hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
統合失調症におけるワーキングメモリ障害の神経基盤解明とリハビリテーション法の開発

統合失調症の認知機能障害は,社会的転帰と強く相関しており,適切な介入が必要であるが,その評価・治療法は十分には確立していない.本研究では,ワーキングメモリ障害に焦点を当て,神経基盤に基づいたワーキングメモリ障害のリハビリテーション法を開発することを目的とした。開発したリハビリテーションを週2回3か月間実施したところ、統合失調症患者12名において,リハビリ前後で有意な機能改善効果が得られ、その有効性が示唆された。統合失調症における認知機能障害は、就労などの機能的転帰に強く相関するため、その評価と治療法の確立が急務である。本研究では、ワーキングメモリ障害に焦点を当て、脳画像解析(fMRI)により、神経基盤に基づいたワーキングメモリ障害の新規評価法とリハビリテーション法を開発することを目的とした。初年度は、(1)fMRIで用いるワーキングメモリ課題の選定及び妥当性の検証(2)認知リハビリテーションにおけるリハビリソフトの選定と言語セッションマニュアルの作成を行った。統合失調症患者10名と健常者13名に対して、WMS-R(ウエクスラー記憶検査)の視覚性記憶範囲課題、言語性及び非言語性N-back課題、新規課題を実施した。患者および健常者の視覚性記憶範囲課題の正答率は、既存データと同様であり、2種類のN-back課題では、各群ともに1-backから2-、3-backと難易度の上昇に伴い、感度は有意に減少し、その感度は患者群で健常者群よりも有意に低下していた。以上を確認したうえで、記憶の保持への負荷(light, medium, heavy)に加え、操作の複雑さによる負荷(A>B>C)を有する新規課題の妥当性を検証した。統合失調症患者のうち,1-2名はheavyのB,Cについては実施が困難であったが,その他の患者および健常者では、ともに記憶保持への負荷,操作の複雑さによる負荷が強いほど遂行成績が低下し、患者で健常者に比して有意に遂行成績は低下した。今回の結果より、作成した新規課題が、記憶の保持と操作について評価可能である可能性が示唆された。条件を調整した上で、fMRIデータを取得し、その神経基盤を明らかにするとともにリハビリを実施し、その効果を検証する予定である。統合失調症における認知機能障害は、機能的転帰と強く相関しており、その評価と治療法の確立が急務である。本研究では、ワーキングメモリ障害に焦点を当て、ワーキングメモリ障害のリハビリテーション法を開発することを目的とした。今年度は、以下の3点を中心に実施した。(1)昨年度に選定したリハビリテーションソフトの使用方法についてリハビリテーション実施者用のマニュアルを作成した。加えて、各ソフトの患者記録用・評価用資料の作成を行った。(2)リハビリテーションの評価として実施する神経認知評価尺度、社会認知評価尺度、社会機能評価尺度を選定し、各心理検査の実施のためのトレーニングを心理士に行った。(3)リハビリテーションの内容を、その有効性が示されているNEARの方略に準じて構成した。具体的には、週に2回、約45分間/回のコンピュータセッションと週に1回、約45分の言語セッションで構成した。コンピュータセッションでは、患者は選定した複数のリハビリテーション用ソフトに取り組み、言語セッションでは、作成したマニュアルを用いて、リハビリテーション課題と日常生活行動を結びつけ、動機づけを高める集団ミーティングを実施した。これらを3か月間実施、リハビリテーション前後での心理検査の結果を比較・検討した。統合失調症患者6名において、認知機能評価尺度であるBACS(Brief Assessment of Cognition in Schizophrenia)のcomposite scoreは平均0.707(z-score)改善しており、実施人数は少ないものの有意な改善効果が得られた(p<0.05)。現在、実施人数を増やし、同様に有意な改善効果が得られるか、リハビリテーションを継続中である。統合失調症における認知機能障害は、機能的転帰と強く相関しており、その治療法の確立が急務である。最終年度は、昨年度から実施中のリハビリテーションを継続し、リハビリテーション前後での心理検査の結果を比較し、その効果を検討した。統合失調症患者12名において、認知機能評価尺度であるBACS(Brief Assessment of Cognition in Schizophrenia)のcomposite scoreは平均0.670(z-score)改善しており、有意な改善効果が得られた(p<0.05)。本研究で開発したリハビリテーション法が被験者数を増やしても効果的であることが示唆された。これまでの先行研究において、種々の認知矯正療法(CRT)の有効性が報告されている一方、CRTに関するRCTの質についての検討は必ずしも十分行われていなかった。認知行動療法(CBT)に関して、RCTの質と効果サイズが逆相関することを考慮すると、CRTに関するRCTの質についての検討は重要である。先行研究のCRTメタアナリシスで使われた38の研究の臨床試験評価尺度(Clinical Trials Assessment Measure, CTAM)値と認知機能の効果サイズについて検証した。CTAM65点以上の質の高い研究のみで相関を検討すると、認知機能の効果サイズと有意な負の相関がみられた(r=-0.651, p=0.022, Spearman)。このことは、CRTを用いた研究結果の検証の際にRCTの質に注意する必要性があることを示している。この点に留意した正確なリハビリテーション効果を明らかにするため、RCT研究を実施する予定である。

統合失調症の認知機能障害は,社会的転帰と強く相関しており,適切な介入が必要であるが,その評価・治療法は十分には確立していない.本研究では,ワーキングメモリ障害に焦点を当て,神経基盤に基づいたワーキングメモリ障害のリハビリテーション法を開発することを目的とした。開発したリハビリテーションを週2回3か月間実施したところ、統合失調症患者12名において,リハビリ前後で有意な機能改善効果が得られ、その有効性が示唆された。リハビリテーションに参加する統合失調症患者のリクルートに時間を要したため、リハビリテーションの実施人数がわずかである。リハビリテーションが有効である可能性が示唆されており、今後リクルート方法を改善して、目標人数まで到達したい。精神神経科学当院の精神科専門外来やデイケアと密に連携をとり、参加可能な患者への広報活動に力を入れる。そのために、心理士を一時的に増員するとともに、リクルートパンフレットを改訂し、院内各所に配布する。fMRIに用いる課題の妥当性評価及び認知リハビリテーションにおけるリハビリソフトの選定と言語セッション用マニュアルの作成に時間を要したため、リハビリテーションの開始時期はやや遅れている。リハビリテーションの実施人数が目標に達しておらず、そのためリハビリテーションの実施及び心理検査のための人件費と患者への謝金用の研究費が残っている。認知リハビリテーションを実施する心理士を雇用し、リハビリソフトやマニュアル作成が順調に進んでおり、今後は遅延なく認知リハビリテーションを実施可能である。fMRIで使用する課題の微調整も進んでいる。目標人数に達するよう、患者のリクルートに力を入れ、リハビリテーションを継続していく。リクルート方針を見直したことにより参加可能な患者が増えており、順調に心理士の人件費と患者への謝金として使用できると考える。認知リハビリテーションの開始時期が当初予定時期よりもやや遅れており、雇用予定であった臨床心理士の採用及び患者様への謝金等の支出が次年度に繰り越された。現在、既に認知リハビリ担当の臨床心理士を雇用し、リハビリテーションの準備は整っている。心理士の雇用と患者様への謝金として、予定通り研究費を使用していく。
GaN系半導体界面の制御と電界効果トランジスタの試作に関する研究

金属/GaN界面、絶縁膜/GaN界面、AlGaN/GaNヘテロ界面特性の評価と制御、および、デバイス作製のための基本プロセスの開発に関して研究を進め、以下の成果を得た。1.金属/GaN系ショットキー界面特性の統一的理解;(1)金属/n, p-GaNショットキーのI-VT, C-VT特性の振舞いは、障壁高さの不均一性を考慮した「表面パッチ」モデルで統一的かつ定量的に説明できることを示した。(2)障壁高さの金属依存性を表わすS値は、n-GaNで0.28,p-GaNで0.20であり、GaN試料ではフェルミ準位のピンニング傾向が強いことを明らかにした。(3)AlGaN混晶試料では、実効的障壁高さは室温で著しく減少していること、一方、真の障壁高さはGaN試料よりも大きいことを示した。2.界面制御プロセス技術の検討;ショットキー界面特性の改善法として、窒素中における熱処理が極めて有効であること、また、熱酸化処理により障壁高さが0.050.2eVの範囲で増大することを示した。3.GaN結晶成長の計算機シミュレーション;プラズマ窒素源を用いたGaNのMBE成長について、逆置換形格子欠陥の形成を取り入れたモンテカルロシミュレーションプログラムを開発した。4.深い準位の動的パラメータ値の決定;ショットキーおよびMISダイオードのC-t特性から、界面準位およびバルク中のトラップ準位の捕獲断面積と活性化エネルギーを決定した。5.AlGaN/GaNヘテロ構造の評価とデバイスプロセスの検討;(1)C-V測定により、AlGaN層中の不純物密度と2次元電子密度を評価する手法を確立した。(2)電解液中の陽極エッチングによるメサ構造の形成技術を確立した。また、HEMTのリソグラフィパターンを設計・作製した。今年度は、金属/GaN界面、絶縁膜/GaN界面特性の統一的理解と制御プロセス技術の開発を中心に検討を行い、以下の成果を得た。1.GaN界面特性の統一的理解;(1)金属/p-GaNショットキーのI-V-T測定から、障壁高さの不均一な"界面パッチ"がp-GaNにも存在すること、また、不均一性の程度はn形試料よりも大きいことを明らかにした。(2)障壁高さの金属依存性を表わすS値は、n-GaNでは0.28、p-GaNでは0.20程度であり、GaN試料では、フェルミ準位のピンニング傾向が強いことを明らかにした。(3)金属,絶縁膜/GaN界面におけるフェルミ準位のピンニング位置は、第1原理計算による特性エネルギーと対応していることを見出した。2.界面特性の制御プロセス技術の検討;(1)金属/GaN界面およびSiO_2/GaN界面特性の改善法として、それぞれ、窒素および水素雰囲気中における低温熱処理が極めて有効であることを示した。(2)電解液中での陽極エッチングにより、平坦性の良好なGaN清浄表面が得られることを示した。3.電流輸送特性の計算機シミュレーション;円状の"微小パッチ"が存在する金属/GaNショットキーの2次元電界分布を考慮したI-V一T特性の理論計算より、(1)リチャードソンプロットの直線からのずれ、(2)実効的障壁高さの温度依存性、(3)理想因子の温度依存性、(4)実効的障壁高さおよび理想因子の不純物密度依存性が、"パッチモデル"で定量的かつ統一的に説明されることを示した。4.界面準位およびバルク中の深い準位の動的パラメータ値の決定;

ショットキーおよびMISダイオードのC-t特性から、界面準位およびバルク中のトラップ準位の捕獲断面積と活性化エネルギーを決定した。今年度は、金属/GaN界面電子特性の一層の理解とその制御、AlGaN/GaNヘテロ構造の評価、デバイス作製のための基本プロセスの開発を中心に検討を行い、以下の成果を得た。1.金属/GaN界面電子特性の理解;(1)金属/n, p-GaNショットキーのI-V-T, C-V-T特性の振舞いは、障壁高さの不均一性を考慮した「表面パッチ」モデルで統一的・定量的に説明できることを示した。(2)金属/GaN界面に対する電荷中性点のエネルギーE_0は、価電子帯上端から約2.5eVの位置に存在すること、E_0は絶縁膜/GaN界面における熱平衡フェルミ準位位置と対応していることを示した。(3)AlGaN混晶ショットキーのI-V-T測定から、HEMTに用いられるキャリア密度領域では、実効的ショットキー障壁高さは室温で著しく減少していること、一方、真の障壁高さはGaNよりも大きいことを明らかにした。2.金属/GaN界面制御プロセスの検討;電解液中における陽極酸化処理および酸素雰囲気中における熱酸化処理により、ショットキー障壁高さが0.050.2eVの範囲で増大させ得ることを示した。3.GaN結晶成長の計算機シミュレーション;プラズマ窒素源を用いたGaNのMBE成長について、逆置換形格子欠陥の形成を取り入れたモンテカルロシミュレーションプログラムを新たに開発した。4.AlGaN/GaNヘテロ構造の評価とデバイスプロセスの検討;(1)C-V測定により、AlGaN層中の不純物密度と界面の2次元電子密度を評価する手法を確立した。(3)湿式陽極エッチングにより、HEMT作製のためのメサ形成技術を確立した。また、HEMTデバイスのリソグラフィパターンを設計・製作した。
短期高糖環境が血管内皮細胞に及ぼす影響:外傷早期の血糖管理の重要性

実験的頭部外傷モデルに高血糖負荷を与え、脳挫傷部位への好中球浸潤を観察した報告(J Neurotrma 19:681-92,2002)によると、脳挫傷発生早期の高血糖は脳挫傷組織への好中球浸潤を助長するが、興味深いことに脳挫傷作成から4時間もしくは24時間後に高血糖負荷を行ったラットでは、脳挫傷部位への好中球浸潤がコントロールと比較して差を認めない。しかも、挫傷脳組織中のtumor necrotic factor (TNF)-alphaは、外傷作成1-3時間で既に有意に増加し、24時間の経過で低下することが報告された(Neurosurgery 55:416-425,2004)。本研究で、種々の高糖環境(糖濃度100,200,300,400,500mg/dL)で血管内皮細胞を継代培養した結果、血管内皮細胞からの好中球遊走因子であるinterleukin(IL)-8の産生を観察すると、短期間(12-24h)の高血糖でも血管内皮細胞からの好中球遊走因子であるIL-8の産生が充進することが明らかにした。これまで、慢性高血糖-糖尿病モデルでの血管内皮細胞障害にっいては様々な報告があるが、短期間の高血糖が血管内皮細胞に及ぼす影響についてはあまり検討されていない。重症脳損傷患者の来院時血糖値を測定すると、頭部外傷や脳卒中患者では、重症度と一致して血糖値は上昇することが示されている。この血糖値の上昇は、侵襲反応による高血糖であるため、これまで治療の対象として注目されてこなかった。しかし、血管内皮細胞を外傷早期に損傷組織で増加するTNFで刺激すると、短期間(12-24h)の高血糖でも血管内皮細胞からのIL-8の産生が著しく増加することが明らかになった。外傷早期の高TNF環境下の高血糖が損傷組織への好中球浸潤増加に関与していることから、侵襲後の短期的高血糖も治療の対象となる可能性が示唆された。本研究で、種々の高糖環境(糖濃度100,200,300,400,500mg/dL)で血管内皮細胞を継代培養した結果、血管内皮細胞からの好中球遊走因子であるinterleukin (IL)-8の産生を観察すると、短期間(12-24h)の高血糖でも血管内皮細胞からの好中球遊走因子であるIL-8の産生が亢進することが明らかになった。

これまで、慢性高血糖-糖尿病モデルでの血管内皮細胞障害については様々な報告があるが、短期間の高血糖が血管内皮細胞に及ぼす影響についてはあまり検討されていない。重症脳損傷患者の来院時血糖値を測定すると、頭部外傷や脳卒中患者では、重症度と一致して血糖値は上昇することが示されている。この血糖値の上昇は、侵襲反応による高血糖であるため、これまで治療の対象として注目されてこなかった。しかし、短期間の高糖環境で培養された血管内皮細胞を外傷早期に損傷組織で増加するTNFで刺激すると、IL-8の産生が増加することが推定される。外傷早期の高TNF環境下の高血糖が損傷組織への好中球浸潤増加に関与していることから、侵襲後の短期的高血糖も治療の対象となる可能性が示唆された。重症外傷患者や意識障害患者では、敗血症合併が転帰を左右する一因であることが知られている。上記結果から、別の実験系で糖濃度の違う環境でそれぞれLPS刺激下、非刺激下に血管内皮細胞(HUVECs)のIL-8産生を測定し、グルコース濃度が細胞レベルの炎症反応に及ぼす影響を検討した。LPS刺激下の高糖環境ではグルコース濃度100mg/dL群に比して12,24時間後でIL-8が有意に高値を示した。高糖環境はHUVECsのIL-8産生を増加させ、この反応はLPS刺激下で促進された。以上より、敗血症患者においても高血糖が合併した場合は炎症反応を助長し、二次性組織障害の一因となる可能性が示唆された。
精密飛行時間測定によるニュートリノレス二重ベータ崩壊探索の新手法の開発

素粒子物理学をさらに発展させて宇宙の成り立ちを解明するためには、以下のニュートリノの素性を明らかにしていかなければならない。ニュートリノの質量の絶対値、三世代あるニュートリノの質量階層性、ニュートリノが粒子と反粒子の区別がないマヨラナ粒子であるかどうか。これらは、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0ν2β崩壊)を探索することで解明できるが、その崩壊率は非常に小さく、実験手法のさらなる改善あるいは新たなアプローチが必要である。本研究では、まったく新しい0ν2β崩壊探索手法を提唱した。それは、0ν2β崩壊で放出される2本のβ線の飛行時間をそれぞれ精密に測定することでβ線の運動エネルギーを再構成し、その崩壊を同定するものである。しかし、これを実現するには、β線の飛行時間を精密に測定するため、1光子検出において70ピコ秒(FWHM)よりも良い時間分解能をもち、かつ安価で大面積を覆える光検出器の開発が必須である。そこで本研究で、新種の光検出器「RPC-PMT」を考案し、その開発に着手した。RPC-PMTは、安価で高時間分解能の荷電粒子検出器RPC (Resistive Plate Chamber)を光検出器に応用したものである。RPC-PMTの小型試作機を1台製作し、宇宙線を用いてまずRPCとしての性能を評価した。予備段階の評価において、430μmの単一ギャップで1.6ナノ秒(FWHM)の時間分解能が得られた。今後、ギャップ間隔を狭め、信号増幅回路を低ノイズのものに置き換えることで、RPCとして必要な500ピコ秒(FWHM)以上の時間分解能を得られる見込みである。29年度が最終年度であるため、記入しない。ニュートリノの質量は、ニュートリノ振動により0でないことが示されたが、他の素粒子と比べて非常に小さく、絶対値も起源もまだわかっていない。ニュートリノの小さな質量を説明する有力な理論としてシーソー機構があるが、ニュートリノが粒子と反粒子の区別がないマヨラナ粒子であることが要請される。ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0ν2β崩壊)は、ニュートリノがマヨラナ粒子であることの証拠であり、その崩壊率の測定からニュートリノの質量を決めることができる。しかし、崩壊率は非常に小さく、0ν2β崩壊はまだ発見されていない。本研究は、放出される2本のベータ線の飛行時間をそれぞれ精密に測定することで、ベータ線の運動エネルギーを再構成し、0ν2β崩壊を同定するという、これまでにない新しい手法を提唱・検証するものである。本手法では、崩壊核ソースの膜を薄いチェレンコフ輻射体で挟み、そこから両側の一定距離に光検出器面を配置する。ベータ線が放出するチェレンコフ光から崩壊点の位置と時間を再構成し、ベータ線の光検出器面への到達位置と時間から飛行時間を測定する。時間分解能の良い光検出器を用いれば、精度良く飛行時間ひいては運動エネルギーを測定できる。モンテカルロ・シミュレーションにより、本手法で期待される0ν2β崩壊の探索感度を見積もった。62.4 kgの崩壊核ソース130Teを使用した5年間の観測で、光検出器にPHOTONIS製の2インチサイズのMCP-PMTを用いる場合、Q値におけるエネルギー分解能は240 keV(FWHM)、検出効率は19%、0ν2β崩壊寿命に対する感度は4.8E25年であった。チェレンコフ光の検出効率を2倍近くまで向上させれば、計画中の他の実験と同程度の感度を得られる。しかし、MCP-PMTは非常に高価であるため、それに代わる新たな高時間分解能光検出器の開発が必要である。浜松ホトニクス製の1インチサイズのMCP-PMTを4本用いて、本研究で提唱する0ν2β崩壊の新手法を検証する予定であった。しかし、MCP-PMTの製造過程で問題が発生し、納入が遅れてしまったため、検証実験の開始が遅れてしまっている。その間、モンテカルロ・シミュレーションによる0ν2β崩壊探索実験の最適化と期待される実験感度の見積りを進めた。また、MCP-PMTに代わる新しい光検出器を考案し、その試作機の製作を進めた。

RPC-PMTの小型試作機を1台製作し、宇宙線を用いてまずRPCとしての性能を評価した。予備段階の評価において、430μmの単一ギャップで1.6ナノ秒(FWHM)の時間分解能が得られた。今後、ギャップ間隔を狭め、信号増幅回路を低ノイズのものに置き換えることで、RPCとして必要な500ピコ秒(FWHM)以上の時間分解能を得られる見込みである。当初の計画通り、浜松ホトニクス製の1インチサイズのMCP-PMTを4本用いて、本研究で提唱する0ν2β崩壊の新手法を検証する実験を進める。ただし、0ν2β崩壊探索の本実験でMCP-PMTを使用するのは、MCP-PMTの購入費用が膨大になるため、現実的ではない。本手法による0ν2β崩壊探索実験を実現する上で、安価で大面積を覆うことができ、かつMCP-PMTと同等以上の時間分解能を持つ新たな光検出器の開発が必要である。そこで、ガス増倍機構を持つ新たな光検出器を考案した。上記の新手法検証実験と並行して、その光検出器の動作テストと時間分解能の評価を行っていく。最終的に、検証実験の結果と新しい光検出器の性能をもとに、モンテカルロ・シミュレーションにより、本手法で期待される0ν2β崩壊の探索感度を見積もる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高エネルギー重イオン反応によるハイパー核の生成

本研究計画は、ドイツ重イオン研究所(GSI)の加速器を使い、高エネルギー重イオンビームを発生させ、これを標的に照射して生成されるハイパー核を測定することを目的としている。この実験では、ハイパー核固有の崩壊様式を、崩壊によって発生する粒子の飛跡を追うことで検出し、ハイパー核の生成を同定する計画である。よって、反応で生成された粒子の飛跡を精度よく測定することのできる検出器の開発が、実験成功の鍵を握っている。19年度は、実験に必要な位置検出器(ファイバーシンチレーター)を日本で製作し、検査を行った後、GSIに送って、読み出し回路などとの組み合わせ総合試験を行った。GSIでは、核子あたり1.9GeVの運動エネルギーに加速された^<58>Niの重イオンビームを^<12>Cターゲットに照射し、核反応によって生成されたp、α、πといった粒子を選び出して、検出器に照射して、検出器の応答や読み出し回路の動作を調べた。これらの粒子は、ハイパー核が崩壊して発生する粒子と同じ種類の粒子であるが、このテスト実験により、それぞれの粒子に対する位置分解能とエネルギー分解能を測定した。その結果、これらの粒子を識別しながら、十分な検出能力をもって測定できることが確認できた。GSIでは、本番の実験が、21年初頭にスケジュールされている。本研究の所定の成果が挙げられるように、20年度には、さらに他の検出器や電磁石も組み合わせて試験を行い、検出器と回路系、データ収集系の完成度を高めていく。本研究では、高エネルギー重イオン反応によるハイパー核の生成を検出し、その生成メカニズムを解明し、また生成断面積の測定を行うことを目的としている。通常のハイパー核生成実験は、πやKといった中間子ビームを安定核標的に入射して行われるため、生成できるハイパー核の種類が限られている。一方、高エネルギー重イオンビームを用いた方法では、原理的には、入射重イオンが破砕して生成される核種全てのハイパー核が生成されうる。この研究では、生成されたハイパー核が飛行中に崩壊する様子を観測する必要がある。今年度は、ファイバーシンチレータを使った飛跡検出器のプロトタイプを製作し、ドイツ重イオン研究所のシンクロトロン加速器を使って試験を行った。実験では、核子当たり2GeVのエネルギーを持つ高エネルギー^<12>Cビームと、^<12>Cから生成される核種のビームを使って、ファイバーシンチレータの特性を測定した。また、読み出し用のロジックモジュールを組み合わせての動作試験も行った。試験の結果、ファイバーシンチレータが十分な分解能を持つこと、ロジックモジュールが設計通りの動作をすることが確認できた。来年度以降、計算機によるモンテカルロシミュレーションを進め、検出器系の設計を固める。またこれにより、ファイバーシンチレータとドリフトチェンバーを組み合わせた飛跡検出器の実機の製作と、粒子識別や飛行時間測定用の周辺の検出器群の設計を進める。
真菌性ズーノーシスの多様化とその発症要因の解明

住環境にみる真菌性ズーノーシスおよび原因真菌について,公衆衛生学的観点から菌学・生態学,疫学,病態的研究を行い,真菌症の多様化を確認した。特にズーノーシス症例が従来の報告と比較してどのように変化しているかを重点的に調査研究した。その成果を以下に要約した。(1)住環境にみる真菌検索:動物の体表に分布するものや深在性真菌症の原因となり得る真菌を対象に,住環境における分布を調べた。日和見感染菌として注目される接合菌(Rhizopus, Absidia, Mucor, Mortierella)や黒色真菌(Exophiala, Aureobasidium)は湿性環境である浴室,洗面所,台所の排水口周辺などから高頻度に検出された。Emericellaは乾燥環境であるダスト,タタミ,押し入れベニヤ板などから少量検出された。またCandidaの多くは動物やヒトの体表,粘膜などの生体から分離されたが,住環境では脱衣所,浴室から検出された。(2)真菌性ズーノーシスの多様化に関する研究:臨床獣医師の協力により様々な真菌性ズーノーシス症例を収集し,その病巣材料より原因真菌を分離同定した。症例数として最も多かったのは皮膚糸状菌症であり,Aspergillus症,Alternaria症,Fusarium症,Candida症,接合菌症など種々の真菌による感染症がみられた。多種の原因菌による深在性真菌症が確認されたことから,身近にみられる真菌性ズーノーシスの多様化が示唆された。住環境にみる真菌性ズーノーシスおよび原因真菌について、公衆衛生学的観点から菌学・生態学、疫学、病態的研究を行い、真菌症の多様化を確認した。(1)住環境にみる真菌検索:動物の体表に分布し、深在性真菌症の原因となり得る真菌を対象に、住環境における分布を調べたところ、日和見感染菌として注目される接合菌(Rhizopus、Absidia、Mucor、Mortierella)や黒色真菌(Exophiala、Aureobasidium)は湿性環境である浴室、洗面所、台所の排水口周辺などから高頻度に検出された。今後はその発生源を追求する予定である。Emericellaは乾燥環境であるダスト、タタミ、押し入れベニヤ板などから少量検出された。またCandidaの多くは動物やヒトの体表、粘膜などの生体から分離されたが、住環境では脱衣所、浴室から検出された。(2)真菌性ズーノニシスの多様化に関する研究:臨床獣医師の協力により様々な真菌性ズーノーシス症例の病巣材料より原因真菌を分離、同定した。症例数として最も多かったのは皮膚率状菌症であったが、その他にもAspergillus症、Alternaria症、Fusarium症、Candida症、接合菌症など種々の真菌による感染症がみられた。このように、多種の原因菌による深在性真菌症が確認されたことから、身近にみられる真菌性ズーノーシスの多様化が示唆された。本研究は公衆衛生学的観点から真菌性ズーノーシスによる健康被害防止にあり,発症,定着性,拡大性などの発症要因解明を目的として実施した。1.真菌性ズーノーシスの多様性:皮膚糸状菌症に限らず,Aspergillus症,Alternaria症,Fusarium症,Candida症,さらに稀なzvgomycosisなど多様化した深在性真菌症とその原因真菌が特定された。2.宿主寄生特異性・伝播性:感染特異性と伝播性についてin vitro試験を行った。原因菌で最も多い皮膚糸状菌Microsporum canisの感染機序としてヒト・動物被毛と人工培地中でのケラチン分解性を検討した。

その結果,M.canisは動物種により特異的侵襲性を示すことおよびヒト被毛への活性も強いことが確認された。in vitro試験の結果から感染性,伝播性に大きく関与するものと推察された。3.輸入真菌症の疫学調査:現在海外にあって,国内に発症例のないCoccidioides, Blastomyces, Rhinosporidium等の病原性真菌の生態と発症事例の疫学調査を行った。その結果,輸入真菌症として証明される症例と原因真菌は分離されなかった。しかし輸入動物の著しい増加からこの問題点は今後も組織立てて調査研究を進めていく必要がある。4.Emericella nidurans, Aspergillus fumigatusの感染因子解析:住環境に広く分布するEmericella, Aspergillusは複雑な生態系を持ち,特に前者は今まで病原因子がほとんど未解明のままであり,感染由来と環境由来の感染因子解析比較からその病原性の可能性を検索した。Emericellaの一部protease型の相違が確認された。
Danon病のヒト病態モデルを用いた解析

神経疾患では複数の希少難治性筋疾患が指定難病として認定されているが、病因不明の疾患は多い。中でも「自己貪食空胞性ミオパチー」の一つであるDanon病は根治療法のない致死性疾患で、身体障害度は重度である。病態には生体防御の機構として注目されるオートファジー分子機構の関与が疑われ、病理学的に極めて特徴的な自己貪食空胞を有する。オートファジーには未解明の部分が多く、特に筋組織での研究は進んでいない。本研究計画では、これまでの研究や症例の集積をもとに、ヒトiPS細胞から樹立されたヒト脳オルガノイドや、CRISPR/Cas9によるゲノム編集などの新技術を導入してDanon病の病態解明を行うことを目指す。
抗体の親和性成熟を促進する新規骨髄系細胞の同定とそのＢ細胞活性化機構の解明

B細胞は、胚中心で髙頻度突然変異と選択によって、髙親和性抗体産生細胞へ分化する。この過程で濾胞樹状細胞(FDCs)は中心的役割を担っている。FDC細胞株FL-Yを樹立し機能解析を行ったところ、FL-Yが脾臓の前駆細胞から新規な単球系細胞(FDMC)の分化を誘導することを発見した。FDMCはB細胞の増殖を強く促進し、その分化はCSF-1受容体(R)を介するIL-34シグナルに特異的に依存することを発見した。これは、IL-34選択的CSF-1Rシグナル経路の初めての報告である。細胞の機能解析の過程で、FL-Y細胞と脾臓中のc-kit陽性Lineage陰性の前駆細胞の共培養によって、新規なCD11b陽性の単球系細胞(FDMC)が誘導されることを見出し、FDMCの免疫学的機能と誘導メカニズムの解析を行ってきた。得られた結果の要点は以下の通りである。FDMCは活性化されたB細胞の増殖を強く促進し、胚中心B細胞特有のマーカーの発現を誘導した。このような特性を示す単球系細胞はこれまで報告されておらず、FDMCが胚中心反応の制御に関与することを示唆する。FL-Y細胞は単球系細胞の分化誘導に関与する可能性のあるサイトカインとして、CSF-1とIL-34の両方を発現していた。両サイトカインはCSF-1レセプター(CSF-1R)を介して作用することが知られており、c-kit陽性前駆細胞はCSF-1Rを発現していた。FL-Y細胞によるFDMCの誘導は、CSF-1Rをブロックする抗体によってFDMC誘導は完全に抑制された。しかし、興味あることに、CSF-1の中和抗体では抑制されず、IL-34の中和抗体では強く阻害された。また、FL-YにおけるIL-34の発現をRNAiによって抑制すると、FDMCの誘導は抑制されたが、CSF-1に対するshRNAは抑制効果を示さなかった。これらの結果は、FDMCの誘導はCSF-1Rを介するシグナルに依存して起こるが、このCSF-1RはIL-34にのみ特異的に応答することを示唆する。これまでIL-34選択的に応答するCSF-1Rは報告されておらず、この結果はCSF-1Rを介する新規なシグナル経路の存在を示すものである。抗原投与後に産生される抗体は,時間と共に抗原に対する親和性が増大する(親和性成熟と呼ばれる過程)。親和性成熟はB細胞の抗体遺伝子の髙頻度突然変異と、この結果髙親和性抗体を獲得したB細胞の選択的生存よって進行する。この過程には濾胞樹状細胞(follicular dendritic cell (FDC))が重要な役割を果たしているが、その分子レベルでの機構は不明な点が多い。我々はFDCの機能を詳細に解析するために、FDCの細胞株FL-Yを樹立した。FL-Yの性質を検討中、この細胞株が脾臓中の未分化なc-kit陽性前駆細胞から、CD11b陽性の新規な単球系細胞(FDMCと命名)を誘導することを発見した。FDMCはT細胞の増殖を抑制し、B細胞の増殖は強く促進するというこれまでのmyeloid系細胞にはない性質を有しており、胚中心におけるB細胞分化に重要な役割をもつことが示唆された。本研究では、まずFL-YによるFDMC誘導の機構を研究し、以下のような新規な知見を得た(論文投稿中)。1)単球系細胞の分化に関与することが知られているサイトカインとして、FL-YはCSF-1とIL-34の両方を産生していた。2) FDMCの前駆細胞はCSF-1レセプター(CSF-1R)を発現しており、FDMCの分化はCSF-1Rをブロックする抗体により完全に抑制された。3)一方、CSF-1に対する中和抗体はFDMCの発生を阻害しなかったが、IL-34の中和抗体は強い阻害活性を示した。4) CSF-1とIL-34はCSF-1Rを共通のレセプターとして使用するので、これまでその生物活性は重複しているとされてきた。今回の我々の成果は、IL-34特異的にシグナルを伝える新たCSF-1R経路の存在を示すものであり、今後の展開が期待される。<研究目的・計画><研究成果>1)FDMCは、活性化されたB細胞の増殖を強く促進し、胚中心B細胞特有のマーカーを誘導し、この過程で抗体遺伝子に体細胞高頻度突然変異を誘導するという特異な性質を示した。このような機能をもつ単球系細胞はこれまで報告されておらず、FDMCが胚中心B細胞の分化を促進する重要な機能を担っていることを示した。

2)FDMCのFLーY細胞による分化は、前駆細胞のCSF-1受容体(R)に完全に依存していた。FLーY細胞はCSF-1RのリガンドであるCSF-1とIL-34の両方を産生するが、このうちIL-34のみがFDMCの誘導に関与することを見出した。CSF-1RはCSF-1, IL-34のシグナルを同等に伝達するとされている。我々の見出したIL-34特異的に作動するCSF-1Rシグナル伝達経路は新規なものとして重要な意義を持つ。3)特に最終年度では、FL-Y細胞のFDCとしての特性も、マイクロRNAによる遺伝子発現調節を中心に解析し、microRNA-100-5pが、IL-6, prostaglandin synthase 1/2, TLR4などFDC関連遺伝子の負の調節因子として、機能制御に関与することを発見した。細胞工学・免疫学当初、新規単球系細胞FDMCの生物学的機能は特に注目すべき点は無いよう思われたが、予想に反して、B細胞の増殖を促進するという従来の単球系細胞では報告されていない性質を持つことが分かった。また、増殖促進されたB細胞は胚中心にあるcentroblast特有のマーカーを獲得することから、胚中心B細胞の分化・増殖を制御する新しい細胞としてFDMCは注目すべき性質を持つという予想外の成果が得られた。また、FDMCの分化誘導にはCSF-1RとIL-34が必須であることを明らかにした。CSF-1Rは元来CSF-1のシグナルを伝える受容体として見出されたものであるが、近年第二のリガンドとしてIL-34が報告された。これまでCSF-1Rを使うどの細胞系においても、CSF-1とIL-34はほぼ同等に活性を示しているが、我々のFDMC誘導系はCSF-1Rに依存するにも拘わらず、IL-34のみが有効に作用した。このようなIL-34にだけ応答するCSF-1Rはこれまで報告がなく、CSF-1Rを介する新しいシグナル経路の発見、という予期しない成果につながった。FL-Y由来のFDMC分化因子の解析の結果、これまでCSG-1と類似の活性をもつサイトカインとして記載されているIL-34が特異的に活性を示し、CSF-1は関与しないシグナル経路があるという予想外の発見に至った。これは、CSF-1R経路のこれまで考えられてきた複雑性をしめすものであり、この分野の研究に新たな側面を提示し、新規な研究展開を触発するものとして重要である。1)前年度までに明らかにしたIL-34選択的に反応する新規なCSF-1Rシグナル経路が、どのような分子機構でその特異性を発現するかを究明する。我々はこのIL-34特異性は、IL-34のこれまで報告のない存在様式(可溶性ではなく、細胞表面への結合型)によることを示唆する結果を得ており、この細胞結合型IL-34の構造を明らかにする。2)FDMCのin vivoにおける役割を明確にするために、IL-34KOマウスを用いて、抗体の親和性成熟におけるFDMCの役割、免疫後のFDMCの出現と挙動などを詳細に解析する。通常、IL-34とCSF-1の両方を等しく結合するCSF-1Rが、FDMC前駆細胞の場合には何故IL-34にしか応答しないのか、を分子レベルで明らかにする必要がある。このため、FL-Yに発現しているIL-34の存在形態を解析するとともに、前駆細胞側に出ているCSF-1Rが従来知られているCSF-1Rとどのように異なっているかについても解析する。免疫沈降法と質量分析を利用して、IL-34およびCSF-1Rと会合している可能性のある分子を同定する。
超伝導高周波加速方式を適用した透過型電子顕微鏡の開発研究

本年度前期はこれまでの成果を博士論文としてまとめ、申請、博士号取得となった。内容は高分解能透過型電子顕微鏡の数理的原理から始まり、高周波加速を採用した場合の可能性について議論した。その後ビーム・ダイナミクス・シミュレーションにより、300 kVと3 MVの加速電圧における超伝導高周波加速方式透過型電子顕微鏡の実現可能性について指摘し、2つの共振モードを同時に励振できる世界初の超伝導空洞、2モード空洞の製作と、それを高精度に制御する高周波制御システムの開発について記述した。最後のまとめでは、各要素開発の性能評価結果から改めて透過型電子顕微鏡としての期待される性能を定量評価し、超伝導高周波加速方式透過型電子顕微鏡の基礎確立を強調した。博士号取得後、それまで研究していた高エネルギー加速器研究機構で博士研究員として採用され、引き続き本研究を続けることとなった。本年度後期は1. 2台目の2モード空洞の開発、2.マルチポートの真空焼きだしを行った。2モード空洞の試作機は既に1台製作しているがこれは2つの共振モードの周波数比が目標値である2.0000を満たさなかった。このため2台目の2モード空洞の製作を開始した。2台目の設計はこれまでよりも柔軟に共振周波数比を操作できる設計となっており、3月末の時点で2つのハーフセルが製作済みである。これらのハーフセルは来年度に互いの赤道部を電子ビーム溶接にて接合し、1つの空洞として完成させる予定である。マルチポートは電子銃または2モード空洞の直下に設置し、ビームのenergy spreadをElectron Energy LossSpectrometer (EELS)で測定するために製作した真空チェンバーである。今回真空焼きだしを行い、ビーム試験に必要な真空度が達成されることを確認した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は透過型電子顕微鏡用に開発した超伝導空洞を高精度制御するシステムの開発を行った。これはFPGAベースで作動するもので、既にKEK-cERLで開発されたものを本研究用に最適化したものである。制御試験は超伝導空洞の縦測定試験と共に行った。超伝導空洞は2つの共振モードを同時に励振できるが、今回始めて2つの共振モードを同時に高精度制御することが確認された。この制御精度は、ビーム・ダイナミクス・シミュレーションから導出された目標を達成し、超伝導空洞を採用した電子顕微鏡の実現に大きく近づいた。電子銃においては鉛遮蔽を製作し、ビーム試験に向けた準備を本格化させた。これと同時にカソード励起用レーザーの位相ノイズ測定のための環境を整えた。本研究の発表は国際加速器学会、顕微鏡学会、物理学会(物性)にて行い、様々な分野の研究者と交流し有益なコメントを得た。当初の計画では超伝導空洞を電子顕微鏡試作機に搭載するためのクライオスタットの設計・製作が先に行われる予定だった。しかし、KEK-cERLで使用されていた高周波制御システムを本研究に適用できる運びとなり、こちらを優先しておこなった。高周波制御システムの本研究への適用はスムーズに行われ、アナログ回路の開発も滞りなく進行した。その結果、2つの共振モードを同時に高精度制御できる成果が得られた。今後は電子銃のビーム試験、超伝導空洞のクライオスタット設計・製作を行い、超伝導空洞を採用した透過型電子顕微鏡の試作機を製作することが目標である。ビーム試験については遮蔽製作を今年度に行ったので、今後放射線検査を経て許可が得られ次第実施となる。クライオスタットについては共同研究者と協力して、クライオスタット本体及び上流の電子銃、下流部の収束・診断系と合わせた設計を行う。
エータープライムメソン生成を通して探る核物質中カイラル対称性の部分的回復直接測定

現在、ハドロン物質質量の大部分はカイラル対称性の自発的破れにより獲得されると考えられている。この自発的に破れているカイラル対称性は、高温・高密度といった極限状態において回復すると理論的に予測されている。「カイラル対称性の自発的破れ」の高密度核物質中における部分的な回復現象を実験的に検証する試みが、近年盛んに行われているが、未だ確固たる証拠を得るには至っていない。本研究では、カイラル対称性の自発的破れの変化に対して、その質量が敏感に応答すると予想がある、エータプライム中間子に注目する。核物質中でカイラル対称性の自発的破れ部分的な回復現象がおこるのであれば、エータプライム中間子の質量は減少する。その大きさは150MeV程度と、これまで理論予想されている中間子の中でも特に大きい変化を現す可能性が示唆されている。この質量減少効果が核物質とエータープライム中間子間引力として現れるとの予想をもとに、エータプライム原子核束縛状態の探索を行い、ハドロン物質の質量獲得機構の謎に迫る事を最終目的としている。我々は、SPring-8において利用可能な高輝度γ線ビームを使った(γ,p)反応を素過程とし、原子核中にエータプライム中間子を生成、前方に放出される陽子の高分解能測定から得られるミッシングマスにより、エータプライム原子核束縛状態の探索を実施する。本研究では、特に前方に放出される陽子を測定するための高時間分解能飛行時間差検出器(ToF検出器)の設計から始め、面積3.2 m X 2 mの大型ToF Wallの建設を成功させた。また、達成した時間分解能は50ps以下と予定通りの性能を発揮している事を確認している。本検出器を用いた最初の試験的物理データを平成25年12月に取得。本格的な物理実験データの収集を平成26年4月から計画している。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではハドロン質量起源であるカイラル対称性の自発的な破れを擬スカラー粒子であるエータプライム中間子の質量変化を通して観測しようという研究である。実験手法としては、原子核中で起こるp(γ,p)η'反応に注目し、η'の質量が軽くなる現象を生成敷居値エネルギー以下での生成断面積の増加現象として捉えようというものである。本測定において必要不可欠な検出器が前方(0度方向)で陽子を捕まえるために建設する前方ToF検出器である。本研究では、このToF検出器を近年開発が進んでいるガス検出器、Resistive Plate Chamberで製作する。本研究年度、この前方ToF検出器のプロトタイプを製作し、その性能評価のためのテスト実験をSPring-8/LEPS実験の設備において行った。成果としては、検出器本体の1.0m x 0.2mへの大型化に成功したこと、時間分解能としても目標値である50psに迫るものを完成させた事を上げることができる。また、検出器から出てくる微弱信号を増幅するための回路、プリアンプ回路の試作も行なった。年度始め、最も大きい問題として浮かび上がってきたのは検出器の信号がプリアンプ入口で反射してしまうという事である。数回に及ぶテストの結果、この信号反射の問題はプリアンプを検出器に直付けすることで解決できることを見出した。以上、実機に使うために必要な仕様を満たすものの製作が可能である事を確認した。さらに本検出器のデータを収集するための回路系、TDC、ADC候補であるVMEベースの汎用ボードを購入し、検出器性能が最大限発揮されるかどうかについての性能評価も並行して行い満足できる結果を得ることができた。

本年度の研究の目標は、検出器本体および検出器信号増幅回路(プリアンプ)の試作機を製作しその性能評価を行うことであった。本年度、まず検出器本体の試作、特に実機と同じサイズである大型検出器の製作に成功した。この大型検出器のSPring-8/LEPS施設におけるビームテストの結果は、我々の要求性能である時間分解能50ps以下を十分達成できるレベルのものであることが確認できるものであった。また、検出器量産に必要な技術の蓄積を行うことができた。特に、大型薄膜ガラスの取り扱い方法など、当初考えていなかった問題点を洗い出すことができ、今後の量産を遅延なく行うための基本的な情報を得ることができた。一方、信号増幅回路については、いくつかの初期不具合があったものの最終的に検出器と一体になり運転できるボードの製作に成功した。現在最終試作基板の設計段階である。以上のことは、今年度中に目標としてきたToF検出器の基本特性に関するすべての条件を洗い出すという点において順調に進んできた結果と言える。今後の重要な課題は検出器実機の製作、検出器のLEPS2実験施設への設置およびデータの収集作業ということになる。最終的な検出器単体としての構成には既に決定しているが、面積1m x 1mを超えるような大型検出器をどのように製作・設置するかについての検討がまだ行われていない。そこで今後の緊急の課題としては大型検出器建設をしやに入れた最終プロトタイプの設計・製作である。また、検出器が大型化、多チャンネル化することにより、高電圧供給系、検出器ガスシステム等を整備してことも忘れてはならない課題である。以上のすべてが解決された後、速やかに検出器を実験現場であるLEPS2実験施設への設置を行う。2013年1月より既にγビームが実験施設に供給されているので、検出器設置後の検出器コミッショニングはLEPS2実験施設でのγ線ビームを使い行うこととする。そして年度末までに第一回の実験データ収集を目指す。25年度が最終年度であるため、記入しない。
アルツハイマー病アミロイドのβ蛋白以外の構成成分NACのアミロイド形成への関与

筆者等は精製アルツハイマー病(AD)脳アミロイドから、未知の成分NAC(Non-AβComponent)を見出し、その前駆体蛋白質(NACP)のcDNAをクローニングした。精製アミロイドからペプチドが分離され、その局在が電顕レベルでアミロイド繊維状に同定されたのはAβに次いでNACが2番目である。本研究はADの分子病態生理におけるNAC/NACPの役割を解明することを最終目的とし、先ずNACPの遺伝子座を決定することを試みた。方法的には先ずPCR法、Southernハイブリダイゼーション法を用いて、ヒトと齧菌類の体細胞雑種由来DNAを解析したところ、共にヒト4番染色体を含む雑種細胞にシグナルが検出された。しかし他の細胞からも弱いシグナルがみられたために、FISH法により染色体部位の同定を行ったところ、NACP遺伝子座は4q21.3-q22の位置にあることが判明し当初の目的は完遂された。又、RFLP解析からNACP遺伝子には少なくとも2つの遺伝子多型が存在する事実が明らかになり、これを仮にA型、B型とすると、AD患者ではA型が減少する傾向が見出された。しかし例数が少ない故もあり統計的には有意とはならなかったが、今後RFLPを用いてNACP遺伝子を解析する方向性が打ち出された。一方、cDNAクローニングから新たに短鎖型のNACP112cDNAが得られ、これはmRNAの選択的スプライシングによるイゾ型産物であると考えられた。PCRとNorthern解析により、先の長鎖型NAC140とNACP112は年齢と組織依存的に発現が制御されていることが示された。又、相同検索の結果、今回同定されたインサートの部位と、T細胞抗原受容体のCD3ζ鎖の細胞内ドメインとに相同性が見出され、NACPが細胞内シグナル伝達機構に関わる可能性が示され、NACPの生理機能の一端が示唆された。
未固結堆積物の変形における粒子間摩擦の効果

未固結堆積物の変形・破壊様式を支配する要因として,粒子間摩擦に着目した.この効果を検証するには,粒子間摩擦が異なった試料で,かつ粒子間摩擦以外の条件が全く変わらない材料を必要とする.それを実現したのが"鳴り砂"とみることができる.すなわち,鳴り砂は,せん断されて音を発することが知られているが,その原因として粒子表面が磨かれて,粒子間摩擦が大きくなった砂であることが示されているからである.そこで,人工的に洗浄研磨を行った砂試料を用意することで,粒子間摩擦の効果を検証を図ることができると考えた.長時間洗浄を行ったところ,洗浄時間が増すにつれ,鳴り砂を経て水中鳴り砂に変化した.鳴り砂は乾燥状態でせん断すると発音するが,水中では発音しない.逆に,水中鳴り砂は水中でせん断すると発音するが,乾燥状態では発音しない.それらの物性と破壊様式について一連の実験を行った結果,1.粒子間摩擦は,分子間力が発揮されるほど表面が平滑で清浄であれば著しく高くなる.これは乾燥状態の鳴り砂の物性から示される.2.粒子表面がさらに平滑で清浄になると,低応力下で水中の摩擦抵抗が他のどれより低下する.これは水中鳴り砂の物性から示される.3.水中の粒子間摩擦の低いことが原因で,粒子充填が密な(粒子配位数が大きい)状態が生じ,歪みが制約されて変形に抵抗するようになる.これは水中鳴り砂の変形特性から示される.4.したがって水中鳴り砂は,わずかの歪みで破壊して,通常の砂とも乾燥鳴り砂とも異なった破壊様式をとる.などである.検証は必ずしも十分ではないが,全く新しい視点で,強度や破壊様式を理解できようになる可能性を示している.未固結堆積物の変形・破壊様式を支配する要因として,粒子間摩擦に着目した.この効果を検証するには,粒子間摩擦が異なった試料で,かつ粒子間摩擦以外の条件が全く変わらない材料を必要とする.それを実現したのが"鳴り砂"とみることができる.すなわち,鳴り砂は,せん断されて音を発することが知られているが,その原因として粒子表面が磨かれて,粒子間摩擦が大きくなった砂であることが示されているからである.そこで,人工的に洗浄研磨を行った砂試料を用意することで,粒子間摩擦の効果を検証を図ることができると考えた.長時間洗浄を行ったところ,洗浄時間が増すにつれ,鳴り砂を経て水中鳴り砂に変化した.鳴り砂は乾燥状態でせん断すると発音するが,水中では発音しない.逆に,水中鳴り砂は水中でせん断すると発音するが,乾燥状態では発音しない.それらの物性と破壊様式について一連の実験を行った結果,1.粒子間摩擦は,分子間力が発揮されるほど表面が平滑で清浄であれば著しく高くなる.これは乾燥状態の鳴り砂の物性から示される.2.粒子表面がさらに平滑で清浄になると,低応力下で水中の摩擦抵抗が他のどれより低下する.これは水中鳴り砂の物性から示される.3.水中の粒子間摩擦の低いことが原因で,粒子充填が密な(粒子配位数が大きい)状態が生じ,歪みが制約されて変形に抵抗するようになる.これは水中鳴り砂の変形特性から示される.4.したがって水中鳴り砂は,わずかの歪みで破壊して,通常の砂とも乾燥鳴り砂とも異なった破壊様式をとる.などである.検証は必ずしも十分ではないが,全く新しい視点で,強度や破壊様式を理解できようになる可能性を示している.未固結堆積物の破壊様式を支配する要因の一つとして粒子間摩擦に着目し,以下の実験を行った.1.洗浄装置の製作と試料の準備粒子の表面性状だけが異なる試料を比較しなければ,摩擦の効果を比較することはできないため,大型回転容器を用いて洗浄装置を製作し,段階的な洗浄を開始した.その結果,石英砂の一種については,洗浄数百時間で石英粒子は光沢を帯び,鳴り砂特有の摩擦音を発するようになった.2.安息角測定段階洗浄したそれぞれの試料について,まず安息角・間隙率を測定する.これは,粒子表面性状を損なうことなく微小応力下で摩擦抵抗を事前に評価するためである.測定の結果,未洗浄のものから数百時間まで洗浄したものについては,洗浄時間に伴って安息角が増大を示し,最大で43゚が得られた.これは通常の砂では見られない値であり,充分な粒子間摩擦をもった砂が得られたことを示している.3.帯状載荷で生じる粒子変位は高速度カメラで可視化観察する.これは充填様式の影響を除いた上で,粒子間摩擦と主としてスティックスリップ時のストレスチェーンの発達様式,歪の局所化および破壊構造(とくに剪断面角)の関係を見いだすことを目標として,帯状載荷で生じる粒子変位は高速度カメラで可視化観察を試みた.本年度は,高速度カメラを導入し予察的な撮影を行ったが,剪断装置の製作が完了しておらず,変位測定技術も開発中のため,粒子間変位とそれに基づく破壊様式の解析はできていない.載荷様式と変位速度の設定が解決すべき課題となることが考えられる.未固結堆積物の変形・破壊様式を支配する要因として,粒子間摩擦に着目した.この効果を検証するには,粒子間摩擦が異なった試料で,かつ粒子間摩擦以外の条件が全く変わらない材料を必要とする.それを実現したのが"鳴り砂"とみることができる.すなわち,鳴り砂は,せん断されて音を発することが知られているが,その原因として粒子表面が磨かれて,粒子間摩擦が大きくなった砂であることが示されているからである.

そこで,人工的に洗浄研磨を行った砂試料を用意することで,粒子間摩擦の効果を検証を図ることができると考えた.長時間洗浄を行ったところ,洗浄時間が増すにつれ,鳴り砂を経て水中鳴り砂に変化した.鳴り砂は乾燥状態でせん断すると発音するが,水中では発音しない.逆に,水中鳴り砂は水中でせん断すると発音するが,乾燥状態では発音しない.それらの物性と破壊様式について一連の実験を行った結果,1.粒子間摩擦は,分子間力が発揮されるほど表面が平滑で清浄であれば著しく高くなる.これは乾燥状態の鳴り砂の物性から示される.2.粒子表面がさらに平滑で清浄になると,低応力下で水中の摩擦抵抗が他のどれより低下する.これは水中鳴り砂の物性から示される.3.水中の粒子間摩擦の低いことが原因で,粒子充填が密な(粒子配位数が大きい)状態が生じ,歪みが制約されて変形に抵抗するようになる.これは水中鳴り砂の変形特性から示される.4.したがって水中鳴り砂は,わずかの歪みで破壊して,通常の砂とも乾燥鳴り砂とも異なった破壊様式をとる.などである.検証は必ずしも十分ではないが,全く新しい視点で,強度や破壊様式を理解できようになる可能性を示している.