hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エネルギー弁別能力を持つX線CTの非対称フィルタによる実現

X線管球からは幅広いスペクトルを持つX線が照射されており、物質の透過に伴うスペクトルの変化は多くの重要な情報を提供する。この情報を得る方法として、Dual-Energy CTが有望であるが、二種類の線質の異なるX線での測定を必要とする。以前の研究で、我々はファンビームCTに対して非対称な形状を持つ吸収フィルタを装着し測定を行う事で1回のスキャニングでDual Energy法による再構成像を得る方法を提案している。本研究では、近年、主流となりつつあるコーンビームを用いた測定系に適用できる方法として、3次元非対称ステップ型非対称フィルタによる測定と逐次型再構成アルゴリズムを組み合わせる方法を提案した。コーンビームCTの普及に伴い、提案手法は比較的容易にエネルギー減弱特性の取得を可能としており,今後の医療診断の精度向上及び応用範囲の拡大に寄与できるものと考える.X線管球からは幅広いスペクトルを持つX線が照射されており、物質の透過に伴うスペクトルの変化は多くの重要な情報を提供する。コーンビームCTの普及に伴い、提案手法は比較的容易にエネルギー減弱特性の取得を可能としており,今後の医療診断の精度向上及び応用範囲の拡大に寄与できるものと考える.本研究では、CT装置のX線射出口に非対称な形状を持つ吸収フィルタを装着し、測定を行う事で1回のスキャニングでDual Energy法による再構成像を得る方法の確立を目的としている。本年度においては、これまでX線ビームが2次元的な広がりしか持たないファンビーム方式のCTで検討してきた方式を3次元的なコーンビーム方式のCTへ拡張していくことを主に検討した。2次元の非対称フィルタを3次元に拡張したフィルタを用いた場合,被験者体軸に垂直な平面で管球及び検出器が回転する構造では同一のビームラインを二種類のX線で測定することはできないため,通常の効率的なDE方を適用することはできないが,測定データ全体を用いた反復求解法によれば可能であることを,Fessler等の尤度を用いた評価関数を最小化するO'Sullivan等のアルゴリズムを用いて数値実験を実施した。これまでの結果から,完全投影の状態にあれば正しくDE再構成が行われることから、非対称フィルタDECTでコーンビーム測定方式に拡張できる可能性が極めて高い事が判った。またフィルタが装着された際の被験者の被爆に関するモンテカルロシミュレーションをEGS 5を用いてスタートさせた。これにより、これまで、無視されて来たX線射出口に装着されているフィルタが被爆に及ぼす影響の基礎特性が明らかとなり、本研究独自の非対称フィルタによるX線CTの被爆を評価するための研究基盤が整った。本研究では、CT装置のX線射出口に非対称な形状を持つ吸収フィルタを装着し、測定を行う事で1回のスキャニングでDE(Dual Energy)法による再構成像を得る方法の確立を目的としている。昨年度より3次元的なコーンビーム方式のCTへ拡張していくことを検討し、尤度を評価基準とした反復アルゴリズムを用いることで、3次元非対称フィルタにより取得された投影データからDE再構成可能であることに関しては昨年度より確認してきたが、本年度は主に以下の2点に関して検討を行った。1.同じビームラインで2回の計測に基づき各ビームライン毎に非線形連立方程式を解く事でエネルギー分離を行う方式の場合、対称フィルタではDE再構成は不可能であるが、コーンビームの場合で本研究が採用する投影データ全体で尤度を評価基準とする反復アルゴリズムを用いる場合、フィルタの非対称性は必ずしも必要ではない。そこで、様々な形状の対称フィルタと非対称フィルタを設計し、数値シミュレーションにより解への収束の速度を評価基準としてどの形状のフィルタが適しているかという観点から極めて多数回のシミュレーションを実行した。その結果、急峻な立ち上がりを持つ非対称フィルタは如何なる対称フィルタを用いた場合よりも解への収束が速く、安定して再構成が可能である事が判った。2.急峻な立ち上がり形状の非対称フィルタを実際のコーンビームX線射出口に装着する際、設置の精度によって再構成性能に大きく影響すると考えられる。即ち、設置位置の誤差が大きくなると管球の回転中心付近でスペクトル構造の異なるX線を照射できなくなる領域が大きくなってしまう問題が考えられる。DE法においては、こうした領域が存在することは求解が不能となる事を意味する。本研究では、撮像領域を部分的に低分解能化する事で、そうした領域がある程度存在しても再構成に与える影響を極力少なくする方法を発案し、シミュレーションによりそれが有効に機能する事を確認した。

昨年度は3次元的なコーンビーム方式のCTへ拡張において、1.急峻な立ち上がりを持つ非対称フィルタは如何なる対称フィルタを用いた場合よりも解への収束が速く、安定して再構成が可能である事、2.非対称フィルタを実際のコーンビームX線射出口に装着する際、設置の精度が保てない場合においても、撮像領域を部分的に低分解能化する事で、再構成に与える影響を極力少なくする方法を発案し、シミュレーションによりそれが有効に機能する事を確認した。本年度は1.上記の成果をまとめ電子情報通信学会論文誌に投稿し、採録を得た。2.3次元非対称フィルタによる再構成法は現時点では大規模な非線形最適化を用いるため、現実的サイズの画像に対しては計算時間の問題があるため、Fesslerらの尤度関数に基づき直接最適化する方法から、その改良と考えられるO'Sullivanらが提案しているI-Divergenceを評価関数として用いる方法に変更し、その基本的な性能を種々の条件において数値的に検討した。その結果、I-Divergenceを用いる方法は比較的高速に解を求められることが判った。しかしながら初期値の設定方法や、収束パラメータの設定に関してさらなる検討が必要であることがわかった。3.モンテカルロシミュレーションは極めて計算時間が必要であるが、近年、利用が容易となってきたマルチコアCPUを用いてその並列化の効率について検討したところ、プロセス間通信を殆ど必要としないため、ほぼコア数倍の効率が得られることがわかり、今後、非対称フィルタ法の実装に向けたより詳細なシミュレーションが可能となる見通しを得た。
GaAs薄膜太陽電池の高速剥離を目指した赤外線レーザーリフトオフプロセスの開発

本研究課題における目的は、レーザー光を用いた溶断過程において、半導体の種類における光の吸収率の差を利用した光吸収層の選択的溶解とデバイス層の分離である。当該年度は、1.GaAs基板上に疑似格子整合成長したInGaAs/GaAsP多重量子井戸層に対する波長1064nmのパルスレーザーを用いた選択的アブレーション2.InP基板上に格子整合成長したInGaAs層に対する選択的アブレーションについて実験的評価を実施した。1.GaAs基板上に成長したInGaAs/GaAsP多重量子井戸層(MQW)は各層に生じる歪応力を補償しつつ成長を進めるためにGaAsよりも低い実効バンドギャップを持った層を高品質に形成することができる。本研究において、加工用レーザーとして広く普及している波長1064nmのYAG:Ndレーザーを用いてIR-LLOによる太陽電池デバイス層の分離を行うため、GaAs疑似デバイス層とMQW加工層からなる層構造をMOCVD法を用いてエピタキシャル成長した試料に対してレーザー光照射によるアブレーションを行ったところ、GaAs層を維持したままMQW層のみの溶解が可能であることが示された。2.GaAs基板上に成長した場合と同様に、InP基板(バンドギャップ1.3 eV)上に成長したInGaAs層はバンドギャップ値が0.7eVであり、この層を選択的光吸収層として用いた場合、波長1064nmの赤外線に対する選択的吸収比率が大きくなることから、IR-LLO加工によるデバイス層の分離がより有効に形成されることが期待される。InP基板上に格子整合したInGaAs層の形成をMOCVD法を用いて行い、レーザー光照射によるアブレーション過程を観察したところ、InP層を維持したままInGaAs層の溶解が生じることが確認された。本研究課題の目的である、レーザー光を用いた太陽電池デバイス層の分離加工に対して、多層構造中における光の選択的吸収とアブレーション(溶解離断)工程が強い光吸収を生じる任意の層において発生させ得ることが確認されたことで、光吸収層とデバイス層による分離加工の実現性が実証された。InGaAs/GaAsP MQW層とGaAs疑似デバイス層に対する光吸収の選択性はバンドギャップの差に基づいて生じると考えられるが、実現可能なMQW層のバンドギャップ値は1.2eV程度までである。これに対して、バンドギャップ1.3eVのInP基板上に格子整合成長で形成可能なInGaAsはバンドギャップ値が0.7eVであり、より大きい光吸収の差を見込むことが可能である。実際に、InP基板に対して格子整合InGaAs層の形成および、レーザーアブレーション実験から、InP基板を損なわずにInGaAs層のみの溶解を確認できたことから、この層を選択的吸収層として用いた場合にも同様にデバイス層の剥離工程が可能であることが示された。また、光吸収の選択性が高いことから剥離工程の加工性が高いことが予測される。2019年度は選択的光吸収層と太陽電池デバイス層からなる試料の結晶成長を行い、デバイス層の分離実験を行う。前年度までにGaAs基板上にInGaAs/GaAsP MQW層を、InP基板上にInGaAs層を形成することで選択的光吸収層としてIR-LLO工程が可能であることが示されたため、この両者に対し、選択的光吸収層を介してPN構造に基づく太陽電池層を持つ試料を形成する。支持基板としてSi、または光学的に透明なサファイア基板にこれらの試料を常温接合法を用いて強固に接着したのち、エピタキシャル成長基板のGaAs、あるいはInP基板上から波長1064nmのパルスレーザー光を照射することで支持基板上へデバイス層を分離する工程について検証を行う。また、薄膜層へと分離したデバイス層に対して電極形成を行った後、太陽電池としての性能評価である、光照射下の電流-電圧特性及び、量子効率スペクトルの測定を実施する。この結果について解析を行うことで、IR-LLO工程が太陽電池デバイスの特性に与える影響について検討を実施する。

InP基板上に格子整合したInGaAs層の形成をMOCVD法を用いて行い、レーザー光照射によるアブレーション過程を観察したところ、InP層を維持したままInGaAs層の溶解が生じることが確認された。本研究課題の目的である、レーザー光を用いた太陽電池デバイス層の分離加工に対して、多層構造中における光の選択的吸収とアブレーション(溶解離断)工程が強い光吸収を生じる任意の層において発生させ得ることが確認されたことで、光吸収層とデバイス層による分離加工の実現性が実証された。InGaAs/GaAsP MQW層とGaAs疑似デバイス層に対する光吸収の選択性はバンドギャップの差に基づいて生じると考えられるが、実現可能なMQW層のバンドギャップ値は1.2eV程度までである。これに対して、バンドギャップ1.3eVのInP基板上に格子整合成長で形成可能なInGaAsはバンドギャップ値が0.7eVであり、より大きい光吸収の差を見込むことが可能である。実際に、InP基板に対して格子整合InGaAs層の形成および、レーザーアブレーション実験から、InP基板を損なわずにInGaAs層のみの溶解を確認できたことから、この層を選択的吸収層として用いた場合にも同様にデバイス層の剥離工程が可能であることが示された。また、光吸収の選択性が高いことから剥離工程の加工性が高いことが予測される。2019年度は選択的光吸収層と太陽電池デバイス層からなる試料の結晶成長を行い、デバイス層の分離実験を行う。前年度までにGaAs基板上にInGaAs/GaAsP MQW層を、InP基板上にInGaAs層を形成することで選択的光吸収層としてIR-LLO工程が可能であることが示されたため、この両者に対し、選択的光吸収層を介してPN構造に基づく太陽電池層を持つ試料を形成する。支持基板としてSi、または光学的に透明なサファイア基板にこれらの試料を常温接合法を用いて強固に接着したのち、エピタキシャル成長基板のGaAs、あるいはInP基板上から波長1064nmのパルスレーザー光を照射することで支持基板上へデバイス層を分離する工程について検証を行う。また、薄膜層へと分離したデバイス層に対して電極形成を行った後、太陽電池としての性能評価である、光照射下の電流-電圧特性及び、量子効率スペクトルの測定を実施する。この結果について解析を行うことで、IR-LLO工程が太陽電池デバイスの特性に与える影響について検討を実施する。
介護予防事業におけるサービス提供最適化のためのアルゴリズム開発

本研究は、介護予防事業におけるサービス提供最適化のためのアルゴリズムを開発することであった。研究を通して訪問型短期集中予防サービスに焦点を当て、高齢者の生活行為を支援するための方略を検討した。訪問型サービスC(訪問C)は、総合事業の対象者であり、なおかつIADLやADLを改善したいという意思が確認できれば、34ヶ月程度の期間に36回のリハビリテーション専門職(今回は作業療法士)の助言を行うことにより、ADLやIADLが改善することが確認できた。一方、訪問Cの利用者の中には健康関連QOLが実施後に低下する者がおり、生活への助言と健康増進の組み合わせが課題になることが明らかになった。本研究は、日常生活支援総合支援事業を利用する要支援者の健康を増進するためには、どのような施設型サービスと訪問型サービスの組み合わせが最も良いのか、健康効果と費用対効果の側面から検討している。上記内容を確認するためには、1)訪問型サービスの最善な提供方法、2)施設型サービスにおけるサービス内容の検討、3)施設型・訪問型の組み合わせの検討を行う必要がある。そこで、今年度は訪問型サービスの提供方法を事例を通して検討した。今回、介護予防訪問介護(以下訪問介護)を受けていた男性利用者(要支援2)に対して、作業療法士が訪問介護に同行し、利用者の生活行為の評価と支援方法の検討を行った。具体的には、作業療法士が訪問介護中に介護を受けている生活行為を評価し、利用者ができる方法がないか、やり方を変えることでもっと楽に行える方法がないか検討し、その方法を訪問介護員と利用者に伝え、練習してもらうこで、極力作業療法士が関わる時間(=コスト)を削減した。今回の取り組みの成果指標には、Assessment of Motor and Process Skills(AMPS)を用いた。AMPSは作業(生活行為)を遂行するときの問題を運動技能とプロセス技能で観察評価する作業療法の評価で、結果は間隔尺度で表される。今回の利用者のプロセス技能は、介入前後に2標準誤差以上の変化が認められ、統計学的に有意に変化した。今年度の研究により,要支援者に対しては、継続的に作業療法士が介入しなくとも、介護予防訪問介護に作業療法士が同行し、作業療法士がマネジメントするだけでも生活行為は変化することが示唆された。本研究の目的は、地域支援事業におけるサービス適正化のためのアルゴリズムを検討することである。本年度は、支援プログラムの作成、研究倫理審査の承認、東京都荒川区高齢者福祉課との共同調査実施の承認を行った。以下に概要を述べる。地域における作業療法は、作業に従事することの支援(自治会役員を担えるよう支援する、家族の中で家事を担う、等)と作業遂行の支援(洋服を着替える、掃除機をかける、等)に大別することができる。介護予防・日常生活支援総合事業では高齢者の健康増進による介護予防が求められるが、我々らの事例報告(石橋ら、2015)によると、高齢者の作業遂行の問題に焦点を当てた短期間の訪問支援で健康関連QOLが改善する傾向があることがわかった。地域支援事業における健康増進は、通所介護等に加えて作業遂行の支援に特化した訪問型サービスCの組み合わせが最適ではないかと考え、東京都荒川区で効果検証を開始した。一方、このアルゴリズムは複数の事業の組み合わせになるため、費用効用分析も同時に行う必要があると考えた。本研究は、consort声明に基づくランダム化比較試験である。対象者は、無介入群(研究終了後に支援する群)と介入群に無作為に分け、メインアウトカムを作業遂行評価であるAMPSとEQ-5D-5Lとした。介入は、我々が作成した教育プログラムを受講した作業療法士に行ってもらっている。現在、予備調査から本調査の準備中である。当初の予定よりも規模は縮小されたが、サンプルサイズや実験デザインを考慮すると、荒川区で実施している研究は仮説検証を行う上では妥当な規模であり、進捗状況としては概ね順調と思われる。また、東京都荒川区からの協力も申請後受理されており、来年度は効果検証に注力できると思われる。今年度は、訪問Cの対象者の特徴を検討した。訪問Cの効果検証はUMIN(申請番号20151127-085123)に登録し、データ集である。訪問Cの特徴は、東京都A区で研究に参加した要支援1(4名)と要支援2(6名)の高齢者10名である。調査項目は、性、年齢、家族構成などの基本情報の他に、作業遂行能力の評価としてAssessment of Motor and Process Skills(AMPS)、IADLの実践状況の評価としてFrenchay Activities Index(FAI)、生活機能の評価として老研式活動能力指標(TMIG-IC)を使用した。各評価のデータは、AMPSの運動技能とプロセス技能, FAIの合計得点, TMIG-ICの合計得点を使用した。対象者の平均年齢は75.7(SD7.34)歳、性別は男性4名で女性6名、世帯構成は同居が4名で独居6名であった。各評価の平均値(実測)は、AMPS運動技能が0.89(SD0.63)ロジット、プロセス技能が0.89(SD0.95)ロジット、FAIが23.8(SD6.74)点、TMIG-ICが8.6(SD3.77)点であった。各評価のZ得点変換後の四分位範囲は、AMPS運動技能が1.50、プロセス技能が0.83、FAIが1.63、TMIG-ICが1.85であった。

各評価の相関は、AMPS運動技能とFAIの合計得点(r=0.741)、プロセス技能とFAIの合計得点(r=0.766)で、それぞれ有意な正の相関であった。対象者の募集が地域包括支援センターを経由して実施しており、研究者側の都合で対象者を募集することができなかった。一方、研究デザインに基づき一歩一歩データ収集は行えており、次年度にはデータ収集の結果より、一定の知見が見出せると考えられる。最終年度である今年度は、生活支援と健康増進のアルゴリズムに関して、事例を通して検討を行った。要支援2の認定を受けたA氏は、脳血管障害後にガスコンロの使用を住まいの管理人に制限されていた。そこで、火を使用しない調理法を習得することを目的に、電子レンジで温野菜のような簡単な食事が準備できるよう訪問Cで助言を行った。助言の際は、運動機能や認知機能に関する評価や支援は可能な限り省略した。その結果、合計3回の助言で課題は解決し、事例の作業遂行能力やIADLの実施状況も改善した。この事例だけでなく、他の事例においても4ヶ月前後の期間に36回のリハビリテーション専門職(今回は作業療法士のみ実施)による助言を行うことにより、生活行為が改善することが明らかになった。一方、事例の中には生活行為は改善したものの、健康関連QOLが低下した者もおり、生活支援と健康増進のアルゴリズムが課題であることが明らかになった。今回の研究を通して、短期集中予防サービスは終結ありきで実施することが大前提であること、延長はしないこと、生活行為の課題を特定することが重要であることが明らかになった。特に、生活行為への支援を行う際には「目標設定」がもっとも重要であり、目標設定のための多職種連携、ひいては勉強会等が鍵になることがわかった。今回のテーマである「介護予防事業におけるサービス提供最適化のためのアルゴリズム」とは、各専門職は生活行為と健康増進を分けて検討することが重要であり、生活行為と健康増進が両輪となって健康寿命の延伸につながるよう取り組むことがより良いアルゴリズムにつながるのではないかと考えられた。本研究は、介護予防事業におけるサービス提供最適化のためのアルゴリズムを開発することであった。研究を通して訪問型短期集中予防サービスに焦点を当て、高齢者の生活行為を支援するための方略を検討した。訪問型サービスC(訪問C)は、総合事業の対象者であり、なおかつIADLやADLを改善したいという意思が確認できれば、34ヶ月程度の期間に36回のリハビリテーション専門職(今回は作業療法士)の助言を行うことにより、ADLやIADLが改善することが確認できた。一方、訪問Cの利用者の中には健康関連QOLが実施後に低下する者がおり、生活への助言と健康増進の組み合わせが課題になることが明らかになった。本研究の目的を達成するためには、1)訪問型サービスの最善な提供方法の検討、2)施設型サービスにおけるサービス内容の検討、3)施設型・訪問型の組み合わせの検討が必要である。そのうち、1)については平成26年度に検討する事ができ、さらに、2)については各団体や施設に協力依頼を行うまでに進んでいる。また、2)および3)のための研究安全倫理の申請の準備も進んであり、おおむね順調に進展していると考えられる。
長石のカソードルミネッセンスを用いた衝撃変成作用の解明

天体衝突時の圧力や温度、保持時間を理解することで、隕石が受けた衝撃変成作用の詳細を把握することが可能となり、さらにこれらは太陽系形成や生命誕生を紐解く重要な鍵となる。従来の手法では、各パラメーターを定量的に評価することは困難であったものの、本研究から月や火星隕石を構成する長石のカソードルミネッセンス特性と圧力とに密接な関係性を見出すことができ、高圧実験により得られた長石の青色発光と圧力との検量線を用いて、天体衝突時の衝撃圧力と圧力保持時間を推定するに至った。さらに、月や火星隕石の衝撃圧力を系統的に評価することに成功し、月や火星表面で生じた天体衝突過程の全容が明らかとなった。火星や月隕石が被った衝突履歴を解明することは、天体表面の岩相分布の解釈や水の存在の示唆、月に関しては4138億年前に生じた後期重爆撃期における大量の隕石群の衝突と生命誕生の謎を紐解く重要な鍵となることから今日の惑星科学の分野において非常に重要なテーマとなっている。隕石が受けた衝突履歴やクレーター形成時の衝突規模を推定する上で衝突圧力は特に重要なパラメーターであるものの、貴重な隕石試料を破壊することなく高い精度で衝撃圧力を定量的に評価する手法はいまだに確立されていない。近年、地球上に産する変成岩の温度圧力条件を規定する新たな手法として高空間分解能を有するカソードルミネッセンス(CL)分光法の鉱物、特に長石への適用が期待されている。そのため、本研究では衝撃銃を用いた動的圧縮ならびにダイヤモンドアンビルによる静的圧縮実験により既知の衝撃圧力を加えた長石試料のCL測定から、圧力に伴う長石の発光特性の変化を詳細に記載すると共に、CLスペクトル測定ならびに波形分離解析から衝撃変成作用に起因する構造欠陥の特定ならびに欠陥密度の定量化を試みた。また、火星や月隕石(NWA2977など)に分布する長石の中でも、衝突によりガラス化したマスケリナイトを対象にCL測定から発光メカニズムの解明を行い、高圧実験により得られたデータと比較検討することでCLによる衝撃圧力計の開発を試みる。CL測定の結果、動的および静的圧縮実験により回収された長石ガラスにのみ特徴的な青色発光が検出され、その発光強度は加えた圧力と相関することが見出された。また、同じ圧力条件であれば静的圧縮実験の回収試料のほうが発光強度はより高いことから、発光強度は圧力保持時間にも依存することが示される。同様の青色発光がマスケリナイトにおいても検出されることから、保持時間を考慮することで隕石が受けた衝撃圧力を推定することが期待される。長石のカソードルミネッセンス(CL)を用いて隕石母天体が受けた衝撃変成作用を明らかにするべく、前年度までに衝撃変成作用を模擬した動的ならびに静的圧縮実験を各種長石に行い、回収試料のCL分析から衝撃変成作用により生成される構造欠陥の検出ならびにその欠陥性精密度が圧力、圧力保持時間ならびにSi含有量に依存することを明らかにした。これにより得られた検量線をもとに火星や月隕石に産出する長石の発光特性からそれぞれが受けた衝撃圧力を推定することを最終年度の目標とした。火星隕石には正長石とナトリウム成分に富むアルバイトが、月隕石にはカルシウム成分に富むアノーサイトが存在し、それらのCLスペクトル分析から衝撃変成作用を受けた長石に特徴的な紫外から青色領域のCL発光が検出された。各隕石の長石はSi含有量がそれぞれ大きく異なるため、Si含有量に対応した検量線を用いて衝撃圧力を推定した。その結果、圧力保持時間が10-6秒を有する動的圧縮実験をもとにすると圧力は25-35GPaの範囲に収まるのに対して、10-100秒オーダーである静的圧縮実験では15-25GPaと両者には約10GPa程度の差が生じる。天体衝突時の圧力保持時間は10-2から1秒オーダーといわれていることから、実際の圧力はこの間に収まることが示唆される。隕石に分布する長石の発光強度は比較的均一であり、一部衝撃溶融脈に接した長石のみ発光が極めて微弱であることがCL像観察から判明した。これは、ある閾値を超えない限りCLに対する温度の影響は極めて少ないことが示唆される。これらの結果から、現在までの提案されていた圧力計のほとんどが動的もしくは静的圧縮実験のどちらかのみに頼ったものであり、実際の天体が受けた衝撃圧力はそれらの中間的な値となることが判明した。そのため、従来の手法でこれまでに推定された様々な隕石の衝撃圧力を再度見直す必要がある。数物系科学これまでの研究では主に地球に産する長石を対象とした動的および静的圧縮実験とその回収試料のCL測定に尽力してきた。

長石はNa、KおよびCaを主成分とする三つの端成分からなる固溶体であることから、衝撃変成作用が長石の発光特性に及ぼす影響を解明するためには、化学組成や結晶構造を異にする種々の長石系列に対して高圧実験を行う必要がある。長石鉱物の種類は多いため、高圧実験の回数もおのずと増えることから回収試料の確保に非常に時間を要した。また、それぞれのCL測定ならびに波形分離解析についても大量のデータとなることから実験と解析については当初の予定よりも多くの労力を費やした。しかし、これら実験及び解析の結果、発光特性はNa、KおよびCa含有量や結晶構造には関係せず、SiおよびAlの量比と衝撃圧力保持時間に依存することが判明し、それぞれの長石鉱物に対して圧力と構造欠陥密度との検量線を得ることに成功した。これを元にSiおよびAlの量比を予め化学分析により評価し、圧縮保持時間を鉱物学的特徴などから推察することで隕石中のマスケリナイトに対して衝撃圧力推定が可能であることが示唆された。この点に関しては当初の予想よりも非常に明快なデータを得ることができ、発光特性に対するSiおよびAlの量比の補正手法についてもおおむね成功に至っている。圧力保持時間については引き続き保持時間を変えてのダイアモンドアンビルによる高圧実験を試みる予定である。このことから保持時間を踏まえたうえでの衝撃圧力推定と惑星科学的応用についての具体的な実現化の道筋が見えてきた。今後の計画としてはCL測定による月及び火星隕石に含まれるマスケリナイトの発光メカニズムの解明とCL分光法による圧力推定の実現を試みる。これまで主体的に行ってきた高圧実験から化学組成を異にする長石ごとの圧力と欠陥密度との検量線を得ることに成功した。圧力保持時間の影響を考慮することで実際の隕石中のマスケリナイトに対して圧力推定することが期待される。これまでのCL測定から、高圧実験の回収試料に共通して見られる青色発光がマスケリナイトにおいても検出され、その発光強度は先行研究により報告されている各種火星および月隕石の衝撃圧力に対応している。そのため、より詳細なCL測定ならびに波形分離解析を行うことで、検量線を元に定量的な衝撃圧力推定が期待される。CLは数マイクロメートルもの高空間分解能かつ非破壊分析を可能とすることから、試料量の問題や貴重なためにこれまで種々の分析が適用できなかった隕石試料に対しても圧力推定が可能である。さらにこれを踏まえて一連の月及び火星隕石に対してCLによる圧力推定を試みることで、これまでにない惑星科学への応用が期待される。例えば、種々の年代測定法と組み合わせた後期重爆撃期における天体衝突の規模や頻度を評価、小惑星の集積・分解過程の解釈、さらには隕石が放出した深さの推定から天体における岩相分布解析などが可能となる。本年度の研究計画として、衝撃変成作用が長石の発光特性に及ぼす影響を解明するべく、衝撃銃を用いた動的圧縮実験と回収試料のCL分光分析を行った。動的圧縮実験のために鉱物学的性質を異にする様々な産地の長石を用意し、そのうちアルカリ長石、斜長石およびバリウム長石系列のものについては研究を遂行することができた。
数式処理言語Mathematicaの分岐問題への応用

周期解の折り返し点または周期倍分岐点で作られる曲線上に現れる分岐点(結節点)の計算法をすでに提案していたが、解く方程式の中に本質的に同じ方程式が重複して含まれていることに気付き、それらを省くことによって、より次元の低い方程式で計算が可能であることがわかった。また、計算を高速に進めることが可能なIBMの互換機を購入し、計算の効率化を計った。IBM互換機で上記の特異性を持つ分岐点を見つけ、計算するプログラムを開発し、具体的に3次元の鉄共振回路で特異性を持つ分岐点を捜してみた。この追跡を実行している課程で、プログラムが充分使えることおよび計算時間も充分短いことがわかったので、パラメータを動かして計算していけば、いろいろ面白い点が見つかると思われる。さらに、3次元のパラメトロン方程式を解析するプログラムも作成したので、パラメータの値を動かしながら、周期解および周期解の折り返し点、ホップ分岐点を追跡していけば、特異性の高い新たな点を捜すことが可能である。準周期系については、準周期解かどうか判定しにくい解があるので、このような解をちゃんと計算するアリゴリズムの開発とその実際の計算に時間とメモリーを食われるから、それに対応するシステムが望まれる。幸い、本年末にはワークステイションの全面的な見直しが行なわれるので、これが実現すれば準周期解の計算も大いに進むと考えられる。数式処理言語Mathematicaを使って計算プログラムの短縮化と自動化を計るつもりであったが、最初に述べたように計算法自体を少し変えたので、それへの対応に追われ十分な成果は上がらなかった。
小径コアを用いたかぶりコンクリートの凍害深さの評価に関する基礎研究

日本の社会インフラは高度経済成長期を中心に建設されており,今後これらの劣化が大きな社会リスクとなると予想される。これからの持続可能な社会基盤の構築にはコンクリート構造物の長寿命化が不可欠であり,そのためには劣化診断・維持管理技術の向上が必要である。本研究は,構造物損傷の影響が小さく採取跡の補修が容易な小径コアをかぶりコンクリートの劣化診断に用いることを目的として,凍害劣化に伴い発生する微細ひび割れに着目し,これを簡易に観察して耐凍害性を評価する手法を開発するとともに新たな凍害深さ評価方法を提案しようと試みたものである。実験方法は凍結融解試験(JIS A 1148A法)により凍害劣化した角柱供試体から直径25mm,高さ50mmの小径コアを採取し,コア側面の幅10mm,高さ50mmを研磨した。そして,リニアトラバース法(ASTM C457-71)を参考にひび割れ密度(=ひび割れ総本数(本)/測線長(mm))を算出して相対動弾性係数との対応関係を求めた。さらに,角柱供試体の表面から深さ10mmごとにひび割れ密度を算出し,ひび割れ密度の深さ方向分布を求めた。主な研究結果は以下の通りである。(1)ひび割れ密度は相対動弾性係数が低下するほど増加して両者に相関関係が認められるため,ひび割れ密度はコンクリートの耐凍害性を評価できると考えられる。(2)凍害劣化したコンクリートのひび割れ密度は表層部分ほど大きく,内部に進むにつれて一定の値に漸近する傾向にあり,角柱供試体の劣化程度によって深さ方向のひび割れ密度が異なることを確認した。したがって,ひび割れ密度の深さ方向分布は凍害深さの指標となる可能性があると考えられる。
マウス・コンソミック系統群に見出された統合的致死現象の原因遺伝子の解析

コンソミック系統(A/J-7A^<SM>)の妊娠雌を帝王切開して得た産仔の詳細な観察を行った結果、D7Mit125-D7Mit355の領域がSM/J系統のホモ型となっている個体は一切蘇生しなかったが、その領域がA/J系統とSM/J系統のヘテロ型やA/J系統のホモ型となっている個体はともに約70%の個体が蘇生した。したがって、死亡原因は呼吸障害によると考えられたが、当該領域がSM/J系統のホモ型となっている個体の肺の組織学的な観察では、明確な異常が認められなかったため、呼吸障害は肺の異常以外に呼吸中枢の異常による可能性も推定された。A/J系統とSM/J系統を起源として樹立された23系統のSMXAリコンビナント近交系群のSDP(Strain Distribution Pattern)を構成するマーカー数を増やしてより詳細なSDPを構築し、Chr.7の中央部のSM/J系統由来の領域と相互作用して致死現象を起こすA/J系統由来の遺伝子の存在領域を再検証したが、目的とする領域はなかった。したがって、SM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子とA/J系統由来の遺伝子が相互作用して致死に至るのではなく、コンソミック系統作製の過程でSM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子に起きた変異が致死現象の原因と考え、D7Mit125-D7Mit355の領域内に存在する遺伝子から欠損マウスが致死となることが知られているIlk遺伝子について塩基配列と遺伝子発現を調べたが全く異常がなかった。次に、機能が不明であるが肺で強発現することが知られているDchs1遺伝子の発現を解析したところ、当該領域がSM/J系統のホモ型となっている個体ではこの遺伝子がほとんど発現していないことが判明し、この遺伝子に起きた何らかの変異がA/J-7A^<SM>系統の致死を起こしていると推定された。2種のコンソミック系統(A-7A^<SM>,A-7B^<SM>)においてSM/Jのホモ個体が得られない領域をMitマーカーにより解析した結果、その領域はD7Mit125-D7Mit355(最大1.59Mb)であった。Chr.7の中央部がA/J系統とSM/J系統のヘテロ型になっている個体同士の交配では、出生直前(E18.5)までホモソミック個体が期待分離比通り生存し、外見上ホモソミック個体に全く異常は認められなかった。しかし、生後1日の時点ではホモソミック個体は観察されず、分娩直後(出生後2時間以内)の観察では、既に死亡したホモソミック個体が複数発見された。また、帝王切開したホモソミック個体の肺の伸展は悪く、換気に障害があり死亡するる可能性が推定された。次に、A/J系統とSM/T系統を起源として樹立された23系統のSMXAリコンビナント近交系群について全ゲノム領域を網羅的にカバーするSDP(Strain Distribution Pattern)により、Chr.7の中央部のSM/J系統由来の領域と相互作用して致死現象を起こすA/J系統由来の遺伝子の存在領域の特定を試みた。その結果、Chr.4(D4Mit214)とChr.X(DXMit64)に致死遺伝子が存在する可能性が示された。そこで、その結果を以前に作出した207匹の(SM/J×A/J)F2群を用いて検証したところ、これらの領域にはA/J系統由来の致死遺伝子は存在しないことが判明した。即ち、SM/J系統由来の遺伝子(Chr.7)と相互作用しているA/J系統由来の染色体領域を見出すことはできなかった。したがって、SM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子とA/J系統由来の遺伝子が相互作用して致死に至るのではなく、コンソミック系統作製の過程でSM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子に致死的な変異が起きたため、その変異がホモ型となる個体が致死となっている可能性が推定された。したがって、SM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子とA/J

系統由来の遺伝子が相互作用して致死に至るのではなく、コンソミック系統作製の過程でSM/J系統のChr.7の中央部に存在する遺伝子に起きた変異が致死現象の原因と考え、D7Mit125-D7Mit355の領域内に存在する遺伝子から欠損マウスが致死となることが知られているIlk遺伝子について塩基配列と遺伝子発現を調べたが全く異常がなかった。次に、機能が不明であるが肺で強発現することが知られているDchs1遺伝子の発現を解析したところ、当該領域がSM/J系統のホモ型となっている個体ではこの遺伝子がほとんど発現していないことが判明し、この遺伝子に起きた何らかの変異がA/J-7A^<SM>系統の致死を起こしていると推定された。
「信頼」概念に着目した関係的かつ感情的な自律概念の研究

「自律」とは何か。それはいかにして達成されるのか。この問いは、古代ギリシア以来の哲学的問題であり、また、現在の市民社会における実践的課題でもある。本研究は「信頼」概念に着目する独自のアプローチによって、以下のような仕方で新たに自律概念を捉えなおすことを目的とする。(1)個人の能力ではなく、社会的に結ばれる「信頼」が自律を可能とすることを明らかにする。(2)「信頼」を醸成するのは理性的な推論だけでなく、感情的な交流でもあることを提示する。「自律」とは何か。
成体脊髄に内在する神経前駆細胞を用いた再生誘導療法の開発に関する基礎的研究

我が国には現在10万人以上の脊髄損傷患者がおり、毎年約5000人が新たに罹患している。現在の脊髄損傷の治療は、除圧固定手術とリハビリテーションが中心であり、ダメージを受けた脊髄自体の修復再生療法は今のところ皆無である。一方で、脊髄を含む成体中枢神経系の多くの領域に神経幹細胞や様々な前駆細胞群(ここではこれらを総称して神経前駆細胞と呼ぶ)が存在することが知られており、近年これら神経前駆細胞を利用した再生医療の可能性が動物実験において研究されている。本研究では、green fluorescence protein(GFP)発現レトロウイルス用いて成体ラット損傷脊髄内に内在する神経前駆細胞の表現型の同定と遺伝子導入・薬物投与効果を検討した。損傷脊髄内の増殖性細胞をGFPレトロウイルスで標識し、培養系でその性質を解析すると、損傷脊髄内の神経前駆細胞はこれまではグリア前駆細胞と考えられていたOlig2/Nkx2.2/NG2三重陽性の表現型で存在することが示唆された。損傷脊髄内でこれらの前駆細胞からニューロン、成熟オリゴデンドロサイトの再生が妨げられる機構としては、主に抑制的環境因子が考えられている。損傷脊髄内前駆細胞へのNeurogenin2の強制発現によってニューロン分化が促進し、さらにBDNF投与は新生ニューロンの生存維持に効果があった。一方で、Mash1の強制発現は成熟したオリゴデンドロサイトの増加に効果があった。これらの結果から、損傷脊髄内の神経前駆細胞は薬剤投与や遺伝子導入などの人為的操作によって、細胞補充療法の源として利用できることが示された。さらに、本研究で用いたGFP発現レトロウイルスによる標識とその解析法は、損傷脊髄の再生医療を目指した成体神経前駆細胞の応用に対する重要な手掛かりを与えるものと考えられた。本年度はまず、成体神経前駆細胞の培養系を用いて、損傷脊髄局所に発現する炎症性サイトカインの分化に対する作用を検討した。その結果、BMP4とCNTFは、ニューロン・オリゴデンドロサイト分化を抑制し、アストロサイトへの分化を促進した。逆に、これらの細胞内シグナル伝達を遮断する抑制型Smad (Smad6、Smad7)と優性抑制型STAT3の強制発現やBMPの活性を抑制するnogginは逆の効果を示した。したがって、これらのサイトカインは、損傷脊髄においてニューロン新生を抑制しアストロサイト分化を促進する機構の一つと考えられた。次に、これまでの解析から明らかとなったNotchのligandであるdelta-like1の優性抑制型(DN-D111)やbHLH型転写因子Ngn2のニューロン分化促進効果を、これらサイトカイン存在下に検討した。DN-D111の効果は抑制されたが、Ngn2の効果は維持されていた。よって、損傷脊髄内の前駆細胞に濃縮組換え型レトロウイルスを用いてNgn2の導入を試みた。その結果、コントロールウイルスでは観察できなかったニューロン新生誘導に成功し、その多くはGABA作動性ニューロンであった。一方で、他のbHLH型転写因子Mash1が、胎生期脊髄におけるオリゴデンドロサイトの発生に重要な役割を果たすことが、組織学的・培養系での検討から明らかとなった。損傷脊髄内では、オリゴデンドロサイト前駆細胞は増殖するも、分化・成熟が抑制されていると考えられている。そこで、Mash1を用いた成熟オリゴデンドロサイトの分化誘導を、上と同様に培養系・脊髄損傷モデルを用いて計画している。本年度は別のbHLH型転写因子であるMash1の成体神経前駆細胞の分化誘導に対する役割を検討した。初代培養系では、Mash1の強制発現によるニューロン分化促進効果は少ないが、オリゴデンドロサイト分化はより促進していた。よって、損傷脊髄内の前駆細胞に濃縮組換え型レトロウイルスを用いてMash1の導入を試みた。

損傷7日目のウイルス感染細胞は、コントロールと比較してオリゴデンドロサイトの系譜に分化していた。損傷14日目には、約半数がオリゴデンドロサイト前駆細胞の表現型を示し、損傷28日目には、少数ながらもコントロールウイルスでは観察できなかった成熟オリゴデンドロサイトへの分化が確認できた。Mash1は、胎生期脊髄におけるオリゴデンドロサイトの発生に重要な役割を果たすとされており、損傷成体脊髄内での成熟オリゴデンドロサイト分化をも誘導し得た。昨年のニューロン分化促進効果を持つNeurogenin2によるニューロン新生誘導と併せ、細胞レベルでの再生誘導は可能となった。本年度は、成体ラット損傷脊髄へのgreen fluorescence Protein (GFP)発現レトロウイルス導入と培養系の手法を用いて内在性神経前駆細胞の表現型の同定を試みた。損傷後3日目のGFP陽性細胞は、多くがOlig2/Nkx2.2/NG2といったグリア前駆細胞のマーカーを発現していた。このGFP陽性細胞の性質を培養系で検討すると、neurosphere法により増殖し、これらマーカーを発現した状態でneurosphereを形成した。さらに、増殖因子非存在下に分化誘導すると、全てのneurosphere内でニューロン・アストロサイト・オリゴデンドロサイトが混在して観察された。すなわち、GFPレトロウイルスで標識された細胞が、培養系で神経前駆細胞の性質を保持していることが示された。また、組織学的検討からは、損傷3日目の脊髄組織内でOlig2/Nkx2.2/NG2三重陽性細胞は、正常の約2倍に増加していた。一方で、内在性のMash1の発現は、損傷14日目に少数ながら出現したが、その後は減少した。これまでグリア前駆細胞と考えられていたOlig2/Nkx2.2/NG2三重陽性細胞の少なくとも一部は、内在性神経前駆細胞の性質を示し、損傷に応答し増殖していることが示された。しかし、オリゴデンドロサイトへの分化は部分的であり、分化・成熟が抑制されている一因が分子レベルで明らかとなった。以上より、損傷脊髄内の神経前駆細胞は、細胞補充療法の源として、薬物療法や遺伝子導入などの人為的操作の対象となり得る可能性が示唆された。
骨髄移植患者・家族の継続的支援に関する研究

本年度は、「造血細胞移植をうけた患者の心身の体験と対処」について、造血細胞移植後の患者8名に面接調査を実施した。移植後3年経過し、免疫抑制剤が継続されている1事例の分析の結果を以下に示す。無菌室退室後から現在までの心身の体験と対処は、経時的に7つの局面がみられた。A氏は、無菌室退室後、『予想を越えた急性GVHDの体験と体力、免疫機能の低下を自覚』し、『決められた制限を守り、早期退院をめざし』ていた。退院前後より、『予測した慢性GVHDの体験と回復への期待』を抱き、『慢性GVHDの予防、症状軽減をはかりながら基本的な制限事項を自分の日常生活にあわせ実施し』ていた。しかし、肺炎による再入院により『免疫不全状態にあることの再認識と死へ引き戻される恐れ』を体験し、『症状マネージメントが強化』された。その後も免疫抑制剤が切れないことに対し『免疫抑制剤連用による脅威』を感じ、『免疫抑制剤に対する自己管理能力を高めて』いた。そして、『移植後の現実の厳しさ、症状コントロールの困難感と回復の限界を自覚』し、『落ち込む気分を立て直し』ていた。しかし、『他人には理解されにくいという思い』を持ち、あえて『他人の理解は求めない』ようにしていた。現在は、『今のままでもよい』と『今に視点をおき、仕事と折り合いをつけている状況を肯定的にとらえようとし』ていた。また7つの局面は、『元の自分への希求』『元の自分と現在の自分のギャップへの葛藤』『現在の自分の承認』にまとめられ、この局面の移行を支えるものとして『生かされたという思いと自分の生の意味づけの模索』があった。本研究により、長期的な症状マネージメントや移植後の回復の限界や社会生活に適応していくための心理社会的サポートの必要性が示唆された。今後も対象者の分析をすすめるとともに、移植後の患者をサポートするための造血細胞移植患者の継続的支援プログラムの開発を実施していきたい。本年度は、造血細胞移植についての国内・国外の文献調査、骨髄移植、および血液疾患の方の患者会に参加、学会への参加などから研究課題への情報を収集した。国内の文献として、造血細胞移植看護においては、原著論文が少ない。第18回日本骨髄移植研究会(1995年、現造血細胞移植学会)第21回日本造血細胞移植学会(1998年)の計282の発表演題の分析では、患者のQOL、心理的ケアに関するものが圧倒的に多く、退院、継続看護に焦点を当てたものは7件と少ない。原著論文では、退院後の適応問題を明らかにしたもの、退院後の心理社会的側面での問題点を明らかにしたものがあるが、対象数が3名から7名と少なく一般化するには難しい。退院後の患者のQOLの調査は、いくつかあり、移植後の患者のQOLはおおむね良好であるが、病状に対する不安は継続しており、慢性GVHDがマイナスの影響をもたらすものとして示唆されている。国外の造血幹細胞移植患者の退院後の研究としては、QOL研究が多い。BMT後の患者のQOLを測定するFACT-BMTという測定用具や、患者だけでなく、家族のQOLを調査し、比較したものなどがある。現在、文献調査の内容をもとに、退院後の患者・家族の実態調査のための面接およびアンケート調査の質問内容を作成中である。
DNA育種の実現にむけたウズラの産卵・産肉性に関与する遺伝子座のゲノムマッピング

本研究の目的は、ウズラの経済的に重要とされる産卵や産肉性に関与する遺伝子座を明らかにすることである。これまでに、体重などの形質が大きく異なり、さらに遺伝的に分化している(遺伝マーカーの型に系統間で差異がある)と推測される2つのウズラの系統を親世代として、遺伝子マッピングに必要となる資源家系を造成した。これらの2系統の交配からF1を作成し、3ペアのF1を選んで全きょうだい交配を行った。そして、合計で383個体のF2を生産した。この資源家系のF2に関して、初産日齢、卵重、卵内部形質(卵黄重、卵黄高、卵白高など)、産卵率、体重(週齢毎)などの形質データの収集を実施した。以上のように、今年度には前年度までに残っていた多数のF2に関して形質データを収集することができた。さらに、383個体のF2のうち、形質データが十分に収集できており遺伝子マッピングに使用可能である342個体を選抜した。この342個体に関して血液試料を収集して、SNP(一塩基多型)部位の遺伝子型判定に用いるためのDNAの抽出を実施した。今後は、これらのDNAを使用してF2の各個体を対象にSNP解析を行い、遺伝子マッピングに必要となる遺伝子型情報を整備していく予定である。これまでに、資源家系に用いた2系統の間には、SNPの遺伝子型に多数の違いがあることが判明している。したがって、ウズラの経済的に重要な形質を支配する遺伝子座のマッピングが可能になると考えられる。多数のF2個体について、SNP部位の遺伝子型の判定のためのDNA抽出を完了できており順調に進展している。今後は、F2個体のSNPの遺伝子型判定を優先して行う予定である。今年度には、SNPの遺伝子型判定を実施しなかったため、若干の残額が生じたが、翌年度分と併せて遺伝子型判定の費用として支出する予定である。
質量分析法とキャビティオミクス解析を用いた蛋白質の「揺らぎの震源地」 の解析

タンパク質が形成する空洞を網羅的に解析する方法のパーシステントホモロジー群は,タンパク質内の原子を0単体とし,各ファンデルワールス半径からなる球で近似した3次元対象のnerveをとり,ファンデルワールス半径を実数倍し,トポロジカル・キャビティがホモロジー群として生成・消滅する。この解析を施すと、リパーゼでは半径関数0.8付近のピークは小さな空洞を,半径関数1.5付近のピークは大きな空洞(ロバスト空洞)を表す。本研究では,様々な種類のタンパク質にHD交換実験を行い,各タンパク質のHD交換速度を算出し,その結果とパーシステントホモロジーの相関からタンパク質の空洞がHD交換に及ぼす影響を考察した。キャビテイを位相幾何学的な手法で網羅的に数え上げる方法論はこれまでになく,キャビティオミクス解析と呼ぶべき新しい切り口である。これと蛋白質分子の揺らぎとを組み合わせることによって,蛋白質の揺らぎの根源(=揺らぎの震源地)の構造の特定をめざす。この「揺らぎの震源地」が特定できると,構造生物学の他,酵素工学や生合性工学など蛋白質の機能改変にも波及する概念が確立する。球状蛋白質を用いて,適切な幾何モデルの導出とそれに対するホモロジー群を用いた蛋白質内のキャビティの位相幾何学的定量化を行う。次に水溶液中での蛋白質全体のH/D交換反応速度をESIイオン化法により測定する。これらの速度定数とキャビティ・スペクトルなどホモロジー群から得られる指標との相関を探索的因子分析法により分析し,蛋白質の揺らぎの位相幾何学的主因子(FIH)を明らかにする。また,幾何モデル上で2次ホモロジー群の最小生成元を求め,キャビティの生成元を解明する。実験的には,各キャビティを形成するペプチドフラグメントのH/D交換速度を観測し,H/D交換速度から得られた揺らぎの空間的伝播情報から「揺らぎの震源地」を明らかにする。蛋白質の事例数を増やすと共に,必要であれば幾何モデルの修正を行い,より精度高いFIHの定量化をめざした。アルツハイマー病の原因物質であるアミロイドβをソフトなイオン化法であるMALDI質量分析で測定すると,分子イオンの他にいくつかのフラグメントイオンが観測される。本研究ではこのフラグメント化の原因を調べるとともに,フラグメント領域から有用な情報を得るため効率的にフラグメント化を生じるマトリックスを検討した。いくつかのマトリックスにおいてフラグメントイオンの強度を比較するとイオン化エネルギーの小さなものほどc-イオンの強度は大きくなり,最もイオン化エネルギーの小さな1,5-Diaminonaphthalene (1,5-DAN,イオン化エネルギー6.7 eV)のとき最大強度のフラグメントイオンが得られ,この質量差から容易にアミロイドβの配列情報が得られた。またイオン化エネルギーの大きなマトリックスではa-イオンが観測され,イオン化エネルギーが大きなものほどフラグメント強度の増大が見られた。タンパク質構造の解析手法の1つに,質量分析法とHD交換法を組み合せる手法がある。また、タンパク質が形成する空洞を網羅的に解析する方法として,パーシステントホモロジー群がある。パーシステントホモロジー群は,平成23年に,濃野・平岡らが提唱した解析手法であり,タンパク質内の原子を0単体とし,それらを各ファンデルワールス半径からなる球で近似した3次元対象のnerveをとったものから,ファンデルワールス半径などを実数倍することで,トポロジカル・キャビティ(T-キャビティ)がホモロジー群として生成・消滅する。半径関数0.8付近のピークは小さな空洞を,半径関数1.5付近のピークは大きな空洞(ロバスト空洞)を表している。本研究では,様々な種類のタンパク質にHD交換実験を行うことで,各タンパク質のHD交換速度を算出し,それらの結果とパーシステントホモロジーの相関から,タンパク質の空洞がHD交換に及ぼす影響を考察した。タンパク質のHD交換速度とタンパク質を構成する疎水性アミノ酸の数に相関があることがわかった。また,HD交換速度とパーシステントホモロジーとの相関から,タンパク質の疎水性度と空洞の数,大きさもHD交換速度を決めることが明らかとなった。このことから,従来のHD交換実験において,HD交換速度はタンパク質の持つ水素結合で決定されていたが,タンパク質内部の疎水性アミノ酸がもたらす空洞に重水が入る速度がタンパク質のHD交換速度を決めている要因の1つであることが示唆された。幾何モデル上で2次ホモロジー群の最小生成元を求め,キャビティの生成元を解明。また各キャビティを形成するペプチドフラグメントのH/D交換速度を観測し,H/D交換速度から得られた揺らぎの空間的伝播情報から「揺らぎの震源地」を明らかにする。前年度の研究を継続・発展させ,蛋白質の事例数を増やしたと共に,幾何モデルの修正を行い,より精度高いFIHの定量化をめざした。