hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エンドサイトーシス初期過程におけるダイナミンGTPaseの機能の解明

ダイナミンは100kDのGTP結合蛋白質で、我々はこれまでに、種々の変異ダイナミン導入細胞およびシナプス小胞の試験管内再構成法を用いた検討を行ってきた。本年度に得られた成果は以下の通りである。1.変異ダイナミン導入細胞を用いた形態学的および生化学的検討これまでに私達が作成したGTP結合性変異ダイナミン、K44A, S45N, T65FのGTP結合性を生化学的に詳細に検討したところ、いずれも同様にGTP, GDP結合性が欠損しており、3者の違いは生化学的には鑑別できなかった。しかし形態学的には、それぞれ異なった形態の中間構造体を持つことが明らかになり、これらの変異ダイナミンのGTP結合性以外の性質が、クラスリン被覆ピット形成の異なる段階で阻害効果を発揮していることが示唆された。2.ライセニンの超微形態学的検討スフィンゴミエリンに特異的に結合するペプチド、ライセニンの細胞膜上での形態を検討した。スフィンゴミエリンをふくむリポソームにライセニンを加えると、直径10nmの均一な六角柱状のオリゴマーが形成された。赤血球にライセニンを加えると同様なオリゴマーが細胞膜上に形成され、溶血が誘導された。今後、種々の培養細胞を用いて、ライセニンのエンドサイトーシスおよびダイナミン機能に対する影響を検討する予定である。3.シナプス小胞の試験管内再構成の検討種々の脂質組成でリポソームを調整し、脳組織より抽出した細胞質成分およびATP、GTPγSを加えることで、試験管内でシナプス小胞類似の小胞形成を誘導ことができた。小胞形成に対する膜脂質組成の影響を検討したところ、PIP2を加えると、小胞形成が促進されることが明らかになった。PIP2は速やかに分解されたが、小胞形成の促進は持続していた。これらよりPIP2は膜に被覆構成タンパク質をリクルートすることが示唆された。ダイナミンは100kDのGTP結合蛋白質で,エンドサイトーシス初期におけるクラスリン被覆小胞形成に関与しているが、ダイナミンのGDP/GTP変換やGTPase活性がエンドサイトーシスのどの段階で特異的に働いているかを検討するため、以下の研究を行った。1.ダイナミンの機能とグアニンヌクレオチド結合性の検討(1)野生型、GTP/GDP非結合型、およびGDP結合固定型ダイナミンを導入した細胞の生化学的、および形態学的アッセイをおこなったところ、変異ダイナミン導入細胞では、クラスリシ介在エンドサイトーシスが完全にブロックされていた。(2)これらの細胞の細胞膜断片をカバーグラス上に回収し、抗ダイナミン抗体を用いた免疫金染色を行った後、液体窒素冷却イソペンタン・プロパン混合液で急速凍結し、白金と炭素を回転蒸着し、レプリカ膜を作成した。作成したレプリカ膜を透過型電子顕微鏡で観察した。その結果、GTP・GDP非結合型および、GDP結合固定型ダイナミン導入細胞では、野生型ダイナミン導入細胞にくらべて多数のクラスリン被覆ピットの集積が見られた。免疫金染色により、ダイナミンはクラスワン被覆ピットおよび平坦なクラスリン被覆領域に同定された。また、クラスワン被覆ピットが細胞膜を裏打ちするアクチン細胞骨格を避けるように存在している事が明らかになった。2.ダイナミン機能に欠損を持つ哺乳類細胞の作成と解析野生型およびダイナミンのeffector domainを欠失する変異ダイナミン遺伝子を作成した。

今後、GFPをレポーターとする発現ベクターに組み込み、K562細胞にトランスフェリクチン系をもちいて遺伝子導入し、一過性発現系で、FACSソーターを用いてエンドサイトーシス欠損細胞を回収する予定である。ダイナミンはエンドサイトーシス初期過程、特にクラスリン被覆小胞の形成を制御しているGTP結合蛋白質である。私たちはこれまでにダイナミンが被覆ピット頚部に集合するためには、ダイナミンヘのGTP結合が必須であることなどを明らかにしてきた。これらの成果をもとにした平成11年度の研究では、以下のような成果が得られた。(1)ダイナミン機能改変細胞の作製と解析:脳型のダイナミン-1遺伝子のGTP結合領域に点変異T65Fを加え、常時活性化型変異ダイナミンの作製を試みた。T65F変異ダイナミンをHeLa細胞に導入したところ、トランスフェリンのエンドサイトーシスは正常と同様で、期待されたエンドサイトーシスの促進効果は得られなかった。しかし、電顕的観察によりクラスリン被覆ピットに大小不同が見られた。(2)ダイナミン変異細胞のリアルタイム観察:GFP-野生型ダイナミン及びGFP-K44A変異ダイナミンを導入したK562細胞を用いて、蛍光顕微鏡下でリアルタイム観察を行った。その結果、GFP-野生型ダイナミンは細胞質内及び細胞膜直下でドット状の構造をとること、さらにGFP-K44A変異ダイナミンではそれに加え、細胞質内で小胞様の構造も標識されることが明らかになった。(3)エンドサイトーシスに対する細胞膜脂質修飾の影響:細胞膜陥凹形成を阻害する合成脂質PEG-コレステロールを細胞に投与したときの、クラスリン被覆ピットの形態像およびダイナミンの局在を観察した。その結果、クラスリン被覆ピットはPEG-コレステロール処理によりその開口部が開大し、くびれを持ったピットはほとんど見られなくなった。これらの開大したクラスリン被覆ピットでは、ダイナミンのリング状の集合像は認められなかった。このことより、被覆ピット頚部があらかじめくびれていることが、ダイナミンの自己集合に必須と考えられた。本研究の目的はダイナミンGTPaseの機能と局在を、細胞内蛋白質および細胞膜脂質から解明していくことである。本年度に得られた成果は以下の通りである。A.in vivo系でのエンドサイトーシスの解析。(1)野生型(Wt)および変異ダイナミン(K44A、S45N、T65F)をアデノウイルスベクターを用いて、tTAHeLa細胞に強制発現させ、16時間後のエンドサイトーシス能と導入遺伝子発現率を蛍光抗体法およびウエスタンブロッティングで確認した。その結果、Wt,K44A,S45N,T65Fのいずれもがほぼ100%の細胞で発現されており、変異ダイナミン遺伝子導入細胞では著しいエンドサイトーシスの阻害が認められた。電顕的観察により、変異ダイナミン導入細胞ではクラスリン被覆小胞形成に至らない多様な被覆ピットが形成されていたが、T65F変異ではピット頚部が長く、一部ではリング状の構造が取り巻いていた。(2)GFP標識クラスリンを導入したK562細胞をデジタルタイムラプス顕微鏡で観察したところ、細胞表面でクラスリンは点状の蛍光として頻繁に取り込まれ、再出現する像がとらえられた。
シンガポールにおける民族間の教育格差問題に関する実証的研究

(現地調査の実施)昨年に引き続き本年も、3月3日11日に現地調査を実施した。主な訪問先は、(1)国立教育学院などの高等教育・研究機関、(2)小・中学校(Concorde Primary School、Dunman Secondary School)である。これらの機関で、研究者や教員にインタビュー調査を行うとともに、関連資料やデータの収集を行った。(関連論文・著作の執筆)本調査の研究成果を踏まえて、下記の著書を執筆した。・「高学力・実力主義の学校-シンガポール」二宮晧編著『世界の学校-教育制度から日常の学校風景まで』学事出版、2006年、136-145頁。・「シンガポール-グローバリゼーション対応の幼児教育」池田充裕・山田千明編著『アジアの就学前教育-幼児教育の制度・カリキュラム・実践』明石書店、2006年、160-181頁。またマレー系の学力問題に関して、現在下記の拙稿を執筆中である。・「シンガポールの教育改革と学力モデル」原田信之編著『確かな学力と豊かな学力-各国の学力改革』ミネルヴァ書房、2006年夏刊行予定。(他の科研費プロジェクトとの関係)宮越英一(東北大学・教授)が研究代表者を務める「公私協働とネットワーク化による教育運営サポートシステムの構築に関する国際比較研究」では、学校とコミュニティ(民族団体や地域)、保護者との関係について、また手嶋將博(文教大学・講師)が研究代表者を務める「東南アジアの環境教育の実態に関する実証的比較研究」では、イスラームの世界観や環境観と環境保護の思想について、それぞれ取り上げ、マレー系ムスリムの教育情報も加えながら、各研究報告書の執筆を担当した。(文献資料の分析)アラビア語関連文献やイスラームの歴史、社会構造に関する文献を読解し、これまでに収集してきたシンガポールのマレー系ムスリム教育支援団体の資料や論文の読み取りに利用した。<文献資料の分析>今回の科研費で購入したアラビア語関連文献やイスラームの歴史、社会構造に関する文献を読解し、これまでに収集してきたシンガポールのマレー系ムスリム教育支援団体の資料や論文の読み取りに利用した。これにより、シンガポール国内外のイスラームの教育運動に関する年表を作成し、最終報告書の執筆準備を鋭意進めた。<論文の執筆>馬越徹(桜美林大学・教授)編『アジアの中等教育改革』(東信堂、近日刊)において、シンガポールの中等教育改革の現状を執筆・担当し、マレー系ムスリムの教育格差の問題についても触れた。<現地調査>2005年2月16日23日に、シンガポールを訪れて現地調査を実施した。主な訪問先は、(1)教育省、コミュニティ開発省などの省庁機関、(2)シンガポール国立大学、南洋理工大学、国立教育学院などの高等教育・研究機関、(3)ムスリム児童評議会(MENDAKI)、ムスリム専門職協会(AMP)などのマレー・ムスリム系の教育支援団体の3種類である。これらの機関で、インタビュー調査を行うとともに、関連資料やデータの収集を行った。また、(3)の教育支援団体では、教育支援員に対する研修の状況を見学し、支援員に対しても簡単な面談を行った。<他の科研費プロジェクトとの関係>宮越英一(東北大学・教授)が研究代表者を務める「公私協働とネットワーク化による教育運営サポートシステムの構築に関する国際比較研究」では、学校とコミュニティ(民族団体や地域)、保護者との関係について、また手嶋將博(文教大学・講師)が研究代表者を務める「東南アジアの環境教育の実態に関する実証的比較研究」では、イスラームの世界観や環境観と環境保護の思想について、それぞれ取り上げ、マレー系ムスリムの教育情報も加えながら、中間報告書の執筆を担当した。<今後の予定>来年度の日本比較教育学会第41回大会(於・日本大学)の課題研究「各国における国際学力調査結果の受容と教育改革の方向」(仮)では、報告者として、世界1位の数理科学力を誇る同国の教育制度・方法について報告するとともに、今回の科研費研究成果の一部として、民族間の学力格差の問題にも触れる予定である。(他の科研費プロジェクトとの関係)

宮越英一(東北大学・教授)が研究代表者を務める「公私協働とネットワーク化による教育運営サポートシステムの構築に関する国際比較研究」では、学校とコミュニティ(民族団体や地域)、保護者との関係について、また手嶋將博(文教大学・講師)が研究代表者を務める「東南アジアの環境教育の実態に関する実証的比較研究」では、イスラームの世界観や環境観と環境保護の思想について、それぞれ取り上げ、マレー系ムスリムの教育情報も加えながら、各研究報告書の執筆を担当した。(文献資料の分析)アラビア語関連文献やイスラームの歴史、社会構造に関する文献を読解し、これまでに収集してきたシンガポールのマレー系ムスリム教育支援団体の資料や論文の読み取りに利用した。
アプタマー固定ダイヤモンド表面による高感度プロテインチップ

ダイヤモンドに共有結合固定したDNA、RNAをアプタマーとして特定標的の検出を行った。1)アプタマー固定のダイヤモンド表面でアプタマーと標的としてHIV-TATタンパク質と血小板成長由来因子(PDGF)の結合過程を蛍光標識による光学検出と電界効果トランジスタ(FET)による電荷検出の双方から検討した。2)標的のアデノシン三リン(ATP)に蛍光標識をつけず、ATPのアプタマー(DNA)側に蛍光標識をつけ、アプタマーの挙動からATPを高感度検出した。3)流路の底部での異なるアプタマーが固定される複数のFETからなるFETアレーで特定タンパク質検出を実施し、集積センサの基礎技術を開発した。(1)ダイヤモンド上へのアプタマー(DNA,RNA)直接固定技術1.1ダイヤモンド表面に固定されたアプタマーによるタンパク質の検出アミノ基、カルボキシル基(論文1,3,8)で化学修飾したダイヤモンド表面でアプタマー固定を行い、蛍光によるタンパク質の光学検出と電解質溶液ゲートFET(SGFET)によるタンパク質の電荷検出の対応関係を明らかにした。ダイヤモンド表面上に固定されたDNAアプタマーにて血小板由来成長因子(PDGF)の検出を蛍光法およびFETによる電荷検出法の両者で可能とし(論文6,8)、SGFETによる再現性のよい電荷検出をもとに、PDGFの2量体構造のイソフォームの区別等の高精度検出(論文7)を行った。また、HIV Tatタンパク質の検出をRNAアプタマーにて実施した。この検定は2段階で、アプタマーがHIV Tatタンパク質と結合する結合部位のペプチド鎖(高アルギニン領域、正に帯電)のみでの検出(論文2)と全タンパク質レベルでの検出(論文投稿中)の両者で電荷検出の可能性を初めて明らかにした(論文2)。1.2抗体の配向固定技術の開発標的タンパク質(ここでは抗体)に結合するRNA、DNAから抗体活性に影響を与えないタンパク質の特定部位に結合するアプタマーを探索した。活性部位が全て表を向くような配置を構築する試みを開始した。(2)DNA認識微細ダイヤモンドSGFET作製これまで開発したSGFETをナノサイズまで微細化して分子認識素子に発展させるために、デバイス縮小化を検討した。微少サイズのSGFETの動作確認、検出部にアプタマーの固定を開始した。また、ボロンドープ層を利用し、検出感度が向上し、しかも再現性が高く、耐性の高いSGFETが作製された(論文4,5)。このデバイスにて、さらに好感度でタンパク質とアプタマー結合による電位変化を検出する予定である。本年は、アデノシン三リン酸(ATP)と特異的に結合するATP結合DNAアプタマーを認識プローブとして用い、ATP検出センサの開発に向けた研究を行った。「シグナルオフ検出機構を利用したアプタマーセンサ開発」:ATPの検出では、アプタマーがATPと結合した際の蛍光シグナルの減少(シグナルオフ)を検出する。その概略を以下に示す。ATP結合アプタマーと相補的なDNA(1本鎖DNA)をダイヤモンド基板に固定し、蛍光色素Cy5修飾されたATP結合アプタマーのハイブリダイゼーション(プレハイブリダイゼーション)で2本鎖DNAプローブを形成する。このプローブの蛍光を観察する。ATPの添加によって2本鎖プローブが解離し、Cy5修飾されたATP結合アプタマーがATP/アプタマー結合体となり、離脱し、それが蛍光強度の低下として検出される。「センサの再利用、ATPの検出濃度、特異性」:検出を4回繰り返した結果の再現性は高く、再利用性を確認した。ATPの濃度依存性については、10μM以上であれば確実に検出可能である。ATPと構造の近いUTP、CTP、GTPを等量入れた検出媒体での誤検出率は1/10以下となり、ATPアプタマー特異性の確認を行えた。「電界効果によるポテンショメトリック検出」:電界効果トランジスタにおいてシグナルオフ法により検出することが可能となった。プレハイブリダイゼーションした2本鎖DNAからATPと結合する1本鎖のDNAアプタマーがディネーチャーされ、固定された1本鎖のDNAが残り、負電荷をもつDNAリン酸の半減したことを示す30-40mVの負電位方向へのゲート電圧シフトを明瞭に再現性良く観測した。上記、シグナルオフ法はハイブリダイゼーションしたDNAあるはRNAがディネーチャーする過程、つまり2本鎖から1本鎖となることを検出する単純な機構であり、流路のように系が流れる状態で非特異吸着を抑制できる方法であることを、蛍光法と電界効果トランジスタの両面から確認した。アプタマーとして利用する一元物質である核酸の末端をダイヤモンド基板にアミド結合で安定に固定し、活性部位を固定部位から離すことにより標的分子との結合を高め、さらには非特異的吸着を抑制できるようダイヤモンド表面を終端構造することで分子認識の特異性が向上することを試みている。

センシングの方法としては蛍光検出法と電界効果トランジスタ(FET)による電位検出法を行い、複数の観点からダイヤモンド表面でのセンシングを検討した。前者はDNAチップ等でセンサー技術として確立されているが、核酸をアプタマーとして基板上に固定し、蛍光検出を系統的に行ったのは本研究が最初である。後者のダイヤモンド上のFETは、DNAの塩基配列検出において有利なことが示されているが、タンパク質検出においては開発途上の技術であった。ナノダイヤモンド薄膜の表面修飾、特に生体分子の固定に重要なカルボキシル基による修飾を行い、ナノダイヤモンド表面に生体分子を固定する技術を確立している。これより、選択性の高いタンパク質の検出を可能とした。アプタマーの結合部位となるHIV Tatペプチドは、正電荷を有するアルギニン酸が支配的な部位であり、正に帯電する。この部位の影響でHIV Tatタンパク質も正電荷を帯びる。正に帯電したタンパク質が正孔をキャリアとするダイヤモンドSGFETのしきい値電圧に及ぼす影響を検討し、アプタマーにより捕獲されたタンパク質の密度を概算している。測定限界の約10倍の電圧である30mVの負方向へのしきい値電圧シフトは1012 e cm-2の正の面電荷密度に相当し、HIV Tatタンパク質が1011cm-2の面密度でFETのチャネル上に捕捉されることを示している。本研究では、RNAをアプタマーとして利用し、FETによる定量的で信頼性の高いタンパク質の検出を行った最初の例である。23年度の目標である、固定DNAアプタマーによるPDGFでの2量体構造でのイソフォームの識別、梱AアプタマーによるHIV Tatタンパク質の電荷検出を行った。これらはFETによる電荷検出で世界で初めての結果である。また、集積化のための微細FETセンサの作製を行った。さらに、ボロンドープダイヤモンド層を利用し、耐性の高いセンサおよび固定アプタマーの安定化を図った。25年度が最終年度であるため、記入しない。1.局所化学修飾を施したダイヤモンド表面で、アプタマー固定化技術を最適化した。アプタマー固定されたダイヤモンド表面でのアプタマーと標的タンパク質の結合過程ならびに生化学反応過程を詳細に検討した。特に、アプタマーの結合部位となるHIV Tatペプチドは、正電荷を帯びるアルギニン酸が支配的で、これよりでHIV Tatタンパク質の電荷の総和も正である。正帯電のタンパク質が正孔をキャリアとするダイヤモンドFETのしきい値電圧を正方向にシフトさせ、シフト量からアプタマー捕獲によるタンパク質の密度が定量的に評価された。(達成度高)2.抗体に特異的に結合し、しかも抗体機能を失活させない新型アプタマーを探索し、アプタマーによる抗体の配向固定を試み、抗原抗体反応検出を試みた。抗体の非特異吸着が多くなり、検出に至っていない。抗体の直接固定等を考慮する必要がある。(達成度小)3.ボロンデルタドープダイヤモンドにて新たな溶液ゲートFETを作製した。このトランジスタの動作安定性は高く、数カ月後も同一の静特性を示す。
圧受容体反射機能における一酸化窒素とレニン・アンジオテンジ系の相互作用

本年度の研究では、まず前年度に引き続き、家兎を用いて中枢の一酸化窒素(NO)の動脈圧受容体反射機能に及ぼす影響を明らかにし、次に動脈圧受容体反射機能に重要な役割を果たしている延髄孤束核(NTS)におけるNOの役割をラットを用いて検討した。最初の実験では雄性の日本白色家兎(2.5-3.0kg)を用い、ペントバルビタール静脈麻酔下に、右側脳室にカニューラを留置し、左腎交感神経に双極電極を装着した。実験は、手術後3日目以降に無麻酔状態で行った。NOの合成阻害薬であるN^ω-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME)を側脳室内に持続投与すると、人工髄液投与時に比し、腎交感神経活性および心拍数で評価した最大圧受容体反射感受性が亢進した。NOの供与体であるEt_2N[N(0)NO]Na(NOC 18)の側脳室内投与では逆に最大圧受容体反射感受性が減弱した。一方、L-NAMEの不活性型光学異性体であるN^ω-nitro-D-arginine methyl ester(D-NAME)の側脳室内持続投与では、動脈圧受容体反射感受性は全く変化しなかった。以上のことから、内因性および外因性NOは中枢性に動脈圧受容体反射感受性を減弱させると考えられた。次に、ウレタン麻酔下のウイスターラットを用いて、NTSにおけるNOの役割を検討した。L-NAMEをNTSに微量注入すると血圧、心拍数の低下と、腎交感神経活性の抑制を認めた。一方、NOC 18をNTSに微量注入すると血圧の上昇と、腎交感神経活性の亢進を認め、この変化はNOの捕捉体であるcarboxy-2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl 3-oxideをNTSに前投与することにより遮断された。以上のことから、延髄孤束核ではNOは抑制性に作用し、血圧の上昇と交感神経活性の亢進を来すと考えられた。いずれの研究結果も次ページに示すとおり、既に印刷公表している。本年度の研究では、中枢の一酸化窒素(NO)を阻害した際の血圧上昇のメカニズムを明らかにした。実験には雄性の日本白色家兔(2.5-3.0kg)を用い、ペントバルビタール静脈麻酔下に、右側脳室にカニューラを留置し、左腎交感神経に双極電極を装置した。NOの合成阻害薬であるN^ω-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME)の側脳室内投与による用量反応性を検討するために、人工髄液、および5、10、20、40μmolのL-NAMEを投与した。L-NAME側脳室内投与により、用量依存的に、血圧の上昇、心拍数の減少、腎交感神経活性の亢進を認めた。次に、20μmolのL-NAMEを側脳室内投与し、血圧、心拍数、腎交感神経活性の時間経過を検討するとともに、投与前、5分後、20分後、60分後に採血し、血漿カテコラミン、バゾプッレッシンなどを測定した。20μmolのL-NAMEの側脳室内投与により、血圧、腎交感神経活性は5分後をピークに上昇し、30分-60分で前値に復した。血漿エピネフリン、ノルエピネフリン値も5分後をピークとする上昇を来した。バゾプレッシンは上昇傾向を示したが、統計学的に有意ではなかった。交感神経節遮断薬であるパントリニウム(5mg)を静脈内前投与すると、L-NAME側脳室内投与による昇圧は有意に抑制された。一方、20μmolのL-NAMEを静脈内投与しても、血圧、心拍数、腎交感神経活性に変化はみられなかった。以上のことより、側脳室内投与L-NAMEは、中枢神経系に作用し、交感神経活動を亢進させることにより血圧を上昇させると考えられた。現在、NOの圧受容体反射感受性におよぼす影響を検討中である。

次に、ウレタン麻酔下のウイスターラットを用いて、NTSにおけるNOの役割を検討した。L-NAMEをNTSに微量注入すると血圧、心拍数の低下と、腎交感神経活性の抑制を認めた。一方、NOC 18をNTSに微量注入すると血圧の上昇と、腎交感神経活性の亢進を認め、この変化はNOの捕捉体であるcarboxy-2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl 3-oxideをNTSに前投与することにより遮断された。以上のことから、延髄孤束核ではNOは抑制性に作用し、血圧の上昇と交感神経活性の亢進を来すと考えられた。いずれの研究結果も次ページに示すとおり、既に印刷公表している。
冷却原子気体における強相関ボース粒子の理論研究

強相関の3粒子系には、ハミルトニアンの詳細に依らず自己相似な束縛状態構造、すなわち無数のEfimov状態が現れることが知られている。この自己相似性は、繰り込み群においてリミットサイクルと呼ばれる周期構造で特徴づけられるという点で、固定点で特徴づけられる臨界現象の普遍性に比してユニークな現象である。近年の冷却原子気体の実験技術、特に相互作用を強相関領域に操作できるFeshbach共鳴により、このEfimov状態が多様な原子種で観測され、1970年代初頭のEfimovによる予言から40年近く経って新たなリバイバルを起こしている。中でも、粒子数を4粒子へと拡張したときの物理がひとつの基礎的な問題として近年さかんに研究されている。我々は、4粒子の普遍的な物理と繰り込み群のリミットサイクルがどのように関係しているかという問題に取り組み、4粒子のセクターにおいても繰り込み群が周期的な構造を持つことを示した。なおかつその周期を束縛状態数と結びつけることに初めて成功した。またこの結果を元に、4粒子の束縛状態数と理論空間のトポロジカル不変量とが関係するという新しい解釈を行った。さらに、束縛状態のエネルギーに対しても定量的な予言を与えた。手法としては、普遍的な物理を再現するような簡便な有効場理論を構成し、それに対してリミットサイクルというグローバルなフローを取り扱うことのできる汎関数繰り込み群を適用した。この成果はPhysical Review A誌のRapidCommunicationに掲載され、北京における国際会議(1st Beijing-Tokyo workshop on ultracold atomic gases)の招待講演者として講演を行った。さらに我々は、4粒子の物理を質量インバランスのある系に拡張して同様の解析を行い、束縛状態数、及び束縛エネルギーに対して予言を与えた。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度の研究目的(i)「少数多体系の普遍的性質とリミットサイクルのトポロジカルな性質の対応を明らかにする」は完全に達成した。すなわち、強相関ボソンが成す普遍的物理であるEfimov効果において、3体束縛状態1つに対して必ず4体束縛状態が2つ付随するという物理の背後に、くりこみ群のリミットサイクルが理論空間に巻き付くというトポロジーが隠れていることを明らかにした:くりこみ群の周期的な流れ(閉じたループ)であるリミットサイクルは、Efimov効果の普遍性を表すが、そのリミットサイクルが理論空間において3体結合定数方向に1回巻き付く間に、4体結合定数方向には2回巻き付くことを発見した。この巻きつき数は、3体束縛状態1つに対して必ず4体束縛状態が2つ付随するという普遍的物理を反映しており、少数多体系の普遍的物理は、リミットサイクルのトポロジーに起源を有するということを示している。本研究は、少数粒子系におけるくりこみ群のトポロジーという全く新たな概念を導入したと共に、本来5次元以上の偏微分方程式系を解く必要のあった5,6,7粒子系の物理に対して、「くりこみ群の幾何学的性質から逆に普遍的物理の内容を予言する」という新たなアプローチの可能性を提示した。次に、平成27年度の研究目的(ii)「Efimov効果の多体系への影響を明らかにする」に関しては、「多体系を直接調べる前に、少数系の理解が必要不可欠である」と考えたため、本来の研究目的(ii)とは異なる研究目的(i)の拡張に取り組んだ。すなわち、研究目的(i)でくりこみ群のトポロジーを明らかにしたため、同種ボソン以外のEfimov効果を考えることにより、束縛状態の数が質的に変わるという現象が、新奇のトポロジカル相転移であるという提案を行った。研究目的(i)「少数多体系の普遍的性質とリミットサイクルのトポロジカルな性質の対応を明らかにする」と研究目的(ii)「Efimov効果の多体系への影響を明らかにする」の内容を達成するという2つの目標のうち、目的(i)は達成し、目的(ii)は下記の理由から別の研究目的に切り替えて研究を行い、大きな成果を得た。平成27年度は研究目的(i)を完全に達成し、論文を投稿した。同時に、研究目的(i)から得た新たな着想の元、「少数粒子系におけるくりこみ群のトポロジカル量子現象」という誰も予想しなかった新たな分野の開拓に着手した。具体的には、質量の異なる3,4粒子系に対して、質的に異なる束縛状態構造が、トポロジカル相であるという提案を行った。これらの研究に関して、3回招待講演を行った。研究目的(ii)も重要な目的であるが、多体系の物理を調べる前に、少数系の物理を理解することが不可欠であるという考えに至ったため、「くりこみ群のトポロジー」に着目するという独自の視点に基づき、研究目的(ii)の代わりに、上記の「くりこみ群のトポロジカル量子現象」というテーマに取り組んだ。この新たな研究テーマは、新分野の開拓という意味で、本来の研究目的(ii)に比べても大きな仕事である。

近年の冷却原子気体の実験技術、特に相互作用を強相関領域に操作できるFeshbach共鳴により、このEfimov状態が多様な原子種で観測され、1970年代初頭のEfimovによる予言から40年近く経って新たなリバイバルを起こしている。中でも、粒子数を4粒子へと拡張したときの物理がひとつの基礎的な問題として近年さかんに研究されている。我々は、4粒子の普遍的な物理と繰り込み群のリミットサイクルがどのように関係しているかという問題に取り組み、4粒子のセクターにおいても繰り込み群が周期的な構造を持つことを示した。なおかつその周期を束縛状態数と結びつけることに初めて成功した。またこの結果を元に、4粒子の束縛状態数と理論空間のトポロジカル不変量とが関係するという新しい解釈を行った。さらに、束縛状態のエネルギーに対しても定量的な予言を与えた。手法としては、普遍的な物理を再現するような簡便な有効場理論を構成し、それに対してリミットサイクルというグローバルなフローを取り扱うことのできる汎関数繰り込み群を適用した。この成果はPhysical Review A誌のRapidCommunicationに掲載され、北京における国際会議(1st Beijing-Tokyo workshop on ultracold atomic gases)の招待講演者として講演を行った。さらに我々は、4粒子の物理を質量インバランスのある系に拡張して同様の解析を行い、束縛状態数、及び束縛エネルギーに対して予言を与えた。今後は、既に達成した研究目的(i)「少数多体系の普遍的性質とリミットサイクルのトポロジカルな性質の対応を明らかにする」の拡張である、同種ボソン以外のEfimov効果における「くりこみ群のトポロジカル量子現象」の研究、及び本来の研究目的である研究目的(ii)「Efimov効果の多体系への影響を明らかにする」に対して、「5,6,7...粒子の普遍的物理を、リミットサイクルの幾何学的性質から予言する」という方法によって、多体系の物理にアプローチする。具体的な研究方策としては、研究目的(i)を達成する際に私が確立した手法として、汎関数くりこみ群とユニタリー極近似法という2つの手法の組み合わせを用いる。この手法によって本来5次元以上の偏微分方程式系を解く必要のあった4,5,6,7粒子の問題に対して、実質的に2体問題を解くという非常に低い計算コストで計算が行える。これら2つの研究は、全く新しい分野(少数粒子系の普遍的物理とトポロジカル現象)の開拓を行うと共に、及び強相関ボソンの普遍的物理に対するマイルストーンとなるような研究であるため、研究計画にある平成28年度の研究目的(iii)「相互作用クエンチによるユニタリーボース気体の普遍的性質や新奇的ダイナミクスを発見する」に比べても重要な研究であると考えられる。研究計画の変更によって、現在まで用いてきた研究手法が大部分応用できるという点において、手法開発の必要であった元の研究目的(iii)よりも、スムーズに研究が進められると期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。
自由エネルギー解析法の開発と糖鎖構造計算ライブラリーの構築

本研究は、溶液中における糖鎖の立体構造解析を分子動力学コンピューター・シミュレーション法により行うものである。その新しい方法としてアンブレラサンプリングの方法を適用した自由エネルギー解析法を開発することを目的とした。この方法は、これまで糖鎖の立体構造解析がほとんど真空中で行われていたのに対し、溶媒分子との相互作用を考慮に入れた溶液中における糖鎖の立体構造を解析する方法を提供するものである。この方法と通常の分子動力学シミュレーションを組み合わせてグリコプロテインなどの立体構造解析を行い、今後のバイオ研究において益々重要になると思われる糖鎖の構造と機能、さらには構造予測の研究を進めたい。研究実績は以下の通りである。まず、自由エネルギーの計算方法に関しては基本的なプログラムは完成し、このプログラムの適用評価とプログラムの改良を行うために糖鎖のエネルギーマップを作成した。ターゲット糖鎖として免疫グロブリンに結合した糖鎖を選び、その糖鎖を構成する多種類の2糖の立体構造を全て決定した。決定した2糖単位はグリコプロテインの代表的構成単位を含んでおり、「糖鎖構造計算ライブラリー」を作成していく上でコアーのデーターとして重要である。初年度の研究実績は以下の通りである。まず、自由エネルギーの計算方法に関しては基本的なプログラムは完成し、このプログラムの適用評価とプログラムの改良を行うために、グラム陰性桿菌の作り出す鞘多糖の繰り返し単位である五糖の立体構造予測を行った。計算で求まった安定構造と、共同研究している実験グループのNMR-NOESYデータを合わせて検討することで、実際のコンフォメーションを検討した。その結果、五糖の構造は全体として延伸したらせん構造を形成することが推定された。この分子に関する自由エネルギー図は現在計算中である。この計算のためには多大な計算時間とマンパワーを要するため、申請書では研究支援者とクラスター型コンピューターの導入を計画していたが、計画どおり本申請の経費で研究支援者の雇用とコンピューターの導入の両方を行うことが出来た。また、研究協力者であるCornell大学のProf.Bradyの研究室に本経費で短期出張し議論を進めることが出来た。次年度は、さらに効率的な共同作業によりプログラム完成と糖鎖への適用評価を進めていく。18年度の研究実績は以下の通りである。まず、昨年度に引き続き糖鎖のエネルギーマップを作成する。その解析のターゲット糖鎖として今年度は特にグリコプロテインの中から免疫グロブリンに結合した糖鎖を選んだ。その糖鎖を構成する多種類の2糖の立体構造を一部決定した。免疫グロブリン糖鎖を構成する残りの糖鎖についての2糖の構造決定は次年度で引き続き行う予定である。この研究においては、前年度に継続して、本申請の経費で研究支援者を雇用した。また、計画書の「設備備品費」の項で示した、計算能力の高いクラスター型コンピューターについても導入することが出来た。

この方法は、これまで糖鎖の立体構造解析がほとんど真空中で行われていたのに対し、溶媒分子との相互作用を考慮に入れた溶液中における糖鎖の立体構造を解析する方法を提供するものである。この方法と通常の分子動力学シミュレーションを組み合わせてグリコプロテインなどの立体構造解析を行い、今後のバイオ研究において益々重要になると思われる糖鎖の構造と機能、さらには構造予測の研究を進めたい。19年度の研究実績として、糖鎖のエネルギーマップを作成した。ターゲット糖鎖として免疫グロブリンに結合した糖鎖を選び、その糖鎖を構成する多種類の2糖の立体構造を全て決定した。決定した2糖単位はグリコプロテインの代表的構成単位を含んでおり、「糖鎖構造計算ライブラリー」を作成していく上でコアーのデーターとして重要である。この研究においては、前年度に継続して、本申請の経費で研究支援者を雇用した。また、計画書の「設備備品費」の項で示した、計算能力の高いクラスター型コンピューターも計画通り導入することが出来た。
気候政策の日独比較研究：アクターの理念変化とパラダイム転換の相互作用

本研究は、日本とドイツの気候およびエネルギー政策形成に深く関与するアクターの理念を同定するための聞き取り調査の第3弾を実施し、1)日独のアクターの理念に差はあるのか、2)前2回と比較して差は拡大したのか、縮小したのか、3)またそれぞれの国のアクターの理念は、前2回と比較して変化したのか、を検証し、アクターの理念変化とパラダイム転換の相互作用を明らかにすることを目的とする。なお第1回調査は2006・2007年に気候政策形成に深く関与するアクターを対象に、第2回調査は2012・2013年に気候およびエネルギー政策形成に深く関与するアクターを対象に聞き取り調査を実施している。またこの検証の前提として、日独の気候エネルギー政策の進展に差があるのか、過去の研究で2014年までの両国の気候エネルギー政策を詳細に比較した際には差があるという結論が出たが、比較の対象期間を2018年まで延長して検証することも本研究の目的の一つである。2018年度は、日本とドイツの気候エネルギー政策の進展を比較するために審議会議事録などの一次資料、2014年以降に刊行された日本とドイツの気候エネルギー政策に関する書籍、文献などの二次文献を収集し、整理した。さらに、本科研費の射程ではないが、2019年度後半から1年間在外研究で、同様の研究を先進工業国で最大の温室効果ガス排出大国である米国でも実施し、本研究で実施する日独と比較する、すなわち事例対象国を拡大するため、その研究資金の確保や準備を行った。2019年度後半から1年間在外研究で、同様の聞き取り調査を米国でも実施し、本研究で実施する日本およびドイツと比較する、すなわち対象国を拡大することとしたため、在外研究の資金確保、研究準備に時間を要し、本研究は全体としてやや遅れている。2018年度にドイツ出張のために積算した予算も使用しなかった。2019年度前半は、さらに日本とドイツの気候エネルギー政策の進展について研究を進めると共に、日本のアクターに対して予備調査を実施する。日本およびドイツのアクターへの本格的な聞き取り調査は2020年度後半以降に実施する予定である。研究資金は2020年度後半からの聞き取り調査の際に使用する。なお本研究自体の実施はやや遅れているが、先進国で最大の温室効果ガス排出国である米国を事例対象国に加えることは、アクターの理念比較としてもパラダイム転換モデルの検証としても、大きな意義があり、本研究の実施においても有益である。2019年度前半は、日本とドイツの気候エネルギー政策の進展を比較するため、2018年度に引き続き、一次文献、二次文献を収集し、整理する。また日本のアクターに対して予備調査を開始する。日本およびドイツのアクターに対する本格的な聞き取り調査は、在外研究後の2020年度後半から実施する。

また日本のアクターに対して予備調査を開始する。日本およびドイツのアクターに対する本格的な聞き取り調査は、在外研究後の2020年度後半から実施する。2019年度後半から1年間在外研究で、同様の聞き取り調査を米国でも実施し、本研究で実施する日本およびドイツと比較する、すなわち対象国を拡大することとしたため、在外研究の資金確保、研究準備に時間を要し、本研究は全体としてやや遅れている。2018年度にドイツ出張のために積算した予算も使用しなかった。ドイツ出張は2020年度後半から実施する。また研究成果の刊行において英文校閲を依頼した人件費は、海外送金が必要となり、送金費用が発生するため、2018年度分も2019年度に請求することにした。なお在外研究終了時点で、遅れが著しい場合には、本研究の期間を1年間延長する可能性もある。
高靱性ナノ複合材料の作製

粒内ナノ複合材料のマトリックスとするために,高表面積・高気孔率のアルミナ粉末を作製した.その方法は,安価な無機アルミニウム塩を用いてゾル液をつくり,用いたアルコールの超臨界乾燥によりアルミナ粉末を作製するものである.この方法は,産業技術総合研究所との共同研究によって開発され,特許出願がなされている.この方法の特徴は,(1)安価な無機アルミニウム塩からアルミナ粉末を作製できる.(2)高い相転移温度を有し,低密度高比表面積のアルミナ多孔質粉体を得ることができる.(3)精密で複雑な反応条件制御を必要としない作製方法である.(4)気孔内に第2相粒子を導入することにより,粒内ナノ複合材料を作製することができる.(5)パルス通電焼結により,従来のアルミナ粉末の焼結体よりも優れた機械的性質を有する焼結体を得ることができる.アルミナ-銅エアロゲルを合成し,パルス通電焼結によってナノ複合材料を焼結した.その結果,三点曲げ強度501MPa,破壊靱性4.6MPam^<1/2>という値を得た.これらの結果はナノ複合材料としては特に優れた値とはいえないものとなった.その理由として,アルミナ-銅エアロゲル粉末の焼結が十分になされなかったことがあげられる.粒内ナノ複合材料のマトリックスとするために,高表面積・高気孔率のアルミナ粉末を作製した.その方法は,安価な無機アルミニウム塩を用いてゾル液をつくり,用いたアルコールの超臨界乾燥によりアルミナ粉末を作製するものである.この方法は,産業技術総合研究所との共同研究によって開発され,特許出願がなされている.この方法の特徴は,(1)安価な無機アルミニウム塩からアルミナ粉末を作製できる.(2)高い相転移温度を有し,低密度高比表面積のアルミナ多孔質粉体を得ることができる.(3)精密で複雑な反応条件制御を必要としない作製方法である.(4)気孔内に第2相粒子を導入することにより,粒内ナノ複合材料を作製することができる.(5)パルス通電焼結により,従来のアルミナ粉末の焼結体よりも優れた機械的性質を有する焼結体を得ることができる.アルミナ-銅エアロゲルを合成し,パルス通電焼結によってナノ複合材料を焼結した.その結果,三点曲げ強度501MPa,破壊靱性4.6MPam^<1/2>という値を得た.これらの結果はナノ複合材料としては特に優れた値とはいえないものとなった.その理由として,アルミナ-銅エアロゲル粉末の焼結が十分になされなかったことがあげられる.
Cine Tagging画像を用いた肝線維化評価

肝線維症の進行程度(F0F4)が判明した被検者22例の肝臓を対象に,MRIを用いて肝臓に16mmおよび20mmの格子を印して,深呼吸下で連続的に撮像した.全例についてMRI画像から曲げエネルギー値を計測し,線維化進行度F0とF1以上,F1以下とF2以上,F2以下とF3以上,F3以下とF4の2群に分類し,それぞれの曲げエネルギー値を比較した.本検討において、cine-tagging画像を用いたMRエラストグラフィーは慢性肝障害の診断に有用である可能性が示唆された.肝線維症の進行程度(F0F4)が判明した被検者22例の肝臓を対象に,MRIを用いて肝臓に16mmおよび20mmの格子を印して,深呼吸下で連続的に撮像した.全例についてMRI画像から曲げエネルギー値を計測し,線維化進行度F0とF1以上,F1以下とF2以上,F2以下とF3以上,F3以下とF4の2群に分類し,それぞれの曲げエネルギー値を比較した.本検討において、cine-tagging画像を用いたMRエラストグラフィーは慢性肝障害の診断に有用である可能性が示唆された.53例にcine-tagging画像(16mmおよび20mmの格子を用いてそれぞれ矢状断、冠状断の4種類)を撮像し、肝切除の既往のない35例(正常肝11例、慢性肝障害24例;慢性肝炎5例、肝硬変症19例)につき、BEを用い解析を行った。各々の画像から得たBE値につき、血清アルブミン値、ALT値、総ビリルビン値、血小板数、プロトロンビン時間、APRIとの相関を検討し、2群間で比較した。慢性肝障害の存在に対する診断能をROC解析した。16mmの格子を用いた矢状断像から得られたBE値はAPRI(r=0.427,P= .02)と正相関し、慢性肝障害群(0.996±0.492)に比して健常肝群(1.791±0.779)で有意に高かった(P= .0081)。Cutoff値を1.15とした場合の感度、特異度、正診率はそれぞれ71%、89%、77%であった。ROC解析では、慢性肝障害診断におけるAUC値は、16mmの格子を用いた矢状断像において0.77と最も高い傾向にあった。初期検討においては、cine-tagging画像を用いたMREは慢性肝障害の診断に有用で可能性が示唆された。現在、BE値の自動計算化に向けて画像解析ソフトウェアを開発中である。さらに、症例を追加した合計110例で検討中である。しかし、病理学的な線維化診断との相関を見い出すため、これらの症例から生検や手術症例を抽出し、病理学的に線維化の評価が成された43例で、新犬山分類におけるF分類とBE値の相関についての検討に着手しているところである。この結果を基に、さらに臨床応用できるようcine-tagging画像と画像解析ソフトウェアを組み合わせたMRE開発を進める予定である。病理学的に肝線維化スコアが確定した22例を対象に撮像されたcine-tagging画像(16mmおよび20mmの格子を用いてそれぞれ矢状断、冠状断の4種類)を解析し,全例についてBending energy(BE)を計測した.各々の画像から得たBE値につき,F0とF1以上,F1以下とF2以上,F2以下とF3以上,F3以下とF4の2群に分類し,それぞれのBE値を比較した.また肝線維化に対する診断能も検討した.16mm格子を用いた矢状断から得られたBE値のみが,F0(1.54±0.63)よりもF1以上(1.48±0.60,P=.013)で,またF1以下(0.97±0.12)よりもF2以上(0.96±0.36,P=.019)で有意に低値を示し、F1以上およびF2以上に対するAUC値はそれぞれ0.798,0.802であった.また,同手法の再現性を10人の健常肝ボランティアで検討した結果,級内相関係数は0.59から0.83(P=0.001-0.046)であった.初期検討においては,cine-tagging画像を用いたMREは慢性肝障害の診断に有用で可能性が示唆され,本手法の再現性も比較的高い結果が得られた.今後,臨床的な応用が可能となるように,BE値の自動計算化に向けて画像解析ソフトウェアを開発中である.この結果を基に,さらに臨床応用できるようcine-tagging画像と画像解析ソフトウェアを組み合わせた肝MRE開発を進める予定である.病理学的に肝線維化スコアが確定した22例を対象に撮像されたcine-tagging画像(16mmおよび20mmの格子を用いてそれぞれ矢状断、冠状断の4種類)を解析し,全例についてBending energy(BE)を計測した.各々の画像から得たBE値につき、F0とF1以上,F1以下とF2以上,F2以下とF3以上,F3以下とF4の2群に分類し,それぞれのBE値を比較した.また肝線維化に対する診断能についても検討した.

16mm格子を用いた矢状断から得られたBE値のみが,F0(1.54±0.63)よりもF1以上(1.48±0.60,P=.013)で,またF1以下(0.97±0.12)よりもF2以上(0.96±0.36,P=.019)で有意に低値を示し、F1以上およびF2以上に対するAUC値はそれぞれ0.798,0.802であった.また,同手法の再現性を10人の健常肝ボランティアで検討した結果,級内相関係数は0.59から0.83(P=0.001-0.046)であった.本検討においては、cine-tagging画像を用いたMREは慢性肝障害の診断に有用である可能性が示唆され,本手法の再現性も比較的高い結果が得られた.現時点において,臨床的な応用が可能となるように,BE値の自動計算化に向けて画像解析ソフトウェアを開発中である.また,定量評価の方法として,今後はフーリエ変換を用いたFFT法でも検討する予定である.
混合溶媒中におけるハイブリッド触媒反応の分子論的機構解明

本研究の目的は、水を添加すると大幅に反応性が向上するハイブリッド触媒反応の分子論的機構を理論計算により明らかにすることである。本年度は、有光暁助教(琉球大)らにより開発されたハイブリッド触媒反応における水の影響を解析した。この反応は、アミン触媒と酸触媒により従来はγ-位に付加しやすいα,β-不飽和アルデヒドのα-位を立体選択的にフッ素化するが、水を少量添加すると反応性が向上する。しかし一方、水を過剰に添加すると鏡像体過剰率が低下する。この反応の分子レベルでのメカニズムを解明するために、量子化学計算と分子性液体の統計力学理論のハイブリッド計算手法である3D-RISM-SCF法を用いて、有機溶媒と水の様々な混合比での遷移状態の活性化エネルギーを計算した。得られた計算結果から、水の混合比が増えると、活性化エネルギーが減少することや、主生成物と副生成物の活性化エネルギーの差が小さくなることが明らかになった。これらの計算結果は、実験結果とよく一致する。また詳細な解析の結果、水が増加するにつれて活性化エネルギーが減少するのは、水が相対的に反応物を不安定化させるためと分かった。さらに、水の増加により主生成物と副生成物の活性化エネルギーの差が小さくなるのは、副生成物の遷移状態の方が酸触媒と水が強く相互作用するためと明らかになった。現在、論文を投稿する準備を進めている。また、林雄二郎教授(東北大)と山中正浩教授(立教大)と共同で、水の添加量により立体選択性が反転する不斉マイケル反応の解析も進めている。本年度は当初の予定通り、有光暁助教(琉球大)らにより開発されたハイブリッド触媒反応における水の影響の解析を行った。理論計算により水の影響を明らかにし、論文を投稿する準備も進めているため、おおむね順調に進展していると考えられる。次年度は、本年度に得られた研究成果を基に、David MacMillan教授(プリンストン大)らにより開発された特定のC-H結合をアリール化するハイブリッド触媒反応(Shaw et al. Science 2016, 352, 1304)のメカニズムを明らかにする予定である。また、今後も本新学術領域の様々な研究者と協力し研究を推進することで、領域の発展に貢献したい。
逆問題手法による雷雲の電気的構造推定に関する研究

地上における電界強度の情報は落雷予測に有用である。本研究では、この電界情報を用いて雲中の電荷分布を推定できるかを検討するため、以下の研究を実施した。まず、雲中電荷によって発生する電界を計算するため、半無限境界要素と名付けた新しい境界要素を提案した。その結果、地形の影響をも考慮にいれた電界計算が容易になった。次に、地上で観測される電界から雲中の電荷分布を推定するアルゴリズムとして、ニュートン法、最小2乗法、SPM法、ニューラルネットワーク及びカルマンフィルタが検討された。ただ、雷雲電荷推定問題では、観測点の数を必ずしも多く取れないこともあって、見かけ上の観測点を増すように、電界補間の工夫を行った。数値シミュレーションによる検討から、ニュートン法が最も推定精度が良いことが明らかになった。また、これらとは別に、電位差計を用いた全天候型の電界測定装置を開発したが、実際的な使用には測定精度をさらに向上する必用があることも明らかになった。1雷雲電荷によって発生する特有の電界分布を解析するため、新しいタイプの半無限要素を提案し、これを使用した3次元境界要素法による解析コードを開発した。また、このコードにより、北陸地区(石川県及び福井県の一部)での空中電荷による地上電界分布を計算した。この結果、雷雲移動に伴う地上電界の変化と地形との関係が定量的に把握できるようになった。この際,地形データは国土地理院の数値地形データを利用した。(平成9年11月発表)2設備備品費で購入した電界測定装置により、富山大学内の観測地点(1ケ所)で地上電界を観測し、他の高精度電界測定装置(フォールドミル)による測定結果と比較検討すると共に、両者の電界時間変化をデータバンク化した。この際、観測期間として冬季雷の多発する平成9年12月から平成10年2月の期間で観測を行った(測定時間約100時間)。観測は次年度も引き続いて行う予定である。また、電界波形の解析用として、ウエーブレットに基づいた波形解析コードを開発した。(未発表)3地上の観測電界データから空中電荷の大きさと位置を逆推定するアルゴリズムを構築する手始めとして、点電荷によって雷雲電荷分布を簡単に模擬し、計算機シミューレーションによって幾つかの逆推定アルゴリズムの検討を行った。この際、遺伝的アルゴリズム、ニュートン法、ニューラルネットワークに基づく手法をそれぞれ比較検討した。ただ、現段階では、いずれの手法が妥当であるかの結論は見い出していない。(未発表)なお、次年度も引き続いて逆推定アルゴリズムの検討を行う。1電界解析コードの開発:雷雲による電界を定量的に評価するため、地形の影響も考慮できる電界解析コードを開発した。このコードにより北陸の一部地域における雷移動に伴う地上電界の様子を検討したところ、地表が平坦な場合と地形の変化がある場合との電界分布の違いが把握できるようになった。(平成11年4月公表予定)2簡易電界測定装置の開発・改良:従来から使われている高精度電界測定装置(フィールドミル)が高価であることから、設備備品費で購入した装置による簡易型電界測定装置を作製し、両者の測定結果を比較検討した。その結果、気象条件によっては両測定装置によるデータの相関が小さく、簡易型装置の測定精度に問題があることがわかった。このため、新しく水滴の帯電現象を利用した簡易電界観測装置の開発を進めている。(平成10年10月発表)3雷雲電荷逆推定アルゴリズムの開発:地上の観測電界のデータを与えて、雷雲電荷(位置と電荷量)を推定するアルゴリズムを検討・開発した。この際、雷雲は点電荷モデルで表現した。主としてニュートン法及び遺伝的アルゴリズムに基ずく反復法を検討したところ、反復法の初期値を適切に選ぶと地上電界分布に対応する点電荷の数及び電荷量がほぼ推定可能であることが判明した。ただ、実用に供するには、観測点数の軽減が必要であることも明らかになった。現在、問題点の改善を進めている。(平成10年11月発表)地上における電界強度の情報は落雷予測に有用である。

次に、地上で観測される電界から雲中の電荷分布を推定するアルゴリズムとして、ニュートン法,最小2乗法,SPM法,ニューラルネットワーク及びカルマンフィルタが検討された。ただ、雷雲電荷推定問題では、観測点の数を必ずしも多く取れないこともあって、見かけ上の観測点を増すように、電界補間の工夫を行った。数値シミュレーションによる検討から、ニュートン法が最も推定精度が良いことが明らかになった。また、これらとは別に、電位差計を用いた全天候型の電界測定装置を開発したが、実際的な使用には測定精度をさらに向上する必要があることも明らかになった。
がん患児を支える母親の内的過程-発病期から末期かで-

研究方法として、グランデット・セオリー法に基づいた質的研究法でがん患児の母親に直接面接を行ないデータ収集と分析を行った。「母親の内的過程」は、情緒、感情、情動、母親自信の葛藤、家族の緊張、病気の経過、生活の変化など、母親の「思い」として表現された母親のあり様、と定義した。対象は、都内Aがん専門病院小児病棟で研究酸化について同意を得られたがん患児の母親26名であり、面接は半構造化面接法によって行われた。その結果、「母親の内的過程」は、子供の病気の経過に伴い、第1段階「基本的変動」、第2段階「病気の恐ろしさを実感」、第3段階「拒否」、第4段階「自我疲弊」、第5段階「空白」、第6段階「動かぬ自我」の段階を経ることが明らかになった。第2段階と第3段階の間は可逆的な進行過程であったが、他の段階の間は不可逆な進行過程であった。第1段階「基本的変動」は、第1局面<意識下の激動>、第2局面<衝撃>、第3局面<不安>、第4局面<希望>の4局面から構成されている。第1段階「基本的変動」での母親の「思い」のあり様は病気の経過に伴い、第1局面<意識下の激動>から、第2局面<衝撃>、第3局面<不安>、第4局面<希望>へと形を変え、疾病及び闘病生活に関わる衝撃的な出来事が発生する度に第4局面<希望>から第1局面<意識下の激動>まで戻り再び第1局面<意識下の激動>から第4局面<希望>までの「思い」の変遷を繰り返す。第1段階「基本的変動」のプロセスは必ず第一局面<意識下の激動>から始まり、また、母親の「思い」は状況に応じて第3局面<不安>から第1局面<意識下の激動>に戻る場合もある。「基本的変動」内から戻る局面は第1局面<意識下の激動>のみであり、他の局面に戻ることはない。