hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パーコレーション・乱流の平衡／非平衡相転移：共形場理論からのアプローチ

一方、そのような系の特徴である時空異方的なスケール不変性を組み込んだ非相対論的共形場理論の研究では、意外な形で厳密解を構成することができた。さらに、パーコレーションのような非ユニタリ共形場理論の解析解で鍵となる基本場を、W代数の対称性をもつ一径数族共形場理論において同定することができた。W3代数では共形ブートストラップの数値研究が一歩進んでいたが、解析解からのアプローチとして一歩近づくことができた。W代数の一径数族において大きな進展が得られたのは、ICMP2018においてその提唱者である共同研究者と可能性を検討しはじめ、異動までの数ヶ月のうちに実際に基本場の解を構成できたことが大きい。理論的と実験的の両面から研究を進める。パーコレーションの特徴である非ユニタリ性をもつ共形場理論で同定した基本場のfusionをさらに定量的に調べ演算子積展開における階層的ユニタリ性の破れのパターンと普遍的減衰を明らかにする。また、非平衡系の普遍性クラスについては、平均場近似に相当する動的臨界指数z=2を超えた理解を得たい。そのために非相対論的共形場理論における演算子積展開の結果を、層流・乱流転移により有向パーコレーション等の普遍性に近い他の動的臨界指数への拡張を試みる。実験的側面については、一次元乱流が持つパフの寿命が著しく長いという困難を有限時間スケーリングの枠組みをさらに工夫することによって克服したい。年度中の代表者異動のため執行に遅れが生じた。本年度は旅費等に使用する。
圧力式下水道の空気注入効果に関する研究

重力による流れを用いた従来の下水管きょシステムの欠点は、平坦地において十分な流速が確保できず、汚物が堆積することである。圧力式下水道はこの欠点を克服するために開発されたものである。これに更に空気注入を行なえば管内汚物の堆積を更に防止でき、また好気的状態に下水を保つことができると思われる。本研究では、室内実験により気液的相流を作り、酸素移動特性、流れの乱れ特性、掃流力に空気注入が与える効果を解析した。1.酸素移動への効果...管路の途中から空気を注入し、下流部の2地点の溶存酸素濃度の変化からk_La値を算出した。k_La値は混相流の流れの形態によって大きく変化した。液相のみかけ流速が0.5m/s以下の領域では、管の上部を空気が、下部を水が流れる「層状流」となり、液相流速の増加と共に気液接触面積aが減少するためk_La値をは漸減した。一方、液相流速が1.0m/sを超えると、水の中に空気の大きい塊が含まれた「プラグ流」となり、k_La値は液相みかけ流速の増大に対して指数的に上昇した。このはあ射、aは流速の増加と共に減少するがk_L自体の増加がはるかに大きいためである。また、空気注入量の増加によってもk_La値は増大することがわかった。2.流れの乱れ特性への効果...熱膜流速計を設置し流速測定を行ない、出力をディジタル化したあとスペクトル解析などのデータ解析を行なった。空気注入により液相流速の変動及び乱れ強度が顕著に増加した。空気注入量が多いほどこの効果は大きかった。気泡の通過が管内の乱れ生成に大きく寄与していることがわかった。管内にフロックを堆積させた実験を行なった。空気を注入しない系では流速が0.52m/sになって初めて巻き上げが起きたのに対し、空気注入系では空気注入自体が巻き上げを引き起こした。このように、管内の堆積防止に対して空気注入は効果がある。酸素移動と乱れの関係では上下方向の乱れの重要性が示唆された。重力に頼っていた従来の下水管きょシステムに代わるものとして圧力式下水道が注目されている.圧力式下水道では管きょ勾配を小さくでき,管径を小さくできる.しかし小流量時の流速確保,あるいは管内汚物の腐敗防止が解決すべき課題としてある.空気注入はその解決法として考えられているもので汚物の堆積を防ぎ,同時に十分な酸素を補給できることが期待される.研究は実験室内の管路(径65mm,総延長27m)を用いて行なった.水を循環させ,管路の途中から空気を注入した.管路の一部にはアクリル管を用い空気と水の流れの状態を観察した.管路に沿った2点において溶存酸素を溶存酸素計によってモニターし,このデータに基づいてkLa値あるいはkL値を求めた.なお,その際まず亜硫酸ナトリウムと塩化コバルトを用いて溶存酸素の水準を落とし,そのあと空気注入によって溶存酸素が上昇する過程を測定した.そして,その時の流速等に基いて酸素移動容量計数を算出した.液相のみかけ流速が0.5m/s以下の領域では,管の上部を空気が,下部を水が流れる「層状流」が観察された.

この領域では液相流速と共にkLaが低下する傾向が見られた.これは流速の増大と共に比気液接触面積aが減少するためであり, kL自体は流速によらず一定となることが示された.一方,液相みかけ流速が1.0m/sを超えると,水の中に空気の大きい塊が含まれた「プラグ流」となる.この領域では液相みかけ流速の増大に対し指数的にkLaが増大した. aは流速と共に減少するが, kL自体の増加がはるかに大きいためこのような結果になる.液相みかけ流速を1.0m/sから1.5m/sに増すと, kLaは約3倍になる.これら液相とは独立に気相みかけ流速(空気注入量に比例する)を変化させたところ,それに伴ってkLaも変化した.なお液相のみかけ流速が0.5m/s1.0m/sの領域は遷移領域となった.圧力式下水道とは、重力に従って下水を流していた従来の方式とは異なり下水をポンプで圧送するもので、平坦地への適用が検討されている。ここで検討するのは圧送時に空気を注入する方式で、下水を好気条件に保ち、また固型物の堆積を防ごうとするものである。昨年度は空気を注入した場合の酸素移動について検討を加え、気-液混相流の流動方式が酸素移動に大きく影響することを示した。本年度は、空気の注入が管内流速や乱れ強度に与える影響を中心に検討を行い、汚泥の堆積と掃流についても検討を加えた。得られた結果は以下の通りである。実験室内の管路(径65mm、総延長27m)を用い、水は循環させ、空気は管路の途中部分から注入した。注入点より十分下流の地点において熱膜流速計によって流速測定を行った。流速計の出力をディジタル化した後、計算機を用いてデータ処理を実施した。液相の見かけ流速、気相流量をそれぞれ独立に3段階に変化させた。また流速測定位置も管断面に対して2ケ所とった。空気注入は特に液相流速の変動、乱れ強度を大きくする効果を顕著に示した。空気注入量が多いほどこの効果は大きかった。スペクトル解析の結果、気泡の通過が管内の乱れの生成に大きく寄与していることがわかった。管内にブロックを堆積させた実験においては、空気を注入しない場合には流速が0.52m/secに達して初めて堆積物が巻き上がったのに対し、空気を注入した場合には空気注入自体で十分な乱れが起き堆積物が巻き上がった。このことから、空気注入を行なった場合には乱れが大きくなり堆積物の蓄積が防止できることが示唆された。酸素移動速度係数k_Lと乱れ強度の関係を調べたところ、無指向性の流速測定センサーで得た結果とよい相関があることがわかった。おそらく、流下方向の乱れ成分に比べ上下方向の乱れ成分の方が大きく酸素移動に寄与しているためであろう。
睡眠時無呼吸症候群における体内時計障害の関与:時計遺伝子群の変調解析

閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)は多くの合併症の基礎疾患となる重要な疾患である.以下の検討から,OSASによる時計遺伝子に対する影響が明らかにされ,新しい病態が示唆された.1.ヒト末梢血液における時計遺伝子のmRNA発現に対する影響因子2.睡眠時無呼吸症候群患者における体内時計遺伝子群の変調解析OSAS患者及び正常者群から末梢血液を18時,2時,6時,14時の4時点で採取しPer1 mRNA発現をReal-time PCR法により比較した.血清からコルチゾール,高感度CRP,ELISA法を用いてIL-6,血漿からノルアドレナリンを測定した.Per1 mRNA発現は正常者で深夜に低下,早朝に増加する日内変動を認めたがOSAS患者において特に睡眠中のPer1 mRNA発現が亢進していた.3.培養細胞in vitroの検討Per1遺伝子の発現に及ぼす低酸素の影響をNIH3T3細胞,IL-6の影響をHep G2を用いて調べた.低酸素(2% O2)およびIL-6刺激はPer1 mRNA発現を誘導しなかった.4.マウスに対するin vivoの検討明暗周期(明期;7:00-19:00,暗期;19:00-07:00)条件下で飼育したICR雄性マウス(3匹)にノルアドレナリン(1.5μg/hr)を浸透圧ミニポンプで持続皮下投与し,6日目における視交叉上核,大脳皮質,海馬,間脳,小脳におけるPer1遺伝子の発現量(13:00,01:00の2時点)をRT-PCR法で測定した.脳内で,視交叉上核のPer1遺伝子の発現パターン(Saline投与群は13:00に高値,01:00で低値)に影響を及ぼさなかったが,大脳皮質,海馬,間脳,小脳(いずれもSaline投与群は13:00に低値,01:00で高値を示した)においては13:00における発現レベルが上昇し,日内変動の振幅が低下する傾向が認められた.以上,in vitro,in vivoの検討から,低酸素,IL-6によるPer1遺伝子に対する直接的な影響はないが,交感神経機能亢進によるノルアドレナリンなどの液性因子が直接,視交叉上核以外の脳および末梢臓器に影響を及ぼしている可能性が示唆された.閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)は多くの合併症の基礎疾患となる重要な疾患である.以下の検討から,OSASによる時計遺伝子に対する影響が明らかにされ,新しい病態が示唆された.1.ヒト末梢血液における時計遺伝子のmRNA発現に対する影響因子2.睡眠時無呼吸症候群患者における体内時計遺伝子群の変調解析OSAS患者及び正常者群から末梢血液を18時,2時,6時,14時の4時点で採取しPer1 mRNA発現をReal-time PCR法により比較した.血清からコルチゾール,高感度CRP,ELISA法を用いてIL-6,血漿からノルアドレナリンを測定した.Per1 mRNA発現は正常者で深夜に低下,早朝に増加する日内変動を認めたがOSAS患者において特に睡眠中のPer1 mRNA発現が亢進していた.3.培養細胞in vitroの検討Per1遺伝子の発現に及ぼす低酸素の影響をNIH3T3細胞,IL-6の影響をHep G2を用いて調べた.低酸素(2% O2)およびIL-6刺激はPer1 mRNA発現を誘導しなかった.4.マウスに対するin vivoの検討明暗周期(明期;7:00-19:00,暗期;19:00-07:00)条件下で飼育したICR雄性マウス(3匹)にノルアドレナリン(1.5μg/hr)を浸透圧ミニポンプで持続皮下投与し,6日目における視交叉上核,大脳皮質,海馬,間脳,小脳におけるPer1遺伝子の発現量(13:00,01:00の2時点)をRT-PCR法で測定した.脳内で,視交叉上核のPer1遺伝子の発現パターン(Saline投与群は13:00に高値,01:00で低値)に影響を及ぼさなかったが,大脳皮質,海馬,間脳,小脳(いずれもSaline投与群は13:00に低値,01:00で高値を示した)においては13:00における発現レベルが上昇し,日内変動の振幅が低下する傾向が認められた.以上,in vitro,in vivoの検討から,低酸素,IL-6によるPer1遺伝子に対する直接的な影響はないが,交感神経機能亢進によるノルアドレナリンなどの液性因子が直接,視交叉上核以外の脳および末梢臓器に影響を及ぼしている可能性が示唆された.本年度は睡眠時無呼吸症候群患者における体内時計遺伝子群の変調を調べるため以下の検討を行った.1.ヒト末梢血液における時計遺伝子のmRNA発現に対する影響因子2.睡眠時無呼吸症候群患者における体内時計遺伝子群の変調解析体内時計遺伝子群の変調を確認するため,末梢血液を複数時点採取し時計遺伝子のmRNA発現を日内変動として睡眠時無呼吸症候群患者および正常者群でRT-PCR, Real-time PCR法により比較した.さらに分離した血清からコルチゾール,高感度CRP, ElISA法を用いてIL-6を測定した.Period1 mRNAは正常者で深夜に低下する日内変動を認めたが睡眠時無呼吸症候群患者において特に睡眠中のPeriod1 mRNA発現が異なっていた.

機序として無呼吸による睡眠中の低酸素状態が影響を及ぼしIL-6の上昇をきたしPeriod1 mRNA発現増強を誘導しているなどの可能性が推測された.これらの成果に加えて,(1)CPAP呼吸療法により低酸素状態を防ぐことで体内時計遺伝子群の変調が改善する可能性の検討,(2)低酸素状態の培養細胞でin vitroにおける時計遺伝子発現の変化の解析(3)動物実験を行う予定である.閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)は多くの合併症の基礎疾患となる重要な疾患である.昨年度の検討に加えて以下の研究から,OSASによる時計遺伝子に対する影響が明らかにされ,新しい病態が示唆された.1.ヒト末梢血液における時計遺伝子のmRNA発現に対する影響因子2.睡眠時無呼吸症候群患者における体内時計遺伝子群の変調解析OSAS患者及び正常者群から末梢血液を18時,2時,6時,14時の4時点で採取しPer1 mRNA発現をReal-time PCR法により比較した.血清からコルチゾール,高感度CRP,ELISA法を用いてIL-6,血漿からノルアドレナリンを測定した.高感度CRP,IL-6,血漿ノルアドレナリンはOSASで上昇していた.per1 mRNA発現は正常者で深夜に低下,早朝に増加する日内変動を認めたがOSAS患者において特に睡眠中のPer1 mRNA発現が亢進していた.3.培養細胞in vitroの検討Per1遺伝子の発現に及ばす低酸素の影響をNIH3T3細胞,IL-6の影響をHep G2を用いて調べた.低酸素(2% O_2)およびIL-6刺激はPer1 mRNA発現を誘導しなかった.4.マウスに対するin vivoの検討明暗周期(明期;7:00-19:00,暗期;19:00-07:00)条件下で飼育したICR雄性マウス(3匹)にノルアドレナリン(1.5μg/hr)を浸透圧ミニポンプで持続皮下投与し,6日目における視交叉上核,大脳皮質,海馬,間脳,小脳におけるPer1遺伝子の発現量(13:00,01:00の2時点)をRT-PCR法で測定した.脳内で,視交叉上核のPer1遺伝子の発現パターン(Saline投与群は13:00に高値,01:00で低値)に影響を及ぼさなかったが,大脳皮質,海馬,間脳,小脳(いずれもSaline投与群は13:00に低値,01:00で高値を示した)においては13:00における発現レベルが上昇し,日内変動の振幅が低下する傾向が認められた.以上,in vitro,in vivoの検討から,低酸素,IL-6によるPer1遺伝子に対する直接的な影響はほとんどないが,交感神経機能亢進によるノルアドレナリンなどの液性因子が直接,視交叉上核以外の脳および末梢臓器に影響を及ぼしている可能性が示唆された.
事象間関係知識の連続空間への埋め込みによる柔軟な推論機構の開発

計算機の言語理解の実現に重要な常識推論の研究では、因果関係などの事象間の関係知識を用いてどのように柔軟に推論を実現するか、有効な手段はまだ見つかっていない。本応募課題では、大きく三つの課題に取り組む。第一に、研究実施の土台を整備するために、事象間関係知識のデータベースを構築する方法を確立する。第二に、これを用いて、事象間関係知識を連続空間上に埋め込み、推論を実現する技術を開発・評価する。第三に、従来から研究されている名詞間関係知識の推論技術と開発した技術を統合し、より高度な文章読解機構を実現する。構築した知識ベース、開発した埋め込み・推論技術については、一般公開し、広く利用できるものとする。
わが国のIGBP研究推進と国際対応

IGBPの各領域別にコアプロジェクトとの関連を検討した。その結果、次のことが明らかになった。(1)日本学術会議のIGBP専門委員会の中に設置されているJGOFS小委員会、IGAC小委員会、GCTE小委員会、土地利用小委員会が統括している分野については、それぞれのグループが会合を重ね、わが国における研究推進の課題や問題点を検討し、国際協力体制が確立しており、計画が着実に実行されつつある。(2)JGOFS、IGACは主として大規模な観測計画を立ててお予算化の問題が大きい。一方、GCTEはこれから出発する計画であるが、計画はかなり詳細に完成している。しかし、東北大学の広瀬忠樹教授が計画したモンスーンアジアの生態系に関する研究は、わが国の研究者が立案計画をたてたものが国際的に認められた最初のもので、今後、日本のIGBP国内委員会全体としてもこれを強力に支援してゆく必要がある。(3)平成4年12月1・2日、日本学術会議において、アジアを中心とするIGBP国内委員会委員長など約50名、国内の研究者約140名が参加するシンポジウムを開催した。ナショナルレポートと各領域別の研究の進展状況の紹介と今後の問題点を討論した。このプロシーディングスも刊行した。(4)平成5年2月8・9日には、日本におけるIGBPの研究について総合討論を行った。ここでは、上記の分析の他、モニタリング、数値実験、古環境の復元などの分析が次第に計画も煮つまって来ており、一部は実行に移され、予備調査から本調査へと移行しつつあることがわかった。今後は、ある領域についてかまたは、「土地利用」などの具体的現象をテーマにシンポジウムなどを開催するとよいことが示された。
環境発がん物質の代謝に係わる大腸菌の酵素遺伝子の検索と遺伝子産物の解析

平成13年度は、大腸菌ニトロ還元酵素NfsAの反応特異性について解析した。本酵素はNADPHとニトロ化合物に対して高い反応性を持つが、NADHとフラビン化合物と殆ど反応しない。この性質に注目して平成12年度に分離したF42L置換体のNADHとFMNの反応性を増木する勢果が、Leu特異的なものなのか否かを調べるため、Phe42をLeu以外のアミノ酸に置換した変異体を作製した。F42Y, F42W及びF42V置換体は野生型酵素と同様に、NADHとFMNに対する反応性を示さないのに対して、F42T, F42H及びF42KはF42Lの反応特異性に類似しNADHとFMNの反応性を増大する傾向を示した。一方、F42Eは第一基質であるNADPHの特異性を変じないが、第二基質であるFMNとニトロフラゾンに対する反応性を逆転していた。この野生型と対称的な第二基質の反応性は、F42Eの三トロフラゾンに対する反応性が激減したことに起因する。このように、F42の置換は第一基質、第二基質の両方に対する反応性を変じることが見い出された。次に、F42Lの反応特異性を変じる二重変異体を分離した。FMN反応性を増大する変異体(F42L/T108A, F42L/E223G, F42L/R225L, T108A/K222R)とNADH反応牲を減じる変異体(F42L/N134S)が得られ、二重変異を分離したところ、N134SとR225Lは単独でNADH反応性を減じる変異体、FMN反応性を増す変異体として機能することが分った。これらの置換体の変異は全て活性ポケットを形成する残基かその近傍に位置し、その内のT108, N134, R225の変異は他のアミノ酸残基との水素結合を切断すると推測された。これらの事実を加味すると、NfsAの基質特異性は幾つかの特定なアミノ酸(F42, T108, N134, R225など)で規定されていると考えられる。平成12年度は、ニトロ還元酵素活性の主要成分であるNfsAに関して、立体構造の決定と反応特異性に関与する残基の同定を行なった。先ず、大腸菌過剰発現系からNfSA蛋白を精製し、ハンギングドロップ蒸気拡散法で結晶化した後、X線回折により1.7オングストローム分解能までの構造を決定した。その結果、NfsA構造はFMNを活性中心に持つ直径約45オングストロームのホモ2量体で、そのサブユニットは12個のαヘリックスと5つのβストランドから成り、単独で活性ポケットを形成しえる、つまり単量体酵素としても機能しえることが示唆される。次に、基質認識に重要と推定されたフレキシブルなループ構造(202-211)内のArg203あるいはArg208のAla置換体を作製し、NADPHの特異性に関する影響を調べた。R208A置換体は野生型と同様なNADPH特異的酵素であったが、R203A置換体はNADPHに対する親和性、反応性を一桁以上減じたNAD(P)H型酵素に変化した。この結果はR203がNADPHのリン酸残基と相互作用することにより、NADPH特異性を発現することを示唆する。さらに、構造から推定できない反応特異性に関与する残基の同定のために、ランダム変異導入したNfsAライブラリーを1000クローンについてスクリーニングした。NADH特異性がアップするF42L、その逆にダウンするN134S、そしてFMN特異性がアップするL102S,Y128H,R225Lの5つの変異クローンを得た。これらの変異は全て活性ポケットかその周辺に位置し、Y128H,N134S,R225Lでは水素結合の破壊が予測され、ポケット構造全体のフレキシビリティ変化を導く可能性が示唆された。現在、他のニトロ還元酵素遺伝子候補であるnfsB,f196b,orf183の産物についての解析準備を始めている。

次に、F42Lの反応特異性を変じる二重変異体を分離した。FMN反応性を増大する変異体(F42L/T108A, F42L/E223G, F42L/R225L, T108A/K222R)とNADH反応牲を減じる変異体(F42L/N134S)が得られ、二重変異を分離したところ、N134SとR225Lは単独でNADH反応性を減じる変異体、FMN反応性を増す変異体として機能することが分った。これらの置換体の変異は全て活性ポケットを形成する残基かその近傍に位置し、その内のT108, N134, R225の変異は他のアミノ酸残基との水素結合を切断すると推測された。これらの事実を加味すると、NfsAの基質特異性は幾つかの特定なアミノ酸(F42, T108, N134, R225など)で規定されていると考えられる。
電波漏洩対策に有効なマッシブ電波センサアレイ

本研究では電波検出に特化したセンサ端末である電波センサを多数配置することにより、室内における無線通信システムの電波漏洩に対する監視、人工雑音放射による保護及び、無線通信システムの制御に作用する情報漏洩対策を図ることを目的としている。平成29年度までに、多数の電波センサによる情報漏洩の危険度を判定する方法を確立し、レイトレーシングシミュレーションにより有効性を確認した。平成30年度は、次の二点の課題について実施した。一つ目は電波漏洩検出のための人とモノの位置推定法の確立である。電波漏洩の現象は室内の人やモノの移動により変化する。そこで、室内の人やモノの位置情報を測定することで、電波漏洩の危険性判断に応用できる。従来の位置検出技術では、人やモノには測位用の装置を必要としていた。本課題ではそのような装置を用いず、人やモノによる電波の遮蔽効果に着目し、遮蔽効果による電波の減衰量を空間展開した複数の電波センサで検出し、測定対象の位置を特定する方法を確立した。レイトレーシングシミュレーションにより位置の推定精度を明らかにした。二つ目は、人工雑音を利用した安全な情報交換法を確立した。人工雑音の放射は、不特定の無線端末の受信品質が劣化し、復調困難性が高まる。しかし、同時に正規の通信者に対しても受信品質が劣化する。そこで、情報交換をする複数の通信者が人工雑音を放射することで保護領域を確立する方法を提案した。正規の通信者のみが人工雑音信号を知る秘匿性を利用し、正規通信者だけが効果的に人工雑音を除去する干渉キャンセラを機能させ、受信品質を高く維持する。その結果、不特定の無線局による復調困難性と正規通信者の復調成功を両立し、安全な通信を確立できる。本情報漏洩対策技術を中継局による複数端末間の情報交換へ適用した結果、安全性を示すセキュアキャパシティが改善できることを明らかにした。無線LANなどの室内無線通信による通信エリア外への電波漏洩に起因した情報漏洩対策として、人工雑音発生機能を有した多数の電波センサによる漏洩対策を検討している。本年度は、通信エリアの境界面上に電波センサを多数配置し、電波センサの人工雑音発生による情報漏洩抑制能力を評価した。評価方法としてレイトレーシングシミュレータを導入し、反射・屈折・回折の電波の波動現象を考慮した。基本評価のため、正方形の部屋を通信エリアとし、周辺に反射物体は存在せず、エリア境界の壁面における電波の波動現象を考慮した。無線LAN利用を想定し、2.4GHz帯の周波数を仮定した。評価では2つの課題が生じた。1つ目の課題は、人工雑音の正規受信者への干渉である。人工雑音による干渉の結果、正規通信者の自動レート制御により復調に必要な所要信号電力を引き下げられた。その結果、盗聴者が復調に要する所要信号電力も下がり、人工雑音が反対に盗聴を容易にする場合があった。2つ目の課題は、通信エリア外への電波漏れこみ量を推定する電波伝搬モデルが必要になった。そこで、センサに壁面から垂直方向を指向性の中央とする指向性アンテナを人工雑音発生アンテナに用いた。また、電波伝搬に距離減衰モデルを導入し、通信エリア外の電波漏洩量を予測した。評価の結果、電波センサを通信エリアの境界に網羅的に配置することで、人工雑音の面的展開を可能にした。これより、単独の人工雑音発生に比べて、少ない人工雑音電力量でエリア外での復調困難性を確保した。さらに指向性アンテナにより正規通信局への人工雑音の放射を回避し、安全性が向上することを確認した。しかし、新たな課題も生じた。まず、スポット的に通信エリア外で復調可能になり、情報漏洩対策としての脆弱性を確認した。さらに、電波漏洩量の予測結果と実際の漏洩量との差異が認められ、過剰な人工雑音を発生していることが確認された。研究開始時の基本検討の評価において課題が見つかり、当初予定していた実機による電波漏洩量の評価を実施することができなかった。しかし、課題に対する解決策は明らかになっており、現在、解決法を取り入れた評価を進め、一定の成果が得られている。それゆえ、実験計画の遅れを取り戻すことができる見通しがあり、目的達成に向けて着実に研究が進めることができると考えている。本年度は,通信の保護領域を囲むように多数のセンサを配置した際の情報漏洩を検知するシステム構築を進めた.構築したシステムでは,テスト期間として情報漏洩の危険性のある領域において,漏洩電力量を評価するプローブを配置する.そして,漏洩電力量と境界領域にあるセンサの検出電力量との関係性を示す漏洩ベクトルを生成する.次に,モニタリング期間では,プローブを外し,生成した漏洩ベクトルと検出した漏洩ベクトルとの二乗ユークリッド距離が最小の基準で選択し,情報漏洩の危険性のある領域での漏洩電力量を推定する.このように,通信の保護領域を囲むセンサを用いることで保護領域から外部に漏洩する電力量を推定するシステムを構築した.次に,レイトレーシングシミュレータを利用した評価実験を進めた.レイトレーシングシミュレータでは,WiFiを想定して2.4GHzの無線システムを用いた.事前の計算上,必要なセンサ数が極めて多く,レイトレーシングシミュレータが実時間での完了が極めて困難であることが分かった.そのため,評価環境を通常の無線システムに比べて1/10程度に縮小した環境を構築して,評価を進めた.評価実験の結果,テスト期間中の漏洩電力量を一定の量子化間隔で分割することで,測定点数を増やすことができるため,高精度な事前学習用の漏洩ベクトルの生成が可能になり推定精度を高めた.

また,アンテナ指向性を鋭くすることで,推定精度の改善が認められ,今後の評価において,センサのアンテナ構成などについて検討する必要性を見出した.本結果は,国内学会で1件,国際会議で1件,発表を進めており,有識者との間で意見交換を進めている.安全性を確保する通信領域より外に漏洩する漏洩電力量の推定するシステムの構築は順調に進んでいる.ただし,有識者からは,周波数帯が変化すると漏洩電力量が大きく変化する可能性があり,対策が必要であるという指摘があり,現在様々な周波数帯での評価が今後必要となる.物理層セキュリティの観点では,安全性を確保するための通信領域以内での受信電力量を推定し,漏洩電力量に比べた相対的な観点で,最終的な安全性の評価が必要になる.今後継続的に研究を進める必要がある.本研究では電波検出に特化したセンサ端末である電波センサを多数配置することにより、室内における無線通信システムの電波漏洩に対する監視、人工雑音放射による保護及び、無線通信システムの制御に作用する情報漏洩対策を図ることを目的としている。平成29年度までに、多数の電波センサによる情報漏洩の危険度を判定する方法を確立し、レイトレーシングシミュレーションにより有効性を確認した。平成30年度は、次の二点の課題について実施した。一つ目は電波漏洩検出のための人とモノの位置推定法の確立である。電波漏洩の現象は室内の人やモノの移動により変化する。そこで、室内の人やモノの位置情報を測定することで、電波漏洩の危険性判断に応用できる。従来の位置検出技術では、人やモノには測位用の装置を必要としていた。本課題ではそのような装置を用いず、人やモノによる電波の遮蔽効果に着目し、遮蔽効果による電波の減衰量を空間展開した複数の電波センサで検出し、測定対象の位置を特定する方法を確立した。レイトレーシングシミュレーションにより位置の推定精度を明らかにした。二つ目は、人工雑音を利用した安全な情報交換法を確立した。人工雑音の放射は、不特定の無線端末の受信品質が劣化し、復調困難性が高まる。しかし、同時に正規の通信者に対しても受信品質が劣化する。そこで、情報交換をする複数の通信者が人工雑音を放射することで保護領域を確立する方法を提案した。正規の通信者のみが人工雑音信号を知る秘匿性を利用し、正規通信者だけが効果的に人工雑音を除去する干渉キャンセラを機能させ、受信品質を高く維持する。その結果、不特定の無線局による復調困難性と正規通信者の復調成功を両立し、安全な通信を確立できる。本情報漏洩対策技術を中継局による複数端末間の情報交換へ適用した結果、安全性を示すセキュアキャパシティが改善できることを明らかにした。平成28年度の研究により2つの課題が明らかになった。1つ目は、電波センサによる通信エリア外への電波漏洩量の予測精度が低いこと。2つ目は、相互干渉により人工雑音が打ち消され、スポット的に復調可能となるエリアが存在することである。そこで、下記の2つの課題を新たに設定する。1つ目は多数の電波センサによる受信状態パラメータと電波漏洩量とのデータベース構築である。
北部九州及びその離島におけるシャ-マン的職能者の研究

北部九州の福岡、佐賀、長崎県(本土及ぴ島嶼部)にはトウニン、ホウニン、ダイニン等と呼ばれるシャ-マン的職能者が分布する。本調査は長崎市、長崎県北松浦郡本土、壱岐、平戸、生日、五島列島、佐賀県東・西松浦郡、福岡県久留米市、大川市、田川市等で約40名近い職能者に面接し、彼等のライフヒストリ-、信仰、祭神、宗教活動、病因論等について資料を収集したものである。60代を超えた女性が多いのが、(80%)、男性もあり、ライフヒストリ-を見ると病苦や人生苦の後、神ががり体験をして巫業に入った者も多いが、巫病による召命体験あるいは家系のある者に必ず神が降りるということで巫業に入ったという「血脈相承型」の者も予想外に多かった。自宅に神仏を祭る巫堂を持つが、祭神には稲荷を中心にした神道系のもの(血脈相承型、島嶼部に多い)と稲荷に不動や弘法太子等の密教系の諸神仏等を加えたもの(師資相承型、都市部に多い)の大きく二類型がある。宗教活動は依頼者が「おたずね」をすると神霊との直接交流によって教えを授ける。直接交流の方法は(1)コ-ハクにあがる、(神霊の言葉が口をついて出る)(2)霊感(胸に知らせがある。(3)目に見せられる。(遠いものの姿が見える。)(4)手に神霊の力をいただく、等の形がある。病気治療を行うが、病因論として、「カゼがつく」ということがある。カゼには生霊風と死霊風の二種があり、前者は他人の恨み、後者は浮遊する死者の霊魂であるという。また「野狐つき」といって、野狐(狐に近い小動物)が人間について精神異常をおこすということが信じられており、それらを落とすための祈祷を行う。また人に祭られていない神仏や先祖の崇りを説くことが多い。「サハリ」といい、その場合は神仏や先祖の言い分を聞き、(神霊との直接交流を本分とするシャ-マン的職能者の本領がここに発揮される)、それに対して「オユトワケ」というおわびの言葉をのべる。北部九州、福岡県、佐賀県、長崎県(本土及び離島)にはトウニン、ホウニン、ダイニン等と呼ばれるシャ-マン的職能者が分布する。本年度は長崎市、長崎県北松浦郡、同南松浦郡(五島)、壱岐、対馬、佐賀県松浦郡、福岡県久留米市等の約16名の職能者に面接調査を行い、彼らの信仰、ライフヒスリ-、祭神、宗教活動等について資料を収集した。職能者は男性の場合もあるが、60代をこえた女性がほとんどである。ライフヒストリ-を見ると病苦や夫との離別等の体験を経て、先輩職能者に導びかれて、「神がのりいる」という体験をし、修行に入ったものが多い。生まれつきの霊感による、又は家系の中に職能者が居た場合もある。祭神は神がかりの時に下ったもので、守護神である。稲荷神が多いが、仏教系の不動明王、観音、地蔵、弘法太子、竜王等を単独に、又は併せて祀る場合が多い。

職能者の家系に代々受けつがれてきた神仏、全く独自な神仏をまつる。宗教活動は依頼者の病気や悩みに対して、神霊との直接的な交流により教えを受ける。そのかたちは、(1)言葉が口をついて出るもの、(2)霊感によるもの、(3)手等に神仏の力を受け、それで加持をする。(4)夢告によって知らせを受けるもの等がある。病気や不幸の原因を説く災因論としては(1)先祖の霊が助けを求めている(先祖のおすがり)(2)本来、神霊の祀ってあった所を犯したり、汚したりする(神さわり)死霊の場合(仏さわり)等の説明がされる。樹木霊のさわりを説く場合もある。(3)また、風といって、死者の祀られない霊や他人のうらみを受ける場合もある。それらに対して祓えや祈願といった活動を行うのが職能者の役割である。こうしたシャ-マン的職能者の信仰は地域の信仰、霊魂観に少なからず影響を与えている。北部九州の福岡,佐賀,長崎県(本土及び島嶼部)にはトウニン,ホウニン,ダイニンなどと呼ばれるシャ-マン的職能者が分布する。本年度(平成二年度)は長崎市,長崎県北松浦郡,壱岐島,平戸島,生日島,佐賀県西松浦郡,福岡県久留米市などで約二十名近い職能者に面接調査を行い、彼等のライフヒストリ-,信仰,祭神,祈祷活動,病因論などに関しての資料を収集した。六十代を超えた女性が多いが男性も見られる。ライフヒストリ-を見ると病苦や夫との死別などの人生の危機の後神が乗り入るという体験をし、自宅に神仏を祭る祭壇をつくり,巫業に入るという形のものが多い。しかし、その他家系の中のある人物(女性が多い)に必ず稲荷神が降りるという伝承を持つものがあり、「血脈相承型」のものがかなり見られる。また,師から導かれるかたちでトウニンになっていく師資相承型も多い。憑依を核にした主婦の間の信仰カルトといった側面も見られる。信仰,祭神は稲荷を中心にした神道系のものとそれに不動信仰や竜神などの「仏教系」の諸仏をまつるものの二種あり,後者は比較的都市部に多い。祈祷活動には「オタズネ」と「神アゲ」「霊感アゲ」等といわれるものの二種ある。依頼者が運勢や行方不明者についてオタズネをすると神霊との直接交流により答えることが前者であり,(おみくじをとるともいう。)後者は祭られていない先祖や死霊,また神仏のある時、病気になったり、家族の問題になったりする。その時に神霊と直接交流をして、その言い分を聞き,(ここにシャ-マン的職能者の本領がある。)それに対して、「オコトワケ」というおわびの言葉を述べて帰ってもらうこと,(これを「神上げ」とか「霊感上げ」,などと称する)が行なわれる。病因論としては「カゼがつく(を負う)」ということがよく説かれる。野狐がつくとも信じられ、それを落とす祈祷なども行なわれていたという。
高圧高速空気噴流を併用した水中Water Jet用ノズルの開発

本研究は水中おけるウォータージェットの性能を維持するために,新しいノズルを開発することを目的としたものである.すなわち中心は噴射されるウォータジェットの外側に空気層をつくることで,噴流と周りの水との抵抗を減らすことである.それによりノズル中心の穴から噴射された噴流は空気の層がない時に比べて中心軸における速度を維持しながら下流に流れることができる.その効果を最も定量的に評価できるパラメータが噴流に垂直に衝突させて発生する圧力いわゆるrecovery factorである.これは噴流の初期圧力がその衝突平板上でどの程度圧力が回復するかを確認するパラメータである.これを水中において空気噴流がある場合と無い場合を比較することで,空気の効果を確認することできる.その確認の結果ノズルと衝突平板の距離が長い場合ほど,空気噴流の効果は大きく空気の無い場合に比べ70%の増加が確認された.またNon-subeberged water jetすなわち水の噴流を大気中で噴射することで,空気の効果が間接的に確認する方法として噴射された水の噴流の広がり角がある.その比較によって空気噴流が噴射された場合は,水の噴流の広がり角が小さくなったことも確認でき,水中や大気中において,同心円状に噴射した空気噴流の効果が確認できた.さらにシミュレーションによる計算によっても空気噴流の効果が定性的に確認できたことで水中におけるウォータジェットの性能維持に必要なパラメータの同定の可能と考える.一方その定量的な一致には,2相流と同時に水のキャビテーションの評価等も相変化も考慮する必要があることが分かった.本研究は現有の150気圧の高水圧を発生させる水用ポンプと7気圧の圧縮空気を発生させる圧縮機を併用することで、所期実験条件を実現することができた。その条件を用いて水中における定量的な実験を行い、可視化を含めて多角的に検討するための実験結果を得た。まず水中において、中心から水のみを噴射するときに噴射の様子から、水中において噴流が広がる広がり角は大気中に吹き出す場合のそれに比べて大きくなっていることが確認できた。これは、通常の同じ流体中に噴射する噴流の広がり角とほぼ同じであるこから、噴流の広がり角は圧力によってほとんど変化を受けないことがわかった。また水と同時に7気圧の高圧空気をその周りから同心円状に噴射した場合の噴流の広がり角もほとんど変わらないが、空気の噴射により泡が噴流周りに広がることで、噴流境界が不明確になることから、より詳細で正確な評価が必要であると考える。さらに、噴流に対面してターゲットを設置した場合の噴流軸上のよどみ点圧力を測定した。その距離はノズル直径の1倍、3倍、5倍および10倍の距離で測った。その結果、水と空気を同時に噴射した場合、噴流中心のよどみ点圧力は距離が増えるに従い、増減することから圧力が最大値が発生する距離があることが分かった。またノズルとターゲットの距離が10倍の場合は、噴流の影響はほぼなくなり周りの圧力とほぼ同じになることが分かった。以上のことから、水中におけるWater Jetの性能維持のために製作した2重同心円状のノズルは、定性的に予想通りの流れ場となっているが、改良のためには定量的は検討も必要である。研究初年度であることから、まずノズル固定用のフレーム作成は通常の設計で遂行できたが、これまで扱ったことのない150気圧の水を扱うための配管や圧力測定用チューブやセンサーの選定や設計、製作に多少時間を要した。それと並行して、流れ場の様子をとらえる工学観察は順調に始めることができた。ただし上記工学観察は水中における水のみの振る舞いは可能であるものの、水に加えてその周りに空気を噴射した場合はかなり不鮮明になることから、別の工学観察方法か高速度カメラが必要と考えられる。また定量的な測定として対抗するターゲット板上の圧力を測定する際、ノズル直径が1mmであるため、ノズルからターゲット板の距離を正確に設定することもかなり困難であり、スペーサー等通常の衝突噴流としての測定とはかなりことなり、時間を要した点も挙げられる。ただし平成28年度は本研究テーマを遂行したことでコンンピュータによる測定用圧力センサーやAD変換機、その制御用ソフトの構築、データ解析手法等、ほぼすべてのノウハウに目途をつけることができたため、おおむね順調に進んでいると評価している。高圧空気の噴流をウォータージェットの周りを囲むように、噴射させ水中での性能維持についての実験を行った。本研究の大きな着目点の一つは、通常大気中での使用を前提としているウォータージェットを水中で使用することを目的とし、大気における流れ場を水中で再現することである。そのため、特別なノズルを設計し実験を行った。実験は150気圧の水を直径1ミリメートルの穴から水中に噴射し、その性能の目安となる衝突平板上の圧力を中心軸上で測定した。測定の際にはノズルの中心と測定位置がずれないようにガイドを備えた衝突平板を用いて、ノズル出口と平板の距離も変えて、ノズル中心におけるよどみ点圧力を測定した。一方、水中での性能維持の確認のため、大気中における同様に測定も行った。したがって、水中と大気中におけるよどみ点圧力を比較することで明確に、本研究で設計したノズルの性能が確認できるシステムを構築した。測定の結果、水中、大気中いずれの場合もノズルと衝突平板の距離が大きくなるとよどみ点圧力は低下することが確認できた。これは通常の噴流特性である。さらに水中で水のみ噴射する場合に比べて、その周りに空気を噴射した場合は圧力の低下は、かなり小さくすることができた。。

さらに大気中で噴射した場合に比較しても、よどみ圧力は改善していることが確認できた。すなわちノズルよどみ点における圧力と平板でのよどみ点圧力の比、いわゆる圧力回復率は、同軸空気を噴射することで明確に増加することが確認できた。さらに水中において噴射された同軸空気は、その中心から噴射されたウォータージェットの安定化に寄与している可能性が明らかになった。これまで、提案した流れ場を実現するためのノズルの設計と製作は終えて、より精度の高い測定系を構築してきている。また測定ノウハウもすでに習得済みでそれに付随する高圧ポンプや高圧力測定用センサー、高圧ホースはすでに設置している。また、約130気圧の水圧は容易に実現し、測定における操作も極めて安定した状況で実験を行っている。したがって、これまで提案し想定してきた実験環境は整いつつあり、実験結果のより詳細な解析や考察が必要であると考えている。特に今年度取得した実験結果は極めて有用性のある結果で、これまで提案してきた水中において、大気中に匹敵するウォータージェットの減衰でその性能を維持するという最も大きな目的は達成されたと確信している。その理由の一つに水中における空気噴流が水中ウォータージェットの安定化に寄与する可能性も確認できた。ただし、これまで行ってきた実験はパラメータが少なく、可視化も空気の泡が流れ場周りの多く発生し、目視では確認できないことから、その明確な可視化とシミュレーションによる確認が今後の課題となると考える。本研究は水中おけるウォータージェットの性能を維持するために,新しいノズルを開発することを目的としたものである.すなわち中心は噴射されるウォータジェットの外側に空気層をつくることで,噴流と周りの水との抵抗を減らすことである.それによりノズル中心の穴から噴射された噴流は空気の層がない時に比べて中心軸における速度を維持しながら下流に流れることができる.その効果を最も定量的に評価できるパラメータが噴流に垂直に衝突させて発生する圧力いわゆるrecovery factorである.これは噴流の初期圧力がその衝突平板上でどの程度圧力が回復するかを確認するパラメータである.これを水中において空気噴流がある場合と無い場合を比較することで,空気の効果を確認することできる.その確認の結果ノズルと衝突平板の距離が長い場合ほど,空気噴流の効果は大きく空気の無い場合に比べ70%の増加が確認された.またNon-subeberged water jetすなわち水の噴流を大気中で噴射することで,空気の効果が間接的に確認する方法として噴射された水の噴流の広がり角がある.その比較によって空気噴流が噴射された場合は,水の噴流の広がり角が小さくなったことも確認でき,水中や大気中において,同心円状に噴射した空気噴流の効果が確認できた.さらにシミュレーションによる計算によっても空気噴流の効果が定性的に確認できたことで水中におけるウォータジェットの性能維持に必要なパラメータの同定の可能と考える.一方その定量的な一致には,2相流と同時に水のキャビテーションの評価等も相変化も考慮する必要があることが分かった.
意思決定における知覚と報酬の関係-fMRI・神経細胞記録・計算モデルの統合研究

人間や動物の意思決定における脳内の報酬情報処理と刺激知覚処理との関係をヒトのfMRI実験、実験動物(サル)の神経細胞活動記録、並びに理論計算モデルの3点から検討した。ジュースなどの報酬と条件付けられた視覚刺激の明瞭度を変化させたときに、大脳基底核が明瞭度の高い刺激に対して刺激の入力情報に基づいて報酬予測的な活動を示し、内側前頭皮質が明瞭度の低い刺激に対して知覚判断情報に基づいて報酬予測活動を示すことを明らかにした。本研究の結果は、刺激の知覚的曖昧性に応じて脳内の異なった報酬処理回路が意思決定に寄与することを明らかにするものである。本研究の目的は、人間や動物の意思決定プロセスにおける脳内の報酬情報処理と刺激知覚処理との関係をヒトの機能的MRI(fMRI)実験、実験動物(サル)における神経細胞活動記録、ならびに理論計算モデルの3点から包括的に解明することである。不明瞭で知覚的に曖昧な刺激に対する脳の報酬予測活動を調べることにより、刺激の入力から反応の出力に至る意思決定過程における知覚判断と脳内報酬処理の関係を実験的に検証し、現実的で柔軟な意思決定の理論モデルの提唱を目指す。平成19年度は、知覚的に不明瞭な視覚刺激に対する報酬の予測過程を実験的に検討する課題パラダイムの構築から始めた。報酬を予測させる条件刺激として、知覚の状態を弁別成績という客観的指標によって個体問で統制し得るランダムドットモーション刺激を用い、右あるいは左のどちらか一方に動くランダムドットモーション刺激に対してジュース報酬を呈示する課題を施行した。ランダムドットの動きの一致度(コヒーレンス)を操作して知覚の状態を変化させたときの報酬予測的脳活動をヒトについてはfMRIにて、サルについては細胞外微小電極記録にてそれぞれ記録した。結果として、神経活動記録実験からは、報酬関連ニューロンである中脳黒質ニューロンの活動が刺激検出の初期成分と刺激知覚の後期成分の2つの成分からなり、それぞれがその時点における報酬予測誤差情報を表現することが明らかとなった。また、fMRI実験からは、大脳基底核(尾状核)が主に刺激が明瞭な場合に刺激入力に即した報酬予測的活動を示すこと、これに対し前頭葉内側皮質が曖昧な刺激に対して被験者の知覚弁別に基づいた報酬予測活動を示すことが明らかとなった。これらの結果は、脳内報酬情報処理が刺激知覚処理と様々に連動し、従来考えられていたよりも柔軟かつ精緻に動物の報酬予測、ひいていは意思決定を修飾するということを明らかにするものである。本研究は、人間や動物の意思決定プロセスにおける脳内の報酬情報処理と刺激知覚処理との関係をヒトの機能的MRI (fMRI)実験、実験動物(サル)における神経細胞活動記録、ならびに理論計算モデルの3点から検討する。平成20年度は、19年度の研究を発展させ、視覚刺激としてガボールパッチ刺激を、また報酬として金銭報酬を新たに導入して実験を行った。すなわちガボールパッチ刺激の輝度コントラストを操作して刺激の明瞭度を変化させたときの脳内報酬関連活動を計測し、報酬予測・予測誤差学習モデルに刺激明瞭度のファクターを加味した数理モデルによりフィッティングを行った。この結果、報酬予測とともに報酬予測誤差も刺激明瞭度の影響を受けるモデルが被験者の行動と脳内報酬関連領野の活動をよりよく説明するという結果を得た。また、報酬として金銭を用いた場合、さらには金銭の損失という負の報酬を用いた場合の脳活動についても検討し、ジュース報酬の場合と同様に金銭のような概念的な報酬ならびに罰の予測活動も刺激明瞭度によって影響を受けることが明らかとなった。このように、ヒトfMRI実験、サル神経活動記録、理論計算モデルのそれぞれから、報酬情報処理の様々な局面において、刺激の明瞭性に応じて脳内では様々に異なる報酬予測の神経表象が混在するということが指し示された。しかしながらこれまでの実験課題では刺激と報酬の条件付けを行うのみであったため、これら多様な報酬予測が被験者の意思決定にどのような役割を果たすかについては不明である。これまでの研究成果に基づき、この点をさらに明らかにするための実験パラダイムの構築を行う。本研究は、人間や動物の意思決定プロセスにおける脳内の報酬情報処理と刺激知覚処理との関係をヒトの機能的MRI (fMRI)実験、実験動物(サル)における神経細胞活動記録、ならびに理論計算モデルの3点から検討することを目的とした。昨年度までの研究から、ジュースや金銭などの報酬と条件付けられた視覚刺激(ランダムドットモーションやガボールパッチ)の明瞭度を変化させたときに、主に大脳基底核が明瞭度の高い刺激に対して刺激の入力情報に基づいて報酬予測的な活動を示し、内側前頭葉など大脳皮質が明瞭度の低い刺激に対して知覚判断情報に基づいて報酬予測活動を示すことが明らかとなっていた。本年度は引き続き、金銭の損失という負の報酬の予測に対して同様の検討を行い、主に扁桃体や島葉などの大脳辺縁系が明瞭度の高い刺激に対して刺激の入力

情報に基づいて損失予測活動を示し、外側前頭前野を中心とする大脳皮質連合野が明瞭度の低い刺激に対して刺激の知覚判断情報に基づいて損失予測活動を示すことを明らかにした。さらに、刺激の明瞭度の変化による報酬予測の変容と、刺激-報酬間の連合頻度を操作することによる報酬予測確率とを独立に評価する課題を施行し、知覚による報酬情報処理の変化と経験による報酬情報処理の変化とがどのような関係にあるかの検討を試みた。この結果、反応時間など報酬関連行動指標は、経験頻度よりも知覚情報をより鋭敏に反映することを示唆する結果を得た。この効果の脳内機序については引き続き検討中である。最後に、これら本研究で明らかになった報酬関連意思決定の多様な神経回路について、英文総論論文にまとめて発表した。
高次認知機能とその可塑性の神経基盤と遺伝的基盤

高次認知機能の個人差の関連の研究と、高次認知機能の訓練の引き起こす可塑性の神経基盤について研究を行った。縦断研究によりワーキングメモリ、処理速度といった認知機能の訓練の引き起こす種々の神経系の変化を明らかにすることができた。また、横断研究によりワーキングメモリ、一般知能、創造性といった高次認知機能やヒトの精神疾患と、主観的幸福において重要であるさまざまな認知指標の神経基盤を明らかにすることができた。本研究課題の目的は、(1)横断的研究による高次認知機能の個人差の神経基盤,(2)縦断的研究による認知訓練による高次認知機能の可塑性とその神経基盤,(3)それに影響を与える遺伝的基盤、(4)横断的研究による高次認知機能やそれと関係した神経基盤に関係する遺伝的因子、環境因子、生活習慣、身体データの解明である。上記の研究目的を達成するために、研究期間内には、学生を対象としたマルチタスクなどの認知訓練による縦断的研究や、同じく学生を対象とした横断的研究を行った。なお実験に際しては、東北大学医学研究科の倫理委員会で承認済みである。その結果多数の成果が得られたが、そのうちの(1)のテーマにかかわるものとしてはすでに分野を代表する査読付きの国際ジャーナルに出版済みか、出版が決まっている成果として、個人の達成動機と脳の報酬系などの形態などが関連していることを示した研究成果、自閉症と関連していることが知られている共感性やシステム化傾向といった認知特性が脳の種々の領域の白質形態と関連していることを示した研究成果、個人が他者とは違った存在であろうとするという独自性希求といった認知傾向が社会認知や抑制といった認知と関連した脳形態の違いと関連していることを示した研究成果、個人のクオリティーオブライフが、自己内省や、怒りと関連した脳領域の形態の違いと関連していることを示した研究成果など多数の成果が得られた。高次認知機能はいうまでもなく人間の知的活動、社会活動、文化活動の中心にあり、また統合失調症をはじめ多くの精神疾患で損なわれているものもある。高次認知機能の神経基盤、高次認知機能の可塑性を示すこと、その可塑性の神経基盤・遺伝的基盤について明らかにすることは、科学的にだけでなくその社会的・臨床的インパクトは大変大きいものであると考える。本研究の目的は(1)横断的研究による高次認知機能の個人差の神経基盤,(2)縦断的研究による認知訓練による高次認知機能の可塑性とその神経基盤,(3)それに影響を与える遺伝的基盤、(4)横断的研究による高次認知機能やそれと関係した神経基盤に関係する遺伝的因子、環境因子、生活習慣、身体データの解明である(図1)。本研究では、これらの4つのテーマについて、心理指標とMRI画像を用いた横断的研究とそれに加えて被験者に認知訓練を行わせて、それらの変化を測定する縦断的研究により明らかにする。本研究を通して、高次認知機能の個人差と対応する脳内機構とそれらの変化と関連したり変化を引き起こす認知訓練、遺伝的要因、環境要因、生活習慣、身体データを明らかにしていく。この研究の目的に基づき、本研究では、1週間の認知訓練の縦断訓練を行い横断的データの収集を重ねた。(1)研究目的を達成するために右利きの健常な大学生を被験者として募り、実験の説明を行い同意を得た上で(a)縦断的な介入研究を行い、その前後で(b)MRI撮像と(c)認知機能の評価を行う。そして、その介入前に(d)遺伝子多型の評価、(e)生活習慣、環境因子に関する質問表、(f)身体データの収集を行った。これに伴い、目的(1)と(2)についてこれまで主に明らかにすることに成功した。またこの年度にはそれまで得られたデータを用いて十分なNが集まったデータからそれぞれの目的のための解析を行った結果の研究成果の発表に努める予定であったが、そのように研究目的(1),(2)に関しては予定した通り進行中である。なお研究目的(4)には多くのデータが必要で、いまだデータが収集中である。研究目的(3)に関しては震災の影響などで、あり共同研究先が忙しくなり、進行が遅れている。平成24年度の研究計画としては、縦断研究は23年度のものと異なった課題を行っていく。横断研究のデータ収集に関しては同様のものを続ける。平成24年度に関しても平成23年度と同様に使用されていく。物品は研究で使われるテストなどの購入に使われる。学会発表のための旅費も予定される。人件費・謝金に引き続き大きなウェイトがさかれる。研究発表の英文校正や印刷料にも使用が少なからず予定される。