hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
台風・温帯低気圧による豪雨頻度と土砂生産量との関係、および地球温暖化の影響の評価

日本と台湾を対象に、台風と温帯低気圧に伴う豪雨頻度と、斜面崩壊の発生、土砂生産量との関係を分析した。また、解析雨量を用いた確率降水量データベースを構築した。近年発生した豪雨に伴う斜面崩壊事例からは、それぞれ特徴的な降雨パターンが示された。また熊本県阿蘇地域では、再現期間20年程度の降雨イベントにより、潜在的に100,000 m3/km2オーダーの土砂生産と流出が発生することが示唆された。台湾において斜面崩壊が発生した豪雨の多くは台風により発生していた。また大規模な斜面崩壊の発生が流域の土砂生産量に貢献していることが明らかとなった。研究目的を達成するために平成27年度に行った研究は,以下のようにまとめられる.湿潤変動帯に位置する日本列島では毎年,熱帯低気圧(台風)や温帯低気圧による豪雨が発生している.このような豪雨と斜面崩壊の発生との関係は、解析雨量(レーダー・アメダス解析雨量、気象庁)を用いることで精度良く解析することが可能である。特に1988年から運用を開始した解析雨量は,25年以上のデータが蓄積し,水文統計的な解析も可能となってきた.そこで平成27年度は、まず解析雨量を用いて,日本列島の豪雨頻度(確率降水量)データを整備した.本研究では,1988年4月2013年12月(26年間)の解析雨量(毎正時1時間降水量,空間解像度5kmに編集)を用いた.解析雨量の均質性を検定し,1時間72時間降水量と土壌雨量指数の年最大値からL-momentsを求めた.以下では,1時間降水量の再現期間50年の確率値について述べる.算出には,一般的なGumbel分布と一般化極値(GEV)分布,及びJackknife法を用いた.日本列島における再現期間50年の1時間降水量は,17.0-158.0 (平均68.2)mm/h (Gumble分布),16.8-186.4 (平均69.6)mm/h(GEV分布)であった.これまでAMeDASデータを用いた確率降水量が産出されてきたが,解析雨量を用いることで,高解像度(5km)の確率降水量と土壌雨量指数の分布を検討可能と言える.本研究により,斜面崩壊の発生,および土砂生産量との関係を分析する上で重要な,日本列島の確率降水量データを整備することができた(Saito et al., 2015, SOLA).本研究の目的を達成するためには,まず日本列島全域での豪雨頻度を明らかにし,そのデータベースを作成することが重要である.平成27年度は,日本列島全域で豪雨の頻度を明らかにし,確率降水量データベースを整備することができた(Saito et al., 2015, SOLA).こられは本研究の計画通りであり,おおむね順調に進展していると言える.研究目的を達成するために平成28年度に行った研究は,以下のようにまとめられる.湿潤変動帯に位置する日本列島では毎年,豪雨に伴い斜面崩壊が発生している.本研究では、2012年7月九州北部豪雨を事例に、阿蘇山の仙酔峡地域と妻子ヶ鼻地域で多数発生した斜面崩壊の詳細な分布と土砂生産量を解析した.その際には、小型の無人航空機とSfM多視点ステレオ写真測量により解像度1 m以下の高精細な空中写真と地形データの取得し,分析した.結果,空間解像度0.04 mのオルソ画像,および0.10 mと0.16 mのDigital Surface Modelsが得られた.妻子ヶ鼻地域と仙酔峡地域における土砂生産量は,それぞれ4.84×10(5) m(3)/km(2)と1.22×10(5) m(3)/km(2)であった.これらの値は過去に報告された同地域の表層崩壊事例の土砂生産量よりも10倍程度大きい値であり,阿蘇火山の草地斜面における1回の豪雨に伴う潜在的な土砂生産量を示すと考えられる(齋藤ほか,2016,地理学評論).九州山地の市房山を対象に,森林の皆伐が斜面崩壊の発生に与えた影響を,降雨量との関係から明らかにした.その結果、皆伐域において斜面崩壊が発生する基準降雨量は,皆伐前および非伐採域と比較して,半分程度に低下したことが明らかになった.この基準雨量の再現期間は3年以下であり,皆伐域ではほぼ毎年,降雨に伴う斜面崩壊が発生・拡大していたとことが示された(Saito et al., 2017, Geomorphology).本年度は、昨年度の成果を基に斜面崩壊の発生と降雨量との関係、および土砂生産量を分析した。これらのことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると言える。平成29年度は、日本と台湾における斜面崩壊の発生について、これまでの研究をとりまとめた。成果は国際誌に発表するなど、多くの実績をあげた。具体的には、以下の通りである。1.過去に降雨による多数の斜面崩壊が発生した阿蘇山では、2016年熊本地震に伴い斜面崩壊が発生した。斜面崩壊地を高精細に測量することで、地震と降雨とによる斜面崩壊地の地形的特徴と土砂生産量を明らかにした(Saito et al., 2018, PEPS)。3.日本国内の特に花崗岩山地を対象に、過去の斜面崩壊の発生と雨量との関係を整理し、斜面崩壊の規模と雨量との関係を明らかにした。またMIROC5のRCP8.5

排出シナリオに基づく計算結果を用いて、今後の雨量の変化と斜面崩壊の発生について考察した(投稿準備中)。日本と台湾を対象に、台風と温帯低気圧に伴う豪雨頻度と、斜面崩壊の発生、土砂生産量との関係を分析した。また、解析雨量を用いた確率降水量データベースを構築した。近年発生した豪雨に伴う斜面崩壊事例からは、それぞれ特徴的な降雨パターンが示された。また熊本県阿蘇地域では、再現期間20年程度の降雨イベントにより、潜在的に100,000 m3/km2オーダーの土砂生産と流出が発生することが示唆された。台湾において斜面崩壊が発生した豪雨の多くは台風により発生していた。また大規模な斜面崩壊の発生が流域の土砂生産量に貢献していることが明らかとなった。今後は,日本列島と台湾(Chen et al., 2015, PEPS)における斜面崩壊の発生とその豪雨イベントの再現期間との関係を分析し、豪雨の発生頻度と土砂生産量との関係の地域性を分析する計画である。これまでの成果を踏まえて、日本と台湾における斜面崩壊の発生とその豪雨イベントの関係、および土砂生産量の関係を分析し、それらの結果を取りまとめる計画である。地理学2016年3月に調査出張があり、出張旅費精算は2016年4月以降になるため。2016年3月中旬の調査出張に使用するため、およびその誤差である。2016年3月の調査出張旅費として使用した。2016年3月中旬の調査に使用した。残額は2017年度に適正に使用する。
HTLV-I感染細胞の増殖癌化の分子機構

細胞癌化に重要な役割を果たしているHTLV-Iのトランスアクチベーターp40^<tax>の作用機作の解析が進んだ。p40^<tax>はc-fos,egr-1,2等の細胞性初期遺伝子群の発現を増強することをすでに示した。この作用はCArGボックスを介して誘導される。p40^<tax>はCArGボックスに直接結合するSRFと直接結合し、SRFの転写活性化能に影響を与える。転写活性化にかかわる領域に変異があるp40^<tax>はSRFとの結合能は保持していても、SRFを活性化できない。この変異はVP16の転写活性化領域と置換可能である。p40^<tax>はCREB,CREMとも結合し、この複合体がHTLV-I LTRの21bpエンハンサーに結合する。また、HUT102細胞の核抽出液中の21bp,NF-κB配列各々に結合活性を持つ分画にはin-vitroでエンハンサー特異的な転写活性能を認めたが、p40^<tax>のみの分画には転写性化は認められなかった。これらの知見により、p40^<tax>はエンハンサーに直接結合する因子と基本転写因子の架け橋の役割を果たしている可能性が考えられる。HTLV-I感染ラットがHAM様症状を呈した。HTLV-I産生細胞株であるMT-2をWKAラットに静注することにより、HTLV-I持続感染ラットができる。感染後1年以上後に前後肢の痙性麻痺等のHAM様症状を呈した。病理所見にて、下部胸髄の後索、側索を中心に変性が認められ、マクロファージ等の細胞浸潤も見られた。他の系統ラットのHTLV-I持続感染ラットではHAM様症状は見られず、発症には遺伝的素因の関与の可能性がある。HTLV-I感染細胞に持続的に発現する高親和性IL-2受容体は従来のα鎖β鎖サブユニットに加えγ鎖が必須であることを明らかにし、γ鎖遺伝子のクローニングに成功した。γ鎖はサイトカイン受容体ファミリーに属しIL-2による細胞増殖の情報伝達に不可欠の分子である。
熱ショック転写因子によるシャペロン非依存的恒常性維持機構の解明

熱ショック転写因子HSF1 (heat shock factor 1)は、タンパク変性ストレス応答において、シャペロンの発現を誘導する転写調節因子として知られているが、恒常性の維持においても、シャペロン以外のさまざまな遺伝子群の発現を調節し、細胞増殖・老化・がん化などを制御する。平成30年度は、非シャペロン型HSF1標的遺伝子である初期応答遺伝子IER5 (immediate-early response 5)に注目し、その細胞内における機能について解析した。IER5のN末端領域はprotein phosphatase 2A (PP2A)に結合し、PP2A標的タンパクの脱リン酸化を調節する。PP2A-IER5の標的タンパク質として、細胞周期を制御するcell division cycle CDC25AおよびCDC25Bを同定した。IER5はPP2AによるCDC25Bの脱リン酸化を促進するが、これによりCDC25Bからリン酸化アミノ酸結合タンパクの14-3-3が解離し、CDC25Bはユビキチン化され分解される。同様の機構によりPP2A-IER5はCDC25Aの安定性も調節する。これらの結果より、IER5はCDC25A/Bを介して細胞増殖の制御に関与していることを明らかにした。また、IER5のN末端領域はIER2やIER5Lと高い相同性を示し、これらのIERタンパクもCDC25A/Bを含めたPP2A標的タンパクの脱リン酸化を調節する。しかし、IER5の発現は熱ショックにより強く誘導されるが、IER2とIER5Lは熱ショックとは異なる細胞ストレスにより発現が調節される。したがって、IERファミリーは、さまざまな細胞増殖条件下でPP2Aによる標的タンパクの脱リン酸化を制御すると考えられる。これらの研究成果は、Cellular Signalling誌に原著論文として発表した。平成28年度は、非シャペロン型HSF1標的遺伝子である基本転写因子TAF7 (TBP-associated factor 7)に注目し、その熱ショック応答における機能について解析した。基本転写因子TFIID (Transcription factor IID)の構成タンパクであるTAF7は、TAF1やCTD kinase (RNAPII C-terminal domainをリン酸化する)と相互作用し転写開始を制御する。熱ショック細胞ではTAF7タンパク量が約2倍に増加すること、TAF7遺伝子のプロモーター内にはHSF1結合配列が存在し、この配列には熱ショック誘導的にHSF1が結合することより、TAF7がHSF1の標的遺伝子であることを明らかにした。TAF7はユビキチン-プロテアソーム系で分解される不安定なタンパク質であった。TFIID複合体とTAF7の相互作用はTAF7のリン酸化により制御されており、また、細胞内の約2/3のTAF7はTFIID複合体には結合せず遊離していた。さらに、TAF7ノックダウン細胞を用いた実験より、TAF7は熱ショック細胞の増殖に必要であることが示された。ノックダウン細胞では、シャペロン遺伝子のmRNA量が減少していた。クロマチン免疫沈降実験の結果より、遊離型のTAF7はシャペロン遺伝子のプロモーターに結合し、RNAPIIが転写開始から伸長反応へ移行する過程を制御していることが示された。これらの研究結果は、論文として発表する予定である。HSF1は、シャペロンの発現を誘導する転写調節因子として知られているが、恒常性の維持においても、シャペロン以外のさまざまな遺伝子群の発現を調節し、細胞増殖・老化・がん化などを制御する。本研究では、非シャペロン型HSF1標的遺伝子である基本転写因子TAF7、初期応答遺伝子IER5 (immediate-early response)、クロマチン制御因子EXPAND1の発現調節に注目し、これらにより細胞のストレス応答・増殖およびゲノム全体の転写・クロマチン構造がどのように制御されているかについて明らかにする。平成28年度は、熱ショック細胞におけるTAF7の機能について解析を行い、熱ショックにより誘導されるTAF7は、シャペロン遺伝子の転写調節に重要な役割を担うことを明らかにした(論文作成中)。また、IER5の機能解析も行った。IER5はPP2A (protein phosphatase 2A)に結合し、その基質特異性を制御すると考えられる。PP2A-IER5の新たな標的タンパク質として、細胞周期を制御するCDC25Bを同定した。IER5の発現によりCDC25Bが脱リン酸化されること、さらに、細胞内のCDC25B量は減少した。このことは、熱ショックにより誘導されたIER5はCDC25Bを介して、細胞増殖の抑制に関与していることを示唆している。この研究結果については、さらなる検討が必要である。このように、本研究テーマは、おおむね順調に進展している。平成29年度は、非シャペロン型HSF1標的遺伝子であるGrowth arrest and DNA damage-inducible 45 (GADD45)ファミリーに注目し、その熱ショック応答における機能について解析した。GADD45ファミリーのα, β, γは、細胞増殖や細胞死の制御に関与する。

これらのうち、GADD45βとGADD45γ遺伝子の発現は熱ショックにより亢進した。さらに、GADD45βプロモーター内にHSF1結合配列を同定しHSF1標的遺伝子であることを示した。また、GADD45ファミリー遺伝子は、酸化ストレスや変異原ストレスに対して異なる発現をすることを明らかにした。GADD45βノックダウン細胞を用いて、GADD45βが熱ショック細胞の生存に必要であることを示した。熱ショック細胞では、Mitogen-activated protein kinase kinase 7 (MKK7)が細胞死に関与するストレス応答性c-Jun N-terminal kinase (JNK)を活性化するが、GADD45βはMKK7に結合しJNKの活性化を阻害することを明らかにした。したがって、HSF1はGADD45βを介して熱ショック細胞の細胞死を制御していることが示唆された。また、GADD45αとGADD45γもMKK7阻害活性を持つことも示した。これらの研究結果は、Archives of Biochemistry and Biophysics誌に原著論文として発表した。本研究では、非シャペロン型HSF1標的遺伝子である基本転写因子TAF7、初期応答遺伝子IER5 (immediate-early response)、クロマチン制御因子EXPAND1、その他の遺伝子(GADD45βなど)の発現調節に注目し、これらにより細胞のストレス応答・増殖およびゲノム全体の転写・クロマチン構造がどのように制御されているかについて明らかにする。平成28年度は、熱ショック細胞におけるTAF7の機能について解析を行い、熱ショックにより誘導されるTAF7は、1)熱ショック細胞の増殖に必要である、2)熱ショック細胞でのシャペロン遺伝子の持続的発現に必要である、3)2)においてRNAポリメラーゼIIが転写開始から伸長反応へ移行する過程を制御していることを示した(論文投稿中)。平成29年度は、HSF1の新たな標的遺伝子としてGADD45βを同定し、GADD45βは、細胞死を促進するMKK7-JNK Mitogen-activated protein kinase経路を阻害することにより、熱ショック細胞の生存に関与することを示した。また、IER5は、PP2Aに結合しPP2A標的タンパクの脱リン酸化を調節するが、この標的タンパクとして新たにCDC25AとCDC25Bを同定した。両タンパクの機能は14-3-3タンパクにより阻害されるが、PP2A-IER5は14-3-3タンパクとの結合に必要なCDC25A/25Bのリン酸化セリン残基を脱リン酸化することを見出した。
糖尿病による動脈硬化における平滑筋細胞オートファジー機能の解析

2型糖尿病は動脈硬化性疾患の危険因子の一つであるだけでなく、その存在は他の危険因子と比して特徴的な病変形成に大きく関与する。その特徴は枯れ枝状冠動脈の形成にも寄与している血管中膜の石灰化である。特に、Diabetic Kidney Disease合併症例では、動脈硬化の石灰化傾向が強まることが知られているが、そのメカニズムはほとんど明らかにされていない。本研究では、その病態形成に血管平滑筋細胞オートファジー不全が関与する可能性を検討する。この研究により糖尿病を基盤とする動脈硬化における石灰化病変の進展抑制に関して、オートファジーをターゲットとした新規の動脈硬化抑制薬の開発の礎としたい。
進行子宮頸癌に対する動注化学療法・放射線同時併用療法に関する臨床的研究―治療効果判定法としての頚癌組織中HPVDNA消長の臨床的意義についての研究―

【1】進行子宮頚癌に対する化学療法・放射線同時併用療法に関する臨床的研究【目的】子宮頚癌の放射線・化学療法同時併用治療成績から、腫瘍径、リンパ節腫大の有無、部位に焦点をあて無病生存率、再発部位について解析した。【方法】対象は47例、期間は1997年6月2000年12月、組織型は扁平上皮癌のみとした。進行期の症例数はII期10、III期34、IVa期3例であった。リンパ節腫大があったのは28例で、そのうち傍大動脈リンパ節または総腸骨リンパ節腫大がみられたのは9例であった。【成績】1.3年無病生存率は腫瘍径7cm未満と以上で、68/28%(P<0.01)、リンパ節腫大あり、なしで、71/32%(P<0.05)、2.局所再発率は腫瘍径7cm未満と以上で17/29%、リンパ節腫大なし、ありで5/32%(P<0.05)、3.遠隔再発率は腫瘍径7cm未満と以上で17/59%(P<0.01)であった。【結論】腫瘍径が7cm未満、またはリンパ節腫大なしでは、3年無病生存率は約70%と良好であった。しかし、腫瘍径が7cm以上では遠隔再発率が高く、無病生存率は有意に不良であった。【2】子宮頚癌放射線治療症例におけるHPVDNA検出の意義【目的】頚癌放射線治療(放治)症例の治療前・中・後におけるHPVDNA検出と治療効果との相関を検討する。【方法】HPVDNAの検出は原発巣からPCR法にて行った。【成績】対象64例で、放治中にHPVDNAが陰性化26例(A群)、放治中は陽性、治療後6ヵ月以内に陰性化15例(B群)、治療中、治療後を通じて陽性は22例(C群)であった。局所再発は、A群1/26、B群2/15、C群10/15(再発数/組織陰性例)であり、C群はA群とB群に比し有意に高い再発率であった。【結論】放治例における局所制御の判定に関して、HPVの検索は組織以上に有用である。[目的]巨大進行子宮頚癌に対する治療としてNeoadjuvant chemotherapy (NAC)+照射を行ってきたが,その成績は満足のいくものではなく,また,放射耐性の獲得などの問題点も指摘されるようになってきた.今回,1997年より新たに試みてきたConcurrent radiochemotherapy (CRC)の治療成績について,その局所制御を中心に,NAC+照射のそれと比較検討した.[方法]1)対象:巨大頚部扁平上皮癌.CRC群:14例(II期2例,III期9例,IV期3例),NAC群:45例(II期4例,III期36例,IV期5例).腫瘍の最大径の平均は6.1cm,6.5cm.2)治療方法:CRC群は化学療法(CDDP20mg/m2静注・5日間,または,120mg/m2動

注)と同時に照射を開始し,旁大動脈リンパ節腫大例には拡大照射野で照射を行った.NAC群は化学療法(CDDP120mg/m2動注)の3週間後より照射を開始した.3)内診所見,組織診,MRIにより治療効果を評価した.[成績]1)照射終了時の局所制御率:CRC群100%,NAC群89%(p>0.05).2)局所再発率:CRC群14%(平均観察期間8ヶ月),NAC群44%(平均観察期間47ヶ月)(p<0.05).3)副作用:CRC群でGrade3以上の白血球減少が50%,血小板減少が29%に認められ,5例で照射の休止を必要とした(3例は拡大照射野で照射).休止期間は19日,平均3.7日であった.[結論]CRC群では局所再発率はNAC群と比較して有意に低率であった.骨髄抑制は強い傾向にあったが、照射に及ぼす影響は少ないものと判断された.【2】子宮頚癌放射線治療症例におけるHPV DNA検出の意義:治療効果との相関に関する解析[目的]子宮頚癌放射線治療症例の治療前・中・後におけるHPV DNA検出と治療効果との相関を検討する.[方法]平成7.1から平成10.3に当科で放射線治療(以下,放治)を施行し,かつ放治前に頚部原発巣のHPV DNAが陽性で,治療中,治療後もHPV検索を行いえた54例(I期7例,II期20例,III期20例,IV期7例)を対象とした.全例,治療中,後には組織検査を施行し治療効果を評価した.HPVの検査方法:(1)原発巣の擦過細胞をPBS緩衝液に保存.(2)細胞よりDNAを抽出し,L1 consensus primerを用いたPCR(50サイクル)を行った後,電気泳動法にてHPV DNAを確認.(3)HPV各型に特異的なprimerを用いて型判定(16,18,31,33,35,58,X:others)を行った.[成績](1)対象54例において,で放治中にHPV DNAが陰性となったものは23例(A群),放治中には陽性持続し治療後6ヶ月以内に陰性となったものは13例(B群),治療中,治療後を通じて陽性のままであったものは18例(C群)であった.(2)治療終了時の組織検査について,A群,B群では全例に,そしてC群では18例中16例までにviableな癌細胞は認められなかった.(3)局所再発は,A群には1例もなく,B群では1例のみであったのに対し,C群では18例中11例であり,C群はA群,B群と比較して有意に高い再発率であった(p<0.01).【目的】進行子宮頚癌に対して化学療法と放射線療法を同時に併用するconcurrent radiochemotherapy(CRC)が有効であることが証明されつつあるが、投与薬剤や投与量、投与方法については未だ確立されていない。今回、これまでわれわれが行ってきたCRCの方法とその治療成績について検討した。【方法】(1)期間:'97.6'99.4。(2)対象:70歳未満、子宮頚癌IIbIVa期、扁平上皮癌、頚部の腫瘍径が4cm以上の26例(IIb期:3、IIIb期:20、IVa期:3)。平均年齢:52歳。頚部腫瘍径の平均:6.8cm。平均観察期間:12.7ヶ月。(3)方法1)放射線療法:全骨盤照射+高線量率腔内照射(WP,17例)。傍大動脈リンパ節(PAN)の腫大を認める例にはL1までの拡大照射(EF,9例)。平均A点線量:62Gy、平均B点線量:55Gy。2)化学療法:CDDP20mg/m^2を5日間静注、3週毎に施行。照射中の平均CDDP投与量:263mg/m^2。【成績】(1)治療完遂率/休止率WP:94/12%、EF:100/22%。(2)副作用1)白血球減少(Grade3/4)WP:35/24%、EF:75/25%。2)血小板減少WP:6/24%、EF:13/0%。
フェムト秒レーザーを駆使した細胞間接着機構とその生物学的機能の力学的解明

昨年度は、接着力評価のための外力であるフェムト秒レーザー誘起衝撃力の評価研究を中心課題とし、その計測学的理解を深めた。また、それまで不明瞭であった衝撃力の現象論的描像を考察し、接着力の定量化におけるその適用範囲の指針を示した。これらの研究を行った上で、神経一マスト細胞共培養系を接着力評価のモデル系に用い、両者間の接着力を3時間ごとに定量化することでその時間変化を明らかにした。測定には730時間共生培養を行った培養系を用い、3時間毎に接着力を定量化した。測定時間は90分間とした。その結果、90分間で約150細胞の接着力を定量化することに成功した。この結果をヒストグラムにまとめたところ、両者の接着力は、0.5-2.0×10-12Nsであることが示された。また、共生培養7-14.5時間では、接着力が0.8×10^<-12>Nsである細胞が最も多く、そこから1.6×10^<-12>Nsにかけて、細胞数は指数分布を示した。また、共生培養時間の経過に伴い、指数関数の時定数が増加する形で、接着力が強化される細胞数が増加した。さらに時間が経過すると(共生培養16.5-18時間)、この指数分布において1.6×10^<-12>Nsにもピークが現れた。その後、共生培養20時間において0.8×10^<-12>Ns、及び1.6×10^<-12>Nsをピークとした二峰性の正規分布を示した。それ以降では、接着力の分布に顕著な変化はみられなかった。これは、共生培養20時間程度で接着が成熟状態に至り、且つその状態が系内の半数程度の細胞の接着力が倍程度まで強化される状態であることを示唆する。これまで、接着力を統計学的データとして時間軸に沿って示した報告例は無く、新規性の高い成果を得ることができた。現在、神経とマスト細胞の接触面への細胞接着分子の集積の可視化に成功しており、今後、接着分子の細胞内挙動の時間変化を明らかにすることで接着の力学機構と分子機構のダイナミクスを統合的に解析し、理解することが可能になると予測される。細胞間の接着力評価の摂動として利用しているフェムト秒レーザー誘起衝撃力をパルスエネルギーの関数として調べ、その制御性を明らかにした。衝撃力の定量評価は原子間力顕微鏡を利用して行った^<[1]>。その結果、衝撃力は発生のしきい値(E_<th>)からその2倍(2 x E_<th>)のエネルギー領域においてほぼ線形的に衝撃力強度が増加し、0.025pN-s以内の精度で制御可能であることを見いだした。我々が行った先行研究^<[2]>等で得た細胞間接着力と比較すると、この制御の精度は接着力のばらつきとよりも小さいものであり、本手法の有効性を示す結果が得られた。フェムト秒レーザーを駆使した本手法は、短時間に多数の細胞を扱える為(神経-マスト細胞の場合、約100samples/hrs)、細胞間のばらつきの影響を軽減して接着力を評価可能であると考えられるが、その実現には衝撃力の制御精度を明確に示すことが不可欠であった。衝撃力の制御精度を明らかにしたことで、神経-マスト細胞間の接着力の評価及び解析の信頼性を格段に向上させられたと考えている。また、上述の評価研究では、フェムト秒レーザー誘起衝撃力の実体を物理学的に考察し、衝撃力の実体がキャビテーションバブルの生成によって生じる水の体積波であることを示唆する結果を得た。衝撃力の主な起源はフェムト秒レーザー集光後に発生する衝撃波とキャビテーションバブルであると考えられていたが、これらの寄与の実体については明らかになっていなかった。本実験により、フェムト秒レーザー衝撃力を利用したこの新規な方法論を構築する上での根底をなす物理的性質を明らかにできたといえる。このように本年度、衝撃力の物理的性質とその制御性を明確にできたことで、神経-マスト細胞間の接着における物理的相互作用を、より踏み込んで考察することが可能になったと考えている。

さらに時間が経過すると(共生培養16.5-18時間)、この指数分布において1.6×10^<-12>Nsにもピークが現れた。その後、共生培養20時間において0.8×10^<-12>Ns、及び1.6×10^<-12>Nsをピークとした二峰性の正規分布を示した。それ以降では、接着力の分布に顕著な変化はみられなかった。これは、共生培養20時間程度で接着が成熟状態に至り、且つその状態が系内の半数程度の細胞の接着力が倍程度まで強化される状態であることを示唆する。これまで、接着力を統計学的データとして時間軸に沿って示した報告例は無く、新規性の高い成果を得ることができた。現在、神経とマスト細胞の接触面への細胞接着分子の集積の可視化に成功しており、今後、接着分子の細胞内挙動の時間変化を明らかにすることで接着の力学機構と分子機構のダイナミクスを統合的に解析し、理解することが可能になると予測される。接着力評価の摂動に用いているフェムト秒レーザー誘起衝撃力の物理的性質及び制御性をより明確にし、接着力の適切な解析の実現を目的とし、衝撃力の評価研究に力点をおいたため、当初計画していた神経-マスト細胞間の接着力評価の実験に若干の遅れが生じている。しかしながら、株化された神経芽細胞腫(Neuro2a)を用いて、ばらつきが少なく、短時間で多くのデータが取得できる系の樹立に成功し、その接着力の大まかな時間変化はつかんでおり、おおむね順調に進展しているといえる。Neuro2aの神経軸索とマスト細胞の接着力が、共培養を開始してから10から20時間で、その接着力強度が増加し、また個体ごとの接着力のばらつきが減少する傾向がみられており、データ点数をかせぎ、その変化をより明瞭にしていく。その後、接着分子を形質転換した系を用いて接着力変化を同様に調べ、それらの時間変化を説明する数理学的なモデルの構築を行う。さらに、接着分子(CADM1)を蛍光標識し、その挙動を調べ、構築した数理学的モデルと照合することで細胞レベルの接着における接着分子の効果(あるいは、その他の効果)を明らかにする。こうした知見に基づいて、細胞間の接着の分子的機構を考察する。研究の進行はやや遅れているものの、Neuro2aの使用により実験頻度は向上しており、進行の遅れが拡大する可能性は高くないと考えられる。従って、当初の研究計画の順に従って研究を遂行していく。
メッセンジャーRNAの卵細胞注入で発現したイオンチャネル活動の解析

上記研究課題の研究計画について昭和61年度は主としてmRNAの注入によって発現するアミノ酸リセプターとそれに共役するイオンチャネルについての電気生理的解析,およびムスカリン性アセチルコリンリセプター等の細胞内反応過程におけるプロテインキナーゼの関与について解析した。中枢神経系における興奮性アミノ酸受容体は薬理学的に3つのサブタイプ(NMDAタイプ,キスカル酸タイプ,カイニン酸タイプ)に分類されているが、われわれのグループはラット脳から抽出したmRNAをアフリカツメガエルの卵細胞に注入し、キスカル酸タイプとカイニン酸タイプの受容体が発現することを確認した。さらに、これまで明らかにされていなかった新しいタイプのグルタミン酸受容体の発現を見出した。この受容体はムスカリン性Ach受容体と共通の細胞内反応過程を介してClチャネルと共役していることが明らかとなった。ムスカリン性Ach応答はホルボールエステルの一種TPAにより阻害され、阻害部位はリセプター蛋白,G蛋白,ホスホリパーゼCの全部または一部であること、さらにムスカリン性Ach応答はカルモジュリン依存性キナーゼを介してClチャネルと共役していることを明らかにした。また小腸上皮細胞よりmRNAを抽出した後卵細胞に注入しNa,D-グルコース共輸送キャリアー蛋白を発現させることを試みたが、充分な量のmRNAを抽出できるには至らず、少量のため卵細胞における発現を確認するに至らなかった。油圧四方向マイクロマニピュレータは卵細胞に微小電極を刺入する際の微細なコントロールのために使用した。
嗅覚による味覚変化の時間特性の解明：実験心理学・脳機能計測・動物行動学の統合研究

前・後鼻腔経路に呼吸と連動して嗅覚刺激を呈示する装置を開発し、成人を対象とした実験を行った結果、嗅覚による味覚増強効果は摂食中の呼吸との時間特性が影響することを解明した。非日常的な化学感覚同士の同時性判断は、物理感覚同士のそれと同等だが日常で経験する味嗅覚刺激のペアでは時間分解能が低かった。さらにERPによる脳活動測定の結果、味嗅覚同時刺激に対するピーク波形を見出した。また幼児対象の実験を行い新奇の匂いよりも乳児期から摂食経験がある匂いの方が甘味溶液の摂取を促進した。マウスを用いた実験では味質と嗅覚刺激の組み合わせの経験によって嗅覚による味覚増強が起こる組み合わせが変化することを示した。実験用嗅覚デバイスについては、摂食行動と同期した匂い提示が可能な時間解像度を持つ嗅覚提示装置の開発を行った。エアポンプを用いた嗅覚提示装置と呼吸検知装置と組み合わせることで呼吸状態と同期した匂いの提示が可能な装置を構成した。超音波気体濃度計を利用した提示時間計測実験により、摂食行動との同期としては十分なレベルである数十ミリ秒程度まで提示時間遅れを低減した。さらに、人間の多感覚統合の基礎メカニズムを解明するため、視聴覚刺激を用いた錯視現象を探索した。その結果、聴覚的時間縮小錯覚が生じる場合でも生じない場合でも視覚的な時間判断が聴覚にバイアスされる現象を発見した。脳機能研究については、味覚と嗅覚が時間的に分離して知覚ができなくなる条件の確認を行った。クマリンを嗅覚刺激とし、食塩を味覚刺激として用いた。乳幼児研究については、実験装置、試料の調達、実験要員の確保など、実験環境の整備を主な作業として実施した。また、多感覚統合の発達メカニズムの解明のため、視覚的な情報に基づく触覚表象の構成過程について、生後7ー12ヵ月児を対象に実験を行った。その結果、視覚情報に基づく物体の固さの知覚は、生後9ー12ヵ月の間に漸進的に発達することが示唆された。動物実験については幼児期のマウスを用いて、天然バニラ香料および天然オレンジ香料の匂いを砂糖水または食塩水に連合学習させた。絶食により甘味欲を亢進させたマウスに対し、香料を混和した2%砂糖水を提示して10秒間に舐める回数を比較解析したところ、バニラ/オレンジいずれの香料でも、連合学習した匂いがついた方が約1.5倍多くなっていた。また、利尿薬投与により塩味欲を亢進させたマウスに対して60mM食塩水を提示して同様の実験を行ったところ、バニラ/オレンジいずれの香料でも、連合学習した匂いがついていた方が多くなっていた。呼吸状態をリアルタイムでモニタリングしながら,時間と量を制御して匂いを呈示する装置を開発した.さらに本装置が有効に機能するかどうかを検証する心理物理実験を行った.実験ではバニラ香料を水で稀釈した溶液を刺激としてバニラ濃度を4段階に操作し,吸気,呼気にあわせて前鼻腔,後鼻腔経路から嗅覚刺激を提示した.これらの嗅覚刺激について実験参加者は,VASを用いて知覚強度を評定した.その結果,本装置による段階的な強度に対応した強度評定が得られることが可能であることを確認した.味覚と嗅覚の組み合わせがマッチしている条件(マッチ条件)とマッチしていない条件(ミスマッチ条件)を設定した実験を行った.その結果,マッチ条件の方がミスマッチ条件よりも半値半幅が有意に高い値を示した.乳幼児を対象とした研究については多層的な構造を持つ物体の表面や内部の物性についての知覚が,発達初期にどのように変化するかを前年度から引き続き検討した.視覚的な情報のみを手がかりとした場合でも,生後11-12ヵ月の乳児には,多層的な構造を持つ物体のやわらかさや固さの複雑な質感を知覚可能であることが明らかになった一方で,生後10ヵ月以下の乳児では,そのような知覚が可能であるという証拠は得られなかった.また幼児対象実験用の提示機器を開発した.マウス実験については幼児期のマウスを用いて天然バニラ香料および天然オレンジ香料の匂い付けた食塩水を与えて育てた.利尿薬投与により塩味欲を亢進させたマウスに対して15-60mM食塩水及び香料を付加した食塩水を提示し,それらの好ましさの違いをリック試験により比較した.バニラ/オレンジいずれの香料でも,経験した匂いのついている食塩水を多く摂取する傾向が見られた.前年、嗅覚提示装置が難航したが,それによって嗅覚デバイスの性能の確認の技法などが確立され,実験使用に耐えうる装置が開発された.脳機能測定の着手はやや遅れているが味嗅覚同時性知覚について,日常生活における食経験が味覚と嗅覚の間の分離知覚に影響を及ぼすという新たな知見がみいだされ,味嗅覚認知にとって有意義な測度が得られた.乳児の視覚による物性知覚についてはスイスの電子学術誌であるFrontiers in Psychology誌に掲載され,難航していた幼児用の味嗅覚提示器具の開発に成功した.マウス実験では昨年見出した傾向をさらに頑健に裏付けられることができた.実験遂行をしていき予定外の困難はあったが,当初の計画では予想していなかったような技術と知見を得られた.これらのことから,おおむね順調に進展していると考える.開発した嗅覚ディスプレイを用いて呼吸と連動した後鼻腔、前鼻腔の両経路からの嗅覚刺激呈示に対する味覚強度の増強度を観測した。嗅覚刺激を味覚刺激に先行して呼気とともに前鼻腔経路で呈示する条件と、味覚刺激後に吸気とともに後鼻腔経路で呈示する条件、嗅覚刺激を呈示しない条件を設けた。

その結果、後鼻腔経路を通った香気成分の方が、前鼻腔経路を通った香気成分よりも味覚強度を強く評価された。後鼻腔刺激を味覚刺激よりも先に呈示し、前鼻腔刺激を味覚刺激よりも後に呈示する条件下では、嗅覚による味覚促進は観察されなかった。これは味嗅覚相互作用は呼吸とのタイミングが影響することを示す。化学受容感覚と物理刺激のペアの同時性判断は、視覚と聴覚などの物理刺激のペアのそれと比較して、時間分解能が下がるが、味覚と嗅覚のペアによる時間分解能は視覚・嗅覚、視覚・味覚のそれと同等であった。味覚・嗅覚のペアは、日常生活では経験のない組み合わせであったが、上記の組み合わせを日常摂取の組み合わせで行った場合、有意に時間分解能の低下が見られた。また上記の実験パラダイムで嗅覚と味覚の事象関連電位の計測を行った。それぞれの単独刺激を行った場合と比較して、明瞭な2つのピークが長潜時において観察された。また味覚の第一次応答は同時と判断した場合にその活動が抑制された。また1、2歳児に「はちみつ」、「しょうゆ」、「無臭」の3つのニオイ条件下でショ糖水溶液を提示し摂取量を比較したところ、1歳児では、しょうゆ条件において、はちみつ条件よりも有意に相対摂取量が上昇したが、2歳児ではしょうゆ、はちみつ条件間で相対摂取量に有意差はなかった。現在の日本では、1歳未満児のはちみつの摂取は禁忌事項であり、はちみつのニオイは1歳児にとって、比較的早い時期から親しんでいるしょうゆのニオイと比べ、飲食行動と結びつきにくい新奇なニオイであった可能性がある。前・後鼻腔経路に呼吸と連動して嗅覚刺激を呈示する装置を開発し、成人を対象とした実験を行った結果、嗅覚による味覚増強効果は摂食中の呼吸との時間特性が影響することを解明した。非日常的な化学感覚同士の同時性判断は、物理感覚同士のそれと同等だが日常で経験する味嗅覚刺激のペアでは時間分解能が低かった。さらにERPによる脳活動測定の結果、味嗅覚同時刺激に対するピーク波形を見出した。また幼児対象の実験を行い新奇の匂いよりも乳児期から摂食経験がある匂いの方が甘味溶液の摂取を促進した。マウスを用いた実験では味質と嗅覚刺激の組み合わせの経験によって嗅覚による味覚増強が起こる組み合わせが変化することを示した。嗅覚提示装置として、最初はピエゾ素子を利用したインクジェットデバイスによる装置を試作したが、目詰まりの問題等から心理実験等において長時間利用することが難しいという問題点が示唆された。そこで第二の方式としてエアポンプを用いた嗅覚提示装置を試作した。このような都合から嗅覚提示装置の開発がやや遅れた。脳機能計測班は、味覚刺激装置において、味覚刺激の実験参加者の舌の先端の通過タイミングを色センサーで計測を行っている(味溶液は赤で着色されている)。この色センサーの出力値を2ミリ秒毎にサンプリングを行い、舌の先端への到着タイミングの推定を行った上で、嗅覚刺激を設定した差になるように提示を行っている。このようなシステムの構築に前年度は実験の準備に予想外の時間と手間がかかってしまった。しかしながら、現時点で2人のデータは取得した。乳児実験については、視覚による固さ(やわらかさ)
動物モデルを用いたアテローム・プラーク破綻機構の解明

我々はアポE遺伝子欠損変異マウスの総計動脈を結紮し、さらに時間経過をおいてカフを装着させることによりカフ装着部に極めて効率に閉塞性血栓形成をともなうプラークラプチャーを誘導することに成功した。閉塞性血栓を伴うラプチャーはカフ装着後、経時的に増加し、7日目では100%、4日目でも60%以上に病変を認めた。そのラプチャー部位の組織学的性状につき検討したところ、1)プラークラプチャーはカフ装着後4日まで経時的にカフ装着部分の内膜肥厚部のコラーゲン含量は減少した。2)カフ装着により内膜肥厚部のアポトーシス細胞(ss-DNAならびにcleaved caspase-3の染色で評価)が急激に増加していた。3)カフ装着により内膜肥厚部に白血球、とくに好中球の浸潤が認められた。4)カフ増着後内膜肥厚部にMMP-2,MMP-9の存在が確認された。薬物によるプラークラプチャーの抑制を試みる目的で3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase阻害剤の効果を検討したが、同薬剤はプラークラプチャーを有意に抑制した。閉塞性血栓を伴うラプチャーはカフ装着後、経時的に増加し、7目目では100%、4目目でも60%以上に病変を認めた。今年度はそのラプチャー部位の組織学的性状につき検討した。1)プラークラプチャーはカフ装着後4目まで経時的にカフ装着部分の内膜肥厚部のコラーゲン含量(マッソントリクローム染色とpicrosirius redで評価)は減少した。4)カフ装着後内膜肥厚部にMMP-2,MMP-9の存在が確認された。以上よりカフ装着という人為的な操作により、白血球の浸潤をともなう炎症が惹起され、さらにアポトーシスが誘導されることが明らかになった。今回の検討では明らかに血管壁のコラーゲン量が減少することが確かめられたが、コラーゲン産生が減少したためかプロテアーゼ産生の増大が関与するのかは今後の検討課題である。次年度は病変部のmRNA解析、さらには本モデルを使用し、薬物によるプラークラプチャーの抑制を試みる。予定としては3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase阻害剤とAngiotensin II type 1 receptor阻害剤の効果を検討する予定である。平成18年度は同モデルを用いて病変部mRNA解析ならびに薬剤効果を検討した。2)一方MMP-9,TIMP-1は装着後4日目にmRNA発現のピーク後徐々に発現が低下した。3)TIMP-2はカフ装着後急激に発現が低下し以後徐々に回復を認めた。以上より、各種MMP, TIMPによりmRNAの経時的な変化は異なるが、いずれのmRNAはカフ装着後4日目までは増加し、病変部のマトリックス蛋白融解に関与しているものと思われた。薬物によるプラークラプチャーの抑制を試みる目的で3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme Areductase阻害剤の効果を検討したが、同薬剤(フルパスタチン)はプラークラプチャーを有意に抑制した。その機構を探るため、動脈壁内のコラーゲン含量、さらには好中球の病変部への浸潤を定量したところ、フルパスタチン投与により、動脈壁内のコラーゲン含量は有意に増加し、さらに好中球の浸潤が抑制された。
難治性冠攣縮症例に対する新たな治療戦略の確立と一酸化窒素誘導薬剤の開発

本研究は、HMG-CoA還元酵素阻害剤(スタチン)が冠攣縮を抑制するか否かを判定することを目的とした臨床研究をおこなった。その結果、通常の療法にフルバスタチンを6ヵ月間追加することにより、AChで冠攣縮が誘発された患者数は、通常の療法に比較して有意に減少した。したがって、スタチン(フルバスタチン)は、新規の冠攣縮治療薬となる可能性があることが明らかとなった。目的::冠攣縮に対するフルバスタチンの有効性を明らかにする。同時にカルシウム拮抗薬の冠攣縮に対する有効性の再検討とその必要投与期間を調査する。対象症例:2回の冠動脈造影とアセチルコリン負荷試験について同意を得られた冠攣縮症例。冠動脈造影像上の冠攣縮の最終判定は薬剤の割付にblindな中央委員が行う。結果:31例のフルバスタチン投与群(F群)と33例のフルバスタチン非投与群(非F群)に振り分け、冠攣縮誘発試験を投与前と投与後6ヶ月にアセチルコリンによる冠攣縮誘発試験を行った。その結果、F群では48.9%に冠攣縮の再発を認めたのに比し非F群では79.1%と有意に非F群で高率に冠攣縮の再誘発が認められた(p<0.0001)。このことにより、Ca拮抗薬に加えてフルバスタチンを投与すると、冠攣縮の誘発頻度が低くなることが明らかとなり、フルバスタチンが冠攣縮の新たな薬剤となる可能性がある。さらに、基礎研究として、フルバスタチンは合成型スタチンであり、その合成過程において10個のcompound(合成物)が存在する。その10個のcompoundを用いて、一酸化窒素合成酵素(eNOS)遺伝子のレポーター遺伝子アッセイを行った。その結果、eNOS遺伝子発現を亢進させうるcompountが明らかとなった。現在、その物質について、eNOS遺伝子転写活性部位の同定を行っている。【目的】本研究は、HMG-CoA還元酵素阻害剤(スタチン)が冠攣縮を抑制するか否かを判定することを目的とする。【背景】冠攣縮は内皮障害と関連している。これまで、スタチンは内皮機能を改善することが示されてきた。【方法】本研究は前向き無作為非盲検試験である。冠動脈に有意狭窄がなく、アセチルコリン(ACh)の冠内注入により冠攣縮が誘発された患者64名を、フルバスタチン30mg/day+通常のカルシウムチャネル拮抗薬(CCB)療法(31名、スタチン群)、又は通常のCCB療法(33名、非スタチン群)に無作為に割り付けた。6ヵ月間の治療後、AChの冠内注入を再度行い、冠攣縮を評価した。【結果】6ヵ月間の治療後、冠攣縮はスタチン群31名中16名(51.5%、p<0.0001)、非スタチン群33名中7名(21.2%、p=0.0110)で抑制されており、両群において有意に抑制された。この結果から解析すると、6ヵ月間の治療後にAChで冠攣縮が誘発された患者数は、スタチン群では非スタチン群に比較して有意に減少していた(51.6%:21.2%、p=0.0231)。【結論】通常のCCB療法にフルバスタチン30mg/dayを6ヵ月間追加することにより、AChで冠攣縮が誘発された患者数は、通常のCCB療法に比較して有意に減少した。したがって、スタチン(フルバスタチン)は、新規の冠攣縮治療薬となる可能性がある。本研究はアメリカの医療ジャーナルに掲載された。(J Am Coll Cardiol2008;51:1742-8)
低い特性温度を持つ電子系の極低温磁化測定

(1)反強四重極転移系の磁気相図PrPb_3について反強四重極転移の磁気相図を明らかにした。反強四重極転移温度の上昇は[100]、[110]、[111]の順に抑えられることがわかった。この結果を平均場モデルで解析したところ、反強四重極転移温度の上昇は反強四重極相において磁場誘起される反強磁性モーメント間の磁気相互作用によること、相図の異方性の説明には磁気八重極相互作用が必要であることがわかった。(Ce,La)B_6系では未知の秩序相であるIV相について、常圧下および一軸応力下の精密な磁化測定を行った。常圧ではIV相に磁気異方性が見られなかった。しかし[110]方向の1軸圧下でIV相に顕著な磁気異方性が現れた。IV相の磁気特性は通常の反強磁性転移では説明できず、1軸応力に極めて敏感な秩序変数であると言える。TmTeの反強磁性転移(0.2K)に伴い強磁性モーメントが現れることがわかった。これは1.8Kにおける反強四重極秩序の存在、またそれが反強磁性と同じ波数を持つことを意味している。(2)重い電子系超伝導体の超伝導混合状態における磁化特性URu2Si2の高純度単結晶試料について超伝導相の磁化測定を行い、常磁性効果を調べた。Tcと直下でG-Lパラメータκ2に顕著な減少が見られ、スピン常磁性による超伝導の抑制効果が存在していると考えられる。この結果はURu2Si2超伝導相の電子対がd波である可能性を強く示唆する。CeRu_2のピーク効果の原因を調べるために混合状態の磁化過程を詳細に測定した。G-Lパラメータκ2の温度変化からは常磁性効果が存在しないと言え、FFLO相への転移の可能性は少ない。この物質のピーク効果はむしろシンクロナイゼーション効果と呼ばれるピニング力の増大によって説明可能である。1.PrPb_3の反強四極子(AFQ)秩序の磁場-温度相図PrPb_3は立方晶AuCu_3型構造の金属であり、非磁性のΓ_3非クラマ-ス二重項を結晶場基底状態に持つ。比熱測定等からT_Q(0)=0.4KでΓ_3型のAFQ転移を示すと考えられているが、H-T相図はこれまで報告がない。そこで単結晶試料を用いた磁化測定(H//[100])によって相図を調べた。一定磁場のもとでの磁化の温度変化M(T)はT_Qにおいて小さな折れ曲がりを示しT_Q以下でMが僅かに増大する。この挙動からT_Q(H)を求めたところ、T_Qは磁場とともに上昇し、5Tで約0.6Kに達することがわかった。このT_Qの上昇は基底Γ_3二重項だけでは説明が困難と思われる。この系は励起準位の反強磁性的相互作用がかなり大きい(θ【approximately equal】-7K)ことがわかっているので、一つの可能性としてO_2^0のAFQ秩序状態においてVan Vleck項によって反強磁性成分が磁場中で誘起され、その相互作用エネルギーがAFQ秩序を安定化しているのではないかと考えられる。

なおT_Q(H)以下の温度領域で7T付近にシャープな構造を持つ多段のメタ磁性が出現することがわかった。これも励起準位の磁気的自由度に起因するものであろうが、詳細は微視的研究が必要である。2.TmTeの反強磁性相の磁場応答TmTeはT_Q(0)=1.8KでAFQ転移、T_N(0)【planck's constant】.4Kで反強磁性(AF)転移を示すことが知られているが、AF相については不明な点が多い。これまでの中性子散乱実験によるとT_Q以下での磁場誘起AFモーメントとT_N以下のAF構造とが同じ波数ベクトルk=[1/2,1/2,1/2]を持つ。これが事実とすればT_Nでは時間反転対称性のみが破れていることになるが、その場合AF磁気構造は強磁性成分を持つと考えられる。この点を調べるために一定磁場中でのDC磁化の温度変化M(T)を調べた。0.2K付近の磁化の極大は数ミリTで消失し、降温過程のM(T)は明確な折れ曲がりを示さず0.2K以下で発散的に上昇する傾向を示した。これは強磁性成分の発生を示唆する。有限磁場下ではT_Nを明確に定義できなかったが、これはAF相とAFQ相の磁場中における磁気構造が等しくなるためにAF相転移が消失したためと思われる。3.その他Ce_xLa_<1-x>B_6の磁場-温度相図の決定、CeRu_2Si_2のメタ磁性と希釈効果、Ce(Ru,Rh)_2Si_2の低温磁性の研究などを行ったが、これらは雑誌論文に掲載されている。1.反強四極子転移系の磁場-温度相図前年度に引き続き反強四極子転移系PrPb_3、Ce_xLa_<1-x>B_6について研究した。PrPb_3ではΓ_3型の四極子相互作用および反強磁性相互作用を取り入れたモデルハミルトニアンについて分子場計算を行った結果、四極子転移温度が滋場中で上昇する振舞い、および低温における磁化過程を良く再現する結果を得た。したがってPrPb_3では反強四極子相において磁場誘起される反強磁性モーメント間の磁気的相互作用が重要であり、四極子転移温度を上昇させている原因であることが示された。Ce_xLa_<1-x>B_6では特にx=0.75の試料について磁気相図を詳しく調べた。この系では温度1.7Kから1.1Kの間においてIV相と呼ばれる新しい秩序相が出現する。この相では磁気異方性が生じないことから、軌道の揺らぎを伴った秩序ではないかと考えられている。そこで我々は磁化の一軸圧力効果を調べた結果、[001]方向と[110]方向とに明確な磁化率の異方性が現れた。これは一軸圧によって軌道の揺らぎが押さえられた結果と考えられる。2. CeRu_2の超伝導混合状態におけるビーク効果CeRu_2はH_<e2>直下において磁束のピン止め力が顕著に増大する、いわゆるピーク効果を示す。この原因について、新たな超伝導相(FFLO相)への転移ではないかとする見方がある。我々はCeRu_2の混合状態の磁化過程を詳細に調べた結果、まず磁化のヒステリシスが混合状態全域にわたって存在することを明らかにした。これはFFLO相の根拠の一つとされていた、可逆領域の存在を否定するものである。また、G-Lパラメータk_2の温度依存性を磁化過程より解析したところ、低温で低下する傾向が見られ、FFLO転移の必要条件である常磁性効果が存在しないことがわかった。さらにピーク効果付近の不可逆性を詳細に検討した結果、シンクロナイゼーション効果と呼ばれるピニング力の増大によって説明可能であることがわかった。以上より、CeRu_2ではFFLO転移は起きていないことが結論される。本年度の主な研究成果は以下の通りである。
追究意欲を高める電磁気教材の開発とユニバーサルデザイン化

目に見えないため理解が困難な電磁気の学習において、視覚化・数値化を図ることにより、児童生徒の興味を引き、学習意欲が向上する教材や実験方法の開発を行った。光通信機や着磁器を作成させることでものづくりの技能を高め、理科指導の充実を図ることができた。1.電磁石の強さを視覚化・数値化して、比較実験の結果の考察を容易にする実験方法の開発あらかじめ決めた重さの重りを吊るしたゼムクリップを電磁石の鉄芯の釘の先端部に引き付けさせ、吊るせる重さで磁力の大きさを比較する方法を開発した。多くの教科書の方法では、釘に直接引き付けられた鉄製品の数を比較するため鉄製品の向きやからみあい等の要因で結果のばらつきが大きく、児童の理解を妨げることがあったが、これが改善された。2.巻き数や電流の増加につれて磁力が大きくなる様子を演示する教材の開発10芯線を順につないだS-cableに電源装置から電流を流して、電流を大きくしたり、電線をコイル状にして巻数を増やしたりすると方位磁針の向きや引き付けられる鉄片数から磁力が大きくなっていく様子を視覚化できた。3.自作光通信機で通信距離の拡大に挑戦させる授業プラン実践送信機に高輝度LEDと3Vのコイン型電池を、受信機にミニ光電池とセラミックイヤホンを使用することにより、安価で少部品数のコンパクトで自作容易な光通信機を開発した。この授業プランは、先端技術である光通信の原理を実感を伴って理解できるだけでなく、凸レンズでの集光で通信距離を延ばす工夫を通して、光の性質について理解を深めることができ、エネルギー変換の学習にも活用できる。4.安価な着磁器の開発塩ビ筒に巻いたエナメル線のコイルに100V交流を流し、一般的な電気コードの心線をヒューズとして使うことにより、自作容易かつ安価でドライバー等を磁化できる実用的な着磁器を開発し、電磁気の理解を深める発展教材とすることができた。