hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト化肝臓マウスを用いた糖尿病の新規遺伝子治療法技術の確立

本研究目的は、生体内でヒト肝臓細胞からヒト膵ランゲルハンス島へ分化転換する方法を確立し、苦痛を伴うインシュリンの反復投与に代わる遺伝子治療法が、「ヒト」でも実現可能かヒト肝臓を持つヒト化肝臓マウスを用いて実証研究を試みた。肝臓でインシュリンを産性するAAV2-Pdx1-GFPはヒト化肝臓マウスでの500mg/dlの血糖を300mg/dlまで抑制し、その血清中にヒトインシュリンを検出した。さらにFCM解析では、マウスのヒト肝臓領域に多く遺伝子導入されていた。従って、AAV2-Pdx1-GFPは糖尿病治療に効果的であることがマウスを用いた「ヒト」での実験で明らかになった。PDX-1遺伝子導入後肝臓から膵β細胞への変換過程の解明として、マウス肝細胞およびヒト由来のHepaRG細胞を用いた。これらの細胞はPDX-1遺伝子を導入しても、その形態は対照と比較して変化はなく、肝臓のマーカーであるアルブミンの発現を示し続けていた。また、β細胞への変換が起きているなら、アルブミン陽性細胞の数は減少しているはずである。そこでPDX-1遺伝子を導入したマウス肝細胞およびHepaRG細胞のアルブミンとベクターが持つ蛍光遺伝子のFACS解析を行った。その結果、PDX-1遺伝子をそれらの肝細胞に導入しても、アルブミン陽性細胞の数は変化しなかった。これらの結果からPDX-1遺伝子の導入により肝細胞からPDX-1遺伝子を導入された肝細胞は、従来から提唱されているβ細胞への変換ではなくインシュリン分泌機能の獲得であると思われた。PDX-1を持つセロタイプ8型のアデノ随伴ウィルス(AAV_DJ/8_PDX-1)の作製が困難であったが、作製の容易なAAV2に切り替え、トランスジーンのプロモーターをEF1alphaからCMVに変更した結果、感染力を持つAAV2_PDX-1を得ることができた。AAV3およびAAV_DJ/8も同様の処置と抽出にopti-prepへの変更により得ることができた。先ず、予備実験としてSTZにより糖尿病を誘発したマウスに脾臓を介して(isp)7×10の11乗GCを投与した結果、STZにより130mg/dlから500mg/dlに上昇した血糖値を、320mg/dlまで抑制することができた。しかし、同量のAAV2_PDX-1を静脈に投与しても効果は得られなかった。以上のことをまとめると、AAV2_PDX-1は、CMVプロモーターの選択とisp投与によりマウスへの血糖抑制効果を示した。今年度は、(1)ヒト肝臓からランゲルハンス島に分化誘導するためのアデノ随伴ウィルス(Adeno-Association Vector, AAV)の構築および(2)ヒト肝臓を持つマウスの作製とラ氏島細胞への分化誘導転換の確認が設定目標である。先ず(1)においては、ヒトEF1αプロモーターの下流にPDX-1-Ngn3-GFPの配列を繋げ、PDX-1、Ngn3およびGFPが同時に発現するAAV用発現ベクターを構築した。対照はGFPのみを発現するベクターとした。これらのベクターを構築後、細胞株として樹立されたマウス肝上皮細胞(Cancer Res. 49: 403-409, 1989)発現ベクターを導入し、PDX-1、Ngn3およびGFPの遺伝子発現およびタンパク発現の確認を行った。その結果、発現ベクターは、マウス肝上皮細胞へ導入後2日でインシュリン産生を行った。さらにこの2日間でMafA遺伝子を発現させていたが、細胞の形態は、導入前と大きく異なることはなかった。細胞実験により発現ベクターがインシュリン産生を行わせることが確認できたので、セロタイプAAV3を用いてAAVの作製を試みた。その結果、PDX-1、Ngn3およびGFPの遺伝子発現を持つAAV3を1×10の8乗個/μl作製できた。これをSTZにより糖尿病を誘発したNOGマウスに投与したが、現時点で高血糖を抑制するには至っていない。AAVの作製過程、特にAAVの精製に改良を加える必要があると思われた。(2)においては、ヒト化肝臓マウスはTK-NOGマウスにヒト肝細胞であるnHEPESを移植し、作製することができた。従って、今後の課題は効果的なAAVの作製とその効率化が課題になる。基本的なAAV2を使ってみるのも一手である。本研究目的は、生体内で"ヒト肝臓細胞からヒト膵ランゲルハンス島(ラ氏島)細胞"を効率よく分化転換誘導する方法を確立することである。

インシュリン産生機能を失ったラ氏島細胞は、肝細胞のような強い自己再生力を持たないため、自然回復することなく糖尿病へと進展する。最近、膵臓と共通の起源より発生する肝臓にラ氏島形成に重要な役割を果たす遺伝子を発現させ、"ラ氏島細胞"に分化転換誘導する報告が齧歯類を使った実験で示され、糖尿病治療の新たな可能性が示された。応募者らは苦痛を伴う現在の治療法(インシュリンの反復投与)に代わる遺伝子治療法が、「ヒト」でも実現可能か"ヒト肝臓"を保有する"ヒト化肝臓マウス"を用いて実証研究を試みる。先ず、AAV2- Pdx1-Ngn3-GFP、AAV2- Pdx1-GFPおよびAAV2-GFPの投与ルート、高血糖抑制効果の限界時期などの基礎的検討を、STZによる糖尿病モデルマウスを用いて検証した。その結果、AAV2の血糖抑制高は、7×10^7GCの力価を持つAAV2の尾静脈投与では全く効果が得られず、同力価の経脾臓投与で血糖抑制効果を投与後6週間示した。これらの結果を基に、ヒト化肝臓マウスを用いたSTZによる糖尿病の抑制効果を検討した。その結果、7×10^7GCの力価を持つAAV2 AAV2- Pdx1-GFPはヒト化肝臓マウスでの500mg/dlの血糖を300mg/dlまで抑制し、その血清中にヒトインシュリンを検出した。AAV2投与後6週間目でのFCM解析の結果、ヒト肝臓領域に多く遺伝子導入されていた。従って、ヒト化肝臓マウスは、AAVを用いた遺伝子治療の評価に適しており、AAV2- Pdx1-Ngn3-GFPおよびAAV2- Pdx1-GFPはAAV2- Pdx1-Ngn3-GFPおよびAAV2- Pdx1-GFPは、糖尿病治療に急性的に効果を示すことがマウスを用いた「ヒト」での実験で明らかになった。実験動物学AAV_DJ/8_PDX-1の作製が困難を極めていたが、トランスジーンのプロモーターと抽出方法の改良により、PDX-1を持つAAV2、AAV3、AAV_DJ/8の作製効率を上げることができた。さらにSTZによる糖尿病誘発マウスを用いた高血糖抑制効果も確認しているので、ヒト化肝臓マウスを用いた実験を残すだけとなっている。従って、おおむね順調であると判断した。もともと、過去の報告で効率の悪さが指摘されていたが、COS-7を宿主にしたAAV3の作製効率が予想以上に悪く、qPCRによる力価と実際の感染力が一致していない。この理由として、塩化セシウムはAAVの力価を下げると言われており、COS-7での産生効率の悪さに加え、超遠心法で用いる塩化セシウムがウィルスの感染力を著しく低下させているものと思われる。この改善策として、近年生体に無害として発売されているOpti prepと作製効率が良いと言われているAAV2に使用により、作製を試みる予定である。ヒト化肝臓マウスの作製については問題なく効率的に進んだ。残る実験はヒト化肝臓マウスを用いた実験のみである。当面は作製の容易なAAV2を用い、AAV2_PDX-1-GFP、AAV2_PDX-1-Ngn3-GFPおよび対照であるAAV2_GFPでの実験を行う。ヒト化肝臓マウスでもAAV2_PDX-1-GFPおよびAAV2_PDX-1-Ngn3-GFPの血糖抑制効果がみられた場合、AAV3およびAAV-DJ/8での実験に展開する予定である。先に述べたように、Opti prepとAAV2に使用によりAAV作製の効率化を図る。
酵母を用いた生体内無機ポリリン酸の生理学的機能解析-特にストレス防御との関連性について-

1.酵母におけるポリリン酸合成遺伝子をクローニングする方法として、大腸菌のポリリン酸合成能を欠損した株が過酸化水素高感受性になることを利用して、酵母のポリリン酸合成遺伝子が大腸菌ポリリン酸欠損株の表現型を相補することによるスクリーニングを行うこととした。その一段階として大腸菌のポリリン酸欠損株の性質をより詳しく解析することが必要となり、種々の実験を行った結果、以下に述べる結果を得ることができた。(1)細胞内のポリリン酸濃度を極度に低下させた状態では、菌の生育が強く抑制され、過酸化水素や熱ショックに高感受性になります。この状態では、katE遺伝子にコードされるカタラーゼの活性が著しく低下し、このことが過酸化水素高感受性を示す原因の一つになっている(2)katE::lacZ転写融合遺伝子を用いた実験から、ポリリン酸はkatE遺伝子の転写の促進に必要であることがわかった。(3)katE遺伝子の転写は、増殖相の定常期で特異的に働くRNA polymeraseのシグマ因子であるσ38(RpoS)に依存している。細胞内ポリリン酸濃度の低い状態では、rpoS自身の発現も低下していた。以上の結果に基ずいて、rpoSの発現をモニターすることにより、酵母のポリリン酸合成遺伝子をクローニングすることも可能であることがわかった。今後は実際にクローニングを試みる予定である。
最適な乳がんホルモン療法を患者に届けるための新たな遺伝子診断法の開発

平成30年度はタモキシフェンを含む乳がんホルモン療法が施行された患者を対象に血液サンプルの単核球分画より、生殖細胞系列のゲノムDNAを抽出し、エクソーム解析を行った。average depth of coverageは51であり、HGVD(Human Genome Variation Database)のreference配列と各症例のゲノムシーケンスを比較したところ、各症例につき115,646-122,769個のSingle Nucleotide Variant (SNV),Insertion/Deletion多型が同定され、平均1症例当たり118,788個の多型が同定された。同じくHGVDのreference配列をコントロールとしてC10orf11のターゲット・リシークエンスも行ったところ、0.05-0.28程度のアレル頻度をもつバリアント(SNV)を同定した。また本研究対象となる、上記治療を受けた乳がん症例を電子カルテより検索し、1基本情報(年齢、性別、がん種、既往歴、現病歴、家族歴、病期、治療内容、予後等)、2本研究に必要な情報(前治療内容、治療開始日、投与量、併用薬剤、投与期間、投与方法、投与経路、副作用情報(種類、発現日、Grade、発現期間等)、治療反応性情報(縮小率、無再発生存期間、生存期間、無増悪生存期間等))等を抽出し、本研究における解析用の臨床情報データベースの一部を構築した。本研究では乳がんホルモン療法が行われた症例を対象にエクソーム解析を行い、これによるシーケンス情報と電子カルテから抽出した臨床情報の間で関連解析を行い、有効性及び副作用と統計学的に有意な相関を示す遺伝子および遺伝子変異を同定することを目的としているが、H30年度において、研究対象患者の適格基準の変更等に伴い、解析対象患者の登録が当初の予定よりも遅れたため、エクソーム解析の目標症例数の解析完了には至っていない。更に、これまでのゲノムワイド関連解析(遺伝子多型解析)の結果、C10orf11上の遺伝子多型(SNP; single nucleotide polymorphism)がタモキシフェン治療効果と強い関連をもつことが示されたため、本研究では、C10orf11のターゲット・リシーケンス解析を行い、common variant (SNP)だけではなく、rare variant (SNV)や挿入・欠失変異等を調べることで、ホルモン剤治療効果・副作用と関係する新たな遺伝的要因を同定することも目的としているが、C10orf11遺伝子のターゲット・リシーケンシングについても同様に、解析対象患者登録の遅延のため、解析終了には至っていない。上記解析対象症例の臨床情報データの抽出は、部分的になされたものの、現在、シーケンス情報と臨床情報(副作用・効果情報)の間で関連解析を行っているため、全体として研究進捗は「やや遅れている」状況である。これまでの先行研究では、乳がんホルモン療法に対する反応性の違いを解明する際に、体細胞変異(がんゲノム)を調べる方法が多くを占めていたが、本研究は、生殖細胞系列のゲノム情報と薬剤反応性の関係を解明するという特徴を有している。平成30年度までに、解析上基盤となるエクソーム情報と研究のエンドポイントである乳がんホルモン療法による効果・副作用に関する情報取得が完了していないため、速やかに適格症例の患者登録を推進すべく、研究協力医師らと定期的に情報交換を行う予定である。エクソーム解析が終了し、シークエンス情報取得が完了した段階で、ゲノム情報と効果・副作用情報の間でFisherの正確検定等による統計解析も完了する予定である。サンプル数が少ないため、False positiveを抽出してしまう可能性が高いが、P-valueのみならず、Odds RatioやFalse Discovery Rate (FDR)などの指標により、臨床的有用性の高い、新たなホルモン剤効果・副作用マーカーを同定する予定である。先行研究により、ホルモン剤治療効果との深い関係が示唆された、C10orf11遺伝子は近年、Leucine Rich Melanocyte Differentiation Associated (LRMDA)として登録された遺伝子であるが、メラノサイトの分化に関係し、眼皮膚白皮症の原因遺伝子として知られているものの、乳がんホルモン療法の治療効果にどのように関係するのか、その詳細な機序は不明である。これまで全く検討されていない新たなアプローチが必要になるため、細胞株の種類や暴露する薬剤、さらにtranscript variantの種類などにも配慮のうえ、ホルモン治療との関わりを詳細に解き明かす予定である。

本研究では乳がんホルモン療法が行われた症例を対象にエクソーム解析を行い、これによるシーケンス情報と電子カルテから抽出した臨床情報の間で関連解析を行い、有効性及び副作用と統計学的に有意な相関を示す遺伝子および遺伝子変異を同定することを目的としているが、H30年度において、研究対象患者の適格基準の変更等に伴い、解析対象患者の登録が当初の予定よりも遅れたため、エクソーム解析の目標症例数の解析完了には至っていない。更に、これまでのゲノムワイド関連解析(遺伝子多型解析)の結果、C10orf11上の遺伝子多型(SNP; single nucleotide polymorphism)がタモキシフェン治療効果と強い関連をもつことが示されたため、本研究では、C10orf11のターゲット・リシーケンス解析を行い、common variant (SNP)だけではなく、rare variant (SNV)や挿入・欠失変異等を調べることで、ホルモン剤治療効果・副作用と関係する新たな遺伝的要因を同定することも目的としているが、C10orf11遺伝子のターゲット・リシーケンシングについても同様に、解析対象患者登録の遅延のため、解析終了には至っていない。上記解析対象症例の臨床情報データの抽出は、部分的になされたものの、現在、シーケンス情報と臨床情報(副作用・効果情報)の間で関連解析を行っているため、全体として研究進捗は「やや遅れている」状況である。これまでの先行研究では、乳がんホルモン療法に対する反応性の違いを解明する際に、体細胞変異(がんゲノム)を調べる方法が多くを占めていたが、本研究は、生殖細胞系列のゲノム情報と薬剤反応性の関係を解明するという特徴を有している。平成30年度までに、解析上基盤となるエクソーム情報と研究のエンドポイントである乳がんホルモン療法による効果・副作用に関する情報取得が完了していないため、速やかに適格症例の患者登録を推進すべく、研究協力医師らと定期的に情報交換を行う予定である。エクソーム解析が終了し、シークエンス情報取得が完了した段階で、ゲノム情報と効果・副作用情報の間でFisherの正確検定等による統計解析も完了する予定である。サンプル数が少ないため、False positiveを抽出してしまう可能性が高いが、P-valueのみならず、Odds RatioやFalse Discovery Rate (FDR)などの指標により、臨床的有用性の高い、新たなホルモン剤効果・副作用マーカーを同定する予定である。
相関電子系絶縁体の極低温における非線形伝導とスピン依存伝導

相関電子系絶縁体である分子性結晶theta-(BEDT-TTF)_2CsZn(SCN)_4の誘電率を極低温、広い周波数範囲で測定した。電極界面の効果を排除して、誘電率に大きな異方性があることを見出し、この系で見られる非線形伝導と統一的に説明した。さらに電荷秩序状態における電子ホール励起の動的性質について知見を得た。また、同結晶の巨大磁気抵抗の起源解明のため、電子スピン共鳴下の伝導特性を詳しく調べた。1.層状有機結晶theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4における電子間クーロン相互作用や電荷によるKosterlitz-Thouless転移の可能性を調べるため、有機結晶の誘電率の周波数、温度依存性を詳しく調べた。直流で大きな非線形伝導が生じる領域においても、面内誘電率は直流電圧にほとんど依存しなかった。これはわれわれの提案する、電子ホール対の電場による解離による非線形伝導の機構と矛盾無く説明できる。また観測された大きな誘電率の異方性は、電子間に2次元的なクーロン相互作用が働いていることを示唆している。このような異方的な誘電特性はこれまで注目されてこなかったが、有機結晶の電荷秩序状態を考える上で重要な特徴であると考えている。2.集束イオンビームを使って作ったマスクを用いて、theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4の表面に2um程度の微小間隔の電極を作製した。これによって、これまでに比べより高い電場領域における非線形電流電圧特性および磁気抵抗を測定することに成功した。3. theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4で観測された磁場の方位に依存しない大きな磁気抵抗の起源を解明するために、電子スピン共鳴下での伝導特性を調べることを試みた。このために、0.4Kの低温において40GHzまでのマイクロ波を照射した状態で、電気伝導を精密に測定できるプローブを設計・製作した。さらに、フォトリソグラフィーによってシリコン基板上にコプレナ-導波路を作製し、微小な結晶に効率よくマイクロ波を照射できるようにした。このセットアップを用いて、電子スピン共鳴時の伝導特性変化を現在詳しく調べているところである。(1)電荷秩序状態における電子-ホール励起の動的特性を調べるため、高速電流アンプとロックインアンプを用いて、これまでより広い周波数範囲(1Hz-100kHz)で誘電率を測定した。theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4の低温極限における1000という大きな面内比誘電率が、電極との界面に起因するみかけ上のものか調べるために、電極間隔の大きく異なる試料を複数測定した。またカーボンペースト以外に金蒸着を用いた電極で測定した。これらの測定結果より、少なくとも1-100kHz程度においては試料自体の誘電率が測定されていることがわかった。非線形伝導、磁気抵抗および誘電率についてまとめた論文がPhys.Rev.B誌に掲載予定である。(2) theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4で観測された磁場方位に依存しない大きな磁気抵抗を解明するために、電子スピン共鳴下での伝導特性を詳しく調べた。初めはコプレナー導波路を使っていたが、マイクロ波用コネクタに極細金線を取り付けショート終端としその金線近傍に生じるマイクロ波磁場を使って電子スピン共鳴を生じさせるという方法に至った。これにより、電子スピン共鳴下で電気伝導度にシャープなピークを観測できるようになった。周波数は30-60GHz、磁場は1-2T程度で測定した。測定結果の解析から、電子スピン共鳴時にスピン系が吸収するパワーによってピークを定量的に説明できた。この成果は日本物理学会2009年秋季大会において口頭発表した。スピン系の状態変化に伴う伝導特性変化を観測するためには、(a)さらに強いマイクロ波磁場を印加すること、(b)伝導特性を測定し電子スピン共鳴を生じさせる場所をより効率的に冷却することなどが必要である。このためには、基板上に薄い有機結晶を貼り微細加工によって微小電極を作成するのが有効だと考えられ今後の課題である。
新たに見い出した2型ミクログリアに特徴的な神経保護作用の分子基盤の解明と応用

我々は、「ミクログリア(MG)が示す神経保護作用では2型MGとよぶサブタイプが大きく寄与している」ことを、基礎的・応用的視点からより明確に示すべく研究を進めている。1.In vitroで見い出した抗炎症性サイトカイン(IL-4,IL-13)で活性化された2型MGのAβ(オリゴマー状)クリアランス能誘導とその効果をin vivoで評価するために、アルツハイマー病モデルマウスの一つAPP23マウスを用い、Aβ蓄積量が異なる月齢(4.5、6、9ヶ月齢)でAβクリアランス能とその記憶学習能力改善効果を比較した。その結果、Aβ繊維化が進行していない4.5月齢では有意に、また6月齢でも効果を認めた。しかし、繊維化が進んだ9月齢では効果がみられなかった。注入側でAβ蓄積量が減少したAPP23マウスの多くでは、行動に改善が見られた。IL-4/IL-13で誘導されるミクログリアでのAβクリアランスは、AD新規治療法の一つとなる可能性が示された。2.我々が開発した1型MG特異的モノクローナル抗体(9F5)を用いて以下の知見を得た。(1)胎生14日目(E14)のラット脳領域内には、9F5(+)だがIba1(-)である細胞が存在した。すなわち、9F5は「分化が低いミクログリア」と考えられる細胞にも反応することが示唆された。(2)中大脳動脈閉塞モデルにおいて、9F5(+)細胞は梗塞側で明らかに強く染色され、それは太いあるいはアメボイド状細胞であった。しかし、その量はIba1(+)細胞より少なかった。(3)ヒト・オリゴデンドログリオーマは9F5(+)であった。9F5抗原は、ミクログリアの分化が低い出生初期ばかりでなく、脳虚血などの病態時や、オリゴデンドログリオーマにも発現することがわかった。先に、我々はin vitroにおいて抗炎症性サイトカインIL-4で処理した神経保護性MG(type-2 MG)には、神経毒性が高いオリゴマー状Aβ(o-Aβ)選択的な新しいクリアランス機構が誘導されることを見い出した。本年度は、(1)type-1 MGとtype-2 MGの海馬神経細胞に対する応答の違いを、共培養系を用いて調べた。(2)上述の興味深いクリアランス機構がin vivoにおいても機能するかを調べるため、ADモデルマウスであるAPP23マウスを用い、抗炎症性サイトカインIL-4/IL-13混合液の脳内微量注入を行い、モリス水迷路(MWM)によるマウスの記憶学習能力への影響、および脳切片の免疫組織染色によるAβ蓄積量の変化を解析した。その結果、以下の知見が得られた。(1)o-Aβの神経細胞毒性はtype-2 MGとの共培養によって保護されるが、type-1 MGではこの効果が認められなかった。また、同じ共培養系を用いてLPS刺激を加えたとき、type-1 MGでは神経細胞死を引き起こしたのに対し、type-2 MGは神経細胞死が認められなかった。これらの結果からもtype-1 MGは神経傷害性、type-2 MGは神経保護的であることが示された。(2)APP23マウス(6ヶ月齢雌)の脳内にIL-4/IL-13を微量投与し、MWM試験を行うと、saline投与群に比較して行動の改善傾向が見られた。行動の改善が見られたAPP23マウスでAβの蓄積量を調べたところ、投与側では反対側に比べてAβが低下していることがわかった。本研究はIL-4/IL-13によるAβクリアランス機構がin vivoでも働きうる可能性を示唆するもので、今後より適切なADモデル系(月齢数、薬液濃度)や注入部位を詳しく検討するための第一歩である。

すなわち、9F5は「分化が低いミクログリア」と考えられる細胞にも反応することが示唆された。(2)中大脳動脈閉塞モデルにおいて、9F5(+)細胞は梗塞側で明らかに強く染色され、それは太いあるいはアメボイド状細胞であった。しかし、その量はIba1(+)細胞より少なかった。(3)ヒト・オリゴデンドログリオーマは9F5(+)であった。9F5抗原は、ミクログリアの分化が低い出生初期ばかりでなく、脳虚血などの病態時や、オリゴデンドログリオーマにも発現することがわかった。
動物の超音波コミュニケーションにおける音響特性と社会的機能

マウスやラットなどのげっ歯類における社会的学習場面での高周波音声の役割を検討することが、本研究の目的である。げっ歯類が高周波音声を発するといわれている状況で高周波音声を録音し、周波数分析を試みた。同時に行動データと生理的データも記録した。昨年度の準備・予備データを元に、マウスが高周波音声を発する可能性が高いと考えられる学習場面(成体への電撃呈示場面)で、高周波音声の録音をおこなった。録音にはオペラントボックス用防音箱、超音波測定用マイクであるバットディテクタ、デジタルレコーダを用いた。音声はタイムエキスパンション方式で1/10の速度に遅くしたものを解析した。しかし録音された音声はノイズ成分が多く、信号部分を明確に取り出すことが難しく、十分な周波数分析をおこなうことは出来なかった。一方、マウスの体表面の温度変化の仕方には、ある傾向が認められた。すなわち、電撃を受けた個体、あるいは電撃を受けた個体の近くにいた別の個体の体表面温度を、放射温度計を用いて測定したところ、体温の上昇傾向がみられた。行動データには関しては、電撃を受けた個体の近くにいたかどうかということは、被験体の活動量に大きな違いを生んでいないことを示していた。そのため、この現象は「ストレス誘発性高体温」の一種だと思われる。体温上昇を引き起こした刺激が、他個体の発した鳴き声などの聴覚刺激なのか、警報臭のような嗅覚刺激なのかは、今後さらに検討する必要がある。また、高周波音声の録音、サンプリング方法についても、今後さらに改善していくつもりである。マウスやラットの社会的学習場面における高周波音声の役割を検討することが、本研究の目的である。本年度は本実験を始めるための準備を中心におこなった。まず、体温測定のための簡易実験ボックスを試作し、マウスを用いて予備実験をおこなった。中毒症状や電撃というストレスを刺激個体に与え、そのストレス臭を被験体のマウスに呈示した。その結果、被験体がオスの場合もメスの場合も、体表面温度の上昇傾向が見られた。この結果は、マウスの社会的学習場面においては他個体からの嗅覚刺激が重要な役割を示すという本研究者の従来の研究結果を支持するものである。また同時に、高周波音声という聴覚刺激の影響を調べる手段として、体表面温度の測定というテクニックが利用可能な手段であることを確かめることができた。次にラットやマウスの高周波音声を録音するための実験機器を用意した。録音には超音波測定用マイクのバットディテクタ、高速サンプリングが可能なA/D変換PCカード、高速のPCカード処理が可能な携帯用コンピュータを用いた。しかし、超音波成分をハードディスクに記録しようとすると、負荷のためPCがハングアップすることが多く、安定したデータ収集法としてはPCによる直接録音は問題が多いことがわかった。そのため、高周波音声に関する1次データの収集には、タイムエキスパンション方式で遅くした信号をDATに録音する方法を用いることに変更した。また予備的な観察から、マウスは約60kHzの周波数で高周波音声を出すことが確認できた。今後引き続き、この周波数閾の音声を社会的学習場面でも発しているかどうかを確認していく。
Pt表面でのNO吸着特性と直接分解反応に関する理論的研究

本年度は、表面反応のような無限系を含む現象を記述する実用的かつ信頼性のある方法として触媒反応のための新しい密度汎関数法(DFT)の開発を行い、ab initio分子軌道法を併用してPt表面でのシクロヘキサンの脱水素反応機構の理論的研究を行った。従来のDFTでは励起状態を取り扱うことができず、化学反応への適用は困難であった。われわれは多配置波動関数に基づくDFTを開発し、量子化学プログラムGAMESSにコードを組み込んだ。テスト計算でCI法など他の高精度な計算法と比較しうることを確認し、Pt表面の問題に適用した。Pt表面での脱水素反応では、いったん表面に分子吸着したシクロヘキサンが安定な中間体を経てベンゼンが生成することが実験的に知られており、その中間体はC_6H_9の組成でPt表面に強く結合していることがわかっている。その構造については、椅子型コンホメーションを保ったままシクロヘキサンから3つのaxialHが抜けた構造と、炭素環の片側の3つの炭素からHが1つずつ抜けてπ電子系を形成している構造が考えられているが、最初の構造について炭素環が椅子型から平面型構造に変わっていく様子をRHF,DFTにより計算したところ、RHF計算では反発型のポテンシャルカーブが得られたが、DFT計算ではポテンシャルの山を越えた後に安定化することがわかった。今後はさらにベンゼン生成過程を調べるとともに、Pt原子数個からなるクラスターを表面に代用させた計算を行ってPt触媒の効果を調べる。並行して、ゼオライトの選別的分子吸着機能等の特性を評価するために、触媒設計に向けた分子動力学プログラムの開発を行っている。力場としては河村らの開発したものを用い、比較的大きな構造単位を扱うために高速化を目指した設計を行っている。
臨界事故の環境影響に関する学術調査研究

臨界事故の影響を環境影響班と人体環境影響班の2グループで評価した。環境班は主として漏えい中性子による誘導放射性核種及び核分裂生成物の濃度とその距離依存性について400を超える環境試料をJCOサイトとその周辺より採取し、放射能測定、線量測定を行った。一方、人体影響調査班は被曝住民と職員の血液を採取し染色体異常の発生頻度を調査した。環境試料の放射能測定はほとんどは終了したが、一部の試料については長半減期核種の測定が続いている。研究成果の大半は2000年5月19日発行の英国の学術雑誌Journal of Environmental Radioactivity特集号"The Tokai-mura Accident"[Vol.50(1,2),2000]に掲載された。その後行われた測定結果は逐次学術雑誌に発表されつつある。2000年7月の第2回環境放射能・放射線夏の学校(辰口)でJCO事故のワークショップを開催し、研究会が開かれ、そこでの議論の成果を「核災害時における専門家のとりくみ」としてまとめた。測定データの共有化をはかるために、試料の種類、採取地点(距離と方角)、測定者、測定結果等のデータベース化とJCO構内と近辺の詳細なマップの作成が行われた。研究成果は内外の多くの学会で、一般講演、パネル討論、ワークショップ等で発表された。主なものはIRPA10国際会議のサテライト講演(2000.5広島)、分析化学会主催「Separation Sciences 2000」(2000.6東京)、理工学における同位元素発表会(2000.7東京)、放射線影響学会(2000.8東京)、放射化学討論会(2000.9神戸)、原子力学会(2000.9青森)、環境科学技術研究所国際セミナー(2000.10,六ヶ所村)、アクチニド長半減期核種に関する国際会議(2000.10大洗)、放医研セミナー(2000.12千葉)である。環境影響班と生物影響班の2つのチームにより、大学、国、自治体の研究機関を含む約40人の研究体制で、研究活動を展開した。環境影響班では周辺の住民及びJCOの協力のもとに、6次にわたる調査・採取活動を行い、400点を越える試料を採取した。可搬型Ge検出器による核分裂数の推定、中性子漏洩の方向依存性等の解析は、事故調査委員会で公表された成果とは独立に、多くの示唆に富むデータを得ることができた。漏洩中性子の環境影響に関しては、採取試料中に生成した中性子誘導放射性核種の測定によって、中性子フルエンス及びエネルギースペクトルの情報を得た。サイトより1.4kmの範囲で漏洩中性子による金の放射化で生成知多Au-198の検出に成功したほか、約400m地点までは速中性子によるP-32が検出された。これらの生成量の距離による変化は理論計算と比較的よく一致した。このほかステンレス、土壌、植物の放射化を測定し中性子評価を試みた。事故によるγ線の影響を評価するためにセラミック材や砂糖のTL及びESR測定も試みられた。施設近辺では濃縮U-235による土壌汚染が検出された他、ウランの自発核分裂反応による中性子の測定等も行なわれた。12月に研究成果の報告会を行ったが、これには東海村役場、JCO,NHKのオブザーバー参加があった。研究成果の一部は、学会、研究会で発表される他、4月には英国の科学雑誌(Journal of Environmental Radioactivity)の特集号に21編の論文として印刷・公表される。一方生物班では、被曝した職員および住民の血液の染色体分析により中性子被曝の影響を詳細に検討した。染色体の研究成果は12年度の前半には公表できる見込みである。主なものはIRPA10国際会議のサテライト講演(2000.5広島)、分析

化学会主催「Separation Sciences 2000」(2000.6東京)、理工学における同位元素発表会(2000.7東京)、放射線影響学会(2000.8東京)、放射化学討論会(2000.9神戸)、原子力学会(2000.9青森)、環境科学技術研究所国際セミナー(2000.10,六ヶ所村)、アクチニド長半減期核種に関する国際会議(2000.10大洗)、放医研セミナー(2000.12千葉)である。臨界事故により環境に漏えいした中性子で誘導された放射性核種の測定をほぼ完了した。研究成果は2000年5月19日発行の英国の学術雑誌Journal of Environmental Radioactivity特集号"The Tokai-mura Accident"[Vol.50(1,2),2000]で発表し世界的に評価された。現在も比較的半減期の長い核種の測定が本年度は各研究室で継続して行われ、その成果は逐次学術雑誌に発表されている。測定データの共有化をはかるために、試料の種類、採取地点(距離と方角)、測定者、測定結果等のデータベース化、JCO構内と近辺の詳細なマップの作成を行った。2000年7月に第2回環境放射能・放射線夏の学校(辰口)においてJCO事故のワークショップを開催し、議論の成果を「核災害時における専門家のとりくみ」として印刷刊行した。「環境影響調査班」および「人体影響調査班」の研究成果は本年度開催された多くの学会でパネル討論、ワークショップ、一般講演として発表された。主なものはIRPA10国際会議のサテライト講演(2000.5広島)、分析化学会主催「Separation Sciences2000」招待講演(2000.6東京)、理工学における同位元素発表会(2000.7東京)でのパネル討論、放射線影響学会(2000.8東京)、放射化学討論会(2000.9神戸)におけるテーマ講演、原子力学会(2000.9青森)の招待講演のほか、環境科学技術研究所国際セミナー(2000.10,六ケ所村)、弟8回「生態及び環境試料中のアクチニド・長半減期核種の低レベル測定に関する国際会議(2000.10大洗)および放医研セミナー(2000.12千葉)等での特別講演その他で発表された。
電極表面での吸着構造と電子移動に関する理論的研究

電場下にあるクラスターでモデル化した金属表面と吸着分子との相互作用エネルギーを密度汎関数法を用いて第一原理から決定し、原子・分子レベルの実験研究に対する相補的な基礎データを提供し、電極表面の微視的本質を明らかにすることを目的とした。<密度汎関数法とクラスターモデル>クラスターでモデル化した電極表面と吸着水分子、吸着イオン、水和イオンの相互作用エネルギーを密度汎関数法を用いて第一原理から決定した。クラスターサイズとバルク金属表面としての化学的特徴の関連を検討し、特に第2層を加えることにより、より現実的な表面モデルを構築することができた。<Pt(III)面と水分子の相互作用>具体的には電極表面として最も重要なPt表面をモデルとし、表面構造を規定した単結晶電極を再現し、(100),(110),(111)面といった表面の構造の違いによる電極表面と吸着水分子、吸着イオンの相互作用エネルギーに関して、それらの基礎的特質を検討した。Pt(111)面として第1層が7原子、第2層が3原子からなるクラスターモデルを用い、密度汎関数法としてはHF法とのハイブリッド型で有効内殻ポテンシャルによるB3LYP/LanL2DZ法を用いた。相互作用はtopサイトへの吸着が最も大きく得られ、これまでの半経験的計算の結果と一致するが、密度汎関数法ではhollowサイトへの安定化は得られなかった。相互作用は主にイオン的であり、酸素原子からPt表面への電荷移動が見られた。双極子モーメントの距離依存性はtopサイトへの吸着が最も大きく、表面の分極効果が吸着エネルギーに大きく影響していることを示唆する。またパウリ(交換)反発はbridge、hollowサイトの場合が大きく得られた。
セラミックス複合化による木材の電気特性の改良

この研究では,木材中に圧電性や誘電性に特徴のあるセラミックスを析出させ,木材とセラミックスの物理的な複合によって木材の電気特性を改良することと,木質材料とセラミックスを混合した後に炭化処理を施し,木質炭化焼成材の電気的性質や物理特性を制御することを目的をした。木材中へのセラミックスの析出には,金属アルコキシドを用いた。溶液状態で浸透させ,加水分解によってチタン酸ナマリとジルコン酸ナマリを析出させるゾル-ゲル法を適用した。また,炭化焼成材には添加物として,水ガラスおよびシラスバルーンを加えた。木粉と添加剤および粉末接着剤を混合して熱圧成形したボードを500゚Cと800゚Cで炭化処理した。木材中へのセラミックスの析出には成功したが,木材の熱分解を抑えるためにエージング温度が十分でなかったので,木材-セラミックス複合材の圧電・誘電特性を改善するには至らなかった。炭化材の固有抵抗は焼成温度に依存し,500゚Cの焼成では1MΩ・cm以上,800゚Cの焼成では1Ω・cm以下となった。また,5%の水ガラス添加によって1kΩ・cm以上となり,わずかな添加で固有抵抗を制御できることがわかった。シラスバルーン添加では,添加率40%で1MΩ・cmとなり,10^6以上のレンジにわたる変化があった。熱伝導率は,0.10.2W・m^<-1>・K^<-1>で,同程度の密度を有する木材とほぼ同じ値となった。今後の課題として,電気・磁気特性を有するセラミックス粉末と木粉との混合体の二次炭化焼成が,セラミックスの特性を取り込む上で有効と考えられる。本年度は、金属アルコキシドを木材中の水分によって加水分解し、木材中に特異な電気特性をもつ無機物を析出させ、木材ーセラミックス複合体を形成させることによって、木材の誘電・圧電特性を改良することを目的とした。析出物として、誘電特性にすぐれたチタン酸鉛PbTiO3_3およびジルコン酸鉛PbZrO_3を選んだ。試験体には、スギ、ヒノキ、スプルースおよび比較材のろ紙を用いた。まず、チタンのアルコキシドと酢酸鉛およびジルコニウムのアルコキシドと酢酸鉛を反応させそれぞれの複合アルコキシドを準備し、一段階の加水分解で目的のチタン酸鉛およびジルコン酸鉛を析出させた。チタン酸鉛のアルコキシド(約3.1×10^<-3>mol/g)はエタノールで5倍に希釈して、乾燥空気中で木材を漬けおき、4週間処理した。ジルコン酸鉛のアルコキシド(約1.3×10^<-3>mol/g)はトルエンで希釈し、さらにキレート剤としてアセチルアセトンを1:1の割合で添加し、加水分解の安定化をはかった。乾燥空気中でこの溶液に木材を漬けおき、4週間処理した。それぞれの溶液で処理した後、溶媒をとばし、飽和水分の空気中で試験体を吸湿させアルコキシドを加水分解させ、150°Cの空気中で24時間養生した。析出物による重量増加は、チタン酸鉛で2568%、ジルコン酸鉛で1833%であった。X線解析の結果、析出物はいずれもアモルファス状態であった。処理による誘導率の増加は、チタン酸鉛で約25%、ジルコン酸鉛で約28%となった。誘電率の向上には、析出物の結晶化処理を行うことが有効と考えられる。本年度は,木質材料にセラミックスを複合した後に炭化処理を行って,炭化焼成材の電気的性質や物理特性を制御することを目的をした。添加物として,水ガラスとシラスバルーンを用い,5%40%の割合で添加した。

添加剤が均一に分散するように,100メッシュの木粉と添加剤および粉末接着剤(フェノール系)を均一に混合した後,190°Cで熱圧成形し,できたボードを炭化処理した。炭化焼成温度は500°Cと800°Cとした。炭化焼成材の物性として密度,収縮率,固有抵抗,弾性定数,熱伝導率を測定した。熱分解によって6070%の質量減少がおこり,収縮率も800°Cの処理では20%程度となった。炭化材の固有抵抗は焼成温度に依存し,500°Cの焼成では1MΩ・cm以上であるが,800°Cの焼成では1Ω・cm以下となった。また,不純物として水ガラスを添加すると,固有抵抗は,5%添加で1kΩ・cm以上となり,わずかな添加で固有抵抗を制御できることがわかった。また,シラスバルーンの添加では,添加率40%で1MΩ・cmとなり,10^6以上のレンジにわたる大きな変化があった。広角X線回折の結果からは,炭化焼成材は500°C・800°Cいずれでも無定型状態であった。水ガラス添加の場合は,けい酸塩の結晶が生成されていることが確認された。熱伝導率は0.10.2W・m^<-1>・K^<-1>で,同程度の密度を有する木材素材とほぼ同じ値となった。今後の課題として,電気・磁気特性を有するセラミック粉末と木粉との混合体の二次炭化焼成が,セラミックスの特性を取り込む上で有効と考えられる。
仮想空間の情報が実空間の人の流れに伝播する様子のモデル化と分析に関する研究

スマートフォンの急速な普及によって人の行動とSNSなどのインターネットの情報の結びつきは年々強くなってきている。本研究では仮想空間の情報の流れと現実空間の人の流れがどのように関係しているかを明らかにするため、仮想空間の情報の流れを抽出・可視化する方法と仮想世界の情報の流れと実世界での人の流れの関係性を表す相互伝播モデルを提案した。さらには、実際に測定された秋葉原を含むSNSの情報と秋葉原で観測された人の流れを相互伝播モデルによって解析することで情報の流れと人の流れの統計的関係性について検証した。カメラから得られる距離画像を処理することで実空間における人の流れの軌跡を抽出するためのデバイスを開発した。本デバイスは小型でありかつ電源や配線の取り回しが簡便であるため、様々な環境において手軽に人の流れを計測することが可能になる。混雑が激しい花火大会の会場や展示会において複数のカメラを設置し、人の流れを計測する実証実験を行った。また、仮想空間における情報の流れを抽出するためのウェブアプリケーションとして“Signage"を開発した。Signageは仮想空間に流れる情報(ネットワーク上の情報の流れ)において追跡したい単語をあらかじめ登録しておき、Twitter上でその登録単語が含まれるツイートをリアルタイムで抽出することができる。同時に、あらかじめ登録しておいた複数の追跡単語をランキング形式で表示することができる。これらはウェブアプリケーションとして実装しているため、ネットワークにつながる環境ならどこでも手軽にデジタルサイネージとして利用することができる。秋葉原などの主要駅名を追跡単語に登録した実験においてSignageの有効性を確認した。さらに、これらの人の流れと情報の流れの時間と流量の関係をDPマッチングによって対応付けると共に、それらの関係性を分かりやすく可視化する手法を提案した。本手法は特に長期間かつ大規模な人や情報の流れを解析、可視化する際に有効であることを確認した。申請者は秋葉原UDXにおいて2008年2月からステレオカメラを用いて人の流れを自動的に抽出・記録する実証実験を続けている。この中には東日本大震災当日の帰宅困難者の動線が含まれている。震災当日Twitterなどのミニブログでは秋葉原UDXが帰宅困難者に開放されていることがツイートされており、多くの人がこの情報を見て秋葉原UDXに流れ込んだ。本研究では、仮想空間の情報の流れが実空間の人の流れにどのように伝播するかをモデル化しTwitterのテキストデータとステレオカメラで抽出した動線データを時空間相関分析する方法を明らかにすることを目的としている。本年度は実空間の人の流れのモデル化(1)および人の流れと仮想空間上での情報の流れの相関の可視化(2),さらには今後仮想空間の情報が実空間への情報の流れへと派生するためのコンテンツとしてSignageを開発(3)している.(1)は実空間において人の移動の際の密度と速度,さらには分散のモデルを計測し,そのモデルを用いて密度から速度を求める方法や,観測された移動経路によってクラスタリングすることによって流れをモデル化する手法を提案した.また(2)ではtwitter上での震災関連のキーワードを含む典型的な情報の流れを抽出し,実空間の人の流れを横軸に,仮想空間の情報の流れを縦軸にとり,その相関を濃淡で表すことによって可視化する手法を提案した.これらの手法は今後の分析を容易にするための基礎的な検討材料となる.最後に(3)ではあらかじめ登録しておいたキーワードがどのようにtwitterでつぶやかれているかや,そのランキングがリアルタイムで表示されるようなディジタルサイネージコンテンツを作成している.これは今後,仮想空間の情報を実空間の人間の行動にフィードバックするための枠組みとなる.TwitterやfacebookなどのSNSの発展により人間の行動とSNSの情報の流れの結びつきは年々強くなっている。本研究の目的は仮想空間の情報の流れが実空間の人の流れにどのように伝播するかをモデル化し、実際にTwitterでつぶやかれたテキストデータとステレオカメラで抽出した動線データを時空間相関分析する方法を明らかにすることである。本研究ではTwitterのつぶやき数とステレオカメラで計測した人の移動人数をノードとリンクによって構成される相互伝播モデルを提案した。相互伝播モデルでは人の数とツイート数を時系列データとして扱い、人の数もしくはツイート数が与えられたノードを重み付きリンクで接続することによって、各時刻の人の数とツイート数の統計的関係性を表現した。提案した相互伝播モデルの有効性を検証するために、実際に観測された人の数とツイート数の統計的関係性を解析することを目的とする検証実験を行った。実験によって得られたツイート数の推定値と実測値の平均誤差は約4 %、人の数の平均誤差は約11 %であり、提案した相互伝播モデルが統計的関係性を捉えていることを確認した。また検証実験によって得られたパラメータから、ツイート数と人の数の関係性は時間によって変化し、特定の時間帯では関係性が強くなること、特に情報を流すのに有効な時間帯や人が異動した後に情報を流す時間帯などを抽出することができた。最後にこれらの研究内容を研究会で発表した。

画像認識当初の予定通り、実空間における人の流れ、および仮想空間における情報の流れを抽出するためのセンサを開発すると共に、それらの両方の情報を解析・可視化することができている。しかし、一方で仮想空間の情報を見た人の流れであるかどうかの検証は難しいという問題点も存在している。交付申請書の研究計画には『初年度は東日本大震災時に複数地点で観測された人の流れのデータを用いて空間相関分析する方法を明らかにする。また通常時の結果と比較することで震災時特優の人の流れを抽出する。さらに仮想空間の情報を実空間にフィードバックするためにディジタルサイネージを用いた検証システムを作成する』とあり,モデル化した人の流れと情報の流れを空間相関分析するための可視化手法を提案し,また,仮想空間の情報をフィードバックするためのディジタルサイネージサイネージコンテンツSignageを開発したことから研究計画はおおむね順調に進展しているといえる.これまでに開発してきたデバイスを用いることで、さらに大規模に実証実験を積み重ね、大規模なデータを取得することでこれまでに提案してきた手法の有効性を検証すると共に、新たな情報の伝播モデルや解析・可視化手法を明らかにする。これまでに実空間の人の流れのモデル化および人の流れと仮想空間上での情報の流れの相関の可視化を行った.今後,Twitterでの情報の流れをモデル化し,仮想空間の情報の流れが現実世界の人の流れに伝播する様子をモデル化し,可視化する手法の表現力を高める.さらには仮想空間の情報の流れが実空間の人に流れに伝播する窓口となるディジタルサイネージコンテンツSignageの完成度を高め,実環境に設置する準備を行う.予定していた国際会議に参加しなかったため差額が生じた。繰り越した研究費を研究を加速させるための研究補助の人件費として使用する。主に,研究補助員の雇用,および研究成果発表の旅費,参加費として使用.
沿岸ポリニヤメカニズムの解明とそのモデル化

沿岸ポリニヤは、風や海流により発散場になることによって形成される薄氷域であり、海氷の生産工場と呼ばれる。また膨大な結氷に伴い高密度水が形成されるので、海洋の熱塩循環や二酸化炭素等の物質循環をはじめとした、気候システムに重要な役割を果たしていると考えられている。本研究では、マイクロ波放射計による衛星データから、ポリニヤ域を検出し、そこでの氷厚を推定するアルゴリズムを開発した。そして主にこのデータから、ポリニヤメカニズムを調べた。さらにそこから得られる知見をもとにシンプルなモデルを提案した。マイクロ波放射計AMSR-Eによる輝度温度データを用いて、天候に左右されずに0.2m以下の氷厚を推定できるアルゴリズムの開発を南北両半球で行った。アルゴリズム開発は、輝度温度の偏波比と、AVHRRやMODISによる晴れた日の赤外線画像と熱フラックス計算から見積もった氷厚との比較から行った。オホーツク海では、サハリン沿岸ポリニヤ域で取得した係留氷厚計による、現場観測データも比較・検証に用いた。南極海と北極海におけるAMSR-E薄氷厚アルゴリズムは比較的良く似ていたが、オホーツク海のものは少し異なっていた。AMSR-Eは、従来用いられていたマイクロ波放射計SSM/Iよりも空間解像度が2倍高いので、より高精度に沿岸ポリニヤの変動を調べることが出来る。日毎のAMSR-E薄氷厚データを用いて、熱収支計算から沿岸ポリニヤ域における海氷生産量マッピングをオホーツク海で行った。その結果、沿岸に近い海域では、一冬で単位面積当たり10m以上の海氷が生産されることが示された。これは、SSM/Iを用いた従来の見積のおおよそ倍であり、AMSR-Eが高解像度であることによる。マイクロ波散乱計QuikSCATによる後方散乱係数とAMSR-E薄氷厚との比較を行ったところ、沿岸ポリニヤ(薄氷)域と後方散乱が小さい領域がよく一致した。薄氷は塩分が高いので、誘電率特性により体積散乱が小さく、後方散乱は主に表面の粗度で決まる。本研究の結果は、沿岸ポリニヤがグリースアイスやニラスといった、表面が滑らかな海氷で覆われていることを示唆する。この結果は、オホーツク海北部の沿岸ポリニヤ域に面した、ロシアのマガダン近郊で毎日自動的に撮影された海氷の写真からも確認された。以上のことから、沿岸ポリニヤの氷厚の見積もりだけでなく、海氷の種類の判別も、人工衛星データから行うことができるようになった。昨年度に引き続き、人工衛星に搭載されるマイクロ波放射計AMSR-E(空間分解能は約6km)による輝度温度データから、時間や天候に左右されずに0.15m以下の薄氷厚を推定できるアルゴリズムの開発を南北両半球で行った。本年度は、特に氷厚推定の精度を上げることに焦点をあててアルゴリズム開発・改良を行った。さらに南極海では、ポリニヤ面積を求める際に重要になる、定着氷域の検出アルゴリズムの開発も行った。高解像度(空間分解能は数十m)のSARデータとの比較から、両者の沿岸ポリニヤ(薄氷)域がよく対応することが示された。また、定着氷の領域も両者がよく対応することが示された。以上のことから、AMSR-Eによる薄氷・定着氷域の推定がうまくいっていることが示唆される。全球的に見ても最大級の沿岸ポリニヤが形成されるオホーツク海の北西陸棚域を対象に、AMSR-E薄氷厚データを用いて巨大な沿岸ポリニヤの形成メカニズムを調べた。その結果、風向きによってポリニヤの拡大の様子が大きく異なることが示された。特に、風向きが沖向きから左に0°から30°それる場合、ポリニヤの面積(岸からの幅)が非常に大きくなることが示された。これは風による海氷の沖向きの移流速度がコリオリ力の相対的な影響によって氷厚に依存し、同じ風速であっても沖側の厚い氷と岸川の薄氷の移流速度が風向によって異なるためである。単純化したモデルを作成し、風向き(角度)に注目して、ポリニヤの幅を理論的に求めたところ、風向が沖向きから左に10°それる場合、ポリニヤの幅が大きくなることが示された。人工衛星に搭載されるマイクロ波放射計AMSR-E(空間分解能は約6km)による輝度温度データから、時間や天候に左右されずに薄氷厚の推定をできるアルゴリズムの開発を北極海で行った。また、これまで精度に問題があった氷縁域や、厚い雲が存在する場合のアルゴリズムの改良を行った。高解像度(空間分解能は数十m)のSARデータとの比較から、アルゴリズムの改良が上手く行っていることが示された。これで北極海、オホーツク海、南極海のAMSR-E薄氷厚アルゴリズムが完成したことになる。

AMSR-Eは、従来用いられていたマイクロ波放射計SSM/Iよりも空間解像度が面積で4倍良いので海氷生産量の大きい岸近くをよりよく解像でき、より詳細に沿岸ポリニヤ域をモニタリングすることができるようになった。AMSR-Eによる薄氷厚,海氷密接度,海氷漂流速度データを用いて、主に熱収支解析から、オホーツク海で熱塩フラックスデータセット(何時何処でどれだけ大気-海洋間に熱のやりとりがあり、それに伴う海氷生成(塩分排出)量ならびに融解(淡水供給)量を示すデータセット)の作成を行った。このデータセットから、これまでよく分かっていなかった海氷過程(結氷・移流・融解)による熱と塩の再分配と輸送が示された。このデータセットは、モデルのforcingや比較・検証データとしても用いることができる。また、春季に海氷融解量が大きい海域と、人工衛星(MODIS)により観測された植物プランクトンのブルーミングが生じる海域が一致することが示され、このデータセットが、気候システムの理解のためだけでなく、生物活動や物質循環に関する研究にも利用可能なことが示された。