hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム情報を利用した魚類の筋分化制御に関する研究

本研究では、筋肉の性質を最終的に規定するミオシン重鎖遺伝子(myosin heavy chain gene, MYH)に着目し、その発現の多様性が魚類の筋肉の構造や機能に密接に関わることを示すとともに、それらの発現制御に関わる転写ネットワークの一端を明らかにした。これら成果は、筋線維のタイプの決定機構を利用した肉質の改良や、筋成長の分子機構に基づく効率的な育種など、水産業への貢献にもつながることが期待される。ミオシンは筋肉の主要タンパク質で、アクチンとの相互作用でATPを分解し収縮運動に必要なエネルギーを得るが、その主たる機能部位は重鎖サブユニット(myosin heavy chain, MYH)に局在する。さらにMYHには一次構造の異なるアイソフオームが複数存在し、それぞれの発現の違いが速筋や遅筋といった異なる性質の筋線維を生み出し、それらの空間的配置が筋肉の性質を規定する。また、発生、成長、運動など様々な生理的要因は、アイソフオームの発現パターンを変え、筋肉を適応的に変化させる。しかしながら、このようなMYHの複雑な発現様式を制御する分子機構の詳細は不明である。他方、魚類では、複数の魚種でゲノムデータベースが利用できること、解剖学的に速筋と遅筋が分離し両者の区別が容易なこと、成体で筋細胞数が増加し温度適応すること、など筋発生、筋分化のモデルとして哺乳類とは異なる多くの魅力を備える。本研究では脊椎動物のゲノムモデルおよび器官形成モデルとしてそれぞれ研究の基盤整備の進むトラフグおよび小型魚類を主対象に、魚類MYH遺伝子(MYH)の発現変動を調べつつ、トラフグのMYHの転写制御下で蛍光タンパク質を発現するトランスジェニック魚をメダカやゼブラフィッシュで作成し、効率よく遺伝子の転写制御の分子機構を探る。さらに確立したトランスジェニック魚を用いて、その転写機構が、筋肉の発生、分化、成長、運動、傷の修復などにどのようにかかわるかについて検討する本研究では、筋肉の性質を最終的に規定するミオシン重鎖遺伝子(myosin heavy chain gene, MYH)に着目し、その発現の多様性が魚類の筋肉の構造や機能に密接に関わることを示すとともに、それらの発現制御に関わる転写ネットワークの一端を明らかにした。本年度はトラフグ成体の様々な部位の筋肉から,ミオシン重鎖サブユニット(myosin heavy chain: MYH)をコードするcDNAのランダムクローニングを行い,MYHアイソフォームの組成を検討した。その結果,速筋,遅筋および心筋において,複数のMYHアイソフォームが混在するが,その組成は筋肉間で異なることが示された。さらにノーザンブロット解析により,各アイソフォームのmRNA蓄積量を筋肉間で比較したところ,それぞれの筋組織で優先的に発現するアイソフォームとして,速筋ではMYH_<M86-2>およびMYH_<M2528-1>が,遅筋ではMYH_<M2126-1>およびMYH_<M8248>が,心筋ではMYH_<M2126-1>が同定された。また,MYH_<M1034>は速筋と遅筋両方に発現していた。次に,発生期のトラフグの特定の筋線維で発現するMYHにつき,遺伝子の上流配列をゲノムデータベースから抽出し,ゼブラフィッシュ胚を用いてin vivoレポーターアッセイを行った。遅筋と心筋に特異的なアイソフォームであるMYH_<M5>につき,翻訳開始点から上流4kbを連結したレポーターベクターの導入により,ゼブラフィッシュ胚の表皮直下の遅筋線維と,心室の心筋細胞でレポーター遺伝子の発現が観察された。さらに,欠損変異体を導入することで,特異的な発現パターンは上流2kbのシス制御を受けることが示された。同様の解析を胚体速筋型のMYH_<M743-2>についても行い,ゼブラフィッシュ胚の頭部筋肉および体幹部の速筋に特異的なレポーター遺伝子の発現を検出した。さらに,翻訳開始点から上流2kbがその発現に必要であることを示した。以上のように,ゼブラフィッシュの筋肉において筋線維特異的な転写を担う転写調節領域が抽出された。またトラフグのものが系統的に離れたゼブラフィッシュで働くことから,この転写調節機構は魚類に共通することが考えられた。トラフグ成体の速筋、表層遅筋、および背鰭の起立/下制筋につき組織化学的な解析を行った結果、いずれの部位でも大きさや筋原線維ATPaseの活性が異なる様々な筋線経が混在しており、複数種のミオシン重鎖遺伝子(MYH)の発現が考えられた。実際、ランダムクローニングおよびノザンプロット解析の結果、これら筋肉での複数のMYHの発現が認められた。一方で、その組成や優先的に発現するMTHは部位により明確に異なり、さらに、養殖と天然の個体ではMYHの組成に違いがあることも示され、トラフグが筋肉の部位や環境に応じた複雑なMYTHの発現制御を行っているととが示された。MYH_<M5>はトラフグの遅筋と心筋に特異的に発現するMYHで、19年度の解析から当該遺伝子の翻訳開始点上流4kbに組織特異的な発現に十分な転写制御領域が含まれることを示した。

脊椎動物の遅筋の発生にはhedgehog(Hh)シグナルが密接に関わるが、MYH_<M5>の上流4kbに緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を連結したレポー夕ーベクターをゼブラフィッシュ胚に導入し、さらに薬剤処理でHhシグナルを阻害したところ、無処理胚に比べて明らかにGFPの発現が減少し、MYT_<M5>プロモーターの活性がHhシグナルに依存することが示された。また、上流4k1kまでの様々な領域の欠損変異体を用いた解析により、MYH_<M5>の組織特異的な発現には、上流1kb1.5kb、1.5kb2kb、2kb4kbに分布する複数の領域のシス制御が関わることが明らかになった。その他、トラフグ胚の速筋で主に発現するMYH_<M743-2>やメダカの水平筋隔に発現するMYH_<M743-2>についても、その特異的な発現に必要な領域を抽出した。特に、MYH_<embl>ではその儀域を61bpまで絞り込み、現在当該観域に結合する転写因子のスクリーニングを開始している。トラフグ成体および胚の様々な筋肉で優先的に発現するミオシン重鎖アイソフォーム遺伝子(MYHs)の転写産物の分布をin situ hybridizationにより解析した。速筋と遅筋にそれぞれ特異的なMYHsの存在とそれらの分布様式を明らかにするとともに、速筋を構成する筋線維の中でも、新しく作られたものは特異的なMYHを発現することが明らかになった。さらに当該MYHは初期の筋発生の後、成長に伴って筋肉が肥大する時期に、新しい筋線維が作られる背側と腹側の筋節の端で特異的に発現することも明らかになり、筋成長や魚類筋肉に特徴的にみられる成体での線維数の増大との関連に興味が持たれた。これらMYHsの一つであるMYH_<M5>はトラフグの遅筋と心筋に特異的に発現する。平成21年度はMYH_<M5>のゼブラフィッシュオーソログであるMYH7Bとの比較解析から、両遺伝子上流にある保存領域を同定し、さらにその欠損変異体の解析から、MYH_<M5>の翻訳開始点上流479b606bの128bp中に遅筋/心筋特異的な遺伝子発現を正に制御するcisエレメントが含まれることを示した。同様の解析で、トラフグ胚の速筋で主に発現するMYH_<M743-2>につき、翻訳開始点上流1-2kbにプロモーターが含まれることを示した。さらに、メダカの水平筋隔に発現するMYH_<embl>については、その特異的な発現に必要な領域を61bpまで絞り込んだが、この領域に含まれるE-box配列、SRYおよびdeltaEF1の結合配列に変異を導入してもプロモーター活性は変化せず、未知のcisエレメントの存在もしくは複数のcisエレメントが共同して発現に関与していることが示唆された。いずれも転写制御領域は絞られつつあり、次年度以降の解析で転写因子の同定につなげたい。本研究では、魚類ゲノムに含まれ様々な筋肉で発現するミオシン重鎖アイソフォーム遺伝子(MYHs)につき、個々の発現やその発現制御機構について解析を進めている。このうち、トラフグMYHsの一つで遅筋と心筋に特異的に発現するMYH_<M5>については、平成21年度までの解析で、翻訳開始点上流479b606bの領域中に遅筋/心筋特異的な発現に必要なプロモーターが含まれることを示した。平成22年度には、ゼブラフィッシュのMYH_<M5>オーソログについて、転写産物の分布をin situ hybridizationにより解析した。
頭痛とてんかんの神経心理学

慢性頭痛の一種である片頭痛の患者は縞模様・格子模様をまぶしく感じることが知られている(Wilkins, 1996)。本研究では縞模様・格子模様を細かくしていったときのまぶしさの知覚の変化を定量的に評価した。その結果,模様を細かくするほど片頭痛患者のまぶしさの知覚が増大することが示唆された。また,大学病院に勤務する看護師を対象に疫学的調査を行った結果,ストレスの多い主任補佐クラスの看護師およびモニターを頻繁に使用する中央検査室勤務の看護師において比較的高頻度で片頭痛患者が認められた。従来の神経心理学の研究対象は脳損傷患者における高次脳機能障害であった。対象疾患は脳梗塞から神経変性性疾患、およびうつ病などの精神疾患まで多岐にわたるが、神経心理学は脳機能の低下に伴うパフォーマンスの低下を評価することを前提に発展してきたと言える。一方で、脳機能の異常な亢進が原因で起こると考えられる光過敏性や耳鳴りなどの感覚症状は、頭痛やてんかんなどで頻繁に見られるにも関わらず国内外いずれにおいても神経心理学研究の対象として扱われてこなかった。本研究では頭痛およびてんかんに伴う視覚症状を神経心理学的に評価し、脳機能の異常な亢進という従来と反対の視点から脳と心の関係について検討した。本年度は特に視覚症状と頭痛の関係について研究を行った。慢性頭痛の一種である片頭痛の患者は縞模様・格子模様をまぶしく感じることが知られているが(Wilkins,1996)、本研究では縞模様・格子模様を細かくしていったときのまぶしさの知覚の変化を定量的に評価した。その結果、模様を細かくするほど片頭痛患者のまぶしさの知覚が増大することが示唆された。さらに、まぶしさの知覚と片頭痛の関係について検討するため、白内障手術後に片頭痛を再発した患者1例を対象に症例研究を行った。この症例では若年時に発症した片頭痛が白内障の進行とともに消失し、白内障手術後に再発した。さらに、サングラス着用後に症状が大幅に緩和されたことから、この症例では光刺激が片頭痛の引き金になっていることが推測された。慢性頭痛の一種である片頭痛の患者は縞模様・格子模様をまぶしく感じることが知られているが(Wilkins, 1996)、本研究では縞模様・格子模様を細かくしていったときのまぶしさの知覚の変化を定量的に評価した。さらに、大学病院に勤務する看護師を対象に疫学的調査を行い年齢・職位・部署等と片頭痛発症頻度との関係について調査した結果、ストレスの多い主任補佐クラスの看護師およびモニターを頻繁に使用する中央検査室勤務の看護師において比較的高頻度で片頭痛患者が認められた。筆者らは以上の研究成果を国内外の学会・シンポジウムおよび論文にて発表した。
半乾燥地の農業における直接・間接的温室効果ガス発生要因の解明と予測モデルの開発

本申請研究では,浅い地下水面を持つ砂丘畑において温室効果ガス(GHGs)フラックスの測定とモデルによる予測を行うことで,GHGs発生量ー最適灌漑水量ー作物収量の関係に関する実態を把握を試みた.実験は,乾燥地研究センター内の圃場で,トウモロコシを供試作物として実施した.点滴灌漑区を設けて, TDRプローブと熱電対を土中に埋設することでトウモロコシの数株を対象とした2次元における土壌水分量,電気伝導度と地温の自動計測を行った.TDRプローブ設置地点の近傍にはガスチャンバーを設置して,定期的に二酸化炭素,亜酸化窒素,メタンのフラックスを測定した.畑全体の水収支を明らかにするために,ウェイングライシメーターによる蒸発散量の測定も行った.また,ライシメーターの下端(土壌表面から3mの深さ)で定期的に採水を行い,硝酸態窒素の溶脱量を観測した.研究の成果として,(1)砂丘畑表層から大気中へ放出される温室効果ガスフラックスは極めて小さいが,(2)10 ppmの水質基準値を超える硝酸態窒素の溶脱が明らかとなった.これは,水質基準値を超える硝酸態窒素が地下水へ到達する可能性を示唆するとともに,地下水を介した亜酸化窒素ガスの間接発生の懸念事項を明らかにした.実測値に基づき,温室効果ガス発生量の数値実験も実施した.数値実験には,温室効果ガス発生量の推定に広く利用されているDNDCモデルを用いた.その結果, DNDCモデルに組込まれた土壌水分予測モデルでは土壌乾燥領域における砂の水分保持特性や不飽和透水係数の推定の信頼性は低かった.したがって,DNDCモデルによる砂丘畑からの温室効果ガスの推定には,van Genuchtenモデルなどを用いて土壌水分保持特性の修正が必須であり,精度良い土中の水分移動計算の必要性が明らかになった.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
海外まき網漁業の漁獲機構解明に関する研究

東京水産大学の研究練習船海鷹丸と海外まき網漁船第18太神丸により、西部熱帯太平洋海域において共同調査を計画し、1991年12月に実施した。海鷹丸ではCTDとXBTを中心とした海洋観測を実施した。一方、第18太神丸は30回の操業を行い、通常の気象、海象、操船および漁獲データと併せ、漁具の挙動と漁獲に関するデータを収集した。さらに、1993年12月には韓国の漁船において、XBTを中心とした海洋観測を実施した。浮上群対象の操業であったため、第18太神丸の木付群中心の操業時の資料と照合し、新しい知見が得られると期待される。海外まき網漁船の操業記録より対象魚群の分布と漁獲について解析した。魚群性状と漁獲の季節変化との関係については東京水産大学研究報告に発表した。さらに、エルニーニョによる漁場形成への影響について解析した。これによると、キハダの漁獲位置が年によって大きく変動していることが判明した。また、漁獲の多い年と少ない年を比べると漁獲の多い年のほうが少ない年に比べて集中して漁獲される傾向が認められた。第18太神丸で観測した操業中の漁具の挙動に関するデータを解析すると同時に、これらを用いて回流水槽による模型実験を行い、まき網漁具の改良および操業方法の改善に有効な指針を得た。カツオ・マグロ類の行動と生理についての既往の知見をもとに、海外まき網漁業の漁獲技術との関係に焦点を絞り、漁獲過程の解明に向けた実験的検討を行った。カツオ・マグロ類の遊泳行動に関する実験により巡航速度として毎秒体長の23倍、生理的最大速度として1520倍の値が得られた。さらに、カツオの視覚機能に関する組織学的検討を加えた。これらの結果を用いて、まき網漁法の漁獲過程における遮断モデルによる漁獲の可能性について提案した。漁船の航送状態での動揺を観測し、漁場への往復路の日本近海で注意する必要がある。東京水産大学の研究練習船海鷹丸と海外まき網漁船第18太神により、西部熱帯太平洋域において共同調査を計画し、1991年12月に実施した。海鷹丸では東経140度線と150度線を北緯8度から赤道までを緯度30分毎にCTDとXBTを中心とした海要観測を実施した。一方、第18太神丸は北緯7度南緯3度、東経139度164度の海域で30回の操業を行い、通常の気象、海象、操船および漁獲デ-タと併せ、漁具の挙動と漁獲に関するデ-タを収集した。本年はエルニ-ニョ現象の影響によると思われる漁場の東西方向への拡散が見られ、海鷹丸と第18太神丸が同一海域で操業・観測する機会はなかったが、同時に収集した操業中の各船のQRY資料を解析することにより、この時期の海況と漁場形成についての知見が得られた。第18太神丸で観測した漁具の挙動に関るデ-タにもとずき、模型水槽で実験を行い今後の漁具改良の指針が得られた。これらの結果は三報にまとめ、水産学会において発表する予定である。つぎに、焼津港で収集した漁獲デ-タを解析して、魚群性状と漁獲の季節変化との関係について東京水産大学研究報告に発表した。さらに、次年度にはエルニ-ニョも終息すると思われるので、観測をつづけエルニ-ニョによるかつお・まぐろまき網漁場形成への影響について解析する予定である。

本年度は計画していた、海外まき網漁船への乗船調査が出来なかったので、わが国の海外まき網漁船31隻の操業位置、操業魚群の型、操業水温、および魚種別漁獲量よりなる操業データを入手し、漁獲量データベースを作成した。この漁獲量データベースは1983年1992年の10年間のデータで構成され、緯度経度1度区画毎の情報を年または月毎のファイルに纒めたものである。さらに、気象庁が1月2月と6月7月に毎年行っている、赤道海域までの太平洋縦断観測の海洋観測結果より、1983年1989年までの水温の各層観測資料を入手した。この資料より海外まき網漁業の操業海域の水温の鉛直分布図を作成し、漁獲量データベースより抽出した漁獲状況と対応させて検討した。この結果、操業は海流系の勢力の消長に大きく影響されること、および、流木の多い北赤道反流とその潮境に漁場が形成されることが多いことが判明した。また、当業船に依頼した水中TVカメラによる魚群の行動観察の資料の蓄積もさらに進んだ。さらに、平成3年度に第18太神丸で観測した漁具の挙動に関するデータや漁船の振動・動揺・傾斜等のデータとともに、この解析は現在鋭意進行中であり近く発表の予定である。操業現場で観測した漁具形状の静的・動的特性値を用いて回流水槽による模型実験を行い、まき網漁具の改良ばかりでなく操業方法の改善についての指針を得た。魚群探索のためのマニュアル作成を目的とした、魚群探索から追尾、投網にいたる過程で利用する情報を収集するための乗船は出来なかったので、次年度に実施する予定である。西部太平洋のカツオ・マグロまき網漁場はわが国の漁船が出漁するばかりでなく、韓国、台湾及び各国の漁船も操業する国際漁場である。このため、東京水産大学研究留学生を韓国のカツオ・マグロまき網漁船に乗船させ、XBTを中心とした海洋観測を実施するとともに韓国漁船の操業状況の情報を収集した。韓国のまき網漁船の操業のサイクルは1年で、その間の補給や水揚げは南太平洋の諸国で行っている。水揚げをわが国の港で行なうことを義務ずけられている、わが国の漁船が年間78航海しているのとは対象的であることが判明した。さらに、殆どの漁船がヘリコプターを搭載し、それを使用して魚群の探索をおこなっている。とくに、揚網中には魚群が網中より逃逸しないように、ホバリングをして協力するとともに、次の魚群の探索に充分に利用されている。今回の乗船においては、浮上群を中心の操業であったため、XBTによる海洋観測結果を解析することにより、日本漁船の木付群中心の操業時の資料と照合することにより新しい成果が得られるものと期待される。一方、操業記録を収集しての研究においては、エルニーニョ現象の発生時とラニーニャ現象発生時におけるキハダとキハダ幼魚の漁獲状態を解析した。これによると、キハダの漁獲位置が年によって大きく変動していることが判明した。キハダとキハダの幼魚の漁獲には逆の相関関係があり、また、漁獲の多い年と少ない年を比べると漁獲の多い年のほうが少ない年に比べて集中して漁獲される傾向が認められた。
霊長類と鳥類における道具使用の認知基盤と環境エンリッチメントへの応用

本研究の目的は、動物園で飼育されている霊長類と鳥類を対象に認知科学的手法を導入し、認知能力の進化史を解明すること、および飼育環境を改善する環境エンリッチメントを開発することである。中でも、ヒトに特徴的な認知能力のうち道具使用行動に着目する。ヒトの進化の隣人である霊長類と、系統的に遠いが相同な行動を進化させた鳥類を対象として、道具使用行動の実験を実施し、背景にある認知能力の進化史を明らかにする。また、飼育環境の改善に不可欠である飼育環境に求められる認知要因の解明と環境エンリッチメントの発展にも貢献できる。こうした研究目的および昨年度までの実施状況に基づき、実施2年度目である本年度は東山動植物園を研究のフィールドとして、鳥類と霊長類を対象とした認知実験と行動観察を継続した。まず、鳥類を対象とした研究においては、本年度は簡単な刺激弁別課題をおこない、認知実験に必要な手順を学習させた。対象とした5個体のうち4個体で学習を完了できた。続いて道具使用行動についての実験に移る予定だったが、対象個体が繁殖期に入り実験の継続が難しくなったため、いったん中断した。霊長類を対象とする研究では、チンパンジー・ゴリラ・オランウータンの大型類人猿3種を対象として選定し、道具使用行動を採食場面に導入することによる環境エンリッチメントの評価を目的として、行動観察を実施した。平常時の行動時間配分および行動レパートリーについて分析をおこなった。行動観察のために開発したモバイルアプリケーションについて論文と学会発表で公表した。また、平行して共同研究者と協力しておこなったコアラの採食選好性などについての研究をそれぞれ学会発表として公表した。自身の研究分野について書籍で概説したとともに、学会発表で公表し、アウトリーチ活動として高校で出前授業をおこなった。本年度は初年度に実施した研究環境の整備と基礎的テータの収集に基づき、より詳細な実験とデータ収集に移行した。3年間の研究計画のうちの2年度目であることを鑑み、おおむね順調に進展していると評価できる。(抄録なし)本研究の目的は、動物園で飼育されている霊長類と鳥類を対象に認知科学的手法を導入し、認知能力の進化史を解明すること、および飼育環境を改善する環境エンリッチメントを開発することである。こうした研究目的に基づき、実施初年度である本年度は名古屋市東山動植物園を研究のフィールドとして、鳥類と霊長類を対象とした研究およびその遂行のための準備をおこなった。まず鳥類を対象とした研究では、先行研究の事例が豊富であり、飼育施設が研究の遂行のために適していたアカコンゴウインコとスミレコンゴウインコの2種を対象として選定した。申請者がこれまでに利用してきたのとは異なる場所・動物個体を対象とした研究となるため、実験者と対象個体双方にとって必要となる馴致を当初はおこなった。馴致が達成されたことを確認した後、実験の実施のために必要な個体のコントロールを目的として、ターゲットトレーニングをおこなった。続いて認知実験に必要な手順を学習させることを目的とした簡単な刺激弁別課題をトレーニングした。霊長類を対象とする研究では大型類人猿3種を対象として選定した。道具使用行動を採食場面に導入することによる環境エンリッチメントの評価を目的として、平常時の行動を記録するための行動観察を実施した。まず、行動記録を簡便化し分析を容易にするため、行動記録用のモバイルアプリケーションを開発した。このアプリケーションを用いて行動観察を実施し、平常時の行動時間配分および行動レパートリーについて分析をおこなった。

自身の研究分野について書籍で概説したとともに、学会発表で公表し、アウトリーチ活動として高校で出前授業をおこなった。本年度は新たに開拓する研究環境の整備と、今後の詳細な実験および分析に必要な基礎データの収集を実施した。3年間の研究計画のうちの初年度であることを鑑み、おおむね順調に進展していると評価できる。本年度は初年度に実施した研究環境の整備と基礎的テータの収集に基づき、より詳細な実験とデータ収集に移行した。3年間の研究計画のうちの2年度目であることを鑑み、おおむね順調に進展していると評価できる。これまでに実施した研究はおおむね順調に進展しており、今後も研究計画通りに研究を推進できる。具体的には、研究のフィールドとして整備した名古屋市東山動植物園での実験と観察を継続してデータ収集をおこない、道具使用行動に関わる認知基盤と環境エンリッチメントとしての効果の評価を実施するとともに、対象個体数の少なさを補うために他の動物園でも研究できるようフィールドの開拓をおこなう。(抄録なし)
ワイヤレス表面装着型三次元加速度計を用いた睡眠時嚥下に関する研究

今回我々は、睡眠時嚥下機能を評価するための準備実験として、3軸加速度計を内蔵する市販の生体モニター機器を流用し、嚥下による喉頭の動きをワイヤレスで記録する実験を行った。実験に関する十分な説明を行い実験参加に同意された健常ボランティア15名(男性5名、女性10名)に対して、頸部CTによる喉頭前の組織の厚さ計測、X線透視撮影による喉頭挙上距離の評価、身長・体重・BMI・体脂肪率の計測、咽喉頭の診察を行った。さらに3軸加速度計を喉頭前面に貼付し嚥下運動による3軸方向の加速度変化をワイヤレスでPCへ送信・記録した。さらにこれらの実験結果をもとに嚥下運動の検出に対して影響を与える因子の検討、機器に関する検討を行った。結果としては男性で嚥下波形が検出されやすかった。その原因として、CTによる喉頭前の組織は男性で薄く女性で厚い傾向があった。さらに甲状軟骨の形状も関係したものと思われる。透視検査では男性のほうが喉頭挙上距離が大きく、これも加速度計が嚥下運動を捉えやすいことに関与したものと思われる。今回の実験では検証のために頸部をビデオ撮影しながら嚥下波形の記録を行ったが、体動などによるノイズ、実際に嚥下が起きてもその動きが皮膚の動きとしては不十分なことなど、波形のみで嚥下を検出するのは現時点では困難であり、ビデオ画像との照合が必要であった。さらに、現状のセンサーでも約3×3cmと大きくはないが、貼付したさいの違和感を訴えたケースも多く、加速度計の貼付自体が嚥下に悪影響を起こしてしまった可能性も考えられた。このことから、実際の臨床で検査を行う場合にはさらに小型なセンサーを用い貼付方法にも工夫が必要と考えられた。
ポスト工業化社会でのマングローブ利用と生業選択ーバタム島と西表島での比較研究ー

本研究ではインドネシアと日本をフィールドとし、貴重な地域資源であるマングローブ林の管理手法を社会実装を見据えて模索する。現代社会における持続的な資源利用を検討する際、市場機能および非市場的営為の影響は無視できず、経済のグローバル化やポスト工業化社会というキーワードの元での資源利用変遷要因の特定は必要である。急激に変化する社会構造に伴い発生する多種多様な条件下での資源管理手法の構築プロセスを事例研究から明らかにし、「利用を通じた資源管理モデル」として社会実装の手段を含め調査地に還元する。
IL-18に着目した小児期アトピー性皮膚炎難治化の研究

マクロファージから分泌される炎症性サイトカインIL-18は、Th1細胞ばかりではなくTh2細胞からのサイトカイン産生にも大きな影響をもつことが分かっている。この研究の目的は、ステロイド外用を中心とした治療にも関わらずコントロールが不良で難治なアトピー性皮膚炎(AD)を呈する小児例において、IL-18の関与を明らかにすることにあった。AD小児およびアレルギー歴のない小児(コントロール)から採血して単核細胞を採取した。試験官内で1x10^6/mlに調整してLPSおよびPHAで1時間刺激し産生されるIL-18とインターフェロン・ガンマ(IFN-γ)量を測定した。その結果AD小児では非アレルギー小児に比べIL-18産生能は亢進しており(幾何平均、172pg/ml vs.118pg/ml、IFN-γ産生能は低下していた(同6.8IU/ml vs.20.7IU/mD。いずれも統計学上有意であった。ウエスタンブロット法で調べると、AD小児においてはLPS刺激がなくてもIL-18が発現していることが分かった。IL-18はIL-12ないしIL-2の存在下でIFN-γ産生を誘導することが動物実験で分かっている。AD小児およびコントロールから単核細胞を採取し、1x10^6/mlに調整してIL-18+iL-12およびIL-18+IL-2の組み合わせで24時間刺激し産生されるIFN-γ量を測定した。コントロール全員から、いずれの刺激においてもng単位の大量のIFN-γ産生がみられた。AD小児ではIL-18+IL-2刺激下でng単位のIFN-γ産生があったものの、IL-18+IL12刺激下では21例中5例で全くIFN-γ産生がみられなかった。この結果から、AD小児の約4分1にTh1細胞上のIL-12リセプターの数ないし機能に異常があると推測できた。IL-12β1リセプターに対するモノクロナール抗体を用いてT細胞上の発現数を測定したが、AD小児とコントロール間に有意差はなかった。IL-12β2リセプターに対する抗体は入手できなかったので、T細胞上のIL-12β2リセプターをPHA刺激によって発現させ、その後一定量のIL-12を投与して結合によって減少するIL-12量からIL-12β2リセプター量を定量化することを試みた。しかしながらこの方法では安定した値が得られなかった。目的:今年度の研究では、インターロイキン18(IL-18、別称インターフェロン・ガンマ誘導因子)が小児アレルギー疾患(アトピー性皮膚炎、気管支喘息)の病態に関与していることを明らかにする。対象及び方法:16名の小児アトピー性皮膚炎、18名の小児気管支喘息およびアレルギー歴のない健康小児19名から各々末梢静脈血を採取し、単核細胞層を得る。

エンドトキシン(LPS)やレクチン(PHA)で刺激しながら培養し、産生されるIL-18,インターフェロン・ガンマ(IFN-g)およびIL-13量を酵素抗体吸着プレート法で測定する。細胞内のIFN-g・メッセンジャーRNA(IFN-g・mRNA)量は比色プレート法で測定する。結果:LPS刺激により産生されたIL-18量は,アトピー性皮膚炎(平均172pg/ml),気管支喘息(平均189pg/ml)ともアレルギー歴のない小児(平均118pg/ml)に比べ高値であった。レクチン(PHA)刺激によるIFN-g産生量は逆に、アトピー性皮膚炎(平均6.8U/ml),気管支喘息(平均7.3U/ml)ともアレルギー歴のない小児(平均20.7U/ml)にくらべ低値であった。IL-13産生量およびIFN-g・mRNA生成量については3群間で有意差を認めなかった。結論:小児アレルギー疾患末梢血単核細胞においては、IL-18が産生されやすい状態にあることが明らかになった。この結果は以下の2点を示唆する。(1)IFN-g産生量が逆に低下していたことから、アレルギー疾患をもつ小児ではIL-18刺激がタイプ1型T細胞に有効に伝達されない。(2)小児アレルギー疾患におけるIL-18の働きかけは、IFN-g産生系ではなくアレルギー反応を誘導するタイプ2型T細胞に行われている。目的:平成13年度の研究によって、小児期アトピー性皮膚炎ではIL-18が産生され易い状態にあることが分かった。IL-18は、IL-12の存在下でタイプ1ヘルパーT細胞(Th1)を刺激し、IL-2の存在下でタイプ2ヘルパーT細胞(Th2)を刺激するが分かっている。そこで今年度の研究では、IL-18に対するTh1細胞、Th2細胞の反応性を小児アトピー性皮膚炎患者で測定した。対象および方法:21名のアトピー性皮膚炎および20名の非アレルギー小児から末梢静脈血を採取して、単核細胞層を得た。各々をIL-18+IL-12で刺激して、産生されるインターフェロン・ガンマ(IFN-γ)量を測定してTh1反応性とした。またIL-18+IL-2で刺激して、産生されるIL-13量を測定してTh2反応性とした。なおIFN-γ、IL-13量は固相酵素免疫法で測定した。結果:IL-18+IL-12の刺激によって、非アレルギー小児の全員からIFN-γが産生された。一方アトピー性皮膚炎では、21名中16名で非アレルギー小児と同じ量のIFN-γがみられたものの、他の5名には全く産生がみられなかった。IL-18+IL-2の刺激によって産生されるIL-13量は、両群で差がなかった結論:アトピー性皮膚炎では約25%の患者で、IL-18+IL-12刺激によるIFN-γ産生がみられない。IL-18+IL-2刺激によるTh2細胞からのIL-13産生には支障ないので、アトピー性皮膚炎患者の25%でみられたIFN-γ産生不全は、IL-12に対するT細胞の反応性障害に由来すると結論した。おそらくTh1細胞のIL-12レセプターに支障があると思われる。このことはアトピー性皮膚炎の病因を考察する上で大きな問題を提起しているので、次年度の研究ではIL-12レセプターについて検討する予定である。
仕様/環境の変化に対応するソフトウェアのためのエージェント指向開発方法論の構築

平成13年度は,エージェント指向開発方法論の構築,検討用事例の策定,規範/ポリシのための記述言語,ポリシ競合解消方式とその選択手法の研究を行った.エージェント指向開発方法論は、従来のオブジェクト指向方法論を踏まえ,問題解決の中でのロールとインタラクションに着目した方法論である.本研究計画では別途,研究開発を進めている進化型エージェントアーキテクチャを対象としている.進化型エージェントアーキテクチャは,(a)対象システムを構成し,なおかつ自律的に「変化」を捉えて,それに必要な機能変化を実現する対象エージェント群と,(b)組織のポリシ(たとえばセキュリティポリシ)や規範に従い,その全体の整合性を取る監視/調整系エージェント群から構成される.これらの構築に必要な「変化」の認識や「組織のもつポリシや規範」の抽出,「ポリシ間の競合解消の方法」の決定は,従来の開発方法論にはない点である.検討用事例としては「セキュリティを強化したエージェント指向情報システム」と「無線通信によって通信しあう移動ロボットの協調作業における分権」を取り上げた.課題事例として移動ロボット協調作業の分限を取り上げることは,従来から取り上げられている企業内情報システムだけでなく,情報家電やFAのオープンネットワーク化なども踏まえて,新たな適用先を検討した結果である.次年度以降の研究活動に備え,ロボットの取り扱いに関して予備実験を行い理解を深めた.規範/ポリシ記述言語の研究としては,XMLベースの汎用ポリシ記述言語の構築を行った.この言語は,従来の多くの言語が,セキュリティ,ネットワーク管理,QoS等を個別に対象としているのに対し,対象を限定することのない汎用の記述を特徴とする.そのために,セキュリティドメインのオントロジ記述との組合せによって,ドメイン固有のポリシ記述を行う.ポリシ間の競合解消法の研究としては,義務論理(様相論理)の検証系を作成し,記述論理と統合する拡張を目指して,実験を重ねている.また,悪意のない情報漏洩の可能性解析に関してペトリネットの利用について調査研究を行った.これらの調査研究ならびに実験は平成14年度も継続し,ツール化する予定である.平成13年度は,エージェント指向開発方法論の構築,検討用事例の策定,規範/ポリシのための記述言語,ポリシ競合解消方式とその選択手法の研究を行った.エージェント指向開発方法論は、従来のオブジェクト指向方法論を踏まえ,問題解決の中でのロールとインタラクションに着目した方法論である.本研究計画では別途,研究開発を進めている進化型エージェントアーキテクチャを対象としている.進化型エージェントアーキテクチャは,(a)対象システムを構成し,なおかつ自律的に「変化」を捉えて,それに必要な機能変化を実現する対象エージェント群と,(b)組織のポリシ(たとえばセキュリティポリシ)や規範に従い,その全体の整合性を取る監視/調整系エージェント群から構成される.これらの構築に必要な「変化」の認識や「組織のもつポリシや規範」の抽出,「ポリシ間の競合解消の方法」の決定は,従来の開発方法論にはない点である.検討用事例としては「セキュリティを強化したエージェント指向情報システム」と「無線通信によって通信しあう移動ロボットの協調作業における分権」を取り上げた.課題事例として移動ロボット協調作業の分限を取り上げることは,従来から取り上げられている企業内情報システムだけでなく,情報家電やFAのオープンネットワーク化なども踏まえて,新たな適用先を検討した結果である.次年度以降の研究活動に備え,ロボットの取り扱いに関して予備実験を行い理解を深めた.規範/ポリシ記述言語の研究としては,XMLベースの汎用ポリシ記述言語の構築を行った.この言語は,従来の多くの言語が,セキュリティ,ネットワーク管理,QoS等を個別に対象としているのに対し,対象を限定することのない汎用の記述を特徴とする.そのために,セキュリティドメインのオントロジ記述との組合せによって,ドメイン固有のポリシ記述を行う.ポリシ間の競合解消法の研究としては,義務論理(様相論理)の検証系を作成し,記述論理と統合する拡張を目指して,実験を重ねている.また,悪意のない情報漏洩の可能性解析に関してペトリネットの利用について調査研究を行った.これらの調査研究ならびに実験は平成14年度も継続し,ツール化する予定である.
新規ナルコレプシー疾患感受性遺伝子の機能解析

代表的な過眠症であるナルコレプシーは、自己免疫機序の異常が成因のひとつとして示唆されているが詳細は明らかになっていない。研究代表者は日本人ナルコレプシー集団を対象としたゲノムワイド関連解析を行い、遺伝子Aのプロモーター領域に位置するSNPがナルコレプシーと強く関連することを見出した。さらに、ヒト検体を用いた発現解析や、マウスを用いた行動実験により、遺伝子Aが病態へどう寄与するか検討した。ナルコレプシー患者は遺伝子Aの発現が低下しているため、炎症応答時にオレキシン発現量が低下しやすく、覚醒を維持できないということを示唆する結果を得た。ナルコレプシーは過眠症のひとつであり、日中の強い眠気と情動脱力発作を主徴とし、複数の遺伝要因と環境要因により発症する多因子疾患として知られる。代表的な遺伝要因としては、ナルコレプシー患者の88-100%がHLA-DQB1*06:02対立遺伝子をもつことが報告されている。しかしながら、HLA-DQB1*06:02対立遺伝子は健常者にも10-20%と高頻度でみられることや、これまでの遺伝統計学的な解析から、HLA以外の遺伝的素因の存在が強く示唆されている。研究代表者はこれまでに、日本人ナルコレプシー患者425名、日本人健常者1626名を対象としたゲノムワイド関連解析を行い、3番染色体上の免疫関連遺伝子Aのプロモーター領域に位置する一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)が、ナルコレプシーと強く関連することを見出した。本研究では、同定した疾患感受性SNPが遺伝子Aの発現制御を通して、ナルコレプシー発症に関与するかどうかを明らかにする。本年度は、ナルコレプシー患者の遺伝子AのmRNA発現レベルが、健常者と比較して有意に低いことを見出した。さらに、疾患感受性SNPのリスクアリルをホモで持つ人は、そうでない人と比較して、遺伝子Aの発現レベルが低いことも明らかにした。遺伝子Aの代表的な機能は、末梢組織での免疫反応の制御であるため、中枢における役割はあまり知られていない。野生型マウス脳を用いて、遺伝子Aの脳内での局在を検討したところ、視床室傍核や手綱核で発現が認められた。手綱核はレム睡眠量を制御することで知られるため、遺伝子Aが睡眠制御に関与することが示唆される。ナルコレプシーは過眠症のひとつであり、日中の強い眠気と情動脱力発作を主徴とする。患者の脳髄液中では、神経ペプチドであるオレキシンが顕著に減少しており、患者脳では、オレキシンを産生する神経細胞(オレキシン細胞)の脱落が認められる。研究代表者は、ナルコレプシー感受性遺伝子の同定を目的として、日本人ナルコレプシー患者425名、日本人健常者1626名を対象としたゲノムワイド関連解析を行った。結果、免疫関連遺伝子Aのプロモーター領域に位置する一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)が、ナルコレプシーと強く関連することを明らかにした。さらに、独立したサンプルセット(日本人患者240名、日本人健常者869名)を用いて、当該SNPの遺伝子型を決定し、関連解析を行ったところ、このSNPが疾患と関連していることが再現された。また、ナルコレプシー患者の遺伝子Aの発現レベルが、健常者と比較して有意に低いことを見出した。遺伝子Aは単球等の免疫細胞に発現し、炎症部位から放出されるリガンドに応答して免疫細胞の遊走性を制御することで、免疫応答の起点となることが知られる。そこで、横浜市立大学との共同研究により、ヒト単球の遊走性と疾患感受性SNPの遺伝子型に関連があるか検討した。結果、このSNPのリスクアリルをホモで持つ人は、そうでない人と比較して、リガンドへの単球の遊走性が低いことを明らかにした。さらに、遺伝子Aノックアウトマウスを用いた研究により、遺伝子Aを持たないマウスは、炎症誘発後のオレキシン発現量が野生型と比較して抑制されること、それに伴って、行動量も減少することを明らかにした。これらのことより、ナルコレプシー患者は遺伝子Aの発現が低下しているため、炎症応答時にオレキシン発現量が低下しやすく、覚醒を維持できないという仮説が示唆される。本年度は、1ゲノムワイド関連解析で見出した疾患感受性SNPが遺伝子Aの発現レベルに関連するのか、2ナルコレプシー患者には遺伝子Aの関与する病態が認められるか、を明らかにすることを目標とした。1については、まず、患者38例および健常者37例の末梢血由来のcDNAを用いてリアルタイム定量PCRを行い、遺伝子Aおよび内部標準遺伝子のmRNA量を定量した。結果、患者の遺伝子Aの発現レベルが健常者と比較して有意に低いことを見出した(P < 0.01)。

同時に、これら検体のゲノムDNAを用いて疾患感受性SNPの遺伝子型を決定し、遺伝子Aの発現レベルとの関連を検討したところ、このSNPのリスクアリルをホモで持つ人は、そうでない人と比較して、遺伝子Aの発現レベルが低いことも明らかとなった(P < 0.05)。これらの結果から、疾患感受性SNPのリスクアリルを持つことが遺伝子Aの発現レベルの低下につながり、それがナルコレプシーの原因となるという仮説を打ち立てることができた。2については、当初、患者の脳試料を入手し、遺伝子Aの脳内での局在を検討する予定であったが、貴重な検体であるため、まず野生型マウス脳を用いて免疫染色を行った。睡眠に関与する領域を観察したところ、視床室傍核や手綱核で強く発現が認められた。遺伝子Aの脳内での機能はあまり知られていないため、今後の研究につながる重要な知見であると考えている。一方で、当初は、患者の遺伝子Aの発現レベルは健常者と比較して高いという仮説を立て、その下で研究計画を立てていたが、本年度の研究の結果、想定とは逆の結果が得られた。そのため、年度途中で計画を変更し、遺伝子Aのノックアウトマウスの入手と行動実験を行う準備を進めた。想定とは逆になったものの、未然には回避することのできないことであり、得られた結果は興味深いため、今後の発展につながるものである。25年度が最終年度であるため、記入しない。第一に、ノックアウトマウスを用いた行動実験を進める。実験実施施設(東京都医学総合研究所)の規定に沿ったマウスの搬入は本年度中に完了した。今後は、実験のための繁殖を経て、行動実験を行い、遺伝子Aの発現低下により睡眠に異常が認められるかどうか検討する。遺伝子Aは、主に循環T細胞や単球等の免疫細胞に発現し、その遊走性を制御することで、免疫細胞の組織への浸潤を促し、炎症の起点となることが知られている。また、ナルコレプシーは、90%以上の患者の脳髄液中で、神経ペプチドであるオレキシンが顕著に減少していることが知られる。さらに、患者脳では、オレキシンを産生する神経細胞(オレキシン細胞)の脱落が認められる。そこで、第二に、オレキシン細胞への免疫細胞の遊走性が、疾患感受性SNPの多型に依存するか検討する。具体的には、ヒト末梢血より単球を単離して遊走能を定量化し、疾患感受性SNPのリスクアリルをもつ人ほど、遊走能が低いかどうか明らかにする。患者脳を用いた免疫染色を行い、オレキシン細胞領域に遺伝子A陽性免疫細胞が集積しているかどうか検討する。
メタンの部分酸化によるホルムアルデヒドの直接合成

触媒の寿命評価および活性劣化機構の解明:当初、本触媒の活性劣化は反応中に析出・堆積する炭素(コーキング)によるものと推測していた。しかし、本研究の結果、触媒活性劣化の原因は触媒の反応中におけるモリブデン種の飛散・損失にあることが判明した。反応は水蒸気過剰雰囲気下、600°Cという高温で行われるため触楳中のモリブデン種(酸化モリブデン)の一部が昇華する。したがって、触媒の活性劣化を改善し、触媒の長寿命化を促進するためには、反応中におけるモリブデン種の昇華・損失を抑制する技術を開発しなければならない。本研究ではシリカ外表面に担持されたモリブデン種の飛散・損失が特に著しいことから、シリカ細孔内部にモリブデン種が担持されるよう、シリカ担体の細孔構造を設計することの重要性を確認した。触媒上におけるメタン活性化機構の解明:本研究ではシリカ担持モリブド珪酸(SMA ; H_4SiMo_<12>O_<40>)を触媒として使用している。SMAの特徴の一つは1分子内に4個のプロトン(H^+)を有していることである。今回はKOH処理をしたシリカ担体にSMAを担持することにより、SMA中のH^+をK^+で置換した触媒を調製しメタン部分酸化反応に用いた。しかし、K^+置換SMAを担持したシリカ触媒では反応が進行せず、メタン転化率が著しく低減した。このことから、メタン部分酸化の第一段階であるメタンの活性化にはSMA中のプロトンが重要な役割を担っているものと結論された。プロトンによるメタンの活性化とは、触媒表面にCH_5+吸着種を生成することであると推測している。水蒸気過剰雰囲気でシリカ担持モリブド珪酸触媒を600°Cで作用させることにより、メタンからホルムアルデヒドが直接合成される。今回は27重量%のモリブド珪酸を担持したシリカ触媒を用い、メタン/酸素/水蒸気の混合ガス(モル比は3/2/5)を空間速度2.800h^<-1>で反応器に導入し、1,000時間にわたる触媒寿命試験を行った。反応開始から1,000時間後に至るまでメタン転化率は20%前後、ホルムアルデヒド(少量のメタノールを含む)の選択率は90%以上を維持し、活性や選択性の劣化は観測されなかった。しかし、本触媒がこのような高性能を発現するためには触媒を反応温度(600°C)にまで昇温する時の昇温速度に制限があり、毎分100°C以上の高速度で触媒を加熱することが重要であることを見出した。これより遅い速度で昇温すると触媒中のモリブド珪酸の分解が速やかに進行し、分解生成物である酸化モリブデンが昇華により反応管外に飛散するため反応はほとんど進行しなくなる。モリブド珪酸1分子には4個のプロトンが存在し、これがメタンの活性化に寄与していると考えている。そのことを確かめる目的でプロトンの一部をカリウムで置換し反応に用いたところ、部分酸化反応はほとんど停止し、完全酸化による炭酸ガスの発生のみが観察された。反応は水蒸気過剰雰囲気下、600°Cという高温で行われるため触媒中のモリブデン種(酸化モリブデン)の一部が昇華する。

本研究ではシリカ外表面に担持されたモリブデン種の飛散・損失が特に著しいことから、シリカ細孔内部にモリブデン種が担持されるよう、シリカ担体の細孔構造を設計することの重要性を確認した。触媒上におけるメタン活性化機構の解明:本研究ではシリカ担持モリブド珪酸(SMA;H_4SiMo_<12>O_<40>)を触媒として使用している。SMAの特徴の一つは1分子内に4個のプロトン(H^+)を有していることである。今回はKOH処理をしたシリカ担体にSMAを担持することにより、SMA中のH^+をK^+で置換した触媒を調製しメタン部分酸化反応に用いた。しかし、K^+置換SMAを担持したシリカ触媒では反応が進行せず、メタン転化率が著しく低減した。このことから、メタン部分酸化の第一段階であるメタンの活性化にはSMA中のプロトンが重要な役割を担っているものと結論された。プロトンによるメタンの活性化とは、触媒表面にCH_5^+吸着種を生成することであると推測している。
相対論的 SAC-CI を中核とする磁気的分子物性と励起状態反応系に関する理論研究

本研究プロジェクトの主目的は、重原子を含む化合物において、電子励起状態が関与する化学現象を定量的に解析するための理論的方法として高次相対論を含めたSAC-CI法の開発を進め、例えば、光化学反応の解析、スピン-軌道(SO)相互作用や交換交差など考慮した定量的なエネルギー曲面の記述、など実施することであった。SO-CASSCF法では化学的精度の達成は困難であるため、本研究では、Generalized UHFを参照としたCCSD法からSAC-CI理論と同等の方法GUHFCCSD-CIによって励起状態を計算する理論を提案し、その計算プログラムを作成した。幾つかの原子の励起エネルギーを計算することでこの理論・方法の精度を検討した。原子の一重項、三重項の最低励起エネルギーを、本方法と、RHFを参照するSAC-CI法と、CASPT2法で計算した。他の計算方法と比較して、本方法GUHF-CCSD-CIが、三重項励起に対する分裂の実験値を格段に良く再現していた。更に、相対論補正が重要となる幾つかの応用計算を実施した。(i)冷却分子を用いて新たな量子物性探査を支援するため、MgLi, CaLi, SrLi, BaLi分子における電子基底状態のPESとPDMをCCSD(T)法で求め、v=0における放射寿命は短いもので22秒であった。これは冷却分子実験の時間スケールに対して十分に長く、物性測定の可能性を示唆した。(ii)鉛原子を含んだ5員環化合物Plumboleに、THF、Py、NHCが配位した化合物の芳香族性や、C-NMR, Pb-NMRの特徴について研究した。NICSの観点からは対象分子が芳香属性をもつことを示した。通常は重原子に隣接する軽原子は高磁場シフトするのだが、Pbに隣接するC13-NMRはPbのSpinOrbit相互作用の影響を受けて低磁場シフトすることを示した。冷却分子を用いて新たな量子物性を探査する実験が注目されている。アルカリ土類金属とリチウム原子の結合した分子(AEM-Li)は、冷却分子形成に優位な特徴を持つ。測定感度を高めるためには、単一量子状態での滞在確率が高い方が望ましい。そこで本研究では、MgLi,CaLi,SrLi,BaLi分子における電子基底状態の永久双極子モーメント(PDM)とポテンシャル曲線をCCSD(T)法で求めた。そして振動状態を求め放射寿命を計算した。電子基底状態でのv=0における放射寿命は短いもので22秒と求まった。これは典型的な冷却分子実験の時間スケールに対して十分に長く、これらの分子が測定に有利であることを示した。今後は、SAC-CIを用いて励起状態に関する同様の議論を行う。重原子を含む化合物の、電子励起状態が関与する化学現象を定量的に解析する理論的方法の開発が望まれている。例えば、光化学反応の解析において、スピン-軌道(SO)相互作用や交換交差など考慮した定量的なエネルギー曲面を記述できる理論は極めて少ない。SO-CASSCF法では化学的精度の達成は困難である。我々はこれまでの研究で高次相対論を含む励起状態計算法の開発を行い、励起エネルギーを計算することで本手法の精度の検討を行ってきた。そこで、本研究は高次相対論を考慮したSAC-CI法による励起状態計算法の開発を行った。種々の原子の一重項、三重項の最低励起エネルギーを計算し、本手法の他に参照計算として、RHFを参照とするSAC-CI法と、摂動でSO項を含むCASPT2法の計算を実施した。

本手法は他手法と比較して三重項励起に対する分裂の実験値を良く再現できており、基底関数の検討など不十分であるが、GUHF-SAC-CI法が他の方法よりも優れていることを示している。本研究では、重原子を含む化合物の、電子励起状態が関与する化学現象を定量的に解析する理論的方法の開発を目指して、高次相対論を考慮したSAC-CI法による励起状態計算法の開発を行った。種々の第2周期原子の一重項、三重項の最低励起エネルギーを計算した。本手法の他に、参照計算として、RHFを参照とするSAC-CI法と、摂動でSO項を含むCASPT2法の計算を実施した。本手法は他手法や実験値と比較して三重項励起に対する分裂の実験値を良く再現できており、基底関数の検討など不十分であるが、GUHF-SAC-CI法が他の方法よりも優れていることを示している。また、種々の原子に対するTDMのPicture Change(PC)効果を検討した。本研究では、PCに対して低次補正項のみを持つfw変換法と、相対論効果を無限次まで考慮した無限次DK(iodk)変換法を用いた。PCを考慮しない状態の一重項励起TDMの値から、それぞれの変換によって得られた値との差から、PC効果は本計算における最も重い原子であるHgで約0.12%得られたことが示された。また、fw変換とiodk変換の間には差がほとんど見られず、TDMにおけるPC効果はfw変換で十分表現できることが示された。このようなPCを考慮したTDMをRydberg励起など強い吸収強度を持つ分子系に対して検討を進めていく。また、昨年度に続いて、YbLiなどの励起状態を含めたポテンシャル曲線の計算を実施し、ultra-cold分子に関する実験的研究者との議論を進めた。本研究プロジェクトの主目的は、重原子を含む化合物において、電子励起状態が関与する化学現象を定量的に解析するための理論的方法として高次相対論を含めたSAC-CI法の開発を進め、例えば、光化学反応の解析、スピンー軌道(SO)相互作用や交換交差など考慮した定量的なエネルギー曲面の記述、など実施することであった。SO-CASSCF法では化学的精度の達成は困難であるため、本研究では、Generalized UHFを参照としたCCSD法からSAC-CI理論と同等の方法GUHF-CCSD-CIによって励起状態を計算する理論を提案し、その計算プログラムを作成した。幾つかの原子の励起エネルギーを計算することでこの理論・方法の精度を検討した。原子の一重項、三重項の最低励起エネルギーを、本方法と、RHFを参照するSAC-CI法と、CASPT2法で計算した。他の計算方法と比較して、本方法GUHF-CCSD-CIが、三重項励起に対する分裂の実験値を格段に良く再現していた。更に、相対論補正が重要となる幾つかの応用計算を実施した。(i)冷却分子を用いて新たな量子物性を探査する研究を支援するため、MgLi, CaLi, SrLi, BaLi分子における電子基底状態のPESとPDMをCCSD(T)法で求め、v=0における放射寿命は短いもので22秒と求まった。これは冷却分子実験の時間スケールに対して十分に長く、測定の可能性を示唆した。(ii)鉛原子を含んだ5員環化合物Plumboleに、THF、Py、NHCが配位した化合物の芳香族性や、C-NMR, Pb-NMRの特徴について研究した。