hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
先史土器の越境的移動の蛍光Ｘ線分析による判別とその応用

先史土器のフォッサマグナ西縁(糸魚川ー静岡構造線)を挟んだ東西方向の土器の移動を、蛍光X線分析によって捉えるために判別の基準資料(「準原産地資料」)を収集し、これらから得られた化学組成データに基づいて判別図を作成した。さらにこの判別図を用いて、縄文時代前期初頭の東海系土器である木島式土器・清水ノ上II式土器、縄文時代中期末の加曽利E4式・曽利V式土器などを対象とした事例研究を行った。この判別図は東海地方における土器の東西方向の移動を捉えるのに極めて有効であった。また事例研究の結果、先史土器の分布圏拡大に伴い、搬入、模倣、地方型式化という現象が起きていることが示唆された。先史土器の「フォッサマグナ西縁」をはさんだ越境的移動を、蛍光X線分析法によって判別するためのデータベースの構築が、本研究の第1の目的である。それにもとづいて土器の「搬入」「模倣」「地方型式化」という受容過程を分析し、土器移動の動態的モデルの構築を展望することが第2の目的である。本研究の開始時点で67か所、約1500点の基準資料を分析済みであり、平成24年度は愛知県三重県内および千葉県の古窯址出土土器約300点を分析し、平成25年度は京都府と東京都、茨城県内の古窯址出土土器約500点を分析し、データベース構築に必要な資料の90%程度の分析を終了した。その結果、当初の予測どおりFe/Si・Ca/K・Zrの3つの指標を用いた2つの判別図によって、出土土器をフォッサマグナ西縁(糸魚川・静岡構造線)の東西に区分することが可能となった。ただし、対象資料の増加に伴い、判別図上での部分的な重複部分が存在することも再確認され、ここにプロットされた資料をどう判別するかという課題も浮上した。これまで資料の前処理(風化面の削りだしと研磨)を板状の砥石を用いて手作業で行っていたが、平成25年度は電動グラインダーと砥石を併用することで、効率化を図った。またこの結果の検証と応用について、斎藤努国立歴史民俗博物館教授(文化財化学)の指導を受けることができた。それに基づいて土器の「搬入」に伴って起きる「模倣」と「地方型式化」という受容過程を分析し、土器移動の動態的モデル構築を展望することが第2の目的となる。本研究申請時点で67か所、約1500点の基準資料を分析済みであり、平成24年度はフォッサマグナ内外の判別図の適用範囲の検証と拡張を目指して分析を継続した。主な分析対象は、愛知県三重県内および関西地方を中心とする古窯址出土須恵器等や瓦と、同地域出土の土師器で、約300点を蛍光X線分析装置によって測定した。これらの資料の分析結果を、Fe/Si・Ca/K・Zrの3つの指標を用いた判別図に追加してプロットしたところ、すべての資料が「フォッサマグナ西縁の外側」に位置したことから、これまで構築してきた判別図が、少なくとも西は三重県まで適用可能であることが明らかとなった。平成24年10月頃から蛍光X線分析装置の検出器に異常が認められたため、分析を中断して、検出器の修理を行った。平成24年12月下旬より分析を再開した。本研究の主たる目的からはやや外れるが、新たな知見も得られた。1須恵器から灰釉陶器への移行期には、同一の窯址内で両者が共存する場合があるが、灰釉陶器の胎土に含まれる鉄分が須恵器に比べかなり少ないことが明らかとなった。施釉の効果を高めるために白色度の高い粘土を選択している可能性がある。2灰釉陶器単独の窯址内でも、器種により異なった粘土が用いられている可能性があり、さらに分析例を増やして検証する必要が生じた。なお上に示した新たな問題点について、愛知学院大学の藤澤良祐教授の指導を受け、また愛知県内の窯跡出土資料の状況についての調査および資料収集のため、愛知方面への資料見学出張を行った。先史土器の「フォッサマグナ西縁」を挟んだ越境的移動を、蛍光X線分析法によって判別するためのデータベースの構築が、本研究の第1の目的である。それに基づいて、土器移動の動態的モデル構築を展望することが、第2の目的である。平成26年度前半までに、データベース構築のための資料収集と分析を完了し、後半からは遺跡出土土器(縄文時代前期初頭土器・弥生時代中期土器・戦国時代の瓦)を対象とした分析を開始し、その成果の幾つかを公表した。縄文時代前期初頭土器(清水之上1式・同2式土器)を分析した結果、早期末に西日本一帯に降下したアカホヤ火山灰を契機として、「フォッサマグナ西縁」を越えて東海地方東部に搬入された清水之上1式土器は、続く清水之上2式段階には在地の粘土を用いて製作されたことが明らかになった。また同型式の分布圏内においても、東海東部と西部では微妙な文様上の地域差が認められた。これは災害により東海西部から東部に移住してきた集団が、当面は故地との関係を密接にすることで生存確率を高めていたものが、しだいに自立していく過程を示していると考えられる。沼津市内にある三枚橋城は、豊臣秀吉の家臣が築いた織豊系城郭であるが、天守下の堀から出土した瓦を分析した。

その結果、瓦は「フォッサマグナ西縁」の東側、つまり在地ないしその近辺の粘土を用いていることが明らかになった。かつて分析した小田原石垣山一夜城の天守の瓦も、同様に在地の粘土が用いられており、織豊系城郭の「現地調達」という原則を確認することができた。なお江戸後半に水野氏によって築城された沼津城の瓦は「フォッサマグナ西縁」の西側で製作されており、近世後半の海上輸送の発展を示すものと考えられる。弥生時代中期土器については、三浦半島白石洞穴の調査に参加し、周辺遺跡の弥生時代中期土器を入手した。この分析については平成27年度にかけて継続実施する。先史土器の「フォッサマグナ西縁」を挟んだ越境的移動を、蛍光X線分析によって判別するためのデータベースの構築が、本研究の第1の目的である。そのうえで事例研究を行い、地方型式生成のモデル構築を展望することが、第2の研究目的である。研究期間の前半においては、データベースを構築することに重点をおいた。研究の開始時点では、「準原産地試料」約1500点が、Fe/Si、Ca/K・Zrの3つの指標を用いることで、フォッサマグナ西縁を挟んだ東西に区分されることを明らかにしていた。これに比較的資料が少なかった京都府・三重県、東京都、千葉県の資料を追加し、合計2000点以上の資料が、整合的に区分されることを確認した。研究期間の後半では、完成したフォッサマグナ東西の判別図に基づいて、幾つかの事例研究を行った。列島にアカホヤ火山灰が降下した直後の、縄文時代前期初頭土器(木島式→清水之上II式)を分析した結果、木島式土器はフォッサマグナ西縁を越えて東海地方西部から東部に搬入されたのに対して、後続する清水ノ上II式段階では、東西で異なる粘土が用いられ、土器型式上の地域差が出現することが明らかとなった。同様に東海西部から東部に分布圏を拡大した縄文早期末の入海式土器を分析したが、地方差をもつ東海東部出土土器は在地の粘土が用いられ、地方差が認められないものは東海西部から搬入されていることが明らかとなった。このように、地域性の出現と在地粘土の採用には密接な関係が存在する見通しが得られ、土器型式の波及と地域型式の生成には一定の法則性が存在する可能性が示された。また東海東部の縄文時代中期後半において共存する加曽利E式土器と曽利式土器を分析した結果、化学的にも鉱物学的にも両者を区分することが困難であった。集落内で異なる土器型式が作り分けられている可能性があり、土器製作の複層的な一面も明らかになった。先史土器のフォッサマグナ西縁(糸魚川ー静岡構造線)を挟んだ東西方向の土器の移動を、蛍光X線分析によって捉えるために判別の基準資料(「準原産地資料」)を収集し、これらから得られた化学組成データに基づいて判別図を作成した。さらにこの判別図を用いて、縄文時代前期初頭の東海系土器である木島式土器・清水ノ上II式土器、縄文時代中期末の加曽利E4式・曽利V式土器などを対象とした事例研究を行った。この判別図は東海地方における土器の東西方向の移動を捉えるのに極めて有効であった。また事例研究の結果、先史土器の分布圏拡大に伴い、搬入、模倣、地方型式化という現象が起きていることが示唆された。本研究の第1の目的である「フォッサマグナ西縁」東西の判別図を矛盾なく完成することができた。また実際の分析対象として選んだ縄文時代前期初頭土器、戦国時代の瓦の分析でも、本研究の第2の目的に沿った結果を得ることができた。考古学平成27年度前半は、神奈川県周辺の弥生時代中期土器と、長野から静岡東部にかけて分布する縄文時代中期末土器(曽利V式・加曽利E4式)を分析対象とする。
動的雑音制御法による極微弱信号検出技術の研究

超高感度センサにより微小信号をシールドなしで計測するためには、測定対象以外からの、いわゆる環境雑音と呼ばれる雑音への対策が必須である。本研究課題は寸動的雑音制御(ANC)によりセンサに入力する環境雑音を低減することを目的としている。対象となる周波数域として、数百Hz以下とMHz帯の2つ帯域についてそれぞれ検討した。低周波領域では、超伝導量子干渉素子(SQUID)マグネットメータをセンサとして用い、負帰還ループ構成による雑音強度低減を図った。ただし、全ての磁場を打ち消すと測定信号まで消失してしまうため、非破壊検査を想定し、数百Hzの特定周波数信号のみを検出することとした。周波数選択にLPFを使用し、低周波域のみをANCにより押さえこむことで、従来振動による磁場揺らぎのため困難であったロボットアームによるSQUID移動測定を実現した。ただし、LPF特性を最適に選ばなければ、発振が生じたり、有効に雑音磁場を抑制できなかったり、あるいは信号磁場まで低減・させることが明らかとなった。MHz帯の環境雑音としては、AMラジオ放送が引き起こすラジオ周波数干渉(RFI)があり、この抑制が微小信号検出において重要である。平成17年度は、良好な制御のため特に位相制御に重点を置いたアナログ回路を作製し、実験室レベルで-40dB以上、実際のAMラジオ波においても、-35dB以上の雑音の低減を実現した。しかしながら、その調整はマニュアルプリセットによるもので、雑音源の変動に対して自動追従ができない。平成18年度は、Field Programmable Gate Array(FPGA)を使用したANCのディジタル信号処理化の可否検討を行った。模擬実験により、受信アンテナのみ入力した測定信号をほとんど減衰させることなく、雑音源アンテナから放射された1MHz擬似雑音を約40dB程度抑制することができた。超高感度磁気センサであるSQUIDマグネットメータを磁気シールド外で使用するには、測定対象以外からの磁気雑音、例えば地磁気、交通機関、商用電源さらに各種放送などのいわゆる環境磁気雑音と呼ばれる雑音対策が必須である。今年度は、動的雑音制御(ANC)による雑音対策として、ANC回路の検討を行った。周波数帯域として、数百Hz以下とMHz帯の2つ帯域についてそれぞれ検討した。低周波領域では、SQUIDマグネットメータからの出力を位相反転し補償コイルを介して、SQUID周辺に逆位相の磁場を生成する、いわゆる負帰還ループ構成を用いて、SQUIDがさらされる磁界強度の低減を図った。ただし、全ての磁場を打ち消すと測定信号まで、消失してしまうため、帰還する信号を選択する必要がある。そこで、数百Hzの特定の信号のみを検出する場合を想定した。周波数選択としてLPFを用い、低周波域をANCにより押さえることを試みた。その結果、従来振動による磁場揺らぎのため困難であったSQUIDのロボットアームによる移動測定が実現できた。ただし、LPFの遮断特性を最適に選ばなければ、発振が生じたり、有効に雑音磁場を抑制できなかったり、あるいは信号磁場まで低減させることが明らかとなった。一方、MHz帯の雑音制御について、環境雑音としてAMラジオ放送があり、この抑制が微小信号検出において重要である。今年度は、良好な制御のため特に位相制御に重点を置いたアナログ回路を作製した。参照用コイルアンテナから受信信号を元に、ANC回路により、位相、強度を変化させて、補償用コイルアンテナから補償信号を放射し、所定の位置での雑音を打ち消す。この機構により、実験室レベルで-40dB以上、実際のAMラジオ波においても、-35dB以上の雑音の低減が図れた。超高感度センサにより微小信号をシールドなしで計測するためには、測定対象以外からの雑音、例えば地磁気、交通機関、商用電源さらに各種放送などの、いわゆる環境雑音と呼ばれる雑音対策が必須である。

昨年度の研究によって、MHz帯でも逆位相波の信号により、雑音を抑制できることを確認した。しかしながら、その調整はマニュアルによるプリセットによるもので、雑音源の変動に対して自動追従ができていなかった。平成18年度は、動的雑音制御(ANC)による雑音対策として、MHz帯のAMラジオ放送電波を対象として、ディジタル信号処理化の可否検討を行った。ディジタル信号処理が可能になれば、自動追従機能の実装が容易になり、実用化に向けて大きく前進することになる。そのために確認すべきことは、MHzという周波数帯において、ディジタル信号処理が速度的に可能かどうか、さらに、正しくキャンセル信号を生成できるかである。高速演算を必要とするため、今回は汎用のディジタル信号処理プロセッサ(DSP)ではなく、専用の回路設計情報を書き込むField Programmable Gate Array(FPGA)を用いた。A/Dコンバータ、FPGA、D/Aコンバータにより構成し、FPGA上には、適応フィルタを組み込んだ逆位相波生成回路を組み込んだ。参照用コイルアンテナと受信用アンテナからの信号を元に、適応フィルタにより内部パラメータを自動更新し、常に適切な逆位相波を生成しようと動作する。生成された逆位相波は、補償用コイルアンテナから照射され、所定の位置(受信用アンテナ設置場所)での雑音を打ち消す。この機構により、雑音源アンテナから放射された1MHz擬似雑音を、約40dB程度抑制することができた。このとき、受信アンテナにのみ入力されて信号は、ほとんど減衰することがなかった。
対数型Sobolevの不等式を用いた非線形発展方程式の解の正則性の研究

発展方程式とは、時間が経つごとに変化する流体等の運動を記述する方程式である。本研究では発展方程式の解の正則性、つまり、解の滑らかさや連続性、ひいては解の形状の研究を目的とする。この研究では、特に、熱分布の拡散を記述する熱方程式を代表とする放物型偏微分方程式を中心に考え、函数の凝集の度合いを表すエントロピー汎函数を用いることによって、解の局所的な評価を得る。また、解が有限時間内で特異点を持ち、解のある量が発散する場合、こういった現象は爆発と呼ばれる。爆発するような解の爆発近傍における解の漸近的な挙動の研究への応用が考えられる。
新規糸球体特異的糖質ステロイド受容体コファクターの同定と機能解析

免疫組織化学法で糸球体上皮細胞(ポドサイト)に糖質ステロイド受容体が存在することを、糖質ステロイド受容体に対する特異抗体(H8031)を用いて見出した。ポドサイトを直接傷害することが示されているピューロマイシンアミノヌクレオシド(PAN)をラットに静脈注射するとヒトのネフローゼ症候群と同様の病態を惹起することができ、ヒト微小変化型ネフローゼ症候群のモデルとして広く使われている。このモデルはヒト微小変化型ネフローゼ症候群と同様に糖質ステロイド投与で蛋白尿が抑制された。これらのことはポドサイトには糖質ステロイド受容体が存在し、糖質ステロイドがその受容体に結合し、その結合が蛋白尿の原因となるスリット膜の傷害などを回復させると考えられた。ラット糸球体から可溶化タンパク質を抽出し、抗糖質ステロイド受容体抗体で免疫沈降反応を行い、SDS-PAGEで確認された糖質ステロイド受容体と共に共沈するタンパク質を糖質ステロイド受容体のコファクター候補分子と推定した。コファクター候補分子として検出された分子は分子量が約120、100、60kDaの分子で、質量分析計でそれらの分子の同定を試みたところ、corticotropin-releasing factor binding proteinなど数種類の分子の候補分子が同定された。corticotropin-releasing factor binding protein遺伝子は糸球体に発現が強く、その発現部位はポドサイトであることがInsitu hybridization法で確認した。1)糖質ステロイド受容体抗体:核内受容体48種類に対する抗体を作製するプロジェクトで得られた糖質ステロイド受容体と反応する抗体(H8031、ペルセウスプロテオミクス社製)を使用した免疫組織化学法で糸球体上皮細胞にその受容体があることを見出した。2)培養系で単離糸球体に糖質ステロイドを作用させると培養に伴なって減少するnephrin、podocin、synaptopodinなどの糸球体上皮細胞特異的遺伝子発現が糖質ステロイド添加で明らかに抑制された。3)糸球体の細胞質分画と核分画を得て、可溶化タンパク質を得、糖質ステロイド受容体抗体を結合したProtein G-agaroseで可溶化タンパク質の免疫沈降法を行い、免疫沈降物のSDS一次元電気泳動を行い、ナイロン膜に転写後、糖質ステロイド受容体抗体を用いたWestern blot法を行なった。その結果、糖質ステロイド受容体バンド(90kDa)の他に数本のバンドが検出された。4)現在、そのバンドを質量分析器(MALDI-TOFやLC-MS/MS)を用いて同定することを行っている。
機能化フラーレンのナノ構造組織化による光誘起電子移動性の発現

フラーレンの高い電子受容性を有効に活用した機能性材料の構築には、ナノ構造を組織化し、電子移動プロセスを制御することが必要不可欠である。本年度は、より高度なナノ構造組織化を目指し、配位結合を応用した超分子構造制御ならびにデンドリマーの応用による光誘起電子移動性の制御を目指した。(1)配位結合を応用した超分子構造制御フラーレン誘導体にピリジル基またはイミダゾール基を導入することでポルフィリンなどのドナーに配位させることが可能になるため、超分子ドナー・アクセプター結合分子を構築できる。このようなフラーレン誘導体が亜鉛ポルフィリンや亜鉛ナフトシアニンの中心金属に配位し、実際に高効率に電荷分離状態を生成することをピコ秒過渡吸収測定により見出した。さらに、超分子形成において配位結合のほかに水素結合を用いた超分子形成を実証した。いずれの場合においても電荷分離状態の寿命は数ナノ秒から数十ナノ秒に及び、比較的長寿命電荷分離状態が生成することを示した。(2)デンドリマーによる光誘起電子移動性の制御二電子ドナーであるテトラチエニルエチレンとフラーレンの電子移動では、励起三重項状態のフラーレンがテトラチエニルエチレンに連続的に衝突することでジカチオンを生成することが確認された。これは光誘起プロセスによる二電子酸化反応として興味深いプロセスである。テトラチエニルエチレンにベンジルエーテル型のデンドロンを結合した分子との電子移動過程では衝突過程の阻害に起因する反応の抑制効果が認められた。さらにデンドロンの世代および置換基数の影響が明らかになった。一方、逆電子移動は外圏反応であることが確認され、デンドロンによる反応活性種の長寿命化が示された。このため本年度は以下の研究を行った。(1)数十マイクロ秒の電荷分離状態を有するドナー・フラーレン結合分子の合成および孤立状態での電荷分離再結合過程の評価光エネルギー変換デバイスにおいて効率的な電荷輸送を実現するためには、光励起により生じる電荷分離状態の寿命が数十マイクロ秒である必要がある。本研究では長鎖パイ共役系ドナーである9-cis-retinylをドナーとした分子で43マイクロ秒に及ぶ電荷分離状態をベンゾニトリル中で確認した。これはall-trans-retinyにくらべ約二倍の長寿命化である。さらに長鎖パイ共役系としthienyl-ethynylを用いたときには励起状態における構造変化により電荷分離寿命が変化することを見出した。とくに溶媒極性依存性を検討することで、極性溶媒中における電荷分離がMarcus"inverted region"に存在する分子であることを実証した。さらに孤立系での電荷分離過程を検討することを目的としたフラーレンデンドリマーでは、デンドリマーによる阻害効果により反応中間体などの短寿命種の長寿命化が実現できることを実証した。(2)フラーレンを修飾した二酸化チタン微粒子における電荷分離状態の実現と光エネルギー変換デバイスの実現フラーレンにカルボン酸を導入し二酸化チタン上に固定化した。二酸化チタン上のフラーレンは溶液中のドナーとの光誘起電子移動により還元され、その電荷は二酸化チタン上に受け渡すことを実証した。さらに、同一の反応系により構成したセルで光起電力が生じることを見出し、光エネルギー変換デバイスを実現した。
二硫化炭素の脱離を利用した14族元素異常原子価化合物の合成と反応

物性材料として興味が持たれているケイ素鎖が連結した高分子であるポリシランは、ケイ素鎖のσ共役の程度を調節することでその物性を制御できることが知られている。ケイ素原子自体の基本骨格が異なる高配位ケイ素原子をケイ素鎖に組み込むことで、ケイ素鎖のσ共役の程度が大きく変化するものと期待できる。一方、これまでに有機鉛二価化合物に関する研究から、分子内にチオカルボニル基を有する14族元素化合物では、チオカルボニル基の中心14族元素への分子内配位によって通常の配位状態よりも高配位状態をとりやすいことを明らかにしている。そこで高配位オリゴシランに関する研究の一環として、対応するジクロロシラン、テトラクロロジシランに対してジチオカルボキシラート塩を作用させることにより、一つのケイ素原子上にそれぞれ二つのジチオカルボキシラート配位子を導入し、チオカルボニルによる分子内配位を受けた高配位モノシランおよびジシランを合成した。X線解析によりモノシランおよびジシランそれぞれのチオカルボニル基の構造を明らかにしたところ、結晶状態でのケイ素原子と置換基間の結合のσ^*軌道へのチオカルボニル硫黄原子の配位が見いだされ、ジチオカルボキシラート配位子内で若干の非局在化の寄与があることを明らかとした。ケイ素原子はモノシランでは結晶中で6配位であり、ジシランでは7配位状態をとっていることがわかった。特にジシランでは二つのチオカルボニル基の硫黄原子がそれぞれ二つのケイ素原子に配位するという特徴を有している。また、各種スペクトルから溶液中ではケイ素原子は4配位状態であることが明らかとなり、ケイ素-硫黄間の相互作用は高いフレキシビリティーを有していることがわかった。特に、7配位ジシランではチオカルボニル基が二つのケイ素原子に配位しており、新規な高配位オリゴシランへの設計指針となり得る結果が得られた。
間隙流体によって支配される地震発生過程の研究

本年度は、まず昨年度に引き続いて、シンプルな1自由度モデルを用いた、間隙流体圧の状態変化が地震サイクルに与える力学的な作用を数値実験によって調べた。特に、地震時の加速すべりに伴う断層ガウジ内の間隙率増大が、摩擦発熱に伴う流体圧膨張を打ち消す効果に着目した。その結果、間隙率増大の摩擦発熱に対するカウンター効果は、exp(-ζ(w/why))という関数形で近似的に記述できることがわかった。ここで、ζはローカルな摩擦パラメータなどに依存する定数、wは摩擦発熱/間隙率増大の起こる断層ガウジの幅、whyは流体拡散の固有距離である。このことは、従来「摩擦発熱が有効に働く条件」とされていた流体の低透水性は、whyが小さいために間隙率増大のカウンター効果がより卓越し、逆に摩擦発熱が抑え込まれる条件であることを意味する。この成果は、査読付海外誌Geophysical Research Lettersに受理され、出版された。また、これとは別に、従来の研究と同様に一定の流体圧を仮定した場合に、3次元弾性体中の平面断層上で地震間におこる断層端からのクリープ伝播(震源核生成の初期段階)のパラメータ依存性について、数値実験によって調べた。この場合、摩擦構成則の中の状態発展則への依存も見られるが、断層形状が円形の場合は一つの無次元パラメータを用いてクリープ伝播の模様が近似的に記述できることが示された。この成果は、査読付海外誌Journal of Geophysical Researchに受理された。本年度は、まず静的な間隙流体圧の効果として、一般的に考えられている「脱水反応に起因する高間隙流体圧がスロースリップイベントを引き起こす」が必ずしも成り立たず、逆に相対的に低い間隙流体圧状態がスロースリップイベントの発生に繋かるケースがある、ということを数値モデル計算によって示した。従来の高間隙流体圧説が、古典的なクーロン破壊関数の考えをスリップイベントの発生に安易に敷衍してしまっているのに対し、この結果は、弾性論におけるスティッフネスと、断層面の摩擦特性から導き出されるクリティカルスティッフネスとの大小関係がスリップイベントの発生をコントロールする、という動力学的観点から見てより妥当なものてある。この成果は、査読付き国際誌Geophysical Journal Internationalに受理された。その次に、間隙流体圧の時間変化の一例として、地震性すべり時の摩擦加熱によって間隙流体圧が急増するthermal pressurizationの効果の研究に取り組んだ。この効果は、数秒程度の高速すべりのモデル計算においては調べられてきたが、数百年オーダーの地震発生サイクルのモデル計算に組み込まれた例は今まで存在しなかった。私は、試行錯誤を繰り返しながらこれに取り組み、簡単な1次元系においてはこれに成功した。その結果、Thermal pressurizationは地震時の劇的な応力降下を生み、それが地震サイクルの周期を大きく引き伸ばすこと、そしてこの効果が、ある程度以上狭い領域への変形集中を伴う場合(地質調査と調和的)断層帯中心部の透水係数に強く依存すること、をモデル計算上で示した。この成果は、国際学会を含むいくつかの学会て発表された。論文は現在投稿中てある。本年度は、大きく分けて2種類の方向から「間隙流体によって支配される地震発生過程」に迫った。1つは、シンプルな1自由度モデルを用いた、間隙流体圧の状態変化が地震サイクルに与える力学的な作用の検証である。例として、同じ「間隙流体圧上昇」であっても、それが地震時の断層高速すべりに伴って起こるか、それとも地震間の固着時に起こるかによって、地震サイクルに与える効果はまったく異なる。前者は起こる地震の規模を増大させるセンスで働き、後者は地震の規模を抑制させるセンスで働く。このような効果は、断層すべりが外的な駆動力と摩擦力とのバランスで成り立っていることから説明されるものである。もう1つは、3次元モデルの構築と、それを用いた圧力という力学的な作用の枠に留まらない、断層面流体が地震発生に果たす本質的な役割の探査である。近年、岩石同士の接触面における摩擦係数の状態変化というものが、熱活性化過程に支配されたミクロプロセスの観点から説明されるようになってきた。その知見を取り入れ、もし、水の存在が摩擦の状態変化を鈍くするような効果を及ぼすならば、水の存在は「ゆっくり地震」の発生に直結することを示した。流体の存在が間隙流体圧を上げるという力学的な効果のみならず、このような化学的な効果も考慮したモデリングを行うことで、水と地震発生との関係をより深く理解することが可能になる。

また、これとは別に、従来の研究と同様に一定の流体圧を仮定した場合に、3次元弾性体中の平面断層上で地震間におこる断層端からのクリープ伝播(震源核生成の初期段階)のパラメータ依存性について、数値実験によって調べた。この場合、摩擦構成則の中の状態発展則への依存も見られるが、断層形状が円形の場合は一つの無次元パラメータを用いてクリープ伝播の模様が近似的に記述できることが示された。この成果は、査読付海外誌Journal of Geophysical Researchに受理された。
細胞極性と接着の制御による3次元細胞選別機構の解明

申請者がこれまでに明らかにしてきた細胞選別と並び替え運動のメカニズムは、2次元にとどまらず3次元での組織形成にも密接に関わっていると考えられる。本研究では、匂いの知覚に働く嗅上皮で見られる偽重層上皮の層形成を、細胞自身の移動によるZ軸方向への細胞選別と捉え「1細胞内の接着力の偏り」と「細胞間の接着力の差異」の2つの要素によって立体組織内での細胞選別を制御する分子メカニズムの解明を目指す。嗅上皮の発生の際には、単層の基底細胞から分化した嗅細胞や支持細胞が頂端側に向かって移動することで、3層の偽重層上皮を形成する。これまでの層形成過程の観察から、嗅細胞内の接着分子の局在の偏りが、頂端側に向かう細胞の割込みによる移動を駆動し、嗅細胞と支持細胞の接着力の差異が層ごとの細胞の住み分けを制御するというモデルを考え、これを検討している。本年度は、嗅上皮組織培養と3次元細胞選別実験の経時観察を行うための実験系を構築し、細胞選別に伴う並び替え運動の際の細胞接着分子と細胞骨格の動態解析を行ってきた。まず嗅細胞、支持細胞と同じ組合せの接着分子ネクチン、カドヘリンを発現するモデル細胞を作成し、これらの細胞を用いて割込みによるモザイクパターンを形成させる細胞選別実験を行った。この実験ではカドヘリン、カテニン分子やアクチン、ミオシン分子にEGFPあるいはmCherry標識を付け、割込みによる並び替え運動の過程で接着分子と細胞骨格を同時に高解像度で可視化し、分子動態の比較と観察を行った。その結果、2種類の細胞間で割込みをおこして並び替えを起こす際には、割込みを起こす細胞と割込まれる細胞の間で辺ごとにカドヘリン分子とミオシン分子が非対称な偏りが一過的に生じることが明らかになり、ネクチンがこれらの偏りに関与することが初めて明らかになった。現在、この偏りを作り出す分子メカニズムを検討している。本年度の研究によって得られた結果は、従来考えられていたモデルとは大きく異なるものであった。すなわち、異なるネクチンを発現する細胞間での割込みの際には「接着力」の強い面が伸長する一方、「接着力」の弱い面が「張力」によって収縮することで、細胞の割込みが引き起こされるというモデルが示されている。このモデルでは、割込む細胞と割込まれる細胞との間につくられる境界面の接着力は対称に分布すると考えられていた。しかし、今回の観察から得られた結果は、割込む細胞と割込まれる細胞との間につくられる境界面の接着力は対称ではなく、割込む細胞のヘテロフィリックな2辺の接着面のうち1辺にはカドヘリン・カテニン複合体が強く局在するのに対し、もう1辺の接着面には弱いという非対称な接着力の分布が見られるという、従来の予想を覆すものであった。細胞の割込み(Intercalation)は形態形成運動の一つとされ、多様な発生過程に関与することが知られている。従来の予想とは異なる形での接着力の偏りを作り出す分子メカニズムを明らかにすることができれば、形態形成の新たな基本原理の理解につながるだろう。これまでの観察によって、異なるネクチンを発現する細胞が相互に割込む過程では、接着分子が多く集積する辺と、集積しない辺が一過的に現れ、並び替えに働くことがわかった。今後は、ネクチンがカドヘリンやミオシン分子の偏りを生み出し、割込みを引き起こすメカニズムについて、培養細胞とともにマウス嗅上皮の組織培養も用いて検討を進める。培養細胞を用いた実験では、接着分子と細胞骨格の相互作用に働くアファディンやαカテニンの変異分子を用いることで、接着力の偏りを生み出すドメインおよび関連分子を同定する。また、カドヘリン分子の局在が多い細胞辺において、ミオシン分子の局在が相対的に少ない傾向が見られた。カドヘリンは、裏打ちのカテニンやビンキュリンを通じてミオシンと物理的に結合することが知られている。そして、RhoやRhoキナーゼといった分子は、細胞間接着の制御とともに、ミオシンのリン酸化を介して張力の制御にも関与することが知られている。今後は、割込みにおけるこれらの分子の相互作用を検討するとともに、ライブイメージングで注目する分子のバリエーションを増やす増やすことにより「接着力」と「張力」の関係をより直接的に検証し、分子の偏りを生み出すメカニズムの全体像に迫る必要がある。また、数理モデルによる考察を行うことで、接着力の偏りが割込みを引き起こすメカニズムについても検討する。また、すでに嗅上皮の層形成において異常を示す遺伝子変異マウスを用いて、これら分子の相互作用を検討する。

本年度は、嗅上皮組織培養と3次元細胞選別実験の経時観察を行うための実験系を構築し、細胞選別に伴う並び替え運動の際の細胞接着分子と細胞骨格の動態解析を行ってきた。まず嗅細胞、支持細胞と同じ組合せの接着分子ネクチン、カドヘリンを発現するモデル細胞を作成し、これらの細胞を用いて割込みによるモザイクパターンを形成させる細胞選別実験を行った。この実験ではカドヘリン、カテニン分子やアクチン、ミオシン分子にEGFPあるいはmCherry標識を付け、割込みによる並び替え運動の過程で接着分子と細胞骨格を同時に高解像度で可視化し、分子動態の比較と観察を行った。その結果、2種類の細胞間で割込みをおこして並び替えを起こす際には、割込みを起こす細胞と割込まれる細胞の間で辺ごとにカドヘリン分子とミオシン分子が非対称な偏りが一過的に生じることが明らかになり、ネクチンがこれらの偏りに関与することが初めて明らかになった。現在、この偏りを作り出す分子メカニズムを検討している。本年度の研究によって得られた結果は、従来考えられていたモデルとは大きく異なるものであった。すなわち、異なるネクチンを発現する細胞間での割込みの際には「接着力」の強い面が伸長する一方、「接着力」の弱い面が「張力」によって収縮することで、細胞の割込みが引き起こされるというモデルが示されている。このモデルでは、割込む細胞と割込まれる細胞との間につくられる境界面の接着力は対称に分布すると考えられていた。しかし、今回の観察から得られた結果は、割込む細胞と割込まれる細胞との間につくられる境界面の接着力は対称ではなく、割込む細胞のヘテロフィリックな2辺の接着面のうち1辺にはカドヘリン・カテニン複合体が強く局在するのに対し、もう1辺の接着面には弱いという非対称な接着力の分布が見られるという、従来の予想を覆すものであった。細胞の割込み(Intercalation)は形態形成運動の一つとされ、多様な発生過程に関与することが知られている。従来の予想とは異なる形での接着力の偏りを作り出す分子メカニズムを明らかにすることができれば、形態形成の新たな基本原理の理解につながるだろう。これまでの観察によって、異なるネクチンを発現する細胞が相互に割込む過程では、接着分子が多く集積する辺と、集積しない辺が一過的に現れ、並び替えに働くことがわかった。今後は、ネクチンがカドヘリンやミオシン分子の偏りを生み出し、割込みを引き起こすメカニズムについて、培養細胞とともにマウス嗅上皮の組織培養も用いて検討を進める。培養細胞を用いた実験では、接着分子と細胞骨格の相互作用に働くアファディンやαカテニンの変異分子を用いることで、接着力の偏りを生み出すドメインおよび関連分子を同定する。また、カドヘリン分子の局在が多い細胞辺において、ミオシン分子の局在が相対的に少ない傾向が見られた。カドヘリンは、裏打ちのカテニンやビンキュリンを通じてミオシンと物理的に結合することが知られている。そして、RhoやRhoキナーゼといった分子は、細胞間接着の制御とともに、ミオシンのリン酸化を介して張力の制御にも関与することが知られている。今後は、割込みにおけるこれらの分子の相互作用を検討するとともに、ライブイメージングで注目する分子のバリエーションを増やす増やすことにより「接着力」と「張力」の関係をより直接的に検証し、分子の偏りを生み出すメカニズムの全体像に迫る必要がある。
アントニオ・グラムシ著『嶽中ノート』の社会学史的比較のための基礎研究

グラムシ「獄中ノート」の体系的解読の上に立ち、これを社会学史の場にすえて主要な社会学理論との比較検討を推進するためには、「獄中ノート」自体の研究が前提になる。その決定的な環は、「獄中ノート」の人間論を解読することである。これはまだ国際的にも未開拓のテーマである。本研究は、その人間論の解読に集中し、その上で社会学史における比較の接点を究明した。その結果、次の諸点が明らかになった。1.グラムシ「人間」論は、マルクスの「フォイェルバッハ・テーゼ」に準拠しており、第1テーゼに示されている現実観に介在している主体に焦点をあて、それを人間論として主題化し展開したものであること。2.グラムシ「人間」論は、「人間」概念と「個人」概念との関連づけを中心にすえ、「個人」が、自らの活動的諸関係を通じて、他在を自己の個体性に反映し、したがって、個人と他者と自然とからなるものとしての「人間性」を反映した「人間」として、自己の個体的限界を超えて生成する、という「人間」概念を構成、提起していること。3.活動的関係の概念は、グラムシの哲学論の中心概念「実践」、政治学における中心概念「ヘゲモニー」に相当しており、人間論と哲学論、政治学との論理的関連、ひいては「獄中ノート」総体の論理的構造を解明する際の環をなすこと。以上の3点は国際的にも明らかにされていない事柄である。4.これらに立脚して、本研究は、最後に、「個人・社会」の関係把握の問題を軸にして、グラムシの見地と若干の代表的社会学諸理論との比較を社会学史の展開にそって行い、社会の「部分/中心」としての個人というグラムシの見地の独創性とその意義ないし射程を明るみに出し、本格的な比較検討への基礎をすえた。当初の計画では、グラムシの人間論のほか、経済論、文化論、イタリア近代史分析の検討も始めるつもりであったが、思いの外、人間論の検討に時間がかかり、その検討にとどまった。だが、新しい重要な知見を得た。1.従来『獄中ノート』におけるグラムシの人間論がマルクスの「フォイエルバッハ・テーゼ」6の継承線上にあることは明白であったが、実はグラムシ自身の探究過程で、「人間性」論から「人間」論への転回が起こっており、そこでは上記「テーゼ」6のみならず「テーゼ」3にも準拠し、両テーゼの統合において彼の「人間」論が立論されていることが検出された。2.この転回により、グラムシの人間論は、個人の次元に焦点が当てられると同時に、マルクスの「社会的諸関係」は、当の個人が取り結ぶ「活動的諸関係」として捉えなおされ、この関係における個人の受動-能動の弁証法、さらに、社会における個人の「中心-部分」という思想史上・社会学史上でも従来まったく議論されたことのない独特の二重構造的位置関係が捉えられ、それが彼の人間論に内包されていることが明らかになった。3.さらに、「個人-諸社会(諸集団)-人類」の関係を「個別-特殊-普遍」の関連において把握する際の生きた弁証法の論理をもグラムシが提起していたことが析出された。人間論の検討は、まだ完了していない。論文としては(下)を執筆しなければならない。当面、これを早期に達成すると同時に、国内外の一部で流布されているグラムシ人間論の「関係主義」的解釈の問題点を批判的に検討し、その後、引き続き当初の計画にしたがった研究を推進していく予定である。

前年度の報告書において、グラムシ人間論の検討はまだ完了しておらず、その論文の(下)を執筆すること、さらに、グラムシ人間論の「関係主義」的解釈を批判的に検討すること、その後、次の研究に移行すると記した。実績は、上記(下)として想定していた研究対象のテキスト部分が予想以上に複雑な諸問題を内包していることが明らかになり、(下)を2つに分け、今年度は(下-1)を発表した。他方、「関係主義」的解釈の批判は果たし得、雑誌論文として発表した(2回分載)。こうして今年度も人間論の研究に留まったとはいえ、以下のような、その解読上の重要点をいくつか新たに検出し得、彼の思想全体の鍵概念である「ヘゲモニー」概念とのつながりも突き止め得た。1.グラムシの人間論は、総体としての「人間性」論においても、個体性論においても、弁証法的な意味での自己媒介的な生成の論理を根底に据えていること、この点を検出、明確化しえた。2.グラムシ人間論の鍵概念が「活動的関係」の概念にあることは、すでに明らかにしてきたが、この概念が、この「活動的関係」とは彼の概念としての「ヘゲモニーの関係」に他ならないことが、今回明らかになった。この点は、今後、グラムシの思想体系のなかで彼の人間論が占める理論構造上の位置を探るための決定的な環になりうると考えられる。3.グラムシの考える「歴史的ブロックとしての個人」と、他方有名な彼の「構造と上部構造との歴史的ブロック」との区別・関連が明らかになった。最終年度に到っても、結局ほぼグラムシ「人間」論の検討に終始したが、その深化と完結を通じて、彼の人間論の問題構成における核心問題の所在を突き止めえ、次のように彼の人間論を再把握し、それを通じて社会学史的比較への最初の基礎をすえることができた。1.マルクスの「フォイエルバッハ・テーゼ」との関連についてはグラムシ「人間」論は、単に第3、第6テーゼと関連しているだけでなく、マルクスの現実観を示す第1テーゼからすでに関連しており、しかも、第1テーゼの現実観に介在する主体に焦点をあて、それを人間論として主題化したものであることが明らかになった。ここから「人間とは何か」は「哲学の第一の主要な問い」であるという彼の言及の意味も明確になった。2.核心問題は「人間」概念と「個人」概念との関連づけにあり、グラムシは、「個人」が、自らの活動的諸関係を通じて、他在を自己の個体性に反映し、したがって、個人と他者と自然とからなるものとしての「人間性」を反映した「人間」として、自己の個体的限界を超えて生成する、という「人間」概念を構成、提起していたことが、析出された。3.この把握に立って、「個人・社会」の関係把握をめぐる問題を軸にして、グラムシの見地と若干の代表的社会学諸理論との比較対照を、社会学史の展開にそって行い、その検討の成果を「研究成果報告書」に結実させた。
表面ナノ構造とナノ分子膜の相互作用を利用した機能性潤滑表面の創成に関する研究

磁気記録装置のヘッド・ディスク・インタフェース(HDI)に代表されるように,nmスケールまで微小化する機械要素間の安定的な相対運動を実現するには,nm厚さの潤滑膜による潤滑機能の達成が必須となる.HDIにおいては潤滑膜の厚さは1-2nmまでの薄膜化が必須とされているが,この膜厚は単分子膜厚に相当し,現状ではその評価方法は確立されていない.私はこれまでの研究において,nmオーダの隙間に閉じ込められた潤滑剤の粘弾性特性を評価するために,ファイバーウォブリング法とよばれる超高感度せん断力測定法を開発してきた.本年度は本手法を用いて,磁気ディスク基板上に塗布された単分子膜厚(1-2nm)の液体潤滑膜の力学特性の測定を目的とした.ファイバーウォブリング法では摺動子として先端を球形状に加工した光ファイバープローブを用い,先端の球(以下,先端球)により基板上の潤滑膜を摺動して,そのときのファイバのたわみを測定することによりせん断力を検出する.単分子膜厚の潤滑膜の力学特性の測定においては,潤滑膜の介在する先端球と基板とのナノメートルオーダの隙間を0.1nmオーダの精度で設定する必要がある.0.1nmの隙間の送りはピエゾアクチュエータを用いることにより達成可能であるが,このような微少な隙間は直接測定することが困難であるため,隙間の絶対値を同定することが難しい.そこで本研究では先端球と基板との固体接触を高精度に検出する手法を新規に考案し,固体接触点を隙間ゼロとして,そこからのピエゾアクチュエータの送り量から隙間を同定する手法を確立した.新規に考案した固体接触の同定法は,固体表面の突起同士の接触により先端球に励起される共振周波数の振動成分を,ロックインアンプを用いることにより高精度に検出するものである.この隙間の同定法により,単分子膜厚の潤滑剤の力学特性の測定に成功した.磁気記録装置のヘッド・ディスク・インタフェースに代表されるように,nmスケールまで微小化する機械要素間の安定的な相対運動を実現するには,nm厚さの潤滑膜による潤滑機能の達成が必須となる.これまでの研究においては,nmオーダの隙間に閉じ込められた潤滑剤の粘弾性特性を評価するために,ファイバーウォブリング法とよばれる超高感度せん断力測定法を開発してきた.本年度は本手法を用い,無極性および極性のフッ素系潤滑剤について粘弾性特性の隙間依存性を測定した.極性および無極性潤滑剤は,ともに直鎖状の高分子であり主鎖の分子構造は同一であるが,極性潤滑剤のみ末端に極性の高い水酸基を有する.水酸基の効果により,極性潤滑剤は基板に化学的に結合した単分子膜厚の吸着層を形成することが知られている.一方,無極性潤滑剤ではこのような吸着層は形成しない.測定の結果,どちらの潤滑剤においても数百nm以下の隙間において粘性係数は隙間の狭小化に伴い増加し,最大でバルク状態での20倍から30倍に達することを明らかにした.また,数nmの隙間においてバルク状態では測定されない弾性を発現することを明らかにした.化学的吸着層を形成する極性潤滑剤と形成しない無極性潤滑剤の測定結果を比較することにより,二分子膜厚以下の隙間において無極性潤滑剤では粘性係数が上昇し続けるのに対して,極性潤滑剤では粘性係数の上昇が停止することを明らかにした.これは,流動性をもたない化学的吸着層の影響によると考えられる.また,マイクロメートルスケールからナノメートルスケールまで隙間を狭小化する過程と,逆に隙間を拡大化する過程において測定した粘弾性特性とを比較し,それらがほぼ一致することを見出した.このことから,上に述べたようなナノ閉じ込め状態に特異的な粘弾性特性は,隙間変化に対して可逆的であることを明らかにした.磁気記録装置のヘッド・ディスク・インタフェース(HDI)に代表されるように,nmスケールまで微小化する機械要素間の安定的な相対運動を実現するには,nm厚さの潤滑膜による潤滑機能の達成が必須となる.HDIにおいては潤滑膜の厚さは1-2nmまでの薄膜化が必須とされているが,この膜厚は単分子膜厚に相当し,現状ではその評価方法は確立されていない.私はこれまでの研究において,nmオーダの隙間に閉じ込められた潤滑剤の粘弾性特性を評価するために,ファイバーウォブリング法とよばれる超高感度せん断力測定法を開発してきた.本年度は本手法を用いて,磁気ディスク基板上に塗布された単分子膜厚(1-2nm)の液体潤滑膜の力学特性の測定を目的とした.ファイバーウォブリング法では摺動子として先端を球形状に加工した光ファイバープローブを用い,先端の球(以下,先端球)により基板上の潤滑膜を摺動して,そのときのファイバのたわみを測定することによりせん断力を検出する.単分子膜厚の潤滑膜の力学特性の測定においては,潤滑膜の介在する先端球と基板とのナノメートルオーダの隙間を0.1nmオーダの精度で設定する必要がある.0.1nmの隙間の送りはピエゾアクチュエータを用いることにより達成可能であるが,このような微少な隙間は直接測定することが困難であるため,隙間の絶対値を同定することが難しい.そこで本研究では先端球と基板との固体接触を高精度に検出する手法を新規に考案し,固体接触点を隙間ゼロとして,そこからのピエゾアクチュエータの送り量から隙間を同定する手法を確立した.新規に考案した固体接触の同定法は,固体表面の突起同士の接触により先端球に励起される共振周波数の振動成分を,ロックインアンプを用いることにより高精度に検出するものである.
関節障害の病態解明と薬物治療効果判定のための機能的イメージングの開発

MRIを用いた早期軟骨障害の精度の高い非侵襲的評価法開発を目的として、下肢荷重関節軟骨の荷重反応性に関する定量的評価システムを構築し、基礎的・臨床的有用性について検討した。MRIでの関節軟骨T2は関節軟骨への力学環境の鋭敏な指標となりうることが基礎的・臨床的に明らかなとなり、荷重に対する関節軟骨の詳細な生理学的反応の解析および早期関節障害に対する非侵襲的力学環境評価法として有用であることが示された。関節症状を訴える患者の関節軟骨障害に対する、客観性と再現性に優れた関節軟骨内部質的評価の非侵襲的評価技術として、高磁場MRI装置を用いた軟骨機能イメージングに関する以下の基礎的・臨床的研究をおこなった。1.股関節初期関節症における静的質的評価の有用性の検討:高磁場3テスラMRIを用いて、正常股関節14関節および臼蓋形成不全を有する変形性股関節症26関節の股関節臼蓋・骨頭軟骨のT2緩和時間分布解析をおこなった。正常関節軟骨では、臼蓋・骨頭軟骨とも荷重部を中心に基底部の低T2値から表層部の高T2値へのT2時間傾斜パターンを全例で認めた。初期股関節症患者の臼蓋軟骨は低T2時間一様性分布を33%、高T2時間一様性分布を67%に認めた。臼蓋軟骨T2時間分布評価は、正常と早期関節症症例で有意に異なるパターンを示すことが明らかとなり、T2時間パラメータ評価は鋭敏な変性評価の指標となりうることが示された.2.荷重シミュレーション下機能イメージング:3テスラMRIに適合した荷重状態を再現する下肢圧迫装置を開発し、体重の50%の圧迫負荷に伴う膝関節軟骨のT2緩和時間による質的解析を、正常膝22関節と関節軟骨・半月板障害膝5関節で比較検討した。正常膝では、圧迫負荷に伴い内側脛骨関節軟骨を中心にT2時間の有意な減少(4-6%)を認めたが、障害膝では障害部位に従い関節軟骨のT2時間変化の過剰減少・増加が認められた。本荷重シミュレーション下イメージングは障害膝の力学的環境評価における有用性が認められ、力学的環境解析による治療適応・効果判定への臨床的有効性が示唆された。3.ワイヤレスRFコイルの作成:短時間に高精細な膝関節軟骨イメージングにむけて、次世代ワイヤレスRFコイルを開発し、ファントム撮像実験によりその有効性を検討した。3T-MRI適合した送受信兼用Birdcage coil(直径20 cm、高さ29cm)ならびにそれと電磁結合するWireless-Helmholtz coil(以下Wireless coil:直径12cm、高さ12cm)を試作した。Birdcage coil単独の場合に較べて、Wireless coil付帯場合は、送信ゲイン及び比吸収率がそれぞれ1/6及び1/60となった。雑音比信号強度はBirdcage coil単独に比べWireless coil付帯の方が1.2倍となり、ワイヤレスRFコイルは超高磁場MR装置における比吸収率の改善と画質向上に有効な手法であることが示された。関節障害を有する患者の早期関節軟骨障害に対する、感度と再現性に優れた関節軟骨内部質的評価の非侵襲的評価技術として、高磁場MRI装置を用いた軟骨機能イメージングに関する以下の基礎的・臨床的研究をおこなった。1)機能的メージング(荷重シミュレーション下f-MRI)の生理学的機序解明のための基礎的研究荷重状態下でのMRIでの関節軟骨評価パラメータの変動に関する生理学的機序を解明するため、3テスラMRIに適合した豚摘出膝用の荷重デバイスを非金属性素材で開発した。さらに、荷重負荷に対する関節軟骨の詳細な反応性変化を評価するため、軟骨T2マッピング用解析ソフトを開発した。豚摘出膝に、非荷重、0.6N荷重負荷、関節内反位圧迫(内側に0.9N負荷)状態でのT2マッピング解析をおこなった。関節軟骨内側中間層では0.6N荷重により10%のT2時間減少、さらに関節内反位圧迫により25%のT2時間減少が認められたのに対し、深層・浅層ではT2時間減少は軽度であった。荷重状態下でのMRIでの関節軟骨T2パラメータは、荷重に対する関節軟骨の詳細な生理学的反応の解析および関節軟骨の力学環境評価法として有用であることが示された。2)機能的メージングを用いた関節障害の力学環境評価に関する臨床研究(荷重シュミレーション下評価の有用性の検討)下肢圧迫デバイスを用いたLoading in situ MRI (Lis MRI)による股関節T2マッピングが、荷重状態での軟骨内基質変化を反映した力学環境の指標となりうるかを臨床例で評価した。股関節障害のないボランティア6例(ボ群)と臼蓋形成不全を有する初期関節症患者3例(患者群)に対し、3テスラMRIを用い、非圧迫状態と下肢圧迫デバイスによる体重50%の圧迫状態で、脂肪抑制下multi-echo spin echo法にて中央冠状面でT2マッピングをおこなった。

圧迫負荷にともない、臼蓋/骨頭軟骨荷重部ROIのT2値変化はボ群-0.6%/-4.2%、患者群-14.0%/-5.2%で、臼蓋軟骨に患者群で有意に大きなT2値減少が認められた(p=0.02)。患者群で圧迫による臼蓋軟骨のT2時間の強い減少傾向は、同部での荷重集中により軟骨内水分量の減少やコラーゲン構築の変化が大きいことを反映していると推察される。Lis MRIによるT2マッピングは関節内力学環境の定量的評価に有用である可能性が示唆された。関節疾患の先進的な非侵襲的定量評価技術として、生理的な立位荷重状態を再現したMRI関節軟骨評価法を開発し、基礎的検証的実験と関節疾患を有する患者への臨床応用をおこなった。1)荷重シミュレーション下MRIの生理学的機序解明のための基礎的研究高磁場MRIに適合する豚摘出膝用の荷重デバイスを開発し、豚摘出膝に対し非圧迫下、圧迫下、膝関節内反10度での圧迫下にて、3T MRIを用い関節軟骨内細胞外基質機能の鋭敏な指標であるT2 mappingを撮像した。関節軟骨T2解析用ソフトウエアを開発し、関節軟骨内層別T2値の荷重応答反応および低圧用応力フィルムでの圧迫下力学環境評価との関連性について検討した。関節内側部・外側部とも圧迫にともない特に軟骨中間層で強いT2値短縮を認め、内反圧迫で内側部T2短縮がさらに増強した。関節内応力値と中間層T2値の高い関連性を認めた。圧縮下T2 mappingが、変性・再生軟骨の非侵襲的力学特性評価法となりうることが基礎的に明らかとなった。2)関節疾患を有する患者での荷重シミュレーション下f-MRI臨床研究施設倫理委員会の研究承認を得た後に、十分な患者への研究説明と参加同意を得て臨床研究をおこなった。MRI適合下肢荷重デバイスを開発し、初期関節症患者(膝関節および股関節)30例において、非荷重下および荷重下T2 mapping評価をおこなった。股関節症例では荷重により関節形態の重要なX線指標である臼蓋形成不全値(CE角)と荷重に伴う臼蓋軟骨外側部T2値低下との有意な関連性が認められた。膝関節障害例では半月板損傷部周囲で荷重に伴うT2値低下が有意に乏しかった。これらの結果は、臨床例においても荷重にともなう関節内T2値変化が生理的な荷重伝達環境に関する鋭敏な定量的評価指標になりうることが明らかとなった。