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フランス人民戦線と余暇の組織化に関する研究

21世紀の労働と余暇の問題を考えるうえで、余暇文明の到来を告げたフランスに着眼し、フランス人民戦線の余暇政策を、スポーツ・旅行・文化の3領域について検討した。「見世物としてスポーツ」を否定し、「自らが参加するスポーツ」を振興するために、運動場の整備やスキー振興策、さらには民衆飛行の分野にも政策は及んだ。旅行の分野では、割引切符や旅行積立貯蓄の導入、ユースホステルや観光地の整備による観光産業の育成、文化の領域では「壁の打破」を掲げて、図書館・演劇・映画・美術などを民衆に身近なものにしようとした。こうした政策が功を奏して、1936年はフランス人にとって戦後に到来する余暇社会の原点となった。フランス人民戦線の余暇の組織化について、引き続き研究を推進した。平成25年3月時点で、400字詰め原稿用紙換算で192枚の成果になっている。平成24年3月時点では、原稿用紙140枚分の分量であったので、52枚分書き足したことになる。1.ヴァカンスの誕生、2.スポーツ、3.旅行、4.文化・芸術の4節構成で研究を進めているが、本年度は特に旅行の分野に注力した。そのために立教大学・中央大学・東京大学社会情報資料センター所蔵のマイクロフィルムを閲覧して史料を収集した。その結果、労働総同盟が旅行の分野で果たした役割(観光案内所の設立やバカンス積立制度の導入その他)、安価な旅を保証するユースホステル網の構築、臨海学校や林間学校の組織化とその指導者養成などの実態が解明できた。これらの事柄は、わが国では殆ど紹介すらされていない領域であるので、本研究は意味があると考えている。旅行の分野と同時に、狭義の文化、とくに図書館活動や演劇・映画・壁画芸術などにも目配りして研究を進めた。文化の民主化と民衆化を掲げて、「壁の打破」を目指した人民戦線は、様々な工夫を凝らした政策を展開した。たとえば、読者が図書館に通うという発想を転換させて、本が読者に会いに行くという構想を制度化して、巡回図書館バスを走らせたり、ロマン・ロランの「7月14日」の上演の際には、舞台と客席との「壁」が打ち破られて一体感が生まれたり、また、映画「ラ・マルセイエーズ」(ジャン・ルノワール監督)制作にいたるプロセスには、人民戦線らしさが如実に表れていることが解明できた。フランス人民戦線政府が実施した余暇の組織化について、初年度のスポーツ、次年度の旅行に引き続いて最終年度は文化・芸術分野を研究の対象とした。「壁の打破」を掲げていた人民戦線政府は、それまで上流階級が独占してきた芸術・文化を民衆の身近なものにしようと奮闘した。その人民戦線政府の文化政策を、図書館運動、移動図書館の制度化、民衆劇場や巡回劇団などの演劇、とくに1936年7月14日に上演されたロマン・ロランの「7月14日」への反響、またジャン・ルノワール監督の映画「ラ・マルセイーズ」に代表される映像文化運動、画家のフェルナン・レジェが主導した「壁画芸術」などの美術運動、さらには万国博覧会における文化展示などを分析した。科研費交付期間の3年間で、フランス人民戦線の余暇政策として、スポーツ・旅行・文化の3領域での具体的な政策が解明できた。こうして、1936年に成立した人民戦線政府の余暇政策は、フランス人のライフスタイルを変える余暇文明の出発点を画したことが明らかになった。それは、第二次世界大戦後に本格的に到来する余暇社会の原点となり、フランス人民戦線はフランス人にとって、20世紀フランス史の「記憶の場」となった。本研究によって、「文化革命」としての人民戦線が明らかになった。かくして、余暇の組織化がメインの「文化革命」の章を含む著書、『フランス人民戦線ー反ファシズム・反恐慌・文化革命ー』(人文書院)を上梓することができた。これが、科学研究費の交付を受けた3年間の成果である。フランス人民戦線と余暇の組織化が科研のテーマである。平成23年度は、スポーツ・旅行・文化という3つの領域における政策を大局的に捉えるために、まず、人民戦線の文化と政治を論じたパスカル・オリイの基本文献を参照しつつ、スポーツ・旅行・文化の3分野を俯瞰する作業を中心に行った。この作業を通じて、先行研究の再把握と必要な史料の再調査を行い、人民戦線政府の文化革命の概念図の作成に努めた。余暇担当大臣レオ・ラグランジュの政策意図については、Eugene Raude et Gilbert Prouteau, Le message de Leo Lagrange, Paris, 1950.によって解明した。首相ブルムの考えについては、フランス語版のブルム全集および社会党機関誌『ポピュレール』(マイクロフィルム、中央大学所蔵)にあたって分析した。

また、人民戦線の論文が数多く掲載される洋雑誌『社会運動誌』と『20世紀誌』の文献調査を行い、重要な論文を複写した。さらに、東京大学社会情報資料研究センターでは、フランス労働総同盟の機関紙『プープル』や日刊紙『ルタン』、京都大学人文科学研究所では週刊紙『ヴァンドルディ』、大阪大学では日刊紙『ルモンド』の調査を行い、有給休暇や余暇に関する記事を収集した。フランス国立図書館では、ユースホステル研究の学位論文を閲覧した。こうした文献や史料を読破し、人民戦線の「余暇の組織化」に関して、スポーツ・旅行・文化の3分野で行われたブルム内閣の政策をそれぞれ解明した。スポーツの分野では、自ら参加するスポーツへの転換とそのための施策、旅行の分野では割引切符の導入とユースホステルなどの整備の実態、文化芸術の分野では、文化の「壁」を打破する試みとしての、「壁画芸術」運動や移動図書館制度などが明らかになった。本研究の独自性は、従来の反ファシズム・反恐慌に力点が置かれたフランス人民戦線史研究ではなくて、文化革命としてのフランス人民戦線、すなわち、「余暇の組織化」という視点を導入することで、ワークライフバランスが求められる現代社会にとっても有用な教訓を引き出すことができるというものであった。そのために、政策立案者の理念や意図の解明と、スポーツ・旅行・文化の3分野における具体的な政策を探ってきた。1スポーツの分野では、冬のスポーツと空のスポーツについて検討を進めることができた。スキーは当時まだ富裕層のスポーツであったが、雪山の魅力を民衆にも広げる努力が行われたこと、また、「民衆飛行」熱が軍事的な動機を伴いながら広まった様が解明できた。2旅行の分野では、ユースホステル運動を担ったセシル・グリュンボーム=バランの活躍が重要であることを明らかにした。旅を通して世代と階級の溝が露わになりつつも、フランス人がナショナル・アイデンティティを強めたことも確認できた。3文化の分野では、舞台演劇のみならず、ラジオによる舞台中継やラジオドラマの登場によって、より広範な層にまで演劇の醍醐味を味わわせる努力がなされたことや、映画「ラ・マルセイエーズ」の制作にまつわる政府や労働総同盟の協力も明らかになった。政策決定者の意図はかなり解明できたし、余暇を享受した労働者の反応もかなり分かってきたが、まだ不明な点もあるので来年度の課題としたい。現時点での進捗状況は、400字詰め原稿用紙で192枚の論文になっている。本研究の独創性は、従来の反ファシズム・反恐慌に力点が置かれた人民戦線史研究ではなくて、文化革命としての人民戦線、すなわち「余暇の組織化」という視点を導入することで、ワークライフバランスが問題になっている現代にも有用な教訓を導き出すことができるというものであった。そのために、フランス人民戦線の政策立案者の意図の解明と、スポーツ・旅行・文化の3領域での具体的な政策を、議会での議論や新聞の論調、さらには当時の新聞雑誌への投書によって民意を探ることで、ライフスタイルの転換が始まった様が確認できた。(1)スポーツの分野では「見せ物としてのスポーツ」から「自ら参加するスポーツ」へのスポーツ観の転換が行われたこと、つまりプールや競技場建設による参加を促す施策、体育高等師範学校の設立による指導者養成、冬期スポーツや民衆飛行などの空のスポーツについても解明できた。
フィトクロム光変換分子機構の遺伝子発現系をもちいた解析。

フィトクロムは緑色植物の光形態形成反応に関する光情報の受容を行う色素蛋白質であり、PrとPfrの二つの吸収型を持ち、両者の間を可逆的に光変換し、Pfrが生理反応を誘き起こす。本研究では、(1)大腸菌遺伝子発現系により様々なアポ蛋白質を調製し、(2)それらに発色団類似物質を加えてホロ蛋白質を再構成し、(3)それらの光変換およびそれにともなう分子構造変化の解析を行い、応募者が光変換について提案している“H+移動をともなう異性化反応"機構の検証を行うとともに光情報変換分子機構の解明の糸口を探る事を目的としていた。まず最初に、報告されているエンドウ・フィトクロムDNA配列を用いてPCRにより、可逆的光変換能を有する発色団含有ドメイン(smallフィトクロム)に対応するDNA配列を得て、マルトース結合蛋白質との融合蛋白質キットを用いることにより、大腸菌での発現・精製を試みた。その結果、通常の条件では大部分の発現体は封入体内に封入されてしまい、可溶画分にはほとんど検出できなかった。そこで封入体の可溶化を試みたがうまくいかなかった。その後DNA配列の長さや発現の条件を変えてみたが、(2、3)の目的に叶う発現系はまだ得られていない。これとは別にlargeフィトクロムやintactフィトクロムを用いて(3)の解析を進め、1;発色団からのH+脱離が光変換経路のPrからIbl(褪色型中間体)の過程で生じているいる事、2;光変換に伴ってsmallフィトクロム中の或トリプトプァン残基の周囲の微環境がより疎水的になる事、3;N-未満ドメインのalpha-ヘッリクス化が起きる事(論文発表リスト参照)を見つけた。
土地センサス導入による土地統計体系の変容と新たな土地所有像

本研究において筆者は、1993年の「土地基本調査」の開始によって、(1)従来不整備であった土地に関する統計データの体系がどのように変容したか、(2)この調査結果に基づき新たな土地所有像を明らかにすること、この2点を課題とした。研究の結果は次のようである。1.土地統計体系の変容「土地基本調査」の導入で土地所有者を調査単位とする全地目にわたる調査統計が発足したこと。これにより、従来、農林業センサス、住宅統計調査、工業センサス、企業の土地取得に関する調査などの調査統計、固定資産の価格等に関する概要調書などの業務統計によって、地目ごとに断片的にしかとらえられていなかった土地所有の状況を統一的にとらえることができるようになった。しかし、今回はサンプル調査として実施され、法人調査、世帯調査ともサンプル設計と推定方法において改善すべき点が残る。2.新たな土地所有像(1)従来二次的かつマクロでしかとらえられなかった所有主体別の土地所有の分布構造が、法人の業種、資本金、組織形態、所有面積別にとらえることができるようになった。公表されている法人調査の結果の概要からみても面積階級で上位5%の法人が92%の所有をするなど法人内での土地所有の集中がみられる。また東京に本社をおく法人が法人所有面積の32.1%をしめるなど、土地所有においても東京一極集中の構造がデータにより裏付けられた。(2)世帯調査については世帯の類型、年間収入、家計支持者の年令、従業上の地位別の集計がなされ、年間収入階級で200万円未満世帯の現住居敷地所有34.4%にたいして2000万円以上世帯84.8%となり、現住居敷地以外の土地所有についても同様の傾向があり、世帯の土地所有構造の格差の存在がみられた。以上の結果と、1996年春に刊行される法人調査報告書の分析により、現代日本の土地所有構造について論文を取り纒め経済統計学会誌に投稿する予定である。
レーザースッペクルによる臨床眼血流測定装置の実用化及び臨床研究への応用

我々は人眼に適応可能なレーザースペックル現象を応用した二次元解析装置を開発し、in vitro実験により作製したノモグラムから血流速度の定量的な指標であるNB値(normalized blur)を用い、正常人における網膜静脈血流速度を算出し、臨床における本装置の有用性について検討してきた。NB値はその特性から測定限界があり、乳頭近傍の網膜血管血流速度測定に適合したSBR値(square blur rate)を用いた新しい測定装置を開発した。本装置の光学系は、半導体レーザー(波長808nm)および半導体エリアセンサーを装備した眼底カメラ、モニター、イメージセンサーと解析用パーソナルコンピュータ(Windows98^<【○!R】>)より構成されている。眼内に照射され、反射したレーザースペックルパターンはミラーを介して100×100画素のエリアセンサー上に結像する。レーザースペックルパターンのコントラストの変化を高速演算回路で平均強度と偏差に計算し、さらに解析コンピュータでSBR値を算出する。網膜静脈を想定したガラス毛細管を用いたin vitro実験からSBR値は血管内径、血流速度と背景にある脈絡膜血流に相関することが分かり、測定特性を踏まえた上で生体眼で得られた測定値を解析する必要がある。測定した正常人の網膜静脈の平均血管径は150μm、平均血流速度は18.4士3.8mm/sec(平均±標準偏差、n=16)、再現性指数は3.6±0.9%であった。本法による網膜静脈血流測定は臨床的に有用であると考えられる。従来のレーザースペックル試作機を簡便に臨床で使用するために、以下の点について改造と開発を行い、in vitro実験でその定量性について検討した。(1)内部固視標を設置し被検者が良好な固視ができるように仕様を変更した。(2)固視のずれに対して解析画面上で追従するためのソフトウェアを開発した。(3)血管内径の測定を行うためにCCDカメラからコンピュータに血管像を取り込み、血管断面に対するアルゴリズム曲線を解析できるソフトウェアを開発した。(4)脈絡膜、視神経乳頭部の組織血流の変化をより正確に定量するため、レーザー装置の改良で出力の安定性を向上させた。また、ノイズの減少に伴いエリアセンサー感度を向上させた。組織血流量の換算値については、現在、家兎で水素クリアランス法による実験を行っている。(5)大容量ハードディスクドライブ(4ギガバイト)とバックアップ用メディアとして640メガバイトの光磁気ディスク(MO)が使用できるMOドライブを設置し、ハードディスクドライブに保存した解析データを定期的にバックアップできるよう仕様を変更した。(6)さらに簡便な操作を可能にするため、市販の無散瞳カメラを改造し試作機を開発した。この試作機は臨床応用を可能にするため、従来の眼底撮影の機能を生かし、血流測定の機能を付加した。現在、レーザーの照射方向、測定領域、照度やエリアセンサーの感度などについて調整を行い、in vitro実験でその定量性について検討を行っている。上記の開発に加え、本装置の安全性についても猿眼や家兎眼で実験を行い組織学的検討を進めている。従来のレーザースペックル試作機を簡便に臨床で使用するために、ハードとソフトの新たな開発を行った。さらに動物実験で以下の点について本装置の生体に対する安全性を確認し、人眼での網膜静脈血流速度の測定を行い、従来の報告との比較検討を行った。(1)血流測定時のレーザー光線は角膜から水晶体を経由して網膜面上に照射されるが、眼球運動などによりレーザーが虹彩面上に照射されることが想定される。有色家兎を用い、レーザー(808nm)照射による虹彩の組織障害を前房蛋白濃度の変化を捕らえることによって検討した。前房蛋白濃度の測定方法はレーザーフレアセルメーター(興和FC1000)を用いて行い、レーザー出力(1.21.8mW)、照射面積(0.02870.77mm^2)を変化させ、照射前後の前房蛋白濃度の定量的指標であるフォトンカウント値を測定した。

生体に対する安全基準としてANSIに規定されている皮膚の最大許容照度(mW・cm^<-2>)を基に求めた照射面積0.0287mm^2におけるレーザーの連続照射時間は1.5mWで35秒である。実験では安全性の確認のため連続照射時間を5分に設定した。照射面積0.0287mm^2、レーザー出力1.5mWの設定でレーザー照射前後のフォトンカウント値の平均値は照射前12.58±2.06、照射15分後13.46±1.87(平均±標準偏差)で有意な変化は認められなかった。他の設定においても前房蛋白濃度の変化ほとんどは認められないことから、本装置の虹彩に対する安全性については問題ないものと考えられた。(2)本装置の人眼における定量性と再現性について検討した。測定した網膜静脈の平均血管径は150μm、平均血流速度は18.4±3.8mm/sec(平均±標準偏差)、再現性指数は3.6±0.9%であり、血流速度は従来の方法での同一径静脈で得られた値にほぼ一致していた。
言語の創造性を利用して運動の多様性を生み出すロボットの知能

言語は有限の語彙を組み合わせて無限の意味表現を生み出す機能と,無限の意味を文法という規則を通じて効果的に伝達する機能を兼ね備えた記号システムである.人間の高度な知能はこの記号システムにて支えられている.本研究課題では,身体運動と言語表現の連想構造を統計モデルにて表現するロボット知能の枠組みに関する研究開発を実施した.この技術は,ロボットが人間の身体運動を観察してそれを説明文として理解すること,文章に相当する全身運動を生成することを可能とする.また,運動毎に潜む重要な動きを抽出・組み合わせることによって,運動と複数の文章の対応付けも可能になり,言語理解・行動生成の多様性を向上させることができる.言語は有限の語彙を組み合わせて無限の意味表現を生み出す機能と,無限の意味を文法という規則を通じて効果的に伝達する機能を兼ね備えた記号システムである.本研究課題では,この言語が持つ特徴を生かして,多様の運動を言語として理解し,言語から多様な運動を創造するロボットの知能情報処理を構築することを目的とする.これを実現するために,平成25年度では,身体の内部状態を推定しながら動きを分類する方法と各分類に含まれる運動データから特徴的な動きを抽出する技術を開発した.身体の内部状態は,光学式モーションキャプチャにて計測できる身体の表面的な動きと身体に働く外力や筋肉の活動に伴う筋電位計測から推定される筋張力時系列データとして表現される.この時系列データを統計モデルによって学習することで運動を分類する.平成24年度に開発した表面的な体の動きの分類構造と言語表現の関係性を表す数理モデルを身体内部状態へ拡張することで,ロボットが人間の動きを観察し,動きに伴う深部体性感覚までも推定しながら,その行動を言葉として理解することが可能になった.これまでの全身運動を表現する時系列データは高次元であり,各運動を分類するためにその全ての情報が必要な訳ではない.分類された身体運動の高次元データに対して,各次元間の相関を計算することによって,分類毎に特徴的な体の動きを抽出する技術を開発した.人間の全身運動を表す多次元時系列データからその運動を表すのに重要な次元を見つけることに相当する.平成24年に開発した1つの文章から全身運動を生成する技術を活用して,文章から対応する複数の運動を見つけ出し,その運動を代表する動きを重ね合わせることによって,多様なロボットの動きを作成することが可能になった.例えば「手を挙げる」と「歩く」を代表する特徴量を活用して,「歩きながら手を挙げる」動きを作成できることを示した.言語は有限の語彙を組み合わせて無限の意味表現を生み出す機能と,無限の意味を文法という規則を通じて効果的に伝達する機能を兼ね備えた記号システムである.人間の高度な知能はこの記号システムにて支えられている.本研究課題では,身体運動と言語表現の連想構造を統計モデルにて表現するロボット知能の枠組みに関する研究開発を実施した.この技術は,ロボットが人間の身体運動を観察してそれを説明文として理解すること,文章に相当する全身運動を生成することを可能とする.また,運動毎に潜む重要な動きを抽出・組み合わせることによって,運動と複数の文章の対応付けも可能になり,言語理解・行動生成の多様性を向上させることができる.言語は有限の語彙を組み合わせて無限の意味表現を生み出す機能と,無限の意味を文法という規則を通じて効果的に伝達する機能を兼ね備えた記号システムである.本研究課題では,この言語が持つ特徴を生かして,多様の運動を言語として理解し,言語から多様な運動を創造するロボットの知能情報処理を構築することを目的とする.これを実現するために,平成24年度の研究計画には,(A)身体運動および運動を取り巻く環境知覚の記号化(B)身体運動・知覚・言語表象の関係性を表現する数理モデルの構築(C)記号を修飾する作用素を抽出する技術の開発項目を挙げていた.各項目における研究成果を以下にまとめる.(A)人間の全身運動および筋活動度をモーションキャプチャシステム・筋電位センサ・力センサを用いて計測する.34個の身体部位の表層的な動きと1190個の筋肉の体性感覚情報から構成される時系列データを統計モデルのパラメータとして学習する枠組みを構築した.これは,運動の連続値情報がモデルパラメータに記号化されたことを意味する.(B)身体運動感覚の記号間の距離を統計モデル間の非類似として計算し,この距離情報から645個の記号を空間上の点に布置した記号空間を構築した.また,運動に付与された243種類の言語ラベルを特徴ベクトル化することで言語表現を空間上の点に対応付けた言語空間を構築した.正準相関分析によって,記号空間と言語空間の相関が最大となるように両空間を線形変換した新たな記号空間・言語空間を形成した.言語表現を記号空間に写像することによって,言語から運動を生成することが可能となった.また,言語表現を組み合わせて新たな運動を連想することも可能となった.(C)上述の記号空間上において,2つの運動間を結ぶベクトルがそれら運動間の差異を表す.この記号空間上のベクトル表現として,運動を他の運動へ修正する作用素を抽出した.平成24年度の開発項目(A)身体運動および運動を取り巻く環境知覚の記号化(B)身体運動・知覚・言語表象の関係性を表現する数理モデルの構築(C)記号を修飾する作用素を抽出する技術について,以下のように研究進捗を評価する.(A)知覚情報として環境の色・深さ情報を運動モデルに組み込む必要がある.色・深さ情報から環境を分節化・分類する計算の枠組みを構築した.しかし,多種多様な物体を高精度・高速で分類する技術までには至っていない.環境知覚のモデル化に関して,やや進捗が遅れている.

しかし,物体を分類する計算の高精度化は,多くの環境情報を取得して学習データを増やし,汎化性能を向上されることで可能である.また,物体の学習や分類の計算は,容易に並列化処理することができる.(B)身体運動と言語表現の多次元空間上の幾何学に着目して,その間の相関性が高くなるように運動と言語の空間を修正して再形成する手法を確立した.これは当初平成25年度の開発項目であった運動・知覚・言語を繋げる数理モデルが実現されるに至っている.(C)身体運動を空間上のベクトルとして表現し,運動間の差異を各運動に対応するベクトルの差分として抽出することが可能になった.このベクトルの差分を分類する数理モデルを実現することで,言語と運動の作用素が結びつく段階までに迫っている.以上のように,運動を取り巻く環境情報を運動知覚として統合する計算の開発にやや遅れているが,運動と言語表現を繋げる技術の開発が予定より進んでいることを考慮すると,おおむね計画通りに研究は進展していると評価できる.言語を使って多様な運動を理解し,新たな運動を創造するロボットの知能を構築するため,平成25年度では以下の研究開発課題に取り組む.(A)身体運動および運動を取り巻く環境知覚の記号化:身体運動を取り巻く環境から色・深さ情報を計測し,環境中から運動と相関の高い特徴を抽出する技術を開発する.抽出された環境の特徴量を分類する計算法を開発する.これまでに広く研究されてきている物体認識アルゴリズムから,本研究課題に最適な手法を選定し,修正を加えることで実現する.これは,運動時における人間のアテンションを推定する技術に繋がる.(C)記号を修飾する作用素を抽出する技術:運動間の差異は,運動を空間に配置した点の間のベクトルとして表現された.このベクトル表現を分類する計算法,およびベクトルの分類結果と副詞に代表される言語表現の間を繋げる数理モデルを開発する.(D)多様な言語表象から身体運動と近くを生成する計算手法:副詞表現を運動空間のベクトルへ変換する.この変換は(C)の数理モデルを用いることによって行う.そのベクトルに従って運動を修正することで,多様な言語表現に対応した動きを生み出すことが可能となる.(E)多様な身体運動と知覚から言語表象を生成する計算手法:計測された身体運動・環境情報を運動空間の点へ写像する.その点の近傍の運動およびそれらの差を表すベクトルを計算する.これら運動とベクトルを(C)のモデルを通じて言語表現へ変換する.このようにして,身体運動を言語表現として理解する計算法を設計する.該当なし
機関室ウォークスルーシミュレータの開発と船員教育での応用

日本の貿易の99.7%を担う海運業で活躍する,船舶職員の教育訓練システムを,より効果的かつ効率的なものへと発展させることを目的とし,新しい教材の開発に取り組んだ。海事教育機関の運用する練習船内部の実写画像を収集し,その画像データと仮想現実感(VR)技術によって,船内を歩き回るかのような体験を再現するシミュレータを開発し,インターネットで公開した。これによって,船舶職員を目指す学生たちが寮や自宅から,練習船実習の予習復習を自由に試すことのできる環境を実現した。商船高等専門学校や海運会社における,機関系の船舶職員(機関長や機関士)の教育訓練システムを,より効果的かつ効率的なものへと発展させること,また,外洋を航海中の船舶における,機関系のアクシデントやインシデントへの対応を陸上よりサポートする安全管理システムを,より迅速かつ的確なものへと高度化することを目的とし,低コストで現実感に富む機関室シミュレータの開発に取り組んだ。最初に,弓削商船高専の運用する練習船「弓削丸」の機関室内の実写画像を収集し,その画像データと仮想現実感(VR)技術を応用して,機関室を歩き回るかのような体験を再現するシミュレータの開発に取り組んだ。また,そのシミュレータの画面表示に,機関室内の各機器の名称や説明文などの教育コンテンツを盛り込み,学生の自学自習にも活用できるような教材となるよう工夫に取り組んだ。その成果物をインターネットで公開した。これによって,船舶職員を目指す商船学科の学生たちが寮や自宅から,家庭用の一般的なパソコンを使って,練習船実習の予習復習を自由に試すことのできる環境を,低コストで実現した。また講義において新しいシミュレータを活用し,アンケート調査によって教育効果と適合性を測定した。さらに,実写画像データを高密度かつ高効率に収集するため,自動撮影ロボットの開発に取り組んだ。まずは,自動撮影ロボットを構成する要素のひとつである自動回転ジンバルの試作に取り組んだ。これはカメラの視点を固定しつつ方向を変えながら,複数の画像を自動的に撮影するための装置である。カメラの方向を正確に制御できるよう,ジンバルを自動的に回転させるためのモータに,サーボモータを採用した。また,他の高専の運用する練習船の機関室の実地調査と,それらにおいて行われている先進的な教育に関する情報収集を実施した。弓削商船高専の運用する練習船「弓削丸」に加えて,広島商船高専の運用する練習船「広島丸」の,機関室内の実写画像を収集し,その画像データと仮想現実感(VR)技術を応用して,機関室を歩き回るかのような体験を再現するシミュレータの開発に取り組んだ。また弓削商船高専商船学科の学生153名を対象としてデモンストレーションを実施し,アンケート調査によって教育効果と適合性を測定した。さらに,多数の画像データをコンピュータによって比較することで,被写体の位置や撮影の視点を,統計的最適化の手法によって逆算し,機関室内の機器の3次元の座標を高い精度で仮想空間に再構成することに取り組んだ。また,実写画像データを高密度かつ高効率に収集するため,自動撮影ロボットの開発に取り組んだ。まずは,自動撮影ロボットを構成する要素のひとつである自動回転ジンバルを導入し,活用した。商船高等専門学校や海運会社における,船舶職員の教育訓練システムを,より効果的かつ効率的なものへと発展させること,また,外洋を航海中の船舶におけるアクシデントやインシデントへの対応を陸上よりサポートする安全管理システムを,より迅速かつ的確なものへと高度化することを目的とし,低コストで現実感に富む機関室シミュレータおよび操舵室シミュレータの開発に取り組んだ。弓削商船高専の運用する練習船「弓削丸」の機関室内および操舵室内の実写画像と,広島商船高専の運用する練習船「広島丸」の機関室内の実写画像を収集し,その画像データと仮想現実感(VR)技術を応用して,船内を歩き回るかのような体験を再現するシミュレータの開発に取り組んだ。また,そのシミュレータの画面表示に,機関室内や操舵室内の各機器の名称や説明文などの教育コンテンツを盛り込み,学生の自学自習にも活用できるような教材となるよう工夫に取り組んだ。実写画像データの収集に際しては,自動撮影ロボットによる高密度かつ高効率な撮影を実施し,シミュレータにおいて高度な現実感を再現することに成功した。

その結果の反映によって,教育コンテンツの改良と充実に取り組み,再びアンケート調査によって教育効果の向上を確認するというPDCAサイクルを進め,船員教育の現場のニーズに適合した教育訓練システムの構築と高度化を,より効果的かつ効率的に実施することに成功した。日本の貿易の99.7%を担う海運業で活躍する,船舶職員の教育訓練システムを,より効果的かつ効率的なものへと発展させることを目的とし,新しい教材の開発に取り組んだ。海事教育機関の運用する練習船内部の実写画像を収集し,その画像データと仮想現実感(VR)技術によって,船内を歩き回るかのような体験を再現するシミュレータを開発し,インターネットで公開した。これによって,船舶職員を目指す学生たちが寮や自宅から,練習船実習の予習復習を自由に試すことのできる環境を実現した。画像データの収集とシミュレータの開発は順調に進んでいる。また,シミュレータのデモンストレーションとアンケート調査については,当初の予定よりも多くの学生を対象として実施することができている。一方で,自動撮影ロボットの開発は少し遅れており,その構成要素の一つである自動走行ドリーを構築する作業が,当初の計画において予定していた段階に達していないと考えている。ただし,今後の作業の中で取り戻すことのできる程度の遅れと考えている。海事教育自動撮影ロボットの開発と製作には,弓削商船高専の技術職員と,専攻科生3名の協力も得ながら取り組む。また必要に応じて,高専ロボットコンテストに関わっている教員たちにも助言を依頼する。すでに活用中の自動回転ジンバルに加えて,開発中の自動走行ドリーを組み合わせることにより,自動撮影ロボットを完成させ,それを用いて撮影の地点を自動的に移動させ,高密度な視点からの大量の画像データを効率よく収集する。完成した自動撮影ロボットを携えて,他の高専の運用する練習船を訪問し,それらの機関室の撮影作業を,弓削の専攻科生による補助を得ながら実施する。また,シミュレータのプログラム部分の精度と機能の向上にも取り組む。多数の画像データをコンピュータによって比較することで,被写体の位置や撮影の視点を,統計的最適化の手法によって逆算し,機関室内の機器の3次元の座標を高い精度で仮想空間に再構成する。これにより,機関室内の細部の名称や,隠れた配管等の形状を示す図や,機器の動作の様子を示すアニメーションを,実写画像に正確に重ねて表示する機能を実装し,シミュレータの教育効果を高める。改良されたシミュレータの最新版は常に,ウェブアプリケーションとしてインターネットで公開し,学生が寮や自宅のパソコンから利用できるようにする。また,引き続き弓削商船高専の授業や実習の中の,より幅広い場面で,タブレットコンピュータ等を用いてシミュレータを活用し,その教育効果を無記名のアンケートによって測定し,その結果に応じてシミュレータを改良していく。この開発と運用のPDCAサイクルによって,船舶職員の教育訓練システムへの,機関室シミュレータの適合性の向上方法について,効果的に研究を進めていく。シミュレータの開発は順調に進んでいる。
分析電顕によるナノ領域の元素マッピングと状態分析

本研究の目的は二つあった。一つは高分解能電子顕微鏡と電子線エネルギー損失分光法を複合的に用いることにより、ナノ領域の元素分析方法および結合状態分析法を確立することであり、とくにスペクトルとして得られる情報を二次元電子顕微鏡像として可視化する元素分布像の分解能限界を論理的にも、実験的にも評価することであった。二つ目はスペクトルに現れる吸収端微細構造を利用した同種元素の結合状態の差を視覚的に捉える、いわゆる化学マッピング法の可能性を探ることである。得られた結果を箇条書きにすると以下のようになる。1:元素分布像としての電子顕微鏡像の分解能は理論的には0.3nmである。2:本研究で得られた実験的分解能限界は0.9nmであり、理論値との差は試料の電子線照射損傷のためである。3:理論的分解能限界は電子顕微鏡の分析能が充分高い場合には非弾性散乱過程そのものの非局在性に原因がある。4:結合状態の違いを視覚的に捉えることが可能であることを実証した。すなわち3d電子を持つクロム金属に結合した酸素と3d電子を持たないシリコンに結合した酸素を別々の像として撮影することができ、それらの試料内位置が判別できた。5:元素分布像として元素種を定量的に捉える得る限界は炭素原子の場合で約20原子であった。6:元素の定量的解析には非弾性散乱断面積の計算に相対論補正が必要であり、その補正方法を確立した。これにより従来よりさらに高い精度での分析が可能になった。本研究の目的は、エネルギーフィルタ透過電顕法で測定される元素分布像の有効性と限界を真に把握するために、得られる像の空間分解能と強度の定量性を把握することにある。1.元素分布像の空間分解能本研究では、入射電子のエネルギーが1MeVの超高圧電子顕微鏡を用いた。空間分解能を実験的に評価するために、塩化鉄グラファイト層間化合物の観察を行った。塩素のL殻電子励起スペクトルの信号強度を利用し、塩素原子の分布像を撮影するのに成功した。その結果、インターカラント層1層の厚みが0.9nmの厚さで測定された。これは、構造的な厚み0.3nmの他に、測定法に起因する分解能が重畳されていることが判明した。その主な因子として、非弾性散乱過程の非局在性と対物レンズの色収差に起因する像のぼけが影響していることが明らかになった。結論として、高分解能の元素分布像を撮影するには超高圧電子顕微鏡が有効であることが示された。2.元素分布像の定量性構造的によく規定されているカーボンナノチューブの炭素像を撮影し、像強度の定量性について考察した。その結果、試料厚さが十分に薄いナノチューブの場合、像強度は原子数分布を極めて正確に反映していることが明らかになった。更に、超高圧電子顕微鏡で元素分布像を定量化する際には、非弾性散乱断面積の相対論補正をすることが不可欠であることも新たに判明した。また、今回の実験の解析から、ナノメータ以下の空間分解能の条件で、炭素原子の検出限界は18個以下であることが示され、本手法の検出感度の高さが実証された。今年度は超高圧電子顕微鏡を用いた際のエネルギー選択像がどこまで細かい情報を与えるか(言い換えるとどこまで高分解能に出来るか)を理論的に考察し、同時に黒鉛層間化合物を用いて実験的にもその限界を探り、両者の間になおいくばくかのギャップが存在することおよびそのギャップの原因は大部分試料の電子線照射損傷と非弾性散乱過程に置ける非局在性にあることが明らかにされた。現在我々が得た実験的分解能限界は0.9nmであり、理論的分解能は0.3nmで有った。結果を電子顕微鏡学会欧文誌に公表した。次に同一元素であって結合様式の異なる原子を視覚的に見分ける視覚的状態分析の手法として、化学結合分布像の高分解能像撮影を試みた。

クロム酸鉛中の酸素が二種の結合様式を形成していることをスペクトルで確認した後、それぞれのスペクトルを与える非弾性散乱電子を用いて結像し、結合の違いを明瞭に見分けることが出来た。この場合の分解能は電子線照射量に制限があるため10nm程度であったが今後電界放射型電子銃を採用すればさらに高分解能に出来ると思われる。結果を同上欧文誌に公表した。ついでこれらの像の定量化に必要な非弾性散乱電子発生確率を正確に見積もる事が必要であるが我々が用いている高加速電子の場合は従来用いられている非弾性散乱電子発生確率の計算法では不十分であり、相対論補正を行う事が必要であることを指摘し、その補正方式を理論的に考察すると共に実験的にもその大きさを見積もることに成功した。結果をヨ-ロ-ッパ電子顕微鏡学会で発表した。超高圧電子顕微鏡と電子線エネルギー分析器を併用することにより、微小試料内の元素分布を高分解能像として観察できることを示し、その空間分解能の限界がどの辺りにあるのか、またその限界を生じる原因は何かを明らかにした。分解能限界は理論的には0.3nm、実験的限界は現在のところ0.9nmであることを明らかにし、その限界を生じる原因が電子線照射による試料の損傷と非弾性散乱過程の非局在性にあることを示した。前者の問題を解決すれば理論値に近い分解能で元素分布を観察できる。さらにこの方法によって化学結合の違う同種の元素を電子顕微鏡像として識別できることを実例をもって証明した。すなわち3d電子を有する金属に結合した酸素と3d電子を有しないシリコンに結合した酸素を、別々の像として試料の異なる位置に存在することを確認することが出来た。これは化学結合を電子顕微鏡を用いて可視化したことを意味しその意義は非常に大きいものがある。これらの成果は欧文誌Journal of Electron Microcopy誌に2報の論文として公表されている。また散乱過程に相対補正を考慮することによりこれまで以上に詳細な散乱確率の計算値を得ることが出来ることを示しこれにより高い電圧の電子顕微鏡を用いた場合の定量分析の精度の向上に寄与することが出来た。その論文は現在投稿中である。
脱髄性ニューロパチーにおける軸索障害と分子基盤:予後と治療反応性

Axon-myelin interactionに関与する構造としてはランビエ絞輪からjuxtaparanodeに分布する分子群の重要性が指摘されている。ヒト生検腓腹神経のときほぐしから各種分子(チャネル、TAG-1, CNTN1, Caspr, Caspr2など)の分布と発現を免疫組織学的により解析した。光顕レベルの形態は保持されているにもかかわらず、nodeにおけるチャネルの発現変化が観察され、正常例に比べて著明な低下を示した。TAG-1をノックアウトしたマウスの解析では、homologousにTAG-1がノックアウトされた場合、顕著な出産効率の低下とともに、出産後も明らかな発育不全が惹起されることを確認した。このことからTAG-1をはじめとするaxon-myelin interactionにかかわる分子は、主に発生段階でチャネルを介して機能を発現するとともに、脱髄後の修復機転に対しても重要な機能を有することが示された。慢性炎症性脱髄性多発ニューロパチー(chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy, CIDP)は、四肢の運動感覚障害を特徴とする慢性ないし再発寛解性の難治性末梢神経疾患である。治療には経静脈免疫グロブリン(intravenous immunoglobulin, IVIg)やステロイド、血液浄化療法などの免疫療法の有効性がランダム化比較試験で報告されている。そのなかでIVIgは血液浄化療法より簡便に施行が可能であり、長期的な副作用はステロイドより少なく、さらに治療後の効果判定に要する期間が短いなどの理由から、国内外では第一選択となっている。ただしIVIgは輸血製剤であり、安全性の確保と必要性の確認が他剤と比較してより強く求められる薬剤であることが指摘されている。またCIDPの疾患特性から仮に有効であっても将来の再発に対して再投与が必要となることがあり、さらに近年は一定の割合で治療に反応しないIVIg non-responderの存在が指摘されている。我々はCIDPへのIVIg治療反応性の規定因子やIVIgの作用機序の解明を目指しており、過去には国内における有病率/発症率の算出や、IVIg治療反応性の臨床規定因子として軸索機能障害の合併の重要性を明らかにしてきた。当該年度は、軸索関連分子をはじめとする一塩基多型(singlen nucleotide polymorphism, SNP)解析から、axon-glialinteractionにかかわる分子のSNPハプロタイプがIVIg治療反応性に有意に相関することを明らかにした。さらにIVIg治療反応性別の生検神経を対象にした遺伝子発現解析からIVIg responderではILsやTNFなどの液性因子がnon-responderに対し遺伝子発現レベルで有意な亢進を示すことを明らかにした。これはIVIgや副腎皮質ステロイドなど通常の免疫療法への治療反応性を支持する結果であり、今回治療反応性にかかわる遺伝子をのせた治療反応性予測チップの開発に結びつく知見といえる。このように本研究は個別の症例に適切な治療法の選択や、治療反応性の予測に有用であり臨床に還元が可能な成果である。今後は症例数を増やして関連遺伝子の絞り込みをさらに進めるとともに、ヒト由来試料だけでなく実験動物への脱髄モデルの導入を試みることで脱髄を機転に進行する軸索障害機序の解明を目指す予定である。本研究は、難治性疾患とされる慢性炎症性脱髄性多発根ニューロパチー(以下CIDP)やシャルコー・マリー・トゥース病(以下CMT)などの慢性進行性の脱髄性末梢神経障害の治療抵抗性に関与する臨床病理的な要因である一次性の軸索障害機序について、axon-glial interactionに着目した病態解明を行った。Axon-glialinteractionに関与する構造としてはランビエ絞輪(node)からjuxtaparanodeに分布する分子群の重要性が指摘されているが、これらの分子の発現および分布の変化と治療反応性や予後との関連性は今まで明らかにされていないことから独創的な研究といえる。CIDPの病変部神経の病理学的特徴として活動性の節性脱髄や再髄鞘化、周膜下の浮腫が知られているが、これらは高度のonion-bulbを特徴とするCMTなどの末梢神経病理所見と比較して臨床的重症度と解離して軽度にとどまるのが特徴である。その反面、CIDPの電気生理所見は高度の伝導遅延や遠位潜時の延長が必発であり、器質的障害の前の段階である機能的障害の段階が存在する可能性が示唆されている。我々はヒト生検腓腹神経のときほぐし標本を作製し、各種分子(チャネル、TAG-1, CNTN1, Caspr, Caspr2など)の分布と発現を免疫組織学的により解析した。

これらは光顕レベルの形態が保持されているにもかかわらず、nodeにおけるチャネルの発現変化が観察され、正常例に比べて著明な低下を示した。また別のinternode側に分布するチャネルの発現を支配するTAG-1をノックアウトした実験動物を用いた解析から、homologousにTAG-1がノックアウトされた場合、顕著な出産効率の低下とともに、出産後も明らかな発育不全が惹起されることを確認した。このことからTAG-1をはじめとするaxon-glialinteractionにかかわる分子は主に発生段階でチャネルを介して機能を発現するとともに、脱髄後の修復機転に対しても重要な機能を有することが示された。Axon-myelin interactionに関与する構造としてはランビエ絞輪からjuxtaparanodeに分布する分子群の重要性が指摘されている。ヒト生検腓腹神経のときほぐしから各種分子(チャネル、TAG-1, CNTN1, Caspr, Caspr2など)の分布と発現を免疫組織学的により解析した。光顕レベルの形態は保持されているにもかかわらず、nodeにおけるチャネルの発現変化が観察され、正常例に比べて著明な低下を示した。TAG-1をノックアウトしたマウスの解析では、homologousにTAG-1がノックアウトされた場合、顕著な出産効率の低下とともに、出産後も明らかな発育不全が惹起されることを確認した。このことからTAG-1をはじめとするaxon-myelin interactionにかかわる分子は、主に発生段階でチャネルを介して機能を発現するとともに、脱髄後の修復機転に対しても重要な機能を有することが示された。ヒト生検神経のときほぐし標本および、OCT包埋凍結サンプルの両者において、免疫組織学的手法による各種分子の分布を視覚化する手法を確立した。また、TAG-1ノックアウトを行った実験動物についても効率的にgenotypingする手法を採用するとともに、末梢神経および中枢における標本を用いたwesternublottingにより分子の神経特異的な分布を確認するとともに、自己免疫性末梢神経炎を導入しての臨床病理学的解析を施行した。24年度が最終年度であるため、記入しない。すでに特異的な末梢神経炎をきたす候補ペプチドを2種類作成し、実験的自己免疫性末梢神経炎(EAN)の誘導を行っている。これは正常とノックアウト動物の脱髄モデル惹起による行動解析の差異と、脱髄性末梢神経疾患の難治化、すなわち軸索障害機転の病態解明に大きく寄与することが期待できる。ただしTAG-1は比較的週齢の浅い発生段階で重要な機能を有することがこれまでの検討から示唆されており、自己免疫性末梢神経炎を誘導する効率的な週齢を明らかにするため、現在追加実験を行っている。問題点としてはhomologousなノックアウトマウスの出生率は非常に低いことから、目的とする表現型を有するマウスの確保にはかなりの労力が必要と予想される24年度が最終年度であるため、記入しない。
運動後低血圧の生理的メカニズムの解明

本研究では運動後低血圧(PEH)の生理的メカニズムについて明らかにすることを目的にして実験を実施した.実験1 : PEH時の血行動態について検討した結果,運動後低血圧時の原因である総末梢血管コンダクタンスの上昇の3分の2は,内臓,腎,皮膚ではなく運動肢と非運動肢の血管拡張に起因していた.実験2および3 : PEH中に頸動脈圧受容器を刺激し,その時の中心および末梢循環応答を検討した結果,運動前と同様の応答であった.したがって, PEH時の頸動脈圧受容器の機能特性は基本的には安静時から変化しないことがわかった本研究では運動後低血圧(PEH)の生理的メカニズムについて明らかにすることを目的にして実験を実施した.実験1 : PEH時の血行動態について検討した結果,運動後低血圧時の原因である総末梢血管コンダクタンスの上昇の3分の2は,内臓,腎,皮膚ではなく運動肢と非運動肢の血管拡張に起因していた.実験2および3 : PEH中に頸動脈圧受容器を刺激し,その時の中心および末梢循環応答を検討した結果,運動前と同様の応答であった.したがって, PEH時の頸動脈圧受容器の機能特性は基本的には安静時から変化しないことがわかった自転車運動のような動的な運動を長時間行うと,運動後に血圧が運動前の値より1時間以上にわたって低下する現象が認められる.この現象は運動後低血圧(PEH)と呼ばれ,全身の血管コンダクタンス(VC)の増加が原因として考えられている.本研究はこのPEHの生理的メカニズムを解明することを課題としており, 1年目はPEHの原因である全身のVC増加は,主に局所のどこの組織・臓器での血管拡張(VCの増加)によって引き起こされているのかを明らかにすることを目的とした.被験者は,仰臥位で30分間安静の後,椅座位で自転車運動を60分間行い,再び仰臥位で60分間安静を保った.運動前と運動後60分間の前半と後半に大腿動脈,上腕動脈,腎動脈,上腸間膜動脈の4血管への血流量を超音波ドップラー法により測定した.同時に,心拍数,平均血圧(MAP),心拍出量,皮膚血流量を測定した.心拍数は運動後に運動前よりも若干高いレベルを維持していたが,その後,時間経過とともに運動前の値に回復した. MAPは,運動前に比べて運動終了後,約20分目から一貫して有意な低下を示した.各血管のVCは,大腿動脈と上腕動脈のみ運動後に有意な増加を示したが,その他の部位では有意な変化は認められなかった.全身のVC増加には,運動肢のみならず非運動肢のVC増加も貢献していた.また,その貢献度は運動肢が約40%,非運動肢が約25%であり全体に対して両者で約3分の2を占めるものであった.動的運動を長時間行うと,運動後に血圧が運動前の値より1時間以上にわたって低下する現象(PEH)が認められる.短期的な血圧調節には動脈圧反射が関与するが,PEH時におけるその機能特性は必ずしも明らかにされていない.本研究はPEHの生理的メカニズムを解明することを課題としており,2年目はPEH時における頸動脈圧反射機能特性について,中心循環応答を中心に検討した.被験者は仰臥位で30分の安静の後,立位で自転車運動を60分行い,再び仰臥位で60分の安静を保った.運動前と運動後に可変圧ネックチャンバーによって頸動脈圧受容器を刺激(+40,0,-40,-60torr)しながら,心拍数,平均血圧,一回拍出量,心拍出量および総末梢血管コンダクタンスを測定した.被験者16名のうち8名ではPEHがみられたが,残り8名ではみられなかった.そこで,それぞれをRE群,non-RE群に分けて解析をした.圧受容器刺激時における中心循環応答の変化量は,RE群では運動前後で変わらなかったが,non-RE群では-40torrで刺激した時,心拍数および平均血圧が運動後に有意に増加した.また,総末梢血管コンダクタンスにおいても,-40torr刺激に対する応答が運動後において増加する傾向(p=0.06)が認められた.このことから,PEHがみられない被験者(non-RE群)は,運動後に頸動脈圧受容器を介した中心循環応答の感受性が亢進する可能性が示唆された.動的運動を長時間行うと,運動後に血圧が運動前の値より1時間以上にわたって低下する現象(PEH)が認められる.短期的な血圧調節には動脈圧反射が関与するが,PEH時におけるその機能特性は必ずしも明らかにされていない.本研究はPEHの生理的メカニズムを解明することを課題としており,最終年度である3年目はPEH時における頸動脈圧反射機能特性について,末梢循環応答を中心に検討した.被験者は仰臥位で30分の安静の後,立位で自転車運動を60分行い,再び仰臥位で60分の安静を保った.運動前と運動後に可変圧ネックチャンバーによって頸動脈圧受容器を刺激(+40,0,-40,-60torr)しながら,運動肢である膝下動脈(LBF),非運動肢である上腕動脈(ABF)の血流量を測定した.同時に,心拍数,平均血圧および心拍出量を測定した.被験者は2年目と同様にPEHの出現の有無によって,PEHの出現があった群をRE群,PEHがみられない群をnon-RE群として解析を行った.

圧受容器刺激時におけるLBFおよびABFの変化量は,RE群では運動前後で変わらなかったが,non-RE群では-40torrで刺激した時,LBFとABFともに運動後に有意な増加が認められた.このことから,PEHがみられない被験者(non-RE群)は,運動後に頸動脈圧受容器を介した交感神経活動減弱に対して局所の血管応答が増大する傾向が示唆された.2年目の結果と併せて考察すると,PEH時,すなわちRE群の運動後においては,頸動脈圧受容器を介した中心および末梢循環応答は運動前と違いはみられず,PEH時に頸動脈圧反射機能特性は基本的には変化しないことが示唆された.一方で,PEHがみられない被験者(non-RE群)は,運動後に頸動脈圧受容器を介した中心および末梢循環応答が運動前と比較して増強する可能性があり,頸動脈圧反射機能特性は運動後に右上方へ移動する可能性が示唆された.
電磁誘導トモグラフィの3次元解析ソフトウェアの開発

電磁誘導トモグラフィは電磁誘導現象を利用して地下内部の電気比抵抗構造を詳細に把握するための探査技術である。電磁誘導トモグラフィを実用化するためには地質構造の3次元性を考慮した解析法が必要である。本研究は、送受信点配置に制限を設ける必要のない3次元解析法を開発することを目指した。有限要素法を用いた三次元モデリングの妥当性を検証していく中で、比抵抗のコントラストが特に大きい場合や使用周波数が低い場合には精度が極端に低下することが判明した。これは、通常の節点を使った有限要素法では場の連続性を仮定するために、比抵抗の境界における電場の不連続性が再現されていないためであることが明らかになった。そのため、電場の不連続性を考慮できるスタッガード・グリッド差分法および辺要素有限要素法を試みモデリングの高精度化について研究を行った。その結果、周波数が100Hz程度以上では比抵抗コントラストが大きくてもほぼ所要の精度が得られることを確認した。また、周波数が低くなるほど連立方程式の条件が悪くなり(条件数が大きくなり)、数値誤差の影響が増大することが明らかになった。これまでの研究では数値解法としてSOR法を用いてきたが、低周波数側でのモデリング精度を向上するためには他の反復解法(例えばICBCG法)を試みる必要がある。さらに、それだけでなく「電流密度の発散は零」という電荷保存則を付加条件として組み入れる定式化について検討していきたい。このような点に関して研究を進め、周波数に依存せずに所要の精度が得られる3次元モデリング技術を確立した上で、逆解析についても研究する予定である。有限要素法による3次元電磁場モデリングの高精度化、高速化を図るため、メッシュサイズと解の収束性との関係、境界条件と精度の関係、無限要素の効果について数値実験を通して研究した。その結果、自由境界条件と固定境界条件の場合、所要の精度を得るためには境界に近づくほどメッシュサイズを拡大する必要があり、そのために解の収束性は低下すること、一方無限要素を採用した場合はメッシュサイズを一定にしたままで良好な精度が得られることが明らかになつた。次に有限要素法を利用した3次元インバージョン法の開発を行った。インバージョン法では感度行列を効率的に求めることが必要であるが、本研究では均質大地のグリーン関数を利用して近似的な感度行列を求めることとした。2次元構造に対する数値実験の結果によれば、探査対象物の比抵抗とバックグランド比抵抗の比が約20倍以内であれば、ほぼ良好な再構成結果が得られる。今後は種々に対して実験を行い、上記の方法の有効性を検討していきたい。なお本研究で開発したソフトウェアは平成7年度に設備したワークステーション上に移植した。

これまでの研究では数値解法としてSOR法を用いてきたが、低周波数側でのモデリング精度を向上するためには他の反復解法(例えばICBCG法)を試みる必要がある。さらに、それだけでなく「電流密度の発散は零」という電荷保存則を付加条件として組み入れる定式化について検討していきたい。このような点に関して研究を進め、周波数に依存せずに所要の精度が得られる3次元モデリング技術を確立した上で、逆解析についても研究する予定である。