hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞分化に伴うヒトチミジル酸合成酵素(TS)遺伝子の発現抑制の分子機構

ヒト骨髄性白血病細胞(HL-60)はレチノイン酸処理により顆粒球に分化する。この細胞分化に伴って細胞増殖は停止すると共に、代表的な細胞増殖必須遺伝子であるチミジル酸合成酵素(TS)遺伝子の発現が抑制される。昨年度、分化に伴うこの発現抑制とサイクリン依存性キナーゼ(CDK)インヒビターとの関連性について一部検討した。本年度はまず、その点を昨年度よりさらに詳細に調べた。すなわち、Cip/KipファミリーのCDKインヒビターp21、p27及びp57、そしてINKファミリーの代表p16について、この分化過程におけるそれらmRNAの量的変動を、定量的RT-PCR法及びノーザンブロット法で解析した。その結果、p57とp16の場合には発現量が非常に低いので、明確な結果を得ることは困難であったが、p21のmRNA量は明確な結果が得られ、その変動はTS mRNA量の場合と負の相関を示した。一方、p27のmRNA量はちょうど細胞増殖の変動と対応した変化を示した。これらの結果から、p21とp27とは細胞分化の過程で異なる役割を担っている可能性が示唆された。現在、分化過程における核CDKインヒビターの蛋白質レベルでの変動を解析中である。次に、ヒトTS遺伝子の翻訳開始コドンの近傍の領域に結合し、細胞分化に伴って変動する核内因子(NF-TS2とNF-TS3)をすでに見出しているが、2つの因子は互いに密接に関連しており、特にNF-TS3はヒトTS遺伝子の発現抑制に関与していることを示唆する知見が得られている。それらの実体と性状を明らかにするため、それら核内因子のcDNAクローンの単離をone-hybrid systemを利用して試みた。その結果、2ケの有力候補クローンが得られた。構造解析の結果、それらは未知のcDNAクローンと考えられた。今後、さらに目的のクローンであるかを確認していく予定である。ヒト前骨髄救性白血病細胞(HL-60)はレチノイン酸処理により、顆粒球に分化する。この細胞分化に伴って細胞増殖は停止すると共に、細胞増殖必須遺伝子の発現が抑制される。本研究においては、その発現抑制の分子機構を明らかにするため、まずこの細胞分化の実験系において、代表的な細胞増殖必須遺伝子であるヒトチミジル酸合成酵素(TS)遺伝子の発源がmRNAのレベルで抑制されることを確認した。次に、最近見出された各種のサイクリン依存性キナーゼ(CDK)インヒビターのうち、代表的なp21(Sdi1/Cip1/Waf1)、p57(Kip2)及びp61(INK4/Mts1)について、この細胞分化の過程におけるそれらCDKインヒビターmRNAの発現量の変動をノーザンブロット法で解析した。その結果、調べたCDKインヒビターのうちp21のmRNA発現量のみがTS mRNAの発現量と逆の相関を示した。しかし、p57とp16の場合には発現量が非常に低いので、さらにRT-PCR法による解析・確認が必要であり、その点を新たにp27(Kip1)も含めて現在検討中である。一方、細胞分化に伴うTS遺伝子の発現抑制における特定のCDKインヒビター分子種の関与を明確に示す目的で、発現ベクターに組み込んだアンチセンスCDKインヒビターcDNAをもつHL-60細胞の形質転換株の作製を試みた。そのためにまず、コントロールとしてβ-ガラクトシダーゼ遺伝子を含む発現プラスミドを、トランスフェリンフェクション法でHL-60細胞にトランスフェクトする条件の検討を行った結果、この方法による遺伝子の移入・発現が確認された。現在、形質転換株の選択の条件について検討中である。この形質転換細胞を得ることは、細胞分化に伴う細胞増殖必須遺伝子の発現抑制の分子機構、特にCDKインヒビターの関与・役割を明らかにする上で重要である。

その結果、2ケの有力候補クローンが得られた。構造解析の結果、それらは未知のcDNAクローンと考えられた。今後、さらに目的のクローンであるかを確認していく予定である。
興奮性膜分化におけるシナプス基礎過程の可塑的変化

分裂抑制後,卵殻膜を除去してとりだしたマボヤあるいはアカボヤの8細胞胚から予定神経領域を含む動物半球前方割球a4-2を単離してサイトカラシンB含有海水で培養すると,膜興奮性からみてすべて表皮型細胞に分化した.一方, a4-2割球を単独でなく,予定脊索領域を含む植物半球前方割球A4-1と接着して培養すると, a4-2割球は高率にNaスパイクを示して神経型細胞に分化することがわかった.また単独のa4-2割球も正常胚の1632細胞期に相当するところで, pronase2%海水で10°C・15分間処理すると100%近く膜興奮性からみて神経型細胞に分化することがわかった.また,免疫組織化学的検索をおこなってみると,神経型細胞に分化したa4-2割球には,抗表皮単クローン抗体は結合せず,細胞質も表皮型に分化していなかった.すなわち,接着条件下ではa4-2割球に神経型分化が誘導されたと考えられた.さらに,接着が,非特異的にNaスパイクを誘導している可能性を否定するために,動物半球前方割球を動物半球後方割球あるいは植物半球後方割球と接着して培養したが,いづれの場合も割球は表皮型細胞に分化し,抗表皮単クローン抗体の結合がみられた.すなわち接着によるNaスパイクの誘導能力は植物半球前方割球に特有であり,非特異的な細胞間接着による作用でないことがわかった.以上の結果から,予定神経領域を含む分裂抑制単離割球にみられる神経型分化の特徴と考えられるNaスパイクの誘導能は予定脊索領域を含む割球に特異的であり, Reverberi等によってすでに報告されているホヤ胚における神経誘導現象を互いに干渉する2細胞系で再現したものと結論できた.分裂抑制後,卵殻膜を除去してとりだしたマボヤあるいはアカボヤの8細胞胚から予定神経領域を含む動物半球前方割球a4-2を単離してサイトカラシンB含有海水で培養すると,膜興奮性からみてすべて表皮型細胞に分化した.一方, a4-2割球を単独でなく,予定脊索領域を含む植物半球前方割球A4-1と接着して培養すると, a4-2割球は高率にNaスパイクを示して神経型細胞に分化することがわかった.また単独のa4-2割球も正常胚の1632細胞期に相当するところで, pronase2%海水で10°C・15分間処理すると100%近く膜興奮性からみて神経型細胞に分化することがわかった.また,免疫組織化学的検索をおこなってみると,神経型細胞に分化したa4-2割球には,抗表皮単クローン抗体は結合せず,細胞質も表皮型に分化していなかった.すなわち,接着条件下ではa4-2割球に神経型分化が誘導されたと考えられた.さらに,接着が,非特異的にNaスパイクを誘導している可能性を否定するために,動物半球前方割球を動物半球後方割球あるいは植物半球後方割球と接着して培養したが,いづれの場合も割球は表皮型細胞に分化し,抗表皮単クローン抗体の結合がみられた.すなわち接着によるNaスパイクの誘導能力は植物半球前方割球に特有であり,非特異的な細胞間接着による作用でないことがわかった.以上の結果から,予定神経領域を含む分裂抑制単離割球にみられる神経型分化の特徴と考えられるNaスパイクの誘導能は予定脊索領域を含む割球に特異的であり, Reverberi等によってすでに報告されているホヤ胚における神経誘導現象を互いに干渉する2細胞系で再現したものと結論できた.
A Medieval Reader

この研究の狙いは,一冊でルネサンス以前の英語史をカバ-するテクストを作成することにあったが,3年計画で行うため,本年は資料の収集に終始した。5月にヘルシンキの歴史言語学会に出席・発表したことは,本研究にも最大の成果となった。Matti Rissanen教授の計らいで,大会中朝7時半から夕方5時まで,こちらが望む時間にコンピュ-タ-を使わせてもらえたために,Helsinki Corpusから多くの資料をとり,のちに郵送してもらうことができた。また大会後アムステルダム大学の2つの図書館で文献学・言語学関係の書物を5日間通して調査することができた(ファクシミリの調査を滞在中に完了できなかったのは残念である)。国内では日本英語学会で11月に語彙論のシンポジウムを行い,さらに1991年5月に近代英語協会で迂言用法に関するシンポジウム,12月に日本中世英語英文学会で語形成に関するシンポジウムを行うことになったため,それらの打ち合せを兼ねて京都大学,同志社大学,名古屋大学,南山大学,東北学院大学に於て資料収集を行った。また9月には北海道大学でhistorical linguistics関係の論文を中心に収集した。このように本年は基礎資料の収集と国内での学会活動に合わせた情報収集に重点を置いたが,テクストの作成にはどうしてもファクシミリと共に写本の調査が必要である。中世を代表する写本の中からspecimen pagesを選び出し,editし,notesをつける作業が残っている。幸いなことに1991年度日本学術振興会の特定国派遣員として7月から12週間,イギリスに滞在できることになったので,この期間に主な作業を完了し研究成果を発表するための出版社を決めるつもりである。
DNA損傷認識蛋白質の生体内機能の研究

我々はこれまでに、分裂酵母の減数分裂不能変異株としてmei6およびmei7変異株を分離し、これらが紫外線感受性であり、また栄養源飢餓条件下でDNA合成が起こりにくいために減数分裂不能となることを明らかにした。mei7遺伝子によってコードされる蛋白質は、紫外線損傷を受けたDNAに結合する蛋白質としてヒトや動物細胞から見出されたUV-DDBの127kDサブユニットとアミノ酸配列上の相同性を持つ。本研究ではまずMei6蛋白質とMei7蛋白質が複合体を作っている可能性について検討した。Mei7にHis/Mycタグ、Mei6にHAタグを付加した株の抽出液を用い、ニッケルキレートカラムによる精製、あるいは免疫沈降により、両蛋白質が挙動を共にするかを調べた。また、Two-hybrid法による相互作用の検定も行った。結果はいずれも否定的で、Mei6とMei7とが複合体を作って働いているのではないと推定された。次に、Mei7がUV-DDBと機能的に相同であるかを調べるために、霊長類のUV-DDBの127kDサブユニットの遺伝子を、単独、あるいはもうひとつのサブユニットであるp48Bの遺伝子とともにmei7変異株に導入して変異を相補するかを調べた。しかし、いずれの場合にも動物細胞の遺伝子による分裂酵母変異体の減数分裂能の回復は見られなかった。また、我々はmei6およびmei7変異体がリボヌクレオチドレダクターゼの小サブユニットをコードするsuc22の高発現により抑圧されることを見出しているが、今回、両変異体がリボヌクレオチドレダクターゼを阻害するヒドロキシ尿素に超感受性であることを見出した。さらに、リボヌクレオチドレダクターゼの大サブユニットが温度感受性となったcdc22変異体に比べ、mei6cdc22あるいはmei7cdc22二重変異体では制限温度の低下が見られた。これらのことはMei6およびMei7とリボヌクレオチドレダクターゼの深い関わりを示唆する。この関わりについて、さらに検討を続けている。
神経における血小板活性化因子(PAF)受容体の機能解析

1.多発性硬化症におけるPAF受容体の役割ヒトの疾患である多発性硬化症の動物モデル(実験的アレルギー性脳脊髄膜炎(EAE))をPAF受容体欠損マウスに発症させた。EAE発症に要した平均日数や発症率は野生型マウスと比べてPAF受容体欠損マウスでは違いが認められなかった。しかし四肢の麻痺の程度をスコア化したところ、PAF受容体欠損マウスは野生型マウスに比して有意に症状が軽いことが明らかになった。以上の結果から、PAFにEAEを増悪化させる作用があることが示唆された。2.疼痛におけるPAF受容体の役割PAF受容体欠損マウスの後足の踵に熱及び化学刺激を加える実験により、生理的条件下におけるPAFの痛覚への関与を調べた。PAF受容体欠損マウスは両方の侵害刺激に対し、野生型マウスに比べ有意に鈍麻になっていた。また痛覚伝達経路を担う神経細胞のうち、一次求心性神経細胞の細胞体(後根神経節)においてマウスPAF受容体のmRNAの発現がRT-PCRによって認められた。またラット後根神経節の神経細胞をin vitroで培養してPAFで刺激したところ、細胞内カルシウム濃度の上昇が確認された。以上の結果からPAFの痛覚増強作用が示され、この機序には少なくとも一次求心性神経細胞が関与することが示唆された。3.神経伝達物質放出におけるPAFの役割マウスの大脳スライス標本で海馬CA1領域の前シナプスからの神経伝達物質の放出能を、対パルス促通と後テタヌス性増強という2つの電気生理学実験で観察した。その結果、PAF受容体欠損マウスでは二つの現象がともに野生型マウスに比べ抑制されていることがわかった。また後テタヌス性増強の抑制はPAF受容体アンタゴニスト(WEB2086)の投与によっても野生型マウスで観察できた。以上の結果から、PAFには前シナプスからの神経伝達物質放出促進作用があることが示唆された。1.多発性硬化症におけるPAF受容体の役割ヒトの疾患である多発性硬化症の動物モデルを作るためにオリゴデンドロサイトグリコプロテイン断片(MOG_<35-55>)をフロイントアジュバントとともにPAF受容体欠損C57BL/6マウスに免疫した。多発性硬化症様の症状の発症に要した平均日数や発症率は野生型マウス群と比べてPAF受容体欠損マウス群では違いが認められなかった。来年度は麻痺発症の何処にPAFが関与するのかを明らかにするために、有随神経細胞の脱随とT細胞を中心とした炎症性細胞の浸潤の程度調べ、多発性硬化症発症機構に組織・細胞レベルから迫る予定である。2.疼痛におけるPAF受容体の役割PAF受容体欠損C57BL/6マウスは足への熱刺激及び化学刺激(ホルマリンを皮下注)、カプサイシンに対し、野生型マウスに比べ有意に鈍麻になっていた。そこでマウス後根神経節の神経細胞をin vitroで培養してPAFで刺激したところ、細胞内カルシウム濃度の上昇が確認された。来年度は痛覚に大きく関与するとされるカプサイシン受容体(バニロイド受容体)の発現レベルを、抗体染色や定量的

PCRによってPAF受容体欠損マウスの後根神経節において調べ、野生型マウスのものと比較することによって痛覚低下の機構を解明する予定である。血小板活性化因子(PAF)はGタンパク質共役型受容体を介して多彩な生理活性を示すアルキルエーテルリン脂質である。神経系におけるPAFの働きを明らかにする一環として、PAF受容体欠損マウスにおける前シナプスからの神経伝達物質放出に関する表現型を観察した。マウスの大脳スライス標本で海馬CA1領域のシナプスにおけるCa^<2+>依存性の神経伝達物質の放出能を、対パルス促通(paired-pulse facilitation;短い間隔の2つの電気パルスで前シナプスを刺激すると、神経伝達物質放出量が1つ目のパルスよりも2つ目の方が大きくなる現象)と後テタヌス性増強(posttetanic potentiation;高頻度パルスで前シナプスを短時間刺激して神経伝達物質放出量を増強させる現象)という2つの実験系で観察した。その結果、PAF受容体欠損マウスでは二つの現象がともに野生型マウスに比べ抑制されていることがわかった。また後テタヌス性増強の抑制は5μMのPAF受容体アンタゴニスト(WEB2086)の投与によっても野生型マウスで観察できた。一連の実験はNMDA受容体のアンタゴニストであるAP-V(50μM)を作用させて後シナプスの影響を抑制した条件で行ったので、PAFは前シナプスからの神経伝達物質放出促進作用があることが示唆された。しかしながら、単発の電気パルスによって放出される神経伝達物質の量と、自発的な神経伝達物質放出量の指標である自発性微小シナプス後電位(spontaneous miniature post-synaptic potential)の発生頻度は、PAF受容体欠損マウスと野生型マウスとで同等であった。したがってPAFは前シナプスに高頻度刺激が加わったときの神経伝達物質放出に関与すると考えられた。
古代日本の動物遺体のDNA解析

本年度は、本研究で扱う特定の哺乳類の遺伝子を、試料中に含まれる細菌やカビなどの遺伝子の中から特異的に効率よく増幅・単離するための系を作った。目的の生物由来の遺伝子配列を調べるための領域として、ミトコンドリアDNAのチトクロムb遺伝子を選定した。古いDNAは、重度の損傷を受けて断片化しているために、PCR手法により増幅できる遺伝子断片の長さは一般的に短いものに限られるが、この領域ならば短い領域でも生物種についての情報を得やすい。哺乳類ならばほとんどの種類で共通である配列のほか、ウサギ、シカなどの生物種ごとに特異性が大きい配列をいくつか選定してプライマーセットを作製した。現世の哺乳類の毛や毛皮、肉などからDNAを抽出して遺伝子増幅を行い、これらのプライマーセットの有効性を検討した。その結果、哺乳類共通のプライマーのほかに特定の種に特異的なPCRのプライマーセットをいくつか得ることができた。これらのプライマーを組み合わせて検討すれば、ヒトの遺伝子などのコンタミネーションをほぼ確実に区別できる。現在、古代試料として古墳から出土した青銅器に貼付されていた毛皮からDNAを抽出し、毛皮の生物種を同定すべく実験を進めている。本試料は、青銅器に加工された形で出土したため、多量のさびがついており、金属や金属イオンをいかに除去して目的のDNAを精製するかが大きな課題であった。しかし、このほど生物種特異的なPCR増幅産物が得られたので、現在そのDNA領域を調べている。初年度から古代試料中に多量に含まれる細菌やカビなどの汚染微生物の遺伝子の中から、目的の生物種の遺伝子を単離するための基礎的研究を行っている。初年度は、まずコンタミネーションを物理的に防ぐための実験系の確立を行った。古代DNAを扱うにあたって、実験室内に現世のDNAを扱う区域と物理的に隔たった区域を設け、DNAを抽出するためのクリーンベンチを導入した。またUV照射により現世のDNAのコンタミネーションを取り除く条件を検討するなど、系を整備した。また、最初の取り組みとして、まず目的の生物種を同定できる遺伝子領域を検索した。本研究で扱う生物種は主に哺乳類なので、哺乳類に特異的で細菌やカビなどの汚染微生物の遺伝子と区別できる領域として、ミトコンドリアDNAの特定の遺伝子領域を選定した。また、データベースを利用して、ヒトの遺伝子のコンタミネーションを防ぐようなプライマーのデザインを心掛けた。研究遂行上生じた問題点は、実際の古代動物試料は、骨・毛・皮など個々の試料ごとに材質も保存状態も異なるため、DNAを抽出する過程において、その都度個々に方法を検討する必要があることである。また、場合によっては、試料に含まれてくる重金属イオンがPCRに阻害作用を持つため、DNA増幅がうまくいかないことがある。現在、56世紀の古墳から出土した甲冑や馬甲などに付着した哺乳類の毛の試料の同定に取り組んでいる。試料に鉄さびなどの不純物が多く含まれるため、DNA増幅の最適条件を検討する必要があり、試料からのから重金属イオンを取り除く条件の検討などを行っている。初年度は、まずコンタミネーションを物理的に防ぐための実験系の確立を行ったが、本年度は、これを受けて古代試料中に多量に含まれる細菌やカビなどの汚染微生物の遺伝子の中から、目的の生物種の遺伝子を単離するための基礎的研究を行った。最初の取り組みとして、本年度は、生物ごとに比較可能な短い配列をいくつか選定し、まず目的の生物種を同定するための遺伝子領域を検索した。本研究で扱う生物種は主に哺乳類なので、目的の生物に由来する遺伝子配列を細菌やカビなどの汚染微生物に由来する遺伝子配列と区別できる領域として、ミトコンドリアDNAの特定の遺伝子領域を選定した。古いDNAは、重度の損傷を受けて断片化しているために、PCR手法により増幅できる遺伝子断片の長さは一般的に短いものに限られるが、この領域ならば短い領域でも生物種についての情報が得られやすい。また、ヒトの遺伝子のコンタミネーションが起こりにくいような領域をPCRのプライマーとして選定した。現世の試料を用いて、その実験系の有効性を検討している。実際の古代動物試料においては、個々の試料ごとに材質も保存状態も異なるため、DNAを抽出する過程において、その都度個々に方法を検討する必要がある。また、試料に含まれる重金属イオンがPCRに阻害作用を持つため、DNA増幅がうまくいかない場合もある。青銅器に付着した哺乳類の毛の試料の同定に取り組むために、引き続き試料から重金属イオンを取り除く条件の検討を行っている。試料に鉄さびなどの不純物が多く含まれるため、キレート剤で処理したのち、ポリメラーゼによるDNA増幅が可能なように精製条件を検討している。

これらのプライマーを組み合わせて検討すれば、ヒトの遺伝子などのコンタミネーションをほぼ確実に区別できる。現在、古代試料として古墳から出土した青銅器に貼付されていた毛皮からDNAを抽出し、毛皮の生物種を同定すべく実験を進めている。本試料は、青銅器に加工された形で出土したため、多量のさびがついており、金属や金属イオンをいかに除去して目的のDNAを精製するかが大きな課題であった。しかし、このほど生物種特異的なPCR増幅産物が得られたので、現在そのDNA領域を調べている。
マイクロ波共振法を用いた有機半導体材料の界面局所伝導度測定法の開発

マイクロ波領域の電磁波を用いてさまざまな有機半導体の電子伝導特性を評価可能な非接触伝導度測定法を開発した。化学ドープによる伝導度変調に対する複合電磁波分光法を設計し、ヨウ素ドープ下のP3HT中の電荷キャリアのスピン状態ならびにそれぞれのキャリアの移動度を計測に成功した。ドープの初期においてP3HTの内部にpolaronが形成していることがスピン密度の増加ならびにUV-Vis-NIR吸収測定により確認されたが、伝導度信号は微増に留まった。ドープの後期においては、スピン密度が極大を迎えたのち緩和時間と共に減少していることから、polaron pairの形成が進行していると判断された。伝導度信号はpolaron pairの成長に伴って大きく増加し、最終的に80-100 S cm-1に到達したことからpolaron、polaron pairの移動度がそれぞれ2 x 10^(-3)、0.6 cm^2/Vs程度であると見積もられた。この化学ドープを基盤とした新規なマイクロ波測定法CD-TRMCは広範な有機材料の評価にも有用であると期待される。これと並行して、新規に合成されたC-AntPyとN-AntPyという2種類のCovalent Organic Framework (COF)の電気特性をマイクロ波伝導度測定法により評価した。これらのCOFはπ共役系の発達したピレンとアントラセンを共通の基本骨格とした異性体であるにもかかわらずドーパントに対する応答性が大きく異なることが示されている。難溶性であることが多いCOFは、一般に測定に足る薄膜の作成や単結晶化が極めて困難であるという問題を反応系中での直接薄膜化により解決し、その構造特異的な電気特性を評価した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高移動度を有する有機半導体として盛んに研究されているアセン系化合物は、環拡大に伴い大気不安定となることが知られている。これと比較して、環内に硫黄原子を有するチエノアセンは高い大気安定性と移動度を有し、2,7-DPh-BTBTのFET移動度2.0 cm2 V-1 s-1の報告以降、派生材料が広く探索されてきた。特に[1]benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT)誘導体では、インクジェット誘起単結晶膜やポリマー混合溶液のスピンコート膜で30 cm2 V-1 s-1を超える正孔移動度が報告されている。本研究では、2,7-BTBTが高移動度を発現する理由を明らかにすべく、置換位置が異なる4種類のC12-BTBT異性体を、マイクロ波伝導度測定法を用いて評価した。各異性体の蒸着薄膜を用いて作成したMetal-Insulator-Semiconductor (MIS)素子(Au/SiO2/PMMA/蒸着C12-BTBT/Au)を、Field-InducedTime-Resolved Microwave Conductivity (FI-TRMC)法で測定すると、2,7-体において平均170 cm2 V-1 s-1と異性体の中で突出した正孔移動度が確認された。2,7-体は特徴的なヘリンボーン構造を有しており、サイクリックボルタンメトリーや光電子分光法から他の誘導体よりも強い分子間相互作用を有すると考えられる。理論計算から予測される2,7-体の正孔移動度は145.6 cm2 V-1 s-1であり、FI-TRMCの実測結果と近い値を再現している。これら4種類の誘導体の評価は、有機半導体材料の設計指針のみならず広く有機半導体材料の電荷輸送機構を解明していく上で重要な情報を提供している。現在高移動度有機半導体として着目されているチエノアセン類については、上項記載の通り種々の誘導体の示す正孔移動度、結晶構造、理論計算から包括的に報告した。これに加えて、従来界面に着目したマイクロ波伝導度法によって測定されていなかったn型半導体材料についてもFI-TRMC法が適用可能であることを確認した。特に、代表的なn型半導体材料であるナフタレンジイミドやペリレンジイミド誘導体についてその電子移動度の評価に成功している。また、広い温度範囲での測定は伝導現象を解釈するために必須であり、当初計画していた温度変調測定についても170350 K程度の温度範囲でマイクロ波伝導度測定が行えるように測定系の改良が進んでおり、おおむね順調に進展していると考えられる。電界効果トランジスタ(FET)や発光ダイオード(LED)の素子形成において、特に近年では電荷注入層や電荷輸送層、発光層などそれぞれの機能を持たせることで多層化が進んでいる。このような多層の素子において、層間の電荷注入過程は重要なプロセスである。本研究では、マイクロ波を用いた電気伝導度の非接触計測法であるField-Induced Time-Resolved Microwave Conductivity(FI-TRMC)測定において、インピーダンス分光法との協奏すなわち電流とマイクロ波応答の周波数依存性を同時評価することにより、有機半導体への注入障壁の定量評価を可能とした。FI-TRMC測定では、作成したMIS素子をX-バンドマイクロ波空洞共振器内部に挿入し、ゲート電圧Vg印加に伴って半導体層に蓄積されるキャリアによる誘電損失を、共振器からの反射マイクロ波電力の変化量ΔPrと、素子に流れる電流Iの同時測定により見積もった。ゲート電圧としてバイアスした正弦波電圧を加え、ΔPrとIの振幅及び位相の周波数依存性を調べた。

MIS素子を半導体層、絶縁層をそれぞれ1つのRC並列回路でモデル化し、終端抵抗Rと直列に接続した回路モデルを考えることで、実験結果をよく再現する回路定数を得ることができた。共振器に低温窒素ガスを導入することで、温度変化による回路定数の変化を解析したところ、温度低下に伴いC8-BTBT膜に起因する抵抗が急激に増加した。Richardson-Schottkyモデルにより注入抵抗の温度依存性を解析すると、注入障壁が0.4 eVと見積もられ、金薄膜からC8-BTBTへの注入障壁が極めて大きいことが示された。FI-TRMC測定法を有機材料に適用し、空洞共振器からの反射マイクロ波に対する二次摂動を考慮に入れる事により複素伝導度の測定を可能にした。これにより有機半導体中を流れるキャリアの種類を分離した。加えて、昨年度開発した温度変調FI-TRMC法とインピーダンス分光法を組み合わせることにより、有機半導体材料の異方的伝導を同時に測定すること、また界面での電荷注入プロセスの測定を可能とした。これらのことがらから申請者の当初の計画以上に進展していると考える。マイクロ波領域の電磁波を用いてさまざまな有機半導体の電子伝導特性を評価可能な非接触伝導度測定法を開発した。化学ドープによる伝導度変調に対する複合電磁波分光法を設計し、ヨウ素ドープ下のP3HT中の電荷キャリアのスピン状態ならびにそれぞれのキャリアの移動度を計測に成功した。ドープの初期においてP3HTの内部にpolaronが形成していることがスピン密度の増加ならびにUV-Vis-NIR吸収測定により確認されたが、伝導度信号は微増に留まった。ドープの後期においては、スピン密度が極大を迎えたのち緩和時間と共に減少していることから、polaron pairの形成が進行していると判断された。伝導度信号はpolaron pairの成長に伴って大きく増加し、最終的に80-100 S cm-1に到達したことからpolaron、polaron pairの移動度がそれぞれ2 x 10^(-3)、0.6 cm^2/Vs程度であると見積もられた。この化学ドープを基盤とした新規なマイクロ波測定法CD-TRMCは広範な有機材料の評価にも有用であると期待される。これと並行して、新規に合成されたC-AntPyとN-AntPyという2種類のCovalent Organic Framework (COF)の電気特性をマイクロ波伝導度測定法により評価した。これらのCOFはπ共役系の発達したピレンとアントラセンを共通の基本骨格とした異性体であるにもかかわらずドーパントに対する応答性が大きく異なることが示されている。難溶性であることが多いCOFは、一般に測定に足る薄膜の作成や単結晶化が極めて困難であるという問題を反応系中での直接薄膜化により解決し、その構造特異的な電気特性を評価した。界面特性を測ることができるFI-TRMC測定法の基本的測定は上述のとおり概ね確立しているが、これを多くの系に応用することが可能である。
ライプニッツの公共の福祉論

本研究の主要な目的は、ライプニッツの公共の福祉論を彼の実践哲学の核心として取り出し、その特徴と歴史的意義を明らかにすることに存する。この目的を実現するために、一年目にはイタリアからルカ・バッソ博士を、二年目にはドイツからセバスティアン・シュトルク博士を招聘し、それぞれ講演を開催した。また、研究代表者自身も、ライプニッツの公共の福祉論の重要なファクターである、彼の保健・衛生行政論について学会発表を行った。これらの研究により、ライプニッツの公共の福祉論の特殊近世的な特徴がこれまで以上に明らかとなった。16世紀から18世紀にかけてドイツ語で書かれた政治的文献の主要目的は「公共の福祉」の概念でもって表示されていた。そのため、主に近世ドイツ国家史論において公共の福祉論の研究が進められてきた。ところが、このような脈絡の中でG・W・ライプニッツ(1646-1716)の公共の福祉論が取り上げられることはほとんどなかった。同時代の動向と軌を一にして、ライプニッツも自らの国家論の鍵概念として公共の福祉について詳細に述べているにもかかわらず、である。本研究は1718世紀ドイツにおける公共の福祉論の展開という観点からライプニッツの所論の特徴と意義を明らかにすることを試みるものである。ライプニッツの公共の福祉論と一口に言っても、その射程はきわめて広大である。その福祉政策上の提言は、経済、マニュファクチュア、教育、保健・衛生など、多方面にわたってなされる。本研究では特にライプニッツの保健・衛生行政論に注目しているが、そのことによって彼の公共の福祉論の特殊近世的な性格が明確に示されつつある。一方で、ライプニッツの保健・衛生行政論は1その主体が「国家」である点、2その標的はあくまでも「身体の健康」である点、3「統計」を手段としながら臣民の健康が数量的に把握されるべきことが要求される点、これらにおいて中世の保健・衛生論とは区別される。しかしながら他方で、1行政の最終的な目的が「神の栄誉」に置かれる点、2行政のモチベーションが「慈愛」に求められる点、3教会や修道院の制度が保健・衛生官庁のモデルとされ、さらには聖職者自身が臣民の「身体の健康」の管理にも積極的に関与すべきことが説かれる点、これらにおいて18世紀後半以後の、より近代的で、より世俗化した保健・衛生論とは区別される。ここにライプニッツの公共の福祉論の特殊近世的な性格が明瞭に示されているとみなすことができるであろう。ところが、このような脈絡の中でライプニッツの公共の福祉論が取り上げられることはほとんどなかった。本研究では、前年度に続き、特にライプニッツの保健・衛生行政論に注目する。今年度は、ドイツ連邦共和国からセバスティアン・シュトルク博士を招き、「ライプニッツ時代の医学」「医学と保健衛生制度に対するライプニッツの諸貢献」と題する二つの講演を開催した。また、研究代表者自身も「医事と教会制度ーライプニッツの保健・衛生行政構想ー」と題して学会発表をした。本発表において、研究代表者は近世ドイツにおける「宗派化」に関する近年の議論を参考にしながら、ライプニッツの保健・衛生行政論の特徴を明らかにしようとした。それによると、1ライプニッツが保健・衛生行政の主体として考えているのは、当時の領邦国家であること、2ライプニッツが保健・衛生行政の模範として想定しているのは、当時のプロテスタントの領邦教会制であること、3領邦教会制を保健・衛生行政の模範とする主な目的は、身体とその健康に対する、お上による同一的・均質的な管理と介入を可能にするシステムの確立であること、以上三点が明らかとなった。哲学本研究は平成25年度の研究計画として以下の3点を設定していた。1.ライプニッツ・アカデミー版全集第4系列(政治的著作)第1巻に収録されている諸著作を中心的な考察対象としてこれを読解し、ライプニッツの公共の福祉論における「慈愛」の観念の体系的な位置づけと役割を解明する。

2.上記アカデミー版全集第4系列第1巻と時期的に対応している、アカデミー版全集第6系列(哲学的著作)第1巻に収録されている自然法論関連テクストを補助的に用いて、「慈愛」というキリスト教的な観念の政治的文書での機能の仕方を明確にする。3.ライプニッツ以前の公共の福祉論者たちに関わる資料を国内外の図書館にて収集し、次年度の研究に備える。1について、所期の目的はおおむね達成されたとみなすことができるであろう。とりわけ、「協会設立に関する考察の梗概」を精読することにより、公共の福祉を実現すべき国家にとって福祉政策実施のためのモチベーションとして「慈愛」の観念が設定されていることが明確になった点、大きな収穫であった。2について、必ずしもアカデミー版全集第6系列に収録されている著作ばかりでなく、海外の研究者の協力のおかけで、今後アカデミー版全集第7系列に収録予定の重要著作、「医業に関する諸指導」も参照することができた。これにより、自然法論との関連ばかりでなく、保健・衛生行政との関連からも、慈愛の観念の政治的文書での機能の仕方が確認された。3について、まだ十分な資料を入手することができていない。そのため、ライプニッツ以前・以後の公共の福祉論者たちの資料を収集し読解することは平成26年度にずれこむことになる。以上から、本研究の現在までの達成度について、「おおむね順調に進展している」と評価されうるであろう。上記「現在までの達成度」でも述べたように、ライプニッツ以前・以後の公共の福祉論者たちの資料を収集し読解することが十分にできていない。それゆえ、平成26年度はこの点に集中的に取り組む予定である。とりわけ、ライプニッツにおける公共の福祉論と他の論者たちにおけるそれとの共通性と差異性を明らかにするためには、17世紀ドイツの代表的な国家論者であるV・L・v・ゼッケンドルフ、さらには18世紀の重要な保健・衛生行政論者であるJ・P・フランク、この両者の所論との比較検討が必須であると思われる。また、ライプニッツの保健・衛生行政論上の著作についても引き続き考察を進める。とくに国家によるペスト対策と軍隊における衛生の確保とをその重要な論点として挙げることができるであろう。そして、ライプニッツの保健・衛生論の近代的な特徴を示すものであると思われる「統計」についても、W・ペティやJ・グラントに関する研究をも手引きとしながら、より正確な把握を試みる。次年度使用額(88,838円)に相当する金額を使用するのに適当な支出の必要が認められなかったため。ライプニッツ以前・以後の公共の福祉論者に関連する資料・図書の購入費用、申請者の渡独費用、そして海外研究者の招聘費用の一環として使用する。
ナノスケール熱電変換のボトムアップ的シミュレーション

本研究では、ナノ材料の熱電変換物性を高精度に予測するシミュレーターを開発した。さらに、入力ファイル作成やシミュレーション結果の可視化を支援するGUIの開発し、一般公開した。これを用いることで、計算科学の専門家でなくても、ナノ材料の熱電物性をシミュレーションし、熱電物質開発の指針を得ることができる。実際、今回開発したシミュレータを用いて、カーボンナノチューブ薄膜の熱電物性を明らかとし、国内の実験グループと共同で、世界初となるオールカーボンナノチューブ・フレキシブル熱電素子の開発に成功した。また、本シミュレータを用いて各種ナノ材料の熱電物性予測を行い、多くの成果を得ることができた。本研究は、ナノ物質の熱電変換を原子レベルで高精度に解析するシミュレータの開発を行い、ナノ物質に固有の非平衡熱電相関現象の解明とユビキタス元素からなる熱電変換ナノ物質の開発支援を行うものである。期間全体では、3つの課題:項目1:ナノ物質の熱電変換シミュレータの開発項目2:ナノ物質に特有の非平衡熱電相関現象の理論予測項目3:ユビキタス元素を基軸としたPGECナノ物質の理論設計とデータベースの公開を実施する。平成24年度は、上記研究項目のうち、項目1と項目2を実施した。.項目1に関しては、汎用シミュレータの完成と公開に向けて、プログラムの高速化と適用物質範囲の拡大化を行った。項目2に関しては、既に開発済みのプロトタイプシミュレータを用いて、ナノ物質の非平衡熱電相関現象の解析を実施した。具体的には、グラフェンナノリボン(GNR)の熱起電力に関して、そのリボン幅や端の形状などの依存性について系統的に調べ、熱起電力を最大に引き出すための条件を明らかにした。また、カーボンナノチューブ薄膜のゼーベック係数の低温での特異な温度依存性が、薄膜を構成するカーボンナノチューブ同士の接触部分で起こる共鳴トンネルに起因することを明らかにした。さらに、カーボンナノチューブ薄膜の室温でのゼーベック係数が、単独のカーボンナノチューブと同程度に大きな値をもつことも明らかにし、カーボンナノチューブ薄膜の熱電材料としての可能性を世に先駆けて提案した。期間内に3つの課題:項目1:ナノ物質の熱電変換シミュレータの開発項目2:ナノ物質に特有の非平衡熱電相関現象の理論予測項目3:ユビキタス元素を基軸としたPGECナノ物質の理論設計とデータベースの公開を実施する。以下に、平成25年度の研究実績の概要を記す。平成24年度に引き続き、項目1に関してはプログラムの高速化と適応物質範囲の拡大化を行った。項目2では、ユビキタス元素から構成される各種ナノ物質の非平衡熱電相関現象の解析を行った。特に,カーボンナノチューブ薄膜(バッキーペーパー)の熱電物性をシミュレーションで予測し、国内の実験グループと共同で、高純度の半導体バッキーペーパー熱電材料の作成に成功した。また、本年度より項目3に取り組み始めた。項目3では、項目2によって得られた知見をもとにユビキタス元素を基軸とした環境調和型のPGECナノ物質の開発・設計指針を理論的に与え、各種ナノ材料の熱電変換効率の温度依存性、構造依存性、欠陥・不純物・乱れの影響など様々なデータを系統的に整理し、それらをデータベースとして一般公開する準備を整えている本研究は、ナノ物質の熱電変換を原子・分子レベルで高精度に解析するシミュレータの開発を行うとともに、ナノ物質に固有の非平衡熱電相関現象の解明とユビキタス元素からなる熱電変換ナノ物質の開発支援を行うものである。期間内には以下の3項目について研究を実施した。項目1:ナノ物質の熱電変換シミュレータの開発項目2:ナノ物質に特有の非平衡熱電相関現象の理論予測項目3:ユビキタス元素を基軸としたPGECナノ物質の理論設計とデータベースの公開以下に各項目の研究実績の概要を記す。項目1では、非平衡グリーン関数法と密度汎関数法に基づく熱電物性シミュレータを世界に先駆けて開発し、さらに、入力ファイル作成やシミュレーション結果の可視化を支援するグラフィカルインターフェース(GUI)の開発を行った。項目2では、カーボンナノチューブ薄膜(バッキーペーパー)の熱電物性のキャリアドープ量依存性をシミュレーションにより明らかにし、国内の実験グループと共同で、世界初となるオールカーボンナノチューブ・フレキシブル熱電素子の開発に成功し、その熱電パフォーマンスを電気的に制御することに成功した。また、遷移金属ダイカルコゲナイド物質に円偏光した光を照射することで、無磁場でさえもネルンスト効果が起こること(バレーネルンスト効果)を発見した。

項目3では、2014年に発見されたばかりのユビキタス元素からなる新物質「黒リン原子層」を伸張させることで、その熱電パワーファクターを変調させることができることを発見した。ソフトウェアおよびデータベースの公開に関しては、WEB上に開発ソフトとと取扱説明書を一般公開し、本研究成果の普及に務めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。物性理論,計算物質科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していた研究項目のいずれも順調に進んでいるだけでなく、物理系・化学系・機械系など様々な分野で熱電実験を行っている研究者らと情報交換や議論を行うことで、当初予定していなかった新しい研究の方向性やその重要性が明確となり、いくつかの共同研究も開始した。当初の計画はいずれも順調に進んできる上に、本研究で得られた理論的知見に基づき実験グループと連携することで、世界初となる高純度の半導体バッキーペーパー熱電材料の開発に成功したことは、当初の計画をはるかに上回る進展であったといえる。平成25年度は、ユビキタスでフレキシブルな新しい熱電ナノ材料の可能性を見出すために、カーボンナノチューブ薄膜などのナノ材料の熱電物性を明らかにする。また、平成24年度に得られたデータをデータベース化し、WEB等で公開を始める。平成26年度は最終年度であるので、この研究課題で構築した熱電物性シミュレータとそれによって得られた計算結果をWEB等を通して一般公開する予定である。また、実験グループとの連携をさらに強化し、新しいユビキタス熱電材料の開発を目指す。平成25年度にまとめて計算機の充実化を行うために、当該助成金が生じた。当初、PD研究員の雇用を考えていたが、より円滑に研究課題を遂行することが可能な業者が見つかり、そちらに受託することで経費削減を行うことができた。繰越金と今年度の予算を合わせ、今年度も業者への受託を行うことで、効率的かつ計画的に予算を使用する。
近藤格子の不規則性に及ぼす圧力効果

Ceを中心とした高濃度近藤系物質においては、Ceが規則正しく並んでおり、近藤格子を形成している。この周期性のため、電気抵抗率rho(T)は低温で著しく減少しフェルミ流体特有のT^2依存を示す。最近この系の物性はCe原子の不規則性に強く依存することが報告されており、圧力に対して非常に敏感であることも明らかにされている。本研究は、非晶質系近藤格子系を含んだ広い物質に対して常圧及び高圧下で系統的研究をし、高濃度近藤効果の起源解明に新しい情報を得ることを目的とするこのため、試料内に不規則性があるCeInCu_2と非晶質CeCu_6及びCe_<58>Ru_<42>を使い熱膨張、電気抵抗その他の実験を行った。以下に主な結果を述べる。(1)CeInCu_2の高圧下の熱膨張係数測定CeInCu_2の熱膨張係数alphaを20kbarまで測定し、フェルミ面における状態密度N(O)が、加圧と共に減少していくことを明らかにした。このことは、高圧下で近藤温度T_kが上昇していくことで説明ができる。(2)非晶質CeCu_6の電気抵抗の圧力効果非晶質CeCu_6の電気抵抗rho(T)を、20kbarまでの圧力下で測定した。T<10Kで、logTに依存する電気抵抗が観測された。その定量的解析から、coupling constant JとN(O)の積JN(O)の絶対値は、圧力と共に増加することがわかった。これは、結晶質CeCu_6と定性的に同じであったが、その増加率d〓JN(O)〓/dpは、非晶質CeCu_6の方が1桁以上も大きく、ここに顕著な不規則性の効果がみられた。(3)非晶質Ce_<58>Ru_<42>の高圧下における電気抵抗この物質rho(T)curveを22kbarまでの圧力範囲で調べた。抵抗極大の温度T_<max>の圧力変化は、加圧と共に下っていくという結晶質物質とは逆の振舞を示した。このことは、Ceの不規則性がT_<max>の圧変化に大きく影響していることを示している。低温におけるT^2依存は、誤差が大きく定量的議論はできなかった。非晶質CeCu_6の高圧下の磁気抵抗効果磁気抵抗効果は、系の電子状態を敏感に反映するので、高圧下の測定を20kbarまでの圧力範囲で行った。結果として、磁気抵抗効果は、20kbarまで負のままであった。このことは、低温で正になるというCeCu_6の結果と逆であり、非晶質CeCu_6に対しては、希薄系近藤効果の理論が適用できることを示している。
脳の可塑性を応用し皮質微小電気刺激を用いた大脳皮質感覚野の体部位局在地図の操作

本研究は、Hebbの法則に基づくシナプスの可塑性を利用し、2つの大脳皮質感覚領域の神経細胞に対して適宜な遅れ時間で同期刺激を繰り返す事により、両者の結合強度を強化、或いは減弱させ、最終的に大脳皮質感覚野の体部位地図を書き換えようとするものである。まず、ある部位の神経細胞の活動に同期して、一定の遅れ時間でもう一方の神経細胞に電流刺激の呈示を行うデバイスの開発を行い、これを用いて両大脳皮質領域の神経細胞に対する同期刺激を繰り返した結果、特定の条件で同期刺激を続けると、運動皮質では両者間の高ガンマ帯信号の接続強度が強化されるという結果が得られたが、感覚皮質については、更なる検討を必要とする。本研究は、大脳皮質の感覚野における体部位局在地図の操作を試みるもので、シナプスの可塑性(Hebb則)を利用し、感覚野の異なる2か所に設置した電極を用いて、1か所のニューロンが発火した場合に、適当な時間遅れでもう一方のニューロンも電気刺激し、同期して発火させてやるという操作を長期継続して行う事により、この2つの領域のニューロン間の結合強度を強化させ、一方の受容器に機械的刺激を加える事によって、2か所で感覚を感じる、という状況を起こさせる一方で、逆に、末梢における受容器の刺激により本来生じるはずの大脳皮質(感覚野)の感覚神経細胞の発火を抑制させる手法を開発する事を目的としたものであり、ラットを用いた動物実験により検討を加える予定である。研究期間を2年間に設定しており、当初の予定では、1)受容野を刺激するための機械的刺激装置の作成、2)オペラント条件付け学習によるラットの動作制御、3)上記の2か所の末梢部位の感覚を支配する大脳皮質部位への電極埋め込み、4)Intra-cortical Micro-stimulation (ICMS:大脳皮質内微小電気刺激)装置の構築、5)上記システムを用いた大脳皮質感覚野の2か所の部位の同期刺激と同操作による両者間の結合強度の変化の検討、6)刺激条件等の変化に対する前項実験結果の検討、の項目の中で、着手できるものから実施する予定であったが、平成27年度の実績としては、このうち、1)の受容野を刺激するための機械的刺激装置の作成、4)5)の、大脳皮質内微小電気刺激装置の構築を行い、同システムを用いて大脳皮質感覚運動野の2か所の部位を一定の時間遅れで同期刺激を繰り返し、遅れ時間によって両者間の結合強度がどのように変化するかについての検討を行った。研究期間を2年間に設定しており、最初の予定では、この2年度で、1)受容野を刺激するための機械的刺激装置の作成、2)オペラント条件付け学習によるラットの動作制御、3)上記の2か所の末梢部位の感覚を支配する大脳皮質部位への電極埋め込み、4)Intra-cortical Micro-stimulation (ICMS:大脳皮質内微小電気刺激)装置の構築、5)上記システムを用いた大脳皮質感覚野の2か所の部位の同期刺激と同操作による両者間の結合強度の変化の検討、6)刺激条件等の変化に対する前項実験結果の検討、を行う予定であったが、まず、4)の神経信号を検出して短時間で同期的な電流刺激を呈示する大脳皮質内微小電気刺激(ICMS)デバイスの設計と構築を優先的に行い、次いで、2か所の大脳皮質部位へ電極を埋め込み、作成した同装置を用いて、一方のニューロンが発火した場合に、一定の時間遅れでもう一方のニューロンも電気刺激し、同期して発火させてやるという操作を継続して行い、この2つの神経細胞間における高ガンマ帯信号の伝播効率(結合強度)が変化することが確認できたことから、準備段階(組織レベル)としては研究は概ね順調に進展していると考えている。ただ、平成27年度に予定していたが実施できなかった実験としては、動物(ラット)に対して、特定の部位に自覚的感覚が発生した際に特定の行動をとらせるという感覚発生の検証実験があり、これは、電極を体性感覚野の別々の2か所の位置に埋め込み、適切な時間遅れを伴った同期刺激を繰り返すことによって、新たな位置に感覚を発生させたり、発生を抑制したりすることが可能か、また、その感覚強度をコントロールしうるかの検証実験と並行して平成28年度に行っていく予定である。シナプスを形成している2つのニューロンに対して、シナプス前ニューロンの発火に続いてある時間遅れでシナプス後ニューロンを発火させる事を繰り返すと、遅れ時間によって、このシナプスの信号伝達の結合強度が強化されたり、逆に抑制されたりするという、シナプス可塑性の法則が知られているが、本研究は感覚神経系において、このシナプスの可塑現象を利用し、大脳皮質感覚野における体部位局在地図を書き換えようとするものである。平成27年度は、シナプス前細胞の神経活動を検出し、一定の遅れ時間でシナプス後細胞に電流刺激の呈示を行う埋込型デバイスの開発を行い、これを用いて2つの大脳皮質のニューロン間における同期刺激を一定期間繰り返し、両者間の接続強度の変化を検討した結果、5 msの遅れ時間で同期刺激を続けると、両神経細胞間での高ガンマ帯信号の伝播効率が強化されることが示唆された。

このシナプスの可塑性は運動神経系では確認されているが、運動神経系と感覚神経系は遠心性と求心性の違いがあり、求心性の感覚系では大脳皮質間の同期発火では結合強度の変化が生じない可能性も考えられる事から、平成28年度は、大脳皮質感覚野と共に、深部(基底核・視床下核など)においても電極を装着し、大脳皮質と同様の実験を行うとともに、ラットを用いた自覚的な感覚生起部位の変換確認を行う実験を試みた。前者に関しては、ラットにレバー押しを行わせ、深部の視床下核や基底核などから得られた信号を時間遅れをもって運動皮質にフィードバックし刺激を行うというループ、また、同じくラットにトレッドミルを走らせて、走っている間だけ深部で求心性線維を微小電気刺激するというループを作成し、一定期間これを作動させた結果、結合強度の強化が得られたが、最終的な目標である後者に関しては、今回の研究期間においては結果を出す事が出来ておらず、今後、この実験系に注力する予定である。本研究は、Hebbの法則に基づくシナプスの可塑性を利用し、2つの大脳皮質感覚領域の神経細胞に対して適宜な遅れ時間で同期刺激を繰り返す事により、両者の結合強度を強化、或いは減弱させ、最終的に大脳皮質感覚野の体部位地図を書き換えようとするものである。まず、ある部位の神経細胞の活動に同期して、一定の遅れ時間でもう一方の神経細胞に電流刺激の呈示を行うデバイスの開発を行い、これを用いて両大脳皮質領域の神経細胞に対する同期刺激を繰り返した結果、特定の条件で同期刺激を続けると、運動皮質では両者間の高ガンマ帯信号の接続強度が強化されるという結果が得られたが、感覚皮質については、更なる検討を必要とする。今後の研究の推進方策としては、1)平成27年度に開発した大脳皮質内微小電気刺激(ICMS)デバイスの改良とシステムを用いた大脳皮質感覚野の2か所の部位の同期刺激と同操作による両者間の結合強度の変化の検討を継続し、一方でスパイクを検出した時刻からもう一方に電気刺激を加えるまでの遅れ時間、電気刺激波形、電気刺激強度などの条件を変化させて繰り返し実施し、これらのパラメータの影響について検討を行うとともに、2)ラットに対して、末梢(皮膚、ヒゲなど)の2か所のそれぞれの部位に物理的刺激を加えた際、および、その2か所の部位の両者に同時に刺激を与えた場合の3通りの条件に対して、ラットがそれぞれ異なる反応(動作)を取るように学習を行い、この学習ラットの当該体性感覚野2か所に電極を埋め込み、(時間遅れを伴った)同期刺激を繰り返す事によって、この2つの領域の結合強度を変化させ、一方の受容野に対する機械的刺激によって、本来、感覚を生じないはずのもう一方の部位にも感覚を感じさせる、あるいは逆に、本来生じるはずの感覚の発生や大脳皮質の感覚神経細胞の発火を抑制させることが可能か否かについての実験を進める予定である。なお、2か所の投射野を発生させる事が出来た際には、末梢と本来の投射野に相当する大脳皮質との経路の結合強度を(新しく作成した、末梢ともう1か所の大脳皮質との結合強度は落とさずに)抑制する手法についても、薬剤を用いたブロックやSpike-timing-dependent plasticity: STDPの原理に基づき検討を加える予定である。医用・生体工学平成27年度に行うことを予定していた、ラットの末梢(皮膚、ヒゲなど)の2か所の部位のそれぞれに物理的刺激を加えた際、および、これらの末梢部位の両者に同時に刺激を与えた場合の3通りの条件に対して、ラットがそれぞれ異なる反応(動作)を取るように学習を行い、この学習ラットの体性感覚野に2か所電極を埋め込み、(時間遅れを伴った)同期刺激によって、この2つの領域の結合強度を変化させ、一方の受容野に対する機械的刺激によって、本来、感覚を生じないはずの部位にも感覚を感じさせる、あるいは逆に、本来生じるはずの感覚の発生や大脳皮質の感覚神経細胞の発火を抑制させる、ということが可能か否か検証するための実験系が実施できなかったために、その実験系の実施に必要な費用が次年度使用額として残ったものである。
酸化電位水における防錆対策と医療金属器具の消毒への応用

酸化電位水に防錆剤を添加した場合の歯科用金属器具の耐食性の変化を分極抵抗値(Rp)を測定することで評価した。炭素鋼であるカーボンスチールバ-とステンレスの根管治療用リ-マ-を材料とし、試料電極を作成した。酸化電位水に防錆剤として安息香酸ナトリウム、ピロりん酸ナトリウムを0.001, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.1%添加し、pH, ORPを測定後、試験溶液とした。試料電極を60分間試験溶液に浸漬後、CORROSION MONITOR(東方技研社製)にて、分極抵抗値(Rp)を測定した。Rpの逆数は腐食速度に比例することがしられており、腐食抑制の効果をRpを指標として評価した。酸化電位水は、pH2.7以下、ORP1100mV以上で本来の消毒効果を発揮する。安息香酸ナトリウム、ピロりん酸ナトリウムともに、0.02%の添加まではこの条件を満たし、無添加の酸化電位水と同様な効力が保たれると思われる。炭素鋼の場合、安息香酸ナトリウム0.02%添加で最も大きなRpを示し、防錆剤無添加の場合と比べ有意な腐食抑制効果を示した。一方、ピロりん酸ナトリウム添加の場合では0.02%以下では腐食抑制効果を示さなかった。ステンレスでは、安息香酸ナトリウム添加では0.01%、ピロりん酸ナトリウムでは0.02%において腐食抑制効果を示した。今回の研究から酸化電位水に防錆剤を添加することで、酸化電位水の消毒効果を損なうことなく、歯科用金属材料への腐食が抑制されることが示され、金属器具消毒への応用の可能性が示唆された。しかし防錆剤の種類、濃度あるいは、対象金属によって腐食抑制効果が異なり、さらに検討する必要性がある。