hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酵母系を用いたインフルエンザウイルス転写・蛋白質合成機構の分子遺伝学的解析

本研究の目的はインフルエンザウイルスの転写、翻訳系を酵母細胞内で再現することであった。本年度はGST融合蛋白質としてインフルエンザウイルスの転写関連蛋白質を酵母内で発現させ、その動態を解析した。この結果をふまえ、同ウイルスの転写・翻訳系を酵母細胞内で再現することに成功した。具体的な実験結果は以下の通りである。1)強力な酵母由来のプロモーターを利用して、3つのインフルエンザウイルス複製・転写関連蛋白質を酵母内で同時に発現させた。これらの蛋白質はGST(グルタチオン-S-トランスフェラーゼ)との融合蛋白質として発現させており、グルタチオンカラムで発現蛋白質を精製できた。発現した蛋白量は細胞あたり100分子程度とわずかであったが、本来の宿主細胞の場合と同様、3つの蛋白質がコンプレックスを形成することを示した。2)この3つの蛋白質に加え、ワクシニアウイルスVP39蛋白、インフルエンザウイルス由来RNA結合蛋白質NP、および鋳型RNAを同時に酵母細胞に導入した。鋳型RNAはルシフェラーゼ遺伝子の相補遺伝子であり、両端にインフルエンザウイルス複製転写プロモーターを持つ。このとき、ルシフェラーゼの活性の有意な上昇が検出された。これは鋳型RNAからの転写、翻訳が酵母細胞内で起こったことを示している。本実験の結果からインフルエンザウイルスの(少なくとも)転写反応は酵母内で再現できる可能性を示した。今後この効率を上げることができれば、酵母の強力な遺伝学的解析技術により、宿主因子の解析や転写複製メカニズムの解析にパワフルな研究手段となることが期待される。
刺激に応答する物質輸送システムの開発に関する研究

本年度は抗生物質に類似したイオン輸送能をもつクラウンエーテル類の光によるコントロールを中心に研究した.クラウンエーテル類はアンモニウムイオンと強い錯体を形成する.この性質を反映して,アゾ基の両端に18-クラウンー6とアンモニウム基をもつクラウン化合物は興味ある光応答挙動を示す.トランス体の時には,クラウン環とアンモニウム基は分子内で錯化できないが,紫外線照射により生成するシス体は適当なスペーサーが存在すると分子内錯体を形成する.トランス体は通常のクラウンエーテルと同様にアルカリ金属イオンに親和性を示すが分子内錯化したシス体はアルカリ金属イオンに対する親和性が全く消失することが明らかとなった.この光刺激によるトランスーシスの可逆的変換を利用して,光によるイオン抽出のコントロールや膜を横切るイオンの透過速度のコントロールが可能となった.特に「光でイオンを集める」という現象は,光制御系の新概念として興味深い.クラウンエーテル類の認識機能は,クラウン環径とゲストとなるイオンのサイズの適合性に一義的に支配される.したがって,クラウン環内に立体障害となるスペーサを導入しておけば,ゲストの接近は妨げられる.これに対し,スペーサを外部よりの刺激で除去すれば,クラウンエーテル本来の機能が回復する.このような予測に基づいてアゾ基を環内にもつクラウンエーテルを分子設計した.期待されたように,トランス体はNa^+に対し全く親和性がないが,アゾ基を光異性化して取り除いたシス体はNa^+と10^4M^<-1>の会合定数を与えた.この光応答性クラウンエーテルをキャリヤーとする膜は, Na^+の透過速度を光でコントロールすることが可能であった.すなわち,暗条件下ではNa^+は全く輸送されないが,紫外光照射下ではジベンゾー18-クラウンー6よりも速い輸送速度が観察された.本年度は抗生物質に類似したイオン輸送能をもつクラウンエーテル類の光によるコントロールを中心に研究した.クラウンエーテル類はアンモニウムイオンと強い錯体を形成する.この性質を反映して,アゾ基の両端に18-クラウンー6とアンモニウム基をもつクラウン化合物は興味ある光応答挙動を示す.トランス体の時には,クラウン環とアンモニウム基は分子内で錯化できないが,紫外線照射により生成するシス体は適当なスペーサーが存在すると分子内錯体を形成する.トランス体は通常のクラウンエーテルと同様にアルカリ金属イオンに親和性を示すが分子内錯化したシス体はアルカリ金属イオンに対する親和性が全く消失することが明らかとなった.この光刺激によるトランスーシスの可逆的変換を利用して,光によるイオン抽出のコントロールや膜を横切るイオンの透過速度のコントロールが可能となった.特に「光でイオンを集める」という現象は,光制御系の新概念として興味深い.クラウンエーテル類の認識機能は,クラウン環径とゲストとなるイオンのサイズの適合性に一義的に支配される.したがって,クラウン環内に立体障害となるスペーサを導入しておけば,ゲストの接近は妨げられる.これに対し,スペーサを外部よりの刺激で除去すれば,クラウンエーテル本来の機能が回復する.このような予測に基づいてアゾ基を環内にもつクラウンエーテルを分子設計した.期待されたように,トランス体はNa^+に対し全く親和性がないが,アゾ基を光異性化して取り除いたシス体はNa^+と10^4M^<-1>の会合定数を与えた.この光応答性クラウンエーテルをキャリヤーとする膜は, Na^+の透過速度を光でコントロールすることが可能であった.すなわち,暗条件下ではNa^+は全く輸送されないが,紫外光照射下ではジベンゾー18-クラウンー6よりも速い輸送速度が観察された.
「博物館学」の知の導入と連携による公園の博物館的機能展開手法の開発に関する研究

本研究は、博物館と公園との重複傾向を踏まえ、公園における博物館的機能の充実を図ることを目的としている。博物館と公園の機能の相違を博物館的機能(収集、保存、調査研究、展示、教育)及び公園的機能(レクリエーション、環境保全、景観形成、防災)の観点から整理して、役割分担と連携について検討し、都市公園における博物館的機能導入は「園内資源の保全と活用による、公園としての価値及びサービスの向上を通じた社会貢献」であることを提示して具体的な展開手法案を提案した。博物館と公園は、各々従来からの機能に加えて、観光振興、地域活性化、教育、コミュニティ形成など幅広い役割を担うことが期待され、空間的にも機能的にも重複が進んでいる。本研究は、博物館と公園との関連性を整理し、補完と連携のあり方を追求することによって、公園における博物館的機能の充実を図り、公園管理運営の現場で展開できる手法を開発することを目的としている。具体的には、まず、博物館の公園化と公園の博物館化の現状を把握したうえで、利用者ニーズを探りつつ問題点と課題を抽出する。次いで、博物館と公園の関連性と役割分担について明らかにする。以上を踏まえて、都市公園における博物館的機能充実のあり方を検討し、実際の公園管理運営現場で取り込むことができる手法を開発することによって、公園管理を通して広く市民に貢献しようとするものである。20年度においては、文献調査、資料収集、公園的機能を有すると考えられる博物館及び博物館類似施設、並びに博物館的機能を有すると考えられる都市公園を中心として事例の現地調査及びヒアリング等を実施することにより、公園と博物館の空間的・機能的重複について把握し、課題を探った。その成果として、公園と博物館の双方で指定管理者制度導入が進むなかでの機能評価の課題を整理し、また国営公園について、インタープリテーション等博物館的機能の展開、サクラの植栽現況あるいは地域野生植物の保全・増殖と情報発信、ボランティア活動者の意識、イベント広報チラシ等に焦点を当て、それぞれ論文発表を行った。21年度においては、20年度に行った博物館等及び公園に関する定義・概念・機能についての整理を踏まえ、引き続き事例収集と代表的事例(民家園や自然生態園などの野外博物館、緑地など外部空間を活かした美術館、ガイドツアー等のプログラムを実施している博物館や公園など)のヒアリング調査を実施した。また、これまでの研究の成果として、博物館領域と公園領域の重複の背景と課題、公園的施設としての野外博物館の可能性と課題、国営公園における展示施設の現況と課題、国営公園と博物館のボランティア意識比較、市民参加展示、国営公園内の民家園を活用した歴史・文化学習の取り組みなどについて、論文発表等を行った。博物館と公園は、各々従来からの機能に加えて、より幅広い役割を担うことが期待され、空間的にも機能的にも重複が進んでいる。22年度においては、2021年度から引き続き参考事例となる博物館及び公園等の現地調査及びヒアリングによる事例収集、博物館の公園化と公園の博物館化の現状把握に努めるとともに、これまでの成果を総括し、博物館と公園のそれぞれにおける機能の相違を博物館的機能(収集、保存、調査研究、展示、教育)及び公園的機能(レクリエーション、環境保全、景観形成、防災)の観点から整理して考察し、役割分担と連携について検討した。その上で、今後、都市公園において博物館的機能を適切に展開していくことを念頭に、都市公園における博物館的機能導入の目的は「園内資源の保全と活用による、公園としての価値及びサービスの向上を通じた社会貢献」であることを提示し、その展開方法を、展開の流れ(フロー)、展開手法の構成(機能、手法の種類、実施手段)として整理し、具体的な展開手法案を自然的資源の活用、歴史文化的資源の活用、技術資源の活用、の観点から提案した。また、実際の都市公園の管理運営現場での展開として、国営昭和記念公園において品種保存されている花ハスについて、博物館的機能の展開手法として展示を試行した。
高次運動野における運動意志の表出と行動の概念形成

高次運動野の機能理解のために、その最も本質的な機能である運動意志の表出過程のメカニズムについて研究を進めた。行動下の霊長類動物(日本ザル)の高次運動野に属する複数領域から、細胞活動を記録解析する手法で実験研究を行った。研究は順調に進捗し、成果が得られた。動作の企画に際して、複数の情報が必要な条件設定における情報処理機構を運動前野について検討した。動作の目標及び動作に使用する身体部位に関する情報を、時間的に2段階に分けて,視覚指示信号によって与えた.この条件下では、2種類それぞれの情報について、指示信号の受容、指示信号から必要な情報の抽出、情報の統合、動作信号への変換、及び動作準備という他段階の過程が脳内で行われることが要求された。その際に運動前野細胞が、それぞれの段階に殿程度関与するかを、詳細に調べた。その結果、腹側運動前野の細胞は、視覚指示信号野受容及び情報の抽出に主として関与することが判明した。それに対し背側運動前野の細胞は、情報の統合、動作信号への変換、及び動作準備の過程に関与することが見出された。これらの知見は、運動前野の動作企画における機能を明らかにするとともに、運動前野における部位特異性も見出した点において、顕著な研究成果とみなされる。他方、大脳の眼球運動を支配すル高次領野である前頭眼野及び補足眼野について研究を行った。補足眼野の細胞活動は急速眼球運動の順序制御に際し、順番や時系列の情報を有することで関与することが判った。それに対し前頭眼野にはそのような細胞活動は希薄であることも判った。以上により、大脳内側の補足眼野と外側の前頭眼野の機能的差異が明らかとなった。続いて、大脳前頭前野および頭頂連合野に関しても研究を展開し、時間情報の脳内処理機構や、動作の複合的パターン生成機構、さらに動作回数の脳内表現に関しても研究成果が得られた。研究は順調に進捗し、高次運動野である大脳皮質前頭連合野においていくつかの成果が得られた。まず大脳運動前野は四肢・体幹の運動制御系とみなされていたが、運動前野の背側部と腹側部の両方において、それぞれ眼球運動にも関与する部位の存在することを見出した。皮質内微小電流刺激により、前者では方向の一定した、後者では方向収束性のサッケード運動が誘発された。日本ザルの視覚誘導性サッケード運動に先行する細胞活動を検出することができたが、その活動は同時に行う上肢の到達運動の有無によって左右される例が見られたので、眼球と上肢運動の協調に関する役割が示唆された。前頭前野においては、複数のルールに基づく動作の選択過程に、如何に関与するかを具体的に示す細胞活動を見出した。視覚対象の空間的位置の照合および形態の照合という2種類の動作選択ルールを設定し、それらのルールの双方を満足させて行うべき動作を決定する過程が、如何に行われているかを、多種類の特性を持つ細胞活動の時間的推移によって説明することができた。次にアクションプランの形成過程を解析した。行うべきアクションの要素である動作標的と、動作に用いる体部位の情報が如何に統合されて、アクションの企画に至るかという過程を詳細に調べた。そのために、動作標的と体部位の情報を、2段階に分けて視覚情報として与え、企画をうながすという行動課題を設定した。背側運動前野の細胞活動を解析した結果、まず動作目標あるいは身体部位に関する情報を抽出する細胞活動が見られた。次にそれらの情報を統合し、将来行うべきアクションを表現する細胞活動が出現することがわかった。この成果をふまえて、今後腹側運動前野や前頭前野の細胞活動の特性を比較対照しながら研究を進める予定である高次運動野の機能理解のために、その最も本質的な機能である運動意志の表出過程のメカニズムについて研究を進めた。

続いて、大脳前頭前野および頭頂連合野に関しても研究を展開し、時間情報の脳内処理機構や、動作の複合的パターン生成機構、さらに動作回数の脳内表現に関しても研究成果が得られた。本年は運動前野を中心に、大脳の高次運動野ならびに前頭前野の機能に関する研究果が得られ、国際学術誌・国際学会に発表するなど多くの研究発表を行うに至った。霊長類の運動前野は背側部と腹側部に二大別されているが、それらの機能にそれぞれどのような特徴があり、どのように異なっているかについては、未だ知見が少なかった。そこで本研究室では、動作選択を研究テーマの中心にすえ、選択を行うのに必要な情報の認知から動作の企画、さらには動作の準備から実行に至るまでの過程に背側運動前野(PMd)と腹側運動前野(PMv)がいかなる関与をするかについて研究を進めた。ニホンザルを訓練し、視覚情報を手がかりにして4種類の動作を選択する課題を行わせた。すなわち視覚信号の指示に従い、右または左手を用いて、右のターゲットまたは左のターゲットを捕捉する課題である。ターゲットの位置および使うべき手という二種類の情報を、時間的に二段階の視覚信号によって与え、行うべき動作の選択を企画させた。その課題遂行中に、大脳皮質の複数の領域から細胞活動を記録し、活動特性を比較検討した。指示信号に対する応答を解析したところ、PMvの多数の細胞においては、視覚信号がサルの眼前似設置されたスクリーンの右あるいは左に出現したという、空間的視覚情報を反映するものが多かった。それとは対照的にPMdにおいては、指示信号に対する細胞応答の多くは単なる視覚応答ではなく、捕捉すべきターゲットがどちらか、あるいは使うべき手はどちら側かを反映していた。この知見はそれぞれの領域の機能差を明確に示すものである。他方、前頭前野ならびに頭頂葉においても興味深い知見が得られ始め、さらに、多重蛍光トレーサーを用いた組織学的研究によって帯状皮質運動野と補足運動野・前補足運動野ならびに一次運動野の形成する神経回路について、新しい知見を得ることができた。本年は大脳皮質の連合野、高次運動野ならびに前頭前野の機能に関する研究果が得られ、国際学術誌・国際学会に発表するなど多くの研究発表を行うに至った。まず特筆されるのは頭頂連合野における数の概念形成に関する研究成果である。動作企画において、動作回数に基づく制御を霊長類に行わせ、その際の神経細胞の活動を記録解析した。その結果、動作回数の概念形成に相当する細胞活動を見出した。この発見はネーチャー誌に発表され、サイエンス誌に研究紹介が行われるに至った。動作選択を研究テーマの中心にすえ、選択を行うのに必要な情報の認知から動作の企画、さらには動作の準備から実行に至るまでの過程に背側運動前野(PM d)と腹側運動前野(PM v)がいかなる関与をするかについて研究を進めた。
側頭葉におけるカテゴリー化の神経機構の解明

本研究では、カテゴリー分類の神経機構を解明するために、以下の2つの実験を行った。まず、サルが顔の画像を注視する課題を実行中に、側頭葉からニューロン活動を記録した。その結果、倒立した顔画像を呈示すると、ヒトの個体などの詳細な分類情報が減少することを発見した。次に、2枚の画像の組み合わせによって報酬と無報酬のカテゴリーが決まる課題をサルに行わせ、側頭葉と傍嗅皮質のニューロン活動を記録した。その結果、同じ視覚刺激が呈示されても報酬か無報酬かのカテゴリーによって、応答が柔軟に変化した。申請者は側頭葉でのカテゴリー化の神経機構がアトラクターネットワークの一種である連想記憶モデルに基づいているものだと仮説を提唱し、それを実証するためにニューロン活動記録とデータ解析手法の開発を行う。側頭葉のニューロン集団による階層的カテゴリー化のような情報処理は、学習によって獲得された可能性がある。学習過程を調べるために、報酬によりカテゴリー境界を決め、その境界を変えたときの新たな境界を学習中のサル側頭葉のニューロン活動を記録する。本研究では、ニューロン活動記録と神経回路モデルによる神経機構(計算論)の解明と新たなデータ解析手法の開発の3本の柱で、互いにフィードバックしながら研究を進める。本年度は、サルに次の行動課題を訓練した。サルはモニターの前に座り、レバーを握ると視覚刺激が400ms間現れる。刺激が消えた後に赤色の注視点が現れ、色が緑に変わったらサルは1秒以内にレバーを放す。正しくレバーを放すことができればサルは報酬の水をもらえる。視覚刺激は白黒パターンやヒトとサルの顔画像を用いた。視覚刺激のセットは2カテゴリーに分けられ、カテゴリー1に属する刺激が提示されたときは、正しい行動をすれば報酬がもらえる。カテゴリー2の刺激が提示されたときは、たとえ正しくレバーを放しても報酬をもらえない。例えば、カテゴリー1に属する刺激セットはヒトの顔画像で、カテゴリー2に属する刺激セットは、サルの顔画像である。その結果、報酬をもらえないカテゴリー2に属する刺激が呈示された試行のエラー数が、報酬をもらえるカテゴリー1に属する刺激が呈示された試行より多くなった。これの結果、サルはカテゴリー1とカテゴリー2に属する画像をカテゴリー分類できていることを示唆している。次年度は、訓練したサルを用いてニューロン活動を記録する予定である。甲請者は側頭葉でのカテゴリー化の神経機構がアトラクターネットワークの一種である連想記憶モデルに基づいているものだと仮説を提唱し、それを実証するためにニューロン活動記録とデータ解析手法の開発を行う。側頭葉のニューロン集団による始めに大まかな分類が起こり、続いて詳細な分類が起こるような階層的カテゴリー分類の情報処理は、学習によって獲得された可能性がある。このカテゴリー分類の学習過程を調べるために、白黒のパターン画像を用いて報酬の有無によってカテゴリー分類を行ってきた。しかしながら、パターン画像ではサルにとって学習が困難であることが判明したため、今年度から容易にカテゴリー分類ができる顔画像を用いた。ヒトの顔画像とサルの顔画像と図形の画像を用いて、サルが顔の画像を注視するタスクを実行中の下側頭葉からニューロン活動を記録した。個々に記録したニューロン活動を集団として扱い、主成分分析で解析した結果、先行研究と同様始めにヒトの顔vs.サルの顔vs.図形といった大まかな分類が起こり、続いてヒトの個体やサルの表情といった詳細な分類が行われることが分かった。本研究では、さらに倒立した顔画像などの操作した画像を用いて、ニューロン活動を記録している。これによってどのような顔の画像を提示したら下側頭葉のニューロンがどのような活動をするかの知見をためることができ、神経回路モデルを構成するときに役に立つ。本年度は、下側頭葉の顔ニューロンの時間経過に関するニューロン活動と神経回路モデルの論文が採択され、出版された。このカテゴリー分類の学習過程を調べるために、顔画像を用いた。顔画像は正立画像と倒立画像、さらにサッチャー錯視を起こす目をフリップさせたサッチャー正立画像とサッチャー倒立画像を用いた。

個々に記録したニューロン活動を集団として扱い、主成分分析で解析した結果、先行研究と同様始めにヒトの顔vs.サルの顔vs.図形といった大まかな分類が起こり、次に顔の正立、倒立の分類、さらに遅れてヒトの個体やサルの表情と行った詳細な分類に関する情報が処理されることが分かった。また、サッチャー錯視を起こす顔画像を呈示したとき、応答の差が画像呈示後から280ms遅れて現れることが分かった。この結果より、サッチャー錯視の情報処理は下側頭葉以外の領野で行われている可能性を示唆した。これによってどのような顔の画像を提示したら下側頭葉のニューロンがどのような活動をするかの知見をためることができ、神経回路モデルを構成するときに役に立つ。また、本年度は、報酬無報酬のカテゴリーと画像が下側頭葉の隣の領野である嗅周皮質でどのようにして連合しているかを調べた結果が、論文として出版された。画像の変更はあったものの、サルのニューロン活動記録は順調に進んでおり、そのデータ解析も順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。白黒のパターン画像を報酬の有無でカテゴリー分類する手法は、サルにとって困難であったのが判明したため、自然にカテゴリー分類できる顔画像を提示することに変更した。今後は、ニューロン活動記録とデータ解析を引き続き行い、神経回路モデルを構成するための知見をためる予定である。
ポリオウィルスレセプタ-の構造と機能

1.ポリオウイルスレセプタ-(PVR)は3つの免疫グロブリン様ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞質ドメインから成っている膜タンパク質である。これらのドメインの一部を欠失もしくは改変してマウスL細胞で発現させ、細胞のウイルス感受性、ウイルスもしくは抗PVR抗体との反応性を調べた。(1).細胞外ドメインの改変:ヒトPVRの3つのIg様ドメインのうちN末端側のドメイン(ドメイン1)を欠失するとウイルス感受性、ウイルスあるいは抗PVR抗体D171との結合性が失われた。又ドメイン1のみを持つレセプタ-は活性を有していた。したがってこのドメインがウイルスとの結合に関与していることが明らかになった。ヒトPVRのドメイン1には2つのNーglycosylation部位が存在したがサルPVRでは存在しなかった。サルPVRのドメイン1をのみを発現させても活性を有していたことからウイルスはPVRドメイン1のタンパク質部分を認識していると思われる。(2).細胞質ドメインの改変:このドメインを欠失した変異体PVRはレセプタ-として機能した。したがってこのドメインはウイルス感染に必要な機能を持っていないと結論された。(3).膜貫通ドメインの改変:このドメインを欠失するとPVRは細胞膜表面上にとどまれなくなる。しかしこの部分をCD4やヒトインスリンレセプタ-の膜貫通ドメインと入れ換えたキメラPVRはPVRとして機能することが出来た。したがってこのドメインはPVRを膜上にとどまらせるためには重要であるが、それ以外の機能はないと考えられる。したがって現在までのところウイルスを細胞内に侵入させる機能を持つ部位は同定されていない。2.バキュロウイルス発現系を用いてPVRの細胞外ドメインを発現させた。この可溶性PVRとウイルスを反応させるとウイルスは脱殻と同様な構造変化を起こし感染性を失った。したがってPVRはウイルスの吸着のみ成らず脱殻の過程においても中心的な役割を果たしていると結論された。
有限温度量子スピン系用計算機(ハイゼンベルク・マシーン)の開発

電子スピン共鳴(ESR)は、電子スピンのダイナミクスを直接観測できる物性研究の強力な測定手段である。強相関電子系のESR研究は遅れていたが、最近、場の理論に基づく1次元量子スピン系のESR理論[1]などの新たな理論的手法が開発され、今まさに強相関系ESR研究が大きく展開しようとしている。昨年度は、我々が世界で初めて考案した有限温度強相関量子スピン系のESRスペクトルを直接数値計算する方法[2]を画像処理用言語Cgを用いてGPU(Graphics Processing Unit)を利用した電子スピン共鳴(ESR)は、電子スピンのダイナミクスを直接観測できる物性研究の強力な測定手段である。昨年度は、我々が世界で初めて考案した有限温度強相関量子スピン系のESRスペクトルを直接数値計算する方法[2]を画像処理用言語Cgを用いてGPU(Graphics Processing Unit)を利用した
自閉症者における箸操作とそれに伴う身体図式の変調過程に関する運動学的検討

前年度に引き続き,道具の身体化メカニズムを検討するために,把持対象物体である寿司サンプルへの箸操作,到達把持動作を課題とする実験を行い,その運動学的特性を検討した.本研究課題では,東アジア人の日常的な道具使用の典型例である箸操作に注目する.箸操作課題(TOOL条件),到達把持動作課題(HAND条件,統制条件)の前後に到達把持動作を行い(PREセッション, POSTセッション),それぞれの課題条件が(PREセッションと比べたPOSTセッションの)到達把持動作に及ぼす影響を検討した.その結果,把持成分の1つの指標であるプラトー時間(指間距離最大値の90%を記録した時間から指間距離最大値を記録するまでの時間)が,TOOL条件のPOSTセッションにおいてHAND条件のPOSTセッションより有意に長くなった.このことは,箸操作後の手指把持における箸操作固有の影響があり,箸操作に習熟していると考えられる日本人参加者において,箸操作と手指把持の切り替えが適切に行えないこと,あるいは,短時間の箸操作であっても身体図式が再調整されることを示唆している.また一方で,プラトー時間以外の指標において,PREセッションとPOSTセッション間の有意差は,TOOL条件だけでなく,HAND条件においても認められた.このことは,巻き寿司の食品サンプル(外見はリアルだが本物の食べ物ではない)を把持することは参加者にとって,日常的でない,習熟していない行為であった可能性がある.開始年度時の所属先異動に加え,本課題実施1年目の終わりに,実験室の変更により,装置の移動,再セットアップを行う必要が生じたため,当初の予定よりも実験実施に遅れが生じた.また,自閉スペクトラム症者の実験を当初計画していたが実施が難しい状況となった.そこで代替策として,大学生を中心に実験参加者を募集し,知能が健常範囲である成人の自閉症傾向を測定できる「自閉症スペクトラム指数(AQスコア)」に回答してもらうこととし,運動学的特性とAQスコアの関連を検討した.遅れの生じた実験実施を速やかに完了し,データ解析,考察を行い,論文執筆を行う予定である.東アジア人にとって日常的動作である箸操作について,その運動学的特性をモーションキャプチャーシステムを用いて計測した.さらに,箸操作の前後に,手指による到達把持動作を行い,前後の把持動作特性を比較することで,箸操作経験が身体図式にどのような影響を与えるかについて検討した.箸操作に習熟している定型発達の若年日本人男性(全員右利き)が実験に参加した.実験では,長さ22.5 cmの箸を使用し,把持対象物体として大きさの異なる3種類の食品サンプル(巻き寿司)を選定した.実験参加者は,3つの実験セッション,すなわち,1.手指把持動作(Pre), 2.箸操作(Tool), 3.手指把持動作(Post)を行った.把持物体はランダムに提示された.動作中に記録される,親指・人差指間(箸先端間)距離最大値を計測し,対象物体の大きさに応じた指間(箸先端間)距離調節の指標として,物体の大きさに対する指間(箸先端間)距離最大値の回帰直線の傾き値を算出した.傾き値について,Pre, Tool, Post間で有意差は認められなかった.個人ごとに,ToolとPreの傾き値の差(Tool-Pre)とPostとPreの傾き値の差を算出したところ,Tool-Preの正負符号と,Post-Preの正負符号が,参加者13名中12名で一致した.この結果は,習熟した箸利用者においても,短期的な箸操作の使用が後続の手指把持動作の把持スケーリングに影響することを示唆している.本年度より現所属となったので,実験装置のセットアップなど,実験環境の構築に時間を要することになったが,大学生を中心に実験参加者を募集し,定型発達者(男性)を対象とした箸操作・到達把持動作実験を実施した.自閉スペクトラム症者の実験も当初計画していたが,参加者募集などにおいて問題が発生し,実施できなかった.実施した定型発達者については,知能が健常範囲である,成人の自閉症傾向を測定できる「自閉症スペクトラム指数」に回答してもらった.前年度に引き続き,道具の身体化メカニズムを検討するために,把持対象物体である寿司サンプルへの箸操作,到達把持動作を課題とする実験を行い,その運動学的特性を検討した.本研究課題では,東アジア人の日常的な道具使用の典型例である箸操作に注目する.箸操作課題(TOOL条件),到達把持動作課題(HAND条件,統制条件)の前後に到達把持動作を行い(PREセッション, POSTセッション),それぞれの課題条件が(PREセッションと比べたPOSTセッションの)到達把持動作に及ぼす影響を検討した.その結果,把持成分の1つの指標であるプラトー時間(指間距離最大値の90%を記録した時間から指間距離最大値を記録するまでの時間)が,TOOL条件のPOSTセッションにおいてHAND条件のPOSTセッションより有意に長くなった.このことは,箸操作後の手指把持における箸操作固有の影響があり,箸操作に習熟していると考えられる日本人参加者において,箸操作と手指把持の切り替えが適切に行えないこと,あるいは,短時間の箸操作であっても身体図式が再調整されることを示唆している.また一方で,プラトー時間以外の指標において,PREセッションとPOSTセッション間の有意差は,TOOL条件だけでなく,HAND条件においても認められた.このことは,巻き寿司の食品サンプル(外見はリアルだが本物の食べ物ではない)を把持することは参加者にとって,日常的でない,習熟していない行為であった可能性がある.開始年度時の所属先異動に加え,本課題実施

1年目の終わりに,実験室の変更により,装置の移動,再セットアップを行う必要が生じたため,当初の予定よりも実験実施に遅れが生じた.また,自閉スペクトラム症者の実験を当初計画していたが実施が難しい状況となった.そこで代替策として,大学生を中心に実験参加者を募集し,知能が健常範囲である成人の自閉症傾向を測定できる「自閉症スペクトラム指数(AQスコア)」に回答してもらうこととし,運動学的特性とAQスコアの関連を検討した.自閉スペクトラム症者における箸操作の運動学的特性を明らかにするため,自閉スペクトラム症者(若年成人,日本人)を対象にした実験を行う予定である.合わせて,フランス人定型発達者を対象とした実験についても計画し,習慣的に箸を利用しないフランス人を対象にすることで,自閉スペクトラム症者に内在する「ぎこちなさ」と習慣化していないための「ぎこちなさ」の違いを定量的に明らかする.遅れの生じた実験実施を速やかに完了し,データ解析,考察を行い,論文執筆を行う予定である.本年度計上していた設備備品費,ソフトウェアライセンス契約費などについて,当初予定より利用額が少なくなった.翌年度分と合わせることで,データ解析のためのソフトウェア購入等が可能となる.研究実施期間中に,申請時に想定していなかった,実験室の移動があり,実験装置の解体,再構築を行う必要があったため,2018年度内での論文投稿が難しくなった.そこで,英文添削費等の費用として,上記の次年度予定額を計上する.
低温仮動的試験システムの開発と免震橋梁の低温地震応答特性の解明

地震時における低温環境下特有の諸現象を解明するためのハイブリッド型実験システムを開発した。この実験システムは橋梁や建物などの地震時挙動を検討する際に、解析対象を構造実験部分と数値実験部分に分割し、部材の挙動が数値モデル化できる部分は数値実験を、部材の挙動を実験的に明らかにする必要がある部分については構造実験を行うものである。このような実験手法はこれまで多くの成果が報告されているが、寒冷環境下で実験環境を構築した例はない。寒冷環境下では常温と比較してゴム支承、鋼部材、表層地盤などの特性が変化することが知られているが、これまでは部材単体としての検討にとどまり、構造全体として地震時の応答を実験的に明らかにした例はない。このような寒冷地に特徴的な現象を解明し地震被害を軽減することは、均衡ある国土の安全性の確保に貢献するともに、北方圏のエネルギー産出地の安全性向上に寄与する。本研究では、具体的には米国イリノイ大学で開発されたソフトウェア群(UI-SIMCOR)を応用し、これを北見工業大学が保有する低温域材料・構造実験システムに適用することで低温サブストラクチャ仮動的試験システムの構築を行う。計算部分と実験部分の制御を行うサーバを構築し、動作検証を行う小型模型実験装置を製作した前年度に引き続きシステムの改修を行った。具体的には共同利用のため学外に計算部分を設けた場合にも対応できるよう新たなサーバの構築とネットワーク環境の整備を行った。実験部分は低温域材料・構造実験システムに接続するためのシステム改修を行ったが、システム改修の過程でUI-SIMCORの最新版が配布されたため、将来の拡張性を考慮して対応に着手した。対応完了後、低温構造実験システムを利用した制震装置を有する橋梁のハイブリッド実験を実施する。本年度は低温環境下で仮動的試験システムを構築するための準備段階として、米イリノイ大学で構築されたサブストラクチャ仮動的実験システムMini-MOSTを通常の実験室で構築し、動作確認を行った。対象構造物としてH型鋼で構成された2径間1層の骨組み構造を用いた。この構造を2本の端部支柱(構造A,C)と、中間支柱と梁(構造B)の3要素に分割してモデルを構築した。構造A、構造Bは計算ノードとして構造解析プログラムFedeasLABによりモデル化し、数値演算用コンピュータにおけるシミュレーションの対象とした。構造Cは実験ノードとしてアルミ製梁供試体に置き換えた。アルミ製供試体は基部を固定し、先端は小型ロードセルを介してステッピングモータとLVDT変位計を接続し、モータとセンサ類はそれぞれモーションコントローラとA/D変換ボードを通して実験用コンピュータに接続させた。また、数値演算用コンピュータと実験用コンピュータ間のデータ交換を行い、実験全体を制御するためのpopサーバを構築するとともに、制御プログラムであるシミュレーションコーディネータを数値演算用コンピュータで同時に動作させた。上記の実験システムにより、サンプル地震波に対して数値シミュレーションと構造実験を同時に行う仮動的試験を実施した。数値解析においては数値積分法にα-Operator Splitting法を用いた。また、仮動的試験の結果の妥当性を評価するため汎用構造プログラムMIDAS/Civilでも時刻歴応答解析を行った。なお、仮動的試験装置の性能と妥当性を検証するための実験であることから、実験は線形領域で行っている。上記の仮動的試験と汎用構造解析プログラムでそれぞれ得られた動的応答量の差異は実効値で7%程度であり、仮動的試験システムが適正に動作したと判断される。次年度は任意の解析モデルに対する実験を行うとともに、試験装置を低温室内に設置して試験を実施する。
看護学生の道徳的感受性の全国調査と育成のための教育プログラムの開発

看護学生の道徳的感受性の実態と臨床現場における看護倫理上の問題の実情を把握するために、以下の2件の調査研究を実施した。1)無作為サンプリングした全国の80の看護系大学に調査を依頼し、協力の得られた16大学の3,034名の学生(1-4年生)を対象に質問紙調査を行った。調査内容は、(1)先行文献から抽出された30の看護倫理上の問題事例、(2)学年、経験した臨地実習の種類などの属性、および、(3)道徳的感受性尺度学生版(MSQNST第1版;滝沢ら, 2015)で構成した。回答状況が思わしくなかったために、協力を促す文書を再送したが、回答は266件(回収率8.7%)にとどまった。結果の一つとして、臨床場面で遭遇する倫理的問題の中で病棟のルールや患者の置かれた環境に関する問題について、その倫理的問題としての重要性を3年次でもっとも高く認識していたことが示された。道徳的感受性のスコアについては、逆に3年次がもっと低かったが、その後、4年次に進み臨地実習を経験することで高くなる傾向が示された。現在、詳細な解析を進めているところである。2)全国の660施設の病院の看護師長を対象とする質問紙調査を行った。137病院の協力が得られ、1,330部の調査票を配布した。調査内容は、(1)先行文献から抽出したスタッフ看護師の経験する道徳的苦悩をもとに構成した組織的支援に関する質問紙(大切さと実施頻度を質問)、(2)対象者の基本属性、および、(3)福井らが開発した組織風土尺度である。752部の回答が得られた(回収率56.9%)。大切さ22項目は4つの因子に分類され、小規模病院の方が第2因子の倫理的体制作りをより重要と考え、大規模病院は研修会やコンサルテーションをより実施している様子が示された。現在、これらの結果をもとに、看護教育で取り上げるべき倫理的問題事例の絞り込みとシナリオ作りを行っている。当初2019年度に予定していた看護学生の道徳的感受性に関する全国調査について、倫理的問題の認識に関する調査と併せて前倒しで行うことができた。現在、回答の回収を終え解析中である。また、看護師長を対象とする病院における看護倫理上の問題に関する調査については、すでに結果の回収と解析を終え、2019年度にその成果を国際ケア倫理学会(英国)で発表予定である。その他、2019年度の計画のための準備も概ね予定通りに進んでいる。看護学生を対象とした全国調査の解析を進め、学生の道徳的感受性や倫理的感受性に影響する要因について検討する。それらの調査結果および文献検討の結果をもとに、看護学生を対象とする模擬授業を行い、学生の道徳的感受性と倫理的感受性を高めるための教育内容、教育方法について検討する。

それらの調査結果および文献検討の結果をもとに、看護学生を対象とする模擬授業を行い、学生の道徳的感受性と倫理的感受性を高めるための教育内容、教育方法について検討する。
C型肝炎におけるDNA傷害及び遺伝子修復機構の解析

HCVによる遺伝子傷害または遺伝子修復機能に与える影響を解析するため、DNA二本鎖切断(DSB)を導入後に相同組換え(修復)が起こるとGFPの蛍光を発生する特徴を持つヒト繊維肉腫細胞株に、レンチウイルスでHCV各蛋白を発現させ35日間培養した。この各HCV蛋白発現細胞を用いて、経日的なFACS解析によりGFPの蛍光を生じた細胞数の割合から相同組換え(修復)の異常の有無を確認した。強制的にDNA傷害を誘導する系と誘導しない系の両者で実施した。各実験系でGFP陽性細胞の割合がEmpと差があるHCV蛋白が存在し、HCV蛋白によるDNA修復異常の可能性が示唆された。C型肝炎ウイルス(HCV)は、感染後、8090%もの効率で持続感染し、慢性肝炎、肝硬変を引き起こし、さらに年率7%もの高率で肝細胞癌を発生させる。本研究者らはHCV感染肝癌患者組織のHCV-RNA量を定量し、癌部では非癌部に較べ少ないことを報告した。その事実から、HCVは発癌前の肝細胞に何らかの影響を与え、肝癌発生初期に寄与することを推測した。またHCV感染肝癌組織切片について、DNA二本鎖切断を引き起こすDNA傷害の組織学的マーカーであるγH2AXの検出を実施したところ、HCV感染肝組織で非癌部と癌部両方でγH2AXが検出された。これはHCV陰性の肝組織の非癌部に較べて広範囲に検出された。この結果からHCVの感染によるDNA傷害の蓄積が、遺伝子不安定化を誘導し、発癌に寄与する可能性が示唆された。そこで我々は、HCV感染組織によって認められるDNA傷害が、どのような機序で起こされるのか解明することを目指し、HCVによるDNA傷害について、DNA修復関連蛋白の機能に焦点を当て、解析することを目的として研究を進め、まずHCV発現によるDNA傷害を検出可能な培養細胞系を下記のように構築した。Sce-1発現アデノウイルスによりDNA二本鎖切断(DSB)を導入し、その後相同組換え(修復)が起こるとGFPの蛍光を発生する特徴を持つヒト繊維肉腫細胞株にレンチウイルスでHCV各蛋白を発現させた。この各HCV蛋白発現細胞に、Sce-1発現アデノウイルスを感染させ、FACS解析により、GFPの蛍光を生じた細胞数の割合から相同組換え(修復)の異常の有無を確認する予定である。またレンチウイルスベクターにてHCV各蛋白を発現できる初代化肝細胞培養系を構築した。この細胞にDNA二本鎖切断を発生させ、DNA修復の異常の有無を確認する予定である。またHCV感染肝癌組織切片について、DNA二本鎖切断を引き起こすDNA傷害の組織学的マーカーであるγH2AXの検出を実施したところ、HCV感染肝組織で非癌部と癌部両方でγH2AXが検出され、HCV陰性の肝組織の非癌部に較べて広範囲に検出された。Sce-1発現アデノウイルスによりDNA二本鎖切断(DSB)を導入し、その後相同組換え(修復)が起こるとGFPの蛍光を発生する特徴を持つヒト繊維肉腫細胞株にレンチウイルスでHCV各蛋白を発現させ35日間培養した。この各HCV蛋白発現細胞に、経日的にSce-1発現アデノウイルスを感染させ、FACS解析によりGFPの蛍光を生じた細胞数の割合から相同組換え(修復)の異常の有無を確認した。またspontaneousな状態でHCVによる修復異常もHCV発現細胞で確認した。各実験系でGFP陽性細胞の割合がEmpと差があるHCV蛋白が存在し、HCV蛋白によるDNA傷害または修復異常の可能性が示唆された。
一塩基多型(SNPs)検出のための修飾DNAアプタマーの創製

酵素や抗体のような活性をもつDNAやRNAが試験管内選択法によって創製されている。このような機能を有する核酸分子(DNA/RNA)の更なる活性の向上や機能の多様化を狙って、タンパク質に見られる官能基を導入した修飾DNAに試験管内選択法を応用する試みがある。そのためには修飾核酸の簡便な酵素的合成法が必要である。これまでポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって複数の修飾ヌクレオチドが導入された修飾DNAの酵素的合成は困難であった。本研究では耐熱性DNAポリメラーゼが触媒するPCRの基質となる修飾TTPと修飾dCTPおよび修飾dATPを合成した。複数の修飾ヌクレオシド三リン酸を用いてPCRアッセイを行ったところ、プロピニルリンカーをもつ修飾TTPとメチルアミドリンカーをもつ修飾dCTPを同時に用いた酵素反応系が最も収率よく二重修飾DNAを与えた。また、修飾DNAの酵素的合成に適したポリメラーゼの探索を行ったところ、遺伝子進化ファミリーBに属するKOD Dash DNAポリメラーゼとVent(exo-)DNAポリメラーゼが有用であることが分かった。これらの酸素-修飾基質反応系を用いたPCRにより、ヒドロキシル基やニトリル基、アミノ基、グアニジノ基などを有する二重修飾DNAを簡便に調製できる方法を確立した。次に、アミノ基が修飾されたDNAを用いてDNAのシングルミスマッチ構造を認識するアプタマーの創製を試みた。フルマッチ二重鎖をネガティブ・ターゲット、シングルミスマッチ二重鎖DNAをポジティブ・ターゲットとした試験管内選択法により、CAミスマッチを認識するものを選択する操作を繰り返したところ、ターゲットに結合する修飾DNAの割合は、1ラウンド目では全体の2.4%に過ぎなかったが、6ラウンド終了後には26%まで増加した。今後、目的の活性を持つ修飾DNAを単離し配列解析や機能評価を行う。
船舶衝突法の不法行為法に対する独自性に関する研究

商法789条1項の定める船舶衝突より生じた債権の消滅時効の起算点の解釈および船舶衝突事件における立証の在り方について、比較法的な検討を中心として本研究を遂行してきた。3か年の研究の結果、現代の船舶衝突法においては、当事者間の損害の公平な分担というよりもむしろ、商取引の分野における問題の迅速かつ画一的な解決が優先されるべき場合もあると考えられ、船舶衝突法における法の不存在を、民法の一般不法行為法の原則によって補うのではなく、船舶衝突の実態に沿って、独自の解釈が確立される必要性があるとの考えを導くことができた。すなわち、立証責任の問題については、英米法における種々の立証責任原則を参考に、立証責任の転換を必要に応じて行い、また、時効の起算点の解釈についても、それを衝突時と解するなど、この領域では、被害者保護の要請を優先させるのではなく、迅速な問題の解決を基礎とした解釈論を展開すべきであるとの結論に至った。本研究は、.(1)船舶衝突事件における「過失」及び「過失と損害との因果関係」の立証のあり方、(2)船舶衝突債権の消滅時効の起算点の解釈の問題を課題に据え、船舶衝突法の一般不法行為法に対する独自性を探ることを目的とする。船舶衝突を規律する国内法たる商法の規定には不備な点が多い。よって、本研究を遂行することは、裁判実務および海運実務、将来の船舶衝突法制の検討に関して重要な意義を有する。本年度当初は、(1)の課題を中心に研究を進めることにし、それに必要な国内外の資料収集を中心に行うことを予定していたが、国内及び米国の大学にて資料収集を行う過程において、(2)の課題に関する資料が豊富に見つかり、この課題を優先的に扱った方が、研究目的全体の達成につき、効率的でることがわかった。そこで、本年度は(2)の課題を中心に研究を遂行することにした。船舶衝突債権の消滅時効の起算点の解釈については、平成17年に最高裁が民法724条により定めるとの解釈を示したが、1910年の衝突条約の制定過程、フランス・英米におけるこの点に関する立法の経緯、判例、さらには、わが国での学説・判例の検討及び海運実務(保険実務を含む)を調査・検討する中で、船舶衝突の一般不法行為に対する特異性を考慮すれば、この問題を民法724条により解決するのではなく、商法の解釈としてその起算点は衝突時とすることが妥当ではないかとの一応の結論を得た。そして、この成果につき早稲田大学海法研究所判例研究会にて報告を行った。しかし、この課題については、英米・フランス等の立法の経緯をもう少し深く調査が十分ではない箇所もある。他方、(1)の課題についても、本年度中に、ある程度の資料は収集を行ったが、未だ不十分であるため、次年度は、まず、それを補い、(2)の課題についての更なる研究と、この課題についての研究を重点的に進ある予定である。本研究は、(1)船舶衝突事件における「過失」及び「過失と損害との因果関係」の立証のあり方、(2)船舶衝突債権の消滅時効の起算点の解釈の問題を課題に据え、船舶衝突法の一般不法行為法に対する独自性を探ることを目的とする。昨年度は、特に(2)の課題についての資料の収集と検討を重点的に行った。資料の収集に関しては、国内の大学において資料収集を行ったが、この問題に関する論稿等が国内には十分には存在しなかったため、英国サウザンプトン大学に資料収集に出向き、資料収集を行うとともに、同大学海法研究所のNicholas Gaskell教授からも示唆を与えていただいた。収集した、わが国の文献、英米の判例および文献を参考資料として、検討を加えた結果、以下に述べる一定の考え方の方向性を見出すことができた。船舶衝突責任中、その過失および過失と損害との因果関係の立証については、一般不法行為の場合とは異なり、海上で生じることから客観的な証拠も乏しい場合もある。また、船舶は海上物品運送に用いられることから、商取引における迅速かつ画一的な問題解決の要請が働くものと考えられ、船舶衝突から生じた損害の賠償責任の帰趨は、なるべく早急に決せられることが必要である。このような点を考慮すれば、英国におけるprima facie case of negligence法理、来国におけるいわゆるペンシルヴェニア・ルールの存在意義を考慮した立証の在り方を検討する必要があるように考えられる。

今年度は、昨年度の検討成果を踏まえ、この研究のまとめとして、(2)の問題について一定の指針を提示するとともに、(1)の問題をも含めて、船舶衝突事件の特異性について、論文としてまとめることとする。本研究は、(1)船舶衝突事件における「過失」及び「過失と損害との因果関係」の立証のあり方、(2)船舶衝突債権の消滅時効の起算点の解釈の問題を課題に据え、船舶衝突法の一般不法行為法に対する独自性を探ることを目的とする。船舶衝突を規律する国内法たる商法の規定には不備な点が多い。よって、本研究を遂行することは、裁判実務および海運実務、将来の船舶衝突法制の検討に関して重要な意義を有する。本年度は、前年度までに収集した資料を用いて、(1)の検討および研究の総括の総括を中心に行った。(1)については、比較研究の対象としたアメリカおよびイギリスでは、船舶衝突事件においては、ペンシルベニア・ルールや独自の立証原則、prima facie case of negligence法理などの適用により、立証の困難さを回避するとともに迅速な事件解決を図っている。また、(2)の時効の起算点の問題についても、特にアメリカにおいては、権利失効の法理に基づき、原告が、衝突時より起算して、合理的な期間内に訴えを提起したかどうかが問題とされるだけで、たとえば、衝突の相手船不確知といった問題もここに包摂されるものと考えられる。このような比較法的な検討を背景として、現代の船舶衝突法においては、当事者間の損害の公平な分担というよりもむしろ、商取引の分野における問題の迅速かつ画一的な解決が優先されるべき場合もあると考えられることから、船舶衝突法における法の不存在を、民法の一般不法行為法の原則によって補うのではなく、船舶衝突の実態に沿って、独自の解釈が確立させる必要性があるとの結論に至った。すなわち、立証責任の問題については、英米法を参考に、立証責任の転換を必要に応じて行い、また、時効の起算点の解釈についても、衝突時とすべきであり、この領域では、被害者保護の要請を優先させるのではなく、迅速な問題の解決を基礎とした解釈論を展開すべきである。
金属における光励起電子及びコヒーレントフォノンのフェムト秒超高速分光

本研究では、金属結晶をフェムト秒(fs)パルスレーザーで光励起し、電子励起状態の緩和及び、コヒーレント光学フォノンの緩和を反射型ポンプープローブ分光法によって測定し、特に未解決の時間領域である1ピコ秒(ps)以下の電子-電子散乱と電子-格子散乱の実時間ダイナミクスを明らかにすることを目指した。本年度は、ポンプープローブ法により得られた7K-300Kの温度での金属単結晶Znの光励起電子及びコヒーレント光学フォノンによる時間分解反射率変化を、Two Temperature Model (TTM)を用いてさらに詳細に解析した。時間分解反射率変化は、パルスの自己相関関数で近似できる幅で立ち上がり、その後数100fsで緩和しており、それと同時に、Znでは周波数約2.3THz(時間周期=約440fs)のコヒーレント光学フォノンが観測された。この数100fsの緩和は、励起電子の電子-格子散乱によるエネルギー緩和であると考えられる。この反射率変化を、減衰振動(コヒーレントフォノン)と、TTMから導かれる光励起電子温度の時間変化(指数関数的な減衰)との線形結合の関数を用いてフィットしたところ、様々な温度における電子-格子散乱による励起電子の緩和時間が求められた。それらを温度の関数としてプロットしたところ、温度の上昇と共に単調に増加することが分かった。この結果は、これまで貴金属(AuやCuなど)などで得られている結果と類似のものである。さて、TTMから導かれる電子-格子散乱による電子の緩和時間は、温度に対して低温では発散し高温では温度の一次関数になる事が分かっているが、Znにおいて得られた温度依存性は、50K以下ではTTMからずれている。このずれは、低温では、「電子-電子散乱時間が電子-格子散乱時間よりも十分短い」というTTMにおける近似が当てはまらなくなる為であると考えられる。また、コヒーレント光学フォノンの減衰時間については、温度の上昇と共に減少することが分かり、これは非調和項による音響フォノンへのエネルギー緩和であると考えられる。本研究では、金属をフェムト秒(fs)パルスレーザーで光励起し、電子励起状態の緩和及び、コヒーレント光学フォノンの緩和を時間分解測定し、特に未解決の吟間領域である1ピコ秒(ps)以下の電子-電子散乱と電子-格子散乱のダイナミクスを明らかにすることを目指している。本年度は、約0.5μmの移動精度を持つ電動リニアステージを用いて、スロースキャン型ポンプ-プローブ法により、金属単結晶の光励起電子及びコヒーレント光学フォノンの観測を試みた。その結果、未だ電子-格子ダイナミクスが観測されていない遷移金属であるZn及びCdにおいて、光励起電子及びコヒーレント光学フォノンによる超高速反射率変化を測定することに成功した。光源は、波長800nm(1.55eV)、パルス幅約25fsのTi:sapphireレーザーを用いた。また、試料の温度を7Kから295Kまで変化させた。ZnやCdでは、1.55eVの光でフェルミレベル近傍でのバンド間遷移(主にL点)が起こると考えられ、非平衡電子分布が生成される。それとほぼ同時に誘導ラマン過程によりコヒーレント光学フォノンが励起されると考えられる。時間分解反射率変化は、パルスの自己相関関数でほぼ近似できる幅で立ち上がり、その後、数100fsで緩和した。それと同時に、Znでは周波数約2.3THz(時間周期にして約440fs)のコヒーレント光学フォノンが観測された。これらの時間応答を、減衰振動とTwo Temperature Model(TTM)から導かれる非平衡電子及び格子温度の時間変化との線形結合で表される関数を用いてフィットした。得られた非平衡電子の電子-格子散乱による緩和時間は7Kで約450fsであった。またコヒーレント光学フォノンの寿命は7Kで約12psであった。この電子-格子散乱の時定数は、温度の上昇とともに約600fsまで増加した。この振る舞いは、TTMモデルから導かれる電子-格子散乱時間の温度依存性(Tの一次関数で変化する)と良く一致することが分かった。

さて、TTMから導かれる電子-格子散乱による電子の緩和時間は、温度に対して低温では発散し高温では温度の一次関数になる事が分かっているが、Znにおいて得られた温度依存性は、50K以下ではTTMからずれている。このずれは、低温では、「電子-電子散乱時間が電子-格子散乱時間よりも十分短い」というTTMにおける近似が当てはまらなくなる為であると考えられる。また、コヒーレント光学フォノンの減衰時間については、温度の上昇と共に減少することが分かり、これは非調和項による音響フォノンへのエネルギー緩和であると考えられる。