hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
難聴モデルマウスを用いた聴覚野周波数マップ可塑性の研究

耳鳴治療の現在の主流は、補聴器やノイズジェネレータを耳にかけて使用するものである。しかし文献的に、耳鳴の音源定位はほとんどが耳か頭内と言われているため、耳鳴の抑制には距離のある音源定位の音の方がより効果があるのではないかという着想から、健聴者に対し、疑似耳鳴音と、音源定位の異なる雑音を用いて、音源距離の違いによるマスキング効果への影響を検討した。耳疾患が無く、日常で耳鳴の自覚のない12名を対象とした。標準純音聴力検査で聴力閾値を確認した後、右耳に4kHz純音を疑似耳鳴音として開放型のイヤフォン(耳定位)で提示した。マスキングノイズはホワイトノイズを使用し、開放型ヘッドフォン(耳近接定位)およびスピーカー(距離1.8m:遠方定位)を用いてそれぞれ提示した。疑似耳鳴音を提示した状態でマスキングレベルを上げてゆき、疑似耳鳴音が完全にマスキングされた状態からマスキングレベルを下げ、疑似耳鳴音を認知した時点でのマスキングノイズの音圧を、被験者と同条件に設置したダミーヘッド内蔵マイクにて計測し、マスキングに必要な音圧レベルとした。右耳の聴力閾値上15dB、20dB、25dBの3音圧を疑似耳鳴の提示音圧とした際の、疑似耳鳴音をマスキングするのに必要な音圧は、閾値+15dBではヘッドフォンで平均48.0dB、スピーカーで平均46.4dB、閾値+20dBではヘッドフォンで平均47.1dB、スピーカーで平均43.9dB、閾値+25dBではヘッドフォンで平均51.2dB、スピーカーで平均50.3dBであった。疑似耳鳴音が閾値+15dBと閾値+20dBでは、マスキングに必要な音圧はスピーカーがヘッドフォンに比し有意に低かった。この結果から、耳鳴のマスキングには音源定位の異なる音の方が効果が高い可能性が考えられる。定位が異なることで、より耳鳴から意識が遠ざかることがその理由ではないかと推察している。1マウスの大脳聴覚野機能を研究した。M字迷路による行動実験では、野生型マウスはペアリング学習した図形を音のキュー提示のみで選択可能であった。マウスが音・図形連想記憶を獲得可能であることを行動実験によって証明した。さらにフラビン蛋白蛍光イメージング法を用いて音・図形連想記憶を獲得したマウスに学習に用いた音のみを聞かせると聴覚野背側領域が活動することを見出した。2健聴者を対象に、ヘッドフォン及びスピーカーからの雑音で疑似耳鳴をマスキングする効果の違いについて検討した。その結果、耳から遠方に音源定位するスピーカーからの雑音の方が、有意に小さい音圧で疑似耳鳴を抑制することが確認出来た。臨床業務が逼迫し、実験を行う時間が減少してしまったことや、研究助手が離職し後任者が見つかっていないため。また、これまで使用してきたキセノン光源に輝度の揺らぎがあることが指摘され、光源機器の新規選定、導入、設定を行っていたため。加齢性難聴マウス、音響刺激マウスの聴覚野応答の計測に関しては、今後も継続してデータの蓄積を行う。本研究の最終目標は人間における耳鳴の予防治療であり、今後、実際の人間を被験者とした耳鳴に関連する研究も並行して行う。耳鳴の無い健聴者を対象とし、イヤフォンで疑似的な耳鳴(8kHz純音、被験者の聴力域値+固定値の音圧)を聴きながら、それをマスキングするために必要なノイズの音圧が、近接音源と一定以上離れた音源で異なるかどうかを検討する。
草食動物消化管内原虫の機能形態ならびに系統に関する複合的研究

本研究の最終年度である本年度は、とくに特徴的な構成をもつカバの前胃内繊毛虫に着目し、それらの草食動物消化管内繊毛虫類における系統的位置とカバ前胃内における役割について検討した。まず、カバの前胃内において優勢に存在するParentodinium属繊毛虫の鍍銀染色を含む詳細な形態学的検討を行った結果、これらは4種に区分できることが明らかとなり、2種を新種として記載した。次に本属繊毛虫の系統学的位置を考察するために、草食動物消化管内繊毛虫の多くを占めるエントディニオモルファ類の各種繊毛虫との口部繊毛下織の比較を鍍銀染色によって行った結果、Parentodinium属は比較したいずれの科とも異なった特徴を有しており、このことから、本属に対してはパレントディニウム科Parentodiniidaeを設定することが適当であると考えられた。さらに、Parentodinium sp.とウマ大腸内から得たCycloposthium bipalmatumのsmall subunitribosomalDNA(SSU rDNA)の塩基配列を明らかにし、近縁種の配列と比較検討した結果、Parentodinium属繊毛虫は既知のいずれの科とも異なる系統樹が得られた。この結果は、カバ前胃内に優勢に生息する本属繊毛虫が、反芻動物のルーメン内繊毛虫とは異なる系統をもち、独自に分化したものであることを示唆するものであった。また、カバ前胃内繊毛虫について、組織化学的ならびに電子顕微鏡的観察を行い、それらのカバ前胃内における役割について考察した。カバ前胃内で最も優勢に見られるParentodinium属は体内に多量のデンプン粒を包含しており、その間隙にアミロペクチン様顆粒が認められた。大型の繊毛虫であるMonoposthium sp.では植物片の摂取が観察された。また、これら2種に続いて優勢であったParaisotricha minutaでは体内に多量のアミロペクチン様顆粒が認められた。いずれの繊毛虫も多量の細菌を摂取していた。これらの所見は、カバの前胃内繊毛虫が、反芻動物のルーメン内繊毛虫と同様の役割、すなわち、植物片の分解による易消化化やデンプン粒の貯蔵と分解もしくは可溶性糖類の摂取による胃内のpHの急激な低下の制御を宿主であるカバに対して行っていることを示唆するものであった。本年度は主としてカバの胃内に見られる特殊な繊毛虫の詳細な形態学的研究を行った。申請者らはすでにカバの胃内に後腸発酵性草食動物に見られるMonoposthium属繊毛虫および反芻動物のルーメン内に見られるParentodinium属繊毛虫が存在することを明らかにしているが、これらのうち、Parentodiniumについて、申請者らが開発したピリジン炭酸銀法による繊毛下織の鍍銀を行い、これまでに得られている結果と比較した。

Parentodinium属はこれまでに、Parentodinium africanumおよびP. ostreaの2種が記載されているが、鍍銀による検討の結果、明らかに異なる4タイプが認められ、2タイプは新種として記載すべきものと考えられた。これらを、後腸発酵者であるウマの大腸内に生息するBundleia postciliata, Blepharocorys valvata, Cycloposthium bipalmatum、ならびに前腸発酵者であるウシの第一胃に見られるEntodinium simplexおよびEudiplodinium maggiiの繊毛下織と比較したところ、Parentodinium属繊毛虫はいずれも後腸発酵者ならびに前腸発酵者に見られる種の中間型を示した。一方、前腸発酵看であるラクダの前胃内に生息するCaloscolex属繊毛虫はラクダの胃内絨毛虫相のなかでは非常に特殊なものであるが、これについて、割断走査電子顕微鏡で内部構造の詳細な検討を行ったところ、口部前庭内に繊毛の派生が見られ、さらに特殊な形態を有していると見られていた骨板が牛や羊に見られるOphyryoscolex属もしくはEpidinium繊毛虫のものと類似していることが明らかとなった。これらの所見は、Caloscolex属繊毛虫が前腸発酵者に見られる繊毛虫グループに属していることを示している。本年度はまず、中国・内蒙古自治区で飼養されていたトナカイのルーメン内繊毛虫構成について調査した。トナカイは栄養となる植物資源の乏しい極北地方に限定して生息している特殊な反芻動物である。これまでに、カナダ、フィンランド、ロシア、アラスカのトナカイでの報告があるが、今回の検索の結果、得られた8属18種のほとんどの種類はこれらの地域と同様のもので、かつ、これまでトナカイに特有とされていた、Entodinium anteronucleatum, E.bicornutum, Enoploplastron confluens, Epidinium gigasの4種も検出された。このことから、トナカイのルーメン内繊毛虫構成は、世界各地で共通性が高く、一方では他の反芻動物から隔離された状態で、トナカイゴケなど特殊な食性に適合した、特徴的な構成を形成していると考えられた。また、走査電子顕微鏡によるこれらの種類の体表構造の観察では、Epidinium gigasの体表パターンはEntodinium属繊毛虫のそれと類似していたことから、Epidinium属はDiplodiniinae亜科よりもEntodiniinae亜科に系統学的に近いという、これまでの我々の仮説を裏付けるものと考えられた。さらに、エジプト産ヒトコブラクダの胃内繊毛虫を詳細に観察し、Entodinium ovumrajaeに多数の変異型が存在することを発見し、これらを14の形態型に区分した。これらは主として、虫体外質に存在する突起の有無、形態が変異しており、その変異に連続性が認められたことから、何らかの要因により、外質の形態が容易に変化するものと推察された。ラクダ1頭あたり平均約5型が存在したが、各形態型との一定の関連性は認められなかった。外質変異の要因については、我々が以前(Imai et al.,2002)、繊毛虫同士の捕食・被捕食、宿主の摂取飼料、繊毛虫密度とは関連がないことを明らかにしているが、今回の調査でも明確な要因を明らかにすることはできなかった。しかし、同一のルーメン内で同種の繊毛虫種にかなり多くの形態型が出現することは、ラクダの胃内環境がかなり複雑であることを示唆していると思われた。
有機遷移金属化合物に潜在する新しい機能を物性の開発研究

1)一連の有機ランタニド錯体がMMAの立体規則性重合触媒となり従来達成できなかった分子量が10万以上でしかも単分散性のポリマ-が収率よく合成できることを見出した.さらに有機ランタニド錯体でエチレンの重合を行った後に極性モノマ-であるMMAやラクトンを添加した場にも重合が起こり従来合成が不可能であった無極性モノマ-と極性モノマ-のブロック共重合が実現した。ポリオレフィンの改質に重要な知見を与える。2)有機金属ポリマ-や高分子錯体の不活性ガス中での焼成により,超微粒子金属が均一に分散した炭素複合材が得られることを見出し一部報告してきたが,本研究ではこの反応を拡大しほぼ全ての遷移金属化合物に適用した.貴金属の場合には極めて粒径の小さい超微粒子金属が分散した炭素材が得られた.対応する物質を合成するためにピッチと有機金属化合物の混合物の焼成を行なった結果,良好な残炭率で超微粒子均一分散炭素複合材を得た。Rh,Pt微粒子含有炭素材はオレフィンの水添触媒として優れた活性を示し,Ag含有炭率素材は大腸菌や枯草菌に対して優れた抗菌作用を示し実際的応用も期待できる。3)5族遷移金属錯体に存在する機能を評価するために新たにアルキン錯体の合成を行なった.既にジエン錯体,アリル錯体の合成を終っておりその特徴を明らかにしている.ニオブのエチレン錯体を原料として一連のアルキンと反応を行ない反応形成を整理することができた.生成物の構造解析はNMR,X線解析による.Cp_2NbC_2H_5(2ーブチン)錯体については珍らしいαーアブスチック結合が見出された.ニオブのカルベン錯体形成反応の前駆体と見なすことができ,新しいカルベン触媒設計の手がかりとなる。1)2,6ージアルキルフェノキシ基を有するTi、Zr、Hf、Nb化合物の純粋単離に成功した。この配位子が通常のシクロペンタジエニル配位子とどのように錯体安定化活性化に寄与するかを検討するためMCl_2(OC_6H_3R_2)_2およびMCl_3(OC_6H_3R_2)型化合物とアルキルリチウム等との反応を行ない、オレフィン類の低重合・高重合に対する触媒作用を検討中である。2)空気中で安定な一連の有機金属ポリマ-を不活性ガス中で焼成して得た、超微粒子金属が均一に分散した炭素材の機能評価を行なった。まだ研究途上ではあるが、現時点で次の様なことが判明した。Pt、Rh、Co金属を含む炭素材料は空気中で安定であるにも拘らず、1ーヘキセンの水素添加触媒となる。Ag、Co粒子を含む炭素材は大腸菌、枯草菌、ブドウ球菌、緑膿菌、ガンジタ菌に対して優れた抗菌作用を示した。このことは本素材が浄水用材料として使用できることを意味する。Fe、Co,Ni、Cr微粒子を含む炭素材は良好な伝導性と磁気特性を示し、電磁波シ-ルド材としての用途が考えられる。Fe、Co粒子を含む炭素材は過酸化水素を触媒的に分解する。3)〓高いペンタメチルシクロペンタジエニル基を有する一連の有機ランタニドがアクリル酸エステルの高重合触媒となることを見出した。分子量分布が従来のものに比較してはるかに狭い上、低温の重合で高度にシンジオタクチックなポリマ-が得られ、しかも分子量が10万以上のポリマ-を合成できるといった理想的なリビング重合である。4)チ-グラ-触媒の本質を理解するためチタンのアリル化合物のX線解析を行なった。また一連のニオブのアルキン錯体についても初めて単離に成功し構造解析を終了した。今後これらを用いた反応について詳しく研究する。

1)新規な機能性金属錯体の合成の一環として〓高い配位子2,6ージアルキルフェノキシ基を有するTi,Zr,Nb,W化合物を合成し,代表的なものについてX線解析を行ない三次元構造を確定した。またオレフィンやジエン,アルキンとの反応を還元剤存在下で行ない,新たにオレフィンの二量化やアルキンの高重合を見出した。これらの金属錯体は対応するシクロペンタジエニル金属化合物に較べルイス酸性が大きいことが期待され実際両者の間には大きな反応性の違いが認められ新しい均一系反応剤として有用である。2)有機金属ポリマ-や高分子錯体の焼成により超微粒子金属が均一に分散した炭素複合材料が得られることを報告したが,本年度はピッチと有機金属化合物の混合物を焼成しても対応する複合材が得られることを見出し機能性を検討した。RhやPtが分散した炭素材は空気中での安定性も大きく,しかもオレフィン類の水添に対して優れた触媒作用を示した。Ag微粒子が分散した炭素材は酸素による不融化および水蒸気賦活を行なった場合に著しい活性の向上が見られ,大腸菌や枯草菌,ブドウ球菌に対して少量でも優れた抗菌活性を示した。3)一連の有機ランタニドがMMAの立体特異性重合となり従来達成できなかった分子量の大きい単分散ポテマ-が得られることを見出している,本年はエチレンを重合した後にMMAの重合を引き続き行なうことにより,従来の触媒系では達成できなかったオレフィンと極性モノマ-とのブロック共重合が可能な事を見出し重合の概要を明らかにした。4)ニオブのアルキン錯体を新たに合成しX線,NMR解析を行なったところCp_2NbC_2H_5(2ーブチン)錯体において珍らしいαーアゴ-スチック結合が見出された。ニオブのカルベン錯体形成反応前駆体と見なすことができその応用が期待できる。
呼吸リズム生成の場の同定とニューロン回路の解明

成熟ラットin vivo標本を用い、呼吸リズム生成の中核であるBotzinger complexとPre-Botzinger complexと呼ばれる領域に存在する抑制性ニューロンについて、それらのシナプス結合と伝達物質を同定する作業を進めた。これまでに、グリシン性のニューロン、GABA性のニューロン、両方を伝達物質として使用していると思われるニューロンを同定した。方法は、機能を同定した単一ニューロンをニューロビオチンで標識し、そのニューロンが、グリシントランスポーター2(GLYT2)のmRNAとGABA合成酵素の異型体(GAD67)のmRNAのいずれかあるいは両方を保有しているかどうかをin situハイブリダイゼーション法で検出することである。対象領域の漸増型呼息性ニューロンは、呼息相の維持に働く抑制性ニューロンであるが、上記の方法によりグリシン性ニューロンであることが示された。同じ領域の漸減型呼息性ニューロンは、吸息から呼息への相の切り替え時に働く抑制性ニューロンである。これもグリシン性であることが判明した。これらニューロンより尾側にも漸減型呼息性ニューロンが存在し、その機能は不明であったが、一部はグリシン性であること、すなわち抑制性ニューロンであることが示された。また孤束核には肺の伸展受容器入力を中継するニューロンが存在する。これらのうち遅順応型受容器の中継ニューロンはGAD67 mRNAを保有していた。さらにそれらの一部は、GLYT2 mRNAも同時に保有していることが判明した。すなわちこれらニューロンはグリシンとGABAを共放出するものと思われる。Botzinger complexに上述の漸増型とも漸減型とも言えない、中間型の呼息性ニューロンを同定した。スパイクトリガーによる加算平均法を用いて調べたところ、それらは新しい型の抑制性ニューロンであることが判明した。我々は現在、呼吸中枢ニューロン回路中の抑制性ニューロンについて、それらの伝達物質を同定する作業を進めている。つまり、グリシンとGABAのどちらを伝達物質として使っているのか、ということである。これまでに、グリシン性のニューロン、GABA性のニユーロン、両方を伝達物質として使用していると思われるニューロンを同定した。実験方法の要点は、1)ラットを用いたin vivo実験で、機能を同定した単一ニューロンをニューロビオチンで標識し、2)そのニューロンが、グリシントランスポーター2(GLYT2)のmRNAとGABA合成酵素の異型体(GAD67)のmRNAのいずれかあるいは両方を保有しているかどうかをin situハイブリダイゼーション法で検出することである。延髄のBotzinger complexという領域の漸増型呼息性ニューロンに、呼息相の維持に働く抑制性ニューロンであるが、グリシン性ニューロンであることが確認された。これらニューロンより尾側にも漸減型呼息性ニューロンが存在し、興奮性か抑制性かは不明であったが、一部はグリシン性の抑制性ニューロンであることが示された。速順応型受容器の中継ニューロンにはGLYT2 mRNAもGAD67 mRNAも検出されず、これらは興奮性ニューロンである可能性が示唆された。一方、遅順応型受容器の中継ニューロン(これらの一部が抑制性ニューロンであることはすでに報告してある)はGAD67 mRNAを保有していた。

成熟ラットin vivo標本を用い、呼吸リズム生成の中核であるBotzinger complexとPre-Botzinger complexと呼ばれる領域に存在する抑制性ニューロンについて、それらのシナプス結合と伝達物質を同定する作業を進めた。これまでに、グリシン性のニューロン、GABA性のニューロン、両方を伝達物質として使用していると思われるニューロンを同定した。方法は、機能を同定した単一ニューロンをニューロビオチンで標識し、そのニューロンが、グリシントランスポーター2(GLYT2)のmRNAとGABA合成酵素の異型体(GAD67)のmRNAのいずれかあるいは両方を保有しているかどうかをin situハイブリダイゼーション法で検出することである。対象領域の漸増型呼息性ニューロンは、呼息相の維持に働く抑制性ニューロンであるが、上記の方法によりグリシン性ニューロンであることが示された。同じ領域の漸減型呼息性ニューロンは、吸息から呼息への相の切り替え時に働く抑制性ニューロンである。これもグリシン性であることが判明した。これらニューロンより尾側にも漸減型呼息性ニューロンが存在し、その機能は不明であったが、一部はグリシン性であること、すなわち抑制性ニューロンであることが示された。また孤束核には肺の伸展受容器入力を中継するニューロンが存在する。これらのうち遅順応型受容器の中継ニューロンはGAD67 mRNAを保有していた。さらにそれらの一部は、GLYT2 mRNAも同時に保有していることが判明した。すなわちこれらニューロンはグリシンとGABAを共放出するものと思われる。Botzinger complexに上述の漸増型とも漸減型とも言えない、中間型の呼息性ニューロンを同定した。スパイクトリガーによる加算平均法を用いて調べたところ、それらは新しい型の抑制性ニューロンであることが判明した。
非平面π-π相互作用を用いる合成自己組織体の構築と機能

光学活性ヘリセンをm-フェニレンを介してアセチレン結合で連結した七量体は二重ラセンを形成し,ランダムコイル構造との間で可逆的構造変化する.また,六量体を柔軟および剛直なリンカーで連結したビス[ヘキサ(エチニルヘリセン)]は分子内二重ラセンーランダムコイル構造変化を起こし,構造変化がリンカーの構造の影響を強く受けることがわかっていた.今年度はビス[ヘキサ(エチニルヘリセン)]の分子内二重ラセン-ランダムコイル構造変化の反応過程についての知見を得る目的で,構造変化の速度論的解析を行った.CDを用いて370nmにおけるΔεの経時変化から,一次速度定数を求めた.ランダムコイル形成反応(解離反応)およびラセン形成反応(会合反応)ともにリンカーが剛直になると反応速度が低下し,剛直なリンカーは遷移状態のエネルギーを上昇させることを明らかにした.会合反応は温度の上昇に伴い速度が低下し,負の活性化エネルギーを与える珍しい反応であり,律速段階の前段反応として発熱の平衡反応を含んでいることが示唆された.また,会合反応は自己触媒的に進行し,解離反応とはヒステリシス現象を示すことも見出した.以上の知見をもとに,分子内会合反応は二分子二重ラセンを経由して進行する機構を提唱した.また,固体表面上での構造変化を溶液中と比較するために六量体および五量体をジスルフィド基で連結したビス[オリゴ(エチニルヘリセン)]を合成し,金基板上に吸着させ,固体表面上における構造変化について調べた.原子間力顕微鏡によって,六量体および五量体が厚さ約2nmの単分子膜を形成することを明らかにし,二重ラセン構造について重要な知見を得た.六量体は空気中80°Cで加熱しても解離しないが,五量体は解離し膜厚が約0.9nmに減少した.六量体はベンジルメルカプタンを共吸着体として用いると,60°Cで解離すること明らかにした.光学活性ヘリセン1,12-ジメチルベンゾ[c]フェナントレンの5,8-位とm-フェニレンをアセチレン結合で連結したオリゴマーは非平面π-π相互作用による興味深い会合挙動を示す。鎖状オリゴマーは溶液中でラセン構造とランダムコイル構造の平衡状態にあり、環状三量体である[3+3]シクロアルキンは強く選択的に二分子間会合する。今回、非平面π-π相互作用の性質を明らかにするために以下の実験を行った。鎖状七量体のラセン構造からランダムコイル構造変化における芳香族溶媒効果を速度論的に解析した。CDを用いてCotton効果の経時変化から25°Cにおける速度定数kを算出した結果、構造変化が最も速いヨードベンゼン中ではk=28min^<-1>、最も遅いトリフルオロメチルベンゼン中はk<10^<-6>min^<-1>であり、両溶媒間でkに10^7以上の差があることを明らかにした。芳香族置換基のみによるこのような大きな溶媒効果は例がない。また、Log k値は芳香族溶媒のハード値ηと良好な負の相関を示し、π-π相互作用がHSAB則と関連するという興味深い知見を得た。光学活性ヘリセンとm-フェニレンを交互にアセチレン結合で連結したエチニルヘリセンオリゴマーはヘリセン間の強い非平面π-π相互作用により様々な分子会合体を形成する.その中で鎖状オリゴマーが溶液中で二重ラセン構造を形成することがわかっていた.今年度は鎖状オリゴマーの二重ラセン-ランダムコイル構造スイッチングについての研究を行った.七量体の1mMトルエン溶液を55°Cと10°Cで30分間づつ交互に加熱・冷却を繰り返し,CDにより370nmにおけるΔεの経時変化を測定してΔε/timeアウトプットを得た.その結果,Δεは-200(55°C)と+1600(10°C)の間で変化した.Δε=+2000がラセン構造にΔε=-200がランダムコイルに対応することから,再現性よくラセン-ランダムコイル構造間でスイッチングできることがわかった.七量体のスイッチングは濃度,温度および芳香族溶媒に強く依存した.例えば,トリフルオロメチルベンゼン中ではラセン構造の割合が高い範囲(Δε=+1880+2080)でスイッチし,チオアニソール中ではランダムコイルの割合が高い範囲(Δε=-180+90)でスイッチした.七量体は濃度,温度および溶媒のわずかな変化に応答して,スイッチングの挙動が大きく変化し,多様な形状のΔε/timeアウトプットを与えることがわかった.二つの鎖状六量体を柔軟および剛直なリンカーで連結したオリゴマーを合成した.柔軟なリンカーをもつオリゴマーは分子内二重ラセンを形成し,七量体(1mM)に比べて低濃度(1μM)でスイッチングを行うことができた.剛直なリンカーをもつオリゴマーも分子内二重ラセンを形成したが,加熱・冷却による構造変化をほとんど起こさなかった.リンカー部の構造がラセン・ランダムコイル構造変化に大きな影響を与えることがわかった.

光学活性ヘリセンをm-フェニレンを介してアセチレン結合で連結した七量体は二重ラセンを形成し,ランダムコイル構造との間で可逆的構造変化する.また,六量体を柔軟および剛直なリンカーで連結したビス[ヘキサ(エチニルヘリセン)]は分子内二重ラセンーランダムコイル構造変化を起こし,構造変化がリンカーの構造の影響を強く受けることがわかっていた.今年度はビス[ヘキサ(エチニルヘリセン)]の分子内二重ラセン-ランダムコイル構造変化の反応過程についての知見を得る目的で,構造変化の速度論的解析を行った.CDを用いて370nmにおけるΔεの経時変化から,一次速度定数を求めた.ランダムコイル形成反応(解離反応)およびラセン形成反応(会合反応)ともにリンカーが剛直になると反応速度が低下し,剛直なリンカーは遷移状態のエネルギーを上昇させることを明らかにした.会合反応は温度の上昇に伴い速度が低下し,負の活性化エネルギーを与える珍しい反応であり,律速段階の前段反応として発熱の平衡反応を含んでいることが示唆された.また,会合反応は自己触媒的に進行し,解離反応とはヒステリシス現象を示すことも見出した.以上の知見をもとに,分子内会合反応は二分子二重ラセンを経由して進行する機構を提唱した.また,固体表面上での構造変化を溶液中と比較するために六量体および五量体をジスルフィド基で連結したビス[オリゴ(エチニルヘリセン)]を合成し,金基板上に吸着させ,固体表面上における構造変化について調べた.原子間力顕微鏡によって,六量体および五量体が厚さ約2nmの単分子膜を形成することを明らかにし,二重ラセン構造について重要な知見を得た.六量体は空気中80°Cで加熱しても解離しないが,五量体は解離し膜厚が約0.9nmに減少した.六量体はベンジルメルカプタンを共吸着体として用いると,60°Cで解離すること明らかにした.
加齢に向き合う脳の計算論的運動制御アプローチ

運動機能の低下を評価できるようになれば、健康状態を維持できる可能性が高まることが期待できる。脳科学的計算論的アプローチの知見をベースに、身体運動計測と脳のイメージング計測の両方を組み合わせて、運動機能の変化を計算論モデルから評価する基礎的な研究開発を実施し、以下の実績を得た。等時性が観測される運動(8の字、2重楕円運動)及びフィッツの法則に従うと考えられる運動軌道、筋電、脳波(EEG)を同時計測し、健常被験者のデータを計測し、我々が提案した算論的モデルの妥当性を検証した。また、EEGのみならずfNIRSでの検討も見据え、fNIRS信号のリアルタイム頭皮血流除去方法を検討した。本研究のアプローチは、ヒト運動制御に関する脳科学的計算論的アプローチの知見をベースに、筋電や運動計測技術による身体運動計測と脳のイメージング計測の両方を組み合わせて、運動機能の変化を計算論モデルから評価し、運動機能の変容を抑制するプログラム開発に結びつける研究開発を実施するものである。本年度は、ヒト腕運動において、良く観測される等時性現象(八の字のような大小の円を続けて書く場合に、運動距離が異なるにもかかわらず、運動時間が等しくなる現象)に注目した。また、我々は既にこの等時性現象を運動指令的な立場から説明する計算論的なモデルを提案している。上記の目的に基づいて、本年度は、以下の研究を推進した。(1)等時性が観測される運動(8の字、2重楕円運動)中の運動軌道、筋電、脳波(EEG)を同時計測し、健常被験者6名分のデータを計測した。まず、この計測データの運動軌道、筋電のデータを使って、提案している計算論的モデルの妥当性の検証を継続している。これと並行して、EEGデータの解析も開始し、EEGデータと運動軌道(等時性)との関係の解析を開始した。(2)EEG解析方法の検討。心的回転課題を用いて、時間分解能の高い脳波(EEG)を用い,同じ行動を繰り返し選択した場合(repeat)と直前と異なる行動を選択した場合(switch)の2条件でのEEGの位相同期に着目した機能的結合の時系列解析を行うことで想起する運動の履歴が行動の選択に対し脳活動がどのように変化するかを考察した。本課題と実験課題は異なるものであるが、この結果をもとに上記(1)の解析への適用の検討を進めた。平成27年度は、基本的に以下の研究計画を立てており、概ね予定通り進捗している。8の字や2重楕円のような比較的的大きな運動におけるEEGの計測の可能性を検討し、手先の運動、筋電及びEEGを同時計測し、健常者での計測及びデータ解析を進め、健常者のデータを集積する。また、EEGの計測の可能性も検討し、脳領野間の構造的ネットワークと機能的ネットワークの推定の可能性を検討する。次にダイナミクスレベルでのモデルをプラッシュアップし、筋電信号、脳活動を合わせた計算論的モデルの検討を実施。本研究のアプローチは、ヒト運動制御に関する脳の計算論的アプローチの知見をベースに筋電や運動計測技術による身体運動計測と脳のイメージング計測の両方を組み合わせて、運動機能の変化を計算論的モデルから評価し、運動機能の変容を抑制するプログラム開発に結び付ける研究開発を実施するものである。本年度も昨年度から引き続き、ヒト腕運動においてよく観測される等時性現象(八の字のような大小の円を続けて書く場合に、大小の円を描く運動時間が運動距離が異なるにもかかわらず等しくなる現象)に注目している。本年度は以下の研究を推進した。(1)等時性は大小の円の運動時間が等しくなる現象と捉えられているが、我々は大小の円を描く運動指令に基づく関係モデルを提案している。しかしながら、そのモデルは、腕運動の関節トルクによって表現されている。本年度はより脳からの運動指令に近似されると考えられる計測データとして筋電を用いて上述のモデルでの妥当性を検討した。脳から筋肉への運動指令である筋電(EMG)信号を測定し、周期的描画運動時の等時性の評価をおこなった。実験では、異なる運動距離の2重楕円や8の字を描画した時のEMGを用いて上述のモデルで解析した。その結果、運動時間比よりEMGの方が運動距離比の増加に対する変化が小さいことが分かつた。この結果は、運動距離比が変化してもEMGの比はほぼ一定であり、EMGから等時性を説明できる可能性を示唆している。(2)また、EEGの解析方法の検討をすすめており、脳波の位相同期現象を脳領域間の時系列変化に着目した脳の機能的ネットワーク解析を検討し、定量的に評価する手法を提案した。今後、等時性現象の脳波解析において、本手法を適用して検討する予定である。(3)EEGのみならずfNIRSでの検討も見据えて、NIRS信号の頭皮血流除去の比較的簡便な方法を確立した。平成28年度は計算論的モデルによって示唆される内容が、運動指令により近いEMGによって成立するかどうかを検討すること、および、脳波による解析方法の検討を実施することを計画しており、ほぼ順調に進捗したと判断している。運動機能の加齢に伴う低下を評価できるようになれば、健康状態を維持できる可能性が高まることが期待できる。

(1)等時性が観測される運動(8の字、2重楕円運動)及びフィッツの法則に従うと考えられる運動軌道、筋電、脳波(EEG)を同時計測し、健常被験者9名分のデータを計測した。まず、この計測データの運動軌道、筋電のデータを使って、提案している計算論的モデルの妥当性の検証を実施した。等時性は大小の円の運動時間が等しくなる現象と捉えられているが、我々は大小の円を描く運動指令に基づく関係モデルを提案しており、提案モデルでは、腕運動の関節トルクによって表現されている。我々は提案モデルを発展させ、脳からの運動指令の近似とされる筋電(EMG)を用いて、上述のモデルでの妥当性の検討・評価をおこなった。実験では、異なる運動距離の2重楕円や8の字を描画した際のEMGを用いて上述モデルで解析した。その結果、運動時間比よりEMGの方が運動距離比の増加に対する変化が小さいことが分かつた。この結果は、運動距離比が変化してもEMGの比はほぼ一定であり、EMGから等時性を説明できる可能性を示唆している。(2)時間分解能の高い脳波(EEG)の解析方法の検討をすすめており、脳波の位相同期現象を脳領域間の時系列変化に着目した脳の機能的ネットワーク解析を検討し、定量的に評価する手法を提案した。今後、等時性現象等の脳波解析において、本手法を適用して検討する予定である。(3)EEGのみならずfNIRSでの検討も見据えて、NIRS信号のリアルタイムによる頭皮血流除去の比較的簡便な方法を検討した。運動機能の低下を評価できるようになれば、健康状態を維持できる可能性が高まることが期待できる。脳科学的計算論的アプローチの知見をベースに、身体運動計測と脳のイメージング計測の両方を組み合わせて、運動機能の変化を計算論モデルから評価する基礎的な研究開発を実施し、以下の実績を得た。等時性が観測される運動(8の字、2重楕円運動)及びフィッツの法則に従うと考えられる運動軌道、筋電、脳波(EEG)を同時計測し、健常被験者のデータを計測し、我々が提案した算論的モデルの妥当性を検証した。また、EEGのみならずfNIRSでの検討も見据え、fNIRS信号のリアルタイム頭皮血流除去方法を検討した。平成28年度以降は、平成27年度の研究を継続して推進するとともに、同様の計測を老年の被験者に対して実施可能かを検討し、可能であれば若年者との比較検討を進める。もし、老年被験者の計測が難しい場合には、模擬的なダイナミクスの変更による影響等の検討を進める。手先の運動については、8の字や2重楕円のような運動以外に、Fitts' Lawについても、筋剛性とともに精度と時間の関係を検討する。筋電レベルでは、筋シナジー解析による結果を利用して、加齢あるいはダイナミクスの変化に伴う変容が表れていないかを検討する。また、EEGについては、平成27年度での検討で、運動中の計測に問題がなければ、脳領野間の構造的ネットワークと機能的ネットワークに関して、さらなる検討を進める。平成29年度は、これまでの研究を継続してすすめる。まずは、若年者を被験者とした実験を推進して若年者において示唆できるものをまとめる。等時性のみならず、Fitts' Lawについても検討を進め、計算論的モデルの妥当性を検証していく。また、老年の被験者の可能性を検討する。計算論的運動制御当初、fNIRSの保守を予定していたが、EEGを主として研究を実施したため、今年度の支出を見送ったため。
首都圏高速道路における料金体系の評価

首都圏の高速道路(首都高速道路(株)とNEXIO東日本・中日本が管理する高速道路)は、それまでバラバラであった料率を平成28年4月より対距離制料金へ移行した。それに伴い、料金が安くなった圏央道へ交通がシフトし、首都高の混雑は一定程度緩和した。本研究は首都圏高速道路でのより本質的な料金改革であり、近い将来実現が望まれる「混雑に応じた料金」の評価を行い、提言としてまとめることを目的としている。短期的に導入すべき混雑料金としては、シンガポールで導入されている一定走行速度を保証する「定期見直し型混雑課金」が、技術的にも難しくなく推奨できる仕組みと思われる。シミュレーション分析によれば、同混雑課金により社会的余剰(道路利用益の時間短縮便益などの消費者余剰と道路会社の料金収入の生産者余剰の合計)を大きくできることが明らかになった。長期的に導入を検討すべき混雑料金として、アメリカの高速道路の多人数乗車専用レーンで導入されている「ダイナミック・ロードプライシング」を分析した。その結果、複雑な首都圏の高速道路ネットワークにおいて区間別に望ましい対距離料金を計算できたとしても、同料金を道路利用者に周知させ、経路変更を促す仕組みを作ることが難しいことがわかった。なお、料金制度を変えるためには首都高、NEXCO東・中だけでなく、高速道路保有機構、国・地方自治体の関連する制度の見直し、調整が必要となる。また、社会全体としては正の効果(社会的余剰の増加)があるとしても、これまでより負担増となる道路利用者が生まれることを考慮した、激変緩和措置、補償措置などについても検討が必要と思われる本研究は、欧米の道路料金施策と交通需要マネジメント施策をサーベイするとともに、首都圏高速道路料金体系の問題点を明確化し、代替的な料金体系を利用者便益と料金収入等からなる社会的余剰を用いて評価すること通じて、望ましい料金のあり方を提案することを目的とする。1.研究枠組の構築1ー1課金理論の整理課金理論の整理にあたっては、(1)道路利用者の受益・負担の理論的整理、(2)道路利用に伴う外部費用の整理、(3)道路料金徴収が消費者便益、事業者収入に与える理論的、現実的影響の確認、の3点に関する検討を行った。1ー2首都圏の高速道路料金に関する現状と課題の整理首都圏の高速道路に関する過去から現在の料金施策、道路ネットワーク、交通需要を再確認し、以降のモデル分析で扱うべき問題点を整理した。1ー3評価する政策ケースの設定将来的な道路ネットワークとその時点で予測される交通需要を考慮に入れつつ首都圏での混雑料金の段階的な導入方法について検討した。2.社会的余剰の導出平成28年度新料金導入効果の検証既存の交通量データを用いて道路利用者の需要関数を求め、社会的余剰を算出した。当初の計画どおり、課金理論を整理し、首都圏の高速道路料金の課題を明らかにできた。また、29年度移行の実証分析の準備として、料金政策ケースの設定、評価指標となる社会的余剰の計算方法を確認した。2ー2ターミナルチャージの徴収方法変更に関する分析平成28年度に開発した新料金の社会的余剰分析モデルを基に、ターミナルチャージの徴収を1度にし、シームレスな料金(複数の会社、道路をまたがって利用しても連続的に変化する料金)を実現した場合の社会的余剰を推計した結果、若干ではあるが社会的余剰が増加したことが確認された。2ー3対距離単価均一化に関する分析2ー2の条件に加えて、首都圏内の高速道路で「均一対距離単価」を設定した場合の社会的余剰を求める。「同一起終点同一料金」という原則の下、首都圏の高速道路ネットワークを想定して、各OD(起終点)間の交通需要予測と交通配分を仮定し、社会的余剰の推計を行ったが、同じく社会的余剰は増加した。2ー4混雑料金課金時の経路選択行動分析道路ネットワーク構造の変化は、渋滞による損失時間にも影響を与える。その変化は、最適な混雑料金の導出にも影響を与えるはずである。そこで、将来の最適混雑料金の導出のために、以下の5つのケースの分析を行う。ケース1:10年前の道路ネットワーク(貧弱)、且つ現状同様に事業者ごとに料金体系が異なる。ケース2:現在の道路ネットワーク且つ、料金体系一体化(平成28年度)前。ケース3:現在の道路ネットワーク且つ、料金体系一体化(平成28年度)後。ケース4:将来の道路ネットワーク(三環状道路完成時)で、料金体系一体化後。ケース5:ケース4+最適混雑課金を追加導入した場合。当初の計画どおり、社会的余剰の導出モデルを開発(平成28年度からの継続課題)。ターミナルチャージの徴収方法変更に関する分析として、高速道路会社毎に徴収されるターミナルチャージを1回限りとする料金政策の評価を行った。さらに、混雑料金課金時の経路選択行動を再現し、以下のケース1ケース5についてシミュレーション分析により料金政策を評価した。ケース1:10年前の道路ネットワーク(貧弱)、かつ現状同様に事業者ごとに料金体系が異なる。ケース2:現在の道路ネットワークかつ料金体系一体化(平成28年度)前。

本研究は首都圏高速道路でのより本質的な料金改革であり、近い将来実現が望まれる「混雑に応じた料金」の評価を行い、提言としてまとめることを目的としている。短期的に導入すべき混雑料金としては、シンガポールで導入されている一定走行速度を保証する「定期見直し型混雑課金」が、技術的にも難しくなく推奨できる仕組みと思われる。シミュレーション分析によれば、同混雑課金により社会的余剰(道路利用益の時間短縮便益などの消費者余剰と道路会社の料金収入の生産者余剰の合計)を大きくできることが明らかになった。長期的に導入を検討すべき混雑料金として、アメリカの高速道路の多人数乗車専用レーンで導入されている「ダイナミック・ロードプライシング」を分析した。その結果、複雑な首都圏の高速道路ネットワークにおいて区間別に望ましい対距離料金を計算できたとしても、同料金を道路利用者に周知させ、経路変更を促す仕組みを作ることが難しいことがわかった。なお、料金制度を変えるためには首都高、NEXCO東・中だけでなく、高速道路保有機構、国・地方自治体の関連する制度の見直し、調整が必要となる。また、社会全体としては正の効果(社会的余剰の増加)があるとしても、これまでより負担増となる道路利用者が生まれることを考慮した、激変緩和措置、補償措置などについても検討が必要と思われる社会的余剰の導出(平成28年度からの継続課題)ターミナルチャージの徴収方法変更に関する分析高速道路会社毎に徴収されるターミナルチャージを1回限りとする料金政策の評価を問う。対距離単価均一化に関する分析以下のケース1ケース5についてシミュレーション分析により料金政策を評価する。ケース1:10年前の道路ネットワーク(貧弱)、かつ現状同様に事業者ごとに料金体系が異なる。ケース2:現在の道路ネットワークかつ料金体系一体化(平成28年度)前。ケース3:現在の道路ネットワーク且つ、料金体系一体化(平成28年度)後。ケース4:将来の道路ネットワーク(三環状道路完成時)で、料金体系一体化後。ケース5:ケース4+最適混雑課金を追加導入した場合。3.マネジメント手法に関する提言短期的・中期的料金施策の技術的実現可能性、利害関係者の社会的受容性を検討する。ITS(高度道路交通システム)の技術的な進歩によって、道路混雑の管理と混雑料金の提示・徴収手法も高度化している。混雑料金の設定形態(定期見直し、ダイナミックロードプライシング)によってマネジメント手法が異なるが、複雑な首都圏の高速道路のネットワークにおいても技術的な問題は解決できると思われる。しかし、料金制度を変えるためには首都高、NEXCO東・中だけでなく、高速道路保有機構、国・地方自治体の関連する制度の見直し、調整が必要となる。また、社会全体としては正の効果があるとしても、これまでより負担増となる道路利用者が生まれることを考慮した、激変緩和措置、補償措置などについて検討する。計画していた海外での研究発表の日程が本務の教育指導と重なったため、繰越が生じた。
糖鎖欠損マウスを用いた神経変性・再生のメカニズムと責任遺伝子の解析

高齢化社会の到来に伴い、種々の神経変性疾患の原因究明とその治療法の開発が課題となっている。我々は以前より、神経系に多く発現している酸性スフィンゴ糖脂質の糖転移酵素遺伝子のクローニングを行い、更に神経系におけるガングリオシドの機能を解明するために種々の糖転移酵素遺伝子の欠損マウス(KOマウス)を作製し、糖鎖欠損マウスの異常に関する解析を行ってきた。その結果、複合型ガングリオシドは神経系組織の維持と機能遂行、神経細胞の生存及び神経修復にとって必須の分子群であると考えられた。本研究では、GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスについて糖鎖変異マウスの加齢に伴う異常の詳細な検討をふまえて、神経系細胞の生存及び損傷修復に重要なガングリオシドの作用メカニズムをマイクロアレイなどの手法を用いて包括的に分子レベルで解析した。その結果、KOマウスの坐骨神経の加齢に伴う変性については既に報告したが、本実験において更に脊髄の病理所見を検討した結果、50週齢マウスの主に脊髄後角で神経変性が認められ、前角では殆ど異常が認められなかった。KOマウスの知覚変化については、機械的刺激に対してKOマウスで加齢に伴う痛覚反応の低下が認められた。DNAマイクロアレイにより20週齢オスの野生型とKOマウス脊髄における遺伝子発現の差異を検討した結果、TGTP、IFI47、IFIT1、IRF7及びIRF1においてKOマウスで発現の上昇傾向が認められたが有意の差はなかった。今後、発現レベルに変化の傾向が認められた上記の遺伝子と神経変性の関連について検討をするとともに、神経変性発症後の高齢マウスにおける遺伝子発現レベルの変化を検討する予定である。また、神経変性部位の組織を選択して分離した後、RNAを抽出し、変性組織における遺伝子発現の変化を検討する予定である。GM2/GD2合成酵素遺伝子欠損(KO)マウスでは、病理所見として加齢に伴う坐骨神経、脊髄の神経系細胞の変性が認められる。GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスの運動及び知覚機能を検討した結果、1)Rota-rod法による協調運動異常、2)加齢に伴う歩行異常(Foot print法)、3)機械刺激に対する感受性の低下などが認められた。そこで、複合型ガングリオシド欠損マウスにおける神経線維の異常の発症機構を分子レベルで解明する為に、まず、GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスについて、野生型マウスと発現レベルの異なる遺伝子をcDNA subtraction法及びDNAチップにより検討した。(1)subtraction法:現在までに、GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウス及び野生型マウス,(20週齢、雄)の脊髄mRNAを用いて、subtractionを行い、KOマウスにおいて発現が消失する遺伝子をクローン化した。これらのクローンをdot blotしたメンブレンアレイを作製し、KOマウス及び野生型マウスの脊髄mRNAからcDNAプローブを作製し、hybridizationを行った結果、約300クローン中2クローンがKOマウスで特異的に減少してた。現在これらの遺伝子の同定とNorthern blottingよる発現レベルの変化を確認中である。(2)マイクロ・アレイ:マウスoligo DNAチップ(約1万遺伝子)を用いてKOマウスと野生型マウスの間で発現レベルの異なる遺伝子を検索した結果、ある種のサイトカインにより誘導される数種の遺伝子発現増強がKOマウスにおいて認められた。また、KOマウスにおいて35種の遺伝子で発現低下が認められた。現在、RT-PCR及びNorthern bottingよる発現レベルの変化を確認中である。

我々は、神経系に多く発現している酸性スフィンゴ糖脂質の糖転移酵素遺伝子のクローニングを行い、神経系におけるガングリオシドの機能を解明するために種々の糖転移酵素遺伝子の欠損マウス(KOマウス)を作製し、糖鎖欠損マウスの異常に関する解析を行ってきた。その結果、複合型ガングリオシドは神経系組織の維持と生存及び神経修復にとって必須の分子群であると考えられた。本研究では、GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスについて糖鎖変異マウスの加齢に伴う異常の検討をふまえて、神経系細胞の生存及び損傷修復に重要なガングリオシドの作用メカニズムをマイクロアレイなどの手法を用いて包括的に分子レベルで解析した。DNAマイクロアレイにより20週齢オスの野生型とKOマウス脊髄における遺伝子発現の差異を検討した結果、TGTP、IFI47、IFIT1、IRF7及びIRF1においてKOマウスで発現の上昇傾向が認められたが有意の差はなかった。今回の実験で有意の発現変化を示す遺伝子が同定できなかった原因として、本KOマウスのように長期にわたり緩慢に神経変性が進行する場合においては、劇的に変化する遺伝子を同定することが困難である可能性が考えられる。また、脊髄後角においては明らかな神経変性が認められるが、実験試料として全脊髄を用いたことが検出感度を低下させ、変性関連遺伝子が検出できなかった一因と考えられる。
多相系岩石の粒成長と流体分布:焼結実験による岩石物性の研究

本年度では昨年度に引き続き,東北大学理学研究科設置のピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用い,かんらん石-単斜輝石系における粒成長実験を行うとともに,粒子サイズ分布データの解析を行った.この実験により,鉱物の粒成長の素過程及び速度がかんらん石・単斜輝石の量比に依存して変化することが明らかとなった.特に,かんらん石/単斜輝石の量比が7/3を境に,かんらん石の粒成長速度が大きく異なることを見出したことは,地球内部におけるマントルダイナミクスを考える上で意義が大きい.この成果は国際誌にて公表した.さらに本年度では,かんらん石-単斜輝石-水系における粒成長実験を行うとともに,粒子サイズ分布データの解析を行った.これにより,二種以上の鉱物相からなる岩石においても,鉱物の粒成長速度は水の存在によって速くなることを明らかにした.従来,マントルにおける水の存在によって,マントルの粘性は低下することが指摘されていた(例えばKarato et al.,1986).しかし本研究では,マントルの粘性は鉱物粒子のサイズに依存するといった事実や,水の存在によって粒成長が速くなるといった本研究で得られた実験結果を考慮した場合,マントルにおける水の存在によってマントルの粘性は逆に上昇する場合がありうることを明らかにした.このことはマントルダイナミクスにおける水の役割を考える上で非常に重要である.この成果についても国際誌にて公表した.本年度では東北大学理学研究科のピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用い,かんらん石-単斜輝石系における流体の分布の変化に関する実験的研究を行った.粒成長が進行するとともに,鉱物粒界上に分布する流体の分布が変化することを明らかにした.この成果は国際誌に受理・出版された.さらに,粒成長実験を行うとともに,粒成長速度データ及び平均粒径データの蓄積・解析を行った.この実験により,鉱物の粒成長の過程及び速度がかんらん石・単斜輝石の量比に依存して変化することが明らかとなった.特に,かんらん石/単斜輝石の量比が7/3を境に,かんらん石の粒成長速度が大きく異なることを見出したことは,地球内部におけるマントルダイナミクスを考える上で意義が大きい.この成果は既に学会発表にて公表した.さらに,かんらん石-単斜輝石系における鉱物の粒成長速度は水の有無によっても変化することを明らかにした.同様のことはかんらん石のみからなる系(Karato,1989)において既に明らかにされていた.しかし,実際の地球内部でのマントル流動における水の効果をより詳細に議論する上で,本実験の成果は不可欠である.また,かんらん石-単斜輝石系における粒成長実験を行うのに際し,岩石の微細組織,特に鉱物粒界の分布を可視化することは必要不可欠である.しかし,従来の岩石試料の処理法では二相以上の鉱物からなる岩石での鉱物粒界の分布を可視化することは困難であった.今回,その手法を開発することに成功し,その手法を論文で公表した.この論文は国際誌に受理された.本年度では昨年度に引き続き,東北大学理学研究科設置のピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用い,かんらん石-単斜輝石系における粒成長実験を行うとともに,粒子サイズ分布データの解析を行った.この実験により,鉱物の粒成長の素過程及び速度がかんらん石・単斜輝石の量比に依存して変化することが明らかとなった.特に,かんらん石/単斜輝石の量比が7/3を境に,かんらん石の粒成長速度が大きく異なることを見出したことは,地球内部におけるマントルダイナミクスを考える上で意義が大きい.この成果は国際誌にて公表した.さらに本年度では,かんらん石-単斜輝石-水系における粒成長実験を行うとともに,粒子サイズ分布データの解析を行った.これにより,二種以上の鉱物相からなる岩石においても,鉱物の粒成長速度は水の存在によって速くなることを明らかにした.従来,マントルにおける水の存在によって,マントルの粘性は低下することが指摘されていた(例えばKarato et al.,1986).しかし本研究では,マントルの粘性は鉱物粒子のサイズに依存するといった事実や,水の存在によって粒成長が速くなるといった本研究で得られた実験結果を考慮した場合,マントルにおける水の存在によってマントルの粘性は逆に上昇する場合がありうることを明らかにした.このことはマントルダイナミクスにおける水の役割を考える上で非常に重要である.この成果についても国際誌にて公表した.
酸化物高温超伝導体の反強磁性相における低温磁気秩序のNMRによる研究

反強磁性相における酸化物高温超伝導体YBa_2Cu_3O_<6+X>(YBCO)の低温磁気秩序を研究するために、水素をドープした粉末試料YBa_2Cu_3O_<6.1>H_<0.14>を作製し、その水素をプローブとしたプロトンNMRとCuサイトのCu NQRを行った。1.プロトンNMRの線幅の温度依存性から、(1)水素原子はCu(1)サイト近傍にトラップされる。(2)20K以下での線幅の急激な増大によりCu(1)サイトに低温で微弱な内部磁場が生じ、低温での磁気秩序に変化が生じている。2.Cu(1)サイトの^<63>Cu NQRから、(1)80K以下では、結晶内部に揺動磁場が存在し、その揺動磁場の影響で、T_1^<-1>は40K、T_2^<-1>は20Kでそれぞれ極大を示し、20K以下でプロトンNMRの線幅の増大が生じる。(2)中性子回折の実験結果を考慮すると、揺動磁場の原因はCu(1)またはCu(2)サイトに部分的に生じたstaggeredなCu^<2+>モーメントと考えられる。3.Cu(1)サイトのCu NQRの測定から、80K以上ではT_1の緩和機構が変化し、共鳴周波数も大きく変化する。(1)80K以上260Kまでの測定では、T_2^<-1>は260Kまで増大し続けるが、ネ-ル温度が410Kであるにもかかわらず、T_1は260K付近ですでに一定になる。(2)Cu(2)サイトのCu NQRより、4.2KでCu(2)モーメントによるNMR周波数は89.75MHz、NQR周波数は24.46MHzで、水素をドープしない通常の試料と同等の値であった。これより、水素ドープ後の試料は水素ドープ前の試料と同一のCuモーメントを持つことがわかった。(3)Cu(1)のNQR共鳴周波数の温度変化の原因はCu(1)のよじれ振動と考えられる。この温度領域でのT_1への寄与を検討したところ、よじれ振動によって説明できることがわかった。4.今後、Cu(2)モーメントによる磁気緩和の影響がどの程度あるかを検討する必要がある。また、これらの研究過程で、開発改良した機器を他の実験に使用することによって、より精度良い測定が可能になった。反強磁性相における酸化物高温超伝導体YBa_2CU_3O_<7-delta>(YBCO)の低温磁気秩序を研究するために、水素をドープした粉末試料YBa_2Cu_3O_<6.1>H_<0.14>を作製し、その水素をプローブとしたプロトンNMRを行った。その結果をより詳細に検討するために、Cu(1)サイトのCu NQRも行った。1.プロトンNMRの線幅の温度依存性から、1)水素原子はCu