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韓国幼稚園・保育所の第三者評価政策に関する調査研究

2.第三者評価に関する日韓比較研究と国際シンポジウムの開催研究の目的は韓国における幼稚園と保育施設に対する第三者評価政策の実態を正確に把握し、当面課題を明らかにすると共に、日本における第三者評価制度発展へどう生かすかということがもう一つの大きな課題であった。そこで本研究成果の広報と、日本の第三者評価制度を比較検討するために、韓国から幼稚園、保育施設評価の第一人者(李基淑梨花女子大教授、鄭美羅嘉泉大学校社会科学大学長)を招聘し韓国の現状について報告していただいた。又、日本については日本私立幼稚園連盟の研究委員である斉藤善郎先生に日私幼の検討状況について報告していただいた。又、実際には日本の第三者評価制度の中心として機能している愛知県社会福祉協議会の第三者評価センター長においでいただき、保育所についての評価実態を報告していただいた。そこからは第三者評価が公的に担保されること、有効で確実な評価指標の開発が必須である事が明らかになった。当該年度は3回の韓国調査(釜山地区、仁川地区、ソウル地区)を実施し、当該地方の第三者評価の実施状況を調査できた。また、合わせて、2011年第三者評価(幼稚園/保育所)に関する政府資料を多数入手できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.本年度は、本研究の最終年度であり、3年間に渡る研究成果のまとめを、冊子の形で整理し、公刊したい。2.研究成果の公開という趣旨ものと、幼稚園/保育施設に関する第三者評価政策の日韓国際シンポジウムを開催する。内容は以下の如くである。日時:7月7日、名市大人文社会学部棟、愛知県私立幼稚園連盟園長研修と合同。名市大人間文化研究所後援講師:韓国から2名、日本の幼稚園評価について1名、保育所評価について1名、総括コメンテーター宍戸健夫。全国的に参加を呼びかけ、関心のある人たちに情報発信する予定。3.学会報告2004年5月5日、日本保育学会第65回大会で研究成果の一部を報告する。4.本年度はこれに加えて韓国調査を3回実施し、特に幼稚園評価の実際について詳細に明らかにしたい。
18世紀から20世紀にかけての英語圏を中心とした常識概念の思想史的、哲学的検討

2018年度は、「常識と啓蒙研究会」を二度開催した(2018年6月17日(日)第13回常識と啓蒙研究会報告者小畑敦嗣氏(国際基督教大学大学院博士後期課程)、報告題目「トマス・リードのコモン・センスと道徳」。2018年11月11日(日)第14回常識と啓蒙研究会報告者佐藤空(東洋大学経済学部)、報告題目「バークと18世紀の歴史叙述ー権力・議会・戦争」)。第13回研究会では、日本では専門家の少ないトマス・リード研究者である小畑氏を招くことができたことは本研究会にとって意義深かった。また、第14回研究会では、佐藤氏が出版した著書の内容からの報告であったが、ユニークな視点からの新たなバーク研究でこれもまた大変有意義であった。、また、同研究会の成果物として2019年度末に晃洋書房から研究書を出版することになり、執筆予定者および出版社担当者と打ち合わせをたびたび行った。メンバーの個別の活動については後述するが、学会報告、論文発表、書籍出版など、それぞれが充実した研究成果を発表することができた。交付申請書に記した研究の目的に照らして、「常識(コモン・センス)」概念の意義を思想史研究者と哲学研究者が専門分野の垣根を越えて互いに問い考察を深め、社会に発信していくということは順調に進んでいると考えている。また、学会レベルで「常識」概念への関心が高まっていると感じ、私たちの活動もその一助となっていると思われる。これまで、研究会を重ね、学会のシンポジウムでも報告するなど、順調に研究は進展し、成果を出している。2019年度末に出版する予定の本の初稿を7月末に集め、検討会を開催する予定であるため、概ね順調に進展していると考えている。2019年度末に出版する予定の本の初稿を7月末に集め、編者である青木(思想史グループのリーダー)と大谷(哲学グループのリーダー)がすべての原稿を確認し、その後全員で検討会を開催する予定である。その後出版社に提出し、個別に校正していく。平成28年度は初年度であったため、研究代表者および研究分担者の各自が、研究を進めていくための文献や資料を集めて、精読するという作業が重要であった。これにより、文献調査、資料収集はほぼ終わり、各自の研究環境が整ったと思う。今年度は、昨年度から始まった研究の成果を、各自が発表していく予定である。全体の研究実績として挙げられるのは、講師を招いて「常識と啓蒙研究会」を二度開催したことである。研究会の詳細は次のとおりである。○第八回常識と啓蒙研究会:日時2016年8月8日(月)、16時開始;場所武蔵野大学有明キャンパス一号館807教室;報告者和田慈氏(武蔵野大学非常勤講師);報告題目「常識の持ち主と啓蒙の対象ーカントの論説から」。○第九回常識と啓蒙研究会:日時2017年1月28日(土);15時から18時まで;場所JR三鷹駅前武蔵野大学サテライト教室;報告者福田名津子氏(一橋大学図書館);報告題目「ファーガスンとリードの道徳的是認論」。研究会には、本研究に関わる人が毎回ほぼ全員集まり、充実したディスカッションや意見交換をすることができた。今年度も「常識と啓蒙研究会」を定期的に開催していく予定で、本研究会メンバーで、来年三月に開催される日本イギリス哲学会の年次大会で、シンポジウムを実施したいと思っている。今年度は、このシンポジウムを目指して、研究をいっそう充実させていきたい。以上当初の予定通り、平成28年度は初年度であったため、研究を進めていくための文献、資料を各自が集めて、精読するという作業が重要であった。今年度からは、昨年度からの研究の成果を各自が発表していく予定である。以上平成29年度に本研究グループが実施した研究の成果として、第一に平成30年3月に本研究グループで学会のセッションを企画し報告したことを挙げる。即ち、日本イギリス哲学会第42回研究大会において「コモン・センスとコンヴェンションー18世紀英米思想における人間生活の基盤ー」と題したセッションを実施したことである。本研究グループのメンバーの内二人が報告し(石川敬史「イギリス領北アメリカ植民地の指導者層にとっての常識哲学」、青木裕子「アダム・ファーガスンの完全可能主義(perfectibilianism)とコモン・センス学派との親和性」)、二人が討論者を務めた(大谷弘、片山文雄)。第二に、研究会も3回実施することによって、本研究グループのメンバー同士の交流のみならず外部の研究者との研究交流が進展し研究活動に役立った。(第10回常識と啓蒙研究会2017年6月11日(日)16時-19時、武蔵野大学三鷹サテライト教室、報告者:長田怜(埼玉大学非常勤講師)、題目:「カルナップ哲学と啓蒙主義」;第11回常識と啓蒙研究会、2018年1月21日(日)15時半-19時、武蔵野大学三鷹サテライト教室、共通テーマ:コモン・センスとコンヴェンションー18世紀英米思想における人間生活の基盤、報告者:相松慎也(東京大学大学院)

「ヒュームにおけるコンヴェンションの射程」、石川敬史「イギリス領北アメリカ植民地の指導者層にとっての常識哲学」;第12回常識と啓蒙研究会、2018年3月8日(木)14時ー17時、武蔵野大学有明キャンパス、報告者:青木裕子、題目:「ファーガスンにおける完全可能主義と常識学派からの影響」)。また、各自の個人研究が進展し、研究会や学会での報告の他、論文や著述などの成果も公にし始めており、最終年度に集大成としての研究成果を発表するのに向けて、全体として準備が整ってきたと思われる。年度末に日本イギリス哲学会第42回研究大会において「コモン・センスとコンヴェンションー18世紀英米思想における人間生活の基盤ー」と題したセッションをもうけ、本研究グループの内3人が報告、2人が討論者を務めることができた。また、研究会も3回実施し、各自の個人研究も進展し著作などの成果も発表し始めており、これまで当初の計画に沿った一定の成果を挙げることができていると考えている。2018年度は、「常識と啓蒙研究会」を二度開催した(2018年6月17日(日)第13回常識と啓蒙研究会報告者小畑敦嗣氏(国際基督教大学大学院博士後期課程)、報告題目「トマス・リードのコモン・センスと道徳」。2018年11月11日(日)第14回常識と啓蒙研究会報告者佐藤空(東洋大学経済学部)、報告題目「バークと18世紀の歴史叙述ー権力・議会・戦争」)。第13回研究会では、日本では専門家の少ないトマス・リード研究者である小畑氏を招くことができたことは本研究会にとって意義深かった。また、第14回研究会では、佐藤氏が出版した著書の内容からの報告であったが、ユニークな視点からの新たなバーク研究でこれもまた大変有意義であった。、また、同研究会の成果物として2019年度末に晃洋書房から研究書を出版することになり、執筆予定者および出版社担当者と打ち合わせをたびたび行った。メンバーの個別の活動については後述するが、学会報告、論文発表、書籍出版など、それぞれが充実した研究成果を発表することができた。交付申請書に記した研究の目的に照らして、「常識(コモン・センス)」概念の意義を思想史研究者と哲学研究者が専門分野の垣根を越えて互いに問い考察を深め、社会に発信していくということは順調に進んでいると考えている。また、学会レベルで「常識」概念への関心が高まっていると感じ、私たちの活動もその一助となっていると思われる。これまで、研究会を重ね、学会のシンポジウムでも報告するなど、順調に研究は進展し、成果を出している。2019年度末に出版する予定の本の初稿を7月末に集め、検討会を開催する予定であるため、概ね順調に進展していると考えている。今後も研究会を定期的に開催していく予定である。また、来年三月に開催される日本イギリス哲学会の年次大会で、シンポジウムを実施したいと思っている。今年度は、このシンポジウムを目指して、研究を充実させていきたい。以上最終年度にあたる今年度は、3年間の研究の成果物として来年3月までに共著を出版しようと考えている。また、研究者同士の交流をより活発にするために、研究会を4回以上開催することを目標にしている。2019年度末に出版する予定の本の初稿を7月末に集め、編者である青木(思想史グループのリーダー)と大谷(哲学グループのリーダー)がすべての原稿を確認し、その後全員で検討会を開催する予定である。その後出版社に提出し、個別に校正していく。3万円ほどうっかりしていて使っていなかったため。旅費を使う予定でいた研究者が、諸事情によりスケジュールを組むことができなくなってしまったことが主な理由である。
新規Tax1結合因子を介したHTLV-1発癌の悪性化機構

HTLV-1Tax1に結合するUSP10およびその結合蛋白G3BP1の機能解析を行った。G3BP1はUSP10の抗酸化活性を阻害することにより定常状態における活性酸素種産生の維持に必要であった。一方、亜ヒ酸処理後ではG3BP1とUSP10がストレス顆粒の形成を促進することで、USP10の抗酸化活性を解除することが明らかとなった。さらにこのUSP10の抗酸化活性にはATMのキナーゼ活性が必要であった。ヒトT細胞白血病ウイルス1型(HTLV-1)は成人T細胞白血病(ATL)の原因ウイルスであり、ATLの発症にはゲノム異常が蓄積することが必須である。HTLV-1がコードする発がん蛋白Tax1は、ゲノム異常の原因となる活性酸素種(Reactive oxygen species; ROS)の異常産生に関与することが報告されているが、その分子機序は未だ不明である。本研究では、Tax1に結合する因子として我々が同定したUSP10について解析し、以下のような結果を得た。1.USP10は亜ヒ酸処理下において形成されるストレス顆粒(Stress granule; SG)に局在した。USP10欠損細胞を樹立したところ、野生型細胞よりも亜ヒ酸処理下におけるSG形成能が低下しただけでなく、その後に誘導される細胞死が昂進した。さらにこのUSP10欠損細胞における細胞死の昂進が抗酸化剤によって阻害された。2.質量分析を実施した結果、USP10と最も強く結合する因子としてG3BP1を同定した。G3BP1はUSP10の抗酸化活性を阻害することにより定常状態における活性酸素種(ROS)の産生を活性化した。しかし、亜ヒ酸処理後ではG3BP1とUSP10がストレス顆粒の形成を促進することで、USP10の抗酸化活性は解除された。3.酸化ストレス応答因子であるATMはUSP10をリン酸化修飾することが知られている。そこでATMのリン酸化活性を阻害したところ、USP10によるROS抑制能が低下した。以上の結果から、USP10がそのSG形成能を介して抗酸化活性を有することが示された。亜ヒ酸を含む治療薬が一部のATLに対して有効であることが臨床研究において示されていることから、今後はUSP10を標的としたATL治療薬の開発を目指した解析を進めていく予定である。そこで本研究では、Tax1に結合する因子として我々が同定したUSP10を切り口にして、以下の実験を実施した。1、USP10による細胞内ROS産生誘導の制御機構(1)USP10欠損マウスからUSP10欠損細胞を樹立した。まず、USP10欠損細胞では野生型細胞よりも亜ヒ酸処理下において形成されるストレス顆粒(Stress granule; SG)の形成能が低下すること、その後に誘導されるアポトーシスが著しく昂進することを見出した。このアポトーシスの昂進は抗酸化剤処理により阻害された。(2)次に、野生型USP10が亜ヒ酸処理によるROS産生を抑制する一方、SG形成能を欠くUSP10変異体はこの活性を消失した。以上より、USP10によるSG形成がROS産生を抑制することが明らかとなった。(3)G3BP1によるSG形成にはUSP10との結合が必要であり、さらにそのSG形成細胞ではROS産生能が低下していた。2、Tax1によるROS産生誘導の制御機構(1)USP10との結合活性を欠くTax1変異体を作製し、SG形成能に対する作用を検討したところ、野生型Tax1がSG形成を抑制する一方、Tax1変異体はその活性を失った。(2)Tax1のROS産生能は、USP10ノックダウン細胞において低下した。以上の結果から、Tax1はUSP10の機能を阻害することで細胞内ROSの異常産生に関与することが明らかとなった。申請書における、目的(2)研究期間内に何をどこまで明らかにしようとするのか、において初年度に予定していた計画、具体的には、1.USP10がストレス応答シグナルにおけるどの部分に作用するのかを同定し、いかにしてROS産生を抑制するのかを明らかにする。2.USP10によるROSの産生抑制機序に対し、Tax1がどのように作用することによってROS産生昂進に導くのかを明らかにする。をある程度達成できたと考えている。研究計画どおりに進めているが、今後さらなる詳細な分子機序を明らかにする必要がある。

具体的には、USP10によるROS産生制御機序に関わる因子の同定を行なっていく。さらに申請者らはUSP10ノックアウトマウスを樹立し、その表現系解析をすでに開始しており、分子・細胞・動物レベルで総合的に解析する。具体的には、ROSの産生異常が白血病発症の原因であるのか明らかにするため、抗酸化剤の投与がUSP10ノックアウトマウスの白血病発症頻度を低下させるのか、さらにはDNA損傷を減弱させるのかについて調べる。直接経費からは、物品費;1400,000、旅費;100,000、論文投稿費用;100,000(円)を予定している。
FGF-2徐放性接着性レジンの臨床応用に向けた包括的検討

歯科用接着性レジンに組織再生誘導能を付与することを目指して、これまでに、成長因子であるFGF-2を担持させた非生体分解性のポリマー粒子をレジンに添加し、試作レジンがFGF-2を徐放することで組織再生に促進的に働くことを基礎的検証によって確認してきた。しかし、これまでの基盤技術確立のために用いたポリマー粒子は粒径が大きく、臨床応用するにあたっては、最終組成物である接着性レジンの基本特性への影響について十分な配慮がなされているとは言えなかった。そこで本研究では、試作レジンの実用化に向けて、添加するFGF-2担持ポリマー粒子の粒径および配合率を最適化することを目的とする。本年度は、まず、粒形の異なる3種のFGF-2担持粒子を作製し、各粒子からのFGF-2溶出性を評価した。HEMAとTMPTを重量比で90:10の割合で混和し、重合した硬化体を粉砕して平均粒径270、98、および8.7 μmの3種のポリマー粒子を作製した。作製した各粒子にFGF-2を担持させ、凍結乾燥処理を施し、FGF-2担持粒子を得た。得られた各粒子を滅菌蒸留水に浸漬し、溶出液中のFGF-2溶出濃度をBCA比色法により定量したところ、粒径が小さいものほどFGF-2の溶出量が多くなることが分かった。つづいて、平均粒径8.7 μmのFGF-2担持ポリマー粒子を市販の4-META/MMA系接着性レジンであるスーパーボンド(サンメディカル、以下SB)の粉材に対して0, 10,あるいは30 (wt)%の割合で添加し、モノマー液、キャタリストと共に混和して、直径5 mm、厚さ0.5 mmのレジン硬化体を作製した。得られた硬化体から溶出するFGF-2濃度を粒子からの溶出試験と同様にして測定したところ、FGF-2担持ポリマー粒子を10および30 (wt)%添加したレジン硬化体からのFGF-2溶出は、いずれも2週間持続することが確認された。また、FGF-2担持粒子を10および30 (wt)%添加したレジン硬化体存在下で骨芽細胞様細胞であるMC3T3-E1細胞を培養し、MTTアッセイにより細胞増殖を評価したところ、粒子を含まないSBのみの場合やFGF-2非担持の粒子を添加した場合に比べて、MC3T3-E1細胞の増殖が有意に促進されたが、粒子の添加量の違いによる細胞増殖効果の違いは認められなかった。平成30年度の研究実施計画に則り、小粒径のポリマー粒子を作製し、各粒子からのFGF-溶出性評価を行い、さらに、粒子を接着性レジンへ添加して、レジン硬化体からのFGF-2の溶出および骨芽細胞様細胞に対する増殖促進効果を評価したところ、前述のような結果が得られた。以上のことから本研究の進捗は、おおむね順調に進展していると判断できる。平成30年度に得られた結果に基づいて、粒子の添加率の異なる試作レジンを作製し、試作レジンの物性、およびラット頭蓋骨欠損モデルを用いた組織再生誘導効果についての検討を行う。

また、FGF-2担持粒子を10および30 (wt)%添加したレジン硬化体存在下で骨芽細胞様細胞であるMC3T3-E1細胞を培養し、MTTアッセイにより細胞増殖を評価したところ、粒子を含まないSBのみの場合やFGF-2非担持の粒子を添加した場合に比べて、MC3T3-E1細胞の増殖が有意に促進されたが、粒子の添加量の違いによる細胞増殖効果の違いは認められなかった。平成30年度の研究実施計画に則り、小粒径のポリマー粒子を作製し、各粒子からのFGF-溶出性評価を行い、さらに、粒子を接着性レジンへ添加して、レジン硬化体からのFGF-2の溶出および骨芽細胞様細胞に対する増殖促進効果を評価したところ、前述のような結果が得られた。以上のことから本研究の進捗は、おおむね順調に進展していると判断できる。平成30年度に得られた結果に基づいて、粒子の添加率の異なる試作レジンを作製し、試作レジンの物性、およびラット頭蓋骨欠損モデルを用いた組織再生誘導効果についての検討を行う。
密度汎関数理論の新展開

既存の密度汎関数法が克服できなかった多くの問題を解決してきた長距離補正密度汎関数法(LC-DFT)をさらに深化・高度化することにより、LC-DFTの威力を示し、汎用性の高い分子理論として確立することが本課題の目的である。光化学反応理論の決定版として、新しい理論の開発を行いつつ、大規模計算を実現するための新たなアルゴリズムなどの開発を行った。また、本研究課題で深化・高度化したLC-DFTを用いて様々な分子系へと応用し、LC-DFTの特徴を活かした研究を行った。LC-DFTの適用範囲を大幅に拡大し、LC-DFTの威力を証明した。我々が提唱するLC汎関数は既存の汎関数の問題点をすべて解決したものとして高い評価を得ており、多くの理論計算に使われている。本研究ではこれをさらに発展させ密度汎関数理論の決定版とする。理論面での開発においては、高速な時間依存DFT(TDDFT)を開発し、励起状態の理論を確立すること、ポテンシャル曲面を高精度に記述する多参照LC-DFTを開発すること、相対論的効果を取り込むこと、スピン多重度、IR Raman振動スペクトル、NMRの化学シフトを記述する理論を開発すること、ダイナミクス理論に拡張することを目的とし、さらに大規模系にも適用できるLinear scalingなアルゴリズムを開発する。23年度は下記の課題に取り組み、成果を得ることができた。1.光化学反応理論の開発と統合1-1.高速な時間依存DFT(TDDFT)にもとづく非断熱相互作用計算法の開発1-2.多配置DFTの開発1-3.スピン軌道相互作用を取り込んだ開殻TDDFTの開発2.次世代スーパーコンピュータ「京」での利用に向けだDFT超高速計算アルゴリズムの開発2-1.長距離補正DFT計算のOrder-N化アルゴリズムの開発3.実験研究者との連携による電子伝達機構の解明3-1.燃料電池の電子伝達機構の解明3-2.紅色細菌の光合成における電子伝達機構の解明本研究課題では、大規模系の複雑な光化学反応を取り扱える理論を開発するため、LC-DFTの適用性向上のためのLC汎関数の深化・高度化を進めている。光化学反応は光合成をはじめとして生体分子などの大規模分子系内で起こる。生体分子のような大規模系はファンデルワールス結合や弱い水素結合などの弱い相互作用によって3次構造が作られる。しかし、これら弱い相互作用はごく最近までDFTではまったく記述できなかった。研究代表者らはこれまで、弱い相互作用をきわめて高精度かつ効率よく計算できるlocal response dispersion(LRD)分散力汎関数をLC-DFTと組み合わせたLC+LRD法を開発している。我々が開発してきたLC-BOP12汎関数とLCgau-BOP汎関数を利用したLC+LRD法を結合計算に適用した結果、これまでよりも高い精度で弱い結合を計算することに成功した。また、LC法の計算精度を維持しつつ、交換積分をどれくらい削減して効率的な計算が可能か検証しながら、理論開発を行っている。DFT計算の重要なターゲットである固体結晶の効率のよい計算を実現するGau-PBE汎関数とGau-PBEh汎関数を開発した。これらの汎関数は、交換積分の短距離成分のみを考慮する。半導体のバンドギャップを高速に精度よく計算することができ、既存の手法と比較しても効率の高い計算手法であることが確認できた。この汎関数を使うことで、平面波基底を使った交換積分計算値の特異値によって計算精度が低下する問題も解決する。さらに、光化学反応において重要な役割を果たす電荷移動型励起について精密な解析を行った。我々が開発したLC-BOP法とLC-gauBOP法は電荷移動型励起を精度よく記述できることがわかった。また、分子内電荷移動励起と分子間電荷移動励起の定性的な違いについて明らかにした。長距離補正(LC)密度汎関数法(DFT)にもとづく光化学反応理論の開発を目的とし、当該年度は時間依存DFT(TDDFT)にもとづく非断熱相互作用計算法、多配置DFT、スピン軌道相互作用を取り込んだ開殻TDDFTおよび相対論的汎関数の開発、軌道にもとづく反応解析法の提案、LC-DFT計算のOrder-N化、および光合成電子伝達機構の解明を計画していた。非断熱相互作用計算法については、プログラムを共同開発し、応用計算を行なっている。多配置DFTについては、計算プログラムを開発し応用計算を行なったが、DFTと多配置理論の整合性が悪いという本質的な困難に直面した。スピン軌道相互作用を取り込んだ開殻TDDFTについては、開発したプログラムによる応用計算を進めている。LC-DFT計算のOrder-N化については、利用するアルゴリズムを選定し直し、現在プログラム開発の端緒にある。光合成電子伝達機構の解明については、実験結果に矛盾しない計算結果を得た。当該年度は、軌道にもとづく新しい反応解析法について大きな進展があった。申請書執筆時点と状況が変わり、LC-DFTの軌道エネルギー高精度再現の重要性が増している。当該年度は、大規模分子の軌道エネルギー計算の結果、我々の開発したLC-BOPが最も高精度な結果を与えるという結果を得た。さらに重要なことに、LC-DFTの軌道エネルギーの反応座標上の変化を解析した結果、ほとんどの反応は初期に電子移動で進行すること、それをもとに反応経路が特定できることを明らかにすることに成功した。さらに、相対論的汎関数の開発の第一歩として、相対論効果の大きい内殻軌道の軌道エネルギーに対するLC-DFTの過小評価の問題にも取り組んだ。

我々の開発した擬スペクトル領域的自己相互作用補正を適用した結果、内殻・価電子軌道エネルギーの同時高精度再現に世界で初めて成功した。本研究課題は、現在主要な量子化学計算理論の1つとなりつつある本研究者らが開発してきた長距離補正(LC)密度汎関数法(DFT)にもとづき、複雑に電子状態が連関しあう大規模系の光化学反応の解析理論の開発を目的としている。H26年度は、軌道エネルギーにもとづく化学反応解析法の開発をさらに進め、昨年度までに特徴的な振る舞いを確認していたSN2反応や対称反応を検証した。これまでのLC-DFTでは交換エネルギーの算出において長距離補正を行ってきたが、今年度は新たに相関エネルギーの算出において長距離補正を行う試みに取り組んだ。長距離相互作用が重要となる分子物性計算において有用であることが確認できた。今後さらなる高精度計算を実現する密度汎関数法の開発のための足がかりを確立することができた。また、本年度はこれまでの電子状態計算手法の開発にとどまらず、原子核や陽電子を電子と同じく量子的に取り扱う新しい密度汎関数法の開発に取り組み、Multicomponent MO法に基づく新しい密度汎関数法を提案した。その結果、原子核の量子効果が重要となるような分子系、ミューオニウム分子や陽電子を含む分子系への適用が可能となった。軌道エネルギーにもとづく反応解析法を用いて最低エネルギー経路の反応性の低さが予想されたSN2反応については、直線的に反応が進行する最低エネルギー経路を通らない可能性が実験的に示されていることを確認した。同様に最低エネルギー経路では反応性が低いと考えられる対称反応(反応物と生成物が同じ反応)については、より可能性の高い新しい反応経路を提案できた。さらに、LC-DFTの応用計算にも精力的に取り組んだ。燃料電池の低湿電解質膜のプロトン伝導機構についてリレー機構を提案した。酸素を含むエステル・アルコールの反応障壁やイオン化ポテンシャルもきわめて高精度に計算できることを確かめた。当初の研究計画と比較すると、個別の課題では当初見込みより重要性を増して大きく進展した課題もあれば、状況が変化して重要性が低下した課題や困難さが新たに分かった課題もあるが、前者が明らかに勝るためこの評価とした。当初見込みより大きく進展した課題には、軌道エネルギーにもとづく化学反応解析法と固体など大規模系のバンドギャップ計算理論の開発がある。軌道エネルギーにもとづく反応解析法により、反応経路の評価ができることが初めて示された。すなわち、これまでの反応解析では反応は最低エネルギー経路を採ると仮定されてきたが、それ以外の反応経路を採る場合もあり、この反応解析法を使えばそれを判定できることが明らかになった。また、大規模系のバンドギャップ計算理論として2電子励起効果を簡便に取り込めるとされるスピンフリップ(SF)時間依存(TD)密度汎関数法(DFT)に長距離補正(LC)DFTを適用した理論を構築している。
津波の減災に有効な多重防御構造の最適化に関する研究

東北地方太平洋沖地震津波の後,北海道白糠町では海岸林,堤防,堀を組み合わせた多重防御構造がほぼ完成している.しかし,その隣には無堤の掘込河道である和天別川が存在し,河川遡上津波の氾濫の危険がある.そこで,河川遡上津波対策としての河川沿いの樹林帯,堀の背後への減災効果と対岸への悪影響を検討するため水理模型実験を行った.特に,樹林帯が密な場合,樹林帯と堀が河川と平行でないと,樹林帯前面で発生する定在波により,対岸側の水深が大きくなる.樹林帯と堀を設置した対岸側の流速については,樹林帯・堀の角度と河道のフルード数の関係により,定在波が対岸側に達するまでにエネルギーが減衰されるか否かが重要であることを示した.堀が深い場合,跳水によりエネルギーは減衰するものの,水位を高くするため対岸側の水深は大きくなる.一方,岩手県大槌町では,高さ14.5mの防潮堤の背後に,第2堤防を設置する二線堤が計画されている.沖で砕波が生じない場合など,防潮堤天端で限界水深が現れずに射流のまま越流する危険側の現象が生じる可能性がある.そこで防潮堤で限界水深が現れない場合の二線堤構造の減勢効果を検討した.防潮堤のみの場合,防潮堤天端のフルード数が1より大きい場合,堤防背後の水深はほとんど変化せず,流速が大きくなるためエネルギー減衰効果は小さくなる.二線堤について,防潮堤天端における速度水頭が増すため,より小さな越流水深で二線堤間において跳水は発生しなくなった.二線堤構造について,防潮堤天端のフルード数が1より大きい場合,エネルギー減衰効果は.防潮堤天端のフルード数が1の場合より小さいものの,単線堤の場合の差より小さい.申請者は,地域特性に応じて津波減災に適した多重防御構造を提案することを目的として,水理模型実験により物理メカニズムを解明し,水理実験では再現できない長周期波等の影響を加味して一般化するため,津波氾濫シミュレーションモデルの改良に取り組んでいる.その結果,2018年度には,4本の国内学術雑誌と2本の国際学術雑誌,1本の国内シンポジウム,2本の国際シンポジウムに研究成果を発表している.IAHR-APD(国際水圏工学会アジア太平洋支部)では,河川遡上津波対策が対岸側に悪影響を及ぼさない条件を明確にしており,優秀論文賞(対象164論文のうち2論文)を受賞した.2018年度に実施した防潮堤天端で限界水深が現れない場合の水理模型実験の結果については,国内学術雑誌に投稿中であり,要旨の第1審査を通過している.また,北海道の実樹木の伐採と成長段階に応じた津波の減勢効果については,国際シンポジウムに研究成果を投稿中であり,Abstractの第1審査を通過している.申請者がこれまでに行った水理模型実験では跳水現象や複合的反射現象などの鉛直方向流速や加速度が卓越する現象が観察された.これらを津波氾濫シミュレーションモデルで再現するには,3次元の解析が必要である.しかし,3次元の津波解析モデルは計算負荷が大きいため,申請者は,計算負荷を抑えつつ鉛直方向の流速や加速度を無視しないブーシネスク型方程式の導入を試みている.特に堤防越流時の水深の薄い流れについては,非物理的な数値振動が生じやすい.この解析を安定して解くため,波先端の処理や流れ方向の速度差に起因する粘性項の改良,移流項の空間方向差分の高次精度化や時間方向差分の高次精度化,非物理的な振動を抑える解析法の導入などに継続して取り組んでいる.これらの改良により,これまで申請者が実施した水理模型実験の結果を改良モデルでどの程度再現可能かを確認する.検証後,実地形の津波氾濫シミュレーションが可能な構築済みの平面二次元津波解析モデル(断層モデル+大領域から小領域へと計算結果を境界条件で接続し小領域計算を行うモデル)の最終領域に,改良モデルを組み込む.その後,従来モデルと改良モデル,実現象(震災時のデータ)を比較し精度の検証を行う.また,改良モデルを用いて,いくつかの代表地域において解析を行い,地域特性に応じて最適な多重防御構造(各構造のスケールや位置関係,樹林帯特性等)を提案する.東北地方太平洋沖地震津波の後,北海道白糠町では海岸林,堤防,堀を組み合わせた多重防御構造がほぼ完成している.しかし,その隣には無堤の掘込河道である和天別川が存在し,河川遡上津波の氾濫の危険がある.そこで,河川遡上津波対策としての河川沿いの樹林帯,堀の背後への減災効果と対岸への悪影響を検討するため水理模型実験を行った.特に,樹林帯が密な場合,樹林帯と堀が河川と平行でないと,樹林帯前面で発生する定在波により,対岸側の水深が大きくなる.樹林帯と堀を設置した対岸側の流速については,樹林帯・堀の角度と河道のフルード数の関係により,定在波が対岸側に達するまでにエネルギーが減衰されるか否かが重要であることを示した.堀が深い場合,跳水によりエネルギーは減衰するものの,水位を高くするため対岸側の水深は大きくなる.一方,岩手県大槌町では,高さ14.5mの防潮堤の背後に,第2堤防を設置する二線堤が計画されている.沖で砕波が生じない場合など,防潮堤天端で限界水深が現れずに射流のまま越流する危険側の現象が生じる可能性がある.そこで防潮堤で限界水深が現れない場合の二線堤構造の減勢効果を検討した.

防潮堤のみの場合,防潮堤天端のフルード数が1より大きい場合,堤防背後の水深はほとんど変化せず,流速が大きくなるためエネルギー減衰効果は小さくなる.二線堤について,防潮堤天端における速度水頭が増すため,より小さな越流水深で二線堤間において跳水は発生しなくなった.二線堤構造について,防潮堤天端のフルード数が1より大きい場合,エネルギー減衰効果は.防潮堤天端のフルード数が1の場合より小さいものの,単線堤の場合の差より小さい.申請者は,地域特性に応じて津波減災に適した多重防御構造を提案することを目的として,水理模型実験により物理メカニズムを解明し,水理実験では再現できない長周期波等の影響を加味して一般化するため,津波氾濫シミュレーションモデルの改良に取り組んでいる.その結果,2018年度には,4本の国内学術雑誌と2本の国際学術雑誌,1本の国内シンポジウム,2本の国際シンポジウムに研究成果を発表している.IAHR-APD(国際水圏工学会アジア太平洋支部)では,河川遡上津波対策が対岸側に悪影響を及ぼさない条件を明確にしており,優秀論文賞(対象164論文のうち2論文)を受賞した.2018年度に実施した防潮堤天端で限界水深が現れない場合の水理模型実験の結果については,国内学術雑誌に投稿中であり,要旨の第1審査を通過している.また,北海道の実樹木の伐採と成長段階に応じた津波の減勢効果については,国際シンポジウムに研究成果を投稿中であり,Abstractの第1審査を通過している.申請者がこれまでに行った水理模型実験では跳水現象や複合的反射現象などの鉛直方向流速や加速度が卓越する現象が観察された.これらを津波氾濫シミュレーションモデルで再現するには,3次元の解析が必要である.しかし,3次元の津波解析モデルは計算負荷が大きいため,申請者は,計算負荷を抑えつつ鉛直方向の流速や加速度を無視しないブーシネスク型方程式の導入を試みている.特に堤防越流時の水深の薄い流れについては,非物理的な数値振動が生じやすい.この解析を安定して解くため,波先端の処理や流れ方向の速度差に起因する粘性項の改良,移流項の空間方向差分の高次精度化や時間方向差分の高次精度化,非物理的な振動を抑える解析法の導入などに継続して取り組んでいる.これらの改良により,これまで申請者が実施した水理模型実験の結果を改良モデルでどの程度再現可能かを確認する.検証後,実地形の津波氾濫シミュレーションが可能な構築済みの平面二次元津波解析モデル(断層モデル+大領域から小領域へと計算結果を境界条件で接続し小領域計算を行うモデル)の最終領域に,改良モデルを組み込む.その後,従来モデルと改良モデル,実現象(震災時のデータ)を比較し精度の検証を行う.また,改良モデルを用いて,いくつかの代表地域において解析を行い,地域特性に応じて最適な多重防御構造(各構造のスケールや位置関係,樹林帯特性等)を提案する.
並列型高密度磁気ランダムアクセスメモリの開発

FeCo/Cu/FeCoサンドイッチ構造膜を磁気抵抗層に用いて、基板上に下部Cu電極線、SiO絶縁層、磁気抵抗層、SiO2絶縁層、上部Cu車極線の順に堆積、微細加工し1ビットメモリ素子の試作を行った。上下の電極線と磁気抵抗層の間の絶縁層は、配置の上下関係が非対称になるようにし、上下の電極が部分的に磁気抵抗層と重なるように加工した。これにより、上部電極から下部電極へと電流を流したとき、磁気抵抗層を流れる電流は膜面と平行になり、磁気抵抗層の磁化状態の変化による抵抗変化を検出することが可能となる。実際の記録・消去実験については、記録は電磁石による外部磁場で行い、ソフトなFeCo層の磁化のみを反転させるような磁場の範囲で繰り返し磁場の増加・減少を繰り返すことにより記録消去が行えることを確認した。読み出しは、上部の電極から下部の電極へと電流を流し磁気抵抗層の抵抗変化から確認した。このような磁気ランダムアクセスメモリの作製には磁性金属材料の微細加工方法の改善が非常に重要な役割を占めており、研究の一環として基盤微動真空蒸着法を発明し、装置の開発に関しても試作品段階まで進めた。本年度における研究の主目的の一つであった、磁気ランダムアクセスメモリ素子の作製については、当初の目的の通り、1ビット素子を作製し、磁気抵抗効果の特性を測定する段階までは到達した。磁性サンドイッチ構造素子を微細加工し、磁気抵抗効果を測定したところ、メモリ動作を行っていることを確認した。しかし、本来の磁気抵抗の変化比は、5%程度と予想されていたものが、微細加工後の素子では1%以下と小さいものになってしまった。これには、微細加工を施すことにより磁性膜及び電極との絶縁用のSiO膜が劣化し、電気伝導において、バイパス電流が生じたことによる有効電流の低下が原因と推測され、素子作製技術の向上が必要である。また、ここで、実現できた素子サイズは、メモリ部分が30×150μmの大きさで、実用素子を開発することから見れば非常に大きなものであった。それ以下の、より小さい素子を作製することの技術的な困難が、現有の設備・装置では生じたことから上記のサイズに留まってしまった結果となったが、本年度後半に、従来の薄膜作製と、光リソグラフィ、エッチング技術の組み合わせではなく、新規に微細磁性パターンを作製する方法の目途が立ち、現在は、そのシステムの構築を行っている。新しい作製システムの環境が整えば、数μmサイズの素子を作製し、磁気抵抗特性を測定することが可能となることが予想され、より実際の動作に近い環境で、種々の動作特性の測定を進めることができると期待される。FeCo/Cu/FeCoサンドイッチ構造膜を磁気抵抗層に用いて、基板上に下部Cu電極線、SiO絶縁層、磁気抵抗層、SiO2絶縁層、上部Cu電極線の順に堆積、微細加工し1ビットメモリ素子の試作を行った。
凝結・分裂過程の確率解析

一般化split-merge過程についての議論を最終的には次の意味で2段階に拡張されたモデルにより定式化し,研究を収束させるに至った.(1)coagulationレートKとfragmentationレートFについて斉次性を課す.ただし,斉次性の指数はそれぞれλ+2, λ+1(ただし.λは非負.)とし,どちらのレートも非負で,恒等的に0ではないものとする.(2)状態空間として,全クラスターサイズに「有限かつ正」という条件のみを課した空間を考える.このモデルは一般化split-merge過程からの適当なスケール変換と時間変更により構成される.可逆性についての主結果は,レートK, Fと分布に付随する相関関数・Palm分布族との間に成り立つ関係式により述べられ,いわゆる詳細調合条件の対応物とみなされる自然な条件が導かれた.さらに,この条件を満たす具体的な場合として,Poisson-Dirichlet分布のある種の変形を可逆分布として持つような,一般化split-merge過程の一種が見つかった.必ずしも可逆性を課さない一般の状況での主結果は2つである.一つは,非定常な相関測度系の満たす微分積分方程式系の導出である.これはいわゆるBBGKY階層の類似と言える.もう一つは,初期分布族とレートに関する適切な仮定の下での,スケール極限による凝結分裂方程式の導出である.数学的には大数の法則のレベルの結果であるが,まだ極限方程式の解の一意性が不明であるため,解の存在のみが確率論的に証明された段階である.それでもこれまで知られていた結果との比較では,存在定理だけでもかなり拡張された結果であると考えられる.このような結果については,論文原稿をarXiv(arXiv:1808.10674)および学術論文雑誌に投稿済みである他,複数の国際研究集会と他大学におけるセミナーにおいて講演発表がなされた.Mayer-Wolfら(2002,EJP)による一般化split-mergeモデルに関して考察した.これは単位区間の可算個の部分区間族を状態として取るマルコフ連鎖である.時間発展は,区間幅に応じてランダムに選ばれた2つの小区間が合併したり,あるいは同様に選ばれた1つの小区間がその上の一様分布で定まる点を境に2つの小区間へと分裂することでなされる.合併と分裂の起こりやすさの比が一つのパラメータθにより記述される.Mayer-Wolfらの論文では主にこのモデルの定常分布が議論されており,実質的に相関関数の満たすべき方程式系が導出されているが,その詳細を吟味したところ,1つの重要な項が見落とされているという誤りがある(定常分布であるはずのPoisson-Dirichlet分布の相関関数がその方程式系を満たさないことが確かめられる.).我々はこの部分を適切に修正し,かつその後で適切に変形することにより,Poisson-Dirichlet分布が定常分布であるという事実に対して彼らとは別の,より簡明な証明を与えることができた.また,その方程式系は,解析系の論文で議論されているある種の凝結・分裂モデルにおいて(発見的に)導かれる方程式系と密接な類似構造を持つことがわかった.解析系の文脈では全くアプリオリに「ある種の凝結・分裂モデルが背後にある」という想定で議論が出発しているが,それがどのようなものかという点について明確な記述はない.その意味において,我々の現時点での結果は,これまで明確でなかった肝心な点を限定的な場合ながらも明らかにしたという意義を持つものと考えられる.Λ-coalescent過程に関しては,それの代表的な場合を生物の研究者が議論しているとの情報をある研究集会で確認し,彼らの問題意識や解析的手法を知る機会が得られた.前年度に引き続きMayer-Wolfら(2002,EJP)による一般化split-mergeモデルについて考察した.やはり相関関数の満たす方程式系を基にした解析を行ったのだが,元々のモデルではsimplex上のプロセスとして考えているが,これをconeに引き上げたプロセスの方が数学的には扱いやすく形も整ったものとして考えることができることに気付いたため,その様な観点で調べた.すると,Boltzmann方程式に付随する無限粒子系の満たす方程式系として知られるBoltzmann階層との少なくとも形式上である種の類似性があることがわかっただけでなく,Aizenman-Bak(1979,CMP)が重要な解析的結果を導いた凝結レート・分裂レート共に定数の時の凝結分裂方程式との関連も見えてきたため,それら複合的な見方で考察を行うことができた.この段階での結果をまとめているところである.Mayer-Wolfら(2002,EJP)の論文では指摘されていないが,一般化split-mergeモデルについては離散モデルからの極限として自然に導出することができ,また,その点については集団遺伝学における無限個アレルモデルについても対応することが言える.そして,これらの対応する離散モデルは共にEwens分布という有名な分布を定常分布として持つ.このような興味深い側面を,統計数理研究所で行った招待講演において解説した.定常分布の一意性の議論において,必要なステップが残っている.初年度,前年度に引き続いてMayer-Wolf(2002,EJP)らによる一般化split-mergeモデルを議論した.やはり相関測度系のみたす無限階層の方程式系が主な解析対象となった.今年度は定常方程式系のみならず,非定常の方程式系も考え,その解の一意性の議論もしている.その際,解の空間として,相関測度系ではなく相関関数系の空間を考えることとした.

ただ,その場合,解の存在はマルコフ過程モデルの解析から自動的に得られるという状況ではないため,逐次近似のような構成的な議論も求められる.現在,その目的のために適切なノルムについて探っている.ポイントは,単なる関数系の空間ではなく,相関関数系が満たすべき整合性条件を反映したより狭い関数空間を導入する必要がある,という点である.一方,相関関数系の満たす定常方程式系の解の一意性については,適切な変換を施したものを考えることにより,ある種のLiouville型定理を示すことに帰着可能であることがわかり,そのような方針でも探究している.ただし,定常分布の相関測度が常に密度を持つか否かはまだ不明であるため,定常相関関数系の一意性が示されたとしても,定常分布の一意性の証明が完結することにはならない.これらの進展の一部をベースにした講演発表を,マルコフ過程関連の研究集会において行った.その準備の際,既存の結果との関連を調べていた中で,いわゆるカオスの伝播の問題との関連から,通常の凝結分裂方程式の特別な場合が導けるはずであることに思い至って,そのような観点での議論も行っている.定常および非定常の方程式系を考えるための適切な空間設定に議論の余地が残っている.Λ-coalescent過程の短時間挙動については十分な議論が及んでいない.一般化split-merge過程についての議論が進んだ.特に,coagulatioのレートとfragmentationのレートについて適切な仮定を導入することにより,これまでカバーされていない大きさ(サイズ無限大での増大率)のレートを持つ凝結分裂過程の存在も言えたことで対象となる枠組みが広がった.また,可逆性についても,一般化split-merge過程だけではなく,それをコーンに引き上げることで自然に得られる凝結分裂過程に対しても議論することができた.得られた結果は,可逆分布の相関関数とパーム分布族の表示である.それにより,可逆な一般化split-merge過程の可逆分布の相関関数とパーム分布族が満たす特殊な関係式は,可逆な凝結分裂過程の場合にも満たされることが判明した.このような可逆性を持つ場合には,非定常な相関測度系の満たす方程式系についても,適当な仮定の下で相関関数系の存在が示された.凝結分裂過程の場合には保存量が存在するため定常分布は一意ではないが,ポワソン性(ポワソン点過程の法則となっていること)も仮定すればガンマ点過程の法則に限定されるものと思われる.そこで,いわゆるカオスの伝播の問題を,適切な意味でガンマ点過程の法則からの摂動と見なせるような初期分布から出発した場合に考えた.結果として得られる方程式は,凝結分裂方程式と呼ばれる微分積分方程式のはずであるが,プロセスの緊密性まで確かめる必要があるため,その部分も含めて議論を精査する段階が残されている.Pitmanは2パラメータPoisson-Dirichlet分布の下での「凝結分裂双対性」をある意味でのモーメントの比較から得ていたが,この性質は我々の汎関数解析的な手法と非常に相性が良いことがわかり,彼の結果をその手法を通じて再現できることが判明した.
前帯状皮質活性化が脊髄後角に下行性疼痛賦活系を形成するメカニズムの解析

本研究において、前帯状皮質(ACC)の活性化により脊髄後角ニューロンの自発性興奮性シナプス後電流(sEPSC)の増強が得られることがin vivoパッチクランプ法で確認できた。さらに神経障害性疼痛モデルのSNIモデルラットでは既にsEPSCは増強しているため、ACC刺激によって増強作用は得られなかった。また、SNIモデルラットのACCにAMPA受容体拮抗薬を注入すると増強していたsEPSCの抑制が得られた。さらに、実際の痛み刺激による誘発EPSCもACC刺激により増強する事が判明した。以上の結果はACCから脊髄後角に下行性疼痛賦活系が存在することを示唆していると考えられた。情動中枢の一つである前帯状皮質(Anterior cingulate cortex : ACC)の活性化が脊髄後角細胞のシグナル伝達にどのような作用を与えるのか、電気生理学的に解析を行った。前もってACCの定点(座標:bregmaから2.0mm前方、0.5mm側方、2.0mm腹側)に刺激電極を設置し、脊髄膠様質ニューロンにおける興奮性シナプス後電流(EPSC)および抑制性シナプス後電流(IPSC)の変化をin vivoパッチクランプ法を用いて解析した。ACCの単回の電気刺激ではEPSC,IPSCともに明らかな変化は認めなかった。そこで100μs, 100Hz, 100μAの強度で1秒間の刺激を150秒間に渡って5秒毎に繰り返すtetanic刺激を行ったところ、EPSCの頻度・振幅がそれぞれ126%、120%程度に増強される効果を認めた(n=12)。一方、IPSCは同様のtetanic刺激でも有意な変化は認めなかった(n=7)。次に神経障害性疼痛モデルとしてSpared Nerve Injury (SNI)モデルラットに対して、ACCへ同様のtetanic電気刺激が脊髄膠様質ニューロンのEPSCにどのような影響を与えるか解析した。SNIモデルラットにおける自発性EPSCは正常ラットより、その頻度・振幅が亢進していたが、ACCへの電気刺激により増強されることは無かった。以上のことから、情動中枢のACCの活性化はより下位中枢である脊髄後角において、疼痛のシグナル伝達を増強させる効果があることが示唆された。さらに神経障害性疼痛では効果は得られなかったことから、既にACCの活性化が自発性EPSCの増強に関与している可能性があると考えられた。昨年度までに情動中枢の一つである前帯状皮質(Anterior cingulate cortex : ACC)の活性化は下位中枢である脊髄後角ニューロンの興奮性シナプス後電流(EPSC)を増強させることをin vivoパッチクランプ法を用いて報告した。また、この作用は神経障害性疼痛モデルであるSpared Nerve Injury (SNI)モデルにおいては既にACCが活性化されている可能性についても報告した。本年度はSNIモデルおよびShamモデルラットに対して、下肢に痛覚刺激及び触刺激を与えた際に観察できるEPSCの増強反応(evoked EPSC)のACC電気刺激前後における変化を観察することで、実際の侵害刺激および非侵害刺激に対するACCの活性化の影響を解析した。Shamモデルにおいては痛覚刺激および触刺激によって得られるevoked EPSCはACC電気刺激により増強されることが判明した(n = 9)。一方、SNIモデルにおいては痛覚刺激および触刺激によって得られるevoked EPSCはACC電気刺激をおこなっても有意な変化がないことが判明した(n = 7)。以上の結果から、実際の末梢刺激に対してもACC活性化は脊髄後角レベルでシグナル伝達を増強させる可能性がある。また、SNIモデルにおいては自発性EPSCが既に増強しており、ACC活性化がその増強に関与している可能性があるため、末梢刺激に対する増強作用も既に増強している可能性があるものと考えられる。当初の計画通り、本年度はACCの電気刺激による脊髄後角の興奮性シグナル伝達の亢進が実際の末梢刺激に対して増強作用を有する事を確認できた。また、神経障害性疼痛においてはこの作用は既に出現している可能性も確認できた。これまでに情動中枢の一つである前帯状皮質(Anterior cingulate cortex : ACC)の活性化は下位中枢である脊髄後角ニューロンの興奮性シナプス後電流(EPSC)を増強させることをin vivoパッチクランプ法を用いて報告した。下肢に痛覚刺激及び触刺激を与えた際に観察できるEPSCの増強反応(evoked EPSC)のACC電気刺激前後における変化を観察することで、実際の侵害刺激および非侵害刺激に対するACCの活性化の影響を解析したところ、Shamモデルにおいては痛覚刺激および触刺激によって得られるevoked EPSCはACC電気刺激により増強されるがSNIモデルにおいては有意な変化がないことが判明した。以上の結果から、実際の末梢刺激に対してもACC活性化は脊髄後角レベルでシグナル伝達を増強させるが、神経障害性疼痛が形成されている状況ではこの系がすでに活性化されてる可能性が示唆された。さらに本年度は、SNIモデルにおいて自発性EPSCが既に増強している状況でACCにAMPA受容体拮抗薬の1つであるNAPSMを注入して化学的ブロックを行ったところ、脊髄後角ニューロンのEPSCに抑制作用を認めた。以上これらの結果から、ACCの活性化が起こると脊髄後角ニューロンに対して下行性疼痛賦活系が形成されている可能性が示唆された。

本研究において、前帯状皮質(ACC)の活性化により脊髄後角ニューロンの自発性興奮性シナプス後電流(sEPSC)の増強が得られることがin vivoパッチクランプ法で確認できた。さらに神経障害性疼痛モデルのSNIモデルラットでは既にsEPSCは増強しているため、ACC刺激によって増強作用は得られなかった。また、SNIモデルラットのACCにAMPA受容体拮抗薬を注入すると増強していたsEPSCの抑制が得られた。さらに、実際の痛み刺激による誘発EPSCもACC刺激により増強する事が判明した。以上の結果はACCから脊髄後角に下行性疼痛賦活系が存在することを示唆していると考えられた。当初の計画通り、ACCの電気刺激による脊髄後角シグナル伝達への影響を解析することができた。その結果、ACCの活性化は下位中枢の脊髄後角レベルにおける興奮性シグナル伝達の増強をもたらす結果を得ることができた。さらに神経障害性疼痛モデルのラットでは正常ラットより脊髄膠様質ニューロンのEPSCは増強しており、ACCの活性化が寄与している可能性が考えられた。これらの結果はACCの活性化が脊髄後角に下行性疼痛賦活系を形成している可能性を示唆する結果で有り、本研究は順調に遂行できていると考えられる。神経障害性疼痛モデルラットにおいて観察できる脊髄後角ニューロンの自発性EPSCの増強がACCの活性化を抑制する事でどのように変化するかを検討する予定で有る。また、ACCから脊髄後角に至る経路が直接シナプスを形成する経路であるのか、何らかの介在を有するのかを検討する予定である。整形外科神経生理研究計画に従い、本年度で得られた結果であるACCの電気刺激による脊髄後角ニューロンの興奮性シグナル伝達の亢進が、実際の痛み刺激にどのような影響を与えるか検討する予定である。正常ラット及び神経障害性疼痛モデルラット(SNIモデル)の2群において、ACC刺激前と刺激直後での末梢皮膚の疼痛刺激・触刺激に発生する脊髄膠様質ニューロンの誘発性EPSCを比較する。さらにSNIモデルにおける自発性EPSCの増強がACCに対するグルタミン酸受容体拮抗薬の投与によって、抑制できるか検討する予定である。ほぼ研究計画通りに進捗できているが若干の差が生じており、少額の残金が残っているため、次年度に繰り越した。研究計画と実際の進捗状況に若干の差が生じ、未購入機器などがあるため。次年度の研究計画に従い、必要な研究機器や試薬等の消耗品に使用する予定。また研究成果に応じて、国内外での学会等で研究成果を発表・発信する。次年度の研究計画に従い、必要な研究機器や動物・試薬等の消耗品に使用する予定。