hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速時間分解分光によるヘムたんぱく質光乖離機構解明

ヘムたんぱく質は生体内で重要な機能を持っており、ヘモグロビンは呼吸で得た酸素を体内に輸送しエネルギーを与え、一酸化窒素合成酵素(NOS)から発生する一酸化窒素(NO)は血流、神経伝達、免疫をコントロールする。これらの機能のトリガーとなる初期過程は分子のヘムたんぱく質からの超高速乖離であるが、その重要性にもかかわらず、未だその詳細は明らかにされていない。本研究課題ではこれらの乖離過程を明らかにするため、超短光パルスを用いた分光実験を行いそのダイナミクスを解明する。独自に開発した超短パルス光源と測定装置を用いることにより、きわめて独自性のありかつ医療につながる意義を持った研究が行える。NOは生体内で重要な役割を担っており、血流の制御、神経伝達、免疫などの細胞の活性を制御する役割を持つ。これらのNOSは単量中に還元部位と酸化部位をもちそれらがカルモジュリンによってつながれており、一般に2量体として体内に存在する。NOは還元部位から酸化部位へ電荷移動が起きた後に、酸化部位中のヘムから乖離される。この最重要である乖離過程はフェムト秒オーダーの超高速で起きるため、その機構解明には超短パルスを用いた超高速分光が必須となる。本研究課題ではこれらヘムたんぱく質からの分子の超高速乖離過程を明らかにするために、超高速分光の手法を用いて観測する。研究の結果、近紫外線波長領域において10フェムト秒より短いパルス幅を持つパルスレーザーの開発に成功した。光に強い試料の測定をシステムの評価実験として行い、最終的に3000cm-1以下の広い周波数領域において、分子振動ダイナミクスが計れることが確認された。また並行してトポロジカル絶縁体として有用な試料だと考えられているBi3Se2Te薄膜の超高速ダイナミクスを測定することにより、光励起フォノンの超高速ダイナミクスを明らかにすることができた。ヘムたんぱく質は生体内で重要な機能を持っており、ヘモグロビンは呼吸で得た酸素を体内に輸送しエネルギーを与え、一酸化窒素合成酵素から発生する一酸化窒素は血流、神経伝達、免疫をコントロールする。一酸化窒素(NO)は生体内で重要な役割を担っており、血流の制御、神経伝達、免疫などの細胞の活性を制御する役割を持つ。これらのNOSは単量中に還元部位(reductase domain)と酸化部位をもちそれらがカルモジュリンによってつながれており、一般に2量体として体内に存在する。生物学上の重要性からNOSは広く研究されてきており、定常状態、準定常状態の分光がミリ秒の時間スケールで明らかにされている。また近年ではピコ秒領域で時間分解分光もなされている。しかしながら既述の超高速の乖離過程を含め、NOSの反応初期過程の機構は未だに不明である。本研究課題ではこれらヘムたんぱく質からの分子の超高速乖離過程を明らかにするために、超高速分光の手法を用いて観測した。初年度の測定としては主に時間分解吸収分光をメインに遂行した。独自のフェムト秒時間分解吸収分光システムの構築のため、ファイバーレーザーの構築を並行して進めている。紫外超短パルスレーザーを用いることにより、NOS酸化部位の超高速時間分解分光を行い、配位子や基質が超高速ダイナミクスに与える変化の観測を行うことができた。イミダゾールをNOS酸化部位に加えた場合はイミダゾールが配位し、光励起後300フェムト秒以内で配位子が光乖離し、その後2ピコ秒で振動緩和と配位子の再結合が観測された。またタンパク内の構造変動は数十ピコ秒で緩和した。一方Lアルギニン基質をNOS酸化部位に加えた場合は5配位型となり、緩和ダイナミクスは400フェムト秒の超高速内部転換、振動緩和、電荷移動を経て1.4ピコ秒で電子基底状態へと緩和した。一方何も加えない原型のNOS酸化部位では水分子が弱く配位し、800フェムト秒で配位子の乖離が観測された。それに続き4.8ピコ秒の電荷移動を伴う振動緩和、12ピコ秒の配位子の再結合が観測された。これらの成果はBiophys. Chem. 214-125, 11-16 (2016)に出版された。

独自に開発した超短パルス光源と測定装置を用いることにより、きわめて独自性のありかつ医療につながる意義を持った研究が行える。一酸化窒素(NO)は生体内で重要な役割を担っており、血流の制御、神経伝達、免疫などの細胞の活性を制御する役割を持つ。これらのNOSは単量中に還元部位(reductase domain)と酸化部位をもちそれらがカルモジュリンによってつながれており、一般に2量体として体内に存在する。NOは還元部位から酸化部位へ電荷移動が起きた後に、酸化部位中のヘムから乖離される。この最重要である乖離過程はフェムト秒オーダーの超高速で起きるため、その機構解明には超短パルスを用いた超高速分光が必須となる。本研究課題ではこれらヘムたんぱく質からの分子の超高速乖離過程を明らかにするために、超高速分光の手法を用いて観測する。研究の結果、近紫外線波長領域において10フェムト秒より短いパルス幅を持つパルスレーザーの開発に成功した。分光用途に用いるため、安定性向上などの改良を行っている途上であり、それと並行して行っているたんぱく質の超高速光反応研究において新しい発見があった。最終年度に完成予定であった近紫外超短パルスレーザーが、大幅に目標を更新し10フェムト秒をきるパルス幅のレーザー発生を達成することができた。安定性を含めた改良を進めれば、十分分光に使用できると考えられる。また同じく開発した超短パルス光源を用いて光駆動プロトンポンプのたんぱく質の分光を行った。試料としてはHaloquadratum walsbyiからのバクテリオロドプシンであるHwBRとHaloarcula marismortuiからのバクテリオロドプシンであるHmBRI及びHmBRIIに対し超高速ダイナミクスを調べた。HwBR試料に対しては野生型、D93N変異体、D104N変異体の比較を行った。D93、D104はプロトン輸送サブチャンネルにおいて各々シッフ塩基プロトンの受容体、供用体を制御するアミノ酸残基であることが知られている。D93からの負電荷が発色団の光異性化に伴う超高速電位変化に影響を与えることが発見された。一方シッフ塩基プロトンの供用体の方は、振動励起状態の熱緩和過程における発色団周辺の水素結合ネットワークの再構成を促進するという結果が示された。HwBR,HmBRI,HmBRIIの超高速分光の結果からは、HwBR及びHmBRIIにおける細胞膜の細胞外部側における水素結合ネットワークが発色団の光異性化を遅くする結果が発見された。またHwBR及びHmBRIIの細胞内側にある負荷電の螺旋構造が、振動励起状態の熱緩和を早めることが分かった。発見された現象のHwBRのD104N変異体との相似から、シッフ塩基プロトン供用体を不活性にすることで細胞内部側の螺旋構造が正に荷電することを示していると考えられる。これらの成果はBiophysical Journal, 112, 2503-2519 (2017)に出版された。ヘムたんぱく質は生体内で重要な機能を持っており、ヘモグロビンは呼吸で得た酸素を体内に輸送しエネルギーを与え、一酸化窒素合成酵素(NOS)から発生する一酸化窒素(NO)は血流、神経伝達、免疫をコントロールする。これらの機能のトリガーとなる初期過程は分子のヘムたんぱく質からの超高速乖離であるが、その重要性にもかかわらず、未だその詳細は明らかにされていない。
真菌類の不飽和脂肪酸生合成経路及びその制御機構の分子遺伝学的研究

本研究は酵母Saccharomyces kluyveriの不飽和脂肪酸生合成経路及びその制御機構の解明を目的とし、多不飽和脂肪酸要求性株を相補する遺伝子のクローニング、Δ9デサチュラーゼ遺伝子(Sk-OLE1)及び脂肪酸生合成遺伝子(Sk-FAS1)のコードする酵素の基質特異性等の解析等を試みた。S.Kluyveriは、リノレン酸(18:3)を培地中に添加することで、その多不飽和脂肪酸生合成系が抑制されることが分かったことから、Differential Subtraction法を用いて、18:3を添加していないS.Kluyveriで多量に存在するmRNAを抽出し、cDNAライブラリーを作製した。このcDNAライブラリーから既知のΔ12デサチュラーゼで保存されている領域を基にしたプライマーに用いたPCRにより、3種類の増幅したDNA断片を分離した。これらを全て塩基配列決定に供したが、S.KluyveriのΔ12デサチュラーゼ遺伝子と推定されるDNA断片は得られていない。次に、クローニングした2つの遺伝子Sk-OLE1とSk-FAS1の基質特異性を解析するために、酵母S.cerevisiaeのSc-ole1-株及びSc-fas1-株を作製して、これらの株にSk-OLE1、Sk-FAS1遺伝子を各々導入し、得られた形質転換株の脂肪酸を分析した。その結果、S.KluyveriのΔ9デサチュラーゼはS.cerevisiaeのものに比べ、パルミチン酸(16:0)よりむしろステアリン酸(18:0)を基質とする傾向があることが分かった。一方、S.Kluyveriの脂肪酸合成酵素のβサブユニットはS.cerevisiaeのαサブユニットと複合体を形成し、機能することができることが分り、またS.cerevisiaeのものに比べ、パルミチン酸(16:0)をステアリン酸(18:0)よりも多く生合成する傾向があることが分かった。S.Kluyveriの生合成する脂肪酸には鎖長16と18が同程度含まれているので、予想外の結果となった。最後に、Sk-OLE1遺伝子の転写発現解析とそのプロモーター領域の構造解析を行った。S.Kluyveriを低温培養や不飽和脂肪酸を添加した培地での培養を行い、Sk-OLE1遺伝子の転写量を比較解析したところ、低温では転写量の減少が見られ、不飽和脂肪酸添加は転写量に影響しないことが分かった。本研究は酵母Saccharomyces kluyveriの不飽和脂肪酸生合成経路及びその制御機構の解明を目的とし、本年度の研究計画としては、多不飽和脂肪酸要求性を相補する遺伝子のクローニングとΔ9脂肪酸不飽和化酵素遺伝子のクローニングを試みた。先に取得した多不飽和脂肪酸要求性株を用いて酵母S.kluyveriのゲノムライブラリーの導入を行ったが、この多不飽和脂肪酸要求性株自体が不安定で要求性を相補するポジティブなクローンを得ることが出来なかった。そこで再度、変異剤EMSでの多不飽和脂肪酸要求性株の取得を行っているが、現在までに長期間安定な変異株は得られていない。また、多不飽和脂肪酸合成遺伝子クローニングの代替法として、既知の植物由来の多不飽和脂肪酸合成遺伝子をプローブとした酵母S.kluyveriのゲノムDNAへのサザンブロットやそれら酵素で保存されているアミノ酸配列を基にデザインしたDNAプライマーを用いたPCRも行っているが、有力な候補クローンは得られていない。一方で、酵母S.cerevisiaeのΔ9脂肪酸不飽和化酵素遺伝子Sc-OLE1をプローブとした酵母S.kluyveriのゲノムDNAへのサザンブロットでは、制限酵素BamHI消化物に対して約4Kb、EcoRI消化物に対しては2.4Kbと0.4Kb程度の位置にポジティブなシグナルが得られた。そこで、ゲノムDNABamHI消化物の4Kb付近のDNA断片を含むサブライブラリーを作製し、その中がら有力なクローンを取得した。得られたDNA断片の全塩基配列を決定したところ、約1.6KbのORFが得られた。このORFより推定されるアミノ酸配列をSc-OLE1と比較した結果、全体で61.6%の相同性を有することがわかった。このことから今回クローニングしたDNA断片は、酵母S.kluyveriのΔ9脂肪酸不飽和化酵素遺伝子Sk-OLE1を含むことが示唆された。現在はSk-OLE1遺伝子の機能解析を行うべく、酵母S.cerevisiaeでの発現を試みている。

次に、クローニングした2つの遺伝子Sk-OLE1とSk-FAS1の基質特異性を解析するために、酵母S.cerevisiaeのSc-ole1-株及びSc-fas1-株を作製して、これらの株にSk-OLE1、Sk-FAS1遺伝子を各々導入し、得られた形質転換株の脂肪酸を分析した。その結果、S.KluyveriのΔ9デサチュラーゼはS.cerevisiaeのものに比べ、パルミチン酸(16:0)よりむしろステアリン酸(18:0)を基質とする傾向があることが分かった。一方、S.Kluyveriの脂肪酸合成酵素のβサブユニットはS.cerevisiaeのαサブユニットと複合体を形成し、機能することができることが分り、またS.cerevisiaeのものに比べ、パルミチン酸(16:0)をステアリン酸(18:0)よりも多く生合成する傾向があることが分かった。S.Kluyveriの生合成する脂肪酸には鎖長16と18が同程度含まれているので、予想外の結果となった。最後に、Sk-OLE1遺伝子の転写発現解析とそのプロモーター領域の構造解析を行った。S.Kluyveriを低温培養や不飽和脂肪酸を添加した培地での培養を行い、Sk-OLE1遺伝子の転写量を比較解析したところ、低温では転写量の減少が見られ、不飽和脂肪酸添加は転写量に影響しないことが分かった。
ヒトの精神性発汗の神経機構における脊髄の役割に関する統合的研究

精神性発汗の神経機序における脊髄の役割を皮膚圧迫と鍼通電刺激の方法を使って検討した。実験I.皮膚圧迫による手掌・足底の発汗抑制の様式を検討した。頭部から踵までの体側面の13点を圧迫して暗算による手掌・足底の発汗応答を見た。個人差はあるが,手掌発汗はC3からL3の皮膚分節領域を圧迫したとき同側性に抑制された(最大効果は通常T3領域)。結局,手掌発汗は温熱性発汗と同様に,皮膚圧迫により脊髄機構を介して抑制されることが確認された。実験II,5Hz,100Hzの鍼通電刺激により高位中枢より下位の機構を介して手掌・足底発汗が抑制されるが,その部位が脊髄か汗腺かを明白にするため,微小電極法によって皮膚交感神経活動SSNAを記録して,汗腺の神経活動に対する反応性を調べた。個々の発汗波と,それに対応するSSNAバーストについて,発汗波の立ち上がり速度とバースト振幅を求めて相関を検討したところ,回帰直線の勾配は5Hzでも100Hzでも通電刺激前後で有意な変化は認められなかった。結局,鍼通電刺激は脊髄に作用することが確認された。実験III.鍼通電刺激による効果を5Hz,100Hz以外の25Hzと300Hzについて調べた。25Hzでの刺激は高位中枢に作用して発汗抑制を起こすが,300Hzには発汗抑制効果がないことが判明した。実験IV.鍼通電刺激が手掌・足底の皮膚血流量に及ぼす効果を検討した。5Hzと100Hzでは足底の血流量を両側性に抑制したが,手掌発汗は変わらなかった。300Hzでは手掌・足底とも変化しなかった。以上から,精神性発汗において脊髄は反射の中枢として統合機能を発揮することが実証された。おそらく脊髄の中間質外側核の節後線維には各種機械受容器に由来する感覚性信号が分節性に入力して下行性信号を修飾している。しかし,統合機構には機能による差があり,精神性発汗系と皮膚血流調節系とでは様相が異なる。精神性発汗の神経機構、とくに脊髄での反射機構を解明するため、刺激部位、刺激周波数など様々な条件を設定して鍼通電刺激を行い、精神性発汗への効果を観察し、鍼通電刺激の作用機構を検討した。実験1では、両側下肢を5Hzと100Hzの頻度で刺激し、暗算で誘発される手掌と足底の発汗量を皮膚血流量とともに測定した。その結果、5Hz刺激は手掌、足底の発汗量を減少させたが、100Hz刺激は手掌の発汗を抑制したものの足底の発汗には影響しなかった。一側刺激の場合、発汗抑制の効果は鍼通電中にしか認められないが、両側刺激では通電終了後1530分間にわたって認められた。中枢性発汗活動を反映するとされる発汗波頻度は5Hzでは減少したが100Hzでは変化がなかった。皮膚血流量は、5Hz、100Hz刺激とも皮膚血流を減少させた。実験2では、下肢を300Hzで刺激したときの効果を検討した。これは、100Hzより高い周波数により抑制効果がさらに限局することが期待されたためである。その結果、一側の刺激では左右の手掌、足底とも発汗量に効果は認められなかった。

両側刺激でも発汗量に有意な変化はなかった。皮膚血流量にも変化は認められなかった。以上から、(1)5Hzでは高位中枢への効果が大きく、100Hzでは脊髄への効果が大きいこと、(2)高位中枢の活動は皮膚からの信号により抑制的効果を受けること、(3)脊髄機構も皮膚からの信号により抑制的効果を受けるが、その効果は皮膚からの信号が入力する分節レベルより下位には及ばないこと、(4)脊髄への効果は両側性であり、300Hzの刺激でも片側性の効果は見出せないことなどが明らかとなった。また、鍼刺激は皮膚血流にも影響を与えていることが証明された。これは、発汗機構と同様皮膚血管運動の神経機構にも皮膚からの信号による反射機構が存在することを示している。精神性発汗における脊髄での統合機構を解明するため,鍼通電刺激の効果を応用した検討を行った。昨年度には主として通電刺激の周波数による効果を検討し,5Hz刺激では主として上位中枢機構を介して,100Hz刺激では主として脊髄機構を介してに発汗を抑制するが,300Hzでは無効であることを報告した。今年度はその機序の解明をさらに推進するため二つのシリーズの検討を行った。I.5Hzと100Hzの発汗抑制効果に脊髄の他に汗腺機構が関わるかの問題を確認するため,微小電極法により皮膚交感神経活動を記録して鍼刺激時の汗腺の感受性を解明した。II.発汗と同じく皮膚の自律神経機能である皮膚血管運動について鍼刺激による効果からその機序を解明して発汗機能と対比した。I.健康若年者を被検者として,経皮的にタングステン微小電極を一側の脛骨神経に刺入し,皮膚交感神経活動(SSNA)を記録した。脛骨神経の支配領域である足底部から発汗量と皮膚血流量を記録した。約20分の安静での記録の後,両側の足三里に鍼電極を刺入し,5Hzまたは100Hzにて20分間刺激した。刺激終了後2025分間の回復期を観察した。発汗記録から個々の発汗波を同定し,それに23秒の間隔で先行するSSNAのバースト(発汗神経バースト)を求めた。発汗波と対応するバーストについて,振幅の相関を求めた。発汗波振幅の発汗神経バースト振幅に対する回帰直線は,鍼通電前後で有意な変化を認めなかった(共分散分析)。II.手掌・足底の皮膚血流量の暗算に対する反応を記録した。仰臥位安静にて対照を記録後,鍼を左右足三里に刺入して5Hz,100Hz,300Hzで20分間通電した後30分間の回復を観察した。刺激前,刺激中,回復15,30分後にて暗算を付加して反応を観察した。皮膚血流量は5Hz,100Hz刺激で足底部において有意に減少(血管収縮)したが,手掌部では変化しなかった。300Hzではどの部でも変化がなかった。以上から,(1)鍼通電刺激による精神性発汗の抑制には汗腺機構は関係しないことが確認された。(2)下位中枢としての脊髄での精神性発汗統合機構は皮膚血管運動のそれとは様相が異なることが示唆された。四肢のツボに刺入した鍼を通電刺激することによって手掌・足底部に生じる発汗(精神性発汗)が抑制される。その機序は、通電刺激の周波数により異なるが、発汗抑制の作用部位として、高位の中枢機構、脊髄、汗腺などが想定される。本研究では、発汗抑制に汗腺が関連するか否かを検討した。すなわち、微小電極を用いて皮膚交感神経活動(SSNA)を記録し、汗腺を支配する神経活動を同定し、その活動強度と汗腺から汗出力(発汗量)との関係から汗腺の反応性を決定し、鍼刺激の効果を検討した。若年男性を被験者とし、安静仰臥位において一側の膝窩において脛骨神経(足底皮膚を支配)にタングステン微小電極を刺入し、SSNAを記録した。
ネコ大脳皮質SI顔面口腔領域の破壊が咀嚼運動と運動野ニューロン活動に与える影響

我々は、覚醒ネコ大脳皮質の第一次体性感覚野(SI)、運動野(MC:M、P、C)と咀嚼野(MA)で顎顔面口腔領域に末梢受容野を持つ咀嚼運動関連ニューロン(MRN)の性質を調べてきた。円滑な咀嚼運動は咀嚼運動時SIでモニターされた感覚性のフィードバック情報により実行されていると推察した。まずSIの口周囲部と舌投射部位を0.1%カイニン酸で破壊した口周囲部投射部位(PLネコ)と舌投射部位破壊ネコ(TLネコ)を作成した。PLネコは咀嚼運動開始の遅れ、食物摂取時に餌が口より飛び出す、食物摂取時間、咀嚼時間、嚥下回数が破壊後経日的に徐々に延長あるいは増加した。TLネコは破壊直後より食物摂取時間、咀嚼時間、嚥下回数が急速に延長や増加を示した。次にPLとTLネコで破壊の次の日より運動野(MC:M、P、C)でMRNsを記録し、正常ネコで記録したMRNs活動様式と受容野特性を比較した。PLネコではM、PとCともに口周囲部に受容野を持つニューロンは1/3以下に減少した。TLネコでは舌に受容野を持つニューロンはP領野のみ記録できなかった。またMRNs活動様式は、PLネコで正常ネコでは記録できなかったPre-movementのPB(食物摂取時一過性にニューロン活動が減弱する)がMやP領野で記録され、MC各領野でPost-movementのRB(咀嚼のリズムに一致してニューロン活動を変化する)が正常ネコの50%以下となった。TLネコではMやP領野で咀嚼筋や舌筋に先行してニューロン活動を変化するPre-movementのTBが記録できなかった。以上より、咀嚼運動時、SI口周囲部投射部位はCやM領野のMRNs活動に影響を与え口周囲部の緊張維持を、SI舌投射部位はP領域のMRNs活動に影響を与え咀嚼過程に伴う適切な運動の"切り替え"を行なう情報を送っていることが示唆された。我々は、覚醒ネコ大脳皮質の第1次体性感覚野(SI)、運動野(C、P、M)と咀嚼野(MA)で顎顔面口腔領域に末梢受容野をもつ咀嚼運動関連ニューロン(MRN)を調べてきた。その結果、咀嚼運動は運動野のPやMで開始され、運動の状態をSIでモニターレ、MAで口腔状態を知覚し、フィードバックされた感覚情報はCで統合され、円滑な顎運動が実行されていると推察した。また、各領野のMRNは共通して口周囲部や舌から入力を受けるのが非常に多く認められた。今回は咀嚼運動時のSIの役割をさらに明確にするため、SI口周囲部と舌投射領域を破壊し、咀嚼運動への影響を調べた。実験は7匹の成猫を用い、無麻酔で頭部を固定し、一定量の"魚のすり身"(約1.8g)を小さな木製のスプーンで摂取させ咀嚼運動を行わせた。

破壊は、ニューロン活動と薬物投入が同時に行える同芯軸型電極で破壊部位を確認後、0.1%カイニン酸2μlを微量注入し、SIの口周囲部(PL)と舌(TL)投射部位を限局的に破壊し、破壊後の食物摂取・咀嚼行動変化を約40日後まで調べた。計測は、食物を口周囲部に接触させ、咀嚼運動を誘発するまでの時間(咀嚼開始時間)、一定量の食物を舐め終るまでの時間(食物摂取時間)、食物を与えた後一連の咀嚼運動が終了するまでの時間(咀嚼終了時間)と咀嚼中の嚥下回数と各嚥下間隔時間を破壊前後で比べた。破壊後、PLネコは咀嚼運動開始の遅れ、食物摂取時に餌が口腔内より飛び出すことがしばしば認められた。食物摂取時間、咀嚼時間、嚥下回数は、破壊直後より経日的に徐々に延長あるいは増加した。また、TLネコは破壊直後より食物摂取時間、咀嚼終了時間、嚥下回数が急速に延長や増加を示した。しかし、咀嚼運動開始の遅れ、餌がこぼれることは認められなかった。一方、嚥下間隔時間は両破壊でも変化しなかった。この現象は、口周囲部や舌からの入力を受けるSIニューロンの障害が、円滑な咀嚼実行を阻害していると推察される。我々は、覚醒ネコ大脳皮質の第一次体性感覚野(SI)、運動野(MC:M、C、P)と咀嚼野(MA)で顎顔面口腔領域に末梢受容野を持つ咀嚼運動関連ニューロン(MRN)を調べてきた。そして、円滑な咀嚼運動は咀嚼運動時SIでモニターされた感覚性フィードバック情報により実行されていると推察された。さらに、SIのMRNsは口周囲部や舌から入力を受けるものが非常に多い。そこで、SIの口周囲部(PL)と舌(TL)投射領域を選択的に破壊し、PLネコとTLネコをつくり、咀嚼運動の変化を調べた。PLネコは咀嚼運動開始の遅れ、食物摂取時に餌が口腔内より飛び出すことが認められ、またTLネコは破壊直後より食物摂取時間、咀嚼終了時間、嚥下回数が急速に延長や増加を示した。しかし、嚥下間隔時間は両破壊でも変化しなかった。そこで、本年度はPLネコの運動野(C、P、M)でMRNsを記録し、正常ネコで記録したMRNsの性質と比較した。まず、SI口周囲部投射部位に0.1%カイニン酸2μ1を圧注入し、PLネコを作成した。注入直後、破壊前に調べた注入部位付近の細胞受容野に相当した領域で、不完全強縮が誘発され、運動皮質との連絡を暗示させた。さらに、破壊後経日的に運動皮質に電極を挿入し、各領域のMRNsの発火様式と受容野分布の変化を検索した。口周囲部に受容野をもつMRNsはM、CとP領域とも正常ネコと比較し1/3以下に減少した。また、咀嚼運動時の発火様式は正常ネコと比較し、M、CやP領域ではリズミカルな発火を示すものの割合が半数以下に減少し、MやP領域では正常ネコで記録できなかった発火様式(PB:食物摂取時と摂取終了時にニューロン活動の増加を示し、食物摂取途中でニューロン活動の減少を示す)のMRNsが記録された。また、PLネコで見られた、口より餌がこぼれ落ちる時とPBのニューロン活動の減少する時期が一致していた。我々は、覚醒ネコ大脳皮質の第一次体性感覚野(SI)、運動野(MC:M、P、C)と咀嚼野(MA)で顎顔面口腔領域に末梢受容野を持つ咀嚼運動関連ニューロン(MRN)の性質を調べてきた。円滑な咀嚼運動は咀嚼運動時SIでモニターされた感覚性のフィードバック情報により実行されていると推察した。さらに、SIのMRN_sは口周囲部や舌から入力を受けるものが非常に多い。一昨年度はSIの舌投射部位を0.1%カイニン酸で破壊した舌投射部位破壊ネコ(TLネコ)の咀嚼運動変化として、(1)TLネコは破壊直後より食物摂取時間、咀嚼終了時間、嚥下回数が急速に延長や増加を示した。(3)咀嚼運動開始の遅れ、餌がこぼれることは認められなかった。(3)嚥下間隔時間は変化しなかった。という以上の成績を報告した。本年度はTLネコ作成の次の日より、運動野(MC:M、P、C)でMRN_sを記録し、正常ネコで記録したMRN_sの活動様式と受容野の性質を比較した。舌に受容野を持つMRN_sはMとC領野では正常ネコと同じ割合であったが、P領野では記録できなかった。
糖脂質モデルによる糖鎖組織構造の制御と細胞機能制御

アミド基を有する糖脂質モデルを2段階反応で得た。この糖脂質は、二糖の還元末端が開環し、スペーサーとして末端糖とアルキル鎖との間に介在する。セロビオース、マルトース、ラクトースを出発物質とすることにより、アノマー構造あるいはC4位の立体構造のみが異なる糖脂質が得られる。いずれの糖脂質においても3070°Cの間で吸熱ピークが観察されるが、その温度は糖鎖の構造により大きく異なっていた。β-Glcを非還元末端に持つ脂質は66°Cに吸熱ピークを示したのに対し、α-結合になると吸熱ピークが35.5°Cと大きく低下していた。さらに興味深いことに、C4位のみの異性体で脂質で、吸熱温度が30°C以上異なっていた。本研究で用いた脂質モデルは糖鎖とアルキル鎖間にスペーサーが存在しており、ピラノース環の自由度は比較的高いと考えられる。したがって糖鎖の立体的影響に加え、糖鎖の水和構造も相転移挙動に影響を与えていると示唆される。実際、脂質の濃厚分散液により測定した水の融解挙動は糖鎖の種類により大きく異なっていた。一方、DSC測定を引き続き繰り返した結果、1st heatと2nd heatで吸熱温度及びその熱量に差異が認められた。このことは、糖脂質によく見られる中間相の存在とともに、安定な相を形成するためのキネティクスが糖鎖構造により影響されることを示している。糖脂質とリン脂質であるDMPCの混合物のDSCを測定した結果、双方の転移が観察され今回合成した脂質がリン脂質を相分離することが示唆された。
無機系先端材料の組織制御と塑性加工性、表面加工性およびトライボロジ-

組織制御と塑性と塑性加工関係;1.平均室温曲げ強度3000MPa以上を目指して,ZrO_2とTiB,TiC,Si_3N_4との複合系について研究が進められたが,未だ目標としたものはえられていない。2.0.56.2μnのAl_2O_3焼結体を作成することができ,これについての超塑性がしらべられた。3.焼結体のhotーextrusionによる扁平結晶粒子の配向やhotーforgeによる焼結体の結晶粒子の微細化が確認された。4.SiC微粉末をナノ複合化したMgOのクリ-プの研究が行われ,高温耐クリ-プ材料の開發へその成果を展開しつゝある。5.超塑性に関係の深いYーTZP中の酸素イオンの拡散についてのデ-タが集積されつゝある。6.TiーAl化合物の高温加工性や再結晶組織の挙動が調べられ,加工熱処理法でしか創成しえないTiーAl化合物の研究開發を進めた。トライボロジ-および表面加工性1.セラミックスを摩擦した際に生じる材料表面の高温・高剪断・高圧場における吸層気体の反応の促進化についてしらべた。2.SiC,Si_3N_4について摩耗・摩擦におよぼす雰囲気の影響と摩擦によって起る表面の変化をしらベた。3.摩擦によって生じたセラミックスの新生面が汚れないうちにしらべる方法を考案し,新生面への吸着活性についてしらべた。4.3000MPa材料の残留応力解析や,複合セラミックスの3軸残留応力のX線解析を行い,セラミックスの強化機構を検討した。5.ビッカ-ス圧子の圧入ー除荷過程の解析からセラミック材料の延性パラメ-タを非可逆的なエネルギ-散逸量を用いて表現した。
ＰＰＭＳを利用した簡便型精密熱電能測定系の構築と多極子系の極低温異常熱電物性

当該年度は総まとめとして研究に取り組んだ。(1)昨年度にSm(サマリウム)を含む新物質1-2-20系SmNb2Al20とSmMo2Al20の多結晶試料作製に成功した。今年度は新物質探索としてPr(プラセオジム)を含む四元化合物1-2-2-18系を対象として,Alを10 %他元素で置換した系RTr2(X0.1Al0.9)20(R:Pr,Sm,Tr:遷移金属)の作製に挑戦した。Alの異なる3サイトのうち,16cと呼ばれるサイトに他元素が完全に占有されると四元化合物1-2-2-18系が形成される。XとAlの割合がちょうど0.1:0.9に等しい。元の1-2-20系の物性から大きく変化することも期待できる。これまでにXをSi,Ge,Inとし,TrをTi,Vとした多結晶試料作製に成功し,PrTi2(Si0.1Al0.9)20では単結晶も育成でき,元の系PrTi2Al20で2 Kに観測される四極子転移が抑制され,四極子近藤効果に起因すると考えられる非フェルミ液体(NFL)異常が極低温の比熱,熱電能に新たに見出された。この成果は日本物理学会北陸支部定例学術講演会において発表した。(2)PrやSmを非磁性元素La(ランタン)で系統的に希釈した系の多・単結晶を多数作製し,4f電子間相互作用が抑制され,代わって現れる伝導電子間との相関の様相を明らかにすべく物性を調べた。その結果,SmNb2Al20のSmをLaで90 %以上置換することで,比熱と熱電能に新奇なNFL異常を観測した。成果は日本物理学会秋季年会や北陸支部定例学術講演会において発表した。(3)研究開始年度に制作した0.1Kまでの比熱測定システムによって,簡便に比熱データが得られるようになり,これまでに通算120個程度の物質の比熱を測定した。このうち,数件他大学研究者からの測定依頼もあり,得られた測定結果は共同研究に大いに役立った。本研究では様々なTr元素(Ti,V,Nb,Ta,Cr,Mo)を含むPrやSm化合物の単・多結晶を数多く作製し,また,PrやSmをLaで希釈した試料も作製して系統的な物性研究を行ってきた。多結晶試料作製にはアーク溶解炉が欠かせないが,現在二台あるうち主力として用いていた一台に,老朽化による致命的破損が生じた。主要部品の交換が必要だが,約30年前の特注品なため,想像以上に調達に時間を要し,現時点で修理は未完了なため次年度に持ち越しとなった。このため,これまで多数の試料を作製していたペースが落ち,研究が完結できていない複数の新物質の物性精査が残っている。特にX-Al置換系のLa希釈系の作製と測定などに遅れが生じている。また,本研究の主要目的の一つである0.1 K以下の強磁場中の比熱・熱電能測定システムの開発は,測定系が搭載される希釈冷凍機に不具合が続き,最終段階手前のまま進展を見ることができていない。これら2つの要因により,研究が完結できていないため,研究期間の延長を申請し,認められた。残り1年で未完結の事項を確実にまとめていきたい。今後の研究の展開としては,試料作製のペース回復をまず第1目標として努力する。故障中のアーク炉の復帰は令和元年7月頃を想定している。復帰後は本研究のテーマの一端を担うべく,申請者と同様に,学部,大学院学生が個々に自分達の卒業・修了研究の遂行のために奮闘・協力してくれるものと期待している。また,完成目前と認識している0.1 Kまでの極低温磁場中熱電能の測定システムについても完成を目指す。1回の実験に液体ヘリウムを50リッターを用いるが最近世界的にヘリウムの供給不足となり,安定的な確保についても工夫をすることで研究が円滑になるように努力する。今年度は(1)簡便型極低温・強磁場精密熱電能測定システムの構築,(2)多極子自由度を持つRTr2Al20系を主対象とした純良単・多結晶試料(R:PrとSmの希土類金属元素,Tr:遷移金属元素)の作製を主要二課題として計画に掲げ,研究を遂行した。(1)では,既存設備の物理特性測定システムに搭載できる磁気断熱消磁冷凍機オプションを購入し,これを用いてシステムを構築した。これにより容易な試料搭載部へのアクセスと室温から最低温度0.1 Kまで2時間の冷却が可能となった。熱電能測定自体は約5時間,その後室温にて試料を取り出すまでに3時間で済むので,1日に2つの試料の測定が可能となり,これまでと比べて機動力が格段にアップした。さらに準断熱法を用いた比熱測定システムも構築し,互いに密接に相関した両物理量に対する詳細な考察をできるようにした。(2)に関しては,これまでにも独自手法による良質単相多結晶試料を数多く有していたが,これを母材にしてAl自己フラックス法による数mm1 cmサイズの大型単結晶試料の育成に成功している。中でもTr = V,CrのPrサイトを非磁性のLaで希釈した系の単結晶育成に成功し,(1)の測定システムをも用いた物性測定を精力的に行っている。その研究成果については学会において積極的に発表した。

Sm系ではTr = Ti,V,CrのLa希釈系の単結晶育成も行っており,順次研究成果の発表を学会において行っている。さらに特筆すべき事項として,Tr = Nbの物性報告がこれまでなされていないが,この理由については単結晶育成が難しいためと考えられる。これに対して本研究課題代表者は今年度に独自手法によりSm 100 %の系およびLa希釈系の多結晶試料をすでにいくつか得ており,現在その物性測定を始めている。一通りの測定をしたのちにこれらを母材にして単結晶育成を目指すことにしている。研究概要の欄にも記述したが以下の二つの主要課題を計画に掲げ研究を遂行した。まず,当初計画に従い,磁気断熱消磁冷凍機オプションを導入し,それに搭載する簡便型極低温熱電能精密測定システムを1か月かけて構築した。これまで得られていた2 K以上の温度領域の熱電能データに加えて新たにこのシステムによりRTr2Al20の0.1 Kの極低温にいたる精密熱電能データが迅速に得られるようになった。これまで用いていた希釈冷凍機での測定に比べて飛躍的に機動力が増し,今年度40回を超える測定を行うことができた。同じオプションに搭載できる,準断熱法による比熱測定システムも構築し,0.1 K0.65 Kの測定データを得られるようになった。これまで得られていた0.4 K以上の比熱データにつなぐことで,極低温におけるRTr2Al20の貴重な物性データが得られるようになった。こちらも今年度50回以上の測定実績を積んだ。既存の3Heオプションに搭載する,強磁場中熱電能測定システムについては,当初の計画では今年度と次年度で構築を行うことにしているが,現時点で磁場中での正確な温度計測に必要な温度計の磁場中校正作業を始めた。校正作業の完了後,専用のサンプルパックを構築し次年度の早い時期に完成させる予定である。一方RTrAl20を主対象とした純良大型単・多結晶試料作製・育成であるが,研究室所属の大学院生とともに日夜作製に励んでいる。各学生が各自の作製対象試料物質を選び,まず純良多結晶試料を作製し,その基礎物性の測定後にそれを母材としたフラックス法により単結晶育成に挑んでいる。単相多結晶試料から始める独自手法が功を奏し,1cmサイズの大型単結晶試料が得られ始めている。これらの試料について熱電能他の物性を0.1 Kから室温までの温度範囲で測定し,その研究成果を今年度開催の日本物理学会秋季大会と北陸支部講演会で発表した。本年度は(1)前年度に構築したADR冷凍機を用いた簡便型の極低温比熱測定・熱電能測定システムを用いて,同じく前年度より育成を継続しているRTr2Al2(R:プラセオジムPr,サマリウムSmなどの希土類元素;Tr:遷移金属元素)およびランタン(La)のRサイト希釈系の大型単結晶・多結晶試料の極低温熱電・熱特性を調べつつ,(2)新しい1-2-20系の試料の探索を行い,かつ(3)強磁場中の熱電能測定システムを構築することを目標に掲げ,研究を進めた。(1)については,手許に得た約40個の単・多結晶試料の比熱・熱電能測定を行った。結果を日本物理学会秋季大会や同学会北陸支部定例学術講演会において発表した。(2)についてはこれまで報告のないPrMo2Al20の良質な多結晶試料,およびそれを用いて育成された大型の単結晶試料における基礎物性を調べることができ,現在論文投稿準備中にある。また,さらに同じく試料作製報告のないSmNb2Al20の多結晶試料の作製にほぼ成功し上述の学会において報告を行った。また,SmTr2Al20(Tr=V,Nb,Ta)のLa希釈系のSm10 %以下の希薄な組成の1 K以下での異常な熱電・熱特性を見出し,これについても間もなく論文投稿できる見込みである。
乳癌の転移・再発予防の治療開発を目指した新規血管擬態関連遺伝子群の同定と機能解析

本研究はヒト乳癌における新規VM(vascular mimicry:血管擬態)関連遺伝子を同定し、」臨床上、有用な治療標的になり得るかどうかを検証することを目的とする。現在、以下の実験を進めている。(1)乳癌臨床検体でのVMの発現状況の確認:乳癌症例の臨床検体を用い、VMの発現状況の確認を免疫染色により行っている。今後、VM陽性症例と予後との相関を検討し、臨床上のバイオマーカー、治療標的となり得るかどうかを検討している。(3)自家蛍光を発現するヒト乳癌細胞株の樹立:・乳癌細部移植部位での腫瘍形成および肝転移巣の観察のために、申請者らが確立した方法で自家蛍光を発するtdTomato遺伝子の乳癌細胞株への導入を行う。この操作により、移植部位での腫瘍形成および肝転移巣のIVIS(in vivo imaging system)での観察が可能となる。現在、tdTomto遺伝子が導入された細胞株の樹立に向けて実験を行っている。・(1)(2)が終了した後、免疫不全マウスを用いた乳癌肝転移モデルの確立のためのin vivoの実験を開始する予定です。・乳癌細胞株の培養実験は安定した培養の条件検討が終了し、VM形成の再現を確認している段階である。・それぞれのヒト乳癌細胞株へのtdTomato遺伝子の導入は安定した条件検討を行っている段階である。・今年度中に臨床データを調べ、VM陽性症例と予後との関係を検討する予定である。・乳癌細胞株の培養実験でのVM形成の再現、乳癌細胞株へのtd-tomato遺伝子の導入を確認した後、マウス肝転移モデルでのVM形成の検討を行い、VM関連遺伝子の同定を試みる。本研究は、ヒト乳癌における新規VM(vasucular mimicry:血管擬態)関連遺伝子を同定し、臨床上有用な治療標的になり得るかどうかを検証することが目的です。現在、以下の実験を進めています。(1)乳癌臨床検体でのVMの発現状況の確認:乳癌症例の臨床検体を用い、VMの発現状況の確認を免疫染色によりを本年より開始した。現在、当院の乳癌症例のパラフィン切片を用い、VMの免疫染色の染色条件を検討中です。cStage別、サブタイプ別での検討を行い、予後との相関を解析し、臨床上のバイオマーカー、治療標的になり得るかどうかを検討する予定です。(3)自家蛍光を発現するヒト乳癌細胞株の樹立:乳癌細胞移植部位での腫瘍形成および肝転移巣の観察のために、申請者らが確立した方法で自家蛍光を発するtdTomato遺伝子の乳癌細胞株への導入を行う。この操作により、移植部位での腫瘍形成および肝転移巣のIVIS (in vivo imaging system)での観察が可能となる。現在、tdTomato遺伝子を用い、細胞株の樹立に向けて実験を行っている。(1)(2)が終了した後、免疫不全マウスを用いた乳癌肝転移モデルの確立のためのin vivoの実験の準備を行う予定です。免疫染色に関しては手動染色以外に自動染色でも染色可能とするために、条件検討を行っており、時間を要している。in vitroの実験に関しては34種類の乳癌細胞を用いているため、それぞれの培養条件が異なるため、時間を要している。免疫染色に関しては染色条件が決定すれば、効率的に実験を行い、多数の症例を用い、VMの発現と予後との相関の検討が可能となる。また、マイクロダイセクション、マイクロアレイによるVM関連遺伝子の解析も可能と考えています。in vivoでの実験が出来ておらず、その実験費用を使用していないため。・ヒト乳癌組織を用いた免疫染色でのVMの陽性率はLuminal-typeでは低く、また陽性率がそれほど高くないため、症例数を増やしての検討が必要であったため、検討に時間を要した。

・乳癌細胞株の培養実験では安定した培養の条件検討に時間を要し、VM形成の再現の確認が遅れている。・tdTomato遺伝子のヒト乳癌細胞株への導入は細胞へのダメージが大きい場合があり、安定した導入条件の検討に時間を要している。
森林の下層植生が物質循環に与える影響と土壌動物群集による土壌機能評価法の開発

本研究ではミヤコザサの刈り取り実験を通して森林の物質循環や土壌動物がどのように変化するかを調べた.ササの消失は土壌の乾燥と養分の増加をもたらした.これに対し、カラマツは落葉量に違いはなかったものの、ミズナラでは落葉量の増加がみられた.これらの結果はササは樹木に対し,上層樹木との養分競争者としての側面と,上層木の表土環境変化を緩和する保護効果をもつ協力者としての側面があることがわかった.本研究は下層植生の除去により,下層植生の植物ー土壌特性への寄与を定量化し、これらの変化が土壌動物群集にどのように影響するのかを解析することによって,森林土壌の機能を土壌動物群集によって評価する方法を開発することにある.本年度は,5月より試験区設置を行った.対象研究地となる九州大学北海道演習林内のカラマツ人工林およびミズナラの優占する二次林それぞれ5箇所ずつ実験区を設定した.実験処理区では樹高2m以下の10m四方のササを刈り取った.対照区はそれぞれのササ刈り取り区と10m程度離した隣接地に設定した.それぞれの試験区では下層植生の現存量および窒素含有量を測定した.処理区,対照区双方で林分現存量,有機物堆積量,表層土壌の炭素,窒素蓄積量,無機態窒素現存量の初期値を測定し,実験前の試験地間で有意に違わないことを確認した.この後,5月より継続的にササの刈り取りを行った.刈り取り処理の後,実験区,対照区にて土壌40cmにイオン交換樹脂を設置し,養分流出量を測定している.また,土壌の窒素無機化速度をバリードバック法で測定している.また,リターフォール量および窒素含有量を測定している.25年度の結果からは,7-30kgN/haの窒素が下層刈り取りの形で系外に取り出されたが,窒素の無機化速度や土壌下部からの窒素流出の増加は認められなかった.以上のように,今年度は試験区の設定と初期観測の立ち上げを行った.本研究は,北海道東部のカラマツ林,ミズナラ林におけるミヤコザサの除去実験を通して下層植生の持つ生態系機能を明らかにし,これが土壌動物に与える影響を明らかにすることにある.平成26年度は,実験設定から2年が経過した.この間,下層の除去処理は継続的に進めており,大きな問題はなかった.春に実験処理1年後のトビムシ群集,土壌下層からの窒素養分溶脱量,リターフォール,細根量,樹木成長量,土壌呼吸量,PLFAによる土壌微生物の群集特性の計測を行った.また,リターフォールについては2年目のデータまで取得している.一年間の下層除去によって,いずれの植生,実験処理においても窒素の溶脱は生じていなかった.下層除去処理によって,1,2年目のリターフォール量,葉の窒素濃度はミズナラ林でのみ増加しており,カラマツではこのような傾向は見られなかった.ササの窒素保持量は,ミズナラ林,カラマツ林ともに20%以上が見積もられているが,土壌の窒素生成速度,表層土壌の養分プールにも差がなく,下層植生による養分吸収の喪失は,より深い土壌層への窒素吸着や,葉以外への窒素保持量の増加等が生じているかもしれない.次年度には下層植生の吸収分の窒素がどこに使われているのかをより詳細に調べる予定である.微生物については菌類とバクテリアの比が処理によって変化していた.トビムシ群集についても解析を行った.ササ除去区の方で群集構造の地点間のばらつきが大きくなる傾向は見られているものの,1年の処理ではまだ植生と処理による一貫した群集の違いは見られていない.微生物の変化がトビムシ群集に影響するのに1年の時間は短いのかもしれない.いずれの項目についても,1年の処理後に計測した下層植生の一貫した効果は得られなかった.3年間の継続調査を続けるが,それ以降の長期的な影響を観測する体制を来年度に築きたい.本研究はミヤコザサの刈り取り実験を通して、窒素循環や土壌環境の変化,およびリターフォールや地上部生産量など生産者へのフィードバックを定量的に評価し、下層植生のもつ生態系基盤サービスを明らかにすることが目的であった.実験は九州大学北海道演習林で行った.カラマツ,ミズナラの人工林あるいは二次林を5箇所ずつ選定し、それぞれに10m四方のプロットを2つずつ設置した.このうち一方の下層植生を全て刈り払い、もう一方は対象区とした.刈り取りの際、面積あたりのササ地上部重量を測定した.各プロットでカラマツまたはミズナラ対象木の直径、リターフォール,O層蓄積量,0-10cmの表層土壌の無機態窒素、40cm深での樹脂による流出養分,PLFA測定,微生物呼吸を測定した.土壌動物の計数を行い、トビムシについては種ごとの計測から群集構造まで明らかにした.結果をまとめると、ササの消失は表層土壌の乾燥と無機態窒素養分の増加,微生物の減少と土壌動物の増加をもたらした.これら土壌への影響に対し、上層木であるカラマツとミズナラは異なる反応を示した.カラマツではハバチの摂食量がササの刈り取りによって増加したものの,リターフォールや幹成長量にササの消失による影響はみられなかった.一方ミズナラでは葉の窒素濃度の増加やリターフォール量の増加がみられた.トビムシの変化は種特異的なものでなく、個体数のみが増加する変化を示し、下層植生へ特定の種の反応を指標とするのは困難と考えられた.これらの結果はミヤコザサの生態系機能として,上層樹木との養分競争者としての側面と,上層木の表土環境変化を緩和する保護効果をもつ協力者としての側面があることを示している.

これらの結果自体は新規性はあるものの短期的なものであり、長期的な下層植生の消失が生態系にどのように影響するのかについて継続的にモニタリングする必要がある.本研究ではミヤコザサの刈り取り実験を通して森林の物質循環や土壌動物がどのように変化するかを調べた.ササの消失は土壌の乾燥と養分の増加をもたらした.これに対し、カラマツは落葉量に違いはなかったものの、ミズナラでは落葉量の増加がみられた.これらの結果はササは樹木に対し,上層樹木との養分競争者としての側面と,上層木の表土環境変化を緩和する保護効果をもつ協力者としての側面があることがわかった.予定していたデータの収集,解析まで予定通り進んでいる.また,研究協力者が本研究に協力してくれているおかげで,予定になかった土壌微生物の活動量や群集機能の変化等も測定することができた.下層植生の除去は地上部の刈り取りを行っているが,地下茎の影響が排除できていないことが窒素流出などが生じない原因になっているかもしれない.この点から期待通りの結果がでていない可能性もあるため,地下茎の排除処理を試す.森林生態学当初考えていた仮説にたいして,下層植生の除去効果は短期的に顕著に現れるものではなかった.次年度が最終年度のため,研究期間中までのまとめをしつつ,長期での影響を調べる用意をする.また,下層の除去は地上部に対して行っているが,地下茎の生存率が思いのほか高そうであるため,地下茎の切断をしっかりやり直した実験を本研究を踏まえて進めていく.初年度である今年度は野外実験の開始と,実験処理の継続の可否を判断することにあった.実験は滞りなく開始された.初期状態の土壌特性,林分の特徴の記述をし,試験地の妥当性を確認した.観測は予定通り開始した.次年度の前半に集中的な調査観測を行うために,迅速な資金準備が必要と考えたため.初年度の成長期における実験結果では,下層植生に奪われた養分が流亡していないことから,上層木による養分吸収が増加している可能性がある.下層植生が上層木に対して養分競争力を有しているか否かによって土壌形成過程に大きな変化が生じてくるだろう.今後上層木のリターフォール窒素含量の観測が重要である.養分の競争に関しては,根量の増減が左右していると考えられる.したがって次年度は地下部器官の観測を加える.また,休眠期に関してはまだ結果が得られていない.本研究では,開葉前,冬期から春先にかけての無機態窒素の流亡が下層植生の消失によって促進されるだろうと予測している.従って26年度,27年度の春の窒素流亡の観測が重要となる.また,年度を重ねるにつれ,下層植生からのリター供給の積算量が大きくなると考えられるので,土壌の炭素,窒素蓄積量の観測を継続する.土壌環境条件の違いを明らかにした上で25年度より土壌動物群集の違いについての観測を開始する.サンプリング用のバイアルや硝子器具購入を4月中に行う.観測に必要な機器を安価に購入できたため,26年度に重要な観測が控えているため,これにあてる.また,継続的な野外実験処理のための人件費として使用する.
学習障害児の算数障害の最適支援プログラムに関する発達生理心理学的研究

学習障害児の算数障害に関しては、その学習支援の必要が指摘されながら、有効な教育プログラム開発がなされてこなかった。これは、学習障害の機序に関する研究が少ないことによることが指摘できる。学習障害は、ワーキングメモリの機能不全が関与することが報告され、ワーキングメモリの発達評価の必要が指摘されている。ワーキングメモリの機能が不全な場合には、算数の文章問題の理解が困難になるとともに、九九などの機械的記憶に障害が生じることが予想される。また繰り上がりの計算などの一時的記憶にも困難が生じる。平成14年度には、小学校2・3年生の算数課題に関する障害の評価と支援プログラムを開発し、学習障害児を対象として実施した。その結果、学習障害児におけるワーキングメモリの障害を、時間経過に沿って評価する方法を開発することが必要であることを指摘した。ヒトのワーキングメモリにかかわる脳機能研究は、PETやfMRIを用いて検討され、ワーキングメモリの評価が可能になってきた。近年、近赤外線分光法が開発され、子どもを対象とした脳機能計測が可能となった。NIRS法は、測定上の制約が少なく、優れた時間分解能を持ち、脳活動に伴う酸素代謝過程を測定できるという利点を持つ。そこで、平成15年度と平成16年度では、NIRS法を適用し、学習障害児の情報処理過程の特徴について、生理心理学的評価を行うこととした。平成15年度には、課題遂行時のワーキングメモリ評価を健常成人を対象として、NIRS法によって検討した。平成16年度は、平成15年度の課題を引き続き検討するとともに、情報聴取と行動調整に関する評価に関して検討を行うこととした。具体的には、算数問題解決場面で不可欠であるワーキングメモリ、情報の聴覚的取得、行動調整の3つの側面について、学習障害児の前頭前野を対象として脳機能評価をNIRS法により実施し、学習支援を行う上での課題について、論じた。近年、学習障害児における算数障害に対する学習支援の必要が指摘されていらう。教育プログラムの作成においては有効な診断方法の確立が不可欠であるが、この点について、充分な検討はまだなされていない。算数では、問題文を理解する上で、聞く、読むに加えで、計算に関する知識の記憶、作業記憶などが不可欠である。そのため、学習障害児の認知能力の偏りと、算数障害との間には、複雑な関係があることが予想される。本年度においては、以下の点で検討を行なった。(1)はじめに、学習障害児における算数能力を評価するアセスメント課題を作成し、これを学習障害児40名について実施した。算数能力については、計算能力と文章問題解決能力、さらに図形問題解決能力を評価した。文字に関しては、読字と書字のレベルを評価した。認知処理過程については、K-ABC検査により評価した。その結果、同時処理過程が低い事例については、図形処理および筆算に困難が見られた。継次処理過程が低い事例については、文章問題解決や、計算課題に困難を示した。また、漢字書字に困難を示す事例では、計算課題や図形処理に困難が見られ、特徴的であった。これらの結果は、学習障害児における算数障害の分類に有効であることが指摘できる。(2)作業記憶の生理心理的評価を行うために、近赤外分光法による脳血流量の測定を行った。測定箇所は、ブローカ野を中心として前方の部位とした。特に視覚刺激を中心とした作業記憶課題で応答が明瞭な部位を認めた。学習障害児の算数障害に対する学習支援の必要が指摘されてきた。教育プログラムの作成においては,有効な診断方法の確立が必要である。この点について,充分な検討はなされていない。算数では,特に,問題文を理解する上で,聞く、読むに加えて,計算に関する知識の記憶,作業記憶などが不可欠である。