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ニューロン新生を指標とした脳発達リスク評価法の確立に関する研究

見出したMRPL38はミトコンドリアの構造および機能維持に関与する分子で、免疫染色の結果、GABA性介在ニューロンにおける発現が不可逆的に減少しており、ニューロン新生障害に対するエピゲノム毒性の関与が示唆された。ヘキサクロルフェンでは、3遺伝子(Dmrt1,Dlx4,Plcb4)でメチル化配列を特定しmRNA発現量の減少を確認した。免疫染色の結果、見出した指標分子の海馬歯状回門の介在ニューロンにおける発現が離乳時のみで減少しており可逆的であった。メチルニトロソウレア(MNU)では、メチル化配列の特定には至らず、ニューロン新生への影響が弱かったためと考えられた。以上より、ニューロン新生障害時のメチル化変動遺伝子の網羅的解析の結果、不可逆的ニューロン新生障害指標候補遺伝子を見出した。今回の結果では、メチル化変動遺伝子の物質間での類似性は確認されなったことから、障害機序によりメチル化変動する遺伝子が異なる可能性が示唆された。小規模スクリーニングに適う新規発達神経毒性評価法の体系化を目的に、海馬ニューロン新生をエンドポイントとして、ラットで各モデル物質での標的性と傷害の機序を明らかにした。同様の傷害性はマウスでも確認され、メチル化変動遺伝子の網羅的解析により、影響が不可逆な物質と可逆的物質のそれぞれで見出された介在ニューロン遺伝子の過メチル化の持続、可逆性を確認した。更に、発達期曝露系で見出した介在ニューロン遺伝子の過メチル化は成熟期曝露障害時には認めなかったが、形態形成遺伝子はラットの系で不可逆な発現障害を示した。以上より、メチル化変動による不可逆影響分子指標を取り入れた発達神経毒性評価法の体系化が前進した。IDPNの発達期暴露実験では、ラット、マウス共にニューロン新生の分化後期の傷害性を見出し、ラットではニューロン新生障害にBDNFシグナリングと介在ニューロンの傷害が関与し、マウスでは更に影響は不可逆的であることを見出している。これによりIDPNによるニューロン新生障害の特性が種を超えて共通していることが明らかとなり、26年度の目標は達成できた。ラットの成果については国際誌に発表し、マウスについては学会発表後に論文投稿を進める予定である。HCPの発達期暴露実験では、マウス、ラットに共通して、ニューロン新生の分化中期の傷害性と、それに対する海馬歯状回へのコリン作動性入力の髄鞘空胞化による機能障害の関与の可能性を見出した。これによりHCPによるニューロン新生傷害の特性が種を超えて共通していることが明らかとなり、ラットとマウスのそれぞれの成果を国際誌に発表し、26年度の目標は達成できた。神経幹細胞の傷害性を期待して持続投与に切り替えて実施したMNUのマウス発達期暴露実験では、海馬歯状回におけるニューロン新生障害の解析と次世代シークエンシング法による過メチル化遺伝子の探索を継続している。一方で、マウスのHCPとIDPN発達期暴露実験で得られた過メチル化遺伝子については、メチル化の検証解析が難航したが、改良を加えることで検出が可能となったため、27年度に継続して実施することとなった。メチル化遺伝子解析が進んでいないため、この方面での新たな研究として、既にマウスのMn発達期暴露によるニューロン新生障害時に歯状回で見出された過メチル化・発現低下遺伝子についての特性を明らかにするために、成熟後のマウスに対するMn暴露によるニューロン新生障害時でのメチル化変動や、ラット甲状腺機能低下によるニューロン新生障害時での分子発現細胞の変動を検討し、成果はいずれも国際誌に発表済みである。
マイクロコスム長期培養モデルを用いた齲蝕原生および群集構造の解析

マイクロコスムバイオフィルムを用いたin vitroモデルが,口腔内を模した,表層下脱灰病巣を誘発できることを確認・報告した.本モデルを用いて作成したバイオフィルムにSPRGフィラー含有歯磨材による処理を行なうことにより,顕著に脱灰を抑制することを報告した.また,渋柿由来の縮合型タンニンを含有させた食品・化粧品等の原料(PancilRPS-M:リリース科学工業株式会社)が,濃度依存的にガラス上で形成したバイオフィルムの生菌数を抑制することを報告した.平成24年度は,歯科疾患に対して予防的な効果を発揮する予防材料または抗菌薬がマイクロコスムバイオフィルムによる歯質の脱灰および代謝活性に及ぼす影響について検討する予定であった.“初期齲蝕(表層下脱灰)病巣モデルの確立"に関しては, IADR Pan European Region 2012(ヘルシンキ)においても報告を行った.この研究において,口腔内と同等の多菌種で形成されたバイオフィルムを口腔外で形成し,安定した初期齲蝕を形成することに成功した.この成果は初期齲蝕の新しい治療法の開発に貢献できると推察する.次にS-PRG含有歯磨材がバイオフィルムに与える影響について研究を行ない, 2012年度秋季日本歯科保存学会(広島)において報告した.その後,研究を進展させ, 2013年7月, The 60th Congress of the European Organization of Caries Research (Liverpool, UK)において発表する予定である.本実験では,粒径1μmのSPRGフィラーを5%含有する歯磨材および950ppmF含有歯磨材の2種類を実験に使用し,培養3日目のバイオフィルムに対して5分間の処理を加えた結果, 950ppmF含有歯磨材に比較し,生菌数が抑制される傾向を示した.TMLによる分析結果は,低いミネラル喪失量および病巣深さを示した.天然の渋柿由来成分であるカキタンニンのバイオフィルムに対する抗菌効果を検討した.タンニンは,レンサ球菌,特にS. mutansの増殖を抑制することが報告されている.カキタンニンを24時間培養バイオフィルムに5分間作用させたところ,濃度依存的に生菌数を抑制することが明らかとなったため, 2013年度春季日本歯科保存学会(福岡)において発表する予定である.マイクロコスムバイオフィルムを用いたin vitroモデルが,口腔内を模した,表層下脱灰病巣を誘発できることを確認・報告した.本モデルを用いて作成したバイオフィルムにSPRGフィラー含有歯磨材による処理を行なうことにより,顕著に脱灰を抑制することを報告した.また,渋柿由来の縮合型タンニンを含有させた食品・化粧品等の原料(PancilRPS-M:リリース科学工業株式会社)が,濃度依存的にガラス上で形成したバイオフィルムの生菌数を抑制することを報告した.平成23年度,新しいモデルを用い,抗菌薬がマイクロコスムバイオフォルムの代謝活性におよぼす影響とその後の回復を検討する予定であった(実験1).またそれ以外に,バイオフォルムによる表層下脱灰病巣モデルを開発した(実験2).材料および方法)象牙質およびガラス試片上にバイオフィルムを作製した.培養液にMcBain 2005(0.2%スクロース含有)を用い,連続嫌気培養を8日間行なった.実験1では, 0.05%および0.2%グルコン酸クロルヘキシジン(CHX)適用時のバイオフィルムの代謝活性および細菌叢の変化を観察した.実験2では,実験群を(1)ガラス群(G),(2)対照群(F非含有: 0F),(3)0.2 ppm F含有培養液群(0.2F),(4)2.5 ppm F含有培養液群(2.5F)の4群とし,バイオフィルムの代謝活性を比較し,象牙質試片のミネラル喪失量(IML)を測定した.結果)実験1:異なる基質上のpH値間には約1ユニットの差が認められ,ガラス上のバイオフィルムの酸産生量と総細菌数は,期間の延長とともに増加したが,象牙質上ではほぼ一定していた. CHX処理後,象牙質上に形成されたバイオフィルムのpHは,ガラス上とは異なり, CHX非処理群に比較して低く, pHの回復も遅かった.また, CHX処理した象牙質上の細菌叢は多様で,総細菌数はガラス上において効果的に減少した.実験2:F群では,明瞭な表層を伴った表層下脱灰病巣の形成が確認された.各群の平均IML(vol%×μm)は,他群に比較して0F群が有意に大きかった.考察)これらの結果から,細菌の代謝や多様性は基質に影響を受け, CHX処理は細菌の活性化に影響を及ぼすことがわかった.また,バイオフィルム表層下脱灰病巣モデルは,初期う蝕の治療法の開発に有用であること可能性が示唆された.研究目的の達成度は, 100%であり,さらにそれ以上の研究成果をあげることができた.本研究の究極の目的は,検討されることの少なかった,口腔内と同程度の多菌種を含むマイクロコスムバイオフィルムバイオフィルムの特徴を明らかにし,さらに,健康な口腔内におけるバイオフィルムおよび病的なバイオフィルムの特徴を分析し,理論的な口腔内病変の治療法を確立することである.臨床が行われる現場においては,健全歯質や治療部位の脱灰抑制を達成することは,高齢者の残存歯数を増加させることに繋がるはずであり,高齢化社会において,高齢者の健康増進の一助となるはずである.脱灰抑制に優れた治療法の確率といった点に関して研究を続けた結果, S-PRG (Surface Prereacted Glassionomer)

フィラー含有歯磨剤の脱灰抑制能は際立っていることを発見することができた.本剤は,マイクロコスムバイオフィルムの生菌数を抑制することもできるが,それ以上に,バイオフィルムが産生する酸による脱灰を防ぐことができた.これは,フッ化物イオンの酸産生菌の代謝阻害をフィラーから溶出される陽イオンが,増長させている可能性があるものと思われる.東北大学の高橋らは,二価の陽イオンが,フッ化物イオンによる菌代謝阻害を増長させることを報告している.さらに我々は,副作用などの問題点も考慮し,人工材料だけでなく,抗菌効果を有する天然由来成分を研究することの意義を考えた結果,カキ由来のタンニン酸の効果に注目した.マイクロコスムバイオフィルムへの効果について検討した結果,多菌種を含むバイオフィルムに対してでさえ,優れた抗菌効果を発現することを発見した.これは,当初の本実験の計画にはなかったことであり,本研究の成果をさらに発展させることに繋がるものと確信する.研究目的の達成度は,平成23年度の目的としては100%であり,さらにそれ以上の研究成果を達成することができた.本研究の全体としての大きな目的は, "抗菌薬,う蝕予防を目的とした歯科材料がマイクロコスムの代謝活性および細菌叢の多様性にどのように影響を与えるか"である。これらのう蝕予防措置を行なう場合,臨床現場では, (1)健全歯質のう蝕予防, (2)初期う蝕病巣(表層下脱灰病巣)の進行抑制または再石灰化, (3)修復歯の二次う蝕の抑制の3つの状況が考えられ,いずれも非常に重要である.今年度,我々は,抗菌薬がマイクロコスムの代謝活性に及ぼす影響とその後のバイオフィルムの回復の検討をまずは,健全歯質上に形成されたマイクロコスムバイオフィルムを用いて行なう予定であり,その実験結果を得た.そこで次の段階として,本文中で述べたように,初期う蝕病巣の治療が重要であるという観点から(表層下脱灰病巣を完全に再石灰化させるような治療法は,現在までに報告されていない),初期う蝕病巣上に形成されたバイオフィルムに抗菌薬を適用した場合,バイオフィルムの代謝活性や,その直下の表層下脱灰病巣に対してどのような影響を与えるかを検討することとした.しかしながら,表層下脱灰病巣を化学的溶液を用いるか,あるいは口腔内で形成する方法は報告されているものの,前者は病巣の形成に細菌が関与していない点,後者は個人差が生じたり, 1被験者のみに限ってみても,月日,時間などの違いにより病巣の大きさなどを全く統一できない,様々な関連因子を含みすぎる,などの理由により,最適な実験方法が存在しなかった.そこで今回,口腔内唾液を用いた全ての細菌種が含まれる口腔内バイオフィルムにより,一定の大きさの表層下脱灰病巣モデルを開発できるかどうかを検討し,その開発に成功した.この研究の重要なテーマは,研究計画調書にもあるように, 1抗菌薬がマイクロコスムの代謝活性に及ぼす影響とその後のバイオフィルムの回復の検討, 2修復材料の違いおよび歯質の違いがマイクロコスムの代謝活性,口腔内細菌叢に及ぼす影響, 3pH緩衝下と非緩衝下のマイクロコスムの代謝活性の違いおよび口腔内細菌叢の違いへの影響,の三つである.本研究の結果は,臨床における歯科疾患の予防処置としての最先端の治療法としてフィードバックできることが望ましい.
抗IgLON5抗体関連疾患の臨床スペクトラムの解明と治療法の確立

本年度、当科で確立した抗IgLON5抗体検出のためのcell based assayにより、合計125名のパーキンソン病およびパーキンソン関連疾患患者の血清中における抗IgLON5抗体の検索を行った。この125名の臨床診断名はパーキンソン病およびレビー小体病47名、多系統萎縮症(MSA)39名、進行性核上性麻痺(PSP)22名、皮質基底核変性症14名、原因不明の舞踏運動3名であった。これまでの海外からの報告による抗IgLON5抗体陽性患者の主な臨床症状として、1)睡眠障害(パラソムニア、閉塞性無呼吸、声帯麻痺など)、2)脳幹障害(嚥下・構音障害、呼吸障害など)、3)歩行時不安定性、4)舞踏運動・パーキンソニズムなどの不随意運動、5)自律神経症状など、PSPやMSAに極めて類似しており、また同報告では抗IgLON5抗体が検出された患者の中に、臨床的にPSPと診断されていた患者も含まれていたことから、我々の対象患者の中にも抗IgLON5抗体陽性患者が存在することが予想された。しかしこれまでの検討では、上記対象患者から抗IgLON5抗体は検出されなかった。一方、未知の抗神経抗体の検索を目的として、これまでにラット脳凍結切片を用い、上記対象患者12名の免疫組織染色を行った。その結果3名の血清中より抗神経抗体を検出した。この3名の中の1名である74歳男性MSA(Gilman分類でpossible MSA-P)患者の血清中のIgGは、ラット海馬初代培養神経細胞を用いた免疫染色において細胞膜表面抗原を認識した。その後、抗体の認識抗原蛋白の同定のために同じラット海馬初代培養神経細胞を抗原とした免疫沈降を行った。本年度予定した、cell based assayを用いた抗IgLON5抗体の検索に関しては、125名のパーキンソン病・パーキンソン関連疾患・舞踏運動病患者の血清を用いて同抗体の測定を行うことができた。また、抗IgLON5抗体以外の抗神経抗体の検索に関しても、一部の対象患者において免疫組織染色とラット海馬初代培養用細胞を用いた神経細胞膜表面抗体の検索を行うことができた。その結果、Gilman分類でpossible MSA-Pと診断された患者の血清中において神経細胞膜表面抗体を検出することができた。今後の研究の推進方策に関しては、継続して抗IgLON5抗体の検索を行う予定であり、最終的には当初の計画どおり、200名のパーキンソン病・パーキンソン関連疾患・不随意運動症患者の血清において検索を終了する予定である。一方、新規の抗神経抗体の検索に関しても、同様に上記200名の患者血清を用いて免疫組織染色を行い、抗神経抗体のスクリーニングを行う予定である。スクリーニング陽性患者においては、その後海馬初代培養神経細胞を用いた免疫染色により神経細胞膜表面抗原を認識する自己抗体であるかを確認する。同時にスクリーニング陽性患者の血清を用い、海馬初代培養神経細胞あるいはラット大脳ホモジネートを抗原とした免疫沈降法により認識抗原蛋白を抽出し、その後の質量分析により抗原蛋白の同定を行う予定である。また現在進行中であるが、本年度1名のMSA-P患者の血清中において検出した抗神経抗体の認識抗原蛋白を同定する予定である。

その結果、Gilman分類でpossible MSA-Pと診断された患者の血清中において神経細胞膜表面抗体を検出することができた。今後の研究の推進方策に関しては、継続して抗IgLON5抗体の検索を行う予定であり、最終的には当初の計画どおり、200名のパーキンソン病・パーキンソン関連疾患・不随意運動症患者の血清において検索を終了する予定である。一方、新規の抗神経抗体の検索に関しても、同様に上記200名の患者血清を用いて免疫組織染色を行い、抗神経抗体のスクリーニングを行う予定である。スクリーニング陽性患者においては、その後海馬初代培養神経細胞を用いた免疫染色により神経細胞膜表面抗原を認識する自己抗体であるかを確認する。同時にスクリーニング陽性患者の血清を用い、海馬初代培養神経細胞あるいはラット大脳ホモジネートを抗原とした免疫沈降法により認識抗原蛋白を抽出し、その後の質量分析により抗原蛋白の同定を行う予定である。また現在進行中であるが、本年度1名のMSA-P患者の血清中において検出した抗神経抗体の認識抗原蛋白を同定する予定である。
中世後期アイルランドの政治的変容に関する考察

12世紀後半のアイルランドの政治的変容について、有力な現地の王ルアリー・ウア・コンホヴァル、イングランドから侵入・定住したジョン・ド・カーシーとヒュー・ド・レイシー、イングランド王ヘンリー2世の相互関係を軸に考察した。4年間の研究期間中に、3冊の図書(共著ないし共訳)が刊行され、2点の英語の論文(査読付きと査読なし)と2点の日本語の雑誌論文(査読なし)を発表し、海外や招待分を含めた5回の研究発表を実施した。本年度の研究実施計画に記したように、中世後期のアイルランドの政治的変容についての考察も含む英語論文:'Nation' Consciousness in MedievalIrelandを執筆し、校正した。この論文は、現時点で筆者が考える7世紀から14世紀くらいまでの中世アイルランドの政治史の変遷を、「ネイション」をキーワードに俯瞰したものである。今年度は、科研費研究採択前から抱えていた仕事に追われる側面もあった。具体的には、近刊の『イギリス文化入門』の執筆・校正と近刊の『オックスフォードブリテン諸島の歴史』第2巻の執筆・校正である。また、2010年3月13日に実施された東北学院大学オープン・リサーチ・センター公開シンポジウム「北海からアイリッシュ海へ-ヴァイキングの軌跡-」で、コメンテイターとして講演(題目「アイルランドとヴァイキング」)を行った。同題目での報告文書の執筆も終了している。この講演活動は、9世紀に始まるヴァイキング期以降のアイルランド史について、現在の研究状況を把握し、かつ「ヴァイキングの活動」を中心に考察するよい機会となった。まさに本研究課題が目指す中世後期の政治的変容についてもあつかうものとなった。夏に実施した研究旅行では、ベルファスト大学のフラナガン教授と面会し、ベルファスト郊外にある中世の教会跡や十字架建立地をともに訪問・調査した。単独では、コナハト王ルアリー・ウア・コンポヴァルゆかりの地であるコナハト地方のコング修道院などを現地調査した。中世全般に関する史料や研究書、諸資料も書店や大学図書館、ブリティッシュ・ライブラリーなどで収集し、充実した研究旅行となった。今年度は数年間かけて準備してきた2冊の共著ないし共訳が出版された。とくに『イギリス文化入門』の方は、大学生をはじめ一般読者に向けた概説書として執筆したもので、専門の中世以外の時代もあつかったために非常に勉強になった。『オックスフォードブリテン諸島の歴史』の方は、今年度から第4巻の翻訳および用語解説のための調査を始めた。第4巻は、12、13世紀の歴中をあつかっており、この科研費研究が課題とする時代と一致している。本書についてアイルランドに関する事項全般を担当するために、諸文献をもとに調査などをおこなった。夏に実施した研究旅行では、今年度もベルファスト大学のフラナガン教授と面会し、北アイルランドにあるイングランドのジョン王やイングランド出身の有力な人物(Johnde Cuarcy)ゆかりの城跡などをともに訪問・調査した。単独では、コナハト地方にある12世紀に建設されたシトー会のボイル修道院などを現地調査した。中世全般に関する史料や研究書、諸文献をアイルランド各地やロンドンの書店や大学図書館で旅行中に収集した。平成23年度は、前半はおもに国内外での研究発表の準備に、後半は昨年度から継続中の翻訳書の準備に従事することになった。まず、12世紀後半のアイルランドの政治史をあつかった英語論文"Ruaidri Ua Conchobair:the lasthigh king of Ireland"を昨年度に投稿したが、夏に刊行された学術誌に掲載されることになり、校正などの作業をおこなった。8月にアイルランドで開催された国際学会(XIV International Congress of Celtic Studies)では、「アイルランドと日本の中世史比較」をテーマに発表した。同じ島国の日本とアイルランド、それぞれのユーラシア大陸との歴史的関わりを、とくに12世紀後半のアイルランドへのイングランド人の侵入と、13世紀後半の蒙古襲来を比較しつつ論じた。国際学会では、主としてアイルランド中世史に関する他研究者の発表を聴き、多様な国の研究者たちとの交流も深めた。また、アイルランド滞在中に、ロマネスク建築として名高いクロンファート修道院や中世の遺跡が多数残る南部の港町ウォーターフォードを訪問した。10月に中央大学で開催された学会では、フォーラム・オン(=シンポジウム)「聖人伝研究の現在」で報告者の一人として「アイルランドの聖人伝研究:コギトスス『聖ブリジット伝』を中心に」と題する報告をおこなった。報告を依頼されたので、シンポジウムのテーマ(中世アイルランドの女性聖人)にそって内容を考えた。10月下旬以降は、翻訳書『オックスフォードブリテン諸島の歴史』第4巻の訳注と索引の作成に従事した。12、13世紀のアイルランドに関する訳注と用語解説の執筆を諸文献などで調査しつつおこなった。第4章の翻訳とアイルランド関連の索引、訳注、用語解説、文献案内を担当した『オックスフォードブリテン諸島の歴史第4巻12・13世紀1066年ー1280年頃』が慶應義塾大学出版会より10月にようやく刊行された。それまで刊行に向けた最終的なチェック等をおこなってきた。

8月には、2週間くらいアイルランドと連合王国に研究旅行した。秋の学会発表の準備(史料と資料の収集、パワーポイントに載せる写真撮影)を兼ねた旅行であった。トリニティー・カレッジ・ダブリンの図書館で史料や文献を収集し、中世の司教座が置かれたテュアムを現地調査した。連合王国では、ヘリフォードを訪問し、大聖堂や「マッパ・ムンディ」を見学・閲覧した。さらに近くのサンソニー・プリマ修道院跡を訪問した。この修道院は、中世後期にアイルランドに来て活躍する一族ド・レイシーによって建てられており、アイルランドとも関係が深い。秋には2回にわたって、本科研費の研究テーマにそくした研究発表を実施した。まず、鹿児島大学で開催された日本ケルト学会第32回研究大会(2012年10月7日)において、「中世後期アイルランドの政治的変容に関する一考察」と題する研究発表をおこなった。続いて滋賀大学で開催された日本アイルランド協会年次大会(2012年11月25日)にて、「アイルランドとキリスト教:中世後期アイルランドの世俗権力者たちと修道院」と題するテーマ発表を実施した。いずれの研究発表も、8月に研究旅行で訪問したアイルランドや連合王国で収集した史料や資料、撮影した修道院や教会などの遺跡の写真を活用した。12月以降は、日本アイルランド協会の学術誌『エール』より、特別寄稿「遺稿:中世アイルランドの聖と俗」(2012年3月に逝去された故盛節子先生のご遺稿の原稿起こしと解説の執筆)を依頼され、その執筆に取り組んだ。交付申請書に記載した国際学会での報告のみならず、10月には国内の学会での報告も実施できたので、当初の計画以上に研究活動が進展していると考える。また、投稿した英語論文"Ruaidri Ua Conchobair:the lasthigh king of Ireland"も今年度に発表することができたので、本研究課題のテーマと一致する業績を挙げることもできた。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は最終年となるので、できるだけ本研究課題にそった研究活動を実施したいと考えている。しかし、諸学会から研究発表を依頼されることがあり、その際には、たとえばシンポジウムの企画に合う内容の研究をまとめる必要が生じる。本研究課題といくぶん異なるテーマの研究をすることもあるが、アイルランド中世史が対象であることに変わりはなく、その分、視野も広がり、研究業績を蓄積することもできるので、可能な限り応えていきたいと考える。また研究したことをなるべく本研究課題に還元できるようにしたいとも考える。最終年度に計画している学会発表では、本研究課題にそったテーマ設定を予定している。一つは「アイルランドと教会」がテーマとして設定されているので、教会の比重がいくぶん大きくなる見込みである。
逐次経頭蓋電気刺激法によるマウス頭頂連合野の機能解析

私たちは、マウスでの経頭蓋電気刺激法を開発し、それを使って大脳皮質一次感覚野からマルチモダルな連合野へとつながる皮質経路を解析した。この方法で誘起した神経活動は、経頭蓋フラビン蛋白質蛍光イメージングにより検出し、一次感覚野からの皮質経路は、この刺激法を逐次用いることで追跡した。解析によって、各モダリティの感覚情報は視覚野・体性感覚野・聴覚野に囲まれた2野に集まり、そこから頭頂の連合野へと送られることが明らかになった。(1)一次感覚野・高次感覚野・領野間機能的結合マップの作製(1)抑制性フラビン信号の解析下記の経頭蓋電気刺激法による機能的結合の探索により、抑制性と思われる活動の伝播を可視化した。29野付近や体性感覚野のバレルに対応する領域の刺激により、ネガティブなフラビン信号が視覚野付近に見られた。この信号が血流の増加によるものでないことを吸光度の測定により確認した。(2)経頭蓋電気刺激法による機能的結合の探索視覚・聴覚・体性感覚の自然刺激により、各一次感覚野のマップを作製した。経頭蓋電気刺激による神経活動の誘起を繰り返し、各一次感覚野を起点として興奮性の活動が伝播する様相を明らかにした。その結果、各モダリティの情報が2野(各一次感覚野に囲まれた領域に位置する)に集積することや、この2野からは29野へとの興奮性の活動が伝播することが分かった。つまり、2野および29野が異なるモダリティの感覚情報の統合に働くことを示唆する結果を得られた。(2)29野破壊の斜視視覚野応答抑圧に対する効果29野を破壊したマウスにプリズムを装着して1週間の飼育の後、一次視覚野の応答を定量したところ、無処置のマウスには見られた視覚野応答抑圧がこのマウスでは観測されなかった。この結果から、視覚情報とヒゲ情報の統合に29野が機能していることが分った。(1)一次感覚野・高次感覚野・領野間機能的結合マップの作製経頭蓋電気刺激法による機能的結合の探索を繰り返し、結果の再現性を確認するとともに、29野からの機能的結合を新たに見つけた。29野を電気刺激すると、その前方Bregmaより約1ミリ後方付近に興奮性の小さなスポットが観察された。前部帯状回の一部と思われるその部位を電気刺激すると、さらに前方の前部帯状回へと興奮性の活動が広がった。この機能的結合は霊長類の背側皮質視覚路との類似性を示しており、「マウス・29野は霊長類・頭頂連合野に相当する」という申請者の仮説を支持する結果を得られた。(2)29野から一次感覚野への逆行性入力の効果後肢皮膚への電気刺激により誘起された神経活動の興奮は、一次・二次体性感覚野だけでなく、2野や29野、前部帯状回にまで伝播することを発見した。この皮膚電気刺激を用いて、聴覚野への逆行性入力の効果を調べた。音刺激と皮膚電気刺激との同時刺激で誘起された聴覚野の反応は、音単独だけの刺激では見られた反応よりも小さく、29野等からの逆行性入力が抑制性であることを示唆する結果を得られた。29野の機能を分子生物学的に解析するため、CNR/プロトカドヘリンーα欠損マウスから、一次・二次視覚野・29野を含むスライス切片を調整し、機能的結合を解析したが、29野を起点とする結合にはコントロール群との顕著な差異は見らなかった。しかし、一次・二次視覚野間の興奮伝播が欠損マウスでは有意に大きいという結果を得、皮質内機能的結合形成の分子メカニズムの一端を明らかにできた。(1)一次感覚野・高次感覚野・領野間機能的結合マップの作製画像データを得る条件の改善を行った。従来は、10Hz10発の経頭蓋電気刺激を1分毎に加え、得られた計20枚の画像の平均をデータとして採用していたが、単発の電気刺激を15秒毎に加え、計100枚の画像の平均からデータを取得してみた。新条件では、反応の大きさは小さくなったものの、画像枚数を大幅に増やしたことによってノイズがより少ない良質のデータを得ることができ、さらには同条件で下記の電気生理学的実験を行うことが可能になった。負のフラビン信号の大きさと自然発火頻度の減少率との間の定量関係を調べた。新条件により頭頂連合野や後部帯状回を経頭蓋電気刺激して、視覚野を観察したところ、約0.2%の負フラビン信号が測定できた。一方、同条件で一次視覚野からユニット活動を記録したところ、自然発火頻度が約22%減少していた。また逆に、一次視覚野を経頭蓋電気刺激して、正のフラビン信号が観察される一次視覚野からユニット活動を記録したところ、自然発火頻度の増加が見られた。

以上の結果から、フラビン信号の減少は神経活動抑制の成分であることを明らかにできた。(2)経頭蓋電気刺激による可塑的変化の誘導可塑性を持つと予想された機能的結合の増強を試みた。感覚刺激と経頭蓋電気刺激とのペアリングによって、両側の一次体性感覚野を結ぶ交連繊維での可塑的変化の誘導を試みたが、増強の傾向は見られたものの顕著な結果は得られなかった。そこで経頭蓋電気刺激に代わって、皮質に電極を刺入して電気刺激する深層刺激を使ったところ、有意な増強が観測された。これは、経頭蓋刺激よりも深層刺激の方が、より広範囲に神経活動が広がって増強する条件に適合したからだと推測される。以上から、対象となる機能的結合によっては経頭蓋電気刺激では可塑性を誘導できない場合もあることが明らかになった。
レーザー誘起ブレークダウン分光法による地球内部の超臨界流体の化学組成の直接決定

地球内部での物質循環やマグマの生成を理解するため,高温高圧下でマグマやフルイドの化学組成を直接決定するための新しい方法の開発を試みた.化学組成の決定には,レーザー誘起ブレークダウン分光装置を用いた.分析装置の改良を繰り返し,ガラス容器内の水溶液中の元素からのプラズマ信号を得ることに成功した.引き続き,ダイヤモンドアンビルセル内の高温高圧状態のサンプルからの信号を得るための研究が進行中である.地球内部での物質循環やマグマの生成を理解するため,高温高圧下でマグマやフルイドの化学組成を直接決定するための新しい方法の開発を試みた.化学組成の決定には,レーザー誘起ブレークダウン分光装置を用いた.分析装置の改良を繰り返し,ガラス容器内の水溶液中の元素からのプラズマ信号を得ることに成功した.引き続き,ダイヤモンドアンビルセル内の高温高圧状態のサンプルからの信号を得るための研究が進行中である.日本列島の様な海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む地域では,海洋プレートの沈み込みにともなう温度圧力の上昇に起因する含水鉱物の脱水分解反応により生成したフルイドが,この地域でのマグマの生成に重要な役割を果たしていると考えられている.そこで,高温高圧下でのフルイドの物理化学的性質を理解することが,地球内部での物質循環や沈み込み帯のマグマ生成を解明する上で重要となる.一般に,圧力の増加に伴いマグマ中への水の溶解度は増加し,同時にフルイド中へのケイ酸塩成分の溶解度も急増し,両者の性質は似てくる.そしてある温度圧力条件(第2臨界終端点)以上になるとついには含水マグマとフルイドの区別が無くなり,完全に混和した1相になる.最近の研究により,地球内部物質の第2臨界終端点の温度圧力条件が明らかになってきているが,フルイドやマグマの化学組成に関しては未だ不明な点が多い.本研究ではレーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)という分析方法を使用し,ダイヤモンドアンビル内の高温高圧下のマグマやフルイドの化学組成の直接決定を試みる.初年度である平成21年度は必要な機器を購入し,セットアップを行った.顕微鏡の対物レンズ等の光学系を最適の状態で組み上げ,常温常圧下での鉱物やガラスの微小領城から,確かにレーザー誘起プラズマの信号を得ることに成功した.それと同時に,外熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いて高温高圧下でのフルイド・メルトの相平衡実験を行い,次年度に予定しているLIBSでの高温高圧下での化学組成分析を行うのに最適な実験条件に目星を付けておいた.大変有意義な1年だった.日本列島の様な海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む地域では,海洋プレートの沈み込みにともなう温度圧力の上昇に起因する含水鉱物の脱水分解反応により生成したフルイドが,この地域でのマグマの生成に重要な役割を果たしていると考えられている.そこで,高温高圧下でのフルイドの物理化学的性質を理解することが,地球内部での物質循環や沈み込み帯のマグマ生成を解明する上で重要となる.一般に,圧力の増加に伴いマグマ中への水の溶解度は増加し,同時にフルイド中へのケイ酸塩成分の溶解度も急増し,両者の性質は似てくる.そしてある温度圧力条件(第2臨界終端点)以上になるとついには含水マグマとフルイドの区別が無くなり,完全に混和した1相になる.最近の研究により,地球内部物質の第2臨界終端点の温度圧力条件が明らかになってきているが,フルイドやマグマの化学組成に関しては未だ不明な点が多い.本研究の目的は,レーザー誘起ブレークダウン分光装置(LIBS)を使用してダイヤモンドアンビル内の高温高圧下のマグマやフルイドの化学組成の直接決定を行い,沈み込み帯での物質循環や火山の生成の理解を深めることである.前年度までに納入されたLIBS装置を用いて,化学組成分析の試験を行った.レーザーの出力とプラズマの観測タイミングを変化させると,それにともない得られるプラズマ信号は変わってくる.そのため,これらの条件を統一した上で化学組成分析を行うことが重要である.現状ではこのために少し装置の改良が必要であることが判明したために,研究は次年度に繰り越して継続される予定である.同時に,測定に使用するダイヤモンドアンビルの改良も行っている.地球内部の高温高圧下では水はケイ酸塩成分を溶解した超臨界流体として存在し,この様な地球内部の超臨界流体は一般にフルイドと呼ばれる.日本列島の様な沈み込み帯では,海洋プレートから放出されるフルイドがマグマの生成に重要な役割を果たすと考えられている.そこで,高温高圧下でのフルイドの物理化学的性質を理解することが重要である.一般に,圧力の増加に伴いマグマ中への水の溶解度は増加し,同時にフルイド中へのケイ酸塩成分の溶解度も急増し,両者の性質は似てくる.ある温度圧力条件(第2臨界終端点)以上になると含水マグマとフルイドの区別が無くなり,完全に混和した超臨界流体マグマになる.本年度は主に,ペリドタイト+H2O(+-CO2),玄武岩+H2O系等における第2臨界終端点の温度圧力条件の決定及び,レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を使用したダイヤモンドアンビル内の高温高圧状態のフルイドやマグマの化学組成の直接決定の研究を行った.第2臨界終端点の決定は,西播磨の大型放射光施設(スプリングエイト)を用いて行われた.高温高圧X線ラジオグラフィー法をによりメルトとフルイドの安定領域を調べ,第2臨界終端点を決定することに成功した.

この結果は沈み込み帯のスラブからの脱水やスラブ溶融,マントルウェッジでのマグマの生成等を議論する上で重要であり,成果はアメリカ科学アカデミー紀要に発表された.フルイドの化学組成決定に使用するLIBS装置は,ダブルのパルスレーザー,分光器,ゲート機能付きのイメージインテンシファイヤCCD検出器及び,光学系から成る.本年度は主に,サンプルのプラズマ化の再現性を良くするために,装置の改良を行った.レーザー光路にシャッターを設置し,必要なタイミングでのみサンプルをプラズマ化することができる様になった.これにより得られる信号の再現性が向上した.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。
可視化エストロジェン感受性ニューロンを用いたエストロジェン多機能性の解明

エストロジェンは中枢神経に作用し、生殖内分泌調節に加え、シナプス可塑性、神経保護作用などに中心的な役割を演じている。本研究の目的は、我々が作出したエストロジェン受容体遺伝子プロモータートランスジェニックラットにおけるEGFPにより可視化されたエストロジェン感受性ニューロンを用い、エストロジェンの様々な機能について細胞レベルで検討することである。研究期間内の成果のうち、最も意義深いものは、EGFP発現が視索前野性的二型核の新規特異的マーカーとして活用できることが明らかとなった点である。この神経核は周生期のエストロジェンにより雌雄差が形成されるが、特に生きた状態で活用できる特徴を生かすことで、このEGFP発現がその性分化機構解明のツールとして、貢献することが期待される。一方、可塑性や神経新生に対するエストロジェンの作用が注日されている海馬にもEGFP発現が観察される。このEGFP発現初代培養細胞を用い、カリウム電流に対する生理学的濃度のエストロジェンの急性および慢性効果を電気生理学的に明らかにした。48時間のエストロジェン曝露では、培養10日まではカリウム電流促進効果、12日以降は逆に抑制効果が、また48時間曝露した細胞にエストロジェンを急性投与すると促進効果が観察され、エストロジェンは海馬ニューロンの発達や興奮性に影響を与えていることが示唆された。もう一点特筆すべきことは、血圧調節に重要な最後野や弧束核にEGFPの発現が認められ、最後野では雄より雌でEGFP発現細胞数が多かったことである。雌では血圧上昇がエストロジェンによって抑制されることが知られており、血圧調節の性差についても今後の研究進展が期待される。以上の様にエストロジェンの多機能性について様々な知見を得ることができた。今後は更に詳細な作用機構の解明を目指していきたい。我々はこれまでにα型エストロジェン受容体遺伝子プロモーター0/B活性依存的にEGFPを発現するトランスジェニックラットの作出に成功し、エストロジェン応答神経細胞の可視化を現実のものとした。17年度ではこれらEGFPで可視化された細胞の膜電位依存性チャネルに対するエストロジェンの作用を、電気生理学的手法を用いて検討した。すなわちトランスジェニックラット海馬及び視索前野の初代培養を実施し、EGFP発現細胞を対象にパッチクランプ法により、静止膜電位形成や発火頻度調節に重要な役割をしている電位依存性カリウム電流に対するエストロジェンの急性及び慢性効果について調べた。エストロジェンの高濃度(μMレベル)急性暴露ではカリウム電流の抑制が観察された。生理学的濃度の2日間暴露では培養日数に応じて正反対の作用が観察された。すなわち培養10日目の海馬由来細胞ではカリウム電流の促進が観察され、培養13日では抑制作用が見られた。また2日間慢性投与された細胞に対するエストロジェンの急性暴露は、生理学的濃度でカリウム電流の促進が観察された。今後の詳細な検討が必要ではあるが、少なくともエストロジェンはカリウム電流を変化させることで神経細胞の活動に影響を与えていることが示唆された。一方でこのトランスジェニックラットは視床下部性的二型核特異的にEGFP発現が観察され、EGFP発現にも性差が存在することが明らかになった。この性差は周生期のエストロジェンが重要な役割をしていることが示唆されており、本研究の結果は複数存在するα型エストロジェン受容体遺伝子プロモーターの中で0/Bがこの性差発現に関与していることを示す結果として意義がある。それ以上にEGFP発現を性的二型核のマーカーとして活用することで、これまで良くわかっていなかったこの神経核ニューロンの性質、投射及び機能について画期的な研究進展が期待される。

我々はこれまでにα型エストロジェン受容体遺伝子プロモーターO/B活性依存的にEGFPを発現するトランスジェニックラットの作出に成功し、エストロジェン応答神経細胞の可視化を現実のものとした。この動物では脳内の様々な部位でEGFPの発現が観察されるが、特に視床下部性的二型核を特異的に可視化できることが以下のように示された。1)この神経核は雌に比べ雄で有意に大きいことが知られているが、EGFP発現細胞数および領域ともに雌に比べ雄で大きいこと。2)この神経核は周生期のステロイドホルモンの影響で性差が発現することが知られているが、出生日の雌仔にエストロジェンを単回投与することにより、この領域のEGFP発現の雄性化がおこること。3)視床下部性的二型核のマーカーとして知られているカルシウム結合蛋白であるカルビンディンの発現と、この領域のEGFP発現が良く一致すること。4)この領域のEGFP発現とα型エストロジェン受容体発現が良く一致することなどが明らかとなった。これらの結果から視床下部性的二型核の性差が、複数存在するα型エストロジェン受容体遺伝子プロモーターのうち、O/Bが関与した受容体発現によることと、この領域のEGFP発現が、in vivoにおける性的二型核の新規特異的マーカーとして活用できることが示唆された。現在、このEGFP発現を性的二型核マーカーとして活用し、これまでほとんど明らかになっていなかったこの神経核ニューロンの膜特性、投射先、機能、更に性分化のメカニズムについて研究を進めているところである。この動物では脳内の様々な部位でEGFPの発現が観察されるが、特に視索前野性的二型核を特異的に可視化できることが明らかとなった。平成19年度は視索前野性的二型核ニューロンの投射先を検討する目的で、逆行性トレーサーを様々な神経核に微小注入したところ、視床下部腹内側核への投射が観察された。ほとんどの視索前野性的二型核ニューロンはEGFPを発現しているのにも関わらず、逆行性ラベルされたニューロンの約半数はEGFPを発現していなかった。また逆行性ラベルされるニューロンは、他の性的二型核ニューロンに比べ、細胞体が大きく、また多くの突起を有していた。これまで、GABA、カルビンディン、ソマトスタチンなどを発現することから、性的二型核ニューロンは介在ニューロンである可能性が示唆されてきたが、投射ニューロンも存在することが明らかとなり、今後の性的二型核の機能を検討する上で、重要な知見になると思われる。またエストロジェンは血圧調節に関係し、その制御に性差があることが知られている。その作用部位の一つとして最後野と弧束核が考えられており、これらの部位のEGFP発現について検討を行った。両部位においてEGFP発現が観察され、特に最後野では雄に比べ雌の方でEGFP発現細胞数が多かった。
言語の基本演算の本質に関する理論的・実験的研究

理論面においては、本年度は引き続き人間言語における入れ子依存関係と交差依存関係の本質について研究を継続した。特に、人間言語における交差依存の例として挙げられてきた様々な現象の本質について考察した。その結果、(いくつかの未解決の部分はあるが)人間言語の構造は基本的に文脈自由句構造文法の範囲内に収まるという見通しがついた。今まで文脈依存句構造文法の生成力を要求するとされてきた交差依存現象を線条化のメカニズムによって処理する可能性に気がついたからである。さらに、言語における左右関係についても考察を行なった。言語表現における要素の左右関係を精査してみると、そこには少なくとも3種類の関係が混在していることが判った。1つは隣接性に基づく「局所的左右関係」(right- vs. left-adjacency)であり、2つ目は非局所的な左右関係、そして3つ目は連鎖上の非局所的左右関係(あるいは、特定の整数に言及する関係)である。これら3種類の左右関係がどのように言語の中核的演算と係わるかを理論的にまた実験的に(脳科学的に)精査することが今後の課題である。実験面においては、昨年度までの経験を踏まえて、実験パラダイムを組み直し、刺激文の吟味と作成から着手した。まず、自然な文(Merge-generable)の統辞構造に基づき、主語と述語の呼応関係を確実に判断させる課題を確立して、十数名の参加者に対してfMRI実験を実施した。また、人工的な語列(Non-Merge-generable)の対応関係を判断させる課題を準備して、そのfMRI実験を後日改めて行った。これは、後者で生じると予想される人為的な解き方が前者に波及することを防止するための工夫である。予備的な解析によれば、両課題による脳活動パターンに違いが見られている。理論的研究は、人間言語における入れ子依存関係と交差依存関係の背後にある抽象的構造およびそれらを生成する演算の本質を巡って着実に進展している。言語における「左右関係」の精査を通して、抽象的構造と「外在化」過程との関係の考察も視野に入ってきている。実験面においては、併合演算が背後にある依存関係とそうでない依存関係を実験的に析出するために、注意深く実験パラダイムを組み直し、十数名の参加者に対してfMRI実験を実施すると共に、その結果の予備的解析を開始した。こちらも順調に進行中である。現在まで本研究課題はおおむね順調に進行しているので、基本的に今後も現在の研究体制を維持し、目標を達成できるように努力を続けたい。基本演算である併合の本質とその詳細な特性の研究、中核的言語演算と他の認知能力との関わりに関して大きな意味を持つと思われる「左右関係」概念の精緻化と線状化過程との関係等も考察の対象に含めていきたい。実験面に関しては、fMRI実験が順調に進行したので、今年度はその解析と論文化に注力したい。また、4語文と6語文の比較などで予想と反する結果が出た場合は、その原因を分析する必要がある。こちらも研究推進上の基本方策に大きな変更はない。本年度は、以下のトピックに焦点を絞って研究を開始した。(1)そもそも、記号連鎖の上に特徴づけられる入れ子依存や交差依存をそのまま用いて人間言語に現れる依存関係を分析することが妥当であるのか。両者にまたがるような現象があれば、この2つは妥当な規準とはいえなくなる。(2)現在までに人間言語における交差依存の例として挙げられてきた現象(英語や日本語における主語ー述語対応やオランダ語、スイスドイツ語の例、さらには英語の助動詞の配列規則、等)の詳細を精密に再分析し、抽象的構造を背後に仮定する新たな観点からそれらの現象を捉えられるかどうか判断する。(3)もし抽象的構造、さらにはそれを生成する併合演算が依存関係の背後にあるとしたら、その構造と表面的な依存関係(入れ子依存、交差依存)を結びつけるメカニズムはどのようなものか。これらの課題のうち、(1)のトピックに関しては明確な結論は昨年度中には得られなかったが、有望な方向性は得られたと思う。(2)については、有望な先行研究の存在が明らかになり(Huybregtsによる1980年代の諸研究)、研究代表者が見通していた方向が独立に支持される証拠が存在することが明らかになった。(3)に関しては予備的アイデアとその定式化が得られた。実験的研究の面では、(1)に関してfMRI(機能的磁気共鳴画像法)による予備的実験を行った。その結果、行動指標以上に脳活動の個人差が大きく現れ、言語として文構造を解析しているのか、単語間の依存関係のみを取り出して把握しているのか、という違いが反映されるという可能性が示唆された。人間言語における入れ子依存と交差依存の本質に関して、背後にある基本演算である併合の関わりに焦点を当てて考察するという本研究の骨子は、「研究実績の概要」に述べた3つのトピックに重点をおいて開始された。それらについての先行研究の吟味も充分に進行し、併合が生成する構造と表面上の依存関係を結びつけるメカニズムに関する考察も具体的に開始された。従って、理論的考察に関しては、本研究課題はおおむね順調に進展していると云える。

今まで文脈依存句構造文法の生成力を要求するとされてきた交差依存現象を線条化のメカニズムによって処理する可能性に気がついたからである。さらに、言語における左右関係についても考察を行なった。言語表現における要素の左右関係を精査してみると、そこには少なくとも3種類の関係が混在していることが判った。1つは隣接性に基づく「局所的左右関係」(right- vs. left-adjacency)であり、2つ目は非局所的な左右関係、そして3つ目は連鎖上の非局所的左右関係(あるいは、特定の整数に言及する関係)である。これら3種類の左右関係がどのように言語の中核的演算と係わるかを理論的にまた実験的に(脳科学的に)精査することが今後の課題である。実験面においては、昨年度までの経験を踏まえて、実験パラダイムを組み直し、刺激文の吟味と作成から着手した。まず、自然な文(Merge-generable)の統辞構造に基づき、主語と述語の呼応関係を確実に判断させる課題を確立して、十数名の参加者に対してfMRI実験を実施した。また、人工的な語列(Non-Merge-generable)の対応関係を判断させる課題を準備して、そのfMRI実験を後日改めて行った。これは、後者で生じると予想される人為的な解き方が前者に波及することを防止するための工夫である。予備的な解析によれば、両課題による脳活動パターンに違いが見られている。理論的研究は、人間言語における入れ子依存関係と交差依存関係の背後にある抽象的構造およびそれらを生成する演算の本質を巡って着実に進展している。言語における「左右関係」の精査を通して、抽象的構造と「外在化」過程との関係の考察も視野に入ってきている。実験面においては、併合演算が背後にある依存関係とそうでない依存関係を実験的に析出するために、注意深く実験パラダイムを組み直し、十数名の参加者に対してfMRI実験を実施すると共に、その結果の予備的解析を開始した。こちらも順調に進行中である。現在まで本研究課題はおおむね順調に進行しているので、今後も現在の研究体制を維持し、目標を達成できるように努力したい。すなわち、一方で言語計算(基本演算)の特性に関する理論的考察を進め、もう一方では、理論的考察のもとに提出された仮説を巧妙な実験によって神経科学的に実証し、そのことを通して元の理論的仮説の検証、修正等を試みるという、理論と実験が緊密に連携する研究体制である。まとまった研究成果が出たときには積極的に学会発表、論文発表を試みていきたい。また、実験的側面に関しては、上記の予備的実験の結果を踏まえて、できるだけ自然言語に基づいた判断に限定するように課題の統制を強化するべく、実験パラダイムの再検討を行っている。具体的には、入れ子依存や交差依存以の他にも異なる構造を持つ文を含めて課題を行わせることで、依存関係のみを単純化した方略を採りにくくさせられると考えた。この重要な問題が予備実験によって早い段階で明らかとなったので、本実験に向けて順調に進展させる準備が整った。上記の理論的考察に裏打ちされた脳機能の解明に向けて、一層の努力を傾けて行きたい。
酸化ガリウム蛍光体を用いる無機薄膜EL素子に関する研究

材料合成や結晶化が容易な二元化合物の酸化ガリウム(β-Ga_2O_3)を母体材料とする新規なGa_2O_3蛍光体を発光層に採用することにより、高価な封止処理なしでも大気中で安定に動作する高輝度・高発光効率のフルカラー発光薄膜エレクトロルミネッセンス(EL)素子の作製技術を確立した。特に、Ga_2O_3が化学的に安定な酸化物である点に注目して、飛躍的な成膜コストの低減が期待できる化学的成膜技術であるゾル・ゲル法を用いるEL発光層用Ga_2O_3蛍光体薄膜形成技術を確立できた。具体的には、Ga_2O_3:Cr、Ga_2O_3:Eu(赤色発光)Ga_2O_3:Mn(緑色発光)及びGa_2O_3:Sn(青色発光)薄膜をゾル・ゲル法で形成するためのソース材料の調合技術並びに成膜作製技術を確立した。また、それらの酸化物蛍光体薄膜を発光層に用いた薄膜EL素子を作製し、そのEL特性の発光層成膜条件及び成膜後の熱処理条件依存性等を明らかにすることによって、各発光層薄膜の最適作製条件を明らかにできた。さらに、Ga_2O_3をベースとしたY_2O_3-Ga_2O_3系、Zn(Ga_<1-x>Al_x)_2O_4系等の新規な多元系蛍光体薄膜EL素子の作製技術を確立した。特に、Ga_2O_3蛍光体薄膜EL素子の実用化を目的として、封止処理を施さない状態でのEL特性の加速寿命試験について検討し、Ga_2O_3:Mn(緑色発光)薄膜EL素子おいて2万時間を越える、極めて長寿命の薄膜EL素子を実現できた。以上の研究成果として、本研究の目的である酸化ガリウム蛍光体を用いる無機薄膜EL素子の作製技術の確立及びそのEL特性の解明は十分に達成できた。本年度は以下の研究計画に基づき、研究を実施した。1)ゾル・ゲル法を採用して、Ga_2O_3蛍光体薄膜を作製する成膜技術を確立する。上記計画に対しては、ガリウム原料として、ガリウムアセチルアセトナート(Ga(C_5H_7O_2)_2)、発光中心として希土類元素の塩化物等を採用し、Ga_2O_3蛍光体薄膜を形成温度等の成膜技術を確立できた。2)形成したGa_2O_3蛍光体薄膜の結晶性の改善及び発光効率の向上を目的として、8001100°Cでの熱処理を行い、作製された膜の結晶学的特性およびフォトルミネッセンス(PL)評価を行い成膜条件との関係を調べる。上記計画に対しては、雰囲気制御形高温処理炉を用いて硫黄/アルゴン比率等の処理条件を確立できた。3)Ga_2O_3:Mn蛍光体について、高輝度発光及び高発光効率が実現できる最適薄膜作製技術を確立し、最適素子作製条件を決定する。上記計画に対しては、EL特性の基板温度依存性、アニール処理温度依存性、Mn添加量依存性及び膜厚依存性等を詳細に検討し、素子作製条件の最適化に成功した。4)並行して、作製したGa_2O_3:Mn薄膜EL素子に封止処理を全く行わずに、室温の大気中および加湿雰囲気中で正弦波交流電圧駆動で素子を駆動して、発光輝度及び発光効率等の経時変化を測定する。また、適当な時間間隔での発光輝度、発光効率及び通過電荷量の印加電圧依存性を評価する。上記計画に対しては、10kHzの加速寿命試験においても、1万時間以上の長寿命を達成できた。

以上の結果より、本年度の研究目標は十分に達成できた。本年度は以下の研究計画に基づき、研究を実施した。1)他の発光中心についても、前年度のMnと同様に作製されたGa_2O_3蛍光体薄膜EL素子から得られたEL特性と発光層形成条件(成膜条件及び熱処理条件)との関係を詳細に検討する。また、ディップコート法以外のコーティング技術についても検討すると共に、発光中心の共添加効果について検討する。上記計画に対しては、Cr等の新規な発光中心材料を採用しGa_2O_3蛍光体薄膜の作製条件の最適化を行った。Ga_2O_3:Cr蛍光体薄膜EL素子においては、高輝度赤色発光を実現できた。また、MnとCrを共添加したGa_2O_3:Mn, Cr蛍光体薄膜EL素子においては、発光中心の比率を変化させることにより、赤色から緑色までEL発光色を制御できる多色発光薄膜EL素子を実現できた。さらに、Ga_2O_3をベースとしたY_2O_3-Ga_2O_3系、Zn(Ga_<1-x>Al_x)_2O_4系等の新しい多元系蛍光体薄膜を提案し、その作製技術を確立すると共に発光層作製条件の最適化をおこなった結果、高輝度多色発光を実現できた。2)各種発光中心で得られる発光色において、高輝度及び高発光効率が実現できる最適薄膜作製技術を確立し、最適素子作製条件を決定する。上記計画に対しては、各種発光中心の添加量依存性を詳細に検討し、Cr及びMn系では2原子%前後、希土類元素系では1原子%程度の添加量が最適であることを見出した。3)前年度から継続して、室温大気中で正弦波交流電圧で駆動して、発光輝度及び発光効率の掲示変化を評価する。上記計画に対しては、10kHz正弦波交流電圧による加速寿命試験を実施した。その結果2万時間以上の長寿命を達成できた。