hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
難治性循環器疾患を克服する人工脳幹部による戦略的な自律神経制御

本研究は虚血性心不全モデルにおいて電子的な人工脳幹部を用いて自律神経系の緊張を自在に制御することにより、心不全による死亡率の低減と心臓リモデリング抑制が可能であることを示した。迷走神経を標的とした電子治療では、ベータ遮断薬単独投与群よりも電子治療併用群の心臓リモデリング抑制効果が強く、迷走神経治療が単なるベータ遮断作用とは別のメカニズムであることを明らかにした。さらに、動脈圧反射の求心路を標的とした電子治療を行い、迷走神経の切除によって急性心不全の死亡率の改善効果が低下することから、治療メカニズムとして迷走神経遠心路が重要であることを明らかにした。続いて、腹部迷走神経を介する抗炎症作用が心不全の改善に貢献しているものと予測して、腹部迷走神経切除群において電子治療を実施した結果、腹部迷走神経は血行動態の改善には貢献するものの、死亡率の改善にはあまり寄与していないことが示唆された。これらの一連の治療実験と並行して、動脈圧反射の圧受容器特性の同定、動脈圧反射中枢弓の特性の新しい同定法についての研究を行った。動脈圧反射中枢弓の機能同定に関するこれらの研究は、人工脳幹部を生体システムに整合させていく上で重要な基盤データを提供するものである。このような人工脳幹部を用いたバイオニック医学は先端医学と先端工学が融合した治療戦略であり、類似の治療戦略は医学の歴史になく極めて独創的である。バイオニック医学で、これまでの交感神経作用を抑制する薬物治療とは異なるメカニズムで心不全の予後を改善させることができたことから、本治療戦略は現代の医療に大きなインパクトを与えるものと考える。心不全は先進諸国において最大の医療問題(社会的・財政的)であることから、本研究結果をさらに臨床展開することは、単に患者の救済のみならず、社会の経済効率をあげ、知的資産や新規産業の創出に直結すると期待される。本研究は虚血性の心不全モデルにおいて、電子的な人工脳幹部を用いて自律神経系の緊張を制御することにより、心不全による死亡率の底減と心臓リモデリングの抑制をはかり、現代医療では手の届かない重篤な心不全治療に新たな道を開くことを目的とする。本年度は従来の薬物治療と新しい電子デバイスによる治療との治療メカニズムの違いを明らかにするために、ラット心筋梗塞モデルにおいて、β_1遮断薬単独治療群(薬物治療群)とβ_1遮断薬+人工脳幹部による迷走神経活動制御群(電子治療群)の治療効果を比較した。8週令のSpragueDawleyラットに左冠動脈結紮を行い、心筋梗塞モデルを作成した。電子治療群では平均心拍数が2030bpm低下するように人工脳幹部を設定した。6週間の治療の結果、電子治療群と薬物治療群で梗塞サイズに有意差はなかった(45±5% vs 44±6%)。しかし、電子治療群において心重量は有意に小さく(2.72±0.29 vs 2.96±0.22g/Kg,p<0.05)、左室拡張末期圧は低く(17±4 vs 21±4mmHg,p<0.05)、左室圧微分最大値は大きかった(4941±482 vs 4411±448mmHg/s,p<0.05)。血中ノルエピネフリン濃度に差は無かったが(512±168 vs 771±439pg/mL)、エピネフリン濃度(41±33 vs 85±48pg/mL,p<0.05)及びBNP濃度(99±28 vs 140±48pg/mL,p<0.05)は有意に低下した。以上のことから、迷走神経活動制御による心筋梗塞後の心臓リモデリングの抑制および心機能改善効果は、β_1遮断効果だけでは説明できないことが判明した。

人工脳幹部による迷走神経活動の制御は、交感神経に対する拮抗作用と異なる治療メカニズムを持つことが示唆された。本研究は虚血性の心不全モデルにおいて、電子的な人工脳幹部を用いて自律神経系の緊張を制御することにより、心不全による死亡率の低減と心臓リモデリングの抑制をはかり、現代医療では手の届かない重篤な心不全治療に新たな道を開くことを自的とする。本年度は人工脳幹部を用いた治療デバイスの新しいターゲットの探索のために、ラット心筋梗塞モデルにおいて大動脈減圧神経の電気刺激による治療効果を検討した。大動脈減圧神経は動脈圧反射の求心路であり、その刺激によって遠心性交感神経活動の抑制と遠心性迷走神経活動の賦活化が起きる。このような二つの効果が心臓保護的に作用し、急性心筋梗塞の治療が可能であると考えた。ハロセン麻酔下のSprague Dawleyラットにおいて大動脈減圧神経の電気刺激を行い、電気刺激に対する血圧応答を定量化した。次に、左冠動脈結紮を行い、心筋梗塞モデルを作成した。治療群では冠動脈閉塞後から30分間の間、人工脳幹部を動作させて動脈血圧を監視しながら大動脈減圧神経の刺激治療を行った。また、迷走神経の関与を調べるために、迷走神経を切断したラットにおいても人工脳幹部による電気刺激治療を実施した。その結果、閉塞60分後の生存率は無治療群では6.6%だったが、治療群では76.5%に改善した。しかしながら、迷走神経を切断しておくと治療群における生存率は30.0%にとどまった。一方、エバンスブルーの灌流で判定した心筋虚血のリスクエリアには有意差がなかった。以上のことから、人工脳幹部のターゲットとして圧反射の求心路が有効であることが示された。また、治療メカニズムとして交感神経の抑制だけでなく、迷走神経の賦活化が大きく貢献していることが判明した。本研究は虚血性(心筋梗塞)の心不全モデルにおいて電子的な人工脳幹部を用いて自律神経系の緊張を自在に制御することにより、心不全による死亡率の低減と心臓リモデリングの抑制をはかり、現代医療では手の届かない重篤な心不全治療に新たな道を開くことを目的とする。本年度は迷走神経を標的とした急性心不全の治療について以下のような研究を展開した。最近の研究では迷走神経刺激は出血性ショックやエンドトキシンショックにおいて、腹部神経支配を介する抗炎症作用によって血行動態を改善させることが報告されている。そこで、人工脳幹部による心不全治療のメカニズムを究明するために、人工脳幹部治療において腹部迷走神経支配がどのような役割を持つかを検討した。ハロセン麻酔下のラットを腹部迷走神経温存群(INT群)と腹部迷走神経切除群(VLX群)に分け、左冠動脈閉塞によって急性心筋梗塞を作成した。右迷走神経に治療用の刺激電極を装着し、これまでに開発した人工脳幹部による迷走神経刺激治療を行った。治療を行わない場合、心筋梗塞作成後60分においてほぼ全例死亡するが、人工脳幹部による迷走神経刺激治療によって生存率はINT群では18/20(90%)、VLX群では15/19(79%)に向上し、両群間で大きな差はなかった。この結果は、人工脳幹部による迷走神経刺激治療において、腹部迷走神経を介した抗炎症作用は生存率改善にあまり重要でないことを示し、心臓作用が主たる治療メカニズムであることを示唆した。
自動追跡と行動解析に基づく人物動態把握手法の高度化

本年度は、まず、研究課題の前提となる人物追跡手法の基礎手法について発表を行った。また、人物追跡を長期間連続的に行うために不可欠となる、人物抽出手法を構築し、その発表を行った。その上で、これらの手法において利用されている予測モデル・観測モデルの評価を行った。具体的には、追跡および抽出で利用している一般状態空間モデルの枠組みを利用して、各時点において利用している予測・観測モデルの適合性を定量的に評価する手法を構築した。特に、予測モデルについては、逐次的に追跡精度の良いモデルを選択する手法として、一般状態空間モデルの尤度をモニタリングしながらモデル形式を選択する手法と、一般状態空間モデルにおいてパラメータ分布自体を逐次ベイズ推定し最適化する手法との2種類を組み合わせた。構築手法の性能を実データへの適用により検証するとともに、適した予測モデルが時間・空間および個人によって異なっていることを確認した。このことにより、複数モデルを自動的に使い分けることで、従来は困難であった、多様なモデルに従う人物が共存する場における挙動予測の可能性を示した。これらの成果については、各分野における論文誌・学会で発表するべく、論文を執筆・投稿中である。さらに、動線解析手法に対しては、自動追跡によって取得される動線に含まれる計測誤差と、その誤差が集計情報の作成時に及ぼす影響との関係について基礎的な検討を行った。その結果、動線の計測誤差と集計によって発生する誤差との分離が重要であることが確認された。(抄録なし)(抄録なし)本年度は、まず、研究課題の前提となる人物追跡手法の基礎手法について発表を行った。(抄録なし)(抄録なし)
インタラクティブな複合現実システムの開発と教育利用

GPSを用いた複合現実システムを作成し遺跡の上で遺失建築物を再現した.また視点からの距離が近い実物体を仮想物体の手前に表示する複合現実システムを作成し,これらを公開して教育利用が可能なことを示した.さらに音声認識と応答文生成および音声合成機能を付加して仮想の古代人物と対話のできる複合現実システムを試作し,対話を重ねることにより対話の内容が発展することを確認した.GPSを用いた複合現実システムを作成し遺跡の上で遺失建築物を再現した.また視点からの距離が近い実物体を仮想物体の手前に表示する複合現実システムを作成し,これらを公開して教育利用が可能なことを示した.さらに音声認識と応答文生成および音声合成機能を付加して仮想の古代人物と対話のできる複合現実システムを試作し,対話を重ねることにより対話の内容が発展することを確認した.1.ミックスド・リアリティ(MR)GPSと加速度および方位センサを用いて開発した屋外型ミックスド・リアリティ(GPS-MR)システムに,以下のGUI環境を追加した.(1)テキストボックスに2つの仮想COMポートを指定,(2)メニューから表示CGファイルの指定,(3)ボタンからMRシステムを起動するように改良した.これにより構成の変化によるコンパイルから解放された.また(4)フレーム毎のCGオブジェクト読み込みをスキップして振動を抑えて表示を安定化した.(5)志波城に加えて岐阜城のCGコンテンツを作成し,遺跡の上でGPS-MRの動作を確認した.そして(6)歩行移動の様子を画面キャプチャあるいはリモート表示して多人数で鑑賞するMRの新しい使い方を示した.一方,(7)仮想建築物内部のウォーク・スルーが行える室内用コンテンツを作成し,屋外型GPS-MRの補完教材とした.また(8)音声認識ツールのJuliusを用いて,言葉による簡単な出力制御を行い,これに対話処理機能を追加すればインタラクティブなMRシステムを作成できる見通しを得た.2.生体情報の可視化指先に近赤外光か当てて反射光から血脈流を測定し心臓の動きを表示する簡易なミックスド・リアリティ・システムを製作しているので、このセンサ部を改良して3cm離した受光部を設け頭部の血流量を計測した.ハンズフリーにできるため,様々な作業中の血流量の加速度脈波のグラフ表示と心臓の動きをMR表示した.この信号から皮膚血流の寄与分を取り除くと脳内血流量が計測可能であるため,2つの波長のLEDと干渉フィルターを使った測定回路を作成して脳活動を計測する試みを始めた.またProcessingを用いてマーカーをつけた腕の動きの画像解析から、骨や筋肉の動きのMR表示の作成を始めた.1.ミックスド・リアリナィ(MR)GPSを用いた屋外型MRシステムの歩行に伴う振動対策として,Arduinoを用いた加速度センサとI2C結合による方位センサのMRシステムに改良した.これによってArduinoでシヨットノイズを取り除いた後,PCでさらに平均化することにより安定したCG像を観察することができるようになった.このシステムを用いて志波城跡での遺跡再現を行い,起動・運用ともに安定したシステムであることを確認した.そしてより精密な建築物のコンテンツを新たに作成し,教育利用にも耐え得るものとし,一般への公開に向けた準備を整えた.また仮想建築物のウォーク・スルーが行える室内用CGコンテンツに,建物の大きさが比較できるように人物CGを加え,音声に応答して挨拶を返したり案内するなどの簡単な応答動作をするシステムを作成した.これにより対話システムの表示部分のプロトタイプの動作を確認することができた.また,言語資源協会(GSK)の計算機用日本語辞書(IPAL)を用いて,スロット型の応答文生成システムの作成を開始した.動詞の意味記述および述語接続の素性を名詞辞書の座標で表して語彙検索を行うこととした.2.交感神経・副交感神経の活動度測定近赤外線を用いて血脈動のピーク間距離のスペクトル解析から交感神経・副交感神経の活動度を測定するシステムを作成した.同様の機能を測定する心電図の結果と比較したところ,98%の精度で両者が一致する結果を得た.このシステムは身体の束縛が無いため,例えば学習中の交感神経・副交感神経の活動度をその場測定することができる.学習ストレスを与えた時に,活動度の変化に応じた学習課題のCGなどをインタラクティブに変化させるシステムを作成し応用できる見通しを得た1.ミックスト・リアリティ遺跡の上で歴史建造物を復元するミックスト・リアリティの教育利用を図るために,作成したGPSを用いたシステムの評価を行い,その実用性を示した.さらに簡便なシステムにするために,画像の特徴点の動きからカメラ位置を把握するParallel Tracking and Mapping(PTAM烈)システムの動作検証を行い,特性を評価した.その結果,空間座標軸のマニュアル設定を行うことにより屋内外での実用化が可能であると判断し,PTAMシステムの修正に取り掛かかった.2.音声対話システム仮想的な歴史上の人物と対話をするために,時代および地域に固有な名詞もかなり高い精度で認識できる音声認識システムを作成した.システム作成の負荷を軽減するために,Juliusを用いて記述文法と一般的な連続音声認識とを併用してスコアの高いものを認識結果とした.また音声入力に伴う単語を,助詞と品詞によりカテゴリごとに分類し蓄積することによって,会話の進展に伴って応答文の内容が豊かになる対話システムのプロトタイプを作成した.応答文の音声合成にはGalateatalkを用いた.3.自律神経機能の測定血脈流による交感神経・副交感神経の活動度を測定する装置を開発したので,それを用いていくつかの学習過程で自律神経機能を測定した.

その結果,評価されるときのストレスや初めて触れる課題に対するストレスと慣れなど,学習活動に特徴的な自律神経活動の変化が起きることを見出した.現在の測定法はデータを記録してから解析する方式のため即時性はない.タイムタグを除いてミックスト・リアリティ・システムや音声対話システムと連携させて,インタラクティブに人物の表情や応答内容を変化させることが最終目標であり,このためのリアルタイム解析の準備を始めた,1.ミックスト・リアリティ遺跡の上で歴史建造物を復元するミックスト・リアリティの教育利用を図るために,作成したGPSを用いたシステムおよびさらに簡便なParallel Tracking and Mapping (PTAM)システムの動作検証を行った。その結果、GPSシステムは広い範囲にわたって安定に表示を行うことができる半面、位置の更新間隔が1秒であるためスムーズな表示に欠ける特性を把握した。これに対しPTAMシステムでは初期設定も簡単で視野の移動などにもスムーズに追従できる半面、長い距離の移動や早い視線の回転等に対して処理が追い付かず不安定な位置把握に留まることも明らかになった。この特性を説明しながら遺跡の上で歴史建造物を表示する市民参加のイベントで両方のミックスト・リアリティ・システムを公開した。またPTAMシステムでは奥行き情報を取り出し、近くにあるものをCGの手前に表示する修正プログラムを作成した。この修正により従来にはないようなリアリティの増した複合現実システムを得ることができた。さらにタブレットでもミックスト・リアリティを扱うことのできるUnityを使用し、エアータグなどを表示できることを確認し、スマートフォンやタブレットなどのメディアで簡易に複合現実を扱うことのできる環境の整備を行った。2.音声対話システム仮想的な歴史上の人物と対話をするために,日常会話に加えて固有名詞を認識できる音声認識システムを作成した。これを用いて音声入力に伴う単語を,助詞をキーとして動詞と名詞および形容詞に分類し蓄積して,会話の進展に伴って応答文の内容が豊かになる対話システムを作成した.このシステムでは特定の単語をキーとして疑問、命令、同意、否定文などを判断するため、蓄積したデータ並びから適切な応答文を返すことができる。ミックスト・リアリティ・システムの実用評価でほぼ満足できる結果を得た・センサを用いずに画像の特徴点からカメラ位置を特定する方式の仮想現実システムの動作特性を把握し,簡便なミックスト・リアリティ・システムを構成する手掛かりを得た.また学習時における特徴的な自律神経機能の表れ方を把握するとともに,新しい自律神経活動の表示法を開発するなどの成果を上げている,さらに音声対話では,歴史遺産を鑑賞し学ぶ時の固有名詞を高い精度で認識させて,システムとの対話による知識獲得を行うプロトタイプのシステムを作成することがてきた.24年度が最終年度であるため、記入しない。
東アジア,北米および太平洋地域のモンゴロイド系集団の歯の形態にもとづく系統関係

基礎デ-タの収集と文献的デ-タの収集を継続して行なっている.現生のあらゆる人種のデ-タも比較資料として収集している.モンゴロイドに関しては,南米のインディオなどについて追加調査した.国内では,西日本の資料を中心にして調査した.また,国内の各機関に所蔵されているモンゴロイド資料の所在調査を行なった結果,医・歯学部関係では全解剖学教室うち15教室に頭蓋骨や歯牙模型などが保存されていることがわかった.これらの調査は次年度の課題である.計測方法の面では各研究者のデ-タを収集し,資料の地方的な偏りなどを含めた計測方法による使用可能なデ-タのチェックの統計的な検定を行なっている.計測的デ-タからの分析結果と非計測的なデ-タからの分析結果とは,日本人のデ-タに関するかぎり,かなり高い関係が見られた.どちらの方法によっても「縄文・アイヌ」の集団と「弥生・中世・現代人」の集団とに分離された.この他,古墳人は弥生時代人に最も近く,現代人の含まれる集団の方に属している.ただし,種子島の弥生人は「縄文・アイヌ」の集団に近く位置し,やや特殊な位置にある.このような地方差や時代差を検討するためには,日本人の祖先となるモンゴロイドの大陸からの流入に関しても,琉球列島経由によるものと朝鮮半島経由によるものとの相互関係を詳しく調べる必要がある.縄文人では,東日本縄文人と西日本縄文人との間の歯の大きさに差があり,東日本縄文人の方がやや小さかった.このように,縄文時代人の中での歯の大きさの変異は地理的な分散と対応している.今後の分析には,日本人の直接的な祖先となったと考えられる系統をひいている中国人のデ-タが必要である.これらの歯の調査の他に,アジア・オセアニアおよび北米のモンゴロイドの歯に関する文献デ-タベ-スを集積中である.基礎デ-タの収集と文献的デ-タの収集を継続して行なっている.現生のあらゆる人種のデ-タも比較資料として収集している.モンゴロイドに関しては,南米のインディオなどについて追加調査した.国内では,西日本の資料を中心にして調査した.また,国内の各機関に所蔵されているモンゴロイド資料の所在調査を行なった結果,医・歯学部関係では全解剖学教室うち15教室に頭蓋骨や歯牙模型などが保存されていることがわかった.これらの調査は次年度の課題である.計測方法の面では各研究者のデ-タを収集し,資料の地方的な偏りなどを含めた計測方法による使用可能なデ-タのチェックの統計的な検定を行なっている.計測的デ-タからの分析結果と非計測的なデ-タからの分析結果とは,日本人のデ-タに関するかぎり,かなり高い関係が見られた.どちらの方法によっても「縄文・アイヌ」の集団と「弥生・中世・現代人」の集団とに分離された.この他,古墳人は弥生時代人に最も近く,現代人の含まれる集団の方に属している.ただし,種子島の弥生人は「縄文・アイヌ」の集団に近く位置し,やや特殊な位置にある.このような地方差や時代差を検討するためには,日本人の祖先となるモンゴロイドの大陸からの流入に関しても,琉球列島経由によるものと朝鮮半島経由によるものとの相互関係を詳しく調べる必要がある.縄文人では,東日本縄文人と西日本縄文人との間の歯の大きさに差があり,東日本縄文人の方がやや小さかった.このように,縄文時代人の中での歯の大きさの変異は地理的な分散と対応している.今後の分析には,日本人の直接的な祖先となったと考えられる系統をひいている中国人のデ-タが必要である.これらの歯の調査の他に,アジア・オセアニアおよび北米のモンゴロイドの歯に関する文献デ-タベ-スを集積中である.
高感度赤外線蛍光内視鏡を用いた微小癌診断法の開発

われわれは生体に投与可能な赤外蛍光標識物質としてICG誘導体を合成し,ICG誘導体標識抗体を作成し,赤外蛍光撮像装置を試作し,ICG誘導体標識抗CEA抗体を用いヒト胃癌切片の赤外蛍光画像の撮影が可能であることを明らかにした.また,新鮮切除標本において免疫染色が可能であることを明らかにした.さらに,「赤外線蛍光内視鏡の開発」を行い,試作機の作成に成功した.本研究において,赤外線蛍光内視鏡の画像解析システムの改良を行い解像力の増強をはかり,動物実験で標識抗体の染色性を検証すれば.赤外線蛍光内視鏡検査の実現の可能性は極めて高いと考えられる.そこで感度および特異度とも従来の標識物質に比べて鋭敏な新しい標識物質(ICG-ATT)を開発し,その有用性につき報告した(第60回日本消化器内視鏡学会総会,5^<th>ISPO).さらに新標識抗体の蛍光強度に関する詳細な検討を行うとともに、グリセロン脂質が蛍光増強剤として有用であること(第59回日本消化器内視鏡学会総会),切除新鮮標本を用いたICG誘導体標識抗体による微小胃癌の赤外蛍光撮影が可能であること(8^<th>UEGW, Endoscopy Vol33:849-853,2001),および担癌ヌードマウスにおける生体免疫染色の可能性を明らかにし(第60回日本消化器内視鏡学会総会),本標識抗体および赤外線蛍光内視鏡を用いての微小癌診断が可能であることを明らかにした.また,がん抗体として着目されている抗ムチン抗体を用いてICG誘導体標識抗ムチン抗体を作製し,消化管癌パラフィン切片における染色特性を明らかにした(J Gastroe nterol Vol:37 in press).われわれは生体に投与可能な赤外蛍光標識物質としてICG誘導体を合成し,ICG誘導体標識抗体を作成し,赤外蛍光撮像装置を試作し,ICG誘導体標識抗CEA抗体を用いヒト胃癌切片の赤外蛍光画像の撮影が可能であることを明らかにした.また,新鮮切除標本において免疫染色が可能であることを明らかにした.さらに,「赤外線蛍光内視鏡の開発」を行い,試作機の作成に成功した.本研究において,赤外線蛍光内視鏡の画像解析システムの改良を行い解像力の増強をはかり,動物実験で標識抗体の染色性を検証すれば.赤外線蛍光内視鏡検査の実現の可能性は極めて高いと考えられる.そこで感度および特異度とも従来の標識物質に比べて鋭敏な新しい標識物質(ICG-ATT)を開発し,その有用性につき報告した(第60回日本消化器内視鏡学会総会,5^<th>ISPO).さらに新標識抗体の蛍光強度に関する詳細な検討を行うとともに、グリセロン脂質が蛍光増強剤として有用であること(第59回日本消化器内視鏡学会総会),切除新鮮標本を用いたICG誘導体標識抗体による微小胃癌の赤外蛍光撮影が可能であること(8^<th>UEGW, Endoscopy Vol33:849-853,2001),および担癌ヌードマウスにおける生体免疫染色の可能性を明らかにし(第60回日本消化器内視鏡学会総会),本標識抗体および赤外線蛍光内視鏡を用いての微小癌診断が可能であることを明らかにした.また,がん抗体として着目されている抗ムチン抗体を用いてICG誘導体標識抗ムチン抗体を作製し,消化管癌パラフィン切片における染色特性を明らかにした(J Gastroe nterol Vol:37 in press).
沿岸域管理における長期海浜変形シミュレーションとその利用に関する研究

1.大規模実験データに基づく土砂輸送モデルの改良とその現地への適用性の検証汀線付近では遡上帯(swash zone)で大量の土砂が沿岸方向に輸送されており,その推定が砕波帯内での土砂輸送量の推定,さらには汀線変化の予測精度に大きく影響すると考えられる.そこで,前年度までに開発を行った汀線変化モデルの中の土砂輸送モデル(モジュール)について,土砂輸送量の推定精度の向上を目指した改良を行った.具体的には,砕波帯内での全沿岸漂砂量と遡上帯で沿岸漂砂量の関係を海浜の勾配で統一的に表示することを試みた.また,LSTF(Large-scale Sediment Transport Facility,U.S.Army Corps of Engineers)で取得された海浜変形・土砂輸送に関する実験結果を用いてモデル・パラメターのチューニングを行った.改良・チューニングを行ったモデルを用いて,米国Long Island海岸での汀線変化シミュレーションを行ったところ,改良前に比べてインレット周辺での汀線変化を良好に再現できることが確認され,現地への適用性も確認された.・数値モデルを用いたインレット・構造物周辺および広域での汀線変化予測手法の検討太平洋に面した遠州灘西側(天竜川河口渥美半島伊良湖岬)の約70kmの範囲を対象として,汀線変化の再現を試みた.この領域には,途中に馬込川河口(導流堤),浜名湖今切口(インレット,導流堤),赤羽根漁港(港湾防波堤)が存在しており,これらインレット・構造物による局所的な影響を考慮した広域での長期汀線変化シミュレーションの方法について検討を行った.計算結果は航空写真から判読した19602000年の汀線位置データを用いて,検証を行った.その結果,広域の汀線変化シミュレーションにおいても局所的な堆積・侵食過程を適切に考慮することが必要不可欠であることが示された.長期海浜変形シミュレーションを精度良く実施するためには,現象の時間・空間スケールに合わせた領域モデル(regional model)と局所モデル(local model)のカップリングが必要である。特に土砂の河口部などにおける岸沖方向輸送過程や砂州の発達・消滅過程は局所的な現象ではあるが,領域的な土砂輸送過程,海浜変形に影響を及ぼすものであり,その評価やモデル化は沿岸域管理において非常に重要である.本研究では現地データの解析結果に基づく数値シミュレーションモデルの構築とその適用性の検証,それを用いた沿岸域管理の手法について検討を行う.今年度は,これまでに研究代表者,分担者が取得している日本,ベトナムおよび米国のインレット・データに関する追加情報を収集すると共に,その再整理,解析を行った(波浪や流れの発生状況,地形や汀線変化の時空間特性など).・浜名湖今切口周辺での流れの空間分布特性の把握曳航式流速分布計による今切口水路沖での流速計測を実施し,土砂輸送および地形変化に大きく影響を及ぼす下げ潮時の流れの把握を行った.その結果,沖向きの強い流れは水深20皿以深,岸から1km以上沖合いにまで達し,その強さは最大で1.0m/sを超え,表層から下層までほぼ同じ流向の鉛直分布構造を持っていることが明らかとなった.・ベトナムThuan AnインレットとTu Hienインレットにおける汀線および関連データの収集および解析上記の2つのインレットにおける汀線位置や周辺地形,風向風速データ等を収集した.また,空間的な汀線位置データの解析から,砂州形状の変化の様子を把握した.これらインレットの形状は非常に不安定であり,毎年,雨季と乾季で大きく変化している.また,その変化の様子も年によって様々であることが明らかとなった.1.インレット周辺における汀線変化の特性解析浜名湖今切口周辺の航空写真(19902010年,年1回,一部欠損の年もあり)から今切口西側海岸における汀線位置をデジタイズし,その経年変化の解析を行った.浜名湖今切口に建設された導流堤により,沿岸漂砂の下手側にあたる今切口西側の領域では元々浜幅が狭く,道隆堤建設によって上手からの土砂供給が非常に減少した状況であることに加えて,海象条件によって汀線位置は毎年変動していることが明らかとなった.2.インレットを介した土砂輸送のモデル化米国Long Island海岸を対象として,インレット周辺での局所的な土砂輸送とそれによる沿岸砂州の発達に関するシミュレーションを実施し,本研究で開発した数値モデルの適用性を検証した.また,インレットを介した河口砂州からの土砂流入(岸向き土砂輸送)や河口テラスからの細砂の沖方向流失による土砂のsink/sourceを考慮したinlet reservoir modelの改良を行い,より現実的なインレット周辺地形の変形過程のモデル化を行った.3.海岸構造物周辺での汀線変化シュミレーションモデルの構築海岸防護上,構造物が設置されている海岸は多く見られ,その周辺においては複雑な地形変化が生じている.ここでは離岸堤周辺での砕波の影響を考慮したモデルの構築を行った.それを,今切口西側の構造物周辺での地形変化に適用することを試みた.また,さらに構造物周辺での平衡海浜形状(equilibrium bay shape)の概念を取り入れた汀線変化モデルの構築・改良も行い,ベトナムの海岸への適用を試みた.1.大規模実験データに基づく土砂輸送モデルの改良とその現地への適用性の検証

汀線付近では遡上帯(swash zone)で大量の土砂が沿岸方向に輸送されており,その推定が砕波帯内での土砂輸送量の推定,さらには汀線変化の予測精度に大きく影響すると考えられる.そこで,前年度までに開発を行った汀線変化モデルの中の土砂輸送モデル(モジュール)について,土砂輸送量の推定精度の向上を目指した改良を行った.具体的には,砕波帯内での全沿岸漂砂量と遡上帯で沿岸漂砂量の関係を海浜の勾配で統一的に表示することを試みた.また,LSTF(Large-scale Sediment Transport Facility,U.S.Army Corps of Engineers)で取得された海浜変形・土砂輸送に関する実験結果を用いてモデル・パラメターのチューニングを行った.改良・チューニングを行ったモデルを用いて,米国Long Island海岸での汀線変化シミュレーションを行ったところ,改良前に比べてインレット周辺での汀線変化を良好に再現できることが確認され,現地への適用性も確認された.・数値モデルを用いたインレット・構造物周辺および広域での汀線変化予測手法の検討太平洋に面した遠州灘西側(天竜川河口渥美半島伊良湖岬)の約70kmの範囲を対象として,汀線変化の再現を試みた.この領域には,途中に馬込川河口(導流堤),浜名湖今切口(インレット,導流堤),赤羽根漁港(港湾防波堤)が存在しており,これらインレット・構造物による局所的な影響を考慮した広域での長期汀線変化シミュレーションの方法について検討を行った.計算結果は航空写真から判読した19602000年の汀線位置データを用いて,検証を行った.その結果,広域の汀線変化シミュレーションにおいても局所的な堆積・侵食過程を適切に考慮することが必要不可欠であることが示された.現地での地形変化の解析と数値モデルの構築・改良を並行して実施している.また,当初の予定通り米国,日本,ベトナムの海岸を研究対象としており,様々な現地条件へのモデル適用が試みられている.今後は,開発したモデルの現地海岸での適用性を検証し,局所的な現象(local model)を考慮した広領域の汀線変化モデル(regional model)の完成度を高め,地域特徴が考慮可能なサブモデルの組み込み等を行い,より汎用的なモデルへの改良を行う予定である.また,このモデルの沿岸域管理への利用方法を検討する.
反応性プラズマのための電子-多原子分子散乱および熱対流運動のシミュレーション

我々は3個以上の電子を含む系でイオン・原子衝突の計算が可能なコードを開発した。衝突系の電子状態のエネルギーと波動関数の計算には"Alchemy"を用いる。"Alchemy"を用い基底にSlater型原子軌道を採用すると、非常に精度の高い波動関数を得ることができる。その波動関数を用いて衝突系の非断熱結合項の行列要素を計算するコードおよび結合方程式を解くコードを開発した。このコードを用いAl^<2+>+He系で計算を行いより信頼できる結果を得た。これまでの多くの研究で、原子核の相対運動に直線軌道近似が使われている。我々は直線軌道による計算およびクローン軌道による計算を行い、軌道効果がかなり大きいことを明らかにした。また、Si^<4+>とHeの衝突の計算を行い満足が得られる結果を得た。今後、この研究で開発したコードを用い、C^<4+>+H、Cl^<7+>+Hなどいくつかの衝突系で計算を続行する。今回は電子・原子衝突の研究に重点を置き、熱対流運動の数値シミュレーションについては調査にとどめた。熱対流運動の数値シミュレーションのコードを開発しているグループがあり、今後このグループとの共同研究を計画している。反応性プラズマの研究には電子一多原子分子散乱および重粒子衝突の衝突断面積に関するデータが必要である。そしてこれらの理論的研究では衝突系の電子状態、すなわち、擬分子の電子状態を計算する必要がある。この補助金で購入したワークステーション(IBM RS600/43P-140)上に分子の電子状態を高精度で計算できる“Alchemy"をインストールし電子状態の計算ができるようにした。現在、“Alchemy"を用いて、Ni-H,Cu-He系の電子状態を計算し、イオン・結晶表面衝突の解析を行うため動的結合項を求めるプログラムを作成中である。また、反応性プラズマ種と表面分子の反応の数値シミュレーションを行う準備として、分子動力学法について調査中である。反応性プラズマの研究には多くのデータの蓄積が必要であるが、イオンと結晶表面の衝突における衝突断面積のデータもその一つである。これらのデータは実験的にも不十分で、理論的研究はほとんどない。イオンと構成原子の衝突を調べて、それに表面がどのような効果を与えるか考えるのも一つの方法である。しかし、必要なイオン・原子衝突のデータそのものがあまりない。我々はイオン・表面衝突の研究の第一段階としてイオン・原子衝突の研究を行った。中または低エネルギー衝突による衝突断面積のデータが必要である。これらの衝突を取り扱うには半古典近似が使え、また、緊密結合法による計算が必要であることが知られている。これまでに計算されている衝突系は擬1,2電子系がほとんどで、必要としているH^++Ni,Cuなどの系に対する計算はみあたらない。そこで、これらの系も計算可能なプログラムの開発を行った。はじめに、系の電子状態の計算が必要であるが“Alchemy"を用いることにした。“Alchemy"は信頼できる2原子分子の電子状態を与えるプログラムである。次に、得られた電子状態の波動関数を用いて動的結合項の行列要素の計算が必要である。最後に、その行列要素を用いて結合方程式を解き衝突断面積を求める。今年度これらのプログラムを完成させ、Nat.Sci.Rep.Ochanomizu Univ.に発表した。このプログラムを用いて、現在、H^++Cl、H^++C、He+Si^4、H+Al^2などの系についての計算を行っている。成果は、今年度の物理学会、および来年度の原子衝突国際会議(仙台)で発表する。H^++Ni,Cuに関しては“Alchemy"による計算で原子の多重項の精度に問題があり検討中である。反応性プラズマの研究には、電子-多原子分子衝突、イオン-原子衝突、イオン-結晶表面の衝突における衝突断面積のデータが必要である。しかし、信頼できるデータの蓄積は不十分であり研究に支障をきたしている。昨年度、我々はイオン・原子衝突の衝突断面積を計算するコードを開発した。これまでに、中または低エネルギー衝突による衝突断面積を計算するコードは開発されているが1、2電子系についての計算がほとんどで、3電子以上が関与する系についての研究はほとんどなされていない。我々のコードでは3電子以上の系も取り扱える。

今年度、このコードを用いSi^<4+>+He衝突型についての研究を行い第21回ICPEAC(International Conference on the Physics of Electronic and Atomic Collisions(ICPEAC)で発表した。得られた結果は満足のいくもので、現在論文にまとめている最中である。また、Al^<2+>+Heについても計算を行いICPEACで発表し、さらに軌道効果なども調べ平成12年3月の物理学会で結果を報告する。
短期的および長期的な食の幸福度の決定要因とその公共政策的含意に関する研究

本研究では、近年の幸福度研究や行動経済学を応用し、短期的な目先のおいしさと長期的な健康という2つの食の幸福度の概念に沿って、幸福度の計測を行い、その決定要因を明らかにし、食についての知識や食育が食の幸福度に及ぼす影響を数量的に明らかにする。更には、糖類への課税という経済政策手法が生活習慣病を予防する効果について、食料需要体系の計測等の計量経済学的手法により明らかにし、生活習慣病の解決への公共政策の貢献の可能性を検討する。
糖尿病性神経障害性疼痛に対する抑肝散と加味逍遥散の鎮痛効果の検討

本研究は糖尿病性神経障害性疼痛に対する抑肝散と加味逍遥散の鎮痛効果並びに効果発現部位の検討を目的としている。1SDラットにストレプトゾトシンを投与し作製した糖尿病性神経障害性疼痛モデルラット(DMラット)に抑肝散(YKS)と加味逍遥散(KSS)を単回経口投与・継続経口投与し、その抗アロディニア効果の経時的推移を行動学的に評価した(YKSを投与した群:YKS群、KSSを投与した群:KSS群、蒸留水を投与した群:C群)。結果、単回経口投与では、YKS群はC群と比較して有意な抗アロディニア効果を認めた。さらに、YKS群はKSS群より有意な抗アロディニア効果を認めた。継続経口投与では、YKS群・KSS群ともにC群と比較して有意な抗アロディニア効果を認め、継続投与終了まで抗アロディニア効果は継続した。YKS群、KSS群の群間に有意な差は認めなかった。2YKSを継続経口投与したDMラットに全身麻酔を施行し、パラホルムアルデヒドで固定した脊髄を切り出して免疫染色を行い、ミクログリアとアストロサイトの活性状態を確認した。結果は現在検討中であるが、ミクログリアはYKS投与前と比較して活性化した細胞が減少している様である。以上から、YKSとKSSの継続投与は糖尿病性神経障害性疼痛に対し抗アロディニア効果を有する可能性があり、YKSの抗アロディニア効果の発現には脊髄の5-HT受容体の関与が推察された。SDラットの腹腔内にストレプトゾトシン(STZ)を投与することで糖尿病ラットを作製した。その内アロディニアを示したものを糖尿病性神経障害性疼痛モデルラット(DMラット)とし、実験に採用した。DMラットに抑肝散(YKS)と加味逍遥散(KSS)1g/kgを単回経口投与・継続経口投与し、その抗アロディニア効果の経時的推移をvon Freytestで評価した。(DMラットにYKSを投与した群:YKS群、DMラットにKSSを投与した群:KSS群、DMラットに蒸留水を投与した群:C群)結果、本実験の糖尿病発症率は92%であった。また、DMラットはSTZ投与後1週から6週まで高血糖を維持した。単回経口投与での抗アロディニア効果に関しては、YKS群はC群と比較して投与後120分より有意な抗アロディニア効果を認め、投与後240分まで持続した。さらに、投与後120分でYKS群はKSS群より有意な抗アロディニア効果を認めた。継続経口投与での抗アロディニア効果に関しては、薬剤投与開始後1週からYKS群・KSS群ともにC群と比較して有意な抗アロディニア効果を認め、継続投与を終了した4週まで抗アロディニア効果は継続した。以上の結果から、YKSは単回投与において糖尿病性神経障害性疼痛に対する抗アロディニア効果を有し、YKS・KSSはどちらも継続投与にて糖尿病性神経障害性疼痛に対する抗アロディニア効果を有する可能性があることが分かった。平成28年度に行う予定であった抑肝散・加味逍遥散の抗アロディニア効果について、1g/kgの投与量に関しては結果が示せた。しかし、その他の濃度ではまだ検討中である。SDラットにストレプトゾトシン(STZ)を投与することで糖尿病ラットを作製した。そのうち、アロディニアを示したものを糖尿病性神経障害性疼痛モデルラット(DMラット)とした。DMラットはSTZ投与後1週から6週まで高血糖を維持した。

さらに、YKSを継続経口投与したDMラットの髄腔内にセロトニン(5-HT)受容体拮抗薬を投与すると、投与後60分をピークに疼痛閾値の低下が認められた。すなわち、抑肝散の鎮痛効果には脊髄の5-HT下行抑制系が関与している可能性が考えられた。平成29年度に新たなvon freytest用の器具を購入し、その調整に手間取ったため。さらに、これまで行ってきたYKSの単回投与・継続投与によるDMラットの抗アロディニア効果の評価を、新たな器具で再検討したため、遅れが生じている。本研究は糖尿病性神経障害性疼痛に対する抑肝散と加味逍遥散の鎮痛効果並びに効果発現部位の検討を目的としている。1SDラットにストレプトゾトシンを投与し作製した糖尿病性神経障害性疼痛モデルラット(DMラット)に抑肝散(YKS)と加味逍遥散(KSS)を単回経口投与・継続経口投与し、その抗アロディニア効果の経時的推移を行動学的に評価した(YKSを投与した群:YKS群、KSSを投与した群:KSS群、蒸留水を投与した群:C群)。結果、単回経口投与では、YKS群はC群と比較して有意な抗アロディニア効果を認めた。さらに、YKS群はKSS群より有意な抗アロディニア効果を認めた。継続経口投与では、YKS群・KSS群ともにC群と比較して有意な抗アロディニア効果を認め、継続投与終了まで抗アロディニア効果は継続した。YKS群、KSS群の群間に有意な差は認めなかった。2YKSを継続経口投与したDMラットに全身麻酔を施行し、パラホルムアルデヒドで固定した脊髄を切り出して免疫染色を行い、ミクログリアとアストロサイトの活性状態を確認した。結果は現在検討中であるが、ミクログリアはYKS投与前と比較して活性化した細胞が減少している様である。以上から、YKSとKSSの継続投与は糖尿病性神経障害性疼痛に対し抗アロディニア効果を有する可能性があり、YKSの抗アロディニア効果の発現には脊髄の5-HT受容体の関与が推察された。今後は、抑肝散・加味逍遥散の投与量を変えて、その抗アロディニア効果を検討する。またその効果が組織学的にも妥当であるかどうか、脊髄におけるミクログリアとアストロサイトの免疫染色を行い検討する。YKSを4週間継続投与したDMラットならびに同週のDMラットの脊髄を摘出し、ミクログリア・アストロサイトの免疫染色を行うことで、YKSの鎮痛効果の検討を行う。追加実験として、5-HT生成阻害薬の腹腔内投与を行い、5-HTが枯渇した時点での疼痛閾値の変化を検証することで、5-HTの関与の有無を検討する。最後に、平成29年度に行った5-HT受容体拮抗薬(5-HT2A/2C受容体拮抗薬)の髄腔内投与による脊髄レベルでの5-HTの関与の検討と同様の実験手法で、5-HT1A受容体拮抗薬と5-HT3受容体拮抗薬を髄腔内投与し、5-HT2A/2C受容体以外の受容体の関与を検討する予定である。本年度の研究資材は予定よりも安価で購入可能であったため、次年度使用額が生じた。次年度は高価な物品を購入予定であり、移行させていただいた。平成29年度に実験予定であった5-HT受容体拮抗薬の髄腔内投与によるantagoniststudyの1部しか施行できなかったため。平成30年度に残りのantagonist studyを行うとともに、脊髄の免疫染色を行う予定である。
フォノニック情報処理実現に向けた高効率音響ダイオード・スイッチの開発

(A)ヘテロ周期構造による音響ダイオードの設計:これまで我々が設計した圧電体/樹脂の周期構造による1次元(2端子型)音響ダイオードは可聴域での透過損失が大きいという問題があった。昨年度に引き続き,ヘテロ構造の境界領域にインピーダンス整合をとるための遷移領域を設定したフォノニック構造の最適化,ならびに界面の幾何学形状を変えることによって,SモードからAモードへの変調を誘起する新たな構造を考案し,数値シミュレーションによる検証を行った。(B)間接バンド間遷移に基づく非相反音響導波路:間接バンド間遷移を用いた導波路の数値設計と最適構造・材料の探索を行っている。昨年度に引き続き,この構造を可聴域超音波領域にかけて実現する材料・構造の探索を行い,シリコーンを伝搬媒体にした場合の変調構造においてこれまでの単一変調構造から,サンドイッチ構造によって高次モードの誘起を高効率で行う,新しい変調方式の基本原理を考案した。(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶:これまで取り組んできた圧電薄膜中にナノスケール十字孔の周期構造におけるバンドギャップ制御モデルをさらに高精度化した。さらに今年度,近年注目を集めるトポロジカル音響体構造の設計に着手,薄膜中に3回対称性を持つフォノニック構造のバンド設計を数値的に行い,上下対称のトポロジカル構造の界面エッジ効果による高効率の表面弾性波導波路の設計と数値シミュレーションによる透過特性,ならびに非相反伝搬性(伝搬方向非対称性)の検証に成功した。(D)超音波波面の光学的可視化技術構築:フレネル法に基づく超音波可視化システムを構築し,フォノニック構造中の音響波伝搬機構の実験的検証手法確立をほぼ達成した。本年度はこの手法による,シリコーン樹脂(PDMS)内に埋め込んだフォノニック導波路を伝搬する超音波波面の可視化に成功した。実施概要の(A)1次元ヘテロ周期構造による音響ダイオードについては,インピーダンス整合法に加え,界面幾何構造の最適化という新しい視点の導入によって,課題となっている透過効率の向上に一定の目途が立ち,(B)間接バンド間遷移に基づく非相反音響導波路については,具体的な実験実証に繋がる新しいサンドイッチ型変調方法の考案,(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶は,新たにトポロジカル音響構造による高効率の非相反性を実証,さらに(D)超音波波面の光学的可視化技術構築については当初計画通りに実現,新たに超音波領域での非相反性を実現する構造とその可視化実証に至っており,計画以上の成果といえる。最終となる次年度にこれらの新規音響伝搬原理の更なる進化と実験実証を目指す。一方,“スイッチ"としての機能を実現する複合構造の設計にまで至っておらず,最終の次年度に向けて課題を残している。従って,全体としては「おおむね順調」と評価する。(A)ヘテロ周期構造による音響ダイオードの設計:初年度の2端子ダイオード構造の高効率化設計の一部継続に続き,2端子ダイオードの試作評価に重点を置く。加えて,当初計画通りに薄膜上の2次元周期配列(4端子型)の設計を実施し,最終年度までには,広帯域で高い透過率を示し,かつ順方向/逆方向の透過率比30dB以上の音響ダイオード・スイッチ構造のプロトタイプ実現を目指す。(B)間接バンド間遷移に基づく非相反音響導波路:本年度考案したサンドイッチ型変調方式による間接遷移型ダイオードの最適設計・材料探索の一部継続に続き,音波伝搬の相反性を実証するための導波路・変調構造の試作・評価を行う。(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶:初年度の十字孔周期構造を持つ薄膜上の弾性波伝搬特性の光学的評価(レーザードップラー法等)を行う。同様に手法により,今年度着手したトポロジカル音響構造の試作ならびに超音波領域での可視化検証を行う。(D)超音波波面の光学的可視化技術構築: PDMSなどの透明固体中のフレネル法に基づく音波可視化手法継続に加え,光弾性法による表面弾性波の光学的可視化技術を確立し,(A)のヘテロ構造や(C)表面弾性波音響ダイオードの新しい実証・計測技術の確立を目指す。本年度はまず,所望の整流特性が得られ,かつ透過損失の小さいヘテロ周期構造を様々な周波数帯で検討した。具体的には,ヘテロ構造の境界領域にインピーダンス整合をとるための遷移領域を設定し,その間を線形につなぐ新たなフォノニック構造を数値的に導出した。この原理に基づく音波の非相反性は,すでに数値シミュレーションによってその可能性を示しており,本年度,この構造を可聴域超音波領域にかけて実現する材料・構造の設計を行うために必要な,導波路中の変調領域の長さ・変調強度・変換効率の間の定量的な関係を導出した。(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶:これまで取り組んできた圧電薄膜中にナノスケールの周期構造を埋め込むことによる表面弾性波制御機構を発展させ,十字孔の周期構造におけるバンドギャップ制御性について検討した。

GHzサブTHz領域で,十字孔の大きさ・形状のパラメータによってバンドギャップがどのように変化するか,さらにその制御性を他の周波数領域(kHzMHz)に拡張できるような準解析モデルを提案した。(D)超音波波面の光学的可視化技術構築:フォノニック構造中の音響波伝搬機構の実験的検証手法を確立する準備として,フレネル法に基づく超音波可視化システムを構築し,サブMHz1MHz帯における水中およびシリコーン樹脂(PDMS)内の超音波伝搬可視化に成功した。実施概要の(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶,および(D)超音波波面の光学的可視化技術については当初計画をほぼ実現し,さらに他の周波数帯へ拡張させるモデル構築・実験手法の確立に至っており,計画以上の成果といえる。一方,(A)1次元ヘテロ周期構造に基づく音響ダイオードについては,インピーダンス整合法の効果は確認できたものの,当初想定したほどの透過損失の改善にまでは至っておらず,(B)間接バンド間遷移に基づく非相反音響導波路については,各種変調パラメータ間の関係の導出には成功したが,具体的な実験実証に繋がる変調方法・材料の選定にまでは至っていない。従って,全体としては「おおむね順調」と評価する。(A)ヘテロ周期構造による音響ダイオードの設計:これまで我々が設計した圧電体/樹脂の周期構造による1次元(2端子型)音響ダイオードは可聴域での透過損失が大きいという問題があった。昨年度に引き続き,ヘテロ構造の境界領域にインピーダンス整合をとるための遷移領域を設定したフォノニック構造の最適化,ならびに界面の幾何学形状を変えることによって,SモードからAモードへの変調を誘起する新たな構造を考案し,数値シミュレーションによる検証を行った。(B)間接バンド間遷移に基づく非相反音響導波路:間接バンド間遷移を用いた導波路の数値設計と最適構造・材料の探索を行っている。昨年度に引き続き,この構造を可聴域超音波領域にかけて実現する材料・構造の探索を行い,シリコーンを伝搬媒体にした場合の変調構造においてこれまでの単一変調構造から,サンドイッチ構造によって高次モードの誘起を高効率で行う,新しい変調方式の基本原理を考案した。(C)圧電薄膜中のナノスケール・フォノニック結晶:これまで取り組んできた圧電薄膜中にナノスケール十字孔の周期構造におけるバンドギャップ制御モデルをさらに高精度化した。さらに今年度,近年注目を集めるトポロジカル音響体構造の設計に着手,薄膜中に3回対称性を持つフォノニック構造のバンド設計を数値的に行い,上下対称のトポロジカル構造の界面エッジ効果による高効率の表面弾性波導波路の設計と数値シミュレーションによる透過特性,ならびに非相反伝搬性(伝搬方向非対称性)の検証に成功した。(D)超音波波面の光学的可視化技術構築:フレネル法に基づく超音波可視化システムを構築し,フォノニック構造中の音響波伝搬機構の実験的検証手法確立をほぼ達成した。本年度はこの手法による,シリコーン樹脂(PDMS)内に埋め込んだフォノニック導波路を伝搬する超音波波面の可視化に成功した。実施概要の(A)