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心筋細胞内カルシウム濃度調節機転

心筋細胞へは心臓の拍動ごとに細胞膜カルシウムチャネルを介してカルシウムイオンが流入する。これに相当するカルシウム量を細胞外に駆出する必要があるが、そのメカニズムとしてNa-Ca交換機転がある。Na-Ca交換は3対1でその結果Caの駆出にともなって一つの十電荷が細胞内へ移動することになるかこれを電気生理学的方法で記録することができる。我々の研究では一個の心室筋細胞あたり約200pAの電流として記録できる。このNa-Ca交換電流と記録しその電流の大きさに対する膜電位の影響を調べると、膜電位が負電位側に移動すると電流の大きさが増大する。即ち、細胞内が負になると、Na^+を細胞内へ電気的に駆動する力が大きくなり、Na-Ca交換が促進することになる。静止膜電位が課いはで、Caの駆出は促進され、脱分極するとこれが阻害される。一般に心筋細胞を脱分極状態におくと、細胞の機能が障害されるが、このメカニズムによる。我々はこの回転の速度を測定するため、細胞内のCa^+濃度を瞬時に上げる方法(Caged Ca^+法)を用いて、その後の電流の変化を記録した。その結果、細胞内Ca^+の上昇にともなってNa-Ca交換電流が増大するとき、一定の時間に依存した増大を観察することができた。この事実はNaイオンの輸送にともなって電荷が移動するとするモデルで説明できる。さらに、その電流変化速度の時定数から、Na-Ca交換の回転速度の上限を求めることができた。その値は200/secで、Na-Kボンブの回転速度によく似ていることがわかった。今年度はこの結果に基づいて、次の実験計画を立てることを行なった。心筋細胞のCaをくみ出す最も重要な機転であるNa/Ca交換機転について、その回転速度を求める目的で、実験的に細胞内のCa濃度を瞬時に上昇し、これによるNa/Ca交換機転の緩和現象を解析した。実験には単離したモルモットの心室筋細胞を用い、細胞内に紫外線照射によってCaイオンを放出する化合物(Nitr5)を心室筋細胞内に与え、この細胞のNa/Ca交換電流を記録中、紫外線を照射すると、内向き電流が発生した。この電流は時間とともに消失すること、Niイオンによって抑制されること、その逆転電位が理論的に説明できることから、Na/Ca交換に基づくものであることを確認した。この電流の活性化の時間経過を解析した結果、その経過はほぼ指数関数的で、その時定数は膜電位の過分極とともに増大するが、その電位依存性は電流振幅の膜電位依存性と良く一致していた。更に、温度を帰ると10度変化で3倍以上の変化が認められ、単なる人工産物と区別することができた。従来の報告で最も良く使用されている数学もでるに基づき、記録した電流変化を再現する試みをした結果、電流の発生はNaの移動に伴っていることが予測された。更に、このモデルによって測定された緩和現象の時定数と回転率の関係を理論的に導くことができた。Na/Ca交換の回転速度は200/secであり、この値はNa/Kポンプの回転速度とほぼ等しいことが示唆された。これらの結果をJournal of Physiologyに発表した。
量子縮退バルク励起子の励起子Lyman分光法による精密観測

励起子ライマン分光法を用いて、歪誘起トラップ中にトラップされた亜酸化銅中の1sパラ励起子の世界初の吸収イメージングに、励起子温度7Kにおいて成功した。また、励起子内部遷移の共鳴エネルギーの印加応力依存性を理論的に計算可能とし、実験結果との対応付けを行った。また、この中赤外分光法を希釈冷凍機に対して適用する実験系を完成させ、100mK台の量子縮退パラ励起子の吸収イメージングを取得することに成功した。さらに、2台のフェムト秒モード同期チタンサファイアレーザーを構築し、超高精度な光周波数コムとして完成させることで、固体の精密分光の実現への道筋をつけた。2.3Kに冷却した亜酸化銅単結晶に形成した歪誘起トラップポテンシャル中にパラ励起子を蓄積し、励起とは垂直方向から1s-2p遷移の共鳴に合わせた、波長可変単一縦モード量子カスケードレーザーによるプローブ光を照射した。その上でトラップされた励起子の約8倍の拡大像を中赤外領域で作成し、窒素冷却MCT検出器を二次元的に掃引しながら各位置において微分透過量を測定した。励起光の横モード形状や拡大結像系の調整を進めた結果、トラップされたパラ励起子の誘導吸収イメージを明瞭に捉えることに成功した。また、トラップ中で1s-2p共鳴がシフトすることを確認しており、数値計算との比較を進めている。励起光、プローブ光はともに音響光学素子を用いて高速に矩形状に切り出しを行っており、プローブ光の強度を16ビットのADコンバータで同期検出して微分変化量を算出することで、中赤外領域において5桁のダイナミックレンジを確保して希薄なパラ励起子の検出を可能にした。一方、希釈冷凍温度において進めている、希薄で安定なボースアインシュタイン凝縮体の形成実験において、凝縮体の存在を示唆する異常な発光強度の振る舞いが観測されている。そこで上記の成果を活用し、運動量保存則の要請から輻射緩和を生じない凝縮体を直接観測するために、誘導吸収イメージを取得する実験系の構築を進めた。希釈冷凍温度を維持しながら中赤外レーザー分光を可能とするためには、中赤外光を透過する窓材を使用しながら室温の熱輻射を最小限に抑えることが肝要である。そこで輻射シールドにおける窓材として、1s-2p遷移の共鳴波長付近のみを透過する狭線幅バンドパスフィルタを採用した。その結果120mK台のベース温度を実現することに成功し、実際にプローブ光を試料に透過させ、拡大像を取得する段階まで到達することができた。これにより、凝縮体の誘導吸収イメージを取得する準備が整った。希釈冷凍機において、熱輻射を抑制しながら中赤外光を導入可能とするために、中赤外のバンドパスフィルタを輻射シールドに導入し、さらに中赤外光の導入と発光観測を両立させる光学系を希釈冷凍機の内部に構築した。希釈冷凍機で冷却したバルク亜酸化銅試料中でトラップされ、100mK付近まで冷却されたパラ励起子を用意した。波長可変量子カスケードレーザーの出力を歪誘起トラップ中の1s-2p共鳴波長に設定した上で、適切なパルス幅のパルスに切り出した上で試料に照射した。試料の拡大像を形成し、その結像部でMCT検出器を二次元的に掃引しながら微分透過信号を取得することで、当該低温領域において初めてパラ励起子の吸収イメージを取得することに成功した。一方、2台のモード同期レーザーを用いてオルソ励起子からパラ励起子への転換プロセスを観測するため、まず1台のフェムト秒モード同期チタンサファイアレーザーの設計および製作を行い、実際に5W励起のもとでパルス幅20fs、出力1W、繰り返し周波数80MHzのレーザーを完成させた。これを踏まえ、同じ設計のモード同期レーザーをもう1台製作した。従来の分光法を超えた精緻な固体分光法を実現するために必要な、キャリアエンベロープ位相の制御のためにf-2f干渉計を構成した。精度の高いオフセット周波数の制御のため、励起光源の強度雑音を慎重に調べ、最も適した励起光源を選択した。音響光学素子を使用して励起光の強度を調整することで、安定な高周波信号の基準に位相同期することに成功した。さらに、従来の固体モード同期レーザーのポインティング安定性の問題を克服し、オフセット周波数の安定化が最低でも1日以上継続できることを実証した。共振器内に装着したピエゾ素子を制御することで、2台のモード同期レーザーの繰り返し周波数を相対的に精度良く同期させたり、相対位相を制御することに成功した。本年度は計画通り、希釈冷凍温度において歪みとラップされた超低温パラ励起子の吸収イメージを取得することに成功した。中赤外光導入による冷凍機内部の温度上昇が見られたことにより、ボース・アインシュタイン凝縮の条件を満たすことが当初の想定より難しくなったものの、実現の一歩手前まで到達している。高安定なフェムト秒モード同期チタンサファイアレーザーの開発は想定以上に進展し、当初予定していた2台の繰り返し周波数の相対安定化を超えて、キャリアエンベロープオフセット周波数の安定化も実現し、これにより計画時よりも精緻な励起子の分光実験が可能となった。また本開発を通じて、固体モード同期レーザーで一般的に問題となっていたキャリアエンベロープオフセット周波数の長期的な安定化の困難を克服した。この当初計画を超えた成果は、光周波数コムを用いた超精密分光学の進展に波及する可能性がある。

本研究で実現した亜酸化銅励起子の吸収イメージングにおいては、これまでに1s-2p吸収スペクトルにおけるピークエネルギーのシフトや形状の変化を発見していた。その起源を明らかにするため、歪誘起トラップポテンシャル中の1s-2pパラ励起子遷移について理論的に考察した。歪による1s励起子準位のエネルギーシフトについては過去の文献でよく知られているものの、np状態については報告がない。そこでnp状態の波動関数を基底として相互作用ハミルトニアンの行列要素を計算し、2次摂動の範囲で、空間不均一な歪下でのnp準位のエネルギーを任意の空間位置で求めることが可能となった。加えて励起子の熱分布も考慮に入れることで、トラップされた熱的励起子ガスおよびボース・アインシュタイン凝縮体の1s-2pスペクトルを計算することが可能となった。さらに、オルソ励起子の1s-np遷移エネルギーの計算も加え、当該中赤外スペクトル領域におけるオルソ励起子とパラ励起子の重畳の可能性について指摘を行った。一方、高密度亜酸化銅励起子の精密分光法の開発のため、フェムト秒モード同期チタンサファイアレーザーを用いた光周波数コムを昨年度、2台製作した。今年度は単一周波数レーザーに対して光周波数コムの縦モードの1本を相対的に安定化する高精度な制御を実現し、世界最高水準の光周波数コムを完成させた。これにより、本研究で目指したオルソパラ転換ダイナミクスの観測に限らず、独立した2台のフェムト秒レーザーの相対遅延を従来の精度を超えて制御し、また、超広帯域なデュアルコム分光法によって固体の複雑かつ豊富な光学スペクトルを精緻に取得することが可能となった。また、以上の成果について論文発表を行う準備を行った。励起子ライマン分光法を用いて、歪誘起トラップ中にトラップされた亜酸化銅中の1sパラ励起子の世界初の吸収イメージングに、励起子温度7Kにおいて成功した。また、励起子内部遷移の共鳴エネルギーの印加応力依存性を理論的に計算可能とし、実験結果との対応付けを行った。また、この中赤外分光法を希釈冷凍機に対して適用する実験系を完成させ、100mK台の量子縮退パラ励起子の吸収イメージングを取得することに成功した。さらに、2台のフェムト秒モード同期チタンサファイアレーザーを構築し、超高精度な光周波数コムとして完成させることで、固体の精密分光の実現への道筋をつけた。希釈冷凍機において中赤外光を導入し励起子の吸収イメージを取得することに世界で初めて成功したが、十分に除去できていない室温の熱輻射パワーや、プローブ光として用いる中赤外光の半導体試料における吸収に起因して、励起子の温度が十分に下がっていないことが判明している。そこで、今後はまず中赤外光導入用窓の開口を必要十分な大きさまで制限することで、熱輻射の流入を最小限に抑える。また、プローブ光のパルスエネルギーも必要最小限のものとすることで、励起子温度をより低下させ、ボース・アインシュタイン凝縮体の形成をより容易なものとする予定である。また、本年度完成した2台のモード同期チタンサファイアレーザーを用いて、低密度極限におけるオルソ励起子からパラ励起子へのスピン転換ダイナミクスの観測を行う。また、当初計画を超えてキャリアエンベロープオフセット周波数を安定に制御できるようになったことを活用し、デュアルコム分光の固体への適用等への発展を図りたい。27年度が最終年度であるため、記入しない。
カハール介在細胞に着目した胎便関連性腸閉塞の発症機序に関する臨床病理学的検討

本研究では、胎児・新生児の腸管におけるカハール介在細胞を中心とした腸管蠕動運動に関連する細胞の発達過程を明らかにすることにより、胎便関連腸閉塞(MRI)発症メカニズムの解明を目指した。初めに胎児・新生児期のカハール介在細胞の形態学的特徴を、免疫組織化学染色を用いて解析した。在胎10週台、20週台、30週台の胎児、および成熟新生児の4群各5例、計20例を対象とし、回腸組織においてHE染色、抗C-Kit抗体、抗AA-1抗体、抗Nestin抗体を用いた免疫組織化学染色によりカハール介在細胞の同定、各染色の発現量の比較を試みた。HE染色では深部筋神経叢内、筋層間ともにカハール介在細胞を同定できなかった。抗C-Kit抗体染色では、全ての群において筋層間の神経節細胞周囲に陽性細胞を認め、筋層間カハール介在細胞(ICC-MP)であると判断した。一方、内輪筋の深部筋神経叢内には陽性細胞を認めなかった。抗AA-1抗体が陽性となる肥満細胞は、筋層間・深部筋神経叢内には認めず、抗C-Kit抗体を用いて筋層間・深部筋神経叢内のカハール介在細胞を同定する際に肥満細胞を考慮する必要はないと考えられた。Nestin抗体染色においては、すべての群でICC-MPと考えられる細胞に陽性像を認めたが、ICC-DMPに相当する陽性細胞は確認できなかった次いでMRI症例の回腸組織において同様の解析を行った。MRI症例11例を対象とし、手術検体または解剖検体のうち回腸組織を使用した。HE染色では深部筋神経叢内、筋層間ともにカハール介在細胞を同定できず、抗C-Kit抗体染色、Nestin抗体染色においては、一部の症例においてICC-MPと考えられる細胞に陽性像を認めたが、ICC-DMPに相当する陽性細胞を確認できなかった。在胎週数、病態によるカハール介在細胞の有無、サイズ、形態の差異は明らかでなかった。本研究では、胎児・新生児の病理解剖検体の腸管においてカハール介在細胞を中心とした腸管蠕動運動に関連する細胞の発達過程を明らかにすることにより、胎便関連腸閉塞発症メカニズムの解明を試みる。当該年度においては、胎児期の胎齢ごとのカハール介在細胞の形態学的特徴を、免疫組織化学染色を用いて解析した。在胎10週台の胎児、20週台の胎児、30週台の胎児、新生児(在胎37週以降、生後28日以内)、の4群各5例、計20例を対象とし、回腸組織においてHE染色、抗C-Kit抗体、抗AA-1抗体、抗Nestin抗体を用いた免疫組織化学染色を施行し、カハール介在細胞の同定、各染色の発現量の比較を試みた。なお、抗C-Kit抗体はカハール介在細胞と肥満細胞、抗AA-1抗体は肥満細胞、抗Nestin抗体はカハール介在細胞で陽性となることが知られている。HE染色では深部筋神経叢内、筋層間ともにカハール介在細胞の同定はできなかった。抗C-Kit抗体染色では、いずれの群においても、筋層間神経叢内の神経節細胞周囲に陽性細胞を認め、筋層間カハール介在細胞(ICC-MP)であると判断した。抗AA-1抗体が陽性となる肥満細胞は、筋層間あるいは深部筋神経叢内には認めなかった。したがって、抗C-Kit抗体を用いて筋層間・深部筋神経叢内のカハール介在細胞を同定する際に、肥満細胞を考慮する必要はないと考えられた。Nestin抗体染色においては、すべての群でICC-MPと考えられる細胞に陽性像を認めたが、ICC-DMPに相当する陽性細胞は確認できなかった。これにより得られた結果は、胎便関連性腸閉塞の発症メカニズム解明のための研究において、対照データとして用いる予定である。Nestinについては、中枢神経領域で知られているように、成熟度の評価に使用できる可能性を考えたが、今回の結果からは在胎週数による差は明らかでなかった。一方、ICC-DMPは文献上在胎38週頃に発現するとされているが、正期産の新生児においてもICC-DMPおよび深部筋神経叢の存在を確認できなかった。ヒト回腸にICC-DMPが存在しない、新生児期までは発現がなくそれ以降に発現する、ICC-DMPは存在するがC-Kit, Nestinの発現がない、のいずれを意味するのかは不明であった。上記の点で、予想に反する結果を得たため、在胎週数によるICCの成熟度を評価するには到らず、進捗状況はやや遅れることとなった。当該年度においては、胎便関連腸閉塞症例の回腸組織におけるカハール介在細胞の形態学的特徴を、免疫組織化学染色を用いて解析した。胎便関連腸閉塞症例計11例を対象とし、手術検体または解剖検体のうち回腸組織においてHE染色、抗C-Kit抗体、抗Nestin抗体を用いた免疫組織化学染色を施行し、カハール介在細胞の同定、各染色の発現量の比較を試みた。なお、抗C-Kit抗体はカハール介在細胞と肥満細胞、抗Nestin抗体はカハール介在細胞で陽性となることが知られている。

抗C-Kit抗体染色、Nestin抗体染色においては、一部の症例において、ICC-MPと考えられる細胞に陽性像を認めたが、ICC-DMPに相当する陽性細胞は確認できなかった。在胎週数、病態によるICCの有無、サイズ、形態の差異は明らかでなかった。胎便関連腸閉塞症例の腸管組織におけるカハール介在細胞の評価を試みたが、在胎週数、病態によるカハール介在細胞の有無、サイズ、形態の差異は明らかでなかった。コントロール群における在胎週数によるカハール介在細胞の成熟傾向も前年度に解明できておらず、疾患群との比較が困難であった。よって、当初の予定よりも進捗はかなり遅れている。本研究では、胎児・新生児の病理解剖検体の腸管においてカハール介在細胞を中心とした腸管蠕動運動に関連する細胞の発達過程を明らかにすることにより、胎便関連腸閉塞発症メカニズムの解明を試みる。当該年度においては、胎便関連腸閉塞症例の回腸組織におけるカハール介在細胞の形態学的特徴を、免疫組織化学染色を用いて解析した。胎便関連腸閉塞症例計11例を対象とし、手術検体または解剖検体のうち回腸組織においてHE染色、抗C-Kit抗体、抗Nestin抗体を用いた免疫組織化学染色を施行し、カハール介在細胞の同定、各染色の発現量の比較を試みた。なお、抗C-Kit抗体はカハール介在細胞と肥満細胞、抗Nestin抗体はカハール介在細胞で陽性となることが知られている。HE染色では深部筋神経叢内、筋層間ともにカハール介在細胞の同定はできなかった。在胎週数、病態によるカハール介在細胞の有無、サイズ、形態の差異は明らかでなかった。現在、研究代表者の都合により研究中断中であり、今年度の実績はない。現在、研究代表者の都合により研究中断中であり、今年度の進捗に変化はない。本研究では、胎児・新生児の腸管におけるカハール介在細胞を中心とした腸管蠕動運動に関連する細胞の発達過程を明らかにすることにより、胎便関連腸閉塞(MRI)発症メカニズムの解明を目指した。初めに胎児・新生児期のカハール介在細胞の形態学的特徴を、免疫組織化学染色を用いて解析した。在胎10週台、20週台、30週台の胎児、および成熟新生児の4群各5例、計20例を対象とし、回腸組織においてHE染色、抗C-Kit抗体、抗AA-1抗体、抗Nestin抗体を用いた免疫組織化学染色によりカハール介在細胞の同定、各染色の発現量の比較を試みた。HE染色では深部筋神経叢内、筋層間ともにカハール介在細胞を同定できなかった。抗C-Kit抗体染色では、全ての群において筋層間の神経節細胞周囲に陽性細胞を認め、筋層間カハール介在細胞(ICC-MP)であると判断した。一方、内輪筋の深部筋神経叢内には陽性細胞を認めなかった。抗AA-1抗体が陽性となる肥満細胞は、筋層間・深部筋神経叢内には認めず、抗C-Kit抗体を用いて筋層間・深部筋神経叢内のカハール介在細胞を同定する際に肥満細胞を考慮する必要はないと考えられた。
バングラデシュ胎児コホートを用いた、子供を取り巻く環境保健と疾病予防のための研究

妊婦の栄養不全や出生時低体重の多い途上国の早期小児期における環境を、とくに栄養、アレルギー、感染症、環境汚染物質や気象等にわたり総合的にモニタリングし、それらを、胎児期の状況と照らし合わせ、どのような成長発育をしてゆく子供となってゆくのかを観察調査する統合コホート研究を実施した。妊婦の栄養状態は、胎児期の異なるタイミングにおける発達遅延を介して、小児期の胸腺サイズやアレルギー反応など、免疫プログラミングに関連していることが示唆された。また、胎児期や小児期の成長発達は、妊娠時の砒素などの環境物質や、温度・日射量などの気象因子によって影響を受けていることが明らかとなった。この研究は妊婦の栄養不全・新生児低体重が多い途上国の早期小児期における環境を、とくに栄養・アレルギー・環境汚染物質・気象にわたり総合的にモニタリングし、それを、胎児期の状況と照らし合わせ、どのような成長発育をしてゆく子供となってゆくのかを観察調査する統合研究である。妊婦-胎児4,500ペアという世界でも最大規模の、胎児期からのフォローアップコホートを使用する科学的にも貴重な研究である。また、京都大学防災研究所が保持するバングラデシュの1900年以降100年間以上の長期整備済み地上気象データベースを用いて気象変動とその疾病インパクト分析を当該研究に含めた。代表研究者(我妻)はICDDR, Bに2005年3月まで勤務し、ユニセフの低体重児削減介入研究の分担研究者であり、超音波装置による4,500人の胎児成長計測・新生児胸腺計測データは、当人が第一著者として保持している。平成18年の主な実績としては、現時点で4.5歳となっているコホートについて、出生時および乳幼児期までの特徴を分析し、今後2年間で計測が継続される4.5歳児データとの関連分析に有用な知見を引き出したことにあった。妊婦の栄養状態、胎児の発達状況と新生児アウトカムに関するデータ分析を行った。観察妊娠週数での妊婦体重増加量や、観察妊娠週数時の妊婦栄養状態値は胎児計測値と強い相関を示した。標準曲線と比較した腹部周囲値は、常に妊娠初期から標準値よりも小さく推移し、13週を超えるとその差は有意となり、30週を超えるとさらに大きく乖離していることがわかった。4.5歳児コホートフォローアップ計測の研究プロトコールがバングラデシュでの倫理委員会を平成18年11月に通過し、平成19年4月から、4.5歳児の小児期生命応答プログラミング研究の、データ収集が開始された。今後18ヶ月間でデータ収集修了を予定している。代表研究者(我妻)はICDDR,Bに2005年3月まで勤務し、ユニセフの低体重児削減介入研究の分担研究者であり、超音波装置による4,500人の胎児成長計測・新生児胸腺計測データは、当人が第一著者として保持している。平成19年度の主な実績としては、現時点で4.5歳となっているコホートについて、乳幼児期までの特徴を分析し、4.5歳児データとの関連分析に有用な知見を引き出したことにあった。妊婦の栄養状態、胎児の発達状況と新生児アウトカムに関する成果発表を、招待講演や学会発表により行った。また、砒素の暴露に関しては、胸腺サイズ、免疫指標を変動させ、骨の長さに有意な差を認め、身体サイズや疾病罹患、しいては乳児死亡率とも関連性を認めた。平成19年4月から、4.5歳児の小児期生命応答プログラミング研究の、データ収集が開始され、平成20年12月にデータ収集修了を予定している。この研究は妊婦の栄養不全・新生児低体重が多い途上国の早期小児期における環境を、とくに栄養・アレルギー・感染症・環境汚染物質・気象にわたり総合的にモニタリングし、それを、胎児期の状況と照らし合わせ、どのような成長発育をしてゆく子供となってゆくのかを観察調査する統合研究である。妊婦一胎児4,500ペアという世界でも最大規模の、胎児期からのフォローアップコホートを使用する科学的にも貴重な研究である。また、京都大学防災研究所が保持するバングラデシュの50年間以上の長期整備済み地上気象データベースを用いて気象変動とその疾病インパクト分析を当該研究に含めた。

代表研究者(我妻)はICDDR,Bに2005年3月まで勤務し、ユニセフの低体重児削減介入研究の分担研究者であり、超音波装置による4,500人の胎児成長計測・新生児胸腺計測データは、当人が第一著者として保持している。平成20年度の主な実績としては、4.5歳児の小児期生命応答プログラミング研究の、データ収集を修了し、4.5歳児フォーローアップデータベースを作成したことである。前年度から引き続き現時点で4.5歳となっているコホートについて、乳幼児期までの特徴を分析し、4.5歳児データとの関連分析に有用な知見を引き出した。妊婦の栄養状態、胎児の発達状況と小児アウトカムに関する成果発表を、招待講演や学会発表により行った。また、砒素の暴露に関しては、胸腺サイズ、免疫指標を変動させ、骨の長さに有意な差を認め、身体サイズや疾病罹患、しいては乳児死亡率とも関連性を認めた
レーザーイメージング干渉計を用いた大型ヘリカル装置(LHD)における粒子輸送に関する研究

平成14年度に引き続き炭酸ガスレーザーを用いて電子密度分布と乱流揺動の計測を目的としたイメージング干渉計の開発を行った。平成14年度には初期的な実験結果を取得した。平成15年度は平成14年度の結果にもとづき、まずベンチトップで開発実験を行い、測定精度の向上を行った。これにより平成15年度10月からの大型ヘリカル装置(LHD)第7サイクル実験において測定システムを設置しルーチン的に詳細な密度分布計測を行うことができた。特に既存の遠赤外線レーザー干渉計で計測できなかった高密度での計測、およびプラズマ周辺部における詳細な密度分布の計測が本研究で開発したイメージング干渉計により初めて可能になった。その他重要な成果として燃料ペレットの溶発過程が空間的に異なること、静的な磁気島を形成した場合、磁気島の境界付近で電場シアが形成されそれに伴い、密度勾配が増加し粒子閉じ込めが改善していることを本研究で開発した計測により明らかにした。また、粒子輸送の物理機構を決定している乱流揺動の計測についても大きな進展があった。平成14年度の開発と初期的実験ではイメージング光学系の焦点深度を利用して局所量を取得する手法を考案し初期データを取得した。しかし、初期データの解析とベンチトップ実験の結果を吟味した結果本手法は技術的に困難であるとの結論に達し、開発路線を変更して磁力線の傾き角度を利用して局所量を測定する手法に着手した。これは乱流揺動が磁力線と垂直方向に進行することを利用し進行方向から磁力線の傾き角度を決定し、磁力線の傾き角度から空間位置を決定し、それから乱流揺動の空間位置を決定する手法である。この手法は2次元検出器で揺動の画像計測を行うことにより実現した。この手法により乱流揺動の空間分布を極めて高い時間分解能(1μsec)で計測することに成功した。このような高時間分解で乱流揺動の空間分布を計測したのは世界初であり、今後、粒子輸送の評価と比較することにより今までわからなかった乱流揺動による異常輸送の物理的機構を解明が期待できる。磁場閉じ込め高温プラズマ装置は閉じ込め形式をとわず,閉じ込め特性は荷電粒子の衝突による拡散でなく微視的な乱流揺動による拡散(異常拡散といわれる。)で決まっている。核融合科学研究所の磁場閉じ込め装置大型ヘリカル装置(Large Helical Device ; LHD)でも実験的に評価された電子の粒子拡散係数は荷電粒子の衝突によりきまる新古典理論値より一桁以上大きい。よって、LHDを始めとする磁場閉じ込め装置において乱流揺動の物理特性を実験的に明らかにすることは、核融合炉を実現するために極めて重要な研究課題である。本研究では炭酸ガスレーザー(波長10.6μm)を用いてLHDプラズマ中の微視的乱流揺動の計測する新しい計測手法の開発を行っている。平成14年度は、計測手法原理の理論的検討,およびベンチトップでのテスト実験を中心に行った。従来のレーザーを用いた散乱計測ではプラズマの密度勾配による屈折により乱流揺動振幅の絶対値の評価が困難であり、また、空間分解が理論モデルと比較するのは十分なものではなかった。そこで、本研究において屈折の効果の小さい赤外領域の炭酸ガスレーザーを用いることにより屈折の影響を無視できるものとし,揺動振幅の絶対値を精度よく測定できる位相コントラストイメージング干渉計を開発した。また、局所量を測定するためにイメージング光学の結象の焦点深度を利用した新しい手法を開発した。これにより、波長10mm程度の乱流揺動にたいしてプラズマの小半径の10%程度の空間分解を取得できる技術を開発した。2003年2月の実験で初期的なデータを取得することができた。平成15年度の実験で本格的な運用を開始する予定である。

このような高時間分解で乱流揺動の空間分布を計測したのは世界初であり、今後、粒子輸送の評価と比較することにより今までわからなかった乱流揺動による異常輸送の物理的機構を解明が期待できる。
ニュートリノレス二重ベータ崩壊実験DCBAにおけるエネルギー分解能の研究

原子の中の原子核が二次の弱い相互作用によりベータ線を2つ出して原子番号が2だけ大きい原子に遷移することを二重ベータ崩壊という。このとき2つの反電子ニュートリノ放出を伴う場合(2vββ)とそうでない場合(0vββ)が考えられる。2vββは実験的に確認され半減期(約10^<19>年)が測定されている。0vββはニュートリノレス二重ベータ崩壊と呼ばれ未だに確認されていない。ニュートリノが質量を持ち、かつ粒子と反粒子との区別が無い、いわゆるマヨラナ粒子であれば0vββが起きる。これを発見し半減期を測定すればマヨラナ・ニュートリノの存在が確定しニュートリノ質量の絶対値が分かる。そうすれば、旧来の素粒子標準模型を超える理論構築に大きな貢献をなすと同時に宇宙創成の有力なシナリオであるレプトジェネシスを支持することにもなる。DCBAはベータ線の飛跡を一様磁場中で捕らえ、特徴あるパターンから0vββ事象を選別し、運動量を測定することによって運動エネルギーを得るという、他の実験では見られない独特の手法によって0vββ事象を発見しようとするものである。ガンマ線には不感であるので本質的に他の実験で問題となるガンマ線バックグラウンドは無い。また、電子(ベータ線)とアルファ線や陽電子線との区別も明瞭であるので、これらによるバックグラウンド除去は容易である。本研究ではプロトタイプDCBA-T2によりバックグラウンドをほぼ完全に除去できることを確認し、0vββと2vββの区別に必要なエネルギー分解能の研究を行った。その結果、エネルギー分解能向上の手法が確定したので、その確認のために現在DCBA-T3を準備中である。その後は大型磁場飛跡測定器を建設し、大量の崩壊ソース(^<150>Nd)を搭載して本格的に0vββ事象の探索を行う予定である。本年度はニュートリノレス二重ベータ崩壊実験装置のプロトタイプDCBA-T2を製作した。その概要は以下の通りである。約1Bqの^<207>Biを直径3mmの円盤上に着床したものがソースプレートの中央付近2点に互いに反対向きに埋め込まれている。ソースプレートの両側にはそれぞれ40本のアノードワイヤー(金メッキタングステン、直径20ミクロン)が6mmピッチでZ方向(磁場方向)に張られている。ソースプレートとアノードワイヤー面の間隔は4mmである。アノードワイヤーと直角方向すなわちY方向にピックアップワイヤー(金メッキアルミニウム、直径80ミクロン)が6mmピッチで張られている。アノードワイヤー面とピックアップワイヤー面との間隔は2mmである。アノードワイヤー面から92mmの距離にカソードワイヤー(金メッキアルミニウム、直径80ミクロン)がZ方向に6mmピッチで張られている。アノードワイヤー面とカソードワイヤー面の間が電子飛跡の有感領域である。カソードワイヤー面から4mm離れた所に端部のソースプレートが配置されている。有感領域周辺の電界を整えるためにフィールドシェイピングワイヤー(金メッキアルミニウム、直径80ミクロン)が張られている。チェンバーはガス容器に入れられて空気の浸入が防止されている。ガス容器のエンドプレートには信号取り出しのためのフィードスルーコネクターが取り付けられており、内側ではワイヤーチェンバーからの信号ケーブルが接続され、外側ではプリアンプボードが直接接続されている。信号読み出しにはcPCI・FADCが用いられる。DCBA-T2を運転して^<207>Biから放出される内部転換電子の飛跡を捕らえ、3次元再構成を行って運動量を測定し運動エネルギーを求めた。

最も強度が高い電子のエネルギーは976keVであるが、それに対して予備的ではあるが約150keV (FWHM)のエネルギー分解能を得た。これを^<150>Ndの二重ベータ崩壊のQ値に対応させると約6%(FWHM)となるので、ニュートリノの有効質量感度として約30meVを持つ測定器が将来建設可能であることが分かった。ニュートリノのマヨラナ性(粒子・反粒子の区別がないこと)と質量絶対値を知ることは新しい素粒子模型や宇宙創生のシナリオを確立する上で極めて重要である。ニュートリノレス二重ベータ崩壊は質量を持ったマヨラナ・ニュートリノを前提としているので、これらを求めることができる唯一の実験的方法である。DCBA(Drift Chamber Beta-ray Analyzer)実験は崩壊核(150Nd、100Mo等)から放出される2つのベータ線の個々の飛跡を一様磁場の中で捉え運動量を測定することによって運動エネルギーを求めるというユニークな方法をとっている。通常の熱量計によるエネルギー測定とは異なり、ガンマ線に不感であり、かつアルファ線を明確に識別できるので、バックグラウンドに極めて強いのが特徴である。また、運動量からエネルギーを求めるので、熱量計で不可欠なエネルギー校正が不要なのも有利な点である。本研究ではプロトタイプDCBA-T2を製作し実験した結果、976keVの電子線に対して約150keV(FWHM)のエネルギー分解能が得られること、また、改良すれば100keV(FWHM)以下に達することも可能であることが分かった。本実験結果を踏まえて、さらなる分解能の向上を実験的に示すためにDCBA-T3の設計を行った。運転コストを考慮すると測定器を設置する空間に2kGの一様磁場を発生させるには超伝導ソレノイドマグネットが有利であることも分かった。DCBAは構造的に単純であるので大量生産も可能である。この方式に基づいて将来測定器モジュールを20台から30台建設すれば、約30meVまでニュートリノ質量の絶対値を探索することができる。
薄板構造体の超軽量設計を実現する形態・材料のパラメータフリー最適設計法の開発

製品の高性能化と厳しさを増す環境対策に対応するため、モノ創り、特に輸送機器の開発現場では構造体の抜本的な軽量化が求められている。同一材料を使用した従来型の軽量化は限界に近いとされ、材料を適所に配置するマルチマテリアル構造が注目されている。本研究ではマルチマテリアル構造に不可欠な繊維強化樹脂(FRP)やセル構造(ポーラス材料)を含む多層薄板構造体を対象に、全体形状とFRP各層の材料配向、及びセル構造の内部形状を同時に求める最適設計手法の開発を目的とする。今年度はFRP直交異方性材料の性能を最大限に発揮させるための自由配向最適化手法を確立し、積層シェル構造の剛性設計問題と強度設計問題、及び熱変形コントロール問題へ適用し、その効果と有効性を確認した。そこでは、まず、基礎となる単層構造の解法の開発から始め、変分法に基づく関数空間での自由材料配向角問題の定式化、感度関数の理論的な導出した。続いて、実現可能な滑らかな自由配向角分布を求めるための関数空間の勾配法を利用した数値計算法を開発し、計算機に実装した。これにより、大規模設計変数問題となる本研究の基盤が築けた。サンドイッチ構造のコア部を形成するセル構造の最適化に関しては、周期性ミクロセル構造から構成されるマクロ構造体を取り上げ、マクロ構造を最適化するためのミクロセル構造の最適形状を求める手法の開発を行った。そこでは、剛性設計問題を対象に、2つのステップからならマルチスケール最適化問題の解法を構築した。第1ステップではマクロ構造体の剛性最大化問題を弾性テンソルの各成分を設計変数にした寸法最適化問題として解き、第2ステップでその最適化弾性テンソルを具現化するミクロセル形状を逆均質化法を利用して求める手法を開発した。積層FRPシェル構造の配向角の最適化手法は計画どおり単層から始め、積層までの解法が構築できた。対象とする設計問題も、計画どおり、剛性問題、強度問題、変形問題へ適用することができた。セル構造の最適化は当初、骨組構造を考えていたが、逆均質化法の適用のアイデアが浮かび、2次元連続体のポーラス構造からの着手への計画の見直しを行い、順調に成果を得ることができた。積層FRPシェル構造の配向角の最適化手法を振動問題へ展開し、その解法を確立する。確立した手法は開発中の最適化システムへ組み込み、実装する。セル構造は周期性ミクロ構造の最適化を3次元に発展させると共に、ポーラス構造のみではなくマルチマテリアルへ発展させる。更に、現状の2ステップ法に加え、1ステップのみで行う手法の開発に着手する。強化繊維を利用できる3Dプリンターを導入予定であったが、計画していたものでは狙いとする試作が難しいことが判明したため、見直しを行い、これにより次年度使用額が発生した。別のものの導入を調査しており、価格によっては試作として発注することも検討する。
質量分析装置はMRSAにおいて同一由来株の識別能を有するか

【研究目的】Methicillin-resistant Staphylococcus aureus(MRSA)の院内伝播株における疫学的解析には様々な遺伝子的手法が用いられるが、いずれも解析に数時間から数日間を要する。近年導入が進んできた質量分析装置MALDIBiotyperは、得られた検体のスペクトルパターンをデータベース(DB)と比較し、その一致度で類似する10菌株を推定することが可能である。これは測定開始から菌種の同定まで数分で完了するため迅速性に優れており、菌種の識別能力は種々の検討がなされているが、菌株レベルでの相同性解析能力はまだ検証段階である。質量分析装置を用いた菌株識別が可能であることが明らかになれば、同定と同時に疫学的解析が可能であり、院内伝播株の早期発見につながる。【研究方法】2013年4月2015年3月まで北海道大学病院細菌検査室で分離・同定されたMRSA保存株107株についてCicaGeneus Staph POT KIT(関東化学株式会社)にて遺伝子型(POT型)を決定した。MALDI Biotyperによってマススペクトルパターンを決定し、得られたピークにPOT型を含んだ名称を付与してDBに登録した((例)hokudai. MRSA-93-155-27-13s150)。DBの登録後、2015年4月12月に分離されたMRSA臨床分離株83株についてMALDI Biotyperで解析した。得られたスペクトルに対してDBに保存された菌株のスペクトルパターンとのマッチングを行い、菌株の一致度を示すスコアが上位10菌株に同定されたPOT型既知の菌株情報と、臨床株のPOT型が合致するか確認した。【研究成果】対象株のうち34/83株(41.0%)ではDB登録株内に同一POT型が含まれており、測定結果との比較が可能であった。そのうち28/34株(82.4%)ではMALDIで同定された上位10菌株の候補内にPOT型が合致する株を含み、遺伝子型の推定が可能であった。MALDI Biotyperを用いた測定において、自施設での検出株に遺伝子型や患者情報を付随してDBに登録、蓄積していくことにより、同一由来株の推定が可能であることが示唆された。
バラ園芸品種の橙色色素(ペラルゴニジン配糖体)の起源

ポリアンサ系の36品種およびその親になったといわれる野生種と関連品種5種(品種)を対象として、Hunter-Lab値による花色の色差測定を行うと共に、高速液体クロマトグラフィと2次元薄層クロマトグラフィ(溶媒はBAW4:1:5およびAHW15:3:82)による分析を行い、ペラルゴニジン配糖体の有無と全アントシアニン中に占める含有率を調査した。従来ペラルゴニジン配糖体が最初に認められた品種として報告されていた'Gloria Mundi (1929)'では全アントシアニン中の21.6%、'Paul Crampel (1930)'では92.1%がペラルゴニジン3,5-diglucosideであった。しかしこれよりはるかに古い品種の'Orleans Rose (1909)'で、わずか2.2%ながらペラルゴニジン3,5-diglucosideが検出され、またこの品種から枝変わりで生じた品種群の'Miss Edith Cavell (1917)'が8.8%、'Malechal Foch (1918)'が2.7%、'Coral Cluster (1920)'が63.6%、'Fireglow (1929)'に至っては84.3%ものペラルゴニジン3,5-diglucosideを含有していることが明らかになった。一方、ポリアンサ系統品種の親になったといわれる野生種と関連品種では、いずれもペラルゴニジン配糖体は検出されなかった。'Gloria Mundi'および'Paul Crampel'も'Orleans Rose'の枝変わりであり、バラ属のペラルゴニジン配糖体の起源は、おそらくこの'Orleans Rose'を中心とする品種群であろうと考えられる。これまでの通説よりも少なくとも20年前からすでに、ペラルゴニジン配糖体を有するバラが存在していたと確認されたことの意義は大きい。ペラルゴニジン配糖体は、現代のバラ園芸品種のうち特に橙色系の花色をもつ品種の主要色素となっている。しかしその起源は1930年頃に作出された品種に生じた突然変異ではないかと推定されているだけで、これまで、具体的に明らかにされることはなかった。本研究では今年度、対象品種をポリアンサ系の園芸品種にしぼり、花色の測定(Lab値による)と共に、高速液体クロマトグラフィと2次元薄層クロマトグラフィ(溶媒はBAW4:1:5,AHW15:3:82)で31品種を分析し、ペラルゴニジン配糖体の有無を調査した。その結果、ペラルゴニジン配糖体が検出されたもっとも古い品種は1917年deRuiter作出の'Miss Edith Cavell'であった。これは'Orleans Rose'という品種の枝変わりで生まれたもので、同様に'Orleans Rose'の血を引く、'Nathalie Nypels(1919)'、'Coral Cluster(1920)'、'Rufus(1925)'でもペラルゴニジン配糖体が、検出された。残念ながら現在、国内では'Orleans Rose'が入手できないため、フランスから2月に穂木を取り寄せた。今年の春にはこれを咲かせ、分析に用いたいと考えている。ペラルゴニジン配糖体が最初に現れた品種としてRowley 1966らが記していた'Paul Crampel(1930)'でも大量のペラルゴニジン配糖体が検出されたが、これより10年以上前に作出されたいくつかの品種でもペラルゴニジン配糖体が確認されたことの意義は大きい。
SS-CSC方式による車々間通信に関する研究

本研究は、通信と同時に測距を必要とする車々間通信ネットワークに着目し、そのデータ通信方式としてM進スペクトル拡散(M進SS)方式を取り上げる。本研究の目的は、M進SS方式の車々間通信ネットワークへの適用可能性を探るとともに高度道路交通システム特有の自律分散型のネットワークプロトコルについて検討することである。本研究は「基本性能検討段階」と「車々間通信ネットワーク検討段階」の2段階で構成されている。(1)基本性能検討段階誤り率特性の改善ばかりでなく通信と同時に測距が可能であり、M進SS方式を発展させた"拡散符号を拘束したスペクトル拡散(SS-CSC)方式"を考案した。このSS-CSC方式を車々間通信のデータ通信方式として採用し、その性能の検討を行った。その結果、M進SS方式やSS-CSC方式は、同時接続ユーザ数が少ない場合に高スループット特性が達成でき、オファードロードが低い時に従来の直接拡散方式よりも有効であることが分かった。また、SS-CSC方式では、測距が可能であることが明らかになった。(2)車々間通信ネットワーク検討段階他車からの受信情報と自車情報のデータベース化やそれらの情報による予測制御を行うためには情報の発生時刻が重要であることが分かった。そのため、車内の時計情報を共有する方式を検討し、GPSや情報コンテンツを利用したSSブーメラン方式により実現可能であることが明らかになった。更に、車内の時計情報を共有化により、道路容量の増大化が期待できることが分かった。今後の課題として、自車からの距離に応じた情報の価値を考慮した車々間通信ネットワークプロトコルの検討や情報コンテンツと信号検出方式を融合した車両制御方式の検討などがあげられる。本研究の目的は、M進スペクトル拡散(M進SS)方式の車々間通信ネットワークへの適用可能性を探るとともに高度道路交通システム特有の自律分散型のネットワークプロトコルについて検討することである。本研究は、M進SS方式を発展させた拡散符号を拘束したSS(SS-CSC)方式を用いた車々間通信方式について性能を明らかにする。本研究は「基本性能検討段階」と「ネットワーク検討段階」の2段階、各々5検討段階で構成されている。本年度は「基本性能検討段階」であり、(1)調査検討段階、(2)スループット性能検討段階、(3)フェージング環境での性能検討段階、(4)測距性能検討段階、(5)総合検討段階について検討を行った。その結果、以下のことが明らかになった。・従来のM進SS方式のフェージング対策について調査した。フェージング対策はマルチキャリア方式とレイク受信方式が有力な手段であることが分かった。・M進SS方式のフェージング環境での性能を理論解析により明らかにした。M進SS方式のフェージング対策としてはマルチキャリア方式が有効であることが分かった。また、マルチキャリア方式を用いたM進SS方式は、狭帯域干渉波の影響も軽減できることを明らかにした。・M進SS方式やSS-CSC方式は、同時接続ユーザ数が少ない場合に高スループット特性が達成できるため、オファードロードが低い時に従来の直接拡散方式よりも有効であることが分かった。・SS-CSC方式において、縦列接続する拡散符号にM系列を利用し、M系列のCycle-and-Add特性を活かした方式を考案した。その方式は容易にフレーム同期を確立できる。同一フレーム長の直接拡散方式と比較して弁別指数が約半分であるため、測距性能は約2[dB]劣化してしまう。今後の課題として、車々間通信環境における最適なネットワークプロトコルの検討などがあげられる。
聴覚空間地図の可視化の試み

脳には感覚情報に基づいた様々な空間地図が存在する。しかしながら、聴覚の空間地図が、哺乳類の聴覚伝導路のどこで、どのように形成されるのかは未だ明らかでない。これは、聴覚神経核の多くが脳深部にあり、多細胞Caイメージングが困難であったことが主な原因である。従って本課題では、近年進歩の著しい神経内視鏡技術を齧歯類の聴覚伝導路の神経核に適用し、Ca感受性の緑色蛍光蛋白質(GCaMP6)を用いた多細胞Caイメージングを行うことにより哺乳類の聴覚地図の実体を明らかにすることを目的としている。昨年度に引き続き、本年度もin vivoでの電気穿孔法による聴覚神経細胞への遺伝子導入法の検討を行った。ガラス電極を用いて脳定位的にベクターの圧投与を行い、さらにタングステン電極を用いて電気刺激を与えることでGCaMP6発現ベクターの導入を行った。注入条件や刺激条件などを様々に変化させたが、いずれの条件においてもGCaMP6の発現効率は低かった。成熟動物では、核膜孔の透過には選択的なしくみが必要になるとの報告がある。一方、電気穿孔法で導入された遺伝子は拡散により核膜孔を透過するため、成熟動物での透過効率は低いことが予想される。本研究では成熟動物を用いていることから、このことが低い遺伝子発現効率の原因である可能性があり、ウイルスベクターを用いての遺伝子導入が必要であると考えられた。従って、GFPを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを注入したところ、聴覚神経核にGFPの発現が認められた。さらに、脳定位的にGRINレンズを挿入し、内視鏡観察を行なったところ、GFPの信号が認められた。今後は、GCaMP6を発現するウイルスベクターでのCaイメージングを試みるとともに、GCaMP6と膜移行型蛍光タンパク質(pal RFP)を発現するウイルスベクターを作成し、解析を進める予定である。脳には感覚情報に基づいた様々な空間地図が存在する.しかしながら,聴覚の空間地図が,哺乳類の聴覚伝導路のどこで,どのように形成されるのかは未だ明らかでない.これは,聴覚神経核の多くが脳深部にあり,多細胞Caイメージングが困難であったことが主な原因である.従って本課題では,近年進歩の著しい神経内視鏡技術を齧歯類の聴覚伝導路の神経核に適用し,Ca感受性の緑色蛍光蛋白質(GCaMP6)を用いた多細胞Caイメージングを行うことにより哺乳類の聴覚地図の実体を明らかにすることを目的としている.本年度は,GCaMP6を聴覚伝導路の神経細胞に導入するために,Synapsinプロモーター下にGCaMP6を発現するベクター(Syn GCaMP6)を作成した.続いて,このベクターを培養神経細胞に導入し,高カリウム溶液による刺激を行うことで,その挙動を検証した.次に,in vivoでの遺伝子導入法の検討を行った.まず,ガラス電極を用いて脳定位的にベクターの圧投与を行い,さらにタングステン電極を用いて電気刺激を与えることで電気穿孔法による聴覚神経細胞への導入を試みた.電極径,圧強度,持続時間を調節することで注入条件を検討するとともに,電気刺激の強度,持続時間,刺激間隔,刺激数などの条件を変化させることで導入効率の向上を試みた.しかしながら,いずれの条件においても導入効率は低く,今後はタングステン電極を絶縁することで刺激効率を改善することを検討している.また,ガラス電極に50 um径のタングステン線を挿入したものを用いて,ベクターの局所注入と電気刺激を同時に行うことも試みる.電気穿孔法による脳局所の神経細胞への遺伝子導入法の確立に時間を要しているため。ベクターの注入には問題がないため、今後は電気刺激の効率改善に注力する。具体的には、電極の絶縁について条件検討を行うと同時に、ウイルスを用いた遺伝子導入も用いる予定である。

今後は、GCaMP6を発現するウイルスベクターでのCaイメージングを試みるとともに、GCaMP6と膜移行型蛍光タンパク質(pal RFP)を発現するウイルスベクターを作成し、解析を進める予定である。電気穿孔法を改善するとともに、ウイルスベクターも同時に用いることで、確実に遺伝子導入を行う。さらに、GRINレンズによるイメージングについても開始する。具体的には、GRINレンズ埋め込み7-14日後からin vivoの多細胞Caイメージングを行う.麻酔下に両耳にセットしたイアホンから音提示を行い,細胞のCa応答を神経内視鏡により記録する.まず,同一視野にいる個々の神経細胞の特徴周波数を決定した後,左右の入力音のITDを変化させることでITD応答特性を明らかにし,さらに各細胞の位置関係や活動相関の解析を行う.Ca感受性蛋白質を発現させるウイルスベクターの設計に時間を要したため、未使用額が生じた。今後、ベクターの作成や動作検証に必要な試薬の購入に使用する予定である。
低次元電子系の物理

本研究は、1次元、2次元の電子系における電子相関の効果を理論的に調べ、低次元電子系での実験事実の説明を試みることを目的としている。特に、厳密解や共形場の理論などを用いて低次元電子系の理論的な解析を行った。本年度は、昨年度までのテーマを続ける一方で、いくつか関連する問題をとりあげた。研究成果は以下のとおりである。(1)梯子型の相関電子系:酸化物Sr_<n-1>Cu_<n+1>O_<2n>で代表される梯子型の準1次元物質の異常金属相を解明するため、結合したハバード型の模型をボゾン化法を用いて研究した。(2)不純物系の臨界現象:近藤効果の厳密解と境界を含む共形場理論を用いて、不純物系の臨界現象を系統的に調べた。境界問題に特有の臨界現象には、フェルミ流体を特徴づけるもの以外に、直交破局に関係したものがあることを見いだした。(3)一次元電子系への多重バンドの効果:多重バンド構造を持つ超対称t-J模型の研究を厳密解と共形場理論を用いて行った。特に、多重バンドの効果によって、モット絶縁体付近の性質がどのように変わるか調べた。(4)分数排他統計に従う低次元系の輸送係数:1次元電子系の低エネルギー励起の性質は、分数排他統計の考えを用いると系統的に定式化することができる。排他統計における統計相互作用と、伝導度、コンダクタンス、分数電荷との関係を明らかにした。(5)量子細線におけるコンダクタンス揺らぎに、乱れの効果を理論に取り込んだ。特に乱れによる効果と磁場の効果を考慮し、電子状態の局在が進んだ場合、コンダクタンスの揺らぎは共鳴トンネル効果によって説明されることを示した。本研究では、1次元、2次元の電子系における電子相関の効果を理論的に調べ、さらに乱れによる効果もとりいれることによって低次元電子系(メゾスコピック系、量子ホール効果、高温超伝導など)での実験事実の説明を試みることを目的としている。特に、厳密解の方法や共形場の理論などを駆使して低次元電子系の理論的な解折を行う。本年度の研究成果を以下にまとめる。1.まず電子間の相互作用にまつわる基礎的な問題として、1/r^2型の長距離型相互作用を持つ1次元電子系の系統的な研究をおこなった。このタイプの相互作用は、物性物理の様々な現象に現れることが知られている。まず、この模型が量子ホール効果のエッジ状態の本質を記述できる模型であることを示した。また、この模型を量子細線で観測されている伝導度振動の模型として用い、伝導度振動に2つの独立な周期が現れうることを示した。2.メソスコピックな量子細線で観測されている永久電流に関する研究を行った。特に、厳密に解ける模型を利用して、電子間相互作用とスピン軌道相互作用が永久電流に及ぼす効果を調べた。不純物や乱雑性の効果を取り入れることが6年度以降の課題として残っている。3.量子細線におけるコンダクタンス揺らぎに関しては、乱れの効果を理論に取り込むことができた。その結果、乱れによる電子状態の局在が進んだ場合、コンダクタンスの揺らぎは共鳴トンネル効果によって説明されることを示した。本研究では、1次元、2次元の電子系における電子相関の効果を理論的に調べ、さらに乱れによる効果もとりれることによって低次元電子系での実験事実の説明を試みることを目的としている。