hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元縦型構造MOSFETのSub-10nmスケールでのデバイス設計指針

特別研究員研究の3年目の計画として、3次元縦型構造MOSFETを用いた単体メモリ素子の高性能化研究に着目し、フローティングボディ構造のポテンシャルとその中のキャリアを精度よく制御することができる構造と動作を明らかにすることとした。3次元縦型構造MOSFETを高精度に制御するためには、3次元縦型構造が持つ浮遊ボディのポテンシャルとその中のキャリアを精密に制御することが大事である。この観点からキャパシタレスメモリといった、浮遊ボディのポテンシャルとその中のキャリアを記憶メカニズムとするメモリ素子に注目をおいた。この3次元縦型構造を用いた1TDRAMセルの優位性を明確にするため、まず、従来の平面SOI機造を用いた1TDRAMセルを同じ占有面積内で設計し、メモリ特性を比較した。3次元縦型構造にすることにより、(1)チャネル幅を同じ占有面積内でより多く確保することができること、(2)ゲート長を縦方向に構成するため、従来の平面構造とは異なり占有面積から自由に設計することができること、(3)チャネル方向の不純物プロファイルを緩く設計できること、から従来の平面SOI構造の1TDRAMセルより、約2倍以上の読み出し電流値を確保することができることを明らかにした。また、この高い読み出し電流値を確保することができるため、8μAの電流差を「1」と「0」データ識別の基準とした時、20msに対して、1500msとリテンション時間を約75倍長く確保できることを示した。また、この電流差を8μAから1μAまで検討した場合、1480msから3100msとより長いリテンション時間を確保することができることを示した。3次元縦型構造の高集積性を利用することにより、従来の平面SOI構造より優れたメモリ特性を実現することができることを示した。特別研究員研究計画の一年目の計画として、デバイスパラメータである、ボディ濃度、ゲート酸化膜厚、ゲート仕事関数、ソースとドレイン端の構造に注目して、構造と動作原理と電気的特性の関係性を明らかにする予定であった。その過程で、デバイス構造を精度良く設計するためには、従来使用されてきた平面構造MOSFETのスケーリング則とデバイス設計の基本となるデバイス物理を十分に理解するとともに、30nm世代以降、特にSub-10nmで顕著になる量子効果の基本まで立ち戻り、検討する必要がある。そのため、本年度は平面構造MOSFETと量子力学を基礎から検討を行い、得た知見に基づき、3次元縦型構造MOSFETのDC特性のデバイス設計する方針を検討した。3次元縦型構造MOSFETのDC特性のデバイス設計理論を構築するために、まずCMOS回路のスケーリング則と平面構造MOSFETの動作原理の検討を行った。それにより、平面構造MOSFETにおけるショートチャネル効果を抑制するためのボディ濃度、ゲート酸化膜厚、ゲート仕事関数、ソースとドレイン端の構造の設計指針を明確化し、それを3次元縦型構造MOSFETの構造設計と比較した。また、30nm世代以降のデバイスで生じる、量子効果について検討を行い、3次元縦型構造MOSFETにおいて生じる量子効果について、考察した。また、デバイス設計の知見に基づき、3次元縦型構造MOSFETのボディポテンシャルを重視したキャパシタンスカップルモデルを構築し、デバイス特性へ検討を行い、ボディ濃度、ゲート酸化膜厚、ゲート仕事関数、ソースとドレイン端の構造を設計する端緒を得た。特別研究員研究の二年目の計画を、3次元縦型構造MOSFETのDC特性のデバイス設計をさらにAC特性の観点から発展させた3次元縦型構造MOSFETのデバイス設計とした。従来の平面構造と異なり、3次元縦型構造MOSFETを高精度に制御するためには、3次元縦型構造が持つ浮遊ボディのポテンシャルとその中のキャリアを精密に制御することが大事である。3次元縦型構造の単体トランジスタを用いたキャパシタレスメモリ素子の性能を解析することは、3次元縦型構造MOSFET自体のDC特性とAC特性の解明に繋がるため、高精度な3次元縦型構造MOSFETの設計指針に、とても重要な知見である。3次元縦型構造MOSFETのキャパシタレスメモリ動作を明らかにするために、まず、ボディ濃度、ゲート酸化膜厚、シリコンピラー幅が浮遊ボディのポテンシャルへ及ぼす影響を明らかにした。その知見に基づき、3次元デバイスシミュレータを用いてシリコンピラー幅が45nmの3次元縦型構造MOSFETを設計し、メモリの書き込み、消去、読み出し、記憶といった基本動作を示した。3次元縦型構造MOSFETは一つのゲートでメモリを制御させることが最もクリティカルであることを示した。(1)従来のSOIデバイス構造に基づいたキャパシタレスメモリより高集積度のセルアレイを実現可能であること、(2)隣接セルの干渉(ディスターブ特性)の影響、(3)リテンション特性、(4)3次元縦型構造キャパシタレスメモリのセルアレイデザインを提案した。単体素子に留まらずセルアレイまで視野を広げ、3次元縦型構造MOSFETの基本的なキャパシタレスメモリの性能を系統的に明らかにした。

この3次元縦型構造を用いた1TDRAMセルの優位性を明確にするため、まず、従来の平面SOI機造を用いた1TDRAMセルを同じ占有面積内で設計し、メモリ特性を比較した。3次元縦型構造にすることにより、(1)チャネル幅を同じ占有面積内でより多く確保することができること、(2)ゲート長を縦方向に構成するため、従来の平面構造とは異なり占有面積から自由に設計することができること、(3)チャネル方向の不純物プロファイルを緩く設計できること、から従来の平面SOI構造の1TDRAMセルより、約2倍以上の読み出し電流値を確保することができることを明らかにした。また、この高い読み出し電流値を確保することができるため、8μAの電流差を「1」と「0」データ識別の基準とした時、20msに対して、1500msとリテンション時間を約75倍長く確保できることを示した。また、この電流差を8μAから1μAまで検討した場合、1480msから3100msとより長いリテンション時間を確保することができることを示した。3次元縦型構造の高集積性を利用することにより、従来の平面SOI構造より優れたメモリ特性を実現することができることを示した。
重力子が質量を持つ量子重力理論について

本研究においては、重力を伝える素粒子である重力子に質量を持たせる機構について研究した。アインシュタインの一般相対性理論において、重力子は質量を持たない。しかし、超弦理論や宇宙論からの考察から、重力子が質量を持つ可能性があることが指摘されている。我々は、一般座標対称性を自発的に破ることによって、重力子に質量を持たせることに成功した。この研究は今後、素粒子論や宇宙論の研究において応用されると思う。本研究の目的は、重力子が質量を持つ場合の重力理論について詳細に調べ、ミクロな素粒子の分野では繰り込み可能でユニタリーな量子重力理論を構成すること、マクロな宇宙論の分野では一般相対性理論が長距離で変更を受けることを用いて、暗黒エネルギーの存在を仮定せずに現在の加速膨張宇宙を理論的に説明することを試みることであった。まず、小田は2010年に出版された論文の中の最初の論文において、本研究の核心の部分となるであろう重力子に質量も持たせる「重力のヒッグス機構」に関して、新しい理論を構成した。これ以前の研究では、特別な形のポテンシャルにおける重力のヒッグス機構しか知られていなかった。そのため、重力のヒッグス機構が働くのは、宇宙項がゼロや負の場合に限られていた。我々の宇宙は宇宙項は正の小さな値を持つことが分かっているので、宇宙項が正のときの重力のヒッグス機構を構成することは重要な研究であった。私は本論文において、基本となる力学的な自由度として、一般座標変換に対するテンソル場ではなくて、ローレンツ変換に対するテンソル場を採用した。この新しい自由度を考えることで、宇宙項が正の場合も含む一般のポテンシャルを考察することが可能となった。さらに、2番目の論文においては、1番目の論文で構成された一般化されたヒッグス機構の理論を詳しく調べた。特に、重力のヒッグス機構の理論においては、一般のポテンシャル項を考えるとき、ユニタリー性を破るスカラーモードが出現し、理論の整合性(確率解釈)を破ることがある。本論文においては、1番目の論文で構成された理論では新しい局所的なゲージ対称性が存在するために、ユニタリー性を破るスカラーモードしないことを証明した。また、研究分担者の瓜生は、磁荷を持ったバイナリーの星の熱力学に関する論文を出版した。この研究は直接的には重力子が質量を持つ場合の重力理論には関係がないが、今後この手法を用いて、重力子が質量を持つ場合の重力理論に存在するブラックホール解の熱力学を研究したいと考えている。昨年度は本研究の目的に従って、「重力のヒッグス機構」に関する新しい理論を構成した。本年度もこの線に沿って研究を進めていたが、この理論の量子化がうまく行かず、しばらくこの方面の研究は止めている。一方、超弦理論の研究においては、自由微分代数を用いて、背景場がタイプIIBの純スピノール形式の超弦理論の作用を初めて構成した。また、2011年の10月に、イタリアのグランサッソにあるOPERAの実験グループは、ニュートリノの速度が超光速になることを発見した。この結果はアインシュタインの特殊相対性理論に反する結果であったために世界中のマスコミでも取り上げられ、社会的にも大きなセンセーションを巻き起こした。もちろんOPERAの実験結果の正当性を確かめるためには、今後他の実験グループでの追試実験が必要不可欠であるが、我々はこの実験結果が正しいと仮定して、超光速ニュートリノを説明する理論を構成した。我々の理論では、アインシュタインの特殊相対性理論を明白に破ることなく、地球近傍に存在する「暗黒物質」の影響でニュートリノの速度が超光速になることを示した。この研究において、我々は「暗黒物質」を表す場として、スカラー場、ベクトル場、テンソル場の3種類の場を使った。最後のテンソル場を用いた理論では、昨年の本研究で得られた成果である質量を持つ重力場理論を利用した。この2,3年以内にOPERAの実験結果は他の実験グループで追試されることになっているので、もしその結果の正当性が最終的に確認された場合には我々の研究成果は大いに評価されると思っている。本研究においては、重力子が質量を持つ重力理論について詳細に調べました。従来の重力理論としては、アインシュタインの一般相対性理論が有名です。このアインシュタインの理論では、重力を伝える素粒子である重力子は質量を持たないために、重力は無限遠方まで作用を及ぼします。しかし、我々の理論では、重力子が非常に小さな質量を持つために、重力の作用する距離は有限となります。この性質を使って、現在の加速膨張する宇宙が理論的に説明できるかを考えました。また、我々の理論において、ユニタリー性を破る、つまり量子力学の確率解釈を台無しにするゴースト場がないことも示しました。

さらに、有質量の重力子の理論から出発して、スムーズな無質量極限が取れることも示しました。ただ残念なことに、厳密解としてブラックホール解が存在することや強結合の領域の有無については調べることはできませんでした。一応ミクロな素粒子物理学の分野で有質量の重力子の理論を構成できたので、この理論をマクロな宇宙物理学の分野に応用することを考えました。我々の理論では、重力子が質量をもつために、アインシュタインの一般相対性理論(この理論では重力子は質量を持たない)に比べて、確かに長距離領域で変更を受けることを示しました。さらにこの変更のために、従来の暗黒物質の存在を仮定しなくとも、現在の加速膨張する宇宙を理論的に説明できることも示しました。しかし、我々の理論を使って、インフレーションを説明することが出来ませんでした。このために宇宙初期の軽い元素の元素合成の問題も解決できませんでした。よって、我々のモデルにも暗黒物質を少し加えることで、インフレーションや宇宙初期の軽い元素の元素合成の問題を解決することを試みました。ただ残念なことに、PCの計算の能力の問題もあり、最終的な結論を得るには至りませんでした。これらは今後の研究の課題だと思っています。超弦理論、超光速ニュートリノ分野の研究が進行したので、これらの研究に忙殺され、本研究に割くべき時間と労力が十分でなかったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。超弦理論、超光速ニュートリノ分野の研究で得られた知見や知識を本研究にも応用したいと思っている。
粉体状ポリマー中のモノマー蒸気の溶解度

気相重合法によるポリマー粉体の製造プロセスの設計や運転においては粉体状ポリマー中へのモノマー蒸気の溶解度の情報が不可欠である。本研究では圧力降下法により粉体状ポリプロピレン中へのプロピレン蒸気の溶解度を測定した。ポリマー試料には粒系及び結晶化度の異なる3種類の試料を用いた。1.測定結果温度50゚C及び75゚C,プロピレンの飽和蒸気圧までの圧力範囲で測定を行った。なお、圧力降下法ではモノマー蒸気の溶解によるポリマーの体積変化の情報が必要なため、別の測定装置によってポリプロピレンの膨潤度を測定し、溶解度の測定値を補正した。どの試料においても低圧領域では溶解度は圧力と共にほぼ直線的に増加し、飽和蒸気圧に近づくと溶解度が増加する方向に曲線の傾きが変化した。また、温度が低い方が溶解度が高くなった。結晶化度が同じ試料では粉径による溶解度の変化は見られなかったが、結晶化度が異なる試料では結晶化度が低い方が溶解度が高くなった。結晶部分にはモノマー蒸気は溶解しないと仮定して非晶部分への溶解度を検討したところ、両ポリマーでの溶解度の差は小さくなったが一致はしなかった。従って、ポリマーの1次構造が異なるために溶解度が異なったと考えられる。2.状態方程式による相関空孔理論に基づく状態方程式を開発し、測定値の相関を試みた。本状態方程式では各純物質に対して3つのパラメータが必要であり、プロピレンに対しては飽和蒸気圧の文献値を相関することによって決定した。また、ポリプロピレンに対しては当研究室で測定した高温高圧下でのPVT関係を相関することによって決定した。溶解度の測定結果に対して2成分系相互作用パラメータをフィッティングパラメータとして相関を行ったところ各温度の測定結果を良好に相関することができた。
不確かさを制御した吸音測定を基盤とする建築音響シミュレーション技術の確立

まず、PUセンサを用いるEA法(EApu法)を現場(in-situ)測定へ適用する際の不確かさを明らかにした。残響室内音場に加え、屋外テラスや大学食堂などin-situ4音場、計5音場で2種の材の吸音特性(インピーダンスZ、吸音率α)を、繰り返し数9回のもとで測定し、1/3オクターブバンドの平均値と分散σを算定し比較することで、音場内繰り返し、並びに、音場に対する不確かさを明らかにした。PUセンサの校正は、各音場で昨年度提案済みの手法に従い実施し、αについて200 Hz2500 Hzの周波数域では残響室における測定とほぼ同等の不確かさ(σ< 0.04)であることが示された。Zについては、特に200 Hz以下の低周波域において値のばらつきが増加した。続いて、残響室内の200 Hz以下の低周波数域音場を対象に、有限要素法によるモード解析により100Hz以下で固有モードが疎となることを確認した上で、ピストン振動型吸音板を残響室内へ設置し、空室時に63Hz500Hzで10sを超える残響時間を2.5s7sへと低減させた。この音場でEApu法を適用し、空室時のZの周波数特性で出現したピークディップが低減することを示した。また、境界要素法によるEA法のシミュレーション結果から、puセンサ、ppセンサの各場合ともに、試料とセンサ間距離が小さいほどαに関する理論値との差異が小さくなること、並びに、ppセンサのマイク間距離が5mm以下の場合、3000Hz以下におけるαに関する理論値との差異が0.04以下となることを示した。さらに吸音境界を有する音場の数値シミュレーションに関し、室内温度勾配や軟壁境界の影響、EA法による測定値を用いた算定結果と実測値の比較等を実施した。その結果、残響室内音場に温度勾配が存在する場合の残響室法吸音率測定へ及ぼす影響等を明らかにしている。得られた成果は、日本建築学会、日本音響学会、騒音制御工学会、ICSV、WESPACでオープンアクセス論文等として公表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、境界の吸音特性測定実験と数値シミュレーションの2者で構成される。【実験】研究実施計画に順じ、音圧・粒子速度センサ(PUセンサ)の精密校正法を検討した。PUセンサを用いる各種測定結果で不確かさを生じる主要因と想定する「校正時と測定時の相対湿度差」について、残響室(大分大学情報基盤センター)内で湿度が室・音響管・試料それぞれで均一となるよう制御した上で実験を実施した。3種の材の吸音率が湿度変化によって変化していないことを、3台のPUセンサそれぞれについて確認した上で、相対湿度差を8%以下に抑えた場合、EA法で得られる吸音率の不確かさが0.02以下に留まることが明らかとなった。さらに、境界要素法による音源位置に関する検討とMicroflown社の音響管に加えステンレスと鉛製の音響管を作製した上でPUセンサの校正に関する検討等を実施した。【数値シミュレーション】大規模解析用計算機を導入し、音響管の端部に各種吸音材を設置した1次元音場を有限要素法で解析、得られる精度の確認を行った。グラスウール等、一般的な材については実数と複素数のインピーダンス境界の双方が、十分高い精度で材のインピーダンス、ならびに、吸音率を再現できるのに対し、共鳴器については吸音特性の概要は求まるものの、実数と複素数のインピーダンス境界で与える結果に差異を生じた。また、小型模型室内音場に関し、EA法で測定したインピーダンスで境界条件を与えた場合のシミュレーション結果と実測値を比較する検討を開始し、残響曲線については改善の余地を残すものの、両者のインパルス応答のピークの位置が概ね一致する傾向を確認した。得られた成果は、Applied Acousticsで論文として掲載するとともに、3つの国際学会(ICA、日米音響学会ジョイントミーティング、YKJCA)と日本建築学会、日本音響学会の研究発表会等で公表した。EA法に関する実験により、従来から大きな問題となっていた「湿度変化とPUセンサの不確かさ」の関連を明らかにし、国際的に権威あるApplied Acousticsへ学術論文として投稿し、査読を経て掲載された。3台のセンサを用い3種の試料を対象に、残響室・音響管・測定試料の湿度が同一とみなせるよう丁寧な実験を繰り返し得た成果は、音響学にイノベーションをもたらしつつある粒子速度計測技術の基盤とすべき重要な知見と考えている。その他に関しても、9件の論文として公表する等、順調に進展していることから総合して、当初の計画以上に進展しているものと判断した。本研究は、実験と数値シミュレーションの2者で構成される。【実験】提案中のアンサンブル平均を利用する吸音測定法(EA法)について、初年度の実験で得られた知見に基づき、音圧粒子速度センサ(PUセンサ)を100 Hz 3000 Hzの周波数領域で校正可能な音響管を試作した。まず本学残響室において実施したEA法により、試作機が所用の性能を達成していることを確認した後、この試作機を用い本学を含む3大学の残響室においてEA法を実施したところ、3室で得られる吸音率間の相関係数が0.9以上、かつ、不確かさ(標準偏差)が0.06以下であることが明らかとなった。あわせて、100 Hz以下の低周波数域の測定に関し、実験室の環境整備等を示す基礎データを蓄積した。

また、音源に関する検討を開始し、音源数を簡易化する可能性を見出した。なお、アクリル模型室等の壁面をEA法で求め数値シミュレーションへの入力データとして蓄積し、一部、シミュレーションを実施した。【数値シミュレーション】初年度購入した大規模計算用ワークステーションを活用し、アクリル模型室や温度分布のある室の有限要素シミュレーションを実施し、インパルス応答や残響時間等、音場評価指標を算定した。なお、吸音境界条件はEA法による測定値を適用し、実測インパルス応答や残響時間等との照合を図った。また、小規模解析・後処理用計算機の導入し、得られた数値データを可視化した。あわせて、媒質や境界形状、柔壁境界等の影響を検討するため、スイミングプール内音場のシミュレーションを試行するとともに、全国共同利用施設を利用する超大規模シミュレーションのための準備を開始した。得られた成果は、Applied Acoustics誌論文、及び、(一社)日本建築学会大会、(一社)日本音響学会研究発表会、ICSV24 (ロンドン)、Internoise(香港)等で公表した。実験で目的とした、3000 HzまでのPUセンサ校正を可能とする音響管の試作に成功するとともに、3箇所の残響室でEA法による吸音測定を行い、測定吸音率に含まれる不確かさが十分に小さいことを確認できた。数値シミュレーションについても、境界条件にEA法で得られたインピーダンスを与え、アクリル模型室内のシミュレーションを実施し、実測値と初期応答が十分一致していることが確認できた。なお、当初予定していなかったスイミングプール内音場のシミュレーションを実施することで、媒質や境界条件に多様性をもたらすことに成功した。本研究でこれまでに得られた成果をまとめ、2つの権威ある国際学会のプロシーディングス2編、国際ジャーナル誌(Applied Acoustics)論文1編、他、国内外で15編の講演論文(うち招待講演1編/うち国際会議1編)を公表しており、当初の計画以上に進展している。まず、PUセンサを用いるEA法(EApu法)を現場(in-situ)測定へ適用する際の不確かさを明らかにした。残響室内音場に加え、屋外テラスや大学食堂などin-situ4音場、計5音場で2種の材の吸音特性(インピーダンスZ、吸音率α)を、繰り返し数9回のもとで測定し、1/3オクターブバンドの平均値と分散σを算定し比較することで、音場内繰り返し、並びに、音場に対する不確かさを明らかにした。PUセンサの校正は、各音場で昨年度提案済みの手法に従い実施し、αについて200 Hz2500 Hzの周波数域では残響室における測定とほぼ同等の不確かさ(σ< 0.04)であることが示された。Zについては、特に200 Hz以下の低周波域において値のばらつきが増加した。続いて、残響室内の200 Hz以下の低周波数域音場を対象に、有限要素法によるモード解析により100Hz以下で固有モードが疎となることを確認した上で、ピストン振動型吸音板を残響室内へ設置し、空室時に63Hz500Hzで10sを超える残響時間を2.5s7sへと低減させた。この音場でEApu法を適用し、空室時のZの周波数特性で出現したピークディップが低減することを示した。
神経細胞特異的なクロマチンダイナミクスを司る分子の同定

近年,細胞核内では転写マシナリーが活性化している領域と不活性化している領域とが存在し,遺伝子が適切な場所に配置されることで,発現が制御されることが明らかになっているが,実際にどのような分子が染色体ゲノムの核内配置や相互作用に関わり,遺伝子発現を制御しているのか,明らかにされていない。そこで,我々はプラダーウィリ症候群やアンジェルマン症候群の発症に寄与する15q11-q13領域に着目し,15q11-q13領域の遺伝子発現やクロマチンを制御する分子の同定を試みた。その結果,15q11-q13領域のクロマチン動態を司る分子として,メチル化CpG結合タンパク質の可能性が強く示唆された。15q11-q13領域はゲノム刷り込み遺伝子がクラスターを形成して存在している領域であり,その刷り込み遺伝子の発現異常によりプラダーウィリ症候群やアンジェルマン症候群を発症する。一方,15q11-q13領域の重複は自閉症患者や統合失調症患者で数多く報告されている。これまでの研究で15q11-q13領域における精神発達障害の発症機序の解明に取り組み,15q11-q13領域の遺伝子発現制御には核内における遺伝子の配置が重要な意味を持っていることを見出してきた。しかしながら実際にどのような分子が染色体ゲノムの核内配置や相互作用に関わり,遺伝子発現を制御しているのか,明らかにされていない。そこで本年度は,神経細胞特異的なクロマチンダイナミクスを司る分子を同定するため,ヒトshRNA発現プラスミドをヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞にトランスフェクションさせ,DNA-FISH解析により1「PWS-IC領域とCHRNA7領域のシス相互作用」と2「GABRB3遺伝子座における染色体ペアリング」を指標にスクリーニングを行う事とした。ゲノムネットワークプロジェクト「ヒト全遺伝子レトロウイルス型siRNAライブラリー構築」の成果に基づくライブラリーから「転写活性に重要な遺伝子」1,200個を分与頂き,各々からプラスミドを抽出した。また,shRNA発現プラスミドを効率的にヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞にトランスフェクションさせる方法を検討した。その結果,リポフェクタミンLTXを用いた方法が最も効率的にshRNA発現プラスミドを導入できることが分かった。現在,一次スクリーニングとして,10個のshRNA発現プラスミドプールを作製しリポフェクタミンLTXを用いてトランスフェクションさせ,DNA-FISH解析により,クロマチン動態に変化のあるものを抽出する作業を行っている。また,15q11-q13領域の重複は自閉症患者や統合失調症患者で数多く報告されている。そこで,平成26年度は「転写活性に重要な遺伝子」1,340個のshRNA発現ライブラリーをスクリーニングすることで神経細胞特異的なクロマチンダイナミクスを司る分子を同定することを目的とした。15q11-q13領域は,転写が活性な父方アレル特異的にクロマチンは脱凝集を呈することが知られており,その脱凝集を司る分子の同定は非常に興味深い。平成25年度までに,神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞への効率的なトランスフェクション法の条件検討が終了しているので,その条件を基に,スクリーニングを行った。一方,親由来が明らかなヒト15番染色体を保持したF12細胞を用いた実験では,非常に興味深いことにsnoRNA, SNORD116領域を欠失した染色体において,1Mb離れたMAGEL2遺伝子やNDN遺伝子の不活性化が認められたので,SNORD116領域が15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る制御領域の可能性が示唆された。申請者は,これまでに15q11-q13領域における精神発達障害の発症機序の解明に取り組み,15q11-q13領域の遺伝子発現制御には核内における遺伝子の配置が重要な意味を持っていることを見出してきた。近年,細胞核内では転写マシナリーが活性化している領域と不活性化している領域とが存在し,遺伝子が適切な場所に配置されることで,発現が制御されることが明らかになっている。そこで,本研究ではヒト染色体工学技術やshRNAライブラリーを用いたスクリーニングにより,15q11-q13領域におけるクロマチン動態を司る分子の同定とその分子基盤を明らかにしようと考えた。最終年度は,これまでに明らかにしてきたPWS-IC領域の欠失およびSNORD116領域の欠失により生じるNDN, MAGEL2遺伝子の不活性化がNDN, MAGEL2遺伝子領域の核内配置に依存することを見出した。

また,メチル化されているPWS-IC領域の欠失は,周囲のクロマチン構造へ大きく影響を与えることを見出し,その制御分子の一つがメチル化CpG結合タンパク質であるMeCP2であることを明らかにした。今後,さらに15q11-q13領域の核内ダイナミクスを司る分子を同定することで,ゲノム全体を制御する一般則を明らかにしたい。近年,細胞核内では転写マシナリーが活性化している領域と不活性化している領域とが存在し,遺伝子が適切な場所に配置されることで,発現が制御されることが明らかになっているが,実際にどのような分子が染色体ゲノムの核内配置や相互作用に関わり,遺伝子発現を制御しているのか,明らかにされていない。そこで,我々はプラダーウィリ症候群やアンジェルマン症候群の発症に寄与する15q11-q13領域に着目し,15q11-q13領域の遺伝子発現やクロマチンを制御する分子の同定を試みた。その結果,15q11-q13領域のクロマチン動態を司る分子として,メチル化CpG結合タンパク質の可能性が強く示唆された。平成26年度は「転写活性に重要な遺伝子」1,340個のshRNA発現ライブラリーをスクリーニングすることで神経細胞特異的なクロマチンダイナミクスを司る分子を同定することを目的としてきたが,現在までに15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る分子の同定に至っていないが,概ね順調に進展していると考えている。特に,ゲノム編集技術を利用したヒト15番染色体の改変実験では,SNORD116領域が15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る制御領域の可能性が示唆され,今後の研究の進展が期待される。分子生物学平成27年度は,本研究課題の最終年度にあたるので,早急に15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る分子の同定に結びつける。その上で,クロマチンダイナミクスを司る分子のノックダウンや,場合によってはゲノム編集技術を用いたノックアウト細胞株を樹立し,15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを介した遺伝子発現制御の分子基盤を解明する。本年度の研究の進捗状況として,神経細胞特異的なクロマチンダイナミクスを司る分子のスクリーニングに用いるヒトshRNA発現レトロウイルスベクター,約1200クローンを分与頂き,各々からプラスミドを抽出し,スクリーニングの準備は整えられた。また,予備的実験として,shRNA発現プラスミドを効率的にヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞にトランスフェクションさせる方法を検討するなど,概ね順調に進展している。研究計画では,15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る分子の結合ゲノム領域をChIP法で同定する予定であったが,現在のところ15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る分子の童貞に至っていないため,ChIP-on-chip解析を行えていないため。スクリーニングとして,10個のshRNA発現プラスミドプールを作製しトランスフェクションさせ,DNA-FISH解析により,クロマチン動態に変化のあるものを抽出する。その上で,クロマチンダイナミクスを司る分子の15q11-q13領域における結合部位の同定を同定する。平成27年度の前期までに,shRNA発現ライブラリーのスクリーニングを終了し,15q11-q13領域のクロマチンダイナミクスを司る分子の同定を目指す。その上で,平成26年度に予定していた,ChIP-on-chip解析を行う。
細胞機能からみた多臓器不全の病態と治療に関する研究

本研究は多臓器不全(MOF)発症の根本的な病態は、各臓器を形成する細胞の機能不全の総和であるとの観点より、その病態を解明し、それに立脚した予防および治療法を検討することを目的とした。かかる研究には、臨床的に応用可能な細胞障害度の指標が不可欠であるが、我々が考案したosmolality gap、動脈血中ケトン体比(AKBR)、血中lactateをscoringして求めるcellular injury score(CIS)は細胞障害度の指標として有効であった。さらに重症患者における細胞障害発症の病態としては、組織レベルでの酸素代謝の失調と、体内で産生されるhumoral mediatorの関与が重要であると考えられた。そして酸素代謝に関しては、酸素供給量がある程度保たれていても、組織でのhypermetabolismに対処するには十分ではなく、さらに酸素摂取率が低下するため酸素供給量に比較して酸素消費量が不十分な病態が存在することが判明した。これらの病態に対しては、カテコラミンなどにより心拍出量を増加させ、酸素供給量を増加させるとともに、humoral mediatorに対する対策を講じ、酸素接種率の改善をはかることが重要と考えられた。一方humoral mediatorに関しては、いかなるhumoral mediatorが細胞障害、ひいては臓器障害発症のkey mediatorであるかは未だ滉かにできなかったが、tumor necrosis factorなどが高値を示す症例はMOFに陥りやすく、さらに各種humoral mediatorがMOF死亡例においては、MOF生存例により有意に高値であることより、臓器障害発症に関与していることが示唆された。これらhumoral mediatorに対する対策としては、inhibitorやblockerなどの薬物療法も有効であったが、持続的血液濾過(CHF)さらには持続的血液濾過透析(CHDF)などによる持続的なnon-selectiveな除去も有効であった。そしてこれらの対策による、細胞障害ひいては臓器障害が軽減され、MOFの治療さらには予防にも有効である可能性が示唆された。敗血症によるMOF病態モデルにおいては、肝及び腎において機能不全が発症しており、かつその時点では肝及び腎実質細胞内ATP濃度及びenergy chargeは低下し、細胞内代謝は障害されていることが示された。またこのモデルにおいては、hyperdynamic stateを反映し、組織への酸素供給量は上昇しているものの、酸素消費は障害されているという組織酸素代謝の失調も存在した。これらの結果をふまえ、集中治療室(ICU)に入室しているMOF患者を対象に、我々が考案したosmolality gap(OG)、動脈血中ケトン体比(AKBR)、血中lactateを測定し、それをスコアリングして求めるcellular injury score(CIS)を用いて、これら患者における細胞障害度を測定した。MOF群においては、対照群に比較し、CISは有意に高く、かつMOF死亡群において生存群より高く、MOF群においては細胞障害が発症していることが示唆された。さらに経時的にCISを検討しても、MOF死亡群におけるCISは高値をとり続けた。またMOF患者における不全臓器数とCISの間には、正の相関関係があり、重症なMOF患者においては、各不全臓器において、より重症かつ広範な細胞障害が発症していることが示された。以上より、MOFは各不全臓器を形成している細胞の機能不全の総和としてとらえるべきであるとの我々の主張の正当性が示された。今後はこれらのことをふまえて、かかる細胞機能不全発症の機序をhumoral mediator及び組織酸素代謝の面より検討し、humoral mediatorに対する対策、および組織酸素代謝の改善を介して、細胞機能不全の回復をはかり、ひいてはMOFに対する有効な予防及び治療法の確立をめざし、研究をすすめていく予定である。

そこで本年度は重症患者においてかかる細胞障害が発症する機序を解明すべく以下の検討を行った。まず組織レベルの酸素立代謝を検討したが、MOF患者においては循環動態はhyperdynamic stateを示し、心拍出量は高値を示し、その影響で組織酸素供給量は対照群よりむしろ高値に保たれていた。さらに組織酸素消費量も対照群より高値を示していたが、細胞障害は発症しており、これらMOF患者においては組織における酸素需要が亢進しており、組織酸素供給量はそれを充足する程は増加していないことが示唆された。またカテコラミンを用いて心拍出量を増大することにより酸素供給量を増加してやると、それにともないMOF救命例においては酸素消費量も増大するのに対して、MOF死亡例では酸素供給量の増大にもかかわらず、酸素消費量は増大しなかった。これらのことよりMOF症例においては、組織へ充分な酸素を供給することはまず最小限必要なことではあるが、それとともに組織における酸素消費を改善することが必要であると考えられた。またMOF症例において各種のhumoral mediator濃度を測定したが、granulocyte elastase,lipid peroxide、thromboxane B_2、さらにtumor necrosis factor(TNF)などの濃度は有意に高く、これらのhumoral mediatorが細胞障害、ひいてはMOFの発症に関与しているこたが示唆された。昨年度までの研究成果により多臓器不全(MOF)発症の根本的な病態は各臓器を形成する細胞の機能不全の総和であること、これらの細胞機能不全(細胞障害)の程度はcellular injury score(CIS)により定量化可能であること、さらにこれらの細胞障害発症の機序としては、各種humoral mediatorの関与と、組織レベルでの酸素代謝の失調があることが明らかとなった。そこで本年はhumoral mediatorに対する対策と、組織酸素代謝の失調に対する対策が細胞障害を予防ないし治療しうるか否か、ひいてはMOFの予防及び治療に有効か否かを検討した。Humoral mediatorに対する対策として、granulocyte elastaseに対する阻害剤であるulinastatinの投与により、CISは有意に改善した。さらに持続的血液濾過(CHF)及び持続的血液濾過透析(CHDF)により各種humoral mediatorのnon-selectiveな除去を試みたが、thromboxane B_2Iipid perixide、C_<6a>、interleukin-6などについては良好なクリアランスが示され、これらがCHFないしCHDFで除去可能であることが示唆された。
低酸素性癌細胞の放射線抵抗性を誘導するDNA修復酵素と転写因子の機序解明

癌の放射線治療において低酸素細胞は放射線抵抗性であり、その存在が放射線治療成績に大きな影響を与える。しかし、低酸素における放射線抵抗性を制御する分子機序は明らかになっていない。本研究では、低酸素性癌細胞における放射線抵抗性の原因として、低酸素状態がDNA修復酵素の発現および活性化に及ぼす影響、そしてこれら酵素を制御する分子機序の解明を目的とする。低酸素におけるDNA修復酵素の発現の亢進および活性化に関与する分子を標的として、低酸素状態にある癌細胞を選択的に放射線増感させ、癌の放射線抵抗性の克服を目指す。
企業を取り巻く新しい組織間関係モデルの国際比較研究-日中米欧の事例を中心に

改革開放後、急速に発展した温州経済および温州企業の実態をネットワークの視点から解明しようと努めた。在温州企業だけでなく、海外の温州企業へも、定性的なインタビューを実施した。1.研究代表者は、毎夏渡米し、ネットワーク研究の第一人者らと交流、理論的かつ実証的研究を推進するとともに、積極的に国際発信した。例えば、2005年夏、全米経営学会の年次総会で発表、その後はMITに滞在し、さらに10月には米戦略経営学会の年次総会でも発表した。近年話題のスモールワールドネットワーク理論を援用しながら、自動車のサプライヤーやモバイルのネットワーク、また温州人ネットワークなどを分析し、個人や組織のパフォーマンスは、彼らが埋め込まれているネットワークのトポロジーに強く影響されうるとの知見を披露し、高い関心を集めた。2.在温州の企業や業界団体、政府関係者等へのインタビューを重ね、以下の点が明らかになった。(1)温州人は、貧しさゆえに、新しいチャンスを求め、中国各地はもちろん海外へも果敢に外出した。(2)その結果、地縁や血縁で強く結びつきながら、国境のない温州人ネットワークが構築された。(3)世界に広がる温州人ネットワークが、ビジネス機会の探索や製品の販売等に利用されている。3.北京およびイタリアの温州企業で、詳細なヒヤリングを行った。(1)温州人は当初、域外へランダムに飛び出していたが、誰かが成功機会の高い場所を発見すると、その情報が瞬く間に飛び交い、そこに集結する、(2)新参者は、成功した温州人企業家の下で働き数年後に独立する、といった構図が浮き彫りになった。つまり、温州人の繁栄は、温州人のネットワーク行動や温州人を取り巻くネットワーク構造に依拠する部分が大きく、その構造は、スモールワールド化している可能性が極めて強いことが示唆される。従来の研究で一定の成果を収め、さらなる飛躍に向けて探索的調査を開始した初年度であった。1.研究代表者の西口が中心になって数年がかりで取り組んできた日英蘭独での実態調査をベースに、『中小企業ネットワーク』(406頁)を有斐閣から刊行した。同書は、中小企業を取り巻く多種多様なネットワークに焦点を当て、そうしたネットワークの出現、存続、消滅を、4種類のレント(評判、中央コントロール、社会的埋め込み、情報共有と学習)の生成と変化のプロセスとして捉え、叙述、分析した。中小企業やネットワークに関する書物は多いが、同書は、理論的かつ実証的で、しかも国際比較の視点を織り込んでいる点に特徴がある。2.西口は、米メリーランド大学(ワシントンD.C.郊外)に短期滞在し、新しいネットワーク理論を提唱している若手研究者らと交流を深め、ネットワーク理論に関する研究を進めた。3.ベトナムのハノイ・ホーチミン(9月に2週間)、中国の蘇州(1月に1週間)、中国の青島・上海・温州(3月に2週間)を訪問し、成長著しいアジアの企業および地域についての探索的調査を行った。これらの調査を踏まえ、2年度以降は、(1)中国・蘇州に集結している台湾系IT産業の企業間関係、(3)中国最大の家電メーカー、ハイアール(青島市)、(3)温州で急成長している民営企業のネットワークについて、本格的な調査を実施する計画である。なお、ベトナムの調査結果は、関満博・長崎利幸編著『ベトナム/市場経済化と日本企業』(新評論、2004年4月刊行)の中で、詳しく報告した。4.日本国内については、静岡県(浜松)および岩手県(花巻、北上、宮古)を中心に実態調査を続け、企業、大学、行政、NPOなどがメンバーとして参画する新しいネットワークを追った。

そうした調査結果や調査で得られた知見は、適宜、別紙の雑誌論文等にまとめた。16年度は、中国の企業や政府に焦点を絞り、本格的な調査・研究に取り組んだ。充実した1年であった。1.研究代表者の西口は、米国のMassachusetts Institute of Technology(MIT)のCenter for International Studiesに、9月から12月にかけて滞在し、MITで開催されたセミナー等で「小世界理論は中国・温州の大変革を説明できるか」と題する中間報告を発表し、良好なフィードバックを得た。また、新しいネットワーク論を提唱している新進気鋭の研究者や、中国企業および中国人移民等に詳しい研究者らとの交流を深め、理論的かつ実証的な側面から、ネットワークに関する研究を進めた。2.15年度の中国・温州での探索的調査を踏まえ、温州人ネットワークの実態を追究した。中国・温州での調査のみならず、温州人が多いイタリアの2都市(ミラノ、プラトー)をも訪問し、温州人がどのような経緯でいかにしてイタリアに移住しどんな仕事をしているのか、同郷人ネツトワークはイタリアへの移住やそこでのビジネス立ち上げ等においてどのような機能を果たしているのかについて、詳細な調査を行った。3.さらに、温州の同郷人ネットワークの特性をより鮮明に理解するため、温州同様に華僑を多数輩出している福建省の福州、泉州、アモイを訪問し、政府や企業、大学等への聞き取り調査を実施、どのような同郷人ネットワークが存在しているのかを探り、温州との対比を試みた。4.温州企業への調査等で得られた、ネットワークのリワイヤリングやドポロジーに関する知見は、『朝日新聞』『一橋ビジネスレビュー』等に発表した。5.日本国内の企業間関係についても、15年度の静岡県(浜松市)および岩手県(花巻、北上)の実態調査を踏まえ、どのようなネットワークが新しい企業の創出や既存企業の事業転換に貢献しているかを論文にまとめた。平成15年度以降、洋服、靴といった労働集約型産業で高い国際競争力を誇る温州企業のネットワーク実態の解明に努めてきた。最終年度の平成17年度は、域外で活躍する温州企業へ調査対象を広げるとともに、定量的な調査にも着手し、平成18年度以降に予定する本格的なネットワーク研究への基盤を整備した。1.研究代表者の西口は、夏に渡米し、ネットワーク研究の第一人者らと交流、理論的かつ実証的研究を推進するとともに、積極的に国際発信した。具体的には、全米経営学会の年次総会で発表、その後はMITに滞在し、さらに10月には米戦略経営学会の年次総会でも発表した。一流米学会での発表は、研究業績として認めうるので、次頁の研究発表欄に記しておく。近年話題のスモールワールドネットワーク理論を援用しながら、自動車のサプライヤーやモバイルのネットワーク、また温州人ネットワークなどを分析し、個人や組織のパフォーマンスは、彼らが埋め込まれているネットワークのトポロジーに強く影響されうるとの知見を披露し、高い関心を集めた。2.温州企業のネットワークに関する定量的調査を継続した。(1)産業によってネットワーク構造に顕著な違いがある、(2)温州地域では付加価値の高い産業への転換が推進されている、等が明らかになった。
高度経済成長後の政府間補助金を通じた地域間所得再分配政策に関する日韓比較研究

本研究では日韓両国の自治体別費目別の歳出・歳入決算額データベースを整備し,政府間補助金を通じた地域間所得再分配政策の展開と後進地域の地方行財政の変化について日本と韓国の比較分析を行った.研究期間を通じて日本については1960年度以降について,韓国については1976年度以降(数年度分の欠損あり)についての自治体別費目別の決算データベースを構築することができた.1990年代以前の韓国の地方財政統計は,誤植・落丁が多く,数値の精査により,定量分析に耐えうるデータベースとしたことは本研究の重要な成果の1つである.次に,このデータベースを用いて日韓それぞれについて定量分析および可視化(地図化)作業を行った.現在,両国の政策に関する比較分析については,まだ最終的な結論に至っていないものの,1960年代後半から1990年代初頭までの日本の政府間補助金の動きと1980年代以降の韓国の政府間補助金の動きには多くの共通点が認められ,高度経済成長後の政府間補助金を用いた地域間所得再分配政策の展開には類似した経路がみられたことが示唆されている.本研究では日韓両国の自治体別費目別の歳出・歳入決算額データベースを整備し,政府間補助金を通じた地域間所得再分配政策の展開と後進地域の地方行財政の変化について日本と韓国の比較分析を行った.研究期間を通じて日本については1960年度以降について,韓国については1976年度以降(数年度分の欠損あり)についての自治体別費目別の決算データベースを構築することができた.1990年代以前の韓国の地方財政統計は,誤植・落丁が多く,数値の精査により,定量分析に耐えうるデータベースとしたことは本研究の重要な成果の1つである.次に,このデータベースを用いて日韓それぞれについて定量分析および可視化(地図化)作業を行った.現在,両国の政策に関する比較分析については,まだ最終的な結論に至っていないものの,1960年代後半から1990年代初頭までの日本の政府間補助金の動きと1980年代以降の韓国の政府間補助金の動きには多くの共通点が認められ,高度経済成長後の政府間補助金を用いた地域間所得再分配政策の展開には類似した経路がみられたことが示唆されている.本年度は、主として基本的な資料の購入・整備とデータベースの構築を精力的に進めた。まず、日韓の地方財政に関する最も基本的な資料である市町村別財政状況調(日本)・地方財政年鑑(韓国)の購入・複写による資料収集を進め、収集した資料をもとにデータベースの作成を行った。年次の古いものについては、手書き資料のため誤植・乱丁等が数多くみられ、歳入・歳出総額との一致などによる数値のチェックを行い、記載内容の精査を行いながら作業を進めた。また、地域間所得再分配の地域的インパクトを検討するため、性格の異なる3都県(東京都・福岡県・大分県)を中心に、国勢調査の小地域統計を収集し、地理情報システム(GIS)で利用可能なフォーマットによるデータ整備も進めた。しかし、年次の古い資料を中心として、データベース構築には予想以上の作業時間がかかり、本年度中に作業は完了しなかった。次年度は、韓国に日本と同様の資料があるかどうかを中心に、さらなる資料の渉猟・検討を進める。また、本年度に作成したデータベースを利用して、データ解析の作業にも着手していきたい。平成19年度は,平成20年度より継続して日本および韓国の地方団体別の財政データベースの作成を進め,大学院生をはじめとして多くの方の助力を得て,一応の完成にこぎ着けることができた.このデータベースを利用することにより日本の分については1960年度より現在に至るまでの主要な歳入・歳出項目のデータを収録しており,韓国の分についても主として1980年代以降の年度について,同じく現在に至るまでの主要な歳入・歳出項目のデータを収録している.ただし,原資料(日本分「市町村別決算状況調」,「都道府県別決算状況調」,「韓国分「地方財政統計年鑑」)の誤植も含め,データの間違いのチェックなど,さらに作業を進めて行く必要がある.このデータベースを利用した本格的な日韓比較分析および日韓両国での現地調査については主として平成20年度に実施する予定であるが,完成したデータベースのうち,日本の分のデータを利用した分析成果として梶田(2008)を公表し,韓国分のデータを利用した分析結果としては『現代韓国の地理学』(神谷浩夫編)の1章「韓国における地方財政の地理」として公刊予定であり,既に担当分の原稿は完成している(現段階では出版時期未定).前者では,これまで筆者が進めてきた小人口町村に対する地方交付税の傾斜配分についての定量分析をより正確な形で行うことが可能になり,後者では従来,数年次分で道スケールでの分析がほとんどであった韓国地方財政の空間構造に関する分析の精度を大きく高め,1980年代以降における高度経済成長,IMF危機とそこからのV字回復という経済環境の劇的な変化が地方財政の空間構造にいかなる形で反映されているかを詳細に検討することが可能になった.当初,本年度は過去2年間において作成した日韓の自治体別地方財政データベース利用した地域間所得再分配に関する日韓比較分析および日韓両国での現地調査を予定し,その成果を取りまとめる計面であったが予定を変更して日本の政府間補助金に特化した分析を行った,これは,当初の計画では想定されていなかった,地方交付税制度の抜本的な改革が進められたこと,具体的には, 2007年度の包括算定経費(いわゆる新型交付税)の導入と2008年度の地方再生対策費の設置が行われたことによるものである.

本年度は,既存の研究成果をまえた上で,これらの改革がどのような地的影響を及ぼしたのかを正確に捕捉する作業を進めた.具体的には(1)北海道,(2)栃木県,(3)富山県,(4)大分県の各道県に関する市町村別・行政項目別の基準財政需要額テータを20062008年度(2008年度は現在も収集中)について収集し,需要額の変化の地域差およびその要因について検討を行った.近年の地方交付税改革は財政需要の算定方式を単純化し,各自治体の(将来的な交付税額に関する)予測可能性を高め,算定に恣意性が入らないようにことを目的としている.しかし,実際には地域条件の捕捉能力が著しく低下したために,都市-農村間だけでなく,農村同士でも改革の影響には大きな地域差があり,緩和措置として追加的な行政項目・補正の検討を余儀なくされている.他方,分析作業の中で「平成の大合併」に伴う合併算定替により、現在公表されているデータだけでは基準財政需要額の算定構造の本質的な変化を正確に捕捉することが困難になっていることが明らかになった。2008年度に関する自治体別決算テータの公表にはもう少し時間を要するため,分析結果については2009年度秋もしくは2010年春に口頭での発表を予定している.韓国に関する分析は最新年度の資料公刊に伴うデータベースの更新作業を実施するにとどまっているが、上記した近年の日本の制度改革の動きの方向性を見据えた上で,なるべく早い時期に日韓の政府間補助金を通じた地域間所得再分配のタイナミクスに関する比較分析の結果を取りまとめ,成果を公表する予定である.