hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アクティブな実空間演出を可能にする動的プロジェクションマッピングに関する研究

今年度は研究の最終年度にあたり,これまで実現してきたシステムの高精度化に力を入れて実施した。まず輪郭に基づく3次元位置姿勢技術に関しては、実際に手で触れて動かしてもロバストに追跡可能となるように、アルゴリズムの改善に注力した。結果、実際に手で持った状態でのロバスト性が大幅に向上し、学会でのデモ展示の幾何においても好評価を得ることができた。定量評価を進めることもでき、従来手法と遜色ない精度を達成したことを明らかにした。また、剛体以外への取り組みとしては、実際の衣服を用いたプロジェクションマッピングを実現した。衣服には多数配置した不可視マーカを用い、これを高速認識及び追跡することで、着衣状態で変形する衣服へのプロジェクションマッピングを実現した。特に、体自体での遮蔽への体制を高めることで、より実用性の高いシステムを実現することができた。その他、映像投映技術に関しては、プロジェクションマッピングを場所を問わずに実現可能にするための広域投映技術の最終的なとりまとめを行い、可搬性を高め、実際に複数の場所に移動してのデモ展示が可能なまでに完成度を高めることができた。通常のカメラと魚眼レンズを組み合わせる計測手法も安定度を増すことができ、実際の舞台空間の演出に応用できるまでになった。室内壁面への映像投映時の色補正能力を高めることにも成功し、少ない繰返し回数での色補正や、非業対面における色補正などを実現することができた。今年度は、IRカメラから得られた2次元画像から、対象物体の3次元位置姿勢を初期推定する検出部と、IRカメラから実時間で入力される2次元画像を元に、対象物体の位置姿勢を実時間追跡する追跡部の開発を行った。検出部は、ランダムフォレストを拡張した機械学習手法を提案し、学習データをCGモデルから自動生成し、特徴量を効率的に記述する手法を導入した。これにより、動的プロジェクションマッピングの初期位置として十分な検出精度を実現した。また、追跡部においては、2次元のIR画像と、リファレンスとなる3Dモデルをマッチングさせる技術を開発し、これをGPUを用いて高速に実装することで、60fps以上の高い応答性を実現した。追跡精度は、一般的な深度センサを用いた場合に匹敵しており、さらにフレーム更新速度が向上したことから、投影遅延に対応するための予測処理が、より正確に適用可能になった。マネキンを用いた投影システムを構築し、従来の深度センサベースのシステムと、定量的な比較実験を行った。また、同時に光学式モーションキャプチャを用いて、3次元位置姿勢の真値計測を行い、比較対象とした。その結果、深度センサベースの手法に比べて投影ずれが大幅に改善され、目に見えて、動く実物体への追従性が向上した。また、普段評価に用いているマネキン以外にも対象物体を追加し、他の形状に対しても、同様の投影精度の実現が可能であることを実証した。当初予定していたシステム構築がほぼ完了し、予定していた性能を実現することができたため。それに加えて、次年度の改良方針を定めるための予備実験を行い、改善の目処を立てるところまで実施できたため。今年度は、昨年度まで研究を進めてきた動的プロジェクションマッピング技術に対して、さらなる頑健化および高速化を実現するための検討を行った。カメラによって計測される輪郭情報と、事前に保持した3次元形状情報のマッチングにおいて、輪郭特徴に基づく仮説を導入することで誤対応を減らし、精度良く3次元位置姿勢推定を実現するための改良を試みた。これにより、従来、手で持って操作する際に不安定になっていた状況においても、頑健かつ高速に位置姿勢を追跡することが可能になり、良好な状態でのプロジェクションマッピングを実現可能にした。また、剛体のみならず、非剛体に対するプロジェクションマッピングの検討も行い、現在主流のマーカベース法における欠点である、極度のマーカ依存性を解決することで、マーカで表現できない部分や、マーカがそもそもカバーできない領域へのプロジェクションマッピングについて検討を行った。さらには、広域空間全体へのプロジェクションマッピング実現のために、簡易なマルチプロジェクション装置実現のための手法を改善すると共に、光学的補正機能を組み込むことで、場所を選ばずにプロジェクションマッピングを部屋全体で行うための方法を提案した。計画に挙げていた項目の検討を着実に実施することが出来ている。また、実際に改善効果も確認できていることから、順当に進展していると判断できる。

通常のカメラと魚眼レンズを組み合わせる計測手法も安定度を増すことができ、実際の舞台空間の演出に応用できるまでになった。室内壁面への映像投映時の色補正能力を高めることにも成功し、少ない繰返し回数での色補正や、非業対面における色補正などを実現することができた。動き予測をより広い範囲に適用させることで、追跡部の精度向上を目指す。また、深度センサに比べて、潜在的に奥行き方向の精度が低い問題があるため、併せて改善を目指す。動的プロジェクションマッピングにおいては、さらなる頑健化と高速化を実現し、複数の対称への拡張も実現していく。また、一般ユーザの利用を想定した安定化も実現し、より多くの場にて実現を伴った情報公開を行っていく。さらに、非剛体や広域空間への投影に関しても、現実的な実装を踏まえた検討を進めて、実際に映像投影をデモンストレーションできるレベルを目指していく。旅費に関して、学内のサポートが得られたため予定以下の支出となった。また、評価実験にかかるコストが見積もりよりも低く抑えられたため、謝金の支払いが予定以下となった。実験において既存設備を利用できたため、物品費を押さえることができた。その分に関しては、より多くの成果が得られたことから国際会議での発表などが増えることが予想され、それに必要となる次年度の英文校正費用や参加費に充てていく予定である。より多くの対象に効果があることを示すために、実験環境および対象の拡充を行う予定である。
要注意の長大活断層を対象とした活動域区分・活動履歴の高精度化

地震調査委員会が公表してきた全国の主要活断層(帯)の長期評価のうち,大地震の発生確率が高く,要注意とされた長大活断層を主な対象として,その活動域区分や活動履歴を調査研究し,これらの高精度化を目指した.長野平野西縁,境峠-神谷,邑知潟,根尾谷(濃尾),養老-桑名,鈴鹿山脈東縁,三方,琵琶湖西縁,山崎,中央構造線(和泉山脈南縁),別府湾-九州中央部などの活断層(帯)について,トレンチ掘削調査や野外地形・地質調査を実施して,より詳細な活動履歴を明らかにした.地震調査委員会が公表してきた全国の主要活断層(帯)の長期評価のうち,大地震の発生確率が高く,要注意とされた長大活断層を主な対象として,その活動域区分や活動履歴を調査研究し,これらの高精度化を目指した.長野平野西縁,境峠-神谷,邑知潟,根尾谷(濃尾),養老-桑名,鈴鹿山脈東縁,三方,琵琶湖西縁,山崎,中央構造線(和泉山脈南縁),別府湾-九州中央部などの活断層(帯)について,トレンチ掘削調査や野外地形・地質調査を実施して,より詳細な活動履歴を明らかにした.活断層で発生する大地震の連動・連鎖現象として,中央構造線・濃尾断層系・山陰地域の活断層を例として論文発表した(岡田,2006).三河地震断層の変位地形について,詳細な記述と累積性を解明した(岡田,2006).また,四国中央部の中央構造線活断層帯の変位地形や断層露頭について,論文化した(岡田・杉戸,2006).山崎断層系・暮坂峠断層を対象にトレンチ調査を行った.姫路市奥護持地区では砂礫層と基盤岩との不整合面に断層が露出し,断層変位が約2万7千3百年前に生じたと判明した.姫路市護持地区第1地点では,中位段丘礫層と基盤岩との不整合面に2.7m以上の上下変位が確認され,少なくとも6回の断層変位が生じた可能性が推定された.第2地点では,約3万年前に堆積した低位段丘礫層に5060cmの上下変位があり,礫層堆積以後に3回(約32万年前,約2万7千3百年前,約7千3百年前以降)の断層変位が確認された.最新の断層変位は耕作土直下に及び,868年播磨地震に対応する可能性が高い.また高密度の電気探査を実施し,主断層に沿う低比抵抗帯が検出され,トレンチ調査での主断層と良い対応が判明した.別府一万年山断層帯朝見川・堀田断層について,ボーリングコア2本の沖積層堆積物記載・測色調査を実施し,堆積相解析を行い,断層運動に伴う堆積相変化を考察した(中西ほか,2006).また,CO2フラックスの分布調査から,別府北部地域の地下での断層分布の状況を推定した.大規模地震に伴う地表地震断層と深部起震断層に関する既存資料の整理とカタログの作成した(岩城ほか,2006).活断層活動性評価の基礎としての高精度堆積物分析のレビューを行った(竹村,2006).四国の中央構造線断層帯が歴史時代に活動した可能性が高いことが,トレンチ掘削調査や史料の解析から指摘されている.そこで,空中写真の詳細判読と現地調査により,数メートルオーダーの微小横ずれ変位地形を解析して,最新活動に伴う横ずれ変位量分布を明らかにした(堤・後藤2006).また,2002年度と2003年度に行った反射法地震探査のデータを解析し,論文としてとりまとめた(堤ほか,投稿中).さらに,同様な島弧中央横ずれ断層である中央構造線断層帯とフィリピン断層帯との比較検討を行った(堤・Daligdig,2006).本研究は将来の大地震の発生確率が高い活断層を対象として,各種の詳細な調査を計画しているが,本年度は以下の断層帯などで詳しい調査を実施した.養老-桑名断層帯と鈴鹿山地東縁断層帯については,反射法地震探査を実施し,地下構造と地表断層との関係を明らかにした(石山ほか,2007).また,北陸地域の活断層(砺波平野断層帯など)を対象として,地表面の変形と地形面の年代を解明し,変位速度を究明した(Nakamura, et. al.2007),別府地溝南縁の活断層(朝見川断層および堀田断層)の活動性や,鶴見岳山頂溶岩の最新活動期との九州北部に分布する西山断層帯の変位地形を空中写真判読と現地調査により再検討した.従来,西山断層帯は長さ約20kmの断層帯とされていたが,その南北延長で明瞭な変位地形を示す活断層が見いだされ,この断層帯の長さが約80kmに達することが判明した.姫路市護持地区においてトレンチ掘削調査し,壁面に露出した地層から採取した試料の火山ガラス分析を進め,山崎断層帯・暮坂峠断層の後期更新世以降の活動履歴を解明した.また大原・土万・暮坂峠断層周辺の段丘地形とその堆積層を調査し,宍粟市川戸地区において暮坂峠露頭を記載した.長野盆地西縁断層帯において深さ約6mの大規模トレンチ掘削を行い,ウェッジスラストの存在を示す強い証拠が世界で初めて見出された.1847年善光寺地震に伴うウェッジスラストの挙動や,最近4回の古地震活動時期が推定され,活動間隔が約800900年と安定している可能性が示された.

境峠-神谷断層帯のトレンチ掘削調査では,8001520BP暦年に最新活動が推定された.従来推定されてきた最新活動の時期(23704870calBP)は,今回推定された1回前の活動の時期(38404860calBP)と調和的である.これは境峠-神谷断層帯の長期評価に見直しを要請する.将来の大地震の発生確率が高い、要注意の長大な活断層帯を主な研究・調査の対象断層として、各種の詳細な調査を実施した。山崎断層帯は近畿地方の西部を西北西-東南東方向へ約80kmにわたって延びる活断層であり、近年トレンチ調査も行われてきたが、その中央部を占める土万(ひじま)断層や暮坂峠断層は活動履歴や活動性に関する詳細な資料が得られていなかった。そこで、これらについてトレンチ掘削調査や露頭調査を行い,活動性を究明した.また、周辺活断層との関連や近畿西部における活構造上の意義について,加藤ほか(2008)として論文を第四紀研究に公表した。境峠-神谷断層帯の詳細位置は岡田ほか(2007)の活断層図「木曽駒高原」で明らかにされたが、その中南部と南部でトレンチ掘削調査を行い、活動履歴を究明した。成果の1部は杉戸ほか(2008)で論文として公表した。最新活動時期は8001520 cal BP、この1回前の活動時期(38404860 cal BP)と求められ、この活動時期は新私見である。1回前の活動は従来の資料よりも時代的に限定された。1891年濃尾地震は日本の内陸で発生した歴史上で最大地震(M8.0)であり、その時に活動した根尾谷断層は最大級の変位量(左横ずれ7-8m,上下6m)を示したが、変位量分布はある程度判明している、根尾谷断層沿いに発達する河成段丘面と堆積物を詳しく調べ、形成年代を求め、第四紀後期における変位の累積過程を解明し、成果をKaneda&Okada(2008)で公表した。中央構造線活断層帯は日本列島最長の活断層であり、活動性も高い。しかし、四国域での最新活動時期は約400年前頃であり、1596年慶長伏見地震に関連した活動と推定されるようになった。一方、和泉山脈南縁部における中央構造線活断層帯はこの時には活動しておらず、活動履歴の詳しい調査が注目されていた。そこで、和歌山県紀の川市枇杷谷においてトレンチ掘削調査を実施し、24,000年以降に5回の活動とそれらの時期を明らかにした(岡田・越後,2008)。
効率的かつ公正な水資源配分における農民管理組合の役割-南インドの事例

1.インドの中でもタミルナドゥ州は地下水の過剰利用が問題となっている。コインバトー郡では、硬い岩盤のため深層地下水から水をくみ上げている。平均的な井戸の枯渇は49%にのぼる。灌概集約度は1992年の115.5%から2002年の103.7%に低下している。不確実性に伴うコストは、追加の井戸に投資する以前の農民平均収益の40%以上にのぼった。この様な状況の元では、流域活動への投資、地域的な井戸設置規則の設定、節水技術の導入、農民への教育等が岩盤地帯の井戸灌概を持続させるために求められる。2.インドの農業は気象、特に降水量の変動に大きく影響を受ける。歴史的に社会の干ばつや洪水への対処能力は地域的に試されてきており、社会は気候の変動にレジリアンスを持つ様に適応してきた。脆弱性の社会経済的な観点から、地域の発展段階およびさらに発展する能力を計る指標に焦点を当てた。Anand and Sen(1994)によって人間開発指標(Human Development Index:HDI)を計算するために開発された脆弱性指標の方法を基本とし、タミルナドゥ州の異なる農業気候地域で1980-2001年までの3期間の指標を7地域で比較した結果、高降水量地域が一番脆弱性が高いことが明らかになった。脆弱性指標は、脆弱性をモニターし、脆弱性を低下させるための対策を開発し、優先順位を考え、またそれらの対策の効果を検討する際に潜在的に有効な方法であろう。3.水配分システムを「社会的最適化」、「競争的配分制度」、「水管理組合」、「生産者寡占」、「分配寡占」の各レジームを社会的厚生について比較した。「競争的配分」レジームは「分配寡占」より優先するものの、両者は生産と要素の寡占に優越されていた。政策が範囲を拡大することが政策的に求められている場合には、「分配寡占」が適している。研究の目的この研究の目的は水管理組合が効率的かつ公正な水管理に果たす役割を研究することである。1)南インド・タミルナドゥの伝統的溜池灌漑の管理システムを研究し、水利用効率の向上に示唆を与える。2)環境資源管理が貧困削減へ果たす役割を考察し、地域の水資源管理に示唆を与える。平成16年度は南インドのタミルナドゥ州において溜池灌漑地域において社会経済学的フィールド調査を実施し、主に溜池灌漑の水管理組織および農民に対する聞き取り調査を行なった。具体的な研究計画は以下の通りである。研究方法平成16年度はインド・タミルナド州南部の20箇所の溜池農村(マドライ郡、シバガンガ郡、ツルネルベリ郡、ビルドゥナガル郡、テニ郡)について溜池管理組合の管理レベルについての調査、各溜池について20農家における生産状況等の家計調査を実施した。平成15年の農業シーズン(2003-2004稲作シーズン)は旱魃で多くの溜池に水が無い状態であった。研究成果今年の調査の重点は旱魃期の溜池管理組合および各農家レベルの対応を調査することであった。各家計は大幅な家計消費(特に衣類、食料消費、教育支出等)の縮小を余儀なくされていた。旱魃による農作物

不作による収入の減少、不在により、農家は出稼ぎ等の外部収入に依存し、また土地なし層やカーストなどにより社会的条件が不利な階層は土地所有する農民と比較して外部収入への選択肢の幅が狭い傾向が見られた。研究の目的この研究の目的は水管理組合が効率的かつ公正な水管理に果たす役割を研究することである。1)南インド・タミルナドゥの伝統的溜池灌漑の管理システムを研究し、水利用効率の向上に示唆を与える。2)環境資源管理が貧困削減へ果たす役割を考察し、地域の水資源管理に示唆を与える。平成17年度は南インドのタミルナドゥ州において溜池灌漑地域において社会経済学的フィールド調査を実施し、主に溜池灌漑の水管理組織および農民に対する聞き取り調査を行なった。具体的な研究計画は以下の通りである。研究方法平成17年度はインド・タミルナド州南部の20箇所の溜池農村(マドライ郡、シバガンガ郡、ツルネルベリ郡、ビルドゥナガル郡、テニ郡)について溜池管理組合の管理レベルについての調査、各溜池について20農家における生産状況等の家計調査を実施した。平成17年の農業シーズン(2005-2006稲作シーズン)は昨年の旱魃とは打って変わり、降雨量は平年以上で多くの溜池に水が入り、決壊状態の溜池もあった。研究成果今年の調査の重点は多雨期の溜池管理組合および各農家レベルの対応を調査することであった。各家計は平年並み以上の雨の恩恵により、農作物の生産は旱魃年であった昨年に比較して持ち直したところが多かった。大雨の影響で灌漑溜池は一部メンテナンス不足による決壊が発生し、修復作業のために農民が労働供給し、管理組合が修復費用を捻出しなければならない所等もあった。現在アジアの低所得国では約90%の水資源が農業生産に使われている。利用可能な水資源の減少は食糧生産を厳しく制限し、特に低所得国での食糧安全保障を脅かしている。近年、需要サイドのアプローチとして、水管理組合が効率的かつ公正な水管理に果たす役割の重要性が再認識されている。インドでは特に貧困層の農民は溜池灌漑の様な伝統的灌漑システムに依存している。溜池灌漑に依存する農民は小規模の自給的農民であり、大規模灌漑プロジェクトに焦点を合わせる政策決定者からいつも疎外されて来た。例えば、南インドのTamilnadu州では約39,000個所の溜池灌漑システムがあり、約60-100年の歴史がある。総灌漑面積の約3分の1である約100万ヘクタールの農地が溜池灌漑により水の供給を受けている。1947年以来、特に1960年以降の近代的灌漑システムの急速な発達により溜池灌:概の機能は徐々に低下し、水の供給は2000年には60%に落ち込んだ。不確実な水の供給と灌漑システムの荒廃により、近年伝統的溜池灌漑の機能を強化することが勧告されている。この研究では水管理組合が効率的かつ公正な水管理に果たす役割を分析した。具体的には、1)南インド・タミルナドゥの伝統的溜池灌漑の管理システムを研究し、水利用効率の向上に示唆を与える。上記の目的を達成するために、タミルナドゥ農業大学・水資源技術センターの協力を得て水管理組合の研究を実施した。主に溜池灌漑の水管理組織および農民に対する聞き取り調査を行なった。具体的な研究内容は以下の通りである。1.文献調査(制度分析)、2.フィールド調査(水管理組合及び農家に対する質問表)、3.水管理組合の効率性分析、4.農家の行動分析、すなわちどの要因が農家の水管理組合に対する貢献に影響を与えているのか。以上の分析から水資源管理の向上のための農民組織、制度に対する政策的示唆を提示した。
3D動画ノンフォトリアリスティックレンダリングの開発と深層学習による生理心理評価

請者らは自然界や人間社会にある模様を模倣したNPRを数多く開発し,動画のNPRにおいてちらつきとシャワードア効果を抑制する方法も開発している.本研究では,さらに新しいタイプのNPRを開発し,これまでに申請者らが開発したNPRも含めて3D動画に適用する.また,ユーザの利用用途に応じてNPRの効果的なパラメータや初期値を選択する際,ユーザの判断やアンケート調査などのような主観評価によって行われてきた.本研究では,NPRの視覚効果を眼球運動などの生理情報とアンケート調査などの主観情報を用いて深層学習で評価する新しいNPRの生理心理評価の方法を開発する.請者らは自然界や人間社会にある模様を模倣したNPRを数多く開発し,動画のNPRにおいてちらつきとシャワードア効果を抑制する方法も開発している.本研究では,さらに新しいタイプのNPRを開発し,これまでに申請者らが開発したNPRも含めて3D動画に適用する.また,ユーザの利用用途に応じてNPRの効果的なパラメータや初期値を選択する際,ユーザの判断やアンケート調査などのような主観評価によって行われてきた.本研究では,NPRの視覚効果を眼球運動などの生理情報とアンケート調査などの主観情報を用いて深層学習で評価する新しいNPRの生理心理評価の方法を開発する.
繰返す胎児の低酸素症が生後長期間の心機能障害の誘因となる可能性に関する実験的研究

本研究の目的は、胎児循環不全が胎児の心血管系、及びその調節系としての脳神経系そのものに与える影響を調べることである。ストレスに対する胎児の早期成熟に伴う末梢血管の異常が生後長期間の心血管疾患、脳梗塞、精神疾患に重大な影響を与えると考えられる。我々は、羊胎仔低栄養モデルを用い、胎盤血管の低栄養での薬理学的異常をmyographyを用い検討した。これにより、低栄養ストレスでは、胎盤血管は妊娠早期から拡張傾向に傾き、胎児の血圧調節系の成立が異常な環境で起こることが示唆された。これは2005年周産期新生児学会学術大会にて報告した。ヒト胎盤に於ける末梢血管の調節機構はほとんど知られていない。われわれは胎盤血管の反応性の種差を見るため、分娩時のヒト胎盤血管を用い薬理学的検証をおこなった。これによって、ヒト胎盤では、拡張反応の主体は羊胎仔と同様に一酸化窒素であり、各種の血管調節反応にきわめて大きな影響を与えていることが分かった。これらは、ヒト胎盤における血管拡張の調節性も、羊胎仔と同様にNOにより決定制御されていることを示唆し、今後の研究に重大な示唆を与えるものと考えられる。また、循環不全のストレスが脳神経系に与える影響を調べるために、羊胎仔に対し繰り返し臍帯圧迫の循環ストレスを加え、羊胎仔の皮質脳波を計測した。これにより、羊胎仔の血中pHが7.18付近で、胎児皮質脳波に異常なスパイク波が出現することが分かった。胎児のアシドーシスの基準はpHが7.15と考えると、明確な循環血液不全を示す以前に胎児脳で何らかの変化が起こっていることが示唆された。本研究によれば、マイルドな循環ストレスでも脳の常態に影響を与えることが分かった。本研究の結果は、循環不全ストレスに於ける胎児循環、中枢の異常の発生学的研究に重大な示唆を与えるものであり本研究の意義は大きい。超音波の従来技術の精度は、時間分解能が十数Hz以下であり、空間分解能が1mm前後である。これを厚さ2から3mmの胎児の10Hzから150Hzに振動特性をもつ心筋の動きを計測するのは精度的に不可能である。これに対し、金井らにより1996年に提唱された高精度超音波測定技術である位相差トラッキング法を用いた場合、論理的に0.2μmの解析精度を有し、1kHzまでの帯域の振動を観測可能である。この方法を用い胎児の心筋壁を数層に分けその各々の速度変化を算出することが出来る。しかし、位相差トラッキング法では逆に、得られる壁の運動情報量が膨大となり、臨床計測した結果の解釈が難しく胎児心筋の運動特性を抽出しにくい。我々は、発生学的見地から心筋層を内膜側・外膜側の2層に分け、その厚み変化速度を右心室壁、左心室壁についてそれぞれ観察するシステムを構築した。(特許出願準備中)成人では、echocardiography(従来技術による心臓壁運動観測法)を用いた超音波システムにより、心臓壁の内膜側と外膜側に運動の違いが推定されており、壁の内膜側と外膜側がそれぞれ協調運動をすることにより心室内のスムーズな血流を作り出すこと、一方側の心筋障害時に他方が代償的に大きな厚み変化を示すこと、それにより心拍出量を保つことなどが考えられている。本年度は、このシステムを用い胎児期の心臓壁の内膜側と外膜側に運動の違いが存在するか、妊娠週数による変化は有るかを検討した。臨床病理的には、心負荷の不均衡な増大が考えられる双胎間輸血症候群に対しデータの収集を行った。

また、羊胎仔を用い臍帯圧迫による急性低酸素血症モデルを作成し、心筋壁運動を計測した。ヒト胎児25例の観察では、右心壁の厚み変化速度平均値が左心壁の厚み変化速度平均値と比べ有意に高いこと、心筋壁の内膜側、外膜側の厚み速度変化は右心室壁で有意に差があり週数で外膜側厚み変化速度が、内膜側速度変化に比べ増加していくことが分かった。(2003年3月20日東北超音波研究会発表)次年度は、羊胎仔を用いた実験を完成させたい。ストレスに対する胎児の早期成熟に伴う各種の機能異常、特に末梢血管の異常が生後長期間の心血管疾患の発生率に重大な影響を与えていると考えられている。生後長期間の心機能を評価するために、心筋自信の評価とともに、それを栄養する血管、さらに血液を受けるべき末梢血管の評価が是非とも必要である。本研究の目的は、胎児胎盤循環不全が胎児の心血管系、およびその調節系としての脳神経系そのものに対してどの様な影響を与えるのかを検証すると同時に、その末梢血管系に対しどの様な影響を与えるかを調べることにある。低酸素血症のモデルとして頻回の臍帯圧迫による胎児仮死モデルを製作した。また、コルチコステロイド投与と頻回臍帯圧迫を組み合わせて電気的心臓の成熟過程を調べた。手術のみで、コルチコステロイド投与ならびに頻回臍帯圧迫を受けなかったコントロール群(C群)とコルチコステロイド投与のみで頻回臍帯圧迫胎齢を受けなかったコルチコステロイド投与群(S群)の両群では胎齢120日までに胎児心電図にT波は確認されず、胎仔心臓の電気的成熟は確認できなかった。これに対し、コルチコステロイド投与ならびに頻回臍帯圧迫を受けた対象群(SH群)では120日までに胎児心電図全例T波が確認された。このことは、低酸素状態とステロイドが胎児の電気的成熟を早期化したことを表すと考えられた。また、末梢血管機能の検査の予備実験として胎盤胎仔側血管の機能的成熟過程を胎齢75日目と胎齢135日目で調べ比較した。胎盤血管の成熟による変化の検討では、ET-1の反応週齢による低下が見られた。この結果の一部は、第23回日本周産期・新生児医学会周産期シンポジウムに於いて発表した。本研究の目的は、胎児循環不全が胎児の心血管系、及びその調節系としての脳神経系そのものに与える影響を調べることである。ストレスに対する胎児の早期成熟に伴う末梢血管の異常が生後長期間の心血管疾患、脳梗塞、精神疾患に重大な影響を与えると考えられる。我々は、羊胎仔低栄養モデルを用い、胎盤血管の低栄養での薬理学的異常をmyographyを用い検討した。これにより、低栄養ストレスでは、胎盤血管は妊娠早期から拡張傾向に傾き、胎児の血圧調節系の成立が異常な環境で起こることが示唆された。これは2005年周産期新生児学会学術大会にて報告した。ヒト胎盤に於ける末梢血管の調節機構はほとんど知られていない。われわれは胎盤血管の反応性の種差を見るため、分娩時のヒト胎盤血管を用い薬理学的検証をおこなった。これによって、ヒト胎盤では、拡張反応の主体は羊胎仔と同様に一酸化窒素であり、各種の血管調節反応にきわめて大きな影響を与えていることが分かった。これらは、ヒト胎盤における血管拡張の調節性も、羊胎仔と同様にNOにより決定制御されていることを示唆し、今後の研究に重大な示唆を与えるものと考えられる。
慢性根尖性歯周炎により誘導される異常疼痛の神経機構解明

平成21年度において目的としていた以下の各項目に対し、結果を報告する。1)ラット臼歯根尖性歯周炎モデルの作製CFA投与後18週間で、同歯根尖部に明らかな根尖病巣が経時的に発育していることを実験動物用CTにて確認した。その発育成長曲線より、PerラットはShamラットと比較して優位な根尖病巣の発育が確認された。その発育はCFA投与後23週でpeakに達し、その後は優位な発育の変化は確認されなかった。以上の結果より、CFA投与後におけるラット臼歯根尖性歯周炎モデルが確立できたことが明らかとなった。また、その発育成長曲線より、根尖病巣の発育状態の経時的変化を捉えることができ、本研究計画および今後の他の研究計画、実験系においても応用可能であると考えられる。2)機械刺激により誘発される筋放電(EMG)の記録交付申請書に記載においては筋放電(EMG)の記録を計画していたが、その手技の困難性より、機械刺激による逃避行動閾値の測定に方法を変更した。具体的には同歯を覆う皮膚上部をvon Freyfilamentで機械刺激し、PerラットおよびShamラットにおける逃避行動閾値の変化を検索した。刺激後1日および3日で、PerラットではShamラットと比較して、同側有意な逃避行動閾値の減少が認められたが、刺激後7日よりShamラットとほぼ同程度の値まで逃避行動閾値は回復した。以上の結果を、上記1)で得られた根尖性歯周炎の発育状態変化を踏まえ考察すると、その発育段階早期において、非常に強い疼痛閾値の低下が惹起している可能性が考えられ、その後期においては、ほとんど疼痛反応が認められない可能性が示唆された。3)三叉神経節細胞の細胞内物質合成変化の検索上記1)および2)の結果を用いて、現在検索中である。平成22年度において目的としていた以下の各項目に対し、結果を報告する。1)ラット臼歯根尖性歯周炎モデルの作製前年度と同様の方法で、モデルラットを作製する。平成21年度における交付申請書では、筋放電(EMG)の記録を計画していたがその手技の困難性より、機械刺激による逃避行動閾値の測定に方法を変更したことを報告した。即ち、刺激後1日および3日で、PerラットではShamラットと比較して、同側有意な逃避行動閾値の減少が認められたが、刺激後7日よりShamラットとほぼ同程度の値まで逃避行動閾値は回復した。その後、さらなる実験方法の検索を加えたところ、Perラット6週モデルで口腔顔面組織(咬筋)への化学的刺激(カプサイシン)によって誘導される反射性顎二腹筋活動の有意な亢進が認められ、化学刺激により誘発される筋放電(EMG)の記録を得ることができた。以上より、ラット臼歯CFA投与によって歯髄炎から根尖性歯周炎が誘導される過程で、CFA投与後1日から3日において顔面皮膚の機械刺激に対する逃避閾値の有意な低下が認められたことから、この時期には顔面領域に異所性のmechanical allodyniaが発症した可能性があると考えられる。一方、根尖部骨欠損が顕著であった時期、すなわち同側CFAポイント刺入後6週間では、咬筋へのカプサイシン投与によって誘導される反射性顎二腹筋活動の有意な亢進が認められたことから、根尖性歯周炎が発症することにより、顔面領域に異所性のhyperalgesiaが引き起こされた可能性があると考えられる。この結果に対し今後はMEK inhibitor投与を検討し、その異所性のmechanical allodyniaおよびallodyniaに対する抑制効果を検索する予定である。3)二次ニューロンでの侵害受容に対する活動性変化上記2)の結果から現在検索中である。
微小管能動的自己組織化における力学刺激の効果

本研究は、自走する繊維状タンパク質である微小管を伸縮刺激下で自己組織化させ、伸縮刺激が微小管の自己組織化過程における微小管間の運動の同調性に与える影響について明らかにするものである。初年度では伸縮刺激を微小管に印可するための顕微鏡上一軸伸展装置の設計・開発および一過性の一軸伸縮刺激に対する微小管集団の応答性についての評価、解析手法の確立に着手した。本年度では、伸縮刺激のモードを一過性の刺激から繰り返し一軸伸縮刺激に変えることにより、微小管集団が刺激のモードに応じてジグザグ状の特殊なパターンを形成することを見出しており、その形成過程を解明するための力学的モデルの構築も行った。また、当初の主目的である微小管自己組織化過程における微小管同士の同調性への伸縮刺激の影響についても評価しており、より大きな伸縮歪により伸縮刺激を微小管に印可することにより、微小管同士の運動の同調性が向上し、それにより微小管集団全体の配向度の向上、配向時間の短縮が生じることを明らかにした。このことは、植物細胞内で観察される表層微小管の配列過程と類似しており、本成果は、植物細胞内の表層微小管の配向方向の決定機構を明らかにするうえで有益な知見を与えると期待される。さらに、これまで微小管の自己組織化は2次元平面で行っていたが、本年度では微小チャンバー内における3次元的な微小管の自己組織化も試みている。その過程において3次元的に構築した微小管の構造体は自発的に流動する配向構造を形成するという興味深い知見が得ることができた。本発見により、当該研究のさらなる発展が期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。生体システムは細胞や細胞骨格に代表される多種多様な自走する構成要素が自己組織化することで形成されている。自走する構成要素から形成される構造は時間的空間的に発展し、その変化の中で筋肉のような秩序構造が創発する。その過程では構成要素間の運動の同調性が大きなカギを握ると考えられ、この同調性がいかにして制御されているのかを明らかにすることは、生体システムの形態形成機構を解明する上で重要である。自走する構成要素の同調性を制御する因子の一つとしては力学刺激が挙げられ、力学刺激の影響が生体の各構成ユニットの方向性を決定づけるのに重要な役割を果たすことが指摘されているそこで、本研究課題では、自走する細胞骨格フィラメントである微小管を構成要素として自己組織化させ、さらに力学刺激として外部から伸縮刺激を印加することで、微小管の自己組織化における伸縮刺激の影響を評価した。微小管は相補的なモータータンパク質であるキネシンを固定した基板上で並進運動させ、このシステムを基盤に微小管の自己組織化条件を検討した。その結果、微小管が高密度に基板上に存在する条件下において、微小管が局所的に配向し、多数のストリーム状構造を形成することを見出した。しかし、ストリームの方向に優勢性は見出されなかった。伸縮刺激は微小管をシリコーンゴム基板上で運動させ、独自に設計開発した顕微鏡上伸展装置で基板を伸縮させることで印加した。伸縮刺激を印加することで、ストリームが再組織化され、微小管の運動方向が伸縮刺激の方向に対して垂直方向に向き大規模な配向秩序が形成され、この配向秩序が長時間(8時間以上)に渡り維持されることも見出された。得られた画像から微小管の角度情報を抽出し、その分散度から微小管の配向度を評価する手法を確立した。26年度の計画は、微小管の自己組織化の条件および微小管への伸縮刺激の印加方法についての検討、伸縮刺激が微小管の秩序形成に与える影響の評価が中心であったため、おおむね順調に進展しているといえる。

27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度では、伸縮刺激の印加により、その方向に応じて微小管が配向秩序を形成することを明らかにし、その解析手法についても確立した。次年度では、微小管に対して様々なモードで伸縮刺激を印加し、刺激のモードが微小管の秩序構造形成に与える影響について評価する。さらに、微小管の配向およびその長時間維持のメカニズムについて物理的モデルの構築を目指す。また、これまでは2次元基板上における微小管の秩序構造形成に着目してきたが、3次元的な微小管ネットワークを構築し、これまでと同様に伸縮刺激を印加し、ネットワーク構造の変化と伸縮刺激の相関についても明らかにしていきたい。
社会階層と信頼-一般的信頼、制度・組織への信頼と階層的不平等の関連構造の研究

本研究では、商店街等における信頼生成過程の詳細な聞き取りによって、組織に対する信頼感の人工的生成は困難であり、組織は信頼生成の必要条件としかならないことを明らかにした。また、地域メッシュ統計をもちいた全国の不平等分布の検討から、不平等が社会の正当性の承認を破壊し、一般的信頼の阻害要因となることを明らかにした。また、動画を用いた信頼性見極め調査システムの開発し、その過程で、特定の他者との関係が築かれると一般的他者への信頼性が上昇することを明証した。平成19年度は、20年度の本調査・実験に向けての準備を行い、主に以下の3点を整備した。1)企業経営者、自営業主にたいする「見極め実験」のための素材編集環境の整備このために、画像録画機能の充実したPCと大画面ディスプレーを設置し、学生、主婦等の討議状況を、他の画像と混合しながら作成する環境を整備した。また、ビデオカメラ4台からなる、討議実験録画装置も同時に設置し、討議実験の様子をタイムカウンタで同期しながら4画面分割できる実験状況の収録環境を整えた。これによって、見極め実験の前提となる、討議状況の画像収録・編集環境が完成した。2)調査・実験をおこなう場所を設定するために、上記の実験環境の設置と並行して、第3次メッシュまでの細かさで所得および所得格差をもとめられるように、所得データベースをPC上にセットした。このメッシュ単位のデータから、ジニ係数、ロビンフッド指数などをもとめるための計算プログラムを設計し、格差に関するデータの予備的処理を終了した。3)地図上に所得、所得格差をマッピングするためのソフト環境をととのえ、実験で得られたデータと所得格差のようなマクロデータのリンケージが容易にできるようするための準備が完了した。以上によって、平成20年度に先進的研究を展開するための基盤整備ができたと考えている。また、これらの経験研究のための基盤整備と同時に、数理社会学会で信頼のセッションの進行を行い、理論面、方法面での交流・検討を通じて、既存研究の問題点と本研究の先進性について再度の確認を行った。本年度は、1)「討議実験、委任分配実験および見極め調査システムの開発」2)「地域メッシュ統計をもちいた全国の不平等分布のGISソフトによる描画」3)「商店街等における信頼感、信頼性の生成過程の聞き取り」の3者を中心に研究を展開した。1)については、「日本の大統領選」という討議実験課題を新たに開発し、4名を単位とするグループワークを実験参加者に課すとともに、同じ4名に委任分配実験を行いペアワイズのデータを収集した。討議実験の過程は、画像分割記録システムにより動画として記録し、この動画と委任分配実験で測定した実験参加者の信頼性のデータから「見極め」課題を作成した。この課題をタブレットPCで容易に実行できるシステムを作成し、実験的手法を援用した新たな社会調査手法の開発の基礎構築を完了した。また、実験においては、討議と委任分配実験の順番をコントロールしており、この分析の結果、討議実験が先行する条件において、実験参加者の信頼性が大きく上昇することが明らかになった。この結果は、既存の社会心理学の主要理論を反証するものであり、特定の他者との関係が築かれると一般的他者への信頼性が上昇することが明確に示された。2)については、日本全国の標準4次メッシュ(約500メートル四方)について、ジニ係数を計算し、兵庫県を一例としてこれを描画するとともに、既存のデータとつきあわせることで、不平等と信頼の相互規定関係について検討した。また、3)については、大阪府下の天神橋筋商店街を中心に詳細な聞き取り調査をおこない、組織的信頼の人工的生成が困難であり、組織の存在が信頼生成の必要条件としかならないことを明らかにした。
日本・中国・北欧における多剤耐性結核の時間的および空間的な流行動態に関する研究

本研究の目的・重要性は、多剤耐性結核の対策が今日的課題となっている日本と中国において、多剤耐性結核の発生を規定する要因を系統的に調査し、多剤耐性結核対策のための基礎資料を作ることにある。アジアは結核の蔓延国であることから、日本・中国の結果を低蔓延国のフィンランドの結果と比較する研究成果は極めて貴重である。本研究の独自性は、用いる時系列解析法にある。結核の実測データの時間的変動構造は一様ではなく、それが時々刻々と変化するカオス特性、すなわち非線形性を有するため、時系列データの線形性を前提とした解析では不十分である。本研究ではこの点を克服した、研究代表者が既に構築済みである解析方法を用いる。
Vertex-Face対応と量子代数の構成

研究代表者は,昨年度,集合上のダイナミカル・ヤン・バクスター方程式にあたる新しい方程式を定式化した.さらに,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像(DYBM)と呼ばれるこの方程式の解を,数多く構成する系統的な方法を確立した.本年度は,この結果をさらに一般化した.本年度行った研究によって得られた新たな知見等のうち,主な成果を次に挙げる.1.Lをleft quasigroupとし,Mをある条件を満たすternary systemとする.全単射π:L→Mが存在するならば,この(L,M,π)を用いて,DYBMを構成することができる.さらに,不変条件を満たすDYBMは,必ずこのように構成される.2.1で構成した2つのDYBMがIRF-IRF対応を持つ.特に,一方がヤン・バクスター写像(YBM)の場合,この対応は,いわゆるVertex-Face対応にあたる.これらの研究成果,特に2は,交付申請書に記載した本年度の研究実施計画(1)を,研究の進展に合わせて,さらに発展させることにより得られたものである.また,交付申請書の研究の目的(2)であるDYBMに付随して定義されるL作用素達がテンソル圏をなすことも,証明した.さらに,交付申請書の研究の目的(3)にある量子代数の構成は,上記2にあるVertex-Face対応を用いて,現在研究中である.本研究の成果は,DYBMの新たな構成方法を開発したことにとどまらない.この構成方法を用いて不変条件を満たすDYBMの分類が出来たので,この分類を,不変条件を満たすYBMの構造の研究に応用出来るのではないかと期待している.なお,本研究に関する成果を論文にまとめ,雑誌論文として公表する予定にしている.本年度は,尾角正人により定義されたリー超代数sl(m|n)に関連したボルツマン・ウェイトと楕円関数型R作用素の間にvertex-face対応があることを示した.ここに記したvertex-face対応とは次のようなものである.楕円関数型R作用素は適切な2変数関数全体のなす空間上に作用するので,楕円関数型R作用素の双対を考えることにより,この関数空間の双対空間上にも作用することとなる.この双対空間にはディラックのデルタ関数(2変数)が属しているので,楕円関数型R作用素の双対をこのディラックのデルタ関数に作用させることができる.すると,これは,再び,ディラックのデルタ関数の線型和として書けることがわかる.ここに現れる係数がリー超代数sl(m|n)に関連したボルツマン・ウェイトとなっているのである.これを数式で表したものが,vertex-face対応である.このことは,楕円関数型R作用素とディラックのデルタ関数より,リー超代数sl(m|n)に関連したボルツマン・ウェイトが導かれることを意味する.また,このvertex-face対応があることから容易に想像されるように,楕円関数型R作用素の満たすヤン・バクスター方程式から,上記ボルツマン・ウェイトの満たす最も重要な性質であるStar-Triangle関係式が導かれることがわかる.本研究に関する成果は,既に雑誌論文として発表されている(11.研究発表参照).また,本研究の成果の口頭発表として,平成16年3月,日本数学会年会無限可積分系セッションにおいて,講演する予定である.本年度は,集合上のdynamicalヤン・バクスター方程式にあたる新しい方程式を定式化した.さらに,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像(DYBM)と呼ばれるこの方程式の解を,数多く構成する系統的な方法を確立した.このDYBMは,交付申請書に記載した本年度の研究実施計画にしたがって,vertex-face対応を通じて楕円関数型R作用素と対応する作用素が存在するための条件を探る中から見い出されたものである.本年度に行った研究によって得られた新たな知見等のうち,主な成果を次に挙げる.1.(L,・,e)をloopとする.π(e)がGの単位元になるような群Gと,全単射π:L→Gが存在するならば,この(L,G,π)を用いて,DYBMを構成的に作ることができる.2.1で構成したDYBMがunitary conditionといわれる性質を満たすことと,群Gが可換であることは同値である.このDYBMの構成方法は極めて強力である.なぜなら,π(e)がGの単位元となるように(可換)群Gと全単射π:L→Gを与えることは,極めて容易だからである.本研究の成果は,可積分系に新たな数学的対象を導入することにとどまらない.必ずしも結合的ではないという理由から,研究されることの比較的少なかったquasigroup(別名Latin square)やloopという代数の研究にも,新たな局面を開くのではないかと期待している.なお,本研究に関する成果を論文にまとめ,雑誌論文として公表する予定にしている.研究代表者は,昨年度,集合上のダイナミカル・ヤン・バクスター方程式にあたる新しい方程式を定式化した.

さらに,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像(DYBM)と呼ばれるこの方程式の解を,数多く構成する系統的な方法を確立した.本年度は,この結果をさらに一般化した.本年度行った研究によって得られた新たな知見等のうち,主な成果を次に挙げる.1.Lをleft quasigroupとし,Mをある条件を満たすternary systemとする.全単射π:L→Mが存在するならば,この(L,M,π)を用いて,DYBMを構成することができる.さらに,不変条件を満たすDYBMは,必ずこのように構成される.2.1で構成した2つのDYBMがIRF-IRF対応を持つ.特に,一方がヤン・バクスター写像(YBM)の場合,この対応は,いわゆるVertex-Face対応にあたる.これらの研究成果,特に2は,交付申請書に記載した本年度の研究実施計画(1)を,研究の進展に合わせて,さらに発展させることにより得られたものである.また,交付申請書の研究の目的(2)であるDYBMに付随して定義されるL作用素達がテンソル圏をなすことも,証明した.さらに,交付申請書の研究の目的(3)にある量子代数の構成は,上記2にあるVertex-Face対応を用いて,現在研究中である.本研究の成果は,DYBMの新たな構成方法を開発したことにとどまらない.この構成方法を用いて不変条件を満たすDYBMの分類が出来たので,この分類を,不変条件を満たすYBMの構造の研究に応用出来るのではないかと期待している.なお,本研究に関する成果を論文にまとめ,雑誌論文として公表する予定にしている.
部分ペプチドを用いた蛋白質・蛋白質相互作用の解析

1. G蛋白質を活性化するマストパランXがGilαに結合した時の立体構造をTRNOEで決定した。従来、TRNOEにはペプチドシグナルの分離が悪いという問題があったので、ペプチドをユビキチン融合蛋白質として発現する系を作成し、^<13>Cと^<15>Nで一様にラベルしたマストパランXを調製して、Gilα存在下で多核3次元TRNOE測定を行った。その結果、主鎖のrmsdが0.27±0.07Åという詳細な立体構造を決定することができた。また側鎖の向きも決定できた。2.レセプターがG蛋白質を活性化する機構を解析するためにマストパランがG蛋白質の二次構造に及ぼす効果をCDで調べたところ、活性化に伴ってαヘリックス含量が低下することがわかった。レセプター類似体やm2レセプターの活性化能をGilαの各種突然変異体について解析したところ、Gilαのα5ヘリックスとβ2/β3ループの間のイオンペアがレセプター結合部位からグアニンヌクレオチド結合部位へと活性化情報を伝達していることが強く示唆された。そこで、アミノ酸選択的に安定同位体ラベルしたGilαを調製しNMRで解析したところ、活性化に伴ってイオンペア近傍に構造変化が起きている事が確認された。3. m4ムスカリン性レセプターの細胞内第三ループC末端側のペプチドを大腸菌で発現させた。このペプチドはマストパランと同様にGiαとGoαを活性化した。また、レセプターとの相互作用に重要と言われているGoαのC末端5残基を欠損した突然変異体は活性化しなかったので、このペプチドはレセプターと同様にG蛋白質を活性化していると考えられる。現在、安定同位体で一様にラベルしたペプチドとGoαとの相互作用をNMRで解析している。
暖冬傾向に伴う山岳積雪水量の高度変化に対する影響調査

1995-96年の冬はこれまでの暖冬と打って変わった寒冬となり、対象地域の琵琶湖周辺でも局所的な大雪に多数見回れた。そこで、今後の暖冬時に備えた基礎調査のために琵琶湖周辺の降雪要因把握と適切な調査流域の設定を行った。理想的な地形性降雪と気温の高度変化に伴う融雪スキーム構築のためには、降雪雲の進行方向に直面する適度な標高差のある斜面が必要である。琵琶湖の中央部を西北西から東南東に降雪をもたらす"中雪"と呼ばれるパターンを対象として、彦根市から鞍掛峠にかけた犬上川流域にて調査を行うのが最も理想的な気象・地形条件である事が解った。この冬には12月下旬のクリスマス寒波を中心として数回にわたる中雪パターンによる大雪があり、NOAAの衛生画像から日本海集束帯の存在と集束帯以北の北よりの風系が大雪にとって重要な条件であることが示唆された。地形図による判読から野坂山地と丹波山地の間を通過してくる雪雲が同流域に降雪をもたらす事が推定された。琵琶湖湖岸から鞍掛峠(700m)にかけた積雪の傾向をみると、積雪深は湖岸周辺で少なく平野部で一定で斜面に沿って増加する傾向が見られた。一雪降雪量はほぼ均一か、斜面に沿って多少単調に増加する傾向が見られる一方、積雪水量は平野部で一定で斜面に沿って増加し、峠付近で一定となる傾向が見られた。つまり積雪深・積雪水量は融雪による密度の増加・季節進行に伴う特定標高以上での残雪が大きな決定因子となり、著しい地形性降水は卓越しないことが示唆された。また降雪中の化学主成分から、ほとんどの凝結核が海塩粒子である事が解った。今回の観測用に導入した新型の雨雪量計と通風式気温センサーは降雪期間中も正確に降水量と気温を測定した。暖冬時と似た3月の気象状態をねらい現時点で継続観測中であり、これらのデータを待って積雪観測のデータをシミュレートするスキームを開発し、暖冬時の予測に適用する計画である。
電磁流体・粒子連結シミュレーションによる地球放射線帯ダイナミクスの研究

地球を取り巻く高エネルギー粒子群は放射線帯と呼ばれ、その挙動は謎に包まれている。放射線帯形成には外部供給説と内部加速説の二つがある。外部供給説において重要な磁気圏電場の時空間発展をシミュレーションで調べた。サブストーム時には西向きの強い電場が振動を伴って現れ、高エネルギー粒子のマルチプル注入や一時的な減少を合理的に説明することができた。内部加速説においてはkeV帯電子の輸送と相対論速度まで加速する波動粒子相互作用が重要である。サブストーム直後にはkeV帯電子の輸送に重要な対流が逆転すること、波動粒子相互作用が効率良くおこる条件が磁気嵐開始から数時間経て満たされることを明らかにした。地球を取り巻く高エネルギー粒子を放射線帯と呼ぶ。放射線帯電子は磁気嵐後に大きく増えることもあれば減ることもあり、その挙動は謎に包まれている。本研究では、拡散係数を用いずに高エネルギー電子の輸送過程を解くシミュレーションを開発することにより、論争が続く二つの説(外部供給説と内部加速説)に決着をつけることを目的とする。グローバル電磁流体シミュレーションと運動論的粒子輸送シミュレーションを結合し、サブストーム時の内部磁気圏でおこる電子変動の再現実験を行った。その結果、プラズマ圧と磁場の空間不均一構造により内部磁気圏の電場が振動し、50keV以下のエネルギーを持つ電子のフラックスが振動しながら大きく増加することなど、内部磁気圏高エネルギー電子の変動をサブストーム時に磁気圏でグローバルに進行する力学過程の結果として理解することに成功した。また、Polar衛星が観測した電子のデータを解析し、内部磁気圏高エネルギー粒子の統計的位相空間分布モデルを作成した。NASAのFok博士が開発した内部磁気圏シミュレーションと電磁流体シミュレーションも結合し、太陽風-磁気圏-内部磁気圏-電離圏過程を理解する研究基盤を構築した。また、非一様・非等方性電離層とAlfven波によって運ばれる沿磁力線電流系の相互作用について、電離層電流が伝導度勾配領域を横切る時に生じる分極場生成プロセスを3次元電流クロージャーの観点からの再定式化し、過剰電流の電離圏内閉じ込め効率、及び磁気圏への沿磁力線電流として解放効率を導出した。更に数値実験により、Alfven波と結合したCowlingチャンネル生成に成功し、磁気圏と電離圏の結合を記述するポテンシャルソルバーを、Alfven波を媒介して駆動させるスキームをほぼ完成させることができた。また、研究分担者の深沢氏が開発しているグローバル電磁流体シミュレーションと内部磁気圏粒子輸送コードを結合するための予備調査を行い、計算結果の妥当性を検討した。内部磁気圏に捕捉された荷電粒子の基本的な輸送モードは対流である。朝側から夕側へ向かう対流電場によって荷電粒子がプラズマシートから内部磁気圏へ流入し、断熱的に加速する。これが磁気嵐の基本メカニズムであり、放射線帯外部供給説の基本原理である。高精度電磁流体(MHD)シミュレーションを用いて磁気的擾乱時における内部磁気圏電場の再現実験を行い、サブストームの直後、対流電場の極性が反転することをMHDシミュレーションで初めて示した。極から赤道に至る地磁気変動を観測と比較し、両者が概ね一致することを確認した。アルベン波による磁気圏と電離圏結合過程を物理的に正しく理解するため、Hall電流発散の電離圏閉じ込め問題を中心とした考察を行った。通常のアルベン波伝導度は電離層伝導度比べて小さいため、ホール電流発散に伴う過剰電流の大部分は、アルベン波を媒体として生成される沿磁力線電流として磁気圏に漏れ出す。これがPedersen電流と閉じて電離圏内に閉じ込められ、それに伴う分極場によって対流の局所回転を促すことを見いだした。サブストーム時には高エネルギー荷電粒子が内部磁気圏で急増する。その原因として、内部磁気圏での直接的な加速もしくは磁気圏尾部で加速された粒子の輸送の二つが考えられている。グローバルMHDシミュレーションでえられたサブストーム時における磁気圏中の電磁場の中に数千万超個のテスト粒子を投入し、高エネルギー酸素イオンの6次元分布関数の再現を試みた。初期温度数十eVの酸素イオンはただちに加速され、サブストーム・オンセット付近から数分以内で数100keVのエネルギーを持つイオンが静止軌道付近に現れた。分布関数のエネルギー対時間分散スペクトル構造は観測をよく説明することがわかった。この初期結果では、磁気圏近尾部でおこる非断熱加速とともに、地球方向への輸送も同時に良く働くことが確認された。外部供給説においてはプラズマシートなどの放射線帯外縁部での粒子加速と磁気圏電場による粒子輸送が重要である。