hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植栽構成と視覚心理的効果の関係に関する認知科学的研究

これらの主観評価ではほとんどの被験者で同様の結果になったが、脳血流や脳波では上述した傾向とは異なる傾向を示す被験者もあり、脳血流や脳波と、主観評価との対応関係についてはさらに分析が必要であり、次年度の課題とする。芝生への接触と人の生理心理反応:刈高の異なる芝生に裸足で触れた時の脳血流、POMS、印象評価を解析した結果、POMS、印象評価では刈高の高い芝生と低い芝生との間で異なる結果となったが、脳血流では差は見られなかった。校庭の芝生と生徒の校庭利用の関係:千葉県内で校庭に芝生がある学校とない学校を対象に校庭の利用実態を調べた結果、芝生があることによって校庭で遊ぶ児童の割合や頻度が高くなる傾向があり、芝生が校庭での遊びを促し活発化させる可能性のあることがわかった。また、芝生がある学校では地面に触れる動作をより多く含む行動が多かったことから、芝生は接地行動を促す可能性があると考えられた。対植に対する日本人と韓国人の眼球運動の比較:対植が一般的な韓国と少ない日本において、それぞれの配植の視覚心理的背景を探るために対植に対する韓国人と日本人の眼球運動を比較・検討した。5つの対植パターン(円錐形の2本、球形の2本、円錐形で高さが異なる2本、球形で幅と高さが異なる2本、円錐形と球形)に対する好みの度合を調査した結果、両国ともに球形2本のパターンをもっとも好むという類似の傾向が見られた。上記の5パターンのうち、2本の形状が異なるパターンの左右を入れ替えたパターンを加え、計8パターンに対する眼球運動を計測した結果、日韓ともに総停留時間ではいずれのタイプにおいても有意差は見られず、停留点分布範囲でも類似の傾向が見られた。これに対して、視覚対象範囲を左、中、右に3区分した場合ではいくつかの対植パターンにおいて総停留時間、停留点数、および平均停留時間に有意差がみられ、韓国人・日本人の眼球運動に違いが見られることが分かった。特に日本人では2本の樹木の間にも停留点が分布する被験者が見られ、日本人の特徴的な眼球運動と考えられた。緑陰の生理心理的効果を明らかにするため、日射の遮蔽と照度を同程度にしたツルニチニチソウと塩ビ板のパーゴラの下で被験者の生理心理的反応を比較した結果、POMSによる感情状態と、脳波・心拍を指標とした生理反応のいずれにおいてもツルニチニチソウのパーゴラで有意に快適性が高くなった。西洋ハーブの生理心理的効果を明らかにするため、その認識・利用実態を調べた結果、年齢層が高いほど、また男性より女性で高い傾向がみられた。認識度の高い種類を中心に6種のハーブの香りに対する印象は、フルーツセージ・バジル・ラベンダーが快適と評価され、一方カレープラントが不快と評価された。また、脳血流ではラベンダーとカレープラントで性差、バジルとカレープラントで嗜好差を示す傾向がみられた。さらに、最低血圧・脈拍はバジルに比べてセージで有意に低く、セージでの脈拍の低さはローズマリー・カレープラントに対しても有意であった。以上のことから、快適な香りと評価されたハーブ類では脈拍が低下する傾向があり、快適な香りを嗅ぐことによって副交感神経系優位の状態になる傾向が確認された。人と植物・緑地との複合的関係と位置づけられる里山管理活動に伴う植生変化と活動参加者の行動・意識の変化の関係を調査・解析した結果、2000年からの管理活動が林床植生を規定していることが明らかになった。また、7年間の管理活動は管理による植生の多様性や希少種の復元、開花などを通して進展し、より広範な環境管理活動へと展開する傾向が把握できた。つまり、市民による里山管理に伴う植生変化と活動参加者の意識・行動には、密接な相互作用がみられ、その過程には里山活動によって同じ緑地を繰り返しみることと、緑地に能動的に関わることによる認知内容の変化や認識の深まりがみられた。
大工職人における徒弟制度の研究

1文献資料なとどともに聞書で得られた、大工の生活史などの伝承資料を使用して、徒弟制度の実態を探ってみた。幼い頃から徒弟奉公に入った者が、どのような修業をして一人前の職人になっていったかを考察した。民俗学的な方法による、主な調査地は、長野県木曽郡木曽福島町・日義村、岐阜県高山市、富山県富山市、新湊市などである。2伝統的社会における大工は、1315歳頃に弟子入りして、徴兵検査の頃まで徒弟奉公をするのが一般的であった。弟子入りすると、親方の家族の一員として住込みの生活がはじまった。最初は家事手伝や道具の運搬などの仕事をしながら、鉋のとぎ方、鋸の使き方などをした。その後、あまり重要でない部分の材料を渡され、板削り、穴彫りなどの技能を習得した。年明けの頃になって、ようやく敷居入れ、天上張りなどをした。見様見真似で簡単な仕事から、複雑な仕事へと技能を習得していくのであった。技能伝授の秘密性は大きな障害であった。徒弟に対する技能の教育方法は非組織的であり、その教育内容は非系統的であった。技能の習得段階と修業生活について明らかにした。21歳になると年明けになり、一人前の職人として認定された。その際に、親方は徒弟に道具一式と晴着を与えた。礼奉公は半年1年であった。多くの大工たちは直接の親方か、あるいは、他の親方のもとに雇われて働いたが、その後独立する職人もいた。親方と弟子の主従関係は生涯続くものであり、親戚付合になった。3将来の課題(1)親方から独立して職人になった時について、調査・研究を進める必要がある。(2)親方は仕事の縄張りがあって、お互に勢力を争った。その実態を明らかにしたい。(3)長野県木曽郡の大工の弟子には、本弟子と寄弟子があり、その実態について、同県の他地域、他県についても究明したい。
7回膜貫通型カドヘリンの下流シグナル因子の探索とその機能解析

7回膜貫通型カドヘリンFlamingo (Fmi)に結合する候補分子のうち、LIMドメインを持つ細胞質タンパクPrickle (Pk)とEspinas (Esn)に焦点を当てて解析を進めた。前年度までの研究から、試験管内および生体内において、これらの分子がFmiのC-tail領域と物理的に結合することを免疫沈降法により検定できている。Pkは、上皮細胞の平面内細胞極性の形成においてFmiと協調的に作用していることがわかっている。また、Esnは上皮細胞が発達させる細胞突起である翅毛の形成に関与することが知られている。これら候補分子とFmiとがショウジョウバエ生体内で協調的に機能していることを検証するために、PkとEsnの機能欠損型もしくは機能減弱型突然変巽体を用いた表現型解析を進めた。ショウジョウバエ末梢神経系のdendrite arborzation (da)neuronの一つddaCneuronが張る樹状突起は、相互に忌避し合う特徴的な挙動を示す。Fmi変異体では、この挙動が不十分で多数の突起交叉が生じる。pk変異体およびesn変異体でも、同様の交叉異常が見られた。さらに、トランスヘテロ個体が有意な交叉異常を示したことから、これら遺伝子産物が機能的な共役関係にあることが強く示唆された。Fmi完全長および部分長をベイトに用いた分割ユビキチン再構成法によるTwo-Hybrid screenを行った。その結果、RAMP4やM6などの膜貫通型タンパク質を含む複数の結合分子候補を同定した。現在、突然変異体の表現型解析を進めているところである。私は、7回膜貫通型カドヘリンFlamingo(Fmi)が個体の発生過程を通じて多面的かつ必須の役割を果たしていることを明らかにしてきた。上皮組織では平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)の形成に必須であり、神経組織では個々のニューロンが持つ樹状突起と軸索双方の伸長パターン形成に重要である。しかし、現時点ではFmiの下流シグナルの実体はほとんど解明されていない。今年度は、Fmiと直接相互作用する候補分子群の同定と、それらの生体内での機能解析を進めた。Fmiの分子内ドメインについての構造-機能解析の過程で、カルボキシル末端を含む細胞内領域(C-tail)にミリストイル化シグナルを付加した改変分子に注目した。この改変分子をショウジョウバエ成虫の光受容細胞で発現誘導すると、顕著な投射パターン異常を示す。このことは、C-tailには未知の細胞質タンパク質が相互作用しており、軸索伸長パターンを調節するシグナルを媒介していることを示唆している。そこで私は、C-tailをbaitにしたyeast two-hybridスクリーニングをおこなった。その結果、dTestinとdCed-12を含む候補分子群を分離できた。dTestinは、タンパク質問相互作用に関わるLIMドメインを3つ有する分子であり、PCP形成に必要な分子Prickled(Pk)と高い相同性を示すが、機能は未知である。dCed-12は、C.elegans CED-12のオルソログであり、DOCK-180などと相互作用して細胞内のアクチン骨格系の動態を制御することが知られている。dTestinは上皮組織で広く発現しており、dCed-12は中枢および末梢神経細胞で発現が確認できた。現在、これらの候補分子群について、RNAi法による遺伝子ノックダウンによる影響を検討しているところである。7回膜貫通型カドヘリンFlamingo(Fmi)に結合する候補分子のうち、細胞質タンパク質dCed-12とPrickle(Pk)に焦点を当てて解析を進めた。dCed-12は細胞膜の裏打ち分子であると考えられており、複数のArmadilloリピートと一つのPHドメインを持つ。線虫や培養神経細胞での解析から細胞突起の形成や細胞の移動に重要な役割を果たしていることが知られている。PkはLIMドメインを持つ細胞質タンパクであり、上皮細胞の平面内細胞極性の形成においてFmiと協調的に作用していることがわかっている。これら候補分子とFmiとがショウジョウバエ生体内で協調的に機能していることを検証するために、dCed-12やPkの機能欠損型突然変異体を用いた表現型解析を進めた。fmi変異体では、末梢神経系のdendrite arborization (da) neuronの一つddaC neuronが張る樹状突起が過剰に伸長する異常を示す。一方、dCed-12変異体およびpk変異体では、樹状突起の枝分かれパターンは正常だが突起伸長が未熟であることを明らかにした。現在、二重変異体の表現型を検討することで、機能的な共役関係を証明する試みを続行中である。現在、それらの胚での発現様式を調べるとともに、突然変異体の表現型解析の準備を進めているところである。

前年度までの研究から、試験管内および生体内において、これらの分子がFmiのC-tail領域と物理的に結合することを免疫沈降法により検定できている。Pkは、上皮細胞の平面内細胞極性の形成においてFmiと協調的に作用していることがわかっている。また、Esnは上皮細胞が発達させる細胞突起である翅毛の形成に関与することが知られている。これら候補分子とFmiとがショウジョウバエ生体内で協調的に機能していることを検証するために、PkとEsnの機能欠損型もしくは機能減弱型突然変巽体を用いた表現型解析を進めた。ショウジョウバエ末梢神経系のdendrite arborzation (da)neuronの一つddaCneuronが張る樹状突起は、相互に忌避し合う特徴的な挙動を示す。Fmi変異体では、この挙動が不十分で多数の突起交叉が生じる。pk変異体およびesn変異体でも、同様の交叉異常が見られた。さらに、トランスヘテロ個体が有意な交叉異常を示したことから、これら遺伝子産物が機能的な共役関係にあることが強く示唆された。Fmi完全長および部分長をベイトに用いた分割ユビキチン再構成法によるTwo-Hybrid screenを行った。その結果、RAMP4やM6などの膜貫通型タンパク質を含む複数の結合分子候補を同定した。現在、突然変異体の表現型解析を進めているところである。
異なった種類の選挙において候補者要因が投票行動に及ぼす影響

2018年度(平成30年度)は、2017年10月に行われた衆院選、並びに2018年3月に行われた石川県知事選及び県議補選(金沢市選挙区)についての有権者意識調査を行った。対象は、2016年に実施した第1回調査でご回答を頂いた1,028人の方(パネル調査分)に、金沢市選挙人名簿から新たに無作為で抽出した補充サンプル1,500人の方を加えた計2,528人の方である。2018年4月2日に調査票を返送用封筒とともに郵送したところ、発送後、約1カ月の間に1,064人の方から有効回答を頂いた。発送した数に対する有効回収率は42.1%である。この調査においては、第1回調査に続いて、各候補者についての認知度、イメージ(自由記述式及び選択式)、及び好感度についての設問を設けて、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識を中心に調査した。現在は主に、候補者のイメージについての自由記述式設問への回答を形態素解析の手法により分析しているが、現職候補など有権者が持つ情報量が多い候補者についてのイメージは、仕事、能力、人柄に関するものが多いのに対して、新人候補など情報量が少ない候補者についてのイメージは、政党、政策、属性、経歴など外形的な特性に関するものが多いことや、個々の選挙特有の要因に関するイメージや候補者の属性などからくる漠然とした新人候補への期待感が投票行動と関係していることなど、候補者によるイメージの違いやその投票行動との関係について、先行研究では指摘されてこなかった新しい知見を得ることが出来た。2018年度(平成30年度)は当初の予定通り第2回調査を実施することが出来、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識に関する貴重なデータが得られた。また、その分析により、先行研究では指摘されてこなかったいくつかの新しい知見を得ることが出来、その成果の一部について2つの全国学会で口頭報告を行った。2019年度(令和元年度)には、7月の参院選後の8月に、4月の石川県議選(金沢市選挙区)及び金沢市議選をも対象とする、第3回目の意識調査の実施を予定している。平成28年度は、金沢市の有権者約36万人の中から無作為抽出した3000人の方々を対象とする郵送法による意識調査を平成28年7月の参議院選挙後に行った(回収数1028、回収率34.3%)。この調査においては、各候補者についての認知度、イメージ(自由記述式及び選択式)、及び好感度についての設問を設けて、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識を調査した。また、その説明変数や被説明変数にあたる有権者の投票行動、属性、意識、メディア接触、候補者との接点、団体加入等もあわせて調査した。現在、調査データの分析を進めつつあるが、たとえば、候補者イメージについて自由記述式で尋ねた設問からは、性別や地元出身か否かや政党との関係など候補者間の差異に着目して候補者を捉える回答者が多いこと、また、新人候補については政党との関係や立候補前の職業についての言及が多いのに対して、現職候補については人柄についての言及が多いなど、新人か現職かで捉え方が異なることなどが明らかになった。候補者との接点に関する設問からは、現職に比べて新人は当然ながら有権者との接点が少ないが、それでも、テレビや街頭演説といったいわゆる「空中戦型」の選挙運動、あるいはインターネットについては、比較的、新人と現職で差が少ないことなどが明らかになった。以上のように、これまでの先行研究ではみられなかった、あるいはほとんどみられなかった設問や選択肢を用いた調査を行うことによって、有権者の候補者についての意識や接点等に関する種々の新しい知見を得ることができた。平成28年度に実施した3000人を対象とする大規模な意識調査によって、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識に関する貴重なデータが得られ、また、その分析によって種々の新しい知見を得ることができた。平成29年度は、平成28年度に実施した参院選に関する有権者意識調査のデータ分析、関連する先行研究の検討、及び平成30年4月に予定する2回目の有権者意識調査の準備を行った。平成28年度調査データの分析については、参院選の各候補者のイメージを自由記述式で尋ねた設問に対する回答のテキスト分析などを行い、本研究の焦点である候補者についての有権者意識の分析を行った。先行研究の検討については、選挙過程における政党リーダーへの関心の増加など「民主政治の大統領制化」に関する近年の議論の中で活性化しつつある政党リーダーや候補者についての有権者意識に関する国内外の研究を収集・検討した。平成30年4月に予定する2回目の有権者意識調査は、1回目の調査の回答者に補充サンプルを加えた対象者に、平成29年10月の衆院選及び平成30年3月の石川県知事選の候補者についての意識等を尋ねるものである。研究計画調書においては平成30年11月頃の金沢市長選後の実施を予定していたが、平成29年10月の突然の衆院選を受けて急遽実施を前倒しした。この調査や分析の準備のため、選挙公約や開票結果やメディア報道など関連資料の収集や調査票の設計などの作業を行った。以上のように、平成29年度は、平成28年度に実施した有権者意識調査のデータの分析を、関連する先行研究も参照しつつ進めるとともに、その成果も踏まえつつ、平成30年4月に予定する2回目の有権者意識調査についての準備を行った。

平成28年度に実施した有権者意識調査のデータの分析を、関連する先行研究も参照しつつ進めるとともに、その成果も踏まえつつ、平成30年4月に予定する2回目の有権者意識調査について、調査票設計などの準備を着実に行った。2018年度(平成30年度)は、2017年10月に行われた衆院選、並びに2018年3月に行われた石川県知事選及び県議補選(金沢市選挙区)についての有権者意識調査を行った。対象は、2016年に実施した第1回調査でご回答を頂いた1,028人の方(パネル調査分)に、金沢市選挙人名簿から新たに無作為で抽出した補充サンプル1,500人の方を加えた計2,528人の方である。2018年4月2日に調査票を返送用封筒とともに郵送したところ、発送後、約1カ月の間に1,064人の方から有効回答を頂いた。発送した数に対する有効回収率は42.1%である。この調査においては、第1回調査に続いて、各候補者についての認知度、イメージ(自由記述式及び選択式)、及び好感度についての設問を設けて、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識を中心に調査した。現在は主に、候補者のイメージについての自由記述式設問への回答を形態素解析の手法により分析しているが、現職候補など有権者が持つ情報量が多い候補者についてのイメージは、仕事、能力、人柄に関するものが多いのに対して、新人候補など情報量が少ない候補者についてのイメージは、政党、政策、属性、経歴など外形的な特性に関するものが多いことや、個々の選挙特有の要因に関するイメージや候補者の属性などからくる漠然とした新人候補への期待感が投票行動と関係していることなど、候補者によるイメージの違いやその投票行動との関係について、先行研究では指摘されてこなかった新しい知見を得ることが出来た。2018年度(平成30年度)は当初の予定通り第2回調査を実施することが出来、本研究の焦点である有権者の候補者についての意識に関する貴重なデータが得られた。また、その分析により、先行研究では指摘されてこなかったいくつかの新しい知見を得ることが出来、その成果の一部について2つの全国学会で口頭報告を行った。今後は、今回の意識調査の対象となった選挙の候補者の経歴や選挙公報や政見放送等のデータを収集し、意識調査のデータとあわせた分析を行うことによって、有権者の候補者についての意識の形成要因について、有権者側の要因と候補者側の要因の双方から明らかにしていきたい。今後は、平成30年4月に予定する2回目の有権者意識調査の着実な実施とそのデータの分析を行い、その成果を踏まえつつ、平成31年5月に予定している3回目の有権者意識調査の実施に向けた準備を行う。2019年度(令和元年度)には、7月の参院選後の8月に、4月の石川県議選(金沢市選挙区)及び金沢市議選をも対象とする、第3回目の意識調査の実施を予定している。平成28年度に行った意識調査について、回収数不足の懸念から当初予定していた2000人ではなく3000人に調査対象者を増やしたため、回収票の受取人払いの郵便費用がかさむと当初の予算を超える危険性があったために平成29年度分を前倒し支払い請求した。しかし、結果的にはそれほど回収票の数が伸びなかったために次年度使用額が生じた。(理由)平成29年10月の突然の衆院選を受け、平成30年11月頃に予定していた有権者意識調査を平成29年度末に実施することを企図して予算の使用を控えていたが、他の研究費と合算しても予算不足のために今年度中の調査実施が困難と判明したため、翌年度の実施のために留保したものである。(使用計画)
マルコフモデルを用いたメディア情報処理における平均場近似の適用

画像や音声等のメディア情報処理においては,マルコフ性を考慮することが不可欠である.マルコフモデルを用いた多くのメディア処理では,直接観測される観測過程の下に,直接的には見えない隠れ過程の存在を仮定する.このような処理では,隠れ過程や観測過程の確率密度関数のパラメータ推定,モデルによって画像や音声が生成される確率の計算,隠れ過程の推定等が必要となる.因果的マルコフモデルでは,このような推定や確率計算のための効率の良いアルゴリズムが既に提案されているが,非因果的マルコフモデルに対してはまだない.本研究では初年度で,隠れ過程に平均場近似を適用することによって,非因果的マルコフモデルに対する高能率な計算アルゴリズムを提案した.提案法のポイントは,平均場を用いることによって,全体の隠れ過程や観測過程の確率,及び隠れ過程全体の事後確率も局所確率の積に分解できることにある.また,全ての隠れ状態に対する局所事後確率から構成される局所事後確率ベクトルを,具体的な平均場として利用できることを示した.次年度と最終年度では,提案アルゴリズムの有効性を評価するために,実際に画像処理と音声処理に適用した.画像処理では,非因果的マルコフモデルであるマルコフ確率場(MRF)モデルを用いるが,ウェーブレット変換画像に対してMRFモデルを適用する枠組みについて重点的に検討した.このアプローチは,これまでの原画像をMRFでモデル化する方法の問題点(主として,近距離の相互作用しか考慮できないことから派生する)を克服できる,極めて有効な方法であることがテクスチャ認識やテクスチャセグメンテーションを通して確認できた.また,音声処理では話者認識に適用し,逐次確率比検定を用いたオンライン認識による話者照合や話者識別での有効性を確認した.画像や音声等のメディア情報処理においては,マルコフ性を考慮することが不可欠である.マルコフモデルを用いた多くのメディア処理では,直接観測される観測過程の下に,直接的には見えない隠れ過程の存在を仮定する.このような処理では,隠れ過程や観測過程の確率密度関数のパラメータ推定,モデルによって画像や音声が生成される確率の計算,隠れ過程の推定等が必要となる.因果的マルコフモデルでは,このような推定や確率計算のための効率の良いアルゴリズムが既に提案されているが,非因果的マルコフモデルに対してはまだない.本研究では初年度で,隠れ過程に平均場近似を適用することによって,非因果的マルコフモデルに対する高能率な計算アルゴリズムを提案した.提案法のポイントは,平均場を用いることによって,全体の隠れ過程や観測過程の確率,及び隠れ過程全体の事後確率も局所確率の積に分解できることにある.また,全ての隠れ状態に対する局所事後確率から構成される局所事後確率ベクトルを,具体的な平均場として利用できることを示した.次年度と最終年度では,提案アルゴリズムの有効性を評価するために,実際に画像処理と音声処理に適用した.画像処理では,非因果的マルコフモデルであるマルコフ確率場(MRF)モデルを用いるが,ウェーブレット変換画像に対してMRFモデルを適用する枠組みについて重点的に検討した.このアプローチは,これまでの原画像をMRFでモデル化する方法の問題点(主として,近距離の相互作用しか考慮できないことから派生する)を克服できる,極めて有効な方法であることがテクスチャ認識やテクスチャセグメンテーションを通して確認できた.また,音声処理では話者認識に適用し,逐次確率比検定を用いたオンライン認識による話者照合や話者識別での有効性を確認した.画像や音声等のメディア情報処理においては,マルコフ性を考慮することが不可欠である.マルコフモデルを用いた多くのメディア処理では,直接観測される観測過程の下に,直接的には見えない隠れ過程の存在を仮定する.このような処理では,(1)隠れ過程や観測過程の確率密度関数やパラメータ推定,(2)モデルによって画像や音声が生成される確率の計算,(3)隠れ過程の推定等が必要となる.因果的マルコフモデルでは,このような推定や確率計算のための効率の良いアルゴリズムが既に提案されているが,非因果的マルコフモデルに対してはまだない.本研究では,隠れ過程に平均場近似を適用することによって,非因果的マルコフモデルに対する高能率な計算アルゴリズムを提案した.提案法のポイントは,平均場を用いることによって,全体の隠れ過程や観測過程の確率を局所確率の積に分解できることにある.隠れ過程全体の事後確率も局所事後確率の積に分解できる.全ての隠れ状態に対する局所事後確率から構成される局所事後確率ベクトルを,具体的な平均場として利用できることを示した.実際に,非因果的マルコフモデルであるマルコフ確率場(MRF)モデルを階層化した階層的MRFを画像モデルとして用いた,教師なし画像セグメンテーションに提案法を適用した.(1)のパラメータ推定は,不完全データによる最ゆう推定法であるEMアルゴリズムによって行われる.そこでの,隠れ過程の事後確率を用いた期待値計算における計算困難性が,平均場近似によって回避できた.また,(3)の隠れ過程の推定精度の向上,すなわち画像セグメンテーション精度の向上が確認できた.画像や音声等のメディア情報処理においては,マルコフ性を考慮することが不可欠である.マルコフモデルを用いた多くのメディア処理では,直接観測される観測過程の下に,直接的には見えない隠れ過程の存在を仮定する.

このような処理では,隠れ過程や観測過程の確率密度関数のパラメータ推定,モデルによって画像や音声が生成される確率の計算,隠れ過程の推定等が必要となる.因果的マルコフモデルでは,このような推定や確率計算のための効率の良いアルゴリズムが既に提案されているが,非因果的マルコフモデルに対してはまだない.本研究では昨年度,隠れ過程に平均場近似を適用することによって,非因果的マルコフモデルに対する高能率な計算アルゴリズムを提案した.本年度は,提案アルゴリズムの有効性を評価するために,実際に画像処理と音声処理に適用した.画像処理では,非因果的マルコフモデルであるマルコフ確率場(MRF)モデルを用いた.画像の多重解像度処理やMRFによるモデル化の適性を考慮して,ウェーブレット変換画像に対してMRFモデルを適用するアプローチをとった.提案モデルの有効性は,特にテクスチャ画像処理において顕著であると考えられることから,テクスチャ認識とテクスチャセグメンテーションに適用した.実験の結果,提案モデルが高い認識性能とセグメンテーション性能を有することが確認された.音声処理では話者認識に適用し,統計的逐次決定法を用いたオンライン認識による話者照合(発声者が名乗った本人か否かを判定)で評価を行った.これまで,逐次決定法を用いた話者照合では,確率計算の点でマルコフ性の導入が困難であったが,平均場近似のもとではそれが可能となり,照合正解率が向上した.画像や音声等のメディア情報処理においては,マルコフ性を考慮することが不可欠である.マルコフモデルを用いた多くのメディア処理では,直接観測される観測過程の下に,直接的には見えない隠れ過程の存在を仮定する.このような処理では,隠れ過程や観測過程の確率密度関数のパラメータ推定,モデルによって画像や音声が生成される確率の計算,隠れ過程の推定等が必要となる.因果的マルコフモデルでは,このような推定や確率計算のための効率の良いアルゴリズムが既に提案されているが,非因果的マルコフモデルに対してはまだない.本研究では一昨年度,隠れ過程に平均場近似を適用することによって,非因果的マルコフモデルに対する高能率な計算アルゴリズムを提案した.本年度は昨年度に続いて,提案アルゴリズムの有効性を検証するために画像処理や音声処理に適用すると共に,本研究全体のまとめを行った.画像処理では,非因果的マルコフモデルであるマルコフ確率場(MRF)モデルを用いるが,ウェーブレット変換画像に対してMRFモデルを適用する枠組みについて検討した.このアプローチは,これまでの原画像をMRFでモデル化する方法の問題点(主として,近距離の相互作用しか考慮できないことから派生する)を克服できる,極めて有効な方法であることがテクスチャ認識やテクスチャセグメンテーションを通して確認できた.このアプローチは,マルチスペクトル画像の多重解像度処理に帰着され,これに平均場近似を適用することになる.また,話者認識では新たに,多クラス分類問題である話者識別への適用方法を研究した.その結果,話者識別においても,話者や発声内容に依存した適応的な処理(発声長制御)を実現することができた.
遺伝子改変マウスを用いた肝炎病態における内因性ヒスタミンの効果の解析

申請者は、これまでインターロイキン18(IL-18)の種々の免疫応答調節機能について研究を行い、その作用機序として、免疫担当細胞の膜抗原蛋白である接着分子ICAM-1、B7、CD40を介する免疫細胞間相互作用の亢進が関与することを報告した。一方、炎症・免疫担当細胞で産生放出される内因性誘導型ヒスタミンの機能解析を行った結果、ヒスタミンは抗原提示細胞上の接着分子の発現抑制を介して免疫応答を制御することを見い出した(1)。このような、IL-18によって増幅される免疫炎症反応応答は、実験的肝炎モデルマウスにおいても認められ、さらに内因性誘導型ヒスタミンがH2受容体を介して肝炎を抑制することを報告した(2)。また、他のオータコイドのプロスタグランディン(PG)E1、PGE2、アドレナリンがヒスタミンの効果を模倣することを見い出した(3-8)。本研究は実験的肝炎モデルにおけるヒスタミンやプロスタグランディンE2などの抑制の作用機序を明らかにし、免疫応答の関与する肝炎病態の新しい治療法を開発するための基礎研究である。Wildマウス、ヒスタミンの合成酵素HDCノックアウトマウスやH2受容休ノックアウトマウスを用いて、P.acnes前処理LPS負荷による実試的肝炎モデルをつくり、ヒスタミンによる肝炎治療効果について、血中IL-18、TNF-α値をELISA法、血中GOT、GPT値を比色定量法で評価した。さらに、肝臓、脾臓と肺臓についてHE染色で形態変化とTUNEL法でアポトーシスについて評価した。組織中のヒスタミン、HDC、ヒスタミンの主要代謝物であるt-MHAを高速液体クロマトグラフィー法で調べ、インターロイキン18(LL-18)、TNF-αをwestern法で調べた。これらのことから、内因性誘導型ヒスタミンがH2受容体を介して肝炎を抑制し、生存期間を延長することを見い出した。現在、投稿中である。健常人末梢血単核球およびそこからエルトリエーション法での単離した単球を用いたvitroの実験によって、ヒスタミン、加えてヒスタミンH2受容体と同じGs共役型受容体であるアドレナリンβ2受容体作用薬やプロスタグランヂン受容体EP2/EP4選択的作用薬の免疫効果についてサイトカイン産生値をELISA法で、TCR/HLA-DR、LFA-1/ICAM-1、CD28/B7、CD40/CD40Lによる細胞間シグナル伝達機構についてflowcytometry法で検討したところ、これらの刺激はIL-18やLPSによる細胞間シグナル伝達やサイトカイン産生を抑制したことが分かったので発表した。
金属超格子を作る新しい試みのその場電子顕微鏡法による研究

昨年度に引続き、透過電子顕微鏡法によって金属の超格子作成におけるsurfactant mediated epitaxyの可能性を検討した。昨年度はPbを用いたが、今年度はBiを用いて、Au-Agの超格子作成を試みた。まず、Au(111)結晶をMoS_2上に作成し、表面再構成構造(22x√3を観察する。次にBiを単原子層吸着させると、再構成表面構造は消失した。次に再びAuを蒸着しても、再構成表面は形成されなかった。Au粒子の間に1次核成長した粒子には再構成表面構造が観察されたので、Au蒸着中にBiは常に表面最上層に偏析していることが推定された。一方、Agをはじめに蒸着して(111)表面を持つ試料を作成し、次にBiを単原子層蒸着して後Auを蒸着した。AuはAg上で、数原子層の厚みのアイランドを作りながら成長することは知られている。しかし、Biで覆った表面ではステップ成長が観察された。またAuを数元素層以上蒸寛しても、表面再構成構造は観察されなかった。このことは、上述したように、Biは常にAu最外層表面に偏析して再び示している。一上その上に、Agを成長させ、さらにAuを成長させても、表面再構成構造が現れない点は共通していた。このことは、Agの蒸着の際もBiが偏析することを意味している。Agの蒸着の際にBiが表面偏析することはFOMのグループによっても報告されており、われわれの結果もそれを支持している。以上の結果から、Biをsurfactantとして用いることによって、Ag/Au人工超格子は原子層レベルで界面が制御出来る可能を示すことが出来た。Ag、Auは格子定数も殆ど同じであるので、不一致転位の問題も少ないと考えられる。
血管新生に及ぼすプラスミノーゲン分画とその阻害物質の作用機序の解明

この研究の目的は、腫瘍の転移・増殖における線溶系因子の関与を解明することにある。本研究に於いて、浸潤・増殖に不可欠な血管新生を抑制するとされる、プラスミノーゲンの蚤自分解分画であるアンギオスタチンの、腫瘍の増殖・転移能に及ぼす影響を検討した。昨年度までの研究において、ヒトプラスミノーゲンを添加し培養したヒト腫瘍細胞の培養上清中にアンギオスタチンが生成されることが確認でき、これが、より強い抗血管新生効果を有するとされるS-S結合が解離したアンギオスタチンであることが示された。報告されているアンギオスタチンはプラスミノーゲンのクリングル1-4であるが、この方法で得られた分画はクリングル1-5である可能性が示された。ヒト大腸癌切除標本の癌組織中のアンギオスタチン量を測定した。癌組織中においてプラスミノーゲンの抗原性を有する低分子量分画は、同標本の正常部位と比べてより多く存在した。また、またそのS-S結合が解離していることがわかった。本研究において、このようにプラスミノーゲンのクリングル1-5を有しS-S結合が解離しているアンギオスタチンが、腫瘍細胞上清中や癌組織中に多く存在することが示された。その血管新生阻害作用に伴い、組織中の発現量が転移、浸潤能とどのように関連が或るか検討しその生理的意義を解明する必要がある。本研究に於いて、浸潤・増殖に不可欠な血管新生を抑制するとされる、プラスミノーゲンのエラスターゼ分解分画であるアンギオスタチンの、腫瘍の増殖・転移能に及ぼす影響を検討する。本年度の研究において、純化したヒトプラスミノーゲンのエラスターゼ分解により、アンギオスタチンを作成、精製し、これに対する単クローン抗体を作成した。2種類の抗体について詳細に検討を行い、すべて、アンギオスタチンと共にプラスミノーゲンにも反応するが、アンギオスタチン部分を欠く、ミニプラスミノーゲンとは結合しない事が確認された。この抗体を用いて、ヒトプラスミノーゲンを添加し培養したヒト腫瘍細胞の培養上清をウェスターン・ブロッティングで検討したところ、培養8時間で、上清中にアンギオスタチンが生成されることが確認できた。また最近、S-S結合が解離したアンギオスタチンに、より強い効血管新生効果があることが示された為、検討した結果、腫瘍細胞をプラスミノーゲンと一緒に培養することにより産生されたアンギオスタチンのS-S結合は解離していることが確認できた。しかし、純化したプラスミノーゲンのエラスターゼ分解により得られたアンギオスタチンのS-S結合の解離は認められなかった。来年度以降の研究において、二つの異なる方法で得られたアンギオスタチンの、血管内皮細胞増殖抑制効果を検討する。昨年度の研究において、ヒトプラスミノーゲンを添加し培養したヒト腫瘍細胞の培養上清中にアンギオスタチンが生成されることが確認でき、これが、より強い抗血管新生効果を有するとされるS-S結合が解離したアンギオスタチンであることが示された。更に、ヒト大腸癌切除標本の癌組織の破砕液中には同標本の正常部位と比べて、より多くのアンギオスタチンが含まれることがわかり、またそのS-S結合が解離していることがわかった。来年度以降の研究において、上記の方法で得られたクリングル1-5を有しS-S結合が解離しているアンギオスタチンの、血管内皮細胞増殖抑制効果を検討する。

この研究の目的は、腫瘍の転移・増殖における線溶系因子の関与を解明することにある。本研究に於いて、浸潤、増殖に不可欠な血管新生を抑制するとされる、プラスミノーゲンの蛋白分解分画であるアンギオスタチンの、腫瘍の増殖・転移能に及ぼす影響を検討した。昨年度までの研究において、ヒトプラスミノーゲンを添加し培養したヒト腫瘍細胞の培養上清中にアンギオスタチンが生成されることが確認でき、これが、より強い抗血管新生効果を有するとされるS-S結合が解離したアンギオスタチンであることが示された。報告されているアンギオスタチンはプラスミノーゲンのクリングル1-4であるが、この方法で得られた分画はクリングル1-5である可能性が示された。ヒト大腸癌切除標本の癌組織中のアンギオスタチン量を測定した。癌組織中においてプラスミノーゲンの抗原性を有する低分子量分子画は、同標本の正常部位と比べてより多く存在した。また、またそのS-S結合が解離していることがわかった。本研究において、このようにプラスミノーゲンのクリングル1-5を有し、S-S結合が解離しているアンギオスタチンが、腫瘍細胞上清中や癌組織中に多く存在することが示された。その血管新生阻害作用に伴い、組織中の発現量が転移、浸潤能とどのように関連が或るか検討しその生理的意義を解明する必要がある。
pirfenidoneによる障害肝保護作用の解析

[目的]肝病態モデルとして臨床上遭遇する頻度が高く、その対策に難渋する病態である劇症肝不全モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果を検討する。pirfenidone 300mg/kgを経口投与し、コントロール群は0.5%carboxymethylcellulose2mlを経口投与する。LPS/D-galactosamine投与後の両群における生存率を検討する。生存率においてPirfenidoneの効果が認められれば、LPS投与1,3,6時間後の生化学項目を測定し比較検討する。[結果]Pirfenidone群、コントロール群ともラット約20匹でのLPS/D-galactosamine投与後の生存率の比較検討を行った(基礎実験としてPirfenidoneの投与時間、投与量も検討した)。コントロール群はLPS/D-galactosamine投与後48時間以に全例死亡した。Pirfenidone群は半数(10匹)が48時間生存したが、統計学的有意差は認められなかっ左。追試実験として各群10匹ずつ同様の検討を行ったが、両群において統計学的な有意差は認められなかった。[考察]ラット劇症肝不全モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果は認められなかった。しかしLPS投与後の経時的変化において、一部生化学的項目においてPirfenidoneの生体保護効果が認められた。[目的]Tumor necrosis factor (TNF)-alphaやinterleukin-1 (IL-1)などの炎症性サイトカインによる肝病態モデルでのpirfenidoneの生体保護効果、およびその作用機構の解明を試みる。肝病態モデルとして臨床上、肝臓外科手術症例の手術後に合併する頻度が高く、その対策に難渋する病態である肝部分切除後エンドトキシン血症をラットを用いて検討する。[結果]生存率はpirfenidone投与群が有意に良好であった。LPS投与後1、3時間目において血液中炎症性サイトカイン(TNF-alpha, IL-1 beta, IL-6)及び一酸化窒素の増加がpirfenidone投与群で有意に抑制された。しかし血液中のIL-10,IFN, CINC, MIP-2に対しては有意な差は認められなかった。残肝組織中の炎症性サイトカイン量においても血液中と同様な結果が得られた。Gel shift assayによるNF-kappa B核移行に関しては未施行である。[結論]Pirfenidoneは肝切除後エンドトキシン血症時のクッパー細胞の活性化を抑制し、持続的な炎症性サイトカインの産生を抑制することにより生体保護効果に作用しているのではないかと考えられた。[目的]肝病態モデルとして肝移植術後に合併する頻度が高い肝虚血再灌隆障害モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果を検討する。[方法]300g前後のSD系雄性ラットを使用し全肝虚血モデルを作製した(門脈うっ血回避のため上腸間膜静脈と右外頸静脈間にシャント回路を作製)。75分間の温虚血の後、再灌流直前にPirfenidone 300mg/kgを経口投与、コントロール群は0.5% carboxymethylcellulose 2mlを経口投与する。再灌流後の両群における生存率を検討する。生存率においてPirfenidoneの効果が認められれば、70%部分(中央葉、左外側葉)肝虚血モデルを作製、60分間の温虚血の後、再灌流直前にPirfenidone 300mg/kgを経口投与、コントロール群は0.5% carboxymethylcellulose 2mlを経口投与し、生化学項目を測定し比較検討する。[結果]全肝虚血モデルにおいてPirfenidone群、コントロール群ともラット約20匹での比較検討を行った(基礎実験としてPirfenidoneの投与時間、投与量も検討した)。コントロール群は再灌流後36時間以に全例死亡した。Pirfenidone群は約半数(9匹)が48時間生存したが、統計学的有意差は認められなかった。追試実験として各群6匹ずつ同様の検討を行ったが、両群において統計学的な有意差は認められなかった。70%部分肝虚血モデルを作製し、再灌流後

1、3、6時間でのAST、ALT、LDHの変動を比較検討したが、両群において有意な差は認められなかった。[考察]ラット肝虚血再灌隆障害モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果は認められなかった。これまでの肝病態モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果は認められず、今後他臓器での(小腸虚血再灌流障害モデルなど)Pirfenidoneの生体保護効果を検討する予定である。[目的]肝病態モデルとして臨床上遭遇する頻度が高く、その対策に難渋する病態である劇症肝不全モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果を検討する。[結果]Pirfenidone群、コントロール群ともラット約20匹でのLPS/D-galactosamine投与後の生存率の比較検討を行った(基礎実験としてPirfenidoneの投与時間、投与量も検討した)。コントロール群はLPS/D-galactosamine投与後48時間以に全例死亡した。Pirfenidone群は半数(10匹)が48時間生存したが、統計学的有意差は認められなかった。追試実験として各群10匹ずつ同様の検討を行ったが、両群において統計学的な有意差は認められなかった。LPS投与後1、3、6時間でのAST、ALT、LDHの変動および炎症性サイトカイン(TNF-alpha,IL-1beta,IL-6,IL-10,IFN-ganma)、ケモカイン(CINC,MIP-2)を比較検討を行い、LPS投与後6時間でのALT,CINCの上昇のみをPirfenidoneは有意に抑制した。[考察]ラット劇症肝不全モデルにおいてPirfenidoneの生体保護効果は認められなかった。しかしLPS投与後の経時的変化において、一部生化学的項目においてPirfenidoneの生体保護効果が認められた。研究期間は終了したが、今後も同劇症肝不全モデルにおいてPirfenidoneの投与時間、投与量などを検討し、Pirfenidoneの生体保護効果を検討する予定である。
細胞増殖・血管新生分子イメージング：がん分子標的薬の早期治療効果評価法の確立

がんの分子標的薬の治療効果を早期に的確に判断するのは最適な個別化治療戦略の選択に非常に重要である。そこで、本研究では、PET・SPECTといった、細胞増殖・血管新生/低酸素などを画像化する分子イメージング法によるがん分子標的療法の早期治療効果評価の有効性を動物実験において実証した。さらに申請者らが開発してきた“血管新生因子を標的とする分子プローブ"の特異性・有効性をin vitroおよびin vivo実験において実証した。これらの研究成果は、がんの分子レベルの変化を画像化しうる分子イメージング法の特長を生かし、新しいがん分子標的治療の効果評価法を構築するための重要な知見を提供するものである。「研究目的」:細胞増殖・血管新生などがんの分子レベルのプロセスを画像化しうる核医学分子イメージングを用いた新しいがんの治療効果評価法を確立すること、さらには、これをがんの分子標的薬の早期治療効果判定と治療戦略に役立てることである。1)がんの分子標的療法(sorafenib)の早期治療効果判定におけるFMISO有用性について、腎細胞癌(A498)担がんマウスを用いて検討した。腎細胞癌におけるsorafenib治療による急速な腫瘍内微小血管の減少は、sorafenib治療により早期に腫瘍内低酸素領域の発生が起こり、それに続いて壊死領域の増加を引き起こした。その時に、FMISOの腫瘍内取り込みは腫瘍内低酸素領域の増加および血管密度の減少と共に増加していた。これらの結果により、FMISO PETが腎細胞癌において抗血管新生療法剤(sorafenib)治療に対する早期の腫瘍内微小環境の反応を可視化できることが示唆された。2)がんの分子標的療法(sorafenib)の早期治療効果判定におけるFLT有用性について、腎細胞癌(A498)担がんマウスを用いて検討した。Sorafenib治療前後で腫瘍体積に優位な変化は認められなかったが、予想に反し、Sorafenib治療後の腫瘍内FLT集積は治療翌日に対照群の6.6倍に増加し、Ki-67 indexは治療2日後に対照群の1.2倍に増加した。そこで、FLTは癌の分子標的療法による早期の細胞増殖能の変化を鋭敏に評価可能だと考えられる。3)123I-IIMUの肝臓、小腸への高い集積とTP発現との関係を明らかにするため、以下の検討を行った。マウスの肝臓において高い125I-IIMU集積と高いTP発現が認められた。よって、TPを標的とした新規腫瘍イメージング剤・125/123I-IIMUの肝臓への高い集積は高いTP発現によるものであることを実証した。本研究の目的は、細胞増殖・血管新生などがんの分子レベルのプロセスを画像化しうる核医学分子イメージングを用いた新しいがんの治療効果評価法を確立することである。H25年度及び研究期間全体を通じて以下の研究成果を得られ、学会、雑誌に発表した。1)がんの分子標的療法(Gefitinib)の早期治療効果判定における18F-FLTの有用性について、ヒト類上皮細胞がん(A431)担がんマウスを用いて検討した。Gefitinib治療により腫瘍へのFLT集積はリン酸化EGFおよびKi-67の発現低下とともに腫瘍サイズの変化より前に低下した。またA431担がんマウスにおけるbevacizumab、ヒト肺癌細胞(H1975)におけるcetuximabの分子標的治療においても同様に腫瘍へのFLT集積は腫瘍サイズの変化より前に低下した。2)ヒト腎がん細胞(A498)とH1975担癌マウスにおいて、マルチキナーゼーであるsorafenibによる急速な腫瘍内微小血管の減少に伴い腫瘍内低酸素領域の増加に伴い、腫瘍への18F-FMISO集積が増加した。3)sorafenib)の早期治療効果判定における18F-FLT有用性について、A498およびH1975担がんマウスを用いて検討した。Sorafenib治療によりA498腫瘍へのFLT集積は有意に増加したが、H1975においては有意に低下した。以上の研究成果より、多種担癌モデルマウス動物において、細胞増殖・低酸素イメージングにより分子標的薬の作用機序に基づいた治療効果を早期に評価可能であることが示唆された。4)チミジンホスホリラーゼー(TP)を標的とした新規腫瘍イメージング剤(123I-IIMU)の腫瘍への集積とTP発現との関係について、TP発現の異なる多種担癌モデルおよび正常マウスにおいてsiRNA法、マウス抗TP抗体法及びSPECT法を用いて明らかにした。「研究目的」:細胞増殖・血管新生など、がんの分子レベルのプロセスを画像化しうる核医学分子イメージングを用いた新しいがんの治療効果評価法を確立すること、さらには、これをがんの分子標的薬の早期治療効果判定と治療戦略に役立てることである。1)がんの分子標的療法(Bevacizumab)の早期治療効果判定における18F-FLT有用性について、A431担がん

マウスを用いて検討した。Bevacizumab治療により腫瘍への18F-FLT集積はKi-67 index,CD31発現の低下とともに腫瘍サイズの変化より前に低下した。Bevacizumabの分子標的療法に対する腫瘍の反応も、FLT-PETにより早期に検出できる可能性が示された。2)がんの分子標的療法(Cetuximab)の早期治療効果判定における18FLT-PETの有用性について、NCI-H1975担がんマウスを用いて検討した。Cetuximab治療により18F-FLTの腫瘍集積は、腫瘍サイズの変化より前に低下した。18F-FLT-PETにより、Cetuximabの分子標的療法に対する腫瘍の反応を早期に検出できる可能性が示された。3)がんの分子標的療法(Cetuximab)の早期抗血管新生の治療効果判定における18F-FMISO-PETの有用性について、NCI-H1975担がんマウスを用いて検討した。Cetuximab治療により18F-FMISOの腫瘍集積と腫瘍内血管数は、腫瘍サイズの変化より前に低下した。18F-FMISO-PETにより、Cetuximabの抗血管新生の治療効果を早期に検出できる可能性が示された。4)血管新生を標的とする新規SPECTのイメージング剤・123I-IIMUのイメージングについても、基礎的検討を行った。siRNA導入によるTP発現の低下に伴って、125I-IIMUの腫瘍集積も低下した。がんの分子標的薬の治療効果評価のための核医学分子イメージングを確立するため、多種担がんモデル動物を用いて、細胞増殖・血管新生イメージング法について比較を行った。すなわち、担がんモデル動物を用いて、核医学分子イメージングにより得られた画像情報の変化と分子生物学的・病理組織学的手法より得られた腫瘍組織内のがんの特定分子の変化を対比することができた。これらの結果から、最適な核医学分子イメージング法の確立を目指し、臨床研究のために確実な基礎データを提供が実現しつつ、「研究目的」を達成するための平成24年度の「研究実施計画」をすべてクリアできた。がんの分子標的薬の治療効果評価のための核医学分子イメージングを確立するため、多種担がんモデル動物を用いて、以下の実験を行い、分子標的治療効果と腫瘍容積変化の時間的タイミング、イメージング剤と撮像法、治療とイメージングのタイミング等に関した基礎実験を行い、予定以上の実験データを得られた。すなわち、1)モデル動物と治療法2)核医学的分子イメージングの確立3)組織摘出法とオートラジオグラフィー法4)分子標的薬の治療効果評価5)分子生物学的・病理組織学的検討において、「研究目的」を達成するための平成23年度の「研究実施計画」をすべてクリアできた。1)臨床研究のため基礎データを提供:平成24年度と同様に基礎実験により、多種担がんモデル動物において、細胞増殖・血管新生イメージング法についてさらに検証する。すなわち、担がんモデル動物を用いて、腫瘍の
熱放射光学顕微法および表面分光法による二次元物質ＣＶＤ成長の素反応解析と最適化

本年度は主に、放射光XPSによるグラフェン化学気相成長(CVD)過程の解析と、熱放射光学顕微法によるグラフェンCVD成長におけるホットフィラメントの効果の解析を行った。Cu基板上でのグラフェンCVD成長が広く研究されており、グラフェンの大面積化、高品質化などを目指して成長条件が改善されてきた。しかしグラフェン生成の反応過程については未解明であり、その解明は成長条件を最適化するために重要である。本研究では、グラフェン生成反応の素過程の情報を得るため、Cu基板上でのグラフェンCVDを一定時間後にクエンチし、基板を放射光XPSで測定した。測定は高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリー(KEK-PF)のBL-13Bにて行った。本年度は、KEK-PFでグラフェンCVD成長を実行するためのCu箔通電加熱用装置を設計、製作した。放射光XPSを用いて、CVD反応中にメタンとともに供給するH2の有無による、C1sスペクトルの変化などを調べた。本成果については、次年度にさらに測定を行い、学会、論文で発表する予定である。また、グラフェンCVD成長中にCu基板の上流に設置したWフィラメントの温度を変化させ、グラフェンの核密度と成長速度の変化を熱放射光学顕微法によるリアルタイム観察で評価した。結果、ホットフィラメントはグラフェンの核密度と成長速度を上げる効果があるが、フィラメント温度1300°C前後では核密度の増加は起こらずに成長の加速だけが起こることを示した。本成果は、これまで未解明であったホットフィラメントの核発生と成長速度に与える効果を明らかにし、大面積の単結晶グラフェンを短時間で成長させる手法を提供した点で有用である。また本成果は、国際会議ACSIN-14 & ICSPM26で発表し、そのproceedingとして査読付き論文誌Japanese Journal of Applied Physicsに受理された。放射光施設でグラフェンCVD成長を行うための通電加熱装置の開発を行い、高分解能XPSを用いてグラフェンCVD成長過程を解析するための実験手法を確立した。また熱放射光学顕微法によるリアルタイム観察により、ホットフィラメントが核発生と成長速度に与える効果を解明した。今後は、今年度に開発した通電加熱用装置を改良し、グラフェンCVDの反応時間を変えて放射光XPS測定を行い、C1sスペクトルの経時変化を調べる。また、メタンとともに供給するH2の有無による変化についても調べる。さらに、XPS測定と同条件でのCVD成長を熱放射光学顕微法によりリアルタイム観察し、グラフェンの核密度、成長速度などの光学像から得られる情報と、XPSの情報との相関を解析し、グラフェンCVD反応過程を解明する。