hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋電制御ロボティクス知的技術による滑り雪氷路面環境下の安定歩容に関する研究

2.定常歩行時の合成荷重から閾値を設け,その値の大小に関わらずに閾値を超えれば,周波数が8Hz以内であっても滑りである可能性がある.ということである.反対に滑りではない条件としてあげられるのは,せん断力が閾値に納まりかつ,周波数も8Hz内であるということである.この条件でマイコン制御を行えば,直進かつ定常であれば立脚中期立脚終期の滑りを表現することは可能であると考えられる,ここで,歩き始めと歩き終わりのせん断力が安定しないために,滑りと判定してしまうことになるということも考えられる.以上より,実験にて腰部に装着した加速度センサは振動成分の影響が少ないということがわかったので,速度計として使用することにより観測値の相関に基づき,歩き始め,歩き終わりの状態を推定もできると考えられることは重要な知見である.
アカエゾマツ天然林の更新動態と維持のメカニズムに関する研究

アカエゾマツ天然林の更新動態と維持のメカニズムを現地調査を通して考察したものである。1.本補助金交付期間中に調査を行なった場所は以下の通りである。北大天塩地方演習林、同中川地方演習林、同雨竜地方演習林、北海道大成町国有林、倶知安町道有林、恵庭町国有林、美瑛町国有林、上富良野町国有林。2.以上と過去に行なった調査結果から、アカエゾマツ天然林を三つに分類して更新と維持の機構について考察した結果は以下の通りである。(1)極相林内における更新と生長:大経木の根株上を中心にして、小群状で連続的な更新を行なっている。上・中暦木は根株をからみ合わせ、令と樹高に順位性をもって生立している。これらは上層の破壊によって順送りでより上層へと進む。(2)被害跡地における更新と生長:林床を含めた大規模な破壊跡地に、一斉に更新を行なう。生長は良好であり、一斉林を生立させる。再び大きな破壊がなければ極相林型へと進んでいく。(3)湿原における更新と生長:湿原という厳しい環境の中で、ミクロな地形変化に対応して、小群状に、不連続に更新を行なう。生長は地下部の過湿によって非常に緩慢であり、被害も多い。その推移は上記の二つのタイプと同じ時系列に並ばない独自なものである。3.以上の天然林の考察結果から、天然林と人工林の施業について具体的な森林の取扱い方法を論じた。1.今年度の主な調査地と調査内容は以下の通りである。(1)北大天塩地方演習林の山火跡地に成立する一斉林。調査は帯状区を設定し林分構造の解析と環境因子の測定を行なった。(2)北大中川地方演習林の蛇紋岩地帯の極相林型の純林及び側方の更新幼樹の群落。調査は極相林内の維幼樹の形態。生長経過の測定及び照度等の環境因子の計測を行なった。また裸地に生じた幼樹の群落については、更新状況の解析と気象害等の被害調査を行なった。(3)北大雨竜地方演習林の蛇紋岩地帯の中径木の純林。調査は林内踏査を中心に、次年度における調査の予備的なものである。(4)朱鞠内湖の旧材採跡地。調査は露出した大径木の根系の形態を中心に地下部の構造の解析を行なった。2.以上の調査から得られた知見と今後の研究方向の概略は次の通りである。1)元然木の根系についてある程度の知見と今後の調査方法が決まった。2)アイソザイム利用による元然林の家系分析の予備調査が終了し、来年度より本格的調査に入ることができる。3)立地環境の測定方法を決定した。一部の調査結果は林学会大会で発表する。4)次年度以降の天然林分布調査の準備を行なった。以上である。1.今年度の主な調査地と調査内容は以下の通りである).(1)十勝岳周辺のアカエゾマツ林(極相林及び大正泥流跡地の二次林).(2)大成町の西限のアカエゾマツ自生地とみられる林分.(3)樽前山周辺の林分.(4)羊蹄山周辺の林分.以上は帯状区を設定し,平面分布,種構成等の林分構造の調査及び環境因子の測定を行なった.(5)幌加内町朱鞠内湖周辺の旧伐採地における根系調査.この調査地では気球を用いた空中写真による天然木の根系分布の解析を行なった.2.以上の結果は現在整理中であり,まとめの年である来年度において総合的な考察を行なう予定である.来年度の調査は残された地域の宅地調査アイソザイムによる家系分析が主なものになる.
京都における「新教育」半世紀

京都の教育は、高校三原則(総合制、小学区制、男女共学制)の長期間にわたる存在に象徴されるように、社会的に高い評価を与えられてきた。しかしその割には実態が不明瞭であり、京都の教育がどのような課題を抱えていたのか、これまであまり論じられてこなかった。そこで、主に中等教育に焦点をあて、京都における戦後教育のあり様を総合的に把握するために、以下のテーマにしたがって研究を進めてきた。そのテーマとは、新制中学校の整備状況と教育・学習活動、総合制の下での職業教育の実態、高等学校における小学区制の実施経緯とそこでの問題点、旧教育委員会法の下での京都市・京都府の教育委員会の活動、高等学校における家庭科の男女共修問題、高等学校の学科家庭科の実施状況、青少年に対する「健全育成」施策、高等学校の生徒会・ホームルーム活動などであり、これらについて検討を加え、当時の教育実態を解明した。そしてそのことを通して、たとえば、府当局が戦後一貫して、総合制や小学区制を守るべき価値として認識していたわけではなかったこと、総合制には職業教育の不十分さという問題があり、職業課程の生徒は犠牲を強いられていたこと、小学区制には学校間格差が生じない代わりに、学校内における生徒の学力格差が存在するという問題があったこと、戦後教育改革が最初から確固たるものとして実施されたわけではなく、新制の中学校や高等学校が定着していくには、数年間の「揺れ」の時期を経なければならず、安定した状況は1950年代に入ってから見られるようになることなどが明らかになった。戦後京都の教育史に対する研究会メンバーの共通認識を形成するために、これまでの研究が明らかにしてきた研究成果を把握するとともに、その疑問点や残されている今後の課題を検討していった。そこで得られた知見は次の通りである。(1)新制中学生の成立にあたっては、京都軍政部の強力な介入が存在していたこと、そしてその背景には、京都を民主教育のモデル地区にしたいという軍政部の意向が存在していたこと、(2)京都には高校三原則が長期間にわたって存続しており、それが京都の高校教育の大きな特徴であったが、三原則の中でもとりわけ総合制をめぐっては、早い段階からその賛否をめぐる議論が存在していること、そしてこの議論のあり様を考察していくためには、総合制教育の実態に迫っていく必要があること、(3)男女共学が存続していく背後には、高校生の半数以上が男女別学の私学へと進学していく現実が存在していたこと、(4)戦後民主教育を実地に体験する場として生徒会活動が重視されていたが、高く評価されているわりにはその内実は不明確であり、その具体的なあり様をもっと検討せねばならないこと、(5)京都では多くの公立大学が戦後創設されたが、創立にあたって必ずしも十分な議論が尽くされてはおらず、その結果、財政問題など多くの問題が噴出していくこと、(6)学校や家庭から「逸脱」し、「問題」を起こす子どもたちが「不良」や「非行」としてとらえられていくが、そこには教育的まなざしの変化が存在していること。以上の6点が、この1年間の研究で得られた知見であり、来年度以降に残された課題でもある。1998年度は、まず、戦後教育史研究に関する文献レビューを通して、戦後教育史研究の研究状況を概観し、それに対して各自がどのような問題提起を行っていくのか検討した。そこで問題となったことは、一つは時期区分の問題である。従来は戦後教育改革で実現した「民主主義教育」が、1950年代以降の「反動化」で転回し、1960年代の能力主義教育につながっていく、というふうに一般にとらえられていたが、むしろ戦後の教育は1970年代半ばに大きな転機を迎えるのではないかということ。そして二つには、従来のような「国家の教育」と「国民の教育」とを対置させて戦後教育をとらえる見方ではない、もっと違った分析枠組みが必要なのではないか、ということである。このような問題意識を共有した上で、各自が自らが設定した研究テーマに沿って研究報告を行った。

そのテーマは、京都府における青少年条例の制定過程、高校における男女共修家庭科、高校の「家庭に関する学科」の実態、新制高校の生徒会、1960年代前半における高校生急増問題、新制中学校問題、などである。これらの報告を通して、京都市における新制中学校の設立時の課題、他の都道府県に先んじて実施された、高等学校における男女共修家庭科の教育実態、家政科などの女子のために設けられた高校教育の理念とその教育実態、「問題」をおこす青少年に対してなげかけられる教育的まなざしの変化、ベビーブーム世代の高校進学に伴う高校増設問題とそこで論じられた高校教育の位置づけをめぐる議論、高校の生徒会活動の実態、が明らかになった。今後は、これらの個別課題の研究に基づきながら、戦後における京都の中等教育の全体的なあり様とその歴史的変遷を考察していきたいと考える。京都の教育は、高校三原則(総合制、小学区制、男女共学制)の長期間にわたる存在に象徴されるように、社会的に高い評価を与えられてきた。しかしその割には実態が不明瞭であり、京都の教育がどのような課題を抱えていたのか、これまであまり論じられてこなかった。そこで、主に中等教育に焦点をあて、京都における戦後教育のあり様を総合的に把握するために、以下のテーマにしたがって研究を進めてきた。そのテーマとは、新制中学校の整備伏況と教育・学習活動、総合制の下での職業教育の実態、高等学校における小学区制の実施経緯とそこでの問題点、旧教育委員会法の下での京都市・京都府の教育委員会の活動、高等学校における家庭科の男女共修問題、高等学校の学科家庭科の実施状況、青少年に対する「健全育成」施策、高等学校の生徒会・ホームルーム活動などであり、これらについて検討を加え、当時の教育実態を解明した。そしてそのことを通して、たとえば、府当局が戦後一貫して、総合制や小学区制を守るべき価値として認識していたわけではなかつたこと、総合制には職業教育の不十分さという問題があり、職業課程の生徒は犠牲を強いられていたこと、小学区制には学校間格差が生じない代わりに、学校内における生徒の学力格差が存在するという問題があったこと、戦後教育改革が最初から確固たるものとして実施されたわけではなく、新制の中学校や高等学校が定着していくには、数年間の「揺れ」の時期を経なければならず、安定した状況は1950年代に入ってから見られるようになることなどが明らかになった。
微細射出機構による高粘度マイクロカプセル生成システムの開発

本研究では同軸のガラスピペット内にさまざまな高粘度液体または微小固体を充填し、それらを極細ロッドで精密に押し出しながら、直径が100μm以下のマイクロカプセルを生成させる方法を提案し、その特性や性能および応用を実験的に検証することを目的とした。単一液体を用いた射出法によるマイクロ液球生成法の特性について実験的に検討し、芯材料と殻材料を用いたカプセル化に関して射出端の直径や粘度などと生成されるカプセルの大きさなどの関係を明らかにした。この微細射出機構では極細ガラスピペットを精密に位置決めする直駆動機構とその内部を貫通する極細タングステンロッドの駆動機構で構成され、独立で高速位置決め制御される。本研究では同軸の多層ガラスピペット内にさまざまな高粘度液体または微小固体を充填し、それらを極細ロッドで精密に押し出しながら、直径が100μm以下のマイクロカプセルを生成させる方法を提案し、その特性や性能および応用を実験的に検証することを目的としている。平成24年度に得られた成果は下記の通りである。高粘度または固形物質のマイクロカプセル生成法を実現させるために、新たに微細射出機構を設計試作し、下記の課題について検討を行った。(1)この微細射出機構では極細ガラスピペットを高速精密に位置決めする直駆動機構とその内部を貫通する極細タングステンロッドの駆動機構で構成されており、それぞれが独立で高速位置決め制御される。それぞれの位置は同軸で取り付けられているリニア-エンコーダで計測され、位置と速度が精密に制御される。極細ガラスピペットに高粘度液体や固形物を充填し、タングステンロッドで精密に押し出すことで、溶媒中に微小液球やカプセルを生成することが確認された。(2)振動共振信号処理を用いた極細タングステンロッドに付着した極微量液体質量の計測法開発:タングステンロッドに軸方向に微小な振動を与え、その振動を圧電センサーで計測し、入力信号と検出信号の位相差やその差分信号のうなり成分をDSP信号処理し、タングステンロッドに付着している液量や状態を実時間で観察することを検討した。この結果、微小振動の振幅や位相の変化から、先端近傍の間隙を精密に検出できることが確認された。(3)極細タングステンロッドの精密先端加工方法とその形状計測評価:精密な回転と引き抜きが可能なシステムを設計試作し、極細タングステンロッドを実体顕微鏡で計測し、閉ループで回転速度、引き抜き速度および印加電流を実時間で制御し、精密な電解加工法を実現した。平成25年度に得られた成果は下記の通りである。それぞれの位置は同軸で取り付けられているリニアーエンコーダで計測され、位置と速度が精密に制御される。そのため"極細物体の超精密な計測位置決め制御技術"が不可欠となる。

また先端部の位置や付着液剤の粘度を計測するため、極細ロッドに微細高周波振動を与え、先端の位置や液量を振動モードの微小な変化を利用して推定する方法を検討し、"極細のロッドに付着した極微量質量変化を検出する新しい計測方法"も提案した。平成26年度:研究計画・方法:単一液体を用いた射出法によるマイクロ液球生成法の特性を明らかにした後、芯材料と殻材料を用いたカプセル化の方法について実験的に性能の比較検討を行った。(1)単一ピペットを複数のワイヤーを用いたパラレル機構により、広い空間内を自在に位置と角度姿勢を制御させる。ピペットと超小型のディスペンサーをステッピングモーターで駆動される複数のワイヤーを用いたパラレル機構で保持し、空間位置を高速度カメラ[現有設備]で観察し、対象物の任意の位置へ自在な角度で射出できるシステムを設計開発した。(青山・電通大、平田・東工大大)(2)次に生成された微小なカプセルの機械的な表面特性を計測するために、圧電素子で励起さけるマイクロ音叉に微細ニードルを取り付け、これを極微小量で数ミクロン程度押しこみながら、表面の僅かな弾性係数や粘性係数の変化を精密計測した(青山・電通大、平岩田・静岡大)(3)生成されたカプセルの形状寸法計測と評価それぞれの方法で形成されたカプセルの芯材料や殻材料の大きさを精密に計測し、その再現性や精度を検証する。2台の光学顕微鏡で計測するが、計測データ処理はPC[購入予定]で行った。(大田・産総研)26年度が最終年度であるため、記入しない。精密機器26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度にはほぼ計画通り、同軸の多層ガラスピペット内にさまざまな高粘度液体または微小固体を充填し、それらを極細ロッドで精密に押し出す方法で高粘度または固形物質のマイクロカプセル生成法を開発した。そして振動共振信号処理を用い極微量液体質量の計測法開発、先端近傍の間隙を精密な検出方法も提案した。さらに極細タングステンロッドの精密先端加工方法とその形状計測評価:精密な回転と引き抜きが可能なシステムも設計試作し、極細タングステンロッドを実体顕微鏡で計測し、閉ループで精密な電解加工法を実現した。本研究では従来の化学的な反応では組み合わせ生成が難しい直径が100μm以下のマイクロカプセルを機械的に生成することを目的とし、その機構の提案と試作および実験によりその性能の検証を行なった。平成25年度にはほぼ計画通りに研究を実施し、マイクロピペットをパラレル式のワイヤー駆動機構で自在に空間位置決め制御する機構を試作し、それにより対象物に対して精密に位置と姿勢を与えることができた。また対象物のカプセルの表面の微細な動的な特性を啓作するために、マイクロ音叉を共振させ、これを僅かに接触させ、その時の振幅と位相の変化から、膜や内部の粘弾性を精密計測する計測方法を提案し、実験的に明らかにした。また細胞などのカプセル状の対象物を微細にハンドリング可能なハンドヘルド型の電磁気駆動アクチュエータを設計開発し、MPC制御方式で微細でかつ高速な応答性を実現することに成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。検討すべき課題として、マイクロカプセルの寸法精度がまだ不十分であり、射出速度や極細ピペット径などとの関連を詳細に調べ、可能であれば、顕微画像処理システムを導入し、カプセル寸法を実時間で制御することを予定している。さらに複数のピペットを空間に自在に配置できるようにし、対象物に射出できるシステムを構築する。
次世代超高速撮像造影灌流MRIを用いた脳循環検査法の臨床有用性の確立

灌流MRIの一つであるDSC-MRIは造影剤急速静注中にある一定の時間間隔で経時的に多数のMRI撮像をすることで、血液の経時的信号変化を得て脳灌流パラメータ(CBF,CBV,MTT,TTP,Tmaxなど)を解析する、脳灌流検査法の一つである。本研究では最近脳神経領域のアプリケーションとして開発された“Simultaneous Multi-Slice(SMS)"を使用してMRIスキャン時間を飛躍的に短縮し高速撮像を行うことで、時間分解能を向上させもやもや病や内頚動脈狭窄症をはじめとした慢性閉塞性脳血管障害に対する有用性を検証するものである。もやもや病および内頚動脈狭窄症に対するSMS DSC-MRI撮像を行い、現時点でもやもや病15例程度、内頚動脈狭窄症10例程度が蓄積されている。現在は高速撮像によってえられた灌流データから従来法相当の灌流データを作成するアルゴリズムを構築中で、順調に進捗している。解析に当たってはある程度の症例数が必要であるため、もやもや病20例、内頚動脈狭窄症15例程度が蓄積された段階で中間解析を行う予定である。また本研究の副次的評価項目として、脳血流検査のgold standardとされているSPECTとの相関評価がある。高速撮像法によって得られた灌流パラメータは従来法の灌流パラメータに比してより正確な計測値を提供する可能性がある。内頚動脈狭窄症例ではSPECTとSMS DSC-MRIが同時に撮像された症例が計3例ほど蓄積された。今後はある程度の症例数の蓄積を待って相関評価を行う予定である。症例の撮像開始時期が当初の予定より遅れてしまったが、現時点では順調に症例の蓄積が進んでいる。症例数が30例程度まで蓄積された時点で中間解析を行い、結果に応じて適宜学会発表、論文化を進める。
新皮質振動の錐体細胞サブタイプ依存性

前頭皮質の電場電位には、30から80ヘルツのガンマ振動が生じることがある。ガンマ振動生成には、パルブアルブミン陽性のGABA作動性FS(fast spiking)細胞と錐体細胞の相互結合が重要であると考えられている。私たちは錐体細胞とFS細胞がガンマ振動の異なる位相で発火する一方、5層錐体細胞の異なる投射サブタイプである、橋核投射(CPn, corticopontine)細胞と交叉性線条体投射(CCS, crossed corticostriatal)細胞では発火位相に違いが無いことを見つけた。そこで、この2種類の錐体細胞サブタイプはガンマ振動生成への関与が異なるか、振動時に独立して発火するのかを理解するために、これらとFS細胞の結合選択性とシナプス伝達特性を脳切片標本でのホールセル記録を使って比較解析した。CPn細胞とCCS細胞はそれぞれ、橋核、対側線条体からの逆行性蛍光標識で同定した。FS細胞との抑制性結合確率は二つの錐体細胞サブタイプで差が見られなかった。単一FS細胞がCPn細胞とCCS細胞に、発散的に抑制をかけていた。抑制性結合の短期可塑性はどちらにおいても抑圧タイプであった。抑制性結合が見られた場合、それらの結合の約半数で逆向きの興奮性結合が見られた。FS細胞からCPn細胞への抑制性電流の大きさは、抑制性結合だけの場合より相互結合の方が大きかった。二つのサブタイプからFS細胞への興奮性結合確率においても差が見られなかったが、CCS細胞からの短期可塑性の方が、CPn細胞より抑圧的であった。私たちは以前に、単一FS細胞がCPn細胞とCCS細胞から収束的に興奮を受けることを明らかにしている。これらの結果を合わせて考えると、5層FS細胞は特定の5層錐体細胞サブネットワークを抑制制御するのではなく、多様な皮質間・皮質下出力系を統合的に同期させる機能を持つことが推測された。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。新皮質の電場電位には徐波、スピンドル波、ガンマ波といった多様な振動が観測されるが、その生成機構や機能分担には不明なことが多い。前頭皮質には投射先が異なる多様な錐体細胞があり、投射サブタイプごとに、各振動現象への関与が異なる可能性が考えられる。本研究では、錐体細胞投射サブタイプの電気的性質の違いや振動現象中の発火様式の違いを調べることで、錐体細胞と振動現象、それぞれの多様性の意味を考えたい。本年度は、in vitro標本で投射先を同定した錐体細胞の発火様式を調べるとともに、in vivo標本での錐体細胞の投射先同定法・形態解析のための細胞内染色法を確立した。1. in vitro標本での、錐体細胞投射サブタイプの発火様式解析背側前頭皮質の第5層で、対側皮質投射細胞の中で、同側の他の皮質領野に投射する錐体細胞の脱分極通電に対する発火応答を比較解析した。一次運動野に投射するものの発火様式は多様であったが、後部頭頂皮質や嗅周皮質36野に軸索を出すものは、比較的一様な応答を示した。これら投射サブタイプのin vivoでの発火様式を解析するのに基礎となる知見を得ることができた。2. in vivo細胞外記録での錐体細胞サブタイプ同定と、それらの傍細胞記録による細胞内染色背側前頭皮質第5層の橋核投射細胞、対側線条体投射細胞を、それぞれ橋核、対側線条体の電気刺激による逆行性応答で同定した(平均潜時:橋核投射細胞6 ms;対側線条体投射細胞、18 ms)。傍細胞記録による細胞内染色の結果、橋核投射細胞は対側線条体投射細胞に比べて、1層での尖端樹状突起タフトが発達し、2/3層では逆に樹状突起側枝の数が少なかった。In vivoで錐体細胞の投射サブタイプごとに生理・形態解析できるようにしたことは、今後の皮質振動現象の解明に有用と考えられる。GABA作動性FS細胞の徐波振動中での発火様式を解析するために、傍細胞記録・染色法とパルブルブミン蛍光免疫組織化学で、FS細胞をin vivoで同定できるようにした。その上で、徐波振動・脱同期化時のFS細胞の平均発火頻度とスパイク間隔分布をレイヤーごとに解析し、錐体細胞のものと比較した。2.前頭皮質パルブアルブミン(PV)陽性細胞への視床入力解析前頭皮質への視床入力は、徐波脱分極相の開始やスピンドル振動を伝える可能性がある。皮質ニューロンサブタイプごとの視床入力様式の異同を明らかにするために、先ず、GABA作働性FS細胞であるPV細胞における、グルタミン酸作働性入力を細胞体・樹状突起部位に分けて解析した。ある種のレクチンはPV細胞に選択的に結合するので、それに蛍光をつけたものでPV細胞を蛍光観察して、ルシファー・イエローを微小電極から細胞内に注入して、PV細胞の樹状突起全体像を可視化した。その上で、前頭皮質で視床入力が多い2/3b層と5b層で、皮質錐体細胞と視床細胞からの入力分布をそれぞれ解析した。その結果、以下の事が分かった。(1)樹状突起上への興奮性入力密度は末端に向かうにつれて減少する。

(2)細胞体上の興奮性入力密度は2/3b層と5b層で違いがないが、視床入力の割合は2/3b層で高い。(3)樹状突起の入力構成を見ると、2/3b層、5b層の両方で皮質入力が主である。前頭皮質の局所電場電位振動の一つであるガンマ波による、第5層の多様なニューロンの同期性を解析した。5層は錐体細胞の外部出力先が異なる、上部の5a層と下部の5b層に分かれる。そこで、ガンマ波が各サブレイヤー内で同期しているかを、麻酔下ラットの離れた部位に置いた2本の電極から局所電場電位を記録し、記録部位のマーキングと層構造マーカーの免疫組織化学によって調べた。その結果、局所電場でのガンマ振動成分は5a層、5b層の両方で、水平方向に1mm近くにわたって位相が同期していた。錐体細胞の多様な出力サブタイプと、ガンマ振動生成に重要と考えられているパルブアルブミンFS細胞の発火が、どのように同期するかを比較検討した。同側橋核と対側線条体から逆行性刺激で同定した橋核投射細胞(CPn細胞)と対側線条体投射細胞(CCS細胞)の細胞外ユニット活動を記録し、傍細胞記録法で細胞内染色した。逆行性応答が見られず、スパイク持続時間が短い細胞の場合はFS細胞としてユニット活動を記録し、傍細胞記録・細胞内染色法と免疫組織科学を組み合わせて、パルブアルブミンFS細胞と同定した。錐体細胞・FS細胞ともに、層構造マーカーを使って、5a層と5b層のどちらの細胞であるかを同定した。その結果、FS細胞の多くがガンマ波に同期して発火していたのに対して、CCS・CPn細胞では50%から60%のものに同期が見られた。ガンマ波のトラフ(陰性ピーク)に合わせてみると、錐体細胞がFS細胞に先行して発火していた。CCS・CPn細胞の間では発火位相に違いが見られなかったが、錐体細胞とFS細胞では約60度ほどずれていた。平成26年度までに確立した傍細胞記録・細胞内染色と発火様式解析の手法を適用して、前頭皮質第5層における多様なニューロンサブタイプで、基本振動であるガンマ波との関係を明らかにすることができた。前頭皮質ニューロンは徐波振動のUp状態で発火する。その発火様式を解析したところ、Up内で発火位相が、錐体細胞の所属層やサブタイプによって異なることが分かった。さらに、Up状態の開始には、皮質錐体細胞だけでなく、皮質へ投射する視床細胞が深く関与することも見つけた。前頭皮質(2次運動野)5層の下部(5b層)には、同側の視床と橋核へ投射する錐体細胞(corticopontine細胞、CPn細胞)と、対側線条体へ投射する錐体細胞(crossed-corticostriatal細胞、CCS細胞)があり、Up内の発火時期選択性が異なっていた。前頭皮質(2次運動野)と視床のシナプス相互作用によって起きる振動現象を理解するために、5a層錐体細胞サブタイプごとに、視床入力と錐体細胞入力のシナプス結合様式を比較解析した。錐体細胞サブタイプの樹状突起は、投射先からの逆行性蛍光標識と蛍光色素の細胞内注入によって標識した。視床と錐体細胞からの錐体細胞スパイン入力は、小胞性グルタミン酸トランスポーターの発現の違いで同定した。グルタミン酸作動性入力密度が、CPn細胞では基底樹状突起全体にわたって比較的一定であるのに対して、CCS細胞では近位部から遠位部にいくのにしたがって減少していた。一方、グルタミン酸作動性入力の中での視床入力の割合は、CPn細胞では樹状突起全体にわたって一定なのに対して、CCS細胞では遠位にいくにつれて上昇していた。
新しい微生物探索系の理論的構築

1.蛋白質を効率よく生産する真核微生物を探索した結果、糸状菌Trichoderma virideが得られ、本菌を宿主に用いるために菌体外プロテアーゼ欠損変異株を分離した。本菌における高発現・分泌ベクターを構築する目的で、本菌が多量に分泌するセロビオヒドロラーゼの遺伝子をクローン化し、その塩基配列を決定した。2.解糖系酵素の阻害剤として発見したコニンギン酸はグリセロフアルデヒド-3リン酸脱水素酵素(G3PDH)の活性中心のシステイン残基と結合して本酵素を不可逆的に阻害する。活性中心のペプチド断片を分離して分析した結果、Cys^<149>にコニンギン酸が結合することを明らかにした。また、本阻害剤を生産する糸状菌には2種類のG3PDHの存在を示した。3.プロテアーゼ阻害剤を微生物探索に利用することによって新規な耐熱性酸性プロテアーゼを発見した。本酵素は疎水性アミノ酸含量が極めて高く、Leu-Tyr間を特異的に切断した。この結果に基づき、インスリンを用いて特異性の高いプロテアーゼの新しい探索法を開発した。また、トレハラーゼの阻害剤を発見し、昆虫の駆除に役立つ可能性を示した。4.脂質代謝に関与する酵素の阻害剤を動物培養細胞や微生物を利用して探索し、トリアシンやアテペニン等を発見した。アテペニンはコレステロールエステル合成を阻害し同時にATP産生系を強く阻害した。1233AはVero細胞を用いてメバロン酸代謝拮抗剤として見出された。5.酵母の細胞増殖と密接な関連をもつグリオキサールの代謝経路を明らかにし、その反応阻害物質から強力な増殖制御物質(抗がん剤としても期待される)の探索法を構築した。本代謝に関連する遺伝子をクローン化し、塩基配列決定によって遺伝子の解析を行い、ジャンボ酵母の育種に成功した。
幾何学的フラストレーションを有する系の超伝導と量子輸送の研究

幾何学的フラストレーションを有する量子磁性体の研究........幾何学的フラストレーションを有する三角格子上の2次元量子反強磁性体の研究は古くからなされており、絶対零度では120°構造で秩序化することが理論のコンセンサスである。しかしながら、有限温度でどのような臨界的性質が表れるかについては、フラストレーション系に固有の難しさがあって、今日でも十分には理解されていない。この問題に関連して、当研究では非摂動的繰り込み群の手法を用いた研究を行い、有限温度で量子揺らぎ誘起の1次転移的振る舞いへのクロスオーバーが起こることを明らかにした。この研究結果は最近発見された三角格子量子反強磁性体の実験結果の理解に応用された。低次元磁性体の不純物効果......スピン1/2の量子スピン鎖は低温度で朝永ラッティンジャー液体として振る舞うがこれに非磁性不純物を導入して、スピン鎖を切断すると端付近で量子相関効果の絡んだ異常が現れ、それは帯磁率の振る舞いから観測可能であることが、我々の以前の研究で予測されていた。本研究では、最近の詳細な実験結果と理論との比較を行い、この効果が実験の観測量に現れていることを明らかにした。空間反転対称性の破れが小さい超伝導体における磁場中の異常物性......スピン軌道分裂が小さく超伝導ギャップΔと同程度の場合の新物性にいて研究を行つた。この問題は最近その物性が実験的に明らかになってきた空間反転対称性の破れた超伝導体Y2C3と関連している。当研究によって、スピン軌道相互作用が小さい場合、磁場効果に特異性が表れることが理論的に明らかになってきた。すなわち、磁場によるパウリ対破壊効果がスピン軌道分裂の波数依存性を反映して、波数空間で異方的になり得る。さらにその結果、等方的なs波超伝導であっても、磁場効果で1粒子励起エネルギーにポイント・ノードが表れる可能性があることが示された。本研究成果は空間反転対称性の破れた超伝導の新しい側面を明らかにするものである。空間反転対称性の破れた超伝導の研究近年、空間反転対称性が結晶構造的に破れた超伝導体が幾つか発見され、その新奇な物性が注目されている。このような系ではスピン一重項ペアとスピン三重項ペアの混合や新しいタイプの電気磁気効果などが期待されている。我々は最近発見された重い電子系で空間反転対称性の破れた系CePt3Siに注目し、この系に固有の強い電子相関が空間反転対称性の破れに起因する効果にいかに影響を及ぼすかを理論的に調べた。特に超伝導状態での電気磁気効果の一つであるZeeman磁場によって誘起された超伝導電流(常磁性超伝導電流)を中心に研究を進めた。フェルミ液体論に基づく一般的な議論を用いて、この常磁性超伝導電流に対する形式的に厳密な表式を得た。その結果、この効果は電子相関の影響を受けにくいことが分かった。実際には磁場下ではマイスナー効果による反磁性超伝導電流も存在するが、この反磁性電流は電子相関の効果で抑制されることが知られている。すなわち、重い電子系のように著しく電子相関の強い系では、反磁性超伝導電流に対して相対的に常磁性超伝導電流が増強して観測にかかり易くなることが示された。また、このような常磁性超伝導電流を検出する実験についての提案を行った。さらにCePt3Siにおいて実現している超伝導状態について考察を進めた。Izawa達によってなされた超伝導状態における熱伝導の測定から超伝導ギャップにラインノードが存在することが示されているが、他方、NMRの実験によると核磁気緩和率が超伝導転移温度直下で小さなコヒーレンスピークを示している点で、他のラインノードを有する重い電子系の超伝導とは異なっている。我々は理論的にこの小さなコヒーレンスピークの存在が、空間反転対称性の破れた系に特有の現象であることを示した。また、ラインノードの存在には、この系が反強磁性秩序と共存していることが本質的に関わっていることを指摘した。空間反転対称性の破れが小さい超伝導体における磁場中の異常物性......

スピン軌道分裂が小さく超伝導ギャップΔと同程度の場合の新物性にいて研究を行つた。この問題は最近その物性が実験的に明らかになってきた空間反転対称性の破れた超伝導体Y2C3と関連している。当研究によって、スピン軌道相互作用が小さい場合、磁場効果に特異性が表れることが理論的に明らかになってきた。すなわち、磁場によるパウリ対破壊効果がスピン軌道分裂の波数依存性を反映して、波数空間で異方的になり得る。さらにその結果、等方的なs波超伝導であっても、磁場効果で1粒子励起エネルギーにポイント・ノードが表れる可能性があることが示された。本研究成果は空間反転対称性の破れた超伝導の新しい側面を明らかにするものである。
外洋性海鳥の帰巣行動に関する認知生態研究：種内・種間比較に基づく統合的アプローチ

本研究の目的は、海鳥(ミズナギドリ科Calonectris属)が繁殖地から数百km離れた外洋の餌場から巣へ帰り着くプロセスと、その帰巣パターンがどのような外的・内的制約の下で形成されてきたかを解明することである。帰巣経路や知覚特性(視覚・嗅覚)を、地理的条件や移動距離が大きく異なる環境で繁殖する個体群間および種間で比較することによって、帰巣に必要な環境条件や認知メカニズムを探る。2017年度分の研究計画からは、以下4項目の成果を得た。1)伊豆諸島御蔵島で繁殖するオオミズナギドリ計16羽にGPSロガーを装着し、約1ヶ月間の移動経路を記録した。これにより、1000 km以上離れた餌場から数日かけて帰巣するという御蔵島個体群特有の経路データが得られた。2)岩手県沿岸の無人島で繁殖するオオミズナギドリの帰巣経路データから、その時空間パターンを形成する要因について分析した。これまで注目されてこなかった、生態的・認知的な要因の複合的な関与について初めて明らかにした。3)頭蓋骨分析によって視覚・嗅覚に関わる脳領域の発達度の評価するために、御蔵島で見つけた1羽のオオミズナギドリ成鳥の死体を持ち帰った。4)個体群間比較研究の基礎情報として、オオミズナギドリの遺伝的個体群構造を明らかにする必要がある。御蔵島で捕獲した計35羽のオオミズナギドリから遺伝子分析用の羽毛サンプルを採取した。御蔵島個体群の帰巣経路データの取得・帰巣経路データの種内および種間比較解析・遺伝子サンプル収集、については、計画した通りの内容で進められている。視覚・嗅覚特性を推定するための死体の収集については、繁殖地内で死体(特に新鮮な死体)を見つけることが難しく、目標数を達成できていない。Calonectris属4種から得た帰巣経路データについては、まず個体群ごと種ごとに詳細な分析と報告をした上で、個体群間(種内)および種間比較の結果をまとめる計画である。遺伝子分析と頭蓋骨分析については専門家に協力を依頼する。
ES細胞の組織化におけるLefty1発現細胞の意義とその機能

高度な構造をもつ人工臓器を作製するためには、位置情報の獲得が重要である。マウス胚においてLefty1は前後軸・左右軸の獲得に重要である。また、ES細胞において、Lefty1が発現していることが報告されている。本研究では、ES細胞の自己組織化におけるLefty1発現細胞の役割を明らかにしたい。実験の結果、ES細胞のコロニー形成時にLefty1は縁の細胞で発現を開始することが明らかになった。また、Lefty1,2ノックアウトES細胞は野生型と同様にコロニー形成能を有していた。今後、Lefty1,2ノックアウトES細胞が胚葉体形成するかどうかを明らかにしたい。現在、ES細胞やiPS細胞から様々な細胞の誘導の研究が盛んに行われ、人工臓器の作成が現実のものとなりつつある。しかし、心臓や肝臓といった高度な構造を持った機能的な臓器を作成するためには、誘導した細胞群に正確な位置情報を与え、組織化させることが重要となってくる。これまでに、LIF存在下で、Lefty1発現細胞を蛍光タンパク質で標識するLefty1(memVenus)トランスジェニック(Tg) ES細胞を用いて、単一細胞の際には、発現が見られていないが、集団になると数細胞でLefty1が発現を開始し、コロニー形成時には、エッジ部の細胞にのみ発現することを発見した。また全ての細胞はNanog陽性であり、未分化状態を維持していた。ES細胞は、マウス胚盤胞のICM細胞から樹立されることから、ES細胞においても、マウス胚と同じく、数細胞のLefty1発現細胞は、細胞の均一性を破り、組織の位置情報を司る細胞であると期待している。
放射光による高分解屈折・拡大マンモグラフィーの研究

本研究では、マンモグラフィのための新しい画像診断法の確立を目指して、大型放射光(高エネルギー加速器研機構:KEK)を利用した単色X線による超高分解能マンモグラフィの開発を目指した基礎研究を行うことを目的とした。平成14,15,16年度は、以下の研究を行った。(1)蛍光X線による拡大光学系の設計・製作焦点試料間の距離をできるだけ近づけられるように改良型蛍光X線源を設計・製作した。焦点サイズが小さくまた焦点に撮影対象物を近づけるために、測定対象物や検出器のセッティングはリモート制御で行えるようにした。この新しい蛍光X線源により、試料の超拡大撮影が短時間で行うことが可能になった。焦点サイズは、通常の臨床では得られない50,30,20,および10μmの大きさを目標とした。このうち10μmを除く他の焦点サイズを形成することが可能となった。(2)X線スペクトル測定、評価蛍光X線源からの蛍光X線質を測定するため、スペクトロメータ(大阪大学)を用いて測定した。また、撮影時間、撮影エネルギーなどの物理特性評価の為の撮影条件の決定を行った。(3)画像物理特性評価超拡大撮影における画質を評価するため、エッジ法により解像度測定を行った。また、乳房撮影用の高解像度フイルムを用いて得られた画像について各種の評価を行った。(4)固定病理組織の超拡大高分解能マンモグラフィ乳がんと診断された固定病理組織の超拡大高分解能マンモグラフィを行った。この組織には、微小石灰化が含れており、通常のX線マンモグラフィとの描出能や形態比較が可能である。この結果、われわれが開発した、単色X線による超高分解能マンモグラフィでは、20μm程度の解像特性が得られることが明らかになった。この大きさは、通常マンモグラフィの100150μmの解像限界と比べると極めて優れており,本研究で初めて20μm30μmのごく微小な石灰化の画像化が可能になった本研究では、マンモグラフィのための新しい画像診断法の確立を目指して、大型放射光(高エネルギー加速器研機構:KEK)を利用した単色X線による超高分解能マンモグラフィの開発を目指した基礎研究を行うことを目的とした。この大きさは、通常マンモグラフィの100150μmの解像限界と比べると極めて優れており,本研究で初めて20μm30μmのごく微小な石灰化の画像化が可能になった乳癌の早期発見にはX線写真(マンモグラフィ)が最も有効な方法であるが、現在行われているフィルム系やディジタルシステムで描出できる微小石灰化の大きさは、200300ミクロン程度が限界である。本研究では、マンモグラフィのための新しい画像診断法の確立を目指して、大型放射光(SPring-8、およびAR(高エネルギー加速器研究機構KEK))を利用した単色X線による超高分解能マンモグラフィの開発を目指した基礎研究を行うことを目的とする。平成14年度は、以下の研究を行った。(1)結晶による拡大光学系の設計・製作(豊福、徳森)屈折イメージングのための拡大率210倍の非対称反射結晶を設計・製作した。・素材となる直径6インチのシリコン単結晶ロッドから非対称結晶を切り出す。・結晶をモノクロメータ本体の台にとりつけ、X線により反射強度等の測定を行った。(2)蛍光X線による拡大光学系の設計・製作(東田、豊福、徳森)拡大率510倍の超拡大撮影を行う為には既設の蛍光X線源の焦点サイズを小さくすることが必要不可欠であるので、現在の蛍光X線源(焦点サイズ1.0mm)に以下の改造を行った。

・直径0.5mm, 0.1mm, 0.05mm, 0.03mmの穴のあいたコリメータを用いて一次(入射)放射光を絞るシステムを開発した。・マイクロビームの軸あわせを効率よく行うビームアラインメントシステムを開発した。(3)アナログおよびディジタルマンモグラフィの画像特性の測定(東田、豊福、徳森、大喜)放射光による高分解能マンモグラフィと比較するために、現在行われているX線マンモグラフィの画像特性、および物理特性を測定した。乳癌の早期発見にはX線写真(マンモグラフィ)が最も有効な方法であるが、現在行われているフィルム系やディジタルシステムで描出できる微小石灰化の大きさは、200?300ミクロン程度が限界である。本研究では、マンモグラフィのための新しい画像診断法の確立を目指して、大型放射光(高エネルギー加速器研究機構KEK)を利用した単色X線による超高分解能マンモグラフィの開発を目指した基礎研究を行うことを目的とする。平成15年度は、以下の研究を行った。(1)結晶による拡大光学系の設計・製作(豊福、徳森)・焦点?試料間の距離をできるだけ近づけられるように改良型蛍光X線源を設計・製作した。焦点サイズが小さくまた焦点に撮影対象物を近づけるために、測定対象物や検出器のセッテイングはリモート制御で行えるようにした。この新しい蛍光X線源により、試料の超拡大撮影が短時間で行うことが可能になった。(2)X線スペクトル測定、評価(東田、松本、豊福、徳森)蛍光X線源からの蛍光X線線質を測定するため、スペクトロメータ(大阪大学)を用いて測定した。また、撮影時間、撮影エネルギーなどの物理特性評価の為の撮影条件の決定を行った。(3)画像物理特性評価(吉田、東田、松本)超拡大撮影における画質を評価するため、エッジ法により解像度測定をおこなう。また、乳房撮影用の高解像度フィルムを用いて得られた画像について各種の評価を行った。(4)アナログおよびディジタルマンモグラフィの画像特性の測定(東田、吉田、松本>放射光による高分解能マンモグラフィと比較するために、現在行われているX線マンモグラフィの画像特性、および物理特性を測定した。本研究では、マンモグラフィのための新しい画像診断法の確立を目指して、大型放射光(高エネルギー加速器研究機構:KEK)を利用した単色X線による超高分解能マンモグラフィの開発を目指した基礎研究を行うことを目的とする。平成16年度は、以下の研究を行った。(1)蛍光X線による拡大光学系の設計・製作(豊福、徳森、東田、兵藤)焦点試料間の距離をできるだけ近づけられるように改良型蛍光X線源を設計・製作した。焦点サイズは、通常の臨床では得られない50,30,20,および10μmの大きさを目標とした。このうち10μmを除く他の焦点サイズを形成することが可能となった。(2)X線スペクトル測定、評価(東田、松本、豊福、徳森)蛍光X線源からの蛍光X線質を測定するため、スペクトロメータ(大阪大学)を用いて測定した。(3)画像物理特性評価(吉田、東田、松本)超拡大撮影における画質を評価するため、エッジ法により解像度測定を行った。
BZ反応場とシンクロする高分子ゲルの力学的性質とダイナミクスに関する理論

平成27年度では異なる研究領域の研究者と5件の共同研究のテーマを立ち上げることができた。その代表的な研究成果として、実験と理論の両面から細胞骨格を形成する微小管のヤング率を定量的に評価する研究手法を確立することができたことが挙げられる。具体的には、微小管を固定化したフレキシブルな基板を伸長し、微小管の破断現象を観測し、その伸長条件から、ヤング率を評価する。これにより、微小管のヤング率が条件により変化する現象が観察され、通常の材料力学では説明できない現象が発見された。このように順調に共同研究が発展している。研究成果は原著論文2報、口頭発表2件である。26年度が最終年度であるため、記入しない。BZ反応場を内包するBZゲルは化学振動反応によって体積変化を起こし、化学エネルギーを仕事(力学的エネルギー)に変換する。その機構を理解することは自律運動する分子ロボティクスを構築する上で非常に重要である。従来のBZ反応の研究は非線形化学反応の観点から研究されてきたが、BZゲルの研究では高分子物理の観点が欠落していたために化学エネルギーを力学的エネルギーに変換する機構を論じることが出来なかった。本研究はここに注目している。平成25年度ではBZゲルの力発生の理論を構築することに主眼を置いて研究を行った。BZ反応では金属触媒の価数が周期的に変化する。価数が変化する金属イオンは高分子鎖および高分子ゲルにとって良溶媒(コイル状態として広がる環境)もしくは貧溶媒(収縮する環境)として作用する。具体的に2価と3価の間で価数が変化するルテニウム(BZ反応でよく用いられる)をビピリジンと作用させて形成される錯体を触媒として用いた場合、2価のときは良溶媒、3価のときは貧溶媒になることがわかっている。共同研究者の原研究員(産総研)はすでに同金属錯体を側鎖にもつBZポリマーおよび同金属錯体を網目構造中に持つBZゲルの構造変化を直接観察している。観測された結果を理解するために、以下のことを行った:まず、BZ反応によって環境が貧溶媒と良溶媒の間を変化するとして扱い、高分子鎖および高分子ゲルの構造変化を1次相転移の自由エネルギー変化に基づいて考察した。さらにBZゲルについては自由エネルギーから体積変化の際に生じる力を理論的に考察した。このようにして実験結果を半定量的に説明する理論的考察が得られた。H25年度では6本の論文(他のソフトマターでの研究成果を含めると合計12本の論文)および研究成果発表5件の成果を得た。平成25年度では、BZゲルの挙動(膨潤と収縮)を体積相転移とBZ反応を結びつけて議論すること、またその際に発生する力の基礎理論の構築に注力したため、BZゲルの形(境界条件)とBZ反応をカップルさせることで発生すると予想しているBZゲルの運動の可能性を十分に検討することが出来なかった。現在、BZゲルの形(境界条件)とBZ反応をカップルさせる計算を行っているところである。研究計画の遅れを取り戻したい。
森林が水及び物質循環にはたす役割の多様性

本研究の目的は、北方樹林地を対象に、森林が水・熱・物質の循環に果たす役割の多様性を明らかにすることである。夏が短く、冬は雪や低温に見まわれる北方樹林地特有の現象を見い出し、温暖湿潤な森林地域との対比から多様性を評価しようとするものである。得られた成果の概要を以下に示す。北海道北部の針広混交林地の小流域(母子里試験地)において、(1)融雪期及び暖候期の各々の出水時に漸近する川水温が1.8m深地温に相当することを見出し、洪水流出の89割が1.8m深地温に相当する水温をもつ地中流出成分であることを示した、(2)年間の流域水収支に対する雪の寄与は降雪が年降水量の53%、融雪水が年流出高の45%と見積もられ、蒸発散量は年降水量の25%と推定された、(3)融雪期の川水の懸濁物濃度変化を観察した結果、懸濁土砂の供給源は河床堆積物であるが、融雪最盛期には河床に新たな細粒土砂供給がなされていることが推察された。新期火山堆積物台地上の落葉広葉樹林地において、渇水期の豊富な河川流出を涵養するメカニズムを明らかにするため、SiO2を用いたハイドログラフの分離を試みた。48時間に約200mmという激しい降雨時でさえ、用水ハイドログラフの約80%は古い水からなり、土壌中で新しい水と入れ替って古い水が押し出されていると推定された。4つの隣接する森林集水域において、川水の栄養塩濃度や流出負荷量の変動を同時に調べた。流出負荷量は気象条件や流域状況によって異なり、特に、栄養塩の流出特性が流域内の土壌状態と密接に関係することが判明した。森林面積が50%以上の洞爺湖流域の年間水収支を調べた。(1)湖面蒸発量は57月の夏期に少なく1012月の冬期に多いこと、(2)融雪流出量は年流出量の2030%に達し、これが夏期の高水位維持に貢献していること、などが明らかになった。本研究は精度のよい微気象及び水文観測施設を有する北海道母子里の実験流域で行い、ここでの恒常的な観測のほか、各分担者がすでに実績をあげている試験地でも必要に応じて短期間の観測を行った。1)観測データの取得・森林内外の気象要素(温湿度、放射・乱流各成分など)を比較観測し、大気への熱・水損失量及びその変動特性を調べた。・流域末端の量水堰地点(1.3km^2)で河川流量、電気伝導度、水温、pH、濁度の恒常観測を行った。降雨・融雪時には密に川水を採取し、無機イオン、懸濁物、栄養塩などの諸分析を行った。2)解析・熱収支解析から森林空間内での貯熱量およびその季節変化を求め、水損失の機構を考察中である。・河川への斜面流集中を流出成分分離から推測するとともに、電気伝導度やpH等の観測結果との整合性を吟味し、流出経路を考察中である。・化学成分、流出土砂量、栄養塩等の収支や供出量を見積もり、河川水の流出機構との因果関係を調べた。

本研究の目的は、北方樹林地を対象に、森林が水・熱・物質の循環に果たす役割の多様性を明らかにすることである。夏が短く雪や低温に見まわれる北方樹林地特有の特徴を見い出し、温暖湿潤な森林地域との対比から多様性を評価しようとするものである。今年度は3ケ年計画の2年目にあたり、以下のような成果が得られた。幌延町問寒別および稚内市大岬の森林流域および草地流域で計測した融雪期および夏期降雨時の河川栄養塩濃度時系列変化に基づき、地下水および降水中の濃度差を指標にして各栄養塩の流出機構について考察した。また、札幌市内定山渓の冷水沢流域で計測した融雪期の河川水懸濁土砂濃度時系列変化に基づき、融雪初期の初期条件のみから融雪期全体に亘る濃度変化をシミュレートするモデルを完成させた。北大苫小牧演習林において樹冠上から林床までの長期連続気象観測を行い、日射量、放射収支量、顕熱量、蒸発散量の季節変動を測定した。また樹林密度と放射特性の関係を求めるために数値モデルの開発を行った。森林面積が50%以上の洞爺湖流域の融雪流出特性を把握するため、洞爺湖の水利用量、水位、蒸発量等の水収支項目を資料収集と観測で調査した。その結果、5月に約300mmの融雪流出があることが分かった。漁川水系で、流域内4河川を同時調査し、流域の形態と水質の関係について調査した。水質は栄養塩を中心に調査したが、その平均な水質や降雨時水質を連続採水によって明らかにした。特に、水質特性から流域の特徴を分離できたことが従来の研究に無い新しい成果である。夏が短く、冬は雪や低温に見まわれる北方樹林地特有の現象を見い出し、温暖湿潤な森林地域との対比から多様性を評価しようとするものである。得られた成果の概要を以下に示す。北海道北部の針広混交林地の小流域(母子里試験地)において、(1)融雪期及び暖候期の各々の出水時に漸近する川水温が1.8m深地温に相当することを見出し、洪水流出の89割が1.8m深地温に相当する水温をもつ地中流出成分であることを示した、(2)年間の流域水収支に対する雪の寄与は降雪が年降水量の53%、融雪水が年流出高の45%と見積もられ、蒸発散量は年降水量の25%と推定された、(3)融雪期の川水の懸濁物濃度変化を観察した結果、懸濁土砂の供給源は河床堆積物であるが、融雪最盛期には河床に新たな細粒土砂供給がなされていることが推察された。新期火山堆積物台地上の落葉広葉樹林地において、渇水期の豊富な河川流出を洒養するメカニズムを明らかにするため、SiO2を用いたハイドログラフの分離を試みた。48時間に約200mmという激しい降雨時でさえ、川水ハイドログラフの約80%は古い水からなり、土壌中で新しい水と入れ替って古い水が押し出されていると推定された。4つの隣接する森林集水域において、川水の栄養塩濃度や流出負荷量の変動を同時に調べた。流出負荷量は気象条件や流域状況によって異なり、特に、栄養塩の流出特性が流域内の土壌状態と密接に関係することが判明した。森林面積が50%以上の洞爺湖流域の年間水収支を調べた。(1)湖面蒸発量は57月の夏期に少なく1012月の冬期に多いこと、(2)融雪流出量は年流出量の2030%に達し、これが夏期の高水位維持に貢献していること、などが明らかになった。
小型ラマンライダーを併用した可搬型下部対流圏水蒸気プロファイラの開発

本研究課題では、Lバンドレーダーの観測下限高度である高度200m付近の観測に特化した小型可搬のライダーシステムを開発した。Nd:YAGレーザーの2倍高調波(532nm)を送信し、同波長と窒素ラマン散乱(607nm)、水蒸気ラマン(660nm)の3波長を口径35.5cmの望遠鏡で受信するシステムを製作した。その結果、高度200m付近は昼夜にかかわらず水蒸気混合比を24時間連続に観測できるシステムを得ることができた。システムは、室内に設置して斜めに配置することで窓から外気を観測する形態とし、京都大学信楽MU観測所の観測棟に設置して長期観測を行った。その結果、室内の温度変動に基く光軸のずれなどを改良し、ラジオゾンデとの同時観測を行って感度の変動等を調査した結果、半年以上の期間について安定に動作し、水蒸気偏差として4-5%以内に収まるという結果が得られた。高度200mではまれに発生する低高度の雲や霧以外の時間にはほぼ連続して水蒸気混合比が観測できた。また、夜間に絞りを開けた高高度までの観測では、高度3-4kmまでの水蒸気プロファイルが良好に得られた。その後、同ライダーを遠隔ネットワーク制御可能に改良しつつ、水平方向に向けた観測および車載の移動観測を行った。信楽での国有林上空の水平観測では、水蒸気の時間、空間変動が10%程度あることやエアロゾルの変動と相関が強いことを発見した。また阿蘇山の中岳での火山噴気の水平観測では、これまでの受動的な光学観測では不可能であった、火山から放出される水蒸気の量をはじめて直接的に観測することに成功した。以上のように、本研究課題は当初の予想を大きく上回って新しい応用観測を切り開く成果を挙げることができた。本年度は、Lバンドレーダーの観測下限高度である200mの高度の観測に特化したライダーの受信部の開発を行った。このために、ライダー方程式からシステムを設計し、望遠鏡、データ取得装置(スケーラ、レコーダ)、および光電増倍管(PMT)などの光学部品を選定して必要な物品を購入した。実験は、信楽にある既存のYAGレーザー送信機を用いて行った。システムの詳細な検討の結果、Nd:YAGレーザーの2倍高調波(532nm)と、607nmおよび660nmの窒素および水蒸気ラマン散乱を受信することで、200mの高度周辺を昼夜にかかわらず観測するチャンネルと夜間晴天時に高度プロファイルを得るチャンネルを別系統の光学系にすることを提案し、プロトタイプとして両者のどちらにも使えるポータブルなライダーシステムを試作した。この結果、高度200mの水蒸気量を連続的に計測できることを試験観測から示した。とりわけ、シンプルなシステムで昼間の観測の可能性を検証できたことは大きな成果であった。また、上記のライダーと下部対流圏プロファイラレーダー(LTR)のRASSとを同時に動作させるための準備としてLTRとMUレーダーのエコー強度の比較を詳細に行い、両者の観測を結合して地上200mから対流圏上部までの連続プロファィルを得ることに成功した。さらに長期観測のための、ライダー自動観測の制御ならびに表示ソフトウエアを開発し試験を行うとともに、全天候型の観測を行うためのライダーの収納および設置方法の検討を行った。以上のように本研究は順調に推移している。ライダーの開発に関して、本年度は、狭ビーム幅の小型レーザーを導入し、ライダー送信部を作成し、可搬型のライダーシステムを組み上げた。その結果受信視野を絞ることで夜間だけでなく昼間も高感度で高度200m付近の水蒸気をモニターできるライダーシステムを構築することができた。システムは現在信楽MU観測所に設置して長期観測実験を行っている。