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無(低)ガンマグロブリン血症のB細胞異常に関する遺伝子学的・生化学的研究

無(低)ガンマグロブリン血症には数多くの病型がみられ,またその病態も複雑多岐にわたる。これらの一部の病態は免疫学的・遺伝子学的に解明されつつあるが,その詳細は未だ明らかでない。今回,個々の病型の成立機序を明確にし,予防や治療に寄与するためにB細胞に焦点をあて,その活性化,増殖,分化の異常と免疫グロブリン遺伝子とその発現の異常を遺伝子学的・生化学的に明らかにし,さらにそれらの異常の異質性の存在を明確にすることを目的とした。その結果下記の点が明らかになった。(1)免疫グロブリン遺伝子の発現異常に関して.(1)Common variableimmunodeficiencyでは,免疫グロブリン遺伝子の再構成(VDJ領域)の異常によるもの,クラススイッチの異常によるもの,mRNAへの転写異常によるものが存在し,異常の多様性が明らかになった。さらにクロマチン構造の異常によるものも存在した。(2)Bloom症候群における低IgM血症では,膜型μ鎖遺伝子の発現は正常であるにもかかわらず,分泌型μ鎖遺伝子の発現が低下していることから,IgMのH鎖の遺伝子からのスプライシング機構の異常が考えられた。この機序についてはさらに塩基配列を検討中である。(3)選択的IgA欠損症では,α鎖遺伝子へのクラススイッチの異常が明らかになった。(4)Wiskott-Aldrich症候群におけるIgM血症では,γ鎖へのクラススイッチの亢進が重要な機序と考えられた。(2)B細胞の活性化・分化・増殖における異常に関してCommen varieble immunodeticiencyをはじめとして無(低)ガンマグロブリン血症を呈するものの中に,B細胞の活性化・分化異常を呈するものが存在し,特にc-myc遺伝子発現低下を示すものが存在した。無(低)ガンマグロブリン血症のB細胞異常につき遺伝子学的・生化学的に解析が行われた。Common Variable ImmunodeficiencyやBloom症候群など無(低)ガンマグロブリン血症を呈する患者の末梢リンパ球,好中球およびEpsteinーBarrウイルス感染株化B細胞株からDNAあるいはRNAを抽出し,さらに一部はpolymerase chain reaction(PCR)を用いて増巾させ、免疫グロブリン遺伝子の構造や再編成の異常,クラススイッチの異常,mRNA発現異常について検討した。その結果,免疫グロブリン遺伝子H鎖の再編成の異常を示すもの,H鎖C領域のクラススイッチの異常を示すもの,さらには膜型μmRNAと分泌型μmRNAの発現におけるalternative RNA spliceに異常を認めるものが明らかとなり,これらの異常が,各病型の遺伝子レベルにおける成因に強く関わっていることが示唆された。これらの成果はClin exp Immunol,J Clin Immunol等の雑誌に掲載または印刷中である。今年度の成績をもとにして、次年度は(1)さらに症例を増して検討すること(2)免疫グロブリン遺伝子発現異常の成因につき塩基配列の異常につき検索すること(3)B細胞内の刺激伝達機構の異常につき、さらに解析をすすめ、これらの成績を総合的に検討して、各病型の成因を1つ1つ明らかにする。(1)免疫グロブリン遺伝子の発現異常に関して(1)Common variable

immunodeficiencyでは,免疫グロブリン遺伝子の再構成(VDJ領域)の異常によるもの,クラススイッチの異常によるもの,mRNAへの転写異常によるものが存在し,異常の多様性が明らかになった。さらにクロマチン構造の異常によるものも存在した。(2)Bloom症侯群における低IgM血症では,膜型μ鎖遺伝子の発現は正常であるにもかかわらず,分泌型μ鎖遺伝子の発現が低下していることから,IgMのH鎖の遺伝子からのスプライシング機構の異常が考えられた。この機序についてはさらに塩基配列を検討中である。(3)選択的IgA欠損症では,α鎖遺伝子へのクラススイッチの異常が明らかになった。(4)Wiskott-Aldrich症侯群における低IgM血症では,γ鎖へのクラススイッチの亢進が重要な機序と考えられた(2)B細胞の活性化・分化・増殖における異常に関してCommen variable immunodeficiencyをはじめとして無(低)ガンマグロブリン血症を呈するものの中に,B細胞の活性化・分化異常を呈するものが存在し,特にC-myc遺伝子発現低下を示すものが存在した。
微小磁性体中の束縛された電子の運動と伝導性、トンネル現象の研究

微小磁性体及び分子磁性体の磁気モーメントのトンネル現象には電子の量子性が強く反映されている。磁気モーメント自身は巨視的なゆっくり変化する量であるが、それは微視的かつ速く運動する電子がになっているからである。それらは断熱波動関数をとおすと、より明確になる。ベリ-の幾何学的位相がπの奇数倍になるか偶数倍になるかにより、経路積分の干渉が弱めあうか強めあうかを決め、前者の場合はトンネル振幅の消滅するという現象が以前から報告されていた。これに似た現象はいろんな系で現われるが、ここで問題にしたのは磁性、伝導、格子変位がすべて絡み合い、かつ異方的な超伝導が起こる場合である。現実には結晶化が困難で微小なサンプルしか得られない、局所的反強磁性相関をもつ有機導体に当てはまる可能性が高い。有機分子の柔らかさのために荷電体付近で局所的に格子が歪み自己束縛がおこるとき、そのような荷電体の運動に付随して、確かにベリ-の幾何学的位相が生じることを、厳密対角化による多体電子波動関数と、半古典的経路積分による動力学、さらに有効モデルの解析的解を使って理論的に示した。これは磁性と格子変位が複合して生じる新しい現象であるが、そのときd波の超伝導電子対形成がおこり伝導に大きな作用を及ぼすことがわかった。このような磁性と伝導の絡み合いは系の次元性や幾何学的特性に大きく依存している。例えばドープされた梯子系の場合は、偶数足梯子の場合に非磁性体かつd波の超伝導になることが予言されていたが、現象におこる2次元性を理論的に計算することにより、これまでにない新しい次元クロスオーバーが起こることと、それが実験をうまく説明することを示した。ほかにπ電子とd電子が1次元的かつ強磁性的に結合する系ではd電子の反強磁性相関のために長距離斥力ではじめて絶縁体になるという新しい現象を見出した。
長距離型の非線型波動方程式系の大域解の漸近挙動に関する研究

本研究の目的は場の非線型性によって摂動を受けた波動関数の漸近挙動を解析し,その構造を明らかにする事である.場の非線型性が強すぎると,波動関数は有限時間のうちに発散してしまう事が知られている.逆に,非線型性の影響が弱い場合には,時間大域的に波動関数が存在し,その長時間挙動は摂動を全く受けていない波動関数にエネルギー・ノルムの意味で漸近する事が知られている.本研究では,これらの中間的な場合,即ち,時間大域的に波動関数が存在するにも拘らず,時刻無限大において摂動を全く受けていない波動関数に漸近しないような場合に注目した.この様な現象を生み出す長距離型の非線型摂動を考察するには,まず,時刻無限大において斉次線型方程式の解に漸近しないような時間大域解を持つ非線型方程式を探し,次に,その非線型方程式の解の漸近挙動が一般に斉次線型方程式の解とは本質的に異なることを示す事が課題となる.この問題について,我々は幾つかの自明ではない具体例を見つける事に成功した.その様な非線型方程式の解の漸近挙動は,斉次線型方程式の解の漸近挙動と比較して,性質が悪い場合と良い場合に大別される.その違いは,非線型項の次数やその係数から決定されるある量の符号によって決定される.前者の場合には,非線型方程式に斉次線型方程式の解を代入して得られる非斉次線型方程式の解がもとの解の挙動を特徴付ける事が分かった.一方,後者の場合の扱いはより難しく,その挙動は放射場の概念と強く結びついており,解の挙動を支配する方程式自体,二階の波動方程式から一階の常微分方程式へと大きく変化するのである.我々は,都合の良い常微分方程式の解を発見的に構成し,元の解の挙動を数学的に明らかにした.この様に長距離型の非線型摂動の影響は複雑かつ多様である事が確認された.本研究の目的は場の非線型性によって摂動を受けた波動関数の漸近挙動を解析し,その構造を明らかにする事である.場の非線型性が強すぎると,波動関数は有限時間のうちに発散してしまう事が知られている.逆に,非線型性の影響が弱い場合には,時間大域的に波動関数が存在し,その長時間挙動は摂動を全く受けていない波動関数にエネルギー・ノルムの意味で漸近する事が知られている.本研究では,これらの中間的な場合,即ち,時間大域的に波動関数が存在するにも拘らず,時刻無限大において摂動を全く受けていない波動関数に漸近しないような場合に注目した.この様な現象を生み出す長距離型の非線型摂動を考察するには,まず,時刻無限大において斉次線型方程式の解に漸近しないような時間大域解を持つ非線型方程式を探し,次に,その非線型方程式の解の漸近挙動が一般に斉次線型方程式の解とは本質的に異なることを示す事が課題となる.この問題について,我々は幾つかの自明ではない具体例を見つける事に成功した.その様な非線型方程式の解の漸近挙動は,斉次線型方程式の解の漸近挙動と比較して,性質が悪い場合と良い場合に大別される.その違いは,非線型項の次数やその係数から決定されるある量の符号によって決定される.前者の場合には,非線型方程式に斉次線型方程式の解を代入して得られる非斉次線型方程式の解がもとの解の挙動を特徴付ける事が分かった.一方,後者の場合の扱いはより難しく,その挙動は放射場の概念と強く結びついており,解の挙動を支配する方程式自体,二階の波動方程式から一階の常微分方程式へと大きく変化するのである.我々は,都合の良い常微分方程式の解を発見的に構成し,元の解の挙動を数学的に明らかにした.この様に長距離型の非線型摂動の影響は複雑かつ多様である事が確認された.本年度は研究課題遂行の為の第一歩として,波動方程式における短距離型の非線型項・長距離型の非線型項という概念を確立することに焦点を充てて取り組んできた.短距離型の非線型項とは,対応する非線型波動方程式の解が斉次線型方程式の解に時刻無限大においてエネルギー・ノルムの意味で漸近するようなものであり,長距離型の非線型項とはそうでないものというイメージである.従って,時刻無限大において斉次線型方程式の解に漸近しないような時間大域解を持つような非線型方程式を探し,そして,その非線型方程式の解の漸近挙動が一般に斉次線型方程式の解とは実際に異なることを示す事が課題となる.上述の問題について,我々は幾つかの自明ではないと思われる具体例を見つける事に成功した.更に,その様な非線型方程式の解の漸近挙動は,非線型に線型方程式の解を代入して得られる非斉次線型方程式によって特徴付けられる事を明らかにした.これらの結果は,長距離型の非線型項という概念を上のように考える事が妥当である事を意味している.しかしながら,一般に非斉次線型方程式の解の漸近挙動は複雑かつ多様である.その為,現時点で得られた結果では,長距離型の非線型項を持つ波動方程式の解の漸近挙動の解析としては未だ不十分と言わざるを得ない.次年度以降の課題としては,極限方程式として導いた非斉次線型方程式の解の主要部を明らかにし,元の方程式の非線型項の寄与をより詳しく考察して行く事である.本研究の目的は場の非線型性によって摂動を受けた波動関数の漸近挙動を解析し,その構造を明らかにする事である.

特に,本研究で注目しているのは長距離型の非線型摂動である.即ち,時間大域的に波動関数が存在するにも拘らず,時刻無限大において,摂動を全く受けていない波動関数には漸近しないような波動関数を生み出す摂動である.ここで,漸近の意味は,エネルギー・ノルムの意味においてである.従って,まず,時刻無限大において斉次線型方程式の解に漸近しないような時間大域解を持つ非線型方程式を探し,次に,その非線型方程式の解の漸近挙動が一般に斉次線型方程式の解とは本質的に異なることを示す事が課題となる.上述の問題について,我々は幾つかの自明ではない具体例を見つける事に成功した.その様な非線型方程式の解の漸近挙動は,斉次線型方程式の解の漸近挙動と比較して,性質が悪い場合と良い場合に大別される.前者の場合には,非線型方程式に斉次線型方程式の解を代入して得られる非斉次線型方程式の解がもとの解の挙動を特徴付ける事が分かった.但し,線型方程式とは言え,非斉次の場合にはその扱いはそれ程単純ではない.我々は,適当な初期値を構成する事によって,極限方程式の解の挙動が斉次線型方程式の解のそれと実際に異なる事を示した.一方,後者の場合の扱いはより難しく,その挙動は放射場の概念と強く結びついている事が分かってきた.別の言い方をすると,解の挙動を支配する方程式自体,波動方程式から一階の常微分方程式へと大きく変化するのである.我々は,都合の良い常微分方程式の解を発見的に構成し,もとの解の挙動を数学的に明らかにした.この様に長距離型の非線型摂動の影響は複雑かつ多様である.本研究の目的は場の非線型性によって摂動を受けた波動関数の漸近挙動を解析し,その構造を明らかにする事である.場の非線型性が強すぎると,波動関数は有限時間のうちに発散してしまう事が知られている.逆に,非線型性の影響が弱い場合には,時間大域的に波動関数が存在し,その長時間挙動は摂動を全く受けていない波動関数にエネルギー・ノルムの意味で漸近する.本研究では,これらの中間的な場合,即ち,時間大域的に波動関数が存在するにも拘らず,時刻無限大において摂動を全く受けていない波動関数に漸近しないような場合に注目した.この様な現象を生み出す長距離型の非線型摂動を扱うには,まず,時刻無限大において斉次線型方程式の解に漸近しないような時間大域解を持つ非線型方程式を探し,次に,その非線型方程式の解の漸近挙動が一般に斉次線型方程式の解とは本質的に異なることを示す事が課題となる.この問題について,我々は幾つかの自明ではない具体例を見つける事に成功した.その様な非線型方程式の解の漸近挙動は,斉次線型方程式の解の漸近挙動と比較して,性質が悪い場合と良い場合に大別される.その違いは,非線型項の次数やその係数から決定されるある量の符号によって決定される.前者の場合には,非線型方程式に斉次線型方程式の解を代入して得られる非斉次線型方程式の解がもとの解の挙動を特徴付ける事が分かった.一方,後者の場合の扱いはより難しく,その挙動は放射場の概念と強く結びついており,解の挙動を支配する方程式自体,二階の波動方程式から一階の常微分方程式へと大きく変化するのである.我々は,都合の良い常微分方程式の解を発見的に構成し,もとの解の挙動を数学的に明らかにした.この様に長距離型の非線型摂動の影響は複雑かつ多様である.
ナノ計測系の構築と酸化還元共役プロトンポンプの素過程の解析

遺伝子操作や大量調製が容易な大腸菌チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素を呼吸鎖末端酸化酵素のモデル系として酸化還元共役プロトンポンプ機構の分子生理学的研究を進め、以下の研究成果を得た。1)プロトン輸送や電子移動の素過程を解析するために、前年度作成したシステイン残基フリー酵素を出発材料としてサブユニットI分子表面に新たにユニークなシステイン残基を導入した変異酵素を作成した。2)還元型酵素と分子状酸素との反応を吸収変化として時間分解計測し、高親和性キノン結合部位が分子内での電子伝達の媒介に必須であることを明らかにした。また、新たに同定した特異的阻害剤(置換フェノール類)を用いることにより各素過程を個別に解析することが可能になった。3)光励起性プローブとしてリボフラビンを利用した光還元反応におよぼすシアンの効果を解析し、bo型ユビキノール酸化酵素と蛋白ファミリーの異なるbd型ユビキノール酸化酵素では酸性残基の解離または水素結合状態の動態が異なることを見い出した。4)発現ベクターとサブユニットIの解離性および芳香族残基の変異体を作成した。ヘリックス6のグルタミン酸286は近傍の複核中心での酸化還元レベルを感知してプロトン輸送に関与していることを示唆する結果を得た。チロシン288等は複核中心の構築や局所的な電子移動に関与している可能性が示された。今後、分光学的手法に加えて光電圧変化としてプロトン・電子の輸送過程を追跡・解析することにより、酸化還元共役プロトンポンプ機構の全体像を解明できるものと期待される。遺伝子操作と大量調製が容易な大腸菌キノール酸化酵素を末端酸化酵素のモデル系として、酸化還元共役プロトンポンプ機構の研究を進め、以下の成果を得た。1)ナノ計測系の構築:プロトンと電子の輸送経路の同定、輸送経路の微細構造とイオンの動態の解明を目的として、酵素分子表面に導入したアンカーに分子プローブ(pHプローブや光励起性電子供与基)を結合させ、プロトン輸送や電子移動の反応素過程を高時間分解能で解析するためのナノ計測系を構築した。サブμ秒分解能の時間分解分光システムを完成させ、また、サブユニットI-IVのCys残基を全てSerに置換したCys-free酵素を材料としてチャネル出入り口の予想部位や金属中心近傍にCys残基の導入を行った。2)酵素複合体の構造:サブユニットIVの置換変異と復帰変異の解析、架橋実験から、本酵素の構造は土壌細菌のトチクロムc酸化酵素に類似していることを明らかにした。また、6Åの反射を示す結晶を得、現在、構造決定のための条件検討を進めている。3)基質酸化部位の構造と機能:大腸菌酵素は、基質の酸化還元に伴って放出・消費されるプロトンのためのチャネルを備えている。キノール酸化部位(Q_L)の構造を明らかにするため、系統的に合成したユビキノン誘導体を用いて置換基の効果を検討した。Q_L部位は2-メトキシ基と5-メチル基の認識部位に立体的な制約を持ち、6-イソプレニル基は結合親和性の増加に関与することを見い出した。一方、高親和性キノン結合部位(Q_H)はQ_Lとは異なる結合特性を持つことを示した。好気的増殖を抑制するキノンアナログの耐性変異株を取得し、その解析を行った。以上の研究から、サブユニットIIのQ_Lで2電子酸化が起こり、Q_HはサブユニットIの低スピンヘムに逐次的に1電子伝達を行うのみならず、電子リザーバーとして電子移動を調節することが示唆された。
臨床分離されたカルバペネマーゼ産生グラム陰性菌の経時的分子疫学

カルバペネマーゼ産生腸内細菌科細菌(CPE)はカルバペネム系を含む多くの抗菌薬に耐性を示すことから、治療困難な感染症の原因として問題視されている。本研究は2014年から2016年に国内の単一医療施設で確認されたカルバペネマーゼ産生腸内細菌科細菌(CPE)陽性症例72例(患者71名)の臨床的および微生物学的特徴を検討することを目的として行った。患者71名の平均年齢は67.5歳、うち42名が男性だった。CPEの菌種としてはエンテロバクター・クロアカが44例、肺炎桿菌が28例を占めており、40例でCPEが呼吸器検体から検出されていた。また、検出前の90日以内に抗菌薬を投与されていた症例が64例あった。CPEによる感染症と判定された症例は41%で、その治療にはフルオロキノロン、アミノグリコシドなど、感受性のある非β-ラクタム薬が多用されていた。感染症と判定された症例は29例で、肺炎が13例、尿路感染症が7例、腹腔内感染症が5例を占め、その30日総死亡率は29%だった。全72株に対しゲノム解析を行ったところ、71株がIMP-1カルバペネマーゼ遺伝子を保有していた。シーケンスタイプとしてはエンテロバクター・クロアカ44株中29株がST78、肺炎桿菌28株中19株がST517と、それぞれの菌種において特定のシーケンスタイプが過半を占めていた。内10株について更に長断片ゲノム解析を合わせて行ったところ、6株でIMP-1遺伝子がプラスミドに、2株で染色体に、2株でプラスミドと染色体の双方に位置していることが明らかとなった。カルバペネマーゼ産生エンテロバクター・クロアカST78は国内を含め世界的に報告がある。一方、肺炎桿菌ST517はこれまで韓国から1株の登録があるのみである。今回多数のIMP-1産生肺炎桿菌ST517が同定されたことから、その病原性、他施設での検出状況などを今後検討したい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。カルバペネム耐性腸内細菌(CRE)は、感染症を生じた際の有効な治療法が極めて限られる、公衆衛生上重要な耐性菌である。CREの中でもカルバペネム分解酵素(カルバペネマーゼ)を産生するもの(CPE)は特に厳重な監視・対策を必要とする。本研究は、藤田保健衛生大学病院にて2012年から現在までに分離されたCPE菌株につき、ゲノム解析と古典的分子生物学を併用し、当該病院での経時的なCPEの分子疫学を明らかにすることを目的とする。当該病院臨床検査室で分離されたEnterobacter aerogenesとKlebsiella pneumoniaeの臨床株計88株中につきディスク法による感受性試験の再検を行った(セフタジジム、セフメタゾール、セフポドキシム、セフェピム、ピペラシリン/タゾバクタム、シプロキサン、レボフロキサシン、テトラサイクリン、イミペネム、エルタペネム、メロペネム、アミカシン、ゲンタマイシン、ホスホマイシン、コリスチン)。その結果、ほぼ全株がカルバペネムに非感性(耐性または中間耐性)であることを確認した。これらCRE株はカルバペネムを含めたβーラクタム薬には耐性を示すものの、フルオロキノロン系やアミノグリコシド系の抗菌薬にはほぼ感性であり、海外で問題となっているCRE(複数系統の抗菌薬に耐性)とは異なる表現型を示すことが確認された。また、これに合わせてDNA精製キットを用いてゲノムDNAの抽出を行った。また、本研究はCPE保菌または感染症発症例の臨床像を記述的に明らかにすることも目的とすることから、当該施設の倫理委員会の承認を得たうえで、臨床情報を入力するためのRedCapによるドラフトデータベースを作成した。臨床検査室の人員不足のため、平成29年中を予定していた菌株の譲渡が平成30年初めにずれ込んだことから、全体に数か月の遅れが生じている。平成30年度については、進捗が遅れる要因は予測されていない。

感染症と判定された症例は29例で、肺炎が13例、尿路感染症が7例、腹腔内感染症が5例を占め、その30日総死亡率は29%だった。全72株に対しゲノム解析を行ったところ、71株がIMP-1カルバペネマーゼ遺伝子を保有していた。シーケンスタイプとしてはエンテロバクター・クロアカ44株中29株がST78、肺炎桿菌28株中19株がST517と、それぞれの菌種において特定のシーケンスタイプが過半を占めていた。内10株について更に長断片ゲノム解析を合わせて行ったところ、6株でIMP-1遺伝子がプラスミドに、2株で染色体に、2株でプラスミドと染色体の双方に位置していることが明らかとなった。カルバペネマーゼ産生エンテロバクター・クロアカST78は国内を含め世界的に報告がある。一方、肺炎桿菌ST517はこれまで韓国から1株の登録があるのみである。今回多数のIMP-1産生肺炎桿菌ST517が同定されたことから、その病原性、他施設での検出状況などを今後検討したい。平成29年度末に受領した菌株から抽出したDNAを、平成30年度前期に藤田保健衛生大学共同利用研究施設のIllumina MiSeqでシーケンスし、解析を始める予定である。。症例情報についても、平成30年度前期にRedCapへの入力を開始する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
レム睡眠中の情動反応における扁桃体の役割について

扁桃体ニューロンの半数以上は、他のステージ(覚醒・徐波睡眠)に比べレム睡眠中に高い活動を示した。それらはレム睡眠中発火が持続することはなく、レム睡眠のある時期に相動的に、あるいはバースト状に発火するものが多かった。それらのニューロンの一部は、レム睡眠中に起こる大きな血圧変動に同期して(先行して)、発火していた。扁桃体は、血圧変動を含め、レム睡眠中の情動変化に伴う自律神経系の変動に密接に関与していると考えられる。扁桃体は、攻撃、威嚇、逃避といった情動反応や、それに伴う自律神経系の反応の発現に関与している。ヒトでは、レム睡眠中に扁桃体の活動が上昇することが報告されており、扁桃体では、レム睡眠中に、覚醒時の情動反応に対応するような(夢の発現に密接に関連するような)機構が働いていると考えられる。本研究では、レム睡眠時の情動変化(夢発現)における扁桃体の役割を明らかにすることを目的とし、21年度は、覚醒および正常睡眠(特にレム睡眠)における扁桃体ニューロンの活動を記録解析した。頭部に装着したプレートでラットを脳定位装置に固定する。ラットはこの状態でも睡眠を行うので、ガラス電極を用いて、睡眠・覚醒中の扁桃体ニューロンの活動を記録した。扁桃体の基底外側核では、睡眠・覚醒の各相において5Hz以下の低い活動を示すニューロンが多く記録されたが、約1/3がレム睡眠時に最も高い活動を示した(REM activeニューロン)。中心核においても、多くは5Hz以下の低頻度発火を示したが、覚醒時に最も高い活動を示すもの、徐波睡眠時にもっとも高い活動を示すものも少数記録できた。内側核では、特徴的な活動を示すニューロンは見られなかった。REM activeニューロンには、レム睡眠が開始する前から活動が上昇するものと、レム睡眠が始まってから(レム睡眠中に)不規則な相動的発火を示すものが見られた。前者は、レム睡眠の開始に関連するニューロンと考えられる。後者は、急速眼球運動、血圧、心拍等の自律神経系変動、陰茎勃起など、レム睡眠中におこる相動的な変動に関連するニューロンと考えられる。以上の結果は、扁桃体ニューロンがレム睡眠中の情動変化に密接に関連していることを示唆する。扁桃体は、攻撃、威嚇、逃避といった、情動反応の中枢であり、情動の変化にともなう自律神経系反応の発現にも密接に関係している。レム睡眠中には、覚醒時のような外因性の情動性入力がなくても、覚醒時の情動反応を思わせるような自律神経系の大きな変動が観察され、これが、夢発現の基礎になっていると考えられる。また、ヒトでは、レム睡眠中に扁桃体の活動が上昇することが報告されている。したがって、扁桃体では、レム睡眠中に外因性の情動刺激なしに、覚醒時の情動反応を引き起こす機構と同様の機構が働いていると考えられる。本年度は、レム睡眠時の情動変化(夢発現)のメカニズムを明らかにすることを目的とし、昨年度から引き続き、覚醒・睡眠サイクル(特にレム睡眠時)における扁桃体ニューロンの活動様式を詳細に解析し、さらに、さまざまな情動反応(特にレム睡眠時の血圧変動)との関連について解析した。扁桃体では、レム睡眠時に最も高い活動を示すニューロン(REM activeニューロン)が記録できた。特に、基底外側核では約35%がREM activeニューロンであった。REM activeニューロンは、持続性の発火を示すものは少なく、レム睡眠のある時期のみ相同的発火を示すものが約70%を占めた。それらの一部は、レム睡眠中の血圧変動と高い相関をもつ活動変化を示した。これらのニューロンにおいて、血圧変動との相関は、レム睡眠時のみに見られた。基底内側核、中心核からも、REM active neuronと、覚醒時とレム睡眠時に高い活動を示すニューロン(Waking/REM activeニューロン)が記録できたが、これらのニューロンのうち、レム睡眠中の血圧変動に特異的に相関を示すニューロンは見つかっていない。以上の結果は、扁桃体基底外側核ニューロンの一群がレム睡眠中の情動変化に密接に関連していることを示唆する。扁桃体は、報酬や嫌悪の意味合いをもつさまざまな刺激に反応し、攻撃、防御、逃避といった情動反応や情動の変化にともなう自律神経系の反応にも密接に関係している。レム睡眠中には、外因性の情動性入力がなくても、覚醒中の情動反応を思わせるような自律神経系の大きな変動が観察される。この反応は、レム睡眠中の夢見を反映しているとも考えられる。ヒトでは、非侵襲的な脳機能測定法により、レム睡眠中に扁桃体の活動が上昇することが報告されている。

したがって扁桃体では、レム睡眠中に外因性の情動刺激なしに、覚醒時の情動反応を引き起こす機構と同様の機構が働いていると考えられる。本研究では、レム睡眠中の情動変化のメカニズムの解明を目的とし、昨年度から引き続き、レム睡眠中の血圧変動に関与する扁桃体ニューロンについての解析を進めた。また、嫌悪刺激(電気ショック)を無条件刺激とし、ある周波数の音を条件刺激として、条件刺激に対する血圧、心拍、扁桃体ニューロンの反応を覚醒時とレム睡眠時で比較した。頭部に装着したプレートで、ラットを脳定位装置に固定し、脳波、筋活動から睡眠・覚醒状態を判定し、下行大動脈圧に刺入した圧トランスデューサーから血圧(心拍数)を記録し、ガラス電極により扁桃体のニューロン活動を記録した。扁桃体ニューロンの36%は、レム睡眠中に最も高い活動を示すニューロン(REM activeニューロン)であった。そのうちの約1/3は、レム睡眠中の血圧変動と高い相関をもって活動変化を示した。それらの変化は、常に血圧の変動に先行していた。このようなニューロンは、主に扁桃体中心核、基底外側核から記録された。条件刺激音に対して、レム睡眠時にも、覚醒時同様の血圧心拍の上昇がみられた。扁桃体のニューロンの約40%は、覚醒時に条件刺激音に対して(血圧上昇をともなって)反応した。これらのニューロンは、レム睡眠時にも、同じ条件刺激音に反応した。このニューロンのいくつかは、レム睡眠中の血圧変動と高い相関をもつタイプのニューロンであり、レム睡眠中に条件刺激音なしでも、血圧変動とともに、活動上昇がみられた。以上の結果から、扁桃体のレム睡眠中の活動は、覚醒時の状況に依存する、といえる。
シリコン微細加工による熱超音波アレイの研究

本課題では、固体の振動を伝達する従来の超音波発生法とは異なり、固体表面と空気との間で熱の授受を高速に行い、それによる空気の膨張、圧縮によって超音波を発生する新しい原理のデバイスを提案し、その実現を試みた。昨年度は音響エネルギーの発生効率を向上させるための電極パターンの設計要件と時間的駆動方式を提案したが、本年度は実際にそれを用いて強力超音波を実際に発生させ、非線形音響効果を確認した。1.ポリイミド断熱層上に、1mm角の熱誘起電極を形成し、瞬時電力1kW、幅1μsecのインパルスを印加することによって、1000Paを超える超音波の発生を確認した。理論上は10kPaの音圧が発生している可能性もあり、現在も評価実験が進行中である。また単純な平面形状だけでなく、電極に3次元形状を与えることによって発生可能な最大音圧がさらに向上することを発見した。2.発生音圧が1000Paを超えると、そのような強力超音波を微小物体に照射し、放射圧によってそれを非接触のまま操作する応用や、触覚ディスプレイとして応用することも可能となる。本年度の研究においては、超音波発生素子上に微小物体を配置し、その物体が放射圧によって浮揚する現象を確認した。本課題の熱誘起超音波が有する特長として、発生音の周波数特性が平坦であることはすでに確認されていたが、本年度の研究によって非線形音響効果が発現する強力超音波の発生が可能であることも実験的に確認された。本課題の成果によって、超音波の新しい応用分野と利用法が開拓されるものと期待している。シリコンナノクリスタルの熱音響効果を利用した新しい超音波放出現象を確認し、さらに素子のアレイ化によって超音波出力の高効率化を図る研究を行った。今年度において得られた主な成果を以下にまとめる。(1)シリコンナノクリスタルの熱音響効果の解析単結晶シリコン基板上に量子サイズシリコンナノ結晶層を形成すると、熱伝導が極端に異なる二層構造が形成される。このような系から期待される熱誘起現象を理論的に解析したところ、実用レベルの超音波出力が発生可能との見通しが得られた。(2)素子の基本設計・試作と特性測定新原理の熱誘起超音波エミッタについて素子構成・サイズなどを設計・試作し、電気的な入力による音響出力特性を測定したところ,超音波の発生が観測された。出力が入力パワーに比例し、かつひろい周波数帯にわたって一定であることなど、理論的な予測通りの特性を示すことを確認し、本方式が従来の固体振動形超音波源にはない特長と技術的発展性をもっていることが明らかになった。(3)素子の微細・アレイ化の検討熱誘起現象のスケーリング則に沿って、素子を微細化しさらに周期的に配列した素子の設計を行い、プロセスフローとその具体的方法を決定した。本研究では、振動を伝達する従来法とは異なり、固体表面と空気との間で熱の授受を高速に行い、熱による空気の膨張、圧縮によって超音波を発生する新しい原理のデバイスを提案し、その実現を試みている。本年度は特に高い音圧を効率よく得るための電極パターンと時間的駆動方式を提案し、それを利用した非線形音響効果の観測をおこなった。さらにその応用について検討した。1.高域まで平坦な周波数特性を有するという理論的予測を実験により確認した。2.入力波形に忠実なインパルスを発生可能であることを確認した。時間幅1μsec、ピーク音圧10Paのインパルスを発生可能であることを実験的に確認した。3.発熱電極を島状に空間局在させ、その島の径を微細化していくと、その半径に反比例して同じ投入エネルギーに対する発生音圧が増大することを理論的、実験的に示した。4.熱誘起超音波の駆動方法として、短い時間間隔にエネルギーを集中する駆動方法によって音波の発生効率が向上することを理論的に示した。すなわち平均投入エネルギーを一定とすると、エネルギー投入時間が全体の時間に占める割合に反比例して発生音のエネルギーが増大する。この性質を実験によっても確認した。5.上記の駆動方式を利用して本デバイスを非線形音響効果デバイスとして利用可能であるかを検討した。熱誘起超音波を収束し、放射圧を観測する実験を行った結果、新しいマイクロアクチュエータ等への応用可能性が示唆された。

本課題の熱誘起超音波が有する特長として、発生音の周波数特性が平坦であることはすでに確認されていたが、本年度の研究によって非線形音響効果が発現する強力超音波の発生が可能であることも実験的に確認された。本課題の成果によって、超音波の新しい応用分野と利用法が開拓されるものと期待している。
数値シミュレーションに基づく低コスト芝生化の実践

研究期間を通じて,数値シミュレーションに基づいた低コスト芝生化の実践の基礎となる研究を豊田高専サッカー場にて成功させ,また,研究期間中に生じた新たな課題である「荒廃した校庭の芝生化による維持管理」についても,愛知県内過疎地域に位置する廃校の校庭を対象とし,豊田高専サッカー場と同様に数値シミュレーションに基づいた低コスト芝生化を成功させている。豊田高専サッカー場は,毎日のように体育や部活動で利用され,一般的には芝生化困難とされる環境であるが,シミュレーションに基づき適切な品質を設定したことにより,安価に造成し,長期間にわたって維持管理することができており,本研究の最大の成果といえる。本来は,この成果を近隣小中学校に普及させることを二つ目の柱としていたが,自治体教育委員会による中止決定のため,試行の段階(2016年)で凍結されている。豊田市内での芝生化普及が困難となったため,愛知県内過疎地域の廃校に着目し,そのグラウンドにおいての芝生化を試みた。実質的な試行期間であった2017年度の実践では,雑草が勝ってしまい適切な維持管理ができなかったが,前年度データを反映させたシミュレーションに基づいて実践した2018年度においては,適切な芝生の維持管理をすることができ,このノウハウの普及が次なる課題となっている。なお,当該自治体とは,最大10年間にわたる実験場の無償提供の契約を締結しており,将来に向けての研究環境を整えることができている。また,これまでの研究成果については,豊田高専研究紀要において報告済みであり,より一般的な普及を目指して著書の執筆を検討している。研究の柱の一つである低コスト芝生化の実践については,豊田高専サッカー場の芝生の補修時に行った。基本的な原理は,芝草の密度が密となる領域において芝草を間引き,間引いた芝草を芝生化目標領域に疎の状態で植栽することである。これによって,従来方式よりも低コストに芝生化を推進することが可能であり,一定の成果は得られた。しかし,様々な条件でのモデリングやシミュレーションを踏まえても,特に,スポーツ利用による損耗を取り入れた系とする場合の結果は,シミュレーション通りには成果が出ないこともあり,引き続き,豊田高専サッカー場における試行およびデータ収集が必要と考えられる。一方,2016年以降に実践する小学校における芝生化を成功させるためには,施肥や水やりのコスト削減も必要と考えられるが,その場合の芝生化の成果は依然,熟練の施工技術者の経験に頼る部分が多いのが課題である。数理モデル及びシミュレーションの改善については,現在のロトカ・ボルテラ方程式を基礎とした「複数の芝草の混植モデル」は,数値計算的にはそれほど難しい方程式系ではないことが分かっており,シミュレーション結果においては,安定な数値解が求められている。ゆえに,離散変数法の新たな改善は行っていない。芝生化の小学校校庭への普及については,芝生化の実現性を考慮して,複数の小学校を候補として選定した。候補となった各小学校の校長に,本方式による芝生化の概要を説明したところ,1校において,2016年夏期に芝生化を行うことが決定した。これによって,本研究の成果がさらに第一段階前進させることができたといえる。これまでの研究成果については,2016年5月に千葉大学において行われる日本芝草学会2016年度春季大会において発表予定である。芝草の植栽には適した時期があり,植栽する小学校の選定に多くの時間を要したため,初年度にあたる2015年夏期は植栽を見送った。その間は,豊田高専サッカー場において,試験的な植栽や新しく購入した機材の動作確認を行った。植栽する小学校の候補を複数選定したのちに,各校との折衝が必要であり,これらにも多くの時間を要する。幸い,平成27年度中に豊田市内の小学校1校がモデル校として名乗りを上げてくださったので,今後は,モデル校の成果を標本として例示することで,各校への提案がスムーズに進むと考えられる。研究の根幹である低コスト芝生化の実践は,従来の豊田高専サッカー場に加えて,豊田市内の過疎地区の小学校を対象として,行った。過疎地区の小学校における芝生化の実践においては,従来必要と考えられていた,水やり・施肥・芝刈りをほとんど必要としないということが明らかになった。過疎地区の小学校においては,利用者の踏圧による損耗が少ないと考えられ,これまでに想定していたよりもより低コストに芝生化が可能となることが期待され,いよいよ本格的な芝生化の実践の段階に進むことが待望される。また、今回得られたデータについては,従来のモデル化方程式のシミュレーションにおいても,単純に損耗率を減少させた場合の結果として,容易に数値解を得ることができており,今後の普及に向けての有用な成果を示すことができている。ただし,豊田市内においては、芝生化の普及を計画している市教育委員会からは,この方法での芝生化をこれ以上広めることを許されなかったため,今後は,現状維持に努め,本芝生化手法の有用性を示していく必要がある。これまでの研究成果については,2017年5月に東京都市大学において行われる日本芝草学会2017年度春季大会,および,2017年7月にアメリカ合衆国ニュージャージー州において行われる国際芝草学会において発表予定である。「過疎地区を対象とした校庭の芝生化」の試行は2016年度中に成果を上げることができたが,自治体との折衝に失敗し,更なる普及が進んでいないため。数値シミュレーションに基づいた低コスト芝生化の実践は,基礎となる研究を豊田高専サッカー場にて順調に継続している。

芝生化の進捗は,植物の成長に関わる実践であるので,短期的には激的な成果が期待できないが,長期的な視点で見れば成果が得られていることが分かる。しかし,芝生化の促進に相反する形で,利用者からのグラウンド利用希望が増えるため,それらに耐えうる利用制限期間の短縮の見極めが新たな課題となっている。2017年度に実践した研究の中心課題は「荒廃した校庭の芝生化による維持管理」であった。廃校の校庭は利用頻度が低いため,元来は「土」のグラウンドであっても数年のうちに雑草が生い茂るようになる。このようなグラウンドにおいては自然芝による芝生化が有効である。この芝生化の成功は芝刈りの頻度に依存するため,研究者が過疎地域に出向き作業をするための人的,金銭的コストが課題となる。過疎地域を中心に取り組みを始めているこの課題ついては,2017年度に実践した,シミュレーションに基づく芝刈りの頻度では少なすぎ,草丈が伸びすぎることがわかった。そのため,2018年度においては芝刈りの頻度や刈り高について,2017年度の実践よりも有効な手法の確立を目指していく。当該自治体とは,最大10年間にわたる実験場の無償提供の契約を締結しており,将来に向けての研究環境を整えることができている。期間延長を含めた研究期間は次年度で一区切りとなるため,これまでの研究成果については,豊田高専研究紀要において,論文の形でまとめていく。「過疎地区を対象とした校庭の芝生化」は現在対象としている地区においては,一定の成功を収めているが,研究・開発に要する人的・金銭的負担を考慮すると,これまでに得られた以上の成果をあげることは難しい状況である。また,この提案をさらに他の地域へ普及させていく方策により一層の工夫が求められている。研究期間を通じて,数値シミュレーションに基づいた低コスト芝生化の実践の基礎となる研究を豊田高専サッカー場にて成功させ,また,研究期間中に生じた新たな課題である「荒廃した校庭の芝生化による維持管理」についても,愛知県内過疎地域に位置する廃校の校庭を対象とし,豊田高専サッカー場と同様に数値シミュレーションに基づいた低コスト芝生化を成功させている。豊田高専サッカー場は,毎日のように体育や部活動で利用され,一般的には芝生化困難とされる環境であるが,シミュレーションに基づき適切な品質を設定したことにより,安価に造成し,長期間にわたって維持管理することができており,本研究の最大の成果といえる。本来は,この成果を近隣小中学校に普及させることを二つ目の柱としていたが,自治体教育委員会による中止決定のため,試行の段階(2016年)で凍結されている。豊田市内での芝生化普及が困難となったため,愛知県内過疎地域の廃校に着目し,そのグラウンドにおいての芝生化を試みた。実質的な試行期間であった2017年度の実践では,雑草が勝ってしまい適切な維持管理ができなかったが,前年度データを反映させたシミュレーションに基づいて実践した2018年度においては,適切な芝生の維持管理をすることができ,このノウハウの普及が次なる課題となっている。なお,当該自治体とは,最大10年間にわたる実験場の無償提供の契約を締結しており,将来に向けての研究環境を整えることができている。
植物における腋芽伸長の制御メカニズムの分子的解明

本課題では少分げつ突然変異体rcnを用いて(1)分げつ伸長遺伝子の単離と(2)分げつ伸長経路における機能解析を目的としている。5種のrcn変異体とKasalathとの交雑後代をマッピング集団に用いて、rcn2を200kb、rcn3を700kb、rcn4を260kb、rcn5を80kb、rcn6を484bpにそれぞれ位置づけ、マップベースクローニングの基礎を築いた。各ゲノム領域内には既報の分げつ関連遺伝子はコードされていなかったことから新規の分げつ遺伝子の単離が期待できる。また、rcnと多分げつ変異体d10(ストリゴラクトン合成遺伝子OsCCD7b)およびfcl(ストリゴラクトンとサイトカイニンの下流で機能する転写因子OsTB1)との二重変異体を作出し、表現型を解析した。いずれの二重変異体の分げつ数は、それぞれの単一変異体の間の値となったことから、各rcnはD10およびFC1を介した分げつ伸長制御経路とは独立で機能するものと推定された。また、各rcnとrcn1(ABCトランスポーターOsABCG5)との二重変異体の作出を終え、H23年度の表現型調査に備えた。本年度、計画していた3種の実験の経過を以下に示す。実験1では、分げつ制御遺伝子をクローニングする目的で、イネの少分げつ(rcn)変異体の5種の原因遺伝子rcn2を200kb、rcn3を700kb、rcn4を260kb、rcn5を80kb、rcn6を3Mbにそれぞれ位置づけることができ、マップベースクローニングに向けた基礎を築いた。実験2では、rcn変具体における分げつ伸長制御遺伝子Rcn1/OsABCG5,、D10/OsCCD8b、Htd1/D17/OsCCD7、D3およびFC1/OsTB1の発現を特徴付けた。これまでに、分げつ伸長抑制ホルモンのストリゴラクトンの合成に関わるD10のフィードバック制御の生じているrcn変異体1種類を見出し、当変異体のストリゴラクトンを介した経路との関連性が示された。また、分げつ芽伸長に機能するRcn1の発現がrcn1発現亢進されていることが示され、Rcn1フィードバック制御の存在が示唆された。同様にRcn1の発現亢進する別のrcn変異体1種を見出した。このことは、当変異体とRcn1を介した経路と関連性が示され、Rcn1の機能解明に向けて重要な変異体を期待された。実験3では、rcnを多分げつ変異体d10およびOsTB1の変異体fc1の形質発現における相互作用を明らかにする目的で二重変異体の評価を計画している。本年度は、各rcn変異体とd10変異体の二重変異体およびfc1との二重変異体を作出し、引き続き、種子増殖を終え、表現型解析に向けた準備を整えた。
コロイドプロセスの高度化による高次構造セラミックスの創製

市販品の微粒子を対象に、非立方晶の多くの系に強磁場コロイドプロセスによる配向が適用できることを示してきた。高度な配向制御を行うため、合成過程で凝集したナノ粒子の再単分散と凝集が配向および微構造制御にどう影響するかを系統的に検討した。凝集ナノ粒子あるいは強く凝集した微粒子は、超音波照射では解砕できない。ビーズミルのビーズ径を0.05mmと小さくすることでビーズと凝集粒子の衝突頻度を高め、かつ衝撃エネルギーを小さくすることで、ナノ粒子や強く凝集した微粒子でも再分散可能であることを水酸アパタイト、ジルコニア粒子で実証した。単分散したサスペンションから、高配向アパタイトおよび正方晶ジルコニア焼結体の作製に成功した。さらに、反応焼結により配向β-Si3N4,β-Al_2O_3およびAl_2O_3-Sic-ムライトナノコンポジットの作製に成功した。電気泳動堆積法(EPD)は、セラミック厚膜や積層膜の作製に適している。エタノール溶媒の分散剤としてりん酸エステルが優れていることを明らかにし、多様なセラミックスのEPDに適用した。また、強磁場中EPDにより配向膜、配向積層膜の作製に成功した。厚膜系のセラミックスのパターン形成プロセスとして、マイクロモールドキャピラリー法(MIMIC)をセラミックスの新規コロイドプロセスとして位置付け、そのパターン形成の高度化を進めた。酸化チタンナノ粒子の水系、非水系サスペンションを作製し、パターン形成過程を観察することで、ナノ粒子の単分散が極めて重要であること、溶媒の蒸発速度の制御が重要であること、などを明らかにした。結晶磁気異方性によるエネルギーを利用して弱磁性体を配向させるためには、溶液中の微粒子が容易に変位できるような低粘度である必要があり、粒子は単結晶でなければならない。そのためには、微粒子の高度な溶液中分散技術が必要である。微粒子の分散・凝集特性については、官能基を変えた電解質高分子(ポリエチレンイミン)を添加したときのpHと表面電位の測定およびレオロジー特性から検討し、酸化チタンおよびSiC系サスペンションの最適の条件を見いだし、その分散機構を検討した。酸化チタン系サスペンションに強磁界(10T以上)を印加し、コロイドプロセスで成形により配向体を得た。さらに、配向した・-アルミナ多孔体にNaとMgイオンを含浸挿入し、反応焼結により配向した・-アルミナを作製する手法を確立し、方位により異なるイオン伝導を示すことを明らかにした。配向体作製において、配向度の評価法、特に配向の質の評価が重要である。そこで、アルミナ系について、中性子回折により、特定な面に対してどの程度角度がずれた粒子がどのくらいあるかという配向度の評価を行い、配向の質の議論ができるようになった。厚膜系のセラミックスのパターン形成プロセスとして、マイクロモールドキャピラリー法(MIMIC)をセラミックスの新規コロイドプロセスとして位置付け、そのプロセスの確立と高度化に着手した。プロセスは、(1)マスターモルドの作製、(2)マスターからレプリカであるPDMSマイクロモールドを作製、(3)PDMSマイクロモールドと基盤の間の微少空間にセラミックサスペンションを流し込み、セラミックパターンを形成する、からなる。この中で、要素技術(3)のセラミックスサスペンションからセラミックスパターンを形成するプロセスが最も重要な研究テーマであり、酸化スズナノ粒子のエタノールサスペンションにより検討した。今後、高度な配向制御を行うためには、単分散した単結晶粒子の粒径と粒子形態を制御する技術の確立および粒径と粒子形態が配向にどう影響するかを系統的に調べる必要である。粒子合成に関し、当機構で開発された反応直流プラズマ法によりSiC系の単分散微粒子を合成した。

別に骨の主成分として知られている水酸アパタイトについて、磁場配向と粉砕による分散効果について系統的な研究を進め、高配向アパタイトの作製に成功した。厚膜系のセラミックスのパターン形成プロセスとして、マイクロモールドキャピラリー法(MIMIC)をセラミックスの新規コロイドプロセスとして位置付け、マイクロデバイスなどに使用されている実用材料系として、ガスセンサーへの応用を想定し酸化スズを対象にプロセスの高度化を進めた。特に、エタノールに分散した酸化スズに対し、Si基板上に酸化スズを均一にパターニングすることに成功した。また、強磁場印加電気泳動プロセス(EPD)では、多様な配向膜の作製が可能とするためEPDに適した非水系サスペンションの分散剤の調整法を検討した。リン酸エステル系の分散剤が効果的であることを示し、磁場中EPDによりアルミナ等の積層配向セラミックスを作製した。反応焼結を利用した配向複合酸化物の合成は、多様な複合酸化物に適用可能であることが分かってきた。さらに、この手法の拡大を図るため、磁場中スリップキャストにより配向アルミナ-SiC系成形体を作製し、部分酸化-反応焼結によりアルミナ-SiC-ムライト系の配向ナノコンポジットの作製に成功した。市販品の微粒子を対象に、非立方晶の多くの系に強磁場コロイドプロセスによる配向が適用できることを示してきた。高度な配向制御を行うため、合成過程で凝集したナノ粒子の再単分散技術の確立と凝集が配向および微構造制御にどう影響するかを系統的に検討する必要がある。凝集ナノ粒子あるいは強く凝集した微粒子は、超音波照射では解砕できない。そこで、ビーズミルのビーズ径を0.05mmと小さくすることでビーズと凝集粒子の衝突頻度を高め、かつ衝撃エネルギーを小さくすることで、ナノ粒子や強く凝集した微粒子でも再分散可能であることを水酸アパタイト、ジルコニア粒子で実証した。単分散したサスペンションから、高配向アパタイトおよび正方晶ジルコニア焼結体の作製に成功した。厚膜系のセラミックスのパターン形成プロセスとして、マイクロモールドキャピラリー法(MIMIC)をセラミックスの新規コロイドプロセスとして位置付け、そのパターン形成の高度化を進めた。酸化チタンナノ粒子の水系、非水系サスペンションを作製し、パターン形成過程を観察することで、ナノ粒子の単分散が極めて重要であること、溶媒の蒸発速度の制御が重要であること、などを明らかにした。また、反応焼結を利用した配向複合酸化物の合成は、多様な複合酸化物に適用可能であることが分かってきた。α-窒化珪素を主成分とする素粉末の反応焼結の際に、磁場中スリップキャストで配向させた微量のβ-窒化珪素粒子が一種のテンプレートとなり、高配向β-窒化珪素およびβ-サイアロン焼結体が作製できることを実証した。
バーチャル世界でのリーダーによるメンバー行動の組織化プロセスの解明

情報技術の進展によって、企業・組織内で行われる情報共有はバーチャル世界に移行しており、物理的な情報共有と比べ飛躍的に増えている。バーチャル世界では人間の行動した履歴が残り、今まで見えなかった細やかな人の行動の変化がわかる。ひいては、組織全体での人やチームの動きも見えてくる。そこで、バーチャル世界においてどのような行動を取れば円滑な情報共有ができるのか、リーダーの行動に焦点を当てて、具体的な行動指標をログデータから探る。