hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヌクレオシド合成：グリコールアルデヒドを起点とするアパタイトリン酸触媒反応

平成30年度前半は、平成29年度の研究で得られる核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基と平成28年度(前の研究期間)までに得られたリボースを用いて、両者によるグリコシド結合形成を経て、プロトヌクレオシドを得ることができるかを検討した。この段階は、以前Sutherlandらによって非効率・低収率が指摘されており、未解決の工程である(そのためSutherlandらはリボース前駆体と塩基前駆体が結合したままヌクレオシドが組み上がっていくルートを選択した)。プロトヌクレオシドが生じるかどうかは、グリコシド結合が選択的かつ効率的に進行するかが鍵になる。おそらく、塩基が求核攻撃をするに十分な高い電子密度を持っていること、リボース1'水酸基が脱離するのに十分な活性を有する触媒が存在することが求められるだろう(現在天然に用いられている4種類の塩基では容易ではないことが応募者の事前研究で確認された(未発表))。塩基の求核性については、平成29年度の研究で得られる核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基が高い電子密度を持っているかあらかじめ検証しておくことがポイントであり、当てはまらない場合には電子密度を高められる付加物を検討する必要がある。そこで、ヒドロキシピリミジン、リボースに加え、いくつかのリン酸化合物を加え、加熱を行った。その結果、トリメタホスフェートを用いた場合に目的化合物であるプロトヌクレオシド(ゼブラリン)を収率1%で生じることがNMRで確認された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。反応の触媒として結晶構造が部分欠損したヒドロキシアパタイトのリン酸イオンおよびカルシウムイオンを利用する。この結晶格子の欠陥に現れるリン酸が、反応の活性化エネルギーを大きく低減させる触媒として機能することが期待される。これまでの結果として、天然鉱物ヒドロキシアパタイトの粉末を触媒としてC1/C2炭素源から中性・加熱条件下でリボースが生じることが発見された(Org. Biomol. Chem. 15, 8888-8893 (2017)、フロントカバーにも採用)。今年度の研究では、リン酸機能を有する不均一系触媒ヒドロキシアパタイトを活用した効率的な「プロトヌクレオシド」の合成ルートを確立のための探索を開始した。リボースの合成とほぼ同じ条件で、この反応スープに窒素源を加えることによって、核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基が生じるかを検討した。主な窒素源としては、炭素ー窒素結合を含む窒素原子数13の天然に存在しうる分子を想定しており、シアン化物、尿素、グアニジンを用いて検討する。アパタイト結晶格子表面のリン酸を用いてグリセルアルデヒドを活性化し、尿素もしくはグアニジンが求核攻撃しやすい環境を作りだすことを目指した。ヒドロキシアパタイトの粉末を触媒としてC1/C2炭素源ホルムアルデヒド及びグリコールアルデヒドもしくはこれらから得られる中間体グリセルアルデヒドに対して窒素源グアニジンを加えた反応スープを用いることによって、核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基が生じるかを検討した。80°C、40時間87時間の水中の反応でピリミジン環もしくはプリン環が生じるか検討した。その結果、核酸塩基前駆体である2-アミノピリミジンが反応生成物の中に含まれることが確認された。また、グリセルアルデヒドにグアニジンが付加したことを示す質量も質量分析で観察された。リボース部分については論文が掲載されたとともに、塩基部分についても合成の手がかりをつかむことができた。当初は、ヌクレオシドを構成する各ユニットを得るための条件検討で数年かかることを予想していたが、その予定を大幅に上回るスピードで研究が進捗している。これまでの研究で得られた核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基とリボースを用いて、両者によるグリコシド結合形成を経て、プロトヌクレオシドを得ることができるかを検討する。この段階は、以前Sutherlandらによって非効率・低収率が指摘されており、未解決の工程である。

前半のプロトヌクレオシドが生じるかどうかは、グリコシド結合が選択的かつ効率的に進行するかが鍵になる。おそらく、塩基が求核攻撃をするに十分な高い電子密度を持っていること、リボース1'水酸基が脱離するのに十分な活性を有する触媒が存在することが求められるだろう。塩基の求核性については、平成29年度の研究で得られた核酸塩基前駆体もしくはプロト核酸塩基が高い電子密度を持っているかあらかじめ検証しておくことがポイントであり、当てはまらない場合には電子密度を高められる付加物を検討する必要がある。求核攻撃を支援する触媒については、まず第1の触媒として、これまでの研究との一貫性を保つためにヒドロキシアパタイトによる反応活性化を検討し、その効果を検証する。もし不首尾に終わった場合には、ルイス酸のような役割を果たすことができる他の金属イオンの添加を通して反応を検討する。後半のプロトヌクレオチドの検討においては、リン酸(5価)が水酸基にそのまま付加することが容易ではないことが予期されるため、どのように活性な3価のリンを用意するかが鍵になる。今回の研究で触媒として用いているヒドロキシアパタイト表面を還元して部分的に3価のホスホン酸を作ってもよい。しかし、この場合もリンを5価から3価へ還元する反応はきわめて限られており、放射線や金属などを併用して達成する必要があり、困難が予想される。これらの方法でリン酸化が達成されれば大変価値の高い研究成果が得られると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
有界領域の正則自己同型群による複素解析的構造の決定

n次元複素ユークリッド空間C^n内の有界領域Dの境界∂Dが,ある種の条件をみたすとき,Dの正則自己同型群Aut(D)の構造によりDを特徴付けることが本研究の目標であったが,最終的な解決には至らなかったものの,以下のような前進があった.任意の正数P_1,...,P_sに対して,C^n内の有界領域E=E(n_1,...,n_s;P_1,...,P_s)をE={(Z_1,...,Z_s)∈C^n_1x...xC^n_s|||Z_1||^<2P>_1+...+||Z_s||^<2P>_s<1}と定義する.ただし,各n_jは自然数でn=n_1+...+n_sとする.また,||・||はユークリッドノルムとする.このとき,有界領域Eの特徴付けに関して次の予想がある.基本予想:DをC^n内の有界領域,x∈∂D∩∂Eとし,次に条件(1)(2)がみたされたと仮定する.(1)xの近傍〓が存在して,D∩〓=E∩〓である。(2)点b∈Dと列{T〓_ν}⊂Aut(D)が存在して,〓_ν(b)→xとなる.このとき,集合してDとEは完全に一致するであろう.実際,本研究代表者の児玉秋雄により1991年の論文(Tohoku Math.J.43)において,すべてのn_jが1である場合には,この予想が正しいことが証明された.その後,1995年の論文(Osaka J.Math.32)においては,任意のn_j≧1で,各P_jが自然数である場合にも,やはり上記予想は正しいことが証明された.これらの事実を踏え,本年度は各n_j≧1でP_jが自然数とは限らない正数の場合に予想を研究し,結果としてS=2の場合,すなわちE={(z_1,z_2)∈C^n_1×C^n_2|||Z_1||^<2P>_1+||Z_<>||^<2P>_2<1}の場合に上記予想を肯定的に解決した.なお,この結果を出すにあたり,リー群Aut(D)の構造の研究には石本教授があたり,また,Dの正則自己同型写像の境界挙動については,主に解析学見地から,林田,藤本,一瀬の各教授と小俣助教授が研究し,研究代表者の児玉がこれらの研究の総括にあたった.n次元複素ユークリッド空間C^n内の有界領域Dの境界∂Dが,ある種の条件をみたすとき,Dの正則自己同型群Aut(D)の構造によりDを特徴付けることが本研究の目標であったが,最終的な解決には至らなかったものの,以下のような前進があった.任意の正数P_1,...,P_sに対して,C^n内の有界領域E=E(n_1,...,n_s;P_1,...,P_s)をE={(Z_1,...,Z_s)∈C^n_1x...xC^n_s|||Z_1||^<2P>_1+...+||Z_s||^<2P>_s<1}と定義する.ただし,各n_jは自然数でn=n_1+...+n_sとする.また,||・||はユークリッドノルムとする.このとき,有界領域Eの特徴付けに関して次の予想がある.基本予想:DをC^n内の有界領域,x∈∂D∩∂Eとし,次に条件(1)(2)がみたされたと仮定する.(1)xの近傍〓が存在して,D∩〓=E∩〓である。(2)点b∈Dと列{T〓_ν}⊂Aut(D)が存在して,〓_ν(b)→xとなる.このとき,集合してDとEは完全に一致するであろう.実際,本研究代表者の児玉秋雄により1991年の論文(Tohoku Math.J.43)において,すべてのn_jが1である場合には,この予想が正しいことが証明された.その後,1995年の論文(Osaka J.Math.32)においては,任意のn_j≧1で,各P_jが自然数である場合にも,やはり上記予想は正しいことが証明された.これらの事実を踏え,本年度は各n_j≧1でP_jが自然数とは限らない正数の場合に予想を研究し,結果としてS=2の場合,すなわちE={(z_1,z_2)∈C^n_1×C^n_2|||Z_1||^<2P>_1+||Z_<>||^<2P>_2<1}の場合に上記予想を肯定的に解決した.なお,この結果を出すにあたり,リー群Aut(D)の構造の研究には石本教授があたり,また,Dの正則自己同型写像の境界挙動については,主に解析学見地から,林田,藤本,一瀬の各教授と小俣助教授が研究し,研究代表者の児玉がこれらの研究の総括にあたった.
児童福祉施設等における行動評価支援ツールによる支援のPDCAサイクルの確立

本研究では「行動評価支援ツール」を開発・実装し、多様な児童福祉施設等の職員における記録・分析作業に費やす時間や負担感を低減しながら、外部支援者なしで職員の支援行動の適切な実行および利用者の支援目標の達成を促進するか明らかにすることを目的とする。2018年度は、本事業を通じて行動評価支援ツールのプロトタイプの開発を進めた。行動評価支援ツールはタブレット・スマートフォン端末を主な利用媒体としたWEBアプリケーションとして開発し、職員自身の行動と利用者の行動を児童福祉施設職員が直感的なユーザーインターフェース(UI)により簡便に記録できるように開発された。2018年度の開発では、職員が行動記録を行う部分を中心に改修を進めた。また、開発されたプロトタイプを用いて、1箇所の児童発達支援事業所における職員と利用者を対象に、紙媒体による記録と行動評価支援ツールによる記録で、職員の記録・分析にかかる時間や負担感にどのような差異が生じるか比較した。各記録条件を交互に入れ替える研究デザイン(ABABデザイン)により、記録開始から完了までの記録時間等を評価した。その結果、行動評価支援ツールによる記録は紙媒体での記録と比べて、初頭の記録時間の増加が見られたものの、数回程度の試行を経て、最終的には紙媒体による記録時間の4分の1まで職員による記録時間を削減すること示された。2018年度の研究成果については、2019年度に学会発表等を予定している。2018年度に目標としていた紙媒体と行動評価支援ツールによる記録の差異を検証し、行動評価支援ツールの有用性を示した点で、当初の計画通りに進展していると考えられる。2019年度は、2018年度に対象としなかった児童福祉施設における職員と利用者を対象に、行動評価支援ツールの導入により、外部支援者なしで職員が支援計画を提案し、計画通り支援を実行し、複数の利用者における情緒・行動上の問題の低減や支援目標の達成がもたらされるか(=PDCAサイクルの確立)を検討する予定である。研究推進にあたり、年度当初では行動評価支援ツールの改修を進め、年度後半より、児童福祉施設での研究に着手する予定である。2018年度における行動評価支援ツールの開発費が当初予算よりも安価に遂行できたため、2019年度の行動評価支援ツールの改修経費として次年度使用額とした
ナノチューブ新物質のデザインと電子構造・物性解明

試料中に存在する大多数のナノチューブが属する、いわゆるカイラルナノチューブも含めて、カーボンナノチューブ系に対する系統的な第一原理電子構造研究を世界で初めて達成した。その結果、エネルギー論、電子構造、幾何構造において、それぞれ、一群の系統的な変化を示す「ファミリーパターン」の存在を明らかにした。また、カイラルナノチューブにおける自発的な捻りの存在を解明し、さらに、グラフェン系に周期的構造修飾を施すことによる半導体化の研究も展開した。ナノメートルスケールでの顕著な量子効果は、今世紀の新物質開発・新デバイス設計の鍵とされている。本計画研究は、ナノチューブ・フラーレン複合系を含むナノチューブ新物質系に対して、伝導現象の詳細解明研究、密度汎関数法に基づく第一原理電子構造・全エネルギー研究による安定性予言、さらには新機能炭素ナノネットワーク物質の設計研究を展開することにより、ナノエレクトロニクス素材としてのカーボンナノチューブ系に対して定量的かつ総合的な理論研究を推進することを目標とするものである。本計画研究は、ナノチューブ・フラーレン複合系を含むナノチューブ新物質系に対して、伝導現象の詳細解明研究、密度汎関数法に基づく第一原理電子構造・全エネルギー研究に基づく安定性予言、さらには新機能炭素ナノネットワーク物質の設計研究を展開することにより、ナノエレクトロニクス素材としてのカーボンナノチューブ系に対して定量的かつ総合的な理論研究を推進することを目標とするものである。本年度は、特に半導体ナノチューブに着目し、デバイスに用いた際に最も重要となる不純物によるキャリアドープについて、電子構造からの定量的予測研究を展開した。その結果、ホウ素を置換型不純物として用いることによりホールドープが可能であること、ホウ素ドープの際に必要なエネルギーは、細いチューブの方が小さくて済むこと、また、ナローギャップ半導体に分類されているカーボンナノチューブにドープする方が、置換に必要なエネルギーが小さいこと、さらに、ドープされたホウ素原子は、チューブ壁よりも外側に変位すること等、非常に興味深い結果がえられた。そして、(10,0)ナノチューブという、典型的な半導体ナノチューブに対して、置換型ホウ素ドープにより得られる不純物レベルについてドープ濃度依存性から定量的な予測研究を展開した結果、約0. 2eVのイオン化エネルギーを持つレベルが出現することを見出した。カーボンナノチューブナノエレクトロニクス研究の中心課題である、ナノチューブの電子デバイス応用に向け、昨年度に引き続き、半導体チューブに対するキャリアドープを目指した置換不純物導入におけるエネルギー論・電子物性予測研究を展開した。ホウ素ドープの場合、ナノチューブの直径が小さくなるにつれて不純物準位が深くなる傾向が見出された。他方、窒素ドープでは、細いチューブの伝導帯を構成する電子状態の特異性から、その不純物状態が空間的に大きく広がる場合があることが判明した。これは、細いチューブにおいて、自由電子的状態のエネルギーが大きく低下し、ギャップ中にまで下りてくることが原因である。その様な場合、不純物準位がギャップ中の浅い位置に現れることも判明した。カーボンナノチューブにおいて電子をキャリアとするn型半導体を構築する際、その直径により多様な性質が現れることを示す結果であり、大変興味深い。今年度は、さらに、ナノデバイスの配線材料として着目される金属ナノチューブの典型であるアームチェアナノチューブに関して、その電子物性の基本物理量である仕事関数の予測研究を展開した。その結果、幾何構造の最適化を行うことが、仕事関数を含む電子物性予測に非常に重要であること、そして、グラフェンの仕事関数値よりも、アームチェアナノチューブの仕事関数の値の方が、直径によらず常に少し大きな値を取ることを見出した。他方、構造最適化を行わないで予測すると、細いチューブで仕事関数が小さくなるという結果を与えてしまう。ナノチューブを含むナノカーボン系の電子物性の予言には、その幾何構造の精密予測が不可欠である。これまでの第一原理電子構造計算・全エネルギー計算に基づくカーボンナノチューブの構造最適化研究は、主に、ジグザグナノチューブに対して精力的になされてきた。これは、同系が、比較的大きなエネルギーギャップを持つチューブと、微小なギャップを持つチューブとに分類される、比較的「扱いやすい」系であるためである。そして、当研究室の研究を含めて、幾つかのグループによる報告があり、細いジグザグチューブでは、構造変化が電子状態にも大きな影響を及ぼすことが知られている。さらに、アームチェアナノチューブに関しても、前年度までに詳細な幾何構造・電子状態研究も遂行している。そこで、平成21年度分の研究では、いわゆるカイラルナノチューブにおいて、その螺旋度をも構造自由度と見た場合の構造最適化、さらには、電子物性の螺旋度依存性について、詳細に調べることに成功した。また、カーボンナノチューブで直径を大きくした極限と捉えられるグラフェン系において、以前、幾何構造を周期的に修飾することにより、金属的な電子構造を半導体に変えることができることを予言していたが、そのバンドギャップ値の修飾周期依存性を解明することに成功した。

グラフェン系は2次元系であることから、これまでのシリコンウエハー等に対するデバイス加工プロセスと同様な加工のできる、新デバイス素材として着目されている。他方、金属的な電子輸送特性を持つため、効果的にバンドギャップを持つ半導体とする方法が模索されている。本研究成果は、半導体化の有力な方法を示した点で大きな意義がある。当研究室では、これまでに、百数十種類ものカーボンナノチューブについて、詳細電子構造を解明し、さらに、数十種類のカーボンナノチューブについては、幾何構造も含めた予測研究を達成している。特に後者は、当研究室で進めてきた、螺旋対称性を考慮した密度汎関数法に基づく電子構造・全エネルギー解析プログラムの改良により初めて実行可能となったものであり、世界的に見ても、その様な研究が可能なグループは他にはなく、我々の結果は、非常に貴重なカーボンナノチューブデータベースとなりつつある。今年度は、全エネルギーと各ナノチューブのカイラル角度との関係など、これまでに得られたデータの詳細解析を進めた。その結果。いわゆるアームチェアナノチューブーブの中で、特に実験的にその存在度が高く重要なチューブとして、いわゆるアームチェアナノチューブに近い螺旋構造を持つ「ニアアームチェア」チューブ系が注目されている。そして、これらニアアームチェアナノチューブができやすい、とする実験結果を支持する、大変興味深い全エネルギーの構造依存性を明らかにすることができた。さらに、ナノチューブ系の大半を占める、いわゆる「カイラルナノチューブ」に関して「ひねり」の自由度も含めた構造最適化を行うことで、細いカイラルナノチューブでは、実際に、基底状態において、ナノチューブが自発的にひねられた状態にあることを見いだした。また、そして、ナノチューブとの比較研究が重要になっているグラフェンについては、グラフェンと同様の原子配置を持つものの半導体である六方晶型窒化ホウ素単層系に着目し、グラフェンとの交互積層超格子系の設計研究を試みた。その結果、グラフェン面は多少広がり、逆に窒化ホウ素面は多少縮んで格子整合した、大変興味深い金属物質となる、との予測が得られた。並進対称性を用いて通常のブロッホ状態を求める電子構造計算プログラムに加えて、螺旋対称性を用いて固有状態と固有値を求める電子構造計算プログラムも併用して、細いチューブから実験的によく合成される直径のカーボンナノチューブまで、幾何構造・電子構造・全エネルギーの系統的かつ総合的研究を達成した。アームチェアナノチューブ、ジグザグナノチューブ、カイラルナノチューブに大別されるカーボンナノチューブ系であるが、その大多数を占めるカイラルナノチューブについては、並進対称ユニットセルが巨大となるため、これまで第一原理電子構造計算が殆ど行われておらず、世界初の成果である。
周期ドメイン反転を用いた超10GHz帯疑似速度整合型ブラッグ回折電気光学偏向素子

本研究は,本研究者らが考案し,開発を進めてきた電気光学結晶の斜め周期ドメイン反転を利用した進行波位相格子デバイスの改良をさらに進め,ラマンナス回折型からブラッグ型回折へと質的改良を図り,この結果に基づき,従来の音響光学デバイスでは原理的にも対応できないGHz数十GHzの周波数域で動作可能な超高速光偏向器,高効率光周波数シフタ,光回折器などの種々のマイクロ波光ビーム制御デバイスを開発し,光波-マイクロ波インターフェイス,光WDM,光計測などに役立てることを目的とする.簡単に言えばGHz数十GHz帯で動作する音響光学デバイスに相当するものを新しく電気光学デバイスとして提供しようというものである.その他,ドメイン反転領域のビーム断面内分布を利用した超高速光偏向器やフラット光周波数コムの開発研究も併せて行った,成果の主なものは1.16GHz帯ブラッグ型光周波数シフタ斜め周期ドメイン反転に基づく進行波位相格子により,10GHz以上の周波数シフト量,理論的変換効率100%のブラッグ回折型周波数シフタを世界で初めて実現した.平成14年度に確立した細周期ドメイン反転技術に基づき20μm間隔の斜め周期ドメイン反転をLiTaO_3電気光学結晶で実現し,素子を作製した.実験により,ほぼ理論通りの周波数シフト量16GHz,変換効率82%のブラッグ回折型周波数シフタの動作を確認した.この結果はIEEE Photonics Technology Lettersに掲載予定である.2.超高速光偏向器とパルス生成への応用周期分極反転部の幅をビーム断面方向で変化させ、変調指数を線形分布させる方式の超高速光偏向器を設計、試作構成し,その動作の確認とそれを用いた超短光パルス生成への応用を試みた.16GHzで実験を行った結果,大振幅(スポット数:32)の偏向動作確認に成功した.この偏向器とスリットを用いた短パルス生成の予備実験において,測定限界のパルス幅1ps(理論値622fs)を実現している.本研究は,本研究者らが考案し,開発を進めてきた電気光学結晶の斜め周期ドメイン反転を利用した進行波位相格子デバイスの改良をさらに進め,ラマンナス回折型からブラッグ型回折へと質的改良を図り,この結果に基づき,従来の音響光学デバイスでは原理的にも対応できないGHz数十GHzの周波数域で動作可能な超高速光偏向器,高効率光周波数シフタ,光回折器などの種々のマイクロ波光ビーム制御デバイスを開発し,光波-マイクロ波インターフェイス,光WDM,光計測などに役立てることを目的とする.簡単に言えばGHz数十GHz帯で動作する音響光学デバイスに相当するものを新しく電気光学デバイスとして提供しようというものである.その他,ドメイン反転領域のビーム断面内分布を利用した超高速光偏向器やフラット光周波数コムの開発研究も併せて行った,成果の主なものは1.16GHz帯ブラッグ型光周波数シフタ斜め周期ドメイン反転に基づく進行波位相格子により,10GHz以上の周波数シフト量,理論的変換効率100%のブラッグ回折型周波数シフタを世界で初めて実現した.平成14年度に確立した細周期ドメイン反転技術に基づき20μm間隔の斜め周期ドメイン反転をLiTaO_3電気光学結晶で実現し,素子を作製した.実験により,ほぼ理論通りの周波数シフト量16GHz,変換効率82%のブラッグ回折型周波数シフタの動作を確認した.この結果はIEEE Photonics Technology Lettersに掲載予定である.2.超高速光偏向器とパルス生成への応用周期分極反転部の幅をビーム断面方向で変化させ、変調指数を線形分布させる方式の超高速光偏向器を設計、試作構成し,その動作の確認とそれを用いた超短光パルス生成への応用を試みた.16GHzで実験を行った結果,大振幅(スポット数:32)の偏向動作確認に成功した.この偏向器とスリットを用いた短パルス生成の予備実験において,測定限界のパルス幅1ps(理論値622fs)を実現している.本研究では我々が考案した電気光学結晶の斜め周期ドメイン反転を利用した進行波位相格子デバイスの開発、改良を進め特に、ラマンナス回折型からプラッグ型回折へと質的改良を図る。この結果に基づき、従来の音響光学デバイスでは原理的にも対応できないGHz数十GHzの周波数域で動作可能な超高速光偏向器、高効率光周波数シフタ、光回折器などの種々のマイクロ波光ビーム制御デバイスを開発する。今年度の研究成果としては、1.デバイスの理論解析:ここでは、BPM(ビームプロパーゲーションメソード)を用いて動作解析を行った。この結果、通常のブラッグ回折と仕組み構造は大きく異なるもののほぼ同様の条件下でブッラグ回折が起こり、AO偏向器では不可能な超10GHz帯での周波数シフタ、偏向器に応用できることが理論的に導かれた。2.光周波数コムとしての動作の提案:1の理論解析の過程でラマンナスとブラッグ回折の中間とも言える状態では周波数が一定間隔で離れた多数次の回折光がほぼ等振幅で現れることが導かれ、空間分離もできた光周波数コムとして有用であることが導かれた(2003春季応物学会27a-W-26/III発表予定)3.周波数シフト領域の拡大法の開発:この周波数シフタを多重で使用することにより超100GHz、超1THz(テラヘルツ)の周波数シフトを得る方法を理論的に検討し、その可能性を導いた(J. Lightwave Technology誌,2002年11月発表)

4.動作確認用偏向器の試作と動作確認:基本設計結果に基づきLiTaO_3結晶を用いて、16GHz帯での偏向器を試作し、基本動作確認実験を行った。現在のところまだブラッグ条件に至っておらず、ラマンナスとの中間の回折が得られた。生成周波数スペクトルは理論で予期したとおりであった。なお、本研究遂行の技術基盤ともなっている我々が進めてきた高速の光制御の研究に対して、応用物理学会より今年度(第2回)の光・量子エレクトロニクス業績賞が授与されることになったことも付け加えたい。本研究では、本研究者らが者案し、関発を進めてきた電気光学結晶の斜め周期ドメイン反転を利用した進行波位相格子デバイスの改良をさらに進め、ラマンナス回折型からブラッグ型回折へと質的改良を図り、従来の音響光学デバイスでは原理的にも対応できないGHz数十GHzの周波数域で動作可能な超高速光偏向器、高効率光周波数シフタ、光回折器などの種々のマイクロ波光ビーム制御デパイスを関発し、光波一マイクロ波インターフェイス、光WDM、光計測などに役立てることを目的として進めてきた(簡単に言えばGHz数十GHz帯で動作する音響光学テバイスに相当するものを新しく電気光学テバイスとして提供しようというものである)。以下が本年度の研究の成果をまとめたものである。まず、前年度末に納入された反転用高圧パルス電源を用い、定比組成のLiTaO_3に対して電圧印加法でドメイン反転を行い、ブラッグ回折に向く細周期ドメイン反転を達成した。次に、水落隆司(社会人ドクター1年生)、新人の久武助手の協力を得て、マイクロ波駆動回路、電極部の改良を図り,変調効率を従来の1.5倍にまで向上させた(単位結晶長あたりの変調指数を、従来の11.3rad/cmから16.7rad/cmにまで向上させた)。この際、今回備品として購入したネットワーク・アナライザが効果的に働いた。次に、渋谷享司(D3院生)の協力のもとに、上述の細周期ドメイン反転を利用したブラッグ回折進行波位相格子を用いた周波数シフタを設計、試作し、実験でその動作確認を行った。この結果、16GHZで動作するブラッグ回折形周波数シフタの基本動作確認に成功した(現在変換効率は70%)。このような高周波での周波数シフタは世界最初であり、この成果はサンフランシスコのCLEO2004で口頭発表予定である。さらに、位相変調の指数の空間分布を周期分極反転の電極構造で与えた新種の超高速光偏向器を考案試作し、スリットを用いた短パルス生成の予備実験において、パルス幅約1psを実現した。現在の技術で結晶長などを変えれば60-70の偏向スポット、370fs程度のパルス生成が可能であると見積もられる。
近代日本のユートピア運動とジャーナリズム

作年度は狄嶺文庫に残されたいる狄嶺の遺稿の検討や、各地に散在する狄嶺会会員の収蔵する関連文書を閲覧してきた。今年度もこの作業は進めたが、『地涌のすがた』、『場の研究』などを中心に、狄嶺のユートピア論の思想耕三の解明に重点をおいた。そこで明らかになったことを列挙する。1)狄嶺のテクストは錯綜し難解であるが、それはもともと文章として読まれるより、狄嶺が主宰した東京世田谷の牛欄寮や、信州で行った連続講演に集まった人々を対象とする提話であり、聞かれるものであったからである。逆に、それらの場に集まった人々の生活や関係性ぬきには、狄嶺の思想のキイ概念である「場」、「行」、「家稗」、「農乗」、「史乗」も理解されない。2)狄嶺にとって「場」とは教育の場である。しかし、その場はたんなる学校をこえ、家庭も社会も、教育的価値のみられるところはすべて場なのである。国民教育は世界教育へと重ねあわさられ、拡大される。具体的な日常生活と世界教育との連続性の強調。3)「行」はこのような思想を生活実践のなかで感得すること、具体的には農場の生活の中で身につけることである。「行」は成形化を通じて「場」へと接続させる。こうして、場において個のパースペクティヴは全体のパースペクティヴに拡大される。4)このような視点から、狄嶺は1937年の盧溝橋事件、日中衝突について考察し、批判する。歴史は集団の相互作用のうちでつくられるが、そのことは強力の論理を排除する。成人した人格としての国家が主体である普遍史乗学からみると、日本の中国にたいする行動は狄嶺には許容できないものであった。5)晩年の狄嶺は、中央の総合雑誌で活躍した大正期とはことなり、『新時代』など小さなメディアや講演などでの活動が多くなる。しかし、語りかける対象の縮小はかれら内部での関係をより密接にしていったのである。当初の研究計画にあったように,新井奥邃・江渡狄嶺の二人の思想家についての研究を進めた.両人の著作および一部の復刻は以前に絶版になっているが,これらを関係者や各地図書館を訪ねて探し,複写し,大部分をそろえることができた.また,東京杉並の狄嶺文庫にあり手稿類や書簡についても一部調査を標めたが,宮城教育大図書館,および奥邃研究者であった林竹二の遺族により国会図書館に寄贈された奥邃関係文書についてはまだ調査できていない.これらのテキストに表現されている思想の分析から,奥邃は明治・大正期のトルストイ思想の流行やトマス・レイク・ハリスの思想の受容に触発され,一種のユートピア・コミューンの実験を企図したことが確認された.また,狄嶺についても,トルストイ,ベルグソン,クロポトキンの影響のもとに田園生活の理想の実現に向うものの,挫折の体験により,道元など日本の思想へと回帰し,農乗論の思想およびその実践としてのコミューンに向うことが確認できた.ところで,奥邃や狄嶺の思想は今日,奥邃会や狄嶺会の活動のなかに一部受け継がれているが,これらの会の人間関係のネットワークを聴き取りにより調査してみると,会員たちは必ずしも両人のユートピア思想によってのみ感動させられてこのネットワークに入ったのではないことが推測できる.思想よりも,会員各人が青年期に二人の師と出合った各々の出会いの形態,そこで両人の人格的資質に触発されて入ってきたようなのである.ヨーロッパにおけるフーリエやカベーなどのユートピア思想家たちのコミューンの企画を支えた人間関係のネットワークについては,すでにこのような傾向が指摘されているが,社会的伝統やコンテクストを異にするわが国でも,同様のことが確認されるのは興味深い.本年度の研究で明らかとなったのは以上のことである.作年度は狄嶺文庫に残されたいる狄嶺の遺稿の検討や、各地に散在する狄嶺会会員の収蔵する関連文書を閲覧してきた。

こうして、場において個のパースペクティヴは全体のパースペクティヴに拡大される。4)このような視点から、狄嶺は1937年の盧溝橋事件、日中衝突について考察し、批判する。歴史は集団の相互作用のうちでつくられるが、そのことは強力の論理を排除する。成人した人格としての国家が主体である普遍史乗学からみると、日本の中国にたいする行動は狄嶺には許容できないものであった。5)晩年の狄嶺は、中央の総合雑誌で活躍した大正期とはことなり、『新時代』など小さなメディアや講演などでの活動が多くなる。しかし、語りかける対象の縮小はかれら内部での関係をより密接にしていったのである。
科学をめぐる専門的判断の不定性に関する実証的研究

知識社会での意思決定には専門的知見が欠かせません.しかし,科学をめぐる専門的判断では,同じ専門家集団内で意見が分かれることは日常的であり,異なる専門家集団の間(科学者と法律家など)では判断が分かれることも普通です.社会的意思決定での専門知の利用をより合理的・建設的なものとするために,意見の多様性の要因を可視化することを目指として研究を行っています.本年度の研究では,2つの点で主たる進展がありました.1.科学をめるる専門的判断の不定性を可視化するための制度設計の条件:オーストラリアの複数の裁判所(メルボルンのビクトリア州最高裁判所,シドニーの土地環境裁判所)での連日の裁判傍聴と,その後の法曹関係者へのインタビューから.コンカレント・エヴィデンスとして知られる科学裁判の新しい方法論を,そのままではなく,その一部の要素を取り出して従来型の裁判の中に組み込むことにより,専門家間の意見が異なる理由を明らかにできることが分かりました.この知見は法学専門誌における研究論文としての発表を予定しています.2.科学の不定性を学ぶための教育的方法の開発:大学院学生を対象とした集中講義における実践的研究により,学生たち自身を不定性のサンプルとして活用することにより,学生自らが不定性に気づくことができる授業プログラムを開発しました.この知見は,科学技術社会論学会の学術集会および国際学会(4S)で成果発表を行いました.不定性の可視化については,裁判や大学院授業などにおける実践的研究が順調に進んでいる一方,論文化も含めた作業の一部が,研究協力者の確保難が生じたこともあり,一部遅れているため.分担者や研究協力者に,やむをえない変更が生じたため,実践的研究の対象を主として裁判に変更をして解析を行うことを予定している.なお,本研究では裁判に限られない一般的状況での専門的判断の不定性を研究対象としているため,裁判を対象とした研究でえられる知見については,その知見の(裁判に限られない)一般性について検討を行う予定である.知識社会での意思決定には専門的知見が欠かせません.しかし,科学をめぐる専門的判断では,同じ専門家集団内で意見が分かれることは日常的であり,異なる専門家集団の間(科学者と法律家など)では判断が分かれることも普通です.社会的意思決定での専門知の利用をより合理的・建設的なものとするために,意見の多様性の要因を可視化することを目指として研究を行っています.本年度は,本研究のスタートとして,多様な分野から集まっているメンバーの全体会議において,専門的判断の多義性がどのような要素によって生ずるかを議論し,今後,より詳細に検討すべき課題を明らかにしました.専門的判断の多様性(不定性)については,裁判などでの実例収集などを中心に,資料の収集と解析を進めています.また,立命館大学で行われた,オーストラリア・NSW州土地環境裁判所長官プレストン判事を招いての国際シンポジウムを共催し,専門的判断の不定性を前提とした意思決定の方法論について,充実した議論を行うことができました.また,専門的判断の多様性が生まれる原因に,専門家自身が気付くためのカリキュラム開発が重要と考えられます.そこで,東北大学理学研究科の大学院授業で,科学的証明の多様性に関するゼミを行うことによって実践的研究開発を行いました.これにより,ゼミ参加者たちの「科学的証明」についての,分野毎に異なる「多様な相場観」の存在を,学生自身をサンプルにすることによって可視化することが可能であり,高い教育的効果が生まれることが明らかになりました.今後は,この方面のカリキュラム開発もさらに継続する予定です.本研究グループは,これまでの緊密な共同研究を行ってきたため,本課題の初年度に,共同研究をスムーズにスタートさせることができた.研究メンバー,研究協力者に当初予期していない事情が生じた部分では,研究が遅れている部分もあるが,科学教育の面では,実践研究において大きな手応えを感じることができており,全体としては,大きな問題なく進捗している,と考えている.知識社会での意思決定には専門的知見が欠かせません.しかし,科学をめぐる専門的判断では,同じ専門家集団内で意見が分かれることは日常的であり,異なる専門家集団の間(科学者と法律家など)では判断が分かれることも普通です.社会的意思決定での専門知の利用をより合理的・建設的なものとするために,意見の多様性の要因を可視化することを目指として研究を行っています.本年度の研究では,2つの点で主たる進展がありました.1.科学をめるる専門的判断の不定性を可視化するための制度設計の条件:オーストラリアの複数の裁判所(メルボルンのビクトリア州最高裁判所,シドニーの土地環境裁判所)での連日の裁判傍聴と,その後の法曹関係者へのインタビューから.コンカレント・エヴィデンスとして知られる科学裁判の新しい方法論を,そのままではなく,その一部の要素を取り出して従来型の裁判の中に組み込むことにより,専門家間の意見が異なる理由を明らかにできることが分かりました.この知見は法学専門誌における研究論文としての発表を予定しています.2.科学の不定性を学ぶための教育的方法の開発:大学院学生を対象とした集中講義における実践的研究により,学生たち自身を不定性のサンプルとして活用することにより,学生自らが不定性に気づくことができる授業プログラムを開発しました.この知見は,科学技術社会論学会の学術集会および国際学会(4S)で成果発表を行いました.

不定性の可視化については,裁判や大学院授業などにおける実践的研究が順調に進んでいる一方,論文化も含めた作業の一部が,研究協力者の確保難が生じたこともあり,一部遅れているため.研究が遅れている部分については,次年度以降に集中的に取り組むとともに,科学教育などで手応えを得ている部分については,これを国際会議発表や学術論文として成果発表するべく取り組んでいく予定である.分担者や研究協力者に,やむをえない変更が生じたため,実践的研究の対象を主として裁判に変更をして解析を行うことを予定している.なお,本研究では裁判に限られない一般的状況での専門的判断の不定性を研究対象としているため,裁判を対象とした研究でえられる知見については,その知見の(裁判に限られない)一般性について検討を行う予定である.
硫黄-炭素混合電極を用いての硫黄多原子を有する化合物の電解合成

有機化合物への硫黄原子の導入は,元の化合物への特徴的生理活性の付与ばかりでなく,目的化合物への変換としても大変興味が持たれている。硫黄原子の導入方法として反応性硫黄-炭素混合電極(S-C電極)の電解還元法があり,この電極は硫黄粉末と炭素粉末から容易に作製することが出来るので,S-C電極の利用は一つの方法として興味がある。本研究では,このS-C電極の適用として,クムレン類やシアノ基を有するビニールスルホン類への硫黄原子の導入を検討し,興味ある含硫黄有機化合物を合成した。[結果]1.両端にトリフルオロメチル基を有するクムレン類からは電解還元で生成したポリスルフィドジアニオンが基質の中心炭素にマイケル付加し,硫黄4原子を含む1,2,5,6ーテトラチオシン骨核を有する含硫黄有機化合物が主生成物として得られた。トリフルオロメチル基を有しないクムレンの場合(硫黄5原子を含む7員環化合物ペンタチエピン)とは大きな相違があった。2.シアノ基を有するビニールスルホン類からは,ポリスルフィドジアニオンの基質への付加と脱スルホニル化が起こり,環状化合物イソチアゾ-ルの硫黄2あるいは3原子で架橋した2量体が主生成物として得られた。3.トリフルオロメチル基とシアノ基を有するビニールスルホンからはイソチアゾールとジチオラン2.の窒素原子で架橋した2量体化合物が得られた。本研究では,このS-C電極の適用として,トリフルオ口メチル基を有するクムレンやシアノ基を有するビニールスルホンへの硫黄原子の導入を種々の電解条件下で検討し,興味ある含硫黄有機化合物を合成した。[結果]1.両端にトリフルオロメチル基を有するクムレン類からは電解還元で生成したポリスルフィドジアニオンが基質の中心炭素にマイケル付加し,硫黄4原子を含む1,2,5,6-テトラチオシン骨核を有する含硫黄有機化合物が主生成物として得られた。主生成物として硫黄5原子を含む7員環化合物ペンタチエピンを与えたトリフルオロメチル基を有しないクムレンの場合とは大きな相違があった。2.シアノ基を有するビニールスルホン類からは,ポリスルフィドジアニオンの基質への付加と脱スルホニル化が起こり,環状化合物イソチアゾールの硫黄2あるいは3原子で架橋した2量体が主生成物として得られた。本研究では,このS-C電極の適用として,シアノ基を有するビニールスルホン類への硫黄原子の導入及びこの反応へのプロトンドナーの影響などを検討し,興味ある含硫黄有機化合物を合成した。[結果]1.シアノ基を有するビニールスルホン類からは,電解還元で生成したポリスルフィドジアニオンの基質への付加と脱スルホニル化が起こり,環状化合物イソチアゾールの硫黄2あるいは3原子で架橋した2量体が主生成物として得られた。2.上記の反応を安息香酸などのプロトンドナーの存在下で行うと,硫黄1原子とスルホニル基を一つ有する六員環化合物とチオアミドが主生成物として得られた。3.トリフルオロメチル基とシアノ基を有するビニールスルホンからはイソシチアゾールとジチオラン骨格の窒素原子で架橋した2量体化合物が得られた。
カルコパイライト型半導体を用いたエレクトロクロミックスデバイスの開発

遷移元素を添加したカルコパイライト単結晶には着色現象が見られるが、この現象は、さまざまな雰囲気における熱処理によって変化する。熱処理を行うと半導体のフェルミ準位が遷移元素のもたらす価数分岐準位を越えて移動することによって遷移元素の価数が変化することによる。そこで、電界や光などの人工的な手段でこの着色現象を制御することを考え、2つのアプローチを行った。まず始めに、電気的制御のために金属とのショットキー接触を作製するための基礎実験を行った。カルコパイライト型三元化合物半導体CuAlS2単結晶を沃素輸送法で作製し、数種類の金属との接触における電気特性を研究した。この結果、as-grown結晶を用いた場合、オーム性接触しか得られなかった。光電子分光法を用いて仕事関数を測定したところ、3.8eVという小さな値であり、フェルミ準位が強くピニングされていることが判明した。そこで、硫酸、硝酸、ブロムメタノール、フッ酸などによる表面処理を行い、その上で、Au,Alを付けて電流電圧特性を測定したところ明瞭なダイオード特性を得ることに成功した。しかし、整数比は小さくダイオード因子も大きいので、ショットキーダイオードとしての性能が低く、逆バイアスの印加によっても着色現象の変化は観測できなかった。次に、光制御による着色現象の変化を調べた。アルゴンレーザを励起光源とし、ハロゲンランプをプローブ光として、スペクトログラフシステムを用いてアルゴンレーザ照射前後の吸収スペクトルの変化を調べた。さまざまな遷移元素を添加した系で実験を行い、Coを添加した系およびMoとCrを共添加した系で照射前後のスペクトルの変化を観測することに成功した。特に、後者の場合、Crのみを添加した系では変化が小さかったが、Moを共添加することによって、非常に明瞭な変化を示した。この研究を通じて、着色現象の人為的な制御の基本的な要素技術が得られた。カルコパイライト型化合物半導体CuAlS2単結晶を気相化学輸送法で作製した。この試料に対し、電極を蒸着し電気的測定を行ったが、ショットキー接合はできていなかった。次にコバルトを添加したCuAlS2単結晶を作製した。CCDを出口スリットに備えた分光器からなるスペクトログラフシステムを購入しその制御法を習熟し、これを用いて上記試料の光吸収スペクトルの温度変化を測定した。この測定系により、CuAlS2:Coにおける吸収スペクトルのレーザ光照射による変化を測定した。この結果、光照射により吸収が増加する波長領域と減少する波長領域があることがわかった。これより、フェルミ準位の人為的移動による遷移金属イオンの価数制御が可能であると示唆された。
Effector/MemoryT-cellによる腫瘍拒絶反応のメカニズム解析

癌免疫におけるEffector memory cellはCD8^+ T-cellを代表とし外来抗原に対する拒絶反応を担い、そのメカニズムの解明に注目が集まっている。これまでの研究でサイトカイン遺伝子導入adenovirus (AdIFN-β,AdIL-12)を用いて強い抗腫瘍効果を示してきた。IFN-βによる抗腫瘍効果は生体の免疫を賦活することに起因し、CD8^+ T-cellがその中心的役割をはたすことを解明してきた。AdIFN-β投与による腫瘍治癒マウスへの腫瘍細胞再投与でも腫瘍細胞は完全に拒絶され、強い腫瘍免疫が確立されたことを証明できた。この再投与において初回投与とは異なる腫瘍細胞をも拒絶された。この現象はmemoryされた腫瘍免疫に何らかの交差活性が認められたことを示唆するものであった。この腫瘍拒絶反応が違う腫瘍細胞同士にみられたことは腫瘍抗原の単純な類似性による交差なのか、免疫能賦活によるhypersensitivityなのかは不明であった。このmemory phaseにおける外来性の腫瘍抗原に対する免疫反応、すなわち腫瘍抗原への再暴露における免疫担当細胞の再活性化には不明な点が多かった。memory-CD4, CD8^+ T-cellがその中心的役割を担うと考えられているがその活性化経路、分布、局在などは不明であった。このモデルを用いてmemory phaseにおける腫瘍免疫反応のメカニズムを探求した。本年度、AdIFN-β,AdIL-12投与による腫瘍免疫、交差活性の検討を行った。抗体によるCD4,CD8 T-cell除去マウスでは抗腫瘍効果が激減した。腫瘍再投与で明らかに腫瘍免疫の交差活性を確認できた。今後さらに研究を重ね、抗原特異免疫のメカニズムの解明とともに腫瘍抗原に対するcloss-reactive-CTLsの存在を探求したい。癌免疫におけるEffector memory cellはCD8^+ T-cellを代表とするT-cell phenotypeで外来抗原に対する拒絶反応を担う。癌再発予防、癌ワクチン療法の研究にも深く関与しそのメカニズムの解明に注目が集まっている。これまでの研究でサイトカイン遺伝子導入adenovirus(AdIFN-β,AdIL-12)を用いて強い抗腫瘍効果を示してきた。IFN-βによる抗腫瘍効果は生体の免疫を賦活することに起因し、CD8^+ T-cellがその中心的役割をはたすことを解明した。腫瘍治癒マウスヘの腫瘍再投与でも腫瘍細胞は完全に拒絶されたことから腫瘍免疫が確立された。この再投与において初回投与とは異なる腫瘍細胞も拒絶された。この現象はmemoryされた腫瘍免疫に何らかの交差活性が認められたことを示唆するものである。このmemory phaseにおける外来性の腫瘍抗原に対する免疫反応すなわち腫瘍抗原への再暴露における免疫担当細胞の再活性化には不明な点が多い。memory-CD4,CD8^+T-cellがその中心的役割を揖うと考えられているがその活性化経路、分布、局在などは不明である。腫瘍再投与で明らかに交差活性を認め、CD4,CD8除去マウスではその効果が半減した。今後さらに詳細な検討を行い、抗原特異免疫のメカニズムを明らかにし、さらに腫瘍抗原に対するcloss-reactive-CTLsの存在についても探求したい。
Radiosurgery(一回大量照射)の生物学的効果およびその修飾因子について

Radiosurgeryではその急俊な線量勾配により、通常の外部照射では正常脳組織障害を避けるために数週にわたる分割照射を必要とする放射線量を一度に大量照射して、病変部位をを破壊することが可能であるが、その生物学的効果に関する基礎的データは極めて乏しい。臨床的にも放射線感受性が低い脳動静脈奇形や各種良性脳腫瘍を主な対象疾患としており、作用機序も従来の分割照射とは異なる事が予想されるが詳細は不明である。我々は平成8年2月までに562例のガンマナイフによる定位的放射線治療を行い、その生物学的効果と治療成績を左右する因子について分析し、以下の事が明らかになった。ガンマナイフの効果が最も早くから確認されている脳動静脈奇形に関しては、従来完全閉塞率(治癒率)は病変の体積と逆相関があるとされていたが、照射の精度を向上させる事により比較的大きいものでも高率に治癒が期待できる。しかし治療に伴う周囲脳組織の浮腫、放射線壊死は病変の大きさに依存して出現し、神経学的後遺症に関しては主に病変部位に依存する。一方聴神経腫瘍や髄膜腫を代表とする良性脳腫瘍は、照射後にその9割以上が成長を停止し、機序として腫瘍血管の閉塞が最も考えられる。腫瘍縮小効果は手術摘出と比べて小さいが、小型の聴神経腫瘍では手術摘出に比べて術後の聴力維持率がよく、また手術で到達困難な頭蓋底の髄膜腫において術後の神経機能維持に優れている。以上の経験より、手術、Radiosurgery、あるいは手術とRadiosurgeryの併用などの最適な治療方針を各症例ごとに選択する事が可能となり、治療成績の向上につながっている。Radiosurgeryは症例によっては有用な治療手段であり、今後脳外科手術の一部におきかわってゆくものと考えられるが、長期成績については不明な点も多く、今後、基礎、臨床両面での正確なデータの蓄積が是非必要である。アクリルを用いたラット固定用の枠の開発は予想以上に困難で,アクリルではその柔らかさのゆえに,再現性をもって正確に目標部位を定めることが困難であった。精密な固定用の装置には金属を用いた方がよいと思われるが,一方で放射線吸収の問題があり,金属の種類も選択する必要がある。この固定用の枠を用いて少数のラットをガンマナイフで照射した結果は,正常の脳組織では,40Gy未満では6ケ月以内には組織的障害が起きないこと,40Gy以上100Gy未満では照射後数日を経てから血管透過性の変化が出現し,その後神経細胞の壊死が起こり最終的にgliosisに陥ること,100Gyの照射ではほぼ照射部位に限局した組織壊死がみられることが判明した。大脳,小脳,脳幹のそれぞれの部位間では,6ケ月間の観察では感受性に差はみられていない。照射後の組織学的変化は,過去にはまず内皮の変化が起こり,それに引き続いて内皮下組織の増殖が起こるとされてきたが,前年度の研究および臨床経験における部検例などからは,変化の主座はまず内皮下組織,とくに平滑筋層であり,血管外膜周囲には炎症所見がみられること,静脈の成分はほとんど変化しないこと,がわかった。これより考えられることは,照射後の血管閉塞は主に血管周囲での炎症が主体であり,内皮は直接の関係がない可能性が示唆された。形態上の変化とは別に,機能上の変化がどの程度の線量で生じるか,も重要な問題である。ラットの両側海馬を照射した実験では,10Gyの照射ですでに学習能力の低下を認めており,この線量では3ケ月間の観察では海馬の神経細胞の形態学的な変化を認めなかった。

これは,神経細胞の壊死を起こす線量よりも少ない線量で神経細胞としての機能が抑制されることを示唆しており,てんかん外科の代用としてのradiosurgeryの可能性が考えられる。低線量で照射された細胞が,いわゆるapoptosisの過程を経て通常より早期に死滅するのかどうかが今後の興味ある点と思われる。平成5年度に開発したラット頭部固定用のstereotactic deviceを使用して、Gamma Knifeによる一回大量照射の正常脳組織に対する影響を経時的に調べた結果、40Gy未満では6ヶ月以内では組織学的障害が起きないものの、6-9ヶ月頃より神経細胞の脱落が認められた。この過程を詳細に検討すると、光顕上神経細胞の細胞質の縮小化や核のpyknosisが認められ、電顕では核小体の濃縮や細胞質での空砲形成が確認された。これらの形態学的変化は低線量の放射線により、神経細胞のapoptosisが引き起こされた事を示している。一方、100Gy以上の高線量の照射では、照射後数日を経てから血管透過性の変化が生じ、その後2週間前後でnecrosisに陥る事を平成5年度の研究で明らかにしたが、この過程を詳細に観察しなおすと、照射後数日して、光顕上神経細胞の細胞質の縮小化や核のpyknosisなど、やはりapoptosisを示唆する所見が得られた。これらの事実は、放射線による神経細胞への影響として、線量に関わらずapotosisにより細胞死にいたる可能性が示唆され、現在、線量と細胞死にいたる時間的経過との関係を詳しく検討中である。また、脳血管に対する放射線の効果として、組織学的変化の主座はまず内皮下組織,特に平滑筋層であり、血管外膜周囲には炎症所見が見られることなど、照射後の血管閉塞機転が現在までにほぼ明らかにされ、ラットの海馬を低線量で照射すると学習能力の低下が引き起こされる事も確認しているが、今後、これがapotosisによる神経細胞脱落によるものなのか、vasculopathyによる二次的な神経細胞脱落によるものなのかを詳細に検討してゆく予定である。Radiousugeryではその急俊な線量勾配により、通常の外部照射では正常脳組織障害を避けるために数週にわたる分割照射を必要とする放射線量を一度に大量照射して病変部位を破壊することを目標としているが、その生物学的効果に関する基礎的データは極めて乏しい。臨床的にも放射線感受性が低いとされる脳動静脈奇形や各種良性脳腫瘍を主な対象疾患としており、その効果(作用機序)も従来の分割照射とは異なる事が予想されるが、詳細は不明である。我々は平成8年2月までに562例のガンマナイフによる定位的放射線治療を完了し、その生物学的効果と治療成績を左右する因子について分析した結果、以下の事が明らかになった。ガンマナイフの効果が最も早くから確認されている脳動静脈奇形に関しては、従来完全閉塞率(治癒率)は病変の体積と逆相関があるとされていたが、照射の精度を向上させる事により比較的大きいものでも高率に治癒が期待できる。しかし、治療に伴う周囲脳組織の浮腫、放射線壊死は病変の大きさに依存して出現し、神経学的後遺症に関しては主に病変部位に依存する。一方聴神経腫瘍や髄膜腫を代表とする良性脳腫瘍に関しては、照射後にその9割以上が成長を停止し、機序として腫瘍血管の閉塞が最も考えられるが、腫瘍縮小効果は手術摘出と比べて小さい。しかし小型の聴神経腫瘍では手術摘出に比べて術後の聴力維持率がよく、また手術で到達困難な頭蓋底の髄膜腫において術後の神経機能維持に優れている。