hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｃスター環上の流れの準対角性と内部近似性

フォンノイマンは量子力学の数学的基礎づけにヒルベルト空間上の作用素の理論をあて、その展開と解釈を発表した。その後、おそらく無限自由度の量子力学を想定して、いわゆる作用素環の理論を始めたといわれるが、その物理学への応用には言及しなかった。これは、第二次大戦終結前後において、ゲリファント・ナイマルクとシーゲルによってCスター環の理論が形式化され物理学の枠組みとしての正当性が主張されることによって、結実した。この研究はこの考えに沿って、時間発展としてのCスター環上の流れを研究するものである。そのなかでも量子物理学モデルにあらわれるものと想定される内部近似的なもの、それより広い準対角的なものを調べた。Cスター環上の流れについての、MF性、準対角性、内部近似可能性の観点からの研究:可分Cスター環上の流れに対するMF性を内部近似可能性との対比より調べた。MF性とは、その流れが行列環上の流れである弱い意味で近似できるもののことだが、その弱さゆえに遥かにその成立を確かめることが容易で、そのことを二三の結果としてまとめることができた。たとえば、統計力学モデルで構成される時間発展は内部近似可能、ゆえにMF性をもつが、その空間移動に関する接合積として作られるCスター環上に自然に拡張された流れもまたMF性を持つことが確かめられた。(このモデルのCスター環は核型なので、準対角性ももつ。)内部近似可能性については、成り立たないと予想して解こうと努力したが、部分的結果のみで最終的結果はまだ得られていない。(内部近似可能性は40年ほど前より流れの重要な性質として意識されているが、個別のCスター環の性質に強く依存するせいか、いまだ目立った結果は得られていない。)Cスター環上の流れに対する「解析部分環」の研究。これは「目的」には記していないが、流れの研究に対するひとつの手段であるスペクトル理論を用いて、解析部分環が極大である必要かつ十分条件を明らかにした。(解析部分環とは、たとえば複素平面の単位円周上の連続関数環と、その単位円の内部に解析接続できるものからなる部分環という関係を、流れをもつCスター環に一般化したものである。)これは、ほぼ、前段で取り上げた性質とは相いれない強コンヌスペクトルが全体になるという条件である。(これは同様のWスター環に対する結果をCスター環の場合に移植し、Cスター環での周期的流れに対する結果を一般化するものである。)量子力学的な時間発展を数学的に記述するひとつの手段として、Cスター環上の流れ(1径数自己同型群)が考えられた。少なくとも観測問題に関係しない現象に対して有効な数学的モデルと思われるが、現在のところ確立されているのは、いろいろな統計力学的モデルを背景に、数学的には冨田竹崎理論を軸にした平衡状態統計力学に関する有効性にとどまるというべきだろう。(自己同型の範囲におさまらない)開放系に関する考察とか流れの動力学的な考察も昔からなされているがまだ体系化されているとは言いがたい。本研究は平衡状態統計力学の展開に必要とされる流れの内部近似性に関する考察に端を発しており、一般の(モデルに基づかない)流れに対するこの性質の「位置」を調べるということを当面の目的とした。また考えているCスター環は当然無限次元であるが(さらに1型でなく行列環とはかけ離れたものだが)、物理的現象の記述として有効であるためには何らかの意味での有限性を保つ必要があると思われる。そのような性質の記述に相応しいものとして、「準対角性」という条件と「MF性」という条件を流れに対しても定義し、その性質を調べた。(これらの性質はCスター環に対する性質として既に存在した。それを拡張してCスター環上の流れに定義したわけだが、もとのCスター環もこの性質をもつ必要がある。MFとは行列環による非常に荒い意味での近似性のことである。)Cスター環に対する「性質」を、その特徴付けなどを通じて流れの性質に拡張するという道筋は一意とは言えないが、いくつかの試みのあと非自明な結果は以上に限られる。上にあげた三つの性質、内部近似性、準対角性、MF性、についての結果がこの研究の成果である。それらの関係は自明なもの以外まだ明らかでないものがあり、最終年度は、この区別をするべきモデルの研究にあてたが、内部近似性を満たす新たなモデルの発見にとどまった。Cスター環上の流れについてのQD(準対角性)の概念を精査した。この流れは何らかの意味で行列環上の流れで近似できるものだが、環が完全であるときにこの性質を精密にすることができ、結果的に同値な条件を与えた。つまり、接合積上の忠実な表現を与えるような共変表現に対し、実際に表現空間上そのような流れで近似できることを示す。

もちろんCスター環の内部からそのような近似が可能ならばその流れはAF流れという特殊なものになってしまうわけだが、この近似では、環をB(H)に埋め込んだときにその中で文字通り近似をしたというわけである。(もうすこし正確にいえばB(H)の有限次元環上の流れを実行するハミルトニアンは元の流れのハミルトニアンの小さな摂動になっているという条件も付け加わる。)UHF流れについても精査した。(UHF流れとは行列環上の流れの無限テンソル積として定義されるような流れである。)行列環上の流れに対してはそのハミルトニアンが定数を除いて一意的に定まる。よってUHF流れはそれをいくらでも大きな部分行列環に制限することでスペクトルの列が(定数の列を除いて)一意的に定まり、同時にこれがUHF流れを定める。一般の流れについては得られないような情報であり、これを精査して何らかの知見を得ておくことは今後の流れの研究に必要なことと思われる。この場合には「大抵の」場合にスペクトルは、分散が発散するとともに正規分布に近づくと思われるが、このことを確かめた。議論は組み合わせ論的で、この方法論が一般の流れに適用できるとは思われないが、Rohlin流れのようなコサイクル性質が成り立たないことを示すなど、QDなどの有限次元近似可能な流れでの様子が多少なりとも明らかになった。本来目的とした、Cスター環の流れに対する、内部近似可能性、準対角性、MF性に関しての関係を明らかにする視点からはあまり進展はなかった。しかし、理論的研究は予定通り進まないのが(私の場合)普通であるし、その過程で気づいた点に回り道するのが常である。MF性は、一番最近に注目した流れの性質であるが、これが(物理モデルに現れる流れに対する)普遍的に成り立ちうる性質であることが一層明らかになったことは、前年度の大きな成果である。当初の目的として掲げたいくつかの類似の条件の間の関係については未だわかっていない。これについては招聘したひとの一人とは議論をしたが、結果としてまとおめうるほどの進展はなかった。そのかわりに、実績の概要でのべたように、新たな条件を見出した。(これは招聘した別の人より刺激をえた結果である。)またAF流れよりももっと特殊なUHF流れについても調べてみた。今年度前半、もう一度、流れに対する内部近似可能性とMF性の関係の解明に努めたい。この解明が進まないのは、別の観点から、結局は流れの無限小生成作用素である微分作用素の理解が不十分なためかと思うようになった。これは、1970年代に議論されていた問題(1980年頃に結果が本にまとめられ以来目立った成果のない問題)への先祖がえりになってしまうが、その当時に分かっていなかったCスター環や自己同型に関する結果も多少はあるので、再度試みるのも有意義かと思う。このためには、流れだけでなく、「半流れ」も考える必要があるという結論に達した。(非常に特別な場合、I型因子環上の準同型の1係数半群に関しては、Arveson、Powersなどによる近年目覚ましい結果があるが、これらの結果はCスター環でめざすべき事柄には直接関係しないようである。でも何らかの示唆は与えると思う。)今年度を通してこの後者の観点から、幅広く研究したい。特にCスター環(とくにUHF環)上の半流れで、CAR形式では得られないものの例を得たい。
極度に強い輝線を示す銀河を用いた宇宙初期の銀河進化と宇宙再電離の観測的研究

2017年度までに、広帯域フィルターによる撮像データを用いて、静止系可視光にある[OIII]5007輝線がきわめて強い赤方偏移(z)3から3.7程度の星形成銀河(EELG)を効率よく選択する手法を確立した。2018年度は、すばる望遠鏡のMOIRCSを用いて分光学的に同定された19天体の赤方偏移3を越えるEELGについて、静止系可視光輝線および、広帯域フィルターの測光データを用いて詳細な性質を調査した。これらの天体のうち、特にz=6-10程度で起きたとされる宇宙再電離との関連性で興味深いのは、恒星質量が10億太陽質量よりも小さな低質量銀河である。低質量EELGは、同赤方偏移帯の平均的な星形成銀河に比べ、恒星質量に対して星形成率が高く、高い効率でよりバースト的な星形成をおこなっている。[OIII]/[OII]の輝線比から、10億太陽質量より低質両側ではすべての天体が[OIII]/[OII]輝線比が3より大きくなっており、近傍銀河での典型的な値が0.3程度であることを考えると、z>3のEELGはきわめて高いイオン化パラメータを持つことがわかる。また、R23パラメータを調べることでガスの金属量が近傍の同恒星質量帯の銀河に比べると10分の1程度と低いことが示唆された。Hβ輝線と紫外線の光度から電離光子生成効率ξを求めたところ、先行研究で調べられているライマンα輝線銀河と同様の値を示すことがわかった。先行研究ではさらにξとライマン連続光脱出率、[OIII]輝線の等価幅の相関が報告されているが、我々のEELGでも同様に[OIII]輝線の等価幅が大きいほどξが大きくなる傾向が見られている。本研究ではライマンα輝線強度とは独立に[OIII]強度を元に得られた相関であるため、これによって、これまでの研究と相補的に、宇宙再電離を担う銀河の探査法のみならずその物理的な性質が明らかになった。2018年度は2017年度に得られていた初期結果をより詳細に解析した。たとえば、非常に強い輝線強度の影響を取り入れた上でのスペクトルエネルギー分布からの恒星質量の推定などである。また、近年、高赤方偏移宇宙のダスト減光の補正が大きな議論になっており、その検討も詳細におこなった。さらに、輝線強度についてもダスト減光の補正やフラックスの上限値、等価幅の測定などを上記の検討の結果を用いながらすべてやり直したことで、様々な物理量をより高い信頼度で調べることができた。また、電離光子生成効率ξを詳細に調べることは当初予定していなかったが、研究分野の進展が早く、精力的に調べられはじめているため、我々のサンプルについても同様の解析をおこなったところ、興味深い結果が得られた。我々のEELGサンプルは高赤方偏移の銀河研究で頻繁に用いられているライマンαの情報は一切用いてないが、[OIII]輝線強度からライマン連続光の漏れ出しが示唆されること、また、この漏れ出しがあると特徴的なライマンα輝線プロファイルになることが理論的に提唱されていることから、[OIII]輝線がきわめて強い銀河のライマンαプロファイルを調べることがライマン連続光の漏れ出し、すなわち宇宙再電離に直接使われた光子の量を間接的に推定する上で重要である。一方、ライマン連続光の直接検出については、その暗さ、天体ごとに漏れ出し率に非常に大きなバラツキがあることから、スタッキング解析をおこなうことが推奨されてないという先行研究が発表されているため、強いと期待されるライマンα輝線を詳細に調べることが現時点では実現可能性が高いと考え、2018年度中にヨーロッパ南天天文台VLTのXSHOOTERを用いてライマンα輝線を調べる観測提案を提出した。現在採否の結果を待っているところである。これまで得られた研究成果については論文にまとめ、これまで以上に国際研究会での報告等をすすめていく。本研究では、撮像データを用いて静止系可視光にある[OIII]5007輝線がきわめて強い赤方偏移が3より遠方にある銀河(EELG)の候補天体を選択する手法を提唱した。まずはこの手法によって選択された天体が実際に目的とする天体であるかどうかを実際に分光観測をおこなって検証する必要があった。そこで、研究代表者らが、すばる望遠鏡のMOIRCSを用いた観測提案"Spectroscopic identification of extremeemission line galaxies atz>3"を提出し、1晩の採択をうけた。観測は2017年4月におこなわれ、その結果、19天体について、期待された強い[OIII]5007輝線をはじめとする複数の輝線が検出され、赤方偏移3より遠方できわめて強い輝線を放射する天体であることが無事確認された。分光観測をおこなった天体のうち、赤方偏移が3未満の天体は2天体、単一の輝線の検出により赤方偏移が不定のものが1天体、輝線未検出のものが2天体であった。これにより、本研究で提案した天体の選択手法によって、高い成功率でEELGを選び出すことができることが実証された。また、赤方偏移が3よりおおきなEELG天体では[OIII]5007輝線にくらべて[OII]3727輝線やHβ輝線は弱いか未検出であることが多く、電離パラメータが非常に強いこと、また、金属量が低いことが示唆された。

EELGは宇宙再電離期の典型的な銀河である可能性も指摘されており、これまで調べられてきたEELGより遠方宇宙でこのような種族の銀河を選択的に研究するための効率のよい手法が確立されたことになる。すばる望遠鏡の観測装置MOIRCSは2015年に検出器の交換がおこなわれたが、データ処理用のパイプラインが古く、新検出器に対応していなかった。そこで研究代表者がパイプラインの改修をおこなう必要があったため、データの処理に遅れが出た。改修後のパイプラインについては、マニュアル等の整備を含めておこない、将来的には一般に公開することを予定している。このような状況により、データの解析に遅れが生じており、論文化および[OII]輝線のフォローアップ観測の申請ができていない。一方、これまで解析が進んだ部分については、国際研究での招待講演や海外でのセミナーでの発表を通して、研究協力者やその他多くの国内外の研究者との議論を進めることができたことは重要な成果といえる。2017年度までに、広帯域フィルターによる撮像データを用いて、静止系可視光にある[OIII]5007輝線がきわめて強い赤方偏移(z)3から3.7程度の星形成銀河(EELG)を効率よく選択する手法を確立した。2018年度は、すばる望遠鏡のMOIRCSを用いて分光学的に同定された19天体の赤方偏移3を越えるEELGについて、静止系可視光輝線および、広帯域フィルターの測光データを用いて詳細な性質を調査した。これらの天体のうち、特にz=6-10程度で起きたとされる宇宙再電離との関連性で興味深いのは、恒星質量が10億太陽質量よりも小さな低質量銀河である。低質量EELGは、同赤方偏移帯の平均的な星形成銀河に比べ、恒星質量に対して星形成率が高く、高い効率でよりバースト的な星形成をおこなっている。[OIII]/[OII]の輝線比から、10億太陽質量より低質両側ではすべての天体が[OIII]/[OII]輝線比が3より大きくなっており、近傍銀河での典型的な値が0.3程度であることを考えると、z>3のEELGはきわめて高いイオン化パラメータを持つことがわかる。また、R23パラメータを調べることでガスの金属量が近傍の同恒星質量帯の銀河に比べると10分の1程度と低いことが示唆された。Hβ輝線と紫外線の光度から電離光子生成効率ξを求めたところ、先行研究で調べられているライマンα輝線銀河と同様の値を示すことがわかった。先行研究ではさらにξとライマン連続光脱出率、[OIII]輝線の等価幅の相関が報告されているが、我々のEELGでも同様に[OIII]輝線の等価幅が大きいほどξが大きくなる傾向が見られている。本研究ではライマンα輝線強度とは独立に[OIII]強度を元に得られた相関であるため、これによって、これまでの研究と相補的に、宇宙再電離を担う銀河の探査法のみならずその物理的な性質が明らかになった。2018年度は2017年度に得られていた初期結果をより詳細に解析した。たとえば、非常に強い輝線強度の影響を取り入れた上でのスペクトルエネルギー分布からの恒星質量の推定などである。また、近年、高赤方偏移宇宙のダスト減光の補正が大きな議論になっており、その検討も詳細におこなった。さらに、輝線強度についてもダスト減光の補正やフラックスの上限値、等価幅の測定などを上記の検討の結果を用いながらすべてやり直したことで、様々な物理量をより高い信頼度で調べることができた。
有機色素薄膜中の過度的回折格子を用いた超高速波形マニピュレーション

本年度は有機薄膜としてPoly-3-Hexyl-Thiophene,および有機・無機のハイブリッド薄膜として,自然量子井戸物質である(C_6H_<13>NH_3)_2PbI_4を選び,その非線形光学特性について,以下の研究を行った.(1)良質な有機薄膜の作製:現有のLB膜作製装置およびスピンコート装置等を用いて,膜作製時の下層水温度,圧縮圧,一定圧下の保持時間等,膜の物性を左右するパラメーターを制御しながら,試料表面においての散乱および試料の光損傷,劣化の少ない試料を作製した.Poly-3-Hexyl-Thiopheneについては,マクロな構造を制御したHead-to-Tail結合のものと構造制御されていないRandom結合のものを作製した.(2)周波数領域における非線形分光を用いた非線形感受率の評価:波長可変レーザー(光パラメトリック増幅器)を用いて,作製された良質試料について,4光波混合法を用いて,3次の非線形感受率の絶対値の測定を行ったところ,Poly-3-Hexyl-Thiopheneについては,Head-to-Tail結合されたものはRandomなものに比べて,約3倍3次の非線形感受率が大きくなることが確認された.絶対値としては10^9csuという有機の中で最も大きいものが得られた.また,(C_6H_<13>NH_3)_2PbI_4については,その量子閉じこめ構造を反映して,10-5esuという非常に大きな3次の非線形感受率を得た.(3)時間領域における非線形分光を用いた応答速度の評価:7年度に完成した波長可変のフェムト秒レーザーシステムを用いて,非線形性の応答速度の評価を行ったところ,Head-to-Tail結合およびRandom結合とも数ピコ秒の高速応答を示すことが確認された.高速緩和のメカニズムについては現在解析中である.本年度は有機薄膜としてPoly-3-Hexyl-Thiophene,および有機・無機のハイブリッド薄膜として,自然量子井戸物質である(C_6H_<13>NH_3)_2PbI_4を選び,その非線形光学特性について,以下の研究を行った.(1)良質な有機薄膜の作製:現有のLB膜作製装置およびスピンコート装置等を用いて,膜作製時の下層水温度,圧縮圧,一定圧下の保持時間等,膜の物性を左右するパラメーターを制御しながら,試料表面においての散乱および試料の光損傷,劣化の少ない試料を作製した.Poly-3-Hexyl-Thiopheneについては,マクロな構造を制御したHead-to-Tail結合のものと構造制御されていないRandom結合のものを作製した.(2)周波数領域における非線形分光を用いた非線形感受率の評価:波長可変レーザー(光パラメトリック増幅器)を用いて,作製された良質試料について,4光波混合法を用いて,3次の非線形感受率の絶対値の測定を行ったところ,Poly-3-Hexyl-Thiopheneについては,Head-to-Tail結合されたものはRandomなものに比べて,約3倍3次の非線形感受率が大きくなることが確認された.絶対値としては10^9csuという有機の中で最も大きいものが得られた.また,(C_6H_<13>NH_3)_2PbI_4については,その量子閉じこめ構造を反映して,10-5esuという非常に大きな3次の非線形感受率を得た.(3)時間領域における非線形分光を用いた応答速度の評価:7年度に完成した波長可変のフェムト秒レーザーシステムを用いて,非線形性の応答速度の評価を行ったところ,Head-to-Tail結合およびRandom結合とも数ピコ秒の高速応答を示すことが確認された.高速緩和のメカニズムについては現在解析中である.
キサンチン尿症の遺伝子解析について

キサンチン尿症のキサンチンオキシダーゼ欠損の原因を明らかにするため、キサンチンオキシダーゼ遺伝子の解析を行った。1キサンチン尿症のキサンチンオキシダーゼ遺伝子の変異部位の同定ヒトキサンチンオキシダーゼcDNAの塩基配列よりプライマーを合成し、PCR-SSCPをキサンチン尿症患者5例に対し施行し変異部位を推定することを試みたが、泳動に差を認めなかったためPCR-SSCPでは今回変異を検出できなかった。次にキサンチン尿症の一症例に関し、末梢白血球よりRNAを抽出し同様にcDNAを元に作成したプライマーを用いRT-PCRを施行した。9種類のプライマーのセットにより全長4kbをカバーするcDNA断片を得ることに成功した。これらをサブクローニングしsequenceを行った。その結果アミノ酸置換を起こす四カ所の点変異を認めた。その内一ケ所は確認のため行ったdirect sequenceにより変異を認めなかった。二ケ所に関してはラット等では元々今回の点変異と同じ配列であり、酵素活性消失の原因とは考えにくかった。残りの一カ所はドロソフィラからラット・ヒトに至るまで良く保存されており、この点変異がキサンチン尿症の原因と考えられた。現在このアミノ酸置換を持った酵素の発現系を作成中であり、これによりキサンチン尿症の異常の原因が今回認められた点変異であることを確認する。これらの内容に関してまだ論文となっていないため、具体的変異部位について本報告書では言及しなかった。なお一部4月の学会において発表予定である。2.キサンチンオキシダーゼ発現系の確立現在上述のごとくアミノ酸置換されたキサンチンオキシダーゼの発現系を作成中である。3.キサンチンオキシダーゼ遺伝子のクロモゾームマッピング以前より行っていたクロモゾームマッピングに関してはFISHとQ-bandingを行うことにより、第2染色体p23にマップされた。
味蕾細胞モデルを模したVOCセンサーシステムの開発

プロジェクト2-1「数理神経モデルの簡約化」において、H29年度に引き続き現行モデルの詳細についてさらに検討を行い、The 6th Symposium on Applied Engineering and Sciences(査読有り国際会議)で発表した。これまでの一連の成果をまとめ、Cognitive neurodynamics誌(査読有り)に投稿し、受理された。この報告では特定の条件のイジケビッチのコンダクタンスモデル2つが確率共鳴とノイズ同期を同時に発生させる事を報告した。このニューロンモデル(以降、「考案したニューロンモデル」と称する)を使うことで、ユニークなニューロンネットワークが作成可能となると考えている。プロジェクト1-2「受容部の電子回路作成およびVOC測定における波形挙動の確認」およびプロジェクト2-2「出力部となるセンサーシステム用アナログニューロン回路作成」は平成29年度に不調に終わった。平成30年度に進捗はない。「研究が計画通りに進まないときの時の対応」アナログニューロン回路を用いたセンサーシステム回路を作製するためには、ニューロンモデルの簡素化が必要であるが、これまで成功しておらず、目標の達成が困難なので、イジケビッチモデルのプログラムをGPU搭載の組み込み開発キット(NVIDIA Jetson)に埋め込み、リアルタイム動作させる方向に方針を変更した。考案したニューロンモデルから成るニューロンネットワークを構築した。このネットワークはプロジェクト2-1で確認した確率共鳴やノイズ同期の特性を生かし、複数のガスセンサー出力から、特定のガス種の有無を学習により獲得するネットワークである。現在このネットワークのシミュレーションを行い、目標とする複数VOC同時計測が可能になる様に調整している。以下の理由により、やや遅れていると判断した。H30年度に「プロジェクト1-1現地調査」についての学会発表、「プロジェクト2-1の数理神経モデルの簡訳化」についての国際会議発表の実際および論文が受理されるなど、成果を社会に還元する面では進んだ。しかしながら、予定していたセンサーシステムの開発は現在シミュレーションを行っている段階であり、実装できる段階に達していない。具体的には、アナログニューロン回路を作製するためには、ニューロンモデルの簡素化が必要であるが、コンダクタンスモデルで生じる同期現象を再現する簡素化モデルを作成できず、アナログ回路化が進まなかった。計画が当初計画どおりに進まない時の対応に方針転換をしたことより、「やや遅れている」と判断した。H30年度から進めているニューロンネットワークのシミュレーションを進め、想定した性能を得ることを目指す。その後アナログニューロン回路に替えて受容部回路としてArduinoを用い、出力部回路としてNVIDIA Jetson(GPU搭載の組み込み開発キット)をそれぞれ使用する。これらの製品にニューロンネットワークを組み込み、入力部、出力部でそれぞれ挙動を確認した後、これらを統合してセンサーシステムを試作する。試作したセンサーシステムに対して実際の有機溶剤蒸気をばく露させ、シミュレーションで想定した機能を実装できているかどうかを確認する。その後は検出感度、再現性などのセンサーとしての確かさの向上や適用する有機溶剤蒸気を増やすなど、実用化に向けた開発を継続する。プロジェクト1-1で予定していた印刷作業場の追加調査は日程の都合上の理由で延期した.H29年度に実施するよう計画している.プロジェクト2-1として,神経モデル素子の非線形特性を有したままで単純化することを目標としていたが,まず,現行モデルの詳細な特性を明らかにした.神経モデル素子から成る出力部から発せられる2つの出力波の周期性と同期率を確かめた.同期が確認され,その同期率はランダムパルス入力においてはガンマ分布の形状母数に依存した.周期パルス入力では同期率は低かった.ランダムパルスと周期パルスの混合波を入力すると,同期率が著しく向上するNoise induced synchronizationの挙動を示した.同時に確率共鳴現象も観察された.これらの非線形特性の一部は国際会議NCSP'17およびICCCS2016において発表した.しかし,Noise-induced synchronizationと確率共鳴現象に同時に起こす簡易神経モデルとして現行モデルと同じ分岐特性を持つCanonicalモデルを検討したが,再現しなかった.そこで,プロジェクト1-2と位置づけていた研究を先行して進めた.半導体ガスセンサーの抵抗変化を電圧の変化として記録する受容部アナログ回路を作製し,エタノールガス濃度とノルマルヘキサンガス濃度を記録した.メタン用とアルコール用の半導体ガスセンサーを用いることにより,エタノールガスとノルマルヘキサンガスの混合ガス濃度の推定実験を行い,適用できる濃度範囲に制約はあるが、ガス種ごとに濃度を推定できることを確認した。成果の一部は,国際会議SAES2016において発表した.神経モデル素子の簡約化はH29年度に引き続き取り組む.以下の理由により,やや遅れていると判断した.プロジェクト1-1を延期したことと,プロジェクト2-1の目標であるモデルの簡約化までは至らなかった.これらは遅れていると考える.その一方で,プロジェクト2-1において現行モデルの詳細な特性を明らかにした.加えて先行してプロジェクト1-2を実施し,特性の異なる複数のセンサーを同時に用いてそれらの出力を演算することで,推定可能な有機溶剤の気中濃度範囲を明らかにした.これらの成果により,「やや遅れている.」と認識している.プロジェクト1-1を延期した理由は,日程の調整ができなかったためである.以前に調査を行った印刷業の作業場の追加調査を準備していた.印刷業では気象条件(特に湿度)が大きく品質に影響するため,追加調査でも同様の季節(9月下旬)に調査を行う必要があると考えた.しかし,平成28年度は前回調査時期の日程調整が難しい状態であったので延期した.プロジェクト1-1で予定していた印刷作業場の追加調査を実施した.1週間の間作業場に滞在し,すべての有機溶剤の使用状況を確認し,ばく露量を測定した.

様々な有機溶剤を同時に使用しており,それらの中でばく露限界を超えるケースも見受けられた.混合VOC内の特定の溶剤のリスクについては既存の揮発性有機溶剤(VOC)センサーでは対応できないことも確認された.また,この調査から得られた知見は労働衛生管理上有益であるため,本年5月の第91回日本産業衛生学会において発表予定である.プロジェクト2-1「数理神経モデルの簡約化」において,平成28年度に引き続き現行モデルの詳細についてさらに検討を行い,その結果をJNNS2017においてポスター発表した.これら一連の成果を論文にまとめ,現在投稿中である.現行モデルの挙動の簡約化を検討し,積分発火型回路を2種類試作した(回路1および回路2).プロジェクト1-2「受容部の電子回路作成およびVOC測定における波形挙動の確認」回路1および回路2について,それぞれVOCばく露時の挙動を確認した.回路1はランダムパルスが発生し,VOC濃度に応じて発火数も大きくなった.しかし,ランダムパルスはガウスノイズ様では無く,ダイナミックレンジも小さかった.もう一方(回路2)は広いダイナミックレンジが得られたが,ランダムパルスが発生しなかった.いずれも受容部回路としては要求条件に満たなかった.プロジェクト2-2「出力部となるセンサーシステム用アナログニューロン回路作成」回路1用いて出力部を作成した.この出力部に模擬的に信号を入力し分岐特性を調査した.確率共鳴は確認したが,同期率が低く,ノイズ同期も確認されなかった.出力部として使用するのは適切では無いと判断した.回路2はランダムパルスが発生しないので,出力部として不適切であることが自明であり,確認は行わなかった.以下の理由により,やや遅れていると判断した.平成28年度に実施予定であったプロジェクト1-1現地調査については予定通り実施し,成果が得られた.その一方でプロジェクト2-1において設計した積分発火型回路が,受容部としても出力部としても使用できる水準に達しなかった.プロジェクト2-1「数理神経モデルの簡約化」において、H29年度に引き続き現行モデルの詳細についてさらに検討を行い、The 6th Symposium on Applied Engineering and Sciences(査読有り国際会議)で発表した。これまでの一連の成果をまとめ、Cognitive neurodynamics誌(査読有り)に投稿し、受理された。
運動誤差をアクティブ補正する超高精度スクイーズ空気軸受の実用化と特性の数値的解析

スクイーズ空気軸受は,対向する二面間(軸-軸受面)の相対的な垂直運動の振動によって,すき間内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によっ発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電素子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.本年度は,ラジアル軸受の特性を評価するために,スラスト荷重は静圧空気案内で支持し,回転力の伝達は磁気カップリングによって非接触で行う装置を製作した.この結果,ラジアルスクイーズ空気膜の特性実験を高い再現性の下で行うことができた.1.駆動振幅2μm,平均すき間13μmの場合,駆動周波数500Hz以上で,安定したスクイーズ空気膜が発生した.2.駆動周波数1000Hz,駆動振幅2μm,平均すき間9μmにおいて,空気膜の剛性は2.2N/μmであった.3.回転軸のアクティブ運動誤差補正を行った結果,補正前に5μmであった半径方向運動誤差は,完全に補正された.以上の結果,ここで提案した手法の有効性が実験的に確認された.スクイーズ空気軸受は,対向する2面間(軸-軸受面)の相対的な垂直方向の振動により,すきま内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によって発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電索子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.本年度は,スクイーズ空気軸受のラジアル軸受としての特性を評価するため,スラスト荷重は静圧空気軸受で支持し,回転力の伝達を磁気カップリングにより非接触で行うことで,回転軸を完全に浮上させることのできる装置を試作し,発生する空気膜の特性について検討を行った.その結果,発生する空気膜により,1rpmで回転する軸の非接触支持が確認された.また,回転軸の運動誤差を測定し,リアルタイムで誤差を補正するシステムを構築した.その結果,PI制御により6rpmで回転している軸の心振れ3.0μmを1.0μm以内におさえることが可能であった.この値は,駆動周波数およびその倍成分に同期した微振動の振幅を含んでいる.10Hzのローパスフィルタを通した場合の心振れば0.06μmとなった.以上の結果より,本研究で提案した,超高精度な回転軸系を可能とするアクティブスクイーズ空気軸受実現の可能性が見出された.スクイーズ空気軸受は,対向する二面間(軸-軸受面)の相対的な垂直運動の振動によって,すき間内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によっ発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電素子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.本年度は,ラジアル軸受の特性を評価するために,スラスト荷重は静圧空気案内で支持し,回転力の伝達は磁気カップリングによって非接触で行う装置を製作した.この結果,ラジアルスクイーズ空気膜の特性実験を高い再現性の下で行うことができた.1.駆動振幅2μm,平均すき間13μmの場合,駆動周波数500Hz以上で,安定したスクイーズ空気膜が発生した.2.駆動周波数1000Hz,駆動振幅2μm,平均すき間9μmにおいて,空気膜の剛性は2.2N/μmであった.3.回転軸のアクティブ運動誤差補正を行った結果,補正前に5μmであった半径方向運動誤差は,完全に補正された.以上の結果,ここで提案した手法の有効性が実験的に確認された.
アジア・カリブ開発途上地域における新興薬剤耐性菌の蔓延実態解明と包括的分子疫学

本研究は開発途上国のなかでも薬剤耐性に関する情報が特に少ないミャンマー、バングラデシュ、キューバを対象とし、新興薬剤耐性菌(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、カルバペネム耐性腸内細菌、等)の包括的な分子疫学的解析を行うことを目的とする。今年度、バングラデシュでは、大腸菌、肺炎桿菌、MRSAの解析を完了した。20142015年の1年間に分離された大腸菌233株と肺炎桿菌142株の計375株を調査した結果、メロペネム耐性率は大腸菌で8.2%、肺炎桿菌で3.5%であった。カルバペネマーゼ遺伝子は大腸菌9株(3.9%)、肺炎桿菌3株(2.1%)に検出され、blaNDM-1(大腸菌2株、系統群A、B2b;肺炎桿菌2株)、blaNDM-5(大腸菌4株、系統群A、B2a)、blaNDM-7(大腸菌3株、系統群B1、D)、blaOXA-181(肺炎桿菌1株)と同定された。一方、20152016年に分離された皮膚感染症由来の黄色ブドウ球菌430株を解析した結果、MRSA(mecA陽性)の割合は30.7%であったが、pvl陽性率は44.9%(MSSA、54.4%;MRSA、23.5%)と高かった。pvl陽性菌株はおもに3つのクローン(coa-IIIa/CC88, coa-Va/ST121, coa-VIa/ST772)により構成されており、CC88-pvl陽性MRSAはバングラデシュでの新興クローンであることが示唆された。ミャンマーでは、臨床材料および健康人鼻腔から最近分離されたS. argenteus 9株を対象とし、それらの保有する病原遺伝子とその遺伝子学的特徴、黄色ブドウ球菌との違いについて解析した。キューバでは20142018年にわたる大腸菌臨床分離株におけるESBLの分布、カルバペネマーゼ遺伝子の有無について解析し、CTX-M型ESBLの拡がりとNDM-1遺伝子の存在を明らかにした。バングラデシュ、ミャンマーではグラム陰性桿菌(大腸菌、肺炎桿菌)、黄色ブドウ球菌(MRSA)またはS. argenteusの解析が進み、論文による公表に至った。またキューバではVREの論文がすでに発表されており、大腸菌の解析も終わっているため。バングラデシュでは、腸球菌の薬剤耐性とそれに係る耐性遺伝子の種類、分布状況を解析する。ミャンマーでは、病院由来MRSAの解析を完了し、これを早期に論文公表する。キューバにおける大腸菌の研究成果を論文公表するとともに、今後アシネトバクターの分子疫学的解析を進める。本研究は開発途上国のなかでも薬剤耐性菌に関する情報が特に少ないミャンマー、バングラデシュ、キューバ等のアジア・カリブ地域を対象とし、新興薬剤耐性菌の包括的な分子疫学的解析を行うことを目的とする。今年度は研究の最初の年度として、各国の共同研究者との打ち合わせを行い、研究計画の確認と対象細菌株の収集・保管、保存菌株の分子疫学的解析を行った。ミャンマーではすでに菌株の収集が進められていた大腸菌臨床分離株、健康成人由来の黄色ブドウ球菌について解析した。大腸菌は426株中ESBL産生株は37%であり、その多くがCTX-M-15であった。カルバペネム耐性は8.2%に見られ、その耐性酵素遺伝子としてNDM-1、NDM-4、NDM-5、NDM-7、OXA-181遺伝子が同定され、そのうちNDM-5が最も多く見つかった。健康成人(食品取扱者)の鼻腔、手指に由来する黄色ブドウ球菌にMRSAはなかったが、Panton Valentine leucocidin (PVL)遺伝子が12%の菌株で陽性、TSST-1が5株で検出されたほか、すべての株がいずれか一つ以上のエンテロトキシン遺伝子を保有することが判明した。バングラデシュではマイメンシン医科大学附属病院で分離された大腸菌、肺炎桿菌、黄色ブドウ球菌の収集が順調に進み、解析が開始された。キューバでは大腸菌、アシネトバクターの収集と解析が進められている。またキューバで初めてVanA型バンコマイシン耐性腸球菌が検出された2011、2012年の菌株を再培養して解析したところ、それらが東ヨーロッパや南米の菌株に遺伝学的に近いことがわかり、外国からの伝播によりもたらされたことが示唆された。なお当初計画していたセントクリストファー・ネイビス、ラオスとの共同研究は、共同研究者側の都合で、今年度の開始は難しいことがわかり、今後あらためて検討することとした。共同研究先のバングラデシュにおいては大腸菌、肺炎桿菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)の臨床分離株の収集保管が概ね終了し、分子疫学的解析が進められている。ミャンマーでは大腸菌の収集と解析が終了し論文投稿に至った。またMRSA臨床分離株の収集と解析が行われている。キューバではバンコマイシン耐性腸球菌に関する分子疫学的解析を行ったほか、大腸菌臨床分離株の収集が行われており、解析も一部終了済みである。

今年度、バングラデシュでは、大腸菌、肺炎桿菌、MRSAの解析を完了した。20142015年の1年間に分離された大腸菌233株と肺炎桿菌142株の計375株を調査した結果、メロペネム耐性率は大腸菌で8.2%、肺炎桿菌で3.5%であった。カルバペネマーゼ遺伝子は大腸菌9株(3.9%)、肺炎桿菌3株(2.1%)に検出され、blaNDM-1(大腸菌2株、系統群A、B2b;肺炎桿菌2株)、blaNDM-5(大腸菌4株、系統群A、B2a)、blaNDM-7(大腸菌3株、系統群B1、D)、blaOXA-181(肺炎桿菌1株)と同定された。一方、20152016年に分離された皮膚感染症由来の黄色ブドウ球菌430株を解析した結果、MRSA(mecA陽性)の割合は30.7%であったが、pvl陽性率は44.9%(MSSA、54.4%;MRSA、23.5%)と高かった。pvl陽性菌株はおもに3つのクローン(coa-IIIa/CC88, coa-Va/ST121, coa-VIa/ST772)により構成されており、CC88-pvl陽性MRSAはバングラデシュでの新興クローンであることが示唆された。ミャンマーでは、臨床材料および健康人鼻腔から最近分離されたS. argenteus 9株を対象とし、それらの保有する病原遺伝子とその遺伝子学的特徴、黄色ブドウ球菌との違いについて解析した。キューバでは20142018年にわたる大腸菌臨床分離株におけるESBLの分布、カルバペネマーゼ遺伝子の有無について解析し、CTX-M型ESBLの拡がりとNDM-1遺伝子の存在を明らかにした。バングラデシュ、ミャンマーではグラム陰性桿菌(大腸菌、肺炎桿菌)、黄色ブドウ球菌(MRSA)またはS. argenteusの解析が進み、論文による公表に至った。またキューバではVREの論文がすでに発表されており、大腸菌の解析も終わっているため。バングラデシュでは大腸菌、肺炎桿菌、黄色ブドウ球菌に関する解析結果を論文としてまとめ、さらに腸球菌、アシネトバクターの収集を進める。ミャンマーでは、すでに収集を進めている黄色ブドウ球菌(MRSAを含む)のほか、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌、アシネトバクターも研究対象として臨床分離株の保管を行い、一部については分子疫学的解析を開始する。キューバにおける大腸菌臨床分離株に関する解析を年度内に行い、論文作成を目標とする。以上に加え中国の武漢市CDCからも細菌の薬剤耐性に関する共同研究を行いたいとの申し入れがあったため、その実施について検討を行う。バングラデシュでは、腸球菌の薬剤耐性とそれに係る耐性遺伝子の種類、分布状況を解析する。ミャンマーでは、病院由来MRSAの解析を完了し、これを早期に論文公表する。キューバにおける大腸菌の研究成果を論文公表するとともに、今後アシネトバクターの分子疫学的解析を進める。
判断基準の多義性解消に基づく聴覚の同時性知覚モデル構築

本研究の目的は,聴覚における2音の同時性知覚の振る舞い及び,そのメカニズムを解明し,モデル構築を行うことである。本年度は,2音の知覚的同時性の範囲(2音が物理的には非同時に始まっていても知覚的には同時に開始したように聞こえる時間差の範囲)と2音の周波数軸上の距離との関数的関係と,音圧および両耳呈示の影響について研究を進めた。1) 2音の知覚的同時性の範囲と周波数距離の関係について,2本の論文がパブリッシュされた。うち,一本は,国外の研究者が発表した論文において,本研究分野の一つの例として引用された。2) 2音の知覚的同時性の範囲と周波数距離の関係が音圧によってどのように変化するか心理物理実験を行った。その結果,2音の周波数距離が小さい場合には音圧の影響を受けないが,2音の周波数距離が大きい場合には,同時性の範囲と周波数距離の関数が平行に移動することを発見した。このことは,本研究がこれまで提唱してきた聴覚末梢系による説明と整合的なものであり,2音の同時性知覚メカニズムと聴覚抹消系とのつながりがより示唆された。3) 2音の知覚的同時性の範囲と周波数距離の関係が両耳への呈示方法によってどのように変化するかについても心理物理実験を行った。その結果,2音を両耳に分離して呈示すると,2音の周波数距離が小さい場合に,2音の周波数領域に関わらず,同時性の範囲が小さくなることが示された。この結果も,聴覚末梢系による説明と整合的なものであり,2音の同時性知覚メカニズムと聴覚抹消系とのつながりが示唆された。本研究成果によって,聴覚における2音の同時性知覚の振る舞いとその一般性への理解がすすんだものと考えられる。また,2音の同時性知覚に対する,聴覚末梢系による説明もその妥当性が上昇したものと考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,次の2つの関係に注目した。1) 2音の知覚的同時性の範囲(2音が物理的には非同時に始まっていても知覚的には同時に開始したように聞こえる時間差の範囲)と2音の周波数軸上の距離との関係。2) 2音の主観的同時点(2音が同時に開始したと知覚されるときの2音の時間差点;物理的に同時,時間差= 0と一致するとは限らない)と2音の周波数との関係。この2つの関係について,心理物理実験およびデータ解析を行なったところ,次の成果を得た。1) 2音の知覚的同時性の範囲と周波数距離の関係が,周波数領域が異なる場合にどのように変化するのか,新たに記述した。この関係の一部が,聴覚の臨界帯域幅によって説明できることから,同時性知覚メカニズムには聴覚抹消系が関わっていることが示唆された。2) 2音の主観的同時点は,2音の周波数によらず一定であることを,新たに記述した。この振る舞いは,聴覚処理経路の最初の段階である,蝸牛で生じる群遅延現象と相容れないものであることから,蝸牛以降の神経処理において2音の同時性が修正されていることが示唆された。以上の成果から,本研究が提唱する聴覚の同時性知覚モデルが進展し,より精緻,かつ生理学的な裏付けに基づくものとなった。また,本研究は同時性判断の多義性を解消するために,同時性知覚と融合知覚を切り分ける手法を開発している。本年度は,融合知覚の振る舞いについて次の知見を得た。1) 2音の知覚的な融合は目を閉じた場合に阻害される。2) 2音の知覚的な融合は従来知られてきたよりも,よく起きている。以上の知見は,同時性知覚を測る手法の向上に役立つ情報となる。・聴覚における2音の同時性知覚の振る舞い,および,理論的背景について,順調に知見を積み重ねている。・同時性の範囲とともに,主観的同時点も新たな分析指標として加えた。・ただし,本研究が提唱する同時性知覚の説明理論に,一部不明点があることがわかった。

その結果,2音を両耳に分離して呈示すると,2音の周波数距離が小さい場合に,2音の周波数領域に関わらず,同時性の範囲が小さくなることが示された。この結果も,聴覚末梢系による説明と整合的なものであり,2音の同時性知覚メカニズムと聴覚抹消系とのつながりが示唆された。本研究成果によって,聴覚における2音の同時性知覚の振る舞いとその一般性への理解がすすんだものと考えられる。また,2音の同時性知覚に対する,聴覚末梢系による説明もその妥当性が上昇したものと考えられる。・聴覚における2音の同時性知覚の振る舞い,および,理論的背景について,さらに知見を積み重ねていく。・なお,これまで明らかになった不明点からより効率的に理論的背景を探ることが可能となった。29年度が最終年度であるため、記入しない。
公的統計データを用いた領域横断的格差研究の実施と教育

公的統計データの中でも「就業構造基本調査」「国民生活基礎調査」「社会生活基本調査」「国勢調査」のデータを用いた研究を行った。「就業構造基本調査」と「国民生活基礎調査」を用いたデータ分析からは、日本における学歴同類婚の趨勢が示され、近年になるにつれて夫婦の学歴の関連が弱まっていることが明らかになった。「国勢調査」のデータ分析からは、学歴同類婚の趨勢が都道府県別に明らかにされた。分析からは、都道府県間の違いよりも出生コーホートによる違いが大きいことが明らかになったが、このトレンドと地域差の両方についてさらなる分析から検討することが課題として残った。「就業構造基本調査」を用いたデータ分析からは、社会経済的地位尺度と社会的地位尺度が作成され、これまで日本の階層研究で用いられていた職業威信スコアとの比較が行われた。成果については英文雑誌に投稿された。また、「社会生活基本調査」のデータ分析から、社会的地位が階級の影響を統制しても女性の主観的健康に影響をあたえるという結果を確認することができた。また親子の社会的活動の関連についての分析も行われた。「国民生活基礎調査」を用いた分析からは、母子世帯と父子世帯の比較がその原因別(離別・死別・未婚)に行われた。その結果、母子世帯の子供のウェルビーイング(健康や教育)に対する因果効果が確認されたものの、父子世帯の因果効果は逸脱行動についてのみしかみられないことが明らかになった。これらデータ分析はほぼ終わり、英文論文を執筆した。また、健康に関する英文論文執筆した。分析計画を慎重に練った上でデータ申請を行い、分析を行っているため、分析は比較的短時間で終わり、当初の予定以上に海外論文への複数の投稿が進んでいる。また新たな着想からデータ分析計画を立て、申請を行う準備もできている。分析を通じて明らかになった新たな着想からデータ分析計画を立てており、申請を行う準備もできている。統計法改正後にまとめてデータを申請する予定であるが、データが利用できるようになるまでにプログラムについては前もってある程度作成し、速やかな成果の発表を試みる。2018年度執筆した論文について、英文論文掲載・オープンアクセスによる公開のタイミングが遅れたため、次年度に刊行を目指す。したがって、2019年度の計画に大きな影響はなく、英文による成果の報告と公開を目指す。
歯の再生を目指した新規小分子化合物による歯原性上皮細胞分化誘導法の開発

国民の再生医療に対する期待は高く、歯科領域においても、歯の再生技術の開発が注目されている。本研究は、歯の再生の実現化に向け、臨床応用可能なヘッジホッグ(Hh)シグナル作動小分子化合物を用いた歯原性細胞制御技術開発を目的とする。本年度は、昨年度で解析した歯原性上皮細胞での結果をふまえ、歯原性間葉細胞の増殖にどのような影響を与えるかを、象牙芽細胞特異的マーカー遺伝子であるDentin Sialophosphoprotein (Dspp)を指標として検討した。歯原性間葉細胞株mDP培養培地に小分子化合物を添加、4日間培養後のRNAを回収し、リアルタイムPCR法を用いてDspp遺伝子の発現変化を解析した。その結果、小分子化合物はDsppの遺伝子発現を増強させた。象牙芽細胞と間葉系幹細胞より分化する骨芽細胞は類似した分化様式をもつ。そこでRunx2、Ostrix/Sp7、Osteopontinといった骨芽細胞分化マーカー遺伝子の発現も検討したところ、有意な遺伝子発現変化は認められなかった。以上の結果より、小分子化合物は歯原性間葉細胞に対し象牙芽細胞分化誘導能を有していることが示された。生体内での硬組織の添加には象牙芽細胞による基質の石灰化が必須と考えられる。そこで小分子化合物の石灰化誘導能を検討するため石灰化誘導培地に小分子化合物を添加した培地を用い、5日間培養した。培養細胞は細胞外に沈着したカルシウム沈着の染色するため,アリザリンレッド染色を行なった。その結果、小分子化合物が強力に石灰化誘導に作用していることが示された。本研究で用いた小分子化合物の特性は、歯の再生に応用可能な基盤的知見となり、発生段階でSHHが重要な役割を演じる他の器官(毛根、味蕾、神経、唾液腺、乳腺、腎臓、肺等)の再生にも応用可能であり、歯を含めた再生医療技術の開発に繋がることが期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。近年、幹細胞を用いた組織再生法の臨床応用が現実的となり、歯科領域においても、歯の再生技術の開発が注目されている。エナメルは生体で最も堅く、歯の機能に必須の硬組織である。エナメル形成には歯原性上皮細胞から分化したエナメル芽細胞が必須であるが、完成した歯にはエナメル芽細胞は存在しない。しかし、智歯は思春期頃に完成する為、歯冠完成前に抜去する事で歯原性上皮細胞を調達できる。我々は、将来歯の再生に必要な歯原性上皮細胞を効率的に増殖させ、さらにエナメル芽細胞へ分化誘導させる研究を計画した。本研究は歯の発生に重要な分子であるSHHに着目して解析を行った。歯原性上皮細胞株に、Hh作動小分子化合物を刺激し、遺伝子発現変化を指標とし、エナメル芽細胞分化誘導能を検討すると、エナメル芽細胞分化マーカー遺伝子の発現亢進を確認した。次に、生体に近い条件でのエナメル芽細胞分化能を評価する為、マウス胎仔の歯胚を用いた器官培養系を利用した。同小分子化合物を器官培養液に添加すると、歯胚においてもエナメル芽細胞分化マーカー遺伝子の発現が亢進した。以上の結果より、我々が用いた小分子化合物は歯原性細胞に対してエナメル芽細胞分化誘導能を有することが明らかとなった。さらに小分子化合物がエナメル芽細胞分化を誘導する分子機構を解明する為、シグナル活性化の探索を行ったところ、ERK1/2の活性化を引き起こした。今後、本小分子化合物の詳細な分子機構を解明し、歯の再生の基盤研究として発展させていきたい。本研究で得られる知見は発生段階でSHHが重要な役割を演じる他の器官(毛根、味蕾、神経、唾液腺、乳腺、腎臓、肺等)の再生にも応用可能であり、歯を含めた再生医療技術の開発に繋がることが期待できる。

そこで小分子化合物の石灰化誘導能を検討するため石灰化誘導培地に小分子化合物を添加した培地を用い、5日間培養した。培養細胞は細胞外に沈着したカルシウム沈着の染色するため,アリザリンレッド染色を行なった。その結果、小分子化合物が強力に石灰化誘導に作用していることが示された。本研究で用いた小分子化合物の特性は、歯の再生に応用可能な基盤的知見となり、発生段階でSHHが重要な役割を演じる他の器官(毛根、味蕾、神経、唾液腺、乳腺、腎臓、肺等)の再生にも応用可能であり、歯を含めた再生医療技術の開発に繋がることが期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。歯原性上皮細胞株を用い、小分子化合物が遺伝子発現に与える変化の解析に関して、至適濃度、作用時間、細胞状態の検索に時間がかかった。また、マウス胎仔より安定した歯胚採取、器官培養技術の獲得により、器官培養系を利用し、小分子化合物が培養歯胚に与える遺伝子発現変化の解析が進行した。小分子化合物の歯原性上皮細胞増殖・分化の分子機構の解明に向けて、Wnt、Bmp、MAPKシグナル伝達経路に注目しWestern blotting法を用いて解析を行う。また、マウス歯胚器官培養系を用いて、小分子化合物が歯胚形成において、形態、歯冠の大きさ、分化速度に与える影響について、遺伝子発現や形態変化をモニターし解析を進める。また、小分子化合物存在下で培養されたマウス歯胚の組織切片を作製し、HE染色にて組織学的な検討を行うと共に分化、増殖マーカータンパク、シグナル伝達分子群に対する抗体を用いた免疫組織染色を行う。