hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経発達過程におけるストレス負荷後の情動障害の発症脆弱に関わる機序解明と治療戦略

本研究では、幼児・学童期において問題視されている心理社会的ストレスを想定し、幼若期マウスに社会的敗北ストレスを負荷し、社会性行動について評価した。幼若期マウスは心理社会的ストレスに対して、成体期マウスに比べて脆弱であり、成体期まで持続する社会的行動障害を示した。社会的行動障害モデル動物としての評価系を確立できた。この動物の社会性行動障害には、グルココルチコイド受容体の活性化、モノアミン作動性神経系およびグルタミン酸作動性神経系の遺伝子発現変化に伴って、これら神経系の機能異常が関与していることが示唆された。発達過程における環境的ストレスは精神疾患の発症リスクを高める。発達過程における環境的ストレスがどのように脳機能や精神疾患の発症に影響を及ぼすかは不明である。本年度では、幼若期の実験動物に身体的暴力によるストレスとして社会的敗北ストレスを負荷し、成長後の精神機能への影響について行動学的及び神経化学的に検討した。幼若期(3週齢)および成体期(10週齢)のC57BL/6J系雄性マウスを攻撃性の高いICR系雄性マウスと物理的に接触させることにより、社会的敗北ストレス負荷マウスを作製した。幼若期における社会的敗北ストレス負荷は、成体期における精神行動障害に対する脆弱性が形成され、社会性行動障害が認められたこと、幼若期社会的敗北ストレス負荷は海馬における神経新生を低下させたこと、観察された精神行動障害および神経化学的な異常は、ストレスホルモンであるグルココルチコイドが関与していたことを明らかにした。一方、幼若期社会的敗北ストレス負荷マウスの脳内モノアミンおよびその代謝産物含量を測定したところ、前頭前皮質や側坐核におけるセロトニン代謝回転が低下しており、側坐核ではドパミン代謝回転も低下していたが、ノルアドレナリン代謝回転には影響はなかった。社会性行動障害に対する三環系抗うつ薬や選択的セロトニン再取込み阻害薬の作用を検討したところ、単回および15日間連続投与のいずれにおいても社会性行動障害に対して改善作用は認められなかった。したがって、幼若期社会的敗北ストレス負荷による社会性行動障害には、モノアミン作動性神経の機能変化が関与している可能性が示唆されたが、その障害はモノアミン作動性神経系に作用する抗うつ薬に対して抵抗性であった。発達過程における環境的ストレスは精神疾患の発症リスクを高めるが、どのように脳機能や精神疾患の発症に影響を及ぼすかは不明である。本研究では、発達過程の幼若期マウスに環境的ストレスを負荷した時の神経および精神機能に及ぼす影響について検討し、その発現機序を解明することを目的としている。平成26年度には、発達過程である幼若期に環境的ストレスとして社会的敗北ストレスを負荷したモデル動物を作製し、抗うつ薬では緩解されない社会性行動の低下が惹起されることを見出した。その低下の発現には、視床下部ー下垂体ー副腎皮質系(HPA系)が重要な役割を果たしていること、脳内モノアミン作動性神経系の機能変化が関与していることを明らかにした。平成27年度では、臨床において治療抵抗性の気分障害患者に対して治療効果を示すドパミン作動性神経系や、グルタミン酸作動性神経系に作用する化合物の、幼若期社会的敗北ストレス負荷マウスに認められる社会性行動の低下に対する反応性や、グルタミン酸作動性神経系を中心とした新たな発現機序について検討した。その結果、ドパミン作動性神経系でなく、グルタミン酸作動性神経系に作用する化合物は社会性行動の低下を緩解することを見出した。また、幼若期社会的敗北ストレス負荷マウスに認められる社会性行動の低下の発現には、NMDA受容体サブユニットのNR2Aの活性化を介したextracellular signal-regulated kinase(ERK)シグナル伝達系が関与していることを明らかにした。平成28年度では、幼若期社会的敗北ストレス負荷後の神経組織学的変化やエピジェネティックな発現変化を検討し、これまでに見出されたHPA系、モノアミン作動性神経系、あるいはグルタミン酸作動性神経系に認められた神経化学的な変化との関連性について解析する予定である。平成26年度に作製した幼若期社会的敗北ストレス負荷マウスにおける社会性行動の低下は、ドパミン受容体部分作動薬の単回および連続投与では緩解されなかったことから、ドパミン作動性神経系に作用する化合物でも治療抵抗性を示すモデル動物であることを明らかにすることができた。一方、幼若期マウスに社会的敗北ストレスを1回(10分間)負荷した場合に認められる社会性行動の低下におけるN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の関与について検討した。その結果、1非競合的NMDA受容体拮抗薬のメマンチンを社会性行動試験前に単回投与すると社会性行動の低下は緩解された。NR2A遺伝子欠損マウスの幼若期に社会的敗北ストレスを負荷しても社会性行動の低下は認められなかった。2社会性行動の低下を示したマウスの前頭前皮質においてNR2Aのリン酸化タンパク発現量が増加していたが、NR2BやNR1のそれらではそのような変化は認められなかった。3社会性行動の低下を示したマウスの前頭前皮質においてextracellular signal-regulated kinase(ERK)のリン酸化タンパク発現量が増加しており、その増加はメマンチンにより抑制された。ストレス負荷したNR2A遺伝子欠損マウスではそのような増加は認められなかった。したがって、社会性行動の低下の発現には、NMDA受容体サブユニットのNR2Aの活性化を介したERKシグナル伝達系が関与していることを明らかにすることができた。

したがって、平成26年度において、平成27年度の研究推進方策予定にしていた、社会性行動障害に対するドパミン作動性神経系に作用する関連化合物や増強療法に対する反応性や、グルタミン酸作動性神経系を中心とした新たな発現機序については概ね検討できたものと思われる。幼児・学童期において問題視されている,いじめ、心理社会的ストレスを想定した社会的敗北ストレスを幼若期マウスに負荷し,モデル動物を作製した。作製したモデル動物を用いて,幼児・学童期における心理社会的ストレスによる発達障害や気分障害などの精神障害が,青年・成人期まで遷延する機序を検討した。幼若期社会的敗北ストレスを1日負荷したマウスに認められる前頭前皮質におけるセロトニントランスポーター(SERT)の総タンパク質の発現量の増加は,セロトニン含量を減少させ,セロトニン作動性神経系の機能を低下させることを見出した.したがって,幼若期マウスの心理社会的ストレス負荷に対する脆弱性には,セロトニン作動性神経系の機能低下が関与していることを明らかにした.SERT阻害薬は若年期の社会性行動障害に対して効果が認められなかったが,非競合的N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体拮抗薬は改善作用を示した.しかし,社会性行動障害を示したマウスの前頭前皮質において,NMDA受容体サブユニットのNR2Aタンパク質の発現には変化は認められず,NR2A遺伝子欠損マウスに幼若期社会的敗北ストレスを負荷しても社会性行動障害が認められた.したがって,非競合的NMDA受容体拮抗薬の緩解作用や社会性行動障害の発現におけるグルタミン酸作動性神経系,特にNMDA受容体との関連性は明確にできなかった.一方,幼若期社会的敗北ストレス負荷マウスの前頭前皮質および血液の網羅的な遺伝子発解析では,中枢神経機能障害,モノアミンやグルタミン酸作動性神経系,およびエピジェネティック制御機構に関わる遺伝子の発現の変化が認められた.したがって,心理社会的ストレスによる社会性行動障害の発現には,これらの遺伝子の発現変化が関与している可能性が示唆された.本研究では、幼児・学童期において問題視されている心理社会的ストレスを想定し、幼若期マウスに社会的敗北ストレスを負荷し、社会性行動について評価した。幼若期マウスは心理社会的ストレスに対して、成体期マウスに比べて脆弱であり、成体期まで持続する社会的行動障害を示した。社会的行動障害モデル動物としての評価系を確立できた。この動物の社会性行動障害には、グルココルチコイド受容体の活性化、モノアミン作動性神経系およびグルタミン酸作動性神経系の遺伝子発現変化に伴って、これら神経系の機能異常が関与していることが示唆された。幼若期の被験マウス(C57BL6系統:3週齢)に攻撃性の高いマウス(ICR系統)を暴露することで社会性行動の障害が認められたこと、それは成体期(10週齢)に負荷した場合よりも脆弱であったことを明らかにすることができ、幼若期社会的敗北ストレス負荷によるモデル動物の構築と行動評価を確立することができた。幼若期社会的敗北ストレス負荷による社会性行動障害の発現機序について、以下の検討を行った。
神経回路網の符号分布図

神経回路網シミュレーションでは、9対9の通信が可能で、神経特性の適度な揺らぎが、通信の安定化に寄与していることが分った。一方、培養神経回路網において、いくつかの電極で観測されたスパイク列は、刺激部位の相違に対して有意差が見られた。これは2対1通信が可能であることを示している。可視化できた符号分布図はスパイク波の一部であり,神経細胞は、多重通信におけるスパイク波の受動的伝搬媒体に過ぎないことが分った。このスパイク波の挙動は、空中を音波が伝播する場合、障害物などがあっても、耳だけで音源を同定できることに相当する。これは、従来の暗黙の仮定「局所回路・特定経路思考」を否定する重要な発見である。我々はtime-shift図法を開発し,頭表脳波・皮質脳波,MEGからの脳波伝播解析を世界に先駆けて行った.そこでは,様々な情報が同時並行的に脳内各部に順次伝達される状態が可視化された.そこで我々は,脳構成論の立場から,記憶の基本はループ回路であり,このような経路の探索・形成がHebb則に従う神経回路で可能であり,記憶銘記,連想,抽象化,記憶の再構成など脳情報処理の基本機能が,単純な経路形成のみで統一的に説明され,生理的・神経回路的に実現可能であると仮説を立てて,この実証を試みている.その一環として,本申請研究では,上述の脳情報処理の基本機能,特に脳内情報通信機構の解明を,シミュレーションにより取り組んでいる.その結果,本年度は,神経発火で構成される時空間パターンが神経回路網中をスパイク波として伝搬し,さらに送信神経群での時空間パターンが受信神経群で復号可能であることが解かった.すなわち脳情報通信の基本機能が神経回路網内で発生するスパイク波に由来することが解明できた.この解析をさらに進めることにより,記憶銘記,連想,抽象化,記憶の再構成などの機能を解明する手掛かりが得られるものと期待できる.我々は,脳構成論の立場から,記憶の基本はループ回路であり,このような経路の探索・形成がHebb則に従う神経回路で可能であり,記憶銘記,連想,抽象化,記憶の再構成など脳情報処理の基本機能が,単純な経路形成のみで統一的に説明され,生理的・神経回路的に実現可能であると仮説を立てている.本研究の目的はこの仮説をシミュレーション並びに生理学的に実証することである.本研究と関連して、1昨年までは、まずマルチ電極を用いて培養神経細胞よりスパイク列を取り出した.これを解析し,M系列類が有意に多いことを示した.また特定の符号が、ネットワーク空間を伝搬していく符号分布図を作成した。さらにそれに対応する回路構成や,遠隔転送のfeasibilityを主としてシミュレーションを用いて調べた.しかしながら,この符号が何を示しているかは依然不明であり、従ってこれらは神経回路網原理の本質を十分ついているものではなかった.そこで,本年度は同期的2次元神経回路網と非同期的2次元メッシュ状神経回路網のシミュレーションにおいて,ともに多重通信が可能であることを示した.とくに後者においては,時空間刺激パターンは,スパイク波と名付ける波動として伝播し,別の部位にある受信神経では特定の時空間パターンに変換される(遠隔伝送).受信した神経は,その受信時空間パターンがどの刺激によるものか,識別できる(多重通信).これは素子としての神経細胞が記憶素子として働くとともに,遠隔部位への多重伝送の中継素子としても働くことが示された.wetな実験と並行して,不応期と神経素子特性の"ゆらぎ"を入れたアナログ的シミュレーションを行なった.結果としてスパイク波と名付けた波動が描出された.符号スペクトル:スパイク列中の長さ8までの各種符号成分(符号スペクトル)のシミュレーションと対応させることにより,逆問題として不応期や重み分布が推定できた.スパイク列識別・通信:複数特定の受信神経における発火パターンに,単純でより実在可能性の高い時間的側抑制型Laplacian Gaussianフィルタ列による学習識別を適用したところ,いずれも25×25神経回路モデル上で,神経細胞の出力遅延および不応期の揺らぎの大きさによるが,数数十回の学習後,ほぼ100 %の認識率で,遠隔9種信号源を識別することが出来た.これは、障害物などがあっても空中を音波が伝搬してくれば耳だけで音源の様子(どこで何が起きたか、など)が分かることに相当する.これは従来,暗黙の内に仮定されていた神経情報伝達における局所経路・特定経路思考を否定する重要な発見である.我々はスパイク列の解析を進めてきた.それが幸いして,神経細胞が(学習・処理などの機能は省き)多くの時間は多重通信におけるスパイク波の受動的伝搬媒体に過ぎないことが分かった.またこの際,神経特性の揺らぎが通信の安定化に寄与していることが分かった.培養神経における通信:これに対応して,培養神経細胞に対して8×8マルチ電極の特定2か所の一方から電気刺激を行い,各電極の受信スパイク列のInterval値列に違いが出てくるかどうかDTW法で判定を行った.この結果,いくつかの電極で観測されたスパイク列は刺激電極の違いに対して有意な差があった.すなわち,2対1通信が可能であることが分かった.神経回路網シミュレーションでは、9対9の通信が可能で、神経特性の適度な揺らぎが、通信の安定化に寄与していることが分った。

可視化できた符号分布図はスパイク波の一部であり,神経細胞は、多重通信におけるスパイク波の受動的伝搬媒体に過ぎないことが分った。このスパイク波の挙動は、空中を音波が伝播する場合、障害物などがあっても、耳だけで音源を同定できることに相当する。これは、従来の暗黙の仮定「局所回路・特定経路思考」を否定する重要な発見である。【研究実績の概要】でも記した通り,我々は脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めており,脳情報処理の基本機能が,単純な経路形成のみで統一的に説明され,生理的・神経回路的に実現可能であることを示す研究を進めている.これらのシミュレーション的実証については,スパイクの時系列データの符号分布により、通信機能の自己組織化が物理的に実現可能であることが分かったが,その符号分布の発生原因については不明であった.本研究においては,その発生原因を追究すべく取り組んできたが,昨年度下半期にブレークスルーがあり,それらの符号が神経回路網内で発生するスパイク波に由来することが解明できた.本年度はこのスパイク波モデルに基づき,学習アルゴリズムの解明等に取り組み、その成果を挙げることが出来た.知能情報科学今後は、引き続きスパイク波モデルに基づき,シミュレーションにより通経路確立のメカニズムの解明等に取り組むとともに、培養神経細胞回路網によるスパイク伝播の解析をさらに推し進め、その生理学的実証にも取り組む.【研究実績の概要】でも記した通り,我々は脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めており,脳情報処理の基本機能が,単純な経路形成のみで統一的に説明され,生理的・神経回路的に実現可能であることを示す研究を進めている.これらのシミュレーション的実証については,平成21ー23年度挑戦的萌芽研究「脳の自己組織化:記憶・連想・抽象化のループ回路的実現」において,ループ回路へのバックプロパゲーション学習の適用などを行った結果,time-shift図を説明できるような通信機能の自己組織化が物理的に実現可能であることが分かった.一方,平成21-26年度基盤研究A「脳記憶ループと遠隔転写の生理学的実証」において,複数の神経細胞(神経細胞グループ)により生成されるスパイク列の符号が別の神経細胞グループに伝播されていることを,培養神経細胞のスパイク列より確認することができた.しかし,これらの従来研究においては通信機構の発生原因,即ち脳内情報処理の基本原理については不明であった.本研究においては,その発生原因を追究すべく取り組んできたが,本年度下半期にブレークスルーがあり,それらが神経回路網内で発生するスパイク波に由来することが解明できた.このスパイク波モデルは,従来にはない全く新しいモデルである.他大学共同研究グループより、学会発表の旅費支援が得られたため、当研究費からの支出を抑えることができた。、【研究実績の概要】でも記した通り,我々は脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めている.その一環として,本申請研究ではこの脳内通信機構をシミュレーションにより解明すべく,取り組んでいる.その結果,本年度は,神経発火で構成される時空間パターンが神経回路網中をスパイク波として伝搬し,さらに送信神経群での時空間パターンが受信神経群で復号可能であることが解かった.
話題別多読を用いた付随的語彙学習の体系化に関する研究

2018年度の主な成果として三つ挙げることができる。【1.「話題別多読」の提案と実践】代表者が提案する「話題別多読」を広めるため、国際学会で発表したほか、論文集への掲載を行った。また年度後半では、実際に日本語学習者を対象として話題別多読の実践を行った。実践では、毎週トピックを決め、中上級教科書から510程度の同一の読み物を読ませることで語彙学習を促す活動を行った。この実践報告については、31年度に行う予定である。【2.報告書『話題別読解のための日本語教科書読み物リスト』の作成】これまでにデータベース化していた日本語読解教材データベースを報告書として印刷し、関係者に配布した。リストは、代表者が提案する「話題別多読」を実践してもらうものとして、『実践日本語教育スタンダード』(山内博之編、2013年、ひつじ書房)で使用された100の話題リストを一部修正した話題タグをそれぞれの読み物に付している。そのほか、教材の掲載ページなども記している。【3.日本語読解教材コーパスの作成】約180冊読み物数3000の「日本語読解教材コーパス」を作成した。まず日本語の読解教材(総合教科書の読解タスク、読解教科書(多読教材を含む))をスキャンし、OCRで認識し、その後、目視で修正を行うという手順で行った。1テキストごとにテキストファイルとして保存している。今後はこのコーパスを用いた分析を行うとともに、希望者にも活用してもらう予定である。計画していた日本語読解教材リストを作成し配布することができた点、および日本語読解教材コーパスを完成させることができた点から、順調に進展していると判断する。話題別多読の実践については、1回目の実践は行ったが、話題別多読の本来の意義である「学習者自身の興味・関心に合わせる」ことができなかった(教材の準備不足のため)ことや、実践の効果測定が行えなかった。2019年度は主に三つのことを行う。【1.日本語読解教材コーパスの分析】2018年度に完成させた「日本語読解教材コーパス」の分析を行う。具体的には話題ごとの語彙リストの頻度の統計や、特徴語の抽出などを行う予定である。また、それに基づき、話題別語彙に基づく話題ネットワークについても構築する予定である。成果は、日本語教育学会(秋季大会)、日本語教育方法研究会などで発表し、論文として執筆する。【2.『話題別読解のための日本語教科書読み物リスト』のweb公開】2018年度に完成させた「話題別読解のための日本語教科書読み物リスト」をweb上で公開する。話題、レベルなどでタイトルを検索できるようにし、話題別多読をより効果的に行えるようにする。なお、テキスト本文は公開しない。【3.話題別多読の実践】2018年度に第1回目の実践を行った学習者を対象とした「話題別多読」をさらに改訂しながら行う。2019年度は「話題別多読」の本来の趣旨に添い、学習者自身が興味をもった話題で多読を実践できるよう授業を設計する。また、語彙習得の効果を実証するため、事前・事後テストなども実施する。随時、研究会、学会等で実践報告を行う。本研究は、付随的語彙学習を効果的に行うために、トピックごとに読み物をまとめて読む読解活動「話題別多読」を提案、実践することを目的としたものである。話題別多読は、「重要語との遭遇回数の保証」、「スキーマの活性化」、「語彙学習の可視化」という3つのメリットを持つ。付随的語彙学習により語を習得するには、6回以上の遭遇が必要とされる。また、読解や多読のあとに、意図的語彙学習を行うことの必要性も主張されている。本研究で提案する話題別多読はこのような語彙習得研究の先行研究を踏まえたうえで、効果的に語彙学習を行うための活動である。本研究は、既に出版されている日本語教育用の読解教材を、代表者が山内(2013)の中で行った、100の話題に分類したうえで、話題別多読を実践し、この3つのメリットを検証することを目的とする。また、最終的には、web上で話題別多読の活動が行える「語彙学習のための話題別多読システム」を構築する予定である。29年度には、市販読解教材の話題別分類を継続して行い、現在、129冊の教科書を分析、2698タイトルを話題別に分類・収録したデータベースを作っている。このデータは、30年度中に冊子として刊行予定である(将来的には検索システムを備えた形でweb上にに公表したい)。現時点ですべての読解教材を対象にできているわけではないので、この作業は、今後も継続していく。海外で出版されている教科書についても、今後データベースに加えていく予定である。また、これと並行して、「語彙学習のための話題別多読システム」のため、また各種分析のため、これらを電子化した「日本語教科書話題別コーパス」を作成中である。現在、40%にあたる、1088タイトルをコーパスとして入力済みである。当初、平成29年度には、話題別多読のパイロット調査を行うことを予定していたが、それを実施するにあたり、まずは市販読解教材の分類およびその電子化の作業をする必要が生じため、その課題を優先的に行った。本研究における話題別多読は、数ある話題の分類などを予め網羅しておいたほうが効果的と考えたためである。

この成果は、『話題別読解のための日本語読解教材リスト』(私家版)として、30年度6月に出版予定である。研究としては、講演「話題別多読の試みー語との出会いを保障するためにー」(2017年8月26日、日本語教材祭り)、口頭発表「効果的な付随的語彙学習のための話題別多読の提案」(2018年4月28日、第33回韓国日語教育学会国際学術大会)などで発表を行っている。また、30年度刊行予定の『現場に役立つ日本語教育シリーズ6語から始まる教材作り』(2018年9月予定、くろしお出版)に「話題を重視した授業の在り方ー「話題別読解」の提案ー」として掲載予定である。29年度は以上の作業を重点的に行い、結果としてパイロット調査に入ることはできなかったが、それを実施するための十分な準備を行うことができた。30年度にはこれらを用いて、パイロット調査を行う予定である。2018年度の主な成果として三つ挙げることができる。【1.「話題別多読」の提案と実践】代表者が提案する「話題別多読」を広めるため、国際学会で発表したほか、論文集への掲載を行った。また年度後半では、実際に日本語学習者を対象として話題別多読の実践を行った。実践では、毎週トピックを決め、中上級教科書から510程度の同一の読み物を読ませることで語彙学習を促す活動を行った。この実践報告については、31年度に行う予定である。【2.報告書『話題別読解のための日本語教科書読み物リスト』の作成】これまでにデータベース化していた日本語読解教材データベースを報告書として印刷し、関係者に配布した。リストは、代表者が提案する「話題別多読」を実践してもらうものとして、『実践日本語教育スタンダード』(山内博之編、2013年、ひつじ書房)で使用された100の話題リストを一部修正した話題タグをそれぞれの読み物に付している。そのほか、教材の掲載ページなども記している。【3.日本語読解教材コーパスの作成】約180冊読み物数3000の「日本語読解教材コーパス」を作成した。まず日本語の読解教材(総合教科書の読解タスク、読解教科書(多読教材を含む))をスキャンし、OCRで認識し、その後、目視で修正を行うという手順で行った。1テキストごとにテキストファイルとして保存している。今後はこのコーパスを用いた分析を行うとともに、希望者にも活用してもらう予定である。計画していた日本語読解教材リストを作成し配布することができた点、および日本語読解教材コーパスを完成させることができた点から、順調に進展していると判断する。話題別多読の実践については、1回目の実践は行ったが、話題別多読の本来の意義である「学習者自身の興味・関心に合わせる」ことができなかった(教材の準備不足のため)ことや、実践の効果測定が行えなかった。30年度には、29年度に作業を行った「話題別読解のための日本語読解教材リスト」をもとに、当初予定した話題別多読の実践を行う予定である。主に中級から上級の非漢字圏の日本語学習者を対象に、10週程度を目途に、各週で話題を設定し、リストの中から関心のあるものを複数読んでもらう。その後、語彙習得について検証を行う。検証は3つのメリットである「重要語との遭遇回数の保証」「スキーマの活性化」「語彙学習の可視化」について、順に明らかにしていきたい。
筋膜の役割を実験とシミュレーションの両面から解明する

また現在、ラット実験のデータ解析を進めている。高速度カメラで撮影した動画は、角速度が60度/秒と240度/秒の2条件、収縮様式が等尺性収縮、短縮性収縮、および伸張性収縮の3条件、筋膜剥離の手術が剥離なし、筋外膜のみを剥離、筋外膜と筋周膜を剥離の3条件ある。対象としたラットが8匹であり、動画の解析に時間を要している。平成31年度は、もう1本の論文の修正を終え、国外学会誌に投稿することと、ラット実験のデータ解析が終了次第、論文を執筆する。本研究は、筋膜が踵骨変位量の増幅メカニズムと腱張力に及ぼす影響を実験的に検証し、シミュレーションを用いて筋膜の役割を増幅メカニズムと腱張力の観点から明らかにすることを目的とする。平成28年度の実績は以下の通りであった。(I) Wistar系ラット8匹を用いた。ラット専用ダイナモメータを使って関節トルク(張力)を測定した。筋収縮は、腓骨神経への電気刺激によって誘発した。微小マーカを表層に貼付し、真上からの高速度カメラ(フレームレート500 Hz)によって筋収縮時のマーカの移動量を計測し、そこから筋全体と筋腱移行部の歪みを算出した。足関節角度と踵骨変位量は側方のカメラで計測した。筋は一番外側の筋膜、その内側の筋上膜によって覆われており、それらの表層部分をそれぞれ切除した。実験は、切除なし、筋膜のみ切除、筋膜・筋上膜の切除、の3条件行った。(II)光学顕微鏡による筋膜と筋上膜の組織学的観察前脛骨筋を縦断面と横断面に切断し、ヘマトキシリン・エオシン染色(HE染色)によって組織切片を作成した。光学顕微鏡を用いて、前脛骨筋とそれを覆う筋膜と筋上膜の組織学的な相互の位置関係を観察した。上記2つの実験の実施が完了しており、現在、データの解析を進めている。高速度カメラで撮影した動画は、角速度が2条件、電気刺激が2条件、筋膜剥離の手術が3条件あり、対象とした8匹分の動画を解析するのに時間を要している。平成29年度は、筋骨格の有限要素モデルの開発と増幅メカニズムのシミュレーションを行う。また、実験データの解析が終了次第、論文執筆を進める。平成30年度は、ラット実験のデータ解析が終了次第、論文を執筆する。平成28年度は、論文投稿まで達しなかったため、論文投稿に必要な英文校正、投稿費、掲載費が不必要だった。・平成29年度は、ラット実験の論文投稿まで達しなかったため、論文投稿に必要な英文校正、投稿費、掲載費が不要となった。・使用額は、論文投稿に必要な英文校正、投稿費、掲載費などに充当する。・平成30年度は、ラット実験の論文投稿まで達しなかったため、論文投稿に必要な英文校正、投稿費、掲載費が不要となった。使用額は、論文投稿に必要な英文校正、投稿費、掲載費などに充当する。
マクロファージ炎症抑制機構の解明とその制御-糖尿病治療にむけて

糖尿病・肥満に至る病態の全容は明らかにされておらず、治療薬の開発のためにはそのメカニズムの解明が必須である。血管内皮機能が糖尿病発症初期から障害されていることは知られていたが、血管機能の障害が糖尿病発症や増悪の要因になるかどうかは知られていなかった。我々は血管内皮細胞由来の一酸化窒素(NO)が近隣の実質細胞(肝細胞や脂肪細胞)の健全なインスリンシグナル伝達に必須であることを明らかとした。NO流入に伴う細胞内cGMP濃度の上昇、PKGの活性化、下流分子VASPリン酸化が肥満に伴う慢性炎症の抑制やインスリン抵抗性の改善に重要であり、将来的な治療ターゲットになると考えている。C57BL6マウスを高脂肪食(HFD)で飼育すると8週後に肝臓慢性炎症と肝インスリン抵抗性が出現したが、それ以前の負荷4週後の時点で肝臓のeNOS-p (Ser1177)と一酸化窒素(NO)含量が低下していた。RAWマクロファージではNO供与体(DETA-NO)やcGMPアナログ(8Br-cGMP)によりLPS依存的TNFα、IL6、CD11c mRNAの増加(M1化)が抑制され、同刺激はAML12肝細胞でもパルミチン酸依存的炎症(IkBα-p)と肝インスリン抵抗性発症を抑制した。eNOS由来NOの欠損したeNOS-/-マウスは普通食飼育にも関わらずKupffer細胞のM1化と肝臓慢性炎症、肝インスリン抵抗性が出現したが、C57BL6マウスにPDE5阻害剤, sildenafilを投与しcGMP濃度を増加させるとHFDに伴うKupffer細胞のM1化と肝インスリン抵抗性が改善した。NO/cGMPの下流分子Vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP)をRAWマクロファージ、AML12肝細胞で各々過剰発現させるとNO/cGMPと同様に抗炎症、インスリン抵抗性改善作用がみられVASP-/-腹腔マクロファージ、VASP-/-初代肝細胞は非刺激下にも関わらず炎症とインスリン抵抗性がそれぞれ誘導されていた。Kupffer細胞のM1化と肝インスリン抵抗性は普通食飼育下のVASP-/-マウスならびに骨髄移植にて樹立した骨髄特異的VASP-/-マウスでも認められた。DETA-NOや8Br-cGMPによる抗炎症作用はVASP-/-腹腔マクロファージで消失し、同刺激による抗炎症作用ならびにインスリン抵抗性改善作用はVASP-/-初代肝細胞でも消失しており、この作用がVASP依存的であることが示唆された。糖尿病・肥満状態の病態の全容は解明できていない。RAWマクロファージではNO供与体やcGMPアナログによりLPS依存的なM1化が抑制され、同刺激はAML12肝細胞でもパルミチン酸依存的炎症(IkBα-p)と肝インスリン抵抗性発症を抑制した。eNOS由来NOの欠損したeNOS-/-マウスは普通食飼育にも関わらずKupffer細胞のM1化と肝臓慢性炎症、肝インスリン抵抗性が出現したが、C57BL6マウスにPDE5阻害剤, sildenafilを投与するとHFDに伴うKupffer細胞のM1化と肝インスリン抵抗性が改善した。NO/cGMPの下流分子VASPをRAWマクロファージ、AML12肝細胞で各々過剰発現させるとNO/cGMPと同様に抗炎症、インスリン抵抗性改善作用がみられた。VASP欠損に伴う慢性炎症とインスリン抵抗性の誘導は肝臓のみならず脂肪組織でも認められた。また骨髄特異的VASP欠損マウスでは普通食飼育にもかかわらず肝臓、脂肪組織マクロファージはTNFαの上昇など慢性炎症の状態を呈し、各々の臓器でインスリン抵抗性(インスリン依存的p-Aktの低下)が認められた。IL-4添加に伴うBMDMのp-STAT6はVASP欠損BMDMでは抑制されており、M2シグナルが抑制される結果、慢性炎症が惹起されるものと考えられた。糖尿病代謝CD68

プロモーターを用い、in vivoでマクロファージ特異的にVASPを過剰発現させる実験を計画していたが、その後の研究打ち合わせの結果、まず初めにin vitroで仮説を検証する必要があるとの結論に至り、進捗状況に遅れが生じているため。・アデノウィルスを用い、マクロファージでVASPを過剰発現させLPS依存的な炎症が抑制させるか検証する。・骨髄特異的VASP過剰発現マウスが脂肪組織での慢性炎症やインスリン抵抗性がみられるか解析を行う。CD68プロモーターを用い、in vivoでマクロファージ特異的にVASPを過剰発現させる実験を計画していたが、その後の研究打ち合わせの結果、まず初めにin vitroで仮説を検証する必要があるとの結論に至り、進捗状況に遅れが生じているため。アデノウィルスを用い、マクロファージでVASPを過剰発現させLPS依存的な炎症が抑制させるか検証する。アデノウィルスを作成するための必要物品を購入する。
π共役高分子への直接化学修飾による電子物性制御と高機能化

カルバゾールの2,7位で結合したπ共役高分子に対して、カルバゾールの3,6位への直接Friedel-Craftsアシル化反応を試みた。モデル反応で見出した反応条件を採用することにより、目的としたπ共役高分子への直接化学修飾に成功した。さらに、この反応を利用することで、当初予定になかった新規有機薄膜太陽電池用材料を得ることに成功した。一方、新たに直接化学修飾による電子状態制御を目的として、新たなビルディングブロックの探索を行った。その結果、新たにカルボニル基とアニリン誘導体との脱水縮合反応がπ共役高分子への直接化学修飾に適用できることを見出した。2012年度はカルバゾールを主鎖に有する共役高分子の3,6位への化学修飾を目的として、モデル物質として2,7位に電子供与基が導入された新規カルバゾール誘導体を合成し、3,6位へのFriedel-Craftsアシル化反応が効率的に進行する反応条件を見出した。2013年度はこの新たな反応条件のもと、カルバゾール骨格を有する有機薄膜太陽電池用材料として知られているPCDTBTに対してFriedel-Craftsアシル化反応を試みた。その結果、PCDTBTへのアシル基の導入率は2012年度と比較して向上した。しかし、その導入率は依然として満足いくものではなく、かつ、狙い通りの電子状態の変化は小さい結果となった。そこで、上記の検討と並行して新たに電子状態の制御に焦点を絞り、新たな反応・ビルディングブロックの探索に着手した。これまでに、カルボニルとアニリン誘導体との脱水縮合反応によるイミン骨格形成反応において、反応が高収率で進行することを既に見出している。また、未反応でカルボニル基が残存しても有機薄膜太陽電池特性には影響を与えないことは種々のカルボニル基を有するπ共役高分子について実証されている。すなわち、これは研究当初に予定していた研究目的に合致した反応であると判断し、新たにカルボニル基を有する色素分子(キナクリドン)を主鎖に有するπ共役高分子を合成した。得られた高分子とアニリン誘導体を反応させることにより高収率で目的とするイミン化π共役高分子が得られ、目的とするπ共役高分子への直接化学修飾に成功した。さらに、高分子の主鎖への化学修飾であるため、光吸収特性も大きく変化し、電子状態の化学修飾による制御も同時に達成した。本研究の基盤となる有機薄膜太陽電池用材料として、カルバゾール骨格を有するPCDTBTを合成した。通常は、より高い光電変換効率を目指すために、高分子量体を得ることが目的とされてきたが、今回はFriedel-Craftsアシル化反応が可能なある程度溶解性の高い高分子を新たに合成し、その光電変換特性と化学修飾について検討した。高分子中のカルバゾールに化学修飾する前段階として、類似骨格を有するカルバゾール誘導体を別途合成し、検討した。本研究では、カルバゾールの3,6位への化学修飾を計画したが、その隣の2,7位に電子供与基が導入された誘導体に対する検討例は、知られていなかった。2012年度は、モデル物質およびカルバゾール系共重合体への3,6位への化学修飾条件の検討を中心に検討した。求電子反応によるカルバゾール骨格のフッ素化反応については、モデル物質に対し、文献等に報告されている反応条件を検討したが、フッ素化は確認できなかった。今後、反応条件の最適化が必要である。また、2,7位に電子供与基が導入された新規カルバゾール誘導体を合成し、3,6位へのアシル化反応を試みた。電子供与基であるチオエーテル基を2,7位に導入した誘導体を合成し、アシル化反応による3,6位への化学修飾を試みた。その結果、反応条件の検討により、目的とする修飾体を高収率で得ることに成功した。この反応を利用することで、当初予定になかった新規有機薄膜太陽電池用材料を得ることが出来た。この検討により得られた知見を活用して、カルバゾール系共重合体へのアシル化反応を試みた。NMR測定より3,6位への化学修飾が確認できたが、その導入率は低く、反応条件の改善が必要となった。そこで、新たにカルバゾール系共重合体に類似の新しいモデル物質を合成し、反応条件を検討した。その結果、高い導入率を得られる反応条件を見出すことに成功した。2012年度は9月に所属機関の変更があり、研究環境の再構築が必要となった。そのため、実験全体の進行が遅れたが、その間は文献調査を中心として、カルバゾールあるいはその類似化合物に対する化学修飾条件を調査することでカバーし、合成を行う環境が立ち上がった後に直ちに実行できる体制を整えた。そのため、研究計画の遅れを最小限にとどめ、研究の円滑な遂行を取り戻した。

研究計画としては、基盤となる高分子反応用π共役高分子材料の合成は完了しており、その光電変換特性も既に解明している。ポリカルバゾール交互共重合体に対する直接化学修飾法の確立に関しては、若干の遅れは見られるものの、低い化学修飾率ながらも成功している。さらにモデル反応の詳細な検討により、高い化学修飾を達成できる反応条件を既に見出している。これにより、異なる化学修飾率を有するポリカルバゾール交互共重合体を得ることが可能となり、化学修飾率と機能との相関を検討する準備は整っている。以上により、全体の研究計画からは若干の遅れが見られるものの、本研究において最も重要かつ困難な点であるカルバゾール系共重合体への直接化学修飾を達成する反応条件を見出すことにはすでに成功しており、研究計画の遅れを取り戻すことは十分可能であるといえる。また、現段階で未整備の太陽電池特性の評価に関しては外部で評価できる研究機関を確保しており、今後の研究には全く支障をきたさない。今年度の知見をもとに、カルバゾール系共重合体へのFriedel-Craftsアシル化反応による化学修飾の高効率化を目指し、新たな反応条件を採用し、π共役高分子への化学修飾率を向上させるために、1H NMRを用いた検討を行う。今年度前半に電気化学測定装置を整備し、化学修飾によるモデル物質、およびπ共役高分子の電子状態変化について検討し、直接化学修飾法のメリットをより明確にする。特に、カルバゾール骨格の酸化還元電位の変化より、化学修飾率と電子状態変化の相関について詳細に検討する。π共役高分子の直接機能化を目指して種々の機能性部位の導入を行う。具体的には単なるアルキル鎖だけではなく、フラーレン誘導体などを導入し、π共役高分子の高度な機能化を目指す。以上の検討で得られた機能化π共役高分子を電子ドナーとする有機薄膜太陽電池を作製し、化学構造、相分離構造と光電変換特性との相関について検討する。並行して、カルバゾール骨格以外の芳香族骨格を有するπ共役高分子への化学修飾を達成するために、求電子置換反応されやすいチオフェン骨格を中心とした新規モノマーの探索も同時に行い、化学修飾と電子状態制御の相関について検討する。2012年度は所属機関の変更があり、当初の計画からの変更を余儀なくされた。そのため、支出予定にも変更が生じたために、未使用額が発生した。2013年度は研究環境が整ったので、繰り越し分は試薬などの消耗品の購入に充てる予定である。2013年度分に関しては、消耗品費として、物質合成に関してはπ共役高分子を合成するための試薬、溶媒、器具の購入を予定している。太陽電池素子を作製・評価するために必要なフラーレン誘導体などの試薬、および、素子評価用の消耗品として透明電極基板、校正用セルの購入を予定している。また、年度前半にはπ共役高分子の電子状態を解明するために、別途外部予算にて電気化学測定装置を立ち上げるが、その際に必要不可欠な各種電極などの周辺消耗品、測定・解析用PCの購入を予定している。国内学会(高分子討論会、太陽エネルギー学会、日本化学会)で研究成果を発表するための出張旅費として、約10万円、および国際会議(PAT2013)での研究成果の発表のために約30万円、合計約40万円の支出を予定している。
特異的24G7抗体イムノクロマトグラフィーによる急性拒絶反応の新しい診断法の確立

我々はこれまで、ラット頚部異所性心移植モデルにおける急性拒絶反応にて、尿中バイオピリン上昇が移植後4日目より生じ、心筋傷害マーカーであるトロポニンTよりも早期の段階で拒絶反応を捉えうることをバイオピリン特異的24G7抗体を用いたELISA法にて明らかにしてきた。しかし、ELISA法は感度に優れるものの最終判定までに数日を要し迅速性に欠けた。本研究では、感度よく短時間でバイオピリンを検出できるイムノクロマトキット(ICA kit)の開発を目的として開始した。ICA kit作製では固相化メンブレン及び標識粒子より構成されるテストプレートを試作した。尿サンプルを反応させた後にクロマトリーダーによる測定値計測を行うが、全工程約15分で尿中バイオピリンが測定可能であり、従来法と比較して格段の測定時間の短縮が実現できた。次に実際の急性拒絶反応時における尿中バイオピリン測定を、ICA kitと従来法で行い比較検討した。その結果、同種異所性頚部心移植での急性拒絶反応群(DAラット→LEWラット)では、尿中バイオピリンはICA kitと従来法ともに4日目に上昇し、ICA kitでは術前基礎値の約6倍、ELISA法では約4倍と、ICA kitでの測定においてより高い感度が得られていた。拒絶反応のみられない同系移植群(LEWラット→LEWラット)での尿中バイオピリン値は、ICA kit、ELISA法共に術前基礎値との有意な変化はなく、特異性についても従来法と同等であると考えられた。これらの結果は、尿中バイオピリン測定における新たなICA kit法の有用性を示しており、特に急性拒絶反応時の低侵襲かつより早期の診断が期待できるものと考えられる。現在、移植後拒絶反応診断の予備的研究として、腎移植後患者の尿サンプルの採取を行っている。今後これらの臨床例での検討を基に、移植後拒絶反応の早期診断法の確立を目指していきたい。
ケロイドの増殖におけるメカノトランスデューサーとしてのP38MAPキナーゼの役割

ケロイドは難治性の皮膚肉芽腫であり、過剰な細胞外マトリックスの蓄積や、線維芽細胞の増殖により特徴付けられる異常な創傷治癒の形態である。また、創傷部位を越えて浸潤・進展することにより、腫瘍性の増殖としても捉えられている。創傷治癒過程におけるサイトカイン等の関与については多くの議論がなされているが、ケロイド発症の病因は不明のままであり、このような過剰増殖性瘢痕の治療・予防法の確立は、形成外科領域において緊急かつ重要な課題である。病因を解明する一つのヒントとして、創傷治癒過程における細胞の異常増殖、浸潤及び進展が起こるという点が上げられる。また、それに伴う細胞外基質の不整な蓄積が見出されている。ケロイドはメカニカルストレスを受けやすい前胸部や関節部などの部位に好発することが示唆されている。我々は伸展培養装置NC-500を使用し、コラーゲンコートシリコン膜上でのケロイド線維芽細胞のメカニカルストレス感受性とそのシグナル伝達経路についてウエスタンブロット法によって解析した。この結果、ケロイド線維芽細胞と正常線維芽細胞とでシグナル伝達を担うMAPキナーゼの活性化パターンの違いを見出した(2003年、日本形成外科学会基礎学術集会にて報告)。伸展周期依存性にNF・KF間でJNK, p38のリン酸化レベルの変化に差があることが示された。またケロイド線維芽細胞では正常線維芽細胞に比べてストレス時のコラーゲンおよびTGF-βのmRNAの発現量が多いことを確認した(2004年、日本形成外科学会学術集会にて報告)。外科治療により得られた皮膚組織を用い、ケロイドおよび正常組織由来の初代培養系線維芽細胞をえた。これらの細胞をコラゲンコートしたシリコン膜上に播種し、接着後伸展刺激を加えた。伸展はスカラテックNS-500を用い、1軸方向に120%伸展した。伸展のパターンは持続および周期性伸展(615サイクル)をおこなった。この条件下で経時的に細胞を回収し、タンパク質を抽出後Western blot解析した。この結果、15サイクルの伸展刺激によりMAPKの一員であるp38のリン酸化が正常組織由来線維芽細胞では4から6時間にかけて軽度に認められるのに対して、ケロイド組織由来線維芽細胞では6時間以降に顕著に誘導されることが明らかとなった。一方、JNKのリン酸化も正常組織由来線維芽細胞では明らかでないのに対し、ケロイド組織由来線維芽細胞では4時間以降誘導されることが示された。これまでにMAPKのリン酸化の時間的差が細胞増殖および細胞死誘導への質的な差を生み出すとの報告があり、今回の結果はケロイドの特異性を示唆するものと考えられる。一方、この期間ではこれら分子のトータルのタンパク質量は変化していないこともわかった。更に、これらの変化は伸展の周期に依存性であることを示唆するデーターも得られている。このことはケロイドを発症する人において、前胸部などの好発部位が存在することと何らかの関連がある可能性が予想される結果である。現在さらに、伸展刺激による正常およびケロイド組織由来線維芽細胞における差を細胞外マトリックス産生を含む性状の変化について解析している。また、創傷部位を越えて浸潤・進展することにより、、腫瘍性の増殖としても捉えられている。

ケロイドはメカニカルストレスを受けやすい前胸部や関節部などの部位に好発することが示唆されている。我々は伸展培養装置NC-500を使用し、コラーゲンコートシリコン膜上でのケロイド線維芽細胞のメカニカルストレス感受性とそのシグナル伝達経路についてウエスタンブロット法によって解析した。この結果、ケロイド線維芽細胞と正常線維芽細胞とでシグナル伝達を担うMAPキナーゼの活性化パターンの違いを見出した(2003年、日本形成外科学会基礎学術集会にて報告)。伸展周期依存性にNF・KF間でJNK, p38のリン酸化レべルの変化に差があることが示された。またケロイド線維芽細胞では正常線維芽細胞に比べてストレス時のコラーゲンおよびTGF-βのmRNAの発現量が多いことを確認した(2004年、日本形成外科学会学術集会にて報告)。
関節リウマチの治療反応性予測バイオマーカーの確立と治療抵抗性機序の解明

本研究では、関節リウマチ患者において生物学的製剤の治療効果を予測する免疫学的なバイオマーカーの確立、並びに治療抵抗性機序の免疫学的な解明を試みる。これまでに高活動性関節リウマチ患者の末梢血免疫細胞サブセットにおけるトランスクリプトーム解析で同定した特定の免疫細胞サブセットにおける遺伝子発現変化を治療抵抗性機序の候補として検証する。新規の患者検証群でその再現性を検討し、治療反応性予測バイオマーカーとしての有効性を検証する。さらに、健常人ならびに関節リウマチ患者末梢血から分離した免疫細胞サブセットの試験管内での機能解析と治療実験を行い、治療抵抗性機序の免疫学的な検討を行う。
メゾスコピック伝導を用いた酸化亜鉛量子ホール状態の究明

酸化亜鉛系二次元電子ガスについて、電子移動度のさらなる向上を目指して分子線エピタキシー成長の改良を進め、メゾスコピック伝導の手法を用いた極低温量子輸送測定を行った。アンチドット構造における整合性抵抗振動の周期変化から、偶数分母分数量子ホール状態においてスピン偏極した複合粒子の形成を示唆する結果を得た。本研究では、酸化亜鉛ヘテロ界面の高移動度化を進め、メゾスコピック伝導の手法を用いて偶数分母分数量子ホール状態の解明を行うことを目的としている。酸化亜鉛二次元電子ガスの作製については、基板加熱部品を改良し、100万cm2/Vsを超える移動度をもつ試料を安定的に作製することに成功した。本系のもつ30psという量子散乱時間は、ヒ化ガリウム系二次元電子ガスと同程度に到達していることが明らかになった。既に観測に成功していたν=3/2という新しい偶数分母分数量子ホール状態については、アンチドット構造における整合性抵抗振動の周期から、スピン偏極した複合粒子の形成を示唆する結果が得られた。エアギャップトランジスタや超伝導接合の作製等の周辺基盤技術の確立が進んでおり、偶数分母分数量子ホール状態の更なる解明を進める。酸化亜鉛ヘテロ界面の高移動度化・偶数分母分数量子ホール状態のスピン偏極率の解明の二点に成功しており、研究は順調に進展していると考えられる。本研究では、酸化亜鉛ヘテロ界面のさらなる高移動度化を進め、主にメゾスコピック伝導の手法を用いることで、偶数分母分数量子ホール状態の解明を行うことを目的としている。酸化亜鉛二次元電子ガスの作製については、1,000,000cm2/Vsを超える電子移動度をもつ界面試料を安定的に作製することに成功し、その分子線エピタキシー成膜技術の詳細を改良の過程を含め論文にまとめた。酸化亜鉛ヘテロ界面の分極差によって実現される30psという長い量子散乱時間は、ヒ化ガリウム系二次元電子ガスにおける10ps程度の値を超えるほどまでに到達しているが、この更なる向上を目指して、様々な分極構造をもつヘテロ界面試料を作製しその極低温量子輸送測定を行った。量子散乱時間と輸送散乱時間の変化を比較することにより、酸化亜鉛ヘテロ界面のさらなる品質向上のためには、バックグラウンドの不純物と界面における乱れの低減が最も重要であることが明らかになった。既に観測に成功していたν=3/2という新しい偶数分母分数量子ホール状態については、様々なポテンシャル変調をもつアンチドット構造における整合性抵抗振動の観測から、スピン偏極した複合粒子の形成を示唆する結果が得られた。エアギャップトランジスタやアンドレーエフ反射・ジョセフソン効果を示す超伝導接合の作製等の周辺基盤技術の確立が進んでおり、偶数分母分数量子ホール状態の更なる解明を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。物性物理学28年度が最終年度であるため、記入しない。
狭帯域コヒーレントエッジ放射の研究

相対論的電子ビームが磁石の端部を通過するとき発生する放射はエッジ放射と呼ばれ高い志向性およびラジアル偏光という特異な偏光特性を持つ。本研究ではテラヘルツ領域のエッジ放射を狭帯域コヒーレント放射として取り出し、さらには応用を目指すために詳細を調べる研究を行なった。実験は分子科学研究所極端紫外光研究施設の電子線蓄積リングUVSORにて行なった。準単色のコヒーレント放射を発生するために振幅変調をかけたレーザーと電子ビームバンチを相互さようさせて、バンチ構造に周期的密度変調を与えた。エッジ放射取り出しポートを導入し、準単色コヒーレントエッジ放射の波長分布、空間分布の観測に成功した。申請者らは相対論的電子ビームと振幅変調レーザーを相互作用させることで、狭帯域テラヘルツコヒーレントシンクロトロン光の発生に世界に先駆けて成功している。本研究では、これまでのシンクロトロン放射に替えて偏向電磁石の端部からの放射(エッジ放射)にこの手法を適用する。本研究の実験は分子科学研究所極端紫外光研究施設のUVSOR電子蓄積リングを用いて行った。電子蓄積リングからのエッジ放射を観測するために、簡易的なビームポートの設置を完了した。ビームポートからの可視域エッジ放射の観測を行い、さらにこれを光軸として用いて、ミラーおよび検出系のアライメントを行った。上記の準備を行った上で、テラヘルツ領域の峡帯域コヒーレントエッジ放射を観測する実験を行った。峡帯域コヒーレントエッジ放射はこれまで通り、振幅変調レーザーと電子ビームを相互作用させることで発生した。まず、放射強度の電流値依存性の測定を行い、それが電流値の2乗に比例して強くなるコヒーレント放射であることを確認した。さらに放射強度の波長依存性の測定を行い、理論的計算との一致を見た。放射強度の空間分布の測定も行ったが、理論的に予想される同心円的形状の空間分布は明確には観測されなかった。本研究では峡帯域コヒーレントエッジ放射を蓄積リングを周回する電子バンチとレーザーを相互作用させることで発生させ、その詳細観測を行うことでその性質を明らかにすることを目標にしている。2014年度終盤には分子研UVSORにて峡帯域コヒーレントエッジ放射の発生に成功し、その空間分布の測定を行った。峡帯域コヒーレントエッジ放射の空間分布および偏光依存性の概略は測定できたが、理論的計算と比較できるような十分に高精度な測定はできていない。これは0.1 mm以下の大きさの電子ビームに向けて5 m以上離れた地点から入射するレーザーのポインティングが十分に安定でないために、レーザーと相互作用する電子バンチ中の電子数が変動し、そのことで観測されたテラヘルツ光の強度の変動が大きく、測定精度が十分の確保されなかったためである。そこで実験を行っている、分子研UVSORに設置されているレーザー系のポインティング不安定性の調査を行った。レーザー系のポインティング不安定性の原因が理解され、予備的な対策を行った。また、同時にレーザーのモニターの精度を上げる輸送路の制御系の構築を行った。一方、実験に使用するレーザーの再生増幅器部に不具合が生じ、その調査および修理に時間が取られたが、現在使用できる状態にある。そのこともあり、2015年度は峡帯域テラヘルツエッジ放射の高精度測定のために準備を主に行い、実際の高精度の測定は2016年に行うことを予定している。これは輸送路も含めたレーザーシステムのポインティング安定性が十分でないため、測定データにバラつきが大きいためである。本研究では高エネルギー電子ビームが偏向電磁石端部を通過するときに放出されるエッジ放射を扱う。その放射は理論上、中心部に特異点を持ち、偏光方向がその特異点から放射状の空間分布を示し、通常の平面波あるいはガウスモードの放射とは大きく異なる性質を持つ。このような放射と類似な性質を持つ放射として光渦が挙げられる。光渦はエッジ放射と同じように中心部に特異点を持ち、特異点周りに光の位相が変化する性質を持ち、位相は特異点周りに1周ごとに2π、4π...と変化する。光渦は本研究でこれまで用いてきた円偏光アンジュレータから発生することが理論的に示されており、本研究でそのような類似の性質を持つ光渦の観測も行なった。分子科学研究所の研究者との協力によって光渦の特異な位相分布を反映した干渉パターンの観測に成功した。特に位相分布を詳細を観測することにはダブルスリットおよびナイフエッジを用いた回折の手法が有効であることがわかった。さらにこの手法をエッジ放射の観測に応用することも有効であることもシミュレーション計算によって確認された。一方、本研究の観測上問題となっていたレーザーの安定化についても進展があった。これまで用いてきた大気中の長いレーザー輸送路を用いずに、電子蓄積リングの取り出しポートからレーザーを逆に入射する方法を考案し、実際にこの方式でレーザーが輸送されることを確認するテスト実験を行い、良好な結果を得た。レーザーの新たな輸送方式およびさらにレーザー位置フィードバック装置を用いあることで、今後はレーザーポインティングを安定化させた上で高精度なコヒーレントエッジ放射の測定を進める。さらに今年度の光渦の研究を応用したエッジ放射の観測も行なう予定である。