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環境保全型農業の経営と政策に関する総合的研究

農業経営の実態調査からみると、環境保全型農業は一般農家に広く実践可能なものであるが、有機農業は労力と生産性等の面からみて実践の場面が限定されている。有機農業は環境保全型農業の理想形態とも言えるが、必ずしも環境保全型農業の目標ではない。本研究では、農薬や化学肥料の投入を削減して、農業が本来もっている物質循環機能を活用しつつ、農業生産活動に伴う環境への負荷を軽減し、農業がもつ多様な公益的機能を増進させる農業を環境保全型農業と定義して、各研究者ごとに事例的研究を行った。その内容は環境保全型農業技術である施肥のあり方(米林)と総合防除法(津田)、リサイクル農業(富岡)や新技術を取り入れた農業(黒柳)の可能性、カリフォルニア州(伊東)と新潟県(伊藤)の有機農業、環境保全型畜産経営(甲斐)や環境保全型家族経営(酒井)のあり方、水田による水質汚濁負荷(國松)や景観保全を取り入れた日本型グリーンツーリズム(宮崎)の実態について事例研究を行った。さらに、これらの事例研究を踏まえて、わが国における環境保全型農業の可能性(嘉田)と農業に関連する環境保全の政策課題(和田)とを明らかにして、わが国の環境保全型農業の経営方向とそれを将励するための政策課題とを検討した。欧米諸国における環境保全型農業の積極的な展開に比べて、わが国における環境保全型農業への取り組みは消極的であった。この2年来、環境保全型農業への政策的推進が徐々に強化されてきている。本研究は、このような限られた条件下で、数少ない事例を対象に進めてきたが、今後も本研究の取り組みを継続する必要性を痛感しているしだいである。環境保全型農業を広義に把えた場合、信然生態、農業経済、社会の3つの視点がある。これらの視点は相互にジレンマをもち、それを解決するための課題をもっている。自然生態と農業経済の視点間のジレンマは、水・食品の安全性問題であり、その課題は農薬・肥料を削減する農法改革である。わが国でも上水源の地下水における硝酸態窒素濃度が高まる傾向にあり、環境庁による水田農薬の審査が強化されることから、また消費者の食品安全性への志向が強まっていることから、農法改革としての環境保全型農業を学際的に究明する意義は大きい。農業経済と社会の視点間のジレンマは、都市化やリゾ-ト開発による公益機能を有する優良農地の壊廃問題であり、その課題は水田等の遊水機能保全対策(千葉県市川市)、水田保全花園整備事業(埼玉県越谷市)、千枚田景勝保存事業(石川県輪島市)などにみられる農地保全と農地の公益的活用とである。国土に占める農地面積割合の希少なわが国では、この点での環境保全型農業のあり方と政策課題を明らかにすることは重要である。農村社会と自然生態の視点問のジレンマは、過疎化や過度な農村開発による農村社会の衰退と、それに伴う自然環境の悪化として顕在化している。ここでの課題は、自然と調和した農村開発および農村活性化である。これら3種類の環境保全型農業に関する研究課題のうち、本年度は農法改革としての環境保全型農業と公益的活用を目的とした農地保全手法とについて、各研究者ごとに事例的研究を行った。
地域による雪質の違い等の熱的影響を組み込んだ雪の飛散・堆積のCFDモデルの開発

既存の建物周辺の雪の飛散・堆積のCFD予測モデルをさらに精緻化するために、砂粒子を用いた基礎的な風洞実験を行い、主として粒子のsaltationによる移動現象についての検討を行った。飛砂量の測定結果から、風速が大きくなると、飛砂量が急激に増加することを確認した。また立方体周辺では、風上側角部に大きな吹き払いが形成され、その吹き払い域の風下側に若干の堆積が確認された。また飛砂実験で取得したデータを基に砂のSaltationによる侵食のCFD解析を行った。今回使用したような比較的単純なモデル化であっても、実験で見られた立方体風上側角部の大きな吹き払い域の形状をよく再現することが確認された。さらに雪の堆積モデルについての理論的な考察を行い、雪面での侵食量を堆積モデルにどのように組み込むかについて、いくつかのモデルを考案し、その精度を数値実験により検証した。1)積雪深比の水製分布から、雪面の飛雪空間密度の収支をとるモデル(CVモデル3)で係数m=0.1tpした場合、建物風上側角部から後方へ伸びる吹き払い域の分布が、観測・実験結果とよく対応した。また中心軸上の分布から、CVモデル3の建物前方の吹き溜まりのピークの位置と積雪深比が、観測・実験結果と一致した。しかしながらCVモデル3の結果は、建物後方の積雪深比が観測・実験結果に比べ大きくなっている。これは、現在の解析手法では製均化された流れ場を解析しているため、建物後方循環流内の風速が弱く、堆積が急激に進行するのに対して、現実の流れでは建物後方での水平方向の風速変動によって、強い吹き払いが生じているものと考えられ、今後の課題である。また昨年実施した、新潟工科大学グラウンドにおける2m四方の立方体建物モデル周辺の吹きだまり、吹き払いを対象とした実測調査を対象とした数値解析も行った。既存の建物周辺の雪の飛散・堆積のCFD予測モデルに熱的影響を組み込むサブモデルを理論的に導出し、それを実際のCFDプログラムに組み込む作業を実施した。まずこの段階の数値シミュレーションの予測精度について、既往の実測結果や風洞実験結果と比較して検証した。その結果、吹き払い・吹きだまりの基本的な性状は一致しているものの、吹き払いの形状など詳細に比較すると不十分な点があり、雪粒子の運動のモデル化に関して、さらなる検討が必要なことが示唆された。次に積雪面における融雪と風による輸送・堆積の相互作用として形成される雪面形状の変化をどのように扱うかという問題に対して、流体セル内の固体の占有率を計算に組み込む方法(FAVOR法)についての情報収集を行った。さらに熱的な影響を組み込んだ条件について、基本的な条件(雪原等)を対象とした数値計算を行い、気象分野等で報告されている実測結果等と照合し、モデルの有効性を吟味した。さらに冬季には、柏崎市の新潟工科大学グラウンドにおいて2m四方の立方体建物モデルを建設し、その周辺の吹きだまり、吹き払いを対象とした実測調査を行った。その他の測定項目として、日射量、風速・風向、空気温度、積雪強度、積雪量等を測定する詳細な測定を、今冬で3回実施し、数値解析手法の検証のための基礎的データを得ることが出来た。
結合量子ビット間の情報伝達を担う量子通信路キューバスの開発

本研究は量子通信路キューバスを実現するための浮遊ゲートを開発し、十分離れた2つ以上のキュービット間の量子演算処理を目的としている。昨年度の平成25年度は表面ゲート実現のための2次元配置構造の試作を行い、実験の準備をした。また前年度の結果を解析したところ2DEGを浮遊ゲートとして用いた場合、浮遊ゲートと外界の結合の強弱により浮遊ゲートとして働いたり、働かなかったりすることが確認された。浮遊ゲートの2DEGから基板の2DEGへリークするためである。そこで2DEGのない基板を用いたサンプル作成が重要であると考えた。アンドープのウエハーを設計、作成しMOSFET構造にてトランジスタ動作を確認した。十分低温でクーロン振動を観測できることも確認した。これらの結果はJPS Conf. Proc. 1, 012030 (2014)として発表した。また共同で同時に行った4重量子ドットの研究も十分進んでおり、4条量子ドットが作成可能であることを確認した。この結果はTakakura et al.,Appl. Phys. Lett. 104, 113109 (2014)として発表している。本研究は量子通信路(キューバス)を実現するための『浮遊ゲート』を開発し、十分離れた2つ以上の『キュービット』間の量子演算処理を目的としている。昨年度の平成24年度は2つのキュービットを静電的に結合させることを目的として研究を行った。予定通りキューバスをキュービット間の量子演算実験に取り入れる準備ができた。申請者は2重量子ドットからなるキュービットを1.5μm離して2つ配置した構造を作成した。2つのキュービットの間には縦1μm、横1.5μmのサイズに閉じ込めた2次元電子ガスでできた浮遊ゲートが配置されている。この浮遊ゲートがキューバスとして働く。浮遊ゲートはキュービット以外の外界とは相互作用しないようウエットエッチング法で外界から切り離されている。各キュービットには小数個の電子が閉じ込められている。キュービットの電子数が変わるときにクーロンピークが観測される。1.5μm離れたキュービット間の相互作用をクーロンピークの位置がずれることにより確認した。今回の我々の研究結果は、閉じ込められた2次元電子ガスが浮遊ゲートとして働いていることを示しており、過去に例を見ない。キュービットを構成する2次元電子ガスをそのまま用いるため、今回の2次元電子ガスを用いた方法は本質的に簡便で可搬的な方法であるといえる。これらの結果は2013年度にポーランドで開催される国際学会16th international conference on modulated semiconductor structuresで発表予定である。またこれらの結果を論文にしたためている。本研究は量子通信路(キューバス)を浮遊ゲートの形で実現し十分離れた2つ以上のキュービットを長路離にわたり結合させることを目的としている。昨年度の平成24年度は2つのキュービットを静電的に結合させることを目的とし将来的には個々のキュービット演算結果を離れたキュービット間で相互作用させることを念頭に置いている。キュービットを多重に結合させる足がかりとして申請者は2つの2重量子ドットを金属浮遊ゲートと空間的に閉じ込めた2次元電子ガスの浮遊ゲートを用いて結合させることを試みた。金属ゲートも閉じ込められた2次元電子ガスも量子ドットを静電的に結合させることができたが、その結合は弱く浮遊ゲートに帯電した電荷が外界に逃げてしまうことが原因であることが分かった。具体的にはまず2つのキュービットを1μm離し、その間に2次元電子ガスの浮遊ゲートを作成した。このサンプルで量子ドット間の結合を観測したものの、その結合は約10μeVと非常に小さいものであった。このエネルギーは典型的な1電子帯電エネルギーの1/100である。この原因は前述のように浮遊ゲートが外界と不必要に結合していたため浮遊ゲートから静電結合を担う電荷が逃げ出してしまったためと思われる。この不必要な外界との結合を断つためにあえて量子ドット間の距離を1.5μmと離して配位した。こうしてできた隙間に不必要な結合を断つための機構を作成した。ウエットエッチング法によりキュービットの電子溜めと浮遊ゲートの結合を弱めた。このサンプルを用いてキュービット間の結合を観測したところ、その結合定数は300μeVと飛躍的に大きくなった。

すなわち浮遊ゲートを通して2つのキュービットは効果的に相互作用することが示された。このように初年度の目的である、キュービット間を浮遊ゲートにより結合させることを成功し、そればかりか世界的に例を見ない方法を開発した。今年度は前年度に達成した浮遊ゲートをいよいよキュービットと組み合わせることを予定している。本年度の早い段階でサンプル作成を終了し、キュービットの実験並びに浮遊ゲートとの結合を実験により確認する。近年の国際競争の激化により、2次元的なキュービット構造である『サーフェスコード』に関する理論提唱が活発になされている。このため研究を加速し、サーフェスコードを実現するために方針転換をする必要がある。サーフェスコードは浮遊ゲートのもっとも簡単な応用実施例であり、現実の量子計算素子として注目を集めるに違いないと思われる。申請者は前年度に達成した浮遊ゲートを応用して2次元サーフェスコードの実現を本年度からの課題として提示、並びに実験を開始しようと考えている。具体的には量子ドットをキュービットの周りに正方形上にたとえば4個ほど配位して、キュービットの情報を浮遊ゲートを介してこれらの量子ドットにより読み取る。このような構造は『スター構造』と呼ばれている。キュービットの情報は周りに配位した2つの量子ドットにより読み取られ、エラーがあるか否か非破壊に(コヒーレントに)調べることができる。エラー訂正などの量子操作は残り2つの量子ドットの電子状態を変えることにより行われる。さらに上記のエラー検出のための量子ドットは超伝導からなる単電子トランジスターと置き換え可能である。本年度はこのようなスター構造の実現と、キュービット間の量子演算を実現したい。上記キュービット操作のためには高周波信号が必要であり、そのために高周波特性を測定する必要がある。予定通りネットワークアナライザーの購入を検討している。前年度の市場状況に照らし合わせると、新品のネットワークアナライザーは申請額の10倍以上も必要であるが、中古のネットワークアナライザーは申請額程度でも十分購入できることが分かった。市場調査をして、費用の軽減を考慮した。
フッ素系反応性プラズマによる結晶質Si薄膜の低温成長

現有のRFプラズマCVD装置に2系列のガス導入機能を持つシャワーヘッド型電極を設置し、本研究の課題であるシランーフッ素化学反応系にプラズマを適用できるように装置の改良を行い化学反応系のみの場合との比較において、プラズマの効果を検証を行った。まず、プラズマやシランのフッ素酸化にともなって生成する発光励起種(SiH^*,SiF^*)からの発光を手がかりとして、シランのフッ素酸化反応に与えるプラズマの効果について調べた。一例として、シラン流量:10sccm(He希釈率5%)、圧力400mtorr、RF投入電力5W(74mW/cm^2)の条件下では、フッ素/シラン流量比>0.1附近からSiF^*の発光が観測され始め流量比の増加に伴ってその発光強度の増加が認められた。この条件では、流量比の選択によって主にプラズマによって生成すると考えられるSiH^*の発光ピークに対して相対的なSiF^*発光強度比を0.20.7(流量比0.21.0)にわたって容易に制御できことが分った。一方、同様の条件下でRF電力の投入を行わない場合、流量比<1の条件下では、SiH^*、SiF^*の発光はほとんど検出できず、さらにフッ素流量を増加させるた場合でも微弱なSiF^*の発光が観測されるにすぎない。条件をかえて、シラン流量を20sccmまで増加させるとシランーフッ素反応系に特有な化学発光が観測される。これらの事実は、本研究で期待したプラズマによるシランのフッ素酸化の加速を示唆する結果と判断された。実際に成膜を行った結果では、プラズマを印加しない場合には膜の成長は認められない条件においても膜の堆積が認められ、また、シランのみのプラズマ分解による膜成長と比較しても成長速度の大幅な増加(前述の条件下では、流量比0.4附近において約4倍)が観測された。成長した膜は、化学反応系に比較して広い面積にわたり均一で、また膜構造はフッ素系プロセスによる膜の特徴を示し、成長温度の上昇により結晶質膜を成長できることが十分期待された。
大気中におけるHOxラジカル測定手法の高度化に関する研究

本年度からレーザー誘起蛍光法(LIF)に基づく対流圏OHラジカル測定装置の高度化に関する研究に着手した。1.レーザー光源本装置は将来実用的に野外観測使用することを目的としている。従って本研究に用いられるレーザー光源としては、個々の仕様を満たしていることとともに、操作の安定性に優れかつコンパクトであることが必要条件とされる。本研究では対流圏OH測定用としては世界で初めて、最近開発された半導体レーザー励起のYLFレーザーを励起光源とする小型色素レーザーを用いることとし、必要仕様のシステムを特注した。得られたレーザーシステムについて調整の結果306nmにおいてくり返し周波数1kHz、パルス幅数nsec、パルスあたりエネルギー数μJ、波長幅約0.1cm-1のレーザー光を得ることができた。OHラジカル参照セルレーザーの発振波長をOHラジカルの1本の回転線にロックするための、OHラジカル参照セルを製作した。参照セルとしては、セル内を室内空気を数torrの圧力で流通させ加熱したアルメル線のフィラメント上での水蒸気の熱分解によってOHラジカルを生成させ、その中をレーザー光を通過させて得られるLIFシグナルを測定するための光電子増倍管を組み込んだものとした。3.LIF測定用多重反射セル励起用レーザー光を球面鏡の間で多重反射させることによって励起効率を高め、これと直角の方向からレンズを用いてマルチチャンネルプレート(MCP)上に蛍光を集光する大気中OHラジカルのLIF測定用セルを設計、製作した。多重反射鏡システムとしては従来通常用いられている3枚鏡ホワイトセルの代わりに、2枚鏡システムを採用し調整の簡単化を図った。
スピン流と光物性調製班

スピン流と光物性に関し,半導体量子構造における電子・核スピン物性の光制御とその光検出,強磁性半導体の光励起による新物性の発現,強磁性金属多層膜の光物性,さらにスピンと光の結合理論について研究を行い,実験研究および理論研究のグループ間の連携を進めながら多くの知見を得た.本特定領域における研究項目A03「スピン流と光物性」では,さまざまな物質における光スピン流との相関を実験的に明らかにし,それを統一的に理解する光・スピン流結合理論を構築することを目標とし,代表者・分担者はそれぞれ担当する研究の動向調査を行い,相互の情報交換,共同研究を促進させる.具体的には,(括弧内は分担者)(1)半導体量子構造における光と核スピン間の相関を中心に,半導体量子構造における光・スピン物性研究の動向調査を行い,光とスピン流との相関に関する新物性・新機能の発現とその理論解明に向けた研究計画を策定する.(大野)(2)強磁性半導体における光磁化の解明と制御について,関連する研究動向調査を行い,理論と実験研究との間の情報交換を促進させる.(宗片)(3)金属系多層膜におけるスピン流と磁気緩和の光学的検出について,関連する研究動向調査を行い,理論研究と実験研究との間の情報交換を促進させる.(安藤)(4)実験グループとの連携により,新物性の定量的解析を行うと同時に,光・電子スピン結合の理論に関して研究動向調査を行い,情報交換や共同研究の促進を行い実験条件等の指針を提示する.(永長)スピン流と光物性に関し,半導体量子構造における電子・核スピン物性の光制御とその光検出,強磁性半導体の光励起による新物性の発現,強磁性金属多層膜の光物性,さらにスピンと光の結合理論について研究を行い,実験研究および理論研究のグループ間の連携を進めながら多くの知見を得た.本特定領域研究における「スピン流と光物性」班では、光と磁気(スピン)との相関によって生じるさまざまな物理現象を探求し、「スピン流」を基軸として整理・統合して理解するとともに、光によるスピン流制御を推し進めてデバイス応用可能な機能発現を目指しており、本調整班では、(1)半導体量子構造における核スピンの光制御・検出(2)強磁性半導体における光磁化の解明と制御(3)金属多層膜系におけるスピン流と磁気緩和の光学的検出(4)光・電子スピン結合の理論の4つの課題について研究を実施するとともに、関連研究に関する動向調査を行い、研究方針策定や計画の立案を行う。以下に本年度の「スピン流と光物性」に関する成果を記す。(1)スピン3/2を有するGaAs中の核スピンAs、Gaを量子ビットとする固体量子演算の実証に向けて、位相制御された高周波パルス磁場印加によるスピン制御の光学検出を実証した。(2)強磁性半導体(Ga,Mn)Asにおいて光パルスで励起した後の複雑な磁化の歳差運動について解析を行い、磁気異方性の変化による有効磁界の変化を考慮したモデルで再現できることを示した。本成果についてアメリカ物理学会で発表を行った。(3)強磁性共鳴を用いて磁化の方向に対する横成分が主であるスピン流を生成し、非磁性体内を伝搬した後にもう一方の強磁性内で緩和する過程を調べた。共鳴線幅の解析から強磁性体内の横スピン侵入長を見積もることに成功し、CoFeB、Co、CoFe、FeNiに対してそれぞれ12nm、1.7nm、2.5nm、3.7nmであることがわかった。(4)励起子のスピンホール効果の理論を構築し、現実的な実験をアルカリハライド、および亜酸化銅につき提案した。歪みの場を制御することで、励起子発光の空間および偏光依存性でスピンホール効果の観測が可能であることを見出した。「スピン流と光物性」班では、光とスピンとの関によって生じるさまざまな理現象を探求し、光によるスピン流制御を推し進めてデバイス応用可能な機能発現を目指しており、(1)半導体量子構造における核スピンの光制御・検出(2)強磁性半導体における光磁化の解明と制御(3)金属多層膜系におけるスピン流と磁気緩和の光学的検出(4)光・電子スピン結合の理論の課題について研究を実施している.以下に本年度の「スピン流と光物性」に関する成果を記す.(1) GaAs/AlGaAs量子井戸構造中の核スピンコヒーレンスの光検出を実証した。スピン3/2の^<75>Asを対象に量子ゲート操作に用いられる多重NMRパルス列を印加し, NMRスペクトルの光検出を行って多準位核スピン系の位相制御を検証した。(2)面直および面内磁化薄膜を電極とするスピンLEDを作製し、面直、端面発光型の両素子で、残留磁化を利用した円偏光エレクトロルミネッセンスを得た。強磁性半導体(Ga, Mn)Asの磁化が光励起の非熱的過程で歳差運動を行うことを発見した。異方性磁場の大きさや磁化ダンピング定数を決定した。さらに、複数パルス光で磁化運動のコヒーレント制御を実現した。(3)ポンププローブ法を用いて,ピコセカンド領域のスピンダイナミクスを検出するための光学系を構築した.パーマロイおよびホイスラー合金を用いて装置の動作の検証を行った結果,ピコセカンド領域においてレーザー照射後の磁化の減少に伴うカー効果信号の急激な減少,及び磁化の回復に伴うスピンの歳差運動の検出に成功した.(4)スピンと伝導電子が結合した

2重交換模型において、光励起後のスピンの古典ダイナミックスと電子の量子ダイナミックスを数値的に調べた。その結果、スピンの運動の時空構造と電子の量子状態が自己組織化を起こし.それにともなって非断熱量子遷移が起きることが明らかになった。「スピン流と光物性」班では、光とスピンとの相関によって生じるさまざまな物理現象を探求し、光によるスピン流制御を推し進めてデバイス応用可能な機能発現を目指しており、(1)半導体量子構造における核スピンの光制御・検出(2)強磁性半導体における光磁化の解明と制御(3)金属多層膜系におけるスピン流と磁気緩和の光学的検出(4)光・電子スピン結合の理論の課題について研究を実施している.以下に本年度の「スピン流と光物性」に関する成果を記す.(1)n型(110)GaAs/AlGaAs単一量子井戸を用いた電界効果トランジスタ構造において、核スピンのエネルギーおよび位相緩和時間の電子密度依存性を光検出NMR測定より調べ、前者は10倍以上,後者も2倍近く制御可能であることを実証した。(2)金属層と(Ga, Mn)As層の界面を介した近接効果で光励起才差運動を実験的に調べた結果、金属層厚の増加とともに有効磁場は減少し、磁化ダンピングは増加し,金属/(Ga,Mn)As間にAlAsスペーサー層を導入した試料で顕しく抑制されることがわかった。これらは、金属/(Ga,Mn)As界面を介してスピン流が存在することを示している。(3)ポンププローブ法でCo2FexMn1-xSiホイスラー合金薄膜の緩和過程を詳細に調べた.ダンピング定数はx=0.2-0.4付近で0.006程度の低い値を得た.この結果は強磁性共鳴による結果と一致した.一方,psオーダーにおける減磁時間はいずれの試料においても0.2ps程度であった.(4)トポロジカル絶縁体におけるスピントロニクス機能の理論的開拓を行った。特に3次元トロポジカル絶縁体上に現れるディラック電子に着目し、磁性体、超伝導体などを接合したときに生じる巨大磁気抵抗、新奇な磁化ダイナミックス、マヨラナフェルミオントンネル現象などの理論を発展させた。「スピン流と光物性」班では、光とスピンとの相関によって生じるさまざまな物理現象を探求し、光によるスピン流制御を推し進めてデバイス応用可能な機能発現を目指しており、(1)半導体量子構造における核スピンの光制御・検出,(2)強磁性半導体における光磁化の解明と制御,(3)金属多層膜系におけるスピン流と磁気緩和の光学的検出,(4)光・電子スピン結合の理論,の課題について研究を実施している.以下に本年度の「スピン流と光物性」に関する成果を記す.(1)局所的な核スピン操作に有望な核電気共鳴を実証した.電界によって核磁気共鳴スペクトルの共鳴周波数を線幅以上に変化させられることを実証し,さらに振動電界によるコヒーレントな核スピン操作を試み,パルス電界によるラビ振動が観測され,初めて電界による核スピンのコヒーレント操作を実証した.(2)Fe/(Ga,Mn)As構造における巨大磁化ダンピングに絞って研究を進めた。当初想定していなった新現象の発見を含む非常に多くの知見を得ることができた。具体的には、両層の磁化の相対配置に依存して磁化の才差運動、すなわち、光生成角運動量の流れ(スピン流)の減衰が大きく変化する現象を世界に先駆けて見出した。
船舶におけるユビキタス環境

本研究の目的は、先ずユビキタスの概念に従って船内ユビキタス化を実現することである。当初計画したUWB利用の位置監視は、国内電波法上実験の目途が立たず超音波IDタグ使用に変更した。各々の乗組員の位置情報を元に彼らにとって最適・最重要な情報を、彼らの最寄のモニタやスピーカに転送することを目標として、位置監視サブシステム、無線通信サブシステムおよびユビキタスサーバにより構成される船舶ユビキタスサービスネットワークを提案した。また、提案したシステムに対して実験用システムを完成し、船舶実験によりシステムの有効性を証明した。また、各々の研究者や現場の意見などを重視し、積極的に船舶関係者に対するヒヤリングを行い、研究者や船舶運行会社の参加者が参加してくれた「第1回海洋ユビキタス研究会」と「港湾エリアにおける海洋ユビキタスセンサーネット第一回ワークショップ」を開催した。日本郵船など船舶運行会社の参加者からセキュリティのために、特に上下船時や通関訪船時などには乗客や見学者管理用システムが望まれるとの助言があり、本研究で提案したシステムを基に乗客監視用システムの研究開発を行い、実験用システムの開発を完了し、本学練習船「海鷹丸」で船舶用セキュリティ監視システムの検証実験によりその有効性を証明した。本研究の成果を数理水産科学研究会が開催した「第5回数理水産科学研究交流会」で発表し、その特集号に採択され、掲載された。また、船舶用セキュリティ監視システムの詳細な結果については現在纏めている最中である。今後学術学会へ投稿する予定である。初年度となる平成16年度は、位置監視サブシステム、無線通信サブシステムおよびユビキタスネットワークの調査を実施した。(1)位置監視サブシステムa.当初計画したUWB利用の位置監視は、国内電波法上実験の目途が立たず超音波IDタグ使用に変更した。これも試作コスト見積もりが大幅に予算を超過したため結局、無線タグを使用した位置監視の可能性について、陸上実験により検証したb.タグセンサーからタグ情報をイーサーネットを通してユビキタスサーバへ転送するネツトワークプログラミングの試作を完了した。現時点では実験用設備として基本的な部分を完了した段階である。(2)無線通信サブシステムa.特に測位サブシステムとの整合性を考慮した無線通信サブシステムの設計を完了した。b.実験用ユビキタスサーバにおいて、ウェブサーバとデータベースエージェントに関し、ApacheとMySQLを使用してその構築を完了した。(3)ユビキタスネットワークの調査船舶関係者に対するヒヤリングの結果、現場での需要性が高いことを認識した。特に乗組員や乗客に関したセキュリティや管理などの分野において、ユビキタスネットワーク能力の発揮が期待されることが明らかになった。船舶の実験については4月3日、本学練習船「海鷹丸」で打ち合わせを行い、4月末までに船舶上で第一回の実験を行う予定である。平成17年度は平成16年度に提案した船舶ユビキタスシステムに基づいて実験用システムを完成し、船舶実験を行った。また、積極的に学術会議に参加し、ユーザからの意見を参考にして、本研究で提案したシステムの応用である船舶用セキュリティ監視システムを試作し、船舶実験を行った。1船舶ユビキタスシステム(1)平成17年4月-5月にわたって本学練習船「海鷹丸」で実験を行い、その有効性を確認した。(2)17年5月防衛大学校で開催した「第1回海洋ユビキタス研究会」で本研究の研究内容を紹介し、参加者からの意見を聞いた。(3)平成17年8月、本研究の成果を数理水産科学研究会が開催した「第5回数理水産科学研究交流会」で発表した。その後、本件はその特集号に採択され、掲載された。2船舶用セキュリティ監視システム(1)平成16年度の船舶関係者に対するヒヤリングの結果では、乗組員や乗客に関したセキュリティや管理などの分野でユビキタスネットワーク性能・機能が大いに期待されることが明らかになった。

また、平成16年7月、東京海洋大学で開催した「港湾エリアにおける海洋ユビキタスセンサーネット第一回ワークショップ」で本研究の中間結果を紹介したが、日本郵船など船舶運行会社の参加者からセキュリティのために、特に上下船時や通関訪船時などには乗客や見学者管理用システムが望まれるとの助言があった。(2)本研究で提案したシステムを基に乗客監視用システムの研究開発を行い、船舶用セキュリティ監視システムの提案と実験用システムの開発を完了した。(3)平成17年3月本学練習船「海鷹丸」で船舶用セキュリティ監視システムの検証実験を行い、その有効性を証明した。(4)その詳細な結果について、現在纏めている最中である。今後学術学会へ投稿する予定である。
身体運動の自動性・自発性は時間知覚を変調するか

Morroneらは2005年、時間的に近接した2つの視覚刺激が高速眼球運動直前に提示されると提示順序が逆転して知覚されると報告した。我々は急速な身体運動中も安定した世界が知覚されるよう外発的な運動では知覚が時間的に変調されると予想し、Morroneらの時間順序判断逆転現象が感覚刺激に誘発された眼球運動に限られることを発見した。そこで次に、運動を誘発した感覚刺激の知覚タイミングに注目し、運動意図が刺激知覚タイミングを変調する現象を発見した。パーキンソン病患者実験はドパミン系がこれに関与することを示唆している。本研究はドパミン系疾患患者の主観的時間を理解し、リハビリ手法を改善する一歩といえる。同じ時間が多様な要因によって異なって知覚されることは日常的にも経験される。本研究では身体運動による時間知覚変調のメカニズム解明を目標として掲げ、プロジェクト初年度である当該年度においては行動実験データの収集を重点的に行った。◆研究1研究実施計画に記載のとおり、眼球運動測定実験を実施した。Morroneら(Nat Neurosci, 2005)はサッカード(高速な眼球運動)前後に100ミリ秒程度の間隔で生じた2つの視覚的イベントはその間隔が短く知覚されたり順序が逆転して知覚されたりすることを示している。この先行研究の実験枠組みを採用し、反射駆動型の自動的サッカードの直前に2つの視覚的イベントが提示された場合には順序が逆転して知覚されるが、自発的に開始したサッカードの直前に提示された場合にはそうではないことを突き止めた。この結果は当初の仮説通りである。さらに、サッカードの着地点と時間順序判断との相関を解析し、空間的位置情報の脳内エンコードが時間順序判断逆転に関わっている可能性を示した。脳内メカニズムとして、反射的サッカード条件で空間情報処理に関与したと考えられるlateral intraparietal areaの寄与が本研究により濃厚となった。◆研究2研究1では時間情報処理と空間情報処理との関連が示されたものの、眼球運動を誘発したトリガーがいつ知覚され、どのように運動が意図されたのかがあいまいである。運動意図が感覚刺激のタイミングを異なって知覚させる現象の解明は、スポーツや運転の指導の現場への応用が期待されるほか、運動における主体性の疾患の研究への貢献を見込むことができる。そこで研究2では運動を誘発したトリガーのタイミングに着目し、視覚的変化が運動(サッカード及びキー押下→開放の指運動)を誘発した場合にはタイミングが遅延して知覚される現象を発見した。従来、運動と感覚イベントとの時間的結合は「自発的身体運動が感覚イベントを誘発する」枠組みで研究されてきた。本研究ではこれとは逆の枠組み、即ち、「感覚イベントによって自動的な運動が誘発される」状況においては、そうでない場合より感覚イベントが約60ミリ秒遅いタイミングとして知覚されることを明らかにした。当該年度(平成26年度)にはこの現象について心理実験を重ね、学会(3回)および(国際誌1報)にて報告した。◆心理物理実験:実験ではコンピュータスクリーン上に、ランダムなタイミングで黒から緑か赤に変化する時計が表示された。実験参加者は、時計が緑に変化した場合には素早く視線を動かし、赤に変化した場合には視線の移動をキャンセルした。統制条件では時計を単純に注視した。刺激提示後、被験者は色の変化時に時計の針がどこにあったかを回答した。その結果、視線の移動の有無に関わらず、運動をせず単純に観察するだけの場合(統制条件)より色の変化が約60ミリ秒遅く知覚された。本現象は視線の代わりに手を動かした場合にも観察された。さらに、2種の色の変化ではなく2種の聴覚刺激を用いた実験でも同様の結果が得られた。◆脳波測定:倫理審査の遅延のため本実験の開始が遅れている。◆他:議論を厳密に進めるため哲学者との共同研究を開始した。《本研究の意義》本研究により、身体運動を準備する脳活動が時間知覚に関与することが示唆された。従来、身体運動により誘発された音は身体運動のタイミングに接近して知覚される現象が知られており、主体性感覚が時間知覚を変調すると説明されてきた。本研究は1.この接近が主体性の及ばない運動前のイベントにも生じること、2.この接近が自動的に素早く実行する運動でも生じることを示唆する。今後、統合失調症を始め主体性感覚に異常の生じる疾患の病状把握への応用を期待できる。1.前年度(平成26年度)に発表した「感覚刺激の生じたタイミングは、その感覚刺激に反応して身体を動かす条件下においてはそうでない条件下においてより遅いものとして知覚される」時間的結合現象が、旧来発見されていた「感覚刺激の生じたタイミングは、被験者自身がその感覚刺激を誘発した条件下においてはそうでない条件下においてより早いものとして知覚される」という時間的結合現象とどのように関わっているのかを究明する心理物理実験を行った。上記の二つの現象を組み合わせることで2つの実験が行われた。実験1では「手の運動→音刺激→手の運動」というシーケンスで参加者は音刺激の発生タイミングを回答した。実験2では「音刺激→手の運動→音刺激」というシーケンスで参加者は手の運動前あるいは後に提示された音刺激の発生タイミングを回答した。この結果、身体運動と音刺激のペアそれぞれの中で時間的結合が生じることが明らかになった。成果は専門科学雑誌に投稿中である。国際会議ICP2016での発表を予定している(採択済み)。

2.前年度(平成26年度)に発表した現象の脳内機序を明らかにするため、脳波測定を実施した。3.1.で記述した現象が社会的な相互作用において生じるのかを検証する研究を開始した。4.発見した現象の脳内機序を明らかにするため、運動障害、具体的にはパーキンソン病患者にて測定を実施した。成果は日本神経科学会大会での発表を予定している(採択済み)。この研究は実施場所である西オンタリオ大(カナダ)で倫理認可されているが、疾病研究に科研費から支出するには日本国内の大学での倫理申請が必要である。このため現在、高知工科大学倫理委員会への申請に向け準備中であり、研究計画書に記載した研究ではあるものの当該年度にはこの研究には支出していない。パーキンソン病患者での実験は順調に進んでいる。脳波実験についてはあまり順調ではない。当初、運動準備電位との関係を検証する予定であったが、時間周波数解析において興味深い結果が出つつある。時間周波数解析用のプロシージャで再実験をする必要がある。脳波実験を優先するため、また、倫理申請の必要が中途で判明したため、MRI実験の優先順位は低くなった。本プロジェクトは平成27年度終了の予定であったが、成果を発表する必要から延長を申請した。平成28年度に計画したのは1.国際誌での成果公刊、2.国際会議等での発表、3.パーキンソン病実験データ拡充、4.MRI実験、5.脳波実験である。1については心理学分野で定評のあるCognitionでの公刊を実現した。2については心理学分野で最大規模の国際会議The 31st International Congress of Psychologyにて行動実験の成果を、また日本神経科学会にてパーキンソン病研究の成果を発表した。3については、すでに平成27年度以前に患者群および年齢一致統制群でYabe & Goodale (2015)に基づく時間知覚測定を実施し、脳内ドパミン量による時間知覚変動を観察していた。ただしここでは四肢の震顫があっても反応時間を測定できるようマイクに息を吹きかける課題を採用しており、若年者を対象に眼球運動・手運動課題で測定したYabe & Goodale (2015)との整合性を確認する必要があった。そこで若年群でマイクに息を吹きかける課題を用いた時間知覚測定実験を実施し、健常高齢者の時間知覚が若年群のそれと異なる可能性を示した。健常な加齢においても脳内ドパミンは減少する。若年統制群を加えた比較は患者群対統制群での観察を補強する。4については安静時撮像により脳内各部位の結合強度を検証し、同一被験者の時間知覚測定結果との対照から時間知覚に関与する結合を見出す(解析中)。この方法はMRIの時間解像度がミリ秒単位の時間知覚研究には低すぎるという問題点を解決する。5については運動に伴うピーク周波数の変動が運動による脳内時計の変調を誘発するという結果を得つつある。これについては基盤C「大脳基底核はα・β波を介して脳内時計を変速するか」で更に検証する。Morroneらは2005年、時間的に近接した2つの視覚刺激が高速眼球運動直前に提示されると提示順序が逆転して知覚されると報告した。
曲面型ナノ構造物性における幾何曲率効果の機構解明と物性推算コード開発

本研究課題では、曲面型ナノ構造が普遍的に示す特異物性の発現機構、および系の曲面形状と特異物性との相関関係について、大規模数値シミュレーションと連続近似理論の併用による理論的解明を試みた。幾何学的な捩れや曲がりを伴う曲面型ナノ構造の内部では、系全体の幾何形状が荷電キャリアに有効電磁場作用を供する。よって、形状効果が顕著となる低エネルギー領域では、通常の平面系では実現不可能な特異な秩序相・量子輸送が発現する。このような幾何曲率・捩率に起因する異常物性の機構解明と、具体的ナノ材料に即した物性推算シミュレーションを通して、幾何形状変形を利用した新規機能性ナノ材料のデザインおよび材料合成に適する物質群の探査を行った。本申請課題では、曲面型ナノ構造において観測される(もしくは観測が期待される)特異物性の発現機構、および系の曲面形状と特異物性との相関関係について、大規模数値シミュレーションによる物性推算と理論構築を行った。その結果、幾何学的な捩れや曲がりを伴う曲面型ナノ構造の内部では、系全体の幾何形状が荷電キャリアに有効電磁場作用を供し、通常の平坦系とは異なる秩序相・量子輸送が発現することが明らかとなった。具体的には、周期凹凸円筒構造を有するナノカーボン材料(フラーレンポリマー)の相関電子基底状態において、系の朝永Luttinger指数が凹凸振幅の増加とともに顕著に増加することがわかった。また、捩れ原子(分子)構造で構成される捩れ量子リングに対しては、捩率誘起磁場効果による特異な量子位相干渉効果が起こることを示した。このような幾何曲率・捩率に起因する異常物性の機構解明と、具体的ナノ材料に即した物性推算シミュレーション結果は、幾何形状変形を利用した新規機能性ナノ材料のデザインを促す重要な成果である。上に述べた電子物性解析と並行して、本課題では曲面形状を示す各種のソフトマテリアル(曲面液晶薄膜・曲面発泡体等)について、その秩序過程・分子配向に対する幾何形状効果の解析を行った。力学的な柔らかさを備えた液晶薄膜については、薄膜の弾塑性変形と分子配向秩序との相関を考察するための基礎理論を整備し、有機分子の自己集合体である分子性薄膜の配向秩序機構を詳細に解析した。その結果、液晶膜内に分布する渦欠陥の安定配置が、曲面曲率の恣意的分布により外的に操作可能であることを明らかにした。さらに発泡体の曲面上粗大化過程については、曲面曲率の時間変化により気泡の動的安定性を制御できることを理論的に示した。以上の成果はいずれも、曲面型ナノ構造物性における形状-物性相関を実験に先駆けて予言した新規性の高い成果である。当年度の研究では、曲面量子系の具体例である直鎖型フラーレン重合体の光励起キャリア緩和過程を理論的に解析した。特に同材料の低温秩序相におけるキャリア緩和ダイナミクスを記述する新規理論の確立を図った。従前のボトルネック理論に関して、横波フォノンモードの寄与を取り入れて理論を再構築した結果、異なるモード間のエネルギー散逸量の増加に伴い、緩和時間の温度依存性が転移温度直下で発散する「発散型」から「非発散型」へと変化することがわかった。また、従来のキャリア緩和理論で導出されていた衝突積分を正.しく評価することにより、緩和時間の単調増大現象が再現されることが明らかになった。ギャップ形成物質一般に対して成立する理論的枠組みを得たところで、この理論を前述の直鎖型C60ポリマーに適用し、キャリア緩和データの数値的再現を試みた。その結果、縦波モードから横波モードへのエネルギー散逸を考慮することにより、実験結果が定量的に再現されることが確かめられた。さらに本研究では、直鎖型フラーレン重合体の電荷密度波転移を考察した。その結果、転移の発現機構が、系の電子物性およびフォノン物性に作用する幾何形状効果で理解できることを初めて明らかにした。具体的には、同材料を一次元凹凸ナノチューブの束状凝縮系とみなし、凹凸チューブの電子-フォノン相互作用ハミルトニアンを構築した。次に一次元系に特有のフォノンソフト化現象を議論し、Peierls転移温度の定義を与えた。最後に、系を構成する凹凸ナノチューブの幾何形状パラメータや弾性パラメータを適切に設定し、実験的に報告されている転移温度の値と一致することを示した。「形が物性を支配する」ー本課題の目的は、曲面型ナノ構造が普遍的に示す特異物性の発現機構、および系の曲面形状と特異物性との相関関係を、大規模数値シミュレーションを通して解明することである。

特に低次元系では素励起間の相互作用効果が顕著になるため、幾何曲率に伴う有効場が実際の量子状態にどのような影響を与えるか自明でない。そこで本年度の研究では、ガウス曲率に依存するスカラー場と捩率に依存するベクトル場を連続体近似に基づいて定式化し、これらの有効場と一粒子励起スペクトルならびに量子伝導度との相関関係を定量的に調べた。軸方向に周期的な幾何凹凸を示す鎖状フラーレン重合体については、その励起スペクトルに現れる朝永Luttinger指数の値が、凹凸度合いに対して鋭敏かつ単調に依存するという理論予測を実験的に初めて検証した。また静水圧下で発現する波状断面型カーボンナノチューブについては、その断面変形モードの振幅増幅に伴い電子エネルギーバンドギャップがリエントラント的な開閉を示すことが明らかとなった。さらに絡み目型のナノリング構造について、外部磁場印加により生じる永久電流・量子位相付加の振る舞いを理論的に予測した。これらの成果は、ナノ炭素材料を基盤素材とする新規機能性材料のデザインに新しい知見をもたらすものである。本申請課題の主要目的は、曲面型ナノ構造が示す特異物性の発現機構、および系の曲面形状と特異物性との相関関係を理論的に解明することである。幾何学的な涙れや曲がりを伴う曲面型ナノ構造の内部では、系全体の幾何形状が荷電キャリアに有効電磁場作用を供するため、通常の平面系では実現不可能な特異な低温秩序相や量子輸送の発現が期待される。そして当年度の研究では、こうした一電子近似の範囲内での秩序相・量子輸送に対する理解に加えて、低次元系で特に顕著となる電子相関効果とそれに付随する一次元強相関電子系の形状物性相関に対し、当該分野たおいて初めて統一的な理論描像を与えるに至った。この理由から、当初の計画以上の研究進展を果たすことが出来たと判断する。24年度が最終年度であるため、記入しない。弾性をもつ導電性ナノ材料の形状物性相関について、自発的対称性の破れの観点から構造力学的な議論を進めるとともに、分子動力学計算と第一原理計算を併用した物性推算を行う。これらの遂行により、解析的な議論に基づくこれまでの結果を分子・原子レベルの大規模シミュレーションで精査し、理論的予測を検証するた;めの具体的実験方法を提案する。
マウス腸管発生過程におけるSox17因子の機能的解析

Sox(Sry[精巣決定遺伝子]related HMG Box)遺伝子は、1990年に(Sry)が単離されて以降、HMG boxと呼ばれるDNA結合ドメインにhomologyを有する遺伝子群として分類され、ヒト、マウスでは、既に20数種類が同定されている。多くのSox遺伝子は、胚発生過程において組織特異的に発現しており、様々な細胞の分化の運命決定に重要な役割を担っている。zebrafishの大規模な変異体スクリーニングやXenopusの解析結果から、私達の単離したSox17の相同遺伝子が、魚類、両生類において内胚葉形成に必須な因子であるという事実が明らかになってきた。しかし、鳥類、哺乳類などの高等脊椎動物における内胚葉決定因子が存在するのかどうかは、今まで不明であった。本研究課題では腸管形成の初期分化の遺伝子発現、及びそれに関連した形態形成の全体像を明らかにすることを目指した。Soc17欠損胚では、予定前腸領域の内胚葉細胞は、head-fold stageまで正常に発生した後、初期体節形成期までに過度のアポトーシスにより欠損し、中、後腸の内胚葉細胞は、head-hold stageまでに既にその分化が抑制され特に膵臓原基(Pdx-1陽性)は全く欠損している。但し、Hex1陽性を示す肝臓原基は、背側、腹側ともに正常に発生している。Sox17欠損胚は10.5日齢には胎生致死であるため、その後の腸管原基から肝臓への分化、及び細胞維持が正常であるかどうかは検討し難い。そこで胎子由来の内胚葉分化能を観察する為に胎子内胚葉、肝臓原基から肝細胞への組織培養系を作成し、その後のステージにおけるSox17因子の影響を検討した。具体的には、胎生致死以前の9.5日Sox17欠損胚から、肝臓原基を単離し、0.45μmミリポアフィルター上で、48-72時間12-24穴プレート内で器官培養を行う。培養後のサンプルは常法に従い、EM包埋を行い、厚切り、薄切切片の観察を行う。またwhole mount in situ hybridization法によってα-fetoprotein等の分化マーカーを用いて、細胞分化が正常に行われているかどうかを観察した。本研究課題では、Sox17遺伝子ノックアウトマウス、およびSox17欠損あるいは高発現ES細胞を材料とし、DNAチップを用いた大規模のサブトラクションを行い、マウス内胚葉分化、腸管発生過程に関わる遺伝子群を網羅的に単離、同定を行うことを目的としている。Sox17欠損ES細胞株は既に単離しており、キメラマウス解析により胎子内胚葉、腸管形成への分化能が欠損していることを確認している。Sox17高発現ES細胞株に関しては、マウスβ-actinプロモーターをSox17遺伝子の5'-noncoding領域の上流に組み込んだ発現ベクターを既に作製しており(actin-p/Sox17)、当初はこのactin-p/Spx17をpgk/neoベクターと共にES細胞に導入し、G418による選別を行う予定であったが、本年度はTet-offで遺伝子の一過性誘導が可能なES細胞(理研、丹羽氏より分与)にSox17を挿入し、高発現細胞株が単離出来たのでTet-off/ES/Sox17での解析を優先した。

高発現株とコントロール株間でのSox17の発現による、分化程度の相違を調べる為に、ES細胞のdroplet cultureにて経時的に培養した後に、EM包埋、厚切り切片を作製し、形態学的差異を調べた。得られたSox17-高発現ES細胞のembryonic bodyの表層はvisceral endoderm(胚体外内胚葉)様のcuboidalな細胞で周囲が囲まれ、又microvilliの発達など、形態学上、胚体外内胚葉を呈した。Sox17ノックアウトマウスでは、Sox7遺伝子との機能相補により、表現系が胚性内胚葉に限局していたものの、初期発生過程では、Sox17遺伝子は胚体外内胚葉に強く発現しており、これらの結果は、Sox17の発現が胚体外内胚葉分化に必須であることを示唆するものであった。Sox(Sry[精巣決定遺伝子]related HMG Box)遺伝子は、1990年に精巣決定遺伝子(Sry)が単離されて以降、HMG boxと呼ばれるDNA結合ドメインにhomologyを有する遺伝子群として分類され、ヒト、マウスでは、既に20数種類が同定されている。多くのSox遺伝子は、胚発生過程において組織特異的に発現しており、様々な細胞の分化の運命決定に重要な役割を担っている。zebrafishの大規模な変異体スクリーニングやXenopusの解析結果から、私達の単離したSox17の相同遺伝子が、魚類、両生類において内胚葉形成に必須な因子であるという事実が明らかになってきた。しかし、鳥類、哺乳類などの高等脊椎動物における内胚葉決定因子が存在するのかどうかは、今まで不明であった。本研究課題では腸管形成の初期分化の遺伝子発現、及びそれに関連した形態形成の全体像を明らかにすることを目指した。Sox17欠損胚では、予定前腸領域の内胚葉細胞は、head-fold stageまで正常に発生した後、初期体節形成期までに過度のアポトーシスにより欠損し、中、後腸の内胚葉細胞は、head-hold stageまでに既にその分化が抑制され特に膵臓原基(Pdx-1陽性)は全く欠損している。但し、Hex1陽性を示す肝臓原基は、背側、腹側ともに正常に発生している。Sox17欠損胚は10.5日齢には胎生致死であるため、その後の腸管原基から肝臓への分化、及び細胞維持が正常であるかどうかは検討し難い。そこで胎子由来の内胚葉分化能を観察する為に胎子内胚葉、肝臓原基から肝細胞への組織培養系を作成し、その後のステージにおけるSox17因子の影響を検討した。具体的には、胎生致死以前の9.5日Sox17欠損胚から、肝臓原基を単離し、0.45μmミリポアフィルター上で、48-72時間12-24穴プレート内で器官培養を行う。培養後のサンプルは常法に従い、EM包埋を行い、厚切り、薄切切片の観察を行う。またwhole mount in situ hybridization法によってα-fetoprotein等の分化マーカーを用いて、細胞分化が正常に行われているかどうかを観察した。
上肢浮腫における浅部・深部リンパ管解剖研究とその障害機序の解明

本研究は、上肢リンパ管解剖研究とリンパ浮腫患者の臨床所見から、詳細なリンパ管ルートとその障害部位を明らかにすることで、浮腫の病態を解明し臨床へ応用することを目的としている。今までは解剖体において1本のリンパ管を直視下で確認しカニュレーションすることでリンパ管造影を行ってきたが、ICG-LGを解剖体で行う事ができたため、非常に時間と労力・コストの削減が可能となった。平成29年度は、まず解剖体に対してインドシアニングリーン蛍光リンパ管造影法(ICG-LG)を用いて上肢リンパ管の同定・造影し、計100肢を検査した。このことから正常の上肢浅部リンパ管の走行のマッピングを行うことができた。また、同時に臨床検査においては上肢リンパ浮腫患者に対してICG-LGを行い、様々な浮腫時期の患者の様々なリンパ管走行の異常を検査している。その結果、今のところ尺側背側ルートが主に残存しやすく掌側ではリンパ管の障害が強い傾向を認めている。これら解剖体と臨床検査の所見から上肢浅部リンパ管において走行や特徴から今までにないICG-LG分類を作成できるのではないかと考えられる。現時点では、上肢において、手背と掌側、さらに尺側と橈側にわけてリンパ管の分類を行っている。その分類が今後の治療方針や早期リンパ管障害の発見に繋がる可能性がある。また、CTを用いたリンパ管造影(CT-LG)は下肢で先行研究を共同研究者の品岡らが行っている。まだプロトコールが定まっていないため、上肢では試験的に数例のみCT-LGを施行している。CT-LGでの知見がさらに分類や診断の正確性や深みを増す有意義な情報と予測される。まだプロトコールが定まっていないため、上肢では試験的に1例のみCT-LGを施行している。研究計画どおり、平成29年度で新鮮解剖体100肢に対してインドシアニングリーン蛍光リンパ管造影(ICG-LG)を行った。また同時に臨床においても上肢リンパ浮腫を発症している患者に対して定期的にICG-LGを行い、検査・浮腫の評価を行っている。解剖体に対するCTリンパ管造影検査は1肢のみで行った。

CT-LGでの知見がさらに分類や診断の正確性や深みを増す有意義な情報と予測される。解剖体に対するCTリンパ管造影(CT-LG)はまだ1肢しか施行していないが、先行研究である下肢でのCTーLG検査プロトコールが定まってから行う予定であり、今年度に遂行出来ると予測される。また、臨床検査は定期的に行っており、有用な臨床所見や情報を集積出来得る。解剖体と臨床所見とのさらなる詳細な対比と検討が可能と考える。今年度は1例のみであった解剖体によるCTリンパ管造影を次年度で行うこと、学会発表や論文作成のため経費やデータ化のための解析ソフトの購入に助成金を当てる予定である。