hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動修正技能の熟達に関わる中枢メカニズムの解明

環境の変化に合わせて遂行中の運動を素早く正確に修正する運動修正能力は,適応的な行動の発現に不可欠な能力である.本研究はスポーツにおける運動修正能力の熟達に関与する中枢メカニズムを明らかにすることを目的とした.一連の研究から,運動修正には,1刺激の弁別,遂行中の運動のエラー検出,出力された運動プログラムの抑制と切り替え処理が必要であり,2これらの処理を達成するために,帯状回,視床背内側核,右下前頭回,前補足運動野を中心とした中枢ネットワークが関与していることが示唆された.3また,運動修正の熟達には,特に,右下前頭回の抑制機能の発達が重要であることが明らかになった.スポーツでは,絶えず変化する環境の中で,1秒にも満たない運動を遂行する必要がある.このような環境の不確定性と時間制約に打ち勝つ為に,優れた競技者は予測技能を発達させることで,起こり得る事象を正確に,かつ事前に察知し運動することが明らかにされている.しかし,スポーツではしばしばその予測が裏切られる状況が生じる.近年の研究では,優れた競技者は予測が裏切られた場合でも,素早く正確に運動を修正すると報告されているが,その運動修正の熟達に関与する中枢メカニズムは明らかにされていない.この点に関し,昨年度は熟練競技者の優れた運動修正能力に関わる中枢メカニズムを解明するために,運動プログラムの再組織化に焦点をあて実験を行った.具体的には,急激な速度変化を伴う移動標的の到達に合わせてタイミングよくリーチング運動を行う一致タイミング課題を用い,運動の再組織化に関与すると推測される前補足運動野および運動野へ経頭蓋磁気刺激を施し,運動修正パフォーマンスへの影響を検討した.その結果,前補足運動野および運動野に磁気刺激を与えた条件では,与えられない条件に比べて,タイミングの誤差が増大し,標的の加速に対するリーチング動作の加速度が低下した.以上から,運動野と前補足運動野が運動修正に関与していることが示された.そこで,本年度は,運動修正時の前補足運動野の役割を詳細に検討するために,標的の速度変化の大きさを操作して,大きな運動速度の修正を要する課題と小さな運動速度の修正を要する課題を用い,磁気刺激によるパフォーマンス変化について検討した.その結果,速度変化の大きさ(運動速度の修正の大きさ)に関わらず,磁気刺激によってタイミング誤差の増大と動作速度の減少およびピーク加速度の尚早化が見られた.この結果から,前補足運動野は動作の切り替え制御には関与するが,パラメータ調節には関与しないことが明らかにされた.環境の変化に合わせて実行中の運動を素早く修正する運動修正能力は,様々なスポーツで優れたパフォーマンス発揮に関連する重要な能力である.この運動修正能力を支える中枢メカニズムを明らかにすることを目的とし,昨年度までの経頭蓋磁気刺激を用いた研究では,優れた運動修正には,運動野と前補足運動野が関与していること,前補足運動野は動作の切り替え制御には関与するが,パラメータ調節には関与しないことが明らかになった.本年度は,運動修正に関与する中枢機能を明らかにするために,脳波を用いて運動修正時の脳の応答を測定した.具体的には,移動する標的の到達に合わせてタイミングよくボタン押し反応を行う一致タイミング課題を用いた.この際,実験参加者のボタン押し反応の修正を誘発するために,標的の移動速度が途中で急激に変化する速度変化課題を用いた.脳波は72chの電極を用いて記録し,分析は速度変化時点から-200ms1000ms区間の成分に関して行った.その結果,速度変化後200ms付近で陰性電位,300-500ms付近で陽性電位が確認された.これらの成分のそれぞれの信号発生脳部位を推定するために信号源推定を行ったところ,変化後200ms付近の陰性電位は帯状回,300-500ms付近の陽性電位は視床背内側核に由来していることが示された.前者は,エラー検出に関与し,後者は一時的な情報の操作や処理,また運動出力に関与しているとされる.また,両者は機能的連関を持っていることが報告されていることから,運動修正には,帯状回と視床背内側核を含む中枢ネットワークが関与している可能性が示唆された.環境の変化に合わせて遂行中の運動を素早く正確に修正する運動修正能力は,適応的な行動の発現に不可欠な能力である.本研究はスポーツにおける運動修正能力の熟達に関与する中枢メカニズムを明らかにすることを目的とした.一連の研究から,運動修正には,1刺激の弁別,遂行中の運動のエラー検出,出力された運動プログラムの抑制と切り替え処理が必要であり,2これらの処理を達成するために,帯状回,視床背内側核,右下前頭回,前補足運動野を中心とした中枢ネットワークが関与していることが示唆された.3また,運動修正の熟達には,特に,右下前頭回の抑制機能の発達が重要であることが明らかになった.我々の生活空間における状況は絶えず変化する.そのため,状況に応じた行動の修正は,合目的的かつ適応的に振る舞うために不可欠な能力であるが,加齢や障がいによって,行動調節能力は低下する.一方,1秒にも満たない厳しい時間的制約下で,環境変化に対する運動の修正を求められるスポーツの熟練者は,素早く正確な運動修正が可能であることが知られている.よって,熟練競技者の運動修正能力に関わる中枢メカニズムの解明は,これまで機能低下に焦点があてられた研究とは異なり,運動修正に関わる新たな脳機能の同定やその可塑的変化を明らかにできると考えられる.

そこで,本年度は,運動修正の認知プロセスの中でも運動の再組織化に焦点をあてた.実験課題は,移動する標的の到達に合わせてタイミングよくリーチング運動を行う一致タイミング課題を用いた.この際,実験参加者のリーチング運動の修正を誘発するために,標的の移動速度が途中で急激に変化する加速課題を用いた.さらに,運動の再組織化に関与する脳部位を同定するために,経頭蓋磁気刺激を用いて,運動修正を誘発する速度変化時,100ms後,200ms後に,前補足運動野および運動野へ磁気刺激を行った.その結果,前補足運動野および運動野への磁気刺激を与えた条件では,磁気刺激が与えられない条件に比べて,いずれもタイミングの正確性が低下した.また,標的の加速に対するリーチング動作の加速に関して,標的加速時および100ms後に運動野を磁気刺激した場合,リーチング動作の加速度が磁気刺激のない条件よりも低下し,標的加速から100ms後および200ms後に前補足運動野を磁気刺激した場合,リーチング動作の加速度の低下が見られた.以上の結果は,運動野と前補足運動野が運動修正に関与していることを示すと同時に,両者の間に運動再構築のためのネットワークが形成されている可能性があることを示唆する.本研究の主要な目的は,運動修正技能の熟達に関与する中枢メカニズムを解明することである.そのための具体的な達成目標として,1運動修正に関与する脳部位の同定,2運動修正に関与する脳波成分の同定,3運動修正の熟達とそれら測定指標との関連を明らかにすることをあげている.現在まで,1運動修正に関与する脳部位の同定として,経頭蓋磁気刺激による脳部位への刺激が運動修正のパフォーマンスに与える影響を検討し,右下前頭回,補足運動野,前補足運動野,運動野の関与が明らかになってきた.これらの脳部位は,それぞれ抑制,事前の運動計画,運動計画の更新,感覚情報の検出といった機能があることが明らかにされており,本研究で対象とする運動修正で想定してきた認知プロセスと適切に整合性が取れている.よって,目標1は概ね達成されたといえる.また,運動修正能力の高い者として野球熟練者を対象に,磁気刺激の影響を検討した結果,脳の標的部位への刺激によるパフォーマンス低下は熟練者に限定されることが明らかになった.すなわち,これらの脳内ネットワークは,運動修正の熟達によって形成されると結論づけることができ,これにより目的3を達成したことになる.以上の成果を踏まえ,次年度以降,脳波測定を中心に,運動修正に関連する脳波成分および電源推定を行っていく必要があるが,次年度で達成できる見込みである.以上の点から,現在までの達成度を「概ね順調に進展している」と自己評価した.本研究の主要な目的は,運動修正技能の熟達に関与する中枢メカニズムを解明することである.そのための具体的な達成目標として,(1)運動修正に関与する脳部位の同定,(2)運動修正に関与する脳波成分の同定,(3)運動修正の熟達とそれら測定指標との関連を明らかにすることをあげている.現在まで,(1)運動修正に関与する脳部位の同定として,経頭蓋磁気刺激による脳部位への刺激が運動修正のパフォーマンスに与える影響を検討し,右下前頭回,補足運動野,前補足運動野,運動野の関与が明らかになってきた.これらの脳部位は,それぞれ抑制,事前の運動計画,運動計画の更新,感覚情報の検出といった機能があることが明らかにされており,本研究で対象とする運動修正で想定してきた認知プロセスと適切に整合性が取れている.よって,目標
Cdkインヒビターp27kip1を制御する細胞性因子と細胞周期調節機構

Cdkインヒビターp27Kip1は、細胞増殖を負に制御する機構の中核をなす分子であり、固体発生や癌抑制においても重要な役割を果たす。p27Kip1の発現量と腫瘍の悪性度の間に負の相関関係があることが多種多様な癌において報告されている。ただし、これらの腫瘍の大部分においてはKip1遺伝子自身は異変しておらず、また、これら悪性癌においてp27Kip1の分解活性が上昇していることが報告されている。これらのことは、腫瘍の悪性化における遺伝子的標的がp27Kip1の上流にて機能する因子であることを示している。p27Kip1はユビキチン化を介した蛋白質分解経路などによる翻訳後レベルでの制御を受け、また、p27Kip1が発現している場合でも、その機能が他の因子によって阻害される場合があることがわかっているが、その分子レベルでの機構の詳細については不明な点が多い。p27Kip1の関与する発がん抑制機構の具体的な分子メカニズムを解明するために、p27Kip1と特異的に相互作用する蛋白質遺伝子を単離し、そのひとつ(Jab1)がp27Kip1を負に制御することを明らかにした。Jab1の過剰発現はp27Kip1の核外移行と分解を促進し、p27Kip1の持つ細胞増殖阻害能力を抑制した。また、Jab1を構成的に発現する細胞では増殖因子の要求性が低下した。これらの知見から、Jab1はp27Kip1の上流で働く因子であると結論した。さらに、Jab1がp27Kip1を分解に誘導する機構について、さまざまな点・欠失変異体、特異的抗体、化学的阻害剤を駆使して詳細に検討を行っている。現在までのところ、Jab1がp27Kip1を分解に誘導する過程においては、核外輸送、p27Kip1のリン酸化、ユビチキン/プロテアソーム分解機構が関与することを示す知見を得ている。
ＨＣＢ分解代謝系に関与する遺伝子群の同定および土壌中における挙動

昨年度の研究実績を通じ、今後の研究の推進方策として1hcbA1およびhcbB3を有する細菌の環境中における分布の解析、2HCB脱塩素酵素の生化学的解析を抽出したが、そのうち当該年度では2の課題に於いて、異種間発現の宿主をRhodococcus erythropolis L88株としたことで、活性を有したHcbA1, HcbA2およびHcbA3の精製に成功し、in vitroでHCBからPCPへの脱塩素・水酸基付加反応を再構成することができた。興味深いことに、HcbA1はパートナーレダクターゼであるHcbA3に加え、HcbA2と共存することでより迅速にHCBを脱塩素した。一般的にtwo component-flavindiffusible monooxygenase (TC-FDM)では、flavin reductaseとflavin-dependent monooxygenaseの2コンポーネントで反応が触媒される。HcbA1とHcbA3もTC-FDMに分類されると考えられるが、3つ目のコンポーネントHcbA2が介在するという点から新規メカニズムの存在が示唆された。一方でHcbA1およびHcbA3の酵素反応速度パラメーターおよびHcbA2の役割については解明に至らなかった。また、当該年度では、PD653のPCP脱塩素酵素遺伝子hcbB3が誘導的であることを利用し、誘導基質でhcbB3を誘導したPD653を模擬PCP汚染土壌に混和することで、土壌中PCPの減少(減少率57±10.8%)を達成した。さらにPD653の基質特異性について調査し、Journal of Pesticide Scienceに投稿した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度では放線菌Nocardioides sp. PD653から、世界初となる好気的ヘキサクロロベンゼン脱塩素酵素遺伝子(hcbA)および、グラム陽性細菌由来で初のペンタクロロフェノール分解酵素遺伝子(hcbB)を報告した。とりわけhcbA遺伝子群に関しては、微生物学的な知見が非常に稀であり、特に謎に包まれている好気性細菌におけるHCB脱塩素分解機構の解明に繋がる発見であることから、Applied and Environmental Microbiology誌にてハイライトに選出された。興味深いことに、PD653株におけるHCB、PCP分解酵素はどちらもtwo component-flavindiffusible monooxygenase (TC-FDM)タンパク質によるメカニズムであることが想定され、好気性細菌が高度に塩素化された化合物に対して利用するメカニズムの一部を明らかとすることができた。一方で査読の間に指摘されたように、これらの遺伝子群が実際にPD653の代謝能(表現型)に直結するものかという点については、Nocardioides属細菌における染色体加工技術を確立することができなかったため未解明に終わっている。また、組換え大腸菌によるHCB分解酵素遺伝子の異種発現系に於いては、導入した遺伝子群のタンパク質レベルでの検証ができていない事や、発見した遺伝子群の土壌中における挙動を解析する上で基盤となる土壌中の核酸抽出・精製技術を確立できなかった事など、当該年度では新たな課題が多く抽出されている。次年度では是非ともこれら課題に挑戦し、残留性有機汚染物質の微生物分解における応用研究および、なぜ細菌がHCB脱塩素能を獲得するに至ったのかという基礎研究に広がりをもたらす成果を得たい。年次計画では初年度に於いて、好気的ヘキサクロロベンゼン(HCB)脱塩素分解菌Nocardioides sp. PD653株の1ペンタクロロフェノール(PCP)分解酵素遺伝子の同定、2HCB分解酵素遺伝子の発現解析、3HCB脱塩素酵素の生化学的解析を目標としていた。1および2については終了したが、3に関しては組換え大腸菌によるHCB脱塩素酵素の発現量が非常に低く、精製が困難であったため、当初目標としていた生化学解析(サイクリックボルタンメトリー、再構成系、FRET)についてはデータが得られなかった。放線菌由来の遺伝子を大腸菌で発現させる際の相性の悪さが第一に考えられる。

さらにPD653の基質特異性について調査し、Journal of Pesticide Scienceに投稿した。今後は年次計画に従って1好気的HCB分解酵素遺伝子hcbA1およびPCP分解酵素遺伝子hcbB3をターゲットとし、それらを有する細菌の環境中での分布を解析する。前年度達成できなかった生化学的解析においては、異種発現系の宿主を大腸菌からRhodococcus erythropolis L88株に変更することで発現量を改善し、精製することを試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を測る

Au/Fe/MgO磁気トンネル接合膜におけるスピン磁気モーメントの磁化曲線(SSMH)と軌道磁気モーメントの磁化曲線(OSMH)を磁気コンプトン散乱とSQUID磁力計の測定を組み合わせて求めた。さらに、磁気コンプトンプロファイルから磁気量子数別スピン選択磁化曲線を求めた。スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は異なっており、軌道磁気モーメントの磁化反転特性は垂直磁化を示していた。さらに、磁気量子数|m|=2を有する状態が軌道磁気モーメントの磁化反転特性に対応していた。本研究ではFe/MgO磁気トンネル接合界面(Au/Fe/MgOサンドイッチ膜)における磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果を測定し、電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を実験的に抽出することを目的とし、1Au/Fe/MgO多層膜の磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果の測定2理論的に指摘されているFe3d電子の磁気量子数|m|=0と|m|=2の対称性に着目し、DV-Xα法理論計算利用した解析を行う。平成24年度は、Au/Fe(001)/MgO(001)/Feのシークエンスで多層膜を作製し、Fe(001)/MgO(001)界面の結晶方位制御した多層膜の作製に成功したので、平成25年度は放射光施設に課題申請し、磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定した。SQUID磁力計による磁化測定と磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性からスピン選択磁化曲線(SSMH)と軌道選択磁化曲線(OSMH)を求めた。さらに、磁気コンプトンプロファイルの解析から、Fe3d電子の磁気量子数|m|の対称性別SSMHを求めた。その結果、軌道の対称性によって磁化反転特性が異なり、磁気量子数|m|=2の対称性はOSMHに対応していることを見出した。また、SQUID磁力計による磁化測定では垂直磁気異方性が観測できないにもかかわらず、磁気量子数|m|=2の対称性別SSMHよびOSMHに垂直磁気特性が観測された。これらの結果は軌道の対称性によって、電場・磁場の外場に対する応答が異なることを示す。本研究ではFe/MgO磁気トンネル接合界面(Au/Fe/MgOサンドイッチ膜)における磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果を測定し、電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を実験的に抽出することを目的とし、1Au/Fe/MgO多層膜の磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果の測定2理論的に指摘されているFe3d電子の磁気量子数|m|=0と|m|=2の対称性に着目した解析を行うこととした。平成24年度は、Au/Fe(001)/MgO(001)/Feのシークエンスで多層膜を作製し、Fe(001)/MgO(001)界面の結晶方位制御した多層膜の作製に成功した。平成25年度は磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、スピン選択磁化曲線(SSMH)と軌道選択磁化曲線(OSMH)を求めた。平成26年度は、それらの結果を詳細に検討した結果、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なることを見出した。さらにスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なる原因は、軌道の対称性によって磁化反転特性が異なるためであり、軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=2の対称性に支配され、スピン磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=0,1の対称性に支配されていることを見出した。平成25年度は磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、スピン磁気モーメントの磁化曲線(スピン選択磁化曲線:Spin Selective Magnetic Hysteresis (SSMH))と軌道磁気モーメントの磁化曲線(軌道選択磁化曲線: Orbital Selective Magnetic Hysteresis (OSMH))を求めた。平成26年度はそれらの結果を詳細に解析し、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なることを見出した。さらに、軌道磁気モーメントとスピン磁気モーメントの磁化反転挙動が異なる原因は、軌道の対称性によって磁化反転特性が異なりるためであり、軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=2の対称性に支配されることを見出した。これらの成果を論文等で発表し、平成27年度はこれらの成果を解説等で発表した。

さらに、既に実用化されているCoFeB/MgO磁気トンネル接合系でも同様の現象を見出し、検討を開始している。Au/Fe/MgO磁気トンネル接合膜におけるスピン磁気モーメントの磁化曲線(SSMH)と軌道磁気モーメントの磁化曲線(OSMH)を磁気コンプトン散乱とSQUID磁力計の測定を組み合わせて求めた。さらに、磁気コンプトンプロファイルから磁気量子数別スピン選択磁化曲線を求めた。スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は異なっており、軌道磁気モーメントの磁化反転特性は垂直磁化を示していた。さらに、磁気量子数|m|=2を有する状態が軌道磁気モーメントの磁化反転特性に対応していた。本研究ではFe/MgO磁気トンネル接合界面(Au/Fe/MgOサンドイッチ膜)における磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果を測定し、電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を実験的に抽出することを目的とし、1Au/Fe/MgO多層膜の磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果の測定2理論的に指摘されているFe3d電子の磁気量子数|m|=0と|m|=2の対称性に着目した解析を行うこととした。その結果、平成24年度は、Au/Fe(001)/MgO(001)/Feのシークエンスで多層膜を作製し、Fe(001)/MgO(001)界面の結晶方位制御した多層膜の作製に成功した。平成25年度は磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、スピン選択磁化曲線(SSMH)と軌道選択磁化曲線(OSMH)を求めた。さらに、磁気コンプトンプロファイルの解析から、Fe3d電子の磁気量子数|m|の対称性別SSMHを求めた。平成26年度は、それらの結果を詳細に検討した結果、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なることを見出した。さらにスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なる原因は、軌道の対称性によって磁化反転特性が異なるためであり、軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=2の対称性に支配され、スピン磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=0,1の対称性に支配されていることを見出した。したがって、本研究の最終目体である「理論的に指摘されているFe3d電子の磁気量子数|m|=0と|m|=2の対称性に着目した磁化反転挙動の実験的解明」は達成された。工学直磁気異方性を有する磁気トンネル接合として実用化されている固体エピタキシーを利用したCoFeB(001)/MgO(001)多層膜についてもSSMH、OSMHを測定したところ、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なることが見出された。これらの解析を進め、論文執筆の準備をしている。また、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なり、それが軌道の対称性によって支配されるとすれば、磁気光学効果や磁歪などの磁場依存性に反映されているはずである。すでに磁気カー効果の磁場依存性の波長依存性を実験的に検討した結果、磁気ヒステリシス曲線の形状に波長依存性があり、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動の違いを反映している可能性がある。これらの結果について引き続き実験的に検討する。
シングルセル発現解析と核膜変異体ライブラリを用いた転写サイクル始動機構の解明

分裂酵母における単一細胞からの転写プロファイルの作成を目指して技術開発をおこなった。前年度には増殖期の細胞を用いてある程度の精度をもつ転写プロファイルを作成できることは達成していた。当該年度はこれを踏襲して、栄養飢餓の状態の細胞においても正しくプロファイルを作成できるか、本来見られるべき発現の変動が当該技法により作成されたプロファイルにも反映されているかを確認した。その結果、増殖期の細胞とは細胞壁の強度が異なり、以前の実験条件では安定したサンプル調製が難しいこと、また、細胞集団の個々の細胞のなかでも個体差があり、栄養飢餓に適切に応答している細胞を選び出すことが重要であることが分かり、そのための実験手法を検討した。その結果、栄養源飢餓に応答して発現が上昇することが知られている転写因子Ste11にGFPを融合させたSte11-GFP発現株を用いると、栄養飢餓誘導後に蛍光顕微鏡下で観察することで、栄養源飢餓に適切に応答している細胞を選び出すことが可能になった。また、このことは、これまで細胞集団を培養後に栄養飢餓誘導して、細胞を集団ごと回収してRNA抽出しておこなってきたバルクの発現解析は、実際には栄養飢餓状態の細胞と栄養飢餓に応答していない細胞が混在した状態から抽出されたRNAをもとに発現解析がなされていた可能性もある。したがって、本研究が開発する方法を利用すれば、栄養源飢餓に正しく応答した単一細胞の発現プロファイル解析を高精細におこなうことが可能になり、これまで見逃されてきた遺伝子発現が明らかになる可能性を秘めている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は分裂酵母の1細胞(シングルセル)から発現しているRNAを単離して、そのtranscriptomeを作成することを目標としている。本年度はまず、栄養培地にて増殖状態にある分裂酵母S. pombeの1細胞を単離し、RNA-seq法でtranscriptomeを作成することを試みた。分裂酵母1細胞からRNAを抽出する試みはこれまで例がなかったため、シングルセル単離を専門とする竹山春子早大教授らのグループとの共同研究を通してその手法を確立し、既存の細胞集団から採取したRNAに基づくtranscriptomeと非常に良く相関したシングルセルtranscriptomeを作成することができた。分裂酵母シングルセルのtranscriptomeの作成は成功し、既存の細胞集団の発現プロファイルに非常に良く相関したプロファイルを作成することができているため。今後は、栄養増殖状態の1細胞ではなく、栄養源飢餓状態の1細胞からRNAを単離してtranscriptomeを作成する。栄養源飢餓下では遺伝子発現状態が大きく異なることが既に(細胞集団のRNA解析から)明らかになっており、まずシングルセル解析でも類似した特徴的な遺伝子発現が検出できることを確認する。また、これまでの細胞集団RNAでは明確に検出できなかったような遺伝子発現を検出できるのではないかという期待もかけられる。
蛋白質機能を支えるダイナミクスの解明

生理的条件下では折りたたまれていないが酵素活性を有する変異体を作製し、野生型とともに、様々な水和率のもとで中性子非干渉性散乱による蛋白質動力学の測定を行った。その結果、生理的条件下での蛋白質の動力学は、主に水和水に支配されているが、動力学の階層性は構造状態に依存することが明らかになった。また、水和水間の水素結合ネットワーク形成が蛋白質の機能に必須な動力学を制御していることが示された。蛋白質は、極低温や低水和の条件下では機能しない。水和や熱揺らぎが蛋白質の機能に影響を与えていると考えられる。本研究では、Staphylococcal nuclease(SNase)を用い、蛋白質ダイナミクスに対する水和の効果を中性子散乱により調べた。水和率の異なる3種類のSNease試料について、それぞれ100Kから300Kの様々な温度で中性子非弾性散乱データを測定した。すべての測定温度で、5meV以上の高エネルギー領域では、水和量の違いによる蛋白質ダイナミクスの変化は観測されなかった。高エネルギー領域のスペクトルは局在した運動に起因する。これらの運動には水和の効果が現れないことを意味する。一方、低エネルギー領域では、顕著に水和の効果が現れる。100Kでは、すべての試料で、ボゾンピークと呼ばれる2-4meV付近のブロードなピークが観測される。ボソンピークは蛋白質全体に広がった運動モードに起因し、蛋白質が弾性体であることを示す。水和によりボゾンピークの位置は高エネルギー側にシフトする。この結果は、水和水による水素結合が、蛋白質を硬くすることを示している。300Kでは、高水和試料のみに、強い準弾性散乱が観測されるのに対し、低水和試料は脱水和試料と同様のスペクトルを示す。この結果は、準安定構造間をジャンプする蛋白質の非調和運動を活性化するための水和量に閾値があることを示す。生理条件下では、この閾値をはるかに超えているため、機能をもたらす非調和な運動が活性化されることが保証されていることがわかった。低温では水和は蛋白質を硬くし、室温では蛋白質をやわらかくする。蛋白質動力学の調和的性質と非調和的性質に対する水和の効果が全く異なることが初めて示された。蛋白質が機能を発現するためには、固有の立体構造の折りたたまれる必要がある。折りたたまれることにより獲得される物性が、蛋白質と単なるポリペプチドとの違いをもたらしていると期待される。我々は黄色ブドウ球菌核酸分解酵素(SNase)を用いて、生理的条件下では折りたたまれていないが酵素活性を有する変異体(Δ137-149)の作製に成功している。Δ137-149は、天然変性蛋白質のモデル系とみなすこともできる。野生型(折りたたまれている)とΔ137-149(折りたたまれていない)を用いて、蛋白質ダイナミクスに対する構造状態の効果を中性子散乱により調べた。野生型とΔ137-149の水和試料および脱水和試料について、異なるエネルギー分解能の分光器4台を用いて、中性子非干渉性散乱実験を様々な温度で行い、平均二乗変位(MSD)の温度依存性を求めた。4nsの分解能では、水和試料に対して、MSDの温度依存性に構造状態による差はほとんど観ることができなかったが、脱水和試料については明確な差が見出された。脱水和試料では、140Kにのみ動力学転移が見られる。転移後のMSDの増加率はΔ137-149の方が大きく、折り畳みによって蛋白質が硬くなることが示される。水和試料では、新たに240Kに転移が生じるが、構造状態には依存しない。しかし、分解能400psの分光器でのみ、系統的に構造状態による差が見出された。以上の結果、生理的条件下での蛋白質の動力学は、主に水和水に支配されているが、動力学の階層性は構造状態に依存することが明らかになった。蛋白質の立体構造の役割は、化学反応の静的な場を提供することに加え、動的な性質により反応を空間的、時間的に制御することである。したがって、蛋白質機能の分子レベルでの理解のためには、機能を支えるダイナミクスを理解する必要がある。本研究においては、蛋白質機能を支える蛋白質ダイナミクスを解明することを目的としている。本年度は、特に水和水の蛋白質ダイナミクスへの影響の解析を中心に研究を進めた。蛋白質機能発現に必須な非調和な運動は、水和水によって活性化される。しかし、「水和水のどのような性質が蛋白質の働きを可能にするか」という問題に正面から取り組む研究はほとんどなかった。我々は、中性子非干渉性散乱と分子動力学(MD)シミュレーションにより、蛋白質の動力学に対する水和水の影響を定量的に調べた。

蛋白質は、低温(50K)から温度を上げていくと、240K近傍で非調和な運動が活性化し、構造変化が可能になって機能を発現する。我々はこの転移の水和率依存性を詳細に求め、水和率0.37以上でこの240K転移が起きることを示した。また、MDシミュレーションにより、水和水構造の水和率依存性を調べ、水和率0.37でパーコレーション転移が起きることを示した。パーコレーション転移点以上で、水和水間の水素結合ネットワークが蛋白質を取り囲む。さらに、パーコレーション転移の前後の水和水の動きを、軽水水和試料と重水水和試料の測定から評価し、パーコレーション転移により水和水は大きく動けるようになることを示した。これらの成果は、タンパク質の働きに必要な水和水の本質的な性質を明確に示した最初の研究であり、高く評価されるものである。
細胞核内甲状腺ホルモン受容体タンパク質の精製とその構造化学的研究

細胞核内の甲状腺ホルモンは分子量57,000のDNA結合性非ヒストンタンパク質であることが報告されている。我々はこの甲状腺ホルモン受容体タンパク質の構造特性および機能との関係を明らかにすることを目的として、ラット肝細胞から単離することを試みた。このためにフルオレッセインイソチオシアネートでケイ光標識したホルモンを指標として、高分解能液体クロマトグラフィー(HPLC)とイオン交換クロマトグラフィーを用いて、安全かつ迅速に精製することを試みた。HPLCには東洋ソーグTSKG3000SWゲルを使用し、イオン交換クロマトにはDEAE-SephadexA-25を用いた。HPLCにおける受容体の溶出位置は受容体に結合したケイ光標識ホルモンのケイ光測定により同定した。同定された受容体分画は、無標識ホルモンとの競合実験により、甲状腺ホルモン受容体分画であることが強く示唆された。DEAF-SephadexA-25により最終的に精製した受容体分画は、SDS-ポクアクリルアミドゲル電気泳動的に単一であり、分子量は57,000と推定された。さらに、この受容体分画は、等電点電気泳動により等電点は5.0と推定された。甲状腺ホルモン、トリヨードチロニンの結合に伴う受容体タンパク質のケイ光消光実験により結合定数は1.84×【10^9】【M^(-1)】となりトリヨードチロニンの受容体への特異的結合が示唆された。さらに、遠紫外部の円偏光二色性スペクトルの測定から単離精製された甲状腺ホルモン受容体タンパク質はα-ヘリックスが42%、β-構造が18%含有されているα+β型の構造特性を有することが分った。
海洋中層における光合成生物の生存戦略と生元素循環へのその影響

海洋の200m以深、すなわち中層以深は光合成生物にとって生存に必要な光が届かないにも関わらず、本研究により駿河湾と太平洋亜熱帯域の200m2000mで微細な光合成生物であるピコ植物プランクトンが深度によらず一定に分布していることが明らかになった。中層以深のピコ植物プランクトンは表層から海底までの水柱全体に対して、春の駿河湾では2669%を占めたが、夏の駿河湾と亜熱帯では0.710%に留まり、ピコ植物プランクトンが沈降粒子に付着して中層に輸送されている可能性が示された。海洋中層以深は、光合成生物にとって生存に必要な光が届かない無光層であると考えられている。本研究では、光合成生物の生物量の指標となるクロロフィルa濃度と、光合成を行う原核生物であるSynechococcus属の細胞数を日本一深い湾である駿河湾において、深度1500mまでで測定した。また、光合成生物に占めるSynechococcus属の寄与が高いことが報告されている亜熱帯海域においても、深度2000mまででクロロフィルa濃度とSynechococcus属の細胞数を測定した。その結果、どちらの海域でも、無光層である20000m以深においてSynechococcus属の細胞とクロロフィルa濃度を検出し、中層以深における光合成生物の分布を世界で初めて明らかにすることができた。Synechococcus属は200m以深において細胞数が深度によらず比較的一定に分布しており、Synechococcus属が無光環境に高い抵抗性を有することが示唆された。1500mまでの水柱全体に対して無光層に存在するSynechococcus属が占める割合は駿河湾で1734%、亜熱帯では1%と3%であり、海域間で違いがあることがわかった。また、光合成生物による暗所耐性機構を調べるため、栄養塩や有機物の混入を極力抑えて、海水から必須微量金属を選択的に除去する手法を確立した。その結果、有機炭素と硝酸イオンの混入をそれぞれ5μm1/1と1.5μmo1/1に抑えながら、鉄を0.02nmo1/1、亜鉛を0.002nmo1/1、マンガンを0.004mm1/1、カドミウムを0.0002nmo1/1まで下げることに成功した。さらに、本研究の調査深度に強く影響している北太平洋中層水と、その起源の一つとされているオホーツク海モード水の溶存有機物の濃度分布を求めるとともに、暗条件における生元素循環の主要な担い手であるバクテリアの働きと水温の関係を精査して、本研究に密接に関与していると考えられる環境条件の一部を明らかにした。本研究では、光合成生物の中でも自身の重みでは中層まで沈降できないピコ植物プランクトンに着目し、その細胞数を日本一深い湾である駿河湾において海底直上(深度1500m)まで測定した。また、光合成生物に占めるピコ植物プランクトンの寄与が高いことが報告されている亜熱帯海域においても深度2000mまでで観測を行った。その結果、どちらの海域でも200m以深において真核および原核のピコ植物プランクトンの細胞数が深度によらず比較的一定に分布していることが明らかになり、ピコ植物プランクトンが無光環境に高い抵抗性を有することが示唆された。ピコ植物プランクトンの中でも優占度が高かったSynechococcus属について、水柱全体の現存量に対する無光層の現存量の割合を求めたところ、春の駿河湾で2669%と最も高く、夏の駿河湾と亜熱帯で0.710%と最も低かった。この結果から、有光層のSynechococcus属が沈降粒子に付着して中層に輸送されている可能性が示された。また、酵素による細胞消化法により駿河湾におけるSynechococcus属の生細胞数の割合を求めたところ、表層で47%であったのに対して中層では73106%と高く、沈降する過程で死細胞を除去するような淘汰が働き、且つ、中層でSynechococcus属が無光環境に適応して生存している可能性が考えられた。駿河湾の海水を培養温度を変えて暗条件で培養したところ、採水深度によらず低温ほどピコ植物プランクトンの生存率が高かった。無光層に輸送された光合成生物の生存戦略として低温による代謝活性の抑制が重要なのかもしれない。
耳介メガネを用いた正中面音像定位の技能獲得システムに関する研究

本研究は、ヒトが音像定位能力を"技能"と捉え、それを獲得するメカニズムの検証と技能向上のための手法について検討することを目的としている。ヒトの音像定位の能力は特に仰角方向において個人差があるが,訓練を重ねることで技能として獲得できる能力であると考えている。そこで無響室における実音源,ならびに聴覚ディスプレイにより生成される3次元的な仮想音響空間内の音源、両者に対する音像定位について仰角方向知覚技能の獲得メカニズムを検証することと、さらに現状では音像の方向知覚が困難な被験者に対して定位技能を獲得させる手法として耳介拡張アダプタを装着させることで、視力補正のためのメガネのように定位能力を補助・補正する"耳介メガネ"を提案することを目標としている。H29年度は、主にヒトの音像定位能力の基礎データ採取と耳介形状の特徴量との関係分析を実施したが、使用している鏡面反射特徴量の算出に用いる光の入射方向のジオメトリーと、耳介に対する音源方向のジオメトリーの定義が異なり、H30年度はその整合性を取るために数値計算手法の見直しを実施した。これまでに、音の空間知覚の重要なパラメータである耳介形状の特徴量を"光の反射"を記述するパラメータである「鏡面反射特徴量」で定量化し、方向知覚実験の結果と形状の関係分析を進めており、研究のゴールである「音響知覚を変化させる耳介メガネ」の形状決定にあたり、耳介形状変化に依存して変化する音響的なパラメータも取り入れた、反射特徴量ー音響物理量ー音像定位(知覚能力)の関係性の解明が必要と考え、物理音響的なデータ採取、解析を進める予定であった。しかし所属先の移転に伴い、音響実験室の使用が困難になり実験データの採取が計画通り進行しなかったため、音響的な視点の研究が進捗しなかった。耳介形状に起因する物理音響的な方向情報のパラメータ(HRTF)のデータ採取、分析を、実測データを元にして進める方法に加え、形状のポリゴンデータから数値計算で求める手法を採用することを念頭に、数値計算の専門家と共同研究を進めている。これにより実験室の使用頻度がスムーズでない状況下でも研究を進めることができると考える。H29年度は、10名程度の被験者に対して現状の定位能力の"測定"と耳介の一部にアダプタを装着した予備実験を実施したが、装着部位と定位能力向上の因果関係を明確にすることは出来なかった。一方で、無響室で実施する実験では、音源設置に労力を有することから一般に水平面と正中面のみにおける音像定位実験を実施するが、研究室で所有している96chスピーカを設置した音響再生室を利用して、3次元空間内の多数の位置の音源に対する定位実験を20名の被験者に対して実施した。結果としては、音源位置が3次元空間の斜め上など"左右上下"で記述しにくい任意の位置にある場合、音像定位能力にはかなりばらつきがあることがわかった。現在はそのデータについて詳細な分析を実施しており、耳介メガネ提供のための基礎データを作成中である。"耳介メガネ"提案のための「耳介拡張アダプタ」の検討については、アダプタの装着位置、形状、素材等、要検討パラメータが多く存在するが、それらと「定位能力向上」の関係性を見出すに至って居らず、当初の予定よりデータ採取と分析がやや遅れる結果となった。計画的な実験設計をして、有効な指標を早急に見つける必要がある。一方で、研究室で所有する特殊な音響再生室を有効利用することで、実音源に対する音像定位能力の基礎データ採取は実施できた。

これまでに、音の空間知覚の重要なパラメータである耳介形状の特徴量を"光の反射"を記述するパラメータである「鏡面反射特徴量」で定量化し、方向知覚実験の結果と形状の関係分析を進めており、研究のゴールである「音響知覚を変化させる耳介メガネ」の形状決定にあたり、耳介形状変化に依存して変化する音響的なパラメータも取り入れた、反射特徴量ー音響物理量ー音像定位(知覚能力)の関係性の解明が必要と考え、物理音響的なデータ採取、解析を進める予定であった。しかし所属先の移転に伴い、音響実験室の使用が困難になり実験データの採取が計画通り進行しなかったため、音響的な視点の研究が進捗しなかった。まずはH29年度に採取した実音源の音像定位能力データの解析を進め、個人の能力のばらつきと耳介の形状との関係分析を進める。同時に、これまでに採取してきた耳介レプリカとそれらの3次元データ等のについて、再度データ整理を進め、最適な「耳介メガネ」の設置場所、形状についての手がかりを早急に探すための実験・解析を実施する。同時に耳介形状とHRTFsとの関係解析を進めるために、110個の耳介レプリカのHRTF測定を実施する.360度方向のHRTF計測を迅速に進めるために、全方向HRTFの自動計測システムを構築する予定である。耳介形状に起因する物理音響的な方向情報のパラメータ(HRTF)のデータ採取、分析を、実測データを元にして進める方法に加え、形状のポリゴンデータから数値計算で求める手法を採用することを念頭に、数値計算の専門家と共同研究を進めている。これにより実験室の使用頻度がスムーズでない状況下でも研究を進めることができると考える。予算申請時は、研究初年度に「耳介拡張アダプタ」を利用した実験を実施する予定で、それに関わる材料費、実験装置、被験者謝金等を計上して予算計画を提出したが、上述の通り、「アダプタ」に関する検討が予定通り進まなかったため、残金が発生した。今年度は再度、綿密な実験計画を練り直し、「アダプタ」に関する実験、測定ならびに、被験者を有する音像定位実権を勢力的に遂行する予定である。研究の進捗の遅れから、研究計画を見直した結果、当初、2018年度に購入予定であった「音響測定用ダミーヘッドマイクロホン装置一式」の購入を2019年度に変更したため。2019年度は、当該計測機の購入と、国際学会への積極的な成果発表を予定しており、その参加費、旅費に予算を使用する予定である。
ダイナミックスを積極的に利用した連続操作による高分子微粒子の高精度制御法の開発

本研究では、連続乳化重合により高分子ラテックス粒子の粒子径分布の高度な制御法の開発と実用化を目的とし、その方法として、流動・混合や反応系の持っている非線形ダイナミックスをポジティブに捉え、積極的に利用することである。本研究は以下の研究課題から成り立っている。1)分岐現象を利用した非定常操作による粒子径分布制御2)粒子径の振動現象の解明とその制御性3)反応装置の滞留時間分布制御による粒子径の振動現象を利用した粒子径分布制御まず、撹拌槽を用いて酢酸ビニルの連続乳化重合を、原料供給流量および、反応温度の操作量を周期的に変化させる非定常操作を行い粒子径分布の制御を試みた。定常操作を行った場合に、原料供給流量および、反応温度それぞれにおいてある臨界値を超えると重合率が急激に上昇する分岐現象を確認した。この臨界値をまたぐように操作量を周期的に変化させると、この周期にあわせて重合率が時間的に振動し、この振動にあわせ手粒子径分布が時間的に変化することがわかった。この振動の一周期を生産サイクルとすれば、極めて安定した高分子ラテックスが得られ、さらに振動の周期を制御することで、粒子径分布も制御可能であることがわかった。次に、重合率が時間変化を示さない定常状態においても、粒子径がダイナミックに変化する現象を新たに見出した。この現象は、粒子の滞留時間分布の影響により、装置内で新たに発生する小さい一次粒子が、装置内に既存の大粒子表面に凝集することで生じることを明らかにした。このことから、粒子表面の静電安定性がこの現象に影響を与えると考え、ノニオン性の界面活性剤を微量添加することで粒子表面の静電安定性を変化させて実験を行った。その結果、ノニオン性の界面活性剤を添加することにより、振動が始まるまでの誘導期間を延ばすことができること、凝集による粒子の成長速度を遅くできることがわかった。最後にこの凝集による粒子径の振動現象を利用して粒子径分布の制御を試みた。装置内の滞留時間分布を変化させるために、二つの混合槽を連結させた。その結果、第一槽と第二槽の粒子径分布の時間変化に時間遅れがあり、この時間遅れを利用することにより、単一槽では得られないバイモーダルで非常に粒子径分布の広いラテックス粒子を得ることができた。今後はこの操作法を応用して粒子充填密度の高いラテックス溶液を得ることを試みる。本研究でクリアしようとする課題は以下の通りである。1)反応系の非線形ダイナミックスを応用した粒子径分布の制御法の確立2)流動・混合の非線形ダイナミックスを応用した粒子径分布の制御法の確立3)ダイナミックプロセスのシンセシスに向けた設計モデルと最適化手法の確立本年度は、反応系の非線形ダイナミックスの応用と流動・混合の非線形ダイナミックスを応用について検討した。

まず、反応系の非線形ダイナミックスにおいては、この反応系における操作履歴による多重安定状態の存在に着目した。原料供給流量および、反応操作温度をパラメータとして変化させたところ、二つのパラメータともある敷居値を越えると重合率がステップ的に増加することがわかった。さらに、操作履歴によりこの敷居値は変化し、操作パラメータの値を同じにしても履歴の違いにより安定な状態が二つ存在する二重安定状態を確認した。この二つの状態間をわたるように原料供給流量あるいは、反応操作温度を周期的に時間変化させると、重合率は周期的に変化し、粒子径分布もこれに同期して変化することがわかった。また、重合率の振動の振幅も制御可能であることがわかった。この周期操作により、従来の定常操作では得られない粒子径分布が得られる可能性を見出した。さらに、このような周期操作を行わなくても、乳化剤濃度を調整することで二次粒子の凝集を制御することにより、重合率は定常に保ちつつ、粒子径分布のみを時間変動させることに成功した。このことで、安定な定常反応操作を行いながら、多様な粒子径分布が得られる可能性を見出した。次に、流動・混合の非線形ダイナミックスの応用については撹拝槽やテイラー渦流反応装置内に存在する組織的なセル状渦を一つの混合ユニットと捉え、これを利用したラテックス粒子の粒子径分布制御を行うために、まず、マイルドな混合状態が得られる層流場で存在する孤立混合領域の微細構造を調べた。その結果、この微細構造は流れ場に加わる周期的な摂動に大きく依存しており、撹拝翼の場合はその羽枚数と羽形状で微細構造を精密に制御できることがわかった。次年度は、孤立混合領域が存在する条件で重合反応を行い、得られるラテックス粒子の特性を詳細に調べる予定である。本研究では、連続乳化重合により高分子ラテックス粒子の粒子径分布の高度な制御法の開発と実用化を目的とし、その方法として、流動・混合や反応系の持っている非線形ダイナミックスをポジティブに捉え、積極的に利用することである。本研究でクリアしようとする課題は以下の通りである。1)反応系の非線形ダイナミックスを応用した粒子径分布の制御法の確立2)流動・混合の非線形ダイナミックスを応用した粒子径分布の制御法の確立3)ダイナミックプロセスのシンセシスに向けた設計モデルと最適化手法の確立本年度は、連続乳化重合反応中の粒子の凝集ダイナミックスに着目して研究を行った。まず、撹拌槽型の連続反応装置を用いた場合、反応が定常に達し、重合率が一定になっても、反応装置内に新たに発生する1次粒子が既存粒子に凝集することにより、粒子径分布が大きな時間スケールで変動することを見出した。この時間的挙動は、疎水性モノマーであるスチレン、親水性モノマーである酢酸ビニル、メチルメタクリレートいずれを用いた場合でも観測された。これまで乳化剤として使用してきたアニオン性界面活性剤にノニオン性界面活性剤を少量加えることで、この粒子径分布の時間変動現象を著しく抑制することができることがわかった。また、昨年度から行っている反応温度の周期操作の実験結果から、1次粒子が大量に発生する高温操作時に、粒子凝集により粒子径が急激に成長することが明らかとなった。
表面プラズモンと弾性表面波の相互作用を用いた化学分析法の研究

金属薄膜表面上に励起された表面プラズモン(SP)と弾性表面波(SAW)による動的グレーティングの相互作用について理論的・実験的検討を加え、その機構を明らかにし、その結果をガス系および溶液系の化学センサに応用することが本研究の目的である。二年間の研究を通して次のような成果が得られた。1.ラマン・ナス一次回折光における新たなSPの励起の観測SPと同時にSAWも励振できるプリズム素子として圧電結晶LiNbO_3、500〓の金薄膜、128°回転YcutX伝搬のSAWとし、100MHz励振を行った。その結果、LiNbO_3の異方性に基づくラマン・ナス回折の正常・異常回折が発生し、さらにそれぞれの一次回折光に新しいSPの励振が実験的に見い出された。LiNbO_3の異方性、およびSAWは縦波ー横波成分の合成されたモードであるため、回折現象が複雑になっているが、SAWの摂動に基づく新たなSPの励起が観測されており、今後それらの現象を明らかにする。2.SPによる免疫反応の検出SPとSAWの相互作用を化学反応の検出に応用するための基礎実験としてSPによる免疫反応の検出を行った。プリズムはBK7を、金薄膜上に有機膜を化学的に付着させ抗体(抗ーαフェトプロティン)を固定化した。これに抗原を反応させ、抗原・抗体反応、さらに抗原の酸による解離現象・再び抗原・抗体反応などの検出をSPの角度変化として検出することができた。3.SAWを用いた化学センサの設計溶液系での化学反応、免疫反応によってSAWの音速がどうかわるかを調べるため、溶液SAWセンサの設計を行った。SAWのモードと、材料について計算を行い、基礎実験により確めた。金属薄膜表面上に励起された表面プラズモンが,弾性表面波(SAWと記す)による動的グレーティングからどのような影響を受けるかを明らかにしその効果をガス系および液体中の化学センサに応用することを目的としている.そのための基礎となる理論と現象の検討を行った.1.基礎理論光表面波は動的グレーティングによりラマン・ナス回析を受け,空間的・時間的(周波数)に変調されるため一次回折光の反射に異常を生じることがわかった.そのため回折効果の大きなSAWモードを用いることが必要である.また液体中での反応解析を行うため固体/金属膜/液体系の表面波の解析が必要となった.そこで固/液界面を伝搬する波動の厳密な計算を行った.その際,液体の粘性を介して変位,応力が境界で連続という条件を導入した.この厳密計算は本研究が初めてであり,さらに界面を減衰することなく伝搬する表面波モードを見い出した.このモードの応用として粘性センサの提案を行った.これらの結果により液体中においても光とSAWの相互作用を効率よく生じさせる見通しが得られた.2.基礎実験(1)1で見い出した固/液界面を伝搬するSAWモード励振の基礎実験により理論の正しさ及び,粘性センサの可能性が確認された.(2)(1)の実験に付随してSAWによる水の流動現象を発見した.これは水の非線形現象であるが光との相互作用にどのようにかかわってくるかはこれからの検討課題と考えている.(3)動的グレーティングによる光のラマンナス回折の実験を行った.それを二次元平面内を伝搬するSAWの振幅分布の測定に応用し,波動の二次元性から生じる場の問題を明確にすることができた.

(4)化学量を検出する場である基板表面上に累積したL-B膜の膜評価を行った.その結果L-B膜の欠陥の大きさ,量,由来などを指摘することができた.金属薄膜表面上に励起された表面プラズモン(SPと略)が弾性表面波による動的グレーティングからどのような影響を受けるかを実験的に明きらかにすること、およびその結果をガス系と溶液系の化学センサに応用することを目的とした。その結果次のような成果が得られた。1.ラマン・ナス回折光の一次光における新たなSPの励起の観測SPを弾性表面波と共に励振させるためプリズムはLiNbO_3単結晶、弾性表面波の励振が最も強い128°回転YカットX伝搬とし、中心周波数100MH_Z(波長Δ=40μm)とした。レーザーはHe-Neを用いた。その結果、LiNbo_3の異方生に基づく、正常・異常反射がまず生じ、次に弾性表面波のグレティングによるラマン・ナス回折の正常・異常回折が観測された。0次光のSPの発生につづいて、一次ラマン・ナス回折にも、新しいSPの励振が実験的に見い出された。これは、SPと弾性表面波による動的グレーティングの相互作用による新しいSPの発生と見てよい。今後、回折現象における複雑な物理の解明を行い、化学センサーなどへの応用も進めてゆきたい。2.SPによる免疫反応の検出SPと弾性表面波の相互作用を化学反応の検出に応用するための基礎研究として免疫反応のSPによる検出実験を行った。プリズムはBK7を用い、金の薄膜表面上には有機膜をつけ、その上に抗体(抗α-フェトプロテイン)を固定化した。これに抗原を反応させ、免疫反応をSPの角度変化として検出することに成功した。この過程において有機膜、ブロッキング、抗体の固定化、免疫反応、さらに抗原の酸による解離など、すべての表面現象をSPにより検出可能であった。また同時に弾性表面波においても免疫反応により音速がどのように変化するか基礎実験を行い、今後の研究の基礎を固めることができた。
曲面上の組合せ論によるＢｒａｕｅｒグラフ代数の導来圏の研究

本研究の目的は, Brauerグラフ代数の導来圏の研究を曲面上の組合せ的手法を用いて行うことである.この代数はリボングラフ(曲面に埋め込まれたグラフ)を用いて定義される.本研究では,特別な傾複体である2項傾複体について,足立-相原-Chanによる分類を曲面の議論へ翻訳することによって,それらの性質を曲面上の組合せ論におきかえて研究する.ここでは対応する組合せ対象として弧を用いる.本研究の目的は, Brauerグラフ代数の導来圏の研究を曲面上の組合せ的手法を用いて行うことである.この代数はリボングラフ(曲面に埋め込まれたグラフ)を用いて定義される.本研究では,特別な傾複体である2項傾複体について,足立-相原-Chanによる分類を曲面の議論へ翻訳することによって,それらの性質を曲面上の組合せ論におきかえて研究する.ここでは対応する組合せ対象として弧を用いる.