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音楽科における〔共通事項〕の学習内容の段階を明示したモデルカリキュラム開発

研究協力校におけるこれまでの実践調査からカリキュラムを構想した。そして、それに沿って音楽科の年間指導計画を作成し、研究協力校にて授業を1年間を通して行い、カリキュラム実施の可能性を確認した。また、研究代表者の所属学園の附属幼稚園を活用し、これまでの研究を踏まえ、附属幼稚園の年間指導計画を元に幼児期のカリキュラム案を確立した。これらについては、附属幼稚園教諭らとともに、「幼児期の音楽表現カリキュラムの研究その1椙山女学園大学附属幼稚園の「表現」の年間指導計画の検討にあたって」(『椙山女学園大学教育学部紀要』12、2019)にまとめた。ここで提示したカリキュラムは、乳幼児期から就学後までの音楽活動を〔共通事項〕の観点から見直した、初めての就学前カリキュラムとして意義があると考える。さらに、子どもの音楽表現における音楽的諸要素や仕組みの認知について具体的にはどのようにあらわれるのか、その事例を年間5回、「保育Lab」HPに発表した(1月「納豆と汁」、4月「うさぎの耳」、6月「踏切の音と風鈴の音」、8月「蛙の合唱」、10月「歌のデフォルメ」)。〔共通事項〕にみられる音楽的諸要素や仕組みに子どもたちが気付いたり活用したりしている様子は、特に就学前は見えにくいものであり、このような事例の紹介は重要であると考える。そして、(共通事項)全般については、平成29年改訂の学習指導要領にみる〔共通事項〕の課題か検討し直し、音楽学習学会第14回大会(2018年)で発表するとともに、その際の討議を踏まえて『椙山女学園大学研究論集社会科学編』50(2019年)にまとめた。これらを通じて、現在の学習指導要領における「資質・能力」観を検討中である。本研究は平成20年改訂学習指導要領の〔共通事項〕を中心としたものであったが、平成29年に示された学習指導要領においては、それまでの基礎的能力の育成に加え、汎用的能力の育成がめざされるようになった。そのような学習指導要領の変化は、(共通事項)や授業そのものにも影響を与えるはずである。そのため、それらについて追加確認する必要が生じ、その点からこのように評価した。このたびの学習指導要領の改訂では、「資質・能力」の育成がクローズアップされている。学習指導要領にみられる汎用的能力まで含み込んだ「資質・能力」観は、〔共通事項〕の捉え方についても変化を与えているが、本研究当初には示されていなかった能力観である。そのため、本研究においては、「資質・能力」という用語の整理と、「資質・能力」観における〔共通事項〕の捉え方を分析する必要がある。それらについて、現在研究を継続中であり、本年度の学会の全体企画でプレゼンの予定である。また、「資質・能力」観が示された現在、汎用的能力の観点から知識の活用を目指したタイプの新しい授業案が構想されてくるはずであり、そのような授業案もカリキュラムに組み入れていく必要がある。そのため、本研究では、現在、宇土泰寛らの「SDGsのための大陸間水・気候変動教育プロジェクト」にかかわる音楽活動等を一例に分析を進めている。このような授業についてもカリキュラム案に取り入れていくことを試みたい。このような研究から、本年、最終的に〔共通事項〕の学習段階を明示したモデルカリキュラム案を提示することを計画している。本研究は、平成20年以降の学習指導要領音楽科に示されている〔共通事項〕に掲げられた、音楽の諸要素や仕組みについて、それらの下位概念の階層や関連を整理して、モデルカリキュラムを開発することを目的としている。そのために、平成28年度は、まず、我が国における附属学校等の音楽授業研究会状況を調査した。また、モデルカリキュラムの予備調査として、〔共通事項〕のひとつである「リズム」をとりあげ、公立小学校の研究協力を得て、小学校1年生対象の音楽の授業において、リズム指導プランを2ヶ月間試行した。これらを踏まえ、次年度はリズムの年間を通した指導を行うとともに、〔共通事項〕の学習の段階性の検討をすすめる予定である。さらに、〔共通事項〕の内容や〔共通事項〕にいたる音楽科の教育内容論について再検討を行い、『音楽科における教育内容論の成立と展開に関する研究ー授業構成の方法との関連を視野に入れてー』(風間書房、2017年2月20日発行)に反映させた。平成28年度は、1平成28年度の全国附属学校音楽授業研究状況調査、2海外の教育現場におけるナショナルカリキュラムの影響や現場独自で作成している音楽カリキュラムの調査を予定していた。このうち、1は順調に終了し、引き続き29年度の調査を行う予定である。2については平成29年度にふりかえ、平成29年度に予定していた公立学校におけるモデル開発試行を先に行った。そのため、海外の音楽カリキュラム検討については、29年度に予定している現地調査とあわせて行う。2と平成29年度予定のモデル開発試行の年度を入れ替えたのは、ひとつには、研究協力校の事情により早めたということもあったが、さらに29年度に同校が提携を予定しているオーストラリアの小学校とも音楽カリキュラムについて検討することが可能になったためである。研究協力校とはひきつづき平成29年度に年間を通してモデルカリキュラム開発の共同研究を行うことが決定しており、それとあわせて海外の音楽カリキュラムを検討していくことができるため、年度を入れ替え、28年度中に試行することとした。これらの状況から、28年度と29年度の研究順に入れ替えは生じたが、総じて順調に進展していると判断した。まず、小学校における音楽授業調査と授業検討会を28年度に引き続き行なった。

28年度を踏まえて、研究協力校の3年生を対象に1年間の音楽指導プランを実施した。また、カリキュラム研究として、オーストラリア・メルボルンのGardenvale Primary Schoolを訪れ、授業を参観し、同校のカリキュラムを検討するとともに、Monash UniversityのAi Lin Bhugun女史にメルボルンの教育状況をヒアリングした。さらに、レッジョ・エミリアにて、レッジョ・エミリア・アプローチ実施園等を訪問して各園のカリキュラムについて説明を受けるとともに、保育者や保護者へのヒアリング調査を行なった。これらを踏まえ、まず保育Labシンポジウムにおいて、子どもの音楽表現における音楽的諸要素や仕組みの認知に関して発表した(シンポジウムテーマ:保育者の養成課程において“表現系"教科目で何を教授するのか,2017/5/19倉敷市芸文館)。また、webで以下のように発表した。1)ピュタゴラス・コンマ2017/1/17。2)大きい音、小さい音2017/3/15。3)大きい音、小さい音2 2017/6/5。4)どちらの日記がいいのだろう2017/7/26。5)「表現の基礎的な知識」について2017/9/28。6)ざあざあざあざあざあふってきて2017/12/6。( 1)6):保育LabHPにおける「子どもと音楽」コーナー)。あわせて、「保育活動における童謡・唱歌の機能」(太田央子、山中文、渡邉康著、椙山女学園大学教育学部研究報告11、97-116、2018)を発表した。さらに、音楽学習学会第13回研究発表大会の鼎談において、新学習指導要領音楽科における〔共通事項〕の学習の課題について述べた。(鼎談テーマ:新学習指導要領について考える,2017/8/5埼玉大学)。国内外の音楽を中心としたカリキュラムとその実施状況についての調査は、イギリスの予定をオーストラリアにしたり、幼児期の活動としてレッジョエミリアへの訪問を加えるなど、いくつか場所を変更したが、調査としては行うことができた。また、〔共通事項〕の段階性について、新学習指導要領に関連させて述べ、研究情報交換をする機会も得られ、小学校における授業検討も継続的に行うことができている。研究協力校におけるこれまでの実践調査からカリキュラムを構想した。そして、それに沿って音楽科の年間指導計画を作成し、研究協力校にて授業を1年間を通して行い、カリキュラム実施の可能性を確認した。また、研究代表者の所属学園の附属幼稚園を活用し、これまでの研究を踏まえ、附属幼稚園の年間指導計画を元に幼児期のカリキュラム案を確立した。これらについては、附属幼稚園教諭らとともに、「幼児期の音楽表現カリキュラムの研究その1椙山女学園大学附属幼稚園の「表現」の年間指導計画の検討にあたって」(『椙山女学園大学教育学部紀要』12、2019)にまとめた。ここで提示したカリキュラムは、乳幼児期から就学後までの音楽活動を〔共通事項〕の観点から見直した、初めての就学前カリキュラムとして意義があると考える。
マルチフェロイック物質ナノ粒子の電気磁気サイズ効果とナノ粒子内包薄膜の創製

マルチフェロイック物質RMnO3 (R = Eu, Gd, Tb, Dy)とDyMn2O5の粒子サイズ約730 nmのナノ粒子を合成し,結晶構造と物性の研究を行った.各物質のナノ粒子の結晶構造と磁性は特異なサイズ依存性を示すことを明らかにした.ナノ粒子の格子定数はバルク結晶と異なり,サイズ減少に伴いその差異が顕著になり,磁性は結晶構造と相関があることを示し,一般的なサイズ効果とは逆の振る舞いを示す特異なサイズ依存性を示した.Si基板上に作製したメソ多孔体薄膜を用いることでサイズ制御したRMnO3ナノ粒子の内包薄膜を作製する手法を確立した.本研究の目的であるマルチフェロイック物質ナノ粒子の電気磁気サイズ効果を明らかにするために,マルチフェロイック物質RMnO3 (R=Dy, Tb, Gd,Eu)のナノ粒子の合成を行った.物性研究を遂行するうえで良質な実験試料を合成することは最重要である.そのために各物質のナノ粒子の合成に成功すること,およびその合成条件の最適化を行うことをH25年度の研究計画の主とした.本研究では,ナノ粒子のサイズ制御のため,および粒子の凝集を妨げ粒子間相互作用の影響を受けることなく各ナノ粒子の物性を明らかにするために,ナノ粒子をメソ多孔体の細孔中で合成する手法を用いている.DyMnO3ナノ粒子に関しては,これまでの研究結果を基に約715 nm程度の粒子サイズを持つナノ粒子を合成し,それらの結晶構造と磁性のサイズ依存性と結晶構造と磁性の相関を明らかにした.その結果を学術論文に投稿し発表した.新たにRMnO3 (R=Tb, Gd, Eu)ナノ粒子の研究を行うためにメソ多孔体の細孔中での各物質のナノ粒子の合成を試みた.直径が約7nmの一次元細孔を持つメソ多孔体を使用しナノ粒子の合成を行った.ナノ粒子合成条件を明らかにするために,合成条件を変化させ複数の試料を合成し,放射光を用いたX線回折実験による結晶構造解析を行った.X線結晶構造解析結果は,GdMnO3とTbMnO3ナノ粒子の合成に成功したことを示唆するものであった.また,X線構造解析の結果を基にナノ粒子の合成条件の最適化と結晶構造の解明を現在進めている.合成に成功したGdMnO3とTbMnO3ナノ粒子の磁気測定を行った.各ナノ粒子はバルク結晶とは異なるナノ粒子特有の磁性を示しており,それらの詳細な測定と解析を進めている.また,結晶構造解析および磁気測定の結果を基にナノ粒子合成条件の最適化を進めている.本研究目的であるマルチフェロイック物質ナノ粒子の電気磁気サイズ効果を明らかにするために,マルチフェロイック物質RMnO3 (R = Tb, Gd, Eu),DyMn2O5のナノ粒子の合成を行い,それらの結晶構造解析と磁性の解明を進めている.H25年度にRMnO3ナノ粒子合成に成功し,その合成条件の最適化を進め得られた情報を基にRMnO3 (R = Tb, Gd, Eu)とDyMn2O5の各物質のナノ粒子の合成を行い,それらの結晶構造解析と磁性の研究を進めた.合成したナノ粒子の結晶構造解析を行うために,放射光施設SPring-8と九州シンクロトロン光研究センターにて粉末X線回折実験を行った.その結果は約1130nmの粒子サイズを持つGdMnO3,TbMnO3,EuMnO3のナノ粒子の合成に成功したことおよびナノ粒子の結晶構造がサイズ依存性を示すことを示唆するものであり,詳細な解析を現在進めている.またそれらのナノ粒子の磁気測定を行い,磁性とサイズ効果を詳細な調査を進めている.粒子サイズの制御や粒子の凝集を防ぐため,本研究では直径数ナノメートルの細孔をもつメソ多孔体の細孔中でナノ粒子を合成する手法を用いている.マルチフェロイック物質のナノ粒子を内包した薄膜を基板上に作製することができればより集積度の高いメモリ開発に発展させることができるのではないかと考え,Si基板上にRMnO3のナノ粒子を内包した薄膜を作製する手法の確立とそれらの物性や構造を解明することも本研究目的の1つである.H26年度は,そのナノ粒子内包薄膜を作製するために必要なナノ粒子のテンプレートになるメソ多孔体薄膜の電気特性の改善,主として欠陥低減を目的とし高圧水蒸気熱処理による膜質改善効果を調査した.その結果,高圧水蒸気熱処理の条件を適正化することにより膜質改善が見られた.マルチフェロイック物質ナノ粒子の電気磁気サイズ効果の解明という目的遂行のため,マルチフェロイック物質RMnO3 (R = Eu, Gd, Tb, Dy),DyMn2O5のナノ粒子の合成を行い,結晶構造と磁性の研究を進めた.研究期間初年度(H25)にこれまでに報告例のないRMnO3ナノ粒子の合成に成功し合成手法を確立した.サイズ効果の詳細を明らかにするため,H26,27年度では確立した合成手法を用いて粒子サイズ約730 nmのRMnO3とDyMn2O5ナノ粒子の合成に成功し,それらの結晶構造と磁性の調査を行い下記のことを明らかにした.合成したナノ粒子の結晶構造解析を放射光施設SPring-8,フォトンファクトリー等で行い,各々の物質のナノ粒子の結晶構造がサイズ依存性を示すことを明らかにした.

ナノ粒子の格子定数はRイオンの違いにより多少異なるが,約15 nm以下でバルク結晶の値から逸脱し,その差は粒子サイズの減少に伴い大きくなる.それらナノ粒子の磁性は一般的な磁気サイズ効果とは異なる特異な振る舞いを示し,ブロッキング温度や保磁場などの磁性パラメータのサイズ依存性は通常のサイズ依存性と逆の振る舞いをすることを明らかにした.また,Rイオンの違いによって異なる振る舞いを示し,それはRイオンの変化によるバルク結晶の磁性の変化に起因したものと考えている.一方,マルチフェロイック物質のナノ粒子を内包した薄膜を基板上に作製することができれば高機能デバイス開発に発展させることができると考え,Si基板上にRMnO3ナノ粒子内包薄膜を作製する手法の確立とそれらの物性と構造の研究を進めた.H27年度には,これまでに確立したメソ多孔体薄膜作製技術とH25年度に確立したナノ粒子合成手法を組み合わせ,Si基板上にDyMnO3ナノ粒子内包薄膜の作製に成功したことを示唆する結果を得た.マルチフェロイック物質RMnO3 (R = Eu, Gd, Tb, Dy)とDyMn2O5の粒子サイズ約730 nmのナノ粒子を合成し,結晶構造と物性の研究を行った.各物質のナノ粒子の結晶構造と磁性は特異なサイズ依存性を示すことを明らかにした.ナノ粒子の格子定数はバルク結晶と異なり,サイズ減少に伴いその差異が顕著になり,磁性は結晶構造と相関があることを示し,一般的なサイズ効果とは逆の振る舞いを示す特異なサイズ依存性を示した.Si基板上に作製したメソ多孔体薄膜を用いることでサイズ制御したRMnO3ナノ粒子の内包薄膜を作製する手法を確立した.合成したナノ粒子の結晶構造解析をH25年度に高エネルギー加速器研究機構で計画通り進めることが出来なかったが,H26年度にSPring-8と九州シンクロトロン光研究センターに課題申請し,それぞれ採択されたことで粉末X線結晶構造解析を行うことが出来た.その結晶構造解析の結果,GdMnO3,TbMnO3,EuMnO3のナノ粒子の合成に成功していることが判明し,約1130 nmの粒子サイズを持つナノ粒子を合成することに成功した.これにより結晶構造解析およびナノ粒子合成条件の最適化を進めた.現在,各ナノ粒子の結晶構造解析および磁気測定を行うことにより,各物質の結晶構造と磁性のサイズ効果を明らかにしつつある.具体的には,結晶構造解析より格子定数等の結晶構造パラメータがバルク結晶とは異なる値を持ち,粒子サイズに依存する傾向が得られつつある.また,磁性に関しては,バルク結晶では見られないナノ粒子特の振る舞いを示しており,その振る舞いの特徴的温度の1つであるブロッキング温度が粒子サイズにより変化する振る舞いが得られている.また,研究目的の1つであるナノ粒子内包薄膜作製の研究に関しては,ナノ粒子を担持するメソ多孔体薄膜に高圧水蒸気熱処理を施すことにより,膜構造を変化させることなく膜質改善(欠陥低減)を行うことに成功した.これにより,膜質が向上したメソ多孔体(ナノ粒子のテンプレートとして使用)薄膜中にナノ粒子を合成することが可能となった.ナノ構造物性H26年度までにGdMnO3,TbMnO3,EuMnO3のそれぞれのナノ粒子の合成に成功し,合成条件の最適化を進め約1130 nmの粒子サイズを持つナノ粒子を合成することができている.それらの結晶構造解析と磁性の解明を進めている段階であるので,それらを引き続き行っていく.併せて,上記とは異なるサイズのナノ粒子の合成を行い,結晶構造と物性のサイズ依存性をより詳細に明らかにする計画である.また,Si基板上にナノ粒子が凝集せず分散した薄膜の作製方法の確立を目指す.メソ多孔体
生成文法におけるパラメータの理論的・実証的研究 - 局所性条件の言語間差異

本研究では、局所性条件とその言語間差異に関して研究を行った。言語間差異が観察されない局所性条件は統語構造に適用される制約によるものであるが、言語間差異が見られる局所性条件は「外在化過程」で韻律構造に適用される制約によるものであると提案した。統語構造で適用される局所性条件の領域と移送領域との類似性を指摘し、両者の不透明性は同様に説明されるべきと主張した。そして、言語間差異が存在する局所性条件の局所領域の韻律構造には言語間差異が存在するが、言語間差異が存在しない局所領域の韻律構造には言語間差異が存在しないと主張した。原理とパラメータ理論において提案されたパラメータという概念は、人間言語が持つ普遍性を捉えながらも多様性(言語間差異(crosslinguistic variations))も同時に説明する、つまり「記述的妥当性と説明的妥当性の緊張」を解決するものである。その誕生以来、パラメータは生成文法における中心的な研究課題の一つであり、現在でもその重要性は変わらない。現在の枠組みである「極小モデル」では、言語機能内の計算システムには言語間差異が存在しない。従って、言語機能内の計算システムにパラメータが入り込む余地はなく、パラメータをどのように定式化すべきかが課題となる。本研究では、移動(Move)/内的併合(Internal Merge)などの長距離依存関係に対する「局所性条件」の言語間差異に焦点を当て、極小モデル下でのパラメータを用いた解決策の提示を目指している。今年度の研究においては、まず初めに、局所性条件の言語間差異に関して極小モデル下でのパラメータを用いた解決策を提示した。言語機能の中心的部分であるレキシコンから論理形式への計算システムは言語間変異がなく、概念ー思考系システムを満たすようにデザインされている最も単純な「帰納的併合(recursive Merge)」のみから成り立っているとすると、パラメータが「狭義の統語論」に入り込む余地がない。そこで、パラメータはPF移送が適用されてから音声表示までの音韻部門内(「外在化過程(externalization)」)に限られるべきだという「外在化過程パラメータ」考えを検討した。そして、理論的・実証的に妥当なパラメータ理論・局所性理論を提案するため、パラメータで説明すべき研究課題を抽出した。以前の枠組みでのパラメータは、普遍的原理または機能範疇の素性に付随することにより言語機能内の計算システムに違いを生じさせ、言語間差異を説明していた。しかし、現在の枠組みである「極小モデル」では、言語機能内の計算システムには言語間差異が存在しない。本研究では、移動(Move)/内的併合(Internal Merge)などの長距離依存関係に対する「局所性条件」の言語間差異に焦点を当て、極小モデル下でのパラメータを用いた解決策の提示を目指し研究を行っている。これまでの研究では、以下の2点に関して研究を行った。一つ目は、局所性条件の中でも、その効果に言語間差異が存在する「wh島の制約」・「主語条件」・「左枝分かれ条件(Left Branch Condition)」などに限られ、「複雑名詞句制約」・「付加詞条件」などには言語間差異が存在しないことを明らかにした。二つ目は、言語間差異が存在する局所性条件は、その局所領域(wh島や主語などの領域)の韻律構造に言語間差異が存在するが、言語間差異が存在しない局所性条件の局所領域(付加詞や複雑名詞句などの領域)の韻律構造には言語間差異が存在しないことを明らかにした。極小モデルでの局所性に関するアプローチ及び統語構造・局所性条件と韻律構造との関係について、本研究にその成果を随時組み込みながら、「空範疇原理効果」の「狭義の統語論」での定式化と「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」の音韻部門内での定式化についても、引き続き議論を詰めた。その上で、「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」が、音韻部門内での外在化過程で韻律構造に適用される制約によるものであるという方向が正しければ、「wh島の条件」・「主語条件」などで見られる「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」に関する言語間差異は、各々の言語の韻律構造の違いに起因することになることを明らかにした。昨年度は、以下の二点についての研究も行った。第一に、「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」が、音韻部門内での外在化過程で韻律構造に適用される制約によるものであるという方向を追求した。そして、「wh島の条件」・「主語条件」などで見られる「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」に関する言語間差異は、各々の言語の韻律構造の違いに起因することを明らかにするため、「wh島の条件」の言語間差異に関しては英語とスペイン語、「主語条件」の言語間差異に関しては英語と日本語・スペイン語に注目し、各言語での主語句および間接疑問文での韻律構造の分析を行った。第二に、局所性条件の言語間差異を説明することができる、極小モデル下でのパラメータ理論の構築を目指した。

Berwick and Chomsky (2008)では、「進化的妥当性」を満たすパラメータ理論構築を目指し、パラメータは外在化過程に限られているのではないかと示唆されている。「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」の言語間差異を始め、これまで提案されたパラメータ(代名詞主語省略パラメータ(pro-dropパラメータ)、whパラメータ、語順パラメータ、名詞写像パラメータ、統語パラメータと意味パラメータの統合など)に関する研究成果に基づき、これらのパラメータ設定に至る詳細な議論を、それを支えた言語現象と共に詳細に検討した。そして、これまで提案されたパラメータを、外在化過程のパラメータとして再定式化する方向で研究を行った。この研究過程で、「空範疇原理効果」は「N->λ写像」で適用される制約によるものであるのに対して、「下接の条件効果」と「取り出し領域効果」は、音韻部門内での写像(すなわち、Berwick and Chomsky (2008)での外在化過程)にて、韻律構造に適用される制約によるものであるという方向で研究を進めた。極小モデルでの局所性に関するアプローチ及び統語構造・局所性条件と韻律構造との関係について、本研究にその成果を随時組み込みながら、「空範疇原理効果」の「狭義の統語論」での定式化と「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」の音韻部門内での定式化についても、引き続き議論を詰めた。その上で、「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」が、音韻部門内での外在化過程で韻律構造に適用される制約によるものであるという方向が正しければ、「wh島の条件」・「主語条件」などで見られる「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」に関する言語間差異は、各々の言語の韻律構造の違いに起因することになることを明らかにした。さらに、「進化的妥当性」を満たすパラメータ理論構築を目指し、これまで提案されたパラメータを外在化過程に適用されるパラメータとして再定式化する方向で検討した。本研究では、局所性条件に関して「空範疇原理効果」は「狭義の統語論」で統語構造に適用される制約によるものであるが、「下接条件効果」及び「取り出し領域効果」は、「外在化過程」で、韻律構造に適用される制約によるものであると提案した。この考え方は、「下接条件効果」及び「取り出し領域条件効果」は顕在的移動にしか見られないが、「空範疇効果」は顕在的・潜在的移動両方に見られるという事実を、自然に導き出せる利点も持つ。局所性を示す領域と移送(Transfer)の適用される領域を同じく扱うアプローチを提案した。局所性を示す領域と移送領域とでは、その領域内からの内的併合(Internal Merge)・移動(Movement)が許されないが、束縛原理(C)(Binding Condition (C))に従う束縛、媒介変数束縛(variable binding)、長距離一致(Long-distance AGREE)が許されるという共通点があることに注目した。局所性を示す領域は付加詞と同じように扱うという方向性は以前から提案されているが、それに従い局所性領域はPair-Mergeにより順序対をなしていると考えた。そして、移送という操作も、移送領域が文字通りに狭義の統語論での操作領域(workspace)から取り除かれるのではなく、Pair-Mergeにより順序対をなすことにより狭義の統語論での操作から接近不可能になるとした。
革新的ドラッグデリバリシステムのための気泡流中の非線形波動伝播の数学モデル構築

多数の微細な気泡を含む液体中を波が伝わると,気泡は主たる波に対する散乱体となると同時に二次的な音源となり,非線形性・分散性・散逸性などを伴う現象を導く.このような気泡流中の有限振幅の圧力波においては,弱い非線形効果が波長に比べて十分長い距離の伝播の結果として蓄積して分散・散逸効果と競合し,ソリトンや衝撃波に代表される顕著な特徴をもつ非線形波動が現れる.気泡流中の非線形波動の研究の歴史は長いが,その複雑で多様なふるまいゆえに,いまなお理解不十分な問題点が多い.その一方で,近年では,たとえばマイクロカプセルを用いたドラッグデリバリシステムに代表される様々な先端技術が開発されつつあり,これらの技術の基盤となるべき深い理解がますます強く求められている.非線形波動はそれぞれに固有の非線形波動方程式の解である.したがって,非線形波動方程式を導くことをとおして,気泡流の複雑なふるまいの中から,顕著な特徴をもち応用上も有用な波動現象を抽出できる.昨年度は,基礎方程式系に依存せず,広範の波動現象に適用可能な,非線形波動方程式の統一的な導出方法を提示した.すなわち,気泡流中の波動において重要な波長・振動数・気泡径などの物理パラメータから構成されるいくつかの無次元数の大きさを,波の無次元振幅を基準として見積もるパラメータスケーリングの方法である.この方法によって,分散と散逸の両効果の非線形効果に対する相対的な大きさを指定することができ,指定された特徴をもつ波動の伝播を記述する非線形波動方程式を基礎方程式系から導出できる.実際に,平面進行波に対して,低周波数の長波に対するKorteweg-de Vries-Burgers (KdVB)方程式および高周波数の短波に対する非線形Schroedinger (NLS)方程式を導いた.本年度は,パラメータスケーリングの方法の高い汎用性と拡張性を利用して,以下の成果を得た:(1)非一様に気泡を含む液体中に置かれた大口径の円形ピストンから放射される超音波ビームに対する非線形波動方程式として,Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov方程式(気泡数密度の非一様性および波の回折性と分散性を含む)を導いた.(2)二流体モデルと混合体モデルそれぞれの基礎方程式系から導かれる非線形波動方程式(KdVB方程式およびNLS方程式)を比較した.差異は非線形波動方程式の係数のみに集約されることを明らかにし,気泡流のモデルの違いに起因する係数の差異を詳細に調べた.多数のマイクロバプルを含む液体中における超音波の伝播は,マイクロカプセルを用いたドラッグデリバリシステムの基礎として重要な物理現象である.現在,悪性細胞内への薬剤の導入効率向上を目指して,気泡流中における「非線形」波動伝播に対する深い理解が強く求められている.気泡流中における弱非線形波は,波長に比べて十分に長い距離の伝播を経て,波の非線形性が波の散逸性および分散性とバランスする場を形成し,安定な非線形波動を形成することがある.気泡流には,このような非線形波動が多数存在して,それらの各々がそれぞれ固有の非線形波動方程式(数学モデル)の解であることが知られている.したがって,非線形波動方程式を導くことをとおして,多数の気泡の存在による気泡流の複雑な振る舞いの中から,顕著な特徴をもち応用上重要な波動現象を抽出することが可能となる.本年度は,気泡流中の波動伝播過程における非線形・散逸・分散の大きさを規定する物理パラメータのスケーリングを用いて,上述の非線形波動方程式群を気泡流の基礎方程式に依存しない形で統一的かつ系統的に導出する方法を提案した.さらに,実際にいくつかの顕著な特徴を示す波動を支配する非線形波動方程式を導出した:(i)一様に気泡を含む液体中の平面進行波を記述する非線形波動方程式として,気泡の固有振動数に比べて低周波数の長波に対するKorteweg-de Vries-Burgers方程式,および,気泡の固有振動数程度の周波数の短波に対応する非線形Schroedinger方程式を導いた.(ii)気泡数密度の非一様性と波の回折性に着目し,非一様に気泡を含む液体中に置かれた大口径の円形ピストンから放射される超音波ビームに対する非線形波動方程式を導いた.多数の微細な気泡を含む液体中を波が伝わると,気泡は主たる波に対する散乱体となると同時に二次的な音源となり,非線形性・分散性・散逸性などを伴う現象を導く.このような気泡流中の有限振幅の圧力波においては,弱い非線形効果が波長に比べて十分長い距離の伝播の結果として蓄積して分散・散逸効果と競合し,ソリトンや衝撃波に代表される顕著な特徴をもつ非線形波動が現れる.気泡流中の非線形波動の研究の歴史は長いが,その複雑で多様なふるまいゆえに,いまなお理解不十分な問題点が多い.その一方で,近年では,たとえばマイクロカプセルを用いたドラッグデリバリシステムに代表される様々な先端技術が開発されつつあり,これらの技術の基盤となるべき深い理解がますます強く求められている.非線形波動はそれぞれに固有の非線形波動方程式の解である.

したがって,非線形波動方程式を導くことをとおして,気泡流の複雑なふるまいの中から,顕著な特徴をもち応用上も有用な波動現象を抽出できる.昨年度は,基礎方程式系に依存せず,広範の波動現象に適用可能な,非線形波動方程式の統一的な導出方法を提示した.すなわち,気泡流中の波動において重要な波長・振動数・気泡径などの物理パラメータから構成されるいくつかの無次元数の大きさを,波の無次元振幅を基準として見積もるパラメータスケーリングの方法である.この方法によって,分散と散逸の両効果の非線形効果に対する相対的な大きさを指定することができ,指定された特徴をもつ波動の伝播を記述する非線形波動方程式を基礎方程式系から導出できる.実際に,平面進行波に対して,低周波数の長波に対するKorteweg-de Vries-Burgers (KdVB)方程式および高周波数の短波に対する非線形Schroedinger (NLS)方程式を導いた.本年度は,パラメータスケーリングの方法の高い汎用性と拡張性を利用して,以下の成果を得た:(1)非一様に気泡を含む液体中に置かれた大口径の円形ピストンから放射される超音波ビームに対する非線形波動方程式として,Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov方程式(気泡数密度の非一様性および波の回折性と分散性を含む)を導いた.(2)二流体モデルと混合体モデルそれぞれの基礎方程式系から導かれる非線形波動方程式(KdVB方程式およびNLS方程式)を比較した.差異は非線形波動方程式の係数のみに集約されることを明らかにし,気泡流のモデルの違いに起因する係数の差異を詳細に調べた.
ナマココラーゲン線維を用いた細胞培養法の開発

ナマココラーゲン線維を用いた新規の細胞培養法を開発した。ナマコ体壁よりコラーゲン線維の単離及び精製法を改良し、培養基質として利用可能にした。線維形態や線維間相互作用に関与する因子等を明らかにし、本線維の化学的な性状を検討した。線維間相互作用を利用して、さらに高次の線維会合体の形成も行った。また、培養基質として種々の細胞の培養に供したところ、調べた全ての細胞に良好な接着性を示した。このコラーゲン線維を用いた培養では細胞隗や微小血管内腔様の細胞構造体が作成された。また、骨分化細胞培養系では分化促進が観察され,ナマココラーゲン線維の表面性状が、再構成コラーゲン線維と異なる可能性が示された。(1)コラーゲン線維の利用法の展開:特に超高次構造体形成法の確立ナマコ体壁溶解液を酸性溶液に注入すると溶液はゲル状になる.このゲルを水中から取り出して風乾すると糸状にできた。また、中性条件下で脱塩後、凍結乾燥し、ナマコ由来コラーゲンシートを作成した.このような素材は、コラーゲン線維がさらに会合して形成された超高次構造体形と考えられるが、本年度はコラーゲン線維配向を調べるなど詳細な解析を進められなかった.(2)細胞塊の安定化と細胞の分化制御:細胞塊形成条件を詳細に検討した.細胞塊形成には、ナマココラーゲン線維の他にフィブロネクチンの関与が明らかになった.フィブロネクチンは培養液に添加した血清由来のものでも、無血清条件下に精製タンパク質を添加しても同様の結果になった.従って、ナマココラーゲン線維とフィブロネクチンの相互作用により、シート構造が形成された考えられる.このシートに結合した細胞がコラーゲン線維を引きつけ、細胞間の距離が縮まり、細胞隗を形成する.細胞がコラーゲン線維を引きつける程度は、細胞種に依存した.血管内皮細胞を用いると上記細胞シート上で微小血管様の細胞構造体が形成された.細胞構造体の形成には、一定の細胞数とコラーゲン線維濃度が必要であった.細胞による張力と細胞外マトリックスのシート構造の強度のバランスがとれる時に形成されると考えられる.MC3T3-E1細胞を用い、骨化分化誘導能を検討する。コラーゲン線維は、骨形成や細胞の分化に有効に作用することが示された.(1)コラーゲン線維調製法の再検討細胞隗形成はコラーゲン線維試料の調製条件に依存することから再現性のよい調整方法の検討を行った。また,細胞隗の分散条件を検討し,細胞隗中の細胞の生死の判定を可能にした。試料の調製方法にさらなる改善が加えられた。(2)コラーゲン線維間相互作用コラーゲン線維間の相互作用を制御する条件を見いだした。酸性溶液,2価および3価のカチオンの他に,糖類を用いることにより,線維を凝集させる,あるいは分散させることが可能になった。コラーゲン線維の凝集・分散は濁度の変化から観察した。グリセロール添加では濁度が減少し,線維の凝集がみられ,メチルセルロースでは濁度が上昇し,線維の分散が促進されると考えられる。分子会合体の凝集は,濁度に関しては分子凝集とは逆の変化を示した。コラーゲン線維を単位としてさらに高次の会合体を形成する上で,重要な相互作用を発見できた考えている。(3)MC3T3-E1細胞を用いた骨形成ナマココラーゲン線維を細胞基質としてもちいることで,血管内皮細胞においては管腔様の細胞のネットワークが形成された。さらに,MC3T3-E1細胞を用いた骨分化条件では,ナマココラーゲン線維上にリン酸カルシウムの沈着が促進された。細胞層を回収し,焼結後,無機物を分析したところアパタイトの結晶形を持つことが分かった。ナマココラーゲン線維上に石灰化ノジュールが見られ,コラーゲン性石灰化が起きたものと考えられる。以上の結果は,ナマココラーゲン線維は再構成コラーゲン線維にはないユニークな特性をもつことを示すものであり,新規の細胞培養基質となりうることが示された。(1)コラーゲン線維の単離法の改良コラーゲン線維の精製に影響を及ぼす因子(イオン強度、pH、還元剤、2価イオンの有無など)を検討し、改良した。その過程で、ナマココラーゲン線維は一般のコラーゲン定量法であるSircol法の感度が悪いことが分かった。精製を繰り返しても再現することから、充分に精製が達成されていることが示唆された。また、ナマココラーゲン線維の表面の性状は再構成コラーゲン線維等と異なり、特異な材料となることが示された。

(2)ナマココラーゲン線維の性状の検討コラーゲン線維が、培養条件でどの程度線維の形や性質が維持できるのかを検討した。このコラーゲン線維の特徴は、光学顕微鏡で1本ずつ線維を観察できることであるが、細胞共存下では識別が困難であった。AFMを使ってコラーゲン線維の形状を観察した。(3)ナマココラーゲン線維の培養基質としての利用:細胞塊形成条件の確立コラーゲン線維の培養基質としての利用低吸着培養皿を用いて、種々の細胞が浮遊した条件でコラーゲン線維を混入し、細胞の凝集の有無を観察した。ヒト皮膚線維芽細胞、ヒト線維肉腫細胞HT-1080,HEK293,PC12細胞、血管内皮細胞(HUVEC、HAEC)、MC3T3-E1のいずれでも凝集が認められ、条件によっては細胞塊となった。また、凝集の程度は細胞腫に依存した。細胞塊では、Calcein-AMを用いた蛍光染色法により生細胞が確認され、かつ、一定の期間培養を維持できることが分かった。ナマココラーゲン線維を用いた細胞隗形成はあらたな細胞培養法になりうることが示された。コラーゲン線維を用いて培養基質になる新規素材を開発することに関し、種々の素材ができることが分かった.この点の進展は評価できる.しかしながら、そのような素材中でのコラーゲン線維の配向の解析には着手できなかった.細胞培養に関しては、思った以上の成果が見られた.以下の3点は顕著な進展である.(1)細胞隗形成のメカニズムに関して、フィブロネクチンの関与と形成過程のモデルを提案できた.(2)微小血管様細胞構造体の形成条件を明らかにできた.(3)骨細胞分化や骨形成に有効な材料であることを示した.以上のように、未着手の課題もあったが、進展の速い課題もあり、おおむね順調と判断した.当該年度ではコラーゲン線維の安定性の検討が充分なされていない。次年度にコラーゲン線維を蛍光標識し、細胞隗中の線維の挙動を追跡することで、検討する。また、細胞塊形成をタイムラプス観察し、その形成メカニズムを明らかにする。(1)コラーゲン線維の利用法の展開:特に超高次構造体形成法の確立コラーゲン線維からなる糸やシートなどの素材は、コラーゲン線維がさらに会合して形成される超高次構造体形と考えられるが.コラーゲン線維配向を調べるなど詳細な解析を進める.(2)細胞塊の安定化と細胞の分化制御:本年度は細胞塊形成条件から形成モデルを提案した.次年度はこのモデルの妥当性を、種々の条件を変えて検証する.また、血管内皮細胞の微小血管様の細胞構造体が形成された.これを血管新生モデルとして利用できるか、検討する.MC3T3-E1細胞を用いで骨化分化誘導能を検討したが、形成された沈殿中のリン酸カルシウムの構造をXRD等で解析し、ヒドロキシアパタイト形成の有無を検討する.(1)コラーゲン線維の利用法の展開:特に超高次構造体形成法の確立ナマコ体壁溶解液を酸性溶液に注入すると溶液はゲル状になり、取り出して風乾すると糸状になることを見いだした。一般にコラーゲンは酸性中では分子間の反発が大きくなり溶解性が増すが、この試料の場合は全く逆の性質を示した。この糸の物理的な強度を調べ、生体材料としての利用法を検討する。また、糸の中でコラーゲン線維がどのように配向しているか、電子顕微鏡等により観察し、腱のコラーゲン線維配向と比較する。糸を集め束にすることで一定の強度を付与できれば、縫合糸や人工腱などの医用材料としての利用を検討する。
流域生態系の植生および農地利用が河川水質に及ぼす影響

流域の土地被覆状況が河川水質に及ぼす影響を検証することを目的にして研究を行った.1.最上流部に放牧地をもつ小流域内の多数地点で採水し,水質を分析した.対象流域は木曽川支流飛騨川の水源域,神通川支流生井川上流部その他である.渓流水中の全窒素含有率は放牧期に高く,期間中は放牧期間の累積に比例して次第に高くなり,放牧終了とともに低下した.どの時期でも放牧場がある最上流部で最も高く,下流に向かって低下し,植生の浄化作用が示唆された.2.対象放牧地の植生の現状を解析して,森林への放牧から始まった当該放牧場におけるその影響は,初期段階では低木層が貧化する変化にとどまり,組成も含めた草地への全面的な変化は林冠が破壊されたときに初めておきることがわかった.ただし,それぞれの段階における水質形成に対する機能の差については不明である.3.森林域における水質形成・維持機能の解明をめざして木曽川水系飛騨川最上流域で現地観測を実施した.その結果,全窒素濃度を決定する要因として褐色森林土壌群面積割合,常緑針葉樹林面積割合,植生の平均成長率および単位面積あたり材積が有効であることがわかった.それぞれの値が大きい集水域ほど渓流水中の全窒素濃度を低下させるという結果を得た。また短期間の集中観測では,植生成長量と常緑針葉樹材積とが渓流水中全窒素負荷量に特に大きく影響することがわかった。4.岐阜市荒田川で,都市域の拡大に伴う土地利用分布の変化と物質流出との関係を検証するための観測を実施した.集水域での流出特性は単に土地利用面積割合との関係で捉えるのではなく,土地利用の空間的配置状況を考慮する必要があることがわかった。最上流部に放牧地をもつ少流域を対象として河川水質調査をおこない、水質と気象および地形との関係を解析した。調査地は岐阜県乗鞍岳西斜面の約10km四方とし、地域内に多数の採水地点を設け、1995年7月から12月まで約ひと月に1回のペースで採水を行ない、水質を分析した。得られた分析値のうち流域の特性を考える上で重要な電気伝導率(EC)、濁度、全窒素(TN)、全リン(TP)、全溶存態度リン(TDP)、全懸濁態リン(TPP)リン酸態リン(PO4-P)紫外部吸光度(E220、E260)についてデータの解析をおこなった。調査地域内で得られた採水日の気象と水質項目との相関関係を求めたところ、ECと各気象項目、E220、E260と気温との関係以外は目だった相関関係は得られなかった。国土地理院数値地図情報の標高データから落水線図(擬河道図)を作り、各採水地点に対する集水域面積、流路長および平均斜面勾配を地形特性量として算出し各水質項目との相関を求めたが、ECが各地形特性量と比例関係にあると考えられる以外はめだった相関関係は得られなかった。気温、積算降雨量、晴天日数、集水域面積および平均斜面勾配を変数として各水質との重回帰分析を行なった結果、ECの値は降雨により低下し、電解物質濃度が低下した。また電解質物質は河川の自浄作用を受けないで流下し、下流に行くにしたがって蓄積されていった。E220、E260は気温の上昇によって値が高くなった。これらの結果は植生・農地利用形態を流域の特性に組み込む今後の本格的な研究で、データ解析のための基礎的知見として活用される。植生に対する放牧の影響を主題にした調査を行った。放牧によって低木層が貧化するような層構造の変化が起きるが、この段階ではかならずしも種組成の変化に直結しておらず、林冠が破壊されたとき組成も含む全面的な変化が起きていた。

そのような森林の変化と水質浄化機能との関係を明らかにすることが課題で、次の段階の研究について道筋の一つを得た。流域の水質形成・維持の機能は小集水域ごとの地理的要因や植生のような土地被覆要因などに依存するとの観点から,いくつかの小集水域を内包する広域的な森林流域を対象とした渓流水質の観測を木曾川水系飛騨川最上流部で行った.水質は観測期間内で変動したが,その幅は集水域ごとに異なっていた.しかし合流・流下するにつれて測点間の相違は小さくなり,平均化された.水質特性値と気象数値との相関の分析からは,水質に対する気象要因の影響の強さが集水域ごとに異なっていることが示された.これらの事実から集水域ごとに異なる水質形成特性の存在が示唆される.また流量・水質が小集水域ごとの土壌型面積割合に大きく依存していることがあきらかになった.営林署森林管理簿の植生データを50mメッシュ形式に変換し,この情報および国土地理院50mメッシュ地理情報と現地観測による水質との関係を解析した.その結果,水温,pH,電機伝導度,紫外部吸光度,全窒素,溶存態窒素,全リン,溶存態リン,アンモニア態窒素,燐酸態リン,濁度の全水質項目が針葉樹の面積割合として把握された植生の分布に大きく影響されていることが明確に示された.樹種ごとには,アンモニア態窒素と燐酸態リンではミズナラやコメツガから,全窒素,溶存態リン,全リンではカンバからの影響が大きかった.pHに対してはミズナラとカンバは逆の作用を及ぼすという興味ある事実もわかった.そのほか家畜飼育現況の調査,遠隔調査への対応づけのための植生被覆度測定,ササの吸収窒素測定用のサンプル採取,千曲川最上流部の水質分析用サンプルの採取等を行ったが,これらの結果は次年度に持ち越される.流域の土地被覆状況の河川水質に対する影響を広域的に捉えて検証するため,長良川上・中流域を対象として水文・水質の現地観測を実施し,全窒素負荷量と全リン負荷量に及ぼす流域内土地被覆状況の影響の評価を行った。下流の汚濁負荷量に対する上流側集水域の汚濁負荷量の影響の大きさをあらわすために「汚濁負荷寄与率」という新たなパラメーターを提案した。集水面積の関数としてあらわされた両者の基本的関係からのずれを評価するものである。これを用いて土地被覆状況,とくに農業と汚濁負荷流出率との明確な関係をとらえることができた。森林域における水質形成・維持機能の解明をめざして木曾川水系飛騨川最上流域(約4500ha)を対象にして,気象,水文,水質に関する総合的な現地観測を実施した。平均全窒素濃度と土地被覆情報に関するデータの解析から,全窒素濃度を決定する要因は褐色森林土壌群面積割合,常緑針葉樹林面積割合,平均成長率および単位面積あたり材積であった。それぞれの値が大きい集水域ほど渓流水中の全窒素濃度を低下される結果となっていた。また短期間の集中観測の結果では,とくに植生成長量と常緑針葉樹材積とが,渓流水中全窒素負荷量に大きく影響することがあきらかになった。これらの結果をふまえて森林流域における全窒素収支モデルを提案した。一方,都市域の拡大に伴う土地利用分布の変化と物質流出との関係を検証するために実施した岐阜市荒田川における観測から,集水域での流出特性は単に土地利用面積割合との関係で捉えるのではなく,土地利用の空間的配置状況(例えば流下距離)を考慮する必要があることがわかった。
物理的結合を介した時刻情報伝達機構の解明

脳領域の概日振動の位相は、哺乳類体内時計の中枢である視交叉上核から時刻情報を伝えられることによって制御されている。しかしながら、視交叉上核の時刻情報がどの様に脳領域に伝えられ、どの様に概日振動が制御されているのかは未だ明らかにされていない。これまでに申請者が独自開発した“移植培養系での振動再構成"を用いた研究によって、時刻情報伝達には視交叉上核と脳領域の物理的結合が重要であることがわかった。そこで本研究では、視交叉上核と室傍核領域の物理的結合を担う神経連絡、またはグリア細胞が時刻情報伝達機構においてどのような機能を担っているのか明らかにすることにした。最初に行った室傍核領域由来のグリア細胞の移植では、消失した室傍核領域の概日振動を回復させることができなかった。次に神経連絡について検証を行った。これまでの知見から振動の回復を担う候補因子としてGABAに注目した。培養下の組織にGABA受容体のアゴニストおよびアンタゴニストの投与を行うと振動へ影響を与えることがわかった。また細胞内クロライド濃度を変化させると、視交叉上核と室傍核領域の振動の位相差に影響を与えることが明らかとなった。最終年度は、現在までに得られているデータを参照し、より詳細な解析を行った。その結果、正常時および振動再構成後における室傍核領域と視交叉上核の位相差に関する詳細データを得ることができた。また、時刻情報伝達機構における神経連絡の必要性の再確認を行った。これらの結果をまとめ、論文投稿を行った。哺乳類体内時計の中枢である視交叉上核は脳領域に時刻情報を伝え、その領域の概日振動の位相を制御する。しかし視交叉上核の時刻情報がどの様に脳領域に伝わり、どの様に概日振動を制御しているのかは未解明である。申請者が独自開発した“移植培養系での振動再構成"によって、時刻情報伝達には物理的結合が重要であることがわかった。そこで本研究では、視交叉上核と室傍核領域の物理的結合を担う神経連絡、グリア細胞が時刻情報伝達機構においてどのような機能を担っているのか明らかにする。まず神経連絡及びグリア細胞が時刻情報伝達機構の何を制御するか解明するために室傍核領域と視交叉上核の間に隙間を空けて共培養し、視交叉上核と室傍核領域由来のグリア細胞を添加、その後発光振動を測定した。その結果、室傍核領域全体の振動は回復せず、また一細胞レベルの振動もすぐに減衰、消失した。このことから室傍核領域と視交叉上核の同期には神経連絡を介した時刻情報の伝達が必要であると考えられた。次に振動の回復を担う候補因子の探索のために、網羅的遺伝子発現解析のデータベース(http://brainstars.org/)を参照して、視交叉上核で発現し、その受容体が室傍核領域にあるものを候補とした。そして、実際に受容体が室傍核領域で発現していることをin situ hybridization法によって確認した。続いて候補因子の機能検証のために、受容体阻害剤による機能抑制を室傍核領域と視交叉上核を含んだスライス組織に試みた。その結果、室傍核領域と視交叉上核間の振動の位相差が減少した。このことは同定した因子が室傍核領域と視交叉上核間の位相差を作り出している事を示唆する。本研究では物理的結合を介した時刻情報伝達機構について明らかにするために、1.神経連絡及びグリア細胞が時刻情報の何を制御しているか、2.時刻情報伝達の中継及び受容に概日時計は必要であるか、の2項目を軸として研究を推進していく。本研究で主に使用する時計遺伝子Per2のプロモータにルシフェラーゼを結合させたmPer2Lucマウスの出生率が低下したために、発光系を用いた実験の効率が低下してしまった。しかしながら、そのぶんin situ hybridizationなどの発光系を用いない実験を優先させることで対処した。1.神経連絡及びグリア細胞が時刻情報の何を制御しているか、に関して検証を行った結果、室傍核領域の概日振動回復には神経連絡を介した時刻情報の伝達が必要であることがわかった。さらに時刻情報伝達物質の候補検索をデータベースの参照や染色によって行い、受容体抑制剤の投与による検証を行った結果、室傍核領域と視交叉上核間の概日振動の位相差をつくりだしている因子を同定することができた。2.時刻情報伝達の中継及び受容に概日時計は必要であるか、に関して検証を行った。1で同定した時刻情報伝達物質の受容体の室傍核領域における発現振動を測定した結果、受容体の発現に振動は確認することができなかった。また受容体刺激薬を用いたところ、その反応に時刻依存性を確認することはできなかった。これらのことは時刻情報の伝達には受け取り側の概日時計は必要ないことを示唆している。これらのことより本研究は概ね予定通りに進行していると考えている。しかしながら、視交叉上核の時刻情報がどの様に脳領域に伝わり、どの様に概日振動を制御しているのかは未だに明らかにされていない。

そこで本研究では、視交叉上核と室傍核領域の物理的結合を担う神経連絡、グリア細胞が時刻情報伝達機構においてどのような機能を担っているのか明らかにすることにした。前年度の研究において、室傍核領域由来のグリア細胞の移植では、室傍核領域全体の振動は回復せず、また一細胞レベルの振動もすぐに減衰、消失した。このことから室傍核領域と視交叉上核の同期には神経連絡を介した時刻情報の伝達が必要であると考えられた。そこで本年度は、振動の回復を担う候補因子の探索のために、網羅的遺伝子発現解析のデータベース(http://brainstars.org/)を参照して、視交叉上核で発現し、その受容体が室傍核領域にあるものを候補とした。候補の絞り込みにおいては、実際に受容体が室傍核領域で発現していることをin situ hybridization法、免疫染色によって確認した。また、得られたデータを詳細に解析することにより、振動が回復する領域、しない領域など新たな知見を得ることができた。現在、いくつか候補因子を検討した結果、時刻情報伝達因子の第一候補としてGABAの検証を行っている。GABA受容体のアゴニストの投与により発光が抑制され、またアンタゴニストの投与により、室傍核領域と視交叉上核間の振動の位相差が消失した。さらなる検証を引き続き行っており、動物個体での検証も行っている。本研究では物理的結合を介した時刻情報伝達機構について明らかにするために、1.神経連絡及びグリア細胞が時刻情報の何を制御しているか、2.時刻情報伝達の中継及び受容に概日時計は必要であるか、の2項目を軸として研究を推進していく。本年度は、所属を変更したため、研究環境が大きく変更してしまい、新たに実験系を立ち上げるために時間を要してしまった。また発光系に用いる機器の移設の遅れ、本研究で用いる時計遺伝子Per2のプロモータにルシフェラーゼを結合させたmPer2Lucマウスの出生率低下による導入の遅れなどから、当初予定より変更して、in situ hybridization、免疫染色による実験を優先させた。1.神経連絡及びグリア細胞が時刻情報の何を制御しているか、に関して検証を行った結果、室傍核領域の概日振動回復には神経連絡を介した時刻情報の伝達が必要であることがわかった。さらに、候補因子をいくつか探索した結果、GABAが有力な時刻情報伝達物質である可能性を見出すことができた。2.時刻情報伝達の中継及び受容に概日時計は必要であるか、に関して検証を行った。室傍核領域におけるGABA受容体にアゴニストで刺激を与えたところ、その反応に時刻依存性を確認することはできなかった。このことは時刻情報の伝達には受け取り側の概日時計は必要ないことを示唆しており、視交叉上核から放出される時刻情報伝達物質の位相によって、視交叉上核と室傍核領域の位相差が決まるのではないかと考えることができる。新たに得られた知見はいくつもあるが、所属先変更による実験系の立ち上げに時間を要したために、本研究は予定よりやや遅れていると考えている。哺乳類体内時計の中枢である視交叉上核は脳領域に時刻情報を伝え、その領域の概日振動の位相を制御する。しかしながら、視交叉上核の時刻情報がどの様に脳領域に伝わり、どの様に概日振動を制御しているのかは未だに明らかにされていない。これまでに申請者が独自開発した“移植培養系での振動再構成"によって、時刻情報伝達には物理的結合が重要であることがわかった。