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トポロジカル半金属の探索と量子輸送理論

ワイル半金属などのトポロジカル半金属では,その波動関数がもつトポロジカルな非自明性に由来して,電磁応答などの量子現象が新奇なものになる.本研究ではトポロジカル半金属の一つである線ノード半金属において,光誘起の異常ホール効果(印加電場の直交方向に電流が生じる)が起きることを発見した.また,線ノードが交差した構造をもつ線ノード半金属についての一般論を構築し,さらにそれを応用してRH3(R:希土類)が三本の交差線ノードをもつトポロジカル半金属であることを予言した.ディラック・ワイル半金属などのトポロジカル半金属は,そのトポロジーに由来した非自明な輸送現象が期待される興味深い系である.その一つに,バンドギャップが消失しているブリルアン域中の点(ノード)が線状に繋がった,線ノードを有するトポロジカル半金属がある.線ノードは様々な形があり,その構造が輸送現象の振る舞いを決める.したがって,ノード構造を分類することは基礎的に重要な意味をもつ.線ノードには色々な形の構造が有りうるが,まず,交差した線ノードをもつトポロジカル半金属について,可能なノード構造を全て分類する一般論を構築した.さらにRH3(R:希土類)がその候補物質になっていることを見出した.また,線ノード半金属は,一般にはスピン軌道相互作用により絶縁体となるが,それがトポロジカル絶縁体になるかディラック半金属になるかをバンド構造だけから簡単に判定する方法を発見した.これは,具体的に計算すること無く,バンド計算のデータベースを参照するだけでトポロジカル物質の探索を可能にする.物質探索の他に,線ノード半金属に円偏光を照射すると有効的に点ノード半金属(ワイル半金属)と同等の電子状態が実現すること,それに起因して異常ホール効果が起きることを見出した.異常ホール効果を示すワイル半金属物質はまだ発見されておらず,光照射下の線ノード半金属はその良い研究対象になりうる.トポロジカル結晶超伝導の不変量は結晶の対称操作の数だけ存在するが,超伝導の既約表現と表面の方向を定めると,有限になりうるトポロジカル不変量は1つだけであることを示した.これにより絞り込まれたトポロジカル不変量1つだけを計算すれば,トポロジカル結晶超伝導を調べるのに十分なことが分かる.さらに,バンド構造のみからトポロジカル絶縁体の不変量を決定する方法を見出した.これを用いてトポロジカル物質探索をより効率的に行うことができるようになった.これは,これからの研究をさらに加速させるものである.最終年度には,スピン縮退の解けた線ノード半金属物質探索の基本的性質を明らかにした.これまでの線ノード研究は,スピン縮退しているものがほとんどであった.一方,スピン縮退が解けている場合には,Zak位相が有限値を取りうるので,これに関連するトポロジカル量子現象を探求するのに最適な系となりうる.結果として,AB積層型の結晶構造の系では,スピン縮退の解けた線ノードを実現できることがわかった.逆に,これまでの線ノード研究で頻繁に議論されていた,“ドラムヘッド"型の表面状態は存在しないことも明らかになった.もし,バルクの電子状態だけでなく表面状態も同時に特異なものにするなら,AB積層型以外の結晶構造が必要になる.全体を通して,本研究では,伝導帯と価電子帯がブリルアン域中の線上で縮退した線ノードの一般的性質とその候補物質探索を行った.前者の結果として,交差点をもった線ノードを結晶の対称性の視点から分類し,さらに,スピン軌道相互作用により線ノード半金属が(非)トポロジカル絶縁体になるかディラック半金属になるかについて,一般的な関係式を見出すことに成功した.これにより,波動関数の対称性を具体的に計算することなく,バンド構造だけからスピン軌道相互作用を考慮した後のトポロジカル相を予言することが可能になり,より簡便にトポロジカル物質を探索できると期待できる.また,候補物質としてRH3(R:希土類)が,3本の線ノードが北極と南極で交わった交差線ノード半金属物質となることを見出した.ワイル半金属などのトポロジカル半金属では,その波動関数がもつトポロジカルな非自明性に由来して,電磁応答などの量子現象が新奇なものになる.本研究ではトポロジカル半金属の一つである線ノード半金属において,光誘起の異常ホール効果(印加電場の直交方向に電流が生じる)が起きることを発見した.また,線ノードが交差した構造をもつ線ノード半金属についての一般論を構築し,さらにそれを応用してRH3(R:希土類)が三本の交差線ノードをもつトポロジカル半金属であることを予言した.これまでに開発したトポロジカル不変量をバンド構造のみから判定する方法を適用してトポロジカル物質探索を続ける.また,バルク物質だけなく,薄膜におけるトポロジカル絶縁体・半金属相の探索も行う.一つの物質でも膜厚により様々なトポロジカル相が現れ,制御できることが期待される.さらに,薄膜における歪の効果も調べつつある.一般に歪は擬似的な磁場として扱われ,電子状態はランダウ準位を形成するが,線ノード半金属においてはそのノード構造に由来した特徴的なランダウ準位が生じることが分かりつつある.これは輸送現象に大きな影響を与える.ごく最近では,ディラックやワイル電子以外に,三重縮退点をもつトポロジカル半金属(スピン1フェルミ粒子)状態なども見つかっている[B. Bradlyn et al., Science 353, 6299 (2016)].

このようなスピン1トポロジカル半金属や線ノードトポロジカル半金属における量子輸送現象の解明を目指す.具体的には磁気抵抗や熱伝導および熱起電力の振る舞いを明らかにする.トポロジカル物質の量子輸送現象については実験[名大工岡本佳比古准教授ら.Y. Okamoto, T. Inohara, A. Yamakage, Y. Yamakawa, and K. Takenaka, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 123701 (2016)]との共同研究も行っており,その実験結果からのフィードバックを反映させて更に理論研究を推進する.物性理論当初,アメリカ物理学会に参加する予定であったが,日本物理学会の日程と重複しており,そちらに参加する必要が急に生じたため渡米しなかったので,旅費の大部分を消費しなかった.また,本年度は共同利用の計算機を利用した大規模計算の必要がなかったので,計算機使用費の支出がなかった.バンド計算パッケージWien2kを購入し,共同利用計算機(有料)にて使用し,さらに広くトポロジカル物質探索,および輸送・応答現象の定量的な評価を行う.また,国際学会参加と共同研究打合せをより積極的に行うために旅費を使用する.
温度入力としての深部体温の新しい評価法

体深部の温度は通常,食道,鼓膜,直腸などで測定され,便宜上これを単独で深部温入力の指標としているが,体温は視床下部のほか中脳,延髄,脊髄,腹部内蔵などでも検出されるという事実が知られており,必ずしも精確ではない.本研究では,温度入力としての深部温を食道温Tes,鼓膜温Tty,直腸温Treの組み合わせで表現する方法を試みた.実験1:38.0または38.5(±0.1)°Cの湯に被検者の肩から下を約60分間浸漬し,前腕発汗量SRfa,発汗波頻度Fsw,Tty,Tesを記録した.実験2:被検者をTa=35°C,rh=40%の暑熱環境に40分間暴露したのち,Taを30分毎に2°Cづつ上昇させた.Taを変えて20分後から10分間SRfa,Fsw,Tty,Tes,Tre,Ts(8点)を記録した.測定値はいずれも5分間の平均値として算出し,Tty,Tes,Tre,Tsのいくつかを独立変数,SRfa,Fswのいずれかを従属変数とし,重回帰分析を行なった.従属変数をSRfaとした場合,実験1では,SRfaとTtyまたはTesとの単回帰係数は一般にTesの方がやや大きく,TtyとTesを独立変数とする重回帰分析では,Tty,Tesの回帰係数は-0.2-0.8:1となり,Tesの寄与が大きいことが示唆された.一方,実験2では,SRfaとTtyまたはTesとの単回帰係数は一般にTtyの方がやや大きかった.Tty,Tes,Tsを独立変数とする重回帰分析では,各変数の回帰係数はそれぞれ0.21,-0.03,0.13となった.寄与率(R^2)はTtyとTsの2変数による分析とくらべて大差がなかった.さらに,Treを加えTty,Tes,Tre,Tsを独立変数として分析すると各回帰係数は0.275,0.072,-0.142,0.115となったが,寄与率はほとんど向上しなかった.以上のように,深部温入力の指標としてはTtyが最も重要であるが,TesとTreを組み合わせると多少精確に表現できる.しかし,便宜的にはTtyのみで十分役立つと考えられた.また,皮膚温は,従来の指摘より温度入力としての重要度が多少高いように見えた.体深部の温度は通常,食道,鼓膜,直腸などで測定され,便宜上これを単独で深部温入力の指標としているが,体温は視床下部のほか中脳,延髄,脊髄,腹部内蔵などでも検出されるという事実が知られており,必ずしも精確ではない.本研究では,温度入力としての深部温を食道温Tes,鼓膜温Tty,直腸温Treの組み合わせで表現する方法を試みた.実験1:38.0または38.5(±0.1)°Cの湯に被検者の肩から下を約60分間浸漬し,前腕発汗量SRfa,発汗波頻度Fsw,Tty,Tesを記録した.実験2:被検者をTa=35°C,rh=40%の暑熱環境に40分間暴露したのち,Taを30分毎に2°Cづつ上昇させた.Taを変えて20分後から10分間SRfa,Fsw,Tty,Tes,Tre,Ts(8点)を記録した.測定値はいずれも5分間の平均値として算出し,Tty,Tes,Tre,Tsのいくつかを独立変数,SRfa,Fswのいずれかを従属変数とし,重回帰分析を行なった.従属変数をSRfaとした場合,実験1では,SRfaとTtyまたはTesとの単回帰係数は一般にTesの方がやや大きく,TtyとTesを独立変数とする重回帰分析では,Tty,Tesの回帰係数は-0.2-0.8:1となり,Tesの寄与が大きいことが示唆された.一方,実験2では,SRfaとTtyまたはTesとの単回帰係数は一般にTtyの方がやや大きかった.Tty,Tes,Tsを独立変数とする重回帰分析では,各変数の回帰係数はそれぞれ0.21,-0.03,0.13となった.寄与率(R^2)はTtyとTsの2変数による分析とくらべて大差がなかった.さらに,Treを加えTty,Tes,Tre,Tsを独立変数として分析すると各回帰係数は0.275,0.072,-0.142,0.115となったが,寄与率はほとんど向上しなかった.以上のように,深部温入力の指標としてはTtyが最も重要であるが,TesとTreを組み合わせると多少精確に表現できる.しかし,便宜的にはTtyのみで十分役立つと考えられた.また,皮膚温は,従来の指摘より温度入力としての重要度が多少高いように見えた.
複素古典力学を用いた半古典経路積分法の化学反応への適用

この研究は、カオス的な量子動力学を、対応する古典動力学と重ね合わせの原理により如何に理解するかを、共線的な3分子反応をモデル系として、半古典経路積分を数値的に評価する方法により、研究するのである。半古典経路積分を数値的に評価する際には、複素古典力学の全面的な使用が不回避であること、それに伴いStokes現象の正しい処理が必要であることが、筆者の昔の論文(S. Adachi : Ann. Phys. 195(1989)45-93)により示されている。この昔の論文で研究された系は、時間に依存する1自由度系であったのに対して、今回の研究で取り上げられた系は、2自由自励系である。それゆえに、複素古典力学の位相空間は、複素4次元(実8次元)となり、半古典論的にプロパゲ-タを評価する際の古典力学の境界値問題において、多変数複素関数論的な数値現象が現れることに伴う、複素古典力学の構造を研究する際の大きな困難さが予想される。実際に、複素古典力学の構造を数値的に調査したところ、その構造の複雑さは大変なものであることがわかってきた。現状では、その構造の本質が理解できているとは、残念ながら言い難い。とりあえず、量子力学の厳密な結果を再現するように、一方では、2変数複素関数のStokes現象のひとつの標準形を表現しているPearcy関数のStokes現象が詳しく調べられた。副産物として、激しい振動積分で定義されている、このような関数に対して、数値的最急降下法とでもよべる、安定した数値計算法が見いだされた。
インコヒーレント非線形光スイッチ分子の学術基盤創生

本研究では、可視光や近赤外光でのスイッチが可能で、入力光強度に閾値を有するフォトクロミック分子を開発することを目的としている。2018年度には、逆フォトクロミズムを示す可視光応答型のビナフチル架橋型イミダゾール二量体のナフチル基に電子供与性置換基を導入することで、近赤外光領域に新たな吸収帯を有する新規逆フォトクロミック分子を開発した。この近赤外光領域に現れる吸収帯はナフチル基に導入した電子供与性置換基が関与する電荷移動吸収帯であり、電子供与性置換基の種類を変えることで、その電荷移動吸収帯の位置がシフトすることを明らかにした。この分子の溶液は可視光領域のほぼ全域の光を吸収することから、濃灰色を呈しているが、波長780nmの近赤外光を照射することで、無色に変化する逆フォトクロミズムを示した。これは従来報告されているフォトクロミック分子の中でも、最長波長での一光子フォトクロミック反応である。さらに、赤色光領域に吸収をもつazaBODIPY部位を有する高速フォトクロミズムを示すフェノキシルーイミダゾリルラジカル複合体(PIC)の合成に成功し、波長670nmの赤色ナノ秒パルス光による二光子フォトクロミズムを実現した。赤色ナノ秒パルスの二光子励起によりazaBODIPY部位は高位電子励起状態に励起されるが、この励起状態からエネルギー移動あるいは、電子移動が関与することで、PIC部位のフォトクロミック反応が誘起されることが示唆された。詳細な反応機構については、2019年度にフェムト秒レーザーを用いた超高速分光により検討する予定である。フォトクロミック分子は、材料科学や生命科学分野における光応答システムを構築するための重要な基盤である。従来のフォトクロミック分子では、少なくとも一方向の変換には、物質深部には到達しにくく、また物質の光劣化をもたらすエネルギーの大きな紫外光照射が必要であり、可視光駆動が可能な分子系の開発が渇望されていた。さらに、微弱光でも光反応が進行してしまうため、ノイズとして作用する背景光の影響を避けることが難しかった。本研究では、可視光や近赤外光でのスイッチが可能で、入力光強度に閾値を有する非線形光スイッチ分子の学術基盤の創生を目的としているが、平成30年度には、近赤外CW光に応答する逆フォトクロミック分子の分子設計指針を確立することができた。さらに、赤色光ナノ秒パルスを用いた二光子フォトクロミック反応システムの創製にも成功した。今後は、赤色CW光や近赤外CW光による二光子フォトクロミック反応が実現する分子系の開拓を目指す。初年度の研究で、近赤外CW光に応答する逆フォトクロミック分子の分子設計指針を確立するとともに、赤色光ナノ秒パルスを用いた二光子フォトクロミック反応システムの創製にも成功した。逆フォトクロミズムとは、可視光領域に吸収を有する安定着色体に可視光を照射すると、無色の不安定過渡種を可逆的に生成する現象であり、近赤外一光子フォトクロミック反応が実現する系である。本研究では、われわれが独自に開発したビナフチル架橋型イミダゾール二量体を基軸とした近赤外光応答型逆フォトクロミック分子の開発を推し進めているが、無色の不安定過渡種から安定着色体に戻る熱戻り反応速度が遅いという課題がある。現状では室温で安定着色体に完全に戻るには数分程度の時間を要するが、数ミリ秒程度まで高速化することにより、例えば、超解像蛍光イメージングを可能とする高速蛍光スイッチ分子の開発につながる。なぜならば、着色体は可視光領域に幅広い吸収帯を有しているため、フェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)により、共存する蛍光分子の励起状態が失活することで蛍光消光が起きるが、フォトクロミック反応により無色の不安定過渡種に異性化することでFRETが阻害され、共存する蛍光分子が蛍光を発するようになるからである。このような蛍光スイッチは、可視光照射による逆フォトクロミック反応により活性化されるために、turn ON型の蛍光スイッチと呼ばれるが、逆フォトクロミック反応の熱戻り反応速度を高速化することで、蛍光スイッチサイクルの高速化が実現する。さらに、われわれがこれまでに取り組んできた、二光子フォトクロミック反応の研究から、熱戻り反応速度を高速化することにより、近赤外CW光を用いた二光子フォトクロミック反応が実現できる可能性が示されている。このような観点から、2019年度は逆フォトクロミック反応の熱戻り反応速度の高速化に取り組む。

さらに、赤色光領域に吸収をもつazaBODIPY部位を有する高速フォトクロミズムを示すフェノキシルーイミダゾリルラジカル複合体(PIC)の合成に成功し、波長670nmの赤色ナノ秒パルス光による二光子フォトクロミズムを実現した。赤色ナノ秒パルスの二光子励起によりazaBODIPY部位は高位電子励起状態に励起されるが、この励起状態からエネルギー移動あるいは、電子移動が関与することで、PIC部位のフォトクロミック反応が誘起されることが示唆された。詳細な反応機構については、2019年度にフェムト秒レーザーを用いた超高速分光により検討する予定である。フォトクロミック分子は、材料科学や生命科学分野における光応答システムを構築するための重要な基盤である。従来のフォトクロミック分子では、少なくとも一方向の変換には、物質深部には到達しにくく、また物質の光劣化をもたらすエネルギーの大きな紫外光照射が必要であり、可視光駆動が可能な分子系の開発が渇望されていた。さらに、微弱光でも光反応が進行してしまうため、ノイズとして作用する背景光の影響を避けることが難しかった。本研究では、可視光や近赤外光でのスイッチが可能で、入力光強度に閾値を有する非線形光スイッチ分子の学術基盤の創生を目的としているが、平成30年度には、近赤外CW光に応答する逆フォトクロミック分子の分子設計指針を確立することができた。さらに、赤色光ナノ秒パルスを用いた二光子フォトクロミック反応システムの創製にも成功した。今後は、赤色CW光や近赤外CW光による二光子フォトクロミック反応が実現する分子系の開拓を目指す。初年度の研究で、近赤外CW光に応答する逆フォトクロミック分子の分子設計指針を確立するとともに、赤色光ナノ秒パルスを用いた二光子フォトクロミック反応システムの創製にも成功した。逆フォトクロミズムとは、可視光領域に吸収を有する安定着色体に可視光を照射すると、無色の不安定過渡種を可逆的に生成する現象であり、近赤外一光子フォトクロミック反応が実現する系である。本研究では、われわれが独自に開発したビナフチル架橋型イミダゾール二量体を基軸とした近赤外光応答型逆フォトクロミック分子の開発を推し進めているが、無色の不安定過渡種から安定着色体に戻る熱戻り反応速度が遅いという課題がある。現状では室温で安定着色体に完全に戻るには数分程度の時間を要するが、数ミリ秒程度まで高速化することにより、例えば、超解像蛍光イメージングを可能とする高速蛍光スイッチ分子の開発につながる。なぜならば、着色体は可視光領域に幅広い吸収帯を有しているため、フェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)により、共存する蛍光分子の励起状態が失活することで蛍光消光が起きるが、フォトクロミック反応により無色の不安定過渡種に異性化することでFRETが阻害され、共存する蛍光分子が蛍光を発するようになるからである。このような蛍光スイッチは、可視光照射による逆フォトクロミック反応により活性化されるために、turn ON型の蛍光スイッチと呼ばれるが、逆フォトクロミック反応の熱戻り反応速度を高速化することで、蛍光スイッチサイクルの高速化が実現する。さらに、われわれがこれまでに取り組んできた、二光子フォトクロミック反応の研究から、熱戻り反応速度を高速化することにより、近赤外CW光を用いた二光子フォトクロミック反応が実現できる可能性が示されている。このような観点から、2019年度は逆フォトクロミック反応の熱戻り反応速度の高速化に取り組む。
分化制御面でのミトコンドリア新奇機能の解明に向けての研究

ミトコンドリアによる分化制御の機構を、Dictyosteliumの発生系を用いて、ミトコンドリア・リボゾームタンパク質S4(RPS4)およびミトコンドリア局在型熱ショックタンパク質90(mt-HSP90 ; TRAP1)の機能と細胞内局在性に注目して解析した。その結果、以下に示す点が明らかにされた。1)アンチセンスrps4によりRPS4発現抑制株を作製したところ、この株ではrps4部分破壊株と同様、飢餓処理後の分化の進行が著しく遅れ、RPS4の発現が分化の開始に必要とされることが再確認された。2)RPS4に対する特異抗体を作製し、蛍光抗体法によりRPS4の細胞内局在性を調べたところ、RPS4はミトコンドリア内に存在することに加えて、注目すべきことに、細胞質ゾル中にも存在することが示された。3)TRAP1に関しては、ホモロガスリコンビネーションによる遺伝子破壊株およびアンチセンスRNA法による発現抑制株の作製を試みたが、これらの株は今のところ得られておらず、TRAP1の発現抑制は致死をもたらすことが示唆された。4)他方、TRAP1の過剰発現株では、飢餓後の分化・形態形成が大幅に遅れ、TRAP1の発現は分化の開始あるいは進行にむしろ阻害的にはたらくことが明らかにされた。5)TRAP1の細胞内動態等を調べるために、TRAP1に対する特異抗体を作製して解析したところ、非常に面白いことに、TRAP1は増殖期には細胞表層のコーテックスに局在するが、分化に伴ってミトコンドリアに移行することが分かった、このことはTRAP1-GFPを発現する形質転換体を用いた生体観察によっても確かめられた。また、増殖期細胞の表層ではTRAP1はアクチンと結合して存在することが示された。
離散解析幾何学の発展と応用

本研究の主要な目的は、結晶の形態分類に起源を持つ結晶学に数学的観点を供給することであった。方法としては、20世紀前半に開拓された代数的位相幾何学、特にホモロジー論と被覆写像の理論を用いている。さらに、離散幾何解析のフレームワークの中で、結晶構造に対する最小原理を用いて得られる最大対称性を有する「標準的実現」の概念に新たな知見を与えるとともに、そのアルゴリズムを構築した。これらの成果は、物質科学において重要な結晶デザインに大きく寄与している。また、標準的実現と離散的代数幾何学の深い関係を見出し、この分野の発展に貢献した。離散幾何解析学は、大域解分学において培ってきたアイディアを基に、グラフ(有限、無限の双方を含む)上の作用素(隣接作用素、離散的ラプラシアン、ランダム・ウォークに対する推移作用素、磁場を持つ離散シュレディンガー作用素など)の解析を、グラフの幾何学的構造に結び付けて研究する分野である。本年度は、代表者が中心となって研究してきた離散幾何解析学をさらに発展させ、古典的なランダム・ウォークの量子版である量子ウォークの研究を行った。量子ウォークの研究は比較的新しい分野であり、これまでは限られた例についてのみ研究が行われてきたものである。本研究では、極めて一般的観点から量子ウォークの挙動を調べた。その成果として、結晶格子上の量子ウォークの推移確率に対する大偏差型の漸近挙動を求めた。また、量子ウォークの定式化をグラフのみの言葉で与え、量子ウォークが存在するための必要条件を見出した。量子ウォークには標準的な方法で古典ウォークが対応するが、それらの間の関係についても考察した。この研究では、過去に研究した結晶格子の「標準的実現」が大きな役割を果たしている。現在のところ、漸近挙動を確立するには、twistした推移作用素の固有値の「単純性」を必要としており、この制限を取り除くのが求められている。また、幾何学的結晶理論の基礎付けを通じて代表者が見出した対称性の大きい結晶構造であるK4格子の研究を引き続いて行った。離散的解析幾何学の1分野として、「位相的結晶理論」(Topological Crystallography)を創始、研究を展開、その発展に努めた。位相的結晶は、有限グラフのアーベル被覆であり、従って有限グラフの1次ホモロジー群で完全に統御される。問題となるのは、有限グラフとアーベル被覆グラフの次元を固定しても理論的には無限個の可能性があることだが、ベッチ数とホモロジー群の消失部分群の「高さ」により、数え上げが可能であることを示した。さらに、位相的結晶を空間に系統的に実現する方法として、標準的実現という概念があるが、これは代数幾何学におけるアルバネーゼ写像の類似と深く関係する。特に最大アーベル被覆の場合、離散的代数幾何学と関連し、これに注目してジャコビアン、ピカール群の離散的類似を用いることにより位相的結晶の詳細な研究を行った。離散的代数幾何学は近年盛んに研究されている分野であり、まったく異なる観点からの研究は、その発展に大きく資することが期待されている。この研究と平行して行ったのが、量子ウォークの研究である。これは1次元ディラック方程式の解の離散類似を基礎として定義される確率過程であるが、その確率密度は古典的ウォークと異なり、極めて興味深い対象である。1次元格子における確率密度の漸近的性質を明らかにしつつ、一般の位相的結晶上での定式化を提案した。この方面の研究は未だ未解明な点が多く、停留位相、大偏差など、現在様々な方法を用いて研究を進めている。現代結晶学は、結晶の中の原子と結合を図式化した空間内のネットワークのブラベー格子作用による商グラフが有限グラフとなるという「観察」から出発している。数学的には、これは結晶ネットワークが有限グラフ上の無限アーベル被覆グラフになっていることを意味し、このことから結晶の位相型(位相的結晶)は有限グラフの1次のホモロジー群の言葉を用いて完全に記述されることになる。しかし、位相的結晶は論理上の産物であり、これを標準的に空間に実現する方法(標準的実現)は、まったく異なる動機から出発した研究(ランダム・ウォークの漸近的性質の研究)において、既に2000年に小谷・砂田により提案されていた。一方、結晶学の方でも、2003年以降独立に実現方法が提案されており、我々の方法との関係が問題となっていた。今回の研究では、この問題を探求することにより、実は2つの実現が一致することを明らかにした。さらに、標準的実現の構成は、現在進展中の「離散的代数幾何学」と深く関係することを見出した。すなわち、グラフ理論の範疇で、ヤコビアンとピカール群、アーベル・ヤコビ写像の類似が定式化され、古典的アーベルの定理の類似が成り立つことを証明したが、このアーベル・ヤコビ写像が標準的実現と密接に関係するのである。この研究の成果は「熱帯幾何学(tropical geometry)」という新分野に大きな影響を与えている。

そもそも、位相的結晶の標準的実現は、数体のアーベル拡大に関するクロネッカーの「青春の夢」の類似と考えられ、この意味で、当該研究では、数論、代数幾何学、グラフ理論、熱帯幾何学、離散幾何解析学、結晶学、ランダム・ウォークの理論がアイディアの点で「交差」しあうのである。
結合組織型マスト細胞のIL-12ファミリーに対する応答性:STAT4の機能解析

本研究で我々は、結合組織型マスト細胞上に発現するIL-12ファミリーレセプターの発現量について検討した。その結果、結合組織型マスト細胞(マウス骨髄細胞をin vitroでIL-4/SCF存在下で培養し得られたもの)においてはIL-27受容体の発現量が、IL-3/SCF存在下で培養して得られた通常の骨髄由来マスト細胞(より未分化なマスト細胞)より有意に亢進していることが明らかになった。アトピー性皮膚炎病変部位にはIL-12ファミリー分子の発現が認められ病態形成への関与が示唆されている。また皮膚に存在する結合組織型マスト細胞はIL-12ファミリー分子(IL-12, IL-23, IL-27)の主要な細胞内転写因子であるSTAT4を特異的に発現する。以上の事実は、結合組織型マスト細胞がアトピー性皮膚炎局所におけるIL-12ファミリー分子の標的細胞の一つである可能性を示唆している。そこで、本研究はIL-12ファミリー分子に対する結合組織型マスト細胞の応答、とりわけSTAT4の役割に焦点をあて検討した。まず既報にあるように未分化マスト細胞、結合組織型マスト細胞(CTMC)、粘膜型マスト細胞(MMC)を分化させ、IL-12レセプター(IL12Rb1)、IL-23レセプターの発現を調べた。この結果、他のタイプのマスト細胞と比較してCTMCでIL-23レセプターの発現が高かった。またCTMCを菌体成分であるLPSで刺激するとIL-23レセプターの発現がさらに増強し、IL-23の発現が見られるようになった。IL-23、IL-23レセプターはSTAT3/STAT4を介してシグナルを伝達し、T細胞のTh17細胞への分化を誘導することが知られている。これらの結果はアトピー性皮膚炎を発症し皮膚のバリアが破壊され抗原が皮膚に侵入すると、結合組織型マスト細胞がIL-23レセプターを介してIL-23を産生しTh17細胞への分化誘導を促進する可能性を示唆している。アトピー性皮膚炎病変部位にはIL-12ファミリー分子(IL-12, IL-23, IL-27)の発現が認められ病態形成への関与が示唆されている。また皮膚に存在する結合組織型マスト細胞はIL-12ファミリー分子の主要な細胞内転写因子であるSTAT4を特異的に発現する。以上の事実は、結合組織型マスト細胞が、アトピー性皮膚炎局所におけるIL-12ファミリー分子の標的細胞の1つである可能性を示唆している。以上の背景から、本研究の主たる目的はIL-12ファミリー分子に対する結合組織型マスト細胞の応答を解析することである。この目的のために、本年は以下の実験を行った。研究項目:1.結合組織型マスト細胞上に発現するIL-12ファミリーレセプターの発現確認2,3.野生型およびSTAT4欠損マウス由来マスト細胞の表現型の検討4.ヒトアトピー性皮膚炎患者由来のマスト細胞の表現型の検討その結果、結合組織型マスト細胞(マウス骨髄細胞をin vitroでIL-4/SCF存在下で培養し得られたもの)においてはIL-27受容体の発現量が、IL-3/SCF存在下で培養して得られた通常の骨髄由来マスト細胞(より未分化なマスト細胞)より有意に亢進していることが明らかになった。現在、STAT4欠損マスト細胞における結合組織型マスト細胞およびヒトアトピー性皮膚炎患者病変部位におけるマスト細胞でのIL-12ファミリーレセプターの発現について同様の知見が認められるか否かについて確認中である。
スピン流を介した量子熱電現象の解明

本研究では、カイラル反強磁性体Mn3Snのバルク単結晶から集束イオンビーム(FIB)により薄片化した微細素子を作製し、Mn3Snの素子応用に向けて異常ネルンスト効果と磁気ドメインの関係の解明を目指した。バルク単結晶Mn3Snは自発磁化が非常に小さいにも関わらず、室温で強磁性体と同程度の異常ホール効果、異常ネルンスト効果を示す。Mn3Sn微細素子では、電流下では異常ホール効果によって磁気抵抗効果に非対称な成分が現れ、温度勾配下では、異常ネルンスト効果に由来する電圧の磁気ヒステリシスにステップ状の構造が現れることを観測した。また、温度勾配の大きさに依存して熱起電力だけでなく、保磁力も変化することを明らかにした。このことは微細素子化したMn3Snでは磁気抵抗効果だけでなく、異常ネルンスト効果によっても磁気ドメインの検出が可能であることを示唆しているため、今後の反強磁性体の磁気ドメインの評価に有効な結果を得ることができた。一方で、Mn3Sn微細素子に複数の電極を作製することで、Mn3Snのカゴメ面に対して温度勾配が垂直、平行な場合では、どちらにおいても異常ネルンスト効果の電圧の磁気ヒステリシスにステップ構造が現れることを観測した。磁気ヒステリシスの符号と異常ネルンスト効果の電圧から、マイクロスケールの試料において磁壁の生じる方向の結晶方位依存性は小さいと考えられる。また、酸化シリコン基板上にスパッタリング法を用いて製膜したMn3Sn薄膜素子に関しても、電気・熱電特性の評価と素子の最適化を行い熱電対列を作製した。今後は、本研究で明らかにした単結晶Mn3Snの異常ネルンスト効果の知見を活かし、Mn3Sn薄膜を用いたスピン流変換現象の観測や熱電対列を用いた電圧の増強に向けて、微細素子の最適化と測定系の改良やシミュレーションと組み合わせた温度勾配の見積もりを行う必要がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、カイラル反強磁性体Mn3Snのバルク単結晶を集束イオンビーム(FIB)により薄片化した微細素子を作製し、異常ネルンスト効果の観測に取り組んだ。微細素子(Ta/Al2O3/Mn3Sn)では、FIBにより微細化した単結晶Mn3Snの上に絶縁層Al2O3を製膜し、その上にさらにジュール熱を発生させるヒーターとしてTaを製膜した。サイズの異なる素子に対して異常ネルンスト効果の測定を行ったところ、Mn3Snのカゴメ面内方向に磁場を印加した場合には、微小磁化に起因するヒステリシスが観測され、電圧のヒステリシスはヒーターに流す電流の向きに依存せず、電圧が電流の2乗に比例して増加することから、観測した電圧は異常ネルンスト効果によるものだと考えられる。また、実験により得られた異常ネルンスト電圧とTaの抵抗率を用いてシミュレーションで求めた温度勾配の大きさから、微細素子においても室温においてMn3Snバルク単結晶と同等の異常ネルンスト効果が観測可能であることを明らかにした。この結果は、FIBによる試料へのダメージが非常に小さいということも示している。また、FIBにより微細素子化したMn3Snの横にTaヒーターを配置した異常ネルンスト効果の測定配置では、異常ネルンスト電圧のヒステリシスにステップ構造を持つことが観測された。このステップ構造は素子のサイズに依存しており、サイズの大きい試料ではこの構造はほとんど現れないため、サイズを小さくしたことで磁気ドメインの寄与が現れたと考えられる。また、ステップ構造が現れる試料において温度勾配を増加させたところ、異常ネルンスト電圧の大きさは温度勾配に比例し、ヒステリシスのステップ構造が現れ始める磁場は小さくなることが明らかになった。異常ネルンスト効果と反強磁性磁区の関係を明らかにすることで磁区構造を利用した熱起電力の制御が期待できる。微細素子においても室温においてMn3Snバルク単結晶と同等の異常ネルンスト効果が観測可能であることを明らかにしており、微細素子化したMn3Snの異常ネルンスト効果に関して既に論文(1報)が出版されている。また単結晶バルクを微細化し評価する手法を確立できたことは、薄膜化が難しい単結晶バルクにおいても、磁区構造やスピン流が寄与するナノスケールの現象を探索することが可能であるという事を示している。一方で、Mn3Sn

微細素子に複数の電極を作製することで、Mn3Snのカゴメ面に対して温度勾配が垂直、平行な場合では、どちらにおいても異常ネルンスト効果の電圧の磁気ヒステリシスにステップ構造が現れることを観測した。磁気ヒステリシスの符号と異常ネルンスト効果の電圧から、マイクロスケールの試料において磁壁の生じる方向の結晶方位依存性は小さいと考えられる。また、酸化シリコン基板上にスパッタリング法を用いて製膜したMn3Sn薄膜素子に関しても、電気・熱電特性の評価と素子の最適化を行い熱電対列を作製した。今後は、本研究で明らかにした単結晶Mn3Snの異常ネルンスト効果の知見を活かし、Mn3Sn薄膜を用いたスピン流変換現象の観測や熱電対列を用いた電圧の増強に向けて、微細素子の最適化と測定系の改良やシミュレーションと組み合わせた温度勾配の見積もりを行う必要がある。Mn3Sn微細素子の異常ネルンスト効果に現れるヒステリシスのステップ構造の起源を明らかにするため、磁気カー効果と組み合わせて反強磁性磁区構造が熱輸送特性に与える効果について実証を目指す。一方で、酸化シリコン基板上にスパッタリング法を用いて製膜したMn3Sn薄膜に関して電気・熱電特性の評価を試みており、FIBにより微細化した単結晶Mn3Snの異常ネルンスト効果の評価方法の知見を活かし、薄膜デバイスの最適化と合わせて測定系の改良やシミュレーションと組み合わせた温度勾配の見積もりを行い、スピン流やサーモパイル構造と呼ばれる面内方向で連結させた熱電対列を用いることで電圧の増大を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
有限要素法による矯正用ループに関する研究

歯科矯正治療において用いられるloopの力学的性質に関しては、従来より実験的にloopの弾性挙動についてしか調べられていない。そこで、本研究においては、弾塑性解析の有限要素法を用いることによりloopの弾塑性挙動について調べた。今回の解析に用いたloopは矯正治療において用いられる基本的形態を有するVertical loop、Tear drop loopおよびT loopの3種類についての弾塑性挙動を解析した。その結果、以下のような知見が得られた。1.Vertical loopおよびTear drop loopともにloopの高さに関係なくloop頂上部分より塑性変形挙動を開始し、次いでloop起始部、そしてloop全体が塑性変形した。また、T loopにおいては、loop水平部の中央部において塑性変形挙動を開始、次いでloop水平端部、次いでloop起始部、そしてloop全体が塑性変形した。2.loopの高さが塑性変形挙動に及ぼす影響に関しては、いずれのloopにおいてもloopの高さが小さくなる程、塑性挙動を開始する荷重が大きくなった。また、loopの高さの及ぼす影響はVertical loop、Tear drop loopおよびT loopの順に小さくなった。今後の研究課題としては、loopの時間に依存した挙動、すなわち、loopの粘弾性挙動について調べる必要があると考えられる。矯正治療における歯牙移動においては、各歯牙移動に対して最適矯正力を用いることが生体組織に及ぼす為害作用が少なく理想的である。しかしながら、従来のloopに関する最適矯正力の問題に関しては、loopの弾性挙動についてしか調べられておらず、時間を加味した研究をする必要がある。そこで、今後は実験的に矯正治療において用いられるloopの挙動について最適矯正力との問題とも関連させloopの粘弾性挙動について調べていく予定である。
ＳＪＳ／ＴＥＮの発症機序解明および発症予測に向けた国際的研究

眼障害を合併したSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析を行い、IKZF1遺伝子が有意にその発症に関連することを明らかとした。また韓国民族、インド民族でも同じIKZF1遺伝子多型と有意な関連を認めた。日本人と韓国人では、HLA-A*02:06と有意に関連し、また、インド人と欧米系ブラジル人ではHLA-B*44:03が有意に関連した。さらに、日本人では、PTGER3遺伝子多型と強い関連を示し、また、HLA-A*02:06との間に遺伝子間相互作用を示した。重篤な眼合併症型SJS/TEN発症には、複数の遺伝子間相互作用が大きく関与している。本研究の目的は、SJS/TENによる重篤な視力障害の回避を目的として、眼障害を合併したSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析および次世代シーケンサーを用いたエキソーム解析を実施し、発症に関与する遺伝子を明らかにすることである。当該年度は、発症に関与する遺伝的素因の全ゲノム解析を主に行った。重篤な眼合併症を伴うSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiom Genome-Wide Array Platesを用いて全ゲノム関連解析を実施した。その結果、P < 10-4を示しSNPsが約300見つかった。そのうちSJSとの強い関連を示すHLA-A*02:06を含むHLA領域に位置するSNPは約200SNPs見られた。HLA領域以外のSNPについて、タイピングによる確認をおこなったところ、HLA領域以外の約50SNPにおいてP < 10-4を示した。これらのSNPについて、韓国集団(ケース群:36検体、コントロール群:90検体)による検証を行いメタ解析をしたところ、遺伝子Xにおいてp<10-8を示す有意な関連が示された。また、手術時に患者より得られた組織の免疫染色では、自然免疫と関連するTLR5の発現がSJS/TEN患者の眼表面組織で上昇していることを明らかとした。さらに眼表面におけるMRSAに関する検討については、ブラジルとの共同研究により、日本人でSJS/TEN患者ではMRSA/MRSEの保菌が多いのとは対照的に、ブラジルでは、薬剤耐性ではない黄色ブドウ球菌が検出されることが多いことも明らかとなった。さらに、海外の眼障害患者を対象にした臨床研究については、韓国、ブラジル、インドとの共同研究を行い、原因薬剤や臨床所見を収集した。さらに、韓国や中国において培養口腔粘膜上皮シート移植や患者用新規ハードコンタクトレンズについての共同研究の準備を進めている。本研究の目的は、SJS/TENによる重篤な視力障害の回避を目的として、眼障害を合併したSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析およびHLA解析、エキソーム解析を実施し、発症に関与する遺伝子を明らかにすることである。当該年度には、重篤な眼合併症を伴うSJS/TEN、特に、その約80%を占める感冒薬に関連して発症した患者に着目して、HLA解析を行った。その結果、日本人では、HLA-A*02:06と強い関連が認められること、また、HLA-B*44:03とも有意な関連があることが確認された。また、韓国人、インド人、ブラジル人などの国際サンプルを用いてこれらの結果を検証したところ、HLA-A*02:06は、韓国人SJS/TENでも有意な関連が確認された。また、HLA-B*44:03については、インド人、ブラジル人で有意な関連が確認された。特に、ブラジル人においては、白人系ブラジル人でHLA-B*44:03と強い関連を認めること、また、強い関連を認めたインド人が人種的に白人に属することより、HLA-B*44:03は、白人におけるSJS/TEN発症と強く関連している可能性が考えられた。当該年度は、感冒薬に関連して発症し重篤な眼合併症を伴うSJS患者を対象に、PTGER3遺伝子多型の解析を行った。その結果、解析したPTGER3遺伝子18 SNPsのうち、p < 0.05の関連を認めた遺伝子多型は、12 SNPsであった。また、最も強い関連を示したのは、rs1327464であり、アレル頻度においてp<10-9、オッズ比0.2の強い関連を示した。つまり、PTGER3遺伝子多型とSJSとの関連は、原因薬を感冒薬に絞ることで強くなった。このことは、PTGER3遺伝子のタンパクであるEP3受容体がPGE2の受容体の一つであることから、感冒薬にPGE2抑制作用があることと関係している可能性が強く示唆される。さらに、SJSと有意な関連が認められたEP3遺伝子7SNPsとHLA-A*02:06を組み合わせた場合のオッズ比ならびにp値を解析した。その結果、EP3遺伝子7SNPsとHLA-A*02:06の組み合わせのうち、EP3遺伝子の1SNPとHLA-A*02:06の組み合わせが強い関連を示した(OR = 10.8, p = 2.56 x 10-7)。これは、EP3SNP単独(OR=4.5, p=1.90 x 10-8)やHLA-A*02:06単独(OR=5.5, p=1.39 ×10-11)よりも大きなオッズ比を示した。

つづいて、HLA-A*02:06とTLR3遺伝子多型間の相互作用について検討した。その結果、遺伝子間相互作用を解析したTLR3遺伝子多型6種のうち、HLA-A*02:06と相加効果以上の強い相互作用を示したのは、s3775296, rs5743312, rs3775290の3 SNPsであった(s3775296TT+ HLA-A*02:06; p=3.69×10-5,オッズ比37.6,rs5743312TT+ HLA-A*02:06; p=3.84×10-5,オッズ比37.5, s3775290AA+ HLA-A*02:06; p=1.68×10-5,オッズ比9.89)。重篤な感冒薬関連SJS発症には、複数の遺伝子間相互作用が大きく関与している可能性がある。眼障害を合併したSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析を行い、IKZF1遺伝子が有意にその発症に関連することを明らかとした。また韓国民族、インド民族でも同じIKZF1遺伝子多型と有意な関連を認めた。日本人と韓国人では、HLA-A*02:06と有意に関連し、また、インド人と欧米系ブラジル人ではHLA-B*44:03が有意に関連した。さらに、日本人では、PTGER3遺伝子多型と強い関連を示し、また、HLA-A*02:06との間に遺伝子間相互作用を示した。重篤な眼合併症型SJS/TEN発症には、複数の遺伝子間相互作用が大きく関与している。当該年度には、前年度の行った東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析の結果について論文化できたとともに、日本人患者の解析のみならず、国際共同研究により韓国人、インド人、ブラジル人のHLA解析も施行し、成果を上げている。また、HLAには、民族差があることからも、重篤な眼合併症を伴うSJS/TENの遺伝素因にも民族差があることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。眼科学今後は、日本人サンプルを用いて次世代シークエンサーを用いたエキソーム解析を行い、日本人で得られた結果については、国際サンプルを用いてその国際的共通性の有無について検証していく予定である。当該年度において本研究の目的のうち、眼障害を合併したSJS/TEN患者を対象に東アジア人向けAxiomを用いた全ゲノム関連解析を予定通り終了しており研究内容については、おおむね順調に進行している。日本人において、SJS/TEN発症と強い関連を示す遺伝子多型を複数同定しただけではなく、韓国などの諸外国との共同研究により、他民族サンプルを合わせたメタ解析により有意に関連をしめる遺伝子多型を見るけることができている。また、眼表面における保菌解析についてもブラジルとの共同研究を行えており、培養口腔粘膜上皮シート移植や患者用新規ハードコンタクトレンズについての共同研究も、韓国や中国で展開する準備が進んでおり、国際展開という点でもおおむね順調に進行している。血清ならびに涙液のプロテオーム解析ならびに次世代シークエンサーを用いてエキソーム解析には、多額の研究費が見込まれたため、研究費を繰り延べた27年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度の発症に関与する遺伝的素因の全ゲノム解析はおおむね順調に進んでいる。今後は、これらの結果を論文化するとともに、東京大学医学研究科徳永研との共同研究により、次世代シーケンサーを用いたエキソーム解析の準備ならびに解析を進めていく。また、国際共同研究の元、他民族サンプルを用いたHLA解析を行う。
液相成長による高品質カルコゲナイドInSe系二次元結晶を用いたTHzシステム構築

THz波は周波数として0.1-10 THzの電磁波(波長では30-3000um)であり、電波の透過性と光波の直進性を同時に有し、非破壊検査、医療、高密度通信などの場面で応用が期待されている。一方、層状半導体は伝統半導体と比べて新奇な特性を持ち、多数の研究者に注目されている。本研究では、世界で唯一溶液から高品位な層状半導体InSe結晶を作製できる成長法を適用する。さらに液相成長法により成長できる高品質のInSe系カルコゲナイドを用いて、THz波の発生から検出まで一貫した測定システムを開発し、様々な応用に適用している。
痛覚認知機構の基礎的研究に基づいた疼痛治療の臨床応用

種々の非侵襲的計測法を用いてヒトの脳内痛覚認知機構を明らかにすること、及び、基礎的研究によって得られた知見を元にして除痛治療を行う事を主要研究目的として、研究を行った。健常者を対象とした研究では、「こころの痛み」がなぜ起こるのか、鋭い痛みと鈍い痛みに対する脳反応の相違、などについて明らかにすることができた。臨床研究では、治療困難な痛みを持つ患者さんに対する脳外科的治療法の進歩に寄与する事ができた。種々の非侵襲的計測法を用いてヒトの脳内痛覚認知機構を明らかにすること、及び、基礎的研究によって得られた知見を元にして除痛治療を行う事、すなわちpain clinicにおけるEvidence-Based Medicineの施行が主要研究目的である。本年度は、印刷中のものも含めて5編の英文原著論文を発表した。主要なものとしては、機能的磁気共鳴画像(fMRI)を用いて、痛覚認知に関与する脳部位の同定を行った研究があげられる(Qiu et al.,2006)。A-delta線維を上行する信号による鋭い痛み(first pain)に関与する脳活動部位と、C線維を上行する信号による鈍い痛み(second pain)に関与する脳活動部位の比較を行った。すると、両者に共通して活動する部位(ヒトの痛覚認知に重要な部位)は、視床、第2次体性感覚野、島、帯状回であった。また、島の前方、帯状回の一部(Brodmannの32野、8野、6野)、補足運動野前方部(pre-SMA)では、C線維を上行する信号による活動がA-delta線維を上行する信号による活動よりも有意に大きく、このような部位がsecond pain認知に重要であることを示唆する所見を得た。これは世界で初めての報告である。他には、除痛効果の1つとして著名なgate control theoryを脳磁図を用いて詳細に解析し、その責任部位が脊髄ではなく大脳皮質であること壷示唆する研究(Inui et al.,2006)、脊髄視床路の伝導には2種類があり、第1次体性感覚野に到達するシグナルは他の部位に到達するシグナルとは機能および脊髄内伝導速度が異なる事を示した研究(Tsuji et al.,2006)、実際に痛み刺激を与えられなくても心理的に痛いと感じる時には、痛み刺激を与えられた時と類似の脳活動が見られることを示した研究(Ogino et al.,in press)などがある。本年度は3編の英文原著論文を発表した(印刷中を含む)。痙痛刺激には少なくとも2種類が存在し、各々は脊髄内においても異なる伝導速度で上行する。その速いシグナルが脳内でどのように情報処理されるかを脳磁図を用いて詳細に検討した。従来は、上肢に痛覚刺激を与えた場合の第1脳反応の潜時は170msec程度と考えられていたが、特殊な解析方法を用いることにより、110-120msec付近に小さい反応が得られることを発見した。末梢神経と脊髄を比較的速い伝導速度で上行する信号によるものと考えられる(Wang, et. al., Experimental Brain Research,2007)。情動と痛覚の関係は深い、実際に痛み刺激を与えられなくても、注射のような痛そうな写真を見ただけでも「心の痛み」が出現する。その時にfMRIを計測すると、実際に痛み刺激が与えられた場合と類似の脳活動が、両側半球の島と帯状回に記録された。いわゆる「心の痛み」に関連が深いと思われる興味ある所見であった(Ogino, et. al., Cerebral Cortex,2007)。動脈の圧受容器が痛覚認知に影響するか否かを痛覚関連誘発脳波を用いて解析した。収縮期には脳波の握幅は拡張期よりも有意に低下している事がわかり、動脈の圧受容器が痛覚認知に影響を及ぼすことが立証された。これは英国バーミンガム大学との共同研究である(Edwards, et. al.,Pain,2008)。さらに、痛覚認知におけるposterior parietal cortex(PPC)の役割について、第1次体性感覚野と第2次体性感覚野の活動との関連を含めて詳細に解析し、現在、投稿中である。神経・筋疾患による疼痛は、視床痛、幻肢痛を初めとする極めて難治性かつ発症のメカニズムが明らかでは無いものが多い。種々の非侵襲的計測法を用いてヒトの脳内痛覚認知機構を明らかにすること、及び、基礎的研究によって得られた知見を元にして除痛治療を行う事、すなわち神経・筋疾患による疼痛治療におけるEvidence-Based Medicineの施行が主要研究目的である。本年度は4編の英文原著論文を発表した(印刷中を含む)。主要な2論文について内容を紹介する。

収縮期には脳波の振幅は拡張期よりも有意に低下している事がわかり、動脈の圧受容器が痛覚認知に影響を及ぼすことが立証された。これは英国バーミンガム大学との共同研究である(Edwards et al.,Pain,2008)。痛覚認知におけるposterior parietal cortex(PPC)の役割について、第1次体性感覚野と第2次体性感覚野の活動との関連を含めて詳細に解析した。PPCの活動はおそらく第1次体性感覚野の活動に引き続いて現れ、PPCの中でもinferior parietal lobule(BA 40)が痛覚認知に重要であることを発見した。本論文は日本大学、大阪大学との共同研究によってなされた(Nakata et al.,Neuroimage,2008)。痛覚認知に関与する脳部位が次第に明らかになりつつある。また、これまで経験的に行われてきた外科的除痛療法の作用機序を、基礎的知見に基づいて解釈できるようになってきた。同様に、大脳に情報を送りあるいは情報が送られてくる脊髄の機能も明らかになってきた。今後は、末梢神経、脊髄、脳幹、大脳を総合的に解析してくる必要があることがあらためて認識された。神経・筋疾患による疼痛は、視床痛、幻肢痛を初めとする極めて難治性かつ発症のメカニズムが明らかでは無いものが多い。種々の非侵襲的計測法を用いてヒトの脳内痛覚認知機構を明らかにすること、及び、基礎的研究によって得られた知見を元にして除痛治療を行う事、すなわち神経・筋疾患による疼痛治療におけるEvidence-Based Medicineの施行が主要研究目的である。本年度は4編の英文原著論文を発表した(印刷中を含む)。主要な2論文について内容を紹介する。動脈の圧受容器が痛覚認知に影響するか否かを痛覚関連誘発脳波を用いて解析した。これは英国バーミンガム大学との共同研究である(Edwards et al., Pain, 2008)。本論文は日本大学、大阪大学との共同研究によってなされた(Nakata et al., Neuroimage, 2008)。