hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CT所見、バイオマーカーから見た気管支喘息における上下気道の連関

血中バイオマーカーにおいては、非喫煙者、喫煙者いずれも、血中ペリオスチンと気道炎症との関連を認めたが、オステオポンチンに関しては、非喫煙者のみ、好酸球性炎症、気流閉塞との関連を認めた。今回の結果により、非喫煙者、喫煙者において、気道炎症に関しては、上下気道の連関を認めたが、喫煙者においては、その連関を認めず、喫煙者における気流閉塞形成の多様性を示す結果であった。喫煙者、COPD患者を含む気管支喘息患者206名において、呼吸機能、好酸球性炎症、副鼻腔炎スコアと関連する血中、喀痰中のバイオマーカーを探索した。特に、非喫煙者と喫煙者に分類し、それぞれの関連を検討した。その中で、血清periostinは、喫煙歴に関わらず、好酸球性炎症と正の相関を認めた。よってperiostinは、喫煙者の多い本邦において、実臨床に応用可能な有用なバイオマーカーであると考えられた。。平成26年度中に、血中のペリオスチン、オステオポンチンの濃度測定を終了した。前向きのコホート研究は現在も展開中であり、今後、各種臨床指標との関連の検討が可能である。今後は対象に健常者も追加し、同様の検討をおこなう予定である。呼吸器内科学現在前向きのコホート研究は展開中であり、今後種々の臨床指標(呼吸機能の変化、喘息発作頻度など)が得られる予定である。また、上下気道のCTによる評価も進行中である。今後は、血中バイオマーカーと、種々の臨床指標との関連の検討をおこなう予定である。健常者における血中バイオマーカーの測定に関し、本年度じゅうに終了できなかった為。平成26年度内にバイオマーカー測定の一部を完了しえた。しかし一部については、測定系の確立に時間を要した為、未使用額が生じた。健常者における血中バイオマーカー測定の為、蛋白ELISA kitの購入及び受託測定費に使用する予定である。平成26年度内に測定が終了できなかった分子、また、観察研究におけるフォローアップ中検体については、次年度に測定をおこなう予定であり、その分として使用予定である。
身体活動量を規定する要因とその増減に対する脳機能の適応・不適応

本研究は、マウスの身体活動(飼育ケージ内における自発的な移動行動)の多寡がどのように規定されるか明らかにし、"活動意欲を高める新たな介入方法の提案"、および"不活動を導く危険因子の同定"を目指すことを目的とした。昨年度までの成果をふまえ、2018年度は「身体活動量は生体にとって至適な水準に恒常的に調節されている」という仮説の検証、および「身体活動量の恒常性を調節するメカニズムの解明」を目指し、以下の課題に取り組んだ。これまで我々は、「豊かな環境(ケージサイズの拡大、遊具の配置)」でもマウスの身体活動量は一定に維持されることを明らかにしたが、この結果は「群飼育条件」で得られたものであった。群飼育による社会的交流はマウスの様々な生体反応に関わることが報告されている。そこで「群飼育による社会的交流が、マウスの身体活動量を一定に保つ効果をもたらす」と仮説を立て、その検証に取り組んだ。その結果、単独で飼育されたマウス(社会的交流なし)は豊かな環境下で身体活動量が顕著に増加し、その反応パターンは群飼育されたマウス(社会的交流あり)と異なることが明らかとなった。この結果は仮説を支持し、社会的交流が身体活動量の恒常性を維持するために重要な役割を果たしていることを示唆している。本年度はさらに、身体活動量の恒常的調節と社会的交流の関連について、豊かな環境以外の刺激でも検討を試みた。先行研究で身体活動量を減少させることが報告されている高脂肪食の給餌および概日リズムの変化で検討を試みたが、「群飼育されたマウス(社会的交流あり)では身体活動量が維持される」という結果を再現することはできなかった。また、脳卒中などの脳疾患は身体活動量を低下させる契機となるため、「長期間に渡り身体活動量を低下させる脳疾患モデル」の作成に取り組んだが、現時点では良好なモデル作成に至っていない。本年度は、社会的交流が身体活動量の恒常的な調節に関わっていることを明らかにすることができ、研究を大きく進展させることができた。一部の研究が計画通りの成果をあげられなかったが、総合的に評価し、「(2)おおむね順調に進展している」と判断した。社会的交流が身体活動量の恒常性に関わっていることは、その調節を担う神経メカニズムの解明の大きな手掛かりとなる。特に社会的交流と深く関わるオキシトシンはその最有力候補であり、今後はオキシトシンの関与に着目し、神経薬理学的手法等を用いて身体活動量の恒常性の調節メカニズムの解明を目指す。本研究は、実験動物の身体活動(飼育ケージ内における自発的な移動行動)に着目し、身体活動量の多寡がどのように規定されるか明らかにし、"活動意欲を高める新たな介入方法の提案"、および"不活動を導く危険因子の同定"を目指すことを目的とした。2017年度は、以下の2つの課題に取り組んだ(課題の一部は2018年度に延長して実施)。課題1では、加齢変化に伴う身体活動量の変化に関する基礎データを収集することを目的とし、体内埋込型活動量計(nanotag)をマウス腹腔内に埋め込み、各個体の身体活動量の長期間計測を試みた。

活動量計のバッテリー容量(計測期間)が限られるため、長期間継続して計測するためには外部から活動量計のOn/Offを無線で切替える必要があった。しかし現有のシステムでは加齢に伴う腹部脂肪の蓄積によりOn/Offの切替えが困難となり、長期間のデータ収集はできないことが明らかとなった。現在、活動量計を体内に埋込む前に測定間隔をプログラムすることでこの課題が解決できないか検討中であるが、システム改善ができるまで本課題は一時的に中断せざるを得ない状況となった。課題2では、身体活動量に影響する外的刺激のスクリーニングを行い、その結果、特に「豊かな環境(ケージサイズの拡大、遊具の配置)」に着目して研究を展開した。多くの先行研究が豊かな環境が脳機能を高めることを報告しており、その背景には身体的・認知的・社会的刺激の増加が関与すると考えられていた。つまり、豊かな環境下では身体活動量は増加すると信じられていた。しかしながら本研究により、豊かな環境は海馬神経新生を促進するが、一般的な予想に反して身体活動量は増加せず、一定の活動量で維持されることが明らかになった。この結果は、身体活動量は体温や血糖値と同じように、生体にとって至適な水準に恒常的に調節されている可能性を示唆している。課題1ではシステムの限界から、身体活動量の長期的な計測を一時中断せざるを得ない状況となった。一方、課題2では、我々の予想外の結果から、「身体活動量は生体にとって至適な水準に恒常的に調節されている」という非常に興味深い仮説を導くに至った。もしも身体活動量の恒常性を調節するメカニズムが明らかとなれば、それは本研究の目的達成に大きく寄与しうる。そこで総合的に評価し、「(2)おおむね順調に進展している」と判断した。社会的交流が身体活動量の恒常性に関わっていることは、その調節を担う神経メカニズムの解明の大きな手掛かりとなる。特に社会的交流と深く関わるオキシトシンはその最有力候補であり、今後はオキシトシンの関与に着目し、神経薬理学的手法等を用いて身体活動量の恒常性の調節メカニズムの解明を目指す。これまでの研究の進捗状況を踏まえ、今後は「身体活動量は生体にとって至適な水準に恒常的に調節されている」という仮説の検証、および「身体活動量の恒常性を調節するメカニズムの解明」に取り組む。
口腔領域の感覚及び運動に関与する脳幹一酸化窒素合成ニューロンの機能形態学的研究

一酸化窒素(NO)は生体に対して毒性の強いガスで、大気汚染でも問題になっている。しかしこの物質が血管内皮細胞由来血管拡張因子として生体内の生理活性物質として同定され、さらに脳内で神経情報伝達物質として近年注目を浴びるに至った。我々はNO合成酵素であるNADPH-dをラット下位脳幹で組織化学的に染め、三叉神経感覚核吻側亜核(Vo)、吻外側孤束核(Sn)、paratrigeminal nucleus (paraV)や尾側亜核(Vc)の特殊な群に陽性ニューロンを見いだした。同時に口腔領域を支配する三叉神経一次求心性線維の中枢性終末をWGA-HRPの越神経節輸送を利用して標識し、NADPH-d陽性ニューロン群の存在する部位が三叉神経口腔内支配枝特に舌神経三叉神経要素の中枢内投射領域と重なり合うことを示した。このことからNOは口腔顔面の感覚運動反射に関与することが考えられる。各々の末梢神経の切断によりNADPH-d陽性ニューロン数がSn/Voでは切断側が、paraV/Vcでは両側性に減少することを示した。このことからNOの発現は核により異なる制御を受けることを示した。又上記各神経核のNADPH-dの発現を胎生期の初期から出産後及び成熟期に至るまで観察した。Vo/Snでは胎生15日目から成熟期まで出現するが、Vcでは大細胞層では出産後4日目(P4)から浅層部及びparaVではP10から成熟期に至るまで出現した。以上所見から脳幹三叉神経核にはNOを産生すると考えられるニューロンが胎生期初期から存在し、口腔顔面領域の感覚運動発現の生理学的な機能に関与すると考えられる。ラット脳内で一酸化窒素(NO)を産生すると思われるニューロンを、NADPH-diaphorase(NADPH-d)の組織化学法や、一酸化窒素合成酵素に対する特異的な抗体を用いた免疫組織化学法で標識した。三叉神経脊髄路核の吻側亜核背内側部に散在性の、孤側核吻外側部に密な陽性ニューロン群を発見した。陽性ニューロンの存在域から推定し、このニューロン群が口腔内からの感覚情報を受容し、顎口腔の反射運動形成に関与すると考えた。事実、舌内の味蕾を支配し味覚情報を伝達する鼓索神経切断後、一週間から二週間にかけその陽性細胞数が減少し、四週間目に対照側レベルに戻った。舌神経(三叉神経要素)、下歯槽神経、鼓索神経、頤神経の末梢枝にWGA-HRPを注入し、それぞれの中枢内終末枝を標識すると同時にNADPH-dを二重標識した。NADPH-d陽性ニューロンの存在域と中枢内投射領域が最も重なった感覚末梢神経は舌神経であったが、鼓索神経とは重なりが少なかった。胎生期から出産後、成熟するまでNADPH-d陽性ニューロンの出現を観察し、上記陽性ニューロン群が他の陽性ニューロン群に先んじて胎生期15日目に出現し、既に胎生期中に成熟ラットと同様の形態を備えることを見い出した。以上の結果より、NOは脳内で口腔内特に舌の一般体性知覚の感覚受容や反射運動の形成に重要な役割を演じ、胎生期中からその機能に深く関わっていると考えられる。我々はNO合成酵素であるNADPH-dをラット下位脳幹で組織化学的に染め、三叉神経感覚核吻側亜核(Vo)、吻外側孤束核(Sn)、paratrigeminal nucleus(paraV)や尾側亜核(Vc)の特殊な群に陽性ニューロンを見いだした。

同時に口腔領域を支配する三叉神経一次求心線維の中枢性終末をWGA-HRPの越神経節輸送を利用して標識し、NADPH-d陽性ニューロン群の存在する部位が三叉神経口腔内支配枝特に舌神経三叉神経要素の中枢内投射領域と重なり合うことを示した。このことからNOは口腔顔面の感覚運動反射に関与することが考えられる。各々の末梢神経の切断によりNADPH-d陽性ニューロン数がSn/Voでは切断側が、paraV/Vcでは両側性に減少することを示した。このことからNOの発現は核により異なる制御を受けることを示した。又上記各神経核のNADPH-dの発現を胎生期の初期から出産後及び成熟期に至るまで観察した。Vo/Snでは胎生15日目から成熟期まで出現するが、Vcでは大細胞層では出産後4日目(P4)から浅層部及びparaVではP10から成熟期に至るまで出現した。以上所見から脳幹三叉神経核にはNOを産生すると考えられるニューロンが胎生期初期から存在し、口腔顔面領域の感覚運動発現の生理学的な機能に関与すると考えられる。
アリのコロニーサイズ認識機構

コロニーサイズは昆虫社会の多様性を解明する鍵はあるとされるが、ではアリやシロアリがいかに所属コロニーのサイズを「認識」しているのかは全く未知である。そこで、本研究では、個々の個体はコロニー全体を俯瞰しているわけではなく、局所的情報に対して単純に反応しているだけだが、にもかかわらずコロニー全体の適切な制御が可能であるとする、自己組織化機構がコロニーサイズ認識の裏にもあるのではないかとの観点に立ち、アリがコロニーサイズ情報となり得るどんな刺激に依存し行動を切り替えているのか。そして、コロニー全体の適切な制御を可能にする意志決定メカニズムを明らかにすることを目的とした。トゲオオハリアリでは女王(gamertgate)の巣内パトロール時間がコロニーサイズとともに増加するが、これは女王ワーカー双方とも個体間の直接接触で相手(繁殖者か否か)を認識しているからだ。女王との接触が一定時間以上途絶えたワーカーは自ら繁殖すべく生理状態を切り替えることも前年度までの研究で明らかにされている。本年度は生理状態を切り替えたワーカーに接触した女王がパトロール時間を延長させることが裏にあるフィードバック機構であるとする作業仮説を立てこれを数理モデル化した。モデルは実際の女王が示すようにコロニーサイズとともに増加するパトロール時間のパターンを再現でした。また繁殖者に特異的な体表炭化水素に対してワーカーが反応するか生物検定を行い実際炭化水素成分だけにワーカーが興味を示すことが確認された。以上の結果はすべて論文発表準備中である。コロニーサイズは昆虫社会の多様性を解明する鍵はあるとされるが,ではアリやシロアリがいかに所属コロニーのサイズを「認識」しているのかは全く未知である.そこで、トゲオオハリアリを用いコロニーサイズと相関のある各種刺激に対するアリの行動的反応を観察し、可能なフィードバック機構の作業仮説を提案した。トゲオオハリアリでは予備研究で女王(gamertgate)の巣内パトロール時間がコロニーサイズとともに変化することが突き止められており(大コロニーで長いパトロール)、また女王ワーカー双方とも個体間の直接接触で相手(繁殖者か否か)を認識し(Tsuji et al.1999 Anim.Behav)女王との接触が一定時間以上途絶えたワーカーは自ら繁殖すべく生理状態を切り替えること(オーファン化)も知られている。オーファン化したワーカーに接触した女王がパトロール時間を延長させることが裏にあるフィードバック機構(パトロールが行き届けばオーファン化率も低下)であるとする作業仮説を立て、これを実験的にテストした。トゲオオハリアリでもしオーファン化ワーカーの存在が女王のパトロール行動を活性化する刺激なら、コロニーサイズでなく単にオーファン化ワーカーの比率を操作するだけでパトロール時間が延長されるはずである。実際、オーファンワーカーの率が増加させると、パトロール時間が延長することが確認された。また、女王はオーファンワーカーや卵巣を発達させた優位ワーカーをそうでないものと識別している証拠も示された。この識別の鍵刺激が身体表炭化水素であるとする生物検定による確固たる証拠も得られた。今後はこのフィードバック機構を定量的にテストするため数理モデル化する予定である。アリやシロアリがいかに所属コロニーのサイズを「認識」しているのかは全く未知である.そこで、トゲオオハリアリを用いコロニーサイズと相関のある各種刺激に対するアリの行動的反応を観察し、可能なフィードバック機構の作業仮説を提案した。昨年度に続く研究で、コロニーサイズの増加だけでなく、サイズ一定のコロニーにおいてオーファンワーカーの率を実験的に増加させても、平均パトロール時間、パトロールの頻度、パトロールに費やされる時間の割合が増加することが確認された。そして女王特異的な体表炭化水素が女王のワーカーが女王を存在を認識する情報であることが生物検定により示唆された。現在このフィードバック機構を定量的にテストするため数理モデル化を行っている。

本年度は生理状態を切り替えたワーカーに接触した女王がパトロール時間を延長させることが裏にあるフィードバック機構であるとする作業仮説を立てこれを数理モデル化した。モデルは実際の女王が示すようにコロニーサイズとともに増加するパトロール時間のパターンを再現でした。また繁殖者に特異的な体表炭化水素に対してワーカーが反応するか生物検定を行い実際炭化水素成分だけにワーカーが興味を示すことが確認された。以上の結果はすべて論文発表準備中である。
痛覚過敏に対するべンゾジアゼピンとGABA作用薬の抑制効果

当初の計画では、痛覚過敏モデルとしてラットの坐骨神経結紮とNMDA作動薬の両者を用い、GABA、べンゾジアゼピン作動薬を用いて痛覚域値をどの程度上昇させるか行う予定であった。しかし、坐骨神経結紮ラット作製が困難なため予定を変更し、GABA作動薬であるmuscimol hydrobromide(Mus)がNMDAによる侵害受容亢進にどのように影響するか、ラットのtail-flick(TF)試験で調べた。腰部くも膜下腔にカテーテルを留置し、TF試験の対照値を測定後、2群に分け、1群には生理食塩液1muIOTAを投与し、5分後に2.2nmol/muIOTAのNMDA1muIOTAを、2群には5pmol/muIOTAのMus1muIOTAを投与し、5分後に2.2nmol/muIOTAnのNMDA1muIOTAを投与して測定した。2群とも2回目の薬液注入後5、10、15、30、45分後にTF試験を行った。TF試験は尾部に熱刺激を加え尾部を反応させるまでの時間を潜時として測定し(投薬後潜時-対照潜時)/(カットオフ時間一対照潜時)×100でmaximum possible effect(%MPE)を痛覚域値として求めた。カットオフ時間は8秒とし、群間はunpairedt testで検定し、p<.05のとき有意差ありと判定した。各群の%MPEは以下のようであった(mean±SE)。1群:5分-3±5,10分-12.5±6,15分-20.2±4,30分-10.7±5,45分-26.5±10,2群:5分39±6,10分30.8±4,15分28,5±3,30分29.5±4,45分21.5±6であった。両群間では全測定時点で有意差があった。MusはNMDAによって引き起こされる侵害受容亢進を抑制した。今回の実験より、NMDA受容体を介する侵害受容亢進に対してGABA作動薬がその抑制に有用であると考えられた。
乳腺相似分泌癌（MASC）関連変異遺伝子の分子病理学的意義と臨床病理学的研究

「乳腺相似分泌癌(MASC)関連変異遺伝子の分子病理学的意義」を検討する実験そのものについては、予定通り実験を遂行出来たため、新しい知見を含め、データのまとめが終了している。しかし、本課題の採択が追加採択であり、研究をスタートさせることが出来たのが平成28年末頃であったことから、論文作成がまだ出来ていない状況である。そのため1年延長させて頂くことを依頼し、了承を得た。本課題の採択が追加採択であることから、論文作成がまだ出来ていない状況であり、今後は迅速に英語論文化を急ぐ所存である。現在、Discussionのまとめについて、研究分担者と協議を行っており、協議がまとまり次第、論文化が可能になる状態である。2016年度の追加として本課題を採択頂いたため、6ヶ月間のみの研究実績報告となる。当科および当科関連研究施設の症例において、ETV6 breakapart probeを用いたFISH法で乳腺相似分泌癌(MASC)と診断した12症例について、その臨床病理学的特徴を明らかとするため、RACE法(rapid amplification of cDNA ends)を用いてNTRK3以外の、新規融合遺伝子転座を検索した。しかし今回解析した12症例においては明らかな新規融合遺伝子転座はなかった。今後更なるMASC症例の同様の検索を行う予定である。MASC同様、口腔扁平上皮癌(OSCC)症例において、近年新規融合遺伝子が報告されており、同様の手法を用いて遺伝子転座の研究を行うため、現在症例収集を行っている。予後が明かなOSCC症例のうち、遺伝子解析可能な30例を用いて、次の臨床情報の収集を行った。(・性別初診時年齢、・腫瘍の病理学的組織細分類、・腫瘍サイズ、・部位、・転移再発の有無、・無病生存期間、・無再発期間)これらの臨床情報と検出された融合遺伝子の相関を解析するため、現在症例を収集している段階である。追加採択課題のため、研究は一般的に遅れている状態であり、成果としては充分ではないが、迅速に研究解析が進めば、今後一定の成果が報告出来る予定である。既に提出した研究計画書で示した通り、当科および当科関連研究施設の症例においてETV6 break apart probeを用いたFISH法での乳腺相似分泌癌(2017年WHO blue noteではsecretary carcinoma:「分泌癌」と疾患名が変更された。以下SCとする。)と診断された14症例について、その臨床病理学的特徴を明らかにするため、引き続きRACE法(rapid amplification of cDNA ends)を用いてNTRK3以外の新規融合遺伝子転座を検索した。RACE法における特異的はプライマーを3部位について設計し、検索を行ったが、新規パートナー遺伝子は検出出来なかった。2016年度に追加採択を頂いた本研究であるが、半年間遅れて研究をスタートしたため、当初計画していた症例収集が未だ十分獲得出来ていない状況である。本来はETV6の新規パートナー遺伝子として検出された遺伝子異常(ETV6-RET転座)の有する症例をさらに多数憂い収集し、その臨床病理学的特徴を明らかにする計画であったが、現在、新規遺伝子転座を有する用例は1例を検出したのみである。やや遅れている本課題の進捗状況ではあるが、本年度の症例収集状況によって充分当初の目標に到達することは可能であると考える。研究計画書に重点的に記載した「SCにおける新規遺伝子異常の検索と臨床病理学的特徴の検討」について、新規遺伝子異常症例を今後12例ほど収集できれば、充分に臨床病理学的特徴を統計学的に推定し、結果を報告することが出来ると考えている。今後は当初の予定期間を延長して追加症例収集を行い、新規遺伝異常転座ETV6-RET転座症例を収集し、その臨床病理学的特徴を統計学的に検索する計画である。今回解析した12症例においては明らかな新規融合遺伝子転座はなかったことから、今後更なるMASC症例の同様の検索を行う予定である。当初の目標通り、30例のMASC症例を収集し、それらを解析することでMASCの臨床病理学的特徴を明らかにする。Acinic cell carcinoma症例はまだ研究協力施設から十分に収集できるため、今後症例収集を中心に行い、目標の症例数を収集する予定である。また口腔扁平上皮癌(OSCC)症例において、同様の手法を用いて融合遺伝子転座の研究を行うため、現在症例収集を行っており、同様に臨床情報として以下のデータを収集した。(・性別初診時年齢、・腫瘍の病理学的組織細分類、・腫瘍サイズ、・部位、・転移再発の有無、・無病生存期間、・無再発期間)これらの臨床情報と検出された融合遺伝子の相関を解析するため、現在症例を収集している予定である。

腺房細胞癌の症例収集において、実験計画書に記載した通り、当該講座の症例収集から開始したが、すでに当該講座の唾液腺癌アーカイブ中のSC症例の検索は十分に終えている状態である。このため今後は関連研究施設の腺房細胞癌症例の検索に移る。実際には実験計画書に記載した関連研究施設の総合病院2施設の唾液腺癌アーカイブの検索は終了している状態であり、残りは1つの総合病院のアーカイブを検索するのみとなっている。今年度は最後の共同研究施設のアーカイブ検索を早急に終え、収集症例に対してETV6 break apart proveによるFISH法検索を迅速に施行する予定である。さらに10例ほどの腺房細胞癌を追加収集出来る見込みであり、これらの10症例において新規遺伝子異常を検出出来る可能性があるため、鋭意症例収集とFISHの解析をすすめる予定である。「乳腺相似分泌癌(MASC)関連変異遺伝子の分子病理学的意義」を検討する実験そのものについては、予定通り実験を遂行出来たため、新しい知見を含め、データのまとめが終了している。本課題の採択が追加採択であることから、論文作成がまだ出来ていない状況であり、今後は迅速に英語論文化を急ぐ所存である。現在、Discussionのまとめについて、研究分担者と協議を行っており、協議がまとまり次第、論文化が可能になる状態である。追加採択課題のため、現在概ね50%程度の進捗状況である。研究は一般的に遅れている状態であり、成果としては充分ではないが、迅速に研究解析が進めば、今後一定の成果が報告出来る予定である。当該課題は2016年度の追加採択課題であったため、研究進捗が6ヶ月ほど遅れている現状があり、そのため昨年度計画で若干余剰金が発生した。しかし、取り急ぎ研究を急いで行うため、次年度には予定通りの研究成果をまとめることが出来る予定である。「乳腺相似分泌癌(MASC)関連変異遺伝子の分子病理学的意義」を検討する実験そのものについては、予定通りの実験を遂行出来たため、新しい知見を含め、データのまとめが終了している。しかし、本課題の採択が追加採択であり、研究をスタートさせることが出来たのが平成28年末頃であったことから、論文作成がまだ出来ていない状況である。今後約2ヶ月をかけて論文作成を行い、その後臨床病理に関連する英文ジャーナルへの投稿を検討している。今後は当初雄の研究計画にcatch up出来るよう、さらに迅速に研究計画を推進する予定である。
グラフェンがもたらす量子輸送現象と相対論的場の理論の新たな接点

ディラック電子系として注目されるグラフェンについて、その"相対論的"な真空構造やゲージ量子異常に由来する諸特性を探求した。通常の電子系には類のない、以下の特質を明らかにした。磁場中のグラフェン二層系には殆ど縮退した擬ゼロ・モード・ランダウ準位が現れるが、電子間相互作用の下でこれらの準位に軌道混合が起こり、(1)電気二重極をもつ新種の集団励起が出現しうる、その一方で(2)価電子帯の量子ゆらぎにより水素原子のラム・シフトに類似した微細準位分離が生じる。さらに、グラフェンでは(3)強い量子ゆらぎを通してサイクロトロン共鳴に多体効果が生じる。この数年グラフェン(graphene)と呼ばれる炭素の一原子層からなる新物質の物性に実験・理論両面から強い関心が向けられている。グラフェンは質量ゼロのディラック粒子のように振る舞う電子を伝導帯と価電子帯にもつ"相対論的な"2次元電子系であり、"相対論的"な量子現象を身近な物性系で検証・研究する希有な機会を提供する。このような状況を踏まえて、研究代表者は平成21年度には、相対論的場の量子論に固有な真空の量子的な性質やゲージ量子異常に由来すると考えられるグラフェンの諸特性を探求した。その内容は以下の通りである。1.磁場中に置いたグラフェン二層系には(カイラル量子異常と密接に関連する)殆ど縮退した特徴的な擬ゼロ・モード準位が現れる。研究代表者は以前にこの準位の微細構造が試料内電場あるいは電流により制御できる特性を持つことを指摘した。今回は電子間相互作用と外場の影響を考慮に入れて、この擬ゼロ・モード準位には量子的なコヒーレンスや擬スピン波(集団励起)などの豊かな力学的内容があることを明らかにする論文を発表した。2.赤外光を用いてグラフェンのランダウ準位間遷移を観測する実験では、グラフェンに固有な相対論的なスペクトルが確認されているが、同時に小さい有意なずれも観察されている。通常の量子ホール系と異なりグラフェンにはKohnの定理が適用できないので、このずれは多体効果の現れとも考えられる。このずれを電子間相互作用による速度の繰り込みの効果として説明し、定量的な考察を加えた論文を発表した。このような状況を踏まえて、研究代表者は平成22年度には、相対論的場の量子論に固有な真空の量子的な性質やゲージ量子異常に由来すると考えられるグラフェンの諸特性を探求した。1.赤外光を用いてグラフェンのサイクロトロン共鳴を観測する実験では、グラフェンに固有な相対論的なスペクトルが確認されているが、同時に小さい有意なずれも観察されている。昨年度には、このずれを電子間相互作用による速度の繰り込みの効果として説明する論文を発表した。その際、(単層)グラフェンの実験結果はよく説明できたものの、二層系については有意なずれが残った。実は別の実験から二層系グラフェンは(構造的な)弱い電子・ホール非対称性をもつことが指摘されているので、今年度はこの非対称性を考慮に入れた二層系のサイクロトロン共鳴の再吟味を行った。その結果、理論と実験の一致に改善がみられると共に、(前年度の研究対象の一つでもあった)二層系に特有な擬ゼロモード準位の構造について新たな示唆が得られた。目下、論文を投稿中。2.一般の読者・研究者向けの雑誌、数理科学に「くりこみとスケール不変性の量子的破れ」と題する小論を書いた。特に、保存則の微妙な破れが自然現象に奥行きをもたらす事例について解説した。この数年グラフェンと呼ばれる炭素の一原子層からなる新物質の物性に実験・理論両面から強い関心が向けられている。このような状況を踏まえて、研究代表者は平成23年度には、相対論的場の量子論に固有な真空の量子的な性質やゲージ量子異常に由来すると考えられるグラフェンの諸特性を探求した。

1.赤外光を用いてグラフェンのサイクロトロン共鳴を観測する実験では、グラフェンに固有な相対論的なスペクトルが確認されているが、同時に多体効果の現れと考えられる小さい有意なずれも観察されている。一昨年度には、このずれを電子間相互作用による速度の繰り込みの効果として説明する論文を発表した。その際、二層系グラフェンについては十分に説明できない有意なずれが残ったので、昨年度には二層系に内在する弱い電子・ホール非対称性を考慮に入れた二層系のサイクロトロン共鳴の再吟味を行った。今年度の初めにその結果を論文として発表した。2.磁場中でグラフェンの二層系にはスピン・層・軌道について最大8重に縮退する擬ゼロ・モード準位が現れる。特にこの軌道に係わる縮退はカイラル量子異常に由来する位相的起源をもつ現象であり、グラフェン二層系に固有な現象である。研究代表者はこの軌道縮退が荷電子帯(Diracの海)の量子揺らぎにより解けることに気づいた。これは水素原子のLamb shiftと類似した量子効果である。目下、この効果を考慮に入れて擬ゼロ・モード8重項の構造を考察した論文をまとめている。
最適資源配分政策に関する理論的研究－生産性格差・レントシーキング活動の影響－

本研究の目的は、レントシーキング活動が存在するもとでの政府支出の増加が経済に与える影響について理論的に明らかにすることである。本研究では、政府支出の増加は、レントシーキング活動を誘発し、低生産性企業を温存させる結果、産業の交替(企業の参入・退出)が進まず経済全体の平均生産性を低下させてしまう(注:条件によっては逆の現象も起こりうる)というメカニズムを理論的に明らかにした。公平賃金のもとでは、これは、賃金下落効果をもたらす。一方、低生産企業の存続により、雇用増大効果も生まれる。よって、賃金下落効果と雇用増大効果のどちらが大きく働くかによって、政府支出の増加が厚生にもたらす影響が異なることになる。政府が、補助金や公共事業などを行いその支出を増加させた場合、企業のレントシーキング活動がどのように変化するか、また、その結果、企業の参入・退出にどのような影響を及ぼすかについて理論モデルを構築し分析を行った。企業の生産性がパレート分布に従うこと、また、企業の生産性に応じて賃金が決定されると想定して、失業が存在する経済を考えた。このモデルにおいて、失業率や経済厚生に与える影響について分析を行った。政府支出を増加させたとき、条件によって、低生産性企業がレントシーキング活動を活発化させて多くの補助金を得ることにより、これらの企業の退出が進まないことを理論的に明らかにした。しかしながら、企業の温存により雇用が確保されるため失業率を低下させる効果があることが分かった。したがって、政府支出を増加させた場合には、経済の平均生産性は低下するが、雇用が確保されることによって、より多くの人が賃金を得ることができるため経済全体の厚生が上がる場合があることを示した。また、この現象が発生する条件を数値計算により明示的に示した。この条件は、レントシーキング活動に関するものであり、現実的に妥当であることを示す必要があろう。少子高齢化と財政赤字に苦しむ我が国にとって、安定した経済成長は、厚生の観点からだけではなく、社会保障・安全保障の観点からも非常に重要な問題である。海外市場の獲得は、成長戦略上極めて重要であるが、日本の国際競争力は、1位(1990年)から22位(2008年)へと下落している。なぜ、国際競争力が低下してしまったのだろうか。さらに、バブル崩壊以来、巨額の政府支出を行ってきたにも関わらず思うように景気は回復していない。なぜ政府支出の効果は限定的なのであろうか。本研究は、これらの要因を「レントシーキング活動ーより多くの補助金獲得、より自社に有利な条件の創出のために政治家等に働き掛ける行為ーによる資源配分の歪み」に求める試みである。本年度は、政府支出の増加が、レントシーキング活動にどのような影響を及ぼすか、また、その結果、企業の参入・退出にどのような影響を及ぼすかについて理論モデルを構築し分析を行った。さらに、それらの分析を元に、失業率や経済厚生に与える影響についても分析を行った。政府支出を増加させたとき、企業の生産性の分布の形状等に依存して、レントシーキング活動を誘発し、低生産性企業の退出が進まない場合であっても、それらによって雇用が確保され、経済厚生を上昇させることができる場合があること、逆に、低生産性企業が退出し、経済全体の平均生産性が上昇しても失業を増加させて経済厚生を低下させる場合があることが明らかになった。なぜ、国際競争力は低下してしまったのだろうか。さらに、近年、政府支出の効果は限定的であると言われている。経済成長にとって、政府支出は重要であるが、なぜその効果が限定的なものとなってしまうのであろうか。今年度は、昨年度までに構築したレントシーキング活動が存在する経済における政府支出の効果を分析する閉鎖経済モデルを基礎として、同様の問題を分析する開放経済モデルの構築を試みた。今年度の分析では、政府の輸出奨励策が経済に与える影響について検討した。輸出奨励策は、レントシーキング活動の効率性を高める効果が大きく、閉鎖経済ではレントシーキング活動を行わなかった生産性の高い企業もレントシーキング活動を行うため、低生産性企業は市場から退出せざるを得ないという結論を得た。また海外との貿易により、さらに低生産性企業が淘汰されるため国全体の国際競争力は高まることになる。これにより、賃金は上昇するが、失業率も上昇する。よって、経済厚生は、失業率の上昇と賃金上昇効果のどちらが大きいかによって異なることになるが、それは、企業の生産性分布の形状に依存することも明らかにした。少子高齢化社会に入ったわが国にとって、安定した経済成長は厚生の観点からだけではなく社会保障・安全保障の観点からも非常に重要な課題である。しかしながら、近年、国際競争力は低下し、政府支出の効果も限定的であるといわれている。本研究は、これらの要因を、「レントシーキング活動ーより多くの補助金獲得、より自社に有利な条件の創出のために政治家等に働きかける行為ーによる資源配分の歪み」に求める試みである。

今年度は、これまでに構築した閉鎖経済モデル(生産性が異質である企業を前提に、各々の企業が自社の利潤最大化を目指してレントシーキング活動を行う想定の下で、政府支出の効果を分析した)を、開放経済モデルに拡張して分析を行った。特に、TPP(Trans-Pacific Strategic Economic Partnership Agreement)締結に向けての交渉過程で取り上げられたような問題点を勘案し、関税を維持するためのレントシーキング活動が経済に与える影響について理論モデルを作成し分析した。その結果、レントシーキング活動が経済にもたらす影響は、「ロビー活動の効率性」または、「国内財と外国財の代替の弾力性」に依存することが明らかになった。「ロビー活動の効率性」または、「国内財と外国財の代替の弾力性」が大きい経済では、企業が政府に対する働きかけを強めるため、企業の負担は増加する。このため、より多くの利潤を確保することが必要となるため、カットオフ生産性は上昇し企業数は低下する。また、政府が設定する関税率も高くなるため、物価水準が上昇し経済厚生が低くなる。ロビー活動の効率性が低い経済、または、代替の弾力性が低い場合には、逆の結果が成立することが明らかになった。関税を掛けることにより輸入を完全に阻止できる場合と、関税により輸入を最小限にとどめ利潤を確保できる場合の2つのケースについて分析を行った。このため2本の論文を作成することができている。この2本の論文について、研究会等での報告を通じて改善を進めており完成に向けておおむね順調に進んでいるといえる。少子高齢化社会に入ったわが国にとって、安定した経済成長は厚生の観点からだけではなく社会保障・安全保障の観点からも非常に重要な課題である。しかしながら、近年、国際競争力は低下し、政府支出の効果も限定的であるといわれている。本研究は、これらの要因を、「レントシーキング活動ーより多くの補助金獲得、より自社に有利な条件の創出のために政治家等に働きかける行為ーによる資源配分の歪み」に求める試みである。今年度は、昨年度までに構築し分析を進めた開放経済モデル(生産性が異質である企業を前提に、各々の企業が自社の利潤最大化を目指してレントシーキング活動を行い、さらに自国と同質な国々との貿易を想定)を用いた分析に関する論文を完成させるため執筆を進めた。さらに、こうした状況の下での最適な補助金額についての検討(主として、コンピュータによる数値計算)を行った。本モデルでは、税額を引き上げることは、補助金を増やすことを意味し、企業の利潤を増やす。この結果、生産性の低い企業が市場で生き残ることができるため、雇用量が増加する。しかしながら、経済全体の平均生産性が低下するため、労働者が受け取る賃金は低下する。どちらの効果が上回るかは、税額に依存することが分かった。税額が比較的小さい経済では、税額の引き上げによる賃金の低下効果より、雇用増加効果が上回るため社会厚生が上昇するが、ある程度税額が大きい経済では、賃金低下効果の方が上回るため社会厚生が低下するという傾向があることを示すことができた。妊娠・出産に伴う研究中断期間があったためやや遅れている。
圧電体単結晶の作製と表面弾性波素子への応用

本研究期間内、下記の結果が得られた。2.ランガサイト系結晶のAサイトをBaで置換したBa_3Ga_2Ge_4O_<14>(BGG)はランガサイト構造になり、格子定数も大きい。チョクラルスキー法の育成を試みたが、理想なサイズに至っていない。ブリッジマン法が有効かも知れない。4.CNGSの結果から、ランガサイト系の圧電d定数は、格子定数比a/cではなく、aに比例するかもしれない。格子定数aの大きい化合物を探し、結晶育成に工夫する必要がある。特に量産にも適するブリッジマン法が重要である。5.La_3Ga_5SiO_<14>(LGS)とLa_3Ta_0.5Ga_5.5O_<14>(LTG)結晶の全ての弾性、圧電、誘電定数、及びそれらの一次と二次温度係数を測定した。6.LGS結晶の(0°,140°,25°)は、伝播速度v(free)=2750m/s、電気機械結合係数k^2=0.36%、時間遅延温度係数TCD=0、パワーフロー角PFA=2°が得られた。7.LGS結晶の(15°,151°,40.5°)は、伝播速度v(free)=2860m/s、電気機械結合係数k^2=0.41%、時間遅延温度係数TCD=0、パワーフロー角PFA=2°が得られた。8.LGSの表面弾性波フィルターから伝播特性を測定した結果と、理論計算値とほぽ一一致し、シミュレーションが正しいことが分かった。9.LrG結晶の(13°,150°,36°)は、伝播速度v(free)=2690m/s、電気機械結合係数k^2=0.5%、時間遅延温度係数TCD=0パワーフロー角PFA=0°が得られた。チョクラルスキ-法でランガサイト系圧電単結晶Ba_3Ga_2Ge_4O_<14>(BGG)の育成を行った。高純度原料のBaCo_3、Ga_2O_3とGeO_2を化学量論比に調合、混合した後、1000°Cで仮焼きをする。BGGの粘性が非常に高いので、仮焼きの不完全な粉は使用できない。BGGと同構造かつ高融点のLa_3Ga_5SiO_<14>(LGS)を種にし、BGG融点の1030°C前後で種付きをした。育成はc軸方向で、引き上げ速度は0.6-1.0mm/hだった。しかし、粘性があまりにも高いので、軸回転は不安定になり、種付け後の絞込みはうまくできず、育成された結晶はほとんど不透明な多結晶だった。同じ原因で、融液内の気泡は抜けにくく、結晶に入ってしまったケースも多かった。きれいな単結晶が育成できなかったので、結晶評価には至らなかった。融点が低すぎると粘性が高い。そこで、SiあるいはSnでGeを置換し、粘性の低い材料の探しを試みた。熱分析DSCでBa_3Ga_2Ge_<1-x>Si_xO_<14>(x=1,2,3,4)の融点を測った結果、それぞれ1050、1070、1100、1130°Cであると分かった。X線回析結果、x=1とx=2の組成はランガサイト構造を保持し、それ以上の組成は多相混合になった。

それは、Si^<+4>のサイズが小さく、置換しずぎたら元の構造が崩れてしまったからである。上記と同じ育成条件で2、3回Ba_3Ga_2Ge_2Si_2O_<14>(BGGS)を育成してみたところ、不透明な多結晶であったが、粘性が大分改善されたので、絞込みも可能になり、外形が六角形のものが得られた。BGGS結晶の引き上げ育成が可能であることを確認できた。Sn置換については実験中である。粘性の高い融液からの単結晶育成には、引き上げ法以外に、ブリッジマン方法は有効だと思われる。融液内の気泡が徐々に上へ上り、下から結晶化してくる結晶に悪影響がない。この方法はすでに他の低融点の結晶育成に成功されている。BGGなどに使える装置を設計し、発注した。新装置が入荷次第、この方法で育成を行う。昨年度に引き続き、ランガサイト構造圧電単結晶の探索とチョクラルスキー法を用いる育成を行った。Geが原因でBa_3Ga_2Ge_4O_<14>(BGG)の粘性が高くて、引き上げにくいことはすでに報告した。まずSi或いはSnでGeを置換し、Ba_3Ga_2Ge_<1-x>Si_xO_<14>(BGGSi)(x=1,2,3,4)及びBa_3Ga_2Ge_<1-x>Sn_xO_<14>(BGGSn)とBa_3Ga_2Si_<1-x>Sn_xO_<14>(BGSiSn)(x=0.5,1,)を合成し、その結晶構造を調べた。BGGSiのx=1と(BGGSn)の二つ組成はランガサイト構造を持つが、他の構造も混在している。残りはランガサイト構造以外のものである。結局、この系には完全なランガサイト構造の組成が見付からなかった。Baの代わりにCaをAサイトに入れたCa_3NbGa_3Si_2O_<14>(CNGS)を合成し、完全なランガサイト構造を持つことが確認できた。その融点は1325°Cである。さらに、(Ba_xCa_<3-x>)NbGa_3Si_2O_<14>(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5,3)を検討した。それぞれの融点は1325°C、1276°C、1220°C、1160°C、1160°C、1228°C、1262°Cである。しかしX線回折の結果、全ての組成においてCNGSとBNGSが固溶せず、二相に分離してしまった。CNGSを育成した結果、ほぼ無色透明な2cm角の単結晶が得られた。育成は空気中で行い、引き上げ速度は1mm/h、育成方向はa軸方向である。現在この結晶の評価を行っている。BNGSを育成してみたが、電気特性が測定できるほどの単結晶は得られていない。更なる努力が必要である。昨年に引き続き、ランガサイト系の単結晶を育成した。特にCa_3NbGa_3Si_2O_<14>(CNGS)を中心に育成を行った。この結晶の融点は1325°C前後で、高周波育成装置を用いれば、白金坩堝でも使える。単結晶格子定数比a/cは1.628であり、他の既知のランガサイトより大きいので、大きな圧電定数が期待される。まずC軸方向に育成を試みた。育成速度は1mm/hで、ネツキングはうまく行けず、何回も種結晶が融液面から離れてしまった。育成された結晶は表面の凹凸が激しく、内部にもクラックが多発した不透明なものだった。育成速度を0.5mm/hにした結果、ネッキングはうまくいったが、肩部分を広げたところから乱雑した多数の核が発生し、結局不透明な結晶になってしまった。X軸方向の育成については、育成速度1-1.5mm/hで、ネッキから肩広げの部分に問題が生じた。
準結晶タイリング上の力学系

Rao Hui氏は2年間の滞在期間中に、準結晶タイリング、ならびにフラクタルタイリングの周辺をテーマに精力的に研究活動を行い、その結果を9編の論文にまとめている。それらの内容は以下のとおりである。サブスティテューションからできる準結晶タイリングに関して、多角形によるタイリングと、フラクタル境界をもつタイリングの相互関係を通して、アトミック・サーフェイスという概念を導入することによって、その仕組みを明確にした。(伊藤氏との共著、既約の場合を平成13年度に、可約の場合を平成14年度にとりまとめた。)また、そのタイリングの仕組みについて、整数論的視点からの解析を試みた。(秋山氏との共著、平成14年度。)一方、タイリングの持つ複雑さの特徴付けについては、今まで様々な試みが行われてきたが、多次元でも通用する複雑さの概念の導入と、その解析を行った。(釜江氏との共著、平成14年度。)β展開が純周期的になるための条件は、長い間、未解決となっていたが、底がビゾ単数の場合について、その特徴付けを完全に解明した。(伊藤氏との共著、平成14年度。)サブスティテューションが可逆になるための特徴づけを与えた。(江居氏との共著、平成13年度。)三区間入れかえ変換を導入し、その数論との関連を明確にした。(中澤氏との共著、平成14年度。)Rao Hui氏は2年間の滞在期間中に、準結晶タイリング、ならびにフラクタルタイリングの周辺をテーマに精力的に研究活動を行い、その結果を9編の論文にまとめている。)
土地利用変化(データベース化と時空間分析)

(1)これまでの研究成果の主要部をまとめ、アトラス「日本の近代化と土地利用変化」を作成し、刊行した。これは研究機関だけでなく、報道機関、政府機関、教育界にも広く配布され、大きな反響を呼んだ。(2)昭和20年代後半に発行された応急修正版地形図を用いて土地利用データファイルを作成し、既にできていた3時点のデータと比較し、土地利用変化を考察した。(3)都市用土地利用について、現代のミクロデータファイルを新たに作成し、明治大正期のデータと比較し、変化を考察した。(4)官製数値情報を重ね合わせて各種の地図を作成することにより、農業的土地利用の詳細を検討した。(5)昨年度までに作成した土地利用データファイルの点検・修正を行なった。(6)作成した一連のデータとプログラムを一般公開するための準備として、それらを表記する方法を検討し、提示した。(7)他の班と共同で作成する予定のアトラス「日本の近代化と環境変化」(仮称)の具体化に向け、内容・構成の検討と研究のとりまとめを行なった。(8)代表の氷見山は、8月にワシントンで開催された国際地理学会議でグループの研究成果を発表した。また昨年度旭川で開催した「環境変化と地理情報システム国際会議(INSEG'91)」のフォローアップミーティングを主催した。会議には外国人を中心に30名余りが参加し、重点領域研究の進行状況の説明や国際共同研究の呼びかけなどが行なわれた。(9)7月に開催された公開シンポジウムでは、一般向けにプロジェクトの紹介をするスライドショーを公表し、大変好評だった。
複合アニオン配位をとる層状オキシカルコゲナイドの新奇物性開拓

新規複合アニオン化合物の開拓を行い、得られた四つの新規物質についてまとめた論文が、Angew. Chem. Int. Ed.誌へ掲載された。本論文では、世界で初めてS = 1の平面四配位のシートを実現したA2NiO2Ag2Se2 (A = Sr, Ba)について報告すると同時に、高圧合成法の有用性を圧縮率の観点から議論した。本研究で得られた一連のオキシカルコゲナイドは、酸化物層とカルコゲナイド層とが交互に積層したインターグロース構造をとる。酸化物層は平面四配位のシートから構成されるが、平面四配位において過去最大のM-O結合長(M = Mn, Ni, Cu)を有し、Bond Valence Sumの値は、形式価数に対して異常に小さい。一方で、カルコゲナイド層のBond Valence Sumの値は形式価数に近い値を取る。これは、相対的に大きなカルコゲナイド層から小さい酸化物層へ張力が掛かっており、平面四配位が引き伸ばされていることを意味しており、こうした配位環境によってdx2-y2軌道のエネルギーが低下し、平面四配位をとる高スピン状態のNi2+(S = 1)が実現された。インターグロース構造における圧縮率の違いに着眼し、高圧合成法における新規物質開拓の新たな可能性・有用性を提示したのはこの論文が初めてである。研究結果をまとめると同時に、新規層状オキシカルコゲナイドの開拓を続けており、今年度は四つの新規物質の合成に成功している。その内の一つは、詳細な構造解析の結果、類似組成の従来の物質とは異なる空間群をもち、今までにない配位環境・局所構造を有することを明らかにした。また、国内での四つの発表に加え、海外(スペイン)でも口頭・ポスター発表の二つをこなした。上述のように、高圧合成法を用いることで、複数の新規層状オキシカルコゲナイドの合成に成功し、新奇物性の開拓に繋げたため。A2NiO2Ag2Se2 (A = Sr, Ba)においては、S = 1の平面四配位のシートを実現することに成功し、研究成果はAngew. Chem. Int. Ed.誌へ掲載された。引き続き、高圧合成法を用いて新規複合アニオン化合物の探索を推し進め、物性(磁性や電気伝導性など)と結晶構造との相関を明らかにする。特に、圧縮率の違いを利用した、高圧合成法による、インターグロース構造を有する新規物質の開拓という概念を拡張していく方針で研究を進める。従来の物質、単純な酸化物やカルコゲナイドでは得られない物性を、複合アニオン化することで見出し、基礎的な知見を集める。粉末放射光X線回折測定や中性子線回折測定、磁化率測定、メスバウアー測定、理論計算との比較などによって実験結果を考察し、適宜論文にまとめていく。

粉末放射光X線回折測定や中性子線回折測定、磁化率測定、メスバウアー測定、理論計算との比較などによって実験結果を考察し、適宜論文にまとめていく。