hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外国人児童の母語学習支援をめぐるネットワーク形成の国際比較

母語学習の意義、課題、支援のためのネットワークについて、兵庫県の3つの小学校での詳細なフィールド調査と、タイ・オーストラリア・アメリカの6地点での現地調査との比較研究により考察した。外国人児童と友人・教師・両親等の関係性に焦点を当て、言語意識の多様性と変化の要因を解明した。その結果、母語学習を動機づけるためには、家庭と学校全体の取り組みや母語習得に関する知識の共有が必要であること、適切な教材・教授法を連携して開発すること、そして、学校・NPO・行政・企業・研究者のネットワーク形成のための政策的対応の必要性を明らかにし、提案をまとめた。1.兵庫県と神戸市の教育委員会、神戸市内で母語教育支援センター校として母語教室(ベトナム語、スペイン語、タガログ語)を運営している小学校4校を訪問し、外国人児童の母語支援の実態や外国人児童支援に関わる調査を実施した。(1)教育委員会、学校、外国人児童支援者(NPOやボランティア)の連携上の困難、教材開発の不足、家庭の母語教育への関心や理解、学校による問題意識や支援体制の違い、子ども達の母語能力や母語学習意欲の多様性など、さまざまな側面で問題が存在することが分かった。また、条件が整っているところでは、非常に順調に行われていることもわかった。(2)定期的に母語支援に関する研究会を開催し、母語支援に関心のある専門家たちと、文献等をもとに理論的な問題点の研究を行い、本年度の調査内容の焦点化と研究組織の拡充を図った。(3)19年度の発見と検討をふまえ、20年度は定期的に神戸市内で母語教室を運営している学校を訪問し、より詳細なデータ収集を行う予定である。2.平成20年2月にタイを訪問し、3県で外国人児童支援NGOの活動、母語教室の運営などについて現地調査を実施した。(1)ラオス国境地域(チェンライ県)に居住する山地民族の児童の生活と教育の実態、NGOや国際機関(I.L.O.)による支援の実態について調査を実施した。(2)ミャンマーからの移民労働者が居住するサムットサコン県で、ミャンマー民族の児童の生活や教育の実態、NGOによる支援の実態について調査を実施した。(3)バンコクで、日本人会によって運営されている、継承語としての日本語教室を訪問し、運営責任者から運営の経緯と現状と問題点、学習者の現状や親の意識等について詳しい聞き取り調査を実施した。1.兵庫県内で母語教育支援センター校としてかなり順調に推進されている学校のうち、ベトナム語(2校)、スペイン語(1校)、中国語(1校)の計4校を調査校として、共通の調査項目による訪問調査を数回実施し、それぞれの学校による特性と共通点を見るための比較分析資料を作成した。現時点で明らかになっていることは、児童の参加意欲が4年生以降、低下していくこと、親の母語教室に対する考え方の多様性、多様な能力の子供たちを対象としたテキストや教授法の未開発、などの問題である。また、推進力となっている背景には、校長・教頭などの人権問題等への理解や外部者を学校に引き込むことへの考え方が大きく影響していることがわかった。2.オーストラリア、アメリカを訪問し、一般学校での母語教育(中国語・ベトナム語)の実態とコミュニティ言語学校での母語教育(ベトナム語・日本語)の状況、および、多数の母語教育を推進している中核団体を訪問調査した。オーストラリアでは国の政策として母語教育が推進され、ある程度の予算措置があるため、教育および学習意欲が非常に高く、教材等が充実している。しかし、多様な目的やレベルの学習者が混在している状況では、やはり、教授法や教師の確保が大きな問題となっている。アメリカの調査例では、ベトナム人コミュニティが団結し、ネットワークを形成して、母語教育を推進している。タイ調査も継続して2回行っている。国内と国際調査を通じて、母語教育の意義や方法、それらをめぐる複雑な状況が明らかになりつつある。兵庫県の母語教育支援センター校等4校の母語教室(ベトナム語、中国語、スペイン語)で集中的1にフィールド調査、母語教室卒業生の聞き取り調査、支援NPOでの聞き取り調査を実施した。その結果、母語学習支援体制の課題として以下の5点を抽出し、勘案すべき対応策についての提案をまとめた。1外国人児童の多様性-実態を明確に分類し、母語と日本語力の簡便な評価測定法を開発。2母語への否定的意識と低い学習モチベーション-母語・母文化を学ぶ意義や学習目標の明確化と肯定的意識を高める母語教室の運営方法の開発。NPOや行政との協働の必要。3日本人児童・教師の母語教室への関心の欠如-学校全体の取り組みによって多様な言語・文化への価値意識を高めるプログラムの開発。4適切な教材・教授法の未開発-多様な言語レベルの児童が学べる学習デザインの提言。NPOの専門的知識や機動力の活用。5母語教育に関する知識や情報共有の不足-

母語教育やバイリンガル教育に関する知見の共有化のための情報提供システムの開発。NPOとのネットワークの活用。国際調査では、オーストラリア・タイでの母語学習支援体制について、現地調査を行った。オーストラリアでは、政府が母語教育のための資金援助を行い、組織間ネットワークを形成して、教育の質を高めるための教師の研修や教材・教授法の開発がなされていることが明らかになった。現地で入手した教材や、母語教育に関するシラバス等を参考として、日本の現状に適合する教材開発や母語教育カリキュラムの作成についての知見を得ることができた。母語学習支援は、日本では未発達の分野である。本研究では、母語学習の意義や問題点・課題を、教育現場での詳細を調査から把握・分析し、理論的に整理した。日本人児童を含む、学校や保護者や地域社会全体の変容を視野に入れ、NPOや行政とのネットワークを活用した母語教育システムを開発していくべき道筋を明らかにしたことに意義がある。
子宮内胎児発育遅延発症におけるエンドセリンの役割に関する研究

エンドセリン(ET)は血管内皮細胞で産生され、血管内皮障害のマーカーのひとつとされている。また強力な血管平滑筋収縮作用を有し、虚血再灌流(IR)障害に重要な役割を担っていることが知られている。近年子宮内胎児発育遅延(IUGR)においてもETの関与が示唆されているが、子宮胎盤循環との関連性について不明な点が多い。そのため、本年度は、本IUGRモデル発症機序におけるETの役割について検討した。既報の方法に準じ、ハロセン麻酔下に妊娠17日目のS/Dラットに対して子宮胎盤循環を30分間(虚血再灌流)したモデルを使用した。虚血前にETのAB両受容体拮抗剤であるTAK-044、コントロールとして生食を投与し虚血再灌流を行い、妊娠21日目での胎仔体重を測定し、血流遮断群と非遮断群の間で比較検討した。血流非遮断群の胎仔の体重の平均値を100%とすると、血流遮断側の体重は87%、TAK-044投与群では97%となり、コントロール群でのみ血流遮断側の胎仔の体重が有意に減少した。またIR前後の子宮血流量をレーザードプラ組織血流計を用いて計測し、TAK-044および生食投与群で比較検討した。生食投与群では、子宮血液量は再灌流後徐々に減少し、120分後には虚血前の値の約60%に減少し、虚血後低灌流の状態を呈した。一方TAK-044前投与群では、虚血後低灌流の発生は有意に抑制された。以上の成績より本IUGRモデルにおける虚血後低灌流の発生にエンドセリンが関与していることが示唆された。
幾何学モデルを用いた母音及び半母音の挙動推定と識別

これまで、母音のホルマント周波数の対数比を座標軸とする平面を用いて母音の分布および挙動を調べた。この平面における各母音の分布は正規分布をなすと仮定した場合には、共分散行列を基にして、等確率識別楕円を構成することが出来、この楕円の長軸および短軸を微分幾何学上の計量として解釈するとこの平面は非ユークリッド平面であるといえる。この計量からこの平面に曲線座標を構成することによって母音の挙動は測地線、すなわち平面上の最短経路に沿っていることを示した。上記の背景を踏まえ、本計画では特徴パラメータとしてスペクトルを用い、あるパラメータ空間において母音および半母音の挙動を推定し、これに基づき母音と半母音を識別・分類することを計画した。具体的には、音声データのラベリングに基づき、母音定常部に線形予測分析を施し、係数から得られるスペクトルを離散化し、40次元ベクトルとする。この全ての点に対して判別分析を用いて3次元空間に射影する。この3次元空間内の各母音の分布は正規分布をなすと仮定し、この分布から得られる共分散行列を基にして計算することにより等確率楕円面を得る。上記と同様に、この楕円面の軸を微分幾何学上の計量として解釈することによりこの空間を非ユークリッド空間であると解釈できる。もし、母音わたり部の挙動がこの非ユークリッド空間の最短経路を通っているならば、この空間をユークリッド空間へと変換することにより、その最短経路は直線をなすはずである。現在のところ母音の挙動が変換したユークリッド空間において、ほぼ直線となることを明らかにした。今後は半母音の挙動を求め、母音との挙動の違いをもとにして母音と半母音の識別・分類を行なっていくつもりである。
堆肥発酵熱を利用した温室暖房に関する環境解析学的研究

1.温室の暖房負荷の解析ダイナミックモデルに基づき,温室内温・湿度の経時的変化を求めるための数値計算プログラムを作成した。そして,敷地面積72m^2の小型温室を対象に,昼間,夜間の設定室温を満たすのに必要な暖房所要熱量,すなわち暖房負荷を見積ったところ,昼間,夜間のそれぞれについて,7000kcal/hr,3500kcal/hrと算出された。(北陸地方を対象)2.熱源の基本的特性の解析酵素反応速度論に基づき,堆肥化過程の反応速度と発熱量を,堆肥材料中の有機物量と温度の関数として表した。そして,堆肥槽を完全混合槽とみなして,槽内の有機物量,温度の経時的変化を求める計算プログラムを作成し,以前に著者らが行った堆肥化実験結果との比較により,提示したモデルの妥当性を確認した。3.熱回収用熱交換器の伝熱解析発酵熱回収用の熱交換器として,槽内から熱を汲み上げるサ-モウェル型熱交換器と,通気後槽外へ排出される水蒸気の潜熱回収用の多管式凝縮器を試作・実験し,熱交換器出口温度が理論解析結果とよく一致することを確認した。また,熱回収時の堆肥槽内温度は、熱回収用伝熱管近傍に熱低抗が集中するものと近似して得られた簡便な計算法で予測し得ることを明らかにした。4.システムの最適化に関する熱力学的解析堆肥化過程を化学エネルギ-から熱エネルギ-へのエネルギ-変換過程とみなし,エクセルギ-解析を試みた。その結果,発酵熱回収操作のエクセルギ-効率は10%以下になること,発酵熱回収操作の最適化は,熱効率のみでは決められず,エクセルギ-効率を指標の一つに加えることが有効であることを明らかにした。
特異性をもつ界面モデルの確率解析

今年度は以下の研究を実施し、成果を得た。多次元正方格子上で定義された、デルタピンニングをもつガウス型▽φ界面模型の巨視的スケール極限について考察した。このようなスケール極限において、大偏差原理レベルにおける速度関数の最小点が一意であればそれが極限になることはよく知られている。しかし最小点が複数の場合には、さらに詳しい確率評価が必要になる。研究代表者は、そのような状況において、空間次元dがd≧3を満たし、かつピンニングの強さがある程度大きければ、ピンニングされた図形が巨視的極限において優位性を持つことを証明した。▽φ界面模型の流体力学極限は、局所エルゴード性を示すことにより証明される。これは研究代表者とH. Spohn氏のエントロピー法に基づく1997年の共同研究の成果である。最近、F. Otto氏,C. Villani氏らは「最良な質量輸送問題」に関連して現れる種々の解析的不等式と「2-スケールアプローチ」を組み合わせることにより、ある種のスピン摸型に対する流体力学極限の証明に成功した。本研究では、その重要性にいち早く注目しその手法を適用することにより、▽φ界面模型の流体力学極限の新たな証明およびその拡張が可能であることを示した。半直線上の熱方程式に時空ガウス型ホワイトノイズを付け加えて得られる確率偏微分方程式がウイナー測度を不変測度に持つことは、よく知られた事実である。ウイナー測度はブラウン運動の分布だから、その一般化としてレヴィ過程のパス空間上の分布を考えることは自然である。本研究では、レヴィ過程のパス空間上の分布を不変測度に持つような確率熱方程式の構成、特に熱方程式に加えるべきノイズの構成を行った。舟木は特異性の一種であるピンニング効果を考慮に入れた∇φ界面モデルの研究を行った.平衡系においては,巨視的スケール極限はWinterbottom形状になり,それはある種の変分問題の解として特徴づけられることが知られている.本研究では対応する問題を時間発展の下で考察し,その運動法則を導いた.さらに,大偏差原理の速度関数が複数の最小点を持つような∇φ界面モデルについて研究を進め,精密な漸近確率評価を求めることにより,界面のGibbs測度に関する巨視的極限を決定した.関連して,統計力学や場の量子論において基本的な役割を果たすFKG不等式およびBrascamp-Lieb不等式を考察し,確率微分方程式のカップリングに基づく新たな証明を与えることに成功した.また,Bessel過程とその変形に関するWiener型確率積分の構成を行った.これは制限付きパス空間上の部分積分公式を論ずるために必要になる.籠屋は1次元格子上で入り混じることなく互いに反射するような2種粒子系を考え,そのようなモデルから自由境界問題を導出し,さらにその平衡揺動,大偏差原理について論じた.西川は壁によって反射される界面の上にさらにもう1枚の界面が乗り,都合2枚の界面があるときに,対応する∇φ界面モデルの無限系を構成し,その時間発展の下でのエントロピー的反発の問題を解決した.平衡系における結果は既に知られていたが,西川の結果はそれを時間発展系に拡張するものである.乙部は西川が考えた界面モデルの連続版である確率偏微分方程式の考察を行い,上下2枚の間に反射により閉じ込められた系を考え,時間発展の構成を行った.対象は比較原理が適用できない系であるが,そのような技術的困難をうまく回避することに成功した.多次元ガウス型ランダムウォークに、指定された部分空間へ正の確率でジャンプする効果を加えて得られるマルコフ連鎖を考える。研究代表者は、今年度はこのようなマルコフ連鎖に対するスケール極限を考察した。ジャンプの効果は界面モデルではピンニングとよばれ、上記のマルコフ連鎖は特異性をもつ界面モデルの一例と考えることができる。研究成果を具体的に述べれば以下の通りである。まず、このようなマルコフ連鎖に対して、見本路大偏差原理を示した。もし、その速度汎関数の最小点が一意的ならば、スケール変換されたマルコフ連鎖に対して大数の法則が成立し、極限はこの一意的な最小点であることが割合容易にわかる。今年度、研究対象としたのは最小点が複数個ある場合である。この場合には極限の特定は非自明であるが、精緻な解析を実行することにより極限を完全に決定することができた。実際、極限の決定には、大偏差原理レベルの確率評価では不十分で、その精密な漸近評価が必要になる。極限は、部分空間の余次元およびマルコフ連鎖を最終時刻でピン止めするかどうかといった事情により異なることが示された。さらに、場合によっては複数の最小点が共存すること、すなわち極限においていずれも正の確率で生き残ることがあり得ることを示した。マルコフ連鎖の部分空間への到達時刻に対する中心極限定理を同時に証明した。分担者の乙部は無限次元空間内の部分集合における発散定理を示し、西川は保存的界面モデルを対象に大偏差原理に関する研究を行い、それぞれ興味深い結果を得た。

研究代表者は、そのような状況において、空間次元dがd≧3を満たし、かつピンニングの強さがある程度大きければ、ピンニングされた図形が巨視的極限において優位性を持つことを証明した。▽φ界面模型の流体力学極限は、局所エルゴード性を示すことにより証明される。これは研究代表者とH. Spohn氏のエントロピー法に基づく1997年の共同研究の成果である。最近、F. Otto氏,C. Villani氏らは「最良な質量輸送問題」に関連して現れる種々の解析的不等式と「2-スケールアプローチ」を組み合わせることにより、ある種のスピン摸型に対する流体力学極限の証明に成功した。本研究では、その重要性にいち早く注目しその手法を適用することにより、▽φ界面模型の流体力学極限の新たな証明およびその拡張が可能であることを示した。半直線上の熱方程式に時空ガウス型ホワイトノイズを付け加えて得られる確率偏微分方程式がウイナー測度を不変測度に持つことは、よく知られた事実である。ウイナー測度はブラウン運動の分布だから、その一般化としてレヴィ過程のパス空間上の分布を考えることは自然である。本研究では、レヴィ過程のパス空間上の分布を不変測度に持つような確率熱方程式の構成、特に熱方程式に加えるべきノイズの構成を行った。
界面における電子輸送と化学反応の量子ダイナミクス

従来の量子化学的手法を越えて、(1)固体-分子吸着系(より一般に界面)は量子力学的開放系である、(2)原子核の運動と電子の運動の分離性が明確でない点、を考慮に入れた第一原理計算スキームを確立し、界面での電子移動・電子輸送とそれに誘起される化学反応量子ダイナミクス、具体的には、(1)表面吸着分子のコンダクタンスの定量的計算、(2)表面における電子格子相互作用と電子密度波の解析、(3)色素増感型太陽電池における電子移動機構の分子論的描像、の定量的シミュレーション計算を実施した。[I]表面吸着分子のコンダクタンス:単一分子電気伝導の詳細な電子輸送,移動機構についての知見を得るめには,単純ななモデル計算ではなく,表面の寄与を正しく含んだ現実的なコンタクト領域に対する電子輸送過程での第一原理計算が必要である。そこでNEGF法とハートレー,フォック法との組み合わせによる非経験的かつセルフ,コンシステントな方法論を開発した。また密度汎関数法と組み合わせ,(1)埋め込みポテンシャルの導入による散乱領域のサイズダウン,(2)分子軌道を基底としたグリーン関数の摂動展開によるSCF計第,(3)分子軌道基底の,不活性軌道,活性軌道,空軌道への分割,等によりグリーン関数行列の大幅なサイごダウンとSCF計第の高速化を実現し,大規模な分子系への応用を可能とした。[II]表面における電子格子相互作用:第一原理計算及びモデル計算を用いて表面吸着種に誘起された格子振動と表面に局在した電子状態との結合に関して検討を行った。アルカリ金属/金属表面系では表面吸着種に誘起されたモードにより表面励起状態の寿命が強く支配されることを示した。水素/金属表面は第一原理計算手法(DFPT法)を用いてKohn異常が確認されている系で表面フォノンの電子格子相互作用による寿命について計算を行った。水素局在モードは表面モードよりも電子格子相互作用による影響をより強く受け,また,水素モード間でもその対称性によりフォノン寿命が大きく異なることを示した。電荷密度波の形成に関しては密度汎関数法に基づいた第一原理計算を行った。これまでの光電子分光実験で確認されたフェルミ面のネスティングを再現することに成功した。さらに表面でのポテンシャルが吸着種により変化を受けることでバルクバンドギャップに電子状態がシフトすることで,表面電荷密度波が形成されることを理論的に明らかにした。色素増感型太陽電池における電子移動機構の分子論的描像を第一原理計算により明らかにすることを目的とし、アナターゼ型TiO2(101)表面へのピリジンの吸着構造を密度汎関数法(DFT)によって検討した。アンカーの電子移動に与える影響を調べるために、リン酸基とカルボキシル基を用い、また溶媒効果を調べるために、真空中での吸着構造と溶媒水分子が存在する場合の構造変化を調べた。様々な大きさのTiO2薄膜モデルの清浄表面を、DFTによって最適化し、得られた表面にアンカーを吸着させてDFT計算を行った。さらにピリジンをアンカーに結合させて最適化を行い、真空中での吸着構造を得た。清浄表面の構造最適化から、計算精度を高めるには(101)面が小さく、縦に長いTiO2を使うのが良いという傾向が得られた。またアンカーおよびピリジンを吸着させた構造の最適化から、アンカーのみを吸着させる場合はTiO2の大きさごとに結合距離が0.1Åオーダーで変化するが、ピリジンを結合させると変化が一桁ほど小さくなるという結果が得られた。これは、吸着物質の空間的サイズにより、最適化の際にエネルギー極小値近傍に捕捉されることによる考えられる。さらに薄膜モデルでピリジンの吸着構造を収束させるために必要なTiO2の大きさは、2×1構造では2種類のアンカーともに48原子程度であることが分かった。続いて溶媒水密度から計算される個数の水分子を加え、古典分子動力学計算(MD)を行った。生成したMDトラジェクトリーからサンプルした構造を初期構造として、さらにDFT計算により最適化を行った。得られた結果の動径分布関数、ボルツマン分布解析から溶媒水がある場合でのピリジンの吸着構造を定量的に検討し、TiO2(101)表面との接合への溶媒の影響を議論した。
近現代日本における「個人後援会」の基礎的研究

本年度は1後援会等の政治団体の設立目的・推薦者名・創立年月日等が記された戦前期の内務省警保局が作成した警察関係の一次史料(国立国会図書館憲政資料室所蔵「山岡萬之助関係文書」所収文書及び「松本学関係文書」)のデータベース化、2守屋栄夫文書の調査・研究、3都道府県文書館における警察関係史料・後援会関係史料の調査を行った。1については、研究協力者の協力により仮のデータベースが完成した。2については、昭和元年から10年までの日記と1928年(昭和3)選挙に関わる書簡や、守屋が運営した団体の機関誌の一部などを撮影した。これらに基づいて「第一回普通選挙における選挙運動:内務官僚・植民地官僚守屋栄夫を事例として(特集歴史の中の議会)」『史潮』(84)、2018年12月、を成果として公表することができた。3については、奈良・大阪・京都・秋田・宮城・神奈川の各府県の公文書館を調査した。1のデータベース化作業の結果、より細かな実態を明らかにするためには、後援会・政治結社に関わる文書が編綴されている可能性がある、都道府県文書館に少数ながら所蔵されている史料を確認する必要があったためである。それらを詳細に確認できたのは京都・宮城に止まったが、1の原史料がどのように作成されたかを類推できたのは成果であった。なお、宮城県公文書館調査とあわせて行った仙台市博物館での調査では、宮城県の無産政党政治家の文書も確認できた。当初の研究計画では、平成30年度中にデータベースを作成するとともに、守屋栄夫文書を利用した後援会研究を進めるとしていた。これらは上記の様に着実に進めることができた。今後も当初計画していたデータベースの作成、データベースを活用した史料の所蔵調査、守屋栄夫文書を用いた研究を継続するほか、平成30年度の研究により、新たに必要が生じた都道府県文書館の調査を並行して進める。当該年度の必要な支出はすべて行ったが、一部の物品が申請時点より安価に購入できたため、次年度使用額が生じた。10000円未満の額であるので、本年度本格化する調査旅費に充てたい。
新生児尿GC/MS分析によるガラクトース血症のヘテロ検索

(1)ウレアーゼ処理尿GC/MS分析法によるガラクトース血症の鑑別化学診断を行った。本分析法は尿中有機酸のみならずアミノ酸、糖、糖アルコール、塩基性化合物の同時検索が可能で種々代謝異常症の鑑別化学診断には最適の分析法である。(2)分析対象は生後5日目の新生児ろ紙吸着尿を用い、2年間で約4300検体の分析を行った。異常排泄増加の目安とした平均値+3SDの値を超えた検体が1.2%認められた。他の代謝疾患が0.4%以下の発見率であることを考えると非常に高い発生頻度であった。(3)ガラクトース高排泄者はガラクトースのみの排泄が増加していた新生児であり、ガラクトース血症I型患者やII型患者でみられる、ガラクチトール、ガラクトン酸の排泄増加は観測されなかった。既に診断のついているガラクトース血癌患者の尿分析では、I型では肝障害を反映したチロジン異化中間体の4-ヒドロキシフェニル乳酸の同時排泄が認められ、I型とII型の鑑別は4-ヒドロキシフェニル乳酸の排泄増加の有る無しで可能であった。また、無症状のIII型部分欠損患者では、ガラクトースのみが排泄増加しており、その排泄量は新生児平均値+13SDであった。(4)ガラクトース尿症新生児で+10SDを越えていた検体は15検体で異常と判定した29%であった。これらの患者では特に血中のガラクトース高値の情報は得られなかったが、血中ガラクトースが5.2mg/dl(カットオフ値は5mg/dl)の患者尿を分析したところ尿中のガラクトース値は+25SDを示した。即ち、新生児ガラクトース尿症のうち、少なくとも+10SDを越えた検体は血中ガラクトース値高値が指摘されていなくてもカットオフ値に近い値の検体であることが推測された。(5)新生児におけるガラクトース尿症は、糖代謝酵素の未成熟により部分欠損あるいはヘテロ患者でその影響がより強く出て血中ガラクトースの上昇が起こり、尿ガラクトースの排泄増加が起こると考えられる。尿中ガラクトース検索により部分欠損患者あるいはヘテロ患者の検索も可能と考える。ガラクトース血症は放置すると肝機能異常、白内障、敗血症、精神運動発達遅滞などが出現する疾患として知られ、わが国の新生児マススクリーニングの対象疾患にもなっている。筆者らはウレアーゼ処理尿をGC/MS分析するスクリーニング法を開発し、新生児5生日尿中の有機酸、アミノ酸、糖類の分析からアミノ酸、有機酸、糖代謝異常症を効率的に化学診断する新生児マススクリーニングを行っているが、特にガラクトースの異常排泄者の頻度が高く、ガラクトース血症のヘテロ検索の可能性を探るため研究を進めている。これまでに4540検体の新生児尿を分析し、基準値(平均値+3SD)を超えたガラクトース高排泄の患者は89例(約2%)であった。このうち早産、低体重出生児の占める割合は38例43%で、特に対象児の臓器発達未熟性だけを原因とすることは出来ない。5生日児のガラクトース平均排泄量は1.63±1.11

mg/mg creatinineであったが、ガラクトース高排泄児では5.0440.27mgで、我々が以前経験したガラクトース値症I型患者におけるガラクトースの排泄量は48.92mgであった。基準値の2倍(約10mg)を超えた患者は22例でこれらの中での早産、低体重出生児の占める割合は10例45%で特に変化はない。新生児ガラストース高排泄児では、ガラクトース血症患者で常に見られるガラクチトールやガラクトン酸の同時排泄増加は認められず、ガラクトース血症とは化学診断出来ない。しかしながら、ガラクトースの排泄量はガラクトース血症患者量に匹敵する患児も10例近くあり、臨床症状はまだ出ていない事からヘテロ患者である可能性も残されている。即ち、その異常はヘテロ患者における酵素熟成遅延と乳糖のオーバーロードに関連した可能性も考えられる。(1)ウレアーゼ処理尿GC/MS分析法は尿中有機酸、アミノ酸、糖などの同時検索が可能で種々代謝異常症の鑑別化学診断には最適の分析法である。昨年度の研究で新生児高ガラクトース尿検体が多数認められたため、今年度はガラクトース排泄と新生児の肝、腎の未熟性を比較検討した。(2)ガラクトース血症I型とII型の鑑別診断には肝機能障害の有無で尿中ガラクチトール分析と共に4-ヒドロキシフェニル乳酸の検索も鑑別診断に利用できる。日本人に多いとされているIII型の残存酵素活性が34%の部分欠損患者の1カ月尿分析ではガラクトースの異常排泄は+12SDを示した。このことより新生児で+10SDを越えた検体は部分欠損やヘテロの可能性を示唆するものであった。検索した4338検体中ガラクトースのみが+10SDを越えた検体は15検体であった。(3) GC/MSで異常判定した検体は新生児マススクリーニングで血中ガラクトース値の異常は指摘されていないが、血中ガラクトース値が異常判定カットオフ値以下の5.2mg/dl(コントロールは2.0mg/dl以下)であった新生児の18生日尿を分析したところ、尿中のガラクトース値は22.8mg/mg creatinineと+25SD値を示した。即ち異常排泄増加検体では血中ガラクトースがカットオフ値に近い値を示していた検体であることが推測された。(4)新生児では完全欠損患者でなくとも部分欠損患者やヘテロ患者ではガラクトース代謝能低下が強く現われ、血中ガラクトースの僅かな上昇が起こり、ガラクトースの尿中排泄増加が起こると考えられる。単に腎・機能の未発達が原因であればアミノ酸などの排泄増加を伴う筈であるが、ガラクトース高排泄児ではそれらの同時排泄増加は認められなかった。尿中ガラクトース検索により血液よりもより鋭敏な部分欠損患者あるいはヘテロ患者の検索が可能と考える。
寄生虫病による天然ヒラメ資源減少の原因究明

ヒラメの寄生虫Neoheterobothrium hirameが天然ヒラメ稚魚の生存に及ぼす影響を調べるため、実験的に感染させたヒラメ稚魚の行動、捕食率、飢餓耐性、ウイルス病(VHSV)に対する感受性等を調べた。行動実験では感染ヒラメ稚魚で潜砂、遊泳能力の著しい低下がみられ、その活動パターン、摂餌行動が非感染対象区と異なることが分かった。また、捕食実験において、感染ヒラメ稚魚、非感染ヒラメ稚魚、そして捕食者となる大型ヒラメを96時間同居飼育した結果、感染ヒラメ稚魚はより捕食を受けやすいことが明らかになった。さらに、ヒラメ稚魚に寄生虫N.hirameとウイルス性出血性敗血症ウイルス(VHSV)による混合感染実験を行った結果、両者の病原体に感染した魚ではいずれかの病原体に単独感染した魚より著しく高い死亡がみられ、N.hirameによってヒラメのウイルス病に対する感受性が増すことが考えられた。さらに、2年間におよぶフィールド調査により、ヒラメ漁獲の現象が顕著な海域では感染ヒラメ1尾あたりのN.hirame虫数(寄生虫)が漁獲の安定している海域より著しく多いことが明らかになり、N.hirameとヒラメ資源減少の因果関係が示唆された。このフィールド調査の結果を基に行った実験では、10°C以下の低水温下ではN.hirameの感染力や発育が著しく低下することが分かり、海域間で見られたN.hirame寄生数の差はそれぞれの海域の温度差によるものであると考えられた。これらの研究で、近年日本沿岸で深刻な問題となっているヒラメ資源の減少に対する新種の移入寄生虫、N.hirameの関与を支持する重要な知見が得られた。本研究では海外からの移入種と考えられる単生類寄生虫、Neoheterobothrium hirameと近年日本沿岸で問題となっているヒラメ天然資源減少の関連性を室内実験および天然調査を通して検証している。実験では、ヒラメ稚魚減耗の主要因となり得る、捕食、疾病、飢餓に対するN.hirameの影響を調べ、本虫がヒラメ稚魚減耗の間接要因となり得るかを検証した。捕食実験では寄生を受けたヒラメ稚魚は、天然での捕食者であるヒラメ1-2才魚による捕食を、より受けやすいという結果が得られた。また、感染を受け、貧血症状を呈したヒラメは遊泳能力、特に持続遊泳時間が著しく劣る事も明らかになった。このことから、本虫がヒラメ稚魚の逃避行動、摂餌行動などに影響を与えることが示唆された。また、N.hirameと病原性の強いVHSウイルスの混合感染実験により、N.hirame感染魚はウイルス性出血性敗血症により罹りやすく、死亡率も高い事が分かった。さらに、実験感染魚を使った、感染魚と非感染魚間の摂餌行動、潜砂行動のビデオ撮影による検証も行ったが、全ての映像解析が終わっていないため、寄生による上記行動への影響は未だ明白でない。天然調査では海域特性が異なる宮古湾、小浜湾において、ヒラメ当歳魚のN.hirameの感染動態を2002-2003年に月別のサンプリングによる調査を行った。その結果、本虫の寄生率、寄生強度はいずれの海域でも、夏低冬高の類似傾向がみられた。しかし、ヒラメ資源の減少が顕著な小浜湾では感染宿主あたりの虫数が宮古湾よりも数倍高い事が分かり、虫数と資源減少の関連性が示唆された。また、寄生虫の発育ステージを分類、経時的に調べることにより、宮古湾における感染サイクルの詳細が明らかになった。以上の結果から、本虫が天然海域において、ヒラメ稚魚の減耗に関与している事が示唆され、水産資源における、寄生虫の重要性が再認識されたと考える。
治療抵抗性前立腺癌の進展と、がん微小環境応答に着目した新規治療戦略の確立

前立腺癌(Prostate Cancer:PCa)がアンドロゲン依存性を逸脱し、難治性の去勢抵抗性前立腺癌(Castration Resistant Prostate Cancer:CRPC)へ進展する過程は様々な機序が関連し、包括的にその進展を理解し解明することは難しい。本研究では、新規血管新生関連マーカーVASH1とアンドロゲン産生系に着目し解析した。VASH1の発現は予後因子で、真の血管新生を反映していることが示唆され、またCRPCではDHTの産生が5α還元酵素活性の低下を伴って有意に抑制されていることを発見し、進行性前立腺がんにおける微小環境ネットワークの一端を明らかにした。1CRPCの進展に伴って変化する血管新生とがん微小環境ネットワークの解析:多くの癌において微小環境における血管新生の意義が明らかにされつつあるが、PCaにおいて、臨床的に予後因子や治療標的になり得るのか、その制御機構を含めていまだ明らかにはなっていない。そこでPCa臨床検体における領域別の各種血管新生マーカーを施行した。東北大学加齢医学研究所佐藤教授から抗体を供与して頂き、血管新生関連因子VASH1の発現と、各種病理学的因子と、Gleason score、PSA再発などの臨床的因子を含めた統計学的解析を施行したところ、VASH1の発現がPSA再発予測因子であることが明らかになり報告した(Kosaka T. et al. Br J Cancer 2013, in press)。2CRPCの進展に伴って変化するアンドロゲンとがん微小環境1前立腺癌の進展に伴う血管新生とがん微小環境ネットワークの解析:多くの癌において微小環境における血管新生の意義が明らかにされつつあるが、前立腺癌においては、臨床的に予後因子や治療標的になり得るのか、その制御機構を含めていまだ明らかにはなっていない。そこで前立腺がんの臨床検体における領域別の各種血管新生マーカーを施行した。東北大学加齢医学研究所から抗体を供与して頂き、血管新生関連因子VASH1の発現と、各種病理学的因子と、Gleason score、PSA再発などの臨床的因子を含めた統計学的解析を施行したところ、VASH1の発現がPSA再発予測因子であることが明らかになり報告した(Kosaka T. et al. Br J Cancer 2013)。2CRPCの進展に伴って変化するアンドロゲンとがん微小環境アンドロゲンーアンドロゲン受容体(Androgen-Androgen Receptor:AR axis)経路は前立腺癌(Prostate Cancer: PCa)が去勢抵抗性前立腺癌(castration resistant prostate cancer: CRPC)へと進展した場合においても中心的役割を有していると報告されてきている。リガンド供給源としてのステロイド産生系の意義は不詳である。そこでCRPCにおける5α還元酵素活性の生化学的解析を施行した。ヒトCRPC細胞株C4-2と、C4-2AT6(6月間のアンドロゲン除去下で培養し、安定的に増殖活性を有する株として当教室で樹立された細胞株)を解析したところ、C4-2AT6における5α還元酵素活性の存在とDHT産生能の低下が証明され、報告した(Kosaka T. et al Scientific Reports 2013)。1CRPCの進展に伴って変化する血管新生とがん微小環境ネットワークの解析に関し、PCa臨床検体における領域別の各種血管新生マーカーを施行し、東北大学加齢医学研究所佐藤教授から抗体を供与して頂き、血管新生関連因子VASH1の発現と、各種病理学的因子とPSA再発などの臨床的因子を含めた統計学的解析を施行したところ、VASH1の発現がPSA再発予測因子であることが明らかになり報告することができた(Kosaka T. etal. Br J Cancer2013, in press)。2CRPCの進展に伴って変化するアンドロゲンとがん微小環境に関しリガンド供給源としてのステロイド産生系特にCRPCにおける5α還元酵素活性の生化学的解析を施行しCRPCにおける5α還元酵素活性の存在とDHT産生能の低下を証明することができ、報告することができたため、(Kosaka T. et al Scientific Reports 2013)。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、抗がん治療薬(ドセタキセル、カバジタキセル)、分子標的治療薬(sorafenib, sunitinib, everolimus)と、局所アンドロゲン産生阻害剤(CYP17A阻害剤:Abiraterone, TAK-700)や小分子化合物(ERK, TGF-β/SMAD, Wnt/cateninなどのシグナル伝達阻害剤)投与下での、相加相乗効果について、平成24年度に明らかになったがん微小環境に着目して検討し、これら薬剤の有用な併用方法や投与タイミングを明らかにしていく。各種シグナル伝達機構でのフィードバック機構についても合わせて解析することで、CRPCにおける進展に応じた、包括的な治療戦略の分子基盤を追究することで、研究は遂行される。研究費は患者への還元という観点から有意義に活用されると考える。
手話の言語的特徴を考慮した深層学習による多次元時系列データを用いた手話認識

本研究では、聴覚障害者と健聴者との円滑なコミュニケーションの達成のため、手話を認識するシステムの実現に取り組む。手話を認識するためには、手の位置、向き、手指の形状、及び動き情報が最低限必要である。これらの多次元時系列情報を、データグローブを用いて取得する方法を採用する。具体的には、手話認識を多次元時系列データに対する識別問題とみなし、一次元時系列データに対する識別手法である音声認識手法を拡張する。その際、識別手法には深層学習を採用する。更に、音声言語とは異なる手話言語の特徴を考慮した認識手法の確立を試みる。
長距離検知を可能にするステレオ視方式三次元距離センサーLSIに関する研究

二つのイメージセンサー(間隔8mm)を集積したステレオ視方式シングルチップ三次元距離センサーLSI(チップサイズ:10mmX2.5mm)を用いて、各レンズとイメージセンサー間に挿入した透明板の傾きをネジの回転で微調整できる機構を設けたシングルチップ三次元センサープロトタイプを試作し、そのシングルチップによる距離拡張機能の評価実験を行った。左右二つのイメージセンサーとそのレンズ間に挿入した透明版(厚さ400μm)は、一方が二つのイメージセンサーの視差方向(横方向)に、他方がイメージセンサーの縦方向にそれぞれの画像がシフトできるように、その透明版の傾きをネジ(0.2mmネジ山ピッチ)の回転でそれぞれ微調整できる。このプロトタイプを用いた実験により、縦方向の微調整で相関画素ラインの位置を補正でき、横方向の微調整で検知距離を連続してシフトできる機能を確認実証することができた。この機能により、レンズのアセンブリ精度限界(50μm程度)に伴う検知距離のバラツキ(画角27度の3mで-1.5m15m)を高精度に補正可能になり、シングルチップにおける狭間隔ステレオ視センサーでも高精度な検知距離補正制御(検知距離の1/10以下)が可能となり、シングルチップサイズでの数10m以上の検距離知範囲が実現できる。また、今回試作したプロトタイプの評価では、画素間の視差相関信号のS/Nが悪く、視差画素相関信号による検知距離補間において十分な精度が得れない課題が明らかになった。その視差相関信号S/Nを低下させる要因を調査し、相関信号が検知対象物の位置と輝度とに依存して信号値が異常に変動する場合があることが確認された。今後はその原因を明らかにしその対策を施し改良を行う。この視差相関信号S/Nが改善できれば、シングルチップのステレオし方式三次元距離センサーによる数10m以上の検知範囲で十分な精度で距離が検知できると予想される。実際にシングルチップを用いて試作したプロトタイプによる評価実験により提案方式の基本機能は実証された。検知距離精度を十分なものにするためには視差相関信号のS/Nを改善する必要があるが、その改善は可能な範囲と思われる。残りの研究期間で計画通りの目標性能が実証できる見込み。視差相関信号のS/N低下の原因を明らかにし、その対策を施した改良型プロトタイプを試作し、提案方式の有効性を実証する。視差相関信号S/N改善に対する主な対策改良は、三次元センサーLSI制御信号の修正や各種信号設定パラメータの変更や調整などで対応可能と思われるが、そのノイズ振幅が対象物の距離とも依存していることから、必要に応じて光学レンズなど光学系の変更も検討する。提案方式を実証するために、三次元距離センサーのイメージセンサーとその光学レンズの間に透明板を設置し、その透明板の傾きに対する検知距離シフト量に関する評価実験を行った。今回用いた三次元距離センサーは別途開発したもので、既に独自開発しているイメージセンサーLSI2個と視差検知LSI、そしてそれらの制御用LSIを独自のSiインターポーザ上に組立てステレオ視方式三次元センサーを構成している。イメージセンサーLSIは320列240行画素構成であり、二つのイメージセンサー間隔は80mmである。視差検知LSIでは左右の1行320画素毎に相関演算を並列に行い、左右の画像間で強い相関が検知された位置の視差情報を出力する。イメージセンサーとレンズ間に設置する透明板は2mm厚のアクリル板を用い、その透明板はピエゾアクチュエータ(Piezo Systems:T434-A4-302)によりその傾きを調整可能にした。まず、アクチュエータの印可電圧に対する透明板の傾きを評価した。印可電圧-24V24Vに対して、透明板の傾きは-0.49度0.57度に変化することを確認した。提案した計算式により、その透明板の傾きと厚さから画像のシフト量は算出できる。次に、アクチュエータの印可電圧による三次元距離センサー検知距離の変化を評価し、透明板を僅かに傾けることで検知距離がシフトすることを確認した。その具体例として、アクチュエータの印加電圧を-2V-6Vに変えると、透明板は-0.04度-0.13度傾き、検知距離は340cm350cmに変化した。これらの実験評価によって、提案手法による検知距離拡張の原理的可能性を確認できた。更に、シングルチップLSIに集積された二つのイメージセンサー(間隔8mm)における検知距離拡張性能を評価するために、新たにシングルチップ三次元距離センサーLSIを設計し、試作した。計画通り、提案方式の原理的可能性が実証できた。また、次の実証実験に必要なシングルチップ三次元距離センサーLSIの設計および試作が完了した。昨年度設計・試作したイメージセンサー間隔が8mmのシングルチップ三次元距離センサーLSI(0.35μmCMOS 1-poly 4-metal、チップサイズ:10.0mm×2.5mm)の機能動作を検証して正常に動作することを確認した。更に、当該三次元距離センサーLSIとそのコントロール信号や出力信号を制御するためのマイクロコードを格納した制御用LSI(0.35μmCMOS 1-poly 4-metal、チップサイズ:9.97mm×4.02mm)をコンパクトにアセンブリするためのシリコンインターポーザを試作し、実際にそれらを組み立てて動作検証を行い正しく動作することを確認した。

シリコンインターポーザ上に組み立てた三次元距離センサーモジュールを用いて、本研究での提案テーマであるイメージセンサーとレンズ間に設置した透明板を傾けることで検知距離の変調を実現する機能に関して予備実験を行い、透明板の角度変化が0.87度で検知距離が約0.3m(距離が2.4mにおいて)変調ることが確認された。今回の予備実験では、静電気を駆動力として透明板を傾ける実験を行なったが、透明板を十分傾けるためには100V近い高電圧が必要であった。そこで、他の駆動機構を検討し電流磁場を用いる方法について予備実験を行い10mA以下の電流で駆動できる機構に変更することにした。当研究の目的である、シングルチップLSI(コンパクトサイズ)で長距離(数10m100m)を検知できるステレオ視方式三次元距離センサーの実現に向けて、その実証に欠かせないシングルチップ三次元距離センサーの正常動作とそれを用いた透明板による距離変調機能の予備実験に成功した。二つのイメージセンサー(間隔8mm)を集積したステレオ視方式シングルチップ三次元距離センサーLSI(チップサイズ:10mmX2.5mm)を用いて、各レンズとイメージセンサー間に挿入した透明板の傾きをネジの回転で微調整できる機構を設けたシングルチップ三次元センサープロトタイプを試作し、そのシングルチップによる距離拡張機能の評価実験を行った。左右二つのイメージセンサーとそのレンズ間に挿入した透明版(厚さ400μm)は、一方が二つのイメージセンサーの視差方向(横方向)に、他方がイメージセンサーの縦方向にそれぞれの画像がシフトできるように、その透明版の傾きをネジ(0.2mmネジ山ピッチ)の回転でそれぞれ微調整できる。このプロトタイプを用いた実験により、縦方向の微調整で相関画素ラインの位置を補正でき、横方向の微調整で検知距離を連続してシフトできる機能を確認実証することができた。この機能により、レンズのアセンブリ精度限界(50μm程度)に伴う検知距離のバラツキ(画角27度の3mで-1.5m15m)を高精度に補正可能になり、シングルチップにおける狭間隔ステレオ視センサーでも高精度な検知距離補正制御(検知距離の1/10以下)が可能となり、シングルチップサイズでの数10m以上の検距離知範囲が実現できる。また、今回試作したプロトタイプの評価では、画素間の視差相関信号のS/Nが悪く、視差画素相関信号による検知距離補間において十分な精度が得れない課題が明らかになった。その視差相関信号S/Nを低下させる要因を調査し、相関信号が検知対象物の位置と輝度とに依存して信号値が異常に変動する場合があることが確認された。今後はその原因を明らかにしその対策を施し改良を行う。この視差相関信号S/Nが改善できれば、シングルチップのステレオし方式三次元距離センサーによる数10m以上の検知範囲で十分な精度で距離が検知できると予想される。実際にシングルチップを用いて試作したプロトタイプによる評価実験により提案方式の基本機能は実証された。検知距離精度を十分なものにするためには視差相関信号のS/Nを改善する必要があるが、その改善は可能な範囲と思われる。残りの研究期間で計画通りの目標性能が実証できる見込み。試作したシングルチップ三次元距離センサーLSIを用いて、提案の検知距離拡張機能の評価実験を行う。また、提案方式の更なるコンパクト化を目的として透明板を傾ける新たな手法なども検討したい。
葉表皮の非破壊分光透過率計測に基づく植物の有害紫外線に対する影響評価

葉表面を多波長(330-440nm)で励起し蛍光スペクトルと蛍光画像を同時計測する装置を開発し,葉表皮の分光透過率と蛍光分布の変化を非破壊で解析することに成功した。ラッカセイ葉に紫外線(UV-B)を照射すると,葉表面に光学的欠損が生じ紫外領域の透過率が指数関数的に増大することから,透過率のモニタリングがUV-B影響の早期検出と定量的評価に極めて有効であることを示した。また,30種の樹木を対象とし,季節毎にクロロフィル濃度,アントシアニン濃度,表皮透過率などを調査した結果,樹木葉表皮の透過特性は樹種および季節により異なり,表内色素および葉の光合成活性と密接に関連していることが分かった。本研究は,植物葉表皮の紫外領域における分光透過率の変化を,異なる励起波長で得られる蛍光スペクトルの変化に基づき,非破壊・非接触で評価する手法を新たに確立し,有害紫外線(UV-B)の植物影響を,葉の活性低下が起こる前に検出することを目的としている。本年度は,キセノンランプを光源として波長320nmから440nmの励起光を20nm毎にトベラ,ポトス,ラッカセイの各葉に照射して蛍光スペクトルを測定し,波長685nm付近のクロロフィル蛍光強度(F6875)の励起波長依存を調べた。まず,トベラの正常葉と表皮を削いだ葉の双方で,蛍光スペクトル計測を行った。F685の励起波長依存について,440nmで励起した時の値を基準とした相対強度を励起波長毎に求め,それらを比較することで,表皮の相対分光透過率を見積もった。蛍光強度から見積もった透過率と,分光光度計で計測した,削いだ表皮の透過率の実測値を比較すると,良い一致を示すことが分かった。また,蛍光スペクトルからF685を求める際,フラボノイド等の葉内色素に由来する緑色蛍光(F530)が重なってしまうため,F530の裾野成分をバックグラウンドとして差し引く必要があることが分かった。次に,F685の励起波長依存の測定に基づく方法で,ポトス葉表皮の透過率を求めた。紫外領域での透過率が異なる3枚の供試葉に一定量のUV-B照射を行ったところ,紫外領域の透過率が高い葉ほど,光合成光化学系IIの最大量子収率の減少が大きくなった。最後に,ラッカセイ葉にUV-Bを照射したところ,表皮の紫外領域の透過率が,UV-B照射によって,大きく増加することが分かった。以上のことから,蛍光スペクトルの変化に基づき,表皮の透過率変化を非破壊で見積もることでき,それに基づいてUV-Bストレスを評価することが可能であることが分かった。本年度は,まず,キセノンランプ光源装置をパーソナルコンピュータで制御して,波長及び照射強度を自動制御できるシステムに改良した。実験室内においてラッカセイ葉にUV-Bを照射し,波長300 nmから440 nmまでの多波長励起により蛍光スペクトル変化を測定すると同時に,320 nmの励起により葉表面の蛍光画像を撮影し,その蛍光分布の変化も調査した。440 nmで励起した際のクロロフィル蛍光強度(F685)を基準として,各励起波長λにおけるF685の相対強度S(λ)を求め,S(λ)の変化から,葉上面表皮の相対分光透過率の変化率ΔRT(λ)を非破壊で見積ったところ,UV-B照射によって短波長領域のΔRT(λ)は大きく変化した。UV-B積算照射量(H)が1平米あたり約100 kJを超えると,Hの増加に対してΔRT(λ)は指数関数的に増加し,蛍光画像においては,主葉脈付近において,青色蛍光とクロロフィル蛍光が周囲より強く観察される斑点が出現した。特にクロロフィル蛍光の赤斑点は,Hの増加に伴って葉の周辺部にも広がった。モデルを立て検証した結果,ΔRT(λ)の増加と赤斑点の増加は密接に関連している可能性があることがわかった。また,440 nmで励起した場合,F685と緑色蛍光F530の強度比であるF685/F530は,UV-B照射直後よりHに比例して単調に減少することがわかった。以上の現象は可視被害が発生する以前に観察されることから,本手法によって,生葉に対するUV-Bの影響を早期に検出し,その度合いを定量的に評価することが可能であることが分かった。本年度までに,蛍光スペクトル変化に基づき植物葉表皮の分光透過率変化を非破壊で計測することに成功した。また,照射光源を自動制御化してラッカセイ葉に対するUV-B照射実験を行った結果,表皮の分光透過率変化から,UV-B影響の早期検出と定量的評価が可能であることを示すことができた。昨年度までに,植物葉表皮の分光透過特性の変化を非破壊で計測できる装置の開発に成功し,ラッカセイ葉に対するUV-B照射によって紫外領域の透過率が大きく増加することを明らかにした。本年度は,30種の樹木を対象とし,季節毎にクロロフィル濃度(SPAD値),アントシアニン濃度(ACI),光化学反応系IIの最大量子収率Fv/Fmを測定した後,表皮の蛍光スペクトルおよび分光透過特性を測定し,各量の季節変化および相関について調査した。

SPAD値は,落葉樹葉では春から夏にかけて増加し,秋には減少した。常緑樹葉では,春から秋にかけて増加し,冬は若干の減少に留まった。SPAD値とACIの対数には強い相関が見られた(紅葉を除く)。また,各落葉樹葉のSPAD値と蛍光強度比F740/F685(400 nm励起)の間にも良い相関が見られた。Fv/Fmは,秋季は常緑樹葉の平均が0.82であったのに対し,落葉樹葉は0.61と低くなった。また,冬季の常緑樹葉はSPAD値に変化が見られなかったにもかかわらず,平均0.59まで低下した。秋冬季のFv/Fmと蛍光強度比F685/F530との関係に相関が見られた。UV-B領域の相対透過率TBとUV-A領域の相対透過率TAの変化については,ともに季節を通して落葉樹葉より常緑樹葉の方が低かった。常緑樹冬季のTBは夏季より増加した。常緑樹葉のTBと530 nmの蛍光強度(420 nm励起)に良い相関があることから,表皮中の紫外線吸収色素が冬季に分解され減少したものと考えられる。TBが急増した秋季の落葉樹葉では,TBが大きい葉ほどFv/Fmが小さくなる傾向が見られ,夏季の強いUV-Bが葉の活性低下を引き起こす一因になっていると推測される。以上,樹木葉表皮の分光透過特性は,樹種および季節により異なり,表皮含色素および葉の光合成活性と密接に関連していることが分かった。葉表面を多波長(330-440nm)で励起し蛍光スペクトルと蛍光画像を同時計測する装置を開発し,葉表皮の分光透過率と蛍光分布の変化を非破壊で解析することに成功した。ラッカセイ葉に紫外線(UV-B)を照射すると,葉表面に光学的欠損が生じ紫外領域の透過率が指数関数的に増大することから,透過率のモニタリングがUV-B影響の早期検出と定量的評価に極めて有効であることを示した。また,30種の樹木を対象とし,季節毎にクロロフィル濃度,アントシアニン濃度,表皮透過率などを調査した結果,樹木葉表皮の透過特性は樹種および季節により異なり,表内色素および葉の光合成活性と密接に関連していることが分かった。本年度,蛍光スペクトル変化に基づき植物葉表皮の分光透過率変化を非破壊で計測することに成功した。また,当初計画していた常緑樹葉を用いた測定,ポトス葉を用いた測定は全て実施できた。また,ラッカセイ葉を用いたUV-B照射実験も実施できた。平成27年度夏より実施している,約30種類の樹木葉に対する表皮の分光透過率計測を当初の実験計画通りに継続して実施し,その季節変化(平成27年度夏,秋,冬,平成28年度春)を詳細に分析する。光応用計測,環境影響評価平成26年度の計画において,ラッカセイ葉に対するUV-B照射実験は実施したが,UV-A照射実験及びオゾン暴露実験が未完了であるため,早急にこれらの実験を実施するよう計画する。また,蛍光スペクトルの励起波長依存測定時に,光源装置をパーソナルコンピュータで制御して,波長を自動で変えられるように,システムを改良する。公表論文投稿料の請求が2016年3月であったため,見積額と実支払額の差額が発生したため。成果発表のための旅費及びキセノンランプ光源の交換費用として支出する予定である。