hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫系活動が脳機能に及ぼす影響－細胞間伝達物質サイトカインによる意思決定の変容－

本年度は第一実験において問題となっていた炎症性サイトカインの再分析を行いサイトカインデータの検討を行った。その結果,炎症性サイトカインの値は変動せず,今回の実験で測定された炎症性サイトカインの値が測定限界以下であったことが確認された。また,第一実験のストレス課題の有無によって一週間後の確率学習課題の成績がどのように異なるかを検討するため,フォローアップ課題を行った。この結果,ストレス負荷実験で呈示された背景色の方がより随伴性を学習しやすくなる傾向が示された。これは炎症性サイトカインがストレス負荷後だけでなく,一週間後の学習にも影響を与える可能性を示唆した。これらがサイトカインの上昇が正しくフィードバックされ,身体状態が危機的状況に陥っていると判断されたことによって生じた結果だとすれば,適応的な反応であると考えられる。これらの実験結果国際論文化に努め国内外の学術大会にて発表を行った。これまでストレス負荷時のサイトカインの基礎動態について検討を行ってきた。その結果,急性ストレスによりある種のサイトカインが上昇し,中枢神経系に対して影響を与えることを明らかにした。また,ストレス負荷などの心理的な変化に対してもサイトカインを介した疾病反応がみられることが報告されている(Steptoe et al., 2007)。しかしながら,サイトカインが脳機能にどのような影響を与えるのかについては未だ不明瞭な点が多い。こうした背景をふまえ,本研究では,サイトカインの上昇時において,異なる報酬評価に基づく意思決定がどのように影響を受けるかを検討した。本年度は急性ストレスによって引き起こされた課題120分後のサイトカインの上昇が脳機能に与える影響について意思決定課題を用いて検討を行った。本研究では,TSSTを行った疾病群(9名)とTSSTの代わりに読書を行う統制群(9名)を設け,サイトカインの上昇が予測されるストレス課題120分後に意思決定課題を実施しそれぞれを比較検討した。また,課題前,課題直後,回復期(課題30分後,60分後,90分後,120分後),意思決定課題後に,生理指標としてサイトカイン(IL-1beta,IL-6),HR,血中アドレナリン,心理指標として主観的ストレス感を測定した。意思決定課題にはリスク選択課題を用いた。その結果,ストレス群においてギャンブル選択率の有意な減少が観察された。リスクの伴う意思決定における神経イメージング研究では,リスクの選択には扁桃体が関連することが報告されている(Bechara et al., 2004)。このことより,本研究で観察されたギャンブル選択率の顕著な低下は,サイトカインによって扁桃体の亢進が生じたためにリスク回避となった可能性が示唆される。本研究員は精神神経内分泌免疫学,特に炎症性サイトカインの高次脳機能への影響について検討を行ってきた。精神神経内分泌免疫学は人間の総合理解を目指す研究領域であり近年発展が著しいが,国内では研究機関が少なく,よりよい研究遂行のためには海外研究機関との継続的な連携が必須である。よって本年度は組織的な若手研究者等海外派遣プログラム「基礎環境学を担う若手人材育成プログラム」の一環として,同テーマにおいて世界的な研究機関であるUniversity College of LondonのSteptoe教授の研究室に赴き,最新の研究知見,研究技法についての知識の獲得に研究活動を行った。第一の成果は,派遣者の実験データについて本領域の第一人者であるSteptoe教授にご意見をいただきさらには生物学的指標の測定技術を実際に見学,よりよい測定技法を検討できたことである。またResearch AssociateのCarvalho氏に派遣者の実験内容にどのような測定方法が適切かをご教授いただいた。さらに測定手順など詳細までご指導いただき,よりよい測定方法を会得することができた。このような細かい技術や分析方法の選び方などは精度に直接関係するが,測定者が経験則で行う部分も多くこれらを獲得するためには長い年月と経験を要する。よって,このように測定方法の細部について会得できたことは,今後の研究活動において非常に有益であると考えられる。第二に様々なセミナーへの参加などによって最新知見を獲得し,また他の関連領域へ視野を拡大できたことが挙げられる。派遣先研究機関は健康心理学を中心に,広範囲に研究を展開しており,睡眠や運動などの生活習慣的要因から就労ストレスや愛着行動などの社会的要因に至るまで多岐に渡る。そのため滞在中は関連領域の最新知見に幅広く触れることが可能であり,精神神経内分泌免疫学の最先端研究を包括的視点によって捉えることができた。昨年度,計画通りUniversity College of Londonへの研修活動を行うことができた。

さらには実験および測定方法の精度向上に努めた。さらに国際的な研究機関との共同研究の可能性を広げることができた。これについては当初の計画通りの進展であった。しかしながら,渡航準備により国内での実験の実施,発表活動を行うことができなかった。この点に関してはやや遅れており,可及的速やかに実施する必要がある。本研究課題において,サイトカインが意思決定に及ぼす影響のメカニズムを明確にできておらず,サイトカインをはじめとする各生理反応とリスク選択課題の関連性をより詳細に検討するべきだと考える。研究計画ではリスク課題に代わり異なる課題を用いることを予定していたが,引き続き同様のリスク選択課題を用いてサイトカインとの関連を精度に検討する。さらに,昨年は国外での研究活動のため国内での研究報告活動を行うことができなかったため,本年は国内外への研究発表活動に積極的に取り組みたい。
テロメアに特異的に転移するレトロトランスポゾンの機能解析

筆者はnon-LTR型レトロトランスポゾン(LINE)の転移機構を解明することを目的に研究を行ってきた。これまでに、カイコのテロメア反復配列(TTAGG)nに特異的に転移するSART1レトロトランスポゾンを、In vivoで転移させる系を確立した(Takahashi&Fujiwara, EMBO Journal 2002)。今年度はLINEの転移の詳細なメカニズムを解明するために、In vitroで転移を再現しようと試みた。まずSART1の2つのORFにコードされたタンパク質を、バキュロウイルスベクターから発現・精製した。これたのタンパク質を、SART1のRNA・dNTPsと共に、テロメア配列(TTAGG)nを含むDNA配列をインキュベートして、テロメア反復配列中にSART1が転移するかどうか調べた。方法にはPCRやサザンハイブリダイゼーションを用いたが、SART1が転移していることを示す結果は得られなかった。その原因の一つとして、LINEの転移にホスト生物の他のタンパク質が必須である可能性がある。LINEはウイルスなどと違い、転移はホストに強く依存していると考えられている。SART1の場合、テロメアのクロマチンタンパク質を認識して、転移しているのではないかもしれない。今後はまずテロメアなどのクロマチン構造を詳細に解析することによって、最終的にLINEの転移機構を解明したい。尚、SART1のORF1の詳細な機能解析にも共同研究者として参画し、核内局在シグナルなど転移に重要なドメインを解析した。この結果は現在投稿準備中である(Matsumoto, Takahashi and Fujiwara)。
ビスマス-窒素、酸素および硫黄二重結合を有する高原子価有機ビスマス化合物の化学

1.本課題平成11年度においては、形式的なビスマス=窒素二重結合を有する高原子価有機ビスマス化合物、ビスマスイミド、およびその軽元素類縁体の化学を中心に検討を進めてきた。2.オルト位にメチル基もしくはメトキシ基を有するアリール基(ο-トリル基、ο-アニシル基)を用いてビスマス=窒素二重結合を速度論的に安定化することにより、様々なN-アシルおよびN-スルホニルトリアリールビスマスイミドを合成、単離した。また、同様の手法を用いて合成したN-スルホニルトリアリールアンチモンイミドが単量体として存在することを、X線結晶構造解析により初めて明らかにした。一連の15族元素由来のイミドの構造解析および理論計算の検討により、中心元素の周期が下がるに連れ、イミド結合の単結合性が増加し、ビスマス-窒素結合は極めて分極した単結合とみなせることが明かとなった。3.合成したN-アシルビスマスイミドの基本的な反応性を調べた結果、様々な基質との反応においてトリアリールビスムトニオ基が良好な脱離基として作用することを見いだした。これは15族元素の中でもビスマスに特徴的な振る舞いである。さらに、電子欠乏型アルキンであるアセチレンジカルボン酸ジエステルとの反応では、イミド窒素のマイケル付加、ビスムトニオ基の転位を経由してビスマスイリドが生成することを見いだした。本反応で得られたイリドは、高度に官能基化されたアルキリデン部位が負電荷を効率良く非局在化できるため、熱的に極めて安定化であり、本反応は安定型ビスマスイリドの新しい合成法と見なすことができる。
統合通信網の非常災害対策通信への応用と回線稼働率改善のための諸方策比較の研究

HIT-Networkを災害対策用として応用するため、E-mail・インターネットなどへの地上網(LAN)接続、簡易無線端末による経済化などの実現するための通信実験を行なった。また、伝搬特性を明らかにするために複数の衛星信号の降雨・降雪減衰特性の測定を継続した。(1)HIT-Network実験:HIT-Networkを閉じた網から、開かれた網にするために地上網(LAN網)との接続をプラスし、山間・僻地または災害地から、国内・国外のE-mail・インターネットなどへの接続を可能とすることや、簡易無線端末による経済化などを目的として、Windows2000Server OSを使用して、無線LAN-CPU-衛星系-CPU-学内LAN網の実験系でネットワーク実験を行った。この実験により、ネットワーク構築の見通しが得られ、ネットワーク化に必要なハードウエアをソフトウエアに負担させる構成とすることでHIT-Networkの機能を極限までスリム化して経済化を図ることに寄与できた。(2)Sat.D方式の特性測定:詳細なSat.D特性のデータを得るための受信衛星数の増加のために、東経132度のN-STAR、128度のJCSATを2.4m,1.8mのアンテナで受信するように調整を行い、ビーコン信号受信のための測定系のソフトウエアのDOS-V機で動作するようにソフトウエアの書き換え、一部新しく製作を行ない、連続受信を継続している。(3)移動体衛星用の静止衛星信号の都市内遮蔽特性、Sat.D特性:Sat.D方式のモバイル放送方式など応用例としての設計資料を得るために、静止衛星からの信号を直接使用するのではなく、仰角4050度の南方のGPS衛星の信号を用いて伝搬特性を測定した。この新しい測定法は、低コストな測定装置と少ない運用経費で各種のデータ(例えば、衛星位置、受信レベル、受信機の位置情報など)が1秒毎に収集することができ、これをノートパソコンに蓄積し、測定結果を総合しデスクトップパソコンで処理した。測定の結果、都市内では東西の道路で厳しい減衰が生じ、なんらかの減衰対策が必要であることを明らかにした。さらに、この減衰を補償するために、Sat.D特性を測定し、2衛星の軌道間隔が45度程度以上あれば、ほぼ90%の衛星見通し率が得られることを実験的に明らかにした。HIT-Networkを災害対策用として応用するため、E-mail・インターネットなどへの地上網(LAN)接続、簡易無線端末による経済化などの実現するための検討、通信実験を行った。また、伝搬特性を明らかにするために複数の衛星信号の降雨・降雪減衰特性を測定し設計法を明らかにした。(1)災害対策用PC-USAT構築法と地上網(LAN網)への接続:これまで研究してきたHIT-Networkを災害対策用に適用するための問題点や回線設計、サービスの種類などを明らかにした。また、公衆網(例えば、学内LAN網)への接続を行なう簡易、経済的な方法について検討し、衛星経由実験を行った。これらの結果は電子情報通信学会誌に投稿し採録となった。(2)電波伝搬特性実験:方式実現に必要な電波伝搬特性として、信号減衰時間率特性、短・長距離SDなどのデータを得るために衛星経由実験を行い設計資料を得た。

(3)Sat.D方式の特性測定:Sat.D方式を採用したときに信号減衰の時間率の改善効果を把握するために複数衛星(JCSAT-1,JCSAT-3,BS衛星)の信号を受信し計算機処理により方式設計データを得た。降雪時の特性について電子情報通信学会誌(速報)に投稿し採録となった。(4)Sat.D方式用衛星間の所要軌道間隔設計データの取得実験:Sat.D方式で使用する2衛星の軌道間隔を何度すれば十分かの設計資料を得るために、JCSAT-2,SCC-A,-Bなどを加えて6衛星を用いて実験を行うシステムを構築し,データを取得している。(5)超小型地球局と簡易無線端末による地球局の複数加入者利用:基地局-小型地球局-簡易無線端末の網構成で1台の小型地球局を複数ユーザが共有することで網全体の経済化を図るために、この構成法を検討した。今後JCSATを用いて実験を行い、システムの問題点を明らかにする。(6)超小型地球局の初期衛星捕捉方式の開発:災害地到着後、迅速に超小型地球局の初期衛星捕捉を行い通信を開始する必要がある。この衛星初期捕捉の新しい方法を検討している。HIT-Networkを災害対策用として応用するため、E-mail・インターネットなどへの地上網(LAN)接続、簡易無線端末による経済化などの実現するための通信実験を行なった。また、伝搬特性を明らかにするために複数の衛星信号の降雨・降雪減衰特性を測定した。(1)災害対策用PC-USAT構築法:これまで研究してきたHIT-Networkを災害対策用に適用するための問題点や回線設計、サービスの種類などを明らかにした。第2地球局導入にともない、地球局の室内ユニット(IDU)とパソコンの間のインターフェイス(V35-RS232C)を経済的に実現するために、マイクロプロセッサを用いて試作し、高速な動作を確認した。(2)超小型地球局と簡易無線端末による地球局の複数加入者利用:基地局-小型地球局-簡易無線端末(無線LAN端末)の網構成をモデル的に試作するための通信制御ソフトの検討を行なった。(3)サイト・ダイバシチ(SD)特性実験:方式実現に必要な電波伝搬特性(信号減衰時間率特性、短・長距離SDなどのデータ)の衛星実験を行った。既に測定を行なっている北大、早大等の地球局に追加して北見工大、室蘭工大の地球局からも信号送出を行ない80km、200kmのSD特性のデータを取得した。(5)サテライト・ダイバシチ(Sat.D)方式用衛星間の所要軌道間隔設計データの取得実験:Sat.D方式で使用する2衛星の軌道間隔は何度が十分かの設計資料を得ることに着目して実験を行ない、データの整理を行なった。この結果、軌道間隔よりもSat.Dを行う衛星性能が類似した衛星同士を組合せると、良好なSat.D特性が得られることが明らかとなった。HlT-Networkを災害対策用として応用するため、E-mail・インターネットなどへの地上網(LAN)接続、簡易無線端末による経済化などの実現するための通信実験を行なった。また、伝搬特性を明らかにするために複数の衛星信号の降雨・降雪減衰特性の測定を継続した。
昆虫生体防御の分子機構

1.Differential display法およびDifferential cloning法による生体防御に係わる遺伝子の検索バクテリアを接種したエリ蚕脂肪体で特異的に誘導される遺伝子を検索し,12種のDNA断片を得た.それらをプローブとしてエリ蚕の免疫化脂肪体ライブラリーを検索し,リゾチームcDNA,3種の新規アタシンcDNAおよび2種のペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP)cDNAをクローニングした.リゾチーム,アタシンおよびPGRPのタンパク質も単離し,その性質を明らかにした.その他のDNA断片についても塩基配列を決定たところ,新規の遺伝子断片と思われるもの数個が得られた.また,既知の遺伝子のホモログと思われるもののうち,3種については今まで生体防御に関与していると考えられていなかったものであり,昆虫の生体防御系を理解する上で重要な発見であると考えられる.2.ペプチドグリカン結合タンパク質の単離とその性質ペプチドグリカン(PGN)と特異的に結合するタンパク質をカイコおよびエリ蚕5令幼虫体液中で検索し,カイコから3種,エリ蚕から2種のタンパク質を単離した.カイコの一つはカイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)増殖促進タンパク質(PP)で,PGN,キチン,LPSなどに対する結合特性をプラズモン共鳴装置並びに^<125>I-PGNを用いて測定し,その性質を明らかにした.他の二つは機能未知の30Kタンパク質および新規の37Kタンパク質で,これらのPGN並びに種々の糖に対する結合特性を明らかにした.また,エリ蚕幼虫体液から,PGRPを単離し,PGNに対する結合を直接測定し,その結合特性を初めて明らかにした.これらのことから,カイコおよびエリ蚕体液には,予想以上の多種のPGN結合タンパク質が存在することが明らかとなった.1.Differential display法およびDifferential cloning法による生体防御に係わる遺伝子の検索バクテリアを接種したエリ蚕脂肪体で特異的に誘導される遺伝子を検索し,12種のDNA断片を得た.それらをプローブとしてエリ蚕の免疫化脂肪体ライブラリーを検索し,リゾチームcDNA,3種の新規アタシンcDNAおよび2種のペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP)cDNAをクローニングした.リゾチーム,アタシンおよびPGRPのタンパク質も単離し,その性質を明らかにした.その他のDNA断片についても塩基配列を決定たところ,新規の遺伝子断片と思われるもの数個が得られた.また,既知の遺伝子のホモログと思われるもののうち,3種については今まで生体防御に関与していると考えられていなかったものであり,昆虫の生体防御系を理解する上で重要な発見であると考えられる.2.ペプチドグリカン結合タンパク質の単離とその性質ペプチドグリカン(PGN)と特異的に結合するタンパク質をカイコおよびエリ蚕5令幼虫体液中で検索し,カイコから3種,エリ蚕から2種のタンパク質を単離した.カイコの一つはカイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)増殖促進タンパク質(PP)で,PGN,キチン,LPSなどに対する結合特性をプラズモン共鳴装置並びに^<125>I-PGNを用いて測定し,その性質を明らかにした.他の二つは機能未知の30Kタンパク質および新規の37Kタンパク質で,これらのPGN並びに種々の糖に対する結合特性を明らかにした.また,エリ蚕幼虫体液から,PGRPを単離し,PGNに対する結合を直接測定し,その結合特性を初めて明らかにした.これらのことから,カイコおよびエリ蚕体液には,予想以上の多種のPGN結合タンパク質が存在することが明らかとなった.バクテリアを接種したエリ蚕脂肪体に特異的に誘導される遺伝子を検索し,8種のDNA断片を得た.それらをプローブとしてエリ蚕の免疫化脂肪体ライブラリーを検索し,リゾチームcDNAと3種の新規アタシンcDNAをクローニングした.リゾチームとアタシンはタンパク質も単離し,その一次構造と一致することを示しすと共に,それらの性質を明らかにした.その他のDNA断片についても,クローニングを行っている.2.ペプチドグリカン認識タンパク質の単離とその性質カイコ5令幼虫体液中のペプチドグリカン(PGN)と特異的に結合するタンパク質を検索し,3種のタンパク質を単離した.そのうちの一種のN-末端20残基のアミノ酸配列は,カイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)増殖促進タンパク質(PP)と完全に一致した、このタンパク質のPGN,キチン,LPSなどに対する結合樹生をプラズモン共鳴装置並びに^<125>I-PGNを用いて測定し,その性質を明らかにした.また,エリ蚕幼虫体液から,PGN認職タンパク質(PGRP)を単離し,上記の方法によりPGNに対する結合を直接測定し,その結合特性を初めて明らかにした.これら以外にも数種のPGN結合タンパク質が検出され,それらについても単離を進め,PGN結合特性について検討を行っている.1.ディファレンシアルクローニング法による生体防御に係わる遺伝子の検索とクローニングバクテリアを接種したエリ蚕脂肪体に特異的に誘導される遺伝子を検索し,12種のDNA断片を得た.それらをプローブとしてエリ蚕の免疫化脂肪体ライブラリーを検索し,3種の新規アタシンcDNAと2種のペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP)cDNAをクローニングした.これらのタンパク質も単離しそれらの性質を明らかにした.その他のDNA断片についても,塩基配列を決定しクローニングを行っている.2.ペプチドグリカン結合タンパク質の単離とその性質

ペプチドグリカン(PGN)と特異的に結合するタンパク質をカイコおよびエリ蚕5令幼虫体液中で検索し,カイコから3,種エリ蚕から2種のタンパク質を単離した.カイコの一つはカイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)増殖促進タンパク質(PP)で,PGN,キチン,LPSなどに対する結合特性をプラズモン共鳴装置並びに^<125>I-PGNを用いて測定し,その性質を明らかにした.他の二つは機能未知の30Kタンパク質および新規の37Kタンパク質で,これらのPGN並びに種々の糖に対する結合特性を明らかにした.また,エリ蚕幼虫体液から,PGRPを単離し,PGNに対する結合を直接測定し,その結合特性を初めて明らかにした.これらのことから,カイコおよびエリ蚕体液には,予想以上の多種のPGN結合タンパク質が存在することが明らかとなった.
道具使用を可能にする感覚運動機構と身体形態－カレドニアガラスの比較行動学的研究－

(1)カラス・ハトの視覚性運動制御の比較研究カラス・ハト両種に対し、メガネ状に加工したプリズムを用いた運動学習実験を行なった。プリズムは光を屈折させるため、網膜上の対象物の位置が変位し、結果的に知覚される位置を本来の位置より逸脱させることができる。この性質を生かし、プリズムメガネへの順応過程を両種で比較検討した。ハトは従来の研究から、運動中に視覚情報を用いた運動軌道の修正を行っていないと考えられている(フィードフォワード運動制御)。視覚の役割はもっぱら、運動開始前までの運動のプランニング段階に留まると考えられている。その従来仮説と整合するように、ハトはプリズムメガネの装着後、運動軌道の逸脱が生じた。一方で、カラスはプリズムメガネ装着直後においても、運動の途中で軌道修正を行った。この結果から、カラスはハトのようなフィードフォワード運動制御に加えて、捕捉対象の位置を逐次視覚により取得し、断続的に軌道修正を行うフィードバック運動制御を備えていると考えられる。(2)カラスの動く標的に対する追跡運動における行動メカニズム研究(1)、及び前年度までの研究(Matsui, & Izawa, 2017)から、カラスが標的の位置を絶えず取得し、視覚に基づいたフィードバック制御を行っていることが示唆されている。その可能性をより直接的に実証するべく、餌を移動させる装置を作成し、移動標的物へのついばみ運動に対し、数理モデルを用いた分析を通じてカラスの追跡運動制御の行動メカニズムの解明を試みた。結果として、カラスは対象物の移動の軌道に対する予測と、その瞬間の対象の位置の双方に基づき、自身の運動軌道を決定していることが示唆された。また、それら2つの情報について、対象物の運動速度により重み付けを変容させていることが判明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)ハシブトガラスとハトのクチバシ操作に関する比較行動学的研究ハシブトガラスとハトそれぞれに擬似クチバシを取り付けることにより、クチバシを延長し、その状態での餌へのついばみの運動軌道を解析した。結果、ハトは10日間もの訓練にも関わらず、延長したクチバシで餌を取ることを学習することはできなかった。一方で、カラスは即座に餌をとる際のクチバシ開閉運動を調節し、延長した分のクチバシに対応した運動を行った。さらに、ハトは訓練後擬似クチバシを取り除き、再び元の長さのクチバシに戻されると、クチバシの開閉運動が通常より早くなる「運動残効」と呼ばれる現象が確認された。カラスには運動残効は見られず、擬似クチバシ除去直後から通常の長さのクチバシに応じた運動を行なった。この種間の差は、両種の持つ感覚ー運動メカニズムの差異を反映していると考えられる。(2)クチバシ操作の運動学習の神経基盤前研究の実験パラダイムを用いて、運動学習中の神経活動を測定した。神経活動の測定には、c-fosという神経活動直後に読み出される最初期遺伝子の活動に伴い生成されるタンパクを可視化する、免疫組織学的手法を用いた。被験体としてはハトを使用した。結果、統制群と比較して擬似クチバシによる餌取得を行なった群では、nidopallium fronto-trigeminale (NFT)と呼ばれる大脳領域で有意に高いc-fos発現が見られた。この領域がどのような機能に関与しているのは、現在のところ判明していないが、クチバシの触覚感覚情報を受け取っているnucleus basorostralis (Bas)という領域から入力を受けていることが知られている。そのことから推察するに、この領域はクチバシの長さの変化に対応すべく、自身の運動調節を行うために計算を担っているのではないかと考えられる。本研究課題の主たる目的はカラスの身体運動の柔軟性の解明にある。研究課題の目的の1つであるカレドニアガラスの道具使用における形態学的基盤については、既に前々年度に査読付き国際紙として公開されている。そして、カラスの持つ運動制御の解明の次なる段階として、私はカラスの持つ運動の視覚性制御に着目した。そこで前年度は「クチバシの延長」という実験パラダイムを用いて、ハシブトガラスとハトの運動制御メカニズムの比較検討を行った。結果、カラスの感覚運動システムの柔軟性が示された。この研究により、道具使用のような高度な行動を実現するメカニズムの解明を一歩推し進めることに成功したと考える。当該の研究結果は査読付き国際紙に既に掲載されている。さらに、前年度からはその感覚運動メカニズムの神経基盤にまで踏み込みはじめ、鳥類の持つ運動制御メカニズムの解明を目指している。それについては、既に研究課題に関わる脳領域の同定も行っている。以上の状況を鑑みるに、研究の進捗は概ね順調であると言える。ハシブトカラスとハトに関する比較認知科学的研究を行った.第一に,前年度に見出された,カラスとハトの運動制御機構の種間差を直接比較するために,プリズム順応の実験を行った.厚さが1mm程度の膜状の特殊プリズムをメガネ状に加工し,両種の頭部に装着し,運動への影響を評価した.プリズムは右に物体をずらして知覚させるため,視覚ー運動の協調制御への外乱として機能する.結果,カラスはプリズムによりずらされた視覚ー運動の対応関係を素早く学習した一方,ハトは学習まで5日程度かかることが判明した.

この結果は,カラスには自身の動きを視覚的にモニターし,逐次制御するオンライン運動制御が備わっている一方,ハトは運動中に自身の動きを軌道修正しない,フィードフォワード運動制御により運動を遂行していることを示唆する.本実験は現在,査読付き国際誌に投稿中である.また,前年度の「クチバシ延長」パラダイムを用いた,免疫組織学的研究を遂行した.被験体には,解剖学的な知見が豊富であるハトを用いた.デンタルレジンにより作成した擬似クチバシをハトに装着する延長条件と,通常のクチバシの統制群を用意し,20分間自由に餌をついばませ,その間の脳活動を免疫組織学的染色により検討した.免疫組織学的染色とは,化学的処理によって脳の特定のタンパク質を可視化することにより,実験課題中の動物の脳活動を評価する方法である.染色するタンパク質には,FosタンパクとBDNFを用いた.Fosは課題中に発火したニューロンのマーカーであり,BDNFはより長期的なシナプス可塑性を媒介するタンパクである.結果,クチバシ延長条件において,BDNFが大脳領域に多く発現していた.この結果は運動学習において,大脳でシナプス結合が可塑的に増強していたことを示す.以上の研究を通じて,鳥類の運動制御様式の相違と,学習の脳内メカニズムに関する知見を得た.プリズム順応の実験は,既に実験は全て完了しており,比較生理生化学会にて発表を行っている.学会では優秀発表賞をもらうなど,良いフィードバックをもらうこともできた.論文化にはやや時間をとってしまったが,既に英語論文として書き上げ,投稿する段に至っている.免疫組織学的研究の方も実験はほぼ完了し,来年度には論文として投稿する目処が立っている.本来2年次に計画していたオプティックフローを用いた研究は,前年度以前の時点で予備実験を行っている.しかし,カラスの運動はオプティックフローの影響をほぼ受けないことがその時点で判明し,その実験は頓挫してしまった.そこで,計画を変更しプリズム順応のパラダイムを用いることによってカラスの視覚ー運動協調メカニズムを検討する実験を本年度は行った.プリズムを用いた実験は当初予定していた実験よりも豊かな知見をもたらした.また,本研究課題を通じて得た運動の視覚性制御のノウハウを生かした共同研究を行った.ヒトの視覚性運動制御を,鳥類のついばみと類似した運動制御課題で検証した.当該研究は,査読付き国際誌に掲載することができた.以上の事由から,研究はおおむね順調に進展していると考える.(1)カラス・ハトの視覚性運動制御の比較研究カラス・ハト両種に対し、メガネ状に加工したプリズムを用いた運動学習実験を行なった。プリズムは光を屈折させるため、網膜上の対象物の位置が変位し、結果的に知覚される位置を本来の位置より逸脱させることができる。この性質を生かし、プリズムメガネへの順応過程を両種で比較検討した。ハトは従来の研究から、運動中に視覚情報を用いた運動軌道の修正を行っていないと考えられている(フィードフォワード運動制御)。視覚の役割はもっぱら、運動開始前までの運動のプランニング段階に留まると考えられている。その従来仮説と整合するように、ハトはプリズムメガネの装着後、運動軌道の逸脱が生じた。一方で、カラスはプリズムメガネ装着直後においても、運動の途中で軌道修正を行った。
腫瘍の病態におけるWntシグナルの役割

ヒトグリオーマ(神経膠腫)由来の細胞株におけるすべてのWntファミリーの発現を解析し、Wnt-5Aの有意な発現の亢進を認め、Wnt-5A発現亢進がグリオーマの細胞運動、MMP-2発現調節を解して浸潤能を調節していることを見出した。また、がん化に関わる可能性があるHPVやSV40ウイルスを使わずにヒト正常口腔上皮由来細胞MOE1の樹立に成功し、これらの細胞株でWnt-5Aが発現していることを見出した。以上のことから鑑みて、当初の計画以上に進展していると判断している。Wntは分子量約4万の細胞外分泌蛋白質であり、糖鎖付加や脂肪酸付加などの翻訳後修飾がその生理活性に必要であることが知られている。ヒトではWntは19種類のホモログからなるファミリーを形成しており、それぞれ異なった機能を担うと考えられている。たとえばノックアウトマウスの解析から、Wnt-3aは海馬や神経管の形成に、Wnt-4は腎臓形成に、Wnt-7aは小脳のシナプス形成に関わることが示唆されている。Wntのシグナルが細胞膜上の受容体Fz/LRP受容体複合体に結合するとそのシグナルは少なくとも3経路に分かれて、細胞内に伝達される。すなわち、β-カテニン経路、PCP経路、Ca経路である。β-カテニン経路では受容体からのシグナルが細胞内のDvlを介して、GSK3を抑制し、β-カテニンの安定化、転写因子TCFによる遺伝子発現促進を行う。PCP経路は細胞骨格に作用し、細胞運動や細胞の極性を制御する。Ca経路は細胞内のカルシウムを動員し、PKCやカルモジュリン依存性蛋白質リン酸化酵素II(CAMK II)を活性化する。本年度は、グリアから発生するヒトグリオーマ(神経膠腫)由来の細胞株におけるすべてのWntファミリーの発現を定量的にリアルタイムPCRで解析し、U251をはじめとするいくつかの細胞株で、ヒト正常脳組織に比べて、Wnt-5aがの有意な発現の亢進を認めた。現在この細胞におけるWnt-5a発現亢進がグリオーマ細胞に及ぼす生理的意義を細胞増殖や細胞運動、浸潤能の観点から解析している段階である。また、歯原性腫瘍の一つであるエナメル上皮腫由来の細胞株の不死化に成功した。Wntのシグナルが細胞膜上の受容体Frizzled/LRP受容体複合体に結合するとそのシグナルは少なくとも3経路に分かれて、細胞内に伝達される。本年度は、グリアから発生するヒトグリオーマ(神経膠腫)由来の細胞株におけるすべてのWntファミリーの発現を定量的にリアルタイムPCRで解析し、U251をはじめとするいくつかの細胞株で、ヒト正常脳組織に比べて、Wnt-5aやWnt-7b、Wnt-11、Wnt-9aの有意な発現の亢進を認めた。また、Wnt受容体Frizzled-2や-6、-7の有意な発現の亢進を認めた。さらに解析を進めた結果、グリオーマ細胞ではWnt-5a依存性の細胞運動、MMP-2の発現が腫瘍細胞の浸潤能と関わっていることを見出した。現在、ヒトの歯原性腫瘍の一つであるエナメル上皮腫由来の細胞やヒト下垂体細腫瘍の不死化を試みているので、これらの細胞におけるWntの作用を解明する予定である。

Wntのシグナルが細胞膜上の受容体Fz/LRP受容体複合体に結合するとそのシグナルは少なくとも3経路に分かれて、細胞内に伝達される。すなわち、β-カテニン経路、PCP経路、Ca経路である。β-カテニン経路では受容体からのシグナルが細胞内のDv1を介して、GSK3を抑制し、β-カテニンの安定化、転写因子TCFによる遺伝子発現促進を行う。PCP経路は細胞骨格に作用し、細胞運動や細胞の極性を制御する。Ca経路は細胞内のカルシウムを動員し、PKCやカルモジュリン依存性蛋白質リン酸化酵素II(CAMKII)を活性化する。本年度は、グリアから発生するヒトグリオーマ(神経膠腫)由来の細胞株におけるすべてのWntファミリーの発現を定量的にリアルタイムPCRで解析し、U251をはじめとするいくつかの細胞株で、ヒト正常脳組織に比べて、Wnt-5aの有意な発現の亢進を認めた。現在この細胞におけるWnt-5a発現亢進がグリオーマ細胞に及ぼす生理的意義を細胞増殖や細胞運動、浸潤能の観点から解析している段階である。また、歯原性腫瘍の一つであるエナメル上皮腫由来の細胞株の不死化に成功した。
極薄ナノポアを用いた液中1分子形状解析法の創成

本年度では、1粒子形状の高解像度測定を可能にする極薄ナノポアを創製することを目的とした。まず厚さ10nm以下の窒化シリコンメンブレンをシリコンウエハ上に形成させ、電子線リソグラフィー等ナノ加工技術によりナノポアポア作製を試みた。従来のプロセスでは、はじめにメンブレンを形成し、その後ポアを開口させていたが、10nm以下のメンブレン厚さでは、その機械強度が弱く、加工中にメンブレンが破損する傾向があった。そこで、Cr保護層の導入等加工工程の改良を繰り返し、直径300nm40nm、深さ数nmのナノポア作製プロセスを新たに構築した。さらに、この極薄メンブレンナノポアにおいて懸念される、RC効果による電流応答の低速化に対して、ナノポアチップ表面上にポリマー被覆を施すことで、低電気容量化を図った。その結果、ポリマー被覆はチップの片面に施すだけで、従来の窒化シリコンメンブレンにおける数十nFレベルのキャパシタンスを3桁低減させることが可能なことを明らかにした。この新たに開発したナノポアを用い、ナノ粒子や生体粒子の1粒子検出を実施したところ、ポリマー被覆によって電流応答の高速化が実現できただけでなく、電流ノイズが従来デバイスに比して1桁近く低減できた。また、以上の結果から、基板シリコンの組成を変えることでも、ナノポアチップの低容量化が実現できる可能性を見出し、これを実証することに成功した。これは想定以上の成果である。そして、ナノポア計測プログラムの改良を行い、イオン電流を指標とした電気泳動電圧のフィードバック制御による1粒子の繰り返しナノポア通過を実施した。当初、ナノポアチップの低電気容量化は、ナノポアチップの両面を厚膜ポリマーで被覆する必要があると考えていたが、これは、ナノ流路やナノ電極を組み込んだ集積ナノポアデバイスの作製を極めて困難にするアイディアであると懸念していた。一方、本年においてポリマー被覆ナノポアの創製を進める中で、ナノポアチップの等価回路を明らかにしながら、ポリマー被覆はチップの片面に施すだけで十分であり、さらにはポリマー被覆なしでも、シリコン基板の組成を最適化するだけで、ナノポアチップの低容量化が実現できることが実証できた。これらのデバイス構造では、ナノポア近傍に厚膜ポリマーを付与する必要がないため、集積ナノポアの加工プロセスにも容易に組み込むことができる。これは、当初予測していなかった成果である。今後は、本年度に創製した高速電流応答ナノポアを用いて、様々な形状のナノ粒子の1粒子計測を実施し、その空間分解能を明らかにする。現在までのところ、研究計画は当初の計画以上に進展しており、今後の計画遂行においても特に問題が生じることは無いと考えている。
リン酸代謝調節の側面からみた歯の形成機構:歯の形成不全の基礎的および前臨床的研究

培養歯胚へのリン酸(Pi)負荷により発現調節される遺伝子群をDNAマイクロアレイにより網羅的に同定した。その中でもFibromodulin遺伝子が,培養歯胚と同様,分化エナメル芽細胞株においてPi負荷により発現抑制し,その制御にはERK1/ 2-Egr-1経路の活性化が重要であることを確認した。以上のことから, FibromodulinはPi代謝異常を伴うエナメル質形成不全に関与する可能性が示唆された。近年,無機リン酸(Pi)がシグナル分子として機能し,Pi代謝調節因子と協調して,歯や骨における細胞の分化や石灰化に関与していることが明らかになっている。本研究では,III型ナトリウム依存性リン酸トランスポーターPit1によるPiの細胞内への取り込みが歯の石灰化に果たす役割を解明することを目的とする。本年度は,歯胚発生過程において,Pi負荷により変動する固有のシグナル分子を網羅的に検索した。まず,胎生17.5日マウス臼歯歯胚を器官培養し,培養12日目に10mM β-グリセロリン酸を培養液に添加した。添加後48時間における約28,000個の遺伝子発現の変化をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析した。その結果,Pi負荷により発現が上昇した遺伝子が11個,発現が減少した遺伝子が7個であった。これら遺伝子についてエナメル芽細胞株あるいは象牙芽細胞株における発現を確認するとともに,局在をinsitu hybridization法により解析し,その機能および石灰化との関連を推測した。中でも,Pi負荷により発現減少が確認されたプロテオグリカンの一種は,エナメル質や象牙質の形成に必須であることがノックアウトマウスの解析から示されている。来年度には,この分子の機能解析を中心に,リン酸代謝あるいはミネラル代謝異常によりもたらされる歯の形成不全に対する予防法および治療法の確立に向けた前臨床的研究を進めていく予定である。近年,無機リン酸(Pi)がシグナル分子として機能し,Pi代謝調節因子と協調して,歯や骨における細胞の分化や石灰化に関与することが明らかになっている。例えば,慢性腎疾患では,高Pi血症の発症によりエナメル質および象牙質の形成異常が認められる。本研究では,Piの細胞内への取り込みが歯の石灰化に果たす役割を解明することを目的とする。昨年度は,培養噛胚へのPi負荷により発現調節される遺伝子群をDNAマイクロアレイにより網羅的に検索した。本年度は,発現の減少した遺伝子群の中からFibromodulin(Fmod)に着目し,詳細な解析を進めた。Fmodはsmall leucinerich proteoglycanファミリーに属し,ノックアウトマウスではエナメル質が薄層化することが報告されている。マウスエナメル芽細胞株にPiを負荷したところ,培養歯胚と同様にFmodの発現が低下した。この作用は,ナトリウム依存性Piトランスポーターの阻害剤phosphonoformic acidあるいはMEK阻害剤UO126により抑制された。一方,Pi負荷はERK1/2のリン酸化とEgr1の発現を促進したことから,Fmodの発現は,細胞内Piの上昇に引き続きERK1/2-Egr-1経路が活性化によって抑制されると考えられた。以上のことから,FmodはPi代謝異常を伴うエナメル質形成不全に関与することが示唆された。また,細胞外Piによる異所性のERKの活性化がFmodを含む多くの分子挙動を狂わせ,エナメル質形成不全を引き起こすと考えられた。
食品に含まれる機能性フラボノイドおよびその代謝物による放射線内部被ばくリスク低減

東日本大震災の際、原発事故により放射性物質による放射能汚染が社会問題となった。これからも地震発生は想定されることを含め、現在でも、放射能汚染対策は最重要課題の一つである。本研究では、放射能汚染時の内部被ばくによる健康被害の低減対策として、日常的に予防策・対処策として摂取できる「食品」に、放射性セシウムの体内への吸収阻害効果および体外への排泄促進効果を見出すことを目的としている。申請者はこれまでに、セシウムの腸管における透過に対して影響を及ぼす食品成分を見出すために、腸管におけるセシウムの移行に関する新規評価系を確立してきた。ヒト結腸がん細胞であるCaco-2細胞をセルカルチャーインサート上で小腸上皮様に分化させ、セシウムのapical側またはbasolateral側の培地に塩化セシウム溶液を処理し、一定時間後にbasolateral側およびapical側の培地を採取し、硝酸により灰化後、ICP-MSによりセシウム濃度を測定する。これにより、basolateral側およびapical側へのセシウムの透過について評価する。本評価系について、前課題(放射性セシウムによる内部被ばくを防ぐ食品成分-セシウムの吸収阻害・排泄促進若手研究B 15K16211)にて確立した。本研究では、これを用いて、前課題の際に調べた、フラボノイドの効果について、再現性を確認すると共に、濃度依存性およびそれぞれの代謝物についてもその効果を調べた。フラボノイドおよび代謝物のセシウム透過に対する効果を、ヒト結腸がん細胞Caco-2を用いたモデルで評価し、確認すると共に、そのメカニズムを現在検討中である。フラボノイドの効果を詳しく調べると共に、その作用メカニズムを調べるために、セシウムのトランスポーターの発現についても調べていく予定である。おおむね順調に進行しているが、細胞試験に関しての実験が進行途中であるため、繰越を行った。
蛋白質が認識するDNA構造

○蛋白質が認識するDNA構造の班として次の事を解明した。1.塩基配列特異的にDNAと結合するタンパク質として,原がん遺伝子mybの産物Mybタンパク質のDNA結合ドメインの大腸菌大量発現系を作成し,精製法を確立した。そのタンパク質のラマンスペクトルを測定し,その結果,αーヘリックスが存在する事,トリプトファンが疎水的な環境にある事を見出し,これらの実験と部位特異的突然変異の実験とをもとにして,トリプトファンクラスタ-という新しいタイプのDNA結合モチ-フを提案した。2.上記トリプトファンクラスタ-の結合モチ-フを大量に化学合成し,2次元NMRの測定をおこない,水溶液中の3次元立体構造解析を行なった。3.DNAオリゴマ-の水溶液中の3次元立体構造解析を,ラマンスペクトル,NMRスペクトルの測定結果について,制限付分子動力学計算を行ないえた。塩基配列はCCTTAAGGである。4.大腸菌の外膜タンパク質OmpFとOmpCの発現を培地浸透圧に対応して制御するOmpRは,リン酸化によってompFとompCの両遺伝子のプロモ-タ-に強く結合するようになる事が判った。このリン酸化は,外膜タンパク質のEnvZによっておこる。5.大腸菌から,特に強く湾曲したDNAに結合するタンパク質を見出した。このタンパク質は湾曲してないDNAには結合せず,DNAの立体構造を認識しているものと思われる。このタンパク質は結果的に,従来報告されているHーNSであった。
世界の環境改善という視点から見た環境工学の未来とその発展のための政策提案

我が国の環境工学はこれまで一定の成果をあげてきた。そのおかげで、国民は衛生的かつ快適な生活を送り、世界の最長寿国として知られるようになった。また、生物が住めないような極度に汚染された河川・湖沼・海洋は日本中に存在しない。その一方で、目を東南アジア、南アジア、アフリカ、南アメリカなどに向けると、環境の崩壊は確実に進みつつある。本研究は世界に目を向けた場合、開発が必要である環境工学の諸分野とそのタスクを明らかにすることを第一の目的とした。次に、それらの研究開発(技術移転を含む)を効率的に行い、内外の研究者が開発に専一に取り組むための政府や助成団体ならびの大学の研究助成体制のあり方や総合的援助システムを提言することを第二の目的とした。最終的には本研究理念を具現化するための研究グループを立ち上げる為の活動を具体的に行う提案をする事を活動の最終的な目的とした。本研究活動として平成15年8月に北海道イトムカにおいて第1回ワークショップを合宿形式で開催した。約20名の若手研究者が集まり、次世代の環境工学について協議を行った。次に、タイ・バンコク市において外国の研究者を交えて第2回ワークショップを開催した。その結果平成16年度、文部科学省・科学技術振興調整費・我が国の国際的リーダーシップの確保のプログラムへ「アジアの持続的発展のための国際協議会企画」というプロジェクトの提案を行った。この提案課題は中堅若手の柔軟性のある研究者や実務者が参集し長時間にわたり、持続的な環境について協議する場を提案するもので、最終的にはアジアにおける、環境を中心テーマとした、いわゆるダボス会議(世界経済フォーラム年次総会)を目指す物である。
低次元空間の物理と非可換幾何学

非可換空間における場の理論,特にそのトポロジカルソリトンやインスタントンの研究が,近年,活発に行われている.これらの理論は空間座標xとyの非可換性[x,y]=-iθを仮定し,対応する可換な理論で場の積をスター積に置き換えることによって構成される.非可換幾何学の支配する唯一の観測可能な物理現象は量子ホール効果である.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.その結果,電子が内部対称性SU(N)を持つ場合,量子ホール系の対称性はW_∞をSU(N)拡大したW_∞(N)で与えられる.本研究では,この観点から量子ホール系の量子場理論を構成した.更に量子場の期待値をとることにより,古典場理論を解析した.非可換空間の特殊性から,近接する電子間には交換相互作用により,コヒーレントが自発的に発生する.一層量子ホール系ではスピンコヒーレンスが,これに加えて二層量子ホール系では層間コヒーレンスが発生する.この現象はコヒーレンス系特有の位相的ソリトン(スカーミオン)を観測することで実験的に検証できる.量子ホール系における位相的ソリトンは非可換ソリトンである.さて,従来,位相的ソリトンは古典的励起としてのみ知られていた.本研究の最大の成果は,空孔励起のW_∞(N)回転として非可換ソリトンの量子力学的状態を求めたことである.これに付随して,非可換ソリトンの位相的荷電密度と実際の電荷密度との間の厳密な関係式を導いた.更に,非可換ソリトンの励起エネルギーを一層及び二層量子ホール系で解析した.計算して得られた励起エネルギーを実験結果と比較して,本研究の成果の正当性を検証した.非可換空間における場の理論,特にそのトポロジカルソリトンやインスタントンの研究が,近年,活発に行われている.これらの理論は空間座標xとyの非可換性[x,y]=-iθを仮定し,対応する可換な理論で場の積をスター積に置き換えることによって構成される.非可換幾何学の支配する唯一の観測可能な物理現象は量子ホール効果である.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.その結果,電子が内部対称性SU(N)を持つ場合,量子ホール系の対称性はW_∞をSU(N)拡大したW_∞(N)で与えられる.本研究では,この観点から量子ホール系の量子場理論を構成した.更に量子場の期待値をとることにより,古典場理論を解析した.非可換空間の特殊性から,近接する電子間には交換相互作用により,コヒーレントが自発的に発生する.一層量子ホール系ではスピンコヒーレンスが,これに加えて二層量子ホール系では層間コヒーレンスが発生する.この現象はコヒーレンス系特有の位相的ソリトン(スカーミオン)を観測することで実験的に検証できる.量子ホール系における位相的ソリトンは非可換ソリトンである.さて,従来,位相的ソリトンは古典的励起としてのみ知られていた.本研究の最大の成果は,空孔励起のW_∞(N)回転として非可換ソリトンの量子力学的状態を求めたことである.これに付随して,非可換ソリトンの位相的荷電密度と実際の電荷密度との間の厳密な関係式を導いた.更に,非可換ソリトンの励起エネルギーを一層及び二層量子ホール系で解析した.計算して得られた励起エネルギーを実験結果と比較して,本研究の成果の正当性を検証した.低次元空間にはその特有の位相構造に起因する特異な物理現象が存在する.特に興味深いのは量子ホール系である.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.この非可換性に起因する数学的構造と物理現象を解析した.先ず,内部対称性を導入して,量子ホール系の対称群W_∞を拡大し,私はこれをW_∞(N)と命名した.この内部対称性はスピンや2層平面の自由度として実現しているので重要である.適当な条件下に2層量子ホール系はW_∞(4)を対称群として持つ.次に,非可換幾何学上の演算子を定義し,クーロン相互作用する非可換電子を支配する有効ハミルトニアンを求めた.低エネルギー極限で,SU(N)非線形シグマ模型に帰着するが,その係数(stiffness)を初めて代数的に導出した.この値は別の方法で既に求められている結果と一致するが,私の代数的方法が優れているのは系統的に高次展開を行える点にある.さて,ランダウ準位は内部対称性のためにN個の準位に別れる.この内,k個の準位が埋まっている量子ホール状態はグラスマン多様体G_<N,K>で記述されることを指摘した.有効ハミルトニアンはグラスマン非線形シグマ模型である.ここには位相的ソリトンが存在する.この帰結として,2層量子ホール系の占有率ν=2における位相的ソリトンは,グラスマンG_<4,2>スカーミオンである.

物理的には二層で2つのCP^3スカーミオンが対生成されている励起である.グラスマン・ソリトンが実際の物理現象に現れることを示したのは私の研究が世界で最初である.二層量子ホール系での準粒子励起検証実験は,共同研究者(熊田等)がNTTで製作された試料を用いて行った.私の理論はこの実験結果を見事に説明する.研究成果は国際会議(Hawai, Dec. 1-5)で発表し,4編の原著論文として国際的著名誌に発表した.前年に引き続き,非可換幾何学の観点から量子ホール系を解析した.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.その結果、2層量子ホール系の内部対称性は,W_∞をSU(4)拡大したW_∞(4)で与えられる.先ず,クーロン相互作用する非可換電子を支配する微視的ハミルトニアンを導き,電子・空孔対の励起エネルギーを厳密に導出した.2層系では,スピンと擬スピンの自由度があるが、交換相互作用エネルギーの違いで,一般に擬スピンの方がはるかに励起されやすいことを厳密に示した.私のこの理論的成果は共同研究者の寺澤等の最近の実験成果を説明する.次に,位相的励起であるSU(4)スカーミオンの微視的理論を考察した.幾つかの一般的性質を厳密に導いたが,励起エネルギーを計算することはできなかった.そこで,長波長で成り立つ有効ハミルトニアンを導出し,これを用いて励起エネルギーを求めた.SU(4)スカーミオンは,均衡2層系では擬スピンSU(2)スカーミオンに帰着し,均衡が破れるにつれスピン成分が混入し,1層極限でスピンSU(2)スカーミオンになることを世界で初めて示した.私のこの理論的成果は共同研究者の熊田等の実験成果を見事に説明する.研究成果は国際会議(Max Planck Institute, Stuttgart, July 2-5, 2003)で発表し,4編の原著論文として国際的著名誌に発表した.更に,1篇の原著論文を準備中である.前年に引き続き,非可換幾何学の観点から量子ホール系を解析した.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.その結果,電子が内部対称性SU(N)を持つ場合,量子ホール系の対称性はW_∞をSU(N)拡大したW_∞(N)で与えられる.先ず,占有率がν=2の二層ホール系の基底状態を研究した.この系は破れたSU(4)対称性を持つが,SU(4)対称性極限で,基底状態を厳密に求め,3つの相(spin相,canted相,ppin相)があることを示した.更に,SU(4)の破れの効果を摂動論的に考察した.摂動効果でspin相とcanted相の境界は変化をしないことを,一方,canted相とppin相の境界は大きく変化することを示した.これは,数値的厳密対角化の結果と一致し,澤田等や福田等の実験結果をよく説明する.この研究成果は半導体国際会議(Flagstaff, USA, July 26-30, 2004)で発表した.次いで,量子ホール系に於けるスカーミオン励起を,非可換幾何学の理論的枠組みの中で厳密に取り扱った.従来知られていなかった非可換平面上のソリトン特有の新たな位相的性質が導かれる可能性を指摘した.特に,位相的荷電と実際の電荷との間に関係式が導かれる.また,非可換ソリトン理論の成果を具体的な物理系で実験的に検証できる点が新しい.この研究成果はスカーミオン国際会議(KIAS, Korea, October 25-27, 2004)で発表した.これらの研究成果は5編の原著論文として国際的著名誌に発表した.非可換幾何学の支配する唯一の観測可能な物理現象は量子ホール効果である.量子ホール系は最低ランダウ準位に束縛された電子の作る世界であるが,この電子のx座標とy座標は交換しない,という著しい特徴を持つ.