hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核四重極共鳴法による電荷揺らぎ超伝導機構の検証

本研究における特筆すべき成果は、価数揺らぎ超伝導が実現している可能性が議論されているCeCu_2Si_2の高圧相において、小型(34mmφ×45mm)の対向アンビル型圧力セルを用いて最大5. 4万気圧の圧力下でCu核のNQR信号を測定し、臨界圧力(4. 5GPa)近傍でCe価数の急な増大の観測に初めて成功した点にある。また、Ce価数が臨界圧力を境に高価数状態へクロスオーバーするように見えるのは注目に値する結果である。NQRという微視的研究手段を用いて、Ce価数状態の直接的な情報が得られた成果として位置づけられる。本研究では、微視的観点から電荷揺らぎや静的な電荷状態を敏感に測定可能な核四重極共鳴法を駆使することで、電荷揺らぎの媒介する超伝導機構の検証実験を推進している。CeCu_2Si_2、Cd_2Re_2O_7を研究の中心に据え、高圧下におけるNMR/NQR実験を行うことにより、CeおよびReの電荷状態を詳細に調べている。CeCu_2Si_2では、電気抵抗実験により得られた臨界圧力P_c=4.5GPa近傍でのCu-NQR周波数の詳細な圧力依存性の情報に注目が集まっている。これまでの実験では4GPaを超えると静水圧性が悪くなるので、新圧力媒体ダフネオイル7474を用いて圧力分布の低減を図った。3GPaまでNQR周波数測定に成功したので、今後は4GPa以上のNQR測定を遂行し、Ceイオンの価数状態の詳細な圧力依存性を明らかにしたい。これらの成果を量子臨界性と新奇な相に関する国際会議や日本物理学会において成果発表を行なった。Cd_2Re_2O_7では、1.5GPaまでの圧力では、NQR周波数は直線的に減少するが、2GPaでNQRスペクトルは突然広がることが明らかになった。T_<S2>での構造相転移は一次転移であることから、構造変化のヒステリシスや圧力分布の影響を慎重に考慮する必要がある。しかしながら、オンサイトのReイオン自体の電荷の不均化や軌道の秩序化の可能性が指摘されていることから、非常に興味深い実験結果であると考えている。これらの成果を磁性国際会議や日本物理学会において成果発表を行なった。本研究では、微視的観点から電荷揺らぎや静的な電荷状態を敏感に測定可能な核四重極共鳴法を駆使することにより、高圧力下で電荷状態や結晶構造の変化と相関のある超伝導状態を研究している。特に,CeCu_2Si_2、Cd_2Re_2O_7を研究の中心に据え、高圧下におけるNMR/NQR実験を行うことにより、CeおよびReの電荷状態を詳細に調べている。CeCu_2Si_2では、電気抵抗実験により得られた臨界圧力Pc=4.5GPa近傍でのCu-NQR周波数の詳細な圧力依存性の情報に注目が集まっている。これまでに4.1GPaまでNQRスペクトラムの測定に成功したので、これまで得られていた媒体7373を用いた実験結果を再現することを確認した。また,4GPa近傍でNQR周波数が急に圧力変化していることを見出しており,Tcの増大との相関に興味がもたれる。今後は臨界圧力以上のNQR測定を遂行し、Ceイオンの価数状態の詳細な圧力依存性を明らかにしたい。これらの成果を重い電子国際会議ICHE2010および第5回アジア高圧会議において発表を行なった。Cd_2Re_2O_7では、1.5GPaまでの圧力では、NQR周波数は直線的に減少するが、構造相転移温度T_<s2>が消失する2GPaにおいて,NQRスペクトルは突然広がる。オンサイトのReイオン自体の電荷の不均化や軌道の秩序化の可能性が指摘されていることから、非常に興味深い実験結果であると考えている。これらの実験結果を第5回アジア高圧会議において発表を行なった。特に,平成23年度においては,新型圧力セルの開発によりCeCu_2Si_2の高圧下におけるNMR/NQR実験を大いに進展した。CeCu_2Si_2では、電気抵抗実験により得られた臨界圧力P_C=45GPa近傍でのCu-NQR周波数の詳細な圧力依存性の情報に注目が集まっている。今回,汎用の極低温あるいは高磁場環境で容易に使用可能な小型(34mmφ×45mm)の圧力セルの開発に成功した。

比較的大きな試料空間(2.2mmφ×)を備えながら、極低温域でも7万気圧弱の圧力発生が可能である。試料空間が大きいので、様々な実験手法への応用が容易に図られると期待できる。新開発の圧力セルを用いて5.4GPaという高圧力下においてCeCu_2Si_2のCu-NQRの信号観測に成功し,NQR周波数VQが臨界圧力(P_C=45GPa)近傍で急に減少することを見出した。バンド計算と比較すると,この減少はCe価数がP_C近傍で突然増大することを意味している。5GPa近傍でVQの直線的な圧力依存性が回復しており,Ce価数が臨界圧力P_C=45GPaを境に高価数状態ヘクロスオーバーするように見えるのは注目に値する結果である。これらの実験結果は、英国ケンブリッジで開催された強相関電子系の国際会議および富山大学あるいは関西学院大学で開催された日本物理学会で発表された。ドイツ・マックスプランク研究所よりCeCu_2Si_2の良質の単結晶試料の提供を受けたのでCu-NMR実験を開始した。NMRスペクトル測定により、良質の単結晶であることが確認されたので、高圧・高磁場下でNQR周波数の測定を遂行している。現在までのところ,低圧力・低磁場下では顕著なNQR周波数の変化は見られていない。
非漢字圏学習者の漢字の認識力・推測力を高めるための教材の開発

本年度(平成17年度)は、非漢字圏の学習者の漢字の字形や意味の認識力を、単に最初期の漢字処理のストラテジーの1つにとどめるのではなく、より長期的、段階的な漢字学習につなげるための教育内容および方法の考察、検討と実践を行った。具体的には、以下13である。1.基礎的研究非漢字圏の初級学習者が最初期に身につけた漢字の字形や意味の認識力を、その後の漢字学習の内容(日本語の語彙としての理解・定着)および方法(認識力向上による漢字学習負担の軽減)にどうつなげることができるか、という点を中心に考察を行い、その実践例とともに前原(2005)で述べた。2.教材の開発および整備前年度に試作した、日常の生活場面における「未知の漢字列の中から漢字の字形や意味を手がかりに情報を取る能力」の向上を目的としたタスク教材の改訂版をクラスで実施し、その効果的な実施の時期(学習段階)やクラス活動のあり方を含め、検討した。また、教室で学習した漢字の意味、機能、語彙を各自が自分のペースで最低限確認できるよう試作中であった、択一型の学習教材を、本センターホームページ上で一部公開した。さらに本年度は、こうした漢字の定着を確認するチェックテストを、初級の後半レベルまで通して整備したほか、認識した漢字から漢字の読み方の推測につなげるタスクなどを新たに開発し、初級後半を含む学習者の漢字学習の内容の充実を図った。3.その他近年の学習環境の拡大に伴う、教材のより効果的な提供方法について、言語工学や認知科学等の知見を参考にしながら、その方向性を模索した。今後、本センターで構築されるeラーニングシステムの中で、本研究の成果をいかに生かすかが、課題として残されている。本年度は、以下の13の研究活動を行った。1.基礎的研究非漢字圏の初級学習者にとって、漢字がどのように認識され処理されるのかという点について、学習者の学習活動の観察、文献研究、認知科学関係の研究会への参加などを通して、考察を行った。とりわけ、まだ語彙力や文法力の低い入門期の学習者に対し、やみくもに漢字の読み方を教える従来の方法のもたらす問題点を指摘し、その前段階としての字形や意味の認識を重視した授業の必要性について、その具体的な実践例とともに、前原(2004)で報告した。2.教材の開発【「漢字読解タスク」の試作および試用】学習者の日常の生活場面において実際に必要となる「未知の漢字列の中から漢字の字形や意味を手がかりに情報を取る能力」の養成を目的としたタスク開発に着手した。本留学生センターの実際の漢字クラス(授業および定期試験)の中で試用し、学習者からのフィードバックを得た。その概要を前原(2005)で報告した。【自習用教材の試作および試用】上記のタスク達成のためには、最小限の漢字についての知識(意味・読み方・用法についての知識など)の積み上げが不可欠であるが、これらへの習熟は個人差が大きいことから、学習者が各自のコンピュータ上で自習できる練習問題を作成、希望者にE-mailで配信した。その改訂版を、近日中に本センターのサイトで公開の予定である。3.その他本研究で開発する教材の効率的な実施や配信方法などを考える際の参考のために、E-learningについての現状やLMS(Learning Management System)についての情報収集を行った。
氷コア解析による氷河・氷床の動力学的特性と環境変動に関する総合的研究

本研究は、南極クィ-ンモ-ドランド氷床、グリ-ンランド氷床、北極氷冠、およびアジア内陸地域の氷河等にて堀削し採取された氷コアの解析を行い、諸特性を相互に比較検討することを目的として進められた。特に、最終氷期以降の大気環境変動の過程ならびに氷床・氷河の変動におよぼす氷の動力学的特性を明らかにすることに重点をおいた。研究成果の概要を、以下の14の大項目に分けて述べる。1,氷の物理的性質の解析:氷床氷中の氷板、気泡、クラスレ-ト水和物の生成過程、ならびに多結晶氷の変形機構や再結晶について新しい知見が得られるとともに、氷コアの構造解析の新手法が開発された。2,氷の含有化学物質の分析:氷床氷中の酸素同位体、トリチウム、二酸化炭素、メタン、固体微粒子、主要化学成分、火山灰等の分析結果から、最終氷期以降あるいは近年500年間の大気環境変動過程について多くの情報が集積された。特に、両極地の比較検討も行われた。3,雪の堆積環境に関する解析と数値実験:南極地域にて観測された気象・雪氷デ-タ等の解析、および数値シミュレ-ションを行うことにより、中・低緯度から極地氷床への物質・水蒸気の輸送過程ならびに雪の堆積・削はく現象と分布について研究された。4,氷河・氷床の流動と変動機構に関する解析と数値実験:南極東クィ-ンモ-ドランド氷床の平衡性、白瀬氷河の変動、山脈周辺の氷床の動力学的特性、深層氷の年令推定法などについて考察された。1990年9月、札幌において本総合研究の全体研究集会を開催し、各研究結果の総合的討論を行った。この成果は、総合報告書(B5版、312ペ-ジ)として1991年3月に出版された。同報告書では、将来の氷床コア研究の展望と諸課題も論じられている。本研究は、南極クィーンモードランド氷床、北極グリーンランド氷床、スピッツベルゲン氷冠、およびアジア内陸地域の氷河等にて掘削し採取された氷コアの解析を行い、諸特性を相互に比較検討することを目的としている。特に、最終氷期以降の大気環境変動の過程ならびに氷床・氷河の変動におよぼす氷の動力学的特性を明らかにする。そのため、本研究を下記14の大項目に分け、昭和63年度は主として1および2のコア解析を行い、3および4の予備的研究を開始した。1988年12月14日、北大低温科学研究所において、本総合研究の全体研究集会を開催し、下記(1)(20)の研究成果あるいは今後の研究展望に関する発表を行い、それらをもとに総合的な討論を実施した。1.氷の物理的性質の解析:(1)北極氷床コアの力学.(2)融点近傍の氷の力学.(3)静水圧下の氷の変形.(4)氷床氷の熱伝導率.(5)氷床氷の誘電率.(6)空気水和物結晶の構造.(7)コアの密度測定法.2.氷の含有化学物質の分析:(8)南極の後氷期の気候・環境.(9)コアの粒径分布と酸素同位体.(10)北極の過去5000年の気候・環境.(11)アジアのコア解析.(12)氷コア比較研究.(13)氷コア空気の分析法.(14)氷床コアの含有空気量.(15)コア解析基礎ライン.3.雪の堆積環境に関する解析と数値実験(16)降雪中の化学物質濃度と分布.(17)氷床上の地吹雪再配分.(18)極地の環境変動.4.氷河・氷床の流動と応答機構に関する解析と数値実験:(19)氷床動力学の数値モデル.(20)氷床の底面すべりと変動.以上の研究の結果、氷コアから得られる諸特性、諸情報は、地球上の地域による差および考察する時間スケールによる相違が序々に明らかになりつつある。今後は、さらに多視点からの比較研究が重要であると認識され、この点をふまえて研究を進める。

4,氷河・氷床の流動と変動機構に関する解析と数値実験:南極東クィ-ンモ-ドランド氷床の平衡性、白瀬氷河の変動、山脈周辺の氷床の動力学的特性、深層氷の年令推定法などについて考察された。1990年9月、札幌において本総合研究の全体研究集会を開催し、各研究結果の総合的討論を行った。この成果は、総合報告書(B5版、312ペ-ジ)として1991年3月に出版された。同報告書では、将来の氷床コア研究の展望と諸課題も論じられている。本研究は、南極クィ-ンモ-ドランド氷床、北極グリ-ンランド氷床スピッツベルゲン氷冠、およびアジア内陸地域の氷河等にて堀削し採取された氷コアの解析を行い、諸特性を相互に比較検討することを目的としている。特に、最終氷期以降の大気環境変動の過程ならびに氷床・氷河の変動におよぼす氷の動力学的特性を明らかにする。そのため、下記14の大項目に分けて研究を行っている。1989年12月20日22日、札幌において、本総合研究の全体研究集会を開催し、下記(1)(27)の研究成果あるいは今後の研究展望に関澄る発表を行い、それらをもとに総合的な討論を実施した。1.氷の物理的性質の解析:(1)氷の滑の層.(2)氷の歪と再結晶.(3)氷床中のクラスレ-ト.(4)氷の高周波電気伝導度.(5)γ線よるコア密度.(6)コアの構造.(7)コアの氷板分布. 2.氷の含有化学物質の分析:(8)コアの含有空気.(9)雪氷中のトリチウム.(10)コア中の温室効果気体濃度(11)コア中の黄砂.(12)コア中の大気環境汚染物質.3.雪の堆積環境に関する解析と数値実験:(13)氷床の堆積環境.(14)同位体δ値と温度.(15)多地点の酸素同位分布.(16)雪面形態と堆積環境.(17)降雪の化学成分と涵養量.(18)みずほの後氷期環境変動.(19)古気候のシミュレ-ション.(20)気候資料とコア情報.(21)氷床上の大気構造.(22)堆積環境と物質循環.(23)極域物質循環.(24)浅層多点コアネットワ-ク. 4.氷河・氷床の流動と応答機構に関する解析と数値実験:(25)氷床山地周辺の動力学.(26)ド-ムにおける氷床変動.(27)氷床動力学とコア解析.本研究は、南極クィ-ンモ-ドランド氷床、グリ-ンランド氷床、北極氷冠、およびアジア内陸地域の氷河等にて掘削し採取された氷コアの解析を行い、諸特性を相互に比較検討することを目的として進められた。特に、最終氷期以降の大気環境変動の過程ならびに氷床・氷河の変動におよぼす氷の動力学的特性を明らかにすることに重点をおいた。研究成果の概要を、以下の14の大項目に分けて述べる。1.氷の物理的性質の解析:氷床氷中の氷板、気泡、クラスレ-ト水和物の生成過程、ならびに多結晶氷の変形機構や再結晶について新しい知見が得られるとともに、氷コアの構造解析の新手法が開発された。2.氷の含有化学物質の分析:氷床氷中の酸素同位体、トリチウム、二酸化炭素、メタン、固体微粒子、主要化学成分、火山灰等の分析結果から、最終氷期以降あるいは近年500年間の大気環境変動過程について多くの情報が集積された。特に、両極地の比較検討も行われた。3.雪の堆積環境に関する解析と数値実験:南極地域にて観測された気象・雪氷デ-タ等の解析、および数値シミュレ-ションを行うことにより、中・低緯度から極地氷床への物質・水蒸気の輸送過程ならびに雪の堆積・削はく現象と分布について研究された。4.氷河・氷床の流動と変動機構に関する解析と数値実験:南極東クィ-ンモ-
プロセッサ多コア時代のプロセッサアーキテクチャに関する研究

本研究では,多数のプロセッサコアを持つプロセッサにおける,スレッド管理機構について研究を行った.イベント駆動型プロセッサアーキテクチャのタスク管理機構に関して,イベント駆動型プロセッサにおいてスレッド実行モデルを変更することで,処理時間,メモリ利用量,スレッド数にどのような変化が起こるかに関して性能評価を行った.タスク管理機構の評価によって,Fuceプロセッサのスレッド実行モデルを変更することで,メモリ資源が不足する問題をある程度解決できるということが判明した.本研究では,多数のプロセッサコアを持つプロセッサにおける,スレッド管理機構について研究を行った.イベント駆動型プロセッサアーキテクチャのタスク管理機構に関して,イベント駆動型プロセッサにおいてスレッド実行モデルを変更することで,処理時間,メモリ利用量,スレッド数にどのような変化が起こるかに関して性能評価を行った.タスク管理機構の評価によって,Fuceプロセッサのスレッド実行モデルを変更することで,メモリ資源が不足する問題をある程度解決できるということが判明した.本年度は,主にイベント駆動型プロセッサアーキテクチャ,マルチコアプロセッサにおけるオペレーティングシステム(OS)について検討を行った.イベント駆動型プロセッサアーキテクチャに関する検討として,イベント駆動型プロセッサにおけるI/O処理手法についての検討を行った.I/O処理を割り込みベースで行った場合,多数のコアを持つノイマン型プロセッサ場合においてはどのコアで割り込み処理(OS実行)を行うのかという問題があるが,イベント駆動方式で割り込み処理を行った場合はノイマン型プロセッサにおける問題が生じない事を確認した.その検討結果を受け,イベント駆動型プロセッサではどの程度の処理内容が必要となるか試算を行い,ノイマン型プロセッサにおけるI/O処理に必要な処理量との比較検討を行った.処理量の比較検討により,イベント駆動方式を用いたI/O処理では,実行中のスレッド(タスク)を中断することなく実現することができ,タスク管理の面だけでなくタスク切り替え等を含んだ実行処理時間の点からも効率的である事を確認した.さらに,Fuceプロセッサにオペレーティングシステム向けタスク管理を追加するために必要となるスレッド管理機構を検討し,その設計を行った.また,今後のイベント駆動方式におけるタスク管理やI/O処理の性能評価を行う都合上,FPGA実験ボード上に評価プロセッサ環境を実装した方が都合がよいと考え,FuceプロセッサのFPGA実験ボード上への実装について検討を行った.マルチコアプロセッサにおけるOSに関する検討として,一般的なUNIX環境としてLinuxのカーネルソースコードを調査し,マルチコアプロセッサでどのようにOSを実現しているかについて調査を行い,マルチコア環境におけるOSの効率的な実行方法について検討を行った.OSを動作する環境として,コア数を自由に変更可能なプロセッサシミュレータについて調査し,実際にデータをとることに利用可能かどうか検討を行った.本年度は,主にイベント駆動型プロセッサアーキタテクチャ,マルチコアプロセッサにおけるオペレーティングシステム(OS),ノイマン型マルチコアプロセッサに追加するタスク管理機構についての検討、並列処理プログラムとしての独立成分分析について検討を行った.イベント駆動型プロセッサアーキテクチャに関する検討として,イベント駆動型プロセッサにおけるI/O処理手法についての検討を引き続き行い,性能評価を行うためにFuceプロセッサへのオペレーティングシステム向けタスク管理機構の設計と実装を行った.また, FuceプロセッサのFPGA実験ボード上への実装を行った.マルチコアプロセッサにおけるOSに関する検討として,一般的なUNIX環境としてLinuxのカーネルソースコードを調査し,ノイマン型複数コアプロセッサにおけるオペレーティングシステムの校正について検討を行った.ノイマン型マルチコアプロセッサに追加するタスク管理機構についての検討として,タスク管理機構を外付けすることで,プロセス管理が実現できるかどうかについて,プロセッサとプロセス管理機構の連携手法とその動作について検討を行った.並列処理プログラムとしての独立成分分析では,現状の逐次型プログラムでは多大な時間が必要となるブラインド信号分離を実現する独立成分分析について,並列化することによる高速化の可能性を検討した.これは,独立成分分析を用いた音声処理システムをハードウェアに実装することで,ソフトウェアによる並列アプローチではなく,ハードウェア化を利用した並列化の検討を通して,処理の並列化が実現できないか検討を行った.今後,この結果をもとにして,並列処理プログラムの検討を行う予定である.本年度は,主にイベント駆動型プロセッサアーキテクチャにおけるタスク管理機構の検討および並列処理プログラムとしての独立成分分析について検討を行った.イベント駆動型プロセッサアーキテクチャのタスク管理機構に関する検討として,イベント駆動型プロセッサにおいてスレッド実行モデルを変更することで,処理時間,メモリ利用量,スレッド数にどのような変化が起こるかに関して性能評価を行った.一般的に,スレッド並列処理を行う場合,同時に実行するスレッド数に制限を設けないと,スレッド数が膨大となりメモリ利用量が膨大になる恐れがある,そこで,スレッドの実行順を切り替えることで,同時に実行することが可能となるスレッド数を減らすことで,同時に実行するスレッド数を制限する機構をFuceプロセッサのタスク管理機構に追加した.追加したタスク管理機構の評価を,HDLを用いた評価とFPGA実験ボード上への実装を行うことで行い,Fuceプロセッサのスレッド実行モデルを変更することで、メモリ資源が不足する問題をある程度解決できるということが判明した.並列処理プログラムとしての独立成分分析では,ブラインド信号分離を並列処理することで高速化が可能かどうか検討した.これは,ブラインド信号分離は,現状の逐次型プログラムでは多大な時間が必要となる独立成分分析を用いた信号処理であることから,並列処理の観点からの高速化を行った.また,ソフトウェアによる並列アプローチではなく,ハードウェア化を利用した並列化の検討を行うことで,これまでとは異なった観点から処理の並列化が実現できないか検討を行った.
統合ゲノム解析によるパーキンソン病の遺伝子同定と個別化医療開発

我々は、主要な神経難病パーキンソン病(PD)のゲノムワイド関連解析を行い、本症を引き起こす4つの遺伝子リスクを同定し、世界に先駆けて発表してきた。本研究ではエクソンに存在する疾患効果サイズの強いrare variantを発見するため、大規模エクソーム解読と関連解析をおこない、エクソンに存在するパーキンソン病リスクとなる非同義置換variantを15個リスト化することに成功した。755例のPD患者ゲノムから、全エクソン(エクソーム)を抽出、HiSeq2000シークエンサーで超高速・並列シークエンスをおこなった。ヒト参照配列hg19へマップし、参照配列とことなるSNV (single nucleotide variant)を検出した。755検体のエクソームデータの平均被覆は126.1xであり、全エクソン配列の94.9%のエリアが10x以上で被覆された。これは、孤発性PD患者755人について、全遺伝子の全エクソン塩基配列のほぼすべてが解読できたことを意味する。申請者らは、主要な神経難病パーキンソン病(PD)のゲノムワイド関連解析を行い、本症を引き起こす4つの遺伝子リスクを同定、世界に先駆けて発表した(Satake W etal, Nature Genetics 2009)。本申請ではこの研究を格段に進展、さらなるPD遺伝子発見のため、次世代シークエンサーのゲノム解読能を本症に応用する。特に、エクソンに存在する、疾患への効果サイズの大きいRare variantリスクに焦点をあて、孤発性PDの全エクソン塩基配列を解読。全エクソン家系解析・全エクソン関連解析を行い、孤発性PDのRare variantリスクを発見する。本年度はさらに患者検体の解読をすすめ、患者群におおい、一塩基の変化を抽出することができた。申請者らは、主要な神経難病であるパーキンソン病のゲノムワイド関連解析を行い、本症を引き起こす4つの遺伝子リスクを同定、世界に先駆けて発表した(Satake W etal, Nature Genet 2009)。本申請ではこの研究を格段に進展、さらなるパーキンソン病遺伝子発見のため、次世代シークエンサーのゲノム解読能を本症に応用する。特にエクソンに存在する、疾患への効果サイズの大きいrare variantリスクに焦点をあて、孤発性パーキンソン病の全エクソン塩基配列を解読。全エクソン関連解析をこない、孤発性パーキンソン病のrare variantリスクを発見する。パーキンソン病1400例の全エクソーム解読を行い、非患者群データと比較、関連検定を行うことにより、疾患効果サイズの大きい、パーキンソン病リスクの候補variantを同定できた。当初の予定どおり進んでいるため。パーキンソン病は、人生の中晩年期に、振戦や筋固縮といった運動障害症状に加え、認知症なども合併して発症する神経変性疾患である。本邦には15万人の患者がいる主要な神経難病のひとつであるが、根治薬剤は存在しない。申請者らは、パーキンソン病のゲノムワイド関連解析を行い、本症を引き起こす4つの遺伝子リスク(α-synuclein, LRRK2, PARK16, BST1)を同定、世界に先駆けて発表した(Satake W etal, Nature Genetics 2009)。本申請ではこの研究を格段に進展し、さらなるPD遺伝子発見のため、次世代シークエンサーのゲノム解読能を本症に応用した。特に、エクソンに存在する、疾患への効果サイズの大きいRare variantリスクを見出すことに焦点をあてた。具体的には、パーキンソン病の患者の血液検体由来のゲノムから、全エクソン配列のみを抽出(エクソームキャプチャー)し、次世代シークエンサーHiseq2000/2500にて全エクソームシークエンスを行った。BWA, GATKなどの標準的なゲノム解析をおこない全エクソン配列を解読した。患者対照間で関連検定(trend検定)をおこなったところ、P <10-4を示す16個のパーキンソン病リスクとなる非同義置換variantを同定した。これらになかには、既知のパーキンソン病リスクvariantも含まれており、研究の正確性を反映していた。計画通り進んでいるため追加実験を行い、結果をまとめて成果発表をする。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経遺伝家族歴のあるパーキンソン病患者の全エクソン解読を行い、塩基配列を決定。孤発性のデータと合わせて、パーキンソン病遺伝子をさらに発見する。おおむね当初の予定どおりすすんでいるため。追加実験の必要が生じたため。またそれら結果をまとめて成果発表をするため。検体の準備日程との関係で、実験試薬の使用量が減ったため。遺伝学的、分子生物学的解析を行い、成果発表を行う。今後は、本患者データを非患者対照群と比較する、全エクソン関連解析をおこない、孤発性パーキンソン病の強いRare variantリスクを発見する。家系例データもあわせることにより、家系孤発例に存在する、本疾患の遺伝背景を明らかにする。今後の検体準備に伴い、実験を遂行するので、それに使用する。
すばる超広視野カメラと電波観測データで探る宇宙再電離史と電離プロセスの研究

私は、すばる望遠鏡超広視野主焦点カメラ(HSC)を用いて、高赤方偏移宇宙に存在するライマンアルファ輝線天体(LAE)を探査し、宇宙再電離史の解明に取り組んだ。平成28年度ではまず、HSC用の画像解析ソフトウェアによって構築された赤方偏移5.7と6.6のLAEサンプルに問題が無いか検証を行った。次にこのソフトウェアに基づいて、天体の見かけの等級によってどれだけの割合の天体が検出されるかという検出完全性を調べた。これを調べることで、LAEのライマンアルファ光度関数(Lya LF)を正確に求めることができる。以上で得られたLAEサンプルと検出完全性をもとに、赤方偏移5.7と6.6でのLya LFを求めた。赤方偏移6以上でのLya LFを求める意義は、銀河間物質中の中性水素割合x(HI)がどう進化したかという宇宙再電離史を明らかにするところにある。またHSCはこれまでのすばる主焦点カメラ(S-Cam)と比べて7倍ほど広い視野を持っているため、HSCを用いたLAE探査を行うことで、幅広いライマンアルファ光度範囲に渡ってLAEを多数検出することができる。実際、本研究でLya LFを導出することで、過去の研究では不定性の大きかったLya LFの明るい側に強い制限を与えることができた。これにより私は、赤方偏移5.7と6.6のLya LFの明るい側で個数密度の超過が見られることを明らかにした。この原因の一つとして、暗い活動銀河核の存在が考えられる。本研究は、このような高赤方偏移にも活動銀河核が存在する可能性を、これまでの研究とは独立に示唆した点で重要である。また私は、赤方偏移5.7から6.6へのLya LFの進化から、x(HI)の値が0.3程度という制限を与えた。宇宙背景放射の観測値と比較することで、本研究で得られたx(HI)は宇宙背景放射の観測値を正しく説明できることを確認した。28年度が最終年度であるため、記入しない。私は、すばる望遠鏡超広視野主焦点カメラ(HSC)を用いてライマンアルファ輝線銀河(LAE)の大規模サンプルを構築し、宇宙再電離史と電離プロセスの研究に取り組む。平成27年度ではその準備研究として、すばる主焦点カメラで得られた大規模な赤方偏移2.2のLAEサンプルを用いてライマンアルファ光度関数を求める研究を行った。この研究の意義は、大規模LAEサンプルを用いてライマンアルファ光度関数を求める手法の確立することだけでなく、宇宙再電離を解明するためのプローブとなるLAEそのものの性質を明らかにすることでもある。この赤方偏移2.2のLAEサンプルは3137天体から成り、これまでの赤方偏移2のLAE研究と比べて1桁以上天体数が多い。またライマンアルファ光度も3桁程度と幅広い。このサンプルを用いることで、ライマンアルファ光度関数をこれまでに無く高い精度で求められ、その明るい側と暗い側で強い制限を与えられるようになった。赤方偏移2.2のライマンアルファ光度関数とその進化から私は、(1)光度関数の暗い側の傾きが急であること、(2)光度関数の明るい側で個数密度の超過が見られ、その原因は暗い活動銀河核によるものであること、(3)赤方偏移0から6におけるライマンアルファ脱出率の急激な増加は、主に星間物質中の中性水素柱密度の減少で説明できること、の3点を明らかにした。特に(1)は、大規模且つ幅広いライマンアルファ光度を持ったLAEサンプルを使った本研究によって初めて明らかになったことである。また(3)についても、ライマンアルファ脱出率の増加については過去の研究でも指摘されていたが、それを中性水素柱密度の減少で説明したところが新しく、LAEの性質や銀河進化を議論する上で重要な示唆であると考えられる。私は、上記「研究実績の概要」で示した赤方偏移2.2のライマンアルファ光度関数の研究だけでなく、「すばる望遠鏡『HSC戦略枠』観測提案」プロジェクトのメンバーとして、平成27年春から得られはじめたHSCのデータ解析も行っている。平成28年4月現在では、HSCの広帯域と狭帯域フィルターの1年目のデータが得られているが、これらの画像データを用いて赤方偏移5.7と6.6の明るいLAEサンプルが構築されている。平成27年度では私は、これらのLAEサンプルに問題が無いか検証を行った。具体的には、HSC用の画像解析ソフトウェアと既存の天体検出ソフトウェアであるSExtractorを併用したり、目視による天体の像の確認を行ったりすることで、高赤方偏移LAEサンプルからコンタミネーション(移動天体や、ノイズが天体として誤検出されたもの)を探し出し、それを取り除くことを行った。その結果、HSC用画像解析ソフトウェアだけを使ってサンプル構築を行うより、既存のSExtractorと併用した方がコンタミネーションの割合が少なくなることが分かった。また、移動天体を効率よく取り除くためにも、異なる時間に得られた複数の画像データを確認するのが重要であることも分かった。コンタミネーションが取り除かれた明るいLAEサンプルは分光追観測の対象となり、HSCプロジェクトの1年目のデータで検出された明るいLAEを分光するプロポーザルがすばる望遠鏡に提出、採択された。今後、これらの高赤方偏移銀河は順次、分光観測される予定である。

私は、すばる望遠鏡超広視野主焦点カメラ(HSC)を用いて、高赤方偏移宇宙に存在するライマンアルファ輝線天体(LAE)を探査し、宇宙再電離史の解明に取り組んだ。平成28年度ではまず、HSC用の画像解析ソフトウェアによって構築された赤方偏移5.7と6.6のLAEサンプルに問題が無いか検証を行った。次にこのソフトウェアに基づいて、天体の見かけの等級によってどれだけの割合の天体が検出されるかという検出完全性を調べた。これを調べることで、LAEのライマンアルファ光度関数(Lya LF)を正確に求めることができる。以上で得られたLAEサンプルと検出完全性をもとに、赤方偏移5.7と6.6でのLya LFを求めた。赤方偏移6以上でのLya LFを求める意義は、銀河間物質中の中性水素割合x(HI)がどう進化したかという宇宙再電離史を明らかにするところにある。またHSCはこれまでのすばる主焦点カメラ(S-Cam)と比べて7倍ほど広い視野を持っているため、HSCを用いたLAE探査を行うことで、幅広いライマンアルファ光度範囲に渡ってLAEを多数検出することができる。実際、本研究でLya LFを導出することで、過去の研究では不定性の大きかったLya LFの明るい側に強い制限を与えることができた。これにより私は、赤方偏移5.7と6.6のLya LFの明るい側で個数密度の超過が見られることを明らかにした。この原因の一つとして、暗い活動銀河核の存在が考えられる。本研究は、このような高赤方偏移にも活動銀河核が存在する可能性を、これまでの研究とは独立に示唆した点で重要である。また私は、赤方偏移5.7から6.6へのLya LFの進化から、x(HI)の値が0.3程度という制限を与えた。宇宙背景放射の観測値と比較することで、本研究で得られたx(HI)は宇宙背景放射の観測値を正しく説明できることを確認した。平成27年春からデータが得られはじめた「すばる望遠鏡『HSC戦略枠』観測提案」プロジェクトは5年計画であるため、平成28年度も引き続き広帯域と狭帯域フィルターの画像データが得られる。従って今後は、平成27年度で確立した高赤方偏移銀河LAEサンプルの構築手法を適用することで、より暗いLAEを検出し、LAEサンプルを大きくしていく。そして得られたLAEサンプルを用いてライマンアルファ光度関数を求め、初期的な結果を出す。このとき過去の研究で得られたライマンアルファ光度関数と比較することで、問題点が無いか洗い出しを行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
船舶の実海域性能評価のための新しい自航試験法の研究

本研究ではターボチャージャーを含む2ストローク低速ディーゼル主機の数学モデルを組み込んだ主機特性模擬自航装置を開発し、これを用いた自由航走試験により、実海域波浪場での船体運動、船速低下量、プロペラ推力・トルクと回転数変動等を計測することで、これまでの抵抗の積上計算に基づく間接的な推定法に代わって、実海域性能を直接的に計測・評価する水槽試験技術を開発した。また実海域再現水槽にて本試験技術の有効性を検証した。本試験法を用いることで、これまで水槽試験で評価することが困難であった波浪中でのプロペラ負荷変動に対する主機応答が評価可能となり、ガバナーの最適化等、機関制御への応用も可能であることを示した。本研究では機関特性を模擬する自航装置を用いた波浪中自由航走試験を行い、実海域波浪場中での船速、プロペラ回転数ならびにトルク変動、軸出力とその変動、舵角、斜航角等を直接計測することで、これまでの抵抗の積上計算に基づく間接的な推定法に代わって、実海域性能を直接的に計測・評価する技術を開発している。H23年度は本研究の基礎技術をなす舶用機関モデルの開発と、水槽試験結果から実船の実海域性能を正確に見積もるための理論整備を実施した。舶用機関の数学モデルの開発では、垂線間長300mのコンテナ船を対象船として、主機メーカのカタログより66,220kw(MCR)、11気筒の低速ディーゼルエンジンを選定し、その数学モデルを開発すると共に、船舶全体を推進プラントと見なした数学モデルも合わせて構築し、計算機上でのシミュレーションにより、ガバナー、回転体としての主機、燃焼のモデルの検証を行った。このモデルに波浪中での船体運動モデル、波浪中抵抗増加モデル、プロペラへの流入速度変動、それに伴うプロペラ負荷変動モデル、主機の動的応答モデル等を追加し、実海域波浪場中を航走する船舶の実海域性能のシミュレーションを可能とした。理論面では、水槽試験結果から実船性能の評価を可能にするため、主機までを含めた相似則等の整備を行った。さらに、来年度に開発を予定している機関特性を模擬する自航装置を前倒しで試作した。本自航装置のサーボモータは、主機の数学モデルにより、負荷変動に対しディーゼル主機特性を模擬した応答を示すように制御されている。本自航装置のテストとして、海技研の小型水槽にて予備実験を実施して動作確認を行った。平成25年度は昨年度までに開発した主機特性模擬自航装置ならびに補助推力装置を用い、波浪中船速低下量を直接計測できる自航試験法を開発した。本船速低下計測法では、補助推力を与えてプロペラ荷重度を実船に一致させると共に、波浪中でのプロペラ負荷変動による回転数変動を主機特性模擬自航装置で表現することで、プロペラと主機との連成挙動まで再現することが可能であり、水槽試験により直接波浪中船速低下量を計測することが可能になった。また、舶用低速2ストロークディーゼル主機(Mitsui4S59ME-T9)を用いた実機計測試験を実施し、計測結果を基にターボチャージャーを含む主機の数学モデルを検証した。本モデルは1サイクルあたりの平均値の変動を表現するモデルであり、準定常状態での主機性能が正しく表現できることを確認した。このモデルを用いて掃気系が主機の応答に及ぼす動的影響を研究し、主機回転数の動的応答に対し掃気系は時間遅れを与える形で重要な役割を果たすことを確認した。平成23年度は舶用機関の実用数学モデルを開発し、これを用いた機関特性を模擬する自航装置を試作した。また、この自航装置を模型船に搭載し、海技研の動揺試験水槽にて予備試験を実施した。平成24年度はこの予備試験の結果を踏まえ、機関特性模擬自航装置の制御ソフトウェアを改良して完成度を高めると共に、実海域再現水槽における本格的な波浪中自航試験を実施し、プロペラ負荷変動に対する主機回転数の応答、主機トルクの変動、ガバナーによる燃料投入量等を水槽実験にて計測できることを確認し、試験法としての実用性を検証した。H24年度は、さらに実機に則した試験法を確立するため、主機の数学モデルにターボチャージャーモデルを追加し、海技研の4サイクルディーゼル機関を用いた過渡応答検証試験を実施した。検証試験の結果と数学モデルによるシミュレーション結果は良く一致し、ターボチャージャーを含む主機の数学モデルに目処が立った。またH24年度は、実船と模型船の摩擦抵抗の違いを補正する摩擦修正を非定常状態においても正確に行うため、プロペラ荷重度を任意に設定できる自走模型試験法を実現するための技術開発も行った。プロペラ荷重度の変更は、ガス噴射等による推力アシストの方法や、曳航台車を用いて自走する船舶に推力をアシストする方法等が知られているが、これらは定常状態を想定しており波浪中での実験で使用された例はない。本研究では小型高速回転タイプのダクトファンの推力をフィードバック制御することで、波浪中においてもほぼ一定の補助推力を発生させることができる推力アシスト装置を開発し、実船と同じプロペラ荷重度での波浪中自走試験を可能にした。平成26年度は平成25年度までに開発した水槽試験技術の肥大船への適用性を検討する予定であったが、平成26年2月14日から降り続いた大雪で実海域再現水槽の建屋が倒壊したため、これまでに開発した水槽試験法の肥大船への適応性を確認する試験が出来なくなった。

しかし、対象の肥大船模型を用いて別の水槽にて自航試験を実施し、自航要素を取得するなど、今後の波浪中自由航走試験に必要な準備は進めた。波浪中自由航走試験と同じ航走状態を推定するための理論計算法については、計算モデル定式化の目処を立て、主機応答特性数学モデルのプログラミングを終了させた。また、ターボチャージャーを含む2ストローク低速ディーゼル主機の数学モデルをMATLAB/Simulink上に実装した。肥大船模型の波浪中自由航走試験が実施できなかったため、検証は次年度に先送りしたが、準備は整っており挽回可能である。平成27年度は、ターボチャージャーを含む2ストローク低速ディーゼル主機の数学モデルを組み込んだ主機特性模擬自航装置と、実船と模型船との摩擦抵抗の違いの修正、いわゆる摩擦修正を行うための補助推力装置を肥大船模型に搭載し、海上技術安全研究所の実海域再現水槽にて波浪中自航試験を実施した。これらの装置により、波浪中を航走する模型船の船速、プロペラ荷重度、プロペラ回転数変動を実船相似にすることが可能となり、水槽実験により実船の実海域性能を直接的に計測できるようになった。本試験では、波浪中の船体運動、船速低下量、プロペラ推力・トルク変動、回転数変動等を計測した。計測データの解析から、本試験法で得られた船速低下量は、これまでの波浪中抵抗増加を計測して間接的に求めた船速低下量と良く一致することを確認した。本試験法では、主機の数学モデルからガバナーの動作、燃料投入量、ターボチャージャーの応答等も得られるため、これまでの水槽試験では得られなかった主機応答についても求めることが可能である。本試験においても、波高を上げた実験で主機がMCRに到達する状況や、船速低下が顕著になる状況が再現できることを確認できた。これまで荒天下での性能評価試験法は存在しなかったが、本試験法は荒天下での性能評価も可能な試験法であり、船舶の安全性評価にも活用可能である。本研究ではターボチャージャーを含む2ストローク低速ディーゼル主機の数学モデルを組み込んだ主機特性模擬自航装置を開発し、これを用いた自由航走試験により、実海域波浪場での船体運動、船速低下量、プロペラ推力・トルクと回転数変動等を計測することで、これまでの抵抗の積上計算に基づく間接的な推定法に代わって、実海域性能を直接的に計測・評価する水槽試験技術を開発した。また実海域再現水槽にて本試験技術の有効性を検証した。本試験法を用いることで、これまで水槽試験で評価することが困難であった波浪中でのプロペラ負荷変動に対する主機応答が評価可能となり、ガバナーの最適化等、機関制御への応用も可能であることを示した。平成26年2月14日から降り続いた大雪で実海域再現水槽の建屋が倒壊した。本水槽は長さ80m、幅40m、水深4.5mの寸法で、その建屋は長さ100m、幅50m、高さ17mの巨大さであり、平成26年度中の再建・復旧が困難であったため、計画していた水槽試験が実施できなくなし研究計画に遅れを生じた。27年度が最終年度であるため、記入しない。船舶工学水槽建屋の再建ならびに造波機と曳航台車の復旧を進めた結果、元通りの機能を回復させる目処がたった。平成27年の夏頃から実験を再開できる予定で、昨年度に実施する計画であった水槽試験を実施する予定である。今年度が最終年度であるが、遅れを取り戻して所期の成果目標を達成できると考えている。
非芳香族多脂環構造ポリイミドの合成と物性評価

本研究では、期間中に重合溶媒探索を含めた重合条件の最適化を図り、十数種類の新規非芳香族多脂環構造ポリイミドを合成した。また、前回の研究課題(「光・電子集積回路(OEIC)用ポリイミドの開発」、課題番号09651004)で積み残した"分子軌道計算による量子化学的シミュレーションから化学構造と誘電率相関解明"を遂行した。今回合成したポリイミドの耐熱性、光学的性質を調べ、これらがエレクトロニクス封止剤、液晶ディスプレイ用液晶配向膜、光導波路用素材などになりうることを示した。期間内に研究計画の一部である、「学外研究所・研究機関への試料提供」は行えなかったが、当初の研究目的の主要部分は概ね達成できたと考えている。今後、残された未執行部分あるいは研究の遂行過程で生じた新たな課題を継続して探求するつもりである。以下に年度毎の成果の概略を示す。<平成12年度>1)芳香環密度が減少すれば、換言すると芳香環を排除すれば、屈折率が小さくなることを、分子分極率αを定量的に議論することによって量子化学的に解明した。2)重合溶媒、モノマーの化学構造や添加順序を工夫することによってフィルム成型可能でしかも優れた耐熱性を持つ無色透明な非芳香族多脂環構造ポリイミドが合成できた。3)今年度購入した熱分析システムを用いて、合成したポリイミドの熱的性質(Tg、5%重量減少温度など)を調べた。<平成13年度>1)昨年度までに合成が完了した新規テトラカルボン酸二無水物(BSDA)の立体構造をNMRで決定した。2)ノルボルナジエンを出発原料にして新規多脂柔構造ジアミンの合成を種々試みたが、最終目的物の単離精製に成功していない。3)引き続き重合条件の最適化を図ると同時に種々のモノマーを用いたポリイミド合成を行った。4)上記ポリイミドの熱的性質および光物性(光透過率、屈折率、複屈折)を評価した。<平成14年度>1)報告者らが1985年に開発したビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2exo,3exo,5exo,6exo-テトラカルボン酸二無水物の合成法を見直して工業生産可能なレベルまで収率を向上させた。2)継続してノルボルナジエンを出発原料にした新規多脂環構造ジアミンの合成を種々試み、単離可能な手法を見出しつつある。3)非芳香族多脂環構造ポリイミド合成の溶媒として、発ガン性のあるHMPAに替わるテトラメチル尿素を見出した。4)市販のモノマーを使用して数種類の非芳香族多脂環構造ポリイミドを合成し、熱的性質・光物性を調べた。

4)市販のモノマーを使用して数種類の非芳香族多脂環構造ポリイミドを合成し、熱的性質・光物性を調べた。高分子の繰り返し構造単位中に含まれる芳香環の数(芳香環密度)を減少させれば、その高分子の屈折率を小さくできることは経験的に知られている。ポリイミドに多脂環構造を導入(芳香環の排除)することによって耐熱性を保持しながら、低屈折率化が実現できる。Maxwellの方程式(ε=n^2)から低屈折率材料は電気的には低誘電率材料と等価で、芳香環を全く含まない非芳香族多脂環構造ポリイミドはエレクトロニクス素材として期待されている。初年度(平成12年度)の研究成果を以下に要約した。1.芳香環密度が減少すれば(芳香環を排除すれば)屈折率が小さくなることを、分子分極率αを定量的に議論することによって量子化学的に解明した。さらに、高分子の繰り返し構造単位の分子体積V_<vdw>(ファンデルワールス体積)を計算できれば、αとV_<vdw>から屈折率・誘電率が予測側可能である。現在、その計算に取り組んでいる。2.非芳香族ポリイミドはこれまで多くの研究者によって合成が試みられたが、実用に耐える高分子量でしかもfree-standingフィルムとしては得られていなかった。これは、重合初期における沈殿(塩形成)やイミド化時の解重合が原因である。重合溶媒、モノマーの化学構造や添加順序を工夫することによってフィルム成型可能でしかも優れた耐熱性を持つ無色透明な非芳香族多脂環構造ポリイミドが合成できた。3.当初計画では初年度に新規ジアミンである2,5(6)-ジアミノ-ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成を行う予定であったが、数工程から成る合成経路のうちの最終工程が未完であるため合成に成功していない。経路の見直しを含めて次年度以降も挑戦する。4.今年度購入した熱分析システムを用いて、合成した非芳香族多脂環構造ポリイミドの熱的性質(ガラス転移温度、5%重量減少温度など)を評価した。高分子の単位構造中に含まれる芳香環の数(芳香環密度)を減少させれば、屈折率を小さくできることが知られている。しかしながら、芳香環の排除は耐熱性の低減に繋がる。本研究では、ポリイミドに多脂環構造を導入することによって耐熱性を保持しながら、低屈折率化を実現する。Maxwellの方程式から低屈折率材料は電気的には低誘電率材料と等価で、芳香環を全く含まない非芳香族多脂環構造ポリイミドは耐熱性低誘電特性有機材料として期待される。また、無色透明であることも本ポリイミドの大きな特徴の一つである。平成13年度の研究成果を以下に要約した。1)昨年度までに合成が完了した新規テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2exo,3exo,5exo-トリカルボン酸-5endo-酢酸二無水物(BSDA)の立体構造をNMRで決定した。2)新規多脂環構造ジアミンの一つである2,5(6)-ジアミノビシクロ[2.2.2]ヘプタンを、それぞれ数ステップから成る二通りの経路で合成することを試みた。いずれの場合も最終ステップでの単離精製に成功していない。専門家の適切なコメントを得、改善すべき点が明らかになりつつあるので次年度も再度、合成に挑戦する。3)昨年度、重合溶媒、モノマーの化学構造や添加順序を工夫することによって非芳香族多脂環構造ポリイミドを合成した。今回、引き続き重合条件の最適化を図ると同時に種々のモノマーを用いたポリイミド合成を行った。具体的には2,5(6)-ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.2]
幻肢・幻肢痛から探る身体図式の長期変容神経メカニズム

身体図式の変容メカニズムを、幻肢・幻肢痛の変化に伴う脳構造・機能変化を通してとらえ、身体図式の変容メカニズムを明らかにする。四肢切断後に生じる脳の構造的変化をVBM、脳の神経連絡変化を拡散テンソル画像法でとらえる。さらに、幻肢運動時に切断端近位部の筋活動を計測し、運動指令が脳構造、神経ネットワークとの関係性を調べた。当初予定していた上肢切断患者は、リクルートに難渋した。さらに、幻肢痛介入により痛みは軽減したが、痺れなどの別の感覚が生じる症例が多く、最終的に全データを計測できたのは1名のみであった。結果は、痛みの変化と関連のある脳領域はなく、皮質脊髄路は、健側肢と同様に描写が可能であった。本年度においては、おもに次の3つを行った。1)幻肢痛介入のための実験設備、MRIによる脳画像の撮像手法、解析方法の決定を行い、幻肢痛を有する四肢切断患者をリクルートするためのネットワークの構築をほぼ完了している。2)痛みを有する時と痛みが軽減した時の脳構造の差異を計測する手法と脳領域間の結合を調べる拡散テンソル法の解析手法を検討し、解析手法の決定を行った。3)より幻肢痛を効率良く軽減させることができるように、我々が行っている模倣療法で用いる視覚運動の最適化を行った。我々の臨床経験上、模倣運動を用いた介入を行う場合に、模倣すべきモデルの運動の難易度が高く、切断患者が幻肢で行えない場合に、幻肢痛が強くなる傾向があることを見出している。そのため、切断患者が、幻肢で行える運動の速度や振幅などの変数を知り、その範囲内での運動を摸倣運動のモデルに使わなければならない。そのため、視覚提示するモデルの運動速度を、素早く変化させることが可能なGUI(Graphical User Interface)をプログラムに実装した。本年度計画では、四肢切断後に生じる幻肢がゆっくりと変化していくときに、脳構造や神経ネットワークがどのような変化が生じるかを調べるため、上肢切断患者において幻肢、幻肢痛を有する研究協力者の募集を行っていたが、本研究課題の対象となる協力者を得ることができなかった。次年度は募集方法・対象者条件等を再検討し、引き続き協力者のリクルートを行い幻肢痛への介入を開始する。H27年度前半、幻肢痛介入のための実験設備、MRIによる脳画像の撮像手法と解析方法の決定を行い概ね完了している。H27年度後半からは、幻肢痛を有する患者の募集を行い、MRI画像の撮像と幻肢痛への介入を開始する予定であったため、幻肢痛を有し他疾患を有さない四肢切断患者を被験者対象として募集を行ったところ、幻肢痛を有さない患者や、末梢神経障害・糖尿病を併せ有する患者が多く、本研究課題の対象可能となる被験者をリクルートすることができなかった。脳内の身体情報である身体図式(内部モデル)の変容メカニズムを、四肢切断後に生じる幻肢・幻肢痛の変化に伴う脳構造・機能変化を通して捉え、身体図式の変容メカニズムを明らかにする。身体の消失という大きな身体変化が生じた場合に、脳の構造的変化をVBM(voxel-based morphometry)、脳の神経連絡変化を拡散テンソル画像法で捉える。さらに、幻肢の運動時に切断端近位部の屈筋と伸筋から筋活動を計測し、一次運動野から出力される運動指令がどのように変化するかを筋活動パターンより捉え、脳構造、神経ネットワークとの関係性を調べる。これにより、運動制御に利用される脳内の身体像の変容メカニズムを明らかにすることを目的とする。幻肢痛患者において、ヘッドマウントディスプレイにより1人称の切断肢に当たる身体部位の運動を視覚提示し、その運動を幻肢により模倣運動を行わせるという、すでに我々が確立している模倣運動介入を行うことにより、幻肢痛軽減を図る。この幻肢痛軽減介入前後の脳構造と神経連絡変化を神経イメージング手法であるvoxel-based morphometryとDTIにより明らかにする。さらに、その脳構造の変化と切断部近位の伸筋と屈筋の筋活動パターンと上記の脳の変化との関係性調べる。現時点では、条件を満たし痛みの低下が見られるまで介入を継続できた四肢切断患者は、1名のみである。痛みの変化との脳構造との関連性は見いだせなかったが、切断上肢への脳からの指令を伝える皮質脊髄路は、上肢が存在しないにも関わらず健側上肢と明確な差がみられなかった。幻肢を有し、かつ幻肢痛を有する四肢切断対象患者が当初の予想より集まらず、さらに実験に参加した患者においても幻肢の消失、切断端部分の皮膚状態の悪化による中断などがあいつぎ、介入を実施できた被験者数が1名にとどまっているため。これにより、運動制御に利用される脳内の身体像の変容メカニズムを明らかにすることを目的とした。