hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳磁図と近赤外線分光法を用いた顔認知発達の神経基盤の解明：人種効果を用いて

本研究では、近赤外線分光法(NIRS)と脳磁図(MEG)を用いて乳児・幼児・学童・成人の脳活動を計測することで、顔認知能力の素地が発現する乳児期から複雑かつ洗練された顔認知能力を有する成人期までの顔認知能力の発達の神経基盤を明らかにすることを目的とする。特に、ヒトの顔認知能力の発達が乳児期から10歳頃まで持続することを示す現象の1つである「顔の人種効果(other-race effect)」に焦点を当て、顔認知能力の長期的な発達と脳機能の発達との関係を解明する。平成27年度は、平成26年度から継続して、中央大学にて顔処理の発達的な変化をより経時的にとらえるため、生後59ヶ月の5ヶ月齢の乳児のデータを取得した。取得した乳児データについては、乳児NIRS研究で長く用いられてきたZ値算出による方法と、NIRS-SPMによる分析の両方を適用している。昨年度に実施していた研究は英文論文にまとめ、国際学術誌に投稿・修正中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,近赤外線分光法(MRS)と脳磁図(MEG)を用いて乳児・幼児・学童・成人の脳活動を計測することで,顔認知能力の素地が発現する乳児期から複雑かつ洗練された顔認知能力を有する成人期までの顔認知能力の発達の神経基盤を明らかにすることを目的とする。特に,ヒトの顔認知能力の発達が乳児期から10歳頃まで持続することを示す現象の1つである「顔の人種効果(other-race effect)」に焦点を当て,顔認知能力の長期的な発達と脳機能の発達との関係を解明する。平成25年度は、研究内容1および2に用いる顔刺激の作成および、顔刺激の魅力(attractiveness)と示差性(distinctiveness)を統制するため成人を対象とした評定実験を実施した。また、中央大学にて、生後5ヶ月児・9ヶ月児を対象に自人種顔と他人種顔に対する脳活動を計測する近赤外分光法(NIRS)実験を開始した。また、昨年度まで実施していた研究について、英語論文にまとめ投稿を行った。この研究は、顔の内部特徴の変化(例:表情変化)を超えて顔から人物を同定する能力が生後7ヶ月頃に発達することを示すものである。現在この論文は査読・修正中である。本研究では,近赤外線分光法(NIRS)と脳磁図(MEG)を用いて乳児・幼児・学童・成人の脳活動を計測することで,顔認知能力の素地が発現する乳児期から複雑かつ洗練された顔認知能力を有する成人期までの顔認知能力の発達の神経基盤を明らかにすることを目的とする。特に,ヒトの顔認知能力の発達が乳児期から10歳頃まで持続することを示す現象の1つである「顔の人種効果」に焦点を当て,顔認知能力の長期的な発達と脳機能の発達との関係を解明する。平成26年度は、中央大学にて顔処理の発達的な変化をより経時的にとらえるため、生後5ヶ月児・9ヶ月児の2月齢の乳児だけではなく、生後59ヶ月の5ヶ月齢の乳児のデータ取得を開始した。10月にトロント大学に滞在し、共同研究者のKang Lee教授と研究打ち合わせを行い、NIRS-SPMを用いた新たな分析手法を適用することになった。また、以前採用されていた日本学術振興会特別研究員(DC1)時に実施していた研究について、2014年6月にBMC Neuroscience誌(査読あり)に掲載された。平成26年度は、中央大学にて乳児の脳活動計測実験を継続して行っていたがデータ分析変更のため、幼児・成人の計測が終了していないため。本研究は、脳磁図と近赤外線分光法を用い、人種効果という現象から乳児期成人期までの顔認知発達の基盤を検討するものである。平成27年度は、乳児を対象とした近赤外線分光法による脳活動データおよび幼児から成人を対象としたMEGデータの収集を終了する予定である。平成25年度の当初の計画通り、実験に用いる顔刺激の作成および成人を対象とした評定実験を終了し、中央大学にて乳児の脳活動計測実験を開始したことから、おおむね順調に進展している。
パーキンソン病原因遺伝子産物の初期アミロイド形成機構の高精度検出法の開発

本研究では,パーキンソン病(PD)特有のアミロイド斑を構成するタンパク質α-synucleinに着目し,そのアミロイド形成機構の分子レベルでの解析と疾患との関連性の解明を目的とした.特に,脳内情報伝達物質でありパーキンソン病の治療薬の一つでもあるドパミンとα-synucleinとの相互作用を中心に,アミロイド線維形成への影響を蛍光,CD,クロマトグラフィー,核磁気共鳴および質量分析を用いて検討した.その結果,ドパミンはアミロイド線維化に対して抑制効果があることが明らかになった.また,ドパミンの添加によりオリゴマー中間体の形成が促進されることが明らかになった.さらに,ドパミンはα-synucleinと結合し13分子単位で複合体を形成することが確認された.以上の結果から,本研究ではアミロイド線維形成機構とドパミンの影響を示したモデルを提示した.本研究では,パーキンソン病(PD)特有のアミロイド斑を構成するタンパク質α-synucleinに着目し,そのアミロイド形成機構の分子レベルでの解析と疾患との関連性の解明を目的とした.特に,脳内情報伝達物質でありパーキンソン病の治療薬の一つでもあるドパミンとα-synucleinとの相互作用を中心に,アミロイド線維形成への影響を蛍光,CD,クロマトグラフィー,核磁気共鳴および質量分析を用いて検討した.その結果,ドパミンはアミロイド線維化に対して抑制効果があることが明らかになった.また,ドパミンの添加によりオリゴマー中間体の形成が促進されることが明らかになった.さらに,ドパミンはα-synucleinと結合し13分子単位で複合体を形成することが確認された.以上の結果から,本研究ではアミロイド線維形成機構とドパミンの影響を示したモデルを提示した.α-synucleinはin vitroにおいては,ミセルとの相互作用によりN末端から中央部にかけてα-helix構造をとるが,繊維化する事で他のアミロイドタンパク質と同様にβ-sheet構造に変化することが報告されている.一方,速度論的解析から部分的に構造を持つ中間体の存在や原子間力顕微鏡の研究より、微細孔様の構造を持つ線維中間体の形成などの報告があり,アミロイド線維形成過程における中間体の存在が明らかにされた。in vitroでのアミロイド繊維化過程の中間体の存在は,当研究グループの研究結果からも明確であるが,未だその構造的詳細は明らかにされていない.この結果を踏まえて,本研究では初期段階における中間体の構造様式を解明する事で,中間体の存在とPD発症との関連性について明らかにする事を目的とした。昨年度は,NMR法を用いた実験ではKTKEGVモチーフや疎水性領域などの特定のアミノ酸配列がアミロイド化に関わっていることが示唆された.また,DOSY測定においてα-synucleinの拡散係数が約0.3×10^<-9>m^2/secであるという情報を得ることができた.NMR法を用いた実験については試料濃度などの測定条件の改善により,新たな発見が期待できるものと考える.更に,SAXS測定により,α-synucleinのアミロイド線維形成機構における中間体が七量体であるということが示唆され,MALDI-TOFMS及びESI-MSを用いた質量分析により重合体の分布を観測することができた.更に,ESI-MSにおいては中間体の可能性を示した七量体と思われるイオンピークも検出された.七量体がイオン化されたと仮定すれば,中間体として溶媒中に存在している可能性が高い,重合体のイオンピーク強度が低い原因は様々だが,最もソフトなイオン化法であるESI法によって重合体の存在を捉えることができたという結果は,今後の研究に大きく貢献できるものと考える.α-synucleinは,繊維化する事で他のアミロイドタンパク質と同様にβ-sheet構造に変化することが報告されている.一方,速度論的解析から部分的に構造を持つ中間体の存在や原子間力顕微鏡の研究より、微細孔様の構造を持つ線維中間体の形成などの報告があり,アミロイド線維形成過程における中間体の存在が明らかにされた.In vitroでのアミロイド繊維化過程の中間体の存在は,当研究グループの研究結果からも明確であるが,未だその構造的詳細は明らかにされていない.この結果を踏まえて,本研究では初期段階における中間体の構造様式を解明する事で,中間体の存在とPD発症との関連性について明らかにする事を目的とした.昨年度は,ゲル浸透クロマトグラフィーを用いてα-synucleinの質量分布を観察した結果、単量体ピーク以外に2-3量体よりも比較的大きい分子量領域により多くのオリゴマー中間体の分布が検出された.さらにLTQ-Orbitrap FT-MSによるα-synucleinアミロイド化の観察から、8量体が経時的に増化していることが明らかになった.このことからSAXSで観測された69量体のアミロイド化初期段階におけるオリゴマー中間体の1つは、8量体であると示唆された.この8量体ピークは0時間ではほとんど存在せず,72時間あたりまで増加しその後は減少していく.これまでのα-synucleinのアミロイド化におけるオリゴマー中間体の報告は細胞内での結果が殆どで,中間体の構造的特徴を示すものは少ない.今回の結果はアミロイド化中間体の毒性解明に大きく貢献するものと思われる.本研究では,パーキンソン病(PD)特有のアミロイド斑を構成するタンパク質α-synucleinに着目し,そのアミロイド形成機構の分子レベルでの解析と疾患との関連性の解明を目的としている.また,家族性PDの原因遺伝子産物である3種類の点変異体についても解析した.

特に,脳内情報伝達物質でありパーキンソン病の治療薬の一つでもあるドパミンとα-synucleinとの相互作用について解明するため,蛍光,CD,クロマトグラフィー,核磁気共鳴および質量分析を用いて検討した.まず,野生型と点変異型の比較ではアミロイド線維量は点変異により増加した.また,ドパミンはアミロイド線維化に対して抑制効果があることが明らかになった.サイズ排除クロマトグラフィーを用いてアミロイド線維およびその他の重合体(オリゴマー)の存在について解析を行ったところ,ドパミンの添加によりオリゴマーの形成が促進されることが明らかになった.さらに,質量分析の結果からドパミンは野生型および点変異体と結合し13分子単位で複合体を形成することが確認できた.また,NMR法による化学シフトへの影響の解析ではドパミン結合部位はC末端(120-130残基付近)およびN末端(1-10残基付近)が関与している可能性が示唆された.以上の結果から本研究ではアミロイド線維形成機構とドパミンの影響を示したモデルを提示した.アミロイド線維は現在でも神経変性疾患の標的分子として盛んに研究が進められており,本研究において提示したモデルはアミロイド線維形成と疾患との関連性の解明に大いに貢献していると思われる.
寒冷地コンクリート構造物の劣化過程(進展期・加速期・劣化期)と構造性能の評価

本研究は,寒冷地における鉄筋コンクリート(以下, RC)部材を対象とし,その劣化過程(進展期・加速期・劣化期)と構造性能との関係を評価するものである.研究の結果,凍結融解作用はコンクリート中への塩化物イオンの侵入速度を増大させることを確認した.また,曲げを受けるRCはりにおいて,凍結融解作用による引張側コンクリートの劣化および鉄筋の腐食は,耐荷力と剛性を低下させることを明らかにした.そして,凍結融解作用と鉄筋腐食の複合劣化を受けたRCはりの曲げ耐荷力の低下曲線を示した.寒冷地におけるコンクリート構造物は、凍結融解作用による表層劣化と、それに伴う鉄筋腐食を引き起こす可能性が極めて高い環境下にあると言える。しかし、それら凍結融解作用を主要因とした材料劣化の程度が構造性能に及ぼす影響については殆ど明らかにされておらず、性能低下を考慮した合理的な設計、維持管理を実施するまでには至っていない。そこで本研究は、寒冷地における鉄筋コンクリート(以下、RC)構造物を対象とし、その劣化過程(進展期・加速期・劣化期)の材料劣化レベルと構造性能との関係を明らかにするものである。具体的な研究の目的を以下に示す。(1)凍結融解環境下におけるコンクリート中の塩化物イオンの移動モデルの提案(2)寒冷地におけるコンクリート構造物の劣化過程(進展期・加速期・劣化期)と構造性能の評価本研究は,寒冷地における鉄筋コンクリート(以下, RC)部材を対象とし,その劣化過程(進展期・加速期・劣化期)と構造性能との関係を評価するものである.研究の結果,凍結融解作用はコンクリート中への塩化物イオンの侵入速度を増大させることを確認した.また,曲げを受けるRCはりにおいて,凍結融解作用による引張側コンクリートの劣化および鉄筋の腐食は,耐荷力と剛性を低下させることを明らかにした.そして,凍結融解作用と鉄筋腐食の複合劣化を受けたRCはりの曲げ耐荷力の低下曲線を示した.寒冷地におけるコンクリート構造物は,凍結融解作用による表層劣化と,それに伴う鉄筋腐食を引き起こす可能性が極めて高い環境下にあると言える.しかし,それら凍結融解作用を主要因とした材料劣化の程度が構造性能に及ぼす影響については殆ど明らかにされておらず,性能低下を考慮した合理的な設計,維持管理を実施するまでには至っていないそこで本研究は,寒冷地における鉄筋コンクリート(以下,RC)構造物を対象とし,その劣化過程(進展期・加速期・劣化期)の材料劣化レベルと構造性能との関係を明らかにするものである.平成20年度は,コンクリート中への塩化物イオン浸透性に及ぼす凍結融解作用の影響について,実験的に検討を行った.得られた結果の概要を以下に述べる。(1)凍結融解作用を受けるコンクリート表層部の全塩化物イオン濃度は,温度20°Cおよび0°Cの一定条件下におけるそれと比較して,高い値を示す傾向にあることが分かった。これより,凍結融解作用を受けるコンクリート中への塩化物イオンの移動現象は,濃度勾配による拡散に加えて,溶媒の移動も考慮した検討が必要であることを明らかにした.(2)凍結融解作用を受けるコンクリート表層部の全塩化物イオン濃度の増加は,水セメント比が高いものほど,凍結水量の増加に起因した未凍結水の移動や塩化物イオンの濃縮の影響を受け,大きくなる傾向にあることを確認した.(3)材齢初期に乾燥を受けた表層部コンクリートの凍結融解環境下における塩化物イオンの移動現象について考察を加えた.寒冷地におけるコンクリート構造物は,凍結融解作用による表層劣化と,それに伴う鉄筋腐食を引き起こす可能性が極めて高い環境下にあると言える.しかし,それら凍結融解作用を主要因とした材料劣化の程度が構造性能に及ぼす影響については殆ど明らかにされておらず,性能低下を考慮した合理的な設計,維持管理を実施するまでには至っていない.そこで本研究は,寒冷地における鉄筋コンクリート(以下,RC)構造物を対象とし,その劣化過程(進展期・加速期・劣化期)の材料劣化レベルと構造性能との関係を明らかにするものである.平成21年度は,引張鉄筋を腐食させたRC供試体の曲げ耐荷性能や凍結融解作用がコンクリート中への塩化物イオンの浸透に及ぼす影響について検討した。得られた結果の概要を以下に述べる.(1) RCはりの初期剛性については,健全供試体および目標腐食量を10%とした塩害供試体ともに大きな変化は確認されなかった.(2)引張鉄筋の目標腐食量を10%とした塩害供試体の降伏荷重および最大荷重は,健全供試体と比較して10%程度低下する傾向にあることが分かった.(3)目標腐食量が10%程度の範囲にある塩害供試体は,健全供試体と比較して最終の破壊形態がほぼ同じであることから,引張鉄筋に沿う腐食ひび割れは,曲げひび割れの誘発に大きく寄与しないものと考えられる.(4)凍結融解作用を受けるコンクリート中の全塩化物イオンの拡散係数は,温度一定条件の場合と同様に,水セメント比が高いものほど,大きな値を示す傾向にあることが認められた.(5)同一の凍結融解サイクル数における塩化物イオン拡散係数は,温度一定条件よりも凍結融解サイクルを実施したケースの方が大きい値を示す傾向にあることが把握された.平成22年度は,凍結融解作用による表層劣化を生じたコンクリート構造物の構造性能[進展期],表層劣化と鉄筋腐食の複合劣化を生じたコンクリート構造物の構造性能[加速期・劣化期]を評価した,これらは,RCはりの曲げ載荷試験により検討した.得られた結果の概要を以下に述べる.

(1)引張側におけるスケーリング量の増加に伴い,最大荷重が低下することが確認された.電食を実施していないものにおいて,スケーリングが1kg/m^2程度では約10%,10kg/m^2程度以上で約3050%程度最大荷重が低下することが確認された.鉄筋が腐食したRCはりについても,スケーリング量の増加に伴い,最大荷重が低下する傾向を示すことが認められた.(2)RCはりのスケーリング量の違いによらず,腐食減少率の増加に伴い,最大荷重が低下することが把握された.スケーリングが生じていないRCはりにおいて,腐食減少率が10%程度で約10%,腐食減少率40%程度以上で約30%程度,最大荷重が低下することが確認された.スケーリングが生じたRCはりにおける最大荷重と腐食減少率の関係は,スケーリングが生じていない場合と同様に,腐食減少率の増加に伴い,低い最大荷重を示すことが明らかとなった.凍結融解作用によるコンクリートの劣化が大きいものほど,鉄筋腐食による最大荷重の低下が大きいことが確認された.(3)スケーリング量が1kg/m^2程度の際の曲げ剛性は,スケーリングが発生していないものと同等であるものの,スケーリングが10kg/m^2程度以上生じたものは,5570%程度曲げ剛性が低下することが確認された.これは,凍結融解作用によりコンクリートと鉄筋の付着強度が低下したことや圧縮側コンクリートの劣化によるものと考えられる.(4)凍結融解作用によるコンクリートの劣化を受けた供試体は,鉄筋腐食の増大に伴い,曲げ剛性も低下する傾向を示すことが明らかにされた.平成23年度は,曲げを受ける鉄筋コンクリート部材の材料劣化レベルと構造性能との関係モデル(曲線)を整理した.また,コンクリートの凍害が鉄筋の付着強度特性に及ぼす影響についても実験的に考察を加えた.さらに,寒冷地にある実橋梁の耐久性調査を実施した。得られた結果の概要を以下に述べる.(1)塩化物環境下において凍結融解作用を受けたコンクリートは,健全な供試体に比べ最大付着応力が低下した.さらに,凍結融解作用を受けたRC供試体は,健全供試体と比較し同一の付着応力におけるすべり量にも大きくなる傾向にある.また,凍結融解を受けたRC供試体のかぶり厚さの違いに着目すると,最大付着強度の差は,ほとんど見られなかったが,すべり量には差が確認された.(2)厳しい凍害環境下に設置されている橋梁(RC)の耐久性調査を実施した.本調査対象の橋梁は,供用開始後,約55年経過している.その結果,主桁および橋脚では,圧縮強度に比例して静弾性係数も増加しているが床版では圧縮強度が高いにも関わらず静弾性係数が低い値を示すことが把握された.また別途測定した,超音波伝播速度の結果より床版コンクリート表層部においてが低い値を示すことが確認されたことから,床版表層部においてひび割れが多く発生していた可能性があると考えられる.(3)橋脚では表層部において塩化物イオンが浸透している事が確認できた.床版から雨により流れてきた凍結防止剤による塩化物イオンが浸透したと考えられる。床版表層上部では,冬季に散布された凍結防止剤が雨や雪などで解け浸透していったと考えられる.また,床版下部の表面においても塩化物イオンの浸透が確認された.これは主として,車両の交通により巻き上げられた凍結防止剤によるものと推察される.(4)床版では,中性化の進行が確認できなかった.
バイオフィルム離脱細菌の解析と治療への応用

我々はバイオフィルムから離脱した黄色ブドウ球菌(離脱細菌)は、好中球による貪食に抵抗性を示すことから高い病原性を保持している可能性を見出した。バイオフィルム内で抗菌剤や宿主の攻撃から逃れていた菌は、遊離後も宿主の防御機構を回避し感染の拡大を引き起こす可能性が考えられるため、バイオフィルムから離脱した菌がどのような性状をもち、病原性を発揮するのかを解析した。バイオフィルム形成前の浮遊細菌に対し、バイオフィルムから離脱した菌では、好中球との共培養3時間後においても、高い生存率を示した。離脱細菌では、菌体表面の細胞外多糖poly-N-acetylglucosamine (PNAG)の発現が高く、PNAG分解酵素Dispersin B処理により好中球に貪食・殺菌されやすくなったことからPNAGの発現が貪食抵抗性の原因であると考えられた。LDHアッセイによる細胞傷害性試験やH2O2殺菌作用に対する感受性に差はみられなかった。RT-PCR,レクチンブロット法によりPNAG発現解析を行ったところ、細菌はバイオフィルム内で時間とともに発現を増加させており、離脱細菌は菌体表面にPNAGを多く保持したまま遊離してくると考えられた。また離脱細菌は、付着力が強く血清コート・非コート下でのポリスチレン付着能やバイオフィルム形成能が高かった。マウス感染モデルにおいて、バイオフィルム離脱細菌の投与群では、血中菌数、臓器内菌数が高い傾向にあり、マウス生存率は50%に低下したが、浮遊細菌やPNAG欠失変異株の投与群では、マウスの死亡はみられなかった以上より、細菌はバイオフィルムの構造体の中で守られているだけでなく、そこから遊離すると、好中球による貪食を回避し、感染の拡大・悪化を引き起こす可能性が示唆された。バイオフィルム離脱細菌の性状を明らかにするため、以下の項目について解析を行った。1好中球貪食抵抗性の解析については、菌体表面に多糖PNAGを多く発現することによって好中球による貪食抵抗性を示すことが明らかとなった。2in vitro病原性解析については、好中球に対する細胞傷害性やH2O2による殺菌作用に差は見られなかったが、付着力が高いことが明らかとなった。PNAGは抗菌ペプチドによる殺菌抵抗性に寄与すると報告されていることから、今後解析を行っていく。3in vivo病原性の解析については、マウス感染モデルにおいて高い病原性を有することを明らかにした。4網羅的発現解析については、二次元電気泳動解析について予備検討を行っており、今後さらに解析を行っていく。以上より、概ね計画通り実験は進行していると判断した。マウス感染実験においてバイオフィルム離脱細菌は、高い病原性を発揮したことから、今後は、離脱細菌に対する治療法の検討を行っていく。バイオフィルム内の細菌は抗菌剤に抵抗性があることが報告されているが、離脱細菌では不明であるため各種の抗菌剤を用いて、その有効性(殺菌濃度、時間)を解析する。また二次元電気泳動などの網羅的発現解析をさらに進め、離脱細菌で特徴的な発現因子から殺菌のための標的(代謝やストレス関連因子など)を見出し、それらに対して有効な物質を既知の報告などから探索し、in vitroで有効性を検討する。また離脱細菌で発現が見られる表面抗原などを標的とした抗体療法の可能性についても検討を行う。

3in vivo病原性の解析については、マウス感染モデルにおいて高い病原性を有することを明らかにした。4網羅的発現解析については、二次元電気泳動解析について予備検討を行っており、今後さらに解析を行っていく。以上より、概ね計画通り実験は進行していると判断した。マウス感染実験においてバイオフィルム離脱細菌は、高い病原性を発揮したことから、今後は、離脱細菌に対する治療法の検討を行っていく。バイオフィルム内の細菌は抗菌剤に抵抗性があることが報告されているが、離脱細菌では不明であるため各種の抗菌剤を用いて、その有効性(殺菌濃度、時間)を解析する。また二次元電気泳動などの網羅的発現解析をさらに進め、離脱細菌で特徴的な発現因子から殺菌のための標的(代謝やストレス関連因子など)を見出し、それらに対して有効な物質を既知の報告などから探索し、in vitroで有効性を検討する。また離脱細菌で発現が見られる表面抗原などを標的とした抗体療法の可能性についても検討を行う。当該年度に予定した網羅的発現解析(委託)を次年度に行うことになったため、今後使用する。
深海性有殻動物の比較生物学的研究

深海・半深海および隠生的環境に生息する有殻(化石に残る)無脊椎動物(二枚貝類・腹足類・頭足類・貝形虫・ウミユリ)形態・生態を互いに協力して比較生物学的に研究し,多くの新知見が得られた(論文22篇・口頭発表20)。速水・加瀬は琉球列島の伊江島・下地島の海底洞窟に研究目的に沿う軟体動物資料が豊富に存在することをつきとめ,ダイバ-の協力を得てその多様性と特性を明らかにした。この動物群は“生きている化石"とみられるアマガイモドキやピクノドンテのほか,驚くほど深海の動物群に類似する多数の属種を含む。また,幼形進化やK戦略(巨大な第1原殻から推定できる)を示す種の割合が非常に多く,これらの要因について進化生態学的考察を進めている。この知見は,単に局地的な動物群の多様性の解明にとどまらず,進化生物学の普遍的な理論やモデルを検証する上に重要な手がかりを与えるものである。そのほか,速水はツキヒガイなどの遊泳性二枚貝の殻の機能を理解するために,工学部の船型水槽を使って流体力学実験を行い,翼としての機能を高める方向に進化が起こっていることを確かめて公表した。棚部はシラスナガイ科の二枚貝の初期発生と幼生生態について研究結果を公表し,アンモナイト類の初期発生を検討し,多くの新知見を得た。阿部は貝形虫の行動様式(特に交尾行動)をVTRを使用して観察し,付属肢の機能形態を明らかにするなど,行動生態学の古生物学への導入を目ざす研究を行った。大路は中新世ウミユリ類を記載して生物地理的検討を加えたほか,現生ウミユリを飼育し,生態・機能形態について多くの新知見を得た。代表者・分担者はそれぞれ別個の無脊椎動物の分類群を研究の対象とするが、いずれも化石動物の進化を理解することを目的とし、互いに協力して野外および室内作業を行い、次の結果を得た。1.中性代以降、浅海-半深海に生息するイタヤガイ上科二枚貝のいくつかのグル-プに水平飛行する適応戦略が平行的に発達したと考えられる。これらの現生標本・化石模型の流体力学的特性を工学部の船型水槽を使って実験的に求め、殻の翼性能の進化を考察した。2.半深海に生息するワタゾコツキヒガイ科のモノグラフを作成するために、環太平洋各地の現在、化石資料につき進化分類学的検討を行った(研究続行中)。3.軟体動物の浮遊幼生が遺伝子拡散・生物地理に果す役割を評価するため、浅海-半深海性の二枚貝数種の初期発生を走査型電子顕微鏡を用いて明らかにした。4.オウムガイおよびアンモナイトの初期発生について比較生物学的検討を進めた。5.貝形虫の一種の交尾行動をビデオ装置を使って解析し、雄の個体に見られる第1胸肢が肥大する意味を解釈した。6.ウミユリの生態と生活史を明らかにするため、小笠原諸島沖で、「しんかい2000」による潜水観察を行うとともに、駿河湾で3回にわたり標本採集と飼育観察を行った。7.沖縄の浅海の海底洞窟に「生きた化石」の好例となる腹足類および二枚貝を含む興味深い動物群が発見された。このことは、特に深海でなくても、特殊な環境には原始的形態をとどめる遺存種の生存が期待できることを示し、進化古生物学上重要である(研究続行中)。1.速水は,前年度より行ってきた流体力学的実験による遊泳性イタヤガイ類の殻の翼性能の進化に関する研究結果をまとめて国際誌に投稿し,受理された。2.加瀬

および速水は,平成2年10月に沖縄伊江島の海底洞窟に生息する軟体動物群の調査を行った。この動物群は多くが新種で,“生きている化石"とみられる属,従来深海にしか知られていなかった属,著しい幼形進化を示す種を数多く含み,驚くべき内容をもつ。その分類および進化学的意義を共同で考究しつつある。3.速水は上記の洞窟の資料も含めて,西太平洋地域の現生および化石ワタゾコツキヒガイ科の自然史について総合的研究を進めつつある。4.速水および大路は本研究に関連して,平成2年11ー12月の海洋研究所淡青丸の90ー17航海で,紀伊半島東部沖で底生生物の生態調査と採集を行った。5.棚部は,シラスナガイ科などの二枚貝の初期発生と幼生生態を研究して結果を公表するとともに,ジユラ紀前期の酸欠事変を暗示する動物群と層相,および白亜紀アンモナイトのサブプリオノサイクルスの変異と進化様式をそれぞれ国際学会で発表した。6.阿部は介形虫の行動様式(特に交尾行動)をVTRを使用して観察し,付属肢の機能形態学的研究を行った。7.大路は,日本産の中新世ウミユリ化石を記載して生物地理学的意義を考察するとともに,現生ウミユリのトリノアシを長期にわたって飼育して,生態・機能・自切・再生能力などについて多くの新知見を得た。深海・半深海および隠生的環境に生息する有殻無脊椎動物の分布・機能形態・生態・行動などを調査し,以下の成果を得た。1.速水・加瀬は8月に琉球の海底洞窟の軟体動物群の調査を行ない,その多様性と隠生動物群としての特性を明らかにした。その概要は6月に日本古生物学会例会,7月に米国で行われた国際二枚貝シンポジウムで発表したほか,新たに得られた特異なカキが白亜紀に栄えたピクノドンテ属の遺存種であることをつきとめ,知見をまとめて投稿した。2.両名は海底洞窟の軟体動物群に共通する形態・発生上の特徴(幼形進化と巨大な第1原殻から推定されるKー戰略)を解析し,その要因を考察した(近く概要をまとめて投稿する予定。)3.速水は,先に行った流体力学実験にもどづいた遊泳性二枚貝(ツキヒガイ類)の翼性能を高める方向の形態進化に関する論文を公表した。4.棚部は在米中にゴニアタイト類の初期発生に関する研究を行ない,本年1月の日本古生物学会で発表した。また,ジュラ紀の酸欠環境の動物群に関する論文を公表し,白亜紀アンモナイトのサブプリオノサイクルスと現生オウムガイについても研究結果をまとめて投稿中である。5.阿部はビデオ観察による貝形虫の交尾行動に関する知見をまとめて公表したほか,ウミホタル類についても観察を行った。6.大路は,現生ウミユリを長期にわたって飼育し,その生熊・機能形態・自切・再生に関して多くの新知見を得た。これらの研究は相互の協力のもとに行なわれ,いずれも古生物の理解を高める上に有用な知見となる。特に初期発生と行動生態の研究の重要性が認識された。
植物プランクトンに由来するヒドロキシルアミンの生成・放出に関する研究

ヒドロキシルアミン(NH2OH)は、微生物代謝に係る重要化学種(硝化プロセス及び硝酸還元プロセスの中間体、並びにAnammox反応の中間体)であるが、申請者らは、フィールド調査により、表層水(0m及び1m)で高濃度のNH2OHを検出し、さらに室内培養実験により、藍藻ミクロキスティスがそのNH2OHの生成・放出に関与していることを示唆する結果を得た。そこで本研究では、1植物プランクトンの種類によってNH2OHの生成能が異なるかどうか、2バクテリア(硝化細菌・脱窒細菌)の関与の有無はどうか、の2点に力点をおき、有光層における興味深い現象の実態解明に向けて検討を進める。
酸化ストレス応答を指標とした、マツ・マツノザイセンチュウ・細菌の間に見られる攻防

世界の森林生態系に大きな影響を与え続けるマツ枯れ病は、マツノザイセンチュウが種病原体であり、各地域のMonochamus属カミキリがベクターとなって病気を蔓延させている。本研究では、マツ枯れ病環境下におけるマイクロバイオームの多様性を示すだけでなく、植物における病原体感染時の初期防衛反応である酸化ストレス応答に注目しながら、細菌の有するユニークな生態学的機能を分子遺伝学的に示すことができた。宿主マツに感染したマツノザイセンチュウは、マツの初期防衛反応である酸化バーストに打ち勝つことで病原性を発揮できる。本研究では、マツ材線虫病の病原体であるマツノザイセンチュウと宿主マツ、さらにマツノザイセンチュウと共生関係にある細菌を加えることで、3者間で繰り広げられる寄生・共生関係のバランスを「酸化ストレス応答」をとおして解析した。線虫随伴細菌としてSerratia marcescensPWN146を選び、GFP標識をおこなったのち宿主植物細胞内への侵入有無、侵入した際の局在性について、共焦点顕微鏡を用いて調べた。植物細胞間に局在し、根毛成長促進作用があったことが今回の発見である。また、マツノザイセンチュウとともに細菌PWN146をマツ苗に接種することで、マツノザイセンチュウ単独接種したときと比較して、マツ枯れ病を促進することも示せた。つぎに、細菌PWN146のゲノムを調べたところ、病原体侵入に対する植物の防衛反応である酸化バーストに抵抗するための、酸化ストレス抵抗性遺伝子や、薬剤耐性遺伝子等が多く存在した。Type I、II、IV、V、VI分泌システムをはじめSec-SRP、Tat (Twin-arginine translocation)が備わっているが、植物病原性細菌に特徴的なType IIIはなかった。12か所のギャップがあり、おそらくゲノム中のリピート配列が集中しているもしくは巨大プラスミドが存在してコンティグの接続を困難にしていると思われるが、上述のように生態特性を把握するための重要遺伝子の存在が確認できた。細菌PWN146のゲノム解析により明らかとなった、酸化ストレス抵抗性遺伝子を選び、遺伝子ノックアウト株の作成をおこなった。植物には病原体の感染に対抗するための初期防衛反応として酸化バーストが重要であり、各種活性酸素種を生産することが知られている。マツノザイセンチュウに感染したマツも活性酸素種を大量に生産し、生態防衛を行っていることが知られており、またマツノザイセンチュウ側からも酸化ストレス応答分子・解毒代謝酵素等が分泌されているデータを得ていた。本研究室の研究により、病原性の異なるマツノザイセンチュウ系統は、酸化バーストにおいて主要分子である過酸化水素水に対する抵抗性が異なることを発見し、カタラーゼ遺伝子発現で説明がつくことを発見した。すなわち、病原性の高いマツノザイセンチュウ系統は、非常に多くのカタラーゼを発現することができ、過酸化水素水に対する抵抗性が高いことがわかった。また、マツノザイセンチュウ随伴細菌のなかには、カタラーゼ活性が高く、酸化ストレス抵抗性も高いこと、さらにマツノザイセンチュウ表面に随伴することで、マツノザイセンチュウの酸化ストレス抵抗性を付与することも見出しており、ゲノム解析および逆遺伝学的解析によりその分子機構を解明することができた。マツノザイセンチュウ随伴細菌の1種Serratia sp. LCN16のゲノム解析の結果、ゲノムサイズは5.09 Mbpであり、予測遺伝子数は4,804遺伝子であった。遺伝子構成を見て、植物内生細菌の特徴を備えていたこと、酸化ストレス抵抗性遺伝子が揃っていたことが大きな特徴であり、本細菌の生態的特徴を反映しているといえる。また、カタラーゼ酵素をコードするKatA遺伝子、およびその転写因子であるoxtR遺伝子をノックアウトさせると、随伴細菌としての特徴が欠失してしまうことが分かった。以上のことから、本細菌が有する酸化ストレス抵抗性に関する特徴の分子メカニズムを明らかにすることができ。現在論文投稿中である。「ゲノム解析(Genomics)」と「遺伝学解析(Genetics)」を組み合わせたマツ枯れ病関連細菌の機能解析ができたことはまさに当初計画していたとおりの結果であり、当該分野における大きな進展であったと自信をもっていえる。接種試験に関しては、条件設定の難しさに加え繰り返しの必要性があることから、最終年度に持ち越す必要が出てきたが、チャレンジングな実験こそ多くの収穫が期待できるものであるため、引き続きチャレンジしている。マツ材線虫病の病原体であるマツノザイセンチュウがマツ樹木体内に侵入した瞬間から、線虫と宿主マツとの間で種々の攻防が繰り広げられる。植物における病原体感染時の初期防衛反応として酸化バーストが重要であり、マツノザイセンチュウに感染したマツも活性酸素種を大量に生産して防衛していることが知られていたが、酸化ストレス応答分子・解毒代謝酵素の働きが活発なマツノザイセンチュウ株ほど、植物側の防衛反応をかいくぐる能力が高く、したがって病原性が高いことが分かった。本プロジェクトと並行して進められてきた、マツ枯れ病を取り巻く環境のマイクロバイオームプロジェクトの解析結果から、解毒代謝機構が非常に発達しているマツノザイセンチュウ随伴細菌Serratia sp. LCN16を選抜した。植物内生菌(endophytic bacteria)グループに属すること、酸化ストレス酵素・解毒代謝酵素を多く備えていることがゲノム解析からわかり、植物防衛反応である酸化バーストからマツノザイセンチュウを保護する働きがあることを遺伝学的に示すことができた。最近特に、マイクロバイオームに注目した研究は様々な領域において非常に盛んであり、細菌の多様性だけにとどまらずその機能性への認識がますます高まってきている。

本研究室では、世界の森林生態系に大きな影響を与え続けるマツ枯れ病を、マイクロバイオームを加えた3者間の間で繰り広げられる攻防について酸化ストレス応答から切り込んだ、森林科学としては新しい試みであったといえる。世界の森林生態系に大きな影響を与え続けるマツ枯れ病は、マツノザイセンチュウが種病原体であり、各地域のMonochamus属カミキリがベクターとなって病気を蔓延させている。本研究では、マツ枯れ病環境下におけるマイクロバイオームの多様性を示すだけでなく、植物における病原体感染時の初期防衛反応である酸化ストレス応答に注目しながら、細菌の有するユニークな生態学的機能を分子遺伝学的に示すことができた。本研究でメインに取り扱う細菌Serratiaのゲノム解析が順調に進められたことから、酸化ストレス応答関連遺伝子の存在を把握することができたのは大きな収穫である。また、多剤耐性でもあり組み換え体作製が非常に困難な本種であっても、その手法を確立することができた。このことにより、トランスポゾンTn5を用いた順遺伝学解析よりも、遺伝子を狙って破壊する逆遺伝学的解析が大きく進展できた。本申請研究のまとめの年度であり、1マツ枯れ病における細菌の役割について、マツ苗を使った感染実験で示し、2植物、マツノザイセンチュウ、および細菌の酸化ストレス応答の遺伝子動態について、遺伝子発現解析から把握し、3細菌の役割の分子メカニズムについて、変異体を用いた遺伝学的解析から示すことを完成させる。2および3の実験は前年度で完成させており、データをまとめて論文投稿中である。1については、感染させる細菌変異体やマツノザイセンチュウ系統の組み合わせを変えながら、引き続き実験を繰り返し再現性あるデータの取得を目指している。本研究の最終テーマである、マツノザイセンチュウと宿主マツ、さらにマツノザイセンチュウと共生関係にある細菌の3者間で繰り広げられる、寄生・共生関係のバランスを「酸化ストレス応答」をとおして説明することができるようになる。森林科学10kbリードが可能なPacBio解析を進め、細菌S. marcescensPWN146のゲノムギャップを埋めた完全配列を目指す。マツノザイセンチュウや植物との相互作用に関するデータを加え、平成27年度中には本随伴細菌のゲノム解析結果の論文を発表することができるはずである。また、抗酸化酵素の発現制御に関わると予測される転写因子のノックアウト株が取得できたため、性質(酸化ストレス耐性能、バイオフィルム形成能、線虫表面接着能等)を調べ、抗酸化酵素遺伝子発現が無いことをRT-PCRで調べる。続けて抗酸化酵素遺伝子のノックアウト株も作成する。そしてノックアウト株の病原性促進効果が欠落したかどうかを、マツ実生苗を使った感染実験によって調べる。2016年2月に投稿して年度中に採択されると考えていた論文投稿代(BMC Genomics)、および3月中に注文した物品があり、これらの合計が次年度使用額に相当する。
活性化オンコジーンを導入したトランスジェニックマウスによる個体発癌の研究

1.研究の目的本研究は、ヒトのプロト型および活性型オンコジーン導入トランスジェニックマウスによる個体発癌の解析を目的とする。2.研究の成果ヒトHーras遺伝子導入トランスジェニックマウス3系統を確立したところ、これらすべての系統から高頻度に血管内皮腫が発生した。そこで、癌化した細胞からDNAを抽出し、PCR法でコドン12番および61番を含む塩基配列をそれぞれ増幅した後、それぞれのコドンに1塩基変異をもつオリゴヌクレチオド(19塩基対)プローブでハイブリダイゼイションを行ない導入遺伝子の活性化を調べた。その結果、すべての血管内皮腫で61番目のコドンがCAGからCTGに変異していることが見出された。一方、正常細胞には、変異は見出されず、マウスのHーrasにも、腫瘍と正常とを問はず変異は見出されなかった。ヒトHーras遺伝子導入トランスジェニックマウスは、血管内皮腫の他に、皮膚乳頭腫、リンパ腫、肺および副涙腺腺腫を発症する。このうち、4例中2例の皮膚乳頭腫で12番目のコドンGGCがGTCに変異していることが確認された。次に、アルキル化剤であるメチルニトロソウレアを腹腔内に1回投与したところ、約2週間後から皮膚乳頭腫および前胃乳頭腫が発生し、すべての乳頭腫において、導入遺伝子ヒトHーrasの第12番コドンに変異を認めた。しかし、第61番コドンおよびマウスHーras遺伝子には何ら変異が認められなかった。以上のことから、ヒトHーras遺伝子は点突然変異を起して活性化すると、その活性化の種類によって組織特異的発癌を促すことが示唆された。今後は、発癌のメカニズムについて検討を加えたい。
PQQおよびTOPAに対するモノクローナル抗体の作製とその応用

PQQは微生物由来の酸化還元酵素の補酵素であるが,近年マウスでPQQ欠乏症が観察されたり,PQQに抗白内障活性が示されるなど,その生理作用,薬理作用に関する研究も盛んになってきている。一方,一昨年PQQと思われていたものがTOPAであったという報告が出され,PQQ研究はその本態に関しても論争の的となっているのが現状である。本研究はPQQ,TOPAに対するモノクローナル抗体を作製し,これを用いてPQQ研究に免疫学的手法を導入し,解析することを目的とした。PQQをカコ貝ヘモシアニンにハプテン化し,これを抗原として免疫したマウスの脾臓細胞と骨髄腫細胞を融合させ,常法に従い2つのIgGと3つのIgMモノクローナル抗体を得た。競合酵素抗体法においての遊離のPQQで阻害のかかった前者に関しては,各種抗原類似体に対する結合能を解析し特異性を明らかにした。また,親和性の高いIgGを用いた競合酵素抗体法により,20nM2μMのPQQの微量定量が可能となった。一方,これらの5つの抗体を用いて酵素活性の中和,ウエスタンブロッティングによる解析を行い,共有結合的にPQQを持っていると報告されているモノアミン酸化酵素やアミン脱水素酵素の補欠分子の解析を行ったが,これらの酵素がPQQを持っているという証拠は得られなかった。TOPAに関しては特異的な抗体が得られなかった。今後さらに定量法を高感度化し,各種食品,生体試料中のPQQを定量する予定である。
多視点画像情報の高度利用に基づく運転支援システムの開発

研究実施計画に従って研究を遂行し,以下の成果を得た.2.HIRシステムの一例として,2次元射影変換と車の高さ推定を組み合わせた任意視点映像生成アルゴリズムを開発し,任意の視点からの交差点俯瞰画像を生成する「鳥瞰図生成システム」を構築した.実物の1/24スケールのジオラマを用いた実験を行い160x120の画像サイズで毎秒10フレームの速度で鳥瞰図を生成することに成功した.3.交差点右折時に対向右折車が障害となって生じる死角を解消するため,対向車両や路上に取り付けたカメラの映像を運転者にわかりやすく提示をする手法を検討し,ジオラマ上で有効性を確認した.4.上記1-3で開発したアルゴリズムの実証実験を行うため,実験車両を構築した.自車両としてPCを5台とカメラ3台,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載したものを,対向右折車として,PC,カメラ,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載した実験車両を構築した.また,インフラ側カメラとして,交差。点の信号機にカメラおよびPCを設置した.5.実験車両を用いて交差点右折時における運転者補助画像をリアルタイムに生成し,自車両の車載モニターに提示するシステムを構築し,実環境下で評価した.その結果,死角となっている対向直進車の存在を運転者が正しく認識することができることを確認した.6.以上の結果を総合し,多視点画像情報の統合利用が運転支援に有効であるとの結論を得た.研究実施計画に従って研究を遂行し,以下の成果を得た.2.HIRシステムの一例として,2次元射影変換と車の高さ推定を組み合わせた任意視点映像生成アルゴリズムを開発し,任意の視点からの交差点俯瞰画像を生成する「鳥瞰図生成システム」を構築した.実物の1/24スケールのジオラマを用いた実験を行い160x120の画像サイズで毎秒10フレームの速度で鳥瞰図を生成することに成功した.3.交差点右折時に対向右折車が障害となって生じる死角を解消するため,対向車両や路上に取り付けたカメラの映像を運転者にわかりやすく提示をする手法を検討し,ジオラマ上で有効性を確認した.4.上記1-3で開発したアルゴリズムの実証実験を行うため,実験車両を構築した.自車両としてPCを5台とカメラ3台,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載したものを,対向右折車として,PC,カメラ,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載した実験車両を構築した.また,インフラ側カメラとして,交差。点の信号機にカメラおよびPCを設置した.5.実験車両を用いて交差点右折時における運転者補助画像をリアルタイムに生成し,自車両の車載モニターに提示するシステムを構築し,実環境下で評価した.その結果,死角となっている対向直進車の存在を運転者が正しく認識することができることを確認した.6.以上の結果を総合し,多視点画像情報の統合利用が運転支援に有効であるとの結論を得た.研究実施計画に従って研究を遂行し,これまでに以下の結果を得た.1.小型のCCDカメラとPCクラスタを用いて,16台分の映像情報をリアルタイムで取得・処理するシステムを構築した.2.交差点,駐車場等からなる交通環境の1/24ジオラマを構築し,それを用いて道路上の定点カメラや各車両に搭載された車載カメラを擬似的に実現し,様々な視点からの実写映像情報を取得,蓄積した.4.HIRシステムの一例として,2次元射影変換と車の高さ推定を組み合わせた任意視点映像生成アルゴリズムを開発し,任意の視点からの交差点俯瞰画像を生成する「鳥瞰図生成システム」を構築した.5.鳥瞰図生成システムにおいて,PCクラスタでの映像取得のタイミング制御,各PC間での通信制御,処理のスケジューリングについて研究し,システムの高速化を実現した.160x120の画像サイズで毎秒10フレームの速度で鳥瞰図を生成することに成功した.6.交差点右折時の運転者補助画像として,対向右折車の後部に取り付けたカメラ情報を処理し,死角となっている対向直進車を抽出し,運転者に呈示するシステムを構築した.7.対向直進車の抽出法として,信号機に取り付けたインフラカメラ画像と対向右折車の後部に取り付けたカメラ画像のそれぞれについて,背景差分法,2フレーム間差分法,3フレーム間差分法の3種類の方法を検討し,主観評価実験による比較を行った.その結果,対向右折車の後部に取り付けたカメラ画像の方がMOS値で2程度高く,呈示する動画像の速度を上げるより抽出精度を高くする方がMOS値が高くなる傾向があることが分かった.研究実施計画に従って研究を遂行した.前年度はPCクラスタを用いた16眼リアルタイム映像取得システムを構築した.今年度はこれをさらに発展させ,実際の交差点右折時において,対向右折車が障害となって死角となってしまう対向直進車を車両や路上に取り付けたカメラで撮影し,その画像から対向直進車を抽出し,運転者にわかりやすく提示する実験を行い,以下の結果を得た.1.実験車両として自車両,対向右折車,対向直進車の3台を使用した.自車両には多数のPC・センサー等の電源を確保するためハイブリット車を用い,PC5台とカメラ3台,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載した実験車を構築した.また対向右折車にはPC,カメラ,GPSセンサー,3軸角度センサーを各1台搭載した.2.インフラ側カメラとして,交差点の信号機にカメラを設置した.

3.カメラの位置・向きを知るために用いた各センサーは,対向右折車後部のカメラの位置・向き情報は無線LANで,また信号機のカメラの位置・向き情報はあらかじめ測定しておいたものを自車両PCに送り,2次元射影変換における並進・回転パラメータをリアルタイムで決定するシステムを構築した.4.対向直進車を対向右折車後部と信号機に設置した無線カメラで撮影し,それらの画像を自車両のPCに取り込み,処理を行った.5.従来の車両抽出法では車両がうまく抽出されない場合があったため,新たにオプティカルフローを用いて車両領域を抽出するアルゴリズムを開発した.6.自車両車載モニターに提示された画像は雑音等を多く含んでいたが,開発したアルゴリズムにより運転者が対向直進車の存在を正しく認識することができる精度で提示することに成功し,多視点画像情報の統合利用が運転支援に有効であることを実証した.
エナンチオ面区別手法の開発とそれを活用する天然物合成

逆電子要請型ヘテロ・ディールス・アルダー反応を分子内で行ないジアステレオ選択性の向上をはかる手法の開拓を検討した。L-酒石酸エチル(1)を基本キラル素子として用い、これよりE-およびZ-配置を持つキラルグリセルアルデヒド(2)および(3)を製し、メルドラム酸と縮合させると同時に逆電子要請型の分子内ヘテロ・ディールス・アルダー反応が起こり、高ジアステレオ選択的に前者からはシス-5/6環糸体(4)が、一方後者からはトランス-5/6環糸体(6)が高収率で得られることを見出した。このことは前駆体中の1個のキラリティーが環化によって形成される新らたな3中心に反映されると同時にジエノフィル配置によって形成される環糸の配置にもさせ得ることを意味する。両付加体は既知法と連結させることによってヘテロヨヒンビン型インドールアルカロイドのすべてのエピマーの形式合成を可能にする変換にも成功したが、さらにより効率的に得られるシス-5/6環化体(4)を共通基質として用いることにより抗ウイルス性を示すセコロガニン型モノテルペンである(一)-methyl elenolate(6)、さらにシスおよびトランス両環糸を持つヘテロヨヒンビン型インドールアルカロイド(一)-tetrahydroalstonine(7)および(一)-ajmalicine(8)の高ジアステレオ選択的な合成手法を確立することができた。
モット半導体物理の構築

本研究課題では、強相関エレクトロニクスヘの展開を念頭に置き、モット絶縁体における半導体物理を構築することを目的とした。具体的にはモット絶縁体中の不純物状態、界面障壁、トランジスタ動作の研究を進め、それらが通常の半導体物理からどのような修正を受けるのかということについて実験的検証を進めた。その結果、以下のような成果を得ることに成功した。1.STM/STSを用いた実空間局所電子状態観察を行い、強相関系特有の磁気・軌道臨界状態にある遷移金属酸化物Sr_3Ru_2O_7を対象として不純物状態および界面状態の考察を進めた。意図的に導入したMn不純物の影響の長さスケールが数nmに及ぶことや表面での電子再構成・強磁性臨界性に由来する低エネルギーでの電子状態密度の異常を発見した。2.有機ゲート薄膜を用いた酸化物トランジスタの構築を考案し、そのペロブスカイト酸化物SrTiO_3への適用を試みた。その結果、低温で世界初の電界誘起金属-絶縁体転移を実現し、その状態において1000cm^2/Vsを凌駕する移動度を達成した。また、磁気抵抗の異方性の評価からSrTiO_3界面において厚さ数nm程度の二次元金属層が生じていることを明らかにした。3.遷移金属酸化物の抵抗変化メモリ効果がNiOやCuOなどの単純な二元系遷移金属酸化物で普遍的に観測されることを見出した。そして、平面型素子の作製、その表面状態の直接観察や電圧電流特性の系統的な評価から、抵抗スイッチングが酸化物バルク領域の伝導フィラメント形成に由来していること、伝導フィラメント-金属電極界面における障壁がメモリ評価を生じていることを実験的に明らかにした。本研究課題は、強相関エレクトロニクスへの展開を視野に入れて、モット半導体(強相関絶縁体)のデバイス基礎学理を構築する事を目的としている。具体的な目標として、強相関電子系中の不純物状態やナノ電子相の直接観察とスペクトロスコピー、モット絶縁体界面の創成とその評価である。1.強相関電子系の不純物周辺の局所電子状態の観測を進めた。磁気的量子臨界点ごく近傍に位置するSr_3Ru_2O_7中にMn不純物を導入し、不純物の姿を原子スケールで捉えることに成功した。さらに不純物周囲の局所電子分光を行い、Mn不純物の700meVの共鳴電子状態やフェルミエネルギー付近におけるMnt_<2g>軌道とRut_<2g>軌道との強い混成状態を観測した。また、不純物の影響の拡がりの長さスケールが数nmからさらにはるかに遠い領域にまで及んでいること見出した。この事実は、強相関効果による遮蔽の抑制と量子臨界性の反映と理解できる。2.典型的な強相関電子系である高温超伝導体Ca_<2-x>Na_xCuO_2Cl_2の局所電子状態観察を進め、チェッカーボード型のナノスケール電子結晶状態を発見した。高温超伝導研究において、最大の謎の一つとされる擬ギャップ相の隠れた秩序として注目を集めている。3.Crドープのモット絶縁体(V_20_3)と従来型半導体、金属の接合を作製し、高温モット絶縁体相において界面にショットキー障壁が形成される事を確認した。この界面障壁を用いたサーミスタデバイスの動作確認を行った。金属状態の接合において電界抵抗スイッチング効果(抵抗メモリー効果:RRAM)を見出した。STM/STSを用いた実空間電子分光から、強相関電子の自己組織化、不純物状態の考察を進めた。Ca_<2-x>Na_xCuO_2Cl_2において電子状態密度の変調ではなく、電子分布をマッピングする方法asymmetry解析を提唱・実践した。