hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
擬ブルッカイト型構造を有する低熱膨張・環境調和型セラミックス多孔体の応用

本研究は、MgTi2O5を中心とする擬ブルッカイト型構造を有する三次元ネットワーク型多孔体について、「MgTi2O5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi2O5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の3項目について研究を実施し、低熱膨張・環境調和型セラミックス多孔体の応用を目指した。MgO、TiO2など資源的・地政学的リスクが少なく、安全かつ比較的安価な材料を主要成分として用いていることが特徴である。本研究では、擬ブルッカイト型構造を有する多孔体が、水質浄化フィルター等の環境材料として有効であることを実証することに成功した。本研究の目的は、MgTi_2O_5を中心とする擬ブルッカイト型構造を有する三次元ネットワーク型多孔体について、「MgTi2O5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi_2O_5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、さらに、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の3つの項目について研究を実施し、低熱膨張・環境調和型セラミックス多孔体の応用を目指すものである。本研究での材料系はMgO、TiO_2など資源的・地政学的リスクが少なく、安全かつ比較的安価な材料を用いていることが特徴であり、資源に乏しいわが国にとっての意義は大きい。平成23年度の研究実績については以下のとおりである。1.MgTi_2O_5多孔体の基礎物性評価について、焼結温度を変化させ測定したX線吸収スペクトルデータ(SPring-8)を解析し、擬ブルッカイト構造の局所変化についての考察を行った(Adv.Eng.Mater.誌に投稿中)。2.MgTi_2O_5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開について、出発原料組成比を厳密に制御することで、より結晶性の高い異方性MgTi_2O_5粒子を得ることに成功した(投稿中)。3.信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化について、その場合成と同時に表面コーティングを行う「その場コーティング」プロセスの開発に成功した。MgTi_2O_5表面に化学的安定性等に優れたスピネル相を焼結過程コーティングすることができた(投稿中)。また、三次元ネットワーク多孔体に関する研究成果を体系化し、日本学術振興会124委員会等で講演を行い技術の普及に努めた。さらに、TiO_2原料粉末の合成に関して2件の共著論文を公表した。本研究の目的は、二チタン酸マグネシウム(MgTi2O5)を中心とする擬ブルッカイト型構造を有する三次元ネットワーク型多孔体について、「MgTi2O5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi2O5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、さらに、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の3つの項目について研究を実施し、低熱膨張・環境調和型セラミックス多孔体の応用を目指すものである。本研究での材料系はMgO、TiO2など資源的・地政学的リスクが少なく、安全かつ比較的安価な材料を用いていることが特徴であり、資源に乏しいわが国にとっての意義は大きい。平成25年度の研究実績については以下のとおりである。平成24年度の研究実績については以下のとおりである。1.MgTi2O5多孔体の基礎物性評価について、焼結温度を変化させ測定したX線吸収スペクトルデータ(SPring-8)を解析し、擬ブルッカイト構造の局所変化について詳細な考察を行った(Adv. Eng. Mater., 14 [12] 1134-1138 (2012))。2.MgTi2O5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開について、浄水フィルターへの応用を検討するため、実際の浄水プラントの視察・考察を行った(セラミックス、47 [9] 698ー699 (2012))。3.擬ブルッカイト構造を有するAl2TiO

5多孔体について、「造孔剤を用いた細孔径制御」および「その場合成」による部材化を検討した(それぞれ投稿中)本研究の目的は、二チタン酸マグネシウム(MgTi2O5)を中心とする擬ブルッカイト型構造を有する三次元ネットワーク型多孔体について、「MgTi2O5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi2O5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、さらに、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の3つの項目について研究を実施し、低熱膨張・環境調和型セラミックス多孔体の応用を目指すものである。本研究での材料系はMgO、TiO2など資源的・地政学的リスクが少なく、安全かつ比較的安価な材料を用いていることが特徴であり、資源に乏しいわが国にとっての意義は大きい。平成26年度の研究実績については以下のとおりである。1.擬ブルッカイト構造を有するMgTi2O5について、LiFの微量添加によりその形態制御を行った。0.5% wt.%LiF添加により棒状に成長したMgTi2O5粒子を得ることに成功した。2.擬ブルッカイト型Al2TiO5多孔体について種々のスターチ粒子を気孔形成剤として添加することにより微細構造を制御するとともに、その熱膨張特性を定量的に評価した。(J. Ceram. Soc. Jpn., 122 [7] 565-569 (2014).)3.擬ブルッカイト構造を有するMgTi2O5を初めて色素増感型太陽電池用の半導体電極材料に応用し、その光電変換特性を評価した。(Int. Lett. Chem. Phys. Astro., 46, 9-15 (2015).)4.熱分解反応焼結法について体系化を進めた。(J. Soc. Inorg. Mater. Jpn., 22 [3] 105-109 (2015).)このほか、本研究プロジェクトによる論文を3報投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。セラミックス材料科学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究機関の移籍(京都大学→筑波大学)、震災による影響があったものの、「MgTi_2O_5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi_2O_5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の各項目で進展がみられている。部材応用については、水銀圧入法用の標準試料としての応用もすすんでいる(測定機器メーカーにサンプル提供)。論文化については、初年度ということもあり投稿中の段階であるため、(2)の区分とした。「MgTi2O5多孔体の基礎物性評価」、「MgTi2O5を主成分とする擬ブルッカイト系の展開」、「信頼性・環境調和性・コストを含めた部材応用の高度化」の各項目で進展がみられている。論文化については、無機材料分野で非常に長い歴史をもつ有力ジャーナル(J. Ceram. Soc. Jpn.)や、アジアでのコアジャーナルを目指す新設論文誌(J. Asian Ceram Soc.)等への掲載が続いており、非常に順調に進展している。部材応用については、海外の研究機関からの試料提供要請も寄せられており、応用研究としても進捗している。また、Al2TiO5系への展開も進んでいる。
有害重金属汚染された基盤に自生する地衣類における生物圏―地圏相互作用

昨年度までの研究結果の発展として,カワラキゴケ体内における重金属の形態を解明するために,FE-SEMおよびTEMを用いて,カワラキゴケ樹状体の観察および分析を行った.また,地衣類の土壌重金属汚染環境指標としての有用性評価については,ハナゴケ科だけでなく,キゴケ科の地衣類も対象とし,地衣類の種・生育地域・基物構成物の違いによる重金属濃度および生物濃縮係数(BCF)の変化および地衣類の重金属集積における元素間競合・拮抗作用に関する検討等も行った.以下にこれらの結果を示す.地衣体内の鉄水酸化物は,ケイ酸塩および有機物等の集合体であるBIOS (Bacteriogenic iron oxides)であることが分かった.したがって,カワラキゴケの髄層菌糸表面に晶出した鉄水酸化物は,地衣類もしくは内生細菌の影響を受けて晶出している可能性が高い.また,このBIOS中の鉄酸化物/水酸化物は一般的に正に,一方のケイ酸塩や有機物は負に帯電するため,地衣類は重金属を菌糸細胞内へ集積および菌糸表面のBIOSへ吸着していると推察される.本研究で調査した地衣類のCu,ZnおよびAs濃度およびBCFは地衣類の種,生育地域,生育環境,基物の種類,基物構成物質および土壌の粒度に関係なく,土壌のこれらの濃度と正の相関を示した.また,これらの重金属は,地衣類の重金属吸収において,元素間競合・拮抗作用を示さなかった.したがって,本研究で対象とした樹状地衣は,土壌のCu,ZnおよびAs汚染における環境指標としての有用性を有すると結論付けた.地衣類の重金属濃度を知ることは,環境基準値を基準として,対象元素濃度がどの程度の濃度であるかの簡易的な評価方法として有効である.したがって,本研究は,地衣類を用いた表層土壌汚染評価法を,土壌直接分析法および土壌溶出試験法の新たな代替案として提唱する.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は平成27年度科研費を用いて,重金属汚染された廃止鉱山地域および非汚染地域に自生する地衣類およびその生育基盤を対象として,1地衣類の生育基盤の構成鉱物の同定,2地衣類中の重金属蓄積部位の推定ならびに3地衣類および土壌重金属濃度の関係の解明を行い,地衣類の土壌重金属汚染環境指標としての有用性の評価を行った.なお,これまでの研究には,粉末X線回折(XRD)装置,エネルギー分散型X線分析装置付き走査型電子顕微鏡(SEM-EDS),蛍光X線装置(XRF),誘導プラズマ質量分析装置(ICP-MS),量子線励起X線分析装(PIXE)およびEZR(統計解析ソフト)を用い,試料作製から分析・解析まで,ほぼ全てを応募者が行った.XRD分析の結果,重金属に富む地衣の生育基盤は,銅,鉛および亜鉛の硫化鉱物ならびにこれらの二次鉱物を含有していることが分かった.SEM-EDSによるマッピング分析結果は,これらの鉱物から表層水および間隙水に溶脱した重金属が地衣に吸収され,菌糸細胞およびその表面に分布している可能性を示唆した.土壌に自生する地衣類のCu,Zn,AsおよびPb濃度は,生育基盤のそれと統計学的正の相関を示した.このデータを元に,各サンプリング地点における地衣類およびその生育基盤の平均重金属濃度分布図を作成し,その分布を比較することで土壌重金属汚染環境指標としての有用性を評価した.その結果,地衣類を用いて土壌のCu,ZnおよびAs汚染を検出することができた.したがって,今までの研究で,地衣類が土壌のCu,ZnおよびAs汚染の環境指標生物としての有用性を有していることが明らかとなった.地衣類は砂漠から極域まで様々な環境に自生しているため,地衣類を用いた環境評価は,様々な地域の汚染評価およびモニタリングにおける低コスト且つ低環境負荷な方法として有用可能性を秘めている.科研費申請時の研究目的は,“1地衣類が関与しない基盤の風化過程および地衣類が関与する風化過程における重金属の挙動を比較し,地衣ー基盤相互作用における重金属の挙動を明らかにする.2地衣体内における重金属の存在形態を明らかにし,その安定性および挙動を考察する.3地衣類およびこれに対応する生育基盤の重金属濃度相関を明らかにすることで,地衣類の生育基盤の重金属汚染に対する環境指標としての有用性を評価する,また,以上の結果に基づき,土壌重金属濃度マップを作成する"であった.本研究は現在までに,目的の1を概ね達成し,3における重金属濃度相関を明らかにした.また,各サンプリング地点における地衣類および土壌の平均重金属濃度分布図の作成を行い,環境指標としての有用性の評価を進めている.目的2に関しては,今までに地衣体内における重金属分布から,ある程度の推察を行っており,今後,その確認および詳細の解明を行っていく予定である.また,環境指標としての有用性評価に関して,今後,室内実験に基づく,地衣類の重金属吸収メカニズムの解明や吸収された重金属の形態の解明を行っていく予定である.以上の理由より,“おおむね順調に進展している"を選択した.昨年度までの研究結果の発展として,カワラキゴケ体内における重金属の形態を解明するために,FE-SEMおよびTEMを用いて,カワラキゴケ樹状体の観察および分析を行った.

また,地衣類の土壌重金属汚染環境指標としての有用性評価については,ハナゴケ科だけでなく,キゴケ科の地衣類も対象とし,地衣類の種・生育地域・基物構成物の違いによる重金属濃度および生物濃縮係数(BCF)の変化および地衣類の重金属集積における元素間競合・拮抗作用に関する検討等も行った.以下にこれらの結果を示す.地衣体内の鉄水酸化物は,ケイ酸塩および有機物等の集合体であるBIOS (Bacteriogenic iron oxides)であることが分かった.したがって,カワラキゴケの髄層菌糸表面に晶出した鉄水酸化物は,地衣類もしくは内生細菌の影響を受けて晶出している可能性が高い.また,このBIOS中の鉄酸化物/水酸化物は一般的に正に,一方のケイ酸塩や有機物は負に帯電するため,地衣類は重金属を菌糸細胞内へ集積および菌糸表面のBIOSへ吸着していると推察される.本研究で調査した地衣類のCu,ZnおよびAs濃度およびBCFは地衣類の種,生育地域,生育環境,基物の種類,基物構成物質および土壌の粒度に関係なく,土壌のこれらの濃度と正の相関を示した.また,これらの重金属は,地衣類の重金属吸収において,元素間競合・拮抗作用を示さなかった.したがって,本研究で対象とした樹状地衣は,土壌のCu,ZnおよびAs汚染における環境指標としての有用性を有すると結論付けた.地衣類の重金属濃度を知ることは,環境基準値を基準として,対象元素濃度がどの程度の濃度であるかの簡易的な評価方法として有効である.したがって,本研究は,地衣類を用いた表層土壌汚染評価法を,土壌直接分析法および土壌溶出試験法の新たな代替案として提唱する.現在,申請時の研究目的として残っている問題は,1地衣体内に吸収された重金属の存在形態の解明および2地衣類を用いた土壌重金属汚染分布図の作成である.1に関しては,透過型電子顕微鏡(TEM)およびX線分析装置を用いて,地衣体内に認められた重金属に富む微細鉱物(もしくは非結晶物質)の解明を行っていく予定である.また,必要に応じて,X線微細構造解析(XAFS)装置などを用いて,重金属の形態解析を行える準備を行う予定である.環境指標としての有用性評価に関しては,室内実験に基づく,地衣類の重金属吸収能力およびそのメカニズムの解明や吸収された重金属の形態の解明を行っていく予定である.また,現在までに,西日本10カ所における平均重金属濃度分布を調査したが,今後は更に調査地域を増やし,より詳細な重金属濃度分布図の作成を行っていく予定である.上記研究成果は,随時国内外の学会発表および雑誌への投稿を通して社会に還元していく予定である.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
RNAポリメラーゼの金属をとりまく局所の構造と機能

RNAポリメラーゼは、転写調節蛋白因子や、DNAの調節シグナルと相互作用をすることによって、転写対象の遺伝子の選択認識特性を変える。遺伝解析によって我々は、大腸菌RNAポリメラーゼ上に、各種の転写因子やDNA調節シグナルとの接点のマッピングを行った。蛋白-蛋白、蛋白-DNA接触の接点が示唆されたが、変異にともなう間接的影響を排除できない。そこで、分子間接触の直接的証明を得る目的で、Fe-BABE(p-Bromoacetamidobenzyl-EDTA)をシステイン残基特異的に導入し、還元剤添加によって鉄原子から発生したラジカルによる、至近距離の蛋白質や核酸の主鎖切断点を同定することによって、接触点を決定する試みを実施した。クラス1転写因子、DNAエンハンサーの接点が推定されていたアルファサブユニットC端ドメインの1個所にだけFe-BABEを結合させ、修飾サブユニットからRNAポリメラーゼを再構成して、DNAとの相互作用を調べたところ、先にエンハンサーと推定していた場所だけが、切断を受け、アルファサブニットのDNA上の接点が同定できた。しかも、2分子のアルファサブユニットの一方にだけFe-BABEを導入する、画期的方策を確立し、それぞれのアルファサブユニットのDNA上の接点を別々に同定することが出来た。本研究のよって、転写制御の分子機構の新たな突破口を切り開くことが出来た。
従属栄養的な進化を遂げたイチヤクソウ属植物の進化過程の解明

昨年度の計画でサンプリングすることができなかった広義イチヤクソウの3集団で,一通りのサンプリングを行ない,安定同位体比を測定することができた。昨年度の研究成果とあわせて,広義イチヤクソウの発達した葉をもつ個体,極端に縮小した葉をもつ個体,両者の中間的な形態をもつ個体の間で安定同位体比の連続的な変異を検出し,広義イチヤクソウが菌への依存度の連続的な変異をもっていることを示すことができた。今後は,成果をまとめて投稿論文として発表する予定である。地上部のみでは個体識別が困難な広義イチヤクソウの個体識別と雑種の直接的な評価を行うために,広義イチヤクソウの各タイプで使用可能な15座のSSRマーカーを開発した。開発したSSRマーカーは,日本遺伝学会が出版する国際誌Genes & Genetic Systemsに報告し,受理,電子出版された。SSRマーカーの開発は今年度の研究実施計画には記していなかったが,これは研究の過程で,中間的な安定同位体比をもつ個体の生物学的な実体の評価が新たな課題となり,広義イチヤクソウの核遺伝子型を高い解像度で識別する遺伝子マーカーが必要となったためである。また,一昨年度までに明らかにした研究成果である広義イチヤクソウの種内系統と形態の関係を明らかにし,部分的菌従属栄養段階の植物の進化様式に関する新たな仮説を提示した論文を執筆・投稿し,アメリカ植物学会が出版する国際誌American Journal of Botanyに受理・掲載された。さらに,この論文をもとに,これまでイチヤクソウの変種として扱われることが多かった,極端に葉を縮小させたヒトツバイチヤクソウを独立種として扱うことを提案する論文を執筆し,日本植物分類学会が出版する国際誌Acta phytotaxonomica etgeobotanicaに投稿・受理された。28年度が最終年度であるため、記入しない。絶対菌従属栄養植物は,光合成を行わず全ての炭素源を菌根菌に依存する植物である。絶対菌従属栄養植物は,菌根菌へ依存しながら光合成を行う部分的菌従属栄養植物から進化することがあり,その進化には,寄生する菌根菌相や,繁殖様式のシフトが関係してきた可能性が,ラン科を用いた研究で示唆されてきた。しかし,緑葉の退化などをはじめとした形態や生態の特殊化により,近縁種間での比較が困難なことから,その進化には多くの謎が残されている。ツツジ科の広義イチヤクソウは,異なった葉の面積をもつ複数の系統からなる植物である。中には極端に葉を失った,絶対菌従属栄養を行うと思われるような系統を含む。部分的から絶対への進化過程を,これまでにないスケールで探るのに適した材料である。今年度は,広義イチヤクソウ属内の各系統間における菌従属栄養性の変異と葉のサイズとの関係を明らかにすることを目的に,菌従属栄養性を定量的に評価できる安定同位体比分析を行った。その結果,十分な葉の面積をもつ系統は部分的菌従属栄養を行うのに対し,極端に葉を失った系統はほぼ絶対菌従属栄養を行うことが明らかになった。サンプル数が少なく予備的ではあるものの,葉の面積と菌従属栄養性の間にある程度の相関がある可能性が示された。また,葉が極端に退化した系統のタイプ標本を確認することを目的に,イギリスのキュー王立植物園,エジンバラ植物園で標本調査を行った。その過程で,北米で独立的に菌従属栄養性の進化が生じたイチヤクソウ属の植物標本に注目し,これらの2系統間で生じた菌従属栄養性の獲得に伴う形態進化を比較することを目的として,形態計測と比較を行った。その結果,2系統で生じたそれぞれの進化において,花の数が変化しない点が共通し,花茎の長さが長くなるか短くなるか,葉の縮小が完全か不完全かどうか,という点が明らかになった。研究計画では,光合成のための葉をもち部分的菌従属栄養を行う系統,葉をほとんど持たず絶対菌従属栄養性を行うと予想された系統,両者の中間的な形態をもつ系統の合計3系統を解析に用いる予定であった。しかし,このうち中間的な形態をもつ系統では,サンプリングを予定していた個体群で株数が大きく減少したことが原因で,満足なサンプリングができなかった。そのため,解析は十分に葉をもつ系統と,極端に葉を失った系統で行われた。また,上記のため,安定同位体比分析の結果について,投稿論文の執筆まで至らなかった。

SSRマーカーの開発は今年度の研究実施計画には記していなかったが,これは研究の過程で,中間的な安定同位体比をもつ個体の生物学的な実体の評価が新たな課題となり,広義イチヤクソウの核遺伝子型を高い解像度で識別する遺伝子マーカーが必要となったためである。また,一昨年度までに明らかにした研究成果である広義イチヤクソウの種内系統と形態の関係を明らかにし,部分的菌従属栄養段階の植物の進化様式に関する新たな仮説を提示した論文を執筆・投稿し,アメリカ植物学会が出版する国際誌American Journal of Botanyに受理・掲載された。さらに,この論文をもとに,これまでイチヤクソウの変種として扱われることが多かった,極端に葉を縮小させたヒトツバイチヤクソウを独立種として扱うことを提案する論文を執筆し,日本植物分類学会が出版する国際誌Acta phytotaxonomica etgeobotanicaに投稿・受理された。中間的な形態をもつ系統から追加でサンプリングを行い,安定同位体比を測定する。その後,葉の面積と安定同位体比との相関を定量的に評価する。研究結果を,日本植物学会大会や日本植物分類学会大会,日中韓合同シンポジウムEast Asian Plant Diversity and Conservation 2016で発表する。投稿論文を執筆し,投稿する。また,イチヤクソウが寄生する菌根菌相を明らかにするために,菌根菌相を対象とした分子系統解析を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
酸化ストレス疾患における抗酸化物質の生体内効能の測定・評価

近年、予防医学、創薬の観点から、抗酸化物質が注目されているが、これまでポリフェノールをはじめとする多くの抗酸化物質は、フリーラジカル消去作用あるいは、その最終産物である過酸化物の消去能を有するとの報告が大部分であり、物理化学的な概念、すなわち酸化・還元反応の概念が欠如している。また、チオール化合物を含む抗酸化物質は多く、生体内のチオール化合物は腫瘍などでの生体内レドックス変動に影響を及ぼすことが示唆されている。一方で、ニトロキシルラジカルは電子スピン共鳴装置やオーバーハウザーMRIなどにおけるレドックス感受性プローブ剤として汎用されている。そこで、本研究では、抗酸化物質の物理的性質を正確に把握し、酸化ストレス疾患のレドックス変動に適合した抗酸化物質の創出に向けた基礎的研究を目的とした。本年度は、特に、チオール化合物としてグルタチオンとシステインを選び、これらチオール化合物がニトロキシルラジカルの電気化学的性質に及ぼす影響を詳細に調べた。グルタチオンやシステインの存在下、ニトロキシルラジカルの酸化還元電位を、電気化学アナライザーを用いて測定した。また、この条件下でフリーラジカルとの反応性を、電子スピン共鳴装置を用いて評価し、電気化学的性質との関連性を調べた。また、液体クロマトグラフィーと電子スプレーイオン化質量分析を併用(LC/ESI-MS)することで、ニトロキシルラジカルとグルタチオンが反応し、ニトロキシルラジカルの二級アミン体およびオキソアンモニウムとグルタチオン付加体が生成することを明らかにした。これらの知見は、種々の抗酸化物質の薬効評価とともに、新規抗酸化医薬品の創出をも期待できると思われる。
不均一触媒反応の理解を目指した理論・計算化学手法の開発

本年度は、具体触媒反応の例として、昨年度に引き続きイオン性結晶であるナノシート固体酸触媒におけるアルコールのエステル化反応と水酸化ルテニウムにおける2級アルコールのラセミか反応を取り上げた。ナノシート固体酸触媒に関しては、はじめに「表面」であることをきちんと反映するためにバンド計算を実行し、周期性を持った結晶構造、表面構造、電荷分布を決定した。次に、表面での触媒反応の研究を遂行するために、こうして決定された表面状態を十分に再現するように、表面のクラスターモデルの作成を行なった。モデルの有用性・適応範囲・量子論で扱う自由度やクラスターサイズの選択方法について、実験結果やバンド計算からのデータと比較検討しながら、表面の電子状態や不均一触媒反応の反応機構を解明し、触媒モデルを完成させた。この触媒モデルを使って、アルコールのエステル化反応の反応機構を調べ、実験事実を再現する結果が得られた。このことから、理論科学的手法を用いても、表面のモデル化さえしっかりとできれば、触媒反応にも応用できることが分かった。次に、水酸化ルテニウムに関しては、クラスターモデルを構築し、実験事実とあわせて反応機構に関して考察を行った。灰異数が6であることと電荷が+3であることを考慮し、モデルを作成した。このモデルを用いて、ラセミ化反応の反応機構を明らかにし、さらには酸化反応まで取り扱い、触媒サイクルをすべて網羅する計算を実行した。得られた結果は実験事実を再現するものであり、こうした計算科学的手法の有用性を示した。こうした研究を基に、表面における種々の時間-空間スケールでの緩和過程を記述するための基礎理論の開発を目指し、各スケール間のつながりを詳細に検討した.こうした研究を基に、今後も固体触媒表面の化学反応の統合的理解を目指した時間-空間マルチスケールの計算スキームの開発を進めていきたいと考えている。本研究課題では,具体的な不均一触媒反応の例として固体酸触媒(ナノシート触媒)におけるアルコールの脱水反応を取り上げ,不均一触媒表面構造や表面での反応機構に関する研究を進めてきた.固体酸触媒は,生成物との分離,中和,塩の除去といった問題点を解決するグリーンケミストリーの観点からも好ましい物質である.近年,層状金属酸化物の層を剥離して得られる酸化物ナノシートが固体酸触媒として機能することが東京大学工学部化学システム工学科の高垣・堂免らによって発見され注目されている.しかし,実験だけでは表面上の強酸点や水素の位置等は分からない.特に触媒表面を動いていると考えられている水素に関しては, 2次元結晶を通り抜けているのではないかとも言われており,ナノシート上のプロトンの位置や運動に関する理論的な解明が強く望まれていた.そこで,我々はこのナノシート固体酸触媒が2次元の結晶構造を有するという特徴を活かし,量子化学計算と周期境界条件下で密度汎関数法を用いて基底状態の電子状態を決定できるいわゆるバンド計算法を駆使して,ナノシート構造や表面での反応機構を理論的に解明した.さらに,表面や固体内でのプロトンの運動に関する研究を行い,上記の問題にアプローチしてきた.その結果,表面構造に関しては実験事実を再現するモデルを構築することができた.また,従来実験で言われていた場所とは異なる場所が酸点であるのではないかと計算で示した.表面のプロトンの運動に関しては,異動に必要な活性化エネルギーがかなり高いことが数値計算で示されたため,実際にこの触媒の表面を自由にプロトンが移動することは無いのではないかと考えている.さらに,表面でのプロパノールの脱水反応に関しては,隣り合う2つのサイトがブレンステッドの意味で酸点と塩基点になっており,競争的に水素の移動反応が起こり,反応が進むことを示した.本年度は、具体触媒反応の例として、昨年度に引き続きイオン性結晶であるナノシート固体酸触媒におけるアルコールのエステル化反応と水酸化ルテニウムにおける2級アルコールのラセミか反応を取り上げた。
食事中トランス脂肪酸による肝発癌促進機構の解明と予防法の開発

トランス脂肪酸は日常生活で我々が頻繁に食する脂肪酸である。米国ではトランス脂肪酸摂取が禁止されているが、我が国ではトランス脂肪酸の健康被害に関する科学的根拠が乏しいとの理由で、その摂取に注意が払われていない。我々はトランス脂肪酸が肝癌を促進させる可能性を見出したが、そのメカニズムは不明である。本研究では、食事中トランス脂肪酸が肝臓に与える影響を多角的に解析し、その毒性を機能性食品で軽減する方法も探索する。トランス脂肪酸毒性に関する明確な科学的根拠とその予防戦略を提示できれば、国民の食生活の改善や健康寿命延伸、新規産業創出につなげられる可能性があると考えている。
高度な信号推定技術によるNMR構造解析の高精度化とin-cell NMRへの応用

本研究は、核磁気共鳴(NMR)法を用いた分子構造情報の取得に要する計測を、高度な信号推定手法を用いて高速化し、経時変化の激しい分子についても高精度な構造情報の取得を可能にすることを目的とする。そのために、短時間で取得可能な少数の標本点における測定データから、圧縮センシングと呼ばれる手法を用いてNMRスペクトルの推定を行うプログラムの開発を行った。計測データの特性を考慮したスペクトルの推定を行うことにより、従来法を上回る精度を達成した。核磁気共鳴(NMR)法は、分子の持つ機能のメカニズムを知るために重要となる、分子構造に関する情報を、原子サイズレベルの分解能で得られる実験的手法の一つである。しかしNMR法は、分子量の大きい生体高分子など、構造の複雑性が高い分子を測定する場合には、シグナルの分離を良くするための多次元NMR法などの長時間を要する測定手法を用いる必要があり、その計測時間の長さがNMR法の適用範囲を限定してしまう原因となっている。例えば、近年その応用先として重要視されている、生細胞中のタンパク質をターゲットとした測定も、細胞の寿命により測定時間に制約があり、それ故に多次元NMR測定が非常に困難な状況となっている。そこで本研究課題では、多次元NMR測定において、従来より少ない標本点の測定データ、すなわち、より短い測定時間で得ることのできるデータから、構造解析に必要とされるスペクトルを推定、構築する手法を開発し、測定に要する時間を大幅に短縮することを目的としている。当該年度では、その基礎となる、少数の標本点データから圧縮センシングの技術を用いてスペクトルを推定し構築するプログラムの作成、ならびに、今後の解析、評価に必要となるツール群(実際のNMR測定データを間引いてテストデータを作成するプログラム等)の作成を行った。また、NMR測定を行っている実験グループの協力の元、実際の多次元NMR測定データ(in vitroのデータ)を取得し、それらを用いた計算機実験を行い、データの間引き度合いと推定に用いるパラメータが、スペクトルの再現性能へ与える影響について知見の集積を行った。本研究は、分子構造情報の取得を行う核磁気共鳴(NMR)法において、その計測の高速化を図るものである。それにより、特に、現在非常に困難とされている、経時変化の激しい生体内の分子について、高精度な計測を可能にすることを目的としている。本研究では、その高速化の実現手法として、圧縮センシングと呼ばれる技術を用い、少数の標本点での測定データから、構造解析に用いられるスペクトルを推定するアプローチを取っている。圧縮センシングにおいては、対象となる信号が疎に表現される空間を仮定するが、そこにおける表現がより疎であるほど、推定の性能が高まるという性質がある。つまり、より疎に表現可能な空間を見つけることが性能の向上につながる。そこで当該年度では、計測データの空間から、疎な表現空間への写像を行う基底として有望そうな、複数個の基底を検討、実装し、それらから得られる推定スペクトルの比較を、人工的に作成したデータ、ならびに実際の計測データを用いて行った。その結果、どの基底がどのような条件下でよりよい性能を発揮するかという知見を得ることができた。また、対象となるデータの性質に応じてチューニングの必要な、正則化パラメータλ(推定に用いられるパラメータ)の自動選択に関しても、方針の策定とプロトタイプの実装を行った。これに関しては、実行時間などの点からまだ実用的なものとはなっていないため、今後、構成の改良、パラメータチューニングなどを行っていく予定である。本研究の目的は、特に、経時変化の激しい環境下にある分子について、核磁気共鳴(NMR)法を用い、高精度に分子構造情報を得ることのできる技術を開発することである。変化が激しいことから短い時間での計測が要求されるが、本研究では、短時間で取得可能な少数の標本点での測定データから、信号の特性に由来する仮定を用いて真の信号を推定し、原信号を復元することにより、分子構造情報を取得する。原信号の復元は、圧縮センシングと呼ばれる方法を用いて行っているが、その性能を大きく左右する要素として、1.測定データの空間から、最適化(推定)を行う空間への写像の仕方、2.最適化の目的関数の構成、が挙げられる。1.に関する取り組みについては、前年度までに行っていた(写像を行う基底を複数個検討し、より効果的な復元を行うことのできる基底を探索)ため、それに続き、今年度は、2.に関する取り組みを行い、よりNMRの信号の特性を考慮した性能改善を図った。具体的には、最適化の目的関数に追加の正則化項を導入し、NMRを用いた構造解析に支障となり得る、不自然なデータ(ノイズ)を減らすこと、ならびに、NMRの測定データについて、位相補正が行われているという仮定を取り込み、周波数空間での表現がとり得る値の範囲についての制約を目的関数に導入することの2つを行った。また、それらの改善について、人工的に生成したNMRデータ、ならびに実計測データを用いての実験を行い、より少ない測定データから、より高精度な復元を行うことができる効果を確認した。交付申請書で本課題において実施する大項目として挙げた、1.圧縮センシングを用いて多次元NMRスペクトルの復元(推定)を行う基礎プログラムの開発、2.復元性能に大きな影響を与えるパラメータ群の適切な選び方に関する知見の集積、3.正則化パラメータλの選択を補助するプログラムの開発、4.テストデータならびに実際の測定データを作成し、開発プログラムに適用して、復元プログラムの性能評価を行うこと、5.復元プログラムのさらなる性能改良、の全てについて、今年度までに概ね実施することができたため。

本研究は、核磁気共鳴(NMR)法を用いた分子構造情報の取得に要する計測を、圧縮センシングと呼ばれる信号推定手法を用いて高速化し、経時変化の激しい分子についても高精度な構造情報の取得を可能にすることを目的とする。期間を通じて行った主な内容は、(1)少数の標本点データから圧縮センシングの技術を用いて信号を推定する基礎プログラムの開発、(2)そこで用いる、NMR計測データ空間から疎な表現空間への写像を行う基底を複数検討することによる、より効果的な推定を可能にする基底の探索、(3)推定における最適化の目的関数にNMR信号の特性を考慮した変更(不自然なノイズを減らすための追加の正則化項の導入、測定データが位相補正されていることを仮定した、表現空間における値の制約の導入)を施すことによる性能改善、(4)対象データの性質に応じて調整を必要とする、最適化の目的関数の各項の重みを与えるパラメータについて、その調整作業を助けるための半自動的チューニングプログラムの開発、(5)実際のNMR測定データ、ならびに人工的に作成したデータを用いた性能評価である。本年度は、その中でも特に(4)における改良を行った。前年度までに作成したプロトタイプにおいては、チューニング過程における繰り返し計算に要する時間が非常に長いという問題があった。そのため、その計算時間を短縮する手法を開発した。具体的に述べると、チューニングを行う際は、所望の信号の量になるように、パラメータを調整しながら推定計算の繰り返しを行うが、その各推定計算の中間過程において、最終的に得られると想定される信号の量の予測を行い、その予測値に基づいてパラメータの調整を行い、次の繰り返しに移ることにより、つまり、各推定計算を途中で切り上げることにより、総計算時間の短縮を図る手法を検討し、その実装ならびに効果の確認を行った。本研究は、核磁気共鳴(NMR)法を用いた分子構造情報の取得に要する計測を、高度な信号推定手法を用いて高速化し、経時変化の激しい分子についても高精度な構造情報の取得を可能にすることを目的とする。そのために、短時間で取得可能な少数の標本点における測定データから、圧縮センシングと呼ばれる手法を用いてNMRスペクトルの推定を行うプログラムの開発を行った。計測データの特性を考慮したスペクトルの推定を行うことにより、従来法を上回る精度を達成した。交付申請書に記載した、平成26年度平成27年度に行う予定となっていた内容の約半分にあたる、(1)正則化パラメータλの選択補助ツール、自動選択プログラムの開発(2)信号推定プログラムの性能改良における、方針の検討ならびにプログラムの実装、性能評価を行うことができたため。当初は平成27年度までの計画であったが、本課題の達成に要する信号復元処理に関し、計算に用いる基底関数やプログラムの構成の改良などを大幅に行うことにより、当初計画時に想定したよりも少ない計算機資源で目的の計算を行うことができた。よって、節約できた直接経費を用い、期間延長を行った次年度は、当初の目標よりもさらに復元計算の困難な測定データへの適用も可能にすべく、新規手法ならびにより高性能なプログラムの開発、実計測データを用いた実証を行う。
腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の開発

【目的】本研究は、腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の開発を目的としている。最終年度は、ベッドの高さ調整と2種類の作業姿勢活用による腰部負担の軽減効果を検証した。【方法】1.対象:被験者は研究協力の得られた看護・介護職13名(平均年齢32.2±5.4歳,平均身長159.5±5cm,平均体重52.6±6.7kg)。要介護者モデルは寝たきり度C2を想定した看護大学院生1名(身長156cm,体重57.5kg)。2.測定方法:3次元動作解析、筋電図解析、主観的評価などの測定指標を用い、2種類のベッドの高さ(50cmと60cm)と作業姿勢(床面に両足を設置した姿勢とベッド上に片膝を乗せる姿勢)による腰部負担への軽減効果を検討した結果、以下の知見を得た。【結果】1.おむつ交換全工程では、ベッドの高さ50cmに比べ60cmで、上腕二頭筋%MVCが7.1%、体幹前傾角が19.5%、椎間板圧縮力が9.1%、腰部最大トルク比が3.8%と有意に減少し、腰部負担軽減が示された。2.おむつ交換各工程では、僧帽筋%MVC、上腕二頭筋%MVCに工程間の有意な差を認めた。上腕二頭筋%MVCは、「eズボンを上げる」が「bおむつを開く」、「cおむつを換える」、「dおむつを閉じる」に比べ有意に高く、腰部負担増加に影響した。3.おむつ交換全工程において、体幹前傾角は、身長差に関わらずベッドの高さ50cmに比べ60cmで腰部負担の有意な減少を認めた。一方、膝乗せ時の6動作において、体幹前傾角は、身長差に関わらずベッド50cm、膝乗せ姿勢、ベッド60cmの順に腰部負担の有意な軽減を認めた。以上より、腰部負担軽減を考慮したおむつ交換技術としてベッドの高さ調節や膝乗せ姿勢の活用が効果的であることが立証された。今後は繰り返しによる累積的負担を検証する研究の必要性が示唆された。<目的>本研究は,腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の開発を目指すものである.今年度は,腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の基礎をつくるため,現状で行われているおむつ交換技術に伴う腰部負担を科学的に解明する前段階として,1)文献検討による腰部負担に関する生体力学的根拠に基づいた作業(動作)を検討すること,2)専門家の意見を取り入れて予備実験を重ね,本実験に向けた実験条件の調整を行うこととした.<結果>1)腰部負担に関する作業(動作)に関連した文献について,MEDLINE,CINAHL,医学中央雑誌を用いて検索した.その中のsystematic reviews数件において,持つ,持ち上げる,運ぶ,前屈する,ひねる,振動などが腰背部症状の増加・悪化・傷害につながることが共通して明らかにされていた.このことからおむつ交換技術に伴う腰部負担として、手もしくは全身にかかる荷重、前傾姿勢、ひねりなどを捉える必要があると考える.2)人間工学分野からの専門的知識の提供を受け、現在以下について予備実験を重ねている.・被験者:研究協力が得られ,健康上の問題のない,高齢者のおむつ交換技術を有する女性5-10名.・作業内容:おむつ交換作業,作業時間帯(日勤帯・夜勤帯),作業環境(ベッドの高さなど)・測定項目:(1)2(3)次元動作解析,(2)筋電図(脊柱起立筋,僧帽筋など),(3)エネルギー消費量,(4)主観的評価(負担感,作業のやりやすさなど),(5)その他(体温・血圧・脈拍,握力・背筋力など)【目的】本研究は,腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の開発を目的としている.今年度は,臨床場面を設定した実験下において,生体力学的評価を用いた腰部負担の評価を試みた.【方法】1.対象:高齢者のおむつ交換に関してほぼ一定の手技を有する看護・介護職5名(平均年齢30.8±4.7歳,平均身長161.8±5.3cm,平均体重48.6±4.6kg).要介護者モデルは寝たきり度C2を想定した。2.おむつ交換作業:(1)ズボンを下ろす,(2)おむつを開く,(3)おむつを換える,(4)おむつを閉じる,(5)ズボンを上げるという5工程を基本とし,ベッドの高さは50cmとした.3.測定項目:各工程から腰部負担につながると判断した13の動作を抽出し,解析した.1)バイオメカニカル解析:瀬尾らが開発したソフトを用いて,体幹前傾姿勢,L5/S1最大モーメント比,腰部椎間板圧縮力を算出した..2)筋電図:左右の脊柱起立筋・僧帽筋・上腕二頭筋の最大随意筋収縮に対する%値.(%MVC)を求めた.3)操作力:床面のフォースプレートとベッド側面の6分力センサーの合力から手にかかる力を推定した.4)その他:主観的評価(8部位5段階評価),バイタルサインなど【結果】1.バイオメカニカル解析:おむつ交換全工程を通してほぼ一定の値を示し,体幹前傾角度は60度前後,L5/S1最大モーメント比は20%前後,腰部椎間板圧縮力は1500N前後であった.

2.筋電図:左右の脊柱起立筋・僧帽筋・上腕二頭筋を合わせた%MVC値は1030%であり,(1)ズボンを下ろすと(5)ズボンを上げるでは約25-30%,(3)おむつを換えるでは約15-20%と高い傾向を示した.3.操作力:おむつ交換全工程の手にかかる力の平均は12.0±2.7Nであり,(1)ズボンを下ろすと(5)ズボンを上げるでは約20-25N,(3)おむつを換えるでは約10-15Nと高い傾向を示した.4.主観的評価:負担感は,腰が平均3.6±1.0点と最も強く,次いで大腿,上腕,下腿,足首の順だった.【考察】腰部負担が高いのは,おむつ交換に伴うズボンの着脱や体位変換など力を要する動作であった.生体力学的指標により,作業に伴う力や負担の分散がみえ,腰部負担評価に有用であることが示唆された.【目的】本研究は、腰部負担軽減を考慮した要介護高齢者のおむつ交換技術の開発を目的としている。最終年度は、ベッドの高さ調整と2種類の作業姿勢活用による腰部負担の軽減効果を検証した。【方法】1.対象:被験者は研究協力の得られた看護・介護職13名(平均年齢32.2±5.4歳,平均身長159.5±5cm,平均体重52.6±6.7kg)。要介護者モデルは寝たきり度C2を想定した看護大学院生1名(身長156cm,体重57.5kg)。2.測定方法:3次元動作解析、筋電図解析、主観的評価などの測定指標を用い、2種類のベッドの高さ(50cmと60cm)と作業姿勢(床面に両足を設置した姿勢とベッド上に片膝を乗せる姿勢)による腰部負担への軽減効果を検討した結果、以下の知見を得た。【結果】1.おむつ交換全工程では、ベッドの高さ50cmに比べ60cmで、上腕二頭筋%MVCが7.1%、体幹前傾角が19.5%、椎間板圧縮力が9.1%、腰部最大トルク比が3.8%と有意に減少し、腰部負担軽減が示された。2.おむつ交換各工程では、僧帽筋%MVC、上腕二頭筋%MVCに工程間の有意な差を認めた。上腕二頭筋%MVCは、「eズボンを上げる」が「bおむつを開く」、「cおむつを換える」、「dおむつを閉じる」に比べ有意に高く、腰部負担増加に影響した。3.おむつ交換全工程において、体幹前傾角は、身長差に関わらずベッドの高さ50cmに比べ60cmで腰部負担の有意な減少を認めた。一方、膝乗せ時の6動作において、体幹前傾角は、身長差に関わらずベッド50cm、膝乗せ姿勢、ベッド60cmの順に腰部負担の有意な軽減を認めた。以上より、腰部負担軽減を考慮したおむつ交換技術としてベッドの高さ調節や膝乗せ姿勢の活用が効果的であることが立証された。今後は繰り返しによる累積的負担を検証する研究の必要性が示唆された。
液体ターゲットによる数十ミクロン径レーザーマイクロプラズマの生成とイオン発生

筐体壁面などとの相互作用を無視できる真空中(自由空間中)に液滴ターゲットを生成した.この液滴ターゲットを用いて,レ-ザーマイクロプラズマを生成し,レーザーエネルギー注入とイオン発生の実験を進めた.二重パルス法を確立し,広範なレーザーパラメータで実験を行ってきた.液体マイクロターゲットを用いたレーザー生成マイクロプラズマからのイオン発生およびフェムト秒からナノ秒までの広範な時間パラメータ領域でのレーザーエネルギー注入(吸収)に関する実験的研究を行った.また,「みる」班との共同研究により,一流体二温度モデルによる流体シミュレーションとの比較を行った(Applied Physics Lettersに共著掲載された).ナノ秒レーザー生成マイクロプラズマからの高速イオンのエネルギー分布や放射角度分布を観測した.プリプラズマの有無により,高速イオンの角度分布が狭くなると同時に,イオン電流が減少することが明らかになった.液滴ターゲットを用いたマイクロプラズマの電子密度,電子温度などの基礎パラメータを計測,診断することは重要である.レーザー干渉法によるプラズマ密度計測の準備を終え,予備実験によりプラズマ密度とプラズマ膨張速度の評価を行う環境を整えた.また,軟X線分光により液滴(典型的には水媒質)マイクロプラズマの電子温度の評価も行えるようになった.イオン速度と電子温度との相関が明らかになりつつある.このようなマイクロプラズマの実用的応用として,次世代半導体リソグラフィー露光機としての極端紫外光源の高効率化に大きく貢献できると考えている.このような極端紫外光の高効率発生のために,レーザーパラメータとプラズマパラメータの最適化を推進している.今年度は液体ジェットターゲットを開発することによって,直径10-100μmのターゲットを真空中に生成し,高繰返し実験を可能とすることによって,データの蓄積を図ってきた.その結果,ナノ秒レーザー生成プラズマからのイオン発生特性,プリプラズマ生成による電子温度の制御,レーザー干渉法によるプラズマ密度計測などを実施した.これまでに行われた研究によって得られた結果は,以下のように要約される.(1)ナノ秒レーザー生成プラズマからの高速イオン速度は,レーザー強度およびレーザー波長に対しν∝(Iλ^2)^<1/3>の相似則で説明できることを示した.(2)高速イオン数の価数は1-2価,最確速度に対応するエネルギーは3keVであることを観測した.(3)プリプラズマを生成することにより,高速イオンが減速することを観測した.これは電子温度が30eVから10eVに低下したことを示唆している.(4)高速イオンは,ターゲット法線方向に対してcosθの角度分布を持つことを観測した.(5)レーザー干渉法により,プラズマ密度の空間分布およびプラズマの膨張速度を観測した.(6)真空中で液滴ターゲットを生成した.(7)液滴ターゲットプラズマによるフェムト秒レーザーエネルギーの吸収過程を観測した.シングルパルスの場合は,共鳴吸収過程により説明できる最適パルス幅が存在することを明らかにした.これらの成果は,研究業績にあるように論文として発表または投稿している.筐体壁面などとの相互作用を無視できる真空中(自由空間中)に液滴ターゲットを生成した.この液滴ターゲットを用いて,レ-ザーマイクロプラズマを生成し,レーザーエネルギー注入とイオン発生の実験を進めた.二重パルス法を確立し,広範なレーザーパラメータで実験を行ってきた.液体マイクロターゲットを用いたレーザー生成マイクロプラズマからのイオン発生およびフェムト秒からナノ秒までの広範な時間パラメータ領域でのレーザーエネルギー注入(吸収)に関する実験的研究を行った.また,「みる」班との共同研究により,一流体二温度モデルによる流体シミュレーションとの比較を行った(Applied Physics Lettersに共著掲載された).ナノ秒レーザー生成マイクロプラズマからの高速イオンのエネルギー分布や放射角度分布を観測した.プリプラズマの有無により,高速イオンの角度分布が狭くなると同時に,イオン電流が減少することが明らかになった.液滴ターゲットを用いたマイクロプラズマの電子密度,電子温度などの基礎パラメータを計測,診断することは重要である.レーザー干渉法によるプラズマ密度計測の準備を終え,予備実験によりプラズマ密度とプラズマ膨張速度の評価を行う環境を整えた.また,軟X線分光により液滴(典型的には水媒質)マイクロプラズマの電子温度の評価も行えるようになった.イオン速度と電子温度との相関が明らかになりつつある.このようなマイクロプラズマの実用的応用として,次世代半導体リソグラフィー露光機としての極端紫外光源の高効率化に大きく貢献できると考えている.このような極端紫外光の高効率発生のために,レーザーパラメータとプラズマパラメータの最適化を推進している.
微小脳システム統合による昆虫の行動発現機構

本研究の目的は、カイコガの嗅覚情報処理系を生物学・生理学的知見に基づいてモデル化し、ロボット・システムとして工学的に再構成することで、その評価を行うことである。対象とする昆虫の行動は、カイコガの定位行動で、カイコガ(bombyx mori)の雄が、メスの性フェロモン刺激によって雌の位置まで定位する行動である。本研究では、嗅覚情報処理モデルとして触角電位モデルと定位行動発現モデルの2つを構築した。嗅覚受容細胞の構造とその受容器膜での化学現象を考察することで、フェロモン刺激強度と触角電位振幅の関係を導出した。これにより、触角電位の計測からフェロモン刺激強度(濃度)の推定ができることを示した。また、これにより触角電位の時間波形テンプレートを利用した精度の高い触角電位の検出が可能になった。これらの関係が計測結果を実験によって確認し、構築した触角電位モデルの妥当性を示した。前・中大脳にある両側のLAL-VPC領域の活動度が、神経修飾物質の持つ時定数によってゆっくり振動し、行動パターンの長期応答を形成するダイナミクス・モデルを構築した。フェロモン刺激によって与えられる非常に短い(数百ms)一過性の刺激によって、一連の定位行動パターンが生成されることをシミュレーションで確認した。さらにこのモデルを小型移動ロボットの行動制御モデルとして組み込み、実際のフェロモン場で定位行動パターンを発現させた。さらにロボットはフェロモン源から15cm程度はなれた場所から、フェロモン源まで定位して到達することに成功し、モデルの妥当性が確認された。統計的手法によってロボットの行動をカイコガの行動と比較解析して類似点、問題点を明らかにし、モデル評価を行った。現状の技術でカイコガの行動発現メカニズムを分析するには,行動の支障とならないような微小なテレメータで,触角電位や筋電位を送信して生理学的なデータを得,同時に行動をカメラで観察して解析するのが有効であると考えられる.しかし,触角電位については,触角からの信号が微弱なために,入力インピーダンスの高いテレメータが必要であり,筋電位計測用の(EMG用)テレメータをそのまま使っても触角電位は計測できない.また,EMG用テレメータはFM放送の周波数帯を利用しているので,低周波の波である触角電位を送信することができない欠点がある.そこで、本研究ではEMG用テレメータを改良してEAG用テレメータを試作し、これを使ってカイコガの触角電位を計測した.EMG用テレメータは100Hz以下で周波数応答のゲインが急速に低下していたのに対して,EAG用テレメータでは110Hzの間で一定の大きなゲインが得られるように設計されている.また,EAG用テレメータの入力インピーダンスも、使用する周波数帯で500KWの入力インピーダンスが確保されている.EAG用テレメータを使って,カイコガの触角電位の計測結果である.カイコガの触角に電極を挿入し,そこからの信号をテレメータで発信して記録した.EAGの記録は複数の神経細胞の活動の集まりを統計的に見たものと考えられ,個々の神経細胞の活動の周波数帯の信号より,周波数の低い部分に意味のある信号が出ているが,これを,本研究のテレメータで計測可能であることが示せた.カイコガの神経修飾物質の濃度変化を微分方程式で記述したものと、膜電位の変化を表す微分方程式で、神経モデルを記述した。単発的な刺激に対して、ジグザグ、ターンの行動が神経の伝達速度よりかなりゆっくりした変化であるが、この原因として化学物質の緩やかな変化も重要な要素であることを仮定したものである。これによって、実際のカイコガの脳内で見られる生理学的データに似たモデルを作ることができた。