hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高中性脂肪血症の成因とホスホリパーゼA

このことは, VLDL-TGの水解機構にPLaseA活性が重要な役割を果していることが推測される.次に基質側について検討した. trioleinとphosphatidylcholineの混合比の異なるvesicleを用いたとき,その比が10:1のとき, LPLによるtriolein水解が最大になった.またその比が5:1のvesicleに蛇毒のPLaseA_2を加えると, LPLによるtriolein水解活性は促進したが, PLaseC, Dでは促進が認められなかった.以上のことから, VLDL表面のリン脂質の性状をPLaseAが変化させることにより, LPLによるVLDL-TGの水解を調節していることが推測され,更にその調節機構と高中性脂肪血症との関係について検索を進めたい.高中性脂肪血症の成因を明らかにする目的で、ヘパリン静注後血清を用いて、肝性リパーゼ(HTGL)、リポ蛋白リパーゼ(LPL)およびホスホリパーゼA(PL-A)活性を高脂血症症例で測定した。症例総数202名、コントロール27名、IIa型48名、IIb型61名、IV型56名、V型10名である。コントロール群と比較して、HTGL,LPLおよびPL-A活性は、IIa型では有違差が認められなかった。IIb,IV型では、LPL活性は低下していたが、HTGLおよびPL-A活性には有違差が認められなかった。V型は、HTGL、LPLおよびPL-A活性が低下していた。次に中性脂肪(TG)量と酵素活性との関係を検討するために、IV型の血清TG値を150300、300450、450600mg/dlの3段階に分け、各々をIV_1、IV_2、IB_3とした。VLDL-TGの平均値は、IV_1で154±38、IV_2で274±32、IV_3で382±62mg/dlであった。VLDL-PLの平均値は、各々59±18、94±25、123±20mg/dlであった。VLDL-TGVLDL-PLはTG量の増加に伴って上昇した。すなわちVLDLのTG量に比して、相対的にPL量が少ない事を示しており、そのために、VLDLの水解が抑制されている可能性が推測される。次に酵素側より検討した。LPL活性はコントロールで3.41、IV_1で2.56、IV_2で2.30、IV_3で1.31μmol/ml/hrと低下し、HTGL活性は、コントロールで5.51、IV_1で4.76、IV_2で4.88、IV_3で3.97μmol/ml/hrと低下した。,いう活性は、コントロールで1.00、IV_1で1.00、IV_2で1.20、IV_3で1.31nmol/ml/hrと増加傾向になった。すなわち、VLDL-TG量の増加に伴い、HTGLとLPL活性は低下し、PL-A活性は増加するという逆相関関係が認められた。このことは、PL-Aが、HTGLやLPLと同一の酵素ではないことを推測させる成績である。またPL-Aが高中性脂肪血症と密接な関係があることが推測された。
医療コミュニケーションを適切化するポライトネス・ストラテジーの研究と資料の提供

医療者の患者・家族に対するコミュニケーション能力を高めることを目的とした,ポライトネス・ストラテジー(調和のとれた人間関係を築き維持するために行う,相手に配慮したコミュニケーション方略)教育プログラムを開発し,医師教育の場で実施した。教育を受けた医師のコミュニケーション能力を,受診した患者・指導医・自己の三者が評価することによって,教育プログラムの有効性を検証した。研究成果を医療現場および医学教育に提供した。この研究は,医療コミュニケーションの適切化に貢献し,医療従事者のコミュニケーション・スキル向上に役立づ,ポライトネス・ストラテジー(調和のとれた人間関係の構築や維持などの目的を達成するために,話し手が使用する聞き手に配慮したコミュニケーション方略)を中心とするコミュニケーションの工夫について探求し,その成果を医療・医学教育に提供することを目的とする。医師・患者双方を対象にした調査,及び,診療場面のビデオ収録を実施し,医療コミュニケーションの適切化に貢献するポライトネス・ストラテジー,及び,医療面接技法を明らかにする。その成果をまとめ,医療コミュニケーション教育の教材を作成する。学術的有用性は,医療現場の調査に基づいて,社会言語学と総合診療学・医学教育学の連携による学際的な医療コミュニケーション研究を開拓し,発展させることである。社会的有用性は,安全で信頼される,患者満足度が高い医療の実現という社会的要請に応えるために,医療コミュニケーション適切化の具体的な方策を提案することである。平成19年度は,A民間病院(一般内科など41診療科,520床,東京都)の協力を得て,医師の外来診療場面をビデオ収録し,ポライトネス・ストラテジーについて患者評価,自己評価を実施した。また,患者・医師双方を対象にした面接調査のデータを分析し,その結果を,医学教育学会,日本語学会等で発表すると共に,論文を査読付きの学会誌等に投稿し掲載された。この研究の目的は,大きく分けて次の2つである。(1)医療コミュニケーションの適切化に貢献するポライトネス・ストラテジーを,医療者と患者・家族双方を対象にした調査に基づいて明らかにし,安全で信頼される患者満足度の高い医療の実践に向けて,ポライトネス理論を応用した医療コミュニケーション教育プログラムを開発する。(2)医療者のコミュニケーション・スキル向上に役立つ医療コミュニケーション教育プログラムなどの研究成果を,医療現場および医学教育に提供する。平成20年度は,ポライトネス理論を応用した医療コミュニケーション教育プログラムを開発し,その教育効果を評価した。医師を対象に,この教育プログラムを用いたコミュニケーション教育を実施し,教育の前と後の外来診療をビデオ録画した。教育によって医師がポライトネス・ストラテジーを効果的に活用できるようになったか,受診した患者による評価,教育を受けた医師の自己評価,指導医の評価によって総合的に評価した。三種類の評価によって,ポライトネス・ストラテジーを中心とする医療コミュニケーション教育プログラムは医療コミュニケーションの適切化に有効であることを検証した。評価・分析の結果および得られた知見など,調査研究の成果を,学会発表や講演,学会誌論文や雑誌論文などで公表した。また,研究成果のすべてを1冊にまとめた研究成果報告書を刊行した。これらの成果を医療現場および医学教育に提供した。
都市の高精細3次元数値地図の自動作成手法の開発

都市を対象とした高精細な3次元数値地図を自動作成する手法の開発を行った。空からのデータ取得と路上からのデータ取得の両方からアプローチし、両者を統合した点に大きな特色がある。1.車両からの3次元データ取得と地物の自動認識車載レーザスキャナから得られる3次元データを対象に、地物の自動認識技術を開発した。都市内の地物を対象とし、道路、樹木、車両、建物ファサードに加え、ガードレール、ガードパイプや、標識などの線状構造物の自動抽出・分類を試みた。停車中の自動車や街路樹の陰にならないような場合にはかなり高い成功率で抽出できる。2.半自動3次元モデリングシステムの開発車載レーザスキャナから得られる3次元データを対象に、半自動的に、すなわちオペレータが簡単に指示することで、それに基づいて自動的に3次元モデルを構築する手法を開発した。都市地物は形状が複雑であり、また街路樹などによる隠蔽も大きく、自動的に完全な3次元モデルを構築することは不可能である。そこで、自動化が困難な箇所に関しては半自動手法を適用することで、全体として非常に効率的に3次元モデルを構築することが可能になった。3.ヘリ搭載センサからの3次元マッピング手法の開発ヘリに搭載されたスリーラインセンサ(TLS)から建物を中心とした都市地物の3次元マッピングを行う手法のうち、既存の2次元地図などを所与とすることで、自動化比率を非常に向上させることに成功した。さらに、半自動3次元モデリング手法と組み合わせることで、3次元モデルの製作工程全体を効率化することに成功した。また、これにより車載レーザデータとヘリ搭載センサデータを融合して3次元モデルを構築することが容易になった。本年度はレーザスキャナとスリーラインセンサデータの統合による高精細3次元計測技術を開発し、実証実験によるその手法有効性を検討した。1.検証データの作成:六本木地区以外、赤坂溜池地区を選んで検証データを構築した(窪地であるにもかかわらず、地下鉄駅、地下通路が多く存在するほか、高架の高速道路があり上空からうまく見通せないため、地上からのデータと空からのデータを統合する効果が大きいため)。2.テストフライトの実施:六本木におけるテストフライトを実施し、スリーラインスキャナ(3cmオーダー画像)と同時にレーザスキャナデータ(50cmオーダー)を取得した。3.基本手法:TLS画像とレーザデータのそれぞれの強みを生かして、データの融合によって、高細密都市3次元データの構築手法の開発を行った。4.実験により以下の結論を得られた。(ア)データの融合によって、建物の場合、マッチングの精度が大幅に改善される。実験では、68%から98%へ改善であった。(イ)本研究で提案したデータ融合による構築法は単一の画像データによる構築法に比べると、自動化レベルが劇的高くなることがわかった。ウ)本研究で提案したデータ融合による構築法は単一のレーザデータによる構築法に比べると、精密な空間モデルを構築することが可能である。

都市地物は形状画幅雑であり、また街路樹などによる隠蔽も大きく、自動的に完全な3次元モデルを構築することは不可能である。そこで、自動化が困難な箇所に関しては半自動手法を適用することで、全体として非常に効率的に3次元モデルを構築することが可能になった。3.ヘリ搭載センサからの3次元マッピング手法の開発ヘリに搭載されたスリーラインセンサ(TLS)から建物を中心とした都市地物の3次元マッピングを行う手法のうち、既存の2次元地図などを所与とすることで、自動化比率を非常に向上させることに成功した。さらに、半自動3次元モデリング手法と組み合わせることで、3次元モデルの製作工程全体を効率化することに成功した。また、これにより車載レーザデータとヘリ搭載センサデータを融合して3次元モデルを構築することが容易になった。4.レーザスキャナによる動体計測レーザスキャナを利用して、歩行者や車両を面的にトラッキングする手法を開発し、駅構内において実証実験を行い、有効性を確認した。
「行方不明プラスチック」の謎を明かす-深海に沈む海洋プラスチックの徹底調査

毎年800万トンを超える廃プラスチックが海洋に蓄積を続けている。現在、推定4500万トンの廃プラスチックが外洋の表層を漂っているはずだが、実際に観測された量はわずか44万トンにすぎない(全体の1%)。残りの99%が表層から失われ行方不明となっている。おそらく大部分は深海に沈んでいる。本課題は、行方不明プラスチックの行方を求めて、アジア諸国から大量のプラスチックが流れ込み集積する日本周辺の深海底において、プラスチックごみがどこにどのくらい蓄積しているか、その分布と量を明らかにし、行方不明プラスチックの謎に答える一助とする。
群集挙動のモデル化とその大規模粒子群の挙動解析への展開

群集挙動,交通流の微視的挙動をハイブリッドシステム論に基づいて表す方法を考察し,これらの現象を記述するモデルがMixed Logical Dynamical System表現に基づいて与えられることを明らかにした.そして,群集流の混雑時,交通流の渋滞への遷移時に発生する特有の現象が本モデルにより生成できることを示し,本質的な現象を抽出する簡略モデルを構成する方法を併せて検討した.群集挙動,交通流の微視的挙動をハイブリッドシステム論に基づいて表す方法を考察し,これらの現象を記述するモデルがMixed Logical Dynamical System表現に基づいて与えられることを明らかにした.そして,群集流の混雑時,交通流の渋滞への遷移時に発生する特有の現象が本モデルにより生成できることを示し,本質的な現象を抽出する簡略モデルを構成する方法を併せて検討した.群集挙動のモデル化は,社会基盤の評価に重要な手法を与えるものであり,また,これらのシステムは個々のエージェント(歩行者)が環境との複雑な相互作用により,その挙動を定めているため,巨視的なモデルの構築法が明らかでなかった.本研究では,建築分野で明らかにされた群集の特徴的な挙動が,ハイブリッドシステムとそれを駆動するモデル予測制御法により生成できることを明らかにし,それらの手法を他の大規模系に展開する初年度には,群集挙動のモデル化と巨視モデルの抽出法の確立について研究を進め,以下のような基本的な成果を得た1)群集挙動のモデル化歩行者の動的モデルをハイブリッドシステム論により記述し,群集の自律的な挙動を発生させる微視的モデルを構築した.歩行者の基本行動は,経路計画と障害物回避のアルゴリズムから生成され,さらに歩行速度の制約,対向者との位置関係に依存するモードを導入することにより,群集の退出行動における特徴的な現象が再現できることを明らかにした2)巨視モデルの抽出法1)で導かれた基本モデルからいくつかのシミュレーションデータを生成させ,システム同定法の手法から,群集のダイナミクスをシステム次元から評価した.そして一般には,群集とレイアウトが生成するダイナミクスが流量に応じて遷移する傾向があることを確認した現在,これらの結果を踏まえ,流動性を考慮した動特性の検討,交通流のダイナミクスとの対比に関する研究を進めている群集挙動は,個々のエージェント(歩行者)が近傍との相互作用により,全体の挙動を定める現象であり,そのモデル化は社会基盤の評価に有用な手法を与えると考えられる.そして,これらの考察は,群集挙動にとどまらず,交通流など同様の相互作用を介した現象に共通の接近法を与えるものと期待される.本研究では,初年度に得た群集挙動モデルに関する成果を発展させることにより,1)パーソナルスペースを導入した群集挙動モデルの解析と,2)交通流モデルの構築,について研究を展開した.得られた成果は,以下のようにまとめられる.1)パーソナルスペースを考慮した群集挙動モデルの解析:歩行者の維持するパーソナルスペースは,混雑の状況により,その大きさが変化することが知られている.しかしながら,昨年度導いた基本モデルにおいては,パーソナルスペースの影響が反映させておらず,特に歩行者の密度が高い場合に,対応する流動係数との関係が明らかでなかった.本考察では,新たにパーソナルスペースの効果をハイブリッドモデルに導入する方法を導き,歩行者密度が高い場合に流動係数が抑制され,実データに対応する現象が生成されることを確認した.また,合流・分岐において,適当な流動性を有するシミュレーション結果が得られることを示した.2)交通流モデルの基礎的検討:課題1)で導かれる群集挙動モデルにおいて,近傍との相互作用を再定義することにより,交通流の微視的モデルが導かれることを示した.そして,運転者の反応遅れ時間と渋滞発生のメカニズムについて検討し,SG波とよぶ車速の急激な変化が伝搬する現象が,本考察で導いた微視的モデルにより生成されることを確認した.群集挙動・交通流のモデル化は,社会基盤の動的機能の評価に有用な手法を与えるものであり,また,個々のエージェント(歩行者,車)と近傍との作用から,全体の動特性を創出する基礎を与えると考えられる.本年度は1)群集挙動・交通流における相互作用の体系化と総括,2)簡略化モデルの考察を行い,以下の成果を得た.1)群集挙動・交通流における相互作用の体系化と総括:本研究で提案したハイブリッドシステムモデルに,パーソナルスペースと呼ばれる近距離の相互作用を導入することにより,自然な滞留現象が生成できることを確認した.これらの論理により,群集の心理学的な効果を簡易に表現することが可能であり,平常時の滞留現象と避難時の混雑現象を選択的に表現することも可能になる.また,交通流モデルにおいては,車間距離に対する運転者の加減速動作が渋滞現象を引き起こすことが知られており,これらの現象の生成が初期の課題であった.本課題においては,加減速時の反応遅れを適切に定めることにより,渋滞現象への遷移がハイブリッドシステムモデルにより表現できることを示した.群集・交通流に関する上述の成果は,エージェントの近傍の相互作用により,全体の挙動を創出する代表的なモデルと位置付けられ,一般化した大規模エージェントモデルの特徴設計を行う基礎事例と位置付けることができる.2)簡略化モデルの考察:群集挙動モデルから,群集の流動特性を抽出する方法を検討した.そして,システム同定法をモデルから生成した大量の入出力データに適用することにより,滞留を伴う流動現象を伝達関数により特徴づける方法を評価した.これらの結果から,本手法は流量の変化を大局的に捉える上で有用なものであり,複雑な歩行空間が単純なモデルの結合により表現できる可能性があることを確認した.年度当初に定めた計画に沿って,

1)パーソナルスペースを考慮した群集挙動モデルの解析,2)交通流モデルの基礎的検討に関する結果が得られた,本年度検討する簡略モデルの構築については,H22年度に基本技法を検討したが,対象に即した方法論を得るには至っていないため,上記の達成度と評価する.24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの達成度を考慮の上,つぎの課題の解決を試みる.1)群集挙動・交通流モデルにおける相互作用の体系化と総括:本考察で扱う対象は,各エージェントの動特性が,エージェント間の相対情報と空間座標により,特徴づけられる性質をもつ.これらの特徴を反映させ,経路計画,空間座標との相互作用を的確に表現する共通の方法を検討する.2)簡略化モデルの考察:提案モデルから生成されるデータと同定法から,簡略モデルを求める.対象の物理量が非負の値をとること,モードにより切り替わることに留意し,巨視的指標を得る上で有用な簡略モデルの導出を試みる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
岩石の圧縮繰り返し載荷におけるAE発生挙動と耐久性に関する研究

本研究では、荻野凝灰岩、秋吉大理石および来待砂岩試料を用い、載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験および疲労試験を行った。載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験において、荷重、ひずみおよびAE発生挙動を計測し、AEの計測結果からカイザー効果は荻野凝灰岩では平均約31.4MPa、秋吉大理石では平均約51.2MPa、および来待砂岩では平均約20.4MPaの一軸圧縮応力まで認められ、これ以上の応力では、載荷の際に連続的にAEが発生し、カイザー効果は見られなかった。また、このカイザー効果が認められない領域において除荷した場合、残留ひずみがより大きくなり、特に横ひずみで顕著であり、さらに、除荷時にもAEが観測されることから除荷時にもき裂が成長する不安定なき裂の成長領域に入っているものと考えられる。疲労試験においては、AEの発生挙動は、上限応力が高い場合には試験片の破断まで連続的に一定の割合で増加する傾向を示し、破断に至る。上限応力を低下させると、少ない繰り返し回数においてAEの発生が認められ、つぎにAEの発生があまり見られない繰り返し回数の範囲が存在し、その後試験片が破断に近づくと、AEの発生数が次第に増加する。なお、AEの発生数には試験片の固体差が見られ、その差が著しい。疲労試験の試験結果から推定される耐久限界は、荻野凝灰岩では約28.3MPa以下であり、秋吉大理石では約67.4MPa、および来待砂岩では約22.9MPaであると推定される。これら岩石の耐久限界と降伏応力とを比較すると、荻野凝灰岩では疲労限界が降伏応力よりも低くなり、秋吉大理石と来待砂岩では逆に疲労限界は降伏応力よりも高くなり、岩石により異なることが認められた。したがって、AEのカイザー効果から評価される降伏応力から疲労限界を求めることは難しく、疲労限界は実験的に求めるざるを得ないと考えられる。本年度は、来待砂岩試料を用い、載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験試験および疲労試験を行った。載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験において、その際に生じるひずみおよびAE発生挙動を計測した。AEの計測結果からカイザー効果は一軸圧縮強度の70%前後の応力まで認められ、これ以上の応力では、載荷の際に連続的にAEが発生し、カイザー効果は見られなかった。また、このカイザー効果が認められない領域において除荷した場合、再載荷時のひずみは除荷時のひずみより大きくなり、除荷時にもき裂が成長する不安定なき裂の成長領域に入っているものと考えられる。したがって、カイザー効果がみられる限界の圧縮応力は来待砂岩の大気圧下における降伏応力と見なすことができるものと考えられる。疲労試験においては、少ない繰り返し回数においてAEの発生が認められ、つぎにAEの発生があまり見られない、あるいは繰り返し回数とともに線形的に増加する繰り返し回数の範囲が存在する。さらに、繰り返し回数が増加し、試験片が破断に近づくと、AEの発生数が次第に増加する。AEの急増点は、上限応力が高い場合には、上限ひずみの増加割合が減少から増加に転ずる点に近く、より低い上限応力では上限ひずみが加速的に増加する点に相当する。また、AEの発生数には試験片の固体差が見られ、その差が著しい。なお、疲労試験の試験結果から推定される耐久限界は、破壊までの繰り返し回数に大きなバラツキが大きく、評価することは難しかった。このため、本年度においては疲労試験で得られる耐久限界と降伏点の応力との比較が不可能であった。本年度は、来待砂岩試料について疲労試験を行ったが、このような結果が他の岩石においても得られるかどうか検討する必要がある。

本年度は、主に荻野凝灰岩および秋吉大理石試料を用い、載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験試験および疲労試験を行った。載荷・除荷繰り返し一軸圧縮試験において、ひずみおよびAE発生挙動を計測し、AEの計測結果からカイザー効果は荻野凝灰岩では約31.4MPa、秋吉大理石では約51.2MPaの一軸圧縮応力まで認められ、これ以上の応力では、載荷の際に連続的にAEが発生し、カイザー効果は見られなかった。また、このカイザー効果が認められない領域において除荷した場合、残留ひずみがより大きくなり、特に横ひずみで顕著である。また、除荷時にもAEが観測されることから、上記の領域において岩石は除荷時にもき裂が成長する不安定なき裂の成長領域に入っているものと考えられる。疲労試験においては、AEの発生挙動は、上限応力が高い場合には試験片の破断まで連続的に一定の割合で増加する傾向を示し、破断に至る。上限応力が低下すると、少ない繰り返し回数においてAEの発生が認められ、つぎにAEの発生があまり見られない繰り返し回数の範囲が存在し、さらに、試験片が破断に近づくと、AEの発生数が次第に増加する。なお、AEの発生数には試験片の固体差が見られ、その差が著しい。疲労試験の試験結果から推定される耐久限界は、荻野凝灰岩では約28.3MPa以下であり、秋吉大理石では約67.4MPaであると推定される。両岩石の耐久限界と降伏応力とを比較すると、荻野凝灰岩では疲労限界が降伏応力よりも低くなり、秋吉大理石では逆に疲労限界は降伏応力よりも高くなり、岩種により異なることが認められた。したがって、AEのカイザー効果から評価される降伏応力により疲労限界を求めることは難しいと考えられる。これらはまとめて「資源と素材」に論文投稿の予定である。
神経細胞が生成するスパイクの相関を利用した脳のモデル選択

本研究期間においては、理論と実験の両方のアプローチを用いて、現実の神経細胞のスパイクデータの2次統計量に基づいて、脳における情報処理の解明を目指した。理論的アプローチでは、神経細胞の発火パターンの統計性を純粋に理論的な立場から考察し、発火の不規則性を特徴づける指標を提案した。また、実験的なアプローチでは、現実の神経細胞で確かめるために、この理論を実験データに適用し、神経細胞へのシナプス入力電流の統計性が、出力である神経発火の時系列に与える影響を考察することであった。特に、理論モデルにおいて仮定されていた、発火時刻のインターバルがガンマ分布に従うことと、その中の不規則性のパラメタが時間的に一定であることを検証することであった。この2つの条件が大事なのは、これらの条件が満たされることで、神経細胞からの情報の読み出しが容易になるというメリットが生じるためである。理化学研究所の深井チーム(深井チームリーダー・坪研究員)と共同で実験を行うプロジェクトも立ち上げて、理論・実験を融合させた研究を行い、上の2つの条件を確かめた。その上で、近年神経科学において話題となってきているバランスされたシナプス入力が、神経細胞の発火の不規則性を一定に保つことを通して、スパイク列からの情報読み出しを容易にするという役割を持つことを解明した。この研究成果は、神経科学の分野において権威のあるJournal of Neuroscienceに採録された。神経発火のデータ解析に役立てるという目的と,脳の情報表現を探るという2つの目的で,神経発火のメカニズムを確率モデルを用いて数理モデル化し,そのパラメタ推定アルゴリズムを構築した.具体的には,発火間隔のヒストグラムをガンマ分布としてモデル化し,発火率は時間変動するという混合モデルを考えた.発火率の確率分布は未知とするセミパラメトリックモデルに対して,情報幾何の理論に基づく考察を行い,スパイク不規則性の推定に関する基礎的な知見を得た.特に,発火率が時間変動する場合にも,直交性を利用して,偏りなくスパイク不規則性を推定できる最適な推定量を見つけた.すなわち,推定量の期待値が,真の値と等しくなるように,推定方法を定め,この推定方法が最も早く収束する推定方法であることを数学的に証明した.この推定方法に基づいて我々が定義したスパイク不規則性の指標は海外の一流研究室においても使用され始めている.ここまでは理論的な成果であったが,さらに,スライス神経細胞での実験データを通して,実際の神経細胞が直交性を情報表現として利用していることを確かめるプロジェクトを立ち上げた.スライスにおいては入力電流を制御可能である利点を利用して,近年流行しつつあるバランス入力を,神経細胞に注入した.すると,出力発火パターンは,我々の用いた確率モデルすなわちガンマ過程で良くフィットできそうなことがわかり始めてきている.このことは,脳が発火率と不規則性の直交表現を利用していることを示唆している.昨年度までの研究においては、神経細胞の発火パターンの統計性を純粋に理論的な立場から考察し、発火の不規則性を特徴づける指標を提案した。今年度の目標は、この理論を実験データに適用し、神経細胞へのシナプス入力電流の統計性が、出力である神経発火の時系列に与える影響を考察することであった。特に、理論モデルにおいて仮定されていた、発火時刻のインターバルがガンマ分布に従うことと、ガンマ分布でフィットした際の不規則性のパラメタが時間的に一定であることを検証することであった。この2つの条件が大事なのは、これらの条件が満たされることで、神経細胞かちの情報の読み出しが容易になり、Brain Machine Interfaceなどでの応用が考えられるというメリットが生じるためである。実験は、脳のスライス標本に電流を流して電位応答を測定するために十分な設備を備えていた、理化学研究所の深井チームと共同で行った。実験の結果、シナプス入力の総和をシミュレートした、興奮性と抑制性の電流入力がバランスしている時に、上の2つの条件が満たされるということが明らかとなった。これは、脳の神経細胞がバランスされた入力を受け取っていることは、近年サポート得つつあることを考えると、極めて興味深い結果である。この研究成果は、神経科学の分野において高いインパクトファクターを持つJournal of Neuroscienceに採録された。

その上で、近年神経科学において話題となってきているバランスされたシナプス入力が、神経細胞の発火の不規則性を一定に保つことを通して、スパイク列からの情報読み出しを容易にするという役割を持つことを解明した。この研究成果は、神経科学の分野において権威のあるJournal of Neuroscienceに採録された。
コケ植物におけるフェノール性化合物の分布とその生合成系の進化に関する研究

陸上植物におけるリグニンの生合成系の進化の過程を明らかにするために、コケ植物がどのようなリグニン関連物質を含有しているかを調べた。その結果、以下のことを明らかにすることが出来た。1)コケ植物の中で、ツノゴケ類は種子植物にしか知られていないリグナン類を生合成することを既に報告したが、更にツノゴケ類は未報告の新しいリグナン類を含有していることを確認した。2)広く蘚類、苔類、ツノゴケ類の主要な分類群においてフェルラ酸の有無について系統的に調べた。その結果は、以下のとおりである。(1)ツノゴケ類においては、調べた7属のいずれにおいてもフェルラ酸は検出されなかった。(2)苔類においては、ゼニゴケ目では進化している分類群と考えられているウキゴケ類にのみフェルラ酸が存在することを再確認したが、それ以外の主要な分類群であるフタマタゴケ目、ウロコゴケ目においては、調べたすべての属にフェルラ酸が存在した。フタマタゴケ目と近縁な分類群であるトロイブゴケ目についても調べたが、この目の種もフェルラ酸を含有していることを確認した。なお、これら3目より原始的な分類群と考えられているコマチゴケ目にはフェルラ酸が存在しないことは、昨年度報告したとおりである。(3)蘚類においては、7属9種について調べたが、それらのいずれからもフェルラ酸は検出されなかった(現在のところ、蘚類でフェルラ酸を生合成する種は発見されていない)。(4)その系統的位置について様々に議論されている原始的なコケ植物のナンジャモンジャゴケにはフェルラ酸がないことがわかった。3)フェルラ酸を生合成する種については、リグニン代謝系のフェルラ酸の次の物質であるコニフェリルアルコールの有無を調べたが、コニフェリルアルコールの存在は確認できなかった。苔類のフタマタゴケ目の7科7属11種において、リグニンの生合成の中間代謝物質の分布を調べた。その結果、調べた11種すべては、フェルラ酸までの代謝物質を生合成していることを確認した。それより先の代謝物質については、フェルラ酸がアルコール化することによって生じるコニフェリルアルコールの有無について、上記11種中の4種で調べたが、何れの種からもコニフェリルアルコールは検出されなかった。苔類のゼニゴケ目においては、進化した分類群のみにフェルラ酸が存在し(これらにもコニフェリルアルコールは存在しない)、それ以外の分類群にはフェルラ酸は存在しないことがわかっているので、フタマタゴケ目と近縁でそれよりも原始的と考えられているコマチゴケ目の種を調べた。その結果、コマチゴケ目の種にはフェルラ酸がないことがわかった。そこで、フタマタゴケ目の姉妹群と考えられているツボミゴケ目(苔類)の7種においてフェルラ酸の有無を調べたが、これらはすべてフェルラ酸を含有していた(これらの種がコニフェリルアルコールを生合成しているかどうかについてはまだ調べていない)。なお、ツノゴケ類は非維管束植物では唯一、リグナンを生合成することが知られているが、今回調べた5種のいずれからもフェルラ酸は検出されなかった。これらの事実は、コケ植物においては、リグニン生合成系はフェルラ酸を生合成するところまで進化したが、その先の代謝系を獲得するにはいたらなかったということを意味していると考えられる。今後は、ツボミゴケ目の更に多くの種においてフェルラ酸の分布を調べると同時に、ツボミゴケ目にもコニフェリルアルコールがないことを確認することによって、上記の説の妥当性を検証することを計画している。なお、蘚類からはこれまでフェルラ酸の報告はないが、今回調べた3種のいずれからもフェルラ酸は検出されなかった。

3)フェルラ酸を生合成する種については、リグニン代謝系のフェルラ酸の次の物質であるコニフェリルアルコールの有無を調べたが、コニフェリルアルコールの存在は確認できなかった。
量子的非平衡電気伝導を多体散乱問題として解く

量子ドットの電流電圧特性を測定する実験は広く行われています。しかし、それに対応する理論には決定的なものがありません。本研究では従来の手法と独立で相補的な手法を開発しました。我々の方法は、電子間相互作用のない場合に決定的な手法であるランダウアー公式を、相互作用がある場合に自然に拡張した理論になっています。その手法を用いて、簡単な模型において厳密に電流電圧特性を求めたところ、電位差を増やすほど電流が流れにくくなる領域があることを見いだし、その原因を明らかにしました。電子間相互作用のために2つの電子が互いに束縛し合う状態ができますが、その状態が量子ドットを通過できないために起こります。相互作用がある量子ドットの散乱問題を厳密に解き、それを基に有限温度非平衡バイアス下での電気伝導を議論しました。今年度は、スピンのない量子ドットや、スピンのあるアンダーソン模型について散乱波動関数のベーテ仮設解を用いて厳密に議論しました。一方で、一般の形の量子ドットについても厳密な数式展開の後に数値的厳密に電流を計算するというを法について検討しました。今後この議論を有限系なら任意の相互作用の量子ドットについて発展させ、数値的厳密に電気伝導を計算する道が開きます。本来の研究目的から派生した問題として、量子ドットのリウビリアンの複素固有値問題も議論しました。量子ドットのハミルトニアンの複素固有値問題は、これまでに申請者がかなり明らかにしてきました。それによると、半無限の導線が付随した開いた量子系では、共鳴状態が時間反転対称性を自発的に破り、その複素共役である反共鳴状態とペアになって初めてシュレーディンガー方程式の時間反転対称性が回復されます。ただし、この議論では純粋状態の減衰についてしか議論できません。そこで、平衡状態への緩和を議論するために、リウビリアンの複素固有値問題に取り組みました。リウビリアンの非自明な共鳴状態は混合状態の減衰を表すと期待されます。我々は数値的厳密な計算からハミルトニアンの複素固有値の組み合わせだけでは表せない非自明な複素固有値が存在することを示唆する議論を展開しました。また、鎖状でボゾンとフェルミオンが相互作用する系のリウビリアンでは、フラクタル的で非常に非自明の固有値分布が見られることを議論しました。今年度は、昨年度の成果を更に発展させ、並列ドットや、スピンのあるアンダーソン模型についても散乱波動関数のベーテ仮設解を用いて厳密に議論しました.一方で、一般の形の量子ドットについても厳密な数式展開の後に数値的厳密に電流を計算するという手法を考案しました。これによって、有限系なら任意の相互作用の量子ドットについて、数値的厳密に電気伝導を計算する道が開けました。ただし、この議論では純枠状態の減衰についてしか議論できません。我々は数値的厳密な計算からハミルトニアンの複素固有値の組み合わせだけでは表せない非自明な複素固有値が存在することを実際に示すことに成功しました。これは、長い研究の歴史の中で初めてのことです。これまでは主に摂動論で議論されてきましたが、摂動を有限で切断した途端に時間反転対称性が破れてしまうため、時間反転対称性の自発的破れを示したことにはなっていませんでした。相互作用のある量子ドット系のコンダクタンスを求めるアルゴリズムを開拓しました。簡単な模型について厳密計算を実行し、負の微分コンダクタンスを得ました。我々のアルゴリズムは、ランダウアー公式の相互作用系への自然な拡張になっています。手順は以下の通りです。(1)入射波が独立な平面波であるという境界条件の下で散乱波動関数を求める。(2)散乱波動関数に関して電流の量子力学的期待値を計算する。(3)入射波がフェルミ分布しているとおいて、電流の期待値の統計力学的平均を求める。以上の手順によって電流電圧曲線が得られます。

このアルゴリズムは、現在、広く行われているケルディッシュ・グリーン関数の方法と独立で相補的な関係にあります。ケルディッシュ・グリーン関数の方法においては、まず系と外界が独立した状況で無限電子系を用意し、徐々に系と外界のカップリングを増加させます。それに対して我々のアルゴリズムでは、系と外界のカップリングは最初から存在し、一方で電子の数を増やしていきます。中央の2準位系で電子が相互作用するという共鳴準位模型において、我々のアルゴリズムの手順を厳密に行いました。その結果、負の微分コンダクタンス(電位差を増やすと電流が減少する現象)が現れる電流電圧特性を得ました。負の微分コンダクタンスの理由は以下のように解釈できます。相互作用によって波動関数の中に2電子束縛状態(2つの電子が互いに束縛し合う状態)が現れることを確認しました。しかも、この2電子束縛状態は量子ドットを通過することができないことを明らかにしました。そのため、相互作用がある場合には、電位差の増大と共に、より一層、2電子束縛状態が生成され量子ドットを通過しにくくなります。これが負の微分コンダクタンスの原因です。今後、以上のアルゴリズムを一般的なモデルにも拡張し、数値的厳密な計算を行います。分散関係を線形化した模型に対する厳密解の研究において大きな進展がありました。まず、電子が入って相互作用する2つの2準位系量子ドットと導線とのカップリングを任意の値にすることに成功しました。これによって、量子ドットが非対称に導線にカップルしている場合が計算できるようになり、実際の実験状況により近づけることができるようになりました。また、磁場がかかってアハラノフ・ボーム効果がある場合も計算できるようになりました。次に、多体の散乱状態にある種のヒエラルキーがあることを発見しました。開放量子系なので共鳴状態が存在しますが、一体の共鳴状態を組み合わせが二体の束縛状態となり、二体の共鳴状態の組み合わせが三体の束縛状態になるという構造が存在することが明らかになりました。多体の共鳴状態は原子核の分野でも注目されている状態であり、分野をまたがる大きな成果と考えています。最終的な結果としては、電気伝導の電流電圧特性を具体的に計算しました。クーロン相互作用が入ると、微分コンダクタンスが負になる領域が現れることを示しました。これは、最近のモンテカルロ計算や摂動計算と一致する結果です。分散関係を線形化せずエネルギーバンドのまま数値的厳密に扱う手法も、引き続き進展しています。二体の束縛状態が、分散関係を線形化した場合の厳密解とほぼ同じ形で与えられることを数値的に確認しました。量子ドットの電気伝導を議論してきました。ベーテ仮設解の散乱波動関数を用いた厳密な議論は当初の目的通り順調に進んでいます。また、一般の量子ドットに対する数値的厳密なアルゴリズムの開発もほぼ終えています。ただし、これを一般に公開できるような計算コードの形にするところまでは達成できませんでした。25年度が最終年度であるため、記入しない。ほぼ当初計画通りに進行しています。数値計算アルゴリズムの開発が計画より少し遅れていますが、これは日米で分かれての作業が予想以上に時間をとっているためです。
マイクロ加工技術を利用した細胞機能計測・制御デバイスの開発と再生医療への応用

本研究では,神経系の再生医療実現に必要な要素技術に関してマイクロ加工技術を積極的に利用する立場から問題解決のための基礎的な検討を行った.本論文では特に次の3つを具体的な課題として設定した.1,幹細胞由来神経回路網におけるネットワーク・ダイナミクスの観測2,幹細胞由来神経細胞と大脳皮質初代培養神経細胞との共培養時に起こる現象を観測する手法の提案3,細胞分化過程の制御を目的とする電気刺激デバイスの開発1,の課題についてはMEA基板を用いてP19由来神経回路網の自発電気活動の観測に成功した.大脳皮質初代培養神経回路網の特徴的な活動特性である同期バースト活動がP19由来神経回路網においても発生すること,このP19由来神経回路網における同期バースト活動の発生に主要な役割を果たす化学伝達物質も初代培養系と類似したもの(グルタミン酸とGABA)であることを明らかにした.2,の課題については,2つの細胞培養マイクロチャンバーとそれらを結合するマイクロトンネル構造を有するPDMSベースの培養チャンバーを作製し,幹細胞由来神経細胞と大脳皮質初代培養神経細胞を分離した状態で両者間の結合形成を誘導することが可能であることを示した.また,この共培養系において両者の神経細胞群から同期した同期バースト活動を観測し,幹細胞由来神経回路と生体由来神経回路の機能的な結合をin vitro系において再現・構築することに成功した.3,の課題については,マイクロキャビティアレイ構造により,細胞分化に影響する要因と考えられているEBサイズ・形態を一定に保った状態で多数のEB群に一括して電気刺激を印加し,細胞応答を誘導することに成功した.さらにこの電気刺激を慢性的に印加した際に細胞内で誘導される代謝反応についても知見が得られ,細胞分化の物理的な手段による制御に向けて道を開いた.本年度の研究では、生体神経細胞に酷似した分化・成長過程を辿ることが知られているP19胚性腫瘍細胞をモデルとして神経細胞への分化誘導を行い、神経誘導を行ったP19細胞を微小電極アレイ基板上で培養を行った。神経誘導を行ったP19細胞は培養後2、3日で神経細胞様の突起を伸展し、培養開始後10日には複雑な回路網を構築する。免疫染色法による特定蛋白質のイメージングを行った結果、P19由来の細胞の多くが神経細胞のマーカー分子であるMAP2に対して陽性を示した。また、少数の細胞はグリア細胞の一種であるアストロサイトのマーカー分子であるGFAPに対して陽性を示した。このことから神経系への誘導を行ったP19細胞は神経細胞及びアストロサイトへと分化しており生体内と同様に神経回路網を構築していることが示された。次に微小電極アレイ基板システムを用いてP19細胞由来の神経回路網の電気活動計測を行った結果、培養2週間後において、初代培養神経回路網及び実際の脳神経回路網の特徴的な活動として知られている広範囲に渡る同期バースト活動が観測された。また、この同期バースト現象は抑制性シナプス阻害薬であるbicucullineの添加によってその活動頻度が増大することを見出した。これらの結果は生体外で構築された幹細胞由来の神経回路網は生体内の神経系と同様に興奮性・抑制性両方の結合特性を有し、生体の脳神経系と同様の活動機能を有することを示すものである。以上、幹細胞由来の神経回路網の活動機能についての検討を行い、生体外において構築される幹細胞由来の神経回路が機能的な回路網活動を示すことを見出した。ES細胞に代表される多能性幹細胞の特定細胞への分化誘導は一般的に胚様体を呼ばれる細胞塊を形成低い(30%)ことが重大な問題となっていた。多数の胚様体を形成の際の形態・サイズの不均一による細胞間シグナル伝達の制御の難しさ、薬理操作による分化誘導の精密制御の難しさが主な要因であると考えられる.そこで、本年度の研究では、幹細胞からの神経分化過程の精密制御を行うための刺激デバイスの作成を試みた.具体的にはITO(Indium Tin Oxide;透明電極)基板上に厚型フォトレジストであるSU-8とフォトリソグラフィー技術を用いて均一サイズの胚様体を配置出来る微小構造を構築し、更に底面の電極部から配置した胚様体を一様に電気刺激を行うことを可能にした.昨年度同様、神経分化のモデル細胞として広く用いられているP19胚性腫瘍細胞を実験対象として用いた.三次元培養器を用いて形成した均一のサイズ・形態のP19細胞の胚様体を作成した刺激デバイスにより電気刺激を行った.Caイメージングにより細胞活動の可視化を行った結果、微小構造を有した電気刺激デバイスを用いることで均一サイズ・形態の胚様体を多数、同時に刺激することが可能であることが示された.胚様体の形態・サイズ制御による細胞分化の内因性要素の制御、多数の胚様体を一様に電気刺激することによる細胞分化の外因性要素の制御を組み合わせることで、細胞分化の精密制御に向けて有用なツールを作成できたと考えている.今後は作成したデバイスを用いて胚様体を電気刺激した際の、分化関連遺伝子の発現変化を追跡することで,工学技術による細胞分化制御の可能性を更に追求する予定である.本研究では,神経系の再生医療実現に必要な要素技術に関してマイクロ加工技術を積極的に利用する立場から問題解決のための基礎的な検討を行った.本論文では特に次の3つを具体的な課題として設定した.1,幹細胞由来神経回路網におけるネットワーク・ダイナミクスの観測2,幹細胞由来神経細胞と大脳皮質初代培養神経細胞との共培養時に起こる現象を観測する手法の提案3,細胞分化過程の制御を目的とする電気刺激デバイスの開発

1,の課題についてはMEA基板を用いてP19由来神経回路網の自発電気活動の観測に成功した.大脳皮質初代培養神経回路網の特徴的な活動特性である同期バースト活動がP19由来神経回路網においても発生すること,このP19由来神経回路網における同期バースト活動の発生に主要な役割を果たす化学伝達物質も初代培養系と類似したもの(グルタミン酸とGABA)であることを明らかにした.2,の課題については,2つの細胞培養マイクロチャンバーとそれらを結合するマイクロトンネル構造を有するPDMSベースの培養チャンバーを作製し,幹細胞由来神経細胞と大脳皮質初代培養神経細胞を分離した状態で両者間の結合形成を誘導することが可能であることを示した.また,この共培養系において両者の神経細胞群から同期した同期バースト活動を観測し,幹細胞由来神経回路と生体由来神経回路の機能的な結合をin vitro系において再現・構築することに成功した.3,の課題については,マイクロキャビティアレイ構造により,細胞分化に影響する要因と考えられているEBサイズ・形態を一定に保った状態で多数のEB群に一括して電気刺激を印加し,細胞応答を誘導することに成功した.さらにこの電気刺激を慢性的に印加した際に細胞内で誘導される代謝反応についても知見が得られ,細胞分化の物理的な手段による制御に向けて道を開いた.
AAA-ATPaseSKD1によるユビキチンシグナル依存性膜蛋白質選別機構の解明

本研究はエンドソームにおける膜蛋白質のユビキチン化とそれに続く選別輸送の分子機構を明らかにすること、これまで同定したSKD1結合蛋白質について機能解析を行い、エンドソームにおけるMVBの形成および膜蛋白質選別輸送の分子機構を明らかにすることを目的として行った。1)SKD1(E2350)過剰発現により蓄積するユビキチン化膜蛋白質の網羅的プロテオミクス解析:アデノウイルスを用いた変異型SKD1(E235Q)発現によりエンドソームに蓄積するユビキチン化蛋白質を、細胞分画およびユビキチン抗体カラムを用いたアフィニティクロマトグラフにより精製した。得られたユビキチン化蛋白質をトリプシン消化後に質量分析法(ESI-LC-MS/MS)による網羅的プロテオーム解析を行い、ユビキチン化によりその局在が制御されている膜蛋白質を少なくとも20種類同定した。さらにこの中から8種類の膜蛋白質についてユビキチン化フォームの検出(ウエスタンブロッティングでラダーとして検出)あるいは変異型SKD1(E235Q)発現依存的な局在の変化を認めた。可溶性細胞質蛋白質であるSBP1はそのC末部分のCoiled-coilドメインを介してSKD1と相互作用すること、SKD1(E235Q)の過剰発現によりSKD1とともに巨大蛋白質複合体を形成しエンドソーム膜上へと局在することなどを報告した。またSBP1のヒトホモログlip5(lyst-interacting protein 5)はリソソームの形態異常を示すChediak-Higashi Syndromeの原因遺伝子であるlyst(lysosomal trafficking regulator)に結合することから、SKD1/SBP1が何らかの形でlystの機能発現制御を行っている可能性が高い。SKD1(E235Q)を過剰発現させた細胞で可溶性膜蛋白質であるlystが膜画分へ局在変化することを明らかにした。さらにSBP3がSKD1とESCRT-IIIの相互作用に関与していることを明らかにした。SKD1(E2350)過剰発現により蓄積するユビキチン化膜蛋白質の網羅的プロテオミクス解析:アデノウイルスを用いた変異型SKD1(E235Q)発現によりエンドソームに蓄積するユビキチン化蛋白質を、細胞分画・ユビキチン抗体カラムを用いたアフィニティクロマトグラフ・質量分析法(ESI-LC-MS/MS)による網羅的プロテオーム解析を行い、これまで20種類以上の膜蛋白質の同定に成功した。現在各膜蛋白質対する特異的抗体を用いてユビキチン化とそれによる細胞内局在や機能の変化について検討を行っている。SKD1結合蛋白質SBP1の機能解析:可溶性細胞質蛋白質であるSBP1はそのC末部分のCoiled-coilドメインを介してSKD1と相互作用すること、SKD1(E235Q)の過剰発現によりSKD1とともに巨大蛋白質複合体を形成しエンドソーム膜上へと局在することなどを報告した。さらにSBP1はリソソームの形態異常を示すChediak-Higashi Syndrome(CHS)の原因遺伝子であるlyst(lysosomal trafficking regulator)に結合することが知られているlip5(lyst-interacting protein 5)のマウスホモログであることが最近明かとなった。

従って、SKD1/SBP1が何らかの形でlystの機能発現制御を行っている可能性が高いと考え、SKD1(E235Q)を過剰発現させた細胞でのlyst蛋白質の局在について検討したところ可溶性細胞質蛋白質であるlystが一部膜画分へと局在を変化させることが明かとなった。現在、CHS患者由来の繊維芽細胞におけるSKD1/SBP1の機能変化について検討を行っている。さらに、RNAiを用いた細胞内のSBP1発現抑制に成功しており、現在そのフェノタイプ解析を行っている。SKD1(E2350)過剰発現により蓄積するユビキチン化膜蛋白質の網羅的プロテオミクス解析:アデノウイルスを用いた変異型SKD1(E235Q)発現によりエンドソームに蓄積するユビキチン化蛋白質を、細胞分画・ユビキチン抗体カラムを用いたアフィニティクロマトグラフにより精製を行い、その中に含まれる蛋白質について質量分析法(ESI-LC-MS/MS)による網羅的プロテオーム解析を行った。これまで20種類以上の膜蛋白質の同定に成功し、そのほとんどが実際にSKD1(E235Q)発現により細胞内でユビキチン化を受けかつ細胞内における局在の変化を示すことを明らかにした。またいくつかの膜蛋白質についてユビキチン化を受けない変異体(リジン残基のアルギニン残基への置換)を作製しそれらの局在や機能が野生型とは異なることを見いだしており、ユビキチン化による膜蛋白質の制御機構を明らかにした。SKD1結合蛋白質SBP1の機能解析:可溶性細胞質蛋白質であるSBP1はそのC末部分のCoiled-coilドメインを介してSKD1と相互作用すること、SKD1(E235Q)の過剰発現によりSKD1とともに巨大蛋白質複合体を形成しエンドソーム膜上へと局在することなどを報告した。さらにSBP1はリソソームの形態異常を示すChediak-Higashi Syndrome(CHS)の原因遺伝子であるlyst(lysosomal trafficking regulator)に結合することが知られているlip5(lyst-interacting protein 5)のマウスホモログであることが最近明かとなった。従って、SKD1/SBP1が何らかの形でlystの機能発現制御を行っている可能性が高いと考え、SKD1(E235Q)を過剰発現させた細胞でのlyst蛋白質の局在について検討したところ可溶性細胞質蛋白質であるlystが一部膜画分へと局在を変化させることが明らかとなった。これらの結果より、SBP1はlystと協調的にリソソームの形成や形態・機能の維持に関与していることが明らかとなった。さらにこのSBP1/lystの機能発現がSKD1のATPase活性により制御されていることも明らかとなった。
イオンの局在化による新たな分子自己組織化メカニズムの確立と光機能性ゲルへの応用

実験設備を新たに立ち上げ、本研究の題材である液晶材料のパターン形成に関する研究を行った。少量のイオンを含んだ液晶試料に交流電圧を印加することで規則正しい分子配向パターンを作り出し、ここにレーザー光を照射した際に得られる回折現象について調べた。特に回折像の各スポットにおける強度と偏光特性に注目して調査を行った。試料に与える交流電圧の周波数を変化させると、各スポットの回折強度が大きく変化することが見いだされた。適切な周波数を選ぶことによって、0次回折光は消滅することが分かった。続いて、各々の偏光状態を調べたところ、偏光変換の性質がスポットの場所によって異なることがわかった。これらの結果から、この液晶パターンが偏光変換可能な回折格子として機能することを実証した。さらに数値計算を行い、実験データを再現することができた。また、セル内部の分子の傾きに関する知見を得ることができた。続いて、試料にキラル材を添加し、配向パターンの変化について調査した。実験の結果、キラル材の混合によって、偏光顕微鏡で観察される模様が大きく変化することがわかった。また、規則正しいパターンを示すためには、キラル材の添加量と試料の厚みの比を調節する必要があることを見出した。続いて、更なるパターンの変形を目指し、電圧が印加される電極の形状を変化させて実験を行った。電極の形を変化させると、それに合わせようとパターンが変形し、新しい模様を作ることが可能となった。顕微鏡や除振台を始めとした試験研究を行うための主要な設備を整え、実験を開始することができた。作成したパターンにレーザー光を照射し、その回折に関する基本的な性質を明らかにした。さらにキラル剤を添加した実験を行い、パターンの変化について基本的な情報を収集した。表面改質装置についてもレンタル機器を使って実験を行い、情報を得ることができた。高分子安定化の手法を用いて、パターン構造のフィルム化に取り組む。液晶性モノマーなど、様々な材料でパターンを形成を実現できるかについて調べる。まず、電気絶縁性の高い高分子界面において、任意の液晶分子を垂直に配向させる。表面改質装置を導入し、界面の状態を変化させ、そこに異なる垂直配向材の塗布を行う。この表面改質の効果を検証するのと同時に、垂直配向を実現した液晶分子については、パターン形成が可能であるか評価する。それによって本現象の物理的メカニズムについての知見を得る。パターン形成に利用できる分子の種類が限られているという現在の問題を克服し、フィルム化への可能性を探る。