hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
In-vitro遺伝子導入法による心臓電気活動の制御機構の解明

本研究では、HVJ-リポゾーム法を用いて生体内にて外来遺伝子導入法を確立させる事を第一の目的とし、心筋梗塞などのモデルマウスを作製し心不全、心筋虚血などの各種病態生理下における心筋電気活動の制御機構を生化学的にまた電気生理学的に解析する事により、心室性不整脈発生メカニズムを明らかとする事を第二の目的とした。さらに外来遺伝子導入によりこれらの病的電気活動を正常化させる事が出来るかどうか検討する事を第三の目的とした。【結果1】ルシフェラーゼ発現ベクターをHVJ-リポゾーム法にて生体内遺伝子導入したところ心筋細胞に高度のルシフェラーゼ活性を認め、生体内心臓遺伝子導入が可能であることが明らかとなった。【結果2】ラット心筋梗塞モデルでは、プログラム電気刺激により致死性不整脈の誘発に成功した。【結果3】各心房性利尿ホルモン受容体遺伝子(A、BおよびC型)の発現は心筋梗塞後のリモデリングの過程において著明に変化した。特にA型およびB型心房性利尿ホルモン受容体mRNA量はダウンレギュレーションを受け、サブクラス特異的な制御機構を有すると考えられる。【結果4】心房と心室ではKv1.2とKv1.5の発現制御が異なっており、これらのチャネル発現量の変化は心筋梗塞後リモデリングに伴う電気生理学的変化に関与している可能性が示唆された。さらに、今後、外来遺伝子導入によりこれらの病的電気活動を正常化させる事が出来るかどうか今後の興味がもたれる本研究では、HVJ-リポゾーム法を用いて生体内にて外来遺伝子導入法を確立させる事を第一の目的とし、心筋梗塞などのモデルマウスを作製し心不全、心筋虚血などの各種病態生理下における心筋電気活動の制御機構を生化学的にまた電気生理学的に解析する事により、心室性不整脈発生メカニズムを明らかとする事を第二の目的とした。さらに、今後、外来遺伝子導入によりこれらの病的電気活動を正常化させる事が出来るかどうか今後の興味がもたれる平成9年度はHVJウイルスを用いた遺伝子導入法を確立し、また不整脈解析の疾患モデルを作製することを目的とし、以下の実験を行った。【実験計画】(1)心臓への遺伝子導入SDラットを麻酔下にて開胸し拍動心へシリンジを用いて直接心筋へHVJ-リポゾームを注入する。一旦閉胸し48時間から72時間後に心臓を取り出し、コントロール遺伝子としてまずルシフェラーゼ遺伝子を導入し、ルシフェラーゼ活性を測定することにより心筋遺伝子導入の有無を検討する。(2)疾患モデルの作製ラット心筋梗塞モデルを作製し、心筋梗塞後の致死性不整脈発生機序を生化学的解析する。【結果】われわれはHVJ-リポゾームの作製に成功し、心筋に著明なルシフェラーゼ活性を認めた。また心筋梗塞ラットを用いた研究では、非心筋梗塞部位において著明な心筋肥大、またイオンチャネルの発現量の変化を認めた。さらに電気刺激による不整脈誘発試験にて不整脈発生の基質となりうることを明らかとした。【まとめ】ルシフェラーゼ遺伝子は心筋細胞に発現されており、生体内心臓遺伝子導入が可能であることが明らかとなった。ラット心筋梗塞モデルを用いた実験で心筋梗塞後の心筋は著明に肥大しており、不整脈発生の基質と成り得ることが明らかとなった。さらに遺伝子導入法を用いて不整脈発生の分子機構を解析する予定である。平成10年度はラット心筋梗塞モデルを作製し潤ウイルスを用いた遺伝子導入法の作製、イオンチャネルならびに心房性利尿ホルモン受容体発現の制御機構を解析した。実験計画昨年はHVJ-リポソーム法を用いて生体内心臓にコントロール遺伝子としてまずルシフェラーゼ遺伝子を導入し、著明なルシフェラーゼ活性を認めた。本年度はGteen Fluorescent Protein(GFP)の発現ベクターを遺伝子導入し、蛍光活性をレーザー共焦点顕微鏡にて解析した。またラット慢性心筋梗塞モデルを用い非梗塞部心筋における膜電位依存性Kチャネルならびに心房性利尿ホルモン受容体の発現量を検討した。結果GFP発現ベクターを遺伝子導入する事により心筋細胞内に遺伝子導入することが可能であることが組織レベルで明らかとなった。また、膜電位依存性カリウムチャネルならびに心房性利尿ホルモン受容体の発現量は心筋梗塞において著明にその発現量が変化することが明らかとなった。まとめGFP発現ベクターを遺伝子導入することにより心筋細胞内への遺伝子導入が可能である事が組織レベルで明らかとなった。また膜電位依存性カリウムチャネルならびに心房性利尿ホルモン受容体の発現量の変化は心筋梗塞後リモデリングに伴う電気生埋学的変化あるいはリモデリング形成自体に関与している可能性が示唆された。

さらに我々はこの生体内遺伝子導入法を用いて、ラット心筋梗塞モデルにおける心筋梗塞後の不整脈およびリモデリング発生機序を分子レベルで解析する事を目的とする。平成11年度はラット心筋梗塞モデルを用い、心筋リモデリングの過程での血行動態ならびに組織学的変化を解析した。また、近年開発されたReal TimePCR法を用いて心筋梗塞に伴うイオンチャネルならびに心房性利尿ホルモン受容体遺伝子発現の制御機構を解析した。【実験計画】Real TimePCR法を用いて、心筋梗塞後リモデリングの過程での心筋内微量mRNAの変化を定量的に解析した。【結果】(1)近年開発されたReal TimePCR法により心筋内微量mRNAの定量が可能であった。(2)膜電依存性カリウムチャネルならびに、各心房性利尿ホルモン受容体遺伝子(A、BおよびC型)の発現は心筋梗塞後のリモデリングの過程において著名に変化した。特に、(3)C型受容体とは異なり、A型およびB型心房性利尿ホルモン受容体mRNA量はリモデリングの進展に伴いダウンレギュレーションを受けた。【まとめ】心筋梗塞後のリモデリングの進展に伴い、膜電位依存性カリウムチャネルならびに各心房性利尿ホルモン受容体遺伝子の発現量は著名に変化した。特にA型およびB型心房性利尿ホルモン受容体mRNA量はダウンレギュレーションを受け、サブクラス特異的な制御機構を有すると考えられる。本年は(1)心房性利尿ホルモン受容体遺伝子に焦点を絞り転写調節領域をふくむレポーター遺伝子を、昨年確立したHVJ-リポゾーム法を用いて生体内遺伝子導入し、各受容体の転写調節機構を解析する。さらに、(2)A型およびB型心房性利尿ホルモン受容体を非梗塞心筋に強制発現させることにより心肥大の退縮が可能かどうか検討する。平成12年度はラット心筋梗塞モデルを用い、1:プログラム電気刺激を用いて致死性不整脈を誘発させる事によりマウス不整脈モデルを確立させる事、2:ダウンレギュレーションを受けた遺伝子をアデノウイルス遺伝子に組み込み病的心筋に過剰発現させることにより、心筋肥大あるいは病的心筋電気活動を正常化させる事が可能かどうか検討することを目的に実験を行った。結果(1)各心房性利尿ホルモン受容体遺伝子(A、BおよびC型)の発現は心筋梗塞後のリモデリングの過程において著明に変化した。(2)心房と心室ではKv1.2とKv1.5の発現制御が異なっており、これらのチャネル発現量の変化は心筋梗塞後リモデリングに伴う電気生理学的変化に関与している可能性が示唆された。(3)また近年開発された、薬剤により遺伝子発現の制御が可能なアデノウイルスベクターに、転写量の減少している遺伝子を組み込んだリコンビナントアデノウィルスを現在作製中である。まとめ心筋梗塞後のリモデリングの進展に伴い、膜電位依存性カリウムチャネルならびに各心房性利尿ホルモン受容体遺伝子の発現量は著明に変化した。
東京大都市圏における集積の経済と不経済に関する実証的政策研究

本研究においては、平成9年度で構築した東京大都市圏に関する理論モデルをさらに展開し、社会的に最適な都市地域構造を実現するための、集積の経済と不経済に関する均衡条件を示し、それらの条件を達成するためにどのような都市地域政策が必要かを分析した。また、理論分析の結果を踏まえて、次のような二つの都市地域政策を取り上げ、より具体的な政策研究を試みた。1.首都機能移転による東京大都市圏への効果について。ここでは、首都機能移転が行われる前後の東京大都市圏内における集積の経済と不経済の空間分布状況を比較することにより、移転による東京大都市圏への効果を推定しようとした。その結果、効果が最も大きいケースでは、全域における集積の経済性が不経済性を下回り、東京大都市圏の総規模は縮小する。一方、移転効果が最も小さいケースでは、全域における集積の経済性が不経済性を上回っている今の現状は影響されず、東京一極集中現象は大きく変わらない。しかし、いずれの場合でも、東京大都市圏内の周辺都市と地域は首都機能移転より大きな影響を受けることになる。2.集積の経済・不経済と日本の地域間最適資源配分について。ここでは、地方公共財の地域間最適配分に関する均衡条件を理論的に導出し、日本の47都道府県における資源配分の現状を明らかにしようとした。その結果、各都道府県の社会的限界純便益の値は均等ではなく、地域間の最適資源配分は達成されていないことが分かった。社会全体の効率性を向上させるためには、社会的限界純便益の大きい地域へ社会資本の投資や財政移転が行われる必要があるが、日本の現状ではむしろ逆になっているとの現状を分析した。本研究においては、東京大都市圏における集積の経済(性)と集積の不経済(性)の構成要因を検証するために、都市地域における集積の経済と不経済に関する既存の研究資料を幅広く収集・整理し、当該研究分野の現状、課題及び今後の展開方向を把握した上、企業と住民を基本的な経済主体とする現代都市経済学の理論モデルを構築し、都市地域における集積の経済と不経済の関数を導き出した。そして、この理論モデルから得られた結論に対して、東京都心を中心とする半径50キロ範囲内の市(区)町村に関する人口一人当りの現金給与額と課税対象所得額、産業と職業別の就業者構成比、住宅地価、通勤・通学平均所要時間と都市公園面積比率など居住環境水準を表わす統計データを用いて、東京大都市圏における集積の経済と不経済の構成要因を計量的に推計した。その結果、同地域における集積の経済は主に管理業務機能、金融業務機能及び公的業務機能の空間的な集中によって生み出されるが、集積の不経済は主として住宅地価の高騰、通勤・通学時間の延長化及び都市公園面積比率や公共下水道普及率などの生活環境水準の低下によって表わされることが分かった。以上の推計結果から、業務機能や人口の空間的な集中はプラスとマイナスとの両側面の効果をもつことが改めて実証された。そこで、本論文では、都市地域の集中現象を論じる際は必ずやそれぞれの両側面を分析・比較する必要であることを主張し、また、東京大都市圏における一極集中の問題の解決については、同地域における集積の経済(性)と集積の不経済(性)とのバランス状況をうまく調整すればよいとの提言を行っている。
農業経営における家族経営・小規模経営によるコンセプト提案マーケティングの日米比較

アメリカ合衆国における、小規模経営、家族経営による農業および関連産業のマーケティング戦略について、聞き取り調査等を実施した。本研究において調査対象とした小規模経営、家族経営の農業経営は、現在、アメリカ合衆国に185万経営体存在するとされており、同国における農業経営体数の大半を占めている。その中でも、特に付加価値の高い農産物を生産、販売する農業経営者を対象とした。また、農業に関連する食品産業としてクラフトビール産業を対象に、家族経営クラフトビールメーカーのマーケティング戦略についても調査を行った。アメリカ合衆国では1980年代中ごろからクラフトビールメーカーの数が急激に増加しており、各地に大小さまざまなクラフトビールメーカーが存在している。その多くは、巨大なナショナルブランドビールに対抗するためニッチ戦略を採用しており、家族経営におけるマーケティング戦略の優良事例として捉えることができる。本研究の調査から、アメリカ合衆国における小規模経営、家族経営のマーケティング戦略の特徴について以下の点が示唆された。小規模経営、家族経営における意欲的な経営者の多くが、Facebookを中心としたSNSを活用し自経営の認知や、消費者からの共感を高めようとしていた。その中では、ナショナルブランドをはじめとした大企業に劣りがちな価格面でのデメリットを打ち消すだけの、品質もしくは社会的価値(あるいはその両方)のメリットをアピールし、それに共感する消費者を顧客ターゲットとしていた。この社会的価値は、特に地域社会(Local)や環境(Ecology)の占める割合が高い。このため、地域社会とのつながりを重視する経営者が多い。さらに、SNSと並行して消費者が参加できるイベントによる顧客の囲い込みも重視される傾向があった。当初予定していた通り、アメリカ合衆国における小規模経営、家族経営の農業経営のマーケティング戦略について、調査を実施した。また、それに加えて研究目的を達成するために、クラフトビールメーカーのマーケティング戦略を調査することができた。日本における、農業経営のマーケティング戦略ならびにクラフトビールメーカーのマーケティング戦略を調査し、日米比較を通じた考察を行う予定。当初予定していた、人件費謝金の支払いが必要なかったため、次年度使用額が生じた。生じた次年度使用額は、調査のための国内旅費または国際学会参加等のための海外旅費として使用する計画。
遺伝子組換え植物見本園の作成と継続的モニタリング及び情報提供

○研究目的日本ではGMについて消費者の不信が根強く、研究栽培さえ容易ではない。今後GMの問題点と利点の両方の情報をきちんと整理して消費者に提供し、これらを理解してもらった上でGMについての判断を促す事が必要である。本研究ではGM作物を栽培し、見学者へ情報提供してその効果を確認する。またGMの安全性の問題の一つである土壌微生物相への影響の有無を確認する。○研究方法除草剤耐性デントコーンを非GMと共に栽培し、見学者に観察してもらった。アンケートの反応を分析して情報提供のよりよい進め方を検討した。土壌微生物相の検定として裸地土壌、GM栽培土壌、非GM栽培土壌について、慣行法である希釈平板培養法(細菌等、放線菌、糸状菌数を調査)とDGGE法を実施し、両者を比較検討した。○研究成果アンケートから安全と理解してもイメージが嫌だという意見と、食品としては拒絶するが環境浄化などの機能性GMについては好意的な意見が多いことが示された。今後は環境浄化の部分を強調して、まずGMのイメージの底上げを図るのが第一歩ではないかと考えられる。培養法でのコロニー数は全ての菌種で同桁であり、有意差は見られなかった。しかしDGGE法では裸地土壌とGM、非GM栽培土壌のバンドパターンが異なった。これは植物根が土壌微生物相を活性させるという知見を裏付けたものと考える。しかもこの違いはGM-非GM間の違いよりも著しく、GM特有の土壌微生物相への影響は立証されなかった。しかしGMの影響が全くないという明確な証明ではなく、今後さらに詳細な研究が必要である。培養法で得られたコロニー群をDGGE法にかけて比較すると、GC含量が低い部分のみにバンドが得られた。よって培養で検出される菌種はDGGE法で検出される菌種のごく一部に過ぎず、菌相の詳細な検討が求められた場合は慣行法のみでなくDGGE法等の併用も必要と結論付けられた。
基礎自治体における係争的施策領域への無作為抽出型市民参加手法の適用に関する研究

我が国の基礎自治体における無作為抽出型市民参加の特徴を係争的課題の政策判断への活用という視点に立って分析し、その活用上の留意点と自治体ガバナンスに与える影響を明らかにした。本研究は、無作為抽出型市民参加の特徴と運用上の留意点、そして、自治体政策決定・運用過程全体に与える影響を係争的課題の政策判断への活用という視点に立って考察するものである。平成23年度は前年度からの事例分析に加え、いわゆる「事業仕分け」への市民参加に関する自治体アンケートを実施し、無作為抽出型参加の活用状況等を調査した。研究期間全体の調査分析から、東京都新宿区「第2次実行計画のための区民討議会」や埼玉県和光市「大規模事業検証会議」に象徴されるように、無作為抽出型市民参加は、決算ベースでの事中・事後段階への「仕分け」だけではなく、事前評価、つまり政策形成手続きの「川上」に位置する「政策のアセスメント」へも応用されようとしていることが明らかになった。また、無作為抽出型参加を活用した「仕分け」の取り組みでは、「模擬仕分け」等の事前研修による市民へのキャパシティ・ビルディングの機会の整備が進みつつあること、自治体行政側には、予算カットの機会としてだけではなく、行政職員の政策プレゼンテーション能力等、様々な組織能力向上も重要な成果と認識されていることが明らかになった。ただし、「仕分け」の取り組みは、首長のイニシアティブを最大の要因としており、そこでは自治体官僚機構を「敵」として、それを叩く「政治的ショー」として演出されているリスクも確認された。以上から、無作為抽出型市民参加は、自治体政策決定・運用過程にとって、政策形成過程へ市民参加の機会を拡充させると共に、行政組織・職員の能力醸成という「広義の行政改革」のための重要な手段と評価され得る一方、政治(家)側からの支持獲得・動員の手段としての側面も持つため、これらの功罪を自覚しつつ、利用することが必要であることが明らかになった。自治体ガバナンス全体としての戦略に基づく整合的「配置」・活用が必要といえよう。平成23年度においては、本研究の理論的背景である熟議民主主義と参加型政策分析に関する各種文献資料の精査と並行として、次の調査活動を実施した。第1は現地事例ヒアリング調査である。「事業仕分け」へ無作為抽出型市民参加の取組みを始めた最初期の事例である岡山県岡山市や埼玉県ふじみ野市の担当者や企画実施現場を訪問し、ヒアリングを実施した。第2は支援組織ヒアリング調査である。自治基本条例策定への「市民討議会」企画を新宿区からの委託で運営を担ったNPO法人「まちぽっと」、上記ふじみ野市への支援を担った(財)地方自治体公民連携研究財団へヒアリングを実施した。また、「市民討議会」を支援するNPO法人「市民討議会推進ネットワーク」やNPO法人「みたか市民協働ネットワーク」へのヒアリングも実施した。第3は参与観察調査である。アクションリサーチによる研究を進めるため、無作為抽出型市民参加の取り組みを自治体計画策定と「事業仕分け」の双方の目的のために実施された東京都新宿区「第2次実行計画策定に向けた区民討議会」に準備会委員として実施企画運営を担った。そして、第4はアンケート調査である。「事業仕分け」への取り組みに初めて住基台帳からの無作為抽出による市民参加が行われた埼玉県内全市町村(行政改革担当部署)対象に、「事業仕分け」へ市民参加の実態に関してのアンケート調査を実施した。以上の4つのアプローチを並行させることにより、政策審議に活用される無作為抽出型市民参加方式の運営への具体的なノウハウの調査が果たされたと共に、自治体の政策審議過程における政治力学的な側面を含めた影響について知見の収集を進めることが出来た。当初予定のヒアリング件数に比して、若干実施件数が少なくなってしまったが、平成24年度に訪問予定であった団体へ訪問するなどの工夫は行った。また、新宿区における無作為抽出による市民参加の取り組みに運営側として参画することで、参与観察の知見を深めることが出来た。さらに、当初の予定にはなかった埼玉県内市町村を対象にしたアンケート調査により、横断的な知見を得ることも出来ている。当初の研究計画に従い、現地事例ヒアリング調査と支援組織ヒアリング調査を進める。ここでは市民間の討議の取り組みが市条例として具体的な成果に至っている東京都狛江市などを新たな候補とする。また、前年度に実施した埼玉県内アンケート調査の解析を進め、それを基にした個別のヒアリングも実施する。そして、これらの成果を取りまとめ、研究論文等での発信を目指す。平成24年度においては、文献資料のための図書購入費(50千円)、ヒアリング調査のための旅費(150千円)、ヒアリングにご対応いただく専門家および市民活動団体代表者への謝金(40千円)を主な支出項目とする。これら研究経費を利用させていただくことで、理論的な知見を深めるとともに、実態の分析を深めてゆく。なお、平成23年度当初予算から執行残が691円生じ、それを平成24年度予算に繰り越す。こちらは消耗品の購入に関するもので、研究遂行上での問題から生じたものではない。
植物根部局所加圧による生長促進のメカニズムの解明

植物の根部だけを局所的に加圧して栽培することにより、養水分が植物に過給され植物の生長が促進されるという効果を実際に確かめるため、過去3年間にわたり試験植物としてコマツナを用いて栽培実験を行ってきた。その結果、少なくとも生長初期(710日間)において生長促進効果がみられるが、生長が進むにしたがい、その効果が弱くなるという現象が観察された。しかし、栽培法を改良し、下向き栽培から上向き栽培へと変えたところ、生長促進効果が生長初期のみならず、その以後も持続するという今までとは異なる結果が得られた。従来の下向き栽培法はシールを行うための技術的な簡便さから採用されてきたが、植物は常に重力に逆らって生長しなければならないので、その生長に対して何らかの悪影響を及ぼしていたことが考えられる。この生長促進効果のメカニズムを解明するために、生長促進に関与すると考えられる植物ホルモンに着目し、特に内生オーキシン(IAA)の変化を測定した。その結果、予想に反し、養水分を過給した植物の重量あたりのオーキシン量はコントロールのおよそ3070%と少なく、生長過程を通じてこの傾向は変化しないことがわかった。このことから、少なくともこの生長促進効果がオーキシンの増加によるものではないと考えられる。さらに、過給圧力による生長促進効果の定量性を調べるために過給圧力をパラメータとして、0.000,0.025,0.050 MPa (0.00,0.25,0.50 atm)の3種類の圧力で加圧を行い、それぞれ12株ずつ計36株の同時栽培を試みた。その結果、植物の根部に局所的に加える圧力差による、生長促進効果の有意な差は確認できなかった。植物の根部だけを局所的に加圧して栽培することにより、養水分が植物に過給され植物の生長が促進されると考えられる。申請者らは、この効果を実際に確かめるため、過去2年間にわたり試験植物としてコマツナを用いて栽培実験を行ってきた。その結果、少なくとも生長初期(710日間)において生長促進効果がみられるが、生長が進むにしたがい、その効果が弱くなるということが観察された。しかし、今回の実験では栽培法を改良し、下向き栽培から上向き栽培へと変えたところ、生長促進効果が生長初期のみならず、その以後も持続するという今までとは異なる結果が得られた。この原因の解明については追実験を重ねる必要がある。さらに、この生長促進効果のメカニズムを解明するために、生長促進に関与すると考えられる植物ホルモンに着目し、特に内生オーキシン(IAA)の変化を測定した。過給植物とコントロールを各々10本づつ用いて抽出・精製を行い、HPLCにより分種後、GC-MSによりIAAの定量分析を行った。厳密な定量を行うために内部標準として^<13>C-IAAを用いた。ただし、時間の制約から本年度は1回のみの実験となってしまったため、今後これらの追実験による再現性の確認、および過給圧力パラメータの影響などを調べる必要がある。
非線形パラメータ・トモグラフィ映像装置

本研究の目的は、超音波と生体組織の非線形な相互作用の一つである音速の音圧変動への依存性を示すパラメータB/Aの空間的分布を映像として得るための装置を構成し、その特性の評価およびこれを用いた医用診断装置としての実用器の開発に必要な設計データを収集することであった。まず装置の構成については高性能の超音波振動子を購入し、これに製作した機械的走差機構を加えた超音波の送受波部を構成し、これからの信号をやはり本研究費で購入した波形記憶回路を介して、位相復調、逆フイルタなどのために構成した信号処理系に導き、これらの結果をマイクロコンピュータで処理し、最終的にカラー表示された映像を得ることのできる具体的系を初期の目的通り構成できた。次にこの装置を用いてまずグリセリンを満たしたサンプルを用いて映像系としての基本特性を調べ、これらの結果より特性の校正の方法等も明らかにした。次に生きたハムスターを用いて映像を得たが、その結果生体組織の特性化にこの装置が極めて有用であることを明らかにすることができた。これらの成果は論文(1)、(2)に報告した。また、これらの成果は世界的な注目をあつめ、(3)に示すように国際会議でも招待講演として発表し大きな反響を得た。この装置より得られた設計データをもとにすでに国内のある電機メーカーが臨床用の装置を別途製作し、乳房部の癌等の診断装置として医師に供しようとしている。このように科研費をいただいたことにより実用化が大いに進み感謝すると共にこの装置による診断精度の画期的向上を期待できる所まできたことを大きな喜びとするものである。
歯痛モデルによる痛みの伝達・制御機序に関する神経科学的研究

口腔心身症の中では舌痛症が1番多く,患者にとってはその痛みが多大なストレスになっている.舌痛症のような"認知の歪み"によって起こる病態解明は難しいので,この研究ではトに舌痛を起こし,三叉神経領域の痛みが脳内でどのように情報伝達されるのかを分子生物学的に実験した.舌痛ストレスに対し,脳内では半時間で反応する事がわかった.また,この研究では世界で初めて,最も重要な遺伝子発現の定量に成功した.口腔心身症の中では舌痛症が1番多く,患者にとってはその痛みが多大なストレスになっている.舌痛症のような"認知の歪み"によって起こる病態解明は難しいので,この研究ではトに舌痛を起こし,三叉神経領域の痛みが脳内でどのように情報伝達されるのかを分子生物学的に実験した.舌痛ストレスに対し,脳内では半時間で反応する事がわかった.また,この研究では世界で初めて,最も重要な遺伝子発現の定量に成功した.【研究の目的】生体に心理的あるいは身体的なストレスが加わると、視床下部-下垂体-副腎系が賦活されるが、その中心的な役割を果たしているのが、Corticotropin-releasing Factor(CRF)である。CRFは視床下部から分泌されるホルモンで、種々のストレスがCRF遺伝子の発現に影響を及ぼしている。痛みはヒトにとって身体的ストレスの一つであり、臨床的に最も遭遇しやすいストレスである。病気を患った患者のペインコントロールはQOLを考慮する上で、臨床的に非常に大切である。疼痛モデルは他の身体的ストレスモデルに比べ、その上行性神経路が解剖学的に明らかにされているので、痛み情報がどのようにして脳内へ伝わっていくのか解明しやすい利点がある。そこで、本研究では、臨床的に遭遇しやすい歯痛モデルをラットに作り、疼痛ストレスにより、痛み情報が脳内にどのように伝わるのかを、遺伝子発現の観点から解明することを目的とする。【本年度の研究実施】当初、歯痛モデルとして、ラットのオトガイ神経を電気刺激する方法をとっていたが、その手技が困難で時間がかかること、手術のための麻酔に時間がかかり、それがストレスになっている可能性があることなどにより、歯痛モデルを舌痛モデルに切り替えた。歯痛も舌痛も同じ三叉神経第皿枝(下額神経)を通して脳に痛み情報が伝わるので、研究目的達成のためには問題ない。1%カプサイシン溶液(30剛)を左舌先端に20μL注射し、注射30分後に断頭し、体幹から血液を採取し、さらに、視床下部・下垂体・三叉神経節・脳幹を取り出し、後は計画通りに実験した。舌痛モデルによる血清ACTH, Corticosterone測定をEIA法で実施し、データを得た。また、CRH mRNAとCRH hnRNA、およびACTH mRNAの定量PCRによる遺伝子転写を定量し、データを得た。国際雑誌へ投稿に向けて準備中。本課題研究の目的は、臨床的に遭遇しやすい歯痛モデルをラットに作り、疼痛ストレスにより、三叉神経を介する痛み情報が脳内にどのように伝わるのかを、遺伝子発現の視点から解明することである。平成18-19年度にかけて、カプサイシンによる舌痛刺激をラットに付加し、痛みストレスによる脳内情報伝達機構を、視床下部のCRH mRNA・hnRNAと、下垂体のACTH(POMS)mRNA・hnRNAの発現を指標にするため、定量PCRで解析した。その結果、三叉神経経由の痛み刺激でも、CRHとACTHはup-regulateされ、血中ACTHも増加するが、血中コルチゾールはそれほど増加しないことがわかった(J Dent Res、in submission)。三叉神経節のSubstance P・ヒスタミン合成酵素・Calcitoningene-related peptide(CGRP)のラットの舌痛刺激時の脳内遺伝子発現の実験については、動物実験まで終了し、現在、定量Real time PCR法で解析している段階まで来ている。本年度は、3年計画の最終年度であり、これまでの研究成果をまとめて発表する段階にある。三叉神経節の実験についても年内には論文投稿し、積極的に学会発表する予定である。また、唾液ストレス物質という新しいストレスマーカー(salivary amylase,salivary Chromogranin A,salivary IgA)が登場し、これらを用いてヒトに対するストレスを生化学的に検討している。本研究の目的は,臨床的に遭遇しやすい歯痛モデルラットを作り,疼痛ストレスにより,三叉神経を介する痛み情報が脳内にどのように伝わるかを,遺伝子発現の視点から解明することにある.また,ヒトにおいて唾液ストレス物質が本当にストレスマーカーになるのか,salivary α-amylase(sAA), salivary Chromogranin A(sCgA), salivary IgA(sIgA)について検討した.同時に血中ACTH・鉱質ステロイドを測定した.下記のような成果がでて,論文発表した.まず,カプサイシンによる舌痛刺激により,血漿ACTHは刺激30分後に最大になるが,血漿鉱質ステロイドは徐々に上昇した.したがってこの舌痛刺激でラットは十分にストレス反応亢進状態になるが,この時脳内では,Corticotropin Releasing Hormone(CRH)遺伝子の一次転写hnRNAは刺激15分後に最大を示し,正常の3倍になった.一方,CRH mRNAは60分後に最大を示すことがわかった.またACTHの前駆物質であるPOMC mRNAは徐々に上昇する事がわかった.

この研究で世界で初めて,CRH hnRNAをreal time PCR法で定量することに成功した,CRHはストレス研究の最も重要なホルモンであり,この研究の成果は大きい(J Dent Res).また,ヒトではラットと同じように実験できないので,プレ実験として,精神的負荷試験を用いて,唾液ストレス物質を測定した.内田クレペリンテスト(U-K test)を負荷したが,血漿ACTH・鉱質ステロイド,カテコールアミンに変化なく,sAA, sCgA, sIgAにも変化がなかった.この研究では,当初の目的は得られなかったが,逆にU-K testがストレッサーとして不適当なこと,唾液ストレス物質の不確実性を暴露した結果となった(BioPsychoSoc Med).
低活動膀胱はダウンレギュレーションなのか

排尿筋および粘膜筋板の自発収縮制御における膀胱の内在性弛緩機構の役割を調べた。伸展により排尿筋から放出されるPTHrPは粘膜筋板よりも排尿筋で強い抑制を示した。カルシウム透過性伸展活性化TRPV4チャネルは排尿筋および粘膜筋板に発現し、TRPV4からのカルシウム流入はBKチャネルを選択的に活性化して自己制御システムとして機能していることが示唆された。SKチャネル開口薬は排尿筋、粘膜筋板で活動電位の後過分極を延長したことから、SKチャネルはPDGFRα陽性細胞のみならず平滑筋にも発現していると考えられた。これら内在性弛緩機構のアップレギュレーションは低活動膀胱を来しうると考えられた。モルモット膀胱排尿筋平滑筋は自発活動電位を発生し、小コンダクタンスカルシウム活性化カリウム(SK)チャネル開口薬は後過分極の持続時間を著明に延長させ、膜の過分極を生じて活動電位を消失させた。大コンダクタンスカルシウム活性化(BK)および電位依存性(KV7)カリウムチャネル開口薬は活動電位の形状を変化させず、過分極を伴わずに活動電位を消失させた。各種カリウムチャネル開口薬の抑制作用は対応するカリウムチャネル阻害薬により拮抗された。膀胱粘膜筋板は群発型の活動電位を発生し、SKチャネル開口薬は後過分極の持続時間を延長させることにより単発型の活動電位に変化させた。この現象に対応してSKチャネル開口薬により粘膜筋板の自発収縮の振幅の著減と頻度の増加が認められた。BKおよび電位依存性KV7カリウムチャネル開口薬は過分極を生じることなく自発活動電位を消失させた。蛍光免疫染色によりモルモット排尿筋平滑筋では副甲状腺ホルモン関連蛋白(PTHrP)受容体の強い発現を認め、一方粘膜筋板におけるPTHrP受容体発現の程度は軽度であった。この所見に一致して、PTHrPは1nMで排尿筋平滑筋の自発収縮を抑制したが、粘膜筋板の自発収縮の抑制には100nMを要した。排尿筋および粘膜筋板いずれにおいてもPTHrP(100nM)は自発活動電位および細胞内カルシウム濃度上昇を抑制した。加齢マウスでは頻尿と一回排尿量減少を認め、粘膜下細静脈における自発収縮振幅の低下を認めた。しかし自発一過性脱分極には明らかな変化を認めなかったことから、自発収縮の現弱は電気現象に依存しない収縮経路の変化によると考えられた。また蛍光免疫染色によりデスミン陽性のぺリサイトの増殖と被覆率の上昇を認め、血管透過性が低下していることが示唆された。血小板由来成長因子(PDGFR)α遺伝子の制御下にGFP蛍光蛋白を発現するマウスを用いた小コンダクタンスCa2+活性化K+(SK3)チャネル蛍光免疫染色の結果、排尿筋層PDGFRα(+)細胞の多くはSK3を発現していたが粘膜下層PDGFRα(+)細胞はSK3を発現していなかった。3ヶ月齢と13ヶ月齢の比較ではPDGFRαおよびSK3(+)細胞の分布や密度に変化を認めなかった。モルモット膀胱の粘膜筋板は粘膜下血管と並走して密な網目状構造を形成し,血管の少ない部位では粘膜筋板の分布も粗であることから、膀胱充満時に血管が長軸方向に伸展されて血流抵抗が増加することを防ぐ機能を有することが示唆された。カプサイシンによる感覚神経刺激により、排尿筋では自発収縮増強を,一方粘膜筋板では自発収縮抑制を生じた。粘膜筋板におけるカプサイシン誘発収縮抑制はCGRP受容体阻害薬により拮抗され、また外因性CGRPによる自発収縮抑制もCGRP受容体阻害薬により拮抗された。伸展により活性化されるCa2+透過性チャネルであるTRPV4の活性化薬はモルモット膀胱排尿筋および粘膜筋板において持続的な収縮を生じるとともに自発収縮を消失させた。自発収縮は大コンダクタンスCa2+活性化(BK)K+チャネル阻害薬により回復したがSKチャネル阻害薬では回復せず、TRPV4チャネルを介したCa2+流入は排尿筋のBKチャネルを活性化して自発収縮を抑制することが示唆された。TRPV4の活性化薬は自発細胞内Ca2+濃度上昇を消失させた後に持続的なCa2+濃度上昇を生じ、また自発活動電位を消失させた後に過分極を引き起こした。BKチャネル阻害薬により過分極がキャンセルされ自発活動電位が回復し、また自発Ca2+上昇も回復したことからTRPV4ーBKチャネルの機能的連関が支持された。この機構は蓄尿に伴う膀胱伸展時に、自己分泌により排尿筋を弛緩させる副甲状腺ホルモン関連蛋白とともに蓄尿機能の維持に関与していると考えられた。消化管においてPDGFRα(+)細胞はSK3チャネルを発現し、自発およびプリン作動性神経刺激によるカルシウム濃度上昇に伴う過分極信号を伝播させることにより、平滑筋収縮抑制機構として機能している。膀胱にもPDGFRα(+)SK3(+)細胞が存在し、排尿筋収縮抑制に関わることが示唆されているが、13ヶ月齢の時点ではその分布や密度に変化を認めず、この細胞が加齢に伴う排尿筋収縮性の変化に関わる可能性を示唆する結果は得られなかった。当初の研究目標には設定していなっかたが、排尿筋に発現するBKチャネルが伸展活性化カルシウム流入チャネルであるTRPV4と機能的にリンクしていることを初めて証明し、蓄尿相における排尿筋の収縮抑制はPTHFrP

自己分泌とも相俟って排尿筋自体により行われる可能性が高いと考えられた。一方でTRPV4チャネルの活性化は持続的な排尿筋収縮を引き起こすため、この系の抑制/活性化が蓄尿機能にどのような影響を及ぼすかは引き続き検討する必要がある。感覚神経の活性化は排尿筋に対しては収縮性亢進,粘膜筋板に対しては収縮性抑制をもたらすため、この系の活性化は蓄尿機能を抑制するとともに膀胱粘膜血流を阻害する可能性があり、膀胱機能障害の悪循環を生じる起点であることが示唆された。伸展感受性カルシウム透過性チャネルであるTRPV4チャネルの、膀胱壁伸展時(蓄尿時)における役割を引き続き検討した。TRPV4活性化薬は、排尿筋平滑筋と同様に、膀胱粘膜の収縮要素である粘膜筋板においても、大コンダクタンスカルシウム活性化カリウム(BK)チャネルと選択的にリンクし、自発収縮の抑制を生じた。一方でTRPV4活性化薬はTRPV4からのカルシウム流入に主に依存して持続的な収縮力を発生した。自発収縮の抑制は自発活動電位の消失と過分極を伴っており、いずれもBKチャネル阻害薬により拮抗された。これらの結果から、膀胱伸展時におけるTRPV4チャネルの活性化は、排尿筋および粘膜筋板の自発収縮を抑制し、自発収縮による求心性神経への機械的刺激を軽減することにより,蓄尿を促進することが示唆された。またTRPV4チャネル活性化に伴う持続的な収縮は、膀胱壁の過伸展を防ぐ役割を担うと考えられた。PDGFRα陽性間質細胞の排尿筋層および粘膜下層における分布を24ヶ月齢マウスまで追跡検討したが、若年マウスと比べて変化を認めなかった。PDGFRα陽性間質細胞は小コンダクタンスカルシウム活性化カリウム(SK3)チャネルを発現し、排尿筋に過分極シグナルを伝達することによりその興奮性を抑制するとされている。しかしSK3チャネル阻害薬は排尿筋の自発活動電位の後過分極を著しく延長させることから、PDGFRα陽性間質細胞ではなく排尿筋自体に作用していると考えられた。これらの結果から、現時点でPDGFRα陽性間質細胞の蓄尿相における役割および低活動膀胱への関与を示唆する結果は得られなかった。排尿筋および粘膜筋板の自発収縮制御における膀胱の内在性弛緩機構の役割を調べた。伸展により排尿筋から放出されるPTHrPは粘膜筋板よりも排尿筋で強い抑制を示した。カルシウム透過性伸展活性化TRPV4チャネルは排尿筋および粘膜筋板に発現し、TRPV4からのカルシウム流入はBKチャネルを選択的に活性化して自己制御システムとして機能していることが示唆された。SKチャネル開口薬は排尿筋、粘膜筋板で活動電位の後過分極を延長したことから、SKチャネルはPDGFRα陽性細胞のみならず平滑筋にも発現していると考えられた。これら内在性弛緩機構のアップレギュレーションは低活動膀胱を来しうると考えられた。本研究計画における研究対象である小コンダクタンスカルシウム活性化カリウム(SK)チャネルおよび副甲状腺ホルモン関連蛋白(PTHrP)について、排尿筋平滑筋および粘膜筋板の自発活動電位および自発収縮に対する効果を詳細に検討することが出来た。その結果、SKチャネル開口薬の後過分極に対する特徴的な作用から、SKチャネル開口薬の作用点は少なくとも排尿筋平滑筋に存在することが示唆された。
統計モデルに基づく大規模テキストへの言語情報付与及びテキストからの言語知識獲得

本研究では,大量のテキストデータに対して豊富な言語情報を効率よく付与するという手法の研究を行った.さらに,豊富な言語情報が付与されたテキストから,様々な言語現象に関する知識を獲得する手法について研究をおこなった.本年度の研究項目は次の2点である.1.豊富な言語情報が付与されたテキストから,様々な言語現象に関する知識を獲得する際に,それぞれの言語現象の特性に応じて,最適な言語知識獲得手法を適用し,言語知識獲得を行う.2.獲得された大規模言語知識が,実際の言語処理の性能向上にどの程度寄与するかを理論的・実験的に評価・検証する.まず,第1点については,言語知識獲得に適用可能な代表的手法として,確率モデル学習および機械学習の二種類の手法に着目し,それぞれの言語知識の獲得に最適な手法について研究を行った.具体的には,確率モデル学習の手法が適した例題として,(1)日本語形態素解析,(2)統語解析のための動詞語彙知識の学習,の二つについて,モデルを記述する言語情報の記述の細かさを徐々に調整しながら,なるべく解析誤りを少なくする方向にモデルを自動改良していく手法を開発した.また,機械学習の手法が適した例題として,(3)日本語従属節の係り受け関係の解析,について,従属節の様々な特徴のうち,従属節間の係り受け関係の特定に最も寄与する特徴を選択的に学習することに成功した.第2点については,まず,(2)の統語解析のための動詞語彙知識の学習において,統語的曖昧性の解消の性能に関して,幾つかの対照モデルと比較して,確率モデル学習の手法により構築された最適モデルが最も優れでいることを示した.また,(3)の日本語従属節の係り受け関係の解析において,獲得された言語知識を用いてあらかじめ従属節間の係り受け関係を特定しておくことにより,文全体の係り受け解析の性能が向上することを示した.本研究では,大量のテキストデータに対して豊富な言語情報を効率よく付与するという手法の研究を行った.さらに,豊富な言語情報が付与されたテキストから,様々な言語現象に関する知識を統一的に獲得する手法について研究をおこなった.本年度の研究項目は次の3点である.1.テキストから動詞の語彙知識を獲得する際に,名詞の語義などの意味情報を効率よく付与する.2.様々な言語知識を対象として,確率モデル学習の手法に基づいて,テキストから言語知識を学習する.3.計算機による判断が困難な部分に人間の判断を許し,高精度な語彙知識をテキストから半自動的に獲得する.まず,第1点については,構文情報が付与されたテキストから動詞の語彙知識を獲得する際に,名詞の語義などの意味情報の有無が,獲得結果の精度にどのように影響するかについての予備調査を行った.さらに,名詞の語義などの意味情報を,人間の判断を最小限に抑えながら,効率よく付与する手法について,調査研究を行った.また,第2点については,(1)日本語形態素解析,(2)統語解析のための動詞語彙知識の学習,の二つを例題として,モデルを記述する言語情報の記述の細かさを徐々に調整しながら,なるべく解析誤りを少なくする方向にモデルを自動改良していく手法を開発した.実際に,(1)の日本語形態素解析においては,高精度な日本語形態素解析を実現することに成功した.また,(2)統語解析のための動詞語彙知識の学習においても,名詞と動詞の間の共起性を記述する高精度な共起知識を学習することに成功した.さらに,第3点においては,動詞の語彙知識獲得を例題として,人間の判断を最小限に抑えながら,高精度な動詞語彙知識をテキストから半自動的に効率よく獲得する手法を実現し,また,人間の判断を計算機に効率よく伝えるためのインタフェースを開発した.実際に,構文情報が付与されたテキストから動詞の語彙知識を獲得する実験を通して,高精度な動詞語彙知識が効率よく獲得できることを確認した.本研究では,大量のテキストデータに対して豊富な言語情報を効率よく付与するという手法の研究を行った.さらに,豊富な言語情報が付与されたテキストから,様々な言語現象に関する知識を獲得する手法について研究をおこなった.本年度の研究項目は次の2点である.1.豊富な言語情報が付与されたテキストから,様々な言語現象に関する知識を獲得する際に,それぞれの言語現象の特性に応じて,最適な言語知識獲得手法を適用し,言語知識獲得を行う.2.獲得された大規模言語知識が,実際の言語処理の性能向上にどの程度寄与するかを理論的・実験的に評価・検証する.まず,第1点については,言語知識獲得に適用可能な代表的手法として,確率モデル学習および機械学習の二種類の手法に着目し,それぞれの言語知識の獲得に最適な手法について研究を行った.具体的には,確率モデル学習の手法が適した例題として,(1)日本語形態素解析,(2)統語解析のための動詞語彙知識の学習,の二つについて,モデルを記述する言語情報の記述の細かさを徐々に調整しながら,なるべく解析誤りを少なくする方向にモデルを自動改良していく手法を開発した.

また,機械学習の手法が適した例題として,(3)日本語従属節の係り受け関係の解析,について,従属節の様々な特徴のうち,従属節間の係り受け関係の特定に最も寄与する特徴を選択的に学習することに成功した.第2点については,まず,(2)の統語解析のための動詞語彙知識の学習において,統語的曖昧性の解消の性能に関して,幾つかの対照モデルと比較して,確率モデル学習の手法により構築された最適モデルが最も優れでいることを示した.また,(3)の日本語従属節の係り受け関係の解析において,獲得された言語知識を用いてあらかじめ従属節間の係り受け関係を特定しておくことにより,文全体の係り受け解析の性能が向上することを示した.
生きたマウス個体レベルにおける新規生命デザイン解析系の開発

本研究では、DNA複製酵素poldの校正活性失活によりDNA複製時における遺伝子変異率を増加させたマウス系統(遺伝子変異率増加マウス系統)を利用して、兄妹交配により世代を繰り返し、遺伝子変異が蓄積したマウス個体を解析している。マウス継代における生きたマウス個体の選択により、有害な遺伝子変異が除去され、生存に不利とならない中立的な遺伝子変異がマウス個体に蓄積されることが予想される。これまでに、C57BL/6系統由来の高頻度突然変異発生マウス系統を利用して、複数の系統に分けて兄妹交配に、より継代を行い、マウスの毛色、形態、行動などに異常をもつマウスを得ることに成功している。また、各個体の体重、1回の出産あたりの産仔数、しっぽの長さ等を測定した結果、独立した交配系統ごとに、得られる異常や産子数が異なっており、しっぽの長さについては各系統のマウス個体ごとのばらつきが大きくなっていた。これらの結果は、系統ごとに異なる突然変異の蓄積が起こるとともに、量的形質の変異が起こっている可能性が強く示唆される。また、これらのマウス系統の生殖系列における突然変異率の測定を行った結果、塩基置換のパターンや頻度が野生型と異なることが示唆されてきている。また、この高頻度突然変異発生系統の掛け合わせにより得られた「小鳥のようにさえずる」マウス系統について、B6とDBA2系統間の多型を利用した連鎖解析による原因遺伝子変異の候補を特定するとともに、発声パターンや声帯の構造解析をイメージング解析により行い、発声のメカニズムとコミュニケションへの意義について解析を行った。本年度は、以下の結果が得られた。1)これまでに作製したC57BL/6系統由来の高頻度突然変異発生系統を利用して、複数の系統に分けて兄妹交配により継代を行ってきた。その結果、マウスの毛色、形態、行動などに異常をもつマウスが得られた。また、各個体の体重や1回の出産あたりの産仔数などを記録した結果、独立した系統ごとに、得られる異常や産子数が異なっており、マウス系統ごとに異なる突然変異の蓄積が示唆されている。現在、これらのマウス系統の生殖系列における突然変異率の測定を行う為に、in vivoでの塩基置換や比較的小規模な挿入、欠失などの突然変異に対して有効な突然変異検出用トランスジェニックマウスとの交配を行っているところである。また、この高頻度突然変異発生系統の掛け合わせにより得られている「小鳥のようにさえずる」マウス系統についての解析を行った。B6とDBA2系統間の多型を利用した連鎖解析により、原因遺伝子変異の候補を特定することに成功している。また、小鳥のようにさえずるマウス系統の発声パターンや喉のイメージング解析を行い、発声のメカニズムについて解析を行っている。
量子化学計算に基づいた次世代リチウムイオン電池用正極材料の開発

本研究では,次世代リチウムイオン電池の開発に必要である新規な正極材料の開発を目指し,量子化学計算を用いた各種物性の理論予測と電気化学的実験をはじめとする実験的手法とを組み合わせた新しい材料開発手法によって,迅速な材料探索を目指した.昨年度の成果として,正極材料として使用されている層状酸化物における遷移金属元素の酸化数は本来+3価であるのに対し,ニッケルとマンガンを1:1の比率で複合化させることにより,電荷を+2価と+4価に分離させることができ,かつ,安定性を向上させることができることを量子化学計算により見出している.本年度では,実際に合成して得られている物質が理論計算で期待しているものと同じ電子状態を有しているかを調べるために,電子線損失分光法を中心とする分光実験により,主に遷移金属元素の酸化数と電荷分離の有無を中心に電子状態を調べた.マンガンを含まないリチウム・ニッケル酸化物に対する電子線損失分光実験の結果より,ニッケルL端のスペクトルがニッケルの酸化数の違いを明確に表しだすことを明らかにした.同様に,様々なマンガン酸化物に対する実験からも,マンガンL端スペクトルがマンガンの酸化数の違いを明確に示していることが明らかとなった.これらの実験結果を元に,電気化学的実験によって安定性をはじめとして特性が優れていることが確かめられているニッケルとマンガンの比率が厳密に1:1のサンプルの電子状態を調べたところ,ニッケルとマンガンの間において明確な電荷分離が発生していることを見出し,ニッケルとマンガンの特定の比率による複合化が特性の向上に大きく寄与していることを明らかにした.本研究では,次世代リチウムイオン電池に重要な新規高電位正極材料を開発するために,量子化学計算を用いた特性の理論予測と従来の電気化学的実験的を組み合わせた新しい材料開発手法によって,迅速な材料探索を目指している.高電位正極材料の候補を探索するために,様々な遷移金属化合物の電極電位を,量子化学計算を用いて理論的に予測したところ,リチウム・ニッケル・リン複合酸化物において,5Vを超える電位が予測された.ニッケルを鉄で置き換えた化合物は,リチウムイオン電池用の正極材料として研究されているが,電位は約3.5Vと低い.本研究で見つけた化合物は鉄をニッケルに置き換えただけであるので,リチウムイオン電池の正極として十分機能することが期待でき,また,安定なニッケルの+2価の状態を使用することから,電池の安全性の向上も期待できる.現在のリチウムイオン電池の正極材料にはリチウム・コバルト酸化物が使用されているが,これに代わる大容量正極材料の一つとして,リチウム・ニッケル酸化物が期待されている.しかし,この材料は安全性に問題があった.本研究では,ニッケルの半分をマンガンに置き換えると,+2価のニッケルイオンと+4価のマンガンイオンに電荷が分離し,この結果,極めて安定な化合物ができることを,量子化学計算を用いて発見した.この新しい化合物の電位はリチウム・ニッケル酸化物やリチウム・コバルト酸化物とほぼ同じであることから,従来のリチウム・コバルト酸化物を置き換え,かつ,大容量・高安全性を得ることができる新規正極材料として期待できる.本研究では,次世代リチウムイオン電池に重要な新規正極材料を開発するために,量子化学計算を用いた特性の理論予測と従来の電気化学的実験的を組み合わせた新しい材料開発手法によって,迅速な材料探索を目指している.現在のリチウムイオン電池の正極材料にはリチウム・コバルト複合酸化物が使用されているが,これに代わる大容量かつ高電位な正極材料の開発が必要である.代替材料の一つとしてリチウム・ニッケル複合酸化物が期待されているが,この物質は大きな容量を持つ代わりに安全性を確保することが困難であるという欠点を持っている.本研究では,リチウム・コバルト複合酸化物-リチウム・ニッケル複合酸化物-リチウム・マンガン複合酸化物の擬3元系複合酸化物に注目し,複合酸化物の安定性を理論計算により調べた.その結果,ニッケルとマンガンを1:1の比で混合させることによって,+2価のニッケルイオンと+4価のマンガンイオンに電荷分離をさせることができ,この結果,極めて安定な化合物を得ることができることを発見した.また,リチウム・ニッケル複合酸化物では過充電によって二酸化ニッケルが容易に生成してしまうことが安全性を確保する上での大きな問題となっているが,コバルト・ニッケル・マンガンを1:1:1の比で混合させた複合酸化物では,前述した安定性に加え,充電後期において電位が大きく上昇することを理論計算で発見した.

この電位の変化を上手く利用することにより,過充電による二酸化物の生成を容易に防止できると期待でき,また,この条件で期待できる容量は現行のリチウム・コバルト複合酸化物の容量よりも約30%大きいものである.以上のように,コバルト・ニッケル・マンガンの比が1:1:1である複合酸化物は,容量・安全性の面から次世代リチウムイオン電池用の正極材料として極めて有望であることを見出した.本研究では,次世代リチウムイオン電池の開発に必要である新規な正極材料の開発を目指し,量子化学計算を用いた各種物性の理論予測と電気化学的実験をはじめとする実験的手法とを組み合わせた新しい材料開発手法によって,迅速な材料探索を目指した.昨年度の成果として,正極材料として使用されている層状酸化物における遷移金属元素の酸化数は本来+3価であるのに対し,ニッケルとマンガンを1:1の比率で複合化させることにより,電荷を+2価と+4価に分離させることができ,かつ,安定性を向上させることができることを量子化学計算により見出している.本年度では,実際に合成して得られている物質が理論計算で期待しているものと同じ電子状態を有しているかを調べるために,電子線損失分光法を中心とする分光実験により,主に遷移金属元素の酸化数と電荷分離の有無を中心に電子状態を調べた.マンガンを含まないリチウム・ニッケル酸化物に対する電子線損失分光実験の結果より,ニッケルL端のスペクトルがニッケルの酸化数の違いを明確に表しだすことを明らかにした.同様に,様々なマンガン酸化物に対する実験からも,マンガンL端スペクトルがマンガンの酸化数の違いを明確に示していることが明らかとなった.これらの実験結果を元に,電気化学的実験によって安定性をはじめとして特性が優れていることが確かめられているニッケルとマンガンの比率が厳密に1:1のサンプルの電子状態を調べたところ,ニッケルとマンガンの間において明確な電荷分離が発生していることを見出し,ニッケルとマンガンの特定の比率による複合化が特性の向上に大きく寄与していることを明らかにした.
Identification of brain regions involved in the arousal from coma and sleep.

昏睡状態では、意識の消失、不動化、覚醒レベルの低下を伴う。橋核のPB核を損傷すると運動失調および昏睡状態に陥り、その後死亡する。本研究では覚醒を促進するメカニズムを明らかにするため、昏睡状態のモデルマウスを作成し、覚醒に関わる脳神経細胞や神経サーキットを人為的にコントロールする。IVM-GLu-Clを用いてPB核の働きを抑制すると運動失調および昏睡状態に陥る。PB核損傷マウスにおいてLCノルアドレナリン細胞あるいはvPAGドーパミン細胞の活性が昏睡状態からの回復、すなわち覚醒促進に重要であるという仮説を立て、生化学的手法を用いてこれらの核の活性化を行い仮説を検証した。29年度が最終年度であるため、記入しない。