hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「その場観察」による金属ナノ粒子形成過程の解明とその金属ナノ触媒製への応用

時間分解XAFS法と種々の分光法を組み合わせることによって溶液中ならびに無機酸化物上における各種ナノ粒子形成過程の「その場観察」を行い,ナノ粒子の形成過程と,形成過程に及ぼす各制御因子の解明を進めた.特に時間分解XAFS法と四重極質量分析を組み合わせることで有益な情報が得られることが分かった.本研究では以下の4種類の系について検討を進めた.1)液相還元法における金ナノ粒子の形成過程に及ぼす硫黄系配位子の影響2)ロジウムナノ粒子のモルフォロジーに対する配位子および塩の効果3)酸化チタン表面における電析過程、4)無機酸化物表面における白金あるいは白金-スズ合金ナノ粒子の形成過程時間分解XAFS法と種々の分光法を組み合わせることによって溶液中ならびに無機酸化物上における各種ナノ粒子形成過程の「その場観察」を行い,ナノ粒子の形成過程と,形成過程に及ぼす各制御因子の解明を進めた.特に時間分解XAFS法と四重極質量分析を組み合わせることで有益な情報が得られることが分かった.本研究では以下の4種類の系について検討を進めた.1)液相還元法における金ナノ粒子の形成過程に及ぼす硫黄系配位子の影響2)ロジウムナノ粒子のモルフォロジーに対する配位子および塩の効果3)酸化チタン表面における電析過程、4)無機酸化物表面における白金あるいは白金-スズ合金ナノ粒子の形成過程本年度は,有機保護剤の存在下での金属ナノ粒子の形成過程を,DXAFSスペクトル測定により「その場観察」を行い,さらにTEMおよびXPSなどの種々の分光法を組み合わせ金属ナノ粒子の形成機構,有機保護剤の役割の解明を進めた.まず,四つのチオアセチル基を同一方向に有する四座ポルフィリン保護剤を新規に設計合成した.この新規保護剤存在下,金イオンを溶液中で還元することによって金ナノ粒子を合成する過程を追跡した.得られた金ナノ粒子の粒径は,従来のアルカンチオール系保護剤を用いた場合と比較して小さく単分散であった.また,ポルフィリン保護剤の末端官能基をチオアセチル基からジスルフィド基に変化させることで,さらに小さく且つ粒径分布の狭い金ナノ粒子の合成を達成した.これらの結果とその場観察の結果から,保護剤の多座配位による金ナノ粒子表面の強い安定化と,末端官能基の違いによるS-Au結合の形成速度が金ナノ粒子の粒径に影響を与えることを示した.また,一般的な単座保護剤及び上記のポルフィリン存在下での金ナノ粒子の生成過程を従来の方法より高速なQuick XAFS分光法を用いてその場観察した.粒子生成初期段階に現れる小さな金クラスターを捉えることに世界で初めて成功し,粒子生成機構を提案した.一旦全ての金原子が小さな金クラスターを形成した後,クラスター同士が凝集することで粒子成長するという機構である.また,ポルフィリン保護剤を用いた検討から,保護剤の嵩高さと多座配位性が,初期に生じる金クラスターを捕捉する速度を遅くする一方で,その後の粒子成長を強く抑制することを提示した.併せて,Rhナノ粒子が酸化チタン上に光電析される機構を,Dispersive XAFS分光法を用いて明らかにした.すなわち,酸化チタン上で,一定の速度でRhイオンが還元され,約3mmのRhナノ粒子が一定の速度で出現することを見出した本年度は,溶液液における金属ナノ粒子生成機構並びに無機酸化物表面におけるナノ粒子形成機構について検討を行った.まず,ポリビニルピロリドンを保護剤としたポリオール還元法による塩化ロジウムからのRhナノ粒子生成機構について,Insitu時分割XAFSとICP-MSを用いて検討した.ナノ粒子生成はRh前駆体の濃度に対して一次反応であり,一定の大きさのRhナノ粒子が素早く連続的に生成し,相互に凝集することはないことが示唆された.即ち,前駆体の還元が律速段階であり,その後に起こる粒子成長は極めて迅速に進行し,一定の形のナノ粒子を生成することがわかった.また種々の雰囲下における熱処理によって,種々の金属酸化物上で金属の前駆体が分解し,白金ナノ粒子が形成する過程について,in-situ時分解XAFSと質量分析計を組み合わせ検討を行った.不活性雰囲気下では,前駆体の分解後,NH3やNO3-を還元剤として金属状態にまで還元された白金種と,担体の格子酸素に由来する酸素と結合した中間体が生成した.生成した中間体の安定性は担体によって大きく異なり,中間体の易還元性は同時に還元される中間体の数に影響を与え,結果として,粒子径分布に影響することが分かった.還元雰囲気下では,担体の酸の強さが,還元初期における白金ナノ粒子の形成過程に影響を与えることを見出した.白金の還元は,前駆体に由来するHNO3と,担体上に担持されたPt(NH3)42+のNH3配位子が反応することで進行すると考えられ,担体の酸強度が強いほど,白金の電子が担体に吸引されるため,電子供与性であるNH3配位子と白金との相互作用が強くなり,Pt(NH3)42+の安定性が高まることで還元が進行しづらくなったものと推定した.

これらの例の様に担体並びに雰囲気がナノ粒子形成過程に与える影響を明らかとした.本年度は,無機酸化物表面における白金ナノ粒子形成機構ならびに白金ースズ合金ナノ粒子形成過程について検討を行った.含浸処理後に酸化雰囲気、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気それぞれにおいて試料を一定速度あるいは定温で処理し,このとき白金ナノ粒子が形成する過程について,in-situ時分解XAFSと質量分析計を組み合わせ検討を行った.雰囲気によってナノ粒子形成過程は大きく異なり,含浸処理後、酸化雰囲気で処理することで分散性の悪い金属粒子が生成すること、還元雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で処理することで比較的分散性の良いナノ粒子が生成することが分かった。例えば,不活性雰囲気下では担体の格子酸素に由来する酸素と結合した中間体が生成するが,生成した中間体の安定性は担体によって大きく異なり,中間体の易還元性は同時に還元される中間体の数あるいは表面密度を変化させた結果,粒子径分布に影響することが分かった.また,担体の酸の強さが還元初期における白金ナノ粒子の形成過程に与える影響について検討を進めた.担持白金触媒については,含浸処理後,酸化雰囲気を経ずに直接還元的な雰囲気で処理することでより分散性の高いナノ粒子が得られることから,この知見を利用し,脱水素反応に高い活性を示す担持白金ースズ合金触媒について酸化処理を経ない還元雰囲気下における合金ナノ粒子の形成過程を検討した.酸化雰囲気下では,白金とスズの遊離が進行し,合金ナノ粒子が得られなかった.還元雰囲気下では,合金ナノ粒子が形成するが、比較的高温が脱水素に有効なPt3Sn1合金の形成に必要なこと,過剰なスズ酸化物の存在がPt3Sn1合金の形成に重要であることが明らかとなった.溶液系,担持金属系のいずれについても時間分解XAFS測定を中心にナノ粒子形成過程の観察に成功しており,得られた結果を基に,ナノ粒子形成機構の提案も行っている.従って,概ね順緒に進展していると判断される.また,測定手法や検討を行っている「その場分析用セル」は,他の系にも応用可能で有り,今後様々な系に展開を図る予定で有る.24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの検討で溶液系について金およびロジウムナノ粒子の形成過程を明らかにした.また,担持金属系については,白金ナノ粒子を中心に検討を行ってきた.今後は,担持金属系について白金ナノ粒子と並行して担持系について金ナノ粒子ならびにRhナノ粒子についても検討を進める.ロジウムナノ粒子については,担体のSMSI効果の効果について予備的な検討を行ったが,今後さらに検討を進める.24年度が最終年度であるため、記入しない。
レーザー照射/電気化学複合プロセスによる三次元マイクロアクチュエーターの試作

アルミニウムのアノード酸化・レーザー照射・電着塗装・導電性高分子析出の連続プロセスにより、アクリル樹脂/金/導電性ポリピロールの3層からなるマイクロアクチュエーターを試作した。このアクチュエーターを各種カチオンを含む水溶液中に浸漬し、アクチュエーターの動作挙動を観察したところ、1価および2価のカチオンを含む溶液においては、ポリピロールの膨張・収縮による試料の動作が観察されたが、3価のカチオンを含む溶液の場合には、試料は動作しなかった。また、カチオンの価数が大きくなると、アクチュエーターの移動距離が小さくなることがわかった。これは、カチオンの価数が大きくなると、ポリピロール膜中に取り込まれる水和カチオンの量が少なくなるためである。これまでの研究成果を元に、三次元形状を有するアルミニウム試料を用いて、上述の連続プロセスにより三次元マイクロマニピュレーターを試作した。このマニピュレーターは、コイル状の微細構造体先端に4本の可動部を有する。試作したマイクロマニピュレーターをドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液中に浸漬したのち、あらかじめ水溶液中に浸漬したシリンダー状のセラミックス構造体をターゲットとしてマニピュレーターの性能を評価した。マニピュレーターの電位を-0.8Vから0V(銀塩化銀参照電極基準)に変化すると、4本の可動部がセラミックスを保持し、その後のマニピュレーターの移動により、セラミックス試料を移動させることができた。すなわち、このマイクロマニピュレーターを用いることにより、極めて微細なターゲット材料を任意の位置に移動できる。このような三次元マイクロマニピュレーターの実現は、世界でも初めての研究成果であり、今後の研究により、マイクロマシン分野や医療分野などに応用できるものと考えられる。アノード酸化皮膜を化成したアルミニウム試料を蒸留水中に浸漬したのち、レーザー照射により酸化皮膜を局部的に破壊・除去した。この試料をピロール溶液中に浸漬し、定電位アノード分極を行うと、レーザー照射部に不均一なポリピロール層が析出した。これは、レーザー照射部に自然酸化皮膜が形成したためであると考えられる。次に、皮膜化成試料を金めっき溶液中に浸漬し、レーザー照射を行ったのち、ただちに金めっきした試料にピロール重合を行うと、均一なポリピロール層を形成することができた。上述のポリピロール電析試料を水酸化ナトリウム溶液に浸漬すると、素地のアルミニウム金属および酸化皮膜が溶解し、ポリピロール/金からなる構造体を分離することができた。しかし、ポリピロール中のイオンの脱ドープにより、アクチュエーターの機構を実現することは困難であった。そこで、構造体作成プロセスを変更し、金めっき微細パターン形成/素地・皮膜溶解/絶縁層塗布/ピロール重合/絶縁層除去の連続プロセスにより作成した微細ポリピロール構造体をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム溶液中に浸漬し、サイクリックボルタモグラムを測定したところ、ポリピロールの酸化還元反応、すなわちイオンのドープ/脱ドープが起こることを確認した。サイクリックボルタモグラム測定における試料の状態をビデオカメラにより観察したところ、ポリピロールの膨張・収縮により、試料が湾曲することがわかった。この構造体作製法を用いることにより、三次元形状を有する微細なアクチュエーターを作成できると考えられる。
サービス競合を考慮したユビキタスサービスの安全性保証に関する研究

本研究では,ユビキタスネットワークで提供されるサービスの安全性を保証するための体系的な枠組みの技術開発を行った.また,個々の単体サービスの安全性のみならず,複数のサービス間で発生するサービス競合問題を考慮に入れた手法の開発を目指した.研究成果として,ユビキタスサービスの安全性定式化・検証フレームワーク,ホームネットワークを対象としたサービス競合検出手法,環境インパクトを用いた環境競合の定式化,サービス連鎖検出手法,安全性を考慮したユビキタスサービス・アプリケーションの開発等がが得られた.これらの成果を22件の論文, 44件の学会発表にて公表した.本研究では,ユビキタスネットワークで提供されるサービスの安全性を保証するための体系的な枠組みの技術開発を行った.また,個々の単体サービスの安全性のみならず,複数のサービス間で発生するサービス競合問題を考慮に入れた手法の開発を目指した.研究成果として,ユビキタスサービスの安全性定式化・検証フレームワーク,ホームネットワークを対象としたサービス競合検出手法,環境インパクトを用いた環境競合の定式化,サービス連鎖検出手法,安全性を考慮したユビキタスサービス・アプリケーションの開発等がが得られた.これらの成果を22件の論文, 44件の学会発表にて公表した.平成21年度は,主に以下の(1)(2)に従って研究を進めた.(1)ユビキタスサービスにおける安全性の定式化様々なサービスの実用例を分析し,ユビキタスサービスにおける安全性の定式化を行った.ユビキタスサービスの特性である「モノ同士の連携」および「環境への影響」を考慮した.その結果,サービスの安全性を以下の3種類で定義することができた.ローカル安全性:モノそれぞれに閉じた安全性.モノを単体で安全に使用するための性質.グローバル安全性:複数のモノにまたがる安全性.複数のモノを連携したサービスを安全に使用するための性質.環境安全性:サービスが提供される環境で守らなければならない安全性.モノやサービスの内容に依存しない.(2)ユビキタスサービスにおけるサービス競合検出・解消法の考察複数のユビキタスサービス間の競合問題を定式化し,サービス競合を検出・解消するための理論の考察を行った.その結果,以下の2種類のサービス競合が重要であることがわかった.機器競合:ユビキタスネットワーク上の同一の機器(資源)上で発生する直接的な競合環境競合:ユビキタスネットワーク上の環境を解して発生する間接的な競合予備実験として,提案法をホームネットワークシステムにおける連携サービスに適用して評価を行い,有効性の確認を行った.以上の結果および関連する成果を,論文誌4編,国際会議論文3編,研究会論文19編にまとめて発表した.平成22年度は,主に以下の研究を行った.サービス競合につながるサービス連鎖のオフライン検出手法の開発ユビキタスサービスは様々な環境情報を状態をトリガとして実行される.具体的には,気温や在室状況等の環境情報をセンサで検知し,状況に応じたユビキタスサービスを実行する.あるユビキタスサービスが実行された結果,別のユビキタスサービスの実行条件に影響を与えて,2つのサービスが立て続けに実行されるという現象が生じる.これをサービス連鎖と呼ぶ.サービス連鎖は,思いがけないサービス競合を生み,ユビキタスサービスの安全性を阻害するか可能性があるため,事前に検出しておく必要がある.本年度は,平成21年度に提案したユビキタスサービスのモデルに基づき,任意の2サービス間のサービス連鎖をオフラインで自動検出する手法を開発した.具体的には,あるサービスが実行されたときの環境への影響と,別のサービスの実行条件との重なりを分析することで,サービス連鎖が起こる可能性とそのときの具体的な発生条件を導出する.以上の結果および関連する成果を,論文誌3編,国際会議論文4編,研究会論文5編にまとめて発表した.(1)サービス連鎖の安全性評価手法とサービス競合検出手法の提案ユビキタスサービスは,センサで計測される様々な環境状態をトリガとして実行される.したがって,サービスSaが実行された結果,別のサービスSbの実行条件に影響を与え,2つのサービスが立続けに実行されるサービス連鎖(Sa⇒Sbと書く)いう現象が生じる.サービス連鎖はサービスの安全性を阻害する可能性があるが,すべてのサービス連鎖が有害であるとは限らない.そこで本年度は,検出されたサービス連鎖の深刻度を評価する手法を提案し,サービス連鎖によって安全性に影響を与えるサービス競合が発生するかどうかを,検出する手法を開発・実装した.具体的には,あるサービスSaが単独で実行された(期待された)状態Taと,サービス連鎖Sa⇒Sbが起こってしまった(実際の)状態Tbを比較し,両状態の乖離度を求める.TaとTbの乖離度がある一定の閾値を超えた場合に,有害なSa⇒Sbサービス競合を生ずると判定する.(2)サービス連鎖・競合の検出・監視システムの開発と実験的評価開発した手法を,スマートハウス向けユビキタスサービスに適用し,サービス連鎖およびサービス競合をオフラインで検出するシステムを試作した.また,我々の研究グループで開発しているスマートハウスに実装し,連鎖・競合をオンラインで監視するシステムを試作している.6つの実サービスでの競合検出実験では,11個のサービス連鎖および6個のサービス競合を検出できた.以上の成果および関連成果を,論文誌1編,国際会議論文4編,研究会論文2編に発表した.
銀河円盤からの拡散ガンマ線観測による系内宇宙線陽子の加速・伝播機構の研究

1.次期ガンマ線天文衛星GLASTに関する研究実施状況今年度5月から、GLAST衛星の主要な検出器であるLATの性能試験が行われているスタンフォード線形加速器センターに1ヶ月半滞在し、LATの一部でシリコンストリップで構成される飛跡検出器の性能評価を行った。滞在中に関わった飛跡検出器の性能評価は、(ガンマ線の代わりに)宇宙線ミュー粒子の飛跡データを解析することによって行った。LATは4x4=16のユニット,"タワー"で構成され、滞在時にはこの内の4タワーについて試験データが取得されており、これらのデータに対して、1.ガンマ線の到来方向の決定精度に影響するタワー間アラインメントの精度の見積もりおよびそのずれ値の検出、2.シリコンストリップ検出器の包括的な電荷検出効率について、実測とモンテカルロシュミレーションとの一致度の検証を行うプログラムの作成に参加した。2.TeVガンマ線地上観測実験CANGAROOにおける研究実施状況2004年度にCANGAROO望遠鏡ステレオ観測システムを用いて取得した銀河円盤の観測データの解析をさらに展開させた。CANGAROO実験については、グループ内部で解析手法の統一がなされていないことが問題視されており、可能な限り不確定性を排除し、背景雑音に対して取得されるガンマ線の信号雑音比が最良にする解析手法をグループ全体で検討・検証する作業に加わった。また、銀河円盤のような拡がった天体の解析手法(背景領域の定義・フラックスの求め方)は点源のそれとは異なるため、グループの過去の経験が貧弱であり、拡がった天体の解析手法とその妥当性に対する評価を行った。これらの研究の途中結果を第28回宇宙線国際会議にて発表した。
矩形波駆動を用いる新しいスリップレス超音波モータの実現

本研究の目的は、「超音波モータの駆動振動波形を、滑り損失の少ない矩形波に制御できる、全く新しいタイプの高効率な超音波モータを実現する」ことである。1.駆動波形の調整機構を設計し、有限要素法によりその実現可能性を確認する。2.最適な駆動条件の検討を行い、試作・実験を通じて本方式の特徴を明らかにする。3.従来の超音波モータと比較して、効率の向上を確認し、本方式の有効性を立証する。研究実績1.超音波モータの全体的な構成の決定(1)モータは、研究代表者所属の研究室において技術的蓄積のある複合振動子型にした。(2)共振系の設計を容易にするために振動子は、ほぼ対称形にした。2.コンピュータ・シミュレーションによる制御機構の設計及び動作確認(1)ワークステ-シヨンを活用し、有限要素法解析を行った。その結果、フランジの位置、直径、厚さ等の最適値が求まった。(2)波形を制御することによってどの程度の効率の向上が期待できるか数値計算を行った。3.新型振動子の試作部品を作製し、振動子の試作を行った。4.基礎特性の測定試作した振動子の基礎的振動特性測定を行った。5.超音波モータに応用し、効率を含む基礎特性の測定(1)基礎特性測定結果に基づき、成果を設計にフィードバックし、超音波モータを試作した。(2)効率を初めとする超音波モータの基礎的特性を測定し、効率の向上を確認した。
アミノーカルボニル反応を用いた食品酵素の熱安定性に関する研究

これらの知見をもとに、trypsin-glucose複合体を上記同様に調製し合成基質(Bz-Arg-p-NA)を用いてnativeなtrypsinと比較し、次の結果を得た。trypsin-glucose複合体は貯蔵8日迄nativeなtrypsinより酵素反応性は高く、かつ60°Cにおける反応性は約2倍、70°Cでは2.5倍に増加した。示差走査熱量計による変性温度も3°C上昇したように、glucoseの付与によってtrypsinの変性温度を高めたものであった。また、nativeなtrypsinのKm値0.932に対してtrypsin-glucose複合体のKm値は、0.428であった。この事実は、酵素に糖を付与すると基質との親和性を高めるといえよう。Trypsin-maltose複合体を調製してtrypsin-glucose複合体の諸性質と比較検討した。この複合体のKm値、至適pHはtrypsin-glucose複合体と同じであった。更に長期間貯蔵しても安定したものであった。trypsin-maltose複合体はA-C反応の初期段階生成物として長く留まり、重合化、褐変化反応が生じにくいことが安定化の要因であると考察した。基質としてcaseinを用いた場合にもtrypsin-glucose複合体の酵素活性はnativeなtrypsinより高かった。糖の付与によってtrypsinの熱安定性及び酵素活性を著しく高めるという結果から、A-C反応の初期段階に留める糖を有効に活用すれば、食品酵素の利用性も高まるとの知見を得た。これらの知見をもとに、糖を酵素に付与すると熱安定性を高めると予測し、まずTrypsin-glucose複合体を上記同様に調製してTrypsinの諸性質を調べた。合成基質(BzーArgーpーNA)を用いてNativeなTrypsin活性と比較し、次の結果を得た。Trypsinglucose複合体は貯蔵8日までnativeなTrypsinより反応性は高く、かつ60°Cにおける反応性は約2倍、70°Cでは2.5倍に増加した。示差走査熱量計による変性温度も3°C上昇したように、glucoseの付与によってTrypsinの変性温度を高めたものであった。次いで酵素活性を調べたところ、nativeなTrypsinのKm値0.932に対し、4日貯蔵のTrypsin-glucose複合体のKm値は0.428であった。二糖のうちAーC反応を長く初期段階にとどめるmaltoseを用い、Trypsin-maltose複合体を調製して諸性質を検討した。13日貯蔵したTrypsin-maltoseは、4日貯蔵したTrypsin-glucoseと同じKm値を示し、更に長期間貯蔵しても安定したものであった。至適pHはnativeなTrpsinと同じであったが、pH610における酵素活性はNativeなものよりかなり高いものであった。更にglucosの系同様に熱安定性の高いものとなった。アミノ酸分析の結果からmaltose-trypsin複合体はAーC反応生成物として長くとどまり、重合化褐変化反応が生じにくかった。合成基質を用いた場合、糖の付与によってTrypsinの熱安定性及び酵素活性を著しく高めるという結果を得た。これらの知見をもとに、trypsinーglucose複合体を上記同様に調整し合成基質(BzーArgーpーNA)を用いてnativeなtrypsin活性と比較し、次の結果を得た。trypsinーglucose複合体は貯蔵8日迄nativeなtrypsinより酵素反応性は高く、かつ60°Cにおける反応性は約2倍、70°Cでは2.5倍に増加した。また、nativeなtrypsinのKm値0.932に対してtrypsinー

glucose複合体のKm値0.932に対してtrypsinーglucose複合体のKm値は、0.428であった。この事実は、酵素に糖を付与すると基質との親和性を高めるといえよう。Typsinーmaltose複合体を調整してtrypsinーglucose複合体の諸性質と比較検討した。この複合体のKm値、至適pHはtrypsinーglucose複合体と同じであった。更に長期間貯蔵しても安定したものであった。trypsinーmaltose複合体はAーC反応の初期段階生成物として長く留まり、重合化、褐変化反応が生じにいことが安定化の要因であると考察した。基質としてcaseinを用いた場合にもtrypsinーglucose複合体の酵素活性はnativeなtrypsinより高かった。糖の付与によってtrypsinの熱安定性及び酵素活性を著しく高めるという結果から、AーC反応の初期段階に留める糖を有効に活用すれば、食品酵素の利用性も高まるとの知見を得た。
脱産業化段階における大都市再開発モデルの社会学的分析-とくに再開発モデルの文化的・民族的複合性を中心として-

3年度にわたる調査研究の成果を集約するにあたって、都市社会学上・都市の社会計画上、次の2点を確認できた。1.大都市市街地再開発モデルにおいて、市街地(都心、インナーエリア)居住の可能性として既存コミュニティの自己組織力分析と併せて、ニューカマ-ズとしての外国人居住者の既存コミュニティへの緩やかな統合と、かれら自身の日常生活圏とエスニック・ネットワーク生成を、実態的に解明することができた。2.多国籍化と重層的生活空間形成の進む市街地居住の根茎として、「外国人居留地」を東京・築地明石町、大阪・西区川口地区、神戸・居留地跡その他について追跡調査したが、これらの歴史的、文化的根茎は根既存コミュニティの再生との繋がりにおいてのみ生きる。1)大都市再開発のシンボル施設・装置として記号化した「外国人居留地」および無人化した保存地区が、1995年1月の阪神大震災においてどのように脆弱であったかに、このことは証明されている。2)平成6年度は、最後のとりまとめの年度でもあり、課題の焦点となったニューカマ-ズとしての外国人居住者の地域生活における共生の新実態を、第1次調査を実施した東京の代表的インナーエリア・池袋とその周辺について、徹底したかたちでの個別インタビュー調査を実施した。併せこの調査結果を参照するかたちで横浜、大阪、神戸地区の事例のヒヤリング調査を補充した3)1988年以降の現在進行形の外国人居住者の新実態が、どのような市街地居住の可能性として定着するに至るか、その過程を視野に入れた大都市市街地(都心・インナーエリア)再開発モデルの実証的、社会計画的提示が、本研究の成果として可能となった。1.本研究は、21世紀システムとしての脱産業化(工業化)型大都市再開発モデルの存在形態と社会学的意味を分析することにあった。3年次にわたる継続研究の第1年次は、(1)欧米および日本の大都市市街地の再開発モデルの推移、(2)この再開発モデルを20世紀システムとしてのクリアランス型ではなく、都心居住の観点から、コミュニティ保護の必要性を指摘、(3)都心居住を都心隣接のインナーエリアを含めて広域的に捉えると、いわゆる市街地居住の射程に、ニューカマーズとしてのアジア系外国人問題が入る。2.本研究では大都市再開発モデルの内外実態資料の整備とともに、東京の池袋、新宿をはじめとするインナーエリアに集住化の著しいアジア系外国人の生活実態を、より大きなコミュニティの枠組みにおいて調査するところに第1年次の主点がおかれた。日本人と外国人との共生にもとづくコミュニティの実態解明と併せて、ニューカマーズの問題はコミュニティの隠れた存在としてのオールドカマーズの在日韓国・朝鮮人問題を浮彫りにした。調査地として東京以外に川崎、横浜、大阪、神戸、そして「原爆スラム」と言われた広島市基町の両開発地区へと視野をひろげた。アンケートとヒヤリング調査による諸結果は、学会、調査報告書その他の場を通じて逐次報告されている。3.次年度は、(1)エスニック・コミュニティの実態を入れたりリハビリテーション型の再開発モデルの社会学的分析と、(2)外国人居住者のルーツと言われる「外国人居留地」(雑居地を含む)の変容過程を、この多国籍化と重層的生活空間形成のすすむコミュニティの今日的実態に照らして総合的に捉え直すことにする。東京、神戸の「外国人居留地」を、エスニック・コミュニティの歴史的事例として、とくに取り上げることにする。平成4年度においては、例えばアメリカ大都市の市街地再開発モデルとしてエスニック・コミュニティの21世紀システムとも相〓比較できる形での日本の大都市のエスニック・コミュニティの実態調査と概念化についての成果を得ることができた。1.1988年以降のニューカマーズとしてのアジア系外国人居住者の大都市定住化の新実態については、東京・豊島区、新宿区を中心に分析が進められたが、平成5年度では地域社会の歴史的存在としての在日韓国・朝鮮人のオールド・セッツラーズに焦点が合わされた。

資料収集とヒヤリング調査では、前年度にひき続いて、広島市基町、大阪市西区、生野区その他が選ばれたが、これらの調査地では原爆スラム、ブラック・マーケット、外国人居留地(雑居地)と系譜を異にしながらも、在日韓国・朝鮮人、中国人を中心とする歴史的重層性ある複合的エスニック・コミュニティの存在性を典型事例として検証することができた。2.平成6年度につなぐもう一つの実績としては、東京・荒川区日暮里地区調査の成果がある。日暮里地区は大阪市生野区、川崎市桜木地区と並んで済州島出身の在日韓国・朝鮮人が多数派を占める地域社会として知られているが、日本人居住者と微妙な境界と距離(Terrritorality and Distancing)を維持しながらも住み合う多民族的、多文化的市街地居住の有力なモデルが得られた。在日一世、二世、三世の個別面接調査では、従来の「在日」像を刷新する回答が示されている。とくにオールド・セッツラーズとしての在日一世のカテゴリーには、ニューカマーズとしての20、30歳台の韓国人居住者が同じ第一世代(First Generation)として含まれ地域社会内での双方の結び合いの事実が明らかになった。こうした歴史的、空間的重層性を持つコミュニティの実態を介して、21世紀システムとしての市街地再開発モデルの呈示が具体的に可能となった。1.大都市市街地再開発が市街地(都心、インナーエリア)居住との関連において「外発型クリヤランス」から「内発型再生」へとモデル・シフトしてきていることは、日本を含め世界的な動向であるがこのことを再開発関連の調査研究資料、現地ヒヤリング(平成4・5年度の分担者・水上徹男担当)を通じて確認した。2.大都市インナーエリアを磁場とした地域社会の衰退・空洞化と再組織化の契機に国境をこえたニューカマ-ズとしてのアジア系外国人の定住化の問題がある。大都市インナーエリアとして、東京・池袋・新宿その他の実態調査を通じて地域社会再編成と統合化の過程から、かれの生き方、都市的適応様式、共生の作法をキーワードに実態調査を進めてきた。3.同時にオールド・セットラ-ズとしての在日韓国・朝鮮人・中国人居住者調査を東京・荒川日暮里地区、大阪市生野区、神戸市中国人街区その他について資料収集に努めたが、私たちの提出したエスニック・コミュニティの分析枠組と、この枠組を通した実態を基層とした再開発モデルの提示は必ずしも有効ではなかった。むしろ、平成6年度の研究総括では「都市的世界・コミュニティ・エスニシティ」の三層構造をモデルとする大都市インナーエリアの実証分析に視点を合わしていること、個別特殊状況に特徴づけられるエスニック・コミュニティの独自の類型化と分析枠組よりも、より普遍のモデル構成において「都市的世界・コミュニティ・エスニシティ」の三層構造の分析と地域社会相互の比較検討に携わるほうが有益である。
高齢者のワーキングメモリを高める運動条件とその脳内機構の解明

ワーキングメモリ(WM)は、高齢者の自立した生活に必須の認知機能である。一過性および習慣的な運動は長期記憶や抑制機能など様々な認知機能を高めることが報告されているが、WMに関する研究は不十分であり、どのような運動条件がWMを高めるのかや、その脳内機構は不明な点が多い。そこで本研究は、近赤外光脳機能イメージング装置(fNIRS)を用いて、強度の異なる有酸素運動の一過性効果および3ヶ月の運動実践効果を検討し、高齢期のWMを高める運動条件とその脳内機構を明らかにする。
脳を模倣したパルス駆動ハードウェア自己組織化マップ

2018年度は,提案するディジタル周波数同期ループ(DFLL)を用いたハードウェア自己組織化マップ(Self Organizing Map: SOM)の高速化を行った.昨年度256個のニューロンからなるSOMを開発したが,十分な動作速度が得られなかった.動作速度を改善するため,近傍関数の簡略化と各コンポーネント回路の見直しを行った.通常SOMのようなハードウェアシステムは数値演算を用いるが,提案するSOMはパルス処理により動作する.この動作原理の違いを検証するために数値演算を用いたハードウェアSOMを開発し,比較を行った.この数値SOMの開発過程で,ハードウェアSOMの大規模化に対応できる入れ子構造アーキテクチャを提案した.この入れ子構造は,より多くのニューロンを含む大規模ハードウェアSOMの開発が容易になった.本研究課題で提案している,疑似好奇心機能を提供する近傍関数の詳細動作に関する詳細実験を行った.本研究では,好奇心を「未知の事象に強い関心を持つ性質」と仮定し学習アルゴリズムを改良した.これにより,脳のように外部からの未知入力に対応して学習し続けるSOMを実現できることが確認できたが,この学習特性が人間の好奇心モデルとしての可能性について考察した.上記学習アルゴリズムを用いたSOMによる指文字認識実験を行い,十分な認識性能を持つことを確認したが,若干従来型SOMより認識性能が劣化することが分かった.これを解決するために,複数SOMを用いたベクトル分類器を提案し画像認識実験を行った.2017年度に開発した,研究課題であるDFLLを使った,256個のニューロンで構成されるハードウェアSOM(DFLL-SOM)についてIEEE ISCAS 2018において成果発表を行った.しかし,このSOMは動作速度が予定より遅かったため,動作速度の改善を行った.まず,SOMの近傍関数を2のべき乗型から三角型への変更と細かい回路の見直しを行い,Xilinx社Virtex-6FPGA使用で66MHzクロックでの動作が確認できた.改良前は30MHzの動作だったので,2倍以上の速度改善となった.これと並行して,通常の数値演算によるSOMとの動作比較を行い,動作原理の違いによる性能差を定量的に評価した.比較対象として入れ子構造のアーキテクチャによるSOMの開発を行い,FPGAを使ったDFLL-SOMとの比較実験を行ったが,この実験を通して,入れ子アーキテクチャは多数のニューロンを含む大規模SOMの実装が容易になることがわかった.この特徴はDFLL-SOMの大規模化にも貢献できると期待できる.以上の三角型近傍関数の導入と入れ子アーキテクチャの評価実験に手間取ってしまったため,進捗にやや遅れが生じてしまった.疑似好奇心機能を提供する近傍関数について様々な入力に対する実験を行った.人間が持つ3種類の好奇心の中の一つである拡散的好奇心に相当するモデルとしての可能性を確認し,IEEE SSCI 2018で成果発表を行った.提案するSOMの応用として,複数のSOMによる入力データのグループ化を行うベクトル分類器を提案し画像認識システムに応用した.このグループ化により認識率の向上が行えることを確認した.その成果を電子情報通信学会の論文として発表した.より正確な比較を行うために,現状,Virtex-6で動いているDFLL-SOMと数値演算型SOMをそれぞれ,最新のFPGAへ移植し,同じ条件での比較実験を行う.2017年度のハードウェアSOMが2のべき乗型近傍関数を使ったのに対して,2018年度に改良したSOMは三角型近傍関数を使用している.これに合わせて,近傍関数回路に組込む疑似好奇心機能の改良を行う.数値演算SOM開発の過程で提案した入れ子構造アーキテクチャを用いて提案するDFLL-SOMの拡張と回路構成の細かな調整による高速化を図る.以上の方針で研究を進めることで,提案する研究課題である「脳を模倣したパルス駆動ハードウェア自己組織化マップ」としてまとめる.2018年度に提案した入れ子構造SOMと,グループ化を用いたベクトル分類用SOMが非常に親和性が良いと思われる.そこで,これら両者を統合したベクトル分類器の可能性について検討する.これは,開発中のハードウェアSOMの将来的な応用として,各種認識システムに応用できると期待できる.自己組織化マップ(SOM)は人間の脳における情報処理を模倣したモデルで,広範な分野で応用研究が行われている.実際の脳はパルス信号により情報伝達していることが知られている.本研究では情報を周波数変調パルス信号として処理するハードウェアSOMの開発を行う.より生物学的な脳に近いシステムを構築することで,人工知能研究への新たなアプローチを目指している.SOMの重要な処理に勝ちニューロンの検索がある.通常の演算では数値比較で実現可能だが,提案システムでは周波数変調パルスを情報伝達に用いるため,正確な周波数比較回路が必要となる.昨年度は提案するハードウェアSOMへの使用を想定した周波数比較回路とそれを利用した勝者検索回路の開発を行い,シミュレーションと実験により提案する周波数比較回路により正確な勝者検索が可能なことを確認した.さらに,勝者検索の他にSOMの学習機能実現に必要なベクトル更新回路などの構成要素回路の開発を行い,それらを使用したハードウェアSOM全体のアーキテクチャをまとめた.そして,アーキテクチャの有効性を調べるために,プログラム可能な素子であるFPGAに提案するハードウェアSOMを実装し,オンチップ学習実験を行った.小規模のSOMをFPG上に実装し,様々な入力パターンを学習できることを確認した.また,提案するSOMが目指している脳の重要な機能に認識

・分類機能がある.SOMのパターン認識に対する能力を調べるために,指文字認識,ハンドジェスチャー認識,移動ロボットが撮影した室内画像からロボットの位置認識への応用を行い,SOMによる認識性能を調べた.提案するハードウェアSOMは内部の情報伝達に周波数変調パルスを使用する.これは生物学的脳がパルス信号により情報伝達を行うのを模倣したものである.昨年度は研究計画として予定していた正確な周波数比較回路とその回路を使用した勝者検索回路の開発を行った.その有効性を調べるために,提案する勝者検索回路をVHDLで記述し,Winner-take-allネットワーク(WTANN)に応用し動作確認を行った.その結果,正確な勝者検索ができることを確認した.この研究結果を国際会議(IEEE ICECS2016)で発表を行った.学習機能をハードウェアとして実装するため,内部情報更新機能を必要とする.勝者ニューロンの近いニューロンほど強い更新を行う.そのために通常は近傍関数を使用するが,本研究では,勝者ニューロンが更新パルスを近傍に分配する方法を提案した.更新量はこのパルスの周波数に比例するため,勝者ニューロンに近いニューロンほど強い更新を行い,上記近傍関数と同様の学習ができる.これらの回路をまとめたハードウェアSOMの動作を実験により確認した.これは次年度に予定されていた内容だが,年度前倒しで研究を進めることができた.この成果をまとめて国際ジャーナル(IEEE Trans. on Circuits and Systems)に投稿した.提案するSOMは生物学的な脳の模倣を目指しているが,脳の重要な機能である認識機能についてSOMの性能を調べるため,SOMのパターン認識能力を調べた.指文字認識,ジェスチャー認識,移動ロボットの室内画像からの位置認識への応用を行い,高い認識性能を持つことを示した.国際会議(IEEE ISCAS2016, IEEE SSCI2016)で成果発表を行った.2017年度は,2016年度に開発を行った自己組織化マップ(Self Organizing Map: SOM)を直接電子回路で実行するハードウェアSOMの回路改良と大規模化,新しいSOM学習アルゴリズムの検討,そして,SOMの応用としてダイナミックジェスチャ認識に関する研究を行った.生物学的な脳はパルス信号により情報伝達を行っているが,これを模倣したパルス信号を用いたハードウェアSOMの開発を昨年度行ったが,これは16個のニューロンを用いた小規模のSOMでの動作確認しかできていなかった.2017年度は,ニューロン数の増加で問題となっていた回路の見直しを行い,256個のニューロンを持つ大規模SOMについて正しく動作することを確認した.これにより,提案する回路の拡張性が確かめられ,より大規模なSOMも実現可能であることが示された.ニューロン数はSOMの特性を決める重要な要素であり,大規模化は今後のSOMの応用性を広げることができる.これに加えて,2017年度は近傍関数回路の改良により動作速度を向上させることができた.
ハイパー変形原子核の探索

本研究は、不安定核ビームによる融合反応により40Ca近傍核の高スピン状態を作り極超変形核を探索することが目的である。本年度は、極超変形状態からの微弱なガンマ線を検出することを念頭に置いたガンマ線トラッキング技術の開発を開始した。極超変形核測定の難しさの一つは断面積の小ささにある。生成量が絶対的に少ないということだけではなく、それと比較して巨大な断面積をもつ他のチャンネルに起因するガンマ線が膨大なバックグラウンドとなり、そのなかから見つけ出さなければならない。ガンマ線トラッキング技術によって、ガンマ線のエネルギーが検出器内で全て電子に付与された事象を選択することで、ピーク/コンプトン比の向上と検出効率の向上を同時に実現させることができ、これまでにないガンマ線測定の感度向上が望める。第一に、これまでに開発が完了している電極分離型ゲルマニウム検出器からの信号読み出し系の整備を行った。100MHzサンプリング14bitのディジタイザ(Flush ADC)を用いて電極からの信号160チャンネル(1結晶につき40チャンネル×4結晶)の信号波形を読み出すデータ収集系を構築した。さらに、読み出した信号波形をもとにガンマ線の結晶内における相互作用位置を導出するプログラムを導入した。こうして完成したガンマ線相互作用位置検出系の総合的な性能を評価するため、NewSUBARU施設において、位置決定精度評価実験を行った。それにより、目標である1mmの位置分解能が達成できていることを確認した。開発したガンマ線トラッキング検出器を用いた初めての物理実験として、40Caの通常変形に対応する変形状態を同じ中性子数20の原子核である36Sに存在するかどうかを探索する実験を大阪大学核物理研究センターサイクロトロン施設で行った。結果は現在解析中である。本年度はガンマ線トラッキング技術の開発を行うことを目標として設定し、その目標はほぼ達成できた。平成30年度に達成した進展の中心部分はこれまでに開発が完了している電極分離型ゲルマニウム検出器からの信号読み出し系の整備である。これによりガンマ線トラッキング技術の最重要部である、検出器内でのガンマ線相互作用位置を決定する部分までが完成したことになる。その他、ガンマ線相互作用位置検出系の総合的な性能を評価するため、NewSUBARU施設において、位置決定精度評価実験および、40Caの通常変形に対応する変形状態を36Sにおいて探索する実験を行ったが、これは当初の計画を超える進展である。ガンマ線トラッキング技術を完成させるためには、導出したガンマ線相互作用位置の一組からコンプトン散乱と光電吸収からなるガンマ線の反応連鎖をトラックすることである。本年度はこの技術の開発を行う。平行して本課題の目的である40Caの極超変形の端緒が現れる可能性のある高スピン状態を生成する実験の具体的な検討を行う。

これによりガンマ線トラッキング技術の最重要部である、検出器内でのガンマ線相互作用位置を決定する部分までが完成したことになる。その他、ガンマ線相互作用位置検出系の総合的な性能を評価するため、NewSUBARU施設において、位置決定精度評価実験および、40Caの通常変形に対応する変形状態を36Sにおいて探索する実験を行ったが、これは当初の計画を超える進展である。ガンマ線トラッキング技術を完成させるためには、導出したガンマ線相互作用位置の一組からコンプトン散乱と光電吸収からなるガンマ線の反応連鎖をトラックすることである。本年度はこの技術の開発を行う。平行して本課題の目的である40Caの極超変形の端緒が現れる可能性のある高スピン状態を生成する実験の具体的な検討を行う。
精子幹細胞分化に機能する新規遺伝子の同定

本研究では、精子形成を司る真の精子幹細胞の同定と、その維持や分化に関わる新規遺伝子の同定を目指し、次世代シークエンサー技術を含む網羅的な解析を実施した。まず、成体マウスの精子幹細胞と前駆細胞を精巣から採取するため、マーカータンパク質の発現パターンをもとに幹細胞はGFRa1+/Kit-,Ngn3+/Kit-の2集団、前駆細胞はGFRa1+/Kit+, Ngn3+/Kit+の2集団に分けてセルソーターを用いたシングルセルソートを行い、細胞を採取した。その後、個々の細胞をM&T-seqの手法に従い、同一細胞からRNAとDNAをとりわけ、scRNA-seq, scBS-seqライブラリーを作製した後、次世代シークエンサーにて解析した。その結果、scRNA-seqデータの解析からは、上記の4集団の細胞が分化度に相関して分布し、Plzf, GFRa1, Kit等の既知のマーカー遺伝子が予想通りの発現パターンを示すことが確認されたため、高品質なデータが得られていると考えられた。また、このデータから、精子幹細胞集団にはある程度の多様性が存在し、それぞれの段階において特異的な発現を示す遺伝子が存在することが示された。さらに、幹細胞が分化する際にKit遺伝子が発現し始めるタイミング(エピジェネティック・スイッチ)に近い細胞を捉えることができた。また、scBS-seq解析からは、遺伝子の調節領域においてDNAメチル化が段階的に変化する領域を同定している。今後の解析によりそれらと重要遺伝子の発現の関連性を調べることを予定している。また一方で、組織学的解析とヒストン修飾解析により、精子幹細胞の分化(エピジェネティック・スイッチ)において、ヒストン修飾酵素Kmt2bが必須であることを同定した。本研究は哺乳類の精子幹細胞集団の維持と分化機構を最新の次世代シークエンサー技術を応用して解明することを目的とするものである。精子幹細胞は精子形成を長期的に支える上で重要な役割を果たしていることが知られている。精子幹細胞研究においてはこれまでに幹細胞を含む集団に特異的に発現すると考えられるマーカー分子が複数同定されており、培養系を用いた研究手法も確立されている。ところが、真の精子幹細胞が実際にどの細胞に相当するのかという疑問についてはいまだに議論が続いている。さらに、幹細胞の分化を制御する分子機構はほとんど未解明である。申請者の所属研究室ではこれまでに、精子幹細胞のエピジェネティックな状態の大きな変化が幹細胞分化と密接に関与していることを示した。本研究ではこのエピジェネティックな分化制御機構や遺伝子発現の変化をさらに詳細に解析することで、真の精子幹細胞の同定や精子幹細胞分化に関与する新規遺伝子の同定を目指している。本研究課題ではこれまでに、1細胞解析技術(シングルセル解析)を応用し、未分化な精原細胞(Kit-)と分化型の精原細胞(Kit+)それぞれの集団における細胞の多様性を調べた。シングルセルRNA-seq (scRNA-seq)を実施した結果、それぞれの集団の遺伝子発現状態に一定の多様性が存在することが確認できた。つまり、Kit-、Kit+の集団はそれぞれが性質の異なる細胞の集団から構成されていることが示唆された。また、シングルセルM&T-seqによる1細胞レベルのDNAメチル化解析手法の実験を検討し、実験系を再現させることができた。今後はこれらのデータ解析を通し、細胞集団と幹細胞性の関連や、精子幹細胞分化機構の解明を目指す。本研究課題では現在までに、マウスの未分化精原細胞(Kit-)および分化型精原細胞(Kit+)をシングルセルソートし、それを用いてscRNA-seq解析を実施することができた。その結果、Illumina社HiSeqシークエンサーを用いて得られたデータのクオリティは良好であり、それぞれの細胞集団のマーカー遺伝子の特異的な発現が確認できたため、高品質なデータが得られていると考えられた。一方で、scM&T-seqの実験を実施し、次世代シークエンサーデータを解析したところ、問題なく実験系が再現できており、データの品質も良好であることが確認できた。これらのことから、本研究は当初の計画に則りおおむね順調に進展していると判断した。

今後の解析によりそれらと重要遺伝子の発現の関連性を調べることを予定している。また一方で、組織学的解析とヒストン修飾解析により、精子幹細胞の分化(エピジェネティック・スイッチ)において、ヒストン修飾酵素Kmt2bが必須であることを同定した。これまでのシングルセルの実験結果を踏まえ、今後はシングルセルソートした未分化精原細胞(Kit-)および分化型精原細胞(Kit+)を用いたscM&T-seqを行う。これにより、精原細胞においてDNAメチル化と遺伝子発現がどのように相関しながら精子幹細胞集団が維持され、分化へと導かれるのか調べることを計画している。精原細胞は細胞分裂後も細胞質同士が鎖状に繋がっている性質があり、細胞の鎖長と分化度の間には関連性があることが知られている。今回の研究では、特に鎖長が幹細胞性とどのような関係があるのかという視点からシングルセルデータを解析し、真の幹細胞の同定や分化に重要な働きをすることが予想される遺伝子の同定を進め、全体として精子幹細胞分化機構の解明につなげたいと考えている。初年度の経費はほぼ予定額使用しており、次年度も少額の残額と合わせて計画通り使用する予定である。
大脳皮質神経細胞へのシナプス入力の定量的解析

大脳皮質はヒトが生きて行く上で必要な脳機能を司る。しかしながら、その局所神経回路の構築はいまだ謎のままである。本研究では、電子顕微鏡観察により、ラットの5層の錐体細胞に入力するシナプスを定量的に解析したところ、約2万個のシナプス入力があることを推定できた。それらのうちおよそ2割は抑制性の入力であるが、抑制性シナプスの大きさはターゲットの大きさに依存しており、効率的な抑制効果をターゲットにもたらしていることが想像できる。また、棘突起に入力するものは出現消失を繰り返すものがあり、可塑的に興奮性入力を調整していると考えている。固定的な神経回路は常に可変的変化を示していることを示唆する。ラットの胎児の大脳皮質前頭部に、プラスミド(錐体細胞をYFPで標識、PSD95(興奮性シナプス後膜物質)をmCherryで標識、GEPHYRIN(抑制性シナプス後膜物質)をTEAL (CFP)で標識するように設計したコンストラクト)を電気穿孔法(エレクトロポレーション、IUE)で入れて、出産させた。動物が成熟してから灌流固定し、その後に50μm厚の脳切片を組織処理して、レーザーコンフォーカルで観察し、YFPで標識された錐体細胞上にあるPSD95とGEPHYRINのラベルされた固まり(小さい点: punctate)を観察した。コンストラクトの最適濃度を試行錯誤の上で見出そうとしたが、GEPHYRINのラベルがうまく行かなかった。そこで、錐体細胞をYFPで標識するように設計したコンストラクトのみをIUEで入れて、出産させた後、免疫組織化学法で、興奮性シナプス後部のマーカーとしてPSD95、抑制性シナプス後部のマーカーとしてGEPHYRIN抗体で処理し、レーザーコンフォーカルで観察し、YFPで標識された錐体細胞上にあるPSD95とGEPHYRINの点(punctate)を観察した。2/3層の錐体細胞を手始めに、抑制性シナプスと興奮性シナプスの密度解析を開始した。レーザーコンフォーカル顕微鏡で神経細胞の全体像をフォーカスを変えて撮影し、それをNeurolucidaで解析して樹状突起の立体的再構築を行った。細胞体からの距離に応じて、シナプス密度がどのように変化するか、現在解析を開始した。また、樹状突起が位置する層によりシナプス入力密度が変化するかどうかも解析した。マウスの胎児の大脳皮質前頭部に、プラスミド(錐体細胞をYFPで標識、PSD95(興奮性シナプス後膜物質)をmCherryで標識、GEPHYRIN(抑制性シナプス後膜物質)をTEAL (CFP)で標識するように設計したコンストラクト)を電気穿孔法(エレクトロポレーション)で入れ、シナプス結合部を蛍光ラベルした動物を使った。In vivoで、視覚野を直接見る為に、頭蓋骨を切り取り、そこにカバーグラスをあてがい、歯科セメントで固めてcranialwindowをつくる。そのwindow越しに、二光子レーザー顕微鏡でラベルされた錐体細胞の樹状突起上にあるgephyrinやPSD95のpunctateの動態を1日毎に観察した。これまでの実験(Chen et al. Neuron 74. 361-373 (2012))では、一部のpunctateは、片眼遮蔽実験時に、出現したり消失したりする可塑的な動きをするというデータを持っているが、その中でも特に棘突起にある抑制性シナプス後部にあるgephyrin punctateは、この可塑的な変化の頻度が高く回帰的に出現消失を繰り返すという結果を得た。抑制性シナプスが入力する棘突起のほとんどは興奮性シナプスの入力との2重支配を受ける事を以前報告した(Kubota et al. J Neurosci. 27: 1139-1150 (2007))が、本当にその棘突起に興奮性シナプス入力があるのか?回帰性な動態を示すgephyrin punctateは消失後に、抑制性の前シナプス神経終末は果たして消失するのか、はたまたそこに待機しているのか?という問題に答を出すため、二光子顕微鏡を使った観察の後に同じ部位を電子顕微鏡で観察するという手法を用い検討した。その結果、回帰的な反応を繰り返す抑制性シナプスの前神経終末は、完全に撤退する事はせず、もとあった位置に待機する傾向がある事がわかった。マウスの胎生期16日の胎児の大脳皮質前頭部に、3種類のプラスミドを電気穿孔法(エレクトロポレーション)で入れて、出産させた。それらのプラスミドは、2/3層の錐体細胞をYFPで標識、興奮性シナプス後膜物質PSD95をteal (CFP)で標識、抑制性シナプス後膜物質gephyrinをtdTomato等の組み合わせにより異なる蛍光蛋白で標識するように設計したコンストラクトである。生後49日までに、大脳皮質一次視覚野上の頭蓋に穴を開けカバーグラスで覆ったcranial windowを作製し、上記3種類のコンストラクトでラベルされた神経細胞の樹状突起を、2光子顕微鏡下で10日間にわたり毎日1回in vivo観察し、2/3層の錐体細胞の樹状突起上の興奮性シナプスと抑制性シナプスの構造的な可塑的な動態を検討した。その結果、棘突起にある抑制性シナプスが同じ位置で出現したり消失したりを繰り返す現象を認めた。その現象は、ターゲットの棘突起のサイズとシナプス面積が膨大化するという興奮性シナプスのダイナミックな構造的可塑性とは大きく異なる抑制性シナプスに特異的な可塑的動態と考えている。その棘突起には、視床-皮質投射型興奮性シナプス入力があり、安定して存在する事を観察により確認した。