hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヴェスパシアーノ・ゴンザーガの肖像研究：１６世紀スペイン統治下のイタリア美術政策

北伊ロンバルディア地方のサッビオネータ公爵ヴェスパシアーノ・ゴンザーガ・コロンナはスペイン王フェリペ二世、神聖ローマ皇帝の傭兵隊長として実績を築き、優れた外交手腕、軍事建築の技能、芸術文化の庇護者として名声を馳せた人物である。本研究は16世紀後半から17世紀にかけてスペインが教皇領、ヴェネツィアなど一部地域を除くイタリア半島のヘゲモニーを握った時代、スペイン宮廷美術がイタリア諸都市国家の芸術施策、とりわけ君主像に及ぼした影響をヴェスパシアーノの君主像を取上げて検討した。その際ハプスブルク家の広域的な芸術ネットワークに留意して同時代史料読解を行い、様式、意味内容、パトロネージの特質を明かにした。本研究は、北イタリア半島がスペイン・ハプスブルク家の支配下に置かれる16世紀後半、封建支配に降ったイタリア諸公が、宗主国スペインの政治文化路線と結びつきつつ、いかなる君主像を創り上げたのか明らかにすることを目的とする。具体的には、フェリペ二世の忠臣でハプスブルク家の皇帝たちとも生涯密接に関りをもった、北イタリアのサッビオネータ公爵ヴェスパシアーノ・ゴンザーガの肖像を分析対象とし、スペイン宮廷周辺で制作された肖像美術との影響関係を鑑みつつ考察する。初年度の研究実績は、1)文献学的調査:ローマ、フィエンツェ、マントヴァ、ミラノ、マドリードの図書館にて予定通り、同時代伝記作家A.リッシャ(1592)、C.ファロルディ(1592頃)によるヴェスパシアーノの伝記、16世紀末のサッビオネータの出来事を年代記的に綴ったN.ドンディの日記、サッビオネータ市の古文書館史料(現存せず)を参照したI.アッフォ(1780)の伝記を入手し、サッビオネータと西欧他宮廷との政治的文化的ネットワークを検証中である。更に米国カンザス大学スペンサー・リサーチ図書館で発見されたサッビオネータ関連の古文書コピーも予定外に入手でき、ヴェスパシアーノの都市建設に関与した地元公人、クレモナ出身の画家カンピの活躍について一次史料による確認ができた。またボッツォロのゴンザーガ家傍系子弟の書簡から、本家と傍系でハプスブルク家への奉仕の違いがあり、傍系ゆえの軍事的生き残り方が浮彫りとなった。2)作品調査:科研費で購入した一眼レフカメラを用い、アンブラス城所蔵のハプスブルク家、ゴンザーガ家の関連肖像画の撮影を行った。コモ市立絵画館の協力でアントニス・モル作品の高画質図版も入手した。プラド美術館、エル・エスコリアル修道院は撮影不可で、論文掲載等で具体的に必要な図版が確定し次第、担当部署に図版購入依頼することで打合わせを行った。研究活動スタート支援補助金期間の初年度が、他の科研費と異なり年半で終わることを考慮に入れず研究計画を設定してしまったため、分析作業にやや遅れが生じているが、これについては、二年次の平成28年度の前半で口頭発表による成果報告を行うなどして、調整する予定である。具体的には、7月2日開催予定のルネサンス研究会において、ハプスブルク家の宮廷肖像画家アントニス・モル作《ヴェスパシアーノ・ゴンザーガの肖像》の図像分析に関する知見を発表する予定でいる。図版資料の収集・整理については、初年度に二年度の計画の一部を前倒し的に進めていることもあり、計画全体としては予定通りに進めることのできる状況にある。また、査読付き紀要雑誌の掲載が1本確定しており、新たな研究成果を発表する準備も進めている。最終年度は9月1日から21日まで、2月25日から3月25日までの年二回、イタリア、オーストリア、スペイン、イギリスにて海外調査を行った。まずウィーン美術史美術館新館でヴェスパシアーノおよびハプスブルク家のカール五世、フェリペ二世の武具甲冑の撮影調査を行い、北伊コモ市の市立博物館にてスペイン王フェリペ二世の肖像画家として名声を馳せたアントニス・モルによる《ヴェスパシアーノ・ゴンザーガ・コロンナの肖像》の撮影調査を実施して、フィレンツェ美術史研究所、プラド美術館付属図書館で図像解釈研究を進めた後、従来曖昧にされてきたスペイン王フェリペ二世の美術嗜好とヴェスパシアーノの肖像制作の影響関係を様式的・図像学的に検証し、その成果を『日伊文化研究』第55号で発表した。続いてサッビオネータのパラッツォ・ドゥカーレ「祖先のガッレリーア(回廊/ギャラリー)」の壁画装飾の撮影調査を行い、初年度実施したアンブラス城のチロル大公フェルディナンド二世の肖像コレクション調査結果と併せて、16世紀後半の西欧宮廷における蒐集趣味の高まりとガッレリーア建設の隆盛、そのなかでの肖像美術の位置づけを再考し、人文主義文化と古代ローマのイマギネス・マイオールムの伝統、またエル・パルド宮殿にフェリペ二世が建設させたハプスブルク家の肖像ギャラリーとの影響関係を確認した。その図像学的・図像解釈学的成果を『SCU JOURNAL』(英語要旨・和文)Vol.10で発表した。また彫刻家レオーネ・レオーニが制作したブロンズ製のヴェスパシアーノの全身座像(現在、サッビオネータ聖母戴冠聖堂に所蔵)の撮影調査をもとにフィレンツェ美術史研究所での図像分析作業とパドヴァ、ヴェネツィア、ミラノにおける関連作品の調査を通じて知見を得た。これに関しては年内に論文として起草・発表する準備を進めている。

本研究は16世紀後半から17世紀にかけてスペインが教皇領、ヴェネツィアなど一部地域を除くイタリア半島のヘゲモニーを握った時代、スペイン宮廷美術がイタリア諸都市国家の芸術施策、とりわけ君主像に及ぼした影響をヴェスパシアーノの君主像を取上げて検討した。その際ハプスブルク家の広域的な芸術ネットワークに留意して同時代史料読解を行い、様式、意味内容、パトロネージの特質を明かにした。平成28年度は、平成27年度で収集した文献資料の精読を進める一方、2016年9月および2017年3月の二度、イタリアを中心とする現地調査を行い、以下の計画を進める予定である。1)図版資料収集:マントヴァ・クレモナ・ブレーシャ県文化財監督局、サッビオネータ市観光協会の協力を得て、サッビオネータ市の聖母戴冠聖堂内にある彫刻家レオーネ・レオーニ作《ヴェスパシアーノ・ゴンザーガ》、サッビオネータの工人アルベルト・カヴァッリ(推定)によるドゥカーレ宮殿「祖先の回廊(ギャラリー)」の歴代ゴンザーガ家当主およびその妻たちの夫妻肖像レリーフ彫像、マントヴァのドゥカーレ宮殿所蔵作品でヴェネツィア出身彫刻家(作者不詳)作の大理石胸像《ヴェスパシアーノ・ゴンザーガ》の写真撮影を行い、本研究に必要な図版資料データを完成させる。2)作品調査・分析作業:昨年から進めているレオーネ・レオーニの作品分析に当たり、ハプスブルク家と同盟宮廷のイタリア君主ジャン・ジャコモ・メディチ、フェッランテ・ゴンザーガ等のために同作家が手掛けた肖像彫刻を比較対象に据えつつ、分析結果をまとめる。一方、「祖先の回廊」の作品群に関しては、宮殿内のスペースを利用して一族の始祖から同時代までの歴史を一望できる1617世紀に隆盛した肖像ギャラリーの興味深い作例の一つであることから、これに類するメディチ家、ハプスブルク家での作例との比較分析を通じ、王朝の歴史を語る肖像機能の一例として、その文化的意義も踏まえて調査内容をまとめる。3)以上、昨年度からの研究に基づいて得られた分析結果については、適宜、発表していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。美術史28年度が最終年度であるため、記入しない。
腎Angiomyolipomaにおける結晶構造の解析一画像解析を中心としてー

1.症例収集:腎Angiomyolipoma(AML)17例の手術標本を収集し,さらに肝AML2例も収集して対象とした。結節性硬化症合併例は3例である。多発例は2例で,いずれも結節性硬化症合併例である。2.光顕的検索:ジアスタ-ゼ消化PAS染色を全例で行ったところ、腎AML17例中11例で明らかな針状結晶様構造が認められた。切片全体に均等に認められるわけではなく、部分的に認められる。島状に集簇して出現してくることが多く、微細な顆粒(これもジアスタ-ゼ耐性PAS陽性)を有する細胞群に混じて認められることが多い(尚,この微細顆粒の出現は17例全例に認められる)。平滑筋細胞が血管周波様配列を示したり、上皮様大型細胞化した部分に認められることが多い。結晶構造が比較的多数認められたのは3例で、内2例は結節性硬化症合併例である。結晶様構造を認めた例で高血圧を呈した例は2例であるが、いずれも腎摘出後高血圧は改善していない。肝AMLでは微細顆粒を認める。3.電顕構的検索:1例で、上皮様大型細胞内に多数の顆粒とともに、明瞭な結晶構造を認めた。形態学的には胞巣状軟部肉腫の結造と極めて類似している。他の1例でホルマリン固定試料からの戻し電顕,肝AML1例でパラフィンブロックからの戻し電顕を行ったが、結晶構造は見出し得ず,多数の顆粒を認めるにとどまった。4.コンピュ-タ-解析:結晶構造の電顕写真を用いて画像解折を行うと、周期性など胞巣状軟部肉腫の結晶とほぼ一効している。5.免疫組織化学的検索:全例レニン抗体を用いた染色で陰性であり、結晶構造はレニンではないということは証明し得た。各種細胞細骨蛋白も結晶構造含有細胞には、ほとんど染色されず、この細胞の分化の特異性については確定し得なかったが、この染色にあたっては、特殊な前処置の必要性があるのかもしれず、今後の課題となると考えられる。
看護基礎教育における医療事故防止教育のあり方とその実態

前年度の成果を踏まえ,看護学基礎教育における医療事故防止・医療安全教育のカリキュラム案を作成した.前年度の結果より,現行カリキュラムの枠組みでの医療安全教育の構成は困難であることが分かったため,現行カリキュラムの範囲に含まれる内容を除き,必要な内容を構造化した.構造化は「エラー(事故)を未然に防ぐ」「誰かがエラーを起こしそうになったら」「エラー(事故)が起きた場合」という3段階のフェーズで構成した.各内容には,教育目標のタキソノミーによる目標を提示し,同じ教育内容についての基礎教育と職場内教育との連続性を保てるようにした.このカリキュラムとして構造化した内容について,看護専門学校(3年課程)1校で90分2コマ,看護大学2校で90分23コマの授業を行なった.最初に行なった専門学校での授業は,特別講義の時間を使った研究授業として行なった.授業名は「インシデントレポートの書き方」であり,学生参加型の教授方法を用いた.この授業に対する学生による授業評価では,参加型の授業方法を評価する内容(グループワークで皆の意見を聞くことができてよかった,など)が参加者中55%で最も多かった.講師に対する評価では「話がわかりやすい」が参加者中42%で最も多く,その他進行・準備や雰囲気について評価する意見が多かった.授業内容(テーマ)についての評価としては,参加観察を行なった同校の教員から,授業後の実習に向けた自己学習やセミナーヘの参加などで多くの学生で動機づけの高まりがみられ,医療事故を取り上げて学ぶ様子が報告された.この初回授業の評価を踏まえ,何点かについて改善を行なって,大学2校での授業を実施した.また,作成したカリキュラム案を用いて,全国の専門学校(3年課程)における医療安全教育の実態に関する調査を行なった.本邦では医療事故の発生件数に関する正確な集計が行われていないが,朝日新聞Digital News Archivesで1999年2001年で「医療事故」を検索した結果,1994年から2001年の間に起こった86件の医療事故が報道されていた.看護学領域では1999年の横浜市立大学の医療事故以降顕著に医療事故関連の文献が増加しているが,看護教育分野での研究はごくわずかであり,看護学基礎教育分野での原著論文は見られない(医学中央雑誌Web版での検索).主に心理学領域のヒューマンエラーに関する文献検討からは,医療事故を防止するために,患者に対する説明・医療職種間での情報交換・謝罪・集団特性など幅広い内容を含むコミュニケーションの知識と技術,セルフモニタリングの技術などの必要性が示された.医療事故防止教育内容の抽出のため,新聞記事内容を提示して行った看護教員に対するアンケートからは,医療事故に直接結びつく基礎看護技術,薬理学などのほか,専門職としての責任感の醸成も含めた倫理学,法学,看護管理学など,従来の専門科目・専門基礎科目が挙げられた.また,看護教員と看護師によるグループディスカッションでは,教育方法論としての臨地実習について,臨床の現実に近い実習計画とし,臨場感溢れる体験をさせることの重要性について話し合われた.さらに医療事故防止の科目や単元を設ける事が望ましいことで意見が一致したが,本邦の看護基礎教育に関する法規上「安全」は明文化されていないため,現状では安全は各科目・単元の中で個々の教育施設や教師の教育・授業計画や認識にまかされている.法規に則った現行カリキュラムの中で医療事故防止を教科(授業・単元)目標とする授業の設定は難しいと考えられた.次年度は,現実に実施されている医療事故防止教育の実態把握のため,全国規模の質問紙調査を行う.前年度の成果を踏まえ,看護学基礎教育における医療事故防止・医療安全教育のカリキュラム案を作成した.前年度の結果より,現行カリキュラムの枠組みでの医療安全教育の構成は困難であることが分かったため,現行カリキュラムの範囲に含まれる内容を除き,必要な内容を構造化した.構造化は「エラー(事故)を未然に防ぐ」「誰かがエラーを起こしそうになったら」「エラー(事故)が起きた場合」という3段階のフェーズで構成した.各内容には,教育目標のタキソノミーによる目標を提示し,同じ教育内容についての基礎教育と職場内教育との連続性を保てるようにした.このカリキュラムとして構造化した内容について,看護専門学校(3年課程)1校で90分2コマ,看護大学2校で90分23コマの授業を行なった.最初に行なった専門学校での授業は,特別講義の時間を使った研究授業として行なった.授業名は「インシデントレポートの書き方」であり,学生参加型の教授方法を用いた.この授業に対する学生による授業評価では,参加型の授業方法を評価する内容(グループワークで皆の意見を聞くことができてよかった,など)が参加者中55%で最も多かった.講師に対する評価では「話がわかりやすい」が参加者中42%で最も多く,その他進行・準備や雰囲気について評価する意見が多かった.授業内容(テーマ)についての評価としては,参加観察を行なった同校の教員から,授業後の実習に向けた自己学習やセミナーヘの参加などで多くの学生で動機づけの高まりがみられ,医療事故を取り上げて学ぶ様子が報告された.この初回授業の評価を踏まえ,何点かについて改善を行なって,大学2校での授業を実施した.また,作成したカリキュラム案を用いて,全国の専門学校(3年課程)における医療安全教育の実態に関する調査を行なった.
ビッグデータ処理の形式検証に向けて

インターネットに接続される機器の増加に伴い、蓄積されるデータが爆発的に増大している。これらの大規模なデータを解析し、活用しようという動きが、いわゆる「ビッグデータ」のもとで進んでいる。しかし、ビッグデータ処理に用いられるプログラムの信頼性について、十分に厳密な検討や検証がなされているとは言いがたい。本研究では、「簡潔データ構造」に着目し、そのアルゴリズム及び実装の安全な開発方法を提案し、評価を行った。具体的には、定理証明支援系Coqを用いて、簡潔データ構造の基本的なアルゴリズムを形式化し、その性質を検証してから、実用的なコードを出力できるようにした。平成27年度、簡潔データ構造の基礎を形式化し、基礎的なアルゴリズムの形式検証に成功した。まず、定理証明支援系Coqを用いて、簡潔データ構造の基礎となるrank関数などを抽象的に定義し、その性質の証明に取り組み、定理群の開発を開始した。特に、アルゴリズムが利用するメモリ量に関する性質に集中した。また、検証済みで実用的なrank関数を得るため、定理証明支援系Coqを用いた検証方法を提案し、検証実験を行った。簡潔データ構造は低レベルな操作を利用するため、通常の実装の検証は困難である。具体的には、抽象的なrankアルゴリズムを検証してから、CoqのExtraction機能を用いて、OCaml言語の実装を出力した。但し、効率のいいコードが得られるように、ビット列を表現するOCamlライブラリを新しく構築した。特に、このライブラリは最新のIntelアーキテクチャの命令を利用する。以上の実験に関する論文を国内ワークショップに投稿し、採択され、本ワークショップの論文賞を受賞した。平成27年度、簡潔データ構造に関する実装はビット列のレベルで実現し、実用的な実装を得たので、本プロジェクトの目的の一つを達成した。平成28年度、簡潔データ構造の基礎的なアルゴリズムの形式検証実験を完成させ、論文を作成し投稿、その成果を国際学会で発表した。検証したrankアルゴリズムは最小のメモリを使用し、効率的にビット列内のビットを数えるアルゴリズムである。本実験は、定理証明支援系Coqのコード出力機能を用いて、検証済みかつ実行可能なプログラムを形式モデルから得られた。平成28年度は特に、得られたプログラムのデータ構造の単純化と最適化に集中した。しかし、そのプログラムは主に関数型言語OCamlで記述されていたため、効率に関して改善の余地があった。従って、さらに効率の良いプログラムを得られるように、Coqのコード出力の新機能を提案した。本提案によって、形式モデルから直接効率の良い低レベルのC言語のプログラムを得られ、そのプログラムと元の形式モデルの適切さを確認するため、新しい仕組みを提案した。具体的に、Coqプラグインという拡張方法を用いて、C言語のプログラムの生成器(monomorphizationという型を特化する仕組みかつC言語のコード生成の仕組み)のプロトタイプを実装した。その生成器の安全性を確認するため、monadificationというプログラム変換もCoqプラグインとして実装した。以上のプラグインを合わせて、形式的に安全性を確かめられる生成器ができた。その生成器のプロトタイプの実験について国内ワークショップでポスターを発表し、議論した。平成28年度、検証済みの簡潔データ構造のプログラムの効率化に努めた結果で、実用的かつ独創的なアプローチの提案ができたため、簡潔データ構造のアルゴリズムの形式検証のベースができた。平成29年度、昨年度提案したコード生成の手法を実用的な応用に適用し、簡潔データ構造の基礎の形式化を拡張した。平成28年度に提案したコード生成の手法(monomorphizationというプログラム変換に基づくC言語のコード生成器とmonadificationというプログラム変換器)の開発を進め、応用例に適用した。特に、平成27年度に形式検証したrankアルゴリズムに適用した。その結果として、C言語のコードで記述された実用的な実装を得られ、その正しさもmonadという概念を用いて確認した。また、同じmonadの概念を用いて、正しさ以外の性質(計算量など)も形式的に検証できた。以上の生成器と変換器は定理証明支援系Coqのプラグインとして実現しており、これをオープンソースコードとして配布した。その成果を国内ワークショップで発表し、雑誌論文として投稿し、採択され、招待講演として国際ワークショプで発表した。また、上記のコード生成器を最適化で拡張した。具体的には、C言語で記述された実装の効率改善のため、linearity解析を実装した。また、平成27年度で開始した簡潔データ構造の基礎の形式化を拡張した。具体的には、select関数とその性質およびLOUDS木という代表的な簡潔データ構造とその性質を形式化した。以上のlinearity解析による最適化と簡潔データ構造の形式化を国内ワークショップでポスターとして発表した。平成27年度の成果を向上し、国際会議に投稿あるいは雑誌論文を作成する。平成27年度に提案した検証方法を簡潔データ構造のselectアルゴリズムに適用する。提案した定理群を拡張あるいは整理と拡張する。MathCompの実数を利用できるように移植する。簡潔木の形式化を開始する。

平成28年度に提案したコード出力機能を向上し、その機能について論文を作成し、投稿する。それから、平成27年度に提案した定理群を拡張し、検証方法を簡潔データ構造のselectアルゴリズムと簡潔木に適用する。形式検証名古屋で会議を行わなかったので、未使用額が生じた。計画の変更によって、購入予定の書籍を遅らせた。形式検証の国際会議は日本で行われたため、未使用額が生じた。国際会議に論文を投稿するので、その旅費と参加費として利用する。形式検証を加速するため、プロジェクトメンバーの開発会議を増やす。論文を投稿するので、その成果発表に伴う旅費や参加費として利用する。
経皮的生体内管腔臓器バイパス術の開発

2つの離れた管腔臓器をX線画像ガイド下の遠隔操作で切開せずバイパスする方法と器具を開発した。この技術は特定の臓器に限定されず汎用性のある低侵襲治療法である。本研究ではブタを用い異なった臓器に計10回の経皮的バイパス作成術を行いすべてに成功した。病気による血管や消化管などの管腔臓器の閉塞は主に外科手術によってバイパスされるが、本研究の方法は低侵襲治療法であり外科手術が難しい患者にも行える。本研究の目的は本研究者らが考案した経皮的生本内管腔藏器バイパス術を、臨末的こ合併症が生じない術式に改良するために必要なデバイスを開発ぐすることである。開発したデバイスは離れた管腔藏器を貫通させる員通用ワイヤと管腔臓器間に留置するステントのデリバリシースを牽引して挿入させる牽引用ワイヤである。貫通用ワイヤは市販のワイヤを改良したステンレス製のものからナイロン製のワイヤへ構造を変更し0.035インチの外径で強度と柔軟性を持つものを開発した。牽引用ワイヤは0.035インチの外径のもをベースとしデリバリシースを牽引できる仕組みをシャフト部分に加えて作成した。貫通用ワイヤと牽引用ワイヤの接合のため両ワイヤに変更を加えた。貫通用ワイヤは柔軟部分を利用して臓器貫通後にスネア型に作成できる構造とし、接合強度が十分に得られ、なおかつ貫通用ワイヤとの接合部の外径が手技に支障を来たさないものに変更した。これらのデバイスを用いてステントのデリバリシースを豚の離れた二本の血管に貫通させることに成功した。このデリバリシースを用いて行った術式は門脈圧亢進症の治療を想定した下大静脈門脈バイパス術と透析シャントの経皮作成を想定した大腿静脈バイパス術であった。離れた管腔臓器間のルートに対してバルーン拡張術を行い、さらに拡張した瘻孔にステントを留置しバイパス血管の機能を維持した。四頭の豚を用いて両術式とも38ずつ連続して行いすべて動画で血管造影を記録し詳細な解析を行った。いずれのバイパス術においても合併症を生じておらず臨床に応用できる安定した術式として確立できた。これまで外科的バイパス術を行っていた治療に対してこの術式を適応し経皮的にバイパス術を施行できることが期待できる。またこの術式に必要であるバイパス血管のバルーン拡張術とステント留置による血管形成術の臨床的重要性について学会にて報告した。本研究の目的は2つの離れた管腔臓器(血管や消化管など管状で物を運ぶ役目をする臓器)を外科切開によらずエックス線画像を用いた遠隔操作で経皮的にバイパスする手術方法とその器具の開発である。癌などの病気により管腔臓器が閉塞すると血管であれば血液、消化管であれば食べ物が通らなくなる。この場合現在では主に外科手術によってバイパス術が行われる。しかしこのような病気に陥った患者は体力がなく手術ができない場合も少なくない。本研究が開発した技術は皮膚から針、糸、ワイヤ、チューブを挿入しエックス線画像ガイド下でこれらを誘導し2つの管腔臓器を遠隔操作でバイパスする方法である。本研究で開発した新しい技術は2つある。ナイロン系の糸を、先端が投げ縄状になった金属製ワイヤと針を用いて二つの管腔臓器に経皮的に通す技術である。糸は一方の管腔臓器内を通過したあと管腔外に出て、もう一方の管腔臓器の中に入り、そしてこの管腔臓器内を通過する。もう一つはこの糸を、チューブを引き込めるように製作したワイヤと交換し、交換したワイヤでチューブを引き込み二つの管腔臓器をチューブでバイパスする技術である。このチューブからステントを挿入し二つの管腔臓器のバイパスが完成する。本研究ではブタを用いて動脈一静脈シャント(血液透析シャントの作成を想定)、門脈-下大静脈シャント(肝硬変などによる門脈圧亢進症の治療を想定)、胆管-胃バイパス術(癌などで胆管閉塞した場合を想定)を行った。合計10回の作成術を行いすべて成功した。この技術は特定の臓器に限定されず汎用性のある低侵襲治療法であるところに意義があり、病気が進んだ癌患者、高齢者など体力が低下し外科手術に耐えることが難しい患者にも行え、また大きな手術を必要としないため医療費も抑制でき重要であると考えられる。
精子形成における細胞接着分子を介するシグナル伝達機構の研究

精子形成において,造精細胞とセルトリ細胞間に細胞接着分子が働いていると考えられてきたが,その実体や役割はよく分かっていない。細胞接着分子Spermatogenic immuoglobulin superfamily(SgIGSF)のノックアウト(KO)マウスは精子形成障害を生じる。したがって,このKOマウスを用いて,精子形成における細胞接着分子の機能について解析を行った。精子形成がランダムに同期せずに起こる成獣だけでなく,精子形成が同期して起こる生後初めての精子形成過程である"Firstwave"を利用した。精母細胞が出現する2週齢と伸長精子細胞が出現する5週齢および成獣マウスにおける遺伝子発現の変化をマイクロアレイにより網羅的に解析した。マイクロアレイの結果,2週齢,5週齢,成獣のKOマウスで共通に発現が増加する遺伝子は,細胞接着分子Eva-1とカリウムイオンチャネルKcnd2であり,発現が減少する遺伝子は,核内蛋白質のNicolin-1であった。定量的RT-PCRにより,これらの遺伝子の発現について確認した。さらに,2週齢,5週齢,成獣でそれぞれ発現が変化する遺伝子がみられ,特に,成獣ではアポトーシスと細胞の貪食に関係する遺伝子の増加が顕著であった。精子形成において、造精細胞とセルトリ細胞間に働く細胞接着分子が必須であると考えられているが、その具体的な役割はよく分かっていない。細胞接着分子Spermatogenic immunog lobulin superfamily (SgIGSF)のノックアウト(KO)マウスは精子形成障害を生じる。したがって、このKOマウスを用いて、精子形成における細胞接着分子の機能解析を行った。Real-time RT-PCRを行いSgIGSFと関連する細胞接着分子(PVR, Nectin-2&3, CAR, JAM-B&C, Eva-1)や相互作用をする分子について検討した。また、昨年度行ったマイクロアレイの結果、KOマウスでは細胞接着分子Eva-1とカリウムイオンチャネルKcnd2の発現の増加がみられた。これらの分子の精巣内での発現と局在を明らかにするため、Eva-1とKcnd2特異抗体を作製した。免疫組織化学を行い、細胞接着分子Eva-1は精母細胞に発現し、カリウムイオンチャネルKcnd2はセルトリ細胞に発現することが分かった。細胞接着分子SgIGSFは造精細胞にのみ発現し、セルトリ細胞には発現しないので、造精細胞に発現する細胞接着分子の欠損がセルトリ細胞に影響することが分かった。さらに、電子顕微鏡によるSgIGSFのKOマウスの精巣を観察したところ、セルトリ細胞の細胞質中には多数の空砲や小胞が見られ、セルトリ細胞の機能異常が示唆された。正常な精子形成の進行には、造精細胞とセルトリ細胞間で機能する細胞接着分子が必須である。申請者らが発見した細胞接着分子Cell adhesion molecule-1(Cadm1)は造精細胞に発現し、セルトリ細胞に発現するNecl-5と相互作用する。Cadm1のノックアウト(KO)マウスは、造精細胞がセルトリ細胞から脱落して精子形成障害を生じる。また、このKOマウスでは、セルトリ細胞の細胞質内に多数の小胞が見られ、セルトリ細胞の機能にも異常が生じていることが推定された。造精細胞に発現するCadm1は、セルトリ細胞に発現するPoliovirus receptor(PVR)と相互作用する。PVRのKOマウスは、神戸大学の高井義美博士らにより報告されていたので、共同研究によりPVRのKOマウスの供与を受け、このマウスの精巣における精子形成について解析をした。PVRのKOマウスは雄性不妊を生じなかった。これは、精子形成障害を生じる造精細胞に発現するJunctional adhesion molecule-C(Jam-C)のKOマウスに対して、セルトリ細胞に発現しJam-Cと相互作用するJam-Bが精子形成障害を示さないことと同様である。本研究により、造精細胞とセルトリ細胞間の細胞接着分子による相互作用において、造精細胞に発現する分子の機能異常により、精子形成障害が起こりやすいことが明らかになった。また、PVRのKOマウスのセルトリ細胞には、Cadm1のKOマウスと同様のセルトリ細胞の異常が認められた。したがって、セルトリ細胞に異常が見られるが精子形成障害を起こすには至らない障害であることが分かった。
シナプス伝達制御機構の解析

新規受容体結合タンパクを同定して、シナプス伝達を制御する新たな仕組みを解明した。次に受容体と結合タンパクの相互作用をハイスループットに解析できる系を開発して、現在臨床で使用されている薬1000個程度をスクリーニングした。相互作用を増強するもの現弱させるものをそれぞれ数個ずつ見付け、新たな治療法の開発あるいは副作用の検索に対して意義深い結果を得た。本研究の目的であるシナプス伝達制御機構の解明には、シナプス前及び後の機能を総合的に理解する必要がある。研究実施計画に従い、受容体結合蛋白の検索を進め、本年度はシナプス前での新たなシナプス伝達制御機構の発見という成果をあげた。グループ3のmGluRはシナプス前終末のアクティブゾーンに存在し、受容体が活性化されると伝達物質の放出を抑制する。古典的なリガンド依存性の機構以外にも、例えば、カルモデュリン、munc18-1それとmGluRがダイナミックな複合体を形成し、シナプス可塑性を生起するという新しい機構が研究代表者等により提唱されている。一方、カルモデュリンが属するEF-handカルシウム結合蛋白はカルシウムセンサーであり、このうち数種はカルシウムチャンネルに結合し、それぞれが特徴的にシナプス可塑性を制御する。mGluRとカルシウムチャンネルはアクティブゾーンに近接して存在し、機能的にはシナプス小胞放出の制御に収斂する。またEF-handカルシウム結合蛋白は互いに構造が類似する。ところが、EF-handカルシウム結合蛋白でmGluRとの結合が示されているのはカルモデュリンだけである。そこで、カルシウムチャンネルを制御するEF-handカルシウム結合蛋白がmGluRに結合する可能性を調べ、CaBP1が新たなmGluR結合蛋白であることを発見した。CaBP1はカルシウム/受容体リン酸化依存性にmGluRに結合し、結合部位はカルモデュリンと共通であった。つまり、これまでの知見と合わせ、mGluRとカルシウムチャンネルはカルモデュリンとCaBP1を共に利用し、シナプス前終末において、カルシウムイオン濃度とG蛋白という2つの情報系のレベルでシナプス伝達を精緻に制御する。mGluRとカルシウムチャンネルは薬物治療の重要な標的であり、本成果は新たな薬物療法開発に貢献する。神経伝達ではシナプス前膜から放出された伝達物質がシナプス後膜の受容体で受容されることで情報が伝達される。本研究ではシナプス前のmGluR機能解析を基にシナプス伝達機構の解明を目指した。具体的にはmGluR結合蛋白の同定と機能解析により、受容体によるシナプス特異性発現という自らの考えの検証を行った。この考え方の背景として、G蛋白共役型受容体は単にG蛋白の活性化因子ではなく、それぞれが独自の機能を持つことが多くの研究の結果明らかになっていること、また自身の最近の研究で受容体とシナプス小胞放出機構の関連を解明したことがあげられる。つまり本研究は自身の研究をさらに発展させ、受容体と新たな情報系との関連を明らかにするものである。1つの受容体に対する複数の因子の相互作用の量・質的関係こそがシナプスの多様性に関わると信じており、得られた結果は神経系の疾患あるいは部位特異的な治療法開発に貢献できると考える。平成23年度ではシナプスのmGluRにカルシウム結合タンパクであるCaBP1が結合することを発見し、mGluR、カルモデュリン、CaBP1の3者が巧妙に神経伝達を制御することを示した。興味深いことに、シナプス前のカルシウムチャンネルもカルモデュリンとCaBP1を結合し、それぞれによって独特な制御を受ける。さらに、シナプス前終末でmGluRとカルシウムチャンネルは近接して存在する。従って、mGluRとカルシウムチャンネルがカルモデュリンやCaBP1を介して間接的な相互作用をすることが明らかとなった。つまり、mGluRあるいはカルシウムチャンネルとこれら分子の相互作用を制御する薬剤を見つけることで、癲癇などの神経の疾患に対し、新たな概念をもとにした治療薬開発の礎を築いた。本研究ではシナプス前のmGluR機能解析を基にシナプス伝達機構の解明を目指し、受容体によるシナプス特異性発現という自らの考えの検証を行った。また自身の最近の研究で受容体とシナプス小胞放出機構の関連を解明している。つまり、1つの受容体に対する複数の因子の相互作用の量・質的関係こそがシナプスの多様性に関わり、得られた結果は神経系の疾患あるいは部位特異的な治療法開発に貢献できると考える。平成24年度は具体的な治療法開発を目指し、mGluRとmGluR結合タンパクの相互作用に影響を及ぼす薬物の検索を進めた。先ず、mGluRと結合タンパクの相互作用を多数、定量的かつ簡便に検出できるマイクロプレートを用いた系を開発した。

実際にこの系を用いてmGluRと結合タンパクの相互作用を定量的に解析したところ、過去の発表で得られたのと同様の値を得ることができた。またバックグラウンドが非常に低い解析系であることも確認した。次に、この系を用いて現在臨床で用いられている約1000個の薬剤のmGluRと結合タンパクの相互作用に及ぼす効果を調べた。相互作用を顕著に増強するものあるいは現弱させるものそれぞれ数個ずつが確認できた。本研究は、既存薬剤の神経系疾患への応用を提起するとともに、既存薬剤の神経系への副作用の存在に関して警鐘を鳴らすものとなった。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。
膵性糖尿病における重症低血糖回避のための新規検査・治療法の確立

膵性糖尿病における重症低血糖回避のための新規検査・治療法の確立を目的に、慢性膵炎非代償期症例、膵手術後症例、および1型、2型糖尿病症例を対象として持続血糖モニタリングシステムによる3日間の血糖変動と血清アディポネクチン、インスリン、C-ペプチドを測定し、さらに血糖コントロールや合併症に関連する因子の解析を行った。持続血糖モニタリング測定値から得られる平均血糖値、標準偏差、各5分間の血糖傾きが低血糖の出現しやすさの指標として利用できることが示唆された。また、治療に係わる因子として、インスリン量増加とアルコールの持続摂取また消化酵素補充量が少ないほど低血糖出現の頻度が増加する傾向にあり、禁酒と十分な膵消化酵素補充の上でのインスリン使用が低血糖回避のための治療法として妥当である事が再確認された。膵性糖尿病患者に生じる重症低血糖を回避することを目的として、患者の血糖推移を連続血糖モニタリング装置で解析した。膵性糖尿病患者では、膵外分泌機能低下による糖質消化吸収不良が血糖変動に影響していることが予想されたが、消化酵素製剤を補充することにより食後の血糖値は症例による差はなく上昇していた。しかしながら、補充する酵素の量により血糖増加の程度だけではなく、血糖増加ピーク到達時間の変化も認められた。したがって、難消化性の炭水化物などを多く含む食事内容によっては、消化酵素の作用が遷延して血糖値の上昇までの時間が遅れ、治療に用いられるインスリンの作用とのタイミング不良による低血糖が生じている可能性が示唆された。この現象を回避するためには、消化酵素補充量だけではなく食事内容による作用時間の異なるインスリンの使い分けなどが必要と考えられた。一方,夜間空腹時の血糖推移の解析においては、深夜0時から2時ころまでの高血糖が生じているものの、その後早朝にかけて急激に血糖が低値となっている症例が多く見受けられた。夜間の低血糖回避のためインスリン量が少量に抑えられているにもかかわらず、このような現象を認める症例が多いことから、他のglucose regulating hormoneの影響が関与していることが示唆された。現時点では,このような血糖変動が著しいことに対処するためには頻回の血糖測定に応じてインスリンを少量持続投与しながらの微調整を行うという方法が可能であるが、さらに患者のQOLと治療の安全性を求める必要性がある。本年度は,昨年度から引き続き膵性糖尿病患者に生じる重症低血糖を回避することを目的として、持続血糖モニタリングによって患者の血糖変動をパターン化し,インスリン補充や膵酵素補充と低血糖の発現の関係を解析した.結果1)慢性膵炎患者においても夜間から早朝にかけての無自覚低血糖後に生じる急激な血糖上昇,いわゆるsomogyi効果を認めた。2)同じ量のインスリンと酵素補充にても低血糖が生じる時と生じない時がある。3)無自覚低血糖後の血糖変動を単位時間当たりに上昇した血糖値とインスリン抵抗性に相関が認められる。の3点が判明した。結果1)については,膵性糖尿病患者においてはグルカゴン分泌も低下しているため,somgyi効果が生じにくいとされていたが,グルカゴン以外のインスリン拮抗ホルモンの作用で代償されていると考えられた。結果2)については、なんらかのglucose regulating hormoneが関与していることが考えられ,基礎検討として,早朝空腹時の血中DPP-4活性を測定した.さらに次年度に同検体で他のglucose regulating hormoneのアッセイを実施する予定である.結果3)については,直接本研究の目的に関係しないが,血糖値の連続測定がインスリン抵抗性の新たな指標となる新知見であり,前年度に収集した患者基礎データーから既に得られている各種インスリン抵抗性の指標との相関を検討している.また,本検討で副次的に得られている膵性糖尿病患者における膵機能検査(呼気検査)の内容について,総説をGas Biology Research in Clinical Practiceに掲載した.また,前年度得られた患者基礎データーと持続血糖モニタリングの結果について「Glycemic characteristics in continuously monitored patients with pancreatic diabebes treating withpancreaticenzyme replacement therapy.」のタイトルで発表した.膵性糖尿病における重症低血糖回避のための新規検査・治療法の確立を目的に、持続血糖モニタリングによって患者の血糖変動をパターン化し、従来から用いられている血糖コントロール指標との関連性を検討した。血糖コントロールにおいては、糖尿病合併症をもたらす血糖値の上昇と低血糖をもたらす血糖値の下降の両方が重要である。従来の血糖コントロールのパラメータであるHbAlcやGAなどは、合併症出現のサロゲートマーカーであり、低血糖の出現を反映しないことがこれまで指摘されてきた。そこで、低血糖の出現を示すサロゲートマーカーが必要と考えられた。研究期間の3年間で、目標の60症例には1症例届かず、59症例(膵性糖尿病11名、1型糖尿病11名、2型糖尿病37名)で、症例登録を終了したが、統計解析は可能であった。

持続血糖モニタリングから得られる平均血糖値(MGC)、血糖値のばらつきを表す標準偏差(SD)、血糖の平均変動幅(MAGE)、5分間に血糖が上昇する正の傾き変化(positive glucose slope:以下PGS)、下降する負の傾き変化(negative glucose slope:以下NGS)などの指標のうち、MGCとSD、PGS、NGSは低血糖出現のサロゲートマーカーと考える事ができた。PGSやNGSをそれぞれパラメータにして、膵性糖尿病患者に消化酵素補充やインスリン補充の用量設定を行う事は、膵性糖尿病における重症低血糖回避のため有用であると考えられた。また、膵性糖尿病に限らず、1型糖尿病や2型糖尿病において、SDと血中Cペプチド値に負の相関を認め、さらにSDはインスリン抵抗性の指標である血中アディポネクチン値(高分子)と相関した。後者から、持続血糖モニタリングを施行してSDを求めることにより簡易にインスリン抵抗性を検出することができる可能性も示唆された。以上の結果を現在Hirosaki Medical Journalに投稿中である。
マイクロ引き下げ法による医療応用ファイバー単結晶新素材の開発

最近、医学の進歩により生体からの拒絶反応のない素材による人工臓器の開発は極めて強い社会的要請を受けている。本研究においては、本研究室独自開発のマイクロ引き下げ法という新結晶成長技術を用いて、社会的要求に応じて、人工臓器応用素材として評価されているサファイヤ(2000°C)、アパタイト(1680°C)などの超高融点酸化物に対して、超高純度・高品質ファイバー単結晶の融液成長方法を確立した。特筆すべきは、flexibilityをもつ超微細ファイバーのための細径化法を確立し、フレキシブル酸化物単結晶ファイバーという新素材作製技術開発に成功したことである。具体的には、以下のような結果が得られた。1.超高融点酸化物単結晶ファイバー作製技術の確立:独自開発のマイクロ引き下げ法に改良を加えて、2000°C域の超高融点をもつsapphire、YAG(Y_3Al_5O_<12>)およびいろいろな共晶体などの高融点酸化物単結晶ファイバーの作製技術を確立した。2.ファイバーの細径化技術確立:ファイバー結晶作製時には坩堝先端にメニスカスを保持するが、この坩堝先端の形状とファイバー結晶の径の間に強い相関関係が存在するのを見出しており、この解析結果を応用し、直径150μmφまでの細いファイバーを作製する技術を実現した。3.フレキシブルファイバー単結晶作製:細径化が150μmφに達したことにより、10cm以下の巻取り半径をもつフレキシブルなファイバー単結晶作製技術が確立された。この細径化技術は今後、多様な分野への応用が期待される。医学の進歩により、人工臓器が生まれ、深刻とされていた病気や怪我から復帰するチャンスが増えたが、現段階の人工臓器は未成熟であり、移植後は絶え間無い薬の投与と、3ヶ月ごとの臓器入れ替えが必要である。これは、現在使用しているポリマー系の材料に対し、生体が拒絶反応を示し、その周りに核形成し、蛋白膜で包み込み、生体外へ排斥しようという働きによる現象に起因する。これを抑えるための薬の投与と、この反応を抑えきれずに包み込まれてしまった人工臓器の取り替え手術である。このため、患者の負担は非常に大きく、その負担ゆえに、完全なる社会復帰の道を閉ざされている例が多数存在する。現存する上記の理由により、生体からの拒絶反応のない素材による人工臓器の開発は、極めて強い社会的要請を受けている。これまでの材料開発研究において、サファイア、アパタイトなどの高純度単結晶が生体からの拒絶反応を受けない材料であることが明らかとなっているが、酸化物であるため、人工臓器作製に十分なフレキシビリティーは持ち得ないとされ、骨の代替部品として使用されるのみであった。本研究は、このサファイア、アパタイトの高純度単結晶をファイバー化し、人工臓器開発に必要なフレキシビリティーを持ちうる素材の作製法を確立しようとするものである。研究初年度である平成12年度は、サファイアおよびアパタイトの単結晶ファイバー作製に成功し、従来の酸化物単結晶としては異例の直径30cmの円を描くフレキシビリティーを得た。また、得られた単結晶ファイバーをマウスに埋め込む生体実験として、3ヶ月を経てもタンパクの核形成等の拒絶反応の有無を確かめる実験を開始した。次年度は細径化をさらに進めるために、炉を加圧型にする等の改造等を試みる。また、生体実験の結果を成長法にフィードバックをかけて行く。
ブラックホール熱力学と量子異常

ブラックホールからのホーキング輻射を、ホライズンでの因果性とそれに伴う量子異常(重力アノマリーおよびゲージアノマリー)として普遍的に理解できることを明らかにした。またこれらエネルギー流や電荷の流れに対する結果を、高いスピン流へ拡張し、熱的なスペクトルを完全に再現できることを示した。さらに、非平衡統計力学で発展した手法である「揺らぎの定理」と結びつけ、一般化されたブラックホール熱力学第二法則の新しい導出やそこからのずれの可能性を示唆した。ブラックホール(BH)は一般相対性理論の解であり、天文観測からも私たちの宇宙での存在は多数知られている。しかし、この解の理論的な性質を突き詰めて調べていくと、種々の不思議な性質が浮かび上がる。その代表的なものが、BH時空が熱力学的な性質をもつということである。ブラックホール時空での場の量子論を考えると、古典的には光すら脱出できない「黒い」存在であったBHは、量子的な効果を通して輻射することがわかる。またこのことと関係して、BHにはエントロピーが付与され、その背後にミクロな時空構造が存在することを示唆する。このようなBHの熱力学的な性質を調べることがこの研究の目的である。この研究では、まずマクロな観点からBH時空の量子論的な性質を調べ、BH熱力学の普遍的な性質を明らかにすることを目的とした。また、超弦理論や行列模型といった重力の量子論を使って、BH熱力学の背後にある統計力学的な性質を解明していくことももう一つの目的としている。この研究の主要な目的は、ブラックホールの熱力学、特にホーキング輻射やブラックホールのエントトピーなどを、超弦理論や行列模型といったミクロな観点、及び量子異常などのマクロな観点の双方から理解して、時空の微視的構造と巨視的構造を理解する事にある。平成19年度は、ブラックホール時空でのホーキング輻射を、ホライズン近傍での量子異常現象というマクロな観点から普遍的に理解することができた。十分ホライズンに近い場所での場の量子論は、2次元の理論で記述することができる。その時、ブラックホールへ向かう内向きのモードとブラツクホールから外へ逃げ出す外向きのモードは、それぞれ左向き右向きのモードと解釈できる。古典的には、ブラックホールへ落ち込んだ自由度はホライズンの外へ逃げ出す事ができないので、このモードを無視する事ができる。しかしそのようなことをすると理論はホライズン付近でカイラルとなって、量子論では、ゲージ対称性や一般座標不変性が量子異常現象により破れてしまう。これらの対称性は理論全体では破れる事はなく、これがホーキング輻射の原因となる。今年度は、この考え方を、高階スピンのカレントにまで適用して、ホーキシグ輻射からのこれらのフラックスへの寄与を計算することができた。計算手法としては、(1)高階スピンをもつカレントに対するコンフオーマル変換の応答を調べる事(2)高階スピンカレントに対するアノマリー(量子異常)方程式を導出しそこから、フラックスの計算を行うことの2種類の異なる方法で行った。この研究の主張な目的は、ブラックホールの熱力学、特にホーキング輻射やブラックホールのエントロピーなどの性質を、超弦理論や行列模型といったミクロな観点、および量子異常などのマクロな観点の双方から理解して、時空の微視的構造と巨視的構造を理解する事にある。平成19年度までの研究で、ブラックホールのホライズン近傍の振る舞いを、重力アノマリーとその拡張された普遍的性質で議論できることを明らかにしたが、平成20年度は、この考え方をさらに押し進め、よりミクロな立場からの解析を試みた。また、これまで静的なブラックホール解のみで、ホーキング輻射の解析を行ってきたが、時間とともに変化するブラックホール時空に対してもホライズン近傍の解析を行い、ホーキング輻射の普遍性を確かめる事ができた。このような解析によると、時間に依存するブラックホールからの輻射はプランク分布に従う熱輻射をすることとなり、情報喪失問題はやはりパラドックスのままで解決することが困難なことが確認された。これはミクロな視点なしにはブラックホールの問題を解決することが困難なことを示しており、超弦理論や行列模型などの性質を使ってブラックホールを見直すことが必要である。そこで、超弦理論のより非摂動的な定式化をめざし、M理論の構築についても研究を行った。特に、昨年大きな発展があったM2ブレインの理論を詳しく調べ、ABJM理論とよばれる有効理論とBagger Lambertたちが提案した模型の関係を明らかにし、そこからM2ブレインの理論にある一般化された共形不変性についての考察を行った。この研究の主要な目的は、ブラックホール熱力学、特にホーキング輻射やブラックホールのエントロピーなどの性質を、超弦理論や行列模型といったミクロな観点、および量子異常などのマクロな観点の双方から理解して、時空の微視的構造と巨視的構造を理解する事にある。これまでの研究で、ブラックホールのホライズン近傍の振る舞いを、重力アノマリーとその拡張で普遍的に議論できることを明らかにした。平成21年度は、ミクロな側面からの解析を進めた。

特に超重力理論の正則解であるファズボール解に対して、そのメトリックの粗視化を行い、そこからブラックホール時空を記述するメトリックが再現されるかを調べた。その結果、メトリックそのものを粗視化してもホライズンのない解しか得られないことがわかった。このため、現在は、メトリックそのものではなくファズボール解に対する物理量とブラックホールでの対応する物理量の関係を調べている。特に応答関数がどのように対応するのかを解析している。またブラックホールからのホーキング輻射と等価原理で関係しているウンルー効果についても解析を行った。一様加速度運動する荷電粒子の運動は、ウンルー効果の影響で縦方向に揺らぐ。この揺らぎ運動を記述する確率微分方程式を導き、その解を求めることで、縦方向の運動が(ウンルー温度に相当する)揺動散逸定理を満たすことを証明した。現在、その揺らぎ運動から古典的なラーマー輻射以外の付加的な輻射が発生するかどうかを解析している。この解析は、ヨーロッパで建設中の超高強度レーザにおけるウンルー効果の検証と関係しとても重要な問題である。この研究の主要な目的は、ブラックホール熱力学、特にホーキング輻射やブラックホールのエントロピーなどの性質を、超弦理論や行列模型といったミクロな観点、および量子異常などのマクロな観点の双方から理解して、時空の微視的構造と巨視的構造を理解する事にある。平成21年度までの研究で、ブラックホールのホライズン近傍の振る舞いを、重力アノマリーとその拡張で普遍的に議論できることを明らかにした。平成22年度は、ブラックホール熱力学の振る舞いをより深く理解するために、熱平衡からの揺らぎに着目した。まずはブラックホール時空におけるスカラー場を考えた。古典的には、ホライズンを通過してブラックホールへと落ち込むエネルギー流は因果性により外部へ戻ってくることはない。このことはスカラー場の系に熱散逸があることを意味する。一方で量子効果を考えると、ホライズンからホーキング温度での熱輻射が存在し、スカラー場の方程式に揺らぎを引き起こす。そこで、ホライズンのごく外側における面(stretched horizon)での有効作用をホライズン近傍の場を積分することで導出し、熱散逸と揺らぎをもつスカラー場の確率微分方程式(Langevin方程式)を導出した。この確率微分方程式に、非平衡熱力学で開発された「揺らぎの定理」を適用すると、ブラックホールとスカラー場系全体のエントロピーが増大する確率と減少する確率の比を求めることができる。これからブラックホール熱力学の一般化された第二法則の新しい導出を求めることができた。これに関連し2本の論文を査読付雑誌に投稿中である。今後はこれをさらに発展させて「ホライズンの揺らぎ」に着目することで、ブラックホールのミクロな構造との関係を明らかにしていく予定。
ナノチューブ内に束縛された一次元π共役分子の物性

昨年度までに,一次元π共役分子が単層カーボンナノチューブに内包可能であることを分光測定によって,明らかにしてきた。分子が内包されていることを直接的に観察する為には透過型電子顕微鏡を用いる必要がある。しかしながら,低分子は電子線照射によってダメージを受け不純物との区別が判別しづらい為,内包されたπ共役分子の構造を観察することには成功していなかった。よって,今年度はC_<60>フラーレンにレチニル基を導入したレチナールC_<60>分子を作製し,単層カーボンナノチューブ(SWCNT)に内包させた。C_<60>分子の構造は明確に確認することが出来る為,マーカーとして働くことが期待され,レチナール基(一次元π共役系)の構造を特定することが予想された。ラマン分光測定によってSWCNTのradial breathing modeの変化を確認し,産総研ナノカーボンセンター(現,チューブ応用研究センター)の末永・劉博士に測定を依頼した。結果として,内包されたπ共役分子の動的構造を明らかにし,世界で初めてシス・トランス異性化の変化の様子を実時間で明らかにした。また更には,金属型・半導体型ナノチューブの分離に成功し,分子内包金属型および半導体型ナノチューブの物性を世界で初めて明らかにした。金属型・半導体型の電子状態によって内包色素の電荷分布が変化することをラマン分光測定によって明らかにした。金属型CNTは可視域に透明領域を備える為,内包色素を選択的に共鳴励起可能であることを明らかにした。カーボンナノチューブ内部に一次元π共役分子(カロテノイド色素・スクアリリウム色素)を内包し、内包分子の光物性を明らかにした。内包された色素の構造を、粉末X線回折散乱・ラマン・偏光吸収測定を用いて特定した。その結果、π共役分子はカーボンナノチューブ内部で、チューブ壁から約4Å離れた位置にオフセンターに位置し、チューブ軸に平行に配列していることを明らかにした。発光測定から、内包色素からカーボンナノチューブへの光励起エネルギー移動が起きていることを明らかにした。カロテノイド色素においては、同色素の吸収帯が半導体カーボンナノチューブのS3、S2吸収バンドと重なっていた為、光励起エネルギー移動が可能であったと考えられた。スクアリリウム色素においては、半導体カーボンナノチューブの吸収帯に外れた位置に同色素の吸収があった為、エネルギー移動は困難と予想された。しかしながら、非常に高効率の光励起エネルギー移動が、スクアリリウム色素内包ナノチューブにおいて見られたことから、同光励起エネルギーはダイポール相互作用に由来するものだけでは無いことが示唆されている。超高速分光測定から、内側色素から外側のカーボンナノチューブへの光励起エネルギー移動がフェムト秒オーダーの時間領域で起きていることを明らかにした。以上の結果は、内包色素の励起一重項状態に由来する。内包色素の励起3重項状態に由来する色素内包ナノチューブの物性を明らかにすることも重要課題の一つであった。同課題に取り組む為、まつナノ炭素材料の一重項酸素の除去能を明らかにした。これは、一重項酸素の除去能力は分子の励起三重項状態のエネルギー位置に大きく依存するからである。カーボンナノホーンや各種フラーレンの一重項酸素除去能を明らかにした。以上の研究成果を学術論文誌に発表を行った。