hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「キャッチアップ終焉」後の教育改革に関する比較社会学的研究

この研究は、1970年代末から1980年代初頭にかけて、政府関係の審議会等の公式文書や政策文書において、日本が西欧諸国へのキャッチアップが完了したという認識を持つに至った経緯、さらにはその認識を持つことで、その後の教育政策やその基盤となる社会認識・教育問題の社会的構築にどのような影響がおよんだのかを明らかにした。研究の結果、ジャパン・アズ・ナンバーワンなどの海外の日本認識が提供した知識の影響と、キャッチアップ型近代化の限界と問題点が日本の教育政策を打ち立てる上でのトラウマとしてつきまとっていたことが示された。中央集権制や詰め込み受験教育の弊害などの「開発国家型」の教育としての問題である。本年度は前年度から引き続き、政策文書と歴史文献の検討、分析を行った。とりわけ、近代化の過程で、西欧の影響がどのように日本で受けとめられてきたのかを、平川祐弘氏や芳賀徹氏などの比較文化史の先行研究を中心に検討を行った。幕末・明治期の西欧との接触がいかにキャッチアップの必要性を日本人に埋め込んだかを理解するための精神史的なアプローチを理解するための研究であった。主に明治期の知識人の文献解読を中心としたこれらの研究を通じて、アジア社会の中で独自の道を歩み始める段階での日本人の意識の中に、特定の領域における欧米からの遅れを過度に意識する構造がすでに芽生えていたこと、それらが、戦後まで克服されないままに残された可能性を探ることができた。キャッチアップの必然性を理解する上での基礎作業となる研究の蓄積を達成できた。戦後段階の歴史文書の分析としては、エズラ・ボーゲルの『ジャパンアズナンバーワン』をめぐる知識状況について文献収集を行うとともに、その読解を行った。とりわけ、日本でベストセラーとなった時期にどのようにこの本が紹介され読まれたのかを雑誌レベルにまで下りて文献を収集した。また、同時期に海外ではこの本がどのように読まれていたかについても分析を行った。キャッチアップ終焉意識の引き金となるこの本の出版とそのベストセラーかという現象を追うことで、70年代後半の日本社会の意識構造の中に、海外の有識者による認定がどのように影響したのかを考察することができた。教育政策関連の文献リサーチについては、エリート教育との関連でイギリスの大学教育における政策について研究を行った。その過程で、英語のmodernizationが近代化と同時に現代化という意味をもつことが明らかとなった。現代化として現在進行形の意識をとらえることで、日本との比較にとって意味をもつ知見の一つである。本年度は前年度から引き続き、政策文書と歴史文献の検討、分析を行うとともに、最終年度にあたり、これまでの研究成果を一部発表した。これまでの研究から、日本におけるキャッチアップの終焉を理解するためには、よりグローバルな文脈に研究を位置づけることが重要である。そのため、今年度は、Chalmers Johnsonの「開発国家」の概念や、Kyung-Sup Changの「圧縮された近代」の概念との関連性が重要であることとの認識から、その面での理論的検討を行った。と同時に、これらの概念を用いて、戦前、前後期の日本の経済と教育の発展に関して、経済審議会や中央教育審議会、臨時教育審議会等の政策文書の読み取りと分析を行った。これらの分析を通じて、開発国家としての日本の歴史を終戦までの第一期と、キャッチアップ終焉が宣言されるまでの戦後の第二期とに分けて、圧縮された近代化が二つのフェーズを持つことを明らかにした。そして、この二つのフェーズで、教育と国家との関係に大きな変化が見られることを示した。これらの成果は、2013年9月に九州大学で行われた国際シンポジウム(「アジアの中の日本」)においてキーノートスピーチとして口頭発表するとともに、その一部を藤原書店が発行する『環』という雑誌に発表した。さらには、英文論文、"The Two Lost Decades in, and through, Education"を執筆した。これについてはシンクタンク、日本再建イニシアチブが主催する研究プロジェクトJapan's Lost Decadesで発表の後、同プロジェクトが英文で刊行予定の編著に掲載されることになっている。また、キャッチアップ終焉に向けての教育政策の展開が、日本的な平等主義と関連するというアイデアをもち、幼児教育から高等教育にまたがる日本の教育の平等の考え方の検討を行った。これらについては英文論文の執筆を準備しているところである。1970年代末から1980年代初頭に、戦後の日本社会は、西欧社会に「追いついた」という認識を持ったことが、「大平政策研究会」の文献調査によって明らかになった。この事実をもとに、当時の研究会参加者である石井威望氏、小林登氏、村上陽一郎氏に聞き取り調査を行った。その結果、当時の時代認識としては、西欧諸国に実際に追いついたという感覚はそれほど強くはなかったものの、時代の変化に対応していくためには、そのような主張を前面に出す方がよいという認識があったことが判明した。

また、韓国出張を通じて、文献調査を行うとともに、おもに80年代、90年代に教育政策を担った専門家へのインタビューを行った。これらの調査を通じて、韓国においては、日本の80年代ほど明確に、先進国に追いついたという意識を持ったことはないこと、軍事独裁政権下ではナショナリズムの強調がなされる一方で、政権の正当化のための経済成長政策がとられたこと、韓国の経済成長期が、すでにグローバル化が顕著になる時代と重なっていたために、日本ほど明確にキャッチアップの達成を認識する時間的余裕がないまま、さらなる国際競争に巻き込まれているという認識を持つことも明らかとなった。これらの調査とあわせて、近代化論と非西欧社会におけるその摂取を中心にした文献の講読を行った。その結果、現在までのところ、1960年代の近代化論が米ソ冷戦時代のイデオロギー対立の刻印を押されていること、日本が近代化の成功例として見なされる背景に、そうした近代化論のイデオロギーが存在したことが明らかとなった。アメリカでの聞き取り調査を予定していたが、種々の理由で今回はアメリカへの渡航ができなかった。日本滞在中のインタビューにおいても日程の調整が不調に終わり、公文俊平氏への聞き取りは実現できなかった。また台湾を加える予定であったが、それよりもアメリカからのインパクトをとらえた方が、史実に迫れる可能性が高いとの認識で、その予定も変更した。文献研究を通じて得られる知識の蓄積を優先した方が良いとの判断からの変更である。これらの変更により、当初今年度に予定されていた聞き取り調査にやや遅れが出たが、その分、どこに焦点づければよいかについてより明確な指針が得られたので、それを来年度に生かすことで挽回が可能だと判断している。研究計画において予定した、日本での聞き取り調査の第一段階(大平政策研究会メンバーの一部への聞き取り)、ならびに韓国における教育行政担当者への聞き取り調査を実施し、上記の通り一定の成果を得た。これらの成果をまとめ、さらに文献調査を進めた。と同時に、これまでの研究成果を今回の研究テーマの視点からまとめ、論文として発表することも行った。市民社会の形成と教育の関係についての論文はそうした成果の一部である。ただし、文献調査については、どのような文献が研究に資するかの情報収集を行い、大量の文献を入手したものの、それらを十分に精査するには至っていない。これについては引き続き次年度以後に継続して実施していく。エズラ・ボーゲルの『ジャパンアズナンバーワン』の出版が日本におけるキャッチアップ終焉意識の形成に大きく与っていることが今年度の研究からある程度明らかになったことから、この面でのさらなる分析と、教育政策との関連を探る研究が必要であることが判明した。そのため今年度は、24年度に実施できなかったアメリカと日本での聞き取り調査を中心に、さらに文献調査を深めていきたい。また、これまでの研究実績を踏まえ、日本における戦後のキャッチアップの教育政策面での実施過程について、英文での発表を行うことも今年度の目的の一つである。
敗血症の新規メディエーター"細胞外ヒストン"のダイナミズムの解析

(1)血中ヒストンH3濃度を測定する方法の開発に取り組み、10-1000ng/mLのレンジで検出可能なELISA系を確立した。(2)このELISA系を用いて血中のヒストンH3濃度を測定したところ、健康な人では測定した全例が0 ng/mLだったのに対し、敗血症・DIC患者では0-1464 (中央値: 19.2) ng/mLと有意に高値を示した。また、生存例と比べ、死亡例では高値を示す傾向にあった。(3)マウスの尾静脈からヒストンを静注して病態解析を行ったところ、血栓塞栓症のほか、致死的不整脈を引き起こし、心停止に至ることが判明した。これらのことから、敗血症の際には、核内タンパク質ヒストンが細胞外に放出されて血中濃度が高まり、これによって血栓症や心筋傷害が誘発される可能性が考えられた。核内タンパク質ヒストンは、敗血症などの病態において細胞外に放出され、致死性メディエーターとして作用することが報告されている。本研究においては、(1)特異的血中ヒストン濃度の測定系を確立し、(2)それを利用して、敗血症・DICなどでの血中のヒストン濃度のダイナミズムを解析し、(3)致死性メディエーターとしての細胞外ヒストン像を検証した。(1)まず、我々は血中ヒストンH3濃度を測定する方法の開発に取り組み、10-1000ng/mLのレンジで検出可能なELISA系を確立した。(2)次に、このELISA系を用いて健常人、敗血症・DIC患者、健康なマウス、敗血症モデルマウスの血中のヒストンH3濃度を測定したところ、健康な人、健康なマウスでは、測定した全例が0 ng/mLだったのに対し、敗血症・DIC患者では0-1464 (中央値: 19.2) ng/mLと有意に高値を示した。エンドトキシンを腹腔内に投与したマウスでは、投与4時間後までは血中ヒストンH3濃度が全例で0 ng/mLのままだったが、8時間後には0-336.1 (中央値: 10.3)ng/mL、12時間後には0-3834 (中央値: 20.0)ng/mLに上昇した。盲腸結紮穿刺による腹膜炎マウスでも、12時間後には2.6-1000 (中央値: 18.8) ng/mLに上昇した。(3)次に、血中ヒストン濃度の上昇によって引き起こされる病態を考察するために、マウスの尾静脈からヒストンを静注して病態解析を行ったところ、血栓塞栓症のほか、心室頻拍のショートラン、房室ブロックなどの致死的不整脈を引き起こし、心停止に至ることが判明した。これらのことから、敗血症・DICの際には、核内タンパク質ヒストンが細胞外に放出されて血中濃度が高まり、これによって血栓症や心筋傷害が誘発される可能性が考えられた。
オキシトシン・オキシトシン受容体系が担う新たな生理機能の探求

脳内オキシトシン(OXT)と受容体は社会行動の制御機能を持ち、ヒト鼻腔投与OXTが社会性を高める事から自閉症への投与試験も開始された。本研究ではOXTR発現性神経の社会行動制御機構を解析した。まずOXTによる5-HT分泌制御の役割を解析した。そして、社会識別時にMeAのOXTR発現神経の多くでc-Fos活性化を検出した。5-HT神経特異的OXTR遺伝子KOマウスを作製、当該神経の機能解析を行ったが社会記憶の障害は見出せなかった。体温調節能に関わる淡蒼縫線核のOXTR発現性Glutaminergic神経を見出した。一方、OXTR発現性I型味細胞の解析を進め、その性質について新しい情報を得た。計画1に記載の、ePet1-Cre TGマウス導入と、flox型OXTR KOマウスとの掛け合わせは順調に行われ、これにより5-HTニューロンでのみOXTR遺伝子欠損し、OXTに対する反応性を失ったマウスが作製された。その社会的記憶行動に関して限定された回数ではあるが解析を行った。その観察実験の結果は、縫線核5-HTニューロンに発現するOXTRは社会行動に関与する可能性が薄いことを示唆した。社会行動制御能を持つOXTRの局在神経核に関しての数ある可能性の一つとして、研究費申請時には詳細を記述しなかったが、"扁桃体内側核に発現するOXTRがマウスの社会行動(社会的記憶)において果たす役割"について検討した。即ちfx型OXTR遺伝子欠損(Oxtr(fx/fx))マウスの扁桃体内側核にAAV-Creベクターを感染させることで、本領域に発現するOXTRが社会的記憶に果たす役割について解析する為の準備を行った。今年度はAAV-Creの開発を行い、Rosa26-STOP-βGalマウスの特定の脳神経核にこれを注入感染させ、AAV-Creベクターが設計通りに機能することを確認した。また、オキシトシン受容体欠損マウスの特定の神経核にレスキュー用のオキシトシン受容体遺伝子を送り込むため、AAV-Oxtr-IRES-Venusベクターの開発と、特定の神経核へ打ち込んだ場合の感染性、オキシトシン受容体遺伝子の発現の可否など作動確認を行った。計画2の、舌味蕾I型グリア様細胞で発現するOXTRの生理的機能解明について、舌味蕾特異的Oxtr KOマウスがOXT添加餌、非添加餌に対し示す社会行動の差異について、明確な差異は見いだせていないものの、引き続き検討することとした。新規OXTR制御性ニューロンの発見:淡蒼縫線核のGlu作動性神経でのOXTR発現を検出し、GABA作動性神経、5-HT作動性神経、ドパミン作動性神経に加えて広汎な神経伝達物質投射制御に関与している事が明らかとなった。解剖学的解析:GABA作動性神経マーカーGad1に対するin situ hybridizationと、Oxtr-Venusに対するimmunohistochemistry併用による2重染色で、OXTR発現神経の多い扁桃体内側核で約30%、母性行動との関係から注目している外側中隔の当該神経の90%以上がGABA作動性であった。社会行動解析:縫線核5-HT神経特異的Cre発現性のePet-Creマウスを導入、Oxtr(fx/fx)マウスと交配、5-HT神経特異的OXTR欠損マウスを作製したが、社会記憶障害は見出され無かったが、一方背側縫線核から側座核に投射するOXTR発現性5-HT神経が社会的報酬に関与する事が、我々の開発したOxtr-Venusマウスを(無断で)用いた研究により報告された。このため、Vgat-IRES-Creマウスを導入、GABA神経特異的にOXTR遺伝子欠損を行たところ、three chamber法での社会行動解析において有意な異常行動を見出した。グリア細胞について:ヒト自閉症死後脳でのミクログリア異常が報告されていることから、同様症状を示すOXTR遺伝子KOマウスの社会行動関連領域のグリア細胞を観察したところ、ミクログリアの異常を見出した。またOXTR.cDNA.HA-IRES-Creを開発するなど、当研究補助により多くの成果を得た。その社会的記憶行動に関して解析を行ったが、同観察実験は、縫線核5-HTニューロンに発現するOXTRは社会行動に関与する可能性の薄いことを示した。一方、縫線核5-HTニューロンに発現するOXTRが果たす母性行動に於ける役割は引き続き解析する。

さらに、オキシトシン受容体に依る体温制御、不安軽減作用について、縫線核5-HTニューロンに発現するOXTRの役割についての解析を薦める。数ある可能性の一つとして、研究費申請時には詳細を記述しなかったが、"扁桃体内側核に発現するOXTRがマウスの社会行動(社会的記憶)において果たす役割"については、解析が著しく進み、本領域に発現するOXTRが社会的記憶に極めて重要な役割を果たすことを見出した。更に、脳内各所に於いて発現するOXTRの役割の解析、これを発現するニューロンが形成するOXTR発現性のニューロンとその回路解析等に極めて強力な威力を発揮する、OXTR-IRES-Cre Knockinマウスと、ベクターのAAV-Oxtr-IRES-Venus、Cre依存的逆位活性型アデノ随伴ヴィルスベクター等の開発に成功した。計画2の、舌味蕾I型グリア様細胞で発現するOXTRの生理的機能解明について、舌味蕾特異的Oxtr KOマウスがOXT添加餌、非添加餌に対し示す社会行動の差異について、明確な差異は見いだせていないものの、引き続き検討する価値がある。OXTR発現性味蕾細胞の電気生理学的解析は、OXTRの非味蕾細胞での弱いOXTR発現を考慮して味蕾細胞を選択できるための、改善策を検討している。導入したePet1-Cre TGマウスをflox型OXTR KOマウスと組み合わせて作製したマウスで行った、5-HTニューロン特異的OXTR遺伝子欠損マウスによる社会的記憶行動解析の結果は、予想に反して縫線核5-HTニューロンに発現するOXTRは社会行動に関与する可能性が薄いことを新たに明らかにすることが出来た。一方、オキシトシンがオキシトシン受容体を介して縫線核セロトニンニューロンの重要な生理機能を制御している可能性は以前として高く、寧ろ体温制御機能やオキシトシンの不安低下作用、食欲抑制などそれ以外のオキシトシンの生理作用への関与について、調べていくことの必要性に至ったことは大きな成果と考えている。"扁桃体内側核に発現するOXTRがマウスの社会行動(社会的記憶)において果たす役割"については、解析の準備として、新たにAAV-Creベクターの開発と作動確認を完了しすることに成功し、繁殖数を確保することで、fx型OXTR遺伝子欠損(Oxtr(fx/fx))マウスを用いた領域特異的オキシトシン受容体の欠損による、領域特異的オキシトシン受容体の機能解析が展開できることとなった。計画2の、舌味蕾I型グリア様細胞で発現するOXTRの生理的機能解明について、舌味蕾特異的Oxtr KOマウスがOXT添加餌、非添加餌に対し示す社会行動の差異については、明確な差異は見いだせておらず、味蕾に発現するオキシトシン受容体の味覚以外への機能を推定する事も必要と思われた。25年度が最終年度であるため、記入しない。導入したePet1-Creマウスとflox型OXTR KOマウス(Oxtr(fx/fx)マウス)を交配し、5-HTニューロン特異的Oxtr KOマウスを作製した。その社会記憶行動を測定したが大きな障害は見られず、Oxt→5-HT回路はマウスの社会記憶に重要な役割を果たしていない可能性が示唆された。同マウスの母性行動異常の有無については解析を続行している。
次世代半導体・液晶製造装置のための機構と制御の統合設計

半導体や液晶製造に用いられる精密位置決めステージには,「高速駆動」,「高精度駆動」,「ステージの大型化」,という相矛盾した要求がなされている。それを達成するためには,高性能なフィードフォワード制御器と,高帯域なフィードバック制御器が必要である。しかしながら,制御対象が連続時間不安定零点や遅延のある「非最小位相系」であると,それらを達成するのが難しいという課題がある。昨年度は,連続時間不安定零点がある制御対象への,時間軸反転による状態変数軌道生成およびマルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従制御法を提案し,実験検証をした。本年は昨年度の知見を活かし,1)有限時間Preactuationによる制約を考慮した正時間の完全追従制御法, 2)モード正準系を用いた数値的に強いマルチレートフィードフォワード制御法の提案,を行った。さらに,「非最小位相系」のもうひとつの原因である遅延に対し,特に空気圧アクチュエータを取り上げ,3)空気圧アクチュエータの遅延補償による圧力制御の高帯域化,4)空気圧アクチュエータの波動方程式を用いたモデル化と共振相殺,に取り組んだ。半導体や液晶製造装置のステージはスループット向上のため大型化している。そのため,それを駆動するリニアモータも大型化・大質量化し,さらに発熱が問題となっている。そこで,粗動ステージのリニアモータを軽量・安価・低発熱な空圧アクチュエータに置き換えることができれば,そのボトルネックが解消される。そこで,提案した遅延補償と共振相殺法により,優れた制御性能を達成できることが実験的に示された。以上をふまえて,機構のもたらす制約により,制御が難しいとされている非最小位相系に対しフィードフォワード制御・フィードバック制御の両面からアプローチをし,高速高精度位置決めが達成できたと結論づけ,博士論文として成果をまとめた。29年度が最終年度であるため、記入しない。半導体・液晶製造装置では,ステージの大型化・高速化による生産性向上と,位置決め精度の高精度化が求められている。本年では1)「センサ・アクチュエータ配置を考慮した機構と制御の統合設計」,2)連続時間不安定零点を持つ制御対象への時間軸反転とマルチレートフィードフォワードを用いた軌道追従制御法,に取り組んだ。1)は位置・姿勢の計6自由度に位置決めをする必要があるステージに対する非干渉化制御法である。スループット向上のためのステージの高速化(高加速度化)により,並進運動(x)からピッチング運動(\theta_y)の軸間干渉が位置決め精度を低下させてしまう。そこで本研究では剛体モードに対して冗長なアクチュエータ・センサを搭載したステージを用いて研究を行った。このステージはx方向に複数のアクチュエータを搭載し,推力配分により仮想推力点の高さを変えることができる。そして,重心駆動法,回転中心駆動法,ハイブリッド駆動法を提案し,軸間干渉を抑圧した。また,詳細なモデル解析によりアクチュエータ位置,センサ位置と伝達関数の零点の関係が明らかになった。2)については,連続時間不安定零点の問題点としては,アンダーシュートを生じてしまい軌道追従制御が難しい点がある。制御対象を離散化すると,離散化零点と真性零点が生じる。不安定な離散化零点については,本研究グループの従来研究により解決された。そこで本年に提案した手法では,離散化零点をマルチレートフィードフォワードで,真性零点を時間軸反転を用いることで別々に補償する手法を提案した。この研究は不安定零点を持っている制御対象,例えばHDD,モータやコンバータ,ロボットなどに適用可能である。研究実績の概要の1)に述べた内容は,アクチュエータ・センサの位置を変えられるか,または冗長にある対象に対して,機構と制御の統合設計により零点配置を最適化する研究である。この点については順調に研究が進展した。2)については,零点配置を変更できない制御対象が不安定零点を持っている場合への対処法である。これは当初計画にない研究の方向性であり,1)の研究の双対の位置づけである。精密位置決めステージには,「高速駆動」,「高精度駆動」,「ステージの大型化」,という相矛盾した要求がなされている。昨年は,センサ・アクチュエータの配置を最適化する機構と制御の統合設計法に取り組んだ。本年は,センサ・アクチュエータの配置を変更できず,連続時間不安定零点を持つ制御対象への軌道追従制御法に取り組んだ。軌道追従制御をするためには,制御対象の逆系によるフィードフォワード制御が有効である。ところが,制御対象が1)不安定な離散化零点,または2)不安定な真性零点(連続時間不安定零点由来)を持つ非最小位相系の場合,原理的に完全追従制御はできないとされていた。ところがマルチレートフィードフォワード制御法により,1)の問題に対しては近似なしに安定逆系が設計できるようになった。ところが2)の問題については安定な近似逆系を用いた方法(例えば零位相誤差追従制御器: ZPETC)で対応せざるを得ず,原理的な制約条件だと思われていた。提案したPreactuation Perfect Tracking Control(PPTC)法では,「虚軸反転・時間軸反転による安定な状態変数軌道生成」により連続時間不安定零点に対する安定逆系を設計し,2)の問題を解決した。生成された状態変数軌道に対してはマルチレートフィードフォワード制御により1)の問題を解決した。本手法は,負時間からの制御入力の印加により,アンダーシュート・オーバーシュートなく完全追従を達成する。不安定零点の制約を超えた制御法といえる。

実験では研究室の保有する精密位置決めステージを用い,8次のモデルを同定した。提案法により,実験的に従来法に比べ最大位置決め誤差97%減(34倍性能向上),95%減(22倍性能向上)を達成した。さらに,短時間のPreactuationによって,正時間の完全追従制御を達成する手法を提案した。1)システム同定3)有限時間Preactuationによる正時間の完全追従制御法PPTC法は,負時間の長時間に制御入力を印加する必要がある。そこで,冗長次数多項式軌道による最適有限Preactuation法により,負時間の位置決め誤差を低減しつつ,短時間のPreactuationで正時間の完全追従を達成する手法を提案した。この拡張は当初計画立案時にはなく,当初計画以上の進展といえる。半導体や液晶製造に用いられる精密位置決めステージには,「高速駆動」,「高精度駆動」,「ステージの大型化」,という相矛盾した要求がなされている。それを達成するためには,高性能なフィードフォワード制御器と,高帯域なフィードバック制御器が必要である。しかしながら,制御対象が連続時間不安定零点や遅延のある「非最小位相系」であると,それらを達成するのが難しいという課題がある。昨年度は,連続時間不安定零点がある制御対象への,時間軸反転による状態変数軌道生成およびマルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従制御法を提案し,実験検証をした。本年は昨年度の知見を活かし,1)有限時間Preactuationによる制約を考慮した正時間の完全追従制御法, 2)モード正準系を用いた数値的に強いマルチレートフィードフォワード制御法の提案,を行った。さらに,「非最小位相系」のもうひとつの原因である遅延に対し,特に空気圧アクチュエータを取り上げ,3)空気圧アクチュエータの遅延補償による圧力制御の高帯域化,4)空気圧アクチュエータの波動方程式を用いたモデル化と共振相殺,に取り組んだ。半導体や液晶製造装置のステージはスループット向上のため大型化している。そのため,それを駆動するリニアモータも大型化・大質量化し,さらに発熱が問題となっている。そこで,粗動ステージのリニアモータを軽量・安価・低発熱な空圧アクチュエータに置き換えることができれば,そのボトルネックが解消される。そこで,提案した遅延補償と共振相殺法により,優れた制御性能を達成できることが実験的に示された。以上をふまえて,機構のもたらす制約により,制御が難しいとされている非最小位相系に対しフィードフォワード制御・フィードバック制御の両面からアプローチをし,高速高精度位置決めが達成できたと結論づけ,博士論文として成果をまとめた。今後は,まず2)の手法について,現在は負の無限時間の制御入力を印加する必要がある。今後は,これを有限時間で最小誤差で追従させるような手法を提案したい。また,2)については非最小位相系に分類されるシステムである。そこで今後は非最小位相系のシステムの一つである,遅延があるシステムについての研究を深めたい。
大運動量帯域エンゲ磁気分析器による^7Li直接クーロン分解反応の研究

筑波大学加速器センターのエンゲ磁気分析器の焦点面で,^7Li入射核分解反応で生成される^4Heと^3Hの分解片を同時測定するための,焦点面位置検出器を2台製作した。これら位置検出器は,単抵抗芯線の比例計数管とバイクロン社製のプラスチックシンチレータBC400からなり,それぞれ,全長90cmと40cmである。また,低エネルギー^4He粒子の測定のため,低圧での比例計数管の作動を可能にするガスコントロールシステムを製作した。検出器をサポートする電源,前置増幅器,光電子増倍管等を購入した。筑波大学加速器センターで予備実験を行った。2台の焦点面検出器をエンゲ磁気分析器の焦点面に据えAr(70%)+CH_4(30%)ガス400torr下で作動させた。40MeV-^7Liビームを用いて予備的なデータを収集した。パーソナルコンピュータを購入しデータ解析を行った。その結果,弾性散乱(^7Li)に対して約2mm(ビームの拡がり,標的厚,立体角による寄与を含む)の位置分解能を得た。この結果は,同種の検出器では典型的な位置分解能と考えられ,^7Liの直接分解反応の結果生じる^4Heと^3Hの相対エネルギーに対して,満足すべき(相対エネルギー500keVに対して約7keV)分解能を保証する。平成5年度で計画どうり検出器系の開発整備が終了した。平成6年度では,筑波大学加速器センターで,^<197>Auを標的とする^7Li直接分解反応実験を行う。クーロン障壁以上と以下の入射エネルギーで,^7Li直接分解反応に対する核力とクーロン力の競合状態を研究し反応機構の解明をめざす。併せて,クーロン分解反応を優位に測定する条件を探る。
質の高い情報通信技術者を育成するための総合的な教材の開発

最新のFPGAを用いて教育用のパーソナルコンピュータ(PC)を開発した.このPCは学生でも設計を理解できるシンプルな構成であるが,オペレーティングシステムや言語処理系を実行する能力を持っている.これを使用して,学生はプログラムを作成することと,これの設計内容を学習することの両方が可能である.これのハードウェア設計データやシステムプログラムのソースコードは,全てオープンソースとして公開し,学生の学習に利用できる.最新のFPGAを用いて教育用のパーソナルコンピュータ(PC)を開発した.このPCは学生でも設計を理解できるシンプルな構成であるが,オペレーティングシステムや言語処理系を実行する能力を持っている.これを使用して,学生はプログラムを作成することと,これの設計内容を学習することの両方が可能である.これのハードウェア設計データやシステムプログラムのソースコードは,全てオープンソースとして公開し,学生の学習に利用できる.質の高い情報通信技術者を育成するために、情報処理技術の核となるコンピュータの全体像を「実感をもって」学習できる教材用のコンピュータシステムを開発することが本研究の目的である。平成22年度は、教育用コンピュータのハードウェアを開発する計画であった。そこで、最新のFPGAを採用した教育用コンピュータの回路設計を行った。その後、この回路から、外部のサービスを利用し、プリント基板のパターンを設計と試作をした。試作品の使用感を確認した後、多少の設計変更を行い、再度試作を繰り返し、完成度を高めた。これまでに、試作を完了した新しい教育用コンピュータは、当初の予定通り、(1)最新のFPGAを採用することにより小型化とコストダウンを実現し、(2)マイクロSDカードを二次記憶装置として用い、(3)USBポートを用いてPCと通信できるものになった。更に、予定には無かったコンソールパネルを装備することにより、学生がコンピュータの内部に直接アクセスできる仕組みも備えることができた。プリント基板の試作だけではコンピュータのハードウェアは完成しない。FPGA内部の設計をすることも必要である。FPGA内部の設計は、ディスプレイとのインタフェース部分を専門業者を用い外注設計し、他の部分は研究代表者が設計した。現在までに、一応の動作を確認しているが、平成23年度に開発予定のオペーレティングシステムと組み合わせて評価ができるまで、細部の仕様と実装については流動的である。質の高い情報通信技術者を育成するために、情報処理技術の核となるコンピュータの全体像を「実感をもって」学習することができる、教材用のコンピュータシステムを開発することが、本研究の目的である。平成22年度に教育用コンピュータのハードウェア開発を行った。この段階では、最新のFPGAを採用した教育用コンピュータの回路設計を行いプリント基板のパターンを設計し、試作機を製作した。これには、予定には無かったコンソールパネルを装備することにより、学生がコンピュータの内部に直接アクセスできる仕組みも備えることができた。平成23年度は、コンピュータの量産を行った。本研究費で12台を製作した他に、受講者の私物として40台を製作し、24年度以降の本格的な利用に備えることができた。また、オペレーティングシステム(以下ではOS)の設計と実装、それに合わせたFPGA設計の変更などをおこなった。これまでに、μSDカードからOSを読み込んで起動できるようになっており、不十分な面もあるが、ディスプレイの表示を確認しながらキーボード操作ができ、パーソナルコンピュータの体裁を整えることができた。実装したOSは、現時点で、C--言語で3,400行程度の小規模なものであり、学生に読ませるために使用できる。既に、本校専攻科の総合演習で教材として利用した実績もある。実施計画で予定していた、セルフ開発環境の移植は完了できていない。平成24年度は、セルフ開発環境を完成するとともに、学会活動、ホームページなどを通じて、成果の公開と普及活動を行う予定である。教育用パーソナルコンピュータTaCのオペレーティングシステム(TaC-OS)開発と,これを実行するためのハードウェアと言語処理系の改良,教育用の特殊機能の実装,ドキュメントの整理を行った.ハードウェアの改良では,まず,機械語命令にバイト配列を扱うアドレッシングモードを追加した.FATファイルシステムをTaC-OSに実装するためにバイト単位でのデータ処理が不可欠なためである.これに伴いメモリ空間の大きさが従来の64kWから64kBに変更された.次に,メモリ空間の縮小に対応するために,4bit定数や4bitオフセット等のアドレッシングモードを追加した.最後に,CPUに実行モード(特権・非特権)を持たせるために特権モード専用のスタックポインタの追加,PSWに特権ビットの追加,特権命令の追加等を行った.ハードウェアの改良に伴い,C--コンパイラ,アセンブラ等を改良する必要もあった.オペレーティングシステムの実装は,前年度までに旧TaC上で開発した組込み用OSにマルチメディアカードのドライバを追加し,また,バイト配列を用いるように書き換え,組込み用OSとして一応完成した.今後,汎用OSとして進化させる予定である.教育用の特殊な機能の実装では,ソフトウェアの支援なしにコンピュータ内部を観察することが可能なコンソールパネルをTaCに実装した.これを用いるとOSの内部までステップ実行が可能である.既に,TaC-OSの開発で威力を発揮しており,学生が学習用に使用し効果を上げることが期待される.ドキュメントの整理では,組込み用の「TaC-OSのユーザーズマニュアル」を新規に作成した他,「C--言語のマニュアル」と「TeC(8bitモードの教育用コンピュータ)の教科書」を改訂した他,情報処理学会コンピュータと教育研究会にて改良後のTaCのハードウェア仕様について報告を行った.平成22年度に設計したプリント基板に不具合が見つかったため、平成23年度に設計の手直しを行った。

回路設計変更、プリント基板の設計、設計結果のチェック等に時間がかかったため、セルフ開発環境の整備に手が回らなくなってしまった。そのため、セルフ開発環境が完成していない。24年度が最終年度であるため、記入しない。セルフ開発環境の完成を目指すとともに、ドキュメント(技術資料、テキスト)の作成を行う。学会活動、ホームページなどを通じて、成果の公開と普及活動を行う。ほぼ、当初の研究計画に追いつくことができると考えている。
嘔吐の発現における自律神経系機能の役割に関する生理学的研究

嘔吐の中枢メカニズムは、「嘔吐中枢」の存在を中心に考えられてきた。しかし、明確に定義される嘔吐中枢の存在は否定され、代わりに「延髄に散在する自律神経系反応に関与するコントロールシステムが協力して嘔吐反応を作り出す」という考えが提唱された。そして、それらを統合する「嘔吐pattern generator」が腹外側網様体(VLM)領域のBotzinger complex(疑核および後顔面神経核領域)に存在することが明らかになり、嘔吐の遠心性メカニズムが解明されつつある。その一方で、嘔吐の求心性メカニズムは未だ明らかにされていない。嘔吐は、消化管刺激、振動刺激および血中化学物質によって誘発される。これらの刺激は、異なる経路を介して延髄に入力されるにもかかわらず、同様の嘔吐を引き起こすことから、嘔吐刺激を統合する領域の存在が示唆される。本研究により、VLMが嘔吐の遠心性メカニズムの中心であるのに対し、孤束核(NTS)はその求心性メカニズムにおいて、消化管、前庭器官および圧・化学受容器からの情報統合に重要であると考えられた。頚動脈洞神経入力は、単独では催吐性がないが、NTSにおいて迷走および前庭神経入力と統合され、嘔吐発現を調節することが明らかになった。また、嘔吐発現はNTSで統合・加算された嘔吐刺激がVLMへ伝達されることによると考えられ、そのスタートであるNTS腹側および腹外側領域が「嘔吐反応のスイッチ」であることが示唆された。さらに、NTS腹側および腹外側ニューロンにおけるグルタミン酸受容体、特に□-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid(AMPA)受容体の発現が嘔吐反応に伴って増加したことから、AMPA受容体がNTSから嘔吐pattern generatorへの嘔吐シグナル伝達に関与することが示された。嘔吐機構と呼吸・循環器系機能との関係を明らかにするために、内頸動脈結紮による圧受容器反射遮断およぴ頚動脈小体除神経による化学受容器遮断が嘔吐反応に与える影響について検討した。内頸動脈結紮により嘔吐潜時の有意な延長、特に嘔吐に先行する血圧上昇持続時間の延長がみられた。頚動脈小体除神経は、嘔吐潜時を有意に延長させ、呼吸数減少を有意に強めた。また、嘔吐反応における頚動脈洞神経電気刺激の影響について調べた。嘔吐誘発刺激を与えていない群では、頚動脈洞神経電気刺激により心拍数減少を特徴とする自律神経反射がみられたが、嘔吐は誘発されなかった。嘔吐誘発刺激存在下における頚動脈洞神経電気刺激では同様の自律神経反射がみられたのと同時に嘔吐が誘発された。以上の結果から、嘔吐発現における圧受容器反射および化学受容器反射の関与が示唆された。呼吸・循環器系機能による嘔吐の中枢メカニズムの修飾を直接的に証明するために、電気生理学的実験および免疫組緯化学的実験を行った。電気生理学的実験は、プラチナ双極電極または微小ガラス電極を用いて、嘔吐反応における頚動脈洞神経活動を記録した。免疫組織化学的実験では、嘔吐反応における延髄のc-fosの発現を検討した。また、逆行性トレーサーであるCholera toxin βsubunit(CTB)を頚動脈洞神経に注入し、蛍光抗体法により延髄における頚動脈洞神経終末の分布を調べた。さらに、CTBとc-fosの蛍光二重染色を行い、頚動脈洞神経の投射を受ける神経細胞の嘔吐反応への関与を検討した。嘔吐機構における圧および化学受容器反射の関与を明らかにするために、これら受容器の求心性線維である頚動脈洞神経(CSN)および大動脈減圧神経(ADN)の電気刺激を行った。CSNおよびADN電気刺激は反射性の心拍数減少および血圧低下を引き起こした。胃伸展刺激存在下におけるCSN刺激は、同様な心血管系反射を引き起こし、嘔吐を誘発した。その一方で、胃伸展刺激存在下におけるADN刺激は、心血管系反射および嘔吐反応を誘発しなかった。大および小内臓神経切断後、胃伸展刺激存在下におけるADN刺激は心血管系反射を引き起こしたが、嘔吐は誘発しなかった。内臓神経切断は、CSN刺激による心血管系反応および嘔吐反応に影響を与えなかった。腹部迷走神経切断は、CSN刺激による心血管系反射には影響を与えなかったが、嘔吐反応を消失させた。ADN刺激は、迷走神経切断後も心血管系反射および嘔吐反応を誘発しなかった。これらの結果から、CSN入力は、それ自体に催吐性はないが、迷走神経入力との相互作用により嘔吐の発現を調節することが示唆された。その一方で、ADN入力は内臓神経入力により抑制され、この抑制が嘔吐前兆反応の発現に重要であると考えられた。嘔吐発現におけるCSN入力の関与を明らかにするために、胃伸展刺激誘発性嘔吐反応におけるc-fos発現解析およびコレラトキシンBサブユニット(CTB)を用いたCSN逆行性標識を行った。延髄孤束核(NTS)背内側領域のCTB陽性CSN神経終末においてc-fos発現が観察された。この結果から、CSN入力が嘔吐発現に関与することが明らかとなった。その投射領域であるNTS背内側領域は消化器系、心血管系および呼吸器系からの入力を統合し、嘔吐の発現を調節していると考えられた。

そして、それらを統合する「嘔吐pattern generator」が腹外側網様体(VLM)領域のBotzinger complex(疑核および後顔面神経核領域)に存在することが明らかになり、嘔吐の遠心性メカニズムが解明されつつある。その一方で、嘔吐の求心性メカニズムは未だ明らかにされていない。嘔吐は、消化管刺激、振動刺激および血中化学物質によって誘発される。これらの刺激は、異なる経路を介して延髄に入力されるにもかかわらず、同様の嘔吐を引き起こすことから、嘔吐刺激を統合する領域の存在が示唆される。本研究により、VLMが嘔吐の遠心性メカニズムの中心であるのに対し、孤束核(NTS)はその求心性メカニズムにおいて、消化管、前庭器官および圧・化学受容器からの情報統合に重要であると考えられた。頚動脈洞神経入力は、単独では催吐性がないが、NTSにおいて迷走および前庭神経入力と統合され、嘔吐発現を調節することが明らかになった。また、嘔吐発現はNTSで統合・加算された嘔吐刺激がVLMへ伝達されることによると考えられ、そのスタートであるNTS腹側および腹外側領域が「嘔吐反応のスイッチ」であることが示唆された。さらに、NTS腹側および腹外側ニューロンにおけるグルタミン酸受容体、特に□-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid(AMPA)受容体の発現が嘔吐反応に伴って増加したことから、AMPA受容体がNTSから嘔吐pattern generatorへの嘔吐シグナル伝達に関与することが示された。
緑膿菌リポ蛋白質の選択的局在化を支える分子機構の解析

緑膿菌などのグラム陰性細菌の内膜と外膜には、脂質で修飾されたリポ蛋白質が存在する。それぞれのリポ蛋白質がどちらの膜に局在するかは厳密に規定されている。緑膿菌ではリポ蛋白質の3番目と4番目のアミノ酸残基が膜局在性を規定していることが明らかになっているが、そのルールは不明である。緑膿菌リポ蛋白質の局在化ルールを解明するために、3番目と4番目のアミノ酸をランダムに置換し、内膜局在化シグナルとして働く組み合わせを選択した。その結果、Lys、Gluなど電荷を持つアミノ酸が3番目の位置にあると、リポ蛋白質が内膜に局在化することがわかった。細菌のリポ蛋白質はN末端のCysが脂質で修飾された蛋白質であり、脂質部分を介して膜に結合している。グラム陰性細菌においてリポ蛋白質は内膜または外膜に結合しており、多様な生命現象に関与している。緑濃菌においてリポ蛋白質が内膜に留まるか外膜に輸送されるかは、N末端から3番目(+3位)と4番目(+4位)の残基にって規定されており、このシグナルの認識にはLolCDE複合体が関与していることがわかっている。本研究は緑濃菌リポ蛋白質の膜局在性を規定するシグナルの物理化学的性質を解明するとともに、LolCDEが外膜リポ蛋白質を選択的に認識、あるいは内膜リポ蛋白質を排除する機構を明らかにすることを目的としている。緑膿菌のリポ蛋白質であるMexAが内膜に局在するとMexAB-OprM多剤排出ポンプが機能を発揮するのに対し、MexAが外膜に局在すると排出ポンプは機能しない。これを利用して、+3位、+4位をランダムに置換したMexA変異体をコードするプラスミドライブラリーを構築して緑膿菌に導入し、抗生物質に対して耐性となったコロニーを選択することにより、リポ蛋白質の内膜局在化シグナルのスクリーニングを行った。選択した187個のプラスミドの塩基配列から+3, 4位の残基を決定したところ、これらの中には94通りのアミノ酸配列が含まれていた。+3位ではLys、Gluなど親水性の高い残基が比較的多かったのに対し、+4位ではSer、Thrなど中性アミノ酸が多く見られた。一方でCys及びTrpを+3位に持つ変異体やPheを+4位に持つ変異体は分離されなかった。これらの結果から、緑膿菌リポ蛋白質を内膜に局在化させる残基の組合せは多様であること、+3位と+4位のアミノ酸残基に優位性はなく、残基の組み合わせが重要であることがわかった。本研究により緑膿菌におけるリポ蛋白質の局在化シグナルの全体像が明らかになったことから、多くの機能未知のリポ蛋白質についても局在性を予測することが可能になった。リポ蛋白質はグラム陰性細菌では内膜と外膜に存在している。緑膿菌ではリポ蛋白質の+3位と+4位の残基が膜局在性を規定していることが明らかになっているが、緑膿菌では内膜リポ蛋白質、外膜リポ蛋白質のいずれの+3位、+4位にも保存された残基は存在しない。緑膿菌リポ蛋白質MexAの内膜局在がMexAB-OprM多剤排出ポンプの機能に必須であることを利用して、+3位、+4位をランダムに置換したMexA変異体をコードするプラスミドライブラリーを構築して緑膿菌に導入し、薬剤耐性となった形質転換体を192個分離した。塩基配列を決定した結果、これらの中には94通りのアミノ酸配列が含まれていた。+3位ではLys、Gluなど親水性の高い残基が比較的多かったのに対し、+4位ではSer、Thrが多く見られた。+3位のLysと+4位のSerに着目して、系統的な解析を行ったところ、+3位がLysのとき、+4位を20種類のアミノ酸に置換したMexA変異体の中では、+4位にCysを持つ変異体でのみ薬剤耐性の低下が見られた。一方、+4位がSerである場合は、+3位にCysまたはTrpを持つMexA変異体の薬剤耐性が低下していた。細胞を分画してこれらのMexA変異体の膜局在性を決定したところ、Lys-CysおよびCys-Ser配列を持つMexA変異体は内膜に、Trip-Ser配列を持つMexA変異体はは外膜に局在していた。+3位または+4位にCysを持つ変異体はMexA分子間でジスルフィド結合を形成するために薬剤排出ポンプの活性が低下したと考えられる。一方、+3位のTrpは単独で外膜シグナルとして機能することが明らかとなった。

また、外膜リポ蛋白質OprMの+3位、+4位を内膜局在化シグナルであるLys-Serに置換したところ、この変異体の薬剤耐性の低下は僅かであった。OprMは外膜でβ-バレル構造をとることが知られており、OprMの外膜局在化が+3位、+4位残基よりも蛋白質部分の性質に依存していることが示唆された。
生体微量金属元素としてのマグネシウムを用いた革新的な骨力学機能制御の実現

in vivo(生体内:動物骨でのアパタイト形成挙動)、in vitro(試験管内:コラーゲン基板上へのアパタイト形成)実験系を確立し、生体微量金属元素としてのマグネシウムが、骨配向性に及ぼす影響を解明した。in vivoモデルでは、マグネシウム欠乏食投与・通常食投与再開に敏感に対応して骨長手に沿ったアパタイトc軸配向性が有意に低下・上昇した。一方、in vitroモデルでは、アパタイト形成の基板となるコラーゲン配列は一定であるにもかかわらず、溶液中マグネシウム濃度依存的に配向性が変化し、特定のマグネシウム濃度の場合に配向性は最大値を示した。このピーク値は正常な大腿骨での配向性値に匹敵した。生体微量金属元素は、コラーゲン線維方向とアパタイトc軸の一致度合すなわち、degree of epitaxyに影響することで最終的にアパタイト配向性を制御することが示唆された。以上より、骨配向性、力学機能制御に対する生体微量金属元素の有効性が示された。生体微量金属元素としてのマグネシウムが骨力学機能を制御するメカニズムを、骨アパタイトの結晶配向性、結晶成長過程といった結晶材料学的立場から解明することを目的として研究を実施した。平成23年度は、in vivo(生体内:動物骨でのアパタイト配向化挙動)、in vitro(試験管内:人工的アパタイト形成挙動)実験系の両者で、マグネシウムがアパタイト配向性をその濃度依存的に制御することを見出したことから、平成24年度は、1配向性が変化する機構のコラーゲンとのエピタキシャル関係や結晶成長挙動に着目した解明、ならびに、2配向性の変化が骨力学機能に与える影響の解明を試みた。SEM、TEM解析の結果、アパタイト結晶はコラーゲン線維の走行方向に伸長し、同方向に結晶学的c軸を配列することが示された。このアパタイトーコラーゲン間でのエピタキシャル関係の定量評価のため、ラマン分光法を応用し、コラーゲンの配列化度の定量化法を確立した。コラーゲン配列化度と、微小域X線回折法にて解析したアパタイトの配向度との比較により、生体微量金属元素は、コラーゲン線維方向とアパタイトc軸の一致度合すなわち、degree of epitaxyに影響することで最終的にアパタイト配向性を制御することが明らかとなった。このため、コラーゲン配列化度は同程度であっても、アパタイト配向性が異なる場合が存在する。DMA(動的機械特性解析)法を用いて、水溶液中、非破壊でヤング率を解析すると、ヤング率は、骨密度よりもアパタイト配向度に依存して変化した。以上より、生体微量金属元素は、コラーゲンとアパタイトのエピタキシャル関係を制御することでアパタイト配向性を制御し、最終的に骨力学機能(ヤング率)を制御することが示された。本知見に基づき、世界初の生体微量金属元素による人為的な骨配向化・力学機能化が実現すると期待される。本研究の目的は、生体微量金属元素としてのマグネシウムが骨力学機能を制御するメカニズムを、骨アパタイトの結晶配向性、結晶成長過程といった結晶材料学的立場から解明することである。特に骨力学機能は、アパタイトの結晶学的配向性によって強く支配されることから、マグネシウム濃度の変動に対するアパタイト配向性変化挙動の理解が本目的達成には不可欠である。H23年度は、in vivo(生体内:動物骨でのアパタイト形成挙動)、in vitro(試験管内:人工的アパタイト合成)実験系を確立し、形成されたアパタイトの結晶学的解析を行った。in vivoモデルとして、著しくマグネシウム濃度を低下させたマグネシウム欠乏食を一定期間投与したラットの大腿骨を用いた。in vitroモデルでは、体液模擬環境下にて溶液中のカルシウムイオン/マグネシウムイオン比を制御しつつ、コラーゲンを基板として湿式法にてアパタイト形成を図った。in vivoモデルでは、マグネシウム欠乏食投与・正常食投与再開に敏感に対応して骨長手に沿ったアパタイトc軸配向性が有意に低下・上昇した。低配向性を示した骨部位においてはヤング率が低下した。一方、in vitroモデルでは、溶液中マグネシウム濃度依存的に配向性が変化し、特定のマグネシウム濃度の場合に配向性のピーク値を示した。以上より、マグネシウムはin vivo、in vitroのいずれにおいてもその濃度依存的にアパタイト配向性を制御することが示され、結果としての骨力学機能を変化させることが示唆された。これはマグネシウムを用いた人工的な骨機能制御につながる有意義な知見といえる。こうした成果は国内学会にて発表したほか、次年度の国際学会(9th World Biomaterials Congress,中国)にて発表が決定している。

2年間の研究期間を通しての最終目標である、マグネシウムを用いた生体骨のアパタイト配向性・力学機能の制御化に対して、前半のH23年度ですでに、in vitroでの湿式合成時のマグネシウム濃度(マグネシウムイオン/カルシウムイオン比)と最終的な到達配向度との関連性が確立できており、正常骨同等の配向性を実現可能なマグネシウム濃度値まで同定している。さらには、この配向性変化機序について、マグネシウムが、コラーゲン基板上でのアパタイト結晶核形成・成長時のエピタキシャル度合(degree of epitaxy)に影響を及ぼす可能性を見出している。すなわち、マグネシウム濃度によって配向性を人工的かつ任意に制御可能であり、さらに、そのメカニズムの一端に迫ることに成功した。加えて、本研究を遂行していく過程で、本申請のきっかけの一つとなった、マグネシウム欠乏症の骨が高骨密度であるにもかかわらず低強度である、という事象について、低強度の主要因の一つが、アパタイトの低配向性であることを世界に先駆けて明らかにした。この知見は、骨密度が骨力学機能の絶対的指標であるという従来の概念を覆し、結晶材料学的指標としてのアパタイト配向性の重要性を証明するものである。以上のように、マクロな観点からの、マグネシウム濃度と配向性の相関性という臨床的に有益な知見を得たのみならず、配向性・力学機能に対するマグネシウムの作用メカニズムに迫ろうというところまで到達していることから、当初の予定以上に研究が進行していると評価できる。H23年度には、骨力学機能の支配因子であるアパタイト配向性を、マグネシウム濃度の最適化によって制御することに成功した。今後は、そのメカニズムに迫ることを目標として研究を推進する。これまでの研究から、マグネシウム濃度によるアパタイト配向性の制御には、アパタイトの結晶成長や、その基板となるコラーゲンとのエピタキシャル関係の関与が示唆されていることから、走査型・透過型電子顕微鏡(SEM, TEM)を駆使してのアパタイト結晶形成過程の直接観察により配向化機構を理解することを目指す。そのためには、SEM, TEMによるミクロ・ナノスケールでの情報と、アパタイト配向性・力学機能というマクロスケールのデータの間の有機的連結を図る必要があることから、SEM, TEM解析と並行して、微小領域X線回折法による配向性の定量化やナノインデンテーション法、DMA法による力学機能(例えばヤング率)の解析を行う必要がある。さらに、コラーゲンーアパタイト間のエピタキシャル関係の重要性が示唆されたものの、その理解のためにはコラーゲンの配列度を定量化し、アパタイト配向性との相関性を定量解析することが不可欠である。コラーゲン配列度の定量化のためには、新たに偏向顕微鏡(現有設備)を適用することで対応する予定である。最終的に、ミクロ・マクロでの解析で得た定量化データを統計学的に分析し、マグネシウム濃度の変化が骨の力学機能を変化させるまでの作用機序を明らかにすることを目指す。これが達成されれば、骨力学機能の制御法の確立につながる有益な研究成果となると期待される。