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ルイス・サリヴァンの建築思想・造形手法に関する分析と作品の保存更新活用実態調査

本研究課題では、ルイス・サリヴァンの建築思想と造形手法の探求と、代表作品及び同時代の作品の保存更新活用の実態調査を実施した。1.前者の研究ではルイス・サリヴァンの理論と建築造形の再考を試みるため、ニューヨーク、シカゴその他の各研究機関から、サリヴァン自身の著述原稿や未公開写真などの稀観一次資料を収集した。これらの資料を含めた考察を行い、その成果を3編の審査付き論文(日本建築学会計画系論文集)、および研究分担者の学位論文として発表した。ここで、サリヴァンの著作に見られる用語「動的平衡Mobile Equilibrium」が、彼の汎神論的・生気論的な自然観と「形態は機能に従う」に代表される建築論、そして垂直性の強調や対比的構成といった特徴的な建築造形をつなぐ重要概念であることを明らかにした。2.後者の研究では、保存活用が行われたサリヴァンの代表作、オーディトリアム・ビル、ウェインライト・ビル、ヴァン・アレン・ビルの現地調査を実施し、各々に異なる巨匠作品の保存活用事例の実状を精査することができた。特にヴァン・アレンにおいては、保存更新プロジェクトの関係者へのインタビューや実施図面資料などの入手によって、計画のプロセスまでも含めた詳細を明らかにすることができた。また、これらに加えて、同時代に建設された建築作品の保存更新活用の実態を明らかにするため、アメリカ6都市において現地調査を実施した。これらの成果は、4編の発表論文(2007年日本建築学会学術講演大会梗概)として、また、2008年3月に鹿島出版会より出版された「世界のコンバージョン建築」の一部として結実した。今年度本研究課題ではルイス・サリヴァンの建築思想と造形手法の探求と、代表作品及び同時代の作品の保存更新活用の実態調査を実施した。後者の調査研究ではルイス・サリヴァンの代表作、シカゴのオーディトリアム・ビル等に加えて、同時代に建設された建築作品の保存更新活用の実態を明らかにするため、シカゴ、ニューヨーク、フィラデルフィア、ワシントンD.C.、ボストン等において現地調査を実施した。今年度の調査対象はオフィスからホテルに改修が進められたバーナム・ホテル(旧リライアンス・ビル)のように、用途が転用された事例に定めた。本研究は建築思想と造形手法に基づいた作品の建設当時の意匠的特徴だけに留まらず、現存する作品の保存更新活用の設計手法にも焦点を当てた建築意匠研究の新たな領域の開拓を目指している。本年度は、昨年度に引き続き、ルイス・サリヴァンの建築思想と造形手法の探求と、代表作品及び同時代の作品の保存更新活用の実態調査を実施した。1.前者の研究では、昨年度に収集した資料をもとに、日本建築学会計画系論文集に「ルイス・サリヴァンの建築造形に見られる『動的平衡』-その1立面構成手法と装飾モチーフによる垂直性-」、「ルイス・サリヴァンの建築造形における『動的平衡』-その2対比的構成-」の2編をまとめた。これは、昨年度において同論文集に発表したサリヴァンの理論的側面の研究をふまえ、彼の建築造形を考察したものである。また、これらの研究成果を総合的にまとめ、研究分担者の学位論文として発表した。2.後者の研究では、前年度に行ったアメリカ諸都市の現地調査の成果を、2007年度日本建築学会学術講演での4編の発表論文「アメリカにおけるコンバージョン建築事例の調査研究その1その4」として、また、鹿島出版会より出版された「世界のコンバージョン建築」の一部としてまとめた。さらに、サリヴァンの保存更新活用事例であるセントルイスのウェインライト・ビルおよびクリントンのヴァン・アレン・ビルを調査し、現地関係者とのインタビューによってより深い知見を得ることができた。特にヴァン・アレンにおいては、保存更新プロジェクトの関係者(デベロッパー、現場監督、消防関係者、市職員など)へのインタビューや実施図面資料などの入手によって、計画のプロセスまでも含めた詳細を明らかにすることができた。
単結晶からなる三次元サブミクロン周期構造体のエピタキシャル成長技術の開発（国際共同研究強化）

半導体材料のナノポーラス化により、反応性の向上などの様々な新機能の獲得を試みる研究が行われている。しかし、従来のポーラス材料の作製法のほとんどでは、多結晶またはアモルファスの物質で構成された材料しか得られない。このため、欠陥密度が高く、光学特性や電気特性が著しく低い。本研究では、半導体単結晶からなる三次元ナノポーラス材料を作製する技術を開発した。ポーラス単結晶が従来の多結晶ポーラス材料よりも良好な光学・電気特性を示すことを実証した。内定年度:2015半導体材料のナノポーラス化により、反応性の向上などの様々な新機能の獲得を試みる研究が行われている。ナノポーラス半導体材料を利用した高機能デバイスを実現するためには、ポーラス材料を構成する物質自体の結晶性を向上させ、物質本来の特性を最大限に発揮させることが必要不可欠である。そこで、本研究では、半導体単結晶からなる三次元ナノポーラス材料を作製する技術の開発を行う。酸化亜鉛単結晶からなるナノポーラス材料を得ることを目的に、三次元構造のテンプレート内に酸化亜鉛をエピタキシャル成長させる技術の確立を検討した。フローリアクターを用いた水溶液プロセスにより、析出の駆動力を精密に制御することで、複雑な三次元構造をもつ細孔内に、酸化亜鉛を選択的にエピタキシャル成長させることに成功した。得られたナノポーラス構造体が、多結晶酸化亜鉛からなるものではなく、単結晶酸化亜鉛であることをXRD解析によって確認した。テンプレートとして、コロイド結晶だけでなく、ブロックコポリマーをベースとするナノポーラスポリマー膜を使用した場合にも、酸化亜鉛の選択的エピタキシャル成長を成功させることができた。これにより、規則的なメソ孔を有する単結晶ZnO層を得ることができた。単結晶からなるメソポーラス層の形成に成功した。光の波長と同程度の周期の周期構造を三次元方向にもつ構造体は、3Dフォトニック結晶と呼ばれ、光の局在化や特定波長の光の完全反射などの特異的な光学現象を示す新しい光材料として注目されている。しかし、これまでに作製された3Dフォトニック結晶のほとんどが多結晶またはアモルファスの物質で形成されているため、欠陥密度が高く、光学特性や電気特性が著しく低い。フォトニック結晶を利用した高機能デバイスを実現するためには、フォトニック結晶を構成する物質自体の結晶性を向上させ、フォトニック結晶本来の特性を最大限に発揮させることが必要不可欠である。そこで本研究では、半導体単結晶からなる3Dフォトニック結晶の作製技術の開発を行なった。フローリアクターを用いた水溶液プロセスによって、三次元構造のテンプレート内に、ZnOをエピタキシャル成長させることに成功した。フローリアクターを用いて結晶成長条件を精密に制御することにより、選択的三次元エピタキシャル成長が可能な条件を明確化した。テンプレートを選択的に除去し、単結晶3Dフォトニック結晶を得た。得られたZnO単結晶フォトニック結晶のフォトルミネッセンス測定を行い、単結晶フォトニック結晶が、多結晶体よりも高い発光特性を示すことを明らかにした。また、ホール効果測定を行い、単結晶フォトニック結晶が優れた電気特性を示すことを確認した。また、本研究で得られた単結晶フォトニック結晶中の電子移動度が、理論値と同等の高い値を示すことを明らかにした。これまでの研究によって得られた単結晶ZnOナノポーラス材料が、従来の多結晶からなるポーラス材料よりも、優れた光学・電気特性をもつことを実証する。比較対象として、多結晶ナノポーラス材料を作製し、それぞれの光学、電気特性の測定を行い、評価・解析を行う。この過程において、単結晶ポーラス材料特有の新たな機能および物理現象を発見することを期待している。材料プロセス科学
ナメクジのin vitro嗅覚学習における神経可塑性のメカニズムの解明

ナメクジは単純な神経系を持ちながら高度な嗅覚-味覚連合学習を行う.これは単離脳でも再現可能である.脳内に多数存在し,前脳に豊富な投射を持つモノアミン作動性神経は学習において無条件刺激を担い,神経回路の可塑性を引き起こすと考えられる.特にセロトニンは多くの動物で学習に関与することが知られていることから,本研究ではセロトニン作動性神経の免疫組織学および電気生理学的解析を行った.中枢神経節においてセロトニン抗体染色を行うと,脳神経節に3対の大型の細胞が染色された.このうち吻側に存在した1対の細胞はすでに同定されたmetacerebral giant cellと呼ばれる細胞で,嗅覚学習には直接関与しないことがわかっている.尾側に存在した2対の細胞は新しくみつかったもので,このうちの1個にbiocytinを注入すると,前脳に向けて投射が見られた.前脳のニューロンは自発的に同期した膜電位振動を生じており,これが局所場電位として記録される.前脳にセロトニンを灌流投与すると,局所場電位の振動数が増加した.同様の振動数変化は,無条件刺激である味覚神経束の電気刺激によっても,またセロトニン含有細胞の刺激によっても生じることができた.さらに前脳においてシナプス伝達の可塑性が生じる条件を検討した.その結果,触角神経束に高頻度電気刺激を加えることにより,前脳に誘発される電位が2時間以上にわたって増強されることが明らかになった.このような長期増強が学習のメカニズムとなっている可能性が考えられる.ナメクジの嗅覚中枢である前脳には約10^5個の神経細胞が存在し,これらが同期して膜電位振動を生じていて,これが局所場電位振動としても記録される.局所場電位振動に関しては,触角に対する嗅覚刺激により振動数が変調すること,学習させた匂いではより強い振動数変調が生じることなどが知られている.しかし前脳を構成する個々の神経細胞がどのような嗅覚応答を生じるかについては知られていなかった.そこで触角-脳標本を作成して単一の前脳神経細胞からパッチクランプ法による記録を行い,触角に対する嗅覚刺激時の活動を調べた.前脳で嗅覚性の求心性線維の投射を直接受けている細胞はnonbursting neuronであり,これらは周期的にbursting neuronから抑制性シナプス入力を受けている.匂い刺激を行うと,多くのnonbursting neuronでは発火頻度が減少したが,一部の細胞では発火頻度が増加した.発火頻度が減少した細胞では,膜電位の低下が見られたが,これは主にプラトー部分の電位の低下によるものであった.しかし一部の標本では匂い刺激によってnonbursting neuronに対する抑制性シナプス入力の頻度が増加し,それに伴って発火頻度の減少が生じた.これらの結果は,嗅覚入力によるnonbursting neuronの抑制が,nonbursting neuronの膜電位の定常的抑制によるものと,bursting neuronの周期的活動による抑制性シナプス入力の増加によるものとの2種類のメカニズムによって担われていることを示している.ナメクジは単純な神経系を持ちながら高度な嗅覚-味覚連合学習を行う.これは単離脳でも再現可能である.脳内に多数存在し,前脳に豊富な投射を持つモノアミン作動性神経は学習において無条件刺激を担い,神経回路の可塑性を引き起こすと考えられる.特にセロトニンは多くの動物で学習に関与することが知られていることから,本研究ではセロトニン作動性神経の免疫組織学および電気生理学的解析を行った.中枢神経節においてセロトニン抗体染色を行うと,脳神経節に3対の大型の細胞が染色された.このうち吻側に存在した1対の細胞はすでに同定されたmetacerebral giant cellと呼ばれる細胞で,嗅覚学習には直接関与しないことがわかっている.尾側に存在した2対の細胞は新しくみつかったもので,このうちの1個にbiocytinを注入すると,前脳に向けて投射が見られた.前脳のニューロンは自発的に同期した膜電位振動を生じており,これが局所場電位として記録される.前脳にセロトニンを灌流投与すると,局所場電位の振動数が増加した.同様の振動数変化は,無条件刺激である味覚神経束の電気刺激によっても,またセロトニン含有細胞の刺激によっても生じることができた.さらに前脳においてシナプス伝達の可塑性が生じる条件を検討した.その結果,触角神経束に高頻度電気刺激を加えることにより,前脳に誘発される電位が2時間以上にわたって増強されることが明らかになった.このような長期増強が学習のメカニズムとなっている可能性が考えられる.
英語統語解析にもとづいた言語の脳内処理に関する研究

統語解析理論は、脳波や脳画像などの資料を解釈するうえで、重要な役割を果たす。今年度の研究では、昨年度の研究成果にもとづき、つぎの隣接結合の原則を心理実験により検証した。[隣接結合の原則]結合は隣接した構成素同士でのものが最適である。日本語の統語解析においてこの原則が重要な役割を果たしているか否かを大津研究室に設置のタキストスコープによって調査した。被験者総数は20名で、画面上に文節ごとに提示された文字列を読み、その意味を理解したごとに反応キーを押すという課題で実験を行った。刺激材料には、隣接結合の原則にしたがう文とそうでない文が混在している。もし被験者が隣接結合の原則を使って解析を行っているのであれば、後者では、隣接結合の原則が貫徹されないことを示す間題の部分が提示された直後の反応時間が田の部分での反応時問に比べ、長くなることが予想される。実験の結果はおおむね、それを支持するものであった。今後はこの結果をもとにより多くの刺激文を作成し、それらを用いてERPや機能MRIを用いた実験を行う予定である。これらの実験では、それぞれのタイプの刺激文に対し、100以上の刺激文(トークン)が必要とされるからである。なお、大津は現在、京都大学病院において、この実験の一部を予備実験の形で実施中である。統語解析理論は、脳波や脳画像などの資料を解釈する理論を構築するうえで、重要な役割を果たす.今年度の研究では、統語解析における結合の一般原則に関する検討と実験を行った.結合(association)とは、統語解析の過程ですでに構築された統語構造と新たに生じた統語構造を一つの統語構造にまとめる作業を指す.今回提案した原則は、(1)結合は隣接した構成素同士でのものが最適である.である.これを隣接結合の原則(Adiacency Association,AA)と呼ぶ。この原則はJohn Kim ballによる右結合(Right Association,RA)の原則を包含する.しがし、RAとは異なり、日本語のような左枝分かれ構造を持つ言語の解析過程においても正しい予測をする.たとえば、(2)若い男の妻で、優先される読みは(3) [[若い男]の妻]であるが、それはAAによって正しく予測される.言うまでもなく、現実の文理解の過程では、さまざまな要因がさまざまな形で相互作用する。韻律的要因もその一つで、たとえば、(4)においては(5)が優先される読みであるが、それは韻律的要因がAAを凌駕することによって引き起こされると考えられる.(4)たいそう若い男の妻(5) [[たいそう若い][男の妻]AAが結合の一般原則として機能するのであれば、少なくとも部分的には、絶対的に普遍的な(つまり、パラメータ的ばらつきを許容しない)解析原則が存在することになり、その意味するところは大きい.AAについては、まだ明示的な部分が多く残されているが、基本的な方向は誤っていないと考えられる.来年度の主な課題はAAの更なる明示化である.統語解析理論は、脳波や脳画像などの資料を解釈するうえで、重要な役割を果たす。
日本の芸術系大学の女性アーティスト・研究者ネットワーク作りのための情報基盤構築

本研究は、日本の芸術系大学に所属する女性のアーティスト・研究者がより多様なキャリア選択肢に触れられる手段として、地域や領域の枠を超えたネットワーク作りを掲げ、そのために必要な情報基盤を構築する。女子学生が67割以上を占める日本の芸術系大学は、社会のイノベーションに不可欠な「女性」「クリエイティブ人材」の宝庫だが、上位職教員は男性が圧倒的に多いことなどから、女性のキャリアパスは可視化されづらい状況がある。本研究では、全国の芸術系大学における男女共同参画、キャリア支援などの取組状況調査を通して、領域や組織別の課題を明らかにし、芸術分野の女性のキャリアの多様性を推進するための土台作りを行う。
設計知識再利用形ソフトウエア自動設計システム(ケースツール組合せ試験)

この研究の最終目的は,人の設計した図面から設計知識を獲得しこれを再利用して自動設計方式を行わせる全く新しい知的CASEツール方式である.昨年度に続く本年度の研究課題は「既存CASEツール」と自動化の為の「知的機能部分」とをシステム間のファイルインタフェイスでの接続を実現し,知的CASE方式の可能性を研究する事である.本年度の研究結果を纏める.1.設計の基礎研究:設計の理論的な基礎の充実を行なった.(この論文は人口知能学会誌平成9年7月に掲載される.)また,知的CASEの方式構成と評価の評価の研究を行い,子信学会知能ソフトウエア工学研究会に発表した.これらは何れも従来方式と異なる新規な着眼,思想である.2.仕様記述言語SDLを用いる自動設計方式の研究:概要を平成8年5月に国際学会(ICCT '96)に発表し,その中の「プロセス分割」と「タスク挿入」の両自動設計機能の原理形の構築を完了した.(当初はこれとSDLのCASEツールを組合せた接続試験を予定していた.昨年度分で報告したように,担当外国会社との間で文化のギャップによる行き違いが多く,共同研究は取り止めた.)3.一般の構造化チャートCASEツールの場合の自動設計の研究: *前年度の接続仕様の研究により,下記が判明した.CASEツール間の接続の為に標準化されている(言語レベルでの)相互交換用のDXLインタフェイスは本方式では使用できない.それは,本研究方式は,構造化チャートの図形を対象とし,言語レベルインタフェイスでは極めて複雑で不適当である.図形を使用するので,CASEツール毎に個別の接続仕様になった.*共同研究先の日立中部ソストウエアとCASEツールの内部にも考慮した接続の研究を行った.その結果,ファイルベース接続でなくてCASEツールと知的部分を一体化した方が遙かに容易に知的CASE化できる事が解り,年度後半は一体化の基礎研究を行ない,基本部分を実現した.*実際に組み合わせ試験を行い,知的CASEツールの可能性を立証した.平成9年1月の子信学会知能ソフトウエア工学研究会で発表ならびにデモンストレーションを行った.本課題の目的は達成でき,本研究は終結する.この研究の最終目的は,人の設計した図面から設計知識を獲得しこれを再利用して自動設計方式を行わせる全く新しい知的CASEツール方式である.昨年度に続く本年度の研究課題は「既存CASEツール」と自動化の為の「知的機能部分」とをシステム間のファイルインタフェイスでの接続を実現し,知的CASE方式の可能性を研究する事である.本年度の研究結果を纏める.1.設計の基礎研究:設計の理論的な基礎の充実を行なった.(この論文は人口知能学会誌平成9年7月に掲載される.)また,知的CASEの方式構成と評価の評価の研究を行い,子信学会知能ソフトウエア工学研究会に発表した.これらは何れも従来方式と異なる新規な着眼,思想である.2.仕様記述言語SDLを用いる自動設計方式の研究:概要を平成8年5月に国際学会(ICCT '96)に発表し,その中の「プロセス分割」と「タスク挿入」の両自動設計機能の原理形の構築を完了した.(当初はこれとSDLのCASEツールを組合せた接続試験を予定していた.昨年度分で報告したように,担当外国会社との間で文化のギャップによる行き違いが多く,共同研究は取り止めた.)3.一般の構造化チャートCASEツールの場合の自動設計の研究: *前年度の接続仕様の研究により,下記が判明した.CASEツール間の接続の為に標準化されている(言語レベルでの)相互交換用のDXLインタフェイスは本方式では使用できない.それは,本研究方式は,構造化チャートの図形を対象とし,言語レベルインタフェイスでは極めて複雑で不適当である.図形を使用するので,CASEツール毎に個別の接続仕様になった.*共同研究先の日立中部ソストウエアとCASEツールの内部にも考慮した接続の研究を行った.その結果,ファイルベース接続でなくてCASEツールと知的部分を一体化した方が遙かに容易に知的CASE化できる事が解り,年度後半は一体化の基礎研究を行ない,基本部分を実現した.*実際に組み合わせ試験を行い,知的CASEツールの可能性を立証した.平成9年1月の子信学会知能ソフトウエア工学研究会で発表ならびにデモンストレーションを行った.本課題の目的は達成でき,本研究は終結する.平成7年度の研究成果は,技術面では予定とおり,作業面では幾つかの問題点がある.「技術面1.設計知識の構造と知識抽出の方法」作図に関する系統的ん設計知識抽出方式の研究が進み,山を超えた.これらについてはWorld Congress on Ewpert System'96に発表した.別途研究した秘書の電話対応知識の研究の結果,この「判断の知識と全体構成」が設計ついて準用できる事が判った.それは,人の作業全体に共通する構造であるから準用できる,と考えられ,今後の研究上の大きな進展であった.「技術面2.設計再現用エキスパートシステムの構築方法の標準化」については成果を研究会とWorld Congress on Expert System'96に発表した.この方法を用いて,評価試験用のエキスパートシステムの開発を行い,方法を改善中である.改善点はプログラム本体は既に終了しているので,関連するデータ,プログラム処理とモデル化すべき対象の状態等の表記の2分野になっている.「対外国会社技術協力」評価試験対象で使用する形式的仕様記述

言語SDLのケースツールを製造販売するTelelogic社に共同研究の意向があり,相談をしている.打ち合わてみると,外国ゆえ本論以前に各種の取決を明確化する事が必要であり、雑作業で本務に支障をきたすので,現在は半ば凍結中.「作業面2.接続システム用の条件」これは,ケースツール図面上の条件は整理できたが,実際の各システムの内部を開示され調査した結果,次の2点の問題が判明した.イ.図面表記上は単純な対応関係でも各社システムは整理して構成されておらずかなり複雑な対応関係になり,また接続するシステム毎の違いの為にそれぞれの個別部分が大きな比重を占める.ロ.ツール自体が複雑化したので,中心の設計図面以外に多数の図面に関してしまう.そこで,接続の為の作業にこれらを含めると予定作業量を超えてしまう.これらの問題点は,個別に条件を調べながら必要不可欠の部分のみ作業する方針で対処している.この研究の最終目的は,人の設計した図面から設計知識を獲得しこれを再利用して自動設計方式を行わせる全く新しい知的CASEツール方式である。昨年度に続く本年度の研究課題は「既存CASEツール」と自動化の為の「知的機能部分」とをシステム間のファイルインタフェイスでの接続を実現し,知的CASE方式の可能性を研究する事である.本年度の研究結果を纏める.1.設計の基礎研究:設計の理論的な基礎の充実を行なった.(この論文は人工知能学会誌平成9年7月に掲載される.)また,知的CASEの方式構成と評価の評価の研究を行い,子信学会知能ソフトウエア工学研究会に発表した.これらは何れも従来方式と異なる新規な着眼、思想である.2.仕様記述言語SDLを用いる自動設計方式の研究:概要を平成8年5月に国際学会(ICCT'96)に発表し,その中の「プロセス分割」と「タスク挿入」の両自動設計機能の原理形の構築を完了した.(当初はこれとSDLのCASEツールを組合せた接続試験を予定していた.昨年度分で報告したように,担当外国会社との間で文化のギャップによる行き違いが多く,共同研究は取り止めた.)3.一般の構造化チャートCASEツールの場合の自動設計の研究:*前年度の接続仕様の研究により,下記が判明した.CASEツール間の接続の為に標準化されている(言語レベルでの)相互交換用のDXLインタフェイスは本方式では使用できない.それは,本研究方式は,構造化チャートの図形を対象とし,言語レベルインタフェイスでは極めて複雑で不適当である.図形を使用するので,CASEツール毎に個別の接続仕様になった.*共同研究先の日立中部ソフトウエアとCASEツールの内部にも考慮した接続の研究を行った.その結果,ファイルベース接続でなくてCASEツールと知的部分を一体化した方が遙かに容易に知的CASE化できる事が解り,年度後半は一体化の基礎研究を行ない,基本部分を実現した.*実際に組み合わせ試験を行い,知的CASEツールの可能性を立証した.平成9年1月の子信学会知能
フェムト秒、短波長レーザによる深堀・穿孔加工と光ファイバセンサプローブの開発

フェムト秒レーザの第2高調波400nmを用いて、掘削メカニズムを、深堀・穿孔の直径、深さ、形状(直円筒、コーン型)、内面仕上げ精度との関連について実験を実施する。成果として、(1)フェムト秒第2高調波(波長:400 nm、パルスエネルギー: 30μJ、繰返し周波数:1 kHz)にて、パルス総数300(レーザ照射時間:0.3秒)で貫通穿孔構造を石英系光ファイバに効率的に構築できた。(2)構築した穿孔構造内部に金ナノ粒子分散溶液を注入し、金ナノ粒子を用いたナノ粒子固有の光吸収スペクトルの測定をおこない、金ナノ粒子固有の光吸収スペクトル(吸収ピーク波長:518 nm)の取得に成功した。本研究は、フェムト秒・短波長レーザを利用してガラス材料への深堀・穿孔(穴)内面加工を行うための照射条件を実験的に明らかにし、微小な光ファイバセンサプローブの作り込みを行うことを目的とする。具体的には、フェムト秒レーザ装置の波長を波長変換装置により第2高調波の400nmとし、1パルスあたりのエネルギー、パルス繰返し周波数、照射時間(=総パルス数)の組み合わせを調整し、また集光用光学系を制御して、集光位置、集光度(開口数)を変化させて、深堀・穿孔加工特性を穿孔のアスペクト比(深さ/直径)、形状(直円筒、コーン型)を整える方式を確立する。これまで、パルスエネルギー20μJ,繰り返し周波数1kHz,総パルス数100パルス、集光位置:材料表面から50 μm、開口数:0.65の集光照射条件を見出し、加工された穿孔として、全体の深さ:60 μm、穿孔開口部の直径:22 μm、穿孔構造入り口から深さ23 μmまで:コーン形状、23 μmから最深部まで:直円筒形状(フィラメント形状)、23 μmから最深部まで:比較的滑らかな内表面が得られており、フィラメント部の直径は3 μmの深掘りが実現できた。深堀・穿孔をコア内に配置すると散乱により挿入損失が生じ、挿入損失と表面精度には関連があるので、内表面状態はSEM(走査電顕)を用いて観測を行なった。また、深堀・穿孔内の表面の修飾に関して、まず、内表面の粒界状表面(granules)の粗さを観測しながら、金属薄膜蒸着、金属コロイドの固定化を開始しているが、局在プラズモン共鳴現象と液相、気相(水素)検出の可能性を検証するには至っていいない。この固定化にはさらに実験を継続する必要がある。400nmフェムト秒加工による照射条件と深堀・穿孔加工に関しては、条件を変えながら種々の興味ある結果を得られた。研究の第一段階は完了しつつある。さらに、継続し400nmフェムト秒レーザの深掘りの加工に関する理論的考察を進めたい。深掘り加工の照射条件と加工精度に関しての一連の実験をまとめつつ、内面の表面にいかにして金属コロイドを固定化するかは次の課題として残っている。本研究は、フェムト秒・短波長レーザを利用してガラス材料への深堀・穿孔(穴)内面加工を行うための照射条件出しを実験的に明らかにし、微小な光ファイバセンサプローブの作り込みを行うことを目的とする。フェムト秒レーザ装置の波長を波長変換装置により第2高調波の400nmとし、1パルスあたりのエネルギー、パルス繰返し周波数、照射時間(=総パルス数)の組み合わせを調整し、また集光用光学系を制御して、集光位置、集光度(開口数)を変化させて、深堀・穿孔加工特性を穿孔のアスペクト比(深さ/直径)、形状(直円筒、コーン型)を整える方式を確立する。また、特に内面仕上げ精度との関連について実験的な研究を実施する。深堀・穿孔をコア内に配置すると散乱により挿入損失が生じる。挿入損失と表面精度の関連も明らかにする。これまで、パルスエネルギー20μJ,繰り返し周波数1kHz,総パルス数100パルス、集光位置:材料表面から50μm,開口数:0.65の集光条件を見出し、加工された穿孔として、全体の長さ:60μm、穿孔開口部の直径22μm、穿孔構造入り口からの深さ23μmまで:コーン状、23μmから最深部まで:直円筒形状(フィラメント形状、直径3μm)、23μmから最深部まで:比較的滑らかの内表面となることがSEM観測で明らかになり、これらの成果を正規論文として公表した。穿孔加工を光ファイバの両側面から行い、貫通穴を成功裏に形成し、内表面に金属コロイドの固定化を実施した。固定化はできたが密度が少ないこともあり、局在プラズモン共鳴現象がみられないので、金コロイドを混入した溶液を貫通穴に導入したところ、局在プラズモン共鳴を観測することができた。この方式により溶液密度から固定化に必要なコロイド表面密度を割り出す方向にある。266nmの光学系の導入が予定より遅れているが、最終年度で挑戦する。(1)400nmフェムト秒加工によるガラス・光ファイバへの照射条件と深堀・穿孔の形状、内部表面仕上げ精度の関連の解明、(2)ガラス・光ファイバへの深堀・穿孔(貫通穴)の形状、配置、内部修飾(金コロイドの固定化を含めて)による微小体積(10-12リッター)セルをもつ分光分析用微小プローブを試作はほぼ達成されてきている。

可能ならば平成28年後半以降から、フェムト秒レーザ装置の波長と集光光学系を266nmに移行してする予定であったが、コロイドの固定化で時間がかかり、予定が遅れている。本研究では、Ti-Sapphireフェムト秒レーザの第2高調波400nmをもしくは第3高調波266nmを用いて、ガラス・光ファイバに短時間の内に必要とする加工精度を達成できるような、効率的な加工を確立する。400nm、または266nmを用いて、次数の低い多光子吸収(少ない光子数)における掘削メカニズムを、レーザ照射の条件を変化させ、深堀・穿孔の直径、深さ、形状(直円筒、コーン型)、特に内面仕上げ精度との関連について実験的な研究を実施する。照射条件として、加工時間、パルス繰返し周波数、パルスエネルギー、集光位置、集光度(開口数)を調整し、深堀穴形状、内表面状態を制御する。それにより微小体積(10-12リッター)セルをもつ分光分析用微小プローブを試作する。この微小セルの内表面状態は、粘性の異なる各種液体の導入、金属薄膜の蒸着、コロイド金属の保持といったセンシング機能の拡張性にどのような利便性があるか検討する。最終年度に実施した研究成果としては、(1)光ファイバへの深掘・穿孔加工について、貫通する穴あけ構造構築のためのレーザー照射条件を最適化した。フェムト秒パルス光の第2高調波(波長:400 nm、パルスエネルギー:30 uJ、繰返し周波数:1 kHz)の条件にて、合計照射パルス数300(レーザー照射時間:0.3秒)で貫通する穿孔構造を石英系光ファイバに効率的に構築することができた。(2)構築した穿孔構造内部に金ナノ粒子分散溶液を注入し、金ナノ粒子を用いたナノ粒子固有の光吸収スペクトルの測定をおこない、金ナノ粒子固有の光吸収スペクトル(吸収ピーク波長:518 nm)の取得に成功した。また、(3)フェムト秒レーザーの第3高調波(波長:266 nm)のエネルギーが小さく加工の閾値を超えることができなかったが、400nmの実験を通じて3年間全体としは当初の目的を達成できたと考える。フェムト秒レーザの第2高調波400nmを用いて、掘削メカニズムを、深堀・穿孔の直径、深さ、形状(直円筒、コーン型)、内面仕上げ精度との関連について実験を実施する。成果として、(1)フェムト秒第2高調波(波長:400 nm、パルスエネルギー: 30μJ、繰返し周波数:1 kHz)にて、パルス総数300(レーザ照射時間:0.3秒)で貫通穿孔構造を石英系光ファイバに効率的に構築できた。28年度の課題の進捗は概ね順調と考えるが、金属コロイドの固定化をさらに進めたい。研究目的の眼目として、微小な光ファイバセンサプローブを光ファイバ線路に作り込むという観点では、必ずしも表面プラズモン現象を導入する必要は無いものの、金属コロイドの固定化、または金属薄膜コーティングすることによりセンサとしての機能はさらに大きく広がり、新規性を創出できるので、諦めずに精力的に進めてゆく。金属コロイドはプラスに帯電していることから、穿孔内表面をマイナス帯電するための化学的表面処理を施すことにより強固なコロイドの固定化ができないかという方向から挑戦を継続する。28年度の穿孔加工条件に関して、論文が完成しつつあるので論文として公表する。内表面に局在プラズモン共鳴を観測できる程度のコロイド密度を見出し、高密度の表面固定化が適当か、溶液溶け込み状態でプラズモンセンシングのどんな機能ができるか実験的検討を継続する。266nm集光光学系を構築し、実験を継続する。
表面プラズモン増強光電場による革新的水完全分解光触媒の創製

本研究の目的は、無機ナノ粒子と光触媒の機能複合化により、水完全分解用光触媒の世界最高活性を達成することである。具体的には、水素生成助触媒として粒径・組成比を精密に制御したRh_<2-y>Cr_yO_3複合酸化物ナノ粒子を、酸素生成助触媒として精密粒径制御したMn_3O_4ナノ粒子を液相合成により合成し、それぞれを半導体光触媒上へ高分散担持することによって光触媒活性の記録更新を目指す。本年度は、水完全分解光触媒の酸素生成助触媒として、昨年度までに高い活性を有することが明らかになったMn_3O_4ナノ粒子のMn(II)をCo(II)に置換したCo_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子に焦点を当てた。植物の光合成酸素発生サイトがCa^<2+>を含む酸化マンガンクラスターであることから、Mn_3O_4ナノ粒子への異種イオンの導入が触媒活性向上に寄与すると期待した。具体的には、Co置換率040%のCo_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子をSrTiO_3光触媒へ担持し、水素生成助触媒(Rh/Cr_2O_3ナノ粒子)を光電着した後、水完全分解光触媒特性評価を行った。その結果、Co置換率の増加に伴い水完全分解活性が上昇し、Co置換率40%の時に無担持の場合と比較して2.6倍高い活性が得られた。さらに、Co_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子を担持したBiYO_4光電極の光電流測定を行ったところ、Co置換率の上昇に伴い光電流値が上昇し、光触媒の安定性も増すことが明らかとなった。これらの結果は、Co置換Mn_3O_4ナノ粒子がMn_3O_4ナノ粒子よりも酸素生成助触媒として効果的に働くことを示している。(抄録なし)水分解光触媒に助触媒を担持する際、既存の助触媒担持法では助触媒ナノ粒子同士の凝集が避けられず、光触媒活性の向上や活性を左右する因子解明が困難であった。液相精密合成した助触媒ナノ粒子の高分散担持によって、ナノスケールでの助触媒の精密制御が可能となり、大幅な光触媒の活性向上が期待できる。本研究では、世界最高活性を誇る光触媒の活性を、液相合成によって精密に構造制御されたナノ粒子を用いて大幅に向上させることを目的とする。GaN:ZnOは873Kでのポスト焼成処理により、その活性が大幅に向上することがわかっている。本年度はまず、このポスト処理を施したGaN:ZnOに対し、酸素生成助触媒として、粒径制御に成功しているMnO(Mn_3O_4)ナノ粒子を担持し、光触媒活性の粒径・担持量依存性を明らかにした。その結果、酸素生成助触媒としては粒径9nmのMn_3O_4ナノ粒子を担持した時に最も高い活性が得られ、粒径変化による活性の大幅な向上は期待できないことが示唆された。酸化マンガンと同様に、酸化コバルトが酸素生成助触媒として働くことが近年活発に報告されている。そこで次に、新規酸素生成助触媒としてCoドープ酸化マンガンナノ粒子を合成し、光触媒上へ高分散担持した後、水完全分解光触媒活性のCoドープ率依存性について検討した。粒径約9nmのCoドープMnOナノ粒子(Coドープ率0-40%)の液相合成に成功し、Coドープ率0-40%の間で水完全分解光触媒活性評価を行った結果、Coドープ率が20%の時に最も高い活性を示し、Coドープ酸化マンガンナノ粒子が有用な酸素生成助触媒となることが示唆された。Coドープによって水の酸化触媒としての特性が向上した理由として、GaN:ZnOからCoドープ酸化マンガンへの正孔移動過程が起こりやすくなったこと、水分子および酸素分子のCoドープ酸化マンガンに対する吸着エネルギーが変化し水の酸化速度が向上したことが考えられるが、詳細については現在調査中である。

さらに、Co_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子を担持したBiYO_4光電極の光電流測定を行ったところ、Co置換率の上昇に伴い光電流値が上昇し、光触媒の安定性も増すことが明らかとなった。これらの結果は、Co置換Mn_3O_4ナノ粒子がMn_3O_4ナノ粒子よりも酸素生成助触媒として効果的に働くことを示している。日々熱心に研究に取り組んでいますが、本年度は研究室異動の影響もあり、研究内容は期待していたほど光触媒活性の向上に繋がらず、予定していたほどの進展はありませんでした。来年度、研究を大きく進展させるべく、最大限努力したいと思います。増強光電場によるGaN:ZnO光触媒の活性向上を目指す。Agナノ粒子として、LSPR波長を広く調節することが可能なAgナノキューブやナノロッドを用いる。次に、反応条件を変化させSiO_2シェルの厚さを制御する。この粒子をGaN:ZnOと混合し、先述の手法により高分散にGaN:ZnO上へ担持後、Ag/SiO_2コアシェルナノ粒子同士が光触媒表面で凝集しない程度の温度で焼成処理し、SiO_2シェルをGaN:ZnOに接合させる。GaN:ZnO上へ高分散にAgナノ粒子が担持されていること、Agナノ粒子とGaN:ZnO間の接触がないことをTEMによって確認する。次に、光触媒活性におけるAgナノ粒子の担持量依存性やSiO_2シェル厚依存性を検証する。最後に本手法をzスキームへ展開させ汎用性を示し、光触媒活性の記録更新を目指す。(抄録なし)
高精度リチウム同位体分析によるマントル化学的不均質性の解明

本研究は、Li同位体を地球化学トレーサーとして用いることで、マントルの化学的不均質構造の成因を解明することを目的とする。これまで再現実験と天然試料の観察に基づいて研究を進めてきた。現在まで、高温高圧下でのかんらん石と流体間のLi同位体の平衡下での分別はほとんど起こらないと仮定されてきた。しかし自身のこれまでの天然のマントル物質の観察から、拡散による同位体分別のみでは説明できない結果を得た。そこで本研究は、1)Liの平衡同位体分別係数を再現実験により決定し、2)マントル物質のLi存在度および同位体組成の詳細な観察を行なった。以下に得られた結果をまとめる。1.再現実験は、9001200°C、1GPaの温度圧力条件下で、天然の蛇紋石にMgOを加えた混合物、あるいよ合成したかんらん石に水を加えた混合物の2種類の出発物質を用いて行なった。結果は、出発物質によらず、かんらん石-流体間で1%以上のLiの同位体分別が起こることがわかった。この結果は、自身のこれまでの観察事実ともよく一致する。2.幌満かんらん岩体に産するレールゾライト、ハルツバージャイト、ダナイトを構成するかんらん石中のLi存在度および同位体組成の分析を行った。結果は、レールゾライトの中でほとんど一定のLi同位体組成であったのに対して、ハルツバージャイト、ダナイトの中で幅広いLi存在度および同位体組成の変化がみられた。1/[Li]vs.δ^7Li図にプロットすると、レールゾライトを中心として二つのトレンドがみられた。ひとつは1/[Li]は一定で低いδ^7Li方向へ、他方は高い1/[Li]およびδ^7Li方向へのトレンドであった。前者のトレンドはかんらん石と流体間の平衡下での同位体分別により、後者のトレンドは高いδ^7Liを特徴とする起源物質から結晶分別したかんらん石の付加により生じたと考えられる。本研究は、上部マントル構成鉱物中に微量(2μg/g)に含まれるリチウムの同位体比を地球化学トレーサーとして用いることで、マントル中の化学的不均質構造の成因を解明することを目的としている。そのために本研究は二つのアプローチにより進められてきた。一つは、高温高圧実験によるマントル中でのリチウム同位体の挙動を決定する。また一つは、二次イオン質量分析を用いて、天然試料中のリチウム同位体比を高空間解像度で記載する。今年度の研究計画は、1.かんらん石・流体間でリチウム同位体の分別係数を高温高圧実験により決定2.幌満かんらん岩体から採取されたマントル物質中のかんらん石・単斜輝石の主成分元素組成・リチウム含有量およびその同位体比の分析を行うことであった。1.高温高圧実験から得られた結果を以下にまとめる。単純系で行われた先行研究と比較して、天然試料を用いて行った本研究の実験結果から、リチウム同位体は高温高圧下で3%以上の、非常に大きな同位体分別が起こることがわかった。この同位体分別の程度は、9001200°Cの条件下で有意な温度依存性は確認できなかった。単純系で行われた過去の研究に対して、本研究の結果は、リチウムの同位体分別に組成依存性が存在する可能性を示し、これを解明することで広く天然に対して応用できる。そこで、実験条件を変えて高温高圧実験を継続し、リチウム同位体分別の組成依存性を明らかにする。2.かんらん石・単斜輝石の化学分析は継続中である。現在までの岩石記載・化学分析結果から、幌満かんらん岩体に産するダナイト中のかんらん石には緑色タイプと黒色タイプのものに分けられ、それぞれのリチウム含有量及び同位体組成に有意な違いが見られた。これは、先行研究で解釈された結晶分別作用によるダナイトの成因モデルでは説明できない。本研究では引き続き化学分析を進めることで、その成因を解明する。

結果は、レールゾライトの中でほとんど一定のLi同位体組成であったのに対して、ハルツバージャイト、ダナイトの中で幅広いLi存在度および同位体組成の変化がみられた。1/[Li]vs.δ^7Li図にプロットすると、レールゾライトを中心として二つのトレンドがみられた。ひとつは1/[Li]は一定で低いδ^7Li方向へ、他方は高い1/[Li]およびδ^7Li方向へのトレンドであった。前者のトレンドはかんらん石と流体間の平衡下での同位体分別により、後者のトレンドは高いδ^7Liを特徴とする起源物質から結晶分別したかんらん石の付加により生じたと考えられる。
肝硬変"再生結節"の細胞クローン動態と発癌機構の解明

ヒト肝癌発生の臨床的な特徴のひとつして,同一の肝組織を背景に同時性・異時性に腫瘍が多中心性に発生することがあげられる.そこで、きわめて高い発癌ポテンシャルを有する肝硬変組織が有する分子基盤を明らかにする目的で、肝硬変の構成単位である再生結節に着目し、肝硬変の再生結節に潜在するゲノム異常とエピゲノム異常、ならびに肝細胞単位での機能変化の相関を統合的に理解することによりを本研究の目的としている。C型肝炎ウイルス(HCV)感染を背景とした慢性肝疾患から多中心性発癌をきたした肝癌症例を対象に、手術時に摘出された硬変肝から、腫瘍組織とともに複数の再生結節のサンプリングを行った.これらのサンプリングにより得られた合計164サンプルの再生結節組織からDNAを採取し,次世代シークエンサーを用いて,既知の代表的な30肝癌関連遺伝子を対象としたtargeted deep sequencing解析を行った.164サンプル中37サンプル(22.6%)の肝硬変の再生結節組織では,TP53,ARID1Aを含む合計41個の肝発癌関連遺伝子の変異が生じていた.各変異アリル頻度は0.9%-25%にまでおよび,肝癌関連遺伝子の変異をもつ細胞集団の挙動の多様性がうかがわれた.検出された変異遺伝子を対象にpathway解析を行ったところ,クロマチンリモデリングや,βカテニン経路,酸化ストレス経路,PI3K-mTOR経路など、さまざまな発癌関連シグナル伝達経路の異常が潜在していることが明らかとなった.興味深いことに,肝癌で最も頻度の高いゲノム異常であるTERTプロモーター変異は,いずれの肝硬変サンプルでも確認されなかった.臨床検体の遺伝子解析、などおおむね計画通りに進行している肝硬変再生結節のRNA発現プロファイル解析法として、次世代シーケンサーを用いたtotal transcriptome解析により多くの新しい結果が得られるようになってきたため、引き続き多数の臨床検体の解析を継続する。ヒト肝細胞癌の大部分は慢性肝疾患、特に肝硬変を背景に発生することが知られている。加えて、多くの多臓器の癌とは異なり、肝硬変を背景に発生する肝細胞癌は多中心性に発生することを特徴としている。しかしながら、きわめて高い発癌ポテンシャルを有する肝硬変組織が有する分子基盤については不明な点が多い。本研究は、肝硬変の構成単位である再生結節としてとらえ、肝硬変の再生結節に潜在するゲノム異常とエピゲノム異常、ならびに肝細胞単位での機能変化の相関を統合的に理解することによりを目的としている。まず、肝切除の際に摘出された肝硬変の全肝組織を活用し、C型肝炎ウィルス感染、B型肝炎ウィルス感染、脂肪性肝炎、アルコール、という異なった病因による肝硬変組織から、ひとつひとつの再生結節をマイクロダイセクション法により単離した。引き続き、ひとつひとつの再生結節から核酸を抽出し、全エクソン配列を網羅したオリゴキャプチャーでエクソン領域を選択的に捕捉回収し、次世代シーケンサーを用いた塩基配列の決定することにより、再生結節に潜在する発癌関連ゲノム異常を特定した。肝硬変の再生結節からきわめて多様な遺伝子変化が検出されたことから、肝癌と同様に多中心性発癌をきたす、萎縮性胃炎を背景として発生した早期胃組織のゲノム変化との比較評価も行った。モデルマウス実験としては、肝前駆細胞マーカーのプロモーター制御下にレポーターを発現誘導する遺伝子改変マウスを樹立した。臨床検体の遺伝子解析、などおおむね計画通りに進行している。C型肝炎ウイルス(HCV)感染を背景とした慢性肝疾患から多中心性発癌をきたした肝癌症例を対象に、手術時に摘出された硬変肝から、腫瘍組織とともに複数の再生結節のサンプリングを行った.これらのサンプリングにより得られた合計164サンプルの再生結節組織からDNAを採取し,次世代シークエンサーを用いて,既知の代表的な30肝癌関連遺伝子を対象としたtargeted deep sequencing解析を行った.164サンプル中37サンプル(22.6%)の肝硬変の再生結節組織では,TP53,ARID1Aを含む合計41個の肝発癌関連遺伝子の変異が生じていた.各変異アリル頻度は0.9%-25%にまでおよび,肝癌関連遺伝子の変異をもつ細胞集団の挙動の多様性がうかがわれた.検出された変異遺伝子を対象にpathway解析を行ったところ,クロマチンリモデリングや,βカテニン経路,酸化ストレス経路,PI3K-mTOR経路など、さまざまな発癌関連シグナル伝達経路の異常が潜在していることが明らかとなった.興味深いことに,肝癌で最も頻度の高いゲノム異常であるTERTプロモーター変異は,いずれの肝硬変サンプルでも確認されなかった.

臨床検体の遺伝子解析、などおおむね計画通りに進行している再生結節の機能変化の評価方法として、当初は再生結節単位で抽出したRNAを対象とした、Direct Digital CountingシステムとデジタルPCRを用いたRNA発現プロファイル解析を予定していたが、これらの定量解析方法に加え、次世代シーケンサー技術を活用したtotal transcriptome解析基盤を構築することに成功したため、本解析法も併用する予定とした。肝硬変再生結節のRNA発現プロファイル解析法として、次世代シーケンサーを用いたtotal transcriptome解析により多くの新しい結果が得られるようになってきたため、引き続き多数の臨床検体の解析を継続する。
妊娠、出産、子育て経験による海馬可塑性の分子基盤の解明

研究代表者の先行研究で経産ラットは、未経産ラットと比較し空間学習の成績が良好であり、その発現機序に、AMPA受容体のサブユニットの構成の変化によるシナプスの伝達効率の変化が関与する可能性も示唆した。本研究計画の目的は、1.どの生殖イベントが影響を及ぼし、2.何のバイオマーカー(候補バイオマーカーの1つが、14-3-3protein)が関与しているのかを、明らかにすることである。実験群は、子育て経験のある経産ラット、未経産ラットおよび子育て経験の無い経産ラット、未経産ラットを用い、全実験4群で設定する。平成28年度は、行動学的解析では、Y迷路にて(1)海馬依存性空間学習を評価し、電気生理学的解析では、海馬CA1の単一細胞を用いてパッチクランプ膜電位固定法にて、(2)AMPA/NMDA比の解析、(3)AMPA受容体サブユニットの構成の解析、(4)飽和試験に伴うGluR2-lacking AMPA受容体の解析を行った。平成29年度以降は、(5)電気生理学的解析の結果を生化学的解析にて確認した。行動学的解析および電気生理学的解析の結果によって、妊娠・出産・子育て後の学習機能は向上し、その機序にはAMPA受容体のサブユニットの構成の変化によるシナプス伝達効率の変化が関与する可能性を示唆した。(5)妊娠・出産・子育て後の学習機能は向上に関与の可能性がある14-3-3proteinをウェスタンブロッド法で複数回検出を行ったが、これら実験群での有意な発現の差はみられなかった。複数回にわたるウェスタンブロット法による、14-3-3protein発現の定量を行ったが、経産および未経産ラット海馬での有意な差は検出することが出来なかった。そこで、iTRAQ法で検出した、他の候補タンパクを定量しているところである。また、1昨年度の動物施設の空調工事のため、半年間動物を飼育できなかったことが最大の遅延理由である。学内で移動可能な施設も存在せず、工事終了後ゼロから動物実験を始める必要があった。そのことから、計画調書を作成当初には予定していなかった実験環境による弊害が今回の遅延に大きく影響した。iTRAQ法で検出した、14-3-3protein以外の候補タンパクを定量しているところである。ウェスタンブロット法による検出が確認出来た後、部位特異的に発現を抑制させ、直接的に経産ラットの空間学習の成績へ影響を及ぼすかどうかを確認する。部位特異的に抑制する方法は、検出した関連タンパクによるが、拮抗剤もしくはAAVを用いる。我々は、妊娠、出産、子育て後、性周期が回帰する産後5週齢の経産群、出産後仔を取り除いた群、里仔を3週間未経産ラットに与えた群、また対照群として未経産ラット(全ての群で同週齢Long Evansラット)を用いて、海馬依存性学習としてY字型迷路、モリス水迷路、海馬CA1細胞のパッチクランプ法によるLTPの記録、Rectification index (RI)、海馬AMPA受容体のサブユニットの構成をウェスタンブロット法にて解析した。その結果、経産群は、対照群と比較しY字型迷路における海馬依存性学習の成績が良好であったが、モリス水迷路における結果は、群間で有意な差はみられなかった。モリス水迷路は、連続的なトレーニング期間を要し、性周期を一致させた実験が困難である事から、ばらつきの多いデータとなったと考えられる。その他のデーターは、全て発情前期のラット、およびそのサンプルを用いた結果である。また、海馬のシナプスでのAMPA受容体サブユニットのGluR2の発現が多いことを確認した。また、未経産ラットでは、LTPを誘導できない低頻度の刺激(10 Hz、270 pulses、1.5 min)で、経産ラットではLTPが誘発された。また、AMPA受容体のサブユニットの構成をみる事が出来る、Rectification index (RI)をみてみると、他群と比較し、経産ラットで有意に値が高いことがわかった。これら結果から、妊娠、出産、子育て後の学習機能の向上には、AMPA受容体のサブユニットの構成の変化によるシナプス伝達効率の変化が関与する可能性が示唆された。当初の計画では、生化学的解析は、29年度以降としていたが、14-3-3proteinの解析を年度内に開始している。本年度は、電気生理学的解析では、海馬CA1の単一細胞を用いてパッチクランプ膜電位固定法にて、(1) AMPA/NMDA比の解析、(2) AMPA受容体サブユニットの構成の解析、(3)飽和試験に伴うGluR2-lacking AMPA受容体の解析を行う。平成29年度は、電気生理学的解析の結果を生化学的解析にて確認する。ウェスタンブッロット法にて(4) GluR1-2、14-3-3protein、PSD95、及びGluR1のリン酸化(831および845)のタンパク定量を確認する。結果は、(1) AMPA/NMDA比の解析では、経産群が有意に高く、(2) AMPA

受容体サブユニットの構成をみるためのRIも経産群が有意に高く(3)飽和試験に伴うLTPを経産群でのみ誘発することが出来た。タンパク定量では、(4) GluR1-2、14-3-3protein、及びGluR1のリン酸化(831および845)を精査したが経産群でGluR2でのみ有意に高い値を示した。特に、電気生理学的解析にて、前年度の行動解析での結果を裏付けることが出来た。タンパク定量では、電気生理学的解析で用いた、CA1に限局したサンプルではなく、海馬領域のサンプルで得た結果であることから、もう一度精査する必要がある。電気生理学的解析によって、行動解析の経産群における学習記憶の変化を裏付けることが出来た。パッチクランプ法にて、(1)AMPA/NMDA比の解析、(2)AMPA受容体サブユニットの構成の解析、(3)飽和試験を行う。測定機器や、際立ったアクシデントも無かったことから、データー数も、確実に増やすことが出来た。行動解析の結果を裏付けるデータを得ることが出来たことからも、おおむね順調に進展しているといえる。研究代表者の先行研究で経産ラットは、未経産ラットと比較し空間学習の成績が良好であり、その発現機序に、AMPA受容体のサブユニットの構成の変化によるシナプスの伝達効率の変化が関与する可能性も示唆した。本研究計画の目的は、1.どの生殖イベントが影響を及ぼし、2.何のバイオマーカー(候補バイオマーカーの1つが、14-3-3protein)が関与しているのかを、明らかにすることである。実験群は、子育て経験のある経産ラット、未経産ラットおよび子育て経験の無い経産ラット、未経産ラットを用い、全実験4群で設定する。平成28年度は、行動学的解析では、Y迷路にて(1)海馬依存性空間学習を評価し、電気生理学的解析では、海馬CA1の単一細胞を用いてパッチクランプ膜電位固定法にて、(2)AMPA/NMDA比の解析、(3)AMPA受容体サブユニットの構成の解析、(4)飽和試験に伴うGluR2-lacking AMPA受容体の解析を行った。平成29年度以降は、(5)電気生理学的解析の結果を生化学的解析にて確認した。行動学的解析および電気生理学的解析の結果によって、妊娠・出産・子育て後の学習機能は向上し、その機序にはAMPA受容体のサブユニットの構成の変化によるシナプス伝達効率の変化が関与する可能性を示唆した。(5)妊娠・出産・子育て後の学習機能は向上に関与の可能性がある14-3-3proteinをウェスタンブロッド法で複数回検出を行ったが、これら実験群での有意な発現の差はみられなかった。複数回にわたるウェスタンブロット法による、14-3-3protein発現の定量を行ったが、経産および未経産ラット海馬での有意な差は検出することが出来なかった。そこで、iTRAQ法で検出した、他の候補タンパクを定量しているところである。また、1昨年度の動物施設の空調工事のため、半年間動物を飼育できなかったことが最大の遅延理由である。学内で移動可能な施設も存在せず、工事終了後ゼロから動物実験を始める必要があった。そのことから、計画調書を作成当初には予定していなかった実験環境による弊害が今回の遅延に大きく影響した。