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モーデル・ヴェイユ格子の総合的研究

モーデル・ヴェイユ格子の総合的研究として、主に次のテーマを研究した。1.楕円曲面の乗法的卓越族の構成と応用。ワイル群の不変式論を通して、モーデル・ヴェイユ格子という本来ディオファンタス問題から出発した主題が、格子理論や代数方程式論との関わりを超えて、リー群(環)の表現論とも密接な関係をもつことが明らかになった。2.フェルマー曲面の高種数曲線によるファイブレーションのモーデル・ヴェイユ格子の解明。例えば、素数次のフェルマー曲面から定まる高種数モーデル・ヴェイユ格子の構造(ランク、ハイト公式等)を決定した。平成25年度は、主に「研究の目的」欄のテーマ(A)について研究した.まず有理楕円曲面の(加法的ないし乗法的)卓越族の構成が最も肝要であったが、加法的な場合は1990年代に確立されていた。永年未解決であった例外型E_6, E_7, E_8の乗法的な卓越族の構成は、最近,研究代表者とA. Kumar (MIT)により達成された.すなわち、E_6の場合研究代表者(2012年日本本学士院紀要)により、またE_7とE_8の場合は、Kumar 塩田の共著論文(雑誌Algebra and Number Theory )において解決された.これらの結果を整数論および代数幾何学における具体的な数学的対象に応用して、その成果を確認した.たとえば「3次曲面とその上の27本の直線」は19世紀半ば以来の長い歴史をもつ代数幾何学の古典的課題であるが、我々の方法は、これに新たな光を当て、意義のある新結果を与えることが出来た.特に、27本の直線がすべて有理数係数で定義される3次曲面の(6個のパラメータをもつ)族を構成できる.しかも、加法的および乗法的な卓越族に応じて、2通りの構成が出来る.これらを、簡明なアルゴリズムとして定式化することにより、数学的に正確な描画が可能となる.これを実行してこの古典的問題の理解を深めることができた.さらに、パラメータを動かすことにより、3次曲面が特異点をもつ状況も精密かつ具体的に記述される.以上の結果は「3次曲面と27直線の構成に関する2つのアルゴリズム」と題する論文(英文)にまとめ,2013代数幾何ミニ研究集会(埼玉大学)の報告集に発表した。また学会発表「ワイヤストラス変換と3次曲面」では,射影平面上の6点が与えられたとき,これをブローアップして生じる3次曲面と27直線の定義方程式を,ワイヤストラス変換を用いて具体的に求める方法を公表した。平成26年度におけるわれわれの最大の成果は、「フェルマー曲面の高種数曲線によるファイブレーション」のモーデル・ヴェイユ格子の解明である。代数曲面の高種数曲線ファイブレーションについてのモーデル・ヴェイユ格子の定義と基礎付けは,研究代表者により、その概要が1992年学士院紀要に発表され,より詳細な理論が欧文論文集「代数幾何学のトレンド」(ケンブリッジ大学出版会,1999年)で与えられたが、その後あまり進展が無かった。最近複素曲面のトポロジーの観点から,増田ー松本の論文(2013)は,フェルマー曲面の(1直線を軸とする)高種数ファイブレーションを調べ、その特異ファイバーの位置と型を完全に決定した。われわれは,この「フェルマー曲面上の高種数ファイブレーション」に対するモーデル・ヴェイユ格子を、前年度末から当26年度にかけて集中的に研究し,次の基本定理1,2,3を得た。1.モーデル・ヴェイユ格子のランク公式。即ち5次以上のフェルマー曲面の軸性ファイブレーションの生成ファイバーは,種数g>1の平面代数曲線であるがそのヤコビ多様体のモーデル・ヴェイユ格子のランクは、次数mの明示的関数として与えられる。2.フェルマー曲面上の,軸直線と交わらない任意の直線は,ファイブレーションの切断を与える。特に次数mと6とが互いに素のときは,モーデル・ヴェイユ群はこれらの切断で生成される。3.モーデル・ヴェイユ格子のハイト公式。2直線に対応する2つの切断の間のハイトペアリングは、直線達の交点数を用いた明示的な公式で与えられる。1.の証明には(80年代の)フェルマー曲面のピカール数に関する塩田、青木昇の結果を用いる。また2.の証明は、最近のSchuett-Shioda-vanLuijkおよびDegtyarevの結果による。前年度の実施報告書において報告したように、平成26ー27年度おける最大の研究成果は、「フェルマー曲面の高種数曲線によるファイブレーション」のモーデル・ヴェイユ格子の解明である。代数曲面の高種数曲線ファイブレーションについてのモーデル・ヴェイユ格子の基礎理論は,研究代表者により、その概要が1992年学士院紀要で,より詳細な理論が欧文論文集「代数幾何学のトレンド」(ケンブリッジ大学出版会,1999年)で与えられたまま、あまり進展が無かった所に、注目すべき結果が得られた。最近複素曲面のトポロジーの観点から増田ー松本の論文(2013)で導入された「フェルマー曲面の(1直線を軸とする)軸性ファイブレーション」を代数幾何の観点から調べ、この「フェルマー曲面上の高種数ファイブレーション」に対するモーデル・ヴェイユ格子を集中的に研究し,次の諸結果(1ー5)を確立した。1モーデル・ヴェイユ格子のランク公式。

即ち5次以上のフェルマー曲面の軸性ファイブレーションのジェネリック・ファイバー(種数g>1の平面代数曲線)のヤコビ多様体のモーデル・ヴェイユ格子のランクは、次数mの明示的関数として与えられる。2一般に、フェルマー曲面上の,軸直線と交わらない直線は,ファイブレーションの切断を与える。特に次数mが6と互いに素であるならば,モーデル・ヴェイユ群はこれらの切断で生成される。[デグチャレフの結果を使う]。3モーデル・ヴェイユ格子のハイト公式。2直線に対応する2つの切断の間のハイトペアリングは、直線達の交点数を用いた明示的な公式で与えられる。4格子の実例をm=5、7、等の場合に計算した。5 m=5のときはモーデル・ヴェイユ群がtorsionをもつことを発見。平成27年度には、より高い次数mにたいし、C. Hallと共同研究をしている。最大の成果は、「代数曲面の高種数曲線によるファイブレーション」のモーデル・ヴェイユ格子の問題に対する寄与である。このようなモーデル・ヴェイユ格子に関する一般的な基礎理論は約20年前に研究代表者により確立され、超楕円曲線によるファイブレーションの実例とともに発表されたが、それ以来あまり進展が見られなかった。さて、われわれの研究テーマの一つであるフェルマー曲面について、増田ー松本によってトポロジーの観点から最近重要な発見がなされた。すなわち,フェルマー曲面の(1直線を軸とする)高種数ファイブレーションを研究し、その特異ファイバーの位置と型を完全に決定した。この「フェルマー曲面上の高種数ファイブレーション」に対するモーデル・ヴェイユ格子を、前年度から当年度にかけて継続的に研究して、上記「実績」の項で列挙したような結果を得ることができた。第2の成果は、代数幾何学の古典的トピック「3次曲面とその上の27直線」に関して、永年研究してきたモーデル・ヴェイユ格子の知見を活かして、簡明な構成法を与えることに成功した。この方法は有理数体上の楕円曲線の有理点問題にも応用できると同時に、その初等的構成により、3次曲面とその上の27直線を実際に描画することも可能で、実曲面の幾何的研究や曲面上の交点理論の視覚化にたいし有用な手法となると思われる。モーデル・ヴェイユ格子の総合的研究の最終年度として、主に次のテーマを研究した。1.1970年代のブリースコーンによる有理2重点の同時特異点解消と、グロタンディークによるそのリー群構造論に基づく予見を、具体的に実現する族として、有理楕円曲面のE8-型乗法的卓越族等を再考した。モーデル・ヴェイユ格子を通して、特異点の消失サイクルが、楕円曲面の切断の「消失ルート」として捉えられる、即ちハイト2の切断(ルート)が消失する(ゼロ切断になる)とき、退化で生じる特異ファイバー・特異点が定まり、同時にモーデル・ヴェイユ群の構造が変化する模様が記述できる。この仕組みが、対応する単純リー群の極大トーラスへのワイル群の作用と関連付けられ、ワイル群の基本不変式としてリー群の基本指標が現れることにより、モーデル・ヴェイユ格子という本来ディオファンタス問題から出発した主題が、格子理論や代数方程式論との関わりを超えて、リー群(環)の表現論とも密接な関係をもつことが明らかになった。この結果は昨秋ハノーバー大学で、そして今年3月米国ジョンズ・ホプキンス大学で講演した。詳細はモーデル・ヴェイユ格子について、永年共同研究をしてきたハノーバー大学のシュット教授と準備中の著書において発表の予定。
粒子法を用いた薄板構造の圧壊挙動解析に関する研究

本研究では,メッシュフリー/粒子法と呼ばれる新しい数値解析手法を用いた薄板構造物の圧壊解析に関する研究を実施した.薄板構造の幾何学的非線形解析を実施するためUpdated Lagrangian法に基づく定式化を行った.さらに,曲面形状を表現するため曲面座標系を導入した.さらに,防撓板のような薄板の組み合わせ構造の解析を行うため,多点拘束法を導入した.初期不整を有する防撓板構造の解析を行い,従来法との比較を行い,提案法の妥当性の検討を行った.本研究では,メッシュフリー法/粒子法と呼ばれる新しい数値解析手法を用いた薄板構造物の圧壊解析に関する研究を実施した.一般的な薄板構造解析の場合,四階の偏微分方程式を解く必要があり,解析精度の劣化が生じる必要がある.そこで,有限要素法のアイディアを用いて,弱形式に基づく定式化を行った.有限要素法では要素で定義される内挿関数を用いて物体の変形を表現する.メッシュフリー法/粒子法では,空間に節点や粒子を配置し,それらの節点/粒子単位に定義されるカーネル関数を用いて変形を表現する.薄板構造の座屈解析を行う場合,初期不整などを導入して解析を行うが,メッシュフリー/粒子法では平板一枚を一つの単位として取り扱うため初期の導入が容易ではない.そこで,曲面座標系を定義した定式化を行い初期不整の取り扱いを容易にした.さらに,防撓板のような組み合わせ構造の解析を行うため,平板と平板の変形を同期する定式化を行う必要がある.メッシュフリー法/粒子法の離散化に対して多点拘束法にもとづいて基本境界条件を定義することにより,組み合わせ構造の解析を行うことが可能となった.メッシュフリー/粒子法を用いて初期不整を有する防撓板構造の解析を行い,有限要素法などの従来法との比較を行った.その結果,本提案法を用いることで高精度な板構造解析が可能であることを示した.本研究では,メッシュフリー/粒子法と呼ばれる新しい数値解析手法を用いた薄板構造物の圧壊解析に関する研究を実施した.薄板構造の幾何学的非線形解析を実施するためUpdated Lagrangian法に基づく定式化を行った.さらに,曲面形状を表現するため曲面座標系を導入した.さらに,防撓板のような薄板の組み合わせ構造の解析を行うため,多点拘束法を導入した.初期不整を有する防撓板構造の解析を行い,従来法との比較を行い,提案法の妥当性の検討を行った.本研究の目的は,メッシュフリー法/粒子法を用いて,防撓パネルなどの薄板構造物の圧壊シミュレーションを行うことである.最終強度後の防撓パネルの挙動は,パネルの座屈,塑性化,き裂の進展,破断を伴う複雑な非線形現象である.現在,防撓パネルの解析に多用されている有限要素法では最終強度に関しては高精度に評価できているが,き裂のモデル化,き裂進展にともなうメッシュ再分割などの問題から破断現象を伴う最終強度後の評価を行うことは容易ではない.このことに着目し,メッシュフリー法/粒子法を用いた新しい構造解析手法の開発を行う.本研究は,船体構造崩壊解析の高精度化および船体構造の高強度化に関する新たな研究領域開拓のための研究である.今年度の目標と進捗に関して以下にまとめる.(a)メッシュフリー法/粒子法を用いた組み合わせ構造物のモデル化:複数のパネルから構成される板構造物の線形解析および幾何学的非線形解析を行うことが可能となった.メッシュフリー法では,各節点でクロネッカーデルタ特性を持たないため,MPC (Multiple Point Constraint)法を用いた構造物のモデル化を行った.(b)複雑な曲面形状を表現するための曲面座標系の導入:基本的なプログラムの開発は行った.有限要素法解析ソフト等との比較を行い精度検証を行った.本年度の研究目標はおおむね達成することができたと思われる.基礎的検討で単純な組み合わせ構造物の解析を行っているため,今後はより現実的なモデルの解析を目標とする.研究実施の概要の通り,初年度の目標はおおむね達成することができた.メッシュフリー法/粒子法を用いた解析では,有限要素法でのいわゆるクロネッカーデルタ特性を満足することができない.そのため,組み合わせ構造物に対する解析においても節点を共有するだけでは構造の連続性が保障できない.そこで,本研究では,MPC法のアイディアをもとに定式化および離散化を行い,変形を連続させる形で組み合わせ構造物の解析を行うことができた.一方,メッシュフリー法/粒子法に対してMPC法を適用した場合,拘束箇所で微小に応力が振動する問題が発生した.この問題に対しても,詳細に吟味し一つの問題解決法を提案することができた.メッシュフリー法/粒子法を用いた組み合わせ構造物の解析は,あまり実施されておらず申請者らのアプローチは意味のあるものと思われる.組み合わせ構造物への拡張という目標を達成できたため,現段階では,目標に対しておおむね順調に進展していると考えられる.現在までに組み合わせ構造への拡張を行うことができたため,今後はより現実的な構造物に対する適用を行う.具体的には以下の通りである.防撓パネルの座屈解析では,初期不整を導入する必要がある.現在の定式化に曲面座標の概念を導入することにより簡便に初期不整を定義することができる.本内容については現在進行中である.

さらに,圧壊挙動の評価のために,材料非線形問題への拡張を行う必要がある.弾塑性問題への定式化を行う.メッシュフリー法/粒子法を用いた弾塑性問題は既存に実施された例題があるためそららの文献を参考にすることができる.最後に部材の破断を評価するため,き裂のモデル化に関する検討を行う.簡単な二次元平板に対する例題に関しては実施された例があるが複雑な構造物に対する例はあまりなく新しく解析手法の提案を行う必要がある.現在までに得られた知見を外部に発表するため国内外への学会参加費,旅費として計上する.また,解析結果の整理を行うため小規模の計算機の購入を予定している.
音響キャビテーションを利用したアモルファス材料の生成に関する研究

本研究におけるアモルファス化の手法は,対象となる金属の化合物溶液またはその微細粒子を分散させた溶液に,強力な超音波を放出することによって生じるキャビテーション気泡が崩壊する際に生ずる瞬間的な高温と,それに引き続く急速な冷却を利用するものである.供試液体としては,(1)鉄ペンタカルボニル(Fe(CO)_5,融点:253K,沸点:375K,密度:1.43g/cm^3)をデカン(CH_8(CH_2)_8CH_3)に混合したもの(重量モル濃度:4モル)及び(2)酸化ほう素(B_2O_3,融点:733K,密度:2.46g/cm^3)の微粒子(直径が10μm以下)をデカンに分散したもの(粒子の重量濃度:5%)の2種類を使用した.この両液体に対してそれぞれ3時間の超音波照射を行った.(1)の場合には,時間とともに下層に沈澱物が集積した.照射終了後,この沈澱物を収集し,洗浄・乾燥の後,X線回折計による構造解析を行った.その結果,かなりの部分がアモルファス状態の鉄であることが判明した.(2)の場合には,わずかの粒子にのみアモルファス化が認められたが,大部分は元の結晶構造のままであった.以上の実験に加えて,複合混相液体中における気泡の挙動を支配する基礎式に導き,解析することによって,複合混相液体中では気泡の崩壊に伴う最大圧力及び温度は,単相液体の場合のそれより低下することなども明らかにした.本研究におけるアモルファス化の手法は,対象となる金属の化合物溶液またはその微細粒子を分散させた溶液に,強力な超音波を放出することによって生じるキャビテーション気泡が崩壊する際に生ずる瞬間的な高温と,それに引き続く急速な冷却を利用するものである.供試液体としては,(1)鉄ペンタカルボニル(Fe(CO)_5,融点:253K,沸点:375K,密度:1.43g/cm^3)をデカン(CH_8(CH_2)_8CH_3)に混合したもの(重量モル濃度:4モル)及び(2)酸化ほう素(B_2O_3,融点:733K,密度:2.46g/cm^3)の微粒子(直径が10μm以下)をデカンに分散したもの(粒子の重量濃度:5%)の2種類を使用した.この両液体に対してそれぞれ3時間の超音波照射を行った.(1)の場合には,時間とともに下層に沈澱物が集積した.照射終了後,この沈澱物を収集し,洗浄・乾燥の後,X線回折計による構造解析を行った.その結果,かなりの部分がアモルファス状態の鉄であることが判明した.(2)の場合には,わずかの粒子にのみアモルファス化が認められたが,大部分は元の結晶構造のままであった.以上の実験に加えて,複合混相液体中における気泡の挙動を支配する基礎式に導き,解析することによって,複合混相液体中では気泡の崩壊に伴う最大圧力及び温度は,単相液体の場合のそれより低下することなども明らかにした.
小さな遷移金属と大きな配位子で生み出す極小反応場での炭素ー炭素結合形成

遷移金属を用いたヒドロアシル化反応はアルデヒドとアルケン、アルキン等の不飽和化合物との間で炭素ー炭素結合を形成するための有効な手法である。従来の反応開発は、鍵中間体である金属アシル種からの脱カルボニル反応をいかにして抑制するか、という点に重点が置かれてきた。しかし、これらの研究は“金属アシル種を触媒反応系中でいかにして安定化させるか"に着目して展開されており、金属アシル中間体を経由している以上、根本的な解決策にはなっていない。本研究では、最も小さな遷移金属であるニッケルに対して大きな配位子を導入することで構築できる非常に小さい反応場の持つ可能性を明らかにする目的のもと、環状ニッケル錯体を鍵中間体とするアルケンの分子内ヒドロアシル化の開発を目指した。窒素上に嵩高いアルキル基を有するNHCであるItBuを用いた時、2-アリルベンズアルデヒドの分子内ヒドロアシル化反応が進行し、対応する生成物が収率93%で得られた。更に溶媒、触媒量等を最適化した結果、5 mol%のNi(cod)2/ItBu存在下、メシチレン中で5時間反応を行うことで収率98%で得られた。本反応の基質適用範囲ついて検討した。電子供与性置換基を有する基質を用いた場合、反応は効率よく進行し収率97%で目的とするインダノン誘導体が得られた。ベンゼン環上にフッ素を有する基質を用いた場合、反応効率の低下が見られたものの、収率75%で生成物が得られた。本触媒系は、種々のテトラロン誘導体の合成にも応用可能である。ロジウムやルテニウムを触媒として用いた反応系においては、六員環以上の環状ケトンを合成することは非常に難しい。特筆すべきことは、これら全ての検討において脱カルボニル反応は一切観測されなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでにも、電子不足アルケンとアルキン類との環化反応は数多く行われてきた。しかしながら、大半の反応においては[2+2+2]環化付加反応が進行するためにシクロヘキサジエン誘導体あるいはシクロヘキセン誘導体が得られる事が報告されていた。これは、三分子目の不飽和化合物の挿入反応が、メタラシクロペンテンからのシクロブテンの還元的脱離よりも優先して反応が進行してしまうためであった。そのため、三分子目の挿入を抑制し素早く還元的脱離を進行させる触媒システムが、シクロブテン類の合成には必要となる。そこで、基質として共役エンインを用いることにより、三分子目の配位を抑制するとともに、原子半径の小さなニッケルに対して、立体的にPCy3よりも嵩高いNHC配位子を用いることで還元的脱離を促進させ選択的にシクロブテン誘導体を与える反応の開発を行った。実際にエンインを基質として用いた際に、少量ではあるがシクロブテン誘導体が生成することを確かめている。シクロペンテノンと1-ヘキセン-3-インとの反応において条件検討を行った。その結果Ni(cod)2/IPr 5mol%存在下、ジオキサンを溶媒として80 °Cにて反応させた時に収率80%(単離収率73%)にて目的とする化合物を得た。本反応条件を、最適化反応条件として種々のエノン類と1,3-エンイン類との反応を検討した。反応は、シクロペンテノンやシクロへキセノンとの反応は、いずれも効率よく進行した。アルキン末端にTMS基を持つ、エンインとの反応においては33%と低収率であった。

目的とする反応の開発に関しては、順調に進展しているものと考えている。特に、環状エノン、鎖状エノンの両者に対して有効な反応であることを実証できた事は意義深い成果である。既に報告されている、ニッケル触媒を用いる反応においては鎖状エノンの場合には、エノン2分子とアルキン1分子との[2+2+2]環化付加反応が進行し、シクロヘキセン誘導体が生成する。また、環状エノンの場合には、エノン1分子とアルキン2分子との[2+2+2]環化付加反応が進行し、シクロヘキサジエン誘導体が生成する。本研究では、これらとは一線を画し、いずれの場合にも選択的にシクロブテン誘導体与える反応へと展開した。これは従来の達成目的を十分に満たしているものと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は、より多様なアルケン類に対して適用できる反応系の確立を目指し、α,β-不飽和エステル、α,β-不飽和アミド、ビニルホスホネートのような基質を選択し研究を展開する。更には、環状エノン、鎖状エノンそれぞれを用いた際に発生する反応中間体と考えられるニッケル錯体中間体の単離と同定を行う。また、単離したニッケル錯体とアルキン類との反応により反応中間体としての作用を検証することで、反応機構の解明を行う。
心停止時のアデノシン前投与の効果

アデノシン前投与はreperfusion injuryを予防し、虚血時の臓器保護に有効である。心臓に対する虚血時保護作用も報告されているが、心停止を起こした心臓に対して有効か否かについては、蘇生率は変わりなしの報告がある。【目的】心停止をおこした心臓に対する保護作用は期待できるかを調べるために、ラビットをコントロール群(C群)とアデノシン群(A群)とに分け、蘇生可能率、心拍出量・動脈血圧等の循環動態、心電図、血液ガス、乳酸値を比較した。【方法】3kg前後のラビットをレラキシンとケタラール筋注で麻酔導入し、耳周辺静脈に24G針挿入、耳中心動脈に22G針で動脈ラインを確保した。動脈圧および心電図をモニターしつつ自発呼吸下にて気管切開・挿管後、FiO_2=0.5にてPaCO_2が35mmHgとなるよう調節呼吸とした。麻酔は酸素、空気、イソフルラン(1%)で維持し、筋弛緩にはベクロニウムを用いた。胸骨正中切開し、上行大動脈に電磁血流計を装着し心拍出量を連続測定した。左心耳より左房カテ、左室心尖部よりMillarのカテを挿入し、循環動態の安定を待ってbaseline測定とした。A群:アデノシン50mg/kgをシリンジポンプにて30分間で静注C群:等量の生食を30分間で静注の2群において、投与終了直後に細動器にて心停止状態を2分間作成した。細動器off後、30秒で自脈が自然回復しない場合は除細動を行った。除細動後30分間baselineの60%以上の血圧を保った症例を蘇生例とした。【測定項目】連続心拍出量、連続血圧、心拍数、LAP、LVP、dP/dT、心電図、食道温、動脈血ガス、電解質、乳酸値。【結果】30分後の蘇生例はC群で9羽中2羽、A群で10羽中7羽であり、アデノシン前投与により蘇生率が有意に上昇した。平成10年度は、実験用心臓カテーテル室の手配、循環器内科への研究補助依頼、実験道具の準備に時間が費やされてしまった。また、予算の制約、動物実験施設の制約のため、2カ月のブタ飼育には困難が伴う。そのため、PTCA直後の急性内皮障害モデル(ブタ)を使用した実験を行うこととした。測定項目は全く同じである。実質的実験2匹のミニブタを使用した。全身麻酔下にて、冠動脈造影用カテーテルを透視下に左冠動脈口に挿入した。これを通して、フォガティーバルーンカテーテルを左前下降枝に挿入した。バルーンを膨らませて左前下降枝を完全閉塞し、引き戻す操作を数回繰り返すことにより、左前下降枝近位部の内膜剥奪を行った。その後、左前下降枝をコントロールとして、アセチルコリンで左前下降枝のスパスム誘発試験を行った。同時に、冠動脈造影にて、正常部と異常部の血管径の変化を検討した。バルーンの膨らませる度合いや、引き戻す操作の頻度・強さが弱かったためか、正常部と異常部の血管径には、顕著な差が見られなかった。今後、実験道具等の準備が完全に整い次第、種々の圧測定、心拍出量測定、ScsO_2の測定、乳酸・プロタノイドや一酸化窒素・セロトニンの測定も同時に行う予定である。また、不活性ガスを使用した冠動脈血流測定も行う予定である。

【結果】30分後の蘇生例はC群で9羽中2羽、A群で10羽中7羽であり、アデノシン前投与により蘇生率が有意に上昇した。3kg前後のラビットを半密閉の箱に入れ、5%イソフルレン・酸素を送気して入眠させる。入眠したらマスクのようなものでのイソフルレン投与に切り替え耳の周辺静脈に24G針挿入。耳の中心動脈に22G針で動脈ラインを確保し、血圧測定と採血ラインとする。自発呼吸下にて気管切開し、45mm径の小児用気管内チューブを挿入する。PaCO_2が35mmHgとなるよう調節呼吸とする。左開胸し、上行大動脈に電磁血流計を装着し心拍出量を連続測定する。心膜小切開し、左心耳より左房カテ挿入する。細動器のクリップ電極を心筋に装着する。イソフルレンを1.5%程度に下げ、循環動態が安定したらbaseline測定。測定項目連続心拍出量、連続血圧、連続心拍数、連続LAP、可能なら左室内にミラーカテを挿入しdP/dT、イソフルレン濃度、直腸温、時間尿量、動脈血ガス、電解質、乳酸。A群:アデノシン100mg/kgとノルアドレナリン0.1mg/kgの混合液をシリンジにて10分間で静注C群:等量の生食を10分間で静注投与終了30分後に細動器onで心停止状態を作成する。(5、10、20、30、45、60分など。)細動器off後、自脈が自然回復しない場合は除細動器をかける。蘇生後、上記項目を2時間測定継続する。比較項目確信停止時間後の自然心拍再開率、蘇生可能率、心拍出量等の循環動態、ガス、乳酸、蘇生2時間後のCPK-MB上記のプロトコールで現在実験進行中である。アデノシン前投与はreperfusion injuryを予防し、虚血時の臓器保護に有効である。心臓に対する虚血時保護作用も報告されているが、心停止を起こした心臓に対して有効か否かについては、蘇生率は変わりなしの報告がある。【目的】心停止をおこした心臓に対する保護作用は期待できるかを調べるために、ラビットをコントロール群(C群)とアデノシン群(A群)とに分け、蘇生可能率、心拍出量・動脈血圧等の循環動態、心電図、血液ガス、乳酸値を比較した。【方法】3kg前後のラビットをレラキシンとケタラール筋注で麻酔導入し、耳周辺静脈に24G針挿入、耳中心動脈に22G針で動脈ラインを確保した。動脈圧および心電図をモニターしつつ自発呼吸下にて気管切開・挿管後、FiO_2=0.5にてPaCO_2が35mmHgとなるよう調節呼吸とした。麻酔は酸素、空気、イソフルラン(1%)で維持し、筋弛緩にはベクロニウムを用いた。胸骨正中切開し、上行大動脈に電磁血流計を装着し心拍出量を連続測定した。左心耳より左房カテ、左室心尖部よりMillarのカテを挿入し、循環動態の安定を待ってbaseline測定とした。A群:アデノシン50mg/kgをシリンジポンプにて30分間で静注C群:等量の生食を30分間で静注の2群において、投与終了直後に細動器にて心停止状態を2分間作成した。細動器off後、30秒で自脈が自然回復しない場合は除細動を行った。除細動後30分間baselineの60%以上の血圧を保った症例を蘇生例とした。【測定項目】連続心拍出量、連続血圧、心拍数、LAP、LVP、dP/dT、心電図、食道温、動脈血ガス、電解質、乳酸値。
乾燥ストレスからの回復過程におけるヒストン修飾を介した転写制御機構の解析

シロイヌナズナを用いて、乾燥ストレス処理とその回復過程(再吸水処理)での遺伝子活性化から抑制までの過程におけるクロマチン動態の経時的変化について、クロマチン免疫沈降-定量PCR法(ChIP-qPCR法)を用いた解析を行っている。いくつかの乾燥ストレス誘導性遺伝子領域(RD20、RD29A、COR15A)において、RNA pol IIの結合は、再吸水処理により速やかに発現遺伝子領域から脱落することが明らかとなった。また同様に、転写活性化状態のマーカーであるヒストンH3Lys9のアセチル化はRD20およびRD29A領域において、再吸水処理により速やかに減少することがわかった。これに対して、COR15A領域におけるH3Lys9アセチル化は、緩やかに減少することがわかった。このことから、遺伝子発現抑制に伴うH3Lys9アセチル化変動(減少)はそれぞれの遺伝子領域に依存して異なることが示唆された。また興味深いことに、これら全ての遺伝子領域において、もう一つの転写活性化マーカーであるヒストンH3Lys4部位のトリメチル化は、転写抑制後にもある程度維持されることがわかった。一方、転写抑制状態のマーカーであるH3Lys27のトリメチル化量は、これら全ての遺伝子領域において、遺伝子発現応答の変動(抑制状態)とよく相関していることがわかった。また、遺伝子変異株を用いた発現解析の結果から、いくつかの乾燥ストレス誘導性遺伝子の活性化に関わるヒストンアセチル化酵素の候補を同定した。シロイヌナズナタイリングアレイを用いた解析から多くの乾燥ストレス誘導性遺伝子を同定した。この内、RD20、RD29AおよびCOR15A遺伝子について、乾燥ストレス状態とその回復過程(再吸水処理)における遺伝子発現解析を行うとともに、同過程におけるヌクレオソーム密度とヒストン修飾の経時的変化についてクロマチン免疫沈降法(ChIP法)を用いた解析を行った。これまでに、これら遺伝子の発現変動に伴う、多様なヒストン修飾変化を確認している。これら全ての遺伝子領域において、転写活性化のポジティブマーカーであるヒストンH3Lys4部位のトリメチル化が、再吸水による転写抑制後もある程度維持されていることがわかった。また、遺伝子の転写に機能するRNApolIIの結合量を調べたところ、再吸水処理により速やかに発現遺伝子領域から脱落することが明らかとなった。一方で、RT-PCRにより検出されたmRNA量は、再吸水処理後もRD29AおよびCOR15A遺伝子などでしばらく維持されていることから、これらmRNAは再吸水処理後に新規に転写されたものではなく、乾燥ストレス処理により発現誘導を受けたmRNAの残存物であることが明らかとなった。さらに、RD20およびCOR15A遺伝子領域ではストレス強度に依存した、ヌクレオソーム密度の変動を介したクロマチン制御機構が存在する可能性が示唆された。また我々の研究チームでは、ゲノムワイドなクロマチン解析ツールとして利用できる、ChIP-on-chip法およびChIP-seq法を確立した。これにより、転写因子やクロマチンリモデリング因子などのゲノム上の結合部位、およびヒストン修飾変動をゲノムワイドで解析できるプラットフォームを準備することができた。
米国における社会的包摂を重視した災害リスクガバナンスの展開と課題

本研究は,災害に脆弱な広義のマイノリティによる防災への参加に焦点を当て,災害弱者の防災減災の取組における包摂過程やその課題について明らかにした。過去に大規模な災害を経験したアメリカ合衆国ルイジアナ州ニューオーリンズとカリフォルニア州サンフランシスコでのフィールド調査を通じて,当該都市における都市再編(ジェントリフィケーションや居住地分化)と災害リスクとの関係性,コミュニティ防災の近年の実態や課題を把握し,多元的背景を有する市民によるインクルーシブな災害リスクに対する都市ガバナンスの実態と課題,それらが都市空間の再編成に与える影響等につき地理学的視角から検証した。いわゆる「災害弱者」への対応について都市防災管理にて重要視されはじめて以降、いくつかの事例研究がみられるが、それらは行政主導の政策制度の枠組や、異なるステークホルダー間の連携関係を図式的に説明したもの等に変調しており、脆弱な人々が事前(発災以前)に制度政策形成に参加する過程や合意形成をめぐる諸課題について、ミクロに検討した地理学的な研究は寡少である。そこで本研究では、従前の都市社会ガバナンスに関する研究を発展させつつ、災害に脆弱な広義のマイノリティによる防災への参加に焦点を当て、災害弱者の包摂過程やその課題を明らかにする。アメリカ合衆国都市での実証を通じて、コミュニティ防災の近年の実態や課題を把握し、多元的背景を有する市民によるインクルーシブな災害リスクガバナンスの実態、防災上の効果、実施における課題や、それらが都市空間の再編成に与える影響等につき地理学的視覚から検証していくことを目的としている。具体的な調査地として、過去に大きな災害を経験し、リスクガバナンスへ弱者を包摂すべく試行錯誤が繰り返されている米国カリフォルニア州サンフランシスコ及びルイジアナ州ニューオーリンズを選定した。まず、インクルーシブな防災に関する災害関連研究、地理学的研究、及び国際的な政策に関する議論に関する文書等の収集及びレビューを行った。また、所属センター教員をはじめ、近隣の防災関係機関、都市計画コンサルタント会社関係者と、包摂型防災の課題等について議論を行った。平成27年度は,2度にわたり渡米し現地調査を行った(後述)。さらに,シカゴ及びサンフランシスコで開催された米国地理学会の年次大会(2015, 2016)において,口頭発表(単著)2件及びポスター発表(共著)1件を実施して,米国をはじめ海外研究者と議論を深めた。また,同分野の専門家とのネットワークを醸成し,本課題研究にとって大変有益な現地訪問となった。特に,サンフランシスコ・ベイエリアにおいては本格的に訪問調査を実施した。サンフランシスコ市消防局・地域緊急対応チーム調整担当消防司令補,同市危機管理局渉外官,同市人材開発プログラム部長,カリフォルニア州知事室緊急サービス室地震津波プログラム担当官,カリフォルニア州地質調査所研究官,在サンフランシスコ日本国総領事館領事,エスニックコミュニティのNPO等,コミュニティベースの防災ガバナンスに関わる多数の関係者と面談し,研究テーマにかかる聞き取りを行った。またサンフランシスコ市立図書館やカリフォルニア大学バークレー校,カリフォルニア州歴史協会,サンフランシスコ・ベイエリア計画・都市研究協会(SPUR)等を往訪し資料収集を行い,効果的かつ有益な調査を遂行することができた。また,他の災害研究者の協力を得て,ヘイワード断層やサンアンドレアス断層等,災害のハザートとなる箇所の踏査も実施した。さらに,カリフォルニア州科学アカデミーを訪問し,地元の防災に関する啓発活動の様子を確認した。現地で得られた,これらのデータをもとに引き続き論文化に向けた分析作業を行った。コミュニティ防災の近年の実態や課題を把握し,多元的背景を有する市民によるインクルーシブな災害リスクガバナンスの実態,防災上の効果,実施における課題や,それらが都市空間の再編成に与える影響等につき地理学的視角から検証する目的の本課題研究にとって大変有益な調査・分析を遂行できた。初年度においては第3回国連防災世界会議の学内担当者として多忙となり,本研究課題での取り組みは些か遅れ気味であったが,3月の会議終了直後の平成27年4年に,ニューオリンズ及びサンフランシスコでの現地調査を実施し,帰国後収集した資料をもとに研究会での討議,論文化の作業を進めることができた。また,担当した授業「北米地域理解」においても,これらの内容に言及し,教育活動ともリンクさせることができた。また,8月にはタイ・バンコクに所在するアジア工科大学院大学に客員教員として招聘され授業を担当し,本課題研究にて得られた途中成果をこの授業内容にも反映させ,大学院生及び同大学院防災・減災管理学術院の研究者らと討議を行い,発展途上国における「コミュニティ」防災との比較から,本研究に対して新たなパースペクティブを獲得した。ついで年度末には,サンフランシスコでアメリカ地理学会(AAG)が開催される機会にあわせて集中的な現地調査を行い,多数のコミュニティ防災にかかるステークホルダーからの聞き取りや資料収集を行うことができた。以上のことから総じて,本課題研究は概ね順調に遂行できていると自己評価できる。前年度末に実施した現地調査において関係機関(サンフランシスコ市消防局・地域緊急対応チーム調整担当消防司令補,サンフランシスコ市危機管理局渉外官,サンフランシスコ市人材開発プログラム部長,カリフォルニア州知事室緊急サービス室地震津波プログラム担当官,カリフォルニア州地質調査所研究官,在サンフランシスコ日本国総領事館領事,北カリフォルニア日本文化コミュニティセンター職員,全米日系歴史協会等のNPO等)から得られた,マルチステークホルダーによる防災ガバナンスに関する現状や課題に関して論文化に向けた整理・分析を行なった。また,仙台市地域防災リーダー(SBL)らが参加するワークショップ(於・東北大学災害科学国際研究所)において,本研究事業を通じて得られた研究成果を発表の上,討議を行なった。米国における災害リスクガバナンスの展開と課題について,仙台および周辺に在住するコミュニティ防災の実践者や行政実務者らと情報共有することで,本事業の社会還元にかかる所期の目的を達成できた。

これまでの研究を通じて,従来の防災に関する研究では先進都市の内部にみられる格差と自然災害に脆弱な街区との相関に着目してミクロな分析を施した研究は限定的であること,また一方で,社会地理学研究においては,災害リスクに直接焦点を当てたものも過少であるという問題意識を高め,マイノリティ貧困層への多重剥奪等,インナーシティ問題と災害リスクとの相関の理解を通じて,都市の災害リスクをいかにして,どの程度軽減できるか精緻に検討する「ボトムアップ」式の実証研究アプローチの必要性を見出し,今後の研究展開の射程を精査することができた。これまで実施したフィールド調査(資料収集、聞き取りほか)を踏まえて所期の論文執筆を行う準備が整いつつある。必要に応じて追加的にフォローアップ調査を実施する。前年度までの研究によって,マイノリティ貧困層への多重剥奪等,インナーシティ問題と災害リスクとの相関の理解を通じて,都市の災害リスクをいかにして,どの程度軽減できるか精緻に検討する「ボトムアップ」式の実証研究アプローチの必要性を見出した。そこで本年度は前年までの現地調査や資料収集を踏まえ,GISによる空間分析等を実施の上,成果の論文化を行った。ルイジアナ州ニューオーリンズにおけるハリケーン・カトリーナ災害からの復興と都市再編(ジェントリフィケーションによる居住者層入れ替えや立ち退き)に関する本研究課題の研究成果を論文として災害復興に関する書籍に寄稿し,刊行された。また,本研究の成果補完のため,カリフォルニア州サンフランシスコにおいて現地調査を実施し,ベイエリア自治体協会(ABAG)や関連団体が作成する地震リスクに関する同協会作成の統計データを収集した。サンフランシスコ・ベイエリアにおける再開発と都市再編に関する資料収集を行うとともに,過酷の災害に関する伝承・啓発施設の調査を行った。さらに,現地の小学生に対して地震等に関する知識や学校での訓練に関するビデオインタビューを実施した。ジェントリフィケーションとそれに伴う災害リスク増大に関する調査の結果をまとめた論文を投稿し,掲載された。また,本研究事業を通じて得られた研究成果について,研究会などを通じて,仙台および周辺に在住するコミュニティ防災の実践者や行政実務者,メディア関係者らにも共有し,本研究課題の社会還元にかかる所期の目的を達成できた。以上を通じて,都市内部に存在する経済格差やそれにともなう脆弱性によって,災害リスクに晒される都市住民に関して,防災行政がそれらをどのように認識し,災害リスクガバナンスを展開しているか考察を進めることが出来た。
不揮発性メモリの実現に向けた高誘電率キャパシタ材料の低温形成

基板バイアスが印加可能な高周波マグネトロンスパッタリング装置を用い,基板バイアスを変化させてBaTiO3薄膜を堆積させた。粉末ターゲットを用いることにより,堆積速度,結晶性の変化を与えることなく,膜の組成を化学量論組成に調整することが可能となった。基板バイアスを印加すると,逆スパッタにより堆積速度が低下したが,堆積膜の結晶性が向上した。このとき,{110}配向する傾向が確認された。印加する基板バイアスの平均負電位が大きくなるほど,また,スパッタリングターゲットへの投入高周波電力が高いほど,膜中のBa/Ti比が若干大きくなる傾向があることが明らかとなった。ターゲットに得られる薄膜の組成が化学量論組成となるように混合比を調整した粉末ターゲットを用いて,チタン酸バリウム薄膜を誘電層とするキャパシタを形成した。300°C程度の低基板温度であっても,基板表面へのイオン衝撃により薄膜の結晶化が進行すると同時に比誘電率が増加し,一定以上のイオンエネルギーでは比誘電率が飽和する傾向が確認された.しかし,過剰にイオンエネルギーが大きくなると誘電喪失が増加していることも判明した。これはイオン衝撃により導入された結晶欠陥のため漏れ電流が生じているためと考えられる.また,ヒステリシスループを測定したところ,高い比誘電率を示した(110)配向の膜では強誘電特性を示すことも明らかとなった。今後,誘電損失を低減させるため,用いるプラズマの電離密度を向上させ,照射イオンエネルギーを低減させると同時に照射イオン数を増加させることを目指した研究を行う必要があると考えられる。以上のように,現段階では,メモリ用キャパシタ材料として不十分ではあるが,その可能性を見いだすことができた。プロセスの最適化により高い比誘電率と低い誘電損失との両方を実現させる可能性が示されつつあり,今後の更なる展開が期待される成果であると考えている。強誘電体薄膜はメモリ用キャパシタ材料の実用化を目指した動きが近年著しい。熱処理は結晶化に不可欠ではあるが,特性劣化の主要な原因でもある。一方、研究代表者は,結晶化を促進させる手段として,成長表面にイオン衝撃を加える両極性スパッタリング法を用いて,部分的に結晶化したチタン酸バリウム膜の低温化での堆積に成功している。そこで,本研究では,イオン衝撃による薄膜の結晶機構の解明,ならびに電子デバイス級の高品質な結晶膜の作製を目的とする。本年度は,現有の両極性スパッタリング装置を用いて,代表的な強誘電体の一つであるチタン酸バリウムを研究対象に選び、基板には電子デバイスへの応用などの観点からシリコン基板を用いて,チタン酸バリウム薄膜の作製をおこなった。強誘電体特性には,堆積した薄膜の組成と結晶性が大きく影響を与える。そこで,得られる薄膜の組成が化学量論組成となるように,印加する基板バイアス条件に応じて,用いる混合粉末ターゲットの組成比を調整した。これまでに,印加する基板バイアスの平均負電位が大きくなるほど,また,スパッタリングターゲットへの投入高周波電力が高いほど,膜中のBa/Ti比が若干大きくなる傾向があることが明らかとなった。また,膜の厚さ方向の組成分布も測定した結果,初期堆積層では組成が異なっていることも判明した。より化学量組成に近い薄膜を得るためには,精密なターゲットの組成制御とターゲットの初期状態の調整が必要不可欠と考えられる。半導体メモリやコンデンサーの高性能化に向けた強誘電体材料の研究開発が行われている.

特に,半導体メモリ用強誘電体薄膜では,薄膜の結晶化に熱処理が不可欠であるが,特性劣化の主要な原因でもある.そこで,本研究では,薄膜形成時に成長表面へのイオン衝撃を利用した膜の結晶化を促進し,電子デバイス級の高品質な結晶膜の作製を目的とする.これまでに,現有の両極性スパッタリング装置を用いて,代表的な強誘電体の一つであるチタン酸バリウムを研究対象に選び,基板には電子デバイスへの応用などの観点からシリコン基板を用いて,薄膜を形成しイオン衝撃と膜の結晶過程の関連に調べてきた.この結果,主にイオン衝撃による表面拡散の促進効果が結晶化に効果的であることなどを明らかにしてきた.本年度は,ターゲットに得られる薄膜の組成が化学量論組成となるように混合比を調整した粉末ターゲット(TiO2+BaO)を用いて,チタン酸バリウム薄膜の作製をおこなった.これにより,250°C程度の低基板温度であっても,基板表面へのイオン衝撃により薄膜の結晶化が進行し,イオンエネルギーに応じて比誘電率が増加し,一定以上のイオンエネルギーでは比誘電率が飽和する傾向が確認された.これは,焼結体ターゲットを用いたときと同様の傾向であったが,これまでよりもさらに低い基板温度で同程度の比誘電率を実現することに成功した.しかし,イオンエネルギーが過剰に大きくなると誘電喪失が急激に増加していることが明らかとなった.これはイオン衝撃によって導入された結晶欠陥のため漏れ電流が生じているためと考えられる.特徴的な電気物性を持った強誘電体薄膜は,強誘電メモリの実用化を目指した動きが著しい。優れた特性を得るためには結晶化が不可欠であるため,通常は高温の熱処理により結晶化させているが,電子デバイスとしての特性を劣化させる主要な原因ともなっている。申請者らは,結晶化を促進させる手段として,高周波バイアスを基板に印加する両極性スパッタリング法を提唱した。この方法により,国内外ともに例を見ない250°Cという低温下で,組成のズレがあるものの部分的に結晶化したチタン酸バリウム膜の堆積に成功している。そこで,本研究では,イオン衝撃による膜の結晶化を促進し,電子デバイス級の高品質な結晶膜の作製を目的とする。代表的な強誘電体の一つであるチタン酸バリウムを研究対象に選び,現有の両極性スパッタリング装置を用いて,基板には電子デバイスの応用などの観点からシリコン基板,ターゲットには得られる薄膜組成が化学量論組成となるように混合比を調整した粉末ターゲットを用いて,チタン酸バリウム薄膜の作製を行った。昨年までに,低基板温度でもイオン衝撃により薄膜の結晶化が進行して比誘電率の増加が確認されていたが,同時に,結晶欠陥に依存する漏れ電流に起因する誘電損失が大きいという欠点も明らかとなっている。これは,高エネルギーイオンの衝撃により結晶欠陥が導入されているためと考えられる。そこで,照射イオンエネルギーを低減させると同時に照射イオン数を増加させるために,用いるプラズマの電離密度の向上を目指した研究を行った。その結果,誘電損失が減少する傾向が確認され,プロセスの最適化により高い比誘電率と低い誘電損失との両方を実現させる可能性が示された。
手の運動機能再建のための干渉電流による前腕筋の選択的電気刺激法

電気刺激による筋発生力と,小型軽量機構による機械的な補助を複合的に利用することにより,実用レベルの麻痺手の動作補助デバイスの実現を最終目的として,代表者らによりその可能性が示された干渉電流による刺激手法の高分解能化について検討した。実験を進めるうち,あるチャネルを一定振幅で出力しながら他チャネルの振幅を増大させていくと,一度刺激感覚が消失,または軽減し,再度刺激感覚を得るという現象を得た。実験およびシミュレーションにより,この現象のメカニズムの一部を説明できる可能性が示唆された。上肢麻痺者の手指機能再建を目的とする機能的電気刺激を用いたさまざまなアプローチがなされている。しかし,比較的手軽に行える皮膚表面からの機能的電気刺激には(1)前腕部・手掌部に多数の筋があり選択的制御が困難であること,(2)皮膚表面刺激を行う時は,骨・骨間膜・筋などの体内組織が刺激信号にどのような影響を与えるかはっきりしない,などの課題がある。これまでの検討で,アレイ電極を用いることで長母指屈筋・伸筋の選択的刺激に成功している。本年度はまず,選択的刺激が可能な筋数を増やすことを目的に,日常的に必要な動作として「Power grasp」「Pinch」「Lateral pinch」「Key grip」の4種類の動作について実験を行った。2.5×2.5cmのマス目で区分した前腕に2×2cmの小電極を配置し,基準電極として4.5×7cmの大電極を掌側面肘付近に配置した。刺激信号はPCからの電圧信号を自作の定電流刺激回路に通し与える。実現できた動作は「Power grasp」と「pinch」である。「pinch」は示指-母指ではなく,中指-母指ではあったがつまみ動作としての機能は果たせると考えられる。実現できなかった「Lateral pinch」と「Key grip」だが母指のみのIP関節の屈曲動作を得られたので第25指の屈曲を上手く組み合わせることができれば今後期待できる。「Lateral pinch」に関しては似たような動作も得られなかった。また,体内組織が体内電流分布にどのような影響を与えるかモデルを用いて簡易的な考察した。その結果,骨や筋に沿うような電界ベクトルが確認でき,また,電極付近のより遠位側ではベクトルの乱れも見て取れた。本研究は,電気刺激による患者本人の筋による発生力と,小型軽量機構・小型電気モーターによる機械的な補助を複合的に利用することにより,位置精度ならびに発生力,重量などの点で実用レベルの麻痺手の動作補助デバイスの実現を目指すものである。ここで用いる電気刺激法は,代表者らによりその可能性が示された干渉電流による手法である。本研究では,最終目標デバイス実現のための,干渉電流による電気刺激法の確立に必要な知見を得ることが目的であり,前腕部にある指ならびに手首の運動を支配する筋を,十分な空間分解能をもって電気刺激する干渉電流法を確立する。実験を進めるうち,マルチチャネルによる経皮的電気刺激を行っている最中に,刺激信号振幅と手指動作のある非単調な関係を得た。前腕に対する2ch電気刺激実験において,あるチャネルを一定振幅で出力しながら他チャネルの振幅を増大させていくと,一度刺激感覚が消失,または軽減し,再度刺激感覚を得るという現象である。この現象は刺激感覚だけでなく,刺激信号振幅と手掌部の動作との間にも非単調な応答が見られた。この非単調な現象は,選択的刺激においては障害になると考えられた。そこで,この問題を解決するため,上述の現象が生じる刺激条件と,生じない刺激条件の比較を行い,さらに有限要素法を用いた簡易モデルにおける生体の刺激時の体内様相について検討した。その結果,(1)同極性の信号波形を用いること,(2)複数チャネルの刺激タイミングが同じであることが,このような非単調現象を生じさせる原因となっていることが示唆された。さらに,この現象をシミュレーションにより説明することを試みた。その結果,伝導率などの物性値の違いによる刺激効果や周波数による刺激深度の変化,骨の体内電位分布に与える影響など,非単調現象発生のメカニズムの一部を説明できる可能性が示唆された。
生物学的製剤に対する薬剤反応性遺伝子の同定

既知の疾患感受性遺伝子を候補遺伝子として、疾患関連多型について生物学的製剤反応遺伝子の検索を行った結果、PTPRC上のrs10919563で有意な関連を認めた(P<0.05)。rs10919563は欧米での検討でも生物学的反応性と有意な関連を認めており、結果の信頼性は高いと言える。本研究により、投与前のスクリーニングでこの多型解析を行うことで、生物学的製剤不応例となるリスクを軽減できる可能を示すことが出来た。インフォームドコンセントの下に、既に収集済みのDNAと合わせ約100例の生物学的製剤投与患者からのDNA収集を終えている。カルテからretrospectiveに情報収集(インフリキシマブについては初回、2週後、6週後、以後8週間隔の各投与直前の圧痛関節数、腫脹関節数、general health [visual analogue scaleを使用]、血沈、CRP、GOT、GPT、BUN、Cre、エンブレルについてもほぼ同様の時期の情報を可及的に収集)を行った後、連結可能匿名化を施し、情報管理担当者によりIORRAデータベースと連結され、その他の薬物投与状況、副作用情報、臨床検査値およびDASなどの薬効評価に用いる指標を入手した。インフォームドコンセントの下に、222例の生物学的製剤投与患者からのDNA収集を行った(全て生物学的製剤初回投与例)。内訳はインフリキシマブ107例、エタネルセプト91例、アダリムマブ11例、トシリズマブ13例であり、このうち210例について投与直前と投与開始後半年での臨床評価指標(DAS28:圧痛関節数、腫脹関節数、global health、血沈)が得られたため、EULAR response criteriaに基づく薬剤反応性評価が可能であった。その結果、PTPRC上のrs10919563で有意な関連を認めた(P<0.05)。