hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳卒中患者を対象とした歩行中の動的筋力測定評価法の開発

平成29年度では,これまでの経緯を踏まえ,立脚終期以降に必要な装具の制動力に着目し,健常者および脳卒中患者を対象に,筋力測定評価バッテリーを用いて,臨床的に有効であるか,エネルギーコストの観点から評価を実施する.計画当初の予定では,足関節に関係する力の検出だけで良いと仮説を立てていたが,実際に計測をしてみると,足指(MP関節)による最後の蹴りだしする力が重要であることが分かってきたため,当初の計画との研究の方向性に若干の違いが生じてきたが,概ね研究全体の方向性としての脳卒中片麻痺者のための適切な装具設計という点に違いはないため,良い意味で順調に研究が進んでいると判断する.脳卒中患者はつま先から着床するケースが多く,転倒の危険があることから,足くび(足関節)を持ち上げる装具が重要な役割を担う.そのため足関節を持ち上げるための適切な装具の補助力(以下補助力)を患者個々に設定することが重要となる.しかしながら,歩行動作中の筋力を機器単独で評価することが出来ないため,補助力の調整を何度も余儀なくされ,患者には過大な負担となっているのが現状である.本研究は脳卒中患者の歩行中における動的筋力測定を可能とする評価バッテリー(評価の組み合わせ)の開発と臨床評価を目的とした.方法としては模擬義足を用い,筋力の影響を排除した上で,三次元動作解析システムから得られる床反力モーメントと装具補助力を一致させるアルゴリズムを確立した.その後,歩行中の足関節筋力を測定するために,本研究で提唱する筋力測定評価バッテリーを用いて健常者の歩行中筋力データとエネルギーコストデータを収集し,基礎データとした.現在は継続的に脳卒中患者を対象に,筋力測定評価バッテリーを用いて,臨床的に有効であるか,エネルギーコストの観点から評価を実施している.当初は平成29年度終了時点で,臨床評価が終了している予定であったが,本研究の対象者である脳卒中患者の評価が完了していない状況である.理由としては研究協力を公募としていることもあり,条件に合った対象者がなかなか集められていないというのが現状である.実施に際しては,研究計画に関して説明と同意を得る必要があるが近隣臨床施設の協力者(コーディネータ)とコミュニケーションを図っており,対象者のリスク管理を図りながら,慎重に実験協力者を選定する必要がある.そのため期間内に終了ができず,期間延長を余儀なくされた.脳卒中患者はつま先から着床するケースが多く,転倒の危険があることから,足くび(足関節)を持ち上げる装具が重要な役割を担う.そのため足関節を持ち上げるための適切な装具の補助力(以下補助力)を患者個々に設定することが重要となる.しかしながら,歩行動作中の筋力を機器単独で評価することが出来ないため,補助力の調整を何度も余儀なくされ,患者には過大な負担となっているのが現状である.本研究は脳卒中患者の歩行中における動的筋力測定を可能とする評価バッテリー(評価の組み合わせ)の開発と臨床評価を目的とする.本研究によって,将来的には,脳卒中患者個々に合わせた装具の設計が可能となり,患者に負担をかけないリハビリテーションを可能とするものである.方法としては模擬義足を用い,筋力の影響を排除した上で,三次元動作解析システムから得られる床反力モーメントと装具補助力を一致させるアルゴリズムを確立させ,歩行中の足関節筋力を測定するために,本研究で提唱する筋力測定評価バッテリーを用いて健常者の歩行中筋力データとエネルギーコストデータを収集し,基礎データとした.さらに実際の脳卒中患者を対象に,過年度研究の評価方法をもとに,臨床的に有効であるか,エネルギーコストの観点から評価を実施した.結果として足関節の背屈補助力を計測するためには,装具に付加した歪み計測による内部モーメント算出に加え,三次元動作解析システムから得られる外部モーメントの同時計測が必要となり,臨床応用を実施するには大掛かりなシステムが必要であることが明らかになった.
極微量ドーピング有機薄膜太陽電池の開発

2016年度は、有機単結晶への極微量ドーピング効果について基礎的に解明するため、有機FETによる移動度評価に取り組んだ。有機単結晶にはルブレンを、ドーパントにはアクセプターとして塩化鉄を用いた。ルブレン分子を低速で蒸着することで、ルブレン単結晶基板上に結晶成長させ(ホモエピタキシャル成長)、同時に回転円板シャッターを用いた極超低速蒸着技術を駆使して、塩化鉄を蒸着し、ルブレン単結晶膜にドーピングした。今回、FET移動度(μFET)の温度依存性を測定することで、ドーピングに伴って形成される欠陥がトラップとして働き、有機単結晶のドーピング効率を低下させていることを明らかにした。ドーピング濃度を0から500 ppmまで増大していくと、μFETは0.52から2.3 x 10-3 cm2V-1s-1まで減少した。さらに25から50°Cの温度領域において、Arrhenius型の温度依存性を示した。今回、観測したμFETは、正孔がトラップに滞在する時間を含んだドリフト移動度と見なせ、傾きからトラップの活性化エネルギー(Ea)を算出できる。500 ppmではEa = 0.37 eVと決定でき、Eaはアクセプター準位よりもかなり深い位置にあることが分かった。塩化鉄1分子のドーピングに対して、格子欠陥に由来するトラップが9割以上の割合で形成され、発生した正孔を捕獲するため、ドーピング効率が低下するモデルを提出した。有機単結晶に効率良くドーピングするためには、トラップを抑制しながらドーピングできる作製方法(アニール処理等)や新たなドーパントの開発がさらに必要であるという知見を得ることが出来た。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は極微量ドーピング技術を導入することで、高効率有機薄膜太陽電池の開発を目的にしている。採択1年目の前半は当初の計画通り、有機半導体に対してppmレベルのドーピング技術を確立した。回転板シャッターを積極的に用いることで、ドーピング濃度の精度を従来の%オーダーよりも格段に改善できた。次に本手法を駆使しながら、有機薄膜太陽電池を作製した。この時、有機半導体にはセキシチオフェンとフラーレンから成る典型的な共蒸着膜を、ドーパントにはドナーとして炭酸セシウム、アクセプターとして塩化鉄を用いた。太陽電池において重要な光電流発生層にppmレベルのドーピングを行った結果、高効率化に成功し、動作機構とドーピング効果を明らかに出来た。100 ppmでの性能向上は、ケルビン振動容量法を用いたバンドマッピングから、多数キャリアによるセル抵抗の減少と内蔵電界の増大に起因していることが分かった。一方、1,000ppmでの性能低下は、移動度測定から、ドーパントによるホッピング伝導の妨害が起因していることを明らかにした。また採択1年目の後半からは、ppmレベルドーピングした有機単結晶のホール効果測定に挑戦した。有機単結晶にはルブレンを、ドーパントにはアクセプターとして塩化鉄を用い、ホモエピ層を導入することで有機単結晶へのドーピングを世界で初めて実現した。さらに磁場変調に同期した、ホール起電圧(VH)が観測でき、磁場の反転に対してVHの符号が変わることから、ホール効果であることを確認した。ホモエピ層のみが観測にかかるため、ドーピング濃度に対してキャリア濃度(cm-3)、ホール移動度(cm2V-1s-1)を正確に決定できた。採択1年目の平成27年度は、まず始めに有機薄膜太陽電池の光起電力特性に対するドーピング効果を、これまで前例が無かった1 ppmの極低濃度までを系統的に測定した。多数キャリア導入、内蔵電界形成によるメカニズムを提出し、高効率化することに成功した。また第1著者として論文を執筆し、国際学術誌に掲載できた。[C. Ohashi, etal.,Org. Electron., 27, 151 (2015).]次に有機単結晶へのドーピングに挑戦し、ホール効果によってキャリア濃度、ホール移動度を世界で初めて実測できた。現在、論文を執筆している状況である。これらの結果は、有機半導体に対するドーピング技術が実用的なレベルに達していることを示しており、基礎研究としても大きな意味を持つ。以上のことから、本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。

500 ppmではEa = 0.37 eVと決定でき、Eaはアクセプター準位よりもかなり深い位置にあることが分かった。塩化鉄1分子のドーピングに対して、格子欠陥に由来するトラップが9割以上の割合で形成され、発生した正孔を捕獲するため、ドーピング効率が低下するモデルを提出した。有機単結晶に効率良くドーピングするためには、トラップを抑制しながらドーピングできる作製方法(アニール処理等)や新たなドーパントの開発がさらに必要であるという知見を得ることが出来た。採択2年目の平成28年度は、ppmレベルの極微量ドーピング技術を有機単結晶太陽電池に適用し、セル動作機構とドーピング効果を明らかにする。このオリジナルなセルでは、単結晶由来の超高速移動度を利用するため、非常に長い電極間距離(数十μm)が活性層になり、高効率化が十分に期待できる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
住民参加型地域振興における関連組織のネットワーク化とワークショップ手法の研究

住民参加型地域振興の「進み方」を住民と行政の「事業ニーズ」から分析した。この進み方は前年度に明らかにした「構想先行型」「事業先行型」「分離・並行型」を用いた。事業ニーズは、住民のニーズが行政より高い「住民発案型」、行政のニーズが高い「行政発案型」、双方のニーズが高い「発案調整型」、双方のニーズが弱い「発案保留型」の4つを設定した。分析対象として都市農村交流を促進することが主目的の「栃木県ふれあいの郷づくり事業」における計画策定ワークショップの適用過程を用いた。この結果、次のように差異が生じることが判明した。1:「住民発案型」は住民側に事業内容のイメージが確立していることから「事業先行型」でワークショップを適用することで計画策定がスムーズに進むが、長期展望の観点から欠点が生じやすい。2:「行政発案型」は、住民側が行政側に誘導されることが懸念されるため、「分離・並行型」でワークショップを適用することで、この危険性を回避することが可能である。また、計画の質は都市農村交流推進の事業主旨からみて、質が高い傾向がある。しかし、ワークショップ適用期間中に、行政と住民に充分な信頼関係が構築できない場合に、最終的な計画策定の段階でトラブルが生じることもあり得る。3:「発案保留型」は、双方共に明確な事業ニーズがないため、オーソドックスな計画策定方法である「構想先行型」で進めることがスムーズである。計画の質は、ワークショップのスコアが他の型に比較して大きく反映されやすく、一見、質の高いものとなるが、真に実効性のある内容であるか否かは問題が残り、行政側の実行力に左右される。4:「発案調整型」は、様々な進み方をみせる。以上の結果を、前年度に明らかにした「計画内容との繋がり強さ」との関連をみた。最後に、それぞれの事業ニーズの型ごとに事後評価を行い、その後の傾向をみた。住民参加型地域振興の計画内容を「総合-構想型」「総合-事業型」「施設-構想型」「施設-事業型」の4つに分類し、これらの並び方と前後の計画内容との繋がり強さの観点から、地域特性を表現した。並び方として「構想先行型」「事業先行型」「分離・並行型」の3つを挙げ、「栃木県ふれあいの郷づくり事業」や「ふるさとルネッサンス事業」の指定を受け、ワークショップによる計画策定を行った11の事例により検証した。この結果、如何なる地域特性においても、同じワークショップ手法を用いても一定の成果を上げるものの、「構想先行型」「事業先行型」「分離・並行型」によって、ワークショップを適用する目的が異なってくることを明らかにした。具体的には、「構想先行型」では啓発、「事業先行型」では計画作り、「分離・並行型」では学習の要素が増す。前後の計画内容との繋がり強さをみるために、「栃木県ふれあいの郷づくり事業」「農村アメニティワークショップ事業」「高齢化対応活動促進事業」を事例とし、それぞれを、「強結合」「弱結合」「結合なし」のケースとして比較検証を行った。強結合の場合、実現可能性の高い計画策定が可能であるが、長期的な視野を積極的に導入する必要が出てくる。弱結合の場合、ゲーム性が高く楽しく計画作りができるワークショップの企画が可能であるが、実現性や住民らの責任については不確さが増す。結合なしの場合は、広い視野、長期スパンの計画も可能であるが、一過性のイベントで終わる可能性も高い。以上、2つの視点により地域特性ごとのワークショップ適用手法を検証したところ、明らかな差を見出すことができた。また、この結果が、ワークショップを用いた住民参加型地域振興に関係する組織が、どの様なネットワークを築き上げるべきか今後検証していくための足がかりとなった。今後、この足がかりをもとに、関連組織のネットワーク化を仮説立て検証していく。

以上の結果を、前年度に明らかにした「計画内容との繋がり強さ」との関連をみた。最後に、それぞれの事業ニーズの型ごとに事後評価を行い、その後の傾向をみた。
小胞体に局在するSyntaxin17の細胞内機能の解明

(1)syn17の過剰発現によるドミナントネガティブ効果i)小胞輸送に機能する蛋白質を培養細胞で過剰発現させるとオルガネラの構造が小胞化し細胞内に分散することが知られている。そこで、syn17を動物培養細胞で発現させたときの小胞体ゴルジ体中間区画(ERGIC)ゴルジ体の形態を間接蛍光抗体法で調べた。また、コントロールとしてsyn5についても同様に調べた。syn17とsyn5ともに過剰発現によってゴルジ体は分散していた。一方、ERGICはsyn5では変化なかったがsyn17では分散していた。ii)小胞体からの蛋白質輸送への影響。syn17およびsyn5を過剰発現させた細胞における小胞体からの蛋白質の輸送を観察したところ、syn17の場合蛋白質は小胞体にとどまったままで輸送されていなかった。一方、syn5の場合は小胞体からの輸送は正常に起こりsyn5と同じ局在を示した。syn17の過剰発現によって、ゴルジ体から小胞体への輸送が阻害されることにより全体の膜系のバランスが壊れた結果と考えられた。(2)抗syn17抗体を用いた免疫沈降実験ラット肝臓の全膜画分を可溶化し、抗syn17抗体による免疫沈降実験を行い、小胞体-ゴルジ体間のSNAREs(Sec22b,membrinとrbet1p)との相互作用を各抗体でウエスタンプロット法により調べた。抗syn5抗体で免疫沈降を行ったところ、以前の報告通りSec22b,membrinとrbet1ともに結合していたが、syn17はSec22bのみと結合していた。これは、syn17が機能する際にsyn5とは異なった複合体を形成することを示唆するものである。以上の結果から、syn17が小胞体-ゴルジ体の小胞輸送に関与すること、またsyn5とは異なったステップで機能することが明らかになった。
シダ植物小葉類の根の分枝様式と分枝メカニズムの解明

シダ植物小葉類は維管束植物の系統関係で最も基部に位置し、根と茎の形態進化を明らかにする上で重要なグループであると考えられる。本研究は、小葉類の根頂端分裂組織(RAM)の構造と、根と茎の分枝様式を解析し、真葉類(大葉類と種子植物)との比較から進化過程を明らかにすることを目的とした。その結果、小葉類のRAM構造は真葉類に匹敵するほど多様であり、根は小葉類と真葉類で平行的に進化したと推定された。また、小葉類の根の分枝様式は二又分枝であるのに対し、茎は二又分枝だけでなく単軸分枝ももつと示唆された。従って、小葉類の根と茎の分枝様式が違うことから、根と茎の起源は小葉類の時点で異なる可能性が推測される。維管束植物は1本の軸が分枝する能力を獲得したことにより茎、葉、根の3器官が生じたと推定され、分枝は3器官の形態進化を明らかにする上で重要な特徴であると考えられる。本研究では、維管束植物の分子系統関係で最初に分岐し、根が茎と同様に外生分枝するシダ植物小葉類に着目して根の分枝様式を明らかにし、根の進化過程を推定する。本年度は、根頂端分裂組織(RAM)の構造の異なる小葉類2科から、ヒカゲノカズラとトウゲシバ(ヒカゲノカズラ科)、コンテリクラマゴケ(イワヒバ科)を材料とし、RAMの構造と分枝形成時の細胞分裂動態についてEdU蛍光染色法を用いて解析を行った。3種のRAM構造は、ヒカゲノカズラが種子植物の開放型に類似する構造をもち、トウゲシバは頂端細胞群が層状に並び、コンテリクラマゴケは1つの頂端細胞をもつ形態を示す。EdU解析により、ヒカゲノカズラはRAM中央部に細胞分裂がほとんど行われない領域、すわなち種子植物の静止中心に相当する領域(QC様領域)の存在が明らかとなった。層状型のトウゲシバもヒカゲノカズラと同様にQC様領域の存在が確認された。一方、頂端細胞の構造をもつコンテリクラマゴケのRAMはQC様領域に相当する領域の存在は観察されなかった。したがって、小葉類のRAM構造は種子植物とシダ植物大葉類がもつRAM構造の違いに匹敵し、平行的に進化した可能性が推定される。外生分枝の発生は、QC様領域をもつヒカゲノカズラを重点的に解析した。その結果、分枝初期のQC様領域は横方向に細胞数を増加させて領域を拡大し、その後、拡大したQC様領域内のほぼ中央部に数個の分裂細胞(IC:介在細胞群)が生じ、ICが増加することによって、QC様領域が二分されることが明らかとなった。したがって、ヒカゲノカズラの根の外生分枝は、QC様領域の拡大とICによるQC様領域の分断によって行われると示唆された。本研究では、維管束植物の分子系統関係で最初に分岐し、根が茎と同様に外生分枝するシダ植物小葉類に着目して根の分枝様式を明らかにし、根の進化過程を推定することを目的とした。シダ植物小葉類3科(イワヒバ科、ミズニラ科、ヒカゲノカズラ科)の根頂端分裂組織(RAM)の構造と分枝様式を発生解剖学的および分子遺伝学的解析方法で解析した。方法は、樹脂切片を用いた組織染色法と分裂細胞を標識する標識マーカーを用いたRAMの細胞分裂動態解析を行った。小葉類3科のRAM構造はイワヒバ科が1つの頂端細胞をもち、ミズニラ科は各始原細胞群が層状をなす。ヒカゲノカズラ科も層状構造であるとされていたが、ヒカゲノカズラ属のヒカゲノカズラはRAM中央部の細胞群が不規則に並び、種子植物のRAM構造である開放型に類似することが明らかとなった。また、細胞分裂動態の解析から静止中心によく似た領域(QC様領域)が存在することが示唆された。一方、層状構造を示すヒカゲノカズラ科トウゲシバ属とミズニラ科は、ヒカゲノカズラのQC様領域に匹敵する構造はもたないことが推測された。したがって、小葉類のRAM構造はシダ植物大葉類と種子植物に匹敵するほど多様であることが推測される。さらに、ヒカゲノカズラの根は二又分枝時にQC様領域が拡大し、小型の細胞群がQC様領域内に生じ、その細胞群の分裂と拡大によって2つにQC様領域が分断され、新たな2つのRAMが形成される、という分枝様式が示唆された。根、茎、葉は全ての維管束植物がもつ重要な器官である。陸上植物の形態進化において、1本の単純な軸をもつコケ植物段階から維管束植物段階へと進化したとき、軸が分枝する能力を獲得し、茎と葉が進化したと推定されている。したがって、3器官の形態進化を知るためには、軸の分枝の進化過程を明らかにすることが重要である。維管束植物の系統関係で、最も基部に位置するシダ植物小葉類は、根が茎と同様に外生分枝する特徴をもつ。

したがって、小葉類は系統的にも形態的にも根の形態進化を明らかにする上で重要な分類群であると考えられる。本研究では、シダ植物小葉類3科(イワヒバ科、ミズニラ科、ヒカゲノカズラ科)の根頂端分裂組織(RAM)の構造と分枝様式を明らかにすることを目的とした。小葉類3科のRAM構造は、他の維管束植物(シダ植物大葉類、種子植物)に匹敵するほど多様であることが本研究結果から明らかになっている。小葉類3科のうち、ヒカゲノカズラ科ヒカゲノカズラは種子植物の開放型に似たRAM(根頂端分裂組織)構造を示し、RAM中央部に静止中心(QC:種子植物に存在する細胞分裂頻度の極度に低い領域)様領域をもつ。分枝時、QC様領域は拡大し、そのほぼ中央部に分裂細胞群が生じる。発達が進むと、分裂細胞群が横方向に広がり、QC様領域が2分裂し、新たな2つのRAMが生じて、二又分枝することが明らかとなった。一方、ヒカゲノカズラの茎はSAM(茎頂分裂組織)の中央に分裂頻度の低い領域(CZ)が常に存在し、分枝時、主SAMのCZの領域は変化せず、その側方に新たなCZが形成され、新しい側枝SAMが形成されることが明らかとなった。以上の結果から、ヒカゲノカズラの根は、元のRAMが二分裂することによって分枝するが、茎は単軸分枝の様式をもつことが示唆され、ヒカゲノカズラの根と茎は異なる分枝様式をもつと考えられる。シダ植物小葉類は維管束植物の系統関係で最も基部に位置し、根と茎の形態進化を明らかにする上で重要なグループであると考えられる。本研究は、小葉類の根頂端分裂組織(RAM)の構造と、根と茎の分枝様式を解析し、真葉類(大葉類と種子植物)との比較から進化過程を明らかにすることを目的とした。その結果、小葉類のRAM構造は真葉類に匹敵するほど多様であり、根は小葉類と真葉類で平行的に進化したと推定された。また、小葉類の根の分枝様式は二又分枝であるのに対し、茎は二又分枝だけでなく単軸分枝ももつと示唆された。従って、小葉類の根と茎の分枝様式が違うことから、根と茎の起源は小葉類の時点で異なる可能性が推測される。本研究年度において、小葉類3科(イワヒバ科、ミズニラ科、ヒカゲノカズラ科)の根頂端分裂組織(RAM)の構造と分枝様式を発生解剖学的および分子遺伝学的解析方法により、小葉類3科のRAM構造を解明し、ヒカゲノカズラの根の二又分枝の分枝様式を明らかにした。解析方法は、樹脂切片を用いた組織染色法と分裂細胞を標識する標識マーカーを用いたRAMの細胞分裂動態解析を行った。小葉類3科のRAM構造はイワヒバ科が1つの頂端細胞をもち、ミズニラ科は各始原細胞群が層状をなす。ヒカゲノカズラ科も層状構造であるとされていたが、我々の解析からヒカゲノカズラ属のヒカゲノカズラはRAM中央部の細胞群が不規則に並ぶ種子植物の開放型に類似し、細胞分裂動態解析から静止中心(QC)によく似た領域(QC様領域)が存在することが示唆された。一方、同科のトウゲシバ属は各始原細胞群が層状構造であることが確認された。さらに細胞分裂動態解析から、層状構造のトウゲシバ属とミズニラ科は、ヒカゲノカズラのQC様領域に匹敵する構造はもたないことが示唆された。しかし、両者は表皮と根冠の始原細胞群を共有しているか否かという点で構造が異なっていた。したがって、小葉類内でRAM構造は多様化し、真葉類(シダ植物大葉類、裸子植物、被子植物)に匹敵する形態進化をした可能性が高いと推測される。小葉類の根の二又分枝の分枝様式については、ヒカゲノカズラRAMの細胞分裂動態の解析から、二又分枝時にQC様領域が拡大し、QC様領域内に小型の細胞群が生じることが明らかとなった。その後、小型細胞群の分裂と拡大によって、QC様領域は2つに分断され、新たな2つのRAMが形成される、という分枝様式をもつことが示唆された。
金属ガラスにおける原子の拡散と熱的安定性の解明

究極的に安定な金属ガラスとは原子の移動が非常に困難なものをさす。このため金属ガラスにおける熱安定性の議論には熱平衡的な取り扱いのみならず速度論的な取り扱いが不可欠である。本研究では金属ガラスを構成する元素の移動速度(拡散係数)、同位元素効果および示差走査熱量計による熱量測定などをできる限り総合的に取り扱い、金属ガラスにおける原子の移動現象を解明し、金属ガラスにおける原子の拡散と熱的安定性に関する材料科学を構築することを目的とした。この目的を達成するため、具体的にはPd-Cu-Ni-P金属ガラスの構成元素であるCuおよびPの拡散データを蓄積し、速度論の立場から金属ガラスの熱的安定性を議論する。本研究では、世界で市販されていない放射性同位元素(^<67>Cu)を加速器を用いて製造することにより、他の研究グループが実行困難な拡散研究を行うことが可能になった。実験を行った結果、Pd-Cu-Ni-P金属ガラスにおけるPの拡散係数はCuのものより2桁小さいことを見いだした。また、この著しく遅いPの拡散はPの周りの局所的な化学結合によることを示唆しており、Pd基金属ガラスの熱的安定性を理解する上で重要な知見を見いだした。また、Pd-Cu-Ni-P金属ガラスにおけるCuの拡散には速い拡散と遅い拡散があり、その拡散係数の差はガラス転移温度近傍において1桁にも達することを発見した。また、拡散の活性化エネルギーは速いものと遅いものでは100kJmol^<-1>以上異なることがわかった。これはPd基金属ガラス中のCuの拡散経路は二つあることを示唆している。金属ガラスにおける原子の移動現象を速度論的に解明するには構成元素すべての原子の拡散係数を決定するのみならず、同位元素効果や拡散係数の圧力依存性から得られる活性化体積に関するデータを総合的に扱う必要がある。本研究では金属ガラスを構成する全元素の拡散挙動および相変態速度などをできる限り包括的に取り扱い、金属ガラスにおける原子の移動現象を解明することを目的とする。実験対象としたのは、ガラス形成能が非常に高いことが知られているPd-Cu-Ni-Pバルク金属ガラスである。X線回折パターンから非晶質であることを確認した。また示差走査熱量測定にて決定したガラス転位温度および融点は報告値とよく一致している。過冷却液体状態において拡散実験を行うため、拡散試料を用いてTTT図を決定した。^<32>Pおよび^<67>Cuの拡散係数はイオンビームスパッタセクショニング法を用いて決定した。過冷却液体状態にけるPの拡散係数はCuのものより2桁小さいことが明らかになった。これはPとCuの拡散挙動が大きく異なることを示唆している。
瞬目による情報の分節化とその共有効果に関する研究

対面会話時の話者と聴者の瞬目が、話の切れ目で特異的に同期していることを我々のグループは発見した(Nakano&Kitazawa,2010)。そこで、顔の目と口の情報がどのような相互作用を通じて瞬目の同期を引き起こしているのか、を明らかにするために、映像に特殊な加工を施し、顔の一部分のみ見える課題を作り、顔のどの部分が見えている時に、瞬目の同期がおきるのかを調べたところ、目のみ、口のみの条件では瞬目同期が生じず、顔全体が見えている時にだけ瞬目同期が生じていたことから、目・口両方を含む顔全体の情報が、2者間の瞬目の同期現象には欠かせないことが示された。さらに、対面会話時の話者と聴者の瞬目同期とコミュニケーションの関係性を明らかにするために、コミュニケーションの質的な障害が主症状である自閉症において、このような他者との瞬目の同期が生じるのを調べたところ、定型発達群では瞬目の引き込み現象が認められたのに対し、自閉症群は、目と口を定型発達群と同じような注視率で見ていたにも関わらず、自閉症群では瞬目の同期現象が生じていなかった。このことから、自閉症群のコミュニケーションの質的障害は、他者と文脈や情報を共有し、他者に同調しよういう無意識な行動が生じないために引き起こされているのかもしれない。これらの結果をまとめた論文はNeuropsychologia誌に掲載された。
光共鳴マニピュレーションの探索

光の輻射圧を利用して微小物体を捕捉し、操る方法論を光マニピュレーション(光ピンセット)と呼ぶ。これを「分子」を操ることのできる「物理化学的」な方法論に昇華するために、輻射圧を増強する新たな原理として、「光共鳴マニピュレーション法」を提案した。光の周波数における分極率の増大を狙い、(1)色素会合体の選択的捕捉、(2)フェムト秒レーザー光捕捉法の開発、(3)ブロードバンド光ピンセット法の発見、(4)分子系光捕捉の分析化学的応用、に関して成果を得た。光の波長よりも小さなナノ粒子や分子系の光マニピュレーション方法や選択的マニピュレーションの発展に対する重要な成果と考えている。これを「分子」を操ることのできる「物理化学的」な方法論に昇華するために、輻射圧を増強する新たな原理として、本申請課題では「光共鳴マニピュレーション法」を提案する。輻射圧を生み出す光が、捕捉対象物(ナノ粒子分子系)の電子遷移を同時に共鳴励起する時、その分極が起きくなるため、輻射圧(双極子勾配力)が著しく増強されると予想される。この原理を実証し、分子系の光マニピュレーションを実現するのが本研究の大きな目的である。これに、プラズモン増強電場や光ビームデザイン(フェムト秒光パルスの導入)を併用し、光の波長よりも小さなナノ粒子や分子系の光マニピュレーション方法や選択的マニピュレーションの確立とその機構の解明を目指す。プラズモン光共鳴捕捉を達成するためには、局在表面プラズモンの励起光波長と捕捉対象物の吸収帯を一致させる必要がある(共鳴励起)。まず、非共鳴励起条件のYG粒子のプラズモンによる光捕捉を試みた。捕捉された粒子数に対応する発光強度の増加度は僅かであり、高強度の近赤外光を入射しなければ捕捉過程を顕微鏡観察できなかった。一方、共鳴励起条件におけるNIR粒子の捕捉を試みた結果、発光強度の著しい増加が見られた。発光強度の励起光強度依存性および種々の対照実験の結果などから、本研究成果が「プラズモン光共鳴捕捉」の実証モデルになりうると期待される。今年度は光共鳴効果に基づく(1)色素会合体ナノ微粒子の選択的捕捉、(2)DNAのサイズ依存による空間選択的捕捉、(3)シアノバクテリアの捕捉と固定、以上の三つを推進した。(1)色素会合体ナノ微粒子の選択的捕捉:光ピンセット技術を用いて微粒子を選択的に捕捉したい。我々は分子配列が分極率の違いを通じて捕捉挙動に影響を及ぼすと考え、J会合体とH会合体が混合している蛍光性色素溶液を用いてプラズモン光捕捉を行った。蛍光強度のプラズモン励起光強度依存性を詳細に調べた。プラズモン励起に伴いJ会合体の蛍光強度がH会合体よりも増加した。この結果から、J会合体の輻射圧がH会合体よりも大きく、J会合体が優先的に捕捉されていると考えられる。本研究では、分子配列に基づく捕捉挙動変化を追跡することで選択的光捕捉の新しい手法を見出した。(2)2)DNAのサイズ依存による空間選択的捕捉:貴金属ナノ構造のプラズモン増強電場で分極した粒子には強い輻射圧が働くため、効率的な光捕捉が可能となる。一方、光照射に伴う光熱効果の影響で急峻な温度勾配が発生する。その結果、粒子には輻射圧と逆方向に熱泳動力が働く。これら輻射圧と熱泳動力はDNAの塩基対数に応じて変化するため、大きさの異なるマイクロリングを形成する。このリング径の違いを利用し、塩基対数の異なるDNAを分離するプラズモン光クロマトグラフィーの実証を目指した。まだ完全ぬいは達成できていない。熱泳動力を定量的に評価するため、マイクロメートルスケールの局所温度マッピングを行い、温度勾配と熱泳動力の定量に成功した。(3)シアノバクテリアの光捕捉と固定:マイクロバブル形成を制御することで、リング形状に集合・固定化するシアノバクテリアの個数の制御だけでなく、シアノバクテリアの1個のみを固定化することにも成功した。固定化された細胞の蛍光スペクトルより、細胞損傷は殆どないことがわかった。実績の概要に示したように(1)色素会合体の光共鳴効果に基づく選択的光捕捉に成功している、(2)サイズの異なるDNAの空間選択的捕捉に成功している、(3)新たな捕捉対象として光合成色素を内包したシアノバクテリアを開拓した。これらより概ね順調に進展していると考える。集光レーザービーム型、プラズモン増強型の光マニピュレーション型により、光共鳴マニピュレーションの探索と特徴を探った。その主な成果は以下の二点である。(1)蛍光性色素会合体の選択的捕捉の実現プラズモン光ピンセットはプラズモンによる増強輻射力に基づいている。そのため捕捉対象物の分極率、すなわちナノ粒子を構成する分子の配向が捕捉挙動に鋭敏に反映すると考えられる。そこで、分子配向の異なる2種類のJ、H色素会合体のプラズモン光捕捉の実証を試みた。すると、J会合体がH会合体よりも効率良く捕捉されたことがわかった。このような捕捉効率の差は、JおよびH会合体中の分子配向の差に起因していると考えられる。

分子配向に基づく、プラズモン光ピンセットを用いた分子会合体の選択的捕捉をはじめて実現した。(2)ノンプラズモニックーナノ構造増強光マニピュレーションの実現光共鳴マニピュレーション法とプラズモン光マニピュレーション法を組み合わせようする場合、スペクトル上でプラズモン共鳴帯と捕捉粒子の吸収体を重ねることになる。実験場、これは非常に大きな制約となる。この問題を克服できる電場増強能を有するナノ構造体として、安価で作製容易なブラックシリコン(B-Si)に注目した。B-Siは簡便に作製でき、電場増強能がある半導体材料である。また、ほぼすべての波長域で増強能(散乱により光閉じ込め)を有し、共鳴法と極めてよくマッチする。本研究では、B-Si基板の電場増強能を利用した捕捉法を提案し、ナノ粒子の光捕捉実験を行い、捕捉メカニズムについて考察した。その結果粒径200500 nmのポリスチレンナノナノ粒子を効果的に光捕捉できることを明らかにした。本研究から、B-Si基板を用いた光捕捉法の有用性を示し、光ピンセット研究の発展や化学・生物分野への展開が期待できる。光の輻射圧を利用して微小物体を捕捉し、操る方法論を光マニピュレーション(光ピンセット)と呼ぶ。これを「分子」を操ることのできる「物理化学的」な方法論に昇華するために、輻射圧を増強する新たな原理として、「光共鳴マニピュレーション法」を提案した。光の周波数における分極率の増大を狙い、(1)色素会合体の選択的捕捉、(2)フェムト秒レーザー光捕捉法の開発、(3)ブロードバンド光ピンセット法の発見、(4)分子系光捕捉の分析化学的応用、に関して成果を得た。光の波長よりも小さなナノ粒子や分子系の光マニピュレーション方法や選択的マニピュレーションの発展に対する重要な成果と考えている。2014年度はプラズモン光補足と光共鳴マニピュレーションのコンビネーションを研究した。光共鳴効果励起条件で実際に輻射力の向上が観測された点は意義深い。1.ギャップモード局在表面プラズモンによる光捕捉は、従来の光ピンセットよりも103倍低いレーザー強度でナノ粒子を捕捉できる。2.世界最小クラスの量子ドットのプラズモン光捕捉に成功した。3.量子ドットは単量体と会合体状態で、プラズモンによる運動制御が異なることを発光スペクトル測定により明らかにした。4.色素担時ポリスチレン粒子を用いて、新たなプラズモン光捕捉法ー共鳴プラズモン光捕捉ーを提案した。このような成果から、研究はおおむね順調に推移していると結論した。分子光マニピュレーションでは、理想的には、永らく光化学の対象であったポルフィリン類などが光捕捉できれば面白い。我々が使用してきた貴金属ナノ構造基板は、輻射圧の増強効果は104程度にまで達する。一方、光共鳴効果によるは理想的には104にまで達すると予想される。この二つの効果を合わせれば分子レベルの捕捉も原理的は可能であるが、まずは近赤外色素をペンダントしたビニルポリマーで、分子量が10万以上のものを対象にし、「光共鳴分子マニピュレーション」の端緒をつかむ。これに成功すれば、徐々に分子量が小さくても捕捉できるように、ナノ構造の最適化や励起波長の制御を行う。
ワイル群不変なジャクソン積分のq差分系とその応用

昨年度得られた結果は、BC型ジャクソン積分が満たす一階連立q-差分方程式系の係数行列をガウス分解(LU分解)の形で具体的に表示したことであった。今年度は、この結果を楕円型のBC型超幾何積分に拡張することを試みた。そのために、昨年度ガウス分解を得るまでに技術的に必要だったいくつかの概念を楕円型の場合に置き換えられるかを検討した。具体的には、昨年度の研究で定義した「BC型補間多項式」と呼ばれる対称多項式の族を、ワイル群対称性を持つテータ関数の族で置き換えて、「補間多項式」と同様の性質を持つかを調べた。ここではこの関数の族を楕円型の「補間関数」と呼ぶことにする。「補間関数」を解析する試みは、その後、神戸大・野海正俊氏と連携して研究を続けている。この楕円型の「補間関数」に関しては、部分的にではあるが所望の性質を確認した。その性質として特に、「BC型補間多項式」の特徴である三項間漸化式の類似の結果が、楕円型の「補間関数」に対しても成立することがわかった。現在その成果をまとめている。その他、今年度は連携研究者である名古屋大・岡田聡一氏と以前から続けていたシューア関数の行列式に関する結果を、Developments in Mathematics 23巻、「PARTITIONS,Q-SERIES,AND MODULAR FORMS」の10章として出版することができた。また他にも、シューア関数に関係する別の行列式の結果を、伊藤、岡田と琉球大・石川雅雄氏での共著としてプレプリントサーバArxiv上にアップロードした。BCn型ジャクソン積分が満たすホロノミックq-差分方程式系を一階連立差分方程式系で表したときの係数行列を求めるのが21年度の一つの目標であった。そのために、最もランクが低いn=1の場合のBC_1型ジャクソン積分の満たす方程式系を詳細に調べた。一階連立差分方程式系を表示するには、方程式の基底を特別に指定する必要があり、基底として望ましいものを発見した。その基底を元に方程式の係数行列のガウス分解(LU分解)を求めると、係数行列のどの成分も二項式の積で表示できるという著しい性質があることがわかった。またその方程式のパラメータを制限すると、行列のランクが1に退化し、アスキーウィルソン型の積分のq-ガンマ関数による積表示の別証明が得られる。以上の結果を応用とともに記述した論文を、雑誌SIGMAに発表した。また、BCn型ジャクソン積分を調べるために、その元となるセルバーグ型積分の隣接関係式(差分方程式)をメルボルン大P.J.フォレスター氏とともに研究した。セルバーグ型積分の隣接関係式を求める際に、基本となる三項間関係式を見つけた。この関係式はガウスの超幾何関数の2つの隣接関係式を特別な場合として含んでいる。この関係式は、ある多項式(ここでは「補間多項式」とよぶ)に付随して定義され、この三項間関係式を繰り返し使うことで、隣接関係式が導けることがわかった。また、その応用として、物理におけるセルバーグ型一点相関関数の新たな計算法も示した。この内容は日本数学会秋季分科会で紹介した。昨年度に引き続き、「BCn型ジャクソン積分が満たすホロノミックq差分方程式系を一階連立差分方程式系で表したときの係数行列を求めること」が22年度の一つの目標であった。昨年度、最もランクが低いn=1の場合のBC1型ジャクソン積分の満たす方程式系を詳細に調べたので、今年度はその次の段階として、BCn型ジャクソン積分でパラメータの個数が7個の場合に、BCn型ジャクソン積分が満たすランクn+1のq差分方程式系を詳細に調べた。具体的には、BCn型「基本対称式」の拡張としてBCn型「補間多項式」と呼ばれる対称多項式の族を定義し、BCn型「補間多項式」を積分してできる関数の間に三項間漸化式(隣接関係式)が成立することを示した。次にその三項間漸化式を繰り返し使うことにより、BCn型ジャクソン積分が満たす一階連立q差分方程式系の係数行列をガウス分解(LU分解)の形で具体的に表示した。特徴はガウス分解の上三角・下三角行列の各行列成分が二項式の積に因数分解された形に規則的に書けているという点にある。その応用として、Gustafsonによるq超幾何積分の無限積表示に対して別証明を与えた。以上の成果をまとめた論文は雑誌Advances in Mathematicsに掲載された。また、国内においては、日本数学会秋季分科会および函数方程式論分科会の研究集会「微分方程式の総合的研究」で成果を発表し、海外においては、オーストラリア・メルボルン大学で発表した。

その性質として特に、「BC型補間多項式」の特徴である三項間漸化式の類似の結果が、楕円型の「補間関数」に対しても成立することがわかった。現在その成果をまとめている。その他、今年度は連携研究者である名古屋大・岡田聡一氏と以前から続けていたシューア関数の行列式に関する結果を、Developments in Mathematics 23巻、「PARTITIONS,Q-SERIES,AND MODULAR FORMS」の10章として出版することができた。また他にも、シューア関数に関係する別の行列式の結果を、伊藤、岡田と琉球大・石川雅雄氏での共著としてプレプリントサーバArxiv上にアップロードした。
骨組織のI型コラーゲン架橋と骨質に関する実験的研究

コラーゲンの架橋形成を阻害するβ-aminopropionitrile(BAPN)を成長期家兎の脛骨の骨延長時に投与することにより、骨癒合の起こらない偽関節例が多くみられた。また、骨癒合した例の骨延長部には成熟した皮質骨に至らない石灰化の低い新生骨が増加する傾向が認められた。骨のI型コラーゲン架橋は骨新生時における未熟な骨組織から生理的な成熟した皮質骨に代謝回転する過程や骨折治癒に重要な働きをしていることが示唆された。1.18羽の日本白色家兎(4-5ヵ月齢、約2.5kg)の脛骨中央部に骨切りを行い、創外固定(Orthofix M-100)を装着した。2.骨切り後7日間待機してから骨延長を開始し、1日に2回、各0.35mmづつ骨延長(0.7mm/日)を行い、2週間で9.8mm延長した。4.骨延長終了後4週で創外固定を外し、さらに1週後に屠殺した。それまで経時的にX線撮影を行い、新生骨の形成についてX線学的に検討した。6.考察:BAPNの骨延長における化骨形成への影響は今回の実験結果からは明らかにできなかった。特に、2mg/kg投与群では多くが偽関節となっており、骨密度や力学的評価が出来なかった。このため、次年度では2mg/kg投与群の実験結果の再現性を確認する必要がある。1.昨年度と同様の方法で10羽の日本白色家兎を2週間骨延長した。3.骨延長終了後2週で創外固定を外し屠殺した。それまで経時的にX線撮影を行い、新生骨について骨密度を測定した。4.結果:対象群5羽中に死亡と創外固定ピンの破損が各1羽あり、評価できたものは3羽であった。一方、BAPN群5羽中ピンの破損は1羽であった。体重の増加はBAPN群で低い傾向にあったが対象群と有意差はなかった。X線上対象群の3例は骨癒合したが、BAPN群は2例のみに骨癒合が得られ、あとの2例はピン刺入部で骨折していた。摘出した脛骨骨密度(DXA)は対象群3例の平均は418.0mg/cm2であったが、骨折しなかったBAPN群2例の平均は244.0mg/cm2と対象群よりも明らかに低かった。5.考察:昨年度BAPN 1mg/kg投与群では対象群と骨密度や力学的検討で有意差がなかった。このため今年度は2mg/kg投与群のみ作成し、かつ延長後直ちに屠殺した。昨年同様に2mg/kg投与群では対象群には見られなかった骨折例が多く、また体重差がないにも関わらず骨新生は乏しく明らかに骨密度が低かった。骨折については技術的な要因も否定できないが、昨年度の2mg/kg投与群の結果も考慮すると、コラーゲン架橋を阻害するBAPNは骨新生に明らかに負に作用しているものと推察された。このため、次年度では2mg/kg投与群の数を増やし、力学的検討と共に、新生骨の組織像やコラーゲン線維の生化学的検討を予定する。1.方法:昨年度と同様の方法で日本白色家兎の脛骨を2週間骨延長した。骨延長開始からβ-aminopropionitrile (BAPN)2mg/kgを4羽に2週間毎日腹腔内投与し(BAPN群)、対照群としてvehicle(生理食塩水)のみ同様に2羽に投与した。骨延長終了後2週間で創外固定を外し、屠殺後に骨癒合状態や骨密度を検討した。2.結果1:BAPN群は4羽中3羽に骨癒合が得られたが1羽は偽関節であった。一方、対照群は2羽とも骨癒合が得られた。このためBAPN群の解析は骨癒合した3羽を用いた。DXAによる骨延長部の骨密度はBAP群330mg/cm2、対照群350mg/cm2で有意差はなかった。3.結果2:さらに、XCT Research SA+を用いて骨延長中央断面部の骨密度測定を行った。骨髄腔も含めた骨密度はBAPN群551mg/cm2、対照群550mg/cm2と変化がなかった。これを石灰化領域に限ると、BAPN群553mg/cm2、対照群572mg/cm2と有意差はなかったが、前者で小さい傾向にあった。さらに、皮質骨領域の面積はBAPN群7.90cm2、対照群10.41cm2と統計学的に有意差はなかったが、明らかにBAPN群で皮質骨形成が不良と判断された。4.考察:BAPN群ではこれまでの結果と同様に明らかに骨癒合不全を意味する偽関節形成例が今回も認められ、BAPN投与により骨癒合に悪影響を及ぼすことが推察された。

また今回、症例数の関係で有意差は認められなかったが、BAPN群では石灰化領域の骨密度が低く、皮質骨面積も小さい傾向にあるなど、BAPN投与により成熟した骨形成が阻害されることが示唆された。
昆虫における左右脳葉間の相互作用:視葉概日時計間の相互同調

本研究では,セロトニンとPDFの役割を中心に概日時計間の相互同調の神経機構を解析し、以下の結果を得た。(1)相互同調に主要な役割を演ずる視髄両側性ニューロン群(MBN)の自発放電と光感度は夜間に増加し,昼は低下するが,セロトニンは視葉内微量投与でMBNの光応答を抑制し,その抑制の程度は夜大きい.(2)セロトニンのアンタゴニストMetergolineは昼夜ともにMBNの感度を増強するが,その増強の程度は昼大きい.(3)薬理学的解析から,この系には5-HT_7類似のリセプターが関与することが示唆された.一方、(4)コオロギ脳からPDFを精製し,アミノ酸配列を決定し、合成PDFを用いてウサギを免疫し,抗体を作製した.(5)抗PDF抗体を用いたELISAにより,視葉内PDF量が夜間に増加し,昼の後半に少なくなること、(6)免疫組織化学によりPDF細胞には外キアズマ周辺に小型細胞を持つニューロン群と,視髄基部に大型の細胞を持つニューロン群が標識された.(7)PDFの視葉内微量投与ではMBNの光応答は昼には増強され,夜には幾分抑制された.(8)PDFを昼視葉内に微量投与しMBNの感度を上昇させた後,セロトニンを微量投与すると,MBN感度は急激に低下した.(9)PDFの視葉内微量投与では,活動リズムの位相変位が惹起されたが,その位相反応曲線は主観的昼の後半から夜の前半で位相前進を,夜の後半から昼の前半で位相後退を示した.以上の結果などから,(1)光情報が強く入る昼には,概日時計の制御下に分泌されたセロトニンがMBNの感度を低下させ,同調系の昼の状態を設定し,逆に(2)PDFは昼の後半に分泌され,MBN感度を上昇させ同調系の夜の状態を作るとともに,概日時計の位相を夜の開始に一致させる作用を持つこと,(3)このセロトニンとPDFによるMBNの二重制御が時計間相互同調の基盤となることなどが示唆された.本研究では,セロトニンとPDFの役割を中心に概日時計間の相互同調の神経機構を解析し、以下の結果を得た。(1)相互同調に主要な役割を演ずる視髄両側性ニューロン群(MBN)の自発放電と光感度は夜間に増加し,昼は低下するが,セロトニンは視葉内微量投与でMBNの光応答を抑制し,その抑制の程度は夜大きい.(2)セロトニンのアンタゴニストMetergolineは昼夜ともにMBNの感度を増強するが,その増強の程度は昼大きい.(3)薬理学的解析から,この系には5-HT_7類似のリセプターが関与することが示唆された.一方、(4)コオロギ脳からPDFを精製し,アミノ酸配列を決定し、合成PDFを用いてウサギを免疫し,抗体を作製した.(5)抗PDF抗体を用いたELISAにより,視葉内PDF量が夜間に増加し,昼の後半に少なくなること、(6)免疫組織化学によりPDF細胞には外キアズマ周辺に小型細胞を持つニューロン群と,視髄基部に大型の細胞を持つニューロン群が標識された.(7)PDFの視葉内微量投与ではMBNの光応答は昼には増強され,夜には幾分抑制された.(8)PDFを昼視葉内に微量投与しMBNの感度を上昇させた後,セロトニンを微量投与すると,MBN感度は急激に低下した.(9)PDFの視葉内微量投与では,活動リズムの位相変位が惹起されたが,その位相反応曲線は主観的昼の後半から夜の前半で位相前進を,夜の後半から昼の前半で位相後退を示した.以上の結果などから,(1)光情報が強く入る昼には,概日時計の制御下に分泌されたセロトニンがMBNの感度を低下させ,同調系の昼の状態を設定し,逆に(2)PDFは昼の後半に分泌され,MBN感度を上昇させ同調系の夜の状態を作るとともに,概日時計の位相を夜の開始に一致させる作用を持つこと,(3)このセロトニンとPDFによるMBNの二重制御が時計間相互同調の基盤となることなどが示唆された.視葉概日時計間の相互同調系は、分散中枢間の相互作用を研究するための最適なモデル系である。フタホシコオロギを用いた概日時計の神経機構の研究から、これまでに、概日時計が脳の一部である視葉に左右一対存在すること、左右の時計は相互に時刻・明暗情報を交換することにより同調すること、この情報を仲介するニューロンは両側の視髄を直接連結する26対の視髄両側性巨大ニューロン(MBN)の中にあることなどが明かになっている。本年度は、電気生理学的解析と薬理学的解析を組み合わせることにより、セロトニン系が時計間の同調機構にどのように関わるのかを解析し、以下の結果を得た.1)セロトニン系の関与:片側視神経を切断し、明暗13:13の光サイクル下に置いたコオロギでは、正常側視葉時計と盲目側視葉時計が脱同調し、それぞれ光同調する成分と自由継続する成分を制御する.盲目側の周期は正常側との位相角に応じて変調するが、この変調の程度が5,7-DHTを投与した個体ではリンガー液投与個体に較べ大きく低下することが明らかとなった。

2)セロトニンによるMBN活動性の調節:時計間の同調に関わることが示唆されているMBNの自発放電と光感度は夜間に増加し、昼は低下するが、視葉への5-HTの微量投与により、MBNの自発放電と光感度が低下すること、5-HTの抑制効果は夜間に増加すること、また抑制からの回復は夜の方が速いことがわかった.3)蛋白合成系の関与:視葉体外培養系において、5-HT(10mM)は主観的昼の前半(CT3,6時間処理)に約5時間の位相前進を引き起こしたが、この効果はシクロヘキシミド(10uM)の同時投与でほぼ完全に阻害された.これらの結果は、セロトニン系が(1)時計間の同調シグナルを制御すること、(2)蛋白合成系を経由して時計の位相変位を引き起こすこと、を通して左右の時計間の同調機構に関与することを示唆している.コオロギ左右の視葉概日時計間の相互同調系への色素拡散ホルモン様ペプチド(PDF)の関与を明らかにする目的で,神経生物学的実験を行い,以下の結果を得た.1.フタホシコオロギ脳抽出蛋白質から色素拡散ホルモン様神経ペプチドをHPLCと抗Uca-PDH抗体を用いたcompetitive ELISA法により,PDFを精製し,そのアミノ酸配列を決定した.さらに,2.その構造に基づいて合成したPDFを用いて,ウサギを免疫し,抗体を作製した.3.抗PDF抗体を用いたELISAにより,視葉内PDF量の日周変動を解析したところ,夜間に多く,昼低下する日周リズムを示すことがわかった.この日周変動はセロトニンのそれと類似しており,セロトニン性ニューロンの活動との同調関係が推察された.4.抗PDF抗体を用いた免疫組織化学では,視葉内の第1キアズマ周辺に小型の細胞体を持つニューロン群と,視髄基部に大型の細胞を持つニューロン群が染色された.5.これらのうち,視髄に細胞体を持つニューロンからは細胞内記録に成功した.それらは,脳へ投射するニューロン群(PDFNp)と視髄内にのみ突起を持つニューロン群(PDFNi)とに分けられたが,それらの自発放電がPDFNpでは昼よりも夜高く,PDFNiでは逆に昼高いことから,視葉内のPDF量は主としてPDFNiの活動に関連しているらしいことが示唆された.また,これらの多くが僅かではあるが光のONで応答することもわかった.6.PDFの視葉内微量投与で視髄両側性ニューロン(MBN)の光感度が変化することと,概日時計の位相変位が誘発されることが示されたが,まだ位相反応曲線を得るところまでは至っていない.これらの結果から,PDFがMBNの応答性を制御することと時計の位相を変位させることで左右の相互同調系へ関与することが示唆された.コオロギ左右の視葉概日時計間の相互同調系における色素拡散ホルモン様ペプチド(PDF)性ニューロンおよびセロトニン性ニューロンの役割を明らかにする目的で,神経生物学的実験を行い,以下の結果を得た.1.セロトニンは視葉内微量投与で誌髄両側性ニューロン群(MBN)の光応答を抑制するが、セロトニンと同様の効果はフォルスコリンで得られること,8-OH-DPATでも得られることなどから,この系には5-HT_7類似のリセプターが関与することが示唆された.2.昨年度作成した合成PDFの視葉内微量投与ではMBNの光応答は昼には増強され,夜には幾分抑制された。3.PDFの視葉内微量投与により,活動リズムの位相変位が惹起されたが,その位相反応曲線は主観的昼の後半から夜の前半で位相前進を,夜の後半から昼の前半で位相後退を示し,セロトニンとは異なるものであった.
超分子ポリマーの階層的構築と、機能性ナノ空間による革新的機能の創出

本研究では、有機酸とアミンからなる有機塩において形成される超分子クラスターを階層的に組み上げ、高次構造である三次元ネットワーク状超分子ポリマーを構築する。形成される空間への化学刺激(化学種の吸着・脱離)、または物理刺激(熱・圧力)による構造変化に伴って、固体光物性(色調・発光挙動・非線形光学特性)のダイナミックな変調が可能な、革新的機能をもつデバイスの創成を目的とする。超分子化学や光化学における知見を融合させ、さらにこれまで我々が培ってきたインターカレーション現象や多形転位といった有機結晶における動的現象を導入することによって、ダイナミックデバイスの創成を行う。以下に得られた結果を列挙する(1)種々の機能性分子にスルホン酸基を導入した機能団分子を合成する。これまで色調についてはアゾベンゼンスルホン酸において興味深い結果が得られているので、とくに発光ユニットをもっスルホン酸誘導体、すなわちアントラセン誘導体について合成を行った。(2)得られたアントラセン誘導体について結晶化を行い、超分子構造の化学的、物理化学的性質を赤外分光法、固体核磁気共鳴分析、熱分析によって明らかとする。得られた測定データにより、ネットワーク構造による包接現象を検討った。また単結晶X線構造解析により、超分子構造を明らかとした。(3)アントラセンジスルホン酸を用いた有機層状結晶ではジオキサン分子の吸着・脱離に応じて結晶の微細構造が変化し、それに応じて蛍光発光色が変化させることに成功した。この変化は固体発光では稀なアントラセンのエキシマー発光とモノマー発光の間でのスイッチングであることが明らかとなった。(4)ビスアミノフェニルアントラセンを用いた系では多くの化学物質を取り込むことを明らかとした。これらの結晶は取り込む化学種に応じ多発光現象を示すことを見出した。