hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
認知的スキルの育成を目指す保健授業のモデルづくりに関する研究

授業群は3クラス,対照群は4クラス設定した。事前調査においては,認知的スキルに関する調査とともに授業内容に関する調査も実施した。事後調査では,認知的スキルに関する調査,授業内容に関する調査を実施し,さらに授業に関する感想などを聞くことにより,授業の過程に関する評価を実施した。さらに,授業終了3ヶ月後に,追跡調査として,認知的スキルに関する調査を実施した。その結果,授業群において,認知的スキルの尺度である自己管理スキル尺度に対照群を有意に上回る得点の伸びが見られ,授業は認知的スキルを育成する上で有効であること,保健学習の範囲においても認知的スキルの育成は可能であることなどが明らかになった。また,性に関わる態度や知識に関しても肯定的な変化が見られた。この結果を学校保健の中心的学術雑誌である「学校保健研究」に投稿し,「原著」として掲載された。2認知的スキルを育成する学習活動の検討小・中・高等学校の教師及び健康教育研究者による研究会を計9回開き,認知的スキルを育成する学習活動などに関して検討を行った。その際,自己管理だけでなく,対人場面においても活用できるようなスキルの育成に関しても検討を加えた。3対人場面での認知的スキルも育成する保健授業の開発検討した学習活動をもとに高等学校保健の他領域において対人場面での認知的スキルも育成できるような授業案の開発を行った。また,次年度に向け小人数グループへの介入の可能性も検討した。これまでの申請者らの研究により,認知的スキルは保健行動の実現に貢献する可能性が大きいこと,教育的支援により認知的スキルを育成することが可能なことが明らかになった。本年度は,前年度の研究活動を引き継ぎ,認知的スキルを育成する学習活動の整理を行った。そこでは,認知的スキルをベーシック認知的スキルとメタ認知的スキルとに分け,それぞれを育成する学習活動にはどのような構造が考えられるのかをした上でそれぞれに対応する活動を開発した。特にメタ認知的スキルに関しては,管理の対象を思考,感情,欲求などに分類して,それぞれに関して学習活動を開発し,模擬的に実施した上で修正を行った。その結果を活かして,高等学校科目保健の「現代社会と健康」領域の「精神の健康」を題材として,モデル授業を開発し,実施した。そして,事前評価,事後評価,追跡評価を行い、精神の健康という題材においても,認知的スキルを育成する授業な実施可能であり,また、保健学習の効果と同時に認知的スキルの向上も確認できることが明かになった。さらに本年度は、自己管理スキル尺度による評価に加えて,通常の学習活動でしばしば用いられる自由記述文による評価に関する検討も行った。高等学校科目保健の「生涯を通じる健康」領域における12時間の授業実践の結果,認知的スキルの豊富さは,与えられたテーマに関して生徒が自由に答えた記述文によってもある程度評価が可能であることが明らかになった。最後に,全体の研究に関して総合的な検討を加え,今後の研究の方向性等に関して整理を行った。
局所位相特徴を用いた類似度評価とバイオメトリクス認証への応用に関する研究

本年度は,1.局所位相特徴に基づくマルチモーダルバイオメトリクス認証の検討,2.指関節紋認証システムの開発に関する検討,3.歯科診療情報を用いた個人識別の検討を行った.本研究では,昨年度までに,局所位相特徴に基づく照合アルゴリズムが,複数の生体特徴に対して有効であるという結果が得られている.本年度は,まず,この照合アルゴリズムを用いて,掌紋,指関節紋,顔,虹彩のそれぞれで照合スコアを求め,それを融合することで認証性能を向上するマルチモーダルバイオメトリクス認証を検討した.公開画像データベースを用いて,さまざまなスコア融合手法について評価・比較を行い,局所位相特徴を用いた照合アルゴリズムにより単一の指標で算出された類似度の融合が,それぞれの生体特徴で代表的な照合アルゴリズムにより算出された類似度の融合と比較して,生体特徴の組み合わせや融合手法に依存せず認証性能を向上することが可能であることを実証した.次に,指関節紋認証について,ドアレバーを用いた指関節紋認証システムを対象として,指の第3関節近傍のパターンを用いた個人認証システムを検討した.実用に近い環境下で評価用データベースを作成して性能評価実験を行い,指の第3関節近傍のパターンを用いた個人認証が,これまで検討してきた指の第2関節近傍のパターンを用いた個人認証と同等以上の認証性能を有し,より容易に認証システムを構築できることを実証した.そして,本研究の成果を応用し,歯の治療に関する情報などの歯科診療情報を特徴とした個人識別について検討した.問題の定式化および大規模データベースを用いた性能評価実験により,歯科診療情報が個人識別に有効な特徴であることを実証した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,1.局所位相特徴に基づく類似度評価技術の高精度化の検討,2.掌紋認証・指関節紋認証システムの開発に関する検討を行った.本研究では,昨年度までに,階層画像と局所位相特徴に基づく画像マッチングを用いた照合が有効であるという結果が得られている.本年度は,まず,掌紋認証を中心として,基準点の配置方法,および位置合わせ結果からの類似度評価手法について検討を行った.掌紋の公開画像データベースを用いた性能評価実験を通して,前者により認証性能を低下することなく計算量の削減が可能であること,および後者による類似度評価と従来の相関値に基づく類似度評価とを相補的に利用することで認証性能が向上することを実証した.また,掌紋,指関節紋,顔,虹彩の公開画像データベースを用いた実験を行い,位相の量子化と認証性能のトレードオフについて検討を行った.そして,提案手法を応用し,実環境において利便性・信頼性に優れた掌紋認証システム,および指関節紋認証システムを開発するための検討を行った.掌紋認証について,疎な能動型3次元計測に基づく手のひらの傾き補正手法,および指を閉じた状態で撮影された手のひら画像からの関心領域抽出手法を提案した.指関節紋認証について,ドアレバーを用いた指関節紋認証システムを対象として,動画像を用いた関心領域抽出手法を提案した.それぞれの生体特徴について,実用に近い環境下で評価用のデータベースを作成し,関心領域抽出,および認証について性能評価実験を行った.提案手法により安定して関心領域抽出が行えるとともに,局所位相特徴を用いた認証アルゴリズムが,実用的な環境下においても,掌紋,および指関節紋の従来手法より高い認証性能を有することを実証した.本年度は,1.局所位相特徴に基づくマルチモーダルバイオメトリクス認証の検討,2.指関節紋認証システムの開発に関する検討,3.歯科診療情報を用いた個人識別の検討を行った.本研究では,昨年度までに,局所位相特徴に基づく照合アルゴリズムが,複数の生体特徴に対して有効であるという結果が得られている.本年度は,まず,この照合アルゴリズムを用いて,掌紋,指関節紋,顔,虹彩のそれぞれで照合スコアを求め,それを融合することで認証性能を向上するマルチモーダルバイオメトリクス認証を検討した.公開画像データベースを用いて,さまざまなスコア融合手法について評価・比較を行い,局所位相特徴を用いた照合アルゴリズムにより単一の指標で算出された類似度の融合が,それぞれの生体特徴で代表的な照合アルゴリズムにより算出された類似度の融合と比較して,生体特徴の組み合わせや融合手法に依存せず認証性能を向上することが可能であることを実証した.次に,指関節紋認証について,ドアレバーを用いた指関節紋認証システムを対象として,指の第3関節近傍のパターンを用いた個人認証システムを検討した.実用に近い環境下で評価用データベースを作成して性能評価実験を行い,指の第3関節近傍のパターンを用いた個人認証が,これまで検討してきた指の第2関節近傍のパターンを用いた個人認証と同等以上の認証性能を有し,より容易に認証システムを構築できることを実証した.そして,本研究の成果を応用し,歯の治療に関する情報などの歯科診療情報を特徴とした個人識別について検討した.問題の定式化および大規模データベースを用いた性能評価実験により,歯科診療情報が個人識別に有効な特徴であることを実証した.本年度は,研究実施計画で記した局所位相特徴に基づく類似度評価のための基本技術の確立には至らなかった.新たに考案した類似度評価に関するいくつかの高性能化手法についてその有効性を確認しており,現在,従来技術と組み合わせた高性能化について検討段階である.一方で,掌紋・指関節紋を中心として顔や虹彩について本手法が有効であることを確認しているほか,それぞれの生体特徴に対して,位相の量子化と認証性能とのトレードオフに関する大規模実験を通した基礎的な検討を行っており,本研究は,おおむね順調に進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後は,まず,局所位相特徴に基づく高精度な類似度評価技術,および,それに基づくバイオメトリクス認証アルゴリズムを確立する.今年度検討した諸手法について整理を行い,これ以外にも,位相情報に基づく画像マッチングの高精度化手法の中でバイオメトリクス認証に適したものを選択して組み合わせることで,認証性能・汎用性に優れたアルゴリズムを完成させる.確立したアルゴリズムについて,複数の生体特徴の公開画像データベースを用いた性能評価を行い,各生体特徴に対して提案されている従来手法と比較する.そして,確立したアルゴリズムをもとに,パターン認識などの技術を利用し,複数の生体特徴で算出した類似度を融合して認証を行うマルチモーダル認証システムの開発を行う予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
米国学区における教育政策形成能力の質的向上をめざす教育委員会制度改革の調査研究

米国大都市学区における教育政策形成能力の質的向上をめざす教育委員会制度の改革として、以下の2つの改革がせめぎ合っていることを明らかにした。(1)市長任命のCEO型教育長による学校ガバナンス:第一に、学校ガバナンスへの市長介入は、教育委員会を政策審議会に弱め、市長任命によるCEO型教育長中心の学校管理をめざしている。学力の向上に失敗し、教育長の在籍年数も極端に短く、大都市教育委員会制度は機能不全に陥っているというのが、介入の理由であった。しかし、この15年間ほどの市長支配による教育改革の正統性には、疑問の声があがっている。例えば、ハーバード大学教育誌の特集は、市長支配には断固反対の論陣をはっている。教育における公共性の独自性から、教育ガバナンスを一般政治に従属させることはできないとして、学区民に直接責任を負う公選制教育委員会制度を擁護している。(2)共同統治の発展と多文化教育の前進一公選校長と教職員のリーダーシップ:第二に、学校地域レベルにおける学校(リーダーシップ)委員会の「復権」と共同統治の発展が、特に中産層の多い地域では顕著であり、学校改善がすすんでいる。学校地域レベルで当事者が学校委員の選任や、校長の選考を含む学校管理に直接参加できる制度が整備されつつある。19世紀半ばの初等学校委員会やウォード学校委員会と比較した場合、その構成は全く異なっている。草創期の委員会は素人ばかりであったが、今日では、校長・教職員など教育(経営)専門職のリーダーシップに期待した共同統治機関になっている点が歴史的特質といえる。学校(リーダーシップ)委員会によるガバナンスは、第一の特徴としてあげた市長=CEO型教育長-学区教育委員会(政策審議会)によるガバナンスに従属しているというより、激しくぶつかり合っている。特に、ニューヨークとシカゴは対立が激しくなっている。(1)ニューヨーク市、ロサンゼルス、シカゴについて、概ね以下の3領域について基本資料を収集し、面接調査票を作成した。(1)教育行政組織改革による自治体教育統治・政策能力の向上施策にかかわって、市長部局や民間組織との連携・ネットワークによる教育政策の形成に関する資料(2)学区ならびに学校における教育政策形成の事例研究をすすめるために、教員評価政策の立案・実施過程、特色ある教育課程編成、予算編成に関する資料(3)政府間関係の改革による学区教育統治・政策能力の向上施策にかかわって、学校ごとに設置されている学校協議会の組織・運営・権限、学区教育委員会から自律したチャータースクールの設置・運営実態などに関する資料(2)これまでに収集した以下の資料を、本研究の視点から分析し、教育委員、学校協議会メンバー、教育長、校長、教員(組合)に対する面接調査票を作成した。(2)ニューヨーク市学区の32の地域教育委員会を廃止した2002年法の分析をすすめた。1969年以来35年間続いた地域教育委員会制度が廃止され、昨年7月より同じく32の地域教育審議会(Community Education Council)に再編され、委員は各学校の父母会の3役による選挙で選ばれ編成されたこと、学区教育委員会-地域教育長-地域教育審議会-学校協議会の法的関係などを整理し、まとめることができた。2.また、ニューヨーク市学区における32の地域教育委員会の廃止に続いて、シカゴ学区でも、デイリー市長により、学校委員会制度(Local School Council)そのものを廃止し、市長ならびに市中央教育委員会による教育長らの教育専門職のリーダーシップを強化する州法改正の動きも活発になってきている教育政治状況について、関係資料の収集と面接調査計画を作成した。

1.教育委員会制度への市長介入によって、大都市学区の教育政策形成能力を高めようとしているニューヨーク市学区(2002年)、ロサンゼルス学区(2006年)、シカゴ学区(1995年)、ボストン学区(1991年)に対する面接調査及び資料収集により、以下のような教育委員会制度改革と学校改善のシステムを明らかにした。(1)ブルームバーグ・ニューヨーク市長は、教育長を直接任命するとともに、市長任命の教育委員を2人から7人に増やし13人体制からなる「教育政策審議会」に格下げした。また、32の地域教育委員会を廃止し、地域教育審議会を設置。各学校には学校リーダーシップチーム(教職員と保護者同数)を組織している。(2)ビヤライゴーサ・ロサンゼルス市長は、公選制教育委員会を廃止して、学区を構成するロサンゼルス市をはじめとする27の市長で市長会を編成し、市長会が教育長を雇用する構想を提起。州議会、司法当局をも巻き込んだ調整のすえ、公選制教委を維持し教育長め選任権は持つが、市長会は拒否権を有することで合意した。(3)デイリー・シカゴ市長はヴァーラス教育長についでダンカン教育長を選任するとともに、教育委員会を1999年に復活させた。すべての学校に1989年に設置された学校委員会(保護者が過半数を占める)は存続、新たに教職員リーダーシップ委員会を組織している。(4)メニーノ・ボストン市長は、1991年以降の任命制教育委員会のもとで、選考委員会方式により教育長を選任するとともに、各学校には教育リーダーシップ委員会を組織している。2.これらの改革によっても顕著な学力の向上がみられるわけではないことから、教育政策決定決定過程の市長支配システムの導入は10市程度にとどまっており、教職員を中心にした学校運営組織の改善があらためて注目されている実態をまとめ、成果報告書を作成した。
アミノ酸の惹起する細胞内シグナル伝達の基礎研究と腸管蠕動不全治療の研究アプローチ

栄養素としてのアミノ酸に各種サイトカインやホルモンと同様の細胞内シグナル活性化物質としての作用があるこが注目されてきている。このアミノ酸によって惹起されるシグナルの一部にmTORを介する伝達系があり、これはKITの下流シグナルとしても知られている。そこで、KITを発現している腸管蠕動運動のペースメーカーであるカハール介在細胞(ICC)に注目し実験を行なった。このICC細胞においてアミノ酸によって惹起される細胞内シグナルの変化が明らかになれば、ICC細胞が欠如している腸管蠕動不全に対して、アミノ酸療法によるICC細胞機能の改善が期待される。そこで、19年度においては、KIT発現細胞であるMast Cellの培養を行い、各種のアミノ酸の添加実験を行った。アミノ酸添加培養細胞におけるアミノ酸構成の変化をアミノ酸分析により検討した。また、アミノ酸添加培養細胞での蛋白合成に関与するシグナル活性化を検討した。しかし19年度における細胞培養実験では、KIT発現細胞であるMast Cellにおいて、各種アミノ酸添加によるアミノ酸発現の変化や細胞内シグナルの有意な変化を証明できなかった。
プロスタグランジンD合成酵素の変性剤による準安定状態の解明

アミノ酸167残基のリポカリン型プロスタグランジンD合成酵素(L-PGDS)は哺乳動物の中枢神経系に多く発現し、脳内でPGH_2から睡眠誘発に関与するPGD_2への異性化反応を触媒している。さらに、アミノ酸配列の相同性からL-PGDSはリポカリン・ファミリーに属しており、脳内でのレチノイド等の疎水性低分子の輸送タンパク質としての性質も兼ね備えている。我々は、低濃度変性剤の存在下でL-PGDSの酵素活性が上昇し2次構造含量も増加することを見いだした(T.Inui, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., (1999年)266巻,641-646頁)。このことは天然状態の酵素が最もエネルギー的に安定であり活性も高いという既成概念に根本的な疑問を投げかけるものであり、そのメカニズムの解明は変性剤による準安定状態という新たな研究分野への第一歩となると考えられる。【実験・結果】大腸菌を用いた大量発現系を構築し、^<13>C,^<15>NラベルしたL-PGDSを調製した。各種2次元、及び3次元NMRスペクトルの測定及び解析によりシグナルの連鎖帰属と立体構造決定を行った。L-PGDSはリポカリン・ファミリーに特有の8本のβストランドよりなるβバレル構造を形成しており、バレルの外側側面に1個の長いαヘリックスが位置していた。そしてL-PGDSが、低濃度変性剤(0.5Mグアニジン塩酸)存在下において顕著な酵素活性の増強を示し、その増強が二次構造における部分的な構造変化により引き起こされることを明らかにした。さらに、酵素活性とCDスペクトルおよびNMRを用いた構造変化の詳細な測定により、L-PGDSの酵素活性がβ-sheet構造の含有量と高い相関関係を示し、変性剤存在下での可逆的なL-PGDSのunfolding過程において、活性型および不活性型の2種類の平衡中間体が存在することを明らかにした。以上の結果から、L-PGDSはβバレル蛋白質の中で、変性剤によるunfolding過程において多層的な平衡中間体を持つ初めての蛋白質であることが示された。アミノ酸167残基のマウス由来リポカリン型プロスタグランジンD合成酵素(L-PGDS)は哺乳動物の中枢神経系に多く発現し、脳内でPGH_2から睡眠誘発に関与するPGD_2への異性化反応を触媒している。さらに、アミノ酸配列の相同性からL-PGDSはリポカリン・ファミリーに属しており、脳内でのレチノイド等の疎水性低分子の輸送タンパク質としての性質も兼ね備えていると考えられている。このようにL-PGDSは脳内活動の制御に深く関与しており、副作用のない新たな睡眠薬等の開発のキーとなると期待されている。そこで我々は、L-PGDSと疎水性低分子との結合様式を原子レベルで解明するために、NMRを用いて立体構造決定及び運動性の解析を行った。各種2次元、及び3次元NMRスペクトルの測定及び解析によりシグナルの連鎖帰属を行った。^<13>C2次化学シフトの値から2次構造の同定を行い、約1300個のNOEを用いて立体構造決定を行った。L-PGDS-レチノイン酸複合体及びL-PGDSの^<15>N-^1'H HSQCスペクトルの比較からレチノイン酸結合部位を同定した。^<15>N核の緩和時間の解析を行い、レチノイン酸結合に際しての主鎖の運動性の変化を調べた結果も併せて報告する。運動性の指標であるオーダーパラメーターをLipari-Szaboのモデルフリー解析法を用いて計算した結果、レチノイン酸が結合していない状態では分子全体で揺らぎの少ないコンパクトな立体構造をとっていることが明らかとなった。しかし、L-PGDS-レチノイン酸複合体では、N末側60残基の領域の運動性が上昇していた。C末側の主鎖の運動性はレチノイン酸の有無に関わらずあまり変化していなかった。運動性の上昇はエントロピー的に複合体の安定化に寄与すると考えられる。基質の結合に伴い立体構造の揺らぎが増加している例はあまり報告されておらず、今回の結果は疎水性低分子の結合ではエントロピーの効果が大きいことを示している。

このことは天然状態の酵素が最もエネルギー的に安定であり活性も高いという既成概念に根本的な疑問を投げかけるものであり、そのメカニズムの解明は変性剤による準安定状態という新たな研究分野への第一歩となると考えられる。【実験・結果】大腸菌を用いた大量発現系を構築し、^<13>C,^<15>NラベルしたL-PGDSを調製した。各種2次元、及び3次元NMRスペクトルの測定及び解析によりシグナルの連鎖帰属と立体構造決定を行った。L-PGDSはリポカリン・ファミリーに特有の8本のβストランドよりなるβバレル構造を形成しており、バレルの外側側面に1個の長いαヘリックスが位置していた。そしてL-PGDSが、低濃度変性剤(0.5Mグアニジン塩酸)存在下において顕著な酵素活性の増強を示し、その増強が二次構造における部分的な構造変化により引き起こされることを明らかにした。さらに、酵素活性とCDスペクトルおよびNMRを用いた構造変化の詳細な測定により、L-PGDSの酵素活性がβ-sheet構造の含有量と高い相関関係を示し、変性剤存在下での可逆的なL-PGDSのunfolding過程において、活性型および不活性型の2種類の平衡中間体が存在することを明らかにした。以上の結果から、L-PGDSはβバレル蛋白質の中で、変性剤によるunfolding過程において多層的な平衡中間体を持つ初めての蛋白質であることが示された。
脊髄損傷後の過活動膀胱に関する病態生理学的研究

1.覚醒下の正常および慢性脊髄損傷ラットの膀胱内にカプサイシンおよびレジニフェラトキシンを注入すると,膀胱充満に伴う反射性膀胱収縮を抑制する作用があり,レジニフェラトキシンは,カプサイシンよりも低用量でその効果が出現することが判明した.2.難治性の過活動膀胱を示す慢性脊髄損傷患者8名を対象に,カプサイシン2×10^<-3>M,100ml(5名)またはレジニフェラトキシン10^<-6>M,100ml(3名)を30分間膀胱内に注入する治療を行ったところ,両薬物はともに過活動膀胱を抑制し,反射性尿失禁および自律神経過反射を改善させた.これらの抑制効果はカプサイシン投与では2-3週後より出現するのに対して,レジニフェラトキシン投与では数日後より出現することが確認された.いずれの投与群においても抑制効果は少なくとも3カ月間持続しうることがわかった.特に問題となる副作用を認めなかった.3.(1)正常ヒト膀胱平滑筋のβ-アドレナリン受容体(β-AR)作働性弛緩は主にβ3-サブタイプを介して起こること,(2)神経因性膀胱患者より摘出した膀胱においても,正常膀胱と同様に主にβ3-ARを介して弛緩すること,(3)イタチの膀胱平滑筋のβ-AR作働性弛緩はヒト膀胱と同様に主にβ3-ARを介すること,および麻酔下のイタチにおいて,選択的β3-AR作働薬CL316,243の投与は心血管系に影響を与えることなく,膀胱弛緩を誘発しうること,(4)選択的β3-AR作働薬は,覚醒下ラットにおいて,心血管系に影響するここなく,脳梗塞に伴う過活動膀胱やプロスタグランディンE2の膀胱内投与によって誘発される過活動膀胱を有意に抑制しうることを明らかにした.以上の知見から,選択的β3-AR作働薬は過活動膀胱や低コンプライアンス膀胱に基づく膀胱蓄尿障害の治療薬として期待しうることが示唆された.1.覚醒下の正常および慢性脊髄損傷ラットの膀胱内にカプサイシンおよびレジニフェラトキシンを注入すると,膀胱充満に伴う反射性膀胱収縮を抑制する作用があり,レジニフェラトキシンは,カプサイシンよりも低用量でその効果が出現することが判明した.2.難治性の過活動膀胱を示す慢性脊髄損傷患者8名を対象に,カプサイシン2×10^<-3>M,100ml(5名)またはレジニフェラトキシン10^<-6>M,100ml(3名)を30分間膀胱内に注入する治療を行ったところ,両薬物はともに過活動膀胱を抑制し,反射性尿失禁および自律神経過反射を改善させた.これらの抑制効果はカプサイシン投与では2-3週後より出現するのに対して,レジニフェラトキシン投与では数日後より出現することが確認された.いずれの投与群においても抑制効果は少なくとも3カ月間持続しうることがわかった.特に問題となる副作用を認めなかった.3.(1)正常ヒト膀胱平滑筋のβ-アドレナリン受容体(β-AR)作働性弛緩は主にβ3-サブタイプを介して起こること,(2)神経因性膀胱患者より摘出した膀胱においても,正常膀胱と同様に主にβ3-ARを介して弛緩すること,(3)イタチの膀胱平滑筋のβ-AR作働性弛緩はヒト膀胱と同様に主にβ3-ARを介すること,および麻酔下のイタチにおいて,選択的β3-AR作働薬CL316,243の投与は心血管系に影響を与えることなく,膀胱弛緩を誘発しうること,(4)選択的β3-AR作働薬は,覚醒下ラットにおいて,心血管系に影響するここなく,脳梗塞に伴う過活動膀胱やプロスタグランディンE2の膀胱内投与によって誘発される過活動膀胱を有意に抑制しうることを明らかにした.以上の知見から,選択的β3-AR作働薬は過活動膀胱や低コンプライアンス膀胱に基づく膀胱蓄尿障害の治療薬として期待しうることが示唆された.研究1)過活動膀胱および低コンプライアンス膀胱におけるベータ・アドレナリン受容体を介する膀胱排尿筋の弛緩機構の解明:膀胱拡大術を行う神経因性膀胱患者33名(過活動膀胱7名および低コンプライアンス膀胱26名)および正常膀胱機能で膀胱全摘除術を行う膀胱癌患者31名から手術時に膀胱体部平滑筋条片を採取し,マグヌス法にてβ1,β2,β3の各サブタイプに選択的な作動薬に対する弛緩反応を比較検討した.その結果,ヒト膀胱排尿筋は主にβ3受容体を介して弛緩し,その弛緩反応は正常機能群と神経因性膀胱群で有意な差はないことが判明した.研究2)カプサイシン(CAP)およびレジニフェラトキシン(RTX)の膀胱内療法の臨床的検討:他の薬物療法に反応しない難治性の過活動膀胱を示す慢性脊髄損傷患者を対象に,CAP2×10^<-3>M,100ml(5名)またはRTX10^<-6>M,100ml(3名)を30分間膀胱内に注入する治療を行い,その有効性を経時的に検討した.CAP,RTXはともに過活動膀胱を抑制し,反射性尿失禁および自律神経過反射を改善させた.さらにこれらの抑制効果はCAP投与では2-3週後より出現し,RTX投与では数日後より出現し,いずれの投与群においても少なくとも3カ月間持続しうることがわかった.特に問題となる副作用を認めなかった.研究

3)脊髄損傷に伴う膀胱平滑筋内NGF濃度の変化と膀胱求心性神経細胞内のNGF受容体と各種知覚神経ペプチドの局在の変化に関する検討:脊髄損傷ラットを用いて現在検討中である.1.膀胱弛緩機構と膀胱β-アドレナリン受容体(B-AR):(1)正常ヒト膀胱平滑筋は主にβ3-サブタイプを介して弛緩すること,(2)神経因性膀胱患者より摘出した膀胱においても,β-AR作働性弛緩は正常膀胱と同様に主にβ3-ARを介すること,(3)ウレタン麻酔下ラットにおいて,選択的β3-AR作働薬CL316,243は心血管系や排尿効率に悪影響を与えることなく,排尿間隔を延長し,膀胱容量を増大する効果があること,(4)イタチの膀胱平滑筋のβ-AR作働性弛緩はヒト膀胱と同様に主にβ3-ARを介すること,および麻酔下のイタチにおいて,選択的β3-AR作働薬CL316,243の投与は心血管系に影響を与えることなく,膀胱弛緩を誘発しうること,(5)選択的β3-AR作働薬は,覚醒下ラットにおいて,心血管系に影響するここなく,脳梗塞に伴う過活動膀胱やプロスタグランディンE2の膀胱内投与によって誘発される過活動膀胱を有意に抑制しうることを明らかにした.以上の知見から,選択的β3-AR作働薬は過活動膀胱や低コンプライアンス膀胱に基づく膀胱蓄尿障害の治療薬として期待しうることが示唆された.2.過活動膀胱とドーパミン受容体:覚醒下ラットでは,ドーパミンD1受容体は排尿反射の生理的な抑制に関与し,他方,ドーパミンD2受容体は排尿反射の促進に関与することを明らかにした.パーキンソン病における過活動膀胱の発生機序として,ドーパミンD1受容体の活性障害が考えられ,D2受容体刺激薬の投与は過活動膀胱を増悪させる危険があることが示唆された.3.脊髄損傷に伴う膀胱平滑筋内NGF濃度の変化と膀胱求心性神経細胞内のNGF受容体と各種知覚神経ペプチドの局在の変化に関する検討:脊髄損傷ラットを用いて現在検討中で今後の課題としたい.
高導電性銅基合金の組織制御による耐疲労特性の改善

本研究は,高導電性銅基合金において生じる繰り返し変形に伴う軟化現象を,モデル合金を用いた実験により捉え,疲労特性向上のための基礎的知見を得ることを目的として実施した.析出粒子を含む銅基合金において繰り返し変形中に生じる軟化は,局所変形による粒子のせん断と再固溶が原因であることを明らかにした.よって,疲労特性向上のためには,合金の不均一変形を組織制御によって抑制することが不可欠と結論した.本研究は,高導電性銅基合金において生じる繰り返し変形に伴う軟化現象を,モデル合金を用いた実験により捉え,疲労特性向上のための基礎的知見を得ることを目的として実施した.析出粒子を含む銅基合金において繰り返し変形中に生じる軟化は,局所変形による粒子のせん断と再固溶が原因であることを明らかにした.よって,疲労特性向上のためには,合金の不均一変形を組織制御によって抑制することが不可欠と結論した.高導電性を有する析出硬化型銅基合金の1つであるCu-Ni-Si合金の単結晶をブッリジマン法にて育成し,主すべり系のみが働く[419]方位を試料長手方向に選択して試験片を切り出し,溶体化処理の後,723Kで10hの時効加熱処理を行い,平均直径約7.6nmのNi_2Si粒子を析出させた.塑性ひずみ振幅を1×10^<-4>から5×10^<-2>の範囲で一定に制御し,室温にて疲労試験を行った.積算総ひずみが4に到達した時点で試験を終了し,透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて,主すべり面と主すべり方向に共に垂直となる方向から,転位による析出粒子のせん断の様子を観察した.塑性ひずみ振幅が2.5×10^<-4>から2.5×10^<-2>の範囲で繰り返し軟化が生じた.この塑性ひずみ振幅域における軟化前の最大応力振幅値は,塑性ひずみ振幅によらず167MPaの一定値(プラトー)を示した.TEM観察の結果,繰り返し軟化を示した試料には,主すべり面に平行な固執すべり帯(PSB)の形成が見られ,PSB内ではNi_2Si粒子が再固溶していた.主すべり面に垂直な方向に沿って測定した個々のPSBの厚さは,最大でも150nm程度であり,塑性ひずみ振幅の増加とともに減少した.一方,PSBの体積分率は,塑性ひずみ振幅によらず,36%と見積もられた.析出硬化型銅基合金の耐疲労特性を向上させるためには,転位による析出粒子のせん断を抑制することが必要であり,合金設計上の析出粒子の選択にあたっては,転位によるせん断のしにくさが指標となる.導電性と強度のバランスに優れたCu-Ni-Si合金の単結晶をブッリジマン法にて育成し,主すべり系のシュミット因子が最大となる[419]方位を試料長手方向に選択して試験片を切り出した.溶体化処理の後,773Kで1.8ksの時効加熱処理を行い,Ni_2Si粒子を析出させた.電気抵抗率測定により求めた試料中の粒子の体積率は,約1.8%となった.塑性ひずみ振幅を2.5×10^<-4>からLO×10^<-2>の範囲で一定に制御し,室温にて疲労試験を行った.積算総ひずみが4に到達した時点で試験を終了し,透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて,主すべり面がedge-onになる条件で組織観察を行った。特に観察にあたっては,転位による析出粒子のせん断の様子,固執すべり帯(PSB)の形成の有無に着目した。疲労試験を行った結果,塑性ひずみ振幅が2.5×10^<-4>以上で繰り返し軟化が生じた.繰り返し硬化/軟化曲線に現れる最大応力振幅値は,塑性ひずみ振幅によらず125MPaの一定値(プラトー)を示した.TEM観察の結果,繰り返し軟化を示した試料には,幅25nmのPSBが主すべり面に平行に形成されており,PSB内ではNi_2Si粒子が母相に再固溶して"無析出帯"となっていた.強化機構として,Cu-Ni-Si合金の強化相であるNi_2Si粒子が繰り返し変形中に転位によりせん断され,粒子内に逆位相塊界が生じることを考えると,疲労試験によって得られたプラトー応力が説明でき,このプラトー応力の析出粒子体積率依存性も定量的に説明できる.本研究では,析出強化型銅基合金の繰り返し変形に伴う軟化の原因を明らかにし,耐疲労特性向上の指針となる知見を得た.単一すべり方位を有するCu-Ni-Si合金単結晶をブッリジマン法にて育成し,溶体化処理の後,773Kで時効を行い,Ni2Si粒子を析出させた.室温にて塑性ひずみ振幅制御の疲労試験を行った.試料破断前に試験を終了し,透過型電子顕微鏡を用いて,主すべり面がedge-onになる条件で観察を行った.疲労試験により繰り返し軟化が生じた試料には,固執すべり帯(PSB)が主すべり面に平行に形成されており,そのPSB内部では,時効により析出していたNi2Si粒子が消失していた.さらに,PSBと母相の境界には,PSB内から排出された固溶原子の再析出現象が観察された.PSBの幅は塑性ひずみ振幅が大きくなるにつれて小さくなった.また,PSBの体積率は塑性ひずみ振幅に依存せず,ほぼ一定の値となった.

このことは,単位体積あたりのPSBが担う塑性ひずみは,塑性ひずみ振幅が大きいほど大きくなることを意味し,純金属の疲労挙動と大きく異なることがわかった.PSBの幅がある一定値に収束することを以下のように定量的に検討した.1.繰り返し変形が進行する過程で塑性不均一が生じ,局所的に析出粒子がせん断され,粒子が母相に再固溶するとともに,溶質原子がPSB外へと排出される.2.溶質原子はPSB外へ拡散するものの,母相内で溶質原子が十分高くなった時点で,粒子の再析出が起きる.3.粒子の再固溶と再析出がバランスした時点でPSBの発達は止まる.以上のように考えると,繰り返し変形進行に伴ってPSBの幅が一定値に至ることが理解できる.本研究成果は,析出粒子分散型合金の疲労強度向上に対する基礎的知見を与えるものである.年度当初に計画していた,析出粒子を含む銅基合金単結晶の繰り返し変形は,順調に進行しており,次年度に向けて,研究の取りまとめに移行する段階にある.24年度が最終年度であるため、記入しない。バルク単結晶を用いた銅基合金の疲労試験に加えて,厚さ数10ミクロン程度の箔の繰り返し変形挙動にも研究を発展させる予定である.疲労試験そのものは順調に実施できていることから,現有設備を有効に活用し,研究を遂行する.なお,成果の公開にも積極的に取組み,論文誌への投稿,ホームページでの成果公開にも努める予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
非対称データ構造情報を用いた分類手法選択問題に関する研究

本年度は,昨年度の研究に引き続き,データの非対称構造を測る基準や分類結果の評価を行うための指標の提案,及び数値実験による実証的に分類結果の検証を行い,データの非対称構造を考慮した分類結果の特徴づけや特徴的な現象を探った.具体的には,昨年度提案したクラスタリング結果を測る指標を用いてデータ構造と手法間の関係を検証した.特に本研究では,非対称構造をもつデータに適用したクラスター分析法とデータの関係を解明するために,実データに現れる様々な条件(非対称さ,同値(タイ)の発生頻度欠損値状態など)をもつデータを考え,様々な視点で数値実験を行い,非対称クラスター分析法と分類結果の特徴の研究を行い,IMPS2007で研究結果を報告した.また非階層的クラスター分析手法で知られているk-means法を非対称データの分析に拡張した非対称k-medoids手法を提案し,階層的クラスター手法の場合と同様にデータと手法の関係を検証した.これらの結果はISI2007で報告した.引き続き,対人間選好度やウェブアクセスデータなど非対称構造をもつ非対称データにおいて,サイズの大小,数値の散らばり等,いくつか条件を想定し,シミュレーションによりそれぞれのデータに合わせた手法の最適化を目指した.特に分類結果を評価する指標をこれまでに提案してある指標を参考にいくつか考え,それらを元に分類結果の評価を行った.これらは十分な結果が得られなかったため,方法を変えるなど今後の課題として検討している.分類手法で多くの分野で使われているクラスター分析は対称構造をもつデータにのみ定義されていたが,多くの社会科学のデータでは,非対称構造をもつデータも多く,これらのデータを分析する際には非対称構造を無くして,既存の手法を用いていたことの改善を本研究では目的として行っている.ここでいう改善とは,無くしていた非対称構造情報はそれ自身に構造的な意味をもち,これらを保持し続けて分類することを可能にすることである.この目的を考え,2006年度は,非対称情報をもつデータを分類するための手法およびその分類結果を数理的に測定する指標に関する研究を行った.具体的には,非対称非類似度データを分類するために分類手法で多くの分野で利用されているクラスター分析法を非対称構造データにも適用できるように拡張し,非対称構造を保持しながらデータを分類する方法,非対称凝縮型階層的クラスター分析法を提案した.また提案した手法を用いて分類した結果を非対称構造も合わせて表示する方法も提案した.合わせて,分類結果を数理的に測る指標を,元データと分類結果のデータ間の相関,誤差,順位相関のそれぞれの基準で提案した.これらの提案により,これまで,非対称構造情報をなくして分類していたが,これらの情報も加味して分類する一連の解析が可能になった.これらの結果はIFCS-2006や日本計算機統計学会等で発表し,Journal of Classificationに投稿し,掲載が決定しでいる.本年度は,昨年度の研究に引き続き,データの非対称構造を測る基準や分類結果の評価を行うための指標の提案,及び数値実験による実証的に分類結果の検証を行い,データの非対称構造を考慮した分類結果の特徴づけや特徴的な現象を探った.具体的には,昨年度提案したクラスタリング結果を測る指標を用いてデータ構造と手法間の関係を検証した.特に本研究では,非対称構造をもつデータに適用したクラスター分析法とデータの関係を解明するために,実データに現れる様々な条件(非対称さ,同値(タイ)の発生頻度欠損値状態など)をもつデータを考え,様々な視点で数値実験を行い,非対称クラスター分析法と分類結果の特徴の研究を行い,IMPS2007で研究結果を報告した.また非階層的クラスター分析手法で知られているk-means法を非対称データの分析に拡張した非対称k-medoids手法を提案し,階層的クラスター手法の場合と同様にデータと手法の関係を検証した.これらの結果はISI2007で報告した.引き続き,対人間選好度やウェブアクセスデータなど非対称構造をもつ非対称データにおいて,サイズの大小,数値の散らばり等,いくつか条件を想定し,シミュレーションによりそれぞれのデータに合わせた手法の最適化を目指した.特に分類結果を評価する指標をこれまでに提案してある指標を参考にいくつか考え,それらを元に分類結果の評価を行った.これらは十分な結果が得られなかったため,方法を変えるなど今後の課題として検討している.
ハッシュ関数にもとづく誤り訂正符号の構成法とその特性解析

通信中に生じるデータの誤りを訂正するための誤り訂正符号は今日において広く用いられており、高速大容量な通信システムの実現のために伝送速度・処理効率の高い誤り訂正符号が必要とされている。本研究では誤り訂正符号の設計法として、ハッシュ関数にもとづいた誤り訂正符号の設計法とその性能を向上させる手法を提案した。提案手法では、符号語の重み分布を用いることで誤り率を評価可能であることを示し、また、ハッシュ関数の状態数を削減することで確率的に最適な最尤復号法の適用が可能であることを明らかにし、これらの成果について国内研究会5件,国際会議1件の報告を行った。研究代表者はこれまでに誤り訂正符号である畳込み符号について,干渉・フェージングなどの種々の条件下における誤り特性の厳密解析法を明らかにし, 2012年にPerryらによって提案された誤り訂正符号であるSpinal符号について複雑性を低減した復号法,およびその特性をシミュレーション評価により明らかにしてきた.次に研究代表者はこれまでに, Spinal符号に対し,スライディングウインドウ復号法やしきい値復号法による伝送効率の向上手法を提案,その特性を評価し, Spinal符号が畳込み符号と類似した構造を有している点に着目することで特性の向上が可能であることを明らかにした.そこで,平成27年度は,畳込み符号の復号法として用いられる逐次復号法とSpinal符号の復号法の類似性に着目し, Spinal符号の誤り検出において必須であった追加の誤り検出符号が不要となる,信頼値にもとづいた誤り検出法を提案し,伝送効率が向上可能となる条件を示し,これらの結果について電子情報通信学会情報理論研究会において発表を行った.また,畳込み符号の誤り特性評価法として用いられる,シンボル間の距離分布にもとづいた誤り上界・下界による誤り特性評価法をSpinal符号に対して適用可能であることを明らかにし,誤り率が小さな領域において生じるエラーフロアがハッシュ関数出力の衝突に起因することを示し,これらの結果について情報理論とその応用シンポジウムにて講演を行った.当初の研究計画では,平成27年度はSpinal符号の誤り特性の解析的評価法を開発し,その応用として伝送効率を解析的に評価する予定であったが,伝送効率の解析を先送りし,後に予定していたハッシュ関数のどのような性質が伝送効率に影響を与えるかを先に検討した.この理由は,伝送効率を向上させるハッシュ関数の設計法を明らかにすることが本研究の最終的な目標であり,誤り特性解析法を開発した際にエラーフロアがハッシュ出力の衝突に起因することが判明し,伝送効率に直接的な影響を与えるハッシュ関数の性質を考慮しながら伝送効率を解析的に評価する手法を開発することでより効率的に研究を遂行できると判断したためである.具体的には,変調多値数,符号器状態数,ハッシュ出力の衝突率が誤り率および伝送効率に影響することが明らかになったため,これらの要素の影響の評価しつつ伝送効率を解析的に評価する手法を開発する予定である.研究代表者はこれまでにSpinal符号と類似した構造を有する畳込み符号についてその性能を向上させる手法の設計とその特性を解析的に評価する手法を明らかにしてきた。本研究では、Spinal符号が畳込み符号と同様の木構造で表現可能な点に着目し、ブロック長が短い場合におけるSpinal符号の誤り特性を符号語の重み分布から解析的に評価可能であることを明らかにした。加えて、高SNR領域において受信シンボル数の少ない条件下ではメトリック値を定義できない符号木上のブランチの存在が伝送効率低下の原因となることを明らかにし、送信シンボル順序と信号点のマッピング規則を修正することで伝送効率を向上させるパンクチャリングの設計手法を提案した。また、広く用いられる変調方式であるOFDMにおいてSpinal符号の送信シンボル規則を修正することでPAPRの削減においてSpinal符号を用いた手法が有効であることを示し、これらの結果について国際シンポジウム(ISITA2016)において報告を行った。また、従来のSpinal符号では32ビットで表現される符号器状態の大きさから、最尤復号法を適用することができず、符号木の動的探索にもとづく準最尤な復号法が用いられていた。このような問題に対しハッシュ関数に対しビットマスキングを用いて状態数を削減することで、伝送効率を保ったまま復号器状態数を16ビット程度まで削減し、かつ最尤復号を可能とする復号法を提案し、これらの結果について報告を行った。今後の計画として,まず前年度の結果を論文としてまとめる.これと並行して当初の予定通り異なるハッシュ関数の種々の性質が特性伝送効率に与える影響を明らかにする.また,最終年度の目標として処理能力の向上を目的とした符号化システムの設計法を開発に取り組む.具体的には状態数を低減しつつ同程度の伝送効率を示す最尤復号が可能な符号構成法を開発し,その伝送効率の解析的評価法を開発する.通信・ネットワーク工学

次年度使用額が生じた主要因としては,国際会議への参加費および旅費を予算として計上していたが,予定していた国際会議へ参加できなかったため使用予定額を下回ったためである.次年度使用額については国際会議への旅費および雑誌論文の掲載料として使用する予定である.
ＭＲＩ用小型永久磁石のための相変化蓄熱材を用いた±０．０１℃温調システムの開発

小型永久磁石は外部からの熱の流入によって温度が変化し、磁場強度が増減する。永久磁石の磁場を安定させるために、磁石内に相変化蓄熱材を冷媒として循環させることによって磁石温度を安定化させる。本研究では、温調された相変化蓄熱材をネオジウム磁性体周囲に循環させ、磁場安定性の向上を試みた。本研究では冷媒循環が可能な小型永久磁石を製作した。磁石周囲と勾配磁場コイルに冷媒を循環させて磁石温度を安定化させた。その結果、冷媒を循環させることにより磁場が安定化した。一方、相変化蓄熱材を冷媒に用いた場合は安定化の効果はあまり現れなかった。小型永久磁石のネオジウム磁性体周囲に±0.01°Cで高精度に温調された相変化蓄熱材を循環させる温調システムを開発し、磁石の磁場を±10 ppm/10 hourで安定させることを本研究の目的とする。平成23年度と24年度に行った研究内容について以下に示す。小型永久磁石としては、ネオジウム磁性体を磁場発生部とし、鉄構造部を組み合わせて磁気回路とした小型永久磁石を製作した。小型永久磁石の設計には研究協力者である株式会社エム・アール・テクノロジーの協力を得て行い、小型永久磁石はNEOMAXエンジニアリング株式会社が製作した。磁石の性能は磁場強度0.3 Tesla、磁石間隔140 mmとした。本磁石に適合し、計測領域が約80mm球となる勾配磁場コイルを上記の研究協力者の下に設計・製作した。その際、磁石と勾配磁場コイルの間に10mmの隙間を空け、勾配磁場コイルが発する熱を冷却媒体が取れるように設計した。また、冷媒の温度を安定さることができるように±0.01°Cの測定精度を持つ白金測温体の温度計を導入した。磁石温度の安定性には、磁石周囲から鉄構造部への熱流入と勾配磁場コイルから磁性体への熱流入を最小限に抑える必要がある。そこで、鉄構造部に対しては磁石周囲にアルミニウム板を設置し、その板に恒温水を循環させて温調を行った。また、勾配磁場コイルには相変化物質を含む冷媒を流すことができるアクリル製の冷却板を製作した。それらを磁石に設置して磁石の恒温化を行うことができる。MRI信号を受信する際に狭帯域のフィルターが必要となる。そこで、既存の検波器をフィルター帯域101 kHzで設定できるように改造した。本システムの計測領域および共鳴周波数に適合するRF検出コイルを製作し、MRI信号を取得した。狭帯域フィルターを設定した際のMR画像の取得試験を行い、適切に稼働していることを確認した。小型永久磁石は磁場強度が0.3 Teslaで、磁石間隔が140 mmで置かれたネオジウム磁性体で構成された磁石であり、NEOMAXエンジニアリング株式会社が製作した。磁石内部に設置可能な幅80mm、長手方向が100mmの楕円状内径を持つRFプローブを製作し、磁石内部に固定した。製作したRFプローブの共振周波数は13.4 MHzであり、そのQ値は280であった。磁石本体の温度の安定性には、磁石周囲から鉄構造部への熱流入を最小限に抑える必要がある。そこで、鉄構造部の周囲に冷却水を流すことができるアルミニウム板を設置した。磁石とアルミニウム板の間には断熱材を入れて両者での熱移動ができるだけ生じないようにした。また、磁石には発熱体として勾配磁場コイルが設置されている。勾配磁場コイルは計測領域が約80mm球、勾配磁場強度が0.1770.280G/cm/A、実抵抗値が1Ω以下となるように設計し、NEOMAXエンジニアリング株式会社が製作した。磁石と勾配磁場コイルに10mmの隙間を空け、勾配磁場コイルがジュール熱で発する熱量を冷却媒体で除熱できる冷却装置を製作した。その冷却装置に冷媒を循環させ、磁石温度の安定化を行った。通常のMRI計測システムの送受信機の受信帯域幅は最低でも10kHzである。既存の検波器をフィルター帯域1100kHzで設定できるように改造した。RFプローブ内に試料として硫酸銅水溶液を挿入し、フィルター帯域1 kHzでNMR信号を取得してノイズの混入の程度を評価した。上記システムを組み上げ、循環冷媒により磁石の温調を試みた。数時間の時間変化に対して磁石の磁場を±100 ppm程度で安定させることは可能であった。また、循環冷媒として相変化蓄熱材の検討を試みた。25°Cで融解・凝固を行うカプセル式の相変化蓄熱材はその融点に一定の幅があり、単成分のような一義性がない。このため。冷媒に相変化蓄熱材を混入させても冷媒温度の安定性に明確な向上は見られなかった。

小型永久磁石のネオジウム磁性体周囲に±0.01°Cで高精度に温調された相変化蓄熱材を循環させる温調システムを開発し、磁石の磁場を±10 ppm/10 hourで安定させることを本研究の目的とする。平成23年度に行った研究内容と実績について以下に示す。小型永久磁石としては、ネオジウム磁性体の周囲に冷却媒体を流せるように工夫した対向型永久磁石を用いる。小型永久磁石の設計には研究協力者である株式会社エム・アール・テクノロジーの協力を得て行い、磁石はNEOMAXエンジニアリング株式会社に製作を依頼した。その結果、磁場強度0.3 Tesla、計測領域幅120 mmの冷媒循環式小型永久磁石が慶大小川研究室に納品された。小型永久磁石の磁場を安定させるために、磁場を形成しているネオジウム磁石の温度を±0.01°Cで安定させる必要がある。ネオジウム磁性体は磁束を閉じ込めるための鉄構造部に固定され、鉄構造部と勾配磁場コイルから熱が流入する。これらの熱流入によってネオジウム磁性体の温度が変動し、磁場強度が変動する。磁石温度を安定させるために、まずは鉄構造部からの熱流入を抑制させる必要がある。そこで、磁石周囲に銅板を設置し、その銅板に恒温水を循環させて温調を行った。磁石を循環水温度の銅板と接触させるのではなく、断熱材を間に挿入して磁石の温調を行った。これにより、磁石温度は±0.1°C以内で安定させることができた。磁石温度の安定性は磁場強度、すなわち、NMR信号の周波数の変化として現れる。そこで、NMR信号の周波数を一定時間ごとに取得するシステムを開発し、周波数を計測した。この結果、長時間に渡ってNMR信号の周波数を数百Hz程度以内の変動に抑えることができた。さらに循環水温度を安定させるために、固液相変化を利用した蓄熱材を冷却媒体として流すことができるシステムを製作している。以下の理由によって順調に進展していると考える。1小型永久磁石の設計と納品がスムーズに進行した。2勾配磁場コイルの設計と納品がスムーズに進行した。3冷却循環水の温度を計測し、循環水の恒温化が比較的うまく行っている。4勾配磁場コイルからの放熱が非常に大きいことが分かり、冷却構造を考慮した勾配磁場コイル冷却用の部品を製作して集中的に冷却する機構がうまく行っている。(1)小型永久磁石の設計と納品がスムーズに進行した。(2)循環水による恒温化が比較的うまく行っている。(3)磁石の温度変動が循環水によってうまく抑えられている。これまでに製作した装置と評価実験の実施により磁石温度を大きく変える原因は勾配磁場コイルでの発熱であることが分かった。その割合はおおよそ勾配磁場コイルから磁性体への熱流入が9割、磁石周囲から鉄構造材への熱流入が1割であると推測される。そこで、勾配磁場コイルからの発熱を効果的に除去し、磁性体の温度を安定化させるために勾配磁場コイルと磁性体の間に相変化蓄熱材を循環させる温調システムを開発して、挿入する。冷却媒体として25°Cの融点を持つパラフィンを用いる。この冷却媒体を固相化率が約40%になるように調整して、勾配磁場コイルの冷却流路に流入させて融解温度の25°C±0.01°Cの範囲内で温度を安定させる。このような固液相変化蓄熱式高精度温調システムを完成させる。また、鉄構造材にはアルミニウム冷却板に恒温水を循環させて恒温化させる。
地殻放射電磁波の音響学的信号処理による地殻異常診断に関する研究

1.大気環境で計測される放射電磁波の一部は、地殻からの放射である事が観測と研究を通じて明らかになった。高感度な観測機器システムを開発し、北海道釧路から九州熊本まで中部日本を中心に約40個所の観測点を配置し、3軸磁界6秒毎の観測を24時間体制で実施し、地震・火山噴火活動に対応した電磁波前兆を検出し、事象との対応の調査と取得データの解析を行った。2.2000年夏の三宅島火山噴火活動、2001年春の静岡県中部地震活動、秋から暮れにかけて富士山低周波地震活動、2002年春より伊勢湾周辺の潜り込むフィリピン海プレート境界での地震の多発、2002年2月中旬より宮城県北部や県沖での地震活動、2003年初めより東海道沖地震活動など多くの地殻活動イベントが発生したが、それらに対応した特異な電磁放射を観測でき、多くのデータを収集した。大規模な平成15年5月の三陸南地震M7.0では、宮城県北部で約1年3ヶ月の長期の電磁波前兆が観測され、事態の推移をフォローした。観測点周辺の地殻異常の判断が正しかったことと、1年程度の事前放射異常の存在が確認された。観測事象のネットワーク公開も平成13年秋より実施し多数の閲覧を得ている。3.電磁波の放射状態から地殻歪の集積状態やその移動・推移状態が推定できれば、事態を予測する上で意義が高い。音響学的解析により、放射特徴量の抽出とパターン化、およびそのデータベース化を行った。地震の前に標準パターンからの偏移異常が発生したことを確認した。また、デジタル信号処理による独立成分解析によって熱帯雷放射雑音の分離除去が可能となった。また主成分解析によって前兆放射の特徴抽出、電磁放射領域の特定について評価し成果を得ることができた。4.活動の予測される地域を垂直電磁放射波の検出範囲である約20kmメッシュ毎に詳細観測すれば、地震・火山噴火の規模と活動域のほか事態の推移について多くの情報が得られることがわかった。今後、関東南部、東南海等の活動の予測される地域において、電磁波前兆観測の性能と限界を評価する必要がある。本年度の研究実施概要は以下のようになる.(1)データ収集システム:全国多地点で得られる地殻電磁波観測データの受信、記録、効率的な収集方法に関する研究,特に、高機能型観測データ収集方式の検討を行った。既存の観測データ収集装置の性能を向上するため、現地で可能なデータ処理、公衆回線による転送データの圧縮・暗号化、GPSによる時刻情報の高精度化の方式について検討した。(2)ディジタル信号処理:観測収集された電磁波信号に対して雑音除去等の前置処理を行い音響学的分析を効率的に行うためのデータに変換する方法を検討した.このため電磁波観測データの地域的、季節的、(1日の)時刻的な観測電磁波強度の偏り補正方式として地域的に多次元のデータ処理による新たな補正方式を研究し効果的であるとの知見を得た.本方式の、人工・生活雑音等の除去方式への展開も検討している.(3)音響学的分析:データを音に変換し、聴覚を用いてそのデータを分析する手法(ソニフィケーション)を用いて検討した.放射電磁波を可聴周波数領域へ変換(ソニファイ)し、聴覚を用いて放射電磁波の分類と評価を行うため,(a)準備として、地殻放射電磁波の年変化、日変化などの統計的性質を調べた.