hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
皮膚および筋の高線量放射線障害に対してリハビリテーションは有効か？

最終年度は,これまでに我々が構築してきたラット後肢の局所放射線障害モデルに対してリハビリテーション介入(トレッドミル走行)を実施する実験系を用いて,ラット後肢の筋ならび皮膚の組織にどのような影響を及ぼすかを明らかにした。具体的には,8週齢の雄ラット18匹を使用し,X線非照射群(CON群,n=7),50GyX線照射群(50Gy群,n=5),50GyX線照射後,トレッドミル走行を実施する群(50Gy-T群,n=6)に無作為に割り付けた。X線の照射は,ラットが9週齢時に実施し,CON群ならびに50Gy群はその後7週間通常飼育を実施し,50Gy-T群はX線照射翌日からトレッドミル走行を実施した。7週間後,放射線照射部位のヒラメ筋と皮膚を採取した。ヒラメ筋は4%パラホルムアルデヒドにて固定後,パラフィン包埋し,5μmに薄切した。皮膚組織は凍結包埋後,10μmに薄切した。両組織切片にHE染色を実施後,ヒラメ筋に関しては筋横断面積を測定し,皮膚組織に関しては病理組織学的に評価した。その結果,50Gy-T群では50Gy群に比べ筋横断面積が大きく,トレッドミル走行により放射線照射部位においても筋委縮が抑制されることが明らかになった。しかし,皮膚組織においては,50Gy-T群では50Gy群より血流障害を伴う変性と壊死が助長されおり,運動負荷が悪影響を及ぼすことが示唆された。昨年度までに我々は,障害モデルに対して同様にトレッドミル走行を実施した結果,関節拘縮が改善されるという結果を得ている。以上の成果を総合的に考えると,放射線障害に対する運動負荷を伴うリハビリテーション介入は,筋骨格系に対しては有効に作用する面もあるが,特に血流障害を伴うような重度の放射線皮膚障害に対しては,悪影響を及ぼす可能性が高く,その病態と病期に応じた介入方法を選択する必要があるといえる。解剖学平成24年度の実験結果から,リハビリテーション介入方法を当初予定していた小動物用足関節運動装置を用いた足関節の間歇的ストレッチからトレッドミル走行に変更した。間歇的ストレッチに比べるとトレッドミル走行は,一度の介入で多くのラットに対して適応することができ,順調に対象数を増やすことができている。それに伴い,足関節背屈の関節可動域のデータも採取がほぼ終了し,また今後組織学的に解析する筋ならびに皮膚の標本も採取できており,最終年度の解析作業に向けて順調に進展していると考える。実験計画では,リハビリテーションの介入方法として小動物用足関節運動装置を用いた足関節の間歇的ストレッチを計画していた。しかし,病態モデルの放射線照射後の経過を観察する中で,著明な炎症症状が改善した後も活動量が低下するということが明らかになった。そのため,リハビリテーション介入として運動負荷を取り入れられる内容のものも取り入れる必要性があると考えられた。このようにリハビリテーションの介入方法を再検討する必要性が生じたために実験計画がやや遅延している。しかし,現時点ではリハビリテーションの介入方法としてトレッドミルを用いた歩行運動を実施することに決定し,来年度以降は目標達成に向けて,順調に進展するものと考える。平成25年度の成果により,ラット後肢の局所放射線障害病態モデルに対してリハビリテーション介入を実施した際の関節可動域の変化のデータを収集することができ,また筋および皮膚の標本も採取できている。よって,平成26年度は,採取した筋および皮膚の組織学的検査を実施するとともに,関節可動域のデータとの相関関係を検討することで放射線障害に対するリハビリテーション介入の効果を明らかにする予定である。また,最終年度としてこれらの成果を発表することを計画している。
トリクロロエチレン分解細菌の構成的発現変異株の育種に関する研究

Pseudomonas putida BH株の有するフェノールヒドロキシラーゼは、トリクロロエチレン(TCE)を効果的に分解できるが、その発現はフェノールによる正の制御を受けるため、この酵素の誘導のためにフェノールが必須であった。そこで、本研究では、構成的にTCEを分解できる菌株を育種することを目的に、本菌株からクローニングしたフェノールヒドロキシラーゼ遺伝子(pheA)の制御遺伝子(pheR)を遺伝子工学的に改変し、構成的にフェノールヒドロキシラーゼを発現する変異株を構築することにした。まず、pheAの発現が構成的になるように、既報論文の知見から、pheR, pheA遺伝子を含む8.1kbのNotI DNA断片から、pheRの一部を欠失した遺伝子(ΔpheR)をPCR法によって増幅した。また、pheRタンパクのcis-acting領域を含むpheA遺伝子の増幅を行い、両者の増幅を電気泳動により確認した。次に、増幅した二つのDNA断片を結合させるため、両DNA断片を鋳型として、再度、PCRによる遺伝子の増幅を試みたが、ΔpheR, pheAを含むDNA断片の増幅には至らなかった。プライマーと種々条件をかけて、実験を試みたが、当該研究期間内にこのDNA分子の構築には成功しなかった。一方、得られた組換えDNA分子の土壌細菌の染色体埋め込みの予備試験として、広宿主域トランスポゾンベクターpUTKmをE. coli S17-1からP. putida KT2440株へ接合伝達で導入し、10^5/受容菌の頻度でカナマイシン耐性株を得た。ハイブリダイゼーションにより、耐性株の染色体にカナマイシン耐性遺伝子の埋め込みを確認した。今後、上記の組換えDNA分子が得られれば、この系を用いて構成的にTCE分解できる遺伝子を土壌細菌の染色体へ埋め込み、新規の有用TCE分解細菌を育種できると考えられる。
固体イオン交換法によるガラス中への金属微粒子分散過程の解明とレーザ加工への応用

本研究では,電圧印加を併用した固体イオン交換法を用いてホウケイ酸ガラス中に金属ナノ微粒子を分散させた.このガラスに対して熱処理を行った結果,微粒子が凝集し,特に紫外域での吸収特性が向上した.一方,ガラス中でのイオンの拡散・ドリフト理論に基づき,イオン交換プロセスの数値解析を行った結果,添加深さの正確な推定が可能となり,推定された添加深さはレーザ加工特性の向上領域とよく一致していた.また銀の添加後に,添加時とは逆方向の電圧印加を行うことによって,ガラス中に銀ナノワイヤで構成される薄層が析出した.この析出相は高い電気伝導性を有しており,ガラス中に埋設された導電路として動作することが確認された.平成25年度は,主に以下の3つの項目について研究を実施した.[1]金属イオンから微粒子への成長過程の解明:前年度に引き続き,電圧印加によって金属添加を行った試料に対して,熱処理条件,冷却条件を様々に変化させて,ガラス内部の微粒子の存在形態に対する影響を調査した.その結果,電圧印加後の温度履歴は,微粒子個々の形態にはほとんど影響しないことが明らかとなった.一方,熱処理によって複数の微粒子が凝集し,ガラス内部に不均一な組織を形成することが分かった.銀添加ガラスにおいて,この熱処理による微粒子の凝集現象を利用することによって,紫外域での光吸収率を向上させることが可能となった.[2]熱処理後の金属添加ガラスのレーザ加工特性の検討:上記[1]で作製した熱処理後のガラス試料に対して紫外線ナノ秒レーザを用いた加工実験を行い,処理前の金属添加ガラスと同等の優れた加工特性を有することを確認した.[3]逆電圧印加による金属添加ガラスの反り低減:金属添加ガラスでは添加面を凸とした若干の反りを示すことが明らかとなったため,金属添加後に電場の方向を逆転させることによって,両面からの添加と反りの低減を試みた.その結果,添加前のガラスとほぼ同程度まで反りを低減することが可能となった.一方,逆電圧印加後のガラス内部には,微粒子が過剰に凝集したと思われる析出層が認められたため,その形成メカニズムの検討を行った.本研究では,電圧印加を併用した固体イオン交換法を用いてホウケイ酸ガラス中に金属ナノ微粒子を分散させた.このガラスに対して熱処理を行った結果,微粒子が凝集し,特に紫外域での吸収特性が向上した.一方,ガラス中でのイオンの拡散・ドリフト理論に基づき,イオン交換プロセスの数値解析を行った結果,添加深さの正確な推定が可能となり,推定された添加深さはレーザ加工特性の向上領域とよく一致していた.また銀の添加後に,添加時とは逆方向の電圧印加を行うことによって,ガラス中に銀ナノワイヤで構成される薄層が析出した.この析出相は高い電気伝導性を有しており,ガラス中に埋設された導電路として動作することが確認された.平成24年度は,以下の3つの項目について研究を実施した.(1)金属イオンから微粒子への成長過程の解明:電圧印加によって金属添加を行った試料に対し,後熱処理温度,冷却方法を変化させることによって,ガラス内部の微粒子の存在形態を変化させた.作製した試料をTEM観察に供し,粒径分布に対する熱処理条件の影響を明らかにした.(2)金属微粒子の粒径と光学特性,レーザ加工特性の関係性調査:紫外可視分光光度計を用いて,作製したガラスの光反射・吸収率を測定し,粒度分布と光学特性との関係を明らかにした.また,吸収波長帯に合致したレーザ光源を用いて加工を行うことにより,作製したガラスのレーザ加工特性を検証した.一方,レーザ加工用ガラスと未処理ガラスにおける加工現象の差異を高速度カメラによって観察し,レーザ加工用ガラスが高い加工性を発現する要因を調査した.(3)イオン交換プロセスの数値解析:拡散理論に立脚したイオン交換プロセスの解析モデルを作成し,自作の数値解析プログラムによる濃度プロファイルの推定を行うとともに,EPMAによって得られた濃度プロファイルとの比較・検討を行った.なお,モデル化に際しては,金属イオン添加時の実験データを数値解析に取り込むことによって,精度の高いプロファイル推定が可能となった.平成26年度は,主に以下の2つの項目について研究を実施した.[1]短パルスレーザ照射処理による金属微粒子の存在形態制御:電圧印加によって金属添加を行った試料に対して,赤外ナノ秒パルスレーザを照射することによって金属微粒子の形態を変化させ,ガラス基板の光学特性制御を試みた.照射エネルギーおよび照射回数を変化させて実験を行い,光学特性を変化させるために必要なエネルギー閾値を明らかにした.また,複数回の照射を行った領域のTEM観察により,ガラス表面のごく近傍に微粒子濃度の異なる3層構造が形成された結果,光学特性が変化することが分かった.[2]逆電圧印加によるガラス内金属相析出メカニズムの検討:昨年度と同様,電圧印加によって銀添加を行った試料に対して,逆方向の電圧印加を行いガラス内部に銀相を析出させた.今年度は特に,逆電圧印加時間を変化させて銀相の成長挙動を観察した.その結果,ガラスと銀箔の接触領域から銀添加領域の最深部に向かって,電場の方向に沿って銀相が成長することが分かった.

また,この金属相をガラス内部配線として利用するため,線幅の微細化限界に関する調査を行った.現状では線幅0.5 mmの形成が可能であり,今後,さらなる微細化を目指して金属の添加方法等の最適化を図る.これらの内容を含めて,期間全体(3年間)を通じた主な研究成果として,以下の3点が挙げられる.[1]金属イオン添加後の後処理によりガラス内部に分散する金属微粒子の形態制御を行い,光学特性との関係を明らかにした.[2]電位勾配の存在するガラス中でのイオンの拡散・ドリフト挙動の数値解析を行い,添加元素濃度プロファイルを正確に予測可能な数値解析システムを構築した.[3]添加時とは逆方向の電圧印加を行うことによってガラス内部に金属相が析出する現象を見出し,ガラス内部微細配線技術への適用性を検討した.生産工学・加工学熱処理による個々の金属微粒子の形態制御には至っていないものの,複数の微粒子の凝集現象を利用することで,光学特性を変化させることが可能となったため,当初の目標であった「紫外域での高い吸収率と可視域での高い透明性の両立」は,熱処理条件の最適化により達成可能と思われるため.また,反り低減を目的とした実験の中から,微粒子の過剰な凝集という興味深い現象が発見され,光学特性制御に別観点からのアプローチが可能となったため.金属微粒子の存在形態に対する熱処理の影響が当初の想定ほど大きくなかったため,熱処理によって粒径を十分に制御するまでには至っていないが,粒径の拡大・縮小に向けた指針は得られており,次年度以降に挽回可能である.一方,数値解析への実験データの取り込みが,想定以上にうまく機能したため,高い精度での濃度プロファイル推定が可能となった.次年度は以下の方針に沿って研究を実施する.[1]新規な金属種,複数の金属種を添加したガラスの作製:銀・銅以外の単体金属や,銀・銅を含有する各種合金からの金属添加を試み,ガラス内部へ導入可能な金属種を明確化する.また,これらの金属添加を行った場合の添加深さを推定可能な数値解析手法を確立する.[2]逆電圧を印加した場合の微粒子の凝集メカニズムの解明:添加金属種や添加条件を変化させることによって,凝集の程度や位置の制御方法を確立する.また析出層の工学的応用の可能性についても検討を行う.次年度は,以下の方針に沿って研究を実施する.(1)金属微粒子の形態制御手法の確立:熱処理温度・時間や冷却方法を再検討し,所望の位置に所望の粒径を有するガラスの作製条件を明確化する.(2)新規な金属種,複数の金属種を添加したガラスの作製:銀・銅以外の単体金属や,銀・銅を含有する各種合金からの金属添加を試み,ガラス内部へ導入可能な金属種を明確化する.また,これらの金属添加を行った場合の添加深さを推定可能な数値解析手法を確立する.(3)金属微粒子分散ガラスのレーザ加工特性の調査:微粒子添加が加工特性に与える影響を,高速度カメラを用いた観察と,数値解析の両面から明らかにする.研究経費の主たる部分を真空装置の改良に充て,実験可能な熱処理条件の拡充と実験条件の高精度化を図る予定である.また,それ以外の経費は各種実験試料や消耗品の購入,学会発表のための旅費に充当する予定である.
膵癌の治療抵抗性に関する樹状細胞を中心とした細胞性免疫学的検討

腫瘍内DCおよびOK-432局注後に手術で腫瘍を摘出し検討した。局注部の融解壊死を認め、所属リンパ節内でCD83^+細胞、FOXP3^+細胞が、遠隔リンパ節ではFOXP3^+細胞の集積が有意に増加していた。局注を施行した9例中2例において、術後5年無再発生存を認め、この2例では腫瘍壊死部内へ数多くのCD8^+,CD4+細胞が集積していた。所属リンパ節に成熟DCの集積を認めたことから、抗腫瘍免疫応答が惹起されている可能性が示唆された。膵癌においてDC局注後の摘出標本を用いた解析の報告はなく、きわめて貴重なデータとなると考える。本研究では、In標識した樹状細胞(以下、DC)をOK-432と共に腫瘍内に局注している。腫瘍内にDCを局注後シンチでDCの動態を観察した。また、DC局注後2週間程度で切除術を施行し、DCを局注した腫瘍と共に付属リンパ節を摘出した。摘出した腫瘍とリンパ節は、病理学的に組織の診断を行うと共に、免疫染色を行い、組織での免疫反応について検討した。局注前の樹状細胞は、末梢血単核球分画より誘導したが、FACSで未熟DCが誘導された事を確認した。また、DCの標識率は7080%と良好で、経時的なDCの動態を観察することが可能であった。また、局注による副作用は軽微であり、手術に影響を及ぼすものではなかった。摘出した標本の観察では、ほとんどの症例でDC局注部腫瘍の壊死像を認めた。現在、免疫染色を行い、局注腫瘍及び付属リンパ節における免疫細胞の検討を行っている。膵癌摘出標本からの腫瘍内およびリンパ節内のリンパ球の採取を試みている。腫瘍浸潤リンパ球の採取は困難で、採取法について検討しているところである。初年度としては、DC誘導、局注手技は確立した。また、摘出標本を用いて、組織学的検討も開始したところである。DC局注による膵癌組織の変化を示した報告はなく、大変重要であると考える。現在は、固定標本での腫瘍局所とリンパ節での免疫反応について検討しているが、浸潤リンパ球の機能を解析することで、より有益な情報が得られるものと考え、膵癌組織よりリンパ球を単離することが今後の課題である。昨年度は、^<111>In標識した樹状細胞(以下、DC)をOK-432と共に腫瘍内に局注し、局注後シンチでDCの動態を観察し、その後解切除術を施行し、標本を摘出し病理組織学的な検討を行った。本年度は、DC局注手技の安全性の確認を行うと共に、組織学的な評価を更に進め、画像診断で局注局所の変化を再確認し、その後の再発の有無に関する解析をおこなった。DC局注による安全性は、局注後の有害事象ならびに切除術後合併症の程度により評価を行い、安全性が確認された。腫瘍組織内では、局注部では組織の融解壊死を認めた。これは、DC局注を行わなかった膵癌症例には認めない変化であった。DC非局注症例と比較して、近傍および腫瘍・膵組織境界部ならびに周囲膵組織間質には炎症性細胞の有意な浸潤を認めなかったが、近傍のリンパ節では成熟DCの数が有意に増加していた。また、制御性T細胞のマーカーであるFOXP3陽性細胞が、腫瘍近傍リンパ節や遠隔リンパ節で有意に増加していた。これは、あたかも矛盾する反応とも考えられるが、OK-432局注により、局所での炎症が惹起され、急性炎症の沈静化の過程でFOXP3陽性細胞が増加しだと考えられる。局注局所で炎症が惹起されたことは、組織学的所見以外に、DC局注前後にFDG-PET検査を施行し、局注後取り込みの増加を認めたことからも判断可能と考えている。これまでDC局注を施行した症例で、切除術後無治療で4年以上無再発生存を2例に認め、ている。今後は、研究を継続すると共に、抗癌剤治療との併用についても検討したい。本研究では、(1)膵癌に対する術前樹状細胞(以下、DC)腫瘍内局注療法における、投与DCの活性化と腫瘍局所および全身での免疫反応解析、(2)腫瘍内に局注したDCの体内における動態の解析を行うことが目的であった。(1)DCの活性化に関する検討はFACSによる細胞表面マーカーの発現の比較により行い、PBMCが未熟DCを誘導できたことを確認した。また、腫瘍内DC局注後に手術で摘出した標本を用いて、DC非局注群との比較検討を行い、DC局注群において局注部の腫瘍壊死、および所属リンパ節内でCD83+細胞、FOXP3+細胞が、遠隔リンパ節ではFOXP3+細胞の集積が有意に増加していることを確認した。

腫瘍内浸潤リンパ球に関する解析ではCD4+,CD8+,CD83+,FOXP3+のいずれにおいても、DC局注群での増加を認めなかった。しかし、DC局注群9例中2例において、術後5年無再発生存を認め、この2例では腫瘍壊死部内へ多くのCD8+,CD4+細胞が集積していた。(2)In標識したDCを用いて体内動態の解析を行った。全例で局注局所への集積をみとめ、5例中4例で肝臓に、1例では48時間後に上腸間膜動脈周囲リンパ節への集積を認めた。局所への集積が著しく、腫瘍近傍のリンパ節への集積の有無に関する判断は困難であった。局注下DCの動態をreal timeに評価することは困難であったが、組織学的に、所属リンパ節に成熟DCの集積を認めたことから、抗腫瘍免疫応答が惹起されている可能性が示唆された。また臨床研究として実施し、DC局注に伴う重篤な有害事象の発生もなく、術後合併症の増加も認めないことから、安全な手技であることが認識した。膵癌においてDC局注後の摘出標本を用いた解析の報告はなく、きわめて貴重なデータとなると考える。
英語習得のためのコミュニケーション活動における日本語の使用についての研究

本研究の目的は、日本語を第一言語とする学習者が英語習得のためのコミュニケーション活動に取り組む際の日本語使用の役割と効果について調べることである。大学生ペアに英文ライティング活動に取り組んでもらい、対話データ、作文、活動後のアンケートの分析から、活動の諸段階(1準備、2ライティング、3見直し・修正)における日本語の機能(アイディアを出す、正確さを高める、作業を円滑に行う等)、産出物である英作文への影響(日本語を使用した場合とそうでない場合とで、内容の深さ、産出量、言語使用の正確さ、構文や語彙の複雑さ等に違いが生じるかどうか)、日本語使用に対する学習者の意識について研究する。
カイラル磁性体中の非平衡量子輸送現象に対する大規模数値計算を用いた理論研究

申請者は、昨年度から博士後期課程へと進学し、研究課題であるカイラル磁性体中の量子輸送現象についてより一層踏み込んだ研究をしてきた。具体的には、まず、カイラル磁性体における非相反伝導現象として、コニカル状態におけるスピン流伝搬の問題を明らかにした。ここでは、スピンに依存したLandauer法を習得して適用することで、磁場によって制御可能な非相反スピン流が現れることを理論的に示した。これは、スピントロニクスにおけるスピンダイオードの実現へ向けた重要な研究成果である。この結果については、米国物理学会での日頭発表を含むいくつかの国内外の研究会等で発表するとともに、学術論文としてとりまとめてApplied PhysicsLetters誌に投稿中である。さらに、3次元的なカイラル磁性体における磁気スキルミオンや磁気ヘッジホッグといった特異なスピンテクスチャに関する最近の実験研究に注目し、これまでの理論研究にはなかったアプローチとして伝導電子の効果を含んだ有効スピン模型に対する解析を進めている。ここでは、変分法やモンテカルロ法といった手法を駆使して、基底状態や磁気構造の磁場依存性を明らかにした。この研究成果の一部についてはすでに研究会等での発表を行っている。また、申請者は、上記以外にも、Dresdenのマックスプランク研究所で開催されたワークショップ" Frustration, Orbital Fluctuations,and Topologyin Kondo Lattices andtheir relatives"に参加し修士課程での研究成果について1時間の講演をするなど、海外でも積極的に研究活動を行っている。申請者は、申請した研究課題に沿って(1)空間反転対称性と時間反転対称性を破るカイラル磁性体において期待される非相反輸送現象の数値的研究や、(2)スピンと電荷が結合した三次元系における新奇なカイラル磁気秩序の探索を行った。まず、(1)について申請者は、一軸的なカイラル磁性を仮定したスピン電荷結合系においてスピン依存したLaudauerの伝導度公式を用いることでスピン流の数値計算を行った。その結果、カイラル磁性体と電極の界面において伝導電子の磁性が非自明な振る舞いを示し、それに関係した非相反スピン流が現れることを明らかにした。この非相反スピン流は、スピン流の偏極方向や外部磁場、磁気秩序のカイラリティや螺旋周期によって制御することができる。この結果から、近年盛んに研究が行われているスピントロニクスの分野において、いまだ実現されていないスピン流ダイオードの設計にカイラル磁性体が有用であるということを提案した。さらに、(2)について申請者は、磁気ヘッジホッグ格子を含む三次元的なカイラル磁気秩序の相安定性や電気伝導性を議論すべく、スピン電荷結合系という新たな切り口からの理論研究を行った。三次元のスピン系に対する大規模な数値シミュレーションの結果として、スピンと電荷の結合に由来する有効的な双二次相互作用とDzyaloshinskii-Moriya相互作用の競合によってゼロ磁場かつ低温で磁気ヘッジホッグ格子が形成されるということを明らかにした。また、最近の実験で観測された二次元的な磁気スキルミオン格子と三次元的な磁気ヘッジホッグ格子の中間における新奇な磁気ヘッジホッグ格子についても、同様の相互作用を取り入れることで磁気構造を数値的に再現することに成功した。現在までの進捗状況の(1)に関連して、カイラル磁性体に現れる特徴的な輸送現象の一つに電気的カイラル磁気効果と呼ばれる非相反電流がある。この非相反電流とは、流れる向きによって大きさが異なる電流であり、空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れた系において現れることが知られている。近年では、一軸的なカイラル磁性体に対して螺旋軸に平行な磁場をかけた場合に発現するカイラルコーン状態において非相反電流が実験的に観測され、外部磁場の向きによって整流方向が制御できるダイオードとしての応用が期待されている。申請者は、今後、カイラルな磁気構造における非相反電流についても数値的なアプローチから、理論研究を行っていく予定である。また、(2)の課題に関して、今後は、磁気ヘッジホッグ格子における磁場の方向依存性や電気伝導特性についての計算を進める方針である。また、磁気構造の温度依存性まで調べ上げることで、実験研究の結果と比較したいと考えている。さらに、格子の形を変えた模型に対して同様の解析を行うことによって、近年重い電子系において急激に発展している短周期磁気スキルミオンの理論構築につなげていく方針である。昨年度、申請者はこの結果について複数のポスター発表を行ってきたが、今年度も継続して新しい成果について対外的な発表を行っていく予定である。

また、申請者は、上記以外にも、Dresdenのマックスプランク研究所で開催されたワークショップ" Frustration, Orbital Fluctuations,and Topologyin Kondo Lattices andtheir relatives"に参加し修士課程での研究成果について1時間の講演をするなど、海外でも積極的に研究活動を行っている。申請者は、申請した研究課題に沿って(1)空間反転対称性と時間反転対称性を破るカイラル磁性体において期待される非相反輸送現象の数値的研究や、(2)スピンと電荷が結合した三次元系における新奇なカイラル磁気秩序の探索を行った。まず、(1)について申請者は、一軸的なカイラル磁性を仮定したスピン電荷結合系においてスピン依存したLaudauerの伝導度公式を用いることでスピン流の数値計算を行った。その結果、カイラル磁性体と電極の界面において伝導電子の磁性が非自明な振る舞いを示し、それに関係した非相反スピン流が現れることを明らかにした。この非相反スピン流は、スピン流の偏極方向や外部磁場、磁気秩序のカイラリティや螺旋周期によって制御することができる。この結果から、近年盛んに研究が行われているスピントロニクスの分野において、いまだ実現されていないスピン流ダイオードの設計にカイラル磁性体が有用であるということを提案した。さらに、(2)について申請者は、磁気ヘッジホッグ格子を含む三次元的なカイラル磁気秩序の相安定性や電気伝導性を議論すべく、スピン電荷結合系という新たな切り口からの理論研究を行った。三次元のスピン系に対する大規模な数値シミュレーションの結果として、スピンと電荷の結合に由来する有効的な双二次相互作用とDzyaloshinskii-Moriya相互作用の競合によってゼロ磁場かつ低温で磁気ヘッジホッグ格子が形成されるということを明らかにした。また、最近の実験で観測された二次元的な磁気スキルミオン格子と三次元的な磁気ヘッジホッグ格子の中間における新奇な磁気ヘッジホッグ格子についても、同様の相互作用を取り入れることで磁気構造を数値的に再現することに成功した。現在までの進捗状況の(1)に関連して、カイラル磁性体に現れる特徴的な輸送現象の一つに電気的カイラル磁気効果と呼ばれる非相反電流がある。この非相反電流とは、流れる向きによって大きさが異なる電流であり、空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れた系において現れることが知られている。近年では、一軸的なカイラル磁性体に対して螺旋軸に平行な磁場をかけた場合に発現するカイラルコーン状態において非相反電流が実験的に観測され、外部磁場の向きによって整流方向が制御できるダイオードとしての応用が期待されている。
新しい座標系を用いた永久磁石同期モータの位置センサレス制御

永久磁石同期モータの制御に適した新しい座標系である"最大トルク制御座標系"の考え方を用いて、位置センサレス制御を高性能化する手法を検討し、以下の成果を得た。1.位置センサレス制御の適用可能な駆動域の拡大(1)位置の推定に用いるモータモデルを改良し、停止・低速時を含む全ての速度・トルク領域で位置センサレス制御が可能であることを示した。(2)最大トルク制御座標系を用いてモータ電流に信号成分を印加し、従来から用いていた拡張誘起電圧方式による位置の推定法が適用可能であることを明らかにした。(3)また、同手法を用いることで、信号電流によるトルク外乱を与えることなく、位置の推定が可能であることを示した。2.パラメータ変動と信号印加条件の関係(1)温度変化や磁気飽和現象によって、抵抗やインダクタンスなどのモータパラメータに変動があった場合に位置推定に生じる誤差を解析的に導出し、その性質を明らかにした。(2)最大トルク制御座標系を用いてモータ電流に信号成分を加えることで、パラメータ変動による位置推定誤差を抑制できることを示した。(3)印加する信号の周波数を数百Hz帯に設定したときに位置推定のゲインが向上することを実機実験により明らかにした。(4)信号周波数を低周波化することにより、信号印加に伴う騒音の低減につながることを実験により示した。速度制御や電流制御の総合的な性能評価については十分な検証ができず、今後の課題と考える。本研究では,永久磁石同期モータの制御に適した最大トルク座標系の考え方を用いて,位置センサレス制御の高性能化を検討した.本年度については以下の成果を得た.1、位置センサレス制御のための信号重畳法に適した拡張誘起電圧モデルモータの停止時・低速駆動時において位置推定を行うためには,モータ電流への信号重量が必要となる.このとき,最大トルク制御座標系を用いることにより,信号電流によるトルク外乱を与えずに位置の情報を得ることができるが,従来から位置の推定に用いている拡張誘起電圧モデルでは,その位置情報を十分に取り出すことができなかった.そこで,この最大トルク制御座標系を用いた信号重畳法に適した新たな拡張誘起電圧モデルを導出し,これを用いて全駆動領域における位置センサレス制御を実現する方法を提案した.2.パラメーター誤差と位置推定誤差の関係についての理論的検討拡張誘起電圧モデルを構成するモータパラメータである抵抗とインダクタンスの変動に対する影響の理論解析を行い,各パラメータ誤差と位置推定誤差の関係を明らかにした.解析の結果から,低速域において信号電流を重畳することによって,パラメータ誤差の影響が低減することを計算によって確認した.特に抵抗誤差に対しては低速域で大きく影響が現れるため,信号重畳の効果が顕著であることを示した。この解析結果は,今後の位置センサレス制御のロバスト性向上に繋がる重要な成果である.本研究では,永久磁石同期モータの制御に適した最大トルク座標系の考え方を用いて,位置センサレス制御の高性能化を検討した.本年度については以下の成果を得た.1.実機を用いたモータパラメータの測定モータの停止時・低速駆動時において位置推定を行うためには,モータ電流への付加的な信号印加が必要となる.この信号印加に基づく位置センサレス制御法では,その応答信号から得られるインダクタンスが位置情報を与えることとなる.本研究では,信号の振幅,周波数を様々に変更していき,そのときの回転子位置に対するインダクタンスの変化を実機実験により調べた.その結果,信号の振幅に対しては,インダクタンスの変化が最大になる点が存在すること,また周波数に対しては低周波域にその最大値が存在することを明らかにした.これによって最大トルク制御座標系を用いた信号印加法による低周波信号の有効性を確認することができた.

2.パラメータ誤差の理論解析と実機実験の比較前年度,位置推定を行うためのモータモデルとして,信号印加に適した新たな拡張誘起電圧モデルを提案した.他の推定モデルと同様,この拡張誘起電圧モデルにもモータの抵抗やインダクタンスといったモータパラメータを用いている.今年度,これらのパラメータに誤差が生じた場合に,位置推定にどのような影響があるか,理論と実験結果の比較を行った.その結果,低速域において位置推定誤差が生ずるものの,最大トルク制御座標系を用いた信号印加を行うことによって,パラメータ誤差の影響を軽減できることを確認できた.これによって,最大トルク制御座標系を用いた信号印加法と,その信号印加法に適した新たな拡張誘起電圧モデルを用いて,全駆動域でシームレスな位置センサレス制御系を構築することの優位性を確認することができた.平成23年度中に実験装置を製作しモータ特性試験等の予備実験まで行う予定であったが,実験装置の設計,製作に手間取り,現在製作が完了した段階である.理論的な検討はおおむね順調に進んでいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度から新たに研究室に配属された卒業研究の学生の協力を得て,実験装置の立ち上げを行う.また制御用プログラムの流用開発を行い,実験用プログラムの製作を進める.24年度が最終年度であるため、記入しない。
脳における運動制御のための情報処理機構の解明

様々な動く視覚刺激を呈示したときに起こる眼の動き-視覚的眼球運動-のために脳が行っている情報処理のプロセスを、ヒト、サル、ネズミを対象とした行動実験とサルの脳からのニューロン活動記録実験により調べた。いずれの動物種でも視覚系は時空間フィルター的性質を持っていて、網膜から入った視覚刺激はフーリエ変換され、運動が検出され、その最大振幅をもつ調波によって視覚的眼球運動がドライブされることがわかった。本研究は、動物の持つ柔軟な運動制御のための情報処理機構を、視覚的眼球運動を対象として明らかにしようとするものである。ヒトはいま自分が置かれている状況から次に起こることを予測して、次に起こすべき運動を準備している。このような行動の予測的制御を調べるため、本年度はヒト及びサルを対象とした行動学的実験により、今後の研究の基盤となる実験課題を確立した。スクリーン上に小さなスポット(視標)を投影し、短期間小さく動かし(視標の揺れ:100ミリ秒=±10度/秒、10Hzの正弦波状の動きの一周期)、その動きによって起こる眼球運動を計測した。この視標の揺れによっておこる眼球運動は、視覚刺激から眼球運動への感覚-運動情報変換のゲインを反映していると考えられる。まず、ヒトを対象とし、被験者が動く視標を絶えず追跡している場合と、常に動かない視標を固視している場合とで比較すると、被験者が動く視標を絶えず追跡している場合には、視標の揺れによって比較的大きな眼球運動が誘発されたが、常に動かない視標を固視している場合には、同じ視標の揺れでも眼はあまり動かなかった。そこで、追跡眼球運動を行わねばならない場合と、固視を行わねばならない場合が時系列的に繰り返し変化する実験課題を作り、眼球運動を計測したところ、直前に追跡眼球運動を経験した場合は大きな眼球運動が誘発され、固視を行っていた場合は誘発される眼球運動が小さくなることが明らかになった。この結果は、ヒトは自らの直前の行動を参照しながら追跡眼球運動準備のためのゲイン調整をしていることを示している。また、そのために実施している計算は工学的に最適な時系列計算アルゴリズムとほぼ同一であることを理論的に示すことができた。さらに同じ課題をサルに訓練し、サルでもヒトと同様の眼球運動反応を観察し、次年度からの電気生理学的実験に展開できることを確認した。ヒトはいま自分が置かれている状況から次に起こることを予測して、次に起こすべき運動を準備しでいる。このような行動の予測的制御を調べるため、本年度は(1)視覚刺激から動きの情報が抽出されるメカニズム、(2)視覚刺激の動きの情報から眼を動かす信号へと変換する視覚-運動変換のゲイン調節機構を調べるための実験を行った。(1)視覚刺激がどのように処理され、動きの情報が抽出されているのか明らかにするため、矩形波からその基本周波数成分を差し引いた波(Missing Fundamental, MF縞)の仮現運動刺激を用いて、サルの追従眼球運動について調べた。MF縞とは振幅が1/3,1/5,...と減少していく奇数調波(3f,5f,...)から構成される波である。この波を基本周期の1/4ずつ移動させると、刺激の動く方向とは反対の方向、即ち3f要素の動く方向に追従眼球運動が起ることが明らかになった。この結果は視覚刺激から運動を検出する機構が、視覚刺激をフーリエ変換して、その最大振幅をもつ調波によってドライブされる、時空間視覚フィルター的性質を持っていることを示している。(2)視覚-運動変換のゲイン調節機構を調べるため、ヒトを対象とし、スクリーン上に小さな視標と視野全体に広がるランダムドット像を投影した。ランダムドット像を被験者が注視している視標を消してから短い期間(0.2秒程度)たってから動かすと、視標を消した直後に動かした場合に比べ、同じ動きでも比較的大きな眼球運動が誘発された。この結果は、動物が視標を固視している時には視覚-運動変換のゲインは抑制されていることを示していて、視覚-運動変換のゲインが動物の置かれている状況によりダイナミックに調節されていることを示唆している。このような行動の予測的制御を調べるため、本年度は、(1)視覚的眼球運動の制御に脳のどの部分が関与しているか調べるため、サルの大脳MT,MST野を薬物により破壊してその効果を調べたところ、追従眼球運動および視差でおこる輻輳開散運動に障害が生じることが明らかになった。この結果は、視覚的眼球運動の発現に大脳MT,MST野が関与していることを示している。

(2)視覚刺激から動きの情報が抽出されるメカニズムを調べるため、単眼性の運動視成分と両眼性の運動視成分を分離するまったく新しい視覚刺激を開発し、追従眼球運動が単眼性運動視成分と両眼性運動視成分によってそれぞれどのように誘発されるのか調べた。その結果、単眼視運動によって誘発される眼球運動応答は両眼視運動のそれより潜時が早く、初期眼球運動応答は、単眼視運動強度に強く依存した。さらに、単眼と両眼で視運動方向が同じ刺激と反転する刺激を比較したところ、運動方向が一致する場合、単眼視運動と両眼視運動の検出メカニズムの相互作用を反映していると考えられる眼球運動応答の増幅が確認された。この結果は、両眼情報の統合が行われる皮質情報処理経路だけで追従眼球運動を誘発できることを示している。これまでの研究で、視覚的運動制御の解明には、初期視覚系の性質のより深い理解が必要であることが示されてきた。そこで、追跡眼球運動制御のための視覚-運動情報変換過程において、視覚刺激から動きの情報が抽出されるメカニズムの解明に注目して研究を進めてきている。矩形波からその基本周波数成分を差し引いた波(Missing Fundamental, MF縞)の仮現運動刺激を用いて、サルの追従眼球運動に用いられている視覚情報処理について調べた。MF縞とは振幅が1/3,1/5,...と減少していく奇数調波(3f,5f,...)から構成される波である。この波を基本周期の1/4波長ずつ移動させると、刺激の動く方向とは反対の方向、即ち3f要素の動く方向に追従眼球運動が起る。この視覚刺激を用いて、単一ニューロン記録を行ったところ、MT野、MST野のニューロンが3f要素の動く方向に反応することが明らかになった。この結果は視覚刺激から運動を検出する機構が、視覚刺激をフーリエ変換して、その最大振幅をもつ調波によってドライブされる、時空間視覚フィルター的性質を持ち、MT野、MST野より前の段階の視覚野においてこの時空間視覚フィルターが働いていることを示している。また、この現象は、追従眼球運動は視覚刺激を構成するそれぞれの正弦波刺激によって起こる眼球運動のベクトル加算の結果として発現しているのではなく、視覚刺激のうちの優位な正弦波状縞の動きによって発現していることを示しているが、本年度は、左右の眼に視差を与えることによって起こる輻輳開散運動でもこの現象が観察されることを確認した。これは、脳が複数の事象を処理するときの戦略として知られるWinner-Take-All現象(勝者ひとり勝ち現象)が輻輳開散運動の制御過程でも起きていることを示している。複数の正弦波状縞からなる視覚刺激をステップ状に動かして誘発される追従眼球運動の性質を調べたところ、追従眼球運動はそれぞれの正弦波刺激によって起こる眼球運動のベクトル加算の結果として発現しているのではなく、複数の正弦波状縞のうちの優位な正弦波状縞の動きによって発現していることが示された。これは、Winner-Take-All現象が追従眼球運動の制御過程でも起き、優位な周波数要素の動きが選択されていることを示している。この刺激を使い脳内のどのレベルでWinner-Take-All現象が起こるのかを調べた。
様々なアミノ酸サイトでのペプチドフラグメント縮合を可能とする高汎用性補助基の開発

本研究では、様々なアミノ酸サイトでのペプチドフラグメント縮合を可能とする高汎用性補助基の開発を目的とした。タンパク質化学合成では、まずペプチドフラグメントを固相合成した後、これらフラグメントを液相にて縮合する。従来の縮合法では縮合サイトにシステイン(Cys)残基が必須となるため、合成可能なタンパク質が限られる。本研究ではこの制約を打破するため、Cys側鎖模倣型補助基を利用したCys不要なフラグメント縮合法の確立を目指した。この結果、補助基の開発に成功するとともに、アスパラギン部位でのペプチドフラグメント縮合に成功した。本研究では、様々なアミノ酸サイトでのペプチドフラグメント縮合を可能とする高汎用性補助基の開発を目的とする。多くの医薬品は、タンパク質と相互作用することによりその作用を発現する。すなわち、これらタンパク質の機能解明は新薬開発につながる可能性がある。タンパク質の機能解明研究において、蛍光色素などのレポーター分子で修飾したタンパク質が汎用される。特定部位のみが修飾されたタンパク質の調製法の一つとして、タンパク質化学合成の利用が挙げられる。近年、タンパク質の化学合成において、ペプチドフラグメント同士の縮合を可能とするNCL法が汎用される。しかし本手法には、縮合部位にシステイン残基を必要とするという制約があった。そこで本研究ではこの制約を打破するため、システイン側鎖模倣型補助基を利用したシステイン不要なフラグメント縮合法を確立することとした。本研究は下記順に従って進めることとした。1)補助基誘導体の合成、2)補助基誘導体の保護アミノ酸への導入、3)補助基含有アミノ酸誘導体のペプチドへの導入、4)補助基含有ペプチドのNCL様反応の検討、5)補助基の除去、6)本手法の他のアミノ酸サイトでの縮合への展開。申請者は昨年度に引き続き、上記AEについてさらなる合成・反応条件最適化について検討した。この結果、補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドがNCL様反応に適用可能であるものの、反応効率を上げるためには種々の工夫が必要となることが明らかとなった。さらに補助基除去の際、紫外線照射によりシステイン側鎖が副反応を誘起することが判明した。現在、これら課題を克服すべく研究を遂行しているところである。A)補助基誘導体の合成:アスパラギン側鎖への導入を念頭に置いた補助基誘導体を合成する。B)保護アミノ酸への導入:補助基誘導体をアスパラギン側鎖上へ導入した後、補助基含有アスパラギン誘導体を合成する。C)ペプチドへの導入:アスパラギン誘導体をFmoc固相合成法によりペプチド上へ導入し、N末端に補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドを得る。D)NCL様反応の検討:Cより得られるペプチドを用いたNCL様反応を開発する。あわせて、反応条件を最適化する。E)補助基の除去:NCL様反応生成物からの補助基除去法を確立する。F)本手法を他のアミノ酸サイトでの縮合へ展開する。申請者は今年度、上記AEについて検討した。この結果、補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドの合成に成功するとともに、これがNCL様反応に適用可能であることを見出した。現在、反応条件の最適化を行っているところである。すなわち、これらタンパク質の機能解明研究は、新薬開発につながる可能性がある。近年、タンパク質の化学合成において、ペプチドフラグメント同士の縮合を可能とするNCL法が頻用される。

本研究では昨年度までに、補助基誘導体の合成、補助基誘導体の保護アミノ酸への導入、補助基含有アミノ酸誘導体のペプチドへの導入、補助基含有ペプチドのNCL様反応、および補助基の除去について検討してきた。これに引き続き今年度は、昨年度の時点で種々の問題を生じていた補助基の除去反応について、特に注力して研究を行った。この結果、紫外線照射による補助基除去の際、一部のアミノ酸側鎖が副反応を誘起することが明らかとなった。そこで反応条件など種々検討した結果、副反応を大幅に抑制することに成功した。ペプチド化学今年度は昨年度に引き続き、下記1から5について合成・反応条件最適化を行うとともに、特にアスパラギン誘導体のNCL様反応について精査した。1)補助基誘導体の合成:アスパラギン側鎖への導入を念頭に置いた補助基誘導体の合成;2)保護アミノ酸への導入:補助基誘導体をアスパラギン側鎖上へ導入した後、補助基含有アスパラギン誘導体の合成;3)ペプチドへの導入:アスパラギン誘導体をFmoc固相合成法によりペプチドへ導入し、N末端に補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドを合成;4)NCL様反応の検討:Cより得られるペプチドを用いたNCL様反応の検討;5)補助基の除去:NCL様反応生成物からの補助基の除去法この結果、補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドのNCL様反応への適用に成功した。さらに反応を精査したところ、本反応には2つの課題があることが判明した。すなわち、通常のNCL反応より反応の進行が遅いこと、および補助基除去に用いる紫外線照射がシステイン側鎖の副反応を誘起することの2点である。今年度はこれら課題の解決をめざして検討を行った。この結果、前者については中員環遷移状態を経ることが反応効率を低下させていること、後者についてはシステイン側鎖のチオール基がチイルラジカルとなり副反応を誘起していることが原因であると示唆された。以上に述べた通り、本研究の課題が明らかとなり、その原因もおおむね判明し解決のための方向性を見出すにいたったことから、本研究はおおむね順調に進展していると評価した。本研究は今年度、下記順に従って遂行する計画を立案した。A)補助基誘導体の合成:アスパラギン側鎖への導入を念頭に置いた補助基誘導体を合成する。B)保護アミノ酸への導入:補助基誘導体をアスパラギン側鎖上へ導入した後、補助基含有アスパラギン誘導体を合成する。C)ペプチドへの導入:アスパラギン誘導体をFmoc固相合成法によりペプチド上へ導入し、N末端に補助基含有アスパラギン誘導体を含むペプチドを得る。D)NCL様反応の検討:Cより得られるペプチドを用いたNCL様反応を開発する。あわせて、反応条件を最適化する。E)補助基の除去:NCL様反応生成物からの補助基除去法を確立する。
電子対密度関数の理論と量子化学的応用

原子・分子中の電子対の分布や挙動の情報は、電子対相対運動(intracule)密度と電子対質量中心運動(extracule)密度含まれる。さらに、原子系における電子対の運動は、球平均intracule密度および球平均extracule密度によって特徴付けられる。これらの電子対密度関数は、原子・分子における電子対の相対運動と全体運動を直接に把握する重要な密度関数であるにもかかわらず、今日まで、それらの理論的構造の検討も化学的応用も十分なされていない。本研究課題の目的とするところは、二つの電子対密度関数の理論的構造を解明し、これらを積極的に量子化学の問題に応用することによって、原子・分子の世界における電子の運動を新しく二体問題の観点から理解することである。本研究で得られた主な成果の要点を以下にまとめる。第一に、電子相関を含む電子対密度の性質をリチウムおよびベリリウム原子に対して研究し、文献値の不整合性を指摘し改善した。第二に、位置空間と運動量空間における電子対密度の2次のモーメントが振動子強度の-1次および+1次のモーメントと簡単な対応関係を持つことを指摘し、それらのHartree-Fock極限の値を原子とイオンについて報告した。第三に、電子対密度の2次のモーメントが電子の数理統計的相関の強さを規定する相関係数を与えることを明らかにし、その値を原子の副殻対について求め、電子の分布と統計的相関の関係を議論した。第四に、二個の電子の位置ベクトルがなす角度の分布を表現する電子対角密度関数の数学的構造を明らかにし、新しい理論の応用として、原子の基底状態における電子間の平均角や平均余弦の値を報告した。原子・分子中の電子対の分布や挙動の情報は、電子対相対運動(intracule)密度I(u)と電子対質量中心運動(extracule)密度ER含まれる。さらに、原子系における電子対の運動は球平均intracule密度I(u)及び球平均extracule密度dRによって特徴付けられる。これらの電子対密度関数は、電子・分子における電子対の相対運動と全体運動を直接に把握する重要な密度関数であるにもかかわらず、今日まで、それらの論理的な構造の検討も科学的応用も十分なされていない。本研究課題の目的とするところは、二つの電子対密度関数の理論的構造を解明し、これらを積極的に量子化学の問題に応用することによって、原子・分子の世界おける電子の運動を新しく二体問題の観点から理解することである。本年度得られた成果の要点を以下にまとめる。第一に、多電子原子において2電子ベクトルar_I+br_jの大きさがqとなる確率密度を表す一般化電子対密度関数g(q;a,b)を導入した。Aとbはパラメータである。関数g(q;a,b)はintracule密度h(u)、extracule密度dR、および一電子密度pRをなめらかに結ぶ有用な関数であることを議論した。第三に、多電子原子において、電子間距離がゼロの電子対の確率密度関数(coalescence関数)および質量中心半径がゼロの電子対の確率密度関数(counterbalance関数)を新たに導入し、これらの理論的特性や実験結果との関係を考察した。

本年度得られた成果の要点を以下にまとめる。第一に、電子相関を含む電子対密度の性質をリチウムおよびベリリウム原子に対して研究し、文献値の不整合性を指摘し改善した。第二に、位置空間と運動量空間における電子対密度の2次のモーメントが振動子強度の-1次および+1次のモーメントと簡単な対応関係を持つことを指摘し、それらのHartree-Fock極限の値を原子とイオンについて報告した。第三に、電子対密度の2次のモーメントが電子の数理統計的相関の強さを規定する相関係数を与えることを明らかにし、その値を原子の副殻対について求め、電子の分布と統計的相関の関係を議論した。第四に、二個の電子の位置ベクトルがなす角度の分布を表現する電子対角密度関数の数学的構造を明らかにし、新しい理論の応用として、原子の基底状態における電子間の平均角や平均余弦の値を報告した。
離散転位動力学を基礎とするマルチスケール多結晶転位塑性モデルの構築

重ね合わせの原理と均質化法を三次元転位動力学法に適用し,マルチスケール多結晶転位塑性モデルを構築した.ハイブリッド並列化を行い,計算の高速化に成功した.双結晶中の転位ループが作る応力場を計算した結果,理論解と一致する解を得ることができた.銅の多結晶体の塑性変形を計算した結果,弾性異方性を考慮すると,弾性等方性の場合と比べて高い変形応力になることがわかった.その原因を調べるために,転位に作用する力を計算した結果,単結晶中では与えた変形(ひずみ)から生じる応力が弾性異方性と等方性で大きく異なることがわかった.多結晶中では,粒界付近の応力集中が低いシュミッド因子の転位源を活性化することがわかった.3次元離散転位動力学に基づいた多結晶転位塑性モデルの定式化と実装を行った.具体的には,領域分割法を応用した重ね合わせの原理を用いて,多結晶中における転位の弾性場精度良く計算することを可能にし,更に均質化理論を応用することによって,多結晶材料のバルクな性質を計算することを可能にした.重ね合わせの原理の適用においては,有限要素法を用いて修正問題を解くことにより,容易に任意の形状の多結晶構造中の弾性場の計算を行うことが可能である.開発した多結晶転位塑性モデルを用いたシミュレーションの入力データ作成を目的とした多結晶構造モデルの作成と自動要素分割システムの開発を行った.析出物の形成を模擬する方法として用いられていた分子動力学法に類似した方法を用いて結晶粒の位置(母点の座標)を決定した.その母点を用いて,ボロノイ分割法の一種であるRadical plane法により結晶粒の形状を決定した.これら2つの方法を組み合わせることによって,実験で測定されている結晶粒径の大きさや各結晶の粒界面の数などの分布を再現することが可能となった.多結晶転位塑性モデルと多結晶構造モデルの入力データを用いて,多結晶金属の塑性変形解析を実施した.従来の離散転位動力学を用いた多結晶解析では不可能であった弾性異方性を考慮した解析を実施し,多結晶金属の塑性変形における弾性異方性の影響の評価を行った.弾性等方性を仮定した場合は,Schmid因子が高いすべり系のみの活動よって多結晶金属のマクロな塑性変形が起こるが,弾性異方性を仮定した場合は,低Schmid因子のすべり系も活動し,マクロな塑性変形が起こることがわかった.その結果,弾性異方性を仮定した場合の方が低い変形応力を与えることがわかった.三次元離散転位動力学法に均質化理論を応用することによって,塑性変形の素過程である転位の運動から多結晶金属の塑性変形を計算機上でシミュレートすることを可能にした.これにより,多結晶金属中で発生する転位の運動に基づいたミクロな塑性変形と応力ーひずみ曲線に見られるマクロな塑性変形の関係を調べることが可能になった.さらに,MPIとOpenMPを用いた分散メモリ型および共有メモリ型に対するハイブリッド並列化を行い,大規模な数値解析を実行することを可能にした.本研究で開発したマルチスケール多結晶転位塑性モデルは,弾性異方性を考慮することが可能であるため,これまでに十分に理解されていなかった多結晶金属の塑性変形における弾性異方性の影響を調べることが可能である.開発したマルチスケール多結晶転位塑性モデルを用いて,多結晶金属の応力ーひずみ挙動のまるごと解析を実施した結果,弾性異方性を考慮した場合に,低い流動応力で変形することが明らかになった.この原因について,詳細な転位挙動解析を実施した結果,弾性異方性によって,結晶粒界に応力集中が発生し,それにより転位源の活性化応力が低下し,本来発生しにくい転位ループが発生することがわかった.しかし,このような発生しにくい転位ループは多結晶金属のマクロな挙動である応力ーひずみ関係には影響しないせず,多結晶中のミクロな転位組織にのみ影響を与えることがわかった.さらに,転位の自己力,転位間の相互作用力,外力の影響について調べた結果,外部より与えられた変形(ひずみ)に対する転位が受ける力に弾性異方性の強い影響(転位が受ける力が上昇する影響)があり,その結果弾性異方性を考慮した場合には流動応力が低下することがわかった.重ね合わせの原理と均質化法を三次元転位動力学法に適用し,マルチスケール多結晶転位塑性モデルを構築した.ハイブリッド並列化を行い,計算の高速化に成功した.双結晶中の転位ループが作る応力場を計算した結果,理論解と一致する解を得ることができた.銅の多結晶体の塑性変形を計算した結果,弾性異方性を考慮すると,弾性等方性の場合と比べて高い変形応力になることがわかった.その原因を調べるために,転位に作用する力を計算した結果,単結晶中では与えた変形(ひずみ)から生じる応力が弾性異方性と等方性で大きく異なることがわかった.多結晶中では,粒界付近の応力集中が低いシュミッド因子の転位源を活性化することがわかった.平成26年度の研究計画として設定した1離散転位動力学に基づく多結晶転位塑性モデルの定式化と実装,2多結晶構造モデルの作成と自動要素分割,3開発した手法のベンチマークの全てについて研究を遂行することに成功した.