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日本語発話解釈の難しさに関する研究--言いさし発話に注目して--

本研究では、中途終了文である言いさしが日本語コミュニケーションにおいてどのように使用されているかを調べることで、その発話と解釈の難しさについて考察した。各18組の日本語、中国語、韓国語の母語話者同士、および、9組の英語母語話者同士の自由会話におけるターン末の言いさし発話について、その使用頻度、形態、表現を詳細に調査・比較することで、言いさし使用の難しさと解釈の難しさについて考察した。その結果、母語にかかわらずすべての言語グループにおいて全ターン末の40%以上で言いさしが使用され、言いさしは、日本人だけに特有なものではなく日本語コミュニケーションでの特徴であることがわかった。形態別では、質問・付加・倒置などの解釈が容易な形式的言いさしは、各母語グループにおいて全言いさしの1927%しか使用されておらず、日本語非母語話者にとっては、付加や倒置による言いさしは解釈は容易でも使用に難しさがあることや、名詞止めや助詞終わりは使用が容易な言いさしだが、テ形終わりや副詞終わりなどは難しいことなどがわかった。本研究は、日本語コミュニケーションにおける発話解釈の難しさがどこにあるのかを解明するために、日本語コミュニケーションの特徴の一つであると言われている「言いさし」発話について、日本語・英語・中国語・韓国語コミュニケーションでの出現の実態と発話解釈のなされ方を調査するものである。21年度は、日本語母語話者及び中国語母語話者、韓国語母語話者について、日本語による自由会話と母語による自由会話(各15分)のデータを収集した。収集に際しては、性別と親しさにより対話相手の組み合わせを変えて会話を行ってもらい、日本語による自由会話では、日本語母語話者同士については30組、中国語母語話者同士については18組、韓国語母語話者については30組のデータを収集した。日本語による会話データは文字起こしを行い、中国語、韓国語による会話は、そのうちの一部について文字起こしと翻訳作業を依頼し行った。文字起こしを行ったデータのうち、母語話者による談話について、各ターン末の「言いさし」の出現頻度、および、「言いさし」の様態について分析した。その結果、自由会話においては、インタビュー会話より「言いさし」出現の頻度が高いことが明らかになった。さらに、「言いさし」は、文末まではっきり発話しない「言いさし」、倒置により生じた「言いさし」、文に語句を付加することによる「言いさし」の3種が使われていることがわかった。次に、荻原(2001)を参考にした「言いさし-その対応の連鎖」による分類分け作業を行った。その結果、インタビュー会話においても、自由会話においても、これらの連鎖は出現していることが明らかになった。22年度は、英語母語話者について、日本語による自由会話と母語による自由会話(各15分)のデータを収集した。収集に際しては、性別と親しさにより対話相手の組み合わせを変えて会話を行ってもらい、日本語による自由会話では、30組のデータを収集した。日本語による会話データは文字起こしを行い、英語による会話は、そのうちの一部について文字起こしと翻訳作業を依頼し行った。21年度中に文字起こしを行ったデータのうち、母語話者による談話について、各ターン末の「言いさし」の出現頻度、および、「言いさし」の様態について分析した。さらに、「言いさし」は、文末まではっきり発話しない「言いさし」、倒置により生じた「言いさし」、文に語句を付加することによる「言いさし」などが使われていることがわかった。ただし、倒置により生じた「言いさし」、文に語句を付加することによる「言いさし」、および助詞終わりの「言いさし」については、推測の負担が少ない「形式的言いさし」であり、日本語の構造的特徴により生じた言いさしであることがわかった。昨年度の日本語母語話者(以下JNS)の言いさし使用の調査に引き続き、今年度は、中国語母語話者(以下CNS)、韓国語母語話者(以下KNS)および英語母語話者(以下ENS)の言いさし使用の分析、比較考察を行った。

1対1の自由会話で、各ターン末に出現した言いさしについて、使用の頻度、言いさしの形態、言いさし表現、属性別使用傾向について、各母語話者の自由会話のデータをもとに調査した。その結果、言いさし使用の頻度については、母語話者別の差異はあまりなくターンの約4050%は言いさしで終わっていることが分かり、言いさし使用はJNS特有のものとは言えないことが明らかになった。言いさしの形態については、非母語話者(以下NNS)の特性から質問による言いさしが多用されていたが、倒置、付加などの語順を変える必要がある形態については、各母語話者とも使用が少ないことが分かった。ただ、日本語と同じ膠着語であるKNSについては、その差異は小さかった。このことから、たとえ倒置により語順が母語と同じになるとしても、統語関係が語順により決定される母語を持つCNSとENSにとっては、語順を入れ替えるということが難しく、使用も理解も難しいものであることがわかった。言いさし表現については、母語別に特徴があり、ENSはJNSと助詞終わりの使い方が酷似しており、「けど・が」が和らげのストラテジーとして多用されている点が特徴的であった。CNSの名詞止めによる言いさし使用は、使用も理解も容易なもので、かなりの部分が語彙確認とその対応である点が特徴的であった。KNSは、助詞終わりの中でも、「から」による言いさしが特徴的で、自然な日本語を演出する終わり方のストラテジーとして使用されていると考えられる。言いさし使用の実態が初めてわかったことで、NNSの使用と理解の難しい点が明らかになったことは意義深く、今後日本語教育や異文化コミュニケーション理解に役立てることができると考える。
先史時代イメージの分析による考古学・博物館学への内省的アプローチ

本国際共同研究は、基課題研究「先史時代人はどのようにビジュアライズされるのか:日本列島を例として」に日本考古学史のみならず、欧州考古学史、日本の近現代思想史、戦前・戦後の歴史観、メディア史などとの接点を見出し、それらから広がる論点をもとに、1)基課題研究を日本の考古学・博物館学の「Reflexive Turn(内省的転回)」を加速させる研究として昇華させる、2)国際日本学(Japan Studies)の中に考古学と近現代思想史の関係を考究する分野の確立を目指すものである。そのために、A)欧州・日本考古学双方に通じる海外共同研究者との共同研究、B)日本の視覚メディア研究に通じる海外共同研究者との共同研究、C)日本の近現代思想史・社会運動をグローバルな視点で分析している海外共同研究者との共同研究を進めている。2018年度はAとCをそれぞれ英国セインズベリー日本藝術研究所、オーストラリア国立大学日本研究所に滞在しながら進めた。Aでは欧州考古学史における先史時代イメージの変遷を確認し、英国と大陸諸国の考古学における相違を見出し、来年度以降の調査計画を立案した。Cでは考古学と日本の社会運動史を再検討し、日本の文化ナショナリズムと考古学的想像力の関係を再評価した。その他、「先史時代イメージ」といった場合に、基課題研究で主に扱っている視覚イメージにとどまらず、表象活動一般(文芸、NPOによる活動、芸術祭など)とし、それらの分析も重ねることの重要性を確認し、本研究の方法論的基盤の見直しを行った。Aの分析結果の一部を考古学専門誌にて発表した(1件)。Cに関係した論考として、現代思想専門誌での発表(1件)、景観の復元と博物館に関するシンポジウム発表の論文化(1件)、アートと考古学の関係史に関する口頭発表を国際研究集会にて行った(1件)。本研究は順調に進展している。A)欧州・日本考古学双方に通じる海外共同研究者との共同研究の結果、先史時代イメージの変遷について欧州考古学と日本考古学の比較検討を行うことができたのは、基課題研究との相乗効果の一例である。その他、英国考古学と欧州大陸諸国考古学における先史時代イメージ研究の主要文献の再評価を進めた。また、両地域における先史時代イメージについて、追加のフィールド調査の必要性が明らかになり、次年度以降の調査計画が具体的となった。A)に注力した分、B)日本の視覚メディア研究に通じる海外共同研究者との共同研究が次年度以降に行うこととした。C)日本の近現代思想史・社会運動をグローバルな視点で分析している海外共同研究者との共同研究では、日本の文化ナショナリズムと考古学的想像力の関係を再検討し、分析を深めることができた。次年度以降は、近年「縄文ブーム」といわれる現象などを、思想史や社会運動史の視点から分析する計画である。その他、本研究の理論的基盤として「イメージ」の概念を拡張し、イメージに関する社会学、人類学の成果に配視し、接点を探る重要性を確認した。A)欧州・日本考古学双方に通じる海外共同研究者との共同研究では、英国セインズベリー日本藝術研究所を拠点としながら英国、欧州大陸諸国での追加のフィールド調査を行い、最終年度には国際共同研究集会の開催を予定している。B)日本の視覚メディア研究に通じる海外共同研究者との共同研究を本格的に開始する。C)日本の近現代思想史・社会運動をグローバルな視点で分析している海外共同研究者との共同研究では、環境運動と縄文ブーム、考古学的想像力の接点を探る分析に着手し、成果の論文化を進める。その他、現在投稿中の欧州博物館批評文の翻訳とその解説文を起点にイメージに関する社会学、人類学との接点を探り、理論的基盤の整備を行う。これらによって、共同研究者との国際共同研究集会・学会セッションの開催、共編著論文集の刊行につなげていく。内定年度:2017本国際共同研究は、基課題研究「先史時代人はどのようにビジュアライズされるのか:日本列島を例として」に日本考古学史のみならず、欧州考古学史、日本の近現代思想史、戦前・戦後の歴史観、メディア史などとの接点を見出し、それらから広がる論点をもとに、1)基課題研究を日本の考古学・博物館学の「Reflexive Turn(内省的転回)」を加速させる研究として昇華させる、2)国際日本学(Japan Studies)の中に考古学と近現代思想史の関係を考究する分野の確立を目指すものである。

A)欧州・日本考古学双方に通じる海外共同研究者との共同研究の結果、先史時代イメージの変遷について欧州考古学と日本考古学の比較検討を行うことができたのは、基課題研究との相乗効果の一例である。その他、英国考古学と欧州大陸諸国考古学における先史時代イメージ研究の主要文献の再評価を進めた。また、両地域における先史時代イメージについて、追加のフィールド調査の必要性が明らかになり、次年度以降の調査計画が具体的となった。A)に注力した分、B)日本の視覚メディア研究に通じる海外共同研究者との共同研究が次年度以降に行うこととした。C)日本の近現代思想史・社会運動をグローバルな視点で分析している海外共同研究者との共同研究では、日本の文化ナショナリズムと考古学的想像力の関係を再検討し、分析を深めることができた。次年度以降は、近年「縄文ブーム」といわれる現象などを、思想史や社会運動史の視点から分析する計画である。その他、本研究の理論的基盤として「イメージ」の概念を拡張し、イメージに関する社会学、人類学の成果に配視し、接点を探る重要性を確認した。A)欧州・日本考古学双方に通じる海外共同研究者との共同研究では、英国セインズベリー日本藝術研究所を拠点としながら英国、欧州大陸諸国での追加のフィールド調査を行い、最終年度には国際共同研究集会の開催を予定している。B)日本の視覚メディア研究に通じる海外共同研究者との共同研究を本格的に開始する。C)日本の近現代思想史・社会運動をグローバルな視点で分析している海外共同研究者との共同研究では、環境運動と縄文ブーム、考古学的想像力の接点を探る分析に着手し、成果の論文化を進める。その他、現在投稿中の欧州博物館批評文の翻訳とその解説文を起点にイメージに関する社会学、人類学との接点を探り、理論的基盤の整備を行う。これらによって、共同研究者との国際共同研究集会・学会セッションの開催、共編著論文集の刊行につなげていく。
官吏・典獄と被収容者から読み解く、明治日本の監獄

本研究は、監獄の個票・統計に注目するが、これを“ものさし"に例えて表現するならば、1“ものさし"を作る人・測る人への着目ー司法・内務官僚や典獄(刑務所長)の学識・キャリアの分析、2“ものさし"で測られる人々の追跡ー被収容者の属性(年齢・犯罪歴等)の把握、3“ものさし"自体の成り立ちの検証ー個票・統計の書式とその根拠法令の典拠や変遷の確認を通じて、従来とは異なる観点から明治の監獄を読み解こうとするものである。
イメージファイバを用いた空間2次微分スピンイメージング測定装置の開発

光学測定系とピエゾ駆動ステージを結合させ、差分法による光信号の試料位置依存性のみを検出する高分解能イメージング手法を開発した。この手法は数値演算による画像の鮮鋭化処理とは決定的に異なっており、イメージファイバ光学系や顕微鏡システムに適用したところ、炭素原子1層の膜であるグラフェンの反射イメージ等の観測で、大幅な分解能の向上を実現した。スピン情報のイメージングについては、装置開発は完了したものの、本格的な物性研究への応用は今後の課題となった。本研究は、画像の先鋭化やエッジ検出に用いられる画像処理技術である二次元空間二次微分フィルタを、CCDカメラ、イメージファイバ光学系、ピエゾ素子駆動ステージを結合させることでハードウェア的に実現し、試料表面からの光信号の変化を二次元画像として高感度に検出するための装置開発を主な目的とする。具体的には、イメージファイバ直下の試料の位置を微少量変化させ、取得イメージの差分をとることにより、光源、ファイバ光学系、検出器の時間的・空間的揺らぎをほぼキャンセルしつつ、試料からの光信号の位置依存性のみを高感度に検出できるものと考えている。初年度にあたる本年度は、個々のハードウェアの選定と構築をおこなった。当初、予定していた整列タイプのイメージファイバは、予算内での購入が困難であることがわかり、通常の非整列タイプを購入することとした。これについては、駆動ステージの高精度化と画像取得のアルゴリズム変更で、装置の性能を維持できると考えており、駆動ステージとして、フォーカス調整のZ軸を加えた、高精度3軸ピエゾ素子駆動ステージ、およびコントローラを選定した。また、検出器として、ノイズの少ない天体観測用のペルチェ冷却CCDカメラを購入した。光源は、光出力の安定性が良好な半導体レーザーモジュールを選定した。本測定システムは、CCDカメラ、イメージファイバを含めた光学系とピエゾ駆動試料ステージとの高精度な連携が、装置の性能と操作性を向上させる上で極めて重要である。そこで、これらハードウェアを、光学レール、マウント、ホルダーを介して、光学定盤と除振台で構成される除振システム上にすべて配置した。今後、磁気光学カー効果を利用して、Bi置換鉄ガーネット等の強磁性体の磁区構造の観察をおこない、光学系の調整、ステージの駆動方法等の最適化を図る予定である。本研究は、画像の先鋭化やエッジ検出に用いられる画像処理技術である空間二次微分フィルタを、CCDカメラ、イメージファイバ等の光学系とピエゾ素子駆動ステージを結合させることでハードウェア的に実現し、試料表面からの光信号の変化を二次元画像として高感度に検出するための測定手法の確立を主な目的とする。本年度、CCDカメラ、イメージファイバ、対物レンズ等を含めた光学系と、3軸ピエゾ駆動ステージを、光学定盤と除振台で構成される光学台上に構築し、1台のPCによりピエゾ駆動試料ステージとCCDカメラの制御を行った。また、鉄ガーネット系磁性体について、半導体レーザを光源として、偏光板により直線偏光成分のみ切りだした光の試料面からの反射光を、再度直線偏光板により切り出し、反射光イメージとしてCCDカメラで検出した。本測定手法は、試料の位置を微少量変化させ、取得イメージの差分をとることにより、光源、ファイバ光学系、検出器の時間的・空間的揺らぎをほぼキャンセルしつつ、試料からの光信号の位置依存性のみを高感度に検出しようというものであり、複数の画像データを演算し、処理する必要がある。実際には、試料ステージを数十ミクロン程度、前後左右にそれぞれずらし、その都度、画像イメージを取得した。そして、PC上で基準位置での画像の信号強度を8倍し、シフトして得られた画像をそれぞれ差し引くことにより、擬似的な空間2次微分データを得ることができた。さらに、測定精度をあげるために、光学系の調整、ステージの駆動方法等の最適化を図った。また、空間2次微分データを得るまでの一連のプロセスを行えるプログラムもあわせて開発した。本研究で我々は、光学系と検出器を含めた測定系全部を、試料に対して装置の空間分解能程度の微少量、縦・横・斜め等にシフトすることで、シグナル強度の試料位置依存性のみを抽出するイメージング手法を提案している。昨年度は、イメージファイバ、ピエゾ駆動ステージ、CCDカメラを組み合わせたイメージング装置を作製し、結像面内で試料を移動させるためのプログラム制御、および画像演算プログラムの開発を行った。最終年度に当たる本年度は、主に炭素の単原子層であるグラフェン試料を対象に、昨年度完成したイメージファイバを用いたイメージング装置での実験に加えて、市販の光学顕微鏡(オリンパスBX60)にピエゾ駆動ステージを結合させた測定システムの構築を行い、本手法の更なる有効性を検証した。イメージファイバを用いたイメージング装置では、本来ファイバのコア径で決まる空間分解能しかなく、さらに光が伝播しないクラッド部分により、ラプラシアンフィルタ等の画像の鮮鋭化処理は有効ではない。本手法の適用、すなわち元の位置での画像とシフト画像との差分積算により、微弱なグラフェン試料による反射信号の検出に成功し、大幅な分解能の向上を確認した。

また、分解能のシフト量依存性を調べ、最適なシフト量の範囲を明らかにした。光学顕微鏡への適用においては、結像面内でグラフェン試料を顕微鏡の空間分解能程度シフトさせ、差分処理することにより、同様の分解能の向上を確認できた。これらの結果は数値演算による鮮鋭化処理とは決定的に異なっており、この手法が画像演算の過程で空間2次微分イメージを自動生成することに加え、基本的に差分法であることから分解能の向上に有効であることが結論づけられた。
高性能対地適応型無限軌道車の研究

本研究は、配管や階段のある人工環境、屋外の不整地環境を自在にしかも安定な姿勢を保ちつつ動き回れる無限軌道走行車を開発することを目的として実施された。研究開発の結果、以下のような多大の実績を上げることができ実用的なクロ-ラ走行車の実現性を大きく向上することが出来た。1)第2次の対地適応形無限軌道車の製作。これは能動的に揺動運動を行いうる4台のクロ-ラ(無限軌道車)からなり、上部の物資を搭載した胴体部は地形の傾斜に関わらず常時水平に保持される姿勢制御装置を有するものである。本体は幅600mm、高さ900mm、長さ最大1.2mで、全重量75kg、積載重量40kg程度であった。2)差動機構を使用し干渉駆動の原理で強力な駆動力を生成できる能動的クロ-ラを実際に第2次の対地適応形無限軌道車に実装しその有効性を検証した。なおこの干渉駆動系の非干渉化制御を計算機制御で実行することも確実に実施できることを確認した。3)光学式の超小型で安価なトルクセンサを試作し、実用的な性能を生ずることを実験的に検証した。そしてこのセンサを試作したクロ-ラ走行車のクロ-ラ揺動制御系に実装し、トルク制御系が構成できることを示した。4)角度センサ、試作したトルクセンサ、姿勢センサ、近接覚としての超音波センサなどを試作したクロ-ラ走行車に搭載し、センサベイストな運動制御が可能であることを実際の走行実験で確認した。具体的には、高さ12cmのブロックが散乱する環境での安定走行、斜度32度の通常の階段での20回連続安定昇降運動、スリップの少ないその場旋回動作などに成功した。
CD4陽性T細胞サブセットの選択的集積機構の解析

新生児期胸腺摘除によって自己免疫性胃炎を発症させたマウスにおける活性化されたCD4陽性T細胞サブセットの集積様式は臓器・組織ごとに異なり、胃所属リンパ節ではTh1/Th2両サブセットの細胞が同数程度存在するが、炎症局所である胃粘膜では、Th1サブセットが極めて優勢であることを見い出した。このように、場所的な棲み分けによって両サブセットの同時活性化が起こると考えられる。また、自己免疫性胃炎発症個体の胃粘膜においては、Th1サブセットを誘引するケモカインのmRNAが検出されたが、Th2サブセットを誘引するケモカインのmRNAは検出できなかった。以上の結果から、Th1サブセットの選択的集積が引き金となり、胃壁障害性細胞が抑制を受けにくい環境が成立した後、胃壁(抗原)特異的な細胞群が活性化され、次第に優位となって胃炎が発症するとのモデルが導かれた。また、昨年度までの研究で見いだした、血管内皮細胞層の選択的透過能が、Th1/Th2両サブセット間の一般的性質の差であるのかを検討するため、正常マウス、あるいは抗卵白アルブミン特異的T細胞受容体遺伝子導入マウスのナイーブT細胞を試験管内でTh1/Th2サブセットにそれぞれ別個に分化させ、これらの活性化型血管内皮細胞層の透過能を試験管内透過実験系で測定した。正常マウスやT細胞受容体遺伝子導入マウス由来のTh1サブセットも効率良くこの細胞層を透過できるのに対し、Th2サブセットは透過し難いことが判明した。長時間の培養によって細胞株化してもこの性質(透過能の差)は保たれており、細胞のクローン化によっても失われなかった。従って、T細胞サブセット間における血管透過能の差は極めて一般的な性質であり、特殊な自己免疫疾患のみならず、免疫性炎症全般に一般化できるものである推定される。新生児期胸腺摘除によって自己免疫性胃炎を発症させたマウスの胃壁、胃所属リンパ節、脾臓などに存在する活性化されたCD4陽性T細胞をセルソータによって分取し、これが産生ずるリンホカイン/サイトカインmRNAをRT-PCR法により検出・定量した。さらに、細胞質内の各種リンホカイン/サイトカインを蛍光抗体染色し、FACSアナライザーによって検出する実験系を樹立し、自己免疫性胃炎発症マウスの胃壁、胃所属リンパ節、脾臓などの細胞におけるリンホカイン/サイトカインの産生を個別細胞のレベルで解析した。その結果、CD4陽性細胞サブセットの集積様式が臓器・組織ごとに異なるものであり、胃所属リンパ節ではThl/Th2両サブセットの細胞が同数程度存在するが、炎症局所である胃粘膜では、Thlサブセットが極めて優勢であることが判明した。次に、多孔性メンブレン上で血管内皮細胞株を培養し、単一の細胞層を形成させ、これによって培養槽を上下に分画した。この上層に自己免疫性胃炎発症マウスの各種組織に由来する活性化されたCD4陽性T細胞をおき、内皮の透過性に差があるかを、透過した細胞のサブタイプを産生ずるリンホカイン/サイトカインmRNAのRT-PCR法による検出、および細胞質内リンホカイン/サイトカインの蛍光抗体染色によって解析した。その結果、ThlサブセットはTh2サブセットに比べ効率良く活性化型血管内皮細胞株の層を透過することが判明した。この実験によって、期待されるサブセットの選択的集積を再構築する細胞培養実験系が確立された。

以上の解析によって、自己抗体産生を支持・補助するTh2サブセットと胃壁障害性のThlサブセットとが選択的に集積し、棲み分けによって両サブセットの同時活性化が起こるとの仮説が検証された。新生児期胸腺摘除によって自己免疫性胃炎を発症させたマウスにおける活性化されたCD4陽性T細胞サブセットの集積様式は臓器・組織ごとに異なり、胃所属リンパ節ではTh1/Th2両サブセットの細胞が同数程度存在するが、炎症局所である胃粘膜では、Th1サブセットが極めて優勢であることを見い出した。このように、場所的な棲み分けによって両サブセットの同時活性化が起こると考えられる。また、自己免疫性胃炎発症個体の胃粘膜においては、Th1サブセットを誘引するケモカインのmRNAが検出されたが、Th2サブセットを誘引するケモカインのmRNAは検出できなかった。以上の結果から、Th1サブセットの選択的集積が引き金となり、胃壁障害性細胞が抑制を受けにくい環境が成立した後、胃壁(抗原)特異的な細胞群が活性化され、次第に優位となって胃炎が発症するとのモデルが導かれた。また、昨年度までの研究で見い出した、血管内皮細胞層の選択的透過能が、Th1/Th2両サブセット間の一般的性質の差であるのかを検討するため、正常マウス、あるいは抗卵白アルブミン特異的T細胞受容体遺伝子導入マウスのナイーブT細胞を試験管内でTh1/Th2サブセットにそれぞれ別個に分化させ、これらの活性化型血管内皮細胞層の透過能を試験管内透過実験系で測定した。正常マウスやT細胞受容体遺伝子導入マウス由来のTh1サブセットも効率良くこの細胞層を透過できるのに対し、Th2サブセットは透過し難いことが判明した。長期間の培養によって細胞株化してもこの性質(透過能の差)は保たれており、細胞のクローン化によっても失われなかった。従って、T細胞サブセット間における血管透過能の差は極めて一般的な性質であり、特殊な自己免疫疾患のみならず、免疫性炎症全般に一般化できるものであると推定される。
随意運動学習の教師として働く誤差信号の伝達経路とその脳内表現様式の解明

エラーをもとに学ぶという学習過程を調べるため、眼球運動学習であるサッケード適応を取り上げた。サッケードと脳内電気刺激の組合せを反復すると著明な適応が誘発されることが明らかにされた。また、中脳上丘が運動学習の教示信号の出力源であることが示唆された。本研究は運動学習をガイドする脳内教示信号を人工的に生成しうることを示したもので、リハビリテーションへの新たなアプローチの開発につながる可能性を有する。運動学習の成立のためには、運動のエラーに関する情報が必要である。脳はこの誤差情報を元に、次の運動をどのように変えるべきかを教示する「学習信号」を作り出す。この学習信号が運動制御回路のどこかに可塑的変化を引き起こし、その結果運動指令が修正され、より正確な運動が実現される。しかしながら、随意運動の学習を導く学習信号の脳内起源、伝達経路に関する知見は少なく、その解明はシステム神経生理学の大きな課題の一つである。本研究課題は、視覚目標への視線移動であるサッケードの運動学習(サッケード適応)をとりあげ、この問題に取り組むものである。研究代表者らの先行研究から、サッケード適応をガイドする学習信号の起源として上丘が示唆された。学習信号が上丘から出力され適応部位(小脳皮質)に至るとすれば、サッケード直後の上丘電気刺激により学習信号を人工的に作り出し、適応を誘発することができると予想される。平成20年度の研究では、この予想を検証した。水平にジャンプする視覚目標を眼で追うよう訓練したアカゲザルの上丘中間層に金属微小電極を刺入し、サッケード終了から50ms後に電気刺激を加えた。刺激強度はサッケードの直接誘発閾値の80-90%程度(つまり閾値下)とした。右(左)サッケードと上丘刺激のペアリングを繰り返すと、右(左)サッケードの終点が徐々にシフトした。終点シフトは刺激した上丘の対側に向かっていた。刺激とペアリングしなかった向きのサッケード終点には明らかなシフトは見られなかった。左右のサッケードと左(右)上丘刺激のペアリングを繰り返すと、左向きサッケード・右向きサッケードともにその終点が右(左)に移動した。これらの結果は上記の予想と一致するもので、上丘がサッケード学習信号の起源であるとの仮説を支持する。平成20年度は、学習信号の脳内起源、伝達経路を明らかにすべく、視覚目標への視線移動であるサッケードの運動学習(サッケード適応)をとりあげ、サッケード直後の上丘電気刺激により学習信号が人工的に作り出され、適応が誘発されることを明らかにし、その成果をJournal of Neuroscience誌に発表した。平成21年度の研究では、この人工的に誘発されたサッケード運動学習に伴う運動ダイナミクスの変化を解析した。解析対象として運動終点のシフト方向が水平に近い実験を選んだ。運動学習に伴う振幅変化は、運動速度の変化または運動持続時間の変化によりもたらされると考えられるので、各サッケードのピーク速度および持続時間を計測した。その結果、2頭のサルにおいて振幅増加適応、振幅減少適応の両者において、主としてピーク速度が振幅と平行して徐々に変化し、持続時間はあまり変化しないことが明らかになった。この結果は、小脳補正信号の適応に伴う変化か推定する手掛かりを提供する。脳可塑性に基づく運動学習の成立のためには、運動のエラーに関する情報が必要である。脳はこの情報を元に、次の運動をどのように変えるべきかを教示する信号を作り出す。この教示信号が運動制御回路のどこかに可塑的変化を引き起こし、その結果最終運動指令が修正され、より正確な運動が実現される。平成20年度は、サッケード直後の上丘電気刺激により学習信号が人工的に作り出され、サッケード適応が誘発されることを明らかにした。平成21年度は、人工的に誘発されたサッケード適応に伴う運動ダイナミクスの変化を解析し、振幅増加、振幅減少の両者において、主としてピーク速度が振幅と平行して徐々に変化することが明らかになった。平成22年度は、適応の神経機構への手掛かりを得るため、電気刺激ではなく自然な視覚刺激(エラーに関する視覚情報)により誘発されるサッケード適応について2種類の実験を行った。

1)適応の空間的性質:水平サッケードに、水平、斜め、または垂直方向のエラーを与えて適応を誘発し、方向の45度離れたtestサッケード(右上・右下または左上・左下)への影響を調べた。その結果、エラーの向きが水平、斜め、垂直いずれの場合も、testサッケードの終点変化の方向は適応したサッケードの終点変化のそれとほぼ同じであることがわかった。2)適応に伴うサッケード動特性の変化:適応による振幅増加の際のサッケードの動特性(最大速度と持続時間)の変化を2頭のサルで解析し、最大速度と持続時間がそれぞれどの程度振幅変化に寄与するかを調べた。実験間および個体間の変動が認められたが、それぞれの寄与はその初期値(適応開始時の値)に依存する傾向が見られた。
空間非一様場におけるパルスダイナミクスの解明

非線形非平衡系におけるパターン形成問題に関連して,空間的に一様な場におけるパルスとその運動に関しては多くの研究があり,既によく知られている。しかしながら,空間的な非一様性や時空間的な非一様性が系に含まれている場合のパルスの運動やパターン形成に関しては特殊な場合を除いてほとんどわかっていない。本研究では,3年間に渡って空間的な非一様性が,パターン形成やパルスのダイナミクスにどのような影響を与えるかを調べた。散逸系におけるパルス波等は非線形現象の代表であるが,それらは空間的な非一様性に対して非自明なレスポンスを示すことが明らかとなり,今後のさらなる研究の広がりを期待させるものである。本年度は空間非一様性がパターン形成に与える影響に関して,特に散逸構造が保たれる為のエネルギー供給源が,空間的に局在化しており,それが時間とともに移動する場合のパターン形成問題として,ある種の沈澱現象との関わりを見た。エネルギー供給源から供給される物質は拡散とのバランスからパルス状の形状をとり,それがある速度で移動する。ある沈澱パターンに関する実験においては,その速度が時間とともに変化するが,それによってパターンの複雑性が生まれている可能性が示唆された。そのモデリングおよび数値計算の結果から非平衡状態が空間の一部に局在かしたパターン形成は,コントロールされたパターン形成に関しては大変重要であり,その局在化部分の形状および移動速度がパターン形成に決定的な影響を与える。これらの成果は今後の継続的な研究を通じて多くの未開の分野を切り開く可能性があると考えている。単安定興奮場におけるパルス解が,空間非一様な場においてどのように振る舞うかといった問題は,それぞれの反応拡散モデルが記述すると期待している現象には必然的に空間ないし時間的な非一様性が含まれるといったことからも重要であるが,主に解析手法の限界から研究はあまりなされていない.本年度,我々の数値シミュレーションを用いた研究により,パルス解の非一様性に対するレスポンスという観点から言えば,単安定興奮場のパルス解とひとくくりにする事はできず,単安定興奮場のある種のクラスに属するパルス解は,空間周期的な非一様場において周期性を持たない運動をする事が示された.この成果は,解析的な結果が多く得られているスカラー反応拡散方程式にみられるフロント進行波解の空間的な非一様性に対するレスポンスと決定的に異なるものであり,数理的な立場からの研究がよりなされる必要があることが明らかとなった.なお,本研究の成果は論文として発表されるに至っていないが,平成16年3月15日から19日にフランスCIRMにて行われるワークショップ"Mathematical understanding of invasion processes in life sciences"にて報告し,来年度以降の研究につなげる予定である.空間非一様な場におけるパルスのダイナミクスは,これまでよく知られている空間非一様な場におけるフロント波のダイナミクスと大きく異なる場合があることが本研究により明らかになった.本年度は,昨年度に得られた成果を踏まえ,それら成果を積極的に講演などを通じて発表し,他の研究者からの情報を多く得ることができた.また,成果の一部は論文としてまとめられ,現在印刷中である.また,本年度はこれまで空間一次元の問題を扱ってきたが,それを空間二次元に拡張した問題を考察した.実際の現象との対比から,問題は必然的に空間二次元,三次元となる.これまで多くなされてきた空間非一様場を考慮した反応拡散系に関する数理的な研究は,空間一次元の問題にとどまっており,空間二次元,三次元で起こりうる,より複雑な現象に関する考察はほとんど無い.実際の現象を理解する上で今後重要となるであろう,数理的な考察および現象数理学としての役割を考えると,空間二次元,および空間三次元の問題を積極的に考察することは必然である.我々は,特にミクロレベルの空間非一様性がマクロな現象を引き起こす可能性について検討し,一定の成果を得た.近年,生物の細胞レベルすなわちミクロレベルでの観察技術が向上し,ミクロレベルでの構造の特異性など多くの情報が得られている.しかしながら,ミクロレベルの非一様性がマクロレベルの現象を引き起こすそのメカニズムについては不明な点が多い.本研究は,それらの間を埋める研究の一つとして有意義なものであると言える.成果は現在執筆中の論文で発表予定である.非線形非平衡系におけるパターン形成問題に関連して,空間的に一様な場におけるパルスとその運動に関しては多くの研究があり,既によく知られている。

そのモデリングおよび数値計算の結果から非平衡状態が空間の一部に局在かしたパターン形成は,コントロールされたパターン形成に関しては大変重要であり,その局在化部分の形状および移動速度がパターン形成に決定的な影響を与える。これらの成果は今後の継続的な研究を通じて多くの未開の分野を切り開く可能性があると考えている。
骨吸収抑制作用と骨形成促進作用を併せ持つ新規骨粗鬆症治療薬の臨床応用に向けた検証

前年度取得した、in vitroでバイファンクショナルな活性を示す全長抗体IgG2安定的に高発現する細胞株を取得するため、IR-MAR法を用い、目的のプラスミドをCHO-DG44細胞に導入し、薬剤選抜を行うことで、目的遺伝子を高発現する細胞クローンを単離濃縮した。この細胞を一定期間培養した後、培地を回収し、proteinAビーズ、およびRANKL細胞外ドメインの組換タンパク質をカップリングさせたCNBrビーズを用いて精製し、抗体の組換タンパク質を取得した。また、同様の活性を示すscFv三量体を用い、in vivoの検証を進めた。前年度のin vitroの検証により見出した、「RANKL逆シグナルは、骨芽細胞の分化前期を促進する一方、分化後期を抑制する」という知見に基づくと、生体での持続的なRANKL逆シグナル入力は、分化途上の未熟な骨芽細胞を蓄積させる一方、骨形成を担う分化後期の骨芽細胞の増加を抑制すると考えられる。そのため、RANKL逆シグナルを間欠的に入力することにより、シグナル入力期間中は初期の骨芽細胞が増加し、シグナルを解除すると、これらの骨芽細胞が成熟骨芽細胞、骨細胞にまで分化する可能性が推定された。そこで、野生型マウスにscFv三量体を5日間連続で腹腔内投与し、経時的に採血して骨代謝を反映する血清マーカーの変動を測定した。その結果、骨吸収マーカーであるTRAP5bが低下すると同時に、骨形成に関しては、初期骨芽細胞マーカーであるI型コラーゲン-N-プロペプチド(P1NP)が上昇した一方、後期骨芽細胞マーカーであるGla化Osteocalcinは低下した。また、投与を停止し、RANKL逆シグナルの影響が解除されると、蓄積した初期の骨芽細胞の後期分化段階への移行が進み、Gla化Osteocalcinは上昇を示した。以上の結果をまとめ、論文投稿準備中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトRANKL細胞外ドメインに結合し、骨芽細胞内にRANKL逆シグナルを入力する抗体分子を取得するため、ヒトRANKL細胞外ドメイン分子に対し、単鎖抗体フラグメント(scFv)提示ファージライブラリーを反応させることで、ヒトRANKL細胞外ドメインに選択的に結合するscFvを取得した。各scFvに関して、HEK293FT細胞をホスト細胞として抗体タンパク質を産生させ、protein Aビーズを用いて精製した。まず、ヒトRANKL細胞外ドメインに対するIgG2の親和性をELISA手法によって評価した。また、RANKL逆シグナル入力能の評価系として、ヒト骨肉腫細胞SaOS2細胞にヒトRANKL分子を恒常的に発現させた細胞株をヒト骨芽細胞のモデルとして用い、抗体を添加して一定時間後に細胞を回収・溶解し、PI3K-Akt-mTORC1の活性化を、イムノブロット手法によって評価した。これらの検討で得られた結合特性曲線および逆シグナル入力活性の相関をプロットし、RANKL細胞外ドメインに対する親和性が低い濃度から逆シグナル入力能を有しているIgG2を選択した。次に、得られたIgG2に関して、マウス骨髄細胞のモデル細胞であるRAW264.1細胞を用い、可溶性ヒトRANKL分子を添加して成熟破骨細胞を分化誘導する系において、各IgG2の、RANKLシグナル遮断による成熟破骨細胞形成抑制能を確認した。以上の結果から、in vitroにおいて、バイファンクショナルな活性を有するIgG2として3種類が同定された。次に、同定されたクローンに関して、H鎖およびL鎖の相補性決定領域(CDR1)6塩基を、それぞれランダム化したscFvを提示するファージライブラリーを構築し、より低濃度のヒトRANKL細胞外ドメイン分子を用いてスクリーニングすることで、親和性の向上したクローンの取得を試みた。結果、ヒトRANKL細胞外ドメインに対してより高親和性を示すとともに、バイファンクショナルな活性を維持しているクローンを同定することに成功した。ファージディスプレイの手法を用い、scFvの状態で、ヒトRANKL細胞外ドメインに対する親和性を有するクローンを20種類取得した。各scFvを全長ヒトIgG2に組み換え、全長IgG2の状態で、RANKL細胞外ドメインに対する親和性を有するとともに、RANKL逆シグナル入力能およびRANKLシグナル遮断能を併せ持つクローンを3種類選択した。また、各クローンについて、CDR1領域をランダム化したscFvライブラリーを作製し、親和性成熟を行うことにより、scFvの状態で親和性の向上したクローンを取得した。それらをIgG2に組み換え、同様の活性評価を行った結果、高親和性を有するとともに、バイファンクショナルな活性を維持しているクローンとして、1種類の母核クローン由来の2種類を同定することに成功した。以上の検討より、昨年度においては、in vitroにおいてバイファンクショナルな活性を有し、今後のin vivoの検討において使用可能なIgG2を取得することができた。

前年度のin vitroの検証により見出した、「RANKL逆シグナルは、骨芽細胞の分化前期を促進する一方、分化後期を抑制する」という知見に基づくと、生体での持続的なRANKL逆シグナル入力は、分化途上の未熟な骨芽細胞を蓄積させる一方、骨形成を担う分化後期の骨芽細胞の増加を抑制すると考えられる。そのため、RANKL逆シグナルを間欠的に入力することにより、シグナル入力期間中は初期の骨芽細胞が増加し、シグナルを解除すると、これらの骨芽細胞が成熟骨芽細胞、骨細胞にまで分化する可能性が推定された。そこで、野生型マウスにscFv三量体を5日間連続で腹腔内投与し、経時的に採血して骨代謝を反映する血清マーカーの変動を測定した。その結果、骨吸収マーカーであるTRAP5bが低下すると同時に、骨形成に関しては、初期骨芽細胞マーカーであるI型コラーゲン-N-プロペプチド(P1NP)が上昇した一方、後期骨芽細胞マーカーであるGla化Osteocalcinは低下した。また、投与を停止し、RANKL逆シグナルの影響が解除されると、蓄積した初期の骨芽細胞の後期分化段階への移行が進み、Gla化Osteocalcinは上昇を示した。以上の結果をまとめ、論文投稿準備中である。これまでに選択した抗体を用い、in vivoの検討に向けて、以下の検討を実施する。まず、抗体の大量産生系を構築するため、抗体医薬産生時のホスト細胞として汎用されているCHO-DG44細胞を用い、目的抗体を恒常的に高発現する細胞株を取得する。また、本方法で作製したIgG2に関して、in vitroにおけるバイファンクショナルな活性が維持されていることを確認する。次に、in vivoの検討にあたり、マウスRANKLの遺伝子座にヒトRANKLを挿入したRANKLノックインマウスを作出し、生体レベルにおける骨代謝回転への効果、および骨粗鬆症様病態に対する改善効果を評価する。このマウスに、候補抗体、および比較対象として、既存の骨粗鬆症治療薬であるビスホスホネート製剤、デノスマブあるいはパラチロイドホルモン製剤を投与し、その後経時的に骨形成・骨吸収の指標となる血清マーカーを測定し、骨代謝回転に対する影響を評価する。また、カルセインおよびデメクロサイクリンの二重投与によって石灰化前線のラベル化を行った後に椎骨および大腿骨を採取し、骨形態計測を行って骨代謝回転に対する影響を評価する。また、二重X線吸収測定法を用いた海綿骨・皮質骨骨量・骨密度の測定、マイクロCTを用いた骨微細構造の計測も行う。さらに、このマウスに対して卵巣摘出処置を施すことで閉経後骨粗鬆症モデルとし、上述と同様の手法で候補抗体を用いた治療効果の評価を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
高炭素鋼のべイナイトと等温マルテンサイト

本研究者はは膨張測定法と顕微鏡法により高炭素鋼の恒温変態について詳細に調べた結果,次のような成果を得た.1: Ms点近傍より少し高い温度で薄板状等温マルテンサイトが生成し,この等温マルテンサイト(TIM)がMs点近傍の恒温変態速度を加速することを明らかにした.2: 423Kから473Kの温度範囲でミッドリブ付き下部ベイナイト(LBm)が生成することを見出した.このLBmの生成機構は,最初に薄板状の等温マルテンサイトが生成し,それがリミッドリブとなりその周辺に下部ベイナイトが生成することによりLBmとなる.したがって, LBmはTIMと下部ベイナイトの複合体であることが明らかとなった.3: 0.851.87%炭素鋼の恒温変態生成物線図を作成し,高炭素鋼の恒温変態の研究に大きな貢献をすることができた.4: 1.80%炭素鋼の下部ベイナイトとマルテンサイトの結晶学的諸性質を調べた結果,次のことが明らかとなった.マルテンサイトの現象論をこの鋼の下部ベイナイトに適用すると,不均一変形面を従来用いられていた(112)bから(101)bに変えて用いた場合に,非常に良い一致を示した.このように理論と実験結果の一致は,下部ベイナイトがマルテンサイト的に生成することを示唆するものであり,これまで世界各国の研究者が議論して来た下部ベイナイトの生成機構に大きな曙光を与えるものである.本研究者はは膨張測定法と顕微鏡法により高炭素鋼の恒温変態について詳細に調べた結果,次のような成果を得た.1: Ms点近傍より少し高い温度で薄板状等温マルテンサイトが生成し,この等温マルテンサイト(TIM)がMs点近傍の恒温変態速度を加速することを明らかにした.2: 423Kから473Kの温度範囲でミッドリブ付き下部ベイナイト(LBm)が生成することを見出した.このLBmの生成機構は,最初に薄板状の等温マルテンサイトが生成し,それがリミッドリブとなりその周辺に下部ベイナイトが生成することによりLBmとなる.したがって, LBmはTIMと下部ベイナイトの複合体であることが明らかとなった.3: 0.851.87%炭素鋼の恒温変態生成物線図を作成し,高炭素鋼の恒温変態の研究に大きな貢献をすることができた.4: 1.80%炭素鋼の下部ベイナイトとマルテンサイトの結晶学的諸性質を調べた結果,次のことが明らかとなった.マルテンサイトの現象論をこの鋼の下部ベイナイトに適用すると,不均一変形面を従来用いられていた(112)bから(101)bに変えて用いた場合に,非常に良い一致を示した.このように理論と実験結果の一致は,下部ベイナイトがマルテンサイト的に生成することを示唆するものであり,これまで世界各国の研究者が議論して来た下部ベイナイトの生成機構に大きな曙光を与えるものである.本研究者らは、高炭素鋼のMs点近傍において恒温変態速度が加速される原因について、膨張測定法と光学・電子顕微鏡法によって研究した結果、下部べイナイトと等温マルテンサイトとが関与していることを明らかにしている。この結果は下部ベイナイトの生成機構として提唱されているマルテンサイト的に過飽和フェライトが生成後にセメンタイトが析出するという過飽和フェライト説とオーステナイトからフェライトとセメンタイトへの共析分解説のいずれであるかを決定できる条件が整ったことを意味する。長年にわたって論争の続いている炭素鋼の下部ベイナイトの生成機構を解明するために、本年度は2つのテーマに取り組んだ。第一は下部ベイナイト内の析出炭化物に重点を置き、炭化物の種類,析出面,形態等を組織学的に調らべて、焼戻しマルテンサイト内のそれらと比較・検討した。下部ベイナイトがマルテンサイトと同じ炭素過飽和状態でフェライトを生成するものとすれば、両者には組織学的,結晶学的相異は生じない筈である。しかるに、1.10%炭素鋼における下部ベイナイトと焼戻しマルテンサイトを比較すると、フェライトの晶癖面はそれぞれ{476}γと{252}γであり、セメンタイトの析出面はそれぞれ(101)αと(112)αの中間点と(112)αとの違いを見出した。第二は下部ベイナイトとマルテンサイトの2相が共存するように、0.85%炭素鋼をMs点直下の513Kに焼き入れてマルテンサイトを一部生成させ、引き続きその温度で恒温処理することにより、マルテンサイトを焼戻すと共に下部ベイナイトを生成させて、両者の組織を比較した。その結果、マルテンサイト内の炭化物はεであり、ベイナイトのそれはセメンタイトであった。以上の2つのテーマの結果をまとめると、下部ベイナイトはマルテンサイトと同じ機構では生成しないことが明らかとなった。
世界金融危機の理論・実証・政策ー内生的成長理論・ＰＡＮＩＣ・制度設計による分析ー

金融危機の静学モデルを構築したがいまだ成長モデルには至っていない点が不十分であり、次年度に成長モデルの構築が課題として残された。しかし、その反面、世界金融危機の研究展望を行ったので、次年度に残された課題を達成する大きな助けとなった。目的(ii)のBai &Ng(2004, Econometrica)によるPANICの計量手法を使用することであったが、その理解が十分でなかったことから、次年度にはこの点を再検討して予定通りの進捗度を回復する。その後は、目的(iii)「メカニズムデザイン」の観点から危機を救済するための政策提言をする。目的(i)の成長理論の構築が不十分であったことから、次年度にはこの点を再度検討して予定通りの進捗度を回復する。その後は、(ii)Bai &Ng(2004, Econometrica)によるPANICの計量手法を使って、成長論的危機理論を実証し、さらに、(iii)「メカニズムデザイン」の観点から危機を救済するための政策提言をする。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に基本的な変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
自動車による道路面への汚染負荷に関する統計的研究

自動車から排出される汚濁物のうち雨水に押し流されあるいは溶出して流れ出してくる分を計測した。測定対象となる化学指標は、従来の研究よりCOD,T-N,T-PとpH,SSを選び、研究室にある既存の機器を用いて分析した。選定した道路は、一般的な有料(高速)道路として中国自動車道の神戸三田インターチェンジから神戸市中心地に抜ける神戸市道路公社の六甲北有料道路である。降雨量のデータは神戸海洋気象台から、交通量は道路公社から入手した。測定は、降雨日に行うので測定間隔は不定期となり自動車の通行量もランダムとなる。COD濃度を例にデータを見ると通行量が約4万台で50mg/l、約5万台で70mg/l、約6万台で90mg/lと汚濁負荷が線形に増加していることが判った。汚濁負荷量と通過交通量の関係を他の化学指標と共にモデル化して計算すると、小型車一台当たり排出するCOD量は0.971mgで、大型車は同6.60mgと7倍弱の負荷量を排出することが判明した。総窒素と総リンは、汚濁負荷量と通過交通量との間には明確な線形関係はないが、上記モデルに入れて計算すると総窒素の場合、一台の排出量で小型車の場合0.025mgに対して大型車で0.089mgと約3.6倍の排出量が、総リンでは同0.002mgと0.014mgと大型車が7.3倍であることが算出された。SS(固形物)は、タイヤの削りかすなど自動車から直接排出されるよりも舗装路面の剥離により流出してくるものが目立った。測定対象道路を一般的な高速道路とみなして、全国の主要高速道の一日当たりの汚濁移出量の推算を現在行っている。
可視光反応型光触媒スパッタ膜の形成と有機化合物の分解

昨年度に引き続き、CdS薄膜上へ形成されたTiO_2(TiO_2/CdS)光触媒二層膜、CdS薄膜上へ形成された窒素ドープTiO_2(TiO_xN_y/CdS)光触媒二層膜、等の結晶および表面微細構造、光学特性、光触媒特性を調べた。CdS薄膜は次に示す2つの異なったケミカルバス法で形成された。1)前駆体としてアンモニアを使用する方法、2)アンモニアを使用しない方法である。CdS薄膜をガラス基板上に形成し、その上にTiO_2およびTiO_xN_y薄膜を形成し、二層膜を作製した。CdS形成膜の結晶構造やバンドギャップはアンモニア量と形成条件により変化した。これらのヘテロ接合構造では、異なった半導体粒子間をキャリア(電子-正孔)が膜厚方向(膜面)に垂直に移動するために光励起キャリアの再結合が抑制され、光触媒特性が有効に改善された。TiO_2/CdS光触媒二層膜では、可視光を照射した場合、下地層のみが応答し、伝導帯へ励起された電子は不活性な状態にあるTiO_2の伝導帯へ注入される。下地層の価電子樽がTiO_2のそれよりもマイナスとなるため、CdS半導体内で形成された正孔はそこに留まり、TiO_2側へは移動できない。このことにより、2つのキャリアを有効に分離することができる。一方、TiO_xN_y/CdS光触媒二層膜では、両方の半導体が可視光に応答するため、より多くのキャリアが形成され、光触媒効率が著しく向上したと推論した。メタノールやエタノールガスは最終的には二酸化炭素と水に分解されたが、CdS/TiO_2光触媒の分解効率はTiO_2単層膜の4倍、TiO_xN_y薄膜の2倍、TiO_xN_y/CdS二層膜の分解効率はTiO_2単層膜の5倍であることが分った。CdSとTiO_2の二層構造はキャリアの分離に有効であることが示された。対向ターゲット式スパッタ装置を用いて、TiターゲットをAr+O_2混合ガス中で反応スパッタすることでTiO_2膜をガラス基板上に形成させた。ガス混合比(Ar : O_2=9:1、8:2、7:3、5:5)、スパッタガス圧(0.20.8Pa)を変化させながら、膜形成速度、基板温度、形成膜の結晶構造・光学特性、等の変化を調べた。赤外分光光度計(FT-IR)を用いてTiO_2形成膜の光活性を評価した。有機化合物としてメタノール(CH_3OH)を取り上げ、CO_2とH_2Oに分解する速度を測定することにより光活性の評価を行った。1.膜形成速度はスパッタガス圧の上昇とともに著しく減少し、膜厚はAr量が多くなると厚くなる。2.基板温度はスパッタガス圧、ガス混合比により顕著に変化することなく、スパッタ開始1時間後で、ほぼ等しい値(80100°C)となった。3.結晶構造ではアナターゼ型のA(101)面が優先配向し,回折強度は0.2Paと0.4Paのとき最も高く、ガス圧が高くなるにつれ減少し、膜厚の厚さと関係した。4.紫外可視分光特性では、どの混合比の場合でも顕著な違いを示さず、約380nm付近に光吸収端が観測された。Ar : O_2=9:1、6:4、5:5の場合はスパッタガス圧による違いはみられず、吸収端はほぼ等しかった。Ar : O_2=8:2、7:3の場合はスパッタガス圧が低くなるにつれ吸収端がより長波長側にシフトした。5.ガス混合比がAr : O_2=7:3の時、最も光活性が高く、スパッタガス圧が低真空の0.8Paの時に最も光触媒効果が高く、ガス圧が高真空になるにつれ光活性が弱くなり、0.2Paの時に最も悪かった。6.TiO_2形成膜の光活性と結晶構造の関係は明確な依存性を示さず、回折強度が高く結晶性がよくても、光活性がよいとはいえなかった。多分、これは膜密度に依存していると考えている。直流マグネトロンスパッタ装置によりTiO_2薄膜を形成した。スパッタガス圧P_s=0.12Pa、基板-ターゲット間距離D_<T-S>=40mmの条件での形成膜の結晶性が一番良く、アナターゼ構造を示し、光活性も最も良いが、P_s=0.8Pa、D_<T-S>=70mmでの形成膜は大部分アモルファスであり、光活性も良くないことが分かった。形成膜に人工太陽光源を照射してメタノールガスの分解、有機色素メチレンブルー水溶液の脱色、等の実験を行い、光活性を評価した。窒素をドープしたN-TiO_2薄膜では、光吸収端が380nm530nmまで長波長側へシフトし、可視光照射による光活性が改善し、酸素の空孔が重要な働きをすることが分かった。CdS薄膜は溶液を利用したケミカルバス形成法により形成した。最初、16.5mlのアンモニア水(9.5M)を60mlの水と混ぜ、その中へ0.4mlの1M-硫酸銅(CdSO_4)をゆっくりと攪拌させながら水溶液を作る。