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溶血性尿毒症症候群に合併する急性脳症の発症を防止する分子免疫的治療法の開発

溶血性尿毒症症候群(HUS)は,腸管出血性大腸菌から産生される志賀毒素(Stx)が発症に関与している。HUSの約30%に合併する急性脳症(HUS脳症)は死亡率が高い。HUS脳症の発症機序で,Stxによる大脳血管内皮細胞障害が考慮されているが,グリア細胞(アストロサイト)も関与していると考えられている。本研究で、Cannabinoidsを用いたケモカイン産生抑制などの分子生物学的な機序を研究し、病態生理に基づいた特異的治療開発のための基礎的治験の獲得を目指した。平成19-21年度の科研費「溶血性尿毒症症候群(HUS)に合併する急性脳症の発症におけるグリア細胞の研究」成果から、志賀毒素(Stx)によってヒトアストロサイトから発現促進されたケモカインが急性脳症の発症に関与する知見が得られた(Kioka N, et al. Int J Inflam. 2012: 135803)。その結果に基づき、ケモカインをターゲットにCannabinoidsを用いたケモカイン産生抑制などの分子免疫療法の研究を計画した。CannabinoidsはインドアサCannabis sativaに存在する有機物質で、様々な薬理作用をもち、脳実質内での免疫細胞機能を変化させる作用、炎症性サイトカイン発現を抑制する効果、さらに虚血性脳障害での神経保護効果やグリア細胞での抗炎症作用を示す。HUS脳症時にCannabinoidsを投与し、ケモカイン産生を抑制することで病状の進行を軽減できるという仮説を立て、ケモカイン抑制効果を分子生物学的なレベルで証明し、HUS脳症の治療薬開発を導く。平成24年度は研究計画に従い、上記の論文で検討しなかったケモカインを中心に、ヒトアストロサイトでStx2刺激によるケモカイン発現ならびにケモカイン濃度を測定した。Real-time PCR法を用いて、MIP-1α、CINC-1、CX3CL-1の発現を定量的に調べた。いずれのケモカインもStx2刺激で発現促進を認めた。また細胞培養液中のケモカインにおいても、産生増加を認めた。各種濃度でのStx2による刺激によりヒトアストロサイトの核内抽出物は抽出キットにより採取し、Stx刺激した培養細胞のLysatesを採取し、タンパク濃度を測定している。現在は転写因子NF-κBの活性化とIκBキナーゼ抗体を用いて、タンパク発現の検討を行っている。平成1921年度の科研費「溶血性尿毒症症候群(HUS)に合併する急性脳症の発症におけるグリア細胞の研究」成果から、志賀毒素(Stx)によってヒトアストロサイトから発現促進されたケモカインが急性脳症の発症に関与する知見が得られた(Kioka N, et al. Int J Inflam. 2012: 135803)。HUS脳症時にCannabinoidsを投与し、ケモカイン産生を抑制することで病状の進行を軽減できるという仮説を立て、ケモカイン抑制効果を分子生物学的なレベルで証明し、HUS脳症の治療薬開発を導くことを3年間の目標とした。平成25年度(最終年度)は研究計画に従い、上記の論文で検討しなかったケモカインを中心に、ヒトアストロサイトでStx2刺激によるケモカイン発現ならびにケモカイン濃度を測定した。また細胞培養液中のケモカインにおいても、ELISA法で産生増加を認めた。各種濃度でのStx2刺激により、ヒトアストロサイトの転写因子NF-κBの活性化をウエスタンブロット法で検討した。条件を変更して行ったが、ヒトアストロサイトでのStx2刺激による転写因子NF-κB活性の上昇について有意差のある結果が得られなかった。Cannabinoidsantagonist投与によるケモカイン発現抑制阻止効果の研究については、試薬が入手困難のために施行できなかった。平成19-21年度の科研費「溶血性尿毒症症候群(HUS)に合併する急性脳症の発症におけるグリア細胞の研究」成果から、志賀毒素(Stx)によってヒトアストロサイトから発現促進されたケモカインが急性脳症の発症に関与する知見が得られたため、ケモカインをターゲットにCannabinoidsを用いたケモカイン産生抑制などの分子免疫療法の研究を計画した。

CannabinoidsはインドアサCannabis sativaに存在する有機物質で、様々な薬理作用をもち、脳実質内での免疫細胞機能を変化させる作用、炎症性サイトカイン発現を抑制する効果、さらに虚血性脳障害での神経保護効果やグリア細胞での抗炎症作用を示す。HUS脳症時にCannabinoidsを投与し、ケモカイン産生を抑制することで病状の進行を軽減できるという仮説を立て、ケモカイン抑制効果を分子生物学的なレベルで証明し、HUS脳症の治療薬開発を導く。平成23年度は研究計画に従い、ヒトアストロサイトでStx2刺激によるケモカイン発現ならびにケモカイン濃度を測定した。Real-time PCR法を用いて、MIP-1α、CINC-1、CX3CL-1の発現を定量的に調べた。いずれのケモカインもStx2刺激で発現促進を認めた。また細胞培養液中のケモカインにおいても、産生増加を認めた。各種濃度でのStx2による刺激によりヒトアストロサイトの核内抽出物は抽出キットにより採取している。現在は転写因子NF-κBの活性化を検討中である。またStx刺激した培養細胞のLysatesを採取し、タンパク濃度を測定している。ポリアクリラマイドゲルで電気泳動を行い、IκBキナーゼ抗体を用いて、タンパク発現の検討を行う予定である。平成19-21年度の科研費「溶血性尿毒症症候群(HUS)に合併する急性脳症の発症におけるグリア細胞の研究」を論文に投稿し、査読者から、ヒトアストロサイトに発現するStxレセプター(Gb3)について、私たちは免疫染色法を用いたが、FACSを使った検討結果も求められたため、追加実験を行った。また、免疫染色についても、コントロールにPBSを使用したが、別のコントロールでの染色を指示され、追加実験を行い、論文発表された(Kioka N, et al. Int J Inflam. 2012: 135803)。前研究での追加実験をやりながら、平行して本研究を行っているため、達成度は遅れている。平成19-21年度の科研費「溶血性尿毒症症候群(HUS)に合併する急性脳症の発症におけるグリア細胞の研究」を論文に投稿した。査読者から、ヒトアストロサイトに発現するStxレセプター(Gb3)について、私たちは免疫染色法を用いたが、FACSを使った検討結果も求められたため、追加実験を行った。また、免疫染色についても、コントロールにPBSを使用したが、別のコントロールでの染色を指示されて、追加実験を行った。本研究課題以外に、前研究での追加実験が多く、達成度は遅れている。HUS脳症の治療薬開発に向けて、ケモカインが脳症発症・進展にどうような役割をするかは重要な研究課題である。研究課題の推進方策としては、アストロサイトの培養を計画的に進める必要がある。現在の研究者3名で行っているが、グループ大学院生も本研究にも参加するようになり、順調に進むものと思われる。本年度の研究費では、実験の主体となるWestern blotの抗体やメンブラン、細胞培養液、ELISAキットなどを使用する予定である。
思春期精神科病棟の看護者のピアサポートグループ導入に関するアクションリサーチ

本研究の目的は、思春期精神科病棟の看護者の感情疲労を軽減するためのピアサポートグループを導入することである。本年度は、ピアサポートグループ導入のための現状分析を目的とし、週1回の対象病棟でのフィールドワークと看護者への個別のインタビューによりデータを収集した。フィールドノーツとインタビュー内容の逐語録を作成し、それらを基にデータ分析を行った。児童精神科の専門家および児童精神分析と看護者の感情疲労の研究の専門家と分析を行い分析の妥当性を高めた。またフィールドワークを行う病棟には文書で研究目的を示し、許可を得た。さらに個別インタビューの対象者には、インタビューの目的を文書と口頭で説明し、同意書への署名を求めた。フィールドワークにおける観察やインタビュー参加を拒否する権利は適宜文書、口頭で説明し、さらに苦情申したてについても説明することで予測される倫理的問題に対処した。愚痴や患者、家族、看護の問題点を話し合うインフォーマルなグループが存在し、比較的良好な看護者の感情をサポートするシステムが存在していた。しかし、ここ数年の患者の病気の層の変化や短期入院者の増加によりスタッフ同士で話し合う時間がもてなくなってきていた。看護者は、思春期の患者をケアすることで自らの思春期に置き去りにし抑圧していた課題に直面していた。その課題への対処は、看護者により個人的に対処されていた。積極的にサポート求める傾向の看護者は、思春期の患者や家族によって突きつけられる問題に、看護者と話し合うことで比較的うまく対処していたが、看護者と感情を共有することを積極的にしない看護者は、ストレスフルで患者にも頻回に怒りを表すという行動を起こしていた。特にこのようなネガティブな感情の対処を行う看護者は20代30代の比較的若年者に見られ、彼らを焦点にしたピアサポートグループの必要性が現状の分析から明らかとなった。
超原子価ヨウ素試薬を用いる多機能性芳香族化合物の環境調和型簡便合成法の開発

芳香族化合物は、医薬、農薬の基本骨格であるだけでなく、そのオリゴマーやポリマーは近年、導電性材料科学の分野で汎用されていることからポリマーを含めた芳香族化合物類の高効率的官能基化法の開発は合成化学上、重要な課題である。また、これら芳香族系精密有機化学製品の化学合成に対する需要が益々高まる中で、環境調和型化学合成技術の開発は社会的急務である。中でも酸化的官能基化に関しては工業的に実用可能な手法が極めて少ない。本申請研究では、上記の課題を解決すべく重金属酸化剤に代わる安全で多様な反応性を示す超原子価ヨウ素試薬、とりわけリサイクル可能なポリマー担持型超原子価ヨウ素試薬を用いた各種芳香族化合物の極性転換(Umpolung)による多様な新規官能基化反応の開発とその複合的利用による医薬、新規材料等、多機能性芳香族化合物の環境調和型合成プロセスへの展開を視野に入れ、研究実施計画に基づき研究を遂行し、以下の成果を得た。(1)チオフェン類の酸化的二量化反応の開発:最近、その高い導電性から注目を集めているポリチオフェン系材料の合成において重合反応の際、構造欠陥を生じない前駆体として利用されている2,2'-ビチオフェン類の効率的合成法を開発することができた。これまで酸化的手法を用いてはオリゴマー化が優先し、二量体で止めることは困難であったが、ルイス酸活性型超原子価ヨウ素試薬を用いることにより、チオフェン類の官能基化を経ない直接的二量化を可能にした。(2)クロマン骨格の新規合成法の開発:芳香族化合物、とりわけフェノールエーテル類の酸素官能基化反応は多くの生物活性天然物合成において重要である。これまで酸化的手法を用いては低収率でしか実現できなかったクロマン骨格の構築に固体酸触媒-超原子価ヨウ素試薬複合系を利用することで比較的良好な収率で分子内閉環反応を進行させることに成功した。
島弧会合部における新生代火成活動の時空変遷

島弧会合部である北海道では背弧海盆の形成,太平洋プレートの斜め沈み込みや前弧の衝突などの活発な造構運動を強く反映して火山活動が継続していることがわかった.1.火成活動域の移動:後期中新世から第四紀にかけて火成活動域の大きな移動がおこり,北海道北部から南に向かって火成活動域が南下した.その結果,第四紀火山の分布が確立し,従来考えられていた以上に第四紀火山が偏在していることが明らかとなった.2.火山岩組成と地質構造の関係:第四紀火山岩組成の広域変化を検討した結果,典型的とされる東北日本弧と同様の特徴を持つ西南北海道と北海道東部から南千島,それとは別の広域変化を示す北海道中央部に3分できることが分かった.これは前2者が背弧海盆を持つ島弧-海溝系,後者が島弧-島弧衝突系という,島弧会合部の地質構造の違いを反映していると考えられる.3.背弧海盆拡大に伴う火成活動:北海道北部の火成活動は,139Maの短期間に活動し,火山岩組成に広域変化が認められない特徴があり,日本海拡大最末期の火成活動と考えられる.しかしその組成は,東北地方の第三紀の火山岩と比べると,より強い島弧的性質を持つ.これは北海道が日本海拡大の回転軸近くに位置するために拡大速度が小さかったためであろう.4.千島前弧衝突による火山活動:後期中新世から始まったこの事件により,鮮新世から更新世初頭にかけて島弧会合部で特徴的な火成活動があった.これらはアルカリ玄武岩の単成火山群やアイスランダイト様岩石からなる.玄武岩の化学組成にはOIBソースの影響が認められ,活動様式を考えると,千島海溝へのプレートの斜め沈み込みにより生じたリソスフェアーの薄化により,アセノスフェアーの浅部への上昇が引き起こされた結果と解釈した.島弧会合部である北海道では背弧海盆の形成,太平洋プレートの斜め沈み込みや前弧の衝突などの活発な造構運動を強く反映して火山活動が継続していることがわかった.1.火成活動域の移動:後期中新世から第四紀にかけて火成活動域の大きな移動がおこり,北海道北部から南に向かって火成活動域が南下した.その結果,第四紀火山の分布が確立し,従来考えられていた以上に第四紀火山が偏在していることが明らかとなった.2.火山岩組成と地質構造の関係:第四紀火山岩組成の広域変化を検討した結果,典型的とされる東北日本弧と同様の特徴を持つ西南北海道と北海道東部から南千島,それとは別の広域変化を示す北海道中央部に3分できることが分かった.これは前2者が背弧海盆を持つ島弧-海溝系,後者が島弧-島弧衝突系という,島弧会合部の地質構造の違いを反映していると考えられる.3.背弧海盆拡大に伴う火成活動:北海道北部の火成活動は,139Maの短期間に活動し,火山岩組成に広域変化が認められない特徴があり,日本海拡大最末期の火成活動と考えられる.しかしその組成は,東北地方の第三紀の火山岩と比べると,より強い島弧的性質を持つ.これは北海道が日本海拡大の回転軸近くに位置するために拡大速度が小さかったためであろう.4.千島前弧衝突による火山活動:後期中新世から始まったこの事件により,鮮新世から更新世初頭にかけて島弧会合部で特徴的な火成活動があった.これらはアルカリ玄武岩の単成火山群やアイスランダイト様岩石からなる.玄武岩の化学組成にはOIBソースの影響が認められ,活動様式を考えると,千島海溝へのプレートの斜め沈み込みにより生じたリソスフェアーの薄化により,アセノスフェアーの浅部への上昇が引き起こされた結果と解釈した.今年度は以下のことを行った。1.新たに導入したICP-AESによる希土類元素定量システムを構築し、既存のXRFによる微量元素測定ルーチンの改良と併せて、35元素の高精度定量分析システムを完成させた。2.北海道全域の新第三紀から第四紀の火山岩のサンプリングが終了した。3.収集したサンプルのXRFによる分析を進め、これまでに第4紀火山岩類は約1000個、新第三紀火山岩類では約400個の主成分化学組成を決定した。4.代表的な約100サンプルのK-Ar年代測定を行った。その結果、今年度に新たに以下の点が明らかになった。1.北海道では後期中新世および鮮新世に大きく火成活動域が移動した。そして第四紀にかけて西南北海道では火成活動域の南方への収東、中一東部では火山体顕著な雁行配列が形成された。2.後期中新世から鮮新世では千島弧と東北日本弧会合部では、アルカリ玄武岩カンラン石ソレアイトからなる単成火山群が特徴的に活動した。これらは千島海溝での太平洋プレートの斜め沈み込みによる、背弧側の引張応力場での活動で、典型的な島弧火成活動ではないと解釈できる。3.第四紀では島弧会合部に火成活動空白域が存在した。4.第四紀火山岩組成の広域変化を詳細に調べた結果、北海道の第四紀火成活動域は西南北海道、阿寒一知床地域、および然別一大雪一十勝地域に区分されることが分かった。そしてこの差は上部マントルから下部地殻の構造、あるいは背弧海盆の有無を敏感に反映していると考えられる。

平成45年度の研究の結果,島弧会合部である北海道では背弧海盆の形成,太平洋プレートの斜め沈み込みや前弧の衝突などの活発な造構運動を強く反映して火山活動が継続していることがわかった.1.火成活動域の移動:後期中新世から第四紀にかけて火成活動域の大きな移動がおこり,北海道北部から南に向かって火成活動域が南下した.その結果,第四紀火山の分布が確立し,従来考えられていた以上に第四紀火山が偏在していること明らかとなった.2.火山岩組成と地質構造の関係:第四紀火山岩組成の広域変化を検討した結果,典型的とされる東北日本弧と同様の特徴を持つ西南北海道と北海道東部から南千島,それとは別の広域変化を示す北海道中央部に3分できることが分かった.これは前2者が背弧海盆を持つ島弧-海溝系,後者が島弧-島弧衝突系という,島弧会合部の地質構造の違いを反映していると考えられる.3.背弧海盆拡大に伴う火成活動:北海道北部の火成活動は,139Maの短期間に活動し,火山岩組成に広域変化が認められない特徴があり,日本海拡大最末期の火成活動と考えられる.しかしその組成は,東北地方の第三紀の火山岩と比べると,より強い島弧的性質を持つ.これは北海道が日本海拡大の回転軸近くに位置するために拡大速度が小さかったためであろう.4.千島前弧衝突による火山活動:後期中新世から始まったこの事件により,鮮新世から更新世初頭にかけて島弧会合部で特徴的な火成活動があった.これらはアルカリ玄武岩の単成火山群やアイスランダイト様岩石からなる.玄武岩の化学組成にはOIBソースの影響が認められ,活動様式を考えると,千島海溝への太平洋プレートの斜め沈み込みにより生じたリソスフェアーの薄化により,アセノスフェアーの浅部への上昇が引き起こされた結果と解釈した.
大学工学教育における国際協力に関する研究 -国際化に対応するために-

一昨年、昨年に続き6カ国6大学(東工大、マサチュセッツ工科大学、ケンブリッジ大学、ダ-ムシュタット大学、サンパウロ大学、ソウル大学)において、内容の共通する設計の抗議を実施した。講義中MITと東工大では相互に、またソウル大学へは東工大から教官を派遣し特別抗議およびラボ指導を行った。過去3年にわたる講義終了後の調査から、6カ国の大学が協力し同じ内容の講義を行う試みは80%近い学生たちの支持を受けていることが明らかとなった。しかし批判として、本国際協力講義により受講学生が直接刺激、影響を受ける外国教官による特別講義およびラボの機会が少なすぎることが多く挙げられている。わが国の大学が他国の大学と協定を結び、より多くの教官の派遣、招へいにより有効な講義を実施できれば、学生たちに国際化を肌で感じさせまた明確な目標を持ってその第一歩を踏み出させる有効な手段となるであろう。しかしながら教官の派遣、招へいは、予算、外国で講義のできる人材、日程等時間をかけて解決せねばならない問題があり、またこれだけでは学生達が直接他国の学生と交流する機会を与えられない。それゆえ、本年は近年その発展、充実が目覚ましいインタネットの活用を研究テーマの一つとした。インタネット活用研究の第一歩として、各国の講義終了後毎年開催している国際デザインコンテストでの利用を試みた。具体的には、本年の国際デザインコンテストに選抜された6カ国48名の代表学生を6名づつのグループにわけ、各グループ毎に来日前の2週間でインタネットによりコンテスト用マシンのアイディアを討議し大枠を決定するよう求めた。インタネットはまだ発展途上にあり、このような目的で使用されたことはない。それゆえ幾つかの可能性を検討したが、図面を簡単に制作し発信できる独自のソフトを制作た。実験の結果、インタネットは大きな可能性を有するものの、現実には多くの問題点があることが明らかにされた。今回の試みは、インタネットを共通講義に応用する際の雛型になると考えられる。すなわち、明確な共通目的を持つ数名の学生がインタネットを媒介とした会議により、共通の言語を使用して意見交換、相互の意見の理解、最終的な意思決定を行う形式である。それゆえ、明らかになった問題点の幾つかを以下に記す。1)ネットワークシステムの問題点;マシンについて具体的な議論を行うには言葉だけでなく図面が不可欠である。図面の使用はファイルを大きくし、一つのメールとして送るには問題が起きる。したがって、情報圧縮、分割、多数のメールとして送信の手段をとる必要が生じ手続きが繁雑となりミスが多くなる。2)時差の問題:国の間には種々の時差がある。それゆえ送られたメールが仲間全員に読まれるのに1日必要となる。このメールに対する返答作成に1日、返答が読まれるのに1日、すなわち1回の往復に3日は必要である。数人の会議での意思決定には最低10回のやり取りが必要であることを考えると、簡単な問題でも1月近く必要となる。3)会議の進行手段;グループ討議の場合には、グループの意見を集約し討議の方向を導く司会者が不可欠となる。一度の往復に3日を要することを考慮すると、司会者には高度な判断が要求される。従って会議に参加する学生の事前教育が大きな問題となる。また、メールによる会議の最適進行手法の研究も必要である。4)その他;実際の講義では、学期のづれ、参加する学生と計算機の数、使用時間等多くの問題が残る。最後に、3年間にわたる研究の結果、各国の大学が教育において互いに協力することにより今までにない魅力を大学の工学教育に与えることができることが明確になった。本研究で扱った共通講義の様な場合でも、各国各大学の講義に対する思惑は異なっていてもそれぞれにメリットを得ることが可能であり、わが国にとっては国際化のための有効な一助になるであろう。

それゆえ幾つかの可能性を検討したが、図面を簡単に制作し発信できる独自のソフトを制作た。実験の結果、インタネットは大きな可能性を有するものの、現実には多くの問題点があることが明らかにされた。今回の試みは、インタネットを共通講義に応用する際の雛型になると考えられる。すなわち、明確な共通目的を持つ数名の学生がインタネットを媒介とした会議により、共通の言語を使用して意見交換、相互の意見の理解、最終的な意思決定を行う形式である。それゆえ、明らかになった問題点の幾つかを以下に記す。1)ネットワークシステムの問題点;マシンについて具体的な議論を行うには言葉だけでなく図面が不可欠である。図面の使用はファイルを大きくし、一つのメールとして送るには問題が起きる。したがって、情報圧縮、分割、多数のメールとして送信の手段をとる必要が生じ手続きが繁雑となりミスが多くなる。2)時差の問題:国の間には種々の時差がある。それゆえ送られたメールが仲間全員に読まれるのに1日必要となる。このメールに対する返答作成に1日、返答が読まれるのに1日、すなわち1回の往復に3日は必要である。数人の会議での意思決定には最低10回のやり取りが必要であることを考えると、簡単な問題でも1月近く必要となる。3)会議の進行手段;グループ討議の場合には、グループの意見を集約し討議の方向を導く司会者が不可欠となる。一度の往復に3日を要することを考慮すると、司会者には高度な判断が要求される。従って会議に参加する学生の事前教育が大きな問題となる。また、メールによる会議の最適進行手法の研究も必要である。4)その他;実際の講義では、学期のづれ、参加する学生と計算機の数、使用時間等多くの問題が残る。最後に、3年間にわたる研究の結果、各国の大学が教育において互いに協力することにより今までにない魅力を大学の工学教育に与えることができることが明確になった。本研究で扱った共通講義の様な場合でも、各国各大学の講義に対する思惑は異なっていてもそれぞれにメリットを得ることが可能であり、わが国にとっては国際化のための有効な一助になるであろう。共同研究に携わっている各国において「国際化」の意味するところの調査するための、アンケート作成およびこれを使用しての予備調査を行なった。予備調査は大学、企業、研究所を対象とし、手紙での調査と面接調査を行なった。また3名の、日本で教えている外国人教師および外国での教師経験を持つ日本人研究者を招き、国際化の教育への効果的な取り込み手段につき討論を通じ調査研究を行なった。これらの結果の集計およびその結果を元に、現在本調査のためのアンケート作成を行なっている。実験的研究としては、日英米独の4大学で共通の講義を行ない、この講義において他国の教官による特別講義を実施した。本講義を受講した各国の学生を対象に共通講義および他国の教官による特別講義に関しレポートによる調査を行なった。さらに各国の講義受講学生から10名ずつを選び、米国マサチューセッツ工科大学において国際デザインコンテストを実施した。コンテストにおいては各国の学生からなるグループを作り、共同作業により簡単なロボットを制作させた。
19世紀フランスの古楽復興過程にみるライシテ問題―ダンディの音楽活動を中心に

2018年度は学会や講演、また共著の編集を通じて、関連する他領域の研究者たちと活発に意見交換を行う機会を持つことで、自身の研究により一層広がりを持たせることができた。9月にバーミンガムで行われた国際会議「Editing, Performing and Re-Composing the Musical Past」では、古楽を聴く習慣の始まりとフランスの新しい和声との関連について発表した。19世紀20世紀フランスにおける古楽復興というテーマを追う自分にとって研究上のモデルでもあった世界第一線の研究者たちに研究を聞いていただき、また彼らの最新の研究を聞くことは、大変刺激になった。これまで、和声と聴取の問題、そして古楽復興運動を関連させる研究はほとんどなく、実際このカンファレンスにおいても、「和声」という理論的主題を扱う研究は他になかった。だからこそ、理論と社会の関連を問う方法論は、継続する価値があると確信した。2019年1月に音楽之友社より出版された共編著『ハーモニー探究の歴史』では、この問題を、他の共著者の力も借りて、古代ギリシャから20世紀アメリカまで体系的に辿ることができ、大きな成果に結びついたと言える。ヴァンサン・ダンディを中心に、和声(作曲と理論)と古楽復興の問題を追い続けた結果、現在は、世紀転換期フランスにおいて重要なヴァグネリスムとドビュッシスムの関連性や思想的背景の解明に取り組んでいる。一部は2019年5月刊行の『北里大学一般教育紀要』に研究ノートとして発表し、また7月に京都で行われるシンポジウムにて、より発展させた発表を行う予定である。一方でダンディの『作曲法講義』の重要性は明らかであり、それが20世紀初頭の日本において熱心に受容されていることから、日本におけるフランス和声の受容についても調査を開始している(10月に英語で発表予定)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2017年度は研究基盤となる資料整理を行いつつ、2018年3月に論文1本(「古楽を聴く耳の形成ードビュッシーの時代に聴かれたラモーの音楽」『北里大学一般教育紀要』)を刊行し、また同じく3月に美学会東部会例会において研究発表「フランス的和声誕生の一断面ー『メルキュール・ミュジカル』1905年創刊号を読み解く」を行った。また関連した論考を、現在編集中の書籍『ハーモニー探求の歴史』に寄稿しており(共編著)、2018年秋に刊行予定である。これらの成果の意義は、19世紀フランスにおける「古楽復興」の動きを整理するとともに、それらとドビュッシーに代表される20世紀初頭フランスの「新しい和声」との関連を具体的に跡付けたことにある。19世紀は単に過去の音楽を演奏として復興するだけでなく、それをいかに聴くか、という20世紀以降のピリオド楽器運動につながる動きが生まれている。ドビュッシーはその同時代に身を置き、古楽の「聴き方」を養いつつ、それを自身の音楽に反映させていたことが分かった。一方で、フランス的な和声の特徴とされていた「旋法的和声」は、そのフランス性を音楽的に証明できるわけではなく、言説的に形作られたものであることが確認できた。いずれにしてもこうした一連の動きが、ドビュッシーを代表とする「近代フランス」の黄金期を歴史的に形成したことは事実であり、歴史の表には出てこないものの、資料をたどると、当時のこうしたムーヴメントを生み出した各場面で、ヴァンサン・ダンディが重要な役割を負っていることが確認できた。これらの成果をひとつにまとめて国際的に発表するべく、2018年9月にバーミンガムで行われるカンファレンス「Editing, Perfoming and Re-Composing the Musical Past」に応募したところ採択された。一貫した研究目的の下で、論文発表、学会での口頭発表、共著書の準備と国際学会申し込み(発表決定)をバランスよく行うことができた。アウトプットに比べて、収集した資料の整理と読み込みの時間が少々足りないと感じる。次年度はそうした活動にもさらに時間を割り当て、より緻密な研究を心がけたい。

一部は2019年5月刊行の『北里大学一般教育紀要』に研究ノートとして発表し、また7月に京都で行われるシンポジウムにて、より発展させた発表を行う予定である。一方でダンディの『作曲法講義』の重要性は明らかであり、それが20世紀初頭の日本において熱心に受容されていることから、日本におけるフランス和声の受容についても調査を開始している(10月に英語で発表予定)。ヴァンサン・ダンディの現在における国際的な研究状況の整理と、そこに加えるべき新しい知見がなんであるかの見極めを第1の目的として、引き続きダンディ周辺の資料を読み込んでいきたい。研究の国際的な成果発表と情報交換が急務であるため、9月まではバーミンガムにおけるカンファレンスの準備に注力する。一方で古楽復興運動そのものにかんする研究は、各方面で進んでおり、現在の最新の研究状況を把握することが必要である。そのうえで、古楽復興と20世紀フランスの新しい音楽との関係は、現在のところほとんど追及されていないため、ドビュッシー、ダンディの音楽活動を多角的に検証しながら、この視点での研究を進めていきたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
レオウイルス誘導糖尿病発症におけるNOおよびO_2由来派生分子と膵島傷害との関連

ヒトおよび動物のインスリン依存型糖尿病(IDDM)は自己免疫疾患の一つと考えられている。その発症機構には、遺伝因子を含めた生体内部および外部の環境因子が様々な程度に関与していることが示唆されているが、その詳細な機序については、不明な点が多い。本研究ではIDDMの原因または引き金の一つと目されているウイルス誘導糖尿病について、レオウイルス2型と乳のみマウスのモデル系を用いて、特に活性酸素の膵島細胞傷害の機序について検討した。本研究では、活性酸素のうち、特に細胞傷害性が強いとされるヒドロキシルラジカル(OH)に注目し、この分子の効果的な消去剤であるDimethylthiourea(DMTU)処置の病態に及ぼす影響を調べた。レオウイルス2型感染マウスではウイルスの直接増殖によるβ細胞の破壊によってではなく、その後の宿主の炎症免疫担当細胞による膵島細胞破壊の結果耐糖能異常を示すが、DMTU処置により、この異常は改善された。一方、この処置によって、膵島炎の発現頻度とその程度、脾臓中のLFA-1陽性細胞数とその割合、末梢血中の白血球数とその百分比、膵臓中のウイルス力価には影響がなかった。しかし、膵島細胞の変性壊死の程度は軽度となっていた。以上のことから、レオウイルス2型誘導耐糖能異常マウスにおける膵島細胞傷害は、膵島細胞抗原を認識するT細胞によるものばかりではなく、浸潤した白血球、毛細血管内皮細胞あるいは膵島細胞から生成放出されたOHが関与することが示唆された。
bach1/bach2二重ノックアウトマウスを用いたへム応答性遺伝子制御システムの解析

前年度の研究から,Bach1によるヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)遺伝子の抑制がヘムにより解除されること,そして引き続き転写活性化因子Nrf2が作用することによりHO-1が誘導されることを見いだした。今年度は,Bach1のもう一つの標的遺伝子グロビンについて検討した。クロマチン免疫沈降法を用いてBach1とグロビン遺伝子エンハンサーの結合を測定したところ,未分化赤芽球細胞ではBach1が結合していること,これに対してヘム濃度が上昇した場合にはBach1が解離することを確認した。したがって,生命にとって必須の補欠分子ヘムが,核内では転写複合体の動態制御をも行うことが確立された。このような制御系にBach1の兄弟因子であるBach2も関与する可能性を検討するため,Bach1とBach2の二重変異マウスを交配実験により作成した。そうしたところ,二重変異マウスには極めて重篤な異常が生じることが観察された。今後は,この異常の本態と分子機構,そしてその正常過程におけるヘムの関与などを追求していきたいと考えている。
オリゴＤＮＡを用いた新技術による転写活性化機構の解析と再生医療への応用

アンチセンスやアンチジーンのようなオリゴDNA技術は内在の遺伝子発現を抑制するために有用な技術であるが、活性化する技術はこれまでに開発されていなかった。これまでに申請者らは、オリゴDNAにより内在の遺伝子発現を活性化する方法を見出したが、その機構解析や医療応用への可能性の検討は行われていなかった。本研究において、オリゴDNAを標的遺伝子のクロマチン状態が開いている箇所に結合し、活性化していることを見出した。さらに、オリゴDNAは配列選択的に遺伝子発現を活性化し、間葉系幹細胞から筋細胞や骨細胞への分化や、繊維芽細胞から人工多能性幹細胞への脱分化の誘導が可能なことを明らかにした。申請者は、DNAオリゴヌクレオチド(ジーンジャックオリゴDNA:オリゴDNA)により標的遺伝子の転写を活性化出来ることを見出した。そこで、詳しい分子機構を解析するために、以下のように実験を進めた。はじめに、オリゴDNAによる転写活性化と標的とるすゲノミックDNAのクロマチン状態の関係をDNase感受性実験を行い検討した。その結果、MyoDプロモーターの場合、DNaseの感受性が高い、クロマチン状態が開いていると考えられる領域とオリゴDNAにより転写活性化が可能なゲノミックDNA上の標的領域が相関する可能性が示唆された。次に、オリゴDNAと細胞内のゲノミックDNAとの相互作用を検討を行った結果、オリゴDNAがゲノミックDNAに結合していることをが明らかになった。さらに、オリゴDNAの長さと転写活性化能の関係を検討した結果、プロモーター結合配列の長さを短くするに従い、オリゴDNAによる転写活性化能は限弱した。また、転写因子結合配列に変異を入れることにより、その転写活性化はほとんど見られなくなった。さらに、バイサルファイトシークエンスを行った結果、オリゴDNAによる転写活性化の際にはMyoD遺伝子のエンハンサー領域のメチル化が減少することが明らかになった。これらの結果から、オリゴDNAはゲノミックDNAに結合し、転写因子を標的遺伝子のプロモーター上にリクルートすることにより転写を活性化することが示唆された。これまでに、オリゴDNAにより間葉系幹細胞から筋肉や骨への分化誘導可能なことを見出している。間葉系幹細胞はPPARgの活性化により脂肪細胞へ分化誘導可能かことから、PPARgを標的としたオリゴDNAの設計を試みた。しかしながら、プロモーターのどの位置に設計しても、あまり活性化は見られなかった。これまでに、DNAオリゴヌクレオチド(ジーンジャックオリゴDNA:オリゴDNA)により標的遺伝子の転写を活性化出来ることを見出し、その活性化機構の解析を行った。本年度は、医療応用への可能性の検討を行った。はじめに、オリゴDNAによる細胞脱分化誘導の検討を行うために、マウス繊維芽細胞(MEF)に脱分化誘導因子(Oct3/4, Sox2, KLF4, c-Myc)のオリゴDNAを導入し、その発現量を検討した。その結果、それぞれ単独又は4因子同時にそれぞれのmRNAレベルが増加することを確認した。次に、人工多能性幹細胞の誘導が可能かどうかを検討するために、まず、3因子(oct3/4, Sox2, KLF4)発現プラスミドを導入したMEFにc-MycのオリゴDNAの導入を行った。その結果、コントロールよりもc-MycオリゴDNAを加えた方が未分化マーカーであるAP陽性のコロニー数が増加し、Nanogなどの未分化マーカー遺伝子のmRNA量が増加していることを確認した。またTAIL-PCR法により、c-MycオリゴDNAの宿主ゲノムDNAへのインテグレーションは検出されなかった。これらの細胞を用いてテラトーマ形成試験を行い、得られたテラトーマをHE染色した結果、多分化能を保持していることを確認した。以上の結果から、オリゴDNAにより、細胞脱分化の誘導が可能なことが証明された。次に、オリゴDNAのin vivo投与によるインスリン生産の検討を行うために、インスリンを標的としたオリゴDNAをハイドロダイナミック法によりマウスの肝臓に投与し、インスリン遺伝子の転写活性化を試みた。はじめに、ポジティブコントロールとしてEGFPプラスミドの投与を行ったが、投与から24時間、48時間後に観察した結果、EGFPのシグナルは肝臓において検出出来なかった。そのため、投与方法の再検討が必要である。交付申請書に記載した「研究実施計画」の通りに進んだため。転写制御・ジーンジャックオリゴDNAによる細胞脱分化誘導の検討これまでにマウス繊維芽細胞を脱分化させ、iPS細胞を樹立するのに必要な転写因子であるOct3/4、Sox2、KLF4、c-Mycの転写活性化がジーンジャックオリゴDNAにより誘導可能なことを確認している。また、4種類のジーンジャックオリゴDNAを混合することにより、4つの転写因子を同時に活性化することにも成功している。

この手法による転写活性化は3日程度で消失することから、癌化の可能性の少ない安全なiPS細胞樹立につながる可能性がある。そこで、ジーンジャックオリゴDNAにより4因子を活性化させることで未分化誘導可能かどうかと、ジーンジャックオリゴDNAのゲノムDNAへのイングレーションの有無を検討する。この未分化誘導の検討において、標的遺伝子の転写活性化の際にゲノミックDNAの状態が変化するのかどうか(脱メチル化誘導)の解析を追加する。・ジーンジャックオリゴDNAのin vivo投与によるインスリン産生の検討これまでにマウス肝細胞にジーンジャックオリゴDNAを導入することで、インスリンの転写を非常に強く誘導出来ることを明らかにしている。肝臓は非常に大きな臓器であり、その一部の細胞が他の働きを行ったとしても、その影響は少ない。ジーンジャックオリゴDNAを個体に直接投与し作用させられるかどうかを肝臓におけるインスリンの発現を解析することにより検討する。本研究で検討している技術は非常に汎用性の高い技術であると考えられるため、特許出願を検討している。そのため、本年度は学会発表を控え、旅費を計上しなかったため。脱分化の指標としてDNAの脱メチル化が知られている。このDNAの脱メチル化の検討実験を平成27年度の実験計画に加え、その費用に充当する。さらに、in vivo実験はその技術取得が難しいと予想される。そのため、当初計上していなかったin vivo実験の技術取得のための費用に充当する。
老人と動物との絆が果たす役割-アニマル・セラピーの生理心理学的な効果について-

1.目的及び方法:本研究では高齢者を対象として,アニマル・セラピー(動物介在活動)の不安やストレスの軽減作用について,生理心理学的に評価することを目的とした.本年度も従来からご協力頂いている静岡県の高齢者福祉施設でデータ採取を行った.今回は,動物介在活動を従来どおりに高齢者に実施し,その対照(統制)群として,約1ヶ月後において同一の対象者に対して,動物が登場するビデオ視聴をして頂く実験を行った.高齢者と動物(犬及び猫)との触合い,又はビデオ視聴は午後2時2時半の約30分間とし,本研究に文書での同意を得た高齢者(1設:12名)に対して,実験直前,実験直後,実験後60分後の3回唾液の採取を行い,唾液中のストレス指標物質の定量および連続採取した心拍変動(HRV)によって,自律神経活動の評価を検討した.また,動物介在活動中の簡易脳波,特にα波の出現率の検討も行ったが,データは現在解析中である.2.生化学的及び生理的変化(1)STAI(不安尺度の変動):状態不安尺度は,動物介在活動により男女共何れも優位な低下を示したが,男性の方がその低下は著しかった.一方,ビデオ視聴前後では,大きな変化は見られず,動物介在活動時の不安軽減作用が示された.(2)唾液中の遊離コルチゾール量:動物介在活動では,直前と比べて直後及び30分後で約20%の有意な低下を示した.一方,ビデオ視聴でも視聴30分後に約40%の有意な低下を示し,何れもストレスの軽減効果が示された.(3)HRV:心電図のR-R間隔の変動をパワースペクトル解析したところ,動物介在活動後では,LF/HF(交感神経活動の指標)の低下傾向を,またTotal Power(副交感神経活動の指標)が,実験前の約1.82倍の増加傾向を示し,リラックス効果が示された-一方,ビデオ視聴前後の心拍変動は,大きな変動は見られなかった.以上のことから,動物介在活動は,高齢者の心理的な不安・ストレス軽減作用および副交感神経優位なリラック効果が示されたが,ビデオ視聴によっては,これらの効果が動物介在活動に比べて少ないことが示された.1.目的及び方法:本研究では高齢者を対象として,アニマル・セラピー(動物介在活動)の不安やストレスの軽減作用について,生理心理学的に評価することを目的とした.本年度も従来からご協力頂いている静岡県の高齢者福祉施設でデータ採取を行った.今回は,動物介在活動を従来どおりに高齢者に実施し,その対照(統制)群として,約1ヶ月後において同一の対象者に対して,動物が登場するビデオ視聴をして頂く実験を行った.高齢者と動物(犬及び猫)との触合い,又はビデオ視聴は午後2時2時半の約30分間とし,本研究に文書での同意を得た高齢者(1設:12名)に対して,実験直前,実験直後,実験後60分後の3回唾液の採取を行い,唾液中のストレス指標物質の定量および連続採取した心拍変動(HRV)によって,自律神経活動の評価を検討した.また,動物介在活動中の簡易脳波,特にα波の出現率の検討も行ったが,データは現在解析中である.2.生化学的及び生理的変化(1)STAI(不安尺度の変動):状態不安尺度は,動物介在活動により男女共何れも優位な低下を示したが,男性の方がその低下は著しかった.一方,ビデオ視聴前後では,大きな変化は見られず,動物介在活動時の不安軽減作用が示された.(2)唾液中の遊離コルチゾール量:動物介在活動では,直前と比べて直後及び30分後で約20%の有意な低下を示した.一方,ビデオ視聴でも視聴30分後に約40%の有意な低下を示し,何れもストレスの軽減効果が示された.(3)HRV:心電図のR-R間隔の変動をパワースペクトル解析したところ,動物介在活動後では,LF/HF(交感神経活動の指標)の低下傾向を,またTotal Power(副交感神経活動の指標)が,実験前の約1.82倍の増加傾向を示し,リラックス効果が示された-一方,ビデオ視聴前後の心拍変動は,大きな変動は見られなかった.以上のことから,動物介在活動は,高齢者の心理的な不安・ストレス軽減作用および副交感神経優位なリラック効果が示されたが,ビデオ視聴によっては,これらの効果が動物介在活動に比べて少ないことが示された.1.目的及び方法:本研究では高齢者を対象として,アニマル・セラピー(動物介在活動)の不安やストレスの軽減作用について,生理心理学的に評価することを目的とした.本年度は,これまでの基礎データを更に追加するために,従来協力いただいた静岡県の高齢者福祉施設及び病院でデータ採取を行った高齢者と動物(犬及び猫)との触合いは午後2時2時半の約30分間とし,本研究に文書での同意を得た高齢者(2施設:約30名)に対して,動物との触合い直前,直後,60分後の3回唾液の採取を行った.同時に心電図を採取して,心拍変動(HRV)を検討した.2.生化学的及び生理的変化(1)唾液中のカテコールアミン代謝物の測定:ノルアドレナリン代謝物のMHPG濃度およびドーパミン代謝物のHVA濃度は動物との触合いによって,触合い前の値の何れも約1.51.8倍の増加を示した.触合い60分後には,MHPG及びHVA濃度は触合い前の値の約10%20%の減少が示された.

このことから,動物との触合いは高齢者の自律神経活動の活性化を示すが,その60分後ではリラックス効果の傾向が認められた.(2)クロモグラニンA濃度:副腎髄質ホルモンの分泌と同時に分泌されるペプチドであるクロモグラニンAも,上記のカテコールアミン代謝物の濃度変化と同様の傾向を示し,動物との触合い60分後のリラックス効果の傾向が認められた.(3)s-IgA濃度:従来から急性ストレスでは上昇を,慢性ストレスでは低下を示すことが知られている.本物質も上記の3物質と同様の傾向を示したが,動物との触合い60分後では触合い前値の約半分まで低下しており,本実験ではs-IgA濃度が,不安/ストレス指標として適当であるかどうかの再検討の必要性が考えられた.(4)HRV:心電図のR-R間隔の周波数分析から,動物との触合い後に副交感神経系が優位となるリラックス効果が示された.以上のカテコールアミン代謝物,クロモグラニンのAの濃度及びHRVの検索から,高齢者と動物との触合いが,高齢者にとって一時的なリラックス効果の傾向を示すことが生理学的に認められた.1.目的及び方法:本研究では高齢者を対象として,アニマル・セラピー(動物介在活動)の不安やストレスの軽減作用について,生理心理学的に評価することを目的とした.本年度も従来からご協力頂いている静岡県の高齢者福祉施設でデータ採取を行った.今回は,動物介在活動を従来どおりに高齢者に実施し,その対照(統制)群として,約1ヶ月後において同一の対象者に対して,動物が登場するビデオ視聴をして頂く実験を行った.高齢者と動物(犬及び猫)との触合い,又はビデオ視聴は午後2時2時半の約30分間とし,本研究に文書での同意を得た高齢者(1設:12名)に対して,実験直前,実験直後,実験後60分後の3回唾液の採取を行い,唾液中のストレス指標物質の定量および連続採取した心拍変動(HRV)によって,自律神経活動の評価を検討した.また,動物介在活動中の簡易脳波,特にα波の出現率の検討も行ったが,データは現在解析中である.2.生化学的及び生理的変化(1)STAI(不安尺度の変動):状態不安尺度は,動物介在活動により男女共何れも優位な低下を示したが,男性の方がその低下は著しかった.一方,ビデオ視聴前後では,大きな変化は見られず,動物介在活動時の不安軽減作用が示された.(2)唾液中の遊離コルチゾール量:動物介在活動では,直前と比べて直後及び30分後で約20%の有意な低下を示した.一方,ビデオ視聴でも視聴30分後に約40%の有意な低下を示し,何れもストレスの軽減効果が示された.(3)HRV:心電図のR-R間隔の変動をパワースペクトル解析したところ,動物介在活動後では,LF/HF(交感神経活動の指標)の低下傾向を,またTotal Power(副交感神経活動の指標)が,実験前の約1.82倍の増加傾向を示し,リラックス効果が示された.一方,ビデオ視聴前後の心拍変動は,大きな変動は見られなかった.以上のことから,動物介在活動は,高齢者の心理的な不安・ストレス軽減作用および副交感神経優位なリラック効果が示されたが,ビデオ視聴によっては,これらの効果が動物介在活動に比べて少ないことが示された.
テンソルネットワーク法によるフラストレート量子スピン系の新奇秩序探索

本年度は主に、スピン軌道相互作用の強いハニカム格子物質の基底状態解明を念頭とした研究を行った。これまで、テンソル積状態(TPS)を虚時間発展により最適化する場合、得られる最終状態が初期状態に強く依存する場合があることが知られており、特に、対象とする物質で期待されるキタエフスピン液体状態を、ランダムな初期状態からの虚時間発展で求めることは非常に困難であった。我々は、キタエフスピン液体状態に非常に近い波動関数をテンソルのボンド次元DがD=2の場合に構成し、かつ、ボンド次元を上げることで系統的にその精度が改善できることを示した。この状態を初期状態とした虚時間発展により、より複雑な状況での基底状態を計算した結果、Na2IrO3の第一原理ハミルトニアンにおいて、格子定数の増大でスピン液体が安定化すること示した。さらに、α-RuCl3の有効模型であるキタエフ・ガンマ模型において、スピン液体の安定領域をより精度よく見積もることにも成功した。また、TPSの最適化問題を根本的に解決するため、変分最適化と呼ばれる、虚時間発展に代わる方法の導入とその有効性の検証を行った。その結果、変分最適化を用いることで、虚時間発展では初期状態依存性が顕著だったキタエフスピン液体をランダムな初期状態からでも安定して再現できることを確認した。さらに、相互作用にその他のフラストレーションがある場合においても、虚時間発展よりも変分最適化の方が初期状態依存性が小さく、よりエネルギーの低い波動関数を与えることを明らかにした。本研究課題では、研究期間全体を通してTPSを変分波動関数として用いるテンソルネットワーク変分法の手法の精緻化を積み重ね、カゴメ格子磁性体、キタエフ物質、および、種々のフラストレート磁性体の基底状態を解明した。これらにより、テンソルネットワーク法の有用性が確立でき、今後、種々の磁性体研究に応用できる状況が築けた。二次元フラストレート磁性体の典型例である、S=1/2カゴメ格子ハイゼンベルグ量子スピン模型の磁場中での基底状態を、無限系の波動関数を表現出来る、PEPSテンソルネットワーク変分法により明らかにした。二次元DMRGによる計算から予想されていた、飽和磁化の1/9、1/3、5/9、7/9での磁化プラトー状態の存在が確認できたた一方で、1/3プラトー前後の磁化過程は、DMRGや厳密対角化の予想とは異なる振る舞いをすることが明らかとなった。さらに、Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用がプラトー状態に与える影響を解析し、ハイゼンベルグ相互作用の10%程度の大きさのDM相互作用の存在で、1/3プラトーを始めとする磁化プラトーが消失することを明らかにした。また、強いスピン軌道相互作用のために、方向に依存して異なるスピン成分が相互作用する異方的なキタエフ相互作用を持つとされているNa2IrO3について、第一原理計算から導出された有効模型である、ab initioキタエフ・ハイゼンベルグ模型の基底状態をPEPSテンソルネットワーク法により解析し、実験での観測と一致するzigzag磁気秩序が安定化することを明らかにした。さらに、実験的に制御可能な三方晶歪みを変化させた場合の基底状態相図の解析を進め、少数サイトの厳密対角化から予想されていたよりも多様な磁気秩序相が安定化することを明らかにした。計画で研究対象の一つとしていた歪んだカゴメ格子模型の計算を行う前段階として、歪みのないカゴメ格子模型の磁場中での基底状態を明らかにできた。また、二次近接以上の相互作用に対するfull updateアルゴリズムの開発・実装も順調に進み、次年度以降に研究対象を広げる準備ができた。これらの研究成果は、複数の研究会、国際会議で発表し、現在、成果を論文にまとめている。二次元フラストレート磁性体であるS=1/2カゴメ格子量子スピン模型の磁化過程における、1/3プラトー状態の詳細をテンソルネットワーク変分法により明らかにした。前年度までの計算では1/3プラトーの磁気秩序状態について過去の密度行列繰り込み群(DMRG)の予想とは異なる半古典的な状態を得ていたが、今年度の計算で、テンソル要素の最適化に多体の相関を効率的に取り入れる「ループ最適化」を新しく用いた結果、テンソルの各足の大きさ(ボンド次元)が十分に大きい状況では、これまでに得ていた半古典的な状態よりもエネルギーが低い、新しい波動関数を得ることができた。その波動関数の性質を解析した結果、1/3プラトー状態はカゴメ格子に存在する六角形ループ上で6つのスピンがS=0の共鳴状態を作る磁気秩序であることことを明らかにした。この共鳴状態は、従来のDMRGで得られた状態と同一のものだと考えられる。また、昨年度に開発・実装した二次近接以上の相互作用に対するfull updateアルゴリズムを、2次近接相互作用を持つS=1/2正方格子J1-J2模型、および、チェッカーボード格子模型に適用し基底状態を解明した。その結果、フラストレーションが強い状況では、量子的な状態の一つであるバレンスボンド固体相が安定化することを明らかにした。さらに、これまでに開発したテンソルネットワーク法を活用して実験グループと共同研究を行い、フラストレーションが存在するある種の正方格子量子スピン模型の磁化過程が、実際の物質の磁化曲線に現れる非自明な異常をよく説明できることを明らかにした。当初の研究計画に含めていたカゴメ格子模型の計算が順調に進展し、磁場中での1/3プラトー状態を明確にできた。

また、2次近接以上の相互作用に対するfull update法を正方格子J1-J2模型や、チェッカーボード格子模型に新たに適用し、新規物性を明らかにできた。これまでの成果については、国内会議、国際会議で多数報告し、一部の成果は論文として投稿した。前年度までに行っていた、スピン軌道相互作用の強いハニカム格子物質Na2IrO3に対する第一原理ハミルトニアンの、テンソルネットワーク変分法による基底状態計算を発展させ、同種のハニカム格子物質α-RuCl3の有効模型の基底状態計算を行った。この有効模型は、相互作用する方向に応じて、Sx, Sy,またはSz成分がイジング的に相互作用するキタエフ相互作用に加えて、ガンマ相互作用と呼ばれる、キタエフ相互作用とは異なる成分の非対角相互作用(例えば、SzSzのキタエフ相互作用に対しては、SxSy+SySxの非対角相互作用)を持ち、キタエフ・ガンマ模型と呼ばれている。full update法とsimple update法を併用して、無限系の波動関数を虚時間発展法により最適化した結果、これまでに厳密対角化法(ED)や密度行列繰り込み群法(DMRG)で予想されていたよりも、スピン液体が安定化する領域が狭く、広い領域で磁気秩序状態が最低エネルギー状態となることを明らかにした。ED及び、DMRGでは、Sz、Sy、Szに関する異方性がハミルトニアンに明示的に(ED)、又は、擬一次元形状を通じて間接的に(DMRG)含まれており、この点が、等方的な二次元系を取り扱った本研究との結果の差異の一つの原因だと考えられる。また、最近合成された有機磁性体の有効模型として、強磁性相互作用と反強磁性が共存することでフラストレーションが存在するS=1/2正方格子fully-frustratedハイゼンベルグ模型の磁化過程をテンソルネットワーク変分法で解析した。実験で飽和磁化の1/2あたりに観測されていた磁化曲線のうねりが、有効模型の磁化曲線でも観測され、さらに、その近傍で、スピン揺らぎが非常に強くなっていることも明らかにした。当初計画していたカゴメ格子ハイゼンベルグ模型、ハニカム格子キタエフ模型に関連した研究が順調に進んだことに加えて、実験グループとの共同研究により、新しいフラストレート磁性体にテンソルネットワーク法を適用し、物性解明につなげることができた。また、研究会での議論を通じて、海外のテンソルネットワーク法の研究者との共同研究も進み、今後の研究の広がりも期待出来る。本年度は主に、スピン軌道相互作用の強いハニカム格子物質の基底状態解明を念頭とした研究を行った。これまで、テンソル積状態(TPS)を虚時間発展により最適化する場合、得られる最終状態が初期状態に強く依存する場合があることが知られており、特に、対象とする物質で期待されるキタエフスピン液体状態を、ランダムな初期状態からの虚時間発展で求めることは非常に困難であった。我々は、キタエフスピン液体状態に非常に近い波動関数をテンソルのボンド次元DがD=2の場合に構成し、かつ、ボンド次元を上げることで系統的にその精度が改善できることを示した。この状態を初期状態とした虚時間発展により、より複雑な状況での基底状態を計算した結果、Na2IrO3の第一原理ハミルトニアンにおいて、格子定数の増大でスピン液体が安定化すること示した。