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超高速・低消費電力面発光レーザフォトニクス

電圧振幅の低電圧化を進め,低消費電力化の指針を確立した.平成28年度は,平成27年度の解析結果と製作基盤を踏まえ,高速化を可能とする結合共振器面発光レーザを製作し,変調特性を評価した.これまで得られた高速化の指針は,弱結合の限定した条件の中では,結合共振器間の結合を強める事と共振器の微小化(遅延時間の短縮)である.新たに2重結合共振器構造を提案し,3dB変調帯域として,90GHz,大信号変調として100Gbpsの超変調が可能であることをレート方程式解析により明らかにした.平成27年度で得られた設計指針を踏まえ結合共振器面発光レーザを製作し,変調特性を明らかにして,光検出器の制限帯域である30GHzの変調帯域と,大信号で48Gbps変調を実現した.また,4値の多値変調により20Gbps×2=40Gbpsを実現した.さらに,結合共振器により,直接変調時の波長チャーピングが,通常の構造に比べて,1/2から1/3に低減できることを理論・実験により示した.一方,変調器集積光源の最大の課題であった面発光レーザからの変調器への結合効率に関して,モードセレクタ構造を提案し,50%以上の結合効率と変調器出力として0.9mWを実現した.また,半導体中の不純物濃度分布・素子長の最適化,量子井戸層数の最適化により,変調器の変調電圧振幅の低電圧化を進め,低消費電力化の指針を確立した.本研究では,光インターコネクトの主要光源である面発光レーザに,垂直方向のレーザ共振器に加えて,微小光共振器を横方向に集積してその光のフィードバック効果により,その変調帯域を大幅に拡大する新しい高速変調技術の確立を目指している.また,同一手法により,面発光レーザに光の群速度を制御した小型の吸収型光変調器をモノリシックに集積し,小型化による高速化と低電圧化による低消費電力化を目指している.両手法による理論的な変調速度限界を究明するとともに,デバイスの試作を通しての実証研究により100Gbps級の超高速半導体レーザ工学の確立を目的としている.平成29年度は,28年度の計算結果を踏まえ,二重結合共振器(Double TCC)VCSELの製作に着手した.二重結合共振器効果により,TCC VCSELの単一モードを得るための酸化開口の条件が緩和され,サイドモード抑圧比約40dBの良好な単一モード特性が得られた.同時に,TCC VCSELで問題となった高バイアス電流注入時における熱レンズ効果による結合共振器効果の消失は大幅に緩和され,結合共振器効果のバイアス電流の動作範囲を拡大することができた.850nm帯,および980nm帯二重結合共振器VCSELの動特性評価を行い,小信号変調帯域20GHz(同一ウェハ上で製作した通常構造VCSELに比べて約2倍),大信号変調36Gbpsでのアイ開口を得た.また,結合共振器面発光レーザとスローライト光変調器の集積光源を製作して,変調器出力として1mW以上,小信号変調帯域として,20GHzを実現した.面発光レーザは,光インターコネクトなど,高速化が強く求められている.微小光共振器を横方向に集積してその光のフィードバック効果により,その変調帯域を大幅に拡大することを目指した.まずレート方程式モデルにより,小信号変調帯域として,50GHzが得られることを示し,結合共振器の数を増やすことで,小信号変調帯域として,100GHzを越える変調帯域の可能を示した.実際に850nm帯結合共振器デバイスを製作して,小信号変調帯域30GHz,大信号変調48Gbpsを実現した.
かんらん石とクロマイトの化学組成から見た上部マントルの進化

本研究遂行の結果、明らかとなった主要な点は以下の通りである。1)スピネルのCr♯とかんらん石のMg♯の間の正の相関関係であるかんらん石-スピネルマントルアレイは、かんらん石のMg♯=89でスピネルのCr♯=10であるようなかんらん石がバッチないしは分別融解することによって形成される。2)かんらん石のNi量とMg♯の間に認められるマントルかんらん石アレイは、Mg♯=98でNiO含有量が0.38wt%であるかんらん石を含む始源的マントルよりもMg♯の高い側はバッチないしは分別融解によってその始源的マントルから形成され、Mg♯の低い側はマントルアレイ上のメルト成分にある程度枯渇したかんらん岩とMg♯,NiO含有量ともにより低いかんらん石と平衡なメルトとの反応によって形成される。3)希土類元素などの微量元素含有量(単斜輝石ないしは全岩組成)とかんらん岩の鉱物モードを用いることによって、一つのかんらん岩体から、開放的融解における、融解程度、融解時のメルト分率、流入メルトの組成とその流入速度、融解反応のストイキオメトリーを逆問題を解くことで決定することが可能となった。本研究でめざした岩石成因グリッドは、かんらん石のMg♯とNiO含有量については、ほとんどの反応過程について明らかにすることができたが、かんらん石のMg♯とスピネルのCr♯については、定性的には多くの反応過程を検討したが、最終的には融解過程の限られたものについてのみ明らかにするにとどまった。今後は、後者の残された反応をすべて網羅する必要があり、またモデルで用いているパラメータのより正確な吟味が必要である。これらが終了すれば、微量元素について行ったと同様、より一般的な開放的融解過程の逆問題を解くことによって、天然マントル物質から定量的な融解過程の情報を得ることができるようになる。平成6年度は、本研究の初年度で、北海道のかんらん岩体の野外調査と岩石採集を行ない、その鉱物組成分析を進めた。また最も単純なローカルな反応セルモデルについて、開いた系のマスバランス方程式を検当した。かんらん岩体の研究では、岩体内の鉱物化学組成の不均質性が明らかになりつつある。その内重要な点は、従来融解程度の違いによってできているとされてきたかんらん石-スピネルマントルアレイは融解過程と、その後のマグマ分離に関係するマグマかんらん岩間での反応によってよりFeの多い側にシフトしている事である。モデル計算はかんらん石マントルアレイについて集中して行い、その結果融解.反応.結晶化における化学組成の変化トレンドが明確になった。平成7年度は平成6年度にひき続き、北海道のかんらん岩体の野外調査と岩石採集を行ない、その鉱物組成分析をさらに進めた。かんらん石とクロマイトは有望な岩石学的インディケータではあるが、これらが(Fe)、Mg、(Al)、Cr、Ni等の主として、固相濃集元素(そしてわずかに液相に濃集しやすい主要成分)にもとづいているために、かんらん岩からそれが関与して形成されたマグマの地球化学的性質を知る事は、この岩石学的インディケータだけでは不充分である。そこでより強く液相に濃集しやすい元素の挙動についてもモデル計算と天然岩石の分析にもとづいて検討を行なった。この結果、融解におけるメルトポロシティーの値は、液相濃集元素には大きな影響を与えるが、固相濃集元素にはほとんど影響を与えない事がわかった。この結果、かんらん石のF_<10>

値とNiO含有量を正確に決める事によって、分離メカニズムとは独立に、かんらん岩の融解程度を決められる事が判明した。かんらん石のMg/(Mg+Fe)値とクロマイトスピネルのCr/(Cv+Al)値の間に見られる一般的な正の相関(かんらん石-スピネルマントルアレイ)についてマントル物質の融解過程での元素の挙動をモデル計算によって調べた。その結果以下の事が明確となった。かんらん石のMg/(Mg+Fe)とスピネルのCr/(Cr+Al)のプロットで天然のかんらん岩について認められるS字形のパターンは、単斜輝石が固相に残っている間におきる.急激なCr/(Cr+Al)の増加と、単斜輝石が消えてからCr/(Cr+Al)値がしだいに変化しなくなるバッチ融解のモデリングの結果と調和的である。分別融解では単斜輝石が消えるまではバッチの場合とほとんど差はないが、単斜輝石が消えた後、急速にCr/(Cr+Al)値が増加する点で異なっている。かんらん石のMg/(Mg+Fe)は融解程度のほぼ線型の関数になっているのに対してスピネルのCr/(Cr+Al)は強く非線型である。また、Mg-Feの分配が正しく評価されているならば、融解程度の推定には、かんらん石のMg/(Mg+Fe)値のほうが適切である。
法人公民館の設立・運営に関する研究

法人公民館の設立にあたっては、政令第15号により戦前・戦中の区(部落会)で保有できなくなった山林等の区有財産の処理をめぐって、いわば区有財産管理の「隠れみの」として、法人立の公民館が設立された経緯が明らかとなった。また、法人公民館の実践の中からは、公民館が、その実質的機能において住民のリアルな生活要求に関わる民主的な社会教育実践を生みだす基盤を構築するものであったことが確認できる。こうした過程に、リアルな生活要求を実現するものかどうかという視点から公民館の制度を選び取り、自らの生活の論理によってそれを活用し、自らの生活向上を実現していこうとする住民の主体的・能動的な姿を垣間見ることができる。本研究は、社会教育の中心施設とされる公民館、とりわけ、初期公民館(1946年から1953年頃の公民館)及び法人公民館に注目し、その実像をより精緻にとらえ、その具体的諸相を明らかにすることを目的としている。こうした研究目的を達成するため、今年度は、公民館関係史・資料の収集・整理とその筆耕作業を行った。より具体的には、法人公民館である大阪府内の桜ケ丘公民館(高槻市)、新田公民館(大東市)、長瀬南公民館(東大阪市)、浜寺元町公民館(堺市)、高見公民館(大阪市此花区)、向ケ丘町自治会館(堺市)、鹿児島県内の竹子公民館(霧島市)、東京都区内の九品仏公民館の史・資料収集と整理を行った。それぞれの公民館の「寄附行為」、「設立趣意書」、「事業報告書」、「予算書」、「決算書」等を収集・整理し、それらの公民館がどのような経緯で設立され、現在どのような事業を実施しているのか等について検討を進めた。戦前から公会堂等の既存の集会施設や資産を有している地域組織等の中には、それを維持するために、「公民館を設置する目的を持つ」財団法人としての法人公民館を登記して、その維持・運営にあたっているところがあった。また、財産区の土地を管理している団体が、その土地からの収入を地元に還元する行為として法人公民館を設置して、地元の社会教育活動に貢献している事例も見られた。さらに、宅地整理を進めた土地区画整理事業組合が設置した会館や排水ポンプ場・精米場を組合解散後も引き継いで維持管理し、住民の生活向上と福祉の増進に資する事業を行う団体組織として、法人公民館の設置(登記)を進めた地域もあった。その他、住宅地において、住民交流を強め、まちづくりの拠点としての機能をもった施設を設置する際に、法人公民館としての登記を選択した例も見られた。本研究は、社会教育の中心施設とされる公民館、とりわけ、戦後初期公民館(1946年から1953年の公民館)に注目し、その実像をより精緻にとらえ、その具体的諸相を明らかにすることを目的としており、とりわけ「法人公民館」に注目し、その設立・運営の実態を歴史的に明らかにすることを目的としている。こうした研究目的達成の第一段階として、今年度は、公民館関係史・資料及び法人関係史・資料の収集・整理とその筆耕作業を行った。より具体的には、東海3県内市町村を中心とする公民館関係史・資料及び法人関係史・資料の収集・整理とその筆耕作業を行い、その史・資料の解題を試みた。総じて、東海3県内市町村の法人公民館をめぐっては、戦後GHQの指令によってそれまで地域を支配していた町内会・部落会・隣組などが解体され、それに代わる地域組織として奨励されはじめた公民館の組織的側面がその役割を果たすことになった史実が明らかとなった。例えば、戦後初期に設立された財団法人立の岐阜県多治見市池田町屋公民館の設立にあたっては、1947年の政令第15号によりこれまでの区(部落会)では保有できなくなった山林等の区有財産の処理をめぐって、いわば区有財産保持・管理の「隠れみの」として法人立の公民館が設立された経緯が明らかとなり、また、戦後初期における財団法人池田町屋公民館においては、生産復興・産業指導・医療・福祉・保健・生活改善等、郷土社会の復興や人びとの生活福祉に関する活動が多彩に繰り広げられた実態が明らかとなった。美濃焼の産地として有名な岐阜県瑞浪市に設置されている財団法人大川公民館は、その大きさが世界一の美濃焼の狛犬を地域組織が資産として所有しており、その管理を行うために、公民館を設置する目的を持つ財団法人を立ち上げたという史実が明らかとなった。本研究は、社会教育の中心施設とされる公民館、とりわけ、戦後初期公民館(1946年から1953年の公民館)に注目し、その実像をより精緻にとらえ、その具体的諸相を明らかにすることを目的としている。とくに、法人公民館に注目し、その設立・運営の実態を歴史的に明らかにすることを目的としている。こうした研究目的を達成するため、今年度は、岐阜県内に設置されている(いた)法人公民館の「寄附行為」、「設立趣意書」、「事業報告書」、「予算書」、「決算書」等を収集・整理することができた。

総じて法人公民館の設立にあたっては、政令第15号により戦前・戦中の区(部落会)で保有できなくなった山林等の区有財産の処理をめぐって、いわば区有財産管理の「隠れみの」として法人立の公民館が設立された経緯が明らかとなった。また、戦後初期における法人公民館においては、生産復興・産業指導・医療・福祉・保健・生活改善等、郷土社会の復興や人びとの生活福祉に関する活動が多彩に繰り広げられた。こうした実践の中には、自らのリアルな生活要求を満たしてくれる場として公民館を捉えて、多種・多様な学習・教育活動を生み出していく住民の姿が見られる。一方で、区有財産管理の「隠れみの」として法人公民館が設立された経緯があるにしても、他方で、その実践の中からは、初期公民館が、その実質的機能において地域の現実や住民のリアルな生活要求に関わる民主的な社会教育実践を生みだす基盤を構築するものであったことが確認できる。そして、こうした過程に、自らのリアルな生活要求を実現するものかどうか、自らの生活向上・生活改善を保障する制度であるかどうかという視点から公民館の制度を選び取り、自らの生活の論理によってそれを活用し、自らの生活向上・生活改善を実現していこうとする住民の主体的・能動的な姿を垣間見ることができる。社会教育生涯学習本研究は、社会教育の中心施設とされる公民館、とりわけ、戦後初期公民館(1946年から1953年頃の公民館)に注目し、その実像をより精緻にとらえ、その具体的諸相を明らかにすることを目的としている。とりわけ、法人公民館に注目し、その設立・運営の実態を歴史的に明らかにすることを目的としている。今年度は、現在も設置・運営されているほとんどの法人公民館の「寄附行為」、「設立趣意書」、「事業報告書」、「予算書」、「決算書」等の第一次史・資料を収集・整理することができた。そして、それらの設立過程の多様性や地域性の解明に接近することができ、法人公民館の歴史的性格を一定程度明らかにすることができた。また、法人公民館の活動の現状・実態を明らかにすることができた。したがって、研究は、おおむね順調に進展しているといえる。本研究は、社会教育の中心施設とされる公民館、とりわけ、戦後初期公民館(1946年から1953年の公民館)に注目し、その実像をより精緻にとらえ、その具体的諸相を明らかにすることを目的としており、とりわけ「法人公民館」に注目し、その設立・運営の実態を歴史的に明らかにすることを目的としている。こうした研究目的達成の第一段階として、今年度は、公民館関係史・資料及び法人関係史・資料の収集・整理とその筆耕作業を行った。より具体的には、東海3県内市町村を中心とする公民館関係史・資料及び法人関係史・資料の収集・整理とその筆耕作業を行い、その史・資料の解題を試みることができ、法人公民館の歴史的性格を一定程度明らかにすることができた。今年度に実施した、大阪府内の桜ケ丘公民館(高槻市)、新田公民館(大東市)、長瀬南公民館(東大阪市)、浜寺元町公民館(堺市)、高見公民館(大阪市此花区)、向ケ丘町自治会館(堺市)、鹿児島県内の竹子公民館(霧島市)、東京都区内の九品仏公民館の史・資料の追加調査及び整理を進める。加えて、初年度に実施した岐阜県内の池田町屋公民館(多治見市)、大川公民館(瑞浪市)の史・資料の追加調査(聞き取り調査を含む)及び整理を進める。
ペプチドーム解析に基づく組織特異的なプロセシング予測法の開発

タンパク質のあるものは、切断や修飾を受けてペプチドに変換され、ホルモンや神経ペプチドとして機能する。この変換反応はプロセシングと呼ばれ、一連の酵素により組織特異的に誘導されるため、ゲノム解析やプロテオーム解析では予測はできない。本研究では、我々が開発したペプチドーム解析法を活用し、多数のペプチドを生体内の状態で同定することによりプロセシングの実態を明らかにし、前駆体タンパク質より生成するペプチドを推測可能とする基本技術を構築した。ラット組織中のペプチドをできるだけ多く解析し、プロセシング様式の解析、推定を可能とするため、本年度は最もペプチド含量が高いと推定される下垂体を中心に検討を進めた。下垂体全体を出発材料として確立してきた手法により分解を抑制してペプチド画分を調製、解析したところ、33前駆体由来の390ペプチドの確実な構造情報を得た。生理活性ペプチド前駆11種を含む26種は分泌蛋白質で、3種の血液蛋白質、4種の非分泌蛋白質が検出された。低温灌流などを含む処理法の改良により血液由来蛋白質についてはほぼ完全に除去でき、脳組織よりも遥かに良質のペプチド調製が可能となった。活性型生理活性ペプチドも多く観測され、未報告のアセチル化、アミド化、ピログルタミル化の修飾を受けたペプチドも観測された。より詳細な分離により目標数を上回るペプチド情報が入手可能と考えられたため、プロセシングの異なる前葉、後葉に分離後ペプチド抽出し、詳細な分離、解析を実施中である。同定ペプチド数の増加には、1)同定済みペプチドの排除リスト作成による質量分析の実質的な解析効率上昇、2)抽出液中の蛋白質の同定(ゲルロ過時の蛋白質画分をトリプシン消化して解析)による対象蛋白質の限定化を基盤とした推定効率の上昇などを検討している。一方、ラット心房のペプチド解析では、心房性ナトリウム利尿ペプチドやその断片ペプチドが強く観測されたものの、細胞内構造蛋白質や代謝系酵素などの分解に由来するペプチドが大部分であった。下垂体と同様の処理法で著しく悪い結果しか得られなかったことは、現在の手法の改良では対応不能と推定され、蛋白質分解を排除した新たなペプチド調製法が必要と考えられた。各組織に適したペプチド調製法の確立が必要と考え、副腎などの他組織の抽出物を調製し、その解析結果と比較検討しつつ方法論の検討を行っている。昨年度のラット組織の比較検討から、下垂体のペプチド含量が最も高く分泌性ペプチドを高品質で調製可能であることが判明したため、本年度は前葉と中後葉に分離してペプチドーム解析を行った。灌流して血液除去した下垂体を前葉と中後葉に分離、加熱処理、抽出を行い、得られたペプチド画分を2次元HPLCで分離し、LTQ-Orbitrap,4800 Maldi-Tof-Tof質量分析計で構造解析を行った。下垂体前葉では解析が良好に進み、170種あまりの前駆体タンパク質由来の約1100ペプチド(重複を省く)が同定され、その内85%は分泌蛋白質、約11%が細胞内蛋白質に由来した。一方、中後葉ではバソプレッシン前駆体、プロオピオメラノコルチン(POMC)由来ペプチドが極端に多く、オキシトシン前駆体さえ一部しか観測できないなど、ペプチド濃度の極端な差異により、限定的な情報しか得られなかった。10前駆体では20以上のペプチド数が同定され、ある程度の切断解析が可能であるが、下垂体前葉・中後葉で違いを比較できるのはPOMCに限定された。POMCではアセチル化、アミド化などの翻訳後修飾についても比較可能であり、現在これらも含めたプロセシング解析を進めている。副腎髄質については、組織レベルでは細胞内蛋白質の分解ペプチドが主体となったため、灌流系、初代細胞培養系などを試みたがいずれも良い結果が得られず、分解と生成を区分する手法を開発しつつ検討を行っている。この方法が確立できれば、分解系と生成系の区別が可能と考えられる。その他、排除リストの作成なども含めたペプチド同定効率の増加法、ペプチドの量的比較を含めたプロセシング予測法などをも検討しているが、対象が産生するペプチドの圧倒的な量的相違が全てに影響し、部分的な改善効果はあるものの有効な解析手段の作成に至っていない。ペプチドホルモンなどを活発に産生しペプチド含量が高いラット内分泌系組織(下垂体、副腎、心房、甲状腺など)を対象に、過去2年間、分解を極小化し、血液成分など排除してペプチド画分を調製し、解析を行った。その結果、下垂体についてのみ、ペプチドホルモン前駆体に由来する有効なペプチド情報を入手できたので、さらに前葉と中後葉に分離し、それぞれについて解析を行った。本年度の研究では、下垂体両部位について再度2次元液体クロマトグラフィーを用いて徹底した分離、ペプチド構造解析を行い、プロオピオメラノコルチン前駆体のプロセシング様式について明確にすることができた。

他の数種の前駆体タンパク質についても得られたペプチド情報に基づきプロセシング様式の検討を行った。しかし、組織を用いたペプチド解析に基づくプロセシング様式の推定、予測には明らかな限界が認められたので、本年度の研究では内分泌組織由来の培養細胞モデル系として、カルシトニンなどを産生する甲状腺C細胞由来細胞株を用いて、ペプチドホルモン前駆体のプロセシング様式について検討した。種々のペプチド回収方法を検討した結果、エクソサイトーシス刺激を細胞に与えることにより、分泌顆粒内のペプチドホルモンを効率よく回収、解析することが可能となった。ペプチド画分は逆相系カートリッジによる迅速濃縮とゲルロ過により調製し、解析には液体クロマトグラフィー・タンデム質量分析法を用いた。その結果、甲状腺C細胞が産生する主要なペプチドホルモンであるカルシトニン、カルシトニン遺伝子関連ペプチドに加えて、ソマトスタチン、ガストリン放出ペプチドなどについて前駆体タンパク質をカバーするペプチド群が同定され、従来の生化学、分子生物学的研究から判明しているプロセシング部位か確認できたので、対象を拡大してより詳細な検討を行った。
聴覚障害児の発達経過における音声言語環境下での手指の役割に関する研究

近年、幼児期の聴覚障害児のコミュニケーションにおいては、周囲の大人により音声言語とともに手指(手話や指文字など)が使用されることが多い。しかし、音声言語環境下での手指の使用が、幼児期の言語獲得にどのような影響を及ぼすのかについて、基礎的な研究が不足している状況にある。本研究では、語彙獲得やプレリテラシー形成への効果が期待される「指文字」に着目し、指文字の表出と音韻意識や文字意識などの諸発達との関連について検討を行い、幼児期の聴覚障害児の発達過程において、音声言語環境下で手指がどのような役割をもつかについて知見を得ることを目的とする。
量子フィードバックシステムの設計と実現

本研究では量子光学系に焦点をあて,量子フィルタ理論・量子制御理論の有効性を示す系の設計・実現を主テーマとした.特に各理論を基礎とし,量子状態の推定や,エンタングルド状態の生成・保持を実現する系が持つべき性質を明らかにすることを具体的な目標とした.研究の結果,量子光学系の特定,あるいは量子光学系とスピン系の複合系の特定と,それらに対する測定および制御方策を提案し,それぞれに対応する量子フィルタ方程式を導いた.その方程式に基づき,状態推定の有効性や,数値実験によって量子系特有の量子もつれ状態が生成可能であることを確認した.またあるフィードバック系については理論的に可制御性が成り立つことを示した.本研究では量子光学系に焦点をあて,量子フィルタ理論・量子制御理論の有効性を示す系の設計・実現を主テーマとした.特に各理論を基礎とし,量子状態の推定や,エンタングルド状態の生成・保持を実現する系が持つべき性質を明らかにすることを具体的な目標とした.研究の結果,量子光学系の特定,あるいは量子光学系とスピン系の複合系の特定と,それらに対する測定および制御方策を提案し,それぞれに対応する量子フィルタ方程式を導いた.その方程式に基づき,状態推定の有効性や,数値実験によって量子系特有の量子もつれ状態が生成可能であることを確認した.またあるフィードバック系については理論的に可制御性が成り立つことを示した.本研究では応用範囲が広いとされる量子光学系に焦点をあて,量子版現代制御理論の有効性を確かめる具体的な量子フィードバックシステムの設計と実現を目的とする.制御理論と量子光学の分野の研究者から研究組織を構成し,量子フィルタ理論および量子フィードバック制御理論を基礎とし,推定限界,制御性能限界等の様々な現代制御理論の結果を,世界に先駆け量子力学系において検証することを目指す.本研究の主目的を達成するためには,次の点が明らかにされなければならない.課題(1)連続測定を可能とする量子光学系のクラスの特定と観測システムの設計,課題(2)フィードバック制御が可能である量子光学系のクラスの特定と制御部の設計,課題(3)制御理論の諸問題を検証するために要求される実験機の性能・仕様の割り出し,課題(4)実験および検証平成22年度においては,課題(3),(4)に相当する実機による実現性を確認することを先に実施すべきとの考えに至り,対象は量子光学系ではあるが,その古典的物理量の最適推定器を導出し,その有効性を数値シミュレーションおよび実機実験により確認した.より具体的には対象はadaptive measurementと呼ばれる系である.これはランダム位相変調を受けたレーザ光をホモダイン測定するものであり,観測値からフィルタによりレーザ光の位相を推定し,測定系ヘフィードバックすることにより測定精度を高めるものである.従来はアドホックなフィルタによる結果が報告されているが,これに対して本研究では最適フィルタ(カルマンフィルタ)を導出した.さらにこの最適フィルタの有効性を,数値実験,および実機による実験により,理論値および従来のアドホックなフィルタとの比較において確認した.以上の結果は,今回は古典的物理量の推定ではあるが,既存設備により量子光学系におけるオンラインでの最適状態推定が可能であることを示しており,同様の設備により非古典的物理量の推定が可能であることが示唆される.本研究では応用範囲が広いとされる量子光学系に焦点をあて,量子版現代制御理論の有効性を確かめる具体的な量子フィードバックシステムの設計と実現を目的とする.制御理論と量子光学の分野の研究者から研究組織を構成し,量子フィルタ理論および量子フィードバック制御理論を基礎とし,推定限界,制御性能限界等の様々な現代制御理論の結果を,世界に先駆け量子力学系において検証することを目指す.本研究の主目的を達成するためには,次の点が明らかにされなければならない.課題(1)連続測定を可能とする量子光学系のクラスの特定と観測システムの設計,課題(2)フィードバック制御が可能である量子光学系のクラスの特定と制御部の設計,課題(3)制御理論の諸問題を検証するために要求される実験機の性能・仕様の割り出し,課題(4)実験および検証平成22年度においては,課題(3), (4)に相当する実機による実現性を確認することを先に実施すべきとの考えに至り,対象は量子光学系ではあるが,その古典的物理量の最適推定器を導出し,その有効性を数値シミュレーションおよび実機実験により確認した.本年度はこれを踏まえ,主として量子フィードバック系の課題(1), (2)を理論的に明らかにすることを目的とし,しかる後,量子フィードバック系における課題(3), (4)の解決を図った.具体的には特異な量子状態を生成・保持する可能性の高い量子光学系の特定と,それに対する測定および制御の基本的方策について理論的考察と数値実験により議論を進めた.未だ完全な確証は得られていないが,その可能性についての部分的な知見が得られた.しかしながら課題(2)-(4)の完全な解決や実機による実験は未解決となっている.

本研究では応用範囲が広いとされる量子光学系あるいはそれとスピン系との複合系に焦点をあて,量子フィルタ理論・量子制御理論の有効性を確かめる具体的な量子フィードバックシステムの設計と実現を目的としている.量子フィルタ理論および量子フィードバック制御理論を基礎とし,量子状態の推定や,量子系に特異の量子状態を生成・保持することを目指し,その際の推定限界,制御性能限界等を検証する.本研究の主目的を達成するために,前年度までの研究により,量子光学系においては対象とする量子光学系の特定と,それに対する測定および制御の基本的方策について導くことができた.本年度はこれをベースとして,対象とする量子フィードバック制御系の有効性,つまり特異な量子状態の生成の可能性について,理論的考察と数値実験により議論を進めた.未だ完全な確証は得られていないが,その可能性についての知見が得られた.一方,量子光学系とスピン系との複合系においては,量子エンタングルド状態の一つである,一般次元のGHZ状態をフィードバック制御することを考え,そのために必要な測定系の設計と,フィードバック入力による可制御性について明らかにした.本研究では量子制御理論の有効性を確かめる具体的な量子光学系の設計と実現を目的としており,全研究計画の当初予定の最終年度である平成24年度末において課題(4)実験および検証の解決を目指していた.しかし現時点では課題(2)-(4)の部分的な解決に留まっており,理論面・数値実験による完全な解決,および実機による実験・検証が今後の課題として残っている.25年度が最終年度であるため、記入しない。まずは課題(2)の理論面・数値実験による完全な解決を目指す.具体的には目下注目している量子フィードバック系の動特性の理論的考察により,特異な量子状態が生成されることの完全な証明と,数値実験による検証を実施する.そのためには量子ノイズの適切な数学的取扱いの究明と,無限次元系である量子状態の時間発展を,計算機を用いて近似計算する手法の開発を目指す.これらの解決と並行し,課題(3)-(4)の解決のため,実機実験の仕様と準備を検討する.25年度が最終年度であるため、記入しない。
空間情報探索型ヘドニック回帰分析手法の開発研究

不動産価格推定式をより精度を上げるために、web上の情報を検索して用いる可能性について分析した。その例として、葛飾区、港区、世田谷区の3区のマンション賃料推定モデルをとりあげ、インターネット上のWeblogから抽出してきた各地域の評判情報を説明変数としてモデルに追加して、その精度向上がどの程度可能であるかを検証した。本研究の手法が確立されれば、定量的なデータとして扱いにくい「景観の良さ」や「高級感」といった指標をモデルの精度向上のために活用することができる。分析の結果、特に都心区などブランド性が高いと思われるエリアにおいて、精度向上が顕著であり、説明変数の自動探索の有効性を確かめることができた。空間情報とテキスト解析の適切な分析により、ヘドニック分析の精度向上が見込まれることから、手法の発展性も確認できた。また、バブル崩壊時にオフィスが住宅にコンバージョンされたが、コンバージョンの前後の利益ギャップとコンバージョンされる確率をヘドニック分析を用いて分析した。その結果、特に都心部に位置するという空間的な特徴が確率に大きく影響することが判明した。さらに、空間的な特徴量である敷地の接道の有無の判定のための簡易な手法としてバッファー領域を用いる方法の有効性を検討した。その結果、面ボロノイ分割を用いる方法と比較しても、精度は0.23.3%であり、面ボロノイ分割を用いる方法の計算量が膨大になることを考えれば、バッファー領域を用いる方法は十分に実用に耐えることが判明した。また、そのための最適なバッファー距離は平均的な敷地面積の平方根の約0.35倍が良いことが実際の検証分析で明らかになった。この他、都市の今後の評価において重要と思われる要因を体系的にとりまとめ、今後のヘドニック今析で評価上重視すべき観点などをとりまとめた。不動産市場の詳細な分析を行い、分析手法の精緻化方法や不動産政策への示唆などを得た。今年度は特に共同住宅における合意形成のあり方、住宅特性と距離との関係の分析、空間情報探索を市場細分化を通して行う手法の検討などを行った。マンションの建替分析モデルでは、権利者の便益に相関があるときのマンション建替決議に際しての多数決ルールのあり方と社会損失量の計量化を行った。過剰損失補償を行う場合でも単純多数決ルールが優れていること、権利者便益の相関が高いほどより厳しい特別多数決にともなう社会損失量が大きくなること、権利者数は最適多数決原理に影響しないことなどが判明した。現行法制下の4/5特別多数決原理はより割合の小さな単純多数決に近い方式に改正すべきことが示唆された。住宅特性と距離との関係の分析では、住宅特性間の類似度と空間的な距離の関係を世田谷区と青葉区の取引事例をもとに分析した。通常に想定されているような似た物件が近くにあるというわけではないことが示された。非常に類似した物件との平均的な距離は世田谷区では3500m以上、青葉区では1000m以上であった。このため住宅市場の細分化においては、距離だけでなく、立地特性や物件特性などを詳細に検討しなければならないことがわかる。空間情報探索モデルにおいては、適切な地域変数が欠けているとヘドニック回帰において誤差が大きくなり、いくつかの空間変数を導入することで精度が大きく改善することが期待される。そのような空間変数を探索する方法を検討するために、東京の住宅市場分析を行った。住宅市場の細分化から、空間的な傾向をっかみ、適切な空間変数を探索した。以上の分析の他、密集市街地の新たな再生方法を提言した。
脳卒中片麻痺患者の歩行における姿勢調節に関する研究

健常者と歩行可能な痙性片麻痺患者を対象として、浅腓骨神経の知覚刺激により、歩行を急に停止する動作および方向を転換する動作を運動学的に解析した。健常者での方向転換動作における支持脚側の中殿筋の筋活動には、対側骨盤を挙上するための第2のピークが認められるが、急停止動作での筋活動との比較により、それは対側下肢が床接地する直前、すなわち股関節伸展位で強く活動することが明らかとなった。一方、痙性片麻痺患者における停止動作では、歩行速度が遅いことや杖の使用による効果によって、健常者のようにstepping strategyを使用しなくても急停止可能であった。次に、痙性片麻痺患者に対してよく用いられる短下肢装具で、足関節の制動の違いが運動制御に及ぼす影響について検討した。健常者では、制動の違いにかかわらず、装具内の前後方向の足底圧軌跡はほぼ直線的に進行方向へ変位するように調節されており、その運動制御には、膝関節が重要な役割を果たすことが判明した。一方、痙性片麻痺患者の短下肢装具歩行における立脚期の矢状面の足底圧軌跡は、健常者のように進行方向への直線的な変位を示さなかった。その中でも7名の痙性片麻痺患者では、短下肢装具内での足底圧の踵側方向に向かう一時的な逆行が、long typeの靴べら式短下肢装具歩行に比べて、short typeの短下肢装具歩行において明らかに大きくなった。これは麻痺側下肢の踵接地後、両脚支持期から麻痺側での単脚支持へ移行する際に、short typeの短下肢装具では足関節の自由度が増大し、膝関節を屈曲位に保持することが困難となることに起因するものと考えられた。足底板式足底圧分析装置による足底圧軌跡の計測は、歩行において最も重要な前方への推進力が適切に得られているかを評価すること可能であり、短下肢装具処方における動的な適合評価への臨床応用が期待される。健常者8名と歩行可能な痙性片麻痺患者7名を対象として、浅腓骨神経の知覚刺激により、歩行を急に停止する動作および方向を転換する動作についての足底圧軌跡、片側下肢の各関節の角度変化および下肢・体幹の筋活動を解析した。一方、痙性片麻痺患者における停止動作では、歩行速度が遅いことや杖の使用による効果によって、健常者のようにstepping strategyを使用しなくても、急停止可能であることが判明した。しかし、麻痺の程度やそれに伴う歩行速度の違い、歩行補助具の使用の必要性の有無により、データにばらつきが大きいため、個々の症例の検討にとどめた。これらの結果をもとに、痙性片麻痺患者でよく用いられる短下肢装具で、足関節の制動の違いが運動制御に及ぼす影響について検討した。

一方、痙性片麻痺患者における短下肢装具内での足底圧は、踵接地直後から健常者に比べて前方で変位し、立脚中期にかけてその軌跡が踵側方向へ一時的に逆行する例がみられた。それは、短下肢装具の支柱の高さや固定角度等を変えることで、立脚初期から中期の膝関節の伸展運動の改善とともに減少させうることが確認された。以上から、短下肢装具の処方における動的な適合評価において、足底圧軌跡の解析の臨床応用が期待された。平成12年度においては、片麻痺患者の装具療法における歩行分析の有用性について、姿勢調節機構の観点から研究を進める予定である。平成11年度の本研究おける足底板式足底圧分析装置を用いた歩行解析の結果に基づき、足底圧軌跡の評価を痙性片麻痺患者に対する短下肢装具処方に臨床応用することを目的として、その有用性について、下肢の関節角度変化および下腿部における加速度変化を同時に計測することによって検討した。対象は痙性片麻痺患者15名とし、患者が通常用いている靴べら式短下肢装具(long type)と、今回各患者用に新たに作製したshort typeの靴べら式短下肢装具について、定常状態に達した歩行の立脚期における足底圧軌跡を装具の内面と外面で評価した。後者は前者の装具に比べて、支柱の高さが低いため、床に座る和式の生活には適するが、足関節の制動力が弱く、麻痺側膝関節の運動制御能力の低い患者には一般に不向きである。痙性片麻痺患者の短下肢装具歩行における立脚期の矢状面の足底圧軌跡は、健常者のように進行方向への直線的な変位を示さなかった。その中でも7名の痙性片麻痺患者では、短下肢装具内での足底圧の踵側方向に向かう一時的な逆行が、long typeでの歩行に比べて、short typeの短下肢装具による歩行において明らかに大きくなった。これは麻痺側下肢の踵接地後、両脚支持期から麻痺側での単脚支持へ移行する際に、short typeの短下肢装具では足関節の自由度が増大し、膝関節を屈曲位に保持することが困難となることに起因するものと考えられた。その際の膝関節の急速な伸展運動は、円滑な歩行を妨げるばかりでなく、膝関節過伸展などの関節変形を招く場合もある。足底圧軌跡の計測は、歩行において最も重要な前方への推進力が適切に得られているかを評価することができ、足底板式足底圧分析装置を用いることで、平地に限らず、容易に計測することができる。
互いに重なりのない領域データからの個人認証実現手法の研究

バイオメトリクスでは,人物から生体特徴を抽出して認証を行う.この場合比較される特徴が抽出される領域はデータ間で共通していることが大前提である.しかしながら,実環境における認証問題を考えた場合には,顔認証であればサングラスやマスクの着用による隠蔽,歩容認証においては,遮蔽物や画角と人物の対応位置などの関係による隠蔽が生じ,本来特徴を抽出したい領域の情報を正しく取得できないことが頻繁に起こる.それでもデータ間に共通領域が存在する場合には,その共通領域のみに着目し特徴抽出することで認証が可能となるが,共通領域が存在しない場合には,既存の一般的な手法では認証ができない.そこで本研究課題ではこの困難な状況を想定し,互いに重なりのない領域データからの個人認証実現手法を検討する.本研究課題では,主として歩容認証において,特定の領域が隠蔽されている問題に対し,部分空間法を用いて,隠蔽部分を復元する手法を提案した.この手法は有効であるものの,二つの制約があった.一つは,隠蔽されている領域が人の体の部位に対して変化しない場合にのみ適用可能であること,二つ目は,その隠蔽されている領域部位が既知の場合にのみ適用可能なことである.この二つの制約を緩めるべく,新たな手法として,隠蔽される領域が,体の部位に対して変化する状況でも対応可能な手法の開発に取り組んだ.部分空間法を用いた手法では,歩容認証の歩容エネルギー画像を入力としていたが,この特徴表現では時間と共に変化する問題に対応が難しい.そこで,歩行時の人物シルエット系列を入力として扱うこととし,複数の隠ぺいパターンを想定してアルゴリズムの開発を行った.アルゴリズムには,近年画像認識分野において高い精度を実現している畳み込みニューラルネットワークを利用した.開発アルゴリズムは,大規模歩容データベースを用いて評価し,有効性を確認した.バイオメトリクスでは,人物から生体特徴を抽出して認証を行う.この場合比較される特徴が抽出される領域はデータ間で共通していることが大前提である.しかしながら,実環境における認証問題を考えた場合には,顔認証であればサングラスやマスクの着用による隠蔽,歩容認証においては,遮蔽物や画角と人物の対応位置などの関係による隠蔽が生じ,本来特徴を抽出したい領域の情報を正しく取得できないことが頻繁に起こる.それでもデータ間に共通領域が存在する場合には,その共通領域のみに着目し特徴抽出することで認証が可能となるが,共通領域が存在しない場合には,既存の一般的な手法では認証ができない.そこで本研究課題ではこの困難な状況を想定し,互いに重なりのない領域データからの個人認証実現手法を検討する.具体的には顔認証や歩容認証の見えに基づく手法に注目し研究を進める.本年度は,歩容認証における,シルエットに基づく特徴,周波数特徴に焦点を当て,人物全身領域を複数の領域に分割し,分割された領域から抽出された特徴のみから全身歩容特徴を再生する歩容再生技術を開発した.歩容再生にはまずは第一段として部分空間法を用い,再生対象の特徴を含まない多数の他人歩容特徴を学習に用い,それらを用いて全身歩容部分空間を構築し,その構築した部分空間で歩容特徴を表現することで,全身歩容の再生を実現した.この技術を大阪大学が保有する大規模歩容データベースOU-ISIR-LPを用いることで,変換精度や認証精度をした.初期開発アルゴリズムは左右で重なりのない領域からの歩容認証において,等誤り率で16%程度では認証が可能である,という結果をえた.この認証精度は隠蔽領域により大きく異なるため,複数の異なる分割領域を準備することで精度評価を実施した.また,歩容における観測角度の影響に関しても評価を実施した.歩容認証に対しては,歩容再生を用いた認証アルゴリズムを実装し評価を行った.その結果想定していたアルゴリズムが予想通りに機能することが確認できた.そのため,その成果について学会等で報告している.国内のシンポジウムでは,本研究課題の内容が招待講演として選ばれ,またポスター発表では優秀ポスター賞に選出された.また,アルゴリズムに関しては歩容認証に対して初期アルゴリズムの改良に着手し,大幅な再生精度の改善と認証精度の改善が実現できるという実験結果を得ている.この方法は,本研究課題設定当初にはなかったアイデアであるが,再生された歩容特徴データを解析することで,初期アルゴリズムの問題点が明らかになり,その問題点を解決するテクニックを各種検討,評価することで,改良アルゴリズムの構築に至った.具体的には,再生する際に歩容らしさを定義し,歩容らしさの観点からでも質の高い歩容特徴となるように,特徴再生を行うものである.現在この改良アルゴリズムを複数のデータベースに対して多面的に解析を行っているところであるが,改良アルゴリズムについては平成28年度前半の早い段階で国際論文に投稿ができる段階に到達していると考えている.また,この改良アルゴリズム開発時に得た知見は,本研究課題のみならず,他の研究課題にも有効なものであり,その解決テクニックは他の問題にも適用が可能である.歩容認証に対しては,当初の計画以上に進展しているが,その一方で顔認証における評価は少し遅れ気味である.そのため,全体としては,おおむね計画通りだと考えている.

ただし,アルゴリズムの進展は非常に重要な成果であると考えている.バイオメトリクスでは,人物から生体特徴を抽出して認証を行う.この場合比較される特徴が抽出される領域はデータ間で共通していることが大前提である.しかしながら,実環境における認証問題を考えた場合には,顔認証であればサングラスやマスクの着用による隠蔽,歩容認証においては,遮蔽物や画角と人物の対応位置などの関係による隠蔽が生じ,本来特徴を抽出したい領域の情報を正しく取得できないことが頻繁に起こる.それでもデータ間に共通領域が存在する場合には,その共通領域のみに着目し特徴抽出することで認証が可能となるが,共通領域が存在しない場合には,既存の一般的な手法では認証ができない.そこで本研究課題ではこの困難な状況を想定し,互いに重なりのない領域データからの個人認証実現手法を検討する.具体的には顔認証や歩容認証の見えに基づく手法に注目し研究を進める.本年度は,二つの見えに基づく代表的な特徴である歩容認証と顔認証に焦点を当てて研究を進めた.歩容認証においては,昨年度からの提案している歩容らしさを考慮したアルゴリズムの評価を進めるとともに,論文執筆の準備をすすめ,途中経過を国内学会にて発表を行った.また顔認証については,AR-Faceデータベースを用いて,顔の位置合わせが完了しているデータを用い,部分顔画像からの全体顔画像を再生する研究を実施した.具体的には,部分空間法に基づく手法,及び昨年の歩容認証に対して開発し,大幅な改善を実現した手法を用いて,歩容らしさの変わりに,顔らしさを表現するモデルを作成し,顔の一部分が隠された画像から全体の顔の再生する研究を実施した.本研究では,互いに重なりのない領域データからの個人認証手法の実現を目指しており,重要なモダリティとして,見えに基づく顔認証及び歩容認証をターゲットとしている.初年度においては,歩容認証における周波数特徴に対し,歩容特徴が再生できることを示すとともに,改良アルゴリズムを提案し,歩容特徴再生に基づく認証において大幅な精度改善を実現した.この実験結果に関しては,国内学会で報告するとともに,異なるデータベースを用いた追加実験をした上で国際論文への投稿を行う予定である.一方顔認証については,AR-Faceデータベースに対し,部分空間法を用いた手法及び,歩容認証で新たに開発した手法である事前情報を用いた手法を適用し,顔の再生を実施した.今回顔画像そのものの再生を目指し実験を実施した.顔画像は,歩容で用いていた歩容特徴と比較し情報量が多く,また今回の実験では学習に利用できる特徴が限られたため,顔画像の再生は成功したものの,高精度化へは新しい工夫が必要であるという結果を得た.精度改善のためには,新たな工夫については,今後データの解析を進めながら検討していく予定であるが,2年目までに予定していた,歩容特徴及び顔特徴への適用が完了し,歩容に関しては当初の予定以上の成果が得られ,顔に認証については,改善の必要性があるものの,予定していたアルゴリズムの適用は終了したことより全体としてはおおむね予定通りであると考えている.バイオメトリクスでは,人物から生体特徴を抽出して認証を行う.この場合比較される特徴が抽出される領域はデータ間で共通していることが大前提である.しかしながら,実環境における認証問題を考えた場合には,顔認証であればサングラスやマスクの着用による隠蔽,歩容認証においては,遮蔽物や画角と人物の対応位置などの関係による隠蔽が生じ,本来特徴を抽出したい領域の情報を正しく取得できないことが頻繁に起こる.
味細胞特殊イオンチャネルシナプスによる味覚神経伝達機構の全容解明

研究代表者は先行研究において、シナプス小胞の開口分泌ではなく活動電位によって開くイオンチャネルを通して神経伝達物質が直接放出されるという全く新しい神経伝達様式を口腔内で味覚を司る味細胞に発見した。この『味細胞特殊イオンチャネルシナプス』の構造、形成・動作原理、およびさらなる生理機能を明らかにし、味覚神経伝達メカニズムの全容解明を目指すとともに、新たな化学神経伝達様式の概念を確立する。
歯周組織破壊におけるケモカインの役割に関する実験病理学的研究-ケモカイン特異抗体の治療薬としての効果の基礎的検討-

1.LPS投与後の辺縁歯周組織におけるケモカイン発現の検討:(1)JE細胞ではLPS投与1時間から3日にかけてMIP-2の発現が誘導され,LPSの惹起する好中球遊走にJE細胞の産生するMIP-2の関与が明らかとなった.(3)LPS投与12日後,歯槽骨骨頂部領域の骨芽細胞や骨細胞にみられるMCP-1発現増強は,破骨細胞前駆細胞の局所への動員を介し,LPS投与3日後の破骨細胞増加を引き起こすと推察された.2.各種濃度のMIP-2局所投与が辺縁歯周組織に及ぼす影響:(1)投与3時間後:0.05mg/ml投与例ではJE直下結合組織の血管拡張が観察され,周囲に好中球の浸潤が目立つ症例もあった.0.5mg/ml投与例では拡張した血管周囲を中心に好中球数の明らかな増加がみられた.MIP-2の濃度依存的にJE内およびJE直下結合組織における好中球数が増加するとともに,5,50mg/ml高濃度投与例では,破骨細胞数の増加も観察された.(2)投与3日後:いずれの濃度でもJE内およびJE直下結合組織に,多数の好中球浸潤が観察されるようになり,低濃度投与例でも破骨細胞性骨吸収を示すものが現れた.3.抗MIP-2抗体腹腔内前投与の影響:抗MIP-2抗体腹腔内投与はLPS投与後3日目の好中球浸潤ばかりでなく破骨細胞数の増加も有意に抑制した.特異抗体によるMIP-2の中和は,歯周炎病巣への好中球浸潤の抑制を介して,炎症巣でのサイトカインネットワークに影響を及ぼすことによって破骨細胞性骨吸収因子の誘導を抑え,間接的に3日後の破骨細胞の増加を抑制したと考える.よって,ヒト歯周炎病巣におけるIL-8などのCXC-ケモカインの抑制は,局所への好中球動員を抑えるばかりでなく,続いて起こる歯周組織破壊にも抑制的に働くと推察され,CXC-ケモカインをターゲットとした歯周病治療の可能性が示唆された.1.LPS投与後の辺縁歯周組織におけるケモカイン発現の検討:(1)JE細胞ではLPS投与1時間から3日にかけてMIP-2の発現が誘導され,LPSの惹起する好中球遊走にJE細胞の産生するMIP-2の関与が明らかとなった.(3)LPS投与12日後,歯槽骨骨頂部領域の骨芽細胞や骨細胞にみられるMCP-1発現増強は,破骨細胞前駆細胞の局所への動員を介し,LPS投与3日後の破骨細胞増加を引き起こすと推察された.2.各種濃度のMIP-2局所投与が辺縁歯周組織に及ぼす影響:(1)投与3時間後:0.05mg/ml投与例ではJE直下結合組織の血管拡張が観察され,周囲に好中球の浸潤が目立つ症例もあった.0.5mg/ml投与例では拡張した血管周囲を中心に好中球数の明らかな増加がみられた.MIP-2の濃度依存的にJE内およびJE直下結合組織における好中球数が増加するとともに,5,50mg/ml高濃度投与例では,破骨細胞数の増加も観察された.(2)投与3日後:いずれの濃度でもJE内およびJE直下結合組織に,多数の好中球浸潤が観察されるようになり,低濃度投与例でも破骨細胞性骨吸収を示すものが現れた.3.抗MIP-2抗体腹腔内前投与の影響:抗MIP-2抗体腹腔内投与はLPS投与後3日目の好中球浸潤ばかりでなく破骨細胞数の増加も有意に抑制した.特異抗体によるMIP-2の中和は,歯周炎病巣への好中球浸潤の抑制を介して,炎症巣でのサイトカインネットワークに影響を及ぼすことによって破骨細胞性骨吸収因子の誘導を抑え,間接的に3日後の破骨細胞の増加を抑制したと考える.よって,ヒト歯周炎病巣におけるIL-8などのCXC-ケモカインの抑制は,局所への好中球動員を抑えるばかりでなく,続いて起こる歯周組織破壊にも抑制的に働くと推察され,CXC-ケモカインをターゲットとした歯周病治療の可能性が示唆された.実験1:8週齢ウィスター系雄性ラットの歯肉溝より5mg/ml濃度のE.Coli由来LPSを投与し臼歯部口蓋側辺縁歯周組織に惹起される組織学的変化や局所でのMIP-2発現を免疫組織学的に検討した.LPS投与により接合上皮(JE)やJE直下の歯肉結合組織での好中球遊走や血管拡張・浮腫などの炎症性変化や投与後3時間と3日後にピークを示す2相性の破骨細胞増加に伴う歯槽骨吸収等の変化が生じた.その際JE細胞では1時間から3日にかけてMIP-2が発現が誘導され,LPS投与後の局所への好中球誘導にJE細胞から産生されるMIP-2が関与することが明らかとなった.

実験2:0.05,0.5,5.0,50μg/ml濃度になるように生食水に溶かした合成ラットMIP-2を5μlづつ10分ごとに滴下することにより1時間にわたって作用させ,投与開始3時間後と3日目の組織学的変化を観察しLPS投与群と比較検討した.歯肉溝より投与したMIP-2はJE内およびJE直下歯肉結合組織内における好中球浸潤を濃度依存的に誘導し,50μg/mの高濃度では歯肉膿瘍の形成を示す症例も観察された.また,MIP-2の局所投与により歯肉結合組織での血管拡張,浮腫や歯槽骨の破骨細胞性骨吸収などのLPSと同様の組織変化も引き起こされた.以上の結果より,LPS投与後の辺縁歯周組織においてJE細胞から産生されるMIP-2は好中球誘導ばかりでなく,その後の歯周組織破壊に重要な役割を担うことが明らかとなった.現在,MIP-2抗体腹腔内投与の影響についても検討中である.1.実験1;7週齢ウィスター系雄性ラットの歯肉溝より0.05,0.5,5.0,50μg/ml濃度になるように生食水に溶かした合成ラットMIP-2を2μlづつ10分毎に1時間にわたってマイクロピペットにて投与し,投与開始3時間後と3日目の組織学的変化を観察し,LPS投与群と比較検討した.(1)投与3時間後,MIP-2はJE直下歯肉結合組織内における血管拡張,浮腫や濃度依存性の好中球浸潤を誘導した.5,50μg/mの高濃度では破骨細胞数の増加も観察された.(2)投与3日後,JE部では依然として好中球数の増加がみられ,低濃度投与群でも破骨細胞増加が観察されるようになった.また,50μg/m投与例では歯肉膿瘍の形成を示す症例もあった.よって,歯周炎病巣におけるMIP-2産生の増加は局所への好中球の動員に関わるばかりでなく,引き続き誘導される歯周組織破壊に重要な役割を担うと推察された.2.実験2;抗MIP-2抗体(0.1mg/200bw)腹腔内に前投与した後,5mg/ml濃度のLPS溶液を歯肉溝からの浸透投与し,3時間と3日後の組織変化をLPS投与群と比較検討した.なお,LPS浸透投与後も1日ごとに抗MIP-2抗体の腹腔内追加投与を行った.(1)好中球浸潤に及ぼす影響;MIP-2抗体投与は,3時間後の好中球数の増加には影響を及ぼさなかったが,3日後の浸潤好中球数を明らかに抑制した.(2)破骨細胞数増加に及ぼす影響;LPS投与は3時間後と3日後にピークを示す2相性の破骨細胞の増加を示す.抗MIP-2抗体前投与はLPSの惹起する3日目の破骨細胞増加を抑制する傾向を示した.以上のことから,MIP-2をターゲットとした歯周病治療の可能性が示唆された.現在,実験2に関しては投与量,投与回数などについて詳細に検討中である.