hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インド半島マハナディ地溝帯及びゴダバリ地溝帯の地史とプレートテクトニクスの研究

本研究では、インド半島の東側、ベンガル湾沿いの地域において、主に古地磁気学的研究を行い、地質学的調査ならびに年代学的研究の成果と合わせて、インドがゴンドワナ大陸の一部をなしていた時代における南極大陸との相対的位置関係を明らかにし、その後の時代のインド半島の古位置の変遷を知ることを目的として行なった。平成3年度には予備調査を行い、平成4、5年度に本調査として実施した。この研究を行なうために最も重要なことは、まず、古地磁気測定や年代測定を行なうことができる岩石試料を得ることである。したがって、現地での調査は、主として定方位岩石試料の採集である。予備調査ではマハナディ川およびゴダバリ川流域の両地溝帯で、できるだけ色々な種類の岩石を試料として採集した。それらの試料の磁気測定の結果から、始生代や原生代の岩石の多くは複雑な多成分の残留磁化からなっていることが判明し、測定結果の古地磁気学的な解釈も複雑になるので、平成4、5年度の本調査では、主に中・古生代のゴンドワナ堆積物とトラップ玄武岩に的を絞って岩石試料の採集を行なった。即ち、マハナディ地溝帯、ゴダバリ地溝帯、および、マドラス南部においてゴンドワナ堆積物を採取し、カルカッタの北西、ビハ-ル州のラジマ-ル地域では、トラップ玄武岩を主に採集した。平成4年度には、ビハ-ル州ラージマ-ル地域で、先カンブリア紀、石炭紀、二畳紀、ジュラ紀、白亜紀の花崗片麻岩、堆積岩、玄武岩を18地点で採集し、マハナディ地域では始生代から三畳紀に至る岩石を17地点から採集した。平成5年度には、タミールナドゥ州マドラス南西の2地域でサンプリングを行なった。ポンディチェリー周辺の2地点で古第三紀石灰岩と白亜紀砂岩を採集し、トリチノポリ周辺では、始生代から古第三紀にわたる時代のチャーノック岩、粗粒玄武岩、石灰岩、砂岩などを22地点から採取した。古地磁気学的ならびに年代学的測定は現在も進行中であり、大部分は未だ結果を得ていない。特に、始生代、原生代など古い時代の試料は、上述のように多成分の磁化を有しているので、詳細な熱消磁実験を行なって、各々の磁化成分を分離し、その安定性を吟味した上で議論しなければならないために、今後まだ相当な時間を必要とする。しかし、予察的ではあるが一部良好な結果を得ているものがあるので、それらについて述べる。まず、6地点の岩石についてのアルゴン-アルゴン法による年代測定の結果が得られている。ゴダバリ地域では、始生代脈岩(Site 21)が574 Ma、原生代下部のコンダーライト(Site 34)が520 Ma、原生代粗粒玄武岩脈岩(Site 0)が510520 Ma、原生代片麻状花崗岩(Site 1)が510 Maという年代を得ており、また、マハナディ地域では、2地点の始生代の花崗片麻岩(Site 38とSite 59)が560 Maと680 Maの年代値となっている。予察的な古地磁気測定の結果、平成3年度と平成4年度のサンプリングで得た総計91地点のうち、まとまりの良い磁化方向を示したのは16地点であった。しかし、この16地点のうち、10地点のものは、原生代、石炭紀、二畳紀、ジュラ紀と時代が異なるにもかかわらず、磁化方向は現在のインドの地球磁場の方向と一致しており、現世の強い二次磁化成分が付加されていることが判明した。したがって、わずかに6地点のみが信頼に足る古地磁気データを与える結果となった。始生代の花崗片麻岩(Site 38)、同じくチャーノック岩(Site 39)、原生代の粗粒玄武岩(Site 0)、白亜紀のラージマ-ル・トラップ玄武岩(Sites 80、82、101)の6地点のものである。これらは交流・熱消磁および熱磁気分析において信頼しうる磁化であることが検討されている。上記の予察的な結果は、1994年1月10日14日にインド、ハイデラバードで開催された第9回国際ゴンドワナ・シンポジウムで以下のタイトル・著者で発表した。

即ち、マハナディ地溝帯、ゴダバリ地溝帯、および、マドラス南部においてゴンドワナ堆積物を採取し、カルカッタの北西、ビハ-ル州のラジマ-ル地域では、トラップ玄武岩を主に採集した。平成4年度には、ビハ-ル州ラージマ-ル地域で、先カンブリア紀、石炭紀、二畳紀、ジュラ紀、白亜紀の花崗片麻岩、堆積岩、玄武岩を18地点で採集し、マハナディ地域では始生代から三畳紀に至る岩石を17地点から採集した。平成5年度には、タミールナドゥ州マドラス南西の2地域でサンプリングを行なった。ポンディチェリー周辺の2地点で古第三紀石灰岩と白亜紀砂岩を採集し、トリチノポリ周辺では、始生代から古第三紀にわたる時代のチャーノック岩、粗粒玄武岩、石灰岩、砂岩などを22地点から採取した。古地磁気学的ならびに年代学的測定は現在も進行中であり、大部分は未だ結果を得ていない。特に、始生代、原生代など古い時代の試料は、上述のように多成分の磁化を有しているので、詳細な熱消磁実験を行なって、各々の磁化成分を分離し、その安定性を吟味した上で議論しなければならないために、今後まだ相当な時間を必要とする。しかし、予察的ではあるが一部良好な結果を得ているものがあるので、それらについて述べる。まず、6地点の岩石についてのアルゴン-アルゴン法による年代測定の結果が得られている。ゴダバリ地域では、始生代脈岩(Site 21)が574 Ma、原生代下部のコンダーライト(Site 34)が520 Ma、原生代粗粒玄武岩脈岩(Site 0)が510520 Ma、原生代片麻状花崗岩(Site 1)が510 Maという年代を得ており、また、マハナディ地域では、2地点の始生代の花崗片麻岩(Site 38とSite 59)が560 Maと680 Maの年代値となっている。予察的な古地磁気測定の結果、平成3年度と平成4年度のサンプリングで得た総計91地点のうち、まとまりの良い磁化方向を示したのは16地点であった。しかし、この16地点のうち、10地点のものは、原生代、石炭紀、二畳紀、ジュラ紀と時代が異なるにもかかわらず、磁化方向は現在のインドの地球磁場の方向と一致しており、現世の強い二次磁化成分が付加されていることが判明した。したがって、わずかに6地点のみが信頼に足る古地磁気データを与える結果となった。始生代の花崗片麻岩(Site 38)、同じくチャーノック岩(Site 39)、原生代の粗粒玄武岩(Site 0)、白亜紀のラージマ-ル・トラップ玄武岩(Sites 80、82、101)の6地点のものである。これらは交流・熱消磁および熱磁気分析において信頼しうる磁化であることが検討されている。上記の予察的な結果は、1994年1月10日14日にインド、ハイデラバードで開催された第9回国際ゴンドワナ・シンポジウムで以下のタイトル・著者で発表した。本調査計画は、ゴンドワナ大陸におけるインド半島の位置を明らかにし、その古位置の変遷を捉えることを最終の目的に、古地磁気学、岩石磁気学、堆積学、年代学からのアプローチを目指している。平成3年度の予備調査をふまえて、本年度は、インド半島東部ベンガル湾に流れるゴダバリ川流域の地溝帯および、半島北東部ビハール州において、ゴンドワナ堆積物とその基盤をなす太古代、原生代の現地調査・岩石試料採集を行った(広岡、酒井治、船木、酒井英)。予備調査(平成3年11月)の試料は、平成4年5月末に受取ることができ、本研究年度に岩石磁気の実験を行った。その結果、始生代・原生代の試料では安定な磁化が幾つかの地点で得られた。また、二畳紀・三畳紀・白亜紀・ジェラ紀の砂岩から当時、獲得されたと考えられる磁化を検出し、インド半島の古地理の議論に利用できる地磁気極が得られた。本年度の調査に際し、インド地質調査所のカルカッタ・デリー支局と連絡をとり、調査日程を打ち合せた。
ゲノム情報から探るコウジカビの有用物質生産機構の分子基盤

麹菌のゲノム情報から転写因子遺伝子を約400種類探索し、その条件高発現株ライブラリーを作製し、プロテアーゼやセルラーゼ、リパーゼなどの有用酵素の生産に関与する転写因子を見出した。ヒスチジンキナーゼからMAPキナーゼに至るシグナル伝達経路に関わる遺伝子の網羅的解析を行い、嫌気応答に関与する新たなヒスチジンキナーゼを見出すとともにカビでは初めてとなるリン酸転移反応を生化学的に証明した。さらに、プロテアーゼ低生産性宿主を構築し、異種タンパク質生産量の向上を図ることができた。1.麹菌の転写因子のうち、Zn(2)-Cys(6)型(約230種類)、C2H2型(約60種類)、GATA型(6種類)、bZIP(8種類)、bHLH(10種類)について、コード領域をデンプンによる誘導高発現が可能なα-アミラーゼ遺伝子(amyB)プロモーターに連結したベクターを構築し、麹菌に1コピー導入して条件的高発現株を造成している。すでに約200個の転写因子の条件的高発現株を取得し、これらの株の各種分解酵素生産性について検討した。その結果、この中からプロテアーゼ生産に関与すると考えられる転写因子遺伝子(prtR)を見出した。3.麹菌ゲノム情報からタンパク質分泌のうち小胞輸送で中心的な役割を担うSNARE関連遺伝子を見出した。合計21個のSNARE遺伝子を単離し、これらをEGFPとの融合タンパク質として発現させるコンストラクトを構築した。液胞膜局在のSNAREと想定されるAovam3とEGFP融合タンパク質を発現する形質転換株を取得し、麹菌の液胞形態の詳細な観察を行った。また、プリントランスポーター(AouapC)とEGFPの融合タンパク質を発現する株を用いて、エンドサイトーシス及びエンドソームの動態をカビで初めて可視化することに成功した。1.麹菌の転写因子の高発現株のライブラリーを用いて、各種分解酵素生産性について検討し、前年度に見出したタンパク質分解酵素群の発現を正に制御する転写因子に加えて、β-ガラクトシダーゼ・アラビノフラノシダーゼおよびリパーゼ(クチナーゼ)の生産に関与すると考えられる転写因子遺伝子を見出した。さらに、固体培養特異的発現を示すグルコアミラーゼB遺伝子(glaB)の発現を高める候補転写因子も見出すことができた。2.非相同末端結合の最終段階で機能しているDNAリガーゼIVのホモログ遺伝子(ligD)の破壊株を造成した。プロテアーゼ関連遺伝子を用いて相同組換え効率を調べたところ、100%の効率で相同部位にターゲティングされていた。さらに、この宿主株を用いて麹菌のMAPキナーゼ遺伝子全5種類の破壊を行った結果、4種類の遺伝子で100%の効率で相同部位にターゲティングされていた。3.リン酸基中間因子のypdAの発現を抑制すると、著しい生育阻害、菌糸細胞の多分岐化、細胞隔壁数の増加、バルーン様細胞が観察され、浸透圧刺激なしでもHogA MAP kinaseが構成的にリン酸化されて活性化しており、HogAに支配される遺伝子群の転写が上昇していた。TcsB以外の14種類のHisキナーゼのうち6種とResponse Regulatorの4種類すべてについて破壊株を取得した。nikAの破壊は生育の著しい遅れを引き起こし、Calcofluor Whiteで染色されにくくなったため、NikAは細胞壁キチンの合成に関与していると考えられた。4.SNAREタンパク質をコードすると予想される全21個の遺伝子をクローニングし、そのN末にEGFPを融合したタンパク質として発現させ、細胞質全体に蛍光が観察され正しい局在の観察ができなかったAosec9とAoykt6を除く19個の可視化に成功した。(1)当初のゲノム解析結果から推定された遺伝子のうち、約230種類のZn(2)-Cys(6)、GATA(6種類)、bZIP(8種類)、bHLH(10種類)の高発現株についてはほぼ完了しているが、C2H2(約60種類)については6割程度の進捗状況である。高発現株ライブラリーから見出された、固体培養特異的な発現を示すグルコアミラーゼ遺伝子(glaB)を制御する転写因子とアラビナン代謝を正に制御する転写因子(araR)の機能解析を行った。非相同末端結合の最終段階で機能しているDNAリガーゼIVの破壊株を造成し、MAPキナーゼ遺伝子全5種類の破壊を行った結果、3種類の遺伝子で100%の効率で相同部位にターゲティングされ、標的遺伝子の相同領域の長さは500bp程度が必要であった。(2)糸状菌の細胞壁合成に関与する情報伝達系の解析を行い、MAPキナーゼのMpkAに支配される転写因子が酵母のオーソログとは異なり、複雑な経路で制御されることを明らかにするとともに、希少多糖であるα-1,3-グルカンの大量分離法を確立した。

15種類のHisキナーゼ(HK)のうち、10種の遺伝子を破壊し、また、3種の高発現株を作製して、これら破壊株、高発現株の表現型を解析した。大腸菌のHKであるArcBを自己リン酸化させて用い、ArcBからYpdA、YpdAからSrrA、SskAへのリン酸基転移、ならびにYpdAからHKのFphAへの逆方向のリン酸基転移を確認した。(3)全21個のSNAREのN末にEGFPを融合したタンパク質として発現させ、19個のSNAREタンパク質の可視化に成功した。Rab GTPaseをコードすると予想される10個の遺伝子をクローニングし、そのN末にEGFPを融合したタンパク質として発現させた株を作製し蛍光顕微鏡により観察した。また、A.saitoi由来のα-1,2-mannosidaseの1アミノ酸置換による立体構造変異体を発現させた結果、発現レベルが低い場合では分泌されずに細胞内で分解されていたが、高発現させると過剰な糖鎖付加がおきて分泌された。一方、転写因子PrtRと液胞プロテアーゼPepEとの二重破壊株を作製したところ、異種タンパク質の分泌生産量が向上した。(1) araR遺伝子の制御下遺伝子として、16種の糖質分解酵素ならびにアラビノース代謝に関与する4種の酵素遺伝子を同定した。ソルビトール代謝を制御する転写因子、多様な多糖分解酵素遺伝子の発現や分化に関与する広域転写因子も見出した。マルトース資化クラスターに存在する転写因子MalRに制御されるマルトースパーミアーゼMalPによるマルトースの細胞内取込みが、デンプン分解酵素生産にとって重要であることが示された。さらにmalRまたはmalP破壊株では、通常は発現がほとんど見られないホモログクラスター遺伝子の発現量が顕著に増加していた。(2) 15種全てのHKとGFPとの融合遺伝子の発現及び破壊株の解析から、HK8-2が酸素濃度低下に伴う有性生殖の誘導に関与することを明らかにし、HysA(Hypoxia sensor A)と命名した。精製HysAは還元剤の存在下で自己リン酸化するため嫌気センサーであると考えられた。生育に必須なypdA遺伝子の条件的破壊株にHogA経路のMAPKKであるPbsB欠損を導入したところ、ypdA発現低下時にHogAは活性化されなかったが、依然として生育阻害を示した。この結果から、SskA(→HogA)ではなく、SrrAがYpdA欠損時の致死性に関与することが示唆された。また、ypdA遺伝子の発現低下時にgfdBやcatA遺伝子が発現誘導されていたことから、ypdA遺伝子の発現が低いとHogA経路が活性化されることが判明した。(3)輸送小胞の輸送に必要とされる10種類のRab GTPaseの細胞内局在を調べた。Golgi体と思われる菌糸先端領域に多く見られるドット状構造体にAoRab1, AoRab2, AoRab6が、菌糸先端の分泌に重要なSpitzenkorperにAoRab4, AoRab11, AoSec4が、またearly endosomeにはAoRab53が局在していることが示唆された。構造異常型1, 2-α-マンノシダーゼの高発現ではbip4やpdtAなどのUPRに関連した遺伝子群の発現が上昇しており、HacAのスプライシシグも引き起こされていた。
胃癌とEpstein-Barr virusとの関連性に関する研究

胃癌とEpstein-Barrvirusとの関連性に関して、今年度新たに得られた研究成果を以下に示す。2. EBVlytic cycleの検索:EBV関連胃癌患者では抗early antigen IgGが増加していることからEBV産生性増殖の可能性が示唆されたが、諸検査にてもその所見は得られなかった。3.残胃癌でのEBV検出率:残胃癌では10例中3例(30.0%)もの高頻度でEBVが検出され、胃酸濃度の低下とEBVの易感染性の関連が示唆された。4.浸潤リンパ球のT細胞受容体の解析およびEBV関連胃癌患者でのHLAタイピング:症例が少なく不十分であった。5. EBV関連胃癌のcell line作成の試み:現在まで数例試みたが成功していない。以上が本年度の成果であるが、今後も研究を継続していく方針である。1.EBV関連胃癌症例の臨床的特徴:EBV関連胃癌は全胃癌の4.9%を占め、男性に多く、胃上部で限局隆起型が多いことを示してきた。今回残胃癌での検討を行った結果、30%もの症例でEBVが腫瘍細胞内に検出され、通常型胃癌に比較すると有意にEBV検出率が高く、胃酸濃度の低下がEBVの易感染性を生じる可能性が示唆された。3.bcl-2癌遺伝子の発現:EBV関連胃癌でアポトーシスを抑制するbcl-2の発現を示す症例がみられたが頻度は少なく、特異性は認められなかった。4.湿潤リンパ球のT細胞受容体の解析およびEBV関連胃癌患者のHLAタイピング:症例が少なく不十分であった。6.EBV関連胃癌のcell line作成の試み:現在まで数例試みたが成功していない。
多値伝送技術を駆使したデバイスを活かす配線主体の集積回路システム設計理論の実証

近年、極限微細化と革新的デバイス構造により数10GHzを超える高速動作可能なトランジスタが実現される一方、高速信号伝送における波形劣化によりデータ伝送速度が制限されVLSIシステム全体の性能を律速する問題が顕在化している。本研究は、データ伝送がVLSIシステム性能向上の本質であることに着目し、携帯電話等の無線通信で用いられている高度な符号化・信号処理技術を集積回路のデータ伝送の高性能化に適用することにより、高速信号伝送を可能とする配線主体のVLSIシステムの設計理論構築・実証から回路実装・評価に至る技術体系の構築を目的とする。今年度は特に、IEEEの次世代高速データ通信規格で採用された多値符号化(0,1以上の多レベル信号による情報表現)に基づき、データ送受信回路とAD/DA変換回路を一体化した「デバイスを活かす新概念の高速信号伝送システム設計理論の構築」を目的とし、「FPGAと高速DA変換器を用いた高速任意波形発生装置の実現」および「高効率符号波形と波形等化アルゴリズムの実装」を検討した。従来、高速信号伝送システムの評価はシミュレーションもしくは高価な測定器を用いた実測により行われていた。これに対し、開発した安価な高速任意波形発生装置により、PAM-4信号伝送の波形整形技術としてディジタルリッチな波形等化、帯域制限された高効率符号化、プリディストーションなどの各要素技術の実伝送路における評価を可能とすると共に、多値信号伝送システムのテスト等にも有効な手法であることを明らかにした。今年度は以下のような研究成果を得ると共に、その成果は、本分野において最も権威のあるIEEEの国際会議であるISMVL(多値論理国際シンポジウム)に採択されるなど、計画通りの進捗状況となっている。[1] FPGAと高速DA変換器を用いた高速任意波形発生装置の実現:従来アナログ回路構成が主流だった波形等化回路構成において、AD/DA変換器を用いてディジタル領域で信号処理する手法が回路の高速化により実現可能となっている。実波形を用いた多値伝送方式の評価を目的とし、今年度は、送信回路を高速DA変換器とFPGAの構成によりエミュレート(模倣)可能な高速任意波形発生装置の開発を行った。特に、DA変換器とFPGA間のデータ転送方式の工夫により、高価で導入が困難であった高速な任意波形発生装置を安価に実現した。[2]高効率符号波形と波形等化アルゴリズムの実装:高速DA変換器とFPGAの協調設計と高周波回路実装および測定環境の構築により、多値(4値、8値)信号、Duobinary等の高効率符号化信号を実波形として発生させると共に、多値信号向け波形等化回路の簡易設計理論の検討とその実証を、作成した伝送路評価基板において測定し、評価を行った。さらに、送信回路の非線形性を考慮し、非線形性の逆特性であらかじめ信号を補償するPre-distortion技術の検証を行った。今後も、符号化・信号処理技術に基づく高速高効率信号伝送の要素技術の理論的考察とそのVLSIシステムへの適用に関する検討を行い、H30年度の成果に基づき、以下のような「多値信号を用いた高効率信号伝送と波形等化技術の検討およびそのFPGAとDA変換器を用いたエミュレーションによる実証」を継続する。[1]高効率符号波形と波形等化アルゴリズムの実装による評価:昨年度までに開発したFPGAとDA変換器を用いた任意波形発生回路により、ディジタル構成の送信イコライズ技術および送信ドライバ回路の非線形性を考慮した波形生成として、非線形性の逆特性で予め信号を補正するPre-distortion技術の効果をエラーレート等により定量的評価を行う。また、現在策定中の4値信号伝送のテスト手法に関する調査を行い、受信アイパターンから各種信号品質評価パラメータを算出する手法を検討する。[2] PAM-4信号特有の波形等化回路の検討:H30年度の研究成果として、遷移パターンが複雑なPAM-4信号の立ち上がり、立下りエッジを強調する新たな波形等化アルゴリズムを提案した。現時点ではアイ開口の改善に有効であることは確認されているが、設計理論が未確立となっている。今後、本送信イコライズ回路の伝達関数を導出すると共に、パラメータ設定方法、詳細な回路構成等をシミュレーションおよび任意波形発生システムを用いて実験的考察を行う。

今年度は以下のような研究成果を得ると共に、その成果は、本分野において最も権威のあるIEEEの国際会議であるISMVL(多値論理国際シンポジウム)に採択されるなど、計画通りの進捗状況となっている。[1] FPGAと高速DA変換器を用いた高速任意波形発生装置の実現:従来アナログ回路構成が主流だった波形等化回路構成において、AD/DA変換器を用いてディジタル領域で信号処理する手法が回路の高速化により実現可能となっている。実波形を用いた多値伝送方式の評価を目的とし、今年度は、送信回路を高速DA変換器とFPGAの構成によりエミュレート(模倣)可能な高速任意波形発生装置の開発を行った。特に、DA変換器とFPGA間のデータ転送方式の工夫により、高価で導入が困難であった高速な任意波形発生装置を安価に実現した。[2]高効率符号波形と波形等化アルゴリズムの実装:高速DA変換器とFPGAの協調設計と高周波回路実装および測定環境の構築により、多値(4値、8値)信号、Duobinary等の高効率符号化信号を実波形として発生させると共に、多値信号向け波形等化回路の簡易設計理論の検討とその実証を、作成した伝送路評価基板において測定し、評価を行った。さらに、送信回路の非線形性を考慮し、非線形性の逆特性であらかじめ信号を補償するPre-distortion技術の検証を行った。今後も、符号化・信号処理技術に基づく高速高効率信号伝送の要素技術の理論的考察とそのVLSIシステムへの適用に関する検討を行い、H30年度の成果に基づき、以下のような「多値信号を用いた高効率信号伝送と波形等化技術の検討およびそのFPGAとDA変換器を用いたエミュレーションによる実証」を継続する。[1]高効率符号波形と波形等化アルゴリズムの実装による評価:昨年度までに開発したFPGAとDA変換器を用いた任意波形発生回路により、ディジタル構成の送信イコライズ技術および送信ドライバ回路の非線形性を考慮した波形生成として、非線形性の逆特性で予め信号を補正するPre-distortion技術の効果をエラーレート等により定量的評価を行う。また、現在策定中の4値信号伝送のテスト手法に関する調査を行い、受信アイパターンから各種信号品質評価パラメータを算出する手法を検討する。[2] PAM-4信号特有の波形等化回路の検討:H30年度の研究成果として、遷移パターンが複雑なPAM-4信号の立ち上がり、立下りエッジを強調する新たな波形等化アルゴリズムを提案した。現時点ではアイ開口の改善に有効であることは確認されているが、設計理論が未確立となっている。今後、本送信イコライズ回路の伝達関数を導出すると共に、パラメータ設定方法、詳細な回路構成等をシミュレーションおよび任意波形発生システムを用いて実験的考察を行う。
高精密農業を可能とするマルチベンダセンサグリッドの実証的研究

多様なセンサ類の相互接続と高解像度センシング,異種センサデータ間の複雑な因果関係をリアルタイムに解明するデータストリーム処理を可能とするマルチベンダセンサグリッドの実証的研究を実施した.環境に適応させた多種多様なセンサからの高密度な時系列データに対して,データ間の因果関係をリアルタイムに解明しつつ環境制御にフィードバックさせる基礎的な仕組みを実現できた.多様なセンサ類の相互接続と高解像度センシング,異種センサデータ間の複雑な因果関係をリアルタイムに解明するデータストリーム処理を可能とするマルチベンダセンサグリッドの実証的研究を実施した.環境に適応させた多種多様なセンサからの高密度な時系列データに対して,データ間の因果関係をリアルタイムに解明しつつ環境制御にフィードバックさせる基礎的な仕組みを実現できた.ICTを活用した高精密農業に必要なデータ収集インフラを配備する上で大きな課題となっている多様なセンサ類の相互接続と高解像度センシング,異種センサデータ間の複雑な因果関係をリアルタイムに解析するデータストリーム処理を可能とするマルチベンダセンサグリッドの開発を目指した.初年度は,マルチベンダセンサグリッドを実現するシステム体系において,i)多数のノード設置や高頻度なデータ収集の実現と必要な解像度の分析に関して検討を進めた.環境や植物の生育状態をデータとして高スケーラビリティで効率的に収集するために,ネットワークを形成可能な多種多様なセンサノードをPaaS(Platform as a Service)のように必要な時に必要なだけ柔軟に利用できるようにするアーキテクチャの検討を進めた.また,ZigBeeセンサネットワーク並びにWiFiネットワークカメラを用いて,実際の施設園芸環境にて高解像度センシングの実証実験を数回実施した.その結果,高温多湿の施設園芸環境において,2.4GHz帯無線通信の不安定さ並びに,環境計測の難しさが判明し,想像以上に無線センサネットワーク応用研究は課題が多いことを実感した.この過酷な施設園芸環境でのリモートセンシングに関する実験結果は,査読付国際会議へ採択された.高精密農業における「きめ細かい」観察,作業や観察データの記録・解析,データに基づく制御といった要素に関して,まだ多数のノード設置や高頻度なデータ収集,異種ノード間の相互連携といった十分な機能を備えているとは言えず,生育過程に影響を与えると考えられる多種多様なデータの必要な解像度の解明や,それら因果関係を精密に分析し制御へ反映できる拡張性の高いインフラの構築に関し,今後とも継続して研究開発を進めていく.ICTを活用した高精密農業に必要なデータ収集インフラを配備する上で大きな課題となっている多様なセンサ類の相互接続と高解像度センシング,異種センサデータ間の複雑な因果関係をリアルタイムに解析するデータストリーム処理を可能とするマルチベンダセンサグリッドの開発を目指した.初年度に引き続き,マルチベンダセンサグリッドを実現するシステム体系において,i)多数のノード設置や高頻度なデータ収集の実現と必要な解像度の分析に関して検討を進め,実際の施設園芸環境にて高解像度センシングの実証実験を継続して実施した.その結果,高温多湿の施設園芸環境において,2.4GHz帯無線通信の不安定さ並びに,環境計測の難しさが判明し,想像以上に無線センサネットワーク応用研究は課題が多いことを実感し,この試みについてまとめた内容が国際ジャーナルに採択された.並行して,三次元的に照度を計測するための追加モジュールや土壌水分センサモジュールを開発し,次年度実験に追加していく予定である.ii)異種ノード間の相互連携と分散データストリーム処理を実現するためのアーキテクチャを検討し国内研究会にて発表した.iii)ユーザインタフェースの提供に関して,高精密農業における「きめ細かい」観察,作業や観察データの記録・解析,データに基づく制御につなげるため,センサネットワークによって収集された計測値(温度,湿度等)に関して,農業支援環境の見える化の検討ならびに実現と評価を進めた.時間的,空間的な変化をWebブラウザで閲覧可能とする仕組みを開発することで農業のエキスパートからのノウハウを形式知かする環境が整備されつつある.以上に関係する研究発表論文は3件が表彰され,学会論文誌への推薦論文にも選出された.今後も継続して実証実験を進め有効なシステムを目指す.本研究では,ICTを活用した高精密農業に必要なデータ収集インフラを配備する上で大きな課題となっている多様なセンサ類の相互接続と高解像度センシング,異種センサデータ間の複雑な因果関係をリアルタイムに解析するデータストリーム処理を可能とするマルチベンダセンサグリッドの開発を目指した.これまでに引き続き,マルチベンダセンサグリッドを実現するシステム体系に従って研究開発を実施した.1.多数のノード設置や高頻度なデータ収集の実現と必要な解像度の分析に関しては,夏の大規模台風の影響で施設園芸環境の屋根が破損し復旧に時間がかかるということから,RPLを同期型に改良することで省電力に周期データ収集可能な通信プロトコルの研究開発と実証実験を大学構内で実施した.既存RPLに比べ劇的に省電力化を実現できることを示し,IPSJ全国大会にて学生奨励賞を受賞した.2.異種ノード間の相互連携と分散データストリーム処理に関しては,多種多様なセンサデータをリアルタイム処理しつつ蓄積するアーキテクチャを研究開発した.PUCCプロトコルの採用による高可用性ならびにセンサデータの差異吸収と,DSMSとDBMSの連携による高効率の大量データ処理機能を持つ分散型センサデータ管理システムを開発し,負荷試験の結果,DBMSやNoSQLのみのシステムに比べ劇的な性能向上を期待できることを示した.研究成果は国際会議で発表しただけでなく国内論文誌投稿中である.

3.ユーザインタフェースの提供に関して,Webインタフェースを用いて異種ネットワーク上のデバイスを連携させる仕組みを研究開発した.研究成果は国内外で発表しただけでなく国内論文誌へ採択された.4.マルチベンダセンサグリッドの評価に関して,時間的,空間的な変化をWebブラウザで閲覧可能とする仕組みを開発しただけでなく,小型ヒートポンプと組合せることで温度と湿度を連動制御する仕組みを研究開発した.農業のエキスパートからのノウハウを形式知化する基礎環境を開発し,どのような判断がどのような意味を持つか定量的に示すべく実証実験を繰り返した.過酷な環境での安定稼働に課題があるが,以上に関係する研究発表を数件実施し好評を得ている.今後,本研究成果を基礎にコンポーネントベースへの拡張を考えている.
肝虚血再潅流障害における細胞外ヒストンの修飾を介した麻酔薬の臓器保護作用の検討

肝臓切除術や臓器移植、血管手術などで生じる虚血再灌流障害は周術期の重篤な臓器不全や組織障害の原因となる。ヒストンは敗血症や外傷、虚血再灌流障害で細胞外に放出され、主要なメディエーターとして働くと報告されている。本研究では、肝臓切除術とマウスの下肢虚血モデルにおけるヒストンの関わりを検討した。ヒストンは肝臓虚血再灌流後に上昇し、虚血時間と関連して上昇する傾向を示した。また、ヒストンが虚血細胞から放出されるのか好中球由来かCLPマウスにて調べた。ヒストンは壊死細胞よりむしろ好中球由来と考えられた。周術期における虚血再潅障害による炎症反応や組織壊死は、術後合併症や予後と相関するため、虚血再潅流障害の影響を最小限にする麻酔管理を行うことが重要である。細胞外ヒストンは、虚血再灌流時に傷害を受けた壊死細胞、好中球等から放出され、生体由来催炎症性物質(damage-associated molecular patterns:DAMPs)として働くと報告されている。本年度は肝臓虚血再潅流マウスモデルを用いて、麻酔薬(セボフルラン、デスフルラン、プロポフォール、デクスメデトミジン)による虚血再潅流障害抑制作用について検討した。セボフルランによる虚血再灌流障害の改善には微小循環の改善が関わっていることが報告されているため、ドップラーエコーによる肝血流の評価を行ったが、マウスでは解析困難であり、ラットに動物種を変更して行う予定とした。今後はラットにおける肝臓虚血再潅流モデルにおける肝虚血再潅流障害抑制と麻酔薬との関係について検討を行う予定である。周術期における虚血再潅障害による炎症反応や細胞死は、術後合併症や予後と相関するため、虚血再潅流障害の影響を最小限にする麻酔管理を行うことが重要である。細胞外ヒストンは、傷害時に壊死細胞、好中球等から放出され、虚血再潅流障害において、生体由来催炎症性物質(damage-associated molecular patterns:DAMPs)として働くと報告されている。昨年度はマウスによる検討を行ったが、解析困難であり、ラットに動物種を変更して検討を行っている。ヒトを対象とした研究では、肝臓切除を行う症例の採血を行い、測定を開始している。今後は動物実験と臨床研究を平行して行い、肝臓虚血再灌流傷害と麻酔薬との関係について検討を行う予定である。ラットに変更したことにより、ラインの確保は容易となったが、人工呼吸器の設定等に難渋しているため。周術期における虚血再灌流障害による炎症反応や細胞死は、術後合併症や予後と相関するため、虚血再灌流障害の影響を最小限にする麻酔管理を行うことが重要である。細胞外ヒストンは、障害時に懐死細胞、好中球等から放出され、虚血再灌流障害において、生体由来催炎症性物質(damage-associated molecular patterns : DAMPs)として働くと報告されている。虚血再灌流障害のモデルであるマウス、ラットを用いて、DAMPsの一つであるヒストンについてその動向を検討し、ヒトにおいては肝切除術を虚血再灌流障害のモデルとして虚血手技であるプリングル前後での血中ヒストンの動向を同様に検討した。また敗血症では微小循環障害を認めることが知られているが、敗血症モデルマウスである盲腸結紮穿刺(CLP)マウスにおいてヒストンが、壊死細胞と好中球、どちらの由来であるか検討した。まず、肝切除術のプリングル後では、ヒストンが有意に上昇していた。次にCLPマウスにおいてSham群と比較して、ヒストンの一つである血中H3が上昇していた。さらに、両側大腿部をゴム輪にて結紮し駆血する下肢虚血再灌流モデルにおいても検討したが、HMGB-1のみ有意な上昇を認め、ヒストンにおいては有意な上昇を認めなかった。次に敗血症モデルのCLPマウスを用いて行ったヒストンの由来の検討実験では、ヒストンの上昇を認めるが、その上昇は抗好中球抗体を用いると消失した。このことよりヒストンは、敗血症において好中球由来であることが示唆された。これら以上の結果より、肝臓や下肢の虚血再灌流障害においてヒストンは上昇傾向を示すことがわかった。また、敗血症においては、ヒストンは壊死細胞から放出されるよりもむしろ好中球に由来していることが示唆された。C57BL6マウスを用いて肝臓虚血再潅流モデル(70% partial warm hepatic I/R model)の作成を行ったが、マウスでは血管の同定が困難であり、虚血の評価を行うことも難しかったため。

今後はラットにおける肝臓虚血再灌流障害抑制と麻酔薬との関係について検討を行う予定であるが、困難な場合は、下肢虚血再灌流障害モデルにモデルを変更して検討を行う予定である。麻酔科学、集中治療医学今後はラットにおける肝臓虚血再潅流モデルにおける肝虚血再潅流障害抑制と麻酔薬との関係について検討を行う予定である。ラットの虚血再灌流モデル作成に時間を費やしたためマウスによる虚血再潅流障害モデルの作成に時間を要したためラットによる肝虚血再灌流モデルにて検討を継続する。難渋する際には、マウスによる下肢虚血再灌流障害モデルに変更し、検討を行う予定である。ラットに動物種を変更し、再度モデル作成を行い検討を行う
構造生物学的手法に基づく新規抗体作成法の創成

抗体は細胞/分子の単離・標識など生命現象を解明するための研究ツールや、疾患の診断・治療薬として非常に有用だが、標的分子に対して目的の機能・特異性を持つ抗体を取得することは容易ではない。従って、抗体作製のための新たな選択肢(技術)が求められている。そこで、本研究では新規抗体作製法として、抗原の立体構造情報に基づいて、抗原の望む部位へ自由自在に抗体をコンピュータ上で理論的に人工設計するシステム構築に挑戦した。研究対象の疾患としては、作製した抗体に感染阻害能があるかどうかを判断するための機能解析が数日で迅速に評価できるウイルス感染症とした。研究手法としては、構造生物学的手法とウイルス学的手法、コンピュータ計算科学的手法を組み合わせて進めた。今年度は、昨年度にスーパーコンピュータを利用して抗原構造と抗体構造に基づき設計した抗体の候補配列を実際に人工遺伝子として合成し、HKE293細胞に導入することで、培養上清中にコンピュータ設計抗体を発現させた。この抗体を用いて、EGFP組み換えウイルスによる培養細胞への感染を阻害できるかどうかを評価した。人工合成したコンピュータ設計抗体は、全体の3分の1程度の候補において、実際に培養上清中に蛋白質として発現させることに成功した。これらの候補中に、実際にウイルス感染を阻害する中和能を持つ抗体が存在することが期待されたが、中和能を発揮する抗体は確認されなかった。しかし、一部の抗体は実際にウイルス抗原への特異的な結合が確認できたことから、設計システムをさらに改良することで、有用な抗体作製手段と成り得ることを示した。抗体は標的分子に対する特異性の高さから医薬品としての注目度も非常に高い。しかし、抗体作製はまだ誰もが気軽にできる技術ではなく、マウス等の動物に抗原を免疫することで取得されたものや、抗体ライブラリーから取得されたものとなっている。そのため大きく確率に依存しており、目的の抗原結合部位と能力を兼ね備えた抗体の取得が困難を極める場合も多い。そこで、本研究ではこうした抗体を取り巻く現在の問題点に対する打開策の一つとして、抗原の立体構造情報に基づいて、抗原の望む部位へ自由自在に抗体をコンピュータ上で理論的に人工設計するシステムの構築を目指している。抗体は医療において診断・予防・治療時に医薬品として用いられるだけでなく、細胞および分子の単離・標識など生命現象を解明するための研究ツールとしても非常に有用であるため人工設計が可能になれば幅広い研究領域に対して大きな貢献が期待できる。本研究における対象疾患としては、抗体に感染阻害能があるかどうかを判断するための機能解析が2-3日で迅速に評価できるウイルス感染症を対象とした。本年度は我々が以前に構造決定したウイルス糖蛋白質のX線結晶構造に基づき、スーパーコンピュータを使って抗体の構造モデリングとドッキング計算を組み合わせた候補抗体のin silicoスクリーニング系を構築・実施した。抗原と抗体の結合安定性をスコア化し、スコアの高い順に30個のコンピュータ設計抗体を選抜した。この候補抗体をDNA合成した後、抗体蛋白質として発現・分泌させるために培養細胞発現系の条件検討を実施した。スーパーコンピュータを使っても一連のスクリーニング計算に半年以上かかるため時間短縮が課題となったが、スクリーニング後の実験系構築は順調に構築できた。従って、やや遅れ気味ではあるが、理論的な新規抗体作製法の開発に向けて研究は進展している。今後、in silicoスクリーニングの迅速化のためソフトフェアの組み合わせの変更やコンピュータのリソースを追加することを計画している。また、培養細胞発現系の条件を最適化し、コンピュータ設計抗体を用いた感染阻害実験を行う。その結果を受けて、抗原抗体の結合安定性のスコアリングの条件検討やウイルス抗原構造上の標的部位の変更等を行うことで精度を改善させる。必要試薬をキャンペーン等で購入し想定より安く購入できたため。また、想定以上にスーパーコンピュータ計算に時間がかかり、生物学実験が後ズレしたため。
鞭毛藻類のシスト形成に関する生化学的過程の研究

富栄養化した内湾域でしばしば赤潮を形成する鞭毛藻類のシストの形成が、海洋環境と生物の特性にどのようにかかわっているかを調べるために、海域環境条件とともにシスト形成過程における藻体の生化学的変化について検討した。瀬戸内海で良く見られるシャットネラ・アンテイーカ、アレキサンドリウム・カテネラおよびスクリップシエラ・トロコイデアの3種についてそれぞれ増殖過程における有機態炭素・窒素・全リンおよびATPの細胞内含有量の変化を追跡した。細胞内ATPは、培地に藻体を接種後数時間は減少傾向を示し、その後対数増殖の初期には急増して1細胞当たりそれぞれ20-30pg、5-7pg、3-4pgに至った。その後対数増殖の中期以降再び減少し、定常期にはそれぞれ1/2ないしは1/3のレベルで推移した。接種直後のATPの減少は、細胞外有機物の欠乏が原因が考えられ、培養液から透析して得た。低分子および高分子有機物を添加するとATPレベルが上昇することを見いだした。また、有機物の減衰についても詳細な知見を得たので、これらの成果を3編の論文にまとめ現在投稿中である。本年度は、東部瀬戸内海で多発する赤潮原因種であるChattonella antiquaのシスト形成時およびその休眠期におけるアミノ酸の量および組成の変化過程について詳細な追跡を行った。その結果、栄養細胞の増殖過程において、一細胞当りのアミノ酸濃度は対数増殖期のものの方が定常期のものに比べて3倍も多いことが分かった。この定常期の栄養細胞をシスト形成培地に接種したたところ、接種後12日目には定常期の2倍量のアミノ酸が一細胞当りに含まれていることが明かとなった。このことは、シスト形成培地中で2個の接合子が接合していることを強く示唆している。これまでの研究ではC.antiquaの明確な接合は報告されていなかったので、今回の結果は今後の研究の発展に資するところが大きいと思われる。この巨大細胞を培地ごと暗所(25°C)に移したところ6日目に初めてシストが確認された。このシストは栄養細胞の2倍量のアミノ酸を含有していた。こうして形成されたシストを10°Cの低温条件に移したところ、2カ月目までアミノ酸量は漸増した。しかしながら、2カ月後からは次第に減少しはじめ8カ月目には、栄養細胞のそれと同程度の量まで減っていることが分かった。このように、休眠中のシストでも生合成や分解のような代謝過程が比較的活発に働いていることが明らかになった。シスト中のアミノ酸量の減少の経時変化とシストの発芽実験の結果から,C.antiquaのシストは堆積物中で少なくとも3ー4年は発芽能力を失わないで休眠が可能であることが推測された。このことは、今後のC.antiqua赤潮の発生予知に関する研究にとって大きな意義を持つものである。瀬戸内海で良く見られるシャットネラ・アンテイーカ、アレキサンドリウム・カテネラおよびスクリップシエラ・トロコイデアの3種についてそれぞれの増殖過程における有機態炭素・窒素、全リンおよびATPの細胞内含有量の変化を追跡した。細胞内ATPは、培地に藻体を接種後数時間は減少傾向を示し、その後対数増殖の初期には急増した1細胞当たりそれぞれ20-30pg、5-7pg、3-4pgに至った。接種直後のATPの減少は、細胞外有機物の欠乏が原因と考えられ、培養液から透析して得た、低分子および高分子有機物を添加するとATPレベルが上昇することを見いだした。
将来の気候変動が世界各国・地域別のフードセキュリティに与える影響分析

これまでの世界食料モデル(WFM17)は、10品目のみが対象となる財であったが、植物油や畜産物を含む20品目に対象財数を拡大したモデル(WFM18)を開発し、より正確な栄養分析が可能となった。また、気候変動が、飼料生産に及ぼす影響を通じて、畜産物需給に及ぼす影響の評価も可能となった。地域モデルの開発に関して、気候変動の影響予測が可能な、インディカ米とジャポニカ米別の分析が可能なコメの世界モデルを開発した。また、ブラジルの大豆の需給モデルを開発し、新品種導入による州別の収量と作付面積の変化が、大豆油と大豆粕、バイオディーゼル生産に与える影響の分析を行った。さらに、アジア諸国の食料自給率変化の要因分析を行い、インドネシアについては、気候変動が最適な作付面積割合に及ぼす影響を分析するために、家計個票のデータを取得した。気候変数の時系列分析に関して、気候データ、特に北半球の気温の定常性に関する論文サーベイを行い、気温が非定常であり、その期待値や分散が時間変化に従って変化しているとの結果を先行研究の多くが得ていることを確認した。全球作物モデルによる収量予測シミュレーションは順調に進捗している。国際応用システム分析研究所(IIASA)のSSPデータベースより国別・10年平均値のGDP、人口シナリオ(2010-2100年)をSSP4とSSP5について入手し、年別値に補完し、CYGMAへの入力データとして新たに整備した。世界食料モデルについては、各年において、作物の収量関数の修正、対象国数および対象品目数の増加を行い、現実的なシミュレーションを実施できるように改良を重ねてきた。今年度においては、さらに対象品目数を増加させると共に、均衡価格を得るための収束計算部分を改良し、より正確な結果を得ることができた。地域モデルの開発に関して、州や県別の分析が可能となるようにデータの収集を継続し、また、品目あるいは種類別の分析が可能となるように関数を計測し、モデルを拡充した。時系列分析に関して、研究協力者とともに、Climate Change、Ecological Economics等を始めとする学術雑誌のサーベイを行い、気象学・水文学等の分野における非定常気候時系列データの取扱いに関する歴史と現状の整理を行った。収量予測シミュレーションに関して、RCPやSSPのシナリオやGCMの違いで考慮した不確実性要因(排出シナリオなど)の全球平均収量への寄与度を評価し、必要に応じてシナリオを追加する。世界食料モデル分析に関して、収量予測値を挿入し、誤差を検定できるように、既存の2004年から2013年までの発射台データに加えて、価格データが得られる初年の1991年から2003年までの発射台データを構築した。それらを用いてモデルの妥当性を検証する。食料需給モデルにより推計される一部の農畜産物由来の栄養供給量の位置付けの明確化のため、農畜産・水産物由来の栄養供給量をより網羅的に把握する。このため、世界全体の国別の農畜産・水産物供給量及び品目別の栄養価のデータを基に、1人当たりの栄養供給量の中長期的なトレンドを計測する。時系列分析に関して、サーベイ結果を陸域・海域・全球/半球レベルなどの領域について類型化し、それぞれでどのような観測データが定常/非定常であるとされてきたのかの整理を行うとともに、農業生産に関連する非定常気候時系列データの分析方法について検討する。また、主として日本の研究機関が観測し、公開している膨大な気候時系列データの一部を利用して、非定常性の分析を実施する。

時系列分析に関して、研究協力者とともに、Climate Change、Ecological Economics等を始めとする学術雑誌のサーベイを行い、気象学・水文学等の分野における非定常気候時系列データの取扱いに関する歴史と現状の整理を行った。収量予測シミュレーションに関して、RCPやSSPのシナリオやGCMの違いで考慮した不確実性要因(排出シナリオなど)の全球平均収量への寄与度を評価し、必要に応じてシナリオを追加する。世界食料モデル分析に関して、収量予測値を挿入し、誤差を検定できるように、既存の2004年から2013年までの発射台データに加えて、価格データが得られる初年の1991年から2003年までの発射台データを構築した。それらを用いてモデルの妥当性を検証する。食料需給モデルにより推計される一部の農畜産物由来の栄養供給量の位置付けの明確化のため、農畜産・水産物由来の栄養供給量をより網羅的に把握する。このため、世界全体の国別の農畜産・水産物供給量及び品目別の栄養価のデータを基に、1人当たりの栄養供給量の中長期的なトレンドを計測する。時系列分析に関して、サーベイ結果を陸域・海域・全球/半球レベルなどの領域について類型化し、それぞれでどのような観測データが定常/非定常であるとされてきたのかの整理を行うとともに、農業生産に関連する非定常気候時系列データの分析方法について検討する。また、主として日本の研究機関が観測し、公開している膨大な気候時系列データの一部を利用して、非定常性の分析を実施する。
強光子場デザインのためのスペクトラル利得回折格子を用いた広帯域位共役鏡

本研究の目的は、フォトリフラクティブ結晶に記録されたスペクトラム利得回折格子を利用して、超短パルスレーザーのようなスペクトル帯域が極限的に広い光波のスペクトルを損なうことなく位相共役波を発生させることである。すなわち、超短パルスレーザーの波面、スペクトルを自在に制御できる革新的な広帯域位相共役鏡(スペクトラル位相共役鏡)を開発し、強光子場デザインのための革新的な光学技術、フェムト秒位相共役光学の確立を目指す.これまでに、近赤外域で大きなフォトリフラクティブ非線形光学効果を示すRhイオンドープBaTiO_3結晶とその外部に配置したループ共振器からなる広帯域位相共役鏡を新規に考案し、チャープパルス(スペクトル半値幅2nm)に対する特性を実験的に実証した。特に、結晶方位、Rhイオン濃度、光学系の最適化によって50%近い反射率を示す高機能位相共役鏡が開発できた。この位相共役鏡を半導体レーザー側面励起Nd : YVO_4レーザー増幅器に適用し、発振器・増幅器の構成で平均出力18Wを達成した。レーザー増幅器からのエネルギー取り出し効率は35%であった。さらには、システムの小型化高機能化を目指し、発振器をファイバー化した。回折限界ビーム品質を持つ10W級超短パルスレーザーシステムの開発に成功した。これらのレーザーを集光すると10TW/cm^2に近い光強度が実現できるため、限られた実験スペースで強光子場が作り出せる。すなわち、超短パルスレーザーの波面、スペクトルを自在に制御できる革新的な広帯域位相共役鏡(スペクトラル位相共役鏡)を開発し、強光子場デザインのための革新的な光学技術、フェムト秒位相共役光学の確立を目指す。本年度は、近赤外域で大きなフォトリフラクティブ非線形光学効果を示すRhイオンドープBaTiO_3結晶とその外部に配置したループ共振器からなる広帯域位相共役鏡を新規に考案し、チャープパルスに対する特性を実験的に検証した。ピコ秒パルスレーザーをフォトニック結晶ファイバー(三菱電線工業、PC3-01700、2m)に結合させ、チャープパルス(スペクトル半値幅2nm)を作る。このチャープパルスに対して、反射率30%の位相共役波を観測した。また、プローブ光のパルス幅が7psであるのに対して、位相共役波のパルス幅は4psまで圧縮されることを見出した。このパルス圧縮効果は位相共役鏡であるBaTiO_3結晶への入射光の屈折角分散と結晶の屈折率分散から起こるものと予想される。また、昨年度に引き続き、半導体レーザー側面励起Nd:YVO_4レーザー増幅器の最適化を行い、単純な発振器・増幅器の構成で平均出力10Wを達成した。レーザー増幅器からのエネルギー取り出し効率は23%であった。今後、このシステムに位相共役鏡を組み込み、回折限界ビーム品質を持つ20W級超短パルスレーザーシステムを開発する予定である。
不正咬合が下顎骨関節成長に及ぼす影響に関する研究

【目的】不正咬合による力学的不均衡が下顎骨および下顎骨関節突起にどの様な影響を及ぼすか経年的に解析する事を目的として,顎変形症ラット下顎骨の解析を試みた。【資料および方法】測定の対象として実験群には顎変形症誘導ラット(30匹)の摘出下顎骨を,対照群には正常ラットを用いた。33KV,100μA,スライス厚14.67μmの条件でマイクロX線CT撮影を行い,得られたデータから1)三次元再構築による下顎骨変形と高骨密度分布域の観察2)関節突起の三次元構築画像の骨形態計測3)CTデータを用いた自動有限要素モデルによる力学解析を行い,それぞれの関連性を追求した。【結果】1)下顎骨全体の三次元構築画像より,高骨密度領域の分布に差が認められた。実験群の関節突起は,実験開始早期より正常群とは異なった形態を示し,また骨梁の走行も変化していた。実験群の左右関節突起の比較では,経年的に左側の方が太く短かい傾向を示した。2)実験群(5週齢,21週齢)の左右関節突起とも対照群に比べ,骨密度(BV/TV),骨梁幅(Tb,Th),骨表面積(BS),骨梁数(Tb,N)は小さい傾向を示した.さらに,実験群の左右の比較では何れのパラメーターも左側が小さく,それは21週齢で著明であった.3)有限要素解析を行なったところ,高骨密度領域に相当応力の集中が認められた。【考察】ラット顎顔面における人工的な力学環境の変化は,高骨密度領域の変化だけでなく,関節突起の形態,骨梁構造にも変化を及ぼし,三次元的な骨の歪みが現われている事が確認された。また,関節突起は下顎骨全体の変化に比べ早期に,しかも劇的に変化していることから,下顎骨に対する力学環境の変化を早期に予測可能な部位であることが示唆された。顎変形症の予測,予防には下顎骨関節突起の観察が重要である。