hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
知的System of Systemsを指向する高度分散知能基盤の創生

高信頼・安全・堅牢・自律性の基盤となる新たな「総合性の工学」ーSystem of Systems(SoS)を,知能技術を用いて高度化したintelligent SoS(iSoS)アプローチを明らかにした。iSoSを支える知的要素技術として、スキルベース学習とアンサンブル逆強化学習のアルゴリズムを開発し、救命救急トリアージシステム、システム品質評価、システム異常監視への応用をはかった。以上の結果から、近未来のCPSにつながる高度システム開発手法の提案に至った。本研究は,SoSの基盤技術の確立と,その設計理論の構築,および知能システムと融合した知的SoS(iSoS)の創生のために,4年間の期間を前半2年(フェーズ1),後半2年(フェーズ2)にわけて実施する計画を立てている。まず,(1) H25年度とH26年度の2年間を経て,SoSの要素技術と設計方法に関する体系化の研究を1ラウンド目としている。また,研究期間を通して,iSoSの基盤技術,iSoSの設計理論,iSoSの社会実装というテーマに取り組んでいる。特にH25年度では,これまで検討を進めてきた分散知能要素技術を深化させ,SoSの要素技術として高度化するための基盤技術の理論展開をはかった。具体的には,機械学習および最適化技術等の知的要素技術について,SoSにむけた新たな進展をみた。個々の研究要素ごとに成果を列挙すると,iSoS基盤技術として,SoSを構成するシステム同士の依存関係を自律的に学習し運用をしながら,システム全体としての「スキル」を向上させる,アンサンブル逆強化学習のアルゴリズムと,これを動作させるための進化的アプローチ,および,類似の経験からスキルを転移させる位相転移学習の方法を明らかにした。また,iSoS設計理論の構築として,認知バイアスを含む複雑な系の最適化手法を考案し,その基本的効果を明らかにした。さらに,iSoSの社会実装にむけて,救命救急システムにコンカレント機械学習のしくみをとりいれたアルゴリズムを試行し,従来精度(35%)を大きく超える判定精度(80%)を達成し,新たなSoSの事例としての基礎を確立した。以上の研究進展は,当初予定していた2年間の基礎的検討,設計論の確立という目標に沿って順調に進展をしていると自己評価をしている。具体的には,機械学習を用いたコールトリアージの高精度化と動的ディスパッチ運用評価用シミュレーションシステムについて大きな進歩が得られた。トリアージの高精度化のために、ランダムフォレストを基礎とする新たなアルゴリズムを提案し、運用条件を満たした状態で従来の2.5倍(80%)を超える精度が達成された。この精度のもとで、動的ディスパッチ運用を評価するために、高精度なシミュレーションシステムを開発した。さらに、家庭での簡易トリアージを行うことを想定して、救命救急データの中から優先項目を抽出する学習を行い、少ない判定項目で高い精度が得られることを明らかにした。このようにSoSの特徴である複合システムを知能システムで連携させるための具体的方法論を明らかにすることができた。もう1つの研究事例として計画をしていたパワートリアージの研究では,新たに研究着手をした逆強化学習アルゴリズムによって,人の振る舞いから適切な行動を獲得するための学習方法を明らかにした。また,スキルベース学習と呼ぶ新たな学習パラダイムを提案し,学習が未完成の状態からでも実環境に導入させながら学習を進行する手段を明らかにした。これらの具体的研究事例の積み上げにより,iSoSの本研究期間の折り返しを前に,iSoSの基盤技術の概形を把握するに至った。本年度では,ここまでに検討をしてきたiSoS基礎技術と設計論の社会実装にむけた取り組みを開始した。まず,iSoSの主要アプリケーションとして位置づけている知的救命救急システムの実現に大きな進展があった。トリアージシステムの精度を85%にまで向上させることに成功するとともに,救急車ルーティングの詳細なシミュレーションシステムの実現に至った。この成果は,新聞,マスコミ等でも取り上げられ大きな波及効果が得られた。さらに,iSoSの要素技術の1つに位置づけているシステム間相互運用性実現のために,知的機構の転移を容易にするアンサンブル逆強化学習の萌芽的検討を開始し,シミュレーションレベルで効果が確認できた。次に,iSoSがめざす持続可能社会に向けた取り組みとして,複数のインフラシステムへの技術転用を開始した。1つは機器故障診断・予知であり,機械学習による保守運用の最適化をめざした取り組みである。one-class SVMとマルチスケールの異常判定機構により,高い診断精度が得られることが確認でき,特許を取得している。さらにこの技術を転用した,水道インフラ制御に着手を開始した。さらに,システム開発上不可欠なソフトウェアの品質評価について,ライフサイクルの長い通信インフラシステムを事例にした新たなメトリクスを開発した。以上のように,ここまでに研究を進めてきた知的System of Systems技術は当初目標を超えた様々なアプリケーションへの応用が達成できている。本分野については,社会的要請が高まっており,計画当初の予定にない様々な応用が期待されている。また,IoT, Cyber physical systemsにみられる技術革新と合わせて,iSoSが果たす役割も広がっている。本年度ではこの動向に応えるために,具体的な応用先への展開を前倒しで進めるとともに,技術動向に追従するための新たな知的機構の展開を進めてきた。その結果として,具体的な応用成果と,萌芽的な技術開発に成功している。

一方で,要素技術の個別展開のみならず,iSoS分野の体系化を図る取り組みが未着手となっているが,最終年度ではこれらの実施例をベストプラクティスとして体系化する予定となっており,現段階としては概ね順調な進捗が得られているといえる。最終年度では,ここまでに検討をしてきたiSoS基礎技術と設計論の社会実装にむけた取り組みを複数着手し成果に至っている。iSoSの主要アプリケーションとして位置づけている知的救命救急システムの成功をうけて,さらにこれを病院初診診療科判定への展開を図った。アンサンブル学習によるトリアージアルゴリズムをカルテデータと医療データベースに対して転用し,実証実験に至っている。さらに,病院と地域を連携させることを目的に,企業,病院と共同でのプロジェクトに発展をし,iSoSのプラクティスに至ろうとしている。iSoS間相互運用性実現のために,知的機構の転移を容易にするアンサンブル逆強化学習の応用では,別途進めている基礎検討とは別に,機器故障予測と水道自動制御への転用をはかりつつある。水道事業においては、下水処理場の自動化をめざした知的画面監視技術を開発し、実データを用いた評価で人による制御と遜色ない精度が達成された。機器故障診断では,実環境におけるone-class SVMとマルチスケールの異常判定機構を開発し,特許化,実証実験に至っている。また,機械学習による保守運用の最適化をめざした取り組みでは,深層学習を用いた画面画像からの学習により,高い精度での設備制御が可能であることを示した。以上のように,ここまでに研究を進めてきた知的System of Systems技術は当初目標を超えた様々なアプリケーションへの応用が達成され,当初の目的であったiSoS基盤の創生が達成できている。高信頼・安全・堅牢・自律性の基盤となる新たな「総合性の工学」ーSystem of Systems(SoS)を,知能技術を用いて高度化したintelligent SoS(iSoS)アプローチを明らかにした。iSoSを支える知的要素技術として、スキルベース学習とアンサンブル逆強化学習のアルゴリズムを開発し、救命救急トリアージシステム、システム品質評価、システム異常監視への応用をはかった。以上の結果から、近未来のCPSにつながる高度システム開発手法の提案に至った。H26の当初計画は,H25年度中に達成をした要素技術の成果展開と,知的救命救急医療サービス,パワートリアージのプロトタイプ作成と評価であった。このうち,知的救命救急医療サービスについては,過去の膨大な救急医療データとその判定,搬送実績,対応に至る大規模データベースを活用し,さらに,リアルタイムの患者の状態,救急スタッフ・車両の状態,交通状態,それらの地理的・時間的分散状態の相互作用のモデル化によって,複雑な救急医療システムの高度化を実現できた。また,現在稼働している第一世代トリアージと,研究代表者が開発した機械学習によるトリアージシステムとの精度上の比較検討を行うなど,当初予定されていたほぼすべての事項が達成できた。これらの成果は,新聞報道や専門雑誌の特集に掲載されるなど,波及効果がみられた。
廃棄毛リサイクルに関する研究

畜肉生産に伴ない発生する獣毛・羽毛の利活用を進めることで、ゼロエミッション化を目指す。実験モデルとして、簡易的な加水分解法の確立、およびその用途開発を行った。産業的応用を目指し、羽毛の処理方法として、加水させることで体積を減らし、低濃度のアルカリ溶液中で、短時間の加熱処理することで臭いを抑えた加水分解ケラチンの製造方法を確立した。この技術はPCT/JP2005/005672「可溶化ケラチンの製造方法」として国際特許取得を目指している。この特許の特徴は、先行技術や研究と異なり、微細化せずに可溶化することである。その為、実用化が容易であり、企業への権利移行が望める。加水分解ケラチンの利用法として毛髪保護剤としての効果を検証した。実験的にダメージを与えた毛髪への補修効果が電子顕微鏡観察により確認できた。別用途での利用方法として、皮革改質剤としての効果について検証した。その成果を特願2005-282444「皮革改質剤」として出願中であり、革製品の歩留まり率の向上と、革保護効果を加味できる新たな製剤としての用途開発が可能となった。微生物による獣毛・羽毛の分解方法の確立として、帝京大学医真菌センターおよび東京都立皮革技術センターとの共同研究を進め、ケラチン分解活性を有する数種の真菌を得た。また、研究の過程で、ケラチン分解活性の判定を容易に行うことが可能なケラチンザイモグラフィー法を確立し、既存株での確認を行った。本分析方法を用いることで、菌から酵素を精製すること無しに特性解析を行うことが出来、また、菌の同定も可能であった。畜肉生産に伴い発生する獣毛・羽毛の大部分は産業廃棄物として処理されているが、リサイクル法の施行に伴い、畜肉生産においても廃棄物をなくすゼロエミッションを目指す必要がある。しかし、牛海綿状脳症、口蹄疫、トリインフルエンザや重症急性呼吸器症候群の発症以来、家畜系原料を用いた製品に対する消費者の忌避は非常に強く、獣毛や羽毛の資源化において大きな障害となっている。本研究では、これらの障害となっているクローン病やウィルスを除去可能な処理を行い、廃棄毛から有用なケラチン成分を調製し、その利用特性を明らかにする。特に、シャンプーやリンスに代表されるヘアケアー製品への応用を念頭に研究を行う。すなわち、低コストで分子量の小さいケラチンペプチドの製造法の確立、およびダメージヘアーの改善効果に絞って研究を行う。平成16年度の研究で、Microsporum canisの生産するプロテアーゼに着目し、その特異性について検討を行った。その結果、4060°Cで活性を示し、分子量5060kDaのメタロプロテアーゼである事を認めた。窒素代謝に関わり、タンパク質の発現を制御する遺伝子欠損株を作製した結果、プロテアーゼの生産力を制御する事を認めた。この事により、これら遺伝子を操作する事により、プロテアーゼ産生量を制御できる可能性が示唆され、論文投稿準備中である。ケラチンを簡便な方法で加水分解する試みも行っており、試験的に水鳥羽毛を弱アルカリ溶液中で、加圧・短時間処理することで、臭いの少ない可溶化ケラチンの調製が可能となった。この結果は特許として出願準備中である。

この特許の特徴は、先行技術や研究と異なり、微細化せずに可溶化することである。その為、実用化が容易であり、企業への権利移行が望める。加水分解ケラチンの利用法として毛髪保護剤としての効果を検証した。実験的にダメージを与えた毛髪への補修効果が電子顕微鏡観察により確認できた。別用途での利用方法として、皮革改質剤としての効果について検証した。その成果を特願2005-282444「皮革改質剤」として出願中であり、革製品の歩留まり率の向上と、革保護効果を加味できる新たな製剤としての用途開発が可能となった。微生物による獣毛・羽毛の分解方法の確立として、帝京大学医真菌センターおよび東京都立皮革技術センターとの共同研究を進め、ケラチン分解活性を有する数種の真菌を得た。また、研究の過程で、ケラチン分解活性の判定を容易に行うことが可能なケラチンザイモグラフィー法を確立し、既存株での確認を行った。本分析方法を用いることで、菌から酵素を精製すること無しに特性解析を行うことが出来、また、菌の同定も可能であった。現在、これらのデータをまとめている。
歯科インプラント用チタン合金の開発

本研究の目的は医用インプラント材料としてTi-15-Zr-4Nb-4Ta合金の開発である。臨床において広く用いられているTi-6Al-4V合金を対照として,生体用チタン合金として期待されるTi-15Zr-4Nb-4Ta合金について,表面処理の違いと骨インプラント間の骨結合強度との関係を明らかにすることを目的に,両合金をウサギ大腿骨に埋入し,4,8,16,24および48週における引き抜き試験後,インプラント周囲の新生骨についてマイクロCTによる骨梁観察を行い,以下の結果を得た。引き抜き曲線は,同一表面処理を行ったTi-6Al-4V合金およびTi-15Zr-4Nb-4Ta合金インプラント間で同様な曲線が記録された。骨結合強度は,4,8,16,24および48週において表面処理が同一の場合,Ti-6A1-4V合金とTi-15Zr-4Nb-4Ta合金の間に有意の差を認めず,4週から24週にかけて直線的に増加し,24週以降わずかな減少傾向を示した。また,ブラスト処理された両合金インプラントの骨結合強度は,機械加工処理に比べ,有意に高い値を示したことからブラスト処理が骨結合強度に関して有利に働くことが考えられた。骨梁構造は,同一表面処理を行ったTi-6A1-4V合金およびTi-15Zr-4Nb-4Ta合金インプラント間で同様の像が観察された。また,ブラスト処理された両合金インプラントは,機械加工処理に比べ,新生骨の形成量が多く,より緻密な骨梁構造が観察され,各インプラントにおける骨結合強度の測定結果の裏付けとなることが示唆された。したがって、その素晴らしい機械的性質、耐蝕性、腐食疲労、および生物学的適合性がある新しいTi-15Zr-4Nb-4Ta合金が将来医療のアプリケーションのための新しい合金として臨床応用の可能性を示唆することができた。本研究はチタン合金に3種類のコーティングを施し,インプラントと骨境界面部での骨誘導,骨形成の方向性や配置を観察し,偏光顕微鏡さらに反射電子像の有用性について検討を行い興味ある知見を得た.反射電子像による観察結果はG1,G2およびG3の周囲に形成された新生骨の3種(A,B,C)の異なる形成パターンが観察された.Aは既存骨から伸展する新生骨.Bはインプラント周囲に形成される新生骨.Cは骨髄腔側から形成される海面骨様の新生骨とした.インプラント周囲の新生骨は既存骨と比べ,骨小腔の配置や密度差,また濃淡差の違いを手がかりに分別した.A,BおよびCは性質の異なる骨が組み合わさり形成されている.特に骨髄腔側から形成される新生骨形成(C)については,あまり報告されていない.また,インプラント周囲の新生骨(B)と皮質骨から伸展する新生骨(A,A',A")では明らかに異なった.さらに,反射電子像における硬組織観察は,従来の光学顕微鏡で硬組織と線維組織の判断しにくい部位を明確に観察が可能であった.さらに新生骨に見られた骨小腔の配置や密度差,既存骨と新生骨の濃淡差が明らかとなり,石灰化の熟成度が観察できた.また,偏光顕微鏡においては試料の複屈折を観察することで骨のコラーゲン線維の方向性や配置を知ることができた.インプラント側面では長軸に直交する骨梁がみられ,インプラント尖端では放射状に広がり,荷重方向に平行する骨梁配列がみられるといわれており,今回の偏光顕微鏡観察により同様な見解を示す新生骨が確認できた。

今年度は病理学的な検討を行い,生体組織との親和性を観察することが確認できた.現在は骨固着強度の実験中でありチタン合金の生体適合性について更なる評価を行う予定である.臨床において広く用いられているTi-6Al-4V合金を対照として,生体用チタン合金として期待されるTi-15Zr-4Nb-4Ta合金について,表面処理の違いと骨インプラント問の骨結合強度との関係を明らかにすることを目的に,両合金をウサギ大腿骨に埋入し,4,8,16,24および48週において引き抜き試験を行った後、インプラント周囲の新生骨についてマイクロCTによる骨梁観察を行い,以下の結果を得た。1.引き抜き曲線の記録および骨結合強度の測定引き抜き曲線は,同一表面処理を行ったTi-6Al-4VおよびTi-15Zr-4Nb-4Ta合金インプラント間で同様な曲線が記録された。骨結合強度は表面処理が同一の場合,両者に有意の差を認めず,4週から24週にかけて直線的に増加し,24週以降わずかな減少傾向を示した。また,ブラスト処理の骨結合強度は,機械加工処理を行ったものに比べ,有意に高い値を示した。このことからブラスト処理が骨結合強度に関して有利に働くことが示唆された。2,マイクロCTによる骨梁観察の試み骨梁構造は,同一表面処理を行った両インプラント間で同様の像が観察された。また,ブラスト処理された両合金インプラントは,機械加工処理されたものと比べ,新生骨の形成量が多く,より複雑な骨梁構造が観察され、各合金インプラントにおける骨結合強度の測定結果の裏付けとなることが示唆された。以上のことから,ブラスト処理されたTi-15Zr-4Nb-4Ta合金インプラントは,埋入後4週から48週においてTi-6Al-4V合金インプラントと同等の骨結合強度を示し,生体用チタン合金インプラントとして臨床応用への可能性が示唆された。また,高分解能を有するマイクロCTは,試料を破壊することなく骨梁の三次元構造をリアルに表現できる有用な方法のひとつであると考えられ、今後の利用が期待される。
量子ドット集積体と反応拡散アーキテクチャを組み合わせた情報処理デバイス

本研究は、CMOS LSIに代わる新しい機能を持った単電子LSIの構築を目的とする。その実現のために、量子ドット集積体と反応拡散アーキテクチャを組み合わせることについて調査・検討を行った。その結果、去年度の論文発表1件(単電子反応拡散デバイスの基本構成について)に引き続き、デバイスの応用について論文をさらに1件発表することができた(ボロノイ図の構成を行うデバイス)。さらに、国際会議および国内会議にて発表を行った。反応拡散アーキテクチャを踏まえ、量子ドット集積体にニューラルネットワークを導入することについて提案を行い、各国際会議、国内学会・研究会、論文へ発表を行った。2005年9月には国際会議発表においてBest Paper Award : Workshop on Unconventional Computing ECAL 2005を受賞した。各種の国際会議、国内学会・研究会へ積極的に参加することによって、様々な情報を入手することに成功し、また各国の研究者と活発な議論を行うことができた。なお、平成17年度の研究発表件数は以下の通りである。(共著含む)1学術論文:3件2国際会議発表:14件3国内学会・研究会発表:3件本研究は、CMOS LSIに代わる新しい機能を持った単電子LSIの構築を目的とする。その結果、単電子反応拡散デバイスの基本構成について、論文を1件発表することができた。さらに、その反応拡散デバイスを用いた応用として、波動情報処理や計算幾何学を導入し、迷路探索問題の求解やボロノイ図の構成を行うデバイスについて国際会議および国内会議にて発表を行った。2004年12月には国内においてIEEE Sapporo Section-The 2004 Student Paper Contest Awardを、2005年3月には国際会議発表において、The Research Institute of Signal Processing, NSCP'05 Student Paper Awardを受賞した。2004年8月1日9月30日にかけて、スイス連邦工科大学ローザンヌ校に滞在、研究調査を行い、同校のAlexandre Schmid氏と単電子反応拡散デバイスやその発展について活発な議論を行った。なお、平成16年度の研究発表件数は以下の通りである。(共著含む)1学術論文:2件2国際会議発表:7件3国内学会・研究会発表:10件本研究は、CMOS LSIに代わる新しい機能を持った単電子LSIの構築を目的とする。(共著含む)1学術論文:3件2国際会議発表:14件3国内学会・研究会発表:3件
労働者の国際移動の自由としての平等原理の可能性と限界～EU法を素材として～

今年度は、主に後述13の観点から研究を進め、1および2については具体的な研究成果を公表した。1.まず、EU労働法に関わる最新の政策動向、すなわち、いわゆる欧州社会権基軸(European pillar of social rights)をめぐる動向についての研究である。これは、一般に欧州連合(EU)の社会的側面を強化しようとする包括的な政策であり、今後の動向を注視する必要があるが、労働者の国際的な自由移動保障にも影響を及ぼす可能性がある。今年度は、かかる政策動向の背景、概要およびアプローチの特徴を確認したうえで、その意義と限界を明らかにした。2.次に、自由貿易・投資保護協定と国内労働法との関係についての研究である。本研究において、労働者の国際移動の自由に着目した背景には、国際的な市場統合が低廉労働力を利用した競争を招き、ひいては各国労働法制との間に緊張関係を生ずる可能性があるところ、当該緊張関係の調整原理として、労働者の自由移動が機能しうるのではないか、という仮説がある。しかし、かかる知見および仮説は、いずれもEU経済統合と労働法との関係をめぐる研究から得られたものであって、わが国にとってどの程度参考となるか、換言すれば、普遍性が明らかでない。そこでまずは、海外の文献をもとに、一般的な自由貿易・投資保護協定が国内労働法制との間に緊張関係を生じうるか、生じうるとしてEU経済統合のそれとどのように異なるかを研究した。3.最後に、EUにおける越境的労働者配置(posting of workers)をめぐる新たな立法動向についての研究である。越境的労働者配置は、低廉労働力の利用が批判される典型例であるが、現在、新たな規制について立法提案がなされている。ドイツの学者にヒアリングを行うとともに、文献を収集し、その概要と意義を確認した。29年度が最終年度であるため、記入しない。
アメーバに共生する難培養性細菌のゲノム解析から紐解くマトリョーシカ進化原理

微生物間の共生機構の解明研究は、個々の微生物の進化や生態さらに病原体と私達の体を構成する細胞とのせめぎ合いを通して起こる病態形成機構を知る上で極めて重要である。そこで私達は土壌や水系環境に普遍的に生息するアカント・アメーバ(アメーバ)に共生する難培養性細菌に着目し、自然環境から難培養性細菌が持続的に感染するアメーバ株の樹立し共生細菌の特徴について検討してきた。特に興味深い難培養性細菌は原始的な姿を留めたクラミジアであり、それらに焦点を絞り研究を進めている。平成24年度は株化したアメーバに共生する原始クラミジア(Neochlamydia S13)のゲノム解読を次世代シークエンサーにより行い、そのドラフトゲノムより共生や宿主細胞の修飾に関わる遺伝子やそのユニークな構造を探索し詳細に解析した。その結果、ゲノム構造は既に知られている原始クラミジアProtochlamydia UWE25(Science, 2004)と大きく異なり、Neochlamydia S13のゲノム構造は極めてユニークであり、TCAサイクルが欠落しそれに伴い呼吸鎖の多くの遺伝子が脱落してることを見つけた。興味深いことに原始クラミジアは通常IV型分泌装置をコードする遺伝子クラスターを保持しているが、Neochlamydia S13にはその構造が認められなかった。また私達はこのNeochlamydia S13ゲノム上に多数の蛋白蛋白相互作用に関わると予想されるロイシンrichリピートやアンキリンドメインを持つ新規機能候補分子や膜貫通領域を複数持つエフェクター分子候補を見つけた。さらに通常クラミジアには認められない多数のトランスポゾンをコードする遺伝子を発見した。現在DNAマイクロアレイ解析により発現遺伝子のプロファイリングを行っている。これらの研究成果は現在論文化するとともに投稿準備を進めている。次世代シークエンサーよる解読で原始クラミジア(Neochlamydia S13)のドラフトゲノムを得た。そのゲノムの解析から概要で述べたように以下の点が明らかになった。1. Neochlamydia S13のゲノム構造は極めてユニークであり、TCAサイクルが欠落しそれに伴い呼吸鎖の多くの遺伝子が脱落してることを見つけたこと。2. Neochlamydia S13ゲノム上に多数の蛋白蛋白相互作用に関わると予想されるロイシンrichリピートやアンキリンドメインを持つ機能候補分子や膜貫通領域を複数持つエフェクター分子候補を見つけたこと。3. IV型分泌装置が欠落していること。4. Neochlamydia S13ゲノム上に通常クラミジアには認められない多数のトランスポゾンをコードする遺伝子を発見したこと。これらの研究成果が得られたことより本申請研究が"おおむね順調に伸展している"と判断した。平成25年度交付申請を辞退するため、記入しない。
可干渉性フォノン励起法の確立-相転移研究の新しい方法として-

2年間にわたる本研究によって、目的であった相転移のダイナミクスを解明するための新しい実験手法として可干渉性フォノン励起法を実験的に確立し、それを幾つかの相転移の例に応用してダイナミクスの解明を図ることができた。本研究によって特に相転移における不安定化過程を本質的に記述する素励起(ソフトモード)の人為的励起と、その伝播・減衰等ダイナミクスの実時間依存性の高精度観測が、励起パルスと検出プローブの制御に光学位相マスク(光学干渉格子)とヘテロダイン検波法によるシグナル検出を適用することで実験システムの大幅な改良が達成できた。これにより様々な種類の相転移のダイナミクスの解明が出来、相転移研究に新しい展開をもたらすことが出来た。具体的な成果は、(1)強誘電体KDPにおけるB_2分極モードの実時間観測から、このソフトモードは相転移温度から十分離れた領域においても単一指数関数で良く表される時間依存性をもつことが明らかになった。これはKDPの相転移機構に緩和型(秩序無秩序型)の機構があることを解明したことである。(2)強誘電体LiNbO3におけるポラリトン分散関係を精密に解明し、従来報告されていた7THz以下の振動数領域における数個の共鳴周波数の存在を否定した。この結果、本研究で確立された可干渉性フォノン励起法は、微小波数領域におけるダイナミクスの解明に特に優れた性能を発揮することが明らかになった。(3)強誘電体TGS、液体-ガラス転移物質ソルビトールにおける転移点近傍で熱励起緩和モードの測定を行い、それぞれ特徴あるダイナミクス、前者においてはセントラルピークの物理的起源、後者では特定波数のモードがガラス転移温度に向かって成長することを緩和時間の極大温度の波数依存性から結論した。本研究計画の目的は相転移のダイナミクスを解明するための新しい実験方法として、可干渉性フォノン励起法を確立することにある。それは相転移に於ける素励起の不安定化過程を解明するために、ピコ秒あるいはフェムト秒の超短パルスレーザーを用いて人為的に可干渉性フォノンを励起し、その伝播・減衰等の実時間依存性を高精度に観測する新しい実験方法である。本研究計画がスタートする平成10年度においては、共同研究者(K.A.Nelson教授,MIT)の招聘と研究代表者の派遣により向こう2カ年にわたる研究計画の策定が行われ、まず(1)通常の2光束干渉法にパルス検出を適用した場合の可干渉性フォノンの励起とその最適信号強度検出の条件の検討し、続いて(2)光学位マスクを用いた干渉励起法にヘテロダイン検出を併用した場合に於ける最適信号強度を得る条件の検討を行い、最終的に(2)実際の相転移の例に検討結果を検証する、3段階からなる具体的実行プログラムを計画した。現在この第1段階が終わり第2段階の途中である。通常の方法(2光束干渉法にパルス検出)に比べて第2段階で検討している光学位相マスクを用いる方法はヘテロダイン検波の有利性とも合わせて極めて高いS/N比を示すことが明らかになりつつある。現在この方法のもっとも基礎的な実験段階は終わり、光学位相マスクのグループ間隔を変えることで励起される可干渉性フォノンの波数を変えることができるので、相転移に於ける波数に依存するゆらぎのダイナミクスの研究に適していることが示されている。すでに今年度を終える段階で、(1)で述べた通常の方法を用いていくつかの成果を上げることが出来た。

本研究によって特に相転移における不安定化過程を本質的に記述する素励起(ソフトモード)の人為的励起と、その伝播・減衰等ダイナミクスの実時間依存性の高精度観測が、励起パルスと検出プローブの制御に光学位相マスク(光学干渉格子)とヘテロダイン検波法によるシグナル検出を適用することで実験システムの大幅な改良が達成できた。これにより様々な種類の相転移のダイナミクスの解明が出来、相転移研究に新しい展開をもたらすことが出来た。具体的な成果は、1,強誘電体KDPにおけるB_2分極モードの実時間観測から、そのソフトモードは相転移温度から十分離れた領域においても単一指数関数で良く表される時間依存性をもつことが明らかになった。これはKDPの相転移機構に緩和型(秩序無秩序型)の機構があることを解明したことである。2,強誘電体LiNbO3におけるポラリトン分散関係を精密に解明し、従来報告されていた7THz以下の振動数領域における数個の共鳴周波数の存在を否定した。この結果、本研究で確立された可干渉性フォノン励起法は、微小波数領域におけるダイナミクスの解明に特に優れた性能を発揮することが明らかになった。3,強誘電体TGS、液体-ガラス転移物質ソルビトールにおける転移点近傍で熱励起緩和モードの測定を行い、それぞれ特徴あるダイナミクス、前者においてはセントラルピークの物理的起源、後者では特定波数のモードがガラス転移温度に向かって成長することを緩和時間の極大温度の波数依存性から結論した。
異種影供を中心とする肖像画と和歌文学の交流についての研究

研究実施計画の第一段階である、異種影供発見の為の肖像画類の調査の為に、関西方面に一回(京都大学附属図書館)、東海に二回(蓬左文庫・西尾市立図書館岩瀬文庫)、東北に一回(宮城県図書館)、九州に一回(熊本大学附属図書館)、四国に一回(今治市河野美術館・徳島県立図書館)の計六回の旅行を行った。その成果としては、人麿影をも含めて十人に及ぶ歌人の肖像画や影供歌会資料を発見・確認することができた。それらの情報をパーソナルコンピュータを利用して、第二段階としての整理検討を順次行っていたのだが、機械故障の為、一時中断を余儀なくされ、交付金の使用計画を一部変更して、研究続行の為に必要十分なパーソナルコンピュータが使用可能になった。第二段階は実際に行ってみると、予想通りではあったものの、肖像画の制作及び像容の成立年次の認定が困難であること、肖像画と歌会との関係が見いだせない場合が多く、一律的な整理ができないことが判明した。このため、制作年次判明の如何と、歌会との関係の有無による資料の分類が必要となった。このことにより、この段階の目的の一つであった資料の年譜化は現時点ではあまり意味の無いものとなってしまっている。第三段階としては、収集した資料の中から特に詳密な研究が必要と判断した、藤原成通影供並びに醍醐寺旧蔵歌仙絵関係資料を選び出し、集中的な研究を行った。特に後者からは、歌人の肖像画を仏画や一般的な肖像画と区別して保管していること、従来の想像以上に寺院と影供の関係が深いこと等の新知見が得られた。本年度の研究の成果は、未だ具体的に公にするには至っていないが、今暫く研究を続け近い将来に公表する予定である。
“夜ふかし”行動はいつ決まるか

"夜ふかし"マウスをもちいてその行動を詳細に解析し始めたところ、Dox濃度を検討するための行動異常としては時間的にもマウスリソース的にも適切でないことが分かった。そこで同様の方法で作製した別の変異マウスをもちいてDox濃度の条件検討をおこなった。その結果、その変異マウスの表現型である体重減少と睡眠時間の減少をDox添加餌にて抑制することができた。また、それぞれ餌を変えるだけで、その表現型を抑制し、誘導し、再び抑制することにも成功した。これらの結果から得られたDox濃度条件をもとに、夜ふかし行動を抑える神経基盤がいつ決まるかを今後解析していく予定である。今年度は、まずドキシサイクリン投与量の条件検討をするために,夜ふかし行動を示すトランスジェニックマウスの表現型の確認をおこなった。その結果,同じ遺伝子型を持つマウス個体間でさえ,夜ふかし行動を示す割合が半数以下であることが分かった。また、夜ふかし行動を調べるためには、明暗同調をおこなった後に恒暗条件にマウスをさらす必要があった。これらの二つの理由から、ドキシサイクリン投与量の条件検討をするための指標として夜ふかし行動を用いて実験を進めることは効率が悪いことが分かった。そこで、より簡便に調べられる行動異常を示す変異マウスの作製を行った。その結果、同じ遺伝子型を持つ個体間での表現型のばらつきが少なく、通常の明暗条件において、はっきりと表現型を示す変異マウスを得た。しかしながら、マウスの行動を測定するには生後2ヶ月ほど飼育する必要がある。そのため、多種類の条件検討をおこなうには、行動測定はやはり効率の悪い指標である。そこで、この変異マウス個体を注意深く観察していたところ、生後1ヶ月以内にすでに身体的な特徴があらわれることが分かった。この特徴と行動異常との因果関係は今のところ定かではない。しかしながら、この特徴を指標にすれば、マウス生後1ヶ月以内に、ドキシサイクリン投与量の条件検討を行い,その結果を得られることが分かった。そこで、5 ppmから200 ppmまでのドキシサイクリン濃度の餌を与え,その特徴が見られなくなるかどうかを調べた。その結果,これらの範囲でその特徴を抑えることができた。また、ドキシサイクリン濃度が高くなれば,ドキシサイクリンによる抑制効果が抜けるまでに時間がかかることが明らかになった。今後は、この情報を元に,さらに精密な制御を可能にするドキシサイクリン濃度と、その投与期間の詳細を調べていく予定である。個体の行動を理解する上で、非侵襲的かつ可逆的な摂動を与えられる実験系は非常に有用である。本研究ではTetシステムを用いて特定の神経細胞を操作できる遺伝子改変マウスを作製し、その神経細胞を破傷風毒素で阻害したところ、ヒトの夜ふかしに相当する行動パターンを得ることができた。そこで、当該マウスを用いて非侵襲的かつ可逆的な摂動を与える実験系を構築しようと試みた。しかしながら、"夜ふかし行動"を検出するための実験条件は、薬物投与の条件検討には適していなかったため、初年度はより適切な変異マウスの開発と、そのマウスを用いてドキシサイクリンの濃度に関する条件検討を簡易的に行った。今年度は、前年度におこなった濃度条件をもとにして、前年度使用した変異マウスを用いて睡眠覚醒時間の測定による濃度条件の検証を試みた。ドキシサイクリンは0 ppmから200 ppmまでの異なる5つの条件に対しておこなった。その結果、睡眠覚醒時間の変化を抑制するためのドキシサイクリン最低濃度と、ドキシサイクリン投与をやめてからその変化を誘導するために必要な期間を明らかにすることができた。さらに、再度ドキシサイクリンを投与し直すことによって、誘導された睡眠覚醒時間の変化を元通りに回復させることにも成功した。このことは、餌の種類を変えるだけで睡眠覚醒時間の変化を誘導し、元に戻すこともできるということを確かめた画期的な成果である。これらの結果から得られた条件をもとに、夜ふかし行動を抑える神経基盤が発達過程でいつ決まるのかを今後解析していく予定である。複合領域当初使用を予定していた夜ふかし行動を示す変異マウスが、表現型のばらつきが大きいことが分かり、表現型のばらつきが少なく、はっきりした行動異常を示す変異マウスを一から準備する必要があったため。当初使用を予定していた夜ふかし行動を示す変異マウスよりも、より評価しやすい変異マウスの開発に成功したので、当初の実験計画を踏襲しつつ、引き続き実験をおこなっていく。そして、それらのマウスをもちいて、夜ふかし行動を決定する時期についての理解がより深められるような実験系を考え、適宜柔軟に実施していく。当初使用を予定していた変異マウスが、計画していた実験の条件検討には適さないことが判明したため、別の変異マウスを作製し、準備する必要があった。

その結果、当初計画していた予定よりも、実験が遅れることになった。そのため、当初計画していた初年度の実験の全てをおこなうことができず、次年度使用額が生じた。前年度計画していた実験の全てと、今年度計画した実験の全てを、新たに準備した変異マウスについておこなう予定である。表現型取得までにかかる日数や、表現型のばらつきが小さいため、それが可能だと考える。そのため、実施する実験は当初計画していたものと同じであり、全期間内で所要額の総額に変更は無い。
f-d混合電子系ペロブスカイト型酸化物の磁気化学的研究

秩序化ペロブスカイトA_2RBO_6(A=Sr, Ba ;R=rare earths ; B=Ru,Ir)の結晶構造と磁気的性質について調べた。これらの化合物中で、希土類元素は3価、ルテニウム(イリジウム)は5価をとるが、Sr_2RIrO_6に関してはR=Ce,Tbの場合に、RおよびIrともに4価をとり、Ba_2RIrO_6に関してはR=Ce,Prの場合に、RおよびIrともに4価をとることを粉末X線回折、ESR測定、メスバウア分光測定から見出した。また、A_2RIrO_6に関して、磁化率測定、比熱測定を行ったところ、Rは3価、Irは5価をとる化合物は室温から2Kまでの温度範囲で常磁性であるのに対し、Sr_2CeIrO_6およびSr_2TbIrO_6は、それぞれ、20Kおよび52Kで、Ba_2CeIrO_6およびBa_2PrIrO_6は、それぞれ、18Kおよび70Kで反強磁性転移することを見出した。また、Ba_2RRuO_6化合物については、全ての化合物で反強磁性転移を生じていることを、磁化率測定および比熱測定の結果から見出した。さらに、磁気転移を生じた化合物については粉末中性子回折測定を行い、これらの化合物の結晶構造ならびに磁気構造を決定した。これらの化合物の磁気構造はいずれもtypeI型反強磁性構造をとっていることが分かったが、遷移金属、希土類元素の相違により、磁気モーメントの向きが化合物によって異なっており、その相違について希土類元素の結晶磁気異方性の観点から考察した。秩序化ペロブスカイトA_2RIrO_6(A=Sr,Ba ; R=rare earths)の合成と磁気的性質について調べた。これらの化合物中で、希土類元素は3価、イリジウムは5価をとるが、Sr_2RIrO_6に関してはR=Ce,Tbの場合に、RおよびIrともに4価をとり、Ba_2RIrO_6に関してはR=Ce,Prの場合に、RおよびIrともに4価をとることを粉末X線回折、ESR測定、メスバウア分光測定から見出した。このとき、Sr_2TbIrO_6中でTbは4価、Irは4価をとるが、Ba_2TbIrO_6中でTbは3価、Irは5価をとる理由について、結晶化学的な立場から考察した。これらの転移温度の相違は超交換相互作用の経路中に含まれる磁性イオンのf電子数の違いによる。さらに、Sr_2CeIrO_6,Sr_2TbIrO_6およびBa_2PrIrO_6の中性子回折測定を行い、これらの化合物の結晶構造ならびに磁気構造を決定した。これらの化合物の磁気構造はいずれもtypeI型反強磁性構造をとっており、イリジウムをルテニウムで置換したルテニウム秩序化ペロブスカイト酸化物と同様の磁気構造を持つことが分かった。
光周性花芽誘導の日長計時機構解明のためのウキクサの形質転換実験系の開発

平成10年度に行なった実験ではシアノバクテリアSyncchococcussp.PCC7942の野生型、時計遺伝子kaiCに変異を持ついくつかの時計突然変異体を利用した。まず野生型と多くの時計突変異体を混合し、恒常条件下(連続明,30C)で培養を続け、比率の変動を調査した。その結果多くの変異体は野生型と差のない成長を見せ、以下の温度サイクル、明暗サイクル下での競争実験が可能となった。次に昼夜の光環境の効果を調べるため、22時問および28時間周期の変異体と野生型を混合し、様々な周期を持った明暗サイクルを与えた。その結果、22時間の明暗サイクルで培養を続けた場合は22時間周期の変異体が、24時間周期の明暗サイクルの場合は野生型が、28時間周期の明暗サイクルの場合ほの28時間周期変異体が優勢であり、30-50世代後に培養の大部分を占めることが判った。この結果は競争環境下では概日時計による調節が生存価を高めることを示唆している。データは米国の共同研究者達も得ており、共著で論文として発表した。一方温度サイクルについては25/30Cまたは25/35Cのサイクルを用い、同様に競争実験を行った。ここではより周期の長い40時間の変異体も利用した。しがし、得られた結果には必ずしも温度サイクルと概日時計の周期には相関が見いだせなかった。。この結果は温度変化が連続明条件で与えられると傷害を引き起こす可能性を示唆しており、さらに温度サ追クル下での光条件を詳しく吟味することが必要性であろう。。
湿熱回復現象から紐解く成長応力発生メカニズムの解明

本研究は,樹木の力学的最適化システムである成長応力を対象とし,特にあて材部における大きな成長応力の発生メカニズムの解明を目指して知見を得ることを目的とする.「樹木組織のどの部分がどのように応力を担っているか」を動的な情報として得ることを目指す.そのための手法として,「湿熱回復」現象に着目する.湿熱回復現象は成長応力の遅延的な解放によって起こるとされており,成長応力の検出に比べて観察・分析手法の選択肢が多い.様々なアプローチから明らかにした湿熱回復のメカニズムから,成長応力の発生メカニズムの解明へとつなげる.本研究は,樹木の力学的最適化システムである成長応力を対象とし,特にあて材部における大きな成長応力の発生メカニズムの解明を目指して知見を得ることを目的とする.「樹木組織のどの部分がどのように応力を担っているか」を動的な情報として得ることを目指す.そのための手法として,「湿熱回復」現象に着目する.湿熱回復現象は成長応力の遅延的な解放によって起こるとされており,成長応力の検出に比べて観察・分析手法の選択肢が多い.様々なアプローチから明らかにした湿熱回復のメカニズムから,成長応力の発生メカニズムの解明へとつなげる.
回転慣性子を付与した転倒防止システムの開発に関する研究

本研究では,電算機システムなどの高度に発達した情報機器・設備,エレクトロニックスに関連する付加価値の高い工業設備あるいは美術工芸品などの社会資産を地震による転倒から守るためのシステムとして,回転慣性子を付与した新たな転倒防止システムを開発することを目的に,以下の事柄を検討した。1.摩擦抵抗が小さいボールベアリングで支持され,2次元平面上を円滑に運動し、地震後に中立位置に復帰するように弱いばねとさらに回転慣性子を付与した転倒防止システムの運動方程式を導出するために、台の復原力特性を運動学に基づき解析的に求め、静的実験結果を比較することにより解析結果の妥当性を明かにした。2.試作した回転慣性子を付与した防振システムを用い、正弦波加振実験を実施して台の基本特性を調べた。その結果、回転慣性子による、(1)固有周期の長周期化効果、(2)入力地震動の損失効果、(3)入力の大きさに伴った応答倍率の低減効果を明かにした。3.入力地震波として白色雑音、長周期成分を有する人工地震波、実地震波を用いた応答解析を行った。この結果は試作した回転慣性子を付与した防振システムを用いた実験結果とよく一致することがわかり、系全体のモデル化の妥当性を明かにした。4.調和バランス法により、台の定常応答解を基本調波成分と三次の高調波成分の和で表した解析を行って、台の加速度応答に及ぼす三次の高調波成分の影響を調べた。5.本防振システムにおける滑車の最適配置および回転慣性子の大きさの最適化を計り、それによって製作した防振台を用いた実地震波加振実験とシミュレーションによりその有効性を検証した。本研究では、電算機システムなどの高度に発達した情報機器・設備、エレクトロニックスに関連する付加価値の高い工業設備あるいは美術工芸品などの社会資産を地震による転倒から守るためのシステムとして、回転慣性子を付与した新たな転倒防止台を開発することを目的に、以下の事柄を検討した。1.摩擦抵抗が小さいボールベアリングで支持され、2次元平面上を円滑に運動し、地震後に中立位置に復帰するように弱いばねとさらに回転慣性子を付与した転倒防止システムの運動方程式を導出するために、台の復原力特性を運動学に基づき解析的に求めた。その結果と静的実験結果を比較することにより解析結果の妥当性を明かにした。3.上記の転倒防止システムの運動方程式の定式化を行い、それを基に入力地震波として白色雑音、長周期成分を有する人工地震波、実地震波を用いた応答解析を行った。平成5年度は、台の加速度応答のスパイクを低減するために、台の最適設計を検討する予定である。

本研究では、電算機システムなどの高度に発達した情報機器・設備、エレクトロニックスに関連する付加価値の高い工業設備あるいは美術工芸品などの社会資産を地震による転倒から守るためのシステムとして、(1)固有周期の長周期化効果、(2)入力地震動の損失効果と(3)入力の大きさに伴った応答倍率の低減効果を期待できる、回転慣性子を付与した新たな転倒防止台を開発することを目的にし、本年度は以下の項目を検討した。1.前年度より得られた設計指針を基に、回転慣性子を用いた防振システムを設計し試作した。2.本防振システム単独の振動実験を行った。ここでは,特に正弦波加振、ランダム波実地震加振を実施し、本システムの実用性を回転慣性子による(1)固有周期の長周期化効果、(2)入力地震動の損失効果と(3)入力の大きさに伴った応答倍率の低減効果を、回転慣性子を付与しない場合の結果と比較することによって定量的に明かにした。しかしながら、この防振システムは複雑な非線形特性を有するので、台の加速度応答には高調波成分の影響からスパイク状の波形が生じることがわかった。3.本防振システムの加速度応答のスパイクを低減するために、本防振システムにおける滑車の最適配置および回転慣性子の大きさの最適化を計り、それによって製作した防振台を用いた実地震波加振実験とシミュレーションによりその有効性を検証した。その結果、最適化した場合には、従来のものに比べて加速度応答の最大値が約3割低減することがわかった。
ガンマ線レーザー研究のためのトリウム-229 核量子操作

229Thは原子核としては例外的に小さい8 eV程度の第一励起エネルギー準位を持ち、その準位は長寿命状態(アイソマー状態;1,000 s.程度の寿命)であると考えられており、外界の環境から孤立しつつ、真空紫外レーザーで量子状態を操作できるという大変興味深い系である。この229Th原子核に対して反転分布を作り、レーザー発振(ある種のガンマ線レーザー)の基礎研究を行うため、結晶中に埋め込まれた229Thのアイソマー遷移の検出・分光を世界に先駆けて行う。真空紫外光に透明で、229Thアイソマー状態の内部転換過程を抑制するイオン結晶の選別を行い、固体中での光原子核操作を実現する。
酸化物プロトニクスにおけるヘテロ界面伝導の解明とその高速プロトン移動への応用

欠陥型のプロトン伝導性酸化物中では、プロトンは電子的欠陥と平衡関係にあり、ヘテロ界面における空間電荷の影響を受けることが予想される。このような考えのもとに、われわれはプロトン伝導性酸化物に白金ナノ粒子を分散したときの挙動について調べてきた。昨年度に行き当たったペロブスカイト型酸化物相への白金の固溶現象および、水素還元による白金ナノ粒子の析出現象を用い、本年度はSrZrO3系およびSrCeO3系の二種類のプロトン伝導体を対象として白金ナノ粒子の分散効果について検討した。SrZr0.9Y0.1O3-α/Pt系については、可逆なナノイオニクス現象が起きており、青いサンプルにおいては白金が固溶してZrサイトにカチオンとして存在し、水素にさらすことによって析出した白金が導電率を低下させることを実験的に示した。SrCe0.9Y0.1O3-α/Pt系については、白金ナノ粒子の分散により導電率が増加することが明らかとなった。以上より、Ptとの界面でSrZr0.9Y0.103-αは負に帯電した空間電荷層を形成していることが示されており、これが導電率の低下の原因であると考えられる。一方、SrCe0.9Y0.103-α系では、水素中で白金との界面においてSrCe0.9Y0.103-αが正の空間電荷を持っていると考えることができ、白金との界面においてプロトン濃度が増大している可能性が考えられる。ナノイオニクスの概念の一つであるヘテロ界面の空間電荷により、プロトンの欠陥平衡や導電率が影響を受ける、あるいは制御可能であることを本研究により示すことができたと考えられる。H17-18の本特定領域公募研究において、白金を高分散したプロトン伝導性酸化物の導電率が白金の体積分率に対して不連続に低下することを見出し、この現象が白金との界面においてプロトン伝導体相に高抵抗層が形成されることを仮定したパーコレーションモデルから説明できることを提案した。このようなプロトン伝導体のナノイオニクス現象を調べるために、ストロンチウムジルコネート系プロトン伝導体と白金の界面に注目して検討を行った。05vo1%の白金を含むSrZr0.9Y0.103-αの焼結体を調製した。白金を微分散化するために、硝酸塩もしくは塩化物を原料とした燃焼合成法により原料粉を調製し、これを通常の固相焼結(空気中、1650°C)によって焼成することにより焼結体試料を得た。導電率測定は直流4端子法にて行った。また、XAFSおよびTEM測定により白金の状態を解析した。上記コンポジットの調製において白金源をこれまでの塩化物から白金錯体に変更し、また、焼成温度を吟味したところ、1350°C以下で焼成することにより青いペロブスカイトを得た。それ以上の温度での焼成によっては黒色化した。この青いサンプル中では、白金が固溶していると考えている。1350°Cで焼成した青いサンプルを用い、1000°Cにおいて、雰囲気を酸素→Ar→水素→Ar→水素の順に変化させながら導電率を測定したところ、酸化雰囲気では導電率が高く青色であるのに対して、水素中では導電率が降下し、色が黒変した。XAFS測定によれば、青色試料では白金は酸化状態にあり、黒色試料では白金は金属的である。また、黒色試料中には13nmの白金微粒子が均一に分散しているのが観察された。以上より、この一連の現象は、白金との界面に生じたプロトン伝導体の欠陥平衡の変化を観測したもので、白金の酸化還元に伴う可逆なナノイオニクス現象を捉えたものと考えられる。
アルツハイマー型痴呆症における自律神経系障害の発症機序の基礎的検討

アルツハイマー型痴呆症の自律神経障害の発症機序を明らかにする目的で以下の研究を行った。海馬はアルツハイマー型痴呆症において早期から障害される部位であるが、グルタミン酸系神経がその神経伝達の主役である。従って、海馬の自律神経支配への関わりについて詳細に明らかにすることが必要である。昨年度の研究によって、海馬への主要なグルタミン酸神経の入力の起始部位である内嗅皮質がラットのストレス時のストレス反応においては重要な役割を果たしている可能性を示したが、本年度は以下の事柄について明らかにした。1、グルタミン酸アゴニストであるAMPAを海馬へ投与すると血糖、ACTHがAMPAの濃度依存性に上昇し、この反応はAMPAの選択的阻害薬によって拮抗される。従って、海馬のグルタミン酸系神経は、AMPA受容体サブタイプを介して、血糖,ACTHの上昇、すなわちストレス様反応をおこしうることが示された。2、我々は、従来、海馬のアセチルコリン受容体を介したストレス類似反応のモデルを確立してきたが、今回のAMPAによる反応はこのアセチルコリン受容体を介したストレス様反応と類似の反応であり、その相互の関係については現在検討中である。3、インスリンの全身投与による低血糖時における海馬内の神経伝達物質の変化動態を明らかにするために、ラットの脳透析をおこない、低血糖時の海馬内のアセチルコリンの放出について検討したが、低血糖ストレスでは海馬内のアセチルコリンの有意な放出量の変化はおこらないことが明らかになった。4、海馬へのグルタミン酸神経の主要な起始部である内嗅皮質の破壊によってストレス反応時の血糖上昇が抑制されることが明らかになった。まとめ内嗅皮質から海馬へ投射するのグルタミン酸神経はストレス反応に深く関与している可能性が示唆され、アルツハイマー型痴呆症の自律神経障害の原因となりうると考えられる。海馬と内嗅皮質は、アルツハイマー型痴呆症の脳において神経変性が強い部位であるとともに、互いの神経繊維連絡が密であることも知られている。従って、今回の研究では海馬と内嗅皮質に着目した。1)内嗅皮質の破壊によるストレス時の自律神経反応などの変化について検討した(J Neuroendo,15;237-241,2003)。内嗅皮質の破壊により、拘束ストレス時の反応は抑制され、内嗅皮質がストレス時の自律神経反応などに重要な役割を果たしていることが明らかになった。これにより、内嗅皮質の神経変性がアルツハイマー型痴呆症の自律神経障害の発症に関わっている可能性が示唆された。しかしながら、インスリン低血糖によるストレス負荷では、変化が明らかではなく、ストレスの性格によって脳内のシグナル伝達経路が異なることも示唆された。したがって、単一のストレスモデルのみを用いるのではなく、複数の系を用いて研究をすすめる必要が再確認された。2)海馬へのアセチルコリンとグルタミン酸系神経のそれぞれの起始核の破壊を行い、起始核の破壊が正確に行われることを確認し、モデルの作成を行った。それぞれのモデル動物に、拘束ストレス、インスリン低血糖ストレスを負荷し、反応の変化についての予備的なデータを得た。また、当研究室で開発したストレス様反応のモデルである海馬へのneostigmine投与モデルも併用して研究をすすめている。