hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
２５４ｎｍより短波長を出力する紫外線ランプによる消毒副生成物リスク低減技術の開発

水質条件によって254nmと222nmのどちらが効率的が異なる結果を得ることができた。両者を統合的に活用し、水質変動に柔軟に対応可能な"resilient"な(回復力のある)水処理システムを提案することを、次年度以降の目的とした。平成23年度に得られた結果を基にして、平成24年度は、さらに水質因子の影響について検討した。硝酸塩及びフミン質の影響について検討した。さらに、実際の水環境中にあり得る低濃度のNDMAにおいて、検討を行った。硝酸塩は紫外域にて吸光を持ち、短波長側のほうがその吸収割合が大きくなる。222nmの紫外線が硝酸塩に吸収され、NDMAへの紫外線の到達を少なくし、分解を妨げるという影響が第一に考えられる。一方、紫外線によってNDMAが分解されると、ジメチルアミンと亜硝酸になる(Stefan, 2002, Helv. Chim. Acta., pp.1416)。しかし、紫外線が硝酸塩と反応すると亜硝酸を生成するため、分解産物であるジメチルアミンとこれらの亜硝酸性窒素が反応し、NDMAの再生成を引き起こす可能性があった。フミン質も硝酸塩と同様に紫外域にて吸光を持つため、222nmの紫外線を吸収し、NDMAの分解反応を妨げる可能性が考えられた。一方、フミン質自体は、トリハロメタン及びNDMAなどの消毒副生成物の前駆体である(Chen, 2007, Env. Sci. Tech., pp. 6059)。従って、消毒副生成物前駆体としてのフミン質が紫外線を吸収して分解する反応が生ずれば、人へのリスクを抑える処理となる可能性があった。消毒副生成物リスク全体を俯瞰して、フミン質の分解とNDMAの分解のどちらを優先するべきか、222nmの紫外線分解によるデータを取得し、考え方の整理を行った。その結果、顕著な再生成は起こりにくいという結果を得た。一方で、塩化クリプトンを用いた既存の222nmのランプではなく、キセノンを用いた新たなランプのほうが、より本研究の目的に合致する可能性があることが分かった。研究はおおむね順調に進展しているが、事業期間を延長し、別のランプを用いた検討を行う。本年度は、222nm紫外線ランプの使用の決定、222nm紫外線ランプを用いたNDMAの分解実験、溶存物質が存在する条件での紫外線処理効果の3点について検討した。紫外線ランプの特性を出力波長スペクトル及び出力強度について測定した。紫外線ランプの出力強度測定は、紫外線試験において最も重要な事項の一つであり、ヨウ化カリウム線量計、222nm専用の紫外線強度計の2つの方法で評価した。222nm紫外線ランプを用いてNDMA分解実験を行った。まず、最も理想的な超純水条件、濃縮が不要な高濃度(初期濃度100μg/l)にて行った。次に、水環境中で有り得る低濃度(初期濃度100 ng/l)にて222nm紫外線による直接的分解を検討した。分解をさらに効率化できる手法として、過酸化水素添加による促進酸化分解処理を併せて検討したが、NDMA自体の分解には直接影響しないという結果を得た。実際の環境水を処理する場合、紫外線による分解反応は水中の様々な溶存物質に影響を受ける。NDMAの分解に影響を与える因子として、下水二次処理水、地下水の新規利用シナリオを想定し、下水二次処理
微細加工技術を応用した人工神経・人工シナプスの開発研究

本研究の目的は、生体の脊髄クモ膜下腔において、脊髄根糸に長期間留置可能な微小電極(人工シナプス)を開発することにある。さらに、この人工シナプスを装着する際に不可欠な脊髄根糸の選択的操作手技も併せて開発することを目的としている。また、神経根糸と末梢神経における対応を調べるため、末梢における再生型神経電極の開発を行うことも本研究の目的である。1.人工シナプスのプロトタイプ開発電極信号の差動増幅回路を集積した微細双極電極の開発を行った。この微細電極は、大規模集積システム設計教育研究センターにて差動増幅回路と電極部分を含むカスタムLSIを制作し、当方の施設において異方性エッチングによる貫通電極の作成と窒化膜による全体の絶縁を加えることで製作される。カスタムLSIの設計と追加工のプロセス確立が現在進行している。2.脊髄神経根糸の神経支配領域の同定法開発パーソナルコンピューターに高速の多チャンネルA/Dコンバータを実装し、多チャンネル同時加算平均が可能なデーター処理装置を作製した。さらに、この装置を駆動するための計測ソフトウェアを開発した。多チャンネル硬膜外カテーテル電極とこのデーター処理装置を用いて、麻酔下の実験動物(ヤギ)で皮膚刺激に対する支配神経根の同定を行った。皮膚刺激の位置を胸壁上で移動させると、個々のチャンネルに導出される波形の極性が変化し、この結果から皮膚の特定領域を支配し当ている神経の脊髄での神経根の同定が可能であることがわかった。さらに、同定された神経根の個々の根糸に電極を接続し、この神経根の皮膚支配領域の中で刺激位置を変化させると、個々の神経根糸の間で位置によるインバルス強度変化が観察された。この結果から、皮膚においては、神経根糸レベルで支配領域が同定できることが示唆された。3.再生型神経電極の試作ポリイミドベースの再生型神経電極を作製し、ラット坐骨神経にて検証を行った。さらに、この人工シナプスを装着する際に不可欠な脊髄根糸の神経支配領域の同定方法も併せて開発することを目的としている。本年度は、微細電極による人工シナプスのプロトタイプ開発と、動物実験において個々の脊髄神経根糸の刺激-インパルス関連の計測を行った。1)人工シナプスのプロトタイプ開発微細放電加工機を用いて、直径1mm、幅200μmのU字型の電極を試作した。この電極を2個スペ-サで接続し、双極電極とした。現在、動物実験で検証を行っている。2)脊髄神経根糸の神経支配領域の同定法開発パーソナルコンピュータに高速の多チャンネルA/Dコンバータを実装し、多チャンネル同時加算平均が可能なデータ処理装置を製作した。多チャンネル硬膜外カテーテル電極とこのデータ処理装置を用いて、麻酔下の実験動物(ヤギ)で皮膚刺激に対する支配神経根の同定を行った。皮膚刺激の位置を胸壁上で移動させると、個々のチャンネルに導出される波形の極性が変化し、この結果から皮膚の特定領域を支配している神経の脊髄での神経根の同定が可能であることがわかった。さらに、同定された神経根の個々の根糸に電極を接続し、この神経根の皮膚支配領域の中で刺激位置を変化させると、個々の神経根糸の間で位置によるインパルス強度変化が観察された。

本研究の目的は、生体の脊髄クモ膜下腔において、脊髄根糸に長期間留置可能な微小電極(人工シプナス)を開発することにある。さらに、この人工シプナスを装着する際に不可欠な脊髄根糸の選択的操作手技も併せて開発することを目的としている。本年度は、信号処理回路を集積した人工シプナスのプロトタイプ開発と、動物実験において個々の脊髄神経根糸の選択的なブロックを検討した。また、神経根糸と末梢神経における対応を調べるため、再生型神経電極の試作を行った。1.人工シプナスのプロトタイプ開発電極信号の差動増幅回路を集積した微細双極電極の開発を行っている。この微細電極は、大規模集積システム設計教育研究センターにて差動増幅回路と電極部分を含むカスタムLSIを製作し、当方の施設において異方性エッチングによる貫通電極の作成と窒化膜による全体の絶縁を加えることで製作される。カスタムLSIの設計と追加工のプロセス確立が現在進行している。2.脊髄神経根糸の選択的ブロック法の検討脊髄根糸を近傍においた微小カテーテルからの局所麻酔薬を用いてブロックする選択的根糸ブロックの手法を検討した。着色した局所麻酔薬を用いて、ブロックの広がりを観察した。再生型神経電極の試作ポリイミドベースの再生型神経電極を製作し、ラット坐骨神経にて検証を行った。
高性能ガラスファサードの環境性能の解明と効果推定

高性能ガラスファサードを実現する手法であるダブルスキン、エアフローウィンドウ(AFW)のように窓内に空気を通す窓システムに共通して利用できる実用的な理論式を導出した。この式を利用すると、窓システムの熱貫流率、日射熱取得率、窓内空気温度の上下分布が得られる。また、計算に必要となる窓システムの熱特性値を整備し公開した。本計算法の妥当性を実測値との照合で確認した上で、熱環境・エネルギーシミュレーションプログラムに組み込んだ。数値解析を行い、高性能ガラスファサードを採用することによる空調最大熱負荷や空調年間熱負荷の低減効果を定量評価した。(1)高性能ガラスファサードの設計用熱特性値の整備:ダブルスキン・エアフローウィンドウについて、通気量に応じた熱貫流率、日射熱取得率を算定するために必要な熱特性値の整理を行い、熱負荷シミュレーションツールで利用可能なxml形式のデータベースを作成した。多様なガラス種類について整備し、従来熱性能の推定ができなかった内側複層ガラスのダブルスキン、外側複層ガラスのエアフローウィンドウの性能も推定できるようになった。(2)ダブルスキンファサードの夏期設計用熱性能の特性解析:自然換気を行うダブルスキンファサードの設計に利用できる代表性能値整備を目指す検討を行った。夏期設計用気象条件における通気効果率、熱貫流率、日射熱取得率が換気口面積、ガラス種、吹き抜け層数などの設計要因や都市によってどのように変化するかを感度解析した。吹き抜け層数による平均性能の変化は少なく、換気口面積もある程度大きくすると面積による性能変化が小さいことが判明した。(3)ダブルスキンファサード熱性能の季節変動特性の解析:ダブルスキンファサードを有するオフィスビルを想定して標準年気象データを利用する年間負荷計算を行い、ダブルスキン化の効果や自然換気効果をダブルスキン熱性能値とペリメータ負荷を評価指標として、季節変化を解析した。内側複層ガラスのダブルスキンの熱性能は高く、ペリメータ熱負荷の方位差が小さくなることがわかった。(4)空調設計用蓄熱負荷の実用計算法の改良と精度検証:開発した空調設計用蓄熱負荷の実用計算法の細部を改良し、計算法の精度を10年間の能力不足率で評価する方法を考案した。精度検証を行い、妥当な精度で設計用蓄熱負荷を算定可能であることを確認した。これにより、ガラス建築で問題となりやすかった夏期冷房不足を引き起こさない装置設計が可能となる。(1)高性能ガラスファサードの事例調査:種々の建築専門誌および日本建築学会や空気調和・衛生工学会の論文集に掲載されている高性能ガラスファサード建築の記事、論文を調査することで、ガラスファサードの設計動向や性能の実態把握をした。特にダブルスキン建築に関しては、約200編の論文が発表されており、自然換気性能の実測結果を整理した。(2)設計用蓄熱負荷の解析と実用的推定法の開発:ガラスファサードビルは、特に冷房重視の設計が必要であり、これまで無視されてきた冷房蓄熱負荷の実用算定法が必要であった。ガラスファサードビルを含むオフィスビルを対象に、空調設計用蓄熱負荷の特性解析を行い、その結果をもとにファサード熱性能指標から蓄熱負荷を推定する実用的計算法を開発した。(3)ダブルスキンおよびエアフローウィンドウ共通の熱性能式の提案:熱貫流率、日射熱取得率を実用的に算出可能な式を理論的に誘導し、その利用に必要な熱性能値整備の考え方を整理した。(4)ダブルスキンファサードの設計条件下の基本的な環境性能解析:ダブルスキン単独で自然換気を行う多層吹抜けタイプに関して、特に夏期冷房設計用気象条件下での自然換気効果や各層による熱性能の違いなどの基本的な性能を数値解析から明らかにした。(5)ダブルスキンファサードの環境性能の季節変動特性の解析:標準年気象条件を想定する精算により、自然換気を行うダブルスキン熱性能の季節による変動特性と期間全体性能の解析を行い、基本特性を把握した。最終年度の研究実績(1)ダブルスキンの自然換気制御の数値計算法の提案:冬期に過熱状態となった場合のダブルスキン自然換気制御の数値計算法を提案し、気候に応じた性能調整の効果を評価可能とした。(2)高性能窓システムをもつ建築の空調最大熱負荷解析:高性能窓システムを採用することにより、Low-E複層ガラス一般窓に対して空調設計用最大熱負荷がどの程度低減されるかを種々のケースについて数値計算し、傾向を把握した。(3)高性能窓システムをもつ建築の空調年間熱負荷解析:(2)と同様に、高性能窓システムを採用することによる空調年間熱負荷の低減効果を数値計算し、最大熱負荷への効果とともに、傾向を把握し性能評価した。研究期間全体の成果(1)高性能ガラスファサードの事例調査:ダブルスキン、エアフローウィンドウ(AFW)、エアバリア窓を採用する建築事例の動向を調査し、ガラス種類を初めとする窓システムの仕様の傾向を把握した。(2)窓システムの実用的熱性能式の提案:

これまで性能評価が難しかったダブルスキンやAFWなどの窓システムの熱性能を表す理論式を誘導し、熱環境・エネルギーシミュレーションに組み込み可能な実用的な計算法として提案した。本提案式は、通気層をもつ屋根や外壁にも適用できる汎用的な式である。(3)窓システムの熱特性値データベースの整備:ダブルスキン、AFWの熱性能の実用計算に必要となる熱特性値を整備し公表した。(4)ダブルスキン、AFW建築の空調熱負荷低減効果の解明:種々のケースの数値解析により、ダブルスキン、AFWを採用することによる空最大熱負荷や空調年間熱負荷の低減効果の基本的な特性を明らかにした。建築環境設備高性能ガラスファサードの熱性能推定に利用する熱特性データベースを作成し、種々のガラスについて性能推定できるようにした。ダブルスキンファサードを中心に、設計条件での性能や性能の季節変動を定量評価した。蓄熱負荷の実用推定法の精度確認をした。ガラス建築で特に問題となる冷房能力不足を抑制する設計に利用可能となった。高性能ガラスファサードを可能にするダブルスキン・エアフローウィンドウなどの窓システムの熱性能実用式を理論的に誘導することに成功した。また、建築事例や研究事例の調査を十分に行い、基本的数値解析も順調に進められた。蓄熱負荷の実用計算法も開発できた。(1)ダブルスキン建築の省エネ効果解析:数値解析をさらに進め、ダブルスキン建築の熱負荷低減効果とその特徴を明確化し、地域性を考慮する設計法と自然換気法を明らかにする。(2)AFWの省エネ効果解析:本研究により窓排気の一部を回収する場合の熱性能を評価可能になったので、AFWの省エネ効果への窓排気回収の影響を定量評価する。(3)居室への自然通風制御のシミュレーション法の検討:ファサードから導入する自然通風の省エネ効果を比較的簡単に推定でき、またハイブリッド空調の省エネ性や快適性の評価も可能なシミュレーション法を検討する。(1)高性能ガラスファサードの設計用熱特性値の整備:ダブルスキン・エアフローウィンドウについて、提案した熱性能実用式を利用するために必要な熱特性値整備のための検討をさらに進め、データベースを作成する。(2)ガラスファサードの熱性能に関する実測調査:ガラスファサードの熱性状の実測、室内熱環境の実測を行い、放射の影響や室温分布の特性を把握し評価する。(3)高性能ガラスファサード環境性能の季節変動特性の解析:ダブルスキン、エアフローウィンドウ、高性能一般窓について、1年間の性能変化の特性や過酷気象条件での特性の数値解析をさらに進め、熱性能への影響の強い要因を明らかにし、熱性能簡易推定法開発の方向を絞る。(4)空調設計用蓄熱負荷の実用計算法の改良と精度検証:提案した蓄熱負荷計算法の検討を更に続け改良するとともに、精度の検証を行う。最新機種のプリンターを購入するため。また次年度の旅費支出が当初より増える見込みのため。プリンター複合機約30万円、旅費20万円次年度は、気象の影響によるガラスファサードまわりの熱性状や室内環境への影響を実測評価する。
フラストレーションを持つ単分子磁石連結2次元ネットワークにおける磁気ダイナミクス

本研究では2次元スピンアイスを実現するため、連結された単分子磁石(SMM)ユニットの層状ネットワーク[Mn(5-Rsaltmen)]_4 [M(CN)_6]A・nH_2O(M=Mn, Fe, Co; R=H, Me; A = ClO_4^-, PF6^-, CF_3SO_3^-)の合成と、その構造の同定および磁気的な測定・緩和解析を行った。その結果、M=Mnでは、SMMユニットの異方性容易軸が交互に垂直に並び、かつ、M錯体で強磁性的に連結された層状構造を持つことにより、強い幾何学的フラストレーションが発生、スピンアイス的なDavidson-Cole型の緩和を示すことがわかった。また、M = Mn_1-_xFe_xでは、乱れによりスピンアイス状態はx = 0.1で融解し、x > 0.3で磁気秩序を持つことが示された。その他、Mによる違い、A、Rを変えたことによる構造の変化と磁気的性質の関係を調べた本研究では2次元スピンアイスを実現するため、連結された単分子磁石(SMM)ユニットの層状ネットワーク[Mn(5-Rsaltmen)]_4 [M(CN)_6]A・nH_2O(M=Mn, Fe, Co; R=H, Me; A = ClO_4^-, PF6^-, CF_3SO_3^-)の合成と、その構造の同定および磁気的な測定・緩和解析を行った。その他、Mによる違い、A、Rを変えたことによる構造の変化と磁気的性質の関係を調べた単分子磁石(SMM)ユニットをイオン錯体(M)で結合した層状2次元ネットワーク[Mn(saltmen)]_4[M(CN)_6]ClO_4・nH_2Oは面内で直交する二つの局所的磁気異方性容易軸を持つ。本研究では、MをCr,Mn,Fe,Coなどと変えてネットワークの磁気結合を様々に変化させ、どのような磁気的基底状態が得られるかを調べる。特に、強磁性的に連結したM=MnやFeでは、異方性と交換相互作用の間でフラストレーションが生じ、2次元版のスピンアイス状態が実現している可能性を追求する。本年度は、M=Mn(S=1),Fe(S=1/2),Co(S=0);n=913を合成し、元素分析、熱分析、単結晶X線構造解析などから、化合物同定を行った。また、M=Mn,Fe,Coの基本的な磁性(磁化曲線、磁化や交流帯磁率の温度変化、周波数変化、直流磁場依存性)と比熱の測定を行い、緩和解析を行った。その結果、1. M=Feの場合は、ワイス温度θ+7.5K_。Cole-Cole型で、緩和時間は6桁近く増大し、2.6K付近で鋭いピーク。比熱は何の異常もない。2. M=Mnの場合は、θ+8.3K_。2Kまで磁気的なオーダーがない(また、比熱にも異常がない)。Davidson-Cole型の緩和、かつ、磁場下では単純なSMM集合体(M=Co)とは異なる緩和を見せた。以上の事から、M=Mn,Fe系には一様な幾何学的フラストレーションが存在し、特にM=Mnの場合は、測定温度範囲内で秩序相は現れないが、スピン間には相関があり、これまで報告例が無い2次元スピンアイス的な状態になっていることが予想される。この他、化学修飾(saltmen^<2->配位子へのMe置換基の導入)によって磁気的相互作用、および異方性が変わり、フラストレーションの制御が期待できることがわかった。単分子磁石ユニット(SMM)ユニットをイオン錯体(M)で連結した層状2次元ネットワーク[Mn(saltmen)]_4[M(CN)_6]ClO_4・nH_2Oは面内で直交する二つの局所的磁気異方性容易軸を持つ。本研究では、MをCo(S=0),Fe(S=1/2),Mn(S=1)などと変えて合成し、ユニット-錯体間の磁気結合遊様々に変化させ、どのようなネットワークの磁気的基底状態が得られるかを調べている。23年度までの研究により、強磁性的なJを持つM=Fe,Mnの場合は特異な磁性が見られ、磁気特性、磁気緩和、比熱などの解析から、それは局所的な異方性Dと強磁性的なJとの間でフラストレーションが生じていることに起因することが示唆された。特にM=Mnの場合は、Davidson-Cole型の特殊な緩和にしたがい、2Kまで磁気的オーダーが見られず、これまで報告例が無い2次元のスピンアイス的な状態になっていることが予想された。一方、M=Feの場合は、2.6K付近で磁気秩序を持ち、Cole-Cole型の多分散的な緩和が見られた。

これは、ランダム異方性を持つアモルファス希土類・遷移金属合金に多く見られるスピングラスに似た相転移を示唆する。M=Feの場合は結晶水の抜けが多いことから、上の結果は、この系のスピンアイス状態が何らかの乱れによって、ランダム異方性を持つ系に秩序化する可能性がある事を示唆する。そこで、23年度は、特にM=Mn_<1-x>Co_xとMn_<1-x>Fe_xを一部合成し、SMMの連結部の乱れがネットワークの磁気転移に与える影響の調査を開始した。交流磁化率の緩和解析の結果、Mn_<1-x>Fe_xの場合、x0.1でDavidson-Cole型の緩和が消失した。これは、新しい知見をもたらし、乱れによりスピンアイス状態が壊れることを示唆する。この結果と、典型的な3次元スピンアイスであるパイロクロア化合物と直接比較するために、Bサイトを乱したDy_2(Ti_<1-x>Zr_x)_2O_7を合成し、同様の実験を行っている。また、昨年度に引き続き、saltmenの化学修飾したり、層間のカウンターアニオンを変えた試料を合成し、D/Jの変化をねらった。1)23年度に引き続き、M = Mn1-xCoxとMn1-xFex (R=H)を合成し、SMMの連結部の乱れがネットワークの磁気転移に与える影響を調べた。Mn1-xFexの場合、x 0.1でDavidson-Cole型の緩和が消失した。これは、わずかな乱れによりスピンアイス状態が融解することを示唆する。この結果と、典型的な3次元スピンアイスであるパイロクロア化合物と直接比較するために、Bサイトを乱したDy2(Ti1-xZrx)2O7を合成し、同様の実験を行ったところ、希土類を薄めていないにもかかわらず、わずかなBサイトの乱れ(x0.05)でスピンアイス状態が融解することを初めて観測した。2)ClO4-からPF6-, CF3SO3-へ変えたネットワークを合成した。磁気層内の構造はほとんど変化せず、層間距離が伸びる構造変化がみられた。その磁性はカウンターアニオンに関わらず、ほとんど同様の磁気挙動を示した。このことから、磁気構造の2次元性が確かめられた。3)SMMユニットに置換基を導入したネットワークを合成し、層内の構造変化の影響を調べた。無置換体(R = H)のネットワークではFeイオンを中心に4回対称軸を持つ構造であったのに対し、Me基を導入した場合、結晶の非対称単位において4つのSMMユニットが全て非等価となる対称性が低い構造となった。またその交流磁化率は、ほとんど周波数依存性を示さないが、遅れの成分は依然大きいことから、強磁性的であるが、フラストレーションが残る磁性を持つ。これは、無置換体のようなネットワークにおける対称性の高い構造が、磁気的フラストレーションの発生に重要であることを示している。合成では、フラストレーションのコントロールという面から、層内の構造変化やカウンターイオンの変化を中心に作製を続け、おおむね順調であるが、それらの系統的な測定は一部しか着手していない。測定では、M=Mnにおいて、2次元スピンアイス的な振る舞いを見出したので、その性質の理解を深めるため、典型的な3次元スピンアイスを新規に合成し、その緩和を測定して、M=Mnと比較を行ってきた。特に、元素置換や構造の乱れによるスピンアイス状態の融解をキーと考え、M=Mn、パイロクロア化合物両試料の合成と測定に時間を多くさいた。その結果は一部、23年度の物理学会に発表し、進展を見た。一方で、比熱の実験結果の解析、モデルとの比較、論文化などによる公表は遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の対象である単分子磁石連結2次元ネットワークの磁気的性質、特にフラストレーションによる2次元スピンアイス的な描像についての理解は深化しつつあるので、最終年度では、この系の化学修飾や元素置換、構造変化によるフラストレーションのコントロール、乱れによるスピンアイスの融解などを中心として実験的な研究をさらに発展させる。
超高輝度超新星の正体の解明と応用

超新星は大質量星が最期に起こす大爆発である。近年、超高輝度超新星と呼ばれる、これまで知られていた超新星よりも約10倍以上明るい超新星の存在が明らかになったが、どのような星がなぜそれほど明るい超新星となるのか分かっていなかった。本研究により、爆発時に高磁場高速回転中性子星を形成する超新星が超高輝度超新星となる可能性が高いことが分かった。また、超高輝度超新星はこれまで知られた超新星より遠くまで観測できる。すばる望遠鏡ハイパーシュプリームカムを用いてこれまでで最も遠い超新星を発見し、初期宇宙では大質量星が多く形成されている可能性があることが明らかになった。超高輝度超新星を明るくするメカニズムの解明のため、超高輝度超新星の明るさを説明するモデルとして現在特に注目を集めている、高磁場を持つ高速回転中性子星(マグネター)の回転エネルギーの開放による増光モデルを中心にその妥当性を調査した。特に超高輝度超新星の減光率がコバルト56の崩壊率に近いことに注目をした。超高輝度超新星の減光率がコバルト56の崩壊率に近いことは、超高輝度超新星がニッケル56の放射性崩壊により明るくなっているモデルを支持する論拠の1つであった。しかし、本研究により、マグネターであっても条件によっては爆発から最大約700日間はニッケル56の放射性崩壊と同じような振る舞いをもつ光度曲線を持つことができることが明らかになり、光度曲線が必ずしもニッケル56による増光を支持しているとは限らないことを示した。また、マグネターがどのような条件下でニッケル56と似たような振る舞いを持てるかを明らかにした。すばる望遠鏡HSCを用いて、高赤方偏移超高輝度超新星サーベイを行った。観測されたデータの中から、高赤方偏移超高輝度超新星候補の選定を行い、数十個の候補を選定した。特に、発見された高赤方偏移超高輝度超新星候補のスペクトル観測をオーストラリアのスインバン大学の共同研究者とともにKeck望遠鏡で2回行った。1回は天候に恵まれなかったが、1回の観測で赤方偏移2付近の超高輝度超新星候補4つのスペクトル観測を行い、3つの候補が高赤方偏移天体であることを確認した。これにより、赤方偏移2付近の超新星観測数が飛躍的に上昇した。超高輝度超新星を明るくするモデルに対する制限を与えることが出来た。また、高赤方偏移超高輝度超新星サーベイも行われ、候補天体の追観測も構築した国際協力体制を用いて実行でき、スペクトルを得ることが出来た。超高輝度超新星の明るさを説明するモデルとして有力であることを前年度に示した、高磁場を持つ高速回転中性子星(マグネター)の回転エネルギーの開放による増光に至ることが可能な大質量星進化経路がどのように実現できるかを検証した。恒星内部での様々な物理素過程を見直し、多様な仮定のもとでの大質量星進化の違いを追った。この結果、超高輝度超新星に必要な組成と回転エネルギーを持つような大質量星が、現在の恒星進化論で標準的に使われている恒星内部での角運動量輸送率を10倍にすると自然に現れることが判明した。これにより、現在考えられているよりも恒星内での角運動輸送を効率的にする何らかの物理機構がある可能性を示した。この結果は、超高輝度超新星に限らず、ガンマ線バーストといった他の突発天体を起こす大質量星の発生機構にも大きな影響を与えていることが明らかになった。すばる望遠鏡HSCを用いた高赤方偏移超高輝度超新星サーベイを継続して行った。特に2017年12月から行われたサーベイによって新たな高赤方偏移超高輝度超新星候補を発見した。しかし、天候不順によりスペクトルの観測が行われず、これらの赤方偏移の確定には至らなかった。これまでスペクトルを取ることに成功し、赤方偏移が高いことが確定している超高輝度超新星のみを用いて初期宇宙での超高輝度超新星発生率を見積もったところ、既に現在の宇宙での発生率と同程度であることが判明した。赤方偏移が確定しなかったものも含めると初期宇宙での超高輝度超新星の発生率は現在の宇宙より高い可能性が高く、初期宇宙で大質量星が現在よりもより多く作られている可能性があることが示された。どのような条件を持つマグネターがどのような超高輝度超新星の光度曲線を持てるかが明らかになったので、超高輝度超新星を形成するようなマグネターを作るために超高輝度超新星の親星がどのような進化をする必要があるかを明らかにする。また、これまでの高赤方偏移超高輝度超新星サーベイで得られた高赤方偏移超新星をもとに、初期宇宙での星形成に対する制限を与え、宇宙論への応用を試みる。29年度が最終年度であるため、記入しない。理論天体物理学29年度が最終年度であるため、記入しない。
心房細動患者の認知症予防に関する研究-脳血管障害・血管内皮機能障害との関連-

高齢化社会を迎えた現在、認知症患者数の増加が重要な問題である。心房細動の存在自体と認知機能低下との関連、心房細動アブレーションによる認知機能低下進行抑制効果も報告されている。我々は、心房細動患者の血管(心房)内皮機能障害および微小脳梗塞などの脳血管障害が認知機能低下と関連しているという仮説を立て、以下の項目評価による仮説証明を本研究の目的とした。1.心房細動に対する抗凝固薬投与の認知機能低下進行抑制効果2.心房細動アブレーション後の非再発・再発の認知機能低下進行との関連3.血栓関連マーカー、内皮機能関連マーカー、炎症マーカーと心房細動患者の認知機能との関連高齢化社会を迎えた現在、認知症患者数の増加が重要な問題である。1.心房細動に対する抗凝固薬投与の認知機能低下進行抑制効果2.心房細動アブレーション後の非再発・再発の認知機能低下進行との関連3.血栓関連マーカー、内皮機能関連マーカー、炎症マーカーと心房細動患者の認知機能との関連
急速眼球運動前後での顔画像情報の統合と認知の神経機構

私たちは、絶えず眼を動かし、空間内の様々な位置にある対象物を、網膜の内でも感度の高い中心窩に捉らえ、外界を知覚している。特に環境内に人がいると、人の顔に視線が向かうことはよく知られていて、周辺視野で認めた顔に視線を向け、解像度の高い中心窩で捉えなおすことで、ヒトが社会生活を送る上で重要な他者の表情や個体の特定など顔の持つ情報の詳細な認識が可能となる。サル下側頭葉に留置した複数の多点電極からニューロン活動を記録し、様々な空間内の位置に提示された顔画像に対する反応を眼球運動前後で記録し、眼が動く前に記憶された顔が、眼が動いた後に見える顔とどのように照合され、統合されていくか調べる。
分子ロボットに適した特性をもつ分散アルゴリズムの開発

分子ロボットを実現するためには、自律的に動作する膨大な数の分子デバイスを、自己組織化によりボトムアップに組み立てる必要がある。本研究では、分子デバイスを従来の計算機に対応させ、分散アルゴリズムの観点から分子ロボットを制御する手法の開発を目指す。とくに、先行研究を発展させることで、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数など、分子ロボットに適した特性の実現を目指す。平成28年度の主な成果は以下の通りである。(a)個体群プロトコルモデルにおける半数分割アルゴリズムの開発:個体群プロトコルモデルは、ランダムに移動するノード群が衝突時に交流して状態を変化させる状況をモデル化しており、分子ロボットへの応用が期待できる。提案アルゴリズムでは、ノード群を同数の2グループに分割することができる。これを繰り返すことで、任意の数のグループにノードを分けることができ、各グループに別々のタスクを割り当てることができる。とくに、任意の初期状況への対応、定数状態数での実現など、分子ロボットに適した特性を実現している。(b) AND-ORネットワークによる自己安定的な機械学習:センサとアクチュエータを有するロボットにおいて、センサとアクチュエータの間にAND-ORネットワークが張られている状況を想定し、センサからの入力信号を適切なアクチュエータへ出力するようにAND-ORネットワークの辺を有効化/無効化するアルゴリズムを開発した。本アルゴリズムでは、教師データ(入力と出力の組)を連続して与えることで、自己安定的に教師あり学習を実現し、辺の有効化/無効化を決定している。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度の主な成果は以下の通りである。(a)個体群プロトコルモデルにおける緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムの開発:個体群プロトコルモデルは、ランダムに移動するノード群が衝突時に交流して状態を変化させる状況をモデル化しており、分子ロボットへの応用が期待できる。提案アルゴリズムでは、ノード群が任意の状況から実行を開始しても、短時間でただ一つの代表ノード(リーダ)を選択し、それを十分に長い間維持することができる。この性質を従来より弱い能力のノード群に対して実現した。この性質により、不安定な環境に対して強い耐性をもつリーダ選挙を実現している。(b)匿名環境に対する自己安定1-極大マッチングアルゴリズムの開発:各ノードの区別が不能な匿名環境に対して、多数のペアを構成するための自己安定1-極大マッチングアルゴリズムを提案した。1-極大マッチングとは、「1つのペアを解消しても、2つのペアを増やすことができない」という性質を満たした極大マッチングであり、最大マッチングの3/2-近似となることが知られている。そのため、1-極大マッチングを実現することで、極大マッチングより多くのペアを構築することが期待できる。提案アルゴリズムは、1-極大マッチングを、匿名環境に対して自己安定的に実現している。匿名環境への対応、自己安定性の実現により、分子ロボットへの適用可能性を大きく向上させた。平成27年度は、(a)計算機ネットワークモデル、(b)モバイルロボットモデルの2つのモデルに対して、単純さ、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数などの分子ロボットに適した特性をもつアルゴリズムの開発を目指した。(a)については、匿名環境に対する自己安定1-極大マッチングアルゴリズムなどを開発しており、順調に進展している。(b)については、当初の計画通り集合問題に対するアルゴリズムの開発を進めているが、あまり進展はなかった。上記に加えて、より分子ロボットに適したモデルである(c)個体群プロトコルモデルに対して、緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムを提案している。以上より、(b)に対して多少の遅れが生じているが、(a)(c)の面で十分な成果を発表しており、全体としてはおおむね順調に進展している。

平成28年度は、平成27年度に引き続き、1.計算機ネットワークモデル、2.個体群プロトコルモデル、3.モバイルロボットモデルに対して、単純さ、不安定な環境に対する耐性、少ない通信回数・状態変更回数などの分子ロボットに適した特性をもつアルゴリズムの開発を目指す。さらに、1.2.については、当初の目的通り、上記の特性間に存在するトレードオフを明らかにすることも目指す。1.計算機ネットワークモデル:平成27年度に開発した自己安定1-極大マッチングアルゴリズムを改良し、より分子ロボットに適したアルゴリズムの開発を目指す。具体的には、アルゴリズムの複雑性の改善を目指す。これにより、複雑性と通信回数・状態変更回数の間に存在するトレードオフを明らかにする。2.個体群プロトコルモデル:平成27年度に開発した緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムを基盤技術として利用し、他のタスクに対して緩自己安定性をもったアルゴリズムの開発を目指す。とくに、個体群プロトコルモデルに対して計算機ネットワークモデルの技術を応用する手法の開発を目指し、モデルと特性の間のトレードオフを明らかにする。3.モバイルロボットモデル:平成27年度から引き続き、弱い能力のロボットを集合させるタスクに対して、分子ロボットに適した特性をもつ分散アルゴリズムの開発を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。
MOG抗体関連脳脊髄炎における細胞性免疫動態に関する研究

今後の最も大きな課題は、MOG関連脳脊髄炎はMSと同じ疾患か区別されるべき疾患かを明確にすることである。MSにおいて上市・開発されている疾患修飾薬の多くは、NMOにおいては無効ないし悪化させることが近年解っている。MOG関連疾患においても同様の問題があり、これまで使われてきた免疫修飾薬を使うことができるかは喫緊の課題である。今後の免疫病態の研究において、MOG抗原に対する免疫応答を解析し従来のMSやAQP4抗体関連NMOと比較することで、MOG抗原に対する特異的な免疫応答や炎症機序を解明することは、治療方針を決定する上で極めて重要であり、患者の予後に直結する重要な研究であると考えている。
ＢＫ―ＳＥ３６マラリアワクチン臨床試験の基盤研究

ウガンダのマラリア高度流行地域においてBK-SE36マラリアワクチンのPhase Ibの追跡調査を実施した結果、72%の発症防御効果を得た。本研究では、以下の研究成果を得た。1)ワクチン接種免疫応答群における1年間の感染防御効果あるいはマラリア自然感染によるブースト効果、2)ワクチン誘導抗体における防御標的エピトープの解明、3)SERA5に極めて遺伝子多型が少ないこと、4)第二世代ワクチンBK-SE36/CpGの日本でのPhase Iaによる安全性と誘導抗体増加の証明、5)抗SE36抗体のみによる感染防御効果の証明、6)ブルキナファソで1-5歳児対象のPhase I/IIbを開始、以後継続中。(1)ブースト効果の解析:ウガンダで行った第Ib相臨床試験のワクチン接種群、及び、対照群各個人の一年間にわたる抗SE36抗体価の測定を行った結果、ワクチン接種により抗体価が2倍上昇したワクチン応答者においては高い感染防御効果が認められるとともに、ワクチン接種後のマラリア自然感染によって2回以上の複数感染は対照群に比べて70%減少したという知見を得た。(2)標的エピトープの解析:SE36タンパク質のN-末端に存在する8mer反復配列、及び、セリンリッチ領域が近年話題になっている特別な高次構造をもたない天然変性領域であることを物理化学的な手法で示す事ができた。また、この領域に対する抗体がマラリア原虫増殖阻害をすること、さらにエピトープ解析の結果、マラリア自然感染で誘導される抗体の多くがこの領域を認識することを明らかにした。(3)ワクチン誘導抗体の抗原虫作用:ワクチン誘導抗体による原虫増殖阻害を解析するため、抗SERA抗体依存的な単球によるマラリア原虫増殖阻害効果の解析を計画したが、本年度においては、より直接的な血清による原虫増殖阻害実験がほぼ確立した。この方法でワクチン誘導抗体の抗原虫作用の解析を開始した。(4)自然免疫アジュバントを加えた第二世代BK-SE36/CpGワクチンの開発:大阪大学附属病院未来医療センターと共同で平成25年度に第I相臨床試験ステージ1(低用量)First in Humanを実施した結果、問題となるような副反応は観察されなかった。また、BK-SE36/CpGによって誘導された抗SE36抗体価は、オリジナルのBK-SE36によって誘導された抗体価の約5倍であった。これらの結果を効果安全評価委員会に提出し、次年度においてステージ2(高用量)実施の承諾を得た。また、大阪大学倫理委員会においても同実施の認可を得、実施にむけた準備作業を行った。(1)ワクチン接種後のマラリア自然感染によるブースト効果の解析を行ったところ、ワクチン接種により抗体が2倍上昇したワクチン応答者においては感染防御効果が認められるとともに、ワクチン接種後のマラリア自然感染によって2回以上の複数感染は対照群に比べて70%減少していた。これはワクチン応答者においてはその後の自然感染により極めて高いワクチン免疫のブースト効果が得られるためであることが明らかとなった。また、一例ではあるが不顕性感染によるブースト効果が観察された。(2)標的エピトープの解析においては全てのサンプル数が1300個を超えるため、その解析には効率的かつ小容量による解析方法が必須である。マルチプレックスサスペンションアレイ法を採用することと決定し、SE36抗原を網羅する15本のペプチドそれぞれを15種類のビーズぞれぞれと結合させ、Luminex社のLuminex 200により検出する準備を進めている。(3)ワクチン応答者における出現マラリア原虫のSERA遺伝子解析を実施した。総数100を超えるサンプルの遺伝子解析を行った結果、現在までの解析ではBK-SE36マラリアワクチンに対する多型変異耐性株は出現していない。(4)ワクチン誘導抗体の抗原虫作用を解析するため、抗SERA抗体依存的な単球によるマラリア原虫増殖阻害効果の解析を実施中である。(5)自然免疫アジュバントを加えた第二世代BK-SE36/CpGワクチンの開発では、CpGのGMP生産、BK-SE36とCpG合剤のGLP試験を順調に終了し、問題となる副作用は観察されなかった(GLP)。大阪大学附属病院未来医療センターと共同で平成24年度に既に大阪大学附属病院の倫理審査を受け、また、PMDAの承認も得ている。First in Humanを平成25年7月に実施する計画であり、順調に準備を進めている。1.BK-SE36マラリアワクチンを接種したウガンダ人において接種後のマラリア自然感染によるブースト効果を統計学的に解析した。これまでの解析結果から、BK-SE36ワクチン接種による抗体価上昇群においては、抗体価が200ユニットを超えればその後1年間は感染防御が成立することが示唆され、一方、それ以下であってもワクチン接種により抗体価が2倍以上に上昇すれば、マラリア感染により免疫のブースト効果が必ず見られ、それ以降の感染が防御されることが示された。2.標的エピトープの解析では、ワクチン接種による抗体価上昇群と自然に抗体価の高い非応答群で抗体エピトープの違いを解析した。その結果、両者の認識エピトープは明瞭に異なることが明らかとなった。前者はSE36タンパク質のセリンリピートの両端部分に強く反応し、後者はN-末端に位置する8merリピートとセリンリッチ領域に反応する。これらの解析結果はPloS One 2014, Yagi et alに発表した。3.自然免疫アジュバントを加えた第二世代SE36マラリアワクチンの免疫応答解析:平成25年より開始した国内における第I相臨床試験において高用量ステージ2を実施した。

その結果、BK-SE36/CpGの安全性が示されたとともに、CpG添加により誘導抗体価が4ー5倍上昇することが示された。4.ブルキナファソにおけるBK-SE36マラリアワクチン第I相臨床試験(1-5歳)を含む高次の臨床試験の準備作業を行い、平成27年5月に開始する目処をつけた。1.抗SERA抗体依存的なマラリア原虫増殖阻害効果の解析:自然免疫アジュバントCpGを加えた第二世代SE36マラリアワクチン接種者の血清を直接マラリア原虫培養液に加え、強力な原虫の増殖阻害効果を観察した。また、この阻害効果は上記血清をSE36タンパク質と前もって混合し血清中の抗SE36抗体を中和することによって消失することから、ワクチン誘導抗体が抗原虫作用を持つことを示した。これらの結果から、当初より予定していたワクチン誘導抗体がより強力な抗原虫作用を持つことを立証した。2.自然免疫アジュバントCpGを加えた第二世代SE36マラリアワクチンの免疫応答解析: H26年度に低用量ステージ1を実施し、平成27年3月に高用量ステージ2成功裡に終了した。被験者の中からボランティアをつのり、接種後1年間にわたる抗体価の推移観察を継続した。これにより第二世代SE36マラリアワクチンの効果期間が少なくとも2年であることが推定された。昨年度にはBK-SE36ワクチン誘導抗体認識エピトープが、自然感染によって獲得される抗SERA抗体の認識エピトープと異なることを示したが、CpGを加えたBK-SE36/CpGワクチンにおいてもBK-SE36と同様であることを明らかにした。また、両者ともIgG1サブクラスであった。今後の第III相臨床試験ではBK-SE36と共にBK-SE36/CpGも並行して試験することとした。3.ブルキナファソにおけるBK-SE36マラリアワクチン第I相臨床試験を平成27年6月より開始した。ステージ1(2-5歳)におけるワクチン接種の安全性を確認後、ステージ2(1ー2歳)の接種を行った。総数は108名(内プラセボ36名)である。接種後12ヶ月に亘りダブルブラインドにおいて発症防御効果を観察する(平成29年1月に終了予定)。ウガンダのマラリア高度流行地域においてBK-SE36マラリアワクチンのPhase Ibの追跡調査を実施した結果、72%の発症防御効果を得た。本研究では、以下の研究成果を得た。1)ワクチン接種免疫応答群における1年間の感染防御効果あるいはマラリア自然感染によるブースト効果、2)ワクチン誘導抗体における防御標的エピトープの解明、3)SERA5に極めて遺伝子多型が少ないこと、4)第二世代ワクチンBK-SE36/CpGの日本でのPhase Iaによる安全性と誘導抗体増加の証明、5)抗SE36抗体のみによる感染防御効果の証明、6)ブルキナファソで1-5歳児対象のPhase I/IIbを開始、以後継続中。上記の研究実績でも明らかなように、当初の実施計画の90%以上が順調にすすみ、好結果を得ている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
培養口腔粘膜上皮細胞の分化形態および発癌過程について

新生児ラット舌粘膜上皮の分離培養を行ない、上皮の増殖形態・分化形態・ケラトヒアリンの形成などを検索した。また、freeze fracture法を用い、gapjunctionとdesmosomeの密度や面積を経時的に検索し、細胞のdubling timeは約30時間であった。継代培養は第8代の継代まで行ない、それらの形態は初代培養と何ら変化を認めなかった。細胞増殖と共に細胞は重層化し、微細構造は発達し、tonofilamentの集束,ケラトヒアリン顆粒の出現などを認めた。また、基底部の細胞とプラスチックシャーレとの間にはamorphousな物質を認め、同部の細胞側にはhemi-desmosomeを認めた。Replicaでは細胞の発育・分化と共にgap junctionとdesmosomeの密度・面積の増加を認めた。さらに、この培養系に発癌剤9,10-dinethyl-1,2-benzanthracene(DMBA)を投与した。細胞膜は発癌剤投与後6時間で一過性に膜内粒子の減少を認め、12時間から2日の間では逆に膜内粒子の増加を認めたが、その増加はとくにE面に顕著であった。3日以後になると膜内粒子の全体数が減少し、対照群とほぼ同様な値になったが、P面とE面の分布を比較するとE面は粒子の増加を維持したままであった。Gap junctionは発癌剤投与後6時間より細胞膜に占める割合が4580%と減少を示し、また、電気生理学的にもcoupling ratioが投与後12時間より対照群と比較し約60%の減少を認めたことから、細胞間連絡の欠如あるいは減少が示唆された。Desmosomeは超薄切片法により種々の破壊像を認め、同時に細胞膜に占める割合も発癌剤投与後12時間より3560%の減少を認めた。以上のことから、発癌とは非常に早期より細胞膜および細胞間結合に変化が起こり、それらの破壊と修正をくり返しながら細胞が母集団より逸脱し、無制限の増殖を示すようになることと考えられ、したがって細胞膜および細胞間結合の変化は、発癌過程の一つの重要な表現形質であることが示唆された。
バーチャルリアリティ環境におけるオラリティの運用の検討

本年度は昨年度に引き続き、バーチャルリアリティ空間におけるオラリティを構成する知識について仮説検証実験を3つ実施した。研究1では、バーチャルリアリティ空間で対面したエージェントについて「コミュニケーションに適した距離」と「これ以上近づかれるとコミュニケーションが取りにくくなる距離」の推定を検討した。実験の結果、エージェントの性別、身長、有性生の影響に加えて、ユーザー自身の身長も上記指標に影響するという興味深い知見が得られた。これらは、いずれも現実空間での推定実験で類似の結果が得られていることから、バーチャルリアリティ空間においても現実空間と同様の対人距離に関する推定が行われることが示唆された。研究2では、バーチャルリアリティ空間における人事面接シミュレーションの検証実験を行った。エージェントから発せられる質問を直前のユーザーの発話から自動生成するシステムを実装し、その有効性を検証した。その結果、一律に質問を繰り返す場合に比べて、ユーザーに合わせた質問が発せられる場合に、ユーザーの緊張が高まることが示され、発話内容水準におけるインタラクティブ性の重要性が示唆された。研究3では、バーチャルリアリティ空間においてユーザー感が快適に過ごせる距離の推定が行われた。その結果、ユーザーの向きによって、ユーザー間の快適な距離が異なることが示された。上記の知見より、バーチャルリアリティ空間において話者同士の距離感や対話内容が現実に近いほど臨場感が高まることが示唆されあt。実験的な検討が複数同時に進行し、バーチャルリアリティ環境においてオラリティに影響しそうな要因の理解が深まった。また、研究成果を国内学会、国際学会で発表できており、当初の計画通りに研究は進行している。今後も、バーチャルリアリティ環境における対話の様式について、特にオラリティの影響から検証する実験を実施する予定である。また、最終年度として、得られた知見のまとめを行う予定である。本年度は,3カ年計画の初年度であることから,研究対象であるバーチャルリアリティ空間の設計および開発とシステムに搭載された機能の実証実験を中心に行った。第1に,多人数の聴衆が自律的に行動をとれるスピーチシミュレーションシステムを開発した。このシステムでは,参加者の頭の向き,姿勢,心拍,音声をセンサーで取得し,得られたデータに基づいて,聴衆の行動を確率的に統制した。聴衆の自律的な行動が作り出す臨場感並びに,システム利用時の緊張感を測定する実験を実施して,従来のスピーチシミュレーションシステムを上回る臨場感と緊張感を得られることを確認した。第2に,事物の位置や距離の推定について,バーチャルリアリティ空間と現実空間・2Dディスプレイとの比較を行った。その結果,現実空間と2Dディスプレイにおける距離の推定は類似していたが,バーチャルリアリティ空間では過小評価がおこることが明らかになった。また,他者が気にならない距離に関する心理測定も実施し,バーチャルリアリティ空間では,他者が気にならない距離も現実空間や2Dディスプレイに比べて短いことが示された。第3に,バーチャルリアリティ空間における対話シミュレーションとして人事面接シミュレーションと英会話シミュレーションシステムを開発した。人事面接シミュレーションシステムでは,現実とほぼ同等の緊張感が得られることを確認した。また,英会話シミュレーションシステムは,バーチャルリアリティ空間でトレーニングを積むことで英語使用に関する自己効力感が向上することが示唆された。当初の計画通り,スピーチをシミュレーションするバーチャルリアリティシステムとバーチャルリアリティ空間における距離推定の実証実験を行い,コミュニケーションにおける聞き手の行動や他社との距離感に関する示唆が得られた。これに加えて,バーチャルリアリティ空間で人事面接と英会話のシミュレーションを行うシステムも開発し,バーチャルリアリティ空間におけるトレーニングの有用性を確認することができたため,計画以上の進捗を行えたと考えられる。前年度に開発したスピーチシミュレーションシステムにおいて,聴衆の行動をポジティブなもの(頷く,参加者をよく見るなど)とネガティブなもの(時計を見る,腕を組む)などを参加者の行動とは別に統制した上で,聴衆の行動が参加者の発話に及ぼす影響を検討する。また,前年度に行ったバーチャルリアリティ空間における事物の距離推定を対話相手を対象にした場合で再度検討する予定である。

バーチャルリアリティ環境における視線計測を実現するため,ヘッドマウントディスプレイ搭載型の視線計測装置を購入し,実証実験を行う予定である。当初の計画通りに実験を進めていたが、実験参加者が予想に比べて少なくなったために余剰が生じた。この分は次年度にデータ収集の追加を行って使用する予定である。
脳内D型セリンの生成・代謝機構の解明

脳内のD型セリンは、セリンラセマーゼ(SRR)によって合成されることが知られている。今回、SRR遺伝子欠損マウスの前脳において、D型アスパラギン酸が有意に低下していることを発見した。前脳におけるD型アスパラギン酸代謝酵素活性は、野生型と差が無いことから、今回の知見にはD型アスパラギン酸代謝酵素は関係していないことが判った。これまでの研究から、D型アミノ酸の中で最も高濃度に脳に存在するD型セリンはセリンラセマーゼ(SRR)によってL型セリンから合成される事が知られているが、脳における他のD型アミノ酸の生成・代謝機構は未だ不明な点が多い。D型アミノ酸の中でD型アスパラギン酸、D型アラニンも脳に存在することが知られている。今回、SRR遺伝子欠損マウスにおける脳(前頭前皮質、海馬、線条体、小脳)におけるD型アスパルギン酸、D型アラニン、およびその他のアミノ酸濃度が、野生型マウスと比較して変化しているかをカラムスイッチング法を用いた蛍光検出器付の高速液体クロマトグラフィーを用いて調べた。SRR遺伝子欠損マウスにおける前頭前皮質、海馬、線条体におけるD型アスパラギン酸濃度は、野生型と比較して有意に低い値を示した。一方、小脳におけるD型アスパラギン酸濃度は、両群で差は見られなかった。また、他のアミノ酸(アラニン、タウリン、アスパルギン、スレオニン、GABA、メチオニン)濃度も、両群で差は認められなかった。さらに、D型アスパラギン酸分解酵素(DDO)の酵素活性を測定したが、両群の前脳では差が無く、分解酵素が関与している可能性は低いと考えられた。逆に、腎臓におけるDDO活性および腎臓組織重量は、SRR遺伝子欠損マウスにおいて有意に低かった。以上の結果より、SRR遺伝子が脳内D型アスパラギン酸の生成に関わっている可能性が示唆された。またSRR遺伝子は、腎臓機能にも影響を与えている可能性が示唆された。脳内のD型アミノ酸は、精神神経疾患だけでなく多くの脳疾患の病態に関わっている事から、今後、詳細にD型セリン、D型アスパラギン酸などのD型アミノ酸の生成・分解機構を調べることにより、D型アミノ酸の新たな役割が解明されるであろう。これまでの多くの研究から、D型アミノ酸の中で最も高濃度に脳に存在するD型セリンはセリンラセマーゼによってL型セリンから合成される事が知られているが、脳におけるD型セリンの生成・代謝機構は未だ不明な点が多い。今回、セリンラセマーゼ遺伝子欠損マウスにおける脳(前頭前皮質、海馬、線条体)におけるDセリン濃度が、野生型マウスと比較して有意に減少していることを見出した。一方、小脳におけるDセリン濃度は、前頭前皮質や海馬と比較して著しく低く、セリンラセマーゼ遺伝子欠損マウスと野生型では有意な差は見られなかった。また、NMDA受容体機能に関わる他のアミノ酸(Lセリン、グリシン、グルタミン酸、グルタミン)濃度は、両群で差は認められなかった。興味深いことに、セリンラセマーゼ遺伝子欠損マウスの脳では、低い濃度であるがD型セリンが検出されたことから、脳内のD型セリンの生成はセリンラセマーゼ以外の関与もあることが示唆された。さらに今回、SRR遺伝子欠損マウスおよび野生型マウスの海馬におけるメタボロミクス解析を実施したところ、ピルビン酸誘導体がセリンラセマーゼ遺伝子欠損マウス脳で著明に減少していることを見出した。一方、セリンラセマーゼはD型セリンを分解する際、ピルビン酸を生成することは知られており、セリンラセマーゼおよびD型セリンは、脳内ピルビン酸の代謝経路に関わっている可能性が示唆された。今後、脳内ピルビン酸代謝経路におけるD型セリンの役割を明らかにすれば、NMDA受容体が関与している多くの精神神経疾患の病態解明に繋がる可能性があり、本研究の意義は高い。次年度、さらに詳細に実験を重ねて脳内ピルビン酸代謝経路におけるD型セリンの関与を明らかにする。セリンラセマーセ遺伝子欠損マウスおよび野生型マウスを用いた研究結果も出ており、おおむね順調に進んでいる。今後、セリンラセマーセ遺伝子欠損マウス脳を用いてD型セリンのピルビン酸代謝経路における位置づけについて明らかにする。引き続き、セリンラセマーセ遺伝子欠損マウス脳を用いてD型セリンのピルビン酸代謝経路を調べる。