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20世紀ヨーロッパの文学・芸術行為におけるノイズとその共同性への志向に関する研究

20世紀ヨーロッパの文学・芸術行為が抱える「ノイズ」が現代社会に現す創造性と共同性を明らかにすることが本研究の目的である。最終年度の23年度は、各人が研究を総括しつつ、20世紀の文学・芸術が「ノイズ」を抱える過程を明らかにした。川那部は、断片となった言葉を通して沈黙を共有する試みをおそらく初めて意識的に展開したA・ランボーのポエジーを、20世紀の非・言語的(ノイズ的)表現行為の先がけとして位置づけた。山口は、R・ロングの彫刻に関する研究を美術館の講座で発表した他、20世紀芸術にノイズが孕まれる過程を19世紀英国美術のプリミティヴィズムに探った。武井は、ヨーロッパ20世紀芸術の起源としての18世紀の身体コミュニケーションのあり方を、舞踊(ノヴェール)、彫刻評論(ヴィンケルマン)、文学(ゲーテ)等の領域で分析し、文化の基底にある身体把握の軸のアレゴリーからリアルな身体存在感覚への移行を追った。吉野は、非選択的知覚と太古の記憶の痕跡との関係を調査した。詩と祈りについては詩人の吉増剛造の作品、エクリチュールと祈りの所作に関してはカフカ作品の研究を行った。江藤は、22年度にスイスのパウル・ザッヒャー財団で調査・収集したヴァレーズの「ポエム・エレクトロニック」に関する資料の分析成果を発表し、さらに論文として出版した。以上の他に、山口はイエール大学のT.バリンジャー教授を招聘した講演会"The Condition of Music:The Aesthetic Movement"(2010年5月27日)、吉野は内田真弓による講演会「アボリジニーアートで世界をむすぶ仕事」(2011年2月24日)を各々筑波大学で開催した。20世紀ヨーロッパの文学・芸術行為の、とりわけ詩、彫刻、写真、舞踏、音楽を対象として、現代の市民社会の「ノイズ」としての文学・芸術行為がはらむ共同性への志向を問いつつ、「ノイズ」が現代社会にもたらす創造性を明らかにすることが、本研究の目的である。初年度の20年度は、「詩」の担当が川那部とヴィラン、「彫刻」が山口、「舞踏」が武井、「写真」が吉野、「音楽」が江藤、という分担のもとに、とりわけ<身体と共同性>というテーマを中心にすえて、互いに連絡を取り合いながらも個別の研究を深化する方向で活動を行った。山口は、受苦の身体をとおして一瞬の間だけ現れる共同体というパラドクサルな救いのあり様を、綿密な論考において提示した。武井は、舞踏と文学を身体の概念をもって結ぶことで、アレゴリーから象徴化の歴史をあらたに叙述する可能性を、示した。ヴィランは、現代の詩人たちの極小化してゆく言葉のもつ身体性の多様な現れの具体相を、3人の詩人において叙述した。以上の諸論考による研究実績の他に、川那部とヴィランはコロキウムLes liens du peu(2008年11月22-23日筑波大学にて、Miche1e Aquienパリ大学教授らを招聘)を開催、吉野は講演会「声と光りのウラ/無差別の差異への眼差し」(2009年2月10日筑波大学にて、吉増剛造氏を招聘)を開催、さらに江藤はウエブ・マガジン「クラシックニュース」においてVareseに関する音楽批評を展開した。20世紀ヨーロッパの文学・芸術行為の、とりわけ詩、彫刻、写真、舞踏、音楽を対象として、「ノイズ」が現代社会にもたらす創造性を明らかにすることが、本研究の目的である。2年目の21年度は、昨年度同様「詩」の担当が川那部、「彫刻」が山口、「舞踏」が武井、「写真」が吉野、「音楽」が江藤、という分担のもとに、ノイズをめぐってそれぞれの視点から自由な思考を展開した。川那部は、比較ポエジー論の立場から芭蕉とフランス詩の接点をノイズと共同性の視点をもって考察し、学会発表した。山口は、日本人類学会において2回の口頭発表を行ったほか、イギリスのテート・ブリテンで開催された展覧会"Richard Long : Heaven and Earth"を出発点に7月のイギリス出張でリチャード・ロングに関する調査研究を行った。武井は、ドイツバイロイト大学言語文学部並びに音楽演劇研究所で資料収集と意見交換を行い、またDessau市郊外Worlitz離宮庭園、Ludwigsburgのヴュルテンベルク王国離宮等で実地調査と資料収集を行い、18世紀の宮廷建築、庭園、宮廷劇場と身体の美意識の関係について考察した。吉野は、筑波大学において飯沢耕太郎、青山七恵とシンポジウム「文学と写真的思考」を開催、文学と写真に通底する思考のあり方を問い、非選択的知覚と写真の特性について確認した。江藤は、筑波大学において美術評論家の暮沢剛巳とシンポジウム「未来を描く建築と音楽ーブリュッセル万博('58)のフィリップス館をめぐって」を開催、エドガー・ヴァレーズの電子音楽とノイズの関係について明らかにした。3月末にはバーゼルのパウル・ザッハー財団で資料調査を行った。

山口は、R・ロングの彫刻に関する研究を美術館の講座で発表した他、20世紀芸術にノイズが孕まれる過程を19世紀英国美術のプリミティヴィズムに探った。武井は、ヨーロッパ20世紀芸術の起源としての18世紀の身体コミュニケーションのあり方を、舞踊(ノヴェール)、彫刻評論(ヴィンケルマン)、文学(ゲーテ)等の領域で分析し、文化の基底にある身体把握の軸のアレゴリーからリアルな身体存在感覚への移行を追った。吉野は、非選択的知覚と太古の記憶の痕跡との関係を調査した。詩と祈りについては詩人の吉増剛造の作品、エクリチュールと祈りの所作に関してはカフカ作品の研究を行った。江藤は、22年度にスイスのパウル・ザッヒャー財団で調査・収集したヴァレーズの「ポエム・エレクトロニック」に関する資料の分析成果を発表し、さらに論文として出版した。以上の他に、山口はイエール大学のT.バリンジャー教授を招聘した講演会"The Condition of Music:The Aesthetic Movement"(2010年5月27日)、吉野は内田真弓による講演会「アボリジニーアートで世界をむすぶ仕事」(2011年2月24日)を各々筑波大学で開催した。
手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットの開発

すべての脚先に手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを開発した。手首の柔らかさと放射状に開閉する4本指ハンドの特徴を生かして、片腕または両腕のハンドによる小物体や長尺物体の把持、ハンドを広げた状態での6脚歩行、ボディを立てハンドを広げた状態での直立4脚歩行、凹凸地形の凸部分をハンドで掴みながら移動する方法、梯子の踏桟や支柱をハンドで掴みながら移動する方法、4脚で構造物にぶら下がり腕に転用した2脚で腕作業する方法、ジェスチャによる遠隔操作インタフェースを実現し、超音波非破壊検査への応用可能性を示した。本研究の目的は、脚の一部を腕に転用することで、脚による高い移動能力と腕による汎用的な作業能力を発揮する6脚作業移動ロボットのすべての脚先に、手首が柔らかい4本指ハンドを取り付けた新しいロボットを開発することである。本年度の研究成果は、以下の通りである。1.脚先にハンドを取り付ければ、物体や構造物を掴むことができ、ロボットの作業能力・移動能力は向上する。ただし、物体を掴んだときや接地したときの過負荷を避けるため、手首、すなわち脚先とハンドの間は柔らかくしなければならない。一方で、精密な動きを実現するには、柔らかさによる手首の変形が過大にならないことも要求される。以上の観点に基づき、柔らかい手首を有する4本指ハンドを設計・製作した。このハンドは、4本の指が1個のモータで一斉に放射状に開閉する構造で、モータをボディに設置し、指とモータの間をワイヤで連結する。モータでワイヤを引っ張ると指が一斉に閉じ、緩めるとバネの力で開く。指の長さと開閉量は、飲料缶や梯子の踏桟が掴めるように、ヒトの指の長さを参考にして決定した。把持物体の形状になじませるため、指の腹側には柔軟素材を付けた。手首には、リング状のゴムを用い、縦横のずれ、曲げ、ねじりを可能にした。さらに、ゴムの内部にストッパ構造を作り、手首の変形が一定範囲内に収まるようにした。製作に3Dプリンタを用いることで、複雑な構造を軽く作ることができた。ワイヤ駆動による指の開閉のロスや応答性、手首の変形量について実験し、良好な結果を得た。2.既に開発したロボットに対して、大きさ・脚長・強度を改良した新しい6脚作業移動ロボットを設計・製作した。実験により、新しいロボットの移動機能・作業機能に問題ないことを確認した。また、移動や作業の遠隔操作を容易にするため、ジェスチャによるインタフェースを実装した。昨年度は、柔らかい手首を有する4本指ハンドと、新しい6脚作業移動ロボットを設計・製作し、それぞれの基本的な性能を確認した。1ロボットとハンドを組みあわせて、手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを開発した。2移動能力として、4本指を広げた状態での6脚歩行を行った。手首の柔らかさの効果で4本指が地面になじむように接地し、安定して歩行できた。次に、ロボットのボディを垂直に立たせ、4本指を広げた状態にして下部4脚で歩行する直立4脚歩行を行った。手首の柔らかさの効果で4本指が地面になじむように接地するため、歩行中に2脚接地になっても安定性が確保でき、容易に歩行することができた。さらに、水平または傾いた梯子の踏桟や支柱を4本指ハンドで掴みながら移動する方法を実現した。手首の柔らかさの効果で、踏桟や支柱とハンドの間に位置誤差が生じても把持を維持することができた。また、脚の柔らかさを利用した急斜面登りを実現した。3腕と4本指による作業能力として、4本指で包み込むように小物体を把持することができた。また、長尺物体の片手または両手による把持、ハンドに対して縦横2方向の把持が可能であった。手首の柔らかさにより、物体とハンドとの位置誤差を吸収でき、把持状態で強制的に腕を動かしても、把持を維持することができた。本研究の第一の目的は、手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットの開発であり、本年度はこれを達成できた。第二の目的は、ロボット特有の新しい移動能力・作業能力の実現であり、本年度は計画の半分以上を行い、実験によりその有効性を示すことができた。本研究の目的は、手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを開発することである。ロボットは、ボディの片側に2脚、反対側に4脚を有する構造となっている。脚の一部を腕に転用することで、脚による高い移動能力と腕による汎用的な作業能力を発揮する。このロボットのすべての脚先に4本指ハンドを取り付ければ、構造物や物体を掴むことができるようになり、ロボットの移動能力・作業能力は向上する。さらに、手首を柔らかくすることで、構造物を掴んだときの過負荷を防止し、4本指ハンドを広げて接地したときの安定性を高めることができる。昨年度までの成果として、手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを開発した。

また、手首の柔らかさと放射状に開閉する4本指ハンドの特徴を生かした移動能力・作業能力として、14本指ハンドを広げた状態での6脚歩行、24脚を下側にしてボディを立てた姿勢にし、4本指ハンドを広げた状態で歩行する直立4脚歩行、3水平または傾いた梯子の踏桟や支柱を4本指ハンドで掴みながら移動する方法、4片手の4本指ハンドによる小物体の把持、5片手または両手による長尺物体の把持を実現した。最終年度は、ロボットの移動能力・作業能力として、6凹凸のある不整地の凸部分を4本指ハンドで掴みながら移動する方法、74脚を上側にして構造物にぶら下がり、腕に転用した下部の2脚で腕作業する方法を実現した。また、8移動と作業の遠隔操作を容易にするため、ジェスチャによるインタフェースを実装した。さらに、9開発したロボットの超音波非破壊検査への応用を試みた。超音波探触子の垂直接触を検出できるアダプタを開発し、このアダプタを手首が柔らかい4本指ハンドで把持して、対象物に探触子を垂直に押し付ける方法を考案した。超音波厚さ計測の実験を行い、良好な結果を得た。すべての脚先に手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを開発した。手首の柔らかさと放射状に開閉する4本指ハンドの特徴を生かして、片腕または両腕のハンドによる小物体や長尺物体の把持、ハンドを広げた状態での6脚歩行、ボディを立てハンドを広げた状態での直立4脚歩行、凹凸地形の凸部分をハンドで掴みながら移動する方法、梯子の踏桟や支柱をハンドで掴みながら移動する方法、4脚で構造物にぶら下がり腕に転用した2脚で腕作業する方法、ジェスチャによる遠隔操作インタフェースを実現し、超音波非破壊検査への応用可能性を示した。本年度の最重要課題は、柔らかい手首を有する4本指ハンドの開発であり、試作・実験を繰り返した結果、計画していた性能を有するハンドを製作することができた。同時に、新しい6脚作業移動ロボットの設計・製作も行った。ハンドとハンド用モータをロボットに搭載するまでには至っていないが、設計は終了しているので、次年度初めには完成すると考えている。平成27年度に引き続き、このロボットに特有の移動能力・作業能力として、凸凹した不整地急斜面を掴みながら移動する方法、構造物に4脚でぶら下がり2腕で作業する方法を開発する。必要ならば、把持力の増強や、手首の柔らかさの最適化等の改良を行う。さらに、超音波探傷器のプローブを4本指ハンドで把持し、手首の柔らかさを利用して、移動しながらプローブを構造物に柔らかく接触させる方法を開発し、非破壊検査への応用の可能性を示す。ロボット工学平成26年度に開発したロボットとハンドを組みあわせて、手首が柔らかい4本指ハンドを備えた6脚作業移動ロボットを完成させる。手首の柔らかさと放射状に開閉する4本指ハンドの特徴を生かした以下の作業能力・移動能力を開発し、実験により評価する。14本指で包み込むように小物体を把持する。2長尺物体を片手または両手で把持する。3凸凹した不整地急斜面を掴みながら移動する。4梯子などの構造物を掴みながら移動する。5構造物に4脚でぶら下がり2腕で作業する。6指を開いた状態で安定に着地し直立姿勢で4脚歩行する。ハンドの把持力は、モータの持つ力検出機能とコントローラのゲイン調整により制御する。手首の柔らかさにより生じる位置誤差が問題となる場合には、位置誤差を検出するセンサを手首に内蔵し、制御により誤差を補正する。開発したロボットの応用として、超音波探傷器のプローブを4本指ハンドで把持し、構造物の非破壊検査を行う。
情報スペクトル再論―量子情報理論の数学的基礎―

情報スペクトル的方法は,通信路符号化をはじめとする種々の情報理論的問題について,定常性や無記憶性などの確率論的条件を一切仮定しない一般的な状況で,最も簡明で強力な方法論を提供する.本研究では「プラス型情報スペクトル量」を中心にして,古典系および量子系における情報スペクトル的方法について簡明な議論を提供することを目的とする.平成30年度においては以下の研究を行った.1.古典・量子通信路符号化定理の情報スペクトル的一般公式について,プラス型情報スペクトル量に基づき証明の簡略化を行った.証明の主要部分である多値仮説検定を単純仮説検定に帰着させる議論において,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスの量子操作に関する単調性を利用することで,数学的技巧に頼らない見通しの良い簡明化を行っている.また,この内容に基づいて量子情報スペクトル理論に関していくつかの招待講演を行った.2.情報スペクトル量で記述される符号化定理を,定常無記憶性やマルコフ性の元で通常のエントロピー的情報量を用いた符号化定理に結びつける研究も重要である.古典および量子通信路において,通信路容量より大きな符号化レートを用いて通信を行うと正解確率がゼロに収束することが知られており,収束の指数スピードは強逆指数と呼ばれる.昨年度に本研究で決定した強逆指数に関して,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスのmin-max表現に基づく量子相互情報量の性質を研究し,量子通信路の並列に関する加法性を導いた.これに基づき,タイプ一定符号に関する強逆指数を決定した.多値仮説検定を単純仮説検定に帰着させる議論において,数学的技巧に頼らない見通しの良い証明方法を導いている.また,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスに基づく量子相互情報量の加法性(arXiv:1811.10599)等,採択時の研究計画の想定を超える成果が得られている.上記で述べた結果を含め,本研究で得られた成果について,学会参加,論文投稿等を進めていく.情報スペクトル的方法は,データ圧縮や通信路符号化をはじめとする種々の情報理論的問題について,定常性や無記憶性などの確率論的条件を一切仮定しない一般的な状況で,最も簡明で強力な方法論を提供する.本研究では「プラス型情報スペクトル量」を中心にして,古典系および量子系における情報スペクトル的方法について簡明な議論を提供することを目的とする.平成28年度においては以下の研究を行った.1.情報スペクトル的方法を用いることで,純粋状態エンタングルメントに関して,任意に与えられた始状態から終状態へ漸近的に変換可能となるための必要十分条件を導いた.これはエンタングルメント蒸留,エンタングルメント希釈に関する理論を極限まで一般化・簡単化する理論であり,始状態から終状態への漸近的変換可能性が,エントロピー・スペクトルレートの大小関係のみで決定されることを示している.2.情報スペクトル的方法の適用範囲は情報理論にとどまらず,Gibbs状態などの統計力学的な相関を有する物理的状態への解析方法も提供する.近年,量子統計力学によるミクロな議論から熱力学的なマクロな性質を導く研究がさかんに行われている.これまでの研究では定常性や無記憶性を仮定した議論に基づいて研究がなされていた.本研究では,Gibbs状態の集まりからなる系の断熱過程に関して,大偏差原理の仮定のもとで,熱力学第一法則および第二法則と同様な性質が導かれることを示した.3.情報幾何学は情報処理に関する不変な性質や構造を微分幾何学的に捉える方法であり,情報量の単調性や保存量に関する考察を行う上で,情報スペクトル的方法と密接な関係がある.本研究では,情報幾何において,確率分布全体のなす多様体における部分多様体の平坦性および標準ダイバージェンスの遺伝性が,互いに双対な接続に関する自己平行部分多様体のネスト構造によって特徴付けられることを示した.情報スペクトル的方法により,純粋状態エンタングルメントの漸近的変換可能性について,極めて一般的で簡明な理論を完成させることが出来た.そこでは研究計画で述べたプラス型情報スペクトル量や情報処理に関する単調性が有効に利用されている.また,物理的状態への適用や情報幾何に関する成果も得られている.情報スペクトル的方法は,通信路符号化をはじめとする種々の情報理論的問題について,定常性や無記憶性などの確率論的条件を一切仮定しない一般的な状況で,最も簡明で強力な方法論を提供する.一方,情報スペクトル量で記述される符号化定理を,定常無記憶性やマルコフ性の元で通常のエントロピー的情報量を用いた符号化定理に結びつける研究も重要である.平成29年度においては以下の研究を行った.1.古典および量子通信路において,通信路容量より大きな符号化レートを用いて通信を行うと漸近的に誤り確率が1に収束することが知られている.この性質は強逆性と呼ばれ,正解確率がゼロに収束する指数的速度は強逆指数と呼ばれる.本研究では定常無記憶量子通信路においてサンドイッチ型量子ダイバージェンスを用いて強逆指数を決定した.2.前年度に引き続き,純粋状態エンタングルメントに関して,任意に与えられた始状態から終状態へ漸近的にLOCC変換可能となるための必要十分条件を情報スペクトル的方法により導き,論文としてまとめた.3.情報幾何学は情報処理に関する不変な性質や構造を微分幾何学的に捉える方法であり,情報量の単調性や保存量に関する考察を行う上で,情報スペクトル的方法と密接な関係がある.

本研究では,確率分布全体のなす多様体の部分多様体について,確率単体とマルコフ同型になることと,指数分布族かつ混合分布族であることが互いに同値であることを導いた.4.その他,ボルツマンマシンにおけるクラスター型模型への近似に関する情報幾何学的考察,盗聴通信路符号化におけるコセット符号化の安全性評価方法,勾配法を用いた通信路容量計算法について研究を行った.純粋状態エンタングルメントのLOCC変換可能性や,サンドイッチ型量子ダイバージェンスによる強逆指数に関する研究成果が雑誌論文として採択されており,そこでは研究計画で述べたプラス型情報スペクトル量が重要な役割を果たしている.また,情報幾何に関する基礎理論からボルツマンマシンへの応用に関する成果が得られている.情報スペクトル的方法は,通信路符号化をはじめとする種々の情報理論的問題について,定常性や無記憶性などの確率論的条件を一切仮定しない一般的な状況で,最も簡明で強力な方法論を提供する.本研究では「プラス型情報スペクトル量」を中心にして,古典系および量子系における情報スペクトル的方法について簡明な議論を提供することを目的とする.平成30年度においては以下の研究を行った.1.古典・量子通信路符号化定理の情報スペクトル的一般公式について,プラス型情報スペクトル量に基づき証明の簡略化を行った.証明の主要部分である多値仮説検定を単純仮説検定に帰着させる議論において,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスの量子操作に関する単調性を利用することで,数学的技巧に頼らない見通しの良い簡明化を行っている.また,この内容に基づいて量子情報スペクトル理論に関していくつかの招待講演を行った.2.情報スペクトル量で記述される符号化定理を,定常無記憶性やマルコフ性の元で通常のエントロピー的情報量を用いた符号化定理に結びつける研究も重要である.古典および量子通信路において,通信路容量より大きな符号化レートを用いて通信を行うと正解確率がゼロに収束することが知られており,収束の指数スピードは強逆指数と呼ばれる.昨年度に本研究で決定した強逆指数に関して,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスのmin-max表現に基づく量子相互情報量の性質を研究し,量子通信路の並列に関する加法性を導いた.これに基づき,タイプ一定符号に関する強逆指数を決定した.多値仮説検定を単純仮説検定に帰着させる議論において,数学的技巧に頼らない見通しの良い証明方法を導いている.また,サンドイッチ型量子Renyiダイバージェンスに基づく量子相互情報量の加法性(arXiv:1811.10599)等,採択時の研究計画の想定を超える成果が得られている.当初の研究計画通りに研究を進めていくと同時に,情報幾何学的考察に基づいて,プラス型情報スペクトル量の単調性や不変性に関する研究も取り入れていく.当初の研究計画通りに研究を進めていくと同時に,情報幾何学的考察に基づいて,プラス型情報スペクトル量の単調性や不変性に関する研究を進めていく.また,純粋状態エンタングルメントのLOCC変換可能性に関する研究を発展させ,情報スペクトル理論を用いて,混合状態のLOCC変換可能性や,量子熱力学への応用に関する研究を進めていく.
難治性うつ病の脳個別解析－脳由来小胞を用いた異常ニューロン種の特定から－

本研究の目的は,治療反応性が高いうつ病と,診断・治療が難しく,複雑な難治性うつ病の病態について,血中・脳(うつ病関連領域)中のBDNF動態変動に焦点を当て,比較解析を行うものである。初年度は,行動薬理学的解析において,抗うつ薬のSertralineおよびEscitalopramは,青年期Corticosterone慢性投与によるうつ病様行動を抑制すること,一方,Corticosterone慢性投与に,胎生期アルコール曝露を組み合わせて作成した二重ストレス誘発うつ病モデルでは,抗うつ薬のSertralineは効果を示さず,Escitalopramのみが強制水泳試験法によるうつ病様行動を抑制するという結果を得た。また,同二重ストレス誘発うつ病モデルに対しては,抗精神病薬のBlonanserinも抗うつ的効果を示さなかった。次年度(最終年度)では,行動変化と,血中,およびうつ病関連脳領域でのBDNF濃度変化との関連解析を行い,Corticosterone慢性投与誘発うつ病モデルでは,血中,および海馬のBDNF低下の回復が,抗うつ様効果と関連していることを示した。また,二重ストレス誘発うつ病モデルでは,血中のBDNF低下は認められず,海馬のBDNF低下の回復と,血中および側坐核のBDNFの減少が,抗うつ様行動と何らかに関係している可能性を明らかとした。また,興味深いことに,本検討では,二重ストレス誘発うつ病モデルにBlonanserinを投与することによって,血中のBDNFが,抗うつ薬のEscitalopramと同様に低下することが示された。今後,胎生・青年期二重ストレス誘発うつ病モデルがどのような病態モデルなのかについて,双極スペクトラム障害の含有を含め,社会性・認知機能障害の行動変化と脳病態の観点での解析をさらに進めて行く予定である。本研究では,難治性うつ病の脳病態を解明する目的で,うつ病関連脳領域(前頭皮質・海馬・扁桃体・側坐核)の各分画と,血中脳由来小胞(Brain-derived exosome)分画中における,神経活動性蛋白質変動の連関解析を実施する。うつ病,および難治性うつ病モデルを作成し,脳領域別の、BDNF(脳由来神経栄養因子),miRNA 206(BDNF発現調節因子),およびPSD-95(シナプス活動指標分子)について発現量変化を解析する。併せてBrain-derived exosome分画におけるそれらの分子の発現量変化の比較解析を実施することで,血液から個別の脳神経回路異常の特定を図り,臨床における有効な治療薬の選択や,反応性のより正確な予測手段の確立に結びつけることを目指す。初年度は,Corticosterone(CORT)慢性投与によるうつ病モデルと,さらに胎児期アルコール暴露を加えた難治性うつ病モデルを作成し,抗うつ薬であるセルトラリン(Ser),エスシタロプラム(S-Cit)と抗精神病薬であるブロナンセリン(Blo)を投与し,それぞれの群で行動解析を実施した。強制水泳試験では,うつ病モデル群では健常群と比べ無動時間が約2倍に延長し,二重ストレスによる難治性うつ病モデル群では,うつ病モデル群と比べさらに約1.6倍に延長を示した。また,うつ病モデルにSer,およびS-Citを投与した群では強制水泳試験における無動時間が有意に減少した。さらに,難治性うつ病ではSer群とBlo投与群では強制水泳試験において無動時間の変化は認めず,S-Cit群では無働時間が1/2程度に減少した。加えて,socialinteraction testでは,難治性うつ病モデルは有意に社会的相互作用の時間の延長を認め,Bloは過剰な社会的相互作用を正常化させたが,S-CItでは変化は認めなかった。本研究の目的は,実臨床における,うつ病の多彩な類型,すなわち,双極性うつ病,パーソナリティ障害やアルコール依存,胎生期あるいは幼少期の劣悪な環境を背景としたもの,高齢者の変性疾患に類似したもの等について,その生物学的背景を捉えなおすことによって,うつ病の多様性を探求し,その病態理解や類型分類に新たな視点をもたらそうとすることでもある。初年度は,解析に用いる病態モデル動物として,若年期にcorticosterone (CORT)を慢性投与した“うつ病モデルラット"と、胎生期にアルコールを曝露させた上で,若年期にCORTを慢性投与した“難治性うつ病モデルラット"を作成した。その上で,病態モデル群の一部には,抗うつ薬,あるいは抗精神病薬を投与し,行動学的変化について,各群間で比較検討を実施した。現在,血液,血液Exosome,および脳各領域での分子変動解析について実施中で,それらの結果を示すまでには至っていない。

また,二重ストレス誘発うつ病モデルでは,血中のBDNF低下は認められず,海馬のBDNF低下の回復と,血中および側坐核のBDNFの減少が,抗うつ様行動と何らかに関係している可能性を明らかとした。また,興味深いことに,本検討では,二重ストレス誘発うつ病モデルにBlonanserinを投与することによって,血中のBDNFが,抗うつ薬のEscitalopramと同様に低下することが示された。今後,胎生・青年期二重ストレス誘発うつ病モデルがどのような病態モデルなのかについて,双極スペクトラム障害の含有を含め,社会性・認知機能障害の行動変化と脳病態の観点での解析をさらに進めて行く予定である。今後,まず,前頭葉・海馬・側坐核・扁桃体のBDNF,miRNA206発現量・神経活動の不均衡がうつ病にどのように関与するかについて,それぞれの分子の発現動態(神経活動の指標にはPSD95)を比較解析する。加えて,血液サンプル中の脳・神経種特異的exosome内のBDNF,miRNA206,およびPSD95を測定し,臨床サンプルを用いての解析の準備とし,治療薬の有効性,治療抵抗性予測の新たな指標としての可能性の探索を進めます。血中・脳組織中の分子変動解析が遅れ,一部の測定試薬の使用が翌年度に繰り越しとなった。血中・脳組織中の分子解析試薬費として計上します。
水疱性類天疱瘡におけるIgE自己抗体を介した紅斑形成機序の解明

水疱性類天疱瘡(BP)は高齢者に好発する最も頻度の高い自己免疫水疱症である。表皮基底細胞に発現し、真皮表皮接合を担う17型コラーゲン(COL17)を標的とする自己抗体により発症し、臨床的にそう痒を伴う緊満性水疱や浮腫性紅斑を呈するのが特徴的である。IgGクラス抗COL17自己抗体が水疱形成を誘導することは証明されているが、浮腫性紅斑の形成機序は未だ十分に明らかではない。本研究の目的は、BP-IgGのエピトープの違いあるいはBP-IgE自己抗体によって紅斑形成に至る機序を解明することである。2年目の研究においては、BPの発症と主要な自己抗原であるCOL17のプロセシングとの相関について検討するために健常人皮膚およびBP患者皮膚を基質とし、COL17の種々のエピトープを認識する抗体を用いて免疫染色を行った。COL17の検出に際し、細胞内領域認識抗体(ab1864115)、細胞外領域に位置する主要な病原エピトープである非コラーゲンドメイン16A認識抗体(TS39-3)、同じく細胞外領域に位置するコラーゲンドメイン15認識抗体(No11)、コラーゲンドメイン12認識抗体(BMM)を用いた。健常人皮膚およびBP患者皮膚のいずれにおいても真皮表皮接合部に線状に分布するCOL17を全てのCOL17認識抗体にて検出した。BP患者皮膚に対し、真皮上層でのCOL17分布について検証したところ、ab1864115ではCOL17を検出し得なかった、しかし一部のBP患者皮膚ではTS39-3、No11、BMMでは真皮上層に円形に染色されるCOL17の分布を確認した。一方健常人皮膚においてはいずれの抗体においても真皮上層にCOL17の分布を疑う所見を認めなかった。以上より、BP患者皮膚と健常人皮膚においてCOL17の分布様式に差異がある可能性が示唆された。BP患者皮膚における17型コラーゲン(COL17)の分布と構造解析のため、COL17の細胞内領域、細胞外領域(NC16Aドメイン、コラーゲンドメイン15、コラーゲンドメイン12を用いた免疫染色にて真皮上層に分布するCOL17断片は細胞内領域のN末端を含まずNC16Aからコラーゲンドメイン12までを含む領域であることが推測された。しかし、真皮上層に分布するCOL17の構造をより詳細に理解するためには細胞外領域C末端に対する抗体を用いた解析が必要であるため。コラーゲンドメイン4認識抗体(No26)などを用いて、真皮上層に局在するCOL17断端にC末側部分が含まれるか否かについての検討を行う。水疱性類天疱瘡(BP)は高齢者に好発し、表皮基底細胞の17型コラーゲン(COL17)を標的とする自己免疫性水疱症で、臨床的に水疱やそう痒を伴う浮腫性紅斑が特徴的である。しかしBPでは、IgEクラス抗COL17自己抗体(BP-IgE)も生じることがあり、紅斑形成へ関与していると予想されている。本研究の目的は、BP-IgE自己抗体によって紅斑形成に至る機序を解明すること、また紅斑形成機序を明らかにすることでBP-IgEを介した炎症増幅機構がBPの新規治療標的となり得るかを検証することである。1年目の研究においては、特異抗原とIgE抗体の結合刺激による好塩基球細胞表面の活性化マーカー(CD203c)の発現量の変化をフローサイトメーターにて定量・解析する好塩基球活性化試験を行った。その結果、BP疾患活動期においてCD203cの有意な発現亢進を認めた。BP疾患活動期にはヒトCOL17全長リコンビナントタンパクにてCD203cの発現上昇は認めなかったが、BP疾患寛解期にてヒトCOL17全長リコンビナントタンパク刺激に伴うCD203cの発現が上昇する症例を認めた。また、BP疾患活動期におけるCD203cの発現量および臨床的な浮腫性紅斑の重症度の間に相関関係を認めた。以上の結果からBP-IgEがBPにおける浮腫性紅斑の形成への関与が示唆された。当初の予定以上に新規発症(疾患活動期)から寛解期までの経過追跡が可能なBP症例からの末梢血サンプリングを行うことができたため、好塩基球活性化試験を順調に進めることが可能となった。また、領域特異的COL17ポリペプチド刺激による好塩基球活性化試験を用いたBP-IgEの検出を試みるも好塩基球活性化マーカーであるCD203cの発現の上昇を認めなかったが、好塩基球へのペプチド刺激をヒトCOL17全長リコンビナントタンパクに変更することでBP-IgEの検出が可能となったことなどからおおむね順調に進展しているものと思われる。

2年目の研究においては、BPの発症と主要な自己抗原であるCOL17のプロセシングとの相関について検討するために健常人皮膚およびBP患者皮膚を基質とし、COL17の種々のエピトープを認識する抗体を用いて免疫染色を行った。COL17の検出に際し、細胞内領域認識抗体(ab1864115)、細胞外領域に位置する主要な病原エピトープである非コラーゲンドメイン16A認識抗体(TS39-3)、同じく細胞外領域に位置するコラーゲンドメイン15認識抗体(No11)、コラーゲンドメイン12認識抗体(BMM)を用いた。健常人皮膚およびBP患者皮膚のいずれにおいても真皮表皮接合部に線状に分布するCOL17を全てのCOL17認識抗体にて検出した。BP患者皮膚に対し、真皮上層でのCOL17分布について検証したところ、ab1864115ではCOL17を検出し得なかった、しかし一部のBP患者皮膚ではTS39-3、No11、BMMでは真皮上層に円形に染色されるCOL17の分布を確認した。一方健常人皮膚においてはいずれの抗体においても真皮上層にCOL17の分布を疑う所見を認めなかった。以上より、BP患者皮膚と健常人皮膚においてCOL17の分布様式に差異がある可能性が示唆された。BP患者皮膚における17型コラーゲン(COL17)の分布と構造解析のため、COL17の細胞内領域、細胞外領域(NC16Aドメイン、コラーゲンドメイン15、コラーゲンドメイン12を用いた免疫染色にて真皮上層に分布するCOL17断片は細胞内領域のN末端を含まずNC16Aからコラーゲンドメイン12までを含む領域であることが推測された。しかし、真皮上層に分布するCOL17の構造をより詳細に理解するためには細胞外領域C末端に対する抗体を用いた解析が必要であるため。2年目はBP病変部皮膚におけるCOL17の局在および構造解析を中心に実施する予定である。コラーゲンドメイン4認識抗体(No26)などを用いて、真皮上層に局在するCOL17断端にC末側部分が含まれるか否かについての検討を行う。1年目に旅費として計上していた学会参加を中止したこと、またBP病変部位におけるCOL17の局在および構造の解析に計上していた物品の購入を翌年度に繰り越す事となったため、次年度使用額が生じたものと考えられる。次年度にBP病変部皮膚のCOL17の局在および構造解析のための物品を購入するとともに、国際学会(国際研究皮膚科学会)への参加のための旅費として使用する見通しである。臨床的な紅斑の有無により水疱性類天疱瘡症例を2群に分類し、1自己抗体の標的となる17型コラーゲンのプロセッシングおよび局在2好塩基球上の抗17型コラーゲンIgE抗体の有無について解析を試みた。しかし、臨床的な紅斑が乏しい場合でも真皮内に多くの炎症細胞浸潤を認めることもあり、補助事業の目的を精緻に達成するために、組織学的にも浸潤細胞の少ない皮膚サンプルを新たに収集し、解析する必要が生じた。より詳細な検証のための患者収集に時間・労力が必要となったことで、当初予定していたフローサイトメトリーにて単離した好塩基球をマウスに移入する実験の遂行が遅れてしまったため、次年度使用額が生じたものと考えられる。上記好塩基球移入実験を遂行するために次年度使用額を使用する予定である。
正則関数の研究

研究実施計画にしたがって研究を遂行し,各分担課題ごとに研究集会を行った。研究協力者によってはいくつかの研究集会に参加し,分担課題相互の交流も行われた。以下成果の顕著なものについてのみ述べる。ポテンシャル論においては公理論的なポテンシャル論とEuclid空間における優調和関数や熱方程式の解の性質を調べる具体的なポテンシャル論との交流による進展が得られた。一様楕円型微分方程式の解の境界挙動やnーprecise関数の境界値の研究,ベクトル場の研究が行われ,ネットワ-クやHilbent変換へのポテンシャル論の応用も得られた。また,Riemann面上の関数環とポテンシャル論との相互交流も行われ新たな知見が得られた。等角写像論においてはRiemann面上の等角写像の研究が一段と進み面積定理との関連が明らかにされた。Riemann面上の微分の有限要素弦による近似が得られた。多変数解析関数においては関数方程式論,微分幾何学,代数幾何学等の諸分野と密接に関連しながら研究が進められ,正則写像の除外値,有界擬凸領域上での正則写像の拡張,特異点の分類,〓^3のコンパクト化,多様体のコポモロジ-,Liouoille型定理等について進展がもたらされた。特に超幾何微分方程式の研究は極めて活発に行われ,新しい一般的な超幾何級数の導入,統一的立場からの超幾何級数の研究,有限体上の超幾何級数の研究,Selberg積分の考察,分岐被覆の理論との関連,接CauchyーRiemann方程式系の超局所解析の研究に進展が得られた。
被災情報データにもとづく広域救援経路導出決定支援システムの調査構築研究

本研究の目的である広域救援経路導出決定支援では,陸路・海路・空路の広域圏あるいは広域地方からの救援可能性における仮説が必要である。陸路の物流の基本は、依頼主から発注された数量の商品を正しく定時に配送することである。平常時における定時配送は、配送ドライバー(専門家)の経験や勘などによって実現しており、例えば、事前の道路工事情報等によってあらかじめ決められた経路を迂回しなければならない事態でも目的地に定時に到着することが可能である。しかし、大雨・大雪や地震災害等で、通行止め情報と待機や迂回経路情報による定時配送は確定的ではない。すなわち、大雨・大雪や地震災害等の通行止め情報は、どのくらいの時間が通行止めになるのかを確定できないことが多く、一時通行止め情報の「一時」がどのくらいの時間間隔になるのかが問題になる。広域救援物流の支援として、定時配送の目的を達成するために大雨・大雪や地震災害等の通行止め情報の高度化が必要であり,複合発生型災害における広域圏からの救援に寄与する方法論を提案した。本研究では,通行止め情報の高度化について、第一に「復旧めど情報(配送ドライバーの意思決定;(1)迂回路に進むべきなのか、(2)現場で待機するべきなのか、(3)他の商品供給拠点からトラックを代替する措置など)」の意思決定支援が可能であり、情報提供側は復旧めど情報を予見導出する方法論を考案した。また,このような大地震と大雪そして道路の通行止めなどによる複合発生型災害の事態に,広域圏からの救援遅延による影響を考慮するための救援シェアリングシステムと救援経路導出システムを開発した。本研究で開発したシステムでは、広域圏からの救援が被災地に到着するまでの間、被災地内の限られた救援リソースを「最適配分」して表示することが可能である。本研究で開発したシステムは、2つの人工知能によるアルゴリズミックな演算(予見)処理を使用している。第1段階の処理は、不確かな状況下の予見を可能にするファジィ推論であり、第2段階の処理は、演算過程において学習処理をするジェネティック・アルゴリズムを使用している。実世界の目的に対応する経路を導出するためには、与えられた状況において地形図の重要な位置情報を評価分析して最適化することが必要であると本課題では考える。本課題において、広域圏の救援車両群を被災地まで誘導して適切に配置するという問題解決は、シームレスな情報通信システムを活用し動的被災状況に対応し最適な経路を導出するエージェントと最適誘導支援システムの開発が必要であるため、本年度は、G-XMLの技術成果を利用して試みた。実証したシステムは、平常時のため観光カテゴリーデータを入力して、経路の独自性を検証した。本システムは、被災時の経路導出の現状の問題点を抽出すると、平常時の最短経路導出手法によるプランニングは、広域圏の救援車両群に対して目的別に各々の推奨経路を与え動的状況に応じて効果的に配置するまでの水準には達していない。よって、本研究では、被災地までの推奨経路を導出する場合は、被災地で得られた被災データよりエージェントがゾーニングして、救援車両種別に対応可能な救援探索範囲基準を生成して経路導出処理過程に反映し、誘導配置するプランニングエージェントシステムを開発するため、17年度も継続して研究開発を遂行する。そのため、まずは、プロトタイプとして、地震が頻発している釧路地域の被災情報GIS(Geographical Information Systems)サーバのデータベースを構築する環境を整備した。そして、各種のカテゴリカルデータより、広域地域の救援関連施設からの被災地までの道路ネットワークのアクセス性や後退距離データをシミュレーションして分析する。よって、これまでの構築した被災情報GISサーバの被災状況時の経路ネットワークと救援に関するデータをリレーショナル処理して、救難経路を導出するための仕様を分析して探索エンジンの条件処理機構を開発する。これは、著者が研究開発して、本年度、観光カテゴリーを用いて検証したリレーショナルデータとファジィ理論および測度の関係を適用した探索エンジンのフレームワークを発展拡張して、震度6以上の被災状況に対応した最適な救援経路を導出することを可能にするものである。17年度は、経路の導出結果の検証では、広域地域の救援車両を被災地へ適切に配置誘導する経路をシミュレーションする。配信データは、軽量であるためリアルタイムに閲覧する上で有利と考えられる。また、17年度に実装と評価実験を開始するWebサーバのG-XML関連要素は、JISで規定されたベクトル型の標準仕様でコンテンツの二次加工や特定のグループ間のデータ共有が可能であり、さらにクライアント側へ低コストで導入可能なスペックにする。避難場所や避難所は、自然災害(地震)など危険が直面したときに、住民が避難するところである。すなわち、自然災害が発生した場合、平常時の空き地・広場・公園・公民館・学校などを短時間で仕様変更する必要がある。仕様変更としては、避難住民を受け入れるスペースに加えて「応急救護そして情報伝達を可能にする環境と機能」を設置することになるが、過去の自然災害時の事例でも、それらの設置には時間を要する。季節や昼夜の時間帯異なる状況では、災害直後の短時間の屋外避難の場合でも傷病者や弱者への負担も大きいと考えられる。本年の科学研究費テーマの研究では、テーマ副次的な部分に着目して、広域救援経路導出の前段階の待機措置になる地震発生後24時間以内の避難場所や避難所の機能部分に着目し「応急救護そして情報伝達を可能にする環境と機能」を短時間で設定する方策を提案するために研究調査と実証実験をした。副次的なテーマにおいて導出を期待すべき点は、主テーマの「被災情報データにもとづく広域救援」までには時差が3日以上あることが推察される。

屋外避難の場合、十分な時間や人手があればテントやプレハブを設営するということも可能であるが、自然災害発生時には余裕はほとんどない。余裕がない状況でも「応急救護そして情報伝達が必要」であるのは自然災害(地震)直後からの数時間以内に行う地域住民による初動対応が重要である。よって、実験では、地震直後の屋外の避難場所における「応急救護そして情報伝達が可能にするための」環境を確保するのかを調査検討した結果、地域内の路線バスネットワークとバス車両の仕様に着目して新たな方策を導出した。実験の結果、震災時のバス走行やバス車両の取り扱いについては、行政の定める制度やバス運行事業者における体制と訓練が必要であると考えられる。制度や体制については、行政や連合町内会との連携した検討会が必要であり、訓練については、震災時の運行乗務に関する特別なノウハウを含んだ訓練プログラムの考案も必要であると思われる。将来、日本が高齢化社会を迎えるにあたり、あるいは環境に配慮した移動手段を研究されている中、安全で環境に優しい移動手段は、地域に張り巡らされた路線バスネットワークではないのかと思われる。実証実験の結果より、今後、我が国の防災計画の中に、新たに地震・津波避難を含めた災害時の迅速な避難のために路線バスネットワークの活用を組み込むことで地域防災の盾、そして平常時の地域の生活を支えている生命線としての重要性を提言したい。また、主テーマの「被災情報データにもとづく広域救援」に関して、迅速な被災情報収集のための無人航空機(UAV)開発について、米国メーカを視察調査した。本研究の目的である広域救援経路導出決定支援では,陸路・海路・空路の広域圏あるいは広域地方からの救援可能性における仮説が必要である。陸路の物流の基本は、依頼主から発注された数量の商品を正しく定時に配送することである。平常時における定時配送は、配送ドライバー(専門家)の経験や勘などによって実現しており、例えば、事前の道路工事情報等によってあらかじめ決められた経路を迂回しなければならない事態でも目的地に定時に到着することが可能である。しかし、大雨・大雪や地震災害等で、通行止め情報と待機や迂回経路情報による定時配送は確定的ではない。すなわち、大雨・大雪や地震災害等の通行止め情報は、どのくらいの時間が通行止めになるのかを確定できないことが多く、一時通行止め情報の「一時」がどのくらいの時間間隔になるのかが問題になる。広域救援物流の支援として、定時配送の目的を達成するために大雨・大雪や地震災害等の通行止め情報の高度化が必要であり,複合発生型災害における広域圏からの救援に寄与する方法論を提案した。本研究では,通行止め情報の高度化について、第一に「復旧めど情報(配送ドライバーの意思決定;(1)迂回路に進むべきなのか、(2)現場で待機するべきなのか、(3)他の商品供給拠点からトラックを代替する措置など)」の意思決定支援が可能であり、情報提供側は復旧めど情報を予見導出する方法論を考案した。
関数解析学における組み合わせ構造

作用素環論における構造の著しい例として双加群(bimodule)の作るテンソル圏(tensor category)がある。任意の離散群は、因子環への外部自己同型作用を経由して、テンソル圏に内在する群対称性を表すことができる。与えられたテンソル圏に対して、その群対称性を表す離散群Gの有限部分群H.Kを2つ用意することにより、テンソル圏を双圏(bicategory)として拡大する方法が本研究課題により解明された。これは群の表現論においてMackeyの理論(Mackey teory)として知られている群拡大の表現論の拡張になっており、群拡大によって得られた双圏の構造を群作用に伴うコホモロジー類および作用の安定可部分群の射影表現の決定に還元するものである。とくにH=Kの場合には、共形場理論におけるorbifold構成法を包含するものであり、H=Kが有限可換群の場合のorbifold双対性が作用素環における竹崎双対性(Takesaki duality)に由来するものであることが判明した。一方、有限群Gの作るテンソル圏から出発して、その部分群による拡大を考察することにより、同型ではないホップ代数(Hopf algebra)で、それらの表現の作るテンソル圏が同型になる例の存在が確認された。余可換なホップ代数としての群の場合には、位数8の二面体群Dと四元数群Qが同型な表現環を与えることは良く知られている。テンソル圏の同型はfusion代数(fusion algebra)の同型を引き起こし、群の表現の作るテンソル圏の場合にはfusion代数は表現環と同一視されるのであるが、DとQの場合には、表現の作るテンソル圏は同型にはならないことも確認された。以上の結果については、現在論文として準備中である。
ミリ波ビーミング推進に資する300 GHz 大電力ミリ波放電特性の研究

今年度は、303 GHzジャイロトロンから発生するノイズやミリ波に対する対策を行い、ハイスピードワンショットカメラを放電部に近づけ、より高い空間分解能でミリ波放電構造の計測を行った。また前年度はハイスピードワンショットカメラのトリガにノイズが入り時間分解能に制限があったがノイズ対策により解決し、超臨界条件での1/4波長構造から亜臨界条件での櫛状構造までの変化を入射ミリ波の電界面、磁界面の両面で詳細に計測することができた。さらにシャドウグラフ法によりプラズマ周辺の衝撃波を可視化し観測した。計測の結果、電界面において超臨界条件下で電界方向に平行に伸びた1/4波長構造のプラズマフィラメントは、放電開始より9 μs程度で粒状に分離し、さらに20μsから入射ビームに平行な櫛状のプラズマフィラメントが形成され始めることが分かった。昨年度の報告では分解能の制限から櫛状のプラズマフィラメントは粒状のプラズマの軌跡であろうと考えていたが、実際にフィラメントが形成されていることが確認された。磁界面ではフィラメント構造は無くプラズマは拡散的となり、60μs程度でその先端が尖り始めることが分かった。また電離波面伝搬速度は櫛状のプラズマフィラメントが形成されると減少した。プラズマ周辺の衝撃波は電離波面伝搬速度が音速に比べ極端に早い超臨界条件では形成されず、亜臨界条件下で形成される。その伝搬速度は亜臨界条件での電離波面進展速度より遅く櫛状プラズマフィラメント形成には寄与していないと考えられる。計測の空間分解能、時間分解能を改善することで超臨界条件から亜臨界条件への放電構造の変化を詳細に計測することに世界で初めて成功した。衝撃波とプラズマの中間部での圧力波については計測することができなかったが、シャドウグラフ法によりプラズマ周辺の衝撃波の計測も実施することができた。超臨界条件での1/4波長構造については、先行研究において数値計算と実験の一致が得られ、構造形成過程についても理解が進んでいるが、亜臨界条件での櫛状のプラズマフィラメントの形成過程については、未だ十分ではないので物理的な考察を行う。また得られた結果についてまとめ論文を執筆する。ミリ波放電とは、ミリ波帯の大電力電磁波を用いた気中放電である。ミリ波放電はフィラメントやフィッシュボーンと呼ばれる自己組織化された特徴的な構造を持つ。入射ビーム電力の高い超臨界条件では、入射ミリ波の磁界面と電界面の放電構造が実験的に計測され、数値計算結果ともよく一致することが確認されている。しかし入射電力が極端に低い亜臨界条件での実験例は未だ少なく、放電構造の電界面・磁界面での違いや、構造の特性長、電離波面伝播速度の入射電力依存性は明らかになっていない。そこで本研究では、303 GHz大電力ミリ波発振器ジャイロトロンを用いて亜臨界ミリ波放電での電界面と磁界面での放電構造とその電離波面進展速度を実験的に調べた。計測にはハイスピードワンショットカメラを用い高い時間分解能と空間分解能を実現した。結果として、亜臨界条件では超臨界条件と異なり、粒上のプラズマが発生しミリ波に対し平行に進展することが分かった。電界面ではこの粒状のプラズマの軌跡が入射ミリ波に対し平行なフィラメント構造を形成する。しかし磁界面ではフィラメント構造は見られない。このことから放電は層状の構造を持つことが示唆される。先行研究では亜臨界条件での電界面、磁界面での構造はほとんど変わらないとされており、電界面と磁界面での構造の変化を捉えたのは本研究が初となる。電界面でのフィラメント間の距離は波長の0.84倍となり、170 GHzでの先行研究で得られた結果に近く、これが放電構造の特徴的な長さであると考えられる。ハイスピードカメラを用いてミリ波放電の構造を詳細に計測することに成功し、亜臨界条件での入射ミリ波の電界面と磁界面での放電構造の違いを捉えることができた。

その伝搬速度は亜臨界条件での電離波面進展速度より遅く櫛状プラズマフィラメント形成には寄与していないと考えられる。計測の空間分解能、時間分解能を改善することで超臨界条件から亜臨界条件への放電構造の変化を詳細に計測することに世界で初めて成功した。衝撃波とプラズマの中間部での圧力波については計測することができなかったが、シャドウグラフ法によりプラズマ周辺の衝撃波の計測も実施することができた。亜臨界条件での放電は集光ミラーによってプラズマを着火し開始する。その集光点では電界強度が高く放電は超臨界条件を経由して亜臨界条件へ遷移していると考えられる。超臨界条件では亜臨界条件と異なり定在波によって電離波面が伸展するため、波長の1/4の間隔で電界方向に伸びるフィラメント構造となる。そこでより空間分解能を上げ、集光点での構造を捉え、超臨界条件から亜臨界条件に遷移する際にどのように放電構造が変化するか調べる。また亜臨界条件では入射ミリ波の電界強度が電離閾値より低い中を、電離波面が進展していく。その電離の維持にはプラズマ周辺ガスのジュール加熱による膨張が寄与していると予想されているが、実験的な証拠はない。そこでレーザーを用いて周辺ガスを可視化しミリ波放電による圧力波の形成を調べる。超臨界条件での1/4波長構造については、先行研究において数値計算と実験の一致が得られ、構造形成過程についても理解が進んでいるが、亜臨界条件での櫛状のプラズマフィラメントの形成過程については、未だ十分ではないので物理的な考察を行う。また得られた結果についてまとめ論文を執筆する。