hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「書きことば」への移行期にある人工内耳装用児の言語発達に関する縦断研究

当科で過去27年間に人工内耳(CI)手術を施行した928例のうち他院手術例を含めた343例の小児例を対象に検討した。1) NHS referの後に受診した0歳児261名のうち、中等度以上難聴61名(23.4%)であり、最終的にCI装用に至ったのは19名(7.6%)であった。2)就学時の単語や文の聴取能は平均80%以上で、手術年齢が早いほど良好であるが、文の聴取において強く影響し、偶発的学習は不十分であり、機能語や抽象語の理解を要するためと思われる。言語性IQは78.0であり、語彙力ともに単語と文の聴取能との間に相関が見られ、文の聴取能が語彙力に関与することが分かった。コミュニケーションモードでは聴覚口話法がトータル法より、就学先としては通常学校がろう学校より、聴取能でも言語性IQでも有意に良かった。3)就学時にオープンセットでの聴取が検査不能例が約10%存在し、術前の補聴器閾値、術前の認知発達指数、周産期合併症、内耳形態異常の有無が関与していた。4)学童における構音(発声)の獲得では、手術年齢が早く、聴取能がよいほど早く、ろう学校とトータル法においては、不良例が多い傾向があった。5)高校卒業後の進学では、4大が約4割で、全体では56.6%が進学していたが、一般(79.9%)より有意に少なかった。6)高校卒業後の就労では、全体では事務職(40.5%)、生産職(18.9%)が多く、一般の就労と比較し、事務職が有意に多く、販売職が有意に少なかった。大学等卒業生に専門・技術職が多く、高校卒業生に事務職が多かった。平成26年度、生後3歳までに人工内耳の埋込を行い、術後の音入れから6か月以上経過した4歳から5歳児、計20人(予定)の選定を行った。また該当する児の保護者に対して研究への協力を口頭と書面にて依頼し、承諾が得られた人工内耳装用児に対して、東京医科大学病院聴覚・人工内耳センター及び近隣の貸し会議室にて、本研究実施のために予備検査を1-2回程度、諸検査(構音、音韻意識、読字、語彙、統語、作文)の検査を行った。本研究では、1幼児期から学童期にかけての、「言語の移行期」に着目し、少人数・縦断的手法(Kyleら,2011)により、学齢CI児の日本語リテラシー遅滞の機序と関連要因の解明を目的としており、幼児期から学齢期にいたる人工内耳装用児の、4年間およぶ縦断研究から構成される。今年度は、引き続き幼児期から小学校低学年にいたる人工内耳装用児(約100名の)に対して、言語諸側面のスキルである構音の評価、音韻意識と初期読字、語彙の評価を行った。その結果、聴取成績(CI2004)の平均は単語86.0%、文70.0%で言語性IQの平均は78.0であった。聴取成績と言語性IQは正の相関があった。構音検査の結果は、0点から50点に及び、平均26.0点、標準偏差15.7点であり、手術時月齢が低いほど構音検査結果が良好な関係が見受けられた。手術年齢が2歳以下では、3歳以上と比べ聴取成績に有意差なかったが、語彙力の遅れが有意に少なかった。聴覚口話法で療育された児は聴取成績および言語性IQいずれも良好であった。人工内耳装用児の語彙力は就学前に生活年齢より遅れがあり、語彙力を積極的にあげる療育が必要と思われた。今後、さらに症例を増やして、幼児期から学齢期における統語能力の発達、作文能力の発達に関する検討、音声会話力の発達に関する検討を行い、人工内耳装用児の言語力(「国語力」)に及ぼす要因と機序(メカニズム)に関する総合的検討を行う予定である。評価内容として、1幼児期から学齢期における構音発達の検討、2同音韻意識の発達に関する検討、3初期読字能力の発達に関する検討、4語彙発達の検討、5統語能力の発達に関する検討、作文能力の発達に関する検討、音声会話力の発達に関する検討、言語力(「国語力」)に及ぼす要因と機序(メカニズム)に関する総合的検討を行う予定だが、おおむねできているが、作文能力、国語力の検査が少し遅れている感じがある。就学前の小児人工内耳植え込み術後の50名ほどに、諸検査を施行し、言語スキルの検討と対人関係スキルの検討について、同時期に複数種類の検査を行い、各検査間での結果の比較を行うと共に、各検査結果の経時的変化を調査した。来年度までに、上記の2つの課題について、人工内耳手術後、一定の期間において定期的に検査を行い、更に縦断研究(前向き研究)により検討を進める。CI装用児において対人関係の構築やアイデンティティー確立に課題を残すことも明らかになってきており、言語力のみでなく、機能的アウトカムの重要性が唱えられている。聴覚障害のある子ども達は、言語スキルの獲得に遅れや偏りがみられ、それに伴い対人関係スキルの獲得にも課題を残すことが多いと予測される。こうした背景を踏まえ、本研究では、5歳前までに人工内耳装用を開始した人工内耳装用児を対象に、人工内耳装用児に対する有効な言語能力評価法および対人関係能力検査の解明を目的とする。

現代生活に則した評価法の標準化を見据えて、近年新しく作成されたテストバッテリーであり、また機能的アウトカムを重視して多面的な評価を実現するために、社会適応スキル検査をテストバッテリーとして採用しているが、これからこれについて検討予定である。言語スキルの検討と対人関係スキルの検討について、同時期に複数種類の検査を行い、各検査間での結果の比較を行うと共に、各検査結果の経時的変化を調査し、おおむね順調に進んでいる。就学前の小児人工内耳植え込み術後の100名ほどに、諸検査を施行し、聴取や発声など言語スキルの検討と対人関係スキルの検討について、同時期に複数種類の検査を行い、各検査間での結果の比較を行うと共に、各検査結果の経時的変化を調査した。上記の2つの課題について、人工内耳手術後、一定の期間において定期的に検査を行い、更に縦断研究(前向き研究)により検討を進めた。CI装用児において対人関係の構築やアイデンティティー確立に課題を残すことも明らかになってきており、言語力のみでなく、機能的アウトカムの重要性が唱えられている。聴覚障害のある子ども達は、言語スキルの獲得に遅れや偏りがみられ、それに伴い対人関係スキルの獲得にも課題を残すことが多いことが分かった。当科で過去27年間に人工内耳(CI)手術を施行した928例のうち他院手術例を含めた343例の小児例を対象に検討した。1) NHS referの後に受診した0歳児261名のうち、中等度以上難聴61名(23.4%)であり、最終的にCI装用に至ったのは19名(7.6%)であった。2)就学時の単語や文の聴取能は平均80%以上で、手術年齢が早いほど良好であるが、文の聴取において強く影響し、偶発的学習は不十分であり、機能語や抽象語の理解を要するためと思われる。言語性IQは78.0であり、語彙力ともに単語と文の聴取能との間に相関が見られ、文の聴取能が語彙力に関与することが分かった。コミュニケーションモードでは聴覚口話法がトータル法より、就学先としては通常学校がろう学校より、聴取能でも言語性IQでも有意に良かった。3)就学時にオープンセットでの聴取が検査不能例が約10%存在し、術前の補聴器閾値、術前の認知発達指数、周産期合併症、内耳形態異常の有無が関与していた。4)学童における構音(発声)の獲得では、手術年齢が早く、聴取能がよいほど早く、ろう学校とトータル法においては、不良例が多い傾向があった。5)高校卒業後の進学では、4大が約4割で、全体では56.6%が進学していたが、一般(79.9%)より有意に少なかった。6)高校卒業後の就労では、全体では事務職(40.5%)、生産職(18.9%)が多く、一般の就労と比較し、事務職が有意に多く、販売職が有意に少なかった。大学等卒業生に専門・技術職が多く、高校卒業生に事務職が多かった。選定、予備検査はほぼできていると考える検討項目の中で、5統語能力の発達に関する検討、6作文能力の発達に関する検討、7音声会話力の発達に関する検討、8言語力(「国語力」)に及ぼす要因と機序(メカニズム)に関する総合的検討を、集中的に行う予定である。言語スキルの検討と対人関係スキルの検討について、同時期に複数種類の検査を行い、各検査間での結果の比較を行うと共に、各検査結果の経時的変化を調査した。来年度までに、上記の2つの課題について、人工内耳手術後、一定の期間において定期的に検査を行い、更に縦断研究(前向き研究)により検討を進める。言語スキルの検討と対人関係スキルの検討について、同時期に複数種類の検査を行い、各検査間での結果の比較を行うと共に、各検査結果の経時的変化を調査したので、データ整理と解析を行う。平成27年度以降は、予定したスケジュールで諸種の検査を適宜実施する。
低カリウムイオン条件による細胞増殖の抑制と、血清中諸成分の抑制回復作用

ヒト子宮頚癌由来のHeLa S3細胞を無血清培養液(以下KーCDM)で培養し、各種細胞成長因子(insulin,EGF,hydrocortisone,transferrin)とlowーdensity lipoprotein(LDL)の細胞増殖に及ぼす影響から細胞内K^+の役割について検討した。培養液のK^+をRb^+で置換すると(RbーCDM)、Rb^+はK^+と同様に細胞内に取り込まれ、24時間以内にK^+の80%がRb^+で置換され、さらに24時間後もこの比率は変わらない。この条件で、細胞増殖、蛋白合成、DNA合成は著しく抑制されるが、K^+を除去した5%透析仔牛血清(以下単に血清)を培養液に添加すると、この抑制効果は部分的に回復する。血清成分のうち、特に、insulin(5μg/ml)とLDL(2.5mg/ml)の単独添加によって、この抑制効果は軽減し、両物質の同時添加では著しい増殖刺激効果がみられた。そこで、低K^+細胞について、この両物質のもつ細胞増殖刺激作用の詳細な検討を行った。その結果、insulinは短時間で作用を発現し、72時間以降、効果を消失したが、LDLの効果は遅れて発現し、96時間まで作用を持続することがわかった。このことは^3Hーthymidineの取り込み速度に顕著に現れ、^3Hーleucineのそれにも反映していた。一方、^3Hーuridineは、いずれもKーCDM中より高い取り込み速度を示し、各種成長因子の添加による影響もみられなかった。血清とinsulinまたはinsulinとLDLの同時添加では、KーCDMのレベルまで細胞増殖が刺激されたが、血清とLDLでは血清の単独添加以上には効果がなかった。このことから、血清とLDLは細胞増殖に対して同じ作用機転をもつと考えられる。無血清培地におけるHeLa細胞の成長因子であるEGF、FGF、hydrocortisone、transferrinは、それぞれ単独では、RbーCDM中でその効果を示さなかった。以上から細胞成長因子は、K^+依存性とK^+非依存性の両増殖機構に関与することが実証された。設備備品費のラボオ-トクレ-ブは培養器具の滅菌に、シンクロスコ-ブはイオンの測定に用いた。
レンチウイルスベクターを用いた難治性疼痛に対する遺伝子治療の基礎的研究

手術で治療目的に摘出された副腎から患者の承諾得て副腎髄質を入手した。ヒト副腎髄質から、内因性麻薬用物質enkephalinの前駆体であるPre-pro-enkephalinのtotal RNAを抽出した。NIHの配列情報からPre-pro-enkephalinの完全長を含む塩基配列を増幅するため、5'側の翻訳開始領域がコザック配列をもつようにプレイマーを設計した。上記で抽出したtotal RNAからcDNAを合成し、cDNAを鋳型としてPCRを行った。上記プレイマーを用いて、目的とするPre-pro-enkephalinの遺伝子を増幅した。研究対象はレンチウイルスとレトロウイルスであるが、まずレトロウイルスを用いた研究を先行させた。細胞へのトランスフェクション法を用いた組み換えレトロウイルスの産生と組み換えレトロウイルス産生細胞の完成および動物を用いた治療効果の判定が課題である。痛みに対する遺伝子治療の基礎的研究報告は非常に少ない。遺伝子治療のアプローチとして内因性疼痛抑制物質を脊髄腔内に過剰発現させる、もしくは反対に疼痛を惹起させる物質の発現を抑制させる、というものがあるが、前者に関して、より簡便に全身的(経静脈的、皮下組織への投与)に投与した研究報告はない。国内外における研究状況preproenkephalinを用いた研究では、神経との親和性が認められている単純ヘルペスウイルスを用いた基礎研究が一編のみRockefeller University(New York)Kaplittらにより報告されている。(Proc Natl Acad Sci USA. 1994;91:8979-83)。本研究は、臨床応用が可能となるように比較的簡便な方法(脊髄腔内ではなく皮下や静脈注射など)で、安全な治療遺伝子導入の確立を目的とする。また、他の疼痛抑制物質についても同様のことが展開できると期待される。そこで本研究では、第一に臨床でも使用されるレトロウイルスベクターをもとに内因性疼痛抑制物質(preproenkephatin)のcDNAを組み込み、ウイルスベクターを作製(平成17年度)。遺伝子治療の発展は目覚ましいが、痛みに対する遺伝子治療を目的とした基礎的研究報告は非常に少ないため本研究を計画した。遺伝子治療のstrategyとして、内因性疼痛抑制物質を脊髄腔内に過剰発現させることや疼痛物質の発現を抑制させる、というものがある。前者の方法に関して、より簡便に全身的(経静脈的、皮下組織への投与)に投与した研究報告はない。本研究は、臨床応用が可能となるように比較的簡便な方法(脊髄腔内ではなく皮下や静脈注射など)で、安全な治療遺伝子導入の確立を目的とした。本研究は、疼痛を抑制することが期待できる他の多くの物質についても同様の手法を用いて展開できると期待され、研究を進めている。副腎髄質クロマフィン細胞から内因性疼痛抑制物質enkephalinの遺伝子情報を抽出。また、内因性疼痛抑制物質preproenkephalinのcDNAを作製。マウスの鎮静・鎮痛状態を観察する実験系を発案・作成し、疼痛抑制物質の作用強度を観察し、統計解析するなどの実験を展開。NCBIに登録された配列情報からPre-pro-enkephalinの完全長を含む塩基配列を増幅するため、5`側の翻訳開始領域がコザック配列をもつようにプレイマーを設計した。上記プレイマーを用いで、目的とするPre-pro-enkephalinの遺伝子を増幅した。増幅した断片をレトロウイルスベクター(pDON-AI-2-Neo骨格とpMEI-5Neo[Not I-BamHI]骨格)に挿入した。感染効率はpDON-AI-2Neo10倍希釈で55.83%、pMEI-5Neoで8.89%であり、pDON-AI-2-Neoを基本骨格としたウイルスベクターを選択し作製した。組み換えレトロウイルスの産生は、細胞へのトランスフェクション開始から24時間後、上清を回収しフィルターで濾過後ウイルス液としておこなった。組み換えレトロウイルス産生細胞の作製を行った。
急性肺障害に対するαリポ酸誘導体(DHLHis-Zn)の有効性に関する研究

食道癌手術や高度侵襲を伴う手術では、急性肺障害などの呼吸合併症の頻度が高く、予防と治療に一層の進歩が必要とされている。本研究では新たな抗炎症物質としてαリポ酸誘導体に着目し、急性肺障害に対する抗炎症作用及びその作用機序を明らかにすることを目的とした。LPSをラットに経気管投与することで急性肺障害ラットを作成し、αリポ産誘導体であるDHLHZnを投与することにより予防・治療効果を検証した。気管支肺胞洗浄液中の好中球数を中心とする細胞数、及びその上清中の各種炎症性サイトカインがDHLHZn投与により有意に減少し、DHLHZnはNF-kB経路の抑制を介して抗炎症作用を示すと推察された。食道癌を含む胸部外科手術や高度な侵襲を伴う腹部手術では,急性肺障害をはじめとする呼吸器合併症の頻度が高く,予防と治療により一層の進歩が求められる.当教室では,ラットにマイクロスプレイヤーを用いて経気管的にLipopolysaccharide(LPS)を投与した急性肺障害モデル動物を作成し,急性肺障害の新たな治療法の開発に取り組んできた.先行研究では,プロレニン受容体阻害薬((pro)renin receptor blocker;PRRB)の急性肺障害に対する抗炎症作用を示した(Ishii K, et al. Exp Lung Res, 2015).本研究では新たな抗炎症物質としてαリポ酸誘導体に着目し、強力な抗酸化物質であるαリポ酸の急性肺傷害に対する抗炎症作用及びその作用機序を明らかにすることを目的とした.具体的な方法として,マイクロスプレイヤーを用いてLPSをラットに経気管投与することで急性肺傷害ラットを作成し,αリポ産誘導体であるDHLHZnを投与することによる予防・治療効果を検証した.気管支肺胞洗浄液中の好中球数を中心とする細胞数,及びその上清中の各種炎症性サイトカインがDHLHZn投与により有意に減少した.さらに,肺組織を定量的に評価し比較した結果,DHLHZn投与により肺実質の障害も有意に改善した.DHLHZnの作用機序を検証する目的で気管支肺胞洗浄液中のNF-kB p65をELISA法にて測定したところ,DHLHZn投与群ではp65が有意に減少した.以上より,DHLHZnはNF-kB経路の抑制を介して抗炎症作用を示すと推察された.研究結果をまとめ,現在論文投稿中である.食道癌を含む胸部外科手術や高度侵襲を伴う手術では、急性肺障害をはじめとする呼吸合併症の頻度が高く、予防と治療に一層の進歩が必要とされている。当教室では、ラットにマイクロスプレイヤーを用いて経気管的にLipopolysaccharide (LPS)を投与した急性肺障害モデル動物を作成し、急性肺障害の新たな治療法の開発に取り組んできた。先行研究では、プロレニン受容体阻害薬((pro)renin receptor bloccker; PRRB)の急性肺障害に対する抗炎症作用を示した(Ishii K, et al. Exp Lung Res, 2015)。本研究では新たな抗炎症物質としてαリポ酸誘導体に着目し、強力な抗酸化物質であるαリポ酸の急性肺障害に対する抗炎症作用及びその作用機序を明らかにすることを目的とした。具体的な方法として、マイクロスプレイヤーを用いてLPSをラットに経気管投与することで急性肺障害ラットを作成し、αリポ産誘導体であるDHLHZnを投与することにより予防・治療効果を検証した。気管支肺胞洗浄液中の好中球数を中心とする細胞数、及びその上清中の各種炎症性サイトカインがDHLHZn投与により有意に減少した。さらに、肺組織を定量的に評価し比較した結果、DHLHZn投与により肺実質の障害も有意に改善した。さらに、DHLHZnの作用機序を検証する目的で気管支肺胞洗浄液中にNF-kB p65をELISA法にて測定したところ、DHLHZn投与群ではp65が有意に減少した。以上より、DHLHZnはNF-kB経路の抑制を介して抗炎症作用を示すと推察された。(Shoji Y, et al. Inflamm. Res, 2017)現在、さらにLPSの経縦隔投与を併用し、LPS誘発縦隔炎ラットモデルを作成することで食道癌手術後に合併しやすい縦隔炎の治療法の開発に取り組んでいる。直接的な肺傷害に対するDHLHZnの治療・予防効果はこれまでの研究で示されたと考えている.現在LPSの経静脈投与などにより,より実臨床に即したSIRSに伴うALI/ARDSモデル動物を作成中であり,これに対するDHLHZnの治療・予防効果を検証している.また,NF-kB経路の抑制以外にもDHLHZnの作用機序が存在すると考え,同時に検証中である.
鍵盤楽器に対する演奏表現の特徴抽出ならびに教育用可視化システムの構築

本研究の目的は音楽演奏における感情と動作の関連を解明していくことにある。過年度に加えて、平成30年度も音楽演奏における感情表現法をより明確に提示するため、鍵盤楽器の演奏者の演奏動作はモーションキャプチャを用いて計測し、データを蓄積・解析を行うとともに、演奏教育用のためのグラフィカルな提示システムを開発に力を注いだ。さらに、演奏音との関連を分析するとともに、演奏音の心理評価も併せて実施していった。このことより、演奏者の意図が聴取者に上手に伝達されているかを評価することができる。本研究で対象とした鍵盤楽器は、電子ピアノ、グランドピアノ、チェンバロとした。電子ピアノは、鍵盤のタッチレスポンスがグランドピアノとは異なる。また音色も同様にグランドピアノと異なる。チェンバロは、鍵盤楽器ではあるが撥弦楽器のため、ピアノのように音の強弱はつけられない。これらの要因から、3種類の鍵盤楽器による演奏表現の方法について、プロの演奏家と研鑽過程の音大生の比較を行った。平成30年度は、過年度に加えて、プロの演奏家と音大生の演奏家の人数を増やすことにより、平均的な演奏動作と個性の違いの判別を分析しようと試みた。また、その計測と同時にその演奏の録音からの音の違いの分析も試みた。また、平均モーションにより平均的な演奏を算出し、各感情の特徴を抽出し、感情と動作の関連を見出せると考えている。モーションキャプチャシステムを用いて、チェンバロ、電子ピアノ、グランドピアノの3つの鍵盤楽器の演奏動作を計測した。当初の計画通り、現在までプロの演奏家と大学生の男女をそれぞれ2名ずつ合計8名を計測したまた、平均モーション法や、可視化システムへの制作などは、予定通り行っているため、おおむね順調に進展していると思われる。今後は、過年度に加えて、鍵盤楽器のプロの演奏家と音大生の演奏家の人数を増やすことにより、モーションデータをさらに集めていく。また、演奏時の録音音源を使用して、SD法による心理評価を行う。その聴取者の印象評価と演奏者の演奏意図との関連について分析を行う。それにより、動作と音色、演奏の印象評価による相互関係が検討でき、動作と心理感覚量の定量化を行う。また、各感情の演奏動作の特徴をわかりやすく演奏家に提示するための、可視化システムの構築を行っていく。その可視化システムを実際のレッスンで使用してもらうことで、演奏家にとって有意義であるかどうかの評価を行う。その作業を繰り返すことにより、可視化システムの再構築を行っていき、可視化システムを完成させていく。演奏動作解析、音色分析、演奏印象評価による相互関係を検討することにより、演奏動作と心理感覚量の定量化が行える。本研究の目的は音楽演奏における感情と動作の関連を解明することである。演奏教育の現場において、感情表現法のレクチャーは教師の口頭による指導が多く、教示の意図が正確に学生に伝わりづらい問題がある。そこで、音楽演奏における感情表現法をより明確に提示するため、鍵盤楽器の演奏者の演奏動作はモーションキャプチャを用いて計測し、データを蓄積・解析を行うとともに、演奏教育用のためのグラフィカルな提示システムを開発する。さらに、演奏音との関連を分析するとともに、演奏音の心理評価も併せて実施する。このことより、心理面に障がいをもつ人の音楽療法に繋げていくことができる。昨年度は、モーションキャプチャにより鍵盤楽器でも音色やタッチレスポンスの違いがあるグランドピアノ、電子ピアノ、チェンバロの3種類の楽器において、6感情(怒り、喜び、優しさ、悲しみ、恐れ、無感情)の演奏に対しプロの演奏家と音大生の演奏動作計測を行った。また、その計測と同時にその演奏の録音も行った。またその後、このモーションキャプチャデータを分析するため、ノイズ除去、マーカの誤認識などのデータ補正(以下、データ編集)を行った。データ編集されたデータを用いて動作速度、加速度、周波数分析、動きの位置、角度の変化の詳細なデータ分析を行った。また、平均モーション法により、各感情の特徴を抽出し、可視化システムへ応用している。当初の計画では、プロの演奏家と大学生を2名ずつ計測する予定であったが、演奏家の都合がつかなかったため、計測が遅れてしまった。しかし演奏家を各1名ずつ計測しているため、残りの演奏家は、今後の予定を合わせることにより、当初の予定通りに状況を戻すことができると考えている。平均モーション法や、可視化システムへの制作などは、予定通り行っているため、おおむね順調に進展していると思われる。

このことより、演奏者の意図が聴取者に上手に伝達されているかを評価することができる。本研究で対象とした鍵盤楽器は、電子ピアノ、グランドピアノ、チェンバロとした。電子ピアノは、鍵盤のタッチレスポンスがグランドピアノとは異なる。また音色も同様にグランドピアノと異なる。チェンバロは、鍵盤楽器ではあるが撥弦楽器のため、ピアノのように音の強弱はつけられない。これらの要因から、3種類の鍵盤楽器による演奏表現の方法について、プロの演奏家と研鑽過程の音大生の比較を行った。平成30年度は、過年度に加えて、プロの演奏家と音大生の演奏家の人数を増やすことにより、平均的な演奏動作と個性の違いの判別を分析しようと試みた。また、その計測と同時にその演奏の録音からの音の違いの分析も試みた。また、平均モーションにより平均的な演奏を算出し、各感情の特徴を抽出し、感情と動作の関連を見出せると考えている。モーションキャプチャシステムを用いて、チェンバロ、電子ピアノ、グランドピアノの3つの鍵盤楽器の演奏動作を計測した。当初の計画通り、現在までプロの演奏家と大学生の男女をそれぞれ2名ずつ合計8名を計測したまた、平均モーション法や、可視化システムへの制作などは、予定通り行っているため、おおむね順調に進展していると思われる。今後は、鍵盤楽器の演奏家を増やし、モーションデータを集めていく。また、演奏時の録音音源を使用して、SD法による心理評価を行う。主に感情がどの程度伝達されているかの分析を行う。それにより、動作解析、音色の波形分析、演奏の印象評価による相互関係を検討することにより、動作と心理感覚量の定量化を行う。また、前年度に計測した楽器および演奏者のデータ結果を踏まえて、その演奏と関連性(経験や分野など)が検討できる演奏者を毎年計測を行う。そのデータ編集やデータ分析は前年度と同様に行い、その相違点を検討する。各感情の演奏動作の特徴が視覚的にわかりやすいように、可視化システムの開発を行う。その可視化システムを実際のレッスンで使用してもらい、演奏家の観点から必要な視点、不必要な視点を精査し、可視化システムの再構築を行い、可視化システムを完成させる。動作解析、音色の波形分析、演奏の印象評価による相互関係を検討することにより、動作と心理感覚量の定量化を行う。今後は、過年度に加えて、鍵盤楽器のプロの演奏家と音大生の演奏家の人数を増やすことにより、モーションデータをさらに集めていく。その聴取者の印象評価と演奏者の演奏意図との関連について分析を行う。それにより、動作と音色、演奏の印象評価による相互関係が検討でき、動作と心理感覚量の定量化を行う。また、各感情の演奏動作の特徴をわかりやすく演奏家に提示するための、可視化システムの構築を行っていく。その可視化システムを実際のレッスンで使用してもらうことで、演奏家にとって有意義であるかどうかの評価を行う。その作業を繰り返すことにより、可視化システムの再構築を行っていき、可視化システムを完成させていく。
化学処理木材の構造と物性に関する研究

化学処理によって、木材の欠点を合理的に改良したり、新しい性能や機能を付与するための理論的基礎を確立することを目的として、化学処理により木材に生じる構造変化と物性に現れる変化の関係を実験、理論両面より研究した。化学処理として、気相および液相ホルマ-ル化、熱処理、水蒸気処理、アセチル化、マレイン酸処理、マレイン酸・グルセリン処理、プロピレンおよびブチレンオキシド付加処理、低分子フェノ-ルおよびメラミン処理、無機質複合化処理、WPC処理、PEG処理を選び、それらの処理による水分吸着量、寸法安定性、強度的性質、クリ-プ変形、振動特性、誘電特性等の物性変化を実験的に求めた。一方、化学処理による木材の構造変化を、木材の細胞レベルと細胞壁内の構造レベルで現れる変化に基づいて分類し、モデル化した。さらに、それらのモデルを用いて、比動的ヤング率、内部摩擦、誘電率と構造の関係を解析した。強度の増大には細胞内こうの充填が、比重当たりの弾性率の増大には細胞壁内での短い架橋の形成が、可塑性の付与には親水性のかさ高い分子、基の壁内への導入、すなわちバルキングが効果的なことが示された。水分に対する寸法安定性の指標である抗膨潤能(ASE)と湿度変化過程におけるクリ-プ変形の起こり難さの指標(ACE)の間には相関は認められず、寸法安定性の評価には、外力の有無に応じて両者の指標を使い分ける必要のあることが明かとなった。化学処理は、比ヤング率と内部摩擦にそれぞれ特徴的な異なる変化を与えた。一級水酸基の配向に基づく誘電緩和強度の大きさと位置の測定により、化学処理による水酸基との間の化学結合の有無や導入樹脂、薬剤との相互作用の程度が明かとなった。比ヤング率、内部摩擦、誘電率についてモデル解析を行った結果、化学処理による構造変化のそれらの物性に与える影響が定量的に明かとなった。化学処理によって、合理的に木材の欠点を改良したり、新しい性能や機能を付与するための理論的基礎を確立することを目的として、化学処理によって木材に生じる構造変化と物性に現れる変化の関係を実験、理論両面より研究した。化学処理として、細胞壁を構成する分子の間に架橋が形成されるもの(気相及び液相ホルマル化処理、MG処理、熱処理)、分子の官能基に疎水基(アセチル化処理)あるいは親水基(エポキシド付加処理)が付加されるもの、疎水性樹脂が導入されるもの(低分子フェノ-ル樹脂処理、WPC処理)、細胞壁内に親水性高分子あるいは無機塩が導入されるもの(PEG処理、無機質複合化処理)、細胞内こうのみに樹脂類が導入されるもの(WPC処理)等の代表的なものを選び、それらの処理によって、木材の水分特性(水分吸着量、寸法安定性)、強度的性質、粘弾性的性質(クリ-プ変形、振動的性質)等の物性に現れる変化を実験的に求めた。また一方、化学処理による木材の構造変化を、木材の細胞レベルと細胞壁内の構造レベルにおいて生じる変化に基づいて分類してそれらをモデル化し、処理による木材の物性変化を解析した。水分に対する寸法安定性を表す抗膨潤能(ASE)、湿度変化過程における抗クリ-プ能、振動特性のスタビリティ-との間には相関が認められず、ASEは、外力が作用していない特別の場合における寸法安定性を示す指標であって、寸法安定性を論じる場合には、外力が作用している場合にも適用できるより一般的な概念を用いる必要性のあることを明かにした。強度的性質および粘弾性的性質には、各処理に応じて特徴的な変化が現れることを明かにした。処理によるこれらの物性変化と構造変化の関係は、一次元の力学モデル解析によって、木材の繊維方向については理論的に明らかにすることができた。

化学処理によって、木材の欠点を合理的に改良したり、新しい性能や機能を付与するための理論的基礎を確立することを目的として、化学処理によって木材に生じる構造変化と物性に現れる変化の関係を実験、理論両面より研究した。本年度は、物性として誘電的性質を取り上げた。化学処理として、気相ホルマ-ル化、液相ホルマ-ル化、アセチル化、高級脂肪酸によるエステル化処理、マレイン酸処理、マレイン酸・グリセリン処理(MG処理)、低分子フェノ-ル樹脂処理、低分子メラミン樹脂処理、種々のWPC処理、熱処理、高温・高圧水蒸気処理等を選び、これらの処理木材について、温度ー190室温の範囲、周波数30HZ1MHZの範囲において、全乾状態における誘電率と損失を測定した。測定温度、周波数の範囲において、無処理木材には細胞壁を構成する成分の非結晶領域における一級水酸基の配向に基づく誘電緩和が観測される。化学処理により、水酸基が置換されるならば、置換の程度に応じて、一級水酸基に基づく緩和の強度は減少し、また、置換が生じない場合でも、導入樹脂と水酸基との相互作用によって、緩和の位置が移動する。このことから、化学処理によって、水酸基との間に化学結合が存在するかどうか、導入樹脂との相互の程度が推定できる。低分子フェノ-ル樹脂、メラミン樹脂処理では、樹脂と水酸基との間の化学結合は少ないと考えられていたが、かなり多くの結合が生じていること、MG処理において、化学結合の存在していることが証明された。WPC処理では、調製方法によって、樹脂の細胞壁内の存在状態が異なることが示された。化学処理木材の構造を細胞レベルと細胞壁レベルに分けてモデル化し、それをコンデンサ-の直列と並列モデルの組み合わせによって表現した。それを用いて、化学処理木材の誘電率と構造の関係を定量的に解析することが可能となった。
日常生活中における筋活動の定量的方法の開発およびその実践

本研究では、日常生活中における筋活動の定量方法の確立とその実践を研究の目的とした。筋活動の測定指標として筋電図を記録した。筋電図の記録は、小型で計量であり、かつ長時間の記録データの保存が可能なホルター筋電計を用いた。研究の第一段階としてホルター筋電計により採取されるデータの妥当性および信頼性について検討した。その結果、ホルター筋電計によって採取されるデータは、質的に生体アンプにより採取されるものと同質の情報を含むこと、等尺性最大筋力発揮時の値により正規化した筋電図平均値は、筋力の発揮水準と直線関係にあること、長時間の記録に際し、安定したデータの採取が可能であることが確認された。以上の結果を踏まえ、実際の日常生活中における筋活動の定量の実践として、上肢筋群と下肢筋群(実験1)および下肢の協働筋間および拮抗筋間(実験2)の筋電図の長時間記録を行い、その結果に基づき、日常生活中の筋の活動時間および活動水準における筋群差を検討した。その結果、まず実験1においては、筋活動の出現総数は上肢筋群が下肢筋群より多く、最大随意収縮中の値で正規化した筋電図平均値(%mEMGmax)は、逆に下肢筋群が上肢筋群より高い傾向がみられた。また、実験2においては、筋活動水準よび活動時間のいずれの評価指標においても、下腿三頭筋を構成する筋群が大腿四頭筋のそれらよりも高い値を示す傾向にあり、特に、ヒラメ筋は、他の筋群に比較して、筋活動1回当たりの活動時間および%mEMGmaxが有意に高値であった。以上の結果から、本研究において提示した筋活動状態の分析手法は、日常生活中の筋活動を定量に有効であり、不活動あるいは加齢に伴う筋萎縮の筋群差を検討するうえで有益なデータを提供し得るものと考えられた。本研究は日常生活中における筋活動の定量的評価方法の開発およびその実用性について検討することを目的としており、本年度は、筋放電量のデータ採取に利用する計測システム(ホルター筋電計)の妥当性・信頼性について、1)筋力-筋放電量関係における生体アンプとホルター筋電計の比較、2)ホルター筋電計による採取データの日内変動、3)ホルター筋電計により取得した筋力-筋放電量関係における個人間および筋群間比較、4)強度の異なる各種運動を実施した際の運動強度-筋放電量関係の4点から検討した。その主な結果は次に示す通りであった。1)生体アンプとホルター筋電計の比較:等尺性筋活動による最大努力時の筋放電量で規格化した値は、2方法間の相関係数が0.9以上と極めて高く、筋力-筋放電量関係に2方法間で有意な差は存在しなかった。2)筋力-筋放電量関係の日内変動:9時間にわたり電極を装着した状態で、2時間おきに最大下努力による等尺性筋活動を実施した結果、筋力-筋放電量関係には試行間に有意な差が存在せず、長時間の記録であっても安定したデータの採取が可能であることが明らかとなった。3)筋力-筋放電量関係における個人間および筋群間比較:等尺性最大筋力発揮時の値により規格化された筋力一筋放電量関係を個人間および筋群間で比較したところ、有意な個人差および筋群差が観察された。この結果は、最大筋力発揮時の筋放電量によって規格化された値に基づき、筋活動水準を個人間および筋群間で比較することが困難であることを意味する。この点については次年度においても継続して検討する予定である。4)強度の異なる各種運動時の筋放電量:歩・走をはじめ日常生活中の各種動作について強度別の筋放電量を測定した。

その結果、主働筋群の放電量は強度にほぼ比例することが明らかになり、筋放電量の分析結果に基づき日常生活中の筋活動水準を運動強度との対応で明らかにできる可能性が示唆された。本研究は日常生活中における筋活動の定量的評価方法の開発し、その実用性について明らかにすることを目的としており、平成13度には筋放電量のデータ採取に利用する計測システム(ホルター筋電計)の妥当性・信頼性について検討した。その結果を踏まえ、平成14年度は、日常生活中の身体活動における上肢筋群と下肢筋群(実験1)および下肢の協働筋間および拮抗筋間(実験2)の筋電図の長時間記録を行い、その結果に基づき、日常生活中の筋の活動時間および活動水準の実際を筋群別に把握すると同時に、それらにおける筋群差を明らかにすることを目的として研究を行った。その主な結果は、以下の通りであった。実験1:上腕二頭筋、上腕三頭筋、外側広筋および大腿二頭筋の4筋について、日常生活中の1214時間の筋電図記緑を実施した結果、総活動時間には、上肢筋群と下肢筋群の間に有意な差は認められなかった。しかし、筋活動の出現総数は上肢筋群が下肢筋群より多く、最大随意収縮中の値で正規化した筋電図平均値(%mEMGmax)は、逆に下肢筋群が上肢筋群より高い傾向がみられた。したがって、上肢筋群に比較して下肢筋群では、筋活動の出現回数は少ないものの、その活動水準は高いと考えられた。実験2:大腿直筋、外側広筋、内側広筋、大腿二頭筋、腓腹筋内側頭、腓腹筋外側頭、ヒラメ筋および前脛骨筋の8筋について、日常生活中の7時間の筋電図記緑を実施した結果、活動水準および活動時間のいずれの評価指標においても、下腿三頭筋を構成する筋群が大腿四頭筋のそれらよりも高い値を示す傾向にあった。特に、ヒラメ筋は、他の筋群に比較して、筋活動1回当たりの活動時間および%mEMGmaxが有意に高値であり、日常生活中に高水準での活動を多く含むことが示唆された。また、0.1秒間隔の%mEMGmaxにおける協働筋間の関係において、大腿直筋-外側広筋・内側広筋間、およびヒラメ筋-腓腹筋内・外側頭間の各相関係数は、それぞれ外側広筋-内側広筋間および腓腹筋内側頭-外側頭間のそれらより低いものであり、日常生活中の活動水準の時刻変化という点において、二関節筋と単関節筋の類似性は低いと考えられた。
金属/シリコン界面の伝導電子プロ-ブによるシリコン内部からのESR評価

GaAs/Siヘテロ界面の研究を更に進めることを、新たに酸化物高温超伝導体薄膜/Si界面の研究を開始することの二点を行った。GaAs/Siヘテロ界面に関しては、試料として数種類の結晶GaAs/Si:P系とアモルファスGaAs/Si:P系をMBE及びMBD法によって作成した。この試料を4Kから250Kに亘る温度域でESR測定し、Si:P中のドナ-/伝導電子のESRスピン緩和の変化について調べた。この結果、スピン緩和の変化は、結晶GaAsよりアモルファスGaAsの方が大きくなること、更に、膜厚が厚い程、大きくなることを結論付けた。結晶GaAs/Si:P系に金属/半導体界面を形成するため金(Au)を蒸着してスピン緩和の変化を次に調べた。この実験で用いたSi:P中のドナ-濃度は2×10^<14>/cm^2と低いため変化が観測されなかったが、次年度に濃度を高くして再度実験を試み、金属/GaAs界面の情報を得る予定である。酸化物高温超伝導体としてはYBa_1Cu_2O_yを用いて、レ-ザ-アブレ-ション法によってSi:P上に薄膜を形成した。この実験から、600700°Cの基板温度では、界面でSiとYBaCuO元素の相互拡散が約1000A^^゚の領域で起っていることが、ドナ-/伝導電子のスピン緩和の変化及びスピン量の変化を解析して明らかとなった。この結果はSIMSによる測定とも矛盾せず、本研究でより物理的な側面からの情報を得ることが分った。この系についての研究も更に次年度に続けてゆき、超伝導状態と常伝導との差で金属/半導体界面がどう変化するかを明らかにする予定である。
アポトーシス・DNase γを指標とした悪性腫瘍の診断および治療法の開発

RT-PCRによりヒト上皮性卵巣がん細胞株(HTOA、OV-1063、OVCAR-3)、ヒト子宮内膜がん細胞株(HEC-1、HHUA)において、GnRHおよびGnRHリセプターのmRNAの発現が確認された。また、上記がん細胞株において、DNase γおよびCAD(caspase 3-activated DNase)のmRNAの発現がRT-PCRにより確認された。ヒト上皮性卵巣がん細胞株HTOA細胞培養系において、GnRHアゴニスト(buserelin)およびアンタゴニスト(cetrorelix)によるアポトーシス誘導がTUNEL法により確認されたが、後者の効果がより大きかった。ヌードマウスに移植されたHTOA腫瘍の増殖は、buserelinとcetrorelixの持続投与(100μg/day)により同程度に抑制されたが、この増殖抑制のメカニズムの一つとしてアポトーシスが考えられるため、現在、DNase γとの関連について検討している。一方、HTOA細胞培養系においてEGFにより促進されたチロシンキナーゼのリン酸化反応がbuserelinおよびcetrorelixにより抑制されたが、細胞周期停止も増殖抑制のメカニズムの一つとして考えられ、さらなる検討を要する。我々が既に作製済みの抗DNase γポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体の性状について検討したところ、いずれにおいても認識特異性の点で問題のあることが判明した。実際、このモノクローナル抗体を用いたウエスタンブロット法により、上記5種の細胞株におけるDNase γのタンパクレベルでの発現を確認できなかった。これらの問題点はDNase γの一次構造が他のDNase Iファミリーエンドヌクレアーゼにも高度に保存されていることに起因すると考えられた。そこで、DNase γにユニークなC末端塩基性ドメインを抗原に用いヒトDNase γを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製を試み、2つのモノクローナル抗体(mAb)、hg302及びhg303を得ることに成功した。今回新規に作製されたDNase γ特異的モノクローナル抗体は、DNase γを特異的に検出するELISA系およびウエスタンブロット系を構築するにあたり十分な特異性を有していることが明らかとなった。3.ヌードマウスに移植されたヒト上皮性卵巣癌細胞株HTOAの腫瘍の増殖は、GnRHアゴニスト(buserelin)、アンタゴニスト(cetrorelix)の持続投与(100μg/day)により同程度に抑制された。4.HTOA細胞培養系において、EGFにより促進された細胞増殖はbuserelinおよびcetrorelixにより抑制されたが、後者の効果がより大きかった。5.HTOA細胞培養系において、EGFにより促進されたチロシンキナーゼのリン酸化反応は、buserelinおよびcetrorelixにより抑制されたが、前者の効果がより大きかった。6.HTOA細胞培養系において、buserelinおよびcetrorelixによりアポトーシスが誘導されたが、後者の効果がより大きかった。RT-PCRによりヒト上皮性卵巣がん細胞株(HTOA、OV-1063、OVCAR-3)、ヒト子宮内膜がん細胞株(HEC-1、HHUA)において、GnRHおよびGnRHリセブターのmRNAの発現が確認された。また、上記がん細胞株において、DNascγおよびCAD(caspase 3-activated DNase)のmRNAの発現がRT-PCRにより確認された。

ヒト上皮性卵巣がん細胞株HTOA細胞培養系において、GnRHアゴニスト(buserelin)およびアンタゴニスト(cetrorelix)によるアポトーシス誘導がTUNEL法により確認されたが、後者の効果がより大きかった。ヌードマウスに移植されたHTOA腫瘍の増殖は、buserelinとcetrorelixの持続投与(100μg/day)により同程度に抑制されたが、この増殖抑制のメカニズムの一つとしてアポトーシスが考えられるため、現在、DNaseγとの関連について検討している。一方、HTOA細胞培養系においてEGFにより促進されたチロシンキナーゼのリン酸化反応がbuserelinおよびcetrorelixにより抑制されたが、細胞周期停止も増殖抑制のメカニズムの一つとして考えられ、さらなる検討を要する。我々が既に作製済みの抗DNaseγポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体の性状について検討したところ、いずれにおいても認識特異性の点で問題のあることが判明した。実際、このモノクローナル抗体を用いたウエスタンブロット法により、上記5種の細胞株におけるDNaseγのタンパクレベルでの発現を確認できなかった。これらの問題点はDNaseγの一次構造が他のDNase Iファミリーエンドヌクレアーゼにも高度に保存されていることに起因すると考えられた。そこで、DNaseγにユニークなC末端塩基性ドメインを抗原に用いヒトDNaseγを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製を試み、2つのモノクローナル抗体(mAb)、hg302及びhg303を得ることに成功した。今回新規に作製されたDNaseγ特異的モノクローナル抗体は、DNaseγを特異的に検出するELISA系およびウエスタンブロット系を構築するにあたり十分な特異性を有していることが明らかとなった。
超音速流よう素レーザーの流れと出力特性の解明および改善

超音速流よう素レーザーの特性を把握し、その性能を向上させることを目的とし、1.よう素と酸素の混合促進を模擬したメタン噴流拡散火災の音響励振実験、2.流れと出力特性の数値シミュレーション、の両面から研究を行った。それぞれの項目について得られた知見は以下のとおりである。1.メタン噴流拡散火炎に音響励振を行うことにより、火災形状の変化とその変化流速が低速へ移行する現象が見い出された。流速を減少させた場合、浮き上がり火炎保持領域の拡大と、その領域で断面が楕円形に変形した火炎、さらに分岐火炎が観察された。ストローハル数0.150.6の周波数ー噴流領域において、燃焼噴流内部の蛇行と非燃焼噴流の乱流遷移の変化が観測された。2.三次元圧縮性ナビエ・ストークス方程式をよう素レーザーの化学モデル、波動および幾何光学モデルと連立させて解き、流れと出力特性を評価した。その結果、Qスイッチ発振を正確に評価する化学モデルの構築の重要性が明らかにされた。Qスイッチ発振の様な早い現象を正しく評価するには、上位および下位レーザー準位の微細構造間の緩和や速度緩和のモデリングが重要である。また、流れの三次元性はパルス出力の低下を招くことも示された。本年度の研究実績は以下のとおりである。超音速流よう素レーザーの高効率化、小型大出力化には励起酸素とよう素の混合促進が不可欠である。しかし、その装置内流れ場は非常にレイノルズ数が低く、さらに超音速膨張は流れを安定化させるため混合は緩やかである。このような状態で混合を促進するため、現時点では円孔形状が採用されているよう素噴射口や、主流に垂直に噴射される噴流の装置形状に対して、ランプノズルと呼ばれる特殊形状ノズルを用いた平行噴射を想定し、これを装置に適用した際の混合及び反応特性、さらにはレーザー性能へ及ぼす効果を、数値解析により比較検討した。数値計算は、圧縮性ナビエ・ストークス方程式とよう素レーザーに関する21反応式から成る化学反応モデルを連立させ、時間積分にはLU-SGS法、空間差分には対流項に対しては高次精度化したHLLE法を、粘性項には中心差分を用いて定常解を求めた。結果として、今までの研究では指摘されていなかった、ランプノズルの誘起する縦渦が、この混合及び反応促進に対して重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、主流/噴流の混合状態を外部から制御する方法を探るため、よう素噴流を模擬した、主流中に垂直に噴射される噴流に対して、スピーカーによる噴流の音響励振をおこなった結果、特定の周波数-噴流流速領域において、噴流や反応帯が下流で分岐するといった大きな形状変化の生じる現象が初めて発見された。超音速流よう素レーザーの特性を把握し、その性能を向上させることを目的とし、1.よう素と酸素の混合促進を模擬したメタン噴流拡散火炎の音響励振実験、2.流れと出力特性の数値シミュレーション、の両面から研究を行った。1.メタン噴流拡散火炎に音響励振を行うことにより、火炎形状の変化とその変化流速が低速へ移行する現象が見い出された。ストローハル数0.150.6の周波数-噴流領域において、燃焼噴流内部の蛇行と非燃焼噴流の乱流遷移の変化が観測された。
汎惑星形成理論を用いた太陽系外地球型惑星の形成と進化に関する数値計算

一般的な地球型惑星について、その形成と進化の過程を議論した。主に以下の3つの研究を行った。(1)内部海を持つ地球型惑星について、その存在・持続条件を検討した。(2)巨大天体衝突の破片が地球型惑星に再集積する際に、惑星の初期進化シナリオに対して力学的および化学的に大きな影響を与える可能性を指摘し、これまでとは全く異なる新しいシナリオを提案した。(3)太陽系外の巨大ガス惑星周りで、地球サイズの衛星が形成される可能性、およびその天体上での生命居住可能性について検証した。本研究課題では、太陽系外地球型惑星について、汎惑星形成理論を用いた数値計算により、その形成と進化の過程を議論する。本年度は理論モデル拡張のための複数の基礎的研究を行った。生命居住可能な惑星の多様性を議論するために、内部海を持つ地球型惑星、および初期地球における天体衝突による表層環境変動に関する基礎的研究を行った。前者については、Tajika (2008)を参考に地球とは異なる海水量・放射性熱源量を持つ地球型惑星の熱進化を解き、多様な内部海を持つ地球型惑星が存在すること、および高圧氷の発生により内部海の構造が大きく変化することを示した。この成果については、Ueta & Sasaki (2013)によって発表済みである。後者については、巨大天体衝突の破片が地球型惑星に再集積する際に、惑星の初期進化に対して力学的および化学的に大きな影響を与える可能性を指摘し、これまでとは全く異なる新しいシナリオを提案した。特に生命の進化と発生に有利とされる、還元的な大気環境を長期間保持する可能性を提示したことは、一般的な地球型惑星における生命居住可能性を議論する上で、非常に重要である。この成果についても、すでに査読論文として投稿済みである。一方、前年度に作成した汎惑星形成理論に関する数値モデルを、ガス惑星周りの衛星形成に応用し、太陽系外の巨大ガス惑星周りで、地球サイズの衛星が形成される可能性、およびその天体上での生命居住可能性についての研究も行った。太陽系外において、木星の10倍近いサイズの惑星が多数発見されており、そうした超巨大ガス惑星の周りには、放射性熱源などの内部熱のみで十分なエネルギーを獲得できる、地球サイズの巨大衛星が形成される可能性があることがわかった。本年度は基本的な数値計算コードの作成と、今後の理論モデル拡張のための複数の基礎的研究を行った。まず汎惑星形成理論に関する基本的な数値計算コードを、Sasaki et al. (2010)で用いた数値計算コードを拡張することにより作成した。具体的には、原始惑星系円盤内の粘性加熱や中心星放射量の変化によって氷境界が動径方向に移動することを、Oka et al. (2011)の表式を用いてモデルに組み込んだ。また、氷境界の移動に伴い、各位置で形成される微惑星の成分(岩石・氷・ガス)の割合が変化するので、成長する原始惑星の成分を新たな物理量として導入した。本研究で作成した計算コードは汎用性が高く、多様な原始惑星系円盤における多様な惑星形成の研究に応用することが可能である。次年度以降は本コードを用いて地球型惑星の形成に関する大規模なモンテカルロシミュレーションを行う予定である。一方、生命居住可能な惑星の多様性を議論するために、内部海を持つ地球型惑星、および巨大ガス惑星周りに形成される巨大衛星の形成と進化についても基礎的研究を行った。この成果については、複数の学会・研究会において発表を行い、査読論文として現在投稿中である。後者については、複数の先行研究を拡張することで、生命居住可能な巨大衛星の存在可能性について検討し、その形成・進化・安定性について議論した。この成果についても、学会発表および査読論文の投稿に向けて現在準備中である。本研究課題では、太陽系外地球型惑星について、その形成と進化の過程を議論する。最終年度は一連の研究のまとめとして、これらの惑星の生命存在可能性に焦点を絞った研究を進めた。まず、巨大天体衝突の破片が地球型惑星に再集積する際に、惑星の初期進化に対して力学的および化学的に大きな影響を与える可能性を指摘し、これまでとは全く異なる新しいシナリオを提案した。このシナリオを踏まえた新しい太陽系形成論の枠組みをSasaki (2014)でまとめ、宇宙生物学の研究会を含む多種多様な場で発表・議論を行った。本シナリオにおいて、生命の進化と発生に有利とされる、還元的な大気環境を長期間保持する可能性を提示したことは、一般的な地球型惑星における生命居住可能性を議論する上で、非常に重要である。

一方、太陽系外の巨大ガス惑星周りで、地球サイズの衛星が形成される可能性、およびその天体上での生命居住可能性についての研究も行い、その結果をHeller, Sasaki et al. (2014)にまとめた。超巨大ガス惑星の周りには、放射性熱源などの内部熱のみで十分なエネルギーを獲得できる、地球サイズの巨大衛星が形成される可能性があることが示唆された。こちらも宇宙生物学に関する雑誌で発表しており、分野横断的に様々な議論を展開しているところである。さらに、一般の系外惑星におけるハビタビリティを地球の観点から制約するために、地球の冥王代における天体衝突である後期重爆撃の影響についても検討し、こちらもShibaike, Sasaki & Ida (submitted)として査読論文を投稿済みである。惑星科学今年度は特に、当初の研究計画の枠を超えた新たな研究課題について積極的な取り組みを行い、この新しい課題を含めたより複眼的な研究を進めることができた。多様な地球型惑星・生命居住可能惑星の形成と進化を議論するためには、太陽系には存在しないタイプの惑星・衛星についても考慮する必要がある。新たな研究課題への取り組みにより、今後の汎惑星形成理論の拡張に向けて、非常に重要な研究成果を挙げることができたといえる。また研究計画に添って作成した数値計算コードについて、当初の研究計画の枠を超えた天体(超巨大ガス惑星周りの地球型衛星)の形成モデルに応用し、新しいタイプの生命居住可能天体についての議論ができた点も、今年度の重要な成果である。次年度以降の大規模なモンテカルロシミュレーションへ向けて、十分な準備ができたと同時に、本研究計画で作成した数値計算コードの汎用性の高さを示すことができたといえよう。以上の研究成果について、特に地球型惑星の初期進化については、非常に画期的な結果を得ることができた。これらの成果は、それぞれ国内外を含む複数の学会発表によって報告を行った。また本研究計画に関連した査読論文として、Ueta & Sasaki (2013)がすでに出版、さらにSasaki et al.およびHeller et al.の2本が現在投稿中である。また現在投稿準備中の論文(Shibaike, Sasaki & Ida)も1本あり、次年度以降これらを随時出版していく予定である。本年度は、研究計画の遂行および新たな研究課題への取り組みにおいて、質・量ともに非常に充実した活動を行い、期待以上の研究の進展があったと考える。当初の研究計画の予定通り、汎惑星形成理論に関する基本的な数値計算コードを作成することができた。複数のテスト計算を行うことで計算コードの正確さも確認されており、次年度以降の大規模なモンテカルロシミュレーションへ向けて、十分な準備ができた。また本年度に作成した計算コードは汎用性が高く、今後も様々な問題に適用することが可能である。数値計算コードの作成に関して、短期間でかなりの研究の進展があったと考える。一方で、当初の研究計画の枠を超えた新たな研究課題についても積極的な取り組みを行い、この新しい課題を含めたより複眼的な研究を進めることができた。