hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
対話性を重視した言語処理系のハ-ドウェア化に関する研究

高水準言語によるプログラミングを効果的に支援するためには、道具としての言語処理系がきめ細かくプログラミングの過程をサポ-トすることが不可欠であることは勿論であるが、言語処理系の処理速度も重要な要素である。一方、現在の半導体技術の著しい進歩は、非常に複雑なアルゴリズムを1つのチップとして実現することを可能にしており、LSI化するのに適したハ-ドウェアの設計が与えられれば、物理的な実現は原理的にはそれほど困難ではない。一般に、ハ-ドウェアで実現すれば、汎用の計算機ア-キテクチャ上で実行するのに比較して、100ー1000倍に実行速度を高めることが可能でありこともある。しかし、ソフトウェアのアルゴリズムを単にマイクロプログラム化するだけで、このような性能を達成することは難かしく、方式の見直し、場合によってはアルゴリズムそのものの見直しも必要である。本研究では、このような状況を踏まえて、言語処理系をLSIとして実現するための設計技術の確立を目標とした。とくに、インタプリタの高速化を前提にしたプログラミングシステムを実現するためのハ-ドウェア設計に重点をおき、今年度は、シリコンコンパイラが使用可能になったので、シリコンコンパイラによるLSIの設計を行った。具体的には、手続き型言語PLOの解析木インタプリタと論理型言語のインタブリタの2つのprojectを取り上げて、具体的な設計を通じて、いろいろな経験を蓄積し、実際に言語書理系に関連したLSIをつくるための基礎技術を模索した。LSIの内部では、並列性を採用する一方、制御やデ-タの流れの局所性を高めることが重要であり、また、できるかぎり系統的に設計できることが望ましい。このような前提で、アルゴリズムレべルのハ-ドウェアの設計から始め、フルカスタムのパタ-ン設計とシミュレ-タによる検証を行った。高水準言語によるプログラミングを効果的に支援するためには、道具としての言語処理系がきめ細かくプログラミングの過程をサポートすることが不可欠であることは勿論であるが、言語処理系の処理速度も重要な要素である。具体的には、コンパイラ,構文指向エディタ、インタプルタといった言語処理系は、内部に共通の処理を多く含んでいるので、アルゴリズム自体を解析してハードウェアに適した処理方式を開発することにした。設計はまずアルゴリズムレベルのハードウェアの設計から始め、レジスタ転送レベルの設計とシミュレーションによる検証を目標にした。特に現在、処理系の内部の実現について十分な経験の蓄積されているもののうち、スキャナやパーサ、構文不インタプリタなどに関して高水準の設計から、具体的な設計へと展開を行った。基本的な設計の手順は、まず、μADL言語を用いてハードウェアのアルブリズムを記述したのち、レジスタットであるPL/Oを対象言語として、スキャナ、パーサ、構文不インタプリタの設計を行った。レジスタ転送レベルの設計に関しては、C言語を用いて、プログラミングに特殊な工夫を行って、レジスタ転送レベルの記述の制限を満足させるようにし、このC言語の記述をコンパイルして実行することでシミュレーションを行った。構文不インタプリタの設計においては、当初計画していたよりもよい結果がシミュレーションの結果得られ、ハードウェアのモジュール設計も何回かの改良を経て、かなりきれいな設計を得るのに成功した。また、今回の設計・改良の作字の過程で、ソフトウェア向きのアルブリズムをハードウェア向きに変換する際の方針がいくつか得られた。

コンパイラの場合はコンパイルの時間が、またインタプリタや直接実行系では実行時間が問題となるが、この問題は言語処理系をハ-ドウェア化してやれば解決することができる。これらのコンパイラ、構文指向エディタ、インタプリタといった言語処理系は、内部に共通の処理を多く含んでいるので、アルゴリズム自体を解析してこれらの機能を分離し、ハ-ドウェアに適した処理方式を開発する。本年度は、具体的なハ-ドウェアの設計を中心に研究を行った。PLO用の構文木インタプリタのハ-ドウェアの構成とその動作アルゴリズムを、μADLによる記述に基づいて、レジスタ転送レベルで設計した。具体的に、シミュレ-ションを行って、設計したアルゴリズムの動作の確認を行い、さらに、性能の測定を行った。このPLO用の構文木インタプリタの設計の経験を基にして、本格的な手続き型言語であるCの構文木インタプリタの設計を、制御構造の部分に関して行った。さらに、前年度のレジスタ転送レベルの設計の結果に基づき、次の段階である論理レベルでの設計を行い、論理シミュレ-ションも行って、設計された論理回路の検証を行った。高水準言語によるプログラミングを効果的に支援するためには、道具としての言語処理系がきめ細かくプログラミングの過程をサポ-トすることが不可欠であることは勿論であるが、言語処理系の処理速度も重要な要素である。一方、現在の半導体技術の著しい進歩は、非常に複雑なアルゴリズムを1つのチップとして実現することを可能にしており、LSI化するのに適したハ-ドウェアの設計が与かられれば、物理的な実現は原理的にはそれほど困難ではない。一般に、ハ-ドウェアで実現すれば、汎用の計算機ア-キテクチャ上で実行するのに比較して、100ー1000倍に実行速度を高めることが可能でありこともある。しかし、ソフトウェアのアルゴリズムを単にマイクロプログラム化するだけで、このような性能を達成することは難しく、方式の見直し、場合によってはアルゴリズムそのものの見直しも必要である。本研究では、このような状況を踏まえて、言語処理系をLSIとして実現するための設計技術の確立を目標とした。とくに、インタプリタの高速化を前提にしたプログラミングシステムを実現するためのハ-ドウェア設計に重点をおき、今年度は、シリコンコンパイラが使用可能になったので、シリコンコンパイラによるLSIの設計を行った。具体的には、手続き型言語PLOの解析木インタプリタと論理型言語のインタプリタの2つのprojectを取り上げて、具体的な設計を通じて、いろいろな経験を蓄積し、実際に言語書理系に関連したLSIをつくるための基礎技術を模索した。LSIの内部では、並列性を採用する一方、制御やデ-タの流れの局所性を高めることが重要であり、また、できるかぎり系統的に設計できることが望ましい。このような前提で、アルゴリズムレベルのハ-ドウェアの設計から始め、フルカスタムのパタ-ン設計とシミュレ-タによる検証を行った。
単一シナプス前終末の光刺激法の開発

小脳介在神経細胞間のシナプスにおいて、スポットCaアンケイジング法によって単一シナプスからの伝達物質放出惹起を起こすことができ、光学的手法による単一シナプス操作という計画目標は達することができた(Trigo et al., 2012, PNAS)。発展として、小脳プルキンエ細胞シナプス前終末からの直接記録により、Caアンケイジング下で、膜容量測定法とシナプス後細胞からのシナプス電流の計測の同時測定を行い、シナプス電流が伝達物質受容体の飽和によって規定されており、シナプス前終末からの伝達物質放出機構の解析には、シナプス小胞イメージングや膜容量測定法の利用が有用であると示唆された。昨年度の時点で、萌芽研究申請の最重点課題である単一シナプス前終末へのアンケイジング法の適用は基本的にクリアした(Trigo et al., 2012)。アンケイジング法は、光で終末を刺激する方法であり、細胞体からケイジド化合物を導入する方法である。ケイジドカルシウムを導入することで、シナプス前終末からの伝達物質放出を強制的におこすことができるようになった。本年度は引き続いて、ポスト側でも伝達物質を局所的にアンケイジングする方法を比較的安価で簡単な装置(スポットアンケイジング)でできることを確認した。これによって、シナプス前終末、後部をタイミングを変えながら刺激操作をすることができ、シナプス可塑性研究を定量的に進めることができると考えられる。一方で、本年度は培養プルキンエ細胞シナプス前終末にカルシウムアンケイジング法を適用することを試みた。この終末は1から3ミクロン程度の大きさしかないが、直接パッチ電極を使って電気記録をとることが可能になった。これによって、終末から電流を記録したり、膜電位固定をすることができるので、アンケイジング法の妥当性(膜電位などを変化させずに伝達物質放出を惹起できるかどうか)、あるいは膜容量測定法を組み合わせることで、伝達物質放出をシナプス後電流よりも定量的に解析できることができた。現在は必要がないのでアンケイジングの領域を絞っていないが、絞ることによって、シナプス前終末間の性質の違い、ポストシナプス側の標的細胞の違いによる特性の差異、分化に踏み込めるのではないかと思われる。神経終末は1ミクロン程度の大きさしかないが、電気刺激などの従来の方法は、多数の終末を同時に刺激してしまい、1個だけを刺激する方法はなかった。光学的には1から数ミクロン程度のスポットを作ることができるので、光刺激を行うことで、1個の終末のみを比較的簡便に刺激をすることができると考えられる。また多数の終末を個々に刺激できるので、終末間の性質の多様性などを調べるにも適している。この考えに基づき、スポットアンケイジング法を小型神経終末に適用することでシナプス伝達の解析ができるかを試みた。ラットから急性小脳スライス標本を作製し、2個の小脳抑制性神経細胞(バスケットないし星状細胞)をパッチ電極で同時に膜電位固定し、各細胞の膜電流を測定した。一方の神経細胞にケイジドCaおよびCa蛍光指示薬を導入し、他方に形態を標識する色素を導入することによって、シナプスを作っている領域(異なる蛍光を発する線維がクロスするところ)を同定した。シナプス前終末領域にスポット光(直径1から2ミクロン程度)を局所的に照射することにより、ケイジドCaからCaを解離させ、終末内でCa濃度を強制的に上昇させた。Ca上昇により伝達物質放出をおこさせ、シナプス後細胞の応答を起こすことができ、このシナプスの伝達物質放出機構の解析をおこなった。また、繰り返し光刺激することができるので、短期、長期のシナプス可塑性誘導時において前終末の性質がどのように変化するかを計量する可能性がでてきた(Trigo et al., 2012)。次の段階として、この方法を小脳のほかのシナプスに適用することを試みること、終末からの直接電気記録と組み合わせることで、光学的方法の妥当性を検討することを計画している。昨年度までに、当初の目標であるスポットアンケイジング法を用いた単一シナプス前終末の光刺激法については既に完成している。これによって、単一シナプス終末内Caを上昇させて、神経伝達物質放出を惹起し、シナプス後部でシナプス電流を測定することができるようになった。本年度は、このような光学的手法と比較する目的で、微小シナプス前終末(直径1-3ミクロン程度)から直接パッチクランプ記録をすることを試みた。具体的には培養および急性スライス標本小脳プルキンエ細胞シナプス前終末からの直接記録をおこなった。膜容量測定法を用いて伝達物質放出量をモニターした結果、シナプス後電流はGABA受容体の飽和によって、必ずしも伝達物質放出量に追随できない可能性が示唆された。すなわち、受容体の性質によって、シナプス伝達の強度がある程度決定されていることを意味する。

終末膜容量測定法や、シナプス小胞イメージング法が、シナプス前終末からの伝達物質放出をより正確に測定できるのではないかと考えられる。終末直接パッチクランプ記録によって、活動電位や、イオン電流の成分などの情報を得ることができる。また、ms前後の速い時間分解能の神経活動をモニターすることができるという点では優れている。一方で、パッチクランプ法は侵襲的であり、終末の生理的な状態をどこまで保てるかは疑問の余地がある。今後は、小胞イメージングを用いて終末の活動をモニターすること、膜電位感受性プローブを取り入れること、チャネルロドプシンなど光で終末を興奮させる方法などを組み合わせていくことが考えられる。神経生理学本研究課題の重要項目に関しては昨年度、本年度まででほぼ達成し、現在はこの方法の妥当性をより厳密に調べること、さまざまな標本に適用することで、方法を改良、発展させることをおこなっている。具体的には、抑制性神経終末からのパッチクランプを組み合わせている。平成24年度の実験計画はおおむね予定通りに遂行し、初期の目的であるスポットアンケイジング法の技術開発は達成した。また、結果の一部は論文に公刊することができた。また、平成25年度以降の計画についても既に準備に取りかかっており、当初の計画以上に進んでいると結論できた。現在の進捗状況で問題ない。概ね、初期の研究計画どおりに遂行することで、問題ないと考えている。具体的には小脳介在性神経細胞間シナプス以外の標本にもスポットアンケイジング法を適用する。実験経費のうち、消耗品をなるべく効率的に使用するよう試みた。また、26年度にこの課題での実験で蛍光プローブの作成など、分子生物学を用いた実験を計画していることから繰り越しするに至った。本年度、抑制性シナプスの小さな終末でパッチクランプ、分子生物学、アンケイジングを組み合わせた実験を計画しており、消耗品で使い切る予定である。具体的には、イメージングなどの光学的手法における蛍光プローブの購入、作成などによる消耗品の使用のため、本事業の経費が当初予定よりも増加する。これらの状況のもと、基金分、補助金双方、研究計画にそって適切に利用する。来年度も申請書記載にそって、研究費を使用する。スポットアンケイジング法に必要な設備備品は前年度までに揃えているため、実験に必要な消耗品を中心に使用する。
反応帯の微量元素浸透実験が拓く沈み込み帯の流体圧変動ダイナミズム

本年度は,アパタイトー塩水系の反応実験の立ち上げを行うとともに,東南極セールロンダーネ山地の反応帯の熱力学解析と反応輸送モデリング,三波川変成帯の岩石ー水反応帯の野外調査と化学組成分析により,地殻浸透率の実効値と破壊によるその変動過程を明らかにした.アパタイトー塩水系の反応実験では,水酸アパタイト・フッ素アパタイトの焼結体および単結晶とNaCl, HCl, NaF, NaOH溶液など種々の溶液を300-450°Cで反応させ,粒界拡散による拡散プロファイルの作成を試みた.その結果,水酸アパタイトーNaCl, HCl水溶液系では置換反応が進まなかったが,フッ素アパタイトーNaOH水溶液系での置換反応の進行が確認され,現在さらなる条件の制約と拡散プロファイルの生成を試みている.セールロンダーネ山地の反応帯解析では,花崗岩質岩脈ーグラニュライト反応帯(0.5 GPa, 700°C),グラニュライトー水反応帯(0.5 GPa, 600°C),直方輝石角閃石片岩ー水反応帯(0.3 GPa, 450°C)の反応帯に対して,熱力学解析により亀裂ー母岩間の流体圧分布を制約した.また,アパタイト中の塩素およびフッ素の亀裂ー母岩間の濃度プロファイルに対して反応輸送モデル解析を行い,流体活動の時間スケールを制約した.以上より,花崗岩質脈ーグラニュライト反応帯は100300日,グラニュライト/直方輝石角閃石片岩ー水反応帯は16時間の極めて短い流体活動であったこと,その母岩の浸透率は10^-2022 [m^2]と低い値で一致することが明らかになった.一方,花崗岩質岩脈や亀裂は10^-15 [m^2]以上の非常に高い浸透率を持ち,流体の優先的な流路であったことが示された.以上より,流体圧上昇と亀裂生成によるダイナミックな浸透率変動を天然岩石より実証することができた.微量元素浸透実験については,アパタイトが反応しづらく実験系の立ち上げに時間がかかったものの,種々の反応条件を試したことにより反応拡散プロファイルを生成可能な条件を見出しつつある.また,天然の岩石ー流体反応帯解析では,様々な温度・圧力条件の反応帯に対して,流体圧分布および浸透率の見積りに成功しており,中部ー下部地殻の浸透率が従来の定説であった10^-18 [m^2]よりも大きく低く10^-2022 [m^2]であることを見出すとともに,亀裂生成(>10^-15 [m^2])により変動しうるものであり,地殻内の流体圧・浸透率変動の具体的な描像を得ることが出来つつある.アパタイトー水溶液反応実験による反応輸送プロファイルの作成を継続するとともに,水溶液組成の経時観測による実効拡散係数の測定を行う実験系を立ち上げ中である.これにより,流体活動時間スケールを制約する上で不確定性のあるパラメータの実効拡散係数を,封圧・温度・流体圧の関数として測定する.上記で得られた実効拡散係数を用いて,天然の反応輸送プロファイルを解析することで.亀裂閉塞の時間スケールを天然岩石から実証し,地殻内における流体圧変動のダイナミックな描像を明らかにする.本年度は,アパタイトー塩水系の反応実験の立ち上げを行うとともに,東南極セールロンダーネ山地の反応帯の熱力学解析と反応輸送モデリング,三波川変成帯の岩石ー水反応帯の野外調査と化学組成分析により,地殻浸透率の実効値と破壊によるその変動過程を明らかにした.アパタイトー塩水系の反応実験では,水酸アパタイト・フッ素アパタイトの焼結体および単結晶とNaCl, HCl, NaF, NaOH溶液など種々の溶液を300-450°Cで反応させ,粒界拡散による拡散プロファイルの作成を試みた.その結果,水酸アパタイトーNaCl, HCl水溶液系では置換反応が進まなかったが,フッ素アパタイトーNaOH水溶液系での置換反応の進行が確認され,現在さらなる条件の制約と拡散プロファイルの生成を試みている.セールロンダーネ山地の反応帯解析では,花崗岩質岩脈ーグラニュライト反応帯(0.5 GPa, 700°C),グラニュライトー水反応帯(0.5 GPa, 600°C),直方輝石角閃石片岩ー水反応帯(0.3 GPa, 450°C)の反応帯に対して,熱力学解析により亀裂ー母岩間の流体圧分布を制約した.また,アパタイト中の塩素およびフッ素の亀裂ー母岩間の濃度プロファイルに対して反応輸送モデル解析を行い,流体活動の時間スケールを制約した.以上より,花崗岩質脈ーグラニュライト反応帯は100300日,グラニュライト/直方輝石角閃石片岩ー水反応帯は16時間の極めて短い流体活動であったこと,その母岩の浸透率は10^-2022 [m^2]と低い値で一致することが明らかになった.一方,花崗岩質岩脈や亀裂は10^-15 [m^2]以上の非常に高い浸透率を持ち,流体の優先的な流路であったことが示された.以上より,流体圧上昇と亀裂生成によるダイナミックな浸透率変動を天然岩石より実証することができた.

微量元素浸透実験については,アパタイトが反応しづらく実験系の立ち上げに時間がかかったものの,種々の反応条件を試したことにより反応拡散プロファイルを生成可能な条件を見出しつつある.また,天然の岩石ー流体反応帯解析では,様々な温度・圧力条件の反応帯に対して,流体圧分布および浸透率の見積りに成功しており,中部ー下部地殻の浸透率が従来の定説であった10^-18 [m^2]よりも大きく低く10^-2022 [m^2]であることを見出すとともに,亀裂生成(>10^-15 [m^2])により変動しうるものであり,地殻内の流体圧・浸透率変動の具体的な描像を得ることが出来つつある.アパタイトー水溶液反応実験による反応輸送プロファイルの作成を継続するとともに,水溶液組成の経時観測による実効拡散係数の測定を行う実験系を立ち上げ中である.これにより,流体活動時間スケールを制約する上で不確定性のあるパラメータの実効拡散係数を,封圧・温度・流体圧の関数として測定する.上記で得られた実効拡散係数を用いて,天然の反応輸送プロファイルを解析することで.亀裂閉塞の時間スケールを天然岩石から実証し,地殻内における流体圧変動のダイナミックな描像を明らかにする.
悪性神経膠腫におけるエクソソーム内WT1のSUMO化による作用の解析

現在、悪性神経膠腫の標準治療は外科的摘出術・化学療法・放射線治療であるが、その予後は極めて悪い。近年、種々の細胞から分泌される膜小胞であるエクソソームを介した細胞間情報伝達が注目されている。エクソソームは腫瘍特異的なタンパクを内包し、周辺細胞の微小環境整備により腫瘍の増殖・浸潤促進に寄与するといわれている。本研究では、先行研究において腫瘍形成との関連性が示唆されたWT1の翻訳後修飾によるエクソソーム内への移行機序を解析し、その作用と微小環境整備のメカニズムを解明することを目的とする。WT1の伝搬機構を解明することは、革新的なアプローチであり、脳腫瘍治療の新たなターゲットとなる可能性がある。
半導体電子スピン系量子コンピュータの要素技術の開発

固体素子量子コンピュータのうち、ビットの選択や論理ゲートの方式が提案されている半導体中のドナーを対象に、母結晶やドナーの種類を変えて、位相記憶時間(T_M)・スピン格子緩和時間(T_1)の温度依存性・ドナー濃度依存性・同種体組成依存性から、コヒーレンス持続時間を決める機構を明らかにした。電子スピンを用いる量子コンピュータで必要とされる100μsを超えるT_Mを、より高い温度領域で得るには、バレー・軌道相互作用による励起状態のOrbach過程によるスピン格子緩和がより高い温度領域で凍結することと、核スピンを持つ同位体の存在比が低い元素からなる半導体結晶の選択により核スピンのフリップ・フロップによる位相緩和を抑えることが重要であることが明らかになった。新しいドナーとして、3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC中のシリコンを置換した燐ドナー及びダイヤモンド中の燐ドナーのESRスペクトルを見出したが、バレー・軌道相互作用による励起状態が近接するために、4H-SiC、6H-SiC中の窒素ドナーのような高い温度領域での長いT_Mは得られなかった。ドナーを量子ビットに用いる提案は、ゲートに加える電圧により、ドナー電子の共鳴周波数を変化させることによりビットを選択すること、および、2つのドナーの電子雲のオーバーラップのON/OFF(交換相互作用のON/OFF)により論理ゲートが構成できることに基づいている。シリコン中の燐ドナーについて、電場印加による超微細相互作用の変化の実証を試みた。10kV/cmを超える電界を加えたが、線幅を越える^<31>P超微細相互分裂の大きさの変化は検出されなかった。アンサンブル系ESR量子コンピュータの2ビット論理ゲートのデモンストレーションに向けたパルス技術の問題点の洗い出しと現状の技術に見合う試料の選択を行った。電子スピンを量子ビットとして用いる量子コンピュータの実現において最も重要な課題は、多くのステップの演算をする間、重ね合わせの状態を持続することができるかということである。我々は、(1)半導体中のドナーのスピン緩和の機構を明らかにし、半導体の種類やドナーとなる不純物の種類を変えるなど、材料面の工夫により、コヒーレンス持続時間の長い系を探索し提案することと、(2)電場印加ESRスペクトルの超微細相互作用の変化を検証するとともに、単一スピンの読み出しをめざして、電流検出電子スピン共鳴法(ESRを電流の変化として検出)の高感度化を図ることとを研究目的においている。炭化ケイ素(SiC)中の窒素ドナーについて、パルスENDORにより電子状態を明らかにするとともに、パルスESR法によって測定する位相記憶時間(T_M)、スピン格子緩和時間のポリタイプ依存性、結晶格子中のサイト依存、温度依存性、ドナー濃度依存性などから、位相記憶時間を決める機構を明らかにした。電子スピンを用いる固体素子量子コンピュータで必要とされる100μsを超えるT_Mを得るには、バレー・軌道相互作用による励起状態のOrbach過程によるスピン格子緩和が凍結することが必要で、シリコン中の燐ドナーでは8K以下の低温が必要であるが、SiC中の窒素ドナーでは60Kで達成(核スピンをもつ同位体^<29>Si、^<13>Cを除くことができれば、35KでT_Mが6ms)できる。新しいドナーの探索として、ダイヤモンド中の燐、4H-SiC中の燐、3C-SiC中の燐のESRスペクトルを初めて観測し、その構造、電子状態を詳細に決定した。
海洋環境中におけるネプツニウムの沈積挙動に関する研究

核燃料サイクルの本格化に伴い、長寿命放射性の^<99>Tc、^<129>Iおよび超ウラン元素(^<237>Np,Pu同位体,^<241>Am)の環境中での挙動研究がますます必要かつ重要視されている。なかでも、α放射体の^<237>Npについては、現在の環境中のレベルが低いこともあって、その研究は極めて少ない。本研究は、^<237>NpやPu同位体、^<241>Amの検出が比較的容易なIrish海(イギリス)の沿岸堆積物に着目し、^<237>Npの堆積挙動をPu,Amとの比較により検討した。非破壊γ線スピクトロメトリ-で^<137>Csを定量し、その後試料15gを用い、^<237>Np、^<236>Pu(^<242>Pu)、^<243>Amトレ-サ-を加え、逐次Np,Pu,Amを分離・精製し、α線スペクトロメトリ-により^<237>Np,^<238>Pu,^<239,240>Pu,^<241>Amを定量した。また^<241>Amの親核種^<241>Puも液体シンチレ-ションカウンタ-で測定した。右図にこれら核種の測定結果を示す。以下主な結果を示す。(1)Irish海の沿岸堆積物中の^<237>Np,Pu同位体、^<241>Amの分布を明らかにした。・^<237>Np(Ribble川河口を除く)、Pu同位体および^<241>Amの濃度範囲は、1000倍におよび、Sellafield再処理工場に近いEsk川河口での汚染は一般環境の約1000倍にも達している。・^<239,240>Puに対する^<237>Np(Ribble川河口を除く)および^<241>Amの放射能比はほぼ一定であり、挙動が比較的類似している。・Sellafield再処理工場から放出される超ウラン元素の堆積物中への移行には、廃液中に含まれる粒子状物質が重要な役割を果たしていると考える。(2)溶出実験の結果、堆積物中のネプツニウム、プルトニウム、アメリシウムはそれぞれ異なる吸着状態となり、ネプツニウムがプルトニウム、アメリシウムに比べて溶出しやすい。以下主な結果を示す。
次世代リング型光源に向けた革新的な常伝導高調波空洞の開発

次世代光源リング型光源での活用を目指した高調波空洞について、詳細な空洞パラメータを決定するため、Synchrotron SOLEILで開発された6次元の電子ビームトラッキングコード"mbtrack"を拡張しこの目的のために使用できるようにした。本コードは蓄積リングでのビーム不安定性を調査するために開発されたコードであり、既存施設で観測された不安定性の解析や次世代光源リングの設計に用いられている。昨年度は縦方向のみの運動に特化した電子ビームトラッキングコードを開発済みであったが、この拡張によりー般的な6次元空間を運動する電子ビームに対する高調波空洞の影響を調査できるようになった。また、ベンチマークにより既知の高周波空洞に関わるビーム運動をよく再現することが確認できた。本開発の詳細については5月にオーストラリアで開催される国際加速器学会で報告する予定である。電子ビームトラッキングコードによる高調波空洞パラメータの調査は現在、Synchrotron SOLEILの共同研究者らとともに進めている。また、高調波空洞モデル製作に向け昨年度に引き続き高周波の入力カプラについて設計作業をおこなっている。入力カプラは空洞内に蓄積されるウェーク場の量を調整する機能とこれに不足分があれば外部から導入するために用いられる。入力カプラの追加は高調波空洞の対称性を崩し、場合によっては昨年度までに目処をつけた寄生モードの減衰機構の性能を劣化させる恐れがあるため、慎重に設計作業を行っている。当初の予定より少し遅れているが、おおむね順調に設計が進んでいる。状況としてはモデル空洞製作のために詳細なパラメータを詰めている段階である。モデル空洞には申請予算の範囲内とはいえ多額の予算を使用することになるため、昨年度はより慎重に空洞パラメータの決定作業を行った。この結果、昨年度までに行った研究結果を大きく覆すような評価結果は得られておらず、当初の予定に沿った方針で高周波空洞が製作できそうなことが確認できた。このような理由により、進捗状況としてはおおむね順調だと考える。今年度は、高周波空洞のコールドモデル(モデル空洞)の製作を開始する予定である。モデル空洞が完成した後は設計パラメータが実現できているか調査にうつる。次世代リング型光源に必要とされる1.5GHz帯の高調波空洞について、高周波空洞(Q値、シャントインピーダンスなど)と高周波源(電力、バンド幅など)に必要なパラメータを定量化した。具体的には高調波空洞の性能を数値的に評価するための計算コードを開発し、これを用いた評価を行った。計算コードは電子ビームトラッキングを主としたコードと等価回路モデルによる空洞応答を準解析的にモデル化したものを個別に作成し、相補的に用いた。これら評価により準回折限界蓄積リングに応用する上で十分な性能を有した常伝導高調波空洞の実現が可能であることが明確になった。さらに高周波システムの一部を新たなアイデアに基づいて拡張することで、これまで報告されてきた以上に高性能な高調波空洞システムが実現可能であることが明らかになった。また、このアイデアは既存の放射光施設でも適用可能であり、幅広い応用が期待される。これらの成果については査読付き投稿論文(PRAB)にまとめるとともに、国際会議(FLS2018)において招待講演として報告した。次に実際に高調波空洞を製作するため、3次元電磁界シミュレーションコードにおける空洞設計をおこなった。空洞設計では上記で明らかになった性能を満たしつつ、実際に次世代リングを運転する際に問題となる寄生モードの減衰構造について詳細な検討を行った。検討ではロッド方式とスロット方式の2種類の減衰構造について計算を行い、スロット方式を用いた方が高い空洞性能を実現できそうであることが明らかになった。これまでに次世代リング型光源の一つであるKEK放射光源に使用可能な性能をもった高周波空洞設計を得ている。今後さらに設計を進め、モデル空洞を製作する予定である。当初の予定通り、常伝導高調波空洞の設計が進んでいる。次世代リング型光源に必要な空洞性能をは研究開始前に粗く見積もっていた範囲内の収まっており、研究の推進において当初の予定からの大きな変更は必要ない。さらに初年度に予定していたモデル空洞製作のための詳細設計作業もおおむね順調に進んでいる。

入力カプラの追加は高調波空洞の対称性を崩し、場合によっては昨年度までに目処をつけた寄生モードの減衰機構の性能を劣化させる恐れがあるため、慎重に設計作業を行っている。当初の予定より少し遅れているが、おおむね順調に設計が進んでいる。状況としてはモデル空洞製作のために詳細なパラメータを詰めている段階である。モデル空洞には申請予算の範囲内とはいえ多額の予算を使用することになるため、昨年度はより慎重に空洞パラメータの決定作業を行った。この結果、昨年度までに行った研究結果を大きく覆すような評価結果は得られておらず、当初の予定に沿った方針で高周波空洞が製作できそうなことが確認できた。このような理由により、進捗状況としてはおおむね順調だと考える。当初の予定通り、高周波空洞のコールドモデル(モデル空洞)の製作に向けて空洞詳細設計を進める。設計作業は現在、詰めの部分にさしかかっており、これが完了次第、モデル空洞の製作図面の作成、工作業者との相談にうつる予定である。また、同時に高周波減衰材料の評価も行っていく予定である。今年度は、高周波空洞のコールドモデル(モデル空洞)の製作を開始する予定である。モデル空洞が完成した後は設計パラメータが実現できているか調査にうつる。本申請課題で要となる予算使用項目は高周波空洞のコールドモデル製作であるが、追加計算による確認が必要となり空洞設計が終了しなかったため、翌年度に使用することとした。本受入研究費で製作できるモデル空洞は予算的に1つとなるため慎重を期すことにした。
フォトニック結晶による自然放出制御に関する研究

本年度の研究では,まず,斜めエッチング技術のさらなる向上を図るため,プラズマプロセスの数値解析モデルを構築し,理論・実験の両面から検討を行なった.プラズマエッチングにおけるイオンシース長の値は数十μm数mmであり,基本的にシースは半導体ウエハ表面に沿って形成されるため斜めエッチングは不可能である.そこで本研究では,イオンシース制御板をウエハ上方に設置し,ウエハ表面に形成されるイオンシースおよびシース電界を直接制御する技術を開発している.この技術を解析するために求めるべき情報は,シース端位置,シース内の電荷分布(イオン軌道),シース内の電位分布,の3つであるが,これらの間には相互依存関係が存在するため,自己無撞着法を適用することによって解を導出することができる.この自己無撞着イオンシース解析法の構築によって,イオンシース制御板の効果を効率的にシミュレーションすることが可能になった.様々な制御板構造,様々なプラズマパラメータのもとで解析を行った結果,本エッチング技術の特徴を定性・定量的に明らかにすることに成功した.また,大面積処理が可能な電界制御板の設計を行い,本技術が工業的にも有用であることを示した.さらに,複数方向のエッチングを同時に行う新たな技術を提案した.これらの技術は,半導体微細加工用に広く普及しているプラズマエッチング装置をそのまま転用でき,あらゆる半導体デバイスにおいて,新たな微細加工法として応用できる可能性を持っている.以上の技術を用い,様々な格子定数で3次元フォトニック結晶を作製した結果,近赤外領域において光通信波長帯を網羅して自在にフォトニックバンドギャップ帯域を制御することにも成功した.本年度は,第一に,量子井戸を内包するストライプ積層型9層3次元フオトニック結晶の時間分解フオトルミネッセンス測定を行い,自然放出制御の時間領域での検証を試みた.4Kにおける測定の結果,完全フオトニックバンドギャップ(PBG)の存在する波長域(>1.4μm)で発光寿命の増大を観測することに成功した.これは3次元フオトニック結晶による自然放出抑制効果によるものと考えられる.しかしながら,冷却に伴って発光の大部分が完全PBG波長域外へとブルーシフトしたため明確にその効果を実証できたとは言えず,今後さらに多数の試料を作製し,系統的に検討を行う必要がある.そこで,当初の計画通り研究を次段階へと進め,2方向斜めエッチングによる新たな3次元フオトニック結晶作製プロセスの開発,及び理論検討にとりかかった.平面波展開法と時間領域差分法(FDTD法)を用いた理論解析により,2周期分の深さの斜方向エッチングが実現できれば,1000以上のQ値をもつ点欠防共銀器を作製できることを示した.また,エッチングの角度,位置といった新たな要素が完全PBGの形成に与える影響を調べ,エッチング角度が4050度であれば17%以上のバンド幅が維持できることなど,新作製法の特徴を定量的に明らかにした.そして,材料としてSiを選び,極低温ICPエッチング技術を用いてプロセスの検討を重ねた結果,40度の角度で2周期相当の深さまで斜方向ユッチングを行うことに成功した.また,この斜めエッチングを2方向から行い3次元フオトニック結晶を一括作製する工程も確立した.作製した3次元結晶試料においては,透過・反射スペクトル測定によって光通信波長帯でのPBGの形成が確認され,その反射率は約90%と,3次元結晶として非常に高いクオリティを持つことがわかった。本年度の研究では,昨年度に引き続き2方向斜めエッチングによる新たな3次元フォトニック結晶作製技術の開発,及びその理論検討をおこなった.まず,斜めエッチングにおいて深さ方向の中央部でエッチング孔幅が広がる現象(ボーイング)が3次元フォトニック結晶の特性へ与える影響について検討を行った.平面波展開法による理論解析の結果,深さ方向の中央部でストライプ幅が60%減少するボーイングが発生した場合,フォトニックバンドギャップ(PBG)が消滅するという結果が得られた.これは,ボーイングが3次元フォトニック結晶の性能に少なからず影響することを示しており,十分に大きなPBG幅を維持するには,中央部でのストライプ幅の減少を20%以下に抑制する必要があることがわかった.次に,エッチング角度の影響について,平面波展開法と時間領域差分法(FDTD法)を用いて検討を行った.その結果,PBG幅という点からは,最適の角度は45度であり,また,3次元フォトニック結晶の光閉じ込め性能に大きく影響を与える基板鉛直方向の光の減衰率に関しても,エッチング角度を45度にすることによって,40度の場合の約1.4倍に改善することが明らかとなった.以上の理論検討結果を踏まえ,実際にプロセス技術の改善に取り組んだ結果,ボーイングを十分に抑制し,理想的な角度45度,深さ2周期の斜めエッチングを実現した.この技術によって作製した3次元フォトニック結晶試料は,PBG帯域において明瞭な透過率の低下(-22dB)および反射率の増大(97%)を示した.これは3次元結晶として現状で世界でもトップクラスの特性であり,斜めエッチングを用いた新たな作製法の有用性を明快に実証することに成功した.本年度の研究では,まず,斜めエッチング技術のさらなる向上を図るため,プラズマプロセスの数値解析モデルを構築し,理論・実験の両面から検討を行なった.プラズマエッチングにおけるイオンシース長の値は数十μm数mmであり,基本的にシースは半導体ウエハ表面に沿って形成されるため斜めエッチングは不可能である.

そこで本研究では,イオンシース制御板をウエハ上方に設置し,ウエハ表面に形成されるイオンシースおよびシース電界を直接制御する技術を開発している.この技術を解析するために求めるべき情報は,シース端位置,シース内の電荷分布(イオン軌道),シース内の電位分布,の3つであるが,これらの間には相互依存関係が存在するため,自己無撞着法を適用することによって解を導出することができる.この自己無撞着イオンシース解析法の構築によって,イオンシース制御板の効果を効率的にシミュレーションすることが可能になった.様々な制御板構造,様々なプラズマパラメータのもとで解析を行った結果,本エッチング技術の特徴を定性・定量的に明らかにすることに成功した.また,大面積処理が可能な電界制御板の設計を行い,本技術が工業的にも有用であることを示した.さらに,複数方向のエッチングを同時に行う新たな技術を提案した.これらの技術は,半導体微細加工用に広く普及しているプラズマエッチング装置をそのまま転用でき,あらゆる半導体デバイスにおいて,新たな微細加工法として応用できる可能性を持っている.以上の技術を用い,様々な格子定数で3次元フォトニック結晶を作製した結果,近赤外領域において光通信波長帯を網羅して自在にフォトニックバンドギャップ帯域を制御することにも成功した.
アジア新興国の大都市圏の国際産業立地研究

日本企業が多数進出しているアジア新興国では、中国の上海大都市圏やタイのバンコク大都市圏など大都市圏に産業集積が急速に形成されてきている。アジア新興国の大都市圏は、急速な工業化や都市化に伴った諸課題を抱えており、こうした課題に早くから直面した日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)の経験が課題解決に貢献できると考えられる。本研究は、以上の問題意識のもとで、産業立地論の観点から日本企業・関西企業のアジア進出や現地での産業集積形成を実態分析しながら、アジア新興国の大都市圏について、その立地環境上の特性を明らかにするとともに、日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)との産業集積ネットワークの状況や今後のあり方を考察するものである。本研究における研究計画・方法としては、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」の3つが柱である。本年度は、中国・上海大都市圏およびベトナム・ホーチミン大都市圏における日系現地法人への訪問調査を行いながら、日本人駐在員の現地での生活面での立地環境についても検討を行った。また、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」についてのこれまでの研究成果を『国際産業立地論への招待:アジアにおける経済のグローバル化』(新評論)として公表することもできた。本研究(アジア新興国の大都市圏の国際産業立地研究)の目的の達成のため、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」といった研究計画・方法を設定したが、おおむね計画に基づいて研究を進めることができた。これまでの研究成果を『国際産業立地論への招待:アジアにおける経済のグローバル化』(新評論)として公表することもできた。研究の最終年度となるので、本研究(アジア新興国の大都市圏の国際産業立地研究)の目的が十分に達成できるように、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」といった研究計画・方法でこれまでに不足している点を中心に研究を進めていく。本研究は、アジア新興国の大都市圏について、その立地環境上の特性を明らかにするとともに、日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)との産業集積ネットワークの状況や今後のあり方を考察する。そのため、日本企業・関西企業のアジア進出や現地での産業集積形成の側面から調査研究を進めていく。2016年度は、分析フレームワークの検討やアジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討を行うとともに、日系アジア現地法人(ベトナム進出企業8社)への訪問調査を通じて、ベトナムの大都市圏(ハノイ大都市圏およびホーチミン大都市圏)における集積状況と立地環境上の特性を調査・分析した。ハノイ市郊外のハナム省やホーチミン市郊外のドンナイ省の工業団地は、近年、高速道路などの交通インフラ整備により、それぞれハノイ市、ホーチミン市からの通勤圏に入ってきており、こうした大都市圏郊外の工業団地は地元でのワーカーの確保などの点でも有利であるため、産業集積形成が大都市圏郊外へと地理的に広がる傾向にあることがわかった。また、ハナム省は、日系中小企業誘致を非常に熱心に行っており、長年ベトナムで活動している日系コンサルタント会社と連携して、進出企業へのサポート体制を整備している。また、ドンナイ省の日系工業団地では、ベトナムに早くから進出していた大阪の中小企業が中心になって、関西中小企業のベトナム進出を支援する官民協力体制を構築している。こうした受け入れ側の企業誘致政策などを反映して、ベトナムの大都市圏の産業集積形成においては、大企業だけでなく中小企業の海外立地行動との関係も増加する傾向が認識された。日系アジア現地法人への訪問調査は、4年間の研究期間中に、中国、ベトナム、タイ、インドネシアの各大都市圏で実施する計画であるが、2016年度はベトナム(ハノイ大都市圏およびホーチミン大都市圏)の調査を実施することができた。アジア新興国の大都市圏における産業立地研究の分析フレームがまだ十分に確定できていないが、今回のベトナム現地調査を通じて分析ポイントが明確になりつつある。本研究は、産業立地論の観点から日本企業・関西企業のアジア進出や現地での産業集積形成を実態分析しながら、アジア新興国の大都市圏について、その立地環境上の特性を明らかにするとともに、日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)との産業集積ネットワークの状況や今後のあり方を考察することを目的としている。上記の目的を達成するため、アジア新興国の大都市圏の産業立地に関するデータ分析を行うだけでなく、日系アジア現地法人への訪問調査を通じて、アジア新興国の大都市圏における集積状況や立地環境上の特性を調査・分析していく。本年度は、物流関連機器産業や環境関連機器産業に関する日系アジア現地法人(中国の上海大都市圏およびタイのバンコク大都市圏に立地)への訪問調査を実施することができた。アジア新興国の大都市圏は、急速な工業化や都市化に伴った諸課題(環境問題やエネルギー問題など)を抱えていると考えられるが、本年度の現地訪問調査を通じて、上海大都市圏やバンコク大都市圏において、都市ごみ問題が重大な問題となっており、都市ごみの衛生処理と再生エネルギー活用の観点から、ごみ処理発電プラントが普及しつつあることや、こうした事業分野での日系企業のアジア進出が行われていることを調査研究できたことは大きな成果といえる。

本研究は、アジア新興国(主に中国と東南アジア諸国)の大都市圏の国際産業立地について、日系アジア現地法人への訪問調査を通じて分析していくところに研究方法上の特色があるが、昨年度のベトナムのハノイ大都市圏およびホーチミン大都市圏に続いて、本年度は、中国の上海大都市圏、タイのバンコク大都市圏について有意義な現地調査を行うことができた。また、こうした大都市圏の産業集積形成に関連した課題についても検討できた。日本企業が多数進出しているアジア新興国では、中国の上海大都市圏やタイのバンコク大都市圏など大都市圏に産業集積が急速に形成されてきている。アジア新興国の大都市圏は、急速な工業化や都市化に伴った諸課題を抱えており、こうした課題に早くから直面した日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)の経験が課題解決に貢献できると考えられる。本研究は、以上の問題意識のもとで、産業立地論の観点から日本企業・関西企業のアジア進出や現地での産業集積形成を実態分析しながら、アジア新興国の大都市圏について、その立地環境上の特性を明らかにするとともに、日本の大都市圏(特に大阪大都市圏)との産業集積ネットワークの状況や今後のあり方を考察するものである。本研究における研究計画・方法としては、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」の3つが柱である。本年度は、中国・上海大都市圏およびベトナム・ホーチミン大都市圏における日系現地法人への訪問調査を行いながら、日本人駐在員の現地での生活面での立地環境についても検討を行った。また、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」についてのこれまでの研究成果を『国際産業立地論への招待:アジアにおける経済のグローバル化』(新評論)として公表することもできた。本研究(アジア新興国の大都市圏の国際産業立地研究)の目的の達成のため、「分析フレームワークの検討」、「日系アジア現地法人などへの訪問調査」、「アジア新興国の大都市圏に関するデータ資料の整理・検討」といった研究計画・方法を設定したが、おおむね計画に基づいて研究を進めることができた。これまでの研究成果を『国際産業立地論への招待:アジアにおける経済のグローバル化』(新評論)として公表することもできた。アジア新興国の大都市圏の国際産業立地研究に関する分析フレームワークの検討やデータ資料の整理・検討を引き続き行うとともに、ベトナム以外のアジア新興国においても日系アジア現地法人への訪問調査を実施することで、日本企業・関西企業の立地先としてのアジア新興国の大都市圏の立地環境についての特性を掘り下げて明らかにする。特に、日系アジア現地法人の国際的なサプライチェーンの観点から、産業集積ネットワークの状況や今後のあり方を明らかにする。アジア大都市圏の国際産業立地に関する本研究を推進するため、引き続き、日系アジア現地法人への訪問調査を実施していく。また、理論的および政策的なインプリケーションを引き出せるように、調査結果を整理・検討していく。
慢性疼痛が皮質拡延性に及ぼす影響－片頭痛の病態解析

片頭痛は拍動性の痛みを呈し悪心や光過敏を伴う頭痛で若年女性に多い。その病態には皮質拡延性抑制(cortical spreading depression; CSD)が関与しているとされている。平成28年度はCSDと性周期の関連を検討した。マウス性周期は発情前期、発情期、発情後期および発情休止期の4群に分類される。そこで各周期においてCSDを発生させる最小KCl濃度を測定した。CSD誘発のKCl濃度は発情休止期では他の性周期と比較し有意に低値を示した。さらに発情休止期および発情期で女性ホルモンの血中濃度を測定するとCSD誘発閾値が有意に低値を示した発情休止期では、その閾値が高値を示した発情期と比較し、血中エストラジオール濃度は有意に高値を、プロゲステロン濃度は有意に低値を示した。以上の結果は片頭痛が性周期に影響される原因を示すものと考えられた。平成30年度はCSDと光過敏の関係を検討した。CSD誘発マウス群とコントロール群で明室および暗室内における運動時間と静止時間の割合を解析した。CSD誘発群では明室内における運動時間および運動距離がコントロール群と比較し有意に低下しており、片頭痛における光過敏の成因に関与している可能性を明らかにした。片頭痛の頭痛発作には三叉神経由来のカルシトニン遺伝子関連ペプチド(calcitonin gene-related peptide; CGRP)が関与するとされている。平成29年度は三叉神経が片頭痛におよぼす影響を検討するためcapsaicin投与でTRPV1を刺激し三叉神経節神経細胞のCGRPの変化について検討した。この結果、capsaicin 4日投与群でCGRP陽性率はコントロール群と比較し有意に減少した。本研究は片頭痛病態において中枢および末梢神経の関与を明らかにしたもので、片頭痛の病態研究に重要な知見を提供するものと考えられる。片頭痛は、若年女性に多く、その病態には皮質拡延性抑制(cortical spreading depression; CSD)と呼ばれる現象が関与している。CSDと性ホルモンの関連を明らかにするため、平成28年度は、野生型雌性マウス(C57BL/6J)を用いて性周期を分類し、KCl投与によるCSD発生閾値の計測を行った。マウス性周期は膣粘膜の剥離細胞によって卵巣の機能的変化を観察するスメア検査法により、発情前期、発情期、発情後期および発情休止期の4群に分類した。各周期においてCSDを発生させる最小のKCl濃度を測定し、その濃度をCSD発生閾値とした。CSDが誘発されたKCl濃度は、発情前期0.21 ±0.04 M、発情期0.26 ±0.04M、発情後期0.21 ±0.04M、発情休止期0.12 ±0.04Mであった。また雄性マウスでは0.23 ±0.05Mであった。CSDを誘発させるKCl濃度は発情休止期ではCSDが他の3群および雄性マウス比較し有意に低値を示した(P < 0.05)。さらに月経周期における性ホルモンの変動とCSD誘発閾値を検討するため発情休止期および発情期で血中エストラジオールおよびプロゲステロン濃度を測定した。CSD誘発閾値が有意に低値を示した発情休止期では、その閾値が高値を示した発情期と比較し、血中エストラジオール濃度は有意に高値を呈した。一方、血中プロゲステロン濃度は有意に低値を示した。さらにこれらの性ホルモン受容体に対する拮抗薬がCSD誘発閾値におよぼす影響についても検討した。その結果、エストロゲン受容体拮抗薬であるタモキシフェンを投与するとCSD誘発閾値は上昇したが、プロゲステロン受容体拮抗薬のミフェプリストン投与ではCSD誘発閾値が低下したことも明らかにした。本研究ではC57BL/6マウスの性周期をギムザ染色による膣粘膜細胞のスメア標本の顕微鏡観察により4期に判別した。雌性マウスにおけるこれらの性周期および雄性マウスにおいて、CSDが誘発された最小のKCl濃度をその動物のCSD誘発閾値とし、これら5群において比較検討した。マウス発情休止期におけるCSD誘発閾値は、雌性マウス発情前期、発情期、発情後期および雄性マウスと比較し有意に低値であることを明らかにした。平成28年度の研究予定はここまでであった。しかし、発情休止期および発情期で血中エストラジオールおよびプロゲステロン濃度を測定するとCSD誘発閾値が有意に低値を示した発情休止期では、その閾値が高値を示した発情期と比較し、血中エストラジオール濃度は有意に高値を呈し、プロゲステロン濃度は有意に低値を示した。このため平成30年度に予定していた、これらの性ホルモン受容体に対する拮抗薬がCSD誘発閾値におよぼす影響についても平成28年度中に検討した。その結果、エストロゲン受容体拮抗薬であるタモキシフェンを投与するとCSD誘発閾値は上昇したが、プロゲステロン受容体拮抗薬のミフェプリストン投与ではCSD誘発閾値が低下することを明らかにし、当初の計画以上に、性ホルモンがCSDに及ぼす影響について詳細な検討をすすめることができた。片頭痛は拍動性の痛みを呈する頭痛で、その病態には三叉神経終末から放出されたカルシトニン遺伝子関連ペプチド(calcitonin gene-related peptide; CGRP)のような神経ペプチドが関与している可能性が考えられている。

CGRPは頭蓋の動脈に対し拡張作用を有する神経ペプチドであり、capsaicinに感受性を有するtransient receptor potential cation channel, subfamily V, member1 (TRPV1)による刺激でCGRPの放出が促進される。しかし、片頭痛発作時におけるCGRPの動態については未だに不明な点も多い。このため本研究ではTRPV1刺激による三叉神経節神経細胞におけるCGRPの変化について検討した。C57BL/6Jマウスをコントロール群(n=3)、capsaicin 1日投与群(n=2)、capsaicin 4日投与群(n=3)の3群に分類した。使用した動物顔面の三叉神経支配領域に逆行性トレーサーを投与した。その後、両側頬部に10mM capsaicinを30分間貼付した。コントロール群ではDMSO溶液の貼付を行った。刺激後に灌流固定を行い、三叉神経節を摘出し凍結切片を作成した。抗CGRP抗体で染色しトレーサー集積細胞中のCGRP陽性率を定量的に解析した。Capsaicin 4日投与群でCGRP陽性率は11.6%でコントロール群16.9%と比較しCGRP陽性神経細胞の有意な減少が認められた(P<0.05)。一方、capsaicin 1日投与群とコントロール群およびcapsaicin 1日投与群および4日投与群で有意な変化を認めなかった。以上より顔面における三叉神経支配領域にTRPV1を介する刺激を加えると三叉神経節においてCGRP含有神経細胞数が減少することを明らかにした。平成28年度はマウスの性周期によるCSD誘発閾値の変化を検討したギムザ染色による膣粘膜細胞のスメア標本の顕微鏡観察によりC57BL/6マウスの性周期を発情前期、発情期、発情後期および発情休止期の4期に判別すると、マウス発情休止期におけるCSD誘発閾値は、雌性マウス発情前期発情期、発情後期および雄性マウスと比較し有意に低値であることを明らかにした。さらに平成30年度に予定していた、これらの性ホルモン受容体に対する拮抗薬がCSD誘発閾値におよぼす影響についても平成28年度中に検討し、エストロゲン受容体拮抗薬であるタモキシフェンを投与するとCSD誘発閾値は上昇したが、プロゲステロン受容体拮抗薬のミフェプリストン投与ではCSD誘発閾値が低下することを明らかにした。このため平成29年度は顔面に分布する三叉神経線維に侵害刺激を与えることで三叉神経節におけるCGRP含有神経細胞数の変化について詳細な検討をすすめ上記のような結果を得ることができた。片頭痛は拍動性の痛みを呈し悪心や光過敏を伴う頭痛で若年女性に多い。その病態には皮質拡延性抑制(cortical spreading depression; CSD)が関与しているとされている。平成28年度はCSDと性周期の関連を検討した。マウス性周期は発情前期、発情期、発情後期および発情休止期の4群に分類される。そこで各周期においてCSDを発生させる最小KCl濃度を測定した。CSD誘発のKCl濃度は発情休止期では他の性周期と比較し有意に低値を示した。さらに発情休止期および発情期で女性ホルモンの血中濃度を測定するとCSD誘発閾値が有意に低値を示した発情休止期では、その閾値が高値を示した発情期と比較し、血中エストラジオール濃度は有意に高値を、プロゲステロン濃度は有意に低値を示した。