hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺跡探査パルスレーダ用アンテナの設計と埋設物のイメージング法に関する研究

本研究は,高性能な遺跡探査レーダを開発することを目的として,探査レーダ用アンテナの設計コードの開発と,申請者らが独自に考案したバイスタティックアクティブイメージング法の有効性を野外実験によって実証しようとするものであり,本年度は以下の成果を得た.1,遺跡探査パルスレーダの設計・試作及び野外実験:遺跡探査パルスレーダ用フェライト電波吸収体内装ギャビティー付きアンテナの3次元計算機シミュレーションコードを開発し,キャビティーサイズ,フェライト吸収体,アンテナ高がアンテナに与える影響を詳細に解析することにより,アンテナの最適化のためのいくつかの有用な知見を得た.さらに,この結果を参考にして昨年度試作したアンテナの改良を行い,良好な特性を持つアンテナを制作した.2,地中埋設遺跡のイメージング法:申請者らが独自に考案した埋設物のバイスタティックアクティブイメージング法による遺跡探査実験の高速化をはかるため,上記アンテナをアレー化すると共に,備品のサンプリングスコープを用いて時間軸での直接測定システムを完成させた.このシステムを用いて,東北大学工学部敷地内で予備実験を行い,その有効性を確認した.次に,群馬県子持村田尻遺跡での探査実験を行い,有用な結果を得た.本研究は,高性能な遺跡探査レーダを開発することを目的として,探査レーダ用アンテナの設計コードの開発と,申請者らが独自に考案したバイスタティックアクティブイメージング法の有効性を野外実験によって実証しようとするものであり,本年度は以下の成果を得た.1,遺跡探査パルスレーダの設計・試作及び野外実験:遺跡探査パルスレーダ用フェライト電波吸収体内装ギャビティー付きアンテナの3次元計算機シミュレーションコードを開発し,キャビティーサイズ,フェライト吸収体,アンテナ高がアンテナに与える影響を詳細に解析することにより,アンテナの最適化のためのいくつかの有用な知見を得た.さらに,この結果を参考にして昨年度試作したアンテナの改良を行い,良好な特性を持つアンテナを制作した.2,地中埋設遺跡のイメージング法:申請者らが独自に考案した埋設物のバイスタティックアクティブイメージング法による遺跡探査実験の高速化をはかるため,上記アンテナをアレー化すると共に,備品のサンプリングスコープを用いて時間軸での直接測定システムを完成させた.このシステムを用いて,東北大学工学部敷地内で予備実験を行い,その有効性を確認した.次に,群馬県子持村田尻遺跡での探査実験を行い,有用な結果を得た.
東ヨーロッパにおける民主化と「市民社会」-ハンガリーを中心に東中欧比較史の視座から-

1980年代末以降の東中欧諸国の民主化過程の分析を、ハンガリーを中心に、「市民社会」概念を用いて歴史的展開の中に位置付ける作業を進め、その成果の一部を、一つには、「東中欧民主化と市民社会論の射程-近代ハンガリー史への視座を交えて」という論攷として東北大学法学部の紀要に発表し、もう一つとして、1999年度日本政治学会研究会で「東中欧民主化と市民社会・政党制・政治文化」と題して報告を行った。前者においては、共産党独裁体制の変容とデモクラシーへの移行過程とを、規範概念とは区別された分析概念としての「市民社会」概念を用いて、東中欧諸国間の比較に主眼を置きつつ分析することを試みた。後者の学会報告においては、紙幅の関係で論文においては素描するにとどまったデモクラシーの固定化の時期を中心に、政党制の安定化過程と民主的政治文化の定着過程とに焦点を当てて、概観と同時に比較分析を試みた。政党制に関しては、変易性volatility指数を用いて、その安定化過程の遅れを指摘し、この要因の一つとして政党制と亀裂cleavageとの間の結合が市民社会の諸組織によって媒介される程度の低さを指摘し、他方で、にもかかわらず民主的政治文化の定着度は少なくとも東中欧三国では比較的高く、この現象は政治エリートの民主的な行動様式の定着度によって、部分的には、左右されるものであること、翻って前体制下での市民社会における対抗エリートの政治文化の反映でもあることを指摘した。更に論文の末尾に、補論として、民主化前後にハンガリーで人口に膾炙した「市民化polgarosodas」という概念を用いて、ハンガリー近代史を市民社会概念を用いて再構成する方向性を、最近の現地での社会史の研究動向の紹介を絡めて、論じた。この点はまだ試論の域を出ず、今後の課題である。1980年代末以降の東中欧諸国の民主化過程の分析を、ハンガリーを中心に「市民社会」概念を用いて長期的な歴史的展開の中に位置付ける作業を進める中で、幾つかの論点の重要性が明らかとなった。第一に、「市民社会」概念に関して、政治学的に有用な市民(citoyen;civil)社会概念は経済的な市民(bourgeois)社会とは区別して、批判的公衆の活動する公共空間として措定する必要がある。他方で、自発的結社や集団的示威活動が制約を受けていた共産党独裁体制下では、公共空間と知識人・作家・学生・労働者の私的活動のネットワークの存在との関連にまで踏み込んだ探求が必要である。第二に、時期区分に関して、共産党独裁体制を少なくとも、市民社会の抑圧と私的生活の浸食を伴う「全体主義体制」期と、非政治的私的活動の放置と党-国家の政治権力独占との間の暗黙の協定を伴う「ポスト全体主義体制」期とに区分するのみでなく、後者の中で更に、私的活動のネットワークに支えられた公共空間の萌芽的成立を見る「成熟したポスト全体主義体制」とその発達が阻害される「凍結したポスト全体主義体制」とを区分する必要があり、前者は交渉-協定型の民主化へ、後者は崩壊-断絶型の民主化へ帰結する様に、両者の相違は民主化の形態との間に密接な関連path-dependencyを持っている。現地の研究者のレヴューを受けるために予定していた海外出張は、年度を跨る時期に当たり、科研費からの支出が困難であることが判明したために、私費で賄うことにした。今後は現地の研究者の意見も参考に考察を進めて、本研究の成果の一部を平成11年度中に東北大学法学部の紀要に発表し、同年度秋に予定されている日本政治学会で報告を行う予定でいる(共にエントリー済み)。
全脊麻の脳内モノアミン代謝に及ぼす影響

視床下部は下行性疼痛抑制系として直接的鎮痛に関与すると同時に,情動中枢として心理的な疼痛の修飾にも関与すると考えられる.これらの機能は脳内モノアミン代謝と密接に関係している.われわれはラットを用いて,全脊麻が難治性疼痛を軽減する作用機序として,視床下部におけるモノアミン代謝が関与しているかどうかを調べた.対象および方法:生後810週齢Wistar系雄性ラット(250300g)を用いた.視床下部へ微少透析プローブを挿入し,解析プローブにリンゲル液を2μl/minの流速で灌流した.灌流液を15分毎に採取し,オートインジェクターでEicompak MA-5 ODSカラムに注入し,ドーパミン及びセロトニンの代謝産物を電気化学検出器で測定した。ラットを抱水クロラールで麻酔し,挿管後人工呼吸下に後部下芽刺によりクモ膜下腔に2%リドカイン10μlを注入し,瞳孔散大の確認により全脊麻とした.結果:全脊麻の前後でセロトニンの代謝産物である5-HIAA,ドーパミンの代謝産物であるDOPACやHVAには有意な変化は認められなかった.考察:全脊麻は難治性疼痛に対する有力な治療手段として知られるが,その作用機序を調べた研究はない.疼痛および鎮痛のメカニズムにはいくつもの神経伝達物質が複雑に関与していると思われるが,本研究においてはモノアミンに注目した.本研究結果は,全脊麻そのものは,正常ラット視床下部のモノアミン代謝に影響を与えないことを示している.しかし,難治性疼痛を有する個体の脳内モノアミン代謝には,影響するかも知れない.慢性難治性疼痛モデルでの実験の追加が必要である.今回の結果は第30回日本ペインクリニック学会で発表予定であり,現在,演題申込中である.視床下部は下行性疼痛抑制系として直接的鎮痛に関与すると同時に,情動中枢として心理的な疼痛の修飾にも関与すると考えられる.これらの機能は脳内モノアミン代謝と密接に関係している.われわれはラットを用いて,全脊麻が難治性疼痛を軽減する作用機序として,視床下部におけるモノアミン代謝が関与しているかどうかを調べた.対象および方法:生後810週齢Wistar系雄性ラット(250300g)を用いた.視床下部へ微少透析プローブを挿入し,解析プローブにリンゲル液を2μl/minの流速で灌流した.灌流液を15分毎に採取し,オートインジェクターでEicompak MA-5 ODSカラムに注入し,ドーパミン及びセロトニンの代謝産物を電気化学検出器で測定した。ラットを抱水クロラールで麻酔し,挿管後人工呼吸下に後部下芽刺によりクモ膜下腔に2%リドカイン10μlを注入し,瞳孔散大の確認により全脊麻とした.結果:全脊麻の前後でセロトニンの代謝産物である5-HIAA,ドーパミンの代謝産物であるDOPACやHVAには有意な変化は認められなかった.考察:全脊麻は難治性疼痛に対する有力な治療手段として知られるが,その作用機序を調べた研究はない.疼痛および鎮痛のメカニズムにはいくつもの神経伝達物質が複雑に関与していると思われるが,本研究においてはモノアミンに注目した.本研究結果は,全脊麻そのものは,正常ラット視床下部のモノアミン代謝に影響を与えないことを示している.しかし,難治性疼痛を有する個体の脳内モノアミン代謝には,影響するかも知れない.慢性難治性疼痛モデルでの実験の追加が必要である.今回の結果は第30回日本ペインクリニック学会で発表予定であり,現在,演題申込中である.
カオス力学系に出現する不変集合の複雑性の研究

本研究では、コンパクト距離空間とその上の連続写像という非常に一般的な研究対象を、幾何学的トポロジー(特に、連続体論)、位相空間論、力学系理論およびエルゴート論を駆使して総合的に研究する。位相力学系、連続体論および位相空間論の方法論を融合して、可分距離空間上の力学系の原理的な構造の解明に役立てたい。特に位相空間論からの研究という基本原理に立ち返った研究方法は、本研究の大きな特色でもある。また本研究では幾何学的トポロジーの見地からも、特に連続体論から力学系のカオスを研究していく。こうした力学的構造と幾何構造を理論的かつ統一的に解明できることは本研究の大きなメリットと考えている。
患者中心の医療をめぐる学際的研究

文部省科学研究総合A研究班として『患者中心の医療をめぐる学際的研究』というテーマのもとに、平成3年度からの3ヵ年間、専門を異にしながらもバイオエシックス(bioethics)の観点から研究をしている十名の共同研究者と共に研究を進めてきた。単に医学・医療の面からの研究では解明されえない人にとって重要な問題について、宗教学、哲学、倫理学、法律学、医療経済学、生物科学の専門家に、医学、医療、看護などの医療関係者も加わった研究班員一同が集まって、異なる立場から議論をし、さらに既に発表されている文献資料の内容を分析検討し、現在の日本社会に適した生命倫理観を模索しつつ共同研究を積み重ねてきた。第一年度には、主に「人の死をめぐる諸問題」を、第二年度には、主に「人の生をめぐる諸問題」に焦点を合わせて研究をし、第三年度には、前年度から進行中の研究を総括的に見直し、必要な追加研究課題を絞って研究を纏めると共に、生と死の両面からの研究課題についても研究を行った。最近、わが国において議論の多い次のようなテーマ:臓器移植、脳死、植物状態,末期医療、がんの告知、自然死、尊厳死、安楽死、根治療法が未だにないエイズ、ホスピス・ビハ-ラ、体外受精・胚移植、凍結受精卵による体外受精、顕微授精、男女の生み分け、遺伝子診断を含む出生前診断・遺伝子治療、人工妊娠中絶などすべて検討された。各年度ごとに上智大学7号館の特別会議室で開催してきた当研究班の公開討論会の第3回目は、平成6年1月23日に開催され、「研究班の研究経過報告」に次いで「医療経済の立場から」「法学の立場から」「生命科学の立場から」「遺伝をめぐるバイオエシックス」「生命維持治療の放棄をめぐる自己決定とその代行」「宗教の立場から」「臨床の立場から」の順で研究発表と質疑応答があり、最後に「総合自由討論」が行われた。今回は、3か年の研究を基にしての討論であっただけに、多数の一般参加者とも熱気溢れる討論が行われ、好評であった。「患者中心の医療をめぐる学際的研究」を行っているわが研究班では、法学(刑法・民法)、宗教学、哲学、生命科学、基礎・臨床医学、看護学、医療経済学とバイオエシックスの専門家10名が同一の課題に向かって共同研究を行い、第1年度の研究発表として別紙記載の論文発表の他に、平成4年1月19日に東京四谷の上智大学において公開討論会を開催し、多くの一般参加者を迎えて、熱心な意見の交換が行われ、予想以上の成果を上げることができ、新聞や雑誌などに成果が報道された。今回の第1回公開討論会では、研究班員の半数が講演をし残りの半数が司会に当たると共に、パネルディスカッションでは全員がパネリストとして討論に参加し、一般参加者との間で熱心な意見の交換が行われた。代表研究者の星野が、医学・医療・バイオエシックスの見地から「患者中心の医療とは何か」についての講演で公開討論会への導入を行った。初めに「臨床看護研究にからむ生命倫理的問題」と題して看護学の南教授が講演をし、次いで「患者中心の医療を考えるー脳神経外科臨床の現場より」と題して専門家の福間医師が具体例を挙げて臨床上の問題点について講演をした。次に、死をめぐる生命倫理学的検討に移り、生命科学担当の青木教授が「脳死は人の死か」について医学的、社会的、生命科学的見地から意見を述べた。

最後に、宗教学の立場から、藤井教授が「ビハ-ラと仏教の生死観」について講演をし、末期患者ならびに臨死患者をめぐる患者中心の医療と家族への配慮について論じた。これらの講演の後に、バイオエシックスの専門家である木村教授がコ-ディネ-タ-となってパネル・ディスカッションを行ったが、80分では時間が足りないほどの活発な意見の交換があり、大変に有意義な公開討論会となった。最後に、大阪大学の武田裕助教授が「まとめ」として10分間講演をして締めくくった。以上が、わが研究班第1年度の報告である。三か年計画の「患者中心の医療をめぐる学際的研究」の第2年度の研究目的は、初年度に主に「人の死をめぐる問題」について生命倫理的研究を行った後を受けて、主に「出生をめぐる問題」に焦点を合わせて学際的研究を行うことであった。第2年度の研究発表として、別紙に記載した研究班員による論文発表の他に、平成5年1月17日に東京四谷の上智大学において「患者中心の医療をめぐる学際的研究-生をめぐる生命倫理」と題して公開討論会を開催した。150名を越える一般参加者を迎えて、質の高い研究発表ならびに熱心な質疑応答が行われ、予期した以上の成果を挙げることができ、新聞・雑誌などに討論の内容が報道された。今回の公開講演会では、初年度の公開講演会で司会を務めた研究班員が演者、他が司会者となり、最後のパネル・ディスカッションでは研究代表者星野がコーディネーターを務め、研究班員全員が討論に参加し、一般参加者との間でも多岐にわたる問題について活発な討論が行われた。公開討論会では、最初に星野が現在までの研究班の研究経過報告をして討論への導入をした。最初に、江見康一教授が「生をめぐる生命倫理-医療経済学の立場から」について講演され、次いで民法の立場から「自己・家族・生命」と題して唄孝一教授が講演された後、桑木務名誉教授が「生命倫理をめぐる哲学的論議」について講演された。木村利人教授が「生殖医療の政治化とヒト・ゲノム解析のバイオエシックス」について外国の情勢を含めて講演され、最後に中谷瑾子教授が「人為的生殖と人工妊娠中絶に関する法的問題」について講演を行った。パネル・ディスカッションには、生命科学の青木清教授、脳神経外科の福間誠之部長、宗教学の藤井正雄教授も加わってさらに学際的領域が広がり、昨年度の公開講演会に勝るとも劣らない真剣な問題提起と、それらに対する議論百発で、2時間に及ぶ討論時間も短か過ぎる恨みすらあった。以上が、わが研究班の第2年度の研究成果に関する報告の概要である。文部省科学研究総合A研究として『患者中心の医療をめぐる学際的研究』というテーマのもとに、平成3年度からの3ヵ年間、専門を異にしながらもバイオエシックス(bioethics)の観点から研究をしている十名の共同研究者と共に研究を進めてきた。単に、医学・医療の面からの研究では解明されえない人にとって重要な問題について、宗教学、哲学、倫理学、法律学、医療経済学、生物科学の専門家に、医学、医療、看護などの医療関係者も加わった研究班員一同が集まって、異なる立場から議論をし、さらに既に発表されている文献資料の内容を分析検討し、現在の日本社会に適した生命倫理観を模索しつつ共同研究を積み重ねてきた。第一年度には、主に「人の死をめぐる諸問題」を、第二年度には、主に「人の生をめぐる諸問題」に焦点を合わせて研究をし、第三年度には、前年度から進行中の研究を総括的に見直し、必要な追加研究課題を絞って研究を纒めると共に、生と死の両面からの研究課題についても研究を行った。
西田哲学の比較人間形成論的研究

本研究では、これまで多様な学問分野から参照されてきた西田幾多郎のテクストを、教育学の分野から人間形成論として読解することを試みた。その研究成果は三つに分節化できる。1.木村敏(精神医学)における西田哲学の受容に着目し、教育学的「自立/自律」概念を再検討した。2.ドナルド・ショーンの専門家論を媒介として、西田の「行為的直観」概念とマイケル・ポランニーの「暗黙知」概念との共通性を指摘し、教師の実践知への西田哲学からのアプローチを試みた。3.西田の遺墨のうち松本厚(ギリシア哲学)に贈与されたと推定される作品一点の由来を探究し、西田による書の制作と贈与の意義について人間形成論的観点から考察した。本研究は、西田幾多郎のテクストを人間諸科学との比較思想的な検討を重視しつつ人間形成論として読解し、教育学の分野から新たなコンテクスト設定を試みるものである。初年度の平成22年度は専ら研究の基礎的作業に充てられ、当初予定していた研究成果の発表までには至らなかったが、本年度中の実績を各論的に示せば以下の通りである。(a)新版『西田幾多郎全集』の電子データ化は、テクストの検索・引用の利便性を高める意義を持つものであるが、いくつかのハプニングがあり大幅に遅れている。電子データ作成のためのスキャナー購入に際し、機種選定・見積もりから納品までかなりの時間を要したほか、スキャナーとパソコンとの接続方法や、スキャンしたデータのファイル保存方法に関して、慣れない作業を進めるなかで予想外に手間と時間を取られることとなった。年度末の時点でようやく電子データ作成・保存の過程が軌道に乗り出した段階にある。この作業を次年度の早い時期に終了したい。(b)諸領域の文献の収集・検討に関しては、西田哲学・日本思想の関連文献のほか、本年度は精神医学・精神分析の関連文献にやや重点を置いて収集を行った。これをもとに次年度には、「臨床哲学」を掲げる精神医学者・木村敏における西田哲学の受容に関する研究発表を行う予定である。(c)国内・海外での資料調査に関しては、国内在住の研究者を訪問して、海外調査の前提となる情報提供を受けた(金沢および弘前への出張・聴き取り調査)。特に弘前では、海外資料調査のほか、テクストの電子データ化についても有益な情報を得ることができた。提供された情報ならびに刊行されている先行研究を参考にして、次年度にはアメリカ合衆国での1週間程度の資料調査を行う予定である。4年計画の2年目に当たる平成23年度の研究実績を各論的に示せば以下の通りである。1.「臨床哲学」を掲げる精神医学者・木村敏における西田哲学の受容に着目しながら両者を人間形成論として読解する思想研究を行い、教育思想史学会第21回大会において発表した(2011年9月)。「「おのずから」より「みずから」へ-木村敏と西田幾多郎を介しての「自立/自律」概念の再検討一」と題する本研究では、教育の目的とされる個人の「自立」あるいは「自律」という概念を、古来の日本語の「おのずから」と「みずから」という概念対を比較対象として捉え直すことを試みた。木村の自己論とそれに多大な影響を与えている西田哲学に依拠しながら考察を進め、しばしば対立的に捉えられる「依存/他律」と「自立/自律」とは相互に浸透し合う関係があり、単純な二項対立図式では捉えられないことを明らかにした。本研究は、これまで別々に論じられてきた「自立/自律」概念(西洋的概念)と、「おのずから」と「みずから」という概念対(日本的概念)とを架橋して統一的に論じたところに、その意義・重要性を持つものと考えられる。2.アメリカ合衆国において、西田哲学研究に関する文献資料の調査、ならびに当該分野に関する在米日本人研究者へのインタヴュー調査を行った(2012年2月)。コロンビア大学(ニューヨーク)の東アジア図書館にて西田関係の資料の調査を行い、豊富な日本語文献と英語文献の所蔵を確認したほか、西ワシントン大学(ワシントン州ベリンハム)の図書館においても同様の調査を行うとともに、同大学の遊佐道子教授に面会して米国での西田哲学研究の状況等に関するインタヴュー調査を行った。近代日本の哲学者・西田幾多郎(1870-1945)の思想は、これまで学問諸領域から多様なコンテクストのもとに参照されてきた。教育学の基礎研究としての本研究は、西田のテクストを人間の発達や変容を説明する人間形成論として読解し、教育学の分野から新たなコンテクストを設定しようとする試みである。

最終年度に当たる平成25年度の研究実績の概要を示せば以下のようになる。1.過年度より継続していた作業課題である新版『西田幾多郎全集』(岩波書店、2002-09年)全24巻の電子データ化が実現した。ただし、『全集』の発行所である岩波書店の権利を侵害しないため、電子データの利用は研究者本人に限定するものとする。2.未解明な部分の残る西田の同時代的状況(歴史的コンテクスト)に関わる研究の一環として、「西田幾多郎による書の制作と贈与ー松本厚への贈与作品の検討を中心にー」と題する研究発表を行った(北陸宗教文化学会第20回学術大会、2013年10月)。西田はその生涯に多数の書(墨蹟)を遺しているが、本発表では、『西田幾多郎遺墨集』(1977)の収録作品と同内容であり、かつ同書の編集過程では未発見であったとみられる作品一点の由来を報告するとともに、西田による書の制作と贈与の意義について考察を行った。この作品は、晩年の西田から松本厚(1904-1996、ギリシア哲学)に贈与されたと推定されるものである。西田の書については、これまで墨蹟そのものに焦点を当てた紹介や解説がなされてきたが、本発表では、西田による書の制作と贈与という行為を、同僚や後進など受贈者との関係のうちにある行為として捉え、こうした観点から墨蹟=作品を捉え直すことを試みた。当該作品については、後進に贈られたメッセージとして、西田自身の生き方や心境を示して後進を激励する意義を持つものであったとする人間形成論的観点からの考察を行った。本研究は、西田幾多郎のテクストを人間諸科学との比較思想的な検討を重視しつつ人間形成論として読解し、教育学の分野から新たなコンテクスト設定を試みるものである。4年計画の3年目に当たる平成24年度の研究実績を各論的に示せば以下の通りである。1.過年度に行われた教育思想史学会第21回大会(2011年9月)のコロキウム「教育学的「自律」概念の再検討」において発表した研究「「おのずから」より「みずから」へー木村敏と西田幾多郎を介しての「自立/自律」概念の再検討ー」の概要が、同コロキウムの報告論文(共同論文)の一部として『近代教育フォーラム』第21号(2012年10月)に掲載された。本研究は、精神医学者・木村敏における西田哲学の受容に着目しながら両者を人間形成論として読解する研究であり、「おのずから」と「みずから」という日本語の概念対により「自立/自律」という西洋近代的概念を捉え直したところに、その意義・重要性を持つものと考えられる。2.日本教育学会第71回大会(2012年8月)において、「行為的直観と暗黙知ー教職の専門性への西田哲学的アプローチー」との題目で発表を行った。本研究は、教職の専門性を構成する教師の実践知について西田哲学からのアプローチを試みたものである。具体的には、西田の後期思想で知識論の中心概念となった「行為的直観」と、「反省的実践家」論で著名なドナルド・ショーンが「行為の中の知(knowing-in-action)」を論じるなかで参照しているマイケル・ポランニーの「暗黙知(tacit knowing)」の概念との共通性に着目することにより、西田哲学と教職専門性論とを架橋することが可能であることを論じた。抽象度の高い西田の概念が、教職の専門性という教育学のアクチュアルなテーマと結びつく可能性を示したところに、本研究の意義と重要性が存するものと考えている。
微小環境制御による硬組織再建方法の開発

Bone morphogenetic protein (BMP)は皮下や筋肉内に埋入すると異所性の骨化物を誘導する能力があり、骨の再建に有用と考えられてきた。しかし臨床的に必要な骨量を誘導するには活性が弱く大量のBMPを用いるため、コスト面等の問題が実用化の大きな障壁となっている。申請者らはBMP-2とTransforming growth factor- β1 (TGF- β1)を併用することによりBMP-2の骨形成能を増強することがわかり、形成促進は低酸素誘導因子であるHypoxia Inducible Factor-1 (HIF-1)の発現が関わっている事がわかった。本研究の目的はBMP-2による骨形成とサイトカインや低酸素、異種細胞、ホルモン等の周囲の微小環境との関連性を明らかにし、それらを制御することによってBMPの生体内活性を高め、骨の欠損を再建する新しい治療を確立することである。BMP-2とTGF-β1によって骨形成が促進されたものの初期細胞塊の遺伝子解析を行い、TGF-β1添加群はBMP-2単独群に比較し、低酸素誘導因子のHIF-1の遺伝子発現が優位に高くなっていることがわかった。そこで我々はHIF-1と骨芽細胞、破骨細胞分化との関連性を調べた。マウスの骨芽細胞にHIF-1を添加したところosterix, osteoclasin等の骨芽細胞分化マーカー遺伝子は抑制されていた。また骨髄細胞にRANKL, HIF-1で刺激したところ、RANKL単独群よりHIF-1を同時添加したものの破骨細胞数が増加していた。BMP-2とTGF-β1添加したコラーゲンスポンジにDeferoxamine (DFO)を添加しても添加群と非添加群では異所性骨の骨量に変化はなかった。平成27年度目標であった項目の3コラーゲン以外の担体の検討4BMP-2とTGF-β1以外のサイトカインやホルモンの検討が時間がなくできていないこと。また2低酸素状態における胃所生骨形成の検討においてDeferoxamine (DFO)の濃度をわけて検討したがどの濃度でも形成された異所性骨形成に変化がなく、さらなる詳細な濃度検討が必要もしくは低酸素を引き起こす別の条件を検討する必要があると考える。これらの理由からやや遅れているとした。申請者らはBMP-2とTransforming growthfactor- BETA1 (TGF- BETA1)を併用することによりBMP-2の骨形成能を増強することがわかり、形成促進は低酸素誘導因子であるHypoxia Inducible Factor-1 (HIF-1)の発現が関わっている事がわかった。平成27年度はBMP-2とTGF-BETA1によって骨形成が促進されたものの初期組織塊の遺伝子解析を行い、TGF-BETA1添加群はBMP-2単独群に比較し低酸素誘導因子のHIF-1の遺伝子発現が優位に高くなっていることがわかった。そこで我々は低酸素条件を発生させるDFOと骨芽細胞、破骨細胞分化との関連性を調べた。マウスの骨芽細胞にDFOを添加したところosterix, osteocalsin等の骨芽細胞分化マーカー遺伝子は抑制されていた。また骨髄細胞にRANKL,DFOを添加したところ、RANKL単独群に比較しDFO同時添加群は破骨細胞数が増加していた。平成28年度はBMP-2とTGF-BETA1を添加したコラーゲンスポンジにDeferoxamine(DFO)を添加群と非添加群では異所性骨の骨量に変化はなかった。HIF-1は初期組織塊に影響をおよぼす可能性が示唆されたが、その詳細は解析が必要である。平成28年度は平成27年度に達成できていない3コラーゲン以外の担体の検討4BMP-2とTGF-β1以外のサイトカインやホルモンの検討をおこなう。その他に1遺伝子導入した前駆細胞を用いた骨再建:初期組織塊を形成させ、摘出。その後コラゲナーゼを用い単離、構成する細胞にウィルスベクターやプラスミドを用いて低酸素誘導因子であるHIF-1を過剰発現させその細胞(1x106個)をコラーゲンゲルにまぜマウスの腹部に皮内注射する。そこに形成される異所性骨を時系列的、組織学的(組織切片等)、遺伝子的に比較検討する。また骨欠損部に埋入し、治癒経過を観察する。2微小環境の違いによって誘導される骨組織の構造解明:BMP-2を皮下に埋入すると異所性骨が形成されるが、骨組織の構造に着目した報告は少ない。

そこで申請者らはBMP-2単体やDFOやより効率のよい骨形成が見られた組み合わせの条件によって誘導された異所性骨の骨組織の構造の比較を解析する。また埋入部位(後背筋膜下、顎骨骨膜下)の違いによる異所性骨形成の違いも比較検討する。3サル、ビーグル犬への骨欠損再建療法の検討:サル、ビーグル犬の大型動物に歯槽骨に骨欠損を作り、そこにBMP-2やDFOを含むコラーゲンスポンジを埋入する。その後の骨欠損の状態を経時的に観察し効率の良い条件を検討する。また同動物の後背筋膜下にBMP-2やDFOを含むスポンジを埋入、異所性骨を誘導し、その異所性骨を粉砕し自家骨として歯槽骨の骨欠損に移植し骨再生を試み、自家骨移植による骨再建を検討する。骨代謝
分子論的立場からの結晶性高分子の変形・破壊プロセス

衝撃や変形に対する耐久性の高い結晶性高分子材料の分子設計を実現し、省資源・安全性へ貢献するために、結晶性高分子材料の変形・破壊プロセスを分子論的立場から解明することを目的とした。本研究では、代表的な結晶性高分子であるポリエチレンのラメラ構造の機械的特性を分子スケールで解明するために、粗視化分子動力学シミュレーションを用いて研究を実施した。本年度は大規模計算を行い、空孔の成長プロセス解明に取り組んだ。1500万モノマーから構成されるラメラ構造においては、引っ張りに対して空孔の形状と空孔サイズの成長プロセスを明らかにした。大規模シミュレーションで得られた空孔のサイズは実験で観察可能なサイズに近づいており、実験結果と比較可能な計算規模に近づいた。さらに、実験では解明困難な分子スケールの、音速に近い速度における極限での破壊現象に取り組んだ。1億モノマーから構成されるラメラ構造を結晶方向に伸長し、大規模破壊シミュレーションを実施した。応力緩和より早く伸長され、通常の球状に近い形での空孔成長とは異なる描像を明らかにした。分子スケールにおける空孔の成長プロセスを解明することで、材料の破壊防止に役立つと考えられる。本年度も大規模計算のための自作プログラムの改良に成功した。さらに、当初の計画にはない、結晶性高分子の融解やガラス転移に関しても取り組み、分子スケールにおけるダイナミクスを解明した。結晶性高分子の凝集プロセスにも取り組み、今後の研究の発展・展開も示すことができた。研究期間全体を通して、結晶性高分子の変形・破壊プロセスの分子スケールにおける応力伝播プロセス・空孔の成長プロセスを解明できたと考えている。フィルムやプラスチックの材料である結晶性高分子の変形・破壊プロセスを分子論的立場から解明することは、衝撃や変形に対する耐久性の高い材料の分子設計へとつながることから、省資源・安全性の観点で急務の課題となっている。本研究は、粗視化分子動力学シミュレーションにより、代表的な結晶性高分子であるポリエチレンの基本構造(ラメラ構造)の機械的特性を分子スケールで解明することを目的とする。具体的には機械的特性に影響を与える複雑な要素(結晶化度や結晶の厚さなど)を一つずつ解明していく。本年度はラメラ層が平行に並んだ理想的なモデルを検討した。結晶性の違う構造や分子量分布の異なる場合のラメラ構造を作成し、機械的特性に与える影響の解明に取り組んだ。絡み合い等の分子スケールの構造を変えることで、異なる結晶化度や結晶厚の構造作成に成功した。変形・破壊プロセスにおいて、タイ分子と絡み合いが引っ張りに対して応力を伝播することを確認した。ひずみを一定にすると、タイ分子に比べて絡み合いは応力が緩和していくことを明らかにした。さらに、欠陥がある構造を作成しても、空孔が生成するまでは応力分布にほとんど差が出ないことを明らかにした。実験で解明することは困難な、タイ分子や絡み合いが応力を伝播する役割を解明することに成功した。分子スケールの構造と応力の関係性を解明することで、機械的特性の高い材料設計に役立つと考えられる。600万モノマーから構成される大規模計算を実施し、結晶層の座屈や断片化の観察に成功した。これらの破壊プロセスは電子顕微鏡像で観察されており、実験結果と目で見て比較することが可能になったことを意味する。座屈やブロック状での破壊プロセスは200万モノマー程度では観察されていないことから、計算規模を大きくすることで解明可能な現象の質が向上したことを示唆する。当初の計画通り、結晶化度の影響、大規模計算、分子量分布の影響などを分子スケールの構造に着目してメカニズムを解明した。これまでの成果は論文として一報採択され、もう一報執筆中である。さらに、下記の項目は当初の計画以上に進捗している。当初の計画より大規模な計算を実施することに成功した。1200万モノマーから構成されるラメラ構造の伸長にも成功しており、引張りひずみ速度を遅くすると空孔が生成せず、変形のみ起こることを明らかにした。計算規模を大きくすることで、遅い引張りひずみ速度の計算が可能となり、空孔の生成条件の分岐を解明した。大規模な計算を想定し、当初の計画にはなかったプログラムの改良にも取り組んだ。ファイルの入出力の改善や、計算の高速化等のプログラム改良にも成功しており、次年度以降の研究を実施する体制も整っている。

さらに、当初の計画にはない、結晶性高分子の融解やガラス転移に関しても取り組み、分子スケールにおけるダイナミクスを解明した。結晶性高分子の凝集プロセスにも取り組み、今後の研究の発展・展開も示すことができた。研究期間全体を通して、結晶性高分子の変形・破壊プロセスの分子スケールにおける応力伝播プロセス・空孔の成長プロセスを解明できたと考えている。平成29年度はラメラ層が平行に並んだ理想的なモデルを検討した。平成30年度は実際の材料で問題となる点や分子設計を目指した研究へ発展させる。具体的には環状鎖混入の影響、理想的な構造から崩れた構造の影響、大規模計算による空孔の生成・成長プロセスの解明に取り組む。材料では用途別にヤング率、降伏強度、降伏ひずみの制御が求められていることを考慮し、引っ張り初期の弾性領域と、局所的な変形や空孔の生成が観察される破壊領域で、分子スケールの構造が機械的特性に与える影響を解明する。複雑な要素が機械的特性に与える影響を解明し、ヤング率、降伏強度、降伏ひずみに関して最適な組み合わせを探索する。計算の高速化や最適化などは当初の計画にはなかったが、随時プログラム改良や高機能化を実施する。結晶化度、結晶厚、異物混入の影響を理論的に解明することで、ヤング率・破壊特性の制御した理論的に最適な材料を提案し、壊れにくい結晶性高分子材料の設計を目指す。予想よりも研究が進捗したため、当初の計画よりも少ない予算で研究を遂行できた。一方で、計算データが膨大となったことから、平成30年度の初めに大容量のファイルサーバを新たに導入する。研究計画に支障はない。
微分方程式の大域的研究

標記課題のもとで、各分担者により下記の研究が行われた。分担者水野は、アフィン平面上の種類がg≧2である代数曲線のJa-cobi多様体における全微分方程式について研究し、その成果を日本数学会昭和63年度秋季総合分科会(10月4日)で口頭発表した。分担者大久保は、Fuchs型微分方程式のモノドロミー表現を研究し、その成果をFunkcial.Ekvacに発表した。また多変数特殊関数の切口のreductionについて数式処理で実行するアルゴリズムを開発し、その成果を科研費補助金総合研究(A)解析学の研究集会(12月22日)等で報告した。分担者牛島は、ヒルベルト空間に値をとる作用素係数発展方程式の近似問題を研究し、さらにこの研究で開発された方法により波動方程式の有限要素近似などの数学的解析を行い、それらの成果を日本数学会昭和63年度秋季総合分科会(10月4日)で口頭発表した。分担者田吉は、R[^<n]>内の非有界な境界をもつ領域におけるシュレンジンガー作用素-△+qのL[^<2]>固有値について研究し、成果をJ.Math.KyotoUniv.に投稿準備中である。分担者内藤は、無限の遅れを持つ関数微分方程式の解の漸近的挙動の解明と関連のあるfadingmemoryspaceについて研究し、その成果はFunkcial.Ekvac.に発表される予定である。分担者田端は、高レイノルズ数流れ問題に対する三次精度上流有限要素法を研究し、またそのための高速要素探索アルビリズムを開発し、成果を日本数学会63年度秋季総合分科会(10月4日)で口頭発表した。分担者山口は、位相空間X上のホモトピー・カテゴリーにおける自己同型群Eq(X)について研究し、その成果をMontreal大学(Canada)における国際シンポジウム(8月)で口頭発表した。上記の口頭発表時候に関する欧文論文はそれぞれ準備中である。
ゼブラフィッシュを用いた小脳神経の発生とその機能の解析

小脳は、運動学習や恐怖などの情動に関する学習において重要な役割を果たしている。ゼブラフィッシュをモデル動物として小脳神経の発生と回路形成機構の研究を行った。小脳顆粒細胞の増殖と分化に異常をきたす変異体の解析から、細胞周期の進行とクロマチンリモデリングに関与する遺伝子が小脳神経の生成に関わっている明らかとした。さらに基底膜が神経軸索の正確な走行に重要な役割をしていることを見出した。また、ゼブラフィッシュ仔魚を用いた恐怖条件付け学習の実験系を構築した。小脳顆粒細胞は、学習過程において活性が変化した。顆粒細胞のコーディングの変化が、条件付けと条件反応からの回復を制御している可能性が示唆された。小脳は、円滑な運動や運動学習を制御している。本研究では、ゼブラフィッシュをモデル動物として脊椎動物の小脳神経回路の形成機構とその機能の解明を目的とした。回路形成機構の解明として、小脳神経変異体の解析と小脳神経のコネクションを調べた。小脳神経系の機能解析として恐怖条件付け学習のシステムの構築を目指した。本年度は、以下のことを明らかとした.小脳神経形成に異常のある変異体の解析: gazami変異体では、成熟した顆粒細胞が減少していたが、細胞増殖は亢進していた。gazamiの原因遺伝子であるcfdp1は、細胞の増殖と分化のバランスを制御していることが示唆された。IV型コラーゲンの変異によって小脳顆粒細胞の軸索走行が乱れる。IV型コラーゲンの変異により、基底膜構造が乱れることによって軸索の走行が異常になることが明らかになった。小脳神経のコネクション:小脳顆粒細胞に特異的に転写活性化因子Gal4FFを発現するトランスジェニックゼブラフィッシュにおいて小麦麦芽凝集素(WGA)を顆粒細胞に発現させることによって小脳における神経回路網を解析した。WGAの輸送を解析したところ、顆粒細胞>平行線維>プルキンエ細胞>eurydendroid細胞(投射神経)あるいは、顆粒細胞>平行線維>プルキンエ細胞<登上線維<下オリーブ核といった小脳の神経回路網をトレースすることが出来た。小脳に依存する学習能力を測定する方法の樹立:恐怖条件付け学習、条件刺激としてLEDライトの消灯、無条件刺激として体表への電気ショックを行い、条件反応として徐脈を測定する系を確立した。生後、約20日目のゼブラフィッシュにおいて学習効果が観察された。今後、神経機能を改変したゼブラフィッシュを用いて、学習における小脳の役割を解析する予定である。本研究では、ゼブラフィッシュをモデル動物として小脳神経回路形成の分子機構とその機能の解明を目的とした。本年度は、以下のことを明らかとした.1)小脳神経形成に異常のある変異体の解析:gazami変異体では、成熟した顆粒細胞が減少しているが、前駆細胞の細胞増殖は亢進していた。gazamiの原因遺伝子であるcfdp1は、細胞増殖に関わる遺伝子c-Mycと結合した。Cfdp1は、細胞の増殖と分化のバランスをMycの活性を制御することによって調節していることが示唆された。IV型コラーゲンの変異により、基底膜構造が乱れることによって軸索の走行が異常になることが明らかになった(投稿中)。2)小脳神経のコネクション:小脳神経回路形成に関わる神経細胞特異的に転写活性化因子Gal4FFを発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを複数種類同定して性格付けを行った。顆粒細胞に小麦麦芽凝集素(WGA)を顆粒細胞に発現させることによって小脳における神経回路網を解析した。WGAの輸送を解析したところ、顆粒細胞>平行線維>プルキンエ細胞>eurydendroid細胞(投射神経)あるいは、顆粒細胞>平行線維>プルキンエ細胞<登上線維<下オリーブ核といった小脳の神経回路網を観察することが出来た(Dev. Biol.(2014) 397, 1-17.)。3)小脳に依存する学習能力を測定する方法の樹立:恐怖条件付け学習、条件刺激としてLEDライトの消灯、無条件刺激として体表への電気ショックを行い、条件反応として徐脈を測定する系を確立した。一部の小脳体顆粒細胞の機能をボツリヌス毒素で阻害した魚で恐怖学習を調べた。今後、さらに異なった小脳神経細胞の機能を改変したゼブラフィッシュを用いて、学習における小脳の役割を解析する予定である。1)小脳ニューロン形成に異常のある変異体の解析IV型コラーゲンa6変異体の解析を行った。IV型コラーゲンの機能喪失による神経管の直上における基底膜構造が乱れていた。この基底膜構造の乱れによって顆粒細胞の後脳への軸索走行に影響を及ぼすことを明らかとした(PLoS genet. 11, e1005587 (2015))。この結果は、これまでに報告されているIV型コラーゲンによる軸索走行制御とは異なっていた。成熟した顆粒細胞が減少している変異体gazamiの原因遺伝子cfdp1を同定した。Cfdp1は、酵母においてクロマチンにヒストンバリアントであるH2A.Zを取り込む酵素複合体のコンポーネントの脊椎動物ホモログである。この変異体では、受精後4から5日目の胚でM期の細胞の蓄積が観察された。

しかしながら、同時期の胚においてS期にある細胞数に顕著な変化は見られなかった。以上のことから、Cfdp1は顆粒細胞形成において細胞分裂に重要な役割をしていることが示唆された。2)小脳に依存する学習古典的恐怖学習付け学習:生後18日前後のゼブラフィッシュを用いて条件刺激としてLEDライトの消灯、無条件刺激として電気ショックを行い、条件反応として心拍数の変化を測定する恐怖条件付け学習の実験系を樹立した。小脳顆粒細胞の一部をボツリヌス毒素で阻害したところ、学習が行われないと予想していたが、学習頻度には影響はなかった。しかし、阻害魚では条件反応である徐脈が延長した。また、条件反応の獲得に従って反応する小脳内の神経をGCaMPを用いたカルシウムイメージングで同定した。研究計画書に記載した事柄のうち、以下のように研究の進展が見られた。小脳顆粒細胞軸索に走行異常ん観察される変異体shiomanekiの解析を行った。shiomaneki変異体の原因遺伝子は、基底膜の構成成分であるIV型コラーゲンa6であり、変異体では神経管の直上の基底膜構造に乱れが生じていた。この基底膜構造の乱れが、軸索走行の原因であることを明らかとした(PLoS genet. 11, e1005587 (2015))。小脳顆粒細胞の生成に必要な遺伝子cfdp1を同定した。この変異体であるgazamiでは、M期細胞の蓄積が見られ、顆粒細胞が著しく減少していた。これらのことから、cfdp1は、顆粒細胞の細胞分裂と分化に関与している可能性が示唆された。ゼブラフィッシュ幼魚を用いた古典的恐怖条件付け学習の実験系を確立し、小脳顆粒細胞の一部を阻害した実験を行った。古典的恐怖条件付け学習には、小脳神経回路が必要であることが知られているが、学習頻度には影響はなかった。しかし、条件反応である徐脈からの回復過程が遅延していた。また、学習過程で活動が上昇する小脳領域にあるニューロンを発見した。本研究では、ゼブラフィッシュをモデル動物として小脳神経回路形成の分子機構とその機能の解明を目的とした。1)小脳ニューロン形成に異常のある変異体の解析成熟した顆粒細胞が減少している変異体gazamiの原因遺伝子cfdp1を同定した。Cfdp1は、酵母においてクロマチンにヒストンバリアントであるH2A.Zを取り込む酵素複合体のコンポーネントの脊椎動物ホモログであると考えられている。この変異体では、受精後4から5日目の胚でM期の細胞の蓄積が観察された。以上のことから、Cfdp1は顆粒細胞形成においてM期の進行に重要な役割をしていることが示唆された。また、Cfdp1はc-Mycと結合することを明らかとした。さらにこの変異体では、cycb1の発現が上昇し、cdk4の発現は逆に減少していた。以上の結果は、Cfdp1がMycと協調して細胞周期関連遺伝子の発現制御を通して、細胞周期の進行を制御している可能性が示唆された。2)小脳に依存する学習古典的恐怖学習
全天ハイパースペクトルカメラを用いた森林動態の3次元モニタリング

研究期間の3年間,森林調査のために東京大学北海道演習林を6月から10月まで毎月訪問し,カラマツハラアカハバチによる食害が発生しているカラマツ林において,ハイパースペクトルカメラおよび可視・近赤外デジタルカメラに魚眼レンズを取り付け,毎回同じ位置・同じ方位で林冠の全天画像計測を実施し,樹冠のスペクトル季節変動・年変動データを取得した。本研究は,森林内においてハイパースペクトルカメラを林床から樹冠に向けて使用し,樹木の3次元葉群構造と分光反射特性を同時に計測する技術の開発を目的としている。本年度は,ハイパースペクトルカメラを購入し,連携研究者とともに6月から10月まで東京大学北海道演習林を計5回訪問して,カラマツ林の樹冠撮影を実施した。このカラマツ林は,数年前からカラマツハラアカハバチによる食害が発生しており,8か所のカラマツ林において,継続的に食害調査を実施している。樹冠の撮影機材は,ハイパースペクトルカメラ,魚眼レンズ付き可視カメラおよび近赤外カメラとインターバルカメラである。インターバルカメラは林床に常設し,期間中の林冠の時系列画像を取得した。使用した魚眼レンズは全天360度の範囲を1度に撮影できる円周魚眼レンズで,2軸水準器を使ってカメラの光軸を正確に鉛直上向きに調整し,毎回同じ位置で撮影することで,時系列解析に使用できる可視および近赤外の全天写真を取得した。さらにハイパースペクトルカメラを使って,撮影時刻に対する太陽高度および撮影角度の分光反射特性への影響を調べるために,数時間,同一地点で鉛直上向きに連続的に樹冠を撮影し,時系列ハイパースペクトル画像を取得した。以上の通り,樹冠モニタリングデータとして,分光反射特性の季節変動画像データを3種類取得した。葉食性昆虫と樹木の相互作用を解明する研究に役立てるために,本研究で取得した各種データを融合させて比較分析するためのソフトウェアを開発する必要がある。本年度は,連携研究者とともに6月から10月まで東京大学北海道演習林において,カラマツ林の樹冠撮影を実施した。使用した魚眼レンズは全天360度の範囲を撮影できる円周魚眼レンズで,2軸水準器を使ってカメラの光軸を正確に鉛直上向きに調整し,毎回同じ位置で撮影することで,時系列解析に使用できる可視および近赤外の全天写真を取得した。なお,ハイパースペクトルカメラに異常が見つかり,修理した。これによる一部の取得データは解析に不適当であった。また,試行的にUAVを使って上空から林冠を撮影した。連続撮影データをつなぎ合わせる技術はまだ不十分であり,全天写真と融合させる画像処理技術の開発が今後必要である。3年間の研究期間の2年目として,ハイパースペクトルカメラによる樹冠の季節変動データ,可視カメラおよび近赤外カメラによる全天写真が研究計画に沿って取得できた。本研究は、森林内においてハイパースペクトルカメラを林床から樹冠に向けて使用し、樹木の3次元葉群構造と分光反射特性を同時に計測する技術の開発を目的としている。本年度は,過去2年間と同様に,連携研究者とともに6月から10月まで東京大学北海道演習林を計5回訪問して,カラマツ林の樹冠撮影を実施した。このカラマツ林は,数年前からカラマツハラアカハバチによる食害が発生しており,8か所のカラマツ林に置いて,継続的に食害調査を実施している。使用した魚眼レンズは全天360度の範囲を一度に撮影できる円周魚眼レンズで,2軸水準器を使ってカメラの光軸を正確に鉛直上向きに調整し,毎回同じ位置で撮影することで,時系列解析に使用できる可視および近赤外の全天写真を取得した。3次元葉群構造を取得するために,5m間隔の直線状の3か所においてステレオ撮影した。また,魚眼レンズ付きハイパースペクトルカメラを使って,撮影時刻に対する太陽高度および撮影角度の分光反射特性への影響を調べるために,数時間,同一地点で鉛直上向きに連続的に樹冠を撮影し,時系列ハイパースペクトル画像を取得した。以上の通り,樹冠モニタリングデータとして,研究期間の3年間を通して分光反射特性の季節変動画像データを3種類取得した。これまでに撮影したデータを解析し,太陽高度および天候などの撮影条件や季節変動に応じて全天写真から樹木のみを抽出する画像処理技術および魚眼カメラのステレオ視による3次元葉群構造解析技術を開発中である。

研究期間の3年間,森林調査のために東京大学北海道演習林を6月から10月まで毎月訪問し,カラマツハラアカハバチによる食害が発生しているカラマツ林において,ハイパースペクトルカメラおよび可視・近赤外デジタルカメラに魚眼レンズを取り付け,毎回同じ位置・同じ方位で林冠の全天画像計測を実施し,樹冠のスペクトル季節変動・年変動データを取得した。3年間の研究期間において,初年度として,ハイパースペクトルカメラを新規に使用し,既存の可視および近赤外の全天魚眼カメラとインターバルカメラも併用して,樹冠のスペクトル季節変動データが,研究計画に沿って取得できた。前年度から継続して,ハイパースペクトルカメラおよび可視・近赤外の全天魚眼カメラとインターバルカメラを用いたカラマツ林の画像計測を6月から10月まで実施し,樹冠の分光反射特性の季節変動データを取得する。各種データを融合させて分析比較し,研究課題をまとめる。画像計測前年度から継続して,ハイパースペクトルカメラおよび可視・近赤外の全天魚眼カメラとインターバルカメラを用いたカラマツ林の画像計測を6月から10月まで実施し,樹冠の分光反射特性の季節変動データを取得する。各種データを融合させて分析比較するためのソフトウェアを開発し,前年度の取得データとも比較する。
無酸素性能力の改善をねらいとした低酸素トレーニングプログラムの開発

研究代表者は、低酸素トレーニングが通常酸素環境下でのトレーニングと比較して無酸素性能力を大きく改善させることを明らかにしてきた(Kasai et al. 2015)。さらに、低酸素トレーニングに対する適応を、運動パフォーマンスや骨格筋内のエネルギー基質量(クレアチンリン酸量、グリコーゲン量)の変化から検討してきた(Kasai et al. 2017, 2019)。低酸素環境下におけるトレーニングが無酸素性能力の改善に及ぼす効果とその機序を明らかにし、効率的な低酸素トレーニングプログラムを提案することを目的に研究を実施してきた。そこで、昨年度は、低酸素環境下でのスプリント運動は通常酸素環境下で同様の運動を実施した場合と比較して、筋グリコーゲン量を大きく減少させることを明らかにした。今年度は、低酸素環境下での高強度運動が筋代謝に及ぼす変化を、通常酸素環境下で同様の運動を実施した条件と比較することを目的に実験を実施した。陸上競技短距離選手10名を対象に、高強度運動を低酸素環境下で実施する条件(酸素濃度:14.5%)または通常酸素環境下で実施する条件(酸素濃度:20.9%)をそれぞれ異なる日に実施した。運動は自転車エルゴメーターを用いた高強度運動(6秒間全力ペダリング×15セット)実施した。運動前後には、筋酸素消費量および血流量を近赤外分光法を用いて測定した。その他に、運動時の発揮パワー、心拍数、動脈血酸素飽和度、血液指標(血中乳酸濃度など)、呼気ガス指標(酸素摂取量、二酸化炭素排出量、換気量、呼吸交換比)および主観的疲労感を測定した。その結果、動脈血酸素飽和度は低酸素条件が通常酸素条件と比較して有意に低値を示した(P < 0.05)。血中乳酸濃度は運動に伴い有意に上昇し(P < 0.05)、低酸素条件が通常酸素条件と比較して有意に高値を示した(P < 0.05)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。さらに、低酸素トレーニングに対する適応を、運動パフォーマンスや骨格筋内のエネルギー基質量(クレアチンリン酸量、グリコーゲン量)の変化から検討してきた(Kasai et al. 2017)。今年度は、低酸素環境下での一過性の高強度運動に伴う骨格筋内のグリコーゲン量の変化を、通常酸素環境下で同様の運動を実施した条件と比較することを目的に実験を実施した。運動は、自転車エルゴメーターを用いた30秒間全力ペダリングを8分間の休息を挟み、3セット実施した。運動前後には、超伝導MRI装置を用いて骨格筋内のグリコーゲン量(炭素磁気共鳴分光法)を測定した。各セット後には、血中乳酸濃度を評価した。また、運動時における発揮パワー、心拍数、動脈血酸素飽和度、筋酸素飽和度、呼気ガス指標(酸素摂取量、二酸化炭素排出量、換気量、呼吸交換比)および主観的疲労感を測定した。その結果、動脈血酸素飽和度および筋酸素飽和度は低酸素条件が通常酸素条件と比較して有意に低値を示した(P < 0.05)。血中乳酸濃度は運動に伴い有意に上昇したが(P < 0.05)、条件間での有意な差はみられなかった。骨格筋内のグリコーゲン量については、現在データの解析を行っている。平成29年度に予定していた実験(研究課題:低酸素環境下での高強度運動に伴う骨格筋内のグリコーゲン量の変化)を終えることができた。データ解析に多くの時間を要したが、解析の目処も立てることができた。また、平成30年度に実施する研究の予備実験も進めており、概ね順調に進んでいると判断した。

運動は自転車エルゴメーターを用いた高強度運動(6秒間全力ペダリング×15セット)実施した。運動前後には、筋酸素消費量および血流量を近赤外分光法を用いて測定した。その他に、運動時の発揮パワー、心拍数、動脈血酸素飽和度、血液指標(血中乳酸濃度など)、呼気ガス指標(酸素摂取量、二酸化炭素排出量、換気量、呼吸交換比)および主観的疲労感を測定した。その結果、動脈血酸素飽和度は低酸素条件が通常酸素条件と比較して有意に低値を示した(P < 0.05)。血中乳酸濃度は運動に伴い有意に上昇し(P < 0.05)、低酸素条件が通常酸素条件と比較して有意に高値を示した(P < 0.05)。今後は、低酸素環境下での高強度運動が糖代謝に及ぼす影響を検証する予定である。無酸素性能力の改善をねらいとした低酸素トレーニングプログラムの開発に向けて研究を推進する。また、昨年度実施した研究成果を国際誌へ投稿する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。