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反応性高分子微粒子を用いた超粒子組織体の構築に関する研究

スチレンとメタクリル酸フェニルジメチルスルホニウムメチル硫酸塩とのソープフリー乳化共重合により、粒径が約0.2μmで、高表面濃度の活性エステル基をもつ単分散性の反応性高分子微粒子を合成した。合成したポリスチレン微粒子のカチオン電荷と一級アミノ基に対する高い反応性に着目して、主にガラス基板を用いた固/液界面での吸着法と結合法による超粒子組般体の構築について検討した。吸着法においては、ガラス基板を低濃度の添加塩(NaCl)を合む高濃度の微粒子水性分散液、ラテックス、に浸漬することによって、強固に吸着した安定な微粒子膜を形成した。さらに、吸着微粒子膜をアニオン性界面活性剤のドデシル硫酸ナトリウム水溶液に浸漬し、対イオン交換した後、ラテックスに浸漬する操作を繰り返すことによって、緻密な構造の微粒子膜を構築することができた。また、シリカ粒子を用いた場合にも、ラテックス濃度および添加塩濃度を調節することによって、シリカ粒子がほぼ完全に単層の微粒子膜で被覆された複合シリカ微粒子が得られた。一方、結合法においては、アミノ基含有シランカプリング剤によって表面処理したガラス基板を、高濃度の添加塩を合む、低濃度のラテックスに浸漬することによって、単層で、ほぼ最密充填した構造の微粒子膜の構築が達成された。アミノ基を含まないシランカプリング剤で疎水化処理したガラス基板に対しても、微粒子の吸着が起こることが見出された。この場合、ラテックスにカチオン性又はノニオン性の界面活性剤を添加すると、吸着が著しく抑制された。以上、本研究によって、ラテックス濃度や添加塩濃度(イオン強度)の調節、シランカプリング剤による表面処理、ラテックスヘの界面活性剤の添加などによって、ガラス基板表面上での微粒子膜の構築とその構造を制御できることを明らかにした。表面に活性エステル基を持つカチオン性の反応性高分子ミクロスフェアを用いて、ガラス基板、シリカ粒子および鉄板表面への吸着固定化と結合固定化による固体表面上での超粒子組織体の構築について検討した。まず、活性エステル基含有メタクリル酸エステル型水溶性モノマーとスチレンとのソープフリー乳化共重合によって、直径が約0.2μmの単分散性の微粒子を合成し、ゼータ電位測定およびコロイド滴定等により、粒子表面に高密度の活性エステル基が存在することを特徴づけた。次いで、合成した微粒子のカチオン性に着目して、それと反対の表面電荷を持つガラス板およびシリカ粒子への吸着固定化を行った。ガラス板への吸着では、吸着系のイオン強度を調節すると共に、微粒子の対イオンをアニオン性界面活性剤(ドデシル硫酸ナトリウム)でイオン交換することによって、ガラス板上にほぼ完全に最密充填した構造の超粒子組織体を作成することに成功した。一方、シリカ粒子への吸着では、系のイオン強度の調節によって、シリカ粒子をコアとし、微粒子をシェルとする複合超粒子組織体を得た。さらに、活性エステル基のアミノ基との反応性に利用して、ガラス板および鉄板表面での超粒子組織体の結合固定化を行った。これらの基板をそれぞれアミノ基含有シラン系およびチタネート系カップリング剤によって表面をアミノ化した後、ラテックスに浸漬することによって超粒子組織体を固定化させた。ガラス板では、カップリング反応での溶媒の選択が特に重要で、単粒子膜の構築にはジオキサンが優れていることがわかった。その後の固定化では、反応系のイオン強度およびラテックス濃度を調節することによって、ほぼ最密充填状の単粒子膜状の組織体を化学固定化することができた。また、鉄板への固定化においては、ラテックス濃度を調節することによって、微粒子が規則的に配列した構造から、最密充填状の構造に至る超粒子組織体の固定化が可能であった。

以上本研究では、単分散性の活性エステル基含有反応性高分子微粒子の固体基板上での超粒子組織体の構築とそれらの固定化において新しい手法を確立した。これらの成果は、フランスでの国際会議(1999.4)および高分子学会年次大会(1998,5;1999.5)にて、発表済みおよび発表予定である。反応性高分子ミクロスフェアを用いた超粒子組織体の構築に関する継続研究として、スチレンとメタクリル酸フェニルジメチルスルホニウムメチル硫酸塩とのソープフリー乳化共重合によって合成した、単分散性で、直径が約0.2μmの活性エステル基含有ポリスチレン微粒子のガラス基板表面への固定化による微粒子膜の構築について検討した。本研究で合成したポリスチレン微粒子の一級アミノ基に対する高い反応性および微粒子とガラス基板がもつ表面電荷間の相互作用を利用して固定化量および組織構造を制御することを目的として、固定化に及ぼすガラス基板のシランカプリング剤による表面処理効果と界面活性剤の添加効果について調べた。カプリング剤としては、一級アミノ基を含有するものと含有しないもの、およびフッ素含有シランカプリング剤を用い、カチオン界面活性剤またはノニオン界面活性剤不在下および存在下で微粒子の固定化を行った。界面活性剤不在下、未処理のガラス基板では、ラテックス濃度およびイオン強度を制御することによって、規則配列した離散分布構造から最密充填構造に至る種々の構造の微粒子膜を調整することができた。フッ素含有カプリング剤でガラス基板を表面処理すると固定化が大きく抑制された。界面活性剤の添加は、いずれのカプリング剤で表面処理したガラス基板に対しても固定化量が低下し、特にカチオン界面活性剤存在下において、固定化がほぼ完全に抑制された。以上本研究では、ラテックス濃度およびイオン強度の制御、ガラス基板の表面処理、界面活性剤の添加等を組み合わせることによってガラス基板表面での超粒子組織体としての微粒子膜の構築とその組織構造の制御が可能であることを明らかにした。
分子スイッチ機能をもつヘテロバイメタリック錯体の開発

スイッチ機能をもつ分子の開発は、次世代デバイスの概念構築、ならびに実現の重要な鍵を握っている。本研究は、光あるいは熱を刺激剤とすると、複核構造をもつ有機金属錯体の金属-金属結合が活性化され、複核金属種が共役π電子系の配位位置を可逆的に変化させるハプトトロピック転位や、複核金属錯体と常磁性金属錯体との間で、金属-金属結合の組み換え反応をおこすという発見をもとにした分子スイッチ機能の発現を目的としている。昨年度の成果として、熱および光刺激により可逆的な構造変化を起こすアセナフチレン類を配位子とする鉄複核錯体の光スイッチ機能と、チタン(III)アルコキシド-コバルトジカルボニル錯体系における熱烈な金属組み換え反応に基づくヘテロバイメタリック系分子スイッチ合成の基礎的な知見を得ている。本年度は、とくにヘテロバイメタリック系分子スイッチの合成と機能に集中して検討をおこない、とくにチタン(III)錯体上の配位子を系統的に変化させ、チタン錯体と反応して金属-金属結合の組み換えをおこす複核カルボニル錯体(ルテニウム、モリブデン、タングステン、コバルト)との反応、ならびに、その生成物をていねいに検討し、とくにチタン上のシクロペンタジエニル基上の置換基や、チタンに結合しているアルコキシド基の電子的、立体的な要因が、熱的なヘテロバイメタリック錯体の可逆的生成の可否、および、平衡比に大きな影響を与えることを系統的に明らかにした。電子的にはチタン上の電子密度を高くする配位子はど、ヘテロバイメタリック錯体の生成に有利であり、また、立体障害が大きい場合はヘテロバイメタリック錯体の生成が阻害される。とくにコバルトカルボニルとの反応では、生成する2種類のヘテロメタリック生成物の生成比が、チタンの立体的要因に影響されることが明らかとなった。本研究は、光あるいは熱を刺激剤とすると、複核構造をもつ錯体の金属-金属結合が活性化され、ハプトトロピック転位や組み換え反応をおこすという発見をもとに、金属-金属結合の活性化による色および磁性の可逆的変化を示す金属錯体の開発とその機構を解明することにより、金属の特性を活用した新しい分子スイッチの概念と、その設計指針を確立することを目的としている。本年度の成果として、熱および光刺激により可逆的な構造変化をおこすアセナフチレン類を配位子とする鉄複核錯体を設計、合成し、熱異性化反応の解析(反応速度論、平衡定数、熱力学パラメーターの決定)、光異性化過程の解析(波長依存性、量子収率)の決定を通じて、溶液および固体中での光あるいは熱スイッチとしての機能を明らかにした。とくに固体状態での可逆性、繰り返し応答性のある光・熱スイッチ系を達成した。さらにその知見をチタンとルテニウム、モリブデン、タングステン、コバルト金属を含む複核構造をもつ錯体を検討した。とくに、チタン(III)アルコキシド-コバルトジカルボニル錯体系における熱的な金属組み換え反応においては、反応がチタンとコバルトの組み替えだけでなく、コバルトの核数変化を伴う反応が組み込めるという新しい知見を得たのみならず、チタン錯体の構造によりコバルトの核数制御が可能であることを明らかにした。以上のチタン-コバルト系の反応の特徴、機構を詳細に検討することにより、ヘテロバイメタリック系分子スイッチ合成の基礎的な知見を得た。
不飽和土の構成モデルの個別要素法解析に基づく拡張に関する研究

粒状材料が破壊時に発揮する粘着力は、粒子間付着力を有する粒子の集合体のマクロな挙動より決定されるものである。本研究ではこの粘着力の根本的な原因である粒子レベルでの粒子間付着力に着目して、そのマクロな挙動への影響を明らかにし、さらに、拡張された構成モデルに結びつく現象を個別要素法に基づく数値実験により明らかにすることを目的とした。このため、粒子間付着力を導入した2次元および3次元個別要素法解析(DEM)を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。3次元DEM解析において粒子間付着力を増加すると、ピーク強度に基づく内部摩擦角および粘着力は増加する傾向を示した。これは、従来サクション一定での不飽和土の三軸圧縮試験結果において得られている傾向と一致している。2次元DEM解析において粒子間付着力を増加させると降伏線は拡大することが分かった。しかし、拡大の傾向がどのような理論に拠るかは明確でなかった。3次元DEM解析により得られたπ面上におけるピーク強度点は、Lade規準に一致する傾向を示した。このことは、砂のような粒状材料の破壊規準がLade規準に従う可能性を示している。また残留強度点は、SMP規準に一致する傾向を示した。このことは、正規粘土のようなせん断時に圧縮する材料の破壊規準がSMP規準に従う可能性を示している。3次元DEM解析により得られたπ面上における等せん断ひずみ線は、Lade規準と一致する傾向を示した。このことは、砂のような粒状材料については破壊規準のみならず、変形挙動までもがLade規準に従うことを示している。以上の結果は、通常、材料特性を調べるために地盤工学において行われている、三軸圧縮試験や3主応力試験結果からは明らかにはされなかった。これらの結果は、理想の粒状材料が備える材料特性と考えられ、土を含む地盤材料の力学特性を考える上で重要である。2次元粒状体積層体の圧縮およびせん断試験のシミュレーションに先立ち,積層体を構成する粒子形状が力学特性に及ぼす影響について検討を加えた.通常,個別要素法は円形粒子を用いて行われることが多い.この結果,積層体の密度が極端に高くなり,粒子間の間隙比が低くなり,せん断時には体積膨張傾向を示すことになる.このような挙動は,実際の地盤材料における砂や租粒材料の挙動と対応しており,粘土の挙動には対応していない.粒子形状は,ひとつの円形粒子に対して,内部に三角形,四角形,六角形状に円形粒子を発生させ,それらを互いに剛結することにより表現することにした.その結果,低い拘束圧下における間隙比はあまり変わらないものの,せん断時の挙動に関しては,三角形粒子の場合,体積圧縮を生じることがわかった.個別用法による数値実験結果を実材料における実験結果と対応させ,現在得られている理論の妥当性を検証することが,本研究の目的のひとつであるが,三角形粒子を用いることにより,その検討が可能であることが示された.粒子形状が粒状材料の力学特性に与える影響に関しては,その評価指標も含めて,現在,明らかにされていない.本研究においては,三角形,四角形・六角形粒子中の,配置粒子間の粒子間距離を変化させることにより,粒子の凹凸係数を変化させ・その力学挙動に与える影響に関しても検討を加えた.その結果,凹凸係数とせん断係数の関係は,粒子形状ごとに異なる傾向を示すことが明らかとなった.この結果は,粒状材料のせんだん強度が,凹凸係数だけではなく,さらに他の要因の影響も受けることを示している.

その影響要因として粒子表面の租度に着目している.次年度は三角形配置粒子の配置粒子数を多くすることにより,租度の変化を表現することにより,さらに検討を加える予定である.粒状材料が破壊時に発揮する粘着力は、粒子間付着力を有する粒子の集合体のマクロな挙動より決定されるものである。本研究ではこの粘着力の根本的な原因である粒子レベルでの粒子間付着力に着目して、そのマクロな挙動への影響を明らかにし、さらに、拡張された構成モデルに結びつく現象を個別要素法に基づく数値実験により明らかにすることを目的とした。このため、粒子間付着力を導入した2次元および3次元個別要素法解析(DEM)を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。3次元DEM解析において粒子間付着力を増加すると、ピーク強度に基づく内部摩擦角および粘着力は増加する傾向を示した。これは、従来サクション一定での不飽和土の三軸圧縮試験結果において得られている傾向と一致している。2次元DEM解析において粒子間付着力を増加させると降伏線は拡大することが分かった。しかし、拡大の傾向がどのような理論に拠るかは明確でなかった。3次元DEM解析により得られたπ面上におけるピーク強度点は、Lade規準に一致する傾向を示した。このことは、砂のような粒状材料の破壊規準がLade規準に従う可能性を示している。また残留強度点は、SMP規準に一致する傾向を示した。このことは、正規粘土のようなせん断時に圧縮する材料の破壊規準がSMP規準に従う可能性を示している。3次元DEM解析により得られたπ面上における等せん断ひずみ線は、Lade規準と一致する傾向を示した。このことは、砂のような粒状材料については破壊規準のみならず、変形挙動までもがLade規準に従うことを示している。以上の結果は、通常、材料特性を調べるために地盤工学において行われている、三軸圧縮試験や3主応力試験結果からは明らかにはされなかった。これらの結果は、理想の粒状材料が備える材料特性と考えられ、土を含む地盤材料の力学特性を考える上で重要である。
散水による可燃物の燃え拡がり抑制効果の工学的評価手法に関する研究

本研究課題では、以下の二つのサブテーマにおいてそれぞれ下記の成果を挙げた。1「散水による燃焼中の可燃物から隣接する可燃物への着火抑制」について、火熱を模擬した電熱ヒーターと散水装置、可燃物から構成される装置を用いて様々な加熱強度、散水密度に対する可燃物の着火時間等を測定し、同実験結果を分析・考察することにより、散水による受熱低減効果を考慮した着火モデルを構築した。2「散水による可燃性内装材の燃え拡がりの抑制」について、鉛直面の可燃性内装材を下端から着火させ、上方に燃え拡がる過程で散水を行い、可燃性内装材の表面温度や発熱速度を測定し、散水による燃え拡がりの抑制に関する知見を収集した。本研究では、スプリンクラー等の散水設備による可燃物の燃え拡がり抑制効果の影響を考慮した建築物の火災安全性の工学的評価手法の構築を目的とし、「i)散水による燃焼中の可燃物から隣接する可燃物への着火の抑制」および「ii)木材などの可燃性内装材の燃え拡がりの抑制」に関する定量的知見の収集のため、H28年度は以下の実験を実施した。i)散水による燃焼中の可燃物から隣接する可燃物への着火の抑制電熱ヒーターおよび散水設備を用いて、可燃物(PMMA(アクリル板))に対し、加熱と散水を同時に与える実験を実施した。主な実験パラメータは「加熱強度」と「散水密度」とし、可燃物が熱分解を開始した時間、着火した時間、表面温度等を計測した。実験の結果、加熱強度が低く、散水密度が高い条件では、可燃物が熱分解しない条件も存在した。一方、加熱強度が低く、散水密度が高い条件では、可燃物表面に供給された水が瞬時蒸発し、温度上昇が緩やかとなるものの熱分解や着火が生じた。このとき、加熱強度が高く、散水密度が低いほど、可燃物が熱分解を開始した時間や着火した時間は早くなる傾向を示した。ii)木材などの可燃性内装材の燃え拡がりの抑制鉛直に立てた可燃性壁内装材(PMMA(アクリル板))を下端から幅方向に一斉に点火し、上方へ燃え拡がっている間に内装材全面に散水し火炎伝播性状の変化を確認する実験を実施した。主な実験パラメータは「散水密度」である。実験の結果、本実験で採用した散水密度の範囲では、散水開始以降も燃焼が継続し続けたものの、燃え拡がり速度は散水無しの条件に比べ幾分低くなる傾向を示した。また、燃え拡がり速度は散水密度が高くなるほど遅くなった。さらに、燃え拡がり性状に関する基礎的な燃焼特性を把握するため、小規模な可燃物片(木材、PMMA、ウレタン)を用いたコーンカロリーメータ実験を併せて実施した。「研究実績の概要」に示した内容は、科研費申請時の応募内容ファイルに示したH28年度の研究計画の内容とおおむね等しいため。1「散水による燃焼中の可燃物から隣接する可燃物への着火の抑制」電熱ヒーターと散水装置,試験体(可燃物または鋼板)から構成される装置を用いて,試験体の着火時間および熱分解の開始時間,表面温度を測定した。その結果、可燃物を試験体とした場合、散水量が増加するほど可燃物の着火が遅延することを確認した。また、鋼板を試験体とした場合、鋼板の温度から推定した散水による受熱低減効果が鋼板表面に供給された水が全て蒸発した場合の潜熱および沸点まで昇温するために必要な潜熱と概ね同様であることを確認した。さらに、これらの結果を踏まえ、散水による受熱低減効果を考慮した熱着火モデルを提案し、その妥当性を確認した。2「木材などの可燃性内装材の燃え拡がりの抑制」鉛直面に貼られた可燃性内装材を想定した試験体の下端を着火させ、上方へ火炎伝播する過程で散水を行い、発熱速度や表面温度を測定し火炎伝播速度を推定した。その結果、散水により火炎伝播速度が低減することを確認した。また、1の研究成果等を踏まえ、散水による着火遅延および発熱速度の低減を考慮した火炎伝播予測モデルを構築した。本研究で着目した以下の二つの課題に対し、それぞれ以下のような研究を行う計画である。なお、記載の内容は科研費申請時の応募内容ファイルに示した内容とおおむね等しい。i)散水による燃焼中の可燃物から隣接する可燃物への着火の抑制平成28年度に実施した実験の結果を用いて、散水による可燃物の着火抑制を分析する。

特に火災安全工学の分野では,火熱により上昇した可燃物表面の温度が着火温度に到達した時点を以って可燃物の着火と見なす熱着火モデルを用いて検討することが一般的であり、本研究では、散水による可燃物の冷却効果等を考慮した熱着火モデルを構築する計画である。また、必要に応じて補足的な実験を実施する。ii)木材などの可燃性内装材の燃え拡がりの抑制平成28年度に実施した実験の結果を用いて、散水による可燃性内装材の火炎伝播抑制効果を分析する。申請者らはすでに平板状の鉛直面を対象とした理論的なモデルを構築しており、まずはそのモデルを用いた計算結果と実験結果の比較を行い、必要に応じてモデルの改良や補足実験を実施する計画である。また,平成29年度の後半にはこれらのモデル等を用いて,散水設備による可燃物の燃え拡がり抑制効果を考慮したケーススタディを実施し,散水設備の有無による火災性状の違い等について検討する計画である。火災安全工学
高温超伝導線のヘテロ接合界面における微細構造の解析と接合メカニズムの解明

本研究は高温超伝導線材間の極低抵抗接合の実現に向けて、ヘテロ接合界面の微細構造の解析により、接合メカニズムを解明することを目的としている。具体的には、応用が検討されているREBa2Cu3O7-δ(RE123、REは希土類元素)線材間の接合について、熱処理過程でのヘテロ界面における組織形成や、結晶成長、および金属不純物の超伝導相への拡散による界面の構造変化などの3つの要素を解析し、それぞれの要素が与える臨界電流や機械強度などへの影響について調査し、ヘテロ界面の形成原理と特性を明らかにすることである。初年度は計画とおり3つの要素の中でヘテロ界面の組織形成に着目した。ヘテロ界面は、Gd123線材間にYb123シート(多結晶)を挟んで分解溶融および成長させることで形成される。組織形成については、接合界面の観察による各種物質の分布構造、接合面積と割れ目の有無、および臨界電流への影響を調べ、新しい知見が得られた。接合界面の断面観察ではYb123とGd123が直接につながっている部分が小さく、それらの間に熱処理過程で液体になったBaCuO2(非超伝導)などが媒体となってつながっている部分が多かった。界面での非超伝導物質の形成は接合全体の臨界温度を降下させる影響がある可能性があり、これまで臨界電流が低かった要因の一つとして考えられる。Yb123シートと線材のGd123層間の接合面積は全体(Yb123シート面積)の80%程度と高くなり、十分に接合されていた。なお、接合体の剥離過程でYb123シートの内部が分割し、接合界面が剥離されないため、界面の機械強度は実用に十分であることがわかった。Yb123シードの内部組織には、通電時の電流方向に沿った数本の割れ目が観察されたが、線材への侵入がないことと、線材には割れ目が検出されなかったことから、線材の臨界電流への相関は極めて小さいと考えている。当初計画していたYb123-Gd123間のヘテロ接合における組織形成の研究について、臨界電流と機械強度に関連ある次の要素についてすべて調べたため、おおむね計画とおり進めることができていると考えている。具体的には、接合界面の観察による組織構造、接合面積、割れ目の臨界電流への影響を調べ、さらに剥離強度についても知見が得られた。現在までの進捗状況を踏まえ、おおむね順調に進展していることから、今後も計画とおりに進めていく予定である。今年度はヘテロ接合の結晶成長などの構造変化について調べる。
ヒトリンパ球分化機構の解明と移植療法への応用

我々は、hTERT遺伝子導入不死化ヒト骨髄由来ストローマ細胞が、ヒト造血前駆細胞から、CD19^+ CD10^+ cyCD79a^+ CD20^+/-VpreB^-proBとCD7^+CD45RA+ CD56^-cyCD3^-T/NKリンパ球系前駆細胞の生成を支持することを見出し、この培養系を用いてflt3Lが両方のリンパ球系前駆細胞の生成において、中心的な役割を果たしていることを明らかにした。これらのリンパ球系細胞の分化には、ストローマ細胞との接着は必ずしも必要でなかった。さらに、Notch ligand Deltaをストローマ細胞に遺伝子導入し、T細胞分化への作用、および、細胞移植療法への応用を検討した。ヒト骨髄環境におけるリンパ球系細胞の分化を明らかにするために、まず、ヒト骨髄由来不死化スとローマ細胞がリンパ球系細胞の分化を支持するか検討した。(1)サイトカイン無添加にて、20%FCS α-MEM培地で3週間培養することにより、CD34^+あるいはCD34^+CD38^<lo/->CD7^-CD19^-ヒト臍帯血造血前駆細胞からCD34^-CD7^+cytCD3^-ProT細胞、CD34^-CD19^+CD79a^+VreB^-ProB細胞の生成が支持されること、(2)SCF,TPO,Flt3L,IL-7,G-CSFをそれぞれ単独で培地に添加すると、Flt3LのみがProTおよびProB細胞の生成を促進すること、などが明らかとなった。造血前駆細胞から、TおよびB細胞系細胞の両方を効率よく支持する培養系はこれまで報告されておらず、この培養系を用いることにより、ヒトリンパ球の初期分化を詳細に検討することが可能であることが示された。現在、Flt3Lが、初期T及びB細胞分化のどの段階で、どのような役割を果たしているのか、添加実験や受容体発現などにより詳細に検討を進めている。一方、SCFやTPOは、それ単独ではProTやProB細胞の生成にほとんど影響しないが、SCFとTPOの両方を添加すると、Flt3L非存在下でもProTやProB細胞の生成を促進した。これらのサイトカインは、FCSに含まれる、あるいはストローマや造血細胞自身が産生するFlt3Lと協調して作用している可能性もあり、現在、中和抗体やinhibitorを用いて検討中である。また、これまで、リンパ球系細胞分化におけるTPOの役割についてはほとんど検討されておらず、このような視点からも、これまで明らかになっていなかった新知見が得られつつある。[研究成果]これまで、ヒトリンパ球系細胞分化は、主にマウスのストローマ細胞を用いて検討されてきた。しかし、BおよびTリンパ球系細胞分化を同時に支持する培養系は報告されていない。我々は、hTERT遺伝子導入不死化ヒト骨髄由来ストローマ細胞が、ヒト造血前駆細胞から、CD19^+proBとCD7^+CD56^-CD45RA^+T/NKリンパ球系前駆細胞の生成を支持することを見出した。さらに、この培養系を用いて、flt3Lが、B・T両方のリンパ球系前駆細胞の生成を促進すること、SCFやTPOは、単独ではB・Tリンパ球系前駆細胞の生成に影響を与えないものの、flt3L存在下にて、両方のリンパ球系前駆細胞の生成を促進することを見出し.た。これらの作用は、不死化ストローマのみならず、正常骨髄由来のストローマ細胞との共培養でもみられた。さらに、興味深いことに、これらのリンパ球系細胞の分化は、造血前駆細胞とストローマ細胞との接着を阻害してもみられたことから、T・Bリンパ球系細胞の初期の分化には、ストローマ細胞との直接の接着は、必ずしも必要でないことが示唆された。[意義]今回の研究により、ヒト骨髄ストローマ細胞が、BのみならずTリンパ球系細胞の初期分化に重要であること、flt3Lがこれらのリンパ球系細胞の生成において中心的な役割を持っていることが明らかとなった。特に、これまでほとんど明らかにされていないヒトTリンパ球系細胞の初期分化の一端が明らかになった。[重要性]本培養系の確立により、造血幹細胞からT・Bリンパ球系細胞を含む様々な細胞への分化経路や、その分子機構について研究を行うための基盤ができた。さらに、造血器腫瘍の幹細胞の分化・増殖の制御機構の解明においても、重要な役割を果たすものと思われる。
表面改質によるマグネシウム合金の耐腐食疲労性能向上に関する研究

Mg合金に電解Niメッキ処理を施すことによって,腐食疲労強度の改善が認められた.また,陽極酸化処理(AD膜)単独ではMg合金の腐食疲労寿命を改善できないが,AD膜とP膜(塗装処理)のハイブリッド処理材によって,腐食疲労強度は改善できた.Mg合金に電解Niメッキ処理を施すことによって,腐食疲労強度の改善が認められた.また,陽極酸化処理(AD膜)単独ではMg合金の腐食疲労寿命を改善できないが,AD膜とP膜(塗装処理)のハイブリッド処理材によって,腐食疲労強度は改善できた.マグネシウムは,実用金属中で最も軽量金属であり,寸法安定性,切削性,比強度,電磁波シールド性に優れるなど多くの長所を有しているが,最大の欠点として耐食性に乏しいという問題点がある.筆者はこれまで,無電解Niメッキ法を用いてマグネシウム合金AZ31の腐食疲労強度改善を試みた.しかし腐食環境において,同材料の疲労寿命は裸材のそれよりもが低下し,無電解Niメッキ法によって,十分な腐食疲労性能を付与することができなかった.本研究では,無電解Niメッキに代わり,電解Niメッキ法を施した同材料の腐食疲労挙動について調査した.その結果,以下の実用的に有効な結果を得た.(1)電解Niメッキ処理によって,腐食環境下での疲労寿命の減少を抑えることができ,大気中の疲労寿命とほぼ同程度の疲労寿命を得ることが出来た.従って,Mg合金の耐腐食疲労性能改善に,本電解Niメッキ処理法の有効性が確認され,実用に供することができる.(2)メッキ材の疲労破壊機構として,疲労き裂はメッキ表面の欠陥(幅約50μm,深さ約14μm),及び基材とメッキ界面に存在する欠陥(幅約100μm深さ約8μm)から発生し,そのご進展することによって試験片の最終破壊が生じる.(3)メッキ工程でメッキ表面に発生する欠陥数を低減させ,またその欠陥寸法を小さくすること,及び基材とメッキ界面に存在する欠陥を減少させるために,基材表面の欠陥除去によって疲労寿命はさらに増加するものと考えられる.マグネシウムは,実用金属中で最も軽量金属であり,寸法安定性,切削性,比強度,電磁波シールド性に優れるなど多くの長所を有しているが,最大の欠点として耐食性に乏しいという問題点がある.筆者はこれまで,無電解Niメッキ法,並びに電解Niメッキ法を用いてマグネシウム合金AZ31の腐食疲労強度改善を試みた.後者の方法を用いることによって,腐食疲労寿命の低下を防ぐことを明らかにした.本研究では,陽極酸化被膜,及び陽極酸化被膜にペイント膜の複合被膜を施した材料の腐食疲労挙動について調査した.その結果,以下の結論を得た.(1)陽極酸化被膜法のみでは,腐食疲労寿命の減少を抑えることができなかった.これは同被膜が多孔性を有するためであることを明らかにした.大気中の疲労寿命は裸材とほぼ同程度であった.(2)陽極酸化被膜には多数の微小な縦穴と横穴が発生しており,腐食疲労過程では,これらの微小孔を通じて腐食液が母材に到達し,そこに腐食ピットを形成するため,き裂の発生が加速された.(3)陽極酸化被膜にペイント膜を施した複合被膜材の腐食疲労寿命には,改善が認められた.これはペイント膜の遮断効果によって,腐食液が母材に到達し難いためである.従って,Mg合金の耐腐食疲労性能改善に,本陽極酸化被膜とペイント膜の複合膜の有効性が確認され,実用に供することができる.陽極酸化処理(AD)と塗装膜(P)を複合させたハイブリッド処理試験片を用いて3%食塩水中にて腐食疲労実験を行った.その結果,陽極酸化処理(AD膜)単独では腐食疲労寿命を改善できないが,AD膜とP膜(塗装処理)のハイブリッド処理によって,腐食疲労寿命を大幅に改善することができることがわかった.しかし,ハイブリッド処理材でも,陽極酸化(AD)膜を厚くするに従って,耐腐食疲労性能の改善効果が減少した.AD膜を30μmとしたハイブリッド処理材のAD_<30>P_<20>(AD膜30μm,塗装膜20μm)試験片では,裸材と同程度の腐食疲労強度まで低減することから,塗装処理(P膜)による改善効果は消失した.FEM解析ソフトを用いて,荷重を負荷した際に,AD膜厚さならびにその粗さに起因してP膜に発生する弾性ひずみを定量的に求めた.その結果,AD膜の厚みが増加するに従って,すなわちその粗さが大きくなるに伴い,塗装(P)膜のひずみ値が増加した.AD_0P_<20>,AD_<10>P_<20>,AD_<30>P_<20>の3種類の試験片を用いて,100MPaの曲げ応力を負荷した場合の電気化学分極曲線を測定した.無負荷の状態では,これらの試験片の分極挙動は観察されなかった.AD膜の薄い試験片AD_<10>P_<20>(AD膜10μm,塗装膜20μm),あるいはAD膜が存在しないAD_0P_<20>(AD膜0μm,塗装膜20μm)試験片では,応力を負荷しても,分極挙動は観察されなかった.

無負荷では,分極しなかったAD_<30>P_<20>試験片が100MPaの応力負荷により分極した原因は,AD膜の粗さと厚さに起因して,塗装(P)膜に大きなひずみが発生し,P膜の,液に対する浸透性が増加したためであると考えられる.その結果.腐食液がP膜とAD膜の界面まで侵入し,さらにAD膜の多孔性により腐食液は母材表面まで達することにより,腐食ピットを生成したものと考えられる.
修復遺伝子多型の喫煙関連がんおよび多発がんリスクへの影響

喫煙リスクの同定されている大腸癌、胃癌などで、喫煙歴を調整した症例対照DNA多型研究をおこなった。まず修復遺伝子MutYHのhaplotypeを構築し、約800対の中規模の相関関係研究で、大腸癌リスクを有意に上昇させるハプロタイプを見いだした。もっとも重要とおもわれる多型はプロモーター部位にみられた多型であったが、機能差を確認することはできなかった。胃癌についても、喫煙歴と食事歴を調整可能な150-300例の症例対照相関研究をおこなった。ひとつは、inconsistentなdataが続いていた、CDH1promoterの多型であるが、ハプロタイプ構築の結果、日本人の胃癌への寄与が確認された。これで、北欧のdataとあわせて、2集団で確認されたことになるが、ともに症例数、寄与度とも少ない。胃癌発生背景粘膜の炎症の活動度を病理学的に評価して、炎症が少ない(これは酸化的DNA障害が比較的少ないのではないかと予想した)にもかかわらず、DNA付加体である、80H guanineが、上皮細胞、リンパ球などに強染し、多くのDNA障害が存在するという症例を、200例以上の胃癌手術例より抽出した。これちは、酸化的DNA障害修復遺伝子になんらかの機能低下をおこすような多型あるいは変異があるのではないかと期待した。そこで、酸化的DNA障害修復遺伝子である、OGG1、MutYH、NTH1、MTH1の全エクソンの塩基配列を決め、異常な変異や多型が存在しないかどうか確認した。結果として、このような胃癌例に重大な結果を及ぼすような変異は見つからなかったが、いくつか、機能差の可能性のある多型候補が見いだされた。この点についてさらに検討を続けている。家族集積性のある胃癌の例のなかから,あらたなP53多型を発見した。試験管内での検討では、明白な機能差がみられるのであるが、発見された例における発症は60代でありpopulation studyが必要と考えられた。MYH修復遺伝子の、ハプロタイプ構築を14の1塩基多型(SNP)をもとにおこなった。さらに、その際、intron1にある新たな多型を発見した。これらをふくむ4つのSNPによるハプロタイプを用いると、あるハプロタイプで、800対の大腸がん症例対照研究で、リスクの有意な上昇をみた。この、多型の、リスク増加の生物学的基礎を探るために、その部分(βタイプのプロモーターに相当)をふくむ、プロモーターアッセイ用のプラスミドを構築し、ルシラフェラーゼアッセイをおこなった。いくつかの細胞株で、差をみとめた。その過程で、さらに上流に、この多型とほとんどリンクするあらたな多型を見いだした。MYHのプロモーター領域であることを、ルシフェラーゼアッセイで確認し、この上流の新多型が、intron1にある多型と完全に連鎖不平衡にあることを、'全例のタイピングで確認した。この多型を外から導入した場合の多型による活性の差は、普通の条件下では検出できなかった。さらに、喫煙に関連する、膀胱癌、肺癌について、それぞれ、100例、160例について頻度を調べた。膀胱癌のうち家族歴のある4例のうち3例で、以前報告したスプライシング異常をおこす変異があった。また、肺癌例で、変異型の頻度の上昇はみられなかったが、集団差が顕著であった。その肺癌例の手術例について、PIK3CA, EGFR, K-RASの変異および増幅を検討し、genotypeとの相関をみた。そのなかでは、EGFRのイントロンの多型が、TKIの感受性に関与すること、あるいは腫瘍自体におけるEGFRの増幅との相関がみられた。さらにPIK3CAの増幅が変異よりも高頻度にみられ、とくにstage1,2で頻度は高く、変異とは重複していなかった。修復遺伝子の多型はこれらのmutationspectrumとは現時点では関係していないように思える。

結果として、このような胃癌例に重大な結果を及ぼすような変異は見つからなかったが、いくつか、機能差の可能性のある多型候補が見いだされた。この点についてさらに検討を続けている。家族集積性のある胃癌の例のなかから,あらたなP53多型を発見した。試験管内での検討では、明白な機能差がみられるのであるが、発見された例における発症は60代でありpopulation studyが必要と考えられた。
分子末端を規則的に空間配位させた、棒状高分子のスメクチック層状液晶に関する研究

光学活性基を側鎖に有するポリシランは剛直棒状形態を有し、分子量が小さいときには、明確なサーモトロピック・コレステリック液晶を形成し、分子量分布が狭い(Mw/Mnが1.1以下)ポリシランでは、コレステリック液晶相の下に、スメクチック相が出現し、分子長に相応するスメクチック層長を持つ。本研究では、分子量が異なる二つの試料を混合し、スメクチック相の挙動を調べた結果、分子量が近い時は、分子量分布の広がりを認識し、スメクチック相が不安定化されるのに対して、分子量が著しく異なる試料の混合では、二つのスメクチック相が相分離をすることがわかった。これはスメクチック相の場では化学構造的に同種の分子でありながら、異種分子として認識しあうということを意味する。一方、スメクチック液晶相は特異なずり流動特性を示し、ずり方向に対して分子軸が垂直に並ぶことが知られている。その垂直配向様式には二通りあり、二つの配向メカニズムが考えられる。一つは、層間のスリップが優先的に起こり、層がずり方向に並ぶというメカニズミであり、もう一つは、層内では分子は液体的であるため、分子の軸に垂直な方向が優先的に流動するというもので、いずれも、分子軸はずりに垂直方向に並ぶ。この二つのメカニズムを明らかにするために、液晶セグメントとポリスチレンセグメントからなるジブロック共重合体を調製し、液晶セグメントがネマチック液晶およびスメクチック液晶状態にある温度で、ラメラあるいはシリンダーミクロドメインを形成している液晶-非晶ジブロック共重合体に定常流せん断を印加した。せん断印加後、各方向から小角X線回折像を撮影し、液晶およびミクロドメインの配向を判定した。その結果、ネマチック液晶相ではプレート基板に層は平行配向する(平行配向)のに対して、スメクチック液晶相では垂直に並ぶ(垂直配向)ことを確認した。光学活性メチルブチル基、デシル基を側鎖に有するポリシランは、剛直棒状形態を有する。また、分子量が小さいときには、明確なサーモトロピック・コレステリック液晶を形成する。さらに、分子量分布が狭い(Mw/Mnが1.1以下)ポリシランでは、コレステリック液晶相の下に、スメクチック相が出現し、分子長に相応するスメクチック層長を持つ。本研究では、分子量が異なる二つの試料を混合し、スメクチック相が、混合によりどのような挙動を取るのか調べた。その結果、分子量が近い時は、分子量分布の広がりを認識し、スメクチック相が不安定化されるのに対して、分子量が著しく異なる試料の混合では、二つのスメクチック相が相分離をすることがわかった。このように、スメクチック相の場では化学構造的に同種の分子でありながら、異種分子として認識しあうという面白い結果を得た。また、光学活性でない棒状分子系の方が、ネマチック相-スメクチック相転移における構造変化がより単純であるため、イソブタン側鎖とデシル側鎖を有するポリシランの合成を試みた。この光学不活性ポリシランでも、分子の剛直性が維持されており、一本の分子では、右、あるいは左巻きらせんの何れかが形成され、それらの等量混合物となっていることがわかった。この系でも、サーモトロピック液晶は観測され、ネマチックースメクチック相転移を、単純ずり配向試料で観測し、小角X線、顕微鏡により、相転移に伴う、配向秩序、相秩序の変化を議論した。通常ネマチック液晶相では、分子軸(配向軸)がずり流動方向に配向する。

一方、スメクチック液晶相は特異なずり流動特性を示し、ずり方向に対して分子軸が垂直に並ぶ。また、その垂直配向様式には二通りあり、二つの配向メカニズムが考えられる。一つは、層間のスリップが優先的に起こり、層がずり方向に並ぶというメカニズミであり、もう一つは、層内では分子は液体的であるため、分子の軸に垂直な方向が優先的に流動するというもので、いずれも、分子軸はずりに垂直方向に並ぶ。この二つのメカニズムを、液晶セグメントとポリスチレンセグメントからなるジブロック共重合体はリビングラジカル重合法で調製し、液晶セグメントがネマチック液晶およびスメクチック液晶状態にある温度で、ラメラあるいはシリンダーミクロドメインを形成している液晶-非晶ジブロック共重合体に回転式レオメータ(現有装置)で定常流せん断を印加した。せん断印加後、治具から剥離した試料にX線ビームを流動速度方向(v)、速度勾配方向(▽v)、ニュートラル方向(v×▽v)の3方向から照射して広角および小角X線回折像を撮影し、液晶およびミクロドメインの配向を判定した。以上のずり配向実験により、ネマチック液晶相ではプレート基板に層は平行配向する(平行配向)のに対して、スメクチック液晶相では垂直に並ぶ(垂直配向)ことを確認し、液晶のダイナミックスを議論した。
ほ乳類の受精の新規膜因子群の分子機構

Izumoはほ乳類の受精時に精子側で機能する膜融合因子である。Izumoの免疫グロブリン様ドメイン内に存在するN結合型糖鎖の機能を明らかにするために、非糖鎖型のミュータントIzumoを発現するマウスを作製した(N204QIzumo)。その結果、N204QIzumoの精子がほとんど精子-卵子の膜融合をしていないことが分かった。この原因は、精子の成熟過程で機能型Izumoが分解され、減少していることであった。このことから、IzumoのN結合型糖鎖はタンパク質の安定性に機能していることが明らかになった。受精の融合機構については卵子上の融合因子としてCD9が最近報告されたのみで精子側の必須因子は同定されていなかった。申請者のこれまでの成果として、融合を特異的に阻害するモノクローナル抗体を用いて、世界で始めて精子側の融合因子Izumoを発見した(Nature,Inoue N, et. Al.,2005)。Izumoノックアウト精子は融合の準備段階である先体反応まで正常に進行するが、その後の卵子との融合が完全に阻害される。さらに融合を顕微授精法でバイパスすると正常に発生することから、Izumoはまさに精子と卵子の融合にだけ機能する世界で始めて発見された精子側の融合因子であった。平成19年度は、Izumoの免疫グロブリン内の種間で高度に保存されたN結合型糖鎖の役割を調べるために、204番目のアスパラギンをグルタミンに変異させたタンパク質を精巣特異的に発現するトランスジェニックマウスを作製した。Izumoノックアウトバックグランドのこれら雄のトランスジェニックマウスは妊孕性、融合能が野性型に比べ約30%に減少するものの保持されていた。これら精子のウエスタンブロット解析の結果、Izumoが分解されていることからN結合型糖鎖は直接融合能に寄与するのではなく、Izumoの安定性に寄与していることが分かった。体外受精で阻害効果をもつ免疫グロブリンドメインよりも上流の機能ドメインについては、構造解析の結果、αヘリックスからなることを明らかにした。免疫沈降法、His-tag pull down法を用いて、精子、卵子上でIzumoと相互作用するタンパク質を数種類同定することに成功したので、これら分子のノックアウトマウスを作製するとともに、できあがったマウスは受精能について順次解析中である。受精は生命現象の始まりという極めて重要な現象にも関わらず、分子生物学的な機構については未知の部分が多い。特に膜融合機構に関する研究は世界的に見ても詳細な解明に至っていない。これまでに我々は、受精の膜融合を特異的に阻害するモノクローナル抗体を用いて、世界で始めて精子側の融合因子Izumoを発見した(Nature,Inoue N et.al.,2005)。今年度の若手研究(A)の成果として、Izumoの融合時に機能する詳細な解析を行なうために、種間でよく保存されたIzumoのN結合型糖鎖を欠失する雄マウスを作製し、その精子の融合能に関する研究成果を発表した(BBRC,Inoue N et.al.,2008)。N型糖鎖がないIzumoは、精子の成熟に伴い、精巣上体尾部で特異的に分解され、その結果、その結果、その精子の受精能、融合能が劇的に低下した。しかし、少ないながらも、融合能が存在することから、Izumoの糖鎖が直接融合に機能しないことが明らかになった。さらにIzumoを介する膜融合機構を解明するうえで重要な位置を占める、Izumoの一次構造上の融合機能ドメインを明らかにすることに成功した(未発表データ)。このドメインは分子間の接着、相互作用に機能するとされている免疫グロブリン様ドメインよりもN末端の領域に存在し、種間でよく保存され、かつIzumoに特異的な配列であった。今後はこのドメインのなかで、重要なアミノ酸残基をさらに絞り込み、Izumoの詳細な融合活性化機構を明らかにする予定である。
人間の感性を考慮した介助犬ロボットの開発(試作機の設計・製作および実験)

介助犬は,身体障害者を助けるように訓練された犬であるが,高齢化社会が進行している我が国において,今後,高齢者が在宅生活を送る上でも必要とされるであろうと考えられる.しかし,介助犬の数は僅かである.そこで,介助犬の役割を果たすロボットを開発し,来る超高齢社会に工学的立場から寄与することを考えている.介助犬ロボットのような人間と共存し,人間と協調して動くロボットを開発する上で,ロボットと人間とのコミュニケーションをどの様にとるかが重要な問題となる.特に人間の感性を考慮した場合,人間の意志通りにロボットが駆動でき,さらに人間に対して優しく(柔らかく)駆動することが重要である.そこで,本研究では,今年度,ロボット本体に取り付けた力センサにより,人間とロボットとの相互作用力を計測し,その力に対応した位置指令型インピーダンス制御を用いて,あたかもロボット本体にバネ・マス・ダンパーが仮想的に付いているかのようにロボットが動く柔軟な制御を実現できるロボットを機能試作した.これにより,人間の意志を相互作用力としてロボットに入力でき,位置指令型インピーダンス制御によりロボットは柔らかさを持って駆動する.さらに,位置指令型インピーダンス制御におけるバネ・マス・ダンパーは仮想的なものであり,コンピュータ上でこれらの値を変更することが可能であり,利用者の好みなどに合わせてロボットの柔軟性を変えることが可能である.機能試作したロボットを用いて実験を行い,その有効性などについて検討した.介助犬は,身体障害者を助けるように訓練された犬であるが,高齢化社会が進行している我が国において,今後,高齢者が在宅生活を送る上でも必要とされるであろうと考えられる.しかし,訓練の困難さや動物であるが故の問題のために,その数は僅かである.本研究では,工学的立場から介助犬の役割を果たすロボットを開発することを目指し,期間内に幾つかの介助(人間が立ち上がる時の補助等)を行うのに必要な機能を有し,人間の感性を考慮した(人間の感性において違和感や不快感を与えない)ロボットの設計・試作およびそのロボットを用いた実験などを行い,介助犬ロボットを開発するための基本的な設計手法を確立することを目的とし,今年度は以下の事項を行った.1)来年度に予定している介助犬ロボット試作のための基礎実験市販の四足歩行ロボットTITAN-VIII(東京精機株式会社)に,コンピュータおよび種々のセンサを自装させた実験用ロボットを用いて実験を行い,歩行における制御方法(静歩行時の制御方法や動歩行時の制御方法)の検討や人間とロボット間のインターフェース部の検討,および,人間とロボットとのコミュニケーション(音声)において人間の心理的側面(感性)に与える影響についての検討などを行った.2)介助犬ロボットの試作準備等次年度に予定している介助犬ロボットの試作においては,上述の実験用ロボットを用いて行った実験結果を参考データとし,介助犬ロボットの概念設計,基本構造設計を行い,設計したロボットを駆動させるためのモータや制御用ドライバの選定等の詳細設計を行った.次年度は,現在の実験用ロボットのコンピュータやセンサ等の一部を転用し,設計した介助犬ロボットを試作する予定である.介助犬は,身体障害者を助けるように訓練された犬であるが,高齢化社会が進行している我が国において,今後,高齢者が在宅生活を送る上でも必要とされるであろうと考えられる.しかし,介助犬の数は僅かである.そこで,介助犬の役割を果たすロボットを開発し,来る超高齢社会に工学的立場から寄与することを考えている.介助犬ロボットのような人間と共存し,人間と協調して動くロボットを開発する上で,ロボットと人間とのコミュニケーションをどの様にとるかが重要な問題となる.特に人間の感性を考慮した場合,人間の意志通りにロボットが駆動でき,さらに人間に対して優しく(柔らかく)駆動することが重要である.そこで,本研究では,今年度,ロボット本体に取り付けた力センサにより,人間とロボットとの相互作用力を計測し,その力に対応した位置指令型インピーダンス制御を用いて,あたかもロボット本体にバネ・マス・ダンパーが仮想的に付いているかのようにロボットが動く柔軟な制御を実現できるロボットを機能試作した.これにより,人間の意志を相互作用力としてロボットに入力でき,位置指令型インピーダンス制御によりロボットは柔らかさを持って駆動する.さらに,位置指令型インピーダンス制御におけるバネ・マス・ダンパーは仮想的なものであり,コンピュータ上でこれらの値を変更することが可能であり,利用者の好みなどに合わせてロボットの柔軟性を変えることが可能である.機能試作したロボットを用いて実験を行い,その有効性などについて検討した.
脳電磁界計測を用いた脳神経活動の5次元イメージング

本研究においてはまず,ブレインノイズと呼ばれる,背景脳活動の影響除去に取り組んだ.このため,プリホワイトニング・アダプティブ空間フィルターと変分ベイズ推定法を基にしたアプローチを提案しこれらの優劣を評価した.さらに,再構成された信号源波形からコヒーレンスを計算し脳活動の連関を調べる方法について研究を行い,コヒーレンスの虚部を用いる事により,再構成アルゴリズムのリークによって生じるシードブラーとよばれるアーチファクトを除去できることを理論的な解析と,それを裏付ける実験データによって示した.また,脳活動間の情報の流れや因果的関連を計測・推定する方法についても研究を進め,多変数自己回帰モデルを用いてグランジャー因果因子を計算することで因果的関連を推定する基本的な検討を行った.この際,多変数自己回帰行列の推定にスパースな解を制約する手法を用いることで計測時に重畳する背景自発脳磁界の影響を低減できることを見出した.さらに本研究では推定された因果因子の統計的な優位性を決める方法ついても,代理データを用いたブートストラップ法,パーミュテーションテストを用いる方法の2種類を開発しコンピュータシミュレーションにより評価を行い,パーミュテーションテストを用いる方法がより信頼性が高いことを見出した.脳の異なる部位間での活動のコヒーレンスはそれら部位間での機能的結びつきを表すものと考えられており,それらを計測できれば脳が情報処理を行う時,どのような部位が協調して働くか,すなわち脳のネットワーク構造を調べることができる.本研究はこのような考えに基づき,まず頭部表面にて計測した磁場のデータから脳の各部位間のコヒーレンスを推定する数理アルゴリズムを適応空間フィルターをベースにして開発を目指す.本研究では相関を持つ信号源間のコヒーレンスや時間相関を計算する手法を確立すべく研究を行ってきたがその過程で背景脳活動の影響が脳活動ネットワーク推定結果の主要な誤差要因であることが判明しつつありこの問題を解決するためにプリホワイトニング・ビームフォーミング,グラフィカルフィルタリングの2つの手法を提案し実際のデータを用いて評価を行う.また再構成アルゴリズムのリーケージや計測時に入り込むノイズがソースコヒーレンスの計測値に生じる事誤差の低減法についても検討を行う.さらに,最終的に得られた再構成結果の統計的な評価をサロゲートデータと呼ばれる位相のみをランダマイズすることにより帰無仮説を検定する分布を作り出す手法を用いて行う.この際,特に多重比較を考慮した検定法の開発を目指す.また,多数の部位が同時に相関を持って活動している場合のこれらの部位間での機能的結びつきの量のみでなく向き(脳活動間での情報伝達の向き)や因果的な関係を推定する手法についても,ボクセルタイムコースを多変数回帰モデルでモデル化し回帰係数よりグランジャー因果係数を推定する手法の基礎的検討を行う.本研究においてはまず,ブレインノイズと呼ばれる,背景脳活動の影響除去に取り組んだ.このため,プリホワイトニング・アダプティブ空間フィルターと変分ベイズ推定法を基にしたアプローチを提案しこれらの優劣を評価した.さらに,再構成された信号源波形からコヒーレンスを計算し脳活動の連関を調べる方法について研究を行い,コヒーレンスの虚部を用いる事により,再構成アルゴリズムのリークによって生じるシードブラーとよばれるアーチファクトを除去できることを理論的な解析と,それを裏付ける実験データによって示した.また,脳活動間の情報の流れや因果的関連を計測・推定する方法についても研究を進め,多変数自己回帰モデルを用いてグランジャー因果因子を計算することで因果的関連を推定する基本的な検討を行った.この際,多変数自己回帰行列の推定にスパースな解を制約する手法を用いることで計測時に重畳する背景自発脳磁界の影響を低減できることを見出した.さらに本研究では推定された因果因子の統計的な優位性を決める方法ついても,代理データを用いたブートストラップ法,パーミュテーションテストを用いる方法の2種類を開発しコンピュータシミュレーションにより評価を行い,パーミュテーションテストを用いる方法がより信頼性が高いことを見出した.事象関連脳律動を再構成しようとする場合,事象関連脳律動は背景脳活動より通常1桁小さいため背景脳活動の影響を何らかの方法で除去する必要がある.この除去の方法として平成20年度においては(A)プリホワイトニング・アダプティブ空間フィルターを基にしたアプローチおよび(B)変分ベイズ推定法を基にしたアプローチの優劣を評価した.両方法とも背景脳活動のみを含むコントロールデータの存在を仮定し,コントロール時間窓は背景脳活動のみを含み,ターゲット時間窓は背景脳活動と関心対象信号を含むとの前提が必要である.(A)のプリホワイトニング空間フィルターではコントロール時間窓から求めたデータ共分散行列により,ターゲット時間窓から求めた共分散行列を白色化することにより(背景脳活動の影響が単位行列で表されるような変換を行うことにより)背景脳活動の影響を除去して関心対象の脳活動を選択的に再構成する方法である.また,(B)の方法は脳活動が比較的少数の因子とノイズの和に分解できると仮定し,コントロールデータから背景脳活動を表す因子と混合行列を求め,これを用いてターゲットデータから関心対象脳活動を表す因子と混合行列を求めることにより背景脳活動を除去し信号成分のみを抽出する,先に述べたように,これらの方法はコントロール時間窓は背景脳活動のみを含み,ターゲット時間窓は背景脳活動と関心対象信号を含むとの前提が必要である.かし,実際には事象関連脳律動はコントロールとターゲット時間窓の間では強度が変化するのみで両方に存在する.このような方式が仮定する前提条件と実際のデータ計測時の条件のズレに対して(A)および(B)のアプローチがどの程度頑強であるかをコンピューターシミュレーションを行い目安を得た.