hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MgO(001)単結晶基板を用いたトンネル型スピンフィルター素子の実現

強磁性絶縁体La_2NiMnO_6のトンネル型スピンフィルター効果を検証した.SrTiO_3(001)基板上に作製したLa_2NiMnO_6と強磁性金属La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3によるトンネル磁気抵抗素子に対して磁気抵抗測定を行った結果,50Kで約9%,110Kで約4%のスピン偏極電流の検出に成功した.強磁性絶縁体La_2NiMnO_6のトンネル型スピンフィルター効果を検証した.SrTiO_3(001)基板上に作製したLa_2NiMnO_6と強磁性金属La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3によるトンネル磁気抵抗素子に対して磁気抵抗測定を行った結果,50Kで約9%,110Kで約4%のスピン偏極電流の検出に成功した.本年度は低温下でのトンネル型スピンフィルター素子の伝導特性評価を行うために,磁気抵抗測定装置の立ち上げを行った.参考試料としてSrTiO_3ステップ基板上にレーザーアブレーション法,超高真空蒸着器により,La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3/LaTiO_3/La_2NiMnO_6/Cr/Auという構造を持つ多層膜を成膜し,フォトリソグラフィー,ミリング等を用いて数〓m程度のサイズのトンネル型スピンフィルター素子を作製した.この試料において極低温での磁気抵抗測定を行った結果,50Kで10%程度のトンネル磁気抵抗効果が観測され,強磁性絶縁体La_2NiMnO_6のスピンフィルター効果が確認された.MgO(001)基板上へのスピンフィルター素子の作製を行うために,酸素雰囲気の濃度を変えて,トンネル磁気抵抗素子での下部電極となる強磁性金属La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3をレーザーアブレーション法で成膜し,その結晶評価,磁気的性質の評価を行った.その結果,(1)酸素圧200mTorr以上で成膜を行うことで,La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3のエピタキシャル成長することがわかった.(2)高い酸素圧下でレーザーアブレーションを行うことでLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3薄膜の飽和磁化量やキュリー温度が大きくなり,300mTorrではSrTiO_3ステップ基板上のLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3と同程度の飽和磁化量及びキュリー温度を有する試料が作製できた.一方で,本年度中にMgO(001)基板上でのスピンフィルター素子の作製までには至らなかった.現在は,MgO(001)基板上にLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3/LaTiO_3/La_2NiMnO_6/Cr/Auの構造を持つ多層膜を作製し,スピンフィルター素子への加工を行う準備をしている.昨年度までの研究で得られた結晶状態,磁気特性及び平坦性が最適となる強磁性金属La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3及び強磁性絶縁体La_2NiMnO_6薄膜のレーザーアブレーション法による作製条件で,MgO(001)基板上にLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3/LaTiO_3/La_2NiMnO_6/Cr/Au多層膜を成膜した.多層膜はフォトリソグラフィーやアルゴンイオンミリング装置等を用いて磁気トンネル接合素子を作製した.昨年度に立ち上げを行った低温下での伝導特性評価装置等を用いて極低温での磁気抵抗測定を行った結果,良好な電流電圧特性が得られたが,明確なトンネル磁気抵抗効果は観測されなかった.また,レーザー強度の調整をこれまでよりも精度良く行うためにレーザー用のアッテネーターを導入し,SrTiO_3ステップ基板にLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3/LaTiO_3/La_2NiMnO_6/Cr/Auを成膜した.同様の手法で磁気トンネル素子を作製し,伝導特性評価を行った結果.(1)50Kの磁気抵抗測定では,約20%のトンネル磁気抵抗効果が得られた.(2)110K以上で約10%のトンネル磁気抵抗効果が観測された.(3)トンネル障壁層の平坦性が改善し,絶縁性がよく,抵抗値が小さい磁気トンネル接合素子の作製に成功した.上述のように,MgO基板を用いたスピンフィルター素子では,研究期間内に明確なトンネル磁気抵抗効果が観測には至っていないが,一方でSrTiO_3ステップ基板を用いたスピンフィルター素子ではこれまでよりもトンネル磁気抵抗効果が高く,より高い温度で動作するトンネル型スピンフィルター素子の作製法が確立できた.
新奇量子構造SiGeナノハットおよびナノリングの自己組織的形成

Si基板上に自己形成されたGeアイランドは、これを保護するSi層でキャッピングされることで、そのサイズ、形状、化学組成が劇的に変わる。本研究は、申請者たちが最近見出した、半球状のGeアイランドの周辺にリング状の「つば」が付随した「ナノハット」の発現メカニズムを解明し、そのサイズと密度を制御するプロセスを構築するとともに、これらナノ構造の量子物性の探索と応用展開の指針を得ることを目的に研究を行った。本年度は高輝度放射光を用いたX線光電子顕微鏡(X-PEEM)・低速電子顕微鏡(LEEM)を用いたシリコン極薄層でキャップしたSiGe(Si-capped SiGe)ナノアイランド表面のナノスケール観察を行った。このSi-capped SiGeは、形成過程の違いにより、ナノハット、ナノドット、及びナノピラミッドと呼ばれる種々のナノ構造を取ることが明かとなった。これらの構造の違いは、Si-capped SiGe中のSi/Ge組成比の違いに起因するものである。さらに、各々のSiGeナノ構造内部でのSi/Ge組成比が数nmスケールで急峻に変化することも明らかにした。SiGeナノ構造に関する研究は、これまで数多くなされてきたが、本研究のようにSiGeナノ構造内部での局所的なSi/Ge組成比(の空間分布)とナノ構造が密接な関連を持つことを明らかにした研究はこれまでにないため、本研究の新規性は高いものであると言える。シリコン(Si)基板上に自己形成されたゲルマニウム(Ge)アイランドは、これを保護するSi層でキャッピングされることで、そのサイズ、形状、化学組成が劇的に変わり得る。本研究は、申請者らが最近見出したSiキャップ層形成時に生成する半球状のGeアイランドの周辺にリング状の「つば」が付随した「ナノハット」の発現メカニズムを解明し、そのサイズと密度を制御するプロセスを構築するとともに、これらナノ構造の量子物性の探索と応用展開の指針を得ることを目的として研究を行った。本年度は、まず、オージェ電子分光によるナノハット構造内部の組成分析を試みた。その結果、同構造の詳細な組成情報を得るにはオージェ電子分光法では不十分であり、今後、光電子分光顕微測定(PEEM)が必要であることを認識した。このため、本年度の後半はPEEM測定の準備を行なった。次に、ナノハット形成における水素の役割解明を明らかにすべく、その第一段階としてSiキャップ層形成Geアイランド形状の水素アニールによる影響を調べた。その結果、同じアニール温度であっても、水素圧力によってGeアイランドの形状変化に大きな違いが見られることを発見した。これは、GeとSiの水素拡散を水素が抑制すると考えることで理解される。また、水素の影響をより直接検証するため、水素の存在しない環境下でSiキャップ層製膜を行なうべくSi蒸発源を当該補助金で購入して固体ソースMBE装置を構築し、本年度はその基本性能の確認を行なった。
変形性関節症の病態制御機構における組織線溶系の役割の解明

変形性関節症(Osteoarthritis: OA)は、関節変形、運動痛及び可動域制限等により起立歩行障害を引き起こし、公衆衛生上大きな問題となっている。しかしながら、現在、人工関節置換術を除いて、OAの有効な治療方法がないため、その病態解明と治療戦略を確立することが急務である。OA患者の関節内では、軟骨基質が著しく損傷、破壊される。また、線溶系因子のプラスミンが細胞外基質の分解に重要な役割を果たしている。そこで、遺伝子改変マウスを用いてOAの進行過程や細胞外基質の分解(軟骨基質の破壊)における線溶系因子の役割を解明し、新たな治療標的として確立する。まず、関節軟骨組織の損傷・破壊過程における線溶系関連因子(プラスミン)の影響を解明するために、OAモデルを作製した。作製した切片を使い、OAの重症度を観察した結果、プラスミン遺伝子欠損マウスでは野生型マウスに比べて、OAの進行を遅延させる傾向があった。次にプラスミン遺伝子欠損マウスと野生型マウスから得た初代軟骨細胞株を用い、in vitro実験を行った。単離したそれぞれの軟骨細胞にOA誘導としてIL-1β刺激処理を行った結果、野生型マウスでは、IL-1βによって炎症性マーカー遺伝子(iNOS,、Cox2、IL-6、MMP-13など)の発現が誘導された。一方、プラスミン遺伝子欠損マウスでは、IL-1β誘導による炎症性マーカー遺伝子の発現量が抑制さた。これらのことから、組織線溶系因子の一つであるプラスミンが関節軟骨組織の損傷やOAの促進に関与することが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
減数分裂の制御機構

分裂酵母において第一減数分裂の制御にフォークヘッド型転写因子であるMei4は中心的な役割を果たしている。しかし、この制御は長い間未解明であった。申請者は、第一減数分裂の進行には、Cdk1の15番目のチロシン残基のリン酸化制御が主要な制御機構であり、Mei4がCdk1の活性化因子であるcdc25遺伝子の発現を活性化することが必須であることを明らかにし、さらにwee1遺伝子もMei4の第一減数分裂の進行に必要なターゲットであることを解明した。分裂酵母において第一減数分裂の制御に転写因子であるMei4は中心的な役割を果たしている。また、減数分裂での細胞周期制御で重要な問題の一つはDNA複製と遺伝子組み換え開始のための二重鎖切断がどのように制御されているかほとんど未解明なことである。申請者は減数分裂のDNA合成と二重鎖切断の両方に必要な因子として、リボヌクレオチドリダクターゼ(RNR)を同定した。しかし、RNRを阻害した状態でも、DNA複製チェックポイントタンパク質であるRad3やCds1が機能を失うと、二重鎖切断がかなりの頻度で起こることが明らかになった。また、この時の二重鎖切断は正常な場合と同じ位置に生じ、組み換え開始に必要な因子を必要とした。すなわち、RNRが阻害され、DNA複製が阻害されると、チェックポイント因子が活性化し、二重鎖切断の開始を抑制するという新しいチェックポイント経路が減数分裂に存在することが明らかになった。さらに、この経路を分子レベルで解明するため、Cds1と物理的に結合する因子のスクリーニングの準備中である。また、Cds1の基質の候補となるタンパク質が実際にリン酸化されるか解析中である。申請者は、第一減数分裂の進行には、Cdk1の15番目のチロシン残基のリン酸化制御が主要な制御機構であり、Mei4がCdk1の活性化因子であるcdc25遺伝子の発現を活性化することが必須であることを明らかにし、さらにweel遺伝子もMei4の第一減数分裂の進行に必要なターゲットであることを解明した。さらに、weel遺伝子の発現が隣の遺伝子と共通の配列により調節され、隣の遺伝子の発現とweel遺伝子の発現が相反していることが明らかになった。さらに、Cds1の基質の候補となる二重鎖切断に必要なタンパク質にタグをつけ、Cds1によるリン酸化の検出を試みている。さらに、wee1遺伝子の発現が隣の遺伝子と共通の配列により調節され、隣の遺伝子の発現とwee1遺伝子の発現が相反していることが明らかになった。すなわち、wee1遺伝子は、第一減数分裂に進行するときに、発現量が減少し、隣の遺伝子の発現は上昇する。また、Mei4が存在しない時は、wee1遺伝子の減少は見られず、隣の遺伝子も発現上昇はない。しかし、Mei4が過剰発現した場合は、wee1遺伝子は早く減少し、隣の遺伝子は早く上昇する。この発現の詳細な機構については現在、解析中である。

さらに、Cds1と相互作用する因子を出芽酵母を用いたtwo-hybrid法を用いたスクリーニングにより転写因子と思われる遺伝子をクローニングした。この遺伝子の破壊株は必須遺伝子であることが報告されていたため、条件変異株を作成することが必要になった。条件変異株を作成するため、当該遺伝子をクローニングして、ランダムに変異をいれたものを分裂酵母に相同組換えにより戻し、温度感受性になるものをスクリーニングした。その結果、複数の株が温度感受性を示したので、現在、塩基配列を決定して、確認中である。分裂酵母において第一減数分裂の制御にフォークヘッド型転写因子であるMei4は中心的な役割を果たしている。しかし、この制御は長い間未解明であった。申請者は、第一減数分裂の進行には、Cdk1の15番目のチロシン残基のリン酸化制御が主要な制御機構であり、Mei4がCdk1の活性化因子であるcdc25遺伝子の発現を活性化することが必須であることを明らかにし、さらにwee1遺伝子もMei4の第一減数分裂の進行に必要なターゲットである可能性を見いだしている。Mei4によるwee1遺伝子の発現の機構を詳しく調べてみると、Mei4が認識するFLEX配列が5'上流に5つ存在していることがわかった。この配列にMei4がin vivoでもin vitroでも結合するかどうか検討中である。また、隣の遺伝子と共通の配列により調節され、隣の遺伝子の発現とwee1遺伝子の発現が相反していること可能性がある。すなわち、wee1遺伝子のmRNA量は、第一減数分裂に進行するときに減少し、隣の遺伝子のmRNA量は上昇する。また、Mei4が存在しない時は、wee1遺伝子のmRNA量の減少は見られず、隣の遺伝子のmRNA量も発現上昇はない。その結果、複数の株が温度感受性および低温感受性を示したが、目的の遺伝子ではなく、すべて違う場所に変異が生じたものであることが判明したため、やり直している。この配列にMei4がin vivoでもin vitroでも結合するかどうか検討し、両方で結合していることを示した。
ニューラルネットワークを用いた回転機の音響診断に関する研究

回転機(コンプレッサ)のバルブ異常を音響法により診断することを目的として、これまでに特徴抽出ネットワークと異常識別ネットワークからなるハイブリッド・ニューラルネットワークを提案し、良好な結果を得ている。しかしながら、これまでの検討は主に一台の回転機の一つのバルブしか診断対象としてなかった。そこで、本研究では実用化への見通しを得るために、実際の工場での使用を念頭において複数台の回転機の複数個のバルブ部を一つのマイクロフォンで診断する場合に、提案するネットワークの評価と問題点の抽出及びその改善策の検討を目的としている。これらのために、実際の工場での使用を模倣した種々の診断パラメータ(バルブ部を構成している弁板やスプリングに加える人工欠陥の種類、マイクロフォンの位置や方向、ノイズの付加、吐出圧の変動、診断対象のバルブなど)のもとで回転機の稼働音を収集した。そして、前処理としてFFT分析を施した周波数スペクトラムを用いて、次のようなシミュレーション実験を行った。既に提案しているハイブリッド・ネットワークの評価を行うと共に、その問題点の抽出を検討した。問題点として(a)膨大な学習時間。(b)ローカルミニマムでの停留などについての改善策を検討した。その改善策として中間層の活性化関数にガウス関数を持つネットワークを適用した。シミュレーション実験より上記の問題点に対して良好な結果を得た。また、これらの内容を論文投稿した。
昆虫の能動的触覚情報と自己移動情報による空間行動

本研究は、昆虫の空間認知と空間行動の神経機構の解明をめざして実施され、以下の成果を得た。(1)小規模な閉鎖環境におけるコオロギの空間選択行動について、既知の結果に基づき、より詳細で定量的な解析結果が得られた。(2)自由歩行する動物から脳ニューロン活動を記録しつつ、体の位置および方向を高頻度で同時記録できる実験装置(行動-神経活動計測システム)の開発に成功した。(3)同システムを用いて、行動と脳ニューロンの活動様式の関係について明らかにした。【目的と概況】本課題の目的は、夜行性昆虫がどのような神経機能により周囲の空間構造を知り、いかに適切な場所へ自身をナビゲートするのかという神経科学上の問題について、コオロギの小スケール空間行動をモデルとして解明することにある。研究の立上げに当たる本年度は、まず行動実験システムを開発、確立し、次にこれを用いて昆虫の空間認知能における既知の行動学的知見を再検証することを主な目標とした。しかし代表者が平成19年10月に現所属へ異動したため、研究環境が大きく変化し、得られた成果は後述のように実験系の開発に限られた。平成20年度からは新たな研究協力者として修士大学院生1名と学部学生1名が得られ、かつ研究環境も整備されつつあるので、遅れを取り戻せるものと考えている。【行動実験システムの開発状況】人工的閉鎖空間における非拘束動物の行動を自動計測するシステムの開発に着手した。まず各種条件を満たすXYレールガイドとサーボモータ2セットを準備し、機械駆動系を作製した。レールガイドのステージにはCCDカメラを搭載し画像センサに接続した。1台のCCDカメラはアリーナ中における動物の現在位置座標を取得し、もう1台のCCDカメラは動物の体軸方向、アンテナ水平位置等を記録するが、現在は位置検出用のカメラ1台のみで運転中である。本システムでは、動物の現在位置座標をプログラマブルコントローラ(PLC)へ送り、常に画像上の定点に戻すような負帰還制御信号をサーボモータへ送る。この負帰還信号の積算が動物の行動軌跡を与える。これら一連の処理を実行するPLCプログラムは、その暫定版が既に完成した。現在、より洗練されたサーボ制御をするためのプログラム修正や、ニューロン活動と行動を同時記録するためのサブシステムの構築をおこなっている。本課題の目的は、夜行性昆虫の空間行動の神経機構について、コオロギをモデルとして解明することにある。最終年度に当たる本年度は、開発途中の実験システムの完全実用化と、同システムを用いた昆虫の空間行動のニューロン機構の解析を目的として実施された。【実験システムの確立】昨年度のシステムは、動物の現在位置座標を取得するのみであったが、本年度は新たに動物の体軸方向を計測する機能が追加された。さらに自由歩行条件下で問題となる電極ワイヤのねじれを補償するユニット(アクティブ・スリップリング)が追加搭載された。以上によりサンプリング頻度30Hzで動物の位置座標と体軸方向をモニタしつつ、生体信号lChを最大10時間記録できる行動-神経活動計測システムが完成した。当初計画したアンテナ運動の計測機能については、その演算処理負荷が大きいため断念したが、その他についてはほぼ予定通りの性能が達成できた。【行動実験】脳への電極埋込み手術の影響を調べる対照実験として、当初は行動のみについて解析予定であったが、システム開発に予想外の時間が費やされたため断念した。【空間行動と脳ニューロン活動の関係】完成した行動-神経活動計測システムを用いて、前大脳領域(中心複合体およびキノコ体周辺)からニューロン活動を記録し、閉鎖空間における行動との関連を解析した。いわゆる場所細胞のような空間認知に関わるニューロンの発見には至らなかったが、(1)歩行開始時に興奮するニューロン、(2)歩行中に興奮するニューロン、(3)歩行終了時に興奮するニューロン、(4)歩行開始時に抑制されるニューロンなどの存在を明らかにした。またこれらのニューロンの多くが様々な体部位表面への機械刺激に対して興奮応答を示した。以上の結果は、中心複合体およびキノコ体が感覚入力を受けつつ、体移動の発現と調節に関わるという従来の仮説を支持するものである。
ぶどう膜炎続発緑内障における前房内環境の免疫学的解析とその臨床的応用

研究代表者の専門とする緑内障疾患は、日本において失明原因の第2位であり、現代においてもその治療法の進展が急務とされる分野である。当研究において、免疫学的観点という全く新しい視、点から開放隅角緑内障患者の前房内環境を解析し,新しい治療法に結びつく可能性を検討した.眼球の前房内は以前より「隔絶された免疫寛容の場」として知られており、角膜移植の場合、他の部位に比べて生着率が高く、眼内に特・殊な免疫制御機構があると考えられていた.またマウス眼内の虹彩上皮細胞は,T細胞に対して調節作用を持ち、眼内を免疫寛容の状態に保っていることが知られてきた.そこで申請者は,手術で得られた緑内障、患、者の虹彩上皮細胞をしばらく培養した後に,免疫制御に関係する細胞表面マーカーを検索したし当研究は当大学倫理委員会の承諾を得ており,被検者からインフォームドコンセントを得た場合のみ行った,検索結果より虹彩上皮細胞には,補助刺激因子のひとつであるB7-2分子に比べ,B7-1分子が抑制されており,さらにアポトーシス関連分子であるPDL-1が強く発現していた.このように虹彩上皮細胞に特徴的な分子が発現していたことを踏まえ,中請者は次に虹彩上皮細胞に免疫制御作用があるか検討を行った.具体的には虹彩上皮細胞とT細胞を抗CD3抗体とともに共培養し,T細胞の増殖反応を3H uptakeで測定した結果,虹彩上皮細胞を加えた群では有意にT細胞増殖反応が抑制された.これより,虹彩上皮におけるB7分子経由でのT細胞の免疫制御とPDL-1分子経由でのT細胞のアポトーシス誘導の可能性が示され,前房内に炎症が惹起されてもこれらのメカニズムが動いて消l腿することが示唆された.研究代表者の専門とする緑内障疾患は、日本において失明原因の第2位であり、現代においてもその治療法の進展が急務とされる分野である。当研究において、免疫学的観点という全く新しい視、点から開放隅角緑内障患者の前房内環境を解析し,新しい治療法に結びつく可能性を検討した.眼球の前房内は以前より「隔絶された免疫寛容の場」として知られており、角膜移植の場合、他の部位に比べて生着率が高く、眼内に特・殊な免疫制御機構があると考えられていた.またマウス眼内の虹彩上皮細胞は,T細胞に対して調節作用を持ち、眼内を免疫寛容の状態に保っていることが知られてきた.そこで申請者は,手術で得られた緑内障、患、者の虹彩上皮細胞をしばらく培養した後に,免疫制御に関係する細胞表面マーカーを検索したし当研究は当大学倫理委員会の承諾を得ており,被検者からインフォームドコンセントを得た場合のみ行った,検索結果より虹彩上皮細胞には,補助刺激因子のひとつであるB7-2分子に比べ,B7-1分子が抑制されており,さらにアポトーシス関連分子であるPDL-1が強く発現していた.このように虹彩上皮細胞に特徴的な分子が発現していたことを踏まえ,中請者は次に虹彩上皮細胞に免疫制御作用があるか検討を行った.具体的には虹彩上皮細胞とT細胞を抗CD3抗体とともに共培養し,T細胞の増殖反応を3H uptakeで測定した結果,虹彩上皮細胞を加えた群では有意にT細胞増殖反応が抑制された.これより,虹彩上皮におけるB7分子経由でのT細胞の免疫制御とPDL-1分子経由でのT細胞のアポトーシス誘導の可能性が示され,前房内に炎症が惹起されてもこれらのメカニズムが動いて消l腿することが示唆された.
弦場の理論とD-braneのダイナミックス

平成10,11,12年度の三年間にわたる本研究の研究成果は次の通りである。1.Unoriented open-closed string混合系の場の理論の構成:「向き付けできない開弦/閉弦の系に対する場の理論」のフルオーダーの作用を与え、treelevelでのBRS不変性の完全な証明を与えた。また、1-loopでのアノマリーと相殺すると予想されるグラフについても、そのアノマラスな1-loopグラフを同定した。さらに、このtree levelでのBRS不変性の証明にあたって、PeskinらのoriginalなGGRT定理を1-loopレベルまで拡張した定理を証明した。3.ブレーン世界シナリオの研究:我々の4次元世界の乗っている3-braneのfluctuation modeの重要性を指摘し、先ず、braneの張力が小さいとbulkのゲージ場のKaluza-Klein高励起モードの結合が指数関数的に抑圧されることを明らかにした。さらに、我々の物質場との相互作用を分析し、第5の力や超新星爆発後の中性子星の冷却過程への寄与を評価し、braneの張力の下限を求めた。また、ブレーン世界シナリオを真面目に研究する準備として、6次元時空で既に知られている超共形テンソル計算則から出発して次元削減の方法により5次元の超重力理論のテンソル計算則を導いた。次にそれに基づき5次元時空での一般の物質-ヤンミルズ-超重力系の不変作用を計算し具体的な表式を求めた。今年度の研究実績は次の通りである。1. Unoriented Open-closed string混合系の場の理論の構成:「向き付けできない開弦/閉弦の系に対する場の理論」は、1昨年に場の2次のオーダーまで構成し,そのゲージ不変性をそのオーダーまで示していたが、今回、その系の場の(フルオーダーの)作用を与え、treelevelでのBRS不変性の完全な証明を与えた。さらに、このtree levelでのBRS不変性の証明にあたって、PeskinらのoriginalなGGRT,定理を1-loopレベルまで拡張する必要があり、この拡張定理を証明しProgress誌に発表した。2.我々の4次元世界が高次元中の3次元膜(3-Brane)の場合の膜の揺らぎモードの研究:超弦理論の最近の最も重要な認識は、D-braneやOrientifold planeと言った高次元膜の存在である。これは、我々の4次元世界が実は、より高次元時空中での3-braneであるという新しい可能性を示唆する。我々の4次元世界の乗っている3-braneのfluctuation modeの重要性を指摘し、先ず、braneの張力が小さいとbulkのゲージ場のKaluza-Klein高励起モードの結合が指数関数的に抑圧されることを明らかにした。今年度は、5次元時空での超重力理論に関する以下の研究をおこなった。我々の4次元世界が実は高次元時空中に埋め込まれた3次元膜(3-Brane)である、とする考え方が、いわゆるブレーン世界シナリオの考え方である。ブレーン世界シナリオでは、超対称性が自発的に破れる隠れたセクターというのは我々のブレーンとは別のブレーンであるという実体的な解釈が与えられる。このようなシナリオで超対称性の破れの我々のブレーンへの伝播を真面目に調べるためには、いちばん簡単な状況でも、5次元の時空での超重力理論を構成しておく必要がある。今年度は、先ず、6次元時空では超共形テンソル計算則が既に知られているので、それから出発していわゆる次元削減の方法により5次元の超重力理論のテンソル計算則を求める仕事をした。具体的には、超重力のワイル多重項、物質場のベクトル多重項およびハイパー多重項などの超対称変換則や、それらを用いた不変作用公式、などの公式群を与えた。

次にその結果に基づいて5次元時空でのベクトル多重項およびハイパー多重項からなる一般の物質-ヤンミルズ系の超重力系に結合した系に対する不変作用を計算し、あらわな表式を求めた。
可溶性TCR分子を用いたT細胞活性の制御とT細胞認識抗原の検出

TSA細胞の活性を抗原特異的に人為的に抑制制御することが出来れば、自己免疫病、移植免疫、過剰免疫反応によって生ずる種々の免疫病あるいはアレルギーの治療に有効な治療法を提供することになる。我々は上記の目的を達成するために、H-2d MHC classI拘束性に卵白アルブミン(OVA)ペプチドを認識するTCRを発現しているT細胞ハイブリドーマDO11.10細胞より、TCRα,βをそれぞれコードする遺伝子を単離し、そのVα,Vβをリンカーで連結して、これをイッムノグロブリン遺伝子プロモーター、エンハンサーにつないでマウス骨髄腫細胞株で発現させ、scFv(単鎖可変領域フラグメント)型の可溶性のTCR分子を作成した。得られた分子は分子量25kDaでin vitroで安定であり、試験管内で大量に産生させることが出来た。このscFv型の可溶性TCR分子はH-2d MHC classIに結合した抗原ペプチドと特異的に結合した。このscFv型の可溶性TCR分子は元ののTCRと全く同じイディオタイプを保持していた。このscFv型の可溶性TCR分子は抗原ペプチド特異的に免疫反応を抑制し、抗原提示細胞上のペプチド抗原をMHC拘束性に認識し結合することがわかった。同様に、多発性硬化症の実験モデルであるExperimental allergic encephalomyelitis(EAE)を発症したSJL/Jマウスからミエリン塩基性蛋白(MBP)特異的T細胞株を樹立し、Vα及びVβcDNAを単離し、可溶性のscFv型TCRを作製した。今後は可溶性TCR分子を用いて自己反応性T細胞が認識し反応する自己抗原の組織内局在を蛍光抗体法、酵素抗体法を用いて同定し免疫組織学的に検出することを試みるとともに、T細胞の抗原特異的な活性化の抑制をin vitro,in vivoにおいて行う。卵白アルブミン(OVA)特異的T細胞ハイブリドーマDO11.10細胞より、TCRα、TCRβ鎖の可変領域cDNAをRT-PCR法を用いて単離した。得られたVβDβJβ及びVαJαを、Gly,Serのポリマーで構成した我々独自のリンカーペプチドに結合し、VβDβJβ-linker-VαJαのDNAを構築した。さらにN末にTagを付加した。これをベクターに導入し種々の細胞で発現させた。サイトメガロウイルス由来のプロモーターあるいは免疫グロブリン遺伝子プロモーター・エンハンサー等を用いて、CHO細胞、マウス骨髄腫細胞株などに発現させて安定形質変換細胞株を確立した。いずれの場合も、効率よく可溶性のscFv型のVα-Vβからなる分子が培養上清中に産生された。この可溶性TCR分子はH-2d拘束性OVA特異的TCRαβ遺伝子トランスジェニックマウス(DO)のT細胞の、OVAペプチド(OVA323-339)に対する増殖反応を抗原特異的に抑制した。さらにDO11.10由来のTCRαβに対する抗イディオタイプ抗体KJ1-26は、可溶型Vα-Vβ分子にintactなTCRαβと同程度に結合し、イディオトープも保存されていることがわかった。A20・B細胞株(H-2d)に抗原ペプチド(OVA323-339)を加え、MHCクラスIIに結合させ、得られた培養上清を加えると結合が見られ、我々の可溶性scFv型のTCR分子はMHC拘束性に抗原特異的に結合することが蛍光抗体法により確かめられた。

マウスEAEの発症に関わるSJL/Jマウス由来のT細胞クローンより、同様にVα、VβのcDNAを単離し、上記の方法で可溶性のscFv型のVα-Vβ-TCR分子を組換えDNA法により構築した。得られたTCR分子は、T細胞クローンのミエリン塩基性蛋白(MBP)ペプチドに対する反応性を抑制する事がわかった。T細胞の活性を抗原特異的に人為的に抑制制御することが出来れば、自己免疫病、移植免疫、過剰免疫反応によって生ずる種々の免疫病あるいはアレルギーの治療に有効な治療法を提供することになる。我々は上記の目的を達成するために、H-2d MHC classI拘束性に卵白アルブミン(OVA)ペプチドを認識するTCRを発現しているT細胞ハイブリドーマDO11.10細胞より、TCRα,βをそれぞれコードする遺伝子を単離し、そのVα,Vβをリンカーで連結して、これをイッムノグロブリン遺伝子プロモーター、エンハンサーにつないでマウス骨髄腫細胞株で発現させ、scFv(単鎖可変領域フラグメント)型の可溶性のTCR分子を作成した。得られた分子は分子量25kDaでin vitroで安定であり、試験管内で大量に産生させることが出来た。このscFv型の可溶性TCR分子はH-2d MHC classIに結合した抗原ペプチドと特異的に結合した。このscFv型の可溶性TCR分子は元ののTCRと全く同じイディオタイプを保持していた。このscFv型の可溶性TCR分子は抗原ペブチド特異的に免疫反応を抑制し、抗原提示細胞上のペプチド抗原をMHC拘束性に認識し結合することがわかった。同様に、多発性硬化症の実験モデルであるExperimental allergic encephalomyelitis(EAE)を発症したSJL/Jマウスからミエリン塩基性蛋白(MBP)特異的T細胞株を樹立し、Vα及びVβcDNAを単離し、可溶性のscFv型TCRを作製した。今後は可溶性TCR分子を用いて自己反応性T細胞が認識し反応する自己抗原の組織内局在を蛍光抗体法、酵素抗体法を用いて同定し免疫組織学的に検出することを試みるとともに、T細胞の抗原特異的な活性化の抑制をin vitro,in vivoにおいて行う。
血管内皮前駆細胞に注目した肺気腫病変と肺気腫合併肺高血圧の病態解析

金沢医科大学呼吸器内科または共同研究施設で10 pack year以上の喫煙者を対象に血中のDNA、RNAを抽出し、DNAよりPCR-RFLP法によりp53 codon 72変異、MDM2 SNP309変異を測定、血中RNAよりreal-time RT-PCRにて循環血中の血管内皮前駆細胞のマーカーとしてCD31、CD34、vWFのmRNAを測定した。いずれの多型も肺気腫病変に影響を与えており、CD31、CD34、vWF発現はいずれも喫煙コントロール群に比して中等症COPD群で低下し、喫煙患者群における血管内皮前駆細胞の発現低下がCOPD発生の機序に関与している可能性が示唆された。昨年度に引き続き、金沢医科大学呼吸器内科、福井大学呼吸器内科において呼吸機能検査と胸部CTを施行した喫煙歴を有する約350名の患者血液より抽出したDNAよりPCR-RFLP法によりp53(rs1042522)、MDM2(rs2279744)多型の検討を行った。同遺伝子多型群と胸部CTより計測された気腫化(%LAA)を比較した結果、p53遺伝子多型でG変異がC変異に比し、MDM2遺伝子多型でT変異がG変異に比し有意に%LAA値の上昇が認められた。上記検討から、p53遺伝子多型とMDM2遺伝子多型を組み込んだプラスミドを作成し、A549細胞とCR5803細胞に遺伝子導入を行い、p53遺伝子強発現状態での細胞増殖とアポトーシス因子の発現をMTS法とCaspase-3蛋白発現の検討、MDM2プロモーター活性をルシフェラーゼ法により評価したところ、p53遺伝子多型のG変異でC変異に比し、有為な細胞増殖抑制効果が認められ、MDM2プロモーター活性はT変異でG変異に比し、有意に低下が認められた、p53・MDM2遺伝子多型によるp53蛋白の機能変化が生ずる可能性が示唆され、肺細胞でのアポトーシス、ひいては気腫化に影響を与えている可能性が示唆された。また、現在は更なる患者群の検討と、COPD患者における血管増殖因子と肺気腫・肺高血圧症との関連の検討として、同患者群からPaxgene RNA採血管により凍結保存してある末梢血からRNAを抽出し、cDNAを作成、LightCyclerを用いたRT-PCRによる血中ECP遺伝子の検討が進行中である。金沢医科大学呼吸器内科、福井大学呼吸器内科において呼吸機能検査と胸部CTを施行した喫煙歴を有する約250名の研究協力に同意を得られた患者より得られた検体より抽出したDNA遺伝子より、PCR-RFLP法によりHIF-1α(rs11549465, rs11549467), VEGF (rs3025039), p53 (rs1042522), IL-6 (rs1800795)の検討を行った。同遺伝子群多型と胸部CTから得られた気腫化(%LAA)を比較検討したところ、p53 codon 72のC/G変異において、G変異で有意な気腫化病変を有する患者群の上昇を認めたため、p53関連遺伝子であるMDM2 SNP309, p27, p21遺伝子の追加検討を行ったところ、MDM2 SNP309のG/T変異でT変異で有意に気腫化病変の亢進群を認めた。上記検討により、MDM2 SNP309遺伝子多型により喫煙刺激でのp53蛋白産生が肺内で変化する可能性があり、またp53 codon 72のC/G変異により肺細胞のアポトーシスが亢進する可能性が示唆されたため、p53またMDM2遺伝子の多型を有するプラスミドを作成した。現在、同プラスミドを培養肺細胞に導入し同遺伝子の多型による機能解析を行っている。また、次年度は更なる患者群の検討とCOPD患者における血管増殖因子と肺気腫・気腫合併肺高血圧症との関連の検討として同遺伝子採血患者から採取保存してあるPaxgene RNA採血管より血中ECP遺伝子の検討をLightCyclerを用いたrealtime RT-PCRによる解析も開始している。金沢医科大学呼吸器内科、福井大学呼吸器内科において、喫煙歴を有する約358名の患者血液細胞から抽出したRNAより、LightCyclerを用いたReal timeRT-PCR法により血管内皮由来遺伝子であるCD31、CD34、vWF、アポトーシス誘導マイクロRNAであるmiR34aの半定量を行った。いずれの血管内皮由来遺伝子群も中等症COPD群で有意に低下していた。しかしながら重症群ではCD31、CD34、vWFいずれも発現が亢進している群が散見され、喫煙コントロール群と重症COPD群での有意差は認められなかった。CD31、CD34、vWF発現にはいずれも相関関係を認め、p53由来と考えられるmiRNA

34aは軽症から中等症COPD群で有意に上昇しており、各血管内皮遺伝子群と逆相関の関係を示していた。miR34aの発現は重症COPD群での発現が軽症中等症COPD群に比して低く、重症COPD群での血管内皮前駆細胞の発現を抑制している可能性が示唆された。COPDでは血管内皮前駆細胞の低下による疾患重症度に違いが生ずることが示唆されたが、重症COPD群では慢性低酸素血症による二次性肺高血圧症、慢性心不全による血管内皮前駆細胞の発現が亢進している可能性があると考えられる。また肺気腫化の指標である%LAAは一秒率と有意に相関していたが、血管内皮由来遺伝子群の発現とは有意な関連性は示されなかった。血中の血管内皮前駆細胞の発現は気流制限による呼吸状態や全身状態の悪化などの多因子が関与していることが類推され、血管内皮前駆細胞のマーカーと考えられる血管内皮由来遺伝子群の気腫化因子の違いにより、気腫化の程度や有無を類推することは困難と考えられた。肺循環、慢性閉塞性肺疾患同意患者からのサンプル数は順調に増加しており、目標の300症例を超えて進行中である。本研究では同意を得られた患者数の収集が最も困難であるが、検討開始後順調に増加しており、来年度中には目標数以上に達することが想定されるため。患者サンプルから抽出されたECP関連遺伝子発現の検討と患者背景のサブ解析を行い、気腫化(%LAA)とECP関連遺伝子、治療内容・呼吸状態・肺高血圧の合併の有無などとの詳細な比較検討を行う予定である。血管増殖因子遺伝子多型と肺気腫/肺気腫合併肺高血圧症との関連の検討を主に行う予定であり、肺の気腫化(%LAA)の評価:胸部HRCT画像のDICOMデータより%LAAを測定し、肺内の気腫化の程度により患者群の肺気腫の程度を評価し、CEP関連遺伝子の発現:Paxgene RNA採血管よりRNAを抽出し、逆転写酵素を用いてcDNAを作成し、CEPのmarkerであるVEGFR-1, VEGFR-2, CD133, vWF, PECAM-1, CD34, CD144のmRNAの発現をreal-time RT-PCRにて測定する。測定したCEP関連遺伝子の発現値よりCEP低下群とCEP上昇群に分類し、各群間での%LAAの値を検討しCEP遺伝子と肺気腫化病変との関連を検討する。また、患者群において右心不全を合併している群を抽出し、肺高血圧合併群と同程度の呼吸機能を有する肺高血圧非合併群との遺伝子発現の比較検討も行う。該当なし
第四紀の東南極氷床・南極環流変動史の高精度復元:氷床・陸棚・深海底トランセクト

東南極リュツォ・ホルム湾沖の南大洋の生物生産量は氷期に低下し間氷期に増加する.しかし,約43万年前より前の間氷期では生物生産が抑制されていた.この時代はmid-Brunhesevent(MBE)として近年注目されている気候システムの変換期に相当し,MBE以前の南大洋は海氷が夏季でも融解しない環境であった.また,コンラッド海台南西斜面には巨大砂丘様ベッドフォームであるマッドウェーブが存在し,海底下の反射面にも同様の構造が認められることから,これらは南極環流によって形成されたドリフト堆積体である.東南極リュツォ・ホルム湾沖の南大洋の生物生産量は氷期に低下し間氷期に増加する.しかし,約43万年前より前の間氷期では生物生産が抑制されていた.この時代はmid-Brunhesevent(MBE)として近年注目されている気候システムの変換期に相当し,MBE以前の南大洋は海氷が夏季でも融解しない環境であった.また,コンラッド海台南西斜面には巨大砂丘様ベッドフォームであるマッドウェーブが存在し,海底下の反射面にも同様の構造が認められることから,これらは南極環流によって形成されたドリフト堆積体である.南大洋オーストラリア区のコアSIR-1PC(南緯54度、東経140度)において、漂流岩屑(IRD)の産出量変動を復元し。過去3回の氷期末にいずれもIRDが顕著に増大すること、および、間氷期にはIRDかほとんど産出しないことを明らかにした。南極海リュツォ・ホルム湾陸棚上から採取した6本のコアのX線CTスキャナ解析および非破壊計測を実施し、堆積物の物性プロファイルを明らかにした。また、それらの元素分析を行い、有機炭素量が0.1%以下であり、炭酸塩含有量は検出限界以下の極めて低い濃度であることを明らかにした。平成20年2月に、学術研究船白鳳丸によるKH07-4 Leg3航海を実施し、南極海リュツォ・ホルム湾沖における海洋地質学的調査および海洋コアの採取を行った。海底地形および地震波探査データは、現在解析を進めている。新たに採取した3本の海洋コアについて、非破壊計測および堆積物組成の概要を把握するためのスライド観察を実施した。その結果,コンラッド海台コアCOR-1PC(南緯54度、東経40度)は白色の珪藻軟泥であり、含水率が非常に高いこと、磁性鉱物をほとんど含まないことがわかった。リュツォ・ホルム湾沖のコアLHB-3PC(南緯66度、東経40度)は、黄褐色を呈する珪藻質粘土であり、IRDもしくは混濁流堆積物の挟在を示唆する帯磁率のピークが周期的に現れている。グンネラス海台のコアGUR-1MC(南緯66度、東経33度)は、灰白色を呈する炭酸塩軟泥であり、浮遊性有孔虫を多産する。航海の成功により、本研究課題を遂行するための貴重な試料を入手することが出来た。得られたコアも古海洋変動を復元することが可能な堆積物であることがわかり、今後研究を進展させる土台が整ったと言える。白鳳丸KH07-4Leg3航海(平成20年2月)において,南極海リュツォ・ホルム湾沖から採取した海洋コアLHB-3PC(南緯66度,東経40度)の非破壊蛍光X線連続分析,古地磁気・岩石磁気分析,微化石層序解析,地球化学分析を行った.その結果,コア最下部の年代がおよそ65万年前に達すること,複数のタービダイト層が挟在することがわかった.また,生物源オパール量や磁性鉱物の粒径が,約10万年サイクルの気候変動サイクルに同調して変化していることがわかり,海洋表層における生物生産量は間氷期に増大し,氷期に減少していたと解釈される.また,コンラッド海台から採取されたコア(COR-1PC)の堆積物中から産する浮遊性有孔虫の放射性炭素年代測定の結果,コア最下部が約1万年前で平均堆積速度が40cm/kyrに達する珪藻軟泥コアであることが判明した.また,上記航海中に行った地形・地層探査,および,反射法地震波探査のデータ解析の結果,コンラッド海台南西斜面には巨大砂丘様ベッドフォームであるマッドウェーブが存在することが判明した.このマッドウェーブの比高は約30mであり,波長は数百mに及び,水深20003200m付近にのみ存在する可能性が高い.サイスミックプロファイルからは,海底下の反射面にも同様の構造が認められ,調査海域の北部域で特に顕著である.このような深海底のマッドウェーブは,南極底層水(AABW)影響を反映していると考えられる.南極海リュツォホルム湾沖コア(LHB-3PC)の有機炭素量および有機炭素同位体比を分析した.その結果,既に分析済みであった同コアのオパール量変動とほぼ整合的な結果を示し,南極表層水域では間氷期に生物生産量が増加し,氷期には低下していたことが判明した.また,有機炭素同位体比は間氷期で重く氷期で軽くなる傾向を示した.この結果も,同海域では氷期に生物生産量が抑制されていたことを強く示唆した.また,約43万年前を境に,生物生産量変動の振幅がより大きくなる傾向が示された.これはmid-Brunhes

eventとして注目されている気候変動様式の変換期に対応する.一方,コンラッド海台コア(COR-1PC)の珪藻群集解析の結果からは,完新世に数百年スケールの短周期の群集変化が存在することが新たに判明した.この短周期変動に見られる寒冷種が増加するタイミングは,浮遊性有孔虫の酸素同位体比が重くなる時代に概ね一致する.すなわち,南極環流影響下のコンラッド海台域には完新世に数百年スケールの表層水塊の変化,おそらく南極前線の南北振動が起こっていた可能性が示唆される.これらの成果は,これまで古海洋変動の復元研究例が限られていた南大洋インド洋区における第四紀の古海洋変動を明らかにした点で意義深い.
代謝イメージングによる心筋細胞における代謝ー興奮ー収縮連関の分子機構の解明

心臓の拍動には大量のエネルギーが必要であり、心臓の代謝状態や代謝産物は、エネルギー供給にかかわる重要な因子である。申請者は、エネルギー代謝基質であるピルビン酸が、エネルギー供給のみならず心室筋細胞や洞房結節細胞機能に積極的に関与する可能性を見出した。本研究は、代謝状態や代謝産物が心筋細胞の代謝ー興奮ー収縮連関を制御する分子メカニズムを明らかにするために、単一細胞代謝イメージングと細胞機能との同時測定、ならび包括的心筋細胞数理モデル構築、解析を行うものである。
感覚刺激を活用したリラクセーション技法(呼吸法)の効果に関する研究

視覚、聴覚、嗅覚に働きかけるような環境を調えた中で対象者(健康成人、患者)は呼吸法を行った。その結果、脳波から眠気が高まる可能性、唾液中のストレスホルモンの減少と免疫機構の高まりを認めた。気分の評価では、緊張・不安感、抑うつ気分、怒りなどが低下した。また、繰り返しの練習によって、血圧が低下し抑うつ気分はさらに改善した。呼吸法と環境調整の組み合わせが患者の心身を安定させることが明らかとなった。本研究の目的は、感覚(視覚、聴覚、嗅覚)を刺激してリラックスするための環境を整えた中で呼吸法を用いることにより、より一層リラックス反応が高まることを検証することである。本年度は、健常成人に対する基礎研究を行った。感覚刺激と呼吸法を併用した実験群(30名)、呼吸法のみの対照群(30名)を対象とし、生理的指標として脳波、心拍変動、血圧、皮膚温、主観的指標として感情プロフィール尺度(精神的リラックス反応の評価)を実施前後に測定した。環境の調整方法は、人工気候室にて温度・湿度を一定とした上で、自然環境の映像(視覚)、それに伴う自然音(聴覚)、樹木の香り(嗅覚)を用いて行った。実施する呼吸法は、呼気を吸気の2倍の長さで行う腹式呼吸とした。すべての指標において、両群ともに同様の変化を示し、群間比較による有意差は認められなかった。両群において実施中にα波とβ波は増加傾向を示し、実施後はθ波が増加した。しかし、実験群では、測定したすべての部位においてθ波の増幅が大きく、C_3、P_3、O_1において有意差が認められた。心拍変動と血圧は、両群ともに実施前後での変化はほとんどなかった。皮膚温は、両群ともに実施前に比べ実施中、実施後に有意に上昇した。POMSは、両群ともに「活気」以外は有意に減少した。以上から両群ともに実施した呼吸法によってリラックス反応が引き起こされたと考えられる。環境を調整したことによる影響としては、θ波の結果から呼吸法を単独で実施するよりも、より眠気を導く可能性があることが示唆された。また、実施後の自由記述から「映像があった方がリラックスできる」「環境に適した香りで心地よい」などの反応もあり、今後、さらに検証し、療養環境において環境を整えることの重要性を明らかにしたい。本研究の目的は、感覚(視覚、聴覚、嗅覚)環境を調整した中で呼吸法を行うことによってリラックス感が高まることを検証することである。本年度は、A病院を受診した外来患者51名を対象として行った。場所は、カーペットが敷かれ、ソファとテーブルが設置された外来部門の相談室を使用した。視覚的な環境の調整として、単なる観葉植物ではなく、季節感を感じてもらうため、季節の草花や樹木の花を配置した。また、室内の壁面には、その季節に応じた自然環境の写真を配置した。聴覚環境の調整としては、CDプレーヤーを用いヒーリング音楽を流した。嗅覚環境の調整としては、ラベンダー等の精油をフットランプに滴下して室内に拡散させた。この環境の中で、呼吸法を行い、実施前後に血圧、脈拍、リラックス度、唾液中のアミラーゼ濃度を測定した。対象者の平均年齢は47.8±13.2歳、男性5名、女性46名であり、いずれもリラクセーション技法としての呼吸法の体験は初めてであった。収縮期血圧は、実施前122.7mmHgから実施後116.5mmgへ低下し有意な差があることを認めた。拡張期血圧はわずかな低下であった。脈拍は82.8回/分から77.7回/分へ低下し有意差を認めた。リラックス度は16.0点から22.2点に上昇し有意差を認めた。唾液中のアミラーゼ濃度は、わずかに低下したが有意な差は見出せなかった。また、「季節の植物があると気持が落ち着く」「香りが心地よい」「自然な音楽でリラックスできる」などの環境が心地よいことを示す意見も聞かれた。以上から、感覚環境を調整した中での呼吸法の実施は、リラックス感を高める可能性があると考えられる。本研究の目的は、感覚(視覚、聴覚、嗅覚)を刺激してリラックスするための環境を整えた中で呼吸法を用いることが、ベッド上で過ごすことが多い入院患者のリラックス反応を導き出すという効果を検証することである。対象はA病院放射線科に入院中の患者12名とした。対照群、実験群ともに、ベッド上で臥位のまま呼吸法を実施した。対照群に対しては、研究者による呼吸法を実施するための声かけのみを行った。実験群に対しては、以下の環境を調整した中での呼吸法の実施とした。

視覚を刺激する方法としては森林の映像、聴覚を刺激する方法は、映像にあわせた川のせせらぎ音や鳥の声とし、市販のDVDの音楽の含まれていない部分を使用した。また、嗅覚を刺激する方法として、αピネンが多く含まれたひのき精油をディフューザーを用いて拡散させた。評価指標は、心拍変動解析によるHF、LF/HF、心拍数、唾液中のコルチゾール濃度、POMS日本語版とした。すべての指標において、両群ともに同様の変化を示し、群間比較による有意差は認められなかった。両群ともに実施した呼吸法によってリラックス反応が引き起こされたと考えられる。実験群の対象者から「森林の中で寝そべっているようで気持ちよかった」、「ほのかな香りが心地よかった」などの反応もあり、環境を調整したことによる影響があった。対象者数が少ないため、継続してデータを蓄積し療養環境において環境を整えることの重要性を明らかにしたい。
中赤外OH吸収帯波長高出力超短パルスファイバーレーザーの開発

エルビウムを添加したフッ化物ガラス光ファイバーを用いた波長2.7μm帯の高出力な超短パルスファイバーレーザーの要素技術を開発した。ピコ秒パルスの発生に必要な超短パルスレーザー発振器とそのパルスを増幅するために必要な高出力レーザー増幅器の基礎技術を実証し、赤外域レーザー技術を進展させた。本研究の目的は、Erドープフッ化物ガラスファイバーレーザーによる2.8μm帯超短パルス光の発生と増幅に関する基礎技術を確立することである。今年度はその初期段階として、低分散フッ化物ガラスファイバーの開発と同ファイバーの発振特性、波長可変特性の測定、及びモード同期法の開発に取り組んだ。ファイバーのコア径およびコア/クラッドの屈折率比を最適化することにより、幅広い波長域において低い群遅延分散を示すフッ化物ガラスファイバーを制作した。群遅延分散に波長2.8μmにおいて4ps/km/nmと予想され十分に小さな値である。Erの高濃度ドープにより高効率な連続波発振を実現し、500mW程度の高い出力を得た。また、回折格子を用いた波長選択発振においては、これまでに報告されている波長可変域を長波長側へ拡大することに成功し、我々の知る限り最も広い波長可変域を得た。波長域の拡大により、ガスセンシング等における応用範囲の拡大が期待される。さらに、モード同期法の開発として、石英系ファイバーレーザーで実績のある非線形偏波回転法を中赤外波長へ応用することを試みた。非線形偏波回転法によるモード同期発振を実現するにはリング共振器が安定性の面で有利であるため、フッ化物ガラスファイバーによるリング共振器を開発し、世界で初めて単一方向発振に成功した。以上の成果により、Erドープフッ化物ガラスファイバーレーザーによる2.8μm帯超短パルス発生へ向けた技術的見通しが得られた。平成21年度は超短パルス発生のためのモード同期発振の実証、及び高平均出力レーザー動作の実証を実施した。1.モード同期発振の実証:波長2.8μm帯における超短パルス光発生技術を確立するため、ZBLAN系フッ化物ガラスファイバーを用いたモード同期発振に関する先駆的実験を実施した。昨年度に開発した低分散フッ化物ガラスファイバーを用いたリング型発振器に偏波制御を施し、世界で初めて非線形偏波回転によるモード同期パルス列の観測に成功した。現状では安定性の問題が残り、実用化へ向けた更なる開発が必要である。2.高平均出力レーザー動作の実証:モード同期発振器からの低出力の超短パルスを、ファイバーレーザー増幅器により高平均出力・高ピーク出力パルスへと増幅するための基礎技術を確立するため、ZBLAN系フッ化物ガラスファイバーの高出力連続レーザー発振における熱的特性を実験的に調べ、熱的限界を向上させる技術の開発を行った。その結果、世界最高出力の連続波2.8μm帯ファイバーレーザーの開発に成功し、これまで飛躍的な高出力化が困難と考えられてきたフッ化物ガラスファイバーレーザーが高平均出力レーザーとして高い能力を持つことを実証した。以上の成果により、Erドープフッ化物ガラスファイバーレーザーによる2.8μm帯超短パルス発生・増幅へ向けた技術的見通しが得られた。