hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
格子投影型モアレトポグラフィー法を用いた等張力曲面に関する基礎的研究

大空間を薄膜を使用して架構する膜構造では、膜面全域にわたってできるだけ一様な応力が働くように計画することが設計に際しての基本的な考え方になる。与えられた境界条件に対して、すべての方向の膜張力が等しくなるような等張力曲面は、与えられた境界に張る曲面の中で最小の表面積を持つ曲面となることから極小曲面と呼ばれ、膜構造を扱う場合の原型設計曲面となる。この曲面を実験的に得る方法として、石鹸膜を用いた形状決定法がよく用いられる。この方法は極めて簡便で有用であるが、直接触れることのできない石鹸膜の形状を正確に捉えることは不可能で、写真撮影等の補助的な手法により、形状の概要を観察する程度にとどまっている。本研究は与えられた境界条件下での極小曲面を常に実現することが可能な、石鹸膜により形成される曲面の形状を、回折格子を利用したレーザー照射用光学系と画像処理システムを用いて定量的に測定する手法をあらたに開発し、等張力状態の成立曲面と面内断面力などの力学的諸量について検討を加えることを目的とするもので、今後の膜構造設計に対して有用な形状決定手段を提供しようとするものである。具体的な研究経過と得られた成果は次のようである。(1)ヘリウム・カドミウム(He-Cd)レーザー管を用いて格子照射光学系を設計製作し、所定のグリッド輝点群が目的の距離(50cm100cm)に発生することを確認した。(2)速乾性の有機剤による曲面模型に蛍光剤を塗布し、これにHe-Cdレーザーを照射して得られるビデオ画像から画像処理して得られる空間点の三次元データにより、曲面の形状を把握することができることを確認した。(3)有限要素法による面積汎関数を用いた三次元極小曲面解析プログラムを開発し、任意の境界条件での解析が円滑に遂行できることを確認した。今後は実際の石鹸膜にこの光学系を用い、理論と測定値との対応を検討する予定である。
声のアンチエイジング：声の老化のメカニズムの解明と治療・予防戦略の確立

本研究は、高齢化社会を背景に増加している「老化による音声障害(老人性喉頭)」の病態解明と治療・予防戦略を確立がテーマである。まず老人性喉頭例と健常高齢者を対象にした臨床研究によって、知見の乏しかった臨床データの特徴と健常者との違いを明らかにした。更に、ラットを用いた基礎研究を行い、代表的なアンチエイジング法であるカロリー制限が、声の老化の予防・治療に有効である可能性を見出した。本研究は声の老化による機能的・器質的変化の解明と、声のアンチエイジングを臨床で行うための基盤研究が目的である。そのために平成25年度は、1声が老化した症例(老人性喉頭例)に関する臨床研究、2健常者を対象にした音声の男女差・年齢差に関する基礎的研究、3代表的なアンチエイジング法であるカロリー制限が喉頭に及ぼす影響を解明する基礎実験をマウス・ラットを用いて行ってきた。1と2については、最新鋭の声帯振動評価機器である高速度デジタル撮像(HSDI)を用いた。1に関して、東大音声外来過去7年の老人性喉頭例の臨床的特徴について過去30年の当科からの報告と比較を行い、その結果を学会報告の上で英語論文化した。老人性喉頭例のHSDIにおける特徴(2で用いた解析手法を応用)、また老人性喉頭例に対する声帯内注入術の効果に関してはすでに学会報告を行っており、今後英語論文を作成する予定である。2については数年前から取り組んでおり、HSDI用の評価表、喉頭トポグラフィーを用いた健常者における声帯振動の性差・年齢差の解析結果に関しては学会発表および英語論文化していたが、平成25年度ではマルチラインキモグラフィー、声門面積波形解析を用いて更に詳細な評価を行い、その成果を学会発表および英語論文化した。その他の解析手法は平成26年度に追加評価を行う予定である。3はまず1・2を優先した結果、開始が遅れている。具体的には、カロリー制限による声帯の静的変化と声帯障害に対する動的変化を評価するために、声帯への手術操作が可能なラットを用いて、実験系を確立させたところで平成25年度が終了した。本格的なカロリー制限負荷は平成26年度から開始見込みであり、若年ラットで短期カロリー制限を行った結果を見てから、雌雄差、高齢ラットへの介入実験を計画することになる見込みである。本研究は、声の老化とアンチエイジングをテーマとしており、声の老化による機能的・器質的変化の解明と声のアンチエイジングを臨床で行うための基盤確立を目的とした。具体的な内容として、1声が老化した症例(老人性喉頭症例)に関する臨床研究、2健常者を対象とした音声の性差・年齢差に関する臨床的研究、3ラットを対象とした代表的アンチエイジング法であるカロリー制限が喉頭に及ぼす影響の基礎的研究、の3つを実施した。平成25年度は、主に1と2を進めて3の実験モデルの構築を主に行ったが、平成26年度では、1と2の研究成果を総括しつつ3の実験を実際に進めた。まず2に関して、デジタルキモグラフィーを用いた健常者における声帯振動の性差・年齢差について英語論文としてまとめた。これにより健常者データが完成したため、それに基づいて老人性喉頭例の高速度デジタル撮像による声帯振動の異常を解明し(1)、その成果から英語論文を作成した。また、これらの臨床的研究を総括して、成果を複数の学会で報告した。3については、8週齢のSDラット雄24匹を用いた。4群に分けて、「カロリー制限(炭水化物のみ減らして全体のカロリーを35%減じた)1か月負荷した群」と「通常の餌を1か月投与した群」、「カロリー制限3か月負荷した群」と「通常の餌を3か月投与した群」をそれぞれ組織学的に比較検討した。それぞれの群には片側の声帯に障害を加えて、創傷治癒の違いも検討した。その結果、通常の餌の群に比べて、カロリー制限群では声帯粘膜固有層が有意に増大し、粘膜固有層での創傷治癒が改善したが、筋層には有意な変化を認めず、カロリー制限が喉頭の機能に対して好影響を及ぼすことが与え得ることが解明された。以上から、本研究を通じて、声の老化におけるヒトでの臨床的特徴が解明され、カロリー制限がアンチエイジングの有効な手法になり得ることが明らかとなった。音声本研究は声の老化による機能的・器質的変化の解明と、声のアンチエイジングを臨床で行うための基盤研究が目的であり、1声が老化した症例(老人性喉頭例)に関する臨床研究、2健常者を対象にした音声の男女差・年齢差に関する基礎的研究、3代表的なアンチエイジング法であるカロリー制限が喉頭に及ぼす影響を解明する基礎実験をマウス・ラットを用いて行ってきた。1、2は予定よりも順調に進展しているが、3は予定よりも進展が遅れており、全体として予定通りの進行状況にある。1に関するデータは全て解析済みで、学会発表が終わっており、半分程度が英語論文化している。2に関するデータも全て解析済みであり、学会発表も終わっており、大部分が英語論文化した。

3については、1・2を優先的に行ったことと、実験系の確立に時間がかかったことにより、予定よりも進行が遅れている。カロリー制限の喉頭への影響を評価する他に、高栄養負荷群との比較、若年ラットと加齢ラットでの反応の違いなども研究する予定であったが、予定期間内に全てを行うことは困難になってきている。本研究は声の老化による機能的・器質的変化の解明と、声のアンチエイジングを臨床で行うための基盤研究が目的であり、1声が老化した症例(老人性喉頭例)に関する臨床研究、2健常者を対象にした音声の男女差・年齢差に関する基礎的研究、3代表的なアンチエイジング法であるカロリー制限が喉頭に及ぼす影響を解明する基礎実験をマウス・ラットを用いて行ってきた。1、2は順調であるため、このまま本年度中に残りの研究結果を英語論文化する予定である。余力があれば、まだ試みていないHSDI解析方法での分析を追加して、更に学会発表や論文投稿を検討する。3は予定よりも進展が遅れているため、本年度では3を中心に研究を進めていく予定である。当初はカロリー制限の喉頭への影響を評価する他に、高栄養負荷群との比較、若年ラットと加齢ラットでの反応の違い、成長因子の投与による反応性の違いなど、発展的な内容も研究する予定であったが、1・2を優先したことと、実験系の確立が想定よりも難しくて時間がかかったことで予定期間内に全てを行うことは困難になってきている。その為、テーマに優先順位をつけて、平成26年度ではまず若年ラットで短期カロリー制限を行い、結果が出てくれば短期カロリー制限の影響の雌雄差、更に余力があれば高齢ラットへの介入実験を順次行っていく予定である。しかし、予定期間内に当初の予定した研究が終わらなくても、今回軌道修正した目標まで研究が進めば、成果としては十分に大きなものになると見込まれる。本研究では、臨床研究と基礎研究を組み合わせて行っているが、臨床研究が予定よりも順調に進み、基礎研究が予定よりも進展が遅れている。臨床研究では論文投稿のための「その他(校正)」の費用が予定よりも多くなった。一方で、進みが遅くなった基礎研究で支出を見込んでいた物品費は予定よりも少なくなったため、次年度使用額が生じた。本年度は臨床研究を総括する段階にあり、校正にかかる費用が引き続き必要となる見込みである。また、基礎研究のペースアップを行うため、物品費は予定よりも増加する見込みである。これらに対して次年度使用額が使用される予定である。
抵抗性素子によるプリント基板の放射ノイズ低減に関する研究

電磁ノイズの原因の1つであるプリント基板の電源グラウンド平面共振を抑制するために、平面間に抵抗付キャパシタを接続し、共振を抑制するために適切な抵抗値と消費電力の観点から検討を行った。ノイズ低減効果は、数種類の大きさのプリント基板について、電磁界シミュレーションと実験により評価した。計算および実験結果より、ノイズ低減に適切な抵抗値があることがわかった。次に、抵抗の追加による消費電力への影響を調べた。消費電力は基板の損失、部品の損失、放射損失からなる。これらの損失を電磁界シミュレーションで評価した。計算結果より、共振周波数では抵抗の増加とともに消費電力が増加するが、適切な抵抗値では基板と部品の損失を低減する。一方共振周波数以外でも、抵抗が電力を消費してしまう点が問題であるが、その値は小さいことがわかった。本年度は、抵抗性素子を使って平面基板における電源グラウンド間の共振に起因するコモンモード放射の抑制効果について調べた。電源グラウンド平面からの放射を低減する方法として、主に電源グラウンド間にデカップリングキャパシタを配置し、電圧変動を抑制する方法がとられるが、共振位置が変化したり新たな共振が生じる。キャパシタに抵抗を接続することにより、共振が低減され放射低減効果がある。今回は、基板の大きさや厚さなどによる影響を調べた。また、共振の抑制効果を調べるために、電源グラウンド間電圧と、本補助金によって購入したワークベンチファラデーケージによって、共振時に生じるコモンモード電圧を測定した。125×100mm,250×200mmの大きさで、それぞれ3種類の厚みの基板を用意し、電源グラウンド間に301000MHz正弦波を印加した。基板の四隅に、キャパシタCに010Ωの抵抗を直列に接続したものを配置し、測定を行った。共振電圧の測定においては、基板厚が厚いと共振電圧が大きくなるが、いずれもCと0.11Ωの抵抗を接続した場合に電圧がほぼ同程度まで小さくなり、キャパシタと抵抗による共振低減効果が高いことがわかった。次に、コモンモード電圧の測定結果では、30300MHzにおいて、同様にCと0.11Ωの抵抗を接続した場合で電圧が小さくなることがわかった。また、抵抗素子によるノイズ低減効果の応用として、基板の信号配線の下のグラウンド面にスリットがある場合に、スリットの周辺の導体に抵抗を持たせたときの信号波形歪み低減効果をシミュレーションによって調べた。その結果わずかに波形改善の傾向があることがわかった。電子機器に搭載されるプリント基板の放射ノイズ低減手法の1つとして、ノイズの主要原因の1つである電源グラウンド平面の共振を抑制するために、基板の四隅に抵抗付きデカップリングキャパシタを配置したときのノイズ抑制効果を検討している。昨年度は実験基板を制作し、実測によって抑制効果を調べ、抵抗値とキャパシタンスを変えることにより、ノイズ低減効果が得られることを確かめた。今年度は、動作メカニズムを検討するために、理論的な背景を調査し、シミュレーションと実測を利用して、その検証を行った。平行平板の共振を平板間の損失によって低減する理論的な解析を調査し、代表的なものを2つ取り上げた。両者は、平板間の適切な損失を基板サイズなどから推定するものであり、これまでの我々の検討と方向性が一致しているが、対象とするモデルや損失の挿入方法が本研究のモデルと異なっており、また解析から得られる計算式もそれぞれ違いがあった。そのため、どちらの推定方法が本研究のモデルに近いかをシミュレーション及び実験で確かめた。両者とも、損失が基板の厚さに比例するが、基板の縦横のサイズに対して、反比例する、逆数の和に比例するという違いがある。実験では、基板の厚さ及びサイズが違う基板を用意し、四隅に接続する抵抗付きデカップリングキャパシタの抵抗値を変え、ワークベンチファラデーケージでコモンモード放射量を測定した。またシミュレーションにおいては、信号入射部におけるSパラメータと放射電界強度シミュレーションにより評価を行った。実験及びシミュレーション結果から、共振を低減する適切な抵抗値は、基板の厚さに比例し、また縦横の長さの逆数の和に比例する結果に近いことがわかった。この解析は、基板をモデルとしたものではなく、平行平板間隔が数cm程度と比較的大きい場合を想定したものであるが、基板の四隅の抵抗性素子を接続したモデルに適用可能であることがわかった。電子機器のプリント回路基板からの電磁放射の原因の1つとして、電源グラウンドプレーンからの放射が知られている。この放射はプレーンが共振するときにピークを持つ。そこで、電源グラウンドプレーン間に抵抗とキャパシタ(抵抗付きキャパシタ)を直列に接続することで、プレーン共振を抑制する方法を検討している。

これまでに、抵抗付きキャパシタを有効に利かせるための接続位置や抵抗値などについて検討してきた。その結果、基板の4隅に配置し、抵抗値は数Ω程度が適当であることが分かった。今年度は、抵抗を接続することで増加してしまうと考えられる損失について検討を行った。平行平板構造の電源グラウンドプレーンを持つ4層基板を想定し、四隅に抵抗付きキャパシタを接続したモデルを作成し、抵抗値を01MΩと変えた。この基板の電源グラウンド間に正弦波信号を入力し、入力電力Pinと抵抗で消費された電力Pc、放射電力Prをシミュレーションにより計算した。このとき、基板の消費電力をPbとすると、Pin=Pb+Pc+Prの関係となる。ただし、Prを計算したところ、全体の1%程度であったため、検討からは除外した。基板の共振周波数においてPbとPcを比較したところ、抵抗Rを大きくするにつれてPcの増加に伴いPinが増加していった。さらにRを増加させるとPcは飽和しやがて減少に転じるが、Pbが増加し始め、Pinは増加の一途をたどった。一方、基板の反共振周波数では、Pbはほとんど生じず、Pcだけが発生した。この結果から、共振抑制のための抵抗は大きすぎると損失を増加してしまうので、効果のある範囲でなるべく小さい値のものが望ましいことが分かった。また、抵抗を挿入することで反共振時や共振以外の周波数でも、小さい値ながら損失が生じてしまうことがわかり、この点からも小さい抵抗が望ましいと考えられる。今年度は、主にシミュレーションを用いて、実験結果や動作メカニズムの検証を行う予定であったが、シミュレーションの進捗が不十分で、損失量などの検討に至らなかった。シミュレーションは新規に導入したものを利用したが、予算の都合上、機能の制限やサポート受けられないなどがあり、試行錯誤などのために時間を費やし、十分に進捗しなかったと考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在積み残しとなっている、損失量の検討などについて優先的に検討してゆく。シミュレーションの実行については概ね問題がなくなったと思われるので、シミュレーション及び実験により、上記問題点を検討する。また、理論的な背景も明らかになったため、この点からも検討を行う。これらを背景に、有効な設計方法を検討してゆく。
森林流域における一酸化二窒素・メタンの吸収・放出とそれに及ぼす水文過程の影響

森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定した.また,CH_4の炭素安定同位体比の測定を実施した.この結果以下のことが明らかになった.1.土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンの吸収を,湿地土壌は年間を通じて放出を示していた.夏期,湿地でヒノキ林における吸収量を大きく上回るような放出が起こることが明らかになった.2.地温と地下水位の変動に伴って土壌中の酸化還元状態が変化し,メタンの生成・放出が制御されていることが示された.吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった.3.湿地における地下水中の溶存CH_4とCO_2の炭素安定同位体比の季節変動はよく一致しており,主なCH_4の起源が有機物の分解の結果供給されたCO_2であることが示された.4.N_2Oは,主に飽和地下水帯縁辺部において,DOC供給が豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.地下水帯の中央深部ではN_2O濃度が大気平衡レベルよりも低く,N_2Oへのさらなる還元が進んでいることがわかった.森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定した.また,CH_4の炭素安定同位体比の測定を実施した.この結果以下のことが明らかになった.1.土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンの吸収を,湿地土壌は年間を通じて放出を示していた.夏期,湿地でヒノキ林における吸収量を大きく上回るような放出が起こることが明らかになった.2.地温と地下水位の変動に伴って土壌中の酸化還元状態が変化し,メタンの生成・放出が制御されていることが示された.吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった.3.湿地における地下水中の溶存CH_4とCO_2の炭素安定同位体比の季節変動はよく一致しており,主なCH_4の起源が有機物の分解の結果供給されたCO_2であることが示された.4.N_2Oは,主に飽和地下水帯縁辺部において,DOC供給が豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.地下水帯の中央深部ではN_2O濃度が大気平衡レベルよりも低く,N_2Oへのさらなる還元が進んでいることがわかった.森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定した.この結果以下のことが明らかになった.1)土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンの吸収を,湿地土壌は年間を通じて放出を示していた.夏期,湿地でヒノキ林における吸収量を大きく上回るような放出が起こることが明らかになった.このことから,森林流域全体としてのメタンフラックスを推定する際に,湿地からの放出量の推定を併せて行う必要性が示された.2)地温と地下水位の変動に伴って土壌中の酸化還元状態が変化し,メタンの生成・放出が制御されていることが示された.吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった.また,不飽和土壌での吸収過程は,放出過程に比べ温度の依存性が小さいことが示された.3)N_2Oは,主に飽和地下水帯で生成されていた。また飽和帯の中で、縁辺部のDOCが豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.3)N_2Oの大気への放出は湧水点近傍の湿潤なエリアから集中して生じており,地下水体中での脱窒で生じたN_2Oは不飽和土壌中へはあまり拡散せず,湧水点で大気に開放されて多くが揮散することが明らかになった.この部分でのN_2Oの放出速度は地温と高い相関が見られ,夏季に高く冬季に減少した.4)N_2Oの発生は,降雨イベント時に,一時的に飽和した土層中でも観察され,脱窒が,飽和条件が整えば比較的瞬時に生じる可能性が示唆された.森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,引き続き滋賀県南部の桐生試験地において観測を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定した.本年度は,CH_4の炭素安定同位体比の測定,N_2Oの窒素と酸素の安定同位体比の測定を加えた.

この結果以下のことが明らかになった.1)土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンの吸収を,湿地土壌は年間を通じて放出を示していた,夏期,湿地でヒノキ林における吸収量を大きく上回るような放出が起こることが明らかになった.2)地温と地下水位の変動に伴って土壌中の酸化還元状態が変化し,メタンの生成・放出が制御されていることが示された.吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった.3)湿地における地下水中の溶存CH_4とCO_2の炭素安定同位体比の季節変動はよく一致しており,主なCH_4の起源が有機物の分解の結果供給されたCO_2であることが示された.4)N_2Oは,主に飽和地下水帯縁辺部において,DOC供給が豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.地下水帯の中央深部ではN_2O濃度が大気平衡レベルよりも低く,N_2へのさらなる還元が進んでいることがわかった.N_2Oの生成が活発である地点におけるN_2Oの窒素安定同位体比は,大気中のN_2Oのそれより顕著に低く,脱窒による生成を裏付ける結果であった.また,逆に地下水帯深部の溶存N_2Oの窒素安定同位体比は高く,N_2へのさらなる脱窒の進行を示唆するものであった.森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,引き続き滋賀県南部の桐生試験地において観測・分析、および観測結果の解析を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定し、水位など水循環過程に対応した季節変化が観測され,CH_4の炭素安定同位体比の測定,N_2Oの窒素と酸素の安定同位体比の測定結果から、以下のようなことが明かになった。1.土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンは吸収、湿地土壌は年間を通じて放出を示していた。メタンの生成・放出は、地温と地下水位の変動に伴なう土壌中の酸化還元状態の変化により制御されている。吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった。2.湿地における地下水中の溶存CH_4とCO_2の炭素安定同位体比の季節変動はよく一致しており,主なCH_4の起源が有機物の分解の結果供給されたCO_2であることが示された.3.上記のような空間的・季節的な変化があるが、流域全体では年間を通して考えるとメタンのソースとなっている可能性が示唆された。以上のメタン生成と放出に関して、観測結果を水文・水資源学会誌に公表した。4.N_2Oは,主に飽和地下水帯縁辺部において,DOC供給が豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.地下水帯の中央深部ではN_2O濃度が大気平衡レベルよりも低く,N_2へのさらなる還元が進んでいることがわかった.N_2Oの生成が活発である地点におけるN_2Oの窒素安定同位体比は,大気中のN_2Oのそれより顕著に低く,脱窒による生成を裏付ける結果であった.また,逆に地下水帯深部の溶存N_2Oの窒素安定同位体比は高く,N_2へのさらなる脱窒の進行を示唆している。
水熱法による発電デバイスの医療・環境モニタリングセンサーへの応用

共振デバイスにおいて最も重要なのは圧電定数よりも高い限界振動速度(小さな非線形機械定数)の実現であり圧電性能向上ではない。本研究は、独自開発した「超音波アシスト水熱合成法」の超音波出力や照射周波数を最適化し、膜厚が50μm以上の圧電厚膜を成膜して、「平板形状」「低い振動限界」「小さな圧電占有体積」という今までの境界条件を打破し、設計自由度を高める。圧電材料は、現在主に行っているPZTに加えて、LiNbO3を中心とした非鉛圧電材料を検討する。
難治性疼痛における脊髄アンジオテンシンII機構の解明と新規治療法の開発

平成28年度および平成29年度までの研究成果により、2型糖尿病マウスであるレプチン欠損ob/obマウスにおいて、接触性および熱性痛覚過敏が認められること、並びに脊髄内angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)発現量の低下が痛覚過敏の発現に関与している可能性を明らかにした。今年度は、ACE2の切り出し酵素であるa disintegrin and metalloproteinase 17 (ADAM17)および脊髄内におけるACE2の局在変化を検討することにより、ACE2発現量低下のメカニズムを解析した。その結果、ob/obマウスの脊髄後角ではADAM17の発現量に変化は認められなかった。一方、脊髄後角においてACE2の発現分布を検討したところ、ACE2は神経細胞およびミクログリアに発現していることが明らかとなった。野生型およびob/obマウス間での神経細胞およびミクログリアにおけるACE2陽性率に変化は認められなかった。一方、ob/obマウスでは神経細胞マーカーであるNeuN陽性細胞数が有意に低下していた。以上より、ob/obマウスの脊髄後角では神経細胞数の低下に起因してACE2の発現量が減少していることが明らかとなった。平成30年度は上記の研究に加え、神経障害性疼痛モデルマウスであるchronicconstriction injury (CCI)マウスで認められる神経障害性疼痛における脊髄内アンジオテンシン系の関与についても検討した。その結果、CCIマウスの脊髄内ではアンジオテンシノーゲン、AT1受容体、Mas受容体、ACEおよびACE2の発現量に変化は認められなかった。したがって、CCI誘発性神経障害性疼痛には脊髄内アンジオテンシン系が関与しないことが明らかとなった。先に私はマウスに侵害刺激を加えた際、アンジオテンシン(Ang) IIが脊髄後角で遊離され、Ang IIタイプ1 (AT1)受容体の活性化とそれに伴うp38 MAPKのリン酸化に起因して疼痛を誘発することを明らかにしている[Neurisci. Lett., 585:17-22 (2015)]。このことは、Ang IIが脊髄において痛みの伝達物質あるいは調節因子として機能している可能性を示唆する。そこで、本研究では難治性疼痛モデルマウスで認められる疼痛閾値の低下・痛覚過敏に対する脊髄Ang II系の関与を明らかにする目的で、平成28年度は2型糖尿病モデルマウスであるob/obマウスを用いた検討を行った。その結果、ob/obマウスでは5週齢から持続的な血糖値の上昇が認められた。さらに、von Freyfilament法を用いて疼痛閾値を測定したところ、ob/obマウスでは11週齢から14週齢にかけて正常マウスと比較して有意な疼痛閾値の低下、すなわちアロディニアが認められた。ウエスタンブロット法を用いて各種Ang II産生系構成因子の発現量を測定したところ、ob/obマウスの脊髄背側部ではAng II産生系が活性化されている可能性を示唆する結果が得られた。今年度は坐骨神経部分結紮マウスにおける脊髄Ang II機構の関与についても検討する予定であったが、ob/obマウスを用いた実験の遂行に思いのほか時間がかかった為、この点に関しては来年度実施する予定である。平成28年度の研究ではob/obマウスにおける疼痛閾値の変化を経時的に測定したが、この実験に16週間の期間を要したため、当初予定していた坐骨神経部分結紮マウスを用いた検討がやや遅れている。平成28年度の研究成果により、2型糖尿病モデルであるレプチン欠損ob/obマウスが生後11週目から14週目にかけて接触性アロディニアを誘発することを明らかにした。今年度は温熱刺激に対する閾値を検討する目的で、Plantar試験を行った。その結果、ob/obマウスは生後10週目から14週目にかけて温熱刺激に対する閾値が有意に低下していること明らかとなった。加えて、マウスの脊髄における各種アンジオテンシン(Ang)系構成因子の発現量の変化をWestern blot法により解析したところ、ob/obマウスは野生型(WT)マウスと比較してMas受容体の発現量が低下していることを見出した。一方で、アンジオテンシノーゲン、AT1受容体、Ang変換酵素の発現量に変化は認められなかった。そこで次に、Mas受容体のアゴニストであるAng (1-7)を脊髄クモ膜下内(i.t.)投与し、その効果を検討したところ、ob/obマウスで認められる接触性刺激および温熱刺激に対する閾値の低下はAng (1-7) (30 pmol)単回投与により有意に改善した。さらに、このAng (1-7)による抗アロディニア作用はMas受容体アンタゴニストA779 (1 nmol)のi.t.投与により消失することが明らかとなった。以上の結果より、ob/obマウスの脊髄ではAT1受容体/Ang II系がMas受容体/Ang (1-7)系よりも相対的に有意になっており、そのことが接触性刺激および温熱刺激に対する閾値の低下の原因となっている可能性が示唆された。一方、Ang (1-7)をi.t.投与することにより脊髄内のMas受容体を介した抗アロディニア作用が誘発されることが明らかとなった。レプチン欠損ob/obマウスで認められる痛覚

過敏に対するアンジオテンシン(1-7)の有効性を見出すことができたことに加え、当初の計画通りメカニズムを明らかにすることができたため。平成28年度および平成29年度までの研究成果により、2型糖尿病マウスであるレプチン欠損ob/obマウスにおいて、接触性および熱性痛覚過敏が認められること、並びに脊髄内angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)発現量の低下が痛覚過敏の発現に関与している可能性を明らかにした。今年度は、ACE2の切り出し酵素であるa disintegrin and metalloproteinase 17 (ADAM17)および脊髄内におけるACE2の局在変化を検討することにより、ACE2発現量低下のメカニズムを解析した。その結果、ob/obマウスの脊髄後角ではADAM17の発現量に変化は認められなかった。一方、脊髄後角においてACE2の発現分布を検討したところ、ACE2は神経細胞およびミクログリアに発現していることが明らかとなった。野生型およびob/obマウス間での神経細胞およびミクログリアにおけるACE2陽性率に変化は認められなかった。一方、ob/obマウスでは神経細胞マーカーであるNeuN陽性細胞数が有意に低下していた。以上より、ob/obマウスの脊髄後角では神経細胞数の低下に起因してACE2の発現量が減少していることが明らかとなった。平成30年度は上記の研究に加え、神経障害性疼痛モデルマウスであるchronicconstriction injury (CCI)マウスで認められる神経障害性疼痛における脊髄内アンジオテンシン系の関与についても検討した。その結果、CCIマウスの脊髄内ではアンジオテンシノーゲン、AT1受容体、Mas受容体、ACEおよびACE2の発現量に変化は認められなかった。したがって、CCI誘発性神経障害性疼痛には脊髄内アンジオテンシン系が関与しないことが明らかとなった。平成29年度以降はob/obマウスに加え、坐骨神経部分結紮マウスを用いて難治性疼痛に対する脊髄Ang II系の関与について検討する。具体的には以下の通りである。1ob/obマウスの脊髄内におけるAng II系の活性化がアロディニアの発現に関与しているのか否かを明らかにする目的で、AT1受容体拮抗薬を脊髄クモ膜下腔内へ投与し、その効果を検討する。2坐骨神経部分結紮マウスの脊髄内においてAng II系が活性化しているのか否かを検討し、活性化が認められた場合はAT1受容体拮抗薬を脊髄クモ膜下腔内へ投与し、その効果を検討する。レプチン欠損ob/obマウスは一過性の痛覚過敏を誘発したが、血糖値は生後5週目をピークに徐々に低下していった。一方で、予備実験ながらレプチン受容体欠損db/dbマウスはob/obマウスよりも持続的な高血糖状態を認めることを確認しているため、db/dbマウスを用いた検討も行う予定である。また、坐骨神経部分結紮マウスを用いて痛覚過敏に対する脊髄内アンジオテンシン系の変化も併せて検討していきたい。分子生物学的実験に必要な抗体等を年度末近くに発注したが、輸入等納期が遅れた為、物品費が予定した金額まで発生しなかった。レプチン受容体欠損db/dbマウス購入のための費用の為に残しておいた経費であったが、実験の進行状況の関係で、翌年度に購入することとなった。次年度は、今回の繰越額を試薬等の物品購入費に充て使用することを予定している。
非平衡状態下でのカルシウムフェライト融体の物性と構造に関する研究

焼結鉱の焼成過程における生成融液であるカルシウムフェライト(CF:CaO?Fe2O3)系融体を一定温度(1673,1773または1873K,大気中)で溶融し,粘度の時間依存性を測定した.いずれの温度で溶融した場合もカルシウムフェライト系融体の粘度は,時間とともに低下した.また,CFに5wt%のSiO2またはAl2O3を添加した融体においても同様の現象が確認された.カルシウムフェライト系融体と同様にFe2O3を含有する40mol%CaO-40mol%SiO2-20mol%Fe2O3融体の構造と粘度の時間変化の関係から,カルシウムフェライト系融体の時間経過に伴う粘度低下は,融体中のFe3+の配位数変化によるものと推測された.焼結鉱の焼成過程における生成融液であるカルシウムフェライト(CF:CaO?Fe2O3)系融体を一定温度(1673,1773または1873K,大気中)で溶融し,粘度の時間依存性を測定した.いずれの温度で溶融した場合もカルシウムフェライト系融体の粘度は,時間とともに低下した.また,CFに5wt%のSiO2またはAl2O3を添加した融体においても同様の現象が確認された.カルシウムフェライト系融体と同様にFe2O3を含有する40mol%CaO-40mol%SiO2-20mol%Fe2O3融体の構造と粘度の時間変化の関係から,カルシウムフェライト系融体の時間経過に伴う粘度低下は,融体中のFe3+の配位数変化によるものと推測された.焼結鉱の焼成プロセスにおける生成融液であるカルシウムフェライト系融体の粘度は,等温で保持した場合に時間依存性を示すことが報告されている.本研究では,カルシウムフェライト系融体の物性値(粘度・表面張力)の時間依存性についてについて調査し,物性値を支配している融体構造を明らかにすることを目的とした.CaO・Fe_2O_3を基本組成とし, SiO_2またはAl_2O_3を5mass%添加した融体を測定対象とした.粘度の時間依存性について,ルツボ回転法により調査を行った.カルシウムフェライト系融体を1873Kおよび1673Kに保持した場合,いずれの系においても時間とともに粘度が低下し,1873 Kで保持した場合に比較して1673Kで保持した場合の方が単位時間あたりの粘度低下は小さいことが明らかになった.また,1873Kで保持した場合,2時間以降は一定な粘度を示した一方で,1673 Kで保持した場合,10h程度経過した後も粘度が低下し続けており平衡状態に到達するのに長時間を要することが明らかになった.Fe_2O_3は両陸酸化物であり,塩基性の融体中においては酸素4配位構造(Fe^<3+>(4))をとり粘度上昇に寄与し,一方で酸性の融体中においては酸素6配位構造(Fe^<3+>(6))をとり粘度を低下させる働きがあることが知られている.これらの結果は,両性酸化物であるFe_2O_3の挙動が時間とともに変化し(構造緩和),温度によっても緩和速度やFe^<3+>(4)/Fe^<3+>(6)比の平衡値が異なることを示唆している.今後,各温度・各時間における急冷ガラス試料について構造解析を行い詳細について議論する必要がある.また,表面張力についても同様の測定を行う。焼結鉱の焼成プロセスにおける生成融液であるカルシウムフェライト系融体の粘度は,等温で保持した場合に時間依存性を示すことが報告されている.本研究では,カルシウムフェライト系融体の物性値(粘度・表面張力)時間依存性について調査し,物性値を支配している融体構造を明らかにすることを目的とした.CaO・Fe_2O_3を基本組成とし, SiO_2またはAl_2O_3を5mass%添加した融体を測定対象とした.初年度は,粘度の時間依存性について,ルツボ回転法により調査を行った.その結果,カルシウムフェライト系融体を等温(1673K, 1773K or 1873K)で保持することにより,いずれの組成においても時間経過にともない粘度が低下し,粘度が安定するまでに数時間を要することが明らかなった.そこで,本年度は粘度の時間依存性を支配する融体構造の変化を明らかにすることを中心に研究を進めた.カルシウムフェライトの主成分であるFe_2O_3は両性酸化物であり,塩基性の融体中においては酸素4配位構造(Fe^<3+>(4))をとり粘度上昇に寄与し,一方で酸性の融体中においては酸素6配位構造(Fe^<3+>(6))をとり粘度を低下させる働きがあることが知られている.よって,カルシウムフェライト系融体粘度の時間依存性は, Fe^<3+>(4)とFe^<3+>(6)の存在割合の変化による可能性がある.40CaO-40SiO_2-20Fe_2O_3(mol%)融体を1773K,大気中に保持した場合,時間とともにFe^<3+>(4)/Fe^<3+>(6)比が減少するとの報告があったため,同融体の粘度の時間依存性を同条件で測定した.

その結果, 40CaO-40SiO_2-20Fe_2O_3融体の粘度も時間とともに低下し, Fe^<3+>(4)/Fe^<3+>(6)比が安定するまでに要した時間と粘度が安定するまでの時間がほぼ同程度であった.このことは, 40CaO-40SiO_2-20Fe_2O_3融体の粘度の時間依存性が,両性酸化物であるFe_2O_3の挙動に支配されていることを示しており,同じくFe_2O_3を含むカルシウムフェライト系融体の粘度の時間依存性についてもFe_2O_3の挙動の変化によるものと考えられる.
プリオン蛋白質mRNA翻訳領域の選択的スプライシングに関する研究

プリオン病の発症機構解明を目的としてヒトグリオブラストーマ細胞株T98Gが発現するプリオン蛋白質(PrP)mRNAを解析し、PrPのC末端及びGPIアンカーシグナル配列を欠落したスプライス変異型PrP(GPI ̄PrPSV)を産生し、ヒト各種臓器由来total RNAで発現していることを確認した。同様にウシ角膜細胞株BCE C/D-1bでスプライス変異を検索してGPIアンカーシグナル配列を欠損したPrPSVを同定し、PrP遺伝子の選択的スプライシングはヒト以外の動物種にも存在することを明らかにした。次に、GPI ̄PrPSV産生に関与する遺伝子を解析した。T98細胞の77週間継代後40日間培養(P77D40)ではGPI ̄PrPSVを産生したが、2週間継代後40日間培養(P2D40)では検出されなかった。正常酸素濃度下(21%O_2)で培養したP77D40細胞では、total RNA中の低酸素誘導性因子-2α(HIF-2α)発現量がP2D40細胞の3.5倍に増加していたが、HIF-1αの発現量に変動はなかった。一方、P77D40細胞を低酸素条件下(2%O_2、4日間)で培養するとPrP mRNA発現量は減少し、GPI ̄PrPSV mRNA発現量は増加した。HIF-2αmRNAの発現量は正常下の1/10以下に減少したが、HIF-1αの発現量に変動はなかった。通常、HIF-1α及びHIF-2αの発現量は正常下では変動せず、低酸素条件下で増加する。しかし、T98G細胞の長期間継代によりHIF-2α発現が上昇し、低酸素条件下では逆に減少した。長期間継代および低酸素条件下でGPI ̄PrPSVの発現量が特異的に変動することから、PrP遺伝子の選択的スプライシングとHIF-2α発現の関連が示唆された。次にPrPSVのC末端部位ペプチドに対するマウスモノクローナル抗体HPSV178を作製し、PrP及びPrPSVのmRNAから発現ベクターを構築して調製した組換え蛋白質に対する特異性を確認した。この抗体を用い、細胞質画分をイムノブロット法で測定した。P90D40の培養ではGPIアンカーを欠損しているGPI ̄PrPSVを産生し、hypoxia条件下では産生量が約5倍まで上昇した。一方、P40D40の培養ではPrPSV mRNAを発現しているが、GPI ̄PrPSVの産生量はイムノブロット法の検出限界以下だった。以上より、T98G細胞は選択的スプライシングによるPrPSV mRNAを発現し、GP ̄IPrPSVを細胞質両分に産生することを明らかにした。今後はウシ及びマウス等を対象とし、PrP mRNA翻訳領域の選択的スプライシングの確認を予定している。プリオン病の発症機構解明を目的としてヒトグリオブラストーマ細胞株T98Gが発現するプリオン蛋白質(PrP)mRNAを解析し、PrPのC末端及びGPIアンカーシグナル配列を欠落したスプライス変異型PrP(GPI^-PrPSV)を産生することを報告した(Kikuchi,Y., et. al.,2008,FEBSJ.275,in press)。

同様にウシ角膜細胞株BCE C/D-1bでスプライス変異を検索してGPIアンカーシグナル配列を欠損したPrPSVを同定し、PrP遺伝子の選択的スプライシングはヒト以外の動物種にも存在することを明らかにした。次に、GPI^-PrPSV産生に関与する遺伝子を解析した。T98細胞の77週間継代後40日間培養(P77D40)ではGPI^-PrPSVを産生したが、2週間継代後40日間培養(P2D40)では検出されなかった。正常酸素濃度下(21%O_2)で培養したP77D40細胞では、total RNA中の低酸素誘導性因子-2α(HIF-2α)発現量がP2D40細胞の3.5倍に増加していたが、HIF-1αの発現量に変動はなかった。一方、P77D40細胞を低酸素条件下(2% O_2、4日間)で培養するとPrP mRNA発現量は減少し、GPI^-PrPSV mRNA発現量は増加した。HIF-2αmRNAの発現量は正常下の1/10以下に減少したが、HIF-1αの発現量に変動はなかった。通常、HIF-1α及びHIF-2αの発現量は正常下では変動せず、低酸素条件下で増加する。しかし、T98G細胞の長期間継代によりHIF-2α発現が上昇し、低酸素条件下では逆に減少した。長期間継代および低酸素条件下でGPI^-PrPSVの発現量が特異的に変動することから、PrP遺伝子の選択的スプライシングとHIF-2α発現の関連が示唆された。
アルツハイマー病.脳における過酸化脂質,特に過酸化コレステロールの解析 -アミロイドβ蛋白,アポソポ蛋白E,トランスフェソンとの関連について-

アルツハイマー病(AD)脳では酸化ストレスが亢進しているが、本研究では過酸化脂質の指標としてthicbar bituricacic-reactive substance(TBARS)を用い、ADの危険因子であるアポリポ蛋白E(APOE)、トランスフェリン(Tf)、ミトコンドリア型アルデヒド脱水素酵素(ALDH2)の遺伝子多型やAD脳共通の病理所見である脳内アミロイドβ蛋白(Aβ)分子種との相関を解析した。凍結保存した孤発性AD脳21例、対照脳16例より大脳皮質を切り出し、TBARSを指標として過酸化脂質を測定した。脳内に蓄積したAβは、トリス生食抽出画分とその沈渣の蟻酸抽出画分に含まれるものをそれぞれ可溶性Aβ、不溶性Aβとして、サンドイッチELISAを用いてAβ40とAβ42を分別定量した。また、凍結脳より抽出したDNAを用いて、APOE、Tf、ALDH2の遺伝子多型を同定した。AD脳の過酸化脂肪質は対照脳より有意に増加しており、酸化刺激による過酸化脂質の増加はAD脳においてAPOE-ε4のアレル数と有意な相関を示した。APOEの遺伝子型を一致させてもAD脳では対照脳に比して過酸化脂質の有意な高値がみられ、TfやALDH2の遺伝子多型と過酸化脂質の相関については、晩発性ADで頻度が高いTfのC2やALDH2の2型において過酸化脂質の増加傾向が認められた。従って、これらの遺伝子多型が酸化ストレスを助長することによってADの危険因子として作用する可能性が示唆された。脳内AβとTBARSとの相関の検討では、不溶性のAβ42とのみ過酸化脂質は有意な相関が認められ、酸化ストレスによりAβ42の発現が誘導されることとの関連や、Aβ42がフリーラジカルのより強力な発生源として作用する可能性を示唆していた。また、酸化ストレスはADの病態カスケードの進展に関与している可能性が高いと考えられた。
環境科学研究のための新計測手法の開発と利用に関する研究

環境科学に関する研究は極めて広範囲であるが,実験科学的手法を必要とする研究課題においては,あらゆる環境物質に関する詳細,微密な情報の取得が必要不可欠である.本研究班は,上記のような各環境物質情報を得るために, (1)誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法, (2)分析電子顕微鏡(AEM)(3)ガスクロマトグラフ質量分析法(GC-MS), (4)サブミクロン二次イオン質量分析法(SIMS)など, 4種類の新しい計測法を開発,整備するとともに,これらの装置を十分な管理下に置いて広く環境科学研究者の利用に供し,それぞれの研究の発展に寄与することを目的としている.(1)誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法の水圏環境試料への応用として海水中の重金属の定量に関する研究を重点的に行った.(2)生物試料を用いて細胞内,細胞間に沈着している金属元素分析を行う目的の研究課題にしたがい利用者を公募し,運用委員会の採用決定にしたがい実施した.また利用者の便宜をはかるために,「生物試料の分析電子顕微鏡使用文集」(改訂第七版)を発行した. (3)GC/MSについて今まで測定した代表的な環境汚染物質に対する最適なイオン化方法について検討し,その測定精度・検出下限などを明らかにした.(4)サブミクロンSIMSの走査型イオン顕微鏡ならびに高空間分解元素分布観察装置としての性能の向上に加え,微粒子を対象とした定量分析法の確立に重点をおき研究を推進した.まづ本装置の高いスパッタエッチング能力を活用して,直径23μmの微粒子に対し,粒子の一端から順次削り飛ばしながら粒子全体を分布すること(Shave-off法)により, SIMSにおいてしばし問題になる形状効果の影響を著しく低減することができ,試料組成を正確に反映した信号強度を得ることが可能となった.また,ガラス標準試料微粒子をShave-off法により分析し,ガリウム一次イオンに対する各元素感度を求めた.環境科学に関する研究は極めて広範囲であるが,実験科学的手法を必要とする研究課題においては,あらゆる環境物質に関する詳細,微密な情報の取得が必要不可欠である.本研究班は,上記のような各環境物質情報を得るために, (1)誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法, (2)分析電子顕微鏡(AEM)(3)ガスクロマトグラフ質量分析法(GC-MS), (4)サブミクロン二次イオン質量分析法(SIMS)など, 4種類の新しい計測法を開発,整備するとともに,これらの装置を十分な管理下に置いて広く環境科学研究者の利用に供し,それぞれの研究の発展に寄与することを目的としている.(1)誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法の水圏環境試料への応用として海水中の重金属の定量に関する研究を重点的に行った.(2)生物試料を用いて細胞内,細胞間に沈着している金属元素分析を行う目的の研究課題にしたがい利用者を公募し,運用委員会の採用決定にしたがい実施した.また利用者の便宜をはかるために,「生物試料の分析電子顕微鏡使用文集」(改訂第七版)を発行した. (3)GC/MSについて今まで測定した代表的な環境汚染物質に対する最適なイオン化方法について検討し,その測定精度・検出下限などを明らかにした.(4)サブミクロンSIMSの走査型イオン顕微鏡ならびに高空間分解元素分布観察装置としての性能の向上に加え,微粒子を対象とした定量分析法の確立に重点をおき研究を推進した.まづ本装置の高いスパッタエッチング能力を活用して,直径23μmの微粒子に対し,粒子の一端から順次削り飛ばしながら粒子全体を分布すること(Shave-off法)により, SIMSにおいてしばし問題になる形状効果の影響を著しく低減することができ,試料組成を正確に反映した信号強度を得ることが可能となった.また,ガラス標準試料微粒子をShave-off法により分析し,ガリウム一次イオンに対する各元素感度を求めた.
記憶情報の読み出し制御を担う神経回路の同定と解析

動物は外界環境から多様かつ膨大な量の感覚情報を入力し、それらを脳内で保存し、必要に応じて読み出す作業を行い、最終的に“行動"という形で出力する。これらの機能は、動物が状況に応じて適切な行動を起こす上で重要な役割を果たしていると考えられるが、これら記憶情報の読み出し(想起)を担う神経回路やその仕組みはほとんど明らかになっていない。そこで、任意の時期に任意の行動刺激により活動した神経細胞集団に選択的に任意の遺伝子操作を可逆的に行うことが可能な遺伝子改変マウスを作製し、記憶の獲得時に活動した神経細胞集団の活動を選択的に操作することにより、その記憶との因果関係を個体レベルで直接検証することを試みた。本研究では学習時に活動した神経細胞集団の活動を人為的に再活動するために、tetOプロモーターの制御下でDREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drug)を発現するマウスを利用した。DREADDはGタンパク質共役型受容体の変異体で、このうちGq型のもの(hM3Dq)は特異的な合成リガンド(CNO)が結合した時のみ、細胞に脱分極を起こすことが示されている。そこでcfos-tTA x tetO-hM3Dqダブルトランスジェニックマウスを用いてDox非存在条件下において恐怖条件付け学習課題を行うことにより学習課題時に活動した神経細胞集団にhM3Dqの発現による標識を行った。翌日にCNOによる人為的再活動を行い、恐怖記憶が人為的に想起されることを明らかにした。本研究による結果は、細胞・ネットワークレベルでの記憶情報の痕跡・実体を理解するための大きな手がかりとなる。24年度が最終年度であるため、記入しない。動物は外界環境から多様かつ膨大な量の感覚情報を入力し、それらを脳内で保存し、必要に応じて読み出す作業を行い、最終的に"行動"という形で出力する。この読み出しの際に、脳では入力情報を過去の記憶に照らし合わせ、似た情報を別のものであると識別(pattern separation)したり、一部の断片情報(似た情報)から元の記憶全体を再構成(pattern completion)するなどの高度な情報処理を行っている。これらの機能は、動物が状況に応じて適切な行動を起こす上で重要な役割を果たしていると考えられるが、これら記憶情報の読み出し制御の情報処理を担う神経回路やその仕組みはほとんど明らかになっていない。そこで本研究では申請者らが開発した「時間的に離れた2点での動物の行動の際に活動したそれぞれの神経細胞集団を同一個体の脳内において同時に可視化可能な遺伝子改変マウスのシステム」を利用して研究を行う。文脈依存的恐怖条件付け学習課題は、文脈という条件刺激(Conditioned Stimulus: CS)と電気刺激という非条件刺激(Unconditioned Stimulus: US)を関連づけた連合学習である。したがって、学習成立後に再びCSを提示することにより記憶の想起が誘導される。この際に、私たちヒトや齧歯類であるマウスなどの脳では、完全同一のCSではなくても、CSを構成する要素の一部の提示により、元のCS全体を再構築する能力(pattern completion)を備えていることが知られている。文脈依存的恐怖条件付け学習課題の場合、CSである文脈は複数の感覚情報より構成されている。そこで、視覚、嗅覚、体性感覚情報の一部を変化させた文脈をそれぞれ作製し、それぞれの文脈提示による条件付け記憶の想起の強さ(freezingすくみ反応を示す割合)を測定する。また、各感覚情報の変化の度合いが異なる文脈の作製を行い、同様に記憶の強さを測定する。このようにして、文脈情報が不完全であるにもかかわらず、記憶が強く想起される文脈条件の確立を行った。本研究課題の申請時に記載した内容をほぼ達成しているので、おおむね順調に進展していると言える。
適応的プランニング能力の診断と開発

自分で、課題の制約や条件を考慮し、自分なりのプランを立て、そのプランに従って行動し、その逐行過程をモニタ-し、必要に応じてプランや解決方略を修正したり変更するといった自己修正活動に関する知識やスキルの獲得は、効果的に学習を展開する上で極めて重要である。特に、“自己教育力の育成"といった観点からいっても、プランニング能力とモニタ-能力はその中心的核になるものである。中でも,新たな状況に如何に既有の知識やスキルを巧く利用していくかの適応的プランニング能力は極めて大切である。本研究は、このような視点のもとに、適応的プランニング能力を発達的に診断し、将来的にはその能力開発モデルを構築することを目的とした。目的を達成するにあたって、次の二つの観点からの、調査、実験を行なった。第一の調査では、日常生活や学校教育の中でのプランやプランニングの役割や意義について、子どもはどのように理解しているか,また実際にどのように計画的に行動しているか,自分自身が行動の主体になった意志決定場面をどの程度経験しているかなど,プランニング行動についての生態学的な側面を発達的に分析した。その結果、発達と共に(1)プランの重要性を理解するようになる、(2)外乱が生じる可能性を考慮したプラン設定が可能になり、その結果、プランが複雑になり、枝別れ的なものが見られるようになる、(3)状況に応じて、先行プランや状況依存的プランの使い分け方の重要性を意識するようになる、ことが分かった。第二の実験では、一定の限られた時間(30分)、異なる技能を要する複数の課題(全体を完成させて始めて得点が得られるリスキ-の高い課題と部分的完成でも得点が得られるよりリスキ-の低い課題)、課題遂行に必要な自分の知識や技能との間の関係を、どのように関連づけながらプラン設定し、課題解決していくか、その変化過程を分析した。その結果、発達と共に、(1)課題の複雑さに応じた適切な時間配分が可能になる、(2)自分の失敗を次なる場面に適切に利用出来るようになる、(3)プラン遂行でのモニタリングが臨機応変になる、ことがわかった。なお、このような知見を踏まえてのモデル開発は将来の課題として残された。