hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫の定位型ナビゲーションを実行する全神経回路における計算過程解明

本年度は,次の4つの課題についての研究を行った。1)コオロギ音源定位ナビゲーションの聴覚情報操作実験:昨年度報告した音源に近付いていくアプローチフェーズ(AP)中に,誘引歌を消失させたり,音現位置を移動する操作を行った。その結果,誘引歌から白色ノイズに切り替えるとコオロギはただちに直進歩行をやめ,また位置が変化した音源の方へすぐに定位をはじめた。これらの結果は,AP中のコオロギは素早く音源に注意を向けることを意味しており、その内部状態が変化していることが示唆された。2)視覚/聴覚VRシステムによる音源定位行動における視覚手掛かりの影響の解析:聴覚・視覚刺激を目標との距離に応じて変化させ,より実環境に近い仮想環境で行動実験を行った。その結果,視覚情報の提示(物体)が目標に対する体軸のばらつきを有意に減少させたことから,コオロギが視覚情報を手掛かりとして目標の方向決定を行うことが示唆された。3)音源定位中における頭方位をコードする脳内神経活動の計測:聴覚的VR環境下で音源定位中のコオロギの脳から細胞内記録を行った。その結果、中心複合体領域において動物の頭方位および転向運動の強度を符号化するニューロンを同定した。これらのニューロンは誘引歌そのものには応答せず、ニューロンが選好性を示す頭方位は音源方向と一致しなかった。これらの結果から、音源定位中のコオロギは、自身の運動に伴って変化する頭方位情報も維持していることが示唆された。4)コウモリ探索超音波に対する回避行動ナビゲーションに関する研究:胸部神経節内の聴覚ニューロンから細胞内記録を行い,聴覚応答に対する(忌避刺激である)気流刺激の影響を調べた。誘引歌やコウモリ探索音波に近い高周波の音刺激を提示中に気流パフを与えたところ,局所介在ニューロンON1や上行性投射ニューロンAN2などで,聴覚応答が抑制されることを見いだした。課題1)では,ほぼ当初計画通り進捗している。VRシステムを使うことなく,コオロギの運動をリアルタイムで計測し,その位置や方向によって刺激内容や音源位置を変化させることで,コオロギが音源定位のナビゲーション中に,より音情報を積極的に利用しようとする内部状態が存在することを明らかにすることができた。課題2)では,聴覚・視覚刺激をより実環境に近い特性で変化させた条件においても,昨年度と同様に定位行動における方向のばらつきの減少が確認できたため,構築した視覚/聴覚VRシステムと刺激条件が,ナビゲーションにおける複数感覚統合の解析に有用であることが示された。さらに,これまで聴覚情報のみで制御されていると思われていた音源定位行動が,実は視覚情報も用いられているという,当初の予定を上回る研究成果が得られた。課題3)では,当初予定していた多細胞神経活動からのデコーディングによる音源方位認識に関与するニューロン群の同定にはいたらなかったが,その代わりにVRシステム内で音源定位中のコオロギから脳内ニューロンの細胞内記録に成功した。ショウジョウバエですでに報告されている頭方位細胞の存在をコオロギでも明らかにできただけでなく,音源定位中に頭方位情報が継続して維持されていることが示唆されたのは,大きな成果である。課題4)では,回避行動ナビゲーションに関与する多感覚統合の神経回路基盤に関する研究成果が得られた。また,特に課題1)では,当初計画通り本領域内のA02データ科学班と共同でデータ解析を行っている。さらに課題4)に関連して引き続きB01飛龍班と共同研究を実施し,また音源定位行動のより詳細な運動解析のために公募研究A01岩谷班の無限遠平面装置の導入を進めており,当初計画以上に領域内で連携した共同研究が推進できている。したがって計画全体としては,ほぼ予定どおりの進捗を達成していると評価できる。平成31年度は,次の2つの課題についての研究を実施する。1)音源定位行動中の転向運動制御に関する実験A01岩谷班の無限遠平面装置上で音源定位させ,その体軸方位角と音源方位の関係から,転向運動を開始する環境条件を調べる。例えば,左右の鼓膜で捉えた音圧差が一定の閾値を超えたときに音源への転向運動を開始した場合,音圧差が実際に音源へ定位するためのターン運動を引き起こすことが証明できる。さらにそれを踏まえて,脳内の左右音圧差を符号化する神経活動の計測を試みる。2)細胞内記録による音源方位と頭方位情報の統合ニューロンの探索平成30年度に続き,VR装置上で音源定位するコオロギの脳から,特に中心複合体領域を中心に細胞内記録を行う。Head direction cellが符号化する頭方位が,音源位置に伴って変化するかどうかを調べ,ほ乳類やショウジョウバエで確認されている視覚的手掛かりだけでなく,聴覚的手掛かりが頭方位情報に影響するのかを明らかにする。本年度は,主に本研究計画を遂行するための実験設備の整備とセットアップ,および領域内共同研究に向けた検討を行った。まず自由行動下の音源定位行動を詳細に観察するため,研究室内に新たに4.68m2の防音室を設置し,内壁に吸音材を敷き詰めた。防音室内部に円形の実験アリーナを設置し,四方に刺激用スピーカーを配置した。その真上の天井にCMOSカメラを設置し,アリーナ中央から動物が音にしたがって移動していく様子を観察できるシステムを作成した。

また,生理学実験時に聴覚的なバーチャルリアリティ(VR)空間を再現するため,防音室内部でオスコオロギの誘引歌を録音し,動物からの距離によってどのように音圧が変化するのかを計測した。さらに,連携研究者の安藤氏の協力により,聴覚的VR空間を再現する刺激装置を製作した。現在上述した音圧データをもとに,トレッドミルで計測した運動データからクローズドループで制御するフィードバックゲインを調整している。なお,視覚的VRシステム製作について,新学術領域研究学術研究支援基盤形成「先端モデル動物支援プラットフォーム」の支援を受けることが決定し,多感覚でのVRシステムを使った研究への展開できる道筋がついた。領域内共同研究として,大阪大学の前川氏にディープ・ニューラルネット(DNN)を使用したコオロギの移動軌跡データの解析を依頼した。我々はこれまでに音刺激を先行して呈示した場合,短い気流パフに対する逃避行動が変化することを報告しているが,DNNによる解析では,音刺激の有無だけでなく,刺激方向の一致性を区別するノードが得られた。これは我々の解析では気づけなかった点であり,今後音源定位の軌跡データの情報学的解析について,大きな期待ができる。本年度の目標であった,音源定位行動の軌跡データを計測する実験設備と聴覚VRシステムの製作は,まだ双方のデータの照らし合わせなどの調整は残っているが,ほぼ終了した。しかし,実際に動物を行動させたときのデータ取得については,採用を予定していた博士研究員の選出に手間取ったため,年度内には十分なデータを得られなかった。しかし,現在急ピッチで実験を進めており,次年度はほぼ研究計画通り進めることができると思われる。また,行動データの統計学的解析については,領域内の情報学チームとの連携により解析の道筋が付いた。さらに先端モデル動物支援プラットフォームの支援により,聴覚だけでなく視覚的VRも同時に再現するシステムを構築できることになった。今後単純な音源定位だけでなく,視覚的手掛かりも使用した多種感覚統合によるナビゲーション研究にも展開が期待できる。したがって,全体としてはおおむね順当に進展していると判断される。本年度は,連携研究者だった安藤規泰氏を研究分担者に加えて,次の4つの課題についての研究を行った。1)オープンフィールドにおけるコオロギ音源定位ナビゲーションの解析,2)聴覚仮想現実環境(Auditory VR)システムの開発とマルチモーダル化,3)誘引歌の音源情報をコードする脳内神経活動の計測,4)コウモリの探索超音波に対する回避行動ナビゲーションの解明に関する研究。課題1)については,コオロギは誘引歌を受容してすぐに音源定位行動を起こすのではなく,突然音源に近付いていく行動(アプローチモード)を取ることがわかった。アプローチモードにおける音源への接近速度はモード前の行動に比べて有意に速く,進行方向と音源のなす角度は大きく減少していた。またアプローチモードに移る位置は,音圧に依存しなかったことから,音の強さだけでアプローチモードが開始される訳ではないことが示唆された。課題2)については,Auditory VR装置を用いて仮想空間上の音源へメスコオロギを定位させること成功した。さらに,視覚刺激と聴覚刺激を同時に提示することにより,音源定位行動の目標確定に視覚入力も用いられていることを明らかにした。
αシヌクレインの機能に関する分子神経生物学的研究

アルツハイマー病脳の不溶性成分の分析から我々が見出したαシヌクレインは、その遺伝子変異が家族性パーキンソン病の原因遺伝子として再同定された。そして、約90年間不明であったレビー小体という脳病理(異常構造物)の主成分である事が判明した。しかし、αシヌクレインの生理的機能は不明のままである。我々は、αシヌクレインが脳神経細胞のミトコンドリア(細胞内エネルギー産生構造物)に存在する事を見出した。α-synucleinの異常により、ドーパミン作動性ニューロンが特に変性し易いという病理学的所見に基づき、ドーパミン神経細胞株にヒトα-synucleinを導入発現させたところ、ドーパミン生合成律速酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)のmRNAレベルでの発現抑制を見出し、α-synucleinが転写レベルで遺伝子制御に関わっている可能性を見出した。これと対応して、正常ラット脳において広範囲の神経細胞核内にα-synucleinが局在する事を、新規開発した単クローン抗体による免疫組織化学で確認し、脳から精製した核画分のWestern blot解析でα-synucleinを生化学的に検出した。これはα-synucleinが哺乳類の脳神経細胞核に局在する事を確立した初めて報告である。因みにタウも核内に存在する事が知られているがその生理機能は解明されておらず、この局面でもα-synucleinとの相似性が見出される。さらに、我々は酸化的ストレスによりα-synudeinが核内に移行する現象を見出した。他方、上記の単クローン抗体を用いて、α-synudeinの脳神経細胞内の局在を、免疫電顕法を用いて詳細に検討したところ新たな知見が得られた。即ち、α-synucleinはシナプス前部、細胞核のみならず、ミトコンドリアに局在が確認された。ミトコンドリア外膜、内膜、その間隙、マトリックスそれぞれに局在する免疫電顕像が得られた。さらに、ラット脳を用いて脳領域別にミトコンドリアを単離精製してWestern blot解析したところ、神経変性し易い脳領域、即ち海馬、嗅球、線上体のミトコンドリアにα-synucleinが多くみられた。精製したミトコンドリアにα-synucleinを添加すると、α-synucleinの量に依存して複合体Iの活性が抑制された。これらから、α-synudeinの機能の一つとしてミトコンドリアでの機能の存在が確認され、複合体Iを抑制する事から、α-synucleinの異常、特に量的な増大が、ミトコンドリアの機能異常に直接関連する可能性が示唆された。パーキンソン病(PD)の病理形成において、過剰リン酸化したα-synucleinが関与していると考えられている。しかし、リン酸化したα-synucleinの生理機能に関しては未だ確立していない。ドーパミン神経細胞株MN9Dに野生型α-synucleinと擬リン酸化α-synucleinを導入発現させ、ドーパミン生合成律速酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)を検討したところ、TH自身の発現には影響は観られなかった。しかし、野生型α-synucleinを発現させた場合は明らかにTHのSer40のリン酸化とドーパミン生合成が抑制された。一方、S129D擬リン酸化α-synucleinを発現させた場合はTHのリン酸化が促進され、ドーパミン生合成も促進された。さらに、野生型α-synucleinの過剰発現はMN9Dへの細胞毒性として現れたが、擬リン酸化α-synucleinを発現させた場合には細胞毒性は観られなかった。これらから、Ser129がリン酸化されたα-synucleinの機能の一つとして、THの活性制御に関わる可能性と細胞毒性を抑制する可能性が示唆された。Parkinson病の病理形成に関与するαシヌクレインはミトコンドリアに蓄積し、その機能に障害を与える事が知られている。我々はAdeno Associated Virus発現系を用いてラット脳の黒質にαシヌクレインを発現させたところ、24週後にはチロシン水酸化酵素(TH)陽性ニューロンほぼ半減した。さらに、ミトコンドリアの形態にも異常を来し、ミトコンドリア膜電位(ΔΨm)は減極していた。免疫沈降実験と共焦点顕微鏡観察から、αシヌクレインはadenylate translocator(ANT)と結合している事が示された。ANTの阻害剤であるbongkrekic acid(BKA)がΔΨmの減極を部分的に無効にする事からも、αシヌクレインがANTと結合する事によってΔΨmの減極を促進する事が示唆された。これらの現象に加えて、ミトコンドリアマトリックスのapoptosis-inducing factor(AIF)の減少が観られた事から、AIFが細胞質に放出された可能性が示唆された。これらの結果から、黒質のドーパミン作動性ニューロンにおいてαシヌクレインの過剰発現は、ミトコンドリア内のANTと結合する事によりミトコンドリアの障害をもたらし、ミトコンドリア依存性の細胞死の経路を引き起こす可能性が示唆された。
グローバル金融危機後の新しい金利・為替評価手法の構築

グローバル金融危機発生後の新しい金利・為替評価モデルの開発は金融経済における最優先の急務であり、本研究は、マクロ金融分野とミクロ金融分野の両方にわたって、世界金融危機以降の金融市場及び金融セクターや金融政策・通貨政策の構造的変化を考察して、幾つかの新しい資産価格評価モデルを開発し、さらにそこから政策的含意を導出した。実際に、この研究の成果は2015年6月に科研費コンファレンスを開催して発表され、さらに、小川英治編著『世界金融危機と金利・為替-通貨・金融への影響と評価手法の再構築』として、2016年3月30日に東京大学出版会より出版され、社会一般に広く発信された。平成25年度はプロジェクト毎にモデル構築を行い、同時に実証・数値分析の見通しを立てた。また、国内外の国際学会等で発表し研究討論を通じて論文を改善した。順次英文査読ジャーナルに投稿・発刊し、研究成果を社会に広く発信し始めている。国際金融プロジェクトでは、グローバル金融危機・ユーロ危機のもとでの為替相場(通貨価値)の不安定化のメカニズムを解明した。小川は論文How Did the Global Financial Crisis Misalign East Asian Currencies?を執筆した。高見澤は論文Impact of No-arbitrage on Interest Rate Dynamicsを一橋大学ファイナンス研究センター・ワーキングペーパーとして公開し、債券市場で発生した危機的ショックが為替市場に与える影響を調べるため、金利市場におけるショックの生成メカニズムを明らかにした。さらに、行動ファイナンス・プロジェクトと政策介入プロジェクトの間の横断的な研究として、小林が「金融市場の価格変動モデル」を執筆し、株式市場に行動ファイナンス要因を導入し、決定論的なモデルの中で個々の投資家の最適化行動が株式市場での合成の誤謬を引き起こしバブルやクラッシュを引き起こし得ることを数値解析的に示した。政策変数を導入して政策介入の株式市場への影響を分析している。2000年代半ばまでの20年間に世界金融市場は様々な金融危機を経験したなか、CDS等の信用デリバティブの市場が急速に発展して、市場の流動性が大きく改善しデフォルトや流動性不足に伴う金融リスクや金融危機を排除することに成功したかのように思われた。しかし、2007年以後、サブプライム危機やリーマン・ショックが契機となり世界金融危機が生じると、金融市場が依然として信用問題や流動性問題に対し脆弱であることが露呈された。一般に、金利・為替相場は、マクロ金融論上は、投資家や中央銀行にとって将来の金融環境や景気動向に関する重要な市場期待情報を提供し、また、数理ファイナンス論上は、債券商品や金利連動型の金融派生商品の価値評価に直接影響するばかりでなく、投資費用として全ての金融商品の価値評価に影響する。さらに国際金融に目を向ければ、各国間の金利動向の相違は為替相場や通貨オプション市場を通じ実体経済やファイナンスへの影響を増幅させる。したがってグローバル金融危機発生後の新しい金利・為替評価モデルの開発は金融経済における最優先の急務である。本研究は、これらの問題意識をもって、マクロ金融分野とミクロ金融分野の両方にわたって、世界金融危機以降の金融市場及び金融セクターや金融政策・通貨政策の構造的変化を考察し、そこから政策的含意を導出した。実際に、この研究の成果は2015年6月に科研費コンファレンスを開催して発表され、さらに、小川英治編著『世界金融危機と金利・為替ー通貨・金融への影響と評価手法の再構築』として、2016年3月30日に東京大学出版会より出版され、社会一般に広く発信された。平成26年度は、当初予定通り、平成25年度に構築した理論モデルを改善すると同時に、実証分析や数値解析を本格化させた。また、研究成果を国内外の国際学会で発表し、研究討論を通じて論文を改善し続けることにも成功した。論文を国際的な研究ジャーナル・書籍に投稿・発刊し研究成果を社会に広く発信した。具体的にプロジェクト別に眺めると、取引費用プロジェクトでは、中村が情報コスト、とくにモラルハザード、が均衡金利に与える影響を定式化し、論文を国内外の研究集会に投稿・発表し国際的に成果を広めるとともに、多くの有益なディスカッションやコメントを得て論文を一層改善することに成功した。また、同プロジェクトを進める上での基礎研究として、高岡の論文A noteon the condition of no unbounded profit with bounded riskの成果が位置づけられ、また、高見澤のワーキングペーパーImpact of No-arbitrage on Interest Rate Dynamicsが執筆された。行動ファイナンスプロジェクトでは、小林がA mathematical model of price fluctuations in the financial marketを執筆し、株式市場における投資家の投資戦略について、行動ファイナンス要因を明示的にモデルに導入して、数学的に精緻に実験市場モデルを構築し数値解析することにより、金融市場の価格変動を現実的にシミュレーションすることに成功した。また、国際金融プロジェクトでは、小川を中心として政策プロジェクトと合同で研究を行い、量的緩和政策が通貨市場に与える影響に関して論文が多数執筆され、研究ジャーナルや書籍に発刊された。27年度が最終年度であるため、記入しない。国際金融

これまでの2年間で4つのプロジェクトが互いに交流しながら、論文やワーキングペーパーを、当初の研究計画通りに、着実に完成させてきた。この着実な成果を受けて、平成27年度は本研究プロジェクトの最終年度として研究成果を完結させ、この成果を社会に発信する予定である。とくに、平成27年度6月には、この科研費プロジェクトのコンファレンスを開催する予定である。これによって、一橋大学内外から討論者を招聘しながら、本プロジェクトの成果を学会や実務家、役人等に向けて幅広く公開する予定である。この結果、当初計画を越えて社会一般に発信する計画である。さらに、引き続き国際コンファレンスに参加・発表して広く社会一般に研究成果を発信し、最終的には研究論文を国際的なジャーナルや書籍に発刊させ、金融危機後の新しい金融市場の在り方に対して政策的な含意を導き、社会のグローバル金融経済の安定に寄与していく。4つのプロジェクトを個別に眺めると、各プロジェクトの間で進捗度に差がある。具体的には、取引費用プロジェクトや国際金融プロジェクトでは既にワーキングペーパーが公表され、しかも、一年度目から英語査読ジャーナルに発刊されたことから、達成度に関しては、当初計画以上に大きく進展している。一方、行動ファイナンス・プロジェクトや政策介入プロジェクトでは、まだワーキングペーパーなどの成果はないものの、研究は着実に進捗しており、今後の明示的な成果が期待される。これらの4つのプロジェクトの成果を平均してみれば、総じて達成度はおおむね順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は当初、コンピュータ購入と研究補助員雇用およびこの関連事務のために物品費・人件費、その他費用を計上していた。もちろんこれらの用途は本来我々の研究には極めて重要で是非とも支出し研究に役立てる予定であった。一方で、平成26年度は本研究プロジェクトが2年目を迎え多くの良い研究成果が生産された結果、是非ともこれら一連の成果をコンファレンスの形で、学会のみならず実務家、役人等を含めて幅広く発信し、社会に明確な形で還元する必要性を感じるようになった。しかし、残念ながら資金制約があるため、コンピュータ支出・研究補助員雇用とコンファレンス開催の両立は困難であることが判明した。そこで苦渋の決断としてコンピュータ・研究補助員雇用支出を断念し、代わりに平成27年度のコンファレンス開催を目的に研究費を繰り延べる決断をした。さらに平成27年度にはコンファレンスの成果を出版するために、その他の経費も繰り延べた。
内因性突然死関連遺伝子の同定へ向けた遺伝疫学ならびに分子遺伝学的研究

高血圧関連候補遺伝子アプローチによってその高発現と血圧との関連性を見いだした炎症関連遺伝子を、マクロファージと顆粒球で過剰発現するトランスジェニックマウスを樹立した。その新生仔マウスは、サーファクタントの分泌低下を伴う肺炎を起こし生後2日目までに死亡する現象が見いだされた。肺炎は、母と新生仔マウスが、いずれもトランスジェニックの場合のみに認められた。マクロファージの機能解析の結果、CIAS1の高発現は、preIL-1βの発現亢進とIL-1βの分泌充進の両方をもたらすことが明らかとなった。従って、CIAS1の白血球中の高発現はIL-1βの高発現によって炎症を惹起し易く、IL-1βはサーファクタントの分泌低下を伴うために、ヒトの新生児死亡や炎症性疾患にも関連していると考えられる。また、モンゴル・ウランバートルのモンゴル保健科学大学との共同研究を通して、インスリン抵抗性に関わるとされるレチノール結合蛋白(RBP4)遺伝子のプロモーターSNPに、糖尿病・肥満との関連を見いだすと同時に、当該遺伝子産物の肝臓における発現量との関連を見いだした。この遺伝子の脂肪組織中での発現とSNPとの関連についても検討を行った結果、肥満・糖尿病のリスクアリルは、脂肪組織においてもRBP4の発現亢進をもたらし、脂肪細胞、殊に内臓脂肪の増殖とインスリン抵抗性を生じていると考えられた。さらに、日本全国に展開する自治医大卒業生とのネットワークを用い、日本全国からの血液サンプル収集を引き続き行い、現在2万1千人の臨床情報付きのゲノムバンクを構築した。匿名化されたゲノムを用いて、生活習慣病との関連が疑われている候補遺伝子の機能的SNPのタイピングを行っている。平成15年度から日本全国に展開する自治医大卒業生とのネットワーク構築を開始し、日本全国からの血液サンプル収集を継続して行っている。現在1万人を超える臨床情報付きのゲノムバンクが構築された。バンキングされ、連結不可能匿名化されたゲノムを用いて、生活習慣病との関連が疑われている32候補遺伝子の機能的SNPのタイピングを行っている。高血圧関連候補遺伝子アプローチでは、「本態性高血圧症および心不全発症機構に関する包括的ゲノム解析」(代表;間野博行)で収集した約1000名のゲノムサンプルから高血圧患者群100名と対照者100名宛を抽出し、多型解析に基づく症例対照研究を行うことによって、ある炎症関連遺伝子に存在するVNTR多型との関連を見いだした。また、このVNTR多型は当該遺伝子の発現量に関連しており、この関与をレポータージーンアッセイによって明らかにした。この成果は現在、専門雑誌に投稿中である。また、この炎症関連遺伝子の血圧への関与をより明らかにするために、遺伝子産物を白血球中で過剰発現するトランスジェニックマウスを樹立した。現在、その表現型を解析中であるが、成体マウスだけでなく新生仔マウスも突然死するという興味深い現象が見いだされた。そのメカニズムはこれから明らかにして行きたいと考えている。さらに、平成15年度から、モンゴル・ウランバートルのモンゴル保健科学大学との提携を進め、モンゴル住民にインフォームドコンセントを得た上でゲノムDNAの収集を行い、約950名の表現型付のサンプルを収集した。このサンプルを用いて、糖尿病・肥満に関連したケースコントロール解析を行った結果、インスリン抵抗性に関わるとされるレチノール結合蛋白遺伝子のプロモーターSNPに、糖尿病・肥満との関連を見いだすと同時に、当該遺伝子産物の発現量への関連を見いだした。この成果は、現在、投稿準備中である。日本全国に展開する自治医大卒業生とのネットワークを構築し、日本全国からの血液サンプル収集を引き続き行い、現在1万5千人を超える臨床情報付きのゲノムバンクが構築された。

遺伝子多型を用いた高血圧関連候補遺伝子アプローチでは、ゲノムサンプルから高血圧患者群と対照者群を抽出し、多型解析に基づく症例対照研究を行うことによって、炎症関連遺伝子CIAS1に存在するVNTR多型との関連を見いだした。また、このVNTR多型は当該遺伝子の白血球中での発現量に関連していることを明らかにした。また、この炎症関連遺伝子の血圧への関与をより明らかにするために、遺伝子産物を白血球中で過剰発現するトランスジェニックマウスを樹立した。その新生仔マウスは、間質性肺炎を起こし生後2日目までに死亡するという興味深い現象が見いだされた。現在、間質性肺炎の発症メカニズムを解析中である。また、アディポネクチンレセプターのシグナル伝達分子多型と高血圧との関連も見いだし、現在、確認実験を進めている。さらに、モンゴル・ウランバートルのモンゴル保健科学大学との共同研究を進め、モンゴル住民約950名のゲノムDNAを用いて、糖尿病・肥満に関連したケースコントロール解析を行った。その結果、インスリン抵抗性に関わるとされるレチノール結合蛋白遺伝子のプロモーターSNPに、糖尿病・肥満との関連を見いだすと同時に、当該遺伝子産物の発現量への関連を見いだした。また、自治医科大学附属病院において脂肪組織の収集を行い、この遺伝子の脂肪組織中での発現とSNPとの関連について検討を行った。また、小胞体ストレス関連分子についても、糖尿病ならびに肥満との関連について関連解析を行い、いくつかの分子において関連を見いだしている。高血圧関連候補遺伝子アプローチによってその高発現と血圧との関連性を見いだした炎症関連遺伝子を、マクロファージと顆粒球で過剰発現するトランスジェニックマウスを樹立した。その新生仔マウスは、サーファクタントの分泌低下を伴う肺炎を起こし生後2日目までに死亡する現象が見いだされた。肺炎は、母と新生仔マウスが、いずれもトランスジェニックの場合のみに認められた。マクロファージの機能解析の結果、CIAS1の高発現は、preIL-1βの発現充進とIL-1βの分泌亢進の両方をもたらすことが明らかとなった。従って、CIAS1の白血球中の高発現はIL-1βの高発現によって炎症を惹起し易く、IL-1βはサーファクタントの分泌低下を伴うために、ヒトの新生児死亡や炎症性疾患にも関連していると考えられる。さらに、モンゴル、ウランバートルのモンゴル保健科学大学との共同研究を通して、インスリン抵抗性に関わるとされるレチノール結合蛋白(RBP4)遺伝子のプロモーターSNPに、糖尿病・肥満との関連を見いだすと同時に、当該遺伝子産物の肝臓における発現量との関連を見いだした。この遺伝子の脂肪組織中での発現とSNPとの関連についても検討を行った結果、肥満・糖尿病のリスクアリルは、脂肪組織においてもRBP4の発現充進をもたらし、脂肪細胞、殊に内臓脂肪の増殖とインスリン抵抗性を生じていると考えられた。以上の結果は、現在、投稿中ないしは投稿準備中である。また、日本全国に展開する自治医大卒業生とのネットワークを用い、日本全国からの血液サンプル収集を引き続き行い、現在2万1千人の臨床情報付きのゲノムバンクが構築された。
長期的な時系列変化に着目した牛の歩容解析

本年度は、より実際的な酪農現場でのデータ取得を目指し、研究協力者で獣医師の酪農学園大学中田健教授の協力の下、酪農学園大学の構内で最大の牛舎(60頭規模)において牛の三次元歩行映像の撮影・蓄積を行った。また、年度後半には、国内最大級の商用環境の牛舎(1200頭規模)の協力の下、三次元映像の撮影を実施した。両環境における撮影を通じて、数百頭規模の個体番号・健康状態スコア・三次元歩行映像列の取得に成功した。これは、国内のみならず世界的に見ても非常に貴重なデータセットである。前年度は、様々な歩容特徴表現を用い、乳牛の蹄の疾病である跛行を早期に発見するための検出手法を構築し推定精度の比較を行った。具体的には、蹄の状態を5段階で表すロコモーションスコアについて、スコア2(軽度の跛行)の段階で発見するアルゴリズムを開発した。今年度は、前年度より大規模なデータセットに基づき、前年度に構築された軽度跛行の検出手法を改良し、撮影時の自動診断システムの構築を開始した。具体的には、特に大規模な商用牛舎環境においては、乳牛が広い通路を自由に歩行することになり、健康状態スコアや個体分離が困難となることがある。これらの問題に対処するための前処理の自動化および、跛行スコア推定に不向きな映像(歩行していないなど)の排除を自動化することにより、牛舎環境での継続的な撮影を通じた実用システムの実現に近づけた。長期撮影に基づく新たな歩容特徴については、特に人物の映像解析に対する寄与が大きいと考え、特に高齢者の認知症の早期検出を対象とした歩容解析アルゴリズムを設計した。特に、被験者の慣れや経時変化が顕著に現れており、興味深い知見が得られつつある。世界的に稀に見る規模の乳牛映像データセットの構築が行われつつある。また、乳牛の蹄病解析についても具体的な実用化を見据えた自動化システムの構築が始まっており、社会実装の一端が見えてきた。長期撮影に基づく歩行映像解析についても(対象は異なるが)進んでおり、研究が順調に進展していると判断する。次年度は、乳牛の歩行解析システムの実用化を見据え、以下の項目の研究を重点的に遂行する:1)乳牛歩行解析の自動システム化大規模牛舎における実運用を見据え、乳牛の撮影、歩行映像からの個体識別、個体分離、跛行スコアの推定、可視化を含めたシステムの構築を目指す。特に、大規模牛舎における個体分離の高精度化を実現し、より多くの環境で研究成果を活かせるようなシステムを開発する。2)中・大規模牛舎における継続撮影の実現および時系列歩行映像データセットの構築100頭規模以上の中・大規模牛舎における継続的な撮影を行うとともに、個体番号・健康状態スコアを紐づけたデータセットの構築を目指す。現時点で、100頭規模の牛舎での継続撮影は行われておらず、本データセットが完成した場合、画像解析の酪農応用における世界唯一のデータセットとなる。研究協力者で獣医師の酪農学園大学中田健教授の協力の下、酪農学園大学の牛舎において牛の三次元歩行映像の撮影・蓄積を行った。これらのデータには個体識別番号が付与されるとともに、中田教授らにより定期的に各個体の健康状態を表すスコア群が登録されている。特に、様々な歩行位置に対応するための統一的な撮影視点として、センサを真上に設置することに着目し、距離画像センサを用いて真上からの撮影し、データを蓄積している。また、長期時系列歩容特徴の利用に対する基礎検討として、様々な歩容特徴表現を用い、乳牛の蹄の疾病である跛行を早期に発見するための検出手法を構築し推定精度の比較を行った。本研究で撮影したデータ群には、蹄の状態を5段階で表すロコモーションスコアをはじめとした健康管理のためのスコアが定期的に付与されている。これまで、画像処理に基づく跛行検出手法には背形状の特徴が用いられ、跛行の有無、すなわち比較的健康な跛行スコア2以下と明確に異常があると判断できるスコア3以上との分類を重視してきた。しかし、一般的に、牛舎内にスコア2の乳牛が増加した場合、専門家は対策を講じる必要がある。そのため、スコア2の乳牛の発見、つまり跛行の早期発見が重要である。そこで、今年度は、早期跛行検出をロコモーションスコア1(健康)および2(軽度の跛行)以上を分離する問題と捉え、歩容特徴を用いた機械学習に基づく推定システムを開発した。この際、複数の歩容特徴の比較、次元削減と機械学習を用いた特徴次元ごとの重みや距離の最適化により、軽度跛行の検出に最適な学習器を設計・実装した。歩容解析による個体識別については、国際論文誌において査読中であるとともに、上記跛行検出手法についても国際論文誌への投稿にむけて準備中である。初年度は、当初の研究実施計画で想定していた3つのトピックである、(1)データベースの構築、(2)個体識別、(3)跛行検出の全てにおいて進捗があった。具体的には、真上視点からの映像撮影によるデータベースの構築のほか、従来の乳牛画像解析でなし得なかった挑戦的な課題である、機械学習による早期跛行の検出を実現した。また、個体識別手法については国際論文誌において査読中である。本研究のメイントピックの一つは長期時系列歩容解析であり、その点においては、計画とやや異なる点に着目したアプローチを実現した。

今年度開発した機械学習による早期跛行検出手法は、国内外で報道され、実用化にむけた企業との協議が行われており、社会的に非常に大きなインパクトを与える成果であったといえる。また、機械学習による乳牛の歩容解析についてのフレームワークを整備し、様々な歩容特徴の比較検討を行うためのプラットフォームを構築した点において、次年度以降の研究開発内容に合致した進捗であったと言える。一方、長期時系列歩容特徴の実装・応用については次年度以降の課題であり、初年度に構築したプラットフォームを活用し、研究を推進していく必要がある。当初の研究計画とはやや異なるアプローチではあるものの、想定された研究トピックにおいて成果が出ている点において、おおむね順調に研究が進展しているといえる。一方で、長期時系列歩容解析の実装・応用について検討していく必要がある。本年度は、より実際的な酪農現場でのデータ取得を目指し、研究協力者で獣医師の酪農学園大学中田健教授の協力の下、酪農学園大学の構内で最大の牛舎(60頭規模)において牛の三次元歩行映像の撮影・蓄積を行った。また、年度後半には、国内最大級の商用環境の牛舎(1200頭規模)の協力の下、三次元映像の撮影を実施した。両環境における撮影を通じて、数百頭規模の個体番号・健康状態スコア・三次元歩行映像列の取得に成功した。これは、国内のみならず世界的に見ても非常に貴重なデータセットである。前年度は、様々な歩容特徴表現を用い、乳牛の蹄の疾病である跛行を早期に発見するための検出手法を構築し推定精度の比較を行った。具体的には、蹄の状態を5段階で表すロコモーションスコアについて、スコア2(軽度の跛行)の段階で発見するアルゴリズムを開発した。今年度は、前年度より大規模なデータセットに基づき、前年度に構築された軽度跛行の検出手法を改良し、撮影時の自動診断システムの構築を開始した。具体的には、特に大規模な商用牛舎環境においては、乳牛が広い通路を自由に歩行することになり、健康状態スコアや個体分離が困難となることがある。これらの問題に対処するための前処理の自動化および、跛行スコア推定に不向きな映像(歩行していないなど)の排除を自動化することにより、牛舎環境での継続的な撮影を通じた実用システムの実現に近づけた。長期撮影に基づく新たな歩容特徴については、特に人物の映像解析に対する寄与が大きいと考え、特に高齢者の認知症の早期検出を対象とした歩容解析アルゴリズムを設計した。特に、被験者の慣れや経時変化が顕著に現れており、興味深い知見が得られつつある。世界的に稀に見る規模の乳牛映像データセットの構築が行われつつある。また、乳牛の蹄病解析についても具体的な実用化を見据えた自動化システムの構築が始まっており、社会実装の一端が見えてきた。長期撮影に基づく歩行映像解析についても(対象は異なるが)進んでおり、研究が順調に進展していると判断する。次年度以降は、長期時系列歩容特徴(LTGF)の設計および、LTGFに適した撮影システムの構築を目指し、酪農現場での継続的な撮影を行うとともに、単純な歩容特徴・時系列表現を用いたLTGFの実装を行う。具体的には、各観測の歩容特徴(歩行一周期の平均シルエット、平均深度、時間周波数など)を時間方向に積層したボリュームを生成し、蹄状態推定の高精度化を目指す。また、LTGF内に見られる時系列の歩容変化を解析し、蹄状態変化の早期検出を目指す。
広視野角磁気光学３次元ディスプレイの開発

本研究課題は脳科学分野への応用可能な磁気光学3Dディスプレイの開発を目的とし,視野角30度以上,5インチディスプレイ(アスペクト比16:9, 110 mm×62 mm),フレームレート30 fps以上を実現するホログラフィックディスプレイの開発を目指した.これは,従来ホログラフィックディスプレイの課題であった,ディスプレイの高解像度化とそれに伴う画素制御の困難さを解決し,ホログラフィの利点であるリアルな3D像の表示によって,遠隔地医療を初めとする我が国のライフイノベーションに大きく貢献することが期待できる.本年度は,ディスプレイ動作の原理実証のための光学系の構築,その重要な構成要素であるマイクロレンズアレイの設計,記録効率と再生効率を向上したメディアの開発,磁気ホログラムに適した計算機ホログラムの生成に関する研究を行った.結果として,マイクロレンズアレイを用いた新しい熱磁気記録の方式を確立し,任意の磁気パターンを形成できることを実証した.本方式では,従来の方式に比べて,ホログラムの表示に必要な光学系の走査距離,記録エネルギーを低減できる.本方式で課題となった記録効率と再生効率の両立を新構造のメディアを用いることで解決した.記録効率に優れた金属磁性膜を記録層,再生効率に優れた磁性ガーネット膜を再生層に用いることでこれを達成した.また,この記録方式に適したホログラムの作成により,ホログラムの2値化誤差を抑制できることを示した.これは,計算機合成ホログラムの最適化手法を応用し,本ディスプレイのピクセル間の距離を自由に制御できる特性を利用したものである.本研究で開発された要素技術は,光アドレス型の空間光変調器の開発等,汎用的な光デバイス開発にも応用可能なものである.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は脳科学分野への応用可能な磁気光学3Dディスプレイの開発を目的とし,視野角30度以上,フレームレート30 fps以上を実現するホログラフィックディスプレイの開発を行う.また,表示像は,sRGB規格に準拠したフルカラーとする.これは,従来ホログラフィックディスプレイの課題であった,ディスプレイの高解像度化とそれに伴う画素制御の困難さを解決し,ホログラフィの利点であるリアルな3D像の表示によって,遠隔地医療を初めとする我が国のライフイノベーションに大きく貢献することが期待できる.本年度は,主にディスプレイ動作の原理実証およびカラー像表示用メディアの設計を行った.ディスプレイ動作の原理実証では,パルスレーザを用いた熱磁気記録と,外部磁界によるリフレッシュを行うシステムを構築した.これにより,ワイヤーフレームのキューブが回転する動画(ピクセルサイズ13.6 μm,画面解像度367×367画素,フレームレート10 fps)を表示した.また,空間分割方式によるsRGB規格準拠の色調表現を行えるメディアを作製するために,マルチキャビティ磁性フォトニック結晶(マルチキャビティMPC)を設計した.RGBそれぞれに対応した3層の磁性層を有するMPC構造をマトリックスアプローチ法を用いて設計した.RGBそれぞれ100 cd/m2の輝度の画像を再生した場合に,各磁性層が設計外の波長の再生像の輝度に与える影響は,最大で2%以下であり,各色をそれぞれの欠陥層から独立して再生できるメディアを設計できたと考えている.結果として,磁気メディアの情報書き換えによる動画表示の実証,単一メディアで空間分割方式と同等の画像表示が可能な磁気メディアの設計等,各要素開発において目標の達成が可能であることを示し,順調な推移を見せている.本年度は,磁性メディアによる動画表示の原理実証を中心に研究を進めた.これまで,静止画の磁気ホログラム等を用いた実験により,磁性メディアを用いた動画表示が可能であることは予測されていた.そこで本年度では,動画速度(10 fps)で磁性膜上にホログラムを形成できる熱磁気記録系および,磁気ホログラム消去の為の外部磁界印加系(400 Oe, 10 Hz,パルス幅5 ms)を構築し,これらを組み合わせることで磁性メディアを使ったホログラムの動画表示が可能であることを示した.今回構築したシステムにより,動画の表示に必要な基本的な機能はすべて実現できたといえる.しかし,光学系の性能不足により,記録可能な磁気ピクセルのサイズが目標よりも大きくなってしまった.今後は光学系の改善によりピクセルサイズの縮小を行い,当初の目標を達成できると考えている.さらに,空間分割方式によるsRGB規格準拠の色調表現を行えるメディアを作製した.ホログラフィックディスプレイのカラー表示において,空間分割方式は非常に有効な手法であるが,各色の照明光の光軸の確保等でシステム全体の光学系が煩雑になる課題があった.そこで,磁性フォトニック結晶の光局在効果に着目した.局在波長の異なる構造を3つ組み合わせることで,見かけ上単一のメディアで空間分割表示を行うことができる構造を,マトリックスアプローチにより設計した.この構造により,ディスプレイシステムの再生照明系の大幅な簡略化が期待できる.また,このメディア設計に並行して,記録光と再生用照明光を光学的に分離する構造についても設計を行った.次年度では,このメディアを熱磁気記録系に組み込むことでフルカラー動画の表示を行う予定である.本研究課題は脳科学分野への応用可能な磁気光学3Dディスプレイの開発を目的とし,視野角30度以上,5インチディスプレイ(アスペクト比16:9, 110 mm×62 mm),フレームレート30 fps以上を実現するホログラフィックディスプレイの開発を目指した.

これは,従来ホログラフィックディスプレイの課題であった,ディスプレイの高解像度化とそれに伴う画素制御の困難さを解決し,ホログラフィの利点であるリアルな3D像の表示によって,遠隔地医療を初めとする我が国のライフイノベーションに大きく貢献することが期待できる.本年度は,ディスプレイ動作の原理実証のための光学系の構築,その重要な構成要素であるマイクロレンズアレイの設計,記録効率と再生効率を向上したメディアの開発,磁気ホログラムに適した計算機ホログラムの生成に関する研究を行った.結果として,マイクロレンズアレイを用いた新しい熱磁気記録の方式を確立し,任意の磁気パターンを形成できることを実証した.本方式では,従来の方式に比べて,ホログラムの表示に必要な光学系の走査距離,記録エネルギーを低減できる.本方式で課題となった記録効率と再生効率の両立を新構造のメディアを用いることで解決した.記録効率に優れた金属磁性膜を記録層,再生効率に優れた磁性ガーネット膜を再生層に用いることでこれを達成した.また,この記録方式に適したホログラムの作成により,ホログラムの2値化誤差を抑制できることを示した.これは,計算機合成ホログラムの最適化手法を応用し,本ディスプレイのピクセル間の距離を自由に制御できる特性を利用したものである.本研究で開発された要素技術は,光アドレス型の空間光変調器の開発等,汎用的な光デバイス開発にも応用可能なものである.次年度では,動画表示用熱磁気記録系および再生系の構築を行い,磁気光学3Dディスプレイによる動画表示を実現する.本年度表示された動画が低フレームレートに限定された主な原因として,熱磁気記録に使用するレンズアレイのピッチ間隔が大きく,熱磁気記録に時間を要したことがあげられる.そこで,本年度はこれらの最適化を行うことで,動作を高速化し,視野角30度,フレームレート30 fpsの動画表示を行う.そこで,下記に計画に沿って研究を進める.1熱磁気記録用レンズアレイの設計.昨年度の結果から,要求されるレンズアレイの性能は,光のon/off制御に使用する空間光変調器のピクセルピッチと同等のレンズピッチであり,かつそれぞれのレンズが記録光を1μm程度まで集光できることが望ましい.上記条件を満たすレンズアレイを光線追跡シミュレーション等によって設計する.2カラー表示用メディアの作製.本年度設計したカラーメディアを作製し,動画システムに組み込むことで,カラー像の表示を行う.この際,本年度設計した再生像の視聴時にノイズ源となる記録光を遮断できる構造と組み合わせる.これにより,動画表示時にノイズとなる記録光を遮断する.3立体像の評価と改善.2までに作製したシステムおよびメディアを使用して,脳の構造機能に相当する画像の表示を行い,デバイスの評価・改善を行う.その際,ピクセル位置を記録光によって制御できる本ディスプレイの特長を活かして,画像の品質向上について研究する.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
岩石の高圧高温下における弾性波速度と岩石学的地殻断面モデル

下部-中部地殻を構成している岩石のP波・S波速度を高温・高圧下で測定するために、ピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用いた弾性波測定装置を開発した。岩石の地震波速度を島弧下部地殻相当の1ギガパスカル1000°C超の高温高圧条件下で直接測定可能となったことにより,これまでの400°C以下の温度条件での測定実験結果の外挿からでは予想されなかった高温部での急激な速度減衰を確認することができた.例えば一の目潟捕獲岩についての測定結果は次のようになった.角閃石はんれい岩では,0.6GPa,25°C→600°Cにおいて速度低下がみられ,P波速度は6.806.58km/sであった.25°Cと600°C時における速度差は約0.23km/sとなった.同様に,輝石角閃石はんれい岩では7.00-6.866.77-6.66km/s,角閃石岩では6.896.46km/s,角閃岩では6.816.40km/sの範囲で温度上昇とともにP波速度が低下した.また,角閃岩については0.7GPa・650°C,0.8GPa・700°C,0.9GPa・750°CにおけるP波速度も測定した.P波速度はそれぞれ,6.51km/s,6.49km/s,6.52km/sとなった.さらに、一の目潟捕獲岩に加え、丹沢深成岩類,コヒスタン下部地殻岩,南極産グラニュライトなどの弾性波速度を測定した.これらの岩石の弾性波速度を大陸や島弧地域で観測された地震波速度断面と対比した結果,以下のような岩石学的地殻断面についての新しい知見を得た。(1)東北北本州弧の下部地殻は約15kmの角閃石を含むハイドラスな超塩基性-塩基性岩で構成されていることが明らかになった.(2)伊豆小笠原弧の中部地殻はトーナル岩から構成される.(3)南極大陸みずほ高原の下部地殻は,輝石グラニュライトからなる.下部-中部地殻を構成している岩石のP波・S波速度を高温・高圧下で測定するために、ピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用いた弾性波測定装置を開発した。(1)東北北本州弧の下部地殻は約15kmの角閃石を含むハイドラスな超塩基性-塩基性岩で構成されていることが明らかになった.(2)伊豆小笠原弧の中部地殻はトーナル岩から構成される.(3)南極大陸みずほ高原の下部地殻は,輝石グラニュライトからなる.地震波速度と岩石学的・化学的性質との関係を明かにするために、ピストンシリンダー高圧・高温発生装置を開発し、下部地殻構成物質のP波・S波速度を最大1.0GPaの高圧下で直接測定した。現段階で達成された項目は、次の3項目である。(1)比較的大容量試料の弾性波速度測定のためのピストンシリンダー高圧・高温発生装置を新たに開発した。最大1GPaの高圧下における弾性波速度の測定を大容量の試料(直径14mm、長さ12mmの円筒状試料)について400°Cまでの温度領域で長時間安定して測定可能である。より高温条件での弾性波速度測定のための高圧セルを改良した。最大1.0GPaの高圧下における弾性波速度の測定を最大800°Cまでの高温領域で測定可能な実験システムを確立した。(2)常温-400°C,常圧-1.0GPaまでの範囲において島弧中部・下部地殻構成岩石の弾性波速度測定を行った。

測定試料:丹沢山地産の深成岩類(トーナル岩・石英閃緑岩・閃緑岩・ハンレイ岩など)、秋田県一の目潟に産出する捕獲岩(角閃石ハンレイ岩および角閃岩)、高島産捕獲岩(ガブロノーライト・パイロキシナイト)、パキスタン北部に産する中生代コヒスタン島弧下部地殻構成岩石(ガブロノーライト、ザクロ石-単斜輝石グラニュライト、ザクロ石パイロキシナイト)。(3)実験結果から、伊豆弧および東北・西南日本を代表すると思われる下部-中部地殼物質の地震波速度および弾性定数の岩石組織・化学組成依存性が明らかになり、地震波速度構造から大陸や島弧地殼の構成岩石や化学組成を深さごとに詳細に推定した。伊豆-ボニン-マリアナ弧の岩石学的構造がさらに正確に推定された。また、東北本州弧の岩石学的地殻断面モデルを検討した。これら研究結果の一部を西太平洋地球物理学連合、日本地質学会学術講演会、日本岩石鉱物鉱床学会学術講演会、米国地球物理学連合で報告した。本研究は。地震波速度構造から大陸や島弧地殻の岩石学的・化学的構造を明かにするために、下部-中部地殻を構成している岩石の高温・高圧下におけるP波・S波速度の測定し、岩石学的モデルを目的とする。本年度の研究実績は、1。常温-400°C,常圧-1.0GPaまでの範囲において島弧中部・下部地殻構成岩石の弾性波速度測定を行った。測定試料は、以下の岩石類である。丹沢山地産の深成岩類(トーナル岩・石英閃緑岩・閃緑岩・ハンレイ岩など)、秋田県一の目潟に産出する捕獲岩(角閃石ハンレイ岩および角閃岩)、高島産捕獲岩(ガブロノーライト・パイロキシナイト)、パキスタン北部に産する中生代コヒスタン島弧下部地殻構成岩石(ガブロノーライト、ザクロ石-単斜輝石グラニュライト、ザクロ石パイロキシナイト、幌満カンラン岩体(ダナイト)。2。口径34mmのピストンシリンダー高圧・高温発生装置を用いて、最大1GPaの高圧下における弾性波速度の測定を大容量の試料(直径14mm、長さ12mmの円筒状試料)について約1000°Cまでの温度領域で長時間安定して測定可能な実験システムを確立した。さらに、部分融解を実験的にプレス内で再現し、地震波速度に与える影響を検討するために1200°Cまでの高温領域で測定可能な実験システムを開発中である。また、直交する三方向の弾性波速度を同時に測定できる技術を開発し、幌満カンランや南極の変成石類の地震波速度異方性について検討した。3。以上の実験結果から、伊豆弧および東北・西南日本を代表すると思われる下部-中部地殻物質の地震波速度および弾性定数の岩石組織・化学組成依存性が明らかになり、地震波速度構造から大陸や島弧地殻の構成岩石や化学組成を深さごとに詳細に推定した。下部・中部地殻を構成している岩石のP波・S波速度を高温・高圧下で測定するために、ピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用いた弾性波測定装置を開発した。岩石の地震波速度を島弧下部地殻相当の1ギガパスカル1000°C超の高温高圧条件下で直接測定可能となったことにより,これまでの400°C以下の温度条件での測定実験結果の外挿からでは予想されなかった高温部での急激な速度減衰を確認することができた.例えば一の目潟捕獲岩についての測定結果は次のようになった.角閃石はんれい岩では,0.6GPa,25°C→600°Cにおいて速度低下がみられ,P波速度は6.806.58km/sであった.25°Cと600°C時における速度差は約0.23km/sとなった.同様に,輝石角閃石はんれい岩では7.00-6.866.77-6.66km/s,角閃石岩では6.896.46km/s,角閃岩では6.816.40km/sの範囲で温度上昇とともにP波速度が低下した.また,角閃岩については0.7GPa・650°C,0.8GPa.・700°C,0.9GPa・750°CにおけるP波速度も測定した.P波速度はそれぞれ,6.51km/s,6.49km/s,6.52km/sとなった.
有電極マイクロ波放電によるプロセシング用プラズマの生成

マイクロ波放電は電子サイクロトン共鳴を利用して低気圧の気体中で行われ、プラズマの基礎実験やプラズマプロセス用のプラズマ源として多用されている。本研究では、その工学的利用をなお一層広げるために、マイクロ波放電を高気圧領域にまで拡張することを主目的とし、放電開始条件と生成されたプラズマの特性を明らかにした。スタブ(電極)を矩形導波管の両E面に取り付け、可動短絡板で定在波の最大振幅がスタブ付近に来るように調節すると、大気中でも数100W程度のマグネトロン電力Pでマイクロ波放電が生じた。スタブ先端のギャップLは、スタブ直径Dが3mm以下の場合は狭いほど小さなPで放電が開始するが、D〉5mmとなると、L〈5mmのギャップでは放電が起こりにくい。また、先端を円錐状に加工するとこの傾向は緩和された。可動短絡板とスタブの間隔Hは、スタブの無い場合の定在波の位置λg/4(λg:管内波長)よりやや短いHで放電し易く、Dが小さくなるとHはさらに短くなった。これらの実験事実は、スタブを太くするとマイクロ波の反射が増し、定在波の振幅が却って減少するためであり、またスタブは等価的には容量性素子として働くので管内波長が実効的に短縮するため放電の起こり易い最適なHが変化するものと考えられる。なお、放電の様子は、圧力の低い場合はグロ-状であるが、400Torr以上になると、数100W以上のPではア-ク状放電に移行する。ア-ク状放電のプラズマ密度を、水素のHα線のスペクトル線拡がりの測定より算出したところ、10^<16>cm^<ー3>程度であった。この放電は簡単な装置で発生させることが可能であり、プラズマCVDに限らず、UVまたはVUV光源或はオゾナイザ等多方面への応用が期待される。