hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳児における学習メカニズムの解明－社会的および非社会的刺激を用いて－

乳児を取り巻く環境は、情報に満ちあふれた複雑な世界である。そうであるにもかかわらず、乳児は驚くべき速さで、そして効率的に、世界の仕組みを学習する。乳児はどのようにして、複雑な世界から有益な情報を獲得していくのだろうか。本研究は、乳児が他者からいかに効率的に情報を獲得するかといった社会的学習のメカニズムを実証的に検討することを目的とした。研究1では、社会的学習の対象となるエージェントそれ自体が乳児の学習にもたらす影響を検討するために、12ヶ月児を対象として、ヒトとロポットの視線が乳児の物体学習に与える影響を比較した。乳児は両エージェントの視線方向を追従したが、ヒトの視線を追従するときのみ物体学習が促進されることが示された。本研究の結果から、ヒトの視線は、乳児の物体学習において強力な影響をもつことが明らかにされた。これは、発達初期におけるヒトからの学習の特異性を示唆している。研究2では、ロボットにコミュニカティブな手がかりとして音声発話を付与することによって、乳児がロポットの視線を学習に利用する可能性を検証した。その結果、乳児は音声発話といったコミュニカティプな手がかりを付与されたロポットの視線を、物体学習に利用できることが示唆された。今後教師役のロボットの設計原理を考えるうえで、この結果は一つの指針を与え、新しい学習戦略への道を開くであろう。研究3では、ヒトが情報源であったとしても、乳児が他者からの情報を区別し、特に、文化的集団のメンバーから選択的な情報獲得を行うかどうかを検討した。生後一年目までに、乳児は話者の方言を手がかりとしてコミュニティメンバーを特定し、自身の養育環境にある方言話者に対して社会的選好を示した。このような選好は、所属する文化的集団メンバーから選択的に情報を獲得する社会的、文化的学習を支えている一つの要因であるかもしれない。乳児の社会的学習に関する一連の研究において、論文が国際誌に3本、国内誌に1本採択された。また、多数の国際学会、国内学会において発表し、多くの研究者から高い評価を得ることができた。また、共同研究では、京都大学のプレスリリースとして発表され,国内外の多数のメディア(新聞・テレビ・インターネット)で取り上げられるとともに,養育者などの一般の方の関心を集めた。こうした成果から、京都大学において、たちばな賞奨励賞および京都大学総長賞を受賞することができた。したがって、計画以上の研究の進展があったと考えている。(抄録なし)乳児はどのようにして,複雑な世界から有益な情報を獲得していくのだろうか?本研究の目的は,社会的世界において幼い乳児の学習メカニズムを実証的に検討することにある。近年,乳児期初期の学習メカニズムについて注目が集まる中,理論的考察とともに実証的な研究が多くなされ,ヒトのコミュニケーション特性に基づいた学習理論が提唱されている。これらの先行研究に対し,申請者は乳児の学習においてコミュニカティブなシグナルの源がどれほど関連しているか,特に,乳児にとって,ヒトが特別な情報の源であり得るのかについて着目した。本研究では,乳児の学習が,ヒトに特別に適応しているのかどうか検証するために,ヒト以外のエージェントとして,ヒューマノイドロボットを用い,ヒトとロボットからの学習を体系的に比較した。研究1では,乳児期初期の学習において,学習の対象となるエージェントそれ自体は,乳児の学習にどのような影響をもたらすのか検討をおこなった。12ヶ月児を対象に,初期学習の形態の1つである視線追従を用いることにより,ヒトとロボットが乳児の学習に与える影響を比較した。その結果,乳児は学習において,ヒトを情報の主な源であると捉えている可能性が示された。これは,乳児はヒトから特異的に学習するかもしれないことを示唆している。研究2において,乳児は他者の視線に追従する際その先に参照物を見つけることを期待するかどうかを検証した。また,視線に対する期待はヒトに限定されているのかどうかを調べる為に,ロボットの視線と比較した。その結果,12ヶ月児はヒトの視線の先に物体が現れることを予測したが,ロボットの視線にはそのような予測をしなかった。また,10ヶ月児においては,ヒトとロボットのいずれの条件おいても物体の出現を予測できなかった。本研究の結果は,ヒトとロボットの視線に帰属する参照的性質が異なることを示唆している。乳児はどのようにして、複雑な世界から有益な情報を獲得していくのだろうか?近年、発達初期におけるコミュニケーションに基づいた他者からの学習メカニズムについて注目が集まっている(ナチュラル・ペダゴジー理論)。その中で、本研究は、乳児が他者からいかに効率的に情報を獲得するかといった社会的学習のメカニズムを実証的に検討することを目的とした。研究1では、社会的学習の対象となるエージェントそれ自体が乳児の学習にもたらす影響を検討するために、12ヶ月児を対象に、ヒトとロボットの視線が乳児の物体学習に与える影響を比較した。乳児は両エージェントの視線方向を追従したが、ヒトの視線を追従したときのみ物体学習が促進されることが示された。本研究の結果は、乳児にとって、ヒトの視線は特異的なものであり、さらにエージェントとしてのヒトの特殊性を示唆するものである。研究2では、ヒトとロボットからの影響の差異を探るために、それらエージェントの視線に帰属する参照的性質に関して検討を行った。具体的には、視線を追従する際、その先に参照物を見つけることを期待するかどうかについて、ヒトとロボットの視線からの影響を比較した。12ヶ月児はヒトの視線の先に物体が現れることを予測したが、ロボットの視線にはそのような予測をしなかった。

本研究の結果は、乳児はヒトの視線にのみ参照的期待を持つことを示唆している。研究3では、ロボットにコミュニカティブな手がかりとして音声手がかりを付与することによって、乳児がロボットの視線から学習する可能性を検証した。ロボットに音声発話を付与することで乳児のロボットに対する視線追従が促進され、さらに音声発話を加算的に付与することで、ターゲット物体に対する情報処理の促進効果が示された。音声発話が付与されたロボットは、乳児の学習に影響を与えるようになる可能性を示唆する。乳児を取り巻く環境は、情報に満ちあふれた複雑な世界である。そうであるにもかかわらず、乳児は驚くべき速さで、そして効率的に、世界の仕組みを学習する。乳児はどのようにして、複雑な世界から有益な情報を獲得していくのだろうか。本研究は、乳児が他者からいかに効率的に情報を獲得するかといった社会的学習のメカニズムを実証的に検討することを目的とした。研究1では、社会的学習の対象となるエージェントそれ自体が乳児の学習にもたらす影響を検討するために、12ヶ月児を対象として、ヒトとロポットの視線が乳児の物体学習に与える影響を比較した。乳児は両エージェントの視線方向を追従したが、ヒトの視線を追従するときのみ物体学習が促進されることが示された。本研究の結果から、ヒトの視線は、乳児の物体学習において強力な影響をもつことが明らかにされた。これは、発達初期におけるヒトからの学習の特異性を示唆している。研究2では、ロボットにコミュニカティブな手がかりとして音声発話を付与することによって、乳児がロポットの視線を学習に利用する可能性を検証した。その結果、乳児は音声発話といったコミュニカティプな手がかりを付与されたロポットの視線を、物体学習に利用できることが示唆された。今後教師役のロボットの設計原理を考えるうえで、この結果は一つの指針を与え、新しい学習戦略への道を開くであろう。研究3では、ヒトが情報源であったとしても、乳児が他者からの情報を区別し、特に、文化的集団のメンバーから選択的な情報獲得を行うかどうかを検討した。生後一年目までに、乳児は話者の方言を手がかりとしてコミュニティメンバーを特定し、自身の養育環境にある方言話者に対して社会的選好を示した。このような選好は、所属する文化的集団メンバーから選択的に情報を獲得する社会的、文化的学習を支えている一つの要因であるかもしれない。乳児の学習に関する研究において、国内の学会や他大学の研究会等で発表するとともに,現在国際誌に論文を投稿中であるため。また,来年度は,国際学会において発表が採択されているため。乳児の社会的学習に関する研究において、研究成果を国内外の学会で発表した。また、平成24年度は、3本の論文を一流の国際誌に投稿し、そのうちの2本の採択が決定した。また、来年度の国際学会において発表が採択されている。したがって、平成24年度は、計画以上の研究の進展があったと考えている。
高効率シングレットフィッション化合物の創出と励起子分裂の機構解明

本研究は、効率よくシングレットフィッション(SF)が起きる物質を開発し、それを用いて有機薄膜太陽電池の光電変換効率向上を目指すことを最終目標としているが、SFクロモファーとして電子雲が分極しやすいビラジカロイド(一重項ビラジカル種)を用いることを最大の特徴としている。。ビラジカロイド型クムレンのtBu誘導体の合成を行った。数十マイクロメートルサイズの均一な微結晶を育てることができたため、透過型顕微分光法による過渡吸収測定および蛍光寿命測定を実施した。嵩高いtBu基の導入によってエキシマ形成といった会合挙動を阻害することができたが、その蛍光強度は非常に弱く、また励起子分裂等の緩和過程は観測されなかった。時間分解過渡吸収スペクトル測定の結果について量子化学計算によって考察したところHOMO-LUMO遷移に相当する励起状態近傍に存在する禁制遷移状態(ダークステート)への内部緩和が起きていることが明らかとなった。ビスフェナレニル型分子については、各種誘導体(R = Bu, tBu, Ph)の合成法を確立し、結晶構造と光学的性質の関係を明らかにした。無置換体は結晶中でのダイマー対構造に由来するエキシマ形成によるS1の低下がSFを妨げる要因とされていたが、異なる積層様式であってもSFは起こらなかった。一方、光学密度を上げた状態(2 mW)での測定においては、高励起状態からT1への遷移が観測された(右図)。また、SFとは異なる現象として、三重項増感剤を含む溶液において2はphoton upconversionを示すことも明らかとなった。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、1光子で2つの長寿命励起子(三重項励起子)を生み出すシングレットフィッション(以降、SF)という励起子分裂現象を用いて有機薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させることを最終目標とし、そのために高効率でSFを引き起こす物質の開発とSFの機構解明を行うことを研究目的としている。新規SFクロモファーの設計にあたり重要な概念になるのが、化合物の一重項ビラジカル性である。ビラジカロイド化合物は基底状態における一重項ビラジカル性により励起三重項状態がエネルギー的に低くなり、SFを引き起こすための最も基本的な条件であるE(S1)2E(T1)のエネルギーマッチング条件を満たす。H27年度は、分子内に特徴的な骨格を有する3つのタイプの新規ビラジカロイドの開発に注力した。1つ目は、分子内にo-キノイド構造を有する分子(シグマレン)である。現在、最終目標化合物の前駆体まで合成が完了し、脱水素反応により目標化合物の単離を試みている。2つ目は、フルオレニルをアセチレンで接続した分子で、合成・単離に成功し、過渡吸収測定により結晶状態におけるSFの検証を行ったが、残念ながらSFの発現を確認できなかった。3つ目はペロピレン誘導体で、新たな合成ルート開発により、異なる置換基を有する様々な誘導体の合成・単離に成功したが、過渡吸収測定の結果、この化合物もSFの発現を確認できなかった。H28年度は、一分子内に複数個のSFクロモファーを有する化合物の合成を試み、分子内SFの発現を目指す。現在我々は、分子内に特徴的な骨格を有するビラジカロイド型SFクロモファーの開発に注力している。ペロピレンはSFのエネルギーマッチング条件を満たす有力なSFクロモファーであるが、無置換体はSFを起こさないことが明らかになっている。そこで、結晶構造を変える目的でペロピレンに置換基を導入する合成法を確立し、実際に結晶中でのパッキングを変えることにも成功した。各種誘導体の過渡吸収測定を行いSFが起きているかどうかを検証したが、今のところSFは確認できていない。また、骨格の全く異なるSFクロモファーとしてフルオレニルをアセチレンで接続した分子を設計し、合成・単離に成功した。過渡吸収測定により結晶状態におけるSFの検証を行ったが、この化合物もSFが確認できなかった。さらに、骨格内にo-キノイド構造を有する分子(シグマレン)の合成も試み、最終目標化合物の前駆体まで合成が完了した。現在、脱水素反応により目標化合物の単離を試みている。。

一方、光学密度を上げた状態(2 mW)での測定においては、高励起状態からT1への遷移が観測された(右図)。また、SFとは異なる現象として、三重項増感剤を含む溶液において2はphoton upconversionを示すことも明らかとなった。o-キノイド構造を有する分子(シグマレン)の合成は、引き続き単結晶状態での単離を試み、結晶構造決定ののちにSFの検証を行う。また、フルオレニルをアセチレンで接続した分子については、フルオレニル部を他の骨格に変更した化合物の合成を試み、単離後にSFの検証を行う。一方、全く新たな試みとして、SFクロモファーを分子内に複数個有する化合物の合成も試みる。分子のパッキング様式に影響を受けやすいSFの欠点を補うため、分子内SFを引き起こさせるのが狙いである。SFには太陽電池への応用以外の使い方も想定されることから、その足がかりとなる結果を得るのが目的である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞表面のガラクトースの発現制御による癌細胞の増殖抑制機構の解析

細胞が癌化する過程でβ-1,4-ガラクトース転移酵素(β-1,4-GalT)ファミリーの遺伝子発現を解析すると、Hが下がり、Vが上がることを見いだした。実際、癌細胞でβ-1,4-GalT遺伝子のHを上げる、またはVを下げると、腫瘍形成能が著しく抑制された。対照と増殖が抑制された腫瘍で細胞表面糖鎖の構造を二次元マッピング法で解析した結果、糖鎖の構造が多様に変化するため、本現象に関与する糖鎖を特定することは難しかった。そこで方針を変え、正常なマウス繊維芽細胞NIH3T3を用いて、細胞密度が飽和(100%)に達し増殖が停止する時に細胞表面のガラクトシル化やβ-1,4-GalT遺伝子の発現が変化するかどうかを解析した。その結果、細胞密度が高くなると、80K,110K,120K.160K,230Kのタンパク質でガラクトシル化が著しく亢進すること、β-1,4-GalT IIの遺伝子発現が増大することを、見いだした。そこでNIH3T3細胞にアンチセンスβ-1,4-Gal II遺伝子を導入しβ-1,4-Gal IIの発現を抑制したところ、230Kのタンパク質のガラクトシル化が著しく抑制された。こうしたガラクトースを末端にもつ糖鎖は、ガラクトース受容体と結合し、細胞の増殖制御に関与している可能性が考えられる。密度100%の細胞から細胞膜タンパク質を可溶化し、これをガラクトースを末端にもつ糖鎖を固定したカラムで分画すると、0.1Mガラクトースで溶出される画分に35Kのタンパク質が主要バンドとして得られた。これをMSで解析した結果、ガレクチン3であることが判明した。ガレクチン3は同種細胞の凝集に関与することが知られているので、ガレクチン3は細胞密度の増大に伴い亢進してくるガラクトースと結合し、増殖を制御している可能性が考えられる。細胞の癌化の過程でβ-1,4-ガラクトース転移酵素(β-1,4-GalT)ファミリーの遺伝子発現を解析すると、IIが下がり、Vが上がることを見いだした。次に癌細胞でIIを上げたりVを下げると、腫瘍形成が抑制されることを見つけた。これらの腫瘍塊から糖タンパク質を調製し、ヒドラジン分解後、遊離オリゴ糖をピリジルアミンで標識し、ODS-カラムとアミドカラムを用いた二次元マッピング法で同定した。その結果、対照の癌細胞の糖鎖は完全にガラクトシル化されているのに対して、β-1,4-GalT IIやVの遺伝子発現を元のレベルに戻した癌細胞の糖鎖にはガラクトースを欠いた複合型二本鎖、三本鎖、四本鎖が特徴的に見られた。こうした糖鎖の出現が、増殖抑制活性と相関するのか、今後の課題となった。一方細胞の増殖制御に、細胞表面のガラクトースを末端にもつ糖鎖とそれを認識する受容体が存在する可能性が考えられている。そこでマウスB16メラノーマ細胞の膜タンパク質を表面活性剤を含む溶液で可溶化し、これをヒトトランスフェリンやヒトα1-酸性糖タンパク質からシアル酸を除去しガラクトースを露出した糖タンパク質を固定したカラムで分画すると、ガラクトース結合タンパク質として33K,36K,42Kのタンパク質バンドが、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動により得られた。プロティンシークエンサーによりアミノ酸配列を解析したが、33K,36Kの一次配列は既知のタンパク質と一致せず、また42Kのタンパク質バンドはN-末がブロックされており、内部配列を解読する必要がでてきた。

遺伝子操作をした癌細胞を用いているだけではこの機構を解明するのが大変なので、正常細胞も同様に解析し比較する必要があると判断されたので、来年度の研究計画に組み入れる。細胞が癌化すると細胞表面の糖鎖の構造が変化し、これが癌細胞の増殖異常や転移に密接に関係している。この過程でβ-1,4-ガラクトース転移酵素(β-1,4-GalT)ファミリーの遺伝子発現を解析すると、IIが下がり、Vが上がることを見いだした。実際、癌細胞でβ-1,4-GalT遺伝子のIIを上げる、またはVを下げると、腫瘍形成能が著しく抑制された。対照と増殖が抑制された腫瘍で細胞表面糖鎖の構造を二次元マッピング法で解析した結果、糖鎖の構造が多様に変化するため、遺伝子操作により変化し細胞の増殖制御に関与する糖鎮を特定することはできなかった。そこで方針を変え、正常なマウス繊維芽細胞NIH3T3を用いて、細胞密度が飽和(100%)に達し増殖が停止する時に細胞表面のガラクトシル化やβ-1,4-GalT遺伝子の発現が変化するかどうかを解析した。その結果、細胞密度20%と100%の細胞を用いて解析すると、密度100%の細胞では80K,110K,120K,160K,230Kのタンパク質でガラクトシル化が著しく亢進すること、またβ-1,4-GalT IIの遺伝子発現が増大することを、見いだした。そこでNIH3T3細胞にアンチセンスβ-1,4-GalT II遺伝子を導入しβ-1,4-GalT IIの発現を抑制したところ、230Kのタンパク質のガラクトシル化が著しく抑制されることが判明した。この細胞が増殖異常を示すかどうか、現在解析を行なっている。こうしたガラクトースを末端にもつ糖鎖は、ガラクトース受容体と結合し、細胞の増殖制御に関与している可能性が考えられる。密度100%の細胞から細胞膜タンパク質を可溶化し、これをガラクトースを末端にもつ糖鎖を固定したカラムで分画すると、0.1Mガラクトースで溶出される画分に35Kのタンパク質が主要バンドとして得られた。これをMSで解析した結果、ガレクチン3であることが同定された。ガレクチン3は同種細胞の凝集に関与することが知られているので、このガレクチン3は細胞密度の増大に伴い亢進してくるガラクトースと結合し、増殖を制御している可能性が考えられる。
光の弱局在系での量子光学現象の研究

光の弱局在系での色素分子を対象とし、その非線形光学現象を調べた。(1)光の弱局在系でのレーザー動作散乱体は通常レーザー動作において損失になるためレーザー動作の敷居値を著しく上昇させる。しかし、実際には、多数の散乱体によって構成される弱局在系は光を空間的に閉じ込め、この系の中でレーザー動作が可能となる。励起光源としてQ-スイッチYAGレーザーを用い、弱局在系に置かれた色素分子を対象として、〔a〕散乱の平均自由行程、〔b〕励起光入射の幾何学的条件、〔c〕色素の濃度、などの実験条件を系統的に変化させながら色素分子のレーザー動作を調べた。これらの結果を拡散方程式似よって解析した。(2)新しい量子光学現象の可能性散乱体中に置かれた色素分子に反転分布を作り出す励起用レーザーと同時にスペクトルの狭いプローブ光を入射する2光束非線形相関法による実験を行ない、誘導放出利得の様子を調べた。この実験では、媒質中に空間的にもコヒーレンスの高い巨視的な励起状態が作り出されていることが確認され、プローブ光によってスペックルパッターンが現れることも確認された。実験結果を、媒質中の4光波混合として理論化し解析を進めている。
アルツハイマー病の血液診断法の開発に関する研究

アルツハイマー病(AD)患者のMRI画像において、ラクナー梗塞などの脳血管障害はしばしば遭遇する所見である。しかし高血圧などの血管性危険因子が直接ADの病態形成に係わっているのか、或いは血管障害を介して間接的にADの病態を修飾しているのかは明らかではない。今回、MRIを用い無症候性脳梗塞(SBI)の検出とその危険因子について検討した。「結果と考察」DSM-IVの診断基準を満たした141名のAD患者を139名の年齢と性をマッチさせた地域在住高齢者と比較した。141名のADの中で、47名(33%)にSBIが認められた。SBIを伴うADでは、SBIのないADに比して有意に年齢が高く、血漿ホモシステイン値が高値であった。年齢を補正した多変量解析では、血漿ホモシステイン値>11.4,umol/Lでは、SBIを有するodds ratioは4.2倍(95% C.1:1.7-10.5,P=0.002)に増加していた。しかし、ApoE4遺伝子、高血圧、高コレステロール血症、喫煙習慣などのvascular risk factorsは有意な危険因子ではなかった。血漿ホモシステイン値は、葉酸値と有意な逆相関を認めた。また、血漿ホモシステインは、AD発症年齢、MMSEによる認知機能、脳脊髄液タウ値、脳脊髄液アミロイド値とは相関しなかった。「結語」ADに伴うSBIは高ホモシステイン血症を危険因子としたユニークな血管障害と考えられたが、ADの直接的な危険因子とは考えにくい結果であった。血漿ホモシステイン低下療法が、ADにおける血管障害を予防する上で新しい治療戦略となる可能性が示唆された。早発性家族性ADの原因遺伝子の1つにプレセニリンー1(presenilin-1、PS-1)変異があることが知られている。我々は新規のPS-1mutationを有し、MCI段階の臨床像を観察でき、後にADへと進行した1例を経験したので以下記載する。症例は47歳の男性、大卒、某企業の研究職。家族歴として父方の祖母、父およびその同胞3人に若年から痴呆が見られ50-60歳台で死亡した。44歳時より物忘れがひどくなってきたと妻が気づくようになったが、職場ではメモを取りながら仕事をこなしており、また海外出張も一人で行なっていた。妻が心配になり精査のため国立久里浜療養所病院精神科を受診した。血圧122/81,MMSE29点(遅延再生でのみ1点失点)、IQ95(VIQ107、PIQ80)、Clinical dementia ratingは0.5。頭部MRIでは、ラクナ病変、大脳白質病変および脳萎縮はともに見られなかった。神経学的異常所見なし。末梢血白血球からDNAを抽出した。ApoE遺伝子型は3/3。APP(Exon16,17)およびPS-2(Exon3-12)上には既知の変異なし。PS-1Exon13のコドン431に、AlanineからValineへのアミノ酸置換を伴う一塩基変異(A431V)が存在しPCR-RFLP法でも確認された。母親からはかかるA431V変異を認めなかった。[^<18>F]FDG-PETによる糖代謝画像では内側側頭葉や後部及び外側頭頂葉、そして後部帯状回において糖代謝の低下を認めた。CSF/total-tau : 632.7pg/ml,CSF/pbospho-tau : 3.2fmol/mlと上昇していたが、CSF-Aβ_1-42>は正常範囲であった。

その後、認知機能障害は進行性に増悪し記憶のみならず言語理解や視空間認知にも明らかな異常が見られるようになった。初診から16ヶ月後にはMMSEは20点にまで低下し自立した生活が困難となり、この時点でProbableアルツハイマー病と診断した。近年、高血圧・糖尿病などの生活習慣病が血管性痴呆のみならず、アルツハイマー病の危険因子でもあることが指摘されている。一方、アルツハイマー病患者のMRI画像において、無症候性脳梗塞(SBI)はしばしば遭遇する所見であり、誤嚥性肺炎や転倒のリスクを高めるが、その成因については明らかではない。今回の検討では、DSM-IVの診断基準を満たした141名のアルツハイマー病患者の中で、41名(33%)にSBIが認められた。139名の年齢とを性マッチさせた地域在住高齢者を対象とした。SBIを伴うアルツハイマー病では、SBIのないアルツハイマー病に比して有意に年齢が高く、血漿ホモシステイン値が高値であった。年齢を補正した多変量解析では、血漿ホモシステイン値>11.4umol/mlでは、SBIを有するodds ratioは4.2倍(95%C.I:1.7-10.5,p=0.002)に増加していた。しかし、ApoE4遺伝子、高血圧、高コレステロール血症、喫煙習慣などのvascular risk factorsは有意な危険因子ではなかった。また、血漿ホモシステインは、発症年齢、認知機能、脳脊髄液タウ値、脳脊髄液アミロイド値とは相関しなかった。アルツハイマー病に伴うSBIは高ホモシステイン血症を危険因子としてユニークな血管障害と考えられた。血漿ホモシステイン低下療法が、アルツハイマー病における血管障害を予防する上で新しい治療戦略となる可能性が示唆された。
二光子励起顕微鏡を用いた敗血症マウス微小循環障害の生体内リアルタイムイメージング

マウス敗血症モデルを用い、微小循環における白血球-血小板-血管内皮細胞の相互作用を二光子励起顕微鏡下で生体内可視化した。盲腸壁内の後毛細管細静脈や肝類洞では、白血球の血管内皮細胞への接着、白血球への血小板接着、血小板凝集が観察できた。また、これらの反応で惹起されるNeutrophil Extracellular Traps(NETs)を可視化できた。NETsは形態学的に、anchored NETsとcell-free NETsに分類できた。組織微小血管内における白血球-血小板-血管内皮細胞の過剰な相互作用は循環障害を引き起こす可能性があり、NETsも関与している可能性が示唆された。この条件下での白血球-内皮細胞反応は二光子励起顕微鏡600倍視野(200×200マイクロメーター; field of view: FOV)で観察した後毛細管細静脈(1050マイクロメーター)内に1020/FOVの内皮細胞に接着する白血球を認めた。また、510/FOVの白血球-血小板反応を認めた。正常マウスではこれらの反応は観察されなかった。GFPマウスにLPS 20mg/kg腹腔内投与24h後の生存率は約50%であり、生存マウスも活動性低下、立毛、震えを認め、消化管微小循環(盲腸壁内の後毛細管細静脈)において白血球-内皮細胞反応及び白血球-血小板反応を認めた。二光子励起顕微鏡下生体内イメージング中に死亡するマウスでは、動静脈の血流低下、後毛細管細静脈での白血球-血小板反応及び白血球-血小板凝集塊がtoand fromovementし血管を閉塞するのが観察できた。Lpopolysaccharide (LPS)を用いたマウス敗血症モデルを用い、組織微小循環における白血球-血小板-血管内皮細胞の相互作用を二光子励起顕微鏡下で生体内リアルタイムイメージングする方法を確立できた。GFPマウスにLPS (B4) 20mg/kg腹腔内投与24h後の生存率は約50%であるが、生存マウスでは活動性低下、立毛、震えを認め、消化管微小循環(盲腸壁内の後毛細管細静脈)において高率に白血球-内皮細胞反応及び白血球-血小板反応を観察できた。さらに、核酸蛍光染色剤(SYTOX Orange)を静脈内投与することでdouble strand DNA (dsDNA)を染色・可視化できることから、白血球-内皮細胞反応及び白血球-血小板反応で惹起されるNeutrophil Extracellular Traps(NETs)を可視化できた。好中球から放出されたNETsは、1)好中球周囲の細菌をトラップする(anchored NETs)、2)好中球から離れた部位の細菌をトラップする(cell-free NETs)として生体内リアルタイムイメージングできた。さらに、anchored NETsはlinear form、reticular form、membranous form、spot-like structure formに分類できた。cell-freeNETsは、fragmented form、cotton-like structure formに分類できた。敗血症の標的臓器である、肝と肺の組織微小循環の生体内リアルタイムイメージングでは、白血球-内皮細胞反応及び白血球-血小板反応だけでなくNETsも観察され、NETsが血管内皮細胞に接着し、血栓形成の核となる可能性やNETsが白血球-血小板凝集塊の核となる可能性が示唆された。すなわち、NETsは血管内皮-血球反応と相互作用し細動脈及び細静脈閉塞による末梢循環障害を引き起こしている可能性が示唆された。消化器外科二光子励起顕微鏡を用い敗血症モデルマウスの消化管微小循環障害の生体内可視化を確立できた。敗血症時、どこでなにが起こっているかをマウスモデルでリアルタイムイメージングし、治療的介入によりこれら異常状態が改善する過程を観察する予定である。マウス敗血症モデルの消化管微小循環で生じている事象(白血球-内皮細胞反応及び白血球-血小板反応など)を定量化し、様々な治療的介入によりこれらの事象が統計学的有意差をもって減少するかどうかを検討する。研究消耗品使用状況が予定より少なかったため次年度使用額が生じないような研究費適正使用に留意する。
パソコン・グラフィックによる農業協同組合の総合的経営診断図法の開発

本報告書は、2年継続研究の最終年にあたるものであり、昨年度とりまとめた「農業協同組合の経営診断の実施状況と診断方法の概要」、で明らかにされた全国の農業協同組合の経営診断の実施状況とその診断方法の整理の上に立ち、経営診断の目的とその本来的に内包している課題について触れ、その1つの問題解決のためクラスタ-分析によって経営内容の似たもの同士の農業協同組合のグル-プ化を行い、経営診断の本来的課題の解消に接近したものである。一口に経営診断といっても、その内容は様々で、単に経営分析と区別のつけにくい面をもっている。さらに会計情報、数値情報だけでは真に経営改善に結びつくものではなく、的確な経営分析と、経営診断の上に立ち、実現可能な指導コンサルのノウハウがより以上に必要とされるのである。経営診断方法も真に経営改善に反映されるかたちで検討されなければならない。本研究の意図は、最近におけるパ-ソナル・コンピュ-タのグラフィック機能を活用して、診断結果を把握されやすいように図形化を行い、これまでとかく専門的、難解とされてきた経営診断の適用を容易にすることにあった。今回研究費補助金で導入したFMR-70HDパ-ソナル・コンピュ-タは32ビットマシンで、処理速度、画面処理などがすぐれており、フェイス・チャ-ト診断図や、クラスタ-分析に抜群の機能を発揮した。とくにフェイス・チャ-トの時間的変化に対応する診断図の動的表現については効果的であった。今後はグラフィック画面の動態化を一層おし進め、アニメ-ション的診断図形へと拡張することによって経営診断結果をさらに効率的・実践的に活用できるものと確信する。本研究課題は2年継続を予定しており、今回はその第1年目である。最終的には、パーソナル・コンピュータのグラフィック機能を活用して、農業協同組合の経営診断に関する総合的な図形表現化を目指すものである。第1年目では、まずアンケート調査を実施して、全国の各県農業協同組合中央会が行っている農協経営診断の現状を把握し、診断方法を整理・検討するとともに、鳥取県農協中央会が行っている経営診断の実例をとりあげ、フェイス・チャートおよびクラスター分析によって診断方法のち密化をはかった。経営診断実施状況に関するアンケート調査の結果では、全国で20の県農協中央会がなんらかの経営診断を実施してしており、一口に経営診断といっても、その内容は様々で、経営分析と区別のつけにくい面をもっている。さらに、、会計情報、数値情報だけでは本当の経営改善に結びつくものではない。極めこまかい経営分析と、的確な経営診断の上に立ち、その上で実現可能な指導コンサルのノウハウがより以上に必要とされるのである。第2年目には、パーソナル・コンピュータのグラフィック機能を活用して、診断結果を把握されやすいように図形化を行い、これまでとかく専門的、難解とされてきた経営診断の適用を容易にする実践的なプログラムの開発を予定している。今回導入したFMR-70HDパーソナル・コンピュータは32ビット・マシンで、処理速度、画面処理など従来からの16ビットのものと比べると数段すぐれており、若干の分析を試みたフェイス・チャートや、クラスター分析に抜群の機能を発揮した。第2年目に行う予定のグラフィック画面の動態化や、アニメーション的判断図形の開発に、技術面での基礎が揃ったといえる。最近における農業協同組合は、米の自由化問題や、内外価格差および農産物価格の全般的低迷などにより経営は停滞しており、従来から行われてきた町村内合併はもとより、最近では郡、数町村を単位とする広域再合併などにより、抜本的な経営改善が迫られている。そのため適切な改善指針が求められ、簡便で実践的な経営診断方法の開発等が要請されている。経営診断に関する研究は、これまですでに多くの分野で様々な試みがなされてきており、それなりの成果を治めてきた。

しかし、診断結果の解釈にはとかく専門的知識を必要とし、一般的に適用するにはなお困難な問題があるといえる。本研究では農業協同組合の経営診断の斬新的な方法を検討するとともに、近年急速な普及をみているパ-ソナル・コンピュ-タのグラフィック機能を活用して、経営診断結果を分り易く図形化し、農協経営診断の適用を容易にして、農業協同組合の経営改善に資することを目的としたものである。本研究は2年継続研究であり、第1年目には、各都道府県中央会が行っている農業協同組合の経営診断状況を調査し(「農業協同組合の経営診断の実施状況と診断方法の概要」、昭和63年度文部省科学研究費補助金(一般研究C)研究成果中間報告書として刊行済)、各種の診断方法を整理・考察した。続いて第2年目ではそれらの検討を踏まえて、まず診断の対象となる農協を経営内容から似たもの同士グル-プ化を行い、その上で経営診断図法の検討を行った。とくに当科学研究費で導入したFMR-70パ-ソナル・コンピュ-タのグラフィック機能を利用したフェイス・チャ-ト診断図は、とかく難解とされてきた診断作業に親しみを与える効果があると同時に、さらに診断図に動的要素を導入して、動的なアニメ-ション表現方法を試みたが、今後の一層の深化によってこの種診断方法は実践性を有することになるであろう。
日本語母語話者の視覚的単語認知過程における外来語既有知識の役割

本研究では,日本語母語話者の心的辞書における語彙知識の構造を明らかにするために,外来語(カタカナ表記語)の知識が,英単語の認知過程において,どのような役割を担うのかを検討した。一般大学生を対象として,英単語の語彙判断実験や親密度調査を行った。その結果,英語能力の高い学生ほど,英単語を認知する過程でカタカナ表記語の知識を利用することが示唆された。現在,多くの日本語母語話者は,学校教育やマスメディアなどを通して,英語に由来する多数のカタカナ表記される外来語(カタカナ単語)に囲まれて生活している。したがって,日本語母語話者の心的辞書には,英単語の音韻情報や意味情報による影響を受けたカタカナ単語の語彙知識が貯蔵されており,英語の既有知識をも考慮した単語認知過程の解明が必要とされる。本研究では,日本語母語話者の視覚的単語認知過程において,英単語に関する語彙知識が担う役割を次の3点から検討することを目的とした。(1)カタカナ単語の語彙特性の解明,(2)カタカナ単語と英単語の語義対応表の作成,(3)心的辞書機構のモデル構築に関する心理実験の実施。平成21年度は,(1)日本語語彙に含まれるカタカナ単語の語彙特性の解明として,大学生を対象に,カタカナ単語想起調査を実施した。カタカナ単語辞典・英語辞典・英語教科書・NTTデータベース日本語の語彙特性・JACET8000(大学英語教育学会)・英単語親密度表などを参照し,カタカナ単語の使用状況の変化,および近年新たに使用されるようになったカタカナ単語の語彙特性を分析した。想起調査の結果に基づき,語彙判断課題や音読課題などの心理実験の材料を選定し,実験を実施する準備を進めた。つぎに,(2)カタカナ単語と英単語の語義対応表の作成として,カタカナ単語の語義と本来の英単語の語義との対応関係を明らかにし,日英の表記および語義の対応関係を一覧できるコーパスを作成する作業を進行させた。平成22年度は,心的辞書機構のモデル構築に関する心理実験,および英単語とカタカナ単語の親密度調査を実施した。実験および調査では,一般的な英語能力を持つ日本人学生を対象として,英単語の認知過程においてカタカナ単語の語彙知識が果たす役割について検討した。課題として,英単語を刺激とした語彙判断課題と知覚的同定課題を実施した。要因として,参加者の英語熟達度(高/低),英単語の親密度(高/低)とそれらの英単語がカタカナ表記された場合のカタカナ単語親密度(高/低)を操作し,英単語およびカタカナ単語の親密度効果が生起するか否かについて検討した。実験の結果,英単語の親密度が高いほど反応が促進されるという一般的な親密度効果に加え,カタカナ単語の親密度については,逆に負の親密度効果が観察された。つまり,カタカナ単語の親密度が高いほど反応が遅延されるという結果であった。これらの結果から,少なくとも英単語を読む際に,日本人学生はカタカナ単語の知識を利用し,普段よく見慣れている親密度の高いカタカナ単語の知識ほど利用しやすく,それらの知識を利用するために,かえって英単語の認知を遅らせるという処理方略をとっている可能性が示唆された。
火山噴火史情報の収集と共有のための利用者参加型データベースシステムの構築

本研究は、火山噴火史情報の共有化・火山噴火史研究の効率化を図ることを目的として、従来、多大な労力をかけて専門家により作成されてきた露頭情報データベースを低コストかつ効率的に構築するシステムを提案し、実装及び運用までを目指したものである。本研究では、1)研究者用露頭情報データベースとして、任意のタグを自由に付与できるユーザインタフェースを備えたデータベースシステムを開発しその有効性を示し、2)一般利用者用データベースとしてジオパークを対象としたジオパークガイドアプリを開発、実地検証を行った。さらに、3)研究者・一般利用者双方の利用を想定した露頭情報データベースのモバイルアプリを開発、公開した。本研究は,火山噴火史情報の共有化・火山噴火史研究の効率化を図ることを目的として,従来,多大な労力をかけて専門家により作成されてきた露頭情報データベースを低コストかつ効率的に構築するシステムを提案し,実装および運用までを目指すものである.平成26年度は,従来型の,個人もしくは複数人の編集者が手作業で情報を整理する方式ではなく,情報に付与されたタグ(メタ情報)から,自動的にその関連性や重要性を判断し,利用者に提供する枠組みを検討した.まずは,任意のタグを自由に付与できるユーザインタフェースと,それらのタグを用いて情報の絞り込みができる機能を実装し,地質学研究室における研究資料管理のためのデータベースサービスとして運用することで,本研究の核となるタグによるデータベース管理手法の有効性を検証した.このサービスには,露頭情報に関する写真や画像だけでなく各種ファイルを取り扱える機能,複数のファイルを一括で管理できる機能,タグクラウドと呼ばれるグラフィカルなユーザインタフェースにより直感的に絞り込みができる機能を盛り込み,コンピュータの操作に不慣れな利用者であっても使いやすいものとした.さらに,一般向けの露頭情報データベースサービスとして,スマートホンで動作するモバイルアプリケーションの開発・改良を行い,ジオパークガイドアプリとの連携機能を実装した.本研究で目指すシステムの全体像は,2014年9月にインドネシアで開催されたCities on Volcanoesで発表した.またタグによるデータベース管理手法ならびにデータベースサービスを利用したモバイルアプリケーションの開発に関しては,電気情報関係学会九州支部連合大会等で発表した.本研究は,火山噴火史情報の共有化・火山噴火史研究の効率化を図ることを目的として,従来,多大な労力をかけて専門家により作成されてきた露頭情報データベースを低コストかつ効率的に構築するシステムを提案し,実装及び運用までを目指すものである.平成27年度は,26年度までに開発したシステムを,よりシームレスに利用できるようにすることを目的に,フリーのオープンソースソフトであるownCloudをベースとした,研究情報共有のためのデータベースサービスの構築を行った.このサービスではデータの共有設定を直感的に行うことができ,またWebブラウザからの利用だけでなくWindowsまたはMac等のコンピュータ上で動作する共有フォルダアプリケーションとしても利用できる.さらに,一般利用者からの情報提供を促進するために,これまで展開してきた露頭情報データベースサービス「じおログ」のモバイルアプリケーション版を開発し,AndoroidOS/iOSの双方を公開した.本研究の全体像に関して,2015年6月にチェコで開催されたIAVCEI2015で発表を行い,モバイルアプリケーションの開発に関しては,2016年3月に香港で開催されたIMECS2016で発表した.ほぼ,研究計画の予定に沿って実子しており,概ね順調に進展している.一般向け情報サイトの開発・整備ではモバイルアプリケーションの公開にまで漕ぎ着けたことは大きな進展である.一方,研究者向けのサービスに関しては,クラウドサービスの試験運用まで進んでいるものの,前年度開発したタグベースなデータベースサービスとの連携が未完了となっている.またモバイルアプリケーションを利用した検証データ収集により,ある程度のデータが集まってきている状態である.本研究は、火山噴火史情報の共有化・火山噴火史研究の効率化を図ることを目的として、従来、多大な労力をかけて専門家により作成されてきた露頭情報データベースを低コストかつ効率的に構築するシステムを提案し、実装及び運用までを目指したものである。平成28年度は、前年度までに開発し、公開を進めてきた露頭情報データベースサービス「じおログ」のモバイルアプリケーション版を使用して現地でのデータ収集ならびに改善点の検討を進めてきた。さらに平成28年4月の熊本震災後における地質情報の収集に提案システムを利用すべく、「じおログ」サービスを改良し、阿蘇ユネスコグローバルジオパーク事務局からの情報提供を受けた。その他、道路モルタル法面管理のためのデータベースとして本研究で提案したフレームワークを利用するシステムの構築も行い、本研究の成果が多方面で応用可能であることを示した。研究期間全体としての成果は、1)研究者用露頭情報データベースとして、任意のタグを自由に付与できるユーザインタフェースを備えたデータベースシステムを開発しその有効性を示したこと、2)一般利用者用データベースとして、ジオパークを対象としたジオパークガイドアプリを開発、実地検証を行ったこと、3)研究者・一般利用者双方の利用を想定した露頭情報データベースのモバイルアプリを開発、公開したこと、4)熊本震災後の地質情報管理データベースならびに道路法面管理のデータベースに応用し、本研究の成果が多方面で応用可能であることを示したことである。

本研究では、1)研究者用露頭情報データベースとして、任意のタグを自由に付与できるユーザインタフェースを備えたデータベースシステムを開発しその有効性を示し、2)一般利用者用データベースとしてジオパークを対象としたジオパークガイドアプリを開発、実地検証を行った。さらに、3)研究者・一般利用者双方の利用を想定した露頭情報データベースのモバイルアプリを開発、公開した。ほぼ、研究計画の予定に沿って実施しており、概ね順調に進展している。一般向け情報サイトの開発・整備では、次年度に予定していたモバイルアプリケーションの開発に着手しており予定以上の進み具合となっている。一方、研究者向け非公開情報管理システムにおいては、プロトタイプの試験運用まで進んでいるものの、検証のためのデータの収集量がやや少なめとなっている。28年度には,これまでに開発したタグベースなデータベースサービスをクラウド化し,より使いやすく魅力的なシステムへとするための改良を行う.さらにモバイルアプリケーション公開後の利用者からの意見をフィードバックし,さらに機能追加・改善を行う予定である.最終的には,それぞれのサービスを連携した火山噴火史電子博物館を構築し,一般公開する予定としている.パターン情報処理27年度には、これまでに開発した地質情報データベースシステム及び研究者向け地質情報管理サービスの試験運用を通して、主に利用者側からの視点による改善を行う予定である。さらにデータベースへの情報入力を容易にするための各種機能拡張を試みる。またシステムの評価検証のため、露頭情報収集を兼ねた現地調査を行う予定である。これらの結果を受け、一般利用者向けの露頭情報公開サイトとの統合を検討する。28年度には、前年度までに検討した地質情報データベース統合サービスを利用した、火山噴火史電子博物館を構築し、一般公開を目指す。最終的に、研究者・一般利用者のそれぞれの視点からのシステムの有用性に関する評価を行う。当初予定していた設備備品の見積り額よりも低価格で同性能のものが購入できたため、物品購入計画費であまりが生じたこと、また成果発表のための学会出張を3月に予定していたが、都合により日程があわず参加ができなかったことによる。26年度の研究成果から、現地調査の必要性が生じたため、露頭情報収集のための現地調査旅費およびそれに必要なモバイル機器購入に充てる予定である。
リピドキナーゼの情報伝達と小胞輸送への関与機序について分子・細胞生物学的解析

phosphoinositide(PI)3-kinaseには基質特異性からI,II,III型があり、そのII型で成体肝臓に特異的に発現する新たな分子種(PI3K-IIγ)のcDNAcloningに成功した。この分子種は1505アミノ酸からなり、C2ドメインを持分子構造であった。ノーザンプロット解析では肝臓切除後に発現が増強する特徴を示し、肝臓再生過程に深く関与することが示唆された。それゆえに欧米の多くの研究室からこのcDNAの供与の申し込みがありそれに応じたので、今後の国際共同研究の道が開けよう。我々がその分子構造の全貌を明らかにしてきたdiacylglycerol kinaseについては、この酵素の関与する反応を逆方向に触媒する。phosphatidate(PA)phosphataseの特異な脳内発現局在(脳室胚芽層)を明らかにした。さらに、PI3Kに連動して作動するPI5-phophataseのうちでsynaptojaninの脳内遺伝子発現局在を精査し、その1型はニューロンにだけ、2型は加えてオリゴデンドログリアに局在することを明らかにした。近年cDNA cloningにより分子構造が明らかにされたphospholipase Dについてはその脳内遺伝子発現局在について目下精査中である。我々が脊椎動物で初めて分子同定・発表したCDP-diacylglycerol(DG)synthaseについては、P〓代謝経路でその次の反応を触媒するphosphatidylinositol synthase(他者が同定発表)との脳内遺伝子発現局在の詳細な比較解析を発表し、CDP-DG synthaseの新たな分子種の存在を推測した。以上の新知見により、その幾つかの分子種について分子・細胞生物学的に膜輸送に関与する機構について解析する基盤が整った。代表的リピドキナーゼであるホスフォイノシチド3-キナーゼ(PI3-K)のうち、ホスファチヂルイノシトール(Ptdlns)とPtdlns4ーリン酸(Ptdlns4-P)の3位をリン酸化して、Prdlns4,5-Pをリン酸化しないものはII型と名付けられるが、これに属する新しい分子種をラット肝臓から遺伝子クローニングにより同定した。推定分子量170,972で、C端にC2ドメイン構造を含み、肝臓に特異的に発現し、肝部分切除後の再生時に発現増強がみられた。培養細胞に強制発現をさせると、ゴルジ装置の膜に強く、細胞膜と核膜に弱く局在していた。目下,I型およびIII型(ショウジョウバエで膜輸送に関与することが判明している種)のラットでの分子種を同定して、3種それぞれの発現局在・調節を精査中である。つぎに、細胞内シグナルカスケード上でPI3-K産物で活性化されるとみなされるserine/threonine型プロテインキナーゼであるAktの遺伝子発現をラット脳で精査した。胎生期脳とくに胚芽層で強く発現され、成体脳ではいずれの部位でも減弱していたが、運動神経線維を切断するとその中枢内神経細胞体で発現増強がみられた。昨年度われわれが発見したI型PI3-Kの神経切断後発現増強所見とあわせると、AktはPI3-Kとともに細胞分裂増殖だけでなく、もはや分裂しない神経細胞の軸策再生に深く関与することが判明した。また、細胞内でPIを膜間で輸送するのに重要と考えられる分子であるPITP(phosphatidylinositol transfer protein)のラット脳内遺伝子発現を精査して報告した。もう一つのリピドキナーゼであるジアシルグリセロールキナーゼ(DGK)については、オランダのvan Blitterswijk博士と共同で、DGKの分子構造と特性を遺伝子クローニングにより明らかにした。

さらに、DGKの産物であるホスファチジン酸をCDP-DGに換えるCDP-DG合成酵素の分子構造と特性を遺伝子クローニングにより明らかにして、脳、網膜、精巣で強く発現することを発表した。phosphoinositide(PI)3-kinaseには基質特異性からI,II,III型があり、そのII型で成体肝臓に特異的に発現する新たな分子種(PI3K-Hγ)のcDNAcloningに成功した。この分子種は1505アミノ酸からなり、C2ドメインを持分子構造であった。ノーザンブロット解析では肝臓切除後に発現が増強する特徴を示し、肝臓再生過程に深く関与することが示唆された。それゆえに欧米の多くの研究室からこのcDNAの供与の申し込みがありそれに応じたので、今後の国際共同研究の道が開けよう。我々がその分子構造の全貌を明らかにしてきたdiacylglycerol kinaseについては、この酵素の関与する反応を逆方向に触媒するphosphatidate(PA)phosphataseの特異な脳内発現局在(脳室胚芽層)を明らかにした。さらに、PI3Kに連動して作動するPI5-phophataseのうちでsynaptojan inの脳内遺伝子発現局在を精査し、その1型はニューロンにだけ、2型は加えてオリゴデンドログリアに局在することを明らかにした。近年cDNA cloningにより分子構造が明らかにされたphospholipase Dについてはその脳内遺伝子発現局在について目下精査中である。我々が脊椎動物で初めて分子同定・発表したCDP-diacylglycerol(DG)synthaseについては、PI代謝経路でその次の反応を触媒するphosphatidylinositol synthase(他者が同定発表)との脳内遺伝子発現局在の詳細な比較解析を発表し、CDP-DGsynthaseの新たな分子種の存在を推測した。以上の新知見により、その幾つかの分子種について分子・細胞生物学的に膜輸送に関与する機構について解析する基盤が整った。
アルミ再生工程で生じる廃棄物からの陰イオン交換体の創製と有害重金属除去への適用

平成19年度の研究内容は、主にハイドロタルサイトの陰イオン(1価および2価の陰イオン、重金属のオキソ酸イオン)に対するイオン交換序列、炭酸イオン型ハイドロタルサイトの再水和特性と重金属イオン除去への適用、希薄な重金属陰イオン種を含む水溶液からの陰イオン種の除去特性、重金属イオン種の除去におよぼすpH緩衝作用の影響、多段回分操作による重金属陰イオンの除去プロセスに関するものである。当該期間において明らかにされたことを以下にまとめた。ハイドロタルサイトの陰イオン交換序列は、主としてイオン種の価数と大きさに関連して発現すること、すなわち、イオン価数が大きくイオン径の小さい陰イオン種程、ハイドロタルサイトに良く捕捉されることがわかった。硝酸イオン型ハイドロタルサイトによる重金属イオン種の除去量が一番大きいという結果が得られた。ハイドロタルサイトによって重金属陰イオン種が捕捉される際、その除去量は水溶液中での重金属イオン種の形態に依存することが明らかになった。水溶液中で陰イオン種を形成するような条件に調整することによって、陰イオン種の除去量を増大させることが可能であった。ハイドロタルサイトが元々有するpH緩衝作用によって水溶液中の平衡pHは弱アルカリ性を示し、この現象は種々の重金属が陰イオン種を形成するプロセスにも関わることが示唆された。ハイドロタルサイトのpH緩衝作用は、主としてハイドロタルサイトの層間陰イオンの種類や量によって発現することがわかった。ハイドロタルサイトの陰イオン交換等温線の形状はラングミュアー型を示しており、多段回分操作で重金属除去操作を行った場合には段数の増加とともにハイドロタルサイトの所用量が大幅に減少出来る傾向を示した。アルミ再生工程で排出されるアルミドロス、白ダストなどの廃棄物および試薬から高い陰イオン交換容量をもつハイドロタルサイト様化合物(以下、HT)が生成する最適条件を明らかにするとともに、HTの生成反応のメカニズムを調べた。具体的には、原料の種類、反応物質の混合比率、pH、反応時間、反応温度、攪拌条件などを変化させてHTを合成し、得られたHTの粒子形状、熱物性、結晶構造、陰イオン交換特性、pH緩衝能などの諸物性を調べて、重金属イオンの除去に適したハイドロタルサイトの合成方法を確立することを試みた。(1)アルミドロスや白ダスト、その他のアルミ含有廃棄物からHTに変換されるアルミ成分を適当な酸で溶かすことによって分離し、この酸浸出液とMgCl_2廃液を用いて共沈法によりCO_3^<2->型HTを合成することが可能であった。(2)試薬および廃棄物を原料としてHTを合成したいずれの場合でも、HTの構成要素であるAl^<3+>およびMg^<2+>の沈殿率はそれぞれ100%を示した。得られたHTの陰イオン交換容量は、理論上の陰イオン交換容量と比較して約7080%の値を示した。(3)排出履歴の異なる種々のアルミドロス、白ダストおよびMgCl_2廃液を原料に用いて得られたHTは、試薬由来のHTとほぼ同じ物性を有していることがわかった。(4)層間のイオン種が異なる4種類のHTを合成し、それらを初期pH212に調整した溶液と接触させたときの平衡時のpHを測定し、HTが持っpH緩衝作用を明らかにした。