hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
身体の単一・複数部位使用時における動作の抑制機序からみた動作調整の発達

一般に多くの動作は,身体の複数部位を同時に動かすことで成り立っている.巧みな動作の遂行には,個々の部位が適切なタイミング,適切な力の発揮によりなされる,すなわち必要部位以外は極力その活動は抑制されることが必要である.ところが,子どもでは動作遂行の際に抑制的機能より促進的機能が優位であり,筋・神経系の動作調整機能が未発達であることから,複数部位使用における子どもの動作パフォーマンスに低下がみられる.本研究では上肢末梢部位による素早い動作(グリップ動作)を運動課題として用い,成人でみられる両側性機能低下現象が子どもでもみられるのかに着目し,すばやい動作の抑制系機序について,子どもの特性を明らかにするために実験を試みた.グリップ(把握)動作を用いて,一側単独(利き側,非利き側)および両側同時条件における音刺激に対する単純反応時間を測定し,同側での一側反応時間および両側同時反応時間の変化をみた.本実験の結果からは,反応時間における両側性機能低下現象が,子どもでは成人と異る傾向がみられた.すなわち,同側において,「一側単独」,「両側同時」による反応時間を比較すると,成人では全般に左右ともに「両側同時」反応が「片手単独」より遅くなる傾向がみられた.さらにその傾向は利き側のほうがより強かった.それに対し子どもでは,利き側あるいは反応時問の早い側では「両側同時」が遅くなる傾向もみられたが,非利き側あるいは反応時間の遅い側では逆に「両側同時」が「一側単独」より早くなる傾向であった.また,すばやく反応動作を行なう場合の発揮出力(グリップ力)についてみると,両側同時動作で一側単独より出力が小さい成人に比して子どもでは全般に両側ともの発揮出力が大きく,その差も小さかった.神経系の働きが発達過程にある子どもでは,非利き側,あるいは反応が遅い側では,反対側同名筋において同時に力を発揮することで反対側への抑制よりもむしろ促通現象が起こる可能性があると考えられた.一般に多くの動作は,身体の複数部位を同時に動かすことで成り立っている.巧みな動作の遂行には,個々の部位が適切なタイミング,適切な力の発揮によりなされる,すなわち必要部位以外は極力その活動は抑制されることが必要である.ところが,子どもでは動作遂行の際に抑制的機能より促進的機能が優位であり,筋・神経系の動作調整機能が未発達であることから,複数部位使用における子どもの動作パフォーマンスに低下がみられる.本研究では上肢末梢部位による素早い動作(グリップ動作)を運動課題として用い,成人でみられる両側性機能低下現象が子どもでもみられるのかに着目し,すばやい動作の抑制系機序について,子どもの特性を明らかにするために実験を試みた.グリップ(把握)動作を用いて,一側単独(利き側,非利き側)および両側同時条件における音刺激に対する単純反応時間を測定し,同側での一側反応時間および両側同時反応時間の変化をみた.本実験の結果からは,反応時間における両側性機能低下現象が,子どもでは成人と異る傾向がみられた.すなわち,同側において,「一側単独」,「両側同時」による反応時間を比較すると,成人では全般に左右ともに「両側同時」反応が「片手単独」より遅くなる傾向がみられた.さらにその傾向は利き側のほうがより強かった.それに対し子どもでは,利き側あるいは反応時問の早い側では「両側同時」が遅くなる傾向もみられたが,非利き側あるいは反応時間の遅い側では逆に「両側同時」が「一側単独」より早くなる傾向であった.また,すばやく反応動作を行なう場合の発揮出力(グリップ力)についてみると,両側同時動作で一側単独より出力が小さい成人に比して子どもでは全般に両側ともの発揮出力が大きく,その差も小さかった.神経系の働きが発達過程にある子どもでは,非利き側,あるいは反応が遅い側では,反対側同名筋において同時に力を発揮することで反対側への抑制よりもむしろ促通現象が起こる可能性があると考えられた.本年度(2年計画の1年目)は,子どものデータ収集を行うための,測定機器を含む実験環境を整備することを目的とし,予備実験的に成人を対象としたデータを収集しつつ,機器の改良等を行った.複数部位を用いることによる動作パフォーマンスの変化について,これまでにもタッピング動作を用いて実験的研究を行ってきた.しかしながら,特に子どもを対象とした場合,課題とする動作そのものに変動が生じてしまい,必ずしも条件による動作パフォーマンスの違いを特定しにくい状態であったことが問題であった.そこで,ある程度動きを制限した形の動作を用いて行うことを意図し,固定バーの把握を課題動作として試みることとした.それにあたり,予備実験を兼ね,対照として行った成人の研究結果を本年度の概要としてまとめる.把握動作を用いて,音刺激に対する単純反応時間を,片側単独(利き側,非利き側)および両側同時条件でくり返し測定し,同側における条件による違いをみた.13名の被検者中1名を除き両側時に反応時間の延長傾向がみられ,内利き側5例については統計的に有意な差であった.

この反応時間に関する両側性機能低下のメカニズムについては,両側反応における左右の反応を統合する中枢が右半球にあり,また両手で同時に反応するためには,左右の手の反応を統合する過程が必要なため片手より遅れると考えられている.しかしながら,数例の子どもを対象とした予備実験では,成人ほどの明確な違いが見出せず,動作の調節系のメカニズム自体も成人とは異なることも予想される.次年度はさらに,子どもを対象とした実験を行うために,実験手順および測定のための装置に改良を加えなければならないことも示唆されたが,子どもを対象とした実験を重ね,発達的な観点からのまとめを行う予定である.本年度(2年計画の2年目)は,昨年度作成,改良した測定機器(グリップ用力量計)を用いて実験を行なった.子どものデータを収集し,成人データとの比較により子どもの動作調整能の特性を検討した.グリップ(把握)動作を用いて,音刺激に対する単純反応時間を,一側単独(利き側,非利き側)および両側同時条件それぞれ測定し,同側における一側,両側同時条件による変化をみた.本実験の結果からは,子どもにおいては成人と異なった傾向がみられた.すなわち,同側において,「一側単独」,「両側同時」による反応時間を比較すると,成人では全般に左右ともに「両側同時」反応が「片手単独」より遅くなる傾向がみられ,その傾向は利き側のほうがより大きかった(昨年度報告).それに対し子どもでは,利き側あるいは反応時間の早い側では「両側同時」が遅くなる傾向もみられたが,非利き側あるいは反応時間の遅い側では逆に「両側同時」が「一側単独」より早くなる傾向にあった.また,すばやく反応動作を行なう場合の発揮出力(グリップ力)についてみると,成人では個人によって力の絶対値の大きさには違いあるものの,両側同時動作で一側単独より力は小さくなった.それに比して子どもでは全般に発揮出力が大きく,両側同時動作で出力が小さくなるものはあまりみられなかった.神経系の働きが発達過程にある子どもでは,利き側でない,あるいは反応が遅い側については,反対側同名筋において同時に力を発揮することで反対側への抑制よりもむしろ促通現象が起こる可能性があると考えられた.また,本研究のまとめにあたっては,これまでの関連実験データを加え考察を行なった.本研究においては,成人との比較により子どもの特性を推測するにとどまり,子ども内で年齢差からみた発達特性を追うことはできなかった.今後の課題とされるところある.
東アジア諸国におけるコミュニティ計画論の比較研究

東アジア4ヶ国(日本、韓国、中国、台湾)からコミュニティ計画論の研究者を招き,2010年8月22日から26日にかけて京都大学で国際ワークショップ(WS)を開催し、各国のコミュニティ計画論について濃密な意見交換と比較考察を行った。日本からは「集落自治組織の再編」と「まちづくりにおける自治組織の機能」に関する報告があり、韓国からは「農村マウル総合開発事業」に関する報告(2事例)があった。また、中国からは「新農村建設事業」に関する設計事例の報告(2事例)が、台湾からは「2010年に制定された農村再生条例に基づくコミュニティ計画の取り組み」と「文化的資源による社区発展の比較分析」がそれぞれ報告された。各国の報告はコミュニティ計画と地域づくりにかかわる最新の事例を取り扱っているが、計画論を規定する各要素(計画の区域、事業主体、住民組織、参加のスタイル、専門家の関与、行政の関与、助成)に着目してこれらを整理したところ、それぞれの共通点と相違点が鮮明となり、東アジア各国のコミュニティ計画論を包括した枠組みの設定が可能であることがわかった。他方、報告内容から重点的な関心を読み取り、それを比較するならば、中国では計画策定の方法論(狭義の計画論)が、韓国では、地域づくりのマネジメント(広議の計画論)と関係主体の連携が、台湾と日本では住民主体の形成(キャパシティ・ビルディング)がそれぞれ中心的な課題として扱われていたが、これは、各国のコミュニティ計画論がおかれている環境条件に大きく左右されていることが推察された。これらの成果は、『比較農村計画論』の確立に貢献するものである。国別に研究の進捗状況をまとめると以下の通りである。台湾:九鬼は台湾におけるコミュニティ計画論の経緯と現状を明らかにするために,国立台湾大学や国立中興大学などの研究者にコンタクトを取り,台湾の農村施策に関する情報と近年の研究論文の収集を行った。また,コミュニティ計画の事例地区を訪問し,地域づくりの状況について視察した。韓国:本科研のメンバー(5名)が韓国で開催された農村計画シンポジウムに参加し,同国における農村アメニティ向上の取り組みおよびアメニティ向上に向けた集落計画の事例等について情報を収集した。さらに,グリーン・ツーリズムに取り組む農村集落を訪問し,関係者からヒアリング調査を行った。また,中塚は,韓国の地域自治に関する経緯と現状,政策・計画手法に関する資料を収集整理し,日本との比較分析を行った。日本:守田は,日本の条件不利地域における集落再編の課題と方策について,集落再編政策の整理と事例研究を通して検討し,広域的な再編や,住民の協働を伴う施策が有望であるとの見解を得た。また,中嶋,守田および研究協力者の三宅,橋口は,日本の条件不利地域の再生に向けた農村計画の課題をそれぞれ検討し,その成果を韓国の農村計画学会誌に公表した。中国:星野は,研究協力者の王雷(天津大学)と共同して,日本のコミュニティ計画論のフレームについて中国語で発表するとともに,論文として公表した。また,過去に実施した中国農村調査の結果を総括して,中国における新農村建設の可能性について検討した。なお,年度途中で,三宅康成(兵庫県立大学)と橋口卓也(明治大学)を研究協力者に加えた。
アスファルト舗装の補修計画の最適化

本研究においては、アスファルト舗装の初期舗装構造とライフサイクルにおける修繕計画に関して、その全費用を最小にする最適解を決定する舗装管理システムを構築することを目的としている。最適解を得るための手法として動的計画法(Dynamic Programming)を用いた。すなわち「最初の状態および最初の決定がどうであっても、その残りの決定は最初の結果生じる状態に関して最適政策になっていなければならない」というR.Bellmanによる最適性原理を適用した。舗装のパフォーマンスに関しては、当初、マルコフ確率理論による連鎖モデルを適用する予定であったが、検討の結果、この連鎖モデルによる場合、アスファルト舗装の初期舗装構造を考慮した最適化システムを構築することが困難であるなどシステムを応用する場合の自由度が狭いことなどの欠点があることが判明した。そこで舗装のパフォーマンスモデルとして、本研究においては米国のAASHTOモデルを適用することに変更した。まずこの米国のAASHTOモデルと、わが国のアスファルト舗装の設計に用いられる舗装要綱モデルとの比較検討を行った。後者のモデルは舗装構造指標TA、路床CBRと標準輪荷重(5t)の繰り返し載荷数との関係式である。検討の結果、後者は舗装路面の終局供用性指数PSI=2.0の場合の前者にほぼ相当すること、両者のモデルには相互に整合性があることが判明した。そこで、アスファルト舗装のパフォーマンスにAASHTOモデルを適用した、アスファルト舗装の修繕計画の最適化システムを構築した。本最適化システムを用いることによって、アスファルト舗装のライフサイクルコストを最小にする初期舗装構造を決定することができる。このようにして得られたアスファルト舗装の初期舗装構造は、通常の設計法である舗装要綱モデルで設計した場合よりも若干厚くしたほうが、ライフサイクルコストは安くなることが判明した。
クリッカ－を活用した幼稚園教師の行動観察力の可視化による力量形成

本研究は学校現場において重要な課題の1つである「かかわり行動に困難をきたす子どもたち」に対する教師の力の1つとして「行動観察力」に着目した。ここでは、幼稚園教師の行動観察力として、「関係的視点から子どもの行動を捉える力」と「子どもの行動を流れのなかで捉える力」の2点を重視した。第1次研究では、「幼稚園教師の行動観察力」をクリッカーを用いた可視化資料から読み取ることに努めた。第2次研究では、保育現場を視野に入れた4つの研究として進めた。それらは、保育者と熟達者との比較分析がなされ、その結果、保育者群はエピソード重視型の傾向にあるのに対して、熟達者は文脈重視型であることが明らかにされた。本研究は学校現場において重要な課題の一つである「かかわり行動に困難をきたす子どもたちに対する教師の適切な対応を支える力」の1つとして「行動観察力」に着目した。第1次研究では、インクルーシブ教育を目指す特定の幼稚園を抽出して研究協力園とし、保育場面をVTR録画した資料を視聴させ、その後、引き続き「興味深い場面」と「検討の必要ありの場面」をクリッカー(PF-NOTEプロトタイプ)を用いて抽出させ、可視化グラフを作成させた。この可視化グラフは対応する映像とリンクされており、即座にその場面の振り返りが可能となっている。第1次研究では、文教ペンギンルーム(北海道文教大学子育て教育地域支援センター)での保育実践場面のVTR資料を用いて、研究対象幼稚園の教師たちの現時点での「行動観察力」の特徴の把握に努めた。文教ペンギンルームの保育実践は地域に開放された「子育て支援」の活動として位置付けられており、ペンギンルームの専任スタッフである、われわれ(後藤守・川端愛子)によって開発された「ペンギンメソッド」をベースにしている。本研究のねらいとする幼稚園教師の行動観察力はこの指導法のコンセプトとして設定されている「関係的視点から子どもの行動をとらえる力」と「子どもの行動を流れの中で捉える力」の2点から支えられている。第1次研究では、この2つの力が内包された「幼稚園教師の行動観察力」をクリッカーを用いた可視化資料から読み取ることに努めた。第1次研究の成果については「幼稚園教師の行動観察力の可視化に関する研究ー科研費による研究推進のためのパイロットスタディー(コミュニケーション障害研究第15号、2014)」にまとめられている。また、これと並行させて、ニュージーランドのプレィセンターとインクルーシブ教育に関する研究資料の収集を行った。本研究は保育現場において重要な課題の1つである「かかわり行動に困難をきたす子どもたちに対する教師の力量」として「行動観察力」に着目した。これらの研究の成果は、4つに整理された。北海道子ども学会誌「子どもロジー」に、「ICTを活用したこれからの保育実践研究ークリッカーを活用した『ペンギンメソッド』の研究を素材にしてー」を査読論文として発表した。ここでは、われわれが取り組んできた保育・教育実践研究を通して、より高度な教育的実践知を生み出す土壌生まれてきている経緯を提示し、ICTを活用したこれからの保育実践研究のあり方を浮き彫りにした。また、北海道児童青年精神保健学会研究誌には、「インクルーシブな保育の実践者における行動観察力の可視化ー熟達者の行動観察力の可視化資料との比較分析をを通してー」の論文として発表した。ここでは、保育者群と熟達者との比較分析をした。その結果、保育者群にはエピソード中心型の行動観察の特徴が示され、熟達者には、文脈重視型の特徴が示された。両者の特徴が相補性を持ちながら、どのようにして1つの方向に収斂していくかが、今後の課題の1つとして明らかになった。研究の成果の3つ目は、北海道文教大学研究紀要第40号に、査読論文として掲載された「子育て・教育支援プログラムの分析評価法の探求ー関係力育成プログラムとPF-NOTEプロトタイプの活用を通してー」にまとめられた。ここでは、これまでの研究を概観し、今後の研究の方向性について総説した。研究の成果の4つ目は、本研究のキーワードである「インクルーシブな保育環境」について、へき地保育所を対象に、調査資料を収集し、インクルーシブな保育環境を構築していくための手がかりがこれらの保育所の持つ特性のなかに内包されていることを明らかにした。27年度に予定されていた研究の取組は、おおむね、順調に進められた。以下にその理由をまとめる。1研究対象の幼稚園の選定の適切さ:対象幼稚園の園長がこの研究プロジェクトの研究分担者であったことと、対象幼稚園の教師たちがこの研究に前向きな姿勢で参加してくれたことが関係している。2分析素材のVTR資料の収集、クリッカー(PF-NOTEプロトタイプ)による行動分析がスムーズに進められたこと。3第1次研究で得られた対象校の幼稚園教師教師の可視化資料と熟達者の可視化グラフの比較分析が可能であったこと。4インクルーシブな教育の実践園(へき地保育所)からの資料の収集:クリッカーを活用した「幼稚園教師の行動観察力の力量形成」の取組を並行させて実施した、インクルーシブな保育に関する調査研究空の教育情報を収集することができたことによって、さらに、研究の精度を上げることができたこと。26年度、27年度の研究をベースに「幼稚園教師及び保育士の行動観察力」に焦点を当てて、研究の継続を進め、合わせて、その力量形成にかかわる研究を同時に進め、最終年度の研究を重層化する形で進められた。これらの研究は、以下の研究論文及び学会発表として4つ大別される。(1)クリッカーを活用した「保育者支援」に関する研究:

1クリッカーを活用した保育者支援に関する方法論的検討の試み(北文教大紀要第41号)、2これからのインクルーシブな保育実践に求められる行動観察力(東北北海道心理学会第12回大会)、3ICTを活用した保育者支援に関する方法論的検討(日本保育者養成教育学会第1回研究大会)、4ICTを活用した母性看護学実習プログラム開発(北文教大紀要第41号)、5クリッカーを活用した北海道文教大学にける「母性看護学実習」の新しい試み(東北北海道心理学会第12回大会)、6クリッカーを活用した授業開発に関する研究(北文教大研究紀要第41号)。(2)文教ペンギンルームにおける母親アドバイザーの養成・活用に関わる研究の成果:1母親アドバイザーを活用した母性看護学実習プログラム開発(コミュニケーション障害研究第16号)。(3)インクルーシブな保育に関する研究の成果:1インクルーシブな保育に求められる保育者像に関する研究(日本保育者養成教育学会第1回研究大会)、インクルーシブな保育に求められる保育者の特性(日本発達心理学会28回大会)。(4)大学院における現職教員の教育支援に関する研究の成果:1保護者対応を通した小学校中堅教師の専門性の生成と継承(日本発達心理学会第28回大会)、2大学院における現職教員の資質向上に資する教育プログラムの開発(コミュニケーション障害研究第16号)3アクティブラーニングに関する実践的研究(コミュニケーション障害研究第16号)本研究は学校現場において重要な課題の1つである「かかわり行動に困難をきたす子どもたち」に対する教師の力の1つとして「行動観察力」に着目した。ここでは、幼稚園教師の行動観察力として、「関係的視点から子どもの行動を捉える力」と「子どもの行動を流れのなかで捉える力」の2点を重視した。第1次研究では、「幼稚園教師の行動観察力」をクリッカーを用いた可視化資料から読み取ることに努めた。第2次研究では、保育現場を視野に入れた4つの研究として進めた。それらは、保育者と熟達者との比較分析がなされ、その結果、保育者群はエピソード重視型の傾向にあるのに対して、熟達者は文脈重視型であることが明らかにされた。本研究は、学校現場において重要な課題の一つである「かかわり行動に困難をきたす子ども達に対する教師の適切な対応を支える力」として「行動観察力」に着目し、幼稚園教師にこの力量を形成させることを目的にしている。平成26年度に予定されていた研究の取り組みは、研究対象幼稚園の園長が本研究プロジェクトの研究分担者でもあることから、おおむね順調に進められた。次の4点がその主な理由としてあげられる。(1)分析素材になったペンギンメソッドによる保育実践のVTR資料の準備が可能であったこと:すでに、開始されていた科研費による研究「教職志望学生の行動観察力の可視化による力量形成(平成23年度25年度)」の取り組みによって、ペンギンメソッドによる指導法をほぼ習得していた学生たちの協力が得られたことがあげられる。このことによって、分析用のペンギンメソッドによる保育実践場面のVTR資料の確保が可能となった。(2)分析対象となった保育実践VTR資料の適切さ:
ソフトコンピューティングを用いた超音波魚肉評価検査支援システムの開発

本研究は超音波検査とソフトコンピューティング技術を利用し,魚を殺さずとも体外から魚体内の肉の状態を見ることができ,かつ,魚肉の物性や肉質などの多面的情報を素人でも手に取るように理解・評価できるよう視覚化表示する「非破壊的魚肉評価・検査支援システムの開発」を目標とする.最終年度の研究ではこれまでの研究結果の検証やデータのまとめ,成果発表を重点的に行った.平成2830年度までの研究機関内においては,Integrated backscatter法(IB法)を用いた脂質量と歯応え(肉の硬さ)の推定法,およびソフトコンピューティング技術を用いた脂質量と歯応えの推定方法を提案し,それぞれ実験により有効性を示した.ソフトコンピューティング技術の提案手法は自己組織化マップ,Bag of features,放射基底関数ネットワークから成っている.二つの提案手法の有効性を検証するためにマアジ36検体を用いた実験を行った.実験において,超音波魚体スキャン装置を用いて検体から超音波信号を得たのちに,魚肉の肉の硬さをテクスチャ測定器で測定し,さらに脂質量を分析機関に依頼し測定した.これらのデータをもとに提案手法を用いて脂質量量と歯応えの推定値を評価した.検証の結果,ソフトコンピューティング法を用いることで脂質、歯応えともに高い精度で推定可能であることが示された.本研究の成果より,超音波を用いることで魚肉の品質に関わる脂質と歯応え(肉の硬さ)を定量的かつ非破壊的に評価できることを本研究で示すことができた.超音波で魚体内の状態を評価する研究は多いが,脂質や歯応えを評価する研究はこれまでになく学術的に意義がある.また超音波の新たな利用方法として示せたことも学術的に意義があると考える.本研究は,超音波検査と脳型情報処理の技術を利用し,魚を殺さずとも体外から魚体内の肉の状態を見ることができ,かつ魚肉の物性や肉質などの多面的情報を素人でも手に取るように理解・評価できるよう視覚化表示する「非破壊的魚肉評価・検査支援システムの開発」を目標とする.本研究課題では以下の3項目について研究を遂行することを予定としている。(A)新たな超音波魚体スキャン装置の開発(B)超音波信号を元に魚肉の性状を高精度に判別・視覚化する基盤モデルの確立(C)魚体スキャン装置で得られたデータを元に魚肉の性状判別を行う本年度の研究では各項目について研究を実施し,以下のような成果を得た。まず魚体スキャン装置の開発では,スキャン台をCADで設計し,組み立てを行った。またパルサー,レシーバー,信号のパソコンへの取り込みを行えるシステムを構築し,実験を容易に行えるようになった上に,精密な信号データを得ることができるようになった。次に,信号から魚肉の性状を判別・視覚化するモデルとして,血管内超音波法で用いられる積算後方散乱値(Integrated Back-scatter: IB)値を利用することで,魚肉の肉の性状(脂質の含有量)を推定できることが実験により示された。具体的には数十匹のマアジから取得した超音波信号をもとに得られるIB値の分布数と脂質量(成分分析をして得る)との相関を調べた結果,IB値の分布数と脂質量に正の相関(r=0.6226,p=0.0003)がみられた。まだ高い相関とは言えないが,IB値ではなく周波数スペクトルのパターンを利用することで相関が高くなり,精度の良い脂質量推定が可能になるのではないかと考えている。同様の方法で脂質量だけではなくテクスチャ(魚肉の歯ごたえ)についても推定できることが示唆された。平成28年度の研究計画では,超音波魚体スキャン装置の開発と,超音波から魚肉の脂質量などの物理量を推定できるかを検証することが第一の目的であった。まず超音波魚体スキャン装置については計画通りの装置が開発できている。またIB値の分布数を利用することで超音波から魚肉の脂質量を推定できることが実験により示された。このことから,本研究課題はおおむね計画通りに進展しているといえる。本研究は超音波検査と脳情報処理の技術を利用し,魚を殺さずとも体外から魚体内の肉の状態を見ることができ,かつ,魚肉の物性や肉質などの多面的情報を素人でも手に取るように理解・評価できるよう視覚化表示する「非破壊的魚肉評価・検査支援システムの開発」を目標とする.本年度の研究では,機械学習法を取り入れた脂肪量と歯ごたえの推定方法を提案し,実験により有効性を示した.本提案手法は自己組織化マップ,Bag of features,放射基底関数ネットワークから成る.具体的には,魚肉から得られた超音波信号に短時間フーリエ変換を施し,得られた周波数スペクトルベクトル集合からキーとなる100個程度の代表ベクトルを自己組織化マップで生成する.その後,生成したキーをもとに魚サンプルから得られた周波数スペクトルベクトル集合のヒストグラムを作る(Bag of features).作られたヒストグラムを入力,魚サンプルの脂肪量および歯ごたえを出力(教師信号)とし,放射基底関数ネットワークを学習する(あるいは脂肪量等を推定する).提案手法の有効性を検証するためにマアジ36検体を用いた実験を行った.実験において,超音波魚体スキャン装置を用いて検体から超音波信号を得たのちに,魚肉の歯ごたえをテクスチャ測定器で測定し,さらに脂肪量を分析機関に依頼し測定した.これらのデータをもとに提案手法を用いて脂肪量と歯ごたえの推定値を評価した.本評価は交差検証で行った.

その結果,脂肪量に関しては推定値と測定値の相関が0.89(p<0.05)であり推定精度が高かった.また歯ごたえに関しては脂肪量ほどではないが,推定値と測定値の相関が0.61(p<0.05)であった.またこれらの推定値は前年度に提案したIntegrated backscatter法による推定方法と比べると,推定精度が高いことが示された.平成29年度の研究計画では,超音波から魚肉の脂質量などの物理量を推定するソフトコンピューティングを用いた方法の提案と有効性の検証が目的であった.提案手法として,ソフトコンピューティング手法である,自己組織化マップ,Bag of features,放射基底関数ネットワークを利用することで,高精度に魚肉の脂肪量と歯ごたえといった物理量を推定することができた.これらのことから,本研究課題はおおむね計画通りに進展しているといえる.本研究は超音波検査とソフトコンピューティング技術を利用し,魚を殺さずとも体外から魚体内の肉の状態を見ることができ,かつ,魚肉の物性や肉質などの多面的情報を素人でも手に取るように理解・評価できるよう視覚化表示する「非破壊的魚肉評価・検査支援システムの開発」を目標とする.最終年度の研究ではこれまでの研究結果の検証やデータのまとめ,成果発表を重点的に行った.平成2830年度までの研究機関内においては,Integrated backscatter法(IB法)を用いた脂質量と歯応え(肉の硬さ)の推定法,およびソフトコンピューティング技術を用いた脂質量と歯応えの推定方法を提案し,それぞれ実験により有効性を示した.ソフトコンピューティング技術の提案手法は自己組織化マップ,Bag of features,放射基底関数ネットワークから成っている.二つの提案手法の有効性を検証するためにマアジ36検体を用いた実験を行った.実験において,超音波魚体スキャン装置を用いて検体から超音波信号を得たのちに,魚肉の肉の硬さをテクスチャ測定器で測定し,さらに脂質量を分析機関に依頼し測定した.これらのデータをもとに提案手法を用いて脂質量量と歯応えの推定値を評価した.検証の結果,ソフトコンピューティング法を用いることで脂質、歯応えともに高い精度で推定可能であることが示された.本研究の成果より,超音波を用いることで魚肉の品質に関わる脂質と歯応え(肉の硬さ)を定量的かつ非破壊的に評価できることを本研究で示すことができた.超音波で魚体内の状態を評価する研究は多いが,脂質や歯応えを評価する研究はこれまでになく学術的に意義がある.また超音波の新たな利用方法として示せたことも学術的に意義があると考える.ハードウェアについてはより本研究の実験に適したシステムになるよう適宜改良をする。またIB値ではなく周波数スペクトルのパターンを利用した脂質量の推定方法を提案し,それを実験によって示す予定である。本方法では周波数スペクトルのパターンを自動的に抽出する方法としてソフトコンピューティングを採用する予定である。また随時研究の成果を学会や雑誌等で発表する予定である。ハードウェアについてはより本研究の実験に適したシステムになるよう適宜改良をする。また歯ごたえについては推定評価が高くなかったため,これを解決する方法を探る.これまでの研究で信号の前処理を脂肪量と歯ごたえでは変えたほうが良いと考えている.また最終年度のため,これまでの研究成果を学会や雑誌等で発表する予定である.超音波魚体スキャン装置の開発に関して,現有の設備を利用することで研究を進展できたので,主に物品費に余剰が生じた。
物質中水素の中性子コンプトン効果

中性子は原子核により直接散乱されるため物質中の水素位置を決定することに適していると言われているが、実は重水素だけに有効で、中性子と同等に軽量な軽水素に対しては反跳による非弾性散乱過程(コンプトン効果)のために不向きである。従来は一定であるとみなされてきた干渉性散乱断面積が散乱角依存性を示し、これが水素の有効質量によっても異なることを見出したので、水素の多様な化学結合状態(H0、H-、Hcov、H+)に着目して中性子散乱による水素の反跳効果を定量化して水素化物の構造解析を可能にする。
軸力部材・変位比例摩擦力型振動減衰装置の実用化と応用に関する研究

本研究では、減衰力が変位の絶対値に比例して増加する特性を有する、二つの提案振動減衰装置を試作し、それらの変位と減衰力の関係を調和変位制御・載荷試験により調べた。最大減衰力と最大振幅がそれぞれ100kNと40mmである第一の装置は二つの凹凸摺動機構と二つのばね鋼材製リングを備える。往復回数200回・往復周期6sの載荷試験における変位-減衰力曲線は理論値と良く対応した。最大減衰力と最大振幅がそれぞれ1kNと35mmである第二の装置は、四個の凹凸摺動機構とリングの代替となる超弾性合金フープワイヤーを備える。往復回数150回・往復周期4sの載荷試験における装置の変位-減衰力曲線は理論値と良く対応した。変位の増加に比例して減衰力が増加することを特徴とし、漸高摺動機構、定高摺動機構、拘束リング、H型シリンダーおよび並列ピストンで構成する、振動減衰装置について、実際の構造物に適用可能な能力(最大減衰力100kN、最大振幅40mm)を備える装置の動的往復載荷試験を実施した。南海トラフ巨大地震に伴い発生すると予想される長周期地震動を想定し、載荷試験の継続時間は20分とした。最大減衰力100kNは試験装置の能力より決定した。往復周期8秒と6秒の条件では、変位と減衰力の関係は計算値と良く対応し、反復回数の増加と共に減衰力が微増した。摺動部の温度上昇は周期8秒の場合が約15°Cであり、周期6秒の場合が約20°Cであった。周期4秒の条件では、変位の増加に比例して減衰力が増加する一方で、往復回数の増加とともに減衰力が顕著に増加した。摺動部の各部の温度上昇は60°C40°Cであった。往復周期8秒6秒であれば実用的な耐久性が確認されたが、周期がこれらより短くなる場合には摺動部の温度上昇による減衰力の増加が生じることが明らかになった。また、振動試験用の小型振動減衰装置(最大減衰力1kN、最大振幅35mm)の設計、製作および静的往復載荷試験を行った。U型板ばねの代替として、新たにTi-Ni系の超弾性合金ワイヤーを用いる方法を採用した。載荷試験の結果より、この方法によって変位の増加に比例して増加する減衰力を理論通りに生成できること、ワイヤーの径や取付け条件を変えることによって最大減衰力を容易に調整できることが確認された。また、ばね鋼のU型板ばねの方法に比べて、この方法の製作費は大幅に低減することが判明した。さらに、この方法を拡張させることによって、U型板ばねの方法では乾式であった摺動体を湿式の摺動体に変更することができるため、飛躍的に耐久性を向上できる可能性が見出された。本研究では、減衰力が変位の絶対値に比例して増加する特性を有する変位比例摩擦力型振動減衰装置(以後、提案装置と略す)を試作し、その試作機の変位と減衰力の関係を往復載荷試験により調べ、提案装置が変位の絶対値に比例して増加する減衰力を安定的に生成できることを確認した。H23年度は、漸高摺動機構、定高摺動機構、拘束リング、H型シリンダー、並列ピストンで構成するプロトタイプ(最大減衰力10kN・最大振幅20mm)の性能確認実験を実施し、拘束リングの力学特性と摺動機構の耐久性を確認した。プロトタイプを大型化した実機(最大減衰力100kN・最大振幅40mm)の設計と製作を行い、拘束リングの載荷試験および構造解析を実施した。実機の往復載荷試験を実施し、実機が所要の減衰力を生成することを確認した。H24年度は、実機について、周期84秒・継続時間1200秒の往復載荷試験を実施した。周期8秒と6秒の条件では、装置の変位と減衰力の関係は計算値と良く対応した。周期4秒の条件では、往復回数の増加とともに減衰力が顕著に増加し、摺動部の温度上昇は60°C40°Cとなった。拘束リングの代替手段として、Ti-Ni系の超弾性合金ワイヤーを用いる方法を採用した。H25年度の研究では、小型振動減衰装置について、周期4秒・継続時間900秒の往復載荷試験を行い、減衰力を安定的に生成できることを確認した。この装置では、摺動変位に比例して摺動機構の外径が増加する筒状摺動機構の外側に、その外径の増加を弾性拘束するようにTi-Ni系の超弾性合金ワイヤーを巻きつけることにより、変位の増加に比例して増加する減衰力を生成する。ワイヤーの巻き数を変えることにより、減衰力の大きさを容易に調整できることを確認した。

最大減衰力と最大振幅がそれぞれ1kNと35mmである第二の装置は、四個の凹凸摺動機構とリングの代替となる超弾性合金フープワイヤーを備える。往復回数150回・往復周期4sの載荷試験における装置の変位-減衰力曲線は理論値と良く対応した。減衰力が変位の絶対値に比例して増加する特性の振動減衰装置について、プロトタイプ(最大減衰力10kN・最大振幅40mm)の性能確認実験を実施し、実機(最大減衰力100kN・最大振幅40mm)の設計、製作、往復載荷試験を実施した。プロトタイプでは中核部品である拘束リングの載荷試験と本体の往復載荷試験を実施し、実機における拘束リングを構成する板ばねと摺動機構の設計に必要な情報を取得した。また、2011年の東北地方太平洋沖地震による長周期地震動を想定した周期5秒×継続時間600秒の往復載荷試験を8回繰り返す試験により、摺動機構の耐久性上の問題点を抽出した。実機では、拘束リングを構成する溝型板ばねと摺動体の詳細設計を行った。板ばねは最大減衰力の向上と安定化を重視し、ばね鋼を素材とした自由鍛造、荒加工,熱処理、仕上げ加工により製作し、拘束リングの載荷試験により板ばねの力学特性を明らかにした。摺動機構は摩耗量の減少と摩擦係数の安定化を重視し、機構を構成する摺動体は固体潤滑材を埋め込んだ高力黄銅で製作し、単体での作動試験を実施した。実機の往復載荷試験では、周期5秒×振幅20mmおよび周期5秒×振幅30mmでの往復作動を確認し、3040mmの大振幅でも適用可能であることを確認した。また振幅30mmの往復載荷試験においてアクチュエータの固定治具の剛性不足の影響がみられたので、大振幅の往復載荷試験ではその固定治具を換装する必要があることが判明した。H23年度の研究においては減衰力100kNの実機について、中振幅域での作動が確認されたが、大振幅域での作動確認と1000回程度の繰り返し往復試験による耐久性確認が課題となった。実際の構造物に適用可能な能力(最大減衰力100kN、最大振幅40mm)を備える提案の振動減衰装置について、継続時間20分の動的往復載荷試験を実施し、下記の知見が得られた。1反復周期8秒および6秒の条件では、変位と減衰力の関係は試験値と計算値が良く対応した。試験中の摺動体の温度上昇はそれぞれ約15°Cと約20°Cであり、減衰力が反復回数の増加すなわち摺動体の温度上昇とともに僅かに増加する特徴が見られた。2反復周期4秒の条件では、反復開始直後においては変位と減衰力の関係は試験値と計算値が良く対応したが、反復回数の増加と共に減衰力が増加する現象が見られた。この条件の摺動部の各部の温度上昇は60°C40°Cであった。3漸高摺動機構および定高摺動機構は、高力黄銅に固体潤滑剤を埋め込んだ軟質摺動体とオーステナイト系ステンレス鋼の硬質摺動体の組み合わせにおいて、摺動面圧を適切に設定することで実用的な耐久性を確保できる。反復周期が長い場合には、提案の装置は実用的な減衰能力を備え且つ十分な耐久性があり、反復周期が短くなる場合は、摺動部の温度上昇により減衰力が反復中に増加する場合があることが明らかになった。反復周期が短い場合は、摺動面圧を下げることによって改善が可能と考えられる。よって、提案の装置は、摺動面圧を適切に設定することにより実用的な減衰能力を備える装置として実現が可能と考えられる。また、拘束リングのU型板ばねの代替としてTi-Ni系の超弾性合金ワイヤーを使用する新しい形態の装置を開発した。試作機の載荷試験の結果より、この方法によって変位の増加に比例して増加する減衰力を理論通りに生成できること、ワイヤーの径や取付け条件を変えることによって最大減衰力を容易に調整できることが確認された。以上の様に、提案の振動減衰装置は課題を克服しつつ、実現に向けて確実に開発が進んでいると判断する。
短縮にともなう骨格筋の分子構造変化

筋収縮、特に太いフィラメントと細いフィラメントの間の滑り運動に伴う分子構造変化を検討するために、カエル骨格筋より得られるX線回折像の短縮速度依存性について検討した。実験は筑波高エネルギー物理学研究所の放射光実験施設のビームライン15Aで行った。試料には食用ガエルの縫工筋を用いた。X線回折像の記録には、時分割イメージングプレート露光装置を用いた。筋の短縮速度は、筋にかかる負荷を変えて調整した。負荷と短縮速度は、おおよそA.V.Hillの張力・短縮速度関係に従った。アクチンらせん由来の5.1nm層線、5.9nm層線の強度は短縮中に減少する。これはミオシンクロスブリッジとアクチンとの相互作用が、短縮中には等尺性収縮中に比べて減少するか、質的に変化することを示唆する。これらの層線の短縮中の強度低下は、ほぼ短縮速度に比例して大きくなる。この結果から、クロスブリッジのアクチンとの相互作用が短縮速度の増加に伴って減少することが明かとなった。また、新たに開発されたイメージインテシファイアとCCDテレビカメラを組み合わせたX線検出器を用いて、比較的ゆっくりとした(毎秒筋長の1560%)長さ変化を筋肉に与えた場合のX線回折像の変化も記録した。この検出器を用いると、二次元のX線回折像をリアルタイム(毎秒60コマ)で記録することが可能である。実験はまだ初期段階であり、装置上の改善も可能であるが、現状でも5.9nm層線までの反射の強度はリアルタイムに測定できることがわかった。我々はこれまでに、短縮中には等尺性収縮中と比較して、細いフィラメントとミオシン頭部との相互作用が弱まっているにもかかわらず、ミオシン頭部は細いフィラメント周辺に留まっていることを示した。この実験はin vitro系での実験との比較を念頭において行なわれたため、無負荷短縮状態という極限状態で行なわれた。しかし、生理学的な観点からは、このような相互作用の変化が短縮速度や張力とどのような関係にあるかが興味深い。そこで今回は、適当な負荷をかけて短縮速度を制限した状態で、同様の構造変化が生じるかどうかを検討した。X線源には、筑波高エネルギー物理学研究所の放射光実験施設のシンクロトロン放射光を用いた。試料としては4°Cのリンゲル液中に置いた食用がエル縫工筋を用いた。短縮前のサルコメア長を約2.6μmとし、20Hzの電気パルスで刺激した。等尺性収縮が最大に達したのちに筋の一端を固定していた糸を解放し、筋長の18%だけ短縮させた。このとき糸に適当な重りをつないでおくことにより、最大短縮速度の約4分の1程度の短縮速度とした。張力は等尺性収縮時のX線回折像を、時分割イメージングプレート電光装置で記録した。この実験では短縮速度は等尺性収縮時の4分の1程度、張力は同じく10-15%であったが、等尺性収縮時と比較した時のX線回折像の変化は、最大速度での短縮時と定性的には同じであった。すなわち、最大短縮速度で見られたような強度変化が、どの反射についても観測された。しかし、全体に変化は小さめで、短縮に伴う構造変化が、短縮速度や張力と相関して生じていることを示している。

これはミオシンクロスブリッジとアクチンとの相互作用が、短縮中には等尺性収縮中に比べて減少するか、質的に変化することを示唆する。今回の実験では、これらの層線の短縮中の強度低下は、ほぼ短縮速度に比例して大きくなった。この結果から、クロスブリッジのアクチンとの相互作用が短縮速度の増加に伴って変化することが明らかとなった。また、新たに開発されたイメージインテシファイアとCCDテレビカメラを組み合わせたX線検出器を用いて、比較的ゆっくりとした(毎秒筋長の1560%)長さ変化を筋肉に与えた場合のX線回折像の変化も記録した。この検出器を用いると、二次元のX線回折像をリアルタイム(毎秒60コマ)で記録することが可能である。実験はまだ初期段階であり、装置上の改善は可能であるが、現状でも5.9nm層線までの反射の強度はリアルタイムに測定できる。
光化学系IIの量子収率を指標にした植物工場におけるLED照射の標準化

人工光型植物工場における効率的なLED光環境を構築するために、光合成環境を総合的に評価する指標としてのPSII量子収率(ΦII)の有用性について調査した。また、種々の広域分光スペクトルをもつ白色LEDを用いて光質と消費電力量との関係を調査した。その結果、効率的な野菜生産には赤、青、遠赤色光に適正な光強度比が存在すること、赤色光強光照射で生じる光阻害が遠赤色光補光によって軽減されること(Fv/FmとΦIIの回復)がわかった。本研究により、光質と光強度の最適化が効率的な野菜生産に必須であること、その光合成環境がΦIIによって総合的に評価できることが示唆された。人工光型植物工場では栽培品目ごとに最適な光環境条件が異なる。LEDには多様な素子があり、調光条件や照射方法も様々である。しかし、異なる栽培状況下で適性光量・適性光質を統一的に評価する方法は確立されていない。本研究では光化学系IIの量子収率(ΦII)を指標にした人工光型植物工場における適性LED照射の標準化を目的とした。平成27年度の研究実績の概要を以下に記す。(1)各種LEDを組合せた光環境下でロメインレタス等を水耕栽培し、ΦII、新鮮重、乾燥重、消費電力、ETR、SPAD値を測定した。また、ΦII、Fv'/Fm'、qP、ETR、NPQ、光合成速度のLight-Curveを作成した。設定範囲内で高光量になるにつれ、ΦIIはいずれも減少したが生産量は増加した。これは光合成効率が低下しても光合成速度が光飽和に達するまでは成長が進むためである。この結果から、ΦIIによる光合成効率の評価は可能だが、ΦIIのみで適性光量を直接推測するのは困難と判断した。そこで、ΦIIと光量の両方のパラメータを含むETRのLight-Curveを作成し、両者の直線関係が成り立つ最大光量を適性光量とした。この値は生長量および消費電力量からも妥当と判断され、適性光量を評価するのにETRが有効であることがわかった。(2)光阻害を指標とした光環境評価を検討した。ワサビ葉では赤色光で光阻害が顕著に起こるが、その理由は赤色強光下で葉緑体逃避が起こらず過剰な光エネルギーの吸収によりPSII修復系が阻害されるためであった。青色光では高光量でPSIIが損傷するが、NPQの増大と葉緑体逃避により受光量が調節され、修復系が作動し光阻害が回避されると考えられた。光阻害は照明のエネルギーコストの浪費だけでなく、著しい生育阻害を引き起す。光阻害を回避するために、植物工場では光量だけでなく、光質の選択も重要であることが明らかになった。交付申請書に記載した「研究目的」は、(1)クロロフィル蛍光測定によるPSII量子収率を指標にした植物育成における効果的なLED照射法の構築、(2)人工光型植物工場における光環境最適化のためのLED照射の標準化の提案、(3)省エネルギー栽培法の実証、の3点である。平成27年度(初年度)は、(1)を中心におおむね順調に研究を進展させることができた。その理由は以下の通りである。(1)に関しては、植物育成における適性光量を評価するのにPSIIの実効量子収率(ΦII)とPAR(光量)の両パラメータを含むETR(電子伝達速度)が有効であることがわかった。また、波長スペクトル特性(光質)が異なる種々のLED素子によってもΦIIの値が変動することから、適性光量は光質によっても変化することが明らかになった。さらに、光量だけでなく光質も光阻害に影響することが明らかになり、太陽光を用いない人工光型植物工場での光源の波長設定が光阻害を回避するために重要であることがわかった。(2)に関しては、ΦIIをパラメータに含むETRの有効性を明らかにすることができた。今後、さらにETRによる「LED照射の標準化」に向けた検証を続けていく。(3)に関しては、本研究の最終段階として、本研究で提唱する「LED照射の標準化」の最終評価を行う予定である。「当初の計画以上に推進している」と判断しなかった理由は、ΦIIに対する波長スペクトル特性(光質)の影響、特に高光量下でもΦIIの低下を緩和させる有効な波長スペクトル特性(光質)の解析が十分に進められなかったためである。その原因は実験に使用可能なLED灯具を速やかに設置できなかったためであるが、その後ほぼ十分なLED灯具が入手できているので問題はない。人工光型植物工場では光質・光量などの光環境要因を適性に設定する必要がある。光合成に関与する環境要因は膨大な組合せがあり、的確な光環境要因の設定は容易ではない。平成27年度、クロロフィル蛍光測定により得られるΦIIとETRが、多様な栽培現場での光合成環境を総合的に評価するのに有効であることを示した。平成28年度は、栽培現場における光質設定の基本情報を得るために以下の検討を行った。(1)赤、緑、青単色光LED照射の光合成システムに対する影響:各種光質下でシロイヌナズナを栽培し、Chla/b、PAMクロロフィル蛍光測定(ΦII、qP、Fv'/Fm'、Fv/Fm、NPQ)、光化学系タンパク質の半定量解析を行った。解析の結果、光質によって光合成システムに対する影響が大きく異なることが明らかになり、人工光型植物工場における光質選択の重要性が改めて示された。

(2)遠赤色光(FR)の光阻害緩和効果:初年度、赤色光照射下でD1の修復が阻害されFv/Fmが顕著に低下することを指摘したが、今回、この赤色光で誘導される光阻害がFRで緩和されることを明らかにした。また、R/FR比が緩和効果に影響することを白色LEDを用いて示した。FRによる光阻害緩和の理由は不明だが、FRが高光量下での量子収率の低下を抑え、光合成速度をより高めることができることがわかった。(3)白色LEDに含まれるFRの生育促進効果:光合成効率と光合成速度は相反する。高光量でも量子収率の低下が僅かで、より高い光合成速度が維持される光環境が理想といえる。今回、R/FR比の異なる白色LEDを用いてレタスを栽培し、異なる光量下におけるΦIIと生産量との関係を調べた。R/FRが最も低い白色LEDで、高光量下でのΦII低下が最も小さく、生産量が最も増大した。この結果は、人工光型植物工場における遠赤色光利用の有用性を示唆するものである。本研究の目的は、人工光型植物工場における最適な光環境を設定するために、栽培現場の光合成環境を総合的に評価する方法を確立することである。そのために、(1)クロロフィル蛍光測定によるPSII量子収率を指標にした植物育成における効果的なLED照射法の構築し、(2)人工光型植物工場における光環境最適化のためのLED照射の標準化の提案、(3)省エネルギー栽培法を実証する。LED光源を用いる人工光型植物工場での主要な光環境要因は光質と光量であり、栽培現場での最適な光質と光量をどのようにして選択、決定するかが課題となる。現在迄に、適性光量の評価に関しては、PSIIの実効量子収率(ΦII)とPAR(光量)の両パラーメータを含む電子伝達速度(ETR)が有効であること、光質が異なれば適性光量が異なることが明らかになった。また、光合成効率の著しい低下とバイオマスの減少をもたらす光阻害に対する光量および光質の影響についても解析が進んだ。上記の進捗状況から「おおむね順調に進展している」と判断したが、現時点での次の課題があげられる。(1)最適な光質の選択方法:ある光質での適性光量の評価は可能だが、栽培実証以外の方法で最適な光質(分光スペクトル)を決める的確な方法がないことである。特に最近では、様々な分光スペクトルをもつ白色LEDが開発されており、光質選択の自由度だ飛躍的に増した反面、最適な光質の選択がより複雑化している。(2)光環境以外の要因の評価:温度、湿度、CO2濃度、養液濃度などは光合成速度に影響し、これらの要因により最適な光量は変動しうる。従って、省エネルギー栽培を実証するためには光環境以外の要因も考慮した最適化が必要となる。これらの課題については、次年度の研究で対応する。人工光型植物工場では生産コストの大半を照明が占め、光は植物生産にとって重要な環境要因といえる。しかし、光環境を総合的に評価する方法は確立されていない。本研究では、クロロフィル蛍光測定による光化学系IIの量子収率(ΦII)を指標として光合成環境を総合的に評価し、人工光型植物工場における効率的なLED光環境の構築を目的とした。レタス、コマツナ栽培実験から、ΦIIとETR(電子伝達速度)が光合成環境の評価に有効であることが示された。光強度が増すとΦIIは低下するが、ETRは光強度の増加と伴に増加し、徐々に飽和する。
亜臨界含水アルコール中における糖の異性化機構の解明

糖類をモデル物質として亜臨界含水アルコール中での反応挙動を測定した。含水エタノールを用いてグルコースを亜臨界処理するとフルクトースの収率が改善し、ごく少量のマンノースも生成した。その理由は明らかではないため、エタノール添加の影響を速度論的に検証した。含水エタノール濃度が上がるほど速度定数は増大した。特に、マンノースからフルクトースへの変換は顕著に加速した。一方、糖の分解の速度定数も増大したが、異性化のそれに比較して顕著ではなかった。ガラクトースなどの他の単糖にも亜臨界処理の適用を試みた。その結果、対応する希少糖が生成し、特にケト形の希少糖が顕著に生成した。沸点以上の温度で、加圧することにより液体状態を保った水のことを亜臨界水と呼ぶ。この亜臨界水を利用したバイオマスの処理が注目されているが、そこで起こる現象に関する知見は少ない。そこで、モデル物質を用いてその知見を得ようとする研究もなされており、グルコースを処理するとフルクトースが生成することが知られている。しかし、その収率は低い。一方、含水エタノールを用いてグルコースを亜臨界処理を実施すると、フルクトースの収率が改善し、ごく少量のマンノースも生成する現象を見出している。しかし、フルクトースの収率が改善される理由は明らかではない。そこでこの理由を検証するために、エタノールの添加率を変化させながら、亜臨界含水エタノール処理を実施した。その際に、反応生成物を定量することで、グルコースからフルクトース、マンノースへの異性化速度定数およびグルコースの分解速度定数を算出した。また、フルクトースおよびマンノースについても同様に検討することで、各糖の異性化および分解に関する速度定数を算出した。その結果、含水エタノール中のエタノール濃度が上がるほど、異性化の速度定数は増大した。一方、分解の速度定数も増大したが、異性化に比較して顕著ではなかった。この差異が、フルクトースの収率上昇につながったと考えられる。本研究成果は、フルクトースの高収率での生産に寄与できると考えられる。また、本反応系はこれまでに述べた糖以外にも適用できる可能性があり、ガラクトース等についても同様の検討を行ったところ、希少糖に相当するタガトースが高収率で得られ、タロースもごく少量生成した。沸点以上の温度で加圧することにより液体状態を保った流体のことを亜臨界流体と呼ぶ。亜臨界含水エタノールはその一例である。亜臨界流体を用いたバイオマスの処理が注目されているが、生起する現象についての理論的考察は少なく、応用的研究に適用できない。そこで、糖類をモデル物質として、亜臨界流体中での反応挙動を測定した。前年度の研究で、亜臨界含水エタノール中でグルコースを処理すると、亜臨界水中に比べて、フルクトースとマンノースの収率が上昇する結果が得られていた。これらの結果は、他のアルコールでも起こる可能性が考えられたため、メタノールや1ープロパノールなどのアルコールを用いて、グルコースを基質として同様の検討を行ったところ、フルクトースの生成が優位であった。このことから、アルコールの種類の影響は大きくはないと推察された。本反応を速度解析した結果、各反応過程の速度定数は異なるものの、水中での糖のアルカリ異性化と同等の機構で進むと推察された。この反応メカニズムは糖類に対して一般的であるため、他の単糖にも亜臨界処理の適用を試みた。ガラクトースやキシロース、リボースなど他の六炭糖や五炭糖を亜臨界含水エタノール中で処理したところ、対応するフルクトース型の希少糖である、タガトースやキシルロース、リブロースが高い収率で生成した。また、収率は高くないが、マンノース型の希少糖(タロース、リキソース、アラビノース)も生成が確認された。平成27年度の研究では、亜臨界エタノール中で、種々の単糖を処理した。当初、研究目的で提示した「1単糖の異性化により生じる反応中間生成物、および過分解生成物を同定する」を明らかにする予定であったが、少量の生成物が数多く生成したため、同定には至らなかった。しかし、より興味深い「希少糖」の合成が順調に推移し、多数の希少糖が生成する手段を提示できた。このことから、今後は、亜臨界流体処理による希少糖の合成に方針を変更する予定である。本研究では、糖類をモデル物質として亜臨界含水エタノールなどの中での反応挙動を測定した。含水エタノールを用いてグルコースを亜臨界処理を実施すると、フルクトースの収率が改善し、ごく少量のマンノースも生成する。その改善の理由は明らかではないため、エタノールの影響を検証した。含水エタノール中のエタノール濃度が上がるほど、異性化の速度定数は増大した。本反応を速度解析した結果、糖のアルカリ異性化と同等の機構で進むと推察された。そこで、他の単糖にも亜臨界処理の適用を試みた。ガラクトースなどの単糖を亜臨界含水エタノール中で処理したところ、対応するフルクトース型の希少糖である、タガトースなどが高い収率で生成した。また、収率は高くないが、マンノース型の希少糖(タロースなど)も生成が確認された。