hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
聴覚心理的手法による日本語単音節の類縁関係の研究とその聴覚障害への応用

1.人間の聴力の大部分は、他人とのコミュニケ-ションに使われる。このコミュニケ-ション能力を評価するための語音弁別能検査の役割は大きいが、従来は何%の語音弁別能というように単に数値的な評価しかしていなかった。しかし、「デ」を「レ」と異聴するのと、「デ」を「カ」と異聴するのでは、同じ1コの異聴でも質的に大きく異なる。この点に着目し、日本語単音節の語音相互の遠近関係を普遍的に表現し、この結果を聴覚障害者に臨床応用することを目的として研究した。2.日本語単音節の聴覚心理的な類縁関係を表現した語音地図を作成した。作成方法は聴力正常者26名26耳の聴取実験から得られた異聴マトリックスを、多次元尺度構成法SMACOFで解析し、2次元5次元の語音地図を得た。語音地図は67単音節全体の関係を表現した全体図と、/a/i/u/e/,101の音節技別の詳細図から成っている。方法で作成した語音地図による聴覚心理的類縁関係を調音の観点から検証し、その類似点、相異点を明らかにした。3.作成した語音地図上に聴覚障害者の異聴をベクトル表示することによって、聴覚障害者の異聴傾向を一目で把渥できるようにし、これを異聴地図と名付けた。異聴地図を用いて、補聴器の効果評価、シャ-プカット型難聴、心因性難聴、詐聴、語音聴力の検査の再現性等について検討を行なった。特に補聴器の効果評価では、単に語音聴力検査結果を正答率のみから評価するのではなく、異聴内容から評価すると多面的な評価が可能となり大きな成果を得た。4.本研究の関連研究として、聴覚の時間分解能に関する基礎的ならびに臨床的研究を行なったので、合わせて報告した。今後はこれらの研究成果をふまえて、語音認識のメカニズムに取り組んでいく予定である。現在、耳鼻咽喉科領域で一般的に行われている語音聴力検査は、弁別された語音の割合のみを表示しており、その内容についての分析は行われていない場合が多い。しかし、同じ1個の単音節の誤りでも「デ」を「レ」に異聴するものと,「デ」を「カ」に異聴するものとでは、異聴の質に相異があるはずである。そこで本研究では、日本単音節の語音相互の遠近関係を普遍的に確立すること、そして、この遠近関係を用いて聴覚障害者の異聴内容を分析し、聴覚障害部位診断、並びに、語音弁別訓練、特に、補聴器装用者の語音弁別訓練に有用なシステムを作ることを目的に以下のことを行った。1.聴覚心理的手法による語音の類縁関係の表現(1)アナウンサーが発声した語音をテープレコーダに収録した。(2)収録した音声資料を量子化した後、67語の順序を乱数化したものを数組作成し、カセットテープに収録した。(3)聴力正常者に対し上記の音声資料を用いて聴取実験を行った。その際、提示音圧を減少させることにより、聴力正常者に異聴をおこさせた。(4)67×67の異聴行列を作成し、多次元尺度構成法SMACOFで実験データを解析した。(5)1数次元空間上に、類縁関係の高い語音相互は近く、低い語音相互は遠くに配置されるような語音類縁地図を作成した。2.聴覚障害者の異聴の解析語音

聴力検査で得られた聴覚障害者の異聴を、地図上に矢印で書き込むことによって異聴内容の解析を行った。以上の結果、語音相互の遠近関係を表わした語音地図を用いれば、聴覚障害者の異聴内容を分析することができ、語音地図を用いた異聴の解析が有用であることがわかった。現在、耳鼻咽喉科領域で一般的に行なわれている語音聴力検査は、弁別された語音の割合のみを表示しており、その内容についての分析は行なわれていない場合が多い。しかし同じ1個の単音節の誤りでも「デ」を「レ」に異聴するものと、「デ」を「カ」に異聴するものとでは、異聴の質に相異があるはずである。そこで本研究では、日本語単音節の語音相互の遠近関係を普遍的に確立すること、そしてこの遠近関係を用いて聴覚障害者の異聴内容を分析し、聴覚部位診断、並びに、語音弁別訓練、特に、補聴器装用者の語音弁別訓練に有用なシステムを作ることを目的としている。前年度までの、聴覚心理的手法による日本語単音節の類縁関係の研究によってえられた語音地図(類縁関係の高い語音相互は近く、低い語音相互は遠くに配置された語音類縁地図)を用いて、本年度は以下の研究を行なった。1)聴覚障害者の聴覚障害部位診断語音聴力検査で得られた聴覚障害者の異聴を、異聴地図作成システムにインプットし異聴地図を作成し、純音聴力と異聴の関係を明らかにした。特に本年度はシャ-プカット型難聴に焦点を当て、急墜開始周波数別(500Hz、1000Hz、2000Hz)に詳細な検討を加えた。2)聴覚障害者の補聴効果の評価補聴器のフィッティングのために、異聴地図を用いて、補聴器によって起こる語音認知の質的変化を評価した。1.日本語単音節語音相互の聴覚心理的遠近関係を普偏的に表現した語音地図を作成し、語音地図上に個々の聴覚障害者の異聴をベクトルによって表現した異聴地図を用いることによって、聴覚心理的な観点から異聴の質的評価を行うシステムを完成した。2.本システムを用いて、聴覚障害者を対象に種々の研究を行った。(1)聴覚障害者の補聴効果の短期的評価を行った。補聴器のフィティング直後にスピ-カ法によって語音聴力検査を行い、補聴器装用前の語音聴力検査結果と、語音弁別能という量的な面からと、異聴地図を用いた質的な面からの両面から比較することによって評価した。従来から行われていた量的な面からの評価に質的評価を加えると、評価結果が大幅に変わる症例があった。補聴効果を聴覚によるコミュニケ-ション能力の向上という観点から判定する重要性を証明した。(2)聴覚障害者の補聴効果の長期的評価を行った。本法によって補聴効果の評価を行った聴覚障害者を対象に、2、3年経過した後の使用状況を調査することにより、本法の有用性を調べた。補聴器の使用状況と異聴地図によって評価した補聴器の評価結果との間の相関は従来の評価法より高く、長期的な観点からも本法の有用性が確認された。(3)異聴地図を補聴器装用後の聴能訓練の評価に応用し、満足すべき結果が得られた。3.本研究の関連研究として、聴覚の時間分解能に関する基礎的ならびに臨床的研究を行なった。今後は、これらの研究成果をふまえて語音認識のメカニズムの解明に取り組んでいく予定である。
知の融合を活性化させるものづくりマネジメントの研究

かつてのものづくりでは「製品」そのものがデザインの対象であったが,今日のものづくりは「製品」から「製造プロセス」,さらには「顧客満足」へとその対象を変えている.本研究課題では,そのような変化を捉えるために「製品」や「データ」の軸と,「もの」や「機能」の流れを捉えた軸を情報技術によって融合するコンセプトと手順を提案している.さらに,コトつくりの見える化とマネジメントの役割について明らかにしている.かつてのものづくりでは「製品」そのものがデザインの対象であったが,今日のものづくりは「製品」から「製造プロセス」,さらには「顧客満足」へとその対象を変えている.本研究課題では,そのような変化を捉えるために「製品」や「データ」の軸と,「もの」や「機能」の流れを捉えた軸を情報技術によって融合するコンセプトと手順を提案している.さらに,コトつくりの見える化とマネジメントの役割について明らかにしている.今日のものづくりに求められている革新と改善は,個人や組織のスキルを活かし切り,その知を活用・融合した仕組み作りが課題となっています.かつてのものづくりは,現場の職人による暗黙知に頼ったものでしたが,工業技術,情報技術をはじめとするテクノロジーの導入は形式知によるシステム化を推し進めました.特に,「システム」「ソフトウエア」に強く依存した情報化の進展はものづくりにおいてブラックボックス化を進展させてきました.その結果,一を聞いて十を知る感覚を有する現場のスキルは急速に失われてきました.木村英紀著「ものつくり敗戦」のくだりに「ソフトウエア業界の人々から自嘲をこめてよく聞かれるのが,マネジメントが苦手ということである」とあります.あらゆる組織は,システム化・ブラックボックス化した途端,陳腐化が始まるといわれます.その傾向はプロジェクト規模が大きくなるほど深刻になっています.それゆえにこれからのものづくりシステムには,そのような陳腐化リスクを回避し,環境変化に速やかな適応ができる新陳代謝機能,すなわち人材育成をベースにしたマネジメントプロセスの構築が不可欠といえます.本研究課題の知の融合を活性化させるものづくりマネジメントは,(1)テクノロジー,(2)エンジニアリング,(3)マネジメントの3つの因子により合成される3次元の空間で定義されます.テクノロジーは,編み出された技術であり,staticな存在の「経営資源」のような現場力です.エンジニアリングは,それらを編み出す技術であり,ものづくり力です.従来の改善活動はこの両者によって構成される「場」において行われてまいりました.しかし,これからのものづくりマネジメントに求められる技術は,(1)テクノロジーと(2)エンジニアリングの両者を使いこなす技術であり,人や組織づくりを中心とした価値を生むdynamicなスキルのマネジメント,すなわち進化力となるコンセプトを提唱しました.研究の意義:従来、日本のものづくりを引っ張ってきたのは工業技術である。そのことは日本の高度経済成長に貢献してきたが、逆にその成功がこれからの成長にとって足かせとなる恐れがある。具体的には次の3つが喫緊の解決すべき課題である:1.ハードに比較してソフトと標準化が弱い、2.要素技術に比較してシステム技術が弱い、3.経験と勘に対してマネジメント理論が弱い。以上の課題を解決する制度設計についての提案である。研究課題の重要性:第1の課題は、優秀な現場技術者の高等品質追求指向を経営者が抑えきれなかったマネジメント組織の欠陥である。すなわち、経営的要請から必要な技術を選択するという視点の確立である。第2の課題は、第1との関わりもあって、高品質製品を得意とする日本企業は、グローバルに普及する低価格製品には弱いガラパゴス状況となっている点であり、ローカル視点とグローバル視点の複眼的経営の確立である。第3の課題は、企業と社会におけるビジネススクール役割が低すぎる点である。そのことは初等・中等教育の全般においてマネジメントに関する体系的な積み上げ教育を行うことによる真の知の融合の必要性を意味する。具体的内容:ものづくり企業のタイプには、インテルやシマノのようにあらゆるメーカーの製品に使用される部品を製造する要素技術とハード技術に強い企業がある一方、キーエンス、アップル、任天堂のように要素技術とハード技術の比重の高い製造をアウトソーシングして高度なサービス実現しようとするシステム技術とソフト技術に強い企業がある。ものづくりはその両方を戦略的な観点から設計する仕組みを提案したものである。本研究課題の目的は,日本的経営の強みとされてきた現場のカイゼンと,グローバル経営において求められるイノベーションという両極の活動を融合するコンセプトと方法論を確立し,実証することであった.本年度はそのためにこれからのものづくりのありたい姿として,カイゼン活動とイノベーション活動をハイブリッド的に結合・融合するコンセプトを「サービス科学」の観点から日本情報経営学会誌Vol.31No.2, pp. 4253「知の融合を活性化させるマネジメントシステム」において提案を行った.そこでは,工場とオフィスにおける生産性向上を図るために,1.イノベーションによる規模の拡大,2.設備を中心としたものづくりの標準化に代わる情報を中心としたコトつくりの標準化とプロセス発見,3.カイゼンによる密度の増大,という3つの視点について明らかにしている。さらに本年度の研究目的は,食品産業において「安全」を保障するテクノロジーとエンジニアリング,「安心」を保障するマネジメントの融合に関するものであった.

それについては,日本経営システム学会第47回全国研究発表大会にて「RFIDを考慮した食品在庫管理とSCMに関する研究」と題して,スーパーマーケットにおける賞味期限の情報システム化をRFIDにて実現させる展望を発表した.それによってRFIDのテクノロジー,賞味期限を手持ち在庫量とその残り寿命の2元管理するエンジニアリング,価格と需要量の弾力性を考慮した利益計画を立案するマネジメントの3軸を融合する戦略のビジョンの融合効果を示すことができた.また,知の融合にとって重要な「ビジョン」と「パッション」という暗黙知、埋没知の把握方法,さらにその2つを結びつける「ミッション」という形式知化の方法についても示すことができた.本研究実績は次の5点に要約できる:1.ワークデザインがテクノロジーとエンジニアリングとマネジメントの知を融合する手法,概念として有効であることを確認した.2.ハーバード大学のクリステンセン教授の「イノベーションのジレンマ」について議論をした結果,技術をベースにしたイノベーションが製品ライフサイクルの導入期,成長期で必ず行き詰まり,顧客をベースにしたイノベーションに転換すべき時点が飽和期と衰退期に当たることを確認した.3.G.ナドラーが提唱したワークデザインは,日常にあって非日常を平和にあって戦争をルーチン業務の中にあってリスクとチャンスを、既存市場における経営にあって新市場の経営を,既存製品の生産販売にあって新製品の生産販売を意識したladdering systemの構築を考える手法であり,マーケティングの分野でも効果的な成果をあげうる手法であることを確認した.4.従来,テクノロジーの限界をブレイクスルーしたのがエンジニアリングであり,現在,目前となってきたエンジニアリングの限界をブレイクスルーするのがマネジメントであることを確認した.5.ものづくりに必要な因子を考慮した時に,努力すれば成功し,成功すれば幸せになるという従来の仕組みが成り立たなくなった点である.このことは,ものづくりだけでなく社会,企業,教育,家庭、国家の問題においても共通して考えなければならない経営工学、マネジメント科学の問題である.ここに,経営工学の問題とは標準づくり,マネジメントの問題とは新しい感覚の情報化とシステム化である.また,新しいものづくりにとって必要な知の融合とは,編み出された技術(経営資源、あるいはテクノロジー),編み出す技術(標準プロセス、あるいはエンジニアリング),使いこなす技術(経験・勘とマネジメント理論)の融合である。これは、言い換えれば人間力,学力,社会人力の融合に相当する.当初の予定であった海外の研究者との研究成果に関する情報共有は十分な時間を確保することができなかったものの,研究課題に関して日本セキュリティ・マネジメント学会,日本経営システム学会において,口頭発表だけに留まらず,各学会で共著出版することができた.また,横幹連合において専門外の分野にも本研究課題の重要性を2件の発表を通じて示すことができた.24年度が最終年度であるため、記入しない。
カルボニルイリドおよび有機金属活性種の生成と有機合成への応用

1)新規1,3-脱離反応による非安定化カルボニルイリドの生成と反応サマリウムの関与する反応活性種として新規なカルボニルイリドの発生反応を見つけた(カルボニルイリドの化学としても生成例のないアルキル基のみが置換した非安定化カルボニルイリド).これらは反応に際して高い反応性および選択性を示すことを明らかにした.(J.Am.Chem.Soc.,1996,118(14),3533-3534.)さらにビス(クロロメチル)エーテル類を前駆体とする非安定化カルボニルイリドの発生法を見つけ,無置換(母体)および任意の置換基を有するカルボニルイリドを意のままに発生させることができる"Tailor-made"な発生法であることを実証した.(Tetrahedron Lett,1996,37(51),9241-9244.)また,ケイ素化合物を前駆体とするアリール置換カルボニルイリドの反応性についても明らかにした.(Synlett,1996(3),234-236.)2)遷移金属アート錯体の還元能を用いる有機金属活性種の新規生成マンガン(II)アート錯体がα位に脱離基を有するカルボニル化合物に対して2電子還元剤として作用し,母体のケトンやエステル,アミドのエノラートを効率よく生成することを見つけた.さらに本還元反応は全く新しい素反応を含むことを明らかにした.合成化学的応用として非対称ケトンの完全な位置選択的エノラートの生成および反応に成功した.(J.Am.Chem.Soc.,1997,in press)さらにマンガンアート錯体は臭化アリルや臭化プロパルギルに対しても還元剤として作用し,それぞれ対応するアリルマンガン種およびプロパルギルマンガン種を生成することを見つけた.(投稿準備中)1)新規1,3-脱離反応による非安定化カルボニルイリドの生成と反応サマリウムの関与する反応活性種として新規なカルボニルイリドの発生反応を見つけた(カルボニルイリドの化学としても生成例のないアルキル基のみが置換した非安定化カルボニルイリド).これらは反応に際して高い反応性および選択性を示すことを明らかにした.(J.Am.Chem.Soc.,1996,118(14),3533-3534.)さらにビス(クロロメチル)エーテル類を前駆体とする非安定化カルボニルイリドの発生法を見つけ,無置換(母体)および任意の置換基を有するカルボニルイリドを意のままに発生させることができる"Tailor-made"な発生法であることを実証した.(Tetrahedron Lett,1996,37(51),9241-9244.)また,ケイ素化合物を前駆体とするアリール置換カルボニルイリドの反応性についても明らかにした.(Synlett,1996(3),234-236.)2)遷移金属アート錯体の還元能を用いる有機金属活性種の新規生成マンガン(II)アート錯体がα位に脱離基を有するカルボニル化合物に対して2電子還元剤として作用し,母体のケトンやエステル,アミドのエノラートを効率よく生成することを見つけた.さらに本還元反応は全く新しい素反応を含むことを明らかにした.合成化学的応用として非対称ケトンの完全な位置選択的エノラートの生成および反応に成功した.(J.Am.Chem.Soc.,1997,in press)さらにマンガンアート錯体は臭化アリルや臭化プロパルギルに対しても還元剤として作用し,それぞれ対応するアリルマンガン種およびプロパルギルマンガン種を生成することを見つけた.(投稿準備中)
fMRIによる大脳領野間有効結合推定法の実験的検証:局所的皮質不活性化による研究

本研究では、マカクザル前頭眼野(FEF)不活性化に伴う急速眼球運動課題遂行障害中に機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を行い、局所不活性化にともなう全脳領域における活動の変化と、領野間の機能結合の変化とを計測することを目的としている。本年度の研究の内容は、(1)マカクザルFEFをGABA作動薬(ムシモル)溶液の注入により不活性化し、それに伴う急速眼球運動課題中の行動の変化を観測するための行動実験(前年度より引き続き)、(2)微小注入などの侵襲的手法をfMRIと併用するために必要となる装置・道具の開発(前年度より引き続き)、(3)本実験で用いるサル2頭の訓練および必要な手術、を行ってきた。(1)において、サルのFEFが局所的に不活性化されることにより反対側方向の急速眼球運動(視覚誘導性急速眼球運動、記憶誘導性急速眼球運動)が障害を受けるという先行研究の知見を追認した。(2)においては、サル頭部を保持するインプラントおよび大脳皮質より電気記録・刺激、溶液の微小注入を行うためのインプラントについて、従来の機能を保ちながらMRI機能画像に悪影響を及ぼさない方式を考案・作製し、さらに実際にサルに手術を施しとりつけた上で目的を達成していることを確認した。(3)について、本実験では2頭のサルをデータ取得のために用いる計画であるが、これらのサルに対しfMRI実験を行うために必要な訓練・手術を順次進行させた。大脳皮質に直接、一時的に攪乱を加え、fMRI信号への局所的かつ微小な効果を調べる本研究では、マカクザルを被験体とした4.7テスラfMRIシステムにおいて、従来と比較して高い信号雑音比を必要とする。そのため、本年度私はこの信号雑音比を向上させることを目的とする予備実験を行った。まずMRIの撮像条件を見直し、サルがMRI装置内で課題を遂行する環境を観察することで、信号雑音比の向上のために改善すべき点を絞り込む作業を行った。そして撮像条件・課題遂行環境の改善後、サルを環境に適応させるための訓練を行い、課題遂行中のfMRI信号を観察することで、信号雑音比改善の効果を検討した。具体的には、固視課題遂行中の覚醒マカクザルに対して、運動視覚刺激と静止視覚刺激をランダムな順序で提示し、event-related解析を行うことで、運動刺激提示時と静止刺激提示時のfMRI信号を全脳に渡って比較した。その結果、上側頭溝近傍のMT・MST野に両側性の神経活動が再現性をもって認められ、過去のサルにおける電気生理実験・ヒトにおけるfMRI実験などからの知見を裏付けることができた。高い信号雑音比を要求するevent-related fMRI実験において、ヒトと比較して小さいサルの脳に対して十分な空間解像度を得た上で、比較的少ない実験数で統計的に意味のある結果を出すことができるシステムを築いたことは、今後本研究だけでなく幅広い高次認知機能実験を行うことが可能であることを意味する。また、私は、2004年8月スウェーデンにて行われたUT Forum 2004にてポスター発表を行った。本研究では、マカクザル前頭眼野不活性化に伴う急速眼球運動課題遂行障害中に機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を行い、局所不活性化にともなう全脳領域における活動の変化と、領野間の機能結合の変化とを計測することを目的としている。本年度はそのための予備実験・準備として、主に(1)マカクザル前頭眼野をGABA作動薬(ムシモル)溶液の注入により不活性化し、それに伴う急速眼球運動課題中の行動の変化を観測するための実験、(2)電気生理学的手法・微小注入といった侵襲的手法を、fMRIと併用するために必要となる装置・道具の開発、を行ってきた。(1)には、マカクザルの急速眼球運動課題遂行の訓練、実験に必要となるサルの手術、電気生理学的な手法による前頭眼野の生理学的性質の確認、微小注入実験手法の確立、注入部位近傍における神経活動の変化の観察などが含まれている。(2)については、本研究のように侵襲的手法とfMRIとを併用した研究例はいまだ少数であり、手法が確立しているわけではない。従来のサルを用いた慢性実験において、電極や微小注入器具を固定するためにサル頭部に施される処置や取り付けられる装置は、そのままではMRI機能画像に信号の強度や形状のゆがみの面で悪影響を及ぼすことがわかっている。これを改善するため、その原因の追究をおこない、改良した手法を考案・作製した。そのほかには、当研究室の4.7テスラMRIシステム内グラディエントコイルのアップグレードを行い、その後の検証の結果大幅な機能画像データの質の向上が確認された。

(1)において、サルのFEFが局所的に不活性化されることにより反対側方向の急速眼球運動(視覚誘導性急速眼球運動、記憶誘導性急速眼球運動)が障害を受けるという先行研究の知見を追認した。(2)においては、サル頭部を保持するインプラントおよび大脳皮質より電気記録・刺激、溶液の微小注入を行うためのインプラントについて、従来の機能を保ちながらMRI機能画像に悪影響を及ぼさない方式を考案・作製し、さらに実際にサルに手術を施しとりつけた上で目的を達成していることを確認した。(3)について、本実験では2頭のサルをデータ取得のために用いる計画であるが、これらのサルに対しfMRI実験を行うために必要な訓練・手術を順次進行させた。
分子クラスターから細胞に至る分子認識系の光励起ダイナミクスと素過程解明

レーザー蒸発法の改良を進め、金ナノ粒子やカーボンブラックが生体試料の有効な脱離補助物質である事を見出した。これを用いて神経伝達関連物質の紫外及び赤外スペクトルを系統的に測定し、その構造を決定した。アセトアニリド-水クラスターの光イオン化による水分子の再配向ダイナミクスをピコ秒時間分解赤外分光により、初めて分子論的に捉えることに成功した。振動和周波分光法と顕微鏡を融合させ、回折限界を14倍超える赤外超解像顕微鏡の開発に成功し、細胞への適用を行なった。本研究では、第1にレーザー蒸発法、及び種々の液体噴霧法の開発を行う。これにより、生体内における分子認識系の機能部位を気相中に取り出し、種々のレーザー分光法を適用することで、選択的水素結合錯合体形成・解離過程における構造変化や、さらには光励起に伴う、化学反応、構造変化、緩和過程を明らかにする。解析には理論化学計算を併用する。また、気相中で測定した結果が溶媒分子の存在する実環境下に適用できるのかを検証するために、溶液中での測定(過渡蛍光検出赤外分光・赤外超解像顕微鏡法を適用)も同時に行う。実験結果は気相の結果と比較・検討を行い、分子認識メカニズムを包括的に解明する。最終的には、顕微鏡法を適用し研究対象を細胞まで広げる。本研究は、生体内における分子認識系の機能部位を新規気化法を用いて気相中に取り出し、種々のレーザー分光法を適用することにより、選択的水素結合錯合体形成・解離過程における構造変化や、さらには、光励起に伴う化学反応、構造変化、緩和過程を明らかにすることを目的としている。また、本研究グループは、気相を中心に、溶液中。生体関連分子、さらには細胞に至るまで幅広く測定を行うことで、本特定領域の計両班の垣根を超え、新分野創出の足掛かりとすることも念頭に置いている。平成19年度は、新規気化法としてレーザー蒸発法の開発を試みるとともに、新規気化法を組み込むことが可能な超音速ジェットチャンバーおよび質量分析器の設計・試作を行った。レーザー蒸発法では、グラファイトマトリックス法を用いて1μm光によるレーザー蒸発装置を試作し、生体関連分子であるドーパの気化に成功し、レーザー照射に伴う試料の分解を極力抑えたスペクトルの測定を可能とした。また、新規気化法(レーザー蒸発法及び液体噴霧法)を組み込むことが可能な、超音速ジェットチャンバーと高感度イオン捕集電極を有する質量分析器の設計・試作を行った。新規気化法により真空導入された試料に対し、質量分析と発光分析を同時に適用できるようにするために、四重極質量分析器と分光器を組み合わせることが可能な装置設計とした。次年度以降は、この装置を用いて、高度なレーザー分光実験に利用可能な試料気化法の確立と生体関連分子の気相分光の実現を目指す。平成19年度は新規気化法としてレーザー蒸発法及び液体噴霧法を開発するために、超音速ジェットチャンバーおよび質量分析器の設計・試作に引き続き、平成20年度は、この試作装置を用いて、生体関連分子に適用できる新たな非破壊的気化法であるレーザー蒸発法および液体噴霧法の開発・改良を行い、生体関連分子の気相分光の実現を目指した。レーザー蒸発法では、グラファイト等のマトリックス剤を混ぜることによりレーザー照射に伴う分解の抑制を試みた(グラファイトマトリックス法)他、レーザー集光機構、試料移動機構の工夫/改良を行う事で、信号強度の増大と安定性の向上に成功した。液体噴霧法としては、中性分子にも適用可能な噴霧法として、研究分担者(東工大・石内)が開発した超臨界流体ジェット法も試験運用した。いずれの試料気化法においても、生体試料の非破壊的気化において著しい向上が見られたので、21年度以降の高度なレーザー分光実験に適用可能と評価した。また、高繰り返し型のチタンサファイア再生増幅器システムを備品として購入し、気相の実験と平行して液相中での実験を本格的に開始した。これにより、液相中での測定に最適化した過渡吸収分光装置および過渡蛍光検出赤外分光装置の構築を行い、気相分光用の装置との独立化を図り、気相と液相の実験を平行して行える体制を確立した。実験の解析には首都大学東京・橋本が中心となって理論化学計算を併用し、研究のサポートとする体制を整えた。理論化学計算には、首都大研究室と大学センター、自然科学研究機構計算科学研究センターの各計算機を利用した。以上の研究成果は、国際会議(GRC-MICなど)で発表を行った(海外旅費として支出)。平成21年度は、昨年度までに確立した生体関連分子の気化法を利用した超音速ジェットレーザー分光を適用することにより、生体認識機構の好例である神経伝達関連分子についての構造解析を行なった。ホールバーニング分光、赤外分光法の結果から、これまで極めてフレキシブルと思われていた神経伝達分子の構造が実際にはほとんど一意に決定され、構造揺らぎがほとんど観測されないことを明らかとした。

類似骨格の分子であっても、神経伝達を担わないとされる分子においては大きなフレキシビリティが観測されたため、神経伝達過程において構造揺らぎが重要な意味を持つ可能性が明らかとなった。またこれらの分光測定と平行して、公募研究の米澤グループとの共同研究を通じて、レーザー蒸発法に利用するマトリックスの改良を進めた。これまでマトリックスには全波長領域の光を吸収するグラファイトが慣用的に使用されてきたが、米澤グループが開発した構造化金ナノ粒子を利用することでその蒸発効率を大きく向上できることが明らかとなった。蒸発量の高レベルでの安定化により測定時間の短縮化やこれまで困難であった系での応用が期待される。また新規マトリックスの開発も加速されると期待される。一方、昨年度導入した高繰返し再生増幅器を利用した過渡蛍光検出顕微分光法の改良も進め、分解能1μm以下の空間分解能、5ps以下の時間分解能を有する超分解能赤外顕微分光法を可能にした。さらに、吸収飽和を利用した超超分解能顕微法の原理検証も行なった。これらの手法の開発により、例えば細胞内の極微領域ごとのダイナミクス測定を行い、気相における観測との比較検討を行う体制が確立された。平成22年度は、昨年度までに実用を開始した生体関連分子の気化法の改良を進め、数残基のアミノ酸から構成されるペプチド分子に対する超音速ジェットレーザー分光を実現するに至った。実際に、神経伝達系のイオンチャンネル開閉をつかさどる受容体タンパク質の基質結合部位のモデルペプチド分子に対しホールバーニング分光、赤外分光法を適用した。理論計算による構造計算の支援を得ることで、これまで極めてフレキシブルと思われていたペプチド分子の構造が実際にはほとんど一意に決定され、構造揺らぎがほとんど観測されないことを明らかとした。また、アドレナリン、ノルアドレナリンといった上記受容体の刺激物質となるカテコールアミン神経伝達物質についての分光研究も平成21年度に引き続き推進した。気化法の改良により測定データの質が劇的に向上した結果、これまでの研究では測定データの質の問題から見落とされていた異性体を新たに発見するに至った。一方、昨年度導入した高繰返し再生増幅器を利用した赤外顕微分光法の改良も進め、振動和周波発生分光法を顕微分光法と融合させることで空間分解能1μm以下、時間分解能およそ3psを有する超分解能赤外顕微分光法を可能にした。これにより例えば、染色を行なうことなく、かつ細胞の部位選択的に生細胞の赤外分光を行なうことが可能になる。これらの手法の開発により細胞内の受容体と基質の結合部位のみの情報を抽出し、気相における観測との比較検討から包括的に分子認識機構の研究をする体制が確立された。平成23年度は、生体関連分子のスペクトル測定を進め、アドレナリン受容体タンパク質の基質結合部位のモデルペプチド分子や多くの生体関連難揮発性物質に対し超音速ジェットレーザー分光を実施した。共鳴多光子イオン化スペクトル、ホールバーニング分光、赤外分光法を適用し、理論計算による構造計算の支援を得ることで、これまで極めてフレキシブルと思われていたペプチド分子の構造が実際には水素結合によりほとんど一意に決定され、構造揺らぎがほとんど観測されないことを明らかとした。
発生初期におけるカテプシンEの遺伝子発現調節と生理活性ペプチドの分解機構

1.カテプシンEは進化的にはペプシンに最も近い。成体では胃に多く見られるが、動物間で必ずしも一定ではない。また分泌型のペプシンと異なり、細胞内で働く。申請者はウサギ発生初期のペプシノゲンの検索の課程で、初期胃に特異的なペプシノゲンMを見いだした。構造解析の結果これはプロカテプシンEと判明し、各種哺乳類で発生初期の組織に普遍的に、かつ多量に存在することを明らかにした。本研究の特色は初めてこの現象を見いだしたことにある。2.このため(プロ)カテプシンEを組織より抽出・精製し、構造・機能について研究を進めた。S-S結合による2量体構造、酸化・還元による単量体〈-〉2量体の可逆的変換、単量体のアルカリ不安定性、プロカテプシンEの存在とその活性化機構など、極めて興味深い性質を明らかにした。このことによりカテプシンEの機能がペプシンに比べ複雑であるとが明らかになり、生体内の様々な因子により活性を調節されていることが予想された。3.さらにカテプシンEがタキキニン類、FGFを含む一群の生理活性ペプチドを特異的に分解することを明らかにした。発生初期には様々な生理活性ペプチドが組織の分化を誘導する因子として働いている。FGFがオルガナイザーであることは確立しつつありる。また神経伝達物質とされるサブスタンスPなどが発生初期の脳で成体に比べ高濃度存在し、神経細胞の分化に関与するとされる。これらのペプチドの合成、分解機構は発生制御の問題と密接に関係していることから、カテプシンEが発生制御の一翼を担っていることは明らかである。カテプシンEはペプシンに近縁な酵素で、アスパラギン酸プロテアーゼに属している。胃に多く分布する例が多いが、動物間で組織分布が一定せず、その生理的役割は不明であった。近年申請者らの研究により、カテプシンEが哺乳類の発生初期の組織に多量に分布し、生後急速に消失していくことが明らかになった。また、カテプシンEが弱酸性域で一群の生理活性ペプチド、即ちサブスタンスPなどのタキキニン類、またFGF活性フラグメントなどの強い分解作用を持ち、この活性はリソゾームのカテプシンDの500-1000倍に及ぶことが明らかになった。これらの生理活性ペプチドは細胞膜の受容体を通じて細胞内情報伝達系を動かし、発生初期には組織の成長・分化に関与していることが知られる。カテプシンEはこれらのペプチドを選択的に分解しその伝達過程を制御することにより、高等動物の初期発生に極めて重要な役割を担っていると考えられる。平成5年度の研究はおおむね順調に経過した。発生過程でカテプシンEが肝臓を含む各臓器に普遍的に分布し、subustance P、FGFフラグメントなどの生理活性物質を特異的かつ迅速に分解することが明らかになった。これらの成果はカテプシンEが初期発生の制御に関係することを強く示しており、同酵素の生理機能に新たな観点を加えるものである。これらの成果は動物学会、生化学会、アスパラギン酸プロテアーゼ国際会議で発表した。その一部は既に論文として発表した。また国内、国際学会での成果の発表も反響があり、5年度の成果の主要部分はMethods in Enzymologyに執筆を依頼されている。(プロ)カテプシンEを組織より抽出・精製し、構造・機能について研究を進めた。S-S結合による2量体構造、酸化・還元による単量体<->2量体の可逆的変換、単量体のアルカリ不安定性、プロカテプシンEの存在とその活性化機構など、極めて興味深い性質を明らかにした。

さらにカテプシンEがタキキニン類、FGFを含む一群の生理活性ペプチドを特異的に分解することを明らかにした。発生初期には様々な生理活性ペプチドが組織の分化を誘導する因子として働いている。FGFがオルガナイザーであることは確立しつつありる。また神経伝達物質とされるサブスタンスPなどが発生初期の脳で成体に比べ高濃度存在し、神経細胞の分化に関与するとされる。これらのペプチドの合成、分解機構は発生制御の問題と密接に関係していることから、カテプシンEが発生制御の一翼を担っていることは明かである。
カーボンナノチューブの高度構造制御とハイブリットカーボンナノチューブの創製

1.本研究では、ITO/Fe触媒を用いたアルコールを原料とした化学気相成長法により、特異な周期的ナノ空洞構造(Conical cavityと名付けた)を有するカーボンナノファイバー(CNF)を生成できることを見出した。このConical cavity型CNFの構造は直径に依存しており、250-400nmにおいて優先的に形成されることがわかった。また、特に触媒粒子に注目し、詳細な成長条件を検討するとともに成長メカニズムの解明を試みた。成長条件に関しては、基板上に担持させる触媒量の最適条件を明らかにし、約280nmの直径を有する触媒粒子が最も効率よくConical cavity型CNFを生成することがわかった。さらに成長途中、この触媒粒子は八面体型構造となることによって、組成の時間的・空間的な周期的不均一性を生じる。そのため触媒粒子への炭素の溶解・拡散・析出に一定の周期が生じ、極めて周期的なナノ空洞構造を構築できるという成長モデルを提案した。また、このConical cavity型CNFは節となっている部位で容易に切断が可能であることを明らかにした。この結果は、今後、より制御性よく切断できる技術を開発することによって、任意の長さのCNFを選択的に形成できる可能性を示唆している。2.水素ガス中でのアーク放電法によって、初めて金属触媒を用いずに螺旋状炭素構造体(カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル)を生成することに成功した。また本方法では、稠密カーボンナノチューブ(CNT)に類似する構造を持つ鋭端多層CNTの作製にも成功した。一方、セルロースを原料としたアーク放電によって、多面体グラファイト粒子やプレートレットグラファイト粒子などのナノカーボン粒子を生成できることを明らかにした。これらのナノカーボン粒子の生成に関する研究はアーク放電法では初めてである。本研究ではカーボンナノチューブ(CNT)表面への金属ナノ粒子の効率的な担持を試み、いくつかの金属ナノ粒子ハイブリットCNTの作製に成功した。一般的に生成直後のCNT表面は、完全なグラフェン構造をとっているため化学的に不活性であり、金属ナノ粒子はまったく付着しない。そこで本研究では超音波処理によるCNT表面の改質法を見出し、ハイブリットCNTの形成に適用できることを明らかにした。本方法は液体中に分散させたCNTに、強力な超音波を照射することによって欠陥の形成を誘起するものである。この欠陥を有するCNT表面には金属ナノ粒子が効率よく担持することがわかった。金属ナノ粒子は、レーザーアブレーション(LA)法によって形成した。雰囲気ガスの圧力などLAの条件を変化させることにより、金属ナノ粒子のサイズをはじめCNT表面での形態制御もできることを明らかにした。例えばCuやTiとのハイブットCNTの場合、薄膜状、ナノ粒子、鎖状構造そしてナノロッド状などの構造に変化することがわかった。一方、本研究では化学気相成長法(CVD)法によって表面活性かつ高度に配列したCNTの作製に成功し、金属ナノ粒子ハイブッリトCNT形成への適用についても検討した。その結果LA法によりTi、TiO_2などのナノ粒子が効率よく担持できることがわかった。さらに、LA条件を変化させナノ粒子サイズなどを制御することにより、高度配列形状の特徴をよく反映した、特異な形状を有するハイブリットCNTの作製が可能であることを明らかにした。これに関連して、CVD法により、いくつかの特異な形状を有するCNTの選択成長が可能であることを明らかにした。例えば、パーマロイ合金のLAで作製した基板を用いて、ストレート中空構造CNTと竹状CNTの作り分けができることや、ITO基板を用いて規則的な円錐形キャビティーを有するCNTの生成に成功した。
皮質形成異常におけるてんかん原性と脳機能に関わる病態解明と外科的治療の研究

ヒト皮質形成異常におけるてんかん原性に関わる病態解明、てんかん原性を持つ脳皮質における脳機能とそのネットワークの局在同定、およびそれらの可塑性や代償機構獲得の解明を行った。皮質形成異常と診断された難治性てんかんにて、手術治療に必要な検査である慢性硬膜下電極記録の結果、発作波が始まるてんかん原性焦点部位、発作間欠期に棘波が頻回に記録される電極下の皮質をそれぞれ採取した。さらに1回/1時間以下のみ棘波が記録される非てんかん性の部位であるが治療上摘出が望ましいと考えられる皮質をコントロールとして採取し、てんかん性放電の頻度と組織異常、NMDA受容体蛋白変化の相関につき同一患者内で比較検討した。高磁場MRI上に機能的MRI、脳磁図、拡散テンソルトラクトグラフィーの結果を示すことにより術前脳機能評価を行った。てんかん原性焦点同定は脳波、MEG, PET/SPECT,硬膜下電極留置によって行った。それらの結果を術中参照可能なニューロナビゲーションシステムを導入し、てんかん原性と脳機能を併せ持つ脳を解剖学的に正確に同定後、電気生理学的かつ神経学的に機能を評価しながら摘出を覚醒下手術を導入して行った。てんかん原性を持つ皮質形成異常部位に脳機能が存在し、その摘出によって機能代償が生じることを確認しつつある。Cortical dysplasiaと診断された難治性てんかんにて、手術治療に必要な検査である慢性硬膜下電極記録の結果、発作波が始まるてんかん原性焦点部位、発作間欠期に棘波が頻回に記録される電極下の皮質をそれぞれ採取した。さらに1回/1時間以下のみ棘波が記録される非てんかん性の部位であるが治療上摘出が望ましいと考えられる皮質をコントロールとして採取し、てんかん性放電の頻度と組織異常、蛋白変化の相関につき同一患者内で比較検討した。てんかん原性焦点同定は脳波、MEG,PET/SPECT,硬膜下電極留置によって行った。

さらに1回/1時間以下のみ棘波が記録される非てんかん性の部位であるが治療上摘出が望ましいと考えられる皮質をコントロールとして採取し、てんかん性放電の頻度と組織異常、蛋白変化の相関につき同一患者内で比較検討した。高磁場MRI上に機能的MRI、脳磁図、拡散テンソルトラクトグラフィーの結果を示すことにより術前脳機能評価を行った。てんかん原性焦点同定は脳波、MEG,PET/SPECT,硬膜下電極留置によって行った。それらの結果を術中参照可能なニューロナビゲーションシステムを導入し、てんかん原性と脳機能を併せ持つ脳を解剖学的に正確に同定後、電気生理学的かつ神経学的に機能を評価しながら摘出を覚醒下手術を導入して行った。てんかん原性を持つ皮質形成異常部位に脳機能が存在し、その摘出によって機能代償が生じることを確認しつつある。脳腫瘍においても同様の研究を行っており、比較検討することによって皮質形成異常の病態を解明し手術成績向上につながると期待できる。
植物ホルモン-核-核様体コミュニケーションによるプラスチド遺伝子発現制御

プラスチドDNAの発現には,様々な核酸結合タンパク質と核様体構造タンパク質が関与している。本研究では,植物ホルモンが葉緑体の発達を制御する可能性を,葉緑体核様体を構成するDNA結合タンパク質の発現制御の観点から明らかにすることを目的とした。1.免疫ブロット法により,プラスチド核様体には,RNA結合タンパク質cp29とcp33,T7タイプRNAポリメラーゼ・シグマ因子等が検出された。この他,N末端アミノ酸配列分析により,核様体標品には,いくつかの極めて疎水的なタンパク質が混入していることが判明したため,さらに核様体の精製法を改良する必要がある。2.核様体タンパク質のcDNAとして,PN4とPN15を単離した。3.黄化エンドウ上胚軸を切り取って寒天培地に植え込み,光を当てることにより緑化させることに成功した。この系では,サイトカイニンにより,葉の緑化が顕著に阻害されることがわかった。4. PENDタンパク質のmRNAを合成し,wheat germのin vitro translation系により,^<35>SでラベルされたPD2タンパク質を合成した。このタンパク質を葉緑体と混合して,光を当てることにより,in vitro importが起こり,トランジットペプチド(15残基)の切断がおきた。トリプシン処理の効果から,輸送されたタンパク質が,内包膜を貫通していると判断された。無傷葉緑体のプロテアーゼ消化実験も行い,認識部位の異なる2種類の抗体との反応性の結果から,N末端側が包膜の内側にあり,内包膜の外側にあるコイルドコイル領域で二量体を形成していると推定された。
基礎統計の調査方法の変更が価格指数・数量指数に与える影響の研究

三年間の研究活動によって,基礎統計の調査方法の変更が価格指数および数量指数に与える影響を分析するためのモデルおよびその基礎となるデータファイルの構築を行った.前者の価格指数のモデルはFARCOPモデルと名づけた.FARCOPとは世帯分布(FAmiliy),小売店舗分布(Retail store),消費支出(COsumption),小売価格(retail Price)の頭文字を略したものであり,これらの各基礎統計の調査から物価指数を作成するまでのプロセスを記述した計量モデルである.世帯分布については「国勢調査」および「人口動態統計調査」,小売店舗分布については「商業統計調査」,消費支出については「家計調査」および「全国消費実態調査」,小売価格については「小売物価統計調査」および「全国物価統計調査」より,これらを統合するかたちでデータファイル,モデルを構築した.なお,本研究を進めるにあたっては,これまでの物価指数に関する研究のサーベイを行ったが,『その成果は菅幹雄『物価指数の測定論』日本評論社の中に反映させた.後者の数量モデルは,「採用品目シミュレーション・モデル」(Item Adoption Simulating Model)と名づけた,生産指数における採用品目の設定が,生産指数に与える影響をシミュレートするモデルである.新製品が登場してすぐに生産指数の採用品目に採用されることはまずなく,ある程度普及してから採用されることになる.新製品が生産指数の採用品目に採用される時点が早ければどうなるのか,遅ければどうなるのかを具体的な品目について検証するモデルである.1990年代に入ってから,わが国では消費者物価指数の精度に関する議論が起こったが,問題点の一つとして取り上げられたのは,消費者物価指数の価格データの基礎データ調査方法であり,菅幹雄のこれまでの研究成果から,基礎統計である価格調査の調査方法の変更が,加工統計である価格指数に与える影響を無視できないことが確認された.そこで,この研究を発展させるために,(1)「商業統計調査」に基づいて,店舗形態別店舗数分布に関するデータベース,(2)「国勢調査」に基づいて,世帯属性別のデータベース,(3)「全国物価統計調査」に基づいて,品目別,店舗形態別価格に関するデータベース,(4)「全国消費実態調査」に基づいて,品目別,店舗形態別,世帯属性別消費支出に関するデータベース,これら(1)(4)のデータベースを接続した統合的なデータベースを構築した.このデータベースに基づいて,以下の二種類の実験的価格指数の試算を行った.一つは,PollakとPraisが提案した「寡頭的生計費指数」に基づく「寡頭的価格指数」,もう一つはPraisとMuelbauerが提案しDiewertが一般化させた「民主的生計費指数」に基づく「民主的価格指数」である.また,品目別価格指数について,店舗数,売上高,店舗面積,従業員数をそれぞれウェイトに集計した場合の加重算術平均単価の試算を行った.これらの分析結果の読み取りはまだ十分ではないが,この分析結果が示唆しているのは,物価指数の作成において,代替的な計算手法が何通りも考えられること,それらの代替的な計算手法によって物価指数の値に差異があることである.したがって,これら代替的な計算手法のうち,どれが社会的にみて物価指数として望ましいのか,それに対応する調査方法とは何かが今後の検討で明らかになる.前年度の引き続き消費者サイドの価格指数に関する指数計算モデルの拡張として,「商業統計調査」に基づく地域別,店舗形態別店舗数分布に関するデータベース,「国勢調査」に基づく地域別,世帯属性別の昼間人口のデータベース,「全国物価統計調査」に基づく品目別,店舗形態別,地域別価格に関するデータベース,「全国消費実態調査」に基づいく品目別,店舗形態別,地域別,世帯属性別消費支出に関するデータベースの整備を行った.これによって小売店舗,人口,物価,消費に関する統合的なデータベースが用意されており,これを用いた代替的な物価指数の試算を引き続いて行った.また,店舗分布や所得分布の変化が物価指数に及ぼす影響について理論的な検討を行った.以上のようなボトムアップ・アプローチに対してトップダウン・アプローチの視点から,1990年代のCPIとWPI (現CGPI)の乖離の原因を,産業連関分析の価格モデルを用いて要因分解を行い,卸売マージンの影響が無視できなかったことを明らかにした.この結果は平成16年3月に大阪で開催されたマクロモデル研究会議で発表した.また今年度は新しく「工業統計調査」に基づく地域別,産業別,商品別の事業所数分布,従業者数,生産額,生産量,価格に関するデータベース,「生産動態統計調査」に基づく生産額,生産量,価格に関するデータベースの構築作業を行った.これらのデータベースの構築は思いのほか手間取ったのは,新製品の登場,旧製品の退場が思ったよりも多いことであった.このような新旧製品の交代が生産指数に及ぼす影響が無視できないという事実を確認した上で,これを理論的に扱うためにはどのようにすればよいのか検討した.三年間の研究活動によって,基礎統計の調査方法の変更が価格指数および数量指数に与える影響を分析するためのモデルおよびその基礎となるデータファイルの構築を行った.前者の価格指数のモデルはFARCOPモデルと名づけた.

FARCOPとは世帯分布(FAmiliy),小売店舗分布(Retail store),消費支出(COsumption),小売価格(retail Price)の頭文字を略したものであり,これらの各基礎統計の調査から物価指数を作成するまでのプロセスを記述した計量モデルである.世帯分布については「国勢調査」および「人口動態統計調査」,小売店舗分布については「商業統計調査」,消費支出については「家計調査」および「全国消費実態調査」,小売価格については「小売物価統計調査」および「全国物価統計調査」より,これらを統合するかたちでデータファイル,モデルを構築した.なお,本研究を進めるにあたっては,これまでの物価指数に関する研究のサーベイを行ったが,『その成果は菅幹雄『物価指数の測定論』日本評論社の中に反映させた.後者の数量モデルは,「採用品目シミュレーション・モデル」(Item Adoption Simulating Model)と名づけた,生産指数における採用品目の設定が,生産指数に与える影響をシミュレートするモデルである.新製品が登場してすぐに生産指数の採用品目に採用されることはまずなく,ある程度普及してから採用されることになる.新製品が生産指数の採用品目に採用される時点が早ければどうなるのか,遅ければどうなるのかを具体的な品目について検証するモデルである.
アモルファス半導体の結合ゆらぎに関する理論的研究

アモルファス構造は電子・原子凝縮系の準安定状態である点に立ち戻り、アモルファス半導体の結合ゆらぎと電子状態との相関を理論的に計算することを目的として本研究は行われた。構造ゆらぎを規則格子におけるゆらぎに置き換えたモデルを作り、以下の手順で理論解析を行った。原子のs軌道とp軌道との混成から共有結合ができるとの立場から、価電子帯と伝導帯の相関を考慮したtight binding modelを提案し、電子のトランスファー積分tが隣接原子間の距離に比例するとの仮定を行い、ハミルトニアンを厳密に対角化することで、原子の位置が乱雑であるときの電子固有状態の波動関数とエネルギーを厳密に計算し、また光吸収スペクトルを求めた。その結果、以下のことが判明した。乱れの度合いが大きくなると、s-p混成の度合いは減少し、共有結合の切り替えが生じる。バンドギャップはしだいに狭くなるが、隣接したトランスファー積分tの相関を無視した場合にくらべて減少の度合いは少ない。光吸収スペクトルに特徴的なピークが出現し、それは隣接したトランスファー積分tの相関によって生じる電子状態の局在化に対応している。これらの結果は、日本物理学会およびアメリカ材料学会(MRS)において口答発表を行った。主要な結果はMRS Proc vol.588に論文として掲載予定である。また、詳しい結果はfull paperとして現在まとめているところである。今後は、さらに、局所電子状態密度と各ボンドの強さから決まる原子に働く有効力を自己無撞着に定めることを行いたい。それによって、結合のゆらぎとダングリングボンドなどの欠陥との間の定性的・定量的区別が明確になり、アモルファス構造の安定性を一段と深い立場で理解できるようになる。アモルファス半導体における乱れの効果についての理論研究は、乱れを外部パラメーターと見なす観点からの研究がほとんどであった。しかし、乱れ(結合のゆらぎ)の度合は決して外部パラメーターではなく、電子・原子系の複雑な相互作用の結果、定まるものである。また、アモルファス半導体の光吸収スペクトルには、低エネルギー側に指数関数的な裾を引くUrbach則が現われる。この傾きの度合が半導体の種類に依らず、ほぼ同じ値であることは、何か普遍的なアモルファス構造というもの存在を示唆している。そこで、アモルファス構造は電子・原子凝縮系の準安定状態である点に立ち戻って、アモルファス半導体の結合ゆらぎと電子状態との相関を理論的に計算し、乱れの度合を自己無撞着に定めることを目的に、シミュレーションを行った。今年度は第一段階として、電子状態がs-p混成軌道であることと、原子間隔の揺らぎをtransfer energyの乱れ(非対角randomness)として取り入れたtight binding modelを用いて、1001000個ほどの原子から構成される系に対して、エネルギー状態密度と光吸収スペクトルをHamiltonianを対角化する方法で数値計算により求めた。光吸収スペクトルは、エネルギーバンド端にピークをもち、低エネルギー側にUrbach的な裾をひく。これらの良く知られた振る舞い以外に、価電子帯と伝導帯のそれぞれのバンドの中心附近にδ関数的なピークが現れ、乱れの増加とともに高くなっていくことが判明した。構造ゆらぎを規則挌子におけるゆらぎに置き換えたモデルを作り、以下の手順で理解解析を行なった。

原子のs軌道とp軌道との混成から共有結合ができるとの立場から、価電子帯と伝導帯の相関を考慮したtigh binding modelを提案し、電子のトランスファー積分tが隣接原子間の距離に比例するとの仮定を行い、ハミルトニアンを厳密に対角化することで、原子の位置が乱雑であるときの電子固有状態の波動関数とエネルギーを厳密に計算し、また光吸収スペクトルを求めた。その結果、以下のことが判明した。乱れの度合いが大きくなると、s-p混成の度合いは減少し、共有結合の切り替えが生じる。バンドギャップはしだいに狭くなるが、隣接したトランスファー積分tの相関を無視した場合に比べて減少の度合いは少ない。光吸収スペクトル特徴的なピークが出現し、それは隣接したトランスファー積分tの相間によって生じる電子状態の局在化に対応している。これらの結果は、日本物理学会およびアメリカ材料学会(MRS)において口頭発表を行った。主要な結果はMRS Proc vol.588に論文として掲載予定である。また、詳しい結果はfull paperとして現在まとめているところである。今後は、さらに、局所電子状態密度と各ボンドの強さから決まる原子に働く有効力を自己無撞着に定めることを行いたい。それによって、結合のゆらぎとダングリングボンドなどの欠陥とのあいだの定性的・定量的区別が明確になり、アモルファス構造の安定性を一段と深い立場で理解できるようになる。