hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
摩擦撹拌法による結晶粒微細化とその超塑性への応用

<目的>摩擦攪拌接合法では,まず板の突合わせ面に沿って突起つきの回転工具を挿入し,ついで摩擦熱で材料が軟化してから工具を並進させて強制的に材料を攪拌し,突合わせ面を消失される.その際,高温での強加工により,攪拌部にはしばしば等軸的で微細な再結晶粒組織が形成されるため,継手は優れた機械的性能を発揮する.本研究の目的は摩擦攪拌処理が金属の新しい組織制御法になり得るかを実験的に探ることにある.<方法>供試材は板厚6mm,平均結晶粒径44μmのマグネシウム合金AZ31熱間圧延板である.別途行なっている摩擦攪拌接合用に設計・試作した突起高さ6mm弱の回転工具を用いて,回転数4402650rpm,送り速度22123mm/minの範囲で,板の圧延方向に沿って摩擦攪拌処理を施した.処理材から摩擦方向と平行に引張試験片を切り出し,温度623k723k,歪速度3×10^<-4>1×10^<-1>s^<-1>の範囲で引張試験を行った.摩擦攪拌処理前後および高温引張試験後の組織を,光学顕微鏡,走査電子顕微鏡により観察した.一部,鋳造用合金についても摩擦攪拌処理の改質効果を調べた.<結果>以下のように要約される.1)摩擦攪拌処理後の結晶粒径を決めているのは工具の送り速度よりも回転数である.2)最適条件では,攪拌部の結晶粒が処理前の44μmから8μmまで減少した.3)摩擦攪拌処理材は未処理材に比べて高い室温強度を示した.4)摩擦攪拌処理材は未処理材並みの超塑性しか示さなかった.これは変形速度が高すぎたためと考えられる.5)鋳造材でも摩擦攪拌処理により結晶粒を均一微細化することができた.<目的>摩擦攪拌接合法では,まず板の突合わせ面に沿って突起つきの回転工具を挿入し,ついで摩擦熱で材料が軟化してから工具を並進させて強制的に材料を攪拌し,突合わせ面を消失される.その際,高温での強加工により,攪拌部にはしばしば等軸的で微細な再結晶粒組織が形成されるため,継手は優れた機械的性能を発揮する.本研究の目的は摩擦攪拌処理が金属の新しい組織制御法になり得るかを実験的に探ることにある.<方法>供試材は板厚6mm,平均結晶粒径44μmのマグネシウム合金AZ31熱間圧延板である.別途行なっている摩擦攪拌接合用に設計・試作した突起高さ6mm弱の回転工具を用いて,回転数4402650rpm,送り速度22123mm/minの範囲で,板の圧延方向に沿って摩擦攪拌処理を施した.処理材から摩擦方向と平行に引張試験片を切り出し,温度623k723k,歪速度3×10^<-4>1×10^<-1>s^<-1>の範囲で引張試験を行った.摩擦攪拌処理前後および高温引張試験後の組織を,光学顕微鏡,走査電子顕微鏡により観察した.一部,鋳造用合金についても摩擦攪拌処理の改質効果を調べた.<結果>以下のように要約される.1)摩擦攪拌処理後の結晶粒径を決めているのは工具の送り速度よりも回転数である.2)最適条件では,攪拌部の結晶粒が処理前の44μmから8μmまで減少した.3)摩擦攪拌処理材は未処理材に比べて高い室温強度を示した.4)摩擦攪拌処理材は未処理材並みの超塑性しか示さなかった.これは変形速度が高すぎたためと考えられる.5)鋳造材でも摩擦攪拌処理により結晶粒を均一微細化することができた.
音声コミュニケーションの基礎となる論理的思考・対人認知能力の総合的教育評価

近年,世界的なグローバル化が進む社会情勢の中で,直接的な対話のためのコミュニケーション能力が問われるようになってきた。そこで,対話場面で必要とされる能力を検証し,音声コミュニケーション能力の教育測定のためのテスト開発に係わる研究を行った。本研究期間中は,(1)大学入試センター試験へのリスニングテストの導入に至る歴史的経緯と評価,(2)音声の韻律的特徴と話し方の評価・話者の性格印象の関係性の定量的モデル化,(3)声質変換音声を用いた英語リスニングテストの評価実験,を行った。本研究では,音声コミュニケーションに関する総合的な教育評価方法の開発を目的としている。従来の言語運用能力の評価に加え,今後の多文化共生社会で必要とされる論理的思考力,相手の特徴や意図を推測する対人的認知能力まで教育測定の対象とする。これらの多面的な能力を測るために,リスニングテストと総合試験を統合したコミュニケーション能力テストの開発を行う。新しいテストの開発にあたっては,(1)言語運用能力,(2)論理的思考能力,(3)対人認知能力の3つの相に整理して研究を進める。研究期間内は,従来型のリスニングテストを土台に据えて言語運用能力の測定の現状を検証する。そして,教科横断型試験で測られる論理的思考能力を精査し,対話場面で必要となる要素を抽出する。さらに,音声の韻律的特徴と話者の性格印象の関係のモデル化を進め,対人的認知能力の個人差測定への拡張を図る。(1)従来型リスニングテストでの言語運用能力の測定方法の評価本年度は,センター試験に「英語リスニングテスト」が導入されるまでの歴史的な経緯を集中的に検証した。1970年代から30年余りに及ぶ議論や動向について,歴史的な文献資料をトレースしてまとめた。(2)話者特徴の推論モデルと対人認知能力音声の韻律的特徴の形で伝達される話者特徴に着目し,その認知的な推論能力を検討している。本年度は,特に話者の個人性を担う声質に対象とし,声質を計算機で変換したリスニングテストを生成して,聴覚実験を行った。本研究では,音声コミュニケーションに関する教育評価方法の開発を目的としている。(1)従来型リスニングテストでの言語運用能力の測定方法の評価昨年度から継続して,センター試験に「英語リスニングテスト」が導入されるまでの歴史的な経緯を検証した。共通第1次学力試験導入前の1970年代から,現在までの30年以上に及ぶ議論や動向について,歴史的な資料をトレースしてまとめた。今年度はその成果を学術論文として公刊した。話者の個人性を担う声質に対象とし,声質を計算機で変換したリスニングテストを生成して,聴覚実験を行った。今年度は特に,声質表現語による主観評価の実験も導入した。本研究は,音声コミュニケーション能力に関する総合的な教育評価方法の開発を目的とする。そして,総合的な音声コミュニケーション能力テストの開発を試みる。(1)従来型リスニングテストでの言語運用能力の測定方法の評価研究初年度は「英語リスニングテスト」を対象にした検討を行った。

具体的にはセンター試験で用いられる問題を分析した。他の教科学力との関係に着目し,その関係の可視化を図った。また試験に人の声を用いるリスニングテストの独自性に着目し,話者性の影響について検討した。(2)話者特徴の推論モデルと対人認知能力音声の韻律的特徴の形で伝達される話者特徴に着目し,その認知的な推論能力を検討する実験を行った。本年度は音声中の母音の明瞭性に着目した。計算機上で母音明瞭性を操作して聴覚実験を行い,話者特徴との関係性のモデル化を進めた。本研究では,音声コミュニケーションに関する教育評価方法の開発を目的としている。従来の言語運用能力の評価に加え,今後の多文化共生社会で必要とされる論理的思考力,相手の特徴や意図を推測する対人的認知能力まで教育測定の対象とする。新しいテストの開発にあたっては,(1)言語運用能力,(2)論理的思考能力,(3)対人認知能力,の3つの相に整理して研究を進めた。研究期間内は,従来型のリスニングテストを土台に据えて言語運用能力の測定の現状を検証した。さらに,音声の韻律的特徴と話者の性格印象の関係のモデル化を進め,対人的な認知能力の個人差測定への拡張を図った。(1)従来型リスニングテストにおける言語運用能力の測定方法の評価:センター試験に「英語リスニングテスト」が導入されるまでの歴史的な経緯を検証した。共通第1次学力試験導入前の1970年代から現在まで,30年に及ぶ議論や動向について,歴史的な資料をトレースして分析してまとめ,テスト学会誌の研究論文として公刊した。(2)話者特徴の操作と対人認知能力:音声が伝達する話者の特徴に着目して,話者の個人性を担う声質を操作する実験を行った。声道長の操作を模したスペクトル周波数軸の伸縮を行い,声質を変換した英語リスニングテストを生成して聴覚実験を行った。(3)音声の韻律的特徴と話者の性格印象:音声の発話速度・基本周波数(F0)・母音の明瞭性といった韻律的特徴と,話者の性格印象の関係のモデル化を進めた。これらの研究の成果は,音響学会のスペシャル・セッションの招待講演で発表したところである。教育系心理学本研究の成果として,学会誌に公刊された論文,及び各種学会での発表が進んでおり,おおむね順調に進展していると考えている。本研究の成果として,学会誌に論文が採択されて公刊され,また学会での発表も進んでおり,おおむね順調に進展していると考えている。本研究の成果として,学会誌に公刊された論文,及び各種学会での発表がなされており,おおむね順調に進展していると考えている。次年度は,音声コミュニケーション能力テストと一般教科科目のテストの相違点,それぞれの特徴について,さらに詳細な分析を進める。そこでは,センター試験のような大規模試験におけるリスニングテストと,他教科科目のテストの関係に関する検証を行う。また,リスニングテストに用いられる音声について,話者性の影響をより深く検討する。
スピントロニクス素子におけるスピン反転の中間状態観測とその制御経路の探索

超高速電気特性測定技術を用いて、スピンデバイスデバイス中におけるスピン反転過程の中間状態の観測と解析を行った。その結果、スピントロニクスデバイス中においては、スピンはその反転過程において多様な中間的状態を示すことを明らかとした。スピントロニクスデバイス中のスピン状態が単純に2値として一意的に定まるものではないことを意味し、スピン反転における中間状態を利用した新規スピン制御技術へつながる成果である。本研究は、研究代表者が培ってきたピコ秒単位での超高速電気的特性測定技術を用いて、スピントロニクスデバイス中のスピン反転過程の観測を行い、スピン反転における中間状態の観測と、その制御法の提案を目指し行われた。平成23年度は、超高速電気的特性測定手法をスピントロニクスデバイスのスピン反転過程の観測へ適用し、スピン反転における中間状態の観測に挑戦した。具体的には、次世代不揮発性メモリの代表格であるスピン注入伝達式磁気トンネル接合素子を主な舞台とし、その磁化反転過程の観測を行った。その結果、スピン反転過程における中間状態とおぼしき状態を電気的に観測することに成功した。さらにその物理描像を明らかにするための理論的解析を進めた。平成24年度は、引き続き、スピン反転過程の観測を進め、スピン反転過程における中間状態の解析を実験・理論両面から行い、所望の反転状態を得るための電流・電圧の条件を探索した。加えて、スピン注入伝達式磁気トンネル接合素子において得られたスピン反転の制御指針をスピントロニクスデバイス一般の場合へ拡張するための検討を行った。本研究により、スピントロニクスデバイス中において、スピンはその反転過程において多様な中間的状態を示すことが明らかとなった。スピンデバイスは従来、スピンのアップ・ダウンの2状態を用いた2値が確定したデバイスとして、扱われてきたが、この結果は、スピントロニクスデバイス中のスピン状態が単純な2値として一意的に定まるものではないことを、明らかにしたという意味で意義が大きい。これは、スピン反転における中間状態を利用した新たなスピン制御技術へつながると考えられる。加えて集積回路への展開も行った。今後この萌芽研究で得られた知見を基に、スピン反転過程の観測と解析を継続し、スピンダイナミクス物理に新たな光を当て、この分野に新たな研究領域を拓くべく研究を発展させていく。これまでに培ってきたピコ秒単位での超高速電気的特性測定技術を用い、スピントロニクスデバイス中のスピン反転過程の観測を行い、デバイス中のスピン反転過程におけるスピン状態の中間的状態の存在を示唆する結果を得ている。スピンデバイスは従来、スピンのアップ・ダウンの2状態を用いた2値が確定したデバイスとして扱われてきたが、このスピントロニクスデバイス中のスピン反転過程を解明することは、スピン反転における中間状態を利用した新たなスピン制御技術へつながると考えられる。さらに、スピン反転過程の観測と解析は、スピンダイナミクス物理に新たな光を当て、この分野に新たな研究領域を拓く可能性を有している。平成23年度は、超高速電気的特性測定手法を本格的にスピントロニクスデバイスのスピン反転過程の観測へ適用し、スピン反転における中間状態の観測とその制御指針提案を目指した。これによりスピン反転の中間状態に対する理解とその発現条件を探求し、下記の成果を得ると共に、スピン反転過程の中間状態の顕在化条件の探索も開始した。(1)超高速電気特性観測技術を用いて、スピントロニクスデバイスにおけるスピン反転過程の観測を行い、そのスピン反転過程を電気的に観測することに成功した。(2)スピン反転過程の中間状態の抽出を目指し理論的解析を進めた。平成23年度は、超高速電気的特性測定手法を次世代不揮発性メモリの代表格であるスピン注入伝達式磁気トンネル接合素子の磁化反転過程の観測へ適用し、(1)高速電気特性観測技術を駆使したスピン反転過程の観測、(2)スピン中間状態に関する情報の抽出、(3)スピン反転過程の中間状態の顕在化条件の探索を実施する計画で研究を進めた。上記課題(1)においてはスピン反転過程における中間状態解明の端緒と思われる結果を得ている。また、(2)スピン中間状態に関する情報の抽出と(3)顕在化条件の探索においても、理論構築を進め、当初意図した成果が出つつある。従って、本研究は予定通りに順調に進展していると考えている。平成24年度は、引き続き、スピン注入伝達式磁気トンネル接合素子におけるスピン反転過程の観測とその中間状態の物理の解明を進め、得られた知見を基に、中間状態の特徴を踏まえたスピン反転の経路を設定し、それを実現するための電流・電圧の条件を探求する。具体的には以下の項目に取り組む予定である。(1)スピン注入伝達式磁気トンネル接合素子における中間状態の観測と分類。前年度までに得た知見を基に、スピントロニクス素子のスピン反転における中間状態の特徴とその状態の得やすさを抽出、解析し、分類を行う。(2)中間状態の分類に基づく反転経路の設定。上記(1)で得られた結果に基づき、さらなる測定と解析を進め、スピンを安定に反転させるための反転経路の設定を行う。

(3)所望の反転過程を得るための条件探索と検証。上記(2)をもとに、所望の反転経路を得るための具体的条件を探索し、スピン反転の制御指針を提案を行う。(4)制御指針の一般化。得られたスピン反転のための制御指針をスピントロニクスデバイス一般の場合へ拡張することを試みる。引き続き、スピン反転過程の超高速電気的特性の測定を行うための、高速な微小信号を明確に得るための測定用プローブ、プローブチップなどの測定用治具および電子部品の購入にあてる。これらは、高性能であるため、その取り扱いに慎重を要する繊細な消耗品である。また、12回の国内、国外の学会での成果発表を行うことを計画している。
大洋域における水・熱運動量収支の動態の研究

海洋はその熱容量の大きさから、地球の気候を穏和にするレギュレーターの役割を果たしている。すなわち、太陽から受け取る地球上のエネルギーのかなりの部分は、一度海洋に貯蔵された後、大気に解放される。そこで、海面を通しての海洋と大気の相互作用は地球全体の気候システムにとって非常に重要な役割を果たしていることは明らかである。しかしながら、広い範囲にわたる大気海洋相互作用を正確に理解することは、船などの現場観測データからは到底不可能である。そこで、本研究では、主に人工衛星データを利用して、大洋域での大気海洋相互作用の実態を明らかにすることを目的としている。海面での熱の輸送に関しては、短波・長波の放射フラックスと潜熱・顕熱の乱流熱フラックスが関係している。海洋から大気への熱輸送は、大気大循環の駆動力であるという意味では気候システムにとって本質的な部分である。放射フラックスについては、主に人工衛星GMSに搭載された熱赤外放射計データを、また乱流熱フラックスについては主に人工衛星DMSPに搭載されたマイクロ波放射計データを用いて推定を行った。一方、海面での運動量フラックスは海洋大循環の駆動力であり、海洋によって運ばれる熱量の計算などには重要な要素である。そこで、本研究では人工衛星ADEOS、あるいはERS-1,2に搭載されたマイクロ波散乱計のデータを利用して、海面での運動量フラックスを計算した。このデータを用いてエクマン熱輸送量などの評価を行った。また、1997-1998年に発生した今世紀最大と言われるエルニーニョ発生期における熱帯海洋上での風の変動についても詳しく解析を行った。さらに、海洋表層の循環による熱輸送量を求めるため、人工衛星TOPEX/POSEIDONに搭載されたマイクロ波高度計のデータを利用して、海面付近での地衡流場の推定を行った。海面高度計データは、正味の熱フラックスの季節変動を推定する目的のためにも利用された。本研究の重要な目的として人工衛星データを用いて海面フラックスのマッピングを行う事がある。本年度はこの目的に必要とされる各種人工衛星データの収集、ならびに各フラックスの算出方法については比較検討を行った。その結果、短波放射と潜熱フラックスについては、十分な精度で算出可能であることが分かった。また、顕熱については算出は可能であるが、空間的な雑音が多いので、この問題を克服することが必要であることが分かった。海上風に関しては、ERS-1のデータを用いた場合には観測方法に起因するエリアジングが月平均データには見られるので、この点の改善が必要であることも明らかになった。淡水フラックスの推定も行い、1992・1993年に関する全球規模での海洋上の淡水フラックスの値は、従来の海上観測をもとにして得られた気候値と非常に一致した結果が得られた。しかしながら、現場観測データが無いので、個々の淡水フラックスデータの精度については評価できない。一方、人工衛星海面高度計による観測から海面光度を算出し、海面での流速の算出も行われた。しかしながら、赤道付近の算出方法についてはまだ問題が残っている。最後にこのような海面フラックスの気候、あるいは海候変動に対する影響を調べるために、低緯度での海洋循環モデルを作成し、海洋中の熱の移動について研究した。その結果、暖水プールの暖水は、赤道中央部から運ばれてくるという興味深い結果が得られた。GMSの可視・赤外観測資料および、SSM/Iによる大気中の水蒸気量、TOMSによるオゾン全量、AVHRRによる気候学的なエアロゾルの光学的厚さ等を用い、海面に入射する日射量を見積もる手法を考案した。

これより、広大な海上の日射量を、準リアルタイムの衛星計測に基づいて安定した精度で評価することが可能になった。また、海面での長波放射フラックスもGMSの赤外資料を用いて推定した。SSM/Iによる可降水量データを主に用いて10日平均と1ヶ月平均の潜熱フラックスのデータセットを作成した。1ヶ月平均の潜熱フラックスを現場観測データと比較した結果、北太平洋北部では夏期に衛星潜熱フラックスは大きく過小評価していることがわかった。ADEOSに搭載されたNSCATによって観測された海上風速・風向を解析するとともに、ブイによって観測された海上風速・風向データと比較検討を行った。また、1日毎の格子データも作成した。NSCATによる海上風データを用いてスベルドラップ輸送量を計算した結果、西岸境界流の流量として25-60Svが得られた。最後に、2種類の数値実験を行った。1つは、北太平洋の1.5層モデルを用いてミンダナオ海流のオン・オフ過程を調べる実験で、もう1つは観測データを随伴法で海洋混合層モデルに同化し、混合層および海洋上層の時間発展を再現するとともに、大気海洋間の熱フラックスについても推定可能な3次元同化システムモデルである。海洋はその熱容量の大きさから、地球の気候を穏和にするレギュレーターの役割を果たしている。すなわち、太陽から受け取る地球上のエネルギーのかなりの部分は、一度海洋に貯蔵された後、大気に解放される。そこで、海面を通しての海洋と大気の相互作用は地球全体の気候システムにとって非常に重要な役割を果たしていることは明らかである。しかしながら、広い範囲にわたる大気海洋相互作用を正確に理解することは、船などの現場観測データからは到底不可能である。そこで、本研究では、主に人工衛星データを利用して、大洋域での大気海洋相互作用の実態を明らかにすることを目的としている。海面での熱の輸送に関しては、短波・長波の放射フラックスと潜熱・顕熱の乱流熱フラックスが関係している。海洋から大気への熱輸送は、大気大循環の駆動力であるという意味では気候システムにとって本質的な部分である。放射フラックスについては、主に人工衛星GMSに搭載された熱赤外放射計データを、また乱流熱フラックスについては主に人工衛星DMSPに搭載されたマイクロ波放射計データを用いて推定を行った。一方、海面での運動量フラックスは海洋大循環の駆動力であり、海洋によって運ばれる熱量の計算などには重要な要素である。そこで、本研究では人工衛星ADEOS、あるいはERS-1,2に搭載されたマイクロ波散乱計のデータを利用して、海面での運動量フラックスを計算した。このデータを用いてエクマン熱輸送量などの評価を行った。また、1997-1998年に発生した今世紀最大と言われるエルニーニョ発生期における熱帯海洋上での風の変動についても詳しく解析を行った。さらに、海洋表層の循環による熱輸送量を求めるため、人工衛星TOPEX/POSEIDONに搭載されたマイクロ波高度計のデータを利用して、海面付近での地衡流場の推定を行った。海面高度計データは、正味の熱フラックスの季節変動を推定する目的のためにも利用された。
アクチン重合のターンオーバーによる臓器・個体サイズ制御機構の解明

臓器および個体サイズの制御は、生物の発生および恒常性維持に不可欠であり、サイズ制御の破綻はがんなどの疾患の発症に直結する。これまで研究代表者はメダカ変異体の解析から、YAPがアクチン重合を適切に制御し、細胞張力を正常に保つことで立体的な臓器構築を司ることを見出した。そこで本研究では、小型魚類を用いて臓器サイズを規定するアクチン重合制御因子を同定するとともに、YAPによるアクチン重合のターンオーバーの制御メカニズムを精査し、YAP-アクチンシグナルによる臓器・個体サイズの制御メカニズムを解明することを最終目標とする。
味覚に関わる神経伝導路の解析

本研究は中枢神経系内における味覚の神経回路網を明らかにしたものである。現在までこの神経回路網は電気生理学的および形態学的に或る程度明らかにされているが、動物種差による相違や、味覚回路網に含まれる化学受容回路(いわゆる味覚)・一般感覚(thermal, tactile, noxious)回路および内臓感覚回路の線維連絡に関しては不明な点が多い。ラットで味覚の中継核として中心的役割をはたしている視床後内側腹側核の内側部の小細胞部(parviceller part of the posteromedial ventral nucleus(VPMpc))の範囲を、ラットではこの部位は他のVPMの部位とは差はなく小細胞性には見えないのでVPMpcの範囲を確認する必要があり、すなわち結合腕旁核(parabrachial nucleus)にWGA-HRPまたはbiotinylated dextran amineを電気泳動注入して、そのVPMでの投射(味覚野(Gu))を確定し、とした。次にVPMpc領域に前記トレーサーを注入多結果、Insula corextの45層を中心とした全層と扁桃体中心外側核(CeL)中心としたamygdaloid complexに投射していた。またそれ以外に大脳基底核の基底部(FStr)にも投射線維か通過線維か不明だが、明らかに標識された線維が認められた。これらの投射は逆行性にもHRPを投射部位に注入して、投射神経細胞を標識することでも確認された。さらに反対投射として、Insulaの第6層からGu全域への投射、第5層からFStr、扁桃体(外側核、中心核外側部・中心核内側部・基底外側核)への投射も存在した。以上から味覚感覚情報は意識上のみならず、意識下への影響が示唆された。本研究は味覚の中枢神経系内における神経回路網を明らかにしようとするものである。現在までこの回路網は電気生理学的および形態学的に或る程度明らかにされているが、動物種差による相違や、味覚回路網に含まれる化学受容回路(いわゆる味覚)・一般感覚(thermal,tactile,noxious)回路および内臓感覚回路の線維連絡に関しては不明な点が多い。ラットで味覚の中継核として中心的役割をはたしている視床後内側腹側核の内側部の小細胞部(parviceller part of the posteromedial ventral nucleus(VPMpc))の範囲を、すなわち結合腕旁核にWGA-HRPまたはbiotinylated dextran amineを電気泳動注入して、そのVPMでの投射を確定した。ラットの場合はこの部は小細胞性には見えないので範囲を確認する必要があった。次にVPMpc領域に前記トレーサーを注入多結果、Insula corextの45層を中心とした全層と中心外側核(CeL)中心としたamygdaloid nucleusに投射していた。FStrへの投射の有無は、電子顕微鏡で確認しなければ確定はできない。またFStrはCeLの吻側延長とも考えられ、これが基底核の一部かどうかは確定できなかった。現在までこの神経回路網は電気生理学的および形態学的に或る程度明らかにされているが、動物種差による相違や、味覚回路網に含まれる化学受容回路(いわゆる味覚)・一般感覚(themmal, tactile, noxious)回路および内臓感覚回路の線維連絡に関しては不明な点が多い。

ラットで味覚の中継核として中心的役割をはたしている視床後内側腹側核の内側部の小細胞部(parviceller part of the posteromedial ventral nucleus(VPMpc))の範囲を、ラットではこの部位は他のVPMの部位とは差はなく小細胞性には見えないのでVPMpcの範囲を確認する必要があり、すなわち結合腕勇核(parabrachial nucleus)にWGA-HRPまたはbiotinylated dextran amineを電気泳動注入して、そのVPMでの投射(味覚野(Gu))を確定し、とした。次にVPMpc領域に前記トレーサーを注入多結果、Insula corextの45層を中心としだ全層と扁桃体中心外側核(ceL)中心としたamygdaloid complexに投射していた。またそれ以外に大脳基底核の基底部(FStr)にも投射線維か通過線維か不明だが、明らかに標識された線維が認められた。これらの投射は逆行性にもHRPを投射部位に注入して、投射神経細胞を標識することでも確認された。さらに反対投射として、Insulaの第6層からGu全域への投射、第5層からFStr、扁桃体(外側核、中心核外側部・中心核内側部・基底外側核)への投射も存在した。以上から味覚感覚情報は意識上のみならず、意識下への影響が示唆された。
メタ磁性をしめす重い電子系セリウム化合物の低温物性の研究

メタ磁性を示す新しい重い電子化合物CeNi_2Ge_2の物性の結晶体積依存性を研究した。(1)高圧下の物性:室温で、Bridgmann-type Tungsten-Carbide opposed anvilを用いて70kbar以下の静水圧下でX線粉末回折を行った。結晶体積の圧力依存性から、等温圧縮率kは0.00115kbar^<-1>と求められた。銅ベリリウム製のクランプセルを用いてP≦10kbarで帯磁率、電気抵の測定をおこなった。2Teslaの磁場で測定した帯磁率の温度・圧力変化のよると、加圧とともに帯磁率は小さくなり、常圧で28Kにあった極大は高温側へシフトする。帯磁率の極大の値と温度で縦・横軸はよくスケールされ、それぞれのスケールファクターおよび等温圧縮率から、グリュナイゼン係数はいずれも約40と見積もられた。(2)元素置換効果:結晶体積を膨張させる目的で擬3元化合物Ce_<1-X>La_XNi_2Ge_2(単結晶,x=0.06,0.09)を作成し、磁気転移の有無を確認した。単結晶の電気抵抗(j//c-axis)を希釈冷凍機を用いて60mKまで測定を行ったが、磁気転移に対応するとおもわれるような異常はみられなかった。これからランタン置換系では少なくとも9%の置換では磁気転移は発現しないことがわかった。以上の結果から、GeNi_2Ge_2の物性は、典型的重い電子メタ磁性物質CeRu_2Si_2と比べると、結晶体積の変化に対してそれほど敏感に変化しない事がわかった。これは、グリュナイゼン係数が40と重い電子系では比較的小さいことに起因すると考えられる。
スピングラス理論に基づいた学習・推定・逆問題の総合的研究

本研究は逆問題の理論的諸課題に、スピングラス理論に基づいて取り組んだものである。逆問題とは正解の確率分布を限られた観測から当てる問題であり、正解に原理的にどこまで近づけるかという理論限界・アルゴリズム開発・現実のデータ解析への応用、など、様々な側面からの研究がある。研究は2つのフェイズに分かれた。前半では理論限界を求めるための解析に注力した。後半では、アルゴリズム開発とニューロン・自然画像などの実データを解析する研究を行った。結果、近年データ解析によく使われる手法である最大エントロピー法やスパースモデリングの理論限界が明らかとなり、他の手法と比較してどのような利点・欠点があるかが明確となった。平成26年度は、特に逆問題の理論的理解を追求することに重点をおいた。フランスにおいて在外研究を行い、逆問題の解集合の体積評価に関する解析を集中的に行った。ランダム系の統計力学の技術を用いてこれを行ったが、問題の難しさから数値計算や近似及び現象論を用いた。これにより逆問題に広く使われるフレームワークである最大エントロピー法の基礎づけに寄与する研究成果を上げることができた。また、解の「疎性」というキーワードに着目し、これが学習・逆問題において非常に重要な意味を持つことに気が付き、新たなテーマとして、解の疎性を利用したデータ圧縮法に関する研究にも取り組んだ。成果として、そのようなデータ圧縮における理論的な圧縮限界を与えたこと、通常使われる簡便法であるL_1正則化と関連する技術に対しての理論的限界を与えたことなどがあげられる。また、この問題は与えられたデータベクトルを表現する基底の選択問題として考えることができるが、この基底選択問題は統計力学のスピン系の問題マップする事ができる。このスピン系の空間は比較的性質が良いことが我々の研究から明らかとなった。これは次年度以降の研究におけるアルゴリズム開発に吉報を与えている。一見データ圧縮法に関する研究は本研究のテーマである学習・逆問題と無関係に見えるが、実際はそうではない。脳及び人工のニューラルネットワークは、外界より流れてくるシグナルを何らかの方法で圧縮・加工することによりデータ処理を行っている。本研究はそのようなニューラルネットワークの新しい解析法を与えており、近年興隆著しいニューラルネットワーク関連技術の理論的基礎を与えうる方法論となっている。本研究はそれらの理論解析の第一歩となっている。平成27年度は、解の「疎性」を用いた学習・逆問題の解法における問題に、特に注力した。まずこの問題における理論解析を行い、与えられたデータの疎な「真の」表現を、解が疎であるという仮定を積極的に利用することにより、どれくらい正確に再現できるかという問に対して定量的な解を与えた。この解析は、L0正則化と呼ばれる、計算コストはかかるが、疎性を用いた手法として最も正確な解を与える方式を扱っているので、疎性を用いた情報処理の原理的限界を与えている。それとは別に、求解の際にL1正則化を用いることで、求解にかかるコストを低減する簡便法がよく行われているが、これに対しても理論解析を行い定量的な情報を得た。L1正則化を用いる際に、解の疎性度合いを制御するパラメータを決定する手法に関しても研究を行った。これには汎化誤差と呼ばれる量を用いる交差検証法を用いた。汎化誤差の定量的解析を行い、この量がパラメータに対してどのような依存性を示すかを明らかにした。計算コストのかかる汎化誤差を簡便に近似する手法・アルゴリズムを開発し、それを人工データと天文学の実データの双方に適用し、その近似が実に正確で、かつ計算時間が10分の1以下に短縮されることを実演した。L0正則化を実行する際には、どのように近似アルゴリズムを組むかが大きな問題と成る。これに対し、統計力学的な定式化を行い系を記述する確率分布を与え、モンテカルロ法をベースにした最適化問題の求解アルゴリズムであるシミュレーテッドアニーリング(SA)を適用することにより、精度の良い求解がかなり高速で可能であることを、上述の理論解析との対応を見せることで示した。また計算量はかかるが、SAを上述の交差検証法に用いることで、L0の場合にも適切なパラメータ決定ができることも人工データ・天文の実データの双方で実演した。平成27年度は、平成26年度の成果に基づき、アルゴリズムの開発を行うことであった。その視点の元で本年度の研究成果について述べる。昨年度中から、解の疎性という新たなキーワードに着目し、その方向性における研究が大幅に進展した。それにより新たな視点からアルゴリズムを2つ組むことができた。一つ目は交差検証法のための汎化誤差の近似アルゴリズム、二つ目はL0正則化のためのモンテカルロ法ベースの手法である。これは研究計画提出時に想定していたアルゴリズムとは出自が異なるが、同じ問題に適用することができ、かつ、精度としては、より良いものになるのではないかと期待される。本研究では通常のアルゴリズム開発とは違う強みを一点主張することができる。それは理論解析との対応が取れ、単にベンチマーク用のデータに適用して性能を見せる以上の強い主張ができることである。以上の点から、アルゴリズム開発という方向性における達成度は100%以上と考えている。ただ、学習・逆問題という大枠は変わっていないものの、研究方向性が計画書提出時から少しずれてきている点がやや気になっている。フランスグループとの共同研究は続いており、いくつかのプロジェクトが進行中であるが、現在成果は出ていない。また昨年度終了時の今後の方策に述べた新しい課題である、層状に並べたニューラルネットワーク(ディープネットワーク)の解析にも着手できていない。

以上を総合し、全体としては80%程度の達成率と考える。平成28年度は、学習・逆問題において様々なアプローチ(スパースモデリング、ニューラルネットワーク、確率分布のモンテカルロサンプリング)による成果をまとめた。スパースモデリング関連の研究では、特に近似的に交差検証を軽量な計算コストで行う手法を開発して、その理論的・実務的ベンチマークを行った。また実際に応用も行った。既に3篇の論文を執筆し、内2つは掲載済み、もう一つは査読中である。近似的交差検証とは別に、L0正則化と呼ばれる、スパースモデリングの発想にもっとも忠実な手法の理論解析も行った。この成果の論文を現在執筆中である。ニューラルネットでは、ボルツマンマシンというモデルを用いて、2値自然画像を学習し、学習結果にどのような性質が現れるかを調べた。学習の結果得られたモデルを調べることにより、自然画像に存在する特徴的なスケールや臨界性の有無などを調べることが出来る。その相互作用のスケールは大きくてもおよそ4格子程度であり、また自然画像にあるべき臨界性はボルツマン学習では学習できないことがわかった。これはボルツマン学習という手法の不備を明確にする。論文1篇が2016年度に掲載された。また、平成26年から27年度初頭に力をいれていた、一般の逆問題の解集合体積の評価を応用し、タイガーサラマンダーの網膜からとられた神経細胞の発火データを解析した。得られた統計量から許される全ての確率分布を最大エントロピー原理により得られる確率分布と比較し、最大エントロピー原理による分布が、特にシステムサイズが大きくなるにつれ、他の分布の大多数より優れていること、また最大エントロピー分布が他の分布に負ける際には、3体以上の相関が強いときに起こることを示した。現在、論文1篇の掲載が決定している。また文脈が異なるがそれ以外に量子系の解析、生態系の解析も行い、論文が2本掲載済み、1本が査読中である。本研究は逆問題の理論的諸課題に、スピングラス理論に基づいて取り組んだものである。逆問題とは正解の確率分布を限られた観測から当てる問題であり、正解に原理的にどこまで近づけるかという理論限界・アルゴリズム開発・現実のデータ解析への応用、など、様々な側面からの研究がある。研究は2つのフェイズに分かれた。前半では理論限界を求めるための解析に注力した。後半では、アルゴリズム開発とニューロン・自然画像などの実データを解析する研究を行った。結果、近年データ解析によく使われる手法である最大エントロピー法やスパースモデリングの理論限界が明らかとなり、他の手法と比較してどのような利点・欠点があるかが明確となった。本研究の目標は、逆問題に関する数理的理解を与えること、及びそれに基づき、良いアルゴリズムを構成しそれを応用することである。本年度までの研究成果を以下に述べる。平成26年度は、元々以下の2項目ー1.逆問題の解集合の体積評価、2.解の安定性に関する議論の構築ーに取り組む予定であった。
蛍光性バイオプローブを用いたアンタゴニストの新規スクリーニング法の開発

HIV感染、種々の固形癌の転移や血液癌の進行、慢性関節リウマチの炎症等に関与しているケモカイン受容体CXCR4に対して特異的に結合する蛍光性アンタゴニストの開発に成功した。この蛍光性アンタゴニストは、CXCR4リガンド候補化合物のスクリーニングプローブ、および細胞表面に存在するCXCR4の蛍光イメージングプローブとして有用であることを明らかにした。ケモカイン受容体CXCR4は、HIV感染、種々の固形癌の転移や血液癌の進行、慢性関節リウマチの炎症等に大きく関わっていることが明らかにされつつあり、T140誘導体をはじめとしたCXCR4特異的アンタゴニストが疾病治療薬のリード化合物として精力的に開発されている。本研究では、これまでに用いられている放射性同位体(RI)標識プローブにかわる新たなアンタゴニストスクリーニング用プローブとして、CXCR4特異的に結合する蛍光性アンタゴニストの開発を行なう。本年度は、申請者らがこれまでに開発しているCXCR4アンタゴニストの1つであるT140誘導体に種々の蛍光色素を修飾した蛍光性T140誘導体の合成と機能評価を行なった。活性エステル法を用い、TZ14011のD-Lys8の側鎖アミノ基に対して選択的にフルオレセインおよびローダミンを修飾することができた。CXCR4のリガンドであるSDF-1との競合結合阻害実験により、得られた蛍光性T140誘導体がCXCR4に対する結合活性を保持していることを確認した。この蛍光性T140誘導体をプローブとして、蛍光プレートリーダーを用いてアンタゴニスト候補化合物のスクリーニング実験を行なった結果、アンタゴニスト候補化合物のCXCR4への結合を蛍光強度の変化により検出し、結合活性を評価することができた。蛍光性T140誘導体をプローブとして評価した結合活性と、従来のRI標識プローブを用いて評価した結合活性との間に良い相関関係が見られることから、蛍光性T140誘導体が新たなCXCR4アンタゴニストのスクリーニング用プローブとして有用であることが明らかとなった。本年度は、申請者らが前年度に開発に成功した蛍光性T140誘導体を用い、細胞膜表面のCXCR4をイメージングするための蛍光プローブとしての機能評価を行った。細胞はC末端側にGreen Fluorescent protein(GFP)を融合したCXCR4を恒常的に発現するNP2細胞株を用い、Tetramethylrhodamine(TAMRA)を修飾した蛍光性アンタゴニスト(TAMRA-Ac-TZ14011)を用いて実験を行った結果、TAMRA-Ac-TZ14011の赤色蛍光が細胞表面に観測され、この蛍光はGFPの緑色蛍光とよい一致を示していた。一方、CXCR4を発現していない細胞ではTAMRA-Ac-TZ14011を作用させても細胞表面に赤色蛍光は観測されなかったことから、TAMRA-Ac-TZ14011が細胞表面のCXCR4に特異的に結合することにより、CXCR4の蛍光イメージングが達成されたものと考えられる。さらに、TAMRA-Ac-TZ14011をCXCR4-GFP発現細胞に作用させて時間依存的に蛍光イメージング実験を行った結果、TAMRA-Ac-TZ14011由来の赤色蛍光が細胞内部においても観測されることが明らかとなった。この結果は、CXCR4の細胞内への自発的なインターナリゼーションを可視化できることを示唆しており、TAMRA-Ac-TZ14011を用いてCXCR4の時空間的な発現動態や機能解析を行うことができると期待される。
中長期アンサンブル降水予測情報を活用したダム貯水池の操作計画支援システムの開発

任意の予測精度のアンサンブル水文予測情報を模擬発生することのできるジェネレータを開発し、大量に模擬発生させた予測情報を用いて、ダム操作におけるアンサンブル予測情報の利用性分析を行い、アンサンブル予測情報の効果的な活用方法を明らかにした。その上で、分析結果を元にダム利水放流の操作規準の検討を行い、リアルタイムで提供される現業の中長期アンサンブル予測情報を考慮して、操作規準を元に最適放流戦略の策定支援を実時間で行うダム操作計画支援手法の開発を行った。アンサンブル水文予測情報の長期貯水池操作への利用性分析を行うオフラインシステムを開発し、アンサンブル水文予測情報ジェネレータと予測情報の利用性分析シミュレーション機構の開発に取り組んだ。降水量の代わりに間欠性が少なく確率的な模擬発生が容易な河川流量を対象として予測流入量の模擬ジェネレータを開発し、流量の真値を対象流域の水文統計データから1次自己回帰モデルによって模擬発生させる機構と、各予測メンバの予測誤差を真値の周りに模擬発生させる機構とで構成した。さらに、予測メンバ数やスプレッド、スキル、予測更新時の予測の変化率などを変更しながら疑似乱数を用いて確率的に模擬発生させる機構の開発に取り組んだ。また、上記のジェネレータによって大量に模擬発生させたアンサンブル流量予測情報を用いて、予測情報を考慮した長期貯水池操作のモンテカルロシミュレーションを実施して予測情報の利用性を網羅的に分析する機構を構築した。操作目的には利水操作と発電操作を取り上げ、ダム操作の最適化手法には決定論的動的計画法、確率動的計画法、サンプリング確率動的計画法などを考えた上で、これらの最適化モデルによって渇水被害の最小化および発電量の最大化を目的とした最適化計算を行うよう設計を行った。さらに、利用性分析結果に基づいた予測情報の利用手順の構築を目的としたダム操作規準の設計に取り組んだ。予測状況、予測精度に関する各指標、流況、貯水池の状態の条件を変えながら、渇水リスクを最小にしつつ期待発電量ができる限り大きくなるよう、各ケースにおける最適放流戦略の検討を行った。また、現業アンサンブル水文予測情報を利用する上で課題となる、異なる予測リードタイムを持った複数のアンサンブル水文予測情報を統合してダム利水操作に反映させる手順やその効果についての基礎的検討を行った。平成26年度は、前年度に引き続き、アンサンブル水文予測情報を考慮した長期貯水池操作の利用性分析を実施すると共に、長期貯水池操作のリアルタイム支援システムの構築に着手した。前年度に構築した機構を用いて任意のアンサンブル平均誤差およびスプレッドとなるように模擬発生させた多数のアンサンブル流量予測情報を考慮した長期貯水池操作の利用性分析をモンテカルロシミュレーションを用いて実施し、予測の不確実性として特にアンサンブル平均誤差が操作精度に大きく影響を与える可能性があることを明らかにした。これらの分析結果を踏まえた上で、各予測精度特性の下でのアンサンブル流量予測情報を考慮した貯水池の長期操作基準について検討を行い、これらを基にした長期貯水池操作ルールベースの構築を進めている。また、実時間放流戦略決定のための推論機構の構築に先立ち、現業アンサンブル降水予測情報から貯水池流入量や河川流量のアンサンブル予測値を算出するための流出計算モジュールとして分布型流出モデルHydro-BEAMを組み込んだ。これらのモジュールから得られる実時間アンサンブル流量予測情報を考慮した最適放流戦略の実時間推論機構の構築を進めている。平成27年度は、前年度までの研究成果を活用して、ダム貯水池の実時間操作支援システムの構築に取り組んだ。まず、様々な予測精度特性をもったダム流入量に関する向こう1か月先までの日別アンサンブル予測値を模擬発生させた上で、それらをそれぞれ考慮したダム利水操作のモンテカルロシミュレーションを実施した。ダム利水操作の最適化計算時におけるアンサンブル予測情報の利用方法として、アンサンブル平均予測を考慮した決定論的方法と、アンサンブル予測系列の分布全体を考慮する確率論的方法とを考え、それぞれ決定論的動的計画法とサンプリング確率動的計画法を適用して最適放流戦略を求め、それに基づいたダム操作シミュレーションを実施した。その結果、アンサンブル予測情報の利用時に確率論的手法を採る方が、ダム利水操作の精度を向上させることが期待できること、またアンサンブル予測情報を考慮する場合の方が、予測系列が1つしか提供されない決定論的予測情報を考慮する場合と比べて、予測が外れた場合においてもダム操作精度の悪化を抑えることが期待できることなどを明らかにした。これらの検討結果を踏まえ、アンサンブル流入量予測情報の確率論的な利用手法に基づいたダム利水操作の実時間支援手順の構築を行った。平成26年度に作業開始を予定していた長期貯水池操作ルールベースの構築や実時間推論機構の開発を既に進めており、研究は概ね順調に進展していると言える。水資源工学平成27年度の研究計画を踏まえ、効果的かつ汎用的な長期貯水池操作計画支援情報の作成・表示手法の開発へ向け、現地調査や国内外の関連研究者・実務者との議論や連携をさらに密にしていく予定である。

また、出水後の貯水池の水位回復も利水や発電を目的とした長期貯水池操作にとって重要な課題であり、特に水文予測情報を考慮する必要がある予備放流や事前放流といった治水操作を効果的に実施するための意思決定に中長期アンサンブル水文予測情報が活用できる可能性があり、本研究課題と合わせて検討することの必要性や成果の応用・統合の必要性などについても今後検討していきたい。アンサンブル水文予測情報の模擬発生機構、モンテカルロシミュレーションを活用したアンサンブル水文予測情報の利用性分析のためのダム利水操作のシミュレーションモデルの構築など、平成25年度に計画していた主な作業は完了しており、その他の作業についても既に着手していることから、研究は概ね順調に進捗していると言える。参加を予定していたサンフランシスコでの国際学会を不慮の怪我に伴う治療のため止む無く欠席し、当初見込んでいた旅費を使用できなかったため。平成26年度以降の研究計画を踏まえながら、アンサンブル水文予測情報を活用したダム利水操作計画のためのより汎用的かつ実践的な支援システムを構築するため、関連分野の海外の研究者との議論を行いながら、より効果的に研究を推進する方針である。研究の推進や研究成果を幅広く公開することを目的として、国内外の学会への参加や関連研究者・実務者の訪問を行い、研究課題に関する議論や連携および現地調査などをさらに進める予定である。既存計算機にメモリを増設し、アンサンブル予測情報の利用性分析に関するオフライン計算の一部を分散させる計算手順を構築し、新規に購入するアンサンブル予測情報利用性分析システムの費用を減らすことができた。また、国際学会の会場が日本近辺であったことや、運営交付金等の活用により学会参加にかかる費用を減らすことができた。それに伴って次年度の使用額が生じた。平成26年度に構築するダム操作支援計画システムの性能を一部強化することを検討しているほか、国内外の関連研究者との議論や成果発表をさらに積極的に行い、研究の推進を強化する予定である。
乳がん早期発見を目的とした電気・超音波一体型可視化システムの開発

申請者らは、乳がん早期発見を目的とした電気・超音波一体型可視化システムの確立を目指している。本研究により、超音波プローブの表面に16電極を有する薄膜を塗付した電気・超音波一体型イメージングシステムを製作した。数値シミュレーション及び生体モデル実験により本システムを評価した。生体モデルとして、脂肪層、乳腺層及び腫瘍層の3層からなるモデルを作成した。結果として、実用化に向けて解決しなければならない課題は残るが、本システムにより得られる超音波画像を利用することで電気インピーダンス再構成画像の分解能の改善を図ることができた。本診断システムの特徴は、電気インピーダンスと超音波画像の2種類の画像が同一部位で同時に得られること、2種類の画像の融合により診断能力の向上が図られること及び比較的簡便な診断システムであることの3点である。本年度は、これまでの研究成果をもとに、上記可視化システムの確立を目指し、臨床診断に向けた電気・超音波一体型システム(1号機)を製作した。1号機は、超音波診断装置が、すでにマンモグラフィと同様に乳がん診断を始めとする様々な医療診断に広く利用されていることから超音波診断装置のプローブをベースにし、その表面に電気インピーダンス画像を得るためのセンサを張り付けることで一体型システムとした。超音波診断装置は、簡便さと、価格を考慮し、本田電子株式会社の超音波診断装置(HS-2100)及びプローブ(HLS-575M)を購入した。電気インピーダンス画像を得るために、超音波プローブの表面に、16電極を有するリニアアレイ状電極薄膜を貼り付けた。16電極の様々な組み合わせでデータを得るためにスイッチングシステム及び定電流回路(100 kHz, 1 mA)を製作した。また、スイッチング回路を制御するためにI/Oボードに接続した。また、測定データを得るためにA/D変換ボードに接続した。本システムにより16電極の一対の電極に定電流(100 kHz, 1 mA)を流し、残りの電極に生じる電圧を測定することが可能である。超音波及び電気インピーダンスの得られたデータはパソコンに取り込むことで画像融合を図るようにした。今後は、モデル実験により、超音波及び電気インピーダンスイメージングを行うとともに研究成果を国及び国際学会で発表する。本診断システムの特徴は、電気インピーダンスと超音波による2種類の組織画像が同時に得られること、2種類の画像の融合により診断能力の向上が図られること及び比較的簡便な診断システムであることの3点である。本年度は、乳がんモデルによる実験により昨年度製作した電気・超音波一体型可視化システム(1号機)の性能評価を行った。1号機は、市販の超音波診断装置のプローブの表面に薄膜電極を塗布することで超音波画像とともに電気インピーダンス画像を取得するシステムである。実験としては、乳がんモデルを製作し、提案システムによる再構成を行った。乳がんモデルは脂肪モデル(厚さ6 mm)と乳腺モデル(厚さ50 mm)の2層からなり,乳腺層内に腫瘍モデル(直径6 mm)を挿入したものである。それぞれのモデルはこれまでに報告されているそれぞれの組織の導電率をもとにNaCl濃度を調整した寒天で製作した。実験結果から、電気インピーダンスの再構成画像のみでは腫瘍モデルの検出は困難であったが、超音波画像をもとにした電気インピーダンス再構成画像により腫瘍モデルの検出の可能性を得た。しかしながら、再構成画像は、寒天で製作したモデルの状態の不安定性により空間分解能が不十分であった。この点に関しては、製作に用いた寒天の種類を変更するとともに、腫瘍モデルを導電性ゴムにすることでモデルの安定性の改善を図った。今後は、モデル実験を繰り返し、システムの性能を評価するとともに、得られた成果を国内及び国際学会で発表する。本年度は、製作した電気・超音波一体型可視化システム(1号機)による生体モデル実験及び生体測定を行い、本システムを評価した。生体モデルによる実験において、昨年度から行っている寒天モデルの不安定性の改善を行うとともに薄膜電極の影響について検討した。結果として、本システムによる再構成画像により腫瘍モデル検出能力の向上を図ることができた。このことは、シミュレーションによる数値実験においても同様の結果を得ることができた。また、プローブ表面に塗布した薄膜電極が超音波画像再構成に影響について,複数の薄膜実験により、薄膜電極の厚さ及び接触状態を改善することで、影響を低減可能であることが確認できた。モデル実験の成果から本システムの有用性を確認することができた。生体実験においては、まず、腹部での測定を行った。結果から、測定精度が不十分であり、再構成画像を得るに至らなかった。しかしながら問題点を把握でき、十分改善可能であることから生体測定のための一定の成果を得た。

今後は、本研究で得た研究成果をもとに、現在進めているシステムのさらなる小型化及び画像再構成の高速化を図り、実用化に向けた電気・超音波一体型可視化システム(2号機)を製作する予定である。申請者らは、乳がん早期発見を目的とした電気・超音波一体型可視化システムの確立を目指している。本研究により、超音波プローブの表面に16電極を有する薄膜を塗付した電気・超音波一体型イメージングシステムを製作した。数値シミュレーション及び生体モデル実験により本システムを評価した。生体モデルとして、脂肪層、乳腺層及び腫瘍層の3層からなるモデルを作成した。結果として、実用化に向けて解決しなければならない課題は残るが、本システムにより得られる超音波画像を利用することで電気インピーダンス再構成画像の分解能の改善を図ることができた。本年度の計画の乳がんモデル実験により、腫瘍検出の可能性を得ることができたことから計画に対しておおむね順調に進展していると思う。計測本年度の前半は、前年度の課題を継続実施する。具体的には、乳がんモデルにより実験を繰り返し、システムの性能を評価する。本年度の後半は実際の臨床試験に向けたシステムの改善を図り、システムを評価する。研究成果を国内及び国際学会で発表する。本年度の計画の電気・超音波一体型システム(1号機)を製作し、基礎的なモデル実験により、画像を得ることで、システムの動作を確認し、研究成果を国内及び国際学会で発表することであった。基礎的なモデル実験により画像を得るところまでには至っていないが、電気・超音波一体型システム(1号機)が概ね製作できた。よって計画に対しておおむね順調に進展していると思う。前年度国際会議での発表に至らなかった。本年度の前半は、前年度の課題を継続実施する。具体的には、基礎的なモデル実験により、電気及び超音波画像を得るとともに融合を図る。本年度の後半は本システムの性能(空間分解能,画像融合)を評価するために、これまでに他の研究で行われている乳がんモデルでの実験を行う。具体的には、寒天をベースにした食品材料でモデルを作成し、その中に腫瘍モデルを挿入し、検出能力を評価する。また、申請者自らの上腕などで実験を行い、システムの性能を評価する。今年度の国際会議での発表旅費に使用する予定である。今年度の成果発表の旅費に使用する。