hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビスマス系高温超伝導体における光誘起超伝導相転移ダイナミクスの研究

ビスマス系高温超伝導体における超伝導と擬ギャップの光誘起相転移ダイナミクスを超短パルス光を用いて調査し、1)擬ギャップが自発的対称性破れを伴うこと、2)超伝導ギャップ形成と位相コヒーレンスの関係性、3)擬ギャップ形成ダイナミクスが長距離秩序を持たない局在状態を反映すること、4)アンダードープ領域において超伝導秩序形成における擬ギャップの相関が強まることを明らかにした。本研究ではビスマス系高温超伝導体(Bi2212)の光誘起超伝導相転移ダイナミクスから擬ギャップ(PG)準粒子と超伝導(SC)準粒子の関係性を明らかにすることを目的としている。今年度は(A)PGおよびSCに起因する準粒子ダイナミクスの系統的調査、および(B)SC飽和励起を用いた光誘起相転移(PISC)ダイナミクス観測を行った。項目Aではホール濃度の異なる3つの試料に対して選択的ポンププローブ分光をもとにした解析を行った。準粒子ダイナミクスの温度依存性は、磁化率測定およびトンネル分光で見積もられたホール濃度を反映した特性を示し、ポンプ強度依存性から従来確立したPISCモデル解析の妥当性を確認することができた。また従来研究ではアンダードープ(UD)試料のみの解析であったが、オーバードープ(OD)試料(p=0.21)に対してPG準粒子ダイナミクスを観測し、SC準粒子との相関ダイナミクスを明らかにできた。次年度以降、さらにドープ範囲を拡大した試料に対して調査を行い、PGとSCの系統的な関係性を明らかにする。項目BではSC飽和励起準粒子の時空間ダイナミクス観測に向けた励起強度、偏光、繰り返し周波数の最適化(新規購入のキャビティダンパーを利用)を図り、高感度検出を実現できた。特にSN低下の原因となった表面氷結をクライオスタットチャンバー交換により改善できたため、長時間にわたる測定で安定な測定が可能になった。SC飽和励起下で発現する過渡常伝導相準粒子の時空間ダイナミクス解析へと展開していく。提案した研究計画にもとづき、前年度までに(A)選択的ポンププローブ分光による準粒子ダイナミクスの系統的調査、(C)光誘起相転移の時空間ダイナミクス検出の項目を遂行した。項目Aではホール濃度の異なる3つの試料に対して選択的ポンププローブ分光を行い、その解析にもとづいたPISC観測(項目B)を実現した。その結果、従来確立したPISCモデル解析の妥当性の確認に加え、新たに超伝導相転移温度以上で発現するペアリングダイナミクス(超伝導ゆらぎ)の存在を明らかにした。このダイナミクスはアンダードープ(UD)試料で顕著であり、今後PGとの相関や試料のドープ濃度依存性について解析を進める。さらに今年度の重要な成果として、偏光を組み合わせたPISC観測(項目C)から、対称性破れにもとづくSCとPGの異方的ダイナミクス検出を実現し、その結果をラマン対称性と関連づけることに成功した。PISCの引き起こす対称性破れは、PGの発現する温度以下で生じ、その温度特性とラマン対称性から電荷秩序やストライプ構造と関連付けることができる。また準粒子ダイナミクスを対称性破れと関連づけられたことは、SCとPG準粒子の相関ダイナミクスを明らかにする研究目標に対して大きく前進したと考える。本研究はビスマス系高温超伝導体(Bi2212)の光誘起超伝導相転移ダイナミクスから擬ギャップ(PG)準粒子と超伝導(SC)準粒子の関係性を明らかにすることを目的としている。提案した研究計画にもとづき、前年度は1偏光を組み合わせた光誘起相転移ダイナミクス観測から擬ギャップ転移温度以下で有為な異方性成分の存在、2超伝導相転移温度以上で発現するペアリングダイナミクスを見出した。擬ギャップ領域では、STM/STSを用いた電荷秩序やドメイン構造の存在が明らかにされており、1との関連性が示唆される。以上の知見をもとに、今年度は擬ギャップの起源を明らかにするため以下の2点について研究を進めた。(1)ペアリングダイナミクスと位相コヒーレンスの関係性(2)秩序形成ダイナミクスにおける相関スケール高強度光パルス励起を用いると、瞬時的な相蒸発に伴う秩序形成ダイナミクスが観測されるが、(1)ではペアリングダイナミクスを反映した超伝導準粒子の選択的な相蒸発が確認され、転移温度前後のクーパー対形成時間を正確に見積もることが可能となった。測定結果から振幅と位相コヒーレンスが独立した異なる時間スケールを有していることが示された。さらに(2)では瞬時的な相抑制を通してコヒーレントな擬ギャップ形成ダイナミクスの観測に成功し、系統的な測定結果からBi2212試料において臨界緩和が存在しないこと、すなわち擬ギャップは集団的電子秩序を起源とするのではなくモットギャップ的な局在状態であることが示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。

光物性26年度が最終年度であるため、記入しない。装置の改良により長時間測定が安定化され、系統的なデータが取得できるようになった。また高感度なダイナミクス変化を検出する条件を見出し、今後の測定基盤が整備できた。光誘起相転移ダイナミクスから、対称性破れにもとづく超伝導と擬ギャップ準粒子の異方的ダイナミクス検出を実現し、その結果をラマン対称性と関連づけることに成功した。観測結果は、擬ギャップ形成温度以下の対称性変化を明示しており、電荷秩序やストライプ構造と関連付けることができる。このように準粒子ダイナミクスを対称性破れと関連づけられたことは、SCとPG準粒子の相関ダイナミクスを明らかにする研究目標に対して大きく前進したと考える。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度見出した高感度測定にもとづき、ドープの異なる試料を用いた系統的調査と光誘起相転移の時空間ダイナミクス検出を実現する。対称性破れに起因する光誘起相転移ダイナミクスの理解を踏まえて、本年度は各準粒子に起因する異方的対称性破れ成分の相関ダイナミクス観測、さらに制御パルスを組み合わせた光誘起相転移制御の実現を目指す。擬ギャップ(PG)と超伝導(SC)準粒子の関係性を明らかにするため、特性を大きく変化させた試料に対して系統的調査を実施するとともにSC飽和準粒子に対する時空間ダイナミクス検出を実現する。繰り越しとなった直接経費は年度を跨ぐ国際会議の旅費および関連経費に充てられる。研究遂行上必要となった物品の納期が年度をまたぐため、次年度使用額として計上した。すでに発注を済ませて次年度早々に納入予定であり、研究計画に支障はない。
味蕾細胞分化メカニズムの解明：Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型の枠を越えて味覚機能を制御する転写因子

味蕾は、甘味/うま味/苦味/酸味/塩味(5基本味)の味受容細胞を含む数10100個の細胞が集まった味覚受容器である。味蕾細胞は上皮幹細胞から生み出され、平均すると1014日という短い寿命で次々と置き換わっている(味蕾細胞のターンオーバー)。健康な状態では、味蕾細胞の新生・分化と細胞死がバランスよく進行し、味蕾に含まれる細胞の数と性質はほぼ一定で、正常な味覚機能が保たれる。味蕾のターンオーバーの異常は味覚障害を引き起こすため、その分子機構の解明は味覚障害の予防法や治療法の開発にたいへん重要である。しかし、その詳細は大部分不明のままである。私達は、これまでに味蕾が形成される最も初期の段階(胎生期の味蕾原基)から、成体の味蕾に至るまで、ほぼ全ての味蕾細胞に発現し続ける転写因子(遺伝子発現の調節因子)を明らかにした。本研究では、この転写因子の遺伝子ノックアウトマウスの解析を進めて、味蕾が小さくなっていることを明らかにした。本年度は、発生過程の解析を進めて、味蕾原基の形成には異常は認められず、味蕾細胞のターンオーバーの変化によって味蕾の形態変化が生じていることを明らかにした。また、味覚行動解析によって、苦味に対する忌避に加えて、塩味に対する忌避性の感受性が大きく低下していることを明らかにした。甘味、酸味に対する感受性の低下も確認した。また、舌先端、舌基部、軟口蓋の3つの部位の味蕾について比較解析を進めて、軟口蓋の味蕾に最も大きな変化が生じていることを明らかにした。ノックアウトマウスの味蕾の変化は、味蕾原基形成過程ではなく、味蕾細胞ターンオーバーの変化によって生じていることを明らかにした。また、個体レベルでの基本味に対する感受性の変化の詳細が明らかにした。ノックアウトマウスの味蕾で、I型細胞への影響、また、未分化細胞の増加や減少、細胞死の状態の解析を進める。また、塩味の嗜好性に関して、神経応答解析で嗜好性と忌避性のシグナルの比較解析を進める。ヒトなど哺乳類の味蕾は、平均すると1014日という短い周期で次々と細胞が置き換わりながら(ターンオーバー)、構造と機能が一定に保たれている。そのため、味を受容する細胞は味蕾内で常に新しく生み出されている。味蕾細胞のターンオーバーの異常は味覚障害を引き起こすため、味蕾細胞ターンオーバーの分子機構の解明は味覚障害の予防法や治療法の開発にたいへん重要である。私達は、これまでに味蕾が形成される最も初期の段階(胎生期の味蕾原基)から味蕾の形成が完了する成体に至るまで、一貫して味蕾内のほぼ全ての細胞に発現する転写因子(遺伝子発現の調節因子)を明らかにした。本研究では、その転写因子のノックアウトマウスの解析を進めている。本年度は甘味・うま味・苦味の受容を担当する味蕾II型細胞と酸味の受容を担当する味蕾III型細胞の解析を行い、遺伝子ノックアウトによって味蕾内のII, III型細胞数が1/3から1/4まで減少していることが明らかになった。さらに、味覚行動解析を行ったところ苦味に対する感受性の大きな低下が確認され、味蕾の細胞分化と機能の維持における本転写因子の重要な役割が示唆された。また、マウス成体から味蕾細胞を回収して、苦味と酸味に選択的に応答する味蕾細胞を培養下で増殖させることに成功し、成熟味蕾細胞の培養系の確立を進めた。ノックアウトマウスの味蕾で、II型・III型細胞の減少を明らかにした。また、味覚行動解析、神経応答解析を進め、基本味に対する感受性の変化を個体レベルで明らかにした。また、味蕾細胞を培養し、特定の味質に応答する味蕾細胞の増殖に成功した。

また、個体レベルでの基本味に対する感受性の変化の詳細が明らかにした。遺伝子ノックアウトの味蕾I型細胞への影響、また、発生過程の解析を進める。また、味蕾培養細胞株の確立を進める。ノックアウトマウスの味蕾で、I型細胞への影響、また、未分化細胞の増加や減少、細胞死の状態の解析を進める。また、塩味の嗜好性に関して、神経応答解析で嗜好性と忌避性のシグナルの比較解析を進める。理由:予定していた循環溶液制御装置の購入を中止して既存の装置を活用し、動物の飼養費用を別予算で賄ったため、次年度使用額が生じた。使用計画:当初から予定している組織解析、動物実験などの費用に加えて、特に培養細胞関連の予算を拡充して研究をさらに推進する予定である。動物関係経費と組織解析用経費を別予算で賄うことができたので、次年度使用額が生じた。次年度は、当初から予定している経費に加えて、分子生物学的解析、組織解析に必要な経費を拡充して、さらに味蕾の詳細な解析を行う予定である。
摂食行動調節中枢におけるエピジェネティクス調節の解明

Methyl-CpG binding protein 2(MeCP2)遺伝子ヘテロ欠損雌マウスではコレシストキニン投与による摂食行動抑制の効果が低下していることが示唆された。この結果から,MeCP2の減少によって末梢からのシグナル伝達機能が低下している可能性が考えられた。また本研究によって,摂食行動がエピジェネティック制御によって変化する可能性が示された。末梢からのシグナル伝達機能の低下がRett症候群において様々な症状を引き起こしている可能性が考えられる。この研究は、Rett症候群の病態やエピジェネティック制御異常の理解を促す上で意義があったと思われる。近年,胎児期乳児期に経験した栄養環境が成人期に発症するメタボリックシンドロームなど代謝疾患のなりやすさに後天的に影響する可能性が提唱されている。この仕組みに代謝遺伝子のエピジェネティクス調節が関与することが想定されているが,実態は明らかではない。また,生活習慣病やストレスなどにおいてもエピジェネティクス調節の変化が引き起こされる可能性が示されてきている。Methyl-CpG binding protein 2(MeCP2)はエピジェネティックな遺伝子発現調節機構の中で主要な役割を担っているタンパクの一つである。MeCP2は主に神経系で重要な役割を果たしていると考えられている。X染色体上に存在するMeCP2遺伝子の変異は,ヒトにおいてMeCP2遺伝子関連疾患(古典的レット症候群,非定型レット症候群,軽度学習障害など)を引き起こすことが知られている。MeCP2遺伝子関連疾患の病態の多くは依然として不明である。MeCP2遺伝子ヘテロ欠損雌マウスと野生型雌マウスの週間体重および週間摂餌量のデータについて統計学的手法を用いて検討した。この結果,MeCP2遺伝子ヘテロ欠損雌マウスは生後12週齢から,野生型雌マウスと比べ,週間体重および週間摂餌量の増加がみられた。自由摂食下でのMeCP2遺伝子ヘテロ欠損雌マウスと野生型雌マウスの暗期開始から4時間における固形餌の摂餌量計測データについて統計学的手法を用いて検討した。この結果,MeCP2遺伝子ヘテロ欠損雌マウスと野生型雌マウスとでは摂食行動パターンが異なった。本研究の計画推進を図るために,本研究テーマに関連して過去においてすでに収集した実験データの整理・分析を行った。この結果をもとに,具体的な測定指標の検討などのため研究協力者と相談・情報交換を行い,内外の評価を受けて,研究方法や実験の実施手続きなどについて検討し,修正・改善を行ったため。エピジェネティクス調節とは,遺伝子の塩基配列の変化を伴わずに遺伝子発現を調節する後天的な遺伝子修飾である。Methyl-CpG binding protein 2 (MeCP2)はエピジェネティックな遺伝子発現調節機構の中で主要な役割を担っているタンパクの一つである。X染色体上に存在するMeCP2遺伝子の変異は、主に女児においてMeCP2遺伝子関連疾患(古典的レット症候群、非定型レット症候群、軽度学習障害など)を引き起こすことが知られている。MeCP2は主に神経系で重要な役割を果たしていると考えられており、MeCP2減少によって神経系に異常が起きていることが考えられる。当研究は、MeCP2減少によっておこる変化を精査・解析することで、その病態解明の一助となる知見を得ることを目的としている。統計学的手法を用いて、MeCP2遺伝子へテロ欠損雌マウスと野生型雌マウスにおける摂食行動抑制ホルモンであるコレシストキニンが摂食行動に及ぼす効果ついて検討したところ、MeCP2遺伝子へテロ欠損雌マウスと野生型雌マウスでは効果に違いがみられた。内外の評価および助言を受けて、研究方法や実験の実施手続きなどについて検討し、修正・改善を行った。加えて、これまでに得られた知見の整理・精査のために研究協力者との意見交換や文献研究に多くの時間を使った。これにより、これまでに得られた知見を先行・関連研究と比較することで、その位置づけや意義についての方向性を整えることが出来た。エピジェネティックな調節メカニズムの異常によっておこる疾患として,最初に報告されたのがレット症候群である。レット症候群は神経系の異常を主体とした特異な発達障害であり,主に女児にみられる。女児の約1万人に1人の割合で発症するといわれている。古典的レット症候群の歯科的症状としては、歯ぎしり、歯並びや咬合の異常など歯科的問題を抱えることがある。X染色体上に存在し,Methyl-CpG bindingprotein 2(MeCP2)をコードする遺伝子がレット症候群の原因遺伝子であることがわかっている。MeCP2はエピジェネティックな遺伝子発現調節機構の中で主要な役割を担っているタンパクの一つである。レット症候群の症状が主に神経症状であるのは,MeCP2が主に神経系で重要な役割を果たしているためと考えられている。当研究は、MeCP2減少によって、摂食に関連してどのような変化や行動異常が生じているかを調べることを目指した。当研究は、摂食行動抑制ホルモンであるコレシストキニン(CCK)を行動解析の指標として用いた。実験動物へのCCK腹腔内

全身投与は、摂食行動の抑制および中枢ノルアドレナリン神経活動に影響を与えることで知られている。CCKは、腸管の迷走神経求心性の受容体に結合し、延髄孤束核を経由して視床下部へと情報を伝達する。レット症候群モデルマウスと野生型マウスの摂食行動について統計学的手法等を用いて精査した結果、CCK腹腔内全身投与後のレット症候群モデルマウスの摂食行動は有意なy抑制傾向を示さなかった。このことより、レット症候群モデルマウスでは、CCKによる摂食行動抑制効果の低下を起こしていることが示唆された。Methyl-CpG binding protein 2(MeCP2)遺伝子ヘテロ欠損雌マウスではコレシストキニン投与による摂食行動抑制の効果が低下していることが示唆された。この結果から,MeCP2の減少によって末梢からのシグナル伝達機能が低下している可能性が考えられた。また本研究によって,摂食行動がエピジェネティック制御によって変化する可能性が示された。末梢からのシグナル伝達機能の低下がRett症候群において様々な症状を引き起こしている可能性が考えられる。この研究は、Rett症候群の病態やエピジェネティック制御異常の理解を促す上で意義があったと思われる。本能行動を調節している神経伝達物質の中で主要な役割を担っているものとしてモノアミンが挙げられ,MeCP2遺伝子関連疾患やMeCP2変異マウスについては中枢でのモノアミン神経の異常やそれによる自律神経障害が報告されている。また,MeCP2変異マウスについては視床下部および延髄において摂食行動やエネルギー代謝に関わる遺伝子発現に異常が起こっていることが予想される。これらのことから,モノアミン神経活動に関連するタンパク(チロシン水酸化酵素,ドーパミンβ水酸化酵素,モノアミン関連トランスポーターなど)および摂食行動調節に関連するタンパクの発現を指標として,摂食行動調節中枢(延髄,視床下部など)において免疫組織学的に解析する。中間段階で,研究データの一部を関連する学会や研究会で発表し,研究協力者や専門家から意見を求め,データについて精査を図っていく。小児歯科学研究方法や実験実施手続きなどの修正・改善のため,初年度予定していた実験動物の調達を控えたことによる。また,これに伴い動物実験に用いる試薬や消耗品などの使用量が減じたため。次年度使用額が生じた原因は、内外の評価および助言を受けて、研究方法や実験の実施手続きなどについて検討し、修正・改善を行い、研究の進捗状況に合わせ予算執行計画を変更したことによるものである。特に、実験動物の調達について変更したことにより、それに伴い関連する実験資材の調達も行わなかったためである。また、当初予定していた学会への出張を行わなかったため、旅費等が発生がなかったことがあげられる。研究成果を集約するため、これまでに得られた知見の整理・精査を続ける。研究協力者(共著者や研究に対する助言者)と意見
統計的仮説検定の歴史的源流と哲学的意義に関する研究

統計的仮説検定は仮説を検定する一般的な方法だが、近年この検定法の誤解や誤用が氾濫し、様々な分野で警鐘が鳴らされている。本研究では、「統計的仮説検定がなぜ誤解や誤用されるのか」という問いを科学史・科学哲学の観点から考察する。そのため、フィッシャー流の有意性検定とネイマン-ピアソン流の仮説検定の前提、目的、適用範囲、意義などを科学哲学の観点から比較し、また二種類の検定法が統計的仮説検定へと混成された経緯について史的考察を加える。それにより、統計的仮説検定の誤解や誤用を正し、適切な使用法を提示する。
後部硝子体剥離の作成と網膜血管新生に対する抑制効果についての研究

1.プラスミンのみあるいはフッ化硫黄ガスのみを家兎硝子体に注入すると、走査電子顕微鏡による観察で網膜上に硝子体線維が遺残し、後部硝子体剥離は作成できなかった。2.プラスミンとフッ化硫黄ガスを硝子体に注入すると、細隙灯顕微鏡検査などの眼科検査においてはヒトの後部硝子体剥離と類似する所見が観察され、また走査電子顕微鏡による観察では網膜表面は平滑で硝子体線維の遺残はみられなかった。従って、プラスミンとフッ化硫黄ガスを投与することにより後部硝子体剥離を作成できることが明らかとなった。3.プラスミンとフッ化硫黄ガスの硝子体注入は、光学顕微鏡と透過電子顕微鏡による観察において網膜および周囲組織に明らかな障害を及ぼさなかった。4.後部硝子体剥離が網膜血管新生の抑制に有効であるか否かについては、今後の更なる検討課題である。後部硝子体剥離には網膜の血管新生を抑制する効果があると臨床的に推測されている。そこで本研究では、人工的に後部硝子体を剥離させるモデルの作成と隣接組織に対する影響について検討した。実験群として、ラミニンとフィブロネクチンを分解し網膜と硝子体間の接着力を低下させる効果が報告されているプラスミン(1ユニット)を成熟家兎の硝子体内に注入した群、プラスミンを注入してから1時間後に膨張性ガスであるフッ化硫黄(SF6)を0.4ml硝子体内に注入した群、フッ化硫黄ガスのみを硝子体内に注入した群の3群を用意した。また、硝子体内に生理食塩水を注入した群を対照とした。経時的に実験動物の前房、水晶体、硝子体および網膜の変化を+90Dの前置レンズと細隙灯顕微鏡、および双眼倒像鏡をもちいて観察したところ、硝子体内に注入したフッ化硫黄ガスは約1週間で完全に消失したが、いずれの群でも本方法では後部硝子体剥離を確認することができなかった。そこで、硝子体注入より10日後に眼球を摘出し、ホルマリン固定後にヘマトキシリン・エオジン染色し、光学顕微鏡で観察した。その結果、プラスミンとフッ化硫黄ガスの両者を注入した実験群では広い範囲で後部硝子体剥離が認められた。また、プラスミンのみを注入した群でも部分的に後部硝子体剥離がみられた。この両群では硝子体内に炎症細胞が観察されたが、網膜には変化がみられなかった。一方、フッ化硫黄ガスのみを硝子体内に注入した群では硝子体の分離はみられたが、硝子体は網膜に接着していた。以上の結果より、プラスミンとフッ化硫黄ガスを硝子体内に注入することにより組織学的な後部硝子体剥離を作成できることが明らかとなった。今後は、より完全な後部硝子体剥離を作成する方法について検討するとともに、血管新生を抑制する効果についても検討していきたい。4.後部硝子体剥離の網膜血管新生に対する抑制効果についての実験は現在も進行中である。網膜に新生血管を作成することは可能となったが、プラスミンとフッ化硫黄ガスを投与することにより血管新生を抑制するまでには至っていない。
代数幾何学的手法を用いた探索個体群の収束点推定による進化計算の高度化

多点の探索点の動きから解析的に推定する収束点を用いて,進化計算を高速化する本科研は,高速化効果の基礎評価(H27年度),多峰性タスクにも適用できるよう局所最適解領域の分離・クラスタリング手法の考案し(H28年度),各局所最適領域毎に推定収束点を敵将することで大域的最適解探索性能を向上させるだけでなく,ニッチ手法に拡張して複数の局所最適解を探索することと推定収束点を各種進化計算の高速化に用いる工夫と評価(H29年度)と行ってきた.H29年度末の3ヶ月間北京大学の譚営教授を九大雇用して,本科研テーマである推定収束点の進化計算の高速化への利用と,譚教授提案され譚教授の研究室で研究継続されているfirework algorithm (FWA)との融合を主とする共同研究,および,その発表を行うために,当初の3年計画をH30年度まで延長して展開した.具体的研究実績として,firework個体周辺の局所探索に特徴があるFWAに推定収束点を組み合わせるアルゴリズムを提案し,H30年夏に申請者と協力研究者院生が北京大で短期訪問研究を行った.また,この一環として,FWAの探索性能を改良するアルゴリズムも開発した.これらの国際共同研究成果を,譚教授がGeneral Chairをされている上海での国際会議ICSI2018と国際学術雑誌に発表をした.国際共同研究のFWAだけでなく,推定収束点を多目的最適化に展開する研究も連携研究者および協力研究者と3名で行い,国際学術雑誌に発表した.【平成27年度研究計画】個体群が世代毎に大局的最適解に向かう進化計算において,個体毎に世代間の移動を有向線分(移動ベクトル)群で表現して解析的に収束点を推定し,進化計算の高速化を図ることが本研究の目的である.平成27年度では,以下の計画をしていた.(1)有向線分の推定収束点を有力なエリート個体として進化計算に組み込み,最適化の高速化と計算コストを複数のベンチマーク関数で評価する.(2)高速化と計算コストを考慮して,行列演算を必要とする収束点推定方法の行列演算を不要にする近似推定法を考案して同様に評価する.(3)複数世代に亘る平均移動ベクトルによる収束点推定の評価を行う.【実施内容】個体の世代間移動ベクトル群から収束点を数学的に推定する手法3種類(厳密な推定法,近似推定法,逐次推定法)を提案し,差分進化に結合させて,14のベンチマーク関数に適用することで評価をした.この結果,単峰性関数では,推定点のfitnessは他の個体に比較しても上位にありエリート個体として探索に組み込むことで高速化が期待できること,多峰性関数の場合は収束点の推定がうまくいかないので局所最適解に向かう移動ベクトルをクラスタリングする必要があることを示し,国際会議CEC2015で発表した.さらに,この収束点の推定精度を向上させる手法を4つ提案し,多峰性関数への対応として双極関数の場合の移動ベクトルのクラスタリング手法を提案し,国際会議SoCPaR2015に発表した.平成27年度の研究の第1の意義は,提案手法が進化計算を高速化できることを示した点にある.第2の意義は,推定方法の精度向上手法を提案することで進化計算の高速化性能の向上に結びつけることができる点である.個体群の移動方向から収束点を推定する手法は単峰性関数では有効に働き多峰性関数では異なる方向に移動ベクトルが向いているため,多峰性関数対策が必要であることが予測できていた.平成27年度はそのことを実験的に明らかにし,平成28年度に多峰性対策を行う研究計画であった.しかしこの研究計画よりも進捗が進んでおり,双極性関数について二つの最適解を推定できるよう移動ベクトルのクラスタリングアルゴリズムの開発,および,推定精度そのものを向上させる4つの工夫を平成27年度で実施でき,国際会議での発表にも結びつけることができた.このため,平成27年度は当初の研究以上に進んでいると判断できる.個体群が世代ごとに大局的最適解に向かう進化計算において,個体ごとに世代間の移動を有効線分(移動ベクトル)群で表現して解析的に収束点を推測し,進化計算の高速化を図ることが本研究の最終的な目的である.この手法を有効に使うためには,複数の局所最適解に個体群が収束する多峰性対策が必要になる.平成27年度では,双極関数を題材に,移動ベクトル群の方向と向きから二つの局所解領域に分離するアルゴリズムの開発と,収束点推定精度向上のための四つの改良を行った.平成28年度は,第1に,平成27年度に開発した多峰性を二つに分離するアルゴリズム+収束点推定精度向上のための四つの改良をベンチマーク関数に適用し評価した結果を国際会議CEC2016で発表した.第2に,多峰性を二つの局所解領域に分離するアルゴリズムを複数の局所解領域分離に拡張する研究に注力し,そのアルゴリズムを開発した.この手法は平成27年度に開発した局所解が2個しかない場合の分離アルゴリズムとは異なる新規分離アルゴリズムである.このアルゴリズム提案と進化計算高速化のために組み合わせた場合の評価をを第12回進化計算研究会で発表した.第3に,この手法を複数の進化計算での適用可能性を評価するため,単純には移動ベクトルを計算できない進化計算手法への適用に取り組み始めた.具体的には,群知能の一種である花火アルゴリズムへの適用を取り組み始めた.まだ適用までには至っていないが,その取り組みを進化計算シンポジウムで発表した.

平成28年度の研究計画は多峰性タスクの局所解領域を分離するアルゴリズムを開発することで多峰性対応をすることが主目的であった.平成27年度で局所解が2個の場合(双極関数)の分離に成功し,平成28年度は局所解が2個に限定されない一般的な多峰性タスクの局所解領域を分離する異なるアルゴリズムを開発し,この成果を第12回進化計算研究会で発表した.このため,平成28年度は計画通りに進んでいると判断できる.個体群が世代毎に逐次に大局的最適解に向かう進化計算(EC)において,個体毎に世代間の移動を有効線分(移動ベクトル)群で表現して解析的に収束点を推測し,進化計算の高速化を図ることが本研究の最終的な目的である.この手法を有効に使うためには,複数の局所最適解に個体群が収束する多峰性対策が必要になる.平成27年度では,双極関数を題材に,移動ベクトル群の方向と向きから二つの局所解領域に分離するアルゴリズムの開発と,収束点推定精度向上のための四つの改良を行った.平成28年度は,(1)平成27年度開発の二つの局所解領域分離アルゴリズム+四つの改良をベンチマーク関数に適用し評価,(2)二つの局所解領域分離アルゴリズムの局所解領域数の制約をなくす汎用的な解領域分離アルゴリズムを開発.(3)適用するECアルゴリズムを拡大するため花火アルゴリズム(FWA)への適用を取り組み始めた.平成29年度は,(a)この手法の適用EC対象拡大と(b)更なる収束点推定精度向上の改良の2点が研究の中心であった.(a1)第1の拡張対象のECは対話型ECであり,疑似対話型ECユーザを用いたシミュレーション実験で,推定収束点が対話型ECに対しても収束高速化の効果を発揮できる可能性を示した.(a2)第2の拡張対象のECは平成28年度から着手し始めたFWAである.FWAでは1親個体が1子個体を生成るアルゴリズムではないので,収束点推定のための移動ベクトルが単純には得られない.この対策を開発し発表した.(b)の更なる改良としては,(b1)過去世代の個体群の活用と(b2)収束点推定に用いる移動ベクトルを重み補正する方法を提案し性能向上の改善効果について評価した.本科研申請時の研究計画での平成29年度の研究計画は,以下の3点であった.(3a)ニッチ手法への展開と評価.(3b)H27-28年度成果手法とニッチ手法の,各種EC手法の探索高速化の効果を評価.このうち,(3a)は,主に平成28年度に行うことができ,(3b)の成果は国際会議論文1編,国内会議論文3編に発表でき,(3c)はシミュレーション実験で推定収束点を用いることで評価値の量子化ノイズが大きい対話型ECであっても満足解を得る世代数を短縮でき対話型ECユーザの疲労軽減につなげることの可能性を示すことができた.実際の被験者を使った検証実験は平成30年度に行う.多点の探索点の動きから解析的に推定する収束点を用いて,進化計算を高速化する本科研は,高速化効果の基礎評価(H27年度),多峰性タスクにも適用できるよう局所最適解領域の分離・クラスタリング手法の考案し(H28年度),各局所最適領域毎に推定収束点を敵将することで大域的最適解探索性能を向上させるだけでなく,ニッチ手法に拡張して複数の局所最適解を探索することと推定収束点を各種進化計算の高速化に用いる工夫と評価(H29年度)と行ってきた.
重い電子系化合物の磁性と超伝導の高圧下・核磁気共鳴法(NMR/NQR)による研究

重い電子系超伝導体CeCoIn_5はこれまで報告されている重い電子系の中で最も高い超伝導転移温度(Tc=2.3K)を持つ.昨年度の研究でCeCoIn_5は反強磁性スピンゆらぎの観点からCeIrIn_5 (Tc=0.4K)と比較してより磁気臨界点近くに存在していることを明らかにし,この磁気臨界性の違いが超伝導転移温度の差に反映されていることを示唆した.一方,CeCoIn_5のTcは加圧によりさらに上昇することがマクロ測定により報告されている.そこで本年度は昨年度の研究を発展させ,CeCoIn_5のスピンゆらぎの性質の圧力変化を調べた.その結果,加圧によりバンド幅は急激に増大し,それに伴い磁気臨界性が失われることが分かった.この結果からCeCoIn_5の超伝導転移温度は磁気臨界性だけでなく,系のバンド幅の変化にも大きく影響を受けていると考えられる.これに関連したCeRhIn_5についても昨年に引き続き研究を進めた.CeRhIn_5は常圧で反強磁性を示すが,1.6GPa程度の加圧により反強磁性が抑制され超伝導が出現する.反強磁性と超伝導が共存する圧力において測定した核緩和率の結果は,超伝導状態においても低励起の磁気励起が存在することを示唆しており,これは両相の共存故に実現する特異な状態であると考えられる.これと同様の振る舞いは昨年度に調べたCeCu_2(Si_<0.98>Ge_<0.02>)_2においても観測されており,低エネルギー磁気励起を伴う特異な超伝導は共存状態において出現する本質的な現象であると研究代表者は信ずる.重い電子系超伝導体CeCoIn_5はこれまで報告されている重い電子系の中で最も高い超伝導転移温度(Tc=2.3K)を持つ.昨年度の研究でCeCoIn_5は反強磁性スピンゆらぎの観点からCeIrIn_5 (Tc=0.4K)と比較してより磁気臨界点近くに存在していることを明らかにし,この磁気臨界性の違いが超伝導転移温度の差に反映されていることを示唆した.一方,CeCoIn_5のTcは加圧によりさらに上昇することがマクロ測定により報告されている.そこで本年度は昨年度の研究を発展させ,CeCoIn_5のスピンゆらぎの性質の圧力変化を調べた.その結果,加圧によりバンド幅は急激に増大し,それに伴い磁気臨界性が失われることが分かった.この結果からCeCoIn_5の超伝導転移温度は磁気臨界性だけでなく,系のバンド幅の変化にも大きく影響を受けていると考えられる.これに関連したCeRhIn_5についても昨年に引き続き研究を進めた.CeRhIn_5は常圧で反強磁性を示すが,1.6GPa程度の加圧により反強磁性が抑制され超伝導が出現する.反強磁性と超伝導が共存する圧力において測定した核緩和率の結果は,超伝導状態においても低励起の磁気励起が存在することを示唆しており,これは両相の共存故に実現する特異な状態であると考えられる.これと同様の振る舞いは昨年度に調べたCeCu_2(Si_<0.98>Ge_<0.02>)_2においても観測されており,低エネルギー磁気励起を伴う特異な超伝導は共存状態において出現する本質的な現象であると研究代表者は信ずる.
廃棄物系バイオマスからの外部熱源不要な半炭化システムの開発

本研究は木質バイオマスの自己発熱による自然発火を用いて、外部熱源に依存することなく試料を半炭化することを目的とした。まず木質バイオマスの自然発火条件を明らかにするために、既往の研究による諸条件を参考に実験を行い、木質バイオマスの自然発火の再現および発火温度の検討を試みた。実験結果から、十分な通気を行った場合、木質バイオマスの温度が180°C以上であれば自然発火が起きることが明らかとなった。また通気量による発火後の温度上昇の制御は十分に可能であることが分かった。次に、堆肥化で到達する温度から木質バイオマスが酸化され、それによって発熱するか検討した。おがくずを用いて堆肥化実験を行ったところ、材料温度が最大70°C程度まで上昇することが確認できた。しかし70°Cという低い温度から木質が酸化され、これによる発熱がみられるかは不明であった。そこで、人為的に木質を70°Cまで加熱し通気を行うことで、酸化に伴う発熱がみられるか実験を行った。その結果、10、30および50 mL/minの通気量において温度の上昇が確認できた。酸化による発熱の実験を行った際、通気量が低いほうが到達するピークが高くなり、温度の上昇速度も向上するといった傾向がみられたため、この温度帯での酸化による発熱は極微量のものであり、強すぎる通気は発生した熱を奪うため逆効果であることも分かった。しかし、低温からの酸化によって温度は上昇したが、温度が上昇したどの通気量であってもある程度温度が上昇するとそこで温度上昇が停滞しそれ以上温度が上がらなくなるという結果が得られたため、温度上昇が停滞してしまう原因については今後調査していく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究に使用する半炭化装置を作製した。最大300°Cまで設定することができるオーブン内に密閉容器を取り付け,その容器下部からの流量制御された酸素供給および材料内部の温度測定を行えるように設計した。温度測定はオーブン内および容器内の2点とし,その温度差から容器内で行われる材料の昇温を確認できるようにした。また排ガス口を通じて半炭化中に生成されるガスの分析を行えるようにした。予算の都合上,材料重量の経時変化を見るための重量分析機器は取り付けないこととなった。作製した半炭化装置を使用し,200°Cでおが屑を用いて半炭化実験を行った。まず,酸素供給量を設定するために,流量計を用いて0.05-0.25 L/minの範囲で空気流量を変化させ,材料内の温度上昇を調べたが,温度上昇が確認できないことが分かった。そこで,流量を一定にし,材料の充填密度を変化させることとした。充填密度を100-250 kg/m3の範囲で変化させた結果,180 kg/m3以上で材料の昇温が確認された。また温度上昇の経時変化を調べたところ,実験開始後から雰囲気温度に達するまでの昇温時間は充填密度が高いほど長くなる傾向にあった。これは充填密度が高いほど体積比熱が高くなるため,雰囲気温度に達するまでの昇温が行われにくいためであると考えられる。しかし一方で,高い蓄熱効果により充填密度が高いほど,自己発熱による昇温速度は速いことが分かった。平成29年度中に,酸化反応温度および材料内への酸素供給量の最適化を行う計画であったが,充填密度を考慮せず,通気量の検討を行ったところ,材料内の昇温が確認できなかった。そこで研究計画書に記述した通り,材料内への酸素供給および蓄熱効果を調整するため,原料の充填率を変化させることとした。そのために本年度の目標である温度および酸素供給量の最適化をまだ完了していないため,当初の計画よりもやや遅れていると考えられる。

しかし、低温からの酸化によって温度は上昇したが、温度が上昇したどの通気量であってもある程度温度が上昇するとそこで温度上昇が停滞しそれ以上温度が上がらなくなるという結果が得られたため、温度上昇が停滞してしまう原因については今後調査していく予定である。平成29年度に引き続き,半炭化温度および酸素供給量がおが屑の半炭化に与える影響を検討する。また半炭化中に生成するガスについても検討を行う。熱分解過程で生成される可燃性ガスとしては水素,一酸化炭素,メタン等が考えられる。これらは新たなエネルギーとして利用できる可能性がある。そこで生成ガスを燃焼させ,半炭化の予備熱として利用することを想定し,実験中に生成されるガスの組成および濃度を経時的に分析し,得られたガスの熱量を求める。半炭化物を評価としては,半炭化物に対して元素分析や密度,発熱量等の分析を行い,市販品の炭化物と比較することにより行う。また比表面積分析による半炭化物の多孔性の分析やアンモニアガス等の吸着効果を調べることにより,吸着剤としての価値を判断する。半炭化のさらなる用途の開発,さらに炭素固定という観点からも検討・考察を行う。これらの実験は三重大学へ異動し,学生が付いたことにより,促進されると思われる。また半炭化研究の第一人者である北海道大学岩渕和則教授に適宜,情報共有を行い,助言を頂くことで,この研究テーマの目標に向けてより一層推進していきたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ニューロンモデルとしてのクロム親和細胞

ラット副腎髄質細胞群の約60%では細胞質カルシウムイオン濃度(|Ca^<2+>|_c)に自発的にスパイク群が発生する。この自発性|Ca^<2+>|_cスパイク群はガンマーアミノ酪酸(GABA)によって抑制されることを報告した。このGABAの抑制効果はGABA_A受容体を介する細胞膜Cl透過性上昇に基づく過分極によって引き起こされることを確かめた(菅野)。培養ブタ副腎髄質細胞にNa^+蛍光指示薬であるSBFIを適用し、細胞内Na^+濃度測定のためのSBFI in vivo較正にはpalytoxinがgramicidinよりも適当であることを示した(中里)。副腎髄質からCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼIIの新しい内在性気質を分離した。その部分的ペプチドのアミノ酸配列を調べたところクロモグラニンA(分泌蛋白質)の配列と100%一致した。培養副腎髄質細胞を脱分極刺激すると細胞内のクロモグラニンAのリン酸化が増加した。この増加はカテコールアミン分泌の促進とよく相関していた(柳原)。ラット副腎髄質細胞をヒスタミンで刺激した時の細胞内情報伝達系はプロテインキナーゼC(PKC)の活性化を介するものであり、このPKC活性化による、刺激物質依存的な分泌応答修飾は、受容体/G蛋白系およびそれ以後の段階で起こることを示した(藁科)。クロム親和細胞からの開口分泌におけるシナプトタグミンC2A,C2Bドメインの役割について、C2A抗体及びC2B抗体、ならびにイノシトールポリリン酸(IHPS)を用いて解析を行った。IHPSのC2Bドメインへの結合は、静止時における自発性放出の抑制(クランプ)に働いており、刺激によって流入したCa^+がC2Aドメインに結合するとIHPSはC2Bドメインから解離して抑制が解除され、顆粒膜と細胞膜の融合が促進されるというシナプトタグミン・クランプ仮説を提唱した(熊倉)。ウシ副腎髄質のクロマフィン細胞を陰イオン色素(HPTS)を含む溶液に漬け共焦点型レーザー顕微鏡によって観察した。単一顆粒の開口放出に伴って時に生ずる大型の液胞構造は細胞膜の陥没によって生じたものであることがわかった(寺川)。ヒト胎児副腎における未分化クロム親和細胞(Primitive sympathetic cells;PSC)は交感神経細胞とクロム親和細胞の両方向に分化する細胞である。妊娠10、11週齢でPSCの大集団が副腎組織に侵入し、大小の島組織を形成した。クロモグラニン陽性の分化したクロム親和細胞はこの島の外側にのみ出現した。PSCの島はS100蛋白陽性のグリア成分によって副腎組織から隔離され、クロム親和細胞や皮質の細胞と交わることはなかった(岩永)。PC12細胞はATP刺激により2つの経路によりDAを放出した。ひとつはイオンチャネル型受容体を介するものであり、もう1つは、Gタンパク結合型受容体を介し、PIレスポンスを高め、Ca動員を引き起こし、DA放出を起こす。亜鉛イオンは前者のDA放出を増強し、後者を抑制した(井上)。熊倉らとの共同研究により、アクチンフィラメント消失作用を持つmycalolide-Bが、クロム親和細胞からの開口放出において顆粒のプライミング状態への移行を抑えることを明らかにした。同様の作用を持つミオシン軽鎖キナーゼ阻害薬wortmanninが、PC12細胞においてミオシンの活性化に必須のミオシン軽鎖のリン酸化を抑制することを示した。これらの結果からアクチン-ミオシンの相互作用がプライミング状態への移行に必要であることが示唆された(桜井)。これまで笠井らが分離したシナプトタグミンIを欠失したPC12細胞変異株は親株と比べて分泌機能に著しい差は見られなかった。この変異株にシナプトタグミンIの改変遺伝子を導入して競合させ、分泌機能の変化から改変した領域の機能を調べた。C2ドメインを欠失した遺伝子を発現させた細胞では脱分極刺激によって放出されるカテコールアミンの量が30-40%減少した(笠井)。クロム親和細胞と同じく神経堤由来の交感神経節細胞は、カテコールアミンを生産し放出するが、単離培養下ではアセチルコリンを生産して細胞間にコリン作動性シナプスを形成する。このモデルシナプスを用いて、膜タンパクの一つであるシンタキシンが、チャネル活性を変えることなく開口放出に重要な役割を担うことが確認された(持田)。

この増加はカテコールアミン分泌の促進とよく相関していた(柳原)。ラット副腎髄質細胞をヒスタミンで刺激した時の細胞内情報伝達系はプロテインキナーゼC(PKC)の活性化を介するものであり、このPKC活性化による、刺激物質依存的な分泌応答修飾は、受容体/G蛋白系およびそれ以後の段階で起こることを示した(藁科)。クロム親和細胞からの開口分泌におけるシナプトタグミンC2A,C2Bドメインの役割について、C2A抗体及びC2B抗体、ならびにイノシトールポリリン酸(IHPS)を用いて解析を行った。IHPSのC2Bドメインへの結合は、静止時における自発性放出の抑制(クランプ)に働いており、刺激によって流入したCa^+がC2Aドメインに結合するとIHPSはC2Bドメインから解離して抑制が解除され、顆粒膜と細胞膜の融合が促進されるというシナプトタグミン・クランプ仮説を提唱した(熊倉)。ウシ副腎髄質のクロマフィン細胞を陰イオン色素(HPTS)を含む溶液に漬け共焦点型レーザー顕微鏡によって観察した。単一顆粒の開口放出に伴って時に生ずる大型の液胞構造は細胞膜の陥没によって生じたものであることがわかった(寺川)。ラット副腎髄質細胞群の約60%では細胞質カルシウムイオン濃度([Ca^<2+>]_c)に自発性にスパイク群が発生する。この自発性[Ca^<2+>]_c)スパイク群はガンマーアミノ酪酸(GABA)によって抑制されることを報告した。このGABAの抑制効果はGABA_A受容体を介する細胞膜Cl透過性上昇に基づく過分極によって引き起こされることを確かめた(菅野)。培養ブタ副腎髄質細胞にNa^+蛍光指示薬であるSBFIを適用し、細胞内Na^+濃度測定のためのSBF1 in vivo較正にはpalytoxinがgramicidinよりも適当であることを示した(中里)。副腎髄質からCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼIIの新しい内在性基質を分離した。その部分的ペプチドのアミノ酸配列を調べたところクロモグラニンA(分泌蛋白質)の配列と100%一致した。培養副腎髄質細胞を脱分極刺激すると細胞内のクロモグラニンAのリン酸化が増加した。クロム親和細胞からの開口分泌におけるシナプトタグミンC2A, C2Bドメインの役割について、C2A抗体及びC2B抗体、ならびにイノシトールポリリン酸(IHPS)を用いて解析を行った。IHPSのC2Bドメインへの結合は、静止時における自発性放出の抑制(クランプ)に働いており、刺激によって流入したCa^<2+>がC2Aドメインに結合するとIHPSはC2Bドメインから解離して抑制が解除され、顆粒膜と細胞膜の融合が促進されるというシナプトタグミン・クランプ仮説を提唱した(熊倉)。
哺乳運動の中枢神経回路網形成と筋感覚情報入力について

PSD-95は、興奮性シナプス後肥厚部における主な足場タンパクであり、シナプスにおける情報伝達の頻度に応じてNMDA受容体と結合し、情報伝達の効率化に働きシナプス可塑性への関与が示唆されている。発育中のラット脳幹における運動ニューロンで、哺乳や咀嚼といったリズミカルな顎運動の形成に重要であるNMDA受容体の局在と情報伝達の多いシナプスであることが分かるPSD-95の経日的分布について解析した。哺乳運動の時期は三叉神経運動核開口筋領域、顔面神経、舌下神経で陽性率が高く、咀嚼運動の時期になると三叉神経運動核閉口筋領域が高くなることが分かった。新生児、乳幼児における哺乳障害、摂食障害の治療は難渋することが多く、その治療法は世界中で様々な手法で試みられており注目されているが、原因については未だ不明な点が残されたままである。本研究は、哺乳運動を形成する中枢での神経回路網の発生に着目し、1)胎児期の神経回路網形成過程における顎運動とその筋感覚情報入力の意義、2)同神経回路網形成におけるシナプス可塑性に焦点を絞り、研究を進める。本研究では、組織学的、生理学的、行動学的手法を用いて多角的に検討し、新生児期の哺乳障害の原因に胎児期の顎運動不全が一因であることを実験的に明らかにし、その治療法の臨床応用を目指すことを目標としている。生後ラットのNMDA受容体サブユニットの構成比率や経時的変化は各種抗体を用いた免疫染色を用いた組織学的研究で既に報告されている。また、シナプス関連タンパクの一種で情報伝達の多いシナプスにおいてシナプス後膜の興奮性受容体(NMDA受容体、AMPA受容体)のアンカープロテインであるPSD95の発現が確認された。PSD95陽性ニューロンは三叉神経運動核内側の三叉神経周囲核に最も早く観察された。三叉神経運動ニューロンではP21で認められた。現在、NMDA受容体サブユニットで必須のサブユニットであるNR1とPSD95の二重染色、および三叉神経運動核における運動ニューロンのPSD95陽性率について、生後の経日的変化を解析している。摂食行動は、顎・舌・顔面のリズミカルな協調運動で摂食行動は半自動運動に分類されている。哺乳類における摂食行動には吸啜運動と咀嚼運動があり、摂食行動時のリズミカルな顎運動は脳幹に存在するCentral Pattern Generator (以下、CPG)において構成・統合されている。これまでに三叉神経運動核近傍に存在し、NMDA受容体が重要な役割を果たしていることが知られている。PSD-95は、興奮性シナプス後肥厚部における主な足場タンパク質であり、シナプス強度を制御し、さらにシナプスにおける情報伝達の頻度に応じNMDA受容体と結合することによりNMDA受容体の局在化を制御し情報伝達の効率化に働くことで、興奮性シナプスにおけるシナプス可塑性への関与が示唆されている。したがってPSD-95の存在は情報伝達量の多いシナプスを示しており、リズミカルな顎運動に重要であるNMDA受容体が効率的に機能していると言える。発育中のラット脳幹、特に三叉神経運動核周囲の領域において、PSD-95の経日的分布を免疫組織化学的に検討した。三叉神経運動核においてPSD-95の発現はP-5からであり、顔面神経核、舌下神経核より発現時期は遅いことが分かった。また、三叉神経運動核におけるPSD-95陽性ニューロンの割合は経日的に増加していたが、特にP-13以降で著しい増加傾向を示すことが分かった。開閉口筋を支配する三叉神経運動核におけるPSD-95陽性ニューロンの発現時期と発達様相は顔面表情筋・舌筋を支配する顔面神経核・舌下神経核とは発現時期も発達様相も異なることが分かった。三叉神経運動核に投射する運動前ニューロンが存在する領域である三叉神経運動核内側の三叉神経傍領域および中脳路核においてP-1からPSD-95陽性ニューロンを認めた。摂食行動は、顎、舌、顔面筋のリズミカルな協調運動であり、咀嚼運動は半自動運動に分類される。哺乳類における摂食行動には吸啜運動と咀嚼運動があり、摂食行動時のリズミカルな顎運動は脳幹に存在するCentral Pattern Generator(以下CPG)において構成、制御されている。これまでの研究でそのCPGは三叉神経運動核近傍に存在し、NMDA受容体が重要な役割を果たしていることが知られている。PSD-95は、興奮性シナプス後肥厚部における主な足場タンパクであり、シナプスにおける情報伝達の頻度に応じてNMDA受容体と結合し、情報伝達の効率化に働くことで興奮性シナプスにおけるシナプス可塑性への関与が示唆されている。PSD-95の存在は興奮性シナプスの存在を示しておりリズミカルな顎運動に重要であるNMDA受容体が効率的に機能していることも考えられる。発育中のラット脳幹、特に三叉神経運動核周囲の領域において、PSD-95の経日的分布を免疫組織学的に検討した。三叉神経運動核における開口筋支配領域と閉口筋支配領域に分類し検討した結果、開口筋領域においてPSD-95陽性率は生後5日目(P5)では8%、P9で15%、P23で78%であった。

また、閉口筋領域ではP5で3%、P9で15%、P23で90%であった。いずれもP5からPSD-95陽性ニューロンは認められ、経日的に増加したが、P9以前では開口筋に、P9以降は閉口筋に増加傾向を認めた。三叉神経傍領域はP1から強陽性反応を示しており、CPGの局在について可能性があることが考えられた。査読者の意見から免疫染色の結果について陽性率の算出と開口筋・閉口筋支配領域別の検討等再実験を行い、電気生理学的研究まで達成できていないため。PSD-95は、興奮性シナプス後肥厚部における主な足場タンパクであり、シナプスにおける情報伝達の頻度に応じてNMDA受容体と結合し、情報伝達の効率化に働く。情報伝達が少なければNMDA受容体との結合はなくなりシナプス可塑性への関与が示唆されている。PSD-95の存在は興奮性シナプスの存在を示しており、リズミカルな顎運動の形成に重要であるNMDA受容体が効率的に機能していることを間接的に示している。発育中のラット脳幹におけるPSD-95の経日的分布について、筋紡錘からの感覚情報が入力する三叉神経中脳路核ニューロンの陽性率を解析した。三叉神経中脳路核においてPSD-95陽性ニューロンは生後1日目から認められた。陽性率は38%で染色性も弱く、生後23日まで経日的変化は認められなかった。哺乳運動は口輪筋、舌筋が優位で顔面神経や舌下神経でのシナプス形成が三叉神経系よりも早期から認められることと関連している可能性が考えられた。また、哺乳運動は閉口筋と開口筋を比較した場合、開口筋優位であり、三叉神経運動核における開口筋領域のPSD-95陽性率が先行して高い結果とも関連があることが考えられた。哺乳運動から咀嚼運動へと発達する生後13日あたりで閉口筋優位の三叉神経運動核ニューロンのPSD-95陽性率が高くなっていた。行動学的発達と関連したPSD-95の陽性率の経日的変化が認められたが、筋紡錘からの感覚情報伝達についてはPSD-95陽性率の変化は認められなかった。中枢におけるリズミカルな三叉神経系神経活動のCPGはもっとも早期から強陽性を示した傍三叉神経領域であることが考えられた。PSD-95は、興奮性シナプス後肥厚部における主な足場タンパクであり、シナプスにおける情報伝達の頻度に応じてNMDA受容体と結合し、情報伝達の効率化に働きシナプス可塑性への関与が示唆されている。発育中のラット脳幹における運動ニューロンで、哺乳や咀嚼といったリズミカルな顎運動の形成に重要であるNMDA受容体の局在と情報伝達の多いシナプスであることが分かるPSD-95の経日的分布について解析した。哺乳運動の時期は三叉神経運動核開口筋領域、顔面神経、舌下神経で陽性率が高く、咀嚼運動の時期になると三叉神経運動核閉口筋領域が高くなることが分かった。免疫組織学的研究が完了した。発育途中のラット咬筋に対して逆行性神経遮断薬の投与を行い、生後発達について解剖学的、行動学的、生理学的に検討する。口腔外科学発育途中のラット三叉神経運動核に対し、神経遮断薬を用いて情報伝達を抑制し、その影響を検証する。電気刺激による感覚情報入力の影響について研究がすすんでいないため、おおむね順調と評価した。研究実績を論文投稿したが査読者の助言により追加実験を行っているため、研究期間の延長と学会発表を延期したため。論文発表ができなかったため英文校正費用が不要であった。追加実験の結果をまとめるとともに、研究の成果を発表する予定である(米国ニューロサイエンス演題登録済み)。今年度に電気刺激による感覚情報入力の影響を評価するのと同時に薬物刺激による影響についても研究をすすめる。