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宇宙の構造形成における重力非線形成長の理論研究と観測的宇宙論への応用

暗黒エネルギーの観測的研究のために宇宙の大規模構造による弱い重力レンズ解析において重要な高精度な背景銀河形状測定法を開発した。近傍銀河団に対して弱い重力レンズによって内部の暗黒物質部分ハローを検出し、その統計的な性質が冷たい暗黒物質に基づく構造形成理論と矛盾しないことを初めて示した。我々がその存在を予言した銀河団のつくる新種の重力レンズ像が2009年に発見された。この像をつくる背景銀河の赤方偏移が暗黒エネルギーに敏感に依存することを示し、新たな暗黒エネルギーの観測方法を提案した。大規模構造が超新星の明るさに与える効果を定量的に調べることで、ニュートリノ質量の上限がえられることを示した。現在宇宙論の重要な課題は暗黒物質に基づく構造形成の詳細な理解と宇宙の加速膨張を支配している暗黒エネルギーの解明である。暗黒物質と暗黒エネルギーの研究にはそれらの重力的な影響を直接調べることができる重力レンズ観測が非常に重要であり、本研究のテーマでもある。今年度は宇宙の物質分布が遠方の天体に及ぼす重力レンズ効果について以下の研究を行った。ある種の超新星の見かけの明るさと赤方偏移の関係は宇宙の加速膨張を検証する重要な観測量であるが、宇宙の非一様性によって赤方偏移と絶対的な明るさが同じであってもみかけの明るさは重力レンズ効果によって影響を受け同じではない。この影響を補正しなければ真の加速膨張の詳細な情報を得ることができず、またこの影響自体が宇宙の構造形成の重要な影響を持っている。この影響を詳細に調べるため、すでに得られている膨張宇宙における非線形重力的な密度揺らぎの成長とある臨界密度を超えた時に天体が形成されて、その背後にある超新星が隠される影響を考慮して、超新星のみかけの明るさと赤方偏移の関係を理論的に導いた。また非一様な物質分布が及ぼす影響として宇宙シアと呼ばれる背景銀河の微小な組織的歪みがあり、この観測から暗黒エネルギーの観測が日本、アメリカヨーロッパで進められているが、その観測の基礎は背景銀河の形状正確な測定であるがは大気揺らぎ、工学系の不完全さなど様々影響によって誤差が起こり非常に困難であることが分かっている。我々は新たな形状測定の誤差の推定方法を提案し、現在解析中である。暗黒物質が構造形成に及ぼす役割について研究する目的で近傍銀河団中の暗黒物質分布の観測をすばる望遠鏡を用いてしているが、その観測データの解析中である。近い将来に実現される大規模銀河サーベイと超新星サーベイの観測から宇宙論に関してどのような成果が得られるかを検討し、今年度は主に超新星に着目し、そのみかけの明るさの赤方偏移依存性を調べた。超新星は宇宙の大規模構造による重力レンズの影響を受けるため、みかけの明るさの変化が起こる。その変化は大規模構造の進化やそれを引き起こす暗黒物質、ニュートリノ、暗黒エネルギーなどの性質に依存する。したがって超新星の明るさの平均からのずれを調べることで、これらの情報を引き出すことが可能である。今年度はニュートリノの質量に対する制限を取り上げた。その結果、赤方偏移が2程度までの十分な数の超新星が観測されれば、ニュートリノ質量が0.2エレクトンボルト程度まで制限可能であることが分かった。また銀河サーベイにおける銀河の形状測定のこれまでの研究を継続した。宇宙大規模構造の重力レンズ効果による銀河の微小な変形を統計的に求め暗黒エネルギーへの制限を求めることは、銀河サーベイの目的の一つであるが、そのためには銀河の正確な形状測定が不可欠であ。しかし実際に観測される画像は大気の揺らぎや望遠鏡の光学系の不完全さ、CCDによる画像のでこぼこなど様々な影響を受ける。この影響の補正をPSF(point Spread Function)補正というが、従来のPSF補正は不十分であるため全く違ったPSF補正方法を開発し、この方法による補正の精度を上げるための数値実験を行った。その結果、CCDの光子ノイズ(CCDがランダムに受ける光子による影響)以外の影響は、0.1 %以下の精度で取り除けることが分かった。さらに従来続けている近傍銀河団内の暗黒物質分布を弱い重力レンズ効果を用いてすばる望遠鏡で観測するプロジェクトが最優先のプロジェクトとして採択され、10数個の銀河団に対して画像データが得られた。超新星のみかけの明るさが宇宙の大規模構造の重力レンズ効果によって変化する現象を定式化できたこと、およびそれを用いてニュートリノの質量に対する制限が得られることを示さた。すばる望遠鏡による近傍銀河団に対して弱い重力レンズを用いて暗黒物質分布を調べるプロポーザルがすばる望遠鏡の新しい主焦点超広視野カメラの最優先プロジェクトとして採択され、10数個の銀河団の画像データを得ることができた。また新しいPSF補正法によって従来に不十分であったいくつかの補正が改良できた。本研究課題に対する実績として以下のものがある。1.宇宙の大規模構造を解析する有力な方法として大規模構造による背景銀河に対する弱い重力レンズ効果の観測がある。この方法は重力レンズによる影響が微弱であるため背景銀河形状のレンズの影響を精密に評価する必要がある。そのために本研究では新たな背景銀河の形状測定法を開発した。また大気の揺らぎ、光学系の不完全性などによる影響を精密に取り除く必要があるが、その新たな方法を開発し、その精度を確かめるために数値実験を行った。その結果、ある程度の精度向上を確認した。2.銀河団の質量分布構造を評価するため多数の銀河団に対して弱い重力レンズ効果を観測して、決定した質量分布を冷たい暗黒物質に基づく構造形成理論との比較検討して、理論との一致を示した。またX線などの観測との比較を行って銀河団の力学状態を調べた。

3.すばる望遠鏡を用いて近傍銀河団に対する弱い重力レンズ観測を行い、銀河団中における暗黒物質分布と銀河団メンバーの銀河との相関を詳細に調べ、初めて経験則に基づかない質量と明るさの関係を示した。4.近い将来に10万個のオーダーで観測される遠方のタイプIa型と呼ばれる超新星に対して、宇宙の大規模構造による弱い重力レンズを受けてみかけの明るさの分散が起こるが、赤方偏移ごとのそみかけの明るさの分散の変化からニュートリノの質量に対する制限が得られることを示した。5.銀河団による重力レンズ像の中で我々が初めて指摘したGRAMORと呼ばれる非常に拡大されているが変形が小さいものに着目して、GRAMORをつくる背景銀河の赤方偏移分布が暗黒エネルギーに敏感に依存することを示した。暗黒エネルギーの観測的研究のために宇宙の大規模構造による弱い重力レンズ解析において重要な高精度な背景銀河形状測定法を開発した。近傍銀河団に対して弱い重力レンズによって内部の暗黒物質部分ハローを検出し、その統計的な性質が冷たい暗黒物質に基づく構造形成理論と矛盾しないことを初めて示した。我々がその存在を予言した銀河団のつくる新種の重力レンズ像が2009年に発見された。この像をつくる背景銀河の赤方偏移が暗黒エネルギーに敏感に依存することを示し、新たな暗黒エネルギーの観測方法を提案した。大規模構造が超新星の明るさに与える効果を定量的に調べることで、ニュートリノ質量の上限がえられることを示した。暗黒エネルギーの観測に重要な新星のみかけの明るさと赤方偏移関係について物質分布の非一様性を考慮した研究を行い、論文を執筆し受理され出版された。また背景銀河の形状測定の誤差の評価方法について新たな方法を提案し論文を書き受理され掲載された。2015年が一般相対性理論が提唱されてから100年になることを記念した欧文の書籍で重力レンズのレビューを依頼され執筆した。構造形成の理解に不可欠な近傍銀河団内の暗黒物質分布を弱い重力レンジによて観測するすばる望遠鏡のプロポーザルが採択され順調に観測が行われた。超新星のみかけの明るさの確率分布が非ガウス的である点に着目して、その非ガウス製から宇宙論的な情報を引き出せるか検討する。とくにこの非ガウス性は、密度揺らぎの非線形成長に伴う非ガウス分布の成長に関連しており、宇宙膨張の詳細、暗黒物質の性質の詳細に依存しており、これまで以上の情報が引き出せると期待している。PSF補正については、唯一残ったCCDの光子ノイズの補正を研究する。さらに実際の観測データに適用して暗黒物質分布、暗黒エネルギーへの制限がどの程度得られるかを調べる。近傍銀河団内の暗黒物質部分ハローの観測については従来の研究を続行し、観測データの解析を行う。宇宙論これまで行った研究は冷たい暗黒物質に基づく非線形成長と構造形成によって作られた物質分布の非一様性を考えたものであるが、それ以外の暗黒物質による構造形成の場合も同様の効果があるので、それを考慮することで超新星のみかけの明るさと赤方偏移の関係から暗黒物質の性質を制限できる可能性を考える。
西洋中世における境界地域の統治システムに関する比較史的研究

本研究は、西洋中世世界の境界地域における人間集団の統治システムの生成、機能、変化の過程を、当該地域における異文化の接触と影響、人間集団の分裂と統合に注目しながら跡付ける共同研究である。そのために、従来代表されがちであった英独仏といった近世以降の強国の事例だけに注目するのではなく、異文化接触という観点を導入する。そのうえで、境界地域で異文化接触が確認される地理的枠組みごとに専門家が境界地域に対する統治システムを分析し、全体を総合して、西洋中世全体の統治システムの特徴を再構成する。こうして、人間集団をコントロールする統治システムはどのような制度であり得るのかという普遍的問題の考察につなげる。
熱弾性と熱弾塑性の数学解析

熱弾性方程式は変形と温度分布の関係を記述する連立非線形偏微分方程式である。この連立方程式に関連する方程式について考察した。研究期間中に得られた結果は、(1)3次元形状記憶合金のFalk-Konopkaモデルに等温の仮定の下で弱い摩擦を付与した方程式の高次漸近展開、(2)等温Falkモデルに対しての2種の不変測度の構成、(3)伸張性を考慮した梁の振動を記述するWoinowsky-Krieger方程式の特異極限問題、(4)Falkモデルやその周辺の方程式に対しての構造保存型数値解法に対するエネルギー法、の4点である。平成25年度は、形状記憶合金のFalkモデルの数値スキームの構成とその数学解析を主に行った。具体的には、まず定数温度の条件下でのFalkモデルの数値計算スキームの構成を研究した。この等温Falkモデルは歪みについての方程式としてみると一般化されたBoussinesq型方程式と同じ形をしている。この方程式に対して、降旗氏(大阪大)らによって考案された離散変分導関数法を用いたエネルギー保存則を引き継ぐ差分スキームは松尾氏(東京大)によって導出されている。ここでは、このスキームの近似解と厳密解の間の誤差評価を示した。ここで使った計算法を用いると他の方程式に対する既存の誤差評価結果の必要条件も若干改善できる。本研究は市川享祐氏(アーク情報システム)との共同研究である。次に、等温の仮定を取り除いた元のFalkモデルの熱弾性方程式に対して、エネルギー保存・エントロピー増大・温度の正値性のすべてを満たすスキームを提案し、その解の存在を証明し、更に誤差評価も証明した。この結果でも、合金の変位と温度に対する方程式を歪みと温度に対する方程式に書き換えることで、見通しのよいシンプルな差分スキームを導出している。一方で歪みについての方程式を用いると、多次元問題などに直接応用することはできない点がこのスキームの欠点である。そこで、降旗氏の2階微分方程式に対するスキームの構成の方法をヒントにして、もとの合金の変位と温度に対する方程式についてもスキームを導出し、この結果をHoffmann-Zochowski(1998)の2次元モデルに適用し新たなスキームを導出した。また、この結果はより一般の熱弾性方程式にも応用できることがわかった。平成26年度は、伸張性のある梁の方程式の初期値問題と構造保存型数値解法について研究し、以下の4つの結果を得た。1-1. Woinowsky-Kriegerが提案した伸張性のある梁の方程式は、非局所分散型の四階半線形偏微分方程式である。Ballはこの方程式に摩擦と構造減衰(Kelvin-Voigt)項を加えた方程式(Ballのモデル)の初期値境界値問題について解析しているが、本研究ではこのBallモデルの全空間における初期値問題について考察した。まずは、Ono(1999)による修正されたNakaoの補題によって減衰評価を得たのち、二つの減衰項の両方の長所を生かした線形評価を組み合わせることで、より速い減衰評価を得た。1-2.次に、この方程式の加速度項の解に及ぼす影響を調べるために、加速度項の係数をゼロに取った極限方程式の減衰評価を求め、この極限方程式への特異極限の評価を与えた。1-1および本研究はReinhard Racke氏(Konstanz大)との共同研究である。2-1.偏微分方程式論において標準的であるエネルギー法を、離散変分導関数法に移植することで、解の存在証明を改善した。Cahn-Hilliard方程式とBoussinesq型方程式を例にとると、既存の結果では時間の刻み幅が空間の刻み幅に比べて十分小さいことを条件としていたが、この方法を用いると空間の刻み幅によらず時間の刻み幅のみ小さく取ればよい。2-2.形状記憶合金のFalkモデルのエネルギー保存とエントロピー増大の構造を保存する差分スキームに対して、以前の結果では解の存在のみ言及していたが、厳密解と近似解の間の誤差評価を示した。また2-1のエネルギー法を形状記憶合金のFalkモデルに適用することで、やはり時間の刻み幅のみ小さくとれば近似解の存在を証明することができることを示した。平成27年度は、以下の結果を得た。1.確率Cahn-Hilliard方程式の後退オイラースキームの可解性について考察した。加法的ノイズがある場合、エネルギーノルムを一様に初期値で制御できないため、既存のエネルギー法のように時間の刻み幅が直前のエネルギーサイズに依存する方法は適用できない。そこでSchaeferの不動点定理を用いることで可解性を示した。また期待値に着目すると伊藤の公式により一次増大するエネルギー関係式が導かれる。そこでまず加法的ノイズを付与した線形発展方程式に対して、この構造を保存する数値計算スキームを提案しその誤差評価を与えた。以上の結果はFredrik Lindgren氏(大阪大)と降籏大介氏(大阪大)との共同研究である。2. Kirchhoff方程式において非局所非線形項の非局所部分を既知の時間依存する係数に置き換えた問題については多くの結果が知られている。同じ動機で、伸張性のある梁方程式の非局所非線形項を既知の時間依存する係数に置き換えた変数係数線形梁方程式を考察し、解の漸近系をGallay-Raugelの方法を用いて求めた。この漸近形から、係数の増大指数によって漸近形が分類されることがわかった。本研究は若杉勇太氏(名古屋大)との共同研究である。

3.力学的境界条件のCahn-Hilliard方程式と第二音付き準線形熱弾性方程式の構造保存型数値解法を提案し、その誤差評価等の数学解析の結果を与えた。本研究は、前者が深尾武史氏(京都教育大)ら、後者が川島秀一氏(九州大)との共同研究である。熱弾性方程式は変形と温度分布の関係を記述する連立非線形偏微分方程式である。この連立方程式に関連する方程式について考察した。研究期間中に得られた結果は、(1)3次元形状記憶合金のFalk-Konopkaモデルに等温の仮定の下で弱い摩擦を付与した方程式の高次漸近展開、(2)等温Falkモデルに対しての2種の不変測度の構成、(3)伸張性を考慮した梁の振動を記述するWoinowsky-Krieger方程式の特異極限問題、(4)Falkモデルやその周辺の方程式に対しての構造保存型数値解法に対するエネルギー法、の4点である。ドイツでの長期滞在を通じて、興味深いトピックスや新しい知見を得ることが出来たため。数学解析研究計画にも述べたとおり、研究の進捗状況に応じて柔軟に方針を見直しながら研究を進める。当初の研究計画と方向性は異なるが、解の挙動を知る上でのヒントが得られたため。4月から10ヶ月間在外研究員としてドイツに滞在したため、購入予定であった物品の納入を次年度に見送ったため。解の挙動について研究計画で記した方法に加えて、本年度の研究手法を並行して考察する。滞在中に得られた結果の発表にかかる旅費や論文の別刷りの購入費が、予定より多くかかると予想されるので、この次年度使用額をこれらの費用にあてる。数学分野で共同研究を進める上では、共同研究者と直接向かい合って長い期間議論ができる研究環境が望ましい。研究協力者であるRacke教授(Konstanz大学)と研究代表者の所属先である愛媛大学工学部から、2014年度1年間弱のKonstanz大学への滞在に対して許可が得られた。本年度夏季にこの許可が得られ、対応して出張計画を一部変更したため、次年度使用額が生じた。2013年度に生じた次年度使用額はKonstanz大学の滞在にかかる旅費として使用する。
コックニー詩派における「南」の思想とリベラリズム

本研究はコックニー詩派と称されたリイ・ハント、バイロン、シェリー、キーツらのロマン派第二世代の詩人たちが、イギリスの美学的政治的改革を企図するために、ヨーロッパの「南」の思想を体現するイタリアを詩的源泉としたことの意義を明らかにした。特にハントらによってピサで創刊された『自由主義者』や、ハントらが近代文学の父として範としたダンテを、彼らの思想の軸として、彼らが説いた自由主義思想にっいて考察した。本研究は、コックニー詩派の詩人たちが、アルプスを挟んだ南北ヨーロッパのうち地理的「南」を舞台としてイギリスにおける文化的、政治的改革を主張した詩を謳ったことの意義を考察する。本年度はまず、当時ピサ・サークルと呼ばれたL.ハント、P.B.シェリー、G.バイロンらのグループがイタリアにおいて刊行した『自由主義者』という批評雑誌や、彼らの書簡、本国イギリスにおける『自由主義者』に対する反応等を載せた批評雑誌といった第一次資料を収集した。それらの資料において、ハントらが当時のイギリスの政治的腐敗に対し、コスモポリタンとしての視点から批判の声を上げたという地理的政治的構図を捉えることができた。次に当時のイタリアの政治的状況を論じた文献やウィリアム・ロスコーによるイタリアについての歴史的著述等を収集し、当時「南」が「北」に対して自らをどのように位置づけていたかについて概観した。さらにこうした観点に言及する批評書を中心とした第二次資料の収集も行い、最新の批評動向についての確認も行った。最終的にこうした資料から、「南」の地において政治的文化的改革を主張したコックニー詩派にはロマン主義的コスモポリタニズムの精神が宿っていたことを結論として得た。コスモポリタン的精神は、政治を語る資格を保証する階級と経済力を有した「市民」から発現するものではなく、自らの意志を礎にエグザイルとしての自由主義的視点を有する「個人」に見出されるものである。すなわちそのコスモポリタニズムには、「市民」の国としての帝国を、「市民」のいない国としての「南」の地から眺めるという外在性によって、帝国主義や王政による正統性の主張が内包する閉塞性や不平等性、あるいは国民国家を形成する愛国主義的「市民」に潜む欺瞞に対して批判を行うという地政学的視点が存在していたという結論を得た。本年度は、前年度において結論として導いた、「南」の外在性が担うロマン主義的コスモポリタニズムをさらに具体的に考察した。Shelleyらの抱いしいた思想の鍵は、彼らが批判の的としたとされるSoutheyが説いたイギリス的リベラリズムとShelleyらのリベラリズムとの相違にある。例えば、Byronが彼らの創刊したThe Liberalの誌名に使用したliberalの語は、彼が従来から関心を抱いていたスペインの自由党群の独立運動の動向と歩を同じくし、専制政治へ異を唱える自由主義者の思想に基づいていた。しかし、Southeyら保守派は、liberalという語に国外の急進派という他者性の意味を付与し、イギリス国内において伝統的に保持されてきた道徳的、宗教的価値観や国家体制こそが、イギリス的自由主義思想であるとし、liberalの語的反イギリス性を強調した。したがって興味深いことに、リベラリズムは、イギリス的か反イギリス的かという党派的対立によって二つの流れを生み、それは他の語で言い換えれば、「北」か「南」かという地政的構図の位相によって捉えられた。さらに、Shelleyらは敢えて「南」の詩人たちであるDante、Ariostoや当時のイタリア詩人であるLuigi Pulciらを擁して、「北」の文学的遺産から逸脱する「南」の美学的趣味を生み出そうとした。すなわち、「南」における詩作は、専制政治という、外側から統御しようとする束縛によってでなく、自律的市民に共有される共和主義的精神によって生み出される自由の美学を説くことであったと結論づけた。本研究は、コックニー詩派の詩人たちが、イタリアにおいて本国イギリスの美学的政治的改革を主張したことの意義を考察するものである。本年度は、これまで考察してきたイタリアという文化的、地政学的空間性に付与されたリベラリズムの思想について結論を得るに至り、学会での口頭発表や論文の刊行によってその成果を公表した。具体的には、1822年にHunt、Byronらが創刊したThe Liberalにおいて企図された、コスモポリタン的リベラリズムの意義と、彼らがイギリスにおける美学的趣味を改革するための布石としたDanteの詩の意義という2つの観点から考察を行った。まず、The Liberalの理念とは、イタリアの文学的豊穣さをイギリスへと移植することによって新しい美的規範を立ち上げ、イギリスの現体制をより理想的な体制へと改革していくことであった。

The Liberalの創刊と、イギリスという国家のアイデンティティを形成していく時期とが重なった時、コスモポリタン的視座においてイタリア的文学性を称揚することは、それ自体、閉塞的、保守的イギリスの愛国主義に抵抗するリベラリズムに成り得た。そしてかつて市民の自律性によって共和主義的理想が実現し、ヨーロッパの専制政治への抵抗と解放を謳うイタリアこそが、リベラリズムの磁場となり得た。また、そのイタリア文学を代表し、近代ヨーロッパ文学の父として、Huntらが範とした詩人がDanteであった。Danteは、故郷のフレンチェを追われ亡命生活を送った政治家でもあり、ラテン語よりもイタリア語という自国の言語と文学を確立した詩人でもあった。したがって、HuntらがDanteの詩を称揚した背景には、Danteの詩を通して、時代の精神性を象徴する近代的な詩を生み出し、ひいてはイギリスの美学的趣味を新しいものへと改革していくという自由主義的改革の思想が存在していたと結論づけた。
新しい外場応答性分子性物質の開発

温度・圧力・光・電場などの外場に応答する新しい分子性物質を開発するために、双安定分子であるスピンクロスオーバー分子を分子性伝導体や分子性誘電体へ導入することにより、スピンクロスオーバーと伝導性・誘電性のカップルしたスピンクロスオーバー伝導体や誘電体の開発に成功した。そのカップリングのメカニズムの検討からスピンクロスオーバー分子間に働く強い分子間相互作用が複合機能性を実現するための重要なポイントであることを明らかにした。温度・圧力・磁場・光などの外場に応答する双安定分子を分子性固体へ埋め込むことで伝導性・磁性・誘電性といった固体電子物性の外場応答の実現例はこれまで報告はない。これに対し外場応答するスピンクロスオーバーイオンを分子性導体に導入することにより、ヒステリシスを伴うスピン転移により伝導性の双安定状態を作り出すことに成功し、さらに低温での光照射により磁化の光応答性も観測してきた。本研究では、分子間相互作用・結晶構造を考慮した上で外場応答パートを適切に導入することで固体電子物性を積極的に制御する方法論を誘電性へ応用することを考え、双極子を持つアニオンとして硫酸水素イオンを導入した新規鉄(III)錯体[Fe(qsal)_2](HSO_4)の合成を試みたところ、酸性条件にも拘らず鉄錯イオンが分解することなく合成できることが明らかとなった。室温での単結晶X線構造解析から[Fe(qsal)_2](HSO_4)・CH_3OHという組成で、硫酸水素イオンは二量体を形成しその構造に乱れがあることが分かった。配位結合距離と結合角からこの錯体は室温で高スピン状態であることが示唆された。磁化測定からも室温で高スピンであることが確認され、その温度依存性から160K付近で6Kの温度ヒステリシスを伴う急激なスピン転移を示し低スピンとなることが明らかとなった。また、この錯体は低温での光照射で磁化の増大が観測され光誘起準安定な高スピン状態へトラップできる。誘電率の温度変化を測定したところ、スピン転移と同じ温度領域で誘電率にヒステリシスを伴う変化が起こることがわかった。今回の結果はプロトン性アニオンを金属錯体へ導入することが可能であること示すことができ、外場応答性を持つプロトン駆動誘電金属錯体やプロトン伝導性金属錯体開発へとつながるものと考えられる。温度・圧力・磁場・光などの外場に応答する双安定分子であるスピンクロスオーバーイオンの大きな構造変化に注目し、分子性固体に埋め込むことで伝導性・磁性・誘電性といった固体電子物性の外場応答の実現を目指した。これまでに分子性導体での伝導性の双安定状態を作り出すこと、さらに低温での光照射により磁化の光応答性もに成功してきた。昨年度、プロトン介在型誘電性やプロトン伝導性をスピンクロスオーバー錯体に付加するため、プロトン性極性アニオンである硫酸水素イオンを有する鉄(III)錯体の合成を試みたところ、酸により分解されることなく金属錯体[Fe(qsal)_2](HSO_4・CH_3OHとして単離に成功し、新規な鉄(III)スピンクロスオーバーであることを明らかにした。本年度、この錯体の結晶構造の温度変化を明らかにすることができ、二量体を形成し孤立しているHSO_4イオンの秩序-無秩序化がスピン転移とカップルしていることが明らかとなった。さらにHSO_4イオンの水素結合の次元性を向上させ協同的なプロトン介在型物性の実現を目指し、HSO_4イオンを有する鉄(II)錯体の合成を検討したところ、[Fe(bpp)_2](HSO_4)_2・2CH_3OHという新規な錯体を得ることに成功した。単結晶構造解析の結果、HSO_4イオンは水素結合により一次元に配列し、さらに配位子との間に水素結合を形成していることが明らかとなった。配位結合距離、磁化率の測定からこの錯体は室温で低スピンであるが、酸性であるプロトン性アニオン、硫酸水素イオンを金属錯体へ導入することがより一般的に可能であることを示す結果である。今後、配位子設計や金属錯体作製条件を検討することでスピンクロスオーバーを示す錯体が得られれば、外場応答性を持つプロトン誘電性金属錯体やプロトン伝導性金属錯体開発へとつながるものと考えられる。
少数性転移を起こすコア反応モチーフの解析とその探索

分子の少数性・離散性に起因する様々な現象がこれまで議論されてきたが、これらの現象を統一的に理解する枠組みが存在しなかった。また、細胞内においてこういった現象がどのような機能を果たしうるのかも不明であった。本研究では、少数性現象の基礎理論構築と、細胞内少数性現象の探索を目的として以下の二つの研究を行った。(1)平衡状態における濃度分布に注目し、少数性効果を数理的に特徴づける手法を確立した。この手法により、過去に報告されてきた少数性現象を統一的に理解できる。また「いくつからが少数なのか」などといった問題にも答えることができるようになった。また、この手法を用いて、1,2種の化学種からなる単純な化学反応モチーフを全列挙し、どのモチーフが少数性効果を持ち得て、どのようなモチーフが持ち得ないのかのリストを作成した。このようなモチーフのリストは、実際の生体内化学反応における少数性効果を探索する際に非常に重要なヒントになりうる。また、in vitroで実際に少数性効果を持つ系を構築するといった合成生物学的アプローチを可能にすると期待される。(2)実際の細胞内の少数性現象の例として、キネシンが分子の数に依存して進む方向を変えるという現象の数理モデルによる解析を行った。この現象は、微小管をプラス端あるいはマイナス端方向に輸送するという相反する機能が、一種類のキネシン分子に埋め込まれているという興味深い例になっている。27年度が最終年度であるため、記入しない。現在までにおいて、化学反応における分子の少数性効果は様々な例が報告されて来たが、これらの現象を統一的に理解する枠組みが存在しなかった。本研究では化学平衡状態における濃度分布に注目し、少数性効果を数理的に特徴づける手法を確立した。この手法により、今まで明確に定義されてこなかった少数性効果を、数理的に定式化でき、過去に報告されて来た少数性現象を統一的に理解できる。上記のように少数性効果を明確に定義できるようになったため、与えられた化学反応に対して、その系が少数性効果を持ちうるのか持ち得ないのかを判別可能になった。この手法を用いて1、2種の化学種からなる単純な化学反応モチーフを全列挙し、どのモチーフが少数性効果を持ち得て、どのようなモチーフが持ち得ないかのリストを作成した(コアモチーフの列挙)。実際にリストアップした少数性効果を持つモチーフには全てにおいてポジティブフィードバックが含まれていた。ここからポジティブフィードバックが少数性効果に非常に重要な役割を果たすことが推測できる。これは生体内化学反応においてポジティブフィードバックを持つ化学反応経路(細胞極性形成反応、免疫反応など)において少数性効果が重要な役割を担っている可能性があることを意味している。上記はすべて平衡化学反応系についての研究であるが、非平衡系においても少数性効果は出現しうる。このような例として、少数になると化学反応のフローが逆流するような少数性効果の存在を示し、解析を行った。少数性効果を明確に特徴づける手法を確立できたため、交付申請書に記した少数性効果を示しうる反応モチーフの列挙が可能になった。実際に、1,2種の化学種からなる単純な化学反応モチーフにたいして、少数性効果を持ちうるネットワークモチーフのリストを作成できた。そのため現時点で、研究の要となる部分は完成したと言える。また、提案した手法により、化学反応の少数性効果の基礎理論を、少なくとも平衡系においては構築できたため、研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。

化学反応の少数性効果について、現在まで様々な報告がなされているが、生体内反応として生体機能と密接に結びついた少数性現象についての報告は極めて少ない。このような例を発見し、解析できれば細胞生物学上、あるいは生物物理学上の大きなパラダイムシフトになりえる。このような背景のもと、本研究課題では少数性効果を起こす化学反応モチーフの列挙・探索を通して、少数性効果現象が生体機能として積極的に用いられている例を探索することを最重要の目的としていた。前年度の研究において、ポジティブフィードバックが少数性効果を引き起こす上で非常に重要であることがわかったため、このようなポジティブフィードバックを持つような生体内化学反応系を中心に少数性効果の有無を詳細に調べていく予定である。必要があればより実際の系に則した詳細な数理モデルを構築し解析を行う。またポジティブフィードバックを持つ化学反応以外においても、少数性効果が生体機能に密接に関わっていると思われる例が存在すれば随時、詳細に解析していく。また少数性効果の基礎理論の構築も同時に目指す。前年度の研究において、平衡状態における少数性効果の基礎理論はほぼ完成したと言える。しかし一般には、非平衡においても少数性効果が生じうる。また定常状態の性質以外にも緩和過程など、ダイナミクスの面で少数性効果が生じる例も報告されている。前年度に構築した理論をこのような系にも応用できるよう、提案理論の一般化を目指す。並行して、in vitroの系で実際に少数性効果を持つ系を構築できないか、合成生物学の専門家と議論し共同研究などを目指す。27年度が最終年度であるため、記入しない。
アジアの水環境におけるバンコマイシン耐性腸球菌の分布実態と伝播機構の解明

昨年度に実施した研究実績として、(1)東南アジア(日本、タイ、ベトナム)の水環境を対象としたバンコマイシン耐性腸球菌(VRE)の実態調査、(2)van耐性遺伝子の伝播実験に使用する受容菌の選定を行った。(1)では、日本を含めた3カ国でVREの分布調査を実施した。タイと日本の試料は、2018年9月にバンコク市と山形県鶴岡市の下水処理場の活性汚泥反応槽から採取した。2018年12月には、ベトナムの未処理の生活排水を採取した。VREの計数はCHROM Agar社の選択培地を使用し、併せてVRE感受性菌の菌数を測定することで、VREの存在割合を推定した。3カ国の活性汚泥からVREが検出され、タイにおけるVREの存在割合はそれぞれと6.4%と6.8%であり、日本の場合と比較して高く検出された(5.0%)。最もVREの存在割合が高かったのはベトナム(18.9%と14.9%)であり、低かったのは日本であった。VREの検出割合に差がみられた原因は定かではないが,抗菌薬の使用履歴が関係あると推察している。(2)では、VREからバンコマイシン耐性遺伝子が伝播する宿主領域の探査を実施するための受容菌の選定を実施した。耐性遺伝子を受け渡す供与菌は、実施項目(1)で単離したVRE株を用いるが、耐性遺伝子を受け入れる(受容菌)は如何なる薬剤耐性を有していない菌株が必要となる。そこで、日本の下水処理場の下水処理場から受容菌に用いる非耐性株の単離を試みた。試料は下水処理過程(流入下水、活性汚泥、2次処理水、放流水)から採水を行った。各試料について、選択培地を用いたメンブランフィルター法によって腸球菌を計数・単離を行い、薬剤感受性試験によって耐性の有無を判定した。用いた抗菌薬には、腸球菌感染症に使用される12種類の抗菌薬を用いた。その結果、これまでに下水処理過程に耐性を持たない腸球菌を単離している。研究実績に記載した実施事項から判断すると、研究計画書に記載した昨年度の実施事項は満たしているため、おおむね進捗していると考えている。VREのモニタリングに関して、タイとベトナムでモニタリングを開始できたが、カンボジアでは同様の調査が実施できなかった。これはカンボジアの研究協力者が海外でPhDを取得するため、国内にいなかったためである。2019年5月末にカンボジアで調査を行う計画をしており、現地研究者の協力を得て定期的なサンプリングを開始する予定である。van耐性遺伝子の伝播実験に関しては、耐性遺伝子を受け入れるために必要な受容菌を単離することができた。本年度は伝播実験に着手するために必要な菌株は揃っており、実験を進めていく次第である。本年度に実施する研究タスクとして、(1)東南アジアの水環境を対象としたVREの実態調査の継続、(2)van耐性遺伝子の伝播実験、(3)VREの全ゲノムの取得である。タスク(1)は、昨年から引き続き東南アジアを対象としてVREのモニタリング調査を継続する。計数後に単離した菌株について、VREの主要なvan耐性遺伝子(vanA、vanB、vanC1、vanC2/C3)の検出を実施する。耐性遺伝子が検出された菌株について、腸球菌種の同定と薬剤感受性試験を実施する。モニタリングは本年度まで実施し、各国のVREの分布状況を明らかにする。タスク(2)は、NCTC(耐性菌標準株を保有するリソースセンター)から分譲した2つのVRE標準株に加え、各国で単離したVREを含めた伝播実験を実施する。始めに、耐性遺伝子の伝播の評価に一般的に用いられるFilter mating法とBroth mating法を実施する。次に環境条件を模擬したin vitro実験を実施する予定である。供与菌と受容菌の数を増やすと、両者の組み合わせが多くなり実験作業が膨大になると想定される。まずは供与菌には3株、受容菌には6株程度選定し、実施する。その際、腸球菌種での違いによる伝播率を比較することため、主要な腸球菌種であるEnterococcus faecalisとEnterococcus faeciumをターゲットとして実施する。料金種を受容菌と供与菌に含め、同一種間と異種間における伝播率の違いを評価する。タスク(3)は、(1)のモニタリング結果から東南アジア諸国から分離されたVREの全ゲノム解析を実施する。試験に使用する菌株は、van耐性遺伝子の検出と薬剤感受性試験を実施後、腸球菌種の同定し、VREと同定された菌株を用いる。分離状況や予算にもよるが、各国から1-2株程度、計5株分析する予定である。

3カ国の活性汚泥からVREが検出され、タイにおけるVREの存在割合はそれぞれと6.4%と6.8%であり、日本の場合と比較して高く検出された(5.0%)。最もVREの存在割合が高かったのはベトナム(18.9%と14.9%)であり、低かったのは日本であった。VREの検出割合に差がみられた原因は定かではないが,抗菌薬の使用履歴が関係あると推察している。(2)では、VREからバンコマイシン耐性遺伝子が伝播する宿主領域の探査を実施するための受容菌の選定を実施した。耐性遺伝子を受け渡す供与菌は、実施項目(1)で単離したVRE株を用いるが、耐性遺伝子を受け入れる(受容菌)は如何なる薬剤耐性を有していない菌株が必要となる。そこで、日本の下水処理場の下水処理場から受容菌に用いる非耐性株の単離を試みた。試料は下水処理過程(流入下水、活性汚泥、2次処理水、放流水)から採水を行った。各試料について、選択培地を用いたメンブランフィルター法によって腸球菌を計数・単離を行い、薬剤感受性試験によって耐性の有無を判定した。用いた抗菌薬には、腸球菌感染症に使用される12種類の抗菌薬を用いた。その結果、これまでに下水処理過程に耐性を持たない腸球菌を単離している。研究実績に記載した実施事項から判断すると、研究計画書に記載した昨年度の実施事項は満たしているため、おおむね進捗していると考えている。VREのモニタリングに関して、タイとベトナムでモニタリングを開始できたが、カンボジアでは同様の調査が実施できなかった。これはカンボジアの研究協力者が海外でPhDを取得するため、国内にいなかったためである。2019年5月末にカンボジアで調査を行う計画をしており、現地研究者の協力を得て定期的なサンプリングを開始する予定である。van耐性遺伝子の伝播実験に関しては、耐性遺伝子を受け入れるために必要な受容菌を単離することができた。本年度は伝播実験に着手するために必要な菌株は揃っており、実験を進めていく次第である。本年度に実施する研究タスクとして、(1)東南アジアの水環境を対象としたVREの実態調査の継続、(2)van耐性遺伝子の伝播実験、(3)VREの全ゲノムの取得である。タスク(1)は、昨年から引き続き東南アジアを対象としてVREのモニタリング調査を継続する。計数後に単離した菌株について、VREの主要なvan耐性遺伝子(vanA、vanB、vanC1、vanC2/C3)の検出を実施する。耐性遺伝子が検出された菌株について、腸球菌種の同定と薬剤感受性試験を実施する。モニタリングは本年度まで実施し、各国のVREの分布状況を明らかにする。タスク(2)は、NCTC(耐性菌標準株を保有するリソースセンター)から分譲した2つのVRE標準株に加え、各国で単離したVREを含めた伝播実験を実施する。始めに、耐性遺伝子の伝播の評価に一般的に用いられるFilter mating法とBroth mating法を実施する。次に環境条件を模擬したin vitro実験を実施する予定である。供与菌と受容菌の数を増やすと、両者の組み合わせが多くなり実験作業が膨大になると想定される。まずは供与菌には3株、受容菌には6株程度選定し、実施する。その際、腸球菌種での違いによる伝播率を比較することため、主要な腸球菌種であるEnterococcus faecalisとEnterococcus faeciumをターゲットとして実施する。
日本三景松島の巨大地すべり説の実証的研究

東北日本の太平洋側にある松島は,松島湾とその内外にある大小260余りの島々からなる日本三景の一つである景勝地である.長谷川ほか(2008)は,松島周辺の地形,地質を検討した結果,巨大な地すべりによって形成された可能性が高いとの仮説(松島巨大地すべり説)を示した.本研究では松島巨大地すべり説を実証する目的で,東松島市宮戸島において2015年に深さ70mのオールコアボーリングを実施した。また、想定すべり面の上盤側,想定すべり面,想定すべり面の下盤側の3箇所から得たジルコンのU-Pb年代を試みたが,誤差の範囲で一致する15.2 Maを示し、地すべり説を積極的に支持する結果は得られなかった.本研究は日本三景の一つである陸前松島が巨大地すべりであることを実証する第1ステージで、松島諸島の島においてボーリング調査によって岩盤の下に過去の海浜堆積物を確認することを目標としている。平成26年度は、地形解析および既存の地質資料を再検討し、地表地質調査によって地すべり説を検討するための地質データを収集した。また、現地調査と東松島縄文村歴史資料館の協力によってボーリング調査候補地点を選定することができた。1地形解析:海上保安庁の海図データ、および国土地理院の陸上の数値地形モデル(DEM)を統合して、松島湾周辺の3次元地形モデルを作成し、巨大地すべりの形態を解明し、復元の検討資料とした。2既存の地質資料の再検討:既存の地質資料の再検討を行い、巨大地すべりの地質分布を把握し、地質による復元の検討資料とした。3地表地質調査:流山起源の推定している松島諸島の海岸線を船上から調査し、その岩質と割れ目状態について調査を行った。その結果、松島諸島では、2011年東北地方太平洋沖地震によって岩盤の緩みに起因する小規模な岩盤崩壊が多発しているのに対して、背後の松島丘陵では岩盤崩壊はほとんど発生していなかった。なお、地すべり発生年代を推定する手がかりを調査したが、決め手になる露頭の発見には至らなかった。4ボーリング調査候補地点の選定:東松島市宮戸島の東松島縄文村歴史資料館の敷地内においてボーリング調査をすることで、資料館の承認を得た。これにより、27年度は当地点において深度50m程度のボーリング調査を実施する計画である。平成27年度は、東松島市宮戸島の奥松島縄文村歴史資料館の敷地内において、オールコアボーリングを実施し、延長70mのコアを採取した。また、採取したコアを利用して、色彩測定、帯磁率測定、エコーチップ硬度の非破壊試験を行うと共に、室内で密度試験、超音波試験,点載荷試験、X線回折試験を行い、巨大地すべりによって形成されたすべり面(層)の有無について検討を行った。ボーリングコアは、7.9mで着岩し、基盤岩は軽石凝灰岩、砂岩、凝灰質砂岩の順番で重なっている。深度47.2mに軽石凝灰岩(上位)と砂岩(下位)との境界があり、境界直下の砂岩層のRQDの値は100%から28%になり、割れ目が発達している。また、この部分で帯磁率とエコーチップ反発硬度の値も急に小さくなっている。この砂岩の密度の平均値は1.03(g/cm3)と、上下の軽石凝灰岩の乾燥密度の平均値1.14(g/cm3)と比較して小さいのが特徴である。また砂岩の吸水率の平均値は約34%で、軽石凝灰岩の約25%と比較して、非常に大きな値で、空隙の多い半固結砂岩である。この砂岩層の深度にすべり面(層)の砂層を想定していたが、未固結の砂層ではなく、半固結砂岩が確認された。この半固結砂岩層は、すべり面(層)の可能性がある者の、現時点では確証は得られていない。このため、29年度は年代測定などを実施するなど、更に検討を進める予定でsる。なお、深度60.3560.65mにかけて,色彩の変化が明らかであり,風化が地下深部まで及んでいる。この深層の風化と地すべりとの因果関係の解明も今後の課題である。計画通りボーリングを実施し、実証用のためのボーリングコアを採取することができた。また、ボーリングコアを利用した、各種試験を実施し、ボーリングコアの特徴を把握した。当初の予想では未固結の砂層に出現を期待していたが、半固結砂岩が確認された。このため、巨大地すべりの発生時期が鮮新世まらさかのぼることも検討する必要が生じた。今後は年代測定と周辺の地質を再検討し、松島巨大地すべり説の検証と実証方法の更なる検討を行う予定である。東北日本の太平洋側にある松島は,松島湾とその内外にある大小260余りの島々からなる景勝地であり,日本三景の一つに数えられている.松島は仙台平野の浜堤列を突如分断するように,北西から南東方向に張り出すように分布し,周辺の地形と極めて不調和である(図-1).長谷川ほか(2008)は,松島周辺の地形,地質を検討した結果,松島の形成を単なる沈水海岸ではなく,巨大な地すべりによって形成された可能性が高いとの仮説(松島巨大地すべり説)を示した.

松島巨大地すべり説を実証する目的でオールコアボーリング(掘削:70m,孔径:86 mm)を東松島市宮戸島の奥松島縄文村歴史資料館敷地内で実施した(長谷川ほか,2015).すべり層想定深度の47.2m49.5mには水平割れ目の発達した砂岩がある.今回,想定すべり面の砂岩から上下の軽石凝灰岩と比較して明らかに若いジルコンのU-Pb年代が確認できれば,砂岩層がすべり面に相当することが実証できると考えて,ジルコンのU-Pb年代測定を試みたが、2.8MaのジルコンのU-Pb年代が得られたMATU2-4は,common Pbの影響を受けている可能性が高い.想定すべり面の上盤側,想定すべり面,想定すべり面の下盤側の3箇所から得たジルコンのU-Pb年代は,MATU2-4を除くとすべて誤差の範囲で一致しており,ほぼ15.2 Maを示した.従って,これらはすべて松島層であると考えられ,年代学的には,地すべり説を積極的に支持する結果は得られなかったと言える.但し,松島層内で地すべりが生じていれば,年代学的には地すべりは検知できないので,地すべりがなかったと判断することもできない.巨大地すべりが生じたかどうかについては,今後も引き続き,別の手法で検討していく予定である.東北日本の太平洋側にある松島は,松島湾とその内外にある大小260余りの島々からなる日本三景の一つである景勝地である.長谷川ほか(2008)は,松島周辺の地形,地質を検討した結果,巨大な地すべりによって形成された可能性が高いとの仮説(松島巨大地すべり説)を示した.本研究では松島巨大地すべり説を実証する目的で,東松島市宮戸島において2015年に深さ70mのオールコアボーリングを実施した。また、想定すべり面の上盤側,想定すべり面,想定すべり面の下盤側の3箇所から得たジルコンのU-Pb年代を試みたが,誤差の範囲で一致する15.2 Maを示し、地すべり説を積極的に支持する結果は得られなかった.平成26年度は、1地形解析(海上保安庁の海図データ、および国土地理院の陸上の数値地形モデル(DEM)を統合した松島湾周辺の3次元地形モデルを作成)、2既存の地質資料の再検討、3地表地質調査を実施し、松島の地形と地質について再検討する素材を収集することができた。また、本研究の中心であるボーリング調査地点を東松島縄文村歴史資料館の協力を得て、資料間の敷地内に実施できるようになった。28年度はボーリングコアとして採取された軽石凝灰岩と砂岩の年代測定を行うと共にと周辺の地質を再検討し、松島巨大地すべり説の検証と実証方法の更なる検討を行う予定である。地質工学27年度は東松島市宮戸島の東松島縄文村歴史資料館で敷地内でボーリング調査を実施する予定である。当初は、口径86mmでボーリングする計画であったが、査定による研究費の減額と東北地方における建設単価の著しい上昇によって、ボーリング単価も上昇している。このため、当初の掘削予定深度50mは変更せず、口径を66mmに変更してボーリング調査を行う計画である。試験機器などの無償貸与を受けることによって物品費を節約し、物品費を現地調査の旅費を確保した。割引航空券を利用するなど交通費の節約につとめた結果の差額。節約した27年度予算は28年度の現地調査の旅費として活用する予定である。27年度の交通費に充当する。2015年3月14-18日に、仙台市で開催された国連世界防災会議のパブリック・フォーラム「世界の防災展」における日本応用地質学会と地すべり学会の共同展示ブースの展示の一つとして松島巨大地すべり説を紹介する英文ポスターを紹介した。
胎児性幹細胞(ES細胞)由来神経幹細胞移植による神経再生

コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereをES細胞を分化誘導して作成した。このneurosphereをイボテン酸と言う神経毒をマウスの内側中隔核に投与して作成した記憶障害モデルの海馬CA1に移植した。移植後1ヵ月後に水迷路テストを用いて、コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereを移植したマウスでは、記憶障害の回復が確認できた。その結果をふまえ、よりアルツハイマー病モデルに近いモデルと思われるマイネルト核破壊による痴呆モデルを作成した。このモデルにはES細胞から分化誘導したコリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereを大脳皮質に移植した。その評価は8方向迷路による行動実験と免疫組織学的検討で行った。行動実験では記憶障害が改善し、移植した細胞は神経細胞のマーカーであるHu抗体、コリン作動性ニューロンのマーカーであるChAT抗体、さらに神経回網の形成のマーカーとしてのsynaptophysin抗体などが陽性となり、神経幹細胞移植による記憶機能の回復が示唆された。さらにES細胞からGABAニューロンを多く含むneurosphereを作成し、てんかんモデルマウスの海馬に移植した。てんかん発作はRacine分類でstageOにまで改善し、免疫組織学的検討においても移植した細胞はGABA神経細胞に分化し移植部である海馬にシナプス形成していた。神経幹細胞移植によるてんかん発作の治療の可能性が示唆された。また、fluid percussion deviceを用い、脳外傷モデルも作成し、外傷と同側の海馬に神経幹細胞を移植した。外傷の最も強いモデルでは、神経幹細胞の定着が悪かったが、中等度以下のものでは定着がよく、行動実験においても改善が認められた。さらに脳出血モデルを作成し血腫腔に神経幹細胞を移植し神経脱落症状の改善が得られるかどうかの検討を開始している。上記の結果を論文発表のため追試し、データの信頼性を高めることもできた。マウスES細胞を培養し、それにGreen fluorescent protein(GFP)遺伝子を導入し、このES細胞あるいは、このES細胞より分化誘導した神経前駆細胞、神経幹細胞を動物に移植後もこれらの細胞を追跡できるように工夫した。ES細胞より、embryoid bodyと呼ばれる、より分化させた状態を経て神経幹細胞を多く含むneurosphereという状態に分化させた。このneurosphereを作成するさいにも、あらゆる培養条件を試し、必要とするニューロンをより多く産生できるような条件を見出すことができた。これらの技術により、まず、コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereをES細胞を分化誘導して作成した。移植後1ヵ月後に水迷路テストを用いて、コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereを移植したマウスでは、記憶障害の回復が確認した。さらに移植した細胞の免疫組織学的検討も加えた。移植した細胞は、海馬内で神経細胞のマーカーであるHu抗体、コリン作動性ニューロンのマーカーであるChAT抗体、さらに神経回網の形成のマーカーとしてのsynaptophysin抗体などが陽性となり、神経幹細胞移植による記憶機能の回復が示唆された。さらに胎仔マウスの未熟な神経細胞や成体マウスの脳室壁近傍部より神経幹細胞を実体顕微鏡下で取り出し、それらをあらゆる培養条件を試し、これらからもneurosphereを作成する技術を習得した。やはり、これらも記憶障害マウスの海馬に移植し、機能回復が認められることを確認した。平成14年度では、コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereをES細胞を分化誘導して作成した。

移植後1ヵ月後に水迷路テストを用いて、コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereを移植したマウスでは、記憶障害の回復が確認できた。その結果をふまえ平成15年度では、よりアルツハイマー病モデルに近いモデルと思われるマイネルト核破壊による痴呆モデルを作成した。このモデルにはES細胞から分化誘導したコリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereを大脳皮質に移植した。その評価は8方向迷路による行動実験と免疫組織学的検討で行った。行動実験では記憶障害が改善し、移植した細胞は神経細胞のマーカーであるHu抗体、コリン作動性ニューロンのマーカーであるChAT抗体、さらに神経回網の形成のマーカーとしてのsynaptophysin抗体などが陽性となり、神経幹細胞移植による記憶機能の回復が示唆された。さらにES細胞からGABAニューロンを多く含むneurosphereを作成し、てんかんモデルマウスの海馬に移植した。てんかん発作はRacine分類でstage0にまで改善し、免疫組織学的検討においても移植した細胞はGABA神経細胞に分化し移植部である海馬にシナプス形成していた。神経幹細胞移植によるてんかん発作の治療の可能性が示唆された。コリン作動性ニューロンを多く含むneurosphereをES細胞を分化誘導して作成した。このneurosphereをイボテン酸と言う神経毒をマウスの内側中隔核に投与して作成した記憶障害モデルの海馬CA1に移植した。その結果をふまえ、よりアルツハイマー病モデルに近いモデルと思われるマイネルト核破壊による痴呆モデルを作成した。