hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌の分子標的ダイナミクスを可視化するダイヤモンド量子センサ

磁気ヘッド部には従来のレンズを用いた系ではなく、光ファイバによる光照射・検出系を用いて、小型化・堅牢化を実現するとともに、検出効率を最大限引き出すためのファイバの最適化を行った。また、磁性微粒子を効率よく磁化させるための励起コイル形状の最適化を行った。上記の成果に関して、論文を執筆し、招待講演をはじめとする講演も多数行った。ダイヤモンド量子センサの早期実現のために、頻繁に会合を持つことで、各グループの実施目標を明確にした。その結果、要素技術([1]高性能・高機能ダイヤ量子センサ、[2]プローブヘッド)の各開発について、予定した結果を計画より早期に得ることができたため。優れた生体親和性と、磁場に高感度でベクトルイメージング可能なダイヤモンド中のNVセンタの特長を活用して、材料-物性-デバイス-計測-システム-医療の理・工・医学の連携により、原発癌の性状特定と迅速・高精度・低侵襲に転移癌を検出するダイヤモンド量子センサを世界に先駆けて実現することを目的とする。NVセンタのナノ領域における量子(電子スピン、光子、フォノン)間相互作用を解明・制御し、材料・スピン制御計測技術とナノ光子制御技術と融合することで性能と機能性を向上させる。さらには診断・治療に即した生体計測法を実現し、次世代医療に重要なQuality of Lifeの向上につなげる。本年度は1)高性能・高機能ダイヤ量子センサ、2)プローブヘッドの開発、3)磁性粒子の発生する磁場の2次元イメージングを行った。1)に関してNVセンタを含むダイヤ膜の合成では、NVセンタの生成率を従来比約10倍向上させ、2.3nT/√Hz (AC磁場)の高感度化を図ることができた。また生体計測に向けたDC磁気感度向上を目的とし,低周波ノイズを除去するために系に交流磁場を印加する新規なロックイン検出法を提案し、36倍の感度向上を確認した。2)では、実際の診断・治療に即した生体計測のために、ハンドヘルドプローブを試作した。磁気ヘッド部には光ファイバによる光照射・検出系を用いて、小型化・堅牢化を実現するとともに、磁性微粒子を効率よく磁化させるための励起コイルを実装した。さらにグレーティングカップによる光取り出し効率の高い構造の数値検討を行い、ダイヤ基板と金グレーティングカップの間に発生するプラズモンモードを高効率に励起することにより、2桁程度の検出効率向上が得られることがわかった。3)では、環境ノイズ低減を低減するフィードバック系を構築し、リンパ節に注入する磁性微粒子を想定した磁場のイメージングを取得した。ダイヤモンド量子センサの早期実現のために、各グループの実施目標を明確にし、独自アイデアの原理実証を行った。その結果、要素技術([1]高性能・高機能ダイヤ量子センサ、[2]プローブヘッド、[3]磁性粒子の発生する磁場の2次元イメージングの各目標について、予定した結果を計画より早期に得ることができたため。初年度に各グループで得られた結果を踏まえて、各グループで得られた成果を有機的に統合することで、実際の診断・治療に即した生体計測の予備検討を行う。具体的には、試作機の性能評価のため、動物実験を行う。後肢の指間皮下に磁性トレーサー粒子を皮下投与して、継時的に膝下リンパ節への磁性トレーサー粒子の集積量を測定する。
潰瘍性大腸炎における大腸上皮特異的生体防御関連遺伝子の発現異常の同定と機能解析

無菌マウスに腸内細菌を導入(通常化)する通常化モデルを用い、小腸大腸上皮細胞に発現される遺伝子をDifferential Displayによりスクリーニングした。合計300通りの異なるプライマーの組み合わせによりディスプレイを行い、118バンドのクローニングに成功した。118個のクローンのうち68個のクローンをプローブとしてノーザンプロットを行い、42クローンの再現性を確認した。この際、炎症コントロールとしてdextran sulfatesodium誘導大腸炎由来の大腸上皮細胞を用い解析した。腸内細菌導入モデルを用いて、上皮細胞に発現する生体防御および消化管炎症関連遺伝子のスクリーニングをを行った。120回のDifferentialdisplayによって157個のバンドを切り出した。すでに23個の遺伝子のサブクローニングに成功した。6個の遺伝子は既知の遺伝子であり、8個はミトコンドリア遺伝子、9個は未知の遺伝子であった。6個の既知遺伝子、3個の未知遺伝子の発現量の変化をノーザンプロットあるいは定量的RT-PCRによって確認した。その中で、serum amyloidA(SAA)の発現を臨床検体より分離した上皮細胞で検討すると、定量的RT-PCRでは潰瘍性大腸炎、クローン病症例では有意に発現量が増加していた。蛋白発現を抗SAA抗体を用い免疫組織学的に検討したところ、大腸癌症例の正常大腸をもちいた対照群では原則として染色陰性であったが、潰瘍性大腸炎、クローン病症例では上皮細胞細胞質、および細胞膜上に陽性所見が認められた。さらに、陽性像は管腔側の上皮に限局しcrypt深部にはまったく認められず、上皮細胞の分化とSAAの発現の関係が示唆された。さらに、invitroの系で毘-1、毘-6などのproinflammatorycytokineで刺激すると、大腸癌上皮細胞株HT-29、Caco-2などにSAA遺伝子の誘導が認められた。現在、recombinantSAAを用いて、粘膜におけるその機能をlaminapropriamononuclearcellを用いて解析中である。また、既知のものでも今までまったく炎症性腸疾患では注目されていなかった遺伝子が67%の炎症性腸疾患症例の上皮細胞に発現しているにもかかわらず、対照群ではまったく認められないことをノーザンプロットで確認している。さらに、サブクローニングの終了した未知の遺伝子についても検討を進めている。1、遺伝子スクリーニングの継続腸内細菌導入モデルを用いて、上皮細胞に発現する生体防御および消化管炎症関連遺伝子のスクリーニングを継続し、前年度までの120通りのDifferential displayに加えさらに180通りのdisplayを追加した。サブクローニングについては前年度までの23クローンに加えさらに63クローンを終了した。これらのクローンは、1)腸内細菌の導入に無関係で小腸上皮に選択的に発現、2)大腸上皮に選択的に発現、3)腸内細菌の導入により発現亢進、4)腸内細菌の導入により発現減少、に分類される。このうち未知の遺伝子はほぼ60%を占める。昨年度までに、SAAの発現はRNAおよび蛋白レベルで潰瘍性大腸炎、クローン病症例では有意に増加し、in vitroの系でIL-1などのproinflammatory cytokineで刺激すると、大腸癌上皮細胞株にSAA遺伝子の誘導が認められることを明らかにした。本年度では、上記のSAA遺伝子の誘導は粘膜固有層単核球の細胞上清でも生じ、しかもdextran sulfatesodium誘導腸炎など消化管炎症に普遍的であることを明らかにした。さらにrecombinant SAAを用い、SAAがlipopolysaccharide(LPS)刺激による単核球からのIL-1β、IL-10分泌を抑制することを明らかにした。この事実は、上皮細胞の産生するSAAが腸内細菌の存在という特殊環境において、LPSに対する過剰反応を抑制する系として働く可能性を示している。以上のように、今まで全く注目されていなかった分子が、消化管生体防御機構や炎症性腸疾患に関わることを明らかにしつつある。118個のクローンのうち68個のクローンをプローブとしてノーザンブロットを行い、42クローンの再現性を確認した。これらの分子のうち、cryptdin family、regIII、SAAについてヒト炎症性腸疾患を中心に解析を行った。その結果、いままで全く注目されていなかったこれらの分子が上皮細胞に強く発現し炎症性腸疾患の病態、粘膜炎症に深く関わっていることが明かとなった。また、当初の予想通り、新しい遺伝子のクローニングをはじめとして幾つかの新しいプロジェクトが派生した。
住居内環境の日変化・年変化に伴う居住者の場所選択行動とその設計への応用

本研究の目的は、一日および年間を通じた実験により、外界の変化とそれに伴う住宅内環境の変化および人間の行動・心理の変化を捉え、地球環境保全の時代にふさわしい住宅のあり方について検討することである。温熱環境については環境計測と被験者実験による生理・心理反応の把握、数値流体力学を用いた夏季通風時における室内温熱・気流環境と人体温熱生理状態の予測、換気方式の違いによる室内環境への影響評価、光環境については居住者の光環境調整行動による照明用電力削減効果とLED照明によるメラトニン抑制効果等、新しい評価法の提案を行った。夏期通風時における人体熱収支については従来の定説を覆す成果を上げた。久野・齋藤は、モデルハウスおよび実験住宅での年間被験者実験の結果より、夏期では風速0.6m/s以上の気流が得られれば気温34°C程度まで平均皮膚温が上昇せず、冬期では日射を積極的に取り入れることで日当たり満足感が向上し、エアコンを使用しなくても熱的快適性が確保されることを明らかにした。また、場所選択行動において、夏期に通風のある快適な場所では通常とは異なる行為も選択されること、冬季において近傍に日射がある場所でも同様の結果が得られること、温熱環境が中立である中間期では光環境が好影響を与えることを示した。さらに久野は、住宅内および都市空間において年間調査を行い、開放的で安定的な空間が快適であること、住宅実験ではアプローチによって輝度差が大きくなる場所でプレザントネスが生じること、都市空間実験では明るさの差が開放性に、アプローチでの情報の差が安全安定性に影響を与えることを明らかにした。飯塚・佐古井は、CFDと人体熱モデルをオフラインで接続し、夏季通風時の室内温熱・気流環境解析と人体温熱生理状態の予測に取り組んだ。加藤は、人体と接触、或いは近接する家具の熱的影響についてサーマルマネキンを用いて検証した。岩田は、昼光利用を行う住宅居室での光環境調整行動の計算フローを提案した。熱的中立時における昼光シミュレーションを行い、居住者の光環境調整行動により明るさ感を確保しつつ照明用電力を削減できる可能性を示した。夜間についても、実際の住宅照明を調光・調色可能なLEDシーリングライトに取り替えた実測により、居住者による光環境調整によって照明用電力削減効果とメラトニン抑制光の低減効果を確認した。望月は、少ない光束を空間内に効果的に分配し、住宅居間で行われる多様な生活行為に適した照明環境を形成するため、各種生活行為を考慮した住宅居間光環境の快適性について検討を行った。久野・齋藤は、男女被験者各8名を用い、TG社モデルハウス(愛知県東海市)で夏・秋・冬期の被験者実験を行った。過去TH社のモデルハウス(愛知県豊田市)では女性被験者を用いたが、本実験により場所選択行動に影響を与える生活行為評価に男女差が見られないことを示した。また、過去の実験で、夏期に気温33°Cでも気流が0.6m/s以上あると快適側の申告となることが分かっており、本実験における皮膚温等の測定により、気温が高くても風速が高いと皮膚温が上昇しないことを明らかにした。飯塚・佐古井・加藤は、CFD(計算流体力学モデル)により夏季通風時の室内温熱・気流環境を解析し、それに基づく人体各部位の対流熱伝達率などを人体熱モデルに入力して人体各部位の皮膚温や放熱量を予測した。また、佐古井は熱的中立近傍における夏服、静穏条件下での温冷感覚を、活動に伴う発汗増を考慮した人体熱モデルの皮膚温に対応付け、基礎衣服熱抵抗0.351.1clo、風速0.151.0m/sでの温熱快適域を示した。加藤は換気口等を通じた局所的な換気が室内環境に与える影響を調査した。岩田は、模型実験により、住宅居間のLED光源による照明方式(分散照明と集中照明)、光色(色温度)、内装色による明るさ感と印象評価実験を行い、集中照明では輝度分布から予測される明るさ感より明るいと評価され、集中照明の高色温度照明、ブルー系壁紙で低色温度照明や暖色系壁紙より暗く感じられることを示した。また、熱環境の影響が少ない春季、秋季について、窓から外光を採り入れた場合の視環境調整行動を考慮した光環境変動シミュレーションを行った。望月は、実大実験室により、各種生活行為を考慮した住宅居間光環境の快適性について心理・生理の両面から検討し、照明方式による快適性の違いについて、唾液アミラーゼ酵素や心拍変動に基づくストレス指標による評価の可能性を示した。久野・齋藤は、実験住宅における一連の被験者実験の結果を踏まえ、夏期に風速0.6m/s以上の気流があれば対流による放熱に加え、汗の蒸発も促進されるため皮膚温はあまり上昇せず、高温環境下において従来の人体熱モデルで計算される値よりも低くなることを示した。

また、被験者実験の結果から、自然通風時にSET*29.7°C、PMV1.67以下であれば80%の居住者が室内温熱環境を許容できることを示し、熱・換気回路網モデル計算を用いて、住宅で自然通風を有効利用するための窓開放方法に関する検討を行った。これにより、夏期の通風利用可能時間が窓開放状況によって1日2時間程度異なる可能性を示した。飯塚・佐古井は、数値流体力学(CFD)と3次元32分割人体熱モデルの連成計算に取り組み、予測精度の向上を図った。夏期通風時における室内への流入角度と気流温度の影響を考慮して室内温熱・気流環境と人体温熱生理状態を予測することにより、部位別皮膚温および部位別放熱量の算出を可能とした。一方、久野は、住宅内におけるアプローチの違いによる印象変化について調査を行い、評価場所の照度が高いほど評価性の得点が高くなること、半屋外を通るルートでは外部とのつながりが強く意識され、安全性の評価に大きな得点差が生じることを明らかにした。また、加藤は、住宅開口部へダイナミック・インシュレーションを適用した場合の換気空気による室内温熱環境への影響、および人体周囲に置かれた家具による熱的快適性への影響について等価温度を用いた評価を行い、新たな環境調整と省エネの可能性を示した。岩田は、住宅の夜間照明について、蛍光灯および調光・調色可能なLED照明を用いた場合の居住者の光環境調整行動などを調査し、LED照明によるメラトニン分泌などの生体リズムとエネルギー消費量への影響を示した。望月は、睡眠効率と覚醒度に基づき、起床後・就床前の好ましい照明条件を示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学26年度が最終年度であるため、記入しない。春夏秋冬の端境期を含め、モデルハウス等での実験はほぼ計画通り進んだ。CFDと人体温熱モデルの連成シミュレーション、および視環境グループの検討も順調に進んでいる。モデルハウスでの実験は計画通り進んでいる。CFDと人体温熱モデルの連成シミュレーションも順調に進んでいる。視環境グループも順調である。温熱環境グループは適宜確認実験を行い、一日・一年を通じた室内環境の変化に伴う行動の変化について検討する。温冷感シミュレーションについては精度の向上・適用範囲の拡張を図る。また、通風・自然換気に関して開口部の設計や換気方法、部屋のプランニングについて検討する。視環境グループは被験者実験から得られた自然光と温熱環境の組み合わせによる照明の必要・不要を踏まえて、照明シミュレーションによる室内光環境の詳細な検討を行う。また、LED照明の設計法についても検討する。全体を統合して、最適な場所を選択することにより不要なエネルギー消費を抑え、自然と共生して暮らす方法の提案とそのような暮らし方が可能となる住宅のあり方、従来の一般的な暮らし方に対する省エネルギー効果について検討する。TG社モデルハウスでの実験を継続する。1年を通した実験は、春期で一応一区切りであるが、昨年度夏期の実験はやや天候が悪かったためもう一度夏期実験を行う。またそれ以降は、春夏秋冬の端境期の実験を始める。温熱環境グループは、CFDと人体温熱モデルのオンライン連成シミュレーションの開発に着手する。また、高温でも高気流下では皮膚温上昇が起こらないことから、従来の熱授受モデルの再検討を行う。
マルチバンドギャップ半導体を用いた中間バンド型太陽電池における光電変換機構の解明

太陽電池が将来のエネルギー源として中心的役割を果たすためには、変換効率の飛躍的な向上が不可欠であり、理論効率限界を打ち破る新しい概念に基づく超高効率太陽電池の開発が期待されている。本研究では、その候補の一つであるマルチバンドギャップ半導体を用いた中間バンド型太陽電池における光電変換機構を明らかにすることで、高効率化のための道筋を明確化し、その制御技術を確立することを目的とする。
DNA損傷応答クランプ9-1-1の装着から脱装着までの反応ネットワークの解析

細胞内でDNAが損傷を受けると、それを感知して伝える仕組み(DNA損傷チェックポイント)とその損傷を取り除く仕組み(DNA修復)が働く。その両方に機能すると考えられている9-1-1(Rad9-Hus1-Rad1)複合体は、DNA損傷に応じてDNAを取り囲む形で装着される。この9-1-1のDNA装着反応と、9-1-1によるDNA損傷チェックポイントやDNA修復の促進反応については、これまで別々に研究されていた。本研究では、9-1-1がDNAに装着されてから脱装着されるまでに起こる一連の反応ネットワークを理解することを目的とし、精製したタンパク質や細胞抽出液を用いた試験管内再構成系を確立する。
遺跡出土木材保存のための超音波画像診断技術に関する基礎的研究

本研究は工業化学と情報工学の基礎技術、並びに化学工学の基礎理論を応用して、遺跡出土木材の保存処理に必要な各種の情報を非破壊的に得ることを目的として行った。本研究は大別して以下の二つのテーマに焦点を当てて実施した。1.遺跡出土木材の超音波法による診断技術の基礎的研究この研究では保存処理を実施する際、事前に必要な出土木材内部の情報を超音波を用いて非破壊的に得ることを目的とした。まず、貴重な出土木材資料を超音波法で診断する際の安全な取扱法の検討、並びに、出土木材内部の診断に適した画像処理方式を研究した。この成果を基に各種の出土木材を対象に超音波法で診断することを試みた。この結果、出土木材内部の不均一な腐食による木材化学組成(ヘミセルロース/リブニン比)の違いが超音波エコーに及ぼす影響、内部のひび割れの発生状況、出土木材断面の非破壊的観察、特に、外部から直接観察することが不可能な内部の空洞や裏面の構造が比較的明瞭に観察可能であることを明らかにした。また、軟質の粘土層に埋没した出土木材の診断についても予備的研究を行い興味ある知見を得た。2.出土木材へのPEG含浸に関する理論的考察この研究では代表的な出土木材の保存処理法であるPEG含浸過程について化学工学的に拡散モデルによって理論的に解析できることを明らかにした。物質移動の観点から理論的に解明することを目的として行った。この結果、PEG含浸過程が出土木材内のPEGの分子拡散現象として出土木材の大きさ、形状、貫通した空孔等が含浸過程に及ぼす影響を定量的に比較検討することが可能になった。また、不規則な形状の出土木材のPEG含浸過程をコンピュータによりシミュレーションする方法を試み、その見通しを得ることができた。昭和62年度においては,当初予定した前処理法の研究に先立って,前処理なしでどの程度まで出土材内部の非破壊的診断が可能であるかについての基礎的研究を行なった.この結果,前処理しなくても予想以上に超音波診断法により,水浸出土材内部の情報が得られることが判明した.その主たるものを列記すると次のようである.(1)含水率約1000%の広葉樹出土材では,表常より深さ数cmの内部に発生した割れの状態を非破壊的に観測できる.(2)含水率約700%のマツでは腐食の進んでいない少材の部分とそうでない軟質な部分の分布を比較的明瞭に判別できる.(3)マツ,スギ,ヒノキ等の針葉樹では木口面に相当する断層と柾目に相当する断層画像について明瞭に判別できる.広葉樹でも可能である.以上のような結果のほかに,内部の割れの発生状態を調べる際に,表層の割れの発生状態を非破壊的に調査する新しい方法を開発した.この方法と超音波診断法を併用することにより効率的に非破壊検査をすることができる.この方法は赤外線TVカメラに水分のみを吸収するバンドパスフィルターを装着し,割れの発生していると思われる部分に重水を滴下することにより重水を多く含む割れの部分を画像処理により検出する方式である.これにより肉眼的に判別が難かしい部分の判定が可能となった.また,出土材内部への保存薬品や炭酸ガスの浸透過程についての理論解析を行ない,出土材内の物質移動が,純然たる水のみの系への物質移動現象に極めて近いことを確認した.これによってPEGをはじめ各種の保存薬品やガスの出土木材内部への浸透過程について,その浸透速度を理論的に予測するに足る手がかりが得られた.1.遺跡出土木材の非破壊的診断技術の基礎的研究この研究では昨年度に得られた成果を基に各種出土木材を超音波法で診断した。

この結果、特別な前処理をしなくても、出土木材の診断に適した画像処理法を適用することにより、出土木材内部の不均一な腐食による木材化学組成(ヘミセルロース/リグニン比)の分布、内部の割れの進行状況、直接観察することが不可能な内部の空洞や裏面の構造等の観察が非破壊的に可能であることが明らかとなった。また、軟質の粘土層に埋没した出土木材の診断について興味ある知見を得た。このほか、肉眼で判定し難い表面のひび割れや含水組成の分布を重水置換法と赤外線カメラを併用する方法で検討し興味ある知見を得たが、問題点も多く今後さらに研究を続ける予定である。2.出土木材への保存薬品浸透状態の非破壊的判定この研究では出土木材のPEG含浸過程について化学工学的に物質移動の観点から解明した。PEG水溶液に浸漬した出土木材の重量変化曲線を解析し、PEG含浸過程が出土木材内のPEGの分子拡散現象として理論的に取り扱えることを明らかにした。これによって出土木材の大きさ、形状、貫通した空孔等が含浸過程に及ぼす影響について定量的に比較検討し、同質の出土木材で99%の水分を含浸液で置換するのに必要な所要時間の形状による理論式を求めた。これにより資料の形状の処理時間に及ぼす影響を非破壊的に解明する手がかりが得られた。また、不規則な形の出土材のPEG含浸過程をコンピューターによりシミュレーションする方法を試み、その見通しを得た。このほか非破壊的に保存薬品の浸透状態を判定する方法の基礎的研究の一環としてメタノール、ゼラチン等の出土木材への浸透状態を超音波法で調べた。これについても興味ある知見を得つつあるが、今後さらに研究を続ける予定である。
高安定銀薄膜の実用化を目指した光学特性評価

我々は、これまでに銀薄膜に極薄表界面層を積層させることにより、加熱しても凝集せず、低電気抵抗率を保持できる高安定銀薄膜を開発してきた。同膜において、優れた反射率特性も確認できれば、高安定なリフレクターとして実用化が可能となる。そこで、本研究課題の目的は、高安定銀薄膜の光学特性を評価し、極薄表面層の存在による反射率への影響やそれによる環境耐性の向上の効果を明らかにすることである。前年度に引き続き、真空蒸着法とスパッタリング法を用いて各種高安定銀薄膜の作製を実施し、環境耐性の調査・比較を行った。スパッタリング法では、チタン表面層の積層も実施し、アルミ表面層と比較した。アルミ表面層を1または3nm積層した銀薄膜試料を恒温恒湿器内で環境試験を実施し、その耐久性を調査した。これらの積層構造は、銀単層膜と反射特性が実施した環境試験の条件は日本工業規格で光学コーティングの環境試験中、高温高湿条件として定められている温度40°C、相対湿度90%において、8時間または16時間保持した。その後、表面形態、電気抵抗率、反射率等の変化を調査した。環境試験による凝集抑制効果においては、アルミ・チタンそれぞれ1、3nmで何れも高い効果が認められ、表面粗さにも変化がなかった。正反射率については、表面層が完全に酸化物となっている1nmの方が高い値を示した。また、拡散反射率は、表面粗さが低いことと対応して銀単層膜に比べてかなり低い値を示した。アルミとチタンを比較すると、酸化物の光学特性からアルミの優位性が確認された。本研究で調べた構造の中では、アルミ1nm積層構造が最も優れた光学特性を保持できることが判明した。表面保護膜としては、最薄である本構造においても、実用化を判断する高温高湿条件において規定された数値を満たすことができ、実用化が可能であるという興味深い結果が得られた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の目的は、我々が以前開発した、銀薄膜に極薄表界面層を積層させることにより、加熱しても凝集せず、低電気抵抗率も保持できる高安定銀薄膜の反射率特性を調査することである。極薄表面層を銀膜上に積層させると反射率が低下する恐れがあるが、どの程度の影響が生じるか調査するために、まず、アルミ表面層を用いた積層構造でその影響を検討した。この際、成膜法についても真空蒸着法とスパッタリング法の両方を用いた。一般に、真空蒸着法の方が高反射率膜が得られると報告されているが、本実験結果でも銀膜厚を100nmで比較した場合は、蒸着膜の方が、高い反射特性を示した。ただし、スパッタリング法でも150nmの膜厚にすると同等の高反射特性が得られた。蒸着法では積層アルミが1, 3nmの場合、銀単層と同じ反射特性を示す一方、スパッタリング法では、1nmの時に銀単層とほぼ一致するという違いがみられた。積層したアルミ層は、大気中でアルミ酸化物となるが、堆積アルミ膜厚が5nmに増加すると、一部メタル状態で残存し、積層膜の反射率低下につながると考えられる。これについては、薄膜反射率のシミュレーション結果と一致した。また、3nmでは、蒸着膜では酸化物となっていたが、スパッタ膜では、5nm堆積した場合に近い反射特性が得られた。チタン表面層に関してもスパッタリング法を用いて作製した積層構造において、同様に表面層の厚さの影響を調査した。1nm積層では、銀と同様の反射特性が得られ、3nm以上の厚さでは、反射特性における低下が認められた。表面層物質の違いは、金属及びその酸化物の光学特性に起因するという知見が得られた。初年度予定していた内容については、ほぼ実施できている。本研究課題の目的は、我々が以前開発した銀薄膜に極薄表界面層を積層させることにより加熱しても凝集せず電気抵抗率も保持できる高安定銀薄膜の光学特性を調査することである。前年度は、スパッタリング法と真空蒸着法を用いて、代表的な系であるアルミ表面層積層銀薄膜構造を作製し、表面積層金属膜厚の反射率に及ぼす影響を明らかにした。今年度は、主に真空蒸着法を用いて作製した、1または3nmのアルミ表面層を積層した銀薄膜試料に対し、恒温恒湿器内で環境試験を実施し、その耐久性を調査し、銀単層膜との比較を行った。環境試験の条件はA:温度40°C、相対湿度90%、B:温度85°C、相対湿度85%の2つで、それぞれ2週間保持して表面形態、電気抵抗率、反射率等の変化を調査した。このうち、Aは相対的には穏やかな条件だが、日本工業規格で光学コーティングの環境試験中でも最も厳しい「過酷な屋外環境下での使用基準」を満たすものである。Aの条件下での環境試験の結果、積層構造試料では電気抵抗率変化が抑制されている一方、銀単層膜では著しい変化(劣化)が認められた。これは、光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡を用いて調査した表面形態の変化の有無と対応する結果であった。また、銀単層膜では正反射率が大幅に低下するにのに対し、積層構造試料では、ほぼ変化が認められなかった。従って、アルミ積層試料は、銀単層と同様の高反射率特性をアズデポでも温度40°C、相対湿度90%での環境試験後でも維持できることを見出した。

一方、電子部品等の評価に用いられるより厳しいBの条件で加速試験をした結果、アルミ積層試料において、表面形態は平坦性が保たれていたが、表面にムラが生じている箇所も認められた。X線光電子分光法により元素分析を行った結果、部分的には薄い硫化銀層が形成しているものと推察された。銀薄膜と同等の反射率を有するアルミ積層銀薄膜において、光学コーティングに求められる最も厳しい条件での環境試験を実施した結果、極薄であってもアルミ積層の効果が十分に認められるという知見が得られた。我々は、これまでに銀薄膜に極薄表界面層を積層させることにより、加熱しても凝集せず、低電気抵抗率を保持できる高安定銀薄膜を開発してきた。同膜において、優れた反射率特性も確認できれば、高安定なリフレクターとして実用化が可能となる。そこで、本研究課題の目的は、高安定銀薄膜の光学特性を評価し、極薄表面層の存在による反射率への影響やそれによる環境耐性の向上の効果を明らかにすることである。前年度に引き続き、真空蒸着法とスパッタリング法を用いて各種高安定銀薄膜の作製を実施し、環境耐性の調査・比較を行った。スパッタリング法では、チタン表面層の積層も実施し、アルミ表面層と比較した。アルミ表面層を1または3nm積層した銀薄膜試料を恒温恒湿器内で環境試験を実施し、その耐久性を調査した。これらの積層構造は、銀単層膜と反射特性が実施した環境試験の条件は日本工業規格で光学コーティングの環境試験中、高温高湿条件として定められている温度40°C、相対湿度90%において、8時間または16時間保持した。その後、表面形態、電気抵抗率、反射率等の変化を調査した。環境試験による凝集抑制効果においては、アルミ・チタンそれぞれ1、3nmで何れも高い効果が認められ、表面粗さにも変化がなかった。正反射率については、表面層が完全に酸化物となっている1nmの方が高い値を示した。また、拡散反射率は、表面粗さが低いことと対応して銀単層膜に比べてかなり低い値を示した。アルミとチタンを比較すると、酸化物の光学特性からアルミの優位性が確認された。本研究で調べた構造の中では、アルミ1nm積層構造が最も優れた光学特性を保持できることが判明した。表面保護膜としては、最薄である本構造においても、実用化を判断する高温高湿条件において規定された数値を満たすことができ、実用化が可能であるという興味深い結果が得られた。積層構造の反射率特性において、更に入射角度依存性についても調査し、単層膜及びアルミ積層膜での違いがないか検討し、より詳細に光学特性を明らかにする。また、積層させる表面層金属の種類については、高安定性銀薄膜の作製に有効であった金属群から幾つか追加して検討を継続する。さらに、高反射率特性を有するアルミ積層高安定銀薄膜試料を恒温恒湿器内に保持して、高湿度下での環境試験を実施し、環境耐性についても評価を行う。その結果から極薄表面層の保護膜としての性能を明らかにする。前年度からの継続項目として、引き続き、新規な表面層金属を用いて積層構造を作製し、そのアズデポ状態での反射率を調査する。これまで、アルミやチタンの積層結果から得られた知見を確認する予定である。また、光学特性に関しても本実験で作製している膜の高反射率という特徴について、反射率の角度依存性の測定から更に知見を得ようと考えている。アルミ以外の表面層金属を用いた積層構造における耐環境性及び光学特性を調査する。
ストレス誘広性内分泌障害による海馬位常シスプス形成と神経細胞接着因子との関連

本年度は、ストレス負荷による海馬異常シナプス形成に関わる機序解明の方策の一環として、Single prolonged stress(SPS)負荷ラットを用い、シナプス形成のマーカーとして神経細胞接着分子(NCAM)の糖鎖ポリシアル酸(PSA)に対する抗体を用いて解析を行なった。2か月齢Sprague-Dawley雄性ラットを用い、SPSとして、拘束ストレス2時間、強制水泳ストレス20分、エーテル麻酔を連続して行なった。7日後に再ストレスとして拘束ストレス30分を負荷した。終了直後、6時間後、12時間後、24時間後に還流固定を行って脳を取り出し、海馬を含む冠状断での凍結切片を作製し、抗PSAモノクローナル抗体を用いて、免疫染色を行なった。コントロール群では海馬歯状回顆粒細胞層の最内側にPSA陽性顆粒細胞を認め、その軸索である苔状線維にもPSAの発現を認めた。SPS群およびAcute Stress群(SPSにおける再ストレスのみを負荷)との比較において、コンピューターによる画像解析を用いて検討したが、統計学的に有意な変化は認められなかった。しかし、SPS群の一部の個体においては、PSA陽性顆粒細胞数が減少したものの残った細胞でのPSA発現は増強しており、遅れて苔状線維でもPSA発現が増加する傾向がみられ、その増加は明瞭層においてより顕著であった。これは、ストレス負荷により神経細胞の脱落、再生、新しいシナプスの形成が生じている可能性を示唆する。平成13年度には動物数を増やすとともに、免疫電顕による検討を行なう。また、副腎摘出術により副腎皮質ステロイドホルモンを枯渇させたラット、および副腎皮質ステロイドホルモン過剰投与ラットに対して同様のストレス負荷を実施し、副腎皮質ステロイドホルモンと、ストレスによる海馬異常シナプス形成との関係をより明らかにする計画である。
近世初頭長崎の華僑社会と唐人貿易の研究

1.「唐人屋敷」成立以前の長崎の華僑社会を解明するためには次のような課題がある。(1)なぜ「唐人」とよばれた中国人たちは長崎において「唐人町」チャイナタウンを築かなかったのか。(2)なぜ中国人は長崎の町で日本人と雑居していたのか。2.この雑居状態は「倭寇」とも共通しており、「倭寇」は「華僑」の東方発展の一つと考える。このような観点に立つと,国境を越え,アウトローとされた人々が「倭」の名前で結合した理由は何かが新しい課題となり,日中関係史の見直しが必要になってくる。3.「宋」代以降の「東アジア交易圏」は「中国銭流通圏」でもあり,中国の「物産複合」の影響下にあった。一方日本は中国に向けて宋代の「金」輸出に始まり,「銀・銅」と貨幣商品を輸出した。その結果日本は経済的には,中国銭がそのまま日本でも流通するなど,中国社会と一体でありながらも,政治的には中国に対して優位に立ち,中国の影響から自由な体制を築くことが出来た。4.その具体的な表われとして次の三つを挙げることが出来る。(1)対外的には中国皇帝を中心とする華夷秩序に敵対する「倭寇」を生み出したこと。(2)日本の外交方針の基本は「体制外通商関係」で,朝鮮・ベトナムなどと共通する「冊封関係」は室町幕府の時のみで,幕府が解体すると「勘合貿易」は「倭寇」にとって代わったこと。(3)中世の日本社会は「郡県制」的な中国の中央集権体制とは異質な「封建制」の社会であったこと。以上の結果,日本社会は外国人に開かれた社会となり,中国人の雑居は可能となった。港湾都市の底辺を支えた港湾荷役労働や湾内水上交通に関わった「はしけ」のことを,長崎では中国語で「サンパン」と云うが,それはその溜りが中島川の河口付近で,そこに唐船も多く停泊したことから,日本伝来の「はしけ」を中国風に呼んだと一応は考えられる。また長崎の五月の行事「ペ-ロン」は,通説では近世に中国人が伝え,日本の伝統行事になったものと説明されている。しかし,「ペ-ロン」は,唐人から直接影響を受けにくい長崎湾内の村々や東彼杵半島の海人の村々にも見られることから,東シナ海に共通する風俗で,その背後には海人の国境のない交流の世界「倭寇的世界」が想定され,「サンパン」もこれによるとの解釈も可能である。一方私の『港市論』の議論が正しいとすれば,ポルトガル人たちは「出島」建設前の長崎においては「内町」の内部に雑居していた。また秀吉の朝鮮出兵の結果,日本に連行された朝鮮人たちは日本各地に集住して「唐人町」を作り,長崎でも「高麗町」を作っている。また一般に,東南アジアその他の地域で華僑の居住域は他と区別され「中華街」の形成される場合も多く,開国後の長崎でも唐人屋敷の地や唐人の倉庫のあった新地は中華街へと変身した。以上の事柄にもかかわらず,鎖国令発布以前において,日本人と中国人との間には我彼の区別が無く,中国人居留地の考えも無く,当然「中華街」も形成されず,唐人は長崎の「内町・外町」に自由に住み,日本人と雑居していた。このような近世初頭長崎の華僑社会のあり方は,中世の「倭寇的世界」の影響下にあるのである。「唐人」とよばれた中国人たちは長崎において「唐人町」を築かず,日本人と何らの区別なく長崎の町に雑居していた。その理由は何か。この理由の解明が「唐人屋敷」成立以前の長崎華僑社会を解明するためには必要である。

日本人と中国人とを区別しないこの雑居状態は「倭寇」とも共通しており,「倭寇」は「華僑」の東方発展の一形態であると考える。国境を越え,アウトローとされた人々が「倭」をもって結合した理由は何か。それを明らかにするために,我々は日中関係の全てを見直す必要がある。「宋」代以降の中国が陶磁器・絹織物・銅銭などの工業製品を東南アジア諸国に輸出することによって成立した「東アジア交易圏」は同時に「中国銭流通圏」でもあり,日本社会は経済的には中国社会と一体で,中国銭はそのまま日本でも流通した。一方日本は中国に向けて宋代には「金」を,明代には「銀」を,清代には「銅」を輸出したことから,日本は中国の「物産複合」の影響下にあった東アジアの他の諸国とは異なり,歴代の中国に対して優位に立ち,政治的な自由を主張することが出来た。「東アジア交易圏」における中国と東アジア諸国との関係には「冊封関係」「修貢関係」「体制外通商関係」の他「アウトローの通商関係」としての「倭寇」がある。朝鮮・ベトナムなどが「冊封関係」を基本としているのにたいして,「宋」代以降の日本は,一方には「アウトローの通商関係」としての「倭寇」がありながら「体制外通商関係」を基本的な外交方針とした。「元」は「倭寇」対策上日本に「修貢関係」を求め,「明」は室町幕府と「冊封関係」にあった。国内的にも,日本は中央集権的な中国社会とは異質な「封建」社会を築くこととなった。このような条件下で,日本社会は外国人に開かれた社会となり,中国人の雑居は可能となった。
日本固有種ニホンミツバチを用いた理科的思考開発教育法および教材の研究

研究目的:生命科学の教育現場において、生物材料を扱う能力が低下し生命現象そのものを理解できないことが問題になっている。我々の教育現場でも同様の状況であり、現状打破を目指し学生に生物に触れる機会を増やしたところ大きな改善を得た。また地域貢献事業を通して、初等中等の生徒に生物に触れる機会を与えると、青少年期教育より効果が絶大であることを体験した。そこで大学と地域中学との連携を確立し、「ニホンミツバチ」を材料として生物に触れる機会を与え科学への興味を増大させる教材開発を目的とした。研究方法:プレゼンテーションソフトによる、ニホンミツバチの紹介、飼育法および実験法のテキストを作成し、近隣中学校科学部の生徒達を対象に講義と実習を行い、個体の行動と社会性を学ばせた。その後、生徒達に実習で学んだこと、考察、感想についてまとめさせた。このフィードバック結果を基に、本教育法をより効果的に行うための方法を検討し、本年度作成した教育材料を改善した。研究成果:講義を聴講した段階ではハチは恐ろしいと思っていた生徒達が多かったが、実際に近くで観察させると、「ニホンミツバチ」はおとなしくて可愛いと感じるようになった。また天敵であるスズメバチを集団で熱殺することや、働き蜂の寿命は約30日であり日齢で仕事の役割が変わることを伝えることで、命の大切さを学んだ。生徒達の自然や生命への認識が変化したと思われる。比較的扱い安い「ニホンミツバチ」は理科的思考力を養う理科教育に適していることを実感した。ただ、中高生は学業や部活動で忙しく、なかなか時間が取れないという問題がある。理科的思考力向上という目的を達成するためには、継続的な観察実施も重要である。今後は、ウェブカメラを巣箱内外に設置し情報を自動記録し、離れた場所や後からでも観察ができる装置を構築し、生物に触れる現場教育と併用することでより効率的な教育法を確立したい。
エンドトキシン・ショック発症に於ける顆粒球エラスターゼの役割の検討

【動物実験】犬におけるエンドトキシンショック・モデルで顆粒球エラスターゼ活性を阻害することにより、血管内皮障害は軽減された。しかも、血管内皮障害の抑制効果は、顆粒球エラスターゼ阻害剤の前投与群だけでなく後投与群においても認められた。[結果]【臨床研究】エンドトキシンショックの臨床例で顆粒球エラスターゼ・各種パラメータ・サイトカインを測定した。急性肺障害では、顆粒球エラスターゼ・各種パラメータ・サイトカインの測定値は、血液中より肺水腫液中または、肺胞洗浄液中の値の方が数倍から数十倍高く、急性肺障害の重症度をより反映するとの知見を得た。動物実験に於いては平成7年度分として申請した研究計画は達成されたと考える.顆粒球エラスターゼ活性を阻害することにより、エンドトキシンショック・モデルでの血管内皮障害は顆粒球エラスターゼ阻害剤の前投与群だけでなく後投与群においても軽減された.これらの発表から,顆粒球エラスターゼは、血管内皮障害において重要な因子の一つとの知見が得られた.本研究の結果は、現在Critical Care Medicineへ投稿準備中である。【臨床研究】エンドトキンショックの臨床例で顆粒球エラスターゼ・各種パラメータ・サイトカインを測定し,データを蓄積している段階である.【動物実験】犬におけるエンドトキシンショック・モデルで顆粒球エラスターゼ活性を阻害することにより、血管内皮障害は軽減された。
圧縮原理を用いた認識スキームの自律形成手法の研究

認識対象オブジェクトの統計的モデルを人手で構築した後、モデルと未知対象との統計的類似度を計算してオブジェクトを認識する伝統的方式では、テキスト、音、画像など種々のデータ型や多様な内容オブジェクトへの対応は困難である。本研究では、多様なデータ型を圧縮率特徴ベクトルで汎用的に表現する方式と、認識された下位オブジェクトの共起性から上位オブジェクトを自動発見する方式の可能性、および両者を統合した高度に自律的な認識機構の可能性を探求した。画像を用いた実験でこれらについての肯定的な結果を得た。インターネットなどに蓄えられる多量多種の外部化知識の管理は脳の力量を超えるため計算機に支援が益々重要となる。画像などの非テキストデータでは、人手によるタグ付けが困難であり、計算機に多様なデータを自動認識させることが望まれるが、伝統的統計的手法では、対象毎のモデル準備やパラメータチューニングなどの人手を要する。対策として、データの圧縮性を利用し、分布などの統計パラメタが不要で少数の事例から認識機能を獲得できる高度自律学習機構を研究している。本H22年度では以下を実施した。1.形状オブジェクト認識用スキームの自律形成方式の研究(1)カラー画像内の部分領域同士の共起性を利用してオブジェクト概念を自動獲得する方式を研究し、確率的ハッシングを用いた簡便な方式を得た。画像の回転や方向変動には対応できるがオブジェクトの重なりにより部分領域が隠ペいされる場合の認識能力に限界があった。そこで、画像の局所特徴量(SIFT)を部品とし、それらの共起性を利用する方式を検討した結果、複雑な画像内のオブジェクトにも対応できるようになった。関連分野の先端研究報告を凌駕する性能を確認できた。確率的ハッシングの使用により、多量の画像データに対しても、高速処理が可能である。(2)その他、部分グラフ共起性を利用するオブジェクト概念獲得方式や、テキストの圧縮性による複雑画像の特徴付け方式を研究した。(3)次年度研究の予備検討として、テキストデータ分類用多段決定スキーム自律形成方式の予備検討もおこなった。2.研究発表(1)上記1の成果発表:関連著名国際会議ICPR2011をはじめ、計5件の発表と1件の論文投稿。(2)招待講演:イタリア政府主催の衛星画像処理EU国際会議(ESA-EUSC-JRC2011)より、本研究代表者あてにキーノート講演依頼があったので、本研究の基本思想や発展展望を紹介した研究課題名「圧縮原理を用いた認識スキームの自律形成手法の研究」のもと、H22,H23,H24の3年間にわたる研究を実施している。以下に、H23年度の実施事項を要約する。(1)研究課題:テキストデータ分類用多段決定スキームの自律的形成手法の研究(2)研究実績:当初予定の上記課題に関し、複数のテキストを与え、それらをいくつかの類似のクラスに分類することのできる二分決定木を自動生成して出力する方式を開発した。与えられたテキスト群を圧縮性特徴ベクトル群に射影してクラスタ解析して得る2分木(デンドログラム)の各ノードに、未知テキストを分類するためのテキスト圧縮辞書を付加する。入力未知テキストは、左右の子ノードの圧縮辞書で圧縮され、圧縮能率の良い子ノードに渡されつつ末端ノードに到達し、そこでのクラスラベルを得る。初めに形成される2分木に人的判断を加味することで人の分類方針をまねる分類機構をも構成できる。分類精度を向上させるための圧縮辞書の自動構築方式を特に工夫した。Google earthから取得した航空画像をテキスト化したものを分類させ、多様な地表面画像の分類を高精度でおこなえることを確認した。研究の核であるデータの圧縮性特徴量の他の認識問題への応用も試み、テクスチャ画像分類、衛星画像による地表面の意味的分類、通信ネットワーク上のトラフィックパターン分類などでの有効性を部分的ではあるが確認できた。(3)発表:前年度および本年度成果のジャーナル論文化(2件)、および本年度成果の学会発表(4件)に取り組んだ。前者について発表済み1、審査中1、後者について発表済み2、受理決定2の実績を得ている。本研究の3年間の実施事項を要約する。(1)H22年度:形状オブジェクト認識用スキームの自律形成方式の研究与えられた複数のカラー画像に含まれる要素部品(類似色領域や阿フィン変換不変特徴点など)の集合で、種々の画像に繰り返し出現する(共起する)ものを効率的に探索する確率アルゴリズムをベースとした方式を実現した。関連技術領域での世界トップレベルの性能を持つことを確認した。(2)H23年度:テキストデータ分類用多段決定スキームの自律形成方式:複数のテキストを自動(人手介入も可能)クラスタリングして得られる2分木(Dendrogram)の各ノードにテキスト圧縮辞書を持たせ、木のルートに入力する未知テキストを左右の子ノードに振り分ける方式を開発した。振り分け能力を向上させるための辞書の構築方式を提案した。

Googleearthが提供する地表面画像をテキスト化したものを自動分類する問題に適用し、多様な内容を含む画像群をうまく分類できること、撮影高度の異なる画像の分類にも適用できること、人が指示する恣意的分類を忠実にまねる分類能力を実現できることなどを確かめた。(3)H24年度:開発技術の応用研究、成果まとめおよび発表:画像群を与えるのみでオブジェクト認識能力を自動形成する方式PRDC-CSORの開発、原理実証、発表を実施した。テキスト化した画像の部分語を認識する多次元の圧縮率特徴空間を自律形成する自律伸長辞書パイプライン、部分語の自動ラベリング、画像内共起ラベル抽出による複合オブジェクト発見機能などがその特徴である。さらに、上記(2)の期間に着想した、地表面画像の意味的分割と通信ネットワークでのトラフィック状態監視問題への圧縮性特徴量の応用に取り組んだ。国際会議4件(内1件は招待講演)、国際ジャーナル論文1件の発表を実施した。H23年度主目標を達成できたこと。本研究プロジェクトの上位目標である「圧縮原理を用いた認識スキームの自律形成手法」の周辺分野への適用可能性も部分的に実証できつつあること。過年度成果のジャーナル論文発表を達成したこと、など。24年度が最終年度であるため、記入しない。上述したように、H23年度の研究を進める過程で、「圧縮原理を用いた認識スキームの自律形成手法」の新たな適用先として、従来の画像解析では実現困難な「多様なオブジェクトを含む画像の意味的分類問題」および「通信ネットワーク管理のための複雑なネットワークトラフィックの分類問題」への適用可能性を部分的に実証できた。H24年度においてはこれらの課題に取り組むとともに、過年度成果の発表、プロジェクト3年間についての研究まとめをおこなう予定である。
長期運動記憶の固定化における登上線維の役割の解明

運動記憶の固定化には、小脳皮質での小脳プルキンエ細胞シナプスの伝達効率の長期間の低下(長期抑圧LTD)と小脳核での苔状線維ー小脳核細胞シナプスの伝達効率の長期間の亢進(長期増強LTP)が細胞機構として考えられている。我々は神経細胞型の一酸化窒素合成酵素のノックアウトマウスを用いて、苔状線維-小脳核細胞シナプスにおけるLTPの細胞内メカニズムとして、一酸化窒素ーサイクリックGMP依存性タンパク質リン酸化酵素カスケードが過分極誘発性陽イオンチャネルを介して、細胞内のカルシウム流入を担うリバウンド脱分極を制御していることを見出した。「プルキンエ細胞ー小脳核細胞シナプス伝達の特性」小脳核細胞は小脳プルキンエ細胞から30-40の抑制性入力を受けている。プルキンエ細胞は通常50-100Hzで高頻度発火しており、小脳核細胞は強い抑制を受けている。学習時には登上線維からの入力によりプルキンエ細胞の発火が一時的に抑制され、小脳核細胞の興奮の脱抑制が生じる。これが運動学習における長期記憶の形成に必須であると考えられている。そこで、プルキンエ細胞軸索終末のシナプス前性機構について、周波数依存性、シナプス小胞のリサイクリングについて検討した。実験には代謝型受容体の一つであるGPRC5BのKOマウスを用い、野生型と比較検討した。また、小胞放出におけるカルシウムセンサーとして働くシナプトタグミンを阻害する抗体遺伝子をマウスにウイルスベクターを用いて導入し、プルキンエ細胞軸索終末におけるGABA放出特性について検討した。GPRC5BーKOマウスにおいては、軸索終末に形態異常が見られるにもかかわらず、GABAの放出特性に変化が見られない結果が得られた。抗体遺伝子を導入したマウスとの比較では、導入したマウスのGABA放出において、放出確率、paired-pulse-modulation ratioに優位な差が見られた。これら、二つのテーマは論文投稿準備中である。「前庭核細胞の興奮性」小脳プルキンエ細胞のもう一つの出力先である前庭核細胞の興奮性について、腸管ペプチドであるモチリンをスライス標本に投与して、膜興奮性、GABA伝達特性について検討し、論文発表した(Todaka et al.,EJN, Vol. 37, pp. 339ー350, 2013)。今年度は、当初掲げた具体的な研究項目のうちの、「小脳核細胞におけるシナプス可塑性の神経機構の解明」について、最終的に論文を投稿するまでに至った。運動学習において、小脳皮質での平行線維-プルキンエ細胞シナプスにおける長期抑圧(LTD)は短期記憶に、深部にある小脳核(もしくは前庭核)での苔状線維-小脳核細胞シナプスにおける長期増強(LTP)は長期記憶の形成に関与していると考えられている。ロータロッド運動試験や眼球反射(前庭動眼反射や視機性眼球反応)のテストにおいて、長期の運動学習が障害されるモデルマウスを用い、小脳プルキンエ細胞の軸索終末におけるGABA放出機構の周波数特性や頻度依存性(小胞のリサイクリング)について検証した。リガンドがまだ確定していない代謝型受容体の一つであるGPRC5BのKOマウスの急性小脳スライス標本にパッチクランプ法を適用し、小脳皮質白質路を電気的に刺激に、放出確率・paired-pulse ratioを算出し、さらにreadily releasable poolを概算した。その結果生後14-18日齢では、プルキンエ細胞軸索終末におけるGABA放出機構には差が見られなかった。次に苔状線維-小脳核細胞シナプスにおけるシナプス可塑性、長期増強(LTP)について検証した結果、小脳核細胞の細胞膜興奮性や高頻度刺激時の細胞内カルシウム濃度上昇に変化は見られないにもかかわらず、KOマウスではLTPの幅が有意に抑制された。この結果から、運動の固定化である小脳核での長期記憶の形成に何らかの影響を及ぼしていることが示唆された。「苔状線維ー小脳核細胞シナプスにおける可塑性メカニズム」高頻度苔状線維刺激と過分極を誘発する電流注入を小脳核細胞に行うことで、このシナプスに長期増強(LTP)を引き起こすことができる。これは、小脳運動学習の長期記憶におけるメカニズムの一つであると考えられている。現在までに、細胞外に神経型の一酸化窒素(NO)合成酵素の阻害剤を投与することで、このLTPが抑制されることを見出した。また、NO合成酵素のノックアウトマウスにおいては、このLTP誘発が消失しており、さらに細胞外にNO産生剤であるNOR3を投与するとLTPが救済されることを見出した。これらの結果から、LTPの誘発にNOの関与が示唆された。「プルキンエ細胞-小脳核細胞シナプス伝達の特性」小脳核細胞は小脳プルキンエ細胞から30-40の入力を受けている。

プルキンエ細胞は50-100Hzで高頻度発火しているが、学習時には登上線維からの入力により発火が一時的に抑えられ、小脳核細胞に対して脱抑制が生じる。この脱抑制が苔状線維-小脳核細胞シナプスにおける可塑性機構に必須であると考えられている。そこで抑制性シナプスのシナプス前性機構について、周波数依存性、シナプス小胞のリサイクリングについて検討した。実験には、代謝型受容体の一つであるGPRC5Bのノックアウトマウスを用い、野生型と比較検討した。また、小胞放出におけるカルシウムセンサーであるシナプトタグミンを阻害する抗体遺伝子をマウスに注入し、プルキンエ細胞に発現させ、抑制性シナプス伝達への影響について調べた。当初予定していたより、プルキンエ細胞軸索終末におけるGABA放出特性機構の研究や前庭核細胞での研究が進み、既に発表したものも含め論文投稿の段階にあり、こちらの実験を優先してきたため、小脳核細胞でのシナプス可塑性、登上線維の入力特性の研究はやや遅れている。しかしながら、一酸化窒素NOをKOしたマウスでのシナプス可塑性実験や過分極誘発性陽イオンチャネル(Ih)の阻害剤を投与した実験を積み重ねており、シナプス可塑性時のカルシウム動態の実験を残すのみとなっている。苔状線維-小脳核細胞シナプスにおけるLTP誘発メカニズムに関してはNOの関与を示唆させる結果を得ているが、AMPA受容体数の増加を伴うLTP誘発に、NOの他どのようなメカニズムで生じるのか直接的な証拠は得られていない。LTPを誘発するメカニズムの一つとしてカルシウムの関与が示唆されている。現在NO合成酵素の阻害剤存在下、もしくはNO合成酵素ノックアウトマウスを用いて、カルシウムイメージングによるNOとカルシウムの関係について解析を進めている。小脳核細胞からのカルシウムイメージングは難易度が高く、若干苦戦している。それは小脳核細胞が放射状に約200マイクロメーターほど樹状突起を伸ばしているため、スライス上で苔状線維刺激によるシナプス入力部位を同定するのに困難であり、さらに入力部位を同定してもその深度によっては鮮明な蛍光強度の変化を捉えられない点があげられる。進行状況としてはおおむね半分程度であると考える。また、平行して進めている小脳核細胞へ投射する登上線維の同定ならびにシナプス入力特性の解明についても、幼弱なマウスに色素やウイルスを投与して可視化することの困難さから検討が順調に進んでいるとは言い難い。本年度、論文投稿にかかる時間、実験を中断したため、予算の繰越が生じた。次年度は、既に実験で明らかとなった部分をまとめて論文投稿を目指し、詰めの実験を進めていく。現在、苔状線維-小脳核細胞シナプスにおけるシナプス可塑性の誘発メカニズムについての電気生理学的実験はほぼ完了しており、カルシウムイメージングでの解析を進めていく。小脳核細胞に投射する下オリーブ核からの登上線維の入力特性に関しては、現在までに形態学的・電気生理学的に詳細に記述した報告例は存在しない。かなり困難を伴う実験であることが予想される。マウスへの色素注入およびウイルスベクターを用いてGFPを発現させるなど可視化する技術の確立を目指し、邁進する。本年度予定していた電気生理実験の一部が論文投稿準備の期間、実施できなかったため未使用額が生じた。