hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SiC繊維強化SiC複合セラミックスの低温固相接合法の開発

研究実績の概要に記載したように、当初はSiCの接合の中間材にSi板を用いていたが、十分な接合強度が得られなかったため、接合面に中間材としてSiペーストを塗布する新規接合法を検討した。このように研究方針に若干修正はあったものの、本法により接合温度1400°C以下での低温接合が可能であることを示し、またSiペースト中のSi粒子径の低減などにより接合部のSi中間層を緻密化することで接合強度を向上させる指針を明らかにした。また、本法で得られた接合体のせん断強度は最大で母材のSiC焼結体の強度とほぼ同等まで向上したことから、基礎検討としては十分な接合強度が得られたと考えている。これらの結果から、当初計画に示した接合強度向上のためのプロセス条件の解明および接合機構の解明はおおむね達成されたと考えている。これらの知見に基づき、より母材強度の大きいSiC/SiC複合セラミックスの接合への応用展開も十分可能であると考えられ、今後は連携企業と共同研究契約を結んで研究成果を発展させる予定である。一方、当初計画では、接合に用いる放電プラズマ焼結装置内で加熱されたグラファイト治具からカーボン蒸気が生じ、Si中間層と反応することで、Siがより耐熱・耐酸化性の高いSiCに化学変化することを期待していたが、本年度の研究ではそのような化学変化は観察されなかった。本法での接合中にはSiペースト中のポリエチレングリコールが蒸発し雰囲気中に拡散するため、これによりカーボン蒸気がSi粒子まで到達できないことなどが原因と考えられる。これに対する改善案として、Siペースト中に炭素(C)粒子等をあらかじめ混合しておき、接合中にSi粒子とC粒子の反応によりSiC中間層を形成させる方法などを検討中であり、耐熱・耐酸化性のさらなる向上が可能ではないかと考えている。工学本年度の研究成果に基づき、さらなる接合強度向上のため、今後はSi粒子径の低減あるいは最適な粒子径分布(粗粒と細粒の組合せ等)の探索などを進め、より緻密なSi中間層の形成を目指す。また、SiC/SiC複合セラミックスへの応用展開および連携企業と共同研究契約を結んで高温強度や耐酸化性等の実用化実験を進める予定である。その際、SiC焼結体とSiC/SiC複合セラミックスの導電性の違いがパルス通電加熱による昇温速度等に差異を生じさせ接合強度が変化する可能性もあるため、金属と同等の導電性を有する炭化物セラミックス(炭化ジルコニウムなど)を用いた接合実験(すでに一部実施済)の結果との比較なども含めてその影響を検討する。一方、Si粒子の溶融・凝固により接合強度が著しく向上した結果に基づき、Siの融点を降下させる添加元素の粉末をSiペースト中にあらかじめ混合しておくことなどにより、1400°C以下の接合温度でSi粒子の溶融・凝固により緻密なSi中間層を形成させる新規手法について基礎検討を行う。その際、Siと金属間化合物を形成しないことおよび接合温度における蒸気圧が比較的高いことを添加元素の選択指針とする(例えばアルミニウムなど)。これにより、接合中に溶融した中間材から添加元素のみが蒸発・除去され、Si中間層が等温凝固できるようにする。添加元素の組成や純度などを変化させ、添加元素が中間層内に残存しない条件やSi中間層の微細組織や接合強度に及ぼす影響を調査し、その効果の解明を試みる。研究実績の概要に記載の通り、当初は中間材にSi板を用いたSiC/SiC複合セラミックスの接合実験を計画し遂行していたが、この方法では十分な接合強度を達成できなかった。
血管内投与型AAVベクターによるてんかんの遺伝子治療

薬物、外科治療のいずれも無効の難治性てんかん患者の新たな治療法の開発を目的とした。従来型の、侵襲性を伴うてんかん抑制物質の海馬への定位的投与ではなく、脳血液関門を通過する血管内投与型のアデノ随伴ウィルスベクターに抑制系GABAシナプスの形成増強に関わるシナプス関連分子Neuroligin2を搭載し、てんかんモデル動物ELマウスの血管内に投与した。この結果、脳全体へのNeuroligin2の発現およびてんかん抑制効果が確認された。・遺伝子治療をより効率的に行うに当たっては、治療遺伝子をてんかん焦点(原性)により近い部位に発現させる必要があり、発作焦点の同定が重要となる。てんかん自然発生ELマウス(以下EL)の発作焦点はこれまでに明確になっていないため、脳血流測定から同マウスの発作焦点の同定を試みた。Tc-99mHMPAO SPECT&RIAにより安静時脳血流を計測したところ、母系コントロールDDYに比し、ELでは皮質、海馬共に脳血液量が低かった。発作時脳血流はEL両側海馬と一部の皮質において増加していた。一般的に発作焦点は安静時血流が低く、発作時血流が増加するとされる。このことより、ELの発作焦点は、海馬あるいは皮質(海馬前額断同平面)に推定された。さらに細かい焦点部位の同定を今後行う予定である。・同様に、てんかん原性を持つ部位を検索する事を目的に、興奮抑制系である中間神経の海馬における発現をparvalbumin染色により比較した。DG,CA1,CA3いずれの領域においてもELにおける発現がDDYに比し、有意に少なく、ELにおける抑制系の脆弱性が示唆された。さらに、神経活動の指標の1つと言われるc-fosの発現を免疫組織的に比較したところ、EL海馬全般においてDDYに比し、発現が亢進していた。これらは、いずれも海馬のてんかん原性を示唆する所見である。前年度までの結果と合わせ、ELでは、過剰興奮性と興奮抑制系の脆弱性が併せて存在し、てんかん原性をもたらしていると考えられた。・これまで、血管内投与型AAVベクターの発現はC57BL6の中枢神経組織において発現が確認されていたが、今回新たに、ELにおいてEGFPを搭載したAAVベクターを静注し、海馬、皮質における発現を確認した。・ミニブタへの投与を1年前倒しに行い、同様にEGFPを搭載したAAVベクターを静注し、海馬、皮質における発現を確認した。昨年度、安静時・発作時の脳血流量をTc-99mHMPPAO核種によるSPECT及びARG(autoradiography)により測定し、てんかん自然発生ELマウス(以下EL)の発作焦点が海馬のみでなく海馬と皮質にもあることを予測した。このことは、従来、てんかん抑制物質を定位脳手術によって海馬に投与する従来型の投与法では効果が不十分である可能性を示唆する。さらに、昨年度、興奮抑制系である中間神経のEL海馬における発現をparvalbuminによる免疫組織化学的に検討したところ、対照DDYマウスに比し、有意に発現が少なく、ELにおける神経興奮の抑制系の脆弱性が示唆された。これらの結果に基づき、本年は抑制系シナプス関連分子の遺伝子を発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを作成し、定位的海馬注入および血管内注入により同ベクターをELに投与し、てんかん抑制効果を観察した。緑色蛍光発色蛋白EGFP発現AAVベクター投与群をコントロールとした。てんかん抑制効果の評価は、発作の発現頻度、強さ、持続時間、強さX持続時間の各項目において行った。投与3ヶ月後に脳を取り出し、免疫組織学的にベクターの発現を検討した。海馬注入群では海馬に、血管内投与群では海馬を含む全脳に目的遺伝子の発現を認めた。両群ともシナプス関連分子クター投与群がEGFP投与群に対し、てんかんを抑制する傾向を示したが、血管内投与群が有意に発作を抑制した。このことは、血管内投与による脳全体の興奮抑制がより発作を抑制する可能性を示したものである。本研究課題における安静時・発作時の脳血流測定により、てんかん自然発生ELマウス(以下EL)の発作焦点が海馬のみでなく大脳皮質にも広く広がること及び抑制系神経の発現が少ないことが明らかになった。従来型のてんかん抑制物質の海馬への定位的投与ではなく、脳血液関門を通過する血管内投与型のアデノ随伴ウィルスベクター(Adeno Associate virus=AAVベクター)に抑制系GABAシナプスの形成増強に関わるシナプス関連分子Neuroligin2を搭載し、血管内投与を行い、脳内への発現およびてんかん抑制効果を検討した。緑色蛍光発色蛋白AcGFP発現AAVベクターおよび生食投与群をコントロールとした。てんかん抑制効果の評価は、発作の発現頻度、強さ、持続時間、強さx持続時間の各項目において行った。海馬への定位的局所投与も行い、結果を比較した。海馬注入群では海馬に、血管内投与群では海馬を含む大脳皮質全脳に目的遺伝子の発現を認めた。両群ともシナプス関連分子クター投与群がEGFP投与群に対し、てんかんを抑制する傾向を示したが、血管内投与群ではいずれの項目も対照に比し、有意に発作を抑制した。特に対照群でほぼ100%てんかん発作を起こすようになる生後16週以降において、各項目の有意差がより顕著であった。

血管内投与法による遺伝子治療が、局所てんかんだけでなく全般てんかんの発作抑制にも有効である可能性が示唆された。薬物、外科治療のいずれも無効の難治性てんかん患者の新たな治療法の開発を目的とした。従来型の、侵襲性を伴うてんかん抑制物質の海馬への定位的投与ではなく、脳血液関門を通過する血管内投与型のアデノ随伴ウィルスベクターに抑制系GABAシナプスの形成増強に関わるシナプス関連分子Neuroligin2を搭載し、てんかんモデル動物ELマウスの血管内に投与した。この結果、脳全体へのNeuroligin2の発現およびてんかん抑制効果が確認された。ELの発作焦点が海馬と大脳皮質の一部にあり、抑制系に脆弱性があるという、初年度の基礎的研究成果を踏まえ、本年度は抑制系シナプス関連分子の遺伝子を発現するAAVベクターを作成し、実際の投与を行った。従来のような海馬への定位手術による投与と共に血管内投与を行い、組織学的に発現を確認した。両群間およびEGFPコントロール群との比較を行い、定量的にてんかん抑制効果を確認した。現在は投与個体数を増やしているところであり、統計学的により信頼できるデータを獲得中である。脳神経外科抑制系シナプス関連分子搭載AAVベクター投与マウスのnを増やし、信頼出来るデータを獲得すること。小動物での効果が確認された場合、ミニブタモデルでてんかんモデルを作成し、同ベクターを投与し、大型動物での効果を確認、臨床応用への道筋を付ける予定である。Nを増やした結果、今回の抑制系シナプス関連分子によるてんかん抑制効果が乏しい場合は、別の抑制系分子の効果を試みる。治療遺伝子を効率的に供給するための、EL発作焦点の同定実験と遺伝子投与前の予備実験としてのにEGFP搭載AAV投与実験を平行して行った。前者においては海馬と皮質の一部の焦点である可能性が高まり、後者においてはELにおいてAAVベクター投与による搭載蛋白の脳皮質や海馬における発現を確認した。今後、実際にてんかん抑制系蛋白の投与を行う予定であるが、投与後の治療効果の定量的判定法を確立しているところである。また、1年前倒しで大型動物であるミニブタへの投与実験を開始しており、同様に神経細胞への発現を確認している。全体としては概ね順調に進展しているものと考えられる。AAVベクター投与マウス数が統計解析にまだ、十分ではないこと。単一種類の分子しか投与していないこと。また、経費のかかる大型動物(ブタ)を使用しなかったこと等による。ELてんかん発作焦点(原性)部位の同定については海馬と皮質の一部に強く疑われるが、更に細かい部位での発作焦点の同定が必要である。脳血流解析においてはSPECTとMRIのfusionやcomputerによるsoftware的解析により、発作焦点を絞り込む予定である。既に血管内投与型AAVによるEGFPの神経細胞への発現は確認されたので、今後は実際の治療遺伝子を投与予定である。また、それに先立ち、発作抑制効果の定量的評価法を決める必要がある。現在、対外的に定量的に電気刺激を与えて発作を誘発し、刺激の発作誘発閾値により評価する方法を開発中である。大型動物のブタモデルにおいては、投与蛋白の発現は確認された。今後は、薬物あるいは電気刺激によるてんかんモデルを作成予定である。
中空型電流分布をもつトカマクの輸送と安定性の解析

1.輸送モデルの改善電流拡散性バルーニングモード乱流輸送モデルにプラズマ回転の効果を取り入れ,それを用いた輸送シミュレーションによって,実験で観測されている時間遅れを伴う内部輸送障壁の形成を再現した.さらに粒子輸送を含めた解析を行い,負磁気シア配位における密度・温度分布の輸送障壁形成を実験結果と比較した.2.電子サイクロトロン波電流駆動の解析およびその並列処理トカマクの時間発展シミュレーションを分散処理によって高速化するため,本科学研究費補助金で購入した複数の計算機を高速のネットワークで接続し,メッセージ交換ライブラリを用いた計算コードを開発した.具体的には中空型電流分布を維持するために必要な電流駆動の解析を行うため,平衡,波動伝播および速度分布変形を組み合わせた電子サイクロトロン波電流駆動解析コードTASK/ECを並列化した.その結果,速度分布解析においては8台の計算機を用いて5倍以上の高速化が実現した.3.アルフベン固有モードの安定性解析3次元波動伝播解析コード(TASK/WM)を用いて,中空型電流分布をもつトカマクにおけるアルフベン固有モードの安定性を解析した.その結果,負磁気シア配位ではトロイダル効果によって現れる固有モード(TAE)だけではなく,磁気シアが極小をもつことによって現れる固有モード(GAE)が重要となり,電流分布のわずかな変化によってアルフベン固有モードの周波数が大きく変化することが示された.波動伝播解析においては,分散メモリ型計算機クラスターによる並列処理を行い,ほぼ計算機台数に反比例する計算時間の短縮を実現した.1.輸送モデルの改善電流拡散性バルーニングモード乱流輸送モデルにプラズマ回転の効果を取り入れ,それを用いた輸送シミュレーションによって,実験で観測されている時間遅れを伴う内部輸送障壁の形成を再現した.さらに粒子輸送を含めた解析を行い,負磁気シア配位における密度・温度分布の輸送障壁形成を実験結果と比較した.2.電子サイクロトロン波電流駆動の解析およびその並列処理トカマクの時間発展シミュレーションを分散処理によって高速化するため,本科学研究費補助金で購入した複数の計算機を高速のネットワークで接続し,メッセージ交換ライブラリを用いた計算コードを開発した.具体的には中空型電流分布を維持するために必要な電流駆動の解析を行うため,平衡,波動伝播および速度分布変形を組み合わせた電子サイクロトロン波電流駆動解析コードTASK/ECを並列化した.その結果,速度分布解析においては8台の計算機を用いて5倍以上の高速化が実現した.3.アルフベン固有モードの安定性解析3次元波動伝播解析コード(TASK/WM)を用いて,中空型電流分布をもつトカマクにおけるアルフベン固有モードの安定性を解析した.その結果,負磁気シア配位ではトロイダル効果によって現れる固有モード(TAE)だけではなく,磁気シアが極小をもつことによって現れる固有モード(GAE)が重要となり,電流分布のわずかな変化によってアルフベン固有モードの周波数が大きく変化することが示された.波動伝播解析においては,分散メモリ型計算機クラスターによる並列処理を行い,ほぼ計算機台数に反比例する計算時間の短縮を実現した.1.シミュレーションの分散処理化トカマクの時間発展シミュレーションを分散処理によって高速化するため,本年度の補助金で購入した複数の計算機を高速のネットワークで接続し,メッセージ交換ライブラリを用いた計算コードを開発した。具体的には中空型電流分布を維持するために必要な電流駆動の解析を行うため,平衡,波動伝播および速度分布変形を組み合わせた電子サイクロトロン波電流駆動解析コードTASK/ECを並列化した.その結果,速度分布解析においては8台の計算機を用いて5倍以上の高速化が実現した.さらにトカマク輸送コードと組み合わせるためにデータおよびインターフェースの統一を図った.2.輸送モデルの改善電流拡散性バル-ニングモード乱流輸送モデルにプラズマ回転の効果を取り入れ,それを用いた輸送シミュレーションによって,実験で観測されている時間遅れを伴う内部輸送障壁の形成を再現した.さらに粒子輸送を含めた解析を行い.負磁気シア配位における密度分布と温度分布の輸送障壁形成を実験結果と比較した。3.TAEモードの安定性解析3次元波動伝播解析コードを用いて,中空型電流分布をもつトカマクにおけるアルフベン固有モードの安定性を解析した.その結果,負磁気シア配位ではトロイダル効果によって現れる固有モード(TAE)だけではなく,磁気シアが極小をもつことによって現れる固有モード(GAE)が重要となることが示された.そして実験において観測されている固有モード周波数の大幅な低下を定性的に再現した.1.シミュレーションの並列処理トカマクの時間発展シミュレーションに必要な波動伝播・電流駆動・安定性の解析において,分散型メモリによる並列処理に適した計算コードを開発し,8台からなる計算機クラスターを用いて最高7倍以上の高速化を実現した.そして中空型電流分布をもつトカマクについて輸送シミュレーションを行い,内部輸送障壁による閉じ込め改善の維持について解析を行った.2.輸送モデルの改善電流拡散性バルーニングモードにもとづく乱流輸送モデルに有限サイクロトロン半径効果を取り入れ,電子とイオンの熱拡散係数に差が現れ,電子の熱拡散係数が増大することを示した.また径方向電界やプラズマ回転を取り入れた流体型輸送方程式にもとづく輸送シミュレーションを発展させ,周辺プラズマとの相互作用を含めた解析によって,加熱パワーの増大に伴う周辺輸送障壁の形成を再現した.3. TAEモードの安定性

解析中空型電流分布をもつトカマクにおけるアルフベン固有モードの安定性を,3次元波動伝播解析コードを用いて解析した.中空型電流分布によって磁気シアが負となる場合には,トロイダル効果に依存しないグローバルアルフベン固有モードが現れるだけでなく,電流分布のわずかな変化によってトロイダルアルフベン固有モードの周波数が大きく変化することが示された.
日中の行動に及ぼすウルトラディアン・リズムの影響に関する生理心理学的研究

事務的で魅力のある課題の遂行にも、ウルトラディアン・リズムの影響が表われるかを実験的に検討した。課題は言語情報処理に関して、ワープロ入力(邦文研究論文原稿の入力)を、空間情報処理に関しては、ファミコン(ゲーム名:ゼビウス)ゲームを採用した。男子大学生及び大学院生20名を、ワープロ課題10名、ファミコン課題10名割付け、朝の8時から夕方の18時まで10時間、15分毎に5分間の課題遂行とその前後に各1分ずつ閉眼安静を課した。残る8分間は被験者は食事・用便・休憩・ジクソウゲーム等の自由行動が許された。実験期間は恒常環境室を閉鎖し、孤立条件で実施した。行動観察とともに脳波・眼球運動・心電図をポリグラフィ記録し、脳波については課題中とその前後の安静期について、1分間の記録をスペクトル分析し、脳波の左右差指数とコヒーレンスを計算した。ウルトラディアン周期変動成分の同定は、最大エントロピー法(MEM)によった。ワープロ入力課題では、作業速度と誤りを指標として時系列分析した。成績曲線には'ゆらぎ'は認められるが、MEMスペクトルは平坦なパタンを示し、ランダム変動であることがわかった。しかし、原稿内容に自動変換で正しく入力できる部分と自動変換が誤りの発生因となる部分もあり、作業成績の適正評価という点に問題がある。従って、実務作業にはウルトラディアン変動はないと言い切るのは早計のようである。この点については、今後、指標の洗練化を試みる。ファミコンの成績は得点数とクリア場面数、使用機数を重み関数として時系列を作った。最も明確にMEMスペクトルにピークがみられたのは、単純なゲーム得点で約90分周期のウルトラディアン変動が認められた。脳波はゲーム中に右半球活性の状態を示しながらも、約100分周期の変動を示した。コヒーレンスに全く周期変動がみられないのは、単純作業と著しく異なる。脳こうそく患者(男性,36歳,T.I)の視運動機能障害とその回復過程を検討することを目的として、発症後6か月時と9か月時の2度にわたり追跡眼球運動の測定を行った。また、ほぼ同一条件下で正常対照者の眼球運動を測定した。[方法]被験者の眼前に、運動する光点を呈示するための視標提示装置を置く。光点の直径は視角0.8度、運動の振幅は20度で、0.15Hzから1.20Hzまでの範囲で水平あるいは垂直方向に単振動させる。各周波数の視標に対する観察・追視時間は約20秒とし、この間は室内照明は消灯しておく。セッション間間隔は約30秒間とする。被験者の頭部固定はあご台によって行い、セッション中に被験者の頭が動くようであれば、実験補助者が軽く手で支えるようにする。観察条件は水平・垂直両運動視標に対してそれぞれ(1)左右単眼視、(2)両眼視である。単眼視の場合には、不使用眼は眼帯でおおっておく。[結果](1)両眼水平眼球運動に関しては、発症6か月時に比べると9か月時にはスペクトラル・ピュアリティが顕著に向上していることが判明した。しかし正常対照者と比較すると、追跡の「滑らかさ」はまだ十分とはいえない。(2)両眼垂直眼球運動のピュアリティに関しては、正常者でも滑らかさは劣るが、本ケースの場合にはその傾向は一層顕著である。しかも3か月間の機能向上・回復がほとんどみられていない。

また、(3)T.Iにおいては、身体的な片まひとの関連から、左右眼の眼球運動機能が非対称的であることが観察され問題視されていた。EOGの結果からも、ピュアリティをはじめとする種々のパラメータにおいて極端に左眼優位の傾向が強いことが見出されている。さらに、(4)T.Iにおいては、上記の眼球運動の障害が、描図などにおいてみられる種々の行動的問題の原因となっていることが示唆された。
健康に影響を及ぼす生活習慣の規定要因に関するコホート研究

栃木県の農村地域であるO市の住民を対象としてコホート研究を行った。ベースライン調査は、30歳以上の全住民に対して留め置き調査を行った。エンドポイントは、8年間に渡って、死亡及び転出を追跡し、死因は国際疾病分類によりコーディングを行った。相対危険の計算にはCoxの比例ハザードモデルを適用した。ベースライン調査時において既に疾病に罹患している者の影響を除く目的で、寝たきり・入院中・がん既往者・心筋梗塞既往者を除外し、性・年齢に加えて喫煙習慣を調整し、さらに追跡開始後3年目からの観察として分析を行った。分析の結果を以下に示す(注.*:p<0.05,ns:not significant)。定期的運動習慣を有する者のハザード比は、全死亡0.93ns、虚血性心疾患1.03ns、脳血管疾患0.83nsであった。運動していない者と比較した運動頻度によるハザード比は全死亡の場合、毎日1.08ns、2日に1回0.85ns、週2回0.90ns、週1回以下0.70nsであった。運動種目毎の全死亡に対するハザード比は、ゲートボール0.78*、ジョギング0.99ns、体操0.78nsであった。虚血性心疾患死亡のハザード比は、ゲートボール0.77ns、ジョギング1.89ns、体操0.75nsであった。また、脳血管疾患死亡のハザード比は、ゲートボール0.91ns、ジョギング0.35ns、体操0.25nsであった。この研究結果から、定期的運動習慣のある者は、死亡を低減させる可能性が示唆された。しかし、運動頻度は、必ずしも毎日行うよりも、やや少ない頻度の方が好ましい可能性が示唆された。運動種目としては、ゲートボールや体操は死亡を低減させる一方、ジョギングは虚血性心疾患死亡をむしろ増加させる可能性が示唆された。今回の研究によって、一定の傾向を明らかにすることはできたものの、有意差のある項目は限られていたため、今後さらに長期にわたって追跡を行う必要があると考えられた。
セラミックスのメソスケール破壊特性の評価法確立と微構造因子との相関解明

本研究の目的は、セラミックスの破壊を支配するメソスケール破壊特性の評価法確立と微構造因子との相関解明、および、これを活用した高信頼性材料の設計と創製である。環境エネルギー分野や安心安全な社会を支える材料の研究開発が進められているが、その社会実装に不可欠な機械的信頼性の向上、および、その基礎となる破壊現象の理解は十分ではなかった。本研究は、研究代表者が開発したマイクロカンチレバー試験片を用いたメソスケール破壊特性評価法をさらに発展させたものであり、ここで得られる成果は破壊現象の理解に基づく高信頼性設計による各種セラミックスの社会実装に大きく貢献するとともに、多岐にわたる学術分野への波及も期待される。本年度は、平成29年度に確立された破壊特性評価法を各種材料に展開した。単結晶Siでは、TEM観察によるナノスケールの構造解析と合わせることで、メソスケールの強度や塑性変形が転位に起因した現象であることを見いだした。単結晶SiCでは、その強度が単結晶Siと同様に寸法効果を示すこと明らかにするとともに、より小さな試験片の曲げ強度が56GPaと極めて高い値となることを見いだした。この値は第一原理計算で予想される理想強度と同程度であるとともに、従来ウィスカーなどで測定されてきた強度よりも高い値であり、炭化ケイ素等のセラミックスの中で世界最高の実測強度である。CVD法で作製した非晶質SiCの曲げ強度は、単結晶よりも低いものの高い強度を示すことがわかった。MLCC中のBaTiO3についてもマイクロカンチレバー試験片を作製して破壊特性を評価したところ、曲げ試験であるにもかかわらず強弾性ドメインスイッチングを示すこと、4GPa程度の高い強度を示すことを初めて明らかにした。このような知見は、機能性材料の信頼性向上に重要な基礎的知見になると考えられる。平成30年度は、前年度に引き続き、各種材料を用いてメソスケール破壊特性評価を行った。まず、平成29年度にも用いた単結晶Siを試料とし、塑性変形が生じた後、除荷した試験片から薄片試料を作製してTEM観察を行った。その結果、高い引張応力が作用した領域にのみ、転位が集中して存在していることが明らかとなった。その中でも特に集中している領域の寸法は、強度と破壊靱性から算出した等価き裂長さとほぼ同程度であったことから、数ミクロン程度の試験片では新たに発生した欠陥が単結晶Siの強度を支配することが明らかとなった。次に、単結晶SiC、CVD法で作製した非晶質SiCにマイクロカンチレバー試験片を作製し、メソスケールの破壊特性を評価した。その荷重変位曲線は、単結晶Siと同調に荷重が変位に対して線形に増加した後、非線形変形することが確認された。単結晶SiCの曲げ強度は、試験片寸法に依存し、試験片寸法の減少とともに増加した。特に、幅と高さがサブミクロンのマイクロカンチレバー試験片を用いて得られた強度は56GPaとなり、第一原理計算で得られる理想強度とほぼ同じ値が実測されることを見いだした。非晶質SiCの強度は、単結晶SiCよりは低いものの33GPaと高い値となった。非晶質SiCの破壊靱性は単結晶SiCのものよりも低く、強度と同様の蛍光にあることを見いだした。さらに、従来の手法では評価することのできないMLCC中のBaTiO3層にマイクロカンチレバー試験片を作製してその破壊特性を評価したところ、低応力領域では線形に変形した後、BaTiO3の強弾性ドメインスイッチングに起因すると考えられる1%程度の大きな変形を示した。また、その強度は約4GPaであり、一般的なBaTiO3セラミックスのものよりも極めて高いことが示された。以上の理由により、本研究はおおむね計画通りに進展しており、その一部では当初の計画以上に進展していると判断される。令和元年度には、メソスケール破壊特性評価を各種材料・各種特性評価に展開する。まず、単結晶Siに作製した単結晶Siにマイクロカンチレバー試験片に繰り返し荷重を印加した疲労試験を行う。単結晶Siで得られた手法と知見を活かして、単結晶SiCおよび非晶質SiCのメソスケール破壊特性評価と微構造因子との相関解明を進める。次に、平成30年度に測定したMLCC中のBaTiO3層のメソスケール破壊特性評価で得られた成果を、より詳細に解明するために、単結晶BaTiO3を用いた実験を進める。その解析には、ハイブリッドナノフラクトグラフィーで培った走査型プローブ顕微鏡観察をベースとした手法を適用する。また、これまでは大気中でのメソスケール破壊特性評価を行ってきたが、測定環境が破壊特性2大きな影響を及ぼすと予想されることから、水中での破壊特性評価を試みる。試料としては、単結晶Si、石英ガラス、ソーダライムガラス、窒化ケイ素セラミックスを用いる。最終的には、全体を取りまとめて手法の確立とメソスケール破壊特性と微構造因子の相関解明を進める。本研究の目的は、メソスケール破壊特性評価法を確立すること、および、メソスケールの破壊特性と微構造因子との相関の解明である。この研究目的を達成するために、平成29年度は、メソスケール破壊特性に及ぼす試験片形状および破壊試験条件の影響の解明を目指して実験を行った。まず、単結晶Siを試料とし、系統的に形状を変化させて作製した断面が五角形のマイクロカンチレバー試験片を用いて実験を行い、形状の対称性の指標である歪度が0.15以下の範囲では物性値であるヤング率を精度よく測定できることを明らかにした。しかし、歪度が小さくとも断面が扁平な三角形の試験片では、ヤング率を過大評価することも分かった。

応力をさらに印加すると、応力とひずみの関係は非線形となり、引張あるいは曲げ応力下においても単結晶Siが塑性変形を生じた。上記の歪度の範囲のマイクロカンチレバー試験片を用いて測定した曲げ強度は約7.4 GPaとなり、バルクな試験片で測定される強度よりも極めて高いことも分かった。これよりも約1/3の寸法のマイクロカンチレバー試験片を用いてヤング率と強度の測定を行ったところ、ヤング率は精度よく測定でき、得られた強度は第一原理計算で報告されている理想強度とほぼ同程度となった。以上より、メソスケールでの破壊特性を精度良く測定するための手法を明らかにすることができた。また、メソスケール破壊特性評価のための各種材料も作製した。前述の通り確立されたメソスケール破壊特性評価法を、作製した材料の一部であるSiC多孔体の粒界強度測定に適用したところ、脆性固体として知られるSiCであっても、その平均強度は約39GPaとなり、塑性変形も生じることを初めて見いだした。さらに、マイクロカンチレバー試験片を用いて溶融Alに浸漬したSi3N4セラミックス表面の破壊特性評価も行い、その劣化メカニズムを解明することにも成功した。本研究では、メソスケール破壊特性評価法を確立が目的の一つであるが、平成29年度には、当初計画していた強度、破壊靱性に関して、これらを妥当に評価可能な形状、寸法についての知見を得ており、マイクロカンチレバー試験片を用いた破壊特性評価法の確立のための目標は十分達成できている。また、平成30年度以降のメソスケール破壊特性と微構造因子の相関解明に必要な材料も作製できており、その一部について既にマイクロカンチレバー試験片を用いたメソスケール破壊特性の実測にも成功している。その際に、これまで実際に測定されたことがなかった材料の本質ともいえる理想強度が本手法により実測されること、脆性的なセラミックスに引張あるいは曲げ応力を印加した場合においても塑性変形することなど、当初予期していない新規な現象を見いだすことに成功している。これらのメカニズムは次年度以降行う予定のTEM観察やAFMを駆使したナノフラクトグラフィーにより解明することにしている。以上の理由により、本研究はおおむね計画通りに進展しており、その一部では当初の計画以上に進展していると判断される。本研究の目的は、セラミックスの破壊を支配するメソスケール破壊特性の評価法確立と微構造因子との相関解明、および、これを活用した高信頼性材料の設計と創製である。環境エネルギー分野や安心安全な社会を支える材料の研究開発が進められているが、その社会実装に不可欠な機械的信頼性の向上、および、その基礎となる破壊現象の理解は十分ではなかった。本研究は、研究代表者が開発したマイクロカンチレバー試験片を用いたメソスケール破壊特性評価法をさらに発展させたものであり、ここで得られる成果は破壊現象の理解に基づく高信頼性設計による各種セラミックスの社会実装に大きく貢献するとともに、多岐にわたる学術分野への波及も期待される。本年度は、平成29年度に確立された破壊特性評価法を各種材料に展開した。単結晶Siでは、TEM観察によるナノスケールの構造解析と合わせることで、メソスケールの強度や塑性変形が転位に起因した現象であることを見いだした。
タンパク質のコンホメーション変化を指標にするプロテオーム解析

本研究ではまず、モデルタンパク質を用いて、化学試薬の標識量の変化を指標にして、MALDI-TOF MSにおいて低分子結合に基づくタンパク質のコンホメーション変化の検出が可能であることが分かった。次に、蛍光SH基標識を合成し、蛍光強度の変化による評価によりタンパク質のコンポメーション変化解析を可能とした。続いて、その蛍光標識タンパク質を酵素消化後、蛍光検出逆相HPLCピーク画分をMALDI-TOF MS及びMALDI-PSD TOF MSにて分析したところ、蛍光標識システインを含めたペプチドのアミノ酸配列解析ができることがわかった。そして、タンパク質のコンホメーション変化の網羅的解析の基礎検討実験として、コンホメーションの異なる同一のタンパク質を分子量の異なる2種類のSH基蛍光標識試薬によりそれぞれ蛍光標識し、酵素消化後、蛍光検出逆相HPLCに供し、そのピーク画分をMALDI-TOF MSにより解析した。その結果、シグナル強度の相対比較を指標に用いることにより、コンホメーション変化の評価系を開発した。一方、タンパク質のシステイン残基のN残基で切断する試薬により、タンパク質の構造解析に極めて有用になる切断に伴うC末端の標識法を開発した。本標識法では、種々の電荷の異なるアルキルアミンによる標識に応用できることを見出し、かつタンパク質の構造解析に有用であることを示したのみならず、更に比較定量法への応用にも拡げることができた。また、先述のポリアミン修飾ペプチドを化学的に作製する一方で、プロテアーゼ消化によって断片化されたペプチドがポリアミンにより修飾されることを見出した。これは、食事中に含まれるタンパク質は、消化され吸収される際、食品中に大量に存在するポリアミンが消化や吸収過程に何らかの影響を与える可能性を示唆することを示した。1.新規標識試薬の合成及びタンパク質のコンホメーション変化とその反応性の検討タンパク質中のSH基標識に焦点を絞り、タンパク質中のSH基を標識するのみならず、その後のタンパク質のMALDI-TOF MS分析そして、タンパク質消化後のペプチドのPSD解析においても有利となることを考え、まず新規蛍光SH基標識試薬をデザインし、合成を行った。モデルタンパク質を用いて、新規標識試薬がSH基と反応していることを確認した。そして、モノヨード酢酸による標識量との比較及びコンホメーション変化の関係を、酵素の活性、プロテアーゼに対する抵抗性、CDスペクトルなどを指標に評価しているところである。2.C末端標識法を利用したアミノ酸配列分析法の開発(1)C末端標識法の開発これまでの研究成果に基づいて、システイン残基のN末端側の2-nitrothiocyanobenzoate (NTCB)による切断に伴うアルキルアミンの導入条件を確立した。そして、酵素的な切断に伴うC末端標識が起こるかどうかを確かめた。(2)C末端標識ペプチドの各種アミノ酸配列分析への応用各種アルキルアミンで標識したペプチドのPost Source Decay(PSD)パターンを比較することで、PSD解析に有利な要因を特定し、効率のよいアミノ酸配列分析法を確立した。その際、PSD分析が有利となるメカニズムの解析も行っているところである。タンパク質中SH基を蛍光標識することにより、蛍光検出HPLC、MALDI-TOF MS及びMALDI-PSD TOF MSを用いて、タンパク質のコンホメーション変化をタンパク質中SH基標識量として評価し、コンホメーション変化たタンパク質の網羅的解析の基礎検討を行うことを目的とした。まず、蛍光SH基標識を合成し、モデルとしてグアニジンにより変性させたタンパク質を標識した。その結果、グアニジンによるタンパク質のコンホメーション変化を、蛍光強度の変化により評価することが可能であった。続いて、その蛍光標識タンパク質を酵素消化後、蛍光検出逆相HPLCに供した結果、グアニジン濃度の増加に伴うタンパク質のコンホメーション変化を蛍光標識ペプチドピーク強度により評価することが可能であった。

そして、HPLCピーク画分をMALDI-TOF MS、及びMALDI-PSD TOF MSにて分析したところ、蛍光標識システインを含めたペプチド及びアミノ酸配列解析をそれぞれ可能とした。次に、タンパク質のコンホメーション変化の網羅的解析の基礎検討実験として、グアニジン変性及び未変性タンパク質を用いて、SH基蛍光標識化合物としてメチレン鎖長1個分即ち分子量が14異なる2種類のSH基蛍光標識試薬により、それぞれ蛍光標識した。酵素消化後、蛍光検出逆相HPLCに供し、そのピーク画分をMALDI-TOF MSにより解析した。その結果、未変性及び変性タンパク質中の標識されたペプチドにおいて、標識の分子量が14異なるシグナルの検出を可能とし、シグナル強度の相対比較を指標に用いることにより、コンホメーション変化の評価を可能とすることを示唆した。タンパク質の一次構造は、一般的に断片化した後MALDI-TOF MSなどによるアミノ酸配列分析法に従い決定される。タンパク質の化学的断片化法として2-nitro-5-thiocyanobenzoic acid (NTCB)を用いるシステイン特異的な切断法を検討したところ、切断反応時においてアルキルアミンが共存すると、C末端側にアルキルアミンが導入されることがわかった。そこで、NTCBによるタンパク質切断に伴うペプチドのアルキルアミンC、示識法の開発を行った。まず、ペプチド標識における種々のアルキルアミンのMALDI-TOF MS検出に及ぼす影響を調べた結果、陰性電荷を持つ2-aminoethanesulfonic acid (AESA)、3-amino-1-propanesulfonic acid (APSA)により、PSD分析において明瞭なシグナルの増強が明らかになったこと、また、negative modeでの測定によって標識ペプチドをより選択的に検出できることなどが判明した。続いて、本法をMALDI-TOF MSにおけるタンパク質定量への応用を試みた。モデルタンパク質をAESA処理したAESA標識ペプチドを内部標準物質として、モデルタンパク質をAPSA処理したAPSA標識ペプチド量を変化させて混合したところ、良好な検量線が得られ、本標識法の定量性における有用性が示唆された。これは、これまで検討してきたタンパク質中SH基を蛍光標識することにより、タンパク質のコンボメーション変化タンパク質中SH基標識量として評価し、コンボメーション変化したタンパク質の網羅的解析と併せて、プロテオーム解析における強力なツールと成りうるものと考えられた。
個人の体つきに応じた最適跳躍動作の解明

各種身体運動においてパフォーマンスが最大となる最適動作は、個人の体つきに応じて異なることが予想される。しかし、これまで個人の最適動作に迫る試みは十分に行われていなこなかった。本研究では、跳躍動作を対象に、体つきの個人差とパフォーマンスを最大化する身体動作の関係を検討する。本研究では、MRIを用いた形態測定とモーションキャプチャーシステムを用いた動作測定を行い、得られたデータを組み合わせたシミュレーション手法を用いることで研究を進行する。
CRF及びACTH関連ペプタイドの基礎的・臨床的検討

〔目的〕CRF及びACTH分泌及び合成の調節機構解明とCRF結合蛋白(CRF-BP)の性質について検討した。〔方法〕1.Cushing病下垂体腺腫及び非腫瘍組織とラット下垂体前葉細胞単総培養後、各種試験を加え、POMCmRNAレベルを解析し、ACTH分泌との関連を検討した。2.ラットにインスリン低血糖刺激を行い、視床下部CRFと下垂体POMCmRNAレベル及びCRF、ACTH分泌への影響について検討した。3.ACTHによるCRF分泌のショートフィードバックの影響をみる為人及びラットにACTHを投与し血中CRF濃度の変動を調べた。4.人末梢血中に存在するCRF-BPの化学的性状を明らかにしCRF作用への影響を検討した。〔結果〕1.下垂体におけるACTH分泌とPOMC遺伝子発現にはCAMP系が重要な役割を果たしている。一方同じくACTH分泌促進効果をもつProtein kinaseC系物質はPOMC遺伝子発現にはほとんど影響しなかった。2.Cushing病下垂体腺腫のPOMCmRNAレベルはCRF刺激作用に対しては非腫瘍組織と同様の反応性を示すが糖質コルチコイドによる抑制には抵抗性を示した。3.インスリン低血糖刺激により、CRF,ACTH分泌のみならず視床下部CRHmRNA及びACTH,CRFの分泌、合成双方に作用することを示唆している。4.糖質コルチコイドによるロングフィードバックの影響がない時ACTHは視床下部に作用しCRF分泌を抑制する。5.人CRF-BPは分子量約3800でCRFと結合するとその活性を抑制する。これで妊娠末期に母体血中CRF濃度が著増するにもかかわらず、Cushing症候群にならないことの説明が可能となった。〔今後の計画〕1.CRF-BPの純化.2.CRF及びPOCgene regulationに及ぼすストレスの影響〔目的〕CRF及びACTH分泌及び合成の調節機構解明とCRF結合蛋白(CRF-BP)の性質について検討した。〔今後の計画〕1.CRF-BPの純化.2.CRF及びPOCgene regulationに及ぼすストレスの影響〔目的〕CRF-ACTH系の分泌及び合成の調節機構の解明,更にクッシング病の病態生理,特にCRFとの関わりについて検討した.〔方法〕1.CRF分泌に及ぼすカテコールアミンの影響をみる為,ラットを用いin vitro及びin vivoで検討した.2.ACTHによるCRF分泌へのショート・フィードバックの影響をみる為,人及びラットにACTHを投与し,血中CRF濃度の変動を調べた.3.ストレスの影響をみる為,ラットを用いインスリン低血糖下でのCRF分泌を調べ, ACTH合成への効果を, ACTHの前駆物質であるPOMCのmRNAレベルで検討した.4.フッシング病下垂体腺腫に於るACTH合成へのCRFの効果をみるため,培養下垂体細胞でのP0MCmRNAレベルの変動を調べた.〔結果〕1.視床下部ではノルアドレナリンがβ-レセプターを介しCRF分泌に抑制的に働いている可能性が示唆された.2.糖質コルチコイドによるロング・フィードバックの影響がない時, ACTHは視床下部に作用し, CRF分泌を抑制する. 3.インスリン低血糖刺激により, CRF分泌が亢進し,その結果ACTHの分泌及び合成が促進された.4.クッシング病下垂体腺腫細胞の, P0MCmRNAレベルのCRFに対する反応性は,非腫瘍細胞の場合と比べ差はないが,糖質コルチコイドに対しては抑制をうけにくいことが明らかとなり,本疾患に於る下垂体レベルでの異常を更に裏づける結果が得られた.〔今後の計画〕ストレスやフィードバックによるCRFmRNAレベルへの影響を調べ,最近明らかとなったCRF結合タンパクのcharaterizationを行う.又,クッシング病下垂体腺腫細胞のPOMCmRNAレベルに及ぼすCRFと他の刺激又は抑制物質との相互作用についても検討する.

〔方法〕1.Cushing病下垂体腺腫及び非腫瘍組織とラット下垂体前葉細胞の単層培養液、各種試薬を加え、POMC _mRNAレベルへの影響をNorthern blot法で解析し、ACTH分泌刺激との関連について検討した。2.ラットにインスリン低血糖刺激を行い、視床下部CRFと下垂体POMC _mRNAレベル及びCRF、ACTH分泌への影響について調べた。3.人末梢血中に存在するCRF-BPの化学的性状を明らかにし、CRF作用への影響を検討した。〔結果〕1.下垂体におけるACTHの分泌とPOMCの遺伝子発現には、CAMP系が重要な役割を果している。一方、同じACTH分泌促進効果を持つProtein kinase C系の物質は、POMCの遺伝子発現には全んど影響を与えなかった。2.Cushing病下垂体腺種のPOMC _mRNAレベルは、CRFの刺激作用に対しては、非腫瘍組織と同様の反応性を示すが、糖質コルチコイドによる抑制に対しては、抵抗性を示した。3.インスリン低血糖刺激により、CRFとACTH分泌のみならず、視床下部にCRF _mRNA及び下垂体前葉POMC _mRNAレベルも増加した。このことは、この刺激がACTH、CRFの分泌及び合成の双方に作用することを示唆している。4.人CRF-BPの分子量は約38000でS-S結合を有し、酸、アルカリで失活する。このCRF-BPはCRFと結合することにより、その活性を抑制する。これで妊娠末期に母体血中CRF濃度が著増するにもかかわらず、Cushing症候群にならないことの説明が可能となった。
縮退四波混合分光法の燃焼計測への応用に関する研究

コヒーレント分光法である、縮退四波混合分光法(Degenarate Four Wave Mixing spectroscopy:DFWM)は、レーザー誘起蛍光法(LIF)が対象とできない分子や、高温高圧などの特殊な場での分子計測手法として有効と言われているが、燃焼計測応用での濃度場または温度場の定量的な解析のためには、必要なパラメーターが十分把握されていなかった。本課題ではまず、NO分子を対象として信号強度の雰囲気圧力依存性及び温度依存性について検討した。雰囲気ガスとしてヘリウム、窒素、酸素、二酸化炭素の4種につて、それらの圧力と共にDFWM信号強度の低下が見られ、全二者に比べ後二者の係数がやや大きい。この傾向はLIFの場合とかなり異なり、分子間衝突に起因する回転緩和等のエネルギー緩和と位相緩和による飽和光強度の変化を与えることによって、DFWMの信号強度を雰囲気圧力の関数として適切に表わすことができた。信号強度の圧力依存は入射レーザ強度をパラメーターとしてそれぞれの圧力で飽和度が1に近い入射光強度が有利であり、高圧ほど強い入射光を用いる方が良いことが示された。信号強度の温度依存は占有数の変化だけでは説明しきれず、吸光係数の温度依存性を考慮に入れることによって実験結果を再現することができた。以上の成果は分光研究誌に、研究論文として掲載された。以上の知見に照らせば、HO_2のような前期解離性の分子に対しては、前期解離寿命をエネルギー緩和係数に含めることでモデル化ができ、蛍光性分子よりは雰囲気圧力依存の小さい特性が得られることが示された。HO_2の積極的な生成法について、アンモニアなどを用いたレーザ光分解法ではHO_2の自己消費反応に生成が追いつかないので定常濃度は10^<12>/cm^3以下と低く、過酸化水素の急速熱分解が有効であることも明らかになった。平成10年度当初計画に概ね従って、NO分子を対象とした縮退四波混合分光法(DFWM)の雰囲気と温度に対する基本特性のデータを取得し、理論的定式化を行うことができた。実験装置に関しては、226nm付近の紫外レーザパルスビームを三分割した入射光と、指向性の強い信号光ビームが四角錘の4辺を形成するforward box配置を採用し、常温で分圧1mTorr未満のNOの検出感度を得ることができた。高感度を得るために、本研究で用いた特に狭帯域ではない光源では三つの入射光の交叉点までの光路長をそのコヒーレンス長以内に揃えることが重要であることが判明した。信号強度の雰囲気圧力依存に関して、消光係数の大きいCO2,O2と消光の無視できるHe,N2とではやや前者の方が依存性が大きいながらも、大差なく雰囲気圧と共に信号が減衰する特性が得られた。これは光混合過程への緩和項として消光過程以外に回転緩和や位相緩和といったどの衝突分子でも一様に生じる過程が寄与しているためと考えられ、それらをドップラー幅や衝突線幅といった分光特性と結び付けて圧力依存として表現することを本研究として提案した。このモデルにより入射光強度により圧力依存曲線形状が異なることも説明でき、対象圧力毎に検出感度を最適にする入射光強度が与えられる。特定の回転線の信号強度の温度依存性についてもその回転準位のボルツマン分布による占有数の二乗となる基本則に乗じてさらに絶対温度の約-1乗に比例する項が実験的に認められ、その項が線中心の吸光係数の温度依存で表されることを見出した。圧力依存と温度依存を示した概念は共通であり、以上の成果に対して雑誌論文を投稿中である。

コヒーレント分光法である、縮退四波混合分光法(Degenarate Four Wave Mixing spectroscopy: DFWM)は、レーザー誘起蛍光法(LIF)が対象とできない分子や、高温高圧などの特殊な場での分子計測手法として有効と言われているが、燃焼計測応用での濃度場または温度場の定量的な解析のためには、必要なパラメーターが十分把握されていなかった。本課題ではまず、NO分子を対象として信号強度の雰囲気圧力依存性及び温度依存性について検討した。雰囲気ガスとしてヘリウム、窒素、酸素、二酸化炭素の4種について、それらの圧力と共にDFWM信号強度の低下が見られ、全二者に比べ後二者の係数がやや大きい。この傾向はLIFの場合とかなり異なり、分子間衝突に起因する回転緩和等のエネルギー緩和と位相緩和による飽和光強度の変化を与えることによって、DFWMの信号強度を雰囲気圧力の関数として適切に表わすことができた。信号強度の圧力依存は入射レーザ強度をパラメーターとしてそれぞれの圧力で飽和度が1に近い入射光強度が有利であり、高圧ほど強い入射光を用いる方が良いことが示された。信号強度の温度依存は占有数の変化だけでは説明しきれず、吸光係数の温度依存性を考慮に入れることによって実験結果を再現することができた。以上の成果は分光研究誌に、研究論文として掲載された。以上の知見に照らせば、HO_2のような前期解離性の分子に対しては、前期解離寿命をエネルギー緩和係数に含めることでモデル化ができ、蛍光性分子よりは雰囲気圧力依存の小さい特性が得られることが示された。HO_2の積極的な生成法について、アンモニアなどを用いたレーザ光分解法ではHO_2の自己消費反応に生成が追いつかないので定常濃度は10^<12>/cm^3以下と低く、過酸化水素の急速熱分解が有効であることも明らかになった。
中枢ニューロンのシナプス可塑性に及ぼすニューロトロフィンの作用解析

ニューロトロフィン、時にBDNF (brain-derived neurotrophic factor)などの神経栄養因子は中枢神経系のシナプス可塑性に重要であり、神経伝達機能への影響が注目されている。これまでの研究で、私は、BDNFによって培養中枢神経細胞よりグルタミン酸放出が引き起こされることを見出した。グルタミン酸は脳各部位において、重要な神経伝達物質として働いており、興奮性の伝達を司る。通常、神経伝達物質放出には細胞の脱分極に伴ういわゆる開口放出が必要とされる。私は、BDNFによるグルタミン酸放出作用には、開口放出機構とは異なるメカニズムであるグルタミン酸トランスポーターの逆転が関与していることを見出した。次に、このグルタミン酸放出システムがニューロンのネットワークレベルでどのような機能を果たしているかを調べるために、ネットワークの機能評価としてニューロン間で同調するカルシウムのオシレーションを用いた。生後2日齢ラット大脳皮質ニューロンを培養すると、培養後5日より顕著な同調カルシウムオシレーションが観察される。このオシレーションはグルタミン酸による自発的な神経伝達を示していた。そこにBDNFを添加すると顕著なオシレーションの頻度の上昇がみられた。このBDNFによるオシレーション増強にはやはりグルタミン酸トランスポーターの逆転が関与していることが明らかとなった。BDNFの受容体(TrkB)を介した細胞内シグナルには主に、MAPK、P13KおよびPLC-γ経路が知られている。詳細な解析により、BDNFによるグルタミン酸放出作用はPLC-γ経路活性依存的であることが明らかとなった。BDNF以外の栄養因子の神経伝達機能への影響について詳しい解析はほとんどなされていない。私は、bFGF (basic fibroblast growth factor)が培養大脳皮質ニューロンにおいて、グルタミン酸放出を引き起こし、それには開口放出機構が重要であることを見出した。また、bFGFはMAPK経路の活性化により神経伝達の制御を行っていることも見出した。