hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心理物理学的逆相関法による高次認知判断プロセスの推定法

逆相関法は,脳内計算を探る強力な手法として知られており,生理実験で広く利用されてきた.心理実験でも,被験者の認知判断を調べるため用いられてきたが,その多くは初期の認知過程の実験であった.これは,逆相関法はホワイトノイズ解析の一種であり,実験刺激を強く制約するためである.本研究課題では,逆相関法を拡張し,任意の刺激を用いて非線形な認知判断を推定できる手法を構築した.この手法は,刺激分布の制約なしに,不偏な推定を実現する.また,計算機シミュレーションおよび心理実験により,提案手法の妥当性を検証した.この成果は,自然画像のような構造を持った刺激を用いるのが望ましい,高次認知判断の実験に寄与する.逆相関法あるいはCI(classification image)法は,実験で用いた呈示刺激と被験者応答の統計量から,被験者の認知判断に関わる脳内演算を推定する手法であり,脳の認知メカニズムの解明に新たな知見を与えると期待されている.しかし,この手法は実験で用いる刺激に強い制約を課すため,その利用は比較的初期の認知機能の実験にとどまっている.本研究課題は,従来の逆相関法を拡張し,高次認知機能の実験にも適用できる新たな方法を確立するとともに,実際に視覚心理実験に適用してその有効性を検証することを目的としている.平成24年度は,前年度に提案した刺激分布の制約のない分析手法の有用性を確認するため,運動視に関する心理実験を実施し,データの収集を行った.具体的には,RDK(random-dot kinematogram)刺激を用いた運動透明視実験と,様々な時空間周波数を持つグレーティング刺激を混合したチャネル間相互作用実験の二つを,並行して実施した.これらの実験は,2次以上の高次の非線形プロセスの存在が期待できるため,提案手法の有用性の確認に適していると考える.また,これと並行して,少数の試行でカーネル分析を可能にする適応的手法について,理論的な検討を行った.これは,QUESTの様に,カーネル推定に寄与する被験者判断境界付近の刺激を適応的に探索するものである.このアルゴリズムを提案し,計算機シミュレーションによって妥当性を評価した.近年の心理物理学では,逆相関法,あるいはCI法と呼ばれる実験手法が注目を集めている.これは,実験で用いた刺激と被験者応答の統計量から,被験者の判断基準を刺激空間上で推定する手法であり,脳の認知メカニズムの解明に新たな知見を与えると期待されている.しかし,この手法は,実験で用いる刺激に強い制約を課すため,その利用は比較的初期の認知機能の実験にとどまっている.本研究課題は,従来の逆相関法を拡張し,高次認知課題にも適用できる新たな方法を確立するとともに,実際に視覚心理実験に適用してその有効性を検証することを目的とした.研究初年度となる平成23年度は,新たな分析方法を確立するための数理的研究を行った.具体的には,入出力の統計量(呈示刺激と被験者応答のモーメント)と被験者の判断境界(カーネル)の不変的関係を解析し,カーネル推定のためのアルゴリズムを導出した.提案手法の特徴は,刺激の選び方による推定バイアスが生じない点にある.これにより,自然画像など任意の刺激セットを用いた高次認知課題への適用も可能になった.続く平成24年度は,前年度に提案したバイアスフリーな分析手法の有用性を確認するため,運動視実験を実施した.提案手法を用いて実データからカーネル推定を行った.しかし,この提案手法は,数万試行という莫大なデータを必要とする.そこで,少数試行でカーネル分析を行うための適応法についても,理論的な検討を行った.研究最終年度となる平成25年度は,実データから推定したカーネルの妥当性を検証する追加実験を行った.また,適応的手法を用いた実験データ収集も行い,同じカーネルがより少ない試行数で得られることを確認した.本研究課題で提案した分析手法は,心理物理学分野における新たな知見の創出に貢献し,ヒトの脳機能の理解に寄与するものと期待できる.逆相関法は,脳内計算を探る強力な手法として知られており,生理実験で広く利用されてきた.心理実験でも,被験者の認知判断を調べるため用いられてきたが,その多くは初期の認知過程の実験であった.これは,逆相関法はホワイトノイズ解析の一種であり,実験刺激を強く制約するためである.本研究課題では,逆相関法を拡張し,任意の刺激を用いて非線形な認知判断を推定できる手法を構築した.この手法は,刺激分布の制約なしに,不偏な推定を実現する.また,計算機シミュレーションおよび心理実験により,提案手法の妥当性を検証した.この成果は,自然画像のような構造を持った刺激を用いるのが望ましい,高次認知判断の実験に寄与する.心理物理学的逆相関法は,被験者の入出力(呈示刺激と被験者応答)の統計量から認知判断に関わる脳内演算を推定する手法であり,脳の認知メカニズムの解明に新たな知見を与えると期待されている.しかし,その分析手法には強い制約が存在するため,比較的初期の視知覚実験にしか用いられてこなかった.本研究課題は,従来の心理物理学的逆相関法を拡張し,高次認知機能の実験にも適用できる新たな分析手法を確立するとともに,実際に視覚心理実験に適用し,その有効性を検証することを目的としている.平成23年度は,分析手法を確立するための数理的な研究を行った.理論解析としては,入出力の統計量(呈示刺激と被験者応答のモーメント)と被験者の認知判断特性(カーネル)の不変的関係を解析し,カーネル推定のためのアルゴリズムを導出した.

この提案手法の特徴は,刺激の選び方による推定バイアスが生じない点にある.例えばパターン弁別などの比較的高次な認知課題では,刺激として複雑な幾何学図形や自然画像などを用いることが想定される.しかし,従来の心理物理学的逆相関法では,使用する刺激に強い制約があり,任意の刺激を用いた場合は正しい分析が行えなかった.このことが,これまで心理物理学的逆相関法が高次認知機能の実験へ適用されてこなかった大きな理由の一つである.提案手法では,実験者が用意した刺激分布の情報も用いて分析を行うことで,不偏な推定を実現している.また,理論解析と同時に,計算機を用いた数値シミュレーションも行い,提案手法の精度を定量的に評価した.当初計画通り,提案手法の検証のための実験データ収集,およびこれと並行して適応的手法の検討を行い,その成果を学会等で発表した.このため,現在までのところおおむね順調に進展していると判断した.当初計画通り,新たな実験分析手法の導出と数値シミュレーションによる検証を実施し,その成果を学会等で発表した.しかし,提案手法で用いた様々な仮定が,実際の実験データの分析においても妥当かどうかは,次年度の実験的検証で確認する必要がある.このため,現在までのところおおむね順調に進展していると判断した.平成24年度に収集した実験データから推定されるカーネルの妥当性を検証する.具体的には,人の運動知覚に関する計算理論,および実験的知見と比較し,推定カーネルがこれらの知見と整合性があるか確認する.また,推定カーネルから,各被験者の運動知覚特性を予測できる.この予測を検証する追加実験を行い,推定カーネルの妥当性の証左とする.また,適応的手法を用いた実験データ収集も行い,同じカーネルがより少ない試行数で得られることを確認する.平成23年度に構築した分析手法を用いて,実際に視覚心理実験を行い,実験データからカーネル推定を行う.また,これと並行して,カーネル推定に必要な試行数を低減するための適応的手法を検討する.ここでは,カーネル推定への寄与が大きなデータを探索する方法の理論的研究を行うとともに,数値シミュレーションによりその有効性を評価する.心理実験およびデータ分析に必要な設備はすでに導入している.このため,次年度の研究費は研究成果発表にかかる費用(旅費,学会参加費,論文別刷費)が主要なものとなる.平成24年度の成果の一部についても,一部は年度をまたいで次年度に発表する.このため,次年度使用額が生じているが,これは研究成果発表にかかる費用の一部として使用する.心理実験および数値シミュレーションに必要な設備はすでに導入している.このため,次年度の研究費は研究成果発表にかかる費用(旅費,学会参加費,論文別刷費)が主要なものとなる.また,平成23年度の成果の一部についても,年度をまたいで次年度に発表する.このため,次年度使用額が生じているが,これも研究成果発表にかかる費用の一部として使用する.
量子ビームの相補利用による非調和振動がもたらす新奇物性の解明

非調和熱振動は,新奇物性発現の新たな鍵として高い注目を集めていた.本研究では,放射光X線と中性子を相補的に用いることで,非調和振動について静的・動的構造及び他の自由度との相関を調べた.その結果,充填スクッテルダイト,β-パイロクロア超伝導体,(Ca, Sr)3T4Sn13などの篭状化合物において非調和熱振動の精緻な描像の解明を通じ,超伝導や重い電子状態,量子臨界現象等との関連を明らかにした.CeAl2では,非調和フォノンと結晶場の動的結合状態について,両者の詳細な構造を決定し,理論構築や新奇な動的結合モードの探索に資する重要なデータが得られた.本年度もカゴ状化合物において実現する多彩な物性について、中性子及びX線の相補利用による研究を進めた。この内、研究実施の軸である中性子では、主たる実験施設と想定していた研究炉JRR-3がいまだ停止中のため、海外施設の利用を中心に実施した。本年度新たに、巨大な非調和振動と熱電性能の強い相関が示唆されるI型クラスレート化合物Ba8Ga16Sn30について実験を開始し、単結晶中性子による詳細な構造解析から、低温で非中心型の非調和振動をしていることを明確にした。またフォノン起源の量子臨界点と超伝導の可能性が示唆されるカゴ状化合物Sr3Ir4Sn13について、非弾性X線散乱実験を行い、構造相転移点に向けたソフトフォノンの探索を進めた。両者について、現在データ解析を進めている。昨年度までに実施した実験の中で、非調和振動が重い電子状態の形成などに大きな影響を及ぼしている充填スクッテルダイトの中で、同じカゴのサイズを持ちながら非調和性の異なるPrOs4Sb12及びPrRu4Sb12について、詳細なフォノンの分散関係やその温度変化から、両者の低エネルギー非調和モードの振る舞いに顕著な違いがあること、OsとRuの混晶系の研究から、その変化が特定の組成で生じていることを見出した。またカゴ状構造を持つ極めて重い電子系化合物YbCo2Zn20については、中性子散乱実験から磁場誘起秩序相の秩序構造の定量的な解明に成功した。その結果、圧力と磁場で誘起される各秩序相、秩序変数が異なることを明らかにした。また非調和振動と超伝導の強い相関が指摘されているβ-パイロクロア化合物の一つ、CsOs2O6については、超伝導転移点近傍で、熱振動の振る舞いが顕著に変化している兆候を見出した。研究実施の軸である中性子散乱施設の内、主として想定していた研究炉JRR-3が再起動しなかったため、中性子散乱については、海外施設での実験を行った。この内、非調和振動と超伝導の強い相関が指摘されているβ-パイロクロア化合物の一つ、CsOs2O6について、単結晶中性子回折実験をフランスILLにおいて実施し、構造解析に必要な精度を持ったデータの収集に成功した。その結果、超伝導転移点近傍で、熱振動の振る舞いが顕著に変化している兆候を見出しており、熱振動の可視化に向けた解析を進めている。中性子と相補的な視点が得られる放射光を用い、非調和振動が重い電子状態の形成などに大きな影響を及ぼしている充填スクッテルダイト系のPrRu4Sb12について、詳細なフォノンの分散関係や、その温度変化について測定した。同じカゴのサイズを持ちながら非調和性の異なるPrOs4Sb12及びPrRu4Sb12の両者において、低エネルギーに位置する非調和モードに顕著な違いがあることを見出した。現在、定量化に向けた解析を進めている。カゴ状構造を持つ重い電子系化合物YbCo2Zn20の低温物性について、中性子散乱実験から磁場誘起秩序相の秩序波数の解明に成功し、圧力誘起相とは異なる秩序状態にあることを明らかにした。また低温での非弾性散乱実験から、低エネルギー領域に結晶場励起と重い電子に起因した準弾性散乱が混在していることを見出した。これらの縮退した励起がYbCo2Zn20における多彩な外場応答の創出へと繋がっていることを示唆した。次年度以降のより効率的な研究遂行に向けた装置開発として、J-PARCにおける単結晶中性子回折装置の開発に従事し、X線サイズであった1mm3クラスの微小単結晶における中性子回折実験の実施に成功した。次年度以降も装置の改良に参加し、本研究での使用を目指していく。主たる研究対象であるカゴ状構造物質を筆頭に、特異な結晶構造を持つ化合物で現れる多彩な物性について、中性子及びX線を相補利用した、構造、ダイナミクスの研究を推進した。今年度も主たる研究施設として想定した研究炉JRR-3が未稼働のため、J-PARC, SPring-8の国内施設に加え、研究所ILL(仏)、Oak Ridge国立研究所(米)等の海外施設において実験を実施した。本年度は新たに、構造起源の量子臨界性及び超伝導を示すと報告されているA3Ir4Sb13(A=Ca, Sr)を対象とし、不安定性を誘起する相転移について、単結晶X線及び中性子散乱実験による微視的研究を行った。今回、母物質であるSr3Ir4Sn13を対象として実験を行い、不安定性を誘起するもととなる相転移が、q=(1/2 1/2 0)で記述される構造相転移であり、履歴がないことを明らかにした。

ダイナミクスからは、室温で4 meV付近に存在する低エネルギーのフォノンが、相転移点に向けてソフト化していく傾向を見出した。静的・動的応答から、対象とする相転移が2次の構造相転移であり、量子臨界性とつながることを明らかにした。昨年度からの課題の発展としては、β-パイロクロア化合物の中で、もっとも注目を集めるKOs2O6について、単結晶中性子回折実験を行い、Kイオンが示す非調和熱振動及び超伝導相内で起こるラットリング転移について調べた。マキシマムエントロピー法を用いた解析の結果、Kイオンの強い非調和熱振動の可視化に成功した。またラットリング転移以下で、特定の反射強度が変化していることを明らかにした。転移の詳細解明に向けて、現在解析を進めている。これまでに研究を行ったCsOs2O6, YbCo2Zn20、I型クラスレート等については、論文としてまとめる作業を進めた。本年度は,総括に必要となる補足実験を主に実施した。非調和フォノン起源の量子臨界現象を示す(Ca,Sr)3(Rh,Ir)4Sn13について、今年度はRh系を対象とし、置換による構造相転移の変化を微視的に調べた。結果、Ca置換で臨界点に向けて構造相転移が抑制されることに伴い、秩序波数が変化することに加え、秩序変数の発達に対応する臨界指数が顕著に変化することも発見した。昨年度までの結果と合わせ、A3T4Sn13における非調和振動起源の量子臨界性について、微視的視点から転移・揺らぎの性質及びその系統的な変化を捉えることに成功した。β-パイロクロアKOs2O6が示す超伝導相内の未知の一次転移に着目し、Kイオンの非調和熱振動の変化や基底状態の結晶構造を調べた。Kイオンの非調和熱振動の可視化に成功し、その結果一次転移前後で振動に顕著な違いは見られず、超格子反射の出現も確認されなかった。本研究課題を通じ、β-パイロクロア超伝導体の内、異なる非調和性をもつKOs2O6、CsOs2O6について、異方性を含む振動の詳細を明らかにすることに成功し、微視的な理解に重要な情報が得られた。重い電子系YbCo2Zn20では,磁場誘起臨界点の先に現れる未知の秩序相の起源を決定することを目指した。磁場誘起磁気ピークの観測に成功し、強度の波数依存性から反強四極子秩序が実現していることを決定した。さらにこの秩序相が特異な磁気散漫散乱を伴う新奇な競合状態にあることを発見した。圧力下で反強磁性が誘起されることと比較し、この物質の臨界点近傍ではスピンー軌道が複雑に絡んだ新奇の秩序状態にあることを見出した。以上、本課題では、A3T4Sn13,β-パイロクロア,YbCo2Zn20など篭構造をもつ物質について、量子ビームの相補利用を通じ、非調和振動を主因として現れる多彩な物性を微視的な視点から解明することに成功した。非調和熱振動は,新奇物性発現の新たな鍵として高い注目を集めていた.本研究では,放射光X線と中性子を相補的に用いることで,非調和振動について静的・動的構造及び他の自由度との相関を調べた.その結果,充填スクッテルダイト,β-パイロクロア超伝導体,(Ca, Sr)3T4Sn13などの篭状化合物において非調和熱振動の精緻な描像の解明を通じ,超伝導や重い電子状態,量子臨界現象等との関連を明らかにした.CeAl2では,非調和フォノンと結晶場の動的結合状態について,両者の詳細な構造を決定し,理論構築や新奇な動的結合モードの探索に資する重要なデータが得られた.
AIの活用によるライフサイクルの短い新商品の需要予測

ICTの進展により,生産活動を取り巻く環境が大きく変化しつつあるのに対して,従来の需要予測手法では,消費者の需要に迅速かつ的確に対応することが難しくなっている。一方,近年,販売データベースが多くの企業で構築され活用されている。膨大な販売データの中には将来のビジネス展開に役に立つ情報や知見が含まれているため,蓄積されるデータの有効利用を目的とするAI技術等が注目されている。本研究課題は,このような喫緊の課題に対して,AIを活用した新しい予測手法を提案するものである。ライフサイクルの短いデリカ新商品の需要数量および需要動向を定量的に予測するために,AIを活用した需要予測法の開発と検証が本研究課題の目的である。上述の研究目的を達成するために,本年度において,前年度で得られたニューラルネットワークモデルの予測結果を出力変数として,学習用入力データを入力変数とする決定木分析を行い,売れ筋や死に筋など新商品の受注個数に関するルールを抽出した。得られた知見を新商品の原材料仕入れ・生産・物流・販売活動に応用することにより,当該商品から得られる企業の収益に関して,比較優位性の獲得が期待できる。また,前年度で得られたAIを活用した新しい需要予測手順を活用し,リアルタイムな意思決定を支援できる生産日程計画立案の可能性についても検討した。今後,蓄積された種々のビジネスデータを即座に活用できる生産・物流日程計画法の構築,とりわけ現場で運用しやすい新しいスケジューリング法の構築が今後の研究課題にしたい。前年度で得られたニューラルネットワークモデルの予測結果を出力変数として,学習用入力データを入力変数とする決定木分析を行い,売れ筋や死に筋など新商品の受注個数に関するルールの抽出を行った。また,決定木モデルにより,週毎需要動向に関するルール抽出を明確にすることで,売れ筋と死に筋など新商品の需要数量の多寡の見通しに関する有効な相関ルールについて,新たな知見が得られた。本研究課題で提案する新しい需要予測法は,ライフサイクルの短い新商品を扱う企業にとって,適正な資材補充策ならびに需要動向に適応する生産・物流・販売管理に応える上で重要な要因となる。従って,提案する需要予測法が経営活動に与える影響について,特にリアルタイムな意思決定を支援できる生産日程計画立案の可能性や現場で運用しやすい新しいスケジューリング法の構築が今年度の研究課題にしたい。また,今年度において,研究成果を国際コンファレンス・海外ジャーナルや国内学術雑誌,さらに学会報告を通じて,発表・投稿予定である。需要予測は,生産計画を立案する際の出発点となるものであり,重要なプロセスである。本申請課題の研究対象とするコンビニエンスストアチェーンに鮮度の高いデリカ食品を供給する食品企業においても,激しい市場ニーズ変動の中で,的確な需要予測をたてて,いかに短い納期で多品種商品を生産するかは難しい課題である。本研究課題は,ライフサイクルの短いデリカ新商品の発売直後の期間(14週目)に焦点を当て,AI(Artificial Intelligence;人工知能)の活用によって需要数量および需要動向を定量的に予測する方法の開発を目的とする。上述の研究目的を達成するために,今年度においては,新商品の需要予測結果が企業経営活動に影響する範囲をサーベイしてきた。また,需要予測手法を選定するために,需要予測と意思決定の関係や,需要予測法の分類と活用領域について,特に,マーケティングに関る時系列分析手法,ニューラルネットワーク,決定木の活用領域に関する先行研究の研究範囲を明確にした。さらに,研究対象企業となるデリカ商品の製造現場で蓄積されたビジネスデータの整理・分析を実施した。製造・ロジスティクス現場においては,種々のビジネスデータを蓄積しやすくなっている一方,プロセスの進捗管理をリアルタイムかつ継続的に遂行するには,「データを有効活用できない」という難点がある。研究対象企業の既存ビジネスプロセスについて分析した結果,本研究課題で得られるAIを活用した新しい予測手法を確立できたとしても,リアルタイムな意思決定を支援できる生産・物流日程計画の立案が困難な課題として残されていることがわかる。この難点を解決するには,蓄積された種々のビジネスデータを即座に活用できる生産・物流日程計画法の構築,とりわけ現場で運用しやすい新しいスケジューリング法の構築が今後の研究課題にしたい。デリカ食品を製造する企業は,競争が激化している中,消費者の需要にきめ細かく対応するように生産計画を立案することが必要である。本年度において,需要予測と意思決定の関係や,需要予測法の分類と活用領域について,詳細に検討した。特に,マーケティングに関る時系列分析手法,ニューラルネットワーク,決定木の活用領域に関する先行研究の研究範囲を詳細にサーベイしてきた。また,ライフサイクルの短いデリカ新商品の需要数量および需要動向を定量的に予測するために,研究対象企業のビジネスプロセスを分析し,特に予測対象商品の特徴を考慮した具体的な需要予測法の選定作業を実施した。ライフサイクルの短いデリカ新商品の需要数量を予測するための手順を開発し検証することが,この段階のもう1つの目標である。具体的には,ニューラルネットワークモデルを構築するために,学習用データマートと検証用データマートをそれぞれ準備した。研究対象企業から収集した種々の情報を学習用データマートにインプットし,ニューラルネットワークモデルの学習に利用した。しかし,データマートの準備に大量な時間を要したため,需要数量予測手順の検証は,予定通りに完了できず,やや遅れている。

膨大な販売データの中には将来のビジネス展開に役に立つ情報や知見が含まれているため,蓄積されるデータの有効利用を目的とするAI技術等が注目されている。本研究課題は,このような喫緊の課題に対して,AIを活用した新しい予測手法を提案するものである。ライフサイクルの短いデリカ新商品の需要数量および需要動向を定量的に予測するために,AIを活用した需要予測法の開発と検証が本研究課題の目的である。上述の研究目的を達成するために,本年度において,前年度で得られたニューラルネットワークモデルの予測結果を出力変数として,学習用入力データを入力変数とする決定木分析を行い,売れ筋や死に筋など新商品の受注個数に関するルールを抽出した。得られた知見を新商品の原材料仕入れ・生産・物流・販売活動に応用することにより,当該商品から得られる企業の収益に関して,比較優位性の獲得が期待できる。また,前年度で得られたAIを活用した新しい需要予測手順を活用し,リアルタイムな意思決定を支援できる生産日程計画立案の可能性についても検討した。今後,蓄積された種々のビジネスデータを即座に活用できる生産・物流日程計画法の構築,とりわけ現場で運用しやすい新しいスケジューリング法の構築が今後の研究課題にしたい。前年度で得られたニューラルネットワークモデルの予測結果を出力変数として,学習用入力データを入力変数とする決定木分析を行い,売れ筋や死に筋など新商品の受注個数に関するルールの抽出を行った。また,決定木モデルにより,週毎需要動向に関するルール抽出を明確にすることで,売れ筋と死に筋など新商品の需要数量の多寡の見通しに関する有効な相関ルールについて,新たな知見が得られた。この段階では,構築されたニューラルネットワークモデルに検証用データをインプットし,予測精度を定量的に評価する予定である。また,前年度で得られたニューラルネットワークモデルの予測結果を出力変数として,学習用入力データを入力変数とする決定木分析を行い,売れ筋や死に筋など新商品の受注個数に関するルールを抽出することにする。i.需要動向(売れ筋や死に筋など)を予測するための手順を開発し検証する。新商品の発注情報,販売時点情報および廃棄情報を入力変数とし,ニューラルネットワークモデルの結果を出力データとして,決定木でトレースし,ルール抽出を行う。決定木モデルにより,週毎需要動向に関するルール抽出を明確にすることで,売れ筋と死に筋など新商品の需要数量の多寡の見通しに関する有効な相関ルールについて,新たな知見が得られると期待できる。ii.定性・定量的アプローチを用いて提案する需要予測法の経営活動に与える影響を検証する。本研究課題で提案する新しい需要予測法は,ライフサイクルの短い新商品を扱う企業にとって,適正な資材補充策ならびに需要動向に適応する生産・物流・販売管理に応える上で重要な要因である。
メタゲノミクスを用いた病院環境の微生物分布の解析と院内感染対策への応用

薬剤耐性菌が分離された病院内の環境調査を行う際に、通常の一般細菌培養と同時に分子生物学的微生物同定法で比較検討した。16SrRNA遺伝子を標的としPCRで増幅し、クローニング後、シークエンス決定しデータベースにて相同性を比較し菌種同定を行った。目的とする耐性菌の分離率は分子生物学的検討法で高く感度の高い検査であることが推測された。さらに乾燥した検体からも種々の菌を同定することが可能であり、環境汚染の指標として利用できる可能性が示唆された。メタゲノミクスと呼ばれる、分子生物学的手法により微生物を検出する方法を用いた環境や生態の細菌巣の解析で、通常の培養可能な微生物の何倍もの培養不能な微生物が存在していることが判明している。病院という特殊な環境においてこの方法を利用し、感染症および感染制御に有用な新たな情報を得ることを目的とする。分子生物学的微生物同定法を含めた実験方法の妥当性を評価するために、培養された既知の細菌および病院内の特定部署2ヵ所から無菌綿棒を用いて検体を採取し、通常の一般細菌培養と同時にDNA抽出をおこなった。16SrRNA遺伝子を標的としたuniversal primerを2セット用いて(8F : AGAGTTTGATCCTGGCTCAG, 805R : GACTACCAGGGTATCTAATCC, 1391R : GACGGGCGGTGTRCA)PCRを施行しライブラリーを作成し、16SrRNA遺伝子断片をTOPO TAクローニングキットを用いて大腸菌にクローニングした後、シークエンスを決定しGenBank等のデータベースにて相同性を比較した。既知の細菌Streptococcus属およびProteus属は遺伝子学的方法で同定可能であった。しかし、環境中からの検体ではDNA抽出の確実性、再現性が不安定であり、再度方法論を含めて検討する。その後ICUや小児、内科、外科病棟などの部署と、さらにその中でナースステーション、入院ベッド周囲や水回りなどの個別部位についてサンプルを回収し、培養法と、分子生物学的方法で得られたデータを蓄積し、相互の結果を比較し信頼性を検証する。病棟毎の特徴や部位毎の微生物の特徴を把握し、臨床との関連性を検討する予定である。分子生物学的手法により微生物を検出する方法を用いた環境や生態の細菌巣の解析で、通常の培養可能な微生物の何倍もの培養不能な微生物が存在していることが判明している。環境中の検体からのDNA抽出の確実性、再現性が不安定であったので、再度方法論を含めて検討し生理食塩水もしくは滅菌水に浸した無菌綿棒を用いて検体を採取した後にDNA抽出をおこなったところ、安定した結果を得ることが可能になった。そこで、薬剤耐性菌が分離された病院内の部署を対象に環境調査を行う際に、通常の一般細菌培養と同時に分子生物学的微生物同定法で比較検討した。16SrRNA遺伝子を標的としたuniversal primerを用いてPCRを施行し、増幅した16SrRNA遺伝子断片をTOPO TAクローニングキットを用いて大腸菌にクローニングした後、シークエンスを決定しGenBank等のデータベースにて相同性を比較し菌種同定を行った。病院環境への応用として施行した、多剤耐性緑膿菌が分離されたICUの検討では、培養法および分子生物学的法のいずれでも同菌は分離されなかった。一方、アシネトバクター属が分離された病棟の環境調査では、人工呼吸器管理の患者の挿管チューブの周囲から、培養法と分子生物学的検討ともにアシネトバクター属が同定されたが、両方で分離場所が異なっており相互に補完する結果となった。分離率は分子生物学的方法がやや高く感度が高い検査であることが推測されたが、薬剤耐性度が不明であり患者から分離された菌株との一致性は判定できず今後の検討が必要である。分子生物学的検査法として、16SrRNA遺伝子を標的としたuniversal primerを用いてPCRを施行し、増幅した16SrRNA遺伝子断片をTOPOTAクローニングキットを用いて大腸菌にクローニングした後、シークエンスを決定しGenBank等のデータベースにて相同性を比較し菌種同定を行った。薬剤耐性菌が分離された病院内の部署を対象に環境調査を行う際に、通常の一般細菌培養と同時に本法とを比較検討した。多剤耐性菌が分離された病棟での環境検査検討では、目的とする耐性菌の分離率は分子生物学的検討法が高く感度が高い検査であることが推測された。さらに乾燥した検体からも種々の菌を同定することが可能であった。

例えば、カーテンからも嫌気性菌の遺伝子が検出されており、環境汚染の指標として利用できる可能性が示唆された。さらに、アシネトバクター属が創部より分離された患者の経過より、病棟内の浴室の汚染を疑い施行した環境調査では、浴室内の手すりや椅子などの環境から培養法と分子生物学的検討ともにアシネトバクター属が同定された。その結果により浴室内の管理法や椅子の素材の見直しを行う契機となった。本法では薬剤耐性度が不明であり、患者から分離された菌株との一致性は明確にできず今後の検討が必要である。
線形及び非線性超函数論と超局所解析

初期面上でのみ特性根が重なるような線形双曲型作用素の研究、特に解の特異性の分岐の研究は、Alinhac,谷口、戸崎、中根らに始まり、天野、中村、高崎によるm階の場合の一般論によってほぼ解決した。しかし彼等はすべて問題をある種の、無限遠に不確定特異点を持つ常微分方程式の解の漸近製造に帰着させているため、m【greater than or equal】3のときは対応する常微分方程式のStokes係数等が不明であり具体的な例の解析などはなされていなかった。これに対し片岡、小松らのグループは分数ベキ座標変換と量子化Legendre変換の方法を用いて、上記の問題を確定特異点のみをもつ常微分方程式の接続問題に帰着させる事に成功した。特に山根はこれを3階の場合に具体的に応用して分岐条件を初めてはっきりした形で与えた。また片岡らは形式シンボルによる、アプリオリ評価の方法を見い出し、これらの理論を全く一般の形の作用素にも適用できるように改良した。これらの方法は分岐の問題だけでなく、確定特異点型境界値問題の超局所解析全般に応用できる。例えば、楕円的因子に対応して、境界値の間に分数ベキ擬微分方程式が成立することが一般的に示せる。その際、係数にはある種の分数ベキをもつ解析関数まで許される。非線形問題については堤らが空間次元が2など低い場合の非線形シュレジンガー方程式に関して大域的可解性などの重要な結果を得ている。同様の問題では次元の高い場合は既にわかっており、低い場合の方がむしろ興味深い。実際、堤の周辺では空間次元1の場合、大域可解性などが成立する非線形項の形を7種類導出することに成功したがその中で使われた、非線形超関数のノーマルフォームの理論はColombeau超関数の立場から見て大変興味深く、今後の初期面上でのみ特性根が重なるような線形双曲型作用素の研究、特に解の特異性の分岐の研究は、Alinhac,谷口、戸崎、中根らに始まり、天野、中村、高崎によるm階の場合の一般論によってほぼ解決した。実際、堤の周辺では空間次元1の場合、大域可解性などが成立する非線形項の形を7種類導出することに成功したがその中で使われた、非線形超関数のノーマルフォームの理論はColombeau超関数の立場から見て大変興味深く、今後の
血小板立体微細構造の薬理学的研究

超高圧電子顕微鏡による血小板立体微細構造の観察には、主に臨界点乾燥法による試料作成法を用いて行ってきたが、その実験結果には再現性などに若干の問題があった。本研究では、試料の変選が少なく、再現性に優れていると言われている凍結乾燥法を適用するため、組織凍結乾燥装置を購入しその試料作成法の検討を行った。本装置は主に固定組織用に開発されたもので、血小板のような微細遊離細胞を試料とする場合には、何等かの特別な装置を開発する必要があったが、poly-L-lysine処理したpolyvinylformalを支持膜とするシ-トメッシュを用い特製ホルダ-にセットする事により解決した。予備固定した血小板をメッシュに付着させ、シ-トメッシュ上でさらに固定、染定をほどこした。試料の液体窒素による急速凍結にも、特製ホルダ-を作成した。乾燥後、カ-ボン蒸着を行い、超高圧電子顕微鏡による観察を行った。その結果、本試料作成法は、臨界点乾燥法のように有機溶媒、液化炭酸ガスによる置換操作がないため、コンタミによる汚染が少なく再現性のある試料作成が可能となった。この方法を用いて得られたものと、従来の超薄切片法によって認められる微細構造との比較検討を行った。その結果、セロトニン貯蔵部位であるとされる濃染顆粒がより明瞭に観察され、周辺部微小管系も同定可能であった。α-顆粒やミトコンドリアも認められたが、標準固定染色法ではその特徴的構造は不明瞭であった。一方、グリコ-ゲン顆粒は同定不可能であった。さらに、細胞内小管系、開放小管系はステレオペア-像による三次元的観察により、それらの立体的関係が解析可能であった。さらに、各種薬理学的修飾の影響についても検討を行った。なお、超高圧電子顕微鏡(H-1250M)による観察は、岡崎国立共同研究機構生理学研究所の共同利用実験によって行った。超高圧電子顕微鏡による血小板立体微細構造の観察には、主に臨界点乾燥法による試料作成法を用いて行ってきたが、その実験結果には再現性に若干の問題があった。本研究計画においては、試料の変性が少なく、再現性に優れていると言われている凍結乾燥法を適用するため、組織凍結乾燥装置(英国EMスコープ、FD500)を購入し、それを用いての試料作成法の検討を行った。本装置は主に固形組織用に開発されたものであり、血小板のような懸濁液状態の微細遊離細胞を試料とする場合には、なんらかの特別な付属装置を開発する必要があったが、以下のような実験法を確立することにより解決した。まず、血小板浮遊液をグルタルアルデヒド固定あるいはグルタルアルデヒド-オスミウム酸二重固定した。その試料懸濁液を、シートメッシュホルダーに保持したポリ-L-リジン処理したシートメッシュにマウントし血小板を付着させた。このシートメッシュを洗浄後、酢酸ウラニルにより電子染色をほどこした。試料の液体窒素による急速凍結には、アルミホイルを用いてホルダーを作成し、50%DMSOで置換した試料を凍結させた。凍結試料はホルダーとともに、そのまま素早く組織凍結乾燥装置に入れて乾燥を行った。乾燥後、試料の補強のためにカーボン蒸着を行い、超高圧電子顕微鏡による観察を行った。

また、固定操作時に各種蛋白変性剤、界面活性剤、トレーサーを共存させることにより、各種細胞内外の微細構造の観察が可能となった。なお、超高圧電子顕微鏡(H-1250 M)による観察は、岡崎国立共同研究機構生理学研究所の共同利用実験によって行った。超高圧電子顕微鏡による血小板立体微細構造の観察には、臨界点乾燥法による試料作成法に加えて、凍結乾燥法を確立し、従来の超薄切片法によって認められる微細構造との比較検討を行った。その結果、セロトニン貯蔵部位であるとされる濃染顆粒がより明瞭に観察され、周辺部微小管系も同定可能であった。α-顆粒やミトコンドリアも認められたが、標準固定染色法ではその特徴的構造は不明瞭であった。一方、グリコ-ゲン顆粒は同定不可能であった。さらに、細胞内小管系、開放小管系はステレオペア-像による三次元的観察により、それらの立体的関係が解析可能であった。本試料乾燥法は、有機溶媒、液化炭酸ガスによる置換操作がないため、コンタミによる汚染が少なく再現性のある試料作成である事が確認された。さらに、各種薬理学的修飾の影響について検討を行った。まず、Poly-L-lysineおよび低温処理による活性化の影響について検討した。血小板は活性化により細く長い偽足様突超を伸張し、中心部は球形様に変化した。そのため、偽足様突起の立体的観察は可能であったが、中心部は電子密度は高くなりすぎ、微細構造の解析は不可能であり、さらに固定染色法の改変が必要であると思われた。次に、セロトニン添加の影響を検討したが、5秒間の処理では部分的活性化が認められたが、5分間の処理では活性化は認められず、濃染顆粒の増大が認められた。界面活性剤であるTriton X-100の処理によっては、細胞構造の可溶化が認められ、条件によってミクロチュブルスのみがリング状に観察された。しかし、Triton X-100はそれ自体シ-トメッシュの支持膜を破壊するため、この点に関しても今後なんらかの実験方法の改良が必要である。
根圏微生物群集の根圏における生態的地位(ニッチェ)に着目した土壌病害の生物的防除

現在我が国で最も被害の大きいトマト青枯病の病原菌(Ralstonia solanacearum YU1Rif)およびその拮抗細菌として蛍光性シュードモナス(Pseudomonas fluorescens MelRC2Rif)を取り上げ、これらモデル細菌の根圏への定着に関与する微生物群集を解明することを目的とし、lux遺伝子を組み込んだ両細菌のトマト根面への定着に及ぼす個々の微生物種の影響について検討した。トマト種子を20種余の分類的位置の異なる様々な土壌細菌を含む軟寒天中で栽培し、各種細菌を先住させた後、MelRC2RifあるいはYU1Rifを接種し、トマト根への定着程度を比較した。MelRC2Rifのトマト根への定着は、同種以外の細菌によってはほとんど抑制されず、MelRC2Rifは根面上で多くの根面細菌と住み分けていることが推察された。また同種の中にも影響の強い菌とない菌とが存在し、同種内に生態的地位の異なるグループが存在することが想像された。これらの推察は根面への定着抑制効果がない菌でも、トマト根分泌物中では抑制効果を有していたことからも支持された。YU1Rifのトマト根への定着もMelRC2Rifの場合と同様に同種の菌によって最も強く抑制され、種が異なる細菌種の定着抑制能は多くの場合小さいものであった。しかし、本病原菌に対する拮抗菌として分離されたMelRC2RifはYU1Rifの定着を最も強く抑制し、本拮抗菌によるトマト青枯病防除のメカニズムは病原菌の根面への定着抑制であることが示唆された。また、CCDカメラを用いることにより、これら細菌のトマト根面への定着の様子を簡便に観察することが可能であった。昨年度の結果も踏まえると、MelRC2Rif.YU1Rifのトマト根面への定着に最も影響するのは同種の菌であり、種が異なると多くの場合住み分けが起こることが明らかにされた。現在我が国で最も被害の大きいトマト青枯病菌(Ralstoia solanacearum)およびその拮抗細菌として蛍光性pseudomonadsを取り上げ、これらモデル細菌の根圏への定着に関与する微生物群集を解明することが本研究の目的である。今年度得られた結果の概要を以下に示す。トマト青枯病菌に対する有効な拮抗細菌Pseudomonas fluorescensMelRC2Rif(リファンピシン耐性変異株)のトマト根面への定着に及ぼす微生物要因について検討した。トマト種子を各種処理した土壌懸濁液中で栽培した後、MelRC2Rifを接種し、根へのMelRC2Rifの定着の程度を比較した。MclRC2Rifのトマト根への定着は、無処理の土壌懸濁液で栽培した根で最も低く、無菌の根で最も高かった。土壌懸濁液に殺菌剤(ダコニール^R)を添加してもMelRC2Rifの根への定着に全く影響がなく、土壌糸状菌群はMelRC2Rifの根への定着にほとんど影響を及ぼさないと推察された。他方、抗生物質(リファンピシン)を添加した場合には、MelRC2Rifの定着は無菌栽培した根への定着と同程度であり、MelRC2Rifの根への定着を抑制する微生物は根へあらかじめ先住している細菌群集であると推察された。土壌をクロロホルム燻蒸(細菌数を1/3に、糸状菌数を1%以下に減少)あるいは風乾して(細菌数を1/2に、糸状菌数には影響せず)土壌細菌群集の一部を殺菌してもMelRC2Rifの根への定着は増大した。また、MelRC2RifへのVibrio fischeri由来の発光遺伝子の導入に成功し、CCDカメラを用いMelRC2Rifのトマト根への分布、そこでの活性の評価が可能となった。

昨年度の結果も踏まえると、MelRC2Rif.YU1Rifのトマト根面への定着に最も影響するのは同種の菌であり、種が異なると多くの場合住み分けが起こることが明らかにされた。
描画法における人間像の発達的研究-描画法の人間像解釈のためのデータベース作成-

本研究は、様々な対象に統合型HTPを実施し、描かれたアイテムの発達的な推移を研究してきた。その結果、I.平成9年までに健常者群の(1)幼稚園、保育園(2)小学23年生(3)小学56年生(4)中学12年生(5)高校12年生(6)大学生(7)成人2030代)(8)成人(4050代)(9)成人(60代以降)にたいして、統合型HTPを実施した。II.対象者数や性別に関して、各群を40名(男20、女20)にした。III.これまで使用してきたチェックリストを修正し、新しいチェックリストを作成した。それは全部で77項目からなるもので、必要十分な項目にした。その中には、描画全体の特徴をとらえるために、エネルギー、攻撃性、強迫性、空想性、写実性、抽象性、物語性、そして総合性という項目を追加し、総合型HTP法検査をより多面的に考察できるようにした。IV.得られたデータをすべて、この新しいチェックリストによって、評定した。V.今後は、各年齢群の特徴を抽出する予定である。本研究は、様々な対象に統合型HTP描画法を施行して、描かれた人間像の変化を発達的に研究することを目的とする。さらに病的サインと言われているスティック・フィギュアー記号様人間像-の出現頻度や人格の統合性との関連を明らかにする。その目的のために、1.平成7年度:健常者群の(1)幼稚園児(2)小学23年生(3)小学56年生(4)大学12年生の各群20名にたいして、統合型HTPを施行した。2.平成8年度:健常者群の(1)中学12年生(2)高校12年生、臨床群の(1)精神分裂病者の各群20名に統合型HTPを実施できた。3.今後は健常者群の成人、臨床群の情緒障害児各20名に施行する予定である。4.得られた描画データをもとにデータベースの作成を行っている。また作成したデータベースによって、得られた描画を解析しているが、その際、(1)菊池らが作成したチェックリスト(統合型HTP法分析マニュアル)を用いて、人間像の分析を行っている。(2)人間像の中のスティック・フィギュアー記号用人間像-を、a)ステイィク像b)表情・装飾付きスティックc)着色シルエットd)輪郭像、に分類し、出現年齢、出現頻度を明らかにし、発達的観点からその意味を考察している。5.スティック・フィギュアー記号用人間像-の出現時期や頻度を見ると、すでに健常者群の小学校高学年から出現し、中学生にも約20%見られ、大学生でも同じ割合であることが分かった。また大学生と分裂病者とでは、分裂病者のほうが出現頻度は高いが、下位分類を見るとd)輪郭像が大学生よりも多かった。またb)表情・装飾付きは、大学生に多かったがその表情は明るく楽しいものである。一方、分裂病者の描く表情はすべての不安・恐怖の表情であった。この結果、スティック・フィギュアは必ずしも病的とは言えず、他のアイテムとの関連やコンテクストから判断する必要がある。また輪郭像が多いことは分裂病者の特徴を表しているように思われる。その結果、I.平成7年度までに健常者群の(1)幼稚園、保育園(2)小学23年生(3)小学56年生(4)中学12年生(5)高校12年生(6)大学生、に統合型HTPを実施できた。II.それに引き続き、平成8年度には(7)成人2030代)(8)成人(4050代)(9)成人(60代以降)にたいして、統合型HTPを実施した。III.また、対象者数や性別に関して、各群を40名(男20、女20)にした。IV.各群を40名(男20、女20)にした理由は、これまで使用してきたチェックリストを見直すためである。これまでに使用してきたチェックリストは、チェック項目が48項目と多く煩雑であった。描画一枚のチェックに多くの時間を要した。また不必要な項目も含まれているように考えられるので、必要十分な項目に絞る目的もあり、新しくチェックリストを作成することにしたのである。その際、いくつか追加する項目も考えた。つまり、描いた順序をチェックする、描いた絵にたいしてストーリーを作ってもらう、完成した描画から連想をしてもらう、などの項目である。こうした項目を追加することで、統合型HTP法検査をより多面的に考察できると考えられる。

その中には、描画全体の特徴をとらえるために、エネルギー、攻撃性、強迫性、空想性、写実性、抽象性、物語性、そして総合性という項目を追加し、総合型HTP法検査をより多面的に考察できるようにした。IV.得られたデータをすべて、この新しいチェックリストによって、評定した。V.今後は、各年齢群の特徴を抽出する予定である。
負の剛性相を含有する次世代ナノコンポジットの変形モデリング

ポリマー中にナノ粒子を分散させたナノコンポジットの開発には,要求された機械的特性・熱的特性を満足するためにフィラー(介在物)種の機械的特性を積極的に制御し,複合化による強化機構を定量的に把握することが求められる.本研究では,ナノコンポジットを構成する母相,介在物ならびにその界面領域の力学特性を記述・理解するための,マルチスケールに渡るモデリング手法の枠組みを構築した.ポリマー中にナノ粒子を分散させたナノコンポジットの開発には,要求された機械的特性・熱的特性を満足するためにフィラー(介在物)種の機械的特性を積極的に制御し,複合化による強化機構を定量的に把握することが求められる.本研究では,ナノコンポジットを構成する母相,介在物ならびにその界面領域の力学特性を記述・理解するための,マルチスケールに渡るモデリング手法の枠組みを構築した.ポリマー中にナノ粒子を分散させたポリマーナノコンポジットの開発には、要求された機械的特性・熱的特性を満足するためにフィラー種の機械的特性を積極的に制御し、複合化による強化機構を定量的に制御することが求められる。本研究は、様々な機械的特性を持つフィラー種を対象とするナノコンポジットについてマルチスケール手法に基づく予測的モデリングの枠組みを構築する。さらに本手法の応用として、負の剛性材料をフィラーとして介在させた場合のコンポジット系の機械的特性に対する理解を得ることを最終目的とする。本年度は以下の成果が得られた。(a)炭化水素系ポリマーおよびナノ粒子として主要な炭素、炭素化合物間の界面における相互作用を原子スケールから評価する枠組みを構築した。具体的には、原子間の結合相互作用および非結合相互作用を同時に考慮することが可能な反応性ボンドオーダーポテンシャルを採用し、原子シミュレーション手法により種々の温度・圧力条件におけるナノ粒子の相互作用性を評価した。また、高応力下におけるフィラー材料の変形特性の解析のために、第一原理密度汎関数法に基づく有限要素解析を採用し、非線形弾性大変形状態における構成関係を取り入れた高精度な評価を可能とした。またこれらの手法に関して、並列化等による解析の高速化を図った。(b)さらには、以上の知見に基づいたミクロスケールおよびメゾスケールにおけるフェーズフィールド法、動的密度汎関数法等を用いて、ポリマー母相中に添加物が分散された複合系における相形成過程について調べた。具体的には、添加物の化学的性質、分量等の影響による高分子複合系の秩序構造の遷移条件を明らかにした。ポリマー中にナノ粒子を分散させたナノコンポジットの開発には、要求された機械的特性・熱的特性を満足するためにフィラー種の機械的特性を積極的に制御し、複合化による強化機構を定量的に制御することが求められる。本研究は、様々な機械的特性を持つフィラー種を対象とするナノコンポジットについてマルチスケール手法に基づくモデリングの枠組みを構築する。1.ナノ粒子とポリマーマトリックスの界面の機械的特性を原子・分子レベルで解析するための原子間相互作用モデルを採用し、ナノカーボンと炭化水素の複合体に関する力学特性を解析した。その結果、ナノ粒子界面の種々の温度・圧力条件における結合特性の変化を定量的に捉えた。またこれらの解析に関して、自己誘導分子動力学法等の加速法による高速化を図った。2.種々の母相中の異種原子・粒子の拡散挙動のモデリング手法を構築した。特に軽量元素の運動や長時間スケールの拡散過程が支配的となる系に対して、拡散定数および活性化エネルギー等を原子レベルで定量的に評価する手法を構築した。3.高応力下におけるフィラー材料の変形特性の解析のために、炭素結晶を対象として、第一原理密度汎関数法計算に基づく非線形弾性構成式の構築を行った。その結果、低い計算負荷で第一原理計算と同程度の精度の応力-ひずみ応答が記述できる数値的枠組みを構築した。4.メゾスケールにおけるフェーズフィールド法、動的密度汎関数法等を用いて、母相中に不純物が分散された複合系における相形成挙動を解析した。具体的には、添加物の化学的性質、分量等の影響による高分子複合系の秩序構造の遷移条件を明確にした。ポリマー中にナノ粒子を分散させたナノコンポジットの開発には、要求された機械的特性・熱的特性を満足するためにフィラー(介在物)種の機械的特性を積極的に制御し、複合化による強化機構を定量的に制御することが求められる。本研究は、ナノコンずジットを構成する母相、介在物ならびにその界面領域の力学特性を記述・理解するための、マルチスケール手法に基づくモデリングの枠組みを構築することを目的とする。本年度は、昨年度までに整備を進めた原子・分子レベル解析コードおよびメゾスケール解析コードを用いて、以下の2項目に対して具体的な解析例を行い、その妥当性を評価した。1.昨年度までに整備した粒子描像による反応モデリング手法に基づいて、種々の母相中の異種原子・粒子の拡散挙動を評価した。特に軽量元素の運動や長時間スケールの拡散過程が支配的となる系に対して、拡散定数および活性化エネルギー等を原子レベルで定量的に評価し、当該手法の有効性を評価した。また、低頻度事象に対する効率的な解析を実施するために原子シミュレーションの加速法に関する検討を行った。2.昨年度までに整備した非線形弾性大変形モデリング手法に基づいて、種々の無機結晶系(C, AI, Fe, Mg等)を対象として、第一原理密度汎関数法計算に基づく非線形弾性構成式の構築を行った。また、本構成式を業界標準的な有限要素法コードにソフトウェア実装することで、一般的な応力・境界条件の下での介在物材料の変形解析を実現し、その有効性を評価した。
ミズアオイ科水田雑草の種子発芽に対するイネの促進作用の解明

ミズアオイ科水田雑草のコナギ(Monochoria vaginalis)とアメリカコナギ(Heteranthera limosa)は、湛水(土壌)・光条件下で発生(出芽)するが、休眠が深いので長期間にわたって発生する。近年、その発生がイネの直播及び幼苗移植によって増加しているがイネの関わり大きいものと考えられる。本研究ではイネのミズアイオ科水田雑草への促進作用について解析し、以下の結果が得られた。湛水土壌条件ではコナギ種子の出芽は、イネの種子、幼苗、ワラ、モミガラ、ヌカのいずれによっても促進されたが、イネの品種間による促進効果に差異はなかった。アメリカコナギの種子発芽も湛水と光を必要とするが、その湛水土壌中での出芽はイネの種子、幼植物、ワラ、モミガラ、ヌカによって促進され、暗黒下での発芽もイネ種子によって誘導されたイネのワラ、モミガラ、ヌカには暗黒下でコナギの発芽を誘導する水溶性物質が含まれていたが、発芽誘導物質はGAとは異なる化合物と類推された。その発芽誘導物質として23種のアミノ酸とリン酸の組み合わせが候補物質ど考えられた。しかし、完全に滅菌されたコナギ種子の発芽は暗黒下で、アミノ酸類とリン酸の組み合わせによって誘導されなかった。多分、イネから分泌された物質が微生物の成長を促し、その微生物が発芽に重要な役割を演じていることが示唆された。湛水土壌中でのコナギの出芽は尿素、硫酸アンモニュウム、塩化アンモニュウなどによって早まり、しかもその数が増加した。尿素とイネモミは相乗的に促進した。いくつかの除草剤は通常使用量よりもはるかに少ない薬量でコナギの出芽を促進した。特に、フルリドン、ノルフルラゾンなどのカロテノイド生合成阻害剤はコナギ種子の休眠覚醒や休眠誘導阻害の作用を示した。これらはコナギなどの雑草の発生の斉一化や埋土種子数の減少を図ることが可能と考えられた。平成15年度に得られた成果は以下の通りである。1.アメリカコナギ種子(1)種子は「湛水+光」の2条件が揃った時に発芽した。秋に結実した種子の休眠は湿潤下で一定期間低温に遭遇することにより覚醒した。(2)発芽における「湛水」と「光」の役割は、それぞれ、エチレンと発芽刺激物質の生合成の誘導と考えられる。「光」の作用はイネ種子によって代用できたが、イネの品種間差は認められず、タイヌビエなどの雑草の成長を抑えると報告されているコウケツモチ、PI312777などの品種も湛水・暗所下のコナギ種子の発芽を誘導した。(3)「付傷」とコチレニンは「湿潤・暗所」下で種子発芽を誘導した。以上の事実は、これまでにコナギで明らかにされている結果と全く同様であった。また、「湿潤+光」及び「湛水+暗黒」の条件により種子に二次休眠が誘導されたが、フルリドンとGAがこの休眠の導入を抑え、休眠覚醒を促進した。活性はフルリドン>GAであった。2.コナギ種子(1)湛水土壌からのコナギの発生をイネの種子、幼苗、モミガラ、ヌカおよびワラのいずれも促進した。特に、ヌカとモミガラの促進作用が顕著であった。またイネワラの促進作用には品種間差異は認められなかった。