hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速駆動・高耐久性を有するハイバーブランチゲルの創製

本研究は、ソフト&ウェットな性質を有する高分子ゲルの分子構造を空間的にデザインすることによって、アクチュエーターとしての機能として望まれている高速駆動・高耐久性を実現することを目標とする。本研究では、ゲルの分子構造を空間的にデザインするという新しい着想を用いて、高速・高耐久性を有する新規高分子ゲルアクチュエーターを実現することを目指した。さらに、本提案ゲルの物理化学的諸物性を明らかにすることで、そのメカニズムを明らかとすることも目的としていた。申請者はこれまで自律的に膨潤収縮運動を行う高分子ゲルの研究及び、それらの自律歩行型アクチュエーターへの応用展開を図ってきた。しかし、生体と同様にソフト&ウェットな性質を有するゲルアクチュエーターは、応答速度が遅く、繰り返し動作特性(耐久性)が低いことから、実用化を図る上で大きな問題となっていた。このような致命的な欠点を改善するため、本申請では、ゲルの分子構造を空間的にデザインするという新しい着想を用いて、高速・高耐久性を有する新規高分子ゲルアクチュエーターを実現することを目指す。さらに、本提案ゲルの物理化学的諸物性を明らかにすることで、そのメカニズムを明らかとすることも目的としている。ゲルアクチュエーターを繰り返し駆動させると劣化する原因は、ゲル内部で高分子鎖同士がみ合いを起こし、元の状態に復元しないことが原因とされてきた。そこで、ゲル内部に溶媒排出のための流路を分子レベルで確保し、さらに高分子鎖同士の絡み合いを同時に回避することが可能な、球状高分子(デンドリマー)でゲルの骨格を形成させることを目標とした。(Polyamidoamine)dendrimer(Ethylendiamine Core)と、BisN-Succinimidyl-(pentaethyene glycol)esterをリン酸バッファー中で反応させることによって、デンドリマーを骨格に持つゲルの合成に成功した。新規に合成したデンドリマーゲルは、アセトン中に浸漬すると高速の収縮挙動をみせた。ゲルの膨潤速度は、合成時のデンドリマー濃度、および架橋剤である直鎖状分子の濃度で、コントロール可能なことが明らかとなった。調整時の濃度を高くするほど応答が鈍くなり、また膨潤収縮率が小さくなることが明らかになった。新規ゲルは、デンドリマー構造によりゲル内部の高分子鎖局所密度分布の差は大きくなるが、アンサンブル平均した高分子鎖の密度は通常のゲルと大きく変化しないため、ゲルの強度の損失が少ないのも特徴の一つである。高分子アクチュエーターの特徴として、軽量・柔軟性・成形加工のしやすさが挙げられる。また有機材料で構成されているため金属疲労が発生せず、電磁モーターの振動や摩擦など耳障りな雑音を回避できるのも特徴として挙げることができる。このような高分子アクチュエーターの特徴を活かせば、人工筋肉に代表される次世代デバイスの実現可能性を大幅に改善することができる。本研究は、ソフト&ウェットな性質を有する高分子ゲルの分子構造を空間的にデザインすることによって、アクチュエーターとしての機能として望まれている高速駆動・高耐久性を実現することを目標とした。これまでのゲルアクチュエーターは、応答速度が遅く、繰り返し動作特性(耐久性)が低いことから、実用化を図る上で大きな問題となっていた。高分子ゲルの駆動速度は、含有する溶媒をいかに素早く外部に排出するかが最大のポイントとなる。また、ゲルアクチュエーターを繰り返し駆動させると劣化する原因は、ゲル内部で高分子鎖同士が絡み合いを起こし、元の状態に復元しないことが原因とされてきた。そこで申請者は、ゲル内部に溶媒排出のための流路を分子レベルで確保し、さらに高分子鎖同士の絡み合いを同時に回避することが可能な、球状高分子でゲルの骨格を形成し、それらを直鎖状高分子で化学架橋する新規ゲルを合成した。このような新規ゲルは、ゲルの骨格が球状高分子で構成されているため、溶媒排出のための流路が常に確保されことで高速応答が実現できた。さらに球状同士は絡み合いを起こしにくいため、アクチュエーターの繰り返し特性(耐久性)が大幅に改善された。
シグナル伝達経路選択的活性化法の開発

本研究では、シナプス内でシグナル伝達経路を選択的に活性化することができる光遺伝学的ツールを開発することを目的とした。これによって、長期増強誘起に必要な分子種、シグナル伝達経路を調べることが可能になる。現在までに、光応答性のCaMKII分子の作製に成功しつつある。この過程で、LOV2をCaMKIIに挿入することで分子全体のフォールディング効率の低下や、凝集が起こりやすくなることが分かってきた。そこで、ランダム変異導入によるフォールディング効率の改善法を開発した。この方法を光応答性のCaMKII分子に適用することで、細胞内局在と活性のダイナミックレンジを大きく改善できた。本研究では、PKCやPKAなどのキナーゼ分子に着目し、これらの分子の活性を青色光照射で、“ミリ秒レベルの時間分解能"と“マイクロメートルの空間分解能"で直接制御できるように遺伝子改変する。また、作製した光感受性分子を生細胞内で、光照射により活性化させ、シグナル伝達経路を選択的に活性化したときの応答を調べる。現在までに、我々が選択したキナーゼ分子について、植物タンパク質であるPhototropin1のLOV2ドメインを用いることにより、光照射依存的にキナーゼ活性を上昇させることに成功しつつある。具体的には、キナーゼ下流にLOV2ドメインを様々なリンカー配列を用いて遺伝子工学的に挿入した。各種分子をHeLa細胞に発現させ、光照射することにより、基質のリン酸化が起こるかどうかをキナーゼアッセイにより調べた。これにより、以下の2点を満たすような分子を選別した。1,光非存在化ではLOV2ドメインがキナーゼの触媒ドメインに直接結合しており、その活性を阻害している。2,光照射によって、LOV2ドメインがキナーゼより解離し、キナーゼ活性が上昇する。このようにして現在までに光応答性キナーゼ分子のプロトタイプを得ることに成功した。光操作可能なシグナル分子を開発し、細胞内でシグナル分子を選択的に活性化する手法を確立するのが本研究の目的である。特に、CaMKII, PKC, PKAの3種類のキナーゼについて、LOV2ドメインを用いることで光応答性の分子の開発を行っている。現在までに、様々な長さのリンカーでキナーゼドメインとLOV2を融合し光応答性のキナーゼの開発を試みているが、これまでの実験から全体的な問題として、LOV2ドメインを挿入することによって分子全体のフォールディング効率が落ちてしまうことが分かってきた。このような場合は分子を発現させると細胞内で大きな凝集塊を形成し、発現させた分子が機能しなくなってしまう。そこで、平成27年度はLOV2にランダム変異導入することによって、分子のフォールディング効率を改善することを試みた。具体的には、ランダム変異導入したLOV2のC末端にmCherryを融合し大腸菌に導入し、大腸菌内でmCherryの蛍光が明るいものを選択した。ランダム変異導入したLOV2をその結果、LOV2へのランダム変異導入によってフォールディング速度を2倍程度上昇(mCherryの蛍光が2倍の速度で明るくなる)させることに成功した。さらに同定したLOV2変異体のN末端とC末端にmEGFPとmCherryをそれぞれ融合したFRETセンサーを作製した。この分子をHeLa細胞に遺伝子導入して、2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡でFRETを観察することにより、光応答性があることを確認した。本研究の目的は、シグナル伝達経路を選択的に活性化しその表現型を調べるという全く新しい方法論を提案することである。現在までに光応答性キナーゼ分子のプロトタイプを得ることに成功しており、生細胞内でシグナル伝達経路を選択的に活性化するためのツールが完成しつつあるため、予定通りにおおむね順調に進展している。生物物理現在までに得られている光応答性分子についてさらに詳細な解析を進めて行く。特にFRET法を用いることにより、光照射による分子構造変化を直接調べることで活性化時間等を明らかにする。また、光応答化により、基質の特異性が変化していないかどうかをキナーゼアッセイにより調べる。助成金の一部を消耗品代として次年度に使用する必要が生じた為。消耗品代として使用。
マウスの量的形質に関与する遺伝子の染色体マッピング

マウスをモデル動物として用いて、マイクロサテライトDNAマーカーとの連鎖解析により量的形質に関与する遺伝子群(QTL:quantitative trait loci)の染色体マッピングを試みた。この時、容易に得ることができる体重形質を量的形質として用いた。使用したマウスは近交系のC57BL/6J(Mus musculus domesticus)とフィリピン産野生マウス(M.m.castaneus)で、それぞれの平均成体重は25.4gと16.5gであった。これらのマウスからF_1個体を得、野生個体を戻し交配することによりN_2個体を約400匹得た。得られたN_2個体の体重を生後3から10週齢まで1週間毎に測定した。PCR法とアガロースゲル電気泳動法を用いて、マイクロサテライトDNAマーカーの遺伝子型を決定した。得られたN_2の雄81匹について、10週齢体重差に関与するQTLの有無をDNAプーリング法を用いてスクリーニングした。その結果、調査したマウスの染色体3本のうち1本について比較的大きな表現型効果を持つQTLが存在することが推定された。そこで、その染色体について、7個のDNAマーカーを使ってN_2雄81匹全ての遺伝子型を決定し、QTL解析ソフトMAPMAKER/QTLを用いて解析した。その結果、1個のQTL(LOD=2.3,total variance=13%)を検出することができた。このQTLのallele substitution effectは1.1gであった。また、確認のため単回帰分析法を用いて再度解析を行ったところ、同様の結果が得られた。今後、得られたN_2個体を全て用いて、QTLが検出された染色体及びその他の染色体についてQTL解析を進める予定である。
水素と電力の同時獲得を可能とする光触媒反応系の構築

光触媒による水分解反応は、太陽の光エネルギーから水素エネルギーを獲得する手段として広く研究されている。本事業では、新規な太陽エネルギー変換貯蔵システムとして、貯蔵電力を同時獲得可能な水分解反応系の構築を目指した取り組みを行う。2018年度は、2017年度に実証した、本提案手法に利用可能な2種類の光触媒反応およびレドックスフロー電池の原理を利用した放電反応をNafion膜で仕切った2室セルを発生ガスの分析が可能な閉鎖循環型のバッチ装置に接続した反応システムを用いて同時に進行させた。その結果、系内に投入したレドックスの物質量を大きく超えても定常的に反応が進行できることを実証した。反応初期の太陽光エネルギー変換効率は0.05%程度と見積もられた。反応を長時間進行させると、反応活性が徐々に低下した後に定常状態に落ち着く挙動が見られた。これは反応初期の光触媒反応の反応速度に対して、放電反応の反応速度が遅いため、レドックスの組成が充電された状態へシフトしてから定常状態に達したためであった。以上の結果より、効率良く放電反応を進行させる手法の開発が重要であることがわかった。レドックスの濃度依存を評価した結果、濃い濃度条件の場合には、水素発生側および酸素発生側共に、充電反応に当たる光触媒反応が100%レドックスを転換する前に失活してしまった。これは、放電反応に当たる逆反応が光触媒上で競争的に起こってしまい、レドックスの濃度が濃くなるにつれてその望まれない逆反応の反応速度が上昇してしまうためであった。このことから、逆反応を抑制するための手法開発が重要であることがわかった。昨年度実証した組み合わせ以外のレドックスの適用可能性を評価した。Co錯体に関しては、昨年度検討したビピリジン錯体だけでなく、フェナントロリン錯体およびターピリジン錯体を用いた場合にも同様に反応が進行した。2018年度は、おおむね研究計画書の予定通りに研究を進められており、貯蔵電力を同時獲得可能な新規水分解反応系を定常的に駆動させることが可能であることを実証するところまでたどり着いた。さらに、今後の課題も明確化できた。候補となるレドックスや水素生成用の光触媒の候補が限られている点に関しても、新規材料の適用が可能であることを明らかにした。これらの結果が得られていることから、おおむね順調に進展しているとした。2018年度には、提案手法が定常的に駆動可能であることを実証できた。これより2019年度は、本提案手法を運用するうえで改善が必要な課題について取り組む。具体的には、放電反応が律速となっていることからPEM型の反応セルを用いて放電反応がどこまで改善できるかを評価する。望まれない逆反応を抑制するために、光触媒の表面処理に取り組み。また、候補となるレドックスや水素生成用の光触媒の候補が限られている点に関しても、引き続き、新規材料の開発を進めていく。2017年度は、候補レドックスとして例示したコバルトビピリジン錯体およびバナジウムイオンを用い、レドックスフロー電池の原理で実際に電力の取り出しが可能か評価した。さらにその充電反応に相当する光触媒反応を進行させる光触媒材料の開発を行った。レドックスフロー電池の放電反応を評価した結果、両極にカーボンフェルトを用いることで効率よく放電反応が進行した。取り出せる電力はpH2.1程度で最大となった。続いて、この電池の充電反応に相当する2種類のレドックス反応を光触媒反応で進行できるか評価した。Ru/SrTiO3:Rhを光触媒として用いることで、バナジウムイオンが(IV)価から(V)価へ100%酸化されるまで効率よく進行し同時に水素が生成した。一方、BiVO4を用いたコバルトビピリジン錯体水溶液からの酸素生成を評価した結果、中性からアルカリ性条件下では酸素が効率よく生成したのに対し、酸性条件下ではわずかな酸素しか発生しなかった。そこで、様々な助触媒の導入効果を評価した結果、Pdを助触媒として担持することで、酸素生成速度が著しく向上した。以上の結果から、例示したレドックスを用いることで、貯蔵電力を同時獲得可能な新規水分解反応系の構築が可能であることを実証した。2017年度は同時に、本提案手法に利用可能なレドックス媒体および光触媒材料の種類が少ないという課題に対しても取り組みを行った。その結果、LaFeO3という材料が水素生成光触媒として機能すること、およびフェロシアン酸カリウム水溶液をレドックスとして利用可能なこと等を明らかにした。2017年度は、おおむね研究計画書の予定通りに研究を進められており、貯蔵電力を同時獲得可能な新規水分解反応系の構築が可能であることを実証するところまでたどり着いた。さらに、候補となるレドックスや水素生成用の光触媒の候補が限られている点に関しても、新規材料の適用が可能であることを明らかにした。

2018年度は、2017年度に実証した、本提案手法に利用可能な2種類の光触媒反応およびレドックスフロー電池の原理を利用した放電反応をNafion膜で仕切った2室セルを発生ガスの分析が可能な閉鎖循環型のバッチ装置に接続した反応システムを用いて同時に進行させた。その結果、系内に投入したレドックスの物質量を大きく超えても定常的に反応が進行できることを実証した。反応初期の太陽光エネルギー変換効率は0.05%程度と見積もられた。反応を長時間進行させると、反応活性が徐々に低下した後に定常状態に落ち着く挙動が見られた。これは反応初期の光触媒反応の反応速度に対して、放電反応の反応速度が遅いため、レドックスの組成が充電された状態へシフトしてから定常状態に達したためであった。以上の結果より、効率良く放電反応を進行させる手法の開発が重要であることがわかった。レドックスの濃度依存を評価した結果、濃い濃度条件の場合には、水素発生側および酸素発生側共に、充電反応に当たる光触媒反応が100%レドックスを転換する前に失活してしまった。これは、放電反応に当たる逆反応が光触媒上で競争的に起こってしまい、レドックスの濃度が濃くなるにつれてその望まれない逆反応の反応速度が上昇してしまうためであった。このことから、逆反応を抑制するための手法開発が重要であることがわかった。昨年度実証した組み合わせ以外のレドックスの適用可能性を評価した。Co錯体に関しては、昨年度検討したビピリジン錯体だけでなく、フェナントロリン錯体およびターピリジン錯体を用いた場合にも同様に反応が進行した。2018年度は、おおむね研究計画書の予定通りに研究を進められており、貯蔵電力を同時獲得可能な新規水分解反応系を定常的に駆動させることが可能であることを実証するところまでたどり着いた。さらに、今後の課題も明確化できた。候補となるレドックスや水素生成用の光触媒の候補が限られている点に関しても、新規材料の適用が可能であることを明らかにした。これらの結果が得られていることから、おおむね順調に進展しているとした。2017年度には、提案手法がうまく機能することを実証できた。これより2018年度以降は、本提案手法を運用するうえでより理想的な高濃度レドックス条件下での光触媒性能の評価を行う。性能の改善が必要な場合には、その条件に適した材料の改質手法を開発することを目指す。また、候補となるレドックスや水素生成用の光触媒の候補が限られている点に関しても、引き続き、新規材料の開発を進めていく。2018年度には、提案手法が定常的に駆動可能であることを実証できた。これより2019年度は、本提案手法を運用するうえで改善が必要な課題について取り組む。具体的には、放電反応が律速となっていることからPEM型の反応セルを用いて放電反応がどこまで改善できるかを評価する。望まれない逆反応を抑制するために、光触媒の表面処理に取り組み。(理由)ほぼ予定通りに使用したが、1000円程度次年度への繰り越し金が生じた。(使用計画)消耗品の購入に使用する。
網膜錐体構成の個人差を補償する色知覚の普遍性機序の光生理学・心理物理学的解明

個人のL/M比の測定をERGフリッカー法とAO眼底カメラ法により行った。被験者の遺伝子解析結果を用いて、分光感度の補正を行い、その結果、5人の被験者のL/M比を測定することができた。同じ5人の被験者を用いて、ユニーク色の測定を行なった。その結果、色の見えとL/M比には相関がないことが示された。さらに同じ被験者を用いて、色弁別閾値の測定を行なったところ、L/M比は輝度弁別直線の傾きと相関傾向が見られたが、色度弁別とは関係がないことがわかった。fMRI法によりユニーク色に対する脳活動は高次領野からの影響を受け、特にV4において顕著である事が明らかになった。L/M比個人差を補償するモデルを考察した。本年度は個人の眼光学系の分光吸収特性、L/M比の測定及び色の見えの測定のための方法の確立を実施計画とした。眼光学系の濃度測定に関しては、水晶体の平均データの調査から個人間で対数濃度で0.2の差異があることが分かり、個人別の分光測定が必要であることが確認された。黄斑色素濃度については既存の装置を用いて試行として数人の被験者の黄斑色素を測定し、方法の有効性を確認した。L/M比の測定に関しては、網膜電位(ERG)測定システムのノイズ対策として専用アンプを導入し、補償光学系(AO)には高速DM deformable mirrorを取り付け、両方法によるL/M錐体比の精度良い推定を可能とした。また、補償光学走査レーザ検眼鏡を用いて錐体の輝度変化について調べた。色の見えの測定に関しては、刺激呈示用のハイパースペクトルデイスプレイを完成させ、ハイパースペクトルイメージの刺激呈示を可能とし、ユニーク色を与える単色光の波長、色度図内でのユニーク色軌跡を求める準備を完了した。また、個人のL/M比と色弁別閾値の関係を測定するためのCRTモニターを用いる装置の準備を行った。さらに、fMRI測定実験に関する予備的測定を行い、視覚野のマッピングを行う実験と色に対する反応実験を行った。これらの実験は錐体応答およびユニーク色の脳内表現について調べることを目的とし、錐体反対色に関連する色応答とユニーク色に関する応答を測定し比較した。今年度は研究会を6月と3月に2回開催し、研究代表者と各分担者間で研究の目的と方法、及び担当についての確認と意見交換を行った。本年度は、昨年度に確立された実験方法を用いて、個人のL/M錐体比と色の見えのデータ収集を本格的に行った。さらに、昨年度より引き続き、fMRI法による脳機能計測を行った。(1) ERGフリッカー法と被験者毎の錐体の遺伝子解析により被験者毎のL/M錐体比の測定、黄斑色素濃度分布の測定による錐体分光感度の補正を継続して行った。被験者は8名となった。(2)既存のAO-SLO装置を用いて、順応法によって、L錐体とM錐体の視物質の褪色濃度変化を赤外光で測定した結果、濃度変化の分光ヒストグラムに2峰性が見られ、L/M錐体比が観測可能であることがわかった。可視光を使った新AO装置の開発は、他のグループの研究の進捗に合わせて高い仕様にしたため開発中であるが、軸上および横方向の色収差の補正方法を確立するなど、研究的には進展できた。(3)水晶体濃度の加齢変化要因について、CIE委員会(TC 6-15)報告を中心に検討しつつ、水晶体濃度測定手法を精査した結果から、ハイパースペクトラルイメージング手法による濃度測定を企図し、その準備をほぼ終了した。(4) fMRI法を用いてユニーク色相と反対色応答が零になる色相との誘発する脳活動の差を測定する実験を開始した。(5)心理物理実験により、L/M錐体比のわかった被験者に対して、錐体コントラスト空間上で色弁別閾値を測定し、色弁別閾値がLノイズあるいはMノイズによってどの方向に増大がするかを見て、L/M錐体比との相関を取る実験を開始した。さらに、ハイパースペクトルデイスプレイによる単色光刺激を用いて各被験者のユニーク色波長を求めた。(6)ハイパースペクトルディスプレイを用いて、自然風景分光反射率画像に照明光スペクトルを変化させて照明したシミュレーション刺激画像を作り、この刺激画像により照明光色弁別が可能であることを確認した。(1)黄斑色素濃度,L/M錐体比を求めた被験者に対して条件等色実験を行った。三刺激値が等しいが黄斑色素吸収量が異なる刺激の等色点には青ー黄方向で系統立った違いが見られ、黄斑色素濃度と強い相関が見られた。また、L/M錐体比については、日本人はコーカサス人種と比較し、有意に低いことがわかった。(2)被験者個人のERG法によって推定したL/M錐体比とユニーク色の波長及び色検出閾値を比較した。L/M錐体比とユニーク色波長とは相関がないこと、また、ΔL/L対ΔM/Mの錐体コントラスト平面上での色弁別閾値の輝度メカニズム線の傾きにはL/M錐体比と相関がある可能性が見られたが、L、Mノイズによる閾値の増大には相関が見られないことが示された。(3)fMRIを用いて錐体応答拮抗型反対色とユニーク色に対する脳活動を計測し、初期視覚野における応答の特性について調べた。

V4において脳活動パターンの再現性が課題による影響を受け、その違いがユニーク色に対する脳活動において統計的有意差を示す事がわかった。全脳の脳活動を課題間で比較した結果,色同定課題を行う際には視覚野(V1-V4)に加え前頭葉(MFG)や側頭葉(insula)の領野で有意な信号上昇も見られ、これらの領野からのフィードバックがユニーク色の見えの評価に関与していたことが明らかになった。(4)L/M錐体比の個人差とユニーク黄の乖離について説明するために、まず、視環境の統計データ、物質のデータベースからシミュレーションによって、視覚刺激として生じやすい色度を明らかとした。感覚刺激として生じやすいものが、視覚認知の座である下側頭皮質においてどのように情報表現されているかを議論し、スパースコーディングによる応答特性の偏りが新しい環境光適応型色覚モデルには重要であること示した。(5)830nmのAO-SLO法によるL/M錐体比測定の可能性を示した。個人のL/M比の測定をERGフリッカー法とAO眼底カメラ法により行った。被験者の遺伝子解析結果を用いて、分光感度の補正を行い、その結果、5人の被験者のL/M比を測定することができた。同じ5人の被験者を用いて、ユニーク色の測定を行なった。その結果、色の見えとL/M比には相関がないことが示された。さらに同じ被験者を用いて、色弁別閾値の測定を行なったところ、L/M比は輝度弁別直線の傾きと相関傾向が見られたが、色度弁別とは関係がないことがわかった。fMRI法によりユニーク色に対する脳活動は高次領野からの影響を受け、特にV4において顕著である事が明らかになった。L/M比個人差を補償するモデルを考察した。本研究の研究目的は、人間の網膜内のL, M錐体の比率と分光感度には個人差が大きいにもかかわらず、色の見えには個人差がほとんどないことから、L, M錐体から大脳皮質に至る色覚過程で、L、M錐体構成の個人差を補償し、色の見えと物理的な光スペクトルとの普遍的な対応関係を付けるキャリブレーションメカニズムが存在していることが考えられるが、この色覚個人差補償メカニズムを調べるために、ERG等を用いた光生理学的方法でL/M錐体比の個人差を明らかにし、色の見えを心理物理的に測定すると共にfMRI法によって普遍的な色の見えの脳内部位を同定し、最終的にアウトカムとして新しい環境光適応型色覚モデルを提案することである。本年度は、昨年度に確立された実験方法を用いて、個人のL/M錐体比を主にERG法とLM錐体の遺伝子型の同定により順調に行い、また心理物理実験による色の見えと色弁別測定を開始し、データの収集を行った。さらに、昨年度より引き続き、fMRI法による脳機能計測を行った。したがって、本年度の研究はおおむね順調に進展していると判断できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。社会科学今後は、収集したデータの解析を行い色覚系の補償メカニズムの解明と新しい環境光適応型色覚モデルの提案を行う。(1)各個人から測定されたL/M比の範囲と過去に公表されているL/M比を比較して、本研究方法の妥当性や優れた点を明らかにする。(2) L/M比から計算される赤緑(L-M)反対色応答値が零になる刺激光のスペクトルと、赤みも緑みもない色の見えを与える実験から求められた刺激光スペクトルを比較して、色覚系のキャリブレーション係数を求める。(3) fMRI法による測定された部位の結果を解析し、赤みも緑みもない色の見えを与える刺激光スペクトルに対して特的な反応をする部位がV1 V4のどの領域にあるかを明らかにする。
四肢/鰭の形成位置の多様性を生み出すメカニズム

今年度は、四肢位置の決定と細胞死の関係を調べるため、胚体内の局所的な細胞死の分布状態を調べた。まだ予備的な観察であるが、肢芽形成期に前肢と後肢の間(わき腹)の部分に特異的な細胞死が観察された(東北大医学部の若松先生との共同研究)。また、FGF10添加による背中AER形成が哺乳類でも起こるかどうかを調べる目的で、マウス胚の全胚培養技術を獲得した(東北大医学部の大隅先生との共同研究)。一方で、前肢・後肢の違いを生み出す機構を明らかにする目的で、さまざまな移植実験・組織培養実験を用い、tbx5/4遺伝子発現を指標にして解析を行った。その結果、前後肢identityの獲得は側板中胚葉の中で自立的に行われるのではなく、他の組織からの影響、とくに中軸組織からの誘導と抑制の作用が大きく影響していることを見出した(Saito et al.,2002)。さらに、詳しい移植実験とリアルタイムPCR機の導入による解析により、前後肢identity決定に関わる中軸組織が体節である可能性を占めるデータを得た。四肢位置を決めるメカニズムの多様性と相同性を解析するために、トラザメ胚からfgf8、msx遺伝子の部分配列をPCR単離し、発現解析を行った。その結果、トラザメ胚ではわき腹の部分に鰭状の構造は観察されないものの、高等脊椎動物(四足動物)では、四肢位置に限局して発現するmsx遺伝子がわき腹にも発現していることを見出した。現在、他のいくつかの遺伝子マーカーとの発現比較を検討中であるが、これらの事実は、四肢および鰭構造が、体側部全体に存在する鰭形成能力の一部として形成されているという、我々の当初の仮説を裏付けるものであり、興味深い発見である。現在、論文投稿を準備している。
硬組織誘導性新規合成ペプチドの歯内治療への適用についての検索

ラット直接覆髄による歯髄反応の解析として新規合成ペプチドの歯髄への適用方法の検索を行った。新規合成ペプチドの単独での適用が理想的であると考えていたが粉末状の物質であり直接覆髄材として露髄面への適用量の一定化が難しく、プロピレングリコールアルジネート水溶液に溶解させて用いることで使用することとした。また、含有させる新規合成ペプチドの濃度を調整した。上記と同時に手技が容易に一定となるような直接覆髄法の検討を行った。ラットは6週齢のSDラットを使用し行うこととした。ラット下顎前歯側面を露髄させて直接覆髄を行う計画であったが、げっ歯類下顎切歯は、その性質から経時的観察に不向きで、上顎臼歯で遂行していくことに変更した。上顎臼歯への変更で、手技の検討を加える必要が生じた。ラット上顎臼歯への直接覆髄は術野の確保が最大の課題であると感じたがラット上顎臼歯へのラバーダム防湿が、手技の一定化ならびに容易化に対応できると考えた。そこで、ラットクランプの作成ならびにラバーダム防湿法の検討へとうつっている。また、上記研究期間内におけるラットの新規合成ペプチドを使用した直接覆髄後の組織標本による経時的解析から処置後2週程度で硬組織が形成することがわかった。当初は2週以内の1、3、7日での詳細な解析も予定してたが、組織標本を作製したうえで各種染色を施し、短期での免疫組織化学的検索による他の覆髄材との詳細な比較検討までは不必要ではないかと考えられた。下顎前歯を材料として実験することを予定していたが、上顎臼歯に変更したため、その対応に少し時間を要していたが、解決に至りそうで、今後への支障は取り除かれつつある。直接覆髄についてはさらに進めていくが、穿孔部封鎖材、根管充填材としての可能性についての検索も同時に開始してゆく。また、現在の問題点は、解決可能であると現在考えているが、ラットの歯の小ささに起因する術式の不安定さに問題が由来する可能性もありうる。その際は、ラットから別の大きな動物に材料を変更することによって実験の遂行を検討したい。消耗品で特注品を注文した際、正確な納期が未定であったため、予算を確保する必要が生じ次年度使用額が生じた。
圧電性ポリ乳酸高分子物質の骨形成促進への応用

生体吸収性高分子であるポリ乳酸に延伸操作を行つたポリ乳酸フイルムは良好な“ずり圧電性"を持つ。ポリ乳酸乳酸(以下PLLA)圧電フイルムによる骨形成促進の効果と骨形成に対して最も有効な圧電フイルムの体内における設置方法を決定するために、動物実験を行った。PLLA圧電フイルムは4倍延伸で、延伸配向0°,45°,90°の3種類を用いた。対照群には未延伸のPLLAフイルムを用いた。各群5羽の成熟日本白色家兎を用い、全身麻酔下に、脛骨中央前外側骨膜上にPLLAフイルム(6×12×0.2mm)を縦方向に置き、その上下端を前脛骨筋後面の筋膜に縫合した。6週後屠殺し、脱灰標本とし、H.E.染色による組織学的な観察を行い、新生骨部分の面積を計測した。その結果、組織標本上、対照群中の一例を除き全例に、フイルム設置部を中心に、皮質骨上に新生骨を認めた。45°フイルム設置群の新生骨面積は、対照群に比し、有意に大きかった。また0°及び90°フイルム設置群と比較しても、有意に大きかった。圧電フイルム設置個体群が、対照群に比べ、骨形成が促進されたことより、PLLA圧電フイルムは大きな骨形成促進能を持つ事が証明された。また、45°の方向に延伸されたフイルムを筋の伸縮方向に設置したときに、最大の骨形成が認められたことより、PLLA圧電フイルムの延伸方向に対し、“ずり応力"が作用した時に、最も骨形成促進作用が大きくなる事が証明された。
高強度テラヘルツパルスによる極限スピン制御

2018年度では,THzパルス発生光学系を用いて,高強度THzパルス発生を試みた.パルス面傾斜法で得られた高強度THzパルスは,EOサンプリング法によって検出した.パルス面傾斜の非線形結晶は,良く用いられるLiNbO3(LN)結晶を使用し,EO結晶には,ZnTe結晶を使用した.観測されたTHzパルスの時間波形には,三つのピークが現れファーストピークとセカンドピークが同程度の強度であること,またファーストピークを拡大すると,ピークの先端が不自然に折れている形状になっていること,を考慮し本来のTHzパルス電場の時間波形でないことが分かった.ZnTe結晶は,この波長帯での屈折率変化が大きいため感度が高いため,数10 kV/cm以上の強いTHz電場パルスを計測するとこのようなことが起こることが知られている.そこで,この波長帯での屈折率変化が小さいGaPをEO結晶としてTHzパルスの時間波形を測定した.ZnTeをEO結晶として用いた結果と異なり,本来のTHzパルス電場の時間波形が得られた.THzパルスの電場振幅を求めた式を適用することで,最大電場振幅は126.5 kV/cmであった.実験以外にもGaAsのE-k分散を考慮したモンテカルロ(MC)シミュレーションを行ったが, 25 V/cm以上のTHzパルス照射によってTHzパルスによるスピンの反転が可能であることが分かっている.今回得られたTHzパルスの強度はは25 V/cmを大きく上回っている.励起キャリアが観測できたので,THzパルス発生光学系からTHzパルスを,サンプル裏側から入射して,サンプルの表側でキャリアのダイナミクス測定を行った.しかし,現時点ではTHzパルスの相互作用は観測できなかった.高強度THzパルスの強度の観測,またキャリアダイナミクスの観測に成功したことは良かったが,キャリアと高強度THzパルスとの相互作用が全く観測できなかったことは想定外であった.キャリアまたはスピンが励起されている時間内に,THzパルスを照射し何等かの影響を観測したかった.MCシミュレーションによると,今回用いた試料のGaAsでは高強度すぎる(100 kV/cm以上)のTHzパルスでは電子に負の速度が働き,大きく動かないことが分かっていた.そのため,励起キャリアダイナミックスへの信号変化が観測できたなかったと考えている.次回はピーク強度を落とし,10 kV/cm程度で実験を行う必要がある.他にも相互作用が観測できなかった理由として,そもそもスピン(キャリア)観測光学系とTHzパルス発生光学系の光路長が適していないことが考えられた.実験光学系において光を分離させた箇所(ビームスプリッター)からサンプルまでの光路長を測定してみたところ,現在の光学系では,スピンあるいはキャリアを励起する前にTHzパルスが到達してしまう可能性が高いことが分かった.THzパルスの強度を落とすこと,また光学系の光路長を見直し,改めて実験を行う必要がある.電子スピンは,「電荷」と「スピン」の両方の性質を持ち,特に「スピン」の量子力学的な性質を積極的に利用した全く新しいデバイスが実現・提案されている.このような新規デバイスを半導体中で実現するには,半導体中でのスピンの高速制御が重要となる.特にスピン軌道相互作用が強いIII-V族半導体中では,スピンをドリフトさせることで内部有効磁場を利用した無磁場でのスピンの回転操作が可能である.ピーク強度が1 MV/cmに達する高強度THzパルス発生が通常の実験室レベルで実現できるようになったが,この高強度THzパルスを半導体中の電子スピンに照射すれば,スピンは強い電場を感じてドリフトし,上記の原理による超高速スピン制御が実現可能となる.我々のシミュレーションによると1 ps以内といったスピンの超高速制御を実現するためには,ピーク強度が100 kV/cm以上の高強度THzパルスが必要である.本研究を実施するために100 kV/cm以上の高強度THzパルスが出力可能な繰り返し周波数が1 kHzの超短パルスレーザーを保有する阪大レーザー研で実験を行い,共同研究(共同研究者:中嶋氏)を開始した.実験開始前の準備として平成29年度前半は,1高強度なTHzパルスを発生する光学系と2スピンの時空間ダイナミクスを検出する光学系の構築を行った.平成29年度後半は,二つの光学系を組み合わせた最終光学系をブレッドボード上に作製した.光学系全体を阪大レーザー研まで移動し,それらをレーザー研のレーザー光源横の光学定盤上に設置した.実際の実験では,室温下でGaAs量子井戸中にスピンが生成できることを確認した.平成29年度は,高強度THzパルスによるスピン制御の実験を行うために,THzパルス発生光学系とスピン検出光学系を組み合わせた光学系の構築,設置を阪大レーザー研で行った.阪大レーザー研での設置を終えるところまでは終了したため,概ね順調といえる.100 kHz以上の繰り返し周波数を有する超短パルスレーザーを用いた実験では,GaAs量子井戸中のスピンの生成・検出が容易であった.しかし,阪大レーザー研の1 kHzレーザーでは,スピンの生成・検出が非常に難しいことが分かった.ワンパルスあたりのエネルギーが大きいため,試料を破壊しない程度の励起パルス強度まで抑えようとすると,逆にポンプ光とプローブ光の強度が弱まり高いSNでのスピンの検出が難しいことが分かってきた.平成29年度の研究では,実験だけでなくTHzパルスによるスピン制御のモンテカルロシミュレーションも行った.その結果によると,THzパルスの強度をあまり高くすると(数kV/cm以上),Dresselhausスピン軌道相互作用の3次項によってスピンがすぐに緩和してしまうことが分かった.従って,スピンの高速制御のためとはいえ,THzパルスの強度を上げてはいけないことが分かった.

平成30年度はこれらの問題解決のための対策を考えた上で実験を進めることが望まれる.2018年度では,THzパルス発生光学系を用いて,高強度THzパルス発生を試みた.パルス面傾斜法で得られた高強度THzパルスは,EOサンプリング法によって検出した.パルス面傾斜の非線形結晶は,良く用いられるLiNbO3(LN)結晶を使用し,EO結晶には,ZnTe結晶を使用した.観測されたTHzパルスの時間波形には,三つのピークが現れファーストピークとセカンドピークが同程度の強度であること,またファーストピークを拡大すると,ピークの先端が不自然に折れている形状になっていること,を考慮し本来のTHzパルス電場の時間波形でないことが分かった.ZnTe結晶は,この波長帯での屈折率変化が大きいため感度が高いため,数10 kV/cm以上の強いTHz電場パルスを計測するとこのようなことが起こることが知られている.そこで,この波長帯での屈折率変化が小さいGaPをEO結晶としてTHzパルスの時間波形を測定した.ZnTeをEO結晶として用いた結果と異なり,本来のTHzパルス電場の時間波形が得られた.THzパルスの電場振幅を求めた式を適用することで,最大電場振幅は126.5 kV/cmであった.実験以外にもGaAsのE-k分散を考慮したモンテカルロ(MC)シミュレーションを行ったが, 25 V/cm以上のTHzパルス照射によってTHzパルスによるスピンの反転が可能であることが分かっている.今回得られたTHzパルスの強度はは25 V/cmを大きく上回っている.励起キャリアが観測できたので,THzパルス発生光学系からTHzパルスを,サンプル裏側から入射して,サンプルの表側でキャリアのダイナミクス測定を行った.しかし,現時点ではTHzパルスの相互作用は観測できなかった.高強度THzパルスの強度の観測,またキャリアダイナミクスの観測に成功したことは良かったが,キャリアと高強度THzパルスとの相互作用が全く観測できなかったことは想定外であった.キャリアまたはスピンが励起されている時間内に,THzパルスを照射し何等かの影響を観測したかった.平成30年度は,29年度に行った問題点を踏まえて,これまでのようにスピンの生成・検出を行う実験でなく,キャリア(電子)の生成・検出を,試料を破壊することなく行うことができる条件出しの実験から着手する.そのために,1ポンプとプローブパルスを回折格子,レンズ,ミラーの一式で波長を切り出し,時間幅100fsから1psまで伸ばすこと,2試料温度とポンプとプローブの波長の適した関係を見出すこと,の二つの課題を重視し研究を進める.それにより,THzパルスによって動く電子の空間的な振る舞いについて調べることが可能になる.本来のスピン制御といる目標とは離れるが,まずはTHzパルスによってどの程度電子が空間移動するのかについての原理検証実験を行う.
清朝の『皇輿全覧図』作製とその世界史的な意義に関する研究

1 1727年の北京会議においてロシア側代表ヴラジスラヴィッチは、国境交渉の参考として清側にホマンの地図帳を提供した。その中には1723年頃に作製されたロシア一般図とカムチャツカ・カスピ海図が含まれており、二つの地図はその後に作られた清朝の官製ユーラシア地図に強い影響を残すことになった。たとえば『乾隆十三排図』では、中国本土とその周辺は『皇輿全覧図』に従い、ロシアなど『皇輿全覧図』がカバーしない外側の地域は、ホマンのロシア一般図を模倣した。このような清の官製ユーラシア地図は、『雍正十排皇輿図』に起源をもっており、そのことは北京会議を指揮していた恰親王允祥の考えによるものである。2 18世紀のヨーロッパにおけるエゾ論争(現在の北海道がいかなる形状をして、いかなる位置に存在するのかをめぐる論争)について研究を行なった。18世紀初めにロシアで、カムチャツカ半島の南部がエゾであるという説が起こり、それが西ヨーロッパに伝わり、1720年代から10年間その説がヨーロッパを席巻した。しかしデュアルド『中国誌』(1735年刊)が『皇輿全覧図』とベーリングの地図を同時に公開して、西太平洋北部の海岸線が明らかになると、カムチャツカ=エゾ説は一挙に没落した。それからそれに代わって支配的となった説は、サハリン南部と北海道を結合させる巨大なエゾを考えるものであった。それが約50年間続いて、18世紀末になりラペルーズとブロートンという二人の航海者が、それぞれ独自にこの海域を実地調査して、北海道とサハリンを発見しエゾ論争に終止符を打ったのである。研究代表者は、今年度以下の研究成果をえた。(1)清朝は、18世紀初めに科学白的な実測にもとづく中国と周辺の地図『皇輿全覧図』を作製した。『皇輿全覧図』のコピーは、ロシアとフランスに送られて、当時ヨーロッパの地理学において空白地域であった西太平洋の研究に大きく貢献した。『皇輿全覧図』においては、アムール川河口までのアジア大陸の東海岸が明確になり、謎の土地であったエゾ(北海道)は日本に近い島であるとして、地図の中には描かれなかった。、ロシアではキリロフが、『皇輿全覧図』の海岸線を採用し、ベーリングの地図と結合して、カムチャツカ以西のアジアの海岸線をほぼ明らかにした。さらにキリロフとドゥリルは、サハリンを2つの島と考えて、そのうちのサハリン南部を北海道と合わせて一つの巨大な島とした。これに対してダンヴィルは、デュアルド『中国誌』のために、『皇輿全覧図』にもとづいた東アジア地図を作製したが、そのうちの1枚に『皇輿全覧図』には描かれないエゾを描いた。ダンヴィルは、本州の北にエゾガシマ、エゾ、サハリン北部の3島を考えたが、ヨーロッパではかれの考えは支持されず、ドゥリルらの説が有力になり影響力を強めた。エゾ問題を最終的に解決したのは、後者の地図に従ってこの海域を探検したラペルーズであり、その結果西太平洋海域は、大体明らかになった。(2)清朝は、『皇輿全覧図』のあと『皇輿十排全図』と『乾隆十三排図』を作製した。これらの地図では、東アジアとともにロシアや地中海までも含むが、それを描くために清が参考にしたのは、カムチャツカ半島やアムグン川などの特徴から、1727年の北京会議のときにロシアが提供したホマンの地図であった。(1)1727年の北京会議においてロシア側代表ヴラジスラヴィッチは、国境交渉の参考として清側にホマンの地図帳を提供した。その中には1723年ごろに作製されたロシア一般図が含まれており、この地図がその後に作られる清朝の官製ユーラシア地図に強い影響を与えることになった。

たとえば『乾隆十三排図』では、中国とその周辺は『皇輿全覧図』に従い、ロシアなど『皇輿全覧図』がカバーしない外側の地域は、ホマンのロシア一般図に拠った。なお『乾隆十三排図』は、その前にできた『雍正十排皇輿図』の構図をそのまま模倣したものとみられる。(2)ホマンの地図帳に含まれるカムチャダリア(カムチャツカ)・カスピ海地図とロシア一般図では、幻の大地エゾはカムチャツカの南端であり、マツマイ(松前)はその南の小島であるとされていた。デュアルド『中国誌』によって『皇輿全覧図』とベーリングの地図が紹介されると、東アジアの海岸線が明確になって、エゾ=カムチャツカ説は否定された。それからはエヅをめぐって北海道とサハリン南部を一島と考える説と、それを二つに分ける考えが対立したが、前者がしだいに優勢となった。マツマイがエゾとは分離した小島であるという考えは、その間両方の説で生き残った。こうしたエゾ論争に決着をつけたのは、18世紀末に行なわれたラペルーズとブロートンの航海であった。(3)スシエとゴービルなどの著作を通して、『皇輿全覧図』を作製する一環で清が行なったチベットと中央アジア調査について明らかにした。しかしまだ調査隊の人名を特定できるまでには至っていない。(1)清朝時代に個人が作製した世界地図を研究して、その系統と歴史的な意義を考えた。それらの世界地図は一枚ものの地図として刊行されることは少なく、書籍の中に掲載されているものがほとんどである。ロシアの地図から影響を受けたものとしては、『異域録』「異域録輿図」や『雍正十排皇輿図』、『乾隆内府輿図』と、後者から出た『大清一統図』などが存在する。これに対して『海国聞見録』「四海総図」は『皇輿全覧図』ができる以前のヨーロッパ製の地図を模倣しており、『圜天図説』「地球正面全図」は『皇輿全覧図』がヨーロッパに伝わった後に作製されたヨーロッパ製の地図を模倣している。清朝前期に作製された世界地図は、全部で10点前後にのぼるが、それらの地図はいずれも中国社会に確かな痕跡を残すことはできなかった。(2)18世紀ロシアにおける地図学の発展について研究した。とくにエゾ論争に一石を投じた地図二つの起源と西ヨーロッパ社会に及ぼした影響を明らかにした。すなわちカムチャツカ=エゾ説を初めて主張したホマンの地図は、ロシアのピョートル一世がホマンに送ったストラレンベルグの原図がそのもとになった。その後10年間にホマンの地図を模倣するものが相継いで現れ、カムチャツカ=エゾ説は西ヨーロッパを席巻した。しかし『皇輿全覧図』が現れた後、それは一挙に没落した。それに代わって隆盛となったのは、ロシア人キリロフが考えるサハリン南部と北海道を結合させる巨大なエゾであった。キリロフの説も西ヨーロッパ社会に受け入れられて、ラペルーズとブロートンが実地調査を行なう18世紀末まで権威をもっていた。
発展途上諸国の急成長都市群におけるヒートアイランド現象の形成要因と将来予測

アジア及びアフリカの急成長都市群を対象に,衛星画像データから地表面温度,土地被覆・利用パターンを推定するとともに,社会経済的特性の分布の空間可視化を行った.都心から郊外に向かってどの程度の距離減衰効果が働くかは,複雑系科学によるパターン認識法を用いて把握した.分析結果を踏まえ,ヒートアイランド現象を空間的(中心ー周辺)に捉えて,都市構造(単極,多極分散)との因果関係を探った.対象とした都市は,マニラ,上海,北京,カトマンズ,コロンボ,テヘラン,ラゴスなどである.ヒートアイランド現象の理論化については,アジアのメガシティの都市化に伴う気候変化をより高精度に計算するために多層キャノピーモデルを開発し,その精度検証を行った.具体的には,領域気候モデルを用いて,アジアのメガシティの都市化に伴う気候変化を推定した.また,ヒートアイランド現象の悪化がもたらす都市生態系の変化に関する分析を行った.文献レビューにより都市熱リスクの評価を行い,リスクと脆弱性の各要素について考えられる指標をリストした.さらに,フィリピンの都市を対象に衛星写真解析から地表面温度指標を推定するとともに,現地においてデータの入手可能性を確認し,専門家に対するヒアリングを実施した.理論的研究を補強するため,クアラルンプールとシンガポールの都市中心部において,ヒートアイランド緩和効果のある水辺空間の整備状況とその活用・維持管理に関する現地調査を実施した.さらに本年度は,スリランカを重点的な研究対象地域に選び選定し,研究代表者と分担者2名がチームを組んで,都市化,土地被覆・土地利用の現地観察,専門家ヒアリング,データの入手可能性に関するインテンシブなフィールドワークを行った.コロンボ大都市圏およびキャンディ大都市圏で,土地利用の高度化及びそれに伴う都市環境の変化に関する現地調査を実施した.予定通り作業が進み,着実に成果をあげている.本研究では,熱画像のソースとしてLandSat衛星画像を利用している.しかし,雲や影の影響により精確な情報を得られないことがある.その場合には,対象年次を変更したり,場合によっては対象都市を変更するなどの措置を講じる.都市ヒートアイランドの形成要因の分析では,市街地の水平的拡大と建物の垂直的拡大,さらにそれに伴う社会経済的な機能変化に注目する.ランドサットデータをもとに都市の土地利用を分類し,1985年以降に市街地(人工建造物)が空間的にどの程度増加したか,その一方で緑地がどの程度減少したかを定量的に捉えたい.アジアとアフリカでは,ヒートアイランドの発生要因やポテンシャル強度の差異が予想されるので,地理学的観点から両地域を比較考察して相違をもたらす原因を解明する.発展途上国の諸都市におけるヒートアイランド形成のメカニズムは,欧米の都市がたどってきたプロセスとは成因が根本的に異なる.このため,発展途上の各都市が有する地理的特性に応じた独自の視点と分析枠組が必要になる.地理学的視点に立って実証分析を積み重ねるとともに,都市間比較を通して,有効な方法論や分析手法を確立することが求められる.さらに,ヒートアイランド現象の深化が社会にどんな影響を及ぼすのかを的確に予想し,今後の対策や政策に生かすことが重要である.アジア及びアフリカの急成長都市群を対象に,衛星画像データから地表面温度,土地被覆・利用パターンを推定するとともに,社会経済的特性の分布の空間可視化を行った.都心から郊外に向かってどの程度の距離減衰効果が働くかは,複雑系科学によるパターン認識法を用いて把握した.分析結果を踏まえ,ヒートアイランド現象を空間的(中心ー周辺)に捉えて,都市構造(単極,多極分散)との因果関係を探った.対象とした都市は,マニラ,上海,北京,カトマンズ,コロンボ,テヘラン,ラゴスなどである.ヒートアイランド現象の理論化については,アジアのメガシティの都市化に伴う気候変化をより高精度に計算するために多層キャノピーモデルを開発し,その精度検証を行った.具体的には,領域気候モデルを用いて,アジアのメガシティの都市化に伴う気候変化を推定した.また,ヒートアイランド現象の悪化がもたらす都市生態系の変化に関する分析を行った.文献レビューにより都市熱リスクの評価を行い,リスクと脆弱性の各要素について考えられる指標をリストした.さらに,フィリピンの都市を対象に衛星写真解析から地表面温度指標を推定するとともに,現地においてデータの入手可能性を確認し,専門家に対するヒアリングを実施した.理論的研究を補強するため,クアラルンプールとシンガポールの都市中心部において,ヒートアイランド緩和効果のある水辺空間の整備状況とその活用・維持管理に関する現地調査を実施した.さらに本年度は,スリランカを重点的な研究対象地域に選び選定し,研究代表者と分担者2名がチームを組んで,都市化,土地被覆・土地利用の現地観察,専門家ヒアリング,データの入手可能性に関するインテンシブなフィールドワークを行った.コロンボ大都市圏およびキャンディ大都市圏で,土地利用の高度化及びそれに伴う都市環境の変化に関する現地調査を実施した.予定通り作業が進み,着実に成果をあげている.本研究では,熱画像のソースとしてLandSat衛星画像を利用している.しかし,雲や影の影響により精確な情報を得られないことがある.その場合には,対象年次を変更したり,場合によっては対象都市を変更するなどの措置を講じる.都市ヒートアイランドの形成要因の分析では,市街地の水平的拡大と建物の垂直的拡大,さらにそれに伴う社会経済的な機能変化に注目する.ランドサットデータをもとに都市の土地利用を分類し,1985年以降に市街地(人工建造物)が空間的にどの程度増加したか,その一方で緑地がどの程度減少したかを定量的に捉えたい.アジアとアフリカでは,ヒートアイランドの発生要因やポテンシャル強度の差異が予想されるので,地理学的観点から両地域を比較考察して相違をもたらす原因を解明する.発展途上国の諸都市におけるヒートアイランド形成のメカニズムは,欧米の都市がたどってきたプロセスとは成因が根本的に異なる.

このため,発展途上の各都市が有する地理的特性に応じた独自の視点と分析枠組が必要になる.地理学的視点に立って実証分析を積み重ねるとともに,都市間比較を通して,有効な方法論や分析手法を確立することが求められる.さらに,ヒートアイランド現象の深化が社会にどんな影響を及ぼすのかを的確に予想し,今後の対策や政策に生かすことが重要である.
カルボニルストレス解毒システムをターゲットとした骨格筋老化抑制の検証

植物の病気予防システム(カルボニルストレス解毒システム)を参考に、本研究では、カルボニルストレス解毒システム(glyoxalase system)をターゲットとして骨格筋老化抑制が可能であるか検証する。まず、若齢および高齢マウスを用いて、骨格筋のglyoxalase I発現と活性を調べ、加齢に伴って骨格筋のglyoxalase systemがどのように変化するのか明らかにする。次に、glyoxalase systemの活性化が骨格筋の老化抑制に有効であるのかについて、老化促進マウスにglyoxalase I誘導剤を投与し検討する。