hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
映像投影と絵画のイメージ合成によるテクスチャの空間特性の研究と視覚表現

当初、単に画面の部分的反射率の差や照度などを計測比較することで客観的なデータが得られるかと想定していたが、2013年度の研究発表においてこの問題が浮上した。今後の研究では、映像イメージと絵画の物質イメージ合成の新しい手法を構築する。イメージの撮像、生成段階から、最終的に展示するまでのイメージの変化の有様を目の当たりにさせる、装置を開発する。具体的には、カメラオブスキュラの機構を用い、外部の光景をレンズを通して集光して、暗室内の半透明スクリーンに投影させる、スクリーンには、描がくなどの処理を人為的イメージ操作を行うか、または、投影された光に応じて自動的にイメージを生成していくれるような感光処理をすることを想定している。感光乳剤を塗ったスクリーンは自動的に光の絶対量に応じて像を浮かび上がらせる。昨年度のモデルでは、スクリーンのイメージ自体は変化しなかったが、今後の研究では、スクリーン自体も変化してしまった場合に最終的にどのようなイメージが伝達されうるかを検証したい。そこでは、変化するイメージに対して、どう空間性を判断すべきか、視覚野が混乱させられることが想定されるが、具体的にどのような理由で混乱が起きるかまで検証し、このよう条件下でのイメージ操作、空間性についての技法を確立することを目標としたい。また、照明の操作において、昨年度は一般的な照明コントロールで用いるDMXという通信プロトコルを用いたが24bitカラーのデジタル制御をしていたが、大きな欠点として暗転した0から1/255の数値への移ろいに関しては非常に荒い変化と感じさせてしまうことである。この問題に対処するため、今年度はDMXデジタル制御に加え、偏光板によるアナログの遮光技術を加えたシステムの構築も行う。昨年度購入予定だった、照度測定機器などを計測方法の選定難航により次年度に見送ったため。今年度は主に平面媒体の時間的変化をもたらすための感光乳剤の開発のための実験器具から、照明のよりなめらかな照度制御の為に偏光板を用いたアナログの減光システムの構築の為の光学機器などを購入し、新しい、映像と絵画の合成手法の構築を目指します。また、プログラミングや、写真現像機器に精通した学生を雇い制作を進める。また、測定方法についても、決定次第、測定機器などの購入にあたる。
液体の中距離構造の定量観測に基づく水の特異性とガラス形成能の統一的理解

水は地球上で最も重要な物質のひとつであるが、結晶化の際の体積膨脹など特異な性質を示し、また、通常の冷却方法でガラス化させることは不可能とされている。ところが、塩添加や圧力印可により、水分子が形成する四面体型の局所安定構造が影響を受け、上記の特異性が消滅する傾向にある。このことから、こうした中距離構造が、水の特異性やガラス転移の起源にせまる鍵を握っていると考えられる。本研究では、ガラス転移におけるエイジング過程の研究を行い、そのキネティクスがスケーリング可能であることを実験的に見出した。エイジング過程でのエンタルピーの減少は系の秩序化を示唆しており、これにも中距離構造が関係していると考えられる。水は地球上において最も重要な物質のひとつであるが、氷への結晶化の際の体積膨脹など分子性液体としては極めて特異な性質を示す物質であり、また、通常の冷却方法でガラス状態を実現することは不可能とされている。ところが、このような特異性は、塩添加や圧力印可に強く依存し、これらの外的要因によって変化する構造要素が、水の特異性、さらには、ガラス転移の起源にせまる鍵を握っていると考えられる。本研究の目的は、上記の外的要因が液体の短・中距離構造に与える影響について定量的に調べ、水の特異性やガラス形成能の起源について統一的に理解することである。本年度は、塩添加と圧力印可が等価であることから電解質水溶液を対象とした。電解質水溶液における中距離構造は、氷(六方晶)の結晶構造と一致する局所安定構造である「5つの水分子からなる四面体構造」と、電解質イオンを中心として形成される水和構造の2つである。そこで、塩化リチウム水溶液においてラマン散乱実験を行い、水の局所安定構造と水和構造の数密度の決定を試みた。水の局所安定構造に関連して、水分子が四面体構造を形成する度合いを反映する3200cm-1付近の水の伸縮振動モードの強度を詳細に観測した。一方、励起光強度の変化や、低温・長時間実験にともなう結露など、実験技術的要因による信号強度の変化と試料由来の強度変化を分けるための手段を検討した。そのほか、蛍光色素を用いた水和状態の観測システムの準備として、塩素イオン指示薬の温度依存性などの特性を調べ、定量観測の検討を行った。ところが、このような特異性は、塩添加や圧力印可によって減少する傾向にある。一方、塩添加や圧力印可は、液体中で水分子が形成する四面体型の局所安定構造に直接的影響を与えることがわかっている。このことは、こうした中距離構造が、水の特異性、さらには、ガラス転移の起源にせまる鍵を握っていると考えられる。本研究では、塩添加によりガラス形性能が劇的に増加することを利用して、ガラス転移におけるエイジング過程についての研究を行い、そのキネティクスがスケーリング可能であることを実験的に見出した。エイジング過程ではエンタルピーが減少するので、系の秩序化が起こっていると予想でき、これにも中距離構造が関係していると考えられる。ラマン散乱の予備実験過程において、信号強度に経時変化が見られ、レーザー光源やラマン分光装置に不具合があるということが判明したため、当初の計画通りにいかない面もあったが、一方で、より正確な定量観測のための方法を検討することができた。また、蛍光試薬を用いた実験についても予備的な実験を行うことができ、定量観測を行うに際して検討すべきことがはっきりした。以上のことから、全体的にはおおむね順調に進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。ラマン散乱の励起光源については、装置の不具合の修理・改善を速やかに行うとともに、励起光強度の変動に対応した観測手段を検討することとした。また、蛍光相関分光法など、蛍光試薬を用いた水和構造の観測システムの構築を段階を追って進める予定である。
母集団モデルと多次元項目反応モデルを用いた「情報活用能力調査」の推定モデルの構築

本研究が対象としている「情報活用能力調査」について、文部科学省が第二回目の小学校・中学校・高等学校調査の実施を検討し、調査問題の作成を始めたこと、また、第一回目の調査で用いていた「3観点8要素」という下位分野が学習指導要領の変更に伴って「3分類10領域」となったことを受け、当初予定していた実際のデータの再分析の前に、第二回目の調査で用いる「項目反応モデルと母集団モデルとを統合したモデル」と「等化方法」の検討を行うことにした。コンピュータシミュレーションで検証した結果、以下の2点のことがわかった。(1)母集団モデルと統合する項目反応モデルとしては「2パラメータ・ロジスティックモデル」が有効であること:シミュレーションデータが「ラッシュモデル」や「3パラメータ・ロジスティックモデル」に従う場合でも、「母数(特に分散)」の推定には「母集団モデルを統合した2パラメータ・ロジスティックモデル」が安定して良好な結果を示した。また同時に、「Multiple Group Model」を統合した場合でも同じような良好な結果を得ることができた。(2)項目反応モデルを使用した場合の等化方法として「Stocking/Lord法」が有効であること:シミュレーションの結果から、「Stocking/Lord法」は「mean/mean法」よりも誤差が少ないこと(「Concurrent Calibration」はさらに誤差が少ない)、母集団の分散が異なる場合の等化では「Concurrent Calibration」にはバイアスが生じるが、「Stocking/Lord法」にはそのような問題が生じないことがわかった。なお、「Concurrent Calibration」に際し、「Multiple Group Model」を使うことで、上記の問題に対応できることもあわせてわかった。当初予定していた「情報活用能力調査(高等学校)」の解答データの再分析よりも先に、平成32年度に行う予定であった「等化」に関する研究と、平成33年度に行う予定であった「母集団モデルにおける補助変数の利用法」に関する研究とを先に行い、これらを同時に検討することで、等化法としての「Concurrent Calibration」の限界とそれへの対処方法(「Multiple Group Model」の使用)を知ることができた。また、「情報活用能力調査」のような大規模教育調査において、項目反応モデルとして「2パラメータ・ロジスティックモデル」が有効であることもわかり、本研究の研究計画に照らして見て、平成30年度の1年間で1.5年分+αの進展が見られたと考えられる。平成30年度の研究成果を踏まえ、「情報活用能力調査(高等学校)」の解答データの再分析を進める。「2パラメータ・ロジスティックモデル」が有効であることがわかっているため、これを使って情報活用能力の下位尺度の得点化を行う。特に多次元項目反応モデルを使った場合と、別々に項目反応モデルを用いた場合との違いを明らかにする。また、調査問題作成時の分類だけでなく、モデルの適合度を加味した問題の分類も行い、下位尺度を作る方法についても検討する。これらの研究成果は、今後行われる文部科学省の「情報活用能力調査(2回目)」で実際に使用できる分析モデルとなるようにする。

「2パラメータ・ロジスティックモデル」が有効であることがわかっているため、これを使って情報活用能力の下位尺度の得点化を行う。特に多次元項目反応モデルを使った場合と、別々に項目反応モデルを用いた場合との違いを明らかにする。また、調査問題作成時の分類だけでなく、モデルの適合度を加味した問題の分類も行い、下位尺度を作る方法についても検討する。これらの研究成果は、今後行われる文部科学省の「情報活用能力調査(2回目)」で実際に使用できる分析モデルとなるようにする。平成30年度にワークステーションの購入を予定していたが、年度初めに「情報活用能力」と同様のコンピュータ使用型調査であり、学力調査の国際的なネットワークである「FLIP」の第1回国際会議がパリで行われることを知り、急遽それに参加するための旅費に購入費用の一部を充てることにした。ワークステーションの購入については、同時に購入する予定であったソフトウェアを無料のもので代替するとともに、消耗品、人件費・謝金を見直すことで費用を確保し、平成31年度に行う予定である。
糖尿病・高血圧モデルにおけるスタチンの血管内皮保護作用に及ぼす麻酔薬の影響

高脂血症であるシンバスタチンを培養内皮細胞に暴露するとNOの産生増加がみられた。このNOの産生はセボフルランの存在下では抑制された。eNOS蛋白発現を測定したところシンバスタチンによるeNOS蛋白発現増加はセボフルランにより抑制されたが、eNOSmRNA発現量は影響されなかった。スタチンのeNOS発現増加には転写後制御レベルでの効果が影響しており、セボフルランはこの過程を抑制すると推察された。本研究では動脈硬化モデルとして自然発症型糖尿病および高血圧ラットを用い、スタチンの短期的および長期投与による内皮機能改善作用に及ぼす麻酔薬(セボフルラン、イソフルラン、プロポフォール、チオペンタール)の影響を比較し、その機序を解明する。1)培養内皮細胞内NO測定ウシ大動脈内皮細胞をNOと反応して蛍光を発する色素であるDAF-AMに暴露させ細胞内に取り込ませた。培養内皮細胞液にシンバスタチン(10^<-5>M)を投与すると有意な蛍光強度の増加が見られた。これはスタチンが定常状態でNO産生を亢進させる可能性を示唆している。2)等尺性張力変化測定Wistarラットをハロタンで麻酔し脱血致死させた後、胸部大動脈を摘出した。内皮温存輪状標本をクレブス液中に懸垂し、等尺性張力を測定した。フェニレフリンで前収縮させた後、シンバスタチン(10^<-8>10^<-5>M)を累積的に投与すると濃度依存性に弛緩反応が見られた。この弛緩反応は揮発性麻酔薬であるセボフルラン(3.4%)の存在下で増強した。セボフルランはアセチルコリンなどによる内皮依存性反応を抑制するとされてきたが、スタチンによる弛緩反応に対する作用は異なることが示唆された。平成20年度は以上の結果をふまえ、麻酔薬のスタチンに対する作用の機序解明を行なってゆく予定であり、さらに糖尿病ラットや高血圧ラットを用いて、内皮依存性弛緩反応が障害されていると考えられる病態でのスタチンの効果を比較検討して行く予定である。糖尿病ではその病初期から血管内皮の機能低下が生じ、動脈硬化の発生と進展の原因となっている。HMG-CoA還元酵素阻害薬であるスタチンは脂質低下作用以外に、内皮機能改善作用を有し、糖尿病患者の心血管病変の罹患率を減少させることが報告されている。本年度は糖尿病ラットを用い、内皮依存性弛緩に及ぼすシンバスタチンの影響を検討した。自然発症2型糖尿病ラットとその対照ラットの胸部大動脈を摘出し、内皮温存リング標本を作製し、アセチルコリンに対する弛緩反応を観察した。糖尿病ラット血管では対照ラットに比ベアセチルコリン惹起内皮依存性弛緩反応が有意に低下していた。シンバスタチン(10^<-5>M)で20分間暴露により糖尿病ラット血管の内皮依存性弛緩反応は有意に改善した。シンバスタチンは対照ラットの弛緩反応には影響を及ぼさなかった。以上より、シンバスタチンは正常内皮には何ら影響を与えず、主に障害された血管内皮機能を改善する作用を有すると考えられた。従来報告されていた慢性投与のみならず、急性投与においてもスタチンは内皮機能改善作用を発揮することが明らかとなった。前年度は自然発症2型糖尿病ラットの摘出大動脈標本を用い、内皮依存性弛緩反応に及ぼすHMG-CoA還元酵素阻害薬であるシンバスタチンの影響を検討した。その結果、シンバスタチンは対照正常ラットにおける内皮依存性弛緩反応には何ら影響を与えず、糖尿病ラットにおいて低下した内皮依存性弛緩反応を改善する作用を有することが明らかとなった。この結果を受けて今年度は、培養大動脈内皮細胞における一酸化窒素(NO)産生能に及ぼすシンバスタチンの効果を検討した。糖尿病ラットおよび対照正常ラット大動脈から分離した血管内皮細胞を培養し、NO特異的蛍光色素であるDAF-AMに暴露し共焦点顕微鏡を用いて観察した。ブラジキニン刺激によりDAF蛍光強度で表されるNO産生量は増加したが、その程度は糖尿病ラット由来の内皮細胞では対照正常ラットのそれに比べ、明らかに減弱していた。ブラジキニン刺激前にシンバスタチン(10^<-6>M)を前投与しておくと、対照正常ラットではNO産生量に変化はなかったが、糖尿病ラット由来の内皮細胞ではNO産生量は部分的に改善した。以上の結果より、シンバスタチンの糖尿病ラット血管における内皮依存性弛緩反応改善作用は内皮細胞からのNOの産生改善の結果であることが示された。前年度まではラット大動脈摘出標本と培養内皮細胞を用い、シンバスタチンの内皮依存性弛緩反応およびNO産生量に及ぼす影響を自然発症2型糖尿病ラットと正常対照ラットで比較検討した。

その結果、糖尿病ラットで減弱していた内皮依存性弛緩反応はシンバスタチン(10^<-5>M)により回復することが示され、スタチンの内皮機能保護作用が確認された。この結果を受け、本年度はシンバスタチンの内皮保護作用に及ぼす揮発性麻酔薬セボフルランの影響を検討した。培養内皮細胞を蛍光NO指示薬であるDAF-AMに暴露し、共焦点顕微鏡を用いて観察した。シンバスタチン(10^<-6>M)によりNO産生は有意に増加したが、3,4%のセボフルラン存在下ではシンバスタチンによるNO産生増加はみられなかった。この機序を解明するため、eNOS蛋白発現をWestern blotting法により測定したところ、シンバスタチンを15分間適用するとeNOS発現は増加するが、セボフルラン存在下ではその増加は完全に抑制された。しかし、対照群、シンバスタチン群、それにセボフルランを加えた群の3群でeNOSmRNA発現量をPCRで測定・比較してみると、eNOSmRNA発現量には3群間で差は認めなかった。以上より、eNOSmRNA発現量には差がみられず、eNOS蛋白発現量をスタチンは増加させたことから、スタチンのeNOS発現増加には転写後制御レベルでの効果が影響していると推察された。また、実験結果はセボフルランがこの過程を抑制している可能性を示唆している。
情動を司る神経回路におけるセロトニン受容体を介した情報伝達の役割に関する研究

(1)ラットにおける神経細胞障害の脳局所変化の検討ラットに薬理学的ストレス負荷剤であるデキサメタゾンを2週間反復投与し、スライサーを用いてラット脳切片を作成した。この切片に高濃度カリウムを負荷しながら、細胞内カルシウム測定装置アルガス-50で細胞内カルシウムを測定したところ、デキサメタゾン反復投与ラットの皮質や海馬では細胞内カルシウム濃度の上昇が対照群に比較して亢進していた。気分安定薬であるリチウムがこの亢進を抑制する可能性が示唆された。同処置後にクリオスタットを用いて脳凍結切片を作成し、TUNEL染色法により神経細胞死を測定したが、デキサメタゾン処置による細胞死の亢進は見られなかった。(2)ラット脳におけるセロトニン-2A受容体を介した神経栄養因子の発現の変化の検討。ラットにデキサメタゾンを2週間反復処置したのち、セロトニン-2A受容体機能の指標となるDOI刺激性首振りを測定したところ、亢進していた。この亢進は気分安定薬であるニモジピン反復投与により阻害された。次に大脳皮質の脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor:BDNF)の含有量を測定したところ、デキサメタゾン反復処置によりBDNFが減少していた。この減少はニモジピンにより改善する可能性が示唆された(3)培養細胞におけるセロトニン-2A受容体が細胞障害におよぼす影響の検討培養細胞C6を用いて、セロトニン-2A受容体刺激後の細胞障害についてWST-8による細胞染色法により検討した。牛胎児血清(fetal calf serum:FCS)除去による細胞障害をセロトニン-2A受容体刺激が改善する可能性が示唆された。C6細胞をセロトニンで前処置し、セロトニン-2A受容体を脱感作させた状態で同受容体のmRNAをPCR法により測定したが、変化はなかった。さらにセロトニンと蛋白合成阻害剤シクロヘキサミドを同時に前処置すると脱感作が亢進したことから、脱感作の過程でそれを抑制する蛋白が発現することが示唆された。1.Dex慢性処置後の5-HT-2A受容体および細胞内情報伝達系(1)DOI誘発性WDSはDex反復処置ラットで有意に亢進していた。(1)開頭術施行群では、非手術群に比べてWDSが増加していたが、カイニン酸処置群では開頭術によるWDSの増加が回復していた。(2)5-HT-2A受容体密度は、非手術群、開頭術施行群、カイニン酸投与群の3群で有意な差が見られなかった。3.自然発症高血圧ラット(SHR)における一過性脳虚血と慢性Dex処置(1)DOI誘発性WDSはDexのみ処置したラットでは変化なかったが、diazoxide単回処置後にDex反復処置すると、WDSの亢進が観察された。4.神経系由来培養細胞におけるセロトニン-2A受容体の調節セロトニン-2A受容体のfull agonistであるセロトニンまたはpartial agonistであるDOIを前処置した後のセロトニン刺激性細胞内カルシウム動員は同程度に低下した。この時のセロトニン-2A受容体mRNAをPCRで測定したところ、DOI前処置群でのみ増加していた。(1)ラットにおける神経細胞障害の脳局所変化の検討

ラットに薬理学的ストレス負荷剤であるデキサメタゾンを2週間反復投与し、スライサーを用いてラット脳切片を作成した。この切片に高濃度カリウムを負荷しながら、細胞内カルシウム測定装置アルガス-50で細胞内カルシウムを測定したところ、デキサメタゾン反復投与ラットの皮質や海馬では細胞内カルシウム濃度の上昇が対照群に比較して亢進していた。気分安定薬であるリチウムがこの亢進を抑制する可能性が示唆された。同処置後にクリオスタットを用いて脳凍結切片を作成し、TUNEL染色法により神経綿胞死を測定したが、デキサメタゾン処置による細胞死の亢進は見られなかった。(2)ラット脳におけるセロトニン-2A受容体を介した神経栄養因子の発現の変化の検討ラットにデキサメタゾンを2週間反復処置したのち、セロトニン-2A受容体機能の指標となるDOI刺激性首振りを測定したところ、亢進していた。この亢進は気分安定薬であるニモジピン反復投与により阻害された。次に大脳皮質の脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor:BDNF)の含有量を測定したところ、デキサメタゾン反復処置によりBDNFが減少していた。この減少はニモジピンにより改善する可能性が示唆された。(3)培養細胞におけるセロトニン-2A受容体が細胞障害におよぼす影響の検討培養細胞C6を用いて、セロトニン-2A受容体刺激後の細胞障害についてWST-8による細胞染色法により検討した。牛胎児血清(fetal calf serum:FCS)除去による細胞障害をセロトニン-2A受容体刺激が改善する可能性が示唆された。C6細胞をセロトニンで前処置し、セロトニン-2A受容体を脱感作させた状態で同受容体のmRNAをPCR法により測定したが、変化はなかった。さらにセロトニンと蛋白合成阻害剤シクロヘキサミドを同時に前処置すると脱感作が亢進したことから、脱感作の過程でそれを抑制する蛋白が発現することが示唆された。
画像診断法と国際う蝕検出・評価システムによる脱灰・再石灰化評価システムの確立

小学4年生144名を対象とし、左右上顎中の唇面の初期脱灰の検査を行った。2名の学校歯科医による視診の一致率は62%であった。QLF画像との一致では、QLFで初期脱灰層ありと判定した者61名のうち学校歯科医1で25名がなしと判定し、学校歯科医2で4名がなしと判定した。また、QLFで初期脱灰層なしと判定した83名のうち、学校歯科医1で28名、学校歯科医2で58名に初期脱灰層ありと判定していた。それぞれのQLFによる診断との一致率は63.19%、56.94%であった。現在ICDASが初期齲蝕の診断も含めて提唱されているが、本研究の結果からも現時点における視診に現時点における視診による診断にはかなりの限界があり、より客観的な診断法の確立普及とそれにともなうスクリーニングシステムとしての視診による診断の教育プログラムの確立が急務であることが示唆された。学校歯科健診の際に2名の学校歯科医による健診の後に、口腔内写真を撮影しその後、暗室においてQLF(Quantitative Light Fluorescence)を用い歯面の撮影を行った。QLFによる画像は初期脱灰層の面積、体積を計測した。また刺激唾液を採取し唾液中の総レンサ球菌量、ミュータンスレンサ球菌量、乳酸桿菌の量を培養法にて測定した。調査対象者のDMF指数は0.64で、QLFによる測定結果では11名に左右両中切歯に、37名に左右どちらか一方の中切歯に初期脱灰層が認められた。口腔内写真は学校歯科医により再度初期脱灰層の有無を判定してもらい、判定者間の一致率および学校歯科医による写真判定とQLFによる判定の一致率を検討した。判定者間の一致率では、両判定者が初期脱灰ありと判定したものが27名、なしと判定した者が62名で残り55名は判定者間で一致が見られなく、一致率は62%であった。現在ICDASが初期齲蝕の診断も含めて提唱されているが、本研究の結果からも現時点における視診による診断にはかなりの限界があり、より客観的な診断法の確立普及とそれにともなうスクリーニングシステムとしての視診による診断の教育プログラムの確立が急務であることが示唆された。現在、上記の対象者を追跡調査し、初期脱灰層の変化と口腔細菌の量との関連を検討している。学校歯科健診の際に2名の学校歯科医による健診の後に、口腔内写真を撮影しその後、暗室においてQLF (Quantitative Light Fluorescence)を用い歯面の撮影を行った。

また、QLFで初期脱灰層なしと判定した83名のうち、学校歯科医1で28名、学校歯科医2で58名に初期脱灰層ありと判定していた。それぞれのQLFによる診断との一致率は63.19%、56.94%であった。現在ICDASが初期齲〓の診断も含めて提唱されているが、本研究の結果からも現時点における視診による診断にはかなりの限界があり、より客観的な診断法の確立普及とそれにともなうスクリーニングシステムとしての視診による診断の教育プログラムの確立が急務であることが示唆された。上記の対象者を追跡調査し、初期脱灰層の変化と口腔細菌の量との関連を検討した。その結果、短期間でのQLFの変化には唾液中のう〓原性菌の量は関連が認められなかった。
ビジュアルエフェクトが児童の映像理解におよぼす役割

今回の報告書では、番組制作者、子ども、学校教育という3つの視点から、テレビ番組が理解できる原因を探った。まず、番組制作者であるが、わかりやすく作るという視点から、時制に注目して分析した。その結果、ビジュアルエフェクトとして時制表現は的確につけられており、子どものテレビ理解を助ける役割を果たしていると推測された。映像作りがフィーリングの世界ではなく、努力と論理の世界であることを示したといえる。また、映像の分析には文法という考え方が有効であることも示せたといえる。つぎに子どもという点であるが、子どもはテレビを見る上で基本的なことを不思議に思いながら、画面を見ている。回想法ではあるが、子ども時代に音声と映像を一致させる過程で生じる試行錯誤のようすを分析できた。そして、テレビを見るためには画面に映らないテレビの裏側、つまり放送局やナレーターといった知識が欠かせないことを明らかにできたといえる。学校教育という面では、文字と時間の教育が子どものテレビ理解を促進させることを事例的に示した。きわめて初歩的な教育でさえ、テレビを理解するために有効なのであり、テレビを見る上で学校教育が果たしている役割は大きいといえる。特に、多メディア・多チャンネル化は個別視聴化を促すといわれている。学校は、子どもが集団でテレビを見ることができる場としてますます重要になってゆくと考えられる。1.現在、児童向け実験用アニメーションを制作中である。これは、ストーリー展開を理解する上で、画面に現れる過去形の画面表示(フレーム)の認識が大きな影響を与えるように作られている。完成時には児童に視聴させ、画面上の過去形表示が子どものストーリー理解にいつごろから手がかりとして使われるのか、また、過去形自体をいつごろから認識するか確かめる予定である。2.アニメーション番組における映像の過去形の使われ方の分析実験用アニメーションが完成するまでの間、実際に放送されているアニメーション番組を分析した。子ども用アニメーション番組では、映像の過去形は規則的に使われており、文法として確立していることを示した。ここから、現在メディア教育が行われていないにもかかわらず、われわれが映像を理解できる背景には、番組制作者が子ども向けには、一定の所で決まった映像技法を使い続けたためであることを示した。3.子どものテレビ理解の継続観察子どものテレビ視聴を継続観察している。小学校入学にともなって、テレビ理解が進んだ。学校で教える時計の教育は、計画的視聴の態度を生みだしたことを示した。また、文字教育は画面の中の文字を読んで、テレビ理解の手助けに使われることを示した。以上より、テレビを理解してゆく背景には、社会的サポートシステムが存在していることが確認できた。テレビを見るには、多くの前提となる知識が必要である。今年度の研究では、子どもがテレビを見られるようになるために必要な知識としてナレーターを取り上げた。子どもはナレーターをどのようにして認識して行くのか、大学生に対する回想法によって解明を試みた。大学生のにテレビの難しかったことを回想させると、「できるかな」の主人公であるノッポさんに関するものが多い。この番組はNHK教育放送で21年間にわたって放送されており、大学生にとって接触経験率の高かった番組である。この番組に対して感じた不思議さを大学生190名に記述させた。その結果、大学生の11.1%がノッポさんを男か女か迷った経験を持っていた。また、40.7%が音声と映像の組み合わせを迷った経験を持っていた。迷った時期は小学校低学年までが多かった。なぜ、このような混乱が生じたのか。この番組では、2つの音声と2つの映像が呈示されていた。映像はノッポさん(主人公)とゴンタくん(動物)である。音声はゴンタくんの鳴き声とナレーターの声である。通常の番組のように単純に音声と映像を組み合わせると、組み合わせを間違えるのである。主人公のノッポさんが、話さない役回りだったためである。回想の分析より、子ども時代に音声と映像の組み合わせをさまざまに迷った後、(1)主人公の口元に注意する、(2)ナレーションの話す内容が第三者的である、ということに気づいて、初めて画面の外に誰かが存在していることに気づくのである。子ども一人で認識できるのはここまでである。
マウス嗅神経細胞におけるカルシウムシグナルの光操作

カルシウムシグナルは生体内で様々な細胞機能を制御している。今回、私はカルシウムチャネルを光により制御する光遺伝学ツールBACCSを開発した。BACCSは様々な細胞において光依存的にカルシウムシグナルを誘導した。BACCSをマウス海馬初代培養細胞で発現させたところ、神経突起の局所で光によりカルシウムシグナルを誘導することができた。トランスジェニックマウスにおいてBACCSを嗅神経細胞で発現させたところ、光により電気生理学的応答を得ることができた。BACCSは培養細胞や動物個体における細胞内カルシウムシグナル誘導のための有用な光遺伝学ツールとして広く応用されることが期待できる。カルシウムシグナルは極めて多くの細胞機能において重要な働きをすることが知られている。本研究ではカルシウムシグナルを光制御できる光遺伝学ツールの作製、及びそのマウス個体への応用を目指している。本年度はこれまでに作製したカルシウムチャネル光スイッチBlue light-activated Calcium Channel Switch (BACCS)を用いて、培養細胞への応用とマウス個体への応用を行った。BACCSをマウス海馬初代培養細胞に遺伝子導入し、時空間的にカルシウムシグナルを制御することを試みた。軸索末端部や特定の樹状突起などの細胞局所に光を照射することで、それぞれの場所でカルシウムシグナルを順次誘導することに成功した。またBACCSを人工カルシウム依存的RhoA遺伝子CaRQと共にHEK293細胞に導入することで、光依存的に細胞骨格を制御することができた。またBACCSを使うことでカルシウム依存的な転写制御因子NFATの核移行を光により制御することにも成功した。次にマウス個体での応用を試みた。BACCSを発現する組換えアデノウイルスをマウスの嗅神経細胞に感染させ、電気生理実験を行った。組換えアデノウイスル感染細胞において有意な応答を測定することができた。BACCSを嗅神経細胞で発現するトランスジェニックマウスも作製し、同様の実験を行った。このマウスにおいては、発現細胞数に個体差が少ないために、組換えアデノウイルスよりも安定した応答を測定することができた。これらの結果はBACCSの動物個体への応用が可能であることを示しており、BACCSが非常に有用な光遺伝学ツールであると言える。カルシウムイオンはあらゆる真核生物においてセカンドメッセンジャーとして使われ、そのシグナルは極めて多様な細胞応答を引き起こす。本研究はカルシウムシグナルを光制御できる光遺伝学ツールを作製し、マウス個体への応用を目指している。本年度はカルシウムチャネル光制御タンパク質の作製・改良、及びトランスジェニックマウスの作製を行った。植物タンパク質の光受容ドメインとヒトのカルシウムチャネル制御タンパク質を組み合わせて様々な融合タンパク質を作製し、その中から光により効率良くカルシウムチャネルを制御できる光スイッチを選び出した。本カルシウムチャネル光スイッチをHEK293Tに発現させ、カルシウム指示薬を用いて細胞内カルシウムイオン濃度変化を経時的に観察した。光をON/OFFさせることでカルシウムシグナルを可逆的に変化させることができた。また光の強度を変えることでカルシウムシグナルの大きさを調整することができた。カルシウムチャネル光スイッチをマウス個体に導入するために、組換えアデノウイルスベクターの作製とトランスジェニックマウスの作製を行った。組換えアデノウイルスベクターに関してはカルシウムチャネル光スイッチと赤色蛍光タンパク質を同時発現するウイルスベクターを作製し、COS-7細胞などで発現及び活性を確認した。またトランスジェニックマウスに関しては、特定の嗅神経細胞群でカルシウムチャネル光スイッチを発現するトランスジェニックマウスラインを確立した。カルシウムシグナルはあらゆる細胞においてセカンドメッセンジャーとして機能し、細胞分裂、遺伝子発現、細胞移動、分泌、神経活動、筋収縮、細胞死など様々な細胞機能を制御している。本研究では昨年度までに光で細胞内カルシウムシグナルを制御できる遺伝学ツールBACCSを作製している。本年度はBACCSの応用および改良を行った。BACCSを用いてカルシウム依存的遺伝子発現誘導実験を行った。リポーターとしてまずNFAT応答配列の下流にYFPをつなげたコンストラクトを用いた。培養中、青色光を12時間照射したところYFPの発現を誘導することができた。さらにNFAT応答配列の下流にluciferase遺伝子をつなげたコンストラクトを用いて青色光6時間照射して発現誘導を定量したところコントロールと比較して発現量は24倍上昇した。このことからBACCSはカルシウム依存的な遺伝子発現誘導に応用できることが分かった。光を用いて活性を制御することの利点の一つに活性を時間・空間的に自由に制御できる点がある。しかしながらBACCSの活性はその作製に用いたオート麦由来の光感受性ドメインLOVの光サイクルに依存するため、活性の制御は分単位の時間を要する。そこでカルシウムシグナルの時間分解能を改善するために、BACCS内のLOV2ドメインに変異を導入して光サイクルの早いBACCS-fastと遅いBACCS-slowを作製した。HEK293Tを用いたカルシウムイメージング法及びパッチクランプ法により応答を観察することで、BACCS-fastでは光オフ後、速やかに反応が収束し、BACCS-slowでは持続的反応を示した。

以上のようにBACCSのさらなる応用可能性、および変異による応答調節可能性を示すことができた。嗅覚本年度は主にカルシウムチャネル光スイッチの応用を試み、in vitroでは細胞骨格制御や転写因子の局在制御、ex vivoではマウス嗅上皮における光による応答の誘導に成功した。これ以外にHEK293T細胞などを用いた遺伝子発現誘導実験や、HIT-T15細胞を用いたインシュリン分泌誘導などを試みたが、これらについてはまだ条件検討が必要な状況である。全体としては順調に計画通りに進展していると考えている。カルシウムチャネル光スイッチの設計に関して、候補の絞り込みと変異やリンカーの検討が計画通りに進んだこと、スクリーニングの系が簡便かつ適切だったことにより、大きなトラブルもなく研究を進めることができた。トランスジェニックラインも問題なく得ることができた。マウス個体を使った実験で、BACCSを発現する嗅神経細胞において光によりカルシウムシグナルを誘導することに成功したことから、嗅神経細胞におけるカルシウムシグナルの役割を解析する。嗅神経細胞の匂い応答では、匂い分子と嗅覚受容体の相互作用に引き続きGタンパク質がアデニリルサイクレースを活性化する。それにより生じたcAMPが環状ヌクレオチド依存的チャネルを開きカルシウムイオン等のカチオンが流入し、最終的に活動電位を引き起こす。カルシウムイオンはネガティブフィードバックによる脱感作やカルシウム依存的クロライドチャネルの機能を制御するなど、匂い応答を修飾することが知られているが、まだ不明な点が多い。光により細胞内カルシウムイオン濃度を変化させることで、匂い応答への影響を調べる。匂い応答以外にもカルシウムシグナルは軸索投射にも重要な働きをすることから、細胞の局所において誘導されたカルシウムシグナルの機能を明らかにする。また、BACCSの活性化、不活性化に関する時間解像度を上げるために、BACCSに変異を導入するなどして、改良を続けていく。作製したカルシウムチャネル光スイッチの特性の解析と個体への応用を試みる。特性に関しては様々な細胞種(神経細胞、分泌細胞、ショウジョウバエの細胞など)を用いた検討、カルシウムイオン特異性の検討、カルシウムイオン濃度の測定を行う。具体的には主にカルシウムイメージングやパッチクランプの手法を行う。個体への応用に関しては、組換えアデノウイルスを組織に感染させ光によるカルシウムシグナルの誘導を確認、さらに細胞応答を解析する。
エネルギー変換機能をもつ材料の構築に関する研究

1.光感応性物質をゲル高分子中に直接導入あるいは固定化し、光刺激による分子レベルにおける応答、およびその結果としての包括ゲルの物性変化と酵素活性との関係について検討した。光可逆的なトランス・シス異性化反応を起こすアゾベンゼンや可逆的に光イオン化するトリフェニルメタンロイコ体を使用し、ゲル内部の微細構造変化の誘引とグルコアミラーゼ活性の制御を試みたが、感応物質の光応答はあるものの酵素活性の制御までには至らなかった。しかしながら、イオン解離によるゲル内部のpHの可逆的変化が酵素に光制御機能を賦与しうる可能性を示唆した。(田中)2.前年、ポリアクリロニトリル(PAN)系ゲル繊維がpH変化の刺激により伸縮応答し、人工筋肉物質として優れていること、およびイオン強度による変化も起こりうることを明らかにした。そこでさらに電解質溶液中の金属イオン種の影響を調べたところ、ゲルは金属1価イオン溶液で膨潤し、2価イオンで収縮した。また、塩化ナトリウム/塩化カルシウム水溶液濃度変化では、生体筋における収縮特性と同様にカルシウムイオン濃度の変化で、PAN系ゲルも敏感に収縮応答することが確かめられた。(奥居)3.生体膜でのエネルギー変換機能をモデル化するために、生体膜由来タンパク質素子と合成高分子担体とのハイブリッド化を通してこれらの素子の配向・分布・配列の制御を行ってきた。今年度はバクテリオロドプシンの配向固定化において、配向特性を高めるために乾燥膜での配向化を検討した。すなわち、材料としての有効性を高めるために、水溶性の高分子との混合物からキャスト法によって調製した乾燥薄膜中での配向性を調べ、キャスト溶液内に混在させた合成脂質を変えることにより、配向の方向を制御しうることがわかった。(功刀)1.光感応性物質をゲル高分子中に直接導入あるいは固定化し、光刺激による分子レベルにおける応答、およびその結果としての包括ゲルの物性変化と酵素活性との関係について検討した。(功刀)
RNA代謝異常を指標にしたALSバイオマーカーの確立

ALSの早期診断を可能にするために、ALSモデルマウスおよびヒト細胞を駆使してRNA代謝異常を指標としたバイオマーカーの確立を目指している。初年度の研究計画で、変異型ヒトTDP-43遺伝子ノックインマウスにおいてTDP-43の変異によりその機能不全を強く示唆する知見が得られたため、2年目はヒト細胞におけるTDP-43の標的であるRNAの選択的スプライシングパターンの解析を行った。具体的には、ヒト培養細胞(複数の神経系および非神経系細胞株)に野生型もしくは変異型TDP-43を強制発現、また逆に内因性TDP-43のノックダウンにより異常スプライシングパターンを呈するRNAを検索した。また、TDP-43の発現レベルが自己調節されていることが報告されていることから、TDP-43のプロモータを同定し、変異型TDP-43の自己プロモータに対する影響を調べることにより、TDP-43の発現レベル自体がバイオマーカーとして使えないか検討した。その結果、野生型TDP-43は自己プロモータに対して発現量制御的に働くが、変異型TDP-43は自己制御を免れることが明らかになった。さらにヒト運動ニューロンにおけるバイオマーカーを検索するため、ヒトiPS細胞から運動ニューロンを高効率に分化誘導する方法を確立するとともに、組み換えウイルスによりiPS細胞由来神経幹細胞に遺伝子導入する方法を確立した。また、正常ヒトiPS細胞においてゲノム編集技術によりTDP-43遺伝子に点変異を導入する手法を確立し、遺伝子変異を有するiPS細胞の作成を開始した。30年度はヒト細胞においてバイオマーカーとなりうる因子を同定し、その動態を検討した。HEK293細胞・SH-SY5Y細胞に野生型もしくは変異型TDP-43を強制発現、内因性TDP-43のノックダウンにより異常スプライシングパターンを呈するRNAを検索した。内因性に発現するTDP-43標的RNA:PDP1およびBCL2L11では、野生型TDP-43の強制発現による選択的エクソンのスプライシングパターンが、対照群と比較して有意に変化しており、逆に内因性TDP-43のノックダウンでは強制発現とは逆の方向にパターンがシフトしていた。さらにノックダウン実験では、対照群では検出されないGPSM2およびATG4Bのcryptic exonが検出され、極めてSN比の高いTDP-43機能アッセイを構築することができた。同検出法を用いて種々の変異型TDP-43の機能の検討を開始した。正常ヒトiPS細胞201B7を理研より取得し、運動ニューロンへの分化誘導法を確立した。分化誘導は、高い分化誘導効率を得るために慈恵医大基盤研究施設が開発したアデノウイルスを用いた遺伝子導入法を利用した。その結果、60%以上の細胞がMAP2陽性・SMI32陽性・ChAT陽性の運動ニューロンであった。さらに組み換えレンチウイルスにより神経幹細胞の段階で遺伝子導入する手法を確立した事により、変異型TDP-43を高発現する運動ニューロンを作成し解析する方法の確立に成功し、31年度に開始するヒトiPS細胞由来運動ニューロンを用いたALS研究につなげることができた。まず正常ヒトiPS細胞を用いた解析を行う。組み換えレンチウイルスにより神経幹細胞の段階で遺伝子導入をし、野生型もしくは変異型TDP-43を高発現する運動ニューロンを作成し解析する。誘導された運動ニューロンからRNAを抽出し、定量的PCR法により標的RNAのスプライシングパターン、cryptic exonの存在を指標に解析を行う。次に正常ヒトiPS細胞においてゲノム編集技術によりTDP-43遺伝子にA382T変異を導入する。すでにiPS細胞における遺伝子変異導入技術は確立しており、得られたiPS細胞株についてバイオマーカー候補RNAの発現量・スプライシングパターンを検査し、正常ヒトiPS細胞のそれと比較検討する。ALSの早期診断を可能にするために、優れたALSモデルマウス、患者由来細胞およびiPS細胞を駆使してRNA代謝異常を指標としたバイオマーカーの確立を目指している。申請者らが作成した変異型ヒトTDP-43遺伝子ノックインマウス(A382T変異、G348C変異の2系統)は、加齢に伴う運動障害を呈し(生後7ヶ月)、さらにALS症例に特異的な病理所見であるブニナ小体が運動ニューロンの細胞質に認められる優れたALSモデルマウスである。RNA結合タンパク質であるTDP-43の変異によりその機能不全が疑われるため、TDP-43の標的であるRNAを中心に発現量・選択的スプライシングパターンの解析を行った。具体的には、同マウスの大脳皮質および末梢血単核球において、野生型では見られない発現量の変化、異常スプライシングパターンを呈するRNAを検索した。10ヶ月齢ALSモデルマウスの大脳皮質において、内因性TDP-43mRNA量が減少していた(A382Tでは有意、G348Cでは減少傾向)。さらにTDP-43の標的であるPDP1のスプライスバリアントの比率が変化していた(n=3)。この変化はTDP-43をノックダウンした時と同じ方向にスプライシングパターンがシフトしていたことを示している。4ヶ月齢ALSモデルマウスの白血球においては内因性TDP-43のmRNA量が有意に増加していた。また、PDP1のスプライシング比率はTDP-43を高発現させた際に観察される方向に変化していた。これらの結果から、ALSモデルマウスの大脳皮質・白血球の両方において内因性TDP-43発現量が異常であり、それに伴いTDP-43発現量と相関した標的のスプライシングパターンの変化を検出することができた。

また、運動障害発症前の4ヶ月齢において白血球からTDP-43の標的RNAのスプライシング変化の検出が可能であることがわかった。TDP-43遺伝子変異を持つ患者の病理所見はALS症例の9割を占める孤発性ALSのそれと変わらないため、原因こそ違え孤発性ALSにおいてもTDP-43遺伝子変異で引き起こされる運動ニューロン死のプロセスと同様の病態をなぞっている可能性が高い。一方、TDP-43は脳・脊髄、末梢単核球を含む多くの臓器に発現し機能しており、TDP-43ノックインマウスでは中枢神経以外の臓器においても標的RNAのスプライシング異常が起こるであろうことが予測されていた。つまりTDP-43ノックインマウスの末梢単核球を解析することにより、ALS発症早期に出現する生物学的現象を鋭敏に検出できる可能性がある。初年度ではTDP-43ノックインマウスで起こっているRNAプロセッシング異常に着目しALSバイオマーカーの探索を起こった。マウス脳(10ヶ月齢)および末梢血単核球(4ヶ月齢)で正常アリルから転写される全長TDP-43 mRNAの発現異常・標的RNAの異常なスプライスパターンが観察されることを発見した。これはヒト変異型TDP-43が、正常に発現していると考えられたマウス内因性TDP-43の機能を撹乱し標的のRNAに異常スプライスパターンを引き起こすことを示しており、運動症状発症前のTDP-43スプライシング検査は極めて有力なバイオマーカー候補であることが強く示唆された。このように、マウスALSモデルを利用したバイオマーカー探索により複数の候補因子の同定に成功し、30年度に開始するヒトiPS細胞を用いた研究につなげることができた。ALSの早期診断を可能にするために、ALSモデルマウスおよびヒト細胞を駆使してRNA代謝異常を指標としたバイオマーカーの確立を目指している。初年度の研究計画で、変異型ヒトTDP-43遺伝子ノックインマウスにおいてTDP-43の変異によりその機能不全を強く示唆する知見が得られたため、2年目はヒト細胞におけるTDP-43の標的であるRNAの選択的スプライシングパターンの解析を行った。具体的には、ヒト培養細胞(複数の神経系および非神経系細胞株)に野生型もしくは変異型TDP-43を強制発現、また逆に内因性TDP-43のノックダウンにより異常スプライシングパターンを呈するRNAを検索した。また、TDP-43の発現レベルが自己調節されていることが報告されていることから、TDP-43のプロモータを同定し、変異型TDP-43の自己プロモータに対する影響を調べることにより、TDP-43の発現レベル自体がバイオマーカーとして使えないか検討した。その結果、野生型TDP-43は自己プロモータに対して発現量制御的に働くが、変異型TDP-43は自己制御を免れることが明らかになった。さらにヒト運動ニューロンにおけるバイオマーカーを検索するため、ヒトiPS細胞から運動ニューロンを高効率に分化誘導する方法を確立するとともに、組み換えウイルスによりiPS細胞由来神経幹細胞に遺伝子導入する方法を確立した。
高エネルギー密度パルスイオンビームによる半導体へのイオン注入技術の開発

本研究計画ではパルスイオン注入への応用が可能なイオンビーム技術の開発が課題となる。これまでの研究成果に基づき、窒素イオンビームについて従来の加速方式によるイオン電流密度の向上を図るとともに、SiCのドーパントとして期待されるAl^+イオン源を開発した。また、ビーム純度の向上が期待される新しい加速方式として提案した「両極性パルス加速器」の開発を行った。さらに、プラズマフォーカス(PF)から発生される高強度パルスイオンビームを用いて固体材料への照射効果の評価を行った。(1)窒素パルスイオンビームの開発及びイオン電流密度向上既に開発済みのパルスイオンビーム発生装置について、加速ギャップの磁場配位、電極形状の改善、ガスパフ型同軸プラズマガンの改善を行うことにより、パルスアニール効果が期待される50A/cm^2を上回る90A/cm^2のイオン電流密度を達成した。また、マルクス発生器を電源としたコンパクトなイオンビーム発生装置を開発し、70A/cm^2のイオン電流密度を達成した。(2)両極性パルス発生用パルス電源の開発定格出力([-200kV、75ns、7Ω]+[+200kV、75ns、6.5Ω])の両極性パルス電源を開発した。両極性パルスの発生を確認するとともに、開発した電源を用いて両極性パルス加速器の動作を確認を行った。(3)Al^+イオン源の開発高電流のAl^+イオン源の開発を目指して真空アーク方式および細線放電方式のイオン源の開発を行った。真空アークイオン源では同軸形状電極を用いたプラズマガンを試作し、100A/cm^2以上のイオン電流密度を達成した。また、細線放電方式では、50A/cm^2程度のイオン源プラズマを良好な再現性で発生することに成功した。(4)ビーム照射効果の評価PFから発生されるパルスイオンビームをシリコン、アルミニウム、ステンレス等のターゲットに照射し、照射前後の材料の評価を行った。ビーム照射による表面の溶融、結晶性の変化、硬度の変化などを確認した。本研究計画ではパルスイオン注入への応用が可能なイオン電流密度及びイオン純度の実現が課題となる。そこで、これまでの研究成果に基づき、窒素イオンビームについて従来の加速方式によるイオン電流密度の向上を図るとともに、ビーム純度の向上が期待される新しい加速方式として我々が提案してきた「両極性パルス加速器」の開発のためのパルス電源の開発を行った。らに、SiCのドーパントとして期待されるAl^+イオン源を開発し、その特性評価を行った。具体的な成果は以下のとおりである。(2)両極性パルス発生用パルス電源の開発定格出力([-200kV、75ns、7Ω]+[+200kV、75ns、6.5Ω])の両極性パルス発生用パルス電源の開発を行った。このようなパルス電源開発は世界初の試みである。現在組み立てを完了し、来年度パルス発生試験を経て両極性パルス加速器によるビーム発生実験を行う予定である。(3)Al^+イオン源の開発真空中でのパルスアーク放電を利用したアークイオン源の開発を行った。

研究では同軸形状のアークプラズマガンを試作し、アルミ電極を真空アーク放電によって気化した後、大電流のパルスによりプラズマ化して加速する方法でパルス的な高密度プラズマ生成を試みた。これまでの実験の結果、100A/cm^2を超えるイオン電流が得られることが確認され、パルスビーム源として応用が可能であることを確認した。来年度はイオン発生の安定性を向上した上で、イオンビーム加速実験を行う予定である。本研究計画ではパルスイオン注入への応用が可能なイオンビーム技術の開発が課題となる。これまでの研究成果に基づき、窒素イオンビームについて従来の加速方式によるイオン電流密度の向上を図るとともに、SiCのドーパントとして期待されるAl^+イオン源を開発した。また、ビーム純度の向上が期待される新しい加速方式として提案した「両極性パルス加速器」の開発を行った。さらに、プラズマフォーカス(PF)から発生される高強度パルスイオンビームを用いて固体材料への照射効果の評価を行った。(1)窒素パルスイオンビームの開発及びイオン電流密度向上既に開発済みのパルスイオンビーム発生装置について、加速ギャップの磁場配位、電極形状の改善、ガスパフ型同軸プラズマガンの改善を行うことにより、パルスアニール効果が期待される50A/cm^2を上回る90A/cm^2のイオン電流密度を達成した。また、マルクス発生器を電源としたコンパクトなイオンビーム発生装置を開発し、70A/cm^2のイオン電流密度を達成した。(2)両極性パルス発生用パルス電源の開発定格出力([-200kV、75ns、7Ω]+[+200kV、75ns、6.5Ω])の両極性パルス電源を開発した。両極性パルスの発生を確認するとともに、開発した電源を用いて両極性パルス加速器の動作を確認を行った。(3)Al^+イオン源の開発高電流のAl^+イオン源の開発を目指して真空アーク方式および細線放電方式のイオン源の開発を行った。真空アークイオン源では同軸形状電極を用いたプラズマガンを試作し、100A/cm^2以上のイオン電流密度を達成した。また、細線放電方式では、50A/cm^2程度のイオン源プラズマを良好な再現性で発生することに成功した。(4)ビーム照射効果の評価PFから発生されるパルスイオンビームをシリコン、アルミニウム、ステンレス等のターゲットに照射し、照射前後の材料の評価を行った。ビーム照射による表面の溶融、結晶性の変化、硬度の変化などを確認した。