hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乱用薬物コカイン肝障害時の分子毒性解析-ノックアウトマウスを用いた研究

マウスにおけるコカイン誘導肝障害時の障害機序の解析を行った。フェノバルビタールで前処理後コカインは腹腔内投与された。肝障害の指標として血清ALT値を測定したところ,コカイン投与直前67.4,コカイン投与6時間後11300,同10時間後13600,同24時間後10600,同48時間後3920であった。肝障害は門脈領域を中心とする白血球の浸潤と,著明な肝細胞壊死像が観察された。肝臓mRNAの発現を観察したところ,iNOSが増強されていることから,iNOSによる酸化ストレス関与が示唆された。さらに,N-アセチルシステインおよびcarboxyPTIOを投与したところ,10時間後で血清ALT値は各々40%と80%に減少した。N^G-モノメチルアルギニンで31%に減少した。これらの結果は過酸化物がコカイン誘導肝障害と密接に関係し,その一端としてNOの関与した酸化ストレスも強く示唆された。次に,コカイン誘導肝障害時において,TNF-αおよびTNFレセプターp55(TNFRI)の役割を明らかにする目的で,TNFRIを欠損するマウス(KO)を用いて,その役割を解析した。その結果,ALTおよびAST値において,野生型(WT)およびKOマウスの間にコカイン投与後6および10時間で有意差が見られ,明らかにKOマウスの障害は強かった。肝臓組織のHE染色像でもALTの指標と同様の傾向が示された。更に,肝臓組織の抗MPO抗体及び抗F4/80抗体を用いた免疫染色像の結果は肝臓組織において両者とも,KOマウスの方がWTマウスよりも有意に強く染色され,何れも,ALTの指標と類似した傾向が見られた。以上の結果から,コカインによる肝障害においてTNFα-TNF receptorI系はコカインによる肝障害時に防御的に作用していることが示された。この研究はコカイン誘導肝障害時の障害機構を解析する一端を開いた。マウスを用いた実験的コカイン肝障害モデルを作製し,その病態生理学的・分子毒性学的検討した。マウスはBALB/C雄を用い,前投与としてフェノバルビタール水(1mg/ml)を5日間給水後,コカイン(130mg/kg)を腹腔内投与した。前投与前,投与後0-48時間後に採血し,血清分離後,血清ALT値を測定した。コカイン投与10-48時間後に肝臓を摘出し,HE染色を施して病現組織像を観察した。コカイン投与量65及び30mg/kgについても同様観察した。コカイン投与30-120分後,N-アセチルシステイン(NAC,84mg/kg)やCarboxyPTIO(30mg/kg)を腹腔内投与し,その影響を観察した。コカイン(130mg/kg)を腹腔内投与したマウスのALT値はフェノバルビタール水給水前32,コカイン投与前67,10時間後13600,24時間後10600及び48時間後3920であり,著しいALT値の上昇が観察された。これら10-48時間後の肝組織HE像からは門派領域を中心とするマクロファージ,好中球など白血球の浸潤と,著明な肝細胞壊死像が観察された。コカイン投与量65mg/kgでは,ALT値が最高となる投与後10時間で130mg/

kg投与時の21%であり,30mg/kg投与の場合は同10%と低く,明らかに用量依存性が認められた。また,NACをコカイン投与30分後に腹腔内投与したマウスのALT値は,10時間後(平均値8540)で未投与マウスのそれの63%に減少しており,過酸化物がコカインによる肝障害に関与していることが示唆された。更に,NOスカベンジヤーであるCarboxyPTIOを投与したマウスのALT値は,10時間後(平均値2700)で未投与マウスのそれの20%に減少しており,コカイン肝障害におけるNOの関与が示唆された。ノックアウトマウスを用いて実験中である。コカインは,チトクロームP-450酵素などにより肝臓で代謝され,コカイン代謝産物がreactive oxygenspecies(ROS)の産生を誘導し組織障害を誘導すると考えられている。障害を受けた肝細胞は炎症を起こしていることが推測される。そこで炎症が起きた組織では,細胞内の種々の炎症性因子(例えば,TNFα,IFNγ,lL1βなど)が活発に働いていることはこれまで多くの報告がある。腫瘍壊死因子(TNF-α)はそのリガンドのTNFRlのデスドメインを介してアポトーシスを誘導すし,またその逆にアポトーシスを抑制しNFκBを活陸化し炎症反応を行う機能も持ち合わせている,多面的因子である。コカインによる肝障害時において,TNF-αおよびTNFレセプターp55(TNFRI)の役割を明らかにする目的で,TNFRIを欠損するマウス(KO)を用いて,その役割を解析した。その結果,ALTおよびAST値において,野生型(WT)およびKOマウスの間にコカイン投与後6および10時間で有意差が見られ,明らかにKOマウスの障害は強かった。肝臓組織のHE染色像でもALTの指標と同様の傾向が示された。更に,肝臓組織の抗MPO抗体及び抗F4/80抗体を用いた免疫染色像の結果は肝臓組織において両者とも,KOマウスの方がWTマウスよりも有意に強く染色され,何れも,ALTの指標と類似した傾向が見られた。以上の結果から,コカインによる肝障害においてTNFα-TNF receptorl(p55)系はコカインによる肝障害時に防御的に作用していることが示された。この研究はコカイン誘導肝障害時の障害機構を解析する一端を開いたと考えられた。
振動性脳刺激を用いた他者間脳シンクロによる教育学習とリハビリ効果促進法の開発

本研究は振動性脳刺激を用いることで他者間の社会性機能を向上させ、教育・学習の促進および新たなリハビリテーション手法を開発することを目的としている。教育学習時の他者間に共通する脳領域および他者間脳活動シンクロを解明するために、教える者ー学ぶ者の2人ペアにて教育-学習タスクを行い、脳活動を2人同時に計測することで教育ー学習タスクに関連する脳領域部位および他者間の脳活動シンクロの解析を行った。脳活動測定は行動制限の必要が少ないウェアラブル光トポグラフィ装置を用い学習に関連する報告が多い前頭前野を中心に脳活動計測を行った。教師役がヒントを教示する必要があり両者の協力動作が要求される課題を用い、また計測前にタスクに関連した確認テストを行うことで学習者が実施可能な最適難易度レベルに調整を行った。この結果から受け手がタスク内容を理解できたという教師側役側の心の理論と、自分が上手に教えることができたというメタ認知の差は前頭前野脳活動と有意な相関を認めることが分かった。さらに図形課題タスクを用い、教育学習時の送り手だけの脳活動だけではなく受け手の教育学習が成功した際のメタ認知機能に対する前頭前野の重要性を解明した。また社会脳タスクに用いる仮想現実環境下の仮想現実酔いを軽減させる最適な脳刺激手法を見つけることに成功し現在特許を出願中である。さらに、人の身体性神経基盤に関連する前頭-頭頂葉に振動性脳刺激を実施することで、身体表現を変化させる刺激パターンを見つけ出した。この刺激条件を利用し模倣行動を促進させる研究を実施中である。人の身体感覚を変動させる刺激パターンの検討に時間を要し、他者間相互作用を促進させる刺激手法の開発に遅れが出た。最終年度には本研究の軸となる模倣行動を促進させる刺激手法の開発を目指す。人の身体性神経基盤に関与している前頭-頭頂葉へ振動刺激を行い模倣行動を促進させる刺激パターンを開発し、他者間脳シンクロ刺激に応用する検討を行う。本研究は脳活動を2人同時に計測することで、他者間に共通する脳領域および他者間脳活動シンクロリズムを解明し、教育・学習の促進および新たなリハビリテーション手法の開発を行うことを目的としている。本年度は教える者-学ぶ者の2人ペアにて図形課題の教育-学習タスクを行い、脳活動を2人同時に計測することで、教育-学習タスクに関連する脳領域部位および他者間の脳活動リズムを解析を行った。得られた波形からWavelet coherence法を用い他者間に共通する脳活動部位、周波帯域を解析したが、他者間に共通した周波帯域を認めることはできなかった。そのため脳血流のデータから上手に教えることができたかというメタ認知(metacognition)、生徒の理解度を推測する心の理論(Theory of mind)の観点から、前頭前野部脳活動との解析を進めている。生徒役に関してもゲーム内容を理解できたというメタ認知、相手が上手に教えてくれたという心の理論と前頭前野脳活動とに関連があるが現在解析を進めている。また図形課題自体の難易度を変更して他者間脳活動が変化するか検討を行った。本研究の軸となる教育学習課題時のHyperscanningの脳活動評価が進んでいる。この基礎研究を発展させ他者間脳同時刺激の準備を進めている。教える者-学ぶ者の2人ペアにて教育-学習タスクを行い、脳活動を2人同時に計測することで、教育-学習タスクに関連する脳領域部位および他者間の脳活動リズムを解析を行った。そのため脳血流のデータから上手に教えることができたかというメタ認知(metacognition)、生徒の理解度を推測する心の理論(Theory of mind)の観点から、前頭前野部脳活動との解析を行った。その結果から受け手がタスク内容を理解できたという心の理論と、自分が上手に教えることができたというメタ認知の差は前頭前野脳活動と有意な相関を認めることが分かった。また図形課題を含む様々な教育学習課題を行い他者間脳活動変化の結果を現在解析中である。本研究の軸となる教育学習課題時のHyperscanningの脳活動評価を進めている。またタスクに使う仮想現実時の副作用対策の検討も実施中である。これらの基礎研究を発展させ他者間脳同時刺激の準備を進めている。本研究は振動性脳刺激を用いることで他者間の社会性機能を向上させ、教育・学習の促進および新たなリハビリテーション手法の開発を行うことを目的としている。

社会性タスク時に他者間に共通する脳領域および他者間脳活動シンクロリズムを解明することを目的に、教える者ー学ぶ者の2人ペアにて教育-学習タスクを行い、脳活動を2人同時に計測することで教育ー学習タスクに関連する脳領域部位および他者間の脳活動の解析を行った。教師役がヒントを教示する必要があり両者の協力動作が要求される課題を用い、また計測前にタスクに関連した確認テストを行うことで学習者が実施可能な最適難易度レベルに調整を行った。脳活動測定は行動制限の必要が少ないウェアラブル光トポグラフィ装置を用い学習に関連する報告が多い前頭前野を中心に脳活動計測を行った。その結果から受け手がタスク内容を理解できたという心の理論と、自分が上手に教えることができたというメタ認知の差は前頭前野脳活動と有意な相関を認めることが分かった。また社会脳タスクに用いる仮想現実環境下の副作用対策のために仮想現実酔いに対する脳刺激手法の検討を行い、最適な刺激部位・刺激方法を見つけることに成功し現在特許を出願中である。さらに、身体性神経基盤に関連する前頭-頭頂葉に振動性脳刺激を投与し刺激前後の身体感覚の評価を行い、刺激リズムを同期させる方法と同期させない方法を比較検討し模倣を促進させる最適な刺激パターンを検討中である。本研究の軸となる模倣促進の研究を進めている。身体性基盤に重要な前頭-頭頂葉の機能結合を評価するため振動性脳刺激を投与し運動錯覚の変化を検討中である。また図形課題を含む様々な教育学習課題を行い他者間脳活動変化の結果を現在解析中である。本研究は振動性脳刺激を用いることで他者間の社会性機能を向上させ、教育・学習の促進および新たなリハビリテーション手法を開発することを目的としている。教育学習時の他者間に共通する脳領域および他者間脳活動シンクロを解明するために、教える者ー学ぶ者の2人ペアにて教育-学習タスクを行い、脳活動を2人同時に計測することで教育ー学習タスクに関連する脳領域部位および他者間の脳活動シンクロの解析を行った。この結果から受け手がタスク内容を理解できたという教師側役側の心の理論と、自分が上手に教えることができたというメタ認知の差は前頭前野脳活動と有意な相関を認めることが分かった。さらに図形課題タスクを用い、教育学習時の送り手だけの脳活動だけではなく受け手の教育学習が成功した際のメタ認知機能に対する前頭前野の重要性を解明した。また社会脳タスクに用いる仮想現実環境下の仮想現実酔いを軽減させる最適な脳刺激手法を見つけることに成功し現在特許を出願中である。さらに、人の身体性神経基盤に関連する前頭-頭頂葉に振動性脳刺激を実施することで、身体表現を変化させる刺激パターンを見つけ出した。この刺激条件を利用し模倣行動を促進させる研究を実施中である。人の身体感覚を変動させる刺激パターンの検討に時間を要し、他者間相互作用を促進させる刺激手法の開発に遅れが出た。
MTGプロセスのための長寿命高選択性ゼオライト触媒の開発

(1)脱アルミニウム条件の最適化昨年度の重点研究では、脱アルミニウムを行う際の塩酸の温度がメタノール転化反応触媒の寿命に大きな影響を及ぼすことがわかった。そこで、塩酸濃度、時間などの因子についても研究したところ、塩酸の濃度は敏感な因子で、8規定以上とすればよいことがわかった。また、穏和な条件では脱アルミのために長い時間を要するが、時間が長すぎると、かえって、寿命が下がることがわかった。これらの結果にもとづいて、最適な脱アルミニウム条件を決定した。(2)脱アルミニウムモルデナイトのキャラクタリゼーション酸性質、吸着実験、およびアルミニウム濃度の測定の結果、アルミニウムのとれやすさはバルクと表面でことなること、バルクから脱アルミすると酸性質が弱まり、寿命を長くすることに効果があるが、外表面から脱アルミすると、細孔径の閉塞をきたし、しかもその閉じ方は不均一であることがわかった。(3)CVD法の実行とバリウムイオン交換得られた脱アルミモルデナイトをケイ酸アルコキシドによってCVD(化学蒸着)すると、大きな芳香族化合物の生成は抑制されたが、寿命が短くなることがわかった。これは、まだコーク生成の抑制が不十分で、コーク前駆体が細孔内からでられなくなるためであることを示している。そこで、脱アルミモルデナイトをさらにバリウムイオン交換することによって、コーク析出を防ぎ、寿命を長くすることができることを示した。
固体イオンキャパシタの提案と蓄電装置としての可能性検証

本研究は、固体イオン伝導体の長距離イオン移動を分極の発生に利用した新しい固体イオンキャパシタを作製し、蓄電デバイスとしての可能性を明らかにすることを目的としている。昨年度の研究でイオン伝導体としてチウムボレートガラスを電極材料としてカーボンを選択し。水熱プレス法で両者の積層構造の形成が可能なことを明らかにした。そこで本年度は、リチウムボレートガラスの組成を最適化し、蓄電エネルギー密度を向上するための指針を得ることを目的として研究を行った。イオン伝導ガラスの組成はリチウムとホウ素の2成分であるが、これに塩素、臭素、ヨウ素のハロゲンイオンを添加したときの充放電特性に与える影響を知らべたところ、塩素の添加が有効であることを明らかにした。キャパシタに蓄えられるエネルギーは充電電圧の2乗に比例することが知られている。液体を電解質とする電気2重層キャパシタでは、電気分解により5V以上の電圧をかけることはできないが、本キャパシタは100Vまでの印可が可能であることを確認した。このときの蓄電エネルギー密度は18Wh/Lで電気2重層キャパシタよりは高い値が得られた。さらに高い電圧を印可するには、ガラス中の水分をできうる限り低減することが必要であることが分かった。また、水熱プレス法での積層構造の形成について作製条件を明らかにした。少量の塩酸の添加が緻密化には重要であり、一連の作製プロセスをコンピュータ制御して、特に180°C程度でプレスし緻密化しながら、内包する水蒸気を圧力制御バルブを介して系外に排出することが緻密化のために必要であることを突き止めた。電極材料としてカーボンを選択していたが、さらに安価なアルミ箔でも積層構造が形成できることを見出した。蓄電キャパシタの実現には蓄積される電気エネルギーの密度を向上することが必須である。キャパシタに蓄えられるエネルギーは充電電圧の2乗に比例するので、充電電圧の増加が最も有効であるが、従来までの液体を電解質とした電気2重層キャパシタでは電解質の電気分解により充電電圧は5V以下であった。今年度の研究により本研究の固体キャパシタが100V以上の電圧で充電できたことは非常に重要な結果である。さらに、高い電圧をかけるにはガラス中の水分を低減する必要がある。また、電極材料も安価なアルミ箔が使えることを見出したことも実用化の観点では有意義である。このような意味で研究は順調に進んでいると考えている。本年度までの研究で固体蓄電キャパシタについての原理確認と基礎的な検討は終了した。来年度からは、キャパシタ実現に向けての開発研究をスタートする。まずはイオン伝導体であるリチウムガラスについて、含有する水分量を極限まで低下する必要がある。このため原料の選択が非常に重要になり、水を含みやすいホウ酸と炭酸リチウムを原料に使用することは避ける。また、高電圧充電を可能にするためホウ酸の一部をケイ酸で置換することを試みる。積層構造の形成では、アルミ箔の表面にリチウムガラスを均一に堆積するため、電気泳動法の利用を試みる。すなわち、今年度はリチウムガラス組成の高電圧化に向けた最適化と積層プロセスの完成を目指して研究を行う。本研究は固体イオン伝導体の長距離イオン移動を分極の発生に利用した新しい固体イオンキャパシターを作製し、蓄電デバイスとしての可能性を明らかにすることを目的としている。本年度はリチウムイオン伝導体酸化物の中で電気化学的に安定なランタン・ジルコン酸リチウム(LLZ)を電解質誘電体としたキャパシターについて固体イオンキャパシターとしての性能を評価した。まず、LLZ原料の合成について検討した。LLZは1000°C以上の高温で生成するが、その温度ではリチウム成分の揮発が激しく、良好な結晶性を有する粉末原料の合成が困難である。そこで、ゾルゲル法の一種であるクエン酸法を用いて合成温度の低温化を試みた。その結果、約700°Cで良好な結晶性を有する粉末原料の合成に成功した。この原料を用いて焼結体の作製を試みた。通常の焼結法では昇温時にリチウムが揮発する恐れがあるため急速焼成炉を試作した。この焼成炉では、一軸ロボットを用いて高温に保持した電気炉内に試料を挿入する。その際、試料の移動速度を精密に制御することで一定の昇温速度が得られるようにしてある。この方法によりリチウムの揮発を抑制し緻密な焼結体を作製することに成功した。この焼結体を研磨し両面に電極を形成することで固体イオンキャパシターを形成した。試作した定電圧充放電測定装置を用いて、蓄電性能を評価した。固体イオンキャパシターは、電界質誘電体の厚みの減少(電界の増加)と電極比表面積の増大の両方で蓄電性能が増加すると予想されているが、実験的には確かめられていない。そこで、焼結体を精密研磨することで厚みを減少するとともに、表面のラフネスを変化させ、これらが蓄電性能に与える影響を評価した。その結果、蓄電性能は予想通りに、電界質誘電体の厚みの減少(電界の増加)と電極比表面積の増大の両方で増加することが明らかとなった。本研究は1つの目的はリチウムイオン伝導体酸化物の中で電気化学的に安定なランタン・ジルコン酸リチウム(LLZ)を電解質誘電体としたキャパシターについて固体イオンキャパシターとしての性能を評価し、さらに、固体イオンキャパシターの蓄電デバイスとしての可能性を明らかにすることである。LLZは合成および緻密な焼結体の作製が困難な物質である。

この理由は高温でリチウム成分が揮発することによる。そこで本年度の研究では低温合成法であるゾルゲル法と急速昇温電気炉による焼結を組み合わせることで、良好な結晶性を有する原料粉末を合成し、それを用いて緻密な焼結体を得ることに成功した。ここまでが、初年度の目標であったが、さらに研究を進展させ、LLZを用いた固体イオンキャパシターを作製し、その蓄電性能の電解質誘電体厚み依存性、および、電極比表面積依存性を評価した。その結果は、理論的な予想通りで固体イオンキャパシターの蓄電デバイスとしての可能性を示すことができた。しかしながら、その詳細なメカニズムは今後の課題として残された。以上より、本研究は研究計画どおりにおおむね順調に進展にしていると考えている。本研究は、固体イオン伝導体の長距離イオン移動を分極の発生に利用した新しい固体イオンキャパシタを作製し、蓄電デバイスとしての可能性を明らかにすることを目的としている。昨年度までは、固体イオン伝導体として知られているリチウムランタンジルコネート(LLZ)を試料として、固体イオンキャパシタの原理確認を行った。可能性は確認されたものの、LLZの高い焼結温度、高コストのランタンの使用、比重の大きなニッケル電極の使用などが問題でLLZキャパシタをそのまま実用化するのは困難であることが確認された。そこで、本年度は実用化を考えたうえでの材料選択を行った。まず、イオン伝導体であるが低価格のリチウムボレートガラスを選択し、電極材料としてカーボンを選択した。この2つの材料を交互積層してキャパシタを形成する必要があるが、従来までの高温焼成胞により両者を共焼成することは不可能である。そこで、水熱条件下で圧力を印可し焼結を促進する水熱プレス法を採用した。実験条件を変えて両者の積層構造の作製を試みた結果、十分な密度が得られることが明らかとなった。緻密化を図るうえで最も有効であったのは、水熱反応を行った後、プレス機内部の水蒸気圧を低くすることで材料中への水滴の残留を抑える工夫をした点である。積層構造を作ることにより、実効的な電極面積が増えて固体イオン伝導体の厚みも減少するため、リチウムボレートガラスの低い導電性を十分カバーできることが明らかとなった。リチウムランタンジルコネート(LLZ)からリチウムボレートガラスに材料を変えたのは、当初からの計画どおりである。LLZを使う場合電極は必然的にニッケルになる。ランタンおよびニッケルの使用は、実用化を考えるうえでコスト的な負担となる。また、LLZとニッケルで積層構造を作るには、高温での共焼成が必要となる。このときに焼成収縮によるクラックの発生が非常に大きな問題となる。もしも、リチウムボレートガラスをイオン伝導体としカーボンを電極に使用することができれば、それらの問題点は全て瞬時に解決することができる。しかしながら、両者をどのような方法で一体化し緻密化するかという別の問題が生じる。本年度の研究により、水熱焼結法で可能なことが見いだされた。この成果は本研究を実用レベルに近づけるうえで非常に重要であった。計画おおむね順調に進展しているが、この点に関しては画期的な進歩があったと考えている。
刺激因子を加えた新規神経細胞培養法の検討と新規培養系での学習記憶促進因子の影響

今年度は、再度、カリウム刺激を定期的に与えた培養下での細胞の働きの違いを比較検討した。刺激の添加方法は、50mMK^+の刺激を2日に1度2分間与える条件で行った。その結果細胞形態は、擬似群では、刺激添加操作(細胞を培地から出し入れする操作)自体のストレスの影響がでていたと推察されるが、刺激群においては、刺激添加操作ストレスにも耐えうるほど、細胞体が大きく神経突起の好成長がみとめられた。培養10日目のLDH活性値は、コントロール群と比較し擬似群および刺激群ともに有意に低かった。擬似群のLDH活性値が低下した原因については、細胞数も有意に減少していること、観察結果からも細胞体や樹状突起が他群と比較して弱々しくみられたことから、細胞全体の働きが落ちたことによるものと推察される。しかし、コントロール群より刺激群のLDH活性値が低下した理由は、擬似群とは異なり、細胞数の減少もみとめられておらず、細胞体や樹状突起の大きさや太さやネットの形成具合は他群と比較して発達していたことから、TCAサイクルの方が解糖系よりも働いている状態と考えられる。LDH活性の高いコントロールに比べ、刺激群では、ATP産生を行って神経活動を行っている、いわば、生体内の脳神経細胞に類似した神経活動が行われている可能性があり、その結果、LDH活性が低下したと推察されるだろう。このことより、本研究で行ったカリウム刺激を加えながらの培養法は、生体細胞に近い機能を持つ培養神経細胞を様々な研究に利用することができる可能性を深めた。さらに、生体内の脳と同様な神経活動が行われているかについてはK^+刺激より神経伝達に関わりのある酵素であるChAT活性が高まったとの報告があり、さらに、神経伝達物質放出量などを検討する必要があろう。ラット胎仔の海馬神経細胞を7日間培養し、K+刺激の添加方法として、培地にKClを添加する濃度および頻度を検討した。まず、培地の種類として、DMEM培地(グルタミン酸不含、(A))、DMEM/F-12培地(グルタミン酸含有、(B))の2種類、刺激を添加する濃度として、25mM添加(C)、50mM添加(D)の2段階、刺激を添加する頻度として、連続刺激(E)、毎日1回2分間刺激(F)、2日に1回2分間刺激(G)の3段階を設定した。そして、(A)(G)の条件を組み合わせた12区とその対照区で培養を行った。その結果、培地については、培養初期(03日)では、両培地に差はみられなかったが、4日以降の(A)では、培養状態に安定がみられた。刺激濃度については、コントロールよりも、刺激添加区の方が、神経細胞の分化、ネット形成が良かった。また、(C)および(D)では、(C)の方が良いようにみえた。刺激頻度については、(E)、(G)、(F)の順に培養の状態がよかった。よって、D/F培地では、低K^+(25mM)を添加した培地で培養した区が最も細胞数が維持されていた。また、DMEM培地では、高K^+(50mM)を2日に1回添加した区が最も細胞数の維持が良かった。培地は、生体内の環境に近い状態で比較的長い代謝を追っていくためには、ストレスなどの反応穏やかであり、細胞数の変動が比較的少なかったDMEM培地の方が適していると考えられた。添加方法については、D/F培地では、刺激添加操作(細胞を培地から出し入れする操作)自体の影響が大きく出てしまったものの、DMEM培地では、50mMK+の刺激を2日に1回添加する方法において、K^+の細胞維持の効果があると考えられる。今後はさらに、酵素活性や神経伝達物質などの生化学的な指標を用いて、神経細胞の機能にどのように影響しているのかを検討する必要があろう。昨年度検討した刺激の添加法の再検討を行った。刺激の添加方法は、前回の培養において細胞維持が最もよかった、50mM K^+の刺激を2日に1回2分間与える条件で行った。培養法の検討および細胞状態への影響観察として、(1)細胞形態観察および(2)LDH活性測定を行った。培養は常法に従って、海馬細胞を1x10^5個/cm^2で4穴プレート(播種面積2cm^2)に播種し培養した。培地はDMEM培地を用いた。その結果、細胞形態は、刺激を添加した方がH14年度の結果と同様、突起の長さが長く、かつ太くなる傾向が見られた。また、細胞数は、刺激を加えた方が細胞数が維持される傾向にあった。LDH活性は刺激の有無により差が認められなかった。なお、培養時のK^+刺激の有無におけるグルタミン酸の放出量も現在検討中である。また、先と同様の条件で培養した細胞に、試験的に10^<-6>Mドコサヘキサエン酸あるいは10^<-6>Mアラキドン酸を添加した。その結果、脂肪酸を加えて刺激添加した方は、細胞数が少ない傾向が見られた。しかし、細胞体は大きく、突起は太く長くなる傾向にあった。

その結果細胞形態は、擬似群では、刺激添加操作(細胞を培地から出し入れする操作)自体のストレスの影響がでていたと推察されるが、刺激群においては、刺激添加操作ストレスにも耐えうるほど、細胞体が大きく神経突起の好成長がみとめられた。培養10日目のLDH活性値は、コントロール群と比較し擬似群および刺激群ともに有意に低かった。擬似群のLDH活性値が低下した原因については、細胞数も有意に減少していること、観察結果からも細胞体や樹状突起が他群と比較して弱々しくみられたことから、細胞全体の働きが落ちたことによるものと推察される。しかし、コントロール群より刺激群のLDH活性値が低下した理由は、擬似群とは異なり、細胞数の減少もみとめられておらず、細胞体や樹状突起の大きさや太さやネットの形成具合は他群と比較して発達していたことから、TCAサイクルの方が解糖系よりも働いている状態と考えられる。LDH活性の高いコントロールに比べ、刺激群では、ATP産生を行って神経活動を行っている、いわば、生体内の脳神経細胞に類似した神経活動が行われている可能性があり、その結果、LDH活性が低下したと推察されるだろう。このことより、本研究で行ったカリウム刺激を加えながらの培養法は、生体細胞に近い機能を持つ培養神経細胞を様々な研究に利用することができる可能性を深めた。さらに、生体内の脳と同様な神経活動が行われているかについてはK^+刺激より神経伝達に関わりのある酵素であるChAT活性が高まったとの報告があり、さらに、神経伝達物質放出量などを検討する必要があろう。
臨床応用への基礎的データ集積を目的とした抗高血圧薬の評価系の確立

1.高血圧モデルラットにおけるレニン-アンジオテンシン系の変動(1)目的高血圧治療薬の効果と内因性血圧調節物質の変動との関係を解析するための基礎データを得ることを目的とし、Dahl食塩感受性(DS)・非感受性(DR)ラットにおけるレニン-アンジオテンシン系No系との関連を検討した。(2)方法DSおよびDRラットを、それぞれ高食塩・低食塩飼料群、NO合成酵素阻害薬L-NAME添加・非添加群に分け、計8群を無麻酔下に用いた。定期的に全身血圧および心拍数を測定した。8週令の時点で、尿中電解質・酸化窒素排泄量、およびアンジオテンシンI,IIの血漿濃度ならびに腎・大動脈組織含量をした。(3)結果・結論DSラットでは高食塩負荷により拡張期血圧が上昇した。低食塩飼料群においても、L-NAME添加群では高食塩飼料群と同程度まで血圧が上昇した。高食塩・低食塩飼料群共に、L-MANEの添加は血漿アンジオテンシン濃度を上昇させた。しかし、腎組織アンジオテンシン含量は高食塩負荷群でのみ増大が認められた。DRラットは高食塩飼料を与えても血圧は変化しなかったが、L-NAME添加群ではDSラットと同程度まで血圧が上昇した。尿量・尿中ナトリウム排泄量は高食塩負荷群で増大したが、DS・DRラット間およびL-NAME添加・非添加群間で差異は認められなかった。尿中酸化窒素排泄量はDS・DRラット間および高食塩・低食塩飼料群間で差は無く、L-NAME添加により減少した。以上の結果より、DSラットの高食塩負荷による血圧上昇時には、NOを介したレニン-アンジオテンシン系の抑制が生じていると考えられる。また、DSラットはDRラットに比べアンジオテンシンIIへの感受性が高まっているものと思われる。2.今後の研究の展開(1)高血圧発症過程での血圧調節物質の変動マイクロダイアリシス法により腎組織液試料を経時的に採取し、各種モデル動物の高血圧発症過程におけるデータを得る。現在、マイクロダイアリシス装置のオートサンプラー-マイクロカラム-電気化学検出器を用いて、生理活性物質血漿濃度の測定を行なっている。両者の結果の相関を検討することで、血圧調製機能に関しより詳細なデータが得られると期待される。
神経膠腫におけるアルキル化剤の耐性とその克服

悪性星細胞系腫瘍の生存率は悲惨な状況である。そんな中、temozolomide(TMZ)が認可され、大きな役割を持つものと注目されている。しかし、TMZは延命効果を示すものの十分ではなく、また抵抗性が大きな問題である。特にメチル化修復酵素であるMGMTの関与が示唆され、MGMTを抑制・枯渇することで耐性の克服が期待されている。しかし、06-BG、BCNUやPCZを用いた検討では満足すべきものではない。一方、我々は長年にわたりIFN-βに注目しており、TMZとの相乗効果を期待している。そこで、ヒト悪性神経膠腫(膠芽腫)細胞株を用いて基礎実験を行い、臨床上の治療戦略となりうる結果・示唆を得た。悪性星細胞系腫瘍、なかでも膠芽腫の生存率は向上したとは言い難く悲惨な状況である。そんななか、temozolomide(TMZ)が認可され、大きな役割を持つ薬剤になると注目されている。しかし、TMZは延命効果を示すものの、薬剤抵抗性が大きな問題である。しかし、O^6-BG、BCNUやPCZを用いた検討は満足すべきものではない。そして、我々は長年にわたりinterferon-beta(IFN-β)に注目しており、TMZとの相乗効果を期待している。そこで、6種類(A172,AM38,T98G,U87MG,U138MG,U251MG)のヒト悪性神経膠腫(膠芽腫)細胞株を用いて以下の検討を行った。2、IFN-βによる細胞増殖抑制効果:各培養細胞では容量依存性に効果が認められた(また、cytotoxicではなくcytostaticに作用している事を確認した)。3、TMZとIFN-βの相乗効果:TMZに対して耐性であるT98GとU138MGにおいて、IFN-βとの併用はsynergeticな(細胞増殖)抑制効果が認められた。臨床での併用療法(併用使用)に期待がもたれる。しかし、TMZは延命効果を示すものの、十分ではなく、また抵抗性が大きな問題である。しかし、0^6-BG、BCNUやPCZを用いた検討では満足すべきものではない。そして、我々は長年にわたりIFN-βに注目しており、TMZとの相乗効果を期待している。そこで、6種類(AI72,AM38,T98G,U87MG,U138MG,U251MG)のヒト悪性神経膠腫(膠芽腫)細胞株を用いて以下の検討を行った。IFN-βによる細胞増殖抑制効果:各培養細胞では容量依存性に効果が認められた(また、cytotoxicではなくcytostaticに作用している事を確認した)。TMZとIFN-βの相乗効果:TMZに対して耐性であるT98GとU138MGにおいて、IFN-βとの併用はsynergeticな(細胞増殖)抑制効果が認められた。臨床での併用療法に期待がもたれる。特に、臨床における薬剤濃度において(10μM TMZ、10IU/ml IFN-3)、単剤では認められなかった有意なMGMT mRNAの発現の減少が認められた(T98Gにおいて、realtime PCRを用いたmRNAの定量)。
地盤構造物の進行性破壊と変形の局所化に関する研究

変形の局所化と変形パターン形成について系統的な高度に解像度を上げた実験観察の実施を室内要素試験、模型実験に対して行った。特に、微細な構造の変化との対応を各材料において定量的に明らかにした。そのための手法の開発と現在の先端技術の応用について、その現在のレベルと開発可能性を明らかにした。実験の結果を種々の数値解析手法で解析し、その問題点を把握し、特に微細な材料の構造を反映した構成式の確立をめざした。また構造解析法の代表である有限要素法の発展と改良について討議を行い、強度の非線形問題での数値解析上の精度、収束と境界条件の設定の検討を行った。そして、分担者各自が、実験観察、その予測解析を通じて得られた新たな知見・成果の取りまとめを行った。材料の不均一性の成長と終局状態への遷移過程の取り扱いを表現し得る構成式の総合的な検討を行い、以下のような成果を得た。(1)非局所化、勾配依存型構成式やHomogenizationを考慮した解析と、構造の特徴を示す指標との関係を明らかにした。(2)線形不安定解析と非線形不安定解析の役割についての検討した。(3)個別要素法の役割とその発展方向の検討した。(4)分岐理論と分岐挙動の取り扱いについて、詳しく検討した。強度の非線形問題での数値解析上の精度、収束と境界条件の設定の検討を行い、以下のような成果を得た。(1)変形が大きくなると解析は有限変形へと進むが、有限変形解析に伴う解析上の問題、特に精度の問題について系統的な検討を行った。(2)有限要素としてより不安定で不連続な現象に向いた特殊要素やメッシュ再構成手法の開発検討を行った。(3)多相系材料の変形の局所化に果たす間隙流体の挙動の計算法の開発を行った。地盤材料の破壊と変形の局所化の研究として次のような項目の研究,討議及び研究連絡を行った。変形の局所化と変形パターン形成について系統的な高度に解像度を上げた実験観察の実施を室内要素試験、模型実験(遠心力載荷実験を含む)に対して行った。特に、微細な構造の変化との対応を各材料(砂、粘土、岩やコンクリート)において定量的に明らかにした。実験は、以下の分担者がそれぞれ実施した。要素試験:砂(龍岡、中井、三浦)粘土(岡、浅岡、八嶋)軟岩(足立、堀井)アルミ棒積層体(松岡)模型実験:砂(龍岡)軟岩(堀井)アルミ棒積層体(松岡)遠心力載荷試験(関口)実験装置は、各分担者の研究機関既設のものを用いた。各分担者の所属機関において、予定した要素試験および模型実験はほぼ計画通り実施された。またこれらの実験結果を持ち寄った研究集会を1度開催した。15EA08:また各分担者は、平成8年度に実施する数値シミュレーションのための数値解析手法をほぼ構築し終えた。したがって、平成8年度を待つことなく、要素試験および模型試験の数値シミュレーションが開始されている。

また構造解析法の代表である有限要素法の発展と改良について討議を行い、強度の非線形問題での数値解析上の精度、収束と境界条件の設定の検討を行った。そして、分担者各自が、実験観察、その予測解析を通じて得られた新たな知見・成果の取りまとめを行った。材料の不均一性の成長と終局状態への遷移過程の取り扱いを表現し得る構成式の総合的な検討を行い、以下のような成果を得た。(1)非局所化、勾配依存型構成式やHomogenizationを考慮した解析と、構造の特徴を示す指標との関係を明らかにした。(2)線形不安定解析と非線形不安定解析の役割についての検討した。(3)個別要素法の役割とその発展方向の検討した。(4)分岐理論と分岐後挙動の取り扱いについて、詳しく検討した。強度の非線形問題での数値解析上の精度、収束と境界条件の設定の検討を行い、以下のような成果を得た。(1)変形が大きくなると解析は有限変形へと進むが、有限変形解析に伴う解析上の問題、特に精度の問題について系統的な検討を行った。(2)有限要素としてより不安定で不連続な現象に向いた特殊要素やメッシュ再構成手法の開発検討を行った。(3)多相系材料の変形の局所化に果たす間隙流体の挙動の計算法の開発を行った。
細胞膜シートと回転培養法を応用した足場を必要としない気管軟骨再生法の開発

家兎の耳介軟骨より軟骨細胞シートを作製し、チューブに巻き付けて円筒状にして回転培養を行なったところ、軟骨細胞シートは円筒の形を維持し、十分な弾力性も有しおり、グリコサミノグリカン含有量は耳介軟骨とほぼ同等であった。この円筒状シートをリング状や螺旋状に加工してもその形状を維持することができた。円筒状シートを自家移植しても内腔の開存性があり、弾力性を有していたが、正常耳介軟骨と比べてグリコサミノグリカン含有量は有意に低下していた。家兎の耳介軟骨より採取した軟骨細胞を高密度で細胞を播種すると軟骨細胞シートを作成することができた。軟骨細胞シートはしっかりとした強度を有しておりシリコンチューブに巻き付けることができた。シリコンチューブに巻き付けた細胞シートを回転培養したところ、軟骨細胞シート内にある細胞外基質のグリコサミノグリカンが増加していった。サフラニン-0染色では、回転培養開始前はほとんど染色されなかったが、回転培養2週間後には全体的に染色されており、軟骨細胞シートの厚みも増加していた。各培養期間のグリコサミノグリカンを定量すると回転培養4週間まではグリコサミノグリカン含有量は増加したが、それ以降グリコサミノグリカン含有量は増加しなかった。回転培養6週間後のグリコサミノグリカン含有量は兎の耳介軟骨内の含有量とほぼ同等であり、兎の気管軟骨の72%まで達した。軟骨細胞シートをシリコンチューブに巻き付けて6週間回転培養を行った後にシリコンチューブを取り除くと、軟骨細胞シートは変形することなく円筒の形を維持していた。また、外部より圧迫、屈曲などの圧力を加えてもその圧力を解除すると元の形状にすぐに戻る弾力性も有していた。また、この円筒状のシートをリング状に切断しても、または螺旋状に切開を加えても、その形状を維持することができた。生体外ではあるが、この軟骨細胞シートは、自己の細胞のみでも円筒状の構造を維持でき、圧迫や屈曲に耐えうる柔軟性を有しているため、再生気管の骨格として十分に使用できるものである。家兎の耳介軟骨より採取した軟骨細胞を高密度培養して軟骨細胞シートを作製した。この軟骨細胞シートをシリコンチューブに巻き付けて円筒状にし、4週間回転培養したものを家兎の胸鎖乳突筋内に自家移植した。自家移植後4週間後に摘出して、内腔の開存性、弾力性、組織染色、免疫染色、グリコサミノグリカンの定量を行った。移植片はシリコンチューブを抜去しても内腔の開存性があり、外部より圧迫や屈曲などの圧力を加えてもその圧力を解除すると元の形にすぐに戻る弾力性を有していた。組織染色では軟骨組織内の一部に石灰化が認めら、サフラニン-0染色にてグリコサミノグリカンの染色範囲が減少していた。免疫染色を移植前の組織と比較してみると、H型コラーゲンの染色が減少し、I型コラーゲンの染色が増加していた。グリコサミノグリカンの定量では移植前に比べると有意にグリコサミノグリカン含有量が減少していた。正常気管軟骨と比べてもグリコサミノグリカン含有量は有意に低かった。軟骨内のグリコサミノグリカン含有量を増加させることが知られている塩基性線維芽細胞増殖因子を自家移植前に軟骨細胞シートに塗布して自家移植を行った。自家移植後4週間後に摘出して同様の評価を行ったが、移植片のサフラニン-0染色は移植前に比べて染色範囲が減少した。II型コラーゲンの染色も減少し、I型コラーゲンの染色は増加しており、塩基性線維芽細胞増殖因子の塗布前のものと同様の所見であった。また、グリコサミノグリカン含有量の塩基性線維芽細胞増殖因子を塗布しても改善は認められなかった。
温度応答性高分子ミセルまたは星型ポリマーによる金ナノ微粒子触媒の創製および再利用

添加塩基存在下でのリビングカチオン重合により合成した構造の明確な温度応答性ブロックコポリマーまたは星型ポリマーの水溶液中で、金イオンを還元することにより、数nm程度でサイズの揃った安定な金ナノ微粒子を得ることに成功した。生成した金ナノ微粒子は、有機反応の触媒として有効であり、また温度応答性を利用することで触媒の再利用が可能となった。エステルや環状エーテルなどの添加塩基存在下、ハロゲン化金属(EtAlCl_2,SnCl_4など)とビニルエーテル(VE)のプロトン酸付加体(カチオン源)を組み合わせたリビング重合開始剤系により、オキシエチレン側鎖VEセグメントを有する、ブロックコポリマーおよび星型ポリマーを合成した。ブロックコポリマーの疎水性セグメントに,アルキル側鎖またはフェニル基を導入した。また、星型ポリマーは,リビングポリマーに疎水性二官能性VEを添加する方法により合成した。得られたポリマーの水溶液に塩化金酸水溶液を混合し、一定速度で激しく撹拌しながら、0°Cで水素化ホウ素ナトリウムを添加して金ナノ微粒を調製した。得られた金ナノ微粒子のサイズおよびサイズ分布を透過型電子顕微鏡(TEM)により解析した。ブロックコポリマー、星型ポリマー、いずれの場合も34nmで大きさの揃った金ナノ微粒子が生成した。しかし、微粒子の安定性は異なっており、星型ポリマー担持微粒子が非常に安定で、長期にわたって自発的な凝集が起こらないことを確認した。また、ポリマーに対して金イオン濃度が増加すると、生成する微粒子サイズが増大した。オキシエチレンVEポリマーは温度応答性を有しており、得られた星型ポリマー担持微粒子も温度を上げると相分離をし、その後、温度を下げると凝集体を生成することなく、再び溶液に戻った。このようにして得られた微粒子は、種々のアルコールの酸化反応の触媒として有効に働き、ポリマーの温度応答性を利用した再利用が可能であることが示された。添加塩基存在下、ハロゲン化金属(EtAICI_2,SnCI_4など)とビニルエーテル(VE)のプロトン酸付加体(カチオン源)を組み合わせたリビング重合開始剤系により、側鎖にオキシエチレン、アルコール、カルボン酸を含むVEセグメントを有する星型ポリマーを合成した。多数の分岐構造を有するポリマーを合成するため、星型ポリマーは、リビングポリマーに疎水性二官能性VEを添加する方法により合成した。得られたポリマーの水溶液に塩化金酸水溶液を混合し、一定速度で激しく撹拌しながら、0°Cで水素化ホウ素ナトリウムを添加すると、粒径34nmの金ナノ微粒が生成した。得られた金ナノ微粒子は非常に安定で、長期にわたって自発的な凝集が起こらないことを確認した。このようにして得られた微粒子は、種々のアルコールの酸化反応の触媒として有効に働き、ポリマーの温度応答性を利用した再利用が可能で、5回繰り返して使用しても初めとほぼ同じ活性を示した。さらに同様の手法で、銀、パラジウムのナノ微粒子を合成した。安定な微粒子を得るのが困難とされる銀からも非常に安定な微粒子が生成した。また、パラジウム微粒子はHeck反応などの触媒として有効であった。
微小重力空間における液状物質による造形の創作研究

科学研究費補助金による2年間の研究において,地上における種々の液体を用いた造形実験と実験結果の解析,および微小重力空間において造形実験を実現するための具体的方法の検討を行った。実験では,地上の重力のもとで重力による変形を押さえるため,水や水銀などの微小液滴に周波数を変えながら音波を当てて共鳴させることで,液滴の表面張力による振動の様子を映像で記録し解析した。また,地上の重力による影響を消去するため,水と同じ密度の油性液体(流動性イソパラフィンで分散させた磁性流体)を水中に保持し,それに強制振動を与え共鳴させることで,微小重力空間における液体の表面張力による振動を模擬することができた。この実験も,結果を映像で記録し変形の特徴を解析した。実施した実験から,微小重力空間での液体を定常的に変形させて固化して持ち帰ることは,超音波発生装置などの機材を必要とするため国際宇宙ステーションで実現することは困難であるが,空中に保持した液体の球に低周波の強制振動を与えて変形させることによる造形実験は,国際宇宙ステーションでの実現が容易であり,また,振動の与え方によっては微小重力空間を印象づける興味ある液体の運動を引き起こすことが可能であることがわかった。このような液体による造形実験を映像として記録するだけでも,一般の人に宇宙という環境を直感的に伝えるには十分可能であると考えられる。本研究の成果の一部は,打ち上げが予定されている国際宇宙ステーション日本実験棟「きぼう」において計画中の人文社会化学実験のための提案として宇宙航空開発研究機構に提出した。科学研究費補助金による研究の1年目に当たる本年度は,主として資料の収集と予備的実験,および研究の中間報告を中心に活動した。まず,資料収集では,ウェブ上で公開されているNASA,JAXA(宇宙航空研究開発機構)提供の国際宇宙ステーション関連のデータを中心に,これまでの液体を用いた理科実験・造形実験の動画や静止画を多く収集することができた.国際宇宙ステーションで行われた.水を用いた理科実験の動画については,JAXAから高解像度の映像の提供を受けた.予備実験では,金属(ガリウム)の溶融凝固を繰り返し,造形に用いるのに必要な特性の把握につとめた.また,空気振動による液体の造形実験では,理論的な考察のほか,簡単な音響機器を用いて,音波や空気振動による水や発砲スチロール粉末の変形・運動の実験を行っている.音による液体の制御については,他大学の超音波の専門家によるアドバイスを受けることができた.その結果,音波によって液体中の気泡が大きく変形を受けるなど,気泡による造形の可能性があることがわかった.さらに,野村は,隕石衝突時に飛散した溶融岩石の上空での凝固物をモチーフにした作品制作を行った.これらの結果は,学内の関連分野の研究者およびJAXAと合同で行われた共同研究報告会(2004年11月)で野村と藤原がそれぞれ口頭発表した.また,報告会に併せて宇宙航空研究開発機構から発行された報告書(CD-ROM)および最終報告書(書籍,印刷中)の中でも文章と画像で発表した.科学研究費補助金による研究の2年目(最終年度)に当たる本年度は,種々の実験,実験結果の解析,および微小重力空間において造形実験を実現するための具体的方法の検討を行った。また,地上の重力による影響を消去するため,水と同じ密度の液体(流動性イソパラフィンで分散させた磁性流体)を水中に保持し,それに強制振動を与え共鳴させることで,微小重力空間における液体の表面張力による振動を模擬することができた。

昨年度に行った予備実験,および今年度に行った実験から,微小重力空間での液体を定常的に変形させて固化して持ち帰ることは,超音波発生装置などの機材を必要とするため国際宇宙ステーションで実現に移すことは困難であるが,空中に保持した液体の球に低周波の強制振動を与えて変形させることによる造形実験は,国際宇宙ステーションでの実現が容易であり,また,振動の与え方によっては微小重力空間を印象づける興味ある液体の運動を引き起こすことが可能であることがわかった。このような液体による造形実験を映像として記録するだけでも,一般の人に宇宙という環境を直感的に伝えるには十分可能であると考えられる。国際宇宙ステーション日本実験棟「きぼう」の打ち上げが2007年2008年に予定されている。現在,宇宙航空開発研究機構では,打ち上げ後のきぼうにおける芸術実験の提案を募集しているので,我々も本研究の結果を踏まえた具体的な提案を応募し,微小重力空間での液体による造形実験の実現に向けて今後も活動を続けていく予定である。
κ-統計力学における情報幾何構造の解明

κ-統計力学において基本的な確率分布である、κ-指数型分布族に対する適切な共役表現を見出し、対応する統計多様体を具体的に構成した。また、情報幾何構造を特徴付けるκ拡張された情報計量、κ拡張されたアフィン接続やダイバージェンスなどの重要な諸量の表式を具体的に求め、双対平坦であることを示した。熱力学・統計力学において非常に重要であるMaxwell関係式と揺動応答関係が、双対平坦であるFisher計量の性質から導出できることを見出し、κ-指数型分布に対して、揺動応答関係のκ-拡張版を得た。更に、関連するHesse構造を調べ、通常の期待値に加え、κ-エスコート期待値の重要性を示した。情報幾何学は指数型の確率分布族から構成した統計多様体上の微分幾何学として創られ、様々な分野において応用がなされ発展してきた。近年、一般化エントロピーに基づく統計力学の一般化に関する研究に端を発し、一般化エントロピーやその最適分布である一般化指数型分布族に対する関心が、統計力学、情報理論、統計学などの分野の研究者間で高まり、一般化指数型分布族のなかでも最もシンプルで基本的であるq-指数型分布族に対する情報幾何構造の研究がここ数年内に急速に発展してきた。本研究は、一般化指数型分布族のなかでも、q-指数型分布族とは異なるパラメータ拡張である、κ-指数型分布族に対する情報幾何構造の解明を主目的とした理論的研究である。この成功は、q-指数型分布族が情報幾何学において基本的であるα-表現との整合性が良く、α-表現を用いてq-指数型分布族に対して適切な統計多様体を構成できたからである。しかしながら、κ-指数型確率分布に対してこのα-表現を適用することでは適切な統計多様体を得ることはできず、研究を遂行する上での最初の問題点であった。初年度の成果として、α表現の概念をより広いクラスへ一般化したZhangによる共役表現に基づいて、試行錯誤の後にκ-指数型確率分布に対する適切な共役表現を求めることができた。κ-統計力学における熱力学的ポテンシャル関数に対するルジャンドル構造と、情報幾何におけるポテンシャル関数に対するルジャンドル構造との整合性を調べることで得ることができた。また、通常のエントロピーと多項係数との間に成り立つ関係を、κ-変形に関する新たな代数演算を導入することで、κ-エントロピと多項係数との関連付けられることを示した(Entropy誌掲載論文参照)。これらの結果をまとめ、平成26年度に開催される国際ワークショップにて発表する予定である。κ-統計力学は、自然界や理工学の分野で良く現れるベキ型の確率分布に対するアプローチとして近年提唱された、統計力学の1パラメータ拡張のひとつである。統計力学における通常のエントロピーを1実数パラメータ(κ)で拡張したκ-エントロピを最大化する最適分布がκ-指数型分布であり、漸近的ベキ特性を示す確率分布である。本研究は、このκ-指数型分布族に対する情報幾何構造の解明を主目的とした研究である。平成25年度に得られた成果であるκ-指数型確率分布に対する適切な共役表現を利用して、今年度はκ-指数型分布族に対する統計多様体を構成し、κ-統計力学における熱力学的ポテンシャル関数のルジャンドル構造に基づき、対応する一般化されたフィッシャー情報計量、幾何的ダイバージェンスを具体的に求め、κ-統計力学における情報幾何構造を明らかにした。また、熱平衡状態に対する熱力学・統計力学において非常に基本的であるマックスウェル関係式や揺動応答関係が、双対平坦である指数型分布族に対するフィッシャー計量の性質から導出できる事実を利用して、上記で得られた双対平坦構造を持つκ-指数型分布における揺動応答関係のκ-拡張版を示すことができた。この拡張された関係式において、κ-指数型分布に付随するκ-エスコート分布に関する期待値が重要な役割を果たしていることが判明した。これらの成果をギリシャで開催された統計物理に関する国際ワークショップΣΦ2014にて発表を行い、成果をまとめた論文を投稿し掲載された。(Entropy誌掲載論文参照)。近年提唱されたκ-統計力学は、通常の統計力学におけるエントロピを実数パラメータ(κ)により拡張したκ-エントロピに基づいた統計力学の拡張版である。一般化エントロピであるκ-エントロピに対する最大原理から得られるκ-指数型分布は、漸近的ベキ性を示す確率分布であり、自然界や理工学分野で良く現れるベキ分布を良く記述する。本研究は、このκ-指数型分布族に対する情報幾何構造の解明を目的とした研究である。主な成果としては、κ-指数型分布族に対する適切な共役表現を見出すことができ、その表現を利用してκ-指数分布族に対する統計多様体を構成することに成功した。更に、関連する情報幾何構造を特徴付けるκ拡張されたフィッシャー情報計量、κ拡張されたアフィン接続やダイバージェンスなどのアフィン微分幾何学における重要な諸量の表式を具体的に求めることができた。また、それらの幾何学量に基づき、κ-指数型分布族に対する統計多様体における情報幾何構造が、情報幾何学において非常に重要な双対平坦構造であることを示した点である。κ-指数型分布に関する情報幾何構造を解明する過程で、熱平衡状態に対する熱力学・統計力学において非常に基本的であるマックスウェル関係式や揺動応答(fluctuation-response)関係が双対平坦である指数型分布族に対するフィッシャー計量の性質から導出できる事実を利用して、上記で得られた双対平坦構造を持つκ-指数型分布における揺動応答関係のκ-拡張版を得ることに成功した。