hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
母語・外国語音声知覚における「音素としての知覚的許容度」の影響

本研究では、外国語の知覚と母語の知覚について、「母語の音素としての許容度」という観点から、統一した現象として捉える可能性について検討している。具体的には、(1)母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割について調査する、(2)外国語音声において、音声の「母語の音素」としての知覚的許容度はどのような要因によって変化し、知覚に影響を与えるのか調査する、という計画である。ある音素が、言語音声のカテゴリーとして構築されているか否かについては、カテゴリー知覚という現象から観察する事ができる。カテゴリー知覚は、子音知覚に起こりやすいとされている事から、当初、子音に特化した研究計画を立て、進めていた。調査では、合成音声を母語・外国語としての許容度を測定させる上で、合成の質がその測定に影響を与える恐れがあった。そのため、そのような影響ができる限り最小限となるよう、刺激音の作成と方法、確認に十分な時間と慎重な検討が行われた。また、知覚に影響を与える要素を特定するため、なるべく単純な構造を持った音声を作成する計画を進めていた。結果、予備実験や予備調査を行うなどする過程で、言語音声としての許容度、および母語・外国語としての許容度の判断は、聞き手の音素知識だけでなく、個々の刺激音の特性(刺激音にどの母音を使っているか、および、フォルマント周波数等、刺激の詳細の数値の違い)にも影響を受けるという知見が示唆された。そこで、刺激の合成と平行して、許容度を正確に計る指標についても慎重に検討した結果、母音の知覚に基づく指標が有効であることが示唆された。そこで、本研究課題について、英語の弱化母音を日本人が知覚する際の知覚パターンに焦点をしぼり、日本語話者が英語の弱化母音を知覚するパターンについてと、母語としての許容度との関係を調査した。この成果については、投稿中の論文にて公表予定である。昨年度は、(1)母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割について調査することを計画していたが、調査の過程で、母語や外国語音声の知覚に当初の予想とは異なる要因が用いられている事が示唆された。そこで、母語、外国語に関わらず、知覚の際に優先的に用いられていると思われる要因の特定とを優先することとしたため、昨年度の時点では進捗がやや遅れていた。しかしながら、最終年度において、調査対象を子音から母音へと改める等の計画変更を行い、先行研究や予備調査に基づく調査を進めたことにより、結果、「母語の音素」としての知覚的許容度に影響を与える要因として有効であると思われる指標が見いだせた。それにより、本研究の大きな目標としていた、「外国語と母語の知覚を「許容度」という観点から統一した現象としてとらえる可能性について検討すること」について、統一して捉えるのは妥当でありそうだ、という示唆が得られた。このような示唆が得られた事は、本研究の最終目標としていたところであり、成果としてはおおむね順調に進展している。調査結果と成果についても、学術論文にて公表予定である。本年度の調査によって得られた研究成果について、学術論文にて公表するべく、平成30年度は主に執筆と論文出版活動を続ける予定である。論文出版や、それに関わる追加調査に関する支出については、補助事業延長申請済みである。人が、どのように言語音声を知覚、認識しているのかについては、(1)母語音声の知覚、(2)外国語音声の知覚、の2つの観点から、独立した研究が行われるのが一般的である。しかしながら、これら2つのアプローチは、「音声は、母語の音声(音素)としての知覚的許容度に基づいて、母語の音声カテゴリーに当てはめることで知覚している」ことを仮定している、という点で根本的な共通点がある。根本的な仮説が共通している以上、独立した現象として扱う合理性も問われて然るべきであるが、この点が直接的に調査されることはほとんどない。そこで、本研究課題では、母語音声と外国語音声の知覚に関して、理論を統一化する妥当性について、「音素としての知覚的許容度」という観点から調査を行うこととした。本研究課題での目標は、母語音声・外国語音声の知覚について、統一したモデルで扱う妥当性について調査し、まとめることを目的としている。第1に、母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割について調査する。第2に、外国語音声知覚において、音声の「母語の音素」としての知覚的許容度はどのような要因によって変化し、それが聞き取りにどの程度影響するのか、を調査する。それらの結果より、母語音声・外国語音声の知覚が、どの程度まで同一現象としてモデル化できるか否かについて議論する。本研究は、「母語の音素としての許容度が知覚に与える影響」は、母語音声か外国語音声の別ではなく、刺激音声の音響的特性に依存すると予測している。本研究課題のアプローチを取ることで、母語・外国語の音声知覚について、また、音声を介した言語理解について、新しい知見がえられることが期待される。本年度は、日本語には音素として存在しない英語の音声について、日本語の音声としてどの程度許容される可能性があるかについて、基礎的な調査を行った。当初の予定では、本年度は、第1の目的である「母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割」について調査することを予定していた。

そして平行して、第2の目的である、「外国語音声知覚において、音声の「母語の音素」としての知覚的許容度はどのような要因によって変化し、それが聞き取りにどの程度影響するのか」について、予備調査を行うことを予定していた。しかしながら、調査の過程において、外国語音声の知覚に当初の予想とは異なる要因を用いられていることが示唆された。母語・外国語音声の知覚を統一する妥当性について議論する際、母語・外国語音声に関わらず、知覚の際に優先的に用いていると思われる要因をある程度特定した上で調査を進めることが不可欠である。そのため、第1の目的を直接的に調査する前に、そのような要因を特定ことを優先することとした。当初の計画通りの実験、調査が行われなかった、という意味では、進捗がやや遅れているが、本年度での調査によって、本研究課題で重要視すべき要因が明らかになったことは重要な成果である。また、そのような発見により、第2の目的である、「外国語音声知覚において、音声の「母語の音素」としての知覚的許容度はどのような要因によって変化し、それが聞き取りにどの程度影響するのか」について、当初の予想よりも効果的な実験デザインを組むことができることも、大きな成果である。本研究では、外国語の知覚と母語の知覚について、「母語の音素としての許容度」という観点から、統一した現象として捉える可能性について検討している。具体的には、(1)母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割について調査する、(2)外国語音声において、音声の「母語の音素」としての知覚的許容度はどのような要因によって変化し、知覚に影響を与えるのか調査する、という計画である。ある音素が、言語音声のカテゴリーとして構築されているか否かについては、カテゴリー知覚という現象から観察する事ができる。カテゴリー知覚は、子音知覚に起こりやすいとされている事から、当初、子音に特化した研究計画を立て、進めていた。調査では、合成音声を母語・外国語としての許容度を測定させる上で、合成の質がその測定に影響を与える恐れがあった。そのため、そのような影響ができる限り最小限となるよう、刺激音の作成と方法、確認に十分な時間と慎重な検討が行われた。また、知覚に影響を与える要素を特定するため、なるべく単純な構造を持った音声を作成する計画を進めていた。結果、予備実験や予備調査を行うなどする過程で、言語音声としての許容度、および母語・外国語としての許容度の判断は、聞き手の音素知識だけでなく、個々の刺激音の特性(刺激音にどの母音を使っているか、および、フォルマント周波数等、刺激の詳細の数値の違い)にも影響を受けるという知見が示唆された。そこで、刺激の合成と平行して、許容度を正確に計る指標についても慎重に検討した結果、母音の知覚に基づく指標が有効であることが示唆された。そこで、本研究課題について、英語の弱化母音を日本人が知覚する際の知覚パターンに焦点をしぼり、日本語話者が英語の弱化母音を知覚するパターンについてと、母語としての許容度との関係を調査した。この成果については、投稿中の論文にて公表予定である。昨年度は、(1)母語音声を知覚する際の、母語音声としての許容度の役割について調査することを計画していたが、調査の過程で、母語や外国語音声の知覚に当初の予想とは異なる要因が用いられている事が示唆された。そこで、母語、外国語に関わらず、知覚の際に優先的に用いられていると思われる要因の特定とを優先することとしたため、昨年度の時点では進捗がやや遅れていた。
アルミニウム合金と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の摩擦点接合における接合条件の検討

アルミニウム合金1000番台とABS樹脂との摩擦攪拌点接合および,摩擦攪拌接合による重ね合わせ継手の作成に成功し,作成した継手の強度の評価を行った.その結果,樹脂と金属の混合物が生成した場合,継手の強度が上がることが見いだされた.当年度に高速度カメラを導入し,透明な樹脂であるポリカーボネートを用いて,点接合における樹脂と金属の混合の様子を動画で観察することができた.その結果,ポリカーボネート樹脂の,工具から離れた部位に,変質が表れていることが観察できた.作成した継手を切断して,アルミニウム合金の部分の硬さをマイクロビッカース装置で測定したが,接合部の硬さには低下が確認できた.次に,重ね合わせ継手を作成する際の表面の性状に注目して,継手表面に発生する溝やバリを取り除く工具の工夫を取り入れた.その結果,アルミニウム合金1000番台および,3000番台においては,溝やバリの発生の少ない滑らかな表面の継手を作成することができた.表面の性状と,継手強度の関係については現在評価を進めている.また,研究報告が少なく,より実用的であると考えられるジュラルミンとアクリル樹脂の接合に関して,条件を探っているところである.様々な実験を繰り返すことによって,表面の性状は,試験片表面からのショルダーの高さ,内部の接合の条件は工具の回転当たりの送り速度でまとめることができることがわかった.しかしながらジュラルミンは,純アルミニウムより強度が高く,また粘性も大きいため,作成した工具が折損することが多く,現在差的な条件を求めて実験条件を変えて接合試験をしている.当初の予定としては複合材料との点接合を想定していたが,現在,送りを含めた摩擦攪拌継手を作成する線接合に取り組んでいる.これは,このほうが作成の仕方によっては表面性状もよくすることができて実用的であると考えたからである.また,現在は,接合のメカニズムを知るために高速度カメラを用いて接合の場面をその場観察することに取り組んでいる.このため,視野を遮らない透明な樹脂を用いている.これは当初予定していなかった取り組みであり,このため,複合材料との接合に現在は基本的な条件を特定するために複数の種類のアルミニウム合金と透明な樹脂(ポリカーボネート,アクリル樹脂,PET樹脂など)との接合条件を検討しているところである.しかしながら,複合材料の多くは透明な樹脂をマトリックスとしていることもあって,接合機構のその場での観察は,この最終の目標に向けてより多くの知見が得られ,有益であると考えている.ジュラルミンはアルミニウム合金の中でも強度が高く,接合が出来れば,実用性も高いと思われるため,現在続けているジュラルミンとアクリル樹脂の摩擦攪拌接合条件を決定する.ジュラルミンが接合できない時は5000番台アルミニウムの接合を試みる.接合条件が定まれば,複合材料とアルミニウム合金の接合を検討する.また,これらの接合について3000番台や1000番台,5000番台のアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂との接合のその場観察を行う.現在の観察手段では,点接合の観察を樹脂裏面および,側面からの観察が可能であるが,重ね合わせ継手を作成する際の線接合の観察を可能にするための冶具を作成する.また,接合の機序が異なると考えられる突合せ接合について,その場観察も含めて検討を開始する.〇樹脂と金属(A1000アルミニウムおよび2000番台アルミニウム合金)の摩擦攪拌接合について,ABS樹脂,ポリカーボネート,ポリプロピレン,ナイロン樹脂など,複数の樹脂についてその可能性を確認した.その結果,ポリプロピレンは接合に際して,表面処理が必要であること,また,アルミニウム合金は硬さ(脆さ)のため,接合が難しいこと.ABS樹脂とアルミニウムについて比較的よく接合することを確認できた.〇すべて接合は,ラップジョイント形式で,樹脂の上に金属板を重ね,フライス盤を用いて工具を上から差し入れる形式で行っている.摩擦点接合においては,工具を差し入れる深さについて,複数の深さについて実験を行い,これが浅いと,樹脂と金属がよく混合しないこと,また,深すぎると,金属板を貫通切断してしまい,ちょうどいい深さが存在することを確かめた.接合の際に,最後に工具を回転させたまま,停止させることを試みているが,このことについて大きな効果は認められなかった.〇摩擦攪拌点接合(friction stir spot welding)で接合の可能性を確認した後,接合の際に工具を回転させながら公転させる摩擦攪拌公転接合(friction stir revolutional welding)を試みて,良く接合することを見出した.また,点接合より成功率が高いことを確認した.しかしながら,アルミニウム表面より多くのバリを生じる欠点も見出された.〇摩擦各班点接合,および摩擦攪拌公転接合の両方の手段で作成した接合継手の強度を測定したところ,単位面積当たりの強度としては,代替として考えられる接着による継手の強度に近いものが出ていることがわかった.また断面の観察をした結果,接合の主要メカニズムはアンカー効果であることが予想される.現在のところ,ミクロスケールで樹脂と金属の混合は観察できていない.〇現在のところ基本的な実験は成功しており,データは得られてきている.しかしながら,接合のための条件の洗い出し,最適なパラメタの設定,および,より構造材料として用いられているアルミニウム合金に関して接合が成功していない.また,断面を詳細に観察して,樹脂と金属の流動について明らかな知見が得られていないため,このような評価とした.〇原因としては,当初予定していた顕微鏡システムの不調があげられる.これは,次年度の最初に修理を行う予定である.

アルミニウム合金1000番台とABS樹脂との摩擦攪拌点接合および,摩擦攪拌接合による重ね合わせ継手の作成に成功し,作成した継手の強度の評価を行った.その結果,樹脂と金属の混合物が生成した場合,継手の強度が上がることが見いだされた.当年度に高速度カメラを導入し,透明な樹脂であるポリカーボネートを用いて,点接合における樹脂と金属の混合の様子を動画で観察することができた.その結果,ポリカーボネート樹脂の,工具から離れた部位に,変質が表れていることが観察できた.作成した継手を切断して,アルミニウム合金の部分の硬さをマイクロビッカース装置で測定したが,接合部の硬さには低下が確認できた.次に,重ね合わせ継手を作成する際の表面の性状に注目して,継手表面に発生する溝やバリを取り除く工具の工夫を取り入れた.その結果,アルミニウム合金1000番台および,3000番台においては,溝やバリの発生の少ない滑らかな表面の継手を作成することができた.表面の性状と,継手強度の関係については現在評価を進めている.また,研究報告が少なく,より実用的であると考えられるジュラルミンとアクリル樹脂の接合に関して,条件を探っているところである.様々な実験を繰り返すことによって,表面の性状は,試験片表面からのショルダーの高さ,内部の接合の条件は工具の回転当たりの送り速度でまとめることができることがわかった.しかしながらジュラルミンは,純アルミニウムより強度が高く,また粘性も大きいため,作成した工具が折損することが多く,現在差的な条件を求めて実験条件を変えて接合試験をしている.当初の予定としては複合材料との点接合を想定していたが,現在,送りを含めた摩擦攪拌継手を作成する線接合に取り組んでいる.これは,このほうが作成の仕方によっては表面性状もよくすることができて実用的であると考えたからである.また,現在は,接合のメカニズムを知るために高速度カメラを用いて接合の場面をその場観察することに取り組んでいる.このため,視野を遮らない透明な樹脂を用いている.これは当初予定していなかった取り組みであり,このため,複合材料との接合に現在は基本的な条件を特定するために複数の種類のアルミニウム合金と透明な樹脂(ポリカーボネート,アクリル樹脂,PET樹脂など)との接合条件を検討しているところである.しかしながら,複合材料の多くは透明な樹脂をマトリックスとしていることもあって,接合機構のその場での観察は,この最終の目標に向けてより多くの知見が得られ,有益であると考えている.〇摩擦攪拌点接合ではなく,送りを入れた接合を行い,より広い範囲で接合が出来ることを確認する.また,その場合の最適条件(沈み量,回転速度,送り速度)の最適設定を行う.〇接合断面を詳細に観察して,樹脂と金属の工合に最適な条件を探る.〇アルミニウム合金の接合についてその可能性を実現させる.
躁うつ病治療薬の生体リズム調節機序

1.サーカディアン・リズムの自由継続周期に及ぼす影響浸透圧ミニポンプによって塩化リチウム(LiCL),クロミプラミン(CMP),イミプラミン(IMP),TRHをラットの側脳室に連続2週間注入して、恒暗条件下での自発運動,飲水,摂食のサーカディアン・リズムの自由継続周期の変化を検討した。LiCl0.2-6μM/kg/h注入によってリズムの周期の延長を認めたが、投与量と周期変化との相関はなかった。これに対してCMP0.4-568nM/kg/h注入とIMP0.4-829nM/kg/h注入では、投与量と周期変化とは負の相関があり、高投与量では周期短縮が認められた。TRH6nM/kg/h注入では周期変化がなかった。2.サーカディアン・リズムの明暗サイクルの周期への同調範囲の変化。明暗サイクルの周期を24時間から徐々に延長または短縮したところ、同調可能な上限は28-29時間であり、下限は23時間20分であった。明暗サイクルに対する睡眠,自発運動,飲水サーカディアン・リズムの位相は、同調上限では前進し、下限では後退し、これはある種のヒト・サーカディアン・リズム異常のモデルとみなし得ることが示唆された。28時間明暗サイクル下でLiCL22.5μM/hを連続皮下注入したが、リズムの同調性と位相前進に変化はみられなかった。躁病治療薬であるLiがサーカディアン・リズムの内因性周期を延長し、抗うつ剤であるCMP,IMPが周期を短縮するという逆の作用があることは、これらの薬物の作用機序を解明するのに重要な手がかりを与えるものと考えられる。
出産数に関わる諸要因を分類された家族・地域ごとに改善させるための研究

この研究は、出産意図に対しある要因が不十分である場合、代替的選択肢で置き換えれば出産意図は大きくなりうるかについて行ったものである。結果として、夫の家事(育児)協力については代替的選択肢で有意な結果が得られた。その他、妻の精神的・肉体的負担の軽減に関しては、代替的選択肢はもちろん現実的な選択肢も有意に強く影響する。世帯収入では代替的選択肢の有無にかかわらず、出産・子育て費用に見合うだけ現実的に得られなければ、出産意図に有意に影響を与えることはできない。部屋数については、現実的選択肢でのみ有意に必要とされるという知見が得られた。2009年度第1の研究は、「夫婦間の"満足度"」が強い場合、「出生意欲」が必ずしも高まるのか、逆に言えば、いくら「共通の年収」「一緒に過ごす時間」等が多くても、あるいは、「会話」や「家事手伝」など夫婦の相互作用が多い場合でも、それらを介した「夫婦間の"満足度"」が得られなければ、「出生意欲」には結びつかないのではないかということを仮説とし研究した。その結果、先行研究で明らかにされたように「会話数」「夫の育児手伝い」「夫と過ごす時間」が多ければ、「出生意欲」はプラスにはたらくが、「出生意欲」は、「夫婦間の満足度」を意味する要因と完全な相関関係にある訳ではなく、説明変数を「生活費受け取りの変化」「会話数」「夫の育児手伝いに対する感謝」「性生活の満足」とした場合、さらに深い夫への気持ちを表す「配偶者と一緒にいる時の安らぎ」と有意に相関関係があることが示された(「夫婦間の共通の基盤・ギブアンドテイクが出生率に与える影響」第61回日本人口学会発表、他投稿中)。2009年度第2の研究の目的は、現状では出生意欲をもてないという夫婦の場合、代替的な要因を生活に取り入れることができるなら、1人目、またはもう1人出生意欲をもてるのかどうかを検証することである。先行論文では、夫婦関係満足度は出生意欲に影響を及ぼすことが報告されたが、これは「夫婦仲がよい。夫婦関係はふつう。夫婦関係は悪い」といった現実との関係を分析したものとなっている。ここでは、"もしそれに代わるもの"があればという仮定をおいた分析をしており、その結果、その「夫婦関係のよさに代わるもの」とは有意な相関関係が示された。「代替性を含めた世帯年収の有無」「代替性を含めた精神的・肉体的負担との関係」との相関関係についても同様な有意性が示された。逆に、「代替性を含めた配偶者の育児協力の有無」「代替性を含めた配偶者の家事協力の有無」等との相関関係は有意ではなかった。この結果は、「配偶者の育児協力・家事協力に代わるもの」では、「もう1人(またはもう1人)子どもをもつ意欲」を必ずしももつことはできない、と解すこともできる。子どもをもとうとする意欲は、配偶者による「育児協力・家事協力」でなければならないことが示唆される(投稿中)。22年度研究の目的は、出産意図に対して複数の要因(説明変数)が影響を及ぼすのかどうかということについて、その要因に代替的選択肢を含めることで、影響を及ぼすことになるのかという研究とした。そのような要因の場合、出産意図に有意に影響を与える要因はどれで、どの順番になるのかを研究することである。2010年5月の日本経済政策学会では、出産意図に対する、代替的選択肢を含めた要因を説明変数として回帰分析した結果を報告した。順序ロジット分析の結果と標準化回帰係数から、1,夫婦関係、2,肉体的・精神的負担を軽減するために必要なこと、3,世帯収入、4,近隣在住を含めた協力可能な親の同居、という順序となった(1,4,は代替要因を含む)。9月の「人口学研究会」定例会では、2,の肉体的・精神的負担の軽減、4,の協力可能な親の同居に関し、それらの内にある選択肢の順序についての研究結果を報告した。肉体的・精神的負担を軽減に必要な選択肢(代替的選択肢含む)の順序は、(1),職場の仕事が育児と両立できる、(2),児童手当が上がる、(3),夫婦の協力によって家事が軽減される、(4),配偶者の親が家事や育児に協力してくれる、(5),就業時間が短縮され早く帰宅できる、という結果を得た(協力可能な親の同居は略)。なお、他の説明変数の選択肢については有意な順序結果が得られなかった。12月の国際公共経済学会では、「出生意図と代替的要因を含んだ変数との相関関係ならびにその変数の順序」を男女別に研究した結果を報告した。その結果は、1,(1,)「精神的・肉体的負担」、2,(2,)「部屋数」、3,(3,)「世帯収入」、4,(5,)「預けることが可能な保育園・幼稚園」、5,「家事・育児のための早退社システム」、6,(4,)

「本人または配偶者の(協力可能な)親との同居」である(カッコ内の順序は男性、また1,6,は代替要因を含む)。少子化が進行している今日,出生率に及ぼす要因が明らかになってきている。本研究では、先行研究で明らかにされた出産意図に対する諸要因について,十分条件が成り立たない場合、成り立つようにするために、その要因に他のどのような要因が必要となるのか、また、それに付随する要因はどの程度必要なのかを問題意識とした。十分条件が成り立つ例として,部屋数を増やしさえすれば出産意図が上昇することが挙げられる。十分条件が成り立たない場合とは、部屋数を増やしても出産意図が上昇しないことであるから、成り立つようにするために、部屋の替わりに他のどのような要因が必要となるのか等を問題意識とした。本研究では、この目的を達成するために、出産意図を分析する方法を、変数の中の選択肢が、現実的な要因(変数内の選択肢がすべて現実的な要因であること)で成り立っているデータと、代替的な要因(変数内の選択肢はすべて仮定的・代替的な要因)で成り立っている場合とで比較する方法をとった。代替的選択肢を含む説明変数が出産意図に与える影響について比較分析した結果、この比較の違いが認められるのは、30代の妻が期待する夫の家事(育児)協力である。他の点で注目すべき知見は、出産意図をもつために、精神的・肉体的負担の軽減については、20代、30代の妻は、現実的な要因での分析でも、代替的な要因での分析でも、共通に強く望んでおり、出産意図に有意に影響を与えるという点である。世帯収入については、その代替的な選択肢が要因に含まれていても、現実的に世帯収入そのものが出産子育て費用に見合う分得られなければ、世帯収入の不足がある限り出産意図に有意に影響しないという点が得られた。部屋数・スペースについて(妻の場合)は、仮定的な代替的要因としてではなく、現実的な要因として有意に必要とされるという知見が得られた。
肝線維化に対する骨髄由来細胞の関与に関する研究-その機序の解明と治療への応用

肝線維化における骨髄由来細胞の役割を明らかにするために、有核細胞にGFP(green fluorescence protein)を発現するグリーンマウスをドナーとする同系骨髄移植の系を用いて胆管結紮を加え、肝の線維化を誘導するモデルを作製し、骨髄細胞と肝の線維化の関係を免疫組織学的手法を用いて検討を行った。【材料と方法】生後10週のC57BL/6マウスに致死量の放射線(12Gy)を照射後、グリーンマウスの全骨髄細胞1×10^6個を静注し4週間後に総胆管を結紮切離した。術後、1、3、7、14日目に前頸骨骨髄および脾におけるキメラ率の変化を測定し、さらに肝線維化の過程における骨髄由来細胞の動態を免疫組織学的に検討した。【結果】骨髄細胞数は無処置マウスでは4.1±0.3個/10mlであったが、移植4週間後には4.6±0.8×10^7個/10mlと無処置群と同程度まで回復していた。このとき骨髄および脾のキメラ率はそれぞれ72.06±0.09%、55.00±0.08%であった。胆管結紮により肝では胆管および胆管周囲の細胞外基質が増加し、7,14日目には多くの紡錘形のGFP陽性細胞を認め、それらの一部は抗αアクチン抗体および抗GFP抗体による免疫二重染色でdouble positiveであることを共焦点レーザー顕微鏡により確認した。【まとめ】胆管結紮による肝線維化の過程で出現する筋線維芽細胞の一部は骨髄由来細胞である可能性が示唆され、肝線維化の制御には骨髄由来細胞を含めた、機序の解明が必要であると考えられた。平成15年度は、肝線維化における骨髄由来細胞の役割を明らかにするために、有核細胞にGFP(green fluorescence protein)を発現するグリーンマウスをドナーとする同系骨髄移植の系を用いて胆管結紮を加え、肝の線維化を誘導するモデルを作製し、骨髄細胞と肝の線維化の関係を免疫組織学的手法を用いて検討を行った。

肝線維化モデルにおける骨髄細胞の供給と分化誘導を検討するために,放射線照射マウスの骨髄を有核細胞にGFP(green fluorescence protein)を発現するグリーンマウス骨髄細胞で置換し、4週間後の骨髄が生着した時点で胆管結紮により肝線維化モデルを作成した。経時的に組織標本を作成し、肝線維化の進行とともに、免疫染色による肝構成細胞への分化を観察した。この際、蛍光免疫多重染色により各細胞の分化過程を明らかにし肝線維化過程における骨髄由来細胞の関与を検討した。生後6週のC57BL/6マウス(以下B6)に致死量の放射線(total 12Gy)を全身照射後、グリーンマウスの全骨髄細胞1×10^6個を静注し,4週間後に総胆管を結紮切離した。術後、1、3、7、14日目に大腿骨骨髄および脾におけるキメラ率の変化を測定し、さらに肝線維化の過程における骨髄由来細胞の動態を免疫組織学的に検討した。その結果、骨髄細胞数は無処置マウスでは4.1±0.3×10^6個/mlであったが、移植4週間後には4.6±0.8×10^6個/mlと無処置群と同程度まで回復した。このとき骨髄および脾のキメラ率はそれぞれ72.1±9.1%、55.0±8.2%であった。胆管結紮により肝では胆管および胆管周囲の細胞外基質が増加し、7,14日目には多くの紡錘形のGFP陽性細胞を認めた。これらGFP陽性細胞の一部は抗αアクチン抗体および抗GFP抗体による免疫二重染色でdouble positiveであることが共焦点レーザー顕微鏡により観察された。さらに14日後ではGFPとFSP-1を同時発現している細胞も観察された。以上の結果より、肝線維化の過程で出現する線維芽細胞および筋線維芽細胞の一部は骨髄由来細胞である可能性が示唆され、さらにこれらの骨髄由来細胞は従来考えられていたより早期から線維化の過程に関与していることが明かとなった。
地域教育資源のネットワーク化による生物多様性の持続的保全教育プログラムの開発

生物多様性の保全のための持続可能な開発のための教育(BESD)を実践している教育機関は極めて少ない。その主要因は、BESDを実践するための生物多様性情報,教育プログラム,地域教育資源連携の不足にある。本研究は、大分県内の在野研究者と科学者・行政を組織化し,既存の生物多様性情報の整備と追加の生物多様性調査を実施した。また,その成果を基に干潟と里山をテーマにBESDプログラムを開発し,それを大学生と小学生を対象に実践した。その教育的効果を測定した結果,本BESDプログラムは,生物分類能力向上と郷土愛醸成において高い教育的効果が認められた。生物多様性の保全は喫緊の地球環境問題である。その問題解決の鍵を握っているのがESD(持続可能な開発のための教育)の波及である。しかし、日本の小中学校で生物多様性保全をESD的手法によって実践している例は極めて少ない。その主要因は、生物多様性保全をESD的手法で実践するための教材不足、教員の指導力不足、地域教育資源(生物多様性を知る地域の人材・組織)の情報不足である。そこで、本研究では、地域教育資源ネットワークを構築し、それと学校教育を連携させて、地域の生物多様性を体験的に学習するためのESD教材を開発する。さらに開発したESD教材の実践・普及を通じて生物多様性保全ESDを実践できる教員の育成を目指している。平成25年度の実績の概要は以下の通りである。・地域教育資源(人や団体)の情報の収集を行い,大分県における生物多様性関連の主要団体をリスト化し,また,各団体のリーダーらを集めた研究会を実施した。・生物多様性の情報の収集を行い,植物類,両生類,爬虫類などを情報を整えた。また,土壌性のダニ類など生物多様性調査が行われていない分野での分布調査等を行い,40種についての新知見を得ることができた。・市民・小学校・大学が連携して両生類を題材とした生物多様性の持続可能な保全のための教育(BESD)プログラムを開発・実践した。また,大学生を対象に哺乳類と昆虫を題材としたBESDプログラムを実践的に開発した。・これまでの研究成果やBESDの指導法等について・大分県内の小中高の教員に対して,講習会を2回開催し,BESDの普及を図った。しかし,日本の小中学校で生物多様性保全をESD的手法によって実践している例は極めて少ない。その主要因は,生物多様性保全をESD的手法で実践するための教材不足,教員の指導力不足,地域教育資源(生物多様性を知る地域の人材・組織)の情報不足である。そこで,本研究では,地域教育資源ネットワークを構築し,それと学校教育を連携させて,地域の生物多様性を体験的に学習するためのESD教材を開発する。さらに開発したESD教材の実践・普及を通じて生物多様性保全ESD(BESD)を実践できる教員の育成を目指す。この目的の実現に向け行った平成26年度の研究内容とその成果は以下の通りである。1)地域教育資源(人や団体)の情報の収集を行い,大分県内の研究施設ならびに各地域の自然保全団体等の生物多様性関連組織のリストを作成した。2)1)の組織間の情報を共有し,連携を深めるための研究会を実施した。本研究会の参加団体は約20,参加者は約100名で,大分県内のほぼ全市町村からの参加者がみられ,大分の生物多様性に関連する人と情報の場をつくることができた。3)1)と2)の成果を継承し,大分県内の生物多様性研究の成果や自然保全活動などの情報を掲載した雑誌を創刊した。この雑誌には微生物から哺乳類まで幅広い分類群の17本の論文・報文が掲載された。4)大分市内の哺乳類の生物多様性を現地調査によって調べた結果,4科,12種を記録することができた。5)1)の各団体にアンケート等により県内の在野研究者が個人で保管している標本数の調査を行った結果,植物33,500点,動物500,000点という数字が得られた。6)地域の小学校と地域住民,大学生が協働で哺乳類,両生類,魚類のBESDの開発と実践を行った。そこで本研究では,地域教育資源ネットワークを構築し,それと学校教育を連携させて,地域の生物多様性を体験的に学習するためのESD教材を開発する。更に,開発したESD教材の実践・普及を通じて生物多様性保全ESD(BESD=生物多様性の持続可能な保全のための教育)を実践できる教員の養成を目指す。この目的の実現に向けて行った平成27年度の研究内容とその成果は以下の通りである。1)大分市内の生物多様性調査を行い,魚類相調査では6科16属20種を,両生類では3科6属10種を記録した。

2)大分県内の生物多様性(自然史)を研究している12の団体と連携し,「おおいた自然史ミュージアム構想ネットワーク」という組織を結成し,大分県内の生物多様性情報・自然史標本の現状のとりまとめを行った。3)大分県内の生物多様性保全団体の情報の共有化を図るための研究発表会・情報交換会(大分自然環境研究発表会)の企画・運営を実施した。本会への参加団体は約25,参加者は約110名であった。4)ICTやWebーGISを用いて生物多様性情報を共有化,地図化する調査プログラムを考案し,それを県民参加型,学校参加型によって実践した。5)地域の小学校と地域住民の協働による両生類と魚類のBESDの実践的開発を行った。また,その教育効果をアンケート調査等によって調べ,本BESDは子どもたちの「地域」や「生物多様性」への興味関心を向上させる効果があることを明らかにした。計画に沿って,1)大分県内全域の複数の生物多様性保全団体を組織化できたことによって,生物多様性に関連した情報や人的ネットワークの連携基盤を構築することができた。2)県内の教育機関や自然保護団体や生物多様性研究団体を一堂に会した研究発表会・情報交換会の参加団体,参加者が増大した。3)生物多様性調査によって,地域の魚類相,両生類相を解明することができた。4)ESDプログラムの実践的開発,ならびにその教育的効果を実証することができた。5)ICTを活用した県民・学校連携による生物多様性調査のプログラムを開発することができた。生物多様性の保全は喫緊の地球環境問題である。その問題解決の鍵を握っているのがESD(持続可能な開発のための教育)の波及である。しかし,日本の小中学校で生物多様性保全をESD的手法によって実践している例は極めて少ない。その主要因は,生物多様性をESD的手法で実践するための教材不足,教員の指導力不足,地域教育資源(生物多様性を知る地域の人材・組織)の情報不足である。そこで本研究では,地域教育資源ネットワークを構築し,それと学校教育を連携させて,地域の生物多様性を体験的に学習するためのESD教材を開発する。更に,開発したESD教材の実践・普及を通じて生物多様性保全ESD(BESD=生物多様性の持続可能な保全のための教育)を実践できる教員の養成を目指した。この目的実現に向けて行った平成28年度の研究内容とその成果は以下の通りである。1)大分県内の生物多様性調査を大分県内の6団体と協力して行い,鳥類52科148種,魚類10科17種,昆虫類91科257種,植物100科393種を記録した。2)大分県内の生物多様性(自然史)を研究している12団体と連携して昨年度設立した「おおいた自然史ミュージアム構想ネットワーク」を基盤として,大分県内において個人が所管する生物多様性情報・自然史標本の詳細情報(保管方法,データ化状況等)を記録した。3)大分県の生物多様性保全団体の情報の共有化を図るための研究発表会を開催し,18団体が発表し,約100人の参加があった。4)3)同様の目的で大分県の自然博物に関する研究誌(情報交換誌)をつくり,25本の研究論文,活動紹介原稿を編集・発行した。5)爬虫類と魚類を題材に生物多様性を体験的に学習するためのESD教材を開発した。生物多様性の保全のための持続可能な開発のための教育(BESD)を実践している教育機関は極めて少ない。その主要因は、BESDを実践するための生物多様性情報,教育プログラム,地域教育資源連携の不足にある。
日本・アジアにおける8型ヒトヘルペスウイルス関連疾患の分子疫学

平成12年に台湾国台湾大学,成功大学,平成13年には韓国ソウル大学,ASANメヂカルセンター,大邸大学医学部病理学教室を訪問して,組織標本,臨床情報を確認し,各施設から病変の未染色切片の日本への送付を受けた.また平成15年タイのチェンマイ大学,マヒドル大学を訪問した.チェンマイ大学では,我々がプロトコールを提供し,現地にてPCRを行うことになったが,技術的に成功していない.このため,台湾カポジ肉腫19症例,韓国カポジ肉腫10症例,キャッスルマン病9症例,リンパ腫64症例の未染色切片が研究材料として使用可能であった.日本症例については都立駒込病院カポジ肉腫12症例,リンパ腫140症例を用いた.各切片よりDNAを抽出し,HHV8-ORF26-nested PCR及びK-IVR1,ORF75-PCRを行った.さらに増幅断片の各塩基配列を決定し,亜型に分類した.HHV8-ORF26-nested PCRによるHHV8陽性所見は,台湾カポジ肉腫18/19(95%),韓国カポジ肉腫6/10(60%),韓国多巣性キャッスルマン病4/9(44.4%),韓国リンパ腫0/64であった.一方,日本ではカポジ肉腫12/12(100%),リンパ腫14/140(10%)にHHV8陽性所見を認めた.HHV8 ORF26あるいはK-1VR1の塩基配列による型は、台湾・韓国がC型優位であるのに対して,日本ではA型優位であり,日本における伝播様式の特殊性が想定された.ORF26配列に基づいたHHV8亜型とK-1VR-1配列に基づいた亜型の大半は一致していたが,リコンビナントによると考えられる塩基配列も認められた.ORF75による亜型分類とORF26の比較においても,リコンビナントの存在が確認された.頻回のrecombinationを示す事実から,HHV8が小集団内で伝播している可能性が考えられた.平成12年に台湾国台湾大学,成功大学,平成13年には韓国ソウル大学,ASANメヂカルセンター,大邸大学医学部病理学教室を訪問して,組織標本,臨床情報を確認し,各施設から病変の未染色切片の日本への送付を受けた.また平成15年タイのチェンマイ大学,マヒドル大学を訪問した.チェンマイ大学では,我々がプロトコールを提供し,現地にてPCRを行うことになったが,技術的に成功していない.このため,台湾カポジ肉腫19症例,韓国カポジ肉腫10症例,キャッスルマン病9症例,リンパ腫64症例の未染色切片が研究材料として使用可能であった.日本症例については都立駒込病院カポジ肉腫12症例,リンパ腫140症例を用いた.各切片よりDNAを抽出し,HHV8-ORF26-nested PCR及びK-IVR1,ORF75-PCRを行った.さらに増幅断片の各塩基配列を決定し,亜型に分類した.HHV8-ORF26-nested PCRによるHHV8陽性所見は,台湾カポジ肉腫18/19(95%),韓国カポジ肉腫6/10(60%),韓国多巣性キャッスルマン病4/9(44.4%),韓国リンパ腫0/64であった.一方,日本ではカポジ肉腫12/12(100%),リンパ腫14/140(10%)にHHV8陽性所見を認めた.HHV8 ORF26あるいはK-1VR1の塩基配列による型は、台湾・韓国がC型優位であるのに対して,日本ではA型優位であり,日本における伝播様式の特殊性が想定された.ORF26配列に基づいたHHV8亜型とK-1VR-1配列に基づいた亜型の大半は一致していたが,リコンビナントによると考えられる塩基配列も認められた.ORF75による亜型分類とORF26の比較においても,リコンビナントの存在が確認された.頻回のrecombinationを示す事実から,HHV8が小集団内で伝播している可能性が考えられた.1)カポジ肉腫,リンパ腫,多巣性キャッスルマン病のHHV8感染の頻度.2)AIDSカポシ肉腫、非AIDS組織から検出されたHHV8の型の各地域毎の比較.共同研究体制の構築:この課題遂行のため,台湾,韓国,タイの主要研究機関,大学医学部病理学教室に,AIDS合併,非合併のカポジ肉腫,リンパ腫,多巣性キャッスルマン病で,利用可能な組織ブロックの保存の有無を問い合わせ,協力を要請した.その結果,台湾では2施設,韓国4施設,タイ3施設から協力を受諾する旨の返事を得た.今年度は,深山,竹内が台湾国台北大学,成功大学に出向き,組織標本,臨床情報を確認した(カポジ肉腫19症例,21検体,リンパ腫150検体).これらの標本については,未染色切片を両施設から日本に送付していただいた.来年度は,韓国,タイを訪問する予定である.日本における資料分析:現在,台湾の検体の解析を進めている.HHV8潜在期に発現するORF73蛋白を認識するモノクロナール抗体(国立感染症研究所片野博士供与)を用い,HHV8の存在をカポシ肉腫21病変中20病変に確認した.

この結果は切片から抽出したDNAを用いたORF26-PCRの結果と一致した.Direct sequenceによる塩基配列決定を行うと,台湾カポシ肉腫18例の型はA5例, B/B'1例,C12例であり,日本における頻度(12例中各々5,4,3例)とは明らかに異なっていた(p<0.05).今後さらに,リンパ腫におけるスクリーニングを進めると共に,HHV8の他領域の塩基配列を行う予定である.共同研究体制の構築:この課題遂行のため,台湾,韓国,タイの主要研究機関,大学医学部病理学教室に,AIDS合併,非合併のカポジ肉腫,多巣性キャッスルマン病,リンパ腫で,利用可能な組織ブロックの保存の有無を問い合わせ,協力を要請した.その結果,台湾では2施設,韓国4施設,タイ3施設から協力を受諾する旨の返事を得た.昨年度の台湾に引き続き,今年度は深山,竹内が大韓民国ソウル大学,アサン病院,テグ大学に出向き,組織標本,臨床情報を確認した(カポジ肉腫症例9,キャッスルマン病8検体,リンパ腫104検体).これらの標本については,未染色切片を各施設から日本に送付していただいた.来年度はタイを訪問する予定である,日本における資料分析:現在,韓国の検体の解析を進めている.HHV8潜在期に発現するORF73蛋白を認識するモノクロナール抗体(国立感染症研究所片野博士供与)を用い,HHV8の存在をカポシ肉腫6病変中5病変,キャッスルマン病4病変中1病変に確認した.一方,同一切片から抽出したDNAを用いたORF26-PCRでは,各々,6病変中5病変,4病変中4病変にampliconが認められた.Direct sequenceによる塩基配列決定を行うと,韓国カポシ肉腫5例の型はA3例,C2例であり,日本における頻度(12例中A5, B/B'4, C3例)とは異なりB/B'が稀であるが,一方台湾の頻度(18例A5, B/B'1,C12例)とも異なり,C型優位の傾向はみられなかった.一方,キャッスルマン病では全例C型で,日本人非AIDSリンパ腫(12例中A4, B/B'2, C7例)と同様,C型優位であった.台湾,韓国に引き続き,本年はタイのチェンマイ大学,マヒドル大学医学部病理学教室を訪問して,組織標本,臨床情報を確認し,共同研究体制を構築した.チェンマイ大学では,我々がプロトコールを提供し,現地にてPCRを行うことになったが,技術的に成功しておらず努力を継続している.マヒドル大学では協力が約束されたが,現在まで果たされていない.このため,現在まで台湾カポジ肉腫19症例21検体,韓国カポジ肉腫10症例11検体・キャッスルマン病9症例・リンパ腫64症例の未染色切片が研究材料として使用可能となっている.日本カポジ肉腫については駒込病院の12症例の未染色切片を用いた.各切片よりDNAを抽出し,HHV8-ORF26-nested PCR及びHHV8 K-1VR1-PCRを行い,sequencerによって各塩基配列を決定した.台湾カポジ肉腫21検体中20検体,韓国カポジ肉腫11検体中7検体,キャッスルマン病9検体中4検体,リンパ腫64検体中0検体にHHV8陽性所見を認めた.各検体のHHV8-ORF26の塩基配列を決定し、型別を判定したところ,台湾カポジ肉腫18症例中,A型5例,B型1例,C型12例,韓国カポジ肉腫・キャッスルマン病計9症例中,A型3例,B型0例,C型6例であった.日本カポジ肉腫12症例では,A型5例,B/B'型4例,C型3例であった.各検体について、HHV8 K-1 VR1の塩基配列を決定し,型別を判定したところ,台湾カポジ肉腫14症例中,A型1例,B型1例,C型12例,韓国カポジ肉腫・キャッスルマン病計4症例中,A型0例,B型0例,C型4例であった.日本カポジ肉腫9症例では,A型5例,B型0例,C型4例であった.
針葉樹の樹冠構造及びその形成過程のモデル化に関する研究

1.本課題研究においては、まず1995年10月に新潟大学佐渡演習林においてスギ人工林を対象として、樹冠内の枝の枯死過程の測定を行った。本調査においては、同一林分内において優勢林、準優勢木、介在木それぞれ3本及び被圧木1本について、樹冠内部のすべての枝についての年輪解析から、枝の枯死過程及びその樹冠級間における差異を検討した。その結果、枝の枯死過程は樹冠級間において異なる傾向性を示すことがわかった。また、この傾向性は、過去の研究において示唆されている樹冠級間における葉量分布の傾向の差異を説明しうる知見であり、今後さらに資料の採取を行うことにより本研究の結果を基に、一般性を持ったモデルを提案できる可能性が示唆された。2.1.の知見により、樹冠構造における樹冠級間の差異が示されたが、これらの差異が樹幹形においてもどのような差異をもたらすのか、またそれが林齢及び樹種において異なる傾向性を示すのかを明らかにするため、本研究代表者が先の論文で提案した樹幹形モデルを基に新たな幹形の指標を提案し、スギ及びヒノキの同齢林分から採取された樹幹解析データによりその有効性を示した。この指標は、林木の樹幹形及び材籍の適切な指標であるとともに、同一林分内においては樹冠級と同様に林木の競争状態を示す林木直径と密接な関係を示した。しかし、林齢の増加に伴うにおける指標の林分内における変動は、樹種間で異なる変化パターンを示した。
IL-6反応性骨髄腫細胞増殖におけるCD45-Lyn刺激伝達系の解析

Lynを過剰発現した骨髄腫細胞株では、Lynの著明な活性化とともにLynとPI 3-kinaseの結合およびPI 3-kinase、Aktの活性が亢進しており、PI 3-kinase阻害剤により細胞増殖が抑制された。また、質量分析により骨髄腫細胞においてIL-6刺激後に脂質ラフトに存在する分子、チロシン・リン酸化されるタンパク質および脂質ラフト外でチロシン・脱リン酸化されるタンパク質を複数同定した。骨髄腫細胞は、CD45陽性の細胞がIL-6に反応して増殖しており、IL-6によって活性化されるSTAT3とERK1/2に加えて、CD45によって制御されるsrc型PTK、Lynの活性が必須である。Lynを過剰発現させたIL-6依存性骨髄腫細胞株の増殖が亢進したことから、Lynの下流で増殖刺激シグナルが増幅されていると考えられた。Lynを過剰発現した骨髄腫細胞株では、STATおよびERK活性は変化しないが、Lynの著明な活性化とともにLynとPI3-kinaseの結合およびPI3-kinase、Aktの活性が亢進しており、PI3-kinase阻害剤により細胞増殖が抑制された。さらに、Bad、FoxO、IKK、p70S6-kinase、p27^<Kip1>、MDM2などがAktの下流で働いている可能性が示唆された。質量分析により骨髄腫細胞においてIL-6刺激後に脂質ラフトに存在する分子、チロシン・リン酸化されるタンパク質および脂質ラフト外でチロシン・脱リン酸化されるタンパク質を複数同定している。その中に含まれる、HSP90がIL-6を含め種々の刺激伝達経路に関与しており、骨髄腫の治療薬としてHSP90阻害剤であるGeldanamycinの有効性が報告されていることを考え合わせると興味深い。CD45はシステイン残基を介したジスルフィド結合の有無がPTP活性に重要であり、Lynもまたレドックス制御を受けており、酸化ストレスに反応して活性化されることから、thioredoxin類も候補として興味深い。IL-6依存性骨髄腫細胞株を用いて、DNAマイクロアレイによるIL-6刺激後の遺伝子発現の経時的解析を行ったところ、早期には多くのSTAT3標的遺伝子、遅れていくつかのNF-κB標的遺伝子の発現が認められた。今後、これらの遺伝子の中でCD45-Lynの下流で働く増殖誘導遺伝子群を同定していきたい。細胞内タンパク質のチロシン・リン酸化状態はPTK活性とそれを脱リン酸化するチロシン・フォスファターゼ(PTP)活性のバランスで決定される。IL-6刺激による骨髄腫細胞増殖では、JAK-STATおよびRas-ERK経路に加えてCD45-Lyn刺激伝達系が重要な役割を果たしていることを我々は報告してきた。我々は、質量分析法によりCD45-Lyn刺激伝達系の下流エフェクター分子として解糖系の酵素群(乳酸脱水素酵素LDH,エノラーゼENO)を同定した。さらに、CD45陽性骨髄腫細胞においてIL-6刺激後に脂質ラフトでチロシン・リン酸化されるタンパク質、脂質ラフト外でチロシン・脱リン酸化されるタンパク質を質最分析法により複数同定した。その中には、熱ショック・タンパク質、thioredoxin類とともにpyruvate kinase M2(PKM2), LDH, ENO, phosphoglycerate kinase (PGK)などの解糖系の酵素が含まれていた。IL-6刺激に伴う腫瘍細胞特異的ピルビン酸キナーゼPKM2のチロシン・脱リン酸化がCD45発現骨髄腫細胞でのみ観察され、この現象はPTP阻害剤により消失したことから、CD45のPTP活性の関与が強く示唆された。PKM2など解糖系の酵素をコードする遺伝子群が腫瘍細胞で強発現していることがマイクロアレイ解析で報告されており、我々の解析でもIL-6刺激後の骨髄腫細胞株で解糖系酵素遺伝子の発現が上昇していた。PTP阻害剤がCD45陽性骨髄腫細胞のIL-6反応性増殖を抑制する実験結果を考慮すると、Lynの活性化に加えて、解糖系酵素の発現およびリン酸化状態がIL-6によるCD45陽性骨髄腫細胞増殖の重要な病理的一面を捉えていることが強く示唆される。
ナノスケールで制御された界面構造を利用した新たな電子物性の探索

最近数年間に新たに生成されたナノスケールの物質を対象に、特にその界面構造の電子物性に焦点を当てて理論的研究を行い、新奇な物質の電子的性質を明らかにし、新たな機能を探索することを目的として研究を行った。双晶超格子ナノワイヤー、GaInP2双晶界面、トポロジカル絶縁体と金属の界面について電子状態および輸送現象に関する研究を行い、新たな知見を得た。本年度は、双晶超格子ナノワイヤーおよび双晶界面の電子状態について理論的に研究した。ナノワイヤーの現実的な応用を考える際に、その結晶構造・欠陥分布の制御は重要であるが、最近InPおよびInAsのナノワイヤーで、結晶構造を制御して、双晶界面を周期的に導入した双晶超格子ナノワイヤーが作成された。このような双晶界面が周期的に入ったことによるナノワイヤーの電子状態への影響を調べるため、Ag双晶超格子ナノワイヤーの電子状態をタイト・バインディング法を用いて計算した。その結果、バルクのAg双晶超格子とは異なる微細な構造をもつエネルギーバンドが得られた。特に、ナノワイヤー境界のジグザクな形状が電子状態に及ぼす効果を調べるために、シュレディンガー方程式を斜交座標で表し、サブバンド間の有効的な行列要素を求めた。その結果、ナノワイヤーの半径と超格子の周期が同程度のときに、境界のジグザク効果が大きいことがわかった。また、CuPt型の結晶構造をとるGaInP_2などの3元化合物半導体は、一軸性の構造をとり、電子の有効質量、誘電率等も一軸性の異方性をもつ。この双晶界面に入射する弾道的な電子を考えると、界面での反射が起こらず全透過すること、および、特定の入射角では負の屈折が起こることが理論的に示されていた。しかし、この理論は有効質量近似による議論であり、原子レベルから研究は行われていなかった。本研究では、密度汎関数法を用いた第一原理計算によりGaInP_2双晶界面の電子状態の計算を行った。その結果、この系のエネルギーバンドは、有効質量を用いてあらわした単純なものとは異なり、異方性がエネルギー依存性をもつことがわかった。すなわち、伝導体の底では、ほとんど異方性がみられないが、そこからエネルギーが上昇するにつれて異方性が表れ、負の屈折が生ずる可能性が示された。本年度は、トポロジカル絶縁体表面の原子ステップの電子透過に関する研究を行った。トポロジカル絶縁体とは、2005年に導入された物質の電子的な性質に関する新しい概念である。従来の金属・絶縁体の分類に加えて、絶縁体を2種類に分類することができる。一つは自明な絶縁体であり、もう一つが非自明なトポロジカル絶縁体である。トポロジカル絶縁体の表面には、スピン分極した表面状態バンドが奇数存在する。この表面状態は質量ゼロのディラック方程式で記述され、非磁性の散乱体に対して後方散乱が起こらない、という性質をもつ。2009年にBi_2Se_3およびBi_2Te_3が単一のディラック・コーンをもつ3次元トポロジカル絶縁体であることが理論的および実験的に示され、これらの物質に関する研究が非常に活発になった。本研究では、これらの表面での原子ステップの電子透過特性を理論的に研究した。表面の原子ステップは、物質表面に必ず存在するものであり、トポロジカル表面状態の電子の輸送特性を決める一つの重要な要因である。計算にはタイト・バインディング法を用いた。タイト・バインディングのパラメータは、密度汎関数法による計算結果を再現するように定めた。計算の結果、新たにわかったことは、ステップの透過特性がBi_2Se_3とBi_2Te_3とで大きく異なることである。前者は、単純なディラック・ハミルトニアンの用いたモデルで理解できるのに対して、後者はhexagonal warping効果が本質的に重要であることがわかった。特に、hexagonal warping項に含まれるエヴァネッセント状態により完全反射が生ずることが、新たにわかった。このような現象は、2層グラフェンの系でも見られる。平成25年度は、2次元トポロジカル絶縁体であることが理論的に予想されている単原子層のビスマスに関する研究を行った。これまでに、単原子層ビスマスの電子状態の密度汎関数法による計算からは、バンドギャップ中にトポロジカルなエッジ状態が存在することが示されている。しかし、このエッジ状態の分散は単純ではなく、フェルミエネルギーに状態が複数存在する。このため、単純な分散をもつトポロジカルなエッジ状態では起こらない後方散乱が生じてしまう。このことは、単原子層ビスマスをスピントロニクスに応用する場合に障害となる。本研究では、後方散乱が生じない単純な分散をもつエッジ状態を実現するために、単原子層ビスマスの端に水素を吸着させた構造を考案した。単原子層ビスマスのエッジとしてジグザク端を考え、密度汎関数法を用いた全エネルギーの計算から水素原子の最適配置を決定した。