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一次元多核遷移金属錯体の構造・電子状態と物性発現に関する理論的研究

本年度はMMX錯体と称される一群の一次元多核遷移金属錯体についての量子化学計算を実行し、その電子状態の可能性について考察した。具体的には、Ni_2(dta)_4IおよびPt_2(dta)_4I錯体の内部構造と電子状態の関係をクラスターモデルを用いて行った。一般的にPtを使った錯体では、鎖内構造にバリエーションが見られるが、Niを使った錯体ではAVSDW構造と呼ばれる構造しか見つかっていない。そこで、理論計算を用いて他の構造の可能性を探った。その結果、Ni錯体ではAVSDW状態しか安定点が存在しないが、Pt錯体では複数の安定点が見つかり、実験を上手く説明できる結果が得られた。この結果は国内外の学会にて発表し、論文を出版した(印刷中)。上記研究に加え、錯体などの電子状態解析に必須な、構造最適化手法の開発を行った。これにより、少ない計算機資源で精度の高い構造予測を可能とした。こちらも国内外の学会で発表し、論文を投稿中である。また、生体内に見られる多核遷移金属クラスターの電子状態が周辺の化学環境にどのような影響を受けるかを解析した。これら一連の研究は、実在系の構造をクラスターモデルに簡約化し、配位子等も含めた大規模量子化学計算を行い、金属イオン種や配位子種などの効果を微視的な視点から明らかにしてゆくというものである。特に、磁気的な相互作用に着目し系統的に研究を行っている点が、世界的にもオリジナルである。本年度はまずX(M)nX型錯体、具体的にはニッケル5核錯体[Ni_5(μ-tpda)_4X_2](X=Cl, CN, N_3)および、7核錯体[Ni_7(μ-teptra)_4Cl_2]のフルモデル量子化学計算を行った。これらの結果より得られた電子状態の詳細な解析およびJ値の定量的に計算を通じ、架橋配位子や軸上配位子の影響を系統的に考察することを行った。まず、幾つかのaxial配位子モデル(Cl, CN, N_3)の5核錯体において、J値の実験値を定量的に再現することに成功した。さらに、7核錯体においてもJ値の実験値を定量的に再現することに成功した。これは、本研究が世界に先駆けて成功した重要な成果である。また、これらの軌道解析によりaxial配位子の磁気的相互作用に及ぼす影響は、金属-金属結合のなかでも、σ結合を介して現れていることを明らかにした。一方、らせん構造を有する架橋配位子は、δ結合に強い影響を与えており、δ結合自身もらせん構造を有することが明らかになった。これらは、Huckelレベルの計算では決して得られることは出来ず、高精度量子化学計算だからこそ得られた結果である。加えて、軌道エネルギーの詳細な解析により、配位子による電気伝導性の可能性を示唆した。これは、金属部分で磁性を、配位子部分で伝導性を担う磁性伝導体の可能性を示しており、新規物質設計への重要な指針を提示することに成功した。これは、全く新規なアイディアであり、有意義な成果であると考えられる(現在論文投稿中)。以上のように、本年度は一次元多核錯体の磁性発現メカニズムの高精度量子化学計算による詳細な解析に成功し、その結果より、新規物質設計指針の導出を行った。昨年度より引き続いて行った、ニッケル5核錯体[Ni_5(μ-tpda)_4Cl_2]および7核錯体[Ni_5(μ-teptra)_4Cl_2]の電子状態に関する研究では、電子状態の詳細な解析、J値の定量的な計算および、架橋配位子や軸上配位子の影響の系統的な考察について、投稿していた論文が出版された。また同時に行った、マンガン-TCNE一次元多核遷移金属錯体の電子状態解析も結果がまとまり、こちらも投稿していた論文が出版された。また、本年度はMMX錯体と称される一群の一次元多核遷移金属錯体についての量子化学計算も実行し、その磁気的な性質について考察した。具体的には、Ni(dta)_4I錯体の内部構造と磁性の関係をクラスターモデルを用いて行った。しかしながら、やはり他の構造の可能性は発見できず、従来の実験的な結果を支持するものとなった。この結果は国内の学会にて発表している。上記研究に加え、錯体などの電子状態解析に必要な、基礎理論の構築も同時に行いこちらも論文を出版した。また、生体内に見られる多核遷移金属クラスターの電子状態解析等も上記研究から派生し、こちらも成果が纏まり論文を出版した。また、邦文論文としては上述の一連の研究成果を、雑誌「固体物理」数巻分にて解説を行った。

具体的には、Ni_2(dta)_4IおよびPt_2(dta)_4I錯体の内部構造と電子状態の関係をクラスターモデルを用いて行った。一般的にPtを使った錯体では、鎖内構造にバリエーションが見られるが、Niを使った錯体ではAVSDW構造と呼ばれる構造しか見つかっていない。そこで、理論計算を用いて他の構造の可能性を探った。その結果、Ni錯体ではAVSDW状態しか安定点が存在しないが、Pt錯体では複数の安定点が見つかり、実験を上手く説明できる結果が得られた。この結果は国内外の学会にて発表し、論文を出版した(印刷中)。上記研究に加え、錯体などの電子状態解析に必須な、構造最適化手法の開発を行った。これにより、少ない計算機資源で精度の高い構造予測を可能とした。こちらも国内外の学会で発表し、論文を投稿中である。また、生体内に見られる多核遷移金属クラスターの電子状態が周辺の化学環境にどのような影響を受けるかを解析した。これら一連の研究は、実在系の構造をクラスターモデルに簡約化し、配位子等も含めた大規模量子化学計算を行い、金属イオン種や配位子種などの効果を微視的な視点から明らかにしてゆくというものである。特に、磁気的な相互作用に着目し系統的に研究を行っている点が、世界的にもオリジナルである。
声帯振動による呼気の噴流で発生する渦輪を加振源とする人の発声機構のモデル化

ヒトの母音の音響的特性は従来より音源・フィルタ理論で説明されている.この理論では音源を平面音源として取り扱い,肺からの呼気流の特性は全く考慮されていない.本研究では,ヒトの声帯上での呼気流速測定により呼気流の特性を明らかにし,これに基づいた発声機構のモデル装置を作成した.これにより,従来考慮されていなかった声帯振動によって発生する呼気流の高周波成分を含む周期的な変動が,発声機構の基本的な要素であることを明確に示した.ヒトの母音の音響的特性は従来より音源・フィルタ理論で説明されている.この理論では音源を平面音源として取り扱い,肺からの呼気流の特性は全く考慮されていない.本研究では,ヒトの声帯上での呼気流速測定により呼気流の特性を明らかにし,これに基づいた発声機構のモデル装置を作成した.これにより,従来考慮されていなかった声帯振動によって発生する呼気流の高周波成分を含む周期的な変動が,発声機構の基本的な要素であることを明確に示した.本研究の目的は,声帯振動で引き起こされる呼気の噴流による渦輪が声門波を発生させることに着目して人の発声機構をモデル化し,その解明を行うことである.本年度の研究は,人の発声時の声帯振動によって発生する呼気流速と圧力変動の測定実験と,発声機構のモデル化を実施した.本年度の人での実験は,声門直上での呼気流速と圧力変動の測定,および声門上方の仮声帯上部の喉頭蓋内と喉頭蓋上方での呼気流速と圧力変動の測定を実施した.また,高速度ビデオカメラで声帯振動を記録するとともに,記録した画像から呼気流速の測定位置を求めた,実験で得られた14名の被験者の声帯直上の呼気流速分布を詳細に検討した結果以下のことが明らかとなった.(1)声帯直上の平均呼気流速は,声帯前方で早く,後方ほど遅くなる.また,声帯からの距離に対して大きく変化し,距離が大きくなるほど低下する.(2)声帯直上の呼気流速の最大値は,声帯前方で最も大きく,後方ほど小さくなる,(3)呼気流速に含まれる高周波成分は,声帯前方で大きくなる.(4)声帯は,前方から後方まで同時に開閉するのではなく,前方から閉じ始める.さらに,これらの人での実験結果より,発声機構のモデル化には以下の機能を備えた要素が不可欠であることが明らかとなった.(1)毎秒100から200mlの連続した空気の流れ(呼気流に相当).(2)数百Hzで振動しこの空気の流れを絞り噴流を発声させる要素(声帯に相当).(3)噴流によって発声する数kHzまでの高周波の渦輪とこれによる圧力変動.(4)この圧力変動を増幅させる共鳴箱となる要素(咽頭,口腔,鼻腔に相当).本研究の目的は,声帯振動で引き起こされる呼気の噴流による渦輪が声門波を発生させることに着目して人の発声機構をモデル化し,その解明を行うことである.本年度の研究は,人の発声時の声帯振動によって発生する呼気流速と圧力変動の測定実験と,発声機構のモデル化を実施した.本年度の人での実験は,声門直上,声門上方の仮声帯上部の喉頭蓋内と喉頭蓋上方,さらに,咽頭部で呼気流速と圧力変動の測定を実施した.また,高速度ビデオカメラで声帯振動を記録するとともに,記録した画像から呼気流速の測定位置を求めた.実験で得られた3名の被験者の声帯直上の呼気流速分布を詳細に検討した結果,以下のことが明らかとなった.(1)呼気の平均流速は,声門直上が最も大きく,声門から上方に離れるに従って急速に低下する.また,平均流速に現れる声帯開閉周期の流速変動も同様に低下する.(2)声門直上の呼気流に含まれる高周波の流速変動成分は,声門から上方に離れるに従って急速に低下し,咽頭部ではほとんどみられなくなる.(3)以上の結果より,発声機構のモデル化に最も重要で基本的な要素は,声門直上での声帯開閉周期での呼気流速変動と,これに含まれる高周波の流速変動成分である.これらの人での実験結果より,発声機構の最も基本的なモデルは,数百Hzの噴流とこれによる高周波の渦輪を発生させる機構と,咽頭,口腔,鼻腔に相当する共鳴箱で構成すればよいことが明らかとなった.この結果に基づき,高周波の噴流を発生させる高速駆動が可能なソレノイドバルブと,断面積と長さを変化させることができる共鳴箱で構成した高周波の噴流を発生させる実験装置を製作した.本研究の目的は,これまでの研究で得られた知見に基づき,声帯振動で引き起こされる呼気の噴流による渦輪が声門波を発生させることに着目してヒトの発声機構をモデル化し,その解明を行うことである.このため,本年度は,ヒトの発声時の声帯振動によって発生する呼気流速と圧力変動の測定実験と,実験装置による発声機構のモデル化実験に分けて実施した.ヒトでの研究は,声門直上およびその上方,仮声帯上部の喉頭蓋内およびその上方,咽頭部,で呼気流速と音圧測定を実施した.声帯振動の記録および計測位置を特定するために高速ビデオカメラでの記録も同時に実施した.これにより,音圧変動に影響を及ぼす呼気流速変動に関して以下の項目が明らかとなった.

(1)声門を通過した呼気流の流速は,声門からの距離が増加するとともに流速が低下し,特に,仮声帯上部から喉頭蓋内では急速に低下する.(2)呼気流に含まれる高周波成分の割合は,声門からの距離が増加するとともに急速に低下し,声門上で25%程度含まれている高周波成分が,喉頭蓋内で約10%,喉頭蓋上の咽頭中部では約5%に低下する.これより,ヒトの発声に大きく影響を及ぼす呼気流速の変動は,声門直上から仮声帯の範囲で発生していることが明らかとなった.実験装置による発声機構のモデル化は,発声時の呼気流の流れを最も単純化して再現したソレノイドバルブを用いた実験装置で実施した.実験結果より,再現した噴流には,声帯直上で観測された呼気流に含まれる,声帯開閉周期の流速変動に加え,数百Hzから数千Hzの流速変動が観測され,本装置でヒトの発声機構のモデル化が可能であることが明らかとなった.声門直上から咽頭部までの音圧測定を,当初の計画では医療用の圧力センサを用いて実施する計画であったが,十分な感度が得られないことが明らかとなった.このため,音響用のマイクロフォンを内視鏡に取り付けたプローブ型マイクロフォンを新たに製作した.この製作に時間を必要としたため,若干計画より遅れているが,今後は計画通り進展できる.24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究で,咽頭,口腔,鼻腔を含めた発声機構のモデル化に最も重要で基本的な要素が明らかとなった.今後は,声帯部で発生した声門波と口からの放射音との関連を明確にするため研究を推進する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
てんかん病態におけるアストロサイトの機能の解明

これまでてんかん病態はニューロンに原因があると考えられてきたが、近年ニューロンのみでなくアストロサイトなどのグリアが作り出す周辺環境の重要性が注目されている。しかしいまだアストロサイトのてんかん病態における役割は明らかになっていない。よって本研究では、てんかん病態のアストロサイトの役割を解明し、新規治療ターゲットを模索することを目的とする。そのためにてんかんモデルマウスを対象に、in vivoイメージングを用いててんかん病態におけるアストロサイトの機能変化を解明する。
地方都市における資源動員のあり方とネットワークに関する実証的研究

本研究は、全国的な産業リストラにより深刻な事態をまねいている地方都市がどのような方策をもって都市活性化を進めようとしているかを「資源」もしくは「地域資源」と「ネットワーク」の視点から解明しようとしたものである。具体的には、理論的研究として資源と地域社会に関する基本的枠組みの構築を行った。そこでは、地域社会を「資本の位相」「地域生活の位相」「地域政治の位相」の3つに位相で据え、「地域資源」は主に「資本の位相」に関わるものであることを明らかにした。しかし、この「地域資源」の充実は資本の位相のみの問題ではなく、その利用は「地域政治の位相」において決定され、それが「地域生活の位相」と深く関わることを解明した。このような枠組みから、地方都市の都市活性化の試みを見ると、それは「資本の位相」と「地域生活の位相」の充実のために「資源」の動員を進めていることを意味することを明らかにした。また、この理論研究を実証するために、情報ネットワークの整備が進んでいる諏訪市を取り上げ、インテンシブに解明した。諏訪市は、精密機械工業を中心に発展してきた地方工業都市であるが、その発展に地域資源(労働力と既存施設の利用等)があったことを明らかにした。しかし今日、精密機械工業は衰退い傾向にある。その理由は、安価な労働力の枯渇、利用可能な土地の不足など、これまで諏訪市の工業発展を支えてきた地域資源の枯渇にあることを解明した。そのような状況に対し、地元産業界を中心に様々な構想が立てられ、どのように地域資源を蓄積しようとしているのかを明らかにした。上記の地域社会理論を応用し、地方都市におけるこの過程と構造を例証した。本研究の主題は、全国的な産業リストラクチャア中の現在、経済構造の立ち後れのために岐路に立たされている地方都市の多くが進めようとしている都市活性化の試みの成否がどこにあるのかを「資源」と「ネットワーク」の視点から解明しようとするものである。具体的には、本年は第一に理論研究として資源と地域社会に関する基本的枠組みを構築するために先行研究の検討をおこなうことであった。この研究によりこれまで経済的な資源概念ではなく、情報や知識なども広義の資源(「社会的資源」)として位置付けることが可能であることを明らかにした。この理論的枠組みの提示は発表論文(「地域社会と情報化」)でおこなった。また、ネットワークも一つの重要な資源であることを理論的に位置付けた。また、この理論研究を具体的に検証する調査対象地の選定とその基本的データの解析が第二の課題であたったが、調査の結果諏訪市を中心とした諏訪地方を対象の第一候補とした。この地域は全国有数CATVネットワークを有する地域であり情報化の全国的な注目地域であるが、他方で精密機械工業など既存産業が衰退の傾向を見せているところでもある。ここでCATVネットワークという情報化の先進をいく情報ネットワーク網の構築を可能にしたのは諏訪地方の地域に対する関心の深さ、地域内の人的ネットワークであるという感触を得た。この点は今後解明する必要があろう。また、このようなあい矛盾する二つの傾向を持つ諏訪地方が今後、資源動員という視点からどのような展開をしようとしているのかは行政の姿勢から分析した。今後は、地元産業界やその他の社会的団体の資源動員の動きを検討する必要がある。本研究は、全国的な産業リストラにより深刻な事態をまねいている地方都市がどのよう方策をもって都市活性化を進めようとしているかを「資源」もしくは「地域資源」と「ネットワーク」の視点から解明しようとするものである。具体的には、第一に理論的研究として資源と地域社会に関する基本的枠組みを構築することを目的とした。この課題は拙稿『地域社会と情報化』の連載論文によってに実現された。そして、そこにおいてネットワークもひとつの重要な資源であり、それを理論的枠組みの中に位置付けることができた。

また、このような地方都市における資源動員という捉え方は、単に地方都市の解明のみならず現在の全国的な都市間競争の実現を理解することも可能になることを示した。(この点については共著『マルチメディアと情報ネットワーク社会『において示した。)また、この理論的研究を具体的に検証する調査対象地として全国数ケ所を選定したが、その中で地域産業的に大きな岐路に立っているが、情報ネットワークの整備(具体的にはCATV)が進んでいる諏訪氏を対象地としてインテンシブに解明した。諏訪市は全国有数の精密機械工業の集積地であるが、その集積にいかに地域資源(具体的には安価な労働力と原料地との隣接性)が関ったかを解明した。しかしながら今日、精密機械工業は衰退傾向にあり、工業の集積も徐々に低下しているが、その原因は地域資源の枯渇にあることを解明した。その様な状況に対し、地元産業界がどのような地域資源を蓄積しようとしているかを明らかにした。
周期構造物質からのコヒーレント放射の理論

平成10年度の研究に引き続き、チャネリング条件下でのパラメトリックX線放射(以下PCR:Parametric Channeling Radiation)の理論を展開し、また本補助金によって購入したワークステーションにより詳細な数値計算を行い、定量的な知見を得た。その強度はパラメトリックX線放射(PXR)よりも10倍ほど強力であり、また線位置は概算公式によって決定される値から少しずれることが明らかとなった。また、PCRの偏光方向は、面チャネリング状態で直線変更した仮想光子が回折される放射であるということを反映して、PXRとは明確に異なることが明らかとなった。以上、PCRの理論的研究はその主な性質をすべて明らかにしたことにより一通り終了し、現在論文を準備中である。次に、回折遷移放射と共鳴回折遷移放射の理論的研究を行った。これは主に広島大学のグループによるKEK田無で行った実験であるSi単結晶薄膜を周期的に配列した標的からのコヒーレント放射(業績参照)を説明するためのものである。本研究者によって用いられてきた半量子論的アプローチにより、自発放射型の計算が可能になった。数値計算の結果、実験値を良く説明する膜数依存性を得ることができた。これは1999年春の日本物理学会(広島大学)で発表する予定である。また、コヒーレント放射であるチャネリング放射の理論では説明できなかった1.3GeV電子線からの1.044GeVガンマ線放射の入射角依存性が、結晶原子の熱的変位によるインコヒーレント制動放射によるものであることを、コンピューターシミュレーションによって定量的に明らかにすることができた。平成9年度に、パラメトリックX線放射に関する新たな実験的知見がドイツのグループによって得られた。それは放射X線の偏極方向に関するものであり、従来のトムスクのグループによる実験結果と全く異なる偏極方向分布を与えるものであった。その基本的な理論はすでに実験グループによって解明されていたが、その導出方法はやや複雑であった。それに対し、本研究により、はるかに簡明な偏極方向分布を与える方法を見出した。また、それにより、パラメトリックX線の観測方向によって双曲分布、動径分布の違いがみられることを理論的に明らかにした。現在、動力学的効果を取り入れた計算を行っている。運動学的(摂動論的)値との違いが見られれば、これにより動力学的効果の検証ができると予想される。一方、Smith-Purcell放射に関する研究は、進展が遅れている。それは、想定していた衝突係数依存性を取りいれる方法が、期待していたほど機能しないことが判明したためである。新たにウィグナー座標を用いた半古典近似を試すことにより、平成10年度の研究期間内に解決したい。また、チャネリング条件におけるパラメトリックX線放射を計算するため、チャネリング波動関数を求めるプログラムを作成した。これにより、従来のチャネリング放射の線位置およびその温度依存性を比較したが、よく一致した。したがって、作成したプログラムは正しく機能していると考えられる。強度計算は、来年度早々に終了する予定である。平成9年度の研究に引き続き、チャネリング条件下でのパラメトリックX線放射(以下PCR:Parametric Channeling Radiation)の理論を展開し、また本補助金によって購入したワークステーションにより詳細な数値計算を行い、定量的な知見を得た。またPCRの偏光方向は、面チャネリング状態で直線変更した仮想光子が回折される放射であるということを反映して、PXRとは明確に異なることが明らかとなった。

これは主に広島大学のグループによるKEK田無で行った実験であるSi単結晶薄膜を周期的に配列した標的からのコヒーレント放射(業績参照)を説明するためのものである。本研究者によって用いられてきた半量子論的アプローチにより、自発放射型の計算が可能になった。数値計算の結果、実験値を良く説明する膜数依存性を得ることができた。これは1999年春の日本物理学会(広島大学)で発表する予定である。また、コヒーレント放射であるチャネリング放射の理論では説明できなかった1.3GeV電子線からの1.044GeVガンマ線放射の入射角依存性が、結晶原子の熱的変位によるインコヒーレント制動放射によるものであることを、コンピューターシュミレーションによって定量的に明らかにすることができた。
言語インターフェース理論における極小主義遂行仮説の研究

本研究では、生成文法極小主義プログラムの枠組みにおいて、機能投射である遂行句を主節の最上位に設定する極小主義遂行仮説構築をめざし、言語インターフェースに関わる現象の諸相を分析した。極小主義遂行仮説のもとで、定形補部節の時制解釈における二重接触現象のメカニズム、不定詞補部節のモダリティ素性システム、単純時制形の解釈における制約のメカニズム等を提示した。さらに、統語対象を意味部門および音声部門とのインターフェースに送る「転送」の概念に対して本研究で考察された種々の解釈プロセスがもつ理論的帰結を示した。本研究は、生成文法極小主義プログラム(Minimalist Program)の枠組みで、話者、聞き手、および話者の発話行為を構造化する遂行投射(performative projection)を統語構造に導入する極小主義遂行仮説の確立・展開を目的とする。具体的には、(1)極小主義遂行仮説の確立、(2)カートグラフィー・アプローチとの発展的統合、(3)新たな言語インターフェース理論の構築、の3点を目標とする。平成27年度は基礎研究年度と位置づけ、3つの目標の基礎的研究を行った。(1)についてはKaneko (2014)の観点から、Kaneko (2004)、Kaneko(2009)、Wurmbrand (2014)等の批判的検討を行い、極小主義遂行仮説確立にむけた基礎的研究を行った。(2)については、Wiltschko (2014)の批判的検討を通して、カートグラフィー・アプローチ理論の問題点を考察し、極小主義遂行仮説との統合への基礎的研究を行った。(3)についてはChomsky (2013, 2014)を手がかりに、極小主義プログラムの新たな展開の批判的検討を行うとともに、Wiltschko (2014)の批判的検討を行い、極小主義プログラムにおける機能範疇、形式素性、意味素性についての制限力を備えたインターフェース理論構築への基礎的研究を行った。併せて、文献の収集と整理、関連研究者との交流による情報収集、および海外から研究者をまねいて研究講演会を行った。以上の研究成果として、金子(2016a)「定形補部節における時制の一致と二重接触について」、金子(2016b)「単純時制と反個別事象解釈制約について」、金子(2016c)「不定詞補部節の時制解釈におけるモダリティについて」として発表した。本研究は3カ年の研究であり、平成27年度は基礎研究年度、平成28年度は展開研究年度、平成29年度は総括的研究年度と位置づけている。基礎研究年度の平成27年度は、(1)極小主義遂行仮説の確立、(2)カートグラフィー・アプローチとの発展的統合、(3)新たな言語インターフェース理論の構築の3つの目標の基礎的研究を行った。その成果として金子(2016a, b, c)の3編の論文を発表した。金子(2016a)では英語の定形補部節の二重接触現象について分析し、Uribe-Echevarria (1994)の提案を援用して、二重接触節はLF部門で主節時制の作用域外へ移動し、遂行投射主要部により評価時同定が行われることを示した。金子(2016b)では、単純時制形に見られる個別的事象の解釈が許されない現象を分析し、この現象を説明する二つの制約を提案した。そのなかで、遂行投射主要部あるいは主節動詞により同定される評価時と同時の解釈をもつ指示時は、時点(temporal point)のみを表し、期間(interval)を表すことができない点で、重要な共通性を有することを示した。金子(2016c)では、英語の不定詞補部節の時制解釈について論じ、Wurmbrand (2014)の提案を拡張して、未来志向型のみならず非未来指向型の不定詞補部節も、主節動詞が選択する抽象的法助動詞を含むと分析することを提案した。これによって、不定詞補部節時制の評価時同定は、遂行投射主要部による直示的時制の評価時同定と統一的分析が可能となった。このように、今後の研究のための基礎となるいくつかの提案を行うことができた。平成27年度はカートグラフィー・アプローチの新たな展開に関して得られた知見が少なかったので、次年度以降この点での研究を強化したい。以上から、平成27年度の研究に関しては概ね順調に進展しているものと判断される。本研究は、生成文法理論の極小主義プログラム(Minimalist Program)の枠組みにおいて、話者と聞き手を項とし、話者の発話行為に対応する述語を含み節としての構造を有する機能範疇である遂行投射(Performative Projection)を、統語構造の最上位に設定する極小主義遂行仮説の展開をめざす研究である。研究は、(1)極小主義遂行仮説の確立、(2)カートグラフィー・アプローチとの発展的統合、(3)新たな言語インターフェース理論の構築、の3点を具体的な目標とする。平成28年度は、前年度の基礎的研究で得られた成果を基盤とする展開的研究を行った。(1)については、Kaneko (2014)の枠組みで、前年度の研究成果として提案された分析を見直し、補部節の繰り上げに関わるメカニズムの詳細を明らかにする提案を行い、より精緻な極小主義遂行仮説確立へ向けた展開研究を行った。(2)については、主としてShlonsky (ed.) (2015)の批判的検討を行った。

特に、Chomsky (2013, 2014)が提案したラベリング・アルゴリズムメカニズムとの関連で、カートグラフィー・アプローチの節構造と極小主義プログラムにおける節構造概念とを統合する可能性について考察した。(3)については、Chomsky (2015)、Al-Mutairi (2014)、Citko (2014)等の批判的検討を通して、遂行投射の存在に関わる概念的および経験的基盤に関する考察を行った。これらの研究の成果として、Kaneko (2016) "Remarks on Doubole AccessPhenomena in English Finite Complement Clauses"、金子(2017)「時制の一致と二重接触における「最後の手段」について」の2編の論文を発表した。本研究は3カ年の研究であり、展開研究年度と位置づけている平成28年度は、(1)極小主義遂行仮説の確立、(2)カートグラフィー・アプローチの発展的統合、(3)新たな言語インターフェース理論の構築の3つの目標について、前年度の基礎的研究の成果を土台とした展開研究を行った。その成果として、Kaneko (2016)、金子(2017)を発表した。Kaneko (2016)では、時制の二重接触(double access)現象の分析を通して、前年度の提案をさらに精緻化し、補部節の繰り上げについて詳細な分析を提示し、遂行投射主要部によって補部節時制の評価時が同定されるメカニズムを明らかにした。金子(2017)では、時制の一致と二重接触に関わる規則が、追加的規則の適用のコストを伴うにも関わらず、適用の結果得られる解釈が有標性(markedness)を示さないことを考察し、これらの現象の共通要因となっている形態的制約を明らかにし、この制約のために得られない解釈を生み出す「最後の手段(last resot)」として追加的規則が用いられることを論じた。これによって、この2つの現象の解釈が有標の解釈とはならないことが説明されることが説明される。カートグラフィー・アプローチについては、新たな知見が手薄であったが、Chomskyのラベルづけアルゴリズムを用いたRizziの試みを手がかりに次年度では新たな展開をめざす。以上から、平28年度の研究については概ね順調に進展しているものと判断される。本研究は、生成文法極小主義プログラムの枠組みにおいて、話者、聞き手、及び話者の発話行為の情報を含む投射範疇、すなわち遂行句が主節の最上位に仮定する極小主義遂行仮説を提唱し、この仮説のもとで統語論と他の部門との新たなインターフェースモデルを探求し、言語理論の進展に寄与することを目的とする。本年度は3年計画の最終年度であり、前年度までの研究成果が極小主義プログラムの今後の進展に対するもたらす帰結を考察した。フェーズ理論以降の極小主義プログラムに基づく研究では、かつての論理形式(logical form=LF)に相当する構造の存在基盤が失われ、LF表示によって捉えられていた一般化をどのように記述すべきか不明瞭になっていた。これに対して、Chomsky, Gallego, and Otto(2017)(=CGO(2017))では、音声部門および意味部門どちらへの転送においても、転送される構造はもとの構造から消去されず、転送後の派生の段階で音韻規則および意味解釈規則の適用を受けることが可能であると提案された。
ショウジョウバエ幼虫における報酬記憶と罰記憶を区別する情報伝達機構の解析

前年度までに得られた成果である、幼虫の報酬記憶と罰記憶の形成に関わる分子の遺伝学的解析結果、幼虫期キノコ体の報酬記憶、罰記憶形成、読み出しそれぞれに対する神経機能解析、及びオクトパミン神経とドーパミン神経の両記憶の形成における機能解析と、脳内おける神経投射パターンの解析等の結果に、本年度実施した行動実験の詳細なコントロール実験、抗体二重染色によるオクトパミン神経回路の詳細な接続様式の解析結果を加え、Journal of Neuroscience誌に論文として発表した。本報告はショウジョウバエ幼虫における報酬記憶と罰記憶の安定性の相違を記載した初の論文として、また幼虫の単純な脳を利用して2つの記憶にそれぞれ独立に関与する分子、神経回路の接続等を明らかにした点で意義深い。また、本年度は報酬記憶と罰記憶の弁別的な形成に関わるオクトパミン神経とドーパミン神経の、脳内での回路形成様式をより詳細に観察・比較するために、GAL4非依存的なレポーター系統を作成した。複数得られた系統のレポーター発現パターンの解析から、作成した系統はオクトパミン、ドーパミン神経をそれぞれを特異的に標識することに成功しており、既存のGAL4系統を利用した2重染色法により他の神経回路とオクトパミン神経、ドーパミン神経の接続をより詳細に観察することを可能にすることから、今後これらの神経回路をより詳細に解析していく上で有用であると考えられる。近年昆虫において報酬記憶と罰記憶の弁別への関与が示唆されたオクトパミン神経とドーパミン神経について、温度感受性ダイナミンの変異遺伝子を利用したツールである、UAS-shibirets1を利用した機能解析を行った。shibirets1を用いることで発現した神経細胞からのシナプス伝達を温度依存的に、また可逆的に阻害することができる。オクトパミン神経を特異的にマークするGAL4系統であるTDC-2-GAL4、ドーパミン神経特異的なGAL4系統であるTH-GAL4系統をそれぞれ利用し、shibirets1を発現させて異なる温度条件で学習行動実験を実施した結果、オクトパミン神経からのシグナルは報酬記憶の獲得時に、ドーパミン神経からのシグナルは罰記憶の獲得時に、それぞれ特異的に必要であることがわかった。さらにこの結果をうけてオクトパミン神経、ドーパミン神経の幼虫脳内における軸索投射様式をGFPレポーターで可視化し、共焦点レーザー顕微鏡を用いて詳細に観察したところ、嗅覚記憶中枢と目されるキノコ体および、嗅覚一次中枢である触角葉について明確な入カパターンの違いを観察することができた。すなわち、オクトパミン神経がキノコ体神経の樹状突起部分に軸索を投射しているのに対し、ドーパミン神経は樹状突起には入力せず、キノコ体神経の軸索に投射していることが明らかになった。また、触角葉についてもオクトパミン神経の入力は認められるのに対し、ドーパミン神経の入力は全く認められなかった。以上の結果は、報酬刺激と罰刺激がオクトパミン神経、ドーパミン神経という異なる調節神経を介してキノコ体へと伝えられ、キノコ体の異なる部位で匂い情報と連合されること可能性を示唆しており、報酬記憶と罰記憶の脳内における弁別機構を考える上で非常に興味深い。
直接数値計算データベースに基づく乱流予混合燃焼の解明とモデリング

本年度は、これまでに構築した輸送方程式のモデルの精度をさらに向上させるため、新たに燃焼前後の密度比が異なる場合の直接数値計算を行った。この結果、密度比7.53(一昨年度)、5.00(今年度)、2.50(昨年度)の3ケースの十分に発達した乱流予混合火炎のデータベースを構築し、精度の良いモデルの構築ができる環境を整えた。まず、密度比5.00の輸送特性の解析を行った。乱流エネルギーの輸送方程式の解析から圧力の関係する項が火炎領域内で乱流エネルギーを増加させること、乱流スカラー流束の輸送方程式の解析から圧力の関係する項と速度変動と平均反応速度の関係する項が逆勾配拡散の発生要因であることが明らかとなった。これらは、密度比7.53、2.50の場合とほぼ同様の結果となった。次に、これまでに構築したモデルを密度比5.00のデータで検証した。乱流エネルギーの輸送方程式の平均圧力勾配項、圧力膨張項、燃焼に起因する項のモデルは、それぞれ密度比が異なる場合でもモデル定数がほぼ同じ値で精度良くモデル化できたことが確認された。乱流スカラー流束の輸送方程式の平均圧力勾配項のモデルは精度良くモデル化できたが、圧力変動項、散逸項及び速度変動と平均反応速度の関係する項のモデルは密度比が異なる場合にモデル定数の値などに多少の違いがあった。圧力変動項のモデルは改良により高精度化することができたが、残りの項のモデルはさらに継続して検討する必要がある。また、乱流燃焼モデルを用いた数値シミュレーションを実行するには、乱流燃焼に対応する散逸率や平均反応速度などのモデル化も行う必要があり、これらの検討も行った。ただし、非常に現象が複雑なため今後も検討を継続する必要がある。なお、モデルの改良、散逸率・平均反応速度のモデル化は、ロラン・ボルギ教授(フランス)との意見交換、情報の提供を受けて行った。
ポリグルタミンタンパク質のアミロイド形成機構の解明とその阻害薬のスクリーニング

ポリグルタミン(PolyQ)病はハンチントン病、種々の脊髄小脳変性症などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、原因蛋白質内の異常伸長PolyQ鎖が異常コンフォメーション変移を獲得し、難溶性凝集体の形成を含む異常蛋白質間相互作用などにより神経変性を引き起こすと考えられている。我々はこれまでに異常伸長PolyQ鎖結合ペプチドQBP1がin vitroで異常伸長PolyQ蛋白質の凝集体形成を阻害し、培養細胞およびショウジョウバエモデルにおいて細胞毒性・神経変性を抑制することを明らかにしてきた。本研究では1.異常伸長PolyQ蛋白質の凝集体形成に至る構造変化を明らかにして毒性構造体を特定し、さらにQBP1の作用点を解明することを目的とし、生化学的・構造生物学的解析を行った。その結果、異常伸長PolyQ蛋白質はモノマーの状態でβシートヘのコンフォメーション変移を経て、オリゴマーさらにアミロイド線維状凝集体へと重合することを明らかにし、オリゴマーのみならずβシート変移した中間体モノマーも細胞毒性を発揮することを明らかにした。さらにQBP1が異常伸長PolyQ蛋白質のβシートへ変移を阻害することで凝集体形成・細胞毒性を阻害することを明らかにした。また2.PolyQ病の発症分子機構に基づいた薬物治療を目指して、これまでにPolyQ凝集阻害低分子化合物のハイスループットスクリーニング(約45,000化合物)から新規PolyQ凝集阻害化合物99種類を同定している。これらの1次ヒット化合物について、2次スクリーニングとしてPolyQ病モデルショウジョウバエに対する治療効果を検討し、封入体形成・複眼変性を有意に抑制するPolyQ凝集阻害化合物QAI1、QAI2を同定した。以上の結果から、PolyQ病の治療標的として異常伸長PolyQ蛋白質のβシートヘの毒性コンフォメーション変移が重要であることが明らかになった。また、薬物治療確立を目指して新規のPolyQ凝集阻害化合物を同定しており、これらはPolyQ病治療薬のリード化合物として期待される。ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、原因蛋白質内の異常伸長PolyQ鎖が異常コンフォメーション変移を獲得し、難溶性凝集体の形成を含む異常蛋白質間相互作用などにより神経変性を引き起こすと考えられている。我々はこれまでに異常伸長PolyQ鎖選択的に結合するペプチドQBP1がin vitro、培養細胞およびショウジョウバエモデルにおいて異常伸長PolyQ蛋白質の凝集体形成・神経変性を抑制することを明らかにしてきた。本研究では(1)異常伸長PolyQ蛋白質の異常コンフォメーション変移から凝集体形成に至る構造変化を明らかにして細胞毒性を発揮する構造体を特定し、さらにQBP1による凝集阻害の分子機構を解明することを目的とし、凝集体形成濁度測定法、円偏光二色性分散計、Native PAGE、超遠心分析および電子・原子間力顕微鏡による生化学的・構造生物学的解析を行った。その結果、異常伸長PolyQ蛋白質はモノマーの状態でβシートへのコンフォメーション変移を経て、アミロイド線維様凝集体へと重合することを明らかにし、アミロイド線維様凝集体のみならずβシート変移したモノマーも細胞毒性を発揮することを明らかにした。さらにQBP1が異常伸長PolyQ蛋白質のβシートへ変移を阻害することで凝集体形成を阻害することを明らかにした。また(2)PolyQ病の発症分子機構に基づいた薬物治療を目指して、QBP1と同様のPolyQ凝集阻害活性を持つ低分子化合物のハイスループットスクリーニングを行なった。既に大規模な低分子化合物ライブラリー(45,000個)のスクリーニングを終了し、約100種類の新規PolyQ凝集阻害化合物を見い出した。そのうち15種類の化合物は非常に強力なPolyQ凝集阻害活性を示した。以上の結果から、異常伸長PolyQ蛋白質はβシートへのコンフォメーション変移を経てアミロイド線維様凝集体を形成して細胞毒性を獲得し、QBP1はβシート変移を阻害することで治療効果を発揮することを明らかにした。また、薬物治療確立を目指して新規のPolyQ凝集阻害化合物を同定しており、これらはPolyQ病治療薬のシード化合物として期待される。

また2.PolyQ病の発症分子機構に基づいた薬物治療を目指して、これまでにPolyQ凝集阻害低分子化合物のハイスループットスクリーニング(約45,000化合物)から新規PolyQ凝集阻害化合物99種類を同定している。これらの1次ヒット化合物について、2次スクリーニングとしてPolyQ病モデルショウジョウバエに対する治療効果を検討し、封入体形成・複眼変性を有意に抑制するPolyQ凝集阻害化合物QAI1、QAI2を同定した。以上の結果から、PolyQ病の治療標的として異常伸長PolyQ蛋白質のβシートヘの毒性コンフォメーション変移が重要であることが明らかになった。また、薬物治療確立を目指して新規のPolyQ凝集阻害化合物を同定しており、これらはPolyQ病治療薬のリード化合物として期待される。
社会的行動の評価による揮発性有機化合物の発達神経毒性とそのバイオマーカーの開発

本研究課題の目的は揮発性有機化合物の発達神経毒性の評価、ならびに評価指標に応用できるバイオマーカーの探索であり、実験には有機溶剤1-ブロモプロパン(1BP)の胎生期曝露モデルラットを用い、その結果として一過性ではあるが離乳直後の飼育環境が探索行動量に影響を及ぼすことが判明した。また脳神経回路の刺激応答性の発達が1BP胎生期曝露により亢進することを見出し、その機序の一部に脳への臭素イオンの蓄積が関与している可能性が考えられた。本年度はまず曝露モデル動物におけるバイオマーカーの探索の一環として、マイクロダイアリシス法を用いた脳内有機溶剤濃度のリアルタイムでの測定方法の開発に着手した。まず透析用の再生セルロース透析膜プローブ(以下プローブ)の挿入位置を決定するために、曝露物質には1-ブロモプロパン(以下1BP)を用いて、成獣Wistarラットに濃度3000 ppm・6時間の単回曝露を行った後、大脳・小脳・海馬を採取し直ちに自作の密閉式ホモジナイザーを用いて1-BPを抽出し脳内濃度分布を調べた。その結果、各部位における1BP濃度に差が認められなかったので、これまで神経毒性を報告してきた海馬を挿入部位とした。さらにこのプローブの灌流液中にDMSOを濃度1%となるように添加することによって1BPの回収率が改善することも見出したので、現在これらの条件の下、1BPの海馬内濃度をリアルタイムで測定するとともに、曝露後の脳組織を回収して遺伝子発現の変化をDNAマイクロアレイにより検討する予定である。一方、昨年度に引き続き1BP胎生期曝露モデルラット(濃度700ppm)の行動学的表現型について検討した。以前に生後14日齢の海馬におけるAMPA型グルタミン酸受容体GluR1遺伝子の発現量が胎生期曝露群では増加していたことから、この受容体作用薬であるカイニン酸を投与して誘発される自発行動について検討したところ、低用量カイニン酸で誘発されるwet-dog shakeについて、胎生期曝露群ではその発現率が減少していた。また離乳後に対照群および胎生期曝露群をそれぞれ個別飼育と集団飼育(3匹/ケージ)とに分け、5週齢にてオープンフィールド試験を行ったが、昨年度までとは異なり今回は個別飼育と集団飼育、さらには対照群と胎生期曝露群とで行動量に有意差が認められなかったので、再現性を確認する予定である。本研究では揮発性有機化合物の発達神経毒性の評価とそのバイオマーカーの開発を目的としている。揮発性有機化合物である1-ブロモプロパン(以下1BP)の発達神経毒性について胎生期曝露ラットを用いて検討してきた。これまで1BPの曝露指標として臭素イオン濃度を用いてきたが、ブロム中毒として知られるように、そもそも臭素イオンには中枢神経作用があることから、昨年度までに得られた1BPの胎生期曝露による影響が臭素イオンの蓄積によるものであるかどうかを検討することにした。Wistar系ラットを交配させ、妊娠を確認した翌日から出産前日までの20日間、20あるいは25 mMの臭化ナトリウム(NaBr)を飲水として投与した。得られた仔ラットの生後14日齢においてけいれん誘発剤ペンチレンテトラゾールで誘発されるけいれん(強直)発作の頻度について検討した。その結果、NaBr胎生期曝露仔ラットでは1BP胎生期曝露仔ラットの場合と類似した強直発作誘導の抑制が認められた。したがって1BP胎生期曝露における神経毒性には蓄積した脳内臭素イオンが関与している可能性が考えられ、臭素イオン濃度が曝露指標として有用である可能性が示唆された。一方、脳内1BPの半減期は不明であったことから、マイクロダイアリシス法を用いて脳内1BP細胞外濃度について検討した。Wistar系雄性ラットの海馬に微小透析プローブを挿入し、濃度3,000 ppmで4時間の1BP吸入曝露を行う間、経時的に透析液を回収し1BP濃度を測定し、得られた結果より半減期を計算したところ5.9±2.1時間であり、以前に報告した血中半減期(20分)の約18倍長いことから1BPは脳内蓄積性が高いことが示唆された。1BPのように臭化された構造を持つ揮発性有機化合物は多いが、1BPと同様に臭素イオン濃度が発達神経毒性の指標となり得るかどうかは今後の検討課題である。本研究では揮発性有機化合物の発達神経毒性、特に社会的行動を中心とした神経行動による評価に焦点を当てている。本年度は洗浄溶剤として汎用されているフロン代替物質の1-ブロモプロパン(以下1BP)の胎生期曝露モデル動物を作製し、社会的行動の出現と関連があるとされる離乳後の飼育環境について、その違いにより胎生期曝露の影響にも違いがあるかを検討した。

Wistar系のラットを交配させ、妊娠を確認した翌日から出産前日までの20日間、吸入曝露チャンバーを用いて1BPを濃度700ppmにて吸入曝露(6時間/日)させた(対照として同型チャンバー内で同期間、新鮮空気を吸入させた)。1BP曝露ラットより得られた仔ラットを1BP胎生期曝露群、新鮮空気吸入ラットをより得られたものを対照群とし、生後14日齢でその一部はけいれん誘発剤であるペンチレンテトラゾールを腹腔内投与した。また雄性仔ラットを生後20日齢で離乳し、社会的行動の出現に同日より個別(1匹/ケージ)および集団(23匹/ケージ)での飼育を開始した。離乳後2日目から3日目にかけてオープンフィールド試験を施行し探索行動量について検討した。14日齢の対照群で誘導されるけいれん発作の出現は胎生期曝露群で抑制されたが、この結果はこれまでに電気生理学的解析によって得られた14日齢の神経回路興奮性の変化と部分的だが一致する。また4週齢での探索行動量について、対照群で集団飼育と個別飼育を比較したところ、総行動距離ならびに総行動時間に有意差は認められなかった。しかしながら胎生期曝露群では有意差が認められ、総行動距離、総行動時間いずれも集団飼育の方が低い値を示した。飼育環境の違いは離乳後わずか数日間であるが胎生期曝露の有無による影響が出現しており、この影響が社会的行動にも及ぼすものであるか現在検討中である。離乳後の飼育環境の違いによる神経行動に対する影響について、昨年度得られた結果と本年度得られた結果とでは一部異なるものであった。そのため再現性を確認することが必要となり、現在、あらたな胎生期曝露モデルを作成中である。社会的行動についての評価は、この再現性を確認した後に行う予定としている。バイオマーカー探索については、脳内濃度との相関を確認する必要が考えられたことから、リアルタイムでの脳内濃度の測定法を開発・検討するという、予定していなかった課題について検討することになった。そのため具体的なバイオマーカーの探索についてはいまだ有用なデータが得られていない。しかしながら本年度の実験から測定方法が概ね確立できているので、次年度はリアルタイムの脳内濃度との相関と併せてバイオマーカーとなる遺伝子・タンパク質の候補について検討することが必要である。計画では今年度内に社会的行動の評価まで行う予定であったが、飼育環境の違いにより1-ブロモプロパン胎生期曝露の影響が探索行動量において出現することが判明した。飼育環境は成長後の社会的行動の出現と関連のある因子であることから、胎生期曝露と飼育環境、そして社会的行動という三つの要素とそれらの相互影響について検討する必要がある。またバイオマーカー探索のための基礎データについては実験は開始しているものの現在までに有用なデータが得られていないため、次年度も引き続き実験を行う必要性があると考えている。次年度も胎生期曝露モデル動物の作製とその神経行動について、一般的な活動量から社会的行動の評価まで行う。とりわけ飼育環境については集団飼育(3匹/ケージ)を基本とした胎生期曝露モデルを作成することにして、再現性の確認をしつつ神経行動について評価する。バイオマーカー探索については、1-ブロモプロパン急性曝露モデルを作成して、その脳内濃度についてリアルタイムで測定するとともに曝露終了後に脳組織を採取し、遺伝子発現については、GABA-A受容体やニコチン性アセチルコリン受容体の構成サブユニット遺伝子ような具体的なものだけでなく、DNAマイクロアレイによる網羅的な解析も視野に入れて検討することを考えている。次年度以降も引き続き胎生期曝露モデル動物の作製と神経行動、特に社会的行動についての評価を行う。
印刷法による高次構造の形成とウェアラブル生体信号計測デバイスへの応用

本研究の目的は、材料の階層的な「高次構造」を印刷法で作製するための構築原理を開拓し、これをセンサ材料およびセンサ周辺材料の作製技術としてウェアラブル生体信号計測デバイスに統合することである。具体的にはセンサ材料として生体電位計測用の高い粘着性と優れたインピーダンス特性を両立した「導電性粘着剤」、センサ周辺材料としてセンサを伸縮による歪から保護するためヤング率が連続的に変化する「硬軟パターン」の2つの高次構造を印刷と合成を掛け合わせた新手法でその場形成する。本年度は導電性粘着剤の材料開発と印刷を行った。具体的にはα-グルコースからなる高分子材料を粘着剤の母体とし、これにドーパミン誘導体を導入することで高い粘着性と優れたインピーダンス特性を有する導電性粘着剤を作製に成功した。引張試験機によるタック試験により、絆創膏と同様の優れた粘着力を示した。またLCRメータにより、筋電から脳波計測に求められる0.1Hzから10kHzの帯域でフラットなインピーダンスを有することを明らかにした。さらに、これらの導電性材料はスクリーン印刷法により印刷可能であり、特性の異なる粘着剤を階層的に形成することで市販ペースト材料と同等の脳波が計測可能であることを医学部との協力の元で実証した。開発した導電性材料は、生体適合性の高い材料のみから構成されており、印刷技術でシート上に形成可能であることから、取り扱いに手間がかかるペースト系やジェル系の生体信号計測用材料を代替できる可能性を強く示唆するものである。本年度の成果は計画していた3つの研究フェーズの内、センサ材料に関する1と3を進めたものである。当初、実用性と印刷適合性を兼ね備えた物性を有する材料の選定および開発に多くの時間を費やしたが、結果的に生体信号の一つである脳波を計測可能な導電性粘着剤の開発と印刷形成に成功した。さらに信号のS/Nに関する特性を回路デザインだけでなく、材料から改善できる可能性を示唆する結果を得ることができた。これは新しい現象として学術への貢献が期待できる。前年度で得られたS/Nに関する現象について、物性の観点からより深く追求していく。また、計画していた3つの研究フェーズの内、センサ周辺材料の開発に関する研究フェーズ2については、材料の選定に留まっているため、今後印刷技術を含め開発を加速する。これにより新規物性とこれまでにない印刷形成技術を開拓し、実用性の高いウェアラブルな生体信号計測デバイスへの統合を図る。購入予定の物品の中で最も高額だったソースメジャーユニットを始め、計画した見積もりより実際の購入金額が安く抑えられたため差が生まれた。次年度では計画に加え、ガラス製合成器具など高額にも関わらず壊れやすい消耗品の購入を進め研究を加速する。
虚血性脳神経細胞障害におけるグリア細胞の多面性の解析

本研究計画においてわれわれが最初に注目したのは、脳卒中易発症高血圧自然発症ラット(SHRSP)に一過性前脳虚血負荷により遅発性の神経細胞死が発症する海馬CA1領域の錐体細胞層にendothelin ETB(ETB)受容体を発現したミクログリアが浸潤することである。そこで、ETB受容体自然欠損ラット(ARラット)を用いようとしたが、この系のラットは3-4週齢で巨大結腸を発症して死亡するので、幼若ラットへの虚血性の神経細胞障害モデルである片側総頚動脈結紮後に低酸素負荷を施すと、ARラットでも正常同週齢ラット同様の細胞死が観察された。しかし、これは再還流1日目から組織学的な障害が認められ、われわれが用いているSHRSPにおける遅発性の神経細胞死とは機序が異なると考えられた。次にわれわれのモデルにおいて、虚血再還流24時間後には血液脳関門(BBB)の透過性が著明に亢進することがわかっているので、単球の遊走化因子であるMCP-1(monocyte chemoattractant protein-1)の発現を調べた。SHRSPに10分間の前脳虚血を負荷し再潅流後1日目からMCP-1 mRNAの発現が海馬歯状回でみられ、2日目には遅発性神経細胞死がみられるCA1領域全体に分布していた。発現している細胞はアストロサイトであった。ELISAによるタンパクの定量実験でも2日目にもっとも多い発現が確認された。次に、このMCP-1の発現が他の細胞の関与を必要とするのかどうかを調べるために、培養アストロサイトを用いて一過性にin vitroで虚血(無グルコースおよび低酸素)負荷の処置を施し、MCP-1の発現を調べた結果、SHRSPのアストロサイトでは著明なMCP-1 mRNAの発現が認められたが、正常血圧であるWKYラットではこの条件ではわずかな発現しかみられなかった。以上の結果より、SHRSPにおける一過性前脳虚血負荷による遅発性神経細胞死の発症過程にはアストロサイトによる著明なMCP-1の発現、それによる血中からの単球の侵入およびミクログリアの活性化が関与することが示唆され、MCP-1の機能を抑える物質の探索へと今後展開していきたい。われわれは虚血性脳神経細胞障害の機構を解明してヒト脳血管痴呆症の治療薬を開発するという目的で,脳卒中易発症高血圧自然発症ラット(SHRSP)に一過性脳虚血を負荷した動物モデルを用いて、海馬CA1錐体細胞層に生じる遅発性の神経細胞死におけるダリア細胞の変動を明らかにしてきた。即ち、遅発性の神経細胞死がみられる虚血再潅流7日目に海馬CA1錐体細胞層に集積しているミクロダリアがエンドセリンのET_B、受容体および血管内皮細胞の増殖因子であるVEGFを発現していることおよびそれを取り囲む領域では反応性のアストロサイトがET-1を発現していることを報告してきた。本実験ではグリア細胞の役割を明らかにするために虚血再潅流に伴って脳内に侵入すると考えられる血中の単球に対する活性化因子monocytechemoattractant protein-1(MCP-1)の発現の変化を経時的に調べた。