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半導体における永久スピン旋回状態を基軸とした革新的スピン機能創出

本研究では、半導体においてスピン情報が失われる「スピン緩和」を根本的に解決する技術革新を提供し、スピン緩和の制限を全く受けない新規スピン機能創発とその素子応用を図るものである。この目的のなかで半導体のスピン軌道相互作用が持つ内部対称性に着目し、スピン緩和が完全に抑制される永久スピン旋回状態の物理とそのデバイス応用を目指している。本年度は、永久スピン旋回状態に対する高次のスピン軌道相互作用の効果について理論的な研究を行った。具体的には(001)と(110)結晶方位に成長した量子井戸構造において、ドレッセルハウス3次項の影響が異なることを明らかにし、さらにその影響が光学測定と電気測定に依存することを示した。この事は3次項の有効磁場がその大きさのみならず方向も極めて重要であることを意味し、今後の永久スピン旋回状態をデザインするための有用な指針を得た。また実験的にスピンモードが有する位相速度を考慮することでスピンダイナミクスの詳細を説明できることを明らかにした。この様な永久スピン旋回状態に関わる研究と共に、将来的なスピン制御に向けて、既存の手法とは全く異なるスピン軌道ロッキングを用いた新たなスピン制御法を実験的に確立した。4年目に入り、これまで蓄積してきたスピンダイナミクスの実験的および理論的な理解をもとに、新しい現象や物理を生み出すフェーズに移り変わりつつある。特に永久スピン旋回状態の安定性を決める高次のスピン軌道相互作用の影響については、これまでわかっておらず同時に応用上も極めて重要であることから、理論的に明らかにできた意義は大きい。さらに、スピン軌道相互作用を活用して、新規なスピン制御法を生み出すことが出来たことも、これまで蓄積してきたスピン軌道相互作用やスピン緩和機構の理解がもとになっている。これらの理由により、長距離スピン輸送やスピン制御に関連する高次の研究が展開されており、順調に進展していると言える。最終年度となる来年度は、これまで行ってきたスピン軌道相互作用の設計、スピン緩和機構やそのダイナミクスの解明と永久スピン旋回状態を用いたデバイス応用に向けた取り組みの集大成として、スピンモードの長距離輸送に関わる物理を明らかにし、スピンモードが有するこれまでにない物理を明らかにしていく。同時に、本研究開始する前までは分からなかったスピン拡散におけるスピン軌道相互作用の影響が、この4年間でかなり深く理解が進電気ていることから、最終年度はスピン拡散が生み出す新たな物理を明らかにし、拡散運動を制御することで、初めて分かるスピン揺らぎなどの影響に取り組んで行く。本年度は時間分解カー回転測定を構築すると共に細線構造における永久スピン旋回状態の実現とスピン緩和増大を試みてきた。この永久スピン旋回状態を実現する上では半導体量子構造におけるRashbaおよびDresselhausスピン軌道相互作用の強さを精密測定することが不可欠となる。これまでこの2種類のスピン軌道相互作用の評価にはドリフト輸送や空間分解を用いたKerr回転測定が用いられてきた。しかしながらこれらの手法では電場を印加する必要やレーザースポットを1um程度まで絞る必要があった。スピン軌道相互作用の精密評価は本研究において基盤技術となることから、電子の拡散運動を用いることでスピン軌道相互作用に起因する有効磁場をより簡便に測定する手法を考案し実証した。また、通常永久スピン旋回状態は2種類のスピン軌道相互作用の強さを等しくすることで初めて実現するものであり、そのためには外部からゲート制御などの手法が必要であった。RashbaもしくはDresselhausスピン軌道相互作用のみだけで永久スピン旋回状態が実現できれば、Rashbaスピン軌道相互作用の弱いGaNやZnOさらにはSiなどの材料系でも長距離スピン輸送が実現できる。そこで細線構造を用いた時間・空間分解Kerr回転測定により横方向の閉じ込めによっても同様に、永久スピン旋回状態が実現できることを示した。本年度が本研究の初年度であったことから、時間分解カー回転測定によるスピンダイナミクス測定基盤の構築と微細加工および表解析手法に重点を置いて研究を推進してきた。その結果、電子の拡散運動を利用した新たな手法によるスピン軌道相互作用の評価手法を構築することができた。これまで電子の拡散領域におけるスピン軌道相互作用の物理については未解明なところが多かった。かつ構築した評価手法は電流印加や空間分解を一切必要としないことから迅速な評価技術となるため次年度以降新たな量子構造を用いた永久スピン旋回状態評価の基盤技術となる。さらに、微細加工を施した細線構造を用いることでも、永久スピン旋回状態が実現できることを明らかにした。通常永久スピン旋回状態は2種類のスピン軌道相互作用作用を等しくする必要があるが、横方向閉じ込めを用いることでRashbaもしくはDresselhausスピン軌道相互作用のみでも長距離スピン輸送が実現できることを意味する。このことは、GaAsに限らずRashaスピン軌道相互作用の弱いGaNやZnOさらにはSiやGeなどの材料系でも細線にすることで永久スピン旋回状態が実現できることを意味し、次年度以降の材料選択の幅を大きく広げるものとなった。本研究では、永久スピン旋回状態を用いたスピン緩和抑制を確立し、さらにナノ構造制御・結晶方位制御と組み合わせた長距離スピン輸送と電気的スピン制御の両立、そしてスピンインバータに向けたチャネル要素技術を構築する。このような目的のもと、本年度は電子の拡散およびドリフトによる輸送下での長距離スピン輸送および潜在的なスピン緩和の起源について詳細にしらべた。

これまで電子スピンは半導体において輸送される場合、有効磁場を感じながら歳差運動することは知られていたが、スピンが拡散する場合とドリフト輸送される場合で異なる有効磁場が働いていることは全く知られていなかった。本研究では、この違いを明らかにするとともに、この差が生まれる原因がドレッセルハウススピン軌道相互作用に起因することを見出し、ドレッセルハウススピン軌道相互作用係数の精密測定を可能にした。通常ドレッセルハウススピン軌道相互作用係数を求める場合には、井戸幅依存性などのデータから求める必要があったが、本手法は単一量子井戸のサンプルを用いてドレッセルハウススピン軌道相互作用係数のみを評価することができるため、今後のスピン軌道相互作用の基盤技術になり得る。さらにドリフト輸送を用いることで電子スピンを100ミクロン以上の距離輸送できることを示し、永久スピン旋回状態が示す潜在的なスピン輸送におけるポテンシャルを引き出しつつあることを確かめた。GaAs量子井戸構造を用いてバイアス電圧を印加することで、円偏光励起されたスピン偏極電子を永久スピン旋回状態でドリフト輸送させた。その結果、有効磁場がキャンセルされている結晶方位では全くスピン歳差運動が誘起されないのに対し、有効磁場が最大となる結晶方位では、スピン歳差運動しながら100ミクロン以上の距離スピン輸送できることを明らかにし、永久スピン旋回状態の大きなポテンシャルを示した。本年度は研究が始まって2年目であるが、当初の予定通り時間分解スピン計測法が立ち上がり、全体計画に示していた永久スピン旋回状態におけるスピン緩和評価やバイアス制御によるスピン緩和抑制(これは次年度の研究を先取りして実施)が実現でき、順調に進んでいると考えられる。本研究では、半導体においてスピン情報が失われる「スピン緩和」を根本的に解決する技術革新を提供し、スピン緩和の制限を全く受けない新規スピン機能創発とその素子応用を図るものである。この目的のなかで半導体のスピン軌道相互作用が持つ内部対称性に着目し、スピン緩和が完全に抑制される永久スピン旋回状態の物理とそのデバイス応用を目指している。本年度は、昨年度から引き続きドリフト輸送におけるスピンダイナミクスの詳細について調べており、ドレッセルハウススピン軌道相互作用の高次項がドリフト輸送において増強されることを明らかにした。通常空間伝搬するスピンの歳差運動周波数はドリフト速度によらず一定となるが、ドリフト輸送により電子温度が上昇し電子分布が変化すると、ドレッセルハウススピン軌道相互作用の高次項がこの歳差運動周波数を変調することが明らかになった。また、本年度からIII-V族半導体以外の永久スピン旋回状態にも着目をし研究をすすめ原子層材料であるGaSeにおけるスピン緩和時間を弱反局在測定から明らかにすることが出来た。
新奇な超分子化学的結晶設計による純有機フェリ磁性系の構築

本研究グループでは以前,基底1重項ビラジカルとモノラジカルの反強磁性的な交互1次元鎖が,広義のフェリ磁性的基底状態と非磁性基底状態を取り得ることを理論計算から提案している(一般化フェリ磁性理論).前年までの研究で,理論を部分的に実証するモデル系を得たが,構造までは明らかに出来ていなかった.本年度は,このモデル系に構造の異なる結晶多形があることを明らかにし,異種スピン量子数導入型の三元系錯体化合物(フェノレート置換ビラジカル-クラウンエーテル置換モノラジカル-アルカリ金属)の結晶構造を初めて決定した.理論によると1次元鎖の基底状態は,ビラジカル分子内とビラジカル-モノラジカル間の相互作用の大小関係に強く依存する.これらの相互作用に変化を与えるには,外場の他に,分子に化学修飾を施す方法がある.特に,ビラジカル分子内の相互作用に変化を与える目的で,メタフェニレン型の基底1重項ビラジカルにかさ高い置換基を導入した.磁化率解析の結果,置換基導入体では無置換体に較べて,劇的に分子内相互作用が変化することが分かり,化学修飾の有用性を示す結果を得た.理論のモデル系を得る方法として,上記の超分子アプローチと並行して,ビラジカルとモノラジカルをσ結合で連結する共有結合(トリラジカル)アプローチも試みた.このトリラジカルは分子内に2種類の磁気的自由度を持つことを希釈条件の磁化率の解析から決定した.また,トリラジカルの分子骨格を二等辺三角形型に近づけることで,理論のモデル系として望ましい交互1次元鎖構造を取りやすいことが分かった.本研究を通じて,多成分系・単成分系の開殻有機分子の分子結晶について,分子の電子状態と非共有結合性分子間力の制御を含む結晶工学的方法により,結晶構造・分子配列を部分的に制御し,有機フェリ磁性をはじめ,分子由来の特異な磁気挙動を発現させる方法論を示した.超分子化学的アプローチによるクラウンエーテル錯体の合成と磁気的性質本研究グループでは以前,基底1重項ビラジカルとモノラジカルの反強磁性的な交互1次元鎖が,広義のフェリ磁性的基底状態と非磁性基底状態を取りえることを理論計算から提案している.1次元鎖がフェリ磁性的基底状態を取るか,非磁性基底状態を取るかは,ビラジカル分子内とビラジカル-モノラジカル間(分子間)の相互作用の大小関係に強く依存する.この全く新しい磁性概念を我々は「一般化フェリ磁性理論」と呼んでいる.一般化フェリ磁性理論を実験的に検証するために,スピン量子数の異なる開殻分子に電荷を与えて,クーロン力を利用して分子配列を制御しようとする"超分子化学的アプローチ"を提案した.クラウンエーテル誘導体を合成し,ESRスペクトルと磁化率の解析から,電荷導入型の超分子アプローチの構成分子になることを示した.さらに,基底1重項(S=0)の荷電ビラジカルを用いることにより,三元系錯体化合物(フェノレート置換ビラジカル-クラウンエーテル置換モノラジカル-アルカリ金属)を超分子化学的アプローチに基づいて合成した.磁化率の解析から,この錯体が,全く新しい磁性概念である"一般化フェリ磁性理論"を部分的に実証する非磁性基底状態をとることを明らかにした.本研究で,多成分系の開殻有機分子の分子結晶について,分子の電子状態(スピン状態)の制御を含む結晶工学的方法により,結晶構造・分子配列を部分的に制御し,有機フェリ磁性をはじめ,分子由来の特異な磁気挙動を発現させる方法論を示した.また本研究の成果は,分子磁性の分野のみならず,広く「他成分系有機物質の結晶設計」に対して波及効果をもたらした.本研究グループでは以前,基底1重項ビラジカルとモノラジカルの反強磁性的な交互1次元鎖が,広義のフェリ磁性的基底状態と非磁性基底状態を取り得ることを理論計算から提案している(一般化フェリ磁性理論).前年までの研究で,理論を部分的に実証するモデル系を得たが,構造までは明らかに出来ていなかった.本年度は,このモデル系に構造の異なる結晶多形があることを明らかにし,異種スピン量子数導入型の三元系錯体化合物(フェノレート置換ビラジカル-クラウンエーテル置換モノラジカル-アルカリ金属)の結晶構造を初めて決定した.理論によると1次元鎖の基底状態は,ビラジカル分子内とビラジカル-モノラジカル間の相互作用の大小関係に強く依存する.これらの相互作用に変化を与えるには,外場の他に,分子に化学修飾を施す方法がある.特に,ビラジカル分子内の相互作用に変化を与える目的で,メタフェニレン型の基底1重項ビラジカルにかさ高い置換基を導入した.磁化率解析の結果,置換基導入体では無置換体に較べて,劇的に分子内相互作用が変化することが分かり,化学修飾の有用性を示す結果を得た.理論のモデル系を得る方法として,上記の超分子アプローチと並行して,ビラジカルとモノラジカルをσ結合で連結する共有結合(トリラジカル)アプローチも試みた.このトリラジカルは分子内に2種類の磁気的自由度を持つことを希釈条件の磁化率の解析から決定した.また,トリラジカルの分子骨格を二等辺三角形型に近づけることで,理論のモデル系として望ましい交互1次元鎖構造を取りやすいことが分かった.

本研究を通じて,多成分系・単成分系の開殻有機分子の分子結晶について,分子の電子状態と非共有結合性分子間力の制御を含む結晶工学的方法により,結晶構造・分子配列を部分的に制御し,有機フェリ磁性をはじめ,分子由来の特異な磁気挙動を発現させる方法論を示した.
児童・生徒の地理・歴史リテラシーを育む「地歴統合型授業」の開発と実証的検討

本研究では,児童・生徒の地理・歴史リテラシーの育成方法を明らかにするために,(1)社会科・地歴科教科書,実践資料等における発問の分析,(2)小学校・中学校・高校における「地歴統合型授業」のプロセスと効果の分析,(3)小中学校における「地歴統合型単元」の開発と検証を行う。(1)に関して,学会等で文献資料の収集・分析を行った結果,地理・歴史リテラシーの育成には,現代的な非定型問題を段階的に設定して(例:貧富の差がある状況下での共生に必要な事柄と必要な政策;産業の振興と持続可能な開発との関係と今後の展望)多様な理由を探究させること,世界の各地域の特質(地理的事象)やある地域の変遷(歴史的事象)の理由を探究させることが有効であることが示唆された。(2)に関して,地理・歴史リテラシー育成の観点から,社会科・地歴科授業の観察を行い,生徒・教師の発話内容などにもとづいて概念的理解の深化過程を試行的に分析した。中学校社会科の授業では,鎌倉時代のある資料をもとに「何が売られているか。買っているのはどういう人か。店の経営に何が必要か」を問う非定型問題が設定され,クラス全体で協同探究が行われた結果,各地の特産品の売買,購入者としての農民や武士,現金の必要性と金融業者の出現,といった多様でかつ本質に迫る考えが引き出された。概念的理解を深めるには資料を多様な観点から検討する非定型問題が有効であり,地域的特性の検討により,地理的事象と歴史的事象が関連づけられて理解がさらに深まる可能性が推察された。高校世界史の授業では,前提問題(ある条件を満たす国の地理的特質)→導入問題(時代の異なる2つの資料にみられる主張の特徴と問題点)→協同探究→展開問題(当時の会議に参加した場合の発言内容)の順に展開することで,地理的分布と歴史的変化が関連づけられて概念的理解が深まることが示唆された。「地歴統合型授業」の特質を有する社会科・地歴科授業の観察・分析を,校種を越えて開始しており,また,小学校・中学校・高校で社会科や地歴科を担当している教員に対する研究協力の依頼や研究打ち合わせなども進んでいるため。本年度の研究の進展を生かして,次年度においては,各生徒の記述内容の分析も含めて,「地歴統合型授業」のプロセスと効果の分析を進めると同時に,「地歴統合型単元」の開発にも着手する。また,社会科・地歴科関連の授業実践資料の分析に加えて,現行の社会科・地歴科教科書に関する発問等の分析も開始する。本年度は,小中高の教員等,研究協力者への依頼と研究打ち合わせを行い,それらの研究協力者との実践協同研究については,次年度に本格的に実施・分析・発表を行うこととなったため。
Middleboxにおけるネットワークトラヒックエンジニアリング機構の評価と実装

ネットワーク制御を行うMiddleboxの対象としてトラヒックエンジニアリングを実現する場合、動的経路制御のための経路変更とトラヒックの転送状況の計測が重要となる。今年度は動的経路変更の効果を解析的に明らかにし、その際必要となるパケット廃棄率特性の推定手法の提案と実装を行った。MPLS (Multi-Protocol Label switching)ネットワークにおける効果的なトラヒックエンジニアリング(TE)の実現のために、Ingress-Egress LSR間のプライマリパス(現在のIP経路制御における最小ホップ経路)を主に利用するが、プライマリパスの資源利用率が予め設定しなパス切替閾値を越えた場合にプライマリパス以外に利用可能な迂回パスのうちの1つを利用するtwo-phase path management手法を提案し、最適なパス切り替えタイミングを待ち行列理論を用いて定量的に評価した。また、その評価のために、先行研究において提案したShared 2×M/M/c/c待ち行列システムを拡張した閾値付きShared N×M/M/c/c待ち行列システムを評価した結果、迂回パス数が2、3本と比較的小規模なネットワークにおいては、プライマリパスの資源が不足した場合のみの迂回が効果的であるが、より規模が大きくなると、プライマリパスの資源利用率が89割に達した場合に迂回することでフロー損失率を大きく改善可能であることを定量的に明らかにした。2.パケット廃棄率の推定手法の提案と実装パケットの転送遅延、廃棄率などを計測する一手法であるアクティブ計測手法においては、プローブの転送量を少量で、高精度に推定するために、プローブの転送を連続的に転送して計測される状態の相関を利用するパケットトレイン方式が有効である。しかし、パケット廃棄率など発生頻度が極めて小さい事象の推定には、それでもなお多くのパケットトレイン転送を必要とするが、ここでは、パケットトレインの転送遅延から廃棄率特性を間接的に推定する手法を提案し、テストベッドネットワークでその有効性を検証した。ネットワーク制御を行うMiddleboxにおいて、トラヒックエンジニアリングを対象とした場合の要求機能として、動的経路制御のための経路表更新とトラヒックの転送状況計測がある。今年度は、機能実装に先立ち、トラヒックエンジニアリングの性能解析と、ネットワーク特性計測における可用帯域推定手法の提案・評価を行った。1.MPLSネットワークにおけるトラヒックエンジニアリングの性能解析トラヒックエンジニアリングの目的は、i.ユーザの要求サービス品質(Quality of Service,QoS)の提供、ii.ネットワーク資源の有効利用、に大別される。これらの目的を達成するために、MPLSネットワークにおいて複数のIngress(入力)LSRと1Egress(出力)LSRで構成されるネトワークを古典的なM/M/n/n待ち行列システムを応用してモデル化し、i.ii.両方を満たすトラヒックエンジニアリングの性能評価のための理論解析を行った。数値結果より、各入力LSRへの注入トラヒック量に極端に偏りがある場合、その量が少ない入力LSRに収容されるユーザ性能の劣化を招くが、均一、もしくは軽微に不均一である場合は、全ユーザの性能向上が可能であることを示した。なお、ii.の資源有効利用に関しては、常にその効果が得られることを明らかにした。2.パケットトレインを利用したEnd-to-End可用帯域推定方式の提案と性能評価トラヒックエンジニアリングを行うためには、ネットワークを構成するルータ/リンク利用率や転送トラヒック量を計測し、各ユーザに提供されるQoSや利用可能帯域を精確に推定する必要がある。このネットワーク特性計測・推定技術は、i.Active Measurement、ii.Passive Measurementに大別される。i.は、ユーザがトラヒック転送時にプローブパケットを注入して、その被る転送遅延や損失からネットワークの各種状態を統計的に推定する方式である。この方式では、注入プローブパケット量が少ないと統計誤差が大きくなり、多すぎるとネットワークの状態を撹乱して、所望の特性を得ることができない。しかし、あるEnd-to-Endパスの利用可能帯域(可用帯域)を推定するためには、一般的にi.の方式が望ましく、プローブパケットの注入方式に間欠的ではなく連続して転送するパケットトレイン方式を採用したいくつかの推定手法が提案されている。しかし、各方式における計測時間の高速性やプローブ転送負荷量の比較は不十分で、実装容易性を考慮してはいない。そこで、パケットトレイン方式を適用した可用帯域推定方式を提案し、トレイン内パケット転送遅延の増加特性を直接利用することで、計測対象パスにルータが一つしかない簡易なネットワーク下で、迅速かつ低負荷で推定可能であることを示した。

また、その評価のために、先行研究において提案したShared 2×M/M/c/c待ち行列システムを拡張した閾値付きShared N×M/M/c/c待ち行列システムを評価した結果、迂回パス数が2、3本と比較的小規模なネットワークにおいては、プライマリパスの資源が不足した場合のみの迂回が効果的であるが、より規模が大きくなると、プライマリパスの資源利用率が89割に達した場合に迂回することでフロー損失率を大きく改善可能であることを定量的に明らかにした。2.パケット廃棄率の推定手法の提案と実装パケットの転送遅延、廃棄率などを計測する一手法であるアクティブ計測手法においては、プローブの転送量を少量で、高精度に推定するために、プローブの転送を連続的に転送して計測される状態の相関を利用するパケットトレイン方式が有効である。しかし、パケット廃棄率など発生頻度が極めて小さい事象の推定には、それでもなお多くのパケットトレイン転送を必要とするが、ここでは、パケットトレインの転送遅延から廃棄率特性を間接的に推定する手法を提案し、テストベッドネットワークでその有効性を検証した。
冷戦期の日米文化外交と国民文学の必要性―国民作家フォークナーの創生―

本研究は、冷戦期の日米両国における国民文学創生の必要性とその意義について、ウィリアム・フォークナーの政治的及び文化的役割に着目しつつ、特に南部文学の国民文学化という観点から再検証する。冷戦期の文化外交において、反共イデオロギーを体現する国民的作家としてのフォークナーは南部文学の国民文学化することとなる。それは冷戦イデオロギーを脱政治化するプロパガンダでもあり、かつ日本におけるフォークナーの受容を通じて同国の戦後イデオロギーの形成をも促した。こうした状況を批判的に検証し、日米における戦後の国民文学の意義と、日本とアメリカ南部に共通する文学史上のポストコロニアル的状況を明らかにすることを目指す。
設置が簡易で安全に武道の指導ができる施設・用具の開発

申請者らがこれまでに開発し実用化した、体育館などの床に簡易な作業により柔道畳を堅固に固定できる、柔道畳簡易設置ユニット「トメ太朗」を基本技術として、その力学的な見地からの有効性の検証を行った。併せて、この技術を用いて体育館などに短時間で的確に設置でき、かつ初心者や子どもでも安全に相撲ができる「簡易安全土俵マット」を開発し実用化した。また、柔道の安全指導のための教材として、中学校柔道授業における「形」の構築を試みた。本研究では、「設置が簡易で安全に武道の指導ができる施設・用具の開発」を研究課題として、申請者らがこれまでに開発し実用化した、体育館などの平板床に簡易な作業により、柔道畳を堅固に維持固定できる簡易柔道畳設置ユニット(以下、「トメ太郎」と称する)を基礎技術として、その力学的見地からの有効性の検証を行うこと。併せて、この技術を用いた体育館、講堂、空き教室などの場所を選ばずに短時間で的確に設置でき、かつ初心者や子どもでも安全に相撲ができる「簡易安全土俵マット」の基本設計の確立と、その実用的評価を目的としている。二年目となる本年度は、「トメ太郎」の有効性を発揮するための的確な設置手順のマニュアル作成データと、携帯型デジタル高解像度高速度カメラ一式を用いた畳の固定力の検証実験データを収集した。さらに、研究を進める中で、「安全な武道指導」という目的を達成するためには、施設・用具などのハード面のみならず、指導法などのソフト面の充実も必要不可欠であるとの考えに至った。そこで、初年度より継続して、中学校学習指導要領に例示として示されている9つの基本的な投げ技を用いた「中学校柔道授業の形」の構築を試み、その研究成果として学会発表、論文発表を行うことができた。加えて、「中学校柔道授業の形」の教材(テキスト)化を目的とした研究打ち合わせ、並びに「柔道授業で使える技のきっかけ」の考案のためのデータ収集と解析を行った。本研究では、「設置が簡易で安全に武道の指導ができる施設・用具の開発」を研究課題として、申請者らがこれまでに開発し実用化した、体育館などの平板床に簡易な作業により、柔道畳を堅固に維持固定できる簡易柔道畳設置ユニット(以下、「トメ太朗」と称する)を基本技術として、その力学的な見地からの有効性の検証を行うこと。最終年度となる本年度は、初年年より継続している「トメ太朗」の有効性を発揮するために必要となる、的確な設置手順を明示したマニュアル作成のための基礎データをまとめ、研究成果として学会発表を行うことができた。さらに、研究を進める中で、前年より「安全な武道指導」という目的を達成するためには、施設・用具などのハード面のみならず、指導法などのソフト面の充実も必要不可欠であるとの考えに至っている。そこで前年、論文発表を行ったテーマである「中学校柔道授業における形構築の試み」をベースにさらに研究を進めた。その結果、本年度は中学校学習指導要領に、例示として示されている7つの基本的な投げ技を用いた「柔道授業で使える技のきっかけ」構築のためのデータ収集と解析を行い、新たな論文発表のための最終的な作業を行うことができた。本研究では、「設置が簡易で安全に武道の指導ができる施設・用具の開発」を研究課題として、申請者らがこれまでに開発し実用化した、体育館などの平板床に簡易な作業により、柔道畳を堅固に維持固定できる簡易柔道畳設置ユニット(以下、「トメ太郎」と称する)を基礎技術として、その力学的な見地からの有効性の検証を行うこと。併せて、この技術を用いた体育館、講堂、柔道場、空き教室などの場所を選ばずに短時間で的確に設置でき、かつ初心者や子どもでも安全に相撲ができる「簡易安全土俵マット」の基本設計の確立と、その実用的評価を目的としている。初年度である本年度は、「簡易安全土俵マット」に関して当初の計画以上に研究が進展し、その研究成果として実用新案登録、学会発表、論文発表、実用化(製品開発)を行うことができた。また、申請者らがこれまでに開発し実用化した、「トメ太郎」の力学的な見地からの有効性の検証について、携帯型デジタル高解像度高速度カメラ一式等を用いて実験を行い、データの収集と解析を行っている。さらに、研究を実施する中で、「安全な武道指導」という目的を達成するためには、施設・用具等のハード面のみならず、指導法等のソフト面の充実の必要性を感じるようになった。そこで、「安全な武道指導」のためのソフトとして、中学校学習指導要領に例示として示されている9つの基本的な投げ技を用いた「中学校柔道授業の形」の考案と教材化のための研究打ち合わせ、並びにデータ収集と解析を行った。「簡易柔道畳設置ユニット」の有効性に関するデータ収集に加え、安全な柔道指導法(ソフト面)に関する研究の目的も達成しつつある。

「簡易安全土俵マット」に関して、ほぼ研究の目的を達成することができた。「安全な武道指導」という目的を達成するために、施設・用具の開発(ハード面)に加え、安全な柔道指導法(ソフト面)に関する研究も併せて進めたい。「安全な武道指導」という目的を達成するために、施設・用具の開発(ハード面)に加え、安全な柔道の指導法(ソフト面)に関する研究も併せて進めたい。研究打ち合わせや資料収集のための旅費、その他データ収集・解析に必要な物品費、成果発表に伴う旅費が必要になる。
ネコ運動野交連性ニューロンに対するGABA_A・GABA_Bの作用機序差の研究

ネコの運動野交連性ニューロンに対するGABA_A、GABA_B、のアンタゴニストを電気泳動的に与えて、ニューロン活動に対する効果を調べた。36頭のネコを用い、ケタラール(10mg/Kg.i.m.)麻酔下で実験を行った。一側の運動野外側部上の頭骨に径5mm程の穴を開け、脳硬膜を切開して多連微小ガラス管を脳内に刺入し、単一ニューロン活動を記録した。同時に反対側の運動野に電気刺激用の刺激電極を挿入して交連性ニューロンの同定に使用した。又、同側錐体路(PT)にも電極を刺入し、PT細胞の同定に使用した。ニューロン同定後、GABA_Aのアンタゴニスト、ビククリン、GABA_Bのアンタゴニスト、ファクロフェン、CGP35348及びGABAを電気泳動的に微小量与えて、transcallosal(TC)反応に対する効果を調べた。現在、解析を継続中であるが、次のような結果が得られている。1)ビククリン、ファクロフェン、CGP35348は、ニューロン活動を増加する。2)ビククリンと、ファクロフェンやCGP35348とでは、活動の増加のさせ方に若干差がある。3)ビククリンはビククリン発射を起こすことがあるが、群発射の間の期間ではニューロン活動が抑えられている。4)TC反応の潜時がいずれの薬物でも短くなっている。5)PT細胞とnon-PT細胞で薬物の反応の差がみられる。6)PT細胞、non-PT細胞を問わず、TC反応のスパイクが一定の潜時であるニューロンに対しては、薬物の効果が少ない。7)集合電位でみると、ビククリンは大きな影響を与えるのに、ファクロフェン、CGP35348はあまり大きな変化を生じさせない-といった事が認められる。一部学会発表済み。国際学会(IBRO及び日英合同セミナー)に発表予定。速報は投稿中、論文は執筆中であり、次の実験に移っている。一部学会発表済み。
麻酔薬の末梢神経再生への関与について

マウス骨髄間質細胞からシュワン細胞へin vitroで分化誘導した。その分化誘導の培養条件において、アスコルビン酸およびグルタミン酸の添加は必須であることが示唆された。また、マウス骨髄間質細胞から分化誘導したシュワン細胞への麻酔薬の影響について調べた結果、プロポフォールおよびリドカインにはマウス骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導に対する抑制作用があることが示唆された。In vitroにおいて、研究分担者である里村らが樹立した骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導をおこなった。つまり、骨髄間質細胞を1mMβ-メルカプトエタノール(無血清)にて24時間処理し、その後10%FBSおよび35ng/mlレチノイン酸を含んだαMEM培地で3日間培養し、最後に5μM forskolin、10ng/ml basic-FGF、5ng/ml血小板由来成長因子-AAおよび200ng/ml heregulin-β1を同時に培地に加えることによって5日間培養をおこなうことにより骨髄間質細胞からシュワン細胞へと分化誘導をおこなった。その結果、形態学的にシュワン細胞に変化するものも見られたが、シュワン細胞に分化する確率は低いものであった。現在、β-メルカプトエタノール、レチノイン酸、forskolin、basic-FGF、血小板由来成長因子-AA、heregulin-β1の至適濃度、処理時間を変化させ効率的な分化誘導条件について検討中である。これまで、骨髄間質細胞から神経細胞への分化誘導を行ってきた経緯から、血小板由来成長因子-AA添加の必要性についても検討中である。今後は高確率で骨髄間質細胞からシュワン細胞へと分化誘導できる方法を確立し、免疫組織学的に確認をおこなった後、in vivoの実験系へと展開していく予定である。我々はすでに樹立した複数のマウス多能性骨髄間質細胞株を用いてin vitroにてシュワン細胞への分化誘導をおこなっている。効率良く分化誘導を行うためには、骨髄間質細胞を一度未分化状態にしてからシュワン細胞へ誘導した方が良いことが分かった。つまり、培養下の骨髄間質細胞を無血清培地で還元剤であるβ-メルカプトエタノールにて24時間処理を行い、その後にαMEM培地にレチノイン酸(all-trans-retinoic acid)を加えて3日間程度培養し、最後にforskolin (FSK)、basic-FGF、血小板由来成長因子-AA(PDGF)およびheregulin-β1 (HRG)を同時に培地に加えることによって、骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導効率が上昇した。本年度は昨年度と同様、forskolin、basic-FGF、PDGF、およびheregulin-β1の至適濃度についても検討をおこないながら、形態学的にシュワン細胞の確認をし、シュワン細胞の分子マーカーであるS-100、GFAP、p75、O4、P0を用いて免疫組織染色をおこないシュワン細胞の同定をおこなう。一方、骨髄間質細胞から分化誘導したニューロンは、分化誘導前後に添加した麻酔薬によってその分化誘導が阻害される可能性があることが分かった。そこで本年度は、分化誘導前後に麻酔薬(全身麻酔薬であるプロポフォール、局所麻酔薬であるリドカインなど)を様々な濃度で骨髄間質細胞へ添加することによって、骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導がどのように影響を受けるか、また分化誘導が阻害された場合にリバースさせる効率的な因子について、シュワン細胞の分子マーカー発現を指標にin vitro実験を行う予定である。マウス多能性骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導条件について検討した結果、還元剤であるβ-メルカプトエタノールによる24時間前処理およびαMEM培地へのレチノイン酸(all-trans-retinoic acid)の添加による前処置を省くことによって、forskolin(FSK)、basic-FGF、血小板由来成長因子-AA(PDGF)およびheregulin-β1(HRG)による骨髄間質細胞からシュワン細胞への分化誘導効率が上昇した。この条件によってマウス多能性骨髄間質細胞から分化誘導したシュワン細胞に対して、麻酔薬を作用させその影響について検討した。その結果、全身麻酔薬であるプロポフォールは、50 μMの濃度においてシュワン細胞の増殖を軽度抑制し、500 μMの濃度ではシュワン細胞をほぼ100%近く死滅させた。一方、同じ全身麻酔薬であるケタミンは、10100 μMの濃度においてシュワン細胞の増殖にはほとんど影響を及ばさなかった。また、局所麻酔薬であるリドカインについて検討した結果、2 μMから50 μMの濃度ではほとんど影響がなかったものの、2 mM以上の濃度ではほぼ完全にシュワン細胞を死滅させた。以上の結果から、全身麻酔薬プロポフォールおよび局所麻酔薬リドカインは、骨髄間質細胞から分化誘導したシュワン細胞の増殖に抑制的に作用することが明らかとなった。今後、骨髄間質細胞から分化誘導したシュワン細胞を用いた末梢神経再生治療において麻酔薬(プロポフォール、リドカイン)を用いる場合にはその抑制作用に注意する必要があることが示唆された。研究分担者の大学が関東にあり、実験計画や実験経過について密に連絡を取ることができないことが原因で計画通りに進んでいないと考えられる。

24年度が最終年度であるため、記入しない。研究分担者との研究打合せの機会をもっと増やして、実験が円滑に進むようにしたい。これまでは、骨髄間質細胞からシュワン細胞へ分化誘導するin vitro実験はすべて研究分担者に分担してもらっていたが、今後は研究代表者と研究分担者の両大学で同時に同様の実験を進行させながら実験結果について互いに意見交換をおとない、最善の研究結果が迅速に得られるように改善したいと考えている。
磁気インピーダンスセンサを応用した高精度の生体振動評価装置の構築

磁気インピーダンス(MI)センサは、微弱な生体振動をナノテスラレベルの磁界変動として検出できた。3軸MIセンサと3軸加速度センサを組み合わせることにより、地磁気や加速度の偏位から、リアルタイムに生体の位置や姿勢の数値化が可能となった。また、サーボモータの動きをマイコンのArduinoで制御し、尺骨神経刺激による母指内転筋の回転運動を模倣できる回転運動試験機を開発した。この試験機に3軸MIセンサなどを統合したモーションセンサを搭載し、生体振動を客観的に評価できる生体振動評価装置を構築した。この装置を用いることにより、母指内転筋運動の理論的な解析など、新たな用途が拓かれた。妊娠・出産により、研究中断を余儀なくされたため、学会に参加して関連資料を集めることと、研究計画を立てただけにとどまり、実質的研究開始には至らなかった。妊娠後体調を崩してしまい、その後無事出産したが、産休育休中のため研究の中断を余儀なくされたため。新規高精度生体振動評価装置の開発の基礎として、名古屋大学の毛利らにより開発されたMI効果(Magneto-impedance Effect)を原理とする磁気センサにより、指の動きや眼輪筋の動きをどこまでとらえられるか評価し、以下の研究成果を得た。(1)磁気インピーダンス(MI)センサは、従来の検出素子である加速度センサと比較し、母指の微動検出に関して、感度、検出限界の点で優位性を有していた。(2)母指装着MIセンサによる、環境磁場方式の母指微動検出アルゴリズムを開発した。(3)小磁石とMIセンサによる、磁石磁場方式のアルゴリズムを開発した。これにより母指の他に、眼輪筋等のより微弱な動きも検出可能となった。また、同磁気センサから発展した3軸地磁気センサや、3軸加速度センサとハイブリッドした6軸モーションセンサについて、高精度生体振動評価装置のセンサとして適するかどうかについて検討した。その結果以下のの特徴が判明した。(4)同センサは小型であるだけでなく方位、傾きや動きを同時に検出できる。(5)体動による地磁気や加速度の偏位から、リアルタイムに姿勢を数値化することができる。(6)体表面に直接接触させる必要がなく、携帯性にも優れている。以上から、当初検討していた1軸のMIセンサよりも3軸地磁気センサや、3軸加速度センサとハイブリッドした6軸モーションセンサの方が高精度生体新藤評価装置のセンサとして有用な可能性が高いと判断された。これら3軸地磁気センサや、3軸加速度センサとハイブリッドした6軸モーションセンサのさらなる精度検定方法について立案し、予備実験を行た。予備実験では十分な精度があると思われ、本格的検討に入る準備が整った。産休から復帰したが、まだ時短勤務の必要があり、遅れている。この遅れを取り戻すべく次年度は、技術補佐員の雇用により実際の実験補助を得ることにより、研究期間を1年間延長して、研究を加速させたい。常温作動パルス励起磁気インピーダンス(MI)センサ技術を導入し、独自の1軸差動型磁界計測システムを構築した。このシステムにより、生体の振動(運動)の方向が一定である場合には、ナノテスラレベルの磁界変動も計測することができ、自発呼吸と努力呼吸を識別することができた。また、フェライト磁石を顔面に貼付することにより、顔面神経刺激による眼輪筋の微動を計測することができた。しかし、尺骨神経刺激による母指内転筋の4連反応のような、3次元的な振動の場合には、1軸磁気センサの1次元システムでは、正確な計測が困難であった。そこで、ハード・ソフトのオープンな統合開発環境であるマイコンのArduinoを活用し、入手可能な3軸MI磁気センサの性能を検証した。その結果3軸MI磁気センサは、3軸加速度センサと組み合わせることにより、1小型であるだけでなく、方位、傾きや動きを同時に検出でき、2体動による地磁気や加速度の偏位から、リアルタイムに姿勢の数値化が可能であり、3体表面に直接接触させる必要がなく、携帯性にも優れており、高精度生体振動評価装置用のセンサとして有用性が高いと判断された。次いで、サーボモータの動きをArduinoで制御し、尺骨神経刺激による母指内転筋の回転運動を模倣できる回転運動試験機を開発した。これに上記3軸MI磁気センサ等のセンサを搭載し、生体振動を評価する生体振動装置を構築した。これにより、母指内転筋運動のような神経筋反応を、被験者を代替して各種の条件で反復試験し、理論的に解析することが可能となった。更に、3軸磁気センサと3軸加速度センサを統合した6軸モーションセンサにより、得られたデータから生体のモーションをリアルタイムでディスプレイ上に表示することが可能となり、新たな用途を拓くことができた。本年度早期には仕事に復帰する予定であり、そこから当初の予定通り以下の様に実験を再開する予定である。常温作動パルス励起MIセンサー技術を導入し、単一チャネル、又は2チャネル差動型の磁界センサ計測を構築する。

差動型の磁界センサでは、極めて相同な誘導起電力をペアコイルに発生する磁気直線型MI素子も使用する。この素子を使用すれば、コイル電圧をサンプルホールドした後にオペアンプで差分し、1000倍程度に大きく増幅しても出力電圧の限界以下で安定的に使用できる。正常成人被検者の指に磁性体・小磁石を固定し、尺骨神経刺激による振動検証試験を行う。局所麻酔時の指振動磁界を計測する。また、呼吸運動モニターとしての利用を探索するため、腹部に磁性体・小磁石を固定し振動磁界を計測する。また、FFT, Wavelet解析なども利用して、微小な磁界活動を評価することにより、特殊な筋運動特性の検出の可能性を検討する。当初の予定通り進める予定である。麻酔学昨年度は学会に参加して関連資料を集めることと、研究計画を立てただけにとどまり、実質的研究開始には至らなかった。産休による研究の遅れが生じたため。次年度に繰り越して、当初の予定通り使用する予定である。技術補佐員を雇用(約¥1,570,000)し研究を進め、残りは実験の消耗品を購入する。
定値および不定値内積空間上の作用素の幾何構造解析

自己共役作用素やエルミート行列全体には大小関係が定義され、その関係を保存する関数は作用素(行列)単調関数と呼ばれます。その性質の特徴づけの一つとして、対応するレウナー行列の半正定値性が知られています。Rajendra Bhatia氏との共同研究で、レウナー行列の条件付負性と正性の特徴づけ(作用素凸性など)を与えました。日合文雄氏との共同研究では、行列サイズに依存する諸条件について詳細な議論を行い、更なる一般化を行いました。本研究の目的は、正定値行列空間の幾何構造解析や不定値内積空間上の作用素構造研究であり、それらの研究に関わる諸々の行列解析を行う。20年度は3月から8月まで約半年インド統計研究所デリーセンターに滞在し, R. Bhatia教授や, K. R. Parthasarathy教授, R. Bhat教授などと行列解析・量子情報などに関する交流を行った。特に, R. Bhatia教授とはレウナー行列の正定値性が作用素単調性と対応するというレウナーの結果に比し,条件付負性が作用素凸性に,また条件付正性が作用素凸関数のt倍に対応することを論文発表した(Math. Annalenに掲載)。この結果の応用として,レウナー行列の固有値分布(正・負・ゼロ)数を決定した。また, r乗(0<r<1)に対応するレウナー行列の無限分解可能性の初等的証明や,作用素凸関数の逆が作用素単調である(安藤の結果)ことの別証明をレウナー行列の解析により与えた。またKwong行列の解析も同様の手法で行った。これらの解析では,「条件付負性より逆数の無限分解可能性が従う」というR. Bapatの結果の有効性を確認し,無限分解可能性に対する新たなアプローチを示した。また,ヤングの意味で互いに共役な関数の組に対するヤング不等式に着目して,正線形汎関数の中でトレースを特徴づけるという論文を大学院修士生と著した(Linear Algebra amd its Applicationに掲載決定)。インドにおいてはラマヌジャン数学会年会での「調和解析」分野にて,非作用素単調関数とトレースに関してシンポジュウム招待講演を行った。不定値内積空間上の有界線形作用素全体の#自己同型写像に関する論文原稿も1編作成したが,掲載には至っていない。24年度はLoewner行列とKwong行列に関する研究については、橘慎太郎氏(大学院修士課程2年)と共著論文On Loewner and Kwong matricesを発表し既に雑誌Scientiae Mathematicae Japonicaeに掲載されている。本論文では安藤毅氏による正の実軸全体上で定義された正値作用素単調関数fに対し、p乗しfを施し1/p乗(0<p<1)しても作用素単調関数が得られるという結果の正の整数に関わる部分に対する別証明を、一般化Loewner行列の半正定値性を示すことにより与え、また対応する一般化Kwong行列についても全く同様の議論によりその半正定値性を導いた。本論文の結果は、京都大学数理解析研究所研究集会「幾何学及び確率論的手法による作用素の構造解析の研究」においてSemi-operator monotonicity and derivatives for operator monotone functionsというタイトルで発表した。一方、伊藤寛和氏と佐藤祐氏(どちらも大学院修士2年)とは、共著論文Numerical radius of Moore-Penrose inverse(上述雑誌掲載決定)を発表した。可逆な作用素がそれ自身およびその逆の数域半径が1以下であることがユニタリー性の特徴付けであるというStampfliの結果に対し、可逆ではない作用素に対してはMoore-Penrose inverseを扱い、それに関するある仮定の下でその結果の一般化を導いている。また、本年度は韓国・インドでのR. Bhatia氏に関わる研究集会で招待講演を行い、自著「マトリックスの世界」の第2版を著した。定値内積空間上の幾何構造解析については、研究論文発表および研究集会などでの招待講演を毎年順調に重ねており、計画以上の進展を続けている。一方、不定値内積空間上の幾何構造解析については、世界的な研究の進展を十分理解してはいるものの、成果を上げるには至っていない。従って、(2)の区分にあると判断する。24年度が最終年度であるため、記入しない。定値内積空間上の幾何構造解析については、これまでの研究を更に推進し、関連する研究対象での成果を結実させるよう努める。不定値内積空間上の解析については、時間などの配分バランスを考慮する。前者の研究に更にウエイトを置くべき事態になれば、適宜対処してゆきたい。
がんの原発巣高速診断を実現するオンチップリキッドバイオプシーの構築

がんを早期発見するためにはがん検診が重要であり、血液などの生体液から診断が可能なリキッドバイオプシーの実現が期待されている。これまでに、がん患者の血液中にわずかに存在する循環腫瘍細胞や尿に含まれる匂いをターゲットとして診断する技術が開発され有効性が示されてきたが、どれもがんの有無を識別するものであった。本研究では、リキッドバイオプシーでがんの原発巣を診断する仕組みを構築することを目的とし、センサとして細胞のセンシング能を利用することを発想した。これを実現するために、生化学的アプローチによりがん環境中での細胞の動態解析を行い、工学的アプローチによりがん原発巣診断デバイスを構築する。
副腎クロマフィン細胞における受容体刺激に伴うカルシウムイオン流入の急速脱感作機構

持続的な受容体刺激に伴いその反応が減弱する現象は広く脱感作と呼ばれているが、その発現機構は現在のところ不明である。本研究では副腎髄質クロマフィン細胞初代培養系を用い、持続的なニコチン様受容体刺激に伴う細胞内遊離【Ca^(2+)】濃度(〔【Ca^(2+)】〕i)の上昇、カテコールアミン(CA)分泌の急速な脱感作機構について検討し以下のような知見を得た。1)【Ca^(2+)】非存在下、カルバミルコリンで細胞を前処置するとその処置時間又濃度依存的に【Ca^(2+)】添加による〔【Ca^(2+)】〕iの上昇が抑制された。ところが、細胞を高【K^+】で処置してもこのような〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作現象は認められなかった。また、【^(45)Ca^(2+)】を用いた【Ca^(2+)】取り込みを指標にした場合においてもQuin-2,Fura-2による〔【Ca^(2+)】〕i測定結果とほぼ同様の結果が得られた。この結果より、〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作は、電位依存性【Ca^(2+)】チャネルの不活性化が原因ではなく、受容体刺激から【Ca^(2+)】チャネル活性化に至る過程のuncouplingにあることが示唆された。2)CA分泌の脱感作も〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作と平行して生じることから〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作がCA分泌の脱感作と密接に関連していることが明らかになった。3)C-キナーゼの活性化剤であるTPA処置でニコチン様受容体刺激に伴う〔【Ca^(2+)】〕iの上昇が抑制されたが、高【K^+】による〔【Ca^(2+)】〕i上昇は抑制されなかった。TPAによる受容体刺激に伴う〔【Ca^(2+)】〕i上昇の抑制はC-キナーゼの阻害薬であるH-7によって阻害された。この結果より、C-キナーゼの活性化が、ニコチン様受容体と【Ca^(2+)】チャネル間の連関機構に抑制的に関与していることが示された。4)カルバミルコリンによる〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作とTPA処置による〔【Ca^(2+)】〕i上昇の抑制がほぼ同様の時間経過で生じることから、カルバミルコリンによる脱感作機構にC-キナーゼの活性化が介在する可能性が考えられるがH-7により、カルバミルコリンによる脱感作は抑制されなかったので、他の因子の関与が考えられ検討中である。4)カルバミルコリンによる〔【Ca^(2+)】〕i上昇の脱感作とTPA処置による〔【Ca^(2+)】〕i上昇の抑制がほぼ同様の時間経過で生じることから、カルバミルコリンによる脱感作機構にC-

キナーゼの活性化が介在する可能性が考えられるがH-7により、カルバミルコリンによる脱感作は抑制されなかったので、他の因子の関与が考えられ検討中である。
超小型膜表面応力センサー(MSS)を用いた呼気によるがんの早期発見法の探索

2018年4月よりがん患者および健常人の呼気採取を開始し、1年間でがん患者約70検体、健常人約40検体の呼気ガスを採取・測定した。また、測定法の改善を目指して同一健常人の呼気を様々な条件下で延べ約300検体採取した。呼気ガス採取と同時に呼気採取場所の部屋空気も採取し、採取した検体はガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS)と膜表面応力センサ(MSS)を用いて測定した。MSSについては、2018年6月末から改良版である第二世代型の機器を用いている。中間解析を行った結果、GCMSやMSSによってがん患者呼気と健常人呼気を判別できる可能性が示唆されたが、一方で高い判別精度を維持するための課題も明らかになった。以下に詳細を述べる。GCMS測定データを用いて主成分分析を行うと、がん患者呼気群と健常人呼気群を分類できた。同様にMSS測定データを用いて線形判別分析を行うと、重複することなくがん患者呼気群と健常人呼気群を分類できた。今後、本解析より得られた判別モデルを用いてブラインド下でがん患者と健常人の呼気を判別することが可能か検証する。一方で、様々な条件で同一健常人の呼気を測定した検証用データを解析したところ、呼気採取状況によって測定結果に影響が生じることが明らかになった。さらに、同一人物において水分摂取前と摂取後の呼気を用いてMSSデータの主成分分析を行うと、水摂取群と未摂取群で測定結果が異なることが明らかになった。この結果は、がん患者呼気と健常人呼気の判別精度が、呼気採取環境や飲食などの外的要因よって低下する可能性を示唆する。より高い判別精度を維持するためには、外的要因を除外する測定法、解析法を確立する必要があると考えられる。がん患者および健常人の呼気採取は計画どおりのペースで進んでいる。一方で【研究実績の概要】で述べたとおり、測定法を改良する必要があることが明らかになった。従って、呼気採取を継続するとともに、外的要因の影響を受けない測定・解析法を確立することが次年度以降の重要な課題になる。外的要因の影響を受けない測定・解析法の確立に関しては、現段階では試行錯誤の状態にあり、今後の方策が見通せていないことから、進捗状況は「やや遅れている」と評価した。今後は以下の3つの観点から研究を推進する。1)現在の呼気採取・測定法を用いてがん患者呼気と健常人呼気を判別することが可能か、ひき続き検体数を増やして検討を続ける。2)上記1)について確信がもてる十分なデータを収集できたら、次のステップとしてブラインドで採取した検体ががん患者呼気か健常人呼気か判別できるか否かを検証する。3)1)2)を進めながら、外的要因の影響を受けない測定・解析法の確立を目指す。そのためには測定条件の均一化、またはデータ解析時の外乱因子の除外の2つのアプローチが考えられる。その具体的方策に関しては現在検討中である。以下に詳細を述べる。

1)現在の呼気採取・測定法を用いてがん患者呼気と健常人呼気を判別することが可能か、ひき続き検体数を増やして検討を続ける。2)上記1)について確信がもてる十分なデータを収集できたら、次のステップとしてブラインドで採取した検体ががん患者呼気か健常人呼気か判別できるか否かを検証する。3)1)2)を進めながら、外的要因の影響を受けない測定・解析法の確立を目指す。そのためには測定条件の均一化、またはデータ解析時の外乱因子の除外の2つのアプローチが考えられる。その具体的方策に関しては現在検討中である。2019年度に予定されている海外学会への参加費として30万円計上されているが、宿泊費用、航空運賃の高騰のため不足することが予想されたので、2018年度予算額のうち10万円を次年度に繰り越した。