hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
未来情報を有効に利用するシステム設計

ロボットは当初何ら他から情報を与えられていない状況から出発して、多くの枝路を含む経路網内でロボットが徘徊により情報を収集し、その結果環境を認識する。ついでその経路網内にゴールを与えられた場合、ロボットはこれまでに得られた知識を基にしてゴールに到達する方策についていかに計画立案すべきかについての考察を行った。しかも経路網内は動的に変化することすなわち動的環境を想定している。これらも含めて今後のシステム設計の方向ずけについて総括的な考察を加え、計測制御関係の新しい方向に指針を与えることができた。
Ti-Ni形状記憶合金における未解明な現象の解析と新機能の創出

Ti-Ni形状記憶合金における物理冶金上の未解明の現象と考えられる1.マルテンサイトの自己調整構造.2.第II種双晶界面の構造.3.マルテンサイト結晶中の逆位相界面状組織.4.Ni過剰Ti-Ni合金時効材の多段階マルテンサイト変態.5.異常延性の起源と粒界構造との関係について,最新の電子顕微鏡技術を駆使して解析を行った.特筆すべき成果として,自己調整構造を<111>_<B2>周りの晶癖面バリアントの集合体として体系化することに成功した.Ti-Ni形状記憶合金における物理冶金上の未解明の現象と考えられる1.マルテンサイトの自己調整構造.2.第II種双晶界面の構造.3.マルテンサイト結晶中の逆位相界面状組織.4.Ni過剰Ti-Ni合金時効材の多段階マルテンサイト変態.5.異常延性の起源と粒界構造との関係について,最新の電子顕微鏡技術を駆使して解析を行った.特筆すべき成果として,自己調整構造を<111>_<B2>周りの晶癖面バリアントの集合体として体系化することに成功した.Ti-Ni系形状記憶合金の基礎物性の分野において問題とよっている諸現を,透過電子顕微鏡(TEM)を駆使して系統的に解析し,得られた結果を基に本合金の特性改善と新機能創出の可能性を探ることを目的とした.また,類似の挙動を示すTi-Pd, Ti-Pt, Ni-Mn-Ga形状記憶合金についても解析を行った.1.マルテンサイトの自己調整構造.自己調整構造の最小単位として2つの晶癖面バリアントが{11-1}第I種双晶を結合面としてV字型の形態を呈し,これらが3つクラスターした6バリアントモデルが理想的形態であることを提案し,TEM観察および結晶学的理論(現象論)からその妥当性を検証した.2.マルテンサイト第II種双晶界面の構造.引張変形により<011>第II種双晶界面を移動させた試料の高分解能TEM観察を行い,界面の移動後もレッジ・ステップ構造が存在しないことを明らかいした.3.マルテンサイト結晶中の逆位相界面.マルテンサイト結晶中の逆位相界面が変位型変態によって誘起されることをTEM内その場観察によって明らかにし,その変位ベクトルをR=<0.1648 1/2-0.4328>と決定した.多段階マルテンサイト変態の変態位置と試料のNi濃度,Ti_3Ni_4析出相のサイズと析出間隔(時効温度と時間),母相結晶粒径の関係を系統的に調査し,変態位置に関するTTTマップを作成した.5.異常延性の起源と粒界構造との関係.多結晶試料において粒界構造を解析するための粒界制御法の改良を行い,より確実にΣ29以下の低エネルギー<110>対称傾角粒界の出現頻度を高めることに成功し,(112)Σ3,(114)Σ9,(113)Σ11粒界の高分解能TEM観察を行なった.上記以外に広い変態温度ヒステリシスを持ち,かつ,水素透過合金としても注目を集めているTiNi-Nb擬2元系共晶合金のTiNi(B2)相とNb固溶体(bcc)相の形態および結晶学的特徴を明らかにした.Ti-Ni系形状記憶合金の基礎物性において問題となっている諸現象を,透過電子顕微鏡(TEM)を駆使して系統的に解析し,得られた結果を基に本合金の特性改善と新機能創出の可能性を探ることを目的とした.平成21年度は特に下記の3点について詳細な調査を行った.1.マルテンサイトの自己調整構造自己調整の基本単位および理想形態として各々V字型の2バリアントおよび6バリアントクラスターについて現象論による解析を行い,理論的裏づけが得られた.さらに3バリアント,4バリアント構造についても同様の調査を行い,それらを形成するために4つの特徴的なバリアント界面が存在し,すべてのバリアント配列は4つの界面のいずれかを介したものであることが判明した.また結晶全体におけるバリアントクラスターの組み合わせ数は,2バリアントが12,3バリアントが24通り,4バリアントが12通り,6バリアントが4通りであり,これらの組み合わせの数と観察頻度に良い相関があることを確認した.2.マルテンサイト結晶中の逆位相状界面本研究グループが変位型変態誘起逆位相状界面と定義し解析を進めている逆位相状界面がTi-Ni,Ti-Pd,Ti-Pt等のTi系形状記憶合金に限らずNi-Mn-Ga合金においても観察され,熱弾性マルテンサイト変態に固有の現象であることが明らかになった。3.異常延性の起源と粒界構造との関係粒界制御した試料を用いてHAADF-STEM観察を行い,[110]B2対称傾角粒界面にはNi原子が配列しやすい傾向があることが示された.上記以外に広い変態温度ヒステリシスを持ち,かつ,水素透過合金としても注目を集めているTiNi-Nb擬2元系共晶合金のTiNi(B2)相とNb固溶体(bcc)相の形態および結晶学的特徴を明らかにする過程で,これらの合金が超伝導特性を示すことを発見した.Ti-Ni系形状記憶合金の基礎物性において問題となっている諸現象を,透過電子顕微鏡(TEM)を駆使して系統的に解析した.平成22年度は特に下記の4点について詳細な調査を行った.1.B19

'マルテンサイトの自己調整構造前年度に明らかにした自己調整構造に特有の4つの晶癖面バリアント界面の高角散乱環状暗視野(HAADF-STEM)観察を行い,それらの結晶学的特徴が現象論解析と良い一致を示すことを明らかにした.さらに自己調整構造の選択は合金濃度に依存することを見出した.すなわちNi濃度の上昇に伴い2バリアント構造から6バリアント構造へ明瞭に遷移することが示された.さらにこれらのバリアント観察において低加速FE-SEMの角度選択型反射電子像および逆変態レリーフの利用が有効な手段となり得ることを明らかにした.本項の成果は本合金の結晶学において長年の懸案であった自己調整構造の論議に終止符を打つものである.2.マルテンサイト第II種双晶界面の構造3.マルテンサイト結晶中の逆位相状界面B19'マルテンサイト中の逆異相状界面の変位ベクトルをR=〈-0.1648 1/2 0.4328〉と決定し,一種の積層欠陥と定義できることを明らかにした.FIB-SEM観察により多段階変態の原因となる結晶粒界近傍から粒内における析出粒子の3次元分布を定量化し,変体挙動との相関を示した.上記以外にマルテンサイト変態を利用した高延性B2型金属間化合物Zr-Co-Pdを開発した.
Tリンパ球の分化選択制御に基づくがん治療法の開発

どのようにして免疫系にがん抗原を非自己として識別させ有効な抗がん免疫応答を惹起させるか、また、どのようにして悪性腫瘍の増殖シグナルを細胞死シグナルへとスイッチさせるかを命題に、本研究では、Tリンパ球の分化と選択を支配するシグナル伝達機構の解明を目的とした。この目的でまず、HY-TCRトランスジェニックマウスおよびAND-TCRトランスジェニックマウスにて、正の選択・負の選択・無の選択のそれぞれがみられる遺伝的背景のマウスを作製し、CD4+CD8+胸腺細胞を単離してRNAを調製し、マイクロアレイ法によって遺伝子発現解析を行った。得られた結果より、特に正の選択がひきおこされるCD4+CD8+胸腺細胞のみで高い発現がみられるいくつかの遺伝子を抽出した。それらの遺伝子を対象に改めてRT-PCR法により発現解析を行ったところ、少なくとも3つの新規遺伝子がTリンパ球系列に特異的に発現される遺伝子であるとともに、正の選択プロセスに特異的に発現される遺伝子であることがわかった。現在、遺伝子の強制発現系、ノックアウトマウスの作製、予測される遺伝子産物に対する抗体の作製を進めることによって、これらTリンパ球特異的遺伝子の機能解析を進めている。また、マウス胎仔胸腺器官をリアルタイムで観察する技術を開発することで、胸腺からのTリンパ球移出を制御する分子機構を解析した。その結果、新生仔胸腺にて成熟したTリンパ球が胸腺外へと移出するためにCCR7リガンドケモカインが主要な役割を果たすことを明らかにした。また、CCR7リガンドは髄質の血管内皮や血管周囲間充織に成熟Tリンパ球を誘引することで胸腺移出に関与する可能性が示唆された。加えて、CCR7に依存しない成熟Tリンパ球の胸腺外移出機構の存在も示された。
教皇権を事例とする西洋中世の代理及び代表の思想と制度に関する研究

「代理」および「代表」という行為は、人文学や社会科学において広く研究の対象となりえ、問題意識を共有しうる。本研究は、西洋中世という固有の地域と時代において「代理」や「代表」ということがどのように考えられ、どのように実社会で機能したのかを、教皇権を具体的な事例として考察する。中世は、教皇が使徒またはキリストの「代理」とみなされ、教皇が代理人である使者を派遣し、公会議主義のような「代表」に関する独自の概念が練磨された時代であった。これら教皇権に関連する代理および代表についての思想と制度を総合的にとらえる試みは、国内外を問わずこれまで皆無であるため、本研究は学術的新機軸を提示する可能性がある。
レーザーアブレーション・分子ビーム法によるクラスター内反応

真空中においた金属表面上にパルスレーザー光を集光して金属イオン(M^+)を生成させ、その近傍に噴出した分子ビーム中の分子またはクラスターと反応させて、生成物イオンを質量スペクトルで検出する「レーザーアブレーション・分子ビーム法」(LAMB法)を開発してきた。今年度はアンモニア・メタノールなどの二成分混合クラスターを分子ビーム中に用いて、その反応性を明らかにした。NH_3:CH_3OHが60:1である条件下で金属イオンと混合クラスターを反応させた結果、錯体イオンM^+(NH_3)_m(CH_3OH)_nを検出した。Mg^+の場合、n=0.1の系列ではm+n=3と4との間に信号強度ギャップがみられる。以前に報告したMg^+(NH_3)_mではm=3と4の間に、Mg^+(CH_3OH)_nではn=2と3の間に強度ギャップがみられている。BauschlicherらのMg^+とH_2Oの錯体イオンについての計算によれば、1番目の水分子が金属イオンに近づくと、金属イオンの3sと3pの混成軌道が分極し、電子密度が結合している水分子の反対側に偏る。そのために2番目と3番目までの水分子は1番目の水分子と同じ側から金属イオンに結合して第一殻を形成する。4番目の水分子は第一殻の水分子に結合して第二殻を形成する方が第一殻に入るよりも大きい結合エネルギーをもつ。本研究におけるMg^+とアンモニア・メタノール混合クラスターの結合で、m+n=3と4との間に信号強度ギャップを生じることについては、これと同様な考え方で説明できると思われる。ただしm=0のとき(メタノールのみが配位)でn=2の位置に強度ギャップを生じることにはメタノール中のメチル基の立体障害が関係していると思われる。Al^+の場合m=2の系列でmagic number的な強度ギャップがみられる。その他の金属イオンM^+を含めてこれらの結果について考察した。1.混合クラスター中でおこる化学反応に対する金属原子の触媒作用について調ベ、新しい化学反応を開発する目的で、従来申請者らが開発してきたレーザーアブレーション・分子ビーム法による金属イオンといろいろな分子クラスター(例(NH_3)_n(CH_3OH)_n,(C_6H_6)_nなど)との反応の研究の中で、CH_3OHとNH_3の混合クラスターと金属イオンの反応を行った。2.混合クラスターは、NH_3(600Torr)、CH_3OH(10Torr)、Ar(150Torr)の混合気体をパルスノズルから噴出し、生成した。金属イオンは、金属基板上にNd^<3+>:YAGレーザーの2倍波(532nm)を集光し、発生させた。金属イオンと混合クラスターはイオン-分子反応し、錯体イオンM^+(NH_3)_m(CH_3OH)_nを生成する。生成された錯体イオンは四重極質量分析計を用いて検出される。3.CH_3OH:NH_3が1:60である条件下で、金属イオンと混合クラスターを反応させた結果、錯体イオンN^+(NH_3)_m(CH_3OH)_nを検出した。例としてM=Coの場合に、信号強度ギャップが、CO^+(NG_3)_n,CO^+(CH_3OH)_nではn=2に観測されているのに対して、本研究ではm+n=2に観測された。

この反応系のm+n≦2においては分布がNH_3に片寄るが、これは、Co_+-NH_3の結合エネルギーがCO^+-CH_3OHの結合エネルギーよりも大きいからであると考えられる。また、Nb^+と混合クラスターの反応では、アンモニア分子からの水素分子の脱離を伴う錯体イオンをMg^+との反応ではメタノール分子から水素原子が解離した錯体イオン、アンモニア分子から水素原子が解離した錯体イオンとNH_2が解離した錯体イオンを観測した。真空中においた金属表面上にパルスレーザー光を集光して金属イオン(M^+)を生成させ、その近傍に噴出した分子ビーム中の分子またはクラスターと反応させて、生成物イオンを質量スペクトルで検出する「レーザーアブレーション・分子ビーム法」(LAMB法)を開発してきた。今年度はアンモニア・メタノールなどの二成分混合クラスターを分子ビーム中に用いて、その反応性を明らかにした。NH_3:CH_3OHが60:1である条件下で金属イオンと混合クラスターを反応させた結果、錯体イオンM^+(NH_3)_m(CH_3OH)_nを検出した。Mg^+の場合、n=0,1の系列ではm+n=3と4との間に信号強度ギャップがみられる。以前に報告したMg^+(NH_3)_mではm=3と4の間に、Mg^+(CH_3OH)_nではn=2と3の間に強度ギャップがみられている。BauschlicherらのMg^+とH_2Oの錯体イオンについての計算によれば、1番目の水分子が金属イオンに近づくと、金属イオンの3sと3pの混成軌道が分極し、電子密度が結合している水分子の反対側に偏る。そのために2番目と3番目までの水分子は1番目の水分子とと同じ側から金属イオンに結合して第一殻を形成する。4番目の水分子は第一殻の水分子に結合して第二殻を形成する方が第一殻に入るよりも大きい結合エネルギーをもつ。本研究におけるMg^+とアンモニア・メタノール混合クラスターの結合で、m+n=3と4との間に信号強度ギャップを生じることについては、これと同様な考え方で説明できると思われる。ただしm=0のとき(メタノールのみが配位)でn=2の位置に強度ギャップを生じることにはメタノール中のメチル基の立体障害が関係していると思われる。Al^+の場合m=2の系列でmagic number的な強度ギャップがみられる。その他の金属イオンM^+を含めてこれらの結果について考察した。
超低温における核整列固体^3Heの結晶成長の研究

超低温(1mK以下)の超流動^3He中での核整列状態の固体^3Heの結晶成長(融解過程を含む)の研究は、核整列固体では固化の潜熱が非常に小さくなり、かつ液体は超流動状態であるので熱伝達および物質移動が良いので、^4Heの場合と同様に、精密な結晶成長の研究が期待される。特に、^3Heの結晶成長の興味深い問題点は、結晶成長に伴う超流動と固体^3Heの大きな磁化の差によるスピン流の影響が挙げられる。(1)固体^3Heにおける結晶成長:超低温(1mK以下)で、1mmΦの円筒容器内で、超流動^3Heからの核整列固体^3Heの結晶成長と融解についての実験を行った。結晶成長の機構はファセット面が螺旋転位を伴って成長し、ステップの移動速度を決めているのは超流動^3Heの対破壊速度が律速になっていることを結論した。一方、融解はラフな面の融解機構によって決り、核整列固体中のマグノンと融解界面の散乱が散逸を決めているように思われる。今後、下記の磁気映像法(MRI)と組み合わせて超低温での精密な結晶成長機構を調べる。(2)過冷却状態の超流動^4He中で固体結晶が生成する確率を過冷却度および温度の関数として測定し、超低温度では固体核形成が温度に依存しなくなり、量子トンネル現象で起こることを見い出した。(3)特殊な環境下での結晶成長の問題である凍上現象を超流動^4Heを用いて研究した。固体ヘリウムの凍上面での凍上の散逸機構の模型を提唱し、実験データを解析した。(4)超低温での結晶成長の研究に適用可能な核磁気共鳴によるMRIの技術を開発した。予備実験として希釈冷凍機で得られる数10mK温度域での^3He-^4He混合液の相分離界面の形状を映像化した。2次元画像の空間分解能は10ミクロンである。(5)上記のMRIとの関連で、核整列固体^3Heの非線形領域でのスピンダイナミクスを調べ、スピンの一様モードがSuhl不安定性によって急激に緩和することを解明した。超低温(1mK以下)の超流動^3He中での核整列状態の個体^3Heの結晶成長(融解過程を含む)の研究は、固化の潜熱が核整列状態では非常に小さくなり、かつ液体は超流動状態であるので熱伝達および物質移動が良いので、^4Heの場合と同様に、精密な結晶成長の研究が期待される。更に、^3Heの結晶成長の特有な問題点は、結晶成長に伴う超流動と個体^3Heの大きな磁化の差によるスピン流の影響が挙げられる。本年度において上記の研究に欠くべからざる以下の1、2の技術を開発し、その予備実験を行った。1.結晶生長用のPomeranchukセル-試料室を高純度の銀を用いて制作した。銀は従来用いていた銅製のものと比べて磁場中比熱が小さく、超低温を達成するためには必要な改良である。更に、銀製の新しく制作したPomeranchukセル-試料室の熱交換機の改良、圧力測定の精度の向上と測定系の応答を速くして速い融解速度の測定が出来るようにした。個体ヘリウムの超音波の研究のためにこの試料室を用いて性能をテストしたが、予定どうりの性能を得た。

2.超低温での結晶成長の研究に用いる磁気映像法(MRI)の開発を行った。MRIは結晶の形状や成長速度の可視化のみならず、核スピンのシグナルをプルーブにした可視化技術は、本問題研究上極めて重要であり、磁区の構造と結晶方位の決定、格子欠陥等の情報が得られる事が期待される。本年度は希釈冷凍機で得られる数10mK温度域での超伝導マグネットを用いたNMRの予備テストを行い、所定の性能を確認した。MRI装置一式を制作し、2次元MRIをほぼ完成した。現在、画像処理と自働計測のソフトを開発中である。超低温(1mK以下)の超流動^3He中での核整列状態の個体^3Heの結晶成長(融解過程を含む)の研究は、核整列個体では固化の潜熱が非常に小さくなり、かつ液体は超流動状態であるので熱伝達および物質移動が良いので、^4Heの場合と同様に、精密な結晶成長の研究が期待される。特に、^3Heの結晶成長の興味深い問題点は、結晶成長に伴う超流動と固体^3Heの大きな磁化の差によるスピン流の影響が挙げられる。本年度は結晶成長の研究に用いる核磁気共鳴による磁気映像法(MRI)の技術を開発し、その予備実験を行った。MRIは医学の分野を中心に急速に発展したが、本研究におけるMRIの技術開発の重点は(1)サブμKの超低温でMRIを適用出来るように静磁場勾配法を用いた3次元MRIの画像処理と自働計測のソフトを開発することと(2)空間分解能の限界を極めることである。予備実験として希釈冷凍機で得られる数10mK温度域での^3He-^4He混合液の相分離界面の形状を精密に決定し、^3He-^4He相分離界面の界面張力と界面と試料室の接触角を決定した。これは新しい界面張力の決定方法であるが、得られた界面張力の値は既存のものと良く一致した。空間分解能は10ミクロンと推定されるが、今後最適化を計り限界を極める計画である。又、^3He核スピンの磁化の空間的な回復の様子を映像化することが出来た。現在、超低温での^3HeにMRIを適用するための超低温生成用冷凍機の建設とMRI用スプリット型高均一度超伝導磁石を準備している。(1)超低温での結晶成長の研究に適用可能な核磁気共鳴による磁気映像法(MRI)の技術を開発した。2次元画像の空間分解能は10ミクロンである。^3He核スピンの磁化の空間的な回復の様子を映像化することが出来た。(2)超低温(100μK)での^3HeにMRIを適用するための超低温生成用冷凍機の建設とMRI用スプリット型高均一度超伝導磁石を準備した。(3)過冷却状態の超流動^4He中で固体結晶が生成する確率を過冷却度および温度の関数として測定し、超低温度では固体核形成が量子トンネル現象で起こることを見い出した。(4)1mm径の試料容器で超流動^3Heからの結晶成長および融解について調べ、成長過程においてはファセット面の螺旋転移に伴う機構であり、融解過程ではラフな面の融解である事を見い出した。
粘性減衰力がPoint Absorber型波力発電装置に及ぼす影響

波力発電装置(WEC)には様々な形式が存在するが、Point Absorber型と呼ばれるWECは発電効率を向上させるため、広範囲の波に共振させる機能(同調制御)を発電機構(PTO)が備えている。同調制御のパラメータはWECの運動方程式の係数により決定するため、正しく同調制御を行うにはWECの流体力の精度良い推定が重要となる。しかし、推定するのが難しい粘性流体力は無視されており、どのような特性で、発電量にどのように影響するかは検討されていない。そこで、リニア発電機をPTOとするリニア式波力発電装置を対象に、粘性減衰力の特性および粘性減衰力がWECの制御および発電量に及ぼす影響について数値計算および水槽試験により調査する。数値計算による検討を行った。まず、浮体寸法および運動周波数をパラメータとして境界要素法による流体力計算を行い、対象とするWECの浮体形状の決定を行った。同時に、浮体とPTOを統合した時系列発電シミュレーションを作成し、粘性影響を考慮しない場合で規則波および不規則波中での発電量評価を行った。シミュレーション結果は既存の数値計算と一致し、妥当性を確認できた。CFDの精度検証のために、水槽試験を行い流体力の計測、流場の可視化を行った。振幅が大きくなるにつれて、流体力が大きくなる傾向が確認できた。これは振幅が大きくなるにつれて剥離渦が大きくなるためである。理論計算が可能な造波による流体力は振幅ではほとんど変化しない。周期に依らずこれらの傾向は同じで、短周期では振幅依存性が強くなることが確認できた。既存の実験法で行われた解析法の見直しを行い,計算値との差,実験によって傾向が異なっていた原因を解明した。解析法の見直しを踏まえて水槽試験を実施し,計算と比較用のデータを取得し,粘性に基づく流体力の分離まで行った。実験結果からCFDの精度検証を行い、実験ではできなかった条件の流体力データをCFDにより取得する。実験と計算の流体力データベースを用いて粘性流体力推定の回帰式を作る。さらに流場の可視化からその流体力特性のメカニズムを考察し、その回帰式の妥当性も検討する。最後に粘性影響を考慮したシミュレーションを行い、WECの制御および発電量に及ぼす影響について調査する。一年目には数値計算による検討を行った。CFD用にPCクラスタを構築し、PCクラスタによる大規模並列計算で2000万要素を超える場合でも解析可能であることを確認した。このPCクラスタを用いて、検討した浮体形状で強制動揺試験のCFD計算を行い、粘性減衰力の推定を行った。粘性減衰力は周期の依存性は低く、運動振幅の影響が大きい傾向となった。その原因CFDの計算結果を可視化して考察すると、振幅が小さいとき、浮体底面から生じた渦の直径は小さいが、その渦が浮体底面に付着し、負圧になることで減衰力が大きくなる。一方で、振幅が大きいとき、生じた渦は大きくなるが、浮体底面から離れているため、その影響は小さくなるためと考えられる。CFDによる計算を行ったが、既存の実験に比べて値が大きく、精度が十分でない。水槽試験とCFDの結果から流体力データベースを作成し、回帰式を作るため精度が必要である。CFDではメッシュの見直しおよび高精度なLES計算に切り替えることで,CFDの計算精度を向上させる。

シミュレーション結果は既存の数値計算と一致し、妥当性を確認できた。CFDの精度検証のために、水槽試験を行い流体力の計測、流場の可視化を行った。振幅が大きくなるにつれて、流体力が大きくなる傾向が確認できた。これは振幅が大きくなるにつれて剥離渦が大きくなるためである。理論計算が可能な造波による流体力は振幅ではほとんど変化しない。周期に依らずこれらの傾向は同じで、短周期では振幅依存性が強くなることが確認できた。既存の実験法で行われた解析法の見直しを行い,計算値との差,実験によって傾向が異なっていた原因を解明した。解析法の見直しを踏まえて水槽試験を実施し,計算と比較用のデータを取得し,粘性に基づく流体力の分離まで行った。まずは規則動揺時を中心とし粘性流体力の特性調査を行う、対象とする浮体模型を作成し、水槽試験で粘性減衰力の計測を行う。さらに流場の可視化を行い、その流体力特性のメカニズムを考察する。CFD計算ではURANSではなく、LESに切り替え、渦剥離を正確に評価できるモデルを使用する。実験結果からCFDの精度検証を行い、実験ではできなかった条件の流体力データをCFDにより取得する。実験と計算の流体力データベースを用いて粘性流体力推定の回帰式を作る。さらに流場の可視化からその流体力特性のメカニズムを考察し、その回帰式の妥当性も検討する。最後に粘性影響を考慮したシミュレーションを行い、WECの制御および発電量に及ぼす影響について調査する。予定よりも計算機が安価で購入できたため.次年度に行う水槽試験で使用する模型などの物品購入に使用する模型サイズを小さくしたため,模型作成費が安くなったため。CFD結果の保存に大容量HDDが必要となるので,HDDの購入,これまでの結果をまとめて学会参加費および論文投稿費に用いる。
制癌剤感受性試験の基礎的研究ー制癌剤の腫瘍中移行度を中心にー

ヌ-ドマウス可移植性ヒト乳癌株MXー1と臨床胃癌症例24例および大腸癌症例8例を対象として、抗癌剤の血清中から腫瘍中への移行を中心に比較薬理学的検討をおこなった。薬剤はmitomycin C(MMC)、adriamycin(ADM)、5ーFU、cisplatin(DDP)、carboplatin(CBDCA)、DWA2114R(DWA)を用い、マウスでは最大耐容量をヒトでは臨床常用量を投与した。薬剤の濃度の測定はMMCではE.coli Bを用いてbioassayにより行い、5ーFUではstaphylococcus aureus ATCC6538Pを用いたbioassayで行った。ADMはhigh performance liquid chromatographyでおこなった。DDP、CBDCA、DWAの測定は原子吸光法によりプラチン量を測定した。各デ-タの薬物動態の解析は、NEC9801パ-ソナルコンピュ-タおよび血中薬物動態解析プログラムを用いて、最小二乗法によりおこなった。マウス、ヒトともにデ-タをone-compartment modelおよびtwo-compartment modelに当てはめ、より適切なモデルを採用した。Cmaxはマウス、ヒトともに比較的低投与群のMMC、ADM、DDPで低く、5ーFU、DWA、CBDCAで高値であった。この3剤のうちCBDCAのCmaxはマウスとヒトで投与量が大きく異なるため他の5剤に比して相関関係からはずれており、このCBDCAを除く5剤のCmaxには0.926と有意の相関関係が認められた(p<0.05)。マウスとヒトにおける6薬剤の血清から腫瘍中への移行率T/CmaxはマウスにおいてもヒトにおいてもADMで著しく高く、3種類のプラチン化合物がこれにつぎ、MMC、5ーFUでは低値であった。6薬剤のマウスとヒトにおけるT/Cmaxの間には相関係数0.996(p<0.001)の有意の相関関係が示された。以上の成績から、ヒト癌ーヌ-ドマウス系を用いた前臨床試験によるdisease oriented Phase IIstudyの可能性が示された。adriamycon(ADM)40mg/bodyを5人の担癌患者に投与し,血清中,腫瘍中,腹腔内浸出液中の濃度を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した.ADMの腫瘍内濃度(T)は1.4±0.6μg/gとMMCに比して高くその濃度は投与後40120分の間では,投与後の時間に依存して腫瘍内濃度は上昇した.ADMの血清中最高濃度(Bmax)は0.41±0.05μg/ml, AVCは15.8μg・min/mlであり, T/Bmaxは354.6%であった.腹腔内浸出液中のADM濃度は0.17±0.17μg/mlと低値であった.マウスにヒト乳癌株(MX-1)を担癌させADM8mg/kgを1回静脈内に投与した時のBmaxは1.44μg/ml, AVCは90.6μg・min/mlであり, T/Bmaxは209.1%であった.以上の成績よりMMCのT/Bmaxはヒトで0.9,マウスで1.3であり, ADMのそれはヒトで354.6,マウスで209.1と互いに近似していることが示された.

この事から制癌剤の血清中から腫瘍中への移行度は, MMC, ADMについては種によらず近似しており,ヌードマウスの血清中薬剤濃度をヒト生体内の濃度にあわせることにより,制癌剤の効果をin vivoで判定することが可能になると考えられた.cisplatin(DDP)50mg/bodyを5人の担癌患者に投与し血清中のPt濃度を蛋白結合型と総Ptにわけて原子吸光法により測定した。総プラチンのBmaxは2.24μg/ml、AUCは61μg・min/mlであった。非結合型プラチンの血清中減衰は一相性でありBmaxは1.17μg/ml、t1/2は33.8分であった。血清中Ptの結合率は投与後1時間で66%、2時間で100%となった。総PtのT/Bmaxは42.9%であった。MX-1担癌マウスにDDP9mg/kgを1回腹腔内投与した時のBmaxは4.8μg/ml、AUCは143.9μg・min/mlであり、MX-1腫瘍への移行度T/Bmaxは40.6%であった。(総Pt)以上の本年度の成績に、前年度までの成績を加えて各種抗癌剤のヒトとマウスにおける薬物動態を比較すると以下の如くである。マウスとヒトのT/Bmax(%)における相関係数は0.996であり、両者における抗癌剤の腫瘍中移行度は基本的に一定であった。DWA2114R(DWA)800mg/m^2を5名の担癌患者に投与し血清中の総プラチン濃度を原子吸光法により経時的に測定した。modified Marquard法により解析した最高血中濃度(Cmax)は24.0±3.8μg/ml,AUCは9146±3394μg.min/ml,腫瘍中濃度と血中最高濃度の比(T/Cmax)は30.7%であった。ヒト乳癌株(MX-1)を担癌したヌ-ドマウスにDWA75mg/kg1回腹腔内投与した時のCmaxは30.3μg/mlであり、AUCは1729μg.min/mlであった。DWAのMX-1腫瘍中最高濃度は9.4μg/gであり、T/Cmaxは31.0%であった。以上の本年度の成績に前年度までの成績を加えて各種抗癌剤のヒトとマウスにおける薬物動態を下記のごとく比較した。マウスとヒトのT/Cmax(%)における相関係数は0.996であり、両者における抗癌剤の腫瘍中移行度は基本的に一定であることが示された。
piRNAの生合成機構解析と新奇標的遺伝子の同定

この研究ではpiRNAの生合成機構と標的遺伝子の解明を目的とした。piRNAの転写制御機構を明らかにするために、全ゲノムDNAからのpiRNA転写を試験管内で再現する事に成功した。今後この手法を用いてpiRNA転写制御に関わる因子の同定を進めることが可能となった。この手法はpiRNAの標的遺伝子の解析にも有効で、piRNAを作用させた際の遺伝子転写の変化を網羅的に解析することができる。本年度は試験管内転写法によるpiRNA転写合成システムの確立を行った。piRNAクラスターを含む大腸菌人工染色体(BAC DNA)を鋳型とし、HeLa細胞の核抽出液を用いた試験管内遺伝子転写法によるpiRNAの合成を可能とした。この方法により得られたpiRNAの転写開始点を決定するための解析を進めており、候補となる範囲の絞り込みが進んでいる。また、試験管内転写で合成したpiRNAを他のRNAから分離しより純度の高いpiRNAを得るために、試験管内転写したpiRNAをBrdUでラベルし、このラベル特異的に精製する方法の確立を進めている。この方法で得られた全長のpiRNA前駆体を用いて試験管内で成熟型piRNAを合成する実験系の確立を目指し、必要な因子の同定を行い、piRNA合成の全体像の解明を行っていく。今年度はこの研究課題で工夫を重ねている試験管内遺伝子転写法を用いて、ヒストンH2Aのユビキチン化による遺伝子転写制御機構の解析も行た。脱ユビキチン化酵素であるUSP21の二種類のサブタイプが共にヒストンH2Aの119番目のリシンの脱ユビキチン化を行い遺伝子転写を活性化することを確認した。このように試験管内遺伝子転写法ではヒストン修飾の転写への影響を確認することが可能であり、ヒストン修飾のpiRNA転写における影響の解析も今後進めていく。ヒストンのリン酸化、メチル化、アセチル化酵素等の影響を確認する。piRNAを含むsmall-noncoding RNAは遺伝子転写調整に重要な役割を担っていることが知られているが、その生合成経路や作用機序には不明な点が多い。そこで本研究課題ではpiRNA自体の転写制御機構と標的遺伝子を試験管内遺伝子転写系をもちいて明らかにすることを目的とした。昨年度まではゲノム全体を用いた試験管内遺伝子転写系により網羅的に遺伝子転写を解析する実験系の構築を進めていたが、転写量が少いためゲノムDNAや核抽出液のからの混入物の影響で試験管内転写の検出が困難であった。今年度は試験管内転写の際にBrUTPを取り込ませ特異的抗体で新生RNAを精製する方法に加え、精製の際のヌクレオチドの非特異的な結合を抑える目的で幾つかのポリアミンの添加を試みた。その結果DNAやRNAの混入を大幅のさえることが可能となり、ゲノムDNAを鋳型とするpiRNA clusterの転写を検出可能となった。これによりpiRNA転写制御に関する因子の同定を試験管内で行うことや、piRNA添加による遺伝子発現の変化を解析することによる標的遺伝子の同定も可能となった。またこの全ゲノムDNAを用いる試験管内遺伝子転写系には多くの活用方法がある。特定の条件下での遺伝子転写プロファイルの変化を試験管内で網羅的に行うことが可能であり、加えて遠距離間のゲノム領域の相互作用による遺伝子転写制御機構の解析に利用することができる。生化学piRNA前駆体から成熟型piRNAの合成を行う事が出来なかった。理由は前駆体piRNAの精製方法の検討に時間を要したためである。前駆体piRNAの精製方法の確立を至急進める。その後試験管内での成熟型piRNA合成を目指し必要な因子の同定を行う。成熟型piRNAの合成に成功すればそれを全ゲノムDNAを用いた試験管内遺伝子転写に用いて、標的となる遺伝子を次世代型シーケンサを用いて同定する。使い切れない端数が生じただけで特別な理由は存在しない。使用計画に変更はない。
高結合横波弾性表面波を利用したWDM光通信用波長可変光フィルタの開発

本研究の目的は、純粋な横波表面波である高結合SH型弾性表面波を光波と相互作用させ、弾性表面波の周波数を変えることにより特定の波長の光信号のみを選択的に取り出すことが可能な高効率WDM光通信用波長可変フィルタを開発することにある。本研究で得られた主な成果、知見を以下に要約する。1.KNbO_3結晶のZ軸シリンダ・カットの短絡表面には純粋な横波のBGS表面波が存在し、その電気機械結合係数K^2が53%と極めて大きいことを明らかにした。また自由表面の場合にはBGS波はXおよびYカットの近傍にのみ存在することを明らかにした。2.KNbO_3結晶のZ-軸シリンダ・カットにおいてBGS波と光波の相互作用により生ずる屈折率変化の解析を行い、従来のレーリイ波を用いた場合よりも1桁以上大きな音響光学効果が得られることを明らかにした。3.Y-XLiNbO_3基板に存在する擬似弾性表面波を、表面に横波速度の遅いZnO膜を付けることにより減衰のないSH型弾性表面波に変えることができ、そのK^2はZnO膜厚が0.1λ付近で21.4%と非常に大きいことを明らかにした。また実験によりこれを実証した。4.ZnO/Y-XLiNbO_3構造のSH型表面波による屈折率変化の理論解析を行い、レーリイ波の場合より表面付近での屈折率変化が大きいことを示した。また光導波モードの解析をし、モード結合理論により100%TE-TMモード変換の結合長を求め、従来のレーリイ波を用いた場合に比べ結合長は約1/2.5にできることを明らかにした。5.ZnO/Y-XLiNbO_3構造の音響光学波長可変フィルタを設計、製作した。現在SH型弾性表面波によるTE光からTM光へのモード変換動作を実験的に調べている。本研究の目的は、純粋の横波表面波である高結合SH型弾性表面波を光波と相互作用させ、弾性表面波の周波数を変えることにより特定の波長の光信号のみを選択的に取り出すことが可能な大容量WDM光通信用波長可変フィルタを開発することをにある。本年度に得られた成果、知見を以下に要約する。1. KNbO_3結晶におけるSH型弾性表面波の伝搬特性ならびにそのカット角依存性の解析Z-axiscylnderカットに純粋な横波表面波であるBGS波が存在し、その電気機械結合係数が53%と極めて大きいことを明らかにした。また、この波は従来の6mm結晶のBGS波と大きく異なる特徴を持っていることを示した。特に、短絡表面の場合には全てのカットにBGS波が存在するが、自由表面の場合にはXカットとYカットのごく近傍にのみBGS波が存在することを明らかにした。Y-XLiNbO_3基板には擬似弾性表面波が存在するが、基板表面に横波速度の遅いZnO膜を付けることにより擬似弾性表面波が減衰のないSH型弾性表面波になること、またその電気機械結合係数はZnO膜厚が0.1λ付近で21.4%と非常に大きくなることを明らかにした。3. SH型弾性表面波と光波の音響光学相互作用KNbO_3結晶のZ-axiscylinderカットにおいてBGS波と光波の相互作用により生ずる屈折率変化の解析を行い、従来のレイリー波を用いた場合よりも1桁以上大きな音響光学効果が得られることを明らかにした。

また、ZnO/Y-XLiNbO_3結晶についても同様の研究を行った結果、SH型弾性表面波と光波の相互作用により、従来のレイリー波を用いた場合より効率よくTE-TM光モード変換が起こることを示した。4.光導波路の作成KNbO_3結晶は相転位温度が低く、現時点では光導波路の作成が困難であることから、まず高結合SH型弾性表面波が存在するZnO/Y-XLiNbO_3構造を利用することを考え、Ti拡散により光導波路の作成を行う之ともに、拡散層の厚さや等価屈折率の測定を行い、光導波を確認した。本研究の目的は、純粋の横波弾性表面波である高結合SH型表面波を利用して光波と相互作用させ、表面波の周波数を変えることにより特定の波長の光信号のみを選択的に取り出すことが可能なWDM光通信用可変波長フィルタを開発することにある。本年度に得られた成果、知見を以下に要約する。1.MgOやSiなどの基板上にKNbO_3薄膜を付けた構造におけるSH型表面波は非常に大きな電気機械結合係数を持つ可能性がある。そこで層状構造におけるSH型表面波の伝搬特性、電気機械結合係数、ならびに変位分布を解析した。2.光弾性効果と電気光学効果を考慮して、ZnO/Y-X LiNbO_3構造のSH型表面波によるTE-TMモード変換に寄与する屈折率変化の理論解析を行い、レーリイ波の場合より表面付近での屈折率変化が大きく有望であることを示した。3.ZnO/Ti拡散Y-X LiNbO_3構造における光導波モードの解析をし、オーバラップ積分とモード結合理論により、100%TE-TMモード変換の結合長を求めた。その結果、従来のレーリイ波を用いた場合に比べ結合長は約1/2.5にできることを明らかにした。また、音響光学可変波長フィルタの設計を行った。4.ZnO/Y-X LiNbO_3構造におけるSH型表面波の実験を行い、理論値とほぼ同じ非常に大きな電気機械結合係数が得られることを示した。また音響光学波長可変フィルタを製作し、現在SH型弾性表面波によるTE光からTM光へのモード変換動作を実験的に調べている,
タイト結合ストレスでおきる細胞接着の異常が決定する細胞の形と運命

1)我々は、これまで肝臓や膵臓、胆管等の種々のヒト腫瘍におけるタイト結合分子の発現に関して検討し、報告してきた。今回は、唾液腺腫瘍におけるタイト結合関連分子の免疫組織化学的検討を行い、診断マーカーとしての有用性を評価した。その結果、claudin-1、-4、-7、JAM-Aの免疫染色パネルにより、唾液腺腫瘍の組織型を分類可能であり、鑑別診断マーカーになりうると考えられた。2)我々は、これまで子宮頸部腺癌においてclaudin-1の発現レベルが増加し、バイオマーカーとなりうることを報告した。今回は、子宮頸部腺癌細胞株を用いて、claudin-1の発現調節機構について検討した。claudin-1の発現はエストロゲンに依存して増加が見られた。調べた子宮頸部腺癌細胞株はすべて、エストロゲンレセプター(ERα)は発現しないが、膜結合型エストロゲン受容体であるGPR30を発現していた。手術材料を用いた免疫染色でもclaudin-1とGPR30の間に正の相関が見られ、両者の発現は予後不良因子であった。このことから、エストロゲン/ GPR30シグナル伝達およびclaudin-1は子宮頸部腺癌治療に有効な可能性があると考えられた。3)上皮極性の獲得のメカニズムの解明のため、マウス肝細胞株を用いて、タイト結合分子occludinに着目し検討した。occludinは、微絨毛関連分子であるezrinのリン酸化を制御することにより、微絨毛形成を誘導した。この現象は、細胞膜上に存在しないoccludinのC末側細胞内ドメインのみでも誘導された。このことから、occludinにはシグナル伝達の場として細胞質内で機能している可能性が考えられた。胆管癌は、ras変異が高頻度で起こることが知られており、claudin-18の機能を調べるため、ras変異がないヒト胆管癌細胞株(TKKK)を用いて、claudin-18の高発現と遊走能、増殖能、造腫瘍能について検討した。その結果以下のことが明らかになった。4)EGF-Rを活性化すると、EGFの濃度依存性にclaudin-18の発現が有意に上昇し、EGFR活性化阻害剤とERK1/2活性化阻害剤で、claudin-18の発現上昇が抑制された。5)免疫不全マウスに移植したTKKK細胞の造腫瘍性はclaudin-18のsiRNAを投与すると有意に低下した。シート状に培養した細胞に、woundをつけるとwoundedgeにclaudin-18の発現が上昇した。wound signalは、ERK1/2経路を介していた。これはwoundによるタイト結合ストレスによるものと考えられる。我々は、これまで肝臓や膵臓、胆管等の種々のヒト腫瘍におけるタイト結合分子の発現に関して検討し、報告してきた。肺腺癌に関してはタイト結合関連分子claudinの発現を免疫組織化学的に検討し、肺腫瘍の診断マーカーとなりうることを報告した(Yamada, et al. Med Mol Morphol. 49:163-169, 2016)。今回は、肺腺癌におけるタイト結合関連分子JAM-Aに関して免疫組織化学的検討に加え、細胞株を用いて腫瘍形成や発癌への関与、診断マーカーや治療標的としての有用性を評価した。その結果以下のことが明らかとなった。1)免疫染色上、タイト結合関連分子JAM-Aは非腫瘍と比較し、肺異型腺腫様過形成および肺腺癌において優位に発現が増加していた。また、肺異型腺腫様過形成よりも肺腺癌において優位に発現が増加していた。2)肺腺癌細胞のJAM-Aの発現抑制により、アポトーシス感受性が増加した。3)肺腺癌細胞のJAM-Aの発現抑制により、in vitroにおけるコロニー形成能およびin vivoにおける造腫瘍能の低下が見られた。反対に、肺腺癌細胞のJAM-Aの発現増加により腫瘍形成が促進された。4)抗JAM-A抗体は効率的に肺腺癌細胞の細胞増殖を低下させ、アポトーシスを引き起こした。以上から、JAM-Aは肺腫瘍の有用な診断マーカーになりうること、JAM-A阻害による新規癌治療の可能性が示唆された。肺腺癌に加え、子宮頚部腺癌や唾液腺腫瘍など他臓器の腫瘍に関しても検討を進めている。

3)上皮極性の獲得のメカニズムの解明のため、マウス肝細胞株を用いて、タイト結合分子occludinに着目し検討した。occludinは、微絨毛関連分子であるezrinのリン酸化を制御することにより、微絨毛形成を誘導した。この現象は、細胞膜上に存在しないoccludinのC末側細胞内ドメインのみでも誘導された。このことから、occludinにはシグナル伝達の場として細胞質内で機能している可能性が考えられた。今後は、ホルモン環境の変化によるタイト結合ストレスを検討する。種々の腫瘍におけるタイト結合分子の腫瘍形成や発癌への関与を明らかにし、診断マーカーや治療標的としての有用性確立に向け検討をする。
ウシ筋肉内脂肪蓄積制御における免疫応答ダイナミクスの重要性

筋肉組織内部等の、通常は脂肪が蓄積しない部位に蓄積する脂肪を、異所性脂肪と総称する。牛肉生産では、異所性脂肪である筋肉内脂肪の蓄積が重要視されている。また重度に肥満の進行したヒトや実験動物でも、筋肉内脂肪の蓄積が進行している。さらに肥満のヒトや実験動物では、脂肪組織内への免疫細胞浸潤が増加し、慢性炎症状態にあることが明らかにされている。最近の研究において、ヒトや実験動物では脂肪細胞における細胞老化促進因子p53発現増加が、慢性炎症に重要な影響を及ぼしているとの報告がされた。これらの結果は、異所性脂肪蓄積制御に細胞老化制御因子を介した免疫応答反応が関与している可能性を強く示唆するものである。そこで本年度は、肥育牛脂肪組織における細胞老化制御因子p53発現を、脂肪部位別に検討した。供試牛として黒毛和種去勢肥育牛を用い、と畜時に皮下、内臓、筋肉内の各脂肪組織を採取した。各脂肪組織におけるp53遺伝子発現量測定には、リアルタイムPCR法を用いた。脂肪細胞サイズは、オスミウム染色法を用いて測定した。p53遺伝子発現量は、皮下脂肪や筋肉内脂肪組織と比較し内臓脂肪組織が有意に高い値となった。さらに、内臓脂肪と筋肉内脂肪では、p53遺伝子発現量と脂肪細胞サイズに有意な正の相関が認められたのに対し、皮下脂肪ではp53遺伝子発現量と脂肪細胞サイズには負の相関が認められた。これらの結果から、皮下脂肪とは異なり、異所性脂肪である筋肉内脂肪と内臓脂肪では脂肪細胞の肥大化に伴いp53発現が増加し、p53依存性の脂肪細胞老化が誘導されると考えられた。現在までの研究において、肥育牛における脂肪蓄積部位の違いは、細胞老化制御因子p53発現に影響を及ぼすこと、さらにp53老化制御因子発現量と脂肪細胞肥大化との関係において、内臓脂肪細胞と筋肉内脂肪細胞は、皮下脂肪細胞とは異なる反応を示すことを見出した。これらの結果は、異所性脂肪である筋肉内脂肪と内臓脂肪の細胞老化制御機構を介した免疫応答反応の類似性を示すものであり、研究目標は順調に達成されていると判断した。本年度は、ウシ品種が脂肪組織中の免疫応答を介した筋肉内脂肪蓄積制御に及ぼす影響を明らかにする。筋肉内脂肪蓄積能力の大きく異なる、黒毛和種及びホルスタイン種去勢牛を用い、筋肉内脂肪や内臓脂肪等における細胞老化制御因子や免疫細胞系マーカー発現を測定する。さらにウシ品種の違いが、脂肪組織内への免疫細胞の浸潤に及ぼす影響を解析する。(理由)次年度繰越金は、主に試薬等物品の購入に係る研究費の効率的な使用によって発生した残額であり、次年度に請求する研究費とあわせて本研究計画遂行のために使用する。(使用計画)

次年度の研究費は平成30年度繰越金と合わせ、筋肉内脂肪蓄積制御機構に免疫応答が及ぼす影響を明らかにするための、分子生物学的並びに組織学的解析実施に必要な、主に試薬購入等物品費として使用する。
アセチルコリンによるゲート機構:視床由来入力に対する促通効果

大脳皮質には、ムスカリニック(mACh)とニコチニック(nACh)の2つのアセチルコリン(ACh)受容体が知られており、その作用は一見複雑である。しかし、シナプス反応に注目すると、両受容体は入力由来依存性に皮質細胞への入力を制御している可能性があることを、これまでに示してきた。すなわち、皮質内由来の入力についてはmAChにより抑制されるが、視床由来の上行性入力に対しては、nAChを介して反対に促通作用を受ける可能性を示唆してきた。本研究課題においては、視床由来入力に対しての促通効果を更に詳細に検討した。マウスの体性感覚野(バレル皮質)より視床との線維連絡を保った切片標本を作製し、視床由来の線維を選択的に刺激するために、刺激電極を視床の腹内側核におき、皮質IV層よりフィールド電位記録、及びパッチ電極を用いた細胞内記録を行い、nAChアゴニストの効果を検討した。その結果、nicotineはフィールド電位、シナプス電流いずれに対しても増強させる効果を示した。また、その効果は量子解析、またfailure解析の結果からシナプス前性である可能性が示唆された。さらに、nAChによる促通効果の層特異性を検討する目的で、光学的計測法による実験も行った。視床刺激に対して、バレル皮質ではIV層特異的に興奮領域が現れた。nAChアゴニストはこの興奮を更に増強する作用を示したが、約150msより遅いところではバレル構造特異的な抑制が見られた。以上の結果より、AChはnACh受容体を介して、皮質内での興奮伝播のダイナミックスを変調し、視床由来入力を時空間的により強調する作用をもたらすものと考えられる。大脳皮質には前脳基底部よりアセチルコリン(ACh)含有繊維の密な投射を受けるが、皮質内情報処理をAChがどのように制御するかについては未だに不明な点が多い。研究代表者は以前に培養細胞を用いた実験において、AChがEPSP,IPSPをほとんどの例において抑制することを見いだした。さらに皮質視覚野では皮質内由来の興奮伝播がムスカリニック受容体を介して強く抑制されることを示してきた。本実験ではこの研究を更に発展させ、AChの効果が入力由来により全く異なる可能性を検討することを目的としている。本年度は視床-皮質標本を用いて皮質内での興奮伝播に対する作用について検討した。マウスの体性感覚野から視床との線維連絡を保った視床-皮質切片標本を作製する。この標本を用いると、視床を直接刺激できるため、視床刺激による皮質内の興奮伝播を観察することができ、視床刺激と皮質内刺激を比較することが可能となる。まず、視床刺激による皮質内興奮伝播を記録し、これに対するニコチン投与の効果を検討した。その結果、ニコチンの投与により4層での興奮伝播が有意に増強された。また増強作用はバレル領域のみならず、バレル間領域にも見られる傾向が認められた。これは、皮質内刺激による、皮質内興奮伝播に対するAChが抑制効果を持つことと対照的である。また、作用領域もニコチンによる興奮が4層を中心とする領域であるのに対し、AChによる抑制が主にII/III層、V,VI層であるのと対照的でもある。現在、ニコチン拮抗薬により、観察された促通効果が抑制されるかどうか、また、ACh投与による効果を検討中である。これより、AChは皮質内で入力の由来に応じてその効果が異なることが考えられる。つまり、前脳基底部由来のコリン作動性細胞は皮質細胞に対して、上行性繊維由来入力を皮質内由来入力に対して相対的に優位にする、いわば、ゲート機構として働くことが示唆される。

大脳皮質には、ムスカリニック(mACh)とニコチニック(nACh)の2つのアセチルコリン(ACh)受容体が知られており、その作用は一見複雑である。しかし、シナプス反応に注目すると、両受容体は入力由来依存性に皮質細胞への入力を制御している可能性があることを、これまでに示してきた。すなわち、皮質内由来の入力についてはmAChにより抑制されるが、視床由来の上行性入力に対しては、nAChを介して反対に促通作用を受ける可能性を示唆してきた。本研究課題においては、視床由来入力に対しての促通効果を更に詳細に検討した。マウスの体性感覚野(バレル皮質)より視床との線維連絡を保った切片標本を作製し、視床由来の線維を選択的に刺激するために、刺激電極を視床の腹内側核におき、皮質IV層よりフィールド電位記録、及びパッチ電極を用いた細胞内記録を行い、nAChアゴニストの効果を検討した。その結果、nicotineはフィールド電位、シナプス電流いずれに対しても増強させる効果を示した。また、その効果は量子解析、またfailure解析の結果からシナプス前性である可能性が示唆された。さらに、nAChによる促通効果の層特異性を検討する目的で、光学的計測法による実験も行った。視床刺激に対して、バレル皮質ではIV層特異的に興奮領域が現れた。nAChアゴニストはこの興奮を更に増強する作用を示したが、約150msより遅いところではバレル構造特異的な抑制が見られた。以上の結果より、AChはnACh受容体を介して、皮質内での興奮伝播のダイナミックスを変調し、視床由来入力を時空間的により強調する作用をもたらすものと考えられる。