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３体力の定量的記述を基礎とする核子多体系の微視的理解

私達の世界の物質の核心を担う原子核を、核子(陽子と中性子)間の核力により形成される量子多体系として理解することを目指す半世紀以上の研究において、基本的性質である飽和性の定量的説明は未解決である。3体核力の必要性が認識されているが、3体核力が系統的に導入されるカイラル有効場理論による核力記述が近年進展し、現象論を極力排した研究が可能になった。本研究では、3体核力の一つの核子の自由度を積分して2体化する処方を用い、無限に広がる仮相的な系で2核子相関を解くG行列計算を行った結果、飽和性の記述が改善され、同時に原子核の殻構造の発現に基本的なスピン軌道力の強さが不足である問題も解消することを示した。私たちの世界の物質を構成する基本的要素である原子核を、陽子と中性子がそれらの間の相互作用により束縛系を形成する量子多体系として捉える描像は有用である。しかし、半世紀以上の原子核の理論的研究において、散乱実験で明らかになっている核子間相互作用に基づいた理論的記述では原子核の基本的性質である飽和性が再現されてはいない。3体力が必要であることは現象論として予想されていたが、近年3体力を系統的に導入することのできるカイラル有効理論が発展し、この問題に対して定量的な考察が可能になった。本研究課題では、2体力に対して整合的に記述されるカイラル有効理論の3体力を用いて、一つの核子の自由度については積分を行って2体化するという処方を導入して、核子が一定密度で無限に広がった仮想的な核物質において標準的な量子多体計算(G行列計算)を行い、これまで2体力のみでは説明不可能であった飽和性が自然に説明され、また原子核の構造として基本的な殻構造をもたらすスピン軌道力の強さも説明可能であることを明らかにすることができた。カイラル有効理論では、パイオンの自由度を残し、それより小さなスケールの物理は簡単なパラメーターで記述するが、対象とする原子核の記述はそのスケールの設定には依存すべきではない。2体力のみではスケール依存性が大きいものの、3体力まで考慮するとその依存性が小さくなるという望ましい結果になることも併せて示すことができた。これらの定量的記述の成功に基づき、3体力が予言する効果を原子核の構造や反応の様々な側面で検証する課題を具体的に展開する基礎を固めることができた。散乱問題の記述については、九大グループと協同で具体的な計算を進めることができ、3体力がもたらす効果、特にテンソル力の効果が、これまで不十分であった実験データーとの対応を改善するという知見を得ることができた。私たちの世界の物質を構成する基本的要素である原子核を、核子(陽子と中性子)間にはたらく相互作用により形成される量子多体系として理解するという半世紀以上にわたる研究において、散乱実験で明らかになっている核子間力に基づく微視的記述では原子核の基本的性質である飽和性が再現されてこなかった。3体力が重要である可能性は現象論として予想されていたが、近年3体力を系統的に導入することのできるカイラル有効理論が発展し、この問題に対して定量的な考察が可能になった。本研究課題では、2体力と整合的に3体力が導入されるカイラル有効理論を用いて、一つの核子の自由度については積分を行って2体化するという処方を導入し、核子が一定密度で無限に広がった核物質において標準的なG行列計算を行い、これまで2体力のみでは説明できなかった飽和性が自然に説明され、また原子核の殻構造をもたらすスピン軌道力の強さも説明可能であることを明らかにした。今年度は、対応する量子多体計算を有限核にも拡張した。カイラル有効理論は、パイオンの自由度を残し、それより小さなスケールの物理は簡単なパラメーターで記述する理論的枠組みであるが、原子核の記述はスケール設定に依存すべきではない。2体力のみではスケール依存性が大きいものの、3体力まで考慮するとその依存性が小さくなるという望ましい結果になることを示した。この理由を、3体力が、2体力を定義する段階で消去した自由度に対する核媒質内補正として理解できることによることを、模型空間内等価・有効相互作用の観点から説明した。以上の研究は、3体力の寄与が予言する特徴的な効果を原子核の構造や反応の様々な側面で検証する研究課題につながり、核構造におけるテンソル力やスピン軌道力の新しいパラメーター化がなされ、核子-核散乱および核-核散乱の記述において望ましい結果が得られるという具体的成果が得られた。私たちの世界の物質を構成する基本的要素である原子核の多様な性質を、核子(陽子と中性子)間にはたらく相互作用により形成される量子多体系として理解するという半世紀以上にわたる原子核物理学研究において、2核子の散乱実験データを記述する核力を用いる微視的記述では原子核の基本的性質である飽和性が定量的には説明されてこなかった。3体力が必要であることは現象論として予想されていたが、近年3体力が系統的に導入されるカイラル有効場理論による核力記述が進展し、現象論を極力排した原子核の微視的そして定量的研究が可能になった。本研究課題では、2体力と整合的に3体力が定義されるカイラル有効場理論を用いて、3体力の一つの核子の自由度については積分を行って2体化するという処方を導入して、無限に広がった系である核物質においてG行列計算を行った結果、2体力のみでは説明できない飽和性の記述が改善されることを示した。同時に、原子核の殻構造の発現に基本的に重要なスピン軌道力の強さが不足である問題も解消することが明らかになった。

これらの結果は、3体力の寄与が予言する特徴的な効果を原子核の構造や反応の様々な側面で検証する他の研究者の研究を促し、核構造におけるテンソル力やスピン軌道力の新しいパラメータ化が望ましい結果を与えるという研究につながった。また、3体力効果を含む核子間有効相互作用をG行列計算に基づいてパラメータ化し、核子-核および核-核散乱の光学模型ポテンシャルを微視的に記述する研究を切り開いた。QCDのカイラル対称性とその破れの機構に基礎を置くカイラル有効場理論の枠組みで原子核の量子多体理論を展開するという、世界的に主流となっている研究の一端を担う成果が得られた。私達の世界の物質の核心を担う原子核を、核子(陽子と中性子)間の核力により形成される量子多体系として理解することを目指す半世紀以上の研究において、基本的性質である飽和性の定量的説明は未解決である。3体核力の必要性が認識されているが、3体核力が系統的に導入されるカイラル有効場理論による核力記述が近年進展し、現象論を極力排した研究が可能になった。本研究では、3体核力の一つの核子の自由度を積分して2体化する処方を用い、無限に広がる仮相的な系で2核子相関を解くG行列計算を行った結果、飽和性の記述が改善され、同時に原子核の殻構造の発現に基本的なスピン軌道力の強さが不足である問題も解消することを示した。近年、2体力と整合的に3体力を定義することのできるカイラル有効理論の枠組みによる核子間相互作用の記述が進展したことを受けて、平成25年度の研究では、カイラル有効理論の3体力を取り入れた微視的な量子多体計算を行い、核物質の飽和性とスピン軌道力の強さを定量的に示すことができた。平成26年度は、その内容について、量子系の記述のユニタリー変換に関する不変性と量子多体計算の結果との関係について理解を深めた。すなわち、2体力のみであれば、カイラル有効理論のスケールパラメーターに依存する結果が、3体力を取り入れればスケール依存性が消えることを明らかにし、3体力の効果の物理的な理解として、核力を定義する段階で消去した核子以外の自由度に対する媒質内での補正として理解できることを、原子核理論研究で発展してきた模型空間内有効相互作用理論の観点から考察した。3体力の寄与を取り入れる計算を、表面を持つ現実の原子核についても行い、3体相関エネルギーを考慮する量子多体計算法を酸素原子核に対して適用した。仮想的な無限系の核物質計算で得られていた有効テンソル力の寄与のスケールパラメーター依存性などの性質が、有限系でも成り立つことを確かめることができた。これまでに行った核物質の微視的有効相互作用に基づいて、核子散乱の記述に広く適用可能な相互作用をパラメーターし、核子-核散乱および核-核散乱の記述に適用し、3体力の効果がどのように現れるかを検証する課題についても進展があり、3体力が与える斥力効果と核媒質内で強められるテンソル力による相関効果が定量的に望ましい結果を与えることがわかった。この結果、散乱過程の微視的理解に新たな展望を開くことができた。原子核理論3体力の効果に関するこれまでの知見を基に、広くその効果を原子核の構造と散乱過程の実験データーと対応させることにより検証する課題を遂行する。
Apoptosisを抑制するbcl-2遺伝子導入ヒト癌細胞の抗癌剤耐性誘導機構

bcl-2遺伝子をネオマイシン耐性遺伝子を含むベクターに組み込み、ヒト小細胞肺癌細胞株SBC-3にリポフェクション法により遺伝子移入し、ネオマイシンによるセレクションによりSBC-3/Bcl-2を得た。SBC-3/Bcl-2細胞の各種抗癌剤に対する感受性の変化をMTT法により検討したところ、親株であるSBC-3細胞をcisplatin、etoposide、ACNU、adriamycin、methotrxate、CPT-11、taxol、mitomycin Cに接触させることにより、アポトーシスの指標であるDNAのフラグメンテーションが観察された。SBC-3/Bcl-2はこのうちのadriamycin、CPT-11、mitomycin Cに対しSBC-3細胞と比較してそれぞれ3.4、7.6、5.7倍の耐性を示した。その他の薬剤に対しては耐性を示さなかった。さらにトランスフェクタントが耐性を獲得した薬剤において親株でDNAフラグメンテーションが認められる濃度の薬剤ではSBC-3/Bcl-2ではDNAフラグメンテーションが認められなかった。以上により、(1)ある種の抗癌剤の抗腫瘍活性にアポトーシスが関与していること(2)bcl-2遺伝子がアポトーシスを抑制することにより細胞の抗癌剤感受性を低下させ得ること(3)抗癌剤が関与するアポトーシスにはbcl-2遺伝子により抑制される経路と抑制されない経路があることが示された。抗癌剤の作用機転とのアポトーシスとの関わりについては、耐性を示すadriamycin、CPT-11、mitomycin CがそれぞれトポイソメラーゼII阻害、トポイソメラーゼII阻害、DNAのアルキル化であり、DNA障害能をもつ以外は共通性が見い出せず、今後の作用機序の検討が必要と考えられた。アポトーシスに関与すると考えられる因子に働く薬剤のSBC-3/Bcl-2に対する感受性の変化のスクリーニングではProtein kinase A,C阻害剤、刺激剤、superoxide産生剤、cdc2キナーゼ阻害剤等を検討したが、明確な感受性の変化は認められなかった。
医療機器安全管理体制の現状調査と標準モデル化に関する研究

一般市民的な目線から見た病院での医療機器の保守管理体制の認知度や問題点を明確にするために、医療に関連する資格保有者を除く、病院に過去5年以内に入院経験のある研究参加に同意が得られた成人4,000名を対象とし、無記名のWEBアンケート調査を実施した。病院内で使用されている医療機器について不安を感じたことがあるのは1,298名(32.5%)であった。不安を感じるのが最も高い状況はアラームが鳴っている時であり(496名:38.2%)、ついで医療機器が停止するかもしれない不安(483名:37.2%)であった。実際にトラブルを経験した医療機器としては輸液ポンプが最も多く(90名:24.5%)、ついで心電図モニタ(73名:19.8%)と続いた。実際に経験した具体的な内容については、輸液ポンプでは、アラームの未対応が多く(46名:51.1%)、ついで血液が漏れていた(26名:28.9%)、機器が古かった(19名:21.1%)と続いた。心電図モニタでは、アラームの未対応が多く(50名:68.5%)、ついで機器が古かった(15名:20.5%)、波形がスタッフステーションに表示されていなかった(10名:13.7%)と続いた。医療機器安全管理責任者の認知状況については、知っていたのが154名(3.9%)であり、名称だけ知っていた(756名:18.9%)、知らなかったのが3,090名(77.3%)であった。また、医療機器安全管理責任者の適任な職種については、医師が最も多く(2,004名:50.1%)、看護師(607名:15.2%)、臨床工学技士(457名:11.4%)と続いた。さらに、臨床工学技士の認知状況については、仕事内容も含めて知っているのが(178名:4.5%)、名称のみ認知(1,431名:35.8%)、知らない(2,391名:59.8%)であった。医療の高度化に伴い多くの医療機器が医療機関では使用されている。医療安全の確保のためには、医療機器の保守管理体制が重要であるが、医療機器の安全管理は各病院の力量に任され、どのように行われているか十分な研究がなされていない。2007年度には改正医療法が施行され、医療機器安全管理責任者の設置が義務付けられたが、その役割や実務に関する課題が浮かびあがってきている。本研究では、医療機器安全管理責任者を中心とした医療機器保守管理体制の実情の調査分析を行う計画である。今年度については、先行研究の文献検索及び病院を中心とした医療機器保守管理体制に関するアンケート調査の企画を行った。先行研究については、いくつかの文献で医療機器の安全管理に関してアンケート調査を行った文献があり、その内容を吟味し、今回の調査で行うアンケート内容を検討した。先行研究の調査では見当たらなかったが、今回の調査では、大型の放射線機器やいわゆる医療材料の管理などについても含めることとした。また、2013年8月に総務省から発表された、医療安全対策に関する行政評価・監視結果に基づく勧告では、定期的な研修を行うことが求められており、研修の実際等も含めた、様々な保守点検に関する課題を本アンケート調査で抽出し、医療機関で標準的に使用できるような解決策の検討を進める計画である。アンケート調査の企画としては、送付医療機関の選定や住所録の検討、サンプルサイズや調査手法について、参考図書や先行研究を基に検討した。今回のアンケート調査は、全国の病院を対象とし、厚生労働省の医療施設動向調査の病院数データを基に病床数規模別に層化して比例割り当てを行い、無作為に抽出することとした。また、臨床工学技士が配置されている想定割合(30%)、調査の精度(15%)を仮定し、必要なサンプルサイズを検討した結果、最低400は必要であることが判明した。やや遅れていると評価した最大の要因は本研究で計画していた科研費の採用通知が平成28年の10月以降であったということである。当初の計画では、先行研究の文献検索やアンケートの内容の検討、またアンケート調査を実施するまで今年度に実施する計画であったが、実施まで至っていない。半年分の遅れを取り戻すために、計画的に研究を進めているところである。一方で、当初計画していたアンケート調査内容を見直し、参考図書や先行研究を基に、サンプルサイズの設計や実施方法の吟味、調査対象医療機関の絞り込みなどを見直したため、想定より、アンケート調査実施までに時間が経過してしまった。また、サンプルサイズの見直しに伴い、アンケート送付対象病院を増やしたため、送付先データの入手や印刷業者の選定に時間が想定よりかかった要因もあり研究計画がやや遅れていると判断している。今年度については、全国の病院への医療機器安全管理責任者の実務の現状と共に課題を調査することにより、病院内における医療機器の保守管理体制の問題点を明確にすることを目的としてアンケート調査を行った。20問の調査項目を作成し臨床工学技士の配置や医療機器の管理方法、放射線機器や医療材料の管理や医療機器の研修に関する内容等、幅広く医療機器の安全管理に関する調査項目を作成しアンケート調査を実施した。アンケート送付病院数については、昨年度の研究成果から、最低400病院必要であることが判明しているため、アンケート調査に必要な費用を勘案して、全国の病院の約半数程度にあたる4,000病院に送付することした。

2017年11月1日から12月15日を締め切りとして、無作為に病床数別に抽出した全国4,000病院を対象に送付した。回答者としては、医療機器安全管理責任者もしくは医療機器の保守管理の実務担当者に回答いただくように依頼を行った。また、回答率の向上を目指して回答については、紙面での回答に加えて、アンケート回答用WEBページを作成し、電子的な方法でも回答できるようにした。4,000病院中、郵送で723(17.7%)、WEBで305(7.6%)合計1028(25.7%)の回答を回収した。回収データを精査し、同一病院からの重複回答や既に病院から診療所に施設変更されていた医療機関等を精査して、967(24.2%)回答を分析対象として分析を行った。回答者の属性としては、臨床工学技士(509回答:52.6%)からの回答が多く、次いで診療放射線技師(147回答:15.2%)であり、回答者の多くは医療機器安全管理責任者として任命されていた(627回答:64.8%)であった。100床未満からの回答が249回答(25.7%)であったが、送付割合と比較すると、回答割合が少ないため、今後詳細な分析が必要である。やや遅れていると評価した最大の要因は本研究で計画していた科研費の採用通知が平成28年の10月以降であったということである。本年度ではアンケート調査を行い詳細は分析を終了することが当初計画であったが、本年度では、アンケート調査を実施し、基礎的な分析は終了したものの、詳細な分析まで終了するには至らなかった。また、当初計画よりアンケート調査の回答サンプル数を多くしたために、結果的に分析作業に時間を費やすことになった。しかし、サンプル数を多くして今回の調査を実施することで、全国的な医療機器の安全管理に関しての課題も見えてきているため、今後の研究を進めるにあたり、重要なデータとなることが想定される。一般市民的な目線から見た病院での医療機器の保守管理体制の認知度や問題点を明確にするために、医療に関連する資格保有者を除く、病院に過去5年以内に入院経験のある研究参加に同意が得られた成人4,000名を対象とし、無記名のWEBアンケート調査を実施した。病院内で使用されている医療機器について不安を感じたことがあるのは1,298名(32.5%)であった。不安を感じるのが最も高い状況はアラームが鳴っている時であり(496名:38.2%)、ついで医療機器が停止するかもしれない不安(483名:37.2%)であった。実際にトラブルを経験した医療機器としては輸液ポンプが最も多く(90名:24.5%)、ついで心電図モニタ(73名:19.8%)と続いた。実際に経験した具体的な内容については、輸液ポンプでは、アラームの未対応が多く(46名:51.1%)、ついで血液が漏れていた(26名:28.9%)、機器が古かった(19名:21.1%)と続いた。心電図モニタでは、アラームの未対応が多く(50名:68.5%)、ついで機器が古かった(15名:20.5%)、波形がスタッフステーションに表示されていなかった(10名:13.7%)と続いた。医療機器安全管理責任者の認知状況については、知っていたのが154名(3.9%)であり、名称だけ知っていた(756名:18.9%)、知らなかったのが3,090名(77.3%)であった。また、医療機器安全管理責任者の適任な職種については、医師が最も多く(2,004名:50.1%)、看護師(607名:15.2%)、臨床工学技士(457名:11.4%)と続いた。
HIV感染の新しい動物モデルの確立

長期間にわたって、末梢T細胞分化を維持する系を確立するには、骨髄細胞による造血系幹細胞の供給が必須である。これまでSCIDマウスへの、ヒト骨髄細胞の移植は部分的な成功にとどまっていた。我々はSCIDマウスの皮下に、ヒト成人海綿骨を移植した。ヒト骨髄の組織像は、移植後8-12週でも正常に保たれていた。重要な点はマウスの骨髄に、ヒト由来のGM-CSF,BFU-E,CFU-E活性が確認されたことである。マウスの脾臓にもヒトCD45+,CD19+,CD69+細胞の定着がみられた。我々の結果は、ヒト骨髄細胞のマウスでの再構築実験において、最も成功した例である。この成功の原因は、海綿骨組織がヒト造血系細胞の分化、維持に必要な微少環境を提供することによるものと我々は解釈している。この系はHIVだけでなく、遺伝子治療の前臨床モデルとしても発展できる可能性がある。遺伝子治療のモデル実験として、我々はヒト骨髄からストローマ培養をつくり、それにヒトIL-6遺伝子を持つレトロウイルスベクターを感染させ、予めSCIDマウスへ移植しておいたヒト正常骨に注入した。6週後の検索では、IL-6によるヒト破骨細胞の分化・増殖が観察された。さらにHIV感染モデル確立のため、ヒト胎児(妊娠18週)の骨髄と胸腺をNOD-SCIDマウス皮下に移植した。移植後、8週の検索ではヒトCD45+,CD4+細胞が、移植された骨髄と胸腺に広範囲にわたり認められただけでなく、マウス脾臓への定着も観察された。
好塩性酵素の高次構造を維持するアミノ酸残基とイオンの役割

好塩性細菌の好塩性アミノ酸脱水素酵素について以下のことを明らかにした.(1)好塩性Bacillus liche-niformisの低度好塩性ロイシン脱水素酵素は、反応における至適塩濃度の違いを除けば、その酵素化学的性質や基質の結合順序、補酵素のプロトン脱離における立体特異性などについても、従来の酵素と同じ性質を示した。さらに精製酵素を用いてアミノ酸配列を明らかにすると共に、酵素遺伝子の塩基配列からその一次構造を解析したが、全一次構造を確定するには至らなかった。(2)好アルカリ性Natronobacteriummagadiiの高度好塩性ロイシン脱水素酵素の詳細な酵素化学的諸性質を明らかにし、特に酵素の活性と安定性に対する塩の効果を解析した。反応における一価陽イオンの適性と一価陰イオンのカオトロピック効果との相関関係を明らかにした。また酵素は活性化される状況が、酵素の最も安定な条件を与えた。(3)Halobacterium halobiumの高度好塩性アラニン脱水素酵素は、サブユニットの解離会合や塩濃度に伴う基質親和性の変化などH.saccharovorumの酵素とよく似た性質を示した。さらにその反応様式を明らかにし、反応に対する塩の効果についても高度好塩性酵素間で大きな相違はなかった。これらの高度好塩性アミノ酸脱水素酵素は、低濃度の塩存在下でサブユニット間の相互作用が保たれて補酵素と容易に結合できる構造を維持し、さらに高濃度の塩存在下でアミノ酸の結合に適切な高次構造をとることが示唆された。(4)既知酵素の一次構造上に保存されているアミノ酸配列を利用して、PCR法で増幅される高度好塩性酵素の遺伝子の一部をクローン化した。そのうち2種類はそれぞれが対応する酵素の構造遺伝子であることを確認し、好塩性ロイシン脱水素酵素遺伝子についてのみ部分構造を明らかにできた.好塩性アラニン脱水素酵素については、得られた増幅遺伝子を用いてスクリーニングを開始した段階惜である。
充電機構を有するセンサーネットワークの時空間特性を考慮した最適制御方式

次世代のセンサーネットワークの一つとして、充電機構を持つセンサーネットワークの研究が行われるようになってきた。しかし、環境発電によるエナジーハーベストを利用したセンサーネットワークは、電力供給が不安定という課題がある。そのため、センサーノードがデータを送信する際に、中継ノードが常にデータを転送できる状況にないことがあった。この報告では、各センサーの発電パターンに基づいて、2次元のセンサー配置におけるルーティング方式を提案する。さらに、センサーノードの充電効率が均等でない場合における同期プロトコルについても提案する。この提案方式をシミュレーションによって評価し、有効性を確認した。本研究は、太陽光パネルによる電力で充電されるセンサーネットワークを前提とし、太陽光パネルの発電パターンの確率モデルを過去の履歴から構築するとともに、周辺のセンサーが情報交換をすることで空間的な発電量の変化を収集し、将来の発電量を予測することで、適切な充電モデルを組み込み効率的な運用を可能とするエナジーハーベスト型のセンサーネットワークを開発する。平成25年度においては、充電機構を持つセンサーネットワークのクラスタリング及びルーティング方法を設計し、シミュレーションによって基本的な評価を実施した。平成25年度に作成したルーティング方式では、センサノードが送信するタイミングと受信するタイミングを同期させることで高いデータ到達率を実現した。エナジーハーベスト型のセンサネットワークでは、充電ー受信ー送信のサイクルがセンサノードの個体差、設置場所の状況、環境の変化によって変動することから、センサ間での送受信の同期が難しい。我々は、充電ー受信ー送信のサイクルの中の充電時間に着目し、この時間をデータ収集ノードであるシンクに集約した後、その時間を逆方向に伝搬して、最長の充電時間をネットワーク全体で合意させた。充電時間が合意されると、各センサノードは適切なスリープ時間を挿入して、充電ー受信ー送信のサイクル長を同じ長さに揃える動作をする。そして、自身が成功したメッセージ受信のタイミングから、送信元のタイミングと自身の受信タイミングとのずれを測定して、スリープ時間を調整してサイクルを前後にずらして、適切な送信者から適切なタイミングでの受信ができるように同期していくようにした。このルーティング方式をシミュレーションによって評価し、従来の方式に比べて50%以上の到達率の向上を可能とした。この成果は、国際会議論文において報告した。本研究では、太陽光パネルによる電力で充電されるセンサネットワークを前提として、太陽光パネルの発電パターンの確率モデルを過去の履歴から構築するととともに、周辺のセンサが情報交換をすることで、空間的な発電量の変化を収集し、将来の発電量を予測することで、適切な充電モデルを組み込み効率的な運用を可能とするエナジーハーベスト型のセンサネットワークを開発する。平成25年度の研究では、充電機構を持つセンサネットワークのクラスタリングおよびルーティング方法を設計し、シミュレーションによって基本的な評価を実施した。平成26年度においては、太陽光パネルの発電量の過去の推移に基づいて、太陽光パネルの異常を検知するアルゴリズムの開発と実装・評価を行った。太陽光パネルの発電量は、太陽光パネルに個別に設置されるセンサによって測定され、発電された電力を送電する電線を使ってデータ収集装置に集められる。太陽光パネルの発電量は、天候や周囲の建物や樹木の影の影響を受けるため、全体としてもパネル個別としても発電量が毎日変化するため、故障のための発電量低下なのかどうかを検出することが難しい。われわれは、パネル全体における個々のパネルの発電量の比率が、天候に影響されにくく非常に安定していることと、その比率データに過去の統計データから大きくはずれるデータについて異常とする検知アルゴリズムを提案した。そのアルゴリズムの有効性を評価するために、産総研に設置された太陽光パネルを使わせていただき、太陽光パネルに覆いをかけて疑似的な異常を検知する実験を行った。提案方式は、ほぼ96%の精度で正しく疑似的な異常を検知することができた。本研究では、太陽光パネルによる電力で充電されるセンサネットワークを前提として、太陽光パネルの発電パターンの確率モデルを過去の履歴から構築するとともに、周辺のセンサが情報交換をすることで、空間的な発電量の変化を収集し、将来の発電量を予測することで、適切な充電モデルを組み込み効率的な運用を可能とするエナジーハーベスト型のセンサネットワークを開発する。平成27年度においては、センサノード間で複数チャネルを用いて効率良く通信するためのMAC層プロトコルを開発した。無線ネットワークにおけるMACプロトコルでは、CSMA/DCFによって通信前に制御メッセージを交換することで周囲のノードからの不用意な通信を抑制し、メッセージの衝突を回避する方式を用いている。しかし、この通信抑制が通信効率を低下させる問題があった。それに対して、複数の通信チャネルを用いるマルチチャネルMACプロトコルの研究が行われているが、チャネルを切り替えている期間に制御メッセージ交換が行われると、それを受信できず周囲のノードがどのチャネルを用いているかの情報が受信されないことがあった。本研究では、制御メッセージにマルチチャネル通信の情報を付与して、周囲のノードがその情報を基に空きチャネルの空き時間帯を使って通信を行うMACプロトコルを提案した。そして、シミュレーションによって性能を評価した。ノード配置によっては、従来方式より効率的な通信が可能であることが分かった。この結果は、情報処理学会の全国大会において報告した。

そのため、センサーノードがデータを送信する際に、中継ノードが常にデータを転送できる状況にないことがあった。この報告では、各センサーの発電パターンに基づいて、2次元のセンサー配置におけるルーティング方式を提案する。さらに、センサーノードの充電効率が均等でない場合における同期プロトコルについても提案する。この提案方式をシミュレーションによって評価し、有効性を確認した。平成26年度において、QualNetシミュレータを使ったルーテイングプロトコルの性能評価の実施や、産総研とのコラボレーションによる太陽光パネルのエラー検知アルゴリズムの実装と評価までを実現した。太陽光パネルの特性についての十分な知見を得ることができ、エナジーハーベスト型のセンサネットワークの実現のための有益な知見を得ることができた。これらのことから、平成26年度の研究はおおむね順調に進展していると考えられる。情報処理平成27年度においては、更にルーティング方式の改良と、他の発電方式への適応性についての検討を行う。実際にモデル化が可能であれば、振動発電、あるいは風力発電等の他発電方式を使ったセンサネットワークの制御方式についてのシミュレーション評価を行う。最終的には、メガソーラ発電プラントにおける太陽光パネルのモニタリングシステムへの応用を目標とする。太陽光パネルを用いた実験や、センサによる異常検知システムのアルゴリズムについての意見交換は、産総研とのコラボレーションを今後とも継続する。また、これらの実験結果や評価結果は、国内のワークショップや研究会、国際会議での発表を通じて、他の研究者からのフィードバックをもらう予定である。平成25年度においては、充電機構を有するセンサネットワークのルーティング方式の設計とシミュレーション評価の実施が目標であり、その目標にしたがって新たなルーティング方式の提案と評価を行い成果を国際会議で発表するまでに至っている。また、平成25年度中にシミュレータQualNetの導入や、センサネットワーク実装用の端末の導入とその予備実験を行っており、平成26年度での試作実装の準備を行った。産総研とのコラボレーションも実施して、産総研における太陽光パネルでの発電モニタリングと故障検知技術の開発に参画し、太陽光発電の特性についても十分な経験を得ることができた。これらのことから、平成25年度の研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
回転流場でのLandau形攪乱成長と分岐・カオス化経路の解明

有限長の回転2重円柱間で発達する流れ,および,有限の幾何形状を持つ円柱容器内で回転する有意な厚さを持った円板まわりの流れにおいて,初期の静止状態から回転によって誘発される撹乱の成長を,数値的なシミュレーション,および,実験的な測定により見積もった.両端が固定端の回転2重円柱の場合,定常トロイダル渦流れが現れる過程,および,波動トロイダル渦が発達する過程を対象とした.このとき,静止状態から線形に回転角速度が大きくなる増速率の効果についても考慮した.流れの発達は,速度エネルギとエンストロフィにより調べた.円柱の増速率は,定常的な渦モードの発生とともに,波動渦のモードの決定に影響を与える.円柱の増速率が大きな場合には,流れの発達の中間段階で,付加的な渦が形成される.波動撹乱が成長する分岐点を,アスペクト比(円柱長さ/2円柱隙間)とレイノルズ数が張る空間で,数値的,実験的に決定し,定性的な一致を得た.両端が固定端面の回転2重円柱に加えて,一方の端面が自由端面である場合の流れの発達を調べた.この場合,2重円柱の軸は鉛直方向である.円柱の回転に伴い静止状態から発達する流れでは,まず,固定端面上のエクマン層から撹乱が成長し,ついで自由端面に変動が現れる.これに対して円柱壁面から直接発達する撹乱の成長率は小さく,ここでの流れは両端面からの変動の影響を大きく受ける.最終的に得られる非定常流れでは,自由表面の変動スペクトルが,実験的測定,数値的予測で,よい一致をみた.回転円板まわりの流れをアルミ粉で可視化し,ビデオストリームを時系列解析することで,撹乱の発達を調べた.同時に,PIVにより速度場を計測し,空間的な撹乱成長を特定した.円板と円柱容器の間で発生する渦は,スパイラル渦,乱流スパイラル渦の成長に大きな影響を与える.この過程を,実験的な測定,および,数値的な予測により明らかにした.有限長の回転2重円柱間で発達する流れ,および,有限の幾何形状を持つ円柱容器内で回転する有意な厚さを持った円板まわりの流れにおいて,初期の静止状態から回転によって誘発される撹乱の成長を,数値的なシミュレーション,および,実験的な測定により見積もった.両端が固定端の回転2重円柱の場合,定常トロイダル渦流れが現れる過程,および,波動トロイダル渦が発達する過程を対象とした.このとき,静止状態から線形に回転角速度が大きくなる増速率の効果についても考慮した.流れの発達は,速度エネルギとエンストロフィにより調べた.円柱の増速率は,定常的な渦モードの発生とともに,波動渦のモードの決定に影響を与える.円柱の増速率が大きな場合には,流れの発達の中間段階で,付加的な渦が形成される.波動撹乱が成長する分岐点を,アスペクト比(円柱長さ/2円柱隙間)とレイノルズ数が張る空間で,数値的,実験的に決定し,定性的な一致を得た.両端が固定端面の回転2重円柱に加えて,一方の端面が自由端面である場合の流れの発達を調べた.この場合,2重円柱の軸は鉛直方向である.円柱の回転に伴い静止状態から発達する流れでは,まず,固定端面上のエクマン層から撹乱が成長し,ついで自由端面に変動が現れる.これに対して円柱壁面から直接発達する撹乱の成長率は小さく,ここでの流れは両端面からの変動の影響を大きく受ける.最終的に得られる非定常流れでは,自由表面の変動スペクトルが,実験的測定,数値的予測で,よい一致をみた.回転円板まわりの流れをアルミ粉で可視化し,ビデオストリームを時系列解析することで,撹乱の発達を調べた.同時に,PIVにより速度場を計測し,空間的な撹乱成長を特定した.円板と円柱容器の間で発生する渦は,スパイラル渦,乱流スパイラル渦の成長に大きな影響を与える.この過程を,実験的な測定,および,数値的な予測により明らかにした.回転流場として,ケーシング内の回転円盤の流れ,および,回転2重円柱間の流れを対象として,DNSプログラムに解析を行ってきた.本研究では,特に,基本流からの撹乱の急激な発達現象に注目した.このため,高精度の数値計算法を採用することにより,比較的低レイノルズ数の壁面近くの挙動を良くとらえることができるようにした.そして,この成果を受けて,回転体が加減速するときの流れの発達を,各種の流動場形状,および流動条件において,網羅的な解析を進めた.実用的な円板の厚みを考慮した回転円板周りの流れでは,円板のリムと外側ケーシングの間の隙間に,遠心効果による流れが成長する様子を観測した.この流れは,円板の幾何学的対称性にも関わらず,周方向のみならず,軸方向への非対称性を示すことを,新たに示した.また,隙間で発達する流れの安定性は,レイノルズ数に敏感であり,その成長に伴いホップ分岐を引き起こすことを示した.回転2重円柱間の流れでは,通常の固定端面の影響に加えて,内円柱の増速率の影響と,端面が応力なしの場合の影響を調べた.

このうち,特に,応力なしの場合には,通常予測される正規流れの他に,変異流れが現れ,この変異流れでは,その発達とともに,外円柱側,内円柱側にエクストラ渦が形成されることを示した.数値解析結果を理解しやすく表示し,流れの詳細を知るために,インテラクティブな可視化システムを開発し,その有用性を確かめた.また,可視化実験に用いる複数台のビデオカメラによる現象の撮影のために,カメラシャッターの同期方法と,三次元空間におけるカメラの校正のための新しく,かつ,簡便な方法を開発した.有限長の回転2重円柱間で発達する流れ,および,有限の幾何形状を持つ円柱容器内で回転する有意な厚さを持った円板まわりの流れにおいて,初期の静止状態から回転によって誘発される撹乱の成長を,数値的なシミュレーション,および,実験的な測定により見積もった.両端が固定端の回転2重円柱の場合,定常トロイダル渦流れが現れる過程,および,波動トロイダル渦が発達する過程を対象とした.このとき,静止状態から線形に回転角速度が大きくなる増速率の効果についても考慮した.流れの発達は,速度エネルギとエンストロフィにより調べた.円柱の増速率は,定常的な渦モードの発生とともに,波動渦のモードの決定に影響を与える.円柱の増速率が大きな場合には,流れの発達の中間段階で,付加的な渦が形成される。波動撹乱が成長する分岐点を,アスペクト比(円柱長さ/2円柱隙間)とレイノルズ数が張る空間で,数値的,実験的に決定し,定性的な一致を得た.両端が固定端面の回転2重円柱に加えて,一方の端面が自由端面である場合の流れの発達を調べた.この場合,2重円柱の軸は鉛直方向である.円柱の回転に伴い静止状態から発達する流れでは,まず,固定端面上のエクマン層から撹乱が成長し,ついで自由端面に変動が現れる.これに対して円柱壁面から直接発達する撹乱の成長率は小さく,ここでの流れは両端面からの変動の影響を大きく受ける.最終的に得られる非定常流れでは,自由表面の変動スペクトルが,実験的測定,数値的予測で,よい一致をみた.回転円板まわりの流れをアルミ粉で可視化し,ビデオストリームを時系列解析することで,撹乱の発達を調べた.同時に,PIVにより速度場を計測し,空間的な撹乱成長を特定した.円板と円柱容器の間で発生する渦は,スパイラル渦,乱流スパイラル渦の成長に大きな影響を与える.この過程を,実験的な測定,および,数値的な予測により明らかにした.
LIM-キナーゼ結合因子の同定とアクチン細胞骨格制御における機能解析

L1Mキナーゼ(LIMK)ファミリーはアクチン脱重合因子であるコフィリンをリン酸化し不活性化することで細胞内アクチン骨格を制御するシグナル分子である。これまでに、LIMK1とGSTの融合蛋白質を動物細胞に大量発現させ、結合蛋白の同定を試みたところ、約55kDaの蛋白質を検出し、これがβ-チューブリンであることを明らかにした。1IMK1の過剰発現により細胞内のチューブリンネットワークに大きな変化は見られなかったが、LIMK1とYFPの融合タンパク質の細胞内動態を観察した結果、LIMK1が局在する細胞内小胞がチューブリンネットワークに沿って輸送されていることが観察された。また、LPA等の刺激依存的にLIMK1の局在する小胞が増加することから、エンドサイトーシスに伴うエンドソームに局在していると推測された。これらの小胞形成はLIMK1のキナーゼ活性の有無に影響されなかった。LIMK1とチューブリンとの相互作用は細胞内局在、輸送のため働いていると考えられる。これとは別に、LIMK1の過剰発現によって誘導されるアクチンの重合構造に特異的なアクチン結合タンパク質を検索した。LIMK1は過剰発現により細胞内でアクチンストレスファイバーの形成、膜blebingを引き起こすことがこれまでに明らかとなっており、細胞内に収縮力を持つアクチン構造の増強に働いていると推測される。これらのアクチン構造の形成に働くアクチン結合・束化タンパク質について検討を行ったところ、LIMK1の過剰発現によってアクチン重合を促進するアクチン結合タンパク質を同定した。このアクチン結合タンパク質について詳細な解析はまだ進んでいないため、細胞の収縮に対して新たな機能を持つ可能性を考え解析を進めている。LIMキナーゼはアクチン脱重合因子であるコフィリンをリン酸化し不活性化することで細胞内アクチン骨格を制御するシグナル分子である。本研究では、LIMキナーゼ1(LIMK1)によるアクチン骨格の再構築の細胞における機能を明らかにするために、LIMK1に相互作用する活性制御因子の検索と新たな基質の同定を進めている。LIMK1とGSTの融合蛋白質を動物細胞に大量発現させ、結合蛋白の同定を試みたところ、約55kDaの蛋白質を検出した。これを精製し部分アミノ酸配列の決定を行った結果、β-チューブリンである事が明らかとなった。さらに解析を進め、LIMK1はβ-チューブリンに結合し、また、β-チューブリンを基質としてリン酸化することが明らかとなった。チューブリンが構成する微小管のネットワークはアクチン骨格と相互に協調して細胞の形態や運動に関与する事から、LIMK1は微小管のネットワークの形成にも関与していることが考えられるが、現在のところLIMK1による微小管ネットワークの形態に対する影響は検出されておらず、LIMK1の細胞内局在等に関与する可能性が考えられる。また、LIMK1の強制発現によって引き起こされるアクチン骨格の再構築パターンに類似したアクチン骨格の再構築を誘導する蛋白質、局在が類似している蛋白質を検索した。まず、種々のアクチン結合蛋白質とLIMK1の相互作用を検討した結果、LIMK1のキナーゼ活性依存的にアクチン結合活性が上昇するものを見いだした。この因子を解析することでLIMK1特異的に誘導されるアクチン骨格構造を分類し、細胞に対するLIMK1の働きの分子メカニズムを明らかにできると考え、現在、この因子がLIMK1によってどのようにアクチン結合活性を制御されているのかを検討中である。
超音波・ＭＲＩ血流可視化システムに基づく成人期ファロー四徴症の手術適応基準の確立

血流速度ベクトル分布を可視化する超音波検査技術VFMを用い、血流の粘性摩擦によるエネルギー損失値(EL)を算出できる。ELは、血流の効率を反映し、形態によらない心機能の評価指標となる。本研究では、ELの臨床応用を目指し、正常小児におけるELの正常値と、それに影響を与える因子を探った。収縮期ELは年齢と負の相関、心拍数と正の相関を有し、拡張期ELは年齢と負の相関、心拍数およびE波高と正の相関を認めた。年齢と心拍数から収縮期ELの基準値が、年齢、心拍数とE波高から拡張期ELの基準値が予測できることが判明した。今後は、この正常予測式を基準として様々な心疾患でELを比較し、臨床応用を目指す。Vector Flow Mapping (VFM)は、カラードプラ画像と、関心領域を囲む心血管壁のスペックルトラッキング画像から、流量保存則を適用してエコービームに直交する速度成分を算出し、血流の速度ベクトルを可視化するソフトウェアである。さらに速度分布が分かることで、血流の粘性摩擦によるエネルギー損失を算出することができる。速度の変化が急激であるほど、また速度ベクトルの向きがばらついているほど、粘性摩擦によるエネルギー損失(EL)が大きい値となる。心エコーを用いた心機能評価では、従来から、心室駆出率や心筋ストレインに代表されるように、心室壁運動に関心が向けられてきた。しかし、心筋運動の結果として心室内に生じる血流については、ほとんど関心が払われてこなかった。VFMを用いて算出されるELは、血流の効率を反映すると考えられ、心機能の新しい指標となる可能性がある。収縮期の左室内腔に生じるELの小児における基準値を明らかにするための研究を行った。心疾患のない小児24名を対象に、心尖部五腔像の心エコー動画から、一心周期にわたる左室内血流の速度ベクトル分布を得て、収縮期に左室内に生じる単位時間あたりのELを算出し体表面積で補正した。その結果、体表面積あたりの収縮期の左室内ELが心拍数と有意な相関を示すことが明らかとなった。これは幼少児の左室が、hyperdynamicな状態であることを反映しており、ELが心機能評価の新しい指標となる可能性が示唆された。また、Norwood手術後に大動脈が屈曲した形態となった症例を対象に、VFMを用いて血流の解析を行った。さらに心室内の血流速度分布を元に、血流の粘性摩擦によるエネルギー損失(EL)を算出することができる。ELは血流の効率を示す指標であり、速度の変化が急激であるほど、また速度ベクトルの向きがばらついているほど、大きい値となる。これは、心室内の血流パターンを定量的に評価する方法が定まっていないこと、そもそも血流を計測することが難しいことが影響していると思われる。本研究の最終年度にあたる平成25年度は、正常小児の心エコー動画像を用いて、収縮期および拡張期の左室内腔に生じるELの小児における基準値を明らかにする研究を行なった。心疾患のない小児48名を対象に、心尖部五腔像の心エコー動画から、一心周期にわたる左室内血流の速度ベクトル分布を得て、収縮期および拡張期に左室内に生じる単位時間あたりのELを算出し体表面積で補正した。その結果、収縮期の左室内ELは心拍数および年齢と有意な相関を示し、また拡張期の左室内ELは心拍数、年齢およびE波流入速度と有意な相関をすることが明らかとなった。さらに、多変量解析によって、収縮期および拡張期ELの基準値を算出する回帰式を作成した。われわれの研究では、近年実用化されつつある「心臓超音波やMRIでの血流可視化装置」を元に我々の共同研究で新たに開発された『可視化血流からエネルギー損失を実計測するシステム』を用い、患者の肺動脈弁周囲でのエネルギー損失を計測し、右心不全の進行を予防するための手術適応基準を確立することを目指している。血流ベクトル解析および血流のエネルギー損失値の算出は、全く新しい技術である。

そのため、臨床データを本格的に収集する前に、(1)血流ベクトル解析のデータから血流のエネルギー損失を算出するプログラムを作成し、(2)コンピュータシミュレーションによる精度評価に基づいてプログラムの調整を行い、(3)実際の患者さんでエコーのデータをとり手技の工夫やエコー機器の設定の調節を行なう必要がある。これまでに、血流のエネルギー損失の算出プログラムはほぼ完成した。血流の速度と向きをあらわすベクトルデータから、血流のエネルギー損失値を算出することが可能となった。ある範囲での血流の速度の変化が急であればあるほど、また血流の向きのばらつきが大きければ大きいほど、エネルギー損失値は大きい値となる。これを生体で算出可能とした報告はこれまでになく、全く新しい技術である。さらに、コンピュータシミュレーションも行なっており、この技術によって算出されたエネルギー損失値の精度が、信頼性のあるものであることも確認できた。エネルギー損失値のグラフィック表示もできるようなプログラムとなっており、簡便、視覚的かつ直感的に心内の血流を評価することが可能で、臨床医にとって有用な技術が確立できたと考えられる。まず、VFMの解析ソフトウェアであるが、これは共同研究チームである、北里大学血流解析学講座の協力で、ほぼ市販できるまでの完成度が得られている。我々の研究の最終的な目標は、血流の粘性摩擦によるエネルギー損失(EL)を用いてファロー四徴症における肺動脈弁逆流が右室機能に与える影響を評価することである。しかし、ELそのものが全く新しい技術・指標であるため、まず、心機能評価の方法がある程度確立されている左心室を対象に、ELの計測を行い、その有用性を探ることとした。その結果、上記に示すように、ELが心臓の収縮性を反映する可能性を示唆する結果が得られ、ELの有用性を世界で初めて示すことに成功した。この成果は、次年度に学会発表する予定である。また心室内のみならず、血管内の血流をVFMで評価・解析する研究も進めることができた。orwood手術後に大動脈が屈曲した形態となった症例を対象に、コンピュータシミュレーションで得られた血流モデルと、VFMから求めた血流を比較し、VFMが優れた精度で血管内の血流を再現できることを示し、国内学会(小児循環動態研究会、2012年11月)で発表して大きな反響を得た。当初は、解析プログラムの確立に加えて、pilot study的に、数例の臨床データの解析も行って、エコー機器の設定や検査手技も確立させる予定であった。しかし、血流ベクトル解析のシステムは、日立アロカメディカル社のものを使用する予定であるが、これの市販が遅れたため、実際の臨床データの解析を行うことができていない。また、東京大学医学部附属病院小児科において、日立アロカメディカル社製の心臓超音波検査機器の購入申請が2年連続で却下されてしまい、現状では臨床データの収集が困難である。そこで中央検査部にある心臓超音波検査機器を使用させてもらえるように交渉を行い、平成24年度からは、使用できるメドがたったところである。血流ベクトル解析のシステムは平成24年内に市販が予定されており、またエネルギー損失値の算出プログラムについてはほぼ完成しているので、日立アロカメディカル社製の心臓超音波検査機器さえ使用できるようになれば、今年度から臨床データの収集および解析が可能となると思われる。いよいよ研究の最終年度である。
刑事訴訟における証拠調ベ手続の充実と迅速化―巨大事件の適正な審理方式の研究―

とりわけ大規模事件に関する刑事訴訟の充実・迅速化のための方策につき、次の研究成果を得た。まず、刑事訴訟の充実・迅速化策として、かつてより期待されてきた集中審理論につき、過去の議論や実務運用の見直しは、とりわけ大規模事件につき徹底した集中審理の実現には結び付かなかった。その理由としては、検察官面前調書や自白調書に大幅に証拠能力を認めている現行法規定の改革に着手できなかったことが大きい。集中審理を最も徹底したものとしてアメリカの刑事訴訟がある。アメリカの陪審手続をモデルにして、証拠調べ手続を抜本的に事前準備・集中審理型に返還するためには、被疑者の弁護人依頼権の強化、捜査手続における取調べ中心捜査からの脱却、事前証拠開示制度の創設など抜本的改革が条件となる。他方、参審制をとるドイツの場合、日本よりは集中審理に忠実であるものの、とりわけ大規模事件の場合は審理が比較的長期化することは避けられないことから、むしろ集中審理形式を緩める方向での改革が行われてきた。しかし、その場合も、公判における証拠調べは直接・口頭原則により忠実で、被告人の証拠調べ請求権の保障も厚く、公判における証拠調べは充実している。以上のような比較法的検討から、刑事訴訟の充実・迅速化のためには市民参加による集中審理方式の徹底を基本としつつ、大規模事件の特徴から生じる個別の問題に対応するためには、常に事前準備において審理計画を確定してしまうことは妥当でなく、公判の証拠調べを通じて審理計画を変更して行く余地を残す必要があるとの結論を得た。また、事前準備型の実現のためには、総じて公判前の段階の被疑者・被告人の権利の強化とあわせて、議論されていることが明らかになった。平成11年7月から審議が開始した司法制度改革審議会の検討項目として、特異重大事件の刑事訴訟が長期化する傾向にあることを特に問題として、刑事裁判の充実・迅速化策が盛り込まれ、12年10月には中間報告が出されたことから、そこで取りまとめられた充実・迅速化策の検討を先行させて、研究を勧めた。特異重大事件自体の実態を把握できる統計はないため、それを含んでいるだろう長期未済事件につき、その数と原因に関する統計および証拠調べの実態を表す統計を、経年的に調査分析した。その結果、1970年代の訴訟促進方針の結果、長期未済事件の著しい現象を得たが、同じに証拠調べ形骸化が極めて進行したことが確認できた。それにもかかわらず1990年代より事件が増加傾向にあり、未済事件も増加しつつあることから、さらなる充実・迅速化対策が必要であることも確認できた。充実・迅速化策として証拠開示の拡充を条件とした事前の争点整理手続の整備が提言されたこともあり、そのためのひとつのモデルとなりうるイギリスの1996年刑事手続・捜査法の分析を中心に研究を進めた。以上の研究の中間的成果を、平成12年10月に学会で報告し、また12月には刑事公判に関する研究会で報告した。また、成果の一部を学会誌に掲載した。来年度はやはり司法制度改革審議会で議論された公判期日間隔やその上限の問題を中心に、外国での議論を参考にしつつ、さらに研究を進める予定である。
重力場および超弦模型の数値的量子化

重力を、他のすべての力、すなわち強い核力・弱い核力・電磁気力と同じように量子化する試みは、理論物理学の重要な課題のひとつであった。アインシュタイン重力をそのまま摂動論的に量子化することは不可能であることが知られてから、他のいろいろな方法が試みられてきた。その中で、現在最も研究者をひきつけているのは超弦模型であるが、それがわれわれの知る時間空間と、その中での重力を記述できるかどうかは、いまだ明らかでない。私たちは、4次元時空を格子状に分割し非摂動論的に量子化することを過去7年にわたり科研費の補助を受けて試みてきた。そして、重力は4次元時空上でも数値的に量子化できることを見出した。これを確実にするためには解析的な理論を構築する必要がある。私たちの分析によれば、4次元重力の量子化は、コンフォーマル変換不変な4次元重力を非摂動系とし、重力子場を摂動的に取り扱うことで可能であることを示唆している。そのような理論はまだわかっていないが、数値計算と比較対照することで遠からず解明できるものと考えられる。数値的な量子化が成功したことにより、その宇宙論的意義も研究の俎上にあがってきた。宇宙のトポロジーを決め、数値的に求まった時空がアインシュタイン方程式の解と対応できることや、空間がフラクタル性を持つため物理的次元は4から少しずれる可能性があることなどもわかってきた。これが宇宙項の問題や、宇宙論で問題となっているダークマターやダークエネルギーの解決となるかどうかは、さまざまなトポロジーとより大きなサイズでのシミュレーションにより明らかになると期待している。1.超弦模型タイプIIBスーパー・ストリング模型に対応する格子化されたスーパー・ストリングの作用関数を決定した。これを解析的な計算ができる時空の配位(三角形が4,5,6個で分割された2次元球)についてその分配関数をボーズ場の次元とフェルミ場の次元をパラメータとして求めた。分配関数が有限に保たれるためには少なくとも1対のフェルミオン場の必要なことがわかった。2.4次元重力4次元のアインシュタイン重力を格子化した計算では物質場の無い純重力で空間の分配関数は1次の相転移を示すことが知られている。これでは連続極限が取れないためゲージ場を結合させた計算を行った。U(1)ゲージ場が1つ結合した場合について有限サイズ・スケーリング法で相転移の次数を調べた結果2次またはそれ以上という結果を得た。相転移がスムースに起こることよりこの系では連続極限が取れることがわかった。1.重力場の量子化アインシュタイン重力を量子化する試みは、重力場とU(1)ゲージ場を結合した数値的解析の結果により新しい局面を迎えた.すなわち、ゲージ場が存在しない時に知られている空間の不安定性が解消し、広がりを持つ空間が現われた.この性質は1つのベルトル場を約62のスカラー場で置き換えても変らない.これは4次元共形重力理論が予想していたことでもある.又、出来上った4次元ユークリッド時空は宇宙項を持つアインシュタイン方程式の解とも対応していることが示せた.これは今年度インドで行われた格子理論国際会議で発表した.2.超弦模型行列模型と、我々が定式化したランダムストリングとの関係を明らかにする作業が進行中である.重力場の量子化アインシュタイン重力が摂動論的に量子化出来ないことは知られているが,ゼロ質量テンソル場としての重力場の量子化にはいくつかの理論が存在することはあまり知られていない。その主な理由は量子化が超ミクロなスケール(Planckスケール)を対象とした問題であるのに対し,一般相対論は宇宙スケールでの問題であるため、それらの間のギャップが大きすぎることにある.事実,量子化した場が古典重力場にどのように移っていくのかを知るには量子場の古典極限を採る必要がある.