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半導体ウエハのin-situ温度計測システムの研究

本研究は,シリコンウエハを測定対象として,プロセス中で直接ウエハの温度を測定する,いわゆるinsitu温度計測手法とそれをシステム化することを目的とした研究である.下記の3つ研究課題を中心に進めた.1.ハイブリッド型表面温度センサの開発.接触式と非接触式温度センサの長所を取り込んだ表面温度センサを開発した.過渡応答を利用して,高温(900K以上)域において,1秒以内で±1Kの精度で測温できる.このセンサは半導体プロセスに1おけるinsituキャリブレーション用センサとして有望であり,今後実用化へ向けた研究開発が急務となった.2.偏光輝度比を利用した放射率補正測温法(放射率と温度の同時計測法)の開発.シリコンウエハの偏光輝度比からp一偏光放射率(またはs一偏光放射率)とウエハ温度を同時計測できる手法を見出した.今後は,真空中でのプロセスなどを想定して,その有効性を上記ハイブリッド型表面温度センサとの組み合わせで展開する.シリコンウエハ(抵抗率1Ωcm)に対して,ウエハ上に生成する酸化膜厚によらずp一偏光放射率がある一定の角度で一致する現象を見出した.この現象がウエハの種類(抵抗率の違い),酸化膜厚,温度などによってどのような挙動を示すのか,詳細に調べていくとが今後の課題である.この場合も上記ハイブリッド型表面温度センサが実験を精度よく実施するために不可欠であり,システム化が重要である.以上の研究課題の追求に並行して高温下での石英,サファイアロッドなどの偏光温度特性を調べた.実験によれば,900Kまでは両ロッド材料とも常温とほぼ同様な偏光特性を維持することがわかった.この結果は今後insitu測定に向けた研究において重要になる.以上の研究成果に対し,インパクトファクタの高い国際学術誌へ2編の論文が掲載され,国際会議発表に8編,国内学会発表を17編行った.また,1件の特許出願を行った.本研究は,シリコンウエハを測定対象として,プロセス中で直接ウエハの温度を測定する,いわゆるinsitu温度計測手法とそれをシステム化することを目的とした研究である.下記の3つ研究課題を中心に進めた.1.ハイブリッド型表面温度センサの開発.接触式と非接触式温度センサの長所を取り込んだ表面温度センサを開発した.過渡応答を利用して,高温(900K以上)域において,1秒以内で±1Kの精度で測温できる.このセンサは半導体プロセスに1おけるinsituキャリブレーション用センサとして有望であり,今後実用化へ向けた研究開発が急務となった.2.偏光輝度比を利用した放射率補正測温法(放射率と温度の同時計測法)の開発.シリコンウエハの偏光輝度比からp一偏光放射率(またはs一偏光放射率)とウエハ温度を同時計測できる手法を見出した.今後は,真空中でのプロセスなどを想定して,その有効性を上記ハイブリッド型表面温度センサとの組み合わせで展開する.シリコンウエハ(抵抗率1Ωcm)に対して,ウエハ上に生成する酸化膜厚によらずp一偏光放射率がある一定の角度で一致する現象を見出した.この現象がウエハの種類(抵抗率の違い),酸化膜厚,温度などによってどのような挙動を示すのか,詳細に調べていくとが今後の課題である.この場合も上記ハイブリッド型表面温度センサが実験を精度よく実施するために不可欠であり,システム化が重要である.以上の研究課題の追求に並行して高温下での石英,サファイアロッドなどの偏光温度特性を調べた.実験によれば,900Kまでは両ロッド材料とも常温とほぼ同様な偏光特性を維持することがわかった.この結果は今後insitu測定に向けた研究において重要になる.以上の研究成果に対し,インパクトファクタの高い国際学術誌へ2編の論文が掲載され,国際会議発表に8編,国内学会発表を17編行った.また,1件の特許出願を行った.シリコン半導体ウエハを中心的な測定対象として,プロセスin-situ温度計測システムを最終的に確立することを目的として次の3項目を中心課題として研究を進めた.(1)ハイブリッド型表面温度計の精度の向上とセンサ構造の最適化の検討,(2)偏光輝度比を利用して放射率と温度を同時測定する手法の実用化への展開,それぞれの研究課題に対するこれまでの研究実績を列記する.(1)ライトパイプとしてサファイアロッドと薄膜ハステロイを近接させた接触部先端部を開発し,9001000Kの温度領域で,ランダム誤差±0.5K以内の精度を実現した「ハイブリッド型表面温度計」を開発することができた.本センサはすでに他の研究に有効に応用されている.本表面温度計は,in-situ温度計測システムにおいて重要なキャリブレーション用計測機器として今後の研究開発展開が期待できる.(2)シリコンウエハを測定対象として,「偏光輝度比からp-偏光放射率あるいはs-偏光放射率を同時測定できる手法」に関する実験を進め,本手法が有効な放射測温法となり得ることを確認した.これによって半導体製造プロセスにおけるin-situ温度計測手法への応用として次の段階に進める状況になった.(3)「Emissivity-invariant condition(放射率不変条件)」を抵抗率1Ωcmのシリコンウエハに対して酸化膜厚によらず実験誤差内で成立することを確認した.さらに異なる抵抗率のウエハに対しても成立するかどうか今後確認することが課題である.

本実験が精度よく実行できるようになったのは,(1)のハイブリッド型表面温度計の精度向上によるところが大きい.以上の研究成果に関連して,国内外の学術誌・学会に研究成果を公開してきたが,現在までに学術誌に論文1件(Optical Engineering)採録され,2006年に掲載予定となっているほか,国際会議で3件,国内学会で7件の発表を行った.また,ハイブリッド型表面温度計に関して1件の特許出願を行った.本研究は,シリコン(Si)で代表される半導体ウエハをその製造プロセス工程において(in situ),高精度で放射測温する計測システムを実現することを目的としている.この目的を達成するために,次の研究項目を中心課題として研究を遂行した.1.「ハイブリッド型表面温度センサ」のin situキャリブレーション計測機器としての発展.(1)小型化,(2)応答性の改良,(3)真空加熱炉内でのin situ測定への試み.2.「偏光輝度比を利用して放射率と温度を同時測定する手法」の展開.(1)上記「ハイブリッド型表面温度センサ」との組み合わせ,(2)真空加熱炉内での確証実験,(1)上記「ハイブリッド型表面温度センサ」との組み合わせによる実験システムの構築,(2)ウエハ種類の拡大.4.要素技術の研究.(1)高温下での石英,サファイアロッドなどの偏光温度特性測定,(2)真空加熱炉の新しい加熱法の設計検討.それぞれの研究課題に対する本研究期間における研究実績を列記する.研究課題1に対し,(1)熱定常状態において±0.5Kの精度で測定可能であったが,過渡応答を利用して1秒以内の高速応答で±1.0Kの精度で測定可能にした.真空加熱炉内での測定を開始し,種々の問題点を把握でき次の展開への課題を抽出した.研究課題2に対し,(2)(1)の成果に伴い,ハイブリッドセンサとの組み合わせで実験システムを構築した.具体的な展開は今後推進する.研究課題3に対し,(3)(1)の成果に伴い,ハイブリッドセンサとの組み合わせで実験システムを構築した.具体的な展開は今後推進する.研究課題4に対し,少なくとも900Kの温度域まで石英,サファイアロッドは偏光特性を維持することがわかった.2,3の研究課題へ応用できることを確認した.以上の研究成果に対し,本年度はインパクトファクタの高い国際的な学術誌に2編の論文が掲載され,国際会議に5編,国内学会発表8件を行った.
脊髄虚血障害に対するMuse細胞による再生治療

胸腹部大動脈瘤の治療においては、侵襲度の高さや術後合併症などが予後を低下させる一因となっている。対麻痺は重篤な術後合併症の一つであり、未だ治療法は定まっていない。今回我々は、「術中虚血による炎症反応の抑制」および「失われた神経機能のための脊髄前角細胞の再生促進」がこの合併症の一つの改善策であると考え、ユニークな障害組織遊走能及び自発分化能を持つ幹細胞であるMuse細胞(Multilineage-differentiating stress enduring cells)を用いることを想起した。その炎症組織下における脊髄前角細胞の保護・再生を期待して、対麻痺における治療効果の可能性を探求する。
黙秘権放棄が認められる法的・制度的条件についての研究

本研究は、被疑者・被告人が黙秘権を放棄して供述したり、簡易な手続を選択したりする際に、放棄の真摯性を実効的に担保するために、どのような手続的保障が必要であるかについて検討したものである。被疑者・被告人は、取調べのときだけでなく、簡易な手続を選択する場面、司法取引に応ずる場面、そして、被告人質問において被害者参加人から質問される場面でも、供述を拒否できないおそれがあることが明らかになった。研究の結果、黙秘権放棄の真摯性を保障するためには、被疑者取調べの全過程の録音・録画、被疑者取調べへの弁護人の立会い、被害者参加制度および司法取引制度の縮減が必要不可欠であるとの結論を得られた。第一に、黙秘権に関連する刑事手続上の制度について行われてきた先行研究を検討し、それぞれの制度が有する理論的課題を確認した。とくに、協議合意制度と被告人の証人適格制度、被害者参加制度に焦点を当てて、関連する文献を幅広く収集し、検討を進めた。協議合意制度においては、恩典を示されて協力する被疑者・被告人が、恩典が得られない場合の不利益を懸念して、供述するかどうかの自己決定ができなくなるおそれがあること、さらにいったん供述してしまうと、恩典剥奪と虚偽供述処罰のリスクから、事後にそれと反する供述を行うことが、非常に困難になることが明らかになった。また、被告人の証人適格制度に関しては、被告人が、証言することを選ばなかった場合に、裁判員や裁判官から、事実上の不利益推認を受ける危険性を慮って、証言せざるを得ない立場に追い込まれる可能性があることが明らかになった。第二に、アメリカにおいて被告人が答弁取引をする際に、真に任意に自己負罪供述を行っているのか否かについて、実態を把握するために、ワシントンDC裁判所において、予備審問手続等の傍聴を行い、あわせて、アメリカの刑事訴訟法学者から聞き取り調査を行った。その結果、予備審問等において供述の任意性を確認する手続がかなり形式的なものにとどまること、アメリカにおいても、恩典の利益を得るために、虚偽の自白がなされる事案が少なくなく、司法取引制度に対しては、学説からも多くの批判がなされていることが明らかになった。第三に、日本において、被害者参加制度が被告人に対して、供述することに対する事実上の圧力になっていないかどうかについて、実態を把握するために、刑事事件の経験が豊かな2人の弁護士から、聞き取り調査を行った。その結果、被告人が被告人質問で萎縮する場合があることが明らかになった。計画にしたがって、協議合意制度や被告人の証人適格制度に関する先行研究の収集および分析を行うことができた。また、アメリカにおいて、ワシントンD.C裁判所を複数回傍聴し、予備審問等における黙秘権放棄の手続の実情について有益な情報をえることができた。さらに、アメリカの刑事訴訟法研究者から聞き取りをして、司法取引制度に対してアメリカでも黙秘権保障の観点から問題点が指摘されていることについて有益な情報を得ることができた。第三に、日本においても、2人からではあるが、刑事事件に豊かな経験のある弁護士に聞き取りを行い、被害者参加制度が被告人の供述態度に与える影響について、実情を知ることができた。第一に、黙秘権の放棄が行われうる刑事手続上の制度について、先行研究を幅広く収集・検討したうえで、それぞれの制度において、被疑者・被告人が黙秘権を放棄して供述する際に、放棄の真摯性をいかなる方法によって担保しようとしており、またそれらの制度的担保措置が実効的に機能しているかどうかについて検討した。とくに、被疑者取調べ制度、協議合意制度に焦点を当てた。被疑者取調べ制度に関しては、取調べの録音・録画制度が、供述の強要を一定程度防止する効果を有する一方で限界もあり、供述の任意性を実効的に確保するためには、取調べ遮断効を有する弁護人立会権の保障が必要であることが明らかになった。協議合意制度については、通信傍受などの他の捜査と組み合わされることにより、被疑者が供述せざるを得ない状況に追い込まれるリスクが増加することが明らかになった。第二に、アメリカにおいて被告人が答弁取引を行ったり、証人として証言する際に、黙秘権放棄の真摯性を制度上どのように担保しており、それらの担保措置が有効に機能しているか否かについて実態を把握するために、サンフランシスコ州裁判所において裁判傍聴を行い、併せて、カリフォルニア州立大学バークレー校において資料の検討を行った。その結果、予備審問や公判において黙秘権放棄の真摯性は、直接、尋問によって確認されるが、質問項目が定型化しており、流れ作業的な処理が行われていることがさらに明らかになった。第三に、日本において、被害者参加制度が、被告人に対して供述することに対して、事実上の圧力になっていないかどうかについて実態を把握するために、前年度に加えてさらに、3人の刑事事件に豊かな経験を持つ弁護士から聞き取り調査を行った。その結果、被害者参加人代理人弁護士が圧迫的な尋問をしている場合が少なくないことが明らかになった。計画にしたがって、被疑者取調べ制度や協議合意制度について、先行研究を収集・分析し、そこに含まれる理論的問題点を抽出し、具体的に検討することができた。また、アメリカにおいて、サンフランシスコ州裁判所を複数回傍聴し、刑事公判における被告人の手続参加の主体性と黙秘権放棄の手続の実情について、前年度に調査したワシントンD.C裁判所と比較しながら、有益な情報を得ることができた。

第三に、日本においても、前年度に引き続き、刑事事件に豊かな経験をもつ3人の弁護士から被害者参加制度の実際の運用について聞き取り調査を行い、被害者参加代理人の行動に、検討すべき理論的・実際的問題点が存在することを明らかにすることができた。最終年度は、第一に、被疑者・被告人が黙秘権を放棄して供述したり、簡易な手続を選択したりする際に放棄の真摯性を実効的に担保するために、どのような手続的保障が必要であるかについて検討した。具体的には、まず、被疑者取調べにおいて供述の任意性を確保するために取調べ全過程の録音・録画が不可欠の前提であると同時に、録音・録画記録媒体の証拠化について被疑者・被告人に決定権を保障することが必要であることが明らかになった。また、被害者参加制度には、被告人質問における黙秘権の行使を困難にする高いリスクがあることも明らかになった。さらに、手続周辺の環境として軽視されがちであるが、被疑者・被告人の経済状況が、手続選択にあたっての被疑者・被告人の自由な意思決定を阻害し、不利益陳述を強いられる大きな原因になっていることが析出された。第二に、アメリカにおいて勾留質問や公判で被告人が供述する際の黙秘権放棄の真摯性を制度上、どのように担保し、それらの担保措置が有効に機能しているかを調べるために、ワシントンDC地区裁判所において裁判傍聴を行った。その結果、供述の真摯性を担保するために弁護人の援助が制度的に重視されているが、特に勾留質問では弁護人の援助がかなり形式化しており、供述の真摯性確保を弁護人の援助だけに頼ることには限界があることが明らかになった。第三に、被害者参加に関して、刑事事件に豊かな経験を持つ弁護士1名にフォローアップの聞き取り調査を行った。その結果、遺影を掲げるなど、被告人に圧迫を与えかねない行動がされている場合があることが明らかになった。研究期間全体を通じて、黙秘権放棄の真摯性を保障するためには、手続全体にわたって様々な配慮が必要であり、とくに、被疑者取調べの透明化としての弁護人の立会い、被害者参加制度ならびに司法取引制度の縮減が必要不可欠であるとの結論を得られた。本研究は、被疑者・被告人が黙秘権を放棄して供述したり、簡易な手続を選択したりする際に、放棄の真摯性を実効的に担保するために、どのような手続的保障が必要であるかについて検討したものである。被疑者・被告人は、取調べのときだけでなく、簡易な手続を選択する場面、司法取引に応ずる場面、そして、被告人質問において被害者参加人から質問される場面でも、供述を拒否できないおそれがあることが明らかになった。研究の結果、黙秘権放棄の真摯性を保障するためには、被疑者取調べの全過程の録音・録画、被疑者取調べへの弁護人の立会い、被害者参加制度および司法取引制度の縮減が必要不可欠であるとの結論を得られた。第一に、アメリカのアレインメント、司法取引、被告人の証人尋問が黙秘権との関係でどのように整合的に説明されているのかという点および、その説明に理論的問題点はないのかという点について、文献を収集・検討するとともに、アメリカの刑事弁護人に対して聞き取り調査を行う予定である。あわせて、引き続きアメリカの勾留手続やアレインメント手続ならびに陪審公判について傍聴し、アメリカの刑事実務上、黙秘権保障が実効的になされているかどうかの実態把握を進める予定である。
ミトコンドリアＤループＤＮＡ／ＲＮＡの機能解析

培養細胞のミトコンドリア遺伝子発現パターンが血清添付培養と無血清培養とで異なるのではないかとの仮説のもとに検討を行った。In situ hybridizationやPCR法を用いて検討した結果、明らかな違いを見出せなかった。転移と密接に関与するValosin containing protein (VCP)と結合するubiquitin like 4A (UBL4A)が細胞増殖の重要なシグナルであるSTAT3シグナルに対し核内で抑制的に働くことを見出した。膵癌発生母地として膵臓の線維化、炎症細胞浸潤があることを見出した。Valosin-containing protein (VCP) mRNA発現の抗アポトーシス性に関与すること、転移と密接な関係があることを報告した。VCP転写調節機構についての検討を行い、PBX/TALE (Pre B cell leukemia transcription factor 1 /three amino acid loop extension)群[PBX1-4, Meis homeobox (Meis) 1-3, pbx/knotted 1 homeobox (Prep) 1, 2]に属するPBX1がVCP転写因子であることを示した。PBX/TALE群に属する転写因子の機能をより詳しく検討した結果、Meis1 siRNAによるMeis1発現低下によりミトコンドリア遺伝子の発現が低下したが、PBX1, PBX2, Prep1に対するsiRNAでは低下しなかった。ミトコンドリア遺伝子発現パターンの検討過程で、ミトコンドリアDNA/RNA合成に関与するとされるD-loopについて検討を行い、D-loop領域に存在する短鎖DNA (7SDNA)とその相補的なRNA (いわゆるR-loop)に着目して検討を行った。マウス線維芽細胞NIH3T3をウシ胎児血清存在下と無血清で培養し、In situ hybridizationにより発現量を検討した。その結果、7SDNAとR-loopは無血清培養と10%清培養では、発現パターンが変化し、後者では核に近接する、あるいは核内に存在しているようにみえた。培養細胞の核内と細胞質内からDNAを抽出し、PCR法にて検討を試みた結果、この局在は、核内ではなく、核膜に付着する形であることが明らかとなった。我々はこれとは別に、VCPのco-factorであるubuquitin like 4A (UBL4A)についての検討を行った。UBL4Aは細胞質においては、VCPのco-factorであり、ユビキチン化された蛋白の分解などに関与すると考えられている。UBL4Aが核内ではnuclear encoded tRNAcysteine 45 (TC45)と共同で、signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3)の脱リン酸化に働き、細胞増殖抑制に関与することを明らかにした(Mol. Cell 2014; 53:752)。ミトコンドリア転写開始領域付近には、DNAが3本鎖を形成している部分があり、その形が大文字のDに似ていることからD-loop(あるいはDisplacement loop)と呼ばれている。D-loopでは、7SDNAが環状のミトコンドリアDNAのH鎖と2本鎖を形成し、ミトコンドリアL鎖と、R-loopがDNA/RNA hybridを形成すると考えられている。ミトコンドリアDNAの合成と、7SDNAの合成は異なった制御を受け、7SDNAは細胞周期のS期に多く合成されるのに対し、ミトコンドリアDNAは、細胞増周期との関連はないとされている。またR-loopも細胞増殖に伴い増加するとされている。我々は、7SDNAとR-loopに着目し、それらの発現と細胞周期との関連を明らかにするべく、マウス線維芽細胞NIH3T3をウシ胎児血清存在下と無血清で培養し、In situ hybridizationにより発現量を検討した。その結果、7SDNAとR-loopは無血清培養と10%血清培養では、発現パターンが変化し、後者では核に近接する、あるいは核内に存在しているようにみえた。Valosin-containing protein (VCP)転写調節機構についての検討を行い、PBX/TALE群がVCP転写因子であることを示した。PBX/TALE群転写因子の機能を詳しく検討した結果、Meis1 siRNAによるMeis1発現低下によりミトコンドリア遺伝子の発現が低下したが、PBX1, PBX2, Prep1に対するsiRNAでは低下しなかった。

培養細胞の核内と細胞質内からDNAを抽出し、PCR法にて検討を試みた結果、この局在は、核内ではなく、核膜に付着する形であることが明らかとなった。VCPのco-factorであるubuquitin like 4A (UBL4A)についての検討を行った。UBL4Aは細胞質においては、VCPのco-factorであり、ユビキチン化された蛋白の分解などに関与すると考えられている。UBL4Aが核内でsignal transducerand activator of transcription3 (STAT3)の脱リン酸化に働き、細胞増殖抑制に関与することを明らかにした。UBL4Aはこれまで細胞質内極在タンパク質とされていたが、我々は核内と細胞質内を行き来するタンパク質であることを明らかにした。人体病理学ヒト由来細胞株(Panc1、PSN等)、マウス由来細胞株(NIH3T3等)を用いて、細胞周期、培養液Glucose濃度、dNTP濃度、酸素濃度等を変化させ、7SDNAとR-loopの発現パターンをIn situ hybridizationを用いて検討した。当初は、核内に存在すると考えたが、研究を進めるにつれて、核膜周囲の局在であることが明らかになり、培養条件の変化による局在の変化の推移を定性的に評価し難い側面がある。今後は、まずVCP-UBL4Aの核内、細胞質内の極在と刺激による変化を検討したい。VCPは6量体を形成し、大部分が細胞質に存在していることが分かっているが、Native-Polyacrylamideelectrophoresis (PAGE)-Western blot法による検討で、単量体のVCPも存在し、核内のほうが、細胞質内より多いことを見つけている。さらに、UBL4Aに関しては、他の研究グループの報告においては、細胞質内に多く極在するという報告がある(Wang et al, Mol Cell 2011; 42:758)。我々は核と細胞質を分離したSDSーPAGE、Western blot法により、核内はNative foamのUBL4Aが、細胞質内では修飾をうけ、分子量が大きくなったUBL4Aが存在することを確認している。我々は、ミトコンドリア研究の過程で核、細胞質を分離して検討することに習熟しており、今後は、種々の刺激における、VCPの単量体とUBL4Aの核ー細胞質移行のメカニズムを検討するべく、研究を続けたい。さらに、ミトコンドリアD-loop領域のDNA/RNAである7SDNAとR-loop以外の機能解明が十分行われていないミトコンドリアRNAの細胞内極在についても検討を進めたい。
sRNAの機能解析に基づく百日咳菌の感染成立機構の解明

百日咳菌はBvgAS二成分制御系と呼ばれる環境応答システムによって病原因子の発現を調節し、感染を成立させていると考えられてきた。しかし、近年のin vivo研究において、様々な矛盾が指摘されている。申請者は、これまでにin vivoにおける病原因子の制御機構に着目し、タンパク質の発現を転写後レベルで制御するnon-coding small RNA(sRNA)の発現量が宿主感染時に大幅に増加していることを見出した。本研究では、百日咳菌感染時のsRNA発現の調節機構と当該sRNAによって制御される因子を解析することで、新たな観点から百日咳菌の感染成立機構の理解を目指す。
周囲環境適応型騒音抑圧システムの補聴器への応用開発

補聴器用騒音抑圧システムの研究開発を実施した。現在、補聴器の普及率は高くはなく、更なる普及のためには音声に混在する周囲環境騒音の抑圧が必須である。周囲環境騒音は時間変動するため、それに追従する騒音抑圧システムの導入を行った。本システムは、時間領域において常に追従可能な適応フィルタを用いている。計算機シミュレーションにより騒音抑圧システムの有効性が確認された。また、騒音抑圧システムを搭載した補聴器の試作を行った。音声に重畳する周囲環境騒音の抑圧方式である適応線形予測器(LP)およびシステム同定を用いる騒音抑圧手法について、周囲環境に高速に追従するための可変ステップサイズの導入について検討を行った。さらに、システム同定に用いる適応フィルタの入力信号に含まれる外乱を低減するために適応線スペクトル強調器(ALE)の導入を行った。以下にその概要を述べる。騒音抑圧手法について、適応フィルタを用いる騒音抑圧法が提案されている。しかし、従来手法では非定常騒音に対して十分な追従性能が得られない問題があった。また、適応フィルタを随時更新するための適応アルゴリズムの最適な設定値は、周囲環境、つまりSN比や騒音特性により変動するが固定値を用いており、十分な騒音抑圧性能が得られなかった。そこで、騒音を推定するための適応フィルタ(NEF : Noise Estimation Filter)のステップサイズを可変とする手法について検討を行った。本方式により、音声区間においては音質劣化が抑えられ、無音声区間においては騒音の特性変動に高速に追従することが可能となった。更なる騒音抑圧性能改善のため、LPの前段にALEを導入した。LPは,騒音に含まれる白色成分を推定するために用いられるが、推定された白色成分に音声成分が残留する。この残留音声は、後段のNEFに対して外乱として作用するため、音声区間において騒音抑圧性能低下の原因となる。そこで、雑音の白色成分を得るためにLPだけでなくALEも用いることにより残留音声成分が低減され、騒音抑圧性能の改善が可能となる。音声に重畳する周囲環境騒音の抑圧方式である適応線形予測器(LP)およびシステム同定を用いる騒音抑圧手法について、演算量の削減並びに補聴器における強調音声の音質改善のために直並列型IIR(Infinite Impulse Response)適応フィルタの導入について検討を行った。さらに、昨年度までに検討した騒音抑圧システムのDSP実装を行った。騒音抑圧手法について、適応線スペクトル強調器(ALE)、適応線形予測器(LP)およびシステム同定を用いる騒音抑圧法について検討を行ってきた。しかし、騒音を推定するための適応フィルタにFIR(Finite Impulse Response)型を用いるために多くのタップを必要とし、演算量が増加する問題が生じた。また、強調音声について十分な音質が得られない問題があった。そこで、騒音推定用適応フィルタに直並列型IIR適応フィルタを導入した。これにより、騒音生成モデルが長いインパルス応答を持つ場合にも、少ないタップにより騒音推定が可能となり演算量が削減された。さらに本IIR適応フィルタは、タップ入力として外乱と入力信号の相関値を用いる。これにより、騒音推定用適応フィルタにおいて外乱である音声の影響を抑えることが可能となり、最終出力である強調音声の音質が改善される。また、昨年度までに検討した騒音抑圧システムをDSPへ実装し、本騒音抑圧システムがDSPを用いてリアルタイム動作可能であることが確認された。音声に重畳する周囲環境騒音の抑圧方式として適応線形予測器(LP)およびシステム同定を用いる手法について検討を行った。本年度は強調音声の音質改善のために線形予測器にラティス型フィルタを導入し、昨年度に提案した直並列型IIR(Infinite Impulse Response)適応フィルタを導入する手法については実騒音に対する評価を行った。さらに、昨年度までに検討した騒音抑圧システムを基に補聴器を試作し、その主観評価を行った。周囲環境適応型騒音抑圧手法について、これまでLPおよびシステム同定を用いる手法について検討を行ってきた。しかし、強調音声について十分な音質が得られない問題があった。そこで昨年度は、騒音推定用適応フィルタとしてタップ入力に外乱と入力信号の相互相関を用いる直並列型IIR適応フィルタを導入した。これにより、音声と騒音は確率統計的に独立であるため、騒音推定に用いるフィルタ入力に含まれる音声成分が低減され、音質の向上が可能となる。このシステムについて本年度はトンネル内で収録された騒音,工場内騒音による評価を行い、有効性を確認した。また更なる音質改善のため、LPにラティス型フィルタを導入した。音声生成過程はラティス型フィルタにより近似されるため、ラティス型フィルタの導入により音声推定精度が向上する。また、昨年度までにDSP実装した周囲環境適応型騒音抑圧システムを基に簡易的な補聴器を作成し,その主観評価を行った。その結果、周囲環境適応型騒音抑圧システムを搭載した補聴器において音質を維持しつつ騒音を抑圧する効果が確認された。
初期胚におけるラミンBサブタイプの核および細胞質機能の解析

核膜の内膜を裏打ちするラミナの構成蛋白質であるラミンは、生化学的性質および細胞周期における動態の違いなどからAタイプとBタイプに分類され、脊椎動物の初期胚ではBタイプのみが発現することが知られている。ツメガエル初期胚では、初期胚の主要なラミンBであるラミンLIIIと体細胞に一般的なラミンB1が約13 : 1の割合で発現する。これらラミンBが初期胚の核形成に果たす役割の違いについては不明な点が多い。H19年度の研究から、ツメガエル初期胚の核形成におけるラミンLIIIとラミンB1の動態の違いが明らかになった。さらに、各々のラミンBを卵抽出液から免疫除去することにより、初期胚の核形成には、主要なラミンBであるLIIIに加え、ラミンB1も重要な役割を果たしていることが強く示唆された。そこでH20年度の研究では、卵抽出液に抗体を添加する方法により各々のラミンBの機能を阻害し、核形成への影響を調べた。その結果、抗ラミンLIII抗体または抗ラミンB1抗体の添加により、核形成が阻害されることが示された。現在、抗原と反応させた後の各々の抗体を用いて上記と同様の実験を行い、核形成が正常に行われるかを確認している。また、卵抽出液にmRNAを添加する方法により、体細胞型のラミンB2などの外来性ラミンが核に取り込まれることが判明した。抗体を卵抽出液に添加して各々のラミンの機能を阻害する方法と、mRNA添加による外来性ラミンの発現を組み合わせることにより、卵抽出液で構築される核におけるラミンの組成を操作することが可能である。この方法を用いることにより、今後、ラミンサブタイプのより詳細な役割が解明されるものと期待される。ツメガエル卵では、初期胚型サブタイプであるラミンLIIIと体細胞に一般的なラミンB1が約13:1の割合で発現するが、これら2つのラミンBサブタイプの役割の違いについては不明な点が多い。また、体細胞ではラミンBの多くが膜結合性として存在し、膜結合性ラミンBが核形成に重要であることが示されてきた。しかしながら、ツメガエル初期胚においては、わずかにB1の15%程度が膜結合性として存在しているのみでラミンBのほとんどが膜に結合しておらず、初期胚における膜結合性ラミンBの役割は明らかではない。そこでH19年度の研究では、ツメガエル初期胚の膜結合性および非膜結合性のラミンBが、各々核形成にどのように関わるのかを調べた。その結果、膜結合性のラミンB1は核形成の初期にLIIIに先立ってクロマチンに結合し、ラミンLIIIは核膜形成後に核輸送依存的に急激に核に取り込まれることが判明した。また、各々のラミンBサブタイプに対する特異抗体を用いて卵抽出液からの免疫除去を行ったところ、LIIIとB1のどちらを除いても核の成長が著しく阻害され、DNA複製や核輸送が行われなくなることが明らかとなった。さらに、ラミンLIIIを除去した卵抽出液は膜成分を除いた卵抽出液(可溶性画分)を加えることによって核の成長が回復したが、ラミンB1を除去した卵抽出液では可溶性画分を加えても核の成長が回復しなかった。以上の結果により、初期胚における核形成には、主要なラミンBであるLIIIに加え、膜結合性のラミンB1が重要な役割を果たしていることが強く示唆された。
聴診音リアルタイム三次元カラー可視化技術の臨床導入

聴診音可視化装置の臨床応用可能な仕様を作成した。呼吸音及び心音の可視化が現場臨床で可能となった。この機器を用いて人工呼吸のための気管チューブの食道への誤挿入を検出することができた。また、本機器を用いて心音を可視化することが医学生への教育及び患者へ病状説明に貢献することが示された。さらに本機器を小児に用い全身麻酔中の呼吸音の持続的な監視が可能であることが明らかになった。本機器は音声検出力が高いための環境雑音が混入しやすいという欠点も明らかになり今後の課題である。音声可視化装置の聴診教育への応用について研究した。音声を高速フーリエ変換し、Power-Frequency-Timeの三要素に分解し、三次元カラー波形として表示できるモニター(音声三次元可視化装置;VisiStetho)を作成した。心臓手術患者にVisiStethoを用いて、手術前後での心雑音変化について説明を患者本人に行ったところ、従来以上に理解してくれたことは報告済みである。今回は本装置を用いて医学生に心音聴診教育を行い、その有用性を調査した。対象は臨床実習中の5年次医学生29人である。音のみで教育を行なう群(音群:14名)と、本装置で心音を可視化しながら教育を行なう群(可視化群:15名)に分類した。聴診トレーニングCDから代表的な心雑音11種を20秒ずつ聞かせ、心音を判定する試験を施行した(1回目試験:ベースライン)。その後、可視化群では、心雑音を本装置で見せながら音について講義し、音群では、音のみを聞かせながら講義した。2回目試験は、音群は心音のみ、可視化群は可視化しながら行なった。1回目、2回目それぞれの得点を2群間で比較した。2群間における得点の比較には、スチューデントt検定を用いP<0.05をもって有意差有りとした。結果1:一回目試験では、両群間に差を認めなかった。結果2:2回目試験では、可視化群が有意に高成績であった(P<0.05)。本装置を用いた教育法に対する医学生の評価は良好で、II音分裂やIII音、および各雑音のピッチの違いについて特に理解しやすいことが判った。聴診の授業において、本装置を用いた方が従来型の音を聞かせるだけの授業より理解が得られた。音声可視化装置は、今後普及が進めば学生への聴診教育に有用であると思われた。最初に音声可視化装置の聴診教育への応用について研究した。音声を高速フーリエ変換し,Power-Frequency-Timeの三要素に分解し,三次元カラー波形として表示できるモニター(音声三次元可視化装置;VisiStetho)を作成した。本装置を用いた心雑音の聴取に対する教育法は医学生に好評で,II音分裂やIII音,および各雑音のピッチの違いについて特に理解しやすいことが判った。実際に学習前後で本装置の有無で試験をしたところ,一回目試験では,両群間に差を認めなかったが,2回目試験では,可視化群が有意に高成績であった(P<0.05)。聴診の授業において,本装置を用いた方が従来型の音を聞かせるだけの授業より理解が得られた。音声可視化装置は,今後普及が進めば学生への聴診教育に有用であると思われる。次の研究として,呼吸音の可視化を小児の気管内挿管時に利用する方法への応用を試みた。小児の全身麻酔で,気管チューブが深すぎると片肺挿菅となり呼吸不全をもたらす。一方,浅すぎると換気不能になり,患者は危険な状態となる。予防のため通常は左右どちらかの気管支へ一度チューブを進め,両肺野の換気音を聴取しながら気管チューブ抜いてきて,両肺野の呼吸音が等しく聞こえてからチューブを固定している。しかしこの方法は1人の麻酔科医では不可能で介助者が必要となる。三次元可視化装置でこの操作を客観的に確認する方法を検討した。マイクロフォンを内蔵した金属製ドーム型聴診器を両肺野に密着させ,パソコン上のモニターへ換気音を描出した。気管内チューブを進めると右主気管支へ入り呼吸音はモニター画面から消失した。チューブを静かに引き抜いて両肺換気ができると両側のモニターに呼吸音が描出され,従来の聴診法よりも簡便で客観性にすぐれることが判った。小児の麻酔で頻用される胸壁聴診器は持続的に呼吸音をモニターする機器で、構造が単純で故障しにくい、電源が必要ない等の利点があるが、音が小さく聞きにくい、一人しか音を聴くことが出来ない、記録が出来ない、接続チューブが医師の行動を制限する等欠点も多い。

本年度の研究では、胸壁聴診器に小型マイクロフォンを接続し増幅した後、赤外線通信方式ワイヤレスヘッドホンシステムに入力し、2台のワイヤレスヘッドホンでレジデントと指導医が同時にモニターでき、前年度までに作成し試用を行ってきたソフトウェアを内蔵したコンピューターでフーリエ解析し周波数分布をリアルタイムに画面表示する機器を構築した。呼吸音を従来の聴診器と同様に聴診可能であり、さらに音量を増幅し2人で同時に聴診音をモニターすることができた。また、呼吸音を周波数解析して表示することにより、聴診音の大きさを周波数ごとに時間経過とともに表示できた。2人で同時に聴取できる機能はレジデントの教育に有用と考えられた。聴診音の解析表示は客観的評価に役立つが、臨床現場での外来雑音にも同じ周波数帯の音が多くあり、表示が不明瞭となる原因となった。ノイズ対策が今後の課題である。胸壁聴診器にマイクロフォンを接続しヘッドホンを用い2人同時にモニターすると共に周波数解析したデータを画面表示することが可能であった。
幹細胞を用いた人工歯根膜の製作とその歯周組織再生療法への応用

歯周組織再生療法において重要な要素は、スキャフォールド(細胞足場材料)および生理活性物質である。本研究テーマの人工歯根膜の製作に結びつく前準備としてin vitroとin vivoの系でそれぞれ検討した。平成15年度では、間葉系幹細胞の絶対数を培養系によって、短期間で効率的に増加させることが特に重要であることや、コラーゲンゲル等を用いた間葉系幹細胞のハイブリッド体の作製も可能であることが判明した。本年度は、ラット歯槽骨に作製した欠損部での新生骨の面積に基づく定量的測定法を開発し,スキャホールドおよびエムドゲインの組織再生能について検討を行った。その結果、スキャホールド埋入群,エムドゲイン埋入群,対照群のいずれにおいても術後2週から欠損部に骨の新生が認められたことから,歯槽骨の再生は欠損作製後の早い時点から開始することが示唆された.術後6週までの再生速度はスキャホールド埋入群がエムドゲイン埋入群を上回った.術後6週時点ではいずれの群においても欠損面は新生骨で覆われたが,実体顕微鏡による観察から,群間で新生された骨の緻密度が異なること,欠損上部までの3次元的な再生状態に差のあることが示唆された.GTR法やエナメルタンパクを用いた歯周組織再生療法において、欠かせない重要な3要素は、そしてスキャフォールド(細胞足場材料)である。本研究テーマでは人工歯根膜の製作に結びつく前準備としてin vitroとin vivoの系でそれぞれ検討した。まず,ビーグル成犬を骨髄穿刺し、間葉系の幹細胞を選択的に採取し、それを培養増加させる系(細胞)と、同ビーグル犬の血液からPRP(多血小板血漿)を抽出する系(発育を促進させる成長因子)の確立を試みた。また、培養して増加させた間葉系幹細胞を生体に戻すための担体としてのコラーゲンゲルやコラーゲンスポンジおよび吸収性膜との混合培養を(足場材料)検討した。さらにヒト歯根膜細胞へのヒトPRPの影響を、RT-PCR法にてTGF-β等のmRNA発現状況からも検索した。その結果、間葉系幹細胞の絶対数を培養系によって、短期間で効率的に増加させることが特に重要であること、ビーグル成犬からも再生に有効と考えられているPRP抽出もヒトと同様に可能であること、コラーゲンゲル等を用いた間葉系幹細胞のハイブリッド体の作製も可能であること、ヒト歯根膜細胞からTGF-β等の骨形成に関連するmRNA発現が確認されること、PRPによる詳細な影響はデータ数を増やしたうえで検討する必要があること等が判明した。今後は具体的な人工歯根膜の作製と、その骨欠損部への応用を試み、その歯周組織再生に及ぼす効果について検討する予定である。その結果、スキャホールド埋入群,エムドゲイン埋入群,対照群のいずれにおいても術後2週から欠損部に骨の新生が認められたことから,歯槽骨の再生は欠損作製後の早い時点から開始することが示唆された.術後6週までの再生速度はスキャホールド埋入群がエムドゲイン埋入群を上回った.術後6週時点ではいずれの群においても欠損面は新生骨で覆われたが,実体顕微鏡による観察から,群間で新生された骨の緻密度が異なること,欠損上部までの3次元的な再生状態に差のあることが示唆された.
B、thuringiensis プロトキシン遺伝子の植物体への導入による生物学的防除

Bacillus thuringiensisは鱗翅目、双翅目、および鞘翅目昆虫幼虫に致死的毒性を持つプロトキシン蛋白を大量に産生する。本研究ではこの遺伝子を植物体へ導入し害虫耐性の植物を作ること、および毒性蛋白質としての機能を知ることを目的とする。毒性部位を持つトキシン遺伝子をTiプラスミドバイナリ-バクタ-pGA580へクロ-ン化した。これをアグロバクテリウムに導入した後、タバコに感染させカナマイシン抵抗性タバコを選択した。茎葉分化培地、次に発根培地で培養を進め、完全な植物体にまで分化させた。これらの葉よりDNAを抽出し、トキシン遺伝子をプロ-ブとしてサザンハイブリダイゼ-ションを行なったところ遺伝子および転写物の存在が確かめられた。しかし残念ながら生物検定においては毒性は検出されていない。次にプロトキシン蛋白の理解であるが、in vitroで変異を導入し、カルボキシル末端(C)よりアミノ酸一つづつ少ない蛋白に相当する遺伝子を作成し、毒性発揮におけるC末端の重要性を明らかにする。そのうちの数種については変異の導入に成功し、毒性の有無を決めるアミノ酸の差は2残基となった。また毒性に不要とされるC側半分の機能を知るため、この部位を欠損した遺伝子を大腸菌recA遺伝子の強いプロモ-タ-下流につなげ大量の産物を得た。この遺伝子産物は少量生産される時には毒性を持つが、大量の産物は封入体を形成し、アルカリに不溶であり、カイコに対する毒性は無かった。完全長を持つ蛋白はアルカリに可溶であり毒性も存在することから、C側の役割は昆虫幼虫の中腸内においてまず可溶化されるために必要な部位ではないかと思われる。Bacillus thuringiensisの生産するプロトキシン蛋白は鱗翅目昆虫の幼虫に対し致死的毒性を持つ。本研究ではこの蛋白の構造と機能を知ること、およびその遺伝子を植物体へ導入し害虫の生物学的防除を計ることを目的とする。毒性に必要な領域はプロトキシンのN末端よりアミノ酸残基612(トキシン)であり、さらに9残基C末端から失うと毒性を失う。このようなトキシンのC末端の重要性を知るため、これをコードする遺伝子の3'末端より順次欠失変異を作り、その末端にナンセンスコドンおよびBamHI切断部位から成るリンカーをつなげ、大腸菌ファージであるM13ヘクローン化した。サンガー法により欠失部位の塩基配列を決定した。求める変異がいくつか得られた。これら変異について毒性試験を行い、どのアミノ酸を欠いたら毒性を失うか決める予定である。一方、植物体へ導入する第一歩としてプロトキシン遺伝子の全域を含む3.8KbNdeI断片をpuc13へサブクローン化した。この上流に植物体で働くカリフラワーモザイクウイルスの35Sプロモーターをつなげ、さらにTiプラスシドベクター糸へクローン化する予定である。そのために植物の形質転換系が必要である。我々の分離したAgrobacteriumヘバイナリーベクターであるPBI101(カナマイシン耐性)を導入し、ペチュニア、タバコ、ポプラの葉に感染させた。現在ペチュニアについてはカナマイシンを含む培地で葉および茎を分化した植物体が得られた。この植物体に実際DNAが挿入されているかどうかSouthern blotにより調べる予定である。研究の目的はB.thuringiensisの生産するプロトキシンの性質を知ること、およびその遺伝子を植物体へ導入し、もって害虫の生物学的防除を計ることにある。1.プロトキシン遺伝子を植物で発現させる第一歩として以下の組み換えDNAを作成した。まずカリフラワ-モザイクウイルス35Sのプロモ-タ-およびタバコモザイクウイルスの翻訳エンハンサ-Ωから成る制御領域下流に、完全なプロトキシン遺伝子、毒性部位のみを持つ欠失遺伝子、および対照としてβ-グルクロニダ-ゼ遺伝子をそれぞれ挿入し、pUC19をベクタ-部分として持つ組み換え体を作った。

さらにこれを植物形質転換用バイナリ-ベクタ-pGA580へクロ-ン化した。これらの組み換え体をアグロバクテリウムに導入の後、ペチュニアに感染させ、目的とするプロトキシン遺伝子を植物へ導入する予定である。2.プロトキシンを精製し、その機能を知るため、大腸菌において大量生産させる系を作成した。大腸菌recA遺伝子のプロモ-タ-下流にプロトキシン構造遺伝子部位をつなぎ、大腸菌へ導入した。これをナリディキシン酸存在下で培養し、プロトキシンの占める割合を全蛋白の20%程度に高めることができた。欠失変異についても同様の組み換えDNAを作成中である。3.毒性検定のためカイコを被検体としたバイオアッセイの系を確立した。4.プロトキシン遺伝子の毒性部位を正確に決めるため、3'末端より欠失変異を作成したが、この変異部位の塩基配列を決定した。Bacillus thuringiensisは鱗翅目昆虫幼虫に致死的毒性を持つプロトキシン蛋白を大量に産生する。本研究ではこの遺伝子を植物体へ導入し害虫耐性の植物を作ること、および毒性蛋白質としての機能を知ることを目的とする。昨年までに(1)完全な遺伝子、(2)毒性部位のみを持つ欠失遺伝子、(3)βーグルクロニダ-ゼ遺伝子をそれぞれTiプラスミドバイナリ-ベクタ-pGA580へクロ-ン化した。これをアグロバクテリウムに導入した後、タバコに感染させカナマイシン低抗性タバコを選択した。茎葉分化培地、次に発根培地で培養を進め、完全な植物体にまで分化させた。これらの葉よりDNAを抽出し、それぞれの遺伝子をプロ-ブとしてサザンハイブリダイゼ-ションを行なったところ(2),(3)についてはその存在が確かめられた。今後生物検定、遺伝子産物の同定を行なう予定である。さて、これらクロ-ンは35Sのプロモ-タ-と翻訳エンハンサ-Ωを持っている。βーグルクロニダ-ゼ遺伝子を導入された植物では35Sプロモ-タ-のみを持つ植物よりも20倍以上高い活性を持っていた。従ってトキシン遺伝子産物も多いことが期待される。次にプロトキシン蛋白の理解であるが、in vitroで変異を導入し、カルボキシル未端(C)よりアミノ酸一つづつ少ない蛋白に相当する遺伝子を作成し毒性発揮におけるC未端の重要性を明らかにする。そのうちの一つについては変異の導入に成功した。また毒性に不要とされるC側半分の機能を知るため、この部位を欠損した遺伝子を大腸菌recA遺伝子の強いプロモ-タ-下流につなげ大量の産物を得た。しかし産物は封入体を形成し、アルカリに不溶であり、カイコに対する毒性も低かった。完全長を持つ蛋白はアルカリに可溶であり毒性も存在することから、C側の役割は昆虫幼虫の中腸内においてまず可溶化されるために必要な部位ではないかと思われる。
熱帯性タコ類におけるクロスモーダルな外界認知とイメージの形成

本研究では、「タコ類が外界環境を触覚と視覚からクロスモーダルに認知し、脳内にイメージを形成する」という仮説を、行動学的に検証することを目的としている。目的達成のため、3つの研究項目、1)クロスモーダルの機構の解明、2)クロスモーダルの発達過程の解明、3)クロスモーダルによる生息環境探査の解明を設けた。初年度は、研究項目1)クロスモーダルの機構の解明に取り組み、「クロスモーダルに関わる腕の使用法」、「触覚ー視覚間の相互転用」、「触覚情報ー視覚情報への依存度」の実験的検証を試みた。以下にその概要を記す。「クロスモーダルに関わる腕の使用法」:タコ類の触覚・視覚間のクロスモーダルな認知に関し、物体接触時の腕の動作特性に注目して触覚による外界認知の機構を検証した。その結果、従来8本を同じように用いると捉えられていたタコの腕使用について、進む方向に応じた使用腕があること、1本の腕の根元側と先端側の機能が異なる可能性、が示唆された。「視覚ー触覚間の相互転用」:図形弁別課題によりタコ類の視覚・触覚間の相互転用を検証するため、本年度は、視覚のみの学習対象と触覚のみの学習対象について、その適用可能性を調べた。その結果、視覚情報のみで図形弁別を行なった個体は、学習に至らなかった。これはタコの物体形状認知に触覚情報が重要であるという先行研究と一致する。一方、触覚のみで図形弁別を行なった個体においても学習は見られなかった。この原因として、タコの触覚的な物体形状認知で重要であると考えられる複数の腕の根元による掌握の動作が模型の性質上、阻害されたことが考えられた。「触覚情報ー視覚情報への依存度」:タコ類における視覚情報と触覚情報の統合の有無および依存度を調べることを企図し、学習と錯覚を応用した実験のための装置に関して試験を行なった。当初の計画通り研究項目1)クロスモーダルの機構の解明について、独自の実験装置を考案し、多方向からタコの腕による物体への接触の様子を観察することで、タコの物体接触時の動作特性を明らかにすることに成功した。視覚と触覚の統合について検証する実験についても装置やその適用可能性について試験を行うことができた。さらに、次年度実施予定の研究項目2)クロスモーダルの発達過程の解明に関わる、タコ若齢個体の採集と飼育について予備調査も実施することができた。以上から、研究は当初の計画通り概ね順調に進展していると評価できる。研究項目1)クロスモーダルの機構の解明のため、触覚情報ー視覚情報間の相互転用と統合についてより詳細に検証する。さらに、当初の計画通り、研究項目2)クロスモーダルの発達過程の解明、研究項目3)クロスモーダルによる生息環境探査の解明を行う。さらに、当初の計画通り、研究項目
神経可塑性を制御するシグナル伝達経路の機能解析

本研究は、体制が単純で解析のしやすいモデル動物、線虫C.elegansを用い、神経可塑性の新規の分子機構を発見することを目的とした。線虫は特定の水溶性物質や匂い物質に対して近寄る、あるいは遠ざかる行動を示す(化学走性行動)。しかし、線虫が好む匂い物質であっても、その匂い物質に曝され続けるとこれに誘引されにくくなり、場合によっては匂いから逃げるようになる。この現象を嗅覚順応と呼ぶ。哺乳類で脳に多く発現するGoタイプのG蛋白質のαサブユニットの唯一の線虫ホモログをコードするgoa-1の変異体を調べた。すると、AWC感覚神経で受容されるベンズアルデヒドなどの匂い物質に関して、goa-1変異体は顕著な嗅覚順応の欠損を示した。一方、Gqαのホモログをコードするegl-30の活性化型変異体でも嗅覚順応の欠損がみられた。細胞特異的プロモーターを用いた発現実験により、これらいずれのG蛋白質も、嗅覚神経AWCで働くことがわかった。逆に、Goの活性化型変異体をAWC神経に発現させると、順応を誘導しなくても化学走性が低下していた。このことから、Goが正に、Gqが負に嗅覚順応を制御することが示唆された。一般的にGqの下流ではホスホリパーゼCが働きジアシルグリセロールDAGが産生される。そこでDAGアナログを添加すると、嗅覚順応が阻害された。さらに、DAGを代謝する酵素、ジアシルグリセロールキナーゼDGKの変異体を調べたところ、dgk-1とdgk-3の二重変異体で嗅覚順応の欠損が見られた。従ってDAGが嗅覚順応に機能していることが推定された。活性化型GOA-1と活性化型EGL-30を同時にAWC神経で発現させたところ、EGL-30単独のときと同様の順応欠損がみられた。このことからGOA-1 GoはEGL-30 Gqの上流で働くことが示唆された。