hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
BAG6の核内凝集体代謝における新規機能の解明

そこで,現在同細胞種を用いた研究も進めている.他の評価法を用いることで影響がみられる可能性が考えられたため,蛍光顕微鏡撮影像や,FACSを利用し,凝集体の大きさや,核内凝集体が形成される条件下の細胞の生死に対して,関連遺伝子のノックダウンが影響を与えるか否か検討している.LC-MS/MSを用いた核内BAG6複合体構成因子の網羅的同定では,実験を行うために必要な発現ベクターの作製並びに条件検討が完了した.基本的に平成25年度の計画を継続して行うことを計画する.特に,核内におけるBAG6複合体構成因子の同定を第一に行うことを予定している.さらに,ノックダウンでは,対象遺伝子の影響を完全に失わせることが難しいので,現在並行して行っているCRISPR-CASの系を積極的に利用し,ノックアウト細胞を作出し,ポリグルタミン凝集体形成への影響の有無を改めて検討する.また,不良タンパク質代謝に大きな役割を果たしているオートファジーと,BAG6複合体の関連も視野に研究を進めることを計画している.個体レベルでの解析では,マウスをもちいたノックアウト生物作製が最終目標であるが,研究期間を考慮し,並行して世代時間の短いショウジョウバエをもちいたノックアウト生物の作出も計画している.ショウジョウバエでもポリグルタミン凝集体を形成する疾患モデル生物が存在するため,それらとBAG6ノックアウト生物を交配することで,個体レベルでのBAG6とポリグルタミン病の関連性が解明できると考えられる.既知のBAG6相互作用因子であるTRC35は,BAG6の核内輸送の制御への関与が示唆されている.そこで,平成26年度は本遺伝子にも着目し,BAG6の細胞内局在と核内凝集体代謝機能の関連性についても着目し研究を進めていくことを計画する.
対人相互作用における抑鬱的な人に特徴的な認知・行動傾向の自動性にする実験的研究

本研究では、抑鬱的な人の自己に関する否定的な認知および行動に及ぼす認知負荷の効果を検討する実験を行った。特に、他者に知られることのない、完全な匿名状態での自己評価、他者に見られることを前提とした自己呈示、他者に対して行った自己呈示に対しての他者からの評価の予測の3点を中心に検討した。完全な匿名状態での自己評価については、強い効果ではなかったが、一部で、抑鬱的な人の自己評価が、認知負荷の下で、好ましくなる傾向が認められた。これは、抑鬱的な人の低い自己評価が、統制的過程を通じて調整されている可能性を示唆する結果であった。自己呈示については、認知負荷の下では、抑鬱的な人の自己呈示は肯定的になり、非抑鬱的な人の自己呈示は逆に否定的になることが示された。自己呈示はその目的にあわせるように統制的過程を通して調整されると考えられるので、認知負荷の異なった効果については、それぞれが持つ自己呈示の目標の違いとする解釈をした。自己呈示に対する他者からの評価の推測は、認知負荷のない状態で、抑鬱の程度によって違いが認められなかった。これは、予測に反する結果であった。特に自己呈示の内容の肯定性を統制した場合、認知負荷によって、抑鬱的な人も非抑鬱的な人も同程度に自己呈示に対する他者からの評価の予測は好ましくなっていた。抑鬱の程度だけでなく、自尊心の高さを用いて分析した結果は、特に自己呈示に対する他者からの評価の推測において異なった結果となった。この違いが抑鬱傾向と自尊心の低さとの違いにおいて重要な意味を持つのかどうか、検討する必要があると考えられる。実験参加者に特性形容詞に対する当てはまりを回答する形で自己呈示を行わせ、その後にその回答を見た他者が回答者(実験参加者自身)に対して抱く印象を推測させた。その際に半数の被験者は6桁の数字を暗唱する課題をしながら推測を行った。よって、実験デザインは、抑鬱傾向(抑鬱的・非抑鬱的)×認知負荷(あり・なし)の2×2であった(実験参加者数は88名)。先行研究からは、抑鬱的な人の自己呈示に対する他者評価の推測は、非抑鬱的な人のそれと比べ好ましくない内容になると予測されたが、軽度抑鬱群と非抑鬱群で大きな違いはなかった。これに対し、高自尊心者と低自尊心者の自己呈示に対する他者評価の推測は大きく異なっており、高自尊心者は低自尊心者に比べて自己呈示に対する他者評価を好ましく推測していた。また、認知負荷の効果は、抑鬱傾向とは独立して認められ、特に有能さの次元において、認知負荷により推測が好ましくなる傾向が認められた。しかし、好ましさの次元では認知不可能効果は認められなかった。現段階では、自己呈示内容の望ましさと、実際の他者評価のデータが得られていないため(14年度にこれらのデータを得る実験を実施する予定)、抑鬱的な人の推測が非抑鬱者と異ならないのは、自己呈示内容が異ならないためなのか、呈示内容と予測が相殺する方向で働いているためなのか、特定できないのでこの点を検討する予定である。一方で、より制約のない自己呈示状況とそれに対する他者評価およびそれに対する推測を検討するための実験準備を行った。ビデオ撮影、編集刺激作成などの方法の検討およびパイロット・スタディがほぼ終了し、平成14年度には、本実験を実施する予定である。本研究では、対人相互作用過程における抑うつ的な人(軽度抑うつ者)の自己概念(ネガティブな内容)の維持に焦点を当て、対人相互作用過程にかかわる抑うつ的な認知傾向が、自動的過程によるものか、制御的過程によるものかを検討した。

具体的には、自己評価、自己呈示、他者による自分に対する評価の推測において、認知負荷によって、その評価、呈示、推測の内容が変容するかどうかを検討した。全体として、認知負荷の効果は評価、呈示、推測を望ましい方向に変容させることが認められたが、抑うつ的な人においてその傾向が特に顕著であるということは認められなかった。この結果から、抑うつ的な人のネガティブな自己評価や自己呈示、自己評価の推測は、自動的過程によって支配されている部分が多いことが示唆された。一方、抑うつ傾向ではなく、自己評価の程度を意味する自尊心との関係を検討したところ、低自尊心者において、認知負荷の下で自己評価、自己呈示、他者からの評価の推測が望ましい方向に変容する程度が顕著であることが示された。この結果から、低自尊心者の本来の自己評価や推測はあまりネガティブなものではないことが示唆される。これに対し、認知負荷によって評価や予測が影響を受けにくい抑うつ傾向の高い人は、自己評価がネガティブな内容に固定してしまっていると考えられるかもしれない。この他、本研究では、対人相互作用場面での他者からの評価の推測についての研究のレビューを行った。ここで認められた推測のバイアス(例えば、対応バイアスの過大視)と抑うつ傾向あるいは、抑うつ的自己評価の維持との関係について検討することも重要だと考えられる。
垂直眼球運動系の神経経路に関する神経解剖学的研究

垂直眼球運動系において,カハル間質核(ICN)は以前より注目されており,解剖学的研究にてICNから動眼・滑車神経核への線維連絡が報告されている。本研究でも逆行性軸索輸送されるHRPの動眼・滑車神経核への注入実験で両側のICNに標識細胞を見い出し,従来の報告のごとくに直接連絡が存在していることをネコおよびラットを用いて確認した。そしてICNには大小2群の細胞が混在していた。すなわち,動眼神経核注入群では大細胞群に相当するものが36.67±3.12μm,小細胞群に相当するものが22.80±4.13μmであった。一方,滑車神経核注入群では大細胞群に相当するものが39.17±3.56μm,小細胞群に相当するものが19.07±4.07μmであり,両神経核と連絡する細胞群に形態的にもまた,分布にも差異がないことも明らかとなった。このような実験結果をもとに,次に順行性輸送されるWGAーHRPのICNへの注入実験を行なった。それに先だち,シナプス越え能をも有すWGAーHRPの眼窩内注入にて,中脳灰白質腹側で動眼神経核吻側から前方にネコにおいて約11.5mm,ラットにて0.5mmに長さにある標識細胞をICNとした。これをもとに脳定位装置のマップとし,脳定位的にICNにWGAーHRPを注入し検討した。その結果はICNからの神経終末が動眼・滑車神経核に観察され,ICNから動眼神経核および滑車神経核への直接線維連絡の存在が順行・逆行両方向からの実験から明らかとなった。しかし,前にも述べたごとくにICNは狭い領域であるために,注入部位においてはICNを起〓て注入物質が拡がっており,限局した注入が要求された。今後の課題としてはICNのみの限局した注入手技の会得,動眼神経核内での神経終末の分布状況と眼球の上下作動筋(上直筋・下直筋・下斜筋)との関係を求めることが残された。カハル間質核はCarpenter(1970)により後交連核、ダークシェビッツ核と共にAccessoryoculoinofor nuclei(AON)と称される。カハル間質核の出力系で、外眼筋諸核への投射に関しては、内直筋支配域以外の動眼神経核と滑車神経核に線維を送るといわれている。一方、電気生理学的研究ではカハル間質核の刺激で上下および回転性の眼球運動を誘発されることが報告されている。今回、我々は逆行性軸索輸送されるHorseradish peroxidase(HRP)を動眼神経核および滑車神経核に注入し、AONの中でも特にカハル間質核を重点に置き、観察されるHRP反応陽性細胞の分布、形態を検討した。実験動物として成熟ネコを用い、脳定位的に動眼神経核および滑車神経核に50%HRPを注入した。48時間の生存期間の後、経心的に灌流固定した。ただちに30%ショ糖液に浸し、厚さ50μmの凍結切片を作製した。HPR反応はTMB法を行い、明視野および暗視野証明下に観察した。

その結果、AONの中では動眼神経核注入群で両側カハル間質核、後交連外側核にHRP反応陽性細胞が観察され、滑車神経核注入群で両側カハル間質核に観察された。両注入群にて観察された起始細胞は形態的に類似していた。他の部位への出現は従来の報告のごとくであった。HRP反応陽性細胞の分布に関してはカハル間質核の吻側から尾側に至まで均等に分布し、核内においての集合性は認められなかった。今後は順行性軸索輸送されるWheat germ agglutinin-HRPをカハル間質核に注入する実験を行ない、動眼神経核および滑車神経核への投射様式の検討を行なう。垂直眼球運動は動眼神経核支配である上直筋・下直筋・下斜筋および滑車神経核支配である上斜筋の4本の外眼筋によって遂されている。一方、垂直眼球運動についての脳幹中枢として中脳網様体の存在が知られており、その中でもとくにカハル間質核が重視されている。カハル間質核は動眼および滑車両神経核への連絡が示唆され、我々も動眼神経核や滑車神経核への逆行性軸索輸送される物質の注入実験で、両側のカハル間質核に標識細胞を認め、このことは4本の外眼筋の働きに直接関与しているとみなされるところである。そこで本年度は動眼神経核、滑車神経核の両者と線維結合していることが明らかな点から、カハル間質核内での両者の支配域の相違を二重標識法で検討出来るか否かを知る目的で、逆行性軸索輸送される物質(ここではWGA-HRPを用いた)と蛍光色素剤を用いての実験を明らかに2種の神経細胞が存在する外転神経核を中心に検討した。その結果、HRPまたは蛍光色素剤を取り込む神経細胞の区別が出来ることを確認した。外眼筋諸核および眼球運動の脳幹中枢とされる中脳網様体は中脳・橋に存在している。注入実験に際しては、注入物質の拡散などの問題のため限局した微量の注入を要する。我々が使用している脳固定装置を用いて、正確にそれぞれの核に達するよう、ネコおよびラットを対象に経シナプス起立能をも有するWGA-HRPを外眼筋に注入して、カハル間質核、動眼神経核、滑車神経核を水平断標本のみでなく、矢状断標本を作製し位置確認を行い、我々のマップを作り上げ、ガラス管を用いての微量注入実験をすすめている段階である。カハル間質核が垂直眼球運動系に重要な位置を占め,ネコを対象とした動眼神経核および滑車神経核への逆行性軸索輸送される物質の注入実験で両側のカハル間質核の神経細胞に標識物質を認めることが出来,両神経核注入群共に大小2群の神経細胞に区分された。それによると,動眼神経核注入例では小細胞に相当するものが22.80±4.13μm,大細胞に相当するものが36.67±3.17μmであった。滑車神経核注入例では小細胞に相当するものが19.07±4.07μm,大細胞に相当するものが39.17±3.56μmあり,カハル間質核の神経細胞が動眼神経,滑車神経核に直直接連絡し,神経細胞に差異はなく,カハル間質核に混在していることが認められた。さらに眼窩内にシナプス越え能を有する物質であるWGAーHRPを注入することで,両側のカハル間質核に標識細胞を認め,脳定位的にその位置を確認した。今回はカハル間質核からの投射様形を知る目的で,順行性物質のWGAーHRPの注入実験を行った。カハル間質核に注入したWGAーHRPは両側の動眼神経核吻側で腹内側を中心に,また滑車神経核に不十分な所見ながらも神経終末が観察された。このことは逆行性物質の注入実験から得られていた直接連絡があることを再確認したこととなった。カハル間質核は動眼神経核吻側に近く,中脳灰白質の腹側に存在し,眼窩内への注入実験で得られた結果からでも,吻側から尾側までネコで約11.5mm,ラットで約0.5mmほどの長さを持っているにすぎない。そのため,カハル間質核への針の刺入は可能であるが,注入量に関しては全実験例においてカハル間質核を越え拡がっていた。
人間機械系の安全性解析に関する基礎的研究

本研究は、人間機械系の設計や評価段階でその安全性を検討するために必要となる安全性解析方法の確立を目的とする。研究計画の初年度である平成7年度は、人間機械系における人間と機械の状況依存型モデル表現法とそれに基づく事故発生系列の導出法、および認知工学的知見を考慮した、事故防止策を検討するシステム工学的方法について検討を行った。人間と機械の間の依存関係を表すために両者の相互作用を明確にして考慮すべき因子の抽出を行った。相互影響因子を人間あるいは機械の外部環境からの入力とみなして、各行動モデルをIF (条件) THEN(行動)のような条件行動ルールで記述した。人間は必ずしも機械と同様に表せないが、状況に応じて行動規範やルールを切り換えると同様な表現形に帰着できた。人間と機械モデルを相互作用させながら行動ルールを発火させて、人間の行動特性に基づく応答系列を(全体の状況、人間行動)の対の形で導出した。第2年度である平成8年度は、主として人間機械系に生じる事象系列に基づく安全性解析システムを構築し、解析した。簡単なタンク注入作業やランプ点灯作業を例として、どのような事象系列が発生するかでヒューマンエラー(HE)の影響を検討した。特に、人間の行動を状況の経験度に応じて、ほとんど反射的に行動するスキルベース、ノウハウを基にして行動するルールベースと未経験の状況で一般的な知識に基づいて行動する知識ベースに分類して表した。各作業状況でどのようなHEを想定すべきかを検討するために人間行動に関する認知工学などの知見が重要である。また、人間機械系の安全性解析に関連して、機械系の故障がシステム挙動にどのような影響を与えるかを解析するために、エネルギー流に着目したボンドグラフで表された挙動モデルを用いた解析法を検討した。本年度は、人間機械系における人間と機械の状況依存型モデル表現法とそれに基づく事項発生系列の導出法を開発した。まず、人間と機械の間の依存関係を表現するため、両者の相互作用を明確にして考慮すべき因子の抽出を行った。相互影響因子を人間あるいは機械に対する外部環境からの入力とみなして、それぞれの行動モデル表現を導出した。機械は、If(条件)Then(行動)のような形の条件行動ルールで記述できる。機械の故障挙動も、その正常時の関係から逸脱した関係で同様に表現できる。しかし、人間は必ずしも機械と同様な決定論的な関数的には表現できない。人間特有の過去の履歴の影響や状況に応じた人間の情報処理形態の変化を考慮する必要がある。そこで。状況に応じて選択する行動規範やルールを切り替える形で表現すると、機械と同様なIf(条件)Then(行動)のような形の条件行動ルールの集合で表現できた。それぞれの行動モデルを用いて、初期状態から人間と機械モデルを相互作用させながら行動ルールを発火させることにより、人間の行動特性に基づく応答系列を(全体の状態、人間行動)の対として導出した。また、認知工学的知見を考慮した、人間機械系の事故防止策を検討に関しては、ヒューマンエラーを単なる過ちとはみなさないで人間の行動特性や情報処理特性から必然的に生じたものと考えて、その特性限界を補うにはどのような因子を考慮すべきかについて認知工学における研究を調査した。さらに、防止対策を総合的に検討するシステム工学的な枠組みについても検討を行った。本年度は、人間機械系に生じる事象系列に基づく安全性解析システムを構築し、検討を行った。人間機械系における事象は人間と機械の間の相互作用であり、人間と機械はその状況に応じて行動あるいは機能すると仮定してモデル化を行い、簡単なタンク注入作業やランプ点灯作業を例として解析し、どのような事象系列が発生するかによりヒューマンエラー(HE)の影響を検討した。

人間の行動は特に状況に対する経験度に応じて、ほとんど反射的に行動するスキルベース、状況に関するノウハウを基にして行動するルールベースと未経験の状況で一般的な知識に基づいて行動する知識ベースと臨機応変に対応し、機械は人間からの操作やその時の機械の内部状態に応じて応答するようにモデル化を行った。人間機械系でのHE評価は、HEが発生していない事象系列と途中でHEを挿入した場合の事象系列を比較してHEの事象系列に与える影響度で行った。この方法では想定したHEに対する影響度評価は可能であるが、核作業状況での人間行動にどのようなHEを想定すべきかを検討することはできない。この意味で、人間行動に関する認知工学などの一般的な知見の利用がHE予測において重要である。また、人間機械系の安全性解析に関連して、ハードウェアとしての機械系の故障が物理的なシステム挙動にどのような影響を与えるかを解析するために、挙動モデルに基づいて解析する方法を検討した。エネルギー流に着目したモデル化手法であるボンドグラフ表現を用いると、要素故障がシステム挙動を表す物理変数に対してどのような影響があるかを定性的および定量的に検討でき、人間機械系における機械側の挙動をモデル化するのに有効であることが判明した。
1820年代の出島における音楽状況〜オペレッタ上演とシーボルトのピアノを中心に

1641年.オランダ人は出島に移され1868年の明治政府誕生までのほぼ200年間を過ごす。その間,キリスト教伝来以来西洋の音楽が日本にある程度根付き花開くまでになっていたのが、表舞台から姿を消す。しかし、『オランダ商館日記』には、1820年に長崎奉行の交代式でオペレッタが上演されたという記述や、出島の医官シーボルトが在日中にピアノ作品を書いたり、そのピアノ自体を山口・萩の豪商熊谷五右衛門に贈っで帰国したという資料がある。本研究では、主として平成17年度には(1)オペレッタの内容、平成18年度には(2)いわゆるシーボルトのピアノの実態調査とその作品について研究した。その結果、オペレッタは「短気な男」と「二人の漁師とミルク売り娘」が上演されたこと、その上演については、シーボルトのお抱え絵師の川原慶賀が七枚の絵に表して残しており、当時の様子を物語る貴重な資料となっている。一方、シーボルトのピアノは、1955年に郷土史家の田中助一によって発見され、その後広島の楽器店が修理したり、2000年の日蘭交流400年を記念したコンサートで音が再度よみがえる機会があったものの、全面的な修復までには至らなかった。しかし、1965年に財団法人熊谷美術館が発足し「シーボルトのピアノ」として展示されてから今日まで、同館の貴重な一品として所蔵されている。このように、本研究によって、200余年間におよぷ小さな出島の中で、西洋音楽がどのように鳴り響き受け継がれてきたかを少なくとも検証することができた。鎖国から2年後の1641年。オランダ人は狭い出島に移された。1867年の大政奉還、1868年の明治政府誕生までの約200年問。出島では、どのような生活がなされていたのであろうか。とくに、1549年のキリスト教伝来からキリスト教禁止令が出される1614年までには、日本にある程度の西洋音楽が根付いた経緯があるが、キリスト教と深い関係のあった音楽はその後どのように変化したのか、興味深いところである。この研究は、明治になって、新たに始まる西洋音楽教育の前に、徳川政権下で唯一の西洋への窓として機能した出島において、果たして西洋音楽は鳴り響いていなかったかを検証するものである。『オランダ商館日記』には、1820年、オランダ商館長ブロムホフは、日本人の長崎奉行の交代に際して、新旧の奉行2人とそのお伴を招待し、演劇とオペレッタを演じたという記述が残されている。1つは、「短気な男」、もう1つが「二人の猟師とミルク売り娘」である。「短気な男」は、金貸し親父の娘と短気な男が繰り広げる恋のてん末を描いたフランスの喜劇をオランダ語で演じたものである。「二人の猟師とミルク売り娘」は、貴族の娘が駆け落ちをするが、途中で男に捨てられ、ミルク売りになりさがってしまう。その娘と二人の熊狩りとの一獲千金を夢見たフランスのオペレッタのオランダ語版である。どちらも、商館員と商船の乗り組み員が演じている。とくに、オペレッタの方は、出島の医者であったシーボルトのお抱え絵師であった川原慶賀が、その模様を7枚の絵に描き表しており、それは、今日、新潟県柏崎市にある黒船館に「阿蘭陀芝居図巻」として所蔵されている。また、それとまったく同じものが、オランダのアムステルダムに「出島俄(にわか)芝居図」として保存さて入るとされている。今年度は、2000年に、日蘭交流400周年を記念して長崎市民によって上演されたオペレッタの録画を入手し、その分析を進めており、発表まで至っていない。18年度は、シーボルトのピアノについて調査・研究した。

1823年に長崎出島のオランダ商館付き医官として来日したシーボルトは、翌年に萩藩の御用商人である熊谷五右衛門義比(よしかず)の診療をしたのを機に、その後何回か面会の機会を得ている。中でも、1826年、シーボルトが江戸に参府する道中、下関に逗留の折、熊谷が治療のお礼を言いに面会したことが、シーボルトの『江戸参府紀行』に記されているのは特記される。そして、1828年8月のいわゆるシーボルト事件(国外持ち出し禁止の日本地図を持ち出そうとしたことが発覚したもの)が起きる前の月に、日本を離れる準備をしていたシーボルトは、熊谷五衛門に、1台のピアノ(フォルテピアノ)を贈っている。しかし、その存在は、それから約130年後の1955年に萩の医者で郷土史家の田中助一が発見するまで、熊谷家の倉に置かれたまま忘れられていた。その後、1958年から1959年にかけて広島の楽器店が修理し、さらに1965年に、財団法人熊谷美術館が発足するのを機に、重要な所蔵品の一つとして「シーボルトのピアノ」として展示されるようになり現在に至っている。折しも、日蘭交流400周年にあたる2000年にあわせて、フルート奏者の國森由美子氏が中心になってそのピアノの調査・修復を進め、オランダ人ピアノ修復家のハセラール氏を招き、修復に着手したが、その途中にハセラール氏が亡くなり、日本調律師の会にゆだねられるところとなった。その間、とりあえず2000年には、熊谷美術館と長崎での当該記念会場で、一部お披露目も行われた。筆者は、その際の録音音源を入手することができた。「我が友熊谷へ、別れのためにドクトル・フォン・シーボルト1828」というサインが入ったピアノは、ロンドンのロルフ社のスクエアピアノ(箱形のピアノ)で5オークターブ半の鍵盤を有している。また、シーボルトの死後、1874年にウイーンからシーボルト作曲のピアノ曲が「日本樂譜」として出版されており、その中にはピアノ曲だけでなく、歌曲も一つおさめられている。それは、「シーボルトのかっぽれ」と称されるもので、ローマ字つづりの日本語で「あのこ見たさにやれこれこれわと(いの間違い?)さ...」といった歌詞がつけられている。ピアノ曲も、この歌曲も、おそらく記譜ミスだと思われる箇所がいくつか散見されるし、決して傑出した作品とは言いがたいが、このピアノ曲は、日本通だったシーボルトの"知られざる一面"を物語るものである。18年度は、シーボルトのピアノについてとくに調査・研究し、あわせて平成17年度に収集した出島でのオペレッタの上演も含めて、幕末の出島での音楽状況を整理した。
粘土鉱物表面に吸着した有機色素の光分解反応

粘土鉱物(合成サポナイト)による有機色素の光退色機構を解明するために,異なる骨格を有するいくつかの有機色素の光照射実験を行った。また,計算化学的手法により,合成サポナイトの電子構造,粘土鉱物表面に吸着した有機色素の動的挙動,水和した有機色素ー粘土複合体の電子構造,および有機色素の光化学を調査した。これらの結果は,高い陽イオン交換能を有する粘土鉱物の二次元表面から光励起したローダミンBやスチルバゾリウム誘導体への電子移動が起こり,その後,分解反応や光異性化反応が生じることを示唆した。本研究において,耐光性に優れた新規な光機能性有機-粘土コンポジット材料を開発する上で有用な指針が得られた。昨年度は、電気的に中性なタルクとそのSi-0四面体シート内部のSi4+をAl3+に置換したモデル化合物の電子構造を計算し、主に粘土鉱物の原子電荷分布に及ぼす同形置換の影響を調べた。今年度は、より系統的に単位体積当りの同形置換数、すなわち、陽イオン交換容量(CEC)値の影響を検討するために、以下の量子化学的研究に取り組んだ。単層の合成サポナイトとして、二次元の周期境界条件を適用したPBCモデルと8つ以上のユニットセルを二次元に並べたスーパーセルに基づいた粒子モデルをそれぞれ構築し、様々な理論CEC値を持つサポナイトのHOMOの分布とエネルギー順位を調べた。その結果、両モデルはともに、理論CEC値が増加するにしたがってHOMOが外部表面のO原子に広がるとともにそのエネルギー順位が線形的に上昇することが明らかとなった。これは、サポナイトのCEC値が大きくなるとともに粘土粒子周囲に接近した分子に電子を供与する能力が高くなることを示唆している。また、粘土鉱物の電子構造に及ぼす水和の影響を調べるために、昨年度より計算コストが安価な半経験的量子化学計算(PM6ハミルトニアンを使用)を実施してきた。しかしながら、原子電荷分布(特にAl3+)に関しては密度汎関数理論に基づいた精密な量子化学計算と矛盾する結果が得られ、より精度の高いパラメータが必須であることが判明した。一方、合成サポナイト存在下におけるローダミンBの光照射実験により、ジエチルアミノ基が光分解に関係していることが明らかとなったが、光分解に関与する他の化学構造因子が存在するかどうかを調査した。その結果、シアニン系有機色素では光異性化反応が生じていることを示唆する結果が得られた。単層剥離した合成サポナイト存在下において、光照射により分解が促進される有機色素と分解が促進されない有機色素が存在することを見出した。本研究課題では、単層剥離した粘土鉱物表面上の有機色素の動的挙動、有機色素ー粘土複合体の電子構造、および、有機色素の光化学に関する研究を行った。過去2年間、量子化学計算により粘土鉱物の電子構造に及ぼす同形置換の影響を調べ、陽イオン交換容量(CEC)の理論値が高くなるにしたがって、そのアニオンサイトに吸着したカチオン性有機分子への電子供与性能が高くなることが分かった。有機色素の光照射実験では、ローダミン110の光分解は起こらないこと、また、アルキルアミノ基を有するスチルバゾリウム誘導体のトランス体からシス体への光異性化反応が促進されることが新たに見出された。本年度は主に分子動力学計算により、二次元的な粘土表面に吸着した有機色素の動的挙動を調べた。その結果、ローダミンBはそのキサンテン環と粘土表面が平行な状態で吸着し、さらに酸素原子がアニオンサイト付近にある水素原子の近くに存在する頻度が高いこと、一方、スチルバゾリウム誘導体も粘土表面に対して分子平面を平行にして吸着するが、アニオンサイト付近に存在する頻度は他の位置に存在する頻度と同程度であることが明らかとなった。さらに、量子化学計算により、スチルバゾリウム誘導体の異性化反応の活性化エネルギーは一電子還元されることにより著しく低下することが分かった。本研究課題で得られた結果は、高いCEC値を有する粘土鉱物の二次元表面から光励起したローダミンBやスチルバゾリウム誘導体へ電子移動が起こり、その後、分解反応や異性化反応が生じることを示唆するものであり、耐光性に優れた光機能性有機ー粘土コンポジット材料を設計・開発する上で有用な知見である。スメクタイト系粘土鉱物である合成サポナイトには光触媒活性がないとされていた。最近我々は、単層剥離した合成サポナイト存在下において、光照射により分解が促進される有機色素と分解が促進されない有機色素を数例見いだしている。しかしながら、合成サポナイト存在下における有機物の光分解の詳細は明らかにされていない。今年度は、主に合成サポナイトの電子構造と水和挙動の特徴を明らかにするために、以下の計算化学的研究と光分解実験に取り組んだ。1)電気的に中性なタルクとその四面体シート内部のSi4+をAl3+に置換した粘土鉱物の電子構造を計算し、電子構造に及ぼす同形置換の影響を調べた。その結果、同形置換由来の負

電荷は、主に、隣接する酸素原子とケイ素原子に分配されるとともに、同形置換サイトの正電荷がより大きくなり、四面体シート内部での分極が増大していることが明らかとなった。2)粘土鉱物の表面にある酸素原子には、溶媒(水分子)が水素結合できるため、粘土鉱物の電子構造が大きな影響を受けていると考えられる。そこで、粘土鉱物の電子構造に及ぼす水和の影響、粘土鉱物と水和水との間の電荷移動量、および水和水の配向特性を調べるために、単層剥離した2:1型層状ケイ酸塩粘土鉱物の外部表面に多数の水分子を配置させた量子化学計算の実行・解析を継続している。3)光分解が促進されるローダミンBでは、脱エチル化が生じる。そこで、脱エチル化した生成物がさらに光分解するかを検討した結果、合成サポナイト存在下でもエチル基を持たないローダミンBの誘導体(ローダミン110)の分解反応は起こらないことが明らかとなった。これは、ローダミンB中のジエチルアミノ基が光分解反応を促進する化学構造因子の一つであることを示唆している。高CEC値を示すサポナイトが周囲に接近した分子に電子を供与する能力が高いことが明らかとなった。一方で、単層剥離した2:1型層状ケイ酸塩粘土鉱物の電荷分布に関して、昨年度までに使用した半経験的量子化学計算は密度汎関数理論に基づいた精密な量子化学計算と矛盾する結果を与えることが明らかとなった。現時点ではより精度の高い新しいパラメータが公開され、この矛盾が解決されていることも判明している。量子化学ソフトウェアのバグと既存計算サーバの故障により、当初計画していた計算の一部を実施できなかった期間があったためである。なお、ソフトウェアのバグと計算サーバの故障に関する問題は既に解決済みであり、H24年度以降の研究実施に支障はない。合成サポナイト存在下における有機物の光分解機構を明らかにするために、精密な量子化学計算により有機色素と合成サポナイト間の電荷移動が有機色素の光分解に与える影響を調査する。また、新しいパラメータを用いた半経験的量子化学計算により、粘土鉱物の電子構造に及ぼす水和の影響、粘土鉱物と水和水との間の電荷移動量、および水和水の配向特性についても再検討する。合成サポナイト存在下におけるローダミンBの光照射実験により、ジエチルアミノ基が光分解に関係していることが明らかとなったが、引き続き光分解に関与する他の化学構造因子が存在するかどうかを調査する。溶媒効果(水和)を考慮した量子化学計算により、2:1型層状ケイ酸塩粘土鉱物表面における有機色素の吸着挙動を解析するとともに、種々の骨格を有する有機色素の光分解反応実験も継続して実施する。これらの計算及び実験結果に基づいて、光分解が促進される有機色素と促進されない有機色素の粘土鉱物表面への吸着挙動を解析し、有機色素の化学構造因子と吸着挙動との相関を解析する。有機色素自身のHOMO/LUMOのエネルギー順位や軌道分布および、有機色素の光励起状態に及ぼす水和や粘土鉱物への吸着の影響を解析する。該当なし23年度の予算執行に際して、主に実験補助を依頼する学生を確保できなかったこと、および学会誌投稿料の請求が遅れていることにより、未使用額が生じた。
量子ドットにおけるフォノン放出過程の加速に関する理論的研究

本年度は,高エネルギー状態を近似的に計算するプログラムを開発し,光学フォノンを介したエネルギー緩和過程に対する電子間の相互作用の影響を考察する予定であったが,プログラム開発過程において,技術的な困難が生じたため,非対称多重量子構造において,電子がフォノン散乱により隣合う井戸間をトンネルする過程において,電子が光学フォノンを放出してエネルギーを失う際に光学フォノンが熱平衡状態からずれた分布をとることがフォノン放出過程に及ぼす影響,いわゆる,ホットフォノンの影響について特に詳しく調べた.具体的に行ったことは,GaAs/AlGaAs非対称量子井戸における光励起された電子の緩和過程のモンテカルロ・シミュレーションである.モンテカルロ・シミュレーションでは,簡単のため,パルスレーザーによって励起された電子の運動のみを,フェルミの黄金律を用いて計算した散乱確率を用いて半古典的に計算した.とり入れた散乱過程は,不純物散乱,極性光学フォノン散乱,音響フォノン散乱(変形ポテンシャル相互作用)のみであり,縮退の効果は無視した.ホットフォノンの影響を考慮にいれないモンテカルロ・シミュレーションの結果,(1)2重量子井戸構造における減衰時間の方が3重量子井戸構造の減衰時間より長い,(2)不純物をドープした方が平均的には減衰時間が短くなる,(3)逆バイアスの増加とともに減衰時間が短くなる,などの定性的な傾向は我々が行った測定結果と比較的良い一致を示した.しかし,定量的には,(1)3重量子井戸構造における減衰時間の計算時間が測定結果より1オーダー程度速い,(2)共鳴状態における減衰時間のディップが計算結果では実験結果より深い,などの点で測定結果と計算結果とは一致しなかった.そこでホットフォノンの影響も考慮したモンテカルロ・シミュレーションを行った.ホットフォノンの効果を取り入れたシミュレーションをおこなうためには,光学モードのフォノンが音響モードのフォノンへと減衰していく時間τ_<LO>と,散乱に関与する光学フォノンのモード数と電子数と比ηの値が必要である.本研究ではτ_<LO>=7ps,η=2程度を中心に種々のパラメータのもとでホットフォノンの効果を取り入れたモンテカルロ・シミュレーションを行った.その結果,ホットフォノンの効果により減衰時間が長くなることが確かめられたが,測定結果との不一致を改善する程ではないことが分かった.本年度は,半導体へテロ構造中に作製された量子ドットにおける電子状態を厳密対角化の方法を用いて求めるプログラムを結合量子ドット構造に対しても計算を行えるように拡張した.また,実効的に結合量子ドット構造と見なせる強磁界下に置かれた超格子構造において,ミニバンド領域での電気伝導に対する音響フォノン散乱の影響を理論的に解析した.さらに,非対称多重量子構造において,電子がフォノン散乱により隣合う井戸間をトンネルする過程をモンテカルロ方によりシミュレートするプログラムを作成した.以上の事から,以下のような結論を得た.・量子ドット内の電子数が1個の場合,そのエネルギー準位は閉じ込めエネルギー程度間隔で離散的に存在するため,音響フォノン緩和過程が抑制されることが知られている(フォノン・ボトルネック効果).しかし,量子ドット内電子数が増えると,電子間のクーロン相互作用のため,エネルギー準位が密になってくる.この効果を考慮に入れると,エネルギー準位の間隔が密になった分,緩和が速く起こることがわかった.また,多電子系の励起状態から基底状態へと緩和する過程を考えると,音響フォノンを1個放出して,直接,基底状態へと緩和する過程より,音響フォノンを複数個放出して緩和する過程の方が速い場合があることもわかった.・十分強い磁界下(ヘテロ界面に垂直な磁界下)に置かれた超格子構造において,ミニバンド領域での電気伝導は,ミニバンド幅が光学フォノンのエネルギーより小さい場合,効率的なエネルギー緩和過程である光学フォノン散乱が生じない.このため,低温では,ミニバンド伝導がクエンチする様子が観測されている.そして,この状態で,温度を上昇させていくとミニバンド伝導が回復することが観測された.しかし,単純なボルン近似により音響フォノン散乱を取り扱うと,このような温度上昇に伴うミニバンド伝導の回復が期待できないことが分かった.このような状況は,フォノン・ボトルネック効果が光学測定により明瞭に観測された例が少ない,という状況に類似しており,単純なボルン近似により音響フォノン散乱を扱うことの正当性を検討する必要があることが分かった.本年度は,高エネルギー状態を近似的に計算するプログラムを開発し,光学フォノンを介したエネルギー緩和過程に対する電子間の相互作用の影響を考察する予定であったが,プログラム開発過程において,技術的な困難が生じたため,非対称多重量子構造において,電子がフォノン散乱により隣合う井戸間をトンネルする過程において,電子が光学フォノンを放出してエネルギーを失う際に光学フォノンが熱平衡状態からずれた分布をとることがフォノン放出過程に及ぼす影響,いわゆる,ホットフォノンの影響について特に詳しく調べた.具体的に行ったことは,GaAs/AlGaAs非対称量子井戸における光励起された電子の緩和過程のモンテカルロ・シミュレーションである.モンテカルロ・シミュレーションでは,簡単のため,パルスレーザーによって励起された電子の運動のみを,フェルミの黄金律を用いて計算した散乱確率を用いて半古典的に計算した.とり入れた散乱過程は,不純物散乱,極性光学フォノン散乱,音響フォノン散乱(変形ポテンシャル相互作用)のみであり,縮退の効果は無視した.ホットフォノンの影響を考慮にいれないモンテカルロ・シミュレーションの結果,(1)2重量子井戸構造における減衰時間の方が3重量子井戸構造の減衰時間より長い,(2)不純物をドープした方が平均的には減衰時間が短くなる,

(3)逆バイアスの増加とともに減衰時間が短くなる,などの定性的な傾向は我々が行った測定結果と比較的良い一致を示した.しかし,定量的には,(1)3重量子井戸構造における減衰時間の計算時間が測定結果より1オーダー程度速い,(2)共鳴状態における減衰時間のディップが計算結果では実験結果より深い,などの点で測定結果と計算結果とは一致しなかった.そこでホットフォノンの影響も考慮したモンテカルロ・シミュレーションを行った.ホットフォノンの効果を取り入れたシミュレーションをおこなうためには,光学モードのフォノンが音響モードのフォノンへと減衰していく時間τ_<LO>と,散乱に関与する光学フォノンのモード数と電子数と比ηの値が必要である.本研究ではτ_<LO>=7ps,η=2程度を中心に種々のパラメータのもとでホットフォノンの効果を取り入れたモンテカルロ・シミュレーションを行った.その結果,ホットフォノンの効果により減衰時間が長くなることが確かめられたが,測定結果との不一致を改善する程ではないことが分かった.
FGFR3シグナルの活性化による骨軟骨機能の検討

骨伸長の抑制因子である線維芽細胞増殖因子受容体3(fibroblast growth factor receptor 3: FGFR3)の恒常的活性型遺伝子変異により軟骨無形成症(achondroplasia: ACH)が発症するが、ACHは低身長を呈するだけでなく、骨延長手術時における骨再生能が旺盛なこと、変形性関節症(OA)に罹患しにくいことなどの臨床的特徴を有する。本研究ではFGFR3活性型のACHモデルマウス(Fgfr3ach)を用い、FGFR3シグナルによる1骨再生能、2軟骨変性に対する作用の分子メカニズムを検討するとともに、3骨伸長促進剤(ACHに対する根本的治療薬)の開発を目指す。12種類のマウス骨延長モデル(短期延長モデルおよび長期延長モデル)を用いて、新生骨をマイクロCTでFgfr3achとWTで比較したところ、モデルマウスにおいて有意に骨形成が促進していた。各種免疫組織学的検討により、モデルマウスでは新生骨部位において内軟骨性骨化が亢進していることが明らかとなった。すなわち、FGFR3で内軟骨性骨化が促進することにより、延長仮骨の骨形成が促進することを明らかにした。2自然発症のOAマウスおよびOA誘発モデル(DMMモデル)において、WTおよびFgfr3achの大腿骨遠位および脛骨近位の関節軟骨をサフラニンOで染色し、OARSIスコアを用いて軟骨変性を評価したところ、モデルマウスではWTと比較して有意に関節軟骨が維持されていた。モデルマウスでは軟骨下骨の骨硬化が抑制されており、このことが関節軟骨維持に関連していることが示唆された。3さまざまな濃度の塩酸メクリジンを7日齢のモデルマウスに10日間、1日2回経口投与したところ、4mg/kg/dayまでは骨伸長が促進されたのに対し、8mg/kg/day以上では毒性が有意となり骨伸長促進効果を認めなかった。FGFR3の骨延長モデルにおける骨形成促進効果、およびOAモデルを用いた関節軟骨保護作用に関する研究結果をまとめ、高裁学術雑誌に投稿した。軟骨無形成症治療薬の開発研究として、塩酸メクリジンの薬効範囲を同定し(1mg/kg/day4mg/kg/day)するとともに、高濃度では毒性が生じることを明らかとした。2018年には、医師主導第1相治験「軟骨無形成症患者(小児)に対する塩酸メクリジン製剤の安全性及び薬物動態の検討」を実施し、12名の軟骨無形成症患者の薬物動態データをまとめた。本研究で実施している基礎研究を基にして、医師主導治験を実施できたことから、ここまでは順調に進展していると考える。メクリジンの骨伸長促進作用につき、in vitroでの研究を追加する。メクリジンはFGFR3下流のMEK1/2に直接、もしくは近傍で作用していることが予想されるが、分子作用点を解明する目的で、RCS(rat chondrosarcoma)に対してLentivirus-shRNAを用いてMEK1/2をノックダウンしてメクリジンの効果を評価する。また、メクリジンによるMEK1/2のkinase活性の変化をin vitro kinase assayにより明らかにする。オフターゲット効果の可能性については、下記により検討する。(1)FGFR3はMAPK経路の他にSTAT経路があることが知られている。メクリジンがSTATのリン酸化に関与しているかについて、抗リン酸化STAT1抗体を用いてウェスタンブロット法で検討する。(2)他のシグナル経路を担うタンパク質の関与も否定できない。メクリジンが機能を制御していると考えられるMEK1/2はMAPKKファミリーに属するkinaseであるため、このファミリーに属する他のタンパク質(MKK4/7、MKK3/6、MEK5など)に機能することも考えられる。これに関しては、JNK1-3、p38、Erk5/BMKなどのリン酸化状態をそれぞれの抗リン酸化抗体を用いてウェスタンブロット法で検討する。in vivoにおける研究としては、モデルマウスへのメクリジンの長期投与による薬効や安全性を検討し、有効薬剤濃度を決定する。これらの基礎研究で得られたデータを基に、メクリジンを用いた第2相医師主導治験実施を目指す。12種類の延長モデル(短期延長モデルおよび長期延長モデル)を使用し、各モデルで得られた新生骨をマイクロCTでFgfr3achとWTで比較したところ、モデルマウスにおいて有意に骨形成が促進していた。また、各種免疫組織学的検討により、モデルマウスでは新生骨部位において内軟骨性骨化が亢進していることが明らかとなった。2自然発症のOAマウスおよびOA誘発モデル(DMM処置)において、WTおよびFgfr3achの大腿骨遠位および脛骨近位の関節軟骨をサフラニンOで染色し、coronal面の切片でOARSIスコアを用いて軟骨変性を評価した。また、マイクロCTにより膝関節の関節軟骨、骨端部、骨幹端部の骨形態学的計測を行った。

モデルマウスではWTと比較して有意に関節顴骨が維持されており、軟骨下骨の骨硬化が抑制されていることがその機序として考えられた。3ACH治療薬の候補として塩酸メクリジンを同定し、7日齢のモデルマウスに10日間、1日2回経口投与したところ、1および2mg/kg/day投与によりモデルマウスの体長、四肢長管骨長および脊椎高の伸長を確認した。マウス四肢骨延長モデルにおけるFgfr3achの骨再生促進効果について、FGFR3の過剰な活性化による延長仮骨部位での内軟骨性骨化の亢進を明らかとし、雑誌Boneに投稿した。FGFR3の関節軟骨保護作用に関し、FGFR3の過剰な活性化により軟骨下骨の骨形成が抑制され、関節軟骨変性が抑制されることを明らかとし、雑誌Journal of Bone and joint Researchに投稿した。塩酸メクリジンのin vivoにおけるFGFR3抑制作用をモデルマウスを用いた定量的経口投与実験で明らかとし、医師主導治験(第1相単回投与試験)開始に向けたIRB申請準備を行った。骨伸長の抑制因子である線維芽細胞増殖因子受容体3(fibroblast growth factor receptor 3: FGFR3)の恒常的活性型遺伝子変異により軟骨無形成症(achondroplasia: ACH)が発症するが、ACHは低身長を呈するだけでなく、骨延長手術時における骨再生能が旺盛なこと、変形性関節症(OA)に罹患しにくいことなどの臨床的特徴を有する。本研究ではFGFR3活性型のACHモデルマウス(Fgfr3ach)を用い、FGFR3シグナルによる1骨再生能、2軟骨変性に対する作用の分子メカニズムを検討するとともに、3骨伸長促進剤(ACHに対する根本的治療薬)の開発を目指す。12種類のマウス骨延長モデル(短期延長モデルおよび長期延長モデル)を用いて、新生骨をマイクロCTでFgfr3achとWTで比較したところ、モデルマウスにおいて有意に骨形成が促進していた。各種免疫組織学的検討により、モデルマウスでは新生骨部位において内軟骨性骨化が亢進していることが明らかとなった。すなわち、FGFR3で内軟骨性骨化が促進することにより、延長仮骨の骨形成が促進することを明らかにした。2自然発症のOAマウスおよびOA誘発モデル(DMMモデル)において、WTおよびFgfr3achの大腿骨遠位および脛骨近位の関節軟骨をサフラニンOで染色し、OARSIスコアを用いて軟骨変性を評価したところ、モデルマウスではWTと比較して有意に関節軟骨が維持されていた。モデルマウスでは軟骨下骨の骨硬化が抑制されており、このことが関節軟骨維持に関連していることが示唆された。3さまざまな濃度の塩酸メクリジンを7日齢のモデルマウスに10日間、1日2回経口投与したところ、4mg/kg/dayまでは骨伸長が促進されたのに対し、8mg/kg/day以上では毒性が有意となり骨伸長促進効果を認めなかった。FGFR3の骨延長モデルにおける骨形成促進効果、およびOAモデルを用いた関節軟骨保護作用に関する研究結果をまとめ、高裁学術雑誌に投稿した。
高圧マグマ学から探る初期から現在に至るマグマの変遷

現在の地球内部構造の描像や初期地球における化学進化を解明するためには、地球深部でのマグマの挙動を定量的に理解する必要がある。本研究では地球深部でのマグマの振る舞いを解き明かすべく、地球内部環境を再現した高温高圧実験に基づいた様々な研究を遂行した。特に、1)下部マントル上部での溶融現象の解明、2)部分溶融岩石の弾性波速度測定、3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化、4)含水鉱物の高圧下での挙動、の4つの研究テーマに対して積極的に研究に取り組んだ。1)下部マントル上部での溶融現象の解明:生成されるマグマの組成、共存する鉱物との元素分配、酸化還元状態への依存性などを明らかにすることができた。研究成果は国際学会へ発表するとともに国際誌へ投稿中しており、現在改定中である。2)部分溶融岩石の弾性波速度測定:アセノスフェア上部を模擬した条件下での実験から、部分溶融度と弾性波速度の減衰の関連性を明らかにすることができた。この結果からアセノスフェア上部での部分溶融度などに制約を与えることができ、プチスポットで噴出されるマグマのソースを理解する上で重要な知見を得ることができた。3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化:パイロープ組成の珪酸塩ガラスの構造と音速を高圧下で測定し、中距離構造と弾性特性の間の関係性を明らかにした。また、様々な組成の珪酸塩ガラスのデータを比較することで、各金属イオンが珪酸塩ガラスへ及ぼす影響を理解することができた。研究成果は学会で発表し、国際誌へ投稿中である。4)含水鉱物の高圧下での挙動:高圧下でのFeOOHの音速を超音波法、構造をX線回折とラマン分光法から調べた。結晶構造中の水素結合の対称化に対応した弾性特性の変化が確認することができ、得られた研究成果は国際誌で発表した。主要な4テーマとも、計画以上に研究を進めることができた。1)下部マントル上部での溶融現象の解明:実験的に下部マントル上部での溶融現象を再現することに成功し、そこで生成されるメルトの組成などに制約を与えることができた。加えて、各元素の鉱物-マグマ間の分配に関する新しい知見も得ることができた。これらの成果は地震波低速度異常を理解する上で重要なだけでなく、上下のマントルで予想される化学組成の違いを生み出す原因でもあることを示すことができ、極めて有意義な結果を得ることができた。2)部分溶融岩石の弾性波速度測定:アセノスフェア上部の低速度域に着目し、部分溶融度-弾性波速度の負の相関を明らかにすることができた。プチスポットから噴出するようなCO2やH2Oに富んだメルトに対して、その量や分布を制約することができたため、新たなアセノスフェア構造の描像に繋がる重要な研究成果を挙げることができた。3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化:様々な化学組成の珪酸塩ガラスの実験結果と比較することで、各々の元素が珪酸塩ガラスに及ぼす影響を解明することに成功した。これから、複雑な組成をもつマグマの挙動への理解を深めることが可能となった。4)FeOOHの音速測定:FeOOHの実験的な音速測定は今までされたことがなかったが、本研究で初めて高圧下におけるFeOOHの音速測定に成功した。そして、水素結合の対称化に関連した弾性的特性の変化を観察することができ、地球深部でのFeOOHの挙動に対する理解を深めることに繋がった。上述した通り、予想以上に多くの研究成果を上げることに成功しており、多くの国際・国内学会で発表している。既に国際誌に発表した論文や現在準備している論文が複数あり、極めて順調に研究が進展している状況である。計画以上に進展させることができているので、継続して研究を進めていく。1)下部マントル上部での溶融現象の解明:鉱物中の含水量をSIMS等で定量分析することでより詳細な水の分配を決定し、下部マントル全体に含まれている水の量を議論していく。また、酸化還元状態によって溶融条件がどのように変化するのか解明する。2)部分溶融岩石の弾性波速度測定:上部マントル底部などのより深部で観測されている低速度異常を議論するために、より高圧条件下で部分溶融岩石の弾性波速度測定を成功させる。また、部分溶融度に加えて揮発性成分の影響も明らかにする。3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化:様々な組成のガラスを用いて系統的に実験を行うことで、化学組成の依存性をより詳細に調べる。また、珪酸塩ガラスだけでなく、珪酸塩メルトに対して同様の手法を適用することで珪酸塩メルトの高圧物性・構造に関する研究を進める。4)FeOOHの音速測定:より高圧発生が可能なダイアモンドアンビル高圧発生装置を利用することで、より深部でのFeOOHの弾性的特性を探る。さらにメスバウアー分光を利用することでFeOOHのスピン転移に関する研究も同時に進める。地球深部でのマグマの挙動を理解するために、高温高圧実験に基づいた様々な研究を遂行した。特に、1)下部マントル上部での溶融現象の解明、2)部分溶融岩石の弾性波速度測定、3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化の3つの研究テーマに対して、積極的に取り組んだ。

1)下部マントル上部での溶融現象の解明:地震学的に観測されている下部マントル上部での低速度異常を理解するために、同条件下で含水系マントル岩石の溶融実験を行い、その溶融条件を制約することに成功した。部分溶融メルトの組成は低圧条件下で生成されるものと異なっていた。また、生成されたマグマは非常に水に富むことが分かったが、高圧下では水の部分モル体積が非常に小さいため、重力的安定に下部マントル上部に滞留することが分かった。2)部分溶融岩石の弾性波速度測定:地球内部には地震波低速度域が報告されているが、それらの成因として岩石の部分溶融が考えられている。そこで実験的に部分溶融岩石の弾性波速度を測定し、部分溶融度と速度との相関を確認した。地震学的観測データと得られた相関を比較することで、低速度域でのマグマの状態・分布等へ制約を与えた。特にアセノスフェア上部を模擬した実験から、プチスポットで噴出されるマグマのソースを理解する上で重要な知見を得ることができた。3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化:地球内部でのマグマの挙動を知るにはその物性を理解することが重要である。ただし、その巨視的な物性は微視的な構造によって支配されているため、物性と構造を対応させて研究することが有意義である。そこでマグネシウム-アルミニウム珪酸塩ガラスの構造と弾性的性質を高圧下で測定し、それらの関係性を明らかにした。高圧下での珪酸塩ガラスの挙動は、特にその組成(重合度)に支配されていることが分かった。主要な3テーマとも、計画以上に研究を進めることができた。1)下部マントル上部での溶融現象の解明:実験的に下部マントル上部での溶融現象を再現することに成功し、そこで生成されるメルトの組成などに制約を与えることができた。加えて、各元素の鉱物-マグマ間の分配に関する新しい知見も得ることができた。これらの成果は地震波低速度異常を理解する上で極めて重要な結果であり、国際会議で発表すると共に国際誌への投稿準備中である。2)部分溶融岩石の弾性波速度測定:アセノスフェア上部の低速度域に着目し、部分溶融度-弾性波速度の負の相関を明らかにすることができた。プチスポットから噴出するようなCO2に富んだメルトに対して、その量や分布を制約することができたため、新たなアセノスフェア構造の描像に繋がる重要な研究成果を挙げることができた。3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化:低圧条件下では圧力増加に伴う縦波・横波速度の減少、そしてより高圧側では速度上昇が確認された。その速度上昇はエネルギー分散X線回折実験で得られた構造の高密度化と対応していることが分かり、珪酸塩ガラスの物性変化と構造変化を直接的に結び付けることに成功した。上述した通り、予想以上に多くの研究成果を上げることに成功しており、複数の国際誌への投稿する用意ができている状況である。現在の地球内部構造の描像や初期地球における化学進化を解明するためには、地球深部でのマグマの挙動を定量的に理解する必要がある。本研究では地球深部でのマグマの振る舞いを解き明かすべく、地球内部環境を再現した高温高圧実験に基づいた様々な研究を遂行した。特に、1)下部マントル上部での溶融現象の解明、2)部分溶融岩石の弾性波速度測定、3)圧力起因の珪酸塩ガラスの構造・物性変化、4)含水鉱物の高圧下での挙動、の4つの研究テーマに対して積極的に研究に取り組んだ。1)下部マントル上部での溶融現象の解明:生成されるマグマの組成、共存する鉱物との元素分配、酸化還元状態への依存性などを明らかにすることができた。研究成果は国際学会へ発表するとともに国際誌へ投稿中しており、現在改定中である。