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近世能楽史の研究―「喜多流」の樹立と展開を通して―

喜多流九世七大夫古能(17701829)の関係する資料について、引き続き調査および写真撮影等を行った。神戸女子大学蔵『謡忌詞』は、観客の氏名や領地名に配慮して当座的に謡の詞章を変更するもので、同様の考えは同時代の観世流十五世大夫元章の著述にも見られるところであり、当時の家元による著作活動の特徴を示している。また、この問題について、古能の伝書『難波の春』をもとに、同人が元章の活動を意識していたことに関する考察を発表した。次に、「伊勢猿楽」に関する調査を行った。これは、中世以来伊勢神宮の祭礼行事の一部として伝承されてきた能が、近世後期に及んで喜多流の中に組み込まれて今日に至るもので、家元制度の浸透に関する興味深い事象である。調査の結果、同所に残される伝書の記述には、ある時期から喜多流伝書の影響が色濃く現れるなどの知見を得た。かかる問題については、継続して研究を進めていく。その他、1,2年目の作業をもとに喜多古能の足跡について総合的に把握するべく資料調査と考察を行った。
第二言語としての日本語の教授・学習過程の研究

1.作文にあらわれる誤用分析学習者の日記を調査対象とし、学習経験の違い(約300時間の学習者と約400時間の学習者)が、動詞「て」形、形用詞過去形、「が」と「は」等の習得にどう反映するかを分析し、日本語の習得過程の諸相を明らかにし、日本語の教授・学習過程の効率化を考えた。2.聞き手中心の談話指導の効果測定前年度で理論化した「教室内活動と教室外言語行動の統合化」を具体化する方策として、自己管理学習のシステム化と教室外の話者に組み込む授業過程とについて、デ-タの談話の特色に立脚して検討、考察した。3.授業コミュニケ-ション分析授業コミュニケ-ションにかかわる学習者要因の分析をした。学習者の自尊感情と、PM機能の認知(学習者と教師とによる)、日本語コ-スに対する態度との関連を調査し、その結果にもとづいて、自尊感情と総合的日本語能力とを並行的に伸ばす授業を試み、分析した。あいまいさに対する耐性については、NortonのMAT-50により測定し、日本語学習の成績との関連を多変量解析により分析したが、MAT-50によって成績を予測するのは困難であった。あいまいさに対する耐性は他の要因を介して学習に関与するものと考えられた。1.作文にあらわれる誤用分析留学生の誤用例約1000を収集し、分類と分析をし、(1)文文法と談話文法の理論的関連性が実証できた(2)初級日本語学習者の作文における誤用傾向の予測が可能となった(3)文型の習得率と作文におけるその文型の使用率との間に相関のあることが判明した(4)誤用率と誤用数の間には相関がなかった。以上の結果にもとづき、練習問題を作成し、教授法の改善を試みている。2.聞き手中心の談話指導「要素積上げ」型の言語教育法の限界の克服と、膨大に存在する教室外の言語行動の場を教室内活動の基盤として有効に使うことを目指し、現在までにすすめてきた聞き手中心の指導を更に教室内活動と教室外言語行動の統合に向けた方法について検討し、その具体的方策を、コースデザインの領域における統合と教室内活動の領域における統合として、新しく理論化した。さらにこの理論にもとづいて談話の「話題シラバス」にもとづく教室内談話の指導が、教室外ではネィティブスピーカーとの同一話題下での談話のあり方にいかに反映されるかについて、授業分析法COLTにより検討中である。3.授業コミュニケーション分析外国語教育における伝達能力と自尊感情の相関に関する先行研究の整理を行なう共に、自尊感情テストとPM調査項目の検討、外国語に対する態度調査項目の作成に取り組んだ。さらに、日本語教育における伝達能力と自尊感情を同時併行的に向上させることを目指す指導法の整備とその実際的運用を試行してみた。それに伴ってこの教授法に則した教材作成にも取り掛かったが、まだ完成していない。この点は来年度継続して取り組む必要がある。
心電計同期型の眼底撮影システム導入による、循環器疾患リスク予測精度の向上

今年度は昨年度より引き続いて、被検者の前額部と顎部からの光電脈波を眼底写真の撮影に同期させる生体信号として計測する方法を探索した。この結果、複数の被験者で、反射型により安定した生体信号の計測が実現できることを確認したが、デバイスの眼底カメラシステムへの組込みに関して技術面で想定外の困難が生じ、今年度中に問題を解決できず次年度の課題となった。一方、大迫地域住民コホートにおける本研究開発デバイスの適用に向けて、1997年から1998年にかけて収集した大迫地区食事頻度調査の情報を日本版食品抗酸化能データベースと連携させた上で、眼疾患との関連について文献的検討を行った。食品抗酸化能データベースは、食品番号と抗酸化能測定値が一対一対応していることから、大迫コホートで実施された食事頻度調査からも抗酸化能摂取総量を推算することが可能となっている。本検討の結果、抗酸化能と動脈硬化指標との関連については、眼底動静脈の情報を活用することで従来よりも精緻な検証が可能になると見込まれ、本研究開発デバイスによる住民の眼底所見収集の目的の一つに据えられた。加えて、食事調査情報の収集時期が20年以上前と古く、現代の日本人の食生活を十分に反映しなくなって来ている恐れがあることから、大迫住民に対して食事頻度だけでなく生活全般についての悉皆的なアンケート調査を計画した。今年度は共同研究者や研究協力者による多方面からの検討を経て、来年度の実施に向けて実務面の計画作りを進めた。今年度中にデバイスの開発と実地試験を完了する予定であったが、実績概要で述べたようにデバイスを眼底カメラシステムへ実際に組込む段階になって技術面での困難が生じ、その解決のために研究期間を延長するに至った。一方、デバイス自体の開発は順調に進み、安定した計測を実現することができた。研究機関を延長した来年度において、本研究開発デバイスの実証試験を行い、一般住民における精緻な眼底動静脈径情報を収集する。その結果と、来年度に実施を予定している大迫悉皆調査から得た動脈硬化関連指標ならびに生活習慣関連情報とを組み合わせて、抗酸化能と血圧・動脈硬化との関連についての分析や、眼底情報の新規の有用性についての探索的分析を行う。今年度、心電計同期撮影によってデータの精度向上がどの程度得られたかについて、ベルギーのStaessen教授等のグループと共同で検証した。その結果、撮影された眼底写真から測定された眼底動静脈血管径は、撮影時の心電計との同期の有無によって事前に予想したほどの精度の差を認めなかった。この理由として、心臓から眼底動静脈に至るまでの所要時間が長く誤差が大きくなったこと、眼底内で血管径測定部位までの距離にバラツキがあることなどが考えられ、結果の詳細を学術誌に報告した(Wei FF, Asayama K, et al. Hypertens Res 2016; 886)。本検討を受けて、年度の後半で新しいアイディアに基づいた生体信号同期システムの検討を行い、専門家のアドバイスを受けて特許化ならびに試作機の製作に取り組んだ。年度の終盤に試作機を研究グループで検証した後、一般地域住民を対象に家庭血圧などの測定を30年近く継続している「大迫コホート研究」(岩手県花巻市)での検診用眼底撮影システムに組み込んで、対象を一旦研究者自身とする形での動作確認を行った。その結果、既存の眼底撮影システムとの信号の送受信が不十分・不安定であることなどの技術的問題点が判明し、次年度の開発継続へ向けた準備を整えることができた。また、今年度は被験者における測定を実施できなかったが、試作機の開発に帝京大学視能矯正学科の協力を得ており、次年度は同学科で同意取得した学生・スタッフにおける撮影を予定し、研究計画の練り込みを行った。実勢概要に述べたように、心電図信号との同期は精度向上に強くは結びつかなかった。そのため、今年度は当初予定していた被験者からのデータ収集を行うことができなかった。しかし、新方式の生体信号同期システムを立案し、試作機の完成をみることができた。今年度、眼底写真の撮影に同期させる生体信号として、被検者の前額部と顎部からの光電脈波計測の実現可能性を探索した。光電脈波として現在、生体透過型と反射型の計測の二種類が知られているが、本研究では眼底カメラシステムへの光電脈波計測ユニットの完全組み込み・埋め込みを目標とすることから、センサー部分が一つで済む反射型計測を採用した。その結果、前額から安定して光電脈波を計測することが可能であった。また、前額脈波と耳朶脈波から導出した心拍数間の相関係数はr=0.93、両者間のバイアスは1.0msと良好な一致度を示した。また、前額だけでなく顎部からも安定した計測が可能であることを確認した。実績概要に述べたように、生体信号として新たに光電脈波の、眼底カメラシステムにおける平易かつ安定した計測に成功した。しかし、機械の安定性はいまだ実用に達せず、被検者からのデータ収集を行うことができなかった。

この結果、複数の被験者で、反射型により安定した生体信号の計測が実現できることを確認したが、デバイスの眼底カメラシステムへの組込みに関して技術面で想定外の困難が生じ、今年度中に問題を解決できず次年度の課題となった。一方、大迫地域住民コホートにおける本研究開発デバイスの適用に向けて、1997年から1998年にかけて収集した大迫地区食事頻度調査の情報を日本版食品抗酸化能データベースと連携させた上で、眼疾患との関連について文献的検討を行った。食品抗酸化能データベースは、食品番号と抗酸化能測定値が一対一対応していることから、大迫コホートで実施された食事頻度調査からも抗酸化能摂取総量を推算することが可能となっている。本検討の結果、抗酸化能と動脈硬化指標との関連については、眼底動静脈の情報を活用することで従来よりも精緻な検証が可能になると見込まれ、本研究開発デバイスによる住民の眼底所見収集の目的の一つに据えられた。加えて、食事調査情報の収集時期が20年以上前と古く、現代の日本人の食生活を十分に反映しなくなって来ている恐れがあることから、大迫住民に対して食事頻度だけでなく生活全般についての悉皆的なアンケート調査を計画した。今年度は共同研究者や研究協力者による多方面からの検討を経て、来年度の実施に向けて実務面の計画作りを進めた。今年度中にデバイスの開発と実地試験を完了する予定であったが、実績概要で述べたようにデバイスを眼底カメラシステムへ実際に組込む段階になって技術面での困難が生じ、その解決のために研究期間を延長するに至った。一方、デバイス自体の開発は順調に進み、安定した計測を実現することができた。今後、新しい生体信号同期システムの開発に取り組み、早期の動作試験、被験者における測定データの収集・解析を通じた実地応用への展開を目指す。今後、光電脈波を用いた生体信号同期システムの実用化を図り、被検者における測定データの収集・解析を通じた実地応用への展開を目指す。研究機関を延長した来年度において、本研究開発デバイスの実証試験を行い、一般住民における精緻な眼底動静脈径情報を収集する。その結果と、来年度に実施を予定している大迫悉皆調査から得た動脈硬化関連指標ならびに生活習慣関連情報とを組み合わせて、抗酸化能と血圧・動脈硬化との関連についての分析や、眼底情報の新規の有用性についての探索的分析を行う。年度終了の直前に物品の購入手続きを行ったが、欠品のため実際の納品が年度内に間に合わなかった。(理由)被検者の調査補助に人件費・謝金を予定していたが、調査を実施しなかったため謝金の支出がなかった。(使用計画)次年度早期に被検者調査を行い、本費目を使用する予定である。本研究開発デバイスの実証試験を完了することができなかったため、研究期間を次年度まで延長し、次年度中に残額を使用して研究を完了する計画とした。次年度早期に購入手続きを完了する予定である。
高い量子効率をもつ光電子増倍管の開発と、気球による硬X線偏光観測への応用

平成16年度から3ヵ年にわたる開発は滞りなく終了し、当初予定していた目標を大幅に上回る成果を挙げることができた。本開発期間で達成した項目は、以下の通りである。(1)光電子増倍管アセンブリ(高圧電源内蔵・気球搭載PMT-ASSY)の大量生産(2)7ユニット・プロトタイプ偏光計の試作と、放射光施設における性能評価(3)PoGOLite専用検出器シミュレータの開発(4)サイクロトロン陽子ビームによる荷電粒子応答試験(5)光電子増倍管1ユニットを搭載した気球動作実証本開発では、低ノイズかつ高性能な光電子増倍管に小型高圧電源を内蔵することで、気球環境で最適なアセンブリ約150ユニットを開発した。ガラス管に反射材を二重に巻きつける手法を新たに考案し、実質的な量子効率を6割も向上することに成功した(申請時の達成目標は3割)。これらをスタンフォード大学で製作したセンサー部と組み合わせ、7ユニットからなるプロトタイプ検出器を製作した。2005年-2007年にかけて高エネルギー研究所の放射光施設(KEK-PF)で3回の評価試験を行い、偏光検出器として十分な性能が達成されることを実証した(Kataoka et al.05,Kanai et al.07)。ここで得られたデータは詳細な検出器シミュレータを構築する上で不可欠であり、フライトモデルの製作と最適化の基盤にもなっている。製作した1ユニットに関しては大阪大学核物理研究センターのサイクロトロン施設において,392MeV/pの陽子ビームを照射し、観測時の荷電粒子(宇宙線)バックグラウンドの評価を行った。これらの詳細な試験の後、PMT-ASSY 1ユニットを気球に搭載し、郡司の指揮するPHENEX実験のモニターカウンタとして実際に使用した。16時間の気球フライト中、PMT-ASSYは一度も不具合を起こすことなく観測値をモニターし、天体(カニ星雲)を視野に含む数時間はガンマ線イベントの増加を確認するなど、単なる動作試験の枠を超え、科学的にも重要な成果を得ることに成功した。本年の研究業績は、以下の3点に要約される:(1)気球搭載用光電子増倍管(PMT)アセンブリの設計・開発(2)PMT量子効率の大幅な向上(3)放射光実験施設におけるプロトタイプ偏光検出器の性能評価。以下では、これらを順を追って説明する。気球に搭載する装置は動作環境が真空に近いため、放電・熱や振動に対して細心の注意を払う必要がある。本年の開発では、PMTの直後に昇圧電源を抱き合わせることで高圧ケーブルの引き回しをなくし、電力は0.6W、重量は僅かに230gという気球搭載型PMTアセンブリを完成させた。10月には気球環境を想定した熱真空試験も実施して、放電が全く起こらないことを実機で確認した(1)。しかしながら、本PMTアセンブリは集光力において我々の目標とする理想値(0.5光子/キロ電子ボルト)に僅かに届かず、PMT自体の量子効率を上げることが次の課題となった。我々はPMTのガラスチューブ側面に反射性の高いシートを巻きつけることで、カソードを透過した光子を効率よく捕らえ、実質的な量子効率を従来品の40%以上も向上する方法を考案した(2)。この手法は非常にユニークであると同時に、宇宙物理に限らず素粒子・原子核実験等の様々な分野においても応用が可能である。PMTアセンブリの開発と量子効率の改良手法については、本年度の日本物理学会・天文学会で片岡、郡司他が発表を行い、大きな反響を得た。

さらに、気球搭載用のプラスチックシンチレータを20ユニット開発し、このうち7ユニットを上記のPMTアセンブリと組み合わせることで搭載品とほぼ同じ構成をもつプロトタイプ偏光計を製作した。これを用いて昨年12月には高エネルギー加速器研究機構(KEK)の放射光実験施設(Photon Factory)において硬X線偏光ビームを用いた試験を行い、30,50,70キロ電子ボルトの各エネルギーについてシミュレーションで期待される偏光検出性能が実現できることを検証した(3)。本年7月には、これら試験結果について米国の検出器学会SPIEにおいて口頭発表を行う予定である。本年度の研究成果は、以下の3点に集約される。(1)光電子増倍管(PMT)アセンブリの大量生産を開始(2)プロトタイプ偏光計の製作と動作実証(3)気球搭載検出器のモンテカルロ・シミュレータの開発以下では、順を追って説明する。昨年度までに試作したPMTアセンブリはノイズレベルが目標値より高く、至急に原因の特定を行った。アセンブリ内部のグラウンドと高圧電源に問題があることが判明し、改良をほどこすことで、リップルノイズを1/5まで低減させることに成功した。現在、予定通りのスケジュールで大量生産を始めており、3月末までに54本すべてのアセンブリが納品される(1)。これと並行して、PoGO検出器の「完全な」センサーユニットの製作をスタンフォード大学と共同で進め、センサーを支えるサポートジグの製作も行った。昨年12月には7ユニットからなるプロトモデル偏光計を製作し、高エネルギー研究所の放射光施設において25,30,50,70キロ電子ボルトの4つのエネルギーバンドで検出感度と効率を詳細に調べた。昨年度の簡略化した実験と異なり、本年度はあらゆる箇所が気球フライト品と同じ構成になっており、測定結果にも大幅な改善が見られた。偏光計の性能が最大限に得られていることを確認するため、Geant4を用いた電磁モンテカルロ・シミュレータを新たに開発し、実験データと定量的な比較を行った。その結果、10%以下の精度で実験とシミュレーションは正確に一致することが確認された(2)。最後に、上記のシミュレーションをさらに拡張し、気球搭載モデルとまったく同じ217ユニットからなるモンテカルロ・シミュレータの開発を行った。シミュレータでは、検出器の構成はもちろん、機上で問題となる様々なバックグラウンド(宇宙X線背景放射・大気散乱ガンマ線など)を正しく考慮し、様々な天体を6時間観測した場合に期待される検出の有意度・スペクトル・光度曲線などを計算した。その結果、現状のまま製作を進めていけばカニ星雲(パルサー)、ブラックホール天体、活動銀河核のフレアなど、10天体以上に対して有意に(5σ以上で)偏光を検出できることが確かめられた(3)。本年度は課題の最終年度にあたり、以下の3点について大きな進展があった。これにより、当初予定していた全ての開発・実証試験を全て達成することができた。(1)光電子増倍管(PMT)アセンブリの大量生産を終了(2)プロトタイプ7ユニット偏光計の試作とビームラインにおける性能評価(3)気球実験
ラット胎児肺胞II型細胞の炎症性物質添加時における肺サーファクタント分泌能の研究

【目的】ラット胎仔肺胞II型細胞の長期単層培養系を用いて、肺サーファクタントリン脂質の主成分であるdipalmitoylphosphatidylcholine(DPPC)分泌量を測定し、各種薬剤の添加による分泌パターンの違いを検討した。【方法】胎令18、20日目のラット胎仔肺を摘出し、肺胞II型細胞を分離、0.5×10^6cells/dishにて、37°C、5%CO_2下に8日間単層培養した。培養群は無添加群およびprostaglandin(PG)E_1、dexamethasone(dexa.)、ritodrine(rit.)添加群とした。48時間毎に交換した培養液中に分泌されたDPPCを抽出した後、aminopropyl columnで純化し、phospholipaseCとdinitrobenzoylchloride(DNBC)で前処理し、高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)にて測定した。【成績】1)Rit.およびDexa.添加群では胎令18、20日とも培養期間を通じ、DPPC分泌に対する促進的傾向が認められなかった。2)胎令18日のPGE_110^<-8>M添加群では培養期間を通じ、DPPC分泌が促進される傾向があり、培養6日目で有意差が認められた。3)胎令20日のPGE_110^<-8>M添加群で培養期間を通じ、DPPC分泌が維持された。【考察】Rit.は肺胞II型細胞において一過性のサーファクタント分泌を促進する効果はあるが,合成促進効果はないものと思われた。Dexa.は臨床的にrespiratory distresssyndrome(RDS)予防効果があるといわれているが,肺胞II型細胞に直接添加した場合は,サーファクタント分泌促進効果は認められず、肺胞II型細胞に対する直接の効果でなく,他の因子の関与が示唆された。PGE_1はサーファクタント分泌促進効果があり,この分泌促進効果はcAMPなどを介する直接的な分泌促進効果のみならずgeneの直接刺激による合成促進効果も存在する可能性も示された。PGsが高い子宮内環境ではサーファクタントの分泌が促進される可能性が示された。【目的】ラット胎仔肺胞II型細胞からの肺サーファクタントリン脂質の主成分であるdipalmitoylphosphatidylcholine(DPPC)分泌量について、各種薬剤の添加による違いを検討した。【成績】1.電子顕微鏡写真とlectin結合試験により肺胞II型細胞を証明した。2.DPPC測定法は、回収率試験、直線性試験ともに問題なく、再現性と定量性に優れた方法であった。3.薬剤添加実験:1)Rit.添加群では胎令18日、20日とも培養期間を通じ、DPPC分泌に対する促進的傾向が認められたが他では認められなかった。2)Dexa.添加群では胎令18日、20日とも培養期間を通じ、DPPC分泌に対する促進的効果は認められなかった。3)胎令18日のPGE_110^<-8>M添加群では培養期間を通じ、DPPC分泌が促進される傾向があり、培養6日目で有意差が認められた。4)胎令20日のPGE_110^<-8>添加群で培養期間を通じ、DPPC分泌が維持された。

【考察】Rit.は肺胞II型細胞より一過性のサーファクタント分泌を促進する効果はあるが、合成促進効果はないもと思われた。Dexa.は肺胞II型細胞に直接添加した場合は、サーファクタント促進効果は認められず、肺胞II型細胞に対する直接の効果でなく、他の因子の関与が示唆された。PGE_1はサーファクタント分泌促進効果があり、この分泌促進効果はc-AMPなどを介する直接的な分泌促進効果のみならずgeneの直接刺激による合成促進効果も存在する可能性も示された。【結論】PGE_1はラット胎仔肺胞II型細胞に対し、DPPC分泌刺激効果を有していることが確認された。このことより子宮内においてprostaglandinsが高い環境下ではサーファクタントの分泌が早くから促進される可能性が示された。平成6年度分として次の内容を行う予定をたてていた。PGの肺胞II型細胞に対する分泌促進効果の細胞内signal transductionがc-AMPを介しているか否かを確認するために培養液中のc-AMPの測定を行う。2)Interleukinの添加実験A549細胞は肺癌から作成された肺胞II型細胞の培養系列である。この培養系を用い、均一な条件のもとにInterleukinの添加実験を行い、DPPCの測定とともに補体、他のサイトカインなども測定する。3)羊水中のphosphatidylcholineの脂肪酸側鎖に関する検討羊水中に分泌される肺サーファクタントの主要リン脂質は飽和脂肪酸を側鎖とするphosphatidylcholineである。そのうち最も多いのがDPPCであるが、他のタイプのdisaturated phosphatidylcholineもある程度の割合で存在する。また不飽和脂肪酸を側鎖とするphosphatidylcholineも少ないながら存在している。この点に関する検討を行うことができるのはHPLCにおいてのみであるので、臨床のサンプルを集めて測定する。1)についてはアッセイシステムが確立しているので、培養液中のc-AMPの測定を行ったが、c-AMP濃度が予想よりかなり低かったので測定不能であった。c-AMP|^<125>I|アッセイシステムの購入量を減らし、代わりに3)のphosphatidylcholineの脂肪酸側鎖の測定に必要な薬品を購入した。臨床で集めたサンプル(羊水)を用いて測定を行い、飽和脂肪酸側鎖の定性、定量を行った。まだ測定数が十分ではないので、データの傾向はわかるがまとめるまでにいたっていない。もう少し臨床材料を集めて検討したい。2)のA549細胞は高価で購入できなかった。
種々の2次元振動分光の開発と実用化へ向けた展開

1μJ/pulse以上の高出力赤外短パルスとしては世界最短の55fsというパルスの発生に成功し、この赤外パルスを用いて三次の光学非線形現象に基づいたいくつかの分光法を開発し、凝縮相中における分子の振動ダイナミクスの解明に応用した。具体的には、3-パルスフォトンエコー、波長分解3-パルスフォトンエコー、波長分解過渡グレーティング等である。これらの手法は信号を複数の座標、遅延時間の時間軸や波長で観測する2次元分光である。特に、波長分解3-パルスフォトンエコーは2次元NMRの原理を振動状態に応用した手法である。これらの手法をいくつかの凝縮相中における振動状態に応用し、遷移エネルギーの揺らぎの相関関数、振動励起状態の寿命、回転緩和時間、非調和結合等を求めることができた。具体的には、メタノール中のOCN^-とSCN^-の非対称伸縮振動、Fe(CN)_6^<4->の錯体のCN非対称伸縮振動(T_<1u>モード)、Ruポルフィリンに配位したCOの伸縮振動、-N=C=N-結合を持つ有機化合物の非対称伸縮振動、逆ミセル内ウォータープールの水分子OH伸縮振動等である。本手法を一般化、実用化するうえで大きな問題点は、赤外パルスの安定性である。当初は、十分なパルスエネルギーが必要であると考えていたが、むしろ出力より安定性が重要であるという認識に至った。現有のシステムでは、superfluorescenceを用いた光パラメトリック発振(OPG)を行っており、この手法では光パルスの不安定性を導入する可能性が高い。そこで、白色光発生を基本としたOPG、さらに差周波発生装置の製作を行った。その結果、近赤外領域のアイドラー光では1.7-2.4mm、シグナル光では1.1-1.5mm、中赤外領域では、3.0-5.0mmのパルスを得ることができ、中赤外領域のshot-shotの安定性は0.3%程度に押さえることができた。当研究室で開発したフェムト秒のパルス幅を持つ高出力赤外短パルスを用いて種々の2次元振動分光の開発とその振動モードへの応用を行った。まず、赤外領域における3次の非線形分光を開発した。手法としては、ポンプ-プローブ法による過渡吸収法、過渡グレーティング法、フォトンエコー法、などである。これらの手法では、信号は一つの軸に関して表示される1次元の測定であるが、媒質が光の電磁場と3回の相互作用を行うため、2次元に拡張することは容易である。最初のパルスと2番目のパルスの時間間隔をt1、2番目と3番目をT、3番目と信号の検出時間をt2とすると、本年度開発した2次元振動分光は、過渡グレーティング方法においてTとt2のフーリエ変換に対応する波数軸で表示する波長分解過渡グレーティング、3-パルスフォトンエコー法においてt1とTを表示するエコーシフト法、さらに3-パルスフォトンエコー法においてt1とt2のフーリエ変換に対応する波数軸で表示する波長分解3-パルスフォトンエコー法などである。最後の手法は、2次元NMR法の原理を振動状態に応用した手法であり、当初の予定である「2次元振動分光の開発」に成功し、研究の一つの目的を達成することができた。

これらの手法に対して、光学系の構築、検出器の設定、また測定用制御ソフトの開発を行い、実際にいくつかの振動モード(-N=C=N-結合を持つ有機分子のこの振動の逆対称伸縮振動、OCN等の3原子イオンの逆対称伸縮振動、Fe(CN)_6^<3->等のCN伸縮振動、Ruを中心に持つポルフィリンに配位したCOの伸縮振動など)に適応し、信号の検出に成功した。昨年度、1μJ/pulse以上の高出力赤外短パルスとしては世界最短の55fsというパルスの発生に成功したが、この赤外パルスを用いて三次の光学非線形現象に基づいたいくつかの分光法を開発し、凝縮相中における分子の振動ダイナミクスの解明に応用した。具体的には、3-パルスフォトンエコー、波長分解3-パルスフォトンエコー、波長分解過渡グレーティング等であり、これらの手法により分子振動ダイナミクスのそれぞれ特徴的な側面をとらえることができることを示した。これらの手法は信号を複数の座標、遅延時間の時間軸や波長で観測する2次元分光である。特に、波長分解3-パルスフォトンエコーは2次元NMRの原理を振動状態に応用した手法である。これらの手法をいくつかの凝縮相中における振動状態に応用し、遷移エネルギーの揺らぎの相関関数、振動励起状態の寿命、回転緩和時間、非調和結合等を求めることができた。具体的には、メタノール中のOCN^-とSCN^-の非対称伸縮振動、Fe(CN)^<4->_6の錯体のCN非対称伸縮振動(T_<1U>モード)、Ruポルフィリンに配位したCOの伸縮振動、-N=C=N-結合を持つ有機化合物の非対称伸縮振動等である。実用化へ向けた問題点しては、まずレーザーの安定性の問題がある。空気の流れなどを調べ、実験室の温度を安定させることを行った。その結果、レーザーの安定性はある程度あがったが、まだ十分でない。その原因として考えられることは、光源となるチタンサファイアレーザーの出力のパルス幅が45fsとかなり短いため、出力の不安定性を導入してしまうことである。そのため、パルス幅をある程度犠牲にしてレーザー出力の安定性をあげることが重要であると考え、100fs程度のパルス幅を持つチタンサファイアレーザー及び光変換装置の製作を検討した。昨年度、赤外領域における種々の2次元振動分光(3-パルスフォトンエコーや波長分解グレーティングなど)を開発し、その有用性を示してきた。本年度は、さらに新しい系に本手法を適用し、液体や溶液の相互作用、ダイナミクスに関する情報を得ることを行った。昨年度行った均一系の溶液ではなく、不均一な系、また化学的に興味のある系を選び、本手法が化学全般の問題に適用することができる一般的手法であることを示した。まず、逆ミセル内ウォータープールの水分子OH伸縮振動に対する非線形分光の実験を行い、隣接する水分子間の分子間相互作用や水分子の動的揺らぎに関する情報を得ることができた。逆ミセルを系とする実験は、バルクのH_2Oに対する非線形分光の実験が困難なことから、逆ミセルという特殊な系の性質を調べるということと、さらにバルクも含めた水分子に関する一般的な性質を調べることができるモデル系となりうる。また、超分子化学への応用として、ホストーゲスト分子に対する実験を開始し、包接された分子の回転運動に関する情報を得ることをその第一の目的としている。本手法を一般化、実用化するうえで大きな問題点は、赤外パルスの安定性である。当初は、十分なパルスエネルギーが必要であると考えていたが、むしろ出力より安定性が重要であるという認識に至った。現有のシステムでは、superfluorescenceを用いた光パラメトリック発振(OPG)を行っており、この手法では光パルスの不安定性を導入する可能性が高い。
有機物に不燃性を付与させる含フッ素ナノコンポジット類の創製

本研究では、フルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジットコア内へカプセル化された種々の低分子芳香族化合物に不燃性を発現しうる因子としてのアンモニウムヘキサフルオロシリケートの生成を明確にさせた。さらにフッ化カルシウムナノコンポジットコア内へカプセル化された低分子芳香族化合物の不燃化にも成功した。このように、本研究課題を遂行させることにより、種々の有機物への不燃性付与剤としてヘキサフルオロシリケートアニオンさらにはフッ化カルシウムが重要な無機成分であることを明らかにさせた。フルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジットおよびフルオロアルキル基含有オリゴマー/フッ化カルシウムナノコンポジットの不燃性付与に関する機構を解明させることを目的として、研究を進めた。その結果、Nafionは可燃性を示すフッ素系高分子としてよく知られているが、ヘキサフルオロシリケートアニオンを生成し不燃性を示すペルフルオロ-1,3-プロパンジスルホン酸/シリカナノコンポジットコア内へこのNafionをカプセル化させることによりNafionの不燃化に成功した。特に、800°C焼成後においてもNafion中のスルホ基は酸としての触媒活性さらにはプロトン伝導性を示すことを初めて見いだした。この知見は極めて興味深い研究成果である。アンモニウムヘキサシリケートの生成による不燃性の発現はまた、含フッ素オリゴマー/シリカナノコンポジットコア内へカプセル化させた低分子芳香族化合物への不燃性付与以外に、耐光性を著しく高めることにも成功した。これらの研究成果は、今後、新しいフッ素系機能性材料としての展開を大いに可能とさせるものである。本年度における本研究課題の目的は、種々の構造を有するフルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジット類を調製することにより、不燃性および可燃性を示すフルオロアルキル基含有オリゴマー類の構造を明確にさせ、シリカナノコンポジット中において不燃性に関与する化学種を明確にさせることである。さらに、種々の低分子芳香族化合物がカプセル化されたフルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジットを調製し、不燃性を付与しうる低分子芳香族化合物のスクリーニングを行い、次いで低分子芳香族化合物へ不燃性を付与しうる含フッ素ナノコンポジット中における無機ナノ粒子としてシリカナノ粒子以外の無機ナノ粒子のスクリーニングをも行うこともその目的である。具体的には、フルオロアルキル基含有オリゴマー類とテトラエトキシシラン(TEOS)およびシリカナノ粒子とのアルカリ性条件下における反応により、種々のフルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジット類さらには低分子芳香族化合物がカプセル化された対応する含フッ素ナノコンポジット類の調製およびこれらコンポジット類の耐熱性を含めたキャラクタリゼーションを行った。次いで、シリカナノナノコンポジット以外に、含フッ素オリゴマー/フッ化カルシウムナノコンポジット類の調製を同様な条件下で行い、これらナノコンポジット類の耐熱性に関して対応する含フッ素オリゴマー/シリカナノコンポジット類と比較させ、検討を行った。本研究では、これら一連の含フッ素ナノコンポジット類において、不燃性および可燃性を示すナノコンポジット類にそれぞれ分類させることができ、さらに含フッ素オリゴマー類の構造と不燃性との関係について考察を行うこともできた。本研究では、コンポジットコア内へカプセル化させた低分子芳香族化合物の構造と不燃性との関係についても明確にさせた。本研究課題では、含フッ素オリゴマー/シリカナノコンポジットコア内へカプセル化させた低分子芳香族化合物の不燃化に成功し、さらにペルフルオロ-1,3-プロパンジスルホン酸(PFPS)/シリカナノコンポジットコア内へカプセル化させた熱分解しやすいNafionの不燃化にもそれぞれ成功した。そこで、本年度における研究では有機物への不燃性付与剤であるPFPS/シリカナノコンポジットに注目し、PFPS/シリカナノコンポジットによるセルロース沪紙膜の表面改質への応用について検討を行った。その結果、改質されたセルロース膜は不燃性を示すことが確認された。このように、本研究課題を遂行させることにより新しいタイプのフッ素系ナノコンポジット類の開発を成功させ、さらに種々の有機物への不燃性付与剤としてヘキサフルオロシリケートアニオンさらにはフッ化カルシウムが重要な無機成分であることを明確にさせた。これらの結果は、ヘキサフルオロシリケートアニオンさらにはフッ化カルシウムの生成が有機物への不燃化に重要であるばかりではなく、フッ素化合物中のフッ素源が焼成プロセスによりフッ化水素として系外に排出することなく、フッ化金属物として回収できることを強く示唆している。実際、本研究課題ではシリカナノコンポジットコアにおいて不燃性ではなく可燃性を示すフルオロアルキル基含有オリゴマー類とカルシウムシリサイド微粒子とのナノコンポジット化について検討を行った。

その結果、得られたナノコンポジットは800°C焼成後において、含フッ素オリゴマーに起因したフッ素源をフッ化カルシウムとして定量的に回収できることを見いだした。このように、本研究課題では有機物へ不燃性を発現させる因子を解明させることに成功するとともに、フッ素の新しいタイプの環境循環型リサイクルシステムへの展開を可能とさせうる知見をも見いだした点は高く評価できる。有機フッ素化学、高分子合成化学当初の計画では予想できなかったフッ素系高分子化合物であるNafionの不燃化に成功し、特に800°C焼成後においてもNafionに起因した高い酸触媒活性さらにはプロトン導電性を示した研究成果は極めて高く評価できる。さらに含フッ素オリゴマー/シリカナノコンポジットコア内へカプセル化させた低分子芳香族化合物への不燃性付与以外に耐光性を著しく高めることに成功した点も高く評価できる。本年度における本研究課題の目的である種々の構造を有するフルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジット類の調製および不燃性および可燃性を示すフルオロアルキル基含有オリゴマー類の構造を明確にさせ、シリカナノコンポジット中において不燃性に関与する化学種を明確にさせることに関しては、種々の構造を有する含フッ素オリゴマー/シリカナノコンポジット類を調製させ、ついて熱重量分析測定を行うことにより、含フッ素オリゴマーの構造と不燃性との関係を明確にさせることができた。特に、これら一連のナノコンポジット類の固体NMR測定により、不燃性に及ぼす重要な化学種として、ヘキサフルオロシリケートアニオンの存在を明確にできた点は大いに評価できる。さらに、種々の低分子芳香族化合物がカプセル化されたフルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジット類においては、不燃性を付与しうる低分子芳香族化合物における置換基としてフェノール性水酸基が必須であることを明確にさせた点は極めて興味深い。さらに本研究では、シリカナノナノコンポジット以外に含フッ素オリゴマー/フッ化カルシウムナノコンポジット類の調製にも成功し、これらナノコンポジット中における特定の構造を有する含フッ素オリゴマーが不燃性を示す結果が得られた研究成果は極めて重要な知見と言える。今後は、有機物に対して不燃性を付与させる含フッ素ナノコンポジット類の表面改質剤への応用と改質膜表面の耐熱性に関する基礎的な評価に関する研究を進めていく。具体的には、800°C焼成前後の不燃性フルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジットさらにはフルオロアルキル基含有オリゴマー/フッ化カルシウムナノコンポジットによるポリ(メチルメタクリレート)、ポリスチレン、セルロース等の汎用の有機高分子材料の表面改質剤への応用に関して検討を行い、特に、これらナノコンポジットにより改質された有機高分子膜表面の燃焼性を含めた耐熱性に関する検討を行い、今後の実用化レベルでの応用展開の基礎となる不燃性に関する基礎的な知見を得ていく。さらに、これら基礎的な知見をもとに有機化合物へ不燃性を付与させる含フッ素ナノコンポジットの創製に関する研究の総括を行う。今後の研究の推進に関しては、当初の予定通り、フルオロアルキル基含有オリゴマー/シリカナノコンポジットおよびフルオロアルキル基含有オリゴマー/フッ化
有効視野を備えた高次視覚システムの構築

本研究の目的は人間の持つ2つの視覚処理過程である「一瞥視」と「探索視」を備え,それらを人間の心理的概念である有効視野を指漂に使い分けることにより,効率のよい視覚情報処理を行う視覚モデルを構築することである.人間の視覚機能における有効視野について心理実験を行いその特性を解析した.そして,従来の視覚システムに有効視野を考慮したモデルを適用させたシステムを構築し,シミュレーション実験を行うことで本モデルの有効性を示した.また,様々なパターンに対して有効視野に対する心理実験を行い視覚処理課題の複雑さと有効視野には脳の処理能力に応じてトレード・オフの関係があることも確認した.これより,人間は外界から得る情報を何らかの方法で瞬時に定量化していることが分かった.そして,このような特徴を視方向評価という形で組み込み,3次元物体認識を容易にするような視方向を選択できる高次な視覚システムの構築を試みた.ここで,有効視野が表す指標の数値化は大変困難であるため,変わりに物体像の情報量を表す指標である物体像エントロピーを用いることとした.物体像エントロピーは物体像から簡単に得られる1次元尺度であり,エントロピーが高ければ認職しやすいということを心理実験において確認した.そして,コンピュータ内に3次元物体をモデリングして自動的に視方向選択を行うシミュレーション実験において有効性を確かめた.今後,実際の視覚システムにおいて構築していく.本研究の目的は人間の持つ2つの視覚処理過程である「一瞥視」と「探索視」を備え,それらを人間の心理的概念である有効視野を指漂に使い分けることにより,効率のよい視覚情報処理を行う視覚モデルを構築することである.人間の視覚機能における有効視野について心理実験を行いその特性を解析した.そして,従来の視覚システムに有効視野を考慮したモデルを適用させたシステムを構築し,シミュレーション実験を行うことで本モデルの有効性を示した.また,様々なパターンに対して有効視野に対する心理実験を行い視覚処理課題の複雑さと有効視野には脳の処理能力に応じてトレード・オフの関係があることも確認した.これより,人間は外界から得る情報を何らかの方法で瞬時に定量化していることが分かった.そして,このような特徴を視方向評価という形で組み込み,3次元物体認識を容易にするような視方向を選択できる高次な視覚システムの構築を試みた.ここで,有効視野が表す指標の数値化は大変困難であるため,変わりに物体像の情報量を表す指標である物体像エントロピーを用いることとした.物体像エントロピーは物体像から簡単に得られる1次元尺度であり,エントロピーが高ければ認職しやすいということを心理実験において確認した.そして,コンピュータ内に3次元物体をモデリングして自動的に視方向選択を行うシミュレーション実験において有効性を確かめた.今後,実際の視覚システムにおいて構築していく.1.注視点・有効視野の測定実験の実施および検討有効視野の人間の視覚機能における役割を解析するために視覚心理実験を行った.当初は注視点位置測定装置を購入して実験を実施する予定であったが,注視点の時系列的な高精度測定よりは低精度であっても大画面を利用した実験が有用であることが判明し,ビデオプロジェクタを購入し,実験を実施しているところである.2.視野内の機能分化モデルの設計および視覚システムへの実装心理実験の結果を参考として機械の視覚モデルを作成し,コンピュータによるシミュレーション実験を実施している.処理課題の複雑さと脳の情報処理量から有効視野を解析し,中心視と周辺視が機能分化しながらも協調して情報処理を行う視覚システムを開発している.3.人間の視解像度分布を模擬した視覚システムの開発研究室において開発を進めてきた人間の視解像度分布を模擬した能動視覚システムに上記機能を実装した認識実験を行っている.このシステムは視野の広さが異なる2台のカメラの光軸をハーフミラーを介することによって一致させ,2枚の画像をソフトウエアによって合成し,連続的な解像度分布を持たせている.この視覚システムはさらに能動的に注視点を移動させることも可能であり,実際に周辺視による視覚探索と中心視による認識を行わせている.人間系と機械系の視覚情報処理について有効視野の観点において検討している.1.視覚心理実験による有効視野の測定と解析人間の視覚機能における有効視野の特性を解析するため,視覚心理実験を行った.ビデオプロジェクタを用いて実験を行ったため,広い視野範囲に対するデータを取得することができた.そして,実験より視覚処理課題の複雑さと有効視野には脳の処理能力に応じてトレード・オフの関係があることが分かった.また,従来の実験システムを改造して,被験者ごとの注視点移動時間,視力分布を測定し,実験をより確実なものとした.2.有効視野を考慮した視覚システムの開発研究室において開発を進めてきた,探索視・一瞥視の機能を有する視覚モデルに視覚心理実験の結果から解析した有効視野の概念を適用し,有効視野を考慮した視覚モデルを作成した.探索視は狭い視野範囲を詳細に見て,頻繁に注視点移動する処理過程であり,一瞥視は広い視野範囲を大まかに見て判断する処理過程である.認識対象によって変化する有効視野を指標として,これら2つの処理過程を人間のように自然に選択し,効率よく処理するモデルを開発し,コンピュータ上のシミュレーション実験においてその有効性を確認した.3.人間の視解像度分布を模擬した視覚システムとの統合研究室において開発を進めてきた,人間の視解像度分布を模擬した能動視覚システムと上記機能の統合を行っている.このシステムでは視野の広さが異なる2台のカメラの画像をソフトウェアによってリアルタイムに合成し,人間の視覚特性に近い画像を生成する.さらに視点移動が可能であるため,実際のシーンでの評価実験が可能である.このシステムと上記の有効視野を考慮した視覚システムの統合を検討している.
食道癌におけるユビキチン結合酵素の意義とその発現抑制による抗癌作用の解析

食道癌におけるユビキチン結合酵素(E2)の発現とその意義の研究を行い、以下の成果を認めた。1食道癌検体の採取本研究に対し同意の得られた食道癌患者の摘出標本より、癌組織、非癌部食道正常組織を採取し、直ちに-80°Cで保存した。また一部は凍結せずTotal RNAを抽出した。2イムノブロット解析採取した検体を抽出後、ユビキチン結合酵素抗体を用いて各試料をイムノブロットにて分析した。まずはユビキチン結合酵素のうちUbc10、Ubc9について癌組織、非癌部食道正常組織での発現の違い、進行度での違いなどを検討した。各種食道癌培養細胞においてもイムノブロットでの検討を行った。3免疫組織化学的検討食道扁平上皮癌101例のホルマリン固定、パラフィン包埋切片を使用し、各症例の癌組織、異形成組織、正常組織に対し抗ユビキチン結合酵素(Ubc9、Ubc10)抗体を用いた免疫組織染色を行い、臨床病理学的因子、予後についての検討を行った。Ubc10の発現については、臨床病理学的因子、予後との相関が有意差をもって認められた。4ユビキチン結合酵素mRNAレベルの検討15検体のmRNAレベルの検討からユビキチン結合発現が食道癌で亢進していることを確認した。5 siRNAの合成Ubc10遺伝子に対し、現在4種のsiRNAのカクテルを作成した。このカクテルを用いて細胞へ導入後24時間でUbc10発現レベルが25%以下になるように配列の選定を行っている。食道癌におけるユビキチン結合酵素の意義とその発現抑制の研究を行い、以下の成果を認めた。現在までに18症例が採取されている。まずはユビキチン結合酵素のうちUbc10、Ubc9について癌組織、非癌部食道正常組織での発現の違い、進行度での違いなどを検討している。各種食道癌培養細胞においてもイムノブロットでの検討を行っている。3免疫組織化学的検討食道扁平上皮癌101例のホルマリン固定、パラフィン包埋切片を使用し、各症例の癌組織、異形成組織、正常組織に対し抗ユビキチン結合酵素(Ubc9、Ubc10)抗体を用いた免疫組織染色を行い、臨床病理学的因子、予後についての検討をはじめている。現在染色条件の調整を行っており、その後評価を行う予定である。さらに正常組織との発現量の比をとることにより統計処理を行い、予後不良な再発群での発現について検討している5 siRNAの合成ubc10遺伝子に対し、現在4種のsiRNAのカクテルを作成している。

まずはユビキチン結合酵素のうちUbc10、Ubc9について癌組織、非癌部食道正常組織での発現の違い、進行度での違いなどを検討した。各種食道癌培養細胞においてもイムノブロットでの検討を行った。3免疫組織化学的検討食道扁平上皮癌101例のホルマリン固定、パラフィン包埋切片を使用し、各症例の癌組織、異形成組織、正常組織に対し抗ユビキチン結合酵素(Ubc9、Ubc10)抗体を用いた免疫組織染色を行い、臨床病理学的因子、予後についての検討を行った。Ubc10の発現については、臨床病理学的因子、予後との相関が有意差をもって認められた。4ユビキチン結合酵素mRNAレベルの検討15検体のmRNAレベルの検討からユビキチン結合発現が食道癌で亢進していることを確認した。5 siRNAの合成Ubc10遺伝子に対し、現在4種のsiRNAのカクテルを作成した。このカクテルを用いて細胞へ導入後24時間でUbc10発現レベルが25%以下になるように配列の選定を行っている。
江戸時代渾天儀およびそれに関連する天体観測機器の総合的調査研究

渾天儀は中国で古来より天体の位置観測に用いられた儀器であるが、わが国では江戸幕府初代天文方となった渋川春海が中国古来のものを簡素化したものを製作し観測に用いて以後、幕府天文台において観測に使用された。予備的な調査からは、江戸時代にわが国で製作された渾天儀は40基弱が現存するが、その大部分は観測用ではなく、あるものは天球儀と対になった教育・研究用のものであることが判明した。教育用のものは小型で、後期の物には中心に観測用の筒(玉衡)のかわりに地球の小模型を配する。本研究は平成16・17の両年度に行なわれ、これらの現存する渾天儀についてその構造等を実地に調査し、その由来や目的等を文献調査を含めて明らかにし、それらの時代による変遷や製作者などによる変化を調べて、わが国の渾天儀の特徴を明らかにすることが目的である。平成17年度は研究最終年度であり、7基の渾天儀の実地調査を行なうとともに、20基の渾天儀について写真資料による調査を行なった。これにより、現存が知られる江戸時代の渾天儀のほとんどについて調査がなされ、また上記の観点から総合的研究を行なった。詳細については省くが、現存する渾天儀のうち仙台市天文台所蔵の大型の金属製渾天儀(製作年1776)のみが、実際に天体観測に使用されたことが再確認され、これを含む18世紀半ばまでの渾天儀は目盛が古度(中国度)のものが多く、観測に用いられるものの模型として考えられたこと。それ以後から中心に地球をおき、天空の天体の運行模型として考えられたこと、さらに幕末期には白道環が黄極で回転するようになり、日月食の再現・予報の概略が解説できる模型になったことが変遷の特徴である。また、暦書など基本的文献資料から関連する天体観測機器の記述について調査を行なった。研究初年度として、予備的な所在調査で判明している渾天儀の半数強程度について詳細な現地実測調査を(三重:三重大学)(島根:島根県立三瓶自然館)(山口:山口県立博物館)(京都:京都大学・同志社大学神戸・神戸市立博物館)(仙台:東北大学・仙台市天文台)で行った。同時に、文献による調査研究や天文学的見地からの考察を行うことをはじめ、関連する天体観測機器についても同様に調査研究を進めた。その調査によって得られた画像等のデータのデータベース化を進めた。現地調査では渾天儀の法量・材質等のほか、目盛・銘記等の記載を調査するとともに、現地の文献等も調査する。その際、研究室でも画像データから目盛や文献の内容が読み取れるよう、高精細デジタルカメラなどを用いて記録保存を行う。取得した画像記録を現地ですぐに整理・保存するため携帯型ノートパソコンが必要である。また、天文学史関係図書(渾天儀関係者記述の郷土史関係図書をふくむ)購入費が必要である。
任意次元・任意構造の凸胞複体モデルを実現する多次元空間データベースシステムの開発

平成18年度の最初の段階までで,任意次元・任意構造の凸胞複体モデルの設計を完成するともに,任意次元・任意構造の凸胞複体モデルを備えた多次元空間データベースシステムの実装も終えた.平成18年度は,さらなる研究の発展に注力した.そのために,実際的な応用分野として,人体の臓器等の形状や構造を空間モデルで表現する「ディジタルヒューマン」に焦点を定め,この分野における研究課題を探り,データベース分野から見て学術的に価値のある研究課題を的確に定めるとともに,その解決策を探ることにした.従来,「ディジタルヒューマン」の分野で使用されてきたモデルは,ポリゴンモデルあるいはボクセルモデルあるいはその組み合わせであった.本研究で完成させた凸胞複体モデルは,概念的にはポリゴンモデルの拡充である.一方,ボクセルモデルは,既存のマーチングキューブアルゴリズムにより,等価なポリゴンモデルへの変換は容易である.その意味で,凸胞複体モデルは,「ディジタルヒューマン」に代表される応用分野で登場する各種のデータの「表現」のためのモデルとして,その能力に問題は無い.一方で,「ディジタルヒューマン」で必要とされる類似検索(血管網の分布や形状の類似性による検索)では,凸胞複体モデルでも,能力的に不足することが分かってきたため,さらなる拡張を試みることにした.現在は,凸胞複体を構成する1次元のセルに,太さ情報を持たせるために,従来無かった「ヒストグラム形式」での太さ情報を持たせ,従来法よりも精度よく類似検索ができる方式を考案・実証するに至った.現在は,凸胞複体モデルが持つ位相情報を使い,さらなる精度の向上に取り組んでいる.本研究は,凸胞複体空間モデルを持つ空間データベースシステムの研究開発である。従来,凸胞複体のデータベース表現法としては,cell tuple法,simplified incidence graph法が知られているが,こうした既存の方法は,3次元あるいはそれ以上の凸胞複体については,データサイズが大きすぎる.本研究では,従来法よりもはるかに小さなデータサイズで格納できる方式として,CPVS法を考案した.CPVS法は,凸胞複体の要素である凸胞のうち,他の要素凸胞のフェイスになっていないような凸胞(このような凸胞はtop cellと呼ばれる)の線形制約式(linear constraints)を,TopCell, Hyperplaneという2種類のタップルで表現するものである.現在までの成果は次の通りである.(2)CPVSの圧縮に使える新たなアルゴリズムの考案に至った.提案アルゴリズムは,CPVSが持つ統計的性質に着目するもので,単純なrun lengthアルゴリズムよりも高い圧縮率が得られることを,triangular meshオブジェクトでの実験で確認した.(3)CPVSから凸胞複体の接続グラフへの変換を研究し,凸だが非有界な空間物を,超平面で分割する処理を高速で行う必要があることを研究課題として見出し,それを高速に行える凸胞分割アルゴリズムを新しく考案し,性能評価までを実施して,国際会議TENCON2005で発表した.平成18年度の最初の段階までで,任意次元・任意構造の凸胞複体モデルの設計を完成するともに,任意次元・任意構造の凸胞複体モデルを備えた多次元空間データベースシステムの実装も終えた.平成18年度は,さらなる研究の発展に注力した.そのために,実際的な応用分野として,人体の臓器等の形状や構造を空間モデルで表現する「ディジタルヒューマン」に焦点を定め,この分野における研究課題を探り,データベース分野から見て学術的に価値のある研究課題を的確に定めるとともに,その解決策を探ることにした.従来,「ディジタルヒューマン」の分野で使用されてきたモデルは,ポリゴンモデルあるいはボクセルモデルあるいはその組み合わせであった.本研究で完成させた凸胞複体モデルは,概念的にはポリゴンモデルの拡充である.一方,ボクセルモデルは,既存のマーチングキューブアルゴリズムにより,等価なポリゴンモデルへの変換は容易である.その意味で,凸胞複体モデルは,「ディジタルヒューマン」に代表される応用分野で登場する各種のデータの「表現」のためのモデルとして,その能力に問題は無い.一方で,「ディジタルヒューマン」で必要とされる類似検索(血管網の分布や形状の類似性による検索)では,凸胞複体モデルでも,能力的に不足することが分かってきたため,さらなる拡張を試みることにした.現在は,凸胞複体を構成する1次元のセルに,太さ情報を持たせるために,従来無かった「ヒストグラム形式」での太さ情報を持たせ,従来法よりも精度よく類似検索ができる方式を考案・実証するに至った.現在は,凸胞複体モデルが持つ位相情報を使い,さらなる精度の向上に取り組んでいる.