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血管内皮機能からみた妊娠中毒症の研究

妊娠中毒症に血管内凝固(DIC)という現象が関与し、その病態を修飾している。妊娠中毒症は母体死亡や周産期死亡の重要な原因であり、その病態の解明と治療法の改善が望まれている。血管内皮機能との関連において、次のような成績が得られた。(1)絨毛間腔の抗血栓機序:絨毛間腔には血液が流れており、血管腔に相当するが、絨毛間腔壁には血管壁の血管内皮に相当するものはない。しかし、絨毛間腔壁を構成する合胞営養細胞には血管内皮と全く同じような抗血栓機序が存在していた。(2)新しいDIC分子マ-カ-と妊娠中毒症:鋭敏、かつ直接的なDIC分子マ-カ-であるFDP Dーdimer、トロンビンーアンチトロンビンIII複合体(TAT)、プラスミン・α_2プラスミンインヒビタ-複合体(PIC)などを調べてみると、重症妊娠中毒症において有意に増加しており、従来考えられていたように、血管内凝固と二次線溶が関与していることが明白となった。(3)妊娠中毒症に対するヘパリン療法:前述のように妊娠中毒症にDICという現象がからんでいるとすれば、本症に対して抗凝固療法が考えられる。胎児の発育遅延を伴う妊娠中毒症にヘパリン療法を行ったところ、ドプラ-血流計上、臍帯血流の改善を認め、かつ胎児の推定体重の増加が得られることを確認した。(4)抗凝固療法によるTAT放出:血管壁に付いていたTATは抗凝固療法によって血管壁から外れて、抗血栓能を回復することを明らかにした。(5)PG産生系およびカルホハインディン系:中毒症の病態を鮮明に支持するような成績は得られなかった。本年度は血管内皮機能との関連において、次のような成績が得られた。(1)新しいDIC分子マ-カ-と妊娠中毒症鋭敏、かつ直接的なDIC分子マ-カ-であるFDP Dーdimer、トロンビン-ーアンチトロンビンIII複合体、プラスミン・α_2プラスミンインヒビター複合体などを調べてみると、重症妊娠中毒症において有意に増加しており、従来考えられていたように、血管内凝固が関与していることが明白となった。(2)妊娠中毒症に対するヘパリン療法前述のように妊娠中毒症にDICという現象がからんでいるとすれば、本症に対して抗凝固療法が考えられる。胎児の発育遅延を伴う妊娠中毒症にヘパリン療法を行ったところ、ドプラ-血液計上、臍帯血流の改善を認め、かつ胎児の推定体重の増加が得られることを確認した。(3)カルフォバインディン(CPB)CPBは私たちが胎盤から分離した新しいタイプの抗凝固物質であり、今までCPBI、IIおよびIIIの3種の同族体が分離同定され、それぞれアミノ酸配列も決定された。このうちCPBIは合胞細胞の微絨的に存在し、胎盤循環の調節に関与していると考えられる。妊娠中毒症の時の胎盤CPBI mRNAの動態を調べているが、まだ臨床的な意義を云々できるところまでにはきていない。(4)その他、血管内皮のマ-カ-とされるエンドセリンやプロスタグランディン系についても研究が進められている。妊娠中毒症には血管内凝固(DIC)という現象が関与し、その病態を修飾している。今回は妊娠中毒症の病態を血管内皮機能の面から検討し、次のような結果を得た。

(1) PG系:血管内皮機能を示す6ーKetoーPGF_1αと血小板機能を示すTXB_2をみてみると、前者は妊娠中毒症で有意の増加を、後者は変動幅が大きく有意の差はみられなかった。(2)トロンボモジュリン(TM):血管が荒廃すると血管壁からTMが外れて、血中に出現してくるが、やはり妊娠中毒症で高値であった。また、妊娠中毒症指数(GI)と正の相関が認められた。(3)凝固系:妊娠中毒症ではTATが有意に高く、血管内凝固が起っていることは明白である。(4)線溶系:妊娠中毒症では正常妊娠に比してtーPAは有意に高値であり、PICやDーdimerも高値であるから、血管内凝固に対する二次的な線溶亢進があるといえる。(5)血管壁TAT:血管壁にはヘパラン硫酸が存在し、これに血中のATIIIが結合して抗血栓的に作用している。血中にトロンビンが生ずると、血管壁ヘパラン硫酸ーATIIIートロンビン結合体が生ずる。この状態では抗血栓能は失われている。そこにATIIIを補充するとトロンビンーATIII複合体(TAT)は血管壁から外れ、血管の抗血栓機能は回復する。中毒症やDICの時に抗凝固療法を行うと一過性にTATが上昇するのはこのためである。(6)胎盤性の抗凝固物質であるCPBおよびm・RNAを調べてみたが、両者とも妊娠中毒症で増加の傾向が認められた。
印欧語比較言語学理論に基づくゲルマン語動詞体系生成過程に関する研究

印欧語比較言語学諸理論及び独自の「形態的混交説」の立場から、ゲルマン語動詞体系生成過程の解明を目的とした研究を継続した。過去現在動詞の形態的発達については、2011年に英語で著した書を国内出版社から出版した。この書は、3つの国際に書評が載り、M. KuemmelによるLIV2の補遺でも2箇所言及されている。同書は、Rindall & Jones (to appear) TPhS 113で、Grimm (1848)を端緒とする過去現在動詞研究史の中での最新の研究成果と位置づけられている。強変化動詞体系に関わる諸諸問題については、全国規模の学会での口頭発表を3回行った。研究実施計画に従って、今年度は「語等置の方法」(the method of word equation)に基づくゲルマン語動詞形態の歴史・比較言語学的分析を行い、有用なデータを蓄積することを目標とした。焦点を強変化動詞の詳細な分析に絞り、作業を継続している。この中で、特に強変化第V類動詞(the strong class V verbs)について、現在有用な分析ができつつある。これまでの研究成果から、強変化第V類の過去形は印欧祖語の畳音の付いた完了形(the reduplicating perfect)とナルテン語根の未完了形(the imperfect from a Narten root)が形態的混交(morphological conflation)を受けた形に由来すると、私は予想している。この説明方式を裏付けると思われる2つの特性を、今年度の分析から見出すことができた。1)強変化第V類動詞を構成する動詞語根には、印欧祖語において現在形及び未完了形にナルテン型(あるいはアクロスタティック型)の母音交替を示したものが少なからず存在する。2)強変化第V類動詞の過去形において、散発的にヴェルナーの法則の効果(the effect of Verner's Law)が観察されるが、延長階梯を示す語根末の無声摩擦音に散発的な有声化がなぜ生じたのかという問題に対し、形態的混交仮説は有効な説明を与えることができる。この点は、他の発見とも併せて、次年度以降に単行論文として公刊する予定である。また、ゲルマン語の過去現在動詞(preterite-present verbs)について、形態的混交仮説を用いてその歴史的由来を説明した論考を大幅に改定して、1冊の単行本として公刊できたことも今年度の成果である。研究実施計画に従って、前年度の成果を踏まえ、今年度は強変化動詞の生成過程について詳細な考察を推し進めることができた。その成果のひとつとして、日本歴史言語学会第1回大会で口頭発表した「ゲルマン語強変化動詞IV,V類の過去複数形をめぐる考察」(平成23年12月18日発表)という論考がある。これは、従来欧米で成されてきた強変化動詞(特にIV,V類)の形態的特徴の歴史的説明に関する研究を、総合的に批判的に考察した論考である。またその上で、印欧祖語の畳音の付いた完了形のみから強変化動詞の過去形の形態が発達したとする従来の考えよりも、強変化動詞の過去形形態は、印欧祖語の畳音のついた完了形と未完了形(アムフィキネティック型の未完了形、ナルテン型の未完了形双方を含む)の形態的混交から生じたとするアプローチの方が、関連する様々な現象をより説得力をもって説明できる可能性があることを明らかにしたものである。この発表原稿は、次年度に若干の改訂を加えた上で、活字にして公刊したいと考えている。また、今年度の研究活動を行ううちに、強変化動詞の形態的特徴の生成過程を明らかにしようとする際には、ヴェルナーの法則による語根末無声摩擦音の有声化の有無が、その過程の解明に有用なヒントを与えるという着想を得た。次年度以降、この観点から新たな成果を得ることができると期待している。前年度に日本歴史言語学会第2回大会(千葉大学)で口頭発表した原稿に加筆修正を加え、同学会の機関誌である『歴史言語学』第2号(2013年11月30日発行)に公刊することができたのが、ひとつの成果として挙げられる。「ゲルマン語強変化動詞V類過去複数形に散発的に見られる語根末摩擦音の有声化について:*wes- 'be, stay, dwell'の事例を中心に」と題する論文であり、これは強変化動詞V類の過去形形態が、どのような形態変化を経て前ゲルマン祖語の時代からゲルマン祖語の時代にかけて生成発展したか、そのメカニズムの説明を試みた論文である。

過去複数形に散発的にのみ見られるヴェルナーの法則適用例が、この動詞形態生成過程解明の重要なヒントを与えていることを主張し、特に、*wes- 'be, stay, dwell'の事例がこのことをよく表わしているということを、説明したものである。「形態的混交説」と名付けた仮説に基づく説明で、強変化動詞VI類過去形形態生成のメカニズムの解明についての考察を進めることも行ったが、「髭を剃る」「パンを焼く」という意味の動詞の未完了形がそれらの過去形形態の基盤を与えた可能性があるという着想を得たという点に、目下の研究成果は留まっている。論文として発表できるまで、まだしばらくの経験的分析が必要となると思われる。次年度も継続して、この課題の考察を行いたい。前年度の成果を踏まえ、今年度は強変化動詞の生成過程についてさらに詳細な考察を推し進めることとなった。前年度に日本歴史言語学会第1回大会で口頭発表した論考を改定増補し、公刊することができた。「ゲルマン語強変化動詞IV, V類の過去複数形に関する考察」『英語英文学論叢』(九州大学英語英文学研究会)第63集pp.67-112である。従来の研究史では、当該形態に生じる長母音の由来を首尾一貫して説明できないことを具体的に論じ、印欧祖語の畳音の付いた完了形(a reduplicating perfect)と未完了形(an imperfect)の混交にゲルマン語の強変化動詞過去形は由来するという新たな仮説が有効であることを示している。日本言語学会第145回大会では、「ゲルマン語強変化動詞および過去現在動詞IV, V類に見られる形態的差異について:Schumacher(2005)論考の批判的考察と形態的混交説からの提案」という論考を口頭発表した。過去現在動詞の現在形と強変化動詞の過去形は形態的に対応するところが多いが、それらのIV, V類の当該形態では、顕著な違いを見せる(過去現在動詞IV,V類現在複数形は語根がゼロ階梯母音、強変化動詞IV,V類過去複数型では語根が延長階梯母音を示す)。最新のSchumacher 2005理論=bigetun仮説ではこの点が説明できず、私が提唱する「形態的混交説」では首尾一貫した説明ができることを論じた。日本歴史言語学会第2回大会では「ゲルマン語強変化V類過去複数型に散発的に見られる語根末母音の有声化について:*wes- 'be, stay, dwell'の事例を中心に」を口頭発表した。強変化動詞V類過去複数型には、なぜ規則的にではなく、散発的にヴェルナーの法則適用例が見られるか、形態的混交説の立場から説明を与えた論考である。5年間に渡り本補助金を受け、印欧語比較言語学理論に基づいて、ゲルマン語動詞体系生成過程の解明を目指す研究を継続した。「形態的混交説(morphological conflation theory)」という独自の理論から、特に過去現在動詞、強変化動詞(特にI-VI類)、変則動詞(特に繋辞the copula)の歴史的発達過程の解明に焦点を絞って分析を進めてきた。形態的混交説では、過去現在動詞と強変化動詞の生成過程に共通点と相違点があると想定する。双方とも、前ゲルマン祖語(pre-PGmc.)または印欧祖語(PIE)の畳音のある完了能動形(the reduplicating perfect active)を受け継いでいるために、両者の活用形態には共通点が多い。しかしながら、その完了能動形と混交した形態が異なることから、両者の活用形態の中には異なる点が生じていると考えるものである。
物体表象の形成とその維持

本研究は、我々の脳が視覚的な物体のイメージを周囲の背景から切り出し、またそのイメージを保持するメカニズムを検討した。物体イメージの形成メカニズムについて、過去の研究から物体の占める空間情報が極めて重要であり、空間位置を共有する重複した物体は自動的に1つの物体としてまとめて認識されると主張されてきた。本研究ではまずその検証を行い、この主張を支持する結果を得た。またその脳内基盤を明らかにするべく脳波分析の一種である事象関連電位を用いて実験的検討を行った。さらに、物体イメージを保持する心的機能であるワーキングメモリが、色や傾きといった同じ視覚情報でも保持容量が個別に存在することを明らかにした。今年度は、研究計画における主題「物体表象の維持」に関連し、ワーキングメモリ(以下WM)保持機能の機序解明研究を行った。形成された物体表象の維持には、WMが重要な役割を果たすことが示唆されている。またこれまで、WM情報保持の機序を注意が担うとする理論が広く知られてきた。この理論は、空間WM保持期間の間注意の効果が観察されるという証拠に裏付けられている(Awh & Jonides, 2001)。しかし近年この注意効果を追試できない報告もあり、WM保持に注意が役割を持つのか再検討の必要があった(Belopolsky & Theeuwes, 2009; Chan et al. 2009)。よって本研究では空間WM保持に注意が役割を持つか解明するため、行動実験とERP実験を行った。まず研究1では、空間WM保持中に注意効果が観察されるか行動指標を用いて確かめた。結果として注意効果は検出されず、これは空間WM保持に注意が役割を持たない可能性を示唆した。しかし単に研究1の行動指標が検出力不足であった可能性も残るため、その効果をより直接的に観察できるERP指標を用いて検討を行った(研究2)。ただしもし注意効果が観察された場合でも、注意が空間WM保持に積極的役割を持つか、それとも単に付随的なものかを判別する必要がある。そこで空間WM保持中に視覚探索を行い、注意を剥奪した後でも注意効果が残るか検討した。結果、まずERP指標により注意効果が観察された。さらにこの効果は、注意を剥奪した場合にも維持された。すなわち、注意が単に付随的なものではなく、保持に積極的役割を持つことを示唆する。まとめると、本研究はWM保持における注意の積極的な役割を示唆した。この成果は、WM機序の解明においてさらには物体表象維持メカニズムの理解において、重要な土台を提出するものと言える。本年度は、研究主題である「物体表象の形成と維持」に関し、「物体が重複して提示された際にそれらの表象は脳内でどのように保持されるか」を検討するための事象関連電位(ERP)実験を行い(研究1)、また物体表象維持の基本メカニズムとして考えられるワーキングメモリの機序解明を目指す行動実験を行った(研究2)。まず研究1では、リンゴやバナナなどの絵をコンピュータ画面上に呈示してそれらの特徴を記憶させるワーキングメモリ課題を行い、表象保持中のERP成分(CDA)を測定した。実験条件としては、1つだけ物体が呈示される場合、2つ物体が離れて呈示される場合、2つ物体が重複して呈示される場合を設けた。重複して提示された物体が脳内でも重複したまままるで1つの物体として保持される場合には、1つだけ物体を提示した場合と同じCDA振幅をとり、もし脳内で分離されて保持される場合には2つの物体を話して呈示させた場合と同じCDA振幅をとると予測された。しかしながら結果は予測に反し、重複した条件では、その他の条件よりもCDA振幅が大きくなった。この結果は、重複した物体を記憶する際にはより注意を使う必要があることを意味し、よってその表象は脳内でも重複したまま保持されていることを示唆するが、その検討にはさらなる実験が必要である。また研究2では、視覚情報のワーキングメモリが、視覚特徴ごとにことなる保持容量をもつかどうか実験を行った。同じく視覚情報である色と傾きを同時に記憶させる二重課題を用い、課題順序、課題の構造などを変化させて網羅的に検討した。その結果、同じ視覚特徴であってもそれらの保持容量が独立していることが示唆された。この結果は、呈示された物体の視覚情報がどのように保持されるのかを解明するうえで、重要な礎になると考えられる。本年度はWM保持における注意の役割解明に関して重要な知見を得ることができた。またこの研究内容をすでに論文として執筆し、現在は投稿準備中である。この成果は、物体表象の維持メカニズム理解に対し、将来研究を進めていくうえでの重要な土台を提出するものである。これらの点において本年度の研究実績としてはおおむね順調であったと言える。しかしながら研究計画書で予定していたもう一つの主題、「物体表象の切り出し」

メカニズム研究については、実験計画の再考等により実際の実験は現在準備中である。この研究内容については平成27年度初旬より早急に実験を実施する予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。認知心理学本年度は、「物体表象の切り出しと形成」の主題に関して1つの研究を行い(計画書における研究2)、また「形成された表象の維持」に関する2つの研究を行う(計画書における研究3・4)。研究2では、認識すべきターゲット物体の上に、重複した妨害物体の認識は抑制されるのか解明する。方法としてはERPプローブ法を用いる。研究3では、物体表象の維持において、その特徴情報と空間情報が結合されて認識されているのか否かを解明する。方法としてはKahneman et al. (1992)を参考にした行動実験を用いる(Object Reviewing Paradigm)。研究4では、研究3と同じ問いに対して、現実場面により近い課題設定を用いて検討を行う。Object Reviewing Paradigmでは、物体移動時にその特徴情報が隠されるが、現実ではそのようなケースは稀である。近年では物体の特徴情報を呈示したまま物体追跡させるMultiple Identity Tracking課題が開発されており、研究4ではこの課題を用いる。
RNAiによるドーパミン受容体の発現抑制システムの確立とvivoへの応用

近年、RNAiと呼ばれる、二本鎖RNAを用いた、遺伝子発現抑制の方法が知られるようになってきている。この方法は、簡便で、効果的な遺伝子発現抑制の方法であるが、行動解析を行うようなvivoで二本鎖RNAを直接導入することは容易ではない。また学習のような長期間にわたる行動変化に対して遺伝子発現抑制を行うのに適している方法であるとは言い難い。我々は、脳の高次機能の分子基盤を知るために、これらの問題を克服するシステムの構築を目指し、レンチウイルスを用いてshRNAの発現をvivoで行うことを試みた。In vitroでドーパミン1,2型それぞれに効果のあった配列を組み込んだレンチベクターを作成し組み替えレンチウイルスを超遠心によって濃縮して得た。ウイルスのtiterを調べたところ、およそ10^<56>PFUの感染効率を持っていることが確認された。このウイルス粒子をラット線条体に注入したところ、2週間の生存期間の後にはレポーター遺伝子であるGFPの抗体による抗体陽性細胞が注入部位周辺で確認され、感染させることが成功したことが確認された。しかし、対照として別途入手した同じプロモーターを用いてGFPのみを発現するレンチウイルスを同様に注入したところ、GFPの直接の蛍光を観測することができ、自作したウイルスは感染させることはできたが、対照に用いたウイルスよりもかなりtiterの低いものであることが判明した。このため、受容体の抑制効果が生じているのかいないのか、生じていないとするとその理由はvivoとvitroの違いによるものなのか、titerが低いためにRNAiの効率が悪いのか判定することが困難であり、さらにtiterを上げる条件を検索することが必要であることが判明した。
導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作

本研究の目的は,有機金属気相成長装置(MOVPE)を用いて,低欠陥結晶成長および面発光レーザ素子の成長を実現することである.まず、GaN系面発光レーザの電流注入に関する検討をおこなった。面発光レーザはデバイスの大きさが非常に小さいため,電流注入方法が高性能化を行う上で非常に重要である.本研究では電気的特性の良好なエピタキシャル・基板界面の制御を導入する観点から電子の注入について理論的に考察する.計算方法には、WKB近似を用いた。また、界面付近の波動関数を量子力学的に解析した。この結果、従来用いられてきたAlNおよびAlGaN混晶系では電流注入に問題があることがわかった。このため、6H-SiC基板に直接成長するGaNをエピタキシャル成長することが重要である。以上より、GaNを6H-SiC基板に直接成長することを続けて研究することにした。GaNを直接成長するためには、結晶の初期成長状態の把握およびその制御が重要となる。よって、有機金属分子線エピタキシャル成長法を結晶成長方法として採用し、高速電子線回折(RHEED)により結晶成長中にその場観察を行った。その結果、GaN薄膜中に残る歪みは基板と薄膜の格子不整合によるものよりも熱膨張係数差による影響が大きいことがわかった。これは計算結果より高性能発光デバイスの製作に問題を生じさせるものであることがわかった。また、選択成長は前出の歪みによるクラック防止に有効であると考えられる。初期的実験としてサファイア基板上にInGaNおよびGaNの選択成長を行った。この結果、成長阻害物として二酸化珪素を用いたが、三族原料のマイグレーションにより膜厚分布が生じやすく適切なV/III比が必要であることがわかった。以上により、導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作にむけ、重要な知見が得られた。本研究では,導電性基板上への選択成長によるGaN系面発光レーザ構造を製作することを目的として,格子歪みが発光特性に与える影響の研究を行った.GaN系では開発されているデバイス構造は格子整合が満たされない材料系が用いられている.デバイス製作に主に用いられるGaN系材料は,従来の半導体レーザで用いられているIII-V族材料系とは異なり,ウルツ鉱型の結晶構造を有する.このことは,結晶中に内在する歪みによる発光特性の影響,特に圧電効果の影響が無視できない.そこで電流注入に対する遷移確率の変化の関係を計算により見積もった.歪みによる圧電効果により活性層中に生じる分極電界は注入されたキャリアの空間的な分離を生じる.本計算では,注入されたキャリアが空間的に分離し,仮想的に双極子を形成して内在している分極を打ち消すモデルを想定している.半導体レーザのしきい値キャリア密度が10^<18>-10^<19>cm^<-3>程度が無歪みの場合に計算されており,この領域で1-2%の大きな歪みが存在していると,しきい値キャリア密度の大幅な上昇を起こす可能性がある.GaN系において活性層に大きな歪みを導入することはバンド構造的に光学利得の増加を生む可能性が指摘されているが,それ以上に空間的な注入キャリアの空間的分離が引き起こす遷移確率の低下が大きくなる危険性がある.しかしながら,現在GaN/Al_<0.1>Ga_<0.9>N系に生じている歪みはc軸方向に対して0.1%程度であり,高注入動作によるGaN/AlGaN系レーザによる面発光レーザの実現には問題がないと思われるが,より低しきい値動作をめざす際には歪みによる遷移確率の低下を考慮しなければならない.この場合,格子整合を実現することは重要な意味を持つと考えられる.この点からすると格子整合がとれる,もしくは近い基板が必要となり6H-SiCはその候補して有望であることがわかった.本研究の目的は,有機金属気相成長装置(MOVPE)を用いて,低欠陥結晶成長および面発光レーザ素子の成長を実現することである.まず、GaN系面発光レーザの電流注入に関する検討をおこなった。

この結果、成長阻害物として二酸化珪素を用いたが、三族原料のマイグレーションにより膜厚分布が生じやすく適切なV/III比が必要であることがわかった。以上により、導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作にむけ、重要な知見が得られた。
無限論理に関するモデル理論の研究とそのヴォート予想への応用

2013年度は大きく分けて二つの研究成果を得た。ひとつはn-dependent理論についての新しい特徴づけと組合せ論におけるSauer-Shealahの定理との対応関係を明確化したこと、もうひとつはモデルコンパニオンの存在・非存在を判定するいくつかの命題を特にグラフの理論について与えたことである。n-dependent理論はモデル理論における安定性理論の一般化となっている理論であり、特に安定性理論で取り扱われるforking概念をn-dependent理論でも扱えるように理論を整備することが望まれている。本研究ではn-dependent理論の研究の基礎となる成果を得た。とくにn-dependent理論におけるタイプの数の大きさを、組合せ論的方法を用いて評価することに成功した。特に前年まではタイプの数を上から評価する不等式が得られていたが、その不等式が最良であること(等式が成立する場合の具体例が存在すること)を示すことができた。これでn-dependent理論におけるタイプの数とSauer-Shelahの定理の一般化におけるshutter関数の値が丁度対応していることが確認できた。理論TのモデルコンパニオンSとは、ある種のgenericな理論を定式化した概念であり、体の公理Tに対し代数閉体の公理S、全順序の公理に対し稠密全順序の公理などが対応する。本研究ではグラフのクラスKに対しKを排除するグラフのクラスに対し、モデルコンパニオンが存在するかどうかについて研究を行った。とくにKが2-edge連結なグラフのみからなるとき、Kが有限個の"ほとんど"completeなグラフのみからなるときの場合について、それぞれ必要条件と十分条件を与えた。これらは今まであまり光を当ててこられなかった、モデルコンパニオンが存在しない理論の分類に新しい結果を与える物となった。(抄録なし)平成23年度は無限論理のモデル理論の基本的な方法論について整理して、その応用として、タイプ排除定理のいくつかのバリエーションについて新しい一般化を得た。タイプ排除定理は特定の性質を持たないような小さな構造を構成する手段を与える定理である。この定理は、排除するタイプ(性質)の数が可算個(自然数個)以下の場合しか基本的には使えない。しかし、Shelahは非可算個でも、連続体濃度(実数個)未満なら、特定の条件化で定理を証明できることを示していた。本年度の研究では、このShelahの結果について考察し、無限論理でも同様の一般化が可能なこと、また、その一般化からShelahの結果をさらに拡張した形の定理が得られることを示した。この種の問題は、連続体仮説が成り立つかどうかにかかわりなく、どのようなことがZFCで証明できるか、連続体濃度未満では可算濃度とどのような違いがあるのか、という疑問に基づくものでもある。ヴォート予想もまさに同様の問題であり、非可算だが連続体濃度未満の対象の取り扱いについての新しい知見を得たことは重要な結果だといえる。また、タイプ排除定理は位相空間論のボレル集合族やベールのカテゴリ定理と親戚関係にあり、これらの結果を位相空間の言葉に翻訳することで、ボレル集合族の定義に現れる可算共通部分、可算和集合を非可算にしたときの対応した定理が得られることも興味深い。以上の成果は、Tsukuba Journal of Math.に発表し、また学位論文にまとめた。今年度は、一様列の一般化、モデル理論と組み合わせ論の関わり、n-dependenttheoryへの応用という三つの軸で研究を行った。これらは安定性理論の一般化とそれらの整理と位置づけることができる。一様列はベクトル空間での基底や代数閉体の超越基底などといったものをモデル論的に捉えなおしたものと考えることができる。安定性理論だけに限らず、安定出ない理論においても重要な役割を果たすことが知られてきた。本研究では前年度に引き続き一様列の異なるバージョンとしての一様木の存在についてまとめたのち、それらを含む概念として一般化された一様列と呼ばれるものが考えられることを示した。これによって、順序や木、グラフなどといった構造をひとつ考えるごと対応する一般化された一様列を定義できるようになる。また、Lynn Scowの先行研究によってdependent propertyとよばれる安定性の一般化に当たる性質が、全順序ランダムグラフ一様列の存在と同値であることが示されていたが、同様の特徴づけがn-dependent propertyについても可能なことを示した。その中で、一般化された一様列の存在を保証するために有限全順序ハイパーランダムグラフのクラスがRamsey classとよばれる組み合わせ論的に重要なクラスになっていることを確認した。さらにRamsey classを用いて、n-dependent propertyについて体系的に調べるとともに、有限のdomainに対してタイプの数が「非常に早く」(ある種の指数関数的に)増えるということによっても特徴付けられる、というShelahの予想を、組み合わせ論において知られていたSauer-Shelahの補題をハイパーグラフに拡張することによって解決した。これらのテクニックは、n-dependence theoryの研究のブレークスルーをもたらすと考えられる。今後、成果を順次まとめて発表する予定である。

とくにn-dependent理論におけるタイプの数の大きさを、組合せ論的方法を用いて評価することに成功した。特に前年まではタイプの数を上から評価する不等式が得られていたが、その不等式が最良であること(等式が成立する場合の具体例が存在すること)を示すことができた。これでn-dependent理論におけるタイプの数とSauer-Shelahの定理の一般化におけるshutter関数の値が丁度対応していることが確認できた。理論TのモデルコンパニオンSとは、ある種のgenericな理論を定式化した概念であり、体の公理Tに対し代数閉体の公理S、全順序の公理に対し稠密全順序の公理などが対応する。本研究ではグラフのクラスKに対しKを排除するグラフのクラスに対し、モデルコンパニオンが存在するかどうかについて研究を行った。とくにKが2-edge連結なグラフのみからなるとき、Kが有限個の"ほとんど"completeなグラフのみからなるときの場合について、それぞれ必要条件と十分条件を与えた。これらは今まであまり光を当ててこられなかった、モデルコンパニオンが存在しない理論の分類に新しい結果を与える物となった。関連する研究分野として、安定でない理論の分類と、local o-minimalstructureについての新しい発見があり、それらの研究についての成果も同時にまとめる必要があったため。今年度はindiscernible sequenceのさまざまな一般化の可能性を見出し、特にn-dependencetheoryへの顕著な応用が可能であること、Ramsey Classとよばれる組み合わせ論的対象と密接なかかわりがあることが判明した。これらは必ずしも無限論理とヴォート予想に直接結びつくかどうかは分からないが、当初の計画にある安定性の一般化についての研究の進展として大きな結果である。基本的には予定表に従う。ただし、関連する分野につながりが発見できた場合は、研究の方針を柔軟に修正する必要がある。また、平成24年度はフランスのリヨン大学にて当該分野の最先端研究を行っている研究グループに所属して研究を進める。引き続き研究課題を推進するとともに、今年度の研究で判明したモデル理論と組み合わせ論との境界領域の研究を推し進める。特に、Ramsey classがなぜモデル理論においてたびたび出現するのか、それらと無限論理との間にはどのような関係があるのかを詳しく調べたい。(抄録なし)
原始惑星系ガス円盤の散逸に伴う微惑星形成モデルの構築

惑星は、微惑星と呼ばれる小さな天体が、互いに衝突したときに重力により合体することを繰り返して形成されたと考えられている。微惑星の形成過程としては2通りの説がある。1つはミクロンサイズの塵が電磁力で付着合体を繰り返すことにより形成されたという付着成長説である。もう1つの説は、塵の集団が重力により集まってできたという重力不安定説である。熱変成をあまり受けていない隕石(タイプ3のコンドライト隕石)は、微惑星形成直後の情報を保持していると考えられる。このような隕石の主成分は、ミリメートルサイズのコンドルールと呼ばれる球状の岩石である。ミリメートルサイズの岩石は、電磁力では付着しないので、重力により集まって微惑星を形成したと考えられる。コンドルールが重力で集まるためには、単位体積当たりのコンドルールの総質量(体積密度)がロッシュ密度と呼ばれる密度を超える必要がある。原始惑星系円盤内でミリメートル・サイズの岩石の体積密度を増加させる機構として有力視されているものに、ストリーミング不安定性がある。これは、ガスと塵の間に働く摩擦力に関係する不安定性であり、塵の体積密度が大きい部分がさらに大きくなるということが起きる場合がある。平成30年度には、ストリーミング不安定性により、塵が集まって微惑星が形成される条件を、従来用いられてきた3つの無次元量ではなくて、2つの無次元量で表されることを、数値シミュレーションにより示した論文が、国際誌に受理され掲載された。この成果により、今後の研究を行う上で必要なパラメータの組み合わせを、けた違いに少なくすることができた。平成30年度は、前年度に国際誌に投稿した論文が受理され掲載された。平成30年度の成果は、直観的な推察に基づいた結果の数値シミュレーションによる検証という方法で得られたものであり、十分な理論的裏付けができているとは言えない。そこで、平成31年度には以下の2つのアプローチによる研究を予定している。1.線形解析による数値シミュレーション結果の解釈数値シミュレーションでは、パラメータの値に依存して、準定常状態に落ち着く場合と、ダストの体積密度が増え続ける場合の2通りの結果が得られた。この違いを解釈するために、準定常状態に摂動を与えた場合の線形安定性解析を行う。2.拡散モデルを用いた数値シミュレーション結果の解釈数値シミュレーションの結果を、拡散係数を用いたモデルで表現することを試みる。拡散係数の値は、数値シミュレーションを行いながら必要な量を出力して解析することにより求める。これを簡単な経験式で表現し、モデル計算を行って、数値計算の結果を再現することを試みる。これが成功すると、今後は大規模な数値シミュレーションを行うことなく結果が予想できるようになることが期待される。微惑星の形成過程は、惑星形成過程の中でもとりわけ理解が進んでいない過程の1つである。微惑星の形成プロセスとしては、ダストの物質間力による相互付着成長、および重力不安定という2つの説が提唱されている。本研究では後者の説によって微惑星ができる条件を明らかにすることを目的としている。平成27年度は、研究の道具立てとして、利用する数値シミュレーション・コードの選定とテスト計算を行った。標準的な円盤モデルを用いて、回転方向には一様とする2次元軸対称近似を用いて計算した。計算の精度を上げるために、円盤の一部分だけを長方形の領域で解くローカル計算を行った。コンドライト隕石にふくまれるコンドルールと呼ばれる直径1ミリ程度のダストの運動まで解くことのできるコードとしてAthenaコードという公開されている天体物理学用の数値シミュレーション・コードが本研究の目的に最適であることが分かった。2次元のテスト計算では、ダストにマーカーをつけて、さまざまなサイズの場合について運動を調べた。ダストは円盤の中心面付近に沈殿したのちに乱流に巻き上げられながらも、平均的には静かな円盤中で摩擦により落下する場合の解析解とほぼ同じ速度で太陽方向へ落下していくことが分かった。ダストのサイズが10ミリメートル程度の場合は、ストリーミング不安定性と呼ばれるダストを濃集する不安定性が起こるが、1ミリ以下のコンドルールサイズの場合には乱流拡散の方が優勢でダストの濃集は見られなかった。これらの結果は日本天文学会春季年会で共著として発表した。平成27年度は、当初の計画通り、研究の道具立てとして利用する数値シミュレーション・コードの選定とテスト計算を行うために、標準的な円盤モデルを用いて、回転方向には一様とする2次元軸対称近似を用いて計算した。コンドライト隕石にふくまれるコンドルールと呼ばれる直径1ミリ程度のダストの運動まで解くことのできるコードとしてAthenaコードが計算に最適であることが分かった。2次元のテスト計算の結果、ダストは円盤の中心面付近に沈殿したのちに乱流に巻き上げられながらも、平均的には静かな円盤中で摩擦により落下するのとほぼ同じ速度で太陽方向へ落下していくことが分かった。これは予想通りの結果であり、計算がうまくいっていることを示している。今後の微惑星形成条件の解明に向けた数値計算の準備がほぼ整った状況である。若い星の周りには、原始惑星系円盤と呼ばれるガスとダストからなる円盤が存在することが観測研究により分かっている。一方、あまり熱の影響で変化していない小惑星からやってきたと考えられている隕石は、ミリメートルサイズのコンドルールと呼ばれる球状の岩石を主成分とする。ミリメートルサイズの岩石は、物質間力では付着しないので、重力により集まって微惑星を形成したと考えられる。

本研究では原始惑星系円盤中でミリメートルサイズの岩石がどのような条件が満たされると重力で集まり微惑星が形成されるのかを明らかにすることを目的としている。標準的な原始惑星系円盤のモデルを用いた場合は、ダストが重力で集まって微惑星が形成されることはない。その理由は以下のとおりである。標準モデルでは圧力が中心星に近いほうが強いので、中心星から見て外向きの圧力勾配力が働く。そうするとガス円盤は中心星の周りをケプラー角速度よりも遅く公転する。ダストは中心星の重力の公転軸方向成分により中心面に沈殿する。沈殿によりダストの空間密度(単位体積の円盤に含まれるダストの総質量)が増加すると、圧力勾配力の影響を受けにくくなって、公転速度がケプラー速度に近づき速くなる。この公転速度の差によって円盤には乱流が生じて、ダストの沈殿が進まなくなる。そのために重力によって集まることができるほどにはダストは濃集しない。平成28年度は、標準モデルとは異なり、ある半径付近に圧力の最大値があるような円盤分布を仮定して微惑星が形成されるか数値シミュレーションにより調べた。その結果、圧力勾配力の動径成分が0になる点付近では乱流が抑えられて沈殿が進み重力によりダストが集まって微惑星が形成される条件が満たされることを発見した。平成28年度は、原始惑星系円盤の或る半径で圧力が最大になるようなモデルを仮定し、その付近での微惑星形成過程の数値シミュレーションを行った。このシミュレーションの新しいところは、先行研究で無視されていた中心星重力の公転軸成分を取り入れたことにある。その結果、先行研究の結果とは異なり、圧力が最大になるようなガス分布が時間的にほとんど変わららないこと、および圧力勾配力が0の付近で微惑星形成が促進されることなどを新たに発見した。これらの内容を論文にまとめて国際誌に投稿済みであり、おおむね順調に研究は進展している。地球型惑星は、微惑星と呼ばれる小さな惑星が、衝突合体成長を繰り返して形成されたと考えられている。熱変成をあまり受けていない隕石(タイプ3のコンドライト隕石)は、微惑星形成直後の情報を保持していると考えられる。このような隕石の主成分は、ミリメートルサイズのコンドルールと呼ばれる球状の岩石である。ミリメートルサイズの岩石は、物質間力では付着しないので、自己重力により集まって微惑星を形成したと考えられる。今年度は、原始惑星系円盤中でミリメートルサイズの岩石が、どのような条件が満たされると自己重力で集まり微惑星が形成されるのかを明らかにすることを目的として研究を進めた。コンドルールが自己重力で集まるためには、単位体積当たりのコンドルールの総質量(体積密度)がロッシュ密度と呼ばれる密度を超える必要がある。円盤内でコンドルールのサイズの岩石の体積密度を増加する機構として有力視されているものに、ストリーミング不安定性がある。
分泌蛋白プロファイリング(secretome)によるマウス初期胚の機能評価

昨年度に引き続き本年度は、哺乳類胚発生のメカニズムならびに胚の個体発生能を含めた質的ポテンシャルを、非侵襲的に解明し評価することを目的とした。そのために、マウス胚発生過程において培養液中に分泌されるタンパク質のプロファイル(secretome)を明らかにし、そのデータベース構築を目指すとともに、agingや機械的受精操作などがsecretomeにどのような影響を及ぼすかについて検討するための実験システムの整備を行った。まず、secretomeと胚発生・発育の関連を検討する際に、十分な胚盤胞到達率が得られなければならない。一方、プロテインチップ解析に供するためには、出来るだけ少量の培養液で行う必要があり、これは胚発生・発育にとって厳しい環境となる。このように、両者は相反するため、至適条件の確立が極めて重要である。そこで、培養液の変更など種々の検討を行った結果、60μ1の培養液量で約90%の胚盤胞到達率を再現性良く得られる培養システムを確立し、引き続いてその実験システムにより得られた各時期の培養液をプロテインチップ解析に供した。その結果、コントロール培養液に比較して、胚存在下の培養液では、複数の特異的蛋白ピークが検出され、また時期に応じてそのプロファイルは変化した。これらの一連のsecretomeのプロファイリングと胚盤胞到達率との関連を検討するとともに、今回検出された複数の特異的蛋白の同定を目指し、MALDI/TOF-MS質量分析計への解析に供するに必要な実験システムの更なる構築を行った。昨年度より引き続いて本年度得られた上記の成果は、マウスのみならずヒト胚のqualityの非侵襲的評価システムを確立するうえで、重要な基盤データになると考えられる。本年度は、哺乳類胚発生のメカニズムならびに胚の個体発生能を含めた質的ポテンシャルを、非侵襲的に解明し評価することを目的として、マウス胚発生過程において培養液中に分泌されるタンパク質のプロファイル(secretome)を明らかにし、以てそのデータベース構築を目指した。そのための条件設定を主に本年度は行った、まず、先駆的にマウス胚培養液中のsecretomeを報告した論文(Katz-Jaffe MG, et. al.,Fertil Steri,2006)に従い、培養液を10μlにして胚培養を行ったが、反復して実験を行うも胚盤胞までの到達率は極めて低率であった。従って、最終的に産仔率をエンドポイントにして胚のquality評価を行うことを目標とする本プロジェクトにとっては、先例に準じたシステムは不十分であることが判明した。そこで、培養液量も含め、胚培養の条件を変えて、種々の検討を行ったところ、10個の受精卵を胚盤胞まで発育させるためには50μlの培養液量が必要であることがわかった。それでも十分な胚盤胞発生率ではないため、さらに培養液の増量を検討している。一方、プロテインチップにアプライ可能な量という制限もあるため、その点からの検討を行ったところ、蛋白濃縮などの作業工程を経ることにより200μlまではアプライすることが可能であった。培養液量をさらに増量することにより、良好の胚盤胞発生率が得られ、且つプロテインチップ解析に供することが可能な至適条件の検討を更に進めている。以上、本年度は、次年度へ実験を進めるうえでの基盤データが得られた。
セルロース結晶の熱分解反応制御による超高選択的ケミカルス生産への挑戦

熱分解によるバイオマスからのケミカルス生産において、炭化反応を含む2次熱分解反応を制御することは重要である。セルロースは、一辺が数十ナノメートルの断面よりなる微結晶の集合体であり、その界面から熱分解が進行することから、微結晶間で起こる熱分解反応を制御することが必要である。そこで、本研究では、水素結合を制御し2次熱分解反応を抑制できる芳香族溶媒の可能性について検討した。その結果、極性な官能基を持つ芳香族溶媒が微結晶間に効果的に侵入し、2次熱分解反応を制御することで、レボグルコサンと5-HMFを効率的に生成することを明らかにした。また、5-HMFを経由したセルロースの炭化機構が新たに提案された。研究代表者らは、非プロトン性溶媒中に溶解させることで、低分子の糖類が熱分解に対して著しく安定化されることを見出している。このような熱分解反応制御をセルロースに対して応用することで、セルロースを焦がすことなく、有用低分子ケミカルスへの変換が可能性になる。しかしながら、一辺が数十ナノメートルの断面よりなる微結晶が無数に集合した複層構造を有するセルロースに対する非プロトン性溶媒の作用については不明である。このような背景から、本研究課題では非プロトン性溶媒を用いたセルロースの熱分解反応制御について検討する。セルロース微結晶の表面が主に親水性界面よりなることが示唆されており、芳香族化合物のような非プロトン性溶媒のアクセスは容易ではないことが推測される。したがって、本研究ではまず、極性の官能基(>C=O、>S=O >Nなど)を持つ一連の芳香族化合物を用い、それらのセルロース熱分解への影響を網羅的に検討した。その結果、芳香族化合物がセルロースの熱分解(炭化)を抑制しレボグルコサンの選択性を大幅に高める作用を持ち、その効果が極性基を含むものほど高くなることを明らかにした。また、>S=O基を含むスルホランは逆に炭化することなくセルロース分子の解重合を低温度域から促進するとともに、脱水反応も促進することがわかった。これらの結果より、極性な官能基を持つ非プロトン性溶媒を用いることで、セルロース微結晶間に侵入できるようになり、セルロースの熱分解反応を制御できる可能があることが明らかになった。微結晶内部のセルロース分子は熱分解に対して安定であり、微結晶表面の分子より熱分解が進行するものと考えられている。したがって、このように反応性に富む微結晶間に対して非プロトン性溶媒を作用できるかどうかが、セルロースの熱分解反応を制御できるかどうかを決める重要な因子であると考えられた。平成27年度の研究により、極性な官能基を持つ非プロトン性溶媒がセルロースの炭化を効果的に抑制したことから、このような極性な官能基を持つ溶媒は主に親水性表面よりなるセルロース微結晶間へアクセスできることが明らかになった。本成果は微結晶の集合体であるセルロースの熱分解反応を制御できる可能性を示唆しており、予想以上の達成度である。このような背景から、本研究課題では非プロトン性溶媒を用いたセルロースの熱分解反応制御について検討している。平成27年度の研究で、極性の官能基(>C=O、>S=O >Nなど)を持つ芳香族溶媒がセルロースの炭化を抑制するとともに、一次熱分解物であるレボグルコサンの2次分解を著しく抑制させることが明らかになっている。平成28年度は、レボグルコサン以外の熱分解物を詳細に検討した結果、通常の熱分解ではほとんど検出されない5-hydroxymethylfurfural (5-HMF)がレボグルコサンとともに収率よく生成していることが明らかになった。反応機構の観点から、5-HMFは還元性末端から生成したものと考えられ、モデル実験として5-HMFの熱分解を行ったところ、選択的に炭化物へと変換されたことから、還元性末端経由で生成する5-HMFの2次分解(炭化)が抑制されることが、芳香族溶媒中で炭化物生成が抑制される理由のひとつであることが示唆された。また、芳香族溶媒中での熱分解物を加水分解することで未反応のセルロースを除去して得られる残渣が薄いフィルム状の形態を有していることも明らかになったが、本結果は、セルロースの炭化機構と芳香族溶媒中での抑制機構について重要な示唆を与える。芳香族溶媒中での熱分解でセルロースより選択的に生成している物質がレボグルコサンと5-HMFであることが判明し、これらが芳香族溶媒のみを用いる場合のターゲット化合物であることがわかった。また、5-HMFは還元性末端由来で、炭化物を与える鍵中間体であることも明らかになったことから、還元性末端を予めアルコール処理などによりつぶしておくことが、生成物組成をさらに単純化するためのひとつの方策であることが示された。このように、セルロースの熱分解制御の目的に対して着実に研究は進展していると言える。熱分解技術はバイオマスを効率的に変換することができるが、生成物の選択性が低いことが問題である。特に炭化(こげる)反応は、ケミカルスとして利用しにくい固体炭化物を生成するのみならず、その過程で進行する複雑な反応により生成物組成は急激に複雑化する。

研究代表者はこれまでの研究で、芳香族溶媒のような非プロトン性溶媒が、セルロースの熱分解で生成する初期生成物であるレボグルコサンの2次分解(炭化)を抑制することを見出した。本研究課題では、このような熱分解反応制御をセルロースに対して応用することを目指した。特に、芳香族溶媒に不溶で、一辺が数十ナノメートルの断面よりなる微結晶が無数に集合した複層構造を有するセルロースに対する芳香族溶媒の作用に着目して研究を進めた。その結果、極性の官能基(>C=O、>S=O、>Nなど)を持つ芳香族溶媒が、セルロースの炭化を抑制するとともに、一次熱分解物であるレボグルコサンの収量を大幅に高めることが明らかになった。極性な官能基が必要な理由として、微結晶表面が親水性であり、芳香族溶媒が微結晶間に入り込む際に極性な官能基が必要であるためと考えられた。レボグルコサンとともに高収率に回収された生成物に、5-HMFがあることがわかり、5-HMFを用いたモデル実験から、セルロースの還元性末端およびレボグルコサンの2次分解により生成する5-HMFがセルロース炭化のキー中間体であることが示唆された。また、紫外線顕微鏡観察などを用いた検討から、セルロース細胞壁の内部にまで芳香族溶媒が侵入し、その界面で進行する2次炭化反応を芳香族溶媒が効果的に抑制することが、セルロースがこげることなく、レボグルコサンや5-HMFといった低分子ケミカルスへと選択的に変換できる理由であることが明らかになった。これらの結果は、熱分解反応制御によるセルロースからの低分子有用ケミカルス生産につながる重要な成果である。熱分解によるバイオマスからのケミカルス生産において、炭化反応を含む2次熱分解反応を制御することは重要である。セルロースは、一辺が数十ナノメートルの断面よりなる微結晶の集合体であり、その界面から熱分解が進行することから、微結晶間で起こる熱分解反応を制御することが必要である。そこで、本研究では、水素結合を制御し2次熱分解反応を抑制できる芳香族溶媒の可能性について検討した。その結果、極性な官能基を持つ芳香族溶媒が微結晶間に効果的に侵入し、2次熱分解反応を制御することで、レボグルコサンと5-HMFを効率的に生成することを明らかにした。また、5-HMFを経由したセルロースの炭化機構が新たに提案された。平成27年度において検討した非プロトン性溶媒は、セルロースの熱分解を抑制するグループと解重合を促進するグループに分類できることがわかった。今後、前者については、有用ケミカルスとして利用可能なレボグルコサンの高選択的生産を視野に研究を進める。通常の熱分解では微結晶間での熱分解によりセルロースは主に炭化物へと変化するが、非プロトン性溶を効果的に作用させることで生成するレボグルコサンを高選択的に生産できることが期待される。一方後者については、微結晶間に浸透した後にセルロースの水酸基と化学反応することで非プロトン性溶媒の一部が可逆的に酸性物質へと変化し、セルロースを効果的に解重合する機構を研究代表者らは推定している。平成28年度の研究において、この仮説を検証するとともに、高選択的なケミカルス生産への可能性を探求する。