinez, V.Sordoni, M.Zworskiと共同で研究中である。(2)ランダムシュレディンガー作用素の性質:ランダムシュレディンガー作用素とは、ポテンシャルがエルゴード的な確率過程であるようなシュレディンガー作用素であり、物性物理において基本的なモデルである。スペクトルシフト関数(spectral shift function)の手法をランダムシュレディンガー作用素の状態密度(the integrated density of states)の解析に応用して新しい結果を得た。また、ランダムな磁場を持つシュレディンガー作用素について考察し、リフシッツ特異性や、アンダーソン局在に関する結果を得た(F.Klopp(Paris大学)、中野史彦(東北大学)、野村祐司(東工大)との共同研究。論文投稿中)。
多元系ポリハライドイオンの電解生成と酸化力が精密制御された酸化剤としての応用

種々の多元系ポリハライドイオンの電解生成法を開発し、これを酸化力が精密に制御された酸化剤あるいはハロゲン化剤として有機化合物の反応に応用することの可能性の実証を主目的として、Br-Clの2元系を用いて研究を実施し下記の成果を得た。1.Br^-とCl^-を種々の比率〔Br^-/Cl^<-〕>で含む二塩化メチレン溶液の陽極ボルタンメトリーにおいてBr_xCl〔^-〕の生成を示唆する電位-電流挙動が観察された。Br_xCl〔^<-〕>の酸化力がxとy値によって制御されうるというのが本研究の立脚点であるので、この制御が〔Br^-/Cl^-〕値の制御によって実際に可能であることを次項以下の有機化合物の酸化反応で検証した。2.アルコール類の酸化反応では〔Br^-/Cl^-〕値の減少に伴って生成ケトンの収率が増加したが、〔Br^-/Cl^-〕>0.2では微増であったのに対し0.2>〔Br^-/Cl^-〕【gtoreq.】0では急増した。このことはBr_xCly^-の酸化力を〔Br^-/Cl^-〕値によって制御できることの例証と認められる。3.Br^-/Cl^-による脂肪族ケトンのα-ハロゲン化ではモノハロゲン化とジハロゲン化が同時に生起するが、両者の選択性は〔Br^-/Cl^-値により微妙に制御されることが実証された。すなわち、〔Br^-/Cl^-〕3ではモノハロゲン化が高選択率(9095%)で生起し、1>〔Br^1Cl^-〕>0.3ではむしろジハロゲン化が優勢となり0.3>Br^-/Cl^-〕【gtoreq.】0では両者とも低減化しハロゲン化反応自体の効率が低下した。4.I-Br、I-Clなどの2元系のポリハライドイオンの生成もボルタンメトリーにおいて示唆されたので、これらについても上記のように有機化合物の酸化反応への適用をはかり、研究の拡充を目下進めている。さらに、3元系への拡張、実用的有機合成反応への応用などが中長期的研究計画の中心課題として考慮されている。
初期殻体内部構造による白亜紀異常巻きアンモナイトの系統解析

北海道、本州の銚子や宮古に分布する白亜系からは、初期殻まで保存された異常巻きアンモナイトが様々な層準から多産する。本研究では、これら地域からアンキロセラス超科、ツリリテス超科、スカフィテス超科に属する白亜紀異常巻きアンモナイト33種、65個体について、電子顕微鏡を用いて初期殻体内部構造を観察した。その結果、初期殻体内部構造や諸形質の成長様式には、2つのタイプ(AタイプとBタイプ)が存在することが判明した。Aタイプは、1本の細長い原連室細管、楕円形の盲管、中央よりに位置する連室細管で特徴づけられ、アンキロセラス超科のものに見られた。Bタイプは、1から2本の湾曲した短い原連室細管、楕円形の盲管、腹よりに位置する連室細管で特徴づけられ、ツリリテス超科とスカフィテス超科のものに見られた。様々な白亜紀アンモナイトの初期殻体内部構造の研究から、Aタイプのものはアンモナイト亜目に、Bタイプはリトセラス亜目のものに見られることが知られている。異常巻きアンモナイトの系統については、成長初期の縫合線の研究から、単系統群としてアンモナイト亜目あるいはリトセラス亜目起源とする説、多系統群として各超科が別々の亜目に起源する説など様々な説が提唱されている。今回の初期殻体内部構造の研究では、白亜紀異常巻きアンモナイトの多系統説が支持され、アンキロセラス超科はアンモナイト亜目起源、ツリリテス超科とスカフィテス超科はリトセラス亜目起源の可能性が高いことが指摘できる。なお、本研究の成果については、1997年度の日本古生物学会において口頭発表を、また古生物学の専門雑誌への論文発表を準備中である。
音楽演奏における感性情報の抽出と分析

演奏者が異なれば、同じ曲でも異なって演奏される。演奏者は自分の解釈を実際の演奏として表現するためには、楽器のさまざまな物理量を制御するわけであるが、ピアノの場合だと、各音符の打鍵のタイミング、強さ、ペダリングがとくに重要である。つまり、これらの物理量は演奏の印象を支配する感性情報とみなすことができる。今年度は主としてこれらの感性情報がChopinのワルツの一部を複数の演奏者の異なった演奏に対する聴取者の印象とどのように関連しているかを調べた。まず、演奏のタイミングについては、打鍵のタイミングの差異とそれらの演奏を聴いたときの聴取者の心理的印象の間の相関係数は0.55-0.57で、かなりの相関があることが示された。また演奏意図とタイミングの間にも明確な関連性が観測された。次に演奏のダイナミクスも、ピアノによる演奏意図の表現において重要な役割を果たすと考えられるが、演奏の打鍵の強さの差異とそれらの演奏を聴いたときの聴取者の心理的印象の差の間の相関係数は0.19で、あまり相関がないことが示された。さらに、ペダリングが演奏によってどのように異なり、それがどのように聴取者の心理的印象に結びつくかを調べた。その結果、ペダリングの状況は、演奏意図よりも演奏者により強く依存しており、タイミングやダイナミクスの物理空間と好ましさの相関はあまり強くなかったが、ペダリングの物理空間と好ましさとはかなり関連が強いことが明らかになった。その他に、演奏者と楽器の違いのどちらが聴覚的印象により大きな印象を与えるか、また視覚的な情報の心理的印象への寄与度についても調べた。
腸内共生系進化が宿主昆虫に与えるインパクト： 微量メタボローム・ゲノミクスの融合

本年度は、前年度に引き続き、韓国産キゴキブリ及び米国産キゴキブリについてCE-MSによる後腸内代謝物の解析を行った。その結果、209代謝物が同定され、全体として地域集団間において後腸内代謝物量に明らかな差異が認められた。特に北米産キゴキブリと韓国産キゴキブリとの間で細胞内共生細菌が生産できる必須アミノ酸のうち、韓国産キゴキブリの細胞内共生細菌のみが生産可能なアミノ酸については、韓国産キゴキブリよりも米国産キゴキブリの後腸内により多く存在する傾向が認められた。この結果は両者で進化途上に後腸内または原生生物内に獲得した細菌叢の違いを反映していることが期待され、結果的に細胞内共生細菌のゲノム縮小進化に影響を与えた可能性も考えられた。その他のアミノ酸量の違いについては、これらの地域間で明らかな傾向は認められなかった。また、本年度は当初、米国産キゴキブリについてサンプリングと原生生物の代謝物定量を実施し、次年度に韓国産キゴキブリを用いて同様の実験を行う予定であったが、日本側とカウンターパートとの間の日程的な都合等によりサンプリングの順序を入れ替えることにした。したがって、本年度は先に韓国産キゴキブリのサンプリングと解析用サンプル調整を実施した。韓国産キゴキブリの原生生物の同定についても昨年度から継続的に実施し、これまでに11属15種の存在を同定することができた。本結果に基づき、生細胞で同定可能な種について、マイクロキャピラリーを用いたマニピュレーションを実施した。同定された細胞の大きさに基づき、約100細胞を1回の代謝物分析に用いると想定して、繰り返し解析用のサンプル調整を行った。まず、後腸全体における代謝物測定は本年度までに終了させる予定であったが、予想以上に腸内代謝物量の個体差が大きく、地域個体間で各代謝物の量比に明確な傾向は認められたものの、具体的な有意差まで導くには至らなかった。そのため、今後、明確な結果を得るためにはさらにサンプル数を増やす必要があると考えられた。また、原生生物の解析については、当初米国産キゴキブリを用いる予定にしていたが、野外採集に当たってカウンターパートとの都合等が合わず、年度内の実施は各種許可申請等の取得にも支障が出ることが予想されたため、次年度実施する予定であった韓国産キゴキブリの採集とサンプル調整を本年度実施し、次年度に米国産キゴキブリの採集とサンプル調整を実施することにした。また、実際に計測した原生生物のサイズに基づいて、代謝物解析に必要な細胞数を見積もったところ、当初予想していた細胞数よりも多くの細胞をマニピュレーターによって集める必要があることが明らかとなった。後腸代謝物測定の結果から推定される個体差のばらつきまで考慮すると、十分な解析を行うためには当初の予定よりも多くのサンプルを調整する必要があると判断されたため、このことも当初の予定よりも時間を要する一因となっている。以上の事情から、当初の計画よりも研究計画に若干の遅れが出ていると判断した。後腸全体にかかる代謝物解析については、サンプル数を増やして次年度も引き続き実施する。韓国産キゴキブリの原生生物単離と代謝物解析用のサンプル調整も、次年度当初に引き続き実施する。また、本年度に米国産に代えて韓国産キゴキブリを用いたことから、次年度中盤以降に米国産キゴキブリのサンプリングを実施するとともに、後腸全体および共生原生生物の代謝物解析用のサンプル調整を実施することで、当初次年度終末までに終わらせることを予定していた両集団間の代謝物の解析に目途をつける。本年度は韓国五台山国立公園および米国ジョージア州Black Rock Mountains州立公園において、キゴキブリ(Cryptocercus kyebangensisおよびC. punctulatus)のサンプリングを行った。持ち帰ったサンプルについて、韓国産キゴキブリの原生生物叢の解析と両種のキゴキブリについて後腸内代謝物の測定を実施した。キゴキブリ属にはこれまで北米東部のC. punctulatusと北米西部のC. clevelandi、ロシア東部のC. relictusから共生原生生物が記載されている。韓国産のキゴキブリから調整した標本の検鏡の結果、本種の後腸にはBarbulanympha属、Trichonympha属、Eucomonympha属、Leptospironympha属、Saccinobaculus属、Notila属、Oxymonas属の原生生物が共生していることが明らかになった。原生生物の属組成から判断すれば、本種の原生生物組成は北米の2種とは比較的大きく異なり、ロシア東部のC. relictusに近いことが明らかとなった。一般的にキゴキブリ属の後腸内に分布する原生生物の種組成は宿主種に特異的であると考えられているが、採集したキゴキブリのコロニーによっては原生生物組成が大きく異なるものが含まれており、五台山国立公園に定説とは異なり複数種のキゴキブリが分布する可能性も検討する必要があると考えられた。また、C. clevelandiおよびC. kyebangensisの後腸全体からの抽出物を調整し、それぞれn=3としてCE-MSを用いたメタボローム解析を行った。本結果については現在解析中である。これまでのところ当初の予定通り、アメリカ及び韓国よりキゴキブリを採集し実験に用いることができた。韓国の原生生物叢の解析についてはほぼ予定通り進んでおり、大凡の原生生物組成を把握することができた。

しかし、通常原生生物組成は主特異的であるのも関わらず、予想に反してコロニーによっては原生生物組成が異なることが明らかとなった。この原生生物組成はC. relictusから報告されたものと非常に近く、韓国のカウンターパートであるParkら(2004)が韓国南部からC. relictusを記載していることを考え合わせると、韓国北部の五台山国立公園にはこれまでC. kyebangensisの記載しかないが、実際には2種のキゴキブリが分布している可能性を視野に入れて今後検討していく必要があると考えられた。また、代謝物測定については後腸全体の代謝物測定まで実施することができた。しかし、原生生物個別の代謝物測定系の構築には当初の想定よりも時間を要している。原生生物個別の代謝物の測定系の構築は計画段階から平成30年度まで実施することを予定していたため、全体としては概ね順調に研究が進展していると考えられた。本年度は、前年度に引き続き、韓国産キゴキブリ及び米国産キゴキブリについてCE-MSによる後腸内代謝物の解析を行った。その結果、209代謝物が同定され、全体として地域集団間において後腸内代謝物量に明らかな差異が認められた。特に北米産キゴキブリと韓国産キゴキブリとの間で細胞内共生細菌が生産できる必須アミノ酸のうち、韓国産キゴキブリの細胞内共生細菌のみが生産可能なアミノ酸については、韓国産キゴキブリよりも米国産キゴキブリの後腸内により多く存在する傾向が認められた。この結果は両者で進化途上に後腸内または原生生物内に獲得した細菌叢の違いを反映していることが期待され、結果的に細胞内共生細菌のゲノム縮小進化に影響を与えた可能性も考えられた。その他のアミノ酸量の違いについては、これらの地域間で明らかな傾向は認められなかった。また、本年度は当初、米国産キゴキブリについてサンプリングと原生生物の代謝物定量を実施し、次年度に韓国産キゴキブリを用いて同様の実験を行う予定であったが、日本側とカウンターパートとの間の日程的な都合等によりサンプリングの順序を入れ替えることにした。したがって、本年度は先に韓国産キゴキブリのサンプリングと解析用サンプル調整を実施した。韓国産キゴキブリの原生生物の同定についても昨年度から継続的に実施し、これまでに11属15種の存在を同定することができた。本結果に基づき、生細胞で同定可能な種について、マイクロキャピラリーを用いたマニピュレーションを実施した。同定された細胞の大きさに基づき、約100細胞を1回の代謝物分析に用いると想定して、繰り返し解析用のサンプル調整を行った。まず、後腸全体における代謝物測定は本年度までに終了させる予定であったが、予想以上に腸内代謝物量の個体差が大きく、地域個体間で各代謝物の量比に明確な傾向は認められたものの、具体的な有意差まで導くには至らなかった。そのため、今後、明確な結果を得るためにはさらにサンプル数を増やす必要があると考えられた。また、原生生物の解析については、当初米国産キゴキブリを用いる予定にしていたが、野外採集に当たってカウンターパートとの都合等が合わず、年度内の実施は各種許可申請等の取得にも支障が出ることが予想されたため、次年度実施する予定であった韓国産キゴキブリの採集とサンプル調整を本年度実施し、次年度に米国産キゴキブリの採集とサンプル調整を実施することにした。
細胞内分子ダイナミクス診断のためのIn-Cell機能イメージング技術の開発

細胞内の生体分子のダイナミクスな振る舞いを高い時間・空間分解能で多元的に解析・可視化するためのIn-Cell機能イメージング技術の開発を目的とし,ナノニードル搭載型バイオプローブ構造の最適化に必要となるSiカンチレバー内への矩形流路の作製プロセスを開発した.さらに,倒立顕微鏡組込み型顕微ラマン分光装置を構築し,細胞内環境下でのチップ増強ラマン分光(TERS)スペクトルの時系列変化から,細胞の機能発現過程をリアルタイムで高度に可視化できることを実証した.本研究では,生命機能機序の新たな知を創出し,高度先進医療技術・革新的医薬品開発における次世代産業化のイノベーションを支援するキーテクノロジーとして,細胞内の生体分子のダイナミクスな振る舞いを高い時間・空間分解能で多元的に解析・可視化するためのIn-Cell機能イメージング技術の開発を目的として実施した.平成28年度に得られた成果は以下のとおりである.(1)本提案技術のキーデバイスであるナノニードル搭載型バイオプローブのばね定数の低減を目的とし,Siカンチレバー内に形成する矩形流路の作製プロセスを確立し,先鋭化ナノニードルを搭載したプローブを試作した.これによって,従来のカンチレバーのばね定数を25分の1まで低減することが可能となった.(2)細胞膜穿孔時のストレス応答の定量的評価を行うための基礎的検討として,細胞内Ca2+測定試薬(蛍光試薬Fluo 3-AM)を用いて,HeLa細胞へのガラスピペット押込み時の蛍光強度の時間変化の測定が可能であることを示した.(3)自作の倒立顕微鏡組込み型顕微ラマン分光装置を用いて,Ag薄膜(厚さ30nm)を成膜した市販のAFMプローブ探針先端をHeLa細胞に穿刺し,細胞内の分子同定を行った(細胞内TERSイメージング).その結果,細胞膜の脂質,細胞内のDNA,タンパク質に起因するラマンスペクトルを確認した.さらに,細胞内の生体分子の動態解析を行い,経時変化が認められるピークを確認した.また,励起光(レーザ光)のパワーが10mW/cm2以下では,細胞へのダメージが抑制できることを確認した.本提案技術のキーデバイスであるナノニードル搭載型バイオプローブの問題点の一つとして,ばね定数が大きく細胞の力学的特性を正確に評価できないという課題に対して,新規な矩形マイクロ流路(従来のばね定数の1/25を実現)の作製プロセスを確立し,バイオプローブのプロトタイプを作製した.また,自作の倒立顕微鏡組込み型顕微ラマン分光装置を用いて,AgコートAFMプローブ先端を細胞内に穿刺した状態で,細胞内分子動態の時間変化を長時間追跡可能であることを確認した.本研究では,生命機能機序の新たな知を創出し,高度先進医療技術・革新的医薬品開発における次世代産業化のイノベーションを支援するキーテクノロジーとして,細胞内の生体分子のダイナミクスな振る舞いを高い時間・空間分解能で多元的に解析・可視化するためのIn-Cell機能イメージング技術の開発を目的として実施した.得られた研究成果は以下のとおりである.(1)本提案技術のキーデバイスであるナノニードル搭載型バイオプローブのばね定数の低減を目的とし,Siカンチレバー内に形成する矩形流路の作製プロセスを確立し,先鋭化ナノニードルを搭載したプローブを試作した.これによって,従来のカンチレバーのばね定数を25分の1まで低減することが可能となった.(2)自作の倒立顕微鏡組込み型顕微ラマン分光装置を用いて,Agナノ粒子を形成したAFMプローブ探針先端をHeLa細胞に穿刺し,細胞内の分子同定(細胞内TERSイメージング)を行い,細胞膜(脂質),細胞内のDNA,タンパク質に起因するラマンスペクトルが取得できることを実証した.さらに,(3)細胞内TERSイメージングの時系列変化から細胞機能のダイナミクスな変化を捉えられることを示した.特に,タンパク質とグリコーゲンのピーク強度の変化が逆相関を示すことを明らかにした.また,(4)細胞核内と葉状仮足ではラマン分光結果に差異があることを明らかにした。特に,DNAのピークは核内で強く,脂質のピークは仮足で強く現れることを示した.加えて,(5)励起光(レーザ光)のパワーが10mW/cm2以下では,細胞へのダメージが抑制できることを確認した.また,(6)自作の顕微ラマン分光装置を改良し,通常の対物レンズの代わりに水浸対物レンズを使用することで,ラマン信号の感度が2倍以上となり,細胞へのダメージを抑制したTERSスペクトルの取得が行えるようになった.細胞内の生体分子のダイナミクスな振る舞いを高い時間・空間分解能で多元的に解析・可視化するためのIn-Cell機能イメージング技術の開発を目的とし,ナノニードル搭載型バイオプローブ構造の最適化に必要となるSiカンチレバー内への矩形流路の作製プロセスを開発した.さらに,倒立顕微鏡組込み型顕微ラマン分光装置を構築し,細胞内環境下でのチップ増強ラマン分光(TERS)スペクトルの時系列変化から,細胞の機能発現過程をリアルタイムで高度に可視化できることを実証した.平成28年度に得られた結果に基づき,以下の研究実施計画にしたがって研究開発を行う.(1)前年度に引き続き,バイオプローブの作製プロセスの最適化を行い,加工精度と歩留まりの高い量産技術を確立する.(2)作製したバイオプローブを用いて,電場駆動力による蛍光DNAの吐出実験を行い,生体分子の高精度吐出制御技術としての有効性を検証する.

(3)作製したバイオプローブを用いて,黄色蛍光タンパク質(YFP)発現プラスミッド(Venus)をHeLa細胞に導入し,遺伝子発現効率および生存率を精査する.(4)分泌マーカーであるヒト胎盤由来分泌型アルカリホスファターゼ(SEAP)をコードした発現プラスミドを細胞内に導入し,SEAPレポータータンパク質の発現活性を細胞内TERSによって解析し,本提案のIn-Cell機能イメージング手法の有効性を実証する.MEMS,マイクロ・ナノ加工