hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼少期エネルギー環境に適応した室傍核オキシトシン神経回路網の発達・構築機構の解明

幼若期ラットの体重あたりの摂取エネルギー量は成体ラットの体重あたりの摂取エネルギー量を上回る。本研究では成体ラットと幼若ラットの摂食調節機構を生理学的、解剖学的視点より比較することで幼若期のいわゆる「過食」のメカニズムを解明することを目的とした。その結果、3週齢のラットには、高脂肪食への嗜好性はすでに確立されており、幼若期の動物は食事の内容にかかわらず、食事自体が報酬であり、摂取可能な最大のエネルギー量を摂取していると考えられた。報酬系神経回路において3週齢でGABAニューロンの発現が未発達であることを明らかにした。このGABAの未発達性が幼少期の成長を担うと考え、更なる研究を続けている。肥満は世界中で問題となっており、肥満は成人のみならず、子供の肥満も問題となっている。本研究は、ラットを用いて成体と幼若ラットの摂食・エネルギー代謝を比較することで、摂食・代謝調節の発達機構を解明することを目的としている。本研究では、性成熟後の8週齢の雄ラットと離乳直後の3週齢の雄ラットを使用し、高脂肪食の摂食パターンを調べたところ、成体ラットにおいてはその摂取カロリーが普通食を与えたラットの1.5倍になるのに対し、3週齢ラットでは普通食を与えたラットと全く同じ摂取カロリーであった。報酬系が発達していない可能性を確かめる実験を行ったところ、幼若期でも高脂肪食は報酬であると感じている結果が得られた。さらに、脳内の報酬系の違いをを調べるために、報酬系を司る重要な脳部位である腹側被蓋野(VTA)に逆行性トレーサーを局所投与し、VTAに投射するニューロンを調べたところ、視床下部外側野や、室傍核、扁桃体、弓状核、背内側核を含む多くの脳部位がVTAに投射していることが明らかになったが、3週齢と8週齢ではその投射に違いがなかった。研究計画では室傍核のオキシトシンニューロンに違いがあることを推測していたが、VTAに投射するオキシトシンニューロンはほとんど見られなかった。さらにVTAの投射先であり、報酬系の確立に重要な部位である側坐核(NAc)に逆行性トレーサーを注入したところ、VTA→NAcへの投射に8週齢と3週齢では違いがなかった。現在までのこれらの結果から、成体と幼若期の摂食の違いは、室傍核や、報酬系投射ニューロンが原因ではないことが明らかになった。当初の研究計画では幼若期のオキシトシンニューロンがエネルギー摂取制御に非常に重要であろうと推測していたが、研究が進むにれてその仮説は間違っていたと考えられ、研究の方向性を少し変えたため。近年肥満者人口の増加が世界中で問題になっている。肥満は心血管障害など多くの疾患を引き起こす。肥満の主な原因の一つは「過食」であり、近年、摂食調節機序に関する研究は盛んであるが不明な点が多く残されている。一般的な哺乳類の成長期として当然の現象であると考えられるが、本研究では成体ラットと幼若ラットの摂食調節機構を生理学的、解剖学的視点より比較することで幼若期のいわゆる「過食」のメカニズムを解明することを目的とした。66日間にわたり高脂肪食を8週齢および3週齢のラットに与えると、8週齢のラットはエネルギー摂取量の増加、体重増加が見られたが、3週齢のラットではその両方が見られなかった。しかし、体脂肪を調べてみると、体重に変化がなかった3週齢のラットでも、内臓、皮下脂肪が増加していた。このことから、摂取カロリーおよび体重が平均と変わらなくても、幼若期の食事内容次第では、幼少期およびそれ以降において隠れ肥満を引き起こす可能性を示唆している。また詳細な解析の結果、3週齢のラットには、高脂肪食への嗜好性はすでに確立されており、幼若期の動物は食事の内容にかかわらず、食事自体が報酬であり、摂取可能な最大のエネルギー量を摂取している、つまり幼若ラットは、報酬系が過度に活動しているという仮説が考えられた。解剖学的比較において、オキシトシンおよび主な報酬系神経回路は8週齢と3週齢で大きな差がなかったが、3週齢のラットでは腹側被蓋野におけるニューロン数およびその樹状突起の未発達性が観察された。よって幼少期の成長をになう過食は一部腹側被蓋野におけるニューロンの未発達性が担うことが示唆された。今までの研究において、この幼若期と成体の摂食制御は視床下部レベルの違いではないことが推測される。そこで、報酬系に焦点をあて、幼若期と成体の報酬系制御の違いを、組織、解剖学的、さらには電気生理学的手法により明らかにする予定である。神経内分泌学
ロボティックスワームの群れ行動解析に基づく運用支援システムの構築

本研究課題は,スワームロボットシステムの群れ行動解析を通した協調行動に潜むメカニズムの解明,およびその知見を基とした高い適応的タスク遂行能力を持つ群知能システムの構築法への展開を目指すものである.期間全体としての目標である「群れを知る」ことを実現するため,H30年度は,前年度の「群れを作る・見る」を継続するとともに,「群れを遣う」ことに取り組んだ.それぞれの詳細は以下の通りである.(1) H29年度から引き続き,スワームロボットシステムの創発的協調行動の生成のために,人工進化を用いてロボットの制御器を設計する進化ロボティクスアプローチを採用した.タスクとして協調搬送を取り上げ,ロボットの構成が行動生成に与える影響を検証した.具体的には,ロボットの入出力,およびシナプス結合荷重値を離散値・連続値としたときの群れ行動について調べた.特に,行動獲得後に台数を増加させるなどといった環境変化を与えてロボット群が適応していく様子を分析する.すなわち,ロボット群の頑健性・柔軟性・拡張性を評価を行なった.実施した計算機実験では,ロボットの台数を増加させたとき,離散値を用いた場合により高い適応度を得られた.また,環境変化の度合いによっては,離散値で進化的に獲得した結合荷重値を連続値に変換した場合の方が安定な行動が観察された.(2)群れとしてのパフォーマンス向上のため,ロボットの群れ行動に人間が介入するヒューマンスワームインタラクションに取り組んだ.具体的には,遠隔操縦型のリーダロボットによりロボティックスワームを目的地までまとまりを維持したまま移動させるというタスクを取り扱った.リーダロボットに搭載したレーザレンジファインダやカメラから得られる情報を基にオペレータは操縦を行う.Boidに基づく群れ行動モデルを実装したロボティックスワームに,目標地への移動を促すことに成功した.H29年の代表者の他研究機関への転出に伴う研究実施環境の変更に起因する初年度の遅れを取り戻すに至らなかった.計算機環境,ロボット実機および実験フィールドの制限から,実機ロボットの自作は行わず,市販の小型移動ロボット・Kilobotによる実験を行うこととした.計算機実験上でのKilobotの行動獲得結果を実機に移植する再現性検証実験を行う予定であったが十分な成果は得られなかった.しかし,計算機実験のみにおいてではあるが,簡素な形式でのデータの取り扱いによって一定の性能でのタスク遂行を目指すことが有効な対応となりうるという前年度の知見を深めることができた.そのことから,シミュレーション結果の実機ロボットへの移植におけるギャップやノイズの軽減,ならびに実機進化への展開につなげることへの期待は高まったと考えている.また,H30年度の目標として当初掲げていた「群れを遣う」ことにおいては,解析結果の利用の方策として,状況に応じた制御器の選択,および投入台数の決定を行うリコメンデーション方式の構築について当初は取り組む予定であった.しかし,そのための群れ行動のデータベース構築が困難になったため,ロボットの群れに人間が直接介入することで群れとしての性能向上させて本来は取り扱えないタスクを遂行させることに方針転換を行なった.期間延長が受理された.これまでの方法論を継続して実施し,取りまとめを行う.これまでに行なってきた実験は特定のタスク・台数によるものであるので,設定を様々取り扱い議論を深める.そして,これらの成果発表に注力する.本研究課題は,スワームロボットシステムの群れ行動解析を通した協調行動に潜むメカニズムの解明,およびその知見を基とした高い適応的タスク遂行能力を持つ群知能システムの構築法への展開を目指すものである.期間全体としての目標である「群れを知る」ための行動解析を行いながら,H29年度は「群れを作る・見る」ことに取り組んだ.それぞれの詳細は以下の通りである.(1)鳥類や魚類,昆虫の集団に見られるようなまとまりを維持しながら移動するタスクにおいて,ロボット群のタスク達成能力を個体間の階層性の観点から検証した.各ロボットの行動規則はBoidモデルを基に実装し,ロボット間の進行方向に関する時間的な相関関係から動きの模倣,すなわちリーダ・フォロワの階層的関係を検証した.進行方向を決定する際に,目標地点へ接近する規則の重みが強い先導規則,近傍個体へ接近する規則の重みが強い追従規則を用意し,群れの先導・追従を固定した場合と動的に変更した場合のタスクの達成に与える影響を調べた.その結果,複数の規則から動的に切り替えるロボット群が高い評価値を得るとともに,その群れ行動には複数層の階層があることを確認できた.(2)スワームロボットシステムの創発的協調行動の生成のための可塑性を持つアプローチとして,人工進化を用いて制御器を設計する進化ロボティクスを採用した.タスクとして協調搬送を取り上げ,ロボットの構成が行動生成に与える影響を検証した.具体的には,ロボットの入出力,およびシナプス結合荷重値を離散値・連続値としたときの群れ行動について調べた.離散値の実験では,連続値のものと比べて早期から高い適応度を獲得している一方,実験を継続した場合は振る舞いが不安定で変動が大きいがことがわかった.連続値の場合はタスク達成する行動の獲得までに時間を要するものの,その後は安定して高い適応度を示した.代表者の他研究機関への転出に伴い,研究実施環境に大きな変更があったため当初の予定通りに遂行するには至らなかった.

特に,申請時点には存在した計算機環境,ロボット実機および実験フィールドが利用できなくなったため,それらを新たに構築することとなった.実機ロボットについては実験環境を整えている最中であり,予定していたシミュレーション結果の実機移植時の再現性についての検証は行えていない.しかしながら,H29年度の結果から,ロボットの経験が浅い段階や進化に十分な時間を与えられないという状況においては,簡素な形式でのデータの取り扱いによって一定の性能でのタスク遂行を目指すことが有効な対応となりうるという示唆を得たこともあり,シミュレーション結果の実機ロボットへの移植におけるギャップやノイズの軽減,ならびに実機進化への展開につなげることが期待できると考えている.本研究課題は,スワームロボットシステムの群れ行動解析を通した協調行動に潜むメカニズムの解明,およびその知見を基とした高い適応的タスク遂行能力を持つ群知能システムの構築法への展開を目指すものである.期間全体としての目標である「群れを知る」ことを実現するため,H30年度は,前年度の「群れを作る・見る」を継続するとともに,「群れを遣う」ことに取り組んだ.それぞれの詳細は以下の通りである.(1) H29年度から引き続き,スワームロボットシステムの創発的協調行動の生成のために,人工進化を用いてロボットの制御器を設計する進化ロボティクスアプローチを採用した.タスクとして協調搬送を取り上げ,ロボットの構成が行動生成に与える影響を検証した.具体的には,ロボットの入出力,およびシナプス結合荷重値を離散値・連続値としたときの群れ行動について調べた.特に,行動獲得後に台数を増加させるなどといった環境変化を与えてロボット群が適応していく様子を分析する.すなわち,ロボット群の頑健性・柔軟性・拡張性を評価を行なった.実施した計算機実験では,ロボットの台数を増加させたとき,離散値を用いた場合により高い適応度を得られた.また,環境変化の度合いによっては,離散値で進化的に獲得した結合荷重値を連続値に変換した場合の方が安定な行動が観察された.(2)群れとしてのパフォーマンス向上のため,ロボットの群れ行動に人間が介入するヒューマンスワームインタラクションに取り組んだ.具体的には,遠隔操縦型のリーダロボットによりロボティックスワームを目的地までまとまりを維持したまま移動させるというタスクを取り扱った.リーダロボットに搭載したレーザレンジファインダやカメラから得られる情報を基にオペレータは操縦を行う.Boidに基づく群れ行動モデルを実装したロボティックスワームに,目標地への移動を促すことに成功した.H29年の代表者の他研究機関への転出に伴う研究実施環境の変更に起因する初年度の遅れを取り戻すに至らなかった.計算機環境,ロボット実機および実験フィールドの制限から,実機ロボットの自作は行わず,市販の小型移動ロボット・Kilobotによる実験を行うこととした.計算機実験上でのKilobotの行動獲得結果を実機に移植する再現性検証実験を行う予定であったが十分な成果は得られなかった.しかし,計算機実験のみにおいてではあるが,簡素な形式でのデータの取り扱いによって一定の性能でのタスク遂行を目指すことが有効な対応となりうるという前年度の知見を深めることができた.そのことから,シミュレーション結果の実機ロボットへの移植におけるギャップやノイズの軽減,ならびに実機進化への展開につなげることへの期待は高まったと考えている.
免疫抑制剤の不要な移植を目指した患者由来細胞と膵島の３次元複合体の創製

本研究では、レシピエント由来の細胞を利用して、細胞により膵ランゲルハンス島(膵島)の表面をカプセル化し、異種細胞との3次元複合体を構築して、移植後の免疫拒絶反応を抑制できる生体適合性の高いバイオ人工膵臓の開発が目的である。両親倍性高分子であるポリエチレングリコール結合脂質(PEG脂質)誘導体を利用して、膵島表面に異種細胞である血管内皮細胞や線維芽細胞などの様々な細胞を固定化し、異種細胞から構成される3次元複合体の構築手法の確立を目指す。本研究では、親水性高分子であるPEGと長鎖疎水部を有するPEG脂質の末端に、相補的なDNA(polyA20とpolyT20)を導入して、膵島表面と固定化した細胞表面へ導入して、DNA同士のハイブリダイザーションによって細胞と膵島の接着を誘導して、複合体の形成を試みたところ、すべての細胞種において、膵島表面への固定化が可能であることが分かった。また、接着誘導ペプチドであるRGDを、PEG脂質を用いて膵島表面へ導入することで、固定化した細胞が膵島内部へ移動する現象が見られ、3次元複合体の構築へ大きく影響を与えることが分かった。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、レシピエント由来の細胞を利用して、細胞により膵島表面をカプセル化し異種細胞との3次元組織体を構築し、免疫拒絶反応を抑制できる生体適合性の高いバイオ人工膵臓の開発が目的である。両親媒性高分子であるポリエチレングリコール結合脂質(PEG脂質)誘導体を利用して、膵島表面に異種細胞である血管内皮細胞や免疫特典部位を形成しているセルトリ細胞(精巣由来)などを固定化し、異種細胞から構成される3次元組織体の構築を目指す。本研究では、親水性高分子と長鎖疎水部を有する両親媒性高分子(ポリエチレングリコール結合脂質(PEG脂質))を用いた。長鎖疎水部を細胞膜の脂質二重層へ導入して、細胞障害を与えることなく細胞膜上に固定し、これを足場として様々な異種細胞を固定化した。PEG鎖末端に相補的なオリゴDNA(polyA20とpolyT20など)などの接着分子を導入することで、異種細胞を膵島表面に固定できる。また、この手法により、細胞接着を誘導できるRGDを固定化し、膵島表面に固定化した細胞の接着・伸展を誘導した。本研究は、概ね順調に進展している。DNA-PEG脂質を利用することで、細胞種を問わず、膵島細胞への異種細胞を固定化できことが分かり、本年度は予定通りの進捗になっている本研究では、レシピエント由来の細胞を利用して、細胞により膵ランゲルハンス島(膵島)の表面をカプセル化し、異種細胞との3次元複合体を構築して、移植後の免疫拒絶反応を抑制できる生体適合性の高いバイオ人工膵臓の開発が目的である。DNA-PEG脂質を利用して、膵島表面へ、様々な異種細胞を固定化できたものの、細胞種によっては、膵島表面への細胞接着が継続せず、脱離する現象が見られた。今後は、細胞接着を誘導できる機能性ペプチドであるRGDを膵島表面へ導入し、膵島表面上に細胞の接着・伸展を誘導する。
サミュエル・ベケット作品における「傍観者」の諸問題

本年度は、本研究において最も重要な論点となる「視覚」の問題系について、ベケットの後期作品に的を絞り、以下の点について検討した。1.ベケット後期作品に表出する視覚描写と同時代のフランス思想との照合S・コナーは、ベケットの作品が視覚の権威を懐疑的な検査に付すことで、西洋的な「視覚中心主義」を批判する潮流に加わっていると指摘する。この「視覚中心主義」とはアメリカの思想史家M・ジェイの用語であるが、ジェイの企ては、20世紀フランスの思想家が映像技術や監視装置といったものに引き寄せられる一方で、この伝統的視覚中心主義を批判するかたちで形成されてきたことを示すということであった。本研究では、ベケットの後期戯曲『芝居』、散文『人べらし役』『終わりなき光線の観察』を中心に考察し、ベケットが視覚と理性を結びつけた西欧哲学の伝統的解釈を踏まえたうえで「光」や「理性的なまなざし」を用いており、あたかもM・フーコーの言う「まなざしの権力」を操りながら、その権威的視覚に疑問を呈していることを証明した。2.ベケットが参照した哲学書との照合視覚の問題系を取り上げる過程で、とくにデカルトの『情念論』とべケットの視覚との関係を精査する必要性を見出した。この書は、デカルトが人間の眼の機能を説明するうちに、自ら説いた心身二元論の矛盾を露呈するものであり、最後の著作であると同時に最大の問題作でもある。ベケットが『終わりなき光線の観察』や『フィルム』といった作品のなかで「身体的な眼」と「精神的な眼」に分離した視覚を表現することが、最終的にはいわばデカルトの心身二元論批判に至るということは、この著作のはらむ問題と照らし合わせることによって明らかなものとなる。後期ベケット作品は、「視覚」にまつわる諸問題を検討するというプロセスそのものを提示することによって、心身の合一を説く現象学的視点を得るに至っていることを確認した。本年度の作業は、主に視覚にまつわる17世紀哲学と20世紀思想を参照しながら、ベケットの後期作品を読み解くという手続きを取った。心身二元論の矛盾をとらえるというベケット後期作品の特性を考える過程で、デカルト『情念論』の重要性に気づくところとなった。その後、1970年にベケットが共同制作を行った抽象画家G・アースの絵画展を開催していたモンペリエのファーブル美術館に出張した報告者は、次のことを確信した。アースの作品は、デカルトの二元的世界を再現しながらそれを批判する立場にあったべケットのすでに現象学的な作品世界を鋭くとらえ、視覚化することに成功しているのである。本研究の理論的考察によって得た結果と実践的な部分との照合ができたことによって、絵画の問題へ立ち戻るという新たな転機を迎えた。昨年度は、研究開始時の予定通りサミュエル・ベケットの作品における17世紀合理主義哲学の影響に関して研究を進めた。デカルト哲学に顕著な主知主義的な態度や、神に対する人間の無知を説くデカルト派哲学者アーノルド・ゲーリンクスの哲学の影響を主に取り上げたことで、ベケット作品において「知」と「無知」の問題が作品構造を揺るがしているという結論に至った。その経過においては、デカルト以降の心身二元論の問題を再考し、知覚と身体に重要性を見出したモーリス・メルロ=ポンティの解釈にも言及することとなった。早稲田大学演劇博物館グローバルCOEプログラム、ベケット・ゼミにおいて論文集を刊行する運びとなり、報告者は「見える身体のゆくえ-『わたしじゃない』における「聴き手」の不在を考える」と題した論文を投稿、数度にわたる査読を通過し掲載に至った。当該論文は戯曲『わたしじゃない』(1973)を考察対象とし、見えるもの/見えないものという二元論に回収できない幽霊的な身体を持つ人物「聴き手」の存在意義を検討した。この見えない身体を持つ「聴き手」=傍観者の分析によって、視覚を理性の超越と結びつけるようなデカルト以降の近代的発想の影響と批判が同時にベケットの作品に含まれていることを示した。10月には、日本フランス語フランス文学会秋季全国大会において研究発表を行った。「サミュエル・ベケット『ワット』における「無知」の問題-ゲーリンクスとバタイユを手掛かりに」と題した発表では、ゲーリンクス哲学を支える人間の「無知」がベケットの小説『ワット』の作品構造に及ぼす影響を分析した。『ワット』のように単線的な時間を持たず、理性的な一貫性ある語りを放棄した小説は、ベケットの戦後作品の特色であり、合理主義哲学に影響を受けながらも、人間の無知、さらには理性の崩壊といった反-合理主義とも言うべき要素が作品世界の根幹にあることを証明した。

本研究では、ベケットの後期戯曲『芝居』、散文『人べらし役』『終わりなき光線の観察』を中心に考察し、ベケットが視覚と理性を結びつけた西欧哲学の伝統的解釈を踏まえたうえで「光」や「理性的なまなざし」を用いており、あたかもM・フーコーの言う「まなざしの権力」を操りながら、その権威的視覚に疑問を呈していることを証明した。2.ベケットが参照した哲学書との照合視覚の問題系を取り上げる過程で、とくにデカルトの『情念論』とべケットの視覚との関係を精査する必要性を見出した。この書は、デカルトが人間の眼の機能を説明するうちに、自ら説いた心身二元論の矛盾を露呈するものであり、最後の著作であると同時に最大の問題作でもある。ベケットが『終わりなき光線の観察』や『フィルム』といった作品のなかで「身体的な眼」と「精神的な眼」に分離した視覚を表現することが、最終的にはいわばデカルトの心身二元論批判に至るということは、この著作のはらむ問題と照らし合わせることによって明らかなものとなる。後期ベケット作品は、「視覚」にまつわる諸問題を検討するというプロセスそのものを提示することによって、心身の合一を説く現象学的視点を得るに至っていることを確認した。昨年度は、採用期間の始まる直前に東日本大震災が起こり、当初はさまざまな方面で研究進行に不安があったが、予走していた論集および著書の刊行に貢献、国際学会への参加、日本国内での研究発表といった主な行事を滞りなく済ませることができた。そのなかで研究を発展させ、結果的には非常に有意義な一年となった。本年度の作業は、主に視覚にまつわる17世紀哲学と20世紀思想を参照しながら、ベケットの後期作品を読み解くという手続きを取った。心身二元論の矛盾をとらえるというベケット後期作品の特性を考える過程で、デカルト『情念論』の重要性に気づくところとなった。その後、1970年にベケットが共同制作を行った抽象画家G・アースの絵画展を開催していたモンペリエのファーブル美術館に出張した報告者は、次のことを確信した。アースの作品は、デカルトの二元的世界を再現しながらそれを批判する立場にあったべケットのすでに現象学的な作品世界を鋭くとらえ、視覚化することに成功しているのである。本研究の理論的考察によって得た結果と実践的な部分との照合ができたことによって、絵画の問題へ立ち戻るという新たな転機を迎えた。昨年度は、ゲーリンクス哲学を理解し、ベケット作品の持つ世界観と照合するという作業にかかりきりであった。というのも、仏語・英語訳が出始めたばかりのゲーリンクスは非常にマイナーな哲学者であるため二次資料が少ないという問題点がある。本年度はゲーリンクス/ベケットを考察する基盤となるデカルトに遡って研究を進めたい。ゲーリンクスと違って、デカルト/ベケットに関しては1960-70年代から盛んに議論がなされてきたが、その影響を論じる膨大な論文を整理する作業から始める。その後、実証的な見地にもとづき、ベケットが実際に読んで学んだという著作Descarteschoix de textes avec etude dusysteme philosophique et notices bibliographiques(L. Debricon編,1909)を参照しながら、人間の視覚を扱う部分を中心に、ベケットの作品世界の提示する問題がデカルト哲学をどのように批判あるいは反映しているかを検討していく。
その場電子顕微鏡法による金属ナノメートル接点の構造と物性の研究

本研究では,申請者の研究室で開発された走査プローブ顕微鏡の機能を複合した透過電子顕微鏡によるその場電子顕微鏡法を用いて,金とパラジウムそれぞれのナノメートルサイズの接点(ナノ接点)を作製し,その原子ダイナミクスと諸特性の対応関係を明らかにすることを目的としている.本年度は以下の2点について実験した.1.室温・高真空中で引っ張り変形させた金ナノ接点に交流電圧を印加し,そのときの構造変化と電流-電圧特性を解析した.その結果,金ナノ接点の電流-電圧特性には非線形性が現れることがわかった.この非線形性は,ナノ接点の最小断面積に依存して変化することが見出された.これまで用いられてきたコンダクタンス測定だけの実験手法では,金属ナノ接点の電気伝導に寄与する構造変化は不明であり,計算による予測にとどまっていたが,本研究により,金属ナノ接点の電気伝導特性の変化に対応する原子レベルの構造ダイナミクスが直接明らかになった.2.室温における金ナノ接点のコンダクタンスの量子化の崩壊について調べるため,接点に印加する電圧を徐々に増加させてエレクトロマイグレーションが発生する過程を観察した.このとき,同時にコンダクタンスと接点に作用する力を測定した.その結果,金ナノ接点のエレクトロマイグレーションは従来報告されている臨界電圧よりも低い値で生じることがわかった.また,エレクトロマイグレーション発生中に,原子がナノ接点に集積し圧縮応力が作用することによるすべり変形が観察された.本研究により,バリスティック伝導性を失いコンダクタンスの量子化が崩壊したときの金ナノ接点の構造ダイナミクスと電気伝導・機械的特性の対応関係が直接明らかになった.以上,申請時の研究計画に記載された当該年度の目的は達成された.初年度の報告と併せて,当初の計画時よりも期待以上の成果が得られ,これらは金属ナノ接点の一般則を導くきっかけとなるものである.申請者の研究室で開発された走査プローブ顕微鏡の機能を複合した透過電子顕微鏡によるその場電子顕微鏡法を用いて,様々な金属材料種のナノメートルサイズの接点(金属ナノ接点)を作製し,その原子ダイナミックスと諸特性の対応関係を明らかにして,それらの一般則を導き出すことを目的として研究した.本年度は以下の2点について実験を行った.1.まず,室温で引っ張り変形させた金,銀,銅,白金,パラジウム,およびゲルマニウムのナノ接点の構造変化と電気伝導・力学特性を解析した.その結果,各種金属ナノ接点の電流密度,伝導度などの電気伝導に関する定数と,接点の応力ひずみ曲線から,強度,弾性限界,ヤング率,およびせん断応力などの力学的定数を明らかにした.特に,パラジウムナノ接点の臨界せん断応力の値がもとまった.パラジウムナノ接点は,均一な太さの柱状構造であり,その後,接点中央部分で単一のすべりを生じ破断した.これは各種金属ナノ接点において,ナノ接点のすべり変形過程と力学特性の対応関係を初めて明らかにしたものである.2.次に,その場電子顕微鏡に帰還回路を組み入れた手法を用いて,一定のコンダクタンスに対応する接点の構造を電子顕微鏡で観察した.その結果,金ナノ接点では,一定のコンダクタンスに対して複数のナノ接点構造が現れることがわかった.これまで,金属ナノ接点のコンダクタンスは,その最小断面積によって決められると考えられていたが,本研究によって,ナノ接点のコンダクタンスは接点の最小断面積だけでは決められず,接点の長さ,開き角,および接点の両端につながる電極形状の複数のパラメータを考慮しなければならないということが明らかになった.また,本研究によって接点が安定化するときに作用するナノニュートンレベルの力が示された.以上,申請時の研究計画に記載された当年の目的は達成され,今後の研究課題が新たに見出された.本研究では,申請者の研究室で開発された走査プローブ顕微鏡の機能を複合した透過電子顕微鏡によるその場電子顕微鏡法を用いて,金とパラジウムそれぞれのナノメートルサイズの接点(ナノ接点)を作製し,その原子ダイナミクスと諸特性の対応関係を明らかにすることを目的としている.本年度は以下の2点について実験した.1.室温・高真空中で引っ張り変形させた金ナノ接点に交流電圧を印加し,そのときの構造変化と電流-電圧特性を解析した.その結果,金ナノ接点の電流-電圧特性には非線形性が現れることがわかった.この非線形性は,ナノ接点の最小断面積に依存して変化することが見出された.これまで用いられてきたコンダクタンス測定だけの実験手法では,金属ナノ接点の電気伝導に寄与する構造変化は不明であり,計算による予測にとどまっていたが,本研究により,金属ナノ接点の電気伝導特性の変化に対応する原子レベルの構造ダイナミクスが直接明らかになった.2.室温における金ナノ接点のコンダクタンスの量子化の崩壊について調べるため,接点に印加する電圧を徐々に増加させてエレクトロマイグレーションが発生する過程を観察した.このとき,同時にコンダクタンスと接点に作用する力を測定した.その結果,金ナノ接点のエレクトロマイグレーションは従来報告されている臨界電圧よりも低い値で生じることがわかった.また,エレクトロマイグレーション発生中に,原子がナノ接点に集積し圧縮応力が作用することによるすべり変形が観察された.本研究により,バリスティック伝導性を失いコンダクタンスの量子化が崩壊したときの金ナノ接点の構造ダイナミクスと電気伝導・機械的特性の対応関係が直接明らかになった.

以上,申請時の研究計画に記載された当該年度の目的は達成された.初年度の報告と併せて,当初の計画時よりも期待以上の成果が得られ,これらは金属ナノ接点の一般則を導くきっかけとなるものである.
カルガリー家族看護アセスメント・介入モデルの日本への臨床導入に関する基礎的研究

臨床において看護師が家族との関わりで遭遇する困難を軽減し、ケアの質の向上を目的としたため、家族と関わりの深い看護師にグループインタビューを数領域で行い、その領域毎の共通性や専門性について検討した。インタビューデータを逐語録として、修正版グラウンデッドセオリーアプローチ法によりカテゴリーを生成した結果、例として、がん看護領域では、コアカテゴリーとして『死にゆく患者よりの揺れによる壁』があり、これは【家族への役割期待から生じる思い】【専門職としての思い直し】【患者を中心するための家族への寄り添いの限界】【看護師として介入する限界】【見えない本来の家族像】【家族の意向に従うための割り切り】の6カテゴリーで構成され、がん看護領域における家族看護に困難を生じさせる以下のプロセスが明らかになった。看護師は「患者のための家族」との価値観から、家族の態度や意向に反応して生じる感情をもつが、役割意識から、残される家族の立場に立って心情を理解しようと努めていた。しかし、日常的に患者ケアを行う立場にあるため、患者の存在を払拭しきれず、家族に全面的な共感ができないという限界もあり、さらに、看護師の義務と責任の範囲では、家族の意向に従わざるを得ない状況もあった。この状況には、病院で関わる家族の本当の姿はわからないという看護師の弁えも影響しており、看護師の意に反する家族の選択に、やむを得ず合わせていくための認知的対処を行っていた。このような現状の改善には、【患者中心志向による寄り添いの限界】を看護師自身が是として認識し、他者から支持されることで、感情が受け止められ、家族に対する見方を変化することが期待される。「家族像の形成」はどの領域においても共通課題であり、領域によって、家族との会話を苦手とする看護師も存在したため、CAFM/CFIM理論の15分インタビューなどの活用も、今後検討したい。傾向としては、個々の素質よりも組織づくりによって家族に関する情報を共有することで、実際には家族看護が行われ易かったため、家族看護の導入にむけた看護師の意識改革、組織づくりなども課題として残された。本研究は、臨床において看護師が家族との関わりで遭遇する困難を軽減し、家族ケアの質を向上させることを目的とした。そのため現存のCFAM/CFIM理論を参考に、今年度の具体的な目的を「看護師の家族介入に対する困難感・課題」を明確化することとした。急性期、在宅、老人の3領域の看護職を対象にグループインタビューを実施し、得られたデータを質的に分析した。1.看護師は、「家族看護」に対して、重いもの、難しいものというイメージを持っていた。2.「家族の決定事項」が、患者の利益につながらない場合、看護師は家族に否定的なイメージを抱きやすく、それ以上の関わりを持ちにくい傾向があった。また、家族の決定事項を尊重しようとするが、看護師自身の価値観と不一致であるため、「割り切り」、「あきらめ」という感情が生じていた。3.患者の死など非日常時の「キーパーソン」は、日常の患者ケアでの家族員から、看護師が普段接することのない家族員に代わっていた。看護師はこのような状況下で、家族システムの一部として揺れ動き、看護の方向性を見いだせずにいた。また、患者のQOLの向上につながらないため不全感を抱くという悪循環が生じていた。4.看護師が想定する家族は、患者の日常ケアを行う家族員以外に、患者の話に出てくる家族員や、見舞いに来る家族員などが含まれた。しかし、それらの家族員は看護記録に留められておらず、記録にない家族員の情報共有のあり方が課題として残された。本年度の取り組みとして、実在する事例(喧嘩が絶えない老夫婦システム)のロールプレイを実施したところ、訪問看護師の認識に変化がみられた。各家族員の気持ちを推測するロールプレイが、看護師の"対象の言葉に囚われた説明重視の対応"から"情緒的サポート"へと関心を移し、CFIMで提唱する感情面に焦点をあてた実践に効果的であることが示唆された。

このような現状の改善には、【患者中心志向による寄り添いの限界】を看護師自身が是として認識し、他者から支持されることで、感情が受け止められ、家族に対する見方を変化することが期待される。「家族像の形成」はどの領域においても共通課題であり、領域によって、家族との会話を苦手とする看護師も存在したため、CAFM/CFIM理論の15分インタビューなどの活用も、今後検討したい。傾向としては、個々の素質よりも組織づくりによって家族に関する情報を共有することで、実際には家族看護が行われ易かったため、家族看護の導入にむけた看護師の意識改革、組織づくりなども課題として残された。
糖切断酵素や糖転移酵素による細胞認識を阻割する擬似二糖の合成

擬似単糖であるポリヒドロキシピペリジンや5ーチオアルド-スの新規合成法を開発するとともに、後者については従来合成されていない新しい擬似糖の合成を行い、環硫黄原子の酸化反応における立体選択性を検討した。合成した化合物の中に顕著なフコシダ-ゼ阻害作用を有するものを見いだした。1.ポリヒドロキシピペリジン誘導体の新しい合成βーDーリボフラノシドをルイス酸存在下シアノトリメチルシランを作用させて得られるグリコノニトリルを経由して、1,5ージデオキシー1,5ーイミノーLータリト-ルを合成した。さらに、同様にしてその6ーデオキシ誘導体も合成し、それらがフコシダ-ゼ阻害作用を有することを明らかにした。2.5ーチオアルド-スおよびその誘導体の合成5ーチオーDーマンノ-スおよび5ーチオーLーフコ-スをはじめて合成し、後者はフコシダ-ゼに対して特異的な阻害剤であることを明らかにした。後者については、さらにそのチオグリコシドなど関連化合物を合成してそれらの酸素阻害作用を検討し、活性発現における環硫黄原子の重要性を示唆した。3.5ーチオーDーグルコピラノ-ス誘導体の求電子反応に対する1位の置換基の電子的効果活性発現に重要な役割を果たす環硫黄原子に対する過酸々化反応における立体選択性に与える1位の置換基の電子的効果をハメット式により解析し、電子吸引性誘起効果が大きいほど電子剤の環硫黄原子に対するエクアトリアル方向からの攻撃が、また電子供与性共鳴効果が大きいほどアキシアル方向からの攻撃が優先することを明らかにした。4.チオアルド-スの簡便な合成法ヘキソピラノシドのジメチルボロンブロミドによる開環反応を利用するチオアルドヘキソ-スの簡便な合成法を開発した。この方法の適用範囲などについては今後の課題である。
寒冷環境下にある反芻家畜のタンパク質合成・分解速度の栄養および内分泌制御

〔目的〕寒冷環境下にあるヒツジのタンパク質合成・分解速度に及ぼすエネルギー給与量の影響を明らかにする。〔実験1〕同位元素希釈法の検討全身のタンパク質代謝測定に最も広範に使用されているロイシン法(Leu法)とフェニルアラニン-水酸化モデル(Pheモデル)で得られるデータを比較するために、2水準の飼料(維持の100%および160%)を給与したヒツジ4頭を用い、Leu法とPheモデルを同時に実施した。その結果、Pheモデルで得られたタンパク質合成・分解速度はLeu法で得られた結果よりもやや低かったが、飼料水準に対する反応は同等であり、Pheモデルもヒツジのタンパク質代謝動態の測定に使用可能であることを明らかにした。〔実験2〕エネルギー給与量の影響実験にはヒツジ8頭を用いた。飼料のエネルギー給与量を維持の100%および160%の2飼料区を設定した。常温環(23°C)および寒冷暴露時にPheモデルを実施した。その結果、血漿フェニルアラニン、チロシンの代謝回転速度、タパク質合成速度および分解速度は160%区が100%区より高く、寒冷環境下では増加することを明らかにした。〔実験3〕エネルギー基質およびインスリン注入の影響ヒツジ6頭を用い、常温および寒冷環境下においてグルコース、VFA混合液あるいは生理食塩水を6時間にわたり血中に連続注入した。その間、Pheモデルを実施し、実験後半の2時間インスリンを注入した。その結果、タンパク質合成速度はエネルギー基質およびインスリン注入によって影響されなかったが、寒冷環境下で有意に増加した。〔結論〕本研究の結果から、寒冷環境下ではヒツジのタンパク質合成・分解速度は、エネルギー給与量や種類に係わらず、増加することが示された。したがって、寒冷環境下における反芻家畜の効率的生産にエネルギー給与をはじめとする飼養管理の重要性が示された。〔目的〕寒冷ストレスによる家畜の生産性低下が深刻な問題となっているが、寒冷環境下にある反芻家畜の栄養生理学的研究は極めて少ない。寒冷環境下のタンパク質蓄積低下には、体タンパク質などの体蓄積栄養素の動員が関与していると考えられる。飼料性炭水化物が優先的に分解されれば、たとえタンパク質の合成量が増加しなくとも、タンパク質、アミノ酸分解の抑制を通じてタンパク質蓄積の低下を軽減できる。そこで、本研究ではフェニルアラニン-水酸化モデルによる同位元素希釈法を用い、寒冷環境下にあるヒツジのタンパク質合成速度および分解速度に及ぼすエネルギー給与量の影響を明らかにしようとした。〔方法〕ヒツジ4頭を用い、23°Cに調節した実験室で常温環境の実験を実施した。飼料として乾草、圧片トウモロコシおよび大豆粕を用い、給与エネルギー量が維持量の100%および160%の2飼料区を設定し、タンパク質給与量は両区とも維持の100%とした。実験は1期28日間のクロスオーバー法に従って実施した。21日目にフェニルアラニン-水酸化モデルによる同位元素希釈法を実施した。2328日目に室内の温度を24°Cに下げ(寒冷環境)、常温環境と同様の同位元素希釈法を実施した。血漿フェニルアラニン、チロシンのエンリッチメントを測定し、代謝回転速度、タンパク質合成速度および分解速度を算出した。〔結果〕血漿フェニルアラニンおよびチロシン代謝回転速度は160%区が100%区より若干高く、常温環境と寒冷環境の間で差がなかった。タンパク質合成速度および分解速度は160%区が100%区より高かったが、常温環境と寒冷環境の間で差は認められなかった。本研究の結果から、タンパク質の代謝回転速度には給与エネルギーが関与していることが示された。

しかし、寒冷暴露の影響は明確でなかった。〔目的〕寒冷環境下にある反芻家畜のタンパク質代謝動態に及ぼすエネルギー給与量およびエネルギー基質の影響を明らかにするために、フェニルアラニン-水酸化モデルによる同位元素希釈法を適用した。[実験3、4]エネルギー給与量の影響実験にはヒツジ8頭を用いた。飼料として乾草、圧片トウモロコシおよび大豆粕を用い、タンパク質給与量が維持の100%で、エネルギー給与量が維持の100%および160%の2飼料区を設定した。実験は1期28日間のクロスオーバー法に従って実施した。常温環境(23°C)の21日目にフェニルアラニン-水酸化モデルによる同位元素希釈法を実施した。2328日目には室内温度を24°Cに下げ(寒冷環境)、常温環境と同様の実験を実施し、血漿フェニルアラニン、チロシンの代謝回転速度からタンパク質代謝動態を算出した。その結果、タンパク質合成速度は160%区が100%区より高い傾向を示し、寒冷環境下では有意に増加した。[実験5]エネルギー基質の影響ヒツジ6頭を用い、エネルギー、タンパク質給与量をともに維持の100%とした。他の飼養条件、環境条件は実験1と同様とした。常温および寒冷環境下でグルコース、VFA混合液あるいは生理食塩水を8時間にわたり血中に連続注入した。その間、同位元素希釈法を実施し、タンパク質合成速度を算出した。その結果、タンパク質合成速度はエネルギー基質注入によって影響されなかったが、寒冷環境下で有意に増加した。〔結論〕本研究の結果から、有意差は認められないもののタンパク質代謝動態はエネルギー給与量に影響されることが示された。しかし、短時間のエネルギー基質注入には影響されなかった。寒冷環境下では増加することが確認された。〔目的〕寒冷環境下にある反芻家畜のタンパク質代謝動態に及ぼすエネルギー基質およびインスリン注入の影響を明らかにするために、フェニルアラニン-水酸化モデルによる同位元素希釈法を適用した。〔実験方法〕ヒツジ6頭を用いた。実験は環境温度を23°Cに調節した生物環境制御室で実施した。基礎飼料として乾草および市販配合飼料を用い、エネルギーおよびタンパク質給与量は維持の100%とした。実験区としてグルコース注入区、揮発性脂肪酸(VFA)注入区および無注入の対照区とし、3x3ラテン方格法により実施した。グルコース注入区およびVFA注入区では維持代謝エネルギーの12.5%に相当する量のグルコース、VFA(酢酸、プロピオン酸)を血中に注入した。タンパク質合成・分解速度を測定するために、フェニルアラニン-チロシン法による同位元素希釈法を実施した。実験後半にはさらにインスリンを60mU/kg^<0.75>/hで注入した。常温の実験が終了した後、環境温度を24°Cに下げ、4日目に常温と同様の実験を繰り返した。血漿フェニルアラニン、チロシンの代謝回転速度を算出し、寒冷環境下にあるヒツジのタンパク質合成速度に及ぼす炭水化物の質ならびにインスリン注入の影響を明らかにする。〔結果〕タンパク質合成速度はグルコース、VFA注入および寒冷暴露によって影響されなかった。
放射線感受性遺伝病ナイミ-ヘン染色体不安定症候群の分子生物学的解析

ナイミ-ヘン染色体不安定症候群(Nijmegen Breakage Syndrome:NBS)は、小頭症、鳥様顔貌、免疫不全および高発癌性を特徴とする染色体不安定症候群である。細胞学的には放射線高感受性と染色体不安定性など毛細血管拡張性運動失調症ATと類似した所見を示す。NBSの原因染色体を同定するため、我々は各種ヒト染色体ならびに放射線照射により断片化した染色体のNBS細胞への微小核移入を試みた。この結果、8q21-24の領域だけがNBS細胞の放射線感受性を回復させることからNBS遺伝子を同領域にマッピングした。続いて、近親婚のオランダ人家系を用いたホモ接合体マッピングでNBS遺伝子を8q21の7cMの領域にさらに限局した。同様に、NBSの3家系と5例の患者でハプロタイプ解析を行った結果、D8S271からD8S270までのlcM以内の領域に1例を除く8例すべての患者で遺伝子型が一致し、NBSの連鎖不平衡が示唆された。このことは、NBSには創始者効果が存在し、NBS原因遺伝子はD8S1811の近傍に位置すると考えられた。現在、この結果を機能的相補性により確認するために、候補領域からスクリーニングされたYACおよびBAC DNAの移入によるNBS細胞の放射線感受性回復試験を行っている。またNBS遺伝子のクローニングを目的として、D8Sl811マーカーを中心とした約500kbの領域の遺伝子地図の作製を進めており、いくつかの既知および未知のcDNAクローンを単離している。一方、ATMおよびNBS遺伝子機能の1つとしてDNA損傷によるp53を介した細胞内シグナル伝達経路が示唆されている。放射線照射後の細胞内p53およびp21をウェスタンブロットで測定した結果、NBSとAT細胞のp53ならびにp21発現が正常細胞に比較して低下していることが明らかとなった。しかし、NBS細胞ではAT細胞にみられるp53発現時期の遅れはなく、発現低下量もAT細胞と異なっていた。このことはNBS原因遺伝子とATMとの厳密な機能の違いを示唆された。本研究は放射線高感受性の劣性遺伝病ナイミ-ヘン染色体不安定症候群の原因遺伝子マッピングクローニングならびにその機能・発症機序の解明を目的としている。平成8年度に於いては次のような研究を行った。すなわち、当研究室で樹立した相補性群V2の不死化細胞6M7166VA細胞に、微小核移入法による1番から22番迄の単一ヒト染色体を移入した。この結果得られる外部からの移入染色体一本を含むGM7166VA細胞の放射線感受性の回復を指標として原因遺伝子の存在する染色体を同定した。さらに、放射線照射ハイブリット法により寸断した同定染色体の移入により原因遺伝子を染色体上にマッピングした。相補性群V1の線維芽細胞をSV40により不死化後、体細胞融合によりナイミ-ヘン染色体不安定症候群の遺伝的均一性を検討した。さらにこの結果は染色体移入法により確認した。患者家族の末梢血リンパ球細胞のEBウィルスによる不死化を行い、多くの細胞の樹立化に成功した。具体的な成果としては、1)ナイミ-ヘン染色体不安定症候群は歴史的にアタキシアテランジェクタシア(AT)のバリアントに分類されてきた。

昨年、ヒト11番染色体上に存在するATの原因遺伝子ATMが単離されたが、我々は染色体移入法によりナイミ-ヘン染色体で安定症候群の遺伝子とは異なることを報告した(Am.J.Hum.Genet.1996)。2)当研究室で樹立したV1細胞とV2細胞の体細胞融合ハイブリットの放射線感受性ならびに染色体移入法からV1とV2の原因遺伝子が同一であることを初めて明らかにした(Am.J.Hum.Genet.印刷中,1997)。3)染色体移入法およびそれに続く放射線照射ハイブリット法で同遺伝子のヒト染色体8q21-24へのマッピングに世界は先駆けて成功した(Am.J.Hum.Genet.印刷中,1997)。ナイミ-ヘン染色体不安定症候群(NBS)は、免疫不全と高発癌性、小頭症、発育遅滞を特徴とする劣性遺伝病である。細胞レベルではATと同一の染色体不安定性と電離放射線高感受性、放射線抵抗性DNA合成の形質を示す。我々はこれまで放射線感受性を指標にゲノムワイドに機能的試験を行うことで、NBS原因遺伝子を初めて8番染色体長腕にマップした。本研究は、我々が確立した細胞工学的手法をポジショナルクローニング法に応用することで、NBSの原因遺伝子を8q21の一つのYACクローンに同定した。1.種々に欠失したヒト8番染色体をもつマウス融合細胞を作成し、これをドナーにNBS細胞の相補性試験を行った。D8S273からD8S556までの23cMの領域が放射線感受性を相補した。2.ホモ接合体マッピングで、NBS候補領域をさらにD8S1181までの7cMの領域に限局した。3.NBS4家系と6例でハプロタイプを同定した。特にD8S1181に強い連鎖不平衡が存在することを確認した。4.D8S271からDS270までの領域をカバーする約4MbのYACコンティグを完成した。5.約1.5MbのYACクローンをスフェロプラスト融合法でNBS細胞に導入した。得られたクローンは放射線抵抗性に変化することが判明し、NBS原因遺伝子を一つのYACのクローンに最小化した。
光位相変調方式に対する自己/相互位相変調効果の高速評価法に関する研究

固定局間の高速通信では光ファイバ通信を行うのが一般的である.加入者と固定局との間も光ファイバ通信を用いた高速通信が普及してきている.これに伴い,固定局間の通信速度向上が求められている.速度向上のため,周波数の異なる複数のレーザ光を用いることが行われている.このような方法では,非常に細い光ファイバ中に光パワーが集中するため信号品質の劣化が生じてしまう.劣化量を評価するために,光ファイバ中で生じている現象を計算機上で計算を行うが,実際の現象を再現するために繰り返し計算を行わなければならず,多大な計算時間がかかる.簡易で高速な計算方法を開発することで,光ファイバ通信システムの効率的な設計に貢献する.固定局間の高速通信では光ファイバ通信を行うのが一般的である.加入者と固定局との間も光ファイバ通信を用いた高速通信が普及してきている.これに伴い,固定局間の通信速度向上が求められている.速度向上のため,周波数の異なる複数のレーザ光を用いることが行われている.このような方法では,非常に細い光ファイバ中に光パワーが集中するため信号品質の劣化が生じてしまう.劣化量を評価するために,光ファイバ中で生じている現象を計算機上で計算を行うが,実際の現象を再現するために繰り返し計算を行わなければならず,多大な計算時間がかかる.簡易で高速な計算方法を開発することで,光ファイバ通信システムの効率的な設計に貢献する.ディジタル通信で最も重要な指標は誤り率である.誤り率に対し,どのように影響を与えるか,という点が本課題に特に重要となる.変復調方式として光差動位相変調方式が特に注目されているので,本課題ではこの方式に注目する.また,ファイバ非線形効果のうち,自己/相互位相変調の影響を定量化することが本課題の目的となる.相互位相変調効果は波長分割多重方式(WDM)の場合に生じる.それぞれのWDMチャネルが担うデータは独立なものであるため,相互位相変調の影響を一般的に評価するには,お互いに独立なデータとなるように擬似ランダム信号を何回も発生させ,その信号がどのように影響を受けるかを評価するものが従来法である.そのため従来法では計算時間が多くかかる.まず,光差動位相変調方式において,誤り率に対応する位相差Q値というものが用いられている.これは2相差動位相変調信号に対して定義されているものである.この位相差Q値を4相差動位相変調信号に対して拡張する方法を考案し,最適送信パワーを決定する程度の場合に対しては適用可能であることを示した.この方法では,ファイバ非線形効果だけでなく,一般的に波形劣化が生じた場合にも適用でき,大幅な計算時間の低減に寄与する.また,自己/相互位相変調が同時に起こっている場合についても検討を行った.差動位相変調方式では受信系が複雑となるため,強度変調方式の場合において検討を行った.その結果,自己位相変調だけの影響を受けた波形に対し,擬似的に相互位相変調の影響を重畳させることで,誤り率を小さな誤差で推定できることを示した.ディジタル通信で最も重要な指標は誤り率である.誤り率に対し,どのように影響を与えるか,という点が本課題に特に重要となる.変復調方式として光差動位相変調方式が特に注目されているので,本課題ではこの方式に注目する.また,ファイバ非線形効果のうち,自己/相互位相変調の影響を定量化することが本課題の目的となる.相互位相変調効果は波長分割多重方式(WDM)の場合に生じる.それぞれのWDMチャネルが担うデータは独立なものであるため,相互位相変調の影響を一般的に評価するには,お互いに独立なデータとなるように擬似ランダム信号を何回も発生させ,その信号がどのように影響を受けるかを評価するものが従来法である.そのため従来法では計算時間が多くかかる.まず,光差動位相変調方式において,上記「擬似ランダム信号を何回も発生させる」部分を統計的に数式上で処理することにより,分散を短時間で求めることに成功した.分散が分かれば,誤り率への影響が評価できる上,完全にランダムな場合の評価となるため,実際の場合に適合しやすいという特徴がある.また,理論限界となる送受信構成の場合に対し,誤り率の閉じた表式の導出を行った.二相光差動位相変調方式の場合と多相光差動位相変調方式の場合とで,雑音の影響が異なるため,二相の場合と多相の場合に関して別々に導出した.これらの特殊な場合は従来分かっていたが,光の場合への拡張を行っている.これらは理論的な解析へ寄与すると考えられる.ディジタル通信で最も重要な指標は誤り率である.誤り率に対し,どのように影響を与えるか,という点が本課題に特に重要となる.変復調方式として光差動位相変調方式が特に注目されているので,本課題ではこの方式に注目する.また,ファイバ非線形効果のうち,自己/相互位相変調の影響を定量化することが本課題の目的となる.相互位相変調効果は波長分割多重方式(WDM)の場合に生じる.それぞれのWDMチャネルが担うデータは独立なものであるため,相互位相変調の影響を一般的に評価するには,お互いに独立なデータとなるように擬似ランダム信号を何回も発生させ,その信号がどのように影響を受けるかを評価するものが従来法である.そのため従来法では計算時間が多くかかる.まず,光差動位相変調方式において,上記「擬似ランダム信号を何回も発生させる」

部分により,ガウス雑音が重畳した効果と同じとなることに注目した.シミュレーション数回だけを行うことにより,そのガウス雑音の大きさを推定し,計算によって疑似ガウス雑音を発生することにより相互位相変調の影響を評価できる方法を開発した.従来法の約1/60の計算時間となる.また,当研究において対象となる直接検波では,雑音において光増幅器雑音が支配的とした検討が行われてきたが,実際にはショット雑音も存在する.ショット雑音も考慮に入れて検討した結果,一般的な光増幅器ではショット雑音の影響が少ないことを実証した.ショット雑音まで考慮に入れると計算時間が大幅に増加してしまうが,これにより計算時間を増やさなくとも正確さを保証できる.