hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アンチフロリゲンによる植物改良

得られた形質転換イネはアンチフロリゲン遺伝子を期待通り花成直後に茎頂メリステムで発現開始していることが確認できた。形質転換イネの表現型を短日条件及び長日条件で解析したところ、粒数が顕著に増加した系統を得ることはできなかったが、形質転換イネの中から花成が遅れずに一次枝こうが増加した系統を得ることができた。本研究の目的は、花芽分化の決定因子・フロリゲンとその抑制因子・アンチフロリゲンの分子機能を解析し、両者を人工的に改変してイネの種子数を増加させる技術を開発することである。アンチフロリゲンを恒常的に発現させたイネは種子数が増加するが、同時に花成が遅延するため実用的でない。本研究では「花成の前は発現がなく、花成直後から発現を開始するプロモーター」の制御下でアンチフロリゲンを発現させることで、花成を遅延させることなく種子数のみ増加させることを試みた。作成した形質転換イネの表現型を解析した結果、花成の遅延なく一次枝こうを増加させることには成功したが、一穂粒数の増加した系統を得ることはできなかった。これまでに作成した形質転換イネを様々な条件で栽培し、穂の形質及び種子数を計測する。アンチフロリゲンRCNをPAP2プロモーターで発現するイネを作成し、これの穂の形質を調査する。また、PAP2プロモーターの活性化のタイミングを詳細に明らかにするため、PAP2プロモーターの制御下で蛍光タンパク質を発現するイネの茎頂メリステムを栄養成長期から生殖成長期への移行期や穂の分枝が増加する時期に着目して観察する。これらの観察を通して、アンチフロリゲンによる収量増加の可能性を検討する。植物分子遺伝学今年度形質転換イネの開発を計画していたが、アンチフロリゲンの配列の複雑さから想定外に時間がかかり、これの形質転換と表現型計測に当初想定以上に時間がかかっている。本実験を翌年度にも実施することにしたため、次年度使用額が生じた。次年度の使用計画では、アンチフロリゲン遺伝子をPAP2プロモーターで発現するイネを様々な条件で栽培し、出穂の早晩性や穂の形質を調査する。並行して、これまでに作成した形質転換イネ、すなわちPAP2プロモーターの制御下で人工アンチフロリゲン遺伝子を発現するイネの穂形質調査、及びPAP2プロモーター自体の活性化の様子を明らかにするためのイメージング実験を実施する。
大規模計算流体力学の応用による大振幅音波の伝播過程における強非線形現象の解明

音波(超音波)の伝播にともなって現れる非線形現象に関するこれまでの理論的研究は,ほとんどすべて,波の振幅が比較的小さい場合以外には適用できない,いわゆる,弱非線形理論であった.本研究は,現時点ではその基本的なふるまいさえ十分には明らかにされていない大振幅の音波(強非線形音波)をとりあげ,大規模計算流体力学の数値解析手法を応用することによって,その伝播過程に,どのような強非線形の現象が出現するのかを明らかにすることを目的として行われた.とくに,今回調べた無限平板の正弦振動によって理想気体中に放射される有限振幅の平面音波の問題は,音波の伝播に伴う非線形現象を理解する上で,最も基本的かつ重要な問題である.この問題においては,放射される平面音波の振幅が大きいとき,衝撃波形成後に,波の伝播する方向に正味の質量流れ(音響流)が生じ,平板近傍の気体の密度が時間とともに低下することが,最近の研究代表者らの数値解析で既に明らかになっている.本研究では,平板が振動を開始してからさらに十分に時間が経った後の波動場を,とくに音響流の時間発展に注目して詳しく数値的に調べた.その結果,極めて長い時間が経過すると,近傍場に波長の数倍以上の大きさをもつ低密度・高エントロピー領域が形成されること,その領域の中には音響流は存在しないこと,その外には音響流が存在し,時間が経ってもほぼ一定の値を保ち続けること,さらに,低密度,高エントロピー領域の大きさはほぼ一定の割合で広がり続けること等が示された.この結果をもとに,今後,強非線形音波の音響流の物理的機構の解明に取り組んでいく予定である.音波(超音波)の伝播にともなって現れる非線形現象に関するこれまでの理論的研究は,ほとんどすべて,波の振幅が比較的小さい場合以外には適用できない,いわゆる,弱非線形理論であった.本研究は,現時点ではその基本的なふるまいさえ十分には明らかにされていない大振幅の音波(強非線形音波)をとりあげ,大規模計算流体力学の数値解析手法を応用することによって,その伝播過程に,どのような強非線形の現象が出現するのかを明らかにすることを目的として行われた.とくに,今回調べた無限平板の正弦振動によって理想気体中に放射される有限振幅の平面音波の問題は,音波の伝播に伴う非線形現象を理解する上で,最も基本的かつ重要な問題である.この問題においては,放射される平面音波の振幅が大きいとき,衝撃波形成後に,波の伝播する方向に正味の質量流れ(音響流)が生じ,平板近傍の気体の密度が時間とともに低下することが,最近の研究代表者らの数値解析で既に明らかになっている.本研究では,平板が振動を開始してからさらに十分に時間が経った後の波動場を,とくに音響流の時間発展に注目して詳しく数値的に調べた.その結果,極めて長い時間が経過すると,近傍場に波長の数倍以上の大きさをもつ低密度・高エントロピー領域が形成されること,その領域の中には音響流は存在しないこと,その外には音響流が存在し,時間が経ってもほぼ一定の値を保ち続けること,さらに,低密度,高エントロピー領域の大きさはほぼ一定の割合で広がり続けること等が示された.この結果をもとに,今後,強非線形音波の音響流の物理的機構の解明に取り組んでいく予定である.
PETによる頭頸部癌の診断、及び放射線治療効果判定の検討

頭頸部悪性腫瘍患者の画像診断には、従来よりcomputed tomographyやmagnetic resonance imagingなどが用いられ、描出された画像の形態的な特徴から、原発巣や転移巣の診断が行われてきた。今回我々は、腫瘍細胞の糖代謝から診断すべく、glucoseのanalogである[^<18>F]fluorodeoxyglucose(FDG)というトレーサーを用い、Positron Emission Tomography(PET)によるイメージングを施行し、原発巣やリンパ節転移の評価を行った。対象は頭頸部領域に悪性腫瘍を持ちPET検査に同意の得られた17症例である。17症例全てにおいて、その原発巣はFDG-PETにより描出された。転移性リンパ節が病理学的に証明された症例は2例にすぎなかったが、検出できた最小のリンパ節はretoropharyngeallymph nodeに生じた径4mmという小さな転移性リンパ節であった。転移性リンパ節と正常なリンパ節へのFDG集積のtime courseを観察すると、転移性の場合には時間の経過と共にup takeは上昇するのに対し、正常なリンパ節では下降する傾向にあった。2ケ所の再発巣をもつ患者で、一方をpositive、他方はnegativeと判定した症例があった。術後の病理所見を比較すると、negativeと判定した病巣では間質が多く細胞成分が少ないことがわかり、FDGのup takeは組織を構成する細胞成分の割合に依存しているのではないかと推測され、FDG-PETを読影する上で参考となる所見と思われた。FDG-PETは頭頸部悪性腫瘍の画像診断にとって、有用なダデリティーになると思われた。2 Non Hodgkin Lymphoma症例において、他のモダリティーで陰性だった潜在的病巣にFDGの集積があり、PET施行後6カ月に同部位から再発が見られ、治療効果判定に有望と思われた。3持続的に緊張していると筋肉思われる組織にFDGが集積する例があり、false positiveと判定された症例があった。また逆にCTでpositive、FDG-PETでnegativeと判定された組織を調べると、悪性腫瘍細胞は認められるものの、その成分の組織に占める割合は少ないことがわかった。腫瘍細胞の構成割合が低い場合には、PETでfalse positiveとなる可能性を示していると思われた。FDGの集積部位は手術後の病理所見とほぼ一致することがわかり、当初計画した重要な研究目的は達成されたと思われる。しかしながら炎症性部位や筋肉への集積といったfalse positive症例や、腫瘍細胞構成比によりfalse negativeになる可能性があり、それらをいかに低減させるかが検討課題としてあげられる。放射線治療効果の判定としてのPETの役割は、CT, MRIで検出できなかった潜在的病巣を検出できたという点で有望と思われるが、最長でもまだ6カ月の経過観察期間なため明らかに断定できるものではなかった。対象は頭頚部領域に悪性腫瘍を持ちPET検査に同意の得られた17症例である。17症例全てにおいて、その原発巣はFDG-PETにより抽出された。2ヶ所の再発巣をもつ患者で、一方をpositive、他方をnegativeと判定した症例があった。FDG-PETは頭頚部悪性腫瘍の画像診断にとって、有用なモダリティーになると思われた。
巨大津波後の火災に対する津波避難施設の安全性能評価と防火対策の立案に関する研究

本研究では,津波の浸水区域で発生する火災(津波火災と呼ぶ)に対し,津波避難ビルに滞在する避難者の人命安全を計画する手法の構築を最終的な目標に掲げ,この手法構築に資する知見の探索を目的とした。ここでは,津波火災に対する津波避難ビルの安全計画のあり方を整理し,津波避難ビルの指定や設計にあたり留意すべき11の計画ポイントを洗い出した。また,津波避難ビルの火災危険を評価する上で重要な津波火災の燃焼性状,および,津波火災により類焼した津波避難ビルの上階延焼危険性を把握するための模型実験を行い,発熱速度や火災継続時間,火炎長さといった火災安全設計に資する基礎データを取得した。津波火災により類焼した津波避難ビルの上階延焼危険性を把握するための基礎実験を行った。津波からの一時的な避難場所として,その重要性が指摘されている津波避難ビルでは,津波により流れ出た家屋や自動車が漂着し,何らかの要因により燃焼することで,建物の一部が火災に巻き込まれる可能性がある。津波避難ビルが類焼しても,瓦礫や海水に取り囲まれた状況では,屋外への避難は難しい。このため,屋内に侵入した火災をある範囲で区画化することで,避難者が安全に待機可能な階(以降では,避難安全階と呼ぶ)を確保する必要がある。これは,津波火災により下階で発生した火災を上階の避難安全階まで延焼させないことに等しい。上階延焼をもたらす主要な要因に,開口から外気に噴出する火炎・熱気流があるが,津波火災時のように,別の火災が屋外に存在する場合には,それにより形成される上昇気流の影響で,開口からの吹き出しは壁側に吹き流される可能性がある。加えて,複数の熱気流が合わさることで,高温領域そのものが拡大する可能性があるため,上階延焼の危険性はより高くなることが予想される。本実験では,津波火災が津波避難ビルに漂着し建物の一室に類焼した状況を,原型の1/10に相当する模型で表現することで,屋内と屋外の両火災によりもたらされる外壁付近の温度分布の測定,および,開口噴出火炎の観察を行い,基礎データを得た。「津波火災」とは、地震後の津波により浸水した市街地で発生する火災のことを言う。本研究では、浸水市街地における一時的な避難空間として、その重要性が指摘されている津波避難ビル・津波避難タワーの安全設計について、津波火災による延焼リスクを考慮した防火対策を、いくつかの火災実験を通じて提案することを目的としている。現状、津波避難ビルの安全設計では、構造的な要件として、地震と津波に対する力学的な抵抗力を通常の建築物とは別に要求しており、火災安全については、通常の建築火災を想定した設計が適用されている。しかし、津波火災により津波避難ビルが類焼しても、海水や瓦礫に取り囲まれた状況では、在館者はビル内に籠城せざるを得ない。こうした状況は、通常の建築火災を想定した安全設計では考慮されていないため、津波避難ビル特有の防火対策が必要になる。平成24年度は、二種類の取り組みを行った。まず、東北地方太平洋沖地震(2011)において、津波避難ビルの周りで発生した火災の状況を、映像記録の観察と被災者の証言を基に整理した。これにより、様相の異なる三種類の津波火災の存在と、各火災の燃え草や火災外力といった特徴について、今後の研究を進める上で重要な基礎資料を得た。次に、防火対策の有効性を物理的に評価する上で重要な津波火災の発熱性状に着目し、海面に浮遊する重油と瓦礫が一体的に燃焼する火災を600mm角のプールで再現することで、瓦礫の種類や重油の露出面積を変化させた場合の発熱速度の測定を行った。これにより、津波火災の発熱速度についても、通常の建築火災で採用されるt2(時間二乗)火源として扱えることが示された。また、火災成長率の目安値を推定するとともに、火盛り期の発熱速度と火災の継続時間を物理的に予測可能なモデルを開発したことで、津波避難ビルの延焼リスク評価に利用可能な発熱速度曲線の設定手法を整えることができた。本研究では,津波の浸水区域で発生する火災(津波火災と呼ぶ)に対し,津波避難ビルに滞在する避難者の人命安全を計画する手法の構築を将来的な目標に掲げ,この手法構築に資する知見・技術・基礎データの整備・探索を目的とした。初年度は,2011年の東北地方太平洋沖地震津波において,津波火災の影響を受けた津波避難ビルの事例を収集し,津波避難ビルにおける火災被害の特徴や人命危険シナリオを把握した。また,津波避難ビルの火災危険を評価する上で重要な津波火災の燃焼性状に着目し,海面に浮遊する重油と瓦礫が一体的に燃焼する火災を模型スケールで再現し,発熱速度や燃焼時間に関するデータを収集した。

次年度では,津波火災により津波避難ビルが類焼した場合を想定し,下階に類焼した火災を上階の避難安全階まで延焼させないことを考え,津波火災により類焼した津波避難ビルの上階延焼危険性を把握するための模型実験を行った。ここでは,津波火災が津波避難ビルに漂着し建物の一室に類焼した状況を,原型の1/10に相当する模型で表現することで,燃焼速度や区画内温度といった屋内の火災性状の測定,屋内と屋外の両火災によりもたらされる外壁付近の温度分布の測定,および,開口噴出火炎の観察を行った。最終年度では,こうした実験的検討を踏まえ,津波火災に対する津波避難ビルの安全計画のあり方を整理し,津波避難ビルの指定や設計にあたって留意すべき11の計画ポイントを提示した。また,南海トラフ地震津波による浸水被害が予想される特定の自治体を対象に,既存の津波避難ビル18棟の現地調査を行い,津波火災に対する安全性の実態を定性的に評価するとともに,今後の検討が必要な課題を洗い出した。建築・都市防火津波火災が津波避難ビルに与える加害性状の予測モデル構築に向けて,そのための検証用データを一定程度整備することができたため。平成24年度における当初の研究計画では、津波火災の外力推定に必要な火災の発熱性状について、津波火災を模擬した燃焼実験を行い、基礎データの収集を行うことを目的としていた。実際には、東北地方太平洋沖地震における津波火災の映像解析や証言の収集に時間を要したため、予定していた実験条件の七割程度が実施済みの状態にある。このため、現在までの研究進捗は、当初の計画内容よりやや遅れていると言え,残りの実験条件については,平成25年度に実施することになる。津波火災による津波避難拠点の被害を評価可能な計算モデルの開発を行う。平成25年度は、まず、津波火災の発熱性状に関する実験のうち、平成24年度に実施できなかった条件を実施する。その後、津波避難ビルに作用する火災外力の推定を目的とした二種類の火災実験を行い、火災外力のモデル化を行う。一つ目は、津波避難タワーの屋上における温度分布の把握を目的とした実験であり、津波避難タワーの高さや寸法,火災の発熱速度を変化させることで、相似モデルを構築する。二つ目は、津波火災による外部空間での高温上昇気流が存在する場合の噴出火炎の性状を把握する実験であり、開口部の形状や火災の発熱速度、ひさしの有無等を変化させることで、相似モデルを構築する。平成26年度は、平成25年度に構築した火災外力に関する相似モデルと平成24年度に構築した発熱性状に関するモデルを統合することで、津波避難タワーに要求するべき高さや面積、噴出火炎による上階延焼を防止するために必要な津波避難ビルの開口部周りの性能について、ケーススタディを行い、津波火災を考慮した防火対策の提案を行う。支出を予定していた国際会議旅費を他の財源から支出したため。次年度の旅費にあてる。次年度に使用する研究費が生じた主な理由は、東北地方太平洋沖地震における津波火災の映像解析や証言の収集に時間を要したことで、予定していた火災実験条件のうち年度内に実施できない条件が発生したためであり、実験に使用する燃料の購入に必要な費用に相当する。平成25年度は、まず、こうした未実施の実験条件を行うことから、これに必要な燃料購入に支出する。
ナノ秒高電圧パルスのユニークな作用に基づく新しい癌治療法の確立

前年度に新しい電源装置を用いてナノ秒高電圧パルスを細胞に作用させるための実験セットアップを組んだが、その評価を継続して行った。またヒト由来培養細胞を低吸着プレート中で培養することで腫瘍を模した構造体であるスフェロイドを形成させ、これを用いてナノ秒高電圧パルスによる癌治療のモデル実験を行い、ナノ秒高電圧パルスによるスフェロイドの崩壊と細胞の生存率低下を観察した。さらにナノ秒高電圧パルスが示す細胞毒性の詳細について研究を深めた。オートファジーは細胞成分を分解して再利用するためのメカニズムであり、飢餓などのストレス状態によって活性化される。またオートファジーは細胞死の一様式でもある。これまでにナノ秒高電圧パルスがオートファジーを活性化することが報告されていたが、ナノ秒高電圧パルスによるオートファジー活性化が細胞死として生じているのか、それともナノ秒高電圧パルスに対する防御的な反応であるかは不明であった。そこでオートファジーのキーとなる遺伝子を欠損したノックアウトマウス細胞と、対照となる正常細胞を入手し、これらの細胞のナノ秒高電圧パルスに対する感受性を解析した。その結果、オートファジー欠損によって細胞のナノ秒高電圧パルスへの感受性が高まることを見いだした。このことはオートファジーがナノ秒高電圧パルスの示す細胞毒性に対して防御的に作用することを示しており、これを抑制・活性化することでナノ秒高電圧パルスの効果を増強・低減することができる可能性が考えられた。ナノ秒高電圧パルスによるオートファジー活性化の分子機構と生理的意義の詳細についてより詳細な研究を継続している。ナノ秒高電圧パルスは、ナノ秒というきわめて短い時間に限局して強い電気的作用をもたらす新しい手法であり、癌治療などにおける医療手段としての可能性が注目されている。本研究はナノ秒高電圧パルスを用いた新しい癌治療法の基盤を確立することを目的としている。本年度はナノ秒高電圧パルスによる細胞死誘導のための処理条件の至適化と細胞死機構の解析を実施した。まずHeLa S3細胞に異なるショット数のナノ秒高電圧パルスを印加し、一定時間の培養後、生存率を測定した。続いて生存率低下が見られるナノ秒高電圧パルス処理時に細胞内で生じている反応を解析した。その結果、ナノ秒高電圧パルス処理した細胞では様々なタンパク質が架橋されていることをウェスタンブロット解析と蛍光顕微鏡観察によって明らかにした。この架橋反応は細胞外カルシウム依存的であり、カルシウムイオノフォアで増強され、カルシウム非存在下では起こらないことを示した。架橋反応を触媒することが知られているトランスグルタミナーゼ2(TG2)をRNA干渉法(RNA interference, RNAi)により抑制すると、ナノ秒高電圧パルスによるタンパク質架橋反応も抑制された。さらにTG2の細胞死への関与を調べるため、TG2 RNAiを行った細胞をナノ秒高電圧パルス処理し、生存率を解析したところ、ネクローシス誘導が部分的に抑制された。一方、同じ細胞を紫外線照射しアポトーシスを誘導した場合には、TG2 RNAiの有無で生存率への影響はなかった。ナノ秒高電圧パルスによって誘発されるタンパク質架橋はナノ秒高電圧パルスの細胞毒性の一因であると推察された。以上の新知見は、癌治療に用いられる他の手法とは異なる作用機序をナノ秒高電圧パルスが持つことを示している。本年度に予定されていた研究内容は、ナノ秒高電圧パルスによる細胞死誘導のための処理条件の至適化と分子機構の解析であり、それに従った研究が実施された。本年度の研究によって、ナノ秒高電圧パルスがヒト癌細胞中にタンパク質架橋を誘発すること、この反応がカルシウム依存的であること、この反応に関わる細胞内因子がトランスグルタミナーゼ2 (TG2)であること、TG2活性化がナノ秒高電圧パルスの細胞毒性に寄与すること、という新知見を得ることができた。この一連の発見はナノ秒高電圧パルスが他の手法とは異なる作用機序を持つことを明確化するものであり、新しい医療手段としてのナノ秒高電圧パルスのユニークな特性を示すものである。前年度はナノ秒高電圧パルスを固形腫瘍由来細胞に作用させ、その細胞死メカニズムについて解析を行ったが、本年度はそれ以外のタイプの細胞への作用を検討するため、ヒト白血病細胞に由来するHL-60を用い、ナノ秒高電圧パルスの効果を検討した。低濃度のジメチルスルホキシド存在下でHL-60を好中球へと分化させることができることから、未分化HL-60細胞と好中球へと分化させたHL-60細胞の双方について解析を実施した。その結果、好中球へと分化したHL-60細胞にナノ秒高電圧パルスを作用させると、細胞外に染色体DNAが放出されるという興味深い現象が観察された。この現象は未分化細胞では観察されなかったことから、好中球細胞外トラップと呼ばれる免疫反応であると推察された。この反応が誘導される際には、シトルリン化と呼ばれるヒストンの翻訳後修飾が伴うことが知られている。そこでヒストンのシトルリン化をウェスタンブロット法により解析したところ、ナノ秒高電圧パルスによって、分化細胞特異的にヒストンのシトルリン化が誘導されていた。さらにナノ秒高電圧パルスによる好中球細胞外トラップの形成とヒストンのシトルリン化には細胞外カルシウムの存在が必須であることが判明し、細胞外カルシウムの流入が好中球細胞外トラップを誘発する重要な要因であることが示唆された。また好中球細胞外トラップの定量化のための新しいアッセイ系を確立した。続いて、ナノ秒高電圧パルスを作用させるための新しい実験セットアップを立ち上げた。

新たな電源により、100ナノ秒単位で、100ナノ秒から2ミリ秒までの任意のパルス幅が使用可能となった。この電源を針型電極と接続し、ナノ秒高電圧パルスを印加したところ、またこれまで使っていた装置よりも高い電圧を達成することでき、より効率的な細胞死誘導が可能になると見込まれた。固形腫瘍以外の細胞へのナノ秒高電圧パルスの作用を解析した結果、好中球細胞外トラップの誘導という新しい知見を得ることができた。また新しい電源装置の導入により、パルス幅が可変で、より高い電圧を達成することができた。前年度に新しい電源装置を用いてナノ秒高電圧パルスを細胞に作用させるための実験セットアップを組んだが、その評価を継続して行った。またヒト由来培養細胞を低吸着プレート中で培養することで腫瘍を模した構造体であるスフェロイドを形成させ、これを用いてナノ秒高電圧パルスによる癌治療のモデル実験を行い、ナノ秒高電圧パルスによるスフェロイドの崩壊と細胞の生存率低下を観察した。さらにナノ秒高電圧パルスが示す細胞毒性の詳細について研究を深めた。オートファジーは細胞成分を分解して再利用するためのメカニズムであり、飢餓などのストレス状態によって活性化される。またオートファジーは細胞死の一様式でもある。これまでにナノ秒高電圧パルスがオートファジーを活性化することが報告されていたが、ナノ秒高電圧パルスによるオートファジー活性化が細胞死として生じているのか、それともナノ秒高電圧パルスに対する防御的な反応であるかは不明であった。そこでオートファジーのキーとなる遺伝子を欠損したノックアウトマウス細胞と、対照となる正常細胞を入手し、これらの細胞のナノ秒高電圧パルスに対する感受性を解析した。その結果、オートファジー欠損によって細胞のナノ秒高電圧パルスへの感受性が高まることを見いだした。このことはオートファジーがナノ秒高電圧パルスの示す細胞毒性に対して防御的に作用することを示しており、これを抑制・活性化することでナノ秒高電圧パルスの効果を増強・低減することができる可能性が考えられた。ナノ秒高電圧パルスによるオートファジー活性化の分子機構と生理的意義の詳細についてより詳細な研究を継続している。当初の計画に基づき、ナノ秒高電圧パルスを発生装置から腫瘍へと作用させるのに適した電極を使用し、ナノ秒高電圧パルスによる癌治療のモデル実験を培養条件下において実施する。これまで使用してきたのは、アルミ平板電極2枚の間に試料をセットしてパルス高電界をかけるキュベット型のものであるが、平成29年度には微小針型の電極によってナノ秒高電圧パルスをヒト癌細胞へと印加し、生存率や各種の分子マーカーの変化を解析する。本年度に導入した新しい電源と、それを組み込んだ実験セットアップにより、癌治療のモデル実験と、細胞への作用のメカニズム解析を引き続き実施する。経費の効率的な使用に努めた結果、約16万円の研究費を平成29年度へ繰り越すこととなった経費の効率的な使用に努めた結果、約11万円の研究費を平成30年度へ繰り越すこととなった。平成30年度の研究に必要な各種解析のための試薬に充当する。
食育における咀嚼の重要性をエネルギー代謝調節機構から解明し肥満予防に応用する研究

生活習慣病と肥満との密接な関係が指摘されている。また、小児期の食育への関心が高まっており、口腔と全身の健康の関連性について注目が集まっている。本研究は、食事を摂取する際の咀嚼時の口腔内感覚入力が、その後のエネルギー代謝調節機構に関与しているどうか、メカニズムの解明を目的としている。咀嚼時の口腔感覚入力を変化させるために、通常のラット固形飼料およびその低硬度飼料、同成分である固形飼料と液体飼料を開発し、それぞれの飼料に対する食事性熱産生について検討を行った。ラット腹腔内に体温および活動量測定用小型送信機を慢性留置し、摂食行動に伴う体温変動および活動量を比較したところ、食物の性状の違いによる食事性熱産生の変化には、ヒスタミン神経系および交感神経系が関与している可能性が示唆された。以上の結果より、成分を同一とする食事を摂取しているにもかかわらず、食物の性状が変化した場合、食事に伴う熱産生に変化が生じ、食事時の口腔感覚入力が食欲調節だけではなく、エネルギー消費過程にも関与することが示唆された。大脳皮質や海馬に存在する神経栄養因子(Brain-derived neurotorophic factor (BDNF)、とNeurotorophin-4変生遺伝子をノックアウトしたマウスは、感覚神経系の伝達系に異常があり、短期的な摂食行動おいて食物のテキスチャーに対する満腹感形成や交感神経系の反応に変化が見られることが報告されている。現在NT-4ノックアウトマウス呼吸代謝の日内変動や摂食に伴う代謝変動を間接熱量測定法で測定し解折中である。生活習慣病と肥満との密接な関係が指摘されている.また、小児期の食育への関心が高まっており、口腔と全身の健康の関連性について注目が集まっている。大脳皮質や海馬に存在する神経栄養因子(Brain-derived neurotorophic factor (BDNF)、とNeurotorophin-4産生遺伝子をノックアウトしたマウスは、感覚神経系の伝達系に異常があり、短期的な摂食行動おいて食物のテキスチャーに対する満腹感形成や交感神経系の反応に変化が見られることが報告されている。現在NT-4ノックアウトマウス呼吸代謝の日内変動や摂食に伴う代謝変動を間接熱量測定法で測定し解析中である。近年、生活習慣病と肥満との密接な関係が指摘されている。また小児期の食育への関心が高まっており、口腔と全身の健康の関連性について注目が集まっている。これまでラットに形状・硬度の異なる飼料を与え、ラットの体温および活動量を計測し比較を行ってきた。今回、食育における咀嚼の重要性を明らかにするため、小児期の咀嚼機能を評価する臨床的データとして、小児の咀嚼を運動学的データとして記録・解析した。咀嚼運動は、大きさが同じで硬さの異なるグミを被験食品とし、運動学的データとして、咀嚼のリズム、時間、咀嚼運動経路の大きさ(幅・高さ)などを検討した。これは、硬さの異なる食品を口腔の感覚器で検出し、中枢を介して、どのように末梢の運動に反映されているかを検討するためのものである。その結果、健常な小児においては、異なる硬さの食品を咀嚼した場合、咀嚼経路の大きさやリズムが異なる事が明らかとなった。また、過去の研究において健常者が硬さの異なる食品を咀嚼した場合、嚥下にいたる咀嚼回数が異なる事が、既に報告されている。以上のことから、今後、肥満小児の咀嚼運動を健常者と比較することによって、肥満小児の咀嚼の特徴を明らかにし、健常な咀嚼機能を育成するため、つまりは食育のための咀嚼の診断および指導方法を確立していきたい。

咀嚼時の口腔感覚入力を変化させるために、通常のラット固形飼料およびその低硬度飼料、同成分である固形飼料と液体飼料を開発し、それぞれの飼料に対する食事性熱産生について検討を行った。ラット腹腔内に体温および活動量測定用小型送信機を慢性留置し、摂食行動に伴う体温変動および活動量を比較したところ、食物の性状の違いによる食事性熱産生の変化には、ヒスタミン神経系および交感神経系が関与している可能性が示唆された。以上の結果より、成分を同一とする食事を摂取しているにもかかわらず、食物の性状が変化した場合、食事に伴う熱産生に変化が生じ、食事時の口腔感覚入力が食欲調節だけではなく、エネルギー消費過程にも関与することが示唆された。大脳皮質や海馬に存在する神経栄養因子(Brain-derived neurotorophic factor (BDNF)、とNeurotorophin-4変生遺伝子をノックアウトしたマウスは、感覚神経系の伝達系に異常があり、短期的な摂食行動おいて食物のテキスチャーに対する満腹感形成や交感神経系の反応に変化が見られることが報告されている。現在NT-4ノックアウトマウス呼吸代謝の日内変動や摂食に伴う代謝変動を間接熱量測定法で測定し解折中である。
脂肪細胞における肥満遺伝子とインスリン作用関連遺伝子の制御機構の研究

(1)肥満遺伝子および(レプチン)の分泌機構に影響を与える生理活性物質の検索ラット初代培養脂肪細胞をプレート培養し簡便迅速に多数の培養をできる系を確立しこれを用いて(1)蛋白合成に直接影響すると考えられる核内転写因子(2)細胞膜表面の受容体に結合する生理活性物質(3)酵素阻害剤(C-kinase,A-kinase,acylAoA synthase等の阻害剤、(4)新たな物質の影響を培養液中の分泌ラジオイムノアッセイによるレプチン蛋白定量、レプチン遺伝子発現をNothern blotをもちいたmRNAの定量を行った。(2)脂肪細胞における核内転写因子PPARvのリガンド(thiazolidinedione)のレプチン産生とインスリン作用に及ぼす影響。インスリン作用改善剤であるthiazolidinedioneは、脂肪細胞のレプチンのmRNAおよび蛋白分泌の両者を抑制し、レプチン産生の抑制を来たした。また一方で脂肪細胞におけるインスリン作用(糖取り込み)を増強した。一方外因性にレプチンを投与しても、脂肪細胞におけるレプチン産生およびインスリン作用にも影響を与えず、レプチン自身の脂肪細胞に対する直接作用は認められなかった。(3)レプチンの骨格筋培養細胞のインスリン作用へ及ぼす影響。骨格筋培養細胞(L6)においては24時間レプチンの共存下でインスリン作用(糖取り込み)に対する直接作用は認められなかった。(4)レプチンのin vivoにおける作用(レプチンtransgemnic mouse)レプチントランスジェニックマウスにおいて、脂肪組織の消滅が認められ、in ivoのインスリン作用(ブドウ糖負荷、インスリン負荷試験)の増強が見られた。末梢の直接作用として脂肪細胞の萎縮作用また肝臓を介する作用等も考えられ、また末梢作用だけよりも中枢を介する作用が主体である可能性が示唆された。(5)ヒトにおけるレプチン血中濃度。ヒトにおける血中のレプチン濃度は肥満度、BMI(Body Mass Index)と有意に相関し、さらに男女差の存在を認めた。しかし加齢による影響は見られなかった。一方ヒトレプチン遺伝子の多型性との相関は認められなかった。1.肥満遺伝子産物(レプチン)の分泌機構に影響を与える生理活性物質の検索脂肪細胞が分泌する飽食因子「レプチン」の分泌制御機構を検討した.(1)核内受容体を介する物質のうちGRを介するglucocorticoidがレプチン産生を増大させ,一方PPAR_Yを介するthiazolidinedioneが抑制することを見いだした.(2).細胞膜表面の受容体に結合する物質のうちcAMPを介するβ-arenergic受容体に結合するisoproterenolとともにthyrotropin受容体に結合するTSHがレプチン産生を抑制することを発見した.(3)またacyl-CoA synthetase阻害剤のtriacsinCとともに遊離脂肪産が直接レプチン産生を抑制することをみいだした.このようにレプチン産生制御における諸種の機構の存在を明らかにした.2.肥満遺伝子のインスリン作用関連遺伝子におよぼす影響レプチンの脂肪細胞自身の糖輸送担体,インスリン受容体,シグナル伝達関連物質におよぼす影響検討した.レプチン添加によりインスリン受容体,IRS1,IRS3のリン酸化への影響は見られなかった.

一方レプチンは糖輸送担体(GLUT4)の遺伝子発現の低下を来たし,脂肪細胞萎縮作用(lipoat rophic effect)を示すことを見いだした.レプチンがautocrine的に末梢作用により肥満を是正し二次的に筋肉等のインスリン作用の改善をきたす可能性が示唆された.3.ヒトにおけるレプチン産生,感受性機構の検討ヒトにおけるレプチン遺伝子およびレプチン受容体遺伝子のpolymorphismをいくつかみいだし,肥満との関連をSSCP法等で解析を行ったが,有意な突然変異は認められなかった.また脂肪細胞以外の胎盤組織からのレプチン産生を発見した.(1)脂肪細胞における核内転写因子PPARγのリガンド(thiazolidinedione)のレプチン産生とインスリン作用に及ぼす影響。インスリン作用改善剤であるthiazolidinedioneは、脂肪細胞のレプチンのmRNAおよび蛋白分泌の両者を抑制し、レプチン産生の抑制を来たした。また一方で脂肪細胞におけるインスリン作用(糖取り込み)を増強した。一方外因性にレプチンを投与しても、脂肪細胞におけるレプチン産生およびインスリン作用にも影響を与えず、レプチン自身の脂肪才能に対する直接作用は認められなかった。(2)レプチンの骨格筋培養細胞のインスリン作用へ及ぼす影響。骨格筋培養細胞(L6)においては24時間レプチンの共存下でインスリン作用(糖取り込み)に対する直接作用は認められなかった。(3)レプチンのin vivoにおける作用(レプチンtransgeminc mouse)レプチントランスジェニックマウスにおいて、脂肪組織の消滅が認められ、in ivoのインスリン作用(ブドウ糖負荷、インスリン負荷試験)の増強が見られた。末梢の直接作用として脂肪細胞の萎縮作用また肝臓を介する作用等も考えられ、また末梢作用だけよりも中枢を介する作用が主体である可能性が示唆された。(4)ヒトにおけるレプチン血中濃度。ヒトにおける血中のレプチン濃度は肥満度、BMI(Body Mass Indwx)と有意に相関し、さらに男女差の存在を認めた。しかし加齢による影響は見られなかった。一方ヒトレプチン遺伝子の多型性との相関は認められなかった。
塩生植物根における無機養分輸送の耐塩性メカニズムの解析

本研究は、塩生植物アツケシソウ芽細胞膜の耐塩性に関わる特性を中生植物との比較において明らかにすることにある。塩類高濃度条件で中生植物の細胞膜の健全性が損なわれることは既に知られているが、細胞膜の「健全性の損傷」の実態は不明のままであると思われる。細胞活性に深く関わる低分子化合物がどの程度流出するのか、その流出は膜がどのように変化することによって生じるのかを明らかにすることを目的に研究を行った。中生植物オオムギのカリウム吸収は高濃度NaCl処理によって低下するが、塩生植物アツケシソウでは反対にカリウム吸収が高まる。オオムギにおけるカリウム吸収の低下は細胞膜の健全性の喪失とそれに伴うエネルギー代謝中間体の著しい減少によることを見いだした。エメルギー代謝中間体の漏出はNMRによる非破壊的計測及び生化学的な直接定量によって確認された。細胞膜の健全性の喪失は蛍光色素の取り込み及び低分子化合物の漏出の測定により確認され、健全性の喪失に伴い電気的に膜に接着している表在性タンパク質の剥離及び膜蛋白質のターンオーバーの阻害が生じていることを見いだした。しかしながら、膜の健全性の喪失に伴い観察された現象と膜の透過性が増大することの間の因果関係までは明らかにすることはできなかった。これまでに知られている種々の耐性機構の発現にはエネルギーは必須であり、膜の健全性の喪失に伴うエネルギー代謝の著しい低下が起こると、たとえ耐性機構遺伝子を組み込んでもその発現は期待できないので、オオムギに耐塩性を付与するには、高濃度NaCl環境でも細胞膜の健全性を失わないようにすることが大前提であると思われる。本年度は、高等植物根の細胞膜の透過性に及ぼす高濃度NaCl処理について次のようなことが明らかとなった。1.高濃度NaCl処理した根を、健全な細胞膜は透過することができない蛍光色素(PI)で染色すると、中性植物であるオオムギの根は250mMNaClではPIが細胞膜を透過していることが明白であるのに対し、塩生植物であるアツケシソウの根の細胞膜は、同濃度のNaCl処理には高い抵抗性を示した。2.500mM NaCl処理ではアツケシソウ根も弱い部分では細胞膜の健全性を喪失していた。その部分は根の先端より少し基部に寄ったところで、細胞伸長が盛んな部位であった。この部位はオオムギ根でも、最も低濃度で健全性を喪失する部位であった。3.^<31>P-NMRによる測定では、高濃度NaCl処理でオオムギ根は糖リン酸を急速に喪失していた。酵素化学的分析によってこの事実は裏付けされ、グルコース6リン酸が減少することが判った。しかし、この減少が細胞からの漏出であるかどうかはまだ確定できていない。4.原形質膜のATPaseは高濃度NaCl処理で活性低下を引き起こした。その程度は中生植物のオオムギよりむしろ、塩生植物のアツケシソウのほうが大きかった。まとめると、塩生植物と中生植物では細胞膜の透過性に関わる現象について、高濃度NaCl処理に対して異なった応答を示し、我々の予想を裏付けたが、その違いを引き起こす要因についてはまだ確証を得ていない。本研究は、塩生植物アツケシソウ根細胞膜の耐塩性に関わる特性を中生植物との比較において明らかにすることにある。本年度は、1.塩類高濃度条件での中生植物根細胞膜の健全性の損傷を具体的な物質的変化として示すこと、2.また細胞膜の健全性の損傷が、どういう物質をどの程度流出させるのかを明らかにすることが計画の中心であった。

1.根の切断端をワセリンで隔離して、高濃度NaCl処理によって切断端以外を浸している溶液に出現するタンパク質を定量した結果、オオムギの根とアツケシソウの根では、剥離してくる表在性タンパク質量に大きな違いが見られた。但し、ここでいう表在性とは実験条件から考えて、細胞膜表面に限られたものではなく、細胞壁タンパク質も含まれていると思われる。アツケシソウでは高濃度NaCl処理ではほとんど表在性タンパク質の剥離が見られなかった。現在、このタンパク質の解析を進めている。また、原形質膜ATPaseアポタンパク質はオオムギでは大きく減少し、アツケシソウでは増加した。これは健全性を喪失した細胞膜は膜蛋白質の新たな組み込みができなくなっていることを示唆している。2.根からの物質の漏出に関してはNMRの結果から予想された、グルコース6リン酸について解析した結果、オオムギではNaCl濃度が高くなるにつれてG6Pが外液にたくさん検出され、500Mm NaClでは無処理対照区の3倍のレベルに達するのに対し、アツケシソウではむしろG6Pの漏出は抑制された。オオムギ根の^<31>P-NMRスペクトルの観察における高濃度NaCl処理による糖リン酸由来シグナルの減少は、細胞膜からの漏れだしが大きく寄与していると結論される。
マクロプルーデンスのための財政政策

景気後退による負の影響や債務問題の解消のために実施される財政政策は直接的に景気に影響を及ぼすだけでなく、企業の資金調達を通じて間接的にも影響を及ぼす。法人税は債務に対する利払いを損金として計上することを認めているため税制上の優遇があり、法人税減税は税制上の優遇を小さくする。その結果、企業は債務による資金調達割合を変更する。本研究では、財政政策による企業の資本調達方法の変化を通じた財政政策のマクロプルーデンス政策としての効果を考察する。
遷移金属窒化物フィールドエミッタアレイの作製と電界放射特性の評価

化学エッチングによりピラミッド形に加工したシリコン基板上にイオンビームアシスト蒸着法を用いて窒化ジルコニウム薄膜を形成することにより、窒化ジルコニウムを陰極とする極微電界放射電子源を作製した。基板温度は500°C程度である。ジルコニウムの蒸発速度と窒素イオンビームの電流密度を制御することにより基板に到達するジルコニウムと窒素の比を変化させ、ジルコニウム1に対して窒素が0.8から1.2の間にあるものを作製した。これらの薄膜はX線回折により多結晶であり、ZrN(002)に優先配向したものであることが明らかとなっている。また、電子放出特性に大きく影響を及ぼす仕事関数をケルビン法により測定した結果、化学量論的ZrNの時に最も高い仕事関数を有することが明らかとなった。以上のような素子について、超高真空下、及び酸素ガスあるいは窒素ガスを導入した雰囲気において電界放射特性を調べた。その結果、窒化ジルコニウムからの電界放射はフリッカ雑音はあまり大きくなく、ステップスパイク状の雑音が支配的であることが明らかとなった。同じ仕事関数を有する素子の電界放射特性はS-Kチャート上でも一定の直線上にならび、仕事関数の高い素子ほど雑音が大きいことが明らかとなった。酸素ガスや窒素ガスを導入した場合には、スパイク雑音が増大し、電子放出面積が減少することがS-Kチャートから明らかとなった。これは真空中に放出された電子によって電離した残留ガス粒子が電子放出部位を衝撃するためと考えられる。以上の結果のうち、得られた薄膜とその特性については真空誌に掲載予定であり、電界放射特性についても発表するための準備を行っている。
非線形力学系モデルを用いた種々の制約付き最適化手法の開発

本研究では,カオス力学系などのいわゆる非線形力学系を計算モデルとして用いた,微分不可能性や等式・不等式制約条件などの種々の制約を有する最適化問題を解くための最適化手法の開発を目的として研究を行った。その結果,等式・不等式制約条件付き問題のためのカオスラグランジュ関数法,厳密勾配を計算せずに探索可能な準カオス最適化手法,カオス最適化手法の安定性解析の結果に基づいたパラメータ調整を伴わないカオス最適化手法の提案等の成果を得た。本研究では,非線形力学系(カオス力学系)を計算モデルとして用いた,微分不可能性や等式・不等式制約条件などの種々の制約を有する問題を解くための最適化手法の開発を目的とした研究を実施している。本年度は,(1)多点型離散化時変慣性系モデルを用いた大域的最適化手法の提案と理論的解析,(2)同時摂動勾配近似と多点型カオス最適化手法を用いた最適化手法の提案,(3)パラメータ調整を伴わないカオス最適化手法の提案,(4)カオス最適化手法とラジアル基底ネットワークを用いた最適化手法の提案を行い,1件の学術論文発表と6件の学会発表(うち3件は,査読付き国際会議での発表)を行った。(1)では,離散化時変慣性付き勾配系モデルから発生するカオス軌道を用いた最適化手法について,その特性を理論的に明らかにした上で,その結合モデルによって大域的最適化を実現する手法を提案した。(2)では,勾配の計算が必要であったカオス最適化手法に対して,近似勾配を少ない計算コストで算出できる同時摂動勾配近似法を導入した手法を提案し,主に,数値実験を通してその有効性を検証した。(3)では,パラメータの調整が必要であったカオス最適化手法に対して,勾配ベクトルから方向ベクトルを算出し,探索点の移動量を強制的に決定することで,パラメータの調整なしに優れた探索を実現する手法を提案した。(4)では,目的関数の形状が不明な場合などに有効な手法とされるラジアル基底関数を用いた応答曲面法と,カオス最適化手法を組み合わせた手法を提案した。これらの成果のうち,(1)は,本研究課題に関連した成果であり,(2)と(4)は,目的関数の勾配が計算できない制約を有する問題に対して,(3)は,パラメータの事前調整が難しい制約を有する問題に対して,それぞれ有効なカオス最適化手法を提案しており,本研究課題の目的に大きく寄与する成果であると評価できる。本年度は,(1)多点型カオスLagrange関数法の有効性の検証と解析,(2)パラメータ調整を伴わないカオス最適化手法の有効性の検証と解析,(3)準カオス最適化手法を用いた制約条件付き最適化手法の提案,(4)離散同時摂動法と準カオス最適化手法を用いた混合整数最適化手法の提案,(5)初期離散化幅推定を伴うカオス最適化手法の提案を行い,2件の学術論文発表と5件の学会発表(うち2件は,査読付き国際会議での発表)を行った。(1)では,Lagrange関数法とカオス最適化手法を用いた制約条件付き最適化手法について,その特性を理論的に明らかにし,多手法と比較して優れた探索性能を有することを確認した。(2)では,勾配ベクトルから算出した方向ベクトルを利用して,パラメータの調整なしにカオス的探索を実現する手法について,その有効性を詳細に検証した。(3)では,前年度に提案した同時摂動勾配近似法を導入した準カオス最適化手法を制約条件付き最適化問題に応用した手法を提案した。(4)では,準カオス最適化手法を混合整数最適化問題に応用した手法を提案した。(5)では,リアプノフ指数の概念とその計算法を応用して,適切な初期離散化幅を推定する手法を提案した。これらの成果のうち,(1),(3),(4)は複雑な制約条件を有する問題に対して,(3)と(4)は目的関数の勾配が計算できない制約を有する問題に対して,(2)と(5)はパラメータの事前調整が難しい制約を有する問題に対して,それぞれ有効なカオス最適化手法に関する研究成果であり,本研究課題の目的に大きく寄与する成果であると評価できる。本年度は,(1)準カオス最適化手法の理論的解析とより詳細な有効性の検証,(2)カオス最適化手法の分岐特性に基づいたパラメータ推定を伴うカオス最適化手法の詳細な解析,(3)基底半径最適化を伴うラジアル基底関数ネットワークとカオス最適化手法を用いた応答曲面法の提案を行い,1件の学術論文発表と3件の学会発表を行った。

(1)では,前年度までに提案した準カオス最適化手法について,その特性を理論的および実験的に解析し,従来のカオス最適化手法との共通性を明らかにした上で,大域的最適化手法としての有効性を他手法との比較からより詳細に明らかにした。(2)では,前年度までに提案したパラメータ推定を伴うカオス最適化手法の有効性をさまざまな特徴を有する問題で解析し,その有効性を確認した。(3)では,目的関数が未知の問題に対して,その目的関数を半径最適化により近似精度を改善したラジアル基底関数で近似し,ラジアル基底関数空間上にカオス最適化手法を応用することで,大域的最適化を図る手法を提案した。これらの成果のうち,(1)と(3)は目的関数の勾配が計算できない制約を有する問題に対して,(2)はパラメータの事前調整が難しい制約を有する問題に対して,それぞれ有効なカオス最適化手法に関する研究成果であり,本研究課題の目的に大きく寄与する成果であると評価できる。当初予定した研究計画にしたがって研究が遂行された結果,研究実績の概要でも説明したように,本研究課題の目的に大きく寄与する手法を多数提案し,多手法と比較して優れた探索性能を有することを確認するに至っている。したがって,おおむね順調に進展していると評価できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度までは,当初予定した研究計画にしたがって研究が進んでいる。来年度も研究計画通りに研究を遂行する。来年度は,研究計画の最終年度にあたるので,これまでの研究成果の取りまとめを行い,本研究課題の目的である「非線形力学系モデルを用いた種々の制約付き最適化手法」について体系的な取りまとめを行う予定である。
音楽科による感性の育成の真偽性を問う光トポグラフィを用いた生理学的検証

日立メディコETG4000を用いて,音楽活動時の脳活動を計測した。ETG4000は計48chを同時に計測することができるが,本研究では前頭部22ch,右側頭部12ch,左側頭部12chで測定を行った。ホルダーの装着は,下段のプロープが,国際10-20電極配置法のFpz-T3(T4)-Ozの曲線と並行となるようにした。計測データには,酸素化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,総ヘモグロビンがあるが,本研究では酸素化ヘモグロビンのデータを用いて解析を行うこととした。今年度実施した主な実験内容と結果を記す。(1) 1曲の音楽鑑賞時の酸素化ヘモグロビンの変化に関わる研究5分程度の曲を連続して鑑賞させ,曲調の変化に伴う酸素化ヘモグロビンの変化を調べた。その結果,前頭部の前頭前皮質あたりの酸素化ヘモグロビンに特徴的な傾向を見ることができた。(2)歌唱時における伴奏の影響に関わる研究ある楽曲を一人で歌うとき,無伴奏,カラオケ伴奏A(旋律に楽器音),カラオケ伴奏B(旋律に声)という3つの条件を設定し,その条件の違いが脳活動に及ぼす影響について調べた。その結果,カラオケ伴奏B(旋律に声)を使用するとき,前頭部の酸素化ヘモグロビン量が減少するという傾向を見ることができた。(3)旋律聴音とリズム聴音の課題遂行時の脳活動の比較に関わる研究旋律聴音とリズム聴音では脳活動にどのような違いを見ることができるかについて調べた。その結果,前頭部において旋律聴音の方がリズム聴音より酸素化ヘモグロビン量が高くなるという傾向を見ることができた。特に前頭前皮質あたりが深く関与している可能性を指摘することができた。(4)映像つきの音楽鑑賞時の特徴に関わる研究映像つきの音楽鑑賞が脳活動に及ぼす影響について調べたが灘者の個人差が大きく・その傾向の特徴を見ることができなかった。音楽科による感性の育成の真偽性に関わる研究を、光トポグラフィを用いて生理学的に検証する。平成21年度は、主として以下の3つの内容について研究を行った。研究手法は、光トポグラフィによる大脳皮質の脳血液動態(酸素化ヘモグロビン量)の計測によるデータをもとに、主として対応のある分散分析を用いて解析を行った。前頭部、右側頭部、左側頭部の3つの部位に分け、その比較を行った。被験者は各実験について10名程度とし、大学生を対象とした。(1)音楽鑑賞による情動変化に関わる研究5分程度のクラシック音楽を被験者に鑑賞させ、酸素化ヘモグロビン変化量を光トポグラフィを用いて計測した。その結果、音楽を聴いていてゾクゾクとした瞬間の直後に、前頭部の酸素化ヘモグロビンが低下する傾向にあることがわかった。(2)歌唱表現における伴奏形態の違いが大脳皮質活動に与える影響歌唱表現における3つの伴奏形態(無伴奏、カラピアノ、カラオケ)の違いが、大脳皮質活動に与える影響について光トポグラフィを用いて計測した。その結果、カラオケについては、前頭部は右側頭部と左側頭部と比較すると、酸素化ヘモグロビン量が有意に低いことがわかった。(3)音楽鑑賞における楽曲の違いが脳血液動態に及ぼす影響ジャンルの異なる3つの楽曲について鑑賞する場面で、右側頭部と左側頭部と比較すると前頭部の酸素化ヘモグロビン量の変化が目立つことがわかった。
大きな電気物性異方性をもつビスマス層状構造化合物の設計と開発

ビスマス層状構造化合物は、ビスマス層と擬ペロブスカイトブロックが積層された結晶構造を持つ。本研究は、この化合物を用いて、方向により誘電性、導電性などの電気物性が大きく異なる材料を設計、開発することを目的としている。平成5年度はチタン酸ビスマス(Bi_4Ti_3O_<12>)、チタン酸バリウムビスマス(BaBi_4Ti_4O_<15>)の単結晶を作製し、それらの電気的異方性を調べ、その異方性を生じさせるビスマス層の本質的特性を明かとした。1.チタン酸ビスマス:フラックス法により作製した単結晶で誘電性、導電性を測定した結果、室温から720°Cの温度範囲で、ビスマス層に平行なa(b)軸方向の方がビスマス層に垂直なc軸方向より誘電率、導電率ともに大きく、誘電率で10倍(676°C;キュリー温度)、導電率で約10^3倍(150°C)という異方性が示された。また、無配向多結晶体では、誘電率、導電率ともに単結晶の両方向での値の中間の値を示すことを確認した。2.チタン酸バリウムビスマス:溶融徐冷法により作製した単結晶について測定した結果、チタン酸ビスマスと同様、a(b)軸方向の方がc軸方向より誘電率、導電率ともに大きく、誘電率で58倍(420°C;キュリー温度)、導電率で約10倍(150°C)という異方性が示された。このチタン酸バリウムビスマスの単結晶の電気的異方性は、本研究で初めて明かとなったものである。3.ビスマス層の役割:ビスマス層と擬ペロブスカイトブロックの存在比率の異なる上記2種の異方性、及び、交流インピーダンスによりそれぞれの部分の電気容量を分離して求めた結果より、ビスマス層は、誘電率の小さな常誘電体の性質を持ち、さらに、導電キャリアーに対し電位障壁として作用する絶縁層の性質を持っていることが明かとなった。これらの成果は、層状構造化合物の物性制御および異方性を積極的に利用した機能素子の設計を行う上で極めて有用であり、重要な意義を持つものである。本研究は、ビスマス層部で生じる誘電・圧電性を残したままペロブスカイトブロックを原子価制御・焼成雰囲気制御により半導体化することにより、方向により誘電・圧電性および半導性という異なる電気物性を示す材料を設計、開発することを目的とする。平成4年度は、添加物による半導性の付与および結晶配向性のある多結晶体作製を主として行い、無配向多結晶体の半導体化と配向性多結晶体の作製指針が得られた。1.半導体化条件:Bi_4Ti_3O_<12>およびBaBi_4Ti_40_<15>を対象に、半導体化剤の選択と焼成条件(温度、雰囲気)の検討を行った。その結果、SbやLaの添加では空気中およびアルゴン雰囲気中焼成でも半導体化しないが、NbをTi量の0.20.6at.%添加し、アルゴン雰囲気中で1100°C1150°Cで焼成を行うと、半導体化が起こることが明らかになった。