hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子ドットの発光特性を利用したナノスケール歪分布測定法の開発

本研究では、量子ドットの発光特性を利用した表面直下ナノスケール領域における歪分布の実験解析手法を確立することを目的とした。ナノスケール領域の圧子押し込み状態における歪の変化に対する発光状態の変化の測定空間分解能を調べるために、量子ドットを含む半導体の超微小圧子押し込み試験を行った。材料は、量子ドットの形成可能性と、半導体デバイスへの適用性を考慮して、GaAs, InGaAs単結晶を用いた。試験片表面は鏡面研磨した後、化学研磨を施した。量子ドットは表面直下50nmに底面長約20nm、高さ約8nmのピラミッド形状で形成した。圧子押し込み荷重の高精度測定を行い、圧子押し込み荷重と変位を測定し、生じた歪を評価した。押し込み試験は、近接場光トンネル顕微鏡を用いて極低温、高真空中で実施した。圧子押し込み位置を直交2方向に変化させ、測定歪分解能に及ぼす位置同定法の諸パラメータの影響を明らかにした。平面圧子による押し込み状態における歪を解析し、半導体のエネルギーバンドを、周期境界条件に基づき、摂動法により解析した。格子間距離の変化によるエネルギの変化を予測する解析手法を検討した。圧子位置の変化による発光波長の変化を測定するとともに、モデル計算結果と比較することにより、量子ドットの位置を評価する方法を開発した。基本的歪状態におけるエネルギーバンドの変化に関する理論に基づき、量子ドットの発光特性分布(波長変化と発光強度変化)からエネルギーバンドの変化を通して、歪分布を定量的に評価する解析手法を確立した。量子ドットの発光特性を利用したナノスケール歪分布解析法を開発するために、量子ドットの発光状態(発光波長および発光強度)と圧子押し込み位置の関係の解明に関して研究を行った。材料は、量子ドットの形成可能性と、半導体デバイスへの適用性を考慮して、GaAs,InGaAs単結晶を用いた。基本的歪状態(一軸、単純せん断、静水圧等)における半導体のエネルギーバンドを、周期境界条件に基づき、摂動法により解析した。ナノスケール領域の圧子押し込み状態における歪の変化に対する発光状態の変化の測定分解能を調べるために、量子ドットを含む半導体の超微小圧子押し込み試験を行った。圧子押し込み荷重の高精度測定を行い、生じた歪を評価した。押し込み試験は、近接場光トンネル顕微鏡を用いて実施した。圧子押し込み荷重増分に対する試験片の発光特性変化を測定し、測定歪分解能を評価した。前述の基本的歪状態におけるエネルギーバンドの変化に関する理論に基づき、量子ドットの発光特性分布(波長変化と発光強度変化)からエネルギーバンドの変化を通して、歪分布を定量的に評価する解析手法を検討した。量子ドットの発光特性を利用したナノスケール歪分布解析法を開発するために,量子ドットの発光状態(発光波長および発光強度)と圧子押し込み位置の関係の解明に関して研究を行った。材料は,量子ドットの形成可能性と,半導体デバイスへの適用性を考慮して,GaAs,InGaAs単結晶を用いた。試験片表面は鏡面研磨した後,化学研磨を施した。量子ドットは表面直下50nmに底面長約20nm,高さ約8nmのピラミッド形状で形成した。基本的歪状態(一軸,単純せん断,静水圧等)における半導体のエネルギーバンドを,周期境界条件に基づき,摂動法により解析した。ナノスケール領域の圧子押し込み状態における歪の変化に対する発光状態の変化の測定分解能を調べるために,量子ドットを含む半導体の超微小圧子押し込み試験を行った。圧子押し込み荷重の高精度測定を行い,生じた歪を評価した。押し込み試験は,近接場光トンネル顕微鏡を用いて実施した。

圧子押し込み荷重増分に対する試験片の発光特性変化を測定し,測定歪分解能を評価した。圧子押し込み位置を直交2方向に変化させ,測定歪分解能に及ぼす位置同定法の諸パラメータの影響を明らかにした。前述の基本的歪状態におけるエネルギーバンドの変化に関する理論に基づき,量子ドットの発光特性分布(波長変化と発光強度変化)からエネルギーバンドの変化を通して,歪分布を定量的に評価する解析手法を検討した。
3D立体視映像のIP伝送におけるQoE評価

双方向3D映像通信システムにて各種QoE評価を行い、その有用性を明らかにした。(1)2D映像の双方向通信では、主体性に伴うActive側とPassive側の遅延に関するQoEの差が存在するが、3D立体視映像では殆ど無くなる。即ち、3D映像により人間への臨場感に関する刺激が高まる。(2)ビットレートに関するQoE特性が2Dと3D映像で大きく異なり、H.264方式で3D映像の臨場感を感じるためには10Mbps以上必要。パケットロスは、0.02%以下が必須。(3)ロボットの遠隔操作を行う場合、伝送遅延が大きくなるにつれ2D映像では作業時間が長くなるが、3D立体視映像では作業時間の増加が抑えられる。学内の映像スタジオと映像編集ルームの間をギガビットイーサネットワークで接続し、双方向の3D映像伝送システムを構築した。3Dカメラとして、コンシューマ用JVC社製GS-TD1を2台用いた。3D映像形式としてサイドバイサイド方式を選択した。映像伝送装置として、Teradek社製Cube205及びCube405を新規導入した。最新のAVC/H.264方式の映像CODECであり、最大10Mbpsでの高品質な映像伝送を実現している。3D立体視映像の表示には、既存の54インチと42インチのテレビを用いた。共に、アクティブシャッター方式の3D映像表示が可能である。まず、この双方向映像伝送システムに関する詳細な特性評価を行い、片方向の映像伝送遅延時間が300msecまで短縮できること、音声と映像の同期に問題がないことを確認した。【映像伝送レートと3D映像品質】映像伝送レートを1Mbpsから10Mbpsまで変化させ、双方向映像通信を行い、映像品質に関する主観評価実験を行った。その結果、同じビットレートであれば、2D映像と3D映像の間に、体感上の品質に関する差が殆ど無いことが示された。また、映像品質が「普通」と判定されるためには、映像伝送レートを5Mbps以上に設定する必要があることも明らかとなった。【パケット損失による3D映像の品質劣化】この2地点間をつなぐギガビットネットワークに、ネットワークエミュレータソフト(Netem)を組み込んだLinux PCを挿入し、パケット損失を実際に発生させ、パケット損失で乱れた3D映像の品質に関する主観評価実験が可能な環境を構築した。この環境を用いて、パケット損失率を様々に変化させた場合の主観評価実験を行った。実験の結果、映像伝送レートが10Mbpsの場合、パケット損失率が0.1%以下でなければ映像の品質が大幅に劣化することを明らかにした。学内の映像スタジオと映像編集ルーム間のネットワークを10GbEに高速化し、双方向の3D映像伝送システムの改良を行った。さらに、ネットワークシミュレータを組み込み、0から1000msecまでの伝送遅延を実現した。これにより、遠隔地との伝送を想定した各種QoE評価を行うことが可能となった。【3D映像の被写体に関する検討】レンズ間距離41mmの3Dカメラを導入し、3D映像の被写体の人数,配置を様々に変化させ、映像品質に関する主観評価実験を行った。その結果、AVC/H.264映像符号化方式を用いた場合の3DTV会議に必要とされる映像伝送レートがどの様な状態でも、5Mbps以上必要であることを明らかにした。さらに、パケット損失を発生させ、パケット損失で乱れた3D映像の品質に関する主観評価実験も行った。実験の結果、映像伝送レートを10Mbpsに設定した場合、パケット損失率が0.02%以下でなければQoEが大幅に低下することを明らかにした。【主体性の差によるQoE評価の検証】3Dを用いたTV会議において、Passiveな立場で参加している場合、遅延の評価が2Dと3D映像で大きく異なる事を明らかにした。即ち、2D映像を用いた場合には存在するActiveとPassiveの遅延に関するQoEの差が、3D立体視映像を用いることにより無くなることを明らかにした。3D映像により人間に対する刺激が高まることが定量的に評価できた。【遠隔作業の操作性評価】ネットワークを介した遠隔操作を3D立体視映像にて行い、遠隔操作の作業性に関する評価を行った。ロボットの遠隔操作において、伝送遅延・パケットロス共に3D立体視映像を用いることにより、操作時間が短くなり、効率よく遠隔操作の作業が行えること、さらに伝送遅延は100msec以下に抑えることが望まれることも明らかとなった。また,パケットロスが0.3%以上発生すると操作不能に陥ること等も確認できた。初年度に構築した双方向3D映像通信システムに3G-SDI多重化を導入し、左右両眼共にフルHD映像を実現し、大幅に映像品質を改善した。このシステムを用いて、伝送遅延に対する各種QoE(Quality of Experience)評価を実施した。【3D映像伝送に必要な映像伝送レートの解明】被写体の人数,配置を様々に変化させ、SD法で3Dと2D映像の印象を確認し,3DTV会議に有効なシーンを選定し、映像伝送レートを1Mbpsから30Mbpsまで変化させ、映像品質に関する主観評価実験を行った。その結果、AVC/H.264映像符号化方式を用いた場合の3DTV会議に必要とされる映像伝送レートが10Mbps以上必要であること、及び3G-SDI多重化方式での符号化効率の劣化現象を明らかにした。【パケット損失による3D映像の品質劣化】被写体の人数,配置を様々に変化させ、パケット損失を発生させ、パケット損失で乱れた3D映像の品質に関する主観評価実験を行った。

実験の結果、映像伝送レートを10Mbpsに設定した場合、パケット損失率が0.02%以下でなければQoEが大幅に低下することを明らかにした。SD法の評価の高いシーンほど,パケットロスによる影響を強く受けることも明らかとなった。【遅延が有る場合の遠隔作業の操作性評価】ネットワークを介した遠隔操作を3D立体視映像にて行い、遠隔操作の作業性に関する評価を行った。伝送遅延が大きくなるにつれ2D映像では大幅に作業時間が長くなってしまうのに対し,3D立体視映像を用いた場合は作業時間の増加が抑えられることが明かとなった。【3D映像伝送方式が引き起こす危険性の指摘】左右の眼の映像に対し、片目のみをランダムにパケットロスさせると生理的な不快感が生じることが確認された。遠隔操作において、3D伝送方式を考える際の重要な問題点であることが明かとなった。双方向3D映像通信システムにて各種QoE評価を行い、その有用性を明らかにした。(1)2D映像の双方向通信では、主体性に伴うActive側とPassive側の遅延に関するQoEの差が存在するが、3D立体視映像では殆ど無くなる。即ち、3D映像により人間への臨場感に関する刺激が高まる。(2)ビットレートに関するQoE特性が2Dと3D映像で大きく異なり、H.264方式で3D映像の臨場感を感じるためには10Mbps以上必要。パケットロスは、0.02%以下が必須。(3)ロボットの遠隔操作を行う場合、伝送遅延が大きくなるにつれ2D映像では作業時間が長くなるが、3D立体視映像では作業時間の増加が抑えられる。前年度に構築した双方向3D映像通信システムに、伝送遅延エミュレート機能を組み込み、各種QoE(Quality of Experience)評価を実施した。特に、遅延に対するQoE特性が2D映像と3D映像で大きく異なることを明らかにし、臨場感を高める3D映像の有用性を明らかにした。ほぼ目標とする実験を終えることができている。【3D映像伝送に必要な映像伝送レートの解明】被写体の人数,配置を様々に変化させ、同時に映像伝送レートを1Mbpsから10Mbpsまで変化させ、映像品質に関する主観評価実験を行った。その結果、AVC/H.264映像符号化方式を用いた場合の3DTV会議に必要とされる映像伝送レートがどの様に撮影を行っても、5Mbps以上必要であることを明らかにした。【パケット損失による3D映像の品質劣化】被写体の人数,配置を様々に変化させ、パケット損失を発生させ、パケット損失で乱れた3D映像の品質に関する主観評価実験を行った。【主体性に伴う遅延に関するQoEの変化】2D映像を用いた双方向通信時において、会話の主体性に伴い生じるActive側とPassive側の遅延に関するQoEの差が、3D立体視映像を用いることにより無くなることを定量的に明らかにした。3D映像により、人間への刺激が高まることを定量的に評価できた画期的な結果である。
HEP実験での大規模ソフトウエア開発に於けるオブジェクト指向技術の適用性の研究

高エネルギー物理学実験において、データ収集・解析を扱うソフトウェア・システムは、実験を進めていく上で、測定器というハードウェア・システムと同等の重要性を持つ.しかし、ともすれば進捗状況が目に見え、しかも実験コストに直接からむ測定器建設に重点が置かれ、ソフトウェア・システムの建設が軽視されることがしばしば起ってきた.これと表裏一体をなすものとして、高エネルギー物理学実験で必要とされる各種ソフトウエアの設計製作技術の確立に向けた研究が軽視されてきた.これは、実験で必要とされる測定器については、その設計製作に関する研究開発が活発に行われ、その成果に基づいて測定器が建設されるのと大きな対比をなす.しかしながら、実験規模が増大し、必要とされるソフトウエアが複雑かつ大規模化してくるとともに、ソフトウエア設計製作技術の確立は実験全体の成否を左右することとなる.本研究では、ソフトウェア工学手法の一つであるオブジェクト指向解析/設計技術に的を絞り、その適用性の評価研究を高エネルギー物理学実験で汎用に使用されている大規模ソフトウェアである測定器シミュレータープログラムに対して行うのを目的とした.オブジェクト指向技術の高エネルギー物理学実験での有効性は、今まで幾度か主張されているところであるが、それを既存の稼働中の大規模ソフトウェア・システムと定量的に比較する事によって検証することは、行われていなかった.この研究の遂行により、オブジェクト指向解析/設計技術の高エネルギー物理学実験での有効性の結論を得ることを第一義の目的とした.3年間の研究を通じて、オブジェクト指向技術のHEPへの適応性の検証、この新しい技術によるHEPソフトウェア製作手法の革命的転換、国際協力によるソフトウェア開発手法の確立、低エネルギーから超高エネルギーにわたる実験で使用できる測定器シミュレーターの開発を達成した.高エネルギー物理学実験において、データ収集・解析を扱うソフトウェア・システムは、実験を進めていく上で、測定器というハードウェア・システムと同等の重要性を持つ.しかし、ともすれば進捗状況が目に見え、しかも実験コストに直接からむ測定器建設に重点が置かれ、ソフトウェア・システムの建設が軽視されることがしばしば起ってきた.これと表裏一体をなすものとして、高エネルギー物理学実験で必要とされる各種ソフトウエアの設計製作技術の確立に向けた研究が軽視されてきた.これは、実験で必要とされる測定器については、その設計製作に関する研究開発が活発に行われ、その成果に基づいて測定器が建設されるのと大きな対比をなす.しかしながら、実験規模が増大し、必要とされるソフトウエアが複雑かつ大規模化してくるとともに、ソフトウエア設計製作技術の確立は実験全体の成否を左右することとなる.本研究では、ソフトウェア工学手法の一つであるオブジェクト指向解析/設計技術に的を絞り、その適用性の評価研究を高エネルギー物理学実験で汎用に使用されている大規模ソフトウェアである測定器シミュレータープログラムに対して行うのを目的とした.オブジェクト指向技術の高エネルギー物理学実験での有効性は、今まで幾度か主張されているところであるが、それを既存の稼働中の大規模ソフトウェア・システムと定量的に比較する事によって検証することは、行われていなかった.この研究の遂行により、オブジェクト指向解析/設計技術の高エネルギー物理学実験での有効性の結論を得ることを第一義の目的とした.3年間の研究を通じて、オブジェクト指向技術のHEPへの適応性の検証、この新しい技術によるHEPソフトウェア製作手法の革命的転換、国際協力によるソフトウェア開発手法の確立、低エネルギーから超高エネルギーにわたる実験で使用できる測定器シミュレーターの開発を達成した.オブジェクト指向解析/設計の第一段階は、設計対象(GEANT測定器シミュレーション・プログラム)の問題分析/仕様要件文書の作成から開始される。平成7年度の研究の第一段階として、以下の順序に従いこれを完成させた。1)現GEANTプログラムの仕様を再検討し、問題分析/仕様要件文書の第1版を作成する。2)これを全世界のGEANTプログラムのユーザー連絡網に配布し、そこから意見徴集を行う。3)上記の情報を下に、問題分析/仕様要件文書を改訂し完成させる。この仕様書は、全世界の現GEANTユーザーに回覧され、そこからの意見を聴取し幾回かの改訂を行った。このようにして完成した仕様書は、ESAPSS-05という仕様書形式にまとめた。引き続き、この完成された仕様書に基づき、測定器シミュレーション・プログラムのオブジェクト指向解析を行った。この解析に先立ち、ソフトウエア工学の分野で種々提唱されているオブジェクト指向解析/設計手法のうち、現研究に適したものの検討を行った。手法自体の妥当性とそのソフトウエア支援ツールの有用性という観点から、最終的にBooch法を採用した。このBooch法を用い、オブジェクト指向解析の最終目標であるプログラム構築に必要な各種クラス/オブジェクト間の静的及び動的関係の決定を行った。具体的には、シミュレーションの根幹で必要となるオブジェクト及びその役割を、オブジェクト・ダイアグラム、イベントフロー・ダイアグラムで記述し、オブジェクト指向解析における上位部設計を完成させた。オブジェクト指向解析技術は高エネルギー物理学実験が必要とする大規模ソフトウエア・プログラムの開発にとり、大きな変革を与えるものと予測される。その根拠は平成7年度の研究により、旧GEANTプログラムをモジュラー化された、相互干渉の少ない、拡張容易なプログラム構造へ転換させることができたからである。平成7年度に完成したオブジェクト指向解析にもとづき、オブジェクト指向設計を行った。この段階ではオブジェクト指向解析で抽出されたオブジェクトに加えて、それらの構成基礎となる低レベルのオブジェクトの静的/動的関係及び機能を決定した。続いて、これらの低レベル・オブジェクト(プロブレム・ドメイン・オブジェクト)とオブジェクト指向解析段階で導出/定義されたオブジェクト(コンピューティング・ドメイン・オブジェクト)との関係を記述し、シミュレーション・プログラム全体のオブジェクト設計を完成させた。

これらの作業は、平成7年度に用いたBooch法及びそれを支援するRoseCaseToolを継続使用して行った。また、このオブジェクト設計に基づき、プロトタイプ・プログラムを作成し、設計の正当性を稼働プログラムの観点から検討した。より具体的には以下に示すのカテゴリーに属するプロブレム・ドメイン・オブジェクトとコンピューティング・ドメイン・オブジェクトを確定したとともに、それぞれのオブジェクトの属性及び外部インターフェイスの定義を完結させた.1)事象発生機構及び発生事象制御2)粒子の静的及び動的性質3)粒子輸送4)測定器幾何学形状記述5)粒子と物質との相互作用これらに基づき、C++プログラム言語を用いてプロトタイプ・コードの作成を行った.完成したそれぞれのカテゴリーのプロトタイプ・コードを結合制御する部分を作成し、ミューオン及び仮想非総合作用粒子に対してそれらの粒子輸送の性能を測定した.その性能はGEANT3とよばれる高エネルギー物理学実験で標準的に用いられている測定器シミュレーション・プログラムと比較した.その結果、実効速度において、オブジェクト指向二もとづいたプロトタイプ・コードは、ジアンティーノとよばれる試験用仮想粒子に対して約3倍速く、ミューオン粒子に対しては約1.6倍速いことが分かった.平成7年度、平成8年度の2年間で行った、測定器シミュレーション・プログラムのオブジェクト指向技術を用いた解析・設計の成果に基づき、平成9年度はそのプログラム実装を行った.測定器のジオメトリの記述は、計算速度の最適化をシミュレーション・プログラム自身が自動的に行うようにした。これにより、ユーザーは測定器のジオメトリを正しく記述しさえすれば、その記述手法の熟練度に関係なく高速での計算が可能となった。また、CADファイルから測定器の幾何学形状を読み込むインターフェイスが用意した.シミュレーション結晶の恒久保存の手法として、オブジェクト指向データベースを使用できるが標準データベースのインターフェイスを開発した.また、小規模な実験やビームテストなど、高性能なオブジェクト指向データベースを必要としないシミュレーションにも対応できるインターフェイスの開発も行った。
ヒト長鎖ノンコーディングRNAの包括的解析を通した神経障害性疼痛の根治治療法開発

本研究は、難治化する神経障害性疼痛の中で最も頻度の高い一次感覚神経(末梢神経)障害に焦点をあて、疼痛の発症・維持機能のみでなく、再生・機能回復を制御する機構も併せて解明することによって、神経障害性疼痛の発症機構の解明と根治治療薬の開発基盤形成を目的としている。新規なアプローチとして、細胞内に大量に存在するものの、生物種差が大きく、生理的機能が未解明である長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA)についてモデル動物とヒトiPS細胞を駆使することにより解析を進めている。スクリーニングから神経障害性疼痛や機能再生に関与することが明確になった複数のlncRNAのなかでNeat 1に関して、RNAプルダウン法と質量分析法を用いて、相互作用するタンパク質を複数同定した。主要な候補タンパク質が、核および細胞質に存在することが免疫組織化学から明らかになった。過去の報告からその作動メカニズムの1つとして選択的スプライシングを修飾する可能性が示唆されたため、RNAシーケンスのデータを基に機能解析を開始した。また、Neat1と塩基対形成により結合するmRNAをRNA-RNA相互作用予測ツールであるRIblastにより探索した。Neat1との強い相互作用が予測された遺伝子には神経機能や炎症反応に関与する遺伝子が多く含まれていた。さらに未知のlncRNAについても、ウイルスベクターを用いて個体での発現を操作した結果、神経障害性疼痛に関与することが分かった。動物モデル系において候補となったlncRNAのヒトにおける作用の確認するために、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞への分化系を確立し、ヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNAの解析を開始した。刺激に応じていくつかのlncRNAが変動することが予備実験で確かめられた。30年度の計画は、神経障害性疼痛や機能再生に関与することが明確になったlncRNAについて、新たなRNA分子間結合予測システムを用いて対象分子を絞り込み、細胞レベルでの作動メカニズムを検討することであった。Neat 1に関しては、相互作用する遺伝子に神経機能や炎症反応に関与するものが多く含まれることが明らかになり、ノックアウト動物を用いて検証している。また未知のlncRNAに関しても、ウイルスベクターを用いた個体レベルでの機能検証が終了し、ノックアウト動物を作製中である。併せて、ヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNA解析に向けて、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系が確立し、刺激実験を開始している。従って、研究は概ね順調に進んでいると考えられる。1)げっ歯類神経障害モデルの一次感覚神経におけるlncRNAの神経障害性疼痛および機能再生に対する分子機構の解明:前年度までに検討してきた複数のlncRNAの中で疼痛の発症・維持と再生・機能回復に関わる候補となるlncRNAに焦点を当て、細胞レベルでの作動メカニズムを引き続き検討する。さらにノックアウトマウスを作製し、個体レベルでの検討を通して、疼痛に関する根治治療戦略の探索を行う。2)ヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNAの解析:ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化誘導したヒト一次感覚神経細胞において、複数の正常人iPS細胞株および神経障害性疼痛を有する遺伝性疾患のiPS細胞を用いて、神経障害に相当する処置を行い、ヒト特異的なlncRNA発現変化を探索する。標的遺伝子発現や形態あるいは電気生理学的性質の変化を調べ、動物実験から得られた結果のヒトへの適合性について検証し、疼痛に関する根治治療戦略を検討する。新規なアプローチとして、細胞内に大量に存在するものの、生物種差が大きく、生理的機能が未解明である長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA)をモデル動物とヒト細胞を駆使することにより解析することとした。病態で変動するlncRNAを同定し、病態への関与を明らかにし、候補分子関連薬による機能制御を通して、治療戦略開発の可能性を探っている。28年度において、神経障害性疼痛時に後根神経節で発現変化するlncRNAの同定を試みた。神経障害性疼痛モデルとして、脊髄神経結紮(SNL)をラットに施した。SNL後14日目の後根神経節(DRG)よりポリアデニル化RNAライブラリを作製し、次世代シークエンサーを用いてRNAシーケンスを行った。その結果、新規lncRNAを含む複数のlncRNAがDRGに多量に発現し、SNL処置によって発現変化することを明らかにした。定量的PCRにより、これらlncRNAの発現はSNLにより持続的に変化することを見出した。さらに、in situ hybridizationを用いて、これらのlncRNAがDRG神経の核内もしくは細胞質に局在していることも明らかにした。ヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNA解析に向けて、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系の確立を検討し、ほぼ実験条件を設定できた。28年度の計画は、一次感覚神経におけるlncRNAの神経障害性疼痛および機能再生に対する分子機構の解明に向けて、げっ歯類の神経障害性疼痛モデルにおいて発現変化するlncRNAのスクリーニングと同定、および疼痛発症・維持、機能再生に対するlncRNAの関与の検討を進めることであった。神経障害性疼痛時に後根神経節で発現変化する新規lncRNAを複数同定し、局在を確認できた。

併せて、iPS細胞を利用したヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNA解析に向けて、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系を確立する計画であった。28年度はヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系もほぼ確立できた。以上の成果から、研究はおおむね順調に進んでいると考えられる。本研究は、難治化する神経障害性疼痛の中で最も頻度の高い一次感覚神経(末梢神経)障害に焦点をあて、疼痛の発症・維持機能のみでなく、再生・機能回復を制御する機構も併せて解明することによって、神経障害性疼痛の発症機構の解明と根治治療薬の開発基盤形成を目的としている。新規なアプローチとして、細胞内に大量に存在するものの、生物種差が大きく、生理的機能が未解明である長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA)をモデル動物とヒト細胞を駆使することにより解析することとした。げっ歯類神経障害モデルの一次感覚神経におけるlncRNAの神経障害性疼痛および機能再生に対する分子機構の解明に関しては網羅的スクリーングの結果、既知および未知のlncRNAを複数同定し、解析を進めている。その1つとして今年度はNeat1の神経障害性疼痛における役割を解析した。RNAシーケンスにより後根神経節においてNeat1が豊富に発現し、神経障害性疼痛モデルラットにおいて発現上昇することが明らかとなった。In situ hybridization法により、Neat1は一次感覚神経の主に核内に存在した。一次感覚神経にウイルスベクターを用いてNeat1に対するshort hairpin RNAを遺伝子導入しNeat1の発現を抑制すると神経障害性疼痛が緩和された。疼痛緩和とともに神経傷害に伴う遺伝子発現変化の多くが抑制され、パスウェイ解析によりこれらの遺伝子群には免疫細胞機能や神経疾患に関わるものが多く含まれていることが明らかになった。さらにNeat1が結合するタンパク質分子を同定し、本分子が疼痛に関わる分子機構について検討を行っている。ヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNA解析に向けて、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系の確立を検討し、ほぼ実験条件を設定できた。29年度の計画は、一次感覚神経におけるlncRNAの神経障害性疼痛および機能再生に対する分子機構の解明に向けて、げっ歯類の神経障害性疼痛モデルにおいて発現変化するlncRNAのスクリーニングと同定、および疼痛発症・維持、機能再生に対するlncRNAの関与の検討を進めることであった。今年度は、昨年スクリーニングで見出したlncRNAの中でNeat1について、神経障害性疼痛時の経時的発現変化、ウイルスベクターを用いた発現抑制による疼痛行動変化、細胞内で結合するタンパク質分子などが明らかとなり、疼痛発症維持に関わるlncRNAの分子機能解析が進展した。併せて、iPS細胞を利用したヒトにおける神経障害性疼痛に関わるlncRNA解析に向けて、ヒトiPS細胞から一次感覚神経細胞へ分化させる実験系が確立した。
超解像度顕微鏡で可視化する減数分裂前期の染色体制御機構

減数分裂は、精子や卵子を作り出す特別な細胞分裂であり、有性生殖を行う生物にとっては、必須の重要なプロセスです。我々は、モデル生物線虫を用いて、タンパク質脱リン酸化酵素PPH-4が、減数分裂前期において、各卵母細胞が、正常な数の染色体を受けとって成熟するために機能することを発見しました。また、特に、若い個体の卵母細胞と比較すると、老いた個体が卵母細胞を産生する過程で、PPH-4の働きがより重要であることも明らかにしました。本研究の平成25年度への繰り越し科学研究費は、PPH-4.1機能解析のための生化学実験に使用した。PPH-4.1は、高度に保存されたセリン、スレオニンフォスファターゼである。前年度、我々は、pph-4.1のフォスファターゼデッド(点変異)変異株を作成し、それがpph-4.1欠失株と同じ表現型を示すことを明らかにした。このことより、PPH-4.1の減数分裂前期における染色体制御は、その脱リン酸化活性を通して行われることが示唆された。このフォスファターゼの基質を見つけるために、我々は、変異株と野生株のタンパク質抽出液を比較し、変異株でリン酸化が増えたタンパク質を、網羅的に同定するという生化学実験を行った。具体的には、野生株と変異株より集めたタンパク質抽出液を使い、様々なリン酸化修飾特異的な抗体と用いて免疫沈降し、その沈降物を質量分析で同定するというものである。この結果、先行研究で減数分裂前期の染色体制御に重要であると考えられて来た複数の因子のリン酸化量が、pph-4.1変異株で増大することがあきらかになった。これらは、PPH-4.1の基質の候補であるが、まだ直接の基質であるのか、もしくはpph-4.1欠失の二次的効果なのかは不明である。現在は、これらの候補因子が、PPH-4.1により直接脱リン酸化を受けるかどうか、リン酸化、脱リン酸化のタイミングや、それに拮抗するキナーゼとの制御関係を検証している。我々は、線虫をモデル生物として、減数分裂前期の染色体ダイナミクスを支える分子基盤の一端を明らかにすることを目的としてPPH-4.1と、SYP-2という2つのタンパク質を中心に機能解析を行った。減数分裂前期、相同染色体同士は、お互いの相同性を認識し、対合し、シナプトネマ構造により結合され、相同組み換え、交叉を形成しなければならないが、その分子基盤には未解明の点が多い。我々は、これまで、Ser/Thr protein phosphatase4, PPH-4.1,の変異体が減数分裂前期に異常を起こすことを明らかにし、またシナプトネマ蛋白質のSYP-2リン酸化が減数分裂第一分裂の相同染色体分裂に重要な可能性を検討してきた。まず、pph-4.1の変異体の表現型解析より、野生型PPH-4.1が1)相同染色体の対合、2)シナプシス(相同染色体間のシナプトネマ蛋白質構造の重合)、3)DNA二重鎖切断、4)DNA二重鎖切断形成後の交叉形成の4つのプロセスを、独立に制御することを明らかにした。特に、pph-4.1変異株では、線虫の老化と共に、卵母細胞の質に加齢効果が見られ、老いたpph-4.1変異株では、若いpph-4.1変異株よりも更に、核あたりの交叉数が減少することを発見した。この原因としては、卵母細胞のDNA二重鎖切断量と、切断形成後の交叉形成能力が、それぞれ独立に低下し、その2つの加法的低下が、pph-4.1変異株に見られる母体の加齢効果に寄与していることを明らかにした。現在は、PPH-4.1と、PPH-4.1の基質と考えられる分子と、その基質をリン酸化していると推測されるキナーゼとの相互作用を、遺伝学的、生化学的に解析中である。SYP-2リン酸化については、細胞生物学的解析より、このSYP-2リン酸化のシグナルが、Polo-likeキナーゼに依存することを発見した。また、免疫沈降とその沈降物の質量分析解析より、SYP-2リン酸化抗体が特異的に沈降させるタンパク質群を同定し、現在は、その機能解析を行っている。生化学実験を補助していた技術員が、平成25年度の妊娠、出産退職したことにより、生化学実験の進行に遅れが生じた。また、質量分析解析には委託先の企業より通常数週間、時間がかかると通知されていたが、ちょうどそれが平成24年度の年度末であり、年度をまたいでの注文、解析結果の納品が制度上不可能であったため、最終的に平成25年度に科学研究費を持ち越し、平成25年度になるのを待ってから解析注文をしたため遅れが生じた。加えて、アメリカの企業に解析委託したため、解析サンプル輸送の法的許可を取得するのに予想外に時間がかかり、解析サンプルの提出がさらに遅れることとなってしまった。

25年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、PPH-4.1, SYP-2とその相互作用因子との関係を、遺伝学的、細胞生物学的に検証し、これら分子の関わる染色体の制御メカニズムを明らかにすることを目指す。今年度、1分子顕微鏡のための新しいCMOSカメラを購入することを検討し、複数社のカメラの試用(デモ)を希望していたが、デモ機が他研究室で使用中などの理由から、迅速にカメラの試用テストができなかったことに加え、カメラそのものの納期も時間がかかったため、前年度予算執行期間中に発注できなかった。前年度より検討していた浜松ホトニクスのCMOSカメラORCA Flash 4.0を購入する。また、申請者がドイツでの国際学会「EMBO減数分裂学会」に参加する際の、参加費、旅費などに使用する。
ドイツにおける憲法理論と教育哲学の方法論的連関

ルドルフ・スメントなど、ワイマール時代のドイツ憲法理論は、テオドール・リットなど、同時期のドイツ教育哲学とその論理的な構造を等しくしている。前者の憲法理論は、国家社会学などの実在主義と純粋法学などの規範主義を止揚する試みであり、後者の教育哲学もヘルバルトなどの理念主義と青年運動などの実在主義を揚棄する企てであり、ともにそのような意味での精神科学的方法を採用していたといえる。平成22年度においては、ドイツ憲法理論の古典的存在としてのルドルフ・スメントの学説をその方法論の観点から再検討する作業、とりわけ、このスメントの見解を、教育哲学、ならびに、関連してプロテスタント神学及びドイツ国家教会法学との比較の観点から検討する作業を、それぞれ行った。まず、第一に、スメント学説と、同時代の神学者エマヌエル・ヒルシュの学説とを比較する作業を行った。これにより、スメントとヒルシュを国家又は神へと個人を強引に拘束する見解と見るのではなく、例えば、前者がナチスに反対する告白教会であり、後者がナチスを支持するドイツキリスト者であることからしても、両者は共通ではなく、むしろ、スメントにおける憲法倫理学の側面を強調すべきことが、解明された。この成果については、三宅雄彦『憲法学の倫理的転回』第1章「憲法倫理学の可能性」ですでに公表済みである。また、第二に、スメント学説を、ドイツ国家教会法の特に戦後における発展の中で検討する作業を行った。具体的には、戦後において教会を国家と並ぶ公共性実現の主体と把握する公共性委託の概念を中心に検討を加え、また、戦後の教会法学者マーレンホルツの学説とスメントの学説とを比較する作業を行った。これにより、教会法学においても、スメント独自の実質的憲法概念や憲法倫理学の思考が込められていることが、解明された。この成果については、三宅雄彦「ドイツ教会法における公共性委託の概念」で近く公表する予定である(掲載決定済み)。また、スメント学説などドイツ憲法理論に関する資料について、ドイツ連邦共和国・ベルリン自由大学及びゲッティンゲン大学等で資料の収集及び調査を行った。平成23年度においては、ドイツ憲法理論の古典的存在としてのルドルフ・スメントの学説をその方法論の観点から再検討する作業、とりわけ、このスメントの見解を、第一には、その彼の理論が展開された当時の文脈のなかで、第二には、彼の理論を継承した門下の理論との関連のなかで検討する作業を、それぞれ行った。第一に、スメント学説とケルゼン学説との比較する作業を行った。もっともこれは、従来行われてきたような、ケルゼンの立場からスメント理論の政治性を糾弾するのではなく、より客観的に、とりわけ、ゲッティンゲン大学が所蔵する、様々の遺稿や書簡など、スメントにまつわる様々な資料を踏まえて、むしろ反対にスメントの立場からケルゼン理論がどのように見られていたかに着目する形で、検討された。この成果については、三宅雄彦「スメントの規範力論」古野豊秋編『憲法の規範力』(信山社、近刊。脱稿済み)として公表される予定である。また、派生的に、このケルゼン法理論を発展的に継承しつつ、憲法解釈論を展開している、現代の国法学者イェシュテトの見解に着目しながら、ケルゼン学説の現代の理論状況におけるインパクトを測定した。同じくこれは、三宅雄彦「純粋法学と行政改革」で近く公表する予定である(掲載決定済み)。第二に、スメント学説を、その後の学説史的展開のなかで検討する作業を行った。具体的には、ゲッティンゲン大学におけるスメントの後継者ケットゲンの薫陶を受けた行政法学者、フリッツ・ヴェルナーが唱えた、著名な「具体化された憲法としての行政法」というテーゼが、本来どのような意味を持っていたか、について検討を加えた。この成果については、前者に関しては、三宅雄彦「憲法具体化と行政法」ですでに公表済みである。平成24年度においては、引き続き、ドイツ憲法理論の古典的存在としてのルドルフ・スメントの学説をその方法論の観点から再検討する作業、とりわけ、このスメントの見解を、教育哲学、ならびに、関連してプロテスタント神学及びドイツ国家教会法学との比較の観点から検討する作業を、それぞれ行った。まず、第一に、現代における保障国家論におけるスメント学説の可能性を問うべく、彼の流れを引くヘルベルト・クリュガーの経済憲法論について検討した。これにより、保障国家論、とくに郵政改革や鉄道改革の思想が実現されることにより、ドイツの経済体制が、経済政策的中立性から社会的市場経済体制へと変遷し、ひいては国家統合という全体憲法又は政治憲法本来の趣旨が磨耗する可能性があることが、解明された。この成果については、三宅雄彦『保障国家論と憲法学』第3章「保障国家と経済憲法」ですでに公表済みである。また、第二に、スメント憲法理論の規範力論としての可能性を、とりわけ彼の主著『憲法と憲法法』の成立事情と関連づけながら、なかでもゲッティンゲン大学が所蔵するスメント文庫を利用しながら検討した。

これにより、本来スメント主著の関心は、新しい精神科学的方法の確立にあったが、その後ケルゼンによる不当なイデオロギー的な批判に会い、さらには同時代のシュミット『憲法学』との対決の必要性から、新たなドイツ固有の憲法理論の確立という問題に出会うようになったことが、解明された。この成果については、この成果については、三宅雄彦「スメントの規範力論:『憲法と憲法法』の周辺(192734年)」で近く公表する予定である(掲載決定済み)。また、スメント学説などドイツ憲法理論について、及び、リット学説などドイツ教育哲学について、ドイツ連邦共和国・ミュンヘン大学及びゲッティンゲン大学等で、資料の収集及び調査を行った。スメント憲法理論の方法論的視座を深める作業、とりわけ、ゲッティンゲン大学附属図書館の所蔵するスメント文庫の資料を、昨年は詳しく調査する機会が得られ、その調査の成果を具体的に利用する作業を展開することができたため。加えて、ヴェルナーやクリュガーといったスメントの周辺の人物を検討することにより、スメント学説の内実を、より多角的に把握することができているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。スメント憲法理論の方法論的視座を深める作業は順調に実施できているが、多面、テオドール・リットの教育哲学を探求する作業については、準備作業という段階にとどまっている。今後は、このリット研究という観点について、より踏み込んだ調査を実施することに努めたい。他方で、順調に進んでいるスメント憲法理論について調査については、引き続き実施したい。平成24年度においても、ドイツ・ゲッティンゲン大学図書館に調査に行く予定であり、また、同大学教授でスメント理論にも詳しい、ハンス・ミヒャエル・ハイニ教授から助言と協力をいたたく予定である。
ファストプランツを共通生物教材とする小・中・高での一貫学習プログラムの創設

小学校から大学までの共通植物教材として,ファストプランツ(FP)を使用した学習プログラムを開発した。それには、FPの自家不和合性を利用した他家受粉と自家受粉の種子形成率の違い及びアニリンブルーやコットンブルーで染色された花粉管が花柱から胚珠に達する様子の顕微鏡観察等から受粉と受精の違いを学習すること,また,主根成長に対する塩ストレスや重金属イオンの効果,紫外線による子葉成長の阻害効果,植物栄養と成長の関係等の解析が含まれる。小・中学校でのFPを使った授業実践では,生徒が自分の手で短い期間で栽培できることから,植物の成長や生殖に理解を深めることが出来る優れた教材であることが示された。1)栽培方法の検討:屋内の植物栽培設備がない小学校、中学校で、四季を通じて安定してファストプランツを栽培する方法について検討した。市販されているスチール製の棚と直付け蛍光灯器具を購入し、栽培棚を自作することが良いのではないかとの結論に達した。実際に中学校現場での有効性を平成25年度に検証する予定である。2)教材開発:ファストプランツの生物教材として利用するための基礎研究として、1.紫外線の傷害、2.重金属類の傷害について検討した。紫外線のファストプランツに対する傷害として萎れが発生することは、平成23年度の教職大学院に在籍されていた現職教員の研究から明らかにされていた。今回その傷害を子葉に限って詳細に解析した。その結果、紫外線(UV-C)により子葉が萎れる過程をその面積変化により定量化することが出来るようになり、紫外線照射エネルギーと萎れの間に相反則が成立することを明らかにすることが出来た。この現象は、物理的刺激と生物応答の関係を学ぶことが出来る極めて有益な教材となることを示すことが出来た。一方重金属の傷害については、銅イオンがファストプランツの根の成長阻害することを定量的に観察する方法を開発した。更に、銅傷害と塩ストレスの相互作用についても検討した。数日内でこれらの反応を解析出来ることから、高校レベルの学習教材として活用できる見通しを立てることが出来た。3)研究成果の公表について:現在まで、ファストプランツを利用した多くの教材開発を行ってきた。これを現職教員、父兄、児童、生徒に広く公表する手段として、SNSを利用することを考えた。SNSの中で、フェースブックの利用を想定し、そのページ開設する準備を始めた。現在、第一弾として掲載するデータの整理を終えた。今年度、その開設を計画している。1)小学校での実践宮城県大崎市立岩出山小学校の菊田淳教諭との共同研究で、6年生を対象とした植物学習(植物の体の仕組みと成長)を振り返り、その理解を深めるためにファストプランツを教材として活用する方法について検討した。教室内でのファストプランツの栽培、その後の成長を、生活環を通して観察させ、受粉と結実、種子発芽、光合成、蒸散などの課題を児童の興味と関心を基に選択させて、それぞれの問題を自ら解決する学習を行った。一人一人が自分でファストプランツを種子から育て、種子を取るまでを体験をさせ、同時に、それぞれが問題意識を持って観察、実験を行ったことで、植物の体の作りとその働きに対する興味を深める効果があることが、提出された観察・実験記録から明らかになった。2)中学校での実践宮城教育大学附属中学校の高橋知美教諭らとの共同研究で、中学3年性を対象として、ファストプランツを使った光合成を課題とした観察・実験授業を実践した。中学校でのファストプランツの栽培には、市販されているスチール製の棚と直付け蛍光灯器具を用いて自作した栽培棚をすることで、大学研究室内と同程度のファストプランツの育成が可能となることを明らかにすることができた。また、ファストプランツを使って、光合成をおこなう植物の器官、組織を調べるために、でんぷんをヨウ素を用いたたたき染めで染色することを試みた。生徒が立てた仮説を実験的に検証する方法論を実体験させる高度の授業を展開することができた。この成果は、附属中学の髙橋知美、齋藤広大、西川洋平教諭及び宮城教育大学の田幡憲一教授、小林恭士淳教授との共著として日本生物教育学会第90会年会(筑波大学)で口頭発表した。ファストプランツ(FP)を共通の生物教材として,小学校から大学まで「生殖と遺伝」及び「発生と成長」を共通の課題として据え,これらの課題を各教育段階で深化させることを目指す学習プログラムの開発を行った。「生殖と遺伝」に関する課題では,FPで見られる自家不和合性の度合いを,他家受粉及び自家受粉による種子の形成率の違いから明らかにした。自家不和合性を取り扱うことで,受粉と受精の違いを認識できる優れた教材となることが示せた。また,柱頭での花粉の発芽と,花柱内を伸長した花粉管が子房で胚珠に到達するまでをアニリンブルーの蛍光染色により可視化することが出来るようになった。

更に,コットンブルー染色を使用することで,光学顕微鏡による観察がある程度まで可能であることを示すことが出来た。一方,自家不和合性に関わる自己と非自己の識別の機構に関与することが知られているSCR遺伝子のホモログが,FPにもあることをゲノムDNAを使ったPCRにより確認した。現在,その遺伝子発現時期について,検討を加えている。これら一連の実験により,ファストプランツが「生殖と遺伝」に関する学習教材として優れていることを示すことが出来た。「発生と成長」について,主に根の成長を利用した実験と,肥料と植物の成長に関する解析を行った。先ず,教育現場でも簡単に根の成長に対する金属イオンの効果を解析することができるような水耕栽培法を開発した。この培養系を使い,植物が微量栄養素として要求するCu+の効果を解析した。その結果,0.001mMCu+では根の伸長促進効果が現れるが,0.01mMCu+では阻害効果が見られることが明らかとなった。一方,クレハ培養土を用いて,FPが種子形成にいたるまでの生育に必要な無機栄養量を調査した。その結果,FPの生育には最適な培養土量が存在することを明らかにすることができた。平成26年度研究成果:菊田淳教諭(宮城県大崎市岩出山小学校)が平成25年度に小学校で実践した授業の研究成果を取り纏め,平成26年11月7日に開催された大崎地区教育研究会で,"第6学年植物材料指導におけるファストプランツの活用の一試みー植物学習のまとめの活動への活用事例ー"として発表した。その成果は,ファストプランツの特性を活かすことで,小学校高学年での優れた生物教材となることを示したことであった。中学校での実践は,高橋知美教諭(宮城教育大学附属中学校)により平成25年度に実施され,植物の栽培・観察と光合成の学習へのファストプランツの活用を試みた。ファストプランツの栽培において発生したアブラムシの駆除方法及び栽培棚の温度管理方法の改善により,冬季を含む通年で,ファストプランツを教材として活用できる見通しが立てられた。全体での成果:ファストプランツを小学校から大学までの理科(生物)の共通教材として活用するプログラムの開発を試みた。小学校,中学校では,児童・生徒一人一人が栽培し,その成長記録を短期間で行えること,特に,生徒自ら受粉,受精,結実までを体験・記録出来ることで,様々な学習課題に活用できる実践例を作ることが出来た。高校以上では,生物教育で極めて重要な学習課題でありながら,現行での取扱いが希薄となっている,植物栄養,植物の生殖(雌蕊での受精過程),植物の外部環境に対する応答に関する課題に,生徒・学生が自らの考えた仮説を実験で検証するための教材として,ファストプランツを利用する実践例を作ることが出来た。研究期間で大きな成果を挙げることが,これらの結果を論文及びHP等での公開等で公表し普及することが,今後の課題として持ち越された。植物生理学平成24年4月1日に宮城教育大学総務担当理事・副学長に就任し、その初年度であったこともあり、教育・研究に十分な時間を割くことが大変難しかった。
新しいIV族強磁性半導体の創製・物性制御・デバイス応用

Ge_<1-x>Fe_x薄膜の成長条件最適化と様々な物性の評価、特に磁気伝導特性の評価を中心に研究を進めた。特にSi基板上へのGe_<1-x>Fe_x薄膜の成長を行い、格子定数差が大きい条件においても成長条件を厳密に設定することによって、Ge基板上への成長時と遜色無い結晶を得ることができることを確認した。高分解能透過電子顕微鏡(TEM)等の原子レベルの解析法を用いて結晶構造を調べると、Feの濃度揺らぎと局所の積層欠陥、さらに格子ミスマッチに起因する貫通転移が生じたが、他のFe-Ge強磁性析出物の無いことが証明された。また磁気円二色性(MCD)の評価によって、s,p-d交換相互作用が働き、強磁性が発現することがわかった。強磁性転移温度がホストGe格子に置換したFeの数に比例することも証明された。Si基板上Ge_<1-x>Fe_x薄膜の結晶構造とMCDの測定結果は、Ge基板上に成長したGe_<1-x>Fe_x薄膜と同質の薄膜であることがわかった。このSi基板上の試料を用いて、Ge_<1-x>Fe_x薄膜の磁気伝導特性の測定に成功した。低温においてホール効果を測定したところ、明確な異常ホール効果が観測され、その形状はMCDのヒステリシス形状と一致することから、両者は同一の強磁性相からの信号を観測していることがわかった。またFeのドーピング濃度を増やすのに応じて正孔濃度が増大し、抵抗が小さくなることを確認した。これはFe原子がアクセプタとしても働くことを示唆しており、Ga-<1-x>Mn_xAsのこれまでの強磁性半導体と同等の性質である。さらに、Ge_<1-x>Fe_x薄膜を用いた三層構造磁気トンネル接合素子を作製し、わずかながらもトンネル磁気抵抗(TMR)効果の発現に成功した。異常ホール効果やTMR効果によって、Ge_<1-x>Fe_x薄膜が実際にスピントロニクスデバイスにおいてスピン注入源・検出器として働くことが証明された。
中枢自律神経下行路再生の比較解剖学的解析

キンギョの脊髄を半切した場合、損傷部には線維性瘢痕が形成されるが、やがて瘢痕内にチューブ状の構造が吻尾側から侵入し、瘢痕を架橋するようになる。それとともに、チューブ内に侵入してきた再生軸索も瘢痕を通過する。再生軸索の伸長を誘導するチューブ状構造は、血管に由来する可能性がある。一方、哺乳類では線維性瘢痕の構造が軸索再生を障害する因子であると考えられる。哺乳類の中枢神経系では、傷害された軸索はわずかな再生能しか示さないとされているのに対し、キンギョでは傷害後しばらくすると自然に軸索が再生し、運動機能が回復する。20年度は、キンギョ脊髄損傷によって生じた瘢痕組織を再生軸索がどのように通過するのか、その過程を詳細に検討し、以下の知見を得た。(1)脊髄を傷害したのち、損傷部には中央に空洞を伴う線維性瘢痕が形成され、瘢痕はラミニンを発現している基底膜に取り囲まれていた。(2)損傷後3週で、線維性瘢痕の内部に基底膜がチューブ状に侵入し、基底膜に沿ってセロトニン細胞が配列していた。また、チューブの内側にはグリア線維と再生軸索が含まれていた。(3)損傷後6週で、チューブ状構造は線維性瘢痕を貫通し、同時に再生軸索も瘢痕部位を通過していた。(4)また、線維性瘢痕とグリア組織にはコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの発現が確認されたが、再生軸索はそれら軸索伸長阻害因子の発現部位を乗り越えて伸長していた。以上のことから、キンギョの脊髄損傷後には哺乳類と同様に線維性瘢痕が形成されるものの、徐々に神経組織に置換されてゆき、再生軸索の多くはそうしたグリア線維でみたされた神経組織内を通過しているものと結論付けられる。また、グリア細胞は哺乳類で見られるようなグリオーシスを示さず、軸索伸長阻害因子を発現するものの、その働きは再生軸索によって容易に克服うるものであることも示された。このような瘢痕組織そのものの性質に違いや時間経過に伴う変化が、哺乳類と異なってキンギョの軸索再生を可能にしている可能性があると考えられる。ここで観察した再生軸索は主に体性運動系に関わるものであるため、中枢自律神経下行路についても同様な検討を行っている。この違いを明らかにするために21年度はラットとキンギョで脊髄半切モデルを作成し、組織像を比較した。まず、ラットの脊髄をハサミで半切したモデルと、メスで半切したモデルを作成し、損傷部の組織像と再生線維を調べたところ、いずれのモデルでも損傷部に線維性瘢痕とそれを取り囲むグリア瘢痕が形成されており、トレーサーで標識された再生線維は大部分がグリア瘢痕部位で伸長がストップしていた。しかし、メスで半切したモデルでは、一部の線維は損傷部を通過している像が確認された。また、ハサミで半切したモデルでも、灰白質から瘢痕部位に侵入してくるセロトニン線維が認められた。したがって、損傷の方法や、再生ニューロンの種類によっては、自然の状態でも損傷部をこえる軸索伸長は可能であることが明らかになった。グリア性阻害因子、CSPGを分解する働きのあるChondroitinaseABCを投与したモデルでは、今のところコントロールと比較して著明な変化は認められていない。一方、キンギョでは、脊髄損傷後に哺乳類と同様に線維性瘢痕が形成されるものの、徐々に神経組織に置換されてゆき、再生軸索の多くはそうしたグリア線維でみたされた神経組織内を通過していることが明らかになっている。21年度は、瘢痕組織をさらに詳しく解析し、線維性瘢痕が経時的に減少してゆく過程を、瘢痕の断面積を計測することで明らかにした。また、損傷部を通過する再生軸索の数の経時的変化も明らかにした。一方、再生した下行性軸索の交感神経節前ニューロンへの投射については、明らかにすることができなかった。21年度に引き続き、22年度もラットとキンギョで脊髄切断モデルを作成し、組織像を比較した。グリア性阻害因子、CSPGを分解する働きのあるChondroitinase ABCをジェルフォルムに浸して損傷部に投与したモデルでは、当初予想していた損傷部を越えた軸索再生を確認することができなかった。したがって、予定していた中枢性自律神経下行路再生の評価には至らなかった。このため、22年度後半からは浸透圧ポンプを用いてChondroitinase ABCを持続的に損傷部に投与する方法を導入し、損傷部を越えた軸索の再生を目指している。