hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気熱量効果測定のための高精度磁場中示差走査熱量計の開発

磁気熱量効果とは磁性体に磁場を加えた場合の温度変化やエントロピー変化である.磁気冷凍は磁気熱量効果を用いた冷凍法であり,環境に優しく省エネルギーが図れることから,最近大いに注目されている.とくに一次相転移物質は潜熱を発生するので,巨大磁気熱量効果材料として期待されている.本研究は一次相転移物質の磁気熱量効果を正しく測定する方法として示差走査熱量計(DSC)に着目し,磁場中で作動するDSCの製作を行った.現在までにゼロ磁場中で一次転移物質の吸熱ピークを精度よく測定することに成功した.今後磁場中での測定を行う予定である.磁場による磁性体の温度変化やエントロピー変化を磁気熱量効果という.一次転移を示す遷移金属磁性体は磁気熱量効果が大きいので,磁気冷凍材料として注目されている.しかし一次転移の場合は,測定法によって大きな誤差を示す場合があり,信頼できるデータを得る方法の開発が強く求められている.そこで本研究は高精度測定できる磁場中示差走査熱量計(DSC)を作製し,それを用いて巨大磁気熱量効果を示す一次転移物質の物質の磁気熱量効果を直測定することを目的としている.初年度はDSC構成部分についてそれぞれテストを行い,その動作の確認を行うとともに磁場中へ移行するためのプロセスについて考察した.以下に本年度の結果を示す.1. DSCの高精度測定で最も重要な温度計測については採用を計画しているサーモモジュールについてテストを行い,温度分解能も十分な精度を持つことを確認した.2.次に重要なポイントであるベースラインの安定性について,ゼロ磁場のもとで高真空中で断熱セルを用いる方式を採用しテストを行った.さまざまな条件で安定性を調べたが,結果的にDSCは温度を一定の速度で動かしながら測定するので,昇温速度を調整すればベースラインは断熱セルを温度制御しなくても十分な安定度が得られることがわかった.そこでそれを考慮して磁場中に入れるために,ダウンサイズした装置の設計を開始した.コンピュータプログラムについても開発中である.3.測定用の試料である,一次転移を示すMn化合物とCo化合物について試料を作製し,間接的な方法で磁気熱量効果を測定して,巨大磁気熱量効果物質の探索を行った.本研究は高精度測定できる磁場中示差走査熱量計(DSC)を作製し,それを用いて巨大磁気熱量効果を示す物質の磁気熱量効果を直測定することを目的としている.本年度は初年度のDSC構成部分のテストの結果を基に,ゼロ磁場でのDSC測定装置を立ち上げを行い,標準物質と実際のMn系の材料の測定を行った.以下に本年度の結果を示す.1.ゼロ磁場でのDSC測定装置を製作し,その立ち上げを行った.2.標準物質の測定を行い,温度計の校正を行った.3.実際に室温で一次転移を示す(MnFeRu)2PSi化合物のDSC測定を行い,一次転移による大きなDSCピークの観測に成功した.4.結果の一部を11月にハワイで開催された第59回Magnetism and Magnetic Materials Conferenceで発表した.5.現在磁場中での測定について準備を進めているところである.磁場による磁性体の温度変化やエントロピー変化を磁気熱量効果という.磁気熱量効果の測定は比熱を測定する方法や磁化測定によって熱力学関係式から磁気エントロピー変化を求める方法などがあるが,潜熱や熱ヒステリシスをもつ一次転移の場合は正しく評価するのが難しい.本研究では示差走査熱量系(DSC)を用いて磁気熱量効果を測定する装置を試作する.当初の計画案では周囲を真空断熱制御する方式を考えていたが,断熱にするよりも試料容器の周りに何重にも輻射シールドを入れてゆっくり昇温するほうがきれいなベースラインになることを知り,昨年度までにその方式で測定する装置を製作し,ゼロ磁場でのDSCの測定が可能であることを実証した.さらに本来の目標である一次転移を示す(MnFeRu)2PSi化合物についても測定を行いDSCピークを確認した.今年度はまず標準物質の測定を行い,横軸の温度と縦軸のDSCシグナルのキャリブレーションを行った.そして(MnFeRu)2PSi化合物のゼロ磁場におけるDSC曲線を求めた.この物質はピークが大きいので,非常にきれいなDSC曲線が得られている.その測定精度は市販のDSCで測定した結果と同程度である.しかし最終目的が磁場中でDSCを測定し,ゼロ磁場の結果との差をとることなので,そのためにはもう少しベースラインを安定させる必要があると考え,内部の構造を少し変えた.こうして超伝導マグネットに挿入して測定する装置は完成したが,本年度キャンパス移転があったため,磁場中での測定が予定よりも遅れてしまった.加えて温度コントローラが故障したため,全体を室温付近に保つことが困難で,現在温度コントローラの修理を待っているところである.最終的には磁気熱量効果は得られなかったものの,ゼロ磁場の測定に成功するなどDSCのノウハウも得てきたので近いうちの磁気熱量効果も測定できるものと考えている.磁気熱量効果とは磁性体に磁場を加えた場合の温度変化やエントロピー変化である.磁気冷凍は磁気熱量効果を用いた冷凍法であり,環境に優しく省エネルギーが図れることから,最近大いに注目されている.とくに一次相転移物質は潜熱を発生するので,巨大磁気熱量効果材料として期待されている.

本研究は一次相転移物質の磁気熱量効果を正しく測定する方法として示差走査熱量計(DSC)に着目し,磁場中で作動するDSCの製作を行った.現在までにゼロ磁場中で一次転移物質の吸熱ピークを精度よく測定することに成功した.今後磁場中での測定を行う予定である.巨大磁気熱量効果のゼロ磁場での測定には成功し,そのデータを発表するところにまで至っている.当初憂慮していたベースラインの安定性も新しく設計した装置でも十分な安定度を保つことがわかった.ただし安定な測定のためには十分時間をかけて温度を変化させる必要があることもわかってきた.また使用しているPt温度計はサンプルステージが小さいため,薄膜状のものを用いる必要がある.この場合十分な精度で構成されているものを入手することができなかったので,こちらで構成する必要があった.しかし標準試料の測定で,本実験の予定している精度内で十分構成することができた.磁性物理学現在磁場中での測定を行うべく準備を進めている.もう少し早く着手する予定であったが,キャンパス移転のため超伝導マグネットを移転する必要があったため,マグネットなどの再セットアップに少し時間がかかっている.本年度中に磁場中測定を達成したい.また磁気熱量効果を測定するためには,DSC測定の縦軸である熱量の精度も必要で,こちらも標準物質の測定などを通じて調べていく予定である.当初の予定通りゼロ磁場でのDSCの動作確認を達成した.サーモモジュールによる温度計測は十分な精度を持つことを確認した.ベースライン安定化のため,高真空容器,断熱セル,サンプルステージの構造を持つDSCを考えて動作状況を調べたところ,ベースラインの安定度は断熱セルの温度制御よりもむしろサンプルステージの大きさで決まることがわかってきた.そのため断熱制御しない方式に切り替えて磁場中装置の設計を行っている.これにより装置は大幅に簡略化できる見通しがついた.また,Mn化合物とCo化合物で巨大磁気熱量効果物質の探索を行い,本装置の試料となる物質を見出した.装置の構成部分について動作確認を行っているとき,化学の分野で室温付近で稼働する精密DSC装置が製作されていることを知った.そこで千葉大学に行って見学させていただくとともに,装置製作者についていろいろなノウハウを伺った.この精密DSCは真空容器や断熱セルを用いない方式でベースラインを安定化する方式を用いていた.これは大変参考になったので現在設計中の磁場中のDSC装置にもその特徴を反映させている.今後この装置をくみ上げて磁場中でテストすることを予定している.
X線表面進行波を用いる極表面電子密度の"その場"測定法の開発

微少入射角で白色X線を表面にすれすれ入射すると全反射がおこる。入射角が決まると臨界エネルギーで等角反射し反射率測定を、そのときの散乱は全反射回折測定を可能とする。さらに同時に非対称散乱は表面を伝搬する表面進行波測定ができる。本研究はこれらの測定を組み合わせて構造・機能物性評価装置として実用化実験を本研究期間の主要課題として行った。高精度化装置の開発、それによる高信頼性再現性測定から次に示す結果を得た。1、シリコン基板上に白金(Pt)ストライプをマスク蒸着で形成した。その基板表面に白色X線を低角(0.1deg以下)で入射し表面で分散した表面伝搬波(異常散乱反射、Yoneda wing)を半導体X線検出器でエネルギー分光した。基板(Si)とPtからのピークが得られ、その表面密度が計測されることを確認した。2、表面伝搬波は全反射から屈折への遷移領域で観測される進行波であるから極表面の電子密度が計測されると予想される。その確認実験として水素終端化シリコン基板の紫外線照射下での酸化過程の表面伝搬波観測が行われ極表面の電子密度の時間変化が測定されて予測が正しいことが証明された。3、銅蒸着薄膜の紫外線照射下での、および酸化雰囲気下での酸化過程のその場観測を応用実験として行い酸化過程で極表面にシーリング層の存在が確認され極表面密度の動的測定ができる新しい評価法への発展が期待できる。4、化合物半導体、砒化ガリウム(GaAs(111))ウェハの吸収端を横切るX線分散による表面伝搬波測定で原子散乱因子の異常分散項の直接測定の可能性が示唆され、学問上および応用上興味ある知見が得られた。微少入射角で白色X線を表面に入射すると全反射の条件で臨界角に相当する臨界エネルギーで鏡面反射X線が等角散乱する。同時に表面を伝搬する弱い表面進行散乱波を観測できる。等角反射と屈折波の遷移領域に存在し遷移表面波とも表現できる。この新しいX線表面進行波の観測は全反射の散乱式から表面密度を測定できることを次に示す2,3の応用実験から実証した。(1)シリコン基板上の白金薄膜からのシリコンと白金のX線表面進行波のピークエネルギーは双方の表面密度を示した。(2)水素終端シリコン表面の紫外線照射による酸化課程の観測から表面密度の時間変化がその場観測されてその結果特異な酸化のメカニズムが示唆された。(3)銅蒸着膜の表面密度はバルク密度の84%、チタニュウム蒸着膜は98%を示す等、金属の蒸着特性の観測ができることが示された。(4)銅蒸着膜の紫外線照射下での表面密度のその場観測から表面酸化メカニズムが観測され、その結果はparrattらによるX線反射率による測定結果とよい一致をしめした。特にシールオフ効果が確認されるなど、本手法の有用性が確認された。以上の実証実験に加え、つぎの萌芽的応用研究を行った。(1)X線表面波ピークエネルギーが物質の異常散乱領域を横切る時の現象を調べた。具体的には、ガリウムヒ素ウエハーの111面を散乱表面として、入射角を変化させ表面波がヒ素、ガリウムのK吸収端を順次横切るときのX線表面波のピーク強度とエネルギーを観測した。吸収端近傍の非線形領域、と離れた領域の線形領域が観測され、極性面の判別などの実用面の応用研究のみならず新しい基礎研究の萌芽が期待される。(2)酸化チタン単結晶の紫外線照射下での表面密度変化を観測し、表面の光触媒反応と表面構造の関係を調べた。とくに有機溶媒雰囲気下での表面回折との同時測定によるその場観測を行い興味ある結果が得られた。

微少入射角で白色X線を表面にすれすれ入射すると全反射がおこる。入射角が決まると臨界エネルギーで等角反射し反射率測定を、そのときの散乱は全反射回折測定を可能とする。さらに同時に非対称散乱は表面を伝搬する表面進行波測定ができる。本研究はこれらの測定を組み合わせて構造・機能物性評価装置として実用化実験本研究期間の主要課題として行った。高精度化装置の開発、それによる高信頼性再現性測定から次に示す結果を得た。1、シリコン基板上に4mm×100μm,間隔100μm,20本の白金Ptストライプをマスク蒸着で形成した。その基板表面に白色X線を低角(o.1deg以下)で入射し表面で分散した表面伝搬波(異常散乱反射、Yoneda wing)を半導体X線検出器でエネルギー分光した。基板(Si)とPtからのピークが得られ、その表面密度が計測されることを確認した。2、表面伝搬波は全反射から屈折への遷移領域で観測される進行波であるから極表面の電子密度が計測されると予想される。その確認実験として水素終端化シリコン基板の紫外線照射下での酸化過程の表面伝搬波観測が行われ極表面の電子密度の時間変化が測定されて予測が正しいことが証明された。3、銅蒸着薄膜の紫外線照射下での、および酸化雰囲気下での酸化過程のその場観測を応用実験として行い酸化過程で極表面にシーリング層の存在が確認され極表面密度の動的測定ができる新しい評価法への発展が期待できる。4、化合物半導体・砒化ガリウム(GaAs(111))ウエハの吸収端を横切るX線分散による表面伝搬波測定で原子散乱因子の異常分散項の直接測定の可能性が示唆され、学問上および応用上興味ある知見が得られた。以上の再確認実験に続き、本年度は重点的研究課題として光触媒反応評価に応用した。酸化チタン単結晶の紫外線照射下での表面密度・格子変化を観測し光触媒反応と格子原との相互作用をその場観測し興味ある結果が得られ国際学会で発表・論文とした。
魚類の種分化を引き起こす神経基盤の解明

生殖的隔離は種分化を引き起こす重要な素過程の一つであるが、その成立メカニズムは明らかになっていない。生殖的隔離の神経基盤を解明するため、ヨシノボリの雄が同種の雌に求愛、あるいは別種の雌を排他する際に活動する脳領域を、最初期遺伝子c-fosの発現パターンを指標に同定した。その結果、視覚情報の処理過程や全身性の反応を制御する下垂体・視床下部の活動に違いが見られた。このことから、ヨシノボリの雄は雌を視覚刺激で識別しており、視覚情報の一次入力領域である視蓋が行動選択における判断の中枢として働くことが考えられる。前年度にクローニングしたc-fos遺伝子のヨシノボリホモログ(Rfc-fos)を用いて、薬剤処理により強制的に神経活動を惹起させたカワヨシノボリの脳でin situハイブリダイゼーションを行った。その結果、惹起前にはRfc-fosの発現はあまり見られないのに対し、惹起後30分で脳全体にシグナルが強く検出された。このことからRfc-fosは、神経活動の履歴標識に有用なツールとなる事がわかった。次にカワヨシノボリ雄に求愛行動をとらせ、30分後に脳を採取した。Rfc-fosの発現パターンを調べた結果、嗅覚に関わる背側野内側部や視覚に関わる視蓋・浅視蓋前域・糸球体核・下葉、情報中継核である視床・糸球体前核複合体、情動や求愛行動に関わる手綱核・視床下部・視索前野などにシグナルが確認された。一方、異種であるオオヨシノボリ雌に対し、カワヨシノボリ雄は攻撃行動を示した。攻撃開始後30分の脳では、背側野内側部や視床下部などにRfc-fosの発現が見られたが、同種雌に対する求愛時と比べて検出される脳領域は少なかった。マウスの雄では、視床下部のVMHvlが攻撃行動の中枢であり、交尾時にはこの領域が抑制される(Lin et al, 2011)。このことから、カワヨシノボリ雄の求愛時には、攻撃行動を抑制しながら求愛行動の神経回路が活動しており、そのために攻撃時より多様な脳領域が活動していると考えられた。これまで生態学の分野では、繁殖行動における雌雄の駆け引きを観察し、繁殖戦略や種の進化に関する考察が試みられてきた。しかし、そのような行動の神経基盤に関する研究はなされてこなかった。今年度の研究成果は、生殖的隔離に関わる同種・異種の識別における、脳内の神経活動の可視化を試みたものであり、生態学が培ってきた野生動物の行動に関する知見に神経科学の視点から新たな切り口を見出した点で、極めて重要である。ハゼ科に属するヨシノボリの雄は、同種の雌には求愛する一方、別種の雌は排他する。このような識別に依存した行動選択の神経基盤を解明するため、1)ヨシノボリの脳アトラス作成による各神経核の同定と、トランスクリプトーム解析によるペプチドホルモンや神経伝達関連遺伝子の塩基配列の同定を進め、非モデル動物であるヨシノボリでの解析に必要な基盤情報の整備を推進した。2)最初期遺伝子c-fosの発現を指標として、行動に伴い活動した神経細胞の局在パターンを求愛時と排他時で比較した。1)名古屋大学生命農学研究科の山本直之教授にご協力をいただき、ヨシノボリ雄の脳切片を作成した。現在、他のハゼ科魚類やキンギョなどと比較し、各神経核の同定を進めている。また、愛媛大学沿岸環境科学研究センターの仲山慶講師と協同で次世代シークエンサーによるmRNA配列の解析を行った。現在、CLC Genomics Workbenchを用いて、同じスズキ目のティラピアやダツ目のメダカなど魚類モデル動物の既知配列に対するBLASTを行い、ヨシノボリの遺伝子ホモログの同定を進めている。2)水槽内で巣作りさせたヨシノボリの雄に同種・別種の雌を提示し、求愛・排他行動を惹起した。30分後に雄の脳をサンプリングし、c-fosに対するin situ hybridizationを行った結果、求愛と排他では、いくつかの脳領域に活動の違いが確認された。求愛の際には中脳視蓋から視床前核を経由して終脳背側野側部へと、視覚の伝導路に沿って神経活動が伝達されているが、排他の際にはこのような伝達が確認されなかった。また、下垂体前葉や視床下部でも、排他より求愛の際に神経活動が多く観察された。ヨシノボリの雄は雌を視認して行動を開始する事から、視覚刺激が行動選択の開始シグナルであると考えられ、中脳視蓋が種の判別と行動選択の中枢であると考えられる。生物種間での行動の多様性を生み出す神経基盤を明らかにすることを最終目的として、同一河川内に棲息しているにも関わらず生殖的隔離が成立しているハゼ科硬骨魚類のヨシノボリに注目した。

平成23年度はまず、河川で捕獲したカワヨシノボリ(Rhinogobius flumineus)を実験室環境下で飼育し、雄が野生と類似の求愛行動を示すことを確認した。この成果は今後、同種・異種で求愛行動にどのような差が生じるのかを観察し、神経系の活動を解析する上で極めて重要である。また、神経活動依存的に神経細胞内で発現する遺伝子c-fosのカワヨシノボリホモログ(Rfc-fos)をクローニングし、イントロンを含むゲノムの部分配列を同定した。これにより、Rfc-fosのイントロン配列をプローブに用いてin situハイブリダイゼーションを行うことで、求愛行動の際に活動した脳領域を同定することが可能になった。また水槽内で産卵された卵を人工飼育し、発生過程を追跡しつつ孵化まで生育させた。その結果、21°C環境下では受精後2日目に体軸形成、3日目に咽頭胚、7日目には下顎の形成が完了して仔魚の基本形態がほぼ完成し、受精後約2週間で孵化することがわかった。このタイムテーブルは今後、ヨシノボリ種間で神経発生に関わる遺伝子の発現パターンについて比較解析するための礎となる。また、各発生段階で神経系をホールマウント免疫染色にて可視化した結果、受精後7日目の胚で三叉神経や脊髄神経、側線神経などの末梢神経系だけでなく、後交連や内側縦束、中脳視蓋に投射する神経線維など、中枢神経系の神経回路も明瞭に観察することができた。特に、繁殖相手の特定に重要な視覚を司る中脳の神経回路形成を容易に観察できることは、今後の解析にとって大きな利点となり得るだろう。今年度の研究から、Rfc-fosが神経活動の履歴標識に有用である事がわかり、実際のカワヨシノボリ雄の脳内で、同種と異種の雌に対し、行動の違いを反映する神経活動の違いを可視化する事に成功した。この点については、今年度開始時点で期待されていた結果を得る事ができ、当該研究課題を大きく進展させられたと考える。しかし、現在使用しているRfc-fosプローブはエクソンに対して設計されたものであり、行動後30分で発現パターンを検出しているため、時間解像度が低い。この問題を克服し、種の識別に関わる神経活動と実際の行動に関わる神経活動を分離して観察するため、イントロンプローブの活用を進めるべきである。すでにRfc-fosイントロン配列はクローニング済みである。また、求愛行動に関わる視床下部に関して、ヨシノボリ種では神経核レベルでの地図が存在しない。求愛行動や攻撃行動で活動が見られた視床下部の神経核を同定する事は、行動と神経回路の関係性を論じる上で極めて重要である。このため、マウスの発生過程において視床下部の領域化に関わる事が報告されている転写因子群(Shimogori et al, 2010)をヨシノボリでクローニングし、比較解剖学の見地から、ヨシノボリの視床下部について神経核の地図を作製する必要がある。この他にも、神経回路形成に関わる軸索ガイダンス因子をクローニングし、求愛行動や攻撃行動に関わる神経回路の構築に関わるガイダンス環境の同定を進めていかなければならない。以上のように、進展した部分は大きいものの、本研究課題の当初の目的を達成するためには、まだまだクリアしなければならない問題点は多いと考えるため、達成度としてはやや遅れていると判断した。平成23年度は、今後の解析に必要な実験環境の整備と解析用ツールの作成を行った。カワヨシノボリの捕獲から飼育、実験環境下での求愛行動の再現について、過去の研究で可能であることは報告されていたが、自身の実験系として確立できたことは大きい。
神経細胞ネットワーク機能イン・ビトロ解析素子の開発と応用

この研究で目的とする神経細胞の信号電流計測には、任意のネットワークが形成できることが重要である。チャンバー内で遺伝子導入して培養したが、信号の計測は出来なかった。神経細胞を任意の測定点に置き、確実にネットワーク内の信号を計測するために、神経細胞ネットワークの形成の制御に重点をおいた。また、神経細胞には、信号の流れに方向性があるため、ネットワーク形成の軸索と樹状突起の方向が制御できればネットワーク内の信号の流れが解析しやすくなる。細胞外基質としてよく用いるPLLと軸索の成長に作用するラミニンを、格子の間隔の異なるパターンのスタンプを用い、間隔の狭いPLLのパターンの上に、基点を合わせて間隔の広いパターンでラミニンをパターニングする二重パターニングすることによってネットワークの成長の方向を制御し、この神経細胞の極性の方向を、免疫染色を用いた染め分けによって観察することを考えた。この免疫染色には細胞骨格を染めるMAP2とシナプトフィジンを染める抗シナプトフィジン抗体を用いた。シナプトフィジンはプレシナプスに存在するシナプス小胞内にあるひとつのタンパク質である。プレシナプスは軸索側にあるためシナプトフィジンが存在する側が軸索であると判別できる。しかし、この免疫染色の結果だけでは、軸索の位置を断定できなかった。プレシナプスを確認するには高倍率な電子顕微鏡などの機器によって観察しなければならず、光学顕微鏡で観察できる範囲では祖紺シナプス結合が形成されているということまでしか分からない。この結果は軸索の方向の断定は出来なかったが、この結果は重要な結果を示している。それは、基板上の任意のネットワークにおいてインビトロの神経細胞が信号の伝達を行うためのシナプス結合を形成しており、刺激を与えれば信号が伝達されるのを観察することが可能であるということである。近年の医療の発達は人の寿命を飛躍的に延ばした。アルツハイマー病など中枢神経系の疾患にかかる人の割合も年々増加している。アルツハイマー病は、神経細胞が変性してしまうことで情報信号のやり取りが阻害されることで起こっている。このような神経変性の発生メカニズムや信号の阻害の機構についてはさまざまな仮説が出ているが、はっきりと定まってはいない。本研究の目的は、未だ明らかになっていない領域が多い脳の機能を、神経細胞ネットワーク間における情報信号の伝達機構を測定することで神経細胞の構造が持つ機能を根本から解明することである。神経細胞を形成するタンパク質分子の構造が持つ機能を、神経細胞分子と他のタンパク質との作用とそれによる信号伝達への影響を測定し解析することで特定できれば、アルツハイマー病などの神経編成疾患の病理解明及び、これらの疾患に対する根本的な治療法の確立に繋がる。これらを実現するため、本研究では、初代培養細胞を用いて状態の安定したin vitro測定素子を開発し解析を行う。本研究ではまず、複数の測定点を持つプレーナーパッチクランプ素子の開発をおこなった。所属研究室では、培養型のプレーナーパッチクランプ素子を開発しており、これを応用する。複数の神経細胞の間の信号伝達を計測するために新しいプレーナーパッチクランプ素子は、同一基板上に4つの測定点を持つ。この測定点は、素子中央からそれぞれ等間隔に置き、それぞれの測定電極が干渉しない距離をとって密に配置している。この測定素子上に神経細胞を培養しネットワークを形成させ、各測定点からチャネル電流を計測し、信号伝達を解析する。また、リソグラフィー技術により作製したスタンプを用いて、細胞外基質を基板上にパターニングし任意の細胞ネットワークパターンを形成させる。これらを用いて神経初代培養細胞にイオンチャンネルを導入し光刺激による応答を測定する。
乳幼児が動きや属性を表す語を学習するメカニズムについての研究

子どもにとって獲得が容易なのは名詞か動詞かについては、普遍的名詞優位説(Gentner,1982)と入力言語依存説(Gopnik&Choi,1990;Tardif,1996)とのあいだで世界的な論争が続いている。このうち普遍的名詞優位説は、語に対応づけるべき概念の理解しやすさを重視し、名詞(モノの名前)は動詞より言語普遍的に獲得が容易だと主張し、入力言語依存説は、言語によって動詞の出現頻度や目立ちやすさが違うことに注目し、動詞が目立つ言語を母語とする子どもたちは、動詞を名詞より(あるいは少なくとも名詞と同じくらい)容易に学習しているとしてきた。そして、動詞学習に有利な言語の特徴として、(1)主語や目的語がよく省略され結果として動詞の出現頻度が高い(2)語尾変化がないなど動詞の文法形態がシンプルであるといったことを指摘してきた。ところで、中国語は、主語や目的語が頻繁に省略されるだけでなく、動詞が活用しないため、語形態の面で見れば動詞は名詞と同じくらいシンプルだと言える。そこで本年度の研究では、中国語を母語とする子どもが、英語や日本語を母語とする子供より,また名詞より動詞を容易に学習しているのか検討した。結果として、中国の子どもにとっても動詞の学習は日本語児や英語児と同様困難なことが見いだされた。それどころか,中国の子どもが動詞を正しく動作に対応づけることができるようになる時期は、日本語、英語を母語とする子どもにそれができるようになる時期よりさらに遅いことも明らかになった。ここから、これまで「子どもの動詞学習を助ける」とされてきた言語の特徴については再考する必要があり、これまで「有利」とされてきた中国語の特徴がかえって中国語児の動詞学習を困難なものにしているかもしれないことが示唆された。これまで、与えられた語の意味を子どもはどのように推論しているかを検討する際に主に取り上げられてきたのは、名詞であった。しかし、子どもが学習する語も名詞だけではない。そこで、名詞以外の語として、事物の動きを表すことば(動詞)や属性を表すことば(形容語)に注目し、子どもたちはどのようにしてこれらを学習していっているのかを検討した。具体的にまず動詞の研究について言うと、これまでの研究で既に、発話状況から動きそのものを切り出し語に対応づけることは3歳くらいの子どもにとって困難なことが見いだされていたので、そこをさらに進め、子どもは何を手がかりに、動詞に対応づけるべき概念としての「動作そのもの」を切り出すことができるようになっていくのかを明らかにしようとした。そして本年度はその一要因として、動作に含まれる事物の形状類似性に注目した。結果として、動作に含まれている事物の形が似ていれば、子どもはそのことに助けられて、より容易に動詞を「動作そのもの」と対応づけられることが見いだされた。また、人が事物を持って動作をしている場面そのものを子どもがどのように記憶しているかを検討することにより、事物の記憶の方が動作そのものの記憶よりもしっかりしていること、したがって、このように概念として把握することの困難な動作そのものを概念化する上で、その存在自体が顕著な事物が大きな役割を果たしていることが示唆された。一方、形容語の獲得の研究では、そもそも「な」といった語形を手がかりに子どもはその語が属性を指すということがわかるのかについて日本語ではまだ確認がなされていなかったので、本年度はそこから始めた。これまでのところで、既知の事物を指して、「な**だね」(**は事物の名前)のように新しい形容語が導入されると、5歳児は、この「な」がその事物の属性をさすと解釈できること、しかし、それ以前では、語の意味として、属性のみを事物から切り離してとらえることは困難であるらしいことがわかってきた。幼児が新しく耳にした動詞の意味をどのように推論するかを扱った研究からは、5歳児は、新しい動詞を動作そのものに結びつけることができるが、3歳児は、同じ事物で同じ動作が行われていないと、同じ動詞を適用したがらないことがわかっている。そこで本研究では、3歳児は何を手がかりにして、動詞を、事物がかわっても同じ動作が行われている場面に適用できるようになるのかを追求してきた。本年度は、(1)動詞が導入される場面の動作で用いられている事物が、子どもにとって既知のものであった場合、子どもは動詞の意味として、動作そのものに注目しやすくなるのか、(2)(これまでの研究では、導入場面に対して「ネケっている」だけのように新しい動詞のみが発せられて導入されていたが、このような導入の仕方がかえって動詞の意味がどこまでなのか、つまり、動作のみなのか、それとも事物と動作の両方を含むのかを曖昧にしていた可能性を考え)新しい動詞が主語、目的語をともなって提示されることで、子どもは動詞が動作のみを指すことによく気づくようになるのか、について検討した。結果、(1)の事物既知性については明らかな促進効果が、(2)の項構造については、事物が既知の場合のみ効果が見いだされた。(2)に関する結果は、日本の幼児は、(日本語では動詞が主語、目的語なしに使われることが少なくないので)動詞がどのような項構造を持つかという手がかりに強くは依存していないことを示すものとも見なせる。実際、アメリカの共同研究者が英語児に対して行った同様の実験からは、英語児は5歳になっても、新しい動詞が、主語、目的語をともなって、つまり項構造に埋め込まれて提示されないと、その語は動作に対応づけるべきことがわからないことが示された。

これは英語では、動詞が主語や目的語なしに発せられるととがほとんどないことに対応している。以上、項構造手がかりは、動詞が(事物とは独立な)動作そのものを指すという推論を助けるが、この手がかりにどれだけ子どもが依存しているかは、その言語における動詞の使われ方に影響を受けることが示唆された。子どもにとって獲得が容易なのは名詞か動詞かについては、普遍的名詞優位説(Gentner,1982)と入力言語依存説(Gopnik&Choi,1990;Tardif,1996)とのあいだで世界的な論争が続いている。このうち普遍的名詞優位説は、語に対応づけるべき概念の理解しやすさを重視し、名詞(モノの名前)は動詞より言語普遍的に獲得が容易だと主張し、入力言語依存説は、言語によって動詞の出現頻度や目立ちやすさが違うことに注目し、動詞が目立つ言語を母語とする子どもたちは、動詞を名詞より(あるいは少なくとも名詞と同じくらい)容易に学習しているとしてきた。そして、動詞学習に有利な言語の特徴として、(1)主語や目的語がよく省略され結果として動詞の出現頻度が高い(2)語尾変化がないなど動詞の文法形態がシンプルであるといったことを指摘してきた。ところで、中国語は、主語や目的語が頻繁に省略されるだけでなく、動詞が活用しないため、語形態の面で見れば動詞は名詞と同じくらいシンプルだと言える。そこで本年度の研究では、中国語を母語とする子どもが、英語や日本語を母語とする子供より,また名詞より動詞を容易に学習しているのか検討した。結果として、中国の子どもにとっても動詞の学習は日本語児や英語児と同様困難なことが見いだされた。それどころか,中国の子どもが動詞を正しく動作に対応づけることができるようになる時期は、日本語、英語を母語とする子どもにそれができるようになる時期よりさらに遅いことも明らかになった。ここから、これまで「子どもの動詞学習を助ける」とされてきた言語の特徴については再考する必要があり、これまで「有利」とされてきた中国語の特徴がかえって中国語児の動詞学習を困難なものにしているかもしれないことが示唆された。
ユース・サブカルチャーズから見た社会変容～ギャル・ギャル男の社会化を中心に～

平成26年度は、ギャル・ギャル男を中心としたユース・サブカルチャーズ「イベサー」のメンバーとその引退者、彼らをとりまくメディアに対する調査・研究を行った。研究内容は以下の2点に集約される。1点目はユース・サブカルチャーズの普遍的な要素とその背景の社会に関して考察するもの。2点目は彼らを取り巻く近年の社会環境の変化に伴う彼ら自身の変化を考察するものである。1点目では、彼らは勤勉さと悪徳を併せ持った価値観及びそれに結びついたサブカルチャー資本を持ち、それを一般経済社会における社会的な成功に結びつく資本として捉え、実際に社会に出た後に活用し続けることを明らかにした。またこの知見を通じ、ある種のプロテスタント的美徳に加え、悪徳も現在の資本主義社会に分かちがたく結びついているということを考察し、以上の知見をそれぞれInternationalSociological Association、European Association for Japanese Studiesにて発表した。2点目では、近年発達したソーシャルネットワーキングサービスは、彼らにとって監視と、不良性が永続的に記録され拡散される可能性をもたらすものとして認識されており、将来に繋がるリスクのある不良性のある行動を忌避させることに繋がっていること。また、ポジティブな情報発信を行うことが、将来の成功に結びつくと捉えるようになっていることを明らかにした。そして彼らの活動と楽しみを、現実の空間に集まり不良行為を楽しむという「ギャザング」から、多くの人間に評価される楽しそうでポジティブなリアリティをシェアするという「シェアリング」へと変化させたということを明らかにし、The Japanese Studies Association in Southeast Asiaにてその知見を発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は、ギャル・ギャル男を中心としたユース・サブカルチャーズ「イベサー」のメンバーとその引退者、彼らをとりまくメディアの情報に対する調査・研究を行った。先行研究では日本のユース・サブカルチャーズは卒業儀礼を経て、不道徳性のある価値観とライフスタイルを卒業し、結婚と労働を軸とした道徳的で安定したライフコースに入ると述べられてきた。研究代表者は、彼らの不道徳性の中に含まれるサブカルチャーキャピタルを細分化し詳細な検証を行った。暴力および、反社会性に関する文化資本に関してはAsian Studies Conference Japanにて。脱社会的な文化資本に関してはJapanese Studies Association of Australiaにて。異性愛の利用を中心とする文化資本およびメディアと彼らとの関わり等に関してはlnter-Asia Cultural Studiesにて、それぞれ知見をまとめ発表した。また、総合的知見および背景の社会との関わりに関する知見は、カルチュラルスタディーズ学会の論文として出版した。以上の研究を通じ、彼らは不道徳性を含むサブカルチャーキャピタルを実際の社会で役立つものと見なすため、形式的な卒業の儀礼を経ても一般経済社会において持続させて使用し、関連するライフスタイルを続けることが明らかになった。また背景として、本研究の対象者達と現在の日本社会の間には、互恵関係が存在していることを明らかにした。同時にこの互恵関係による経済的な成功体験とアイデンティティの充足が、彼らが卒業儀礼後も継続して不道徳性を含むサブカルチャーキャピタルを持続させる要因となっていること。そのような互恵関係ゆえに彼らおよび社会が抱えるリスクが相互隠蔽される構造を明らかにした。そしてこれらの研究を通じて得た研究手法上の知見に関しては、日本社会学会にて発表した。以上が成果である。平成25年度は、日本のユース・サブカルチャーズの卒業の概念が形骸化している状況の実態把握、その背景にある社会との間の互恵関係、そこに潜む負の側面の分析、以上の三点を明らかにすることを目的とした。この目的を達成し、国内外の査読付き学会発表、論文にて発表、公刊した。さらに平成26年度の予定であった、異なる世代の実態の比較研究も概ね完了し、査読付き国際学会での発表も決定している。また研究過程で得た調査手法上の知見も査読付き学会発表で発表を行った。

以上の理由により当初の計画以上に進展していると考えられる。平成26年度は、ギャル・ギャル男を中心としたユース・サブカルチャーズ「イベサー」のメンバーとその引退者を対象とし、それぞれ異なる世代の比較研究を行い、経時的実態を把握し、相違点の分析を行う。それにより、ユース・サブカルチャーズの普遍的な要素と、変化した要素、そしてその背景にある社会と社会規範の変容を明らかにする。そしてこの内容に関する学会発表を行い、平成25年度の研究で得られた知見と合わせた研究成果を、論文の形にまとめあげ投稿する。
高強度レーザーによるプラズマ利用陽子加速に関する基礎研究

この研究の第一の目標はレーザーとプラズマの相互作用を用いた陽子加速の原理実証を行うことである。今年度は、昨年度に引き続き陽子源から射出された陽子を1MeVまで加速させる前段加速器の製作を行った。前段加速器としてシャントインピーダンスが高く、加速効率が優れているIH(Interdigital H-mode)型線形加速器を採用している。試作器の製作が終了し、その性能測定(共振周波数、Q値、電場分布)を行った。電場分布、共振周波数の実験結果はシミュレーション結果と数%の誤差は生じたが、これは装置の微調整により改善できることがわかっているので、ほぼ設計通りの結果が得られた。また、Q値は試作器ということで材質に真鍮を用いたことにより、設計値の約三分の一程度の値になってしまった。今後、試作器の微調整を行い、実機に向けた詳細な測定を行っていく予定である。一方、陽子加速に向けた高出力レーザーを用いたプラズマ航跡場励起実験では、電子プラズマ波が励起されていることは観測できたが、現有するレーザー装置の調整不足のため満足できる結果を得ることが出来なかった。今後、レーザーの改善・調整を行う必要がある。今年度は陽子加速法の詳細な検討、および原理実証を行うために必要となる陽子源の調整を行った。陽子源としては比較的小型であり、構造が簡単な冷陰極PIG放電によって生成された水素プラズマを利用した陽子源を使用している。調整の結果、陽子源から射出されるビームのエミッタンスの測定はまだ行っていないが、その他のビームパラメーター(エネルギー、電流)は使用条件を満たす結果が得られた。また、陽子加速法としてはレーザー励起航跡場の横電場を利用した方法とV_p×B加速機構を用いた方法の2種類について詳細な検討してきた。その結果、V_p×B加速法は高エネルギー領域の加速に適していることがわかった。そのため陽子源から射出された30keVの陽子を1MeVまで加速させる前段加速器の製作も行った。前段加速器としてシャントインピーダンスが高く、加速効率がよいIH(Interdigital H-mode)型線形加速器を採用することにした。現在、MAFIA等のシミュレーションソフトを使用してIH加速器用の電極を含めた加速空胴の設計値に対する最終検討を行っているが、加速電極・加速空胴の設計値はほぼ決定しているので、今後その設計値に従った試作器を製作し、加速空胴内の電場分布を測定していく予定である。
窒化物半導体デバイスに印加される分極電界の観測と制御

巨大な分極を有する半導体デバイスの性能向上に向けて、デバイス動作時に極めて近い状態で分極電界を定量評価し、バンドプロファイルを制御する技術を確立することを目的とする。これまでの研究では、従来の窒化物半導体デバイスに対して分極電界の向きが逆方向に加わるN極性発光ダイオードおよび高電子移動度トランジスタを作製し、電界の方向と強度を定量評価する技術の確立を試みてきた。デバイスに交流電圧を変調信号として印加し、電界変調反射スペクトルを測定した。その結果、内部電界の向きと強度に応じて反射信号の形状が変化し、電界の向きや強度を定量評価できることが分かった。N極性GaN/AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタでは、分極不連続に起因して上層側のGaN/AlGaNヘテロ界面近傍に二次電子ガスが蓄積することが分かった。さらに、GaNにInを添加したInGaN混晶を作製することにより分極不連続量が増加し、InNモル分率が0.11のときに二次元電子ガス濃度が2倍程度となることが分かった。平成30年度は、さらに分極効果を増強させるために高InNモル分率InGaN成長技術について研究を行った。InGaNは混晶組成に伴い格子定数が大きく変化する。そのため、高InNモル分率InGaNはAlGaNやGaNとの格子不整合率が極めて大きく、歪成長させることが難しい。InNモル分率InGaNの格子緩和過程を詳細に調べるために、分子線エピタキシー法でGa極性GaNおよびN極性GaN上にInNモル分率0.30程度のInGaNを80 nm程度結晶成長させ、格子緩和過程を逆格子マッピング測定により観察した。その結果、InGaNは10 nm以下の薄膜で速やかに格子緩和することが分かった。このような格子不整合の大きな系では、歪による圧電分極効果は期待できず、自発分極の不連続に起因した分極効果のみ発現すると考えられる。平成28年度は、評価試料となる発光ダイオードおよびトランジスタの作製技術の確立とデバイス動作中の電界の方向と強度を定量評価する技術の確立を目指した。内部電界の評価には変調分光法を用いた。まず、InGaN/GaN発光ダイオードの内部電界の評価を行った。III族極性およびN極性GaN上にInGaN/GaN多重量子井戸を発光層とした発光ダイオードを有機金属気相成長法により成長した。成長後、フォトリソグラフィを用いてp型GaNおよびn型GaN表面に電極を形成し、電極間に交流電圧を変調信号として印加し、電界変調反射スペクトルを測定した。電界変調反射スペクトルより、InGaNおよびGaNに起因した反射信号が得られた。電界変調反射スペクトルの位相や振幅は格子極性によって異なっていた。スペクトル形状をフィッティングし電界強度を求めると、格子極性により内部電界の向きと強度が異なることが分かった。ゼロバイアス時においてInNモル分率0.20程度のInGaN井戸内に印加される電界強度は、III族極性において+1.3 MV/cm程度、N極性においてー2.5 MV/cm程度であった。また、AlGaN/GaNトランジスタの内部電界評価に向けて、N極性GaN/AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ構造の作製を試みた。GaN上にAlGaNを成長すると、引っ張り応力を受けてクラックが発生するため、クラックの生じない組成および膜厚範囲で構造最適化を試みた。AlNモル分率0.20、膜厚25 nm程度でクラックフリーを達成し、電極を形成しトランジスタ動作を得ることができた。電圧ー容量特性を評価し、二次元電子ガスの形成を確認した。平成28年度は、変調分光法を用いた内部電界の評価技術の確立とInGaN/GaN発光ダイオードやAlGaN/GaNトランジスタなど評価対象となる試料の作製技術の確立を目的とし研究を実施した。結晶成長に関して実施した内容としては、研究開始当初にはAlGaN/GaNトランジスタの作製技術が確立していなかったため、この素子構造の結晶成長を実施した。混晶成長の成長条件最適化と臨海膜厚を考慮した構造最適化を実施した。特に伸長歪によるクラックの発生が素子作製の弊害であることが分かり、臨海膜厚以下の組成および膜厚設計を行うことによりクラックフリーのAlGaN/GaNトランジスタを作製することに成功した。内部電界の評価技術については、InGaN/GaN発光ダイオードを電界変調反射分光法で評価する技術の構築から研究を始め、格子極性により電界強度が異なることを実験的に観測することに成功した。AlGaN/GaNトランジスタについては、作製技術を確立した後、電圧ー容量特性から評価を進めた。外部から電圧を印加すると、チャネルとなるGaN/AlGaNヘテロ界面に電子が蓄積している様子と空乏化する様子を確認することができた。これは、外部電圧により電極直下のバンドプロファイルが変化することを示している。今後、変調分光法による内部電界の評価を進める。以上より、本研究はおおむね順調に進展している。

これまでに、発光ダイオードおよびトランジスタの作製技術の確立とデバイス動作中の電界の方向と強度を定量評価する技術の確立を試みた。III族極性およびN極性GaN上にInGaN/GaN多重量子井戸を発光層とした発光ダイオードを有機金属気相成長法により成長し、フォトリソグラフィを用いてp型GaNおよびn型GaN表面に電極を形成した。電極間に交流電圧を変調信号として印加し、電界変調反射スペクトルを測定したところ、内部電界の向きと強度に応じて反射信号の形状が変化し、電界の向きや強度を定量評価できることが分かった。また、N極性GaN/AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ構造を作製し、AlNモル分率0.20、膜厚25 nm程度でクラックのない構造が得られることが分かった。平成29年度は、ヘテロ界面の固定電荷を制御するための結晶成長技術を検討した。N極性GaN/AlGaN/GaNトランジスタ構造を対象とし、最上層のGaN層に蓄積される電子濃度の増加を試みた。GaN/AlGaN/GaN構造に蓄積される電子濃度は1×10^13 cm-2程度であることをホール効果測定により確認した。このGaNをInGaNに置き換えると、圧縮歪に起因した圧電分極が印加される。圧電分極により、InGaN/AlGaN界面の分極不連続量が増加し、より電子を引き寄せることができる。有機金属気相成長によりInGaNの混晶組成を変えながらInGaN/AlGaN/GaN構造を成長し、電子濃度をホール効果測定により評価した。その結果、InGaN中のInNモル分率の増加に伴い電子濃度が増加し、InNモル分率0.11の時に電子濃度が2倍程度となった。平成29年度は、ヘテロ界面の電荷を制御するための構造を作製するための結晶成長技術の確立を目的として研究を実施した。平成28年度までにN極性GaN/AlGaN/GaN構造を作製し、分極効果により電子が最上層に蓄積することを確認できていた。この電子濃度を増加させることで、動作電流を増加させることができる。そこで、今年度の目標はN極性GaN/AlGaN/GaN構造のヘテロ界面の電荷を制御する構造の作製を試みた。最上層をGaNからInGaNに置き換えて有機金属気相成長を行った。InGaNは平坦な膜を得るのが難しく、初期検討時はInGaN表面に60 nm程度の凹凸を有しており、平坦膜を得るのが課題であった。有機金属気相成長時の成長温度や原料供給量などを検討し、さらにInGaN中のInNモル分率を0.11以下に抑えることで、平坦な膜を得ることができた。この構造において、電子濃度が増加することをホール効果測定により確認できた。GaN/AlGaN/GaN構造と比較して、InGaN/AlGaN/GaN構造の電子濃度は2倍程度だった。二次元電子ガスが蓄積することを確認するために、金属ー絶縁体ー半導体構造を作製し、C-V測定を行った。C-V特性からキャリア濃度の深さ分布を評価したところ、InGaN/AlGaN界面近傍で電子濃度が急激に増加し、ピーク値で2×10^19cm-3の濃度を得た。以上の結果から、目標とする構造の作製に至ったと判断し、おおむね順調に進展していると判断した。
結核菌分泌因子によるマクロファージ機能制御の分子基盤の確立

結核菌ゲノム上のRD1領域は、マクロファージの細胞内カルシウム濃度の上昇を介してカルパインを活性化し、IL-1αの成熟化と分泌に関与する。また、結核菌に対する感染防御の誘導に関わるASCは、144番目のチロシン残基がプロテインキナーゼであるJnkおよびSykによりリン酸化を受けると、スペックと呼ばれる凝集塊を形成する。ASCスペックはcaspase-1を活性化し、成熟型IL-1βやIL-18産生が誘導されることが示された。さらに、PD-1シグナル経路はエフェクターT細胞の機能制御に強い効果を発揮するが、メモリーからエフェクターT細胞への分化制御には、Tim3経路が重要な役割を果たしている。これまでの研究成果から、結核菌に対する感染防御の誘導にはApoptosis-associated speck-like protein containing caspase recruitment domain(ASC)が関与することが示されている。また、カスパーゼ1やNLRP3欠損マウスでは感染後に誘導される感染防御応答に低下が見られないことから、ASCはインフラマソーム形成やカスパーゼ1の活性化を介さずに感染防御の誘導に関与することが示唆される。そこで、インフラマソーム形成を介さない場合にASCの活性化がどのような機序で誘導されるのかについて解析した。その結果、ASCは特定のチロシン残基がリン酸化されると凝集し、ASCスペックを形成することが明らかになった。さらにこの機序について詳細に解析したところ、ASCのリン酸化にはプロテインキナーゼであるc-jun N-terminal kinase (JNK)およびSpleen tyrosine kinase (Syk)が関与し、これらキナーゼによりASCの144番目のチロシン残基がリン酸化されることが明らかとなった。また、144番目のチロシン残基の変異体を用いた解析から、同アミノ酸のリン酸化がASCスペック形成に重要であることが示された。さらに、尿酸投与により実験的に誘導される炎症反応がSykおよびJNK非存在下では有意に抑制される事から、これらプロテインキナーゼはin vivoにおいてもASCスペック形成に関与することが示された。ASCスペックはカスパーゼ1を呼び寄せ、その活性化を誘導する場として働くことが示されている。今のところ、カスパーゼ1以外にASCスペックと会合する分子を特定することはできていないが、防御免疫の成立に関わるシグナル経路を担う分子の活性化にASCスペックが関与する可能性は大きいものと考えている。本研究の目的は、結核菌ゲノム上の病原性関連遺伝子領域RD1が、結核菌感染後の宿主防御免疫の誘導に与える影響を解明することにある。これまでの研究で、RD1は感染マクロファージからのIL-1βおよびIL-18産生に関与することを明らかにしてきた。さらにサイトカイン産生応答について解析を進めたところ、マクロファージに結核菌を感染させると強いIL-1α産生が誘導されるが、RD1欠損株を感染させてもIL-1α産生が誘導されないことから、RD1はIL-1α産生誘導にも重要な役割を果たすことが示された。しかし、RD1欠損株の感染でも野生株の感染と同程度にpro-IL-1αの発現が誘導された。IL-1αがpro-IL-1αから成熟型IL-1αに変換され、培養上清中に分泌されるためにはカルパインの活性化が必要となる。そこで、マクロファージに野生株とRD1欠損株を感染させ、その後のカルパイン活性化の程度を測定した。その結果、結核菌野生株はカルパインの活性化を強く誘導したが、RD1欠損株にはその活性が認められなかった。また、野生株の感染ではカルパインの活性化に必要な細胞内カルシウム濃度の上昇が認められたが、RD1欠損株の感染では細胞内カルシウム濃度の上昇は著しく弱いものであった。さらに、カルシウムイオノフォアであるA23187存在下でマクロファージにRD1欠損株を感染させると、IL-1α産生が有意に増強することが示された。これらの結果から、RD1は結核菌感染マクロファージで誘導されるpro-IL-1αの発現には影響を及ぼさないが、細胞内カルシウム濃度の上昇を介してカルパインの活性化を誘導し、IL-1αの成熟化と分泌に関与することが明らかとなった。そこで、ASCの活性化がどのような機序で誘導されるのかについて解析した。

さらにこの機序について詳細に解析したところ、ASCのリン酸化にはプロテインキナーゼであるc-jun N-terminal kinase (JNK)およびSpleen tyrosine kinase (Syk)が関与し、これらキナーゼによりASCの144番目のチロシン残基がリン酸化されることが明らかとなった。また、144番目のチロシン残基の変異体を用いた解析から、同アミノ酸のリン酸化がASCスペック形成に重要であることが示された。BCG接種4週目以降に結核菌を経鼻感染させたマウスの肺におけるTh1型サイトカインやケモカイン産生量は、結核菌のみを感染させたマウスのそれらよりも弱かった。この結果は、BCG接種により強い防御免疫が出現するが、その制御に関わる抑制機序も誘導されることを示すものである。そこで、抗原特異的T細胞からのIFN-γ産生を指標にして、この制御機序について検討した。その結果、PD-1シグナル経路はエフェクターおよびエフェクターメモリーT細胞細胞からのIFN-γ産生を抑制する強い効果を発揮することが示された。また、セントラルメモリーからエフェクターT細胞への分化制御には、PD-1よりもTim3経路が重要な役割を果たすことが示された。感染免疫学ASC欠損マウスは結核菌に感受性で、感染後早期に死亡する。また、感染病巣となる肺では好中球およびマクロファージの著明な浸潤が認められ、壊死を伴う強い炎症反応が誘導される。この機序を明らかにするため、感染4週後の肺におけるサイトカイン産生を測定した。その結果、ASC欠損マウスの肺ではIL-1bおよびTNF-aの強い産生が認められる一方で、IFN-gおよびIL-12p40産生量に違いは認められなかった。また、感染細胞の細胞死に伴うIL-1a放出量の増加が観察された。しかし、今のところ結核菌に対する感染防御におけるASCの重要性を説明しうる現象を捉えるまでに至っていない。今後さらに細胞レベル、サイトカイン産生レベルおよび分子レベルで解析を進めていく必要がある。結核菌分泌因子のマクロファージ機能への影響を解析する目的で、それら因子の遺伝子を挿入した発現ベクターをマクロファージ株にトランスフェクトして結核菌因子を産生する細胞株の樹立を試みている。いくつか細胞株は得られたが、発現レベルの安定した株を得ることができていない。これは複雑なタンパク質発現系用いていることが原因の一つであると考えられるため、新たなシステムへの変更を考慮する必要がある。RD1は、結核菌の分泌装置ESX1の構成成分や、その分泌因子をコードするESX1領域の一部である。結核菌は、その病原性や宿主免疫応答の誘導に関与する因子を、ESX1システムを介して分泌するものと考えられており、RD1欠損株ではこのESX1分泌システムが機能していない。RD1によるマクロファージ機能修飾に関する解析から、RD1はミトコンドリア膜を傷害してATP合成を抑制することにより感染マクロファージにネクローシスを誘導すること。