hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シュレディンガー方程式のスペクトル・散乱理論の研究

中村(研究代表者)は、多様体上の散乱理論(伊藤健一(筑波大)との共同研究)、ランダム・ディスプレイスモデルのアンダーソン局在(F. Klopp (パリ大学), M. Loss (ジョージア工科大学), G. Stolz(アラバマ大学)との共同研究)、量子物性理論におけるフリーデル和公式の厳密な証明(甲元(物性研)、高麗(学習院大)との共同研究)、半古典極限での散乱行列の固有値の挙動(A. Pushnitski(キングス・カレッジ)との共同研究)などに関する研究成果を得た。足立(研究分担者)は、定電場に漸近するような時間に依存する電場中での量子散乱順問題及び逆問題、さらには定磁場と時間に依存する電場が常に直交する空間内での量子散乱順問題に取り組んだ。中野(研究分担者)は、減衰するランダムポテンシャルを持つ1次元シュレーディンガー作用素において、対応する有限系の固有値を適当にスケーリングして得られる点過程の体積無限大極限を調べた。藤家(研究分担者)は、ホモクリニック軌道が生成するレゾナンスの虚部の下からの評価(J.-F.Bony, T.Ramond, M.Zerzeriとの共同研究)、シュタルク効果をもつシュレディンガー作用素のスペクトルシフト関数の完全な漸近展開の証明を得た(M.Dimassiとの共同研究)。これらの研究成果は、すべて出版、あるいは出版準備中である。科学研究費補助金を用いて、主に外国人研究者の招聘、海外渡航による研究交流、研究発表、国内の研究会への若手研究者の旅費の補助などを通じて、研究の振興を図った。既に得られている成果の一部として、研究代表者、研究分担者の研究成果について述べる。中村(研究代表者)は、散乱作用素のスペクトルの漸近挙動に関する研究成果(A. Pushniskiとの共同研究)、穏やかな長距離型摂動を持つシュレディンガー方程式の特異性の伝播に関する研究成果(堀江主起との共同研究)、特異性のあるポテンシャルをもつシュレディンガー作用素へのムーレ評価の新たな適用法、長距離摂動を持つ離散シュレディンガー作用素の波動作用素の存在、などに関する研究成果を得た。また、非有界領域での半古典測度の手法の応用(F.Maciaとの共同研究)、散乱作用素の超局所的構造(A. Pushnitskiとの共同研究)についての研究が進行中である。中野(研究分担者)は、ランダム・シュレディンガー作用素のエネルギーレベルの統計的性質についての研究成果を得た。藤家(研究分担者)は、不安定な平衡状態に近い領域でのWKB解の構成、ホモクリニック軌道を持つ古典力学系に対応する量子系の共鳴状態の幅に関する研究成果を得た(Jean-Francois Bony, Thierry Ramond, Maher Zerzeriとの共同研究)。
ノンパラメトリック回帰による非線形構造の探索とその実装

本研究の目標は,データの背後にある複雑な非線形構造を探索・抽出するための道具として,ノンパラメトリック回帰,とくに平滑化スプラインの有用性を実証し,その方法を実装したアプリケーションを開発することであった。本年度に実施した研究内容は以下のとおりである。1.応答のベキ変換による加法モデルの拡張加法モデルにおける仮定(加法性,分散均一性,正規性など)の妥当性を評価するために,ベキ加法化平滑化スプラインやベキ重み付き平滑化スプラインなどを提案し,Fortranプログラムによる実装を行った。応答のベキ変換パラメータを分散・平滑化パラメータと同時に最大周辺尤度法(経験Bayes法)によって選定する。ベキ加法化平滑化スプラインでは周辺尤度の正確な計算は困難であるため,その近似方式を提案した。本方式の近似精度,および本方式を用いた場合の加法関数の推定性能を,事例研究やシミュレーションを通じて評価し,推定されるベキ変換が非線形構造を考慮しながら加法性や分散均一性などの要件を達成するという妥当な結果を得ることができた。2.ABIC(赤池Bayes情報量基準)による最適なモデルの選定平滑化スプラインの線形混合モデルによる表現を利用することにより,包括的な階層型のモデル族を構築することが可能となる。モデルが非線形(ノンパラメトリック)成分を含むかどうかの診断は,線形混合モデルのランダム効果に関する診断に帰着され,必要となる分散パラメータの個数の選定にはABICを用いることができる。本方式の有用性を事例研究などにより確認した。本研究の目標は,データの背後にある複雑な非線形構造を探索・抽出するための,ノンパラメトリック回帰,とくに平滑化スプラインの適用に関する,方法論の整備と,これを実装したアプリケーションの開発である。本年度に実施した研究の内容は以下のとおりである。1.効率的なアルゴリズムの研究:制限付き最尤推定(REML)による平滑化パラメータの選定方式では、推定しようとする構造が複雑であるほど計算量が膨大になる。そこで,本方式に対する高速で効率的なアルゴリズムの研究を行った。Bayes流接近法により平滑化スプラインが線形混合効果モデルの最良線形不偏予測量(BLUP)として表現されることに着目し,BLUP方程式に基づく制限付き対数尤度の表現式を得た。さらに,プログラミング言語Fortran90を使用して,この表現式を計算プログラムに実装した。文献事例への適用により,REMLによる平滑化パラメータの選定方式の性能を評価し,交差確認法と比較して適切な非線形構造を抽出できることを実証した。2.非正規型確率分布への拡張:1で述べた選定方式を拡張する場合,正規分布のもとでREMLと同等である周辺最尤推定法の利用が考えられる。周辺対数尤度の正確な計算は高次元の積分計算を伴うため,罰則付き推定量の周りでのTaylor展開を利用した近似方式について検討し,計算プログラムに実装した。さらに,簡単なモンテカルロ・シミュレーションにより,本近似方式の性能評価を行った。本研究の目標は,データの背後にある複雑な非線形構造を探索・抽出するための道具として,ノンパラメトリック回帰,とくに平滑化スプラインが有用であることを実証するため,その方法論を整備し,これを案装したアプリケーションを開発することであった。本年度に実施した研究内容と今後の展開は以下のとおりである。1.最大周辺尤度法とその近似による平滑化パラメータの選定方式について,事例研究やシミュレーションを通じて推定性能ならびに近似精度を評価した。具体的には以下の状況を取り上げた。(1)加法回帰モデルにおける仮定の妥当性評価応答のベキ変換による加法モデルの拡張を考え,ベキ加法化平滑化スプライン・モデルやベキ重み付き平滑化スプライン・モデルなどを提案した。ベキ変換パラメータを分散および平滑化パラメータと同時に近似最大周辺尤度法によって選定することにより,加法性や分散均一性などの仮定についての妥当性診断を可能にした。(2)非正規型ノンパラメトリック回帰問題2値応答やPoisson応答などの状況でのノンパラメトリック回帰モデルについて,正規分布からの乖離が大きくなるほど近似最大周辺尤度法の長所がより生かされることをシミュレーションなどで例証した。2.今後の展開として,周辺尤度の近似について整理し理論的な裏づけを行うとともに,提案した平滑化パラメータの選定方式を実装した容易に利用することのできるソフトウェアの開発・整備を行う計画である。

2.ABIC(赤池Bayes情報量基準)による最適なモデルの選定平滑化スプラインの線形混合モデルによる表現を利用することにより,包括的な階層型のモデル族を構築することが可能となる。モデルが非線形(ノンパラメトリック)成分を含むかどうかの診断は,線形混合モデルのランダム効果に関する診断に帰着され,必要となる分散パラメータの個数の選定にはABICを用いることができる。本方式の有用性を事例研究などにより確認した。
胆道再建における胆汁酸の胃液分泌抑制についての実験的研究

Roux-Y型胆道再建術においては術後胃液の過分泌がみられ、消化性潰瘍の原因となるとされている。本実験はこの機構を抑制するメカニズムを知り、胃液過分泌を抑制する臨床応用可能な薬物を見いだすことにある。実験1まず雑種成犬4頭にhaidenhain Pouchを作成しpentagastrin(以下PG)の持続投与による胃液分泌動態をみた。PG投与により15分分画で採取した胃液分泌量は漸増し75分以後はプラトーになった。よって種々の抑制実験はこの時期以降に行うこととした。なお十二指腸への物質投与は十二指腸外瘻チューブより行い、投与後の各15分毎の胃液分泌量はプラトーとなった時期の15分間の分泌量を基礎値100としその比で表した。十二指腸への投与物質は脂肪(Corn oil:20ml)、胆汁(5cc)胆汁酸(CDC:100mg)である。胆道再建前の十二指腸内脂肪投与では胃液分泌は抑制され最大抑制率は40-78%であった。胆道再建を行うと脂肪投与を行っても抑制率は0-2%で、胃液分泌の抑制には胆汁の十二指腸内の存在の必要性が確認された。胆道再建施行犬においても胆汁、脂肪の同時投与を行うと最大抑制率は60-65%であり、胆道再建前と同様にこの機構が発現することが認められた。胆汁酸、脂肪の同時投与でも最大抑制率は55-64%であった。以上より胆道再建後の胃液過分泌は胆汁酸と脂肪の同時投与により抑制されることが証明された。実験2十二指腸内に種々の胆汁酸を種々の濃度で脂肪と同時投与し実験1と同様に抑制実験を行い胆汁酸の胃液分泌抑制のメカニズムへの関わりを明らかにし、臨床応用に至適な胆汁酸をみいだすことがあるが現在まで雑種成犬3頭に胆道再建を行い、CDC(50mM/L、25mM/L)と脂肪の同時投与の実験のみ終了した。投与後、CDCの両濃度に於て胃液分泌は抑制されるが、50mM/Lでは25mM/Lに比べ有意に強く抑制が起こることが証明されている。
はく離 流れの発生予知とその制御に関する研究

はく離の制御は古くて新しい課題であるが,近年応用範囲の広汎化を迫られている流れにとってますます重要な課題となってきている.これまで非定常(並進およびピッチング)運動翼まわりの流れ場の実験解析が進められているが,詳細な計測に基づくものは少ない.また,はく離の制御を念頭においたはく離発生の予知に関する研究が現れ始めたのが現状であり,はく離の制御技術にいたっては体系だった制御法に関する研究は極めて少ない.非定常運動翼に発生するはく離現象は非常に複雑であり,未解明な部分が多く残されている.また,非定常運動翼まわりの流れ場に関する研究は数値計算や実験などにより多数行われているが,これらの多くは高レイノルズ数領域を対象としたものがほとんどである.近年ではmicro-electro-mechanical-systems(MEMS)の急速な発達に伴い,対象となる流れ場は低レイノルズ数領域となる.しかし残念ながら,低レイノルズ数領域における非定常運動翼まわりの流れ場に関する研究はほとんど報告されていない.調査の結果,プランジング運動翼を使用したはく離流れの制御等,非定常運動翼を利用した現実的はく離制御の研究が活発に行われており,また多数の小さくて細い板を翼後緑に付加し,その板の動きを独立に制御することではく離の発生を制御しようとする試みが行われ始めている.さらに,高レイノルズ数領域においては非定常運動を行う翼に働く揚力及び効力を定量的に見積もれるほどの高精度の計算法は未確立であり流れ場に発生する渦のシミュレーションは翼背面に発生する一次の大きな渦のみを可視化する程度が現状であるとの認識が得られた.本研究では,低レイノルズ数領域を対象とし,非定常はく離流れのはく離渦構造及びそれに働く非定常流体力特性を可視化実験及び非定常流体力測定実験の両面から明らかにした.はく離の制御は古くて新しい課題であるが,近年応用範囲の広汎化を迫られている流れにとってますます重要な課題となってきている.これまで非定常(並進およびピッチング)運動翼まわりの流れ場の実験解析が進められているが,詳細な計測に基づくものは少ない.また,はく離の制御を念頭においたはく離発生の予知に関する研究が現れ始めたのが現状であり,はく離の制御技術にいたっては体系だった制御法に関する研究は極めて少ない.非定常運動翼に発生するはく離現象は非常に複雑であり,未解明な部分が多く残されている.また,非定常運動翼まわりの流れ場に関する研究は数値計算や実験などにより多数行われているが,これらの多くは高レイノルズ数領域を対象としたものがほとんどである.近年ではmicro-electro-mechanical-systems(MEMS)の急速な発達に伴い,対象となる流れ場は低レイノルズ数領域となる.しかし残念ながら,低レイノルズ数領域における非定常運動翼まわりの流れ場に関する研究はほとんど報告されていない.調査の結果,プランジング運動翼を使用したはく離流れの制御等,非定常運動翼を利用した現実的はく離制御の研究が活発に行われており,また多数の小さくて細い板を翼後緑に付加し,その板の動きを独立に制御することではく離の発生を制御しようとする試みが行われ始めている.さらに,高レイノルズ数領域においては非定常運動を行う翼に働く揚力及び効力を定量的に見積もれるほどの高精度の計算法は未確立であり流れ場に発生する渦のシミュレーションは翼背面に発生する一次の大きな渦のみを可視化する程度が現状であるとの認識が得られた.本研究では,低レイノルズ数領域を対象とし,非定常はく離流れのはく離渦構造及びそれに働く非定常流体力特性を可視化実験及び非定常流体力測定実験の両面から明らかにした.最初に,日本国における非定常はく離に関する数値解析的研究の調査を行った.その結果,高レイノルズ数領域においては非定常運動を行う翼に働く揚力及び抗力を定量的に見積もれるほどの高精度の計算法は未確立であり,流れ場に発生する渦のシミュレーションはよく背面に発生する一次の大きな渦のみを可視化する程度が現状であるとの認識が得られた.また,具体的な実験研究は以下の要領で行われた.1.実験装置の確立,平板翼での実験:翼として最も基本的なものであり,はく離点を固定できる平板翼が2種類製作された.定常・非定常運動する平板翼まわりの流れの可視化を高速度カメラを用いて実行することにより,はく離の発生機構が観察され,翼前縁から発生する渦は剥離せん断層内で離散的に成長していることがわかった.これまでに公表されている非定常運動を行う翼周りの流れ場では,剥離せん断層が翼表面に付着している状態での研究が多く,本研究で示された大きな剥離域を伴う非定常はく離でのこの事実は全く新しいものであると考えられる.また,完全な剥離領域で運動をする場合,翼がどの様な迎え角を持っていても,上記の離散渦の発生周波数は一定であることが確認された.これも新しい興味深い知見である.2.理論計算:移動境界を持つ平板翼の流れ場解析(層流流れ場)が可能である数値解析プログラムが作成された.高レイノルズ数領域における数値解析コードの開発には相当に困難な課題であることが認識された.最初に,アメリカ合衆国における非定常はく離に関する実験,および数値解析研究の調査を行った.

その結果,プランジング運動翼を使用したはく離流れの制御等,非定常運動翼を利用した現実的はく離制御の研究が活発に行われていることがわかった.また,国内においても,本研究に対する多数の質問があり,この分野に関する研究への関心度は高さを伺わせている.具体的な実験研究は,昨年度の平板翼に引き続き,対称翼,キャンバー翼,鈍い後縁を持つBTE翼等を製作し,風洞による渦の挙動の可視化実験と回流水槽を利用した非定常流体力実験を行った.1.渦の挙動:(1)翼前縁から発生する小さなはく離渦は,翼背面上を遡上する渦と干渉することにより,二つのはく離渦が合体し,一つのはく離渦を構成する.(2)ピッチング一周期あたりに翼前縁,後縁より発生するはく離渦発生周波数はレイノルズ数によらず,無次元角,速度に強く依存する.(3)翼前縁,後緑よりピッチング一周期あたりあたりに発生するはく離渦は,ほぼ同数である.(4)翼背面上を遡上する渦は翼前縁,後緑より発生するはく離渦発生周波数のバランスを保つために重要な役割を持っている.(5)この特性は,翼形状に依存しないこと.2.非定常流体力:はく離発生による揚力の低下を,ある領域のピッチング運動を行わせることで抑制・さらには向上させることができる.また,平板翼以外の翼では,非定常揚力と定常揚力との間に位相差が発生する.これは,はく離点が移動しやすい翼の場合に大きくなる.本年度も、アメリカ合衆国における非定常はく離に関する実験、および数値解析研究の調査を行った。その結果、興味深い研究として、多数の小さくて細い板を翼後縁に付加し、その板の動きを独立に制御することではく離の発生を制御しようとする試みが行われ始めていることがわかった。また、本研究における具体的研究成果は以下のものである。1)静止状態時にはく離が発生していない迎え角でピッチング運動を行う場合は、翼後流には明確なカルマン渦列を形成する。この場合の非定常揚力は、静止状態時の定常揚力まわりを変化する.また,翼形状による違いは小さい.2)無次元角速度が大きくなるにつれ,翼背面上のはく離流脈にケルビン-ヘルムホルツ不安定波が明確に表れ,この不安定の発達過程において強い時計回転を持ち,翼背面上に付着する.3)また、翼背面上に再付着するためには,翼前縁からの流れ(不安定波,渦)が主流程度の速度をもち,翼背面に向かって移動する.これは翼の前縁形状,迎え角また無次元角速度から予測することが可能である.4)翼背面上に大規模な逆流域が生成されない翼形状、及び迎え角の場合には,翼背面上で再付着現象が発生する.この再付着渦が翼背面上から離れ,翼後縁から発生する反時計回転方向のはく離渦と干渉することにより,翼5弦長後方には渦塊が生成される独特のフローパターンとなる.5)低レイノルズ数領域のピッチング運動翼においても,翼前縁形状ははく離渦の挙動に大きな影響を与えるパラメータの一つである.
中世文学における「音楽儀礼学」の構築と実践

本研究は「音楽はどこまで復元可能なのか」「音楽を音楽たらしめる要素とは何か」という問題を明らかにし、「音楽儀礼学」という新たな学問的枠組を構築・実践しようとするものである。国内諸寺院、諸文庫および海外諸機関に所蔵される文献の調査読解を通し、中世日本音楽の様相を明らかにする。その上で文献読解に基づく形で音楽を復元し、儀礼としての再現上演を目指す。
表面放射電波を利用した弱磁場・低RF方式NMRの測定原理とコア技術の開発

SAWデバイスから漏れる圧電ポテンシャルは、その近傍に設置された試料に導入できることが確認された。グラフェン/SiO2/Si試料を用いて実験した結果、電界が単層グラフェン膜を透過することを判明した。SAWデバイス表面から放射電波の強度の温度依存性から、デバイス自身と試料の電波吸収について研究をおこなった。SAWデバイス自身では、温度の増加によって放射電波の強度が弱くなることは判った。その原因の一つとして、圧電結晶中原子の熱振動により、弾性表面波のエネルギーは逸散したと考えられる。また、Si結晶を用いた電波吸収測定では、140Kから250Kまでの広い温度範囲に強い吸収があり、150K以下の温度領域では、キャリア移動度の減少による吸収が大きいことは明らかとなった。更に、Si結晶表面にグラフェン膜を付ける実験では、グラフェン膜のキャリア濃度はそう大きくないが、移動度が大きいため、電波を遮蔽したことが観察されている。ただ1層のグラフェン膜でも温度の範囲にもよるが、SAWデバイス表面からの放射電波を遮蔽することが確認されている。弾性表面波の電気的成分と試料との相互作用(粘性)によって、弾性表面波の時間遅延に関する情報が得られている。表面波の時間遅延の温度依存性から、試料を設置しない場合、入力信号の強度と関係なく、温度の減少に従い表面波の伝搬は速くなることが判った。この伝搬速度は、圧電結晶自身の音波特性によって決まり、温度の低下に従い音速が増えたと考えられる。一方、SiO2/Si試料をSAWデバイス表面付近に設置した時の表面波遅延時間の温度依存性から、150K以下の低温領域では、表面波の時間遅延が認められ、SiO2/Si試料を設置しない時と比べると、最大32%の時間遅延が観測されている。以上のように、SAWデバイスと試料との間における電磁相互作用に関する情報が得られている。当初の計画として、本研究では弱磁場・低RF方式NMR用のRF発生・検出・試料台一体化のコア技術開発を目的とし、研究期間内には理論設計、性能評価及びNMR原理機の試作を行うとした。そのためRF発生検出用SAWデバイスの周波数帯域の拡張を重点に置き、各周波数帯域SAWデバイスの組み合わせ方式と広帯域・高調波方式を採用すると考えた。また、試料への効率的電波照射および試料からの放射電波の高精度検出を実現するためには、電波の空間的分布について実測した上、理論計算も行いシミュレーションと実測結果の両面から、電波放射用SAWデバイスの設計と作製を行うとしている。初年度の28年度では、SAWデバイス表面付近電波の空間的分布について理論計算を行った。計算は圧電方程式とマクスウェル方程式を用い、所定の境界条件の下で有限要素法で行った。デバイス表面付近では、局在性圧電ポテンシャルは主であり、磁界成分はその百万分の一程度であることが判明した。これでは、電波は表面付近に局在し遠くまで放射できないこととなる。勿論、核磁気共鳴用の電波として利用できない。この問題を解決するためには、導電性の薄膜を利用して、電流を起こすことによって電波の磁気的成分を増やす必要がある。理論計算の結果から、単原子層薄膜グラフェンの利用を決定した。以上の理由で、グラフェン/SiO2/Si試料を用い、SAWデバイス表面から放射した電波と試料中キャリアとの相互作用について実験をおこなった。実験は二つの角度から計測をおこなった。一つは、試料による電波吸収である。実験結果によると、Si結晶による吸収は室温以下で強く観測された。一方のグラフェン膜では、吸収より電波への反射が大きく、電波への遮蔽効果が認められた。もう一つは、試料による表面波の伝搬遅延である。試料中キャリアの濃度や移動度、特に固定電荷などの遅延効果が大きいことが判明した。研究の初年度において、実験は順調に進み、目標を達成するための研究の方向性が把握できた。来年度からの研究推進方策として、次のようにまとめた。1理論計算の推進初年度の理論計算によって、SAWデバイスの表面近傍に電波の空間的分布と伝搬特性を明らかにした。重要なのは電波中の磁気的成分は弱く、NMR測定に必要量の百万分の一しかないことが判った。今年度から、電波分布の境界条件を調整し、より精密な計算結果を取得し、導入電流の強度の空間的分布を把握する。2電波の磁気的成分の増強SAWデバイスの表面に単層グラフェン膜とパターン化したアルミニウム膜を形成し、圧電ポテンシャルの浸入によって、薄膜中に電流を起こし、磁気的成分を導入することによって、これら導電膜から放射電波を発信させる。3周波数範囲の開拓当初の計画においては、周波数領域の確保は複数のSAWデバイスの連携や表面波の櫛状電極間距離の非均一化によって目指していた。実験の結果、放射電波周波数範囲の開拓において新しい方法を見つけた。弾性表面波から100kHz500MHzの電波が得られやすいが、高周波信号を伝搬する同軸ケーブルを利用すれば、100MHz1GHzの電波の発信と受信が可能である。今年度においてこの研究について結論を出すつもりである。4固定磁場下での実験今年度において、永久磁石(磁界強度1テスラ程度)装置を作製し、複数周波数帯域電波を形成すると共に高速フーリエ変換を活用し、試料の電波吸収スペクトルを室温環境下で取得する。5試料の選定測定の対象試料として三つを想定している。一つ目はInAs量子ドット(550MHz程度)を用いる。二つ目はバイオ試料中の水素(700MHz程度)について測定を行う。

三つ目は、LiNbO3圧電体を用いたSAWデバイスの表面を水素化し、そこにおける水素原子核の磁気共鳴を測定する。SAWデバイスから漏れる圧電ポテンシャルは、その近傍に設置された試料に導入できることが確認された。グラフェン/SiO2/Si試料を用いて実験した結果、電界が単層グラフェン膜を透過することを判明した。SAWデバイス表面から放射電波の強度の温度依存性から、デバイス自身と試料の電波吸収について研究をおこなった。SAWデバイス自身では、温度の増加によって放射電波の強度が弱くなることは判った。その原因の一つとして、圧電結晶中原子の熱振動により、弾性表面波のエネルギーは逸散したと考えられる。また、Si結晶を用いた電波吸収測定では、140Kから250Kまでの広い温度範囲に強い吸収があり、150K以下の温度領域では、キャリア移動度の減少による吸収が大きいことは明らかとなった。更に、Si結晶表面にグラフェン膜を付ける実験では、グラフェン膜のキャリア濃度はそう大きくないが、移動度が大きいため、電波を遮蔽したことが観察されている。ただ1層のグラフェン膜でも温度の範囲にもよるが、SAWデバイス表面からの放射電波を遮蔽することが確認されている。弾性表面波の電気的成分と試料との相互作用(粘性)によって、弾性表面波の時間遅延に関する情報が得られている。表面波の時間遅延の温度依存性から、試料を設置しない場合、入力信号の強度と関係なく、温度の減少に従い表面波の伝搬は速くなることが判った。この伝搬速度は、圧電結晶自身の音波特性によって決まり、温度の低下に従い音速が増えたと考えられる。一方、SiO2/Si試料をSAWデバイス表面付近に設置した時の表面波遅延時間の温度依存性から、150K以下の低温領域では、表面波の時間遅延が認められ、SiO2/Si試料を設置しない時と比べると、最大32%の時間遅延が観測されている。以上のように、SAWデバイスと試料との間における電磁相互作用に関する情報が得られている。当初の計画として、本研究では弱磁場・低RF方式NMR用のRF発生・検出・試料台一体化のコア技術開発を目的とし、研究期間内には理論設計、性能評価及びNMR原理機の試作を行うとした。そのためRF発生検出用SAWデバイスの周波数帯域の拡張を重点に置き、各周波数帯域SAWデバイスの組み合わせ方式と広帯域・高調波方式を採用すると考えた。また、試料への効率的電波照射および試料からの放射電波の高精度検出を実現するためには、電波の空間的分布について実測した上、理論計算も行いシミュレーションと実測結果の両面から、電波放射用SAWデバイスの設計と作製を行うとしている。初年度の28年度では、SAWデバイス表面付近電波の空間的分布について理論計算を行った。計算は圧電方程式とマクスウェル方程式を用い、所定の境界条件の下で有限要素法で行った。デバイス表面付近では、局在性圧電ポテンシャルは主であり、磁界成分はその百万分の一程度であることが判明した。これでは、電波は表面付近に局在し遠くまで放射できないこととなる。勿論、核磁気共鳴用の電波として利用できない。
マイクロアレイを用いた食道癌におけるマイクロRNA研究

1.miRNAの発現プロファイルの作製当初の予定では、マイクロアレイを用いて、プロファイルの作製を行う予定であったが、マイクロアレイはやや高価であり、qualityも落ちると思われたことから、約40症例の食道癌臨床検体をTaqman RTPCRにて73種類のmiRNAの発現を定量した。miR-21、miR-25、miR-27b、miR-129、miR-130b、miR-139は、癌部で発現上昇の傾向がみられた。miR-34bは一部症例では、正常部に全く発現がみられず、癌部のみで発現がみられた。またmiR-23a、miR-26a、miR-27b、miR-96、miR-128b、miR-129は発現の高いものは予後不良であった。Has-miR-21のターゲット遺伝子としてPLAG1、p85α(PIK3R1)が候補として挙げられており、has-miR-34bのターゲットとして、DLL1が挙げられている。次にLightCyclerを用いて、臨床検体のmiRNAのターゲット遺伝子の遺伝子発現を定量し、臨床病理因子などとの関連性を検討した。その中でPIK3R1は腫瘍部高発現群にて予後不良であった。さらに、DLL1の発現も予後と関連がみられ、発現低下群で予後不良であった。2.miRNAの解析miR-21に関して、vectorを用いた発現解析実験とRNAi法を用いた発現抑制実験を食道癌細胞株を用いて行った。その結果、miR-21を発現させると腫瘍が増殖し、inhibitorを用いて発現抑制すると腫瘍の増殖抑制が起こった。このため、mir-21は治療のターゲットとして有用であると思われ、今後治療の応用を目指し、vivoでの実験を行い、さらに解析を進める予定である。さらに、miR-34b、miR-139、miR-129に関してもinhibitorを用いた実験を行ったが、現在までには有意な差は得られなかった。1.miRNAの発現プロファイルの作製当初の予定では、マイクロアレイを用いて、プロファイルの作製を行う予定であったが、マイクロアレイはやや高価であり、qualityも落ちると思われたことから、新たに臨床病理学的背景の異なる約40症例の食道癌臨床検体をmiRNA用にRNAを抽出し、miRNA用のRT反応をTaqman miRNA RT kitを用いて行い、Taqman PCRにて73種類のmiRNAの発現を定量した。その発現パターンに特徴のあるmiRNAとその標的遺伝子について解析を行う予定である。2.発現パターンに特徴のあるmiRNAの同定現在までに、癌部で発現の低いhsa-miR21、癌部にて発現が増加し、正常組織では発現のみられないhas-miR-34bを同定した。Has-miR-21のターゲット遺伝子としてPLAG1、P85α(PIK3R1)が候補として挙げられており、has-miR-34bのターゲットとして、DLL1が挙げられている。3.LightCyclerを用いたmiRNA標的遺伝子の解析第二段階の実験として、LightCyclerを用いて、臨床検体のmiRNAのターゲット遺伝子の遺伝子発現を定量し、臨床病理因子などとの関連性を検討した。まずPLAGの発現を定量したが、有意差のみられる結果は得られなかった。p85α(PIK3R1)は腫瘍部高発現群にて予後不良であった。(P-0.0070)

これは、miRNAの発現が低下したことにより、PIK3R1の発現が上昇し、それらが癌の悪性度を高めた可能性が示唆された。さらに、DLL1の発現も予後と関連がみられ、発現低下群で予後不良であった。今後は、これらが本当にターゲット遺伝子であるかどうか、ベクターを作製し、miRNAの機能解析を行っていく予定である。1.miRNAの発現プロファイルの作製約30例の食道癌検体についてTaqman PCRを用いて73種類のmiRNAの発現を定量した。miR-21、miR-25、miR-27b、miR-129、miR-130b、miR-139は、癌部で発現上昇の傾向がみられた。miR-34bは一部症例では、正常部に全く発現がみられず、癌部のみで発現がみられた。2.発現パターンに特徴のあるmiRNAの同定上記のうち、まずmiR-34b、miR-21に着目した。Has-miR-21のターゲット遺伝子としてPLAG1、p85α(PIK3R1)が候補として挙げられており、has-miR-34bのターゲットとして、DLL1が挙げられている。3.miRNAの解析miR-21に関して、vectorを用いた発現解析実験とRNAi法を用いた発現抑制実験を食道癌細胞株を用いて行った。その結果、miR-21を発現させると腫瘍が増殖し、inhibitorを用いて発現抑制すると腫瘍の増殖抑制が起こった。このため、mir-21は治療のターゲットとして有用であると思われ、今後治療の応用を目指し、vivoでの実験を行い、さらに解析を進める予定である。また論文投稿の準備を終了した。さらに、miR-34b、miR-139、miR-129に関してもinhibitorを用いた実験を行ったが、現在までには有意な差は得られなかった。
コモンズの概念を用いた持続可能な空間共同管理システムに関する研究

地域主権時代におけるローカル・ガバナンスの具現化と、地球規模でのサスティナビリティを保障する政策論として、地域の自然資源を共通社会資本と見なした管理制度(共有財化)に対する関心が高まっている。初年度は、その現象を整理するため、英国スコットランド及びイングランド、北米のいくつかの事例を検証した。その中でも、スコットランドの高地島嶼地域の取り組みが先進的であった。土地所有・利用に関して特有のシステムを有するこの地域では、不在地主が地域経済を無視した土地利用(外部労働者らによる林業等)や土地放棄による環境悪化を引き起こすなど、近隣コミュニティの社会経済活動を阻害してきたことが大きな問題であった。このような状況を打破する政策として、2003年には土地改革(スコットランド)法が設立された。この法律は、土地およびそれに付随する資産の所有権をコミュニティに移転することを推進するものである。具体的には土地所有者が土地売却を検討した際、その土地に関心のあるコミュニティ(法人登録が必要)からの事前登録があれば、市場での売買において土地取得の優先権が与えられるというものである。土地の取得は市場価格とされているが、スコットランド政府はコミュニティによる土地所有を推進するために、2億円の公的予算を準備した。実態としては、私有地を国が買い上げ、コミュニティに無償譲渡する仕組みである。このような土地改革を進める背景には、土地利用管理のサスティナビリティに関する意識の高まりがある。また、条件不利地域コミュニティの社会経済活動基盤として、共有の不動産があることの有利性、またその共同管理システムの構築プロセスにおけるソーシャルキャピタル増強が計画システムとして意図されている。
精子形成細胞アポトーシスを誘導させるエピジェネテックス因子の分子的解析

雄性生殖細胞を生み出す精子形成過程では、精子換算で約25-75%の生殖細胞が失われることに注目し、この自発的細胞死の誘導機構を解析した。特に本過程がDNAからなるクロマチンの規則的な凝集過程であり、その調節破綻が自殺死誘導の原因ではないかと考え、クロマチン凝集に深く関与するDNAのメチル化を独自に開発したHELMET法により解析し、死を誘導された細胞核では顕著にDNAの非メチル化が生じていることを初めて明らかにした。受精に伴う生命プログラムの初期化を理解する上で、生殖細胞特有の頻回なアポトーシスから免れる機構の解明は極めて重要である。特に精粗細胞及び精母細胞ではアポトーシス頻度は高く、その誘導にはミトコンドリア局在蛋白であるBaxやチトクロームCの細胞質内異常分布が関与することを明らかにしてきた。しかしこれまでミトコンドリアのアポトーシス誘導機構を作動させる引き金因子に関しては全く不明である。本研究では、精子形成過程は規則的なDNAのヘテロクロマチン化であると捉え、DNA局所のメチル化やヒストンタンパク質のリン酸化及び脱アセチル化等のエピジェネテックな調節機構の破綻が精子形成細胞アポトーシス誘導の細胞内因子となる可能性をin vivo及びin vitroで検討することを目的とした。まず、正常成熟雄マウス(ICR)並びにDESを皮下投与したマウスを作製し、それらの精巣をパラフィン試料及び電顕用試料として保存した。DNAのメチル化部位を細胞単位で同定するため、制限酵素Hap II及びHsp Iで消化し両者の切断部位をTdTにより分別できる実験条件を検討したところ、種々のオートクレーブやプロテアーゼの前処理は有害で、ddUTPによるブロックには10μMを要した。しかし、メチル化部位の同定法としては不完全で今後更に検討する。ヒストン蛋白の修飾については、特にヒストンH3に関して検討をすすめ、Lys^<18>のアセチル化とSer^<10>のリン酸化の減数分裂前期との密接な関係を見出した。今後これらの結果とアポトーシス細胞との関連を検討する。一方、多機能を維持したSertoli細胞培養株と分散精子形成細胞の共培養系を試み、その基本的条件検討を続けている。現在、Sertoli細胞培養株上での精粗細胞の数回の分裂を見出しており、in vivoでpEYFP-Mito遺伝子を取り込ませた精子形成細胞との共培養が可能となった。特に体細胞分裂を繰り返す精粗細胞及び減数分裂を行う精母細胞ではアポトーシス頻度は高く、その誘導にはミトコンドリア局在蛋白であるBaxやチトクロームCの細胞質内異常分布が関与することを明らかにしてきたが、これまでミトコンドリアのアポトーシス誘導機構を作動させる引き金因子に関しては全く不明である。本年度は、昨年度の検討結果を踏まえ、正常成熟雄マウス(ICR)精巣のパラフィン試料に於いて、DNAのメチル化部位検出条件を確立した。先ず、ddATPとddTTP存在下でTdTを作用させ3'-OH部位をブロックしておき、制限酵素Hap II消化後、Dig-11-dUTPをTdTで取り込ませた。Hap II処理スライドの一部は再度ddATPとddTTP存在下でのTdT反応によりブロックし、続いてMsp I処理した。切断部位はbiotin-16-dUTPでTdT反応により標識した。最終的にそれぞれローダミン-anti-Dig及びFITC-anti-biotinでシグナル検出を行った。その結果、TUNEL陽性細胞DNAは脱メチル化されていることが判明した。ヒストン蛋白の修飾については、特にヒストンH3に関して検討を続け、Ser^<10>のリン酸化が精祖細胞並びに精母細胞の分裂期に限局して起こることが判明したが、Lys^9、Lys^<18>、Lys^<23>のアセチル化共々、アポトーシスとの関係は明瞭でなかった。一方、多機能を維持したSertoli細胞培養株と分離精子形成細胞の共培養系の解析を進め、現在Sertoli細胞培養株上での精粗細胞の数回の分裂を再現性をもって見い出しており、in vitroでの最終分化段階の同定を試みている。本年度は、昨年度の検討結果を踏まえ、切片上でCCGG

配列のメチル化部位と非メチル化部位を視覚的に識別し定量できる方法論をHELMET法として公表(Histochem Cell Biol130:917-925(2008))すると共に特許申請した。また本法により正常成熟雄マウス(ICR)精巣のパラフィン試料を解析した結果、メチル化部位と非メチル化部位との染色比は生殖細胞の分化毅階によって顕著に変化することを見い出した。またTUNEL陽性細胞DNAは脱メチル化されていることも再確認した。一方、ヘテロクロマチン化に関与すると思われるArgonaute-2に関してマウス精巣切片にて解析を進めたが、mRNAの発現量が他組織と比較して有意に低く、生殖細胞分化段階との関連は不明であった。またヘテロクロマチン部位に局在が知られるheterockromatin protein 1α(HP1α)が、ヒストンH3のリン酸化Ser^<10>及びアセチル化Lys^9と精祖細胞並びに精母細胞の分裂期に共発現するが、アポトーシス細胞のマーカーとなるBax陽性細胞では陰性であった。一方、多機能を維持したSertoli細胞培養株と分離精子形成細胞の共培養系の解析を進め、in vivoでpEYFP-Mito遺伝子を導入した精祖細胞をSertoli細胞培養株上で培養することに成功し、アネキシンVとの共染色による生体観察によりアポトーシス誘導下での生殖細胞ミトコンドリアの挙動の検討が可能となった。
関節リウマチにおける3テスラ高解像度MRIによる手関節の骨・軟骨病変解析の研究

本研究の目的は関節リウマチ(RA)に特化した手関節の3テスラ高分解MRI画像の意義を明らかにすることである。高解像度MRIにおける骨びらんは、90%以上でCTと一致し、骨髄浮腫がある部位はない部位よりも有意に骨びらんに移行しやすいことが明らかになった。この結果は骨髄浮腫が骨破壊進行の予後因子であるという従来の報告と一致するものである。骨髄浮腫の部位が実際に骨びらんの進行部位と対応しているという報告はいままでになく、骨髄浮腫が骨びらんとその進行の前段階であることを裏付ける新たな知見である。本研究は手関節の3テスラ高解像度MRIを関節リウマチ(RA)症例に適用し,骨病変の評価における超音波検査,CTとの比較を行うこと,臨床症例について前向き研究を行い,骨病変と関節軟骨の変化との関連を解明することを目的としている。今年度は以下の事項について検討を行った。1)健常ボランティアにおける手関節の高解像度MR撮像を行い,撮像条件を決定した。MRIは現存の3TMR装置(シーメンス社製)を使用し,高解像度画像を得るための撮像コイルは本研究費で購入した手関節専用撮像コイルを使用した。撮像範囲は手根関節から近位指節間関節までをカバーできる範囲とした。DESS法により骨構造および関節軟骨の画像解析のための3Dデータを得た。滑膜炎の評価については造影MRIを行い,dynamic studyによる滑膜炎の活動性評価を行いこととした。2)臨床例については生物学的製剤導入予定で本研究参加の同意が得られたRA患者をエントリーし,MRIを行った1週間以内に手関節のX線撮影,CT,超音波検査を行った。現時点では6例の患者をエントリーしており,今後はさらに症例数を増やすとともに,6ヶ月毎にMRI,X線撮影,USによる経過観察を行う予定である。本研究は手関節の3テスラ高解像度MRIを関節リウマチ(RA)症例に適応し、超音波、CTとの比較を行うことで、骨病変と関節軟骨の変化との関連を解明することを目的とする前向き研究である。今年度は以下の項目について検討を行った。1)発症後12ヶ月以内のRA症例に対し、6ヶ月毎に3テスラMRIを用いた高解像度MRI、CT、超音波検査、単純X線撮影を行った。症例は12例,罹病期間5ヶ月、女性11例、年齢59歳,CRP0.1mg/dl ,MM-3 36.7ngml,圧痛関節数3.5/28,腫脹関節数3/28,DAS 28CRP 3.38,SDAI 15.4,HAQ 2点(いずれも中央値),抗CCP抗体陽性91.7%, RF陽性率91.7%であった。2)MRI画像についてはRAMRISに基づく滑膜炎・エロージョン・骨髄浮腫・関節裂隙狭小化スコア、超音波における滑膜炎・エロージョンのスコア、単純X線写真(Modified Sharp Genant socre)におけるエロージョン、関節裂隙狭小化のスコアを算定した。初診時のRAMRISは滑膜炎5,骨髄浮腫3.5,エロージョン3.5,関節裂隙狭小化13.5(いずれも中央値)であった。3)観察期間は3例のみが1年,9例が6ヶ月までである。T2Tに則り治療を行い,MTXによる治療を全例に行い,生物学的製剤導入を5名に行った。次年度はこれらの症例における6ヶ月毎に経過観察をさらに続け、これらのスコアを総合して研究成果をまとめる予定である。発症後1年以内の早期RAの症例の12例についてに対し、6ヶ月毎に3テスラMRIを用いた高解像度MRI、CT、超音波検査、単純X線撮影を行っている。登録症例数が当初の予測よりもやや少ないが,いずれもデータ解析のために十分な画像データが得られている。本研究の目的は手関節の3テスラ高解像度MRIを関節リウマチ(RA)症例に適用し、MRIで認められる骨変化(骨髄浮腫と骨びらん)と関節軟骨変化・CT所見との比較、骨軟骨破壊における予後との関連を明らかにすることである。昨年に引き続きRA18症例(平均年齢59歳、女性13例、エントリー時の罹病期間2480ヶ月)に対して6ヶ月毎のMRI・CT・単純X線撮影における前向き経過観察を行い、これらの画像間の比較検討を行い、以下の結果を得た。1)手関節を23部位に分け(計408部位)、MRIとCTとの比較を行った。MRIにおける骨びらんは124部位(31%)で、そのうちCTと一致したもの(最大径の差が2mm未満)は115部位(93%)であった。CTとの不一致の原因として、血管孔、骨びらんとの区別が難しい骨髄浮腫の存在が考えられた。MRIにおける骨髄浮腫は92部位(24%)に認められ、CTでは3部位に骨硬化像を認めた以外は異常を指摘できなかった。2)骨髄浮腫92部位のうち骨びらんの進行をきたしたものは18部位(19,6%)であった。これに対して骨髄浮腫の無い299部位のうち骨びらんの進行は7部位(2.3%)であり、両者に統計的有意差を認めた。3)上記MRI所見と関節軟骨変化との相関をみることが本研究の大きな目的であったが、経過観察期間において明らかな関節裂隙狭小化・軟骨菲薄化、をきたしたものは2関節のみであった。

このため、関節軟骨菲薄化に有意に相関する軟骨下骨のMRI所見を見いだすことはできなかった。CTにおける正確な骨梁解析にはさらに高解像度の画像とコンピュータを用いた2次元・3次元解析が求められる。我々は本研究の成果をもとに、四肢専用の高解像度CTによる骨梁解析とMRIとの比較についての研究を試みている。本研究の目的は関節リウマチ(RA)に特化した手関節の3テスラ高分解MRI画像の意義を明らかにすることである。高解像度MRIにおける骨びらんは、90%以上でCTと一致し、骨髄浮腫がある部位はない部位よりも有意に骨びらんに移行しやすいことが明らかになった。この結果は骨髄浮腫が骨破壊進行の予後因子であるという従来の報告と一致するものである。骨髄浮腫の部位が実際に骨びらんの進行部位と対応しているという報告はいままでになく、骨髄浮腫が骨びらんとその進行の前段階であることを裏付ける新たな知見である。撮像コイルの調達が遅れたこと,正常ボランティアにおける撮像条件の設定に手間取ったこと,倫理審査の通過が遅れたために臨床例数が予想より少なかったため。CT, MRI、US、単純X線撮影が行われている登録症例数が予測よりもやや少ないが、症例データは蓄積されつつある。また,関節の部位別(片手で22部位)に対して解析を行うことで、十分なデータを得ることが可能であり、これに基づく研究成果をまとめる予定にしている。放射線医学研究のスタートがやや遅れているが,MRI,CT,超音波検査の3つのセットを組み合わせて手関節の高解像度画像による骨軟骨評価を行う方法を確立することができたので,さらに症例を増やすとともに,6ヶ月毎の経過観察を行っていく予定である。症例の蓄積が十分でなく、画像保存のためのサーバ、画像解析ソフトウェアの新たな購入が必要でなかった。自身での学会発表がなく、旅費が発生しなかった。1)MRI撮像に使用するコイルが予定よりも安価であった。2)症例の蓄積がなく,画像保存のためのサーバ,画像解析ソフトが必要でなかった。3)自身での学会発表がなく,旅費が発生しなかった。下記の4項目について使用を計画している。1)画像解析および統計解析のための新たなソフトウェア購入、2)画像サーバ購入、国際学会出席と発表を行うための旅費、3)論文作成のための諸経費下記の4項目について使用する。1)画像解析および統計解析のための新たなソフトウェア購入,2)画像サーバ購入,3)国際学会への出席と発表を行うための旅費,4)論文作成のための諸経費
神経細胞とグリア細胞の三次元ディジタル形態学

研究の目的:哺乳類の中枢神経を構成する神経細胞及びグリア細胞は形態的にも機能的にも極めて多様であり、互いに相関しながら複雑な中枢神経機能を営んでいる。本研究では光学顕微鏡、電子顕微鏡、及び超高圧電子顕微鏡的な手法を用い、中枢神経系各部位における神経細胞の化学的特性、形態学的特性をデジタル画像化し、定量化することによって電気生理学的な特性との対応を定量的に解明することを目的として、日米両国のこの分野の専門的研究者が相互に訪問研究、インターネットによる情報交換を行い、三次元の構造機能関連の解明のための研究を飛躍的に進歩させようとするものである。研究成果:濱、有井、エリスマン,M.H.グループ:このグループでは生理学研究所に設置されている100万ボルト超高圧電顕を用い、神経組織微細構造のコンピュータートモグラフィ解析を行った。有井、濱は厚い試料の低倍トモグラフィー解析の精度を上げるため、前磁場の弱い対物レンズの開発など、-60度から+60度迄、0.2度の精度を保ち、傾斜中心の移動なしに行うことができる試料台の開発を行い超高圧電顕トモグラフィー解析のための技術開発を行った。この研究技術は村上、ウイルソン,C.J.及び小坂グループの超高圧電顕研究にも活用して成果を挙げた。エリスマン,M.H.のグループは厚い試料のトモグラフィー解析及びその連続積み上げのためのコンピューターソフトの開発及び同ソフトによる40万ボルト中高圧電顕による検討を行った。試料としては^<1)>ゴルヂ染色、エポキシレジン包埋試料から24μmの切片を作製し生理学研究所の超高圧電顕及び、サンディエゴの40万ボルト電顕により-60度から+60度に到る連続傾斜写真セットをつくり、エリスマングループが作製し、生理学研究所のコンピューターに転載されたトモグラフィーソフトにより、星状グリア細胞突起、及び神経細胞樹状突起の三次元定量解析、及び連続積み上げトモグラフィー解析を行った。^<2)>神経細胞突起内小胞体の免疫抗体染色を行った試料の超高圧及び中高圧電顕像を用いた連続積み上げトモグラフィー解析をエリスマングループが行った。これらのトモグラフィー解析の結果は、濱及びエリスマンがアメリカ顕微鏡学会1997年総会で発表予定である。このグループの研究協力者であるレブラム,V.及びゴンザレス,J.E.は新しい電位依存性色素を開発し生理的活動中のニューロンの機能形態解析を行う新しい方法の開発を行った。村上、ウイルソン,C.J.グループ:両者の相互訪問により、小脳核から赤核への入力形成過程の解析を行った。生理学的特性を調べ、マーカー注入を行った新生ネコ及び成熟ネコの赤核細胞について、樹状突起上のフィロポディア状構造とシナプスの分布との関係を、連続切片法及び超高圧電顕トモグラフィー解析法を用いて検討した。新生ネコニューロンの樹状突起上にはシナプス形成の時期に一致して多数のフィロポディア及びラメリポディアが見られ、軸索終末との接触によって変形し、その1部は樹状突起スパインになる過程を観察することができた。トモグラフィー解析によって突起の定量的な変化を確かめることができた。小坂、ウイルソン,C.J.グループ:海馬、嗅球を構成する多様なニューロン群について光学顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡、通常電子顕微鏡、及び超高圧電子顕微鏡を用いてその化学的性質及び三次元的な形態とニューロン相互間の関連の解析を行った。その結果、1)厚い免疫染色切片を使ったdisector解析法を確立し、海馬及び嗅球の脊腹方向でのGABA含有介在ニューロンの存在密度に明らかな差があることを見い出した。2)主ニューロンについてもカルシウム結合蛋白量、樹状突起スパイン数に脊腹方向に定量的な差があることを明らかにした。また細胞相互間結合様式にも脊腹の差があることが分かった。3)海馬、嗅球の介在ニューロンが免疫化学的に多くのグループに分かれることを三次元計量的に明らかにした。以上の結果から、従来一般に知られている嗅球回路モデルを大きく変更する必要があることを明らかにした。共同研究者の大塚及び葉原はそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡を用い、視色素の発生、外分泌時のカルシウム動態について新しい三次元定量的な結果を得た。結語:以上のように、この国際共同研究により、日米両国の共同研究者はそれぞれの特性をお互いに有効に利用しあって単独では実施不可能であった新たな研究を発展し、注目すべき成果を挙げることができた。特に超高圧電子顕微鏡による三次元トモグラフィー解析の分野ではハード面、及びコンピューター解析のソフト面での開発を進め、現在世界で最も信頼できる設備とすることができた。現在、生物専用の超高圧電顕で高い性能を発揮できるものは、岡崎の100万ボルト電顕が唯一であると言ってよいので、今後この設備を用いた国際共同研究が盛んに行われることが期待される。

研究成果:濱、有井、エリスマン,M.H.グループ:このグループでは生理学研究所に設置されている100万ボルト超高圧電顕を用い、神経組織微細構造のコンピュータートモグラフィ解析を行った。有井、濱は厚い試料の低倍トモグラフィー解析の精度を上げるため、前磁場の弱い対物レンズの開発など、-60度から+60度迄、0.2度の精度を保ち、傾斜中心の移動なしに行うことができる試料台の開発を行い超高圧電顕トモグラフィー解析のための技術開発を行った。この研究技術は村上、ウイルソン,C.J.及び小坂グループの超高圧電顕研究にも活用して成果を挙げた。エリスマン,M.H.のグループは厚い試料のトモグラフィー解析及びその連続積み上げのためのコンピューターソフトの開発及び同ソフトによる40万ボルト中高圧電顕による検討を行った。試料としては^<1)>ゴルヂ染色、エポキシレジン包埋試料から24μmの切片を作製し生理学研究所の超高圧電顕及び、サンディエゴの40万ボルト電顕により-60度から+60度に到る連続傾斜写真セットをつくり、エリスマングループが作製し、生理学研究所のコンピューターに転載されたトモグラフィーソフトにより、星状グリア細胞突起、及び神経細胞樹状突起の三次元定量解析、及び連続積み上げトモグラフィー解析を行った。^<2)>神経細胞突起内小胞体の免疫抗体染色を行った試料の超高圧及び中高圧電顕像を用いた連続積み上げトモグラフィー解析をエリスマングループが行った。これらのトモグラフィー解析の結果は、濱及びエリスマンがアメリカ顕微鏡学会1997年総会で発表予定である。このグループの研究協力者であるレブラム,V.及びゴンザレス,J.E.は新しい電位依存性色素を開発し生理的活動中のニューロンの機能形態解析を行う新しい方法の開発を行った。村上、ウイルソン,C.J.グループ:両者の相互訪問により、小脳核から赤核への入力形成過程の解析を行った。生理学的特性を調べ、マーカー注入を行った新生ネコ及び成熟ネコの赤核細胞について、樹状突起上のフィロポディア状構造とシナプスの分布との関係を、連続切片法及び超高圧電顕トモグラフィー解析法を用いて検討した。新生ネコニューロンの樹状突起上にはシナプス形成の時期に一致して多数のフィロポディア及びラメリポディアが見られ、軸索終末との接触によって変形し、その1部は樹状突起スパインになる過程を観察することができた。トモグラフィー解析によって突起の定量的な変化を確かめることができた。小坂、ウイルソン,C.J.グループ:海馬、嗅球を構成する多様なニューロン群について光学顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡、通常電子顕微鏡、及び超高圧電子顕微鏡を用いてその化学的性質及び三次元的な形態とニューロン相互間の関連の解析を行った。その結果、1)厚い免疫染色切片を使ったdisector解析法を確立し、海馬及び嗅球の脊腹方向でのGABA含有介在ニューロンの存在密度に明らかな差があることを見い出した。2)主ニューロンについてもカルシウム結合蛋白量、樹状突起スパイン数に脊腹方向に定量的な差があることを明らかにした。また細胞相互間結合様式にも脊腹の差があることが分かった。3)海馬、嗅球の介在ニューロンが免疫化学的に多くのグループに分かれることを三次元計量的に明らかにした。