hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
保健・医療・福祉に利用できる方言データベースとコミュニケーションマニュアルの開発

1医療現場での方言をめぐる問題に地域差がみられること各地でのアンケートや臨地調査によって、方言を巡る問題に地域差があることが明らかとなった。具体的には、富山の場合、県内のごく狭い範囲で、体調を表す重要な語について使用・不使用があったり、意味が異なる場合が存在することが分かった。一方、青森では多くの語が難解であり、医療場面で想定されるすべての語彙、表現の記述が必要となることが明らかとなった。2方言データベースの作成と公開青森、広島、富山、飛騨のデータを収録した方言データベースを作成、公開した。いわゆる聞き取りにくい方言について、検索する際に想定されるいくつかの入力パターンを調査し、いずれのパターンでも適切な候補を表示できるようなシステムを構築した。方言研究者であれば一定のルールの中で記述するが、医療関係者などの非方言研究者は、必ずしもそうではないことに配慮したためである。結果的に、使いやすい方言辞書を追求することとなった。また、現地で収録した音声を加工し、データベースの多くの語や一部の文例について、クリックすることで音声を聞くことができるようになった。揺れのある入カパターンから適切な候補を見つけ出すことのできる方言辞書やデータベースは、ほとんど前例がなく、ユニークな成果であると思われる。3コミュニケーションマニュアルの作成青森県津軽において、いくつかの定型的問診場面を取り上げ、方言による対話例を作成した。しかし、共通語の問診と異なり、いわゆる日常の挨拶や雑談をはさむことが「方言的」であったため、マニュアルにはなじまないと考えられ、今後も研究を重ねていく必要があると思われる。1医療、福祉関係の方言語彙調査従来からある広島方言辞典のうち、医療、看護、介護に関する語を抜き出し、それぞれに調査を実施した。実施結果をまとめ、コンピュータ上で検索できるデータとして整備を行った。その際、音声による読み上げデータも収録した。同じ項目について、青森県弘前市とその周辺部でも調査を実施、データを整理中である。今後は、全国規模での調査に向けて調査項目の精選を行う。2医療、福祉関係者への聞き取り医療、福祉関係者への聞き取り調査を広島、弘前で実施した。方言が患者との間のコミュニケーションでどれほど問題になるかということについて尋ねた。当初の予想どおり、広島よりも弘前のほうが問題となりやすいことがわかった。しかし、患者に対して行った聞き取り調査では、方言で話されなくても、理解してもらえればそれでよいという意識が高く、「患者の訴えを聞き、内容がわかる」ことをめざしたコミュニケーションマニュアルの開発が求められていることがわかった。3広島データを元にした方言データベースの試作広島データを元に、インターネット上で検索できるデータベースを試作、富山商船高専内に設置したサーバーで運用し、関係者に試験公開した。方言語形、意味、発音がデータベース化されている。現在、試作したデータベースを医師、看護師に試用してもらい、ユーザーインターフェイスおよび情報内容についての評価を行っている。データベースのプログラミング、設計については富山商船高専情報工学科の学生の卒業研究の一つとして、結果を谷島晴奈・岩城裕之・山口晃史「広島弁を用いた医学用語の検索システムの構築」(電気関係学会北陸支部学生会平成18年度北陸地区学生による研究発表会平成19年3月10日石川高専)で発表した。次年度には音声認識、ファジー入力対応などを課題とし、引き続き開発を行い、将来的には電子辞書の形態をめざす。今年度は、次の2点について研究を行った。(1)データベースの基礎部分を作成すること(2)コミュニケーションマニュアル開発のための保健・医療・介護現場での具体的なニーズ調査(1)データベースの基礎部分の作成データベースに収録する方言語彙の調査では、富山および飛騨での方言の調査を実施した。富山調査では、富山市と氷見市を中心に、データベースに必要な語彙の調査を実施した。「だやい」「てきない」などの体調を示す語については、富山県内で意味の地域差もみられることがわかり、重点的に調査をする必要があることが判明した。患者が訴えたい内容が、同じ語を使用していても地域によって違いがあることが、医療現場での混乱につながる可能性を発見した。飛騨調査は高山市で実施した。地域差も大きくなく、新たなデータとして追加できた。次に、昨年度実施の弘前方言のデータベースの試作とデータベース用音声収録を行った。データベースの試作と音声収録は順調に進んだが、ユーザーの入力パターンについてデータを取る必要があることが明らかとなった。津軽方言は発音に特徴があり、外来者で初めて聞く場合「どう書いて良いかわからない」語が多く、そのため、紙メディアの辞書では調べられないという問題が明らかとなった。そこで、サンプル音声を聞かせ、それをどう筆記するかというデータを取り、データベースに反映させる作業を開始した。今年度は20名程度のデータを収集した。(2)コミュニケーションマニュアル開発のための具体的なニーズ調査富山、弘前、大分での看護実習生に対するアンケート、および、弘前でのシンポジウム(意見交換会)を開催した。アンケートでは、地元出身者であっても老年層のことばがわかりにくい弘前、比較的理解する富山との違いが明らかとなった。また、外来者にとっては方言の理解が難しいことは、いずれの地点でも明らかとなった。また、富山においては、多くの実習生が方言で話すことは良いことであると考えており、方言データベースが必要とされている実態を明らかにした。3月に実施した弘前でのシンポジウムは、マスコミ各社の注目も集め、津軽地域の問題として、このような方言データベースのニーズが高いことがわかった。

特に、手帳サイズで、重要な語を一覧にしたものが「マニュアル」として望まれていること、実際に音声を聞くことができるようなデータベースの2つが望まれていることが明らかとなった。1医療現場での方言をめぐる問題に地域差がみられること各地でのアンケートや臨地調査によって、方言を巡る問題に地域差があることが明らかとなった。具体的には、富山の場合、県内のごく狭い範囲で、体調を表す重要な語について使用・不使用があったり、意味が異なる場合が存在することが分かった。一方、青森では多くの語が難解であり、医療場面で想定されるすべての語彙、表現の記述が必要となることが明らかとなった。2方言データベースの作成と公開青森、広島、富山、飛騨のデータを収録した方言データベースを作成、公開した。いわゆる聞き取りにくい方言について、検索する際に想定されるいくつかの入力パターンを調査し、いずれのパターンでも適切な候補を表示できるようなシステムを構築した。方言研究者であれば一定のルールの中で記述するが、医療関係者などの非方言研究者は、必ずしもそうではないことに配慮したためである。結果的に、使いやすい方言辞書を追求することとなった。また、現地で収録した音声を加工し、データベースの多くの語や一部の文例について、クリックすることで音声を聞くことができるようになった。揺れのある入カパターンから適切な候補を見つけ出すことのできる方言辞書やデータベースは、ほとんど前例がなく、ユニークな成果であると思われる。3コミュニケーションマニュアルの作成青森県津軽において、いくつかの定型的問診場面を取り上げ、方言による対話例を作成した。しかし、共通語の問診と異なり、いわゆる日常の挨拶や雑談をはさむことが「方言的」であったため、マニュアルにはなじまないと考えられ、今後も研究を重ねていく必要があると思われる。
並列ビジュアルプログラムのパターン指向構成法とその支援環境に関する研究

1.並列オブジェクト指向プログラミングを行う際に必要な抽出を表記するためのビジュアルな構文を提案した.レイアウトの自由度が大きなビジュアル言語方式を採用することにより,パターンやアーキテクチャのような概念を表現できるようになった.2.ビジュアルなパターンの概念とビジュアルなパターンに基づくソフトウェア構成法を提案した.また,ビジュアルなパターンの利用・再利用を支援するインタラクティブな方式を考案した.3.1,2の提案を実現するビジュアル言語環境KLIEGシステムの試作を行った.KLIEGシステムは以下のような特徴を有する.(1)設計,コーディング,デバック時の実行モニタリングの各過程で利用可能な単一の表記法を採用.(2)オブジェクトの組み合わせ方に関する情報をビジュアルなパターンとして定義・(再)利用するための簡便なインターフェースを提供.(3)ソフトウェアのアーキテクチャを階層的なパターンで表現し,階層の各レベルのパターンを容易に取り替え可能とするインタフェースを提供.(4)ソフトウェアに修正を加える時に,修正すべき箇所(置きかえるべきオブジェクト)を強調表示する機能.(5)パターンのホールに対し,複数の選択肢をあらかじめ埋め込み,のちほどソフトウェア設計者が置換する機能.(6)実行の自動化可視化に基づく挙動の理解支援機能を提供している.1.並列オブジェクト指向プログラミングを行う際に必要な抽出を表記するためのビジュアルな構文を提案した.レイアウトの自由度が大きなビジュアル言語方式を採用することにより,パターンやアーキテクチャのような概念を表現できるようになった.2.ビジュアルなパターンの概念とビジュアルなパターンに基づくソフトウェア構成法を提案した.また,ビジュアルなパターンの利用・再利用を支援するインタラクティブな方式を考案した.3.1,2の提案を実現するビジュアル言語環境KLIEGシステムの試作を行った.KLIEGシステムは以下のような特徴を有する.(1)設計,コーディング,デバック時の実行モニタリングの各過程で利用可能な単一の表記法を採用.(2)オブジェクトの組み合わせ方に関する情報をビジュアルなパターンとして定義・(再)利用するための簡便なインターフェースを提供.(3)ソフトウェアのアーキテクチャを階層的なパターンで表現し,階層の各レベルのパターンを容易に取り替え可能とするインタフェースを提供.(4)ソフトウェアに修正を加える時に,修正すべき箇所(置きかえるべきオブジェクト)を強調表示する機能.(5)パターンのホールに対し,複数の選択肢をあらかじめ埋め込み,のちほどソフトウェア設計者が置換する機能.(6)実行の自動化可視化に基づく挙動の理解支援機能を提供している.我々が現在開発中のデータフロー図式に基づく並列ビジュアルプログラミング言語KLIEGを対象に,ビジュアルプログラミング環境でデザインパターンを支援する方式について検討を行い,さらにこの方式の有効性を確認するためのプロトタイプシステムの試作を行った。その結果,デザインパターンが有する設計情報のうち,主として以下のような項目について,ビジュアルな支援が可能であることがほぼ明らかとなった。1.ソフトウェアの仕様変更に対して,どのオブジェクトを置換・修正すべきか?2.もし置換するなら,どのような選択肢が存在するか?3.各オブジェクトがパターン内でどのような役割を担っているか?KLIEG環境では,これらの情報を以下のような方式で提供することに成功した。1.一つのパターンに複数のアスペクトを持たせ,アスペクト毎に異なる強調レイアウト表示を支援する。パターンのどの挙動を変更すべきかを指定することにより,変更すべきオブジェクトが強調表示されたビジュアルプログラムのレイアウトイメージが自動的に得られる。2.パターンの各変更可能個所に,あらかじめ複数の実現との関連付けを与える機能を導入する。この機能により、複数のあらかじめ与えられた選択肢の中から,ユーザが適切なものを容易に選ぶことが可能となる。3.ビジュアルなトレーサを導入し,このトレーサを稼動させることにより,プログラムの実行過程を自動的にアニメーション表示する。この機能により,パターン内の各オブジェクトの役割を実行時のイメージに促した形で直感的に了解可能とすることができる。1.パターンに基づくプログラム実行の視覚化を行うビジュアルトレーサを設計し,一部実装した。このビジュアルトレーサでは、ビジュアルなパターンに視覚化のための意味情報を付け加え、この情報を利用して実行過程のアニメーション表示を行う。ビジュアルなパターンとしては、シーケンス、木構造、メッシュ、リングなどを用意することを考察し、一部実装した。特徴としては、設計者が与えた静的なレイアウト情報(ビジュアルパターン)とランタイムシステムが取得した動的な情報(実行時のトレース情報)を組み合わせて,レイアウト予測およびレイアウト候補の提示を行うという点である。2.汎用パターンライブラリの設計と作成を目指し、一部を試作した。具体的には、木構造探索のフレームワークを試作した。これは、終了判定、負荷分散、多重化、マスターワーカーなどの処理で利用することができる汎用的なものである。また、今後実際に並列および分散処理系で効率的に実行できるように実装する。3.複数焦点ズーミングインタフェース構築用ライブラリを開発し、試験的なアプリケーションを作成した。複数焦点ズーミングインタフェースとは、ある広い領域に多くの図や絵などが配置されている状態をある限られた大きさのウインドウ内に表示するために、いくつかの注目点(焦点)を拡大表示、他の部分を縮小表示することのできるインターフェースである。この方法で全体の図の配置というコンテキストを提示しつつ、注目したい部分を十分な大きさで表示することができる。今後このライブラリを用いてパターンの定義および利用のためのユーザインタフェースを作成し、大きなパターンの定義、多数のパターンの同時利用などに対応したい。今年度は主として以下の2点に関する研究を行った。1.ビジュアルプログラムおよびビジュアルプログラムの実行状態を表示するための可視化方式に関する研究を行った。この可視化方式は、非常に大きなグラフの効果的な表示を可能とするものであり、複数焦点ズーミング方式に基づいている。

従来の研究で提案されてきた複数焦点ズーミングの手法は、高い表現力を持つ一方で、対話的な操作が難しいという問題を有していた。本研究では、ユーザの操作履歴に基づく予測機構を導入することにより、この問題を解決している。この予測が80%程度の確率であたることを、ユーザテストにより検証した。また、予測アルゴリズムが、状態数3のオートマトンを用いて容易に表現できることも示した。2.並列ビジュアルプログラムのデバッグ支援方式に関する研究を行った。この方式は、プログラムの実行状態を表現するプロセスネットワークと実行履歴に関する情報を含むトレースを同時に表示するものである。通常のデバッグ方式と比べ、表示の対象となる情報が豊富であり、デバッグに必要なほとんどの情報がこの一つの表示に含まれている。ただし、表示画面の面積が限られている以上、これらの情報をすべて詳細に表示することはできない。そこで、複数焦点ズーミングの技法を用い、重要な箇所の拡大・強調表示とそれ以外の箇所の縮小・省略表示を行うことにより、この問題を解決している。インフォーマルなユーザテストの結果、通常のスナップショット表示に基づく可視化方式に比べ、より多くのバグを発見できることが確認された。
基礎資料に基づく南方熊楠思想の総合的研究

2006年に和歌山県田辺市に開館した南方熊楠顕彰館との連携に基づき、一次資料に基づく研究の確立をおこなった。2015年3月には『熊楠研究』9号(18号、19992006年の後継誌)、2016年に10号、2017年に11号を刊行した。2015年には南方熊楠研究会を発足し、会長・運営委員・編集委員を確定して、8月初旬の研究例会の成果を翌年3月の『熊楠研究』に発表する体制を確立した。これと並行して、松居は2016年12月に『南方熊楠複眼の学問構想』を刊行し、「ロンドン抜書」の目録や関連書籍における書き込みデータを公開するなど、熊楠の学問形成の過程について実証的に跡づけた。2014年8月6日・7日・8日に和歌山県田辺市の南方熊楠顕彰館において研究発表会をおこなった。この研究発表会では、奧山を中心として「南方熊楠と真言密教」をテーマとしたシンポジウムを開催し、この成果は2015年35月の顕彰館における同題の展観に活用されている。資料調査報告として「田辺抜書」「ロンドン抜書」「アメリカ時代のノート」に関する発表を、松居、千本、およびRA二名がおこなった。自由論題においては、発表者を一般公募し、畔上が司会に当たり、橋爪などが発表した。研究動向のセッションでは、松居が英語圏での関連研究状況を報告し、他に中国語圏・ドイツ語圏での状況に関しても報告がなされた。この研究発表会の成果に基づいて、2015年3月に『熊楠研究』第9号を刊行した。2014年12月には、飯倉照平監修、松居竜五他訳『南方熊楠英文論考〔ノーツアンドクエリーズ〕誌篇』(集英社)を刊行した。この著作においては、南方熊楠の300篇以上の英文論考の翻訳だけでなく、それらの論文が書かれた経緯や日本語著作との関連についての詳細な研究を付し、熊楠の活躍の舞台であったフォークロアに関する情報交換誌Notes and Queriesの英国内外における研究・文化史上の位置づけをおこなってもいる。これに関連して、『コトバ』2015年春号として特集「南方熊楠「知の巨人」の全貌」が刊行され、松居およびRA二名が寄稿した。また『鶴見和子の南方熊楠研究』(藤原書店)が、松居およびRA一名などによって編集され、2015年6月に刊行される予定である。2015年8月5日・6日・7日に南方熊楠研究会の例会を開催した。8月5日には資料検討会をおこない、橋爪が「サイエンティフィック・メモワール」、松居が「ロンドン抜書」、RAの田村義也が白井光太郎関連書簡に関する成果報告をおこなった。8月6日午後には畔上がコーディネーターとしてシンポジウム「神社合祀反対運動再考」を開催した。8月7日には『熊楠研究』第9号の合評会などをおこなった。また南方熊楠研究会総会をおこなって役員を選出し、会則を定めた。10月10日に京都大学において「ロンドン時代の南方熊楠」と題したシンポジウムをおこない、この中でRAの志村真幸が発表、松居がコメンテーターとして発言した。2016年3月19日より5月5日までの予定で南方熊楠顕彰館において展観「ロンドン時代の南方熊楠」をおこない、松居、志村などが構成を担当した。年度中の毎月(8月を除く)、東京翻字の会と熊楠関西の二つの研究会をおこない、主に南方熊楠の日記についての読解を進めた。また「田辺抜書」や関連の書簡に関する研究会も並行しておこなっている。2015年6月には松居編の『南方熊楠の謎』を刊行し、この中で松居が第I部「鶴見和子とその南方熊楠研究」を執筆してこれまでの研究史についてまとめた。また第II部では、松居、田村などを中心として2004年におこなった鶴見和子を囲む座談会を収録している。これに関連して、7月30日の藤原書店主催の山百合忌において、松居が講演をおこなった。2016年4月には志村編の『異端者たちのイギリス』が刊行され、橋爪、松居、安田、志村が寄稿している。今年度の研究の集大成として、2016年3月31日に南方熊楠研究会編の『熊楠研究』第10号を刊行した。前記の例会における発表を中心として編集したものであり、畔上、田村、志村、松居が寄稿している。8月6日に南方熊楠研究会の総会をおこない、正式に発足した。会長1名、運営委員5名、会誌編集委員5名を選出し、また会則について定め、今後の安定的な運営の基盤を形成することができたと考えている。これに基づいて、8月の例会における口頭発表を翌年3月の『熊楠研究』において刊行するという研究の流れを確立した。こうした研究会と研究誌の連動によって、資料面でも翻刻と刊行を継続するための流れが確立された。特に関連の書簡については、南方熊楠・岡茂雄往復書簡を『熊楠研究』第9号・10号に連載したが、今後も雑賀貞次郎、中村古峡宛書簡などを刊行するための基盤を形成しつつある。その一方で、南方熊楠の日記に関しては東京翻字の会と熊楠関西で読解を続けているが、刊行のための準備については遅れが生じていることは事実である。

8月8日10日に和歌山県田辺市において南方熊楠研究会を開催した。一日目の「研究動向」では松居が主著「十二支考」の成立について発表を行うなどし、「合評会」では『熊楠研究』10号に関する講評を評者が行った。二日目の「公開シンポジウム」は「ロンドンの近代科学と南方熊楠」をテーマとして行われ、「自由論題」では公募の結果、選ばれた発表が行われた。三日目の「資料検討」では「田辺抜書」および私信類に関する発表が行われた。この研究会における成果については、9月より編集委員会の管轄の下に査読、編集し、2017年3月刊行の『熊楠研究』11号に収録した。南方熊楠顕彰館において、3月19日5月5日に「ロンドン時代の南方熊楠」展、6月3日7月4日に「チャールズ・リード」展、7月16日9月11日に「熊楠と熊野の妖怪」、10月1日11月6日に「熊楠とゆかりの人々孫文」、12月3日1月8日に「新春吉例「十二支考」輪読-鶏に関する民俗と伝説-」、2月4日3月12日に「熊楠とゆかりの人びと中山太郎」を行った。いずれも企画、パネル執筆、講演会などの一部に、本科研の分担者、連携研究者、RA、出張者などが関わっている。12月に松居が『南方熊楠複眼の学問構想』(慶應義塾大学出版会、計618頁)を出版した。全十章の長文の論考および、「ロンドン抜書目録」「ハーバート・スペンサー書籍への書き込み」からなるもので、日本語およびアルファベットによる詳細な索引を付している。特に「動物学」、「課余随筆」、「ロンドン抜書」、「腹稿」などの草稿類や、蔵書への書き込みといった一次資料の調査を通じて、熊楠の学問形成の過程を分析した点に特徴があると考えている。2006年に和歌山県田辺市に開館した南方熊楠顕彰館との連携に基づき、一次資料に基づく研究の確立をおこなった。2015年3月には『熊楠研究』9号(18号、19992006年の後継誌)、2016年に10号、2017年に11号を刊行した。2015年には南方熊楠研究会を発足し、会長・運営委員・編集委員を確定して、8月初旬の研究例会の成果を翌年3月の『熊楠研究』に発表する体制を確立した。これと並行して、松居は2016年12月に『南方熊楠複眼の学問構想』を刊行し、「ロンドン抜書」の目録や関連書籍における書き込みデータを公開するなど、熊楠の学問形成の過程について実証的に跡づけた。南方熊楠関係の研究会を組織し、50名程度の関連研究者の参加を得ることができた。また、この研究会の成果に基づいて学術誌『熊楠研究』を復刊した。今後、毎年こうした研究会の開催と学術誌の刊行をおこない、南方熊楠顕彰館における展観やシンポジウムとも連動しながら研究を進めていく体制を整えることに成功した。また、長年の懸案であった南方熊楠の英文論考の全訳を成し遂げることができた。これは今後の研究における基礎資料となるものであると考えられる。「アメリカ時代のノート」「ロンドン抜書」『田辺抜書」などの重要な一次資料に関しても、調査・研究を一段階進めることができた。『コトバ』の特集号などにより、研究内容の一般読者への還元もある程度おこなうことができた。南方熊楠研究会の活動のさらなる展開を図る。2016年8月8日・9日・10日に予定されている研究例会において、「南方熊楠のロンドン時代」と題するシンポジウムを中心として、資料検討会、公募発表会、『熊楠研究』第10号合評会などをおこなう。この成果に基づいて、2017年3月に『熊楠研究』第11号を刊行する。資料翻刻に関しては、従来進めてきた小畔四郎宛、白井光太郎宛書簡に加えて、雑賀貞次郎宛、中村古峡宛などの関連書簡の読解を進め、『熊楠研究』などにおいて順次刊行していくこととする。
神経障害性疼痛における脊髄・脳連関の生理学的解析およびグリア細胞活性化機構の解明

2018年度はフラビンタンパク蛍光イメージング法を用いて、足底刺激に対する神経障害性モデルマウスの脊髄及び大脳皮質での興奮性の経時的変化を検討した。マウスは生後68週の雄性C57BL/6Nを用い、坐骨神経の分枝のうち腓腹神経以外を結紮するspared nerve injury (SNI)モデルを作成し、von Frey hairによる逃避閾値測定、障害側足底への触刺激に対する脊髄後角及び大脳一次知覚野でのフラビンタンパク蛍光反応の測定は術後4、7、14、21日後に行った。測定刺激に対する逃避閾値の低下は神経障害4日後から認められるが、障害側の足底への触刺激に対する同側の脊髄後角でのフラビンタンパク蛍光反応は徐々に減少するのに対し、反対側の大脳一次知覚野での応答は神経障害後4日目から徐々に増強し、障害14日目にはシャムマウスと比較して有意に増強した。一方、ラットの坐骨神経絞扼(CCI)モデルを用いた脊髄後角での細胞外記録を行った実験では、神経障害10日目以降では障害同側の脊髄後角における自発性神経活動は減少するものの、足底刺激に対する神経活動応答は増強し、自発性神経活動の減弱と痛み刺激に対する神経活動応答の増強は神経障害28日後まで経時的に大きくなる傾向が認められた。脊髄後角及び大脳一次知覚野におけるインビボカルシウムイメージングを行う目的で、アデノ随伴ベクターにカルシウム感受性タンパクを搭載したウイルスベクター(pAAV-GCaMP6s)を脊髄に注入する予備実験を行った。九州大学の津田らの報告を参考とし、ケタミンによる全身麻酔下に生後68週のC57BL/6Nの下位胸椎(T11/12)の椎間からエバンスブルーにより着色したPBSを500μL注入し、腰膨大部に薬液が注入できることを確認し、技術的に脊髄に対してカルシウム感受性タンパク質を遺伝子導入できる目処が立った。神経障害性疼痛モデルマウスを用いた脊髄及び大脳一次知覚野におけるフラビンタンパク蛍光イメージングについては予定通り進捗したが、脊髄及び大脳一次知覚野へのカルシウム感受性タンパク質の導入及び痛み刺激に対するインビボカルシウムイメージングについては、ウイルスベクター購入の手続きに時間がかかったことで研究開始までの時間が予想以上に長くなったことに加え、実験を担当する大西が他の研究の追加実験を要求され、そちらに時間が取られたことで3ヶ月程度研究が停滞した。また、免疫組織学実験及び生化学実験(PCRを含む)を担当する佐々木が平成30年8月から平成31年3月まで産休・育休を取ったため、その分研究が停滞した。しかし、佐々木は産休に入るまでの間にアストログリア活性化の指標の一つと考えられているSTAT3の脊髄における免疫染色の条件検討をほぼ終了させ、今後はモデルを用いた免疫染色を再開させる予定である。神経障害性疼痛モデルの脊髄において、触刺激に対するフラビンタンパク蛍光応答や自発的神経発火の頻度が低下するにもかかわらず、痛み刺激に対する神経応答が増強するメカニズムを検討する目的で、神経障害モデル動物の脊髄における神経細胞、特に抑制性介在ニューロンが減少しているのではないかとの仮説を立て、抑制性介在ニューロンのマーカーとしてPax2、すべての神経細胞のメーカーとしてNeuNに対して免疫染色を行ったところ、SNIモデルマウスとCCIモデルラットで障害側脊髄後角におけるPax2陽性抑制性介在ニューロンばかりでなく、NeuN陽性神経細胞自体も有意に減少していることを見出した。今後は末梢神経障害によってなぜ脊髄後角で神経細胞が脱落するのか、それにグリア細胞(ミクログリア、アストログリア)の活性化が関与しているのかなどを生理学的実験(フラビンタンパク蛍光イメージング、インビボカルシウムイメージング、インビボ細胞外記録法)と同時に免疫組織学的手法を用いて明らかにしていく予定である。一次知覚神経の障害により何故脊髄後角の二次ニューロンが脱落するのかを、脊髄後角におけるグリア細胞の活性化の観点から検討していく。また、神経障害性疼痛モデルならびに炎症性疼痛モデルにおける脊髄後角および大脳一次知覚野のグリア細胞のグルタミン酸トランスポーター活性についても組織学的ならびに生化学的な検討に着手する予定である。

一方、ラットの坐骨神経絞扼(CCI)モデルを用いた脊髄後角での細胞外記録を行った実験では、神経障害10日目以降では障害同側の脊髄後角における自発性神経活動は減少するものの、足底刺激に対する神経活動応答は増強し、自発性神経活動の減弱と痛み刺激に対する神経活動応答の増強は神経障害28日後まで経時的に大きくなる傾向が認められた。脊髄後角及び大脳一次知覚野におけるインビボカルシウムイメージングを行う目的で、アデノ随伴ベクターにカルシウム感受性タンパクを搭載したウイルスベクター(pAAV-GCaMP6s)を脊髄に注入する予備実験を行った。九州大学の津田らの報告を参考とし、ケタミンによる全身麻酔下に生後68週のC57BL/6Nの下位胸椎(T11/12)の椎間からエバンスブルーにより着色したPBSを500μL注入し、腰膨大部に薬液が注入できることを確認し、技術的に脊髄に対してカルシウム感受性タンパク質を遺伝子導入できる目処が立った。神経障害性疼痛モデルマウスを用いた脊髄及び大脳一次知覚野におけるフラビンタンパク蛍光イメージングについては予定通り進捗したが、脊髄及び大脳一次知覚野へのカルシウム感受性タンパク質の導入及び痛み刺激に対するインビボカルシウムイメージングについては、ウイルスベクター購入の手続きに時間がかかったことで研究開始までの時間が予想以上に長くなったことに加え、実験を担当する大西が他の研究の追加実験を要求され、そちらに時間が取られたことで3ヶ月程度研究が停滞した。また、免疫組織学実験及び生化学実験(PCRを含む)を担当する佐々木が平成30年8月から平成31年3月まで産休・育休を取ったため、その分研究が停滞した。しかし、佐々木は産休に入るまでの間にアストログリア活性化の指標の一つと考えられているSTAT3の脊髄における免疫染色の条件検討をほぼ終了させ、今後はモデルを用いた免疫染色を再開させる予定である。神経障害性疼痛モデルの脊髄において、触刺激に対するフラビンタンパク蛍光応答や自発的神経発火の頻度が低下するにもかかわらず、痛み刺激に対する神経応答が増強するメカニズムを検討する目的で、神経障害モデル動物の脊髄における神経細胞、特に抑制性介在ニューロンが減少しているのではないかとの仮説を立て、抑制性介在ニューロンのマーカーとしてPax2、すべての神経細胞のメーカーとしてNeuNに対して免疫染色を行ったところ、SNIモデルマウスとCCIモデルラットで障害側脊髄後角におけるPax2陽性抑制性介在ニューロンばかりでなく、NeuN陽性神経細胞自体も有意に減少していることを見出した。今後は末梢神経障害によってなぜ脊髄後角で神経細胞が脱落するのか、それにグリア細胞(ミクログリア、アストログリア)の活性化が関与しているのかなどを生理学的実験(フラビンタンパク蛍光イメージング、インビボカルシウムイメージング、インビボ細胞外記録法)と同時に免疫組織学的手法を用いて明らかにしていく予定である。一次知覚神経の障害により何故脊髄後角の二次ニューロンが脱落するのかを、脊髄後角におけるグリア細胞の活性化の観点から検討していく。また、神経障害性疼痛モデルならびに炎症性疼痛モデルにおける脊髄後角および大脳一次知覚野のグリア細胞のグルタミン酸トランスポーター活性についても組織学的ならびに生化学的な検討に着手する予定である。
免疫グロブリンμ鎖mRNAの分化段階特異的なプロセシング調節機構

免疫グロブリンμ鎖の発現は、Bリンパ細胞の分化段階に応じて膜結合型から分泌型へと切り替わる。この調節は、前駆体μ鎖RNAの3'末端付近のプロセシング様式の変化によることが知られている。本研究では、このようなμ鎖遺伝子のディファレンシャルRNAプロセシングに関与する塩基配列の同定を試みた。この目的のために、μ鎖遺伝子に様々な欠失あるいは置換変異を導入し、成熟B細胞とプラズマ細胞における発現様式の変化を調べた。また、ヒトβグロビン遺伝子を基盤として、μ鎖遺伝子と類似の遺伝子構成を持ち膜結合型と分泌型に対応する二種類のmRNAを産生するモデル遺伝子を構築し、これにμ鎖遺伝子の種々の断片を導入したハイブリド遺伝子を作成してその発現様式を解析した。現在までに得られた結果は以下のようなものである。(1)μ鎖遺伝子上の複数個の領域が、B細胞の分化段階に応じたディファレンシャルRNAプロセシングの調節機構に関与している。(2)M1およびM2エキソンを含む領域が、調節機構において最も重要な役割を果たしているらしい。(3)C4ーM1イントロンのスプライシングが効率よく起こるためには、その下流のM1ーM2イントロンのスプライシングがおきている必要がある。これらの結果から、M1ーM2イントロンのスプライシング効率がB細胞の分化段階に応じて調節され、その結果膜結合型μ鎖RNAの産生に必要なC4ーM1イントロンのスプライシングが間接的に調節されるという仮説を考えることができる。この点も含め、今後M1ーM2領域のさらに詳細な解析を行っていく予定である。
光で誘起される電子的および磁気的秩序に関する理論的研究

物質(固体)に光を照射することで現れる新しい秩序状態の生成機構に関する理論研究を行う。対象とする秩序状態には、いくつかの種類を考える。まず電子的なものとして、励起子絶縁体を取り上げる。また、磁気的秩序としては、トポロジカルなスピン構造として知られるスキルミオンや、強磁性的なスピン偏極を考える。各々の課題に対し、その現象を記述する単純なモデルを提案し、そのモデルに基づき、光誘起ダイナミクスを記述する時間依存シュレディンガー方程式などの非平衡系理論を用いた解析を行う。その結果から、光誘起秩序の物理的要因を解明するとともに、それらの現象の観測可能性など実験との対応を明らかにする。
シャジクモ藻類のゲノムから探る植物多細胞体制の起源と進化過程

本研究では植物多細胞体制の起源と進化過程を解明するために、陸上植物とシャジクモ藻類が持つ1倍体多細胞体制と2倍体多細胞体制を遺伝子情報から比較した。その結果、シャジクモ藻類と陸上植物の共通祖先の段階で共有していたと考えられる遺伝子を推定した。また、植物特異的だと考えられていた多くの発生遺伝子のホモログをシャジクモ藻類から見いだした。いくつかの遺伝子について、シャジクモにおける発現様式を解析し、発生段階や器官/細胞毎に特異的に発現する遺伝子を特定し、遺伝子の構造や機能、およびシャジクモ藻類と陸上植物が持つ多細胞体制の進化過程を考察した。本研究では植物多細胞体制の起源と進化過程を解明するために、陸上植物とシャジクモ藻類が持つ1倍体多細胞体制と2倍体多細胞体制を遺伝子情報から比較する。シャジクモ藻類において申請者らが確立した培養系と遺伝子情報を基礎とし、さらに形態的に異なる1倍体体制を持つシャジクモ藻類を研究対象に加え、ゲノム解読により発生に関わる遺伝子を網羅的に収集する。どの遺伝子が陸上植物と各シャジクモ藻類との共通祖先に存在するか、存在する場合にどのような役割を果たしているかを解明し、多細胞体制獲得前後での遺伝子進化を特定する。平成25年度は、シャジクモについては、ゲノム配列のシーケンシングとアセンブリーを進め、発生に関わる遺伝子の配列情報を網羅的に収集した。また、トランスクリプトームデータをゲノムデータにマッピングし、遺伝子構造を推定するとともにカバー率を評価した。情報が不十分な遺伝子については、cDNAから遺伝子全長配列を決定し配列情報を補完した。いくつかの遺伝子についてはシャジクモにおける発現様式をRT-PCRによって解析した。さらに、ゲノム配列情報に基づき、生活環を通して高い発現を示すと考えられるアクチン遺伝子のプロモーターが含まれるゲノム領域を用い、外来遺伝子を発現させるコンストラクトを作製し、遺伝子導入の条件検討を進めた。コレオケーテについては、既報の培養方法では増殖速度が遅いため、培地および培養条件の検討を行い、ゲノム抽出用のサンプル調製を進めた。平成24年度は、生体材料として、シャジクモ藻類のモデル種として認められている、シャジクモ(Chara braunii CH-90株:申請者が独自に単離した株)、コレオケーテ(Coleochaete oribicularis UTEX LB 2651株)、クレブソルミディウム(Klebsormidium flaccidum UTEX 321株)、クロロキブス(Chlorokybus atmophyticus UTEX LB 2591株)を用いた。シャジクモについては、高分子のゲノムDNA抽出方法を検討し、核酸サンプルを調整し、共同研究によりゲノム配列決定を進めた。また、いくつかの陸上植物の発生に重要な遺伝子の相同遺伝子についてシャジクモにおける発現様式をRT-PCRおよびin situハイブリダイゼーション法によって解析した。コレオケーテについては、分譲により入手した標準株が無菌培養として維持されていなかったため、遊走子からの再単離を行った。また、既報の培養方法ではコレオケーテの増殖速度が遅いため、培地および培養条件の検討を行った。クレブソルミディウムについては、本研究開始後に、他のグループによりゲノム解読が進められていることが判明したため、必要に応じて本研究で配列情報を補足することとし、より多くの系統群を網羅した解析を実施するためクレブソルミディウムよりもさらに系統的に基部に位置するクロロキブスの培養株を分譲により入手し、再単離と無菌培養株の確立を進めた。シャジクモについて、共同研究により明らかにした概要ゲノムをもとに、シャジクモの発生段階をほぼ網羅するRNA-seqデータ、および陸上植物のタンパク質のアミノ酸配列を用い遺伝子モデル構築を行い、35,883遺伝子、36,887転写産物を予測した。シャジクモに加え、コレオケーテ、クレブソルミディウム等のゲノム・トランスクリプトームデータを含め、発生に関わる遺伝子の配列情報を網羅的に収集し、植物特異的だと考えられていた多くの遺伝子のホモログをシャジクモ藻類から見いだした。いくつかの遺伝子について、シャジクモにおける発現様式をRT-PCRによって解析し、器官/細胞毎に特異的に発現する遺伝子を特定した。

また、シャジクモの遺伝子をシロイヌナズナに導入し機能解析を行い、遺伝子の構造や機能、およびシャジクモ藻類と陸上植物が持つ多細胞体制の進化過程を考察した。さらに、シャジクモのゲノム配列情報に基づき、生活環を通して高い発現を示すと考えられる遺伝子のプロモーターが含まれるゲノム領域を用い、外来遺伝子を発現させるコンストラクトを作製し、遺伝子導入の条件検討を進めた。植物系統分類学当初の計画と比べ、分譲により入手したコレオケーテの培養株の再単離と増殖に予想外の時間を要し、配列決定が遅れている。シャジクモに関しては、おおむね順調に進められた。当初の計画では、本年度中に全ての株について核酸抽出を行い、配列決定を行う予定であったが、分譲により入手した培養株のうちコレオケーテとクロロキブスに関してバクテリア等の混入がみられたため、再単離と無菌化を行う必要性があり、配列決定を次年度に実施することとした。シャジクモに関しては、本年度と次年度以降の計画で予定していた核酸調整、配列決定、遺伝子の発現解析を進められた。平成26年度は当初の計画に従い、シャジクモの遺伝子の発現解析、外来遺伝子を発現させた機能解析系の確立を進める。コレオケーテについては、無菌状態で大量培養し、高分子のゲノムDNAを調整し、配列決定を進める。平成25年度は、コレオケーテ、クロロキブス、クレブソルミディウムを無菌状態で大量培養し、高分子のゲノムDNAを調整し、配列決定を進める。また、シャジクモについては、当初の計画に従い、遺伝子の発現解析、恒常的な外来遺伝子導入法の確立を進める。コレオケーテの培養株の再単離と増殖に予想外の時間を要し、配列決定が遅れているため。消耗品費(培養試薬、ガラス器具、核酸抽出試薬、cDNA合成試薬、PCR試薬、塩基配列決定試薬、チップ・チューブ類、情報解析用消耗品)、旅費等(国内旅費、英文校閲料)を計上する。消耗品費(培養試薬20千円、ガラス器具30千円、核酸抽出試薬100千円、cDNA合成試薬150千円、PCR試薬250千円、塩基配列決定試薬950千円、チップ・チューブ類50千円、情報解析用消耗品200千円、旅費等(国内旅費100千円、英文校閲料50千円)を計上する。
マイノリティ細胞の動態理解に向けた組織細胞分散分離手法の開発

これまでの研究から、培養細胞およびコラーゲンゲルを用いた強酸性下における細胞分散能を評価する実験系は、ある程度確立できたと考えられる。固定組織の細胞分散に関しては、期待した遺伝子導入マウスの確立が首尾よく進まなかったが、細胞分散後の細胞分離は、細胞が分散され且つ保存されてさえいれば、個々の実験系において解法を見つけることが可能であると考えられるため、本研究では細胞分離後の解析は目標とせず、細胞分散のみを目標に置いた。そのうえで本年度は、その分散能を有する酵素をスクリーニングすることを主眼においた。ただし、諸事情によりウェットな実験系を用いた研究の手は休め、インターネット上で利用可能な文献およびデータベース上での検索を進め、強い酸性条件下に生息する生物がもつプロテアーゼ(putative含む)に関する情報を蓄積させることに専念した。その結果、まだ活性の知られていない酸性プロテアーゼで、ペプシンとは異なる特性が期待できそうないくつかの酵素について、大腸菌でのタンパク質発現系を利用して生産するための設計に移行できる段階に至った。生成した酵素を用いて、酸固定した培養細胞および組織の細胞を酸性条件下で分散させられるかどうかについては、今後の検討が待たれる。なお、研究途上のため、論文の発表などには至らなかった。本務校を異動したが、講義準備や学生指導など異動先の本務に予想以上に時間を割いたため、結果的には、当初計画していたとおりには研究に十分な時間を割くことが叶わなかった。さらに、組換えDNA実験を行うスペースの確保など追加での設備の整備も必要であったことから、残念ながら研究の遅れは否めない。実際、本年度は研究費の使用実績がないことが示す通り、結果的にウェットな研究が休止してしまった。これに伴い、このたび1年間の研究期間の延長を申請し認めていただいた。今後は、まず組換えDNA実験を行う研究環境の整備を進めた上で、組換えDNA実験の学内申請を経て、いくつかの酸性プロテアーゼを大腸菌に発現させる。コラーゲンゲルを用いて酵素活性の有無を指標とした一次スクリーニングを行い、活性の高い株から酵素を抽出して、酸固定した培養細胞およびマウス組織片に添加し、細胞を分散させる能力、および細胞を溶解させる能力(が無いこと)、を評価する予定である。そのうえで、確立された新しい細胞分散手技を、学会での発表および論文などでの公表を通して広めることとしたい。組織に埋没しがちな特定の細胞種をトランスクリプトーム解析に資する状態で分取するための細胞分散法の技術開発が本研究の主な目標である。これには、差し当たって(1)細胞のRNAが分解しない細胞分散のため条件の最適化、(2)その条件で作用する最適なプロテアーゼの選定、(3)同条件でも細胞を選別できる分子マーカーの選定、(4)同分子マーカーを発現する組織の作成、(5)実際の組織からの特定細胞の分取、(6)同細胞のRNA解析による特定細胞の性質の評価の6つのステップに分けて、段階的に研究を進めることとした。このうち初年度は、主に(1)と(2)の作業に取り組む予定であったが、結果として、(1)および(3)の段階を進めることとなった。RNAの分解は細胞内のRNase活性に依存すると考えられるが、酵素ポリペプチド中の酸性アミノ酸側鎖カルボキシル基のpKa以下の酸性条件では、RNase活性が減弱することが、実験的にも確かめられた。しかし、同様の理由により、標識用タグとして期待していた蛍光タンパク質も酸性条件下では蛍光を著しく減弱させてしまうことも、実験的に確かめられた。この二律背反を乗り越える必要があったが、蛍光活性に重要な領域に酸性アミノ酸をもたないGFP変異体である蛍光タンパク質Siriusが、解決の糸口を与えてくれた。実用性の検証にはもう少し時間が必要だが、RNaseを抑えつつ蛍光検出するという技術的な問題はクリアしたと考えられる。今後は、効率よく細胞を分散させる酵素および反応条件の選定に注力することとなる。なお、情報収集も兼ねて国際動物学会議に参加し、一部成果の発表を行った。初年度目標の第1段階、(1)内在性RNA分解酵素が作用しない条件域を見出す作業は概ね達成した。酵素処理を想定した条件下に乳腺培養細胞を置き、RNAの保存状態を調べた。その結果、pHの低下に従いRNAの分解が抑制され、pH2.5以下の条件では実用に耐える程度にまでRNA分解が抑えられることが示された。つぎに、第2段階である(2)酸性条件で細胞分散に作用する最適なプロテアーゼの選定過程は、予想された通り難航している。酸性条件下では負電荷を失ったタンパク質の凝集が起こり、ブタペプシンでは、実用に足る効率の良い細胞分散条件が見つけられなかった。現在、より酵素広い基質特異性をもつカビ由来の酸性プロテアーゼの適用が可能か、検討している。また、とくに間質の細胞外基質の主成分となるコラーゲンを分解する活性をもつ酵素のスクリーニングに向けて、ポリアクリルアミドゲル内コラゲナーゼアッセイ法の改良による新しい手法の開発に取り組んでいる。一方、(3)強い酸性条件でも利用できる細胞選別用分子マーカーの選定作業は、次年度の計画を前倒しして進展し、成果が得られた。検出のためのマーカーとして計画当初に考えていたオワンクラゲ由来の緑色蛍光色素タンパク質(GFP)は、RNA分解の起きにくい強い酸性条件下では蛍光を失い、同条件下で細胞分別を行うことが困難であることが判明した。

そこで、酸性条件下でも蛍光活性を失わないGFP変異体であるSiriusの実用性を検討した。その結果、酸性条件下でも蛍光の減弱が限定的であり、pH2.5程度においても、発現量次第ではあるが細胞の分取に実用可能な蛍光強度が得られることがわかった。そこで、これも予定を前倒しして、(4)同分子マーカーを発現する組織標本を提供すべく、Siriusを特定の分化状態にある乳腺細胞が発現する遺伝子改変マウスの作成に着手している。ひとつの組織の細胞にも多様性がある。組織の中で見かけ上同じように振る舞う細胞であっても、隠れた「個性」の差異があり、それが組織内の特別なニッチを形成して固有の機能を営んでいる可能性がある。本研究は、そうした細胞の個性のバリエーションを細胞各々のトランスクリプトーム情報をもとに把握するための方法を開発する上で基盤的技術となる、細胞の固有情報を保存したままで固定した細胞を分散する方法を確立することが目標である。これまでの本研究により、細胞RNAが保存される強酸性化での固定法が確立でき、また、酸性でも構造を保つ蛍光マーカーSiriusを利用することで細胞を強酸化条件でも検出し分離できる方法を確立できた。つぎにクリアすべきは、上述の酸性条件下で、ディッシュ培養細胞を酵素的に分散させる方法を見出すことである。ヒトペプシンなども細胞外基質を分解できるが、酸性条件下ではタンパク質の凝集が強く、一般のペプシンだけでは実用的なレベルでうまく細胞をディッシュから剥がすことができないことがわかった。今後は別の特性をもつ酸性プロテアーゼを探索し見つけ出す必要があろう。そこで、目的に適う酵素をスクリーニングにより探索するための技術として、タンパク質泳動後にポリアクリルアミドゲル内の細胞外基質消化を行う実験系を構築した。今後は、このスクリーニング系を用いて、ペプシンとは基質特異性の異なる酸性エンドペプチダーゼを見つけ出し、細胞分散法の確立を目指す。細胞RNAが保存される強酸性化での固定法が確立し、酸性でも構造を保つ蛍光マーカーSiriusを利用することで細胞を強酸化条件でも検出し分離できる方法を確立した。さらに、生体の特定細胞にSirius融合タンパク質を発現させて、生体組織の中から特定細胞を固定・分散後に分取するための実験系の構築を目指したが、これは遺伝子改変マウスの作成準備段階でのトラブルにより滞ってしまった。FLEX技術を利用してコンディショナルなKOマウスを作成するにあたり、DNAコンストラクトの構築に技術上の難しさがあった。少しアプローチを変えて、よりシンプルな方法で再度トライすることとし、実験を進めている。一方、当面の目標を、ディッシュ培養系においてSirius発現細胞と非発現細胞を共培養し、酸性条件下で酵素的に分散させる方法を見出すことに定め、目的に適う酵素カクテルの選定を進めてきた。今のところ、細胞をRNAが保たれる強酸性化におくと、タンパク質のカルボキシル基の電荷が失われて凝集するためか、細胞を剥がすことができない。ペプシンに加えて、さらにアミノ酸配列特異性の低いエンドペプチダーゼを見つけ出し、用いる必要がある。
ペロブスカイト型強誘電体における表面緩和とサイズ効果

強誘電体において,相転移温度が試料サイズが小さくなるとバルクとは異なる値をとることが知られている(サイズ効果).ペロブスカイト型強誘電体におけるサイズ効果の原因を解明することが本研究の目的である.チタン酸バリウム(BT),チタン酸鉛(PT),チタン酸ストロンチウム(ST)およびその混晶の微粒子を作成した.粒径は数ナノメータから数百ナノメータである.これらの試料についてX線回折実験を行い,表面における格子緩和の様子を調べた.その結果,粒径が小さくなるほど見かけの格子定数が大きくなることが分かった.この膨張の原因が表面における結晶格子の緩和のためであると考えて解析を行った.すなわち,緩和は表面で最大値をとり,結晶内部に向かって指数関数的に減少していくと仮定して緩和量を計算した.結果は,表面での緩和がPTで0.035nm,BTで0.015nm,STで0.001nmと,相転移点が高いほど緩和量が大きいことが分かった.BTとSTの混晶系では両端物質の中間の値であった.格子緩和の原因を探るために,原子数25個から100個までのBTクラスターについてウルトラソフト擬ポテンシャル法による計算を行い,バルクにおける電子状態と比較した.その結果,微粒子(クラスター)においては電子密度は各構成イオン上に局在しており,バルクの場合と比べて共有結合性が小さくなっていることが分かった.R.E.Cohenによればペロブスカイト酸化物における強誘電性には共有結合性が強く関与している.このことと合わせて考えると,微粒子の表面付近では強誘電状体が失われていると予想され,これがサイズ効果の原因であると考えられる.強誘電体において,相転移温度が試料サイズが小さくなるとバルクとは異なる値をとることが知られている(サイズ効果).ペロブスカイト型強誘電体におけるサイズ効果の原因を解明することが本研究の目的である.チタン酸バリウム(BT),チタン酸鉛(PT),チタン酸ストロンチウム(ST)およびその混晶の微粒子を作成した.粒径は数ナノメータから数百ナノメータである.これらの試料についてX線回折実験を行い,表面における格子緩和の様子を調べた.その結果,粒径が小さくなるほど見かけの格子定数が大きくなることが分かった.この膨張の原因が表面における結晶格子の緩和のためであると考えて解析を行った.すなわち,緩和は表面で最大値をとり,結晶内部に向かって指数関数的に減少していくと仮定して緩和量を計算した.結果は,表面での緩和がPTで0.035nm,BTで0.015nm,STで0.001nmと,相転移点が高いほど緩和量が大きいことが分かった.BTとSTの混晶系では両端物質の中間の値であった.格子緩和の原因を探るために,原子数25個から100個までのBTクラスターについてウルトラソフト擬ポテンシャル法による計算を行い,バルクにおける電子状態と比較した.その結果,微粒子(クラスター)においては電子密度は各構成イオン上に局在しており,バルクの場合と比べて共有結合性が小さくなっていることが分かった.R.E.Cohenによればペロブスカイト酸化物における強誘電性には共有結合性が強く関与している.このことと合わせて考えると,微粒子の表面付近では強誘電状体が失われていると予想され,これがサイズ効果の原因であると考えられる.ペロブスカイト型強誘電体微粒子の相転移温度が粒子サイズに依存することはよく知られている.われわれは,このようなサイズ効果が結晶表面における格子の緩和現象と深く関係すると考えて,PbTiO_3,BaTiO_3およびSrTiO_3微粒子における格子緩和の深さとサイズ効果との関連を研究している.本年度は,(1)粒径19nmから350nmのBaTiO_3についてTEM観察を行うことにより,これまでX線回折により求めた平均粒径で議論してきたサイズ効果を,個々の粒子について確認し,結果をPhysical Review誌に発表した.(2)表面における格子緩和の発生原因を明らかにするため,原子数25から100個までのBaTiO_3クラスターについて,第一原理計算により各イオンの周りの電子分布を計算した.その結果,バルクでは共有性の強かったTiとO間の結合がクラスターではイオン性の強いものに変わることが分かった.これが原因となって,BaとTi間の反発力が強まるためにイオン間距離が増大するのではないかとわれわれは考えている.この結果はPhysical ReviewLetters誌に発表した.(3)PbTiO_3,BaTiO_3と比べて強誘電性の弱いSrTiO_3微粒子を合成し,その表面格子緩和を調べた.その結果,SrTiO_3では,ほとんど格子緩和が生じていないことが分かった.この結果は,ナノ結晶が強誘電性を示すための臨界粒径と表面緩和の間に深い関係があることを示唆する.これについては現在解析中である.(4)強誘電体微粒子に関する本研究に関連して,PbTiO_3微粒子においてこれまで観測されなかった新しい相転移を発見し, Physical Review誌に発表した.ペロブスカイト型強誘電体微粒子において,相転移温度T_cにサイズ効果が現れる原因を明らかにすることを目的として,これまでのBaTiO_3(BT),PbTiO_3(PT),SrTiO_3(ST)に加え,BTとSTの混晶(BST)も作製し,物質の種類によって表面緩和に違いが生じるかどうかを系統的に調べた.