hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
空間充填走査を用いたディジタル画像システムの構築

次世代のMPEG7などに代表される画像圧縮技術では,単なる圧縮のみの手法ではなく,画像の検索、内容抽出なども効率よく行うことができる技術が求められている.本研究では,空間充填曲線を利用してこのような画像検索に向いた新たな画像圧縮技術の開発を目的とする.昨年度と本年度に得た研究成果は次の通りである.(1)まず,画像上の複数の特徴的領域(例えば,平坦な領域)を充填しながら連続的に走査するような新たな空間充填走査方式を実現した.本手法は,画像からMinimum Spanning Tree(最小全域木)に基づく任意形状分割木を作成し,この任意形状分割木を用いて複数の領域をそれぞれ充填しながら連続的に走査するアルゴリズムである.また、この走査情報を最小全域木の枝刈りによって効率よく削減する方法を開発した。(2)次に,トレリス符号量子化手法を用いることにより符号量の削減を実現し,圧縮効率の向上を図った.トレリス符号量子化とは,トレリス符号変調の符号化構造を圧縮に応用したものである.実際の画像を使った圧縮実験では,SN比において,約10分の1の圧縮率で0.51.0dBの向上が見られた.(3)さらに,濃淡画像、カラー画像を対象として,色空間を含めた空間充填走査による画像圧縮手法の圧縮効率と処理速度との関係を,従来手法と比較して明らかにした.JPEGとの比較実験を行い,画像によっては,本手法が優れたり,あるいはやや劣ったりするが,視覚的にはほぼ近い画質であった.しかし,本手法の圧縮処理にかかる時間は,JPEGよりも約20倍かかることがわかった.計算量削減は今後の課題である.次世代のMPEG7などに代表される画像圧縮技術では,単なる圧縮のみの手法ではなく,画像の検索、内容抽出なども効率よく行うことができる技術が求められている.本研究では,空間充填曲線を利用してこのような画像検索に向いた新たな画像圧縮技術の開発を目的とする.昨年度と本年度に得た研究成果は次の通りである.(1)まず,画像上の複数の特徴的領域(例えば,平坦な領域)を充填しながら連続的に走査するような新たな空間充填走査方式を実現した.本手法は,画像からMinimum Spanning Tree(最小全域木)に基づく任意形状分割木を作成し,この任意形状分割木を用いて複数の領域をそれぞれ充填しながら連続的に走査するアルゴリズムである.また、この走査情報を最小全域木の枝刈りによって効率よく削減する方法を開発した。(2)次に,トレリス符号量子化手法を用いることにより符号量の削減を実現し,圧縮効率の向上を図った.トレリス符号量子化とは,トレリス符号変調の符号化構造を圧縮に応用したものである.実際の画像を使った圧縮実験では,SN比において,約10分の1の圧縮率で0.51.0dBの向上が見られた.(3)さらに,濃淡画像、カラー画像を対象として,色空間を含めた空間充填走査による画像圧縮手法の圧縮効率と処理速度との関係を,従来手法と比較して明らかにした.JPEGとの比較実験を行い,画像によっては,本手法が優れたり,あるいはやや劣ったりするが,視覚的にはほぼ近い画質であった.しかし,本手法の圧縮処理にかかる時間は,JPEGよりも約20倍かかることがわかった.計算量削減は今後の課題である.次世代のMPEG7などに代表される画像圧縮技術では,単なる圧縮のみの手法ではなく,画像の検索、内容抽出なども効率よく行うことができる技術が求められている.本研究では,空間充填曲線を利用してこのような画像検索に向いた新たな画像圧縮技術の開発を目的とする.本年度に行った研究結果は次の通りである.(1)まず,画像上の複数の特徴的領域(例えば,平坦な領域)を充填しながら連続的に走査するような新たな空間充填走査方式を実現した.本手法は,画像からMinimum Spanning Tree(最小全域木)に基づく任意形状分割木を作成し,この任意形状分割木を用いて複数の領域をそれぞれ充填しながら連続的に走査するアルゴリズムである.(2)次に,トレリス符号量子化を用いることにより符号量を削減の削減を実現し,圧縮効率の向上を図った.トレリス符号量子化とは,トレリス符号変調の符号化構造を圧縮に応用したものである.実際の画像を使った圧縮実験では,SN比において,約10分の1の圧縮率で0.51.0dBの向上が見られた.(3)さらに,濃淡画像を対象として,空間充填走査による画像圧縮手法の圧縮効率と処理速度との関係を,従来手法と比較して明らかにした.JPEGとの比較実験を行い,画像によっては,本手法が優れたり,あるいはやや劣ったりするが,視覚的にはほぼ近い画質であった.しかし,本手法の圧縮処理にかかる時間は,JPEGよりも約20倍かかることがわかった.計算量削減は今後の課題である.次世代のMPEG7などに代表される画像圧縮技術では,単なる圧縮のみの手法ではなく,画像の検索、内容抽出なども効率よく行うことができる技術が求められている.本研究では,空間充填曲線を利用してこのような画像検索に向いた新たな画像圧縮技術の開発を目的とする.本年度に行った研究成果は次の通りである.(1)まず,画像上の複数の特徴的領域(例えば,平坦な領域)を充填しながら連続的に走査するような新たな空間充填走査方式の符号化効率の向上を実現した.本手法は,画像からMinimum Spanning Tree(最小全域木)に基づく任意形状分割木を作成し,この任意形状分割木を用いて複数の領域をそれぞれ充填しながら連続的に走査するアルゴリズムである.

この走査情報を最小全域木の枝刈りによって効率よく削減する方法を開発した。実際の画像を使った圧縮実験では,SN比において,約20分の1の圧縮率で0.51.0dBの向上が見られた.(2)次に,カラー画像を対象として,色空間を含めた空間充填走査による画像圧縮手法の圧縮効率と処理速度との関係を,従来手法と比較して明らかにした.JPEGとの比較実験を行い,国際標準カラー画像によっては,本手法が優れたり,あるいはやや劣ったりするが,視覚的にはほぼ近い画質であった.しかし,本手法の圧縮処理にかかる時間は,JPEGよりも約20倍かかることがわかった.計算量削減は今後の課題である.
東北地方に分布する第四紀火山噴出物とその災害

今年度は,狩場山(北海道),陸奥ひうち岳(青森県),田代岳(秋田県),八幡平(秋田・岩手県境),寒風山(秋田県),鳥海山(秋田・山形県境),東駒岳(秋田・宮城・岩手県境),肘折カルデラ(山形県)の各火山の地質調査を行い,それらの火山形成史や岩石学的特徴を明らかにしてきた。これらの火山の中で陸奥ひうち岳以外は従来から第四紀火山とされてきていた。陸奥ひうち岳火山は本研究で,その火山灰の化学的性質から第四紀の噴出物の存在が明らかにされた。また肘折カルデラについてはTL法による年代測定を行い,約4万年前と9万年前の値が求められた。ところで火山には熱水変質がしばしば伴なわれている。上記火山体の中で,八幡平火山には多数の変質帯が分布することが明らかにされた。そして変質鉱物の組合せから,未変質帯・モンモリロナイト帯・カオリン帯に分帯され,未変質帯やカオリン帯内には地すべり崩積土は存在するが,地すべりの主産や副産は存在せず,モンモリロナイト帯にのみ主産や副産が連発することが明らかとなった。リゾ-ト原発に伴い,温泉地や火山周辺地域の開発が進められている昨今,地すべりの予測は,火山活動に伴う災害の予測と共に重要であり,今後こうした研究も重要である。
IV族半導体極微細構造形成プロセスに関する研究

本研究では、原子層成長・エッチング法をはじめとするラングミュア吸着・反応の制御プロセス技術を駆使して、IV族半導体極微細デバイスの製作プロセス技術を確立し、それによりSi系デバイスの微細化限界を実験的に追求し、新しい原理に基づくSiデバイス創生の指針を得ることを目的としている。本年度は、3年計画の第2年度として、前年度の改造整備を進めた原子制御プロセス装置の各種プロセス条件出しと安定化を進めると同時に、Si-Ge-C-N系の原子層成長、表面処理、並びに原子層エッチングを進め、また、SiGe低温選択エピタキシャル成長における高濃度ド-ピングとその極微細デバイスへの応用の研究を中心に行った。原子層成長や表面処理の研究では、フッ酸処理やpreheat法によりSi及びGe表面の水素終端を制御してSiH_4、GeH_4等の単分子吸着層の形成を図った。また、NH_3による400°Cでの一原子層熱窒化過程が、Si表面にNH_3のLangmuir型吸着脱離平衡層が形成されその層からの反応としてよく記述されること、CH_4による500600°CでのSi表面一原子層炭化過程が、Si表面に入射するCH_4分子数に比例したLangmuir型吸着・反応でよく記述されることを明らかにした。また、原子層エッチングの研究では、塩素の吸着と低エネルギーAr^+イオン照射を交互に行うことにより、SiやGeに引き続いてSiGeの自己制限型原子層エッチングが可能であることを実証し、Si窒化膜の役割分担型原子層エッチングの可能性を見い出した。極微細デバイス製作プロセスの研究では、MOSFETの極浅ソース・ドレイン層形成のためのSiGe混晶選択エピタキシャル成長層への高濃度不純物ド-ピング過程について定式化を行った。
特殊学級の現代化に関する建築計画的研究

特殊学級の運営を従来からの固定制と、児童生徒が特殊学級に特定の時間通級する通級制、特殊学級教師が児童生徒の在籍校を巡回する巡回制に分けて、特殊学級の望ましい運営方法を明らかにする。643市と都内23区の教育委員会へのアンケ-ト調査と、通級制と巡回制を併用した難聴学級等の実態調査結果からまとめてみる。1.通級制は、言語障害、難聴、弱視、情緒障害の順によく行われている。精薄、病弱、肢体不自由においても1割程度の自治体は通級制を併用しており、制度上、固定制としても、実態として通級制が行われる場合は更に増えると思われる。精薄と肢体不自由以外では、巡回制を行う自治体が極一部にみられ注目される。2.通級制は6割、巡回制は2割の自治体が整備の必要性を指摘し、それらの自治体では、言語、精薄、情緒、難聴の順に通級制を必要と考え、病弱、肢体不自由、弱視では巡回制の必要性もかなり指摘している。しかし、その実施上の最大の問題は、制度の未整備と、校外通級における時間的制約と付き添いの必要性である。3.通級制を、校内通級と校外通級に分けると、校外通級では、授業時間が通級のためにとられてしまうため、学習進度が遅れるなど児童生徒にとって弊害が大きく、このため、校内通級の方が望ましい。または、児童生徒本位の運営である巡回制が望ましいが、グル-プ指導は仲間づくりや指導上、必要かつ有効であり、これは通級によって実施できる。以上、まとめると、校内通級は全種類の特殊学級において、児童生徒のニ-ズに応じて実施できることがもとめられる。校外通級と校内通級を比較すると、後者が望ましく、そのために通学が困難になる場合は、送迎サ-ビスにも配慮したい。校外通級の場合は、巡回制を児童生徒の実態に応じて導入できる運営が必要と思われる。6つの都道府県市教育委員会におけるヒアリング調査と、全都道府県と11政令指定都市の教育委員会へのアンケ-ト調査、ならびに、2県において特殊学級関連の学校実態調査を実施した。情緒障害学級と言語障害学級については、在籍制のみ、または、通級制と在籍制の両方の方式をとる教育委員会が、難聴学級では、在籍制または通級制のいずれかの方式をとる教育委員会が多い。教育委員会によって、通級児童生徒の学籍を普通学級におく場合と特殊学級におく場合がある。他校への通級制では、学級の認定や教師の配当に関する制度上の問題と、授業時間が通級時間にとられてしまうこと、通級制に親の付き添いが必要になることが実際上の問題として指摘されている。特殊学級の設置校は、全般的に横這いまたは減少とする教育委員会が多い中で、情緒障害学級については今後設置校を増やしたいとするケ-スは比較的みられ、この中には、登校拒否学級の設置も含まれる。中学校の登校拒否問題への対策としては、保健室の機能を充実させて、きめ細かな対応を行えること、カウンセラ-や個別指導の教師を配置すること、個別的なわかる授業を研究・導入することの重要性を指摘する教育委員会が多い。院内学級の運営をみると、児童生徒が入院前に在籍し、退院後にもどる原籍校の教科書を使った指導をするケ-スや、児童生徒の入院期間に関わらず柔軟な対応を行うとするケ-スは少なくない。登校拒否児童生徒の入院が目立つ中で、院内学級の指導は治療効果を促進するといった意味から、高く評価されるケ-スもみられる。一方、児童生徒の入院期間が短期間で、転出入がはげしく、学級を維持できるだけの安定した児童生徒数を確保できないこと、中学校では、定数の関係から教科別の教師を確保できないこと、教室整備など病院側の理解が得にくいことなどが問題である。

以上、まとめると、校内通級は全種類の特殊学級において、児童生徒のニ-ズに応じて実施できることがもとめられる。校外通級と校内通級を比較すると、後者が望ましく、そのために通学が困難になる場合は、送迎サ-ビスにも配慮したい。校外通級の場合は、巡回制を児童生徒の実態に応じて導入できる運営が必要と思われる。
小天体探査機の軌道力学解析、及び小天体近傍での科学観測の検討

H21年度は米国研究機関に異動するまでの半年間、JAXA月・惑星探査プログラムグループにて、前年度から進めてきた小天体近傍および表面における探査機の運用技術に関する研究を引き続き行い、発展させた。研究の内容は下記の通りである。(1)はやぶさ探査機の小惑星イトカワ着陸時の姿勢データの解析を進め、着陸地点付近の微小重力分布のばらつきの導出を試みた。(この成果は現在、投稿論文を準備中である。)(2)はやぶさミッションにおける天体表面近傍やサンプルリターン時の運用実績を解析し、軌道力学的観点から、はやぶさ後継計画の目標天体である1999JU3とWilson-Harringtonに応用し、特に試料採取時および着陸機投入時の探査計画の立案へ応用した。(3)近地球型小惑星および木星トロヤ群小惑星のうち、特に二重小惑星へ探査機がランデブーし、安定的に科学観測をするときの軌道安定性について検討した。これらの結果、現在日本で検討中の始原天体探査構想(はやぶさ後継、ソーラー電力セイル)実現可能性を高める一翼を担った。またこれらの研究成果を惑星科学の学術雑誌や宇宙理工学の国際学会にも精力的に発表し、宇宙探査工学だけでなく惑星科学研究にも重要な貢献をしてきた。過去6ヶ月間、JAXA月・惑星探査プログラムグループにて、主に小天体近傍および表面における探査機の運用技術について検討を行なった。(1)小惑星内部の質量分布の特性をより明らかにするために、「はやぶさミッション」で取得したデータの解析を行なった。(2)「はやぶさミッション」で行なった天体表面近傍やサンプルリターン時の運用をはやぶさ後継ミッションの目標天体に応用し、当該ミッションで着陸探査機を設置する際の準備を行なった。(3)低推力推進探査機による木星圏探査ミッションにおいて、木星トロヤ群小惑星、特に二重小惑星ヘランデブーし、安定的に科学観測をするための実現可能性の評価した。(4)さらに低重力環境天体表面への着陸探査機のダイナミクスを研究するため、JAXAの小規模な落下塔での実験を開始した。特に、低重力における表面帯電効果の特性を明らかにするために、ダスト浮遊の新しい研究を始める事となった。これらに共通した研究目的は、小惑星などの低重力天体の近傍およびその表面で探査機を運用する際の危険性の評価と、小天体の表面特性の科学的理解を促進することである。これらは今後、地球上の1G重力環境および落下塔などの低重力環境下での比較実験につなげることで、宇宙探査工学および惑星科学の両面の研究に、さらなる発展を促すことができる。
小細胞肺癌に発現する下垂体分化制御因子を指標とした抗がん剤スクリーニング

[目的]小細胞肺癌は肺癌の中で最も悪性であり、化学療法や放射線療法といった古典的な治療法以外に有効な治療法はない。5年生存率は約20%であり、新たな治療法の開発が必要である。我々は、小細胞肺癌の一群が下垂体前葉の発生初期を制御する転写因子を高発現し、90%以上の5年生存率を示すことを発見した。本研究では、この独自の知見をもとに小細胞肺癌の分化や脱分化を誘導することで、治療感受性を増強できるかを調べた。[方法]口腔外胚葉の発現パターンを示す小細胞肺癌株SBC3, SBC5を用いて、脱脂FCSを含む培地で培養し、脱分化を誘導した。神経分化誘導には低接着プレートを用いた3次元培養を行った。神経分化誘導後の小細胞肺癌株を用いた化合物スクリーニングでは分子プロファイリング支援活動の支援を受けて入手した標準阻害剤キット14 (kit1 ver3.2, kit2 ver2.3, kit3 ver1.6, kit4 ver2.3)とシグマ社より購入したエピジェネティクス関連化合物ライブラリー(80種)の計445化合物を用いた。[結果]SBC3およびSBC5細胞では3次元培養により、下垂体分化経路の活性化が起こり、神経分化が誘導されることが明らかになった。また、神経分化後のSBC3細胞ではCa2+-PKCシグナル、CAMKII、Ca ionophoreなどの阻害剤が選ばれ、神経分化に伴い、神経のシナプスやスパイン形成に重要な因子の阻害剤が細胞増殖を抑制することが示唆された。小細胞肺癌の神経分化を誘導する系を確立し、分化細胞に対する阻害剤の候補を同定できたため。神経分化誘導した小細胞肺癌に選択的に増殖抑制効果を示す化合物を同定することができたが、生体内において小細胞肺癌の増殖を抑制できるかは明らかではない。今後、マウス移植モデルなどの動物実験によりこれら候補薬剤の有効性を評価する必要がある。また、SBC3、SBC5以外の小細胞肺癌での細胞増殖抑制効果を検証する必要がある。消耗品が予定よりも安価に購入できたため。次年度の振込手数料等に用いる。
自己反応性抗体による川崎病発症機序の解明

川崎病発症には免疫系異常が関係すると想定されているが、そのメカニズムの詳細は不明である。申請者らは川崎病患者血中に患者特異的な自己抗体が存在するという仮説を立てその同定を行った結果、いくつかの候補抗原を見いだした。本研究では本自己抗体の定量系を確立し、抗体価と臨床症状や重症度との相関を解析した。結果ある自己抗体が川崎病重症度と相関すると知られる血清Na値と負の相関がある事を見いだした。培養細胞およびラット組織の解析により本抗原は心筋細胞に発現する事、培養細胞においては細胞膜およびミトコンドリアに強く発現する事が判明した。患者特異的自己抗体が川崎病の疾患マーカーとなりうる可能性が示唆された。申請者らは川崎病患者血中に特異的に存在する自己反応性抗体候補を見いだし、その定量評価のシステムを確立した。本研究の目的はこの自己抗体の病態発症との関連を解析することである。(I)川崎病の診断/予後マーカーとしての川崎病特異的自己反応性抗体の定量的評価川崎病患者特異的な自己反応性抗体が存在することを見いだし、すでにその定量評価のシステムを確立した。この定量系(ELISA)により、川崎病患者血清を用いて抗体価測定を行い、疾患活動性あるいは合併症(冠動脈病変)との相関性を解析した。年齢、白血球数、好中球数、血小板数、CRP値、ヘマトクリット、アルブミン、AST, ALT、総発熱期間、発熱日数との相関は認められなかったが、血清Na濃度とは負の相関関係を見いだした。血清Na濃度低下は川崎病の重症度のマーカーの一つであり、抗原Xに対する抗体価と重症度の相関関係の可能性が示唆された。解析した川崎病集団では冠動脈病変を有する患者が存在しなかったため、現在冠動脈病変を伴った患者を含むより大きな集団での解析の準備を進めている。(II)川崎病患者特異的自己反応性抗体による血管内皮細胞傷害メカニズムの解明同定した自己抗体が血管内皮細胞にどのような傷害を及ぼすのかについて培養血管内皮細胞を用いた解析を行った。まず抗原X蛋白およびmRNAの組織分布を解析したところ、Xは様々な培養細胞や組織に発現する分子である事が判明した。抗原の局在をラットおよびマウスの組織を用いて免疫染色を行った。抗原Xの心筋の一部の細胞および血管内皮に発現が認められた。培養血管内皮細胞においては細胞内とくにミトコンドリアにその発現が認められた。蛋白分画により細胞内分画を検討したところ、一部は細胞膜上に発現する事が判明した。これらの結果から心臓内にある細胞に血清中の抗体が反応する可能性がある事が示唆された。申請者らはすでに川崎病患者特異的な自己反応性抗体が存在することを見いだし、その定量評価のシステムを確立した。本研究はこの自己抗体が川崎病発症原因であるかどうかを解析することを目的とする。(I)川崎病の診断/予後マーカーとしての川崎病特異的自己反応性抗体の定量的評価:川崎病患者特異的な自己反応性抗体が存在することを見いだし、すでにその定量評価のシステムを確立した。この定量系(ELISA)により、さらに多くの川崎病患者血清を用いて抗体価測定を行い、疾患活動性あるいは合併症(冠動脈病変)との相関性を解析している。同時にこの自己抗体の力価による本症の診断を、従来の診断基準や原田のスコアーとの比較も行っている。(II)川崎病患者特異的自己反応性抗体による血管内皮細胞傷害メカニズムの解明:同定した自己抗体が血管内皮細胞にどのような傷害を及ぼすのかについて培養血管内皮細胞を用いたin vitroおよびin vivoの解析を行った。まず抗原の局在をラットおよびマウスの組織を用いて免疫染色を行った。抗原Xの局在は心筋の一部の細胞および血管内皮に発現が認められた。培養細胞においては細胞内とくにミトコンドリアにその発現が認められた。ヒト培養血管内皮細胞(HUVEC)の培養上清に抗原Xに対する抗体を添加しサイトカインの反応や、ICAMの発現などの変化を解析している。またこの細胞において抗原Xのノックダウンの系を確立した。現在自己反応性抗体やサイトカインによる内皮細胞障害がこの分子の有無により変化するかどうかを解析中である。当初の計画通り進行している。(III)自己反応性抗体を用いた新規川崎病モデル動物の作成現在のところ川崎病の病態を正確に反映したモデル動物は存在せず、治療法の開発において大きな問題となっている。申請者らが同定した患者特異的自己反応性抗体が病態発症を引き起こすことをin vivoで証明するために、健常マウスにそれらの抗原に対する抗体を投与/あるいは産生させ、川崎病モデルマウスとなりうるかどうか、すなわちマウスの冠動脈の炎症あるいは冠動脈瘤の形成が確認できるかどうかについて検討する。該当なし
分子副木としてのN-メチールベンズアニリドを用いた機能性分子構築

アミド結合はタンパク質などの生体高分子の重要な剛性要素の一つであり、その立体構造は古くから有機化学の研究対象としてとりあげられており、また生理活性分子におても重要な役割を持つことが指摘されている。本研究では、N-メチルベンズアニリドにおける二級アミドの構造特異性を用いて種々のアミド分子を構築し、これらの構造的特性を詳細に解析した。まずはじめに、ベンズアニリドのアミド窒素をメチル化することによって発現する普遍的現象であるcis配向性について検討した。即ちベンズアニリドおよびN-メチルベンズアニリドの両ベンゼン環にメチル基等を導入した種々の類縁体を合成し、cis配向性がどこまで維持されるかについてかについて調べた。この結果cis型になることにより立体的に不利になると考えられる化合物においても、この性質が発現していることがわかった。次に、芳香族N-メチルアミドを素材として用いた種々の化合物を構築した。中心となるベンゼン環に23個のメチルアミドが結合した化合物を合成し、それらの構造をX線結晶解析により詳細に解析したこの結果、3置換化合物においても立体的に不利なcis型が形成されることがわかった。さらに、N-メチルアミドが環状に36個連結した環状N-メチルアミド類の構造について検討した。これらも予想どうりすべてのアミドはcis型であり、トリアミド化合物ではお椀状、またテトラアミド化合物は四角形の空洞をつくる環状化合物であった。このほか、N,N ́-ジメチル-N,N ́-ジフェニルウレアおよびその類縁体について同様に解析し、これらの5層構造体等を構築した。このように本研究を通じて、N-メチルアミド副木構造を用い、これに種々の置換基を導入してさまざまな機能分子へ発展させることが可能であることがわかった。アミド結合はタンパク質等の生体高分子の重要な構成要素の一つであり,その立体構造は古くから有機化学の研究対象としてとりあげられており,また生理活性分子に於ても重要な役割を持つことが指摘されている.本研究ではベンズアニリドの窒素をメチル化したNメチルベンズアニリドが常にcis型で存在することに着目し,この分子を構成要素とした種々の分子構築を行った.Nメチルベンズアニリドをベンゼン環のパラ位で連結した化合物,およびNジメチルアミドによりベンゼン環を連結した化合物群においてこのcis配向性は維持され,目的とする一方向に伸びた鎖状の化合物を構築することができた.これらの化合物群の構造をX線結晶解析およびNMR解析により詳細に検討し,Nメチルアミド部分の立体構造は結晶中および溶液中で同様のcis型をとることを確認した.さらに,このNメチルベンズアニリドのcis配向性を利用して環状Nメチルベンズアミド類を合成し,その立体構造を検討した.meta-(methylamido)benzoic acidをtetrachlorosilaneと共に処理すると3-6個の芳香族アミド単位を有する環状オリゴマーが得られた.X線結晶解析の結果これらすべてのオリゴマーのアミド結合は結晶中でcis型であった.一方NMRによる解析の結果,トリマ-のスペクトルにおいてsyn型とanti型の平衡が存在することがわかった.現在さらに大環状のNメチルベンズアミドの精密構造解析を実施している.Nメチルベンズアミド類のcis配向性の理由については現在なお検討中であるが依然として不明である.今後はスルホンアミド類について検討する予定である.アミド結合はタンパク質などの生体高分子の重要な構成要素の一つであり、その立体構造は古くから有機化学の研究対象としてとりあげられており、また生理活性分子におても重要な役割を持つことが指摘されている。

まずはじめに、ベンズアニリドのアミド窒素をメチル化することによって発現する普遍的現象であるcis配向性について検討した。即ちベンズアニリドおよびN-メチルベンズアニリドの両ベンゼン環にメチル基等を導入した種々の類縁体を合成し、cis配向性がどこまで維持されるかについてかについて調べた。この結果cis型になることにより立体的に不利になると考えられる化合物においても、この性質が発現していることがわかった。次に、芳香族N-メチルアミドを素材として用いた種々の化合物を構築した。中心となるベンゼン環に23個のメチルアミドが結合した化合物を合成し、それらの構造をX線結晶解析により詳細に解析した。この結果、3置換化合物においても立体的に不利なcis型が形成されることがわかった。さらに、N-メチルアミドが環状に36個連結した環状N-メチルアミド類の構造について検討した。これらも予想どうりすべてのアミドはcis型であり、トリアミド化合物ではお椀状、またテトラアミド化合物は四角形の空洞をつくる環状化合物であった。このほか、N,N'-・ジメチル・N,N'-・ジフェニルウレアおよびその類縁体について同様に解析し、これらの5層構造体等を構築した。このように本研究を通じて、N-メチルアミド副木構造を用い、これに種々の置換基を導入してさまざまな機能性分子へ発展させることが可能であることがわかった。
根菜類遊離土砂の簡易式高速堆肥化による殺菌

根菜類遊離土砂は、有機物を多く含み肥効性に富んだ土壌であるが、土壌病原菌類を多く含むことから、病原菌の拡散を防ぐため圃場に還元されずに、未利用地に堆積放置されている。病原菌汚染土壌の殺菌法は、物理的化学的方法が種々試みられているが、いずれもコストト面に難点があって小規模のものしか実用化されていない。一方微生物を利用した発酵消毒法は低コストが期待でき大量処理に適している。本研究は、根菜類遊離土砂のうち、近年特に病害問題の多いビート遊離土を対象として、コンポスト(堆肥)化による発熱で、土壌病原菌を殺菌し圃場に還元する方法を確立するために実施したものである。本研究は主として、ビート遊離土を含むビート糖製糖工場からの排出物によるコンポスト製造条件を求める基礎実験とビート遊離土中の病原菌類の加熱処理による死滅条件を明らかにする基礎実験と、4回にわたる強制通風堆積コンポスト法による実用実験とからなっている。得られた結果は、次のようにまとめられる。1.ビート遊離土、脱水余剰汚泥、CSF(ステフエン廃水濃縮液)、打砕麦稈をそれぞれ重量比で81:13:2:4程度に混合し、水分を約45%、通風量を0.5l/min!kgDM、通風回数を4分通風16分停止で行えば良好な発酵が得られる。2.発酵を開始させるためには、材料温度は少なくとも5°C以上、できれば10°C以上が望ましい。3.土壌病原菌の殺菌は、55°C3週間のコンポスト期間があれば十分である。4.厳寒期においても、前期条件を満たせば強制通風堆積コンポスト法によって、殺菌およびコンポスト製造は可能であるが、温度むら、品質むらができやすい。5.コンポスト処理後の土壌は、PHが高く、発芽抑制が認められるが、後熱過程を経れば、発育効果、発病抑制効果の高い土壌となる。6.強制通風堆積コンポスト法は、麦稈等膨軟機が得られれば、他の農産物残渣処理に応用できる。
刺激によるイオンチャンネル機能の制御

[1]実験方法の確立野間班員はオイル隔絶を用いた溶液瞬間交換法を開発し、これを用いてATAによるK^+チャンネルの制御機構の研究を開始している。高橋(智)班員は新生ラット脊髄のスライス上で運動ニューロンのcell attached clamp法を確立し、セロトニンの作用の研究を始めた。中山班員はリン酸化を阻害するための特異的抗ペプチド抗体を作製した。[2]膜タン白cDNAクローニング大久保班員はヒトsubstanceK受容体、栗山班員はヒトGABA_A受容体のクローニングを開始している。二井班員はブタ胃壁細胞H^+/K^+ ATPaseのcDNAをクローン化し塩基配列を決定した。[3]感覚受容器における研究立花班員および篠沢班員は視細胞においてグルタミン酸キャリアーおよびcGMP結合タン白の研究を行なっている。栗原班員は味細胞の脱分極機構におけるcAMPの関与を、大森班員は内耳有毛細胞の機械的刺激受容機構においてCaイオンが果たす役割を解明しつつある。[4]細胞内Caイオン赤池班員はGABAおよびベンゾジアゼピン受容体に対し細胞内Caイオンが抑制的に働くことを明らかにした。東田班はinsideーout patch clamp法によりK^+チャンネルに対するCaイオンの効果を研究している。[5]タキキニン受容体瀬川班員は中枢サブスタンスP受容体の精製、可溶化および分子量の測定を行なった。大塚班員は中枢タキキニン受容体(NKー1型)に対する特異的アゴニストおよびアンタゴニストの結合を検討している。[6]その他高橋(国)班員は原裂索動物胚を用いて神経誘導時における細胞内シグナルトランスダクションの役割を検討している。また丸山班員は膵外分泌腺細胞において細胞内メッセンジャーによるチャンネルの抑制の研究を開始した。
外科侵襲や感染におけるフィブロネクチンの生体保護作用の解明

われわれはフィプロネクチン(Fn)のエンドトキシン(LPS)ショックや肝不全モデルでの生体保護作用と機序、メチシリン耐性ブドウ球菌(MRSA)感染治療の可能性、術後創傷治癒促進効果を検討した。ラット肝切除後LPS投与モデルにおいて、Fn投与群はControl群よりも有意な生存率の改善を認めた。炎症性サイトカイン(INF-α、IL-1β、IFN-γ)は血清、肝組織ともFn投与群で有意にその増加が抑制された。さらにF群では転写因子nuclear factor(NF)-κB活性の有意な発現抑制、TUNEL染色のpositive indexの有意な抑制、肝組織中のBcl-XLの活性亢進とcaspase3、8の抑制が認められた。肝切除後エンドトキシンショックモデルにおいて、Fnは炎症性サイトカインとアポトーシス抑制により生体保護効果をもたらした。GalN/LPS投与に肝不全モデルでは、NF-κBの活性化抑制による炎症性サイトカイン産生抑制とIL-10の亢進、Bcl-xLの発現の抑制を介して、マウスの生存率を有意に改善した。また、熱傷マウスを用いたMRSA菌による敗血症モデルにおいて、FnはMRSA菌のprotein-Aと特異的に結合し、オプソニン作用を介した食:細胞の食食能を向上により、MRSA菌による敗血症を予防できたことから、抗生剤耐性菌の出現のないMRSA治療が可能であると考えられた。最後に、術後のFn投与は皮膚および腹壁縫合部の抗張力維持に有効であり、従来、術後の創部移開はアルブミン低下による低栄養状態が強調されてきたが、術後における血清Fn濃度の維持が創傷治癒に重要であった。創傷治癒過程においては、Fn-インテグリン系を介した細胞の伸展や移動が必須であり、さらに、Fnとフィブリンα鎖やコラーゲンとの架橋形成が創部の抗張力維持に寄与していると考えられた。【目的】フィブロネクチン(Fn)は血液、体液、組織細胞間質に存在し、細胞保持と細胞移動を制御する高分子糖蛋白であり、細胞増殖や分化、組織修復や創傷治癒にも関与している。大量肝切除後の早期死亡例にはエンドトキシン血症や重篤な感染症が合併している場合が多いことから、われわれはFnの生体保護効果を検討した。【方法】1)SD系雄性ラットを用い70%肝切除術を施行、2日後にLPS1.5mg/kgを静脈投与しエンドトキシンショックモデルを作成した。LPS投与2時間前にFn100mg/kgを静脈投与した群をFn群とし、control群には100mg/kgのBSAを投与した。2)マウスの肝不全モデルは9週齢の雌性マウスにD-G400mg/kgとLPS50μg/kgを腹腔内に同時投与した。D-G/LPS投与30分前にFn500mg/kgを静脈投与した群をFn群とし、同量のBSAを投与した群をC群とした。【結果】1)ラット肝切除後LPS投与モデルにおいて、Fn投与群はControl群よりも有意な生存率の改善を認めた。炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-1β、IFn-γ)は血清、肝組織ともFn投与群で有意にその増加が抑制され、肝組織の変性壊死やTUNEL染色陽性細胞数もFn投与群で有意に抑制された(論文掲載済)。2)D-G/LPS同時投与により、C群では全例が死亡したが、Fn群での生存率は100%と有意に良好であった。

D-G/LPS投与後の血清AST、ALT、LDH値はFn投与群では低値で推移し、C群と有意差を認めた。血清・肝組織中炎症性サイトカイン濃度もFn投与により有意な低値を示した。【結論】Fnは炎症性サイトカイン産生抑制やアポトーシス抑制による肝保護作用により、肝切除後エンドトキシン血症やD-G/LPS誘発肝不全モデルの生存率を改善したと考えられた。【目的】Galactosamine (GalN)を投与した動物ではLipopolysaccharide (LPS)に対する感受性が亢進しており、両者を同時投与すると広汎肝壊死が誘導される。フィブロネクチン(FN)は血液、体液、組織細胞間質に存在し、細胞保持と細胞移動を制御する高分子糖蛋白であり、細胞増殖や分化、組織修復、創傷治癒やアポトーシス抑制にも関与していることから、GalN/LPS誘発致死的肝壊死モデルに対するFNの生体保護作用と機序を検討した。【結果】GalN/LPS同時投与により、コントロル群では24時間以内に全例が死亡したが、F群での生存率は濃度依存的に有意に良好であった。GalN/LPS投与後の血清AST、ALT、LDH値はFN投与群では有意に低値で推移した。血清中のTNF-α、IL-1β、IFN-γの濃度もFN投与により有意に低値を示したが、IL-10濃度はF群では有意な増加を示した。残存肝組織中の好中球浸潤数も、TUNEL染色のpositive indexもF群では有意に抑制された。さらに、F群ではGalN/LPS投与によるcaspase 3、8活性の増強の有意な抑制と、アポトーシスシの阻害蛋白であるBcl-xL発現量の有意な増加が認められ、転写因子NF-κBの活性化も、F群では有意に抑制された。【考察】FNは、NF-κBの活性化抑制による炎症性サイトカイン産生抑制とIL-10の亢進、Bcl-xLの発現の抑制を介して、マウスの生存率を改善したと考えられた。【目的】近年、メチシリン耐性ブドウ球菌(MRSA)による感染の重篤化が問題となっている。ブドウ球菌の細胞壁成分の一つとしてプロテインA(PA)があり、臨床材料から分離される株のおよそ95%にPAの産生が認められている。フィブロネクチン(Fn)は、食細胞によるブドウ球菌の貧食において重要なオプソニンであり、食細胞は補体C3およびFnレセプターを介してブ菌を貧食し、殺菌するとされている。われわれはFnのMRSA抑制効果を検討した。【方法】1)MRSA菌(protein A+)、Mutant MRSA菌(protein A-)とFn溶液を等量混合した後、37°Cにて15分間インキュベーションし、ラット腹腔溶出細胞を混合し、遠心にてラット腹腔溶出細胞を除去し、上清中の生菌数を測定した。2)体表面積の約30%熱傷マウスの皮下にMRSA菌浮遊液を熱傷部位の皮下へ注射し、Fnやアルブミン投与によるマウスの生存率を検討した。【結果】1)Fn投与により、ブドウ球菌の食細胞への貧食率が有意に増加し、食細胞の代謝阻害剤や培養細胞(BHE Cell)を用いることにより、そのオプソニン活性は、真の食細胞内への取り込み促進作用であることが確認された。また、ヒトおよびラットの単球および好中球を用いた検討では、Fnのオプソニン活性は、単球を用いた場合には認められたが、好中球の場合は認められなかった。さらに、単球のトリプシン処理により、その活性が消失することより、Fnのレセプターは単球には存在するが、好中球にはないものと推察された。
応力発光ナノファイバーシートの開発

本研究では、力学的刺激により発光する「応力発光特性」をもつテトラアリールスクシノニトリル骨格を導入した応力発光ナノファイバーの開発を指向して、応力発光に適用可能なテトラアリールスクシノニトリル骨格含有高分子を合成を検討した。具体的には、テトラアリールスクシノニトリル骨格を有するジオール誘導体を出発原料の一つとして、ソフトセグメントとハードセグメントの比率が異なるいくつかのセグメント化ポリウレタンを合成した。得られたポリウレタンは応力発光特性が確認された。また、エレクトロスピニング法を利用して、テトラアリールスクシノニトリル骨格含ポリウレタンのナノファイバー作成を試み、最適化の条件を見出した。高分子・繊維材料
電子図書館構築のための文書データ入力支援システムの高機能化

昨年度に引続き,文書画像のレイアウト解析の高機能化に関する研究を行うと共に,電子テキストを対象として,ハイパーテキストリンク自動生成について検討を行った.概要は以下の通りである.1.ポロノイ図を用いた文字列抽出法の改良昨年度に提案した文字列抽出法について,抽出に用いる特徴量や処理アルゴリズムの改良を行った.また,マンハッタンレイアウト,非マンハッタンレイアウトの文書画像50サンプル(各25サンプル)を対象として実験を行い,性能を評価した.その結果,平均処理時間約7秒(Pentium II 300MHz),文字列抽出率89.6%という結果を得,処理精度的には課題が残るものの,高速に処理可能であることがわかった.2.ブロック抽出結果を用いた文字列抽出法の検討上記手法の処理誤りの多くは,局所的な制約のみを考慮して文字列を抽出することに起因する.そこで,ブロックという大域的な領域の抽出結果を用いて,文字列抽出の誤りを訂正する処理を考案し,弛緩法に基づいて実現した.同じ機器,サンプルを用いて評価実験を行ったところ,平均処理時間52秒,文字列抽出率90.6%を得た.処理誤りの殆んどはブロック抽出誤りに起因するものであった.3.ハイパーテキストリンクの自動生成法の検討ハイパーテキストリンクをいかに生成するかは,電子図書館を実現する上で重要な問題である.予めシステム作成者がリンクを生成しておくのではなく,利用者の要求に応じてリンクが生成できれば,よりユーザフレンドリなシステムとなる.そこで本研究では,電子テキストを対象に,ユーザが興味を持つ文書の一部(例示部分)を例示すると,それに関連した部分(関連部分)を文書データベースから抽出する手法を検討した.本手法の特徴は,単語出現密度を用いて関連部分を同定する点にある.実験の結果,再現率62.9%,適合率58.8%を得,本手法の有効性を確認した.本年度は,データ入力支援システムの中核をなす文書画像のレイアウト解析の高機能化を目的とし,以下の項目について検討を行った.1.ボロノイ図を用いた領域分割法の改良昨年度に考案した領域分割法の細部を見直し,処理の高速化を図るとともに,文書画像226サンプルについて実験を行った.その結果,本手法は画像の解像度,傾き,レイアウトによらず安定的かつ高速(300dpiの画像に対して57秒/P6-200MHzのCPU利用)に領域分割が可能であることがわかった.2.ボロノイ図を用いた文字列抽出法の検討上の手法はテキストブロック・図表・写真などのブロックを抽出するものである.データ入力支援システムでは文字列を抽出する必要もあるため,その手法を実現した.本手法は,ボロノイ図から得られる連結成分間の隣接関係をグラフとして表し,そのグラフの部分グラフとして文字列を抽出するものである.この際,連結成分間を結ぶアークの角度,長さ(距離)をもとに,一定距離内で直線的に並ぶことを制約として用いている.20サンプルの文書画像を対象に実験を行った結果,大半の文字列が傾きによらず抽出できることが分かった.3.カラー文書画像に対するレイアウト解析法の検討近年,雑誌などではカラー印刷が多用されるようになってきた.このような文書の自動入力を目指し,カラー文書画像のレイアウト解析を検討した.特に本研究では,雑誌の本文でしばしば見受けられる「背景色を変更することにより階層的に記事の区別を表す」ようなレイアウトの文書を対象に,色クラスタリング,連結成分分類という2種類の処理を再帰的に施し,階層構造を抽出する手法を考案した.昨年度に引続き,文書画像のレイアウト解析の高機能化に関する研究を行うと共に,電子テキストを対象として,ハイパーテキストリンク自動生成について検討を行った.概要は以下の通りである.1.ポロノイ図を用いた文字列抽出法の改良昨年度に提案した文字列抽出法について,抽出に用いる特徴量や処理アルゴリズムの改良を行った.また,マンハッタンレイアウト,非マンハッタンレイアウトの文書画像50サンプル(各25サンプル)を対象として実験を行い,性能を評価した.その結果,平均処理時間約7秒(Pentium II 300MHz),文字列抽出率89.6%という結果を得,処理精度的には課題が残るものの,高速に処理可能であることがわかった.2.ブロック抽出結果を用いた文字列抽出法の検討上記手法の処理誤りの多くは,局所的な制約のみを考慮して文字列を抽出することに起因する.そこで,ブロックという大域的な領域の抽出結果を用いて,文字列抽出の誤りを訂正する処理を考案し,弛緩法に基づいて実現した.同じ機器,サンプルを用いて評価実験を行ったところ,平均処理時間52秒,文字列抽出率90.6%を得た.処理誤りの殆んどはブロック抽出誤りに起因するものであった.3.ハイパーテキストリンクの自動生成法の検討ハイパーテキストリンクをいかに生成するかは,電子図書館を実現する上で重要な問題である.予めシステム作成者がリンクを生成しておくのではなく,利用者の要求に応じてリンクが生成できれば,よりユーザフレンドリなシステムとなる.そこで本研究では,電子テキストを対象に,ユーザが興味を持つ文書の一部(例示部分)を例示すると,それに関連した部分(関連部分)を文書データベースから抽出する手法を検討した.本手法の特徴は,単語出現密度を用いて関連部分を同定する点にある.実験の結果,再現率62.9%,適合率58.8%を得,本手法の有効性を確認した.
耐酸性コンクリ-トの配合確立に関する研究

当研究室では、昭和48年よる、コンクリ-トの耐酸性に関する実験を継続して行ってきており、pHが約4程度の水(銅山廃坑から湧出水混入による)が流下している谷川に、多数のコンクリ-ト供試体を浸漬し、その耐酸性を追求してきている。本実験もその一連として、従来使用してきていない耐硫酸塩セメントとフライアッシュセメントB種からなるコンクリ-ト供試体をそれぞれ30本づつ作製し、5年間にわたって諸性状を追跡するため、半数を室内恒温水槽内へ、残りを現地酸性水が流下している谷川に浸漬した。これを室内及び現地長期実験と呼ぶ。その他、1年間の強度発現を観察するため室内短期実験を実施した。これらの実験で測定した項目としては、(1)重量(減少率)、(2)体積(減少率)、(3)密度、(4)超音波伝播速度、(5)動弾性係数、(6)圧縮強度、である。5年間の両長期実験は、末だ材令1年目しか測定しておらず十分なデ-タ数が得られていないので、結論を出すのは時期尚早であるが、現在までに得られた結果をまとめると次のようになる。(1)フライアッシュセメントB種コンクリ-トの耐酸性が現在のところ高い。これは、超音波伝播速度、動弾性係数、密度などの非破壊試験結果から十分立証できる。(2)非破壊試験の内で超音波法は、供試体の形状とか大きさなどに左右されず、測定に時間がかからず極めて有効な方法である。今後とも侵食を受けたコンクリ-トなどの測定に効力を発揮するものと考えられる。(3)砂防ダムのような現地構造物の調査に超音波法を適用するには、十分な事前の準備と滑らかなコンクリ-トの表面部分を必要とする。当研究室では、昭和48年より、コンクリ-トの耐酸性に関する実験を継続して行ってきている。特に、pHが約3.5程度の水(銅山廃坑からの湧出水混入による)が流下している自然河川に、多数のコンクリ-ト供試体を浸漬し、その耐酸性を追及してきている。これまで実験に使用してきているセメントの種類は、普通ポルトランドセメント、それらにAE剤を混入したものと高炉セメントB種であるが、これらに加えて、今回は、フライアッシュB種セメント、耐硫酸塩性セメント(当初は、シリカセメントを計画していたが、国内では既に生産中止になっていたため急遽変更)を使用し、主要な国産セメントの耐酸性を比較できるようにすることができた。平成元年度に実施できた実験内容と、今後の実験計画を列挙する。(1)鳥取市近傍にあるpH約3.5の水が流下する小さな谷川に、実験期間5年にわたる両セメントから成るφ10×20cmの円柱供試体を計30本を平成元年11月に浸漬した。これらを1年毎に引揚げ、密度、超音波伝播速度、動弾性係数、圧縮強度の測定と腐食生成物の検出を行う。(2)室内恒温水槽内には、(1)の現地浸漬供試体と対を成す両セメントから作製した同形上の供試体30本を養生し、半年毎に、密度、超音波伝播速度、動弾性係数を測定する。更に、1年毎に上記測定項目以外に圧縮強度試験を実施する。(3)(1)の現場以外に、姫路市の皮革排水管路内に、普通ポルトランドセメント,フライアッシュB種セメントおよび耐硫酸塩性セメントから成る10×20cmの円柱形供試体を各12本づつ計36本を気相内(空中)に設置する機会を得た(平成2年1月31日)。

これらについても(1)の場合と同様な測定項目について、36ケ月ごとに引き揚げ追跡測定していく予定である。当研究室では、昭和48年より、コンクリ-トの耐酸性に関する実験を継続して行ってきており、pHが約4程度の水(銅山廃坑からの湧出水混入による)が流下している谷川に、多数のコンクリ-ト供試体を浸漬し、その耐酸性を追求してきている。本実験もその一連として、従来使用してきていない耐硫酸塩セメントとフライアッシュセメントB種からなるコンクリ-ト供試体をそれぞれ30本づつ作製し、5年間にわたって諸性状を追跡するため、半数を室内恒温水槽内へ、残りを現地酸性水が流下している谷川に浸漬した。これを室内及び現地長期実験と呼ぶ。その他、1年間の強度発現を観察するため室内短期実験を実施した。これらの実験で測定した項目としては、(1)重量(減少率)、(2)体積(減少率)、(3)密度、(4)超音波伝播速度、(5)動弾性係数、(6)圧縮強度、である。5年間の両長期実験は、未だ材令1年目しか測定しておらず十分なデ-タ数が得られていないので、結論を出すのは時期尚早であるが、現在までに得られた結果をまとめると次のようになる。(1)フライアッシュセメントB種コンクリ-トの耐酸性が現在のところ高い。これは、超音波伝播速度、動弾性係数、密度などの非破壊試験結果から十分立証できる。(2)非破壊試験の内で超音波法は、供試体の形状とか大きさなどに左右されず、測定に時間がかからず極めて有効な方法である。今後とも侵食を受けたコンクリ-トなどの測定に効力を発揮するものと考えられる。(3)砂防ダムのような現地構造物の調査に超音波法を適用するには、十分な事前の準備と滑らかなコンクリ-トの表面部分を必要とする。
宇宙背景重力波の起源とその検出可能性の理論的研究

Randall-Sundrumモデルにおける背景重力波の進化について、数値計算の手法を用いて解析した。余剰次元が存在すると、重力波は、フリードマン方程式の高エネルギー補正に伴う増幅効果と、Kaluza-Kleinモードの励起による減衰効果を同時に受ける。本研究の解析により、輻射優勢期においては二つの効果が相殺し、余剰次元が存在するにもかかわらず背景重力波のスペクトルが4次元理論で予言されるものとほぼ同じになることが示された。また、宇宙の状態方程式変えて同様の解析を行った結果、Kaluza-Kleinモードの励起に関してある普遍的な法則があることを示した。こういった背景重力波の検出(観測)の際には、一般的に非ガウシアン的雑音の存在を考慮する必要がる。本研究では、一般化された背景重力波信号の相関関数を用いることで、背景重力波の検出効率が増加することを示した。インフレーション中には、背景重力波(テンソル)と共に曲率揺らぎ(スカラー)も生成される。本研究では、RSモデルにおけるブレーンインフレーションモデルの1つであるHawkins-Lidseyモデルを用いて、インフラトン場の揺らぎと曲率揺らぎの進化について、古典論の範囲での数値シミュレーションを行った。その結果、小スケールの揺らぎほど振幅が抑えられることが分かった。これは、ブレーン上に束縛されているインフラトン場の揺らぎの一部が、それと結合する曲率揺らぎを介して余剰次元方向へと逃げ出すことによる。さらに、本研究はインフラトン揺らぎと曲率揺らぎとの結合系を量子論的に取り扱うことに成功し、インフレーション中における曲率揺らぎの振幅を半解析的に求めた。この解析から、時空が5次元的に振る舞うことによる曲率揺らぎのパワースペクトルの補正は、4次元理論におけるStewart-Lyth補正と同程度であることが示された。科研費の申請時にはまだ開発中であった「Poincare座標系を用いた、5次元時空を伝播する重力波のシミュレーションプログラム」を完成させた。このコードを用いて、ブレーン上が輻射優勢宇宙(宇宙初期)となっている状況下においての、インフレーション起源の背景重力波の振る舞いについて調べた。これによると、5次元宇宙の場合、時空が5次元であることによって補正が加わる宇宙膨張の効果と、ブレーンから余剰次元空間へ逃げていくKaluza-Klein(KK)モードの励起による効果がちょうど打ち消しあい、背景重力波のスペクトルが4次元宇宙で予言されているものと殆ど同じになることが分かった。さらに、宇宙の状態方程式が輻射優勢期のものとは異なる場合、KKモードの励起にどのような影響があるかを考察した。これによると、KK modeの励起の度合いが、状態方程式に対して鈍感であることが分かった。このことは、重力波が宇宙の地平線に再突入する時刻における宇宙のエネルギースケールとKKモードの励起の度合いとの間に、何らかのユニバーサルな関係があることを示唆しており、この点については引き続き研究を続ける必要がある。また、この研究課題と平行して、2年目の課題としてあげていた「天体起源の背景重力波」についても研究を開始している。特に、宇宙中でもっとも強力な天体現象の一つであるガンマ線バーストに着目し、それに伴う強力なニュートリノ放射から生成される重力波の検出可能性、および、背景重力波としてインフレーション起源の背景重力波の観測に与える影響について考察した(論文作成中)。ガンマ線バースト(GRB)に付随する重力波の「メモリー効果」がインフレーション起源の背景重力波(IGWB)の観測に与える影響について考察した。collapsar modelを用いて、メモリー効果の角度の依存性に関する解析公式を作り、それを基にして背景重力波のスペクトルを作成した。結果として、IGWBの観測の窓とされている0.1Hz近傍でそれを害するほどの水準に達しないことを示した(MNRAS)。IGWBと天体起源背景重力波とを区別する手段の一つとして、背景重力波の非等方性の検出がある。本研究では、次世代スペース重力波アンテナDECIGO/BBOを用いた場合に得られるシグナルから非等方性を抽出する手法を提唱した。これを用いて、全天を調和関数展開したときのl=7までのモードに関してDECIGO/BBOの感度曲線を示した(PRD)。Randall-Sundrumブレーンワールドではフリードマン方程式の高エネルギー補正に伴う背景重力波の振幅の増幅効果と、重力が余剰次元方向へ伝播できることに起因する減衰効果の存在が知られている。本研究では、同モデル下で背景重力波の伝播を数値的に解析し、余剰次元方向へ逃げ出す重力波の量が宇宙の状態方程式に依存しない法則に従うことを発見した。昨年度の研究で「輻射優勢期では二つの高次元効果が相殺する」という結果が得られたが、本研究により、一般には相殺しないことを示した。(PRD査読中)。スローロールインフレーション理論では、インフラトンの量子論的揺らぎが古典的な密度揺らぎへと転化して大規模構造の種を作ると考え得られている。本研究では、Randall-Sundrumモデルにおけるインフラトンの揺らぎを古典論の範囲で数値計算し、曲率揺らぎ(密度揺らぎ)が、5次元の計量の摂動の影響によって4次元の理論の予言からずれ得ることを示した(論文作成中)。

本研究の解析により、輻射優勢期においては二つの効果が相殺し、余剰次元が存在するにもかかわらず背景重力波のスペクトルが4次元理論で予言されるものとほぼ同じになることが示された。また、宇宙の状態方程式変えて同様の解析を行った結果、Kaluza-Kleinモードの励起に関してある普遍的な法則があることを示した。こういった背景重力波の検出(観測)の際には、一般的に非ガウシアン的雑音の存在を考慮する必要がる。本研究では、一般化された背景重力波信号の相関関数を用いることで、背景重力波の検出効率が増加することを示した。インフレーション中には、背景重力波(テンソル)と共に曲率揺らぎ(スカラー)も生成される。本研究では、RSモデルにおけるブレーンインフレーションモデルの1つであるHawkins-Lidseyモデルを用いて、インフラトン場の揺らぎと曲率揺らぎの進化について、古典論の範囲での数値シミュレーションを行った。その結果、小スケールの揺らぎほど振幅が抑えられることが分かった。これは、ブレーン上に束縛されているインフラトン場の揺らぎの一部が、それと結合する曲率揺らぎを介して余剰次元方向へと逃げ出すことによる。さらに、本研究はインフラトン揺らぎと曲率揺らぎとの結合系を量子論的に取り扱うことに成功し、インフレーション中における曲率揺らぎの振幅を半解析的に求めた。この解析から、時空が5次元的に振る舞うことによる曲率揺らぎのパワースペクトルの補正は、4次元理論におけるStewart-Lyth補正と同程度であることが示された。