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金融危機波及のミクロ経済分析

2007 -2009年の世界的金融危機では、資本市場で発生した価格ショックが、銀行の金融仲介機能を通じて金融システム全体に波及した。本研究では、証券投資を行う銀行からなる銀行システムにおいて、確率的に保有証券の下落を伴う金融ショックが発生する状況で、社会的に望ましい銀行のバランスシートを導出した。とくに、銀行の資金調達に特徴的である、要求払い預金契約を銀行の意思決定の制約条件として、銀行の最大化問題を理論的に考察した。金融ショックを、発生確率と銀行に対する被害の程度とで特徴づけることで、最適な銀行の流動資産保有比率と自己資本比率とがショックの発生確率と程度との組み合わせで決まることが示された。平成25年度は前年度に構築した基本モデルをめぐる問題点を見直し、新しい理論モデル構築を目指して次を行った:1. 2007-2009年の世界的金融危機をめぐる問題について、(1)危機に先立つ建材環境や金融市場の変化を受けて進化した金融機関の証券代位機能がどのように危機波及・拡大に影響を与えたか、(2)金融政策や金融機関に対する規制の有効性、の2点を中心に、既存事実とミクロ経済学的研究手法による既存研究を中心に整理した。これらについて「金融危機における諸問題の整理とミクロ経済学的研究の課題と展望」のタイトルで邦語論文として発表している。2. 1.で整理した既存研究を中心に、昨年度に構築・分析した理論モデルの問題点を修正し、専門学会誌に再投稿した。3. 1.での整理を受け、新規の理論分析モデルの枠組みを作成した。現実の金融システムをベースとする基本的なモデルを構築し、観察された事実の説明を試みた。まず、2007年のサブプライム・ローン問題に端を発した金融危機を考察するために、既存の銀行モデルに追加が必要な要素を洗い出した。多くの既存研究では、商業銀行を想定した銀行のリスク転換機能(リスクのある長期投資に対する資金を、要求払い預金契約の下でリスク負担のない預金者から資金調達する仕組み)をモデル化している。これに対して、欧米を中心とする現代の銀行部門では、「影の銀行」業務でのリスク転換を拡大してきた。「影の銀行」業務とは、SIVと呼ばれる事業体を設立し、それに対してスポンサーになりつつオフバラ化した形で、銀行が金融商品の運用を行うことを指す。運用はリスク調整によって高格付けを付与された証券化金融商品を中心とする。よって銀行部門は証券化を通じて要求払い預金と同等のリスクのない短期負債の需要に応えることができた。以上より、市場性のある証券化金融商品に対して有担保短期負債により資金調達する銀行を想定しモデル化した。次に、「影の銀行」業務が内包する問題を巡り、既知の事実と残された問題について洗い出し、基本モデルがどの程度の説明力があるかを確認した。先の金融危機では米国の住宅市場の下落によるサブプライム・ローンの債務不履行懸念が、それらのローンを原債権に含み得る証券化金融商品価格の下落を招くとともに、SIVでそれらの証券を運用する銀行への流動性供給の低下を招いたとされている。実際は、それらのローンと無関連な証券価格も下落しており、このことは銀行間と証券市場における流動性枯渇になんらかの連動性があることを示唆している。分析では銀行間市場における利子変動が証券の流動性に伝播することを確かめ、とくに事前に想定する範囲外での利子率の変動が銀行の信用リスクに影響することを示唆する結果を得た。平成26年度は前年度に整理した2007-2009年の世界的金融危機の特徴を踏まえ、既存理論モデルを拡張し次の結果を得た:1.銀行を中心とする金融システムにおける最大の特徴である、預金と同等の契約もとで資金提供する投資家の存在と、当該投資家の効用関数のモデル化:Gorton (2010)による預金者の「リスクに不感応性(risk-insensitivity)」という特徴を、預金先の銀行の経営状態に依存せず一定のリターンを期待すると考え、モデル化することに成功した。2.金融ショックに備えた、銀行のバランスシートにおける資産および負債側での流動性確保の問題を明示的に導出:上記の1でモデル化した預金者の利得を前提とした銀行の最大化行動が社会的余剰最大と一致するための最適な流動資産保有割合および自己資本比率の大きさを導出することができた。とくに重要な結果として、既存研究では金融ショックをモデル化する際に、その発生確率のみで特徴づけているが、本研究では発生確率に加えてショックが発生した場合の被害程度をバランスシートの資産側の価値回復のために銀行が負担する費用の大きさで表すことによって、金融ショックをふたつのディメンションで特徴づけることに成功した。それにより、金融ショックの発生確率と被害程度との組み合わせに依存して、銀行の流動資産保有割合と自己資本比率の大きさが変化することを示すことができた。

3.銀行規制に対する政策的なインプリケーションの導出:銀行による預金契約に対するコミットメントがなく、預金者のリターンが銀行の経営状態に依存する可能性がある場合は、金融ショックの発生確率と被害程度とで与えられる金融ショックの特徴によっては、最低自己資本比率が銀行システムの安定化に大きく寄与することを示した。以上について3回の研究発表を行い、英文での論文を修正し、再投稿の準備を進めている。経済学昨年度構築・分析した理論モデルに基づく論文について、瑕疵が見つかり修正を施す必要に迫られた。またこのことを受け、研究課題に関連する問題について見直し、分析対象とする問題の本質について整理を行ったため、あたらしいモデルの構築に時間的な遅れが発生した。銀行による保有証券の担保化のモデル化を巡り、より一層の工夫が必要であることが明確になった。現在のモデルでは実物投資の担保化との相違が明確でないために、これまでの金融危機で生じた問題とサブプライム問題以降の危機との間にどのような相違があるかを説明しにくい問題がある。また銀行間市場や投資家間での取引などを考慮にいれていないので、説明できる範囲が限定されているという問題が残されている。平成25年度において整理した金融危機をめぐる問題と関連するミクロ経済学的先行研究に基づき、金融危機に直面する金融機関の投資選択問題をモデル化して分析を行う。前年度の研究により、モデル構築に際して取り入れるべき主要な要素として1.基本的に要求払預金の性質を保持する短期負債による資金調達に対して、さまざまなリスク(信用リスク、流動性リスク、カウンターパーティ・リスク)によって価格が変動する証券化金融商品への投資といった、現代の金融機関のバランスシートが直面するリスクや満期の不一致、2.金融危機の描写として、一定の投資期間の期中における資産価格の下落にともなう再投資の必要性と、そのための流動性確保の問題、3.金融政策および金融機関をめぐる規制等が金融機関の流動性確保に与える影響、を取り入れる。今年度前半には上記1.から3.の要素を取り入れた理論モデルを構築・計算し、今年度中に論文を完成し、専門ジャーナルへの投稿を目指す。先の金融危機で生じた具体的な問題点を、既存の実証分析を中心として掘り下げる。また銀行をめぐる既存の理論研究を再度サーベイすることで、今回の金融危機分析の位置づけを明確にすることを試みる。出張旅費として考えていた金額が想定していたよりも少額だったため誤差として翌年度への繰り越しが生じた。金融経済学に関する金融庁への出張旅費の一部としての使用を計画している。研究機関の異動に伴い、新たに購入が必要となったパソコンなどの機器備品を購入する。金融システムのミクロ経済学をベースとした理論研究をめぐる最新の知見を得、議論に参加するために、2014年1月に米国フィラデルフィアで開催される米国金融学会に参加するための旅費に用いる。作成した論文の海外専門誌への投稿料の支払いに用いる。
反応速度に基づく炭酸化モデル構築のための基礎的研究

本研究の最終目的は,液相中に存在する全イオン,および固相に存在する全水和物の炭酸化時の挙動を,反応速度論に基づいたモデルにより再現することにある。本年度はこれの基礎モデルにあたる,模擬細孔溶液(NaOH溶液と固相物質としての水酸化カルシウムにより構成される)中への炭酸ガス溶解速度モデルの高精度化を行った。モデルの具体的な改良点としては,文献調査によって水のイオン積・炭酸の解離定数・水酸化カルシウムおよび炭酸カルシウムの溶解度積・Bunsenの吸収係数といった平衡定数の温度依存性を把握・導入し,化学反応の計算において活量を用いた(活量係数の推定にはDaviesの式を用いた)。また炭酸種(溶存C0_2,HC0_3^-,C0_3^2-)それぞれに拡散係数を与えた。これらによって,模擬細孔溶液中への炭酸ガス溶解モデルの精度および信頼性が大きく向上し,基礎モデル構築に関してはほぼ完了した。また,より詳細かつ正確な,炭酸化によるセメント水和物の分解性状の解析が可能となった。さらに,溶液中への炭酸ガスの溶解に関して,一般的に用いられる平衡モデル(気相と液相のCO_2は瞬時に平衡に達するとの前提に基づいたモデル)と,構築した速度モデルとの比較を行い,実環境濃度に近づくほど,平衡モデルにおける気相と液相のCO_2は瞬時に平衡に達するとの仮定が成り立たなくなることを確認した。これにより,平衡モデルに対する速度モデルの優位性の一つを示し,また速度モデルによって促進実験と実環境における炭酸化性状の相違を説明できる可能性があると考えられる。炭酸化によるフリーデル氏塩,水酸化カルシウムおよびC-S-Hの分解実験,炭酸ガスの細孔溶液中への溶解実験を行い,それぞれについて速度の概念に基づきモデル化を行った.フリーデル氏塩およびC-S-Hに関しては,試薬等を用いて合成したものを用い,水酸化カルシウムには試薬を用いた.これらを模擬細孔溶液(pH=13.2のNaOH溶液)中に加えたものを試料とし,炭酸化促進槽内に曝露することで炭酸化実験を行った.槽内の炭酸ガス濃度は0.5,1.0,2.0%と変化させた.曝露終了後,液相についてはpH, Ca^<2+>濃度,Cl^-濃度,溶存CO_2濃度の経時変化を測定し,固相については水酸化カルシウム量,炭酸カルシウム量,フリーデル氏塩量,C-S-H量を定量した.また,溶液中への炭酸ガスの溶解のみを抽出して検討するため,模擬細孔溶液のみを用いて同様に実験を行った.模擬細孔溶液についてはpHをパラメータとし,pHは12.8,13.0および13.2の三種類とした.所定の曝露期間が経過した後,pH,溶存CO_2濃度を測定した.以上の実験により炭酸化による各水和物の分解性状,炭酸ガスの模擬細孔溶液中への溶解性状を検討した.この結果,フリーデル氏塩の分解がpHのみに依存するものではないことや,模擬細孔溶液のpHが大幅に低下した後にもC-S-Hの一部が残存するといった知見を得,炭酸ガスの模擬細孔溶液中への飽和溶解量はBunsenの吸収係数によって概ね予測可能であること等を確認した.実験結果に基づき,フリーデル氏塩やC-S-Hの分解速度をH^+イオン濃度およびCO_3^<2->濃度に依存するとしてモデル化し,炭酸ガスの溶解速度を飽和溶存CO_2濃度と溶存CO_2濃度の差に比例するとしてモデル化した.数値解析を行って実験結果と比較したところ,概ねの傾向は数値計算によって再現できており,モデルの妥当性を確認できた.本研究の最終目的は,液相中に存在する全イオン,および固相に存在する全水和物の炭酸化時の挙動を,反応速度論に基づいたモデルにより再現することにある。
超微細結晶粒化したY系酸化物超伝導体の超伝導特性および高速超塑性特性評価

酸化物超伝導体(YBa_2Cu_3O_<7-X>)はバルク体として強い磁気浮上力の応用が注目されている。しかし,セラミックスとしての難加工性を示すため,超塑性を付与できれば,その用途拡大に寄与すると考えられる。また,酸化物超伝導のバルク体における磁気浮上力はその半径に依存する事から,大型化が課題となっている。そこで,YBCO焼結試験片について,超塑性変形を利用した高温圧縮加工により高ひずみ成形の可能性を検討した。その際,試験片作製における時間の短縮を考慮し,3タイプの焼結方法による試験片を用いて成形性や成形後の超伝導特性を評価した。前年度までYBCO粉末と銀粉末を遊星ボールミルを用いてメカニカルミリング(MM)し,ミクロ組織の微細均一化に成功した。そこで最適なMM時間で得られたMM粉末を30tonのアムスラー試験機を用いて250MPaで圧粉し,高さ12mm,直径8mmの圧粉体を作製した。その後,前年度の研究結果で問題となっていた圧縮試験後の試験片側面の大きな破壊割れを打破するために,外形形状φ814mmと変化させた超塑性Ti-6Al-4V合金リングにYBCO超伝導体を挿入し拘束圧縮試験を行った。その結果,外形φ10mmのリングと複合化した超伝導体はε^^・=10^<-2>s^<-1>の高ひずみ速度領域においてもマクロ的な割れは観察されず,圧縮変形が可能であるという新しい知見を得た。Tiリングと複合化する事も可能であり,当初の目的であった超塑性の指標となるひずみ速度感受性指数;m値が0.31と比較的高い値を示し,超塑性鍛造の可能性を見出した。圧縮変形量ε=80%と大きなひずみを加え,肉厚を薄くし,酸素雰囲気中にて熱処理を施す事により,超伝導体積率の向上もSUQIDで明らかとした。2次元的異方性が比較的小さく,高温度域での磁束線ピンニング特性に優れ,かつ単相も得られ易いYBa_2Cu_3O_7を調査材料とした。同和鉱業(株)製のYBa_2Cu_3O_7粉末(平均粒径3μm)を購入し,現有のフリッチュ製遊星型ボールミルを用いてメカニカルミリング(MM)し,回転速度を一定に保ちながら,粉末質量,MM時間,乾式あるいは混合助材としてエタノールを用いた湿式において粉末粒径1μm以下となる最適なMM条件をX線回折(XRD),密度測定,走査型電子顕微鏡(SEM)にて検討した。X線回折の回折ピーク半価幅から結晶子サイズを算出した結果,湿式MM,粉末質量10g,エタノール量2ml,MM時間5.4ksの条件が最も微細かつ緻密な焼結体を得る事がわかった。またSEM組織観察においても同条件で12μmの均一な粉末粒径が得られる事も見出した。次にMM付加とMM無付加の焼結体をSQUIDにて磁化測定を行った結果,MM付加した焼結体は超伝導体積率が減少し,超伝導相の割合が減少する傾向にある。これはMMする事により緻密な焼結体となった為,酸素の拡散が妨げられたものと推察される。この点に関しては,圧縮成形加工後に再度,最適な熱処理を施す事により改善出来るものと考えている。次に,圧縮試験温度T_T=930°CにおいてMM付加とMM無付加の試験片をε^^・=5×10^<-5>10^<-3>s^<-1>の低ひずみ速度範囲でひずみε=50%まで行った結果,MM無付加では変形初期段階において高い変形応力に達し,かつ高温圧縮試験後の試験片外観で大きな破壊割れが生じることがわかった。それに対し,MM付加においては,側面に樽型変形を生じ,特にε^^・=5×10^<-5>s^<-1>ではマクロ的な割れは観察されず,MM効果を明瞭に明らかとした。しかし,ひずみ速度ε^^・=10^<-5>s^<-1>オーダーでは,実用上作業効率等の点から極めて遅いため更なる組織制御の検討を試みる必要があることもわかった。

その結果,外形φ10mmのリングと複合化した超伝導体はε^^・=10^<-2>s^<-1>の高ひずみ速度領域においてもマクロ的な割れは観察されず,圧縮変形が可能であるという新しい知見を得た。Tiリングと複合化する事も可能であり,当初の目的であった超塑性の指標となるひずみ速度感受性指数;m値が0.31と比較的高い値を示し,超塑性鍛造の可能性を見出した。圧縮変形量ε=80%と大きなひずみを加え,肉厚を薄くし,酸素雰囲気中にて熱処理を施す事により,超伝導体積率の向上もSUQIDで明らかとした。
高インスリン血症、インスリン抵抗性における脂質動態と動脈硬化に関する研究

1.外因性高インスリン血症ラットでの検討3カ月間の外因性高インスリン血症のラットで検討をした結果、動脈硬化の初期変化であるトリグリセリド(TG)、コレステロールエステルの沈着がみられ、飽和脂肪酸の上昇と、多価不飽和脂肪酸の減少の他、血漿LDLにはアラキドン酸の増加とTGの含有量の増加がみられた。2.内因性高インスリン血症、インスリン抵抗性ラットモデルでの検討SDラットにラードを含む高フルクトース食を2週与えるとインスリン抵抗性ラットができる。この動物モデルは高インスリン血症、高TG血症、軽度の高血圧症もみられ、ヒトのいわゆるMetabolic Sydrome Xに近い状態が得られた。短期間(2週間)のモデルなので血管のTGの脂肪酸の変化はみられるが、コレステロールエステルやTGの沈着はみられなかった。このモデルはヒトのインスリン抵抗性症候群のモデルになると考えられる。しかし、ラードを除いて他の組成が同じの高フルクトースでは、インスリン抵抗性は生ぜず、ラードに含まれている脂肪が重要な役目をしていることが分かった。このモデルに抗高脂質血症薬のプロブコールを投与したがインスリン抵抗性を改善しなかったが、ベザフィブラートでは、インスリン抵抗性を改善した。3.LDL粒子のサイズに関する検討検診受診者より得られた血液からLDL粒子のサイズは空腹時のインスリン濃度や肥満に関与し、インスリン抵抗性と深い関係があることが示唆された。小粒子LDLサイズは冠動脈疾患など動脈効果病変と促進するので、LDLサイズを規定している因子を検討した結果、TG、HDLコレステロール、HbAlcが有意な独立した因子であったが22%を説明するに過ぎない。また、このLDLサイズは75gGTTにより変化し、その変化はインスリン値と関係がある。冠動脈硬化と深い関係が報告されているACEのI/Dの遺伝子多型およびApo Eの_ε2-4の遺伝子多型とLDLサイズの関係を検討した。ACEの多型性の関与はみられなかったが、Apo Eでは有意な関与がみられた。即ち、_ε4を持つ症例はLDL粒子が小さく、LDL粒子サイズを規定している独立した因子であることがわかった。1.外因性高インスリン血症ラットの検討長期間(約1年)の外因性高インスリン血症により、大動脈に病理学的な動脈硬化病変が生じる(Sato Y et al, Diabectes 38:91, 1989)。そこで、我々は3ヶ月間の投与モデルでの検討をした結果、内膜障害がない動脈硬化の初期変化であるトリグリセリド(TG)、コレステロールエステルの沈着がみられ、飽和脂肪酸の上昇と、多価不飽和脂肪酸の減少が観察されている他、血漿LDLにはむしろアラキドン酸の増加とTGの含有量の増加がみられた。2.内因性インスリン血症、インスリン抵抗性ラットモデルでの検討SDラットにラ-ドを含む高フルクトース食を2週与えるとインスリン抵抗性ラットができる。この動物モデルは高インスリン血症、高TG血症、軽度の高血圧症もみられ、ヒトのいわゆるMctabolic Sydromc X (Reaven, Diabetes37:1595, 1998)に近い状態が得られた。

しかし、ラ-ドを除いて他の組成が同じの高フルクトースでは、インスリン抵抗性は生ぜず、ラ-ドに含まれている脂肪が重要な役目をしていることが分かった。このモデルに抗高脂質血症薬のプロブコールを投与したが高インスリン状態も高血圧状態も改善しなかった。小粒子LDLは冠動脈疾患などの動脈硬化病変を促進するリポプロテインである。従来、糖尿病において小粒子LDLが多いことが報告されていたがこれは糖尿病に伴う脂質代謝異常の結果と考えられていた。そこで検診の受診者210名よりLDL粒子サイズと規定している因子を検討した結果血中トリグリセソゾ,HDLコレステロール,HbAlCが有意な独立した因子であったが22%を説明するにすぎなく,LDL粒子サイズは通常の検査では十分に説明されない因子であることがわかった。またこのLDL粒子サイズは75gGTTにより大きなものは小さくなり,小さいものは大きくなりその変化はインスリン値と関係があることを認めた。LDLの質的特徴である粒子サイズは、昨年の検討でインスリン抵抗性や高インスリン血症で細小化することが明らかになったが、その粒子サイズの規定因子は他に重要なものがないかを検討した。すでに疫学的検討よりLDL粒子サイズは遺伝子的因子が強く関与していることがわかっているので、冠動脈硬化と深い関係が報告されているAngiotensin converting enzyme (ACE)のI/Dの遺伝子多型およびApolipoprotein E (Apo E)のε2-4の遺伝子多型とLDL粒子サイズの関係を検診で訪れた136名を対象として検討した。ACEの多型性はLDLサイズおよび各血中脂質レベルとの関与はみられなかった。一方、Apo Eでは有意な関与がみられた。即ち、ε2を持つ症例は総コレステロールが低く、ε4を持つ症例は総コレステロールは有意な差は認められないが、LDL粒子が小さかった。LDL粒子サイズを規定している因子を検討するためステップワイズ回帰分析で求めたところε4は独立した規定因子であることがわかった。よくみられるApo Eの遺伝子多型は二重の意味で冠動脈硬化に関与する因子になっている可能性がある。つまり、ε2はコレステロールを低くして抗動脈硬化に、ε4はLDL粒子を小さくすることで動脈硬化促進に関与している。
ゾル-ゲル法による絶縁セラミック薄膜の合成と電気的特性

本研究では、絶縁性セラミック薄膜としてZrO_2、SiO_2、TiO_2を取挙げ、ゾル-ゲル法による合成プロセスとその電気的特性との関連性について検討した。主な検討項目は、次の通りである。1.熱処理雰囲気の違いによるセラミック薄膜の合成とその電気的特性(主として誘電及び絶縁特性)2.基板としてガラスを用いたときの膜物性について(主として膜厚の限界、ゾル粘度、応力と誘電及び絶縁特性)(1)ゾル-ゲル薄膜に対する熱処理雰囲気の効果原料としては金属アルコキシドの一種であるジルコニウムテトラブトキシド(Zr(0-n-C_4H_9)_4)を用いて薄膜を作製し、酸素濃度を変えて焼成を行い、物理・化学的測定と電気的測定を行った。(1)酸素雰囲気での熱処理は、残留有機物の酸化・分解に有効である。(2)熱処理温度の高い試料ほど結晶化が進行するため、抵抗率は高くなる。また、酸素雰囲気での熱処理は、結晶化の進行はみられず電気的特性は逆に悪くなる。(2)原料としてはテトラエトキシシラン(Si(0C_2H_5)_4)を用いて、膜物性について検討した。なお、TiO_2についても一部検討した。(1)SiO_2ゾルに高分子を混入することにより、膜厚のコントロールが可能となった。(2)SiO_<>薄膜の抵抗率は10^810^9Ω・cmとかなり低い値である。(3)膜-基板間の結合が化学反応によるものであるため、膜がクラック・剥離を生じない範囲で応力は発生する。(4)TiO_2については、その抵抗率に応力依存性がみられる。従来、セラミックスの合成は固相反応法が主であったが、最近分子レベルでの混合及び組成の制御が可能であるとして注目されているゾル-ゲル法の基本的検討を行った。以下にその研究実績についてまとめる。(1)ゾル-ゲル薄膜の膜物性についてアルコキシドとして取扱いが容易なSi(DーnーC_2H_5)_4を原料として用い、高分子を混入した場合のSio_2薄膜をガラス基板上に作製し、その膜物性について検討した。三元図を最初作製し、最適な組成比としてSi(OーnーC_2H_5)_4H_2O(加水分解用):C_2H_5OH(溶媒)=1:11:8(CH_3COOHO.O1mol%)を決定した。又粘度調整に用いた高分子はHPC(ヒドロキシプロピルセルロ-ス)であり、組成中のC_2H_5OHに対して12.5、25、50wt%混入した。成膜方法にはDipping法を用い、浸漬ー引き上げー乾燥ー熱処理を1行程とし、この繰り返しによって膜厚の調整を行った。熱処理は仮焼きとして大気中500°Cで10分間、本焼として大気中、500°C、600°Cで2時間とした。基板にはガラス及びSiウェハを用いた。その結果、一度に成膜できる厚さが厚ければ、膜の内部収縮と表面収縮との違いから、膜表面にクラック・剥離が生じること、高分子を混入することにより、1行程で得られる膜厚の増加すること、低粘度のゾルを数回に分けてDippingしても得られる膜厚は1μm程度であることを明らかにした。(2)ゾル-ゲル薄膜の誘電特性と絶縁特性現在ZrO_2とSiO_2について検討しており、抵抗率については10^<14>Ω・cm以上の値(室温100°C)が得られ、絶縁破壊強度についても、10^<15>V/cm程度の値となっている。又10kHz1MHzの周波数範囲内で、安定な誘電特性を示すことも明らかとなった。

絶縁性セラミック薄膜として、ZrO_2、SiO_2を取り挙げ、ゾル-ゲル法による薄膜の合成プロセスの確立と、その電気的特性について検討した。以下にその研究実績についてまとめる。(1)SiO_2薄膜については、作製条件であるゾルの粘性率、成膜回数、成膜速度、焼成温度を調節することで、そのパラメータと比例関係にある膜厚値を持つ薄膜を容易に作製できることを確認した。(2)作業条件をパラメータとして内部応力を測定した場合、焼成温度に対して引張り応力値は上昇し、粘度に対して低下する傾向を示し、膜厚が大きくなるにしたがって、引張り応力値は低下することを明らかにした。これより、ゾル-ゲル膜をデバイスに応用する場合、膜厚を重ねることによって、応力が生じにくく、歪によるクラック・剥離が抑制されたデバイスを作製することが可能である。(3)抵抗率の測定において、TiO_2に応力依存性がみられた。これは圧縮応力から引張り応力に移行するにしたがって、応力値が上昇するもので、有機物による導電性と空孔、酸素欠陥の消滅によることを明らかにした。(4)酸素雰囲気での熱処理は、残留有機物の酸化・分解に非常に有効である。(5)酸素雰囲気での熱処理は、ZrO_2に対しては結晶化の進行はみられず、電気的特性は逆に悪化した。(6)熱処理温度の高い試料ほど結晶化は進行し、これに伴いZrO_2の抵抗率は高くなり、比誘電率およびtanδは良好な特性を示した。
主要輸送機関の変遷からみた環境負荷の小さい都市物流システム構築に関する研究

本研究の目的は、歴史的にみた鉄道などの大量輸送機関が、都市の産業発展に果たした役割を明らかにすることである。都市の産業振興上必要だった物資輸送のために輸送機関の変遷を明らかにするとともに、環境負荷の小さい輸送機関である水運と鉄道が、都市の物流システムとして過去に成立した理由が明らかとなった。これにより、都市の物流システムとしての利用可能性が明らかとなった。本研究の目的の一つに、「歴史的にみた物資供給路の交通結節点と大都市の発展の相互関係を明らかにすること」がある。そこで研究初年度の平成19年度では、第1に都市が成立するためには物資供給路の確保が不可欠であること、第2に物流供給路の結節点に位置した交通交易(物流・商業)都市の発展過程を明らかにするために、現地調査と調査結果の整理をおこなった。第1の点については、江戸期に廻船航路や河川舟運で発達した都市を調べ、とりわけ関東地方において物資供給路の結節点である港や河岸を中心に都市が発達したことを明らかにしている。第2の点については、明治以降に発達した鉄道のうち、軌間が狭く馬や蒸気を利用した軽便鉄道に着目した。ここでは軽便鉄道が、石炭や原材料を始めとする産業物資の輸送に利用されたことを明らかにし、特に産業振興のために鉄道がひかれ都市の産業発展と関係のあることを明らかにした。これについては、土木計画学研究発表会で発表した。次に東北および九州の軽便鉄道に焦点を当て、現地調査をおこない、これらの地方における産業の発展にともなう軽便鉄道の発達と衰退の経過を明らかにするとともに、現在の発展との相互関係を分析中である。以上のように、江戸期から明治期にかけて輸送交通機関が水上交通(海運・舟運)だけでなく、内陸部での鉄道輸送(一般鉄道・軽便鉄道)が加わることで、都市の産業発展に貢献していったことを明らかにしている。そもそも都市の発達は都市の産業動向に依存しているという考え方が多いが、そのなかにあって物資供給システムの確立が都市の発達に不可欠だったことを示している点で、本研究の意義は大きい。研究初年度の平成19年度では、第1に都市が成立するためには物資供給路の確保が不可欠であること、第2に物流供給路の結節点に位置した交通交易(物流・商業)都市の発展過程を明らかにするために、現地調査と調査結果の整理をおこなった。本研究の目的の一つに、「歴史的にみた鉄道などの大量輸送機関が、都市の産業発展に果たした役割を明らかにすること」がある。そこで研究2年度目の平成20年度は、明治以降に発達した鉄道のうち、九州地方の軽便鉄道(軌間が狭く馬や蒸気を利用した鉄道)と関東地方の鉄道に着目して、鉄道と産業の相互関係を明らかにした。特に九州地域の軽便鉄道が、石炭の輸送に利用されたことを明らかにし、輸出のために港湾まで石炭輸送する際の一部で、軽便鉄道が利用され、その後、道路輸送に変わっていくことを示した。また関東地域では、高崎線と両毛線に着目し、生糸の輸出のために横浜まで輸送される状況を、鉄道の歴史と輸送量の変化の分析を始めた。これについては、研究最終年度も継続していきたい。以上のように、研究2年度目は、主に九州地域における石炭と軽便鉄道を対象に、都市の産業発展に鉄道が貢献したことを明らかにした。軽便鉄道であれ鉄道であれ大量輸送機関の整備が、都市の産業発達に不可欠だったことを明らかにしている。研究初年度の平成19年度では、都市が成立するためには物資供給路の確保が不可欠であることを明らかにした。平成20年度は、明治以降に発達した鉄道のうち、九州地方の軽便鉄道(軌間が狭く馬や蒸気を利用した鉄道)と関東地方の鉄道に着目して、鉄道と産業の相互関係を明らかにした。特に九州地域の軽便鉄道の変遷については、土木計画学研究発表会で発表した。研究最終年度の平成21年度では、「舟運→鉄道→自動車」という輸送機関の変遷について、江戸時代以江戸時代以降、関東の主要都市として発展してきた川越に着目して研究を進めた。この結果、川越を発着する物資の江戸への輸送方法が、鉄道の開通とともに舟運から鉄道へと変化する過程で、地域の流通形態の変化し都市の発展に大きく影響することを明らかにした。以上の3年間の研究を通じて、第一に江戸期以降の輸送機関の変遷と都市の発展の相互関係、第二に都市の発展に不可欠な物資供給路の存在、第三に水運や鉄道などの環境負荷の小さい輸送機関を現在の都市に導入するための留意点が明らかとなった。このことは、今後環境負荷の小さい都市内物流システムの構築において考えておくべき輸送機関の特徴と輸送物資の関係の解明に、大きな効果を与えるものと考えている。
環境汚染物質モニタリングへのアブローチ:形質転換酵母遺伝子による標的因子検索

【目的】環境汚染物質の毒性検索法として、取り扱い上安全な酵母を使い、酵母ゲノムライブラリの導入などにより毒性に関わる遺伝子を検索する基礎的手法の迅速化・簡易化を検討し、新たな環境汚染物質の細胞内標的因子の同定、機能の解明・活用に資することを目的とする。【結果・考察】1.メチル水銀(MHg)をモデルとし検索のための系を寒天培養から96穴プレート培養(濁度測定)に変更。これにより耐性株検索は迅速化。MHg毒性機構の一部解明にも寄与。MHg毒性増強因子Msn2(Cys2 His2 Zn finger型転写因子)はGFA1((GFAT : MHg標的酵素で細胞生存に必須:L-glutamine・D-fructose-6-phosphate amidotransferase)をコードする遺伝子)の転写を抑制、GFA1 mRNA発現を抑制することでMHg高感受性となる可能性を示した。2.さらに特定の遺伝子欠損株使用により作用機構解明の過程も短縮。Sok2(Msn2に結合する蛋白)の遺伝子SOK2欠損株がMHg高感受性を示す事を見出し、Msn2が示すメチル水銀毒性増強作用に部分的にSok2が関与する可能性を示した。3.またカドミウム(Cd)で遺伝子欠損株を用いた毒性試験を行なった。出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)BY4742株の遺伝子欠損株ライブラリー(Euroscarf)約4850種の中から、350μMCd感受性株260種を用い、20μM濃度までのCdに対する低濃度感受性株および低濃度耐性株を検索した。今回の検索では、Cdが細胞内での液胞への蛋白質輸送系(MHgの標的として知られている)において、MHgと同じ遺伝子欠損株で耐性(VAM3、VPS63、VPS68)となる事を観察した。共通の標的蛋白質・機能がある事になる。今後、以上のような手法に加え、欠損株だけでなく高発現株使用なども検討し、新たな機能を発現する形質転換株や複数の物質に共通の耐性機構を示す酵母株を得やすくし、複数の環境汚染物質の生体影響をモニタリングする指標の掘起しにも活用する計画である。【目的】酵母は安全でかつ扱いやすい、目的とする遺伝子を高発現させることが可能、などの特質をもち、生体における遺伝子とその機能との対応づけを最も容易かつ厳密に行える真核生物である。そのため、カドミウムやメチル水銀(MHg)などの環境汚染物質の毒性メカニズムを解明するには、酵母を用いた細胞内因子の検索が有効である。水俣病を引き起こしたメチル水銀の毒性発現機構・生体の防御機構は未だに不明で、予防・治療法の抜本的展開に至っていない。そこで、環境汚染物質の一つとしてメチル水銀を取り上げ、標的とする因子の検索とその生体内での作用機構を検討した。【結果・考察】MHgの毒性を増強させる因子として同定されているMsn2(Cys2 His2 Zn finger型転写因子:様々なストレスに応答して核に移行し標的遺伝子のプロモーター上にあるSTRE (stress response element)に結合しその転写を活性化)高発現酵母を作成し、高感受性を確認した。また、選択培地でMHgに対する高感受性が消失した酵母を検索し、この酵母から抽出したPlasmidをMsn2高発現酵母に再導入後、MHg感受性を確認した。

その結果、断片M2-1中の遺伝子GFA1の存在がMsn2高発現によるMHg高感受性を消失させることが明らかとなった。同定されたGFA1はGFAT(L-glutamine・D-fructose-6-phosphate amidotransferase)をコードする遺伝子である。GFATは細胞内で合成される全てのアミノ糖の前駆体であるグルコサミン6リン酸の合成を触媒するため、細胞生存に必須の酵素である。また、酵母細胞内におけるMHgの標的分子でもある。さらに検討した結果、Msn2高発現酵母ではGFA1mRNAの発現が対照酵母に比べ半減していた。以上から、Msn2高発現酵母では、Msn2がGFA1の転写を抑制し、GFA1 mRNA発現が抑制されることでMHg高感受性となる可能性が考えられた。【目的】酵母は安全でかつ扱いやすい、目的とする遺伝子を高発現させることが可能、などの特質をもち、生体における遺伝子とその機能との対応づけを最も容易かつ厳密に行える真核生物である。そのため、カドミウム(Cd)やメチル水銀(MHg)などの環境汚染物質の毒性メカニズムを解明するには、酵母を用いた細胞内因子の検索が有効である。今年度はメチル水銀の毒性増強因子として同定されているMsn2の作用機構をさらに検討し、メチル水銀の毒性発現機構・生体の防御機構の解明にアプローチした。【結果・考察】MHgの毒性を増強させる因子として同定されているMsn2(Cys2 His2 Zn finger型転写因子:様々なストレスに応答して核に移行し標的遺伝子のプロモーター上にあるSTRE(stress response element)に結合しその転写を活性化)高発現酵母を作成し、酵母に高いメチル水銀感受性を与える事を確認した。この感受性はGFAT(L-glutamine・D-fructose-6-phosphate amidotransferase:細胞内で合成される全てのアミノ糖の前駆体であるグルコサミン6リン酸の合成を触媒するため、細胞生存に必須の酵素)の発現が抑制されることにより引き起こされる現象と考えられた。そこで、Msn2と結合することが知られているタンパクSOK2の欠損株でメチル水銀感受性を検討し、高感受性を示す事を見出した。この株においてはGFATmRNAレベルの低下が認められた。また、GFATプロモータ/lacZを用いたレポーターアッセイによってもSOK2欠損によるGFATプロモーター活性低下が見られた。しかし、野生株にMsn2を高発現させた場合に比べこれらの低下の度合いは少なかった。また、Msn2を導入し高発現させた株では、SOK2mRNAレベルの有意な低下が認められた。これらの結果から、Msn2が示すメチル水銀毒性増強作用にはSok2が関与しているが、部分的であると考えられた。現在、さらにGFAT遺伝子の転写に関与するSok2以外の蛋白質の検索を行なっている。
無限次元ハバ-ドモデルにおけるモット転移:解析的手法による絶縁体相からの研究

無限次元電子系において,グリーン関数法に基づいて,電子のバンド幅Wがゼロの極限からの動的有効場に関する摂動展開によって電子の自己エネルギーΣを求める系統的な方法を開発し,それをハバ-ド・ホルスタイン(HH)模型に適用した.HH模型とは,短距離クローン相互作用U_<ee>のみを考慮するいわゆるハバ-ドモデルにおいて局在した光学フォノン(エネルギーをΩとする)に媒介される電子間引力相互作用-U_<ph>も考慮する,より一般的なモデルである.さて,電子の局在は,1粒子グリーン関数がゼロになること,すなわちΣの発散によって特徴づけられる.U_<ee>≠2U_<ph>の場合,原始極限においてΣはフェルミエネルギーで発散するのだが,その発散の重みσの解析的な表式が得られた.σは系の電荷励起ギャップΔ_cを意味し,その大きさは|U_<ee>-2U_<ph>|程度になる.ハバ-ドモデルの場合と同様に,バンド幅がΔ_cと同程度になるところで絶縁体・金属転移,すなわちモット転移が生じると考えられるが,電子のポーラロン的性質のために,バンド幅はWからWe^<-α>(α=U_<ph>/Ω)程度に縮小されている.一方,斥力と引力が打ち消し合うU_<ee>=2U_<ph>の場合(但しフォノンに媒介される遅延引力相互作用は残存している)にはΔ_c=0となり,フェルミエネルギーにおけるΣの発散はなく,電子系は常に「金属的」である.しかし,Wが十分小さい場合,フェルミエネルギーよりも高いある特別なエネルギーにおいてΣが発散し,それは電子が局在フォノンと動的に絡みついて起こる動的「閉じ込め」であると解釈される.そして,Wを徐々に増やしていったときに,ある臨界バンド幅でΣの発散が消失することから,「動的局在・非局在転移」という現象を見い出した.また,2-および4-サイトHH模型を厳密対角化法によって解析した結果,確かにU_<ee>【reverse curved arrow】U_<ph>近傍において,自由ポーラロンのフェルミ球で良く近似される「金属的」な基底状態が現れることがわかった.さらに,超伝導感受率や対相関関数を計算した結果,この領域でポーラロンが対を形成して超伝導となり得ることを見い出した.なお,このポーラロン対は,BCS理論から期待される単純なs-波対ではなく,オフサイトのペアである.無限次元電子系において,グリーン関数法に基づいて,電子のバンド幅Wがゼロの極限からの動的有効場に関する摂動展開によって電子の自己エネルギーΣを求める系統的な方法を開発し,それをハバ-ド・ホルスタイン(HH)模型に適用した.HH模型とは,短距離クローン相互作用U_<ee>のみを考慮するいわゆるハバ-ドモデルにおいて局在した光学フォノン(エネルギーをΩとする)に媒介される電子間引力相互作用-U_<ph>も考慮する,より一般的なモデルである.さて,電子の局在は,1粒子グリーン関数がゼロになること,すなわちΣの発散によって特徴づけられる.U_<ee>≠2U_<ph>の場合,原始極限においてΣはフェルミエネルギーで発散するのだが,その発散の重みσの解析的な表式が得られた.σは系の電荷励起ギャップΔ_cを意味し,その大きさは|U_<ee>-2U_<ph>|程度になる.ハバ-ドモデルの場合と同様に,バンド幅がΔ_cと同程度になるところで絶縁体・金属転移,すなわちモット転移が生じると考えられるが,電子のポーラロン的性質のために,バンド幅はWからWe^<-α>(α=U_<ph>/Ω)程度に縮小されている.一方,斥力と引力が打ち消し合うU_<ee>=2U_<ph>の場合(但しフォノンに媒介される遅延引力相互作用は残存している)にはΔ_c=0となり,フェルミエネルギーにおけるΣの発散はなく,電子系は常に「金属的」である.しかし,Wが十分小さい場合,フェルミエネルギーよりも高いある特別なエネルギーにおいてΣが発散し,それは電子が局在フォノンと動的に絡みついて起こる動的「閉じ込め」であると解釈される.そして,Wを徐々に増やしていったときに,ある臨界バンド幅でΣの発散が消失することから,「動的局在・非局在転移」という現象を見い出した.また,2-および4-サイトHH模型を厳密対角化法によって解析した結果,確かにU_<ee>【reverse curved arrow】U_<ph>近傍において,自由ポーラロンのフェルミ球で良く近似される「金属的」な基底状態が現れることがわかった.さらに,超伝導感受率や対相関関数を計算した結果,この領域でポーラロンが対を形成して超伝導となり得ることを見い出した.なお,このポーラロン対は,BCS理論から期待される単純なs-波対ではなく,オフサイトのペアである.
光・電流同期計測系によるがん細胞由来エクソソームの解析

今年度は、がん細胞由来エクソソーム解析の基盤となるイオン電流計測法によって得られる電流シグナルが、生体サンプルの電場耐性を反映することを明らかにした。従来のイオン電流計測法で得られる電流シグナルは、計測部を通過する生体サンプルのサイズ情報のみを反映すると考えられており、同サイズ・同形状のサンプルを識別することは不可能とされてきた。本研究では、イオン電流計測を行うための電気回路を改良し、ブリッジ回路型の電気回路をとすることで、高電場を印加しながら電流シグナルの僅かな変化の読み取りを可能とした。この回路を用いて、印加電場に対するサンプルの耐性が、得られる電流シグナルに反映されることを世界で初めて発見した。実験では、昨年度までに検討を行った微細加工技術を用いて作製したマイクロ流体デバイスを使用して、約2 kV/cmの電場を計測部に印加した。がん細胞由来エクソソームと同様に脂質二重膜を持つ細菌細胞をモデルサンプルとして用いた実証実験に成功した。この発見により、従来法で識別不可能であった同形状の細菌細胞を、電流シグナルの形状を元に識別することが可能となった。この技術は、印加電場による細胞膜損傷部からイオンを含む細胞質が漏出する現象を捉えるものであり、細菌細胞にとどまらず、高電場印加によって損傷する生体サンプル全般への適用が可能であることが予想される。従って本研究によって得られた成果は、本件研究の分析対象であるがん細胞由来エクソソームを解析する際に、サイズだけでなく電場耐性をも同時に検出可能とするものであり、従来の検出技術では得られない新たな知見を得ることに貢献することが期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、がん細胞由来エクソソームの解析のための光・電流同期計測法の基盤となる微小空間内でのナノメートルサイズ粒子検出及び解析を行った。本研究では、マイクロチップ中の微小流路を粒子計測用構造として用い、導入された粒子の粒子径や蛍光強度などを検出する。直径30 nmから200 nmの幅広い粒径分布を持つがん細胞由来エクソソームの検出及び解析には、粒子検出用構造と同程度の大きさから非常に小さな粒子までを検出することが必須である。このため今年度は、本計測系で得られる情報のうち、電流シグナルから得られる粒子径情報の高感度化とシグナル形状に含まれるその他の粒子情報の解析を行った。フォトリソグラフィーを用いて作製した幅2μm X高さ2μm X長さ14μmの構造を用いて、直径200 nmのポリスチレン粒子を検出することに成功した。また、電流シグナルは、ベースラインとなるゼロアンペアの値を始点として、粒子検出用構造にサンプルが入る際と出る際にプラス電流が得られることが分かった。このプラス電流の間隔はサンプルが粒子検出用構造を通過する時間を意味していることが分かった。異なるゼータ電位を持つサンプルを導入して通過時間を解析すると両者が比例関係を持つことが分かった。これにより、電流シグナルから、粒子径の情報だけでなくサンプルの表面の性状も解析することができ、サンプルの情報をより多く取得することが可能となった。さらに今年度は、エクソソームと同様に脂質二重膜を持つサンプルとして細菌を対象に、粒子径、ゼータ電位、蛍光情報などをもとに、生体サンプルを模して夾雑物を含む環境下で対象サンプルの検出と識別に成功した。本年度の研究で開発した粒子計測技術により、本研究の対象サンプルであるエクソソームと同程度のナノスケール粒子を検出することに成功した。また、本技術により得られたシグナル形状に基づいて、サンプルのサイズだけでなく表面性状の同時解析にも成功した。エクソソームと同様に脂質二重膜を持つ細菌をモデルとした実験では、夾雑物存在下においてもサイズ、表面性状の個体差に基づく識別に成功した。これらの研究成果により、エクソソームの高精度解析を進める上で、より多くの情報を同時に得ることを可能にする基盤技術を構築することに成功したため、研究状況はおおむね順調に進展していると考えられる。今年度は、がん細胞由来エクソソーム解析技術の高感度化を図るために、石英ガラス製マイクロチップ内にナノメートルスケールの微小空間を作製した。本研究では、マイクロチップ中のサンプル泳動用流路の中腹にある交差流路部分を粒子検出用構造として、この部分に導入された粒子の粒子径や蛍光強度などを検出する。直径30 nmから200 nmの幅広い粒径分布を持つがん細胞由来エクソソームの検出及び解析には、本研究で用いる光・電流同期計測系によって、粒子検出用構造と同程度の大きさから非常に小さな粒子までを検出することが必須である。電流シグナルは、粒子検出用構造にサンプルが導入されることで、ベースラインとなるゼロアンペアの値を始点として粒子径に依存した強度のマイナス電流が流れる。直径100 nm以下のがん細胞由来エクソソームの解析には、同じくナノスケールの粒子検出用構造が必須であることが前年度までの研究で明らかとなった。今年度は、電子線描画技術を用いることで、石英ガラス基板上にナノスケールの粒子検出用構造を作製することに成功した。ナノスケールの粒子検出用構造の寸法は、幅・高さ・長さがそれぞれ500 nmであり、本研究の検出理論に基づき30300 nmの粒子まで計測可能であると想定された。

実験の結果、このナノスケールの粒子検出用構造における高密度電場によってもたらされる計測ノイズが想定以上に大きく電流シグナルの検出は困難であったが、50 nmの粒子の導入には成功した。さらに今年度は、エクソソームと同様に脂質二重膜を持つ細菌を対象に、電流シグナルにサンプル表層の電場耐性などの情報が含まれていることを定性的に示すことに成功し、電流シグナル検出後の情報解析技術を向上させることができた。初年度までの研究で、がん細胞由来エクソソーム解析技術の基盤技術となる光・電流同時計測系を構築することに成功した。本年度は、直径30 nmから200 nmの幅広い粒径分布を持つがん細胞由来エクソソームの解析に対応するために[1]電流計測系の高感度化と、[2]検出後の電流シグナル情報解析技術の向上を行った。高感度化については、ナノスケール粒子の検出までは至っていないものの、50 nmの粒子の導入には成功している。また電流シグナル情報解析技術については、細菌をモデルサンプルとすることで、電流シグナルに含まれる詳細な情報が明らかとなった。これらの結果から、研究状況はおおむね順調に進展していると考えられる。今年度は、がん細胞由来エクソソーム解析の基盤となるイオン電流計測法によって得られる電流シグナルが、生体サンプルの電場耐性を反映することを明らかにした。従来のイオン電流計測法で得られる電流シグナルは、計測部を通過する生体サンプルのサイズ情報のみを反映すると考えられており、同サイズ・同形状のサンプルを識別することは不可能とされてきた。本研究では、イオン電流計測を行うための電気回路を改良し、ブリッジ回路型の電気回路をとすることで、高電場を印加しながら電流シグナルの僅かな変化の読み取りを可能とした。この回路を用いて、印加電場に対するサンプルの耐性が、得られる電流シグナルに反映されることを世界で初めて発見した。実験では、昨年度までに検討を行った微細加工技術を用いて作製したマイクロ流体デバイスを使用して、約2 kV/cmの電場を計測部に印加した。がん細胞由来エクソソームと同様に脂質二重膜を持つ細菌細胞をモデルサンプルとして用いた実証実験に成功した。この発見により、従来法で識別不可能であった同形状の細菌細胞を、電流シグナルの形状を元に識別することが可能となった。この技術は、印加電場による細胞膜損傷部からイオンを含む細胞質が漏出する現象を捉えるものであり、細菌細胞にとどまらず、高電場印加によって損傷する生体サンプル全般への適用が可能であることが予想される。従って本研究によって得られた成果は、本件研究の分析対象であるがん細胞由来エクソソームを解析する際に、サイズだけでなく電場耐性をも同時に検出可能とするものであり、従来の検出技術では得られない新たな知見を得ることに貢献することが期待される。初年度の研究において、マイクロメートルサイズの粒子や細菌を用いることで、サンプルサイズだけでなく様々な情報が電流シグナルに反映されていることが分かった。そこで、次年度は、細菌をモデルサンプルとしてマイクロスケールでの実験を重ね、電流シグナルに含まれるさらなる情報を得ることを目的とする。これにより、ナノメートルサイズの粒子を用いた場合にはシグナルの絶対値が小さなために判別が困難であった僅かな電流値変化を、マイクロメールサイズのサンプルを用いることで大きな電流値変化として検出し、エクソソーム解析を進める上で基礎となる電流シグナル解析理論の構築が可能となると考えられる。
大脳聴覚皮質内における軸索の収斂投射の機能形態的解析

大脳皮質の神経細胞小集団は局所的な軸索投射をする。この投射はび漫性に皮質内に分布するのではなく、軸索を投射する細胞の近傍とそれから数百μm離れた部位にパッチ状に分布する。近接して存在する細胞集団に由来するパッチ状軸索集塊が相互にどのような関係をもって情報を局所皮質領域へ送るのか、即ちある部位は一方の細胞集団から投射をうけ、また他の部位は両方の細胞集団から投射をうけるのかということを解明することは、情報の収斂という観点から大脳皮質の基本的な結合パターンを示すものと思われる。麻酔下ネコに純音を聞かせ大脳皮質を生理学的にマッピングして、蝸牛位置再現周波数地図を描いた後に2種類の順行性トレーサーを、近接する2ケ所に電気泳動的に注入した。順行性のトレーサーはPHA-LとBDAを用い、接線方向に切った切片でそれぞれ紫黒および茶色に弁別し、両投射部位の局所的な相互関係を調べた。それぞれの注入部位の大きさは300-500μm程で、一次聴覚野の中心部への注入の場合では、注入部位に由来する軸索側枝はその背側と腹側にパッチ状に分布した。異なる注入部位に由来するパッチ(黒色のパッチと茶色のパッチ)の一部は重複して分布した。重複する分布は注入部位から離れた部位で形成されたパッチ間で、特に一次聴覚野の背側部で明瞭に認められた。一方パッチ形成パターンは聴覚野内での注入部位の周波数地図上での位置によっても異なった。一次聴覚野には周波数地図が前後方向に整然と配列していることを考慮すると、皮質内局所回路網が音周波数に依存性に特異的な結合パターンをとる可能性が考えられる。大脳皮質一次聴覚野は蝸牛の周波数マップを2次元面に表現している。ネコでは等周波数帯は内外方向に向き、前方から後方にかけて高い周波数から低い周波数へと整然と配列する。特定の周波数を表現する皮質の小領域からはほぼ等周波数帯に沿う方向に局所軸索投射が見られる。隣り合う周波数帯に由来する局所投射が皮質内でどのような相互関係を形成しているかを調べる目的で、異なる順行性トレーサーを選定し、それらを同一切片上で可視化するための方法を本年度において確立した。これらのトレーサーはPHA-LとBiotinylaed Dextran Amine(BDA)であり、ともに電気泳動法により皮質内に注入し、異なる周波数帯にある少数の皮質細胞に由来する軸索終末を、ヂアミノベンチジンとヂアミノベンチジン+ニッケルイオンを用いそれぞれ茶色と黒色に弁別染色した。予備的な結果ではあるが、以下の知見を得ることが出来た。異なる周波数帯にある細胞に由来する軸索終末は、一部の皮質領域では重複し、また他の領域では単独に分布した。重複して分布する領域は両周波数帯から異なる周波数情報を受けていると考えられ、情報の収斂がおこなわれていると思われる。本年度は皮質の周波数マップと形態学的な投射収斂域を重ね合わせることにより、どの領域において著しい収斂が起こっているかを決定する予定である。なおこれまでの知見は2000年度北米神経科学会議において発表予定である。麻酔下ネコに純音を聞かせ大脳皮質を生理学的にマッピングして、蝸牛位置再現周波数地図を描いた後に2種類の順行性トレーサーを、近接する2ケ所の部位に電気泳動的に注入した。順行性のトレーサーはPhaseolus vulgaris leucoagglutinin(PHA-L)とBDA(biotinylated dextran amine)を用い、接線方向に切った切片でそれぞれ紫黒および茶色に弁別し、両投射部位の局所的な相互関係を調べた。

それぞれの注入部位の大きさは300-500μm程で、一次聴覚野の中心部への注入の場合では、注入部位に由来する軸索側枝はその背側と腹側にパッチ状に分布した。異なる注入部位に由来するパッチ(黒色のパッチと茶色のパッチ)は大脳皮質内で一部重複して分布した。重複する分布は注入部位から離れた部位で形成されたパッチ間で明瞭に認められた。特に背側部位に分布するパッチ間での重複が顕著であった。一方パッチ形成パターンは聴覚野内での注入部位の周波数地図上での位置によっても異なることが今年度の実験で明らかになった。一次聴覚野には周波数地図が前後方向に整然と配列していることを考慮すると、皮質内局所回路網が音周波数に依存性に特異的な結合パターンをとる可能性が考えられる。このことを明らかにするために周波数地図と軸索投射のパターンを対応させる試みを行った。その結果中間周波数表現領域ではパッチが背腹側方向に配向する傾向にあったが、低周波数表現領域では背腹側方向に加え前後方向にもパッチが形成され、ほぼ前後方向に向く等周波数帯にそって投射が形成されるのみならず、それを横切る方向にも投射がおこっていることが示唆された。