hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不純物置換効果を利用した電子ドープ型銅酸化物超伝導における磁気相関の起源の研究

また中性子回折の測定を行ったところミュオンスピン緩和法で見られた磁気相の区別は出来なかった。このことから動的磁気相のスピン揺らぎの周波数はマイクロ秒以下の非常に遅い揺らぎであることがわかった。これらは、比較的単純な磁気秩序化を示すホールドープ型銅酸化物の母物質La2CuO4やYBa2Cu3O6とは異なる性質である。従来、電子ドープ型でも他のホールドープ型銅酸化物でも超伝導の舞台となるCuO2面の磁性は定性的に同じであると考えられていた。そのため、電子ドープ型超伝導とホールドープ型超伝導の対称性から超伝導の発現機構の理論的構築を目指すアプローチに対して、本研究の成果は重要な意義がある。なぜ電子ドープ型銅酸化物では特異的な磁気相関の発達の仕方を示すのか、また動的秩序相の物理的な理解については今後継続して調べていく必要がある。銅酸化物超伝導において磁気揺らぎが重要であると広く認識されているがその詳細は明らかではない。本研究では、電子ドープ型銅酸化物超伝導体R2-xCexCuO4 (Rは希土類)における磁気揺らぎの詳細を調べた。まず少量の磁性不純物Fe3+を置換することにより磁気相関が発達することを示し、不純物置換が弱い磁気シグナルを調べるのに有効であることを示した。さらにR2-xCexCuO4では磁気秩序相よりも高温の幅広い温度領域に磁気揺らぎ状態が実現しており、ホールドープ型銅酸化物超伝導体の磁性とは異なることを明らかにした。本研究は電子・ホール対称性を論じるうえで基盤となる磁性について重要な知見を与えた。平成28年度中にはJ-PARCにおけるμSR測定を行う予定である。それと平行して中性子散乱実験のための単結晶育成も行う。日本における研究用原子炉JRR-3は稼働しておらず先行きも不透明であるため、今年度後半の米国オークリッジ国立研究所の公募課題に申請しビームタイムを得る予定である。中性子散乱実験を行うかどうかはμSRの結果に依存するところがあり、不純物置換による磁気相関の発達が見られない場合は、育成した単結晶を用いて輸送特性などから不純物効果を評価し、銅酸化物の不純物効果における電子ホール対称性を議論する。これまでの結果により、当初の期待どおりにFeの置換が磁気秩序を安定化させるという成果を得た。今後は全体像を掴むためにCe置換量や還元アニールの有無によってFe置換効果がどのように変化するのかを調べる。またFe置換効果のメカニズムを調べるために、磁場中輸送特性の実験を行う。東北大学金属材料研究所にある強磁場施設において実験を行う予定である。Fe置換によって安定化した磁気構造を調べるため中性子回折実験を行うが、そのために必要な大型単結晶づくりを継続して行う。大型の単結晶育成を継続して行う。実験には出来るだけ大きい結晶が有利であるが、上手くいかない場合には小さめの結晶を育成して実験に用いる。高温超伝導体における磁性50万円を越える計画との予算のズレが生じた理由は、J-PARC施設におけるトラブルにあり、J-PARCにおける実験が延期を余儀なくされたばかりか、J-PARCに結果を受けて実施する予定であった海外施設PSIでの実験実施も合わせて延期せざるを得なかったためである。初年度のJ-PARC施設におけるトラブルの影響によって、海外で行うはずであった中性子散乱実験の実施が次年度までずれこんだ。次年度に繰り越す額はおおむねそれによって生じた。
異常原子価リン化合物を配位子とする遷移金属錯体の合成と物性

遷移金属フラグメントを置換基とするホスホラン(メタラホスホラン)は現在までに幾つか合成されてはいるが、その数は非常に限られており、未開拓の分野である。本重点領域研究で我々はメタラホスホランを経由する興味ある反応について研究を行ってきたが、本年度は鉄ホスホラン錯体の全く新しい合成法の開発に成功した。p(oph)_3を配位子とする鉄の陽イオン錯体[Cp(CO)_2Fe{P(OPh)_3}]PF_6にo-HOC_6H_4NH_2とn-BuLiを-60°Cで混合したTHF溶液を反応させることにより、鉄ホスホラン錯体[Cp(CO)_2Fe{P(o-OC_6H_4NH)_2}]を黄色粉末として単離することができた。この反応はo-HOC_6H_4NH2とn-BuLiとの反応により生成するアミノフェノキシドが出発錯体のリン原子を求核的に攻撃してまず鉄ホスホラン錯体が生成し、その後OPh^-の脱離、続いてNH_2基の脱プロトン化、そして生成したアミド基によるリン原子の求核攻撃を繰り返して最終生成物に至ったものと思われる。この反応は遷移金属に配位した3価のリン原子へOR^-やNR^<-/2>が直接的求核攻撃することにより最終的に5価にホスホランが生成するというこれまでにない興味深い合成法がある。生成した鉄ホスホラン錯体において、リン原子は異常原子価結合をもち、2つの酸素原子がアピカル位を占める三方両錐構造をとっているものと思われる。また、室温ではリン原子周りでBerryの擬回転を起こしてないことが明らかになった。今回合成した鉄ホスホラン錯体はHP(o-OC_6H_4NH)_2とn-BuLiとの反応溶液にCp(CO)_2FeCIを反応させることによっても合成できることを見いだした。この反応においてはN上のHがn-Buliにより引き抜かれ、その後鉄錯体との反応により、PからNへの水素の転位を伴ってFe-P結合が生成することも明らかにすることができた。
ミトコンドリア呼吸系の複合体III及び複合体Iの結晶化とX線結晶解析

複合体IIIの結晶化を目指してまず、精製法を再検討した。チトクロム酸化酵素の経験にもとづいて、界面活性剤による可溶化の後は塩析法によって純化するHatefiやRieskeの方法の改良を試みた。その結果2日で約0.6グラムの精製標品が得られるようになった。さらに最終標品に含まれているコール酸を非イオン性界面活性剤であるドデシルシュークロースに完全に置き換えた。これによって標品の安定性な格段に高まった。Tris-HCl緩衝液中で固形のポリエチレングリコールを沈澱剤として結晶化したところ、単斜晶系の結晶が得られた。これは7.5A分解能のx線回折像を示したが、非常に物理的衝撃に敏感で、かつ双晶になりやすく、x線結晶解析は容易でないことが判明した。そこで、他の結晶系の結晶を求めて、まずこの結晶の結晶化条件に及ぼす要因を検討した。緩衝液をリン酸カリウムに変換すると、分解能6.5Aのx線回折を示す六方晶系の結晶が得られた。この結晶の成長はリン酸濃度に非常に敏感で、50mM付近で2-3mMの濃度の違いで、結晶の質と大きさが大きく影響された。また最適濃度は標品のロットにより10mM程度変化した。この再現性を高めるため、結晶化によって精製した標品を結晶化したところ、正方晶が得られたが、再現性も結晶の完全性も目立って向上しなかった。一方、亜鉛イオン存在下では六方晶の完全性は同様であるが、結晶成長の再現性は著しく向上した。複合体I(NADH-ユビキノン還元酵素)の結晶化もまず精製法の検討から開始した。Rieskeの方法を改良して、ウシ心筋1.2Kgから約0.9グラムの精製標品が得られるようになった。この標品の組成も酵素活性もロテノン阻害も文献値とよく一致していた。ハンプトン社のクリスタルスクリーンによってこの標品の結晶化条件を探索したところ、スフェルライトではあるがはっきりと複屈折を示す結晶が得られた。本年度は複合体IIIの結晶化条件の検討に重点を置いた。まずRieskeの方法を基本として精製条件をさらに検討し、再現性の高い高収量な(500mg/ウシ心筋800g)精製法を確立した。次にこの標品を用いて結晶化条件を検討し、界面活性剤シュ-クロ-スモノラウレ-ト存在下で沈澱剤として、ポリエチレングリコ-ルを用いて結晶化することに成功した。この結晶標品は、既に報告されているものと同等の電子伝達活性、吸収スペクトル、ポリペプチド組成を示した。しかし、吸収スペクトルの分子吸光係数を原子吸光分析によって詳細を検討したところ、その値はこれまでに報告されているより約30%大きかった。ComplexIVの場合と同様に、結晶化によってのみ除去できる鉄原子が存在することを示している。このことはまた、結晶化は巨大な膜タンパク質複合体の精製法として最適であることも示唆している。これまで2種類の結晶系の結晶が得られている。一方は双晶であるため構造解析には不適当であったが、他方の六方晶系の結晶からは単結晶のX線回折が得られた。分解能は6.7Åであった。現在、Native結晶の回折強度デ-タの収集を続けている。

なお、ComplexIII,ComplexIV(チトクロム酸化酵素)ともに、ウシ心筋から精製された酵素は結晶化されたが、多くの研究者の努力にもかかわらず、サブユニット組成の単純な細菌(パラコッカス)の酵素は結晶化されていない。このことは後者は結晶中での親水性の相互作用が弱いため、結晶化が因難(あるいは結晶が不安定)であるためであることを示唆している。したがって少なくとも膜貫通型酵素については大きな酵素の方が結晶化が容易であると言える。複合体Iの精製条件の検討はHatefiの方法を基本として行っているが、分子量が大きすぎるためか容易ではなく、まだ完全な再現性は得られていない。複合体IIIの精製結晶化条件をさらに検討したところ、緩衝液の種類をTrisからリン酸カリウムに変えると単斜晶系から六方晶系に変化することが認められた。また後者の析出条件は緩衝液濃度に極めて敏感である上に、標品のバッチによって依存性が相当に異なっていた。例えば、50mMの緩衝液濃度を2-3mM変化させるだけで析出する結晶の一辺の長さは数倍以上変化した。この最終標品をシュクロースモノラウレートを含む緩衝液で限外濾過によって十分に洗う(7回)と、チトクロム酸化酵素の場合と同様に、濃縮するだけで、非晶質の沈澱を生じることなしに微結晶が速やかに大量に(60-70%)析出した。この微結晶化標品を結晶化すると上記のようなバッチによる差異はなくなり、結晶の形や透明度も良くなった。この微結晶化はSDS-PAGEに認められる微量の夾雑ペプチドを除去するのに極めて有効であった。また鉄含有量を原子吸光によって分析し、スペクトルの分子吸光係数を再検討したところ、これまでに報告されている値の1.5倍であること、すなわち結晶化によってはじめて除去できる夾雑鉄があることが明らかになった。また酸化還元滴定やEPRの測定により、2量体間の強い相互作用も示唆された。またユビキノール還元型あるいはユピキノン結合型の結晶化も試みたが、酸化型に比べるとほとんど結晶性の改善は認められなかった。複合体Iの精製条件の再検討はまだ完了していない。膜に埋まっていない部分が他の2つの複合体より大きいことはやはりこの複合体を相当に不安定にしているようで再現性の点からも更に検討の必要がある。このような検討は単にこの複合体の精製に必要であるだけでなく、高等植物の光合成系の反応中心などの巨大な膜タンパク質複合体の精製結晶化条件の検索にも重要なヒントを与えるに違いない。複合体IIIの結晶化を目指してまず、精製法を再検討した。チトクロム酸化酵素の経験にもとづいて、界面活性剤による可溶化の後は塩析法によって純化するHatefiやRieskeの方法の改良を試みた。その結果2日で約0.6グラムの精製標品が得られるようになった。さらに最終標品に含まれているコール酸を非イオン性界面活性剤であるドデシルシュークロースに完全に置き換えた。これによって標品の安定性は格段に高まった。Tris-HCl緩衝液中で固形のポリエチレングリコールを沈澱剤として結晶化したところ、単斜晶系の結晶が得られた。これは7.5Å分解能のX線回折像を示したが、非常に物理的衝撃に敏感で、かつ双晶になりやすく、x線結晶解析は容易でないことが判明した。そこで、他の結晶系の結晶を求めて、まずこの結晶の結晶化条件に及ぼす要因を検討した。緩衝液をリン酸カリウムに変換すると、分解能6.5Åのx線回折を示す六方晶系の結晶が得られた。この結晶の成長はリン酸濃度の非常に敏感で、50mM付近で2-3mMの濃度の違いで、結晶の質と大きさが大きく影響された。
ポリプロピレン材料のモルホロジーと耐放射線性の相関

医療用ポリプロピレン材料の放射線滅菌に伴って副次的に発生する力学的性質の劣化を防止する方法の確立を目的として、劣化挙動に及ぼすモルホロジーの影響を調べ、下記の成果を得た。1.アイソタクチックポリプロピレンのX線的結晶構造および球晶サイズは熱成形条件によって著しく異なる。溶融状態からの冷却速度が速くなるほど擬六方晶が生成し易く、徐冷すると単斜晶が成長する。一般に、急冷するほど微細な球晶を生じ易い。2.ポリプロピレンフィルムにγ線を照射すると、破断点伸びは照射線量と共に逆S字曲線を描いて減少する。破断点伸びが照射前の1/2に低下するときの照射線量(臨界線量)は耐放射線性の尺度となる。3.単斜晶構造を含むフィルムは放射線に弱く、擬六方晶構造を多く含むフィルムほど耐放射線性は著しく向上する。4.照射前の降伏応力が小さいフィルムほど臨界線量は大きくなり、放射線によく耐える。降伏応力が等しい場合、ホモポリマーフィルムの臨界線量はコポリマーフィルムのそれより大きい。5.球晶の平均直径が10μm以下のフィルムでは、球晶径の減少と共に降伏応力が急減し、耐放射線性は著しく向上する。球晶径が10μm以上のフィルムは降伏点に達する以前に破断し、球晶径の増大と共に破断点強度は減少する。6.25°Cのパラキシレン中にフィルムを48時間浸漬して求めた室温膨潤比は、球晶径の減少と共に急激に増大する。7.微細な球晶を含むフィルムの場合、室温膨潤比が大きいものほど、照射前の降伏応力が一義的に増大し、臨界線量は大きくなって耐放射線性が著しく向上する。近年,医療用材料として需要が急増しているポリプロピレン製器具は,おもに^<60>Co-γ線を照射することによって滅菌処理されるが,同時に高分子自身の放射線化学反応により酸化劣化分解し,材料の脆弱化が起こる.これを防ぐことを目的として,ポリプロピレンの成形加工条件の違いや,放射線照射に起因するモルホロジー変化の特徴を調べ,これと耐放射線性との関連について検討した.1.本年度に備品として購入した偏光顕微鏡を用いて,溶融成形時の温度やポリプロピレン主鎖に含まれるエチレン量などが異なる各種のポリプロピレンのモルホロジーを観察し,ラメラ結晶が凝集して生じる球晶の径などを定量化した.2.原料の溶融状態からの徐冷および急冷条件下で加工したポリプロピレンフィルムに,空気中でγ線を照射して得られたサンプルの,降状応力,破断点伸び,あるいは破断点強度などの引張り特性を調べた.その結果,小さな擬六方晶からなる急冷フィルムは,大きな球晶(単斜晶)を含む徐冷フィルムとくらべて臨界線量(破断点伸びを半減させる照射線量)が大きく,放射線によく耐えることが明らかになった.3.未照射および照射フィルムのモルホロジーの特徴を偏光顕微鏡下で観察し, X線回折,赤外線吸収スペクトルや密度のデータと総合して考察した.その結果,ラメラ結晶間を連結するタイ分子が放射線酸化反応により切断されて再結晶化するために体積が収縮して高密度化が起こり,材料が劣化することがわかった.4.急冷加工フィルムのモルホロジーと放射線劣化特性におよぼすアニール効果,ならびにγ線照射フィルムの酸化劣化挙動におよぼす暗中放置効果について検討した.これまでの研究を通じて、ポリプロピレン材料の耐放射線性がラメラ結晶や球晶構造、隣接ラメラ結晶間を連結するタイ分子鎖などのモルホロジー因子によって大きく影響されることを明らかにしてきた。本年度は、主として室温膨潤比の測定を行い、各種ポリプロピレンフィルムのγ線照射前における初期物性と耐放射線の相関について考察した結果、下記のことが明らかになった。1.ポリプロピレンは沸騰パラキシレンに完全に溶解するが、室温条件下では結晶相は溶解せず、パラキシレン分子の浸入によって非晶相が膨潤する。

ポリプロピレンフィルムが25°Cに保ったパラキシレン中に浸漬したところ、室温膨潤比は浸漬時間と共に増大し、フィルム厚が2mm以下であれば、48時間以内に恒量値に達した。2.ポリプロピレンフィルム内の球晶径が大きいものほど、室温膨潤比は急激に減少した。コポリマーフィルムの場合、球晶径がほぼ等しいホモポリマーフィルムに比べ、室温膨潤比は小さかった。3.平均直径が10mm以下の微細な球晶を含むフィルムの降伏応力は、ホモポリマーおよびコポリマーに関係なく、室温膨潤比が大きくなるほど小さくなるという一義的関係が得られた。平均直径が10μmより大きい球晶を含み、降伏点に達する以前に破断するフィルムの室温膨潤比は小さかった。このときの破断点強度一室温膨潤比の関係は、徴細球晶フィルムにおける降伏応力一室温膨潤比曲線の延長線上につながった。4.破断点伸び残率を50%に低下させる照射線量を尺度とする耐放射線性は、ホモポリマーおよびコポリマーのいずれのフィルムも、室温膨線性は、ホモポリマーおよびコポリマーのいずれのフィルムも、室温膨潤比が大きいものほど著しく増大した。5.ポリプロピレンの耐放射線性は、球晶内部のラメラ結晶間を連結するタイ分子鎖の長さと数によって決まることが結論された。
加圧トレーニングの利点を生かした筋力改善プログラムの開発

本研究の結果「1)加圧トレーニングは、高強度トレーニングを併用すると顕著な神経系の適応を促し、筋力改善として有効2)加圧運動は伸張性筋活動であっても、高強度筋力運動と比べて筋痛が極めて低く、短期集中トレーニングの実施に有用3)セラバンドを用いた加圧運動は運動中の筋活動量を顕著に高め、リハビリ患者や低体力の高齢者に対して有用4)トレーニングマシンを利用した加圧トレーニングは血管機能を維持しながら筋サイズと筋力を改善するため、リハビリ患者や低体力の高齢者に対して有用5)加圧トレーニングによる筋力増加は長期間残存し、筋サイズよりも神経系の適応の関与による」ことが判明した。本研究の目的は、加圧トレーニングの利点を生かした筋力改善プログラムについて検討することであった。【研究3】セラバンドを用いた血流制限下の低強度運動(加圧運動)が筋活動に及ぼす影響を検討した。一般成人男性9名にセラバンド(最大筋力の約20%負荷強度)を用いて肘伸展および肘屈曲運動を加圧あり(BFR)と加圧なし(CON)を実施した。その結果、BFRでは、両種目の筋活動量は運動に伴い有意に増加した(46-69%)。一方、CONでは筋活動量の増加は観察されなかった(12-23%)。セラバンドを用いた加圧運動は運動中の筋活動量を顕著に高めるため、リハビリ患者や低体力の高齢者に対して有用な筋力トレーニングとなる可能性が示唆された。【研究4】トレーニングマシンを利用した加圧トレーニングが高齢者の筋サイズ、筋力、血管機能に及ぼす影響を検討した。健康な高齢者(平均年齢71歳)をランダムに加圧群9名と対照群10名(トレーニングなし)に分け、加圧群はレッグエクステンション(20%負荷強度)とレッグプレス(30%負荷強度)を週2回、12週間行った。12週間後、大腿四頭筋、内転筋群と大臀筋の筋横断面積は加圧群(4.4-8.0%)では有意に増加したが、対照群では変化がなかった。また、2種目の最大筋力は、加圧群(26-33%)では増加したが、対照群では変化がなかった(1-5%)。一方、血流依存性血管拡張検査(FMD)、脈派伝播速度(CAVI)、足関節上腕血圧比(ABI)は両群とも変化がなかった。トレーニングマシンを利用した加圧トレーニングは血管機能を維持しながら筋サイズと筋力を改善するため、リハビリ患者や低体力の高齢者に対して有用なトレーニングであることが判明した。以上の研究結果により、加圧トレーニングを用いて高齢者を対象とした安全で効果的な筋力トレーニングプログラムを開発することができた。本研究の目的は、血流制限下の低強度トレーニング(加圧トレーニング)の利点を生かした筋力改善プログラムについて検討することである。【研究5】筋力トレーニングの中止(ディトレーニング:DT)は筋力・筋サイズの低下を招く。血流制限下の低強度筋力トレーニング(加圧トレーニング)は高齢者の筋力増加・筋肥大に有効だが、DTの影響は知られていない。そこで、長期ディトレーニングが加圧トレーニング後の筋力・筋サイズに及ぼす影響を検討した。健康な高齢者16名(平均年齢68歳)を加圧群(8名)と対照群(8名、トレーニングなし)に分け、加圧群はニーエクステンション(KE)とレッグプレス(LP)を最大挙上重量(1RM)の20%と30%負荷(各4セット)で週2回、12週間行った。血流制限には空圧式ベルトを用い、大腿基部に120250mmHgの圧を加えた。トレーニング期間の前後(PreとPost)とDT24週間後に1RMと大腿四頭筋の横断面積(大腿50%位置、MRI法)を測定し、Preからの変化を観察した。加圧群の1RM(KEとLP)はPostで増加(p<0.01)し、LPはDTでも高値(p<0.05)を示した。加圧群の筋横断面積はPostで増加(p<0.01)し、DTでPreと同等の値に戻った。また、加圧群の1RM/筋横断面積はPostで増加(p<0.01)し、DTでもPreより有意な高値を示した。対照群はどの項目も変化がなかった。加圧トレーニングによる筋力増加は長期間残存し、筋サイズよりも神経系の適応の関与によるためと考えられた。研究1:加圧トレーニングと高強度筋力トレーニングの併用が筋力と筋サイズに及ぼす影響を検討した。

一般成人男性をランダムに4群「高強度群(最大挙上重量(1RM)の75%)、血流制限群(30% 1RM)、併用群(高強度:1回/週+血流制限:2回/週)、対照群(トレーニングなし)」に分け、6週間(3回/週)のベンチプレストレーニングを実施した。6週間後、トレーニングを実施した3群ではベンチプレス最大筋力、上腕三頭筋と大胸筋の筋サイズが増加した。一方、相対的筋力(力/サイズ)は高強度群と併用群で増加したが、血流制限群では変化がなかった。したがって、加圧トレーニングは、高強度トレーニングを併用することで顕著な神経系の適応を促すため、筋力改善として有効な方法であることが判明した。研究2:加圧条件下で短縮性運動(CON)と伸張性運動(ECC)を行い、筋痛に対する影響を検討した。一般成人男性の腕をランダムにCONとECCに分け、30% 1RMで片側のアームカール運動を実施し、運動前から運動4日後まで、各種測定を行った。肘屈曲の等尺性最大筋力は運動直後にCONで36%、ECCで12%の低下を示したが、1-4日後では有意な低下は観察されなかった。上腕の筋厚(前面)と周径囲は運動直後にCONで顕著な増加を示したが、ECCでは変化がみられなかった。しかしながら、筋痛は1-2日後でECCのみで観察された。本研究の結果、CONでは筋痛は観察されず、またECCで観察された筋痛も小さかった。したがって、加圧運動はECCであっても高強度レジスタンス運動と比べて筋痛が極めて低いため、短期集中トレーニングの実施に有用であると考えられた。昨年の研究は2編の国際学術雑誌として掲載され、本年度の研究も1編が国際学術雑誌に掲載が決まり、もう1編は現在投稿中である。また、研究2で実施したトレーニング実験の続き(脱トレーニング実験)をするため、H25年度への研究費繰り越しを依頼したが、こちらの実験も順調に進行しているため、新たな論文として今年度中に投稿する予定である。研究拠点を移動したため、実験が滞ることが懸念された。しかし、必要な機器を揃えることができ、順調に研究を行うことができている。研究結果は国内外での学会発表として公表するだけでなく、論文掲載や論文投稿中になっている。H24年度は現在の研究室で引き続き研究活動を行うため、昨年以上に研究業績をあげることが可能だと考えている。筋力トレーニングは筋肥大・筋力増加を引き起こす重要な手段であるが、トレーニングを中止(脱トレーニング)してしまうとそれまでに向上した筋量と筋力は時間とともに徐々に低下し、いずれトレーニング前の状態まで戻ってしまう。したがって、獲得された効果が時間とともにどの程度維持されるかは非常に重要である。本研究課題で我々は加圧トレーニングを利用した効果的な筋力改善プログラムを開発したが、その効果が脱トレーニングによってどの程度維持されるかについて検討することで、初めて開発したプログラムの重要性を強く主張することができる。6ヶ月に渡るトレーニング実験を2月上旬に終了し、現在はその後3ヶ月の脱トレーニング実験(5月上旬迄)をしている途中。マシンやフリーウェイトを用いた健常者向けの加圧トレーニングの報告は多数存在するが、弾性バンドを利用したトレーニングプログラムは検討されていない。弾性バンドを用いた加圧トレーニングによる効果が確立できれば、運動器や循環器への負担が少なく、かつ在宅でも十分な効果が期待できるため、とくに高齢者やリハビリ患者へのトレーニングとして有用と考えられる。また、加圧条件下では、短縮性運動と伸張性運動は筋に対する効果が大きく異なるとわかった(H23年度の研究)。
半導体量子井戸を用いたフォトリフラクティブ素子の高速高感度化の研究

フォトリフラクティブ材料は光の照射によってダイナミックに屈折率が変化する材料であり、将来の通信ネットワーク時代に向けた高速・並列光情報処理素子、高速の適応型光振動センサー、近赤外光を用いた生体計測用素子など光機能デバイスとして応用が期待されている。本研究は、フォトリフラクティブ材料の中でも最も高機能化が期待できるInGaAs/GaAs半導体量子井戸構造物質の基礎研究を行うことを目的とした。主な成果は以下の通り。(1)光励起されたキャリアの寿命と拡散係数を時間分解測定法で測定した。キャリア寿命はプロトン打ち込みにより半絶縁化した試料で100ps程度であった。(2)量子井戸層を絶縁層SiO2ではさみ、井戸層に垂直に電場をかける縦型配置の素子を作成した。この配置では量子閉込めシュタルク効果を用いるため、フランツ・ケルディッシュ効果を用いる横型配置より高感度化が期待できる。事実、回折効率で20倍程度の性能向上が達成された。しかし、空間分解能が低下してしまった。(3)空間分解能を向上するため、SiO2絶縁層の代わりに、GaAs低温成長半導体層を用いる素子を作成した。この結果、空間分解能を著しく改善することができた。(4)これまでの素子の動作波長は950nm前後であったが、世の中に広く普及しているNd:YAGレーザーの波長1064nmで動作する素子を作成した。InGaAs/GaAs量子井戸のエキシトン吸収の波長を1064nmとするためには、Inの組成比を増やさねばならず、InGaAs層とGaAs層の間の格子定数の不一致が大きくなり、歪みが入るため結晶成長が困難であったが、歪みを平均化するバッファー層を加えるなどの工夫により、良好な量子井戸構造を作成することに成功した。InGaAs/GaAs半導体量子井戸中のエキシトンの電界吸収効果およびそれによって誘導される電界屈折率効果を用いたフォトリフラクティブ素子の高性能化の研究を行った。本年度の主な成果は次の2つである。(1)電場を井戸層に垂直にかけ量子閉じ込めシュタルク効果を利用する縦配置の素子を製作し、InGaAs/GaAs系では世界で初めてフォトリフラクティブ効果を確認した。従来の横型配置に比べ、回折効率において2桁改善することができた。しかし空間分解能は横型配置に比べ低くなった。プロトン照射による半絶縁化を図ると分解能は改善されるが回折効率は低下する。平成12年度は低温成長法を用いた半絶縁化により、回折効率を低下させずに空間分解能を改善することを試みる。(2)電場を井戸層に平行にかけフランツ・ケルディッシュ効果を利用する横型配置においては、やはりInGaAs/GaAs系を用い、Nd:YAGレーザーの波長1064nmに共鳴する素子を製作し、フォトリフラクティブ効果を観測した。これは半導体量子井戸フォトリフラクティブ素子としては世界で初めての成果である。InGaAs/GaAs系では共鳴波長を長波長測にシフトすると格子間隔の不整合が著しく結晶成長が困難になる。われわれは基板と量子井戸層の間のバッファー層を工夫し、格子不整合による歪みを最小化し、井戸層を100層積層化するのに成功した。Nd:YAGレーザーは加工機を始め多くのレーザー応用機器に用いられており、この波長で動作する素子の開発は大きな波及効果が期待できる。平成12年度は実際にこの素子を応用することと、現状ではエキシトンの共鳴周波数の製作誤差が大きくNd:YAGレーザーの発振線に一致させるのは容易ではないが、制御性を上げ、製作プロセスの改善を試みる。

フォトリフラクティブ材料は光の照射によってダイナミックに屈折率が変化する材料であり、将来の通信ネットワーク時代に向けた高速・並列光情報処理素子、高速の適応型光振動センサー、近赤外光を用いた生体計測用素子など光機能デバイスとして応用が期待されている。本研究は、フォトリフラクティブ材料の中でも最も高機能化が期待できるInGaAs/GaAs半導体量子井戸構造物質の基礎研究を行うことを目的とした。主な成果は以下の通り。(1)光励起されたキャリアの寿命と拡散係数を時間分解測定法で測定した。キャリア寿命はプロトン打ち込みにより半絶縁化した試料で100ps程度であった。(2)量子井戸層を絶縁層SiO2ではさみ、井戸層に垂直に電場をかける縦型配置の素子を作成した。この配置では量子閉込めシュタルク効果を用いるため、フランツ・ケルディッシュ効果を用いる横型配置より高感度化が期待できる。事実、回折効率で20倍程度の性能向上が達成された。しかし、空間分解能が低下してしまった。(3)空間分解能を向上するため、SiO2絶縁層の代わりに、GaAs低温成長半導体層を用いる素子を作成した。この結果、空間分解能を著しく改善することができた。(4)これまでの素子の動作波長は950nm前後であったが、世の中に広く普及しているNd:YAGレーザーの波長1064nmで動作する素子を作成した。InGaAs/GaAs量子井戸のエキシトン吸収の波長を1064nmとするためには、Inの組成比を増やさねばならず、InGaAs層とGaAs層の間の格子定数の不一致が大きくなり、歪みが入るため結晶成長が困難であったが、歪みを平均化するバッファー層を加えるなどの工夫により、良好な量子井戸構造を作成することに成功した。
気分障害による長期休職者のための症状自己管理プログラムの開発

本研究の目的は、気分障害による長期休職者の職場復帰リハビリテーションの一環として、当事者の主体性やQuality of Lifeを重視し、他者との関わりに注目した症状自己管理プログラムを開発することである。プログラム(案)の概念枠組みに「リカバリー」を取り入れ、プログラム提供者と参加者が対等な関係で協働することを重視した。また職場復帰リハビリテーション実践家及び当事者の方々と内容に関する検討会を行って修正を加え、妥当性を高めた。今後は、プログラム(案)のパイロットスタディを実施して、プログラムを修正・洗練し、実施上の課題を明確にする必要がある。25年度(初年度)の目的は、気分障害による長期休職者のための症状自己管理の構成概念を明確化し、概念枠組み及びプログラム(案)を作成するために、以下の3つの課題に取り組むことであった。1)文献検討による、気分障害をもつ人の症状自己管理の構成概念とその内容の明確化:本課題については国内外の文献、書籍から「症状自己管理の目的、対象、実施内容、評価」についての記述を抽出し、その中に含まれる概念を比較しながら質的に分析し、構成概念とその内容を明確化した。結果については、平成26年5月の産業衛生学会にて発表予定である。2)実践場面のインタビュー調査から症状自己管理の構成概念・内容・実施上の問題点の明確化:職場復帰リハビリテーションで症状自己管理の実践に携っている医療職者5名を対象に、症状自己管理の目的、対象、実施内容、評価、実施上の問題点を明確にすることを目的に症状自己管理の実践場面に関する半構成的インタビューを行った。現在、分析を質的記述的に行っている段階である。3)気分障害による長期休職者のための症状自己管理プログラムの概念枠組み及び内容の明確化:上記1)2)で得られた結果及び申請者の先行研究(博士論文)の結果から、プログラムの概念枠組みとそれに基づいたプログラム(案)を作成する予定であるが、2)の分析途中のため未実行であり、平成26年5月6月の会議で研究者間で検討する予定である。平成25年度に行った症状自己管理の実践場面のインタビューの分析を行い、気分障害による長期休職者のための症状自己管理プログラム(案)を検討した。分析の結果、本研究で作成するプログラムの目的であった「社会生活において自分の価値を実感し、人生を主体的に再構築していくこと」にある、「主体性を取り戻していく」ことについての概念枠組みを追加し、修正する必要があることが分かった。それに伴い、これまで検討してきた概念に加えて「リカバリー」概念についての文献検討を行うとともに、当事者のリカバリーを促すWellness Recovery Action Plan(以下WRAP)という教育プログラムの研修会を開催し、参加者や主催者から意見をもらい、症状自己管理プログラム(案)を再検討した。本研究の目的は、気分障害による長期休職者の職場復帰リハビリテーションの一環として、当事者の主体性やQOL(Quality of Life)を重視し、他者との関わりに注目した症状自己管理プログラムを開発することである。平成25年度に行った症状自己管理の実践場面のインタビューの分析結果から、概念枠組みの追加が新たに必要となった。そのため計画修正を行い、平成26年度27年度にかけて「リカバリー」概念を中心に受動性とアイデンティティの再構築等関連する概念についての文献検討を行った。また当事者のリカバリーを促すWellness Recovery Action Plan(以下Wrap)という教育プログラムの研修会を2年にわたり開催して参加者や主催者から意見をもらい、概念枠組み及び症状自己管理プログラム(案)を再検討した。さらに、平成27年度には、プログラム(案)の修正・洗練を目的とし、海外における地域精神保健活動としての症状自己管理プログラムやリカバリーにむけた支援活動の実際を見学するため、海外の大学(看護学部)関係者から事前に関連する研究資料を入手して共有するとともに関連施設への研修協力依頼を行った。平成27年度は、年度初旬に親族が入院し、その後介護が必要となったため、予定していた海外におけるプログラム見学が延期になった。また同理由により本研究課題への取り組みに十分な時間をとることができなかった。そのため計画が遅れている。まず、文献検討及び症状自己管理の実践場面のインタビューの分析結果から、プログラムの概念枠組みに「リカバリー( Recovery)」を取り入れ、症状自己管理プログラム(案)を検討した。また、リカバリー志向のプログラムにするため、リカバリーを促す教育プログラムである「Wellness Recovery Action Plan(WRAP)」を開催し、当事者であるファシリテーターから、気分障害による長期休職者のための症状自己管理プログラム(案)に関する意見をもらった。それにより、プログラム実施においては、プログラム提供者と参加者が対等な関係性で対話し、協働することを重視することにした。また、概念枠組みを基に作成したプログラム(案)を修正・洗練するため、まず職場復帰リハビリテーションの実践家と検討会を行い、妥当性を検討するとともに、修正を行った。さらに気分障害による長期休職者である当事者にも、内容を提示して検討会を行うことでプログラム(案)を修正、洗練し、妥当性を高めた。今後は、プログラム(案)のパイロットスタディを実施し、有用性、適合性を検討して妥当性の高いプログラムに修正し・洗練し、実施上の課題を明確にする必要がある。

プログラム(案)の概念枠組みに「リカバリー」を取り入れ、プログラム提供者と参加者が対等な関係で協働することを重視した。また職場復帰リハビリテーション実践家及び当事者の方々と内容に関する検討会を行って修正を加え、妥当性を高めた。今後は、プログラム(案)のパイロットスタディを実施して、プログラムを修正・洗練し、実施上の課題を明確にする必要がある。平成25年度に行った症状自己管理の実践場面のインタビューの分析結果から、新たな概念を枠組みに追加するために、さらに文献検討や研修会による検討が必要と判断した。そのため、平成26年度の目的である、気分障害による長期休職者のための症状自己管理プログラム(案)の洗練を目的とした、職場復帰リハビリテーション実践家及び当事者へのインタビューとその分析を通した症状自己管理プログラム(案)の内容及び妥当性の検討・修正が平成27年度に持ち越されている。また、同じくプログラムの洗練を目的とした海外におけるプログラムの見学は、その調整により、平成27年度予定となった。これらは、インタビュー分析結果等、計画遂行に伴い生じた必要な修正と考えているが、目標を達成するために、連携研究者の追加等、さらなる研究体制の見直しが必要と考える。平成28年度は、研究メンバーと状況を共有した上でスケジュールの見直しを行った。今年度集中的かつ確実に推進できるよう、研究会議を定期的(1回/1月)に行い、役割分担及び期限を明確にしつつ遅延を取り戻すよう努める。産業精神保健研究メンバーで研究達成状況を共有し、スケジュールの見直しを行うとともに、研究会議の定期的な開催を進める。また平成27年度より、連携研究者を2名追加している。内1名は、研究代表者と同じ所属にすることで、計画を推進するための連絡・調整の実行を推進する。平成25年度に行った文献検討により、インタビューガイドに修正を加える必要性があると判断した。そのため、インタビュー開始時期が遅れ、分析後のプログラム(案)の作成がやや遅れているが、研究目的の達成度としては大きな問題はないと考える。平成27年度初旬の親族の入院及び介護の影響によって、研究の遅れに伴う経費の未使用、及び海外のプログラム見学の延期が生じたため。分析結果による計画の修正に伴った研究の遅れによる経費の未使用によるもの。また、海外におけるプログラムの見学が、その調整により平成27年度に変更となったため。計画を遂行して調査研究旅費、研究対象者謝礼等に充てる予定である。また、研究の遅延を取り戻すよう定期的に研究会議を実施し、適切に研究費の執行を進める。平成26年度より研究協力者を1名加えて実働体制を充実させ、計画書に従って進める。今年度は気分
固体電解質を用いた電気化学的手法によるC_<60>のド-ピングに関する研究

C_<60>のド-ピングに伴う電気的特性の著しい変化は良く知られているが、気相ドープ法ではその制御性は十分でない。ここでは電気的制御性に優れた電気化学的ドープ法を採用し、ド-ピング状態の変動に伴うC_<60>の電気的特性の変化を観測し、酸化還元過程に伴うC_<60>の電子状態に関する情報を得ることを試みた。高純度C_<60>は空気中で酸素吸着による著しい電気伝導度の低下がおこる。そこでアルゴンガス雰囲気中において、非水系電解質溶液、ゲル状固体電解質、高分子固体電解質についてサイクリックボルタンメトリーを行った。各電解質のイオン拡散、溶媒和形成能の相違から高分子固体電解質中でのC_<60>の電気化学的酸化還元反応が最も明確に捕らえることができた。以上の結果より、C_<60>は還元化状態で容易に溶媒和を形成し本来電気化学的反応系では不活性的な固体電解質の導入が、固相C_<60>の酸化還元反応を得る為の有効な手段であることが判明した。更に高分子固体電解質の導入により、電気化学的酸化還元反応過程における電気伝導状態の動的な変化を測定することが可能となった。この結果、一価の還元状態と三価の還元状態とでは、その中性酸化過程においての反応経路に違いがあり、三価の還元状態は中性C_<60>と構造的な相違性があることが示唆された。
樹木糖鎖でナノ構造を制御するバイオ界面の幹細胞培養戦略

近年、再生医療の実現を志向した生体外細胞培養技術に期待が集まっている。本研究では、樹木糖鎖や生理機能糖を集積したバイオインターフェースと、表面改質型多糖ナノファイバーによる細胞培養を試みた。その結果、(1)GlcNAc6集積固定化膜によるマウス筋芽細胞C2C12の配列と細胞融合・成熟、(2)結晶性ナノセルロースの表面カルボキシ基量に依存したマウス線維芽細胞NIH-3T3の接着誘導、(3)キチンナノファイバーによるヒト胎児腎細胞TLR2発現HEK293の免疫応答の活性化等の成果を得た。これにより、細胞組織をマテリアル構造が機能制御する「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤の構築に成功した。再生医療の要である幹細胞培養技術の新戦略として、樹木糖鎖のセロオリゴ糖でナノ構造化した糖鎖集積バイオインターフェースによる細胞培養を試みる。本年度は、種々の動物細胞を培養することで、マテリアルの界面ナノ構造との関連性を検討した。1.マウス由来神経幹細胞の分化促進:キトヘキサオースとセロヘキサオースのハイブリッド自己組織化基板上でマウス由来神経幹細胞を培養したところ、糖鎖密度の違いで分化誘導に変化が見られた。市販の細胞培養基板TCPSでは細胞増殖のみが観察される培養条件において、キトヘキサオースの密度が高くなるにつれて神経幹細胞塊ニューロスフィアNSの約40%(200μm以上のNSではほぼ100%)で神経細胞様の突起伸長が認められた。2.コンドロイチン硫酸膜での細胞培養挙動:主要な細胞外マトリックス(ECM)であるコンドロイチン硫酸(CS)の自己組織化膜上で、マウス神経幹細胞の培養を行ったところ、TCPSでは分化誘導が起こらない10% FBS添加培地において、培養初期からNSの46%に分化が見られ、培養7日後のNSでは66%が分化した。3.ヒト骨格筋衛星細胞の培養挙動:筋衛星細胞はCSをECMとして通常静止期にあるが、CS発現量の低下とともに不可逆的に筋芽細胞へと分化する。CS膜上で同細胞を培養し増殖率を測定したところ、培養4日目においてTCPSと比べ20%高い細胞増殖が確認された。Au基板では細胞接着が起こらないことから、細胞基底膜様のCS膜の細胞接着促進効果が認められた。今後、分化状態を検討する。4.マウス筋芽細胞の配列制御:マウス筋芽細胞C2C12をレール状キトオリゴ糖自己組織化基板で培養したところ、細胞伸長方向の制御に成功した。分化に関与するMyoD1等の遺伝子発現挙動をRT-PCRで追跡したところ、糖鎖基板のパターンに依存した遺伝子発現の変化が部分的に見られた。再生医療の要である幹細胞培養技術の新戦略として、樹木糖鎖のセロオリゴ糖でナノ構造制御した糖鎖集積バイオインターフェースによる細胞培養を試みた。本年度は、(1)GlcNAc6固定化膜によるC2C12細胞のアライメント、(2)硫酸化多糖類のオリゴ化と機能化、(3)TEMPO酸化ナノセルロースのECM利用、(4)キチン・キトサンナノファイバーによる細胞培養を実施し、以下の成果を得た。1.細胞配列と機能発現:筋芽細胞C2C12をラフト構造化GlcNAc6固定膜で培養したところ、アクチンフィラメントのアライメントが起こり、明瞭な細胞配列が見られた。遺伝子発現解析の結果、筋芽細胞融合の兆候が見られた。2.コンドロイチン硫酸(CS)膜:オリゴCS膜上でマウス由来神経幹細胞を培養したところ、分化誘導用のhorse serumなしでも分化促進が観察された。既存のTCPSとは明らかに異なる糖鎖バイオインターフェース機能が発現した。3.ナノセルロース膜:生体内ECMの物理構造(剛直なナノファイバー)と化学構造(ヒアルロン酸に見られるカルボキシ基の繰り返し構造)の双方を模倣した膜を調製し、マウス皮膚細胞NIH-3T3を培養したところ、カルボキシ基量依存的な細胞接着が見られた。フィブロネクチンの吸着量に差がなく、糖鎖界面を直接認識している可能性が示唆された。4.生理活性ナノファイバー膜:物理解繊したキチンナノファイバーと表面脱アセチル化したキトサンナノファイバーの複合膜を調製し、ヒト肝ガン細胞HepG2を培養したところ、有為な接着が見られなかった。以上の研究成果から、オリゴ糖鎖の集積状態(人為再現と天然ナノ構造)制御の重要性が改めて示唆されたため、次の最終年度においてこれらを総括し、幹細胞の多分化能と自己複製能をマテリアルが制御する未踏領域「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤構築を目指す。本研究の独自戦略である「糖鎖分子鎖ベクトル制御によるナノ構造膜設計」については、セロオリゴ糖・キトオリゴ糖・コンドロイチン硫酸オリゴ糖を用いた自己組織化膜の調製に成功しており、筋肉前駆細胞や神経幹細胞の培養でユニークな特性を見出している。TLR2導入細胞株によるアッセイと機能評価はやや遅れているが、新たにナノセルロースの結晶構造と表面官能基量依存的な皮膚細胞の接着挙動を見出しており、グライコナノアーキテクトニクスの基盤構築に向けた新知見が得られている。さらに、筋肉前駆細胞については遺伝子・タンパク質の発現挙動解析も進めており、無血清培養に向けたデータも得られつつある。今後は、糖鎖マテリアル化学とバイオテクノロジーを融合させることで、界面ナノ構造と細胞の分化・未分化状態の相関性について詳細に研究する。

再生医療の要である幹細胞培養技術の新戦略として、樹木糖鎖のセロオリゴ糖や生理機能糖のキトオリゴ糖で界面ナノ構造を制御した糖鎖集積バイオインターフェースによる細胞培養を試みた。最終年度は、マウス筋芽細胞C2C12の“分化誘導血清を用いない"細胞融合を検討した。具体的には、糖鎖薄膜のマイクロパターン化が細胞培養特性に与える影響について、筋形成時の遺伝子発現挙動を詳細に解析した。Myosin heavy chain(MyHC)アイソフォームの遺伝子発現に着目し、マイクロパターン化糖鎖薄膜を用いることで、培養35日後にMyHC-2aの発現量依存的な細胞融合の開始が認められた。培養7日後には筋芽細胞同士の融合が起こり、筋管細胞への分化に成功した。この現象は、分化誘導血清を含まない培養条件においても観察されたことから、GlcNAc6集積薄膜が培養細胞の細胞融合に直接働きかける、極めてユニークなバイオ界面効果を見出した。さらに、筋形成関連遺伝子と細胞接着性タンパク質のアクチンフィラメントの発現挙動を検証した。GlcNAc6集積薄膜では、筋組織特異的遺伝子MyoDの発現が培養初期に上昇し、増殖後は低下した。それと同時にMyogeninの発現が上昇し、アクチンフィラメントの明瞭な配列が起こり、グルコースの取り込みに関与するGLUT4の発現も上昇したことから、筋収縮等が活発になっていることが認められた。これらの結果から、分化誘導血清を含まない培養条件でも、GlcNAc6集積薄膜が筋芽細胞の筋組織への分化誘導と筋管細胞の成熟に関与することを明らかにした。本研究により、生体外での動物細胞培養におけるオリゴ糖鎖の界面集積構造の重要性が実証された。本成果は、幹細胞の多分化能と自己複製能をマテリアルが制御する未踏領域「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤の構築につながる成果である。近年、再生医療の実現を志向した生体外細胞培養技術に期待が集まっている。本研究では、樹木糖鎖や生理機能糖を集積したバイオインターフェースと、表面改質型多糖ナノファイバーによる細胞培養を試みた。その結果、(1)GlcNAc6集積固定化膜によるマウス筋芽細胞C2C12の配列と細胞融合・成熟、(2)結晶性ナノセルロースの表面カルボキシ基量に依存したマウス線維芽細胞NIH-3T3の接着誘導、(3)キチンナノファイバーによるヒト胎児腎細胞TLR2発現HEK293の免疫応答の活性化等の成果を得た。これにより、細胞組織をマテリアル構造が機能制御する「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤の構築に成功した。本研究の独自戦略である「糖鎖分子鎖ベクトル制御によるナノ構造膜設計」については、キトオリゴ糖やコンドロイチン硫酸の自己組織化基板を用いることで、神経幹細胞や筋肉前駆細胞のユニークな培養挙動を見出すことに成功した。今後、これらの培養細胞の遺伝子・タンパク質発現挙動の解析などを進めることで、界面ナノ構造と細胞の分化・未分化状態の相関性について詳細に研究できる。本研究の最重要課題である「糖鎖の界面ナノ構造が直接誘導する細胞機能」の発現と解明について、人為設計と天然構造の両面から本質に迫る研究を引き続き実施する。
内因性光信号を「面」として記録する嗅皮質のニオイ応答

成熟モルモットを用い、麻酔下で動物の頭丁骨に、あらかじめ頭部固定装置(Skull fixation device)を装着し、頭部を不動化し、前梨状皮質を露出し、ニオイ刺激に対する内因性光信号の変化を光学的に計測した。そのさい、疹痛を与えないように十分に配慮した。16年度にはニオイ物質として、アミルアセテート、ニトロベンゼン、ブタナール、ブタノール、ブチリックアシド、エーテル、キシレンを用いて前梨状皮質の内因性光信号応答をイメージ化(Computer, Image display)した。17年度には鎖式炭化水素を刺激とした。官能基の異なる炭化水素を用いた。さらに、異なる炭化水素の濃度を変えて前梨状皮質から得られた結果を解析した。前梨状皮質では用いられたどのニオイにも空間的に重なり合う応答部位が見られ、ニオイの差によって区別しうるようなニオイ局在性は見られなかったが、濃度変化による応答の差が明確に見出された。低濃度では前梨状皮質前方部に、高濃度では前方部に加えてさらに後方部に広がる応答パターンを示した。活性領域の面積と刺激濃度の関係はベキ関数で表わされることが判った。したがって、前梨状皮質ではニオイの濃度に関する情報は前方部から後方部へ向かって広がって行く活性領域の大きさに符号化されている。また、単一神経細胞記録の結果から、前梨状皮質前方部の錐体細胞は低い濃度閾値を持ち、後部領域の錐体細胞は高い濃度閾値を持つことも判った。すなわち、前部領域から後部領域に向かう錐体細胞の濃度閾値勾配が明らかになった。前梨状皮質でのニオイ濃度の符号化は、前部から後部にかけて前梨状皮質へ投射する求心性入力の空間的分布密度の差に基づいていると考えられる。成熟モルモットを用い、麻酔下で前梨状皮質の直上を覆う頭蓋骨を紙のように薄くなるまで削り、シリコンオイルを容れると薄い骨も透けて、記録領域が肉眼的にはっきりと見えるので、硬膜は無傷で脳脊髄液の漏出もない。記録領域に570nmの光を照射し、カメラレンズの焦点を脳表面に合わせ脳表面上の血管像を保存し、レンズの焦点を脳表面より下にある脳実質に合わせた後、脳表面上に645nmの光を照射した。ニオイ刺激によって記録領域に神経活動が生じると、その反射光の強度が僅かに変化するので、その変化(内因性光信号)をビデオカメラで記録しコンピューター処理を行い画像化した。一つの画像は320×240個の光素子からなり、計測領域は8.7×6.5 mm^2であった。異なるニオイ物質およびそれらの濃度変化によって前梨状皮質に引き起こされる内因性光信号応答を解析した。前梨状皮質では今回用いられたどのニオイにも空間的に重なり合う応答部位が見られ、ニオイの差によって区別しうるようなニオイ局在性は見られなかったが、濃度変化による応答の差が初めて明確に見出された。また、単一神経細胞記録の結果から、前梨状皮質前方部の錐体細胞は低い濃度閾値を持ち、後部領域の錐体細胞は高い濃度閾値を持つことが判った。

成熟モルモットを用い、麻酔下で動物の頭丁骨に、あらかじめ頭部固定装置(Skull fixation device)を装着し、頭部を不動化し、前梨状皮質を露出し、ニオイ刺激に対する内因性光信号の変化を光学的に計測した。そのさい、疼痛を与えないように十分に配慮した。16年度に用いたニオイ物質に加え、鎖式炭化水素を刺激とした。官能基の異なる炭化水素を用いて前梨状皮質の内因性光信号応答をイメージ化(Computer, Image display)した。さらに、異なる炭化水素の濃度を変えて前梨状皮質から得られた結果を解析した。前梨状皮質では今回用いられたどのニオイにも空間的に重なり合う応答部位が見られ、ニオイの差によって区別しうるようなニオイ局在性は見られなかったが、濃度変化による応答の差が明確に見出された。低濃度では前梨状皮質前方部に、高濃度では前方部に加えてさらに後方部に広がる応答パターンを示した。活性領域の面積と刺激濃度の関係はベキ関数で表わされることが判った。したがって、前梨状皮質ではニオイの濃度に関する情報は前方部から後方部へ向かって広がって行く活性領域の大きさに符号化されている。また、単一神経細胞記録の結果から、前梨状皮質前方部の錐体細胞は低い濃度閾値を持ち、後部領域の錐体細胞は高い濃度閾値を持つことも判った。すなわち、前部領域から後部領域に向かう錐体細胞の濃度閾値勾配が明らかになった。