hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結核菌感染における免疫抑制受容体PD-1の機能解析

結核菌の感染に対する防御免疫においては、CD4陽性T細胞が細胞性免疫の司令塔として必須な役割を果たしている。研究代表者は本研究課題において、免疫抑制受容体PD-1を欠損したマウスが結核菌感染後にIFN-γ産生性CD4陽性T細胞による著しい肺組織傷害によって死亡することを明らかにした。IFN-γ産生性CD4陽性T細胞は抗結核免疫を司る免疫細胞としてよく知られてきたが、T細胞応答制御分子のPD-1を欠損した場合には、宿主に本来有益なCD4陽性T細胞も感染病態の増悪を引き起こしうるという新規の知見が明らかとなった。研究代表者は、結核菌感染における免疫応答のバランス調節機構についての理解を深めるために、T細胞応答を調節する免疫抑制受容体PD-1に着目し、平成23年度の研究実施計画に基づいた実験を行い以下の成果を得た。1)PD-1を欠損したマウスの肺では、結核菌感染後にマクロファージの浸潤が野生型マウスと比較して2倍程度増加していた。2)PD-1欠損マウスの肺では、TNF-α、IL-6、IFN-γやIL-17A等の炎症サイトカインの産生が著しく増加していた。これらのサイトカインの主要な産生細胞はマクロファージとCD4陽性T細胞であることから、これらの細胞がPD.1欠損マウスの病態形成に関与している可能性が示唆された。3)マクロファージにおけるPD-1欠損の影響を明らかにするため、野生型およびPD-1欠損マウス由来の結核菌感染マクロファージの機能解析を行なったが、細胞内殺菌能やサイトカイン産生能に有意な差は認められなかった。一方、CD4陽性T細胞の機能解析から、PD-1欠損マウスの肺では抗原特異的CD4陽性T細胞数が顕著に増加していることが分かった。また、この抗原特異的T細胞は抗原刺激に対してIL-17Aを産生せず、IFN-γを多量に産生することが分かった。以上の結果より、結核菌を感染させたPD-1欠損マウスの病態形成には、CD4陽性T細胞の過剰な応答(抗原特異的T細胞数とIFN-γ産生能の増加)が関与している可能性が示唆された。結核菌感染におけるCD4陽性T細胞の役割については、感染防御免疫の司令塔としての有益な役割がよく知られている。しかしながら、本研究によって、PD-1というT細胞応答の制御分子を欠損した場合には、CD4陽性T細胞が感染病態の増悪をもたらすという新規の知見が明らかとなった。従って、本研究成果は、結核の病態解明のアプローチとして従来から用いられている病原体側(結核菌の病原性)の解析に加えて、宿主側(免疫応答)の解析の必要性を示唆する重要なものと考えられる。研究代表者は、前年度の研究成果から結核菌感染PD-1欠損マウスの病態増悪におけるT細胞の関与を見出した。そこで平成24年度では、本所見を検証するために研究実施計画に基づく実験を行い以下の成果を得た。1) T細胞欠損(RAG2欠損)マウスをレシピエントに用いて、野生型あるいはPD-1欠損マウス由来T細胞を移入し、結核菌を肺感染させたマウスの生存日数の観察を行なった。PD-1欠損T細胞を移入したマウスは、野生型T細胞を移入したマウスと比較して早期に死亡することが分かった。さらに、これらのT細胞をCD4陽性とCD8陽性T細胞に分離し、同様の細胞移入実験を行ったところ、PD-1欠損CD4陽性T細胞の移入によってマウスの死亡を再現できることが分った。2)前年度の研究成果(PD-1欠損マウス肺におけるIFN-γの産生およびIFN-γ産生性CD4陽性T細胞の著明な増加)に基づき、PD-1欠損CD4陽性T細胞由来の病態増悪因子としてIFN-γの関与を検討した。結核菌感染PD-1欠損マウスにIFN-γの中和抗体を投与し生存日数を観察したところ、PD-1欠損マウスの生存日数が有意に延長することが分かった。また、生存日数の延長は肺の組織傷害の減少と相関し、マクロファージなどの炎症細胞の肺への浸潤およびTNF-αやIL-6等の炎症性サイトカイン産生も顕著に減少することが分かった。以上の結果より、結核菌感染におけるPD-1欠損マウスの病態増悪は、IFN-γ産生性CD4陽性T細胞により惹起されることが明らかとなった。IFN-γ産生性CD4陽性T細胞は、結核感染に対する防御免疫に必須の免疫細胞として考えられてきてた。しかし本研究によって、PD-1というT細胞応答の制御分子を欠損した場合には、宿主に本来有益なCD4陽性T細胞も感染病態の増悪を引き起こしうるという新規の知見が明らかとなった。

本研究課題に対する科学研究費補助金により、平成23年度の研究実施に必要な試薬などの物品を全て購入することができたため。また、平成23年度で得られた研究成果の発表についても、当該研究費の旅費により国内・国際学会において国内外の研究者に発信することができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の今後については、引き続き平成24年度の研究実施計画に基づいた実験を行い、結核菌感染における免疫抑制受容体PD-1の機能をより詳細に解析する予定である。
ハイブリッド・マグネット用500A温度可変臨界電流測定装置の開発と研究

平成16年度は「ハイブリッド・マグネット用500A温度可変臨界電流測定装置」の立ち上げと調整を行ない,特に圧縮側の歪を印加した状態での臨界電流測定を可能とするようにし,液体ヘリウム中(4.2ケルビン)で-0.5%程度までの圧縮歪下での臨界電流を500A(アンペア)まで測定することが可能となった。一方,電流-電圧測定は従来アナログペンレコーダに頼っていたが,計測精度を上げるためにナノボルトメータを用いて測定することとし,電圧信号増幅用の低雑音増幅器(エヌエフ回路設計ブロック製)を2台購入した。この増幅器は現在購入可能な信号増幅器のなかで最もノイズレベルの低い増幅器である。1台で100倍の増幅率なので2台で10,000倍までの信号増幅が可能となり,電流-電圧測定において電圧がより精確に測定できるようになった。これら装置と,従来用いていたGM(ギフォード・マクマホン)冷凍機冷却クライオスタットを用いて,タンタル繊維補強ニオブ・スズ超伝導線材の機械特性,臨界電流の温度依存性,熱的安定性を調べ,同線材が延性に優れ,熱的安定性の観点からも冷凍機冷却超伝導マグネット用線材として有力候補の一つであることを示した。また,ニオブ・チタン補強ニオブ・スズ線材を用いたコイルの横圧縮試験を行ない,ニオブ・チタンの補強効果が引張りだけでなく横圧縮に対しても有効であることを示した。さらに,今後の超伝導マグネットの更なる強磁場化にとっては必須の研究課題である高温超伝導コイルの高強度化のために,マトリクス材の比率の低い(低銀比)ビスマス系高温超伝導線材の引張り試験,フープ力試験を行ない,その機械特性を明らかにし,ステンレステープを用いた補強効果の実証も行なった。平成15年度は実用超伝導線材の臨界電流の歪依存性を強磁場中において温度可変で測定するための装置である温度可変臨界電流測定装置の設計・製作を行った。歪印加機構としてはWalters coil spring(ウォルター・コイル・ばね)を用いた。これはばね形状の巻枠に超伝導線材をハンダ付けし,ばね全体を捻ることで線材に歪を与える構造となっている。ばねを捻る機構は遠隔操作可能にする予定であったが,これは将来の改造として,本年度は手動とした。この設計変更により,ハイブリッド・マグネットでの使用は難しくなってしまった(ハイブリッド・マグネットを使用しての実験ではすべての装置は遠隔操作でないといけない)が,15Tまでの冷凍機冷却型超伝導マグネットと組み合わせて基礎データを蓄積できるようにすることを重視した。温度調節のために物性測定で広く用いられている断熱セル方式を用いた。これにより,試料空間を真空に保ち,ヒータを用いることで温度調節が可能となる。近年,実用酸化物超伝導線材の臨界電流は液体ヘリウム中で1,000A(アンペア)を超えるが,装置全体をコンパクトにしなければならない制約と,断熱セル内への熱侵入を低減させる目的から電流リード容量は500Aとなるように設計した。これにより実用超伝導線材の臨界電流を500Aまで測定することが可能となる。来年度はこの装置を15T冷凍機冷却型超伝導マグネットに組み合わせて15Tまでの磁場で実用超伝導線材の臨界電流の歪依存性を測定する。サンプルとしては国際熱核融合実験炉(ITER)のためのNb_3Sn超伝導線材やCuNbやNbTiで内部補強した高強度Nb_3Sn超伝導線材およびビスマス系酸化物高温超伝導線材を予定している。測定したデータを文献値や従来の装置による測定結果と比較検討しながら装置の調整を行う予定である。
妊娠性肝細胞増殖因子の同定

産科学の教科書に記載されているように従来、妊娠中の肝臓は大きくならないと考えられていた。本研究提案の目的は、妊娠時に肝臓増殖を伴った妊婦肝臓が大きくなることを証明し、更にはその妊娠時肝細胞増殖因子を同定することである。前平成18年度までに明らかにしたことは、少なくともマウスにおいては妊娠中に妊婦の肝蔵が大きくなることを証明した。非妊娠肝臓重量に比べて、妊娠時での妊婦肝臓重量は有意に重いことが明らかになった。約1.7倍の重さであった。その次にBrdUを非妊娠および妊娠マウスに投与後、肝臓のBrdUの取り込みを細胞レベルで解析した。その結果、妊娠時肝細胞でのBrdUの取り込みは非妊飯時の取り込みと比べて有意に10倍以上の取り込みが見られた。よって、妊娠時に見られる妊婦の肝臓は肝細胞増殖を伴った肥大化・重量化が見られることを証明した。本平成19年度に得られた結果は以下の二点になる。(1)妊娠性肝細胞増殖因子同定のための肝細胞増殖時期の同定をした。その結果妊娠初期であることが判明した。少なくとも2.5dpcから8.5dpcの間で有意な肝細胞増殖が種々の方法にて見られた。(2)胎児・胎盤数と肝臓重量及び肝細胞増殖の関係も調べた。その結果胎児・胎盤数と各々肝臓重量及び肝細胞増殖は正の相関関係があることが判明した。産科学の教科書に記載されているように従来、妊娠中妊婦の肝臓は大きくならないと考えられていた。本平成18年度の研究にて、少なくともマウスにおいては妊娠中に妊婦の肝臓が大きくなることを証明した。その結果、妊娠時肝細胞でのBrdUの取り込みは非妊娠時の取り込みと比べて有意に10倍以上の取り込みが見られた。平成19年度に妊娠性肝細胞増殖因子同定のための基礎実験も開始した。それは、二点である。まず一点は肝細胞増殖時期の同定である。すなわち、妊娠時のいつに肝細胞増殖が起きるかを調べることである。妊娠時期ごとにBrdU取り込みを調べる予定である。いずれにしてもかなりの数の妊娠マウスが必要なため、時間がかかることが予想される。しかし、この結果妊娠性肝細胞増殖因子の発現時期が予想されるため、因子同定の大きな手がかりになるであろう。二点目は胎児数/胎盤数と肝細胞重量増加/肝細胞増殖活性との相関関係の解析である。もし、相関関係があれば、これも因子同定の大きな手がかりになる。
再認記憶の脳内機構-機能的核磁気共鳴画像と事象関連電位を用いた研究-

本研究結果は特定の認知機能にかかわる脳内の神経相関を検討する上で、機能的磁気共鳴画像(fMRI)で得られた空間的情報と事象関連電位(ERP)で得られた時間的情報を効果的に組み合わせることが有用であることを示している。最初に行われた顔認知研究では、fMRIで計測された側頭-後頭葉領域の信号値の変化とERPで測定された同領域の電位変化との間に相関関係が見られた。しかしより高次な処理を行う前頭葉領域では、このような明確な相関関係は認められなかった。従って本研究の主題となる再認課題に関する実験では、両実験を別の被験者群を用いて行った。健常若年被験者で絵の再認課題を遂行中のfMRIとERP実験を行い、記憶に関する脳内メカニズムを探った。fMRIでは想起の成功に関る領域として、前頭-頭頂葉領域が賦活された。さらに記銘時の処理水準操作の結果から、中でも左半球の頭頂間溝と前頭前野の一部がrecollectionに関わると考えられた。ERPでは想起の成功に関係して、刺激呈示後400500ミリ秒付近で頭頂部領域の電極で陽性の電位変化が認められた。この両者は実験の内容から考えて、同一の神経機構を反映するものと思われる。最後に健常高齢者を対象として、ほぼ同一のfMRI実験を行った。その結果では高齢者で想起時に認められる前頭葉の強い脳賦活は、高齢者での有意に長い反応時間と関係している可能性が示された。また想起の成功に関る領域として、高齢者では海馬の信号低下と脳梁膨大部後部皮質の信号上昇が特徴的であった。この結果は正常な加齢による海馬機能の低下を、同じPapez回路の一部である膨大部後部皮質が補完している可能性を示唆している。機能的磁気共鳴画像(fMRI)と事象関連電位(ERP)の実験を同一被験者を用いて、同じ認知課題のもとに行った。これにより特定の脳波上の成分の潜時と振幅が、fMRIで測定されるBOLD信号の変化とどのように対応するのかを検討した。顔の再認判断では後頭側頭葉に強い陰性の電位(N170成分)が生じることが知られている。この電位変化の潜時と振幅は被験者によって異なるが、同じ課題を遂行中のBOLD信号との被験者問での相関関係を検討した。その結果では左後頭葉の電位変化と同領域の信号変化に相関関係があり、また右側頭葉にも同様の相関を認めた。また単語の意味プライミング課題を用いて、同様に同じ被験者からfMRIとERPを測定した。このデータにおいては、ERPではN400成分にプライミング効果を認め、fMRIでは左前頭葉を中心とした賦活が認められた。しかしこの両者の間には明らかな相関関係はなかった。これらの結果からERPにおける潜時帯が早く後頭側頭葉を中心とした成分に関しては、fMRIの信号変化との相関がある可能性が示唆された。しかし前頭葉を発生源とする、比較的後期の成分に関してはfMRIとの相関を示すことは困難と考えられた。再認記憶に関与する前頭葉、海馬の活動は中後期のERP成分として反映されることを考えると、これらの活動とfMRIでの賦活との間に直接的に明瞭な相関関係を示すことは難しいと判断された。従って今後の実験においてはこの両者の実験を異なった被験者群により行うこととした。これらと平行して再認記憶における前頭葉・海馬・後頭葉の相互作用に関る予備実験を行い、おおむね期待する結果が得られた。

現在は岡崎国立共同研究機構においてfMRI実験を遂行中であり、近日中に終了する予定である。また名古屋大学においてもERPを用いた実験を行っており、こちらも近日中に終了する予定である。機能的磁気共鳴画像(fMRI)による脳賦活検査と事象関連電位(ERP)を同一被験者を用いて行い、顔の認知に関る脳内メカニズムを研究した。倒立顔効果と呼ばれる顔認知に特異的に見られる現象を、これら2つの実験手法を用いて観察した。倒立顔による脳賦活と、ERPによるN170電位の振幅が右紡錘状回において相関した。このことは紡錘状回が顔認知に特異的に関る脳領域であることを示している。この結果は現在投稿中である。さらに絵の再認記憶に関してfMRIとERPを用いて検討した。16人の被験者に対してfMRIを、別の16人の被験者にERPをそれぞれ行った。fMRIの結果では、エピソード記憶からの想起の成功には前頭-頭頂領域の広範な賦活が伴うことが分かった。さらに記銘時の処理水準操作により記憶成績を変化させた場合、深い処理をした時には浅い処理の時よりも左半球の前頭葉と頭頂間溝が強く賦活した。これらの領域は、想起の成功により密接に関わる領域と考えられた。同じ課題で行ったERPの結果では、想起の成功には頭頂領域の陽性電位が関与することが示された。しかしながらこの電位変化は、記銘時の処理水準効果には反応しなかった。その理由は本実験では絵を用いたため、課題成績が他の研究結果よりも良好であったことが上げられる。またfMRIとERPでは、脳活動の測定上の感受性が異なる可能性も示された。これらの結果は国際学会などで発表し、投稿準備中である。また現在は、高齢被験者を対象とした予備実験を遂行中である。認知処理に伴う脳活動の時間的変化を測定するため、本研究では主にERPを用いた。しかし近年は、近赤外線分光法(光トポグラフィー、NIRS)の測定方法も発達している。本研究でも1チャンネルのNIRS装置を用いて作動記憶課題を遂行中の脳活動を測定し、同じ被験者で行ったfMRIの結果と比較する実験を行った。今年度は顔認知課題を用いた機能的磁気共鳴画像(fMRI)と事象関連電位(ERP)の研究結果をBrain and Cognition誌に投稿し、受理された。続いて若年健常被験者を用いた絵の再認記憶に関するfMRIとERP研究の結果をCerebral Cortex誌に投稿し、受理された。今年度に新たに行った実験としては、絵の再認記憶に関する実験を健常高齢者で行ったものがある。24名の高齢者に対して予備調査を行い、fMRI実験が遂行可能とされた16名について自然科学研究機構・生理学研究所において本実験を行った。得られたデータをSPM2とrandom effect modelで解析した結果、高齢被験者は若年者と比較してエピソード記憶の想起時における前頭葉の活動が亢進していることが分かった。しかし両群では正答率はほぼ等しいものの、反応時間が高齢者で有意に延長していた。このことは高齢者の脳では課題に対するduty cycleが長いため、より多くの神経活動が必要になる可能性を示している。この影響を除外するため、2群間の比較に平均反応時間を共変量として加えた。その結果では、高齢者において強く見られた前頭葉の反応の多くは反応時間の差で説明できることが分かった。さらに想起の成功に関る脳領域を見ると、高齢者では若年者と比較して左海馬の活動が低下しているが脳梁膨大部後部の活動は逆に亢進していることが分かった。
インターネットにおける学術漢字の符号化に関する基礎的研究-日本語学習の支援を含めて-

本年度は、次ぎに示す4項目の研究を行った。(1)「漢字符号への二律背反機能の実装」現在、使用されている漢字符号には、種々の機能不足が指摘されている。代表的な事柄には、使用できる文字の拡張に対する要望と、適正規模の文字集合による処理の効率化の対立がある。本報告は、これらの対立する二つの関係を構造化4バイトコードに要求する機能として、構造の要素と構造および構造間の関係を使い規定する方法を述べた。(2)「インターネットでの日本語教育リソース提供の試み」本研究では,海外で日本語教育大学機関及び富士通と日立ソフトエンジニアリングの協力を得て,協働学習による日本語学習リソースの授受を試行した。これにより,日本語学習リソース提供についての幾つかの課題は,受信側である現地機関側のコンピュータ及びネットワーク環境の整備,送受信双方で使用できるツールやユーティリティの選択,発信側のデータの作成方法の検討により解決することが判明した。(3)「『新聞電子メディアの漢字』調査について」実際の新聞紙面とそのCD-ROMを詳細に照合して漢字の出現頻度を調査した。紙面に出現したJISにない漢字(JIS外漢字)254字については、TrueTypeFontoを開発し、合計6.611文字の漢字頻度表を作成した。(4)「中国語情報科学用語における漢字の特性」日本語と中国語の情報科学用語を比較した場合、日本語はカタカナ表記の語が多いのに対し、中国語は漢字表記である。表記上の差異は、中国人の日本語学習者に負担となっている。表記上の差異に関わらず、日本語・中国語とも出自はほとんどが英語である。以上の考え方に基づき英語(原語)を媒介として中国語漢字とカタカナ語を含めた日本語の情報科学用語との対応を調べ、中国漢字1字との対応表を作成した。
幾何学的流れの自己相似解とGIT安定性

ケーラー・リッチソリトン,佐々木・アインシュタイン計量,共形的アインシュタイン・マックスウェル・ケーラー計量のそれぞれの研究につき,体積最小原理を共通の指導原理にして解析することにより,理解を深めた.これらの3つの計量の存在問題に共通することは,正則キリングベクトル場をパラメータとして障害Futが存在すること,正則キリングベクトル場のなすパラメータ空間上に体積汎関数Volが定義され,正則キリングベクトル場Xにおける体積汎関数の微分がXにおける障害Fut_Xと一致することである:d Vol_X = Fut_X .特に,共形的アインシュタイン・マックスウェル・ケーラー計量の場合にこのような理解が得られたことは今年度の本研究の成果である.共形的アインシュタイン・マックスウェル・ケーラー計量は比較的新しい研究対象で,4次元のアインシュタイン・マックスウェル方程式の解の特別な場合を高次元化したものである.この高次元化された共形的アインシュタイン・マックスウェル・ケーラー計量の存在問題はヤウ・ティアン・ドナルドソン予想の一般化に当たる.この場合の体積最小性原理において興味深いことは,体積汎関数が凸関数でも固有関数でもないため,臨界点が複数存在しうることである.ヒルツェブルフ曲面の場合に新しい臨界点があることが示され,既存の研究には現れなかった解の存在に関する解析を行った.さらに自己同型群の簡約可能性の証明を行い,その他のK安定性に関する事項の一般化に取り組んだ.この研究は小野肇氏との共同研究である.平成29年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。2012年秋から2013年春かけて発表されたChen-Donaldson-SunおよびTianによるFano多様体上のケーラー・アインシュタイン計量の存在とK安定性との同値性を証明した論文は,これまでの研究を一段落させるものであったが,その一方,一般の偏極多様体におけるスカラー曲率一定計量の存在問題の研究への新しいスタートの起点でもあろう.cone angleを持ったケーラー計量という新しい枠組みはある程度そのまま使えるが,リッチ曲率の有界性から従うGromov-Hausdorff収束極限の性質,その極限の複素解析性などは反標準偏極の場合しかつけない手法である.一方,Gromov-Hausdorff収束極限を用いる手法は種々の複素幾何への応用が期待される.また,ケーラー・アインシュタイン計量の存在をリッチ流による方法で別証明を与える試みも重要である.以上のような方針に基づき,北海道大学・登別において日中幾何学研究集会,Tokyo-Seoul Conference in Mathematics,菅平複素幾何シンポジウムを開催し,海外の研究者との研究成果の交換を行った.また,国内外の研究集会で計10回の講演を行った.論文は縮小勾配ソリトンの直径の下からの評価に関する論文を2編,局所共形ケーラー多様体の不変量に関する論文を1編出版した.平均曲率流に対する単調性公式とそれから導かれる,自己相似解のrescaling limitとしての発生はよく理解されている.これに対し,リッチ流に対する同様の議論は十分に整理されていない.今年度はリッチ・ソリトンのrescaling limitとしての発生について調べた.その結果,文献上Mantegazzaの論文にある程度の議論がなされていることがわかった.この議論の詳細な検討を引き続き行いたい.また,博士課程院生の山本光はリッチ・ソリトンを背景とする状況設定で,平均曲率流に対する単調性公式とそれから導かれる自己相似解のrescaling limitとしての発生を調べた.これは錘多様体に対する二木・服部・山本の結果の拡張にあたり,この方向での最終的な結果である.この結果に二木・Li・Liの論文の議論を適用することにより,コンパクトな自己相似解の直径の評価を得ることができる.また,実および複素計量測度空間で重み付きラプラシアンの違いの研究を行った.ここでの複素計量測度空間はケーラー多様体であり,コンパクトな場合はFano多様体を考える.この場合はケーラー・アインシュタイン計量の存在問題と密接に関係する.一方実リーマン多様体においてはBakry-Emery Ricci tensorの研究において研究されていた.両者はコンパクトな場合には極めてよく似た性質を持つ.しかし,非コンパクトな場合は著しい相違点があることがわかった.正のケーラー・アインシュタイン計量の存在とK-安定性の同値生の証明は,因子に沿ってcone angleを持つケーラー・アインシュタイン計量を用いた証明がChen-Donaldson-Sunにより与えられた後,ケーラー・リッチ流を用いた証明,旧来の連続法を用いた証明がChen-Sun-Wang, Datar-Szekelyhidiにより更に与えられた.実際,第1Chern類が負か0の場合はAubinとYauによるモンジュ・アンペール方程式を用いる証明の他,Caoによるケーラー・リッチ流を用いた方法でも与えられる.第1Chern類が正の場合はケーラー・リッチ流を用いた証明はごく最近Chen-Wangによりが与えられたが,その観点からリッチ流のGromov-Hausdorff収束ないしCheeger-Gromov収束に関する解析を精密に調べることは興味深い.こうした特異点解析はリッチ・ソリトンの研究と共に今後も引き続き研究する必要がある.今年度はこうした新しい技法をスカラー曲率一定ケーラー計量の存在に関するYau予想への応用の可能性を調べるとともに,基礎となる基本的結果の他の同種の問題への応用を試みた.その結果として,Fano-Ricci limit spaceというアイデアに本多小平,斎藤俊輔との共同研究により行き着いた.Fano-Ricci limit spaceにおいて固有値,固有関数の収束を示したが,ポアソン構造が収束するかは自明ではなく,収束するための条件を求めた.

2015年7月に国際研究集会Trends in Modern GeometryとThe 10th Pacific Rim Complex Geometry Conferenceを兼ねて東京大学大学院数理科学研究科とホテルサンバレー那須で開催し,この研究を進めた.論文The weighted Laplacians on real and complex metricmeasure spacesがBirkhauserのProgress in Mathematicsから出版され,また小野肇との共著のsurveyも出版された.ケーラー・アインシュタイン計量の存在問題の理解を深めるとともに,スカラー曲率一定ケーラー計量の存在についての新しい取り組みを始めた.具体的にはFano-Ricci limit spaceという新しい概念への取り組みを始めた.本研究期間の前半はGromov-Hausdorff極限の接錐における佐々木・アインシュタイン構造の研究,後半は共形的ケーラー,アインシュタイン・マックスウェル計量の研究を行なった.Donaldson-Sunは両側からRicciが有界なケーラー・アインシュタイン多様体の無限列のGromov-Hausdorff極限の性質を調べ,極限は正規代数多様体であること,接錘は一意的であること,接錘の正則部分は佐々木・Einstein多様体の錘であることを示している.Cheeger-Coldongに始まるRicci limit spaceの理論では,接錘の性質を極限空間の性質に反映させることが議論の大筋である.その意味で,極限空間の接錘についての研究が第1歩である.そもそも,接錘が一意的かというのが基本的であるが,一般のRiemann多様体の場合,Ricci曲率が下から有界な列の極限空間は接錘が一意的でないことがColding-Naberによって例をもって示されている.これまでの小野肇,Guofang Wangとの共同研究で高さ一定のトーリック・ダイアグラムから作られる佐々木多様体は佐々木・アインシュタイン計量を持つことを証明したが,このことからトーリック佐々木・アインシュタイン多様体はトーリック・ダイアグラムという組み合わせ的データと同一視される.佐々木・アインシュタイン多様体に対する知見をケーラー多様体の列のGromov-Hausdorff極限の幾何に適用することを試みた.共形的ケーラー,アインシュタイン・マックスウェル計量の研究においては佐々木・アインシュタイン計量と同様の体積最小原理を用いた研究が進展した.2016年7月に国際研究集会Trends in Modern Geometryを開催した.FanoRicci limit spaceの第1固有空間のポアソン構造の解析を行った.極限空間の特異点解析を佐々木・アインシュタイン多様体を用いて調べる試みを行った.Fano
微小共振器ポラリトン凝縮体生成過程の量子ダイナミクスの解析

微小共振器ポラリトン凝縮体における凝縮体生成過程を解析するのに必要な解析的な道具に関する研究を行った。また、現、横浜国立大学の堀切准教授らの実験結果を解析することにより、我々のモデルの妥当性に関して議論を行った。また、研究経過においてフォノンダイナミクスの重要性を認識し、イオントラップにおける原子物理系において解析を行った。高励起状態における半導体微小共振器中の励起子・ポラリトン凝縮体に関する研究を行った。本研究では現象論的アプローチをとるため、実験的実証証拠を集めることが必要不可欠である。そこで、本年度は、レーザー転移付近を詳細に調べたところ、反転分布を伴ったレーザー発振をしない可能性が今回のサンプル(GaAs / InGaAsの量子井戸)で発生していることを突き詰めた。これは、これまでの理論体系では明確には説明出来ない現象である。本研究結果により、非平衡状態まで記述することが出来るケルディッシュグリーン関数法を用いた研究の重要性が一層増した結果と言える。更に、励起子・ポラリトンのドレスト状態と思われるようなスペクトルに対して解析を行い、現象論的にはフォノンの効果を陽に入れ込まなくても十二分に実験結果を説明出来るということが分かった。しかし、凝縮体形成に対する知見は何も得られていないというのが現状である。また、フォノンに対する影響を顕著に調べるために、イオントラップの系に関して解析を行った。本年度解析に用いた線形パウルトラップ型のイオントラップでは、フォノン状態をきちんと定義出来るほど、制御性が良いことが実験的に知られているためである。その状態に対して、イオンが複数いる少数多体系に対してフォノンがどのような時間変化が起こるかを解析した。ここで得た知見を基に、半導体微小共振器中のフォノン状態の解析を進められる契機となる結果を得た。本研究課題は共振器ポラリトンは励起子と共振器の強結合によって生成される準粒子(ボーズ粒子)であり、近年、反転分布なしのレーザーシステムの構築や光スイッチング応用のデバイスとして注目されている。そこで本研究の目的は、非平衡グリーン関数の方法を用いて、ポラリトン凝縮体生成過程を含めたフォトルミネッセンスの時間変化のダイナミクスを取り扱うことの出来るモデルを確立することである。しかし、微小共振器の寿命やレーザー照射下のサンプルの局所的温度など実験から未だに決められていないパラメータも多い。また、入射レーザー、電子、正孔、共振器、励起子、共振器ポラリトン、フォノンと異なる時間スケールのダイナミクスが関与していることから、モデルを無数に構築することが可能である。そのため、実験結果を反映した現象論的モデルを構築することを目的としていた。反転分布なしのレーザーシステムの兆候が表れる結果を現、横浜国立大学の堀切准教授らとの共同研究によって得た。これらの結果については、理論的な考察を加えた上で、今後、出版していく予定である。また、量子ダイナミクスに関してはフォノンの関与の重要性からイオントラップを用いた原子物理の系のフォノンダイナミクスを詳細に調べた。その結果、大阪大学の占部教授のグループと共同し、トンネル効果中においてもアハロノフ・ボーム効果が起きるということを実証した。光物性本年度は、実験の進捗状況に伴い、高励起状態に関する研究が進展した一方で、低励起状態に関する知見は得ることが出来なかった。凝縮体になる瞬間に関する実験技術の開発が進んでいないのと同時に、理論的にも励起子の多体効果は理論モデルの中に組み入れているものの、波数依存性など実験結果を再現できていない現象論的記述になっている。これらに関しては、本年度、学会発表はあるものの、投稿論文に関しては現在投稿中である。また、研究人員も不足しているため、あまり前進しなかった。その代わり、フォノンの影響を調べるためにはじめたイオントラップの解析は非常にうまくいき、現在、論文を投稿中である。まずは研究人員を増員し、複雑ではあるがケルディッシュ形式での理論モデルの再構築を行い、フォトルミネッセンスのスペクトルに関して数値計算を行う。これが低励起領域でのポラリトン凝縮体形成の過程までを理論モデルとして取り込まなくてはならない。来年度行う予定であったフォノンの影響を調べることに関しては既に終わっており、高励起現象に関する現象論的記述も既に行ってある。残されたのは、凝縮体形成過程時の理論計算であり、グロスピタエフスキー方程式と符合する形で理論モデルが構築出来るであろうと計画している。端数処理に関しては、次年度計画の中でやり繰り可能であると判断したため。平成26年度、有限要素法に関するソフトウェアを購入しための、その維持費に使用する計画である。
マルティプル同調液体ダンパー(TLD)の有効性の検証と設計法の確立

本研究は2つに大別できる.(1)マルティプル同調液体ダンパーの有効性に関する実験的検証水深を若干変え,液体動揺の固有振動数がある幅の中で段階的に変化するマルティプル同調液体ダンパーを製作し,強制加振実験を行い,その特性を把握した.次に,それを1自由度系構造物にのせ,強制加振実験を行い,その有効性を確認した.とくに,同じ質量比の従来型の同調液体ダンパーに比べ,ロバスト性が高まることが実験的に明らかにされた.(2)マルティプル同調ダンパーの基本的特性の解明と性能評価式の提案固有振動数を,対象とする構造物の固有振動数まわりに分散させたマルティプル同調ダンパーの制振特性をパラメトリック解析により明らかにした.その結果,ダンパーの数,質量比が与えられた場合,固有振動数のレンジ,個々のダンパーの減衰定数には最適値が存在することが明らかとなった.ただし,あわせて制振性能は個々のダンパーの特性にあまり敏感ではない.すなわちロバストであることが示された.パラメトリック解析とは別に,摂動法を用いた純解析的な手法でマルティプル同調ダンパーの特性を解明し,その制振評価式を,ダンパーの個有振動数の幅,減衰定数,個数の関数として陽な形で導いた.また,ダンパーの最適固有振動数の幅についても陽な形で導いた.これらはマルティプル同調ダンパーを設計するにあたって,極めて有用なものである.本研究は2つに大別できる.(1)マルティプル同調液体ダンパーの有効性に関する実験的検証水深を若干変え,液体動揺の固有振動数がある幅の中で段階的に変化するマルティプル同調液体ダンパーを製作し,強制加振実験を行い,その特性を把握した.次に,それを1自由度系構造物にのせ,強制加振実験を行い,その有効性を確認した.とくに,同じ質量比の従来型の同調液体ダンパーに比べ,ロバスト性が高まることが実験的に明らかにされた.(2)マルティプル同調ダンパーの基本的特性の解明と性能評価式の提案固有振動数を,対象とする構造物の固有振動数まわりに分散させたマルティプル同調ダンパーの制振特性をパラメトリック解析により明らかにした.その結果,ダンパーの数,質量比が与えられた場合,固有振動数のレンジ,個々のダンパーの減衰定数には最適値が存在することが明らかとなった.ただし,あわせて制振性能は個々のダンパーの特性にあまり敏感ではない.すなわちロバストであることが示された.パラメトリック解析とは別に,摂動法を用いた純解析的な手法でマルティプル同調ダンパーの特性を解明し,その制振評価式を,ダンパーの個有振動数の幅,減衰定数,個数の関数として陽な形で導いた.また,ダンパーの最適固有振動数の幅についても陽な形で導いた.これらはマルティプル同調ダンパーを設計するにあたって,極めて有用なものである.以下の研究成果が得られた。(1)振動台による強制実験により矩形容器を用いたマルティプルTLDの動特性を調べる。TLDの個数,水深,固有振動数巾をパラメータにとり,広汎な実験を通じ,その特性を明らかにした。(2)構造物+マルティプルTLD系の強制加振実験をパラメトリックで行い,マルティプルTLDの有効性を実験時に明らかにした。(3)浅水波理論によるシミュレーションを実験結果の比較を通じ明らかにした。(4)マルティプルTMDの特性を摂動法を用いて明らかにし,その設計法,設計公式を確立させた。以下の研究成果が得られた。(3)浅水波理論によるシミュレーション実験結果の比較を通じ明らかにした。(4)マルティプルTMDの特性を摂動性を用いて明らかにし,その設計法,設計公式を確立させた。
その場分光法を用いた発光ナノカーボンの生成機構の解明と連続合成法の開発

発光ナノカーボンの合成法の開発に関しては、主にエタノール等の有機溶媒を用いたソルボサーマル合成について、バッチ式反応容器を用いて、発光色制御の可能性について検討を行った。その結果、同じ原料物質であっても、溶媒によって発光特性が大きく変化することがわかった。具体的には、水を溶媒とした水熱合成の場合には、多くの場合、青色の発光色の発光ナノカーボンが生成するが、芳香族アミンなどを用いて、メタノールやエタノールなどの極性溶媒中においてソルボサーマル合成を行うと、緑色や橙色など長波長の発光を示す粒子が合成可能であることがわかった。また、水とメタノールの混合溶媒を用いると、その組成に応じて、発光波長がほぼ連続的に変化することがわかった。このことは、粒子の生成過程において、脱水反応など水の存在が強く影響することを示唆する。この発光波長の変化をもたらす機構に関して検討を行ったところ、原料や反応条件により、粒子サイズはほとんど変化しないものの、粒子内部の化学的構造が明確に変化していることがわかった。このことは、一般的な無機材料の量子ドットにおいて支配的な電子の閉じ込めによるサイズ効果は重要でなく、粒子の内部の電子状態や発光原子団の存在が支配的であることを示している。その場測定に関しては、亜臨界水条件まで適用可能なその場分光測定用の装置を作製し、耐圧および昇温テストを行った。また、蛍光スペクトル測定の光学系に組み込んで、蛍光スペクトル測定が可能であることを確認した。合成法の開発に関しては、ソルボサーマル法が発光色制御に有効であることがわかった。その場測定に関しても、高圧装置の作成および光学系の調整をほぼ完了しており、次年度以降にその場測定を実現できる見込みである。発光特性の制御に関しては、バッチ式のソルボサーマル合成を中心に反応系の検討を行うとともに、連続合成の可能性を検討する。蛍光分光法を用いて、その場測定を行い、蛍光スペクトルの波長や強度の経時変化より、速度論的な解析を行う予定である。
プリオン蛋白過剰発現が誘導するオートファジーのメカニズム解明

プリオン病は、プリオン蛋白の過剰蓄積によって神経変性死が起こる疾患である。この神経細胞死のメカニズムは不明であるが、オートファジーを介したアポトーシスの関与が提唱されている。本研究課題ではHEK293T細胞にプリオン蛋白を過剰発現させることによっておこるオートファジーの活性化のメカニズムの解明に取り組んだ。さらに、HEK293T細胞でのこのメカニズムがプリオン病の神経細胞死に関与するのかをプリオン病モデルマウスを用いて解析する。HEK293T細胞における正常プリオン(PrP)過剰発現におけるオートファジーを介した細胞死のメカニズムを明らかにするにあたり、その機能に重要な正常プリオンの領域を決定するための正常プリオンの様々な領域を欠損するデリーションミュータントを複数作製した。そして、それぞれのデリーションミュータントをHEK293T細胞に過剰発現させた。正常プリオンを過剰発現させた時には細胞死が起こるが、正常プリオンのオクタペプチドリピートの直前の領域を削除したもの(PrP⊿pre-OR)では細胞死には違いがなかった。しかし、GPI anchor signalを欠損させた(PrP⊿GPI)およびオクタペプチドリピート領域を欠損させた(PrP⊿OR)と正常プリオンの23番目から88番目の領域を欠損させた(PrP⊿23-88)では細胞死の誘導は緩和された。これらの結果から、PrPcの過剰発現による細胞死誘導にはオクタペプチドリピート領域およびGPIアンカー領域が重要であることが示唆された。次に、HEK293T細胞の細胞死に重要な正常プリオンの領域に結合する分子をYeast two-hybrid法を用いて同定したところ、Lrp11(low density lipoprotein receptor-related protein 11)が結合する候補の一つとして発見した。そしてそれをGST pull-down assayで正常プリオンとの結合を確認したところ、正常プリオンとLrp11が結合していることが確認された。プリオン病を発症したマウスの脳内で、オートファジーのマーカーであるLC3が活性化していることを見出した。次に、培養細胞であるHEK293T細胞株に正常プリオンを過剰発現させると、オートファジーが活性化され細胞死が誘導されることも同様に見出した。そこでオートファジーの活性化と細胞死のメカニズムを解明するために、HEK293T細胞を用いてYeast two-hybrid法により、オートファジーの活性化と細胞死に重要な正常プリオンと結合する分子であるLrp11(low density lipoprotein receptor-related protein 11)を同定した。その結合はGST pull-down法により確認した。Lrp11はLDL受容体ファミリーの一つで膜貫通型蛋白であるがその機能は不明である。さらにSrcファミリーであるfynが正常プリオンにより誘導されるオートファジーに関与していることも見出した。Fynの活性型CA-FynをPrPと同時にHEK293T細胞に導入したところオートファジーの活性化は増強され、逆にドミナントネガティブ型DN-Fynを導入すると抑制された。また、プリオン感染N2a細胞においてもLrp11がオートファジーに関与していることを確認した。感染細胞では、非感染のN2a細胞と比較してLC3のシグナルが増強しており、Lrp11の転写レベルも上昇していた。これらの結果は、プリオン蛋白が細胞膜上にあるLrp11と結合し、Fyn経路を介してオートファジーを誘導することを示唆している。プリオン感染細胞においてもLrp11が関与していることが確認されており、今後はマウスを使った実験によるプリオン蛋白とオートファジーの関係を調べることが引き続き必要となってくる。そのため、生後すぐに死んでしまうオートファジー欠損マウスの胎児脳を移植してプリオン感染させる実験系を確立しているところである。プリオン平成25年に行う予定であった研究が少し遅れており、平成25年度に遅れている部分と平成26年度に予定している研究を行う。研究が遅れた理由は、HEK293T細胞に遺伝子導入する際に遺伝子導入方法の条件検討に時間がかかってしまい、少し研究が遅れた。1これまでの結果で、HEK293Tに様々なデリーションミュータントを過剰発現させて細胞死が緩和される領域を発見したが、このデリーションミュータントがオートファジーによる細胞死かどうかの検証を行う。2オートファジーを介した細胞死に関与する正常プリオン結合分子を決定するために、トランスフェクション法とノックダウン解析を用いた方法で細胞死を阻害する分子を同定する。3Lrp11と正常プリオンとの結合によるオートファジーの活性が、プリオン病の神経細胞死に関与するのかプリオン病モデルマウスを用いて検討する。具体的には、プリオン感染脳内における結合分子の解析と、結合分子とオートファジー及び神経変性死の関連性の解析と、オートファジー活性シグナルの解析を行う。平成25年度の研究が少し遅れたため予定よりも使用額が少なかった。平成26年度は遅れていた研究の分を使用する予定であるため、平成25年度分の残額を平成26年度に使用するつもりである。
ガラス・ジャミング転移における相関長の理論的計算

過冷却液体の密度や圧力を増やしていくと,粘性と共に緩和時間が劇的に増大していき,やがて液体同様ランダムな配置のまま凍結してしまう.これが,ガラス転移と呼ばれる現象である.ガラス転移の研究には長い歴史があるが,それを引き起こす物理的な機構については未だ明らかにされていない.高圧・高密度の過冷却液体が非常に大きな緩和時間を持つことが問題を困難にしている.最近この問題を解決するために,Swapモンテカルロ法(SMC)と呼ばれるアルゴリズムが注目を集めている.SMCとは,粒子の位置を動かす通常のモンテカルロ法に,異なる粒子の交換を組合せたアルゴリズムである.SMCは,通常のモンテカルロ法で緩和させる場合と比較して,最大で10の10乗以上早く平衡状態に到達できることが報告されている.SMCは,特に過冷却液体の平衡状態の性質を明らかにするため,多くの数値実験の研究で用いられてきた.しかし,SMCが,このような驚異的な効率を達成できる理由は,これまで明らかにされてこなかった.我々は,上の問題を解決するために,レプリカ液体論と呼ばれる手法を用いて理論的解析を行った.レプリカ液体論とは,スピンガラスの研究で用いられてきた,レプリカ法と液体論を組合せたものであり,液体から理想ガラスへの平衡相転移を予言する.この理論では,過冷却液体の遅い緩和は,理想ガラスの準安定状態によって引き起こされると解釈される.我々は,粒子の交換の効果を考慮したレプリカ液体論を構築して,SMCに対応するガラス転移点を計算した.その結果,SMCのガラス転移点は,通常のMCよりも高密度で起こることが明らかになった.SMCの効率は,このガラス転移点のシフトによって説明出来ると考えられる.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は当初の予定に基づき,大小二成分系のコロイド系におけるガラス転移の研究を行った.このような系では,大小粒子のサイズ比が大きく異なる場合に大粒子と小粒子のガラス転移点が分離するという結果が,実験や数値シミュレーションによって報告されていた.本研究では,この転移点の分離を説明可能な第一原理理論を構築することを目的とした.本年度は,平均場極限に対応する無限次元の場合の解析を行った.この極限では,自由エネルギーについての平均場近似が厳密に成立する為,ガラス転移点近傍の濃い液体に特有の,近似の煩雑さに悩まされること無く解析を進めることが可能になる.この平均場極限において,我々は先ず,既存の理論を用いてはこのガラス転移点の分離は原理的に説明され得ないことを示した.次に,この困難を克服する為に,大粒子による自由エネルギーランドスケープの中に,さらに,小粒子に対応する自由エネルギーランドスケープがあるとする,多谷構造を考慮した理論を構築し,ガラス転移点の計算を行った.この新しい理論は,大小粒子のガラス転移点の分離を矛盾無く記述することが可能で,また,理論によって得られた相図も実験や数値シミュレーションによるもと定性的に一致していた.上記の当初予定していた結果に加えて,今回構築した多成分系のガラス転移の理論を適用することによって,最近効率的に平衡化を実現するための手段として注目を集めている,交換モンテカルロ法が,なぜ他のモンテカルロ法やランジュバン動力学法よりも効率的なのかを定性的に説明することに成功した.この結果は,特的のアルゴリズムについての深い理解を得る事が出来たという点に加えて,ガラス転移における動的拘束の役割を明らかにしたという点において重要な結果であると考えられる.先ず,当初予定した,大小粒子の転移点の分離を計算するための理論を平均場極限において構築する,という目的は十分達成することが出来た.また,無限次元において構築した理論に,液体論の積分方程式理論を適用することによって,これを,三次元に拡張する目処も立てられた.上記の当初の計画に加えて,今回開発した手法を用いて,最近ガラス転移点近傍の過冷却液体を平衡化する方法として注目を集めている,交換モンテカルロ法と呼ばれる手法がなぜ効率的なのかを明らかにすることに成功した.交換モンテカルロ法とは,通常のモンテカルロ法における粒子の重心位置を動かす試行に加えて,異なる種類の粒子の位置を交換する試行を行うアルゴリズムである.交換モンテカルロ法では,他のモンテカルロ法や,ランジュバン動力学法と比較して,5桁以上早く平衡化を実現出来るということが報告されている.我々は,平均場模型であるMari-Kurchan模型に今回構築した多成分系の理論を適用し解析を行った.その結果,モンテカルロ法やランジュバン動力学法などでは,熱力学的なガラス転移点に到達する遥か手前で,動的な拘束に由来する準安定状態にトラップされることによって,緩和時間が急激に増大し,平衡化させることが不可能になってしまうことが明らかになった.一方で,交換モンテカルロ法では,動的拘束由来の準安定状態にトラップさせる事なく平衡化させる事が可能であり,これが交換モンテカルロ法が効率的であることの理由であることが分かった.ガラス転移の研究においては,モンテカルロ法や,ランジュバン動力学は,現実の動力学に近い結果を与えると考えられている.従って,上の結果は,現実の過冷却液体において観測されている遅い緩和も,背後にある熱力学相転移ではなくて,動的な拘束によるものだということを示唆しており興味深い.過冷却液体の密度や圧力を増やしていくと,粘性と共に緩和時間が劇的に増大していき,やがて液体同様ランダムな配置のまま凍結してしまう.これが,ガラス転移と呼ばれる現象である.ガラス転移の研究には長い歴史があるが,それを引き起こす物理的な機構については未だ明らかにされていない.

高圧・高密度の過冷却液体が非常に大きな緩和時間を持つことが問題を困難にしている.最近この問題を解決するために,Swapモンテカルロ法(SMC)と呼ばれるアルゴリズムが注目を集めている.SMCとは,粒子の位置を動かす通常のモンテカルロ法に,異なる粒子の交換を組合せたアルゴリズムである.SMCは,通常のモンテカルロ法で緩和させる場合と比較して,最大で10の10乗以上早く平衡状態に到達できることが報告されている.SMCは,特に過冷却液体の平衡状態の性質を明らかにするため,多くの数値実験の研究で用いられてきた.しかし,SMCが,このような驚異的な効率を達成できる理由は,これまで明らかにされてこなかった.我々は,上の問題を解決するために,レプリカ液体論と呼ばれる手法を用いて理論的解析を行った.レプリカ液体論とは,スピンガラスの研究で用いられてきた,レプリカ法と液体論を組合せたものであり,液体から理想ガラスへの平衡相転移を予言する.この理論では,過冷却液体の遅い緩和は,理想ガラスの準安定状態によって引き起こされると解釈される.我々は,粒子の交換の効果を考慮したレプリカ液体論を構築して,SMCに対応するガラス転移点を計算した.その結果,SMCのガラス転移点は,通常のMCよりも高密度で起こることが明らかになった.SMCの効率は,このガラス転移点のシフトによって説明出来ると考えられる.先ずは,無限次元において構築した多成分系のガラス転移の理論に,積分方程式理論を適用することによって三次元に拡張する.また,可能であれば,並行して数値シミュレーションを行い,理論結果と比較する.また,上記のMari-Kurchan模型(MK模型)について行った,交換モンテカルロ法の解析を三次元の模型に拡張することを目指す.厳密に言えば,MK模型は平均場模型であるため,この解析結果を直ちに,三次元の場合に適用出来るかは自明ではない.しかし,交換モンテカルロ法が,他の通常のアルゴリズムよりも効率的であることは三次元の模型においても報告されているため,熱力学的なガラス転移点に由来する遅い緩和が始まる前に動的拘束由来の遅い緩和が始まる,というシナリオ自体は三次元の場合にも普遍的に成立すると考えられる.この予想をより定量的に検証するためには,三次元のシミュレーションや実験が可能な系において,動的拘束由来のガラス転移点と熱力学由来のガラス転移点を定量的に計算していくことが不可欠であると考えている.また,実験や,シミュレーションにおいて,ガラス転移点までの距離を測るための目安として持いられる,構造エントロピー量においては,混合エントロピーの取り扱いに由来する不定性があることが知られていた.ガラス転移点を定量的に議論する為に,この不定性を取り除く事が出来る手法を提案することを目指す.可能であれば,数値シミュレーションを行い結果を理論と比較する.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高山地域の広域熱・水フラックス算定と衛星による雪水文量抽出のための基礎研究

本研究では、高山地域での雪面熱収支モデルの開発と衛星マイクロ波リモートセンシングによる広域水文情報抽出の基礎研究として、雪面熱収支と積雪のマイクロ波誘電特性に関する比較研究を行った。1)雪面熱収支の比較研究:56月に富士山北斜面(吉田側)の3400m・2900mの2地点に、気温計・湿度計・風速計・日射量計・放射収支計・アルベド計・積雪深計(カメラ方式)を登載した観測プラットフォームを設置するとともに週に1度の融雪深・雪密度の観測を実施して、斜面融雪量を計測した。また比較検討のために新潟県長岡市郊外の標高300m地点において同様の観測を行った。解析の結果、高山地帯では全融雪熱量に占める乱流交換量(顕熱・潜熱)の割合が低地に比較して多く、特に潜熱交換によって低地の34倍の急激な融雪が生じることが示された。一方、放射収支は標高により影響される傾向が小さいが、3400mの高所になると局所的な気象の影響により放射収支量が低下する。2)積雪のマイクロ波誘電特性の比較研究:積雪のマイクロ波伝搬特性を表す放射・吸収・散乱全てに関与する誘電率を、携帯型誘電率計装置(Lbad,Cband)を用いて計測し、積雪の含水率および密度と水滴の付着形状との関係を調べた。さらに、既往のモデルの適合性の評価から、積雪を球形の氷粒子にレンズ状の水滴が付着した混合物と仮定し、さらにその付着形状の変化を体積含水率で表現する山本ら(1984)の式の妥当性を現地データを基に検証した。また、長岡と札幌での積雪断面観測データより、積雪のマイクロ波誘電率プロファイルの時系列変化特性を比較し、湿雪地域である長岡の誘電率プロファイルの多様性を提示した。本研究では,アジア高山地域での雪面熱収支モデルの開発と衛星マイクロ波リモ-トセンシングによる広域雪水文情報抽出の基礎研究として,低温・強風環境下にある富士山の標高3000m以上領域を対象に,雪面での熱・水フラックスの時空間分布特性を検討するとともに,実験風洞での再現実験を試みた。また積雪のマイクロ波誘電特性を理解するために,携帯型誘電率計測装置により種々の積雪観測を実施した。1)融雪観測と検討結果:56月に富士山北斜面(吉田側)の3400m・2900mの2地点に,気温計・湿度計・風速計・日射量計・放射収支会計・アルベド計・積雪深計(カメラ方式)を搭載したプラットフォ-ムを設置するとともに,週に1度の融雪深・雪密度の観測を実施して,斜面融雪量を計測した。また比較検討のために新潟県長岡市郊外の標高300m地点において同様の観測を行なった。解析の結果,高山地帯では全融雪熱量に占める乱流交換量(顕熱・潜熱)の割合が低地に比較して多く,特に潜熱交換によって低地34倍の急激な融雪が生じることが示された。2)風洞実験:模擬雪として粒径2mmのガラスビ-ズ(氷板の上に設置)を用いて,ビ-ズ層の乾湿状態を変化させ,顕熱・潜熱交換量を計測した。顕熱交換量は超音波風速温度計,潜熱交換量は水収支法によって計測し,ビ-ズ層の乾湿状態によって,交換特性が著しく異なることが示された。3)積雪の誘電特性に関する調査と衛星同期実験:携帯型誘電率計測装置(Lband,Cband)を用いて積雪の誘電特性の鉛直方向変化および時間変化を計測した。