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幼児の運動能力における行動観察に基づく評価の妥当性と信頼性の検討

平成10年度は,幼児の運動行動に関する観察者の情報量の差異が行動観察に基づく運動能力評価における推定値にどの程度影響を及ぼすのかを明らかにする目的で研究が進められた.対象は,平成9年度で用いた幼児の内,年長クラスに在籍する幼児であり,測定項目は同一項目を用いた.行動観察に基づく情報量が異なる条件を任意に作り出すために,いくつかの幼児の日常の運動場面(跳ぶ,走る,投げるなど)の撮影を予備実験として試みた.しかし,各幼児に対する情報量を一定にするために,任意に運動場面を作りだすことが日常の運動行動場面とは異なる状況を作り出すことになり,不自然であることが考えられたため計画を変更した.つまり,情報量の異なることによる妥当性の比較は,観察期間の異なる観察者(幼稚園教諭)の評価の妥当性を比較することにより検討した.年長児を対象にして観察期間が約3ヶ月(測定6月末),約6ヶ月(測定10月末),約11ヶ月(測定2月末)の場合の評価の妥当性を比較検討した.妥当性の程度は推定順位と実測値との相関係数と推定順位と実測値との対応関係により評価した.仮説として,観察期間が長いほどより妥当性の高い結果が得られることが予想された.しかし,観察期間による明確な差異は認められなかった.むしろ,観察期間が異なる場合であっても運動行動の観察に基づく評価が困難あるいは容易であるテスト項目(運動能力要素)は不変であることが本研究から示唆された.平成8年度は行動観察に基づき得られる運動能力に関する推定順位と実際の測定による実測値との対応関係について検討した.対象は年長幼児で,テスト項目は握力,背筋力,立ち幅跳び,20m走,円周連続片足跳び,小型ボール遠投,開眼片足立ち,反復横跳び,長座体前屈,伏臥上体反らしの10項目であった.順位の推定は幼稚園教諭が行った.測定及び調査は平成9年6月に実施した.中間段階での分析結果は平成9年8月に韓国ソウル市で開催された第45回日本教育医学会(兼第7回日韓健康教育シンポジウム)において口頭発表した.主な結果は以下の通りである.順位推定の調査を一部の幼稚園教諭に対して2回実施することにより,観察者の行動観察に基づく運動能力に関する推定順位の再現性は高いことが確認された.推定順位と実測値との相関係数は全体的に中程度のテスト項目が大部分であった.比較的高い関連性が認められたのは男児の速度と女児の瞬発力であった。一方,女児では筋持久力,敏捷性,柔軟性(屈曲)の評価が特に困難であることが示唆された。運動能力を運動を起こすための要素(筋力,瞬発力等),運動を維持するための要素(筋持久力等),運動を調節するための要素(協応性,平衡性,敏捷性等)に分けて考えると,行動を起こすための要素については,行動観察により観察対象である幼児の運動能力の推定がある程度可能であるが,運動を調節するための要素については行動観察からの推定が困難であることが明らかになった.平成10年度は,幼児の運動行動に関する観察者の情報量の差異が行動観察に基づく運動能力評価における推定値にどの程度影響を及ぼすのかを明らかにする目的で研究が進められた.対象は,平成9年度で用いた幼児の内,年長クラスに在籍する幼児であり,測定項目は同一項目を用いた.行動観察に基づく情報量が異なる条件を任意に作り出すために,いくつかの幼児の日常の運動場面(跳ぶ,走る,投げるなど)の撮影を予備実験として試みた.しかし,各幼児に対する情報量を一定にするために,任意に運動場面を作りだすことが日常の運動行動場面とは異なる状況を作り出すことになり,不自然であることが考えられたため計画を変更した.つまり,情報量の異なることによる妥当性の比較は,観察期間の異なる観察者(幼稚園教諭)の評価の妥当性を比較することにより検討した.年長児を対象にして観察期間が約3ヶ月(測定6月末),約6ヶ月(測定10月末),約11ヶ月(測定2月末)の場合の評価の妥当性を比較検討した.妥当性の程度は推定順位と実測値との相関係数と推定順位と実測値との対応関係により評価した.仮説として,観察期間が長いほどより妥当性の高い結果が得られることが予想された.しかし,観察期間による明確な差異は認められなかった.むしろ,観察期間が異なる場合であっても運動行動の観察に基づく評価が困難あるいは容易であるテスト項目(運動能力要素)は不変であることが本研究から示唆された.
19世紀後半における中等教育レベルの教養の組織化―共立学校の設立事例に着目して―

本研究の目的は、19世紀後半に各地に自生的に設立された「共立学校」を対象として、中等教育レベルにおける公教育の思想を、教育課程の側面から明らかにすることである。採用2年度目の今年度は、従来「郷学」研究の基本資料として分析されてきた『日本教育史資料』の史料分析、神奈川県藤沢の耕余義塾の分析を行った。『日本教育史資料』については、『日本教育史資料』を史料として構成される歴史の特質を2点明らかにした。1点目は「学制」を時期区分として採用した歴史を描き出していること、2点目は小学校設立基盤としての歴史を描き出していることである。従来の先行研究では「郷学」は主として小学校の設立基盤として検討されてきた。しかし、「郷学」は小学校以上のレベルを含みこんで構想された教育機関であった。今後の研究課題として、小学校以上のレベルの教育の歴史を描き出す必要がある。以上の内容は、『東京大学大学院教育学研究科紀要』第51巻(2012年3月)に森田智幸「『日本教育史資料』における「郷学」概念の成立と変容」として発表した。神奈川県藤沢の耕余塾は、神奈川県域の郷学の一事例として明らかにしたものである。藤沢の耕余塾は「郷学」読書院の教師小笠原東陽が設立した教育機関である。耕余塾は「郷学」が小学校と切り離された後に、中等教育レベルの機関として存続したことを示す。小笠原東陽の教育思想に着目して耕余塾の教育課程を分析し、耕余塾が中学校とも異なる「天民」を対象とした中等教育レベルの教育機関であったことを指摘した。以上の内容は日本カリキュラム学会第22回大会(於北海道大学、2011年7月12日)において「明治期私塾における高等普通教育の変容-神奈川県藤沢の耕余塾を事例として-」というタイトルで報告した。本研究の目的は、19世紀後半に各地に自生的に設立された「共立学校」を対象として、中等教育レベルまでの教育内容が公教育として構想され、公教育制度として制度化される過程を明らかにすることである。採用一年度日の今年度は、史料収集とその分析を行った。今年度対象としたのは、神奈川県、岡山県、広島県、富山県である。神奈川県については、藤沢の耕余義塾に関する調査、分析を行った。藤沢の耕余義塾は従来、漢学私塾の一つとしてのみとらえられており、公教育との接点について検討されることはなかった。しかし、耕余義塾の教師小笠原東陽の教育構想に着目すると、公教育制度とはズレながらも、一つの公教育の思想と呼びうるものがあることを示すことができることがわかった。岡山県については、岡山県立図書館において自治体史の悉皆調査を行った。悉皆調査の結果、西江原(現在岡山県井原市)の興譲館の事例、隣接県である広島県福山の窪田次郎による書籍購入結社、一新社を中心とした結社ネットワークの事例を抽出した。富山県については、自治体史調査の結果、海内果を中心とした書籍購入結社、学習結社の事例を抽出した。海内らは、小杉町(現射水市)周辺地域の人々に対して「自由」、「平等」など新しい概念の学習機会を提供するために雑誌を編集し、その中での議論を通して地域における啓蒙活動、学習活動を試みていた。耕余義塾、興譲館の事例は、明治期以後、公教育制度の枠とズレながら地域における教養教育を推進しようとした好例である。また、福山の一新社を中心とした書籍購入結社のネットワークや、富山県における雑誌を媒体とした啓蒙活動、学習活動の広がりは、中学校などの公教育制度上の教育機関外で、近世以来の文化的蓄積に依拠しつつ、教養教育の構想が全国的に広がっていたことを示す好例である。2年目において、分析し、研究成果を発表していきたい。また、昨年度より研究を続けていた明治初期の「郷学」設立運動に関する分析を行った。従来「郷学」が「実用的」な教育課程を備え、初等教育として残っていく歴史像のみに着目されていたが、「郷学」設立運動の中心的意図は、人々に対する教養教育にあったことを明らかにした。その成果を踏まえて投稿した論文、「『学制』以前に設立された『郷学』における中等教育レベルの教育課程の構想」が今年度10月1日に教育史学会の紀要『日本の教育史学』第53号に掲載された。

神奈川県藤沢の耕余塾は、神奈川県域の郷学の一事例として明らかにしたものである。藤沢の耕余塾は「郷学」読書院の教師小笠原東陽が設立した教育機関である。耕余塾は「郷学」が小学校と切り離された後に、中等教育レベルの機関として存続したことを示す。小笠原東陽の教育思想に着目して耕余塾の教育課程を分析し、耕余塾が中学校とも異なる「天民」を対象とした中等教育レベルの教育機関であったことを指摘した。以上の内容は日本カリキュラム学会第22回大会(於北海道大学、2011年7月12日)において「明治期私塾における高等普通教育の変容-神奈川県藤沢の耕余塾を事例として-」というタイトルで報告した。
PSD局在性核移行タンパク質を介したシナプス-核シグナリングの解析

研究代表者らはシナプス後部局在型Gtf2i splice variant mRNAを同定した。ついで、ラット脳内に、シナプス後部局在型のGtf2i mRNAの5'UTR (5'側非翻訳領域)中の限定配列に対して特異的に結合するタンパク質を4種同定した。このことを手がかりとして、その5'UTRによるシナプス後部でのGtf2iタンパク質の合成制御の仕組みを調べた。その結果、mRNAがシナプス後部に局在する転写因子、Gtf2i、のシナプス後部での局所翻訳はその5'UTR部分の特定領域とそれに対する複数の特異的結合タンパク質との相互作用により、多重制御されている事が明らかになった。PSD-associated mRNAは多様なタンパク質をコードする数千種のmRNAから構成されているが,典型的なシナプスタンパク質や細胞質タンパク質のみならず,いわゆる“核タンパク質"をコードするものも多数含まれていた。その中から主としてgeneral transcription factor II-I (Gtf2i転写因子)についてシナプス-核シグナリングの仕組み、特にシナプス可塑性発現の維持の仕組みを分子レベルで明らかにする事を目指している。まず、ラットgtf2i遺伝子やmRNA,タンパク質についての物理化学的情報を調べた。そのためにrat Gtf2i cDNAのクローニングを行い、sequencingにより5'UTRおよびcoding配列中に複数個のsplice variant(それぞれ7種及び4種)を同定した。それぞれのsplice variantの脳内および神経細胞内局在,神経突起局在をin situ hybridizationにより調べた。その結果、5'UTR内配列に特異的なmRNAの樹上突起内発現を明らかにした。タンパク質発現についても免疫組織染色,神経細胞染色,細胞下分画法により、Gtf2i蛋白質の樹状突起(シナプス近傍)への局在が明らかになった。また、5'UTRの解析によって複数の転写開始部位の存在も明らかになった。さらにプロモーター部位の解析により、multipleな転写調節因子が存在する可能性も明らかになった。以上から、Gtf2iのシナプス後部発現に関しては、異なる転写開始を介する発現調節, 5'UTRが関与するtargeting及びtranslationの調節の機序が関与していることが示唆された。当初の1年目の計画はほぼ順調に進んだ。当初の計画にはなかったことでは、Gtf2i proteinの局在をimmunogold法で電子顕微鏡レベルで調べたところ、PSD内に局在している像をとらえることが出来た。H27年度までに,シナプス後部(dendrite)に局在するGtf2i mRNAのsplice variantを1種同定しており,その局在がmRNAの5'UTR配列の違いに基づくものであることを発見していた。既に英文論文としてまとめて発表していたが,H28年度においては,その結果を国際学会(北米神経科学学会)にも発表するとともに,さらに,Gtf2iでの結果をmRNAがシナプス後部に局在する転写因子群にまで広げて総括しさらに疾患との関連にまで言及した総説を発表することが出来た(Internatl. J. Mol. Sci.)。また,シナプス後部局在型Gtf2i mRNAの5'UTR配列に特異的に結合するタンパク質の同定を試みた。方法としてはビオチンラベルされたヌクレオチドを含むセンス5'UTR配列を人工合成して,ラット脳ライセートとインキュベーションした後,streptavidin beadを用いてセンスRNA配列に結合するタンパク質を回収し電気泳動にかけた。種々のコントロールと比較した後,特異的結合バンドを切り出し,質量分析にかけてタンパク質を同定した。その結果,mRNA細胞内局在に関わったり,あるいはタンパク質翻訳制御に関わる複数のタンパク質がリストされた。該当タンパク質に対する抗体を入手してWestern blottingを行い,その結合を実証した。次に,それらのタンパク質の内,mRNAの細胞内局在と細胞内局所翻訳の制御の両方に関わるとされ最も重要なものと考えられるものがGtf2i 5'UTR配列の中のどの部分に結合するかを,細分化した5'UTR配列に対して上記のPull downアッセイを行った結果,64 baseまで絞り込むことが出来た。そのほか,Gtf2iタンパク質の核移行,細胞内タンパク質合成を測定するするための種々のコンストラクトを作成した。RNA-binding proteinの同定の成功により, Gtf2i mRNAのシナプス後部移行やシナプス後部での局所翻訳の仕組みの解明に近づくことが出来た。細胞培養を用いたGtf2i proteinの核移行や局所合成については未だ行えていないが,それに関するマイナーな実験デザインの変更もあって時間を要した為である。しかし必要なコンストラクトは合成しているので,近いうちに行うことが可能である。このため全体としてはおおむね順調であると判断できる。PSD-associated mRNAは多様なタンパク質をコードする数千種のmRNAから構成されているが,いわゆる“核タンパク質"をコードするものが多数ある。その中からGtf2i転写因子について調べた。H28年度は、ラット脳内に計4種類のGtf2i 5'UTR結合タンパク質を同定した。さらにGtf2i mRNAの5'UTR配列中に64塩基(ラット)からなる結合最小領域を同定した。

その結果、mRNAがシナプス後部に局在する転写因子、Gtf2i、のシナプス後部での局所翻訳はその5'UTR部分の特定領域とそれに対する複数の特異的結合タンパク質との相互作用により、多重制御されている事が明らかになった。PSD蛋白質の局在を調べる新たな試みとしてImmunogolod-negative染色電顕法を開発した。この方法を用いて、Gtf2i protein及び、そのanchoring proteinを明らかにし、Gtf2i proteinがPSDから解離する条件などを明らかにする事も追加して調べる。Gst2i関連の種々発現ベクター,ノックダウン用ベクターの構築を進める。Gtf2i 5'UTR内のRNA-binding protein結合配列をさらに小さくしぼりこむ。この領域を欠損させることにより,Gtf2i mRNAのdendrite移行やタンパク質合成が阻害されることを細胞や,個体を用いて証明する。また,今までの実験はrat Gtf2iを対象にした実験であったが,今後はmouse Gtf2iを対象とした実験系にシフトして,遺伝子改変マウスにおけるこの領域の修飾のbehaviorや表現型への影響を調べる実験につなぐ事を目指す。神経科学消耗品の支出が予想外に低かったこと、また、年度内使い切りの他予算を使用したため。予定通りであるが、大型機器の購入、大規模な機器の修理がなかったため。消耗品の支出が予想外に低かったこと,また,年度内使い切りの他予算を使用できたため。大型機器の購入(予定にもなし)や,大規模な機器の修理がなかったため。以上の理由で次年度使用額が生じた。2年度目は、成果の一部を国際学会にも発表予定である。次年度使用額は平成28年度請求額と合わせて、旅費、学会参加費用、印刷代の他は実験試薬、消耗品などに当てる。50万円以上の大型機器の購入予定はない。次年度使用額は平成29年度請求額と合わせて実験試薬,実験用消耗品代,動物代のほか,旅費,学会参加費用,印刷代などにも充てる。
ヨーロッパの自殺観

本研究の目的はヨーロッパ社会が自殺にたいして、いかなる態度をとったかを、初期近代までを検証することである。まず、ヘレニズム古典時代にはじまり、初代教父時代から中世のキリスト教世界を経て、ルネッサンスに至るまでの自殺観を検討した。ついで、これに基づき、この自殺観がイギリスの文学作品に如何に表現されているかを、作品に即して検証した。とりあげた作品は、中世の神秘劇、道徳劇、ルネッサンス演劇、トマス・モアの著書、プロテスタントからカトリックへ改宗したスピエラに見られる宗教改革が生み出した自殺論争、現実にあった自殺をとりあげて歌い、広く流布した作者不詳のブロードシートやブロードサイドのバラッドである。本研究の結果、初期近代にいたるまで、キリスト教世界が如何に自殺および自殺者にたいして、非寛容であったが明白になった。これらに関連する資料収集のため、上記の研究者は数度、オックスフォード大学ボードリー図書館および大英図書館を訪れた。また、カナダの国際ユートピア学会に参加、あるいは英国の十七世紀国際学会での研究発表などにより、この問題についての国際学会の動向を知るように努めた。以上の成果を『ヨーロッパの自殺観-ルネッサンス・イギリスを中心に-』(英宝社)として、2005年2月に刊行した。本年度は来年度に向けての準備段階とし、以下のような活動及び作業を行った。1.ジョン・ダンの自殺論Biathanatos翻訳のため、約月一回の割合でメンバー4名が集まり、一通りの翻訳作業を終え、来年度出版に向けての準備を整えた。また、この翻訳会の折、互いの研究進行状況を報告し、最終年度となる来年度の研究計画と分担を取り決めた。以下、研究テーマと分担を記す。「近代ヨーロッパにおける自殺の表象」(1)吉田:戯曲/説教を中心に(2)久野:ユートピア思想にみられる自殺(3)岡村:バラッドを中心に(4)齊藤:自殺の図像学2.代表者の吉田は、夏期約20日間連合王国に出張し、ボードリアン図書館で近代初期の自殺論関係の文献を収集した。他のメンバー3名もそれぞれ渡英し、大英図書館などで資料収集に努めた。3.自殺観を多角的に研究するため、テーマに関わる歴史、宗教、社会学、文学関係の書籍を入手した。4.コンピュータで入手困難な文献の電子テクストを取りこみ、整理した。本研究はヨーロッパ社会における自殺観を検討するのが目的である。ヨーロッパの自殺観には二つの流れがある。一つは自殺を時には勧告することもあるギリシャ・ローマの古典社会の道徳に基づく自殺観であり、もう一つは旧約聖書および新約聖書に依拠し、自殺を最大の罪とするキリスト教の立場である。英国ルネッサンス期に法律を学んだ詩人にして、のちには英国国教会の聖職者になったJohn Donneはこのキリスト教教会の自殺者への態度に疑念をはさみ、ヘレニズム文化とヘブライズム文化の自殺観の齟齬について、自然法、教会法(市民法)、神の法の3点から、法律文書と具体的事例にあたりながら考察した。本研究者らはDonneのこの問題の検討の過程およびその結論をふまえ、関連文献の収集を日本国内の諸大学の蔵書、英国では主に、Oxford大学のBodleian LibraryおよびBritish Libraryにおいておこなった上で、次の問題の解明を分担して扱った。1.中世からルネッサンスにいたるキリスト教神学者の意見。2.同時期に起こった歴史上の自然とその処置の実例の検討。3.Sir Thomas Moreを含め、いわゆるユートピア社会の自殺。4.中世の宗教劇およびルネッサンス期の世俗演劇の自殺者の扱い方。5.ルネッサンス期に匿名で流布したバラードが示す自殺者への同情。以上の主題の検討に引き続いて、1660年英国における王政復古以降のいわゆる理性の時代を検討した。この時代になって、初めて自殺が宗教問題ではなく、社会問題となったが、この観点は現代社会の自殺問題に通じると結論づけた。
イギリス名誉革命体制下における中央-地方関係の研究

本研究は、アソシエーション(任意団体)の役割を組み込むことによって、名誉革命体制下における中央と地方の関係を再検討しようとするものである。アソシエーションの全国団体は、1780年代から地域レベルで実践される博愛主義的活動に関する情報の収集と交換、財政的援助、議会での立法化に向けたロビー活動を行うナショナル・センターとして設立された。とりわけ、ナポレオン戦争期に国教会福音主義者ウィリアム・ウィルバフォースらによって設立された「貧民の状態改善協会」(The Society for Bettering the Condition of the Poor)は、福祉に関わる情報の総合的な収集と分析、供与を行っていった。本研究は、この「協会」が発行した『活動報告集』(1797-1817)、オクスフォード大学ボードリアン図書館に残されているウィルバフォース文書、大英図書館所蔵の書簡史料などを中心に、「貧民の状態改善協会」の活動の実態を把握した。その結果、次のようなことが明らかになった。第一は、福祉国家起源論争に関わるものである。「協会」は、地方レベルでの福祉に関する情報を全国に拡大することによって、萌芽的な形態ではあるがナショナル・ミニマムを実現しようとする志向性を持っていたからである。第二は、同時代的な文脈でのヨーロッパ大陸の諸国家との比較体制論に関わるものである。「協会」は、中央と地方を媒介することによって、社会政策に関する近代的な中央官庁を欠いたイギリスがなぜに社会の解体を未然に防止し、工業化と重商主義戦争を遂行する事が可能だったかを明らかにすることになった。2001年度は、本研究の主題となる18世紀末にロンドンに設立されたヴォランタリー・アソシエーションである「貧民状態改善協会」に関して、主にそれを福祉に関するナショナル・センターとしての側面から分析することに主眼をおいた。第一に、「協会」の発行した「報告集」の分析を通じて活動の概要を把握した。第二に、協会の設立・運営において中心的な役割を果たしたウィリアム・ウィルバフォースに焦点を当て、彼の日記や書簡を検討することでロンドンにおける「協会」の運営の実態を明らかにすることを試みた。第三に、日常的な活動の他に、議会における立法活動を支援するロビー活動を行っていた。この典型的な事例は、1802年の工場法の成立過程であった。別名ピール工場法とも呼ばれるこの法案は、「協会」の会員でもあるロバート・ピールが、協会の緊密な連絡をとりながら成立に漕ぎ着けた法案であるが、審議の過程での協会の影響について大英図書館所蔵のピール文書を手がかりに検討した。これらの史料調査のために、2001年7月から8月にかけてロンドンの大英図書館、およびオクスフォード大学ボードリアン図書館を中心に史料調査を行った。大英図書館では、ウィリアム・ウィルバフォース関連の史料を閲覧したが、その量が予想した以上に膨大であることを発見した。ボードリアン図書館では、同じくウィルバフォース関連の史料を閲覧したが、こちらは主に奴隷貿易廃止運動に関連する史料が圧倒的な割合を占めて、目的とする「貧民の状態改善協会」に関する史料は少なかったように思える。史料調査に関しては、大英図書館を中心として残された課題は多いといえよう。
植物におけるmRNAの安定性による制御機構の解明を目指した遺伝学的アプローチ

mRNAの安定性による制御は迅速で厳密な制御を可能にする遺伝子発現レベルでの制御機構であるが,植物では詳細な分子機構の解明はこれからの課題となっている.メチオニン生合成の鍵となる段階を触媒するシスタチオニンγ-シンターゼ(CGS1)遺伝子はメチオニン添加に応答したmRNAの安定性による制御を受け,CGS1遺伝子の第1エキソンがこの制御機構において必要十分な領域であるということが明らかにされている.この制御機構に関わるトランス因子を遺伝学的に同定することを目的としてCGS1遺伝子の第1エキソンにみられる制御機構に関わるトランス因子に変異を持つと期待される突然変異株を分離している.今年度はCGS1 mRNAの安定性が増加していたcms1(CGS1 mRNA stability)突然変異株において以下の研究を行った.1.cms1変異株におけるS-アデノシルメチオニン(CGS1遺伝子の転写後制御のエフェクター)の蓄積量を解析したところ,cms1変異株では2倍弱増加していた.このためcms1変異株はエフェクターの減少によりCGS1遺伝子の発現が増加した代謝系の変異株ではなく,転写後制御に関わる因子の変異株であることが示唆された.2.原因遺伝子のポジショナルクローニングのために詳細なマッピングを行い,第2染色体の中央部,約30kbpまで領域を狭めた.この領域において野生型株と塩基配列を比較したところ,At2g25320遺伝子に1塩基置換が生じていた.また,At2g25320遺伝子のコード領域にT-DNAが挿入されている形質転換植物におけるCGS1 mRNAの蓄積量が増加していたことから,At2g25320遺伝子が原因遺伝子であると決定した.以上のことから,CMS1遺伝子の発現がCGS1遺伝子の転写後制御が十分に機能するためには必要であると考えている.mRNAの安定性による制御は迅速で厳密な制御を可能にする遺伝子発現レベルでの制御機構であるが,植物では詳細な分子機構の解明はこれからの課題となっている.メチオニン生合成の鍵となる段階を触媒するシスタチオニンγ-シンターゼ(CGS)遺伝子はメチオニン添加に応答したmRNAの安定性による制御を受け,CGS遺伝子の第1エキソンがこの制御機構において必要十分な領域であるということが明らかにされている.今年度は制御機構に関わるトランス因子を遺伝学的に同定することを目的として以下の研究を行った.1.CGS遺伝子の第1エキソンとレポーター遺伝子としてGFP遺伝子を繋いだ融合遺伝子を持つトランスジェニック・シロイヌナズナに変異誘起処理を行った.得られた次世代50,000粒の種子をメチオニンを添加した培地に播種し,高いGFP蛍光を示すような突然変異株をスクリーニングしたところ,そのような突然変異株を10株分離することができた.2.得られた突然変異株は導入遺伝子に変異を持つシス変異株である可能性がある.そこで,1において分離した10株の導入遺伝子の塩基配列を調べた.6株は導入遺伝子の第1エキソンに塩基置換を生じておりシスの変異と考えられたが,残りの4株には塩基置換は認められなかった.3.トランス因子に変異を生じたシロイヌナズナではCGS遺伝子の第1エキソンによる制御機構が働かなくなった結果として,CGS遺伝子の発現量も増加していることが期待される.そこで,2において選抜された4株の突然変異株におけるCGS遺伝子の発現量をウエスタンブロット解析により調べたところ,2株の突然変異株は野生型株の3倍以上のCGSタンパク質を蓄積していた.以上のことから,CGS遺伝子の第1エキソンにみられる制御機構に関わるトランス因子に変異を持つと期待される突然変異株を2株分離することができた.mRNAの安定性による制御は迅速で厳密な制御を可能にする遺伝子発現レベルでの制御機構であるが,植物では詳細な分子機構の解明はこれからの課題となっている.メチオニン生合成の鍵となる段階を触媒するシスタチオニンγ-シンターゼ(CGS)遺伝子はメチオニン添加に応答したmRNAの安定性による制御を受け,CGS遺伝子の第1エキソンがこの制御機構において必要十分な領域であるということが明らかにされている.この制御機構に関わるトランス因子を遺伝学的に同定することを目的としてCGS遺伝子の第1エキソンにみられる制御機構に関わるトランス因子に変異を持つと期待される突然変異株を分離している.今年度は得られた突然変異株(候補株#57)において以下の研究を行った.1.候補株#57にCGS遺伝子の第1エキソンとGUS遺伝子を繋ぎ,CaMV35Sプロモーターの制御下においた融合遺伝子を一過的発現系により導入したところ,親株と比較して非メチオニン添加時でも2倍,メチオニン添加時では4倍のGUS活性を示した.2.候補株#57におけるCGS mRNAの安定性を解析したところ,親株ではメチオニン添加時に分解が強く促進されるのに対して,候補株#57ではその効果が弱く,結果としてCGS mRNAの蓄積量が増加していた.3.原因遺伝子のポジショナルクローニングのために詳細なマッピングを行い,第2染色体の中央部約800kbpまで領域を狭めることができた.

この領域にはメチオニンの生合成および代謝に関わる遺伝子は存在しないと予想される.以上のことから,候補株#57はCGS遺伝子の第1エキソンにみられる制御機構に関わる因子に変異を生じた結果,メチオニン添加に対する応答が弱くなった突然変異株であると考えている.mRNAの安定性による制御は迅速で厳密な制御を可能にする遺伝子発現レベルでの制御機構であるが,植物では詳細な分子機構の解明はこれからの課題となっている.メチオニン生合成の鍵となる段階を触媒するシスタチオニンγ-シンターゼ(CGS1)遺伝子はメチオニン添加に応答したmRNAの安定性による制御を受け,CGS1遺伝子の第1エキソンがこの制御機構において必要十分な領域であるということが明らかにされている.この制御機構に関わるトランス因子を遺伝学的に同定することを目的としてCGS1遺伝子の第1エキソンにみられる制御機構に関わるトランス因子に変異を持つと期待される突然変異株を分離している.今年度はCGS1 mRNAの安定性が増加していたcms1(CGS1 mRNA stability)突然変異株において以下の研究を行った.1.cms1変異株におけるS-アデノシルメチオニン(CGS1遺伝子の転写後制御のエフェクター)の蓄積量を解析したところ,cms1変異株では2倍弱増加していた.このためcms1変異株はエフェクターの減少によりCGS1遺伝子の発現が増加した代謝系の変異株ではなく,転写後制御に関わる因子の変異株であることが示唆された.2.原因遺伝子のポジショナルクローニングのために詳細なマッピングを行い,第2染色体の中央部,約30kbpまで領域を狭めた.この領域において野生型株と塩基配列を比較したところ,At2g25320遺伝子に1塩基置換が生じていた.また,At2g25320遺伝子のコード領域にT-DNAが挿入されている形質転換植物におけるCGS1 mRNAの蓄積量が増加していたことから,At2g25320遺伝子が原因遺伝子であると決定した.以上のことから,CMS1遺伝子の発現がCGS1遺伝子の転写後制御が十分に機能するためには必要であると考えている.
フレキシブルポンチを用いた静水圧対向プラスチック及び複合材料の深絞り加工の研究

初年度において,プラスチック材料のフレキシブルポンチで深絞りできる装置を試作し.金属材料で従来から行われている鉄系剛ポンチとナイロンの2種類のポンチを用いてポリプロピレン(PP)およびガラス短繊維強化ポリプロピレン(GFPP)材料(厚さ0.8mm)について深絞り試験を行い深絞り特性の比較を行った.本論で述べた実験条件において,金属材料の深絞りと異なり直接しわ押えての深絞りはPPでは製品側壁部肉厚の減少する張り出し成形となり,GFPPではダイ肩部での破壊が起こり深絞りが行いにくかった.これが原因で静水圧を付加する成形ができなくなり,次年度ではウレタンパッド,ウレタンリングを用いた絞り加工に変更せざるを得なかった.しわ押えの代わりリングを使用しリング厚さ(ブランク材厚さより厚くする)を0.89mmおよびしわ押え無しで行った結果,深絞りが可能となりしわ押さえリング厚さ6mmで最大深絞り深さを得た.また剛ポンチ(鉄)およびフレキシブルポンチ(ナイロン)での深絞りでは,製品的には殆ど差がなく,ポンチ荷重を5070%低減させることができた.次に,ポリプロピレン,厚さ0.8mmを試験片とし,ウレタンパッド,ウレタンリング法による絞り加工を行った.その結果,ウレタンを用いるため成形温度は70°Cまでで,パッド法では,水または油(ひまし油)を潤滑剤としてハイドラフィルム成形が有効である結果が得られたが,肉厚の制御は難しく板厚減少が見られた.ウレタンリングを用いた成形法では,板厚減少の少ない製品を得ることが分かり,プラスチック材料の深絞り成形にこの方法はかなり有効な手段であることが明らかとなった.ただしウレタンゴムを使用のためより高い温度での成形ができない欠点があり,耐熱ゴムの選択が課題である.初年度において,プラスチック材料のフレキシブルポンチで深絞りできる装置を試作し.金属材料で従来から行われている鉄系剛ポンチとナイロンの2種類のポンチを用いてポリプロピレン(PP)およびガラス短繊維強化ポリプロピレン(GFPP)材料(厚さ0.8mm)について深絞り試験を行い深絞り特性の比較を行った.本論で述べた実験条件において,金属材料の深絞りと異なり直接しわ押えての深絞りはPPでは製品側壁部肉厚の減少する張り出し成形となり,GFPPではダイ肩部での破壊が起こり深絞りが行いにくかった.これが原因で静水圧を付加する成形ができなくなり,次年度ではウレタンパッド,ウレタンリングを用いた絞り加工に変更せざるを得なかった.しわ押えの代わりリングを使用しリング厚さ(ブランク材厚さより厚くする)を0.89mmおよびしわ押え無しで行った結果,深絞りが可能となりしわ押さえリング厚さ6mmで最大深絞り深さを得た.また剛ポンチ(鉄)およびフレキシブルポンチ(ナイロン)での深絞りでは,製品的には殆ど差がなく,ポンチ荷重を5070%低減させることができた.次に,ポリプロピレン,厚さ0.8mmを試験片とし,ウレタンパッド,ウレタンリング法による絞り加工を行った.その結果,ウレタンを用いるため成形温度は70°Cまでで,パッド法では,水または油(ひまし油)を潤滑剤としてハイドラフィルム成形が有効である結果が得られたが,肉厚の制御は難しく板厚減少が見られた.ウレタンリングを用いた成形法では,板厚減少の少ない製品を得ることが分かり,プラスチック材料の深絞り成形にこの方法はかなり有効な手段であることが明らかとなった.ただしウレタンゴムを使用のためより高い温度での成形ができない欠点があり,耐熱ゴムの選択が課題である.第1年次においては,鉄系とナイロンの2種類のポンチを用いてポリプロピレン(PP)およびガラス短繊維強化ポリプロピレン(GFPP)材料(厚さ0.8mm)について深絞り試験を行い深絞り特性の比較を行った.1,はじめに,プラスチックまたはゴムの様なフレキシブルなポンチを使用のため,それに見合うガイドおよびしわ押えを兼ねた深絞り装置の設計・試作を行った.(費用のほとんどはこれとデータ解析用ソフトに当てがわれた)2.実験条件として,クリアランスは零,深絞り温度30,70155°C,しわ押え荷重0294N(押えリング使用の場合490N一定)として実験を行った結果,金属材料の深絞りと異なり直接しわ押えての深絞りはPPでは製品側壁部肉厚の減少,GFPPではダイ肩部での破壊が起こり深絞りが行いにくかった.3.しわ押えリングを使用しリング厚さ(ブランク材厚さより厚くする)を0.89mmおよびしわ押え無しで行った結果,深絞りが可能となりしわ押えリング厚さ6mmで最大深絞り深さを得た.即ち,プラスチック系材料の深絞りは金属材料の深絞りとはかなり異なり,ある程度しわを発生させながら深絞りする方が成形品が得られ易いことを明らかにした.4.さらに,剛ポンチ(鉄)およびフレキシブルポンチ(ナイロン)での深絞り特性は,製品的には殆ど差が見られなかったが,ポンチ荷重を5070%低減させることができた.以上のような今までにない新しい知見が得られ,次年度では,長繊維強化複合材料,PP以外のマトリックス材にも適用できるか,またより適当なポンチ材の選定を試みる.第2年次は,1年次の結果から,ポンチ・ダイによるプラスチックの深絞りでは,ポンチの突きによる板材の伸びが起こり,厚みの減少のため背圧を付加が不可能となった.

従って,表題で示した静水圧対向処理ができなくなり,それに変わるウレタン(フレキシブル)パッドおよびリングを用いた成形法を採用せざるを得なかったので,当初の路線から新しく研究方針の転換を図った.ただし,フレキシブル材の使用はその進路は崩してない.1.はじめに,昨年試作した装置を改良し,こちらではウレタンリングを用いる方法と,ウレタンパッド・金属型ダイの2種類で本研究を進める.(本年の費用は装置の改良にほぼ費やされた)2.試験材料は,ピリプロピレン(0.8mm)板材,実験条件は,加工温度,室温,70°C,無潤滑,ひまし油潤滑(試料/ダイ間),ロジン増摩材(試料/ウレタン間)を用いた場合について比較検討した.また,ウレタンパッド・型ダイ法では,ロジン使用の場合,水浴中でのハイドラフィルム状態での深絞りを試みた.3.以上の結果から,ウエタンパッド・ダイ法では50°C以下では絞り材に白化を生じ,通常のポンチ・ダイ法と同じ結果が得られた.ウレタンリング法では白化が生じにくい.即ち絞り材は伸ばされにくい.70°Cでの深絞りは白化減少がやや消滅する.ウレタンパッダ・ダイ法では,水中での深絞りは,潤滑効果により無潤滑状態より深絞り性が僅か向上した.4.以上の結果から,プラスチック材料の深絞り成形において,ウレタンパッド・ダイ法ではまだ板厚減少が見られたが,ウレタンリングを用いた方法は成形品の板厚が元材の板厚とほぼ同じ均一に成形することができ,かなり有効な加工法であることが明らかとされた.
超早期がん診断・治療を実現する葉緑素分子含有アパタイトナノ結晶の創製

特定細胞を安全に可視化するナノ材料開発において,生体親和性に加えて発光強度と水分散性の向上が課題である.我々のグループでは,生体親和性に優れた水酸アパタイト(HA)と有機ユウロピウム(III)錯体を複合し,無機/有機複合構造に基づくHAの光機能化に成功した.本年度は,内部・無機相と表面・有機相との相互作用によって発光過程(励起状態と緩和)を制御できると考え,ユウロピウム(III)イオン含有HAとクエン酸分子の複合粒子を新規に合成し,クエン酸の複合化に伴う粒子の無機/有機界面相互作用による発光特性と水分散性への影響について考察した.ここで,有機相として使用したクエン酸は,がん細胞の増殖を抑制し,正常細胞の増殖には影響を及ぼさない有効性がある.加えて,溶液中において,様々な金属イオンとキレート錯体を形成するため,HAとクエン酸は,HA中のカルシウムイオンとクエン酸のカルボキシル基が相互作用して化学結合する合成法を確立した.そして,HAに含有されたユウロピウム(III)イオンがクエン酸存在下において特異な配位環境であることを見出した.さらに,アパタイト構造におけるユウロピウム(III)イオンとして世界最高の量子収率を示すことを見出した.本材料によって,細胞の診断と増殖抑制の両立を実現しつつある.現在,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術によって均一粒子形状をもったHA単相の合成に成功した.さらに,一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立している.そのため,次年度において,「細胞の診断と治療の両立」を達成できる見込みである.バイオイメージングに用いられているナノ材料において,発光効率の高い材料では毒性のある元素が含まれている問題があった.本年度は,この問題を解決した.具体的に,発光特性を付与するために毒性の低いユウロピウム(III)イオンを水酸アパタイトの結晶構造中に置換したナノ粒子を開発し,この素材へクエン酸を包含させることによって高い発光効率を創出した.これまで報告されているユウロピウム(III)イオンを置換した水酸アパタイトに対して10倍高い内部量子収率を示し,肉眼で視認できるほどの強い発光であった.本ナノ粒子は,生体へ極めて優しい材料のみから構成されたバイオイメージング新素材であり,体内・外で観察する必要のある特定細胞および細胞集合体を高精度に診断するためのバイオイメージング材料としての実用が期待される.次年度に向けて,「細胞診断・治療」を実現するための材料合成も進めており,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術により,均一な粒子形状を有する水酸アパタイト単相の合成に成功している.一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立しているため,当初の目標であった「細胞の診断と治療の両立」を達成できる段階にある.がん細胞のイメージングには成功しているが,細胞中での粒子の挙動の解明のためにはナノサイズ毒性が発現しない粒径での研究が今後の課題である.さらに,クエン酸は,がん細胞の増殖を抑制する効果を伴うため,本年度開発した粒子が,がん細胞イメージングと同時にがん細胞の増殖抑制効果が発現することを評価する予定である.最終的に,がん細胞の診断と治療を両立するセラノスティクスナノ粒子として実用することを目指しており,バイオ・医療分野における発光ナノ素材として幅広い活用が期待される新素材開発を推進予定である.具体的に,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術により,均一な粒子形状を有する水酸アパタイト単相の合成に成功している.さらに,一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立しているため,当初の目標「細胞の診断と治療の両立」を達成する新素材の開発も鋭意推進する.特定細胞を安全に可視化するナノ材料開発において,生体親和性に加えて発光強度と水分散性の向上が課題である.我々のグループでは,生体親和性に優れた水酸アパタイト(HA)と有機ユウロピウム(III)錯体を複合し,無機/有機複合構造に基づくHAの光機能化に成功した.本年度は,内部・無機相と表面・有機相との相互作用によって発光過程(励起状態と緩和)を制御できると考え,ユウロピウム(III)イオン含有HAとクエン酸分子の複合粒子を新規に合成し,クエン酸の複合化に伴う粒子の無機/有機界面相互作用による発光特性と水分散性への影響について考察した.ここで,有機相として使用したクエン酸は,がん細胞の増殖を抑制し,正常細胞の増殖には影響を及ぼさない有効性がある.加えて,溶液中において,様々な金属イオンとキレート錯体を形成するため,HAとクエン酸は,HA中のカルシウムイオンとクエン酸のカルボキシル基が相互作用して化学結合する合成法を確立した.そして,HAに含有されたユウロピウム(III)イオンがクエン酸存在下において特異な配位環境であることを見出した.さらに,アパタイト構造におけるユウロピウム(III)イオンとして世界最高の量子収率を示すことを見出した.本材料によって,細胞の診断と増殖抑制の両立を実現しつつある.現在,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術によって均一粒子形状をもったHA単相の合成に成功した.さらに,一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立している.そのため,次年度において,「細胞の診断と治療の両立」を達成できる見込みである.

バイオイメージングに用いられているナノ材料において,発光効率の高い材料では毒性のある元素が含まれている問題があった.本年度は,この問題を解決した.具体的に,発光特性を付与するために毒性の低いユウロピウム(III)イオンを水酸アパタイトの結晶構造中に置換したナノ粒子を開発し,この素材へクエン酸を包含させることによって高い発光効率を創出した.これまで報告されているユウロピウム(III)イオンを置換した水酸アパタイトに対して10倍高い内部量子収率を示し,肉眼で視認できるほどの強い発光であった.本ナノ粒子は,生体へ極めて優しい材料のみから構成されたバイオイメージング新素材であり,体内・外で観察する必要のある特定細胞および細胞集合体を高精度に診断するためのバイオイメージング材料としての実用が期待される.次年度に向けて,「細胞診断・治療」を実現するための材料合成も進めており,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術により,均一な粒子形状を有する水酸アパタイト単相の合成に成功している.一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立しているため,当初の目標であった「細胞の診断と治療の両立」を達成できる段階にある.がん細胞のイメージングには成功しているが,細胞中での粒子の挙動の解明のためにはナノサイズ毒性が発現しない粒径での研究が今後の課題である.さらに,クエン酸は,がん細胞の増殖を抑制する効果を伴うため,本年度開発した粒子が,がん細胞イメージングと同時にがん細胞の増殖抑制効果が発現することを評価する予定である.最終的に,がん細胞の診断と治療を両立するセラノスティクスナノ粒子として実用することを目指しており,バイオ・医療分野における発光ナノ素材として幅広い活用が期待される新素材開発を推進予定である.具体的に,マイクロリアクターによる核形成と粒成長過程を分離した新規合成技術により,均一な粒子形状を有する水酸アパタイト単相の合成に成功している.さらに,一重項励起酸素生成可能な色素(クロロフィルなど)を複合化させる技術も確立しているため,当初の目標「細胞の診断と治療の両立」を達成する新素材の開発も鋭意推進する.
ゲノム情報解析のためのUNIXシェルの開発

本研究では、UNIXで実証されたソフトウェア技術、思想を基に、非定型ゲノム情報解析を効率よく進めるために適した環境であるGenomic Shell(gsh)の設計・開発を行った。複雑なゲノム情報解析を複数の処理プロセスに分割して実行するためには、プロセス間通信により相互にデ-タをやり取りすることが必要である。gshでは、ソケット・システムコ-ルによりプロセス間通信を行うクライアント-サ-バ・モデルを採用した。開発したサ-バは、メモリ上に配置されたデ-タ管理する機能とゲノム情報解析を高速に行う機能を有する。デ-タの集まりであるオブジェクトは階層化された構造をとり、その操作・管理はUNIXのファイルシステムと同様に行われる。情報解析機能としては、特に高速処理が必要な解析などをサ-バ側でサポ-トした。標準のクライアント・プロセスとしては、gshサ-バの操作、基本的なゲノム情報解析、デ-タ・オブジェクトの表示を行うためのプロセスライブラリを設計・開発した。情報解析処理操作の一貫性を保つために、基本プロセス・ライブラリの解析処理は、全てデ-タ・オブジェクトへの操作という形で実現されている。gshでの標準的なゲノム情報解析は、これらの基本プロセスライブラリ、UNIXがサポ-トしている豊富なツ-ル、様々な解析処理を行うためにユ-ザ-が拡張したプロセス・ライブラリとを、UNIXのパイプ、リダイレクション、シェルスクリプトなどの機能を利用して組み合せ制御することにより実行される。ユ-ザ-は、新しく作成した解析処理をユ-ザ-拡張プロセス・ライブラリとして登録したり、Glibプログラミング機能、gshサ-バ拡張機能GSETを利用することにより、gshの機能を容易に拡張することが出来る。
強相関量子多体系への代数的アプローチ

フェルミオン系やスピン系などの量子多体系の基底状態に対して、主に数理物理的な観点からアプローチし研究を進めた。特に、1.相互作用や乱れのある系におけるトポロジカル相、2.空間変調した1次元量子系の代数的解析、の2つのテーマに関する研究を行った。1.については、相互作用のあるKitaev鎖の基底状態、乱れのあるトポロジカル絶縁体・超伝導体、量子トライマー模型について成果を挙げた。2.については、1次元連続空間中の自由フェルミオン系および共形場理論のサイン二乗変形について、いくつかの厳密な結果を得ることに成功した。その他に、可解スピン鎖の基底状態におけるエンタングルメントについて結果を得た。量子多体系やトポロジカル相に対して、主に数理物理的観点からアプローチし研究を行った。本年度の成果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)相互作用するマヨラナフェルミオン系の基底状態とトポロジカル秩序、(2)サイン二乗変形と超対称性量子力学、(3)乱れたトポロジカル絶縁体と非可換指数定理。(1) 1次元p波超伝導体のKitaev模型は、そのトポロジカル相で、マヨラナフェルミオンの端状態が現れることが知られている。この模型に粒子間相互作用を導入した模型を調べ、相図中のあるラインで、基底状態が厳密に求まることを示した。またエネルギーギャップの存在を証明し、縮退した2つの基底状態の間を結ぶマヨラナ演算子の具体系を求めた。(2) 1次元の量子臨界系にサイン二乗変形と呼ばれる空間変調を施した場合、多体の基底状態が一様周期系の基底状態とほぼ一致するということが、これまで多くの例で確認されている。この対応関係を、最も基本的な例である1次元連続空間中の自由フェルミオン系について、超対称性量子力学を用いて定式化し示した。また副産物として、この系の1粒子固有関数が、Gegenbauer多項式を用いて表せることを明らかにした。(3)トポロジカル絶縁体は、その非自明なトポロジカル数で特徴づけられるバンド絶縁体であるが、乱れがあり波数が良い量子数でない場合には、トポロジカル数の定義は自明ではない。本研究では、乱れのある2次元の時間反転対称なトポロジカル絶縁体(class AII)に対するトポロジカル数を非可換幾何の手法を用いて定義した。また、このトポロジカル数の時間反転対称な摂動に対する安定性を示した。本研究の2つの大きなテーマは、1.強相関系・ボゾン系におけるトポロジカル相、2.空間変調した1次元量子系の代数的解析、であるが、それぞれに対して大きな進展があった。テーマ1については、相互作用を導入したKitaev模型においてはじめて厳密に基底状態が求まる場合があることを明らかにしたという点で、意義のある結果である。対応するスピン系では、同様な結果は古くから知られていたが、本研究ではさらにエネルギーギャップの存在を証明しており、その点はスピン系の観点からも新しい結果と言える。(証明方法も、既存のものとは異なる、本質的に新しいものである。)テーマ2については、サイン二乗変形と超対称性量子力学との関係を発見し、さらに最も基本的な系である自由フェルミオン系について、1粒子固有関数を完全に明らかにした。研究代表者による先行研究で、サイン二乗変形と共形場理論との関係は明らかにしていたものの、非相対論的な連続系においてもそのサイン二乗変形は、代数的に豊かな構造を有しているという点は興味深い。また、先行研究で数値的に知られていた励起エネルギーのスケーリングなどについても、明確な理由を与えることに成功した。さらに当初は予定していなかった、乱れのあるトポロジカル絶縁体に関する研究についても進展があった。これらの研究成果は、3編の原著論文として出版している。また、多数の学会・研究会で成果報告を行った。これらを総合して、当初の目標以上の成果があったと考えている。量子多体系やトポロジカル相に対して、数理物理学的および数値的な手法によりアプローチし研究を行った。本年度の主な成果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)量子スピン鎖のエンタングルメント、(2)量子トライマー模型とトポロジカル秩序、(3)共形場理論のサイン二乗変形。(1)SU(N)対称性のある可積分な量子スピン鎖(開放境界条件)の基底状態におけるエンタングルメントについて、密度行列繰り込み群(DMRG)を用いて調べ、エンタングルメント・スペクトルが、コーナー・ハミルトニアンと呼ばれる、角転送行列の生成子のスペクトルと非常に良く一致することを明らかにした。また、その他の臨界的な可積分スピン鎖やその近傍の非可積分な場合にも、同様な対応関係が見られることを数値的に明らかにした。Fredkinスピン鎖と呼ばれる可解スピン鎖については、そのエンタングルメント・エントロピー(EE)を詳細に調べ、色の自由度のある場合には、EEが体積則を満たす場合があることを明らかにした。(2)RVB状態やトポロジカル秩序との関係で古くから興味を集めている、量子ダイマー模型の自然な拡張として、量子トライマー模型を提案した。正方格子では可能なトライマー配置の数は、系のサイズに対して指数関数的に増大するが、このようなトライマー配置の重ね合わせ状態が、模型の基底状態になっていると考えられる。このことを、可解なRokhsar-Kivelson点において、具体的に示した。

また、この点における基底状態の縮退度や相関関数の振る舞いから、この系はZ3トポロジカル秩序を持つことを明らかにした。(3)共形場理論のハミルトニアンのサイン二乗変形について調べた。特に、通常の動径量子化でのVirasoro代数の元との関係をユニタリー変換の観点から明らかにした。また、ゼロエネルギー状態(理論の真空)についても解析した。本研究の2つの大きなテーマは、1.強相関系・ボゾン系におけるトポロジカル相、2.空間変調した1次元量子系の代数的解析、であるが、それぞれについて一定の進展があった。テーマ1については、従来からよく調べられてきた量子ダイマー模型の自然な拡張として、量子トライマー模型を導入することに成功した。物理的には、トライマーは3つのスピン1からなるスピン一重項状態を表しており、今後スピン1のフラストレート系などへの応用も期待される。また、量子ダイマー模型は、正方格子上ではトポロジカル秩序を示さないのに対し、トライマー模型は正方格子上でもそれを示すことは、今までの研究では見過ごされてきた点であり、分野での関心を集めることが期待される。また、トライマー配置のエントロピーの計算も、本研究ではじめてされたものである。テーマ2については、先行研究で得られていた、共形場理論のハミルトニアンのサイン二乗変形に代数的な解釈を与えることに成功した。また、真空の構造についても、SL(2,R)と呼ばれる代数構造の観点から明らかにすることに成功している。さらに、当初は予定していなかったスピン鎖のエンタングルメントに関する研究についても幾つかの進展があった。特に可積分スピン鎖のエンタングルメント・スペクトルと角転送行列の関係については、従来は非臨界的な場合について成立するものと考えられていたが、臨界的な場合についても有限系では良い対応が見られる点を数値的に明らかにした点は意義深いと考えられる。以上の研究成果のうち幾つかは原著論文として出版されている。また、多数の学会・研究会で成果報告を行った。これらを総合して、当初の目標以上の成果があったと考えている。量子多体系やトポロジカル相に対して、数理物理学的および数値的な手法によりアプローチし研究を行った。当該年度の主な成果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)量子スピン鎖の相図・エンタングルメント、(2)マグノン系のZ2トポロジカル相、(3)開放量子多体系の厳密解。(1)スピン1のbilinear-biquadratic (BLBQ)スピン鎖は、対称性に守られたトポロジカル(SPT)相であるHaldane相を含むことから、古くから研究が行われてきた。本研究では、それとは異なるスピン1の模型として、2スピン間のダイマー相互作用、3スピン間のトライマー相互作用からなる模型の相図を数値的に調べた。その結果、BLBQ鎖と同様に、SPT相やトライマー液体相などが現れることを明らかにした。また、昨年度から研究を行っているFredkinスピン鎖に関しても、この模型のパラメターが、t>1の場合について、基底状態のエンタングルメントや有限サイズギャップの詳細を調べた。(2)2次元の強磁性体ないし反強磁性体2層からなる系において、マグノンの非自明なトポロジカル相が現れるか否かを調べた。