hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小分子化合物によるマイクロRNA生成効率の調節

本研究では,「pre-miRNA(miRNA前駆体)の切断反応を小分子化合物により調節する」ことを目指した.pre-miRNAの末端ループ配列をランダム化した末端ループ変異体ライブラリーから,当研究室で新規に合成されたナフチジリン誘導体RNDに結合する末端ループ配列をセレクション法により選別した.得られた末端ループ配列を導入したヘアピン型RNAは,RNDの結合によりその切断反応が顕著に阻害されることが分かった.また,ゲルシフトアッセイにより,RNDによる切断阻害効果は,RNDが変異体の末端ループに結合してループ間相互作用を誘起し,変異体ダイマーを形成することによることが分かった.1.得られた末端ループ変異体の発現ベクターを作製し,細胞内での有用性の確認:おおむね順調に進展している。しかしながら,研究計画に若干の変更を加える必要があった。pre-miR-29aの配列中に,転写終結シグナルが含まれていたため,そのままの配列を使うことができなかった。そこで,得られた末端ループ変異体のステム部分の配列をpre-miR-122のステム部分の配列に置換した,pre-miR-122-loop#2を発現するプラスミドを作製した。さらに,miR-122の標的配列をルシフェラーゼ遺伝子の3'側非翻訳領域に導入したレポータープラスミドを作製した。発現プラスミド,レポータープラスミドをHeLa細胞に導入し,RND添加によるルシフェラーゼ活性の変化を調べた。しかしながら,RND添加による効果は見られなかった。2.得られた末端ループの配列を基に,RND依存的にmiRNAの生成効率が変化するpre-miRNA発現プラスミドライブラリーを作製:おおむね順調に進展している。1.と並行して,Dicerによるpre-miRNA切断反応でもRNDの効果を評価した。先に得られた末端ループ配列を,pre-miR-29a以外のpre-miRNAのループ部分に導入した場合に,RND依存的なプロセシング効率の変化が見られるかどうかを検討した。その結果,RNDの添加でDicerによる切断反応が阻害されることが分かった。ライブラリーの作製には至らなかったが,ループ部分をセレクションで得られたループ変異体の配列に置換することで,RND依存的な切断反応のコントロールができることが示唆された。3.細胞内でのRND依存的にmiRNAの生成効率が変化するpre-miRNA末端ループ配列をcell-basedセレクションにより選別:やや遅れている。in vitroセレクションを優先したため。ケミカルバイオロジー平成26年度には,in vitroセレクションで得られたpre-miR-29a末端ループ変異体をもとに,細胞内でpre-miRNAループ変異体を発現する発現ベクターを調製した。pre-miRNA変異体のプロセシングに対するRND添加の効果を,レポーターアッセイにより評価した。しかしながら,細胞内ではRNDの効果が見られなかった。今後は,レポーターアッセイ以外の方法,例えばRT-PCRなどによりmiRNAの発現量を定量し,RND添加の効果を詳細に解析する。また,RND添加の効果が細胞内で見られなかった原因を突き止める。RND以外の化合物に対するpre-miRNA変異体を得るために,cell-basedセレクションシステムの構築を進める。
同位体トレーサーと数値モデルの複合利用による山岳流域水収支評価の高精度化

流域水循環・同位体循環モデルの改良のため、長野県野辺山高原の草地・林地・畑地において土壌水同位体比鉛直プロファイルの調査を実施し、既存モデルによる再現を試みた。その結果、いずれのサイトにおいても実測値を良好に再現できなかった。その原因は可動水と不動水の不完全混合にあると考え、これを考慮したモデルの改良を施したところ、再現性が大幅に向上した。そこで、改良された流域水循環・同位体循環モデルを用いて、昨年度までに収集した同位体データならびに気象・河川流量データをもとに、流域降水量と地下水流入出量の推定を行った。その結果、一般的な流域に関しては、その規模にかかわらず、推定降水量とレーダーアメダス解析雨量とがほぼ一致した。また、地下水フラックスはいずれの流域においても正の値を示し、流域界を横切る地下水流入の存在が示唆された。その値は、流域平均標高が低い流域ほど大きくなる傾向を示したが、流域降水量に対する割合は2.25.5%でしかなかった。すなわち絶対量としては極めて小さく、また全ての流域で正の値となる不合理さを勘案すると、有意な値とは言い難い。したがって、一般的な流域においては、水収支インバランスが仮にあったとしても誤差の範囲でしかなく、水収支評価上大きな問題となるレベルではないと結論づけられた。一方、温泉地や火山体湖沼流域では流域界を横切る地下水流が無視できないとの結果も得られていたため、データを補完しつつ詳しい解析を追加した。その結果、調査対象とした長野県の源泉の約30%は地形上の流域界の外側で涵養されていることが判明した。しかしながら、流域降水量と比較してオーダー的に極めて小さく、流域水収支を左右するほどのものではなかった。また、火山体湖沼流域においても同位体比の時空間変動性や河川流量データの乏しさのため、流域界を横切る地下水流の存在を確定するには至らなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。鉛直1次元群落水・熱収支モデル(サブモデル1)と「鉛直1次元不飽和帯水収支モデル」(サブモデル2)を結合させ、樹木による土壌水分吸収の鉛直的不均質性と蒸発/蒸散比を正確に推定するモデルを構築した。また、その簡易版と集中型流出モデルを結合させたモデルに同位体過程を導入し、物理計測手段を用いない高頻度同位体データのみによるキャリブレーションでの高精度流量予測の可能性を示した。3次元流域地下水流動モデル(サブモデル3)を長野盆地およびその周辺山域を対象として構築した。そして、火山体で涵養された地下水が流域界を越えて盆地の地下に流入している可能性を突き止めた。しかし、モデルパラメータの確定にはさらなる検討が必要であり、次年度の課題とする。また、当初予定していた地下水流動モデルパッケージだけでなく、地下水・地表水統合モデルパッケージの使用を視野に入れて、その有用性に関する検討に着手した。このほか、太平洋沿岸から日本海沿岸までを含む中部山岳域における降水・河川水の同位体モニタリングおよび地下水・湧水・湖沼水・温泉水等の広域サンプリングと同位体分析を実施した。これらの成果をもとに、上記のサブモデルを統合した際に入力情報として必要となる同位体マップの作成と検証を行い、国際誌にて論文を公表した。この論文ではまた、河川水同位体比の実測値と予測値との乖離から流域水収支のインバランス問題を提起した。モデルの開発に関しては概ね予定通りであるが、利便性が高いと思われる地下水・地表水統合モデルパッケージが市販されるようになったため、その使用を視野に入れた検討を行ったため、地下水流動モデルへの同位体過程の組み込みはやや遅れている。一方、筆者らがこれまで行ってきた同位体モニタリングの成果と本年度の取得データを一体化させ、新たな同位体マップモデルが完成し、そこから流域水収支のインバランス問題がある程度評価できる見通しがついたことは予想以上の進展と言える。植生の根系吸水過程を含む鉛直1次元水・同位体輸送モデルを開発し、同位体観測結果との比較によって検証した。その結果、同位体をキャリブレーションターゲットとして追加することにより現象の再現性が向上することが確認された。また、大流域スケールの3次元地下水流動モデルを開発し、やはり同位体観測結果との比較により良好な再現性を確認した。これらをカップリングさせ、流域水収支のインバランスを検討する予定であったが、幾つかの予察的検討から、水収支が閉じない流域はかなり限定的である可能性が浮上した。そこで、調査範囲を中部山岳地域から東日本全域に拡張し、追加で同位体調査を行った。結果として、山岳湖沼や温泉地の一部で水収支が閉じないケースが存在するものの、やはり希少なケースであることが分かった。このため、当初予定通りの千曲川流域と富士川流域に加え、山体と河床の変動が激しい御勅使川流域を重点領域として詳細な検討を行った。千曲川流域では長野盆地の深層地下水が隣接する火山体の高標高域から部分流域の流域界を越えて流入している事実を突き止めたが、量的には僅少であった。また、富士川流域と御勅使川流域でも流域界を横切る地下水フラックスはほぼ無視できる程度であった。しかしながら、降雨が浸透する過程での同位体分別および選択効果の取り扱い方によって推定結果が変化する可能性は完全に否定できない。

今後は、鉛直1次元モデルのさらなる高度化と検証、ならびに水収支インバランスが顕著な流域の条件や特性について検討を深める予定である。水収支インバランスが顕著でない流域が当初想定したよりも限定的である可能性が浮上したため、調査範囲の拡大と追加調査の実施で経費を繰り越す事態となった。しかし、その後実態の把握が進み、大幅な軌道修正の必要はないとの結論に達した。中部山岳域における定期同位体調査を継続するとともに、北関東・東北・北海道においても河川水・湧水・地下水・湖水・温泉水等の同位体調査を実施した。これらの測定データをもとに、涵養標高が流域の標高帯を逸脱するサンプルを広域的に探索したが、流域平均標高とほぼ一致するケースが多く、流域界を横切る地下水流動が卓越する傾向はほとんどの地点で見いだせなかった。ただし、野沢温泉では幾つかの源泉の涵養標高が流域の上限付近あるいはそれ以上と推定され、隣接するより高い山岳域からの地下水流入が疑われた。また、八ヶ岳周辺の複数の湖沼に水・同位体収支モデルを適用したところ、白駒池や女神湖では流入水(河川としての流入と湖底での地下水流入の和)の同位体比が過大評価される傾向があることが判明した。これは、高標高域からの低い同位体比を持つ水が湖沼に流入せず、系外に流れ去ってしまっている、すなわち流域からの地下水流出が顕著であることが強く示唆された。これらの湖沼は大流域の分水嶺付近に位置しており、火山活動によって生じた複雑な地形と地下構造を有している。したがって、類似した条件を備えた地域では、水収支インバランスが顕著である可能性が考えられる。今後、流域水循環・同位体循環モデルを用いて詳細な検討を行う予定である。なお、本手法では降雨浸透過程における同位体分別・選択効果の取り扱いが水収支算定結果に与える影響が強いという可能性が見いだされた。この問題を詳しく検討するため、土壌水同位体プロファイル形成過程についての調査ならびに鉛直1次元モデルの再検証・改良に着手した。平成28年度には予期せぬ事態によって計画の変更と経費執行の遅延が生じたが、その後軌道修正が図られ、平成29年度は概ね順調に進展し、水収支インバランスが生じる流域が一部の火山地域などに限定されることが明らかになったり、流域水循環・同位体循環モデルの改善に必要なコンポーネントが特定されたりするなど、一定の成果が得られた。流域水循環・同位体循環モデルの改良のため、長野県野辺山高原の草地・林地・畑地において土壌水同位体比鉛直プロファイルの調査を実施し、既存モデルによる再現を試みた。その結果、いずれのサイトにおいても実測値を良好に再現できなかった。その原因は可動水と不動水の不完全混合にあると考え、これを考慮したモデルの改良を施したところ、再現性が大幅に向上した。そこで、改良された流域水循環・同位体循環モデルを用いて、昨年度までに収集した同位体データならびに気象・河川流量データをもとに、流域降水量と地下水流入出量の推定を行った。その結果、一般的な流域に関しては、その規模にかかわらず、推定降水量とレーダーアメダス解析雨量とがほぼ一致した。また、地下水フラックスはいずれの流域においても正の値を示し、流域界を横切る地下水流入の存在が示唆された。その値は、流域平均標高が低い流域ほど大きくなる傾向を示したが、流域降水量に対する割合は2.25.5%でしかなかった。
線型モデルによる砕屑性堆積物形成過程の解析

砂質堆積物基本的な特性について、次の点を明らかにした。(1)原物質が移動して、集積される過程においては、結果として形成される砂質堆積物の粒度組成は原物質の性質、つまり、原物質の粒度組成に大きく支配される。しかし、形成される砂質堆積物は、経験的にその粒度組成が対数正規分布をなすとされてきた。この点に関して、関係ある分析値を詳細に検討した結果、実際には対数正規をなすいう理論的裏づけは、一部の例外を除いては、まったくないこと明らかになった。(2)原物質の性質を含め、現実的には、砂質堆積物中の全粒径の砂質粒子のうち、シルト質砂粒はその円磨度が極端に悪いこと、また、そのような性質は形成環境にほとんど関係がないことが明らかになった。これは、砂質物質の円磨作用や破壊過程に大きく関係していると推定され、その衝突による円磨作用を石英粒子について考慮した結果、シルト質砂粒は表層過程では、理論的にも、原物質の形状を保持したままで、運搬・沈積することが明らかになった。(3)混合過程における砂質堆積物の性質は、その粒度組成と鉱物組成の両者ともに、一次線型モデルで説明ができる。従来、確率紙にプロットした結果から推定された混合相の存在は、解釈としては妥当性が全くないことが明らかになった。ただし、この線型モデルは、数学的には解の安定性がない。線型計画法の手法を導入しても、この難点は避けられない。これを解決するのは、数学的手法ではなく、別の手段によらねばならないであろう。現在唯一の方法は、砕屑粒子の個々の鉱物学的性質に着目することであり、重鉱物の研究はそのひとつである。(4)関係する内外の論文の総括レヴューを行った。砂質堆積物の性質の最も基本的な特性は,それが水や空気などの流体で運搬・沈積する限りにおいては,粒度組成であることは言をまたない。しかし,原物質が移動して,集積される過程においては,結果として形成される砂質堆積物の粒度組成は原物質の性質,つまり,原物質の粒度組成に大きく支配される。もっとも簡単な場合は,原物質における粒度組成に顕著な“silt"decifiencyの認められる場合である。また,数種類の原物質が想定される場合は混合過程が一番問題になる。本研究においては本年度,次の2点に焦点を絞って検討を行った。(1)シルト砂質粒の磨滅が効果的に行われるか否かの問題:ー砂質堆積物中の全粒径の砂質粒子のうち,シルト質砂粒はその円磨度が極端に悪いこと,また,そのような性質は形成環境にほとんど関係がないこと,などを未固結ならびに固結した堆積物について確認した。例外は,乾燥気候下における大陸地域の砂漠の砂質堆積物である(湿潤気候下の海岸砂丘などはこの条件には入らない)。この事実は,シルト質砂粒の起源にも関係することで,さらに今後の検討を必要とする。(2)混合過程における変動の問題:ー堆積物の形成には,混合過程は必ず付きまとう。それを最も理解し易く表現できるのは,一次線型モデルであり,そのための計算プログラムをを作成した。従来,確率紙にプロットした結果から推定された混合相の存在は,解釈としては妥当性が全くないことが明らかになった。砂質堆積物の基本的な特性について,次の点を明らかにした.

(1)原物質が移動して,集積される過程においては,結果として形成される砂質堆積物の粒度組成は原物質の性質,つまり,原物質の粒度組成に大きく支配される.しかし,形成される砂質堆積物は,経験的にその粒度組成が対数正規分布をなすとされてきた.この点に関して,関係ある分析値を詳細に検討した結果,実際には対数正規をなすという理論的裏づけは,一部の例外を除いては,まったくないことが明らかになった.(2)原物質の性質を含め,現実的には,砂質堆積物中の全粒径の砂質粒子のうち,シルト質砂粒はその円磨度が極端に悪いこと,また,そのような性質は形成環境にほとんど関係がないことが明らかになった.これは,砂質物質の円磨作用や破壊過程に大きく関係していると推定され,その衝突による円磨作用を石英粒子について考慮した結果,シルト質砂粒は表層過程では,理論的にも,原物質の形状を保持したままで,運搬・沈積することが明らかになった.(3)混合過程における砂質堆積物の性質は,その粒度組成と鉱物組成の両者ともに,一次線型モデルで説明ができる.従来,確率紙にプロットした結果から推定された混合相の存在は,解釈としては妥当性が全くないことが明らかになった.ただし,この線型モデルは,数学的には解の安定性がない.線型計画法の手法を導入しても,この難点は避けられない.これを解決するのは,数学的手法ではなく,別の手段によらねばならないであろう.現在唯一の方法は,砕屑粒子の個々の鉱物学的性質に着目することであり,重鉱物の研究はそのひとつである.(4)関係する内外の論文の総括レヴューを行った.
氷床コアの化学イオン成分の超高分解能分析による古気候環境の年々変動の探究

氷床コア中に含まれる化学イオン成分を高い深度方向の分解能で分析するためには、氷試料の融解から分析までの全てを緻密に制御する融解分析システムが必要でありこの開発を行っている。このシステムは、氷試料の融解部、融解試料の送液および一時貯蔵の送液部、融解試料の分析部から構成される。融解部の開発と送液部との連動が本研究の鍵となることから、本年度はこのうちの間欠的融解が可能な融解部の開発を行った。まず、ペルチェ素子を熱源に利用した小型の融解部の試作機を作成し、氷試料の融解テストを実施した。ペルチェに一定の加熱電力を与えると氷試料はほぼ一定の速度で融解し、冷却電力を与えると氷試料の融解は直ちに停止した。このため、融解制御の見通しを得た。また、間欠的な融解の繰り返しには、融解液を確実に融解部から排除する必要があることも分かった。そこで、従来の融解装置と同じ35mm試料サイズで融解装置を作成した。また、緻密な融解制御を行うため、ペルチェ素子へ印加する電源出力と極性、液送ポンプの流量および回転開始と停止、氷試料の長さをモニタする変位計を、PCで一元管理できるソフト開発進めた。これらの融解部で、送液ポンプが制御しやすい流量となるよう、氷試料の2mmの長さを1分程度で融解するペルチェ素子への印加条件を調査した。そして、融解直後にペルチェ素子への印加の極性を変えることで、融解面を急冷状態とすることにより氷試料の融解を数秒間で停止することができ、精度良い融解制御が可能となった。これにより、融解の目標長さ±0.1mmでの融解制御が行える見込みとなった。別途、急冷方法として液体窒素を用いた手法についても検討を行ったが、応答が悪いため採用しないこととした。融解分析システムの完成の鍵となる、氷試料の融解制御は予定していた方法で精度良く可能な見通しがついた。融解部に問題点が見つかっているが、洗出しとその対策を見通しているため。融解分析システムを完成させ、氷床コアの化学イオン成分の超高分解能分析による古気候環境の年々変動の探究を目指す。融解分析システムは、分析部は実績があり、融解部は融解制御が行える見込みとなったため、融解部と送液部の連動が最後の鍵となる。融解液は分析試料と廃液に分離し送液するため、氷試料の融解速度に応じて送液ポンプ流量を緻密に制御する方法を確立する。また、間欠的な融解のため、急冷や待機時に凍結による送液管路の閉塞や氷試料と融解部との凍着が生じる場合があるため対策を行う。融解分析システムの完成後は、分析と安定性評価のため人工試料によるテストを実施し、実際の氷床コア試料の分析を目指す。

また、間欠的な融解のため、急冷や待機時に凍結による送液管路の閉塞や氷試料と融解部との凍着が生じる場合があるため対策を行う。融解分析システムの完成後は、分析と安定性評価のため人工試料によるテストを実施し、実際の氷床コア試料の分析を目指す。融解部の開発は、試作を重ねる必要があると考えていたが、簡便な小型機を自作し動作確認と予備実験を行なったことで、本来のスケールの融解制御は初号機で比較的良好に動作した。また、融解制御のためのコントローラは自作し、安定化電源は必要な電力量が不明であったため他機関より一時借用した。これらにより節約できたことが残額が生じた原因である。前述の通り、液送部との兼合いで、融解部の改良や見直しの必要も出てくるので、今後そちらの物品購入に充てる。また、一時借用品は返却する必要があり使用電力量が分かったので購入する。情報収集のため学会参加の出張を予定していたが、地震のため中止となった為、旅費は使用しなかった。
フラストレート磁性体における格子歪みの効果の理論的研究

平成30年度の研究目的は、ブリージングパイロクロアに加え、フラストレート磁性体の典型例である三角格子反強磁性体における局所格子歪みの効果を調べることであった。本年度は主に後者の三角格子系に力点を置いて研究を行った。局所格子歪みとしてbond phononモデルを用いた場合、三角格子反強磁性体においては基底状態にスピンネマティック相が現れ、また、有限温度ではZ2渦転移と呼ばれるトポロジカル転移が生じることが知られている。このZ2渦という特殊な渦が生じるとき、物理現象、特に輸送現象にどのような特徴が現れるのだろうか?Z2渦転移は、格子歪みのない極限でもその存在が予言されており、本研究では、Z2渦系のプロトタイプとして三角格子反強磁性体を対象に、スピン輸送・熱輸送の数値解析を行った。モンテカルロ及び分子動力学を用いた数値シミュレーションにより、線形応答理論の範囲内でスピン伝導率・熱伝導率の計算の温度依存性を調べた結果、スピン伝導率の縦成分がZ2渦転移温度付近で急激な増大を示すこと、また、熱伝導率には顕著な温度依存性は見られないことが分かった。通常の渦転移であるKT転移を示すフラストレーションのない正方格子反強磁性XYモデルにおいても、スピン伝導率の縦成分がKT転移温度で発散的な増大を示すことも確認し、三角格子系の結果と併せて、トポロジカル転移とスピン伝導に強い相関があることが明らかとなった。平成28年度の研究目的は、パイロクロア格子古典Heisenberg反強磁性体において、局所格子歪みがスピン-格子カップリングを通じて系の磁気的性質にどのような影響を与えるのかを明らかにし、対応する物質との比較検討を行うことであった。局所格子歪みの効果として、格子振動(site phonon)が媒介するスピン間有効相互作用を取り入れ、モンテカルロ数値シミュレーションを行った結果、スピン-格子カップリングの強さに応じて系の磁気的性質が異なることが明らかとなった。カップリングの弱い領域では、ゼロ磁場下で波数(1,1,0)のBraggピークで特徴付けられるtetragonal-symmetricなコリニアー磁気長距離秩序が実現し、また、磁化過程には1/2-プラトーが確認され、そのプラトー領域では磁気構造はcubic-symmetricとなっていることが理論的に明らかとなった。このゼロ磁場下の磁気構造は、対応する磁性体であるスピネルクロム酸化物ACr2O4 (A=Zn, Cd, Mg, Hg)の多くで報告されている反強磁性相のスピン構造と類似したものであり、また、磁場下の1/2-プラトー領域の性質もA=Cd, Hgでの実験結果とコンシステントである。一方、カップリングの強い領域では、ゼロ磁場下で波数(1/2,1/2,1/2)のコリニアーな磁気秩序が実現することは明らかとなったが、磁場下の性質はやや複雑であり、今後詳細な調査が必要である。また、近年クロム酸化物で実現されるようになった、一辺の長さが異なる大小の正四面体が交互に連なったブリージングパイロクロアと呼ばれる新しいタイプのパイロクロア格子反強磁性体を対象に、局所格子歪みの効果について解析を行った。格子の非一様性(ブリージング性)は、スピン-格子カップリングの強い領域で重要な役割を果たすことが明らかとなってきた。通常のパイロクロア反強磁性体に対し、ゼロ磁場・有限磁場ともに局所格子歪みがスピンの秩序化に与える影響がおおむね明らかとなり、また、ブリージングパイロクロア反強磁性体についても、格子のブリージング性が果たす役割について知見を得ることができたため。平成29年度は、ブリージングパイロクロアと呼ばれる一辺の長さが異なる大小の正四面体が交互に連なった非一様なパイロクロア格子上のHeisenberg反強磁性体を対象に、格子の非一様性(ブリージング性)及び局所格子歪みが系の磁気的性質にどのような影響を及ぼすかを調べた。通常のパイロクロア格子にも存在する局所格子歪みの効果に加え、ブリージング性を大小の四面体上の最近接相互作用の比J'/Jに取り入れ、モンテカルロ数値シミュレーションを行った結果、スピン-格子カップリングが比較的強い領域で、ブリージング性に起因した新奇なコリニアー磁気秩序が実現することが分かった。カップリングが強い領域では、通常(J'/J =1)のパイロクロア格子では波数(1/2,1/2,1/2)にBraggピークをもつcubic-symmetricな磁気秩序が現れるが、ブリージング性が強い系の低温相は、同じ波数点にBraggピークをもつものの、その磁気構造はnon-cubicで、大きい四面体上のスピン配置に縮退が残ることが明らかとなった。対応するIsing modelのシミュレーション結果から、上記の縮退は、残留エントロピーに反映されることも明らかとなった。一方、スピン-格子カップリングが弱い領域では、J'/J=1の場合と同様のtetragonal-symmetricな波数(1,1,0)の磁気秩序が0<J'/J<1の広い領域で実現することが分かった。これは、磁場下において磁化曲線に1/2プラトーの出現する結果とあわせて、対応するブリージングパイロクロアLiInCr4O8(J'/J0.1)の反強磁性相の磁気的性質とコンシステントである。ブリージングパイロクロア反強磁性体に対し、局所格子歪みと格子のブリージング性がスピンの秩序化に与える影響が明らかとなり、対応する磁性体との比較検討が可能となったため。

平成30年度の研究目的は、ブリージングパイロクロアに加え、フラストレート磁性体の典型例である三角格子反強磁性体における局所格子歪みの効果を調べることであった。本年度は主に後者の三角格子系に力点を置いて研究を行った。局所格子歪みとしてbond phononモデルを用いた場合、三角格子反強磁性体においては基底状態にスピンネマティック相が現れ、また、有限温度ではZ2渦転移と呼ばれるトポロジカル転移が生じることが知られている。このZ2渦という特殊な渦が生じるとき、物理現象、特に輸送現象にどのような特徴が現れるのだろうか?Z2渦転移は、格子歪みのない極限でもその存在が予言されており、本研究では、Z2渦系のプロトタイプとして三角格子反強磁性体を対象に、スピン輸送・熱輸送の数値解析を行った。モンテカルロ及び分子動力学を用いた数値シミュレーションにより、線形応答理論の範囲内でスピン伝導率・熱伝導率の計算の温度依存性を調べた結果、スピン伝導率の縦成分がZ2渦転移温度付近で急激な増大を示すこと、また、熱伝導率には顕著な温度依存性は見られないことが分かった。通常の渦転移であるKT転移を示すフラストレーションのない正方格子反強磁性XYモデルにおいても、スピン伝導率の縦成分がKT転移温度で発散的な増大を示すことも確認し、三角格子系の結果と併せて、トポロジカル転移とスピン伝導に強い相関があることが明らかとなった。平成29年度は、通常のパイロクロア反強磁性体のスピン格子カップリングの強い領域における磁場下の物性について詳細な調査を行い、局所格子歪みの効果の全貌を明らかにする。また、ブリージングパイロクロア反強磁性体については、前年度からの計算を推し進め、ブリージングパイロクロアに固有の物理を理解し、対応する磁性体の実験結果との比較検討を行う。平成30年度は、ブリージングパイロクロア反強磁性体の磁場下の物性について系統的な調査を行い、局所格子歪みの効果の全貌を明らかにする。また、フラストレート磁性体の典型例である三角格子反強磁性体における局所格子歪みの効果についても本モデルの適用を検討する。昨年度、国際学会において研究成果発表を行う予定であったが、申請者の都合がつかず学会へ参加できなかった。本年度は、当分野の海外の実験・理論研究者の方々と、本プロジェクトの成果及び今後の発展性を議論するため、短期での海外渡航を予定している。
大脳皮質神経細胞の配置制御

大脳皮質層形成において必須の役割を有することが遺伝子変異マウスの解析等によって明らかであるにも関わらず、その生物学的機能が長年不明であるリーリンの移動神経細胞に対する機能を明らかにすることを目指した。これまでに、発生期大脳皮質に異所的にリーリンを強制発現することによって細胞凝集が誘導されることを見いだしたので、その詳細な解析を引き続き進めた。まず、受容体に結合できないリーリンを点突然変異で作成し、そのin vivoでの異所的強制発現を行ったところ、凝集塊は形成されないことを確認した。すなわち、細胞凝集は確かにリーリンとその受容体の結合を介した現象であることがわかった。次に、異所的凝集塊内において、遅生まれ細胞が早生まれ細胞を乗り越えて凝集塊の中心近くに配置される現象の特異性を検証するため、リーリン及びGFP発現ベクターを胎生14日で導入し、その後胎生16日にRFP発現ベクターとともにDab1のshRNA発現ベクターを導入した。その結果、Dab1がノックダウンされた赤色細胞(遅生まれ細胞)は緑色細胞(早生まれ細胞)による凝集塊の周辺に留まり、中心近くに向かって進入することはできないことがわかった。そこでさらに2種の既知のリーリン受容体(ApoER2及びVLDLR)についても同様の実験を行ったところ、やはり受容体がノックダウンされた遅生まれ細胞は凝集塊の周辺に留まった。以上より、リーリンは特異的なシグナル経路を使って移動神経細胞の凝集及び"inside-out様式"の細胞の配置を引き起こすことがわかった。大脳皮質層形成に辺縁帯のリーリンが必須であることは明らかであるが、リーリン分子発見から10年以上が経過した現在でも、その生物学的機能は不明である。リーリンは、「移動停止シグナル」と考えるのが一般的であるが、本研究で、リーリンの生物学的機能を明らかにするために子宮内電気穿孔法をマウス胎児に適用してリーリンの異所的な強制発現を行ったところ、移動神経細胞のリーリン周囲への凝集が観察された。興味深いことに、リーリン発現ベクターを導入された細胞に限らず、後続のリーリン陰性の移動細胞も、その異所的凝集塊に巻き込まれていることがわかった。正常な層形成過程を鑑みると、リーリンによる異所的な細胞凝集塊は、後続の移動細胞の障壁にならないことが必要であると考えられるため、次に子宮内電気穿孔法を胎生期の二時点で適用し、リーリンによって作られた早生まれ細胞(例えばGFPを導入した細胞)の凝集塊中に遅生まれ細胞(例えばDsRedを導入した細胞)が進入できるかを検討した。また、得られた凝集塊を皮質の各層に特異的なマーカーに対する抗体で染色し、局在を比較するとともに、BrdU及びIdUを二時点で投与し、凝集塊内での分布を調べた。その結果、リーリンによる異所的細胞凝集は、"インサイドーアウト"様式、すなわち、遅生まれ神経細胞が早生まれ神経細胞を乗り越えて凝集塊のより中心近くに配置されるという様式で形成されることが明らかになった。
マイクログリアによるアポトーシス細胞の認識と貪食機構

脳は多くの細胞死が観察される場所であり、発生初期の形態形成からニューロンのネットワーク形成時に至るまで、様々な時期や領域で大量の細胞死が起こっている。マイクログリアはこれらの死細胞を速やかに貪食することで、脳組織の形成,構築を助けている。しかしながら、どのような分子を介してマイクログリアがアポトーシス細胞を認識するかについては未だ不明な点が多い。そこで本研究では、マイクログリアによるアポトーシス細胞の認識分子を同定し、その作用機構および生理的役割を明らかにすることを目的とした。マウス新生仔マイクログリアを抗原としてハムスターを免疫し、マイクログリア表面タンパク質に対するモノクローナル抗体を作成し、マイクログリアによるアポトーシス細胞の貪食に影響がでる抗体をスクリーニングした。貪食に影響を及ぼす抗体は複数個得られ、それぞれの抗体によって認識されるタンパク質を精製しMASS解析にて同定したところ、補体受容体やインテグリンファミリー,スカベンジャーレセプターファミリーの分子であった。これらのタンパク質はすべて細胞表面に局在する膜タンパク質であった。そこで、細胞にサポニンで処理し詳細に解析したところ、上記の抗体に加えて、細胞内のタンパク質を認識する抗体が貪食に影響を与えうることが明らかとなった。これらの抗体が認識するタンパク質はエンドソームやリソソームに存在していたことから、マイクログリアによるアポトーシス細胞の貪食には、分解の場であるリソソーム等に存在するタンパク質も関与していることがわかった。まず、マウス新生仔マイクログリアの貪食能をFACSにより定量的に評価する系を樹立した。次にマウス新生仔マイクログリアを抗原としてハムスターを免疫し、マイクログリア表面タンパク質に対するモノクローナル抗体を作成した。作成した抗体をそれぞれ樹立した貧食の系に加え、アポトーシス細胞の貪食に影響がでる抗体をFACSによりスクリーニングした。貪食に影響を及ぼす抗体は複数個得られ、それぞれの抗体によって認識されるタンパク質を精製しMASS解析にて同定したところ、補体受容体やインテグリンファミリー,スカベンジャーレセプターファミリーの分子であることがわかった。これらの抗体を組み合わせてマイクログリアの貪食系に加えたところ、貪食能は30%まで下がったことから、今回のスクリーニングでマイクログリアの貪食能に関わる分子の多くを同定することができたと考えられた。
エネルギー環境教育を指向した、理科教材の開発研究

本研究では、中学校理科におけるエネルギー・環境教育分野の教材開発の例として、エネルギー分野に関しては酸化銅を正極活性物質とした電池の作成を、環境分野に関しては放射線の特性を理解させるために紫外線を代用した実験方法の開発について検討した。前者については、化学分野における物質変化とエネルギーで取り扱う銅の化学変化とも関連づけた、一連のプログラムとしての利用が示唆された。本研究の目的は、エネルギー環境教育に関し、生徒の興味・関心を高めるために必要な理科教育的教材を開発し、実践を通じてその有用性を検討することである。平成26年度は、酸化銅という、中高の理科でもなじみのある物質を利用した電池の開発について、1酸化銅(I,II)の電気化学的還元挙動の解析、2金属銅の加熱による酸化銅(I,II)の生成挙動とその定量的解析、3酸化銅(I,II)の電極材料としての利用の検討、といった順に検討を進めた。銅の酸化物としては、赤茶色の酸化銅(I)、いわゆる亜酸化銅と、黒褐色の酸化銅(II)の二種類が知られている。前者については、ブドウ糖のような還元糖の検出反応として知られているベネディクト反応(またはフェーリング反応)における生成物としてよく知られており、後者は中学校理科の「化学反応」で酸化反応の一例として取り上げられている。今年度は、1と2に関わって、酸化銅の電気化学的挙動を検討し、強アルカリ性溶液中での電気化学的還元挙動に関して得られた結果も参考に、酸化銅の分別定量法の開発を行った。すなわち、銅板や銅線を試料として、電気炉やガスバーナーを用いた加熱酸化の結果、表面に生成した二種類の酸化銅(I,II)の分別定量について、直接電気化学的に定量する方法と、塩酸による分別溶解と電気分解による絶対定量を利用した方法を比較し、粉末試料も想定した場合は後者の方が有効であることを見出した(一部学会発表)。3についてはボルタの電池に関して定性的な検討を行うとともに、電極材料としての亜酸化銅の製造という観点からフェーリング反応の追試を行うに留まった。なお、もう一つのテーマとして予定していた放射線については、今年度は、実験や実践についての事例収集や追試等の次年度に向けた準備に留まった。また、高校でのエネルギー環境教育の実践に関係して、高校教員との共同研究は継続中である。平成27年度は、前年度得られた、金属銅の加熱酸化による酸化銅(I,II)の生成挙動に対する電気化学的な定量的追跡手法の開発検討の結果を受けて、酸化銅(I,II)の選択的生成条件を探った。その結果、酸化銅(II)の生成は、比較的容易であるが、酸化銅(I)については、電気炉も含め、手軽な装置等では実現が困難なことがわかり、別法として、フェーリング反応を利用した湿式合成法について、検討を開始した。一方、酸化銅(II)についても、金属銅粉末を加熱した際に粒子が融着し塊状となる問題も生じており、解決策を検討している。ところで、学校現場で、理科で学んだ種々の知識を活かし、自分たちで電極材料を作り上げることは教育的には重要であるが、一方で、市販の試薬を使った、簡便な電池作成法についても、授業時間による制約を考えた場合、想定しておく必要がある。そこで、市販の酸化銅(I,II)粉末を使った、電池の作成も並行して試み、不完全ではあるが、電池として機能することは確認し、今後、酸化銅の表面活性化処理等についても、検討を進める必要があると考えている。なお、学校現場で簡便に利用できる教材として広く知られている「マイクロスケール実験」を使った電池の実験についても他の研究者と協力し、今年度はプラスチックを使った実験を参考にしつつ、検討を行った。一方、もう一つのテーマである「放射線」に関しては、従来、報告されている代表的な実践例について追試も含め検討したが、定量性のあるデータを求めることは、実験条件をかなりコントロールしないと困難であることがわかった。学校現場での利用を考え、より簡便で、定量的なデータを得る条件について検討中である。また、関連する学会での研究報告会やワークショップに参加し、放射線教育の実際例について情報を収集したり、現場の教員との情報交換も行いながら、その応用についても検討を始めている。金属銅の加熱酸化による、酸化銅(I,II)の生成挙動について、電気化学的に定量的に解析する手法については、平成26年度の検討で見通しが得られたので、今年度は、その結果をもとにデータを収集し、電池材料として有用な酸化銅(I,II)粉末の製造と、それを使った電池の性能についての検討を進める予定であった。しかしながら、電気化学的定量法を適用する際、加熱酸化後の試料の前処理として酸による酸化銅(I,II)の溶解に際して、定量性を左右する重大な問題が存在することが明らかとなった。それは、塩酸溶液中での、酸化銅(II)の溶解によって生成した銅(II)イオンと金属銅との間の均等化反応の進行である。均等化反応の可能性については想定はしていたが、同様の酸化銅の溶解を扱っている既報でも重大な問題とは認識されておらず、我々も過小評価していたところである。しかしながら、実際には、その反応は非常に速く、無視できないことから、酸化銅(I,II)の分別定量法について、再度、検討し直す必要が生じ、その対応に時間を取られたことが、本研究の進行の遅れの大きな要因である。その後の検討で、ひとまず、分別定量については、一つの分析スキームを示すことができたが、操作が煩雑でかなり時間を要する分析法となったため、これも研究の進行に負の影響を与えている。

本研究の目的は、エネルギー環境問題を,学校教育現場において,理科教育の立場からわかりやすく,興味・関心を高めるよう教えるために有用な教材を開発し,実践を通じてその有用性を検討することである。三年間の研究においては,具体的取組として,中学校理科の「化学変化とイオン」で扱う“電池"と「科学技術と人間」で扱う“放射線"を対象とした,実験教材・内容の開発を進めてきた。以下,事業期間における研究成果を,最終年度を中心に記す。電池に関しては,マンガン酸化物を復極材とする市販乾電池を参考に,酸化銅を使った電池を取り上げ,その際,酸化銅の復極剤としての働きを理解するため,酸化銅の電気化学的挙動について検討した。その結果を基に,銅板(粉末)の加熱酸化によって調製された酸化銅(I,II)における,銅の酸化状態の分別定量法についても検討し,やや複雑な操作を伴うものの,方法として確立した。また,亜鉛板と得られた酸化銅を用いて作製された電池の基礎的特性について調べた。放射線に関しては,遮蔽板による放射線強度の減衰挙動の観測,そして放射線の存在を肉眼で観察するための「霧箱」の製作など,従来から報告されている事例について検討し,その利点や課題を調べた。次に,放射線の代わりに,同じ電磁波としてよりエネルギーの弱い紫外線を対象として,放射線の検出やその減衰挙動の観測法に対応する,類似の実験方法等の開発を検討した。線源の代用物として紫外線ランプを,モニターとしては紫外線強度計を,遮蔽版としては色セロハンや色ガラスを用いた。また,紫外線の検出法との一つとして,そのエネルギーの大きさをより実感しやすくする例として,いくつかの化学反応による検出法も検討した。今回の研究において,新たな教材の開発について種々知見を得たが,その授業等での実践的応用については,まだ,実用的には不十分であり,さらなる検討を進めたい。本研究では、中学校理科におけるエネルギー・環境教育分野の教材開発の例として、エネルギー分野に関しては酸化銅を正極活性物質とした電池の作成を、環境分野に関しては放射線の特性を理解させるために紫外線を代用した実験方法の開発について検討した。前者については、化学分野における物質変化とエネルギーで取り扱う銅の化学変化とも関連づけた、一連のプログラムとしての利用が示唆された。当初は、酸化銅を電極材料とした電池の作成と、その評価まで進める予定であったが、銅の酸化挙動の定量的解析に時間を要したことと、この結果を中学校理科の「化学反応」で扱う銅の酸化現象の解析に応用することについても検討を加えたため、予定した電池の作成とその性能評価等までは進めなかった。なお、この検討結果については、その一部を既に学会発表しており、一部、測定結果を追加した上で、今後、論文としてまとめる予定である。これらの検討は、酸化銅の調製について有用な知見を与えるものであり、本研究の目的に大きく寄与するものと考えている。予算面では、電池の作成まで至らなかったため、その性能評価に使う、データ取込用A/D変換機については、平成26年度の購入は見送った。放射線に係る教材開発の検討については、環境放射線モニターを利用した実践例の調査や追試を進めており、次年度以降の教材開発や実践に繋げていく予定である。
アジア人障害者の適応とIL運動の海外への土着化についての研究

13人の研究協力者にインタビューを行った。日本の先進国としての生活スタイル、インターネットを通じての母国とのつながりの保持、日本にはさまざまな外国人たちが多様な目的で来日、長期・短期に渡って滞在し、受け入れ社会についての知識などが、研究参加者の適応に大きな影響を与えていることが明らかになった。さらに研究参加者たちの適応には、身体的、社会的、態度的レベルがあることも本研究で示された。現在まで東京に数回、泊まり込みで受け入れ先である日本リハビリテーション協会と連携しながら、研修生たちの日本への適応の様子を参与観察にておこない、インタビューも行った。参与観察では、日本語クラスの様子だけでなく、公共交通機関を使って病院への通院なども含まれ、フォーマルなインタビューだけでなく、日常生活の中で話をしながらインフォーマルな関わりももつことで、より自然な状態で本音を聞き出すことに成功している。今年度までは、東京にて数回泊まり込みで観察とインタビューを行いながら、研修生たちの日本への適応の様子を記録した。インフォーマルインタビューでは研修生たちから自然な状態での本音を聞きだすことに成功している。エスノグラフィーは今年度も継続しつつ、今年度はアンケート調査も実施し、前後比較調査を行う。エスノグラフィーとアンケート調査を組み合わせ、研究のトライアンギュレーションを行う。本研究では、この「ダスキン・アジア太平洋障害者リーダー育成事業」に参加するアジアからの障害当事者を通して、1アジア人障がい者の日本への適応について、2日本の自立生活(運動)から学ぶこと・取り入れたいことを、インタビューと参与観察をとおして調査した。研修参加者たちは、2030才台で女性が8人、男性が11人だった。障害の種類は、聴覚、視覚、肢体不自由などで、出身国はカンボジア、バングラデシュ、インドネシア、パキスタン、ネパール、モルジブ、タイなどである。インタビューデータ解析に遅れが出ている。また個別研修での観察が、研修生が頻繁に研修先を移動するため、スケジュールを把握しにくかったため。コミュニケーション学当初は質的研究解析ソフトを使用する予定ではなかったが、データが膨大になってきたので、ソフトを入手し解析を行う。スケジュール管理を行っているリハビリテーションセンターとの連携をさらに密にする。来日してから数か月間は、新宿に研修生全員が宿泊していたため、参与観察を行いやすかった。NCA学会に発表アブストラクトを送ったが、不採択だったため、旅費が余った。今後は現在まで行った、参与観察データ、インタビューデータを書き起こし、整理し、今年度中は全国に散らばっている研修生たちの追跡調査にあて、離日までの様子を追いながら、アンケート調査への準備をする。複数の学会で発表する。データの処理の迅速化を図るため、解析ソフトを購入する。
数学教育へのファジィ理論導入の基礎研究

研究目的(1)はファジィ理論の数学的基礎を明確にすることである.関連する学会でも解決されていない難題であるが合宿研究会を開催し,遅々とした歩みではあるが研究を進めてきた.一方、教育工学的な応用面では研究が進展し,とくに教育評価に関しては教育現場で使えるモデルが完成しつつある.研究目的(2)はファジィ理論を中学校・高等学校の数学教育の一環として導入する研究である.中学校・高等学校数学担当教員によって,学習指導要領の範囲内でファジィ理論を用いた例題が作成され発展学習の場やクラブ活動の場で教育実験を行った.中等教育では数学の諸概念を理解させるのに生徒の日常生活から採った具体例を提示するのが効果的と思われる.人間の主観や感覚を扱えるファジィ理論はこのような具体例の開発に有効であろう.今後も,中学校・高等学校教員と連携して実際に作題し,教育効果を確かめる研究を継続していきたい.研究目的(3)は大学(主として社会科学系,人間科学系)の基礎教育へファジィ理論を導入するための教案作成および教育実験を行うことで,本研究の主目的である.前年度,教育工学およびファジィ理論関連の学会に提示し,批判,助言を受けた教案の試案を,総合教育セミナーで試行した.毎回アンケートを行った受講生の反応を調査し,それを分析した結果を日本ファジィ学会,数学教育学会で報告した.さらに,医科系,教育系においてもファジィ理論の特別講義で受講生の反応,意見を調査することができた.これらの資料をもとに研究会において検討を重ねて文系向け教案を集大成し「ファジィ数学入門-ソフトサイエンスの基礎と応用」(森北出版)として出版した.研究目的(1)はファジィ理論の数学的基礎を明確にすることである.関連する学会でも解決されていない難題であるが合宿研究会を開催し,遅々とした歩みではあるが研究を進めてきた.一方、教育工学的な応用面では研究が進展し,とくに教育評価に関しては教育現場で使えるモデルが完成しつつある.研究目的(2)はファジィ理論を中学校・高等学校の数学教育の一環として導入する研究である.中学校・高等学校数学担当教員によって,学習指導要領の範囲内でファジィ理論を用いた例題が作成され発展学習の場やクラブ活動の場で教育実験を行った.中等教育では数学の諸概念を理解させるのに生徒の日常生活から採った具体例を提示するのが効果的と思われる.人間の主観や感覚を扱えるファジィ理論はこのような具体例の開発に有効であろう.今後も,中学校・高等学校教員と連携して実際に作題し,教育効果を確かめる研究を継続していきたい.研究目的(3)は大学(主として社会科学系,人間科学系)の基礎教育へファジィ理論を導入するための教案作成および教育実験を行うことで,本研究の主目的である.前年度,教育工学およびファジィ理論関連の学会に提示し,批判,助言を受けた教案の試案を,総合教育セミナーで試行した.毎回アンケートを行った受講生の反応を調査し,それを分析した結果を日本ファジィ学会,数学教育学会で報告した.さらに,医科系,教育系においてもファジィ理論の特別講義で受講生の反応,意見を調査することができた.これらの資料をもとに研究会において検討を重ねて文系向け教案を集大成し「ファジィ数学入門-ソフトサイエンスの基礎と応用」(森北出版)として出版した.研究目的(1)はファジィ理論と束論との関連やファジィグラフ理論の数学的基礎を明確にすることである.数学的基礎の確立は難題であるが合宿研究会を開催し,遅々とした歩みであるが研究を進めている.ファジィグラフ理論に関しては教育工学的な応用例を開発することができた.研究目的(2)はファジィ理論を中学校・高等学校の数学教育の一環として導入する研究である.中等教育では数学の諸概念を理解させるのに生徒の日常生活から採った具体例が効果的である.人間の主観や感覚を扱えるファジィ理論はこのような具体例の開発に有益である.この点に関して東北地区および関西地区中学校・高等学校数学担当教員との研究会から,学習指導要領の範囲内でファジィ概念を表面にださず説明できる例題が作成できる感触を得た.今後,実際に作題したものを中学校・高等学校教員と連携して,発展学習の場やクラブ活動の場で教育実験を行い研究を継続したい.研究目的(3)は大学(社会科学系,人間科学系)の基礎教育へファジィ理論を導入するための教案作成および教育実験を行うことである.まず,教案の試案を教育工学関連学会および日本ファジィ学会関連研究会に提示し,批判,助言を受けて教案をまとめた.本年度,慶応義塾大学商学部の総合教育セミナーで試行し,毎回アンケートを行って受講生の反応を調査し,それを分析した結果を数学教育学会等で報告した.さらに,日本医科大学の初年次生対象のファジィ理論の特別講義でも学生の反応,意見を調査できた.これも含めて検討を行って教案の一部を修正し社会科学系,人間科学系の基礎教育に適した案ほぼ完成した.研究目的(1)はファジィ理論と束論との関連やファジィグラフ理論の数学的基礎を明確にすることである.数学的基礎の確立は難題で関連諸学会において研究が大きく進展したという報告を聞いていない。ファジィグラフ理論に関しては教育工学的な応用の研究が進み,適用事例の範囲を広げることができた.研究目的(2)はファジィ理論を中学校・高等学校の数学教育の一環として導入する研究である.

中等教育では数学の諸概念を理解させるのに生徒の日常生活から採った具体例が効果的である.前年度の研究から学習指導要領の範囲内でファジィ理論を用いた作題が可能と考え,中学校・高等学校教員と連携してクラブ活動の場で教育実験を行った。数学を敬遠する生徒が増加傾向にある今日,ファジィ理論を用いた具体例の開発は有効であろう.今後も,実際に作題し教育実験を行う研究を継続したい.研究目的(3)は大学(主として社会科学系,人間科学系)の基礎教育へファジィ理論を導入するための教案作成および教育実験を行うことである.前年度,教育工学およびファジィ理論関連の学会に提示し,批判,助言を受けた教案の試案を,総合教育セミナーで試行した.毎回アンケートを行って受講生の反応を調査し,それを分析した結果を日本ファジィ学会,教学教育学会で報告した.さらに,医科系の初年次学生対象のファジィ理論の特別講義,教育系の3,4次学生対象の数学教授法の講義でも受講生の反応,意見を調査できた.これらの資料をもとに研究会において検討を重ねて教案の一部を修正し,高等学校の新カリキュラムで学んできた学生に対する数学的思考力涵養にも資する社会科学,人間科学系の基礎教育に適した教案を作成し「ファジィ数学入門」(森北出版)として出版した.
速度変調トランジスタ素子型試料を用いた量子ホール効果の破綻現象の研究

量子ホール効果のブレークダウン現象がバルクの効果であるか、あるいは試料端の効果であるかという問題は、量子ホール効果状態下での試料中の電流分布の問題と関連して研究されてきている。これまで量子ホール効果のブレークダウンの臨界電流値の試料幅依存性からブレークダウンがバルク、試料端のどちらで起こる場合もあり、両者を分ける隠れたパラメータがあることが指摘されて来ている。この研究では、GaAs/AlGaAsの場合にその一つの可能性として、接合界面から離れたドープ層のイオン化不純物により2次元電子が受けるポテンシャル揺らぎの効果に着目し、基板上面、下面両方にゲート電極を設けた速度変調トランジスタ構造の素子を用い、2次元電子の波動関数の接合界面に対する相対的な位置を変化させて、ポテンシャル揺らぎの強度を変化させて、量子ホール効果のブレークダウンの臨界電流値の試料幅依存性を調べることを目指して研究を行った。実験は、速度変調トランジスタ構造型素子の作製、下面ゲート用高圧回路の作製、高圧用強磁場クライオスタットの作製等を経て行った。ポテンシャル揺らぎの強度変調の影響を押さえるためには、他のパラメータの変化を抑えた上で測定を行う必要があるため、現段階では、速度変調トランジスタ型素子の上面、下面ゲートによる電子濃度、電子移動度の制御を行っており、目的とした測定まで至っていない。
活性ゾーソの有無に注目した逆行性伝達物質検定のための神経培養系の開発

本研究においては培養神経細胞を用いて神経突起末端部からの伝達物質放出に対する逆行性情報伝達物質の影響を、【.encircled1.】活性ゾーンを持つ場合、【.encircled2.】活性ゾーンを持たない場合それぞれについて解析することを目的とした。【.encircled1.】活性ゾーンを持つ場合については、胎生15日のラット胚より脊髄後根神経節(DRG)細胞および脊髄神経細胞を酵素処理により単離した後、共培養してシナプスを作らせた。10-20日間培養後、DRG細胞からシナプス入力を受けていると思われる大型脊髄神経細胞よりホールセル・パッチクランプ法によって記録すると自発性の興奮性シナプス電流(EPSC)が見られた。事象の大きさは4-40pAに分布していた。単一サイトからの放出という保証はないので詳細な量子解析は行わなかったが、平均頻度33events/sec、大きさの平均値14pAであった。この自発放出に対する逆行性情報伝達物質候補物質の影響を探るため、アラキドン酸(50muM)、Naナイトロプルッシド(100muM)を投与した。しかし、どちらの物質も上記の平均epsc頻度、epscの大きさの平均値に有意差を生じさせなかった。【.encircled2.】については単独培養したDRG細胞の神経突起先端部(活性ゾーンを持たない)からの伝達物質放出について検討した。まず、神経突起が軸索と考えられるかについて検討した。中枢神経細胞において軸索特異的蛋白質であるタウに対する抗体で染めたところすべての神経突起はタウ陽性となり、神経突起は軸索である可能性が強く示唆された。また、神経突起先端部はシナプス顆粒膜特異的蛋白質シナプトファイシンに陽性であり、顆粒の存在が示された。放出及びそれに対する逆行性情報伝達物質の影響についてグルタミン酸受容体膜をはりつけたパッチ電極を用いて現在検討している。