hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脆性破壊に先行する延性不安定破壊の数値シミュレーション-溶接欠陥の品質管理基準

本研究の最終目的は,溶接接合部における脆性破壊を防止するための欠陥の評価基準の策定である.欠陥形状が表面亀裂である場合,亀裂先端の塑性拘束は弱く,延性亀裂が大きく進展した後に脆性破壊に到る.そこで通しダイアフラム形式柱梁接合部を単純化した試験体を用いて,表面欠陥から進展した延性亀裂を起因とする脆性破壊を再現する繰返し載荷実験を行った.試験体の溶接始終端部には貫通欠陥(機械切欠き及び疲労亀裂)を挿入し,両端貫通切欠き(DENT)試験片と同様の塑性拘束の弱い状態とした.予めFE解析を用いて様々な欠陥寸法における破壊予測を行い,亀裂深さの浅い(脆性破壊が発生しない)場合と深い(脆性破壊が発生する)場合の予亀裂深さを決定した.実験の結果,浅い切欠きの場合には延性亀裂は安定成長を続け破壊には到らず,深い切欠きの場合には延性亀裂が進展し脆性破壊に到る過程を再現でき,予測と一致した.ただし,延性亀裂の過大な進展により,破壊発生時の変形量は予測値よりもはるかに大きく,現在の評価手法では安全側過ぎる傾向が確認された.本実験に平行して三点曲げ(SENB)試験片を用いた破壊靭性試験も行い,R曲線と限界J値J_cを求めた.実験温度は,本実験と同じく,シャルピー破壊靱性値が47J程度となる-20°Cとしたが,靭性試験片の塑性拘束が強いため,延性亀裂の進展量は本実験における延性亀裂の進展量と比較して僅かであった.塑性拘束を考慮したJ_cを推定する方法は既に提案しているので,延性亀裂長さと靱性値の関係を求めるために,初期亀裂深さの浅いSENB試験片による破壊靱性試験を行い,本実験の結果に照合する必要があることが明らかとなった.また延性亀裂の駆動力をワイブル応力で表現したものを数値解析に当てはめ,亀裂進展解析により亀裂先端の応力変動を考慮して,延性亀裂進展時の塑性拘束についても検討する必要がある.溶接接合部における脆性破壊の発生は欠陥寸法・部位・形状に大きく依存し、超音波探傷検査では許容される微小欠陥から脆性破壊が発生した事例も報告されている。従って、不可避的に存在する溶接欠陥が接合部の性能に及ぼす影響を定量的に評価する必要があり、それにより欠陥の合否基準を定めることが本研究の最終目的である。欠陥形状が表面亀裂である場合、亀裂先端の塑性拘束は弱く、延性亀裂が大きく進展した後に脆性破壊に到る。そこで表面欠陥から進展した延性亀裂を起因とする脆性破壊について、欠陥形状・寸法と塑性拘束の影響を調べるために、通しダイアフラム形式柱梁接合部を単純化した試験体を用いて破壊の再現を試みた。ダイアフラムに梁フランジ端部を突合せ溶接した後、梁のウェブに相当する位置にリブプレートを溶接した試験体を支持ブロックに固定し、梁ウェブ端部に繰返し荷重を載荷した。試験体のパラメータは欠陥形状とし、溶接時に内部欠陥を意図的に作成した。実験温度は、シャルピー衝撃試験から得られた破壊靱性値が47J程度となる温度として-20°Cとした。実験と同時にFEモデルを用いて数値解析を行い、欠陥先端のJ積分値と応力三軸度の関係を検討し、塑性拘束の影響を考慮した改良破壊評価線図(FAD)手法を用いて破壊評価を行った。その結果、ルート部に存在する欠陥端部のJ積分値の増分と塑性拘束は低く、改良FADによる破壊評価では脆性破壊の発生の可能性が低いことがわかった。また、FE解析結果で応力集中が見られた溶接止端部も、実験においては延性亀裂の進展量が小さく、同程度の延性亀裂を挿入したFEモデルによる破壊評価においても脆性破壊は発生しない結果となった。以上のことから、今後は欠陥寸法をパラメータとして、機械切欠き及び疲労亀裂による亀裂先端が鋭角な表面欠陥を挿入し、延性亀裂の安定成長から不安定成長への移行について検討する。本研究の最終目的は,溶接接合部における脆性破壊を防止するための欠陥の評価基準の策定である.欠陥形状が表面亀裂である場合,亀裂先端の塑性拘束は弱く,延性亀裂が大きく進展した後に脆性破壊に到る.そこで通しダイアフラム形式柱梁接合部を単純化した試験体を用いて,表面欠陥から進展した延性亀裂を起因とする脆性破壊を再現する繰返し載荷実験を行った.試験体の溶接始終端部には貫通欠陥(機械切欠き及び疲労亀裂)を挿入し,両端貫通切欠き(DENT)試験片と同様の塑性拘束の弱い状態とした.予めFE解析を用いて様々な欠陥寸法における破壊予測を行い,亀裂深さの浅い(脆性破壊が発生しない)場合と深い(脆性破壊が発生する)場合の予亀裂深さを決定した.実験の結果,浅い切欠きの場合には延性亀裂は安定成長を続け破壊には到らず,深い切欠きの場合には延性亀裂が進展し脆性破壊に到る過程を再現でき,予測と一致した.ただし,延性亀裂の過大な進展により,破壊発生時の変形量は予測値よりもはるかに大きく,現在の評価手法では安全側過ぎる傾向が確認された.本実験に平行して三点曲げ(SENB)試験片を用いた破壊靭性試験も行い,R曲線と限界J値J_cを求めた.

実験温度は,本実験と同じく,シャルピー破壊靱性値が47J程度となる-20°Cとしたが,靭性試験片の塑性拘束が強いため,延性亀裂の進展量は本実験における延性亀裂の進展量と比較して僅かであった.塑性拘束を考慮したJ_cを推定する方法は既に提案しているので,延性亀裂長さと靱性値の関係を求めるために,初期亀裂深さの浅いSENB試験片による破壊靱性試験を行い,本実験の結果に照合する必要があることが明らかとなった.また延性亀裂の駆動力をワイブル応力で表現したものを数値解析に当てはめ,亀裂進展解析により亀裂先端の応力変動を考慮して,延性亀裂進展時の塑性拘束についても検討する必要がある.
メタダイナミクスに基づくナノ界面安定構造探索と密着特性評価への展開

ナノスケール界面の安定構造を探索するためには,界面近傍で発生する原子スケール熱活性化現象を理解する必要がある.しかしながら,分子動力学法(MD)を代表とした従来原子計算スキームは,時間スケールに大きな制約があるため,固体内欠陥挙動を捉えにくく,結果,正確に発生頻度や活性化パラメータを予測することが困難であった.そこで,(1)0Kで活性化エンタルピーを定量的に算出できる大規模反応経路解析(NEB法)の開発(2)有限温度で秒スケールに及ぶ長時間ダイナミクスを実現できる加速化分子動力学法(Hyperdynamics法)の新しいアルゴリズム提案・開発を行い,金属中の転位発生プロセスへの適用可能性を検証した.結果,加速化シミュレーションによって,実験スケール(秒オーダー)の解析に成功し,応力と温度に依存する活性化パラメータの獲得に始めて成功した。異種材料ナノスケール界面の密着特性は,ミクロな界面構造と極めて相関が強い。そこで、密着現象を理解するためには、材料内において、応力により駆動する熱活性化過程の詳細原子プロセスを把握する必要がある。しかしながら,分子動力学法(MD)を代表とする分子計算には「時間スケールの制約」という固有の弱点があり,結果、従来MDでは、興味ある物理現象の知見を正確に得ることが困難であった。そこで、本年度は長時間スケール解析が可能な加速化分子動力学計算法の開発を実施した。ここでは、Hyperdynamicsと呼ばれる加速化理論に以下の2点のコンセプトを新たに導入した。まず、原子が集団的に運動するような遷移状態をもつ現象に対して適用できるよう、原子ひずみ量を変数としたバイアスポテンシャル構築法を提案した。つづいて、バイアスポテンシャルに可変性を付加し、最大の加速化率を導出できるようなアルゴリズムを提案した。本開発手法の妥当性を示すため、ナノピラー形状をしたCuの圧縮シミュレーションを実施し、表面からの転位生成プロセスに適用した。ひずみ加速化法により、転位生成プロセスに対して、最大10^11もの加速化が達成でき、ほぼ実験スケールに近い原子解像度でのダイナミクスシミュレーションが実行できた。本シミュレーションによって、表面からの転位生成が幅広い温度領域においてアレニウス型の振る舞いをしていることを明らかとした。さらに、得られた転位生成頻度データを用いて、活性化エンタルピー・活性化エントロピー、活性化体積をダイナミクスシミュレーションから算出することが可能となった。ナノスケール界面の安定構造を探索するためには,界面近傍で発生する原子スケール熱活性化現象を理解する必要がある.しかしながら,分子動力学法(MD)を代表とした従来原子計算スキームは,時間スケールに大きな制約があるため,固体内欠陥挙動を捉えにくく,結果,正確に発生頻度や活性化パラメータを予測することが困難であった.そこで,21年度は(1)0Kで活性化エンタルピーを定量的に算出できる大規模反応経路解析(NEB法)の開発(2)有限温度で秒スケールに及ぶ長時間ダイナミクスを実現できる加速化分子動力学法(Hyperdynamics法)の新しいアルゴリズム提案・開発を行い,金属中の転位発生プロセスへの適用可能性を検証した.本年度では,加速化シミュレーションで得られた転位発生の活性化エントロピー値とその応力依存性が,古くから用いられてきた経験的エントロピー予測モデルと極めてよく一致することを初めて見出した.また,活性化パラメータが,転位の性質(らせん・刃状)や金属材料に強く依存することを明らかにした.さらに,加速化分子動力学法を,固体中の基本的な欠陥プロセスである原子空孔拡散への応用展開を図った.結果,秒スケールの空孔拡散を実現し,正確な空孔ジャンプ頻度を算出することで,fcc金属の空孔ジャンプの活性化パラメータの定量算出,ならびにその温度・応力依存性を明らかした.また,得られた結果をもとに,従来の活性化エントロピーの力学ベースモデルの妥当性を検証した.
高Cr含有Ni-Cr-Al合金の不連続析出による強化機構の解明

本年度は,Ni-(40-41)Cr-(6-7)Al(at%)合金の優れた強度の発現機構を明らかにすることを目的に,昨年度に見出した組織の形成機構に基づいて初期γ粒径(d)及びセルの体積率(V_f)を種々に変化させた試料を用いて引張試験を行い,強度の及ぼすセル状組織の影響について検討し,以下の事を見出した.(1)d=945μmの試験片を用いてV_fと強度との関係を調べた結果,引張強度(σ_<UTS>)はV_fが30%までは約500MPaである.しかし,セル状組織がすべての粒界を覆うV_f>30%以上になるとはσ_<UTS>はV_fに比例して増大し,V_f=100%で1700MPaとなる.この時,σ_<UTS>/V_fの値は一定となる.(2)溶体化材(V_f=0%)の降伏応力(σ_y)はdに強く依存し,Hall-Petchの関係(σ_y=σ_0+kd^<-0.5>)を満たす.その時の内部摩擦応力はσ_0=236MPa,応力集中係数はk=0.79MPa・m^<1/2>となる.(3)全面セル状組織(V_f=100%)とした試料のσ_yはdに依存せず,2.0GPaと著しく増加する.これは,時効によりセル状析出したγ/γ'ラメラ組織のセルサイズがdに依存せず約2μmと一定となるためであり,セル境界は粒界と同様,転位の障害物として働く.(4)Hall-Petchの関係にd=2μmを代入して求めた粒界強化分は約500MPaとなる.したがって,γ'相の板状析出による強化分は約1000MPaとなり,この値はラメラ間隔80nmとTayler因子を用いて計算した値と良く一致する.したがって,時効材の優れた強度はセルの形成による粒界強化及び板状γ'相の析出強化に起因し,後者の強度に及ぼす寄与は前者に比べほぼ2倍である.本年度はNi-41Cr-7Al(at%)合金を用いて,500900°Cで時効を施し,この合金の著しい時効硬化の原因を,結晶学,平衡論,速度論の観点から検討し以下の事を見出した.強化相約700°C/2h時効により硬さは150Hv700Hvまで著しく増加する.しかし,さらに高温側あるいは長時間時効を施すと,硬さは低下する.この硬さの著しい増加はγ'相の粒界反応型析出(不連続析出)に起因する.すなわち,粒界から粒内へ向かって大きさ約1μmのセルが生成し,セル内部は隔γ-Ni相とγ'-Ni_3Al相が約10nm間隔で交互に並んだ微細な層状組織となる.しかし,さらに時効するとセル内部の層状組織は崩壊し,α-Cr相(bcc)が生成する.TTP図強化機構を解明するため,溶体化後の初期結晶粒径約300μmとしてTTP図を作成した結果,不連続析出するγ'相のノーズは約750°C100sにあり,また,α-Cr相の析出のノーズは約1000°C/1000sとなる.この組織変化が比較的短時間で生じる900°Cにおいてγ'相の組成を調べた結果,析出初期には43%以上のCrを含むが,数百時間時効後には10%程度まで減少する.したがって,γ'相はCrを過飽和に含む非平衡相である.また,非平衡γ'相が析出するのは,bcc構造であるα-Cr相の析出が遅滞し,見掛け上γ+γ'2相領域が高Cr濃度側まで拡大するためである.速度論上記のTTP図に基づき,α-Cr相が析出しない種々の温度条件において時効に伴うセルの成長速度を測定し,セル形成の活性化エネルギを求めた結果172kJ/molとなる.この値はNi及びCr中のAlの体積拡散の活性化エネルギ280kJ/molの約半分であり,不連続析出によるセルの成長は先進界面における溶質元素の分配に起因した粒界拡散律速であると結論した.本年度は,Ni-(40-41)Cr-(6-7)Al(at%)合金の優れた強度の発現機構を明らかにすることを目的に,昨年度に見出した組織の形成機構に基づいて初期γ粒径(d)及びセルの体積率(V_f)を種々に変化させた試料を用いて引張試験を行い,強度の及ぼすセル状組織の影響について検討し,以下の事を見出した.(1)d=945μmの試験片を用いてV_fと強度との関係を調べた結果,引張強度(σ_<UTS>)はV_fが30%までは約500MPaである.しかし,セル状組織がすべての粒界を覆うV_f>30%以上になるとはσ_<UTS>はV_fに比例して増大し,V_f=100%で1700MPaとなる.この時,σ_<UTS>/V_fの値は一定となる.

(2)溶体化材(V_f=0%)の降伏応力(σ_y)はdに強く依存し,Hall-Petchの関係(σ_y=σ_0+kd^<-0.5>)を満たす.その時の内部摩擦応力はσ_0=236MPa,応力集中係数はk=0.79MPa・m^<1/2>となる.(3)全面セル状組織(V_f=100%)とした試料のσ_yはdに依存せず,2.0GPaと著しく増加する.これは,時効によりセル状析出したγ/γ'ラメラ組織のセルサイズがdに依存せず約2μmと一定となるためであり,セル境界は粒界と同様,転位の障害物として働く.(4)Hall-Petchの関係にd=2μmを代入して求めた粒界強化分は約500MPaとなる.したがって,γ'相の板状析出による強化分は約1000MPaとなり,この値はラメラ間隔80nmとTayler因子を用いて計算した値と良く一致する.したがって,時効材の優れた強度はセルの形成による粒界強化及び板状γ'相の析出強化に起因し,後者の強度に及ぼす寄与は前者に比べほぼ2倍である.
アート型遷移金属錯体による触媒的不斉クロスカップリング反応の開発

不斉クロスカップリング反応を行うためには、2級炭素中心でのクロスカップリング反応の実現が必要不可欠である。これまでに見出しているNi,Pd,Cu触媒について種々検討を推進した結果、Cu触媒が2級アルキルヨージドと種々のアルキル金属試薬とのクロスカップリング反応に有効であることを見出した。これとは別に立体的に嵩高い2級および3級グリニャール試薬と1級アルキルハライドとのカップリング反応がCo触媒を用いることで効率的に進行することを見出した。これらの成果は、不斉反応を行う上で極めて重要な成果である。いずれの反応も初期的な反応機構研究の結果、アルキル基の移動にアルキルラジカルを含まない機構を支持する結果が得られていることから、金属中心上に不斉配位子を導入することで不斉制御が可能であると期待できる。さらにCu触媒を用いたクロスカップリング反応の検討の過程でブタジエンとアルキルグリニャール試薬存在下Cu触媒を処理した後にフッ化アルキルを加えることで触媒活性が変化し、ブタジエンに対してグリニャール由来の水素とフッ化アルキル由来のアルキル基が導入される反応を見出した。本反応ではブタジエンの内部炭素に対するアルキル化が起きる。一方、Ni,Pd触媒についても速度論的手法により種々検討を行い、その反応機構に関する興味深い知見が得られた(Chem. Lett 2011)。しかしながら、Ni,Pdを用いる我々の触媒系では立体障害による反応性の低下が著しく、α位およびβ位に分岐構造を有するアルキルハライドの利用は困難であり、不斉反応への展開は望めないとの結論に至った。これらの知見からCuおよびCo触媒を用いて不斉反応へ展開することで当初目的が達成できるものと期待できる。2級炭素上でのクロスカップリング反応の実現を目的に種々検討を行い、本年度は下記の成果を得た。1.共役ジエン部位を分子内に二つ有する配位子の合成Niなどの1.0族元素を触媒に用いる場合には触媒活性種であると考えられるBis(π-アリル)錯体の生成には共役ジエン2分子が低原子価Niと反応する必要がある。そこで、様々な有機骨格によりジエンを2つ連結したテトラエン配位子の合成を行った。想定した通り、ジエン部位を1つ有する配位子では顕著な触媒の加速効果は得られないのに対して、テトラエン配位子では触媒活性の向上が確認できた。連結する有機骨格についても最適な構造に関する知見を得た。これらの知見を基に、光学活性な有機骨格を有するテトラエン配位子についてもいくつか合成を行い、現在2級グリニャール試薬と1級アルキルハライドとのカップリング反応での不斉中心の構築に着手している。2.配位性官能基を有するスルホン酸エステル類のクロスカップリング反応への適用研究ortho位に配位性のピリジル基やメトキシ基を有する2級アルコールのベンゼンスルホン酸エステル誘導体を用いてクロスカップリング反応を行ったが、反応中心の立体的な混み合いのため十分な反応性は示さなかった。一方、反応性の向上を目指しpara位にニトロ基のような電子吸引基を導入したが、脱離能が高く基質として不適であった。また、本研究の過程で10族金属であるNi, Pdの他に、近年その触媒としての優位性が注目されているFeによるアルキルハライドとアルキルグリニャール試薬とのカップリング反応にもπ炭素配位子が有効であることを見いだした。
トランスジェニックマウスのトリチウム生物影響研究への応用開発

本研究ではトリチウムβ線による哺乳動物細胞の突然変異能の分子レベルでの解析を目的としてトランスジェニックマウスの応用開発を試みた。Gossen等によって作製されたIngenoマウスは、約40コピーのlacZ遺伝子をpUR288ベクターと共にマウスゲノムに導入することによって、従来検出が困難であった欠失タイプの突然変異能の測定が期待されている。本研究では、トリチウムβ線によって高頻度に誘発される欠失突然変異を測定するために、Ingenoマウス細胞株の樹立やゲノムlacZ遺伝子の大腸菌の回収法や突然変異IacZ遺伝子のポジテブ選択法に改良が行われた。この結果、放射線による欠失突然変異がIngenoマウスで検出可能であることが判明した。各種エネルギーの中性子線や加速重粒子線を用いたIngenoマウス突然変異のRBEは既存アッセイ系のRBEと同程度でその有用性が確認された。但し非照射細胞および5Gy,10Gyガンマ線照射細胞の突然変異頻度はそれぞれ3.22×10^<-4>,5.37×10^<-4>,4.68×10^<-4>と現時点では放射線感受性が低く、低濃度トリチウム照射実験には更なる改良が必要である。中性子や加速炭素原子の実験からトリチウムRBEは2前後と推定された。Ingenoマウスの放射線低感受性の原因を明らかにするために、ヒトX染色体を移入したハムスターハイブリット細胞の突然変異による検証実験を行った。この結果から、今後100倍程度高感受性のトランスジェニックマウスの開発が可能であることが実証され、ホルミ-シス効果のような極く低濃度トリチウムや変異DNA塩基解析によるトリチウム被曝の特異性研究などへの応用が期待できることが明らかとなった。電離放射線によるマウスの突然変異や発癌が被爆個体のみならずその子孫にも出現することが知られている。トリチウムβ線被爆の場合にもMewissen(1984年)等により報告されたマウス小腸癌の継世代発癌が知られている。突然変異が発がんの原因となることは既に分子生物学的に立証されており、その評価は遺伝的影響のみならず発癌影響としても重要である。本研究では、トリチウムβ線によって高頻度に誘発される欠失突然変異を測定するために、Ingenoマウス細胞株の樹立やゲノムlacZ遺伝子の大腸菌の回収法や突然変異lacZ遺伝子のポジテブ選択法に改良が行われた。この結果、放射線による欠失突然変異がIngenoマウスで検出可能であること、その感受性は現時点では低く、非照射細胞および5Gy,10Gy照射細胞の突然変異頻度はそれぞれ3.22×10^<-4>,5.37×10^<-4>,4.68×10^<-4>であった。低感受性の原因や今後残された問題点および塩基配列解析によるトリチウム被爆による突然変異誘発能の特異性について現在検討中である。Gossen等によって作製されたIngenoマウスは、約40コピーのlacZ遺伝子をpUR288ベクターと共にマウスゲノムに導入することによって、従来検出が困難であった矢先タイプの突然変異能の測定が期待されている。

本研究では、トリチウムβ線によって高頻度に誘発される矢先突然変異を測定するために、Ingenoマウス細胞株の樹立やゲノムlacZ遺伝子の大腸菌の回収法や突然変異lacZ遺伝子のポジテブ選択法に改良が行われた。この結果、放射線による欠失突然変異がIngenoマウスで検出可能であることが判明した。各種エネルギーの中性子線や加速重粒子線を用いたIngenoマウス突然変異のRBEは既存アッセイ系のRBEと同程度でその有用性が確認された。但し非照射細胞および5Gy,10Gyガンマ線照射細胞の突然変異頻度はそれぞれ3.22×10^<-4>,5.37×10^<-4>,4.68×10^<-4>と現時点では放射線感受性が低く、低濃度トリチウム照射実験には更なる改良が必要である。中性子や加速炭素原子の実験からトリチウムRBEは2前後と推定された。Ingenoマウスの放射線低感受性の原因を明らかにするために、ヒトX染色体を移入したハムスターハイブリット細胞の突然変異による検証実験を行った。この結果から、今後100倍程度高感受性のトランスジェニックマウスの開発が可能であることが実証され、ホルミ-シス効果のような極く低濃度トリチウムや変異DNA塩基解析によるトリチウム被曝の特異性研究などへの応用が期待できることが明らかとなった。
シングルピクセルイメージングによる微弱光計測

本申請研究で取り扱う、1次元パターン照射に基づく高精細シングルピクセルイメージングシステムの試作を行なっている.このシステムでは,その点灯位置を独立に制御でき、素子の感覚が数10um程度と高密度に配列された発光素子アレイが必要である.高精細化を行うために,光源を従来利用していた発光ダイオード(LED)マトリックスと呼ばれるデバイスから変更することを検討した。検討により,まずマイクロLEDと呼ばれる次世代の小型ディスプレイに搭載されることが期待されるデバイスに着目した.ただし,このデバイスは量産化されていないこともあり,申請研究の予算において利用できる状況になかったため,代替デバイスを調査している.ディスプレイ用途に用いられる有機エレクトロルミネッセンス型デバイス(OLED)を採用し,測定装置の改良を行なった.改良した装置を用いた実験の結果,画素数が64x64と小規模ながら従来装置と比較して、画質が劇的に改善されることを確認している.また,このシステムが抱えている画像劣化の特性をモデル化し,ディジタル超解像技術を適用することで、劣化の影響を低減できる手法を開発し,その有効性を確認している.画像劣化の過程は,レンズの特性に起因する照明光の広がりと,用いるMEMSミラーの画素間隔により定量モデルとして定式化できる.ディジタル超解像技術としては,反復的な数値計算により画像修正を行う手法を採用している.また,微弱光による計測の有用性を示すため,信号対雑音比を評価するためのノイズモデルを検討した.このモデルでは,受光素子において計測される光強度信号に一定の平均と分散を有する雑音が付加されることを想定するものである.この方法は,分光計測に用いられる評価法を参考に構築している.「研究実績の概要」に示すとおり,研究当初は利用する予定であったマイクロLEDデバイスを利用できなかった.このデバイスは数年後におけるスマートフォンのディスプレイパネルの主要技術として位置づけられており,その前提において申請研究における光計測システムとしての整合性が非常に良い.したがって,性能の観点では,最適なデバイスであるという見解は現在でも変わっていない.ただし,現状で量産化が進んでおらず,研究期間において利用できる状況ではないと判断した.この点により,計測系のシステム開発に若干の遅れが生じている.ただし,光計測システムの構成要素として代替できる光源デバイスの候補がいくつか見つかり,有機EL素子とレーザー走査型プロジェクターが研究している計測システムに適合していることがわかり,遅れを取り戻しつつある状況である.微弱光計測の特性解析は予定通り進んでいる.生体試料の計測に進むための大きな懸念材料も見つかっていない.試作システムを用いた実験的検証から,申請研究の有効性を示すためのデータを蓄積することが,当面の課題である.解像度チャートや,市販されている永久プレパラートを用いてイメージングを試み検証する.これらの検証において,測定対象に照射される光エネルギーを可変の光減衰フィルターを用いて調整し,再構成画像の画質を信号対雑音比及び,コントラストを用いて評価する.測定システムを定量的に評価するために,受光素子の仕様に合わせた白色雑音の平均と分散を用いて理論解析を行う.実験と理論解析の結果を比較することで、整合性を確認する.さらに,イメージセンサーを用いた画像取得,シングルピクセルイメージングの従来法、提案手法においてそれぞれ取得される画像における信号対雑音比を比較することで、低侵襲イメージングとしての高精細型SPIシステムの優位性を定量的に示す.理論解析及び,実験による検証から,測定対象のスパース性と再構成画像の画質について考察する.以上の定量的な評価と考察を通して、非侵襲イメージングを必要とする生体イメージングや非破壊検査等各種応用についての高精細SPIの適応性と潜在性を確認する。検討により,まずマイクロLEDと呼ばれる次世代の小型ディスプレイに搭載されることが期待されるデバイスに着目した.ただし,このデバイスは量産化されていないこともあり,申請研究の予算において利用できる状況になかったため,代替デバイスを調査している.ディスプレイ用途に用いられる有機エレクトロルミネッセンス型デバイス(OLED)を採用し,測定装置の改良を行なった.改良した装置を用いた実験の結果,画素数が64x64と小規模ながら従来装置と比較して、画質が劇的に改善されることを確認している.また,このシステムが抱えている画像劣化の特性をモデル化し,ディジタル超解像技術を適用することで、劣化の影響を低減できる手法を開発し,その有効性を確認している.画像劣化の過程は,レンズの特性に起因する照明光の広がりと,用いるMEMSミラーの画素間隔により定量モデルとして定式化できる.ディジタル超解像技術としては,反復的な数値計算により画像修正を行う手法を採用している.また,微弱光による計測の有用性を示すため,信号対雑音比を評価するためのノイズモデルを検討した.このモデルでは,受光素子において計測される光強度信号に一定の平均と分散を有する雑音が付加されることを想定するものである.この方法は,分光計測に用いられる評価法を参考に構築している.「研究実績の概要」に示すとおり,研究当初は利用する予定であったマイクロLEDデバイスを利用できなかった.このデバイスは数年後におけるスマートフォンのディスプレイパネルの主要技術として位置づけられており,その前提において申請研究における光計測システムとしての整合性が非常に良い.

したがって,性能の観点では,最適なデバイスであるという見解は現在でも変わっていない.ただし,現状で量産化が進んでおらず,研究期間において利用できる状況ではないと判断した.この点により,計測系のシステム開発に若干の遅れが生じている.ただし,光計測システムの構成要素として代替できる光源デバイスの候補がいくつか見つかり,有機EL素子とレーザー走査型プロジェクターが研究している計測システムに適合していることがわかり,遅れを取り戻しつつある状況である.微弱光計測の特性解析は予定通り進んでいる.生体試料の計測に進むための大きな懸念材料も見つかっていない.試作システムを用いた実験的検証から,申請研究の有効性を示すためのデータを蓄積することが,当面の課題である.解像度チャートや,市販されている永久プレパラートを用いてイメージングを試み検証する.これらの検証において,測定対象に照射される光エネルギーを可変の光減衰フィルターを用いて調整し,再構成画像の画質を信号対雑音比及び,コントラストを用いて評価する.測定システムを定量的に評価するために,受光素子の仕様に合わせた白色雑音の平均と分散を用いて理論解析を行う.実験と理論解析の結果を比較することで、整合性を確認する.さらに,イメージセンサーを用いた画像取得,シングルピクセルイメージングの従来法、提案手法においてそれぞれ取得される画像における信号対雑音比を比較することで、低侵襲イメージングとしての高精細型SPIシステムの優位性を定量的に示す.理論解析及び,実験による検証から,測定対象のスパース性と再構成画像の画質について考察する.以上の定量的な評価と考察を通して、非侵襲イメージングを必要とする生体イメージングや非破壊検査等各種応用についての高精細SPIの適応性と潜在性を確認する。
演劇的手法を活かした、教師のための信頼関係構築・修復スキル向上プログラムの開発

児童・生徒の授業過程からの逸脱(課題非従事行動)を抑止・制止するための教師の力量を向上させる研修プログラムの開発をめざし、質問紙調査によって「自信家の若手教師は、課題非従事行動を"毅然として"制止しがちである」「全世代を通じて、失敗を強く恐れる教師は課題非従事行動を一時的に容認しがちである」という二つの傾向を見いだした。それぞれに対応して、「相手を認めることで自分も注目を集める」「ためらいなく大きな声で雑談等に介入する」という教師教育上の課題を挙げ、それらを可能にするための演劇的ワークショップ的な活動を提案した。本研究は、児童生徒の教師に対する不服従や、保護者からの苦情対応といった、教師の教育活動をめぐる人間関係上のトラブルが多発している状況の克服を志向して、良好な人間関係を構築したり、悪化した人間関係を修復したりするコミュニケーションスキルの向上に寄与する、演劇ワークショップ形式による教師教育プログラムの開発を目指すものである。平成21年度は、そのような人間関係の構築・修復スキルの要素となる教師の行動特性について小規模な予備調査を実施した。調査は、研究代表者・分担者がこれまでの研究を通じてその重要性に注目してきた「フォーカスが割れる(同じ場面に注目の対象が複数生じること。授業中のよそ見や「内職」などの課題非従事行動がその典型例)」事態への対処法について質問紙調査によって実施した。その結果、経験年数や教師の自己有用感とフォーカスへの対処法との間に相関関係が示唆された。経験年数や自己有用感の高い教師ほど、フォーカスが割れる場面(課題非従事行動)に柔軟に対処する傾向が認められた。このことは、研究代表者・分担者がすでに仮説的に指摘していたことであるが、それを検証する実証的根拠の一つとなる。また、聞き取り調査により、熟練した教師が課題非従事行動に対処するスキルの実例を収集した。これらの結果をふまえて、平成22年度にはより大規模な調査を実施し、教師教育プログラムによって向上を目指すべき教師の行動特性を特定する予定である。また、予備調査結果の詳細な分析を平成22年度に実施し、その成果を口頭発表並びに論文として公表予定である。平成21年度の予備調査により明らかとなった、教師の人間関係上のトラブル、特に児童生徒による課題非従事行動への対処方法と相関関係にある意識や行動の傾向について、分析の結果を口頭発表ならびに論文として公表した。当該発表および論文では、即興劇の分野で用いられる「フォーカス(注目の対象)」という概念を援用して、課題非従事行動を「フォーカスが割れる」事態と見なし、それを収束させる統制行動を、「割れたフォーカスを一つに戻す試み」と見なした。そして、フォーカスへの対処方法として即興劇の分野で挙げられている三つの手法に対応させて、統制行動を「フォーカスを取る:課題非従事行動の中止と教師(教材)への注目を直接求める」「フォーカスを共有する:課題非従事行動を一時的に容認する」「フォーカスに入る:課題非従事行動に一時的に積極的に参加する」の三つに分けて調査、考察を行った。結果を端的に述べるなら、若手教員においては、自己効力感の高い(有能だと自負している)教員ほど、課題非従事行動を直接制止して教材内容等への注目を求める(フォーカスを取る)傾向が強いことが示唆された。若手教員は総じて、それを駆使しうる者の間では経験的に有効性が知られている「課題非従事行動を一時的に容認し、時には積極的に参加しさえする」ことでかえって迅速・円満に課題非従事行動を収束させる手法(フォーカスを共有する・フォーカスに入る)をとらない傾向も示唆されたため、自己効力感の高い若手教員ほど、課題非従事行動に対して「注意してばかり」「叱ってばかり」になる可能性が示唆された。さらに、若手教員だけでなく全世代の教員に調査対象を拡大するため、区市町村レベルの地方自治体での質問紙調査を実施した。350人ほどの回答を得て、現在統計的な分析を実施中である。また、次年度以降の研修プログラム作成の参考資料を収集した。平成22年度に実施した全世代の教師を対象とする質問紙調査の分析途上で、本研究が注目しているフォーカス(児童・生徒の注目の対象)に応じて臨機的に教授行動を修正する」ことと教師の自己効力感との間に単純な相関関係が成り立たない可能性が示唆された。一方、平成21年度に実施した初任者対象の調査では、「自己効力感の高い教師ほど児童・生徒のフォーカスに応じない傾向」が見いだされた。両者を総合すると、児童・生徒のフォーカスに応じることができ(傍唱には"毅然と"しておらず)、なおかつ自己効力感の高い(指導力のある)教師が、経験を積むことで出現してくると考えることができる。この仮説をより慎重に検証するとともに、フォーカスと自己効力感との関係のより精緻なモデル化を期して、平成23年度に標本数を増やすための補助的な質問紙調査を実施した。

また、質問紙調査によって存在が示唆された「"毅然と"していないが指導力のある」教師の具体的な像を把握するため、聞き取り調査によって具体的な応答の実例を収集した。平成2223年度に実施した全世代の教師を対象とする質問紙調査の分析により、本研究が注目している「フォーカス(児童・生徒の注目の対象)に応じて臨機的に教授行動を修正する」ことを実際に用いる頻度が高いのは職務上の失敗を恐れる傾向の強い(達成不安を強く持つ)教師である、との可能性が示唆された。この傾向が、失敗を恐れるゆえの、課題非従事行動に対する不作為・迎合である可能性は無視できないが、適切な介入のタイミングさえつかめれば、時に「名人芸」とも評される児童・生徒のフォーカスに応じた臨機的な対応ができるようになり、彼らの達成不安の克服に寄与しうる可能性が明らかとなった。上記の傾向に加えて、平成21年度に実施した初任者対象の調査で明らかとなった「自己効力感の高い教師ほど児童・生徒のフォーカスに応じない傾向」を視野に入れ、これら二つの傾向に対応した教師教育で実践可能な演劇的ワークショップの具体的な活動を提案した。また、その活動を実際に経験している教員養成学部学生への質問紙調査により、それらの活動の有効性を高めるための環境整備として、「子どものつぶやきに耳を傾ける」と通称されるよく知られた授業技術が課題非従事行動への対処と通常の授業技術の接点であることを指摘した。一連の成果は、冊子体の論文集として残した。また、下記URLほかで公開を準備中である。平成23年度は研究成果の公表には至らなかったが、これは、質問紙調査によって自己効力感とフォーカスへの対処方法の間に単純な相関関係が成立しない可能性が示唆されたことに伴い、分析により慎重を期すために、より複雑なモデルの構築に必要な標本数を集めるための補助的な質問紙調査を実施したことによる。分析結果の公表準備は進行中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。質問紙調査と聞き取り調査の結果は、それぞれ平成24年度中に公表予定である。また、フォーカスに応じることのできる教師を育成するための研修プログラムについては、試行プログラムを受講する現職教員の人数を確保する目処が立たないこと、プログラムの成果を中長期的展望に立って見極める必要があることをふまえて、研究代表者が大学で実施している学部学生対象のプログラムを受講した学生に対する調査によって、プログラムの可能性と課題を明らかにする。
動作模倣に影響を及ぼす目標の抽出機序の解明

GTは,視覚的な入力以外,特別な処理や機構は存在しないと主張する。その一方,STは模倣固有の処理システムを仮定している。他者と自己のEffecterが等価であることが検出されることで,他者の視覚的な情報が自己の動作に変換されるという。本研究では5種類の道具操作の画像を使用する。それらの視覚提示と同時に,二重課題を実施させる。視覚処理と連動している処理機構を明確にする。【方法】大学生20名である。材料:実験装置を使用した。手続き:次の画像が現れたら,それを手がかりに手でコップの上,或いは下を持つことが求められた。彩色やシンボルを含めたCueによってコップの上,或いは下のいずれかを示し,そこを手で持つよう指示した。Red(赤)は上下いずれかが彩色してある点はBlueと同じだが,彩色されていない部分を持つように教示した。二重課題については,構音抑制の場合,数字を繰り返し構音させた。抹消抑制はチューブを繰り返し握らせた。視空間抑制は四角形のシートを置き,その角を繰り返しタップさせた。【結果と考察】画像の主効果は,F4, 76 = 5.8265, p = 0.0004, η2 = 0.2347であった。Blue(p < 0.0001)とSymbol(p = 0.0100)がToolより有意にRTが速かった。また,Blue(p = 0.0202)がRedより有意に速かった(いずれも両側検定)。二重課題の主効果は,F3, 57 = 3.2153, p = 0.0294, η2 = 0.1447であった。無し(p < 0.0001)と抹消(p < 0.0001)が視空間より有意に速かった。構音が視空間より有意に速かった(p < 0.0053)。マジックハンドは最もRTが長かった。シンボリックなCue(ドットや彩色)はマジックハンドよりRTが短くなる。同じタイプのRedとBlueではBlueの速度が速い。Red以外全ての画像が明示された部位を持つため,そのような符号化をしただろう。視空間抑制の場合のみ,RTが有意に遅くなった。予備実験を重ねたため、本実験を行う時間が制限されたが、確度の高い成果が得られた。上述した結果を基に、模倣に伴う言語的成分の影響をさらに実験を重ねて検証していく。特に、構音抑制の同時遂行によって阻害される動作のプランニングに使用する内言の影響を明らかにしていく。【目的】動作画像の模倣における視覚的処理について実験を行った。Catmur and Heyes(2017)は,提示する動作画像のタイプにより実行までのReaction Timeが異なることを報告した。行為の意図が明瞭な動作画像は,その模倣を実行するまでのReaction Timeが短く,意図が不明瞭な画像は潜時が長くなるのである。しかしながら,使用された画像は双方ともに意図が不明瞭であることが推測された。そこで行為の意図の有無がより明瞭な画像を用いると同時に,画像の行為を捉える視点の違いの影響を明らかにすることとした。【方法】対象:検査によって右利きが確認された大学生20名である。材料:木材を加工して,自立する天秤のような土台を作った。天秤棒のような箇所の左右に黒色のビニールテープを引っ掛けるように差し入れた。これを参加者の眼前に置いた。この天秤状の材料を基にして,画像の作成と加工を行った。Meaningについて、行為の意図が明瞭なmeaningfulと不明瞭なmeaninglessである。Perspectiveは、自らの視点と画像の視点が一致していないother,双方の視点が一致しているself,どの方向の視点とも関連しないsymbolである。参加者の手元にボタンスイッチ,その奥に天秤状の材料を配置した。実験開始前,ボタンスイッチの上に手を置かせた。まず,Starting pictureを500ms提示した。次に,1500msのブランクを設定した。ブランクの間,ディスプレイ画面は黒となる。条件別の画像が1000ms提示されてから,それを手掛かりに操作を実行させた【結果と考察】参加者内配置の分散分析を行った。Meaningの主効果は,F(1,18)= 0.2056, p = 0.6556, η2 = 0.0113であった。Perspectiveの主効果は,F(2,36)= 2.2607, p = 0.1189, η2 = 0.0116であった。Catmur and Heyes(2017)の結果と異なり,Meaningの影響はみられなかった。一方,本研究が新たに検討したPerspectiveの影響もみられなかった。実施した実験自体は、明確な結果を得ることができなかった。しかしながら、実験用の材料や機材、タスクを設定して概ね手法を確立することができた。今後はタスク等の改良を進めながら、実験を重ねていくことによって一定の知見を得ることができるよう進んでいる。

他者と自己のEffecterが等価であることが検出されることで,他者の視覚的な情報が自己の動作に変換されるという。本研究では5種類の道具操作の画像を使用する。それらの視覚提示と同時に,二重課題を実施させる。視覚処理と連動している処理機構を明確にする。【方法】大学生20名である。材料:実験装置を使用した。手続き:次の画像が現れたら,それを手がかりに手でコップの上,或いは下を持つことが求められた。彩色やシンボルを含めたCueによってコップの上,或いは下のいずれかを示し,そこを手で持つよう指示した。Red(赤)は上下いずれかが彩色してある点はBlueと同じだが,彩色されていない部分を持つように教示した。二重課題については,構音抑制の場合,数字を繰り返し構音させた。抹消抑制はチューブを繰り返し握らせた。視空間抑制は四角形のシートを置き,その角を繰り返しタップさせた。【結果と考察】画像の主効果は,F4, 76 = 5.8265, p = 0.0004, η2 = 0.2347であった。Blue(p < 0.0001)とSymbol(p = 0.0100)がToolより有意にRTが速かった。また,Blue(p = 0.0202)がRedより有意に速かった(いずれも両側検定)。二重課題の主効果は,F3, 57 = 3.2153, p = 0.0294, η2 = 0.1447であった。無し(p < 0.0001)と抹消(p < 0.0001)が視空間より有意に速かった。構音が視空間より有意に速かった(p < 0.0053)。マジックハンドは最もRTが長かった。シンボリックなCue(ドットや彩色)はマジックハンドよりRTが短くなる。同じタイプのRedとBlueではBlueの速度が速い。Red以外全ての画像が明示された部位を持つため,そのような符号化をしただろう。視空間抑制の場合のみ,RTが有意に遅くなった。予備実験を重ねたため、本実験を行う時間が制限されたが、確度の高い成果が得られた。上述したように、実験の方法論は確定した。試行錯誤を繰り返しながら、慎重かつ着実に実験を重ねていく。上述した結果を基に、模倣に伴う言語的成分の影響をさらに実験を重ねて検証していく。特に、構音抑制の同時遂行によって阻害される動作のプランニングに使用する内言の影響を明らかにしていく。情報収集として、Association for Psychological Science(米国ボストン開催)に参加する予定であったが、それが困難になったため、国外旅費の費用を使用しなかったことが主な理由である。予定していた出張が、公務によって行けなかったため、旅費にあまりが生じた。次年度使用額は平成31年度請求額と合わせて旅費に使用する予定である。
アジアにおける多言語資料の計算機処理

アジアにおける多言語資料の計算機処理を行なうに際し、さしあたって対象とした言語は、日本語、中国語、朝鮮語(韓国語)、タイ語、ヴェトナム語、タミール語(シンガポールの公用語)である。いずれの言語に関しても最も密接な関係にあるのが漢字であって、漢字の異体字(バリアント)については特に細かな検討を加えた。異体字は、時代的な差異によって出現する他、国によって字体が異なるいわゆる多国漢字として出現する。前者については、古代・中世・近世の文献の処理を行なう際に考慮しなければならない書体の差異の検討を通じて、手書き文字認識のシステム開発のためにも新しい知見が得られた。後者については、富士通のJEF(日本語処理システム)、CHF(中国語処理システム)、KEF(韓国語処理システム)を改良して、同一マシン(同一システム)上で多国漢字を処理することができるか、同一マシン上で処理するためには、どのような異体字リンク、漢字属性表を作成しなければならないかといった問題について、綿密な検討を加え、2バイトコード体系の枠内で、多国漢字を処理することができることを確認した。現在は異体字処理のための理論構成を考え、ソフトウェアーの開発を行なっている。ここでは、従来言語又は国別に分けられていたコード体系を一本化し、一つの漢字について多言語(多国)の文字属性を持つよう考慮している。なお、USAのLC等で開発されているCJKシステムは3バイトコード体系を用いるものであって、我々のシステムの方がわが国の実情に適合するところが多いであろう。また、本研究では、本年度は2月12・13日に本学で行なったシンポジウム(参加者66名)に向けての準備と発表に重点を置いた。それらの成果は、別の機会を得て、近く公刊することにしている。
大規模データを用いた屈折変化量の解析

屈折度は年齢とともに変化をしていく。近視化や遠視化など各年齢時における屈折の変化は、年齢や性別に限らず、その時の屈折度数によっても影響を受ける。本研究で我々は日本人集団の大規模な屈折度数の疫学データを収集し、調査対象を性別、年齢別、屈折度数別に層別化して、屈折の経時的変化の縦断的解析および将来の屈折度数の予測が可能なアルゴリズムの作成を試みた。これらの結果は将来的な屈折異常に対する治療や、投薬の適応を決める際に非常に有益であり、また患者の生活指導のためにも重要であると考える。近視は世界的に罹患率が高く、特にアジア諸国に多い。屈折度は生後成長に伴って変化し、新生児はおよそ+2D+3D程度の遠視であるが、徐々に正視化が進み、小学校入学時には軽度遠視または正視または軽度近視になっていることが多い。その後、一般的にはさらに近視化が進み、遠視が減少して近視が増加する。近視の進行は1014歳で顕著になるが、2223歳位までは緩やかに近視化が続き、その後間もなくして停止すると言われている。他の海外の疫学調査でも同様の傾向があり、成人では近視が多く、高齢者になるほど遠視の頻度が高くなっている。日本で行われた調査でも同様の傾向がみられているが、これらの調査は地域住民を対象とした横断的調査であり、屈折の進行を詳細に把握するためには縦断的調査が重要になる。しかしながら、これまでに報告された屈折の経時的変化の調査は、対象人数が数百人から数千人のオーダーであり、統計学的解析に十分な人数とは言い難い。その上、各年齢時の近視の進行は、年齢のみではなく、その時の屈折度数によっても異なるため、調査対象を性別、年齢別、屈折度数別に細分化して層別解析することが必要とされるが、過去にそのような報告はない。本研究で我々は日本人集団の大規模な屈折度数の疫学データを収集し、調査対象を性別、年齢別、屈折度数別に層別化して、屈折の経時的変化の縦断的解析および将来の屈折度数の予測が可能なアルゴリズムの作成を試みている。平成27年度研究計画のうち「1.5年以上経過を追っている症例の屈折度を診療情報から抽出し、データベースを構築」に関しては、現在までに20万人を超える日本人集団を対象とした大規模な屈折値のデータを取得しており、その中から層別解析を行うために必要な、年齢、性別、屈折度数などを抽出し5年間の変化量などをデータベース化した。「2.海外の共同研究者からの臨床データの提供、集積」に関しては、シンガポールの共同研究者とメールやスカイプによるミーティングで、現在所持している疫学データのプロトコールやその内容など詳細を明らかにし、今後の共同研究について各種の打合せを行った。「3.屈折値予測アルゴリズムの作成」に関しては、共同研究者とデータの使用方法や、解析する曲線モデルについて検討した。日本人集団において新生児期には軽度の遠視であるが、徐々に正視化が進み、小学校入学時には軽度遠視または正視または近視になっていることが多い。その後一般的にはさらに近視化は進み、遠視が減少して近視が増加する。近視の進行は10歳から14歳で顕著になるが、22歳から23歳くらいまでは緩やかに近視化が続き、その後まもなくして停止すると言われている。しかしこれまでの調査は横断的調査が主体で、屈折の変化を把握するためには縦断的調査が重要となる。また統計学的解析のためには大規模なデータの解析が必要であるため、今回我々は5年間経過観察できた4歳から84歳の約20万人を対象として、各年齢層および各屈折度で細分化して、5年間の屈折度数の変化を解析した。症例数が膨大であるため、各年齢層における各屈折度の人数も十分多く、統計学的検討に十分耐えうる人数であり、このような大規模な縦断的調査解析は、世界的に見ても今回が初めてである。これらの膨大なデータをもとに、各年齢別、各屈折度別に5年間の屈折度変化量を層別解析し、屈折の進行のピークの年齢、近視の進行が停止する年齢を検索した。今回の解析により、以前より言われていた日本人集団における屈折変化の傾向は裏付けされたが、近視の進行は今回の調査では40歳代まで認められた。また各年齢時の近視の進行は年齢のみでなく、その時の屈折の度数によっても異なり、10歳未満で軽度の近視を発症しているグループが最も5年後の屈折度数の変化が大きかった。さらに今回の調査データをもとに年齢、屈折度、性別の各パラメーターを入力することより、5年後および10年後の将来の屈折度を予測する近似式の作成も試みたので報告する。

今後の計画としてはおおむね当初の計画通り、「1.日本人集団における屈折度数データベースの拡張」に関しては平成27年度に引き続き臨床データを収集し、データベースを拡張していく。データベースの構築は平成28年度の前半までに完了する。「2.民族間での比較検討」に関しては、日本人集団で層別解析した結果と、海外の共同研究者から提供されたデータの解析結果を比較検討し、近視の頻度が高いアジア人の間で同様の傾向があるか検討する。「3.屈折値予測アルゴリズムの完成」に関しては、前年度のデータベースの日本人における年齢と屈折値から、数年後の屈折率がどうなるかを確率的に予測するロジスティク曲線を計算しアルゴリズムを作成する。眼科学物品費に関しては、データベース構築のための機器の購入額を計画より抑えることができた。旅費に関しては、共同研究者であるシンガポールの施設との打ち合わせなどが、実際にシンガポールを訪問せずにある程度実行できたため使用額が予定より少なくなった。人件費および謝金に関しては、研究者自身の作業により、当初より使用額が少なくなった。物品費に関しては、データのバックアップ用のHDの追加購入などを計画している。旅費に関しては、シンガポールの施設との共同研究が進捗した場合に使用し、また海外の学会などに参加し、他の国々の疫学データが利用可能であれば、積極的に交渉して活用していく予定である。人件費および謝金も、さらなるデータベースの拡張のため有効に使用していく
NMR解析に基づくマウスフェロモンESP4の構造と受容体認識に関する研究

フェロモンとは、同種間で社会行動や生殖行動に影響を与える物質である。フェロモンの重要な働きとして、同種の別個体を正確に認識する役割がある。個体認識の仕組みを理解する上で、受容体がどのようにしてフェロモンを厳密に認識するかを理解することは重要であるが、精密なリガンド識別メカニズムについての知見は十分でない。共同研究者である東原らは、オスマウスの涙より分泌される新規ペプチドESP1を同定し、38種類からなる新規の多重遺伝子ファミリー(ESPファミリー)の存在を明らかにした。ESP4は、外分泌腺のうち、眼窩外涙腺、顎下腺、ハーダー腺に分泌されており、ESP1とのアミノ酸配列の相同性が高い。我々は、ESP4がESP1と異なる受容体で認識されることを示唆する結果を得ている。本研究は、ESP4の立体構造および受容体認識機構を解明し、構造生物学の観点から、受容体の厳密なリガンド識別機構を明らかにすることを目的とする。24年度はESP4受容体が存在すると考えられる膜環境に着目した。生体膜を模した膜環境を形成する化合物存在下でのESP4のNMR解析を行い、擬似的膜環境下におけるESP4の立体構造を解析した。また、ESP4と膜模倣化合物との相互作用部位についての解析も行なった。解析の結果、ESP4はヘリックスに富む立体構造をもつことを明らかにし、また膜との相互作用を示唆する成果を得た。22年度は年次計画の目標であるESP4のオリゴマー形成能と受容体活性化能との相関を解明するために、NMR法に基づきESP4のアグリゲーション形成に重要だと考えられる残基の抽出および変異体実験を行った。NMR実験に基づきアグリゲーションサイトを同定することに成功し、変異を導入した結果、アグリゲーションが抑制された変異体を取得することに成功した。この変異体を用いて高濃度の試料を調製し、大阪大学蛋白研究所との共同で、950MHz NMRを用いて測定を行った。その結果、従来の試料では得られなかった、構造決定に必要な情報をより多く含むスペクトルを得ることが出来た。共同研究者である東原らは、オスマウスの涙より分泌される新規ペプチドESPIを同定し、38種類からなる新規の多重遺伝子ファミリー(ESPファミリー)の存在を明らかにした。23年度は年次計画の目標である受容体活性化能を持つ最小構造領域のESP4を取得するために、NMR法に基づくESP4の変異体解析を行った。NMR実験によりN末端の30残基程度において運動性が高いことを明らかにし、N末端の長さが異なる変異体の作成に取り組んだ。調製した幾つかの変異体のNMR解析により、最小の構造領域を同定した。また、23年度の目標であるESP4と受容体との結合界面の同定に向けて、ESP4に特徴的な分極面および構造領域に対する変異体の作製に成功した。現在、共同研究により活性を確認中である。