hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重力波天体からのＸ線・γ線放射の探索

宇宙における重力波発生の物理的過程や発生源となる天体の起源を明らかにするため、重力波にほぼ同期して出現するX線・ガンマ線対応天体の探索を実施した。LIGOが史上初めて重力波を検出したブラックホール合体事象GW150914など複数の重力波事象に対して全天X線監視装置MAXIとCALET CGBMによりX線・ガンマ線放射を探索し、上限値を得た。また広天域突発X線放射探索ミッションWF-MAXIの開発を進め、ISS搭載ミッションとして提案した。また、重力波関連天体である中性子星、ブラックホール、およびガンマ線バーストをMAXI, Swift, Fermi, CALETなど多様な手段で観測した。中性子星連星合体や超新星などの天体現象において重力波にほぼ同期して放射されるX線の検出をめざす広天域X線監視ミッションWF-MAXIの開発と、重力波発生に関連する天体である中性子星やブラックホールの観測研究を目的とし、初年度には以下の研究を行った。(1) WF-MAXIの開発:国際宇宙ステーションに搭載するためのバス部の基本的な設計検討を実施し、容量、電力、排熱、質量の制約を見積もった上で、科学目標を実現できる観測装置の規模と配置を決定した。主観測装置であるSLC(軟X線大立体角カメラ)は独立な4台のカメラによって全天の20%をカバーする。それぞれ、32枚の大フォーマットCCDを半数ずつ互いに垂直に並べて一次元画像として高速に読み出し、符号化マスクと組み合わせてX線源の位置を決定する。それぞれ機械式冷凍機と組み合わせる。このため、CCDの仕様と電気回路計の設計、および熱設計の基本的検討を進めた。また符号化マスクのタングステン薄板のレーザー加工により試作したが、バリなどの問題が生じたため、別の方法の検討を行った。また、副観測装置であるHXM(硬X線モニター)の初期設計検討と熱設計に関わる概略検討を実施した。シンチレーターとして当初の案であるCsI結晶に加えて、試験用にGAGG結晶を購入し、光量測定等・機会特性の測定等を実施した。(2)重力波関連天体の観測研究:軌道上のMAXI/SSCのバックグランドを調べ、超新星起源の可能性のある広がった拡散X線天体の解析を進めた。また、Fermi、すざく衛星、および地上光学観測に基づき連星ガンマ線パルサーの研究を行った。突発的重力波現象に付随するX線放射を検知し位置を決定するための宇宙ステーション搭載広視野X線監視装置WF-MAXIの開発として、広視野軟X線CCDカメラ(SLC)の検出器部の開発要素である(1)大フォーマットCCD素子、(2)電子回路部、(3)カメラ熱・構造部、の試作品を完成させ機能を確認した。符号化マスクに対しても設計・試作を進め、タングステン素材に対し、レーザー加工で加工方法の評価を行った。硬X線モニター(HXM)に関しては、アナログ信号処理用ASICを開発し、これを搭載したセンサ信号読み出し回路の設計・製造、および機能確認試験・性能評価試験を完了した。設計段階でのWF-MAXIの天体に対する検出感度の見積もりを行い、ミッション要求を十分に満足する感度を達成できる事を確認した。ISS搭載ペイロードとして、専用バスの設計も進め、電源・通信・データ処理、熱制御、姿勢決定に関して要求を満たす設計案を作成し、JAXA宇宙科学研究所平成25年度小規模プロジェクトに提案した。GRB、中性子星、ブラックホール、超新星残骸など重力波源に関連する天体現象の観測研究としては、全天X線監視装置MAXIにより、Be連星X線パルサー4天体から増光の検出、3つの新天体(ブラックホール連星1天体、中性子星連星2天体)の発見、観測史上最大級の明るいガンマ線バーストGRB 130427Aの観測、MAXIの37ヶ月のデータに基づく高銀緯X線源のカタログ、直径10度を超えて広がる白鳥座の軟X線構造の極超新星起源の発見、新種の軟X線源MAXI J0158-744の新星着火による解釈、インターネット上のオンデマンド・データ公開などの成果を上げた。また、欧米の重力波望遠鏡LIGO/Virgoによって検出される重力波に対応するX線放射をMAXIで探索するために、観測協定を締結した。宇宙における重力波発生の物理的過程や発生源となる天体の起源を明らかにするため以下の研究を実施した。(1)突発的な重力波のX線対応天体を検出するための大立体角X線監視装置WF-MAXの開発:軟X線カメラ大立体角カメラSLCの設計の検討を進めた。符号化マスクの試作としてタングステン素材に対しレーザー加工したところ、表面にできた細粒が可視光遮光膜を傷つける可能性があることが分かった。硬X線モニター(HXM)に対しては、前年度製造した第一版信号処理用ASICの評価を実施し、波形整形を改良した第2版の設計を実施した。一方、前年度2月にJAXA宇宙研の小規模プロジェクトに提案したWF-MAXIミッション提案は経費が高すぎるため理学委員会の審査において不採択となった。その結果を踏まえ、WF-MAXIプロジェクトの大幅な見直しを実施した。結果として視野や観測エネルギー帯域で妥協はあるものの、国際宇宙ステーション共用バスiSEEPを用いた小型・軽量化・低予算(従来の約1/5の7億円程度)案の実現見通しを得て、平成26年度末の小規模ミッションに再び応募した。(2)短いガンマ線バースト、超新星爆発など重力波源と想定される天体現象の観測的研究:MAXIによる全天監視を継続し、様々な突発X線天体の監視を行い、検知した場合はAstronomer's Telegram, GCN Circular等へ報告した。

MAXIの発見した新天体の報告、これまでのMAXIによるガンマ線バーストの観測をとりまとめたGRBカタログ論文などを出版した。さらに、2015年8月打ち上げの高エネルギー宇宙線、ガンマ線観測プロジェクトCALETの地上較正試験などを行い、フライト品の性能確認、およびエネルギー応答関数構築に必要な基礎データの取得を行った。重力波のX線対応天体検出を目的とする大立体角X線監視装置WF-MAXIの開発においては、前年度末のJAXA宇宙研への小規模プロジェクト提案が、開発経費が大きすぎることが主たる原因で不採択となったが、プロジェクトの大幅な見直しを実施した結果、性能において妥協はあるものの国際宇宙ステーション上でiSEEPを用いた小型・軽量化が実現可能な案を得て、平成26年度末の小規模ミッションに応募することができた。ミッション実施に向けた基礎開発という目的に沿って、本研究を進めることができた。一方、重力波源と想定される天体現象の観測的研究においては、宇宙ステーションに搭載したMAXIによるX線全天監視観測を、ほぼ前年同様の感度・効率で継続実施し、ガンマ線バーストやX線連星の出現を順調に全世界に向けて報告したほか、MAXIによる観測データに基づく学術論文の出版という成果も挙げることができた。宇宙における重力波発生の物理的過程や発生源となる天体の起源を明らかにするため以下の研究を実施した。(1)突発的な重力波のX線対応天体を検出するための大立体角X線監視装置の開発:軟X線観測に絞り込み、国際宇宙ステーション共用バスiSEEPを用いて小型・軽量化・低予算化してJAXA宇宙研小規模ミッションに応募したiWF-MAXIミッションは、宇宙理学委員会の審査の結果、プロジェクト化すべき提案として推薦された。さらにコストを下げるためにCCD冷却を機械式冷凍機からペルチエ素子にするための検討を行い、CCDの放射線被曝による劣化への対応方法の検討を進めた。硬X線モニター(HXM)に対しては、信号処理用ASICの改良第2版の放射線耐性やノイズ除去機能などの評価を網羅的に実施した。また、宇宙ステーション以外のプラットフォームとして、超小型衛星などの検討も行った。(2)重力波源天体の観測:MAXIによる全天監視を継続した。重力波検出通報に対応する全天X線画像の作成や通常の突発天体検出閾値以下の微弱な変動を詳細に調べるようにMAXI/GSCのデータ解析システムの整備を進めた。LIGO-VirgoからGW150914, GW151226等の重力波検出の報告を受けてX線対応天体の探索を実施し、その上限値をLIGO-Virgo Circular及び査読論文で報告した。重力波事象GW150914が中質量ブラックホールの合体と示唆されたことをうけ、中質量ブラック候補天体と考えられてきた超光度X線天体が重力波源に進化する確率の検討を行い論文として発表した。定常的な様々な突発X線天体の監視も継続し、発見のATEL, GCN Circular等へ報告して全世界の時間領域天文学コミュニティに貢献した。さらにMAXI/GSCの7年間にわたる観測データを用いた銀河系内X線源カタログの作成を進めた。重力波のX線対応
東南アジアにおける呪術的イレズミの人類学：知識と力をまとう身体の比較研究

平成30年度は、文字、身体、知識、力の相互関係に重点を置いて、東南アジア大陸部の複数地域にてフィールド調査を実施して一次データを収集した。8月中旬にカンボジア・プノンペンおよびラオス・ヴィエンチャンにて、2月末に、北タイ・チェンライ県メーサーイ、東北タイ・コーンケーン、ミャンマー・シャン州タチレクにて、さらに3月中旬には中部タイ・ナコンパトムにて、インタビューおよび参与観察を通じてデータの収集を行った。カンボジアとラオスでは、共産主義政権時代に宗教的実践の多くが抑圧されていたことが知られているが、比較的緩やかと考えられているラオスでも呪的実践の抑圧についてインタビューが得られたことは興味深かった。実際に呪的イレズミの実践は両国とも独自伝統としては非常に低調であったものの、両国ともにタイのサックヤンを積極的に取り入れる傾向にあることが観察できた。地域における呪的イレズミのセンターとしての位置づけが、近年のタイに見られるといえる。ミャンマーの調査では、元僧侶の呪術的実践を行う宗教専門家から話を聞くとともに、呪術実践を参与観察することができた。知識の伝達に関連しては、タチレクに接する北タイのメーサーイのみならず、チェンマイなどからも僧侶や呪術師がミャンマーのシャン州を訪れて、呪術実践でみられる呪文の交換と同様の、サックヤンの交換や売買を通じて知識を拡大している状況について情報を手に入れることができた。また北タイのタイーミャンマー間に関しては、現在もシャンの呪術およびサックヤンが秘匿性の高いものとして受け取られている様子がうかがえた。そのほか、コーンケーンでのバラモン僧の宗教儀礼マハーシヴァ・ラートリーや、ナコンパトムのバーンプラ寺院での年中儀礼ワイクルーに参加して、宗教儀礼における身体感覚のあり方や、憑依実践の様子について、参与観察のもと一次データを収集することができた。昨年度に引き続き、タイ以外の東南アジア大陸部の諸地域にて調査を実施することができた。選定した地域の多くはタイ語がかなり流通する地域でもあり、現地アシスタントを使うことによって、慣れない土地でも効果的な調査ができたのは、今後の研究活動にも活かせる大きな収穫であった。今年度は学会および論文としての成果報告もより実質的な形で進められたので、最終年度も同じ形を継続したい。最終年度に向けては、呪術師やクライアント、およびその家族など、人間に焦点を当てたデータ収集を行いたい。引き続いて東南アジア大陸部の複数地域での調査を補足的に行いながら、タイの呪的イレズミ実践を周辺地域との繋がりのもとで描き出せるようにしたい。その際、今年度に新たにラポールを得た複数の俗人宗教専門家との関係を活かしながら、フィールド調査を通じて一次データをできるだけ厚く収集したい。平成29年度は、地域間・民族間の流通に焦点を当てて、東南アジア各地にてフィールド調査を実施した。5月中旬には東北タイ・コーンケン県にて呪的イレズミ(サックヤン)の彫師でもあるバラモン僧(リシ)のワイクルー儀礼の参与観察を行い、サックヤンにおける仏教とバラモン教の混在の有り様についてデータを収集し、ワイクルー儀礼で頻繁に起こるコーンクンと呼ばれる憑依状態について観察と聞き取りを行い、動画撮影なども実施した。8月から9月にかけては、北タイ・チェンマイ県および東北タイ・コーンケン県の各地にて、彫り師兼バラモン僧を複数訪問し、彼らのサックヤン実践、バラモン教と仏教との関係、コーンクンなどの憑依儀礼についてデータを収集した。特に北タイの呪術的伝統のなかに、シャン(タイヤイ)の伝統が色濃く見られる点が確認できた。またバンコク市では、サックヤンに関連した呪術(サイヤサート)に用いられる道具のマーケットの状況を調査した。2月初旬には北ラオス・ルアンパバーン県・ボーケーオ県などを訪れ、サックヤンの実践状況について広域調査を行った。観光客が多く外国の文化とも接する機会の多いルアンパバーンから、メコン川を挟んでタイ・チェンコーンと接するフアイサーイまで移動しながら、仏教寺院を中心にサックヤンについて情報を収集したが、現代ラオスではタイと比べてイレズミ実践が極めて低調であった。国や地域を越えたサックヤンの伝承については、さらなる調査が必要である。これらのフィールドワークで、北タイ、東北タイ、ラオスの呪的イレズミの概況を確認することができた。北タイではミャンマーのシャンの伝統が、東北タイではクメールの伝統が極めて強く入り混じっている一方で、シャンではシャン中心、クメールではクメール中心のイレズミ実践が行われているという対照性が見られるようで、この点をさらに深める必要がある。本プロジェクト全体の1年目であるため、各地で概況を理解するためのフィールド調査を実施したが、特に北タイのチェンマイ周辺、東北タイのコーンケン周辺において、今後も継続してインタビュー調査などが実施できるようなインフォーマントを得ることができた。また二度の国際学会での発表により、研究ネットワークもさらに広げることができたのは大きな収穫といえる。

実際に呪的イレズミの実践は両国とも独自伝統としては非常に低調であったものの、両国ともにタイのサックヤンを積極的に取り入れる傾向にあることが観察できた。地域における呪的イレズミのセンターとしての位置づけが、近年のタイに見られるといえる。ミャンマーの調査では、元僧侶の呪術的実践を行う宗教専門家から話を聞くとともに、呪術実践を参与観察することができた。知識の伝達に関連しては、タチレクに接する北タイのメーサーイのみならず、チェンマイなどからも僧侶や呪術師がミャンマーのシャン州を訪れて、呪術実践でみられる呪文の交換と同様の、サックヤンの交換や売買を通じて知識を拡大している状況について情報を手に入れることができた。また北タイのタイーミャンマー間に関しては、現在もシャンの呪術およびサックヤンが秘匿性の高いものとして受け取られている様子がうかがえた。そのほか、コーンケーンでのバラモン僧の宗教儀礼マハーシヴァ・ラートリーや、ナコンパトムのバーンプラ寺院での年中儀礼ワイクルーに参加して、宗教儀礼における身体感覚のあり方や、憑依実践の様子について、参与観察のもと一次データを収集することができた。昨年度に引き続き、タイ以外の東南アジア大陸部の諸地域にて調査を実施することができた。選定した地域の多くはタイ語がかなり流通する地域でもあり、現地アシスタントを使うことによって、慣れない土地でも効果的な調査ができたのは、今後の研究活動にも活かせる大きな収穫であった。今年度は学会および論文としての成果報告もより実質的な形で進められたので、最終年度も同じ形を継続したい。今年度に得ることのできた北タイ・チェンマイ県や東北タイ・コーンケーン県のサックヤン彫り師の人脈を活かすことで、彼らの実践と知識の継承をめぐる情報をより深く集めることができるだろう。また今年度は東北タイとの比較の観点で、北タイと北ラオスしか見ることができなかったが、次年度はミャンマー・シャン州、カンボジア・シエムリアップ県、ラオス・ヴィエンチャンなどでのフィールド調査を行うことで、広範囲での比較データを収集したい。最終年度に向けては、呪術師やクライアント、およびその家族など、人間に焦点を当てたデータ収集を行いたい。引き続いて東南アジア大陸部の複数地域での調査を補足的に行いながら、タイの呪的イレズミ実践を周辺地域との繋がりのもとで描き出せるようにしたい。その際、今年度に新たにラポールを得た複数の俗人宗教専門家との関係を活かしながら、フィールド調査を通じて一次データをできるだけ厚く収集したい。他の業務スケジュールの影響で、海外調査の日程を予定よりも1日短縮することになったため、わずかに残額がでてしまった。小額であるが、次年度のフィールド調査日程を多少厚くすることで,十分な成果が出るように進めたい。
腫瘍でのADF/チオレドキシンの活性化機構並びに抗癌剤の影響と作用機序の解析

HTLV-I感染細胞株培養上清中より分離精製されたATL由来因子(ADF)は大腸菌の還元補酵素チオレドキシン(TRX)のヒト相同体であり、その活性部位にあるシスチン残基を介した酸化還元反応により細胞内外の酸化還元環境の維持(レドックス制御)を行っている。ADF/TRXはその還元活性により多彩な機能を有する因子として報告されているが、本研究では、ADF/TRXが多くの腫瘍組織において高発現している事実に着目し、細胞の腫瘍化とADF/TRXはじめとする細胞内レドックス制御機構との関連を解析するとともに、腫瘍細胞の抗癌剤耐性獲得におけるADF/TRXの関与について検討した。さらには、悪性腫瘍患者の血清中ADF/TRXの定量法を開発し、診断、予後判定などの臨床医学における有用性について検討した。その結果、1、シスプラチン、アドリアマイシンなどの活性酸素を産生する抗癌剤に対する耐性と細胞内ADF/TRXの発現量との間に相関を認めた。2、シスプラチン、ブレオマイシンなどの抗癌剤がADF/TRXを発現誘導することを見い出した。また、ADF/TRXを遺伝子導入した細胞株はシスプラチンに対する耐性を獲得したが、これにはADF/TRXの活性酸素消去作用が関与しているものと示唆された。3、抗ADF/TRX抗体を用いたELISAサンドウイッチ法による血清ADF/TRXの定量法を開発し、肝細胞癌患者の血清中においてADF/TRXが有意に高値を示すことを見い出した。4、活性酸素消去系酵素の発現が、癌細胞の増殖能増強、浸潤・転移能の獲得などの生物学的悪性化の進展に関与していることを見い出した。
生得的回路と競合・融合して形成される経験依存的なキンカチョウ歌学習の神経回路

キンカチョウは成鳥の歌を聴いて覚え、模倣することで歌を学習する。この時、幼鳥は生得的に存在するキンカチョウの種に共通する歌の特徴を保ちながら、個体に特有の歌を発達させる。研究代表者の研究室ではこれまでの研究から、キンカチョウの第一次聴覚野には生得的に決まるキンカチョウの歌のテンポと、学習によって獲得する歌の音響構造をそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにしており、本研究ではこの生得的な神経回路と経験依存的に獲得する神経回路が競合と融合を行いスクラップ&ビルドを繰り返すことでどの様に歌学習を制御するのか、その神経メカニズムを明らかにすることを目的とした。本研究では、第一次聴覚野の神経細胞群に蛍光タンパク質を発現させ、透明化を用いてその細胞形態の網羅的解析を行った。蛍光タンパクの発現にはウィルスベクターを用い、また興奮性細胞に特異的に発現するプロモーターを用いて発現を行うことで、本研究では特に興奮性細胞の形態を解析し、その細胞体の大きさ、形、投射パターンといった特徴から第一次聴覚野の興奮性細胞を6種類に分類することが出来た。さらにこれらの細胞群の同定を行うため、第一次聴覚野の神経細胞から細胞内記録の方法を用いて、電気生理学的に記録を行い、細胞の聴覚応答の同定を行った後に、透明化を用いてその形態、投射先を明らかにし、これを先に分類した6種類のパターンに当てはめることで、第一次聴覚野の歌のテンポ、音響学的特徴をそれぞれコードする神経細胞群の形態学的同定を行った。本研究期間中に完全に同定を行うことはできなかったが、第一次聴覚野細胞の形態的分類を行い、さらにこれまで機能的に同定していた細胞群をこの中から同定するおおよその検討が出来た。今後、この研究を続けることで、キンカチョウの歌学習を司る、第一次聴覚野の神経回路を機能的、形態学的に解明することが可能となった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。この時、幼鳥は生得的に存在するキンカチョウの種に共通する特徴を保ったまま、個の特異性を学習によって獲得し、それぞれ個体に特有の歌を獲得する。研究代表者の研究室ではこれまでの研究から、キンカチョウの第一次聴覚野には生得的に決まるキンカチョウの歌のテンポと、学習によって獲得する歌の音響構造をそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにしている。本研究はこの生得的な神経回路と経験依存的に獲得する神経回路がどの様に競合と融合を行いスクラップ&ビルドを繰り返すことで歌学習を制御するのかその神経メカニズムを明らかにすることを目的としてる。平成29年度は、第一次聴覚野の神経細胞群に蛍光タンパク質を発現させ、透明化を用いて多くの細胞の形態を解析することにより、形態的に異なる何種類かの細胞群が存在することを明らかにし始めている。これらの手法はトリではこれまでに用いられていなかったが、研究代表者の研究室において世界で初めてトリに応用することに成功している。またさらにこの第一次聴覚野の単一の神経細胞から電気生理学的に記録を行い、細胞の聴覚応答の同定を行った後に、透明化を用いてその形態、投射先を明らかにすることで、先に形態を明らかにした細胞群が機能的にはテンポ、音響のどちらをコードする神経回路に属するのか明らかにすることを試みている。本研究課題は平成29年度に開始されたが、上記の様に研究代表者の研究室において、実験系を世界に先駆けて確立しているため、結果を得始めるのに少し時間がかかったが、年度の後半には手法が安定的に確立し、結果を得始めている。このためおおむね順調に煤でいると言える。さらにこの安定した手法により結果を重ねていくことで、来年度には結果をまとめて発表できるようにしてく予定である。

本研究期間中に完全に同定を行うことはできなかったが、第一次聴覚野細胞の形態的分類を行い、さらにこれまで機能的に同定していた細胞群をこの中から同定するおおよその検討が出来た。今後、この研究を続けることで、キンカチョウの歌学習を司る、第一次聴覚野の神経回路を機能的、形態学的に解明することが可能となった。今後の研究の実施方法に大きな変更はない。昨年度までの研究、キンカチョウ第一次聴覚野の神経細胞の形態学的な分類と、電気生理学的解析による聴覚応答の解析を行い、この領域の神経回路を機能的、形態的に同定する。2018年度はこれらの結果をまとめて発表するように研究を推進する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ラジカル条件下アリル化剤としてのアリルトリス(トリメチルシリル)シランの反応開発

アリルトリス(トリメチルシリル)シランはラジカル開始剤を用いベンゼン中四塩化炭素と反応させると4、4、4-トリクロロ-1-ブテンが65%の収率で得られた。このことはケイ素に三つのトリメチルシリル基を付けるとケイ素ー炭素の結合が弱くなるという想定に基ずく。これに対し不飽和結合に四塩化炭素が付加し、その後ケイ素と塩素がβ-脱離し生成物を与えるという説がある。後者の説を排除するため、オレフィンへの四塩化炭素の付加に有効であると言うルテニウム媒触を用いた反応を検討した。アリルトリス(トリメチルシリル)シラン以外のアリルシランは生成物を与えず、後者の機構は排除できた。この反応に有効なハロゲン化物は四塩化炭素、1、1、1-トリクロロエタン、ブロモ酢酸エチル、ブロモアセトニトリル等ハロゲンを引き抜かれ生じるラジカルが求電子的なものに限られる。生成物の収率はアリルトリブチルスズを用いたときと、反応温度を高めに設定しなければならないが、ほぼ同等であった。アリルスズとの反応で知られているアリルスズ、ハロゲン化合物、求電子的オレフィンの三成分系反応をこのアリルシランを用い試みた。ヨードあるいはブロモシクロヘキサンから生じるシクロヘキシルラジカルはアリルシランには付加しないが、ベンザルマロノニトリルのような求電子的オレフィンには付加する。付加してできるラジカルは求電子的ラジカルであるのでアリルシランに付加し、シリルラジカルを放出する。結果としてベンザルマロノニトリルにシクロヘキシル基とアリル基が付加した生成物が得られる事になる。種々検討した結果、140°Cという高温を必要としたが、目的生成物を50%の収率で得ることが出来た。
反応性窒素動態を統合的に扱う陸域物質循環モデルの開発

今年度の主要な成果として、反応性窒素動態を扱う陸域生態系モデル(VISIT)を用いた東アジア地域の一酸化二窒素(N2O)放出マッピングが挙げられる。過去の気象、土地利用、施肥・沈着データを用いて、空間分解能0.5度で東アジア地域におけるシミュレーションを実施し窒素動態をフルに再現して、その中で温室効果ガスとして注目されるN2Oに関する解析を行った。その際に入力データや設定条件を変えた感度実験を行い、過去のN2O放出量変動に対する影響要因の切り分けを行った。その結果、東アジア地域のN2O放出量は平均して2.03 Tg N2O/yrであり、20世紀初頭と比べて3倍に増加していることが分かった。その主な理由は耕作地への窒素肥料投入量の増加であり、この地域の人口増加と食料生産が結果的に温暖化の原因物質放出を増加させていることが示された。これらの結果を論文として発表した。また、モデルの基礎的な高度化として、硝化に伴うN2O放出量の割合に関するメタ分析とパラメタリゼーション開発、そしてVISITモデル導入を進めた。硝化時のN2O放出は、温度と水分だけでなく土壌pHへの依存性も強いことがわかり、それを考慮できる経験式を作成した。現地データを用いたモデル検証のための作業を進め、マレーシアのオイルパーム農園および近傍河川において採取した水試料を分析し、熱帯農業土壌で生成するN2Oの同位体比を明らかにして、生成過程を解析した。また、窒素安定同位体比をモデルに導入するための分別係数などに関する情報収集を進めた。これらをもとに、VISITなど反応性窒素動態を扱うモデルのスキーム改良に向けた研究を進めた。東アジア地域についてN2O放出分布をシミュレートし、その結果を論文化できたことは大きな進捗であった。平行して全球スケールのシミュレーションも進めており、その出力データはGlobal Carbon ProjectによるN2O統合解析に提供し、国際的なモデル相互比較に協力している。その成果も国際共著論文として発表することが出来た。このような広域シミュレーションが着実に実施される一方、基礎的なモデル高度化・検証は徐々に進められており、硝化N2O放出に関する論文執筆などが進められた。安定同位体の導入は、世界的にも初めての試みであり、当初予想より時間を要している部分もありいまのところ最終的な成果には至っていないが、着実に進行しており翌年度以降の成果が期待される。広域シミュレーションの解析範囲を東アジアから全モンスーンアジアまで展開することで、東南アジアや南アジアのN2O放出量とその分布・変化を詳細に再現することを目指す。可能であれば2019年度内に論文化を試みる。全球スケールのN2O統合解析への協力も進めて国際的な研究成果のアピールにも力を入れる。硝化N2O放出に関する論文は2018年度中に投稿されたものの受理を目指し、できれば脱窒についても同様なメタ分析とパラメタリゼーション開発を進める。窒素安定同位体比の導入は、本課題で目処を付けたいテーマの一つであり、土壌中の無機窒素については同位体比をある程度まで予報することを目指す。また、観測データを用いたモデル検証も同時に進めて論文化を進める。これらの結果を取りまとめて最終的な成果とする。主に陸域における反応性窒素(硝酸態、アンモニア態、有機態など大気N2を除く活性の高い窒素)の動態を統合的に扱うモデル開発に向けた研究を実施した。ベースとなるVISITモデルで使われてきたスキームを再考した。例えば硝化に伴う一酸化二窒素放出の割合について、これまで経験的な定数パラメータで与えられてきたが、文献値のメタ分析および他の窒素動態モデルでの関数化状況を参照して観測により近い推定が可能な方法を検討した。複数のパラメータ値と関数を設定した感度実験を行い、全球スケールの陸域起源一酸化二窒素放出に与える影響を調べた。N2Oの主要な発生プロセスである微生物の代謝過程について、細菌、古細菌、糸状菌(カビ)など反応を担う微生物に関する最新の知見を整理した。硝化細菌の純粋培養実験系を構築し、15Nの分子内分布を利用してN2Oの生成過程が環境条件に呼応してどのように変化するかを調べる準備を整えた。また、VISITモデルの15Nスキーム導入のための、文献収集と定式化を進めた。さらに、土壌凍結が生じるような寒冷条件での土壌窒素無機化速度について、モデル中での温度依存性や炭素動態とのリンクについて検討を行った。微生物による不動化、植物による窒素吸収との関係など無機化に関わる複雑な要因が絡む様相が明らかとなってきた。東アジア地域については、現行モデルによる一酸化二窒素放出量の分布と時間変化をシミュレートし、過去の放出増加状況、放出強度の高い地域、窒素投入量に対するガス放出量の割合などの特徴を調べた。当初の計画通り、ベースとなる陸域生態系の生物地球化学モデルVISITについて個々のプロセスを再検討し、全体的な窒素循環のシミュレーション精度を高めるための作業を実施した。モデルの感度実験、メタ分析、同位体を用いた検討などを計画通りに進めることができた。硝化由来の一酸化二窒素放出量のメタ分析については、H29年度中に一通りの作業を終えて論文執筆を開始することができた。また、東アジア地域の一酸化二窒素放出量分布の変動性に関する論文も執筆を進めている。窒素同位体の導入は本課題で新たに取り組むテーマであるが、文献調査と実測の部分で着実に準備を整えることができた。

土壌凍結時の有機態窒素の無機化については、当初計画では取り組みの優先順位が高いものでは無かったが、研究室に新たに着任した研究員が大学院時代に取り組んでいた課題であり、偶然にも多くの示唆を得ることができたため、今年度の新たな成果とすることができた。今年度の主要な成果として、反応性窒素動態を扱う陸域生態系モデル(VISIT)を用いた東アジア地域の一酸化二窒素(N2O)放出マッピングが挙げられる。過去の気象、土地利用、施肥・沈着データを用いて、空間分解能0.5度で東アジア地域におけるシミュレーションを実施し窒素動態をフルに再現して、その中で温室効果ガスとして注目されるN2Oに関する解析を行った。その際に入力データや設定条件を変えた感度実験を行い、過去のN2O放出量変動に対する影響要因の切り分けを行った。その結果、東アジア地域のN2O放出量は平均して2.03 Tg N2O/yrであり、20世紀初頭と比べて3倍に増加していることが分かった。その主な理由は耕作地への窒素肥料投入量の増加であり、この地域の人口増加と食料生産が結果的に温暖化の原因物質放出を増加させていることが示された。これらの結果を論文として発表した。また、モデルの基礎的な高度化として、硝化に伴うN2O放出量の割合に関するメタ分析とパラメタリゼーション開発、そしてVISITモデル導入を進めた。硝化時のN2O放出は、温度と水分だけでなく土壌pHへの依存性も強いことがわかり、それを考慮できる経験式を作成した。現地データを用いたモデル検証のための作業を進め、マレーシアのオイルパーム農園および近傍河川において採取した水試料を分析し、熱帯農業土壌で生成するN2Oの同位体比を明らかにして、生成過程を解析した。また、窒素安定同位体比をモデルに導入するための分別係数などに関する情報収集を進めた。これらをもとに、VISITなど反応性窒素動態を扱うモデルのスキーム改良に向けた研究を進めた。東アジア地域についてN2O放出分布をシミュレートし、その結果を論文化できたことは大きな進捗であった。平行して全球スケールのシミュレーションも進めており、その出力データはGlobal Carbon ProjectによるN2O統合解析に提供し、国際的なモデル相互比較に協力している。その成果も国際共著論文として発表することが出来た。このような広域シミュレーションが着実に実施される一方、基礎的なモデル高度化・検証は徐々に進められており、硝化N2O放出に関する論文執筆などが進められた。安定同位体の導入は、世界的にも初めての試みであり、当初予想より時間を要している部分もありいまのところ最終的な成果には至っていないが、着実に進行しており翌年度以降の成果が期待される。窒素循環は複雑であり、近年の観測研究によるプロセスや環境応答に関する新知見も加わって全容をカバーするための取り組みを進める必要がある。H29年度は窒素動態のうち、硝化と無機化への比率が高かったが、H30年度は脱窒、揮散、溶脱などにも着目する必要がある。また、同位体の導入は本課題でオリジナリティが高いテーマで有り、プロセス解明と検証の両面から窒素同位体の特徴を再現することを目指す。それらの成果を関連学会で発表すると供に、段階的に論文として発表していく計画である。
腰部椎間板ヘルニアに対するレーザー治療;椎間板髄核蒸散法の基礎及び臨床研究

申請者らが開発を進めてきたレーザー髄核蒸散法のヒトでの臨床応用を開始するにあたり、これまでの基礎実験の追試として動物実験を行った。1.イヌ椎間板を用いた実験では、照射椎間板の平均椎間板内圧は初圧に対し有意に減少したこと、照射後のT2強調像では照射全高位の椎間板輝度の低下がみられたが信号輝度比の変化は椎間板内圧の減圧の程度と相関は無かったこと、組織学的には髄核基質の広汎な変性壊死像が観察されたがこの部分はT2強調像での低信号領域に相当し、髄核の組織変化を水分量の変化としてMRIが画像化し得たことが確認された。2.摘出やぎ椎間板を用いた温度上昇に関する安全実験では、レーザー照射により椎間板中央のレーザー照射部位には著明な温度上昇が認められたが、椎間板周辺及び経皮針には臨床上危険と思われる温度上昇は認められないことが確認された。3.生体ヤギ椎間板のレーザー照射後の経時的変化を調べた実験では、4週、6週の屠殺群において、線維輪内層の軟骨細胞を伴う線維性組織が増殖してレーザー照射により生じた空洞部を満たしている所見が認められ、この修復過程は従来報告されてきた機械的髄核摘出術、あるいはキモヌクレオライシスにおける修復過程と、基本的に同様のものと考えられた。以上の動物実験の結果を前提として、臨床応用を進めた。臨床成績の評価を腰痛疾患治療成績判定基準を用いて行った結果、有効例は50.0%であった。これは保存的治療抵抗性で従来は手術適応と判断されていた難治例に対する成績としては、ほぼ満足すべき結果であると考える。ヘルニア型別に臨床成績を検討すると、非脱出型ヘルニア例は成績良好であることが多かった。術前画像診断によりヘルニア型を鑑別し、さらに生体力学的な諸要素を考慮にいれ適応を限定することにより今後本法の治療成績の向上が期待できる。予備実験として、ウサギ生体の椎間板に対するレーザー照射をおこない、髄核の蒸散が可能であることを確認した。本法の頸椎レベルでの臨床応用を行うにあたり、ヒト頸椎のモデルとして大きさのほぼ等しいヤギ腰椎を用い、レーザー照射実験を行った。椎間板中央に独自に開発した穿刺針を用いてNd:YAGレーザーを種々の照射条件で総熱量240Jの照射を行い、サーモグラフィー及びサーモカップルにより熱分布を計測、さらに照射後の椎間板を病理組織学的に検討した。椎間板の周囲組織に及ぶ危険な熱上昇は認められず、病理組織学的にも髄核の蒸散の得られることが確認され、本法の安全性と有効性が証明された。また、レーザー照射後の椎間板の経時的変化を調べるため、生体動物の慢性実験を現在行っている。麻酔下にヤギ腰椎椎間板にレーザーを照射し、一定期間後に屠殺し、病理学的検索を行う予定である。腰椎椎間板ヘルニアに対するレーザー髄核蒸散法は基礎実験と平行して臨床応用を進めており、本法の適応、至適照射条件の設定、無効例に対する直視下手術の時期、長期経過観察による本法の結果について検討中である。初期10例においては60%で症状の改善を認めた。今後、照射実験による基礎データをふまえ、腰椎椎間板ヘルニアのみでなく、頸椎椎間板ヘルニアに対してもレーザー髄核蒸散法の臨床応用を進める予定である。本法の確立により、手術適応として直視下手術となっていた症例の一部に対し、より非侵襲的治療手技の選択の余地ができると考える。

本年度は、まず基礎実験として、レーザー照射後の椎間板の経時的組織学的変化をヤギ椎間板を用いて観察した.ヤギ3匹の腰部椎間板にレーザー照射を行い、2週、4週、6週の各時期に屠殺し組織学的に検討した。その結果、照射後2週の椎間板では、空洞部、炭化組織、凝固壊死組織、熱変性組織が認められ、4週、6週の屠殺群では線維輪内層の軟骨細胞を伴う線維性組織が増殖し、レーザー照射により生じた空洞部を満たしている所見が認められた。以上の結果から、設定した照射条件でのレーザー照射により椎間板髄核の選択的な蒸散が可能であり、椎間板周囲組織に対する熱影響なく安全に本法が行い得ること、照射による組織変性により組織水分量の減少と、それに伴う椎間板内圧の減少が得られること、照射後には椎間板髄核の熱変性を中心とした組織変化が生じ、この部分は経時的に組織修復が生じることが確認された.以上の動物実験の結果を前提として、ヒトへの臨床応用を進めた。臨床成績の評価を腰痛疾患治療成績判定基準を用いて行った結果、有効例は50.0%であった。これは保存的治療抵抗性で従来は手術適応と判断されていた難治例に対する成績としては、ほぼ満足すべき結果であると考える。ヘルニア型別に臨床成績を検討すると、非脱出型ヘルニア例は成績良好であることが多かった。術前画像診断によりヘルニア型を鑑別し、さらに生体力学的な諸要素を考慮にいれ適応を限定することにより今後本法の治療成績の向上が期待できる。
PETを基盤としたOATPs持続的阻害薬物による胆汁排泄における薬物相互作用評価

肝OATPsに対する持続的阻害作用は、持続的、特徴的な阻害様式を示すため重大な副作用の要因となる。その特徴は、通常の阻害作用の要因である血中の阻害薬に加えて細胞内の阻害薬も影響する点にあり、胆汁排泄トランスポーターに対する肝細胞内阻害薬影響の評価が必要であるが、胆汁排泄阻害の血中濃度による評価が困難で、詳細な情報が得られていない。そこで、本研究では、我々が有用性を示してきたin vivoトランスポーター活性直接評価法であるPETを用い、肝臓中、胆汁中薬物濃度を測定し、in vivoで初めて持続的阻害薬の胆汁排泄への影響を解明することで、医薬品適正使用、臨床応用に向けた基盤構築を目指す。
生体ハイブリッド信号に基づく動作補助ロボットの研究

本研究では,高齢者や障害者等の筋力弱者の日常生活支援やリハビリテーションを行うためのパワーアシストロボット(運動補助ロボット)において,筋電信号や脳波信号等の生体信号を合わせた生体ハイブリッド信号を基にリアルタイムで装着者の意思通りのパワーアシスト(運動補助)を行うロボットの研究を行った.日常生活動作等の様々な動作を行った際の筋電信号と脳波信号のデータを計測して解析することにより,筋電信号と脳波信号からロボット装着者の動作意思を推定する手法を提案し,実験により提案手法の有効性を確認した.本研究では,筋電信号,脳波信号および近赤外光情報を合わせた生体ハイブリッド信号を基に装着者の意思通りのパワーアシスト(運動補助)を行うロボットの実現を目指しており,今年度は主にロボット装着者の前腕回内外運動,肘屈伸運動,歩行運動に関する動作意思を筋電信号および脳波信号を用いて推定する手法の研究を行った.これまでの研究により,筋電信号を基に前腕回内外運動,肘屈伸運動,歩行運動に関する動作意思は推定できることが分かっているため,今年度は特に脳波信号を基にこれらに関する動作意思を推定することに重点を置いた.また,脳波信号から動作意思を推定するために有効な信号を抽出する手法を検討した.その結果,比較的低周波の脳波信号が動作意思推定に必要な情報を含んでおり,各有効チャンネルの脳波信号にウエイト値をかけたものを加算して動作推定を行うことが有効であることが分かった.これらの動作推定手法では,人工ニューラルネットワーク,遺伝的アルゴリズム,遺伝的プログラミング等のソフトコンピューティング技術を用いた.本研究では,筋電信号と脳波信号を合わせた生体ハイブリッド信号を基に実時間でロボット装着者の動作意思通りのパワーアシスト(運動補助)を行う外骨格型パワーアシストロボットの実現を目指して研究を行った.これまでの研究では,筋電信号を基に実時間で装着者の動作意思を推定し,外骨格型パワーアシストロボットで装着者の動作意思通りにパワーアシストを行うことは可能であったが,脳波信号を基にパワーアシストを行うことはON-OFF制御以外は困難であった.そこで本研究では,まずロボット装着者の前腕回内外運動,肘屈伸運動,歩行運動に関する動作意思を筋電信号および脳波信号を用いて実時間で推定する手法を提案し,実験によりそれらの有効性を確認した.また,最終的には筋電信号および脳波信号を用いて実時間で装着者の上肢運動を推定する手法を提案し,その有効性を実験により確認した.具体的には,まず脳波信号から動作意思を推定するために独立した信号を抽出する手法を検討した.信号抽出後に有効な情報を調べた結果,比較的低周波の脳波信号が実時間動作意思推定に必要な情報を含んでいることが分かった.また,各有効チャンネルの脳波信号のある時間内の平均値,RMS(Root Mean Square),あるいは積分値を用いて動作推定を行うことが有効であることが分かった.これらの脳波信号を用いることにより,前腕回内外運動,肘屈伸運動,歩行運動に関する動作意思を推定できることを確認した.また,最終的には各有効チャンネルの脳波信号のある時間内の平均値を用いることにより手先の速度が推定できることも確認した.これらの動作推定手法では,人工ニューラルネットワーク,遺伝的アルゴリズム,遺伝的プログラミング等のソフトコンピューティング技術を用いた.本研究では,高齢者や障害者等の筋力弱者の日常生活支援やリハビリテーションを行うためのパワーアシストロボット(運動補助ロボット)において,筋電信号や脳波信号等の生体信号を合わせた生体ハイブリッド信号を基にリアルタイムで装着者の意思通りのパワーアシスト(運動補助)を行うロボットの研究を行った.日常生活動作等の様々な動作を行った際の筋電信号と脳波信号のデータを計測して解析することにより,筋電信号と脳波信号からロボット装着者の動作意思を推定する手法を提案し,実験により提案手法の有効性を確認した.本研究では,筋電信号,脳波信号および近赤外光情報を合わせた生体ハイブリッド信号を基に装着者の意思通りのパワーアシスト(運動補助)を行うロボットの研究を目指しており,今年度は主にロボット装着者の動作意思とそれに対応する各生体信号の関連を解析する研究と各生体信号の有効な情報を融合させて各装着者の動作意思を推定する手法の研究を行った.まず最初に筋電信号計測システムと脳波信号計測システムを用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号(筋電信号および脳波信号)を計測した.また,実験の被験者は健常者とし,個人差を考慮して複数の被験者に対して実験を行った.計測した筋電信号および脳波信号と動作との関連を解明するための研究を進めた.その結果,まず脳波信号を基に前腕部の回内外動作を推定することに成功した.本推定には,有効な脳波信号を入力とし,推定した前腕部の回内外運動を出力する人工ニューラルネットワークを用いた.筋電信号を基にした前腕部の回内外運動の推定は既に行われているため,前腕部の回内外運動の筋電信号と脳波信号との関連を調べることが可能となった.ただし,個人差が比較的大きいことを考慮する必要があることも分かった.また,筋電信号を基にしたパワーアシスト中の認知アシストによる動作補正において,補正しようとする動作が正しいかどうかを脳波信号を基に判定できることを発見した.これにより,パワーアシスト等で補助する運動がロボット装着者の動作意思通りのものかどうかを脳波信号により判定することが可能となった.ただし,この場合も個人差を考慮する必要がある.

当初は,筋電信号計測システム,脳波信号計測システムおよび近赤外光計測システムを同時に用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号を計測し,動作推定を行うことを予定していた.筋電信号計測システムや脳波信号計測システムを単体で用いて動作推定を行う技術は大きく進展したが,これらを同時に用いる技術や時間遅れの大きい近赤外光を同時に用いる技術にはあまり進展がなかった.ただし,今年度の成果により,脳波信号に基にした歩行動作意思推定の実現可能性が高くなり,半身麻痺患者にパワーアシストロボットを装着し,患者の脳波信号を基に患者の思い通りの歩行を生成することが実現できる見通しが立ったことは大きな成果であった.その上,個人差は大きいものの,脳波信号から動作意思を推定するために有効な信号を抽出する手法においても大きな進展が得られた.当初は,筋電信号計測システム,脳波信号計測システム,および近赤外光計測システムを同時に用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号を計測することを予定していたが,近赤外光は時間遅れが他の生体信号よりも大きいため,今年度は,筋電信号計測システムと脳波信号計測システムを用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号(筋電信号および脳波信号)に重点を置いて計測した.なお,予定通り,実験の被験者は健常者とし,個人差を考慮して複数の被験者に対して実験を行った.計測した筋電信号および脳波信号と動作との関連を解明するための研究を進め,前腕部の回内外動作時の筋電信号と脳波信号を関連付けることが出来た.この際,生体信号に基づいて動作推定を行うため,ソフトコンピューティング技術の一つである人工ニューラルネットワークを用いた.更には,他のソフトコンピューティング技術である遺伝的アルゴリズム(GA)や遺伝的プログラミング(GP)を用いた手法も試みた.また,筋電信号を基にパワーアシストする運動がロボット装着者の動作意思通りのものかどうかを脳波信号により判定することが可能となり,予定通り生体情報を融合させ,外骨格型パワーアシストロボット(これまでの研究で開発したロボット)を用いて健常者に対するパワーアシストを行うことが出来た.ただし,今後更なる融合および個人差に対する対策が必要である.今後は筋電信号と脳波信号を中心とした生体信号と動作との関連を更に深く解明すると共に,これらの生体信号を融合した生体ハイブリッド信号の活用を検討する.また,近赤外光の利点することも検討する.更には実際の患者を対象とした研究にシフトさせることを試みる予定である.特に,生体信号計測実験においては,健常者に加え,脳卒中患者等,動作補助を必要とする実際の様々な患者を対象として,日常生活動作を行う際の生体信号計測を行う.また,生体信号計測実験の結果を基に各患者別の特性を解析し,健常者の生体信号との違いを明らかにすると共に各疾患の生体信号の特徴を明らかにする.もし実験した全ての疾患別の生体信号の特徴を明らかにすることが困難であった場合は,対象の疾患を絞ることで対応する.解析した実際の患者の生体信号を融合させ,患者別あるいは疾患別の生体ハイブリッド信号を生成する手法を提案する.ここでは,各患者の生体信号の特徴から,自動的に各患者の症状に適した生体ハイブリッド信号を生成するものとする.
スーパーオキシハライドの創製による新しい二次元量子磁性体の開拓

超酸化物イオン(スーパーオキサイドイオン、[O2]-:酸素分子の1電子還元体)は、2価の銅イオンと同じくスピン1/2の磁気モーメントを担う。一般的な磁性イオンが金属カチオンであるのに対して、[O2]-イオンは非金属のアニオンである。本研究では、[O2]-アニオンとハロゲン化物アニオンの複合アニオン化合物、すなわち「スーパーオキシハライド」という未開拓の物質群の創製に挑む。超酸化物イオンが二次元に配置された新物質を合成できれば、同じスピン1/2の磁気モーメントを担う銅酸化物が、なぜ高温で超伝導状態になるのか、どうすればより高温で超伝導にできるかを考える上で役に立つ。
シナプス内状態揺らぎによる反応モジュレーションと機能連関

光応答性キナーゼを用いて、シナプスの入出力特性を調べるのが本研究の目的である。現在開発中の光応答性キナーゼの特性(光照射による分子構造変化とその応答速度)を詳細に調べるためにFRET観察をHeLa細胞内で行うことにしたが、S/Nが考えていたよりも悪く、精度よく測定することが困難であった。そこで、FRET観察に用いている既存の蛍光タンパク質よりも高感度・高精度のものを開発する必要があることが分かった。そこで、平成27年度は、分子の構造変化や分子間相互作用を高感度・高精度で行うことができるFRETアクセプターの開発を行った。既に報告のある無蛍光の蛍光タンパク質(sREACh)を鋳型としてランダム変異導入を行うことで、sREAChよりも高感度でかつ高精度で計測ができるものを目標とした。スクリーニングの結果、いくつかの変異体を得ることに成功した。これらの蛍光タンパク質を大腸菌より精製し、吸光係数や量子収率、フォールディング効率等を調べた。これらの結果から、sREAChよりも優れた蛍光特性(sREAChより20倍暗いため、アーティファクトを激減させることができる)とフォールディング効率をもつ無蛍光蛍光タンパク質(ShadowG)を同定することができた(Murakoshi et al. Scientific Reports 2015)。この分子を既存のFRETセンサーに適用したところ、sREAChよりも非常に高精度に分子構造変化を捉えることができることが分かった。さらにShadowGを開発中の光応答性キナーゼに適用することで構造変化のタイムコースを計測することができた。。27年度が最終年度であるため、記入しない。記憶形成の最小単位であるシナプスの後端を形成するスパインの大きさは0.1フェムトリッター程度の容積しかない。これは、ある分子が細胞に100 nMの濃度で発現しているとすると、1個のスパインには10分子程度しか存在しないことを意味する。このような少数分子の活性とシナプス可塑性の関係を明らかにすることが目的である。現在までに、海馬神経細胞シナプス内での分子活性化を可視化するために2光子蛍光寿命イメージングの構築を行った。特に、イメージング用のレーザーとケイジドグルタミン酸の光解放用のレーザーを導入することで、神経細胞を観察しながら単一シナプスに光刺激を行えるようにした。また、シナプス内で分子の活性化を高感度、高精度で捉えるためのFRETプローブの開発も並行して行った。。2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡の構築が完了し、新規FRETプローブの開発にも成功している。これらの点から概ね順調に進展していると考えられる。今後は、各種FRETプローブの開発を行い、海馬スライス内神経細胞のシナプス内でのシグナル分子活性化観察を新規構築した2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡を用いて行う予定である。
中期更新世気候変換期における西部熱帯太平洋貯熱量変動の解明

赤道太平洋域の中央西部に設置されたセディメントトラップ試料を用いて,浮遊性有孔虫の水温躍層種Pulleniatina obliquiloculataの石灰化水深を推定し,同種のマグネシウム/カルシウム古水温計が水温躍層付近の指標として有効であることを確認した.また,オントンジャワ海台で得られた海底堆積物コアについて,2種の有孔虫マグネシウム/カルシウム古水温計を用いて過去100万年間の表層水温・躍層水温を復元し,氷期-間氷期スケールにおける水温変動とさらに長期的な数十万年スケールの水温変動が存在することを明らかにした.平成27年度はオントンジャワ海台で採取されたPC4コアの酸素同位体分析を行った.約2 cm毎に採取された堆積物試料から浮遊性有孔虫Pulleniatina obliquiloculataを拾い出し,安定同位体質量分析計にて分析した.上部から4.6 mまでを分析し,平均的な酸素同位体カーブと対比することでおおよその年代値を得た.その結果,コアのトップは約7万年前,深度4.6 m部分が約36万年前であることがわかった.コアトップが7万年前であることから,採泥時に堆積物表層を回収できていないことが明らかとなった.オントンジャワ海台のPC4コア地点から約580 km南東側に位置するP2コアについて,過去30万年間の酸素同位体がKimoto et al. (2003)で報告されている.PC4とP2コアで重複している年代区間について比較したところ非常に良く一致しており,PC4コアの最表層部分以外は状態の良い古環境解析に適した試料であることが確認された.また,新しい所属機関でMg/Ca分析ができるよう環境を整備した.当初予定ではセディメントトラップ試料のMg/Ca分析を初年度に行う予定であったが,研究代表者の所属機関が変更になったことに伴い,Mg/Caの分析環境を整える必要が出た.そこで,予定を変更してPC4コアの酸素同位体による年代推定を当初の初年度に予定していた試料数(70試料)よりも多く(約200試料)行い,Mg/Ca分析は次年度に行うこととした.赤道太平洋に設置されたセディメントトラップ試料について亜表層に生息する浮遊性有孔虫Pulleniatina obliquiloculataの酸素同位体比とMg/Caを分析し,観測ブイによる水温記録との比較から水温指標の検討を行った.セディメントトラップの観測期間である1999年から2001年には熱帯太平洋域でラニーニャからエルニーニョへと気候状態が変化し,それにともなってトラップ設置海域の表層水温が徐々に増加している.有孔虫殻の酸素同位体比とMg/Caはどちらも分析期間で高温側にシフトしており,これらの指標が水温上昇傾向を良く捉えていることが明らかとなった.今後追加分析を行い詳細な水温指標の評価を行う.オントンジャワ海台で採取された堆積物コアPC4について酸素同位体分析を進めた.昨年度までに終了済みである深度4.6mより下位について分析を行い,8.6mまで終了した.これにより今年度までに約340試料の同位体分析を完了した.分析結果は周期的な増減を繰り返し海洋酸素同位体標準カーブと非常に類似した変動を示した.標準カーブとの対比から明らかにした堆積年代によると,コアPC4の上部8.6mは海洋酸素同位体ステージ4から17までに相当し過去70万年間の堆積物であることが分かった.コアPC4にはステージ4以降の堆積物が回収されていないことが明らかとなったが,近隣サイトで過去に採取され過去30万年間の連続記録をもつP2コアを用いることで上部を補うことができる.平成27-28年度の2年間でセディメントトラップ試料の処理がほぼ完了した.現生の有孔虫殻による古水温指標の確認が行えたことで,堆積物を用いた古水温復元へと適用できることが明らかになった.堆積物コアについても連続的な堆積物であることが確認でき,堆積年代の推定も順調に進んでいる.次年度の早い段階でコア最下部までの年代推定が完了する目処がたった.オントンジャワ海台で採取されたPC4コアについて浮遊性有孔虫の酸素炭素同位体比分析が完了し,年代モデルの作成を行った.その結果,PC4コアの酸素同位体比は氷期ー間氷期サイクルを詳細に記録し,過去100万年間を記録していることが明らかになった.今年度はさらに,表層水温と躍層深度水温を復元するために,2種の浮遊性有孔虫Globigerinoides ruber(表層種)とPulleniatina obliquiloculata(水温躍層種)のMg/Caを分析した.本課題における前年度までのセディメントトラップ試料の分析結果に基づくと,P. obliquiloculataの石灰化水深は約120 mであり,殻のMg/Caは石灰化水深の水温を良く記録している.そのため,本有孔虫種は躍層深度付近の過去水温変動を復元するのに適しており,表層種と躍層種の2種に基づく水温の差を見ることで鉛直的な水温構造を復元することができる.PC4コアを用いて復元された表層水温の変動は,明確な氷期-間氷期サイクルを示し,間氷期は氷期に比べて3-4°C程度高い水温を示した.また,その変動パターンは南極氷床コアから報告されている大気二酸化炭素濃度復元結果と非常に類似した変動を示した.