hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肺炎原因菌であるレジオネラの宿主細胞内における病原性発症機構の解明

この結果は、レジオネラエフェクターがexocyst複合体の一部の構成因子をLCVへと導いていることを表してる。次に、exocyst複合体の機能がレジオネラ菌の細胞内感染の促進及び細胞内での増殖に必要であるかの評価を行う為にsiRNAを用いた発現抑制の実験を行った。その結果、上記したLCV上に供給さえるexocystの構成因子の発現抑制ではLCVへのER小胞の供給及びそれに伴って引き起こされるSNARE複合複合体の形成(細胞膜に局在するStx3とER小胞に含まれるSec22bの結合;異なる二つの膜が融合する過程で必須な複合体)が顕著に抑制されることを明らかにした。更に、これら構成因子の発現抑制がレジオネラ菌の細胞内増殖を抑えることを見いだした。しかしながら、LCVへ供給されない構成因子の発現抑制ではこれらの現象は観察されなかったことから、レジオネラ菌はexocyst複合体の構成因子の中でも特定の構成因子を特異的に利用している可能性を示唆できた。以上の内容を判断すると、本申請研究は当初予定していた計画通りに進んでいると考えられる。今後は他のレジオネラエフェクターの機能を模索する解析を行う。具体的な方javascript:onTransientSave()法は以下に記載する。1:レジオネラエフェクターの一つにLidAと呼ばれるタンパク質がある。LidAは元々レジオネラ菌の細胞内増殖に必要なエフェクターとして同定されていたが、最近の研究よりDrrAと協調してRab1と結合することで、ER小胞のLCVへの効率的な供給に機能していると報告された。更に、ごく最近の研究よりLidAがRab1のみならず、その他のRabタンパク質とも結合することが報告された。そこで、LidAが細胞内で生理的に結合するRabタンパク質を同定することにより、レジオネラ菌の細胞内発症に関与するRabタンパク質の同定を試みる。2:レジオネラ菌は宿主細胞に侵入する際にファゴサイトーシスを介していることが分かっている。通常、ファゴサイトーシスは細胞外の異物を細胞内に取り込みリソソームへと運び分解する生理機能である。しかしながら、ファゴサイトーシスにより細胞内に侵入したレジオネラ菌はリソソームへの輸送を阻害することが知られている。興味深いことにエフェクターが放出出来ないdotA変異株では速やかにリソソームへと輸送され分解されることから、何らかのレジオネラエフェクターが関わっていることが想像できる。ファゴサイトーシスにはRab5とRab7の二つの宿主タンパク質が重要な機能を保有していることから、何らかのレジオネラエフェクターがRab5やRab7の機能を阻害している可能性が考えうることから、レジオネラ菌の感染によりRab5やRab7の機能にどのうような影響があるのか、またどのレジオネラエフェクターがRab5やRab7の機能に影響を与えているのかを解析する。次年度の研究費は上記した今後の方策に従って使用する。1:レジオネラエフェクターであるLidAと結合するRabタンパク質の同定においては、まず3x-FLAGを融合させたLidAを細胞に発現させて、抗ーFLAG抗体が付加したビーズでの免疫沈降を行う。よって、まずは免疫沈降に必要な試薬を購入する。
橋由来大脳皮質軸索化学誘導因子、側枝形成促進因子の分子生物学的検討

大脳皮質より橋に投射する、いわゆる皮質橋路の形成にあたり、標的組織である橋組織(basilar pons)より(i)大脳皮質軸索側枝形成促進因子(ii)大脳皮質軸索(側枝)化学誘引因子が分泌されることが判明している。本研究では、この橋より分泌される(i),(ii)の作用を有する拡散性因子の同定を行い、本機構を分子レベルで解明することを目的とする。通常(i),(ii)の作用はコラーゲンゲルによる3次元器官培養にて確認される。しかしながら、この方法は、多くの数の試行が難しくクローニングの際のアッセイとしては適当ではない。そこで、回路形成期の橋に発現し、明瞭な軸索側枝形成作用・化学誘引作用を示さないことが報告されている同時期の大脳皮質に発現しない(もしくは発現量の少ない)遺伝子をプライマーにRGDモチーフを導入したdifferential display法にて探索することを計画し、以下の結果を本年度は得た。(1)differential display法を用いた検索は終了し、候補遺伝子として3クローン(♯1、♯2、♯3)を同定したが、そのうち2つ(♯1、♯2)の全長cDNAを得た。(2)候補3クローンに対し、ノーザンブロット解析を行った。♯1は約5.6kbと9kbに二つのバンドを観察した。又、♯2、♯3ではいづれも約7kbの長さのバンドを観察した。生直後の大脳皮質と橋組織で発現を検討した結果では♯2と♯3では橋組織での発現が有意に強かったが、♯1では大脳皮質でもかなりの発現が確認された。この結果と、以前のin situ hybridization法の結果(♯1の顕著な遺伝子発現は大脳皮質においては観察されなかった)とを元に考察すると、♯1の遺伝子は大脳皮質においてびまん性に発現していることが想像された。
多重並列型希ガス・酸素混合無声放電を用いた高濃度オゾナイザの試作

希ガス・酸素混合および純酸素ガス無声放電によるオゾナイザのオゾン生成効率を実験的に調査すると共に,その放電特性を明らかにするため流体モデルによるシミュレーションを行った。希ガス・酸素混合無声放電によるオゾナイザのオゾン生成効率を測定した結果,放電間隙長が1mm以下の場合希ガス混入率の増加に伴いオゾン生成効率は単調に減少する一方,間隙長が2mm以上の場合生成効率は希ガス混入率の増加に伴い増加した。特に,間隙長を3mmとした時,ネオン混入率80%のネオン・酸素無声放電によるオゾナイザは純酸素無声放電によるオゾナイザと比べて生成効率が1.4倍程度高くなった。時間変調式電力供給源を用いた酸素無声放電のオゾン生成効率に関する実験的研究において,時間変調電力供給源を用いた場合のオゾン生成効率は放電への投入電力の増加に伴い減少するが,従来の連続方式電力供給源を用いた場合に比べオゾン生成効率は最大で約20%改善された。流体モデルによるシミュレーションを行い,キセノン・酸素混合無声放電の放電特性を調査した。キセノン・酸素混合無声放電は均一なグロー放電とフィラメント状放電とが混在した過渡的放電であること,1%程度の酸素混入量でさえ放電内の荷電粒子の密度組成は酸素ガス主導の組成となること,および放電内の電気負性度は3桁もの広範囲で時間的・空間的に変化することが明らかになった。さらに,印加電圧の周波数を1kHzと低周波にした場台の大気圧酸素無声放電の解析から大気圧酸素放電は荷電粒子密度が最大でもせいぜい10^<10>cm^<-3>程度と低いためグロー放電は形成されず、多重のタウンゼント様放電であることが予測できた。また,計算したオゾン濃度およびオゾン生成効率は実験値と比較して,よい一致を示した。本研究は,無声放電を用いた高効率・高濃度オゾナイザの開発を目指す第一歩として,希ガス・酸素混合無声放電によるオゾナイザのオゾン生成効率の放電間隙依存性および希ガス混入率依存性を実験的に調査した。合わせて,流体モデルによるシミュレーションを行い希ガス・酸素混合無声放電の放電特性を調査した。以下に詳細を記す。希ガスとしてアルゴン,ネオンおよびヘリウムを使用し希ガス・酸素混合無声放電によるオゾナイザのオゾン生成効率を測定した。その結果,放電間隙長が1mm以下の場合,希ガス混入率の増加に伴いオゾン生成効率は単調に減少する一方,間隙長が2mm以上の場合,生成効率は希ガス混入率の増加に伴い増加した。特に,放電間隙長を3mmとした時,ネオン混入率80%のネオン・酸素無声放電によるオゾナイザは純酸素無声放電によるオゾナイザと比べて生成効率が1.4倍程度高くなることに加えて,放電電圧は1/5に低下した。次に,流体モデルによるシミュレーションを行い,キセノン・酸素混合無声放電の放電特性を調査した。その結果,放電間隙を4mm,印加電圧の周波数を100kHzとした場合,キセノン・酸素混合無声放電はその電圧・電流波形から均一なグロー放電とフィラメント状放電とが混在した過渡的放電であること,1%程度の酸素混入量でさえ放電内の荷電粒子の密度組成は酸素ガス主導の組成となること,および放電内の電気負性度は0.01から10のオーダーと3桁もの広範囲で時間的・空間的に変化することが明らかになった。時間変調式電力供給源を用いた酸素無声放電によるオゾナイザのオゾン生成効率を実験的に調査すると共に,流体モデルによるシミュレーションを行い希ガス・酸素混合ならびに酸素無声放電の放電特性を調査した。以下に詳細を記す。

時間変調式電力供給源を用いた酸素無声放電のオゾン生成効率に関する実験的研究において,時間変調式電力供給源を用いた場合のオゾン生成効率は放電への投入電力の増加に伴い徐々に減少するのだが,従来の連続方式電力供給源を用いた場合に比べオゾン生成効率は最大で約20%改善された。時間変調式電力供給源によるオゾン生成効率の改善は,任意の放電間隙長でも測定されたが,最適の放電間隙長は連続放電方式と同様,約1mmであった。次に,流体モデルによるシミュレーションを行い希ガス・酸素混合ならびに酸素無声放電の放電特性を調査した。酸素を微少混入した希ガス・酸素混合放電の放電電圧・電流波形から放電は均一なグロー放電とフィラメント状放電とが混在した過渡的放電であることおよび酸素混入が微少でありながら放電内の電気負性度は3桁もの広範囲で時間的・空間的に変化することが明らかになった。さらに,印加電圧の周波数を1kHzと低周波にした場合の大気圧酸素無声放電の解析から大気圧酸素放電は荷電粒子密度が最大でも10^<10>cm^3程度と低いためグロー放電は形成されず、多重のタウンゼント様放電であることが予測できた。また,計算したオゾン濃度およびオゾン生成効率は実験値と比較して,よい一致を示した。
ヒト・プリオン病患者の血液での感染性の検討

ヒトのプリオン病患者において、血液でも感染性の有無に決着をつけることは、完全な輸血および血液製剤にとってなくてはならない情報である。事実、英国では新型CJDの存在および発病前のリンパ系の濾胞樹状細胞への異常プリオン蛋白の沈着などから、英国は自国の血液を利用した血液製剤の作製を断念しており、この原因となった牛海綿状脳症はヨーロッパ全域に広がりつつある。我々は、ヒト・プリオンに対して高い感受性を示す遺伝子導入マウスモデルを利用してプリオン病の患者の末梢血液内に感染性が存在するのかを検討するため、限界希釈法を用いたタイトレイションを行った。ヒト化マウスの発病脳を用いて、限界希釈によって感染性をチェックしたところ、10^<-7>希釈の脳乳剤まで発病し、50%の致死量単位はlogタイターで、8.16log LD_<50>/gramであった。このように、高い感受性マウスの開発に成功し、さらに、リンパ組織の濾胞樹状細胞(FDC)を用いたバイオアッセイ法を確立した。このFDCのバイオアッセイ法を利用すると、従来600日必要としたバイオアッセイ法がわずか30日まで短縮されること、さらに英国で問題となっている新型CJDもアッセイ可能なこと、そして、限界希釈による検討を加えた結果10^<-7>希釈でも感染性が検出できることが明らかとなった。つまり、従来のどんなバイオアッセイ法より高い感度でアッセイでき、しかもアッセイ期間の短縮が可能となったのである。今後、このアッセイ法を用いて、ヒトの組織中に含まれる微量な感染性をチェックするとともに、今回の成功を踏まえて、ウシ型のプリオンのアッセイ法に発展させる予定である。ヒトのプリオン病患者において、血液での感染性の有無に決着をつけることは、安全な輸血および血液製剤にとってなくてはならない情報である。事実、英国では新変異型CJDの存在および発病前のリンパ系の濾胞樹状細胞への異常プリオン蛋白の沈着などから、英国の自国の血液を利用した血液製剤の作製を断念したのが現状である。我々は、ヒト・プリオンに対して高い感受性を示す遺伝子導入マウスモデルを利用してプリオン病の患者の末梢血液内に感染性が存在するのかを検討するため、今年度はまず限界希釈を用いたタイトレイションを開始した。ヒト・プリオンに関しては孤発令のCJDを限界希釈して用いることも考慮したが、最も感受性の高いと考えられる2代目の感染実験での陽性の大脳を限界希釈し、10^<-1>、10^<-2>、10^<-3>、10^<-4>、10^<-5>、10^<-6>希釈した脳乳剤をマウスの頭蓋内に投与した。この希釈系列によって2年間の観察期間中に正確なタイトレーションが可能となる。また、新たにより感受性の高いマウスモデルの開発も研究計画に加え開始した。プリオン蛋白の3次元構造をもとにして、プリオン蛋白の分子間どうしが反応するであろう立体構造部位をそのままヒト型にして、プリオン蛋白以外の分子と反応するであろう部位(Protein X結合部位)をマウス型にするという新しいレコンビナント・プリオン蛋白を発現するトランスジェニック・マウスとノックイン・マウスに着手した。現在トランスジェニック・マウスは、系統を樹立しておりノックアウト・マウスと交配中である。また、ノックイン・マウスはES細胞で相同組み換え体が得られており、現在はキメラマウスを作製中である。研究は予定通り順調に進んでいる。

事実、英国では新型CJDの存在および発病前のリンパ系の濾胞樹状細胞への異常プリオン蛋白の沈着などから、英国は自国の血液を利用した血液製剤の作製を断念しており、この原因となった牛海綿状脳症はヨーロッパ全域に広がりつつある。我々は、ヒト・プリオンに対して高い感受性を示す遺伝子導入マウスモデルを利用してプリオン病の患者の末梢血液内に感染性が存在するのかを検討するため、限界希釈法を用いたタイトレイションを開始している。また、今年度は、すでに感染性が認められている福岡一株のマウス・プリオンの感染マウスモデルを用いて、血液中の感染性が白血球に存在するのかどうかを検討した。具体的には、白血球除去膜を用いて、マウスの血液中の白血球数を1000分の1程度にすることが可能となり、CJD発病マウスの全血を1倍、10倍、100倍、1000倍希釈したものと、白血球除去した血液の1倍をマウスの脳内に接種し感染力価を測定するという方法を開始した。この結果は、本研究の最終年度には得られる予定であるが、細胞成分特に白血球に感染性が存在するのか、それ以外の血漿成分なのかを明らかにすることが可能である。また、来年度はヒト化マウスの発病を指標にした従来のアッセイ法に頼らず、新たに直接プリオン蛋白の異常化を検出する方法(特許出願中)によって感度良く検出できることが明らかとなっている。この方法を血液の分画別に応用する予定である。ヒトのプリオン病患者において、血液でも感染性の有無に決着をつけることは、完全な輸血および血液製剤にとってなくてはならない情報である。我々は、ヒト・プリオンに対して高い感受性を示す遺伝子導入マウスモデルを利用してプリオン病の患者の末梢血液内に感染性が存在するのかを検討するため、限界希釈法を用いたタイトレイションを行った。ヒト化マウスの発病脳を用いて、限界希釈によって感染性をチェックしたところ、10^<-7>希釈の脳乳剤まで発病し、50%の致死量単位はlogタイターで、8.16logLD_<50>/gramであった。このように、高い感受性マウスの開発に成功し、さらに、リンパ組織の濾胞樹状細胞(FDC)を用いたバイオアッセイ法を確立した。このFDCのバイオアッセイ法を利用すると、従来600日必要としたバイオアッセイ法がわずか30日まで短縮されること、さらに英国で問題となっている新型CJDもアッセイ可能なこと、そして、限界希釈による検討を加えた結果10^<-7>希釈でも感染性が検出できることが明らかとなった。つまり、従来のどんなバイオアッセイ法より高い感度でアッセイでき、しかもアッセイ期間の短縮が可能となったのである。今後、このアッセイ法を用いて、ヒトの組織中に含まれる微量な感染性をチェックするとともに、今回の成功を踏まえて、ウシ型のプリオンのアッセイ法に発展させる予定である。
バングラデシュの少数民族における教育問題の複層性に関する民族間比較研究

本研究の目的は、バングラデシュにおける少数民族の教育制度受容の現状や教育がもたらす少数民族全体・個々への影響を、世帯調査、学校等の教育機関並びに家庭での参与観察から、少数民族間比較を通して明らかにすることである。少数民族教育研究の多くは、その国の大規模少数民族に焦点を当てたものが多く、それらの分析がその国の現状として伝えられてしまう傾向にある。つまり、多様性のある少数民族の在り方が、単純化されて語られている現状がある。そこで、少数民族教育問題分析のための基盤となる枠組みを構築し、ラスト10%問題解決へむけた政策提言的研究を目指す。
シリコンウェハ加工技術を用いた300GHz帯高利得高効率広帯域平面アンテナの研究

300GHz帯積層薄板2層構造中空導波管並列給電16x16スロットアレーアンテナを,製作精度が約数μmであるシリコン加工技術により設計,製作した。設計周波数350GHzで一様励振設計した。直径4インチ,厚さ0.2mmのシリコンウエハ5枚を用いて試作する手法を確立した。利得3dB低下比帯域が約10%(帯域幅35GHz)を実験により得た。また,2つのアンテナを向き合わせた近接無線通信を検討し,位相変調を施すことで,アンテナ間の距離が010mmの範囲において,定在波の影響を受けない安定した通信を,理論とともに実証した。300GHz帯積層薄板2層構造中空導波管スロットアレーアンテナおよび直線導波路・共振器をシリコン加工技術により製作した。アンテナおよび直線導波路・共振器は概ね製作できたが,一部破損等が見られた。直線導波路の350GHz付近での伝送損失は0.91.3dBとなった。表面の金メッキの実効導電率は2.65.4x10**7S/mと見積もれた。2つの共振器の共振数周波数はそれぞれ351GHzと345GHzとなり,設計の350GHzに近い値が得られた。Q値はそれぞれ970と780であり,これらから見積もられた実効導電率は45x10**7S/mとなった。また共振器の伝送量はそれぞれ-26.5dBと-30.5dBであり,換算の実効導電率は1.63.8x10**7S/mとなった。3つの換算値にばらつきが見られるので測定法を向上させる必要がある。現時点で1.6 x10**7S/m以上が得られ,金の基準導電率4.5 x10**7S/mの35%以上の高い値となっている。アンテナは16x16素子アレーを1個試作したが,未測定である。上記の試作アンテナ、導波路、共振器の評価技術において,周波数が300GHzと高い(波長1mmに対応する)ことから小型の簡易電波暗室を構築するとともに,300GHz帯のスペクトラム計測の高速掃引技術を開発し,測定時間の大幅な短縮(1測定当たり,15分から5秒)に成功した。また、スロットアレーアンテナの応用技術の一環として、近接無線への適用を検討し、同アンテナがホーンアンテナよりも安定した近接無線を実現できることを示した。300GHz帯積層薄板2層構造中空導波管スロットアレーアンテナを,製作精度が約数umであるシリコン加工技術により製作した。16x16素子アレーアンテナを設計周波数350GHzで一様励振設計した。実現利得が31dBiを超える周波数範囲は338GHzから372GHzまでであり,比帯域は約10%を得た。直径4インチ,厚さ0.2mmのシリコンウエハ5枚を用いて,アンテナ,導波路,共振器を製作する手順として,パターンエッチング,メッキ,接合,ダイシングを行う手法を確立した。金電気メッキの下地として,クロムを電子ビーム蒸着した場合と,さらに無電解ニッケルメッキを施した場合を検討した。簡易な構造の導波路,共振器ではクロムを電子ビーム蒸着した場合が良い結果であり,構造が複雑なアンテナではさらに無電解ニッケルメッキを施した場合が良かった。設計周波数の350GHzを中心として,利得3dB低下比帯域が約10%(帯域幅35GHz)と,並列給電の特長である広帯域特性が初めて実験で確認できた。また,同一構造の4つのアンテナを試作しその特性を比較したところ,ばらつきが小さいことを確認した。パターンエッチング,メッキ,接合のいずれの工程もおおむね成功したといえる。また,2つの積層薄板2層構造中空導波管スロットアレーアンテナを向き合わせた近接無線通信の検討を行い,位相変調を施すことで,アンテナ間の距離が010mmの範囲において,定在波の影響を受けず安定した通信が可能であることを,理論で示すとともに,実験からも実証した。アンテナに関しては,現時点で製作が完了し,精度のある製作法の確認ができたが,まだ未測定である。導波路に関しては,予定通り,長さの異なる導波路の伝送測定だけでなく,共振器も試作してその伝送測定を測定した。300GHz帯で良好な導電率特性が得られた。測定に関しても,効率よく高精度なシステムを使用して行うことができた。H26年度の目的をほぼ達成した。電気電子工学アンテナの測定を行い,その結果を踏まえ,アンテナの製作法,設計法の改良を行っていく。また,多素子のアンテナにおいて,長くて細いパターンがあるので,そのような強度的に弱い部分を製作する手法を検討する。

H26年度末現在ではアンテナ試作は行ったが測定が完了しておらず,H27年度にアンテナの結果がうまくいった後に本格的な通信実験を行うため。通信実験での増幅器等の電気機器に使用する。
液体ヘリウム3中のクラスターの核偏極と準粒子散乱

常流動ヘリウム3中の正イオンは誘電分極によりヘリウム3原子が(He_2)^+の周りに引き付けられ、"snow ball"と呼ばれるクラスターを形成していると考えられている。その移動度は100mK以下においてヘリウム3準粒子との散乱により決められているが、その散乱過程にクラスター表面上のヘリウム3核スピンとヘリウム3準粒子の核スピン間の磁気的交換相互作用の寄与が指摘されている。この寄与を調べるために高磁場(<15T)で高圧(<33気圧)の試料について、精度の高い移動度の測定を行ってきた。移動度の測定法としては飛行時間測定法を用い、ドリフト速度と電場が比例する範囲で移動度を求めた。今年度は、幾つかの圧力でLog[1/T]依存性の係数が磁場をパラメーターとして求められた。この係数が磁場依存性を持つこと又その磁場依存性が圧力で変化することが判った。これは前年度に見い出された一定温度での移動度が磁場依存性を持つことに対応している。一方、"electron bubble"と呼ばれる負イオンについて高圧(約29気圧)試料の測定が行われたが、20mK以下でも移動度は温度にほとんど依らず、また磁場依存性も存在しないことが明らかになった。この結果、これまでに観測された正イオンの奇妙な磁場依存性については、クラスター表面上のヘリウム3核スピンが深く関与していると考えられる。しかし現時点では圧力依存性など定量的に説明することは難しく新しい理論の構築が必要である。フェルミ液体である常流動ヘリウム3中の正イオンは(He_2)^+の周りに誘電分極によりヘリウム3原子が引き付けられ“snow ball"と呼ばれるクラスターを形成していると考えられている。この移動度は100mK以下においてヘリウム3準粒子との散乱により決められているが、その散乱過程にクラスター表面上のヘリウム3核スピンとヘリウム3準粒子の核スピン間の磁気的交換相互作用の寄与が指摘されている。この寄与を調べる過程で見い出された高磁場下での大きな移動度減少の起源を明らかにするため、これまでの測定領域をより高磁場(15Tまで)へ拡張しより高圧(30気圧以上)の試料について精度の高い測定をめざして、まず新しいイオンセルの設計・製作を行った。移動度の測定法としては、飛行時間測定法を用いるが、これまでのイオンセルは二つのグリッドしか備えていない簡単なもので、ドリフト時間の決定に入る誤差が大きい。そこでこの中間に新たなグリッドを設置し、引き出し電場の均一化と測定精度の向上を計れる様に設計された。同時に正イオンを生成するタングステン針についても様々なエッチング条件を試みた結果、500V程度でも安定に作動するものを開発することに成功した。こうして製作された試料セルを超低温・強磁場核冷凍機に設置し、冷却系および測定系のテストを行っている。同時に飛行時間測定法だけでなく、コレクターに入る電流波形をロックイン検波する新たな新しい測定法も試みている。フェルミ液体である常流動ヘリウム3中の正イオンは(He_2)^+の周りに誘電分極によりヘリウム3原子が引き付けられ"snow ball"と呼ばれるクラスターを形成していると考えられている。この寄与を調べる過程で見い出された高磁場下での大きな移動度減少の起源を明らかにするため、これまでの測定領域をより高磁場(15Tまで)へ拡張しより高圧(30気圧以上)の試料について、新しいイオンセルを製作し精度の高い測定を行った。移動度の測定法としては飛行時間測定法を用いたが、新たなグリッドを設置し引き出し電場の均一化と測定精度の向上を計った。まず一定温度3.2mKでの磁場依存性が様々な圧力で行われた。

低圧力では磁場依存性はほとんどないが、高圧力では移動度にピークが現われること、さらにそのピークが圧力の増加と共に低磁場にシフトして高磁場側に大きな移動度の減少がみられること、しかもその減少が31気圧では30%以上になることがわかった。次に20mKでの移動度の磁場依存性には前述の様なピークがなく、圧力の増加と共に圧力依存する緩やかな減少が観測された。以上の起源については、クラスター表面上のヘリウム3核スピンが関与していることは確かであるが、詳細は全く不明であり理論的な解明が待たれる。常流動ヘリウム3中の正イオンは誘電分極によりヘリウム3原子が(He_2)^+の周りに引き付けられ、"snow ball"と呼ばれるクラスターを形成していると考えられている。その移動度は100mK以下においてヘリウム3準粒子との散乱により決められているが、その散乱過程にクラスター表面上のヘリウム3核スピンとヘリウム3準粒子の核スピン間の磁気的交換相互作用の寄与が指摘されている。この寄与を調べるために高磁場(<15T)で高圧(<33気圧)の試料について、精度の高い移動度の測定を行ってきた。移動度の測定法としては飛行時間測定法を用い、ドリフト速度と電場が比例する範囲で移動度を求めた。今年度は、幾つかの圧力でLog[1/T]依存性の係数が磁場をパラメーターとして求められた。この係数が磁場依存性を持つこと又その磁場依存性が圧力で変化することが判った。これは前年度に見い出された一定温度での移動度が磁場依存性を持つことに対応している。一方、"electron bubble"と呼ばれる負イオンについて高圧(約29気圧)試料の測定が行われたが、20mK以下でも移動度は温度にほとんど依らず、また磁場依存性も存在しないことが明らかになった。この結果、これまでに観測された正イオンの奇妙な磁場依存性については、クラスター表面上のヘリウム3核スピンが深く関与していると考えられる。しかし現時点では圧力依存性など定量的に説明することは難しく新しい理論の構築が必要である。
骨折発生要因の実証的分析に基づいた骨折予防健康教育プログラムの開発

本研究では、学童期の骨折の実態に着目し、その発生要因を実証的に分析し、骨折予防教育にいかすことを目的としている。これまでに、主体的要因のうち、体格因子としての身長のスパート期における相対的骨脆弱期が要因の一つとして示唆されることを見てきた。今回は、その時期における学校の教育活動全体で行われる健康教育のうち、学習指導要領に示された内容を教科書記載内容から確認した。小学校体育科(保健領域)、中学校保健体育科(保健分野)、高等学校科目保健について、小学校は3.4年及び5.6年の教科書4種、中学校は3種、高等学校は3種の教科書を分析した。結果、小学校ではいずれの教科書も、3.4年生で「よりよく成長するための生活・食品の中でカルシウムを取り上げ、骨や歯をつくるもとになると説明していた。また、運動について、体を支える骨と筋肉を取り上げ、資料として健康な骨とカルシウム不足の骨の写真を掲載し、骨粗鬆症を示唆していた。中学校ではけがの手当において、骨折や捻挫の手当について取り上げていた。その他、1種類の教科書では運動の効果と必要性を取り上げ、骨の発達にふれていた。高等学校では、スポーツによるけがの実態について、けがの種類や主な発生要因を取り上げていた。総じて、骨の発達と骨折の関連にふれていたのは、中学校の教科書1種であり、教科以外の健康教育に於いて指導していくことの重要性が示唆された。小学校の1種にカルシウムの充足と骨の状況を視覚に訴える教材が活用されていたのは評価できるし、中学校の1種について、骨の発達と骨折の関連にふれていたのは、特筆すべき指導内容と評価できた。しかし、いずれにしても、教科保健での指導内容は少なく、学校において成長過程との関連で、科学的根拠を示した骨折予防の健康教育が重要である。学童期の骨折発生要因は、主体的要因(体力・運動能力や技術的習熟等)と環境要因(スポーツ機会や天候等)が組み合わさって発生すると指摘されている。1990年代以降、我が国の児童生徒期の骨折は急増している。小・中・高等学校における学校管理下の骨折を課題とし、その発生要因について骨折例の調査から実証的に解明することに取り組んだ。A県の1990年度の学校管理下における骨折例の悉皆調査データから、まず第一に、医師の診断名をもとに児童生徒期の骨折の実態について発生時期や発生時の教育活動を含めて明らかにした。次いで、主体的要因の視点から、児童生徒の体格因子である身長との関連について検討した。今後、さらに、主体的要因について骨折の実態との関連で詳細に検討を重ねることとしている。また、環境因子であるスポーツ機会との関連についても検討する。以上のように多面的に実証的解明を行うことで、児童生徒期の骨折要因を明確にしていくこととする。その上で、その知見をエビデンスとして、実証的データを活用した児童生徒期における骨折予防の健康教育プログラムの開発を行う。そのプログラムについては、授業実践と検証を繰り返し、その妥当性を検証していくこととする。このことにより科学的エビデンスを教材とした健康教育全般への汎用性の可能性についても検討したい。また、小・中・高等学校といった、発達段階、学校種別の健康教育プログラムのあり方についても検討したい。研究1年目には、児童生徒期の1年間の骨折の実態から、骨折の発生要因を実証的に明らかにする上で、1成長との関連、2運動機会との関連の2点からの検討を計画していたが、1の検討を行ったが、2の検討は仮説検証に時間がかかり、検証途中であり2についてはまとめ切れてはいない。学童期の骨折発生要因は、主体的要因(体力・運動能力や技術的習熟、判断力等)と環境要因(スポーツ機会や天候等)が組み合わさって発生すると指摘されている。1990年代以降、児童生徒期の骨折は急増している。小・中・高等学校における学校管理下における骨折例の調査データから、まず最初に、医師の診断名をもとに、児童生徒期の骨折の発生状況について発生時期や発生時の教育活動について概観し、次いで、主体的要因の視点から児童生徒の体格因子である身長との関連について検討した。次に、環境因子であるスポーツ機会やその受傷転機、受傷時間(授業中や登下校時等)、受傷場所等との関連についても検討中である。以上のように、骨折状況について実証的データから多面的に解明を進め、児童生徒期の骨折発生要因を明確にし、その上で、その知見をエビデンスに実証的データを活用した「児童生徒期における骨折発生予防の健康教育プログラム」の開発を行う。そのプログラムについては、授業実践と検証を繰り返し、その妥当性を検討していくこととする。このことにより科学的エビデンスを教材とした他の分野における健康教育への汎用性の可能性についても検討する。これら一連の検討により、健康教育全般に活用できる健康教育の教材開発とプログラムのあり方について提示できるものである。また、小・中・高等学校といった発達段階、学校種別の健康教育プログラムのあり方についても検討し提示できるものである。研究1年目には、骨折の発生要因を実証的に明らかにする上で、1体格因子である身長との関連と2運動機会との関連の2点からの検討を計画していたが、1年目は、1の体格因子のみの検討で終了した。そこで、2年目は、当初計画していた1年目の検討である2運動機会などの環境因子について検討を行った。そのため、当初2年目に計画していた骨折予防教育プログラムの暫定版作成は、着手をするに至っていない。学童期の骨折発生要因は、主体的要因

(体力・運動能力や技術的習熟度、判断力等)と環境要因(スポーツ機会や天候等)が組み合わさって発生すると指摘されている。1990年代以降、児童生徒期の骨折は急増している。小学校・中学校・高等学校における学校管理下における骨折例の調査データから、まず最初に医師の診断名をもとに、児童生徒期の骨折発生状況について、発生時期や発生時の教育活動について概観した結果と、主体要因の視点から、児童生徒期の体格要因である身長との関連における検討結果をもとに「骨折予防プログラムの作成」を試みた。プログラム開発において、さらに、環境因子としてのスポーツ機会やその受傷転機、受傷時の活動内容、受傷場所、受傷時の負荷強度等との関連も検討した上でのプログラム開発が必要であることが明らかになり、検討中である。以上のように、骨折状況について実証的データから多面的に解明し、その内容をエビデンスとして、児童生徒の実生活との接点を明確にした上で、そのプロセスを児童生徒自身が気づくような骨折予防プログラムの開発が有効であるのではないかと考えられる。今後、このような視点での骨折予防プログラムを授業実践と検証を重ねて、その妥当性を検証していくこととする。このことにより、科学的エビデンスをもとにした健康教育の他の分野への汎用性も見いだせるものと考え、検討することとする。これら一連の検討により、健康教育全般に活用できる健康教育プログラムのあり方について提示できるものである。本研究研究では、まず、1第1に児童生徒期の骨折発生要因を骨折例調査により、骨形成過程や体格要因、運動機会要因などの分析を行い、2その結果をもとに骨折予防プログラム(授業形式)の開発と、3実践による検証を行う計画である。小学校・中学校・高等学校における学校管理下における骨折例の調査データから、児童生徒期の骨折発生状況と発生時の教育活動について概観した結果と、児童生徒期の体格要因である身長との関連における検討結果をもとに「骨折予防プログラムの作成」を試みた。そのため、当初より、「骨折予防プログラムの開発」に時間を要しているため、計画よりも遅れている。本研究では、学童期の骨折の実態に着目し、その発生要因を実証的に分析し、骨折予防教育にいかすことを目的としている。これまでに、主体的要因のうち、体格因子としての身長のスパート期における相対的骨脆弱期が要因の一つとして示唆されることを見てきた。今回は、その時期における学校の教育活動全体で行われる健康教育のうち、学習指導要領に示された内容を教科書記載内容から確認した。小学校体育科(保健領域)、中学校保健体育科(保健分野)、高等学校科目保健について、小学校は3.4年及び5.6年の教科書4種、中学校は3種、高等学校は3種の教科書を分析した。結果、小学校ではいずれの教科書も、3.4年生で「よりよく成長するための生活・食品の中でカルシウムを取り上げ、骨や歯をつくるもとになると説明していた。
蛍光標識タイムラプス記録法を用いて金属表面の細胞親和性を評価する新しい方法の開発

本研究では、ヒト骨芽細胞の培養系を用いて、金属表面などでの細胞の動的な挙動を客観的に解析して医療材料の生体親和性に関する新しい評価方法を確立することを目的とし、以下の項目に関して成果をあげた。1)ヒト骨芽細胞の培養株を用いて、金属材料(チタン)の表面での培養細胞の挙動を、細胞接着と細胞運動の双方から解析し、この結果を英文論文として国際誌に発表した(Li C, et. al., 2006)。さらに、細胞の移動速度を制御するシグナル伝達系の解析のため、種々のシグナル伝達系に対する阻害剤や賦活剤をヒト骨芽細胞の培養系に負荷し、その影響を解析した。その結果、骨芽細胞の移動には、アクチン系を中心とした細胞骨格の動的な制御が必要であること、さらに移動の方向を制御する機構にはIP3キナーゼが関与すること、が示唆された。2)ヒト骨芽細胞の一次培養系(市販のもの)は株化された骨芽細胞とは異なる挙動を示すことが明らかとなっていた。そこで細胞運動の評価方法をいくつか試し、一次培養系の細胞に適したものを見いだした。実際には、細胞をまきこむ際にプラスティックのディッシュの中央にガラス製のスライドグラスをおき、それを鉛の重りで押さえておくと、スライドグラスを載せた部分では細胞がディッシュに接着せず、後にスライドグラスを取り除くことで、細胞が巻き込まれていない四角形の領域を作ることができた。この領域に侵入する細胞の移動速度を計測することにより、一次培養系の細胞でも再現性良く細胞の移動度を解析することが可能になった。本研究では、ヒト骨芽細胞の培養系を用いて、細胞の金属表面などでの挙動を客観的に解析し、金属表面の生体親和性に関する新しい評価方法を確立することを目的とする。平成18年度は主に以下の二つの項目に関して研究を行い成果をあげた。1)ヒト骨芽細胞の培養株を用いて、金属材料(チタン)の表面での培養細胞の挙動を、細胞接着と細胞運動の双方から解析し、この結果を英文論文として国際誌に発表した(Li C, et al.,2006)。その結果、ROCK(低分子量Gタンパクの一つであるRhoAによって活性化されるタンパク質リン酸酵素)を阻害することによって細胞の移動が速くなること、逆にIP3キナーゼ(極性を持った細胞の移動を制御するとされる)を阻害することによって細胞の移動が遅くなること、をそれぞれ見いだした。このことから、骨芽細胞の移動には、アクチン系を中心とした細胞骨格の動的な制御が必要であること、さらに移動の方向を制御する機構にはIP3キナーゼが関与すること、が示唆された。2)ヒト骨芽細胞の一次培養系(市販のものを購入)を用いて、細胞の移動の解析を開始した。一次培養の骨芽細胞は、株化された骨芽細胞とはその形態や細胞運動の様式が大きく異なっているため、1)で開発した手法を直接応用することは難しいと判断し、計測手法の改良を行っている。本研究では、ヒト骨芽細包の培養系を用いて、細胞の運動や移動などの動的挙動を客観的に解析し、骨芽細胞の生体親和性に関する新しい評価方法を確立することを目的とする。平成19年度は主に以下の項目に関して研究を行い成果をあげた。平成18年度の実績から、ヒト骨芽細胞の一次培養系(市販のもの)は株化された骨芽細胞とは異なる挙動を示すことが明らかとなっていた。具体的には、株化された骨芽細胞(Saos-2)で有効であった"in vitrowound"法(Li,Kobayashi, et. al.,2006)では、コンフルエントになった一次培養系の細胞の層が剥離してしまい解析できなかった。

そこで、細胞運動の評価が法をいくつか試し、一次培養系の細胞に適したものを見いだした。実際には、細胞をまきこむ際にプラスティックのディッシュの中央にガラス製のスライドグラスをおき、それを鉛の重りで押さえておくと、スライドグラスを載せた部分では細胞がディッシュに接着せず、後にスライドグラスを取り除くことで、細胞が巻き込まれていない四角形の領域を作ることができた。この領域に侵入する細胞の移動速度を計測することにより、一次培養系の細胞でも再現性良く細胞の移動度を解析することが可能になった。
語彙的意味構造からの投射に関する研究

述語の語彙的意味構造が語形成や統語構造にどのように反映されているかを、日本語を中心として検討し、他の言語のデータと比べることを主眼として研究を行った結果、次のような成果を得た。まず、心理述語や自動詞・他動詞の表層の格助詞の現れ方を中心としてデータの収集及びその分析を行い、更にその成果を応用して、意味構造から語形成(特に複合語形成)への投射と、語彙的意味構造における意味拡張現象の比較言語学的研究を行い、その結果として次のような新たな知見が明らかとなった。1.日本語の動詞をベースとする複合語は、英語のいわゆるdeverbal compoundsと比べてその意味や用法が規則性を欠くとされ語彙的なものと考えられてきたが、本研究では複合語のベースとなる動詞の語彙的意味構造をくわしく調べることによって、その派生名詞形を主要部とする複合語の振る舞い(特に動作名詞として用いられるか否か)が予測できること、また複合語の第一要素に現れる名詞の意味役割への制限も、語彙的意味構造レベルにおける同種の制限から整合的に説明できることが明らかになった。さらに今まで未解明であった英語の同種の複合語との差異も意味構造のレベルで説明が可能になった。2.語彙的意味構造における意味拡張、または語彙的埋め込みと呼ばれる現象を比較言語学的に調べた結果、英語には下記のような種類の拡張現象が見られるのに対して、日本語ではこれらが見られないことが明らかになった。フランス語等もこれらの現象において日本語に近いという報告があり、現在検証中である。(1)「食べる、eat」等において含意された内項の意味構造における削除(2)動作動詞(走る、run等)において目的地を示す項が意味拡張によって加えられる現象(3)本来受益者役割を選択しない動詞が意味拡張によって与格によってそれを表す現象述語の語彙的意味構造が語形成や統語構造にどのように反映されているかを、日本語を中心として検討し、他の言語のデータと比べることを主眼として研究を行った結果、次のような成果を得た。(1)「食べる、eat」等において含意された内項の意味構造における削除(2)動作動詞(走る、run等)において目的地を示す項が意味拡張によって加えられる現象(3)本来受益者役割を選択しない動詞が意味拡張によって与格によってそれを表す現象本研究では、述語の語彙的意味構造が語形成や統語構造にどのように反映されているかを、日本語を中心として検討し、他の言語のデータと比べることを主眼としている。本年度は、心理述語や自動詞・他動詞の表層の格助詞の現れ方を中心としてデータの収集およびその分析を行ってきたが、その結果として次のような新たな知見とさらに解明するべき課題が明らかとなった。1.日本語には格表示において異なる2種類の心理動詞が存在するが、その語彙的意味構造における述語の項の意味役割は、英語の心理動詞の分類においてPesetsky(1990)らによって提案された意味役割階層を使うことによってより適切に分析されるということが判明した。また、日本語の心理動詞においては、外項の有無が形容詞との交代や受身文の派生の可能性を左右しているという事実がわかった。この点は意味構造における外項・内項の区別を含めて、さらに統一的な説明ができると思われるので、現在考察中である。2.日本語の動詞には意味的には自動詞でありながら、目的格を付与するものが存在する。これらの意味分析を行った結果、目的格の付与と同志の有意志性には明らかな相関があることが判明した。この点は、英語やイタリア語などの自動詞・他動詞の比較の中で指摘されているいわゆる「Burizioの一般化」の見られる現象のひとつとして、意味構造からのより普遍的な説明が必要であり、その方向で現在分析を続行中である。3.意味構造の重要な要素であるアスペクトの中心的な概念であるtelicity(有限性)が、動詞の格付与に深く関わっていることが、英語やヨーロッパの言語の研究で現在明らかになりつつあるが、日本語においても特に起点やゴールを表す格表示の現れ方に平行的な現象が見られることが判明した。この問題については、さらなるデータの検証と共に意味構造における有限性の記述形式についての考察が必要である。

本研究では、述語の語彙的意味構造が語形成や統語構造にどのように反映されているかを、日本語を中心として検討し、他の言語のデータと比べることを主眼としている。前年度は、心理述語や自動詞・他動詞の表層の格助詞の現れ方を中心としてデータの収集及びその分析を行ったが、本年度はその成果の応用して、意味構造から語形成(特に複合語形成)への投射と、語彙的意味構造における意味拡張現象の比較言語学的研究を行い、その結果として次のような新たな知見が明らかとなった。1.日本語の動詞をベースとする複合語は、英語のいわゆるdeverbal compoundsと比べてその意味や用法が規則性を欠くとされ語彙的なものと考えられてきたが、本研究では複合語のベースとなる動詞の語彙的意味構造をくわしく調べることによって、その派生名詞形を主要部とする複合語の振る舞い(特に動作名詞として用いられるか否か)が予測できること、また複合語の第一要素に現れる名詞の意味役割への制限も、語彙的意味構造レベルにおける同種の制限から整合的に説明できることが明らかになった。さらに今まで未解明であった英語の同種の複合語との差異も意味構造のレベルで説明が可能になった。2.語彙的意味構造における意味拡張、または語彙的埋め込みと呼ばれる現象を比較言語学的に調べた結果、英語には下記のような種類の拡張現象が見られるのに対して、日本語ではこれらが見られないことが明らかになった。フランス語等もこれらの現象において日本語に近いという報告があり、現在検証中である。(1)「食べる、eat」等において含意された内項の意味構造における削除本来受益役割を選択しない動詞が意味拡張によって与格によってそれを表す現象
てんかんに併発する精神障害の治療薬に関する臨床薬学的ならびに行動薬理学的研究

【臨床薬学的検討:目的】てんかんに併発する精神障害の治療薬に関する現状を明らかにするため,抗精神病薬,抗うつ薬,抗不安薬,催眠鎮静薬,脳代謝機能改善薬の併用状況について調査した。【方法】2006年10月1日31日の間に,抗てんかん薬が処方された愛媛大学医学部附属病院の小児科および脳神経外科の外来患者を対象とした。【結果】2種類以上の抗てんかん薬が処方された難治性てんかん患者は約30%であり,半数以上の患者は単剤で発作コントロールができていることが推察された。精神障害の治療薬は約20%に併用されており,催眠鎮静薬,次いで抗不安薬が多く併用されていた。【行動薬理学的検討:目的】てんかんに併発する精神障害の治療薬を検索する目的で,我々が確立した実験動物モデルを用いて行動薬理学的検討を行った。このモデルは,電撃けいれん(ECS;50mA,0.2sec)をWistar系雄性ラットに7日間反復負荷するととで自発的交替行動率の低下と自発運動量の増加を引き起こす。さらに,これらの行動障害は約1か月間持続することを明らかにしている。【方法】本動物モデルを用いて7日目のECS負荷24時間後に治療薬を投与し,Y-maze試験(自発的交替行動率;短期記憶)とOpen-field試験(自発運動量)を実施した。【結果】反復ECS負荷で増加した運動量は,ハロペリドール(D2受容体拮抗薬)によって低下したがケタンセリン(5-HT2A受容体拮抗薬)では低下しなかった。逆に,反復ECS負荷で低下した自発的交替行動率は,ケタンセリンによって改善したがハロペリドールでは改善されなかった。一方,リスパダール(D2/5-HT2受容体拮抗薬)はこれらの行動障害を改善することが明らかとなった。以上の結果より,反復ECS負荷ラットにおける行動障害にはドパミン神経系とセロトニン神経系が関与していることが示唆された。
新機能マルチ走査プローブによる神経細胞網および類似人工無機構造の並列信号伝達解析

神経細胞網に学んだ信号伝達システムを、無機材料などの人工的調整が可能な構造で実現すれば、既存コンピュータとは全く異なる脳型の情報処理手法を提供すると期待されます。本研究では、神経細胞網およびそれを模した人工無機構造の並列信号計測を実現する新機能走査マルチプローブ顕微鏡(MPSPM)を開発しました。神経模倣型人工無機構造を試作し、MPSPMによる電気伝導評価を行いました。本研究では、我々が保有する多探針走査プローブ顕微鏡技術と高機能ナノプローブ技術を駆使して神経細胞網の刺激と応答、すなわち信号伝達を計測する手法の確立と、神経細胞網を模倣した人工無機構造の構築を目指している。平成22年度は、研究の遂行に必要不可欠な装置の導入に加え、以下に述べる成果を得た。本研究の基幹技術である多探針走査プローブ顕微鏡(MSPM)において、二つの大きな発展があった。MSPMでは探針数が4本以上になると探針相互の位置関係の把握と調整が非常に困難となる。我々は、この問題を解決するためにMSPMの新しい動作モードと線用ソフトウェアを開発し、その実効性を確認した。また、従来のMSPMでは各探針が走査トンネル顕微鏡と等価な機能を実現していたが、本研究で取り扱う細胞試料やソフトマテリアル用に原子間力顕微鏡(AFM)と等価な機能を4本の探針に与えたい。そのため、チューニングフォークタイプのセンサを利用して、MSPMに最適な形のプローブを開発し、大気中や真空中のみならず液中においても安定なAFM動作を確認した。また、10^<13>-10^<14>ものラマン散乱増強度を実現する単分子識別検出プローブの作製プロセスに介在する極微量の金属不純物に依存して達成できる増強度が大きく変化する事を見出し、作製プロセスの改善を行った。イオン伝導計測用のCNTナノプローブを用いた神経細胞計測実験では、さらなるノイズ対策が必要である。神経細胞模倣の人工無機構造に関連して、オクチチオフェン分子による自己組織構造形成過程や、その形状が神経細胞の樹状突起と類似するカーボンナノホーン凝集体の特性を調査した。カーボンナノホーン凝集体が、可逆・非可逆な変形を伴う興味深い電気特性変化を示すことを新たに発見したので、これを利用したネットワーク状の伝導構造を構築する研究に着手した。平成23年度は、前年度にAFM化された多探針走査プローブ顕微鏡のさらなる改良を進めて、刺激・応答計測に備えるだけでなく、神経細胞模倣の人工無機構造に関連して大きな進展があった。特に、その形状が神経細胞の樹状突起と類似するカーボンナノホーン(CNHs)凝集体に金属化合物を内包させ、光や熱によるエネルギー付与を行うと、金属原子がCNHsの外側に凝集するという現象を発見した。透過電子顕微鏡によれば、この金属化合物の分解と金属原子の凝集の過程では、金属原子がCNH間を移動するほどの拡散が起こっている可能性がある。この特徴を利用すれば、CNHs凝集体からなるネットワーク型伝導材料に学習効果を持たせ得ると考え、フォトリソグラフィーを用いて用意した2つの金属電極間をこのネットワーク型伝導材料によって架橋する材料調整法を開発した。具体的には、電気泳動法を用いて、目的の金属電極周辺に溶媒中に分散しているCNHs凝集体を集めた。その後、光の照射に応じて、CNHs凝集体ネットワーク全体の電気抵抗が小さくなること、その変化量は光の波長に応じて変化することなどを見出した。しかしながら、このネットワーク型伝導材料には、光照射条件を変化させても、基本的には電気抵抗が小さくなるのみで、逆反応が生じなかった。そこで、我々は、CNHs凝集体同士の接点の伝導性を優先的に制御するために、ジュール熱の利用を試みた。予備的な実験では、電流量の制御によって、全体の電気抵抗が減少する条件と逆に増大する条件が存在することを確認し、このような電気抵抗の増減は繰り返し行う事が可能であった。本研究では、多探針走査プローブ顕微鏡技術と高機能ナノプローブ技術を駆使して神経細胞網の信号伝達を計測する手法の確立と、神経細胞網を模倣した人工無機構造の構築を目指している。最終年度である平成24年度に達成した研究成果は以下の通りである。1)神経細胞網の計測に向け、試料面を上に向け上方から高倍率光学顕微鏡対物レンズあるいは走査電子顕微鏡電子銃を設置できる、新しい多探針走査プローブ顕微鏡を構築し、多探針での像観察ならびに2本の高機能プローブによる導電性計測を実現した。2)Agアセテートを内包させたカーボンナノホーン(CNHs)凝集体のクラスター構造では光および熱によってAg原子が生成すると、凝集体間の接合電気電導度が向上しクラスター全体の電気電導度が向上することを見出していた。

このAgアセテートからAg原子を生成する化学反応は非可逆であるにも関わらず、凝集体間の局所的ジュール熱を利用した場合は、大規模な(凝集体数>>数万個、クラスターサイズ:10μm以上)クラスター全体の電気電導度を高くする方向にも低くする方向にも制御できた。しかし、小規模(凝集体数<数万個、クラスターサイズ:5μm以下)なクラスターにおいては、この制御が困難であった。より詳細な検討を続けていく。3)CNHs凝集体のクラスターは、その内部では電導経路がネットワーク化されており、系に発生するノイズ強度が系のネットワークのサイズを大きくするほど大きくなった。これは、構築したネットワーク系がリカレント型の信号伝達経路を実現するものであることを示唆している。4)その他、神経細胞網の信号伝達手段の一つと考えられるナノメカニカル信号の計測に向けてB16メラノーマ細胞の力学特性検出を実施し、神経模倣型ネットワークの構成材料として興味深い窒化ホウ素ナノ材料、シリセンナノリボンの生成と特性に関する検討を行い論文発表した。重要な技術として、3年計画でプロトタイプ化を進めようと計画した多探針走査プローブ顕微鏡に関しては、ほぼ必要なプロトタイプ技術が完成し、2年目にして概ね計画した内容を終わらせている。そのため、複数のプローブの位置決め精度を高めるだけではなく、この作業がより一般の研究者にも利用しやすくなるように、計画には無かった走査電子顕微鏡装置への組み込みを開始した。細胞計測に関しては、細胞を適切に取り扱うための人員確保が困難となり、基本的な技術の確立のみを行なっている。特に予想外の進展を見せているのが、人工無機構造による神経模倣材料の開発である。当初想定した方式での学習効果発現は困難であったが、より簡便で効果的な手法を発見し、神経を模倣した機能を持つ材料の開発へと進展しつつある。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、神経模倣型人工無機構造の構築とその機能制御のメカニズムを重視して研究を推進する。特に、カーボンナノホーンを用いた神経模倣型ネットワーク材料は、比較的簡便な手法でスケールアップでき、その機能には学習効果が認められるため、大変興味深い。生きた細胞を利用した計測研究は、予想以上に時間とマンパワーが必要な実験となり、研究代表者の判断で、必要とされる技術の開発に注力することとした。具体的には、単分子識別検出ナノプローブの最適化とそれを用いた顕微手法をマルチプローブへ組み込むための技術開発である。これが完成させた上で効率的な計測研究を再開したい。