hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重症頭部外傷例に対する標的治療としての微低体温療法の確立

Glasgow Coma Scale 8以下の重症頭部外傷例に対して、35°Cの微低体温療法を行った。その結果、頭蓋内圧や脳灌流圧などの良好な管理ができ、また6ヶ月後の転帰も約50%で良好な転帰が得られ、死亡率は30%であった。35°Cの微低体温療法は重症頭部外傷例に対する標的治療として有効と考えるが、但しGCS 4以下の最重症例では転帰改善には更なる治療法の確立が必要と思われる。平成18年度に本学高度救命救急センターに搬入された入院時GCS5以下の成人重症頭部外傷の5例(30-75歳)に軽度低体温療法を施行した。その際ICPのほかCPP、SjO2、PbtO2をモニターし本療法の有用性について検討した。35°C前後の全身冷却による低体温療法によりICPは低下したが、CPPやSjO2には変化はみられずPbtO2も正常値に近似する傾向を示した。しかし48-72時間後の復温時にはICPの上昇を2例に認め、復温の方法にさらに一考を要すると考えられた。つまり35°C前後の微低体温によりICPは有意に低下し、他のパラメーターにも大きな変動はなく、以前の研究成果の裏付けが可能であった。しかし入院時GCS3であった2例は死亡し、生存例の転帰はmoderate disability 1、severe disability2と必ずしも満足すべきものではなかった。一方同時期に正常体温に維持した5例の転帰は4例が死亡し1例のみ救命し得た。つまり少なくともGCS5以下の症例に対する微低体温療法は急性期の脳保護と転帰改善の上で有用である可能性が示された。また入院時にGCS6-8であった10例(40-70歳)には正常体温に維持する方針で管理を行ったがいずれも死亡例はなかった。今後小児例(15歳以下)および成人例でその重症度別(GCS及びJCS別)にさらに症例を増やし転帰を含めて詳しい分析を行う予定である。さらに日本神経外傷学会のデータバンクに蓄積されている我が国主要施設での低体温療法の結果とも照合対比を行う予定である。平成19年度に本学高度救命救急センターに搬入された入院時GCS5以下の成人重症頭部外傷の4例(18-75歳)に軽度低体温療法を施行した。その際ICPのほかCPP, SjO2, Pbto2をモニターし本療法の有用性について検討した。35°C前後の全身冷却による低体温療法によりICPは低下したが,CPPやsjo2には変化はみられずPbto2も正常値に近似する傾向を示した。つまり35°C前後の微低体温によりICPは有意に低下し,他のパラメーターにも大きな変動はなく,以前の研究成果の裏付けが可能であった。しかし入院時GCS3であった1例は死亡し,生存例の転帰はmoderate disability 3例で満足すべき成績であった。一方同時期に正常体温に維持した4例の転帰は3例が死亡し1例のみ救命し得た。また入院時にGCS6-8であった6例(4-70歳)には正常体温に維持する方針で管理を行ったがいずれも死亡例はなかった。今後15歳以下の小児例においても安全に施行でき有効性が得られた。今後症例を増やし転帰を含めて詳しい分析を行う予定である。平成20年度に本学高度救命救急センターに搬入された入院時GCS5以下70才以下の重症頭部外傷9例に軽度低体温療法を施行した。しかし48-72時間後の復温時にはICPの上昇を1例に認め、復温の方法にさらに一考を要すると考えられた。しかし入院時GCS3,4であった3例は死亡しそのうち2例ではICPコントロール不良、1例で合併した肝炎が重篤して死亡した。生存例の転帰はmoderate disability5例で満足すべき成績であった。一方、今回低体温療法を行った9例のうち3例では15才以下の小児例であった。
カレイ類の形態異常出現機構の解明と防除-最適な変態「前」成長速度の検討-

カレイ類の漁獲を増やすために日本全国で稚魚を海に放流しているが、その放流稚魚を育てる時に様々な奇形ができてしまう。これを防ぐため、卵から孵化して間もない頃に、どのような速さで成長した魚が正常に育ったかを調べた。その結果、ホシガレイでは特に孵化後18日まで、まだ体がカレイの形になるよりも前に、8mm以上に育てると良いことが明らかになった。また、この原因は、甲状腺ホルモンの効き目が体の大きさによって異なっているためだと考えられた。カレイ類では白化や両面有色と呼ばれる形態・色彩異常の個体が、種苗生産現場では多い時には80%以上も出現し、カレイ類の種苗生産を進める上での最大の障害となっている。本研究は、このような形態異常個体の出現を防除するために、形態異常の出現機構を変態生理にもとづいて明らかにするとともに、最適な成長速度を具体的に提案することを目的とする。これまでに最も知見を蓄積してきたホシガレイを用いて、変態後の形態異常に決定力を持つのは、孵化後何日目の体長かを検討した。ALCにより変態前に耳石標識をおこない、通常の飼育を継続し、全個体が変態を完了して正常・白化・両面有色などの形態が決定した後に、全個体をサンプリングした。耳石の標識経から標識を行った日の体長を逆算すると、変態前のDステージにおいては、後に白化魚となった個体の体長は、正常魚や両面有色魚になった個体よりも有意に小さかった。すなわちDステージで成長の悪い個体が、変態時に白化している可能性が強く示唆される結果となった。また、並行して細胞培養系を用いて甲状腺ホルモンの色素細胞に及ぼす作用を明らかにする計画を立てていた。しかし、今年度は研究室の移転などにより細胞培養実験がうまくできなかったため実質的な結果を得ることができなかった。来年度はこれまでにほぼ確立している培養系を用いて、各種色素細胞の発現へのホルモン関与を検討する。一方、共同研究を行っている宮古栽培漁業センター清水氏に依頼し、過去のホシガレイの飼育経過と形態異常の出現率との関係を検討してもらった。しかし、成長と最終的な形態異常率には明確な関連は見られなかった。本研究は、このような形態異常個体の出現を防除するために、形態異常の出現機構を変態生理にもとついて明らかにするとともに、最適な成長速度を具体的に提案することを目的とする。変態後の形態と変態前の成長履歴の関係を調べるため、ヌマガレイ、マコガレイ、及びババガレイにおいてALCにより変態前に耳石標識をおこなった。マコガレイではほぼ全数が正常個体へと変態してしまったが、ヌマガレイ(採集取り上げ尾数300個体以上)とババガレイ(同100個体)では、正常と白化とがほぼ1:1で出現し、意味のある分析が可能なサンプルが得られた。しかし、今年度の報告書には分析が間に合わなかった。ホシガレイを用いて甲状腺ホルモン投与時の体長が変態後の形態におよぼす影響を検討した。ALCにより孵化後26日(変態前、Eステージ)に耳石標識をおこなうと同時に甲状腺ホルモン(チロキシン、T4)の浸漬を開始した。耳石の標識経からT4投与開始日の体長を逆算すると、正常に変態した個体では8.9mmを中心とする一峰性の分布を示したが、両面有色となった個体では8.5mmと9.3mmの2つのピークを持つ二峰性となった。このことは、ホルモン投与開始時に、体長の大きな個体と小さな個体とが両面有色へと変態したことを示す。細胞培養系を用いて甲状腺ホルモンの色素細胞に及ぼす作用を明らかにする計画を立てていたが、主にマンパワーの不足から今年度は培養実験を行うことが出来なかった。昨年度までの研究により、ホシガレイではD,Eステージまでの成長が劣っていた個体では白化する率が高かった。今年度、ホシガレイの白化を、Dステージまでの成長を促進することによって防除が可能かを予備的に検討し、水温による成長促進により白化の防除が可能であるとの見通しがついた。しかし、この点に関する大規模な本実験については、実験を行っていた宮古栽培漁業センターが東日本大震災による巨大津波によって壊滅したため、結果を得ることができなかった。

甲状腺ホルモンは成魚型の色素胞の分化に抑制的な作用を有することが、in vivoの実験から予想されている。そこで胚より分離した細胞をSeikai et al.1993に従って初代培養を試みた。仔魚型の各種色素細胞(黒色素胞・黄色素胞および白色素胞)については、これまでと同様に発現が観察されたが、Seikaiらの報告とは異なり成魚型の黒色素胞は発現が見られなかった。この試みは今年度で6年目になるが、これまで成功していない。今後は全く別の方向からの検討を計画している。また、異体類の体色異常で出現頻度が高く問題となっている無眼側黒化(二次黒化)についての予備的な検討を今年度に行った。その結果、これまで広く信じられているような単なる黒色化現象ではなく、体表面の有眼側化である可能性がヒラメでは示唆された。このことにより、今後、無眼側黒化がいわゆる変態異常の一つとして位置づけられ、原因の解明につながると期待できる。
基礎底面の滑動による地震動入力逸散機構に関する研究

過大な地震動に対して基礎底面での滑動による入力逸散効果を耐震設計に利用することを目的にして必要な実験的研究および解析的研究を行った。摩擦係数は,コンクリート平滑面では0.6ー0.8程度であったが,鋼板を挿入することにより0.4程度まで安定的に低減した。さらに二硫化モリブデンを挿入した接合面詳細によって,摩擦係数は0.20.1,あるいは0.050.07程度にまで低減した。これらの実験結果と地震応答解析により,過大な入力地震動に対して安全性だけでなく,損傷を制御しうる鉄筋コンクリート建物のフェイルセーフ耐震機構が実用的にも十分経済的に実現しうることを部材実験により実証した。本研究では,過大な地震動に対して生じうる建物基礎底面での滑動による入力逸散効果の評価手法を確立してその効果を耐震設計に利用することを目的にして,必要な実験的研究および解析的研究を行う。平成23年度の基礎要素試験では,底面でのすべり面を模擬した試験体を作製し,滑動状態における基礎底面での摩擦係数と復元力特性を明らかにした。試験体は,直接基礎フーチング底面と捨てコンクリートの打継ぎ面を模擬して,上部基礎と下部基礎を想定して,コンクリート不連続面をもつ試験体ですべり面を形成する試験体により静的加力試験を実施した。打継ぎ面は,コンクリート表面を平滑化仕上げとして,硬化後に打継ぐ通常施工の場合を基本として,摩擦係数低減のために鋼板を挿入した試験体も比較検証した。その結果,コンクリート平滑接合面では0.6-0.8程度の摩擦係数であるが,鋼板を挿入することにより摩擦係数は0.4程度まで安定的に低減することが可能であること,摩擦係数はコンクリートの応力度レベルが小さい場合はやや大きくなる傾向があること,などがわかった。一方,動的加力試験は平成24年度の実施する予定であったが,加力方法が可能であるかどうかを試験するために,本年度中にも振動台による動的加力試験を予備試験として2体の試験体で実施した。コンクリート面の試験体では平均摩擦係数は0.60、最大摩擦係数は0.77であった。鋼板を挟んだ試験体においては平均摩擦係数0.41、最大摩擦係数は0.69となった。実験結果により,振動数が減少すなわち長周期の際に摩擦係数は大きくなる反面、速度が増加すると摩擦係数は減少することを明らかにした。また,静的試験の場合と同様に,鉄板を捨コン部と基礎部間に挟むことでさらに摩擦係数の低減を図ることが可能であること,すなわち,地震動入力は基礎部の滑り挙動によりさらに大きく低減しうる可能性があること,を実証した。本研究では,過大な地震動に対して生じうる建物基礎底面での滑動による入力逸散効果の評価手法を確立してその効果を耐震設計に利用することを目的にして,必要な実験的研究および解析的研究を行った。実験では,接合面の詳細が異なる鉄筋コンクリート基礎底面をモデル化した試験体を製作して,1)静的載荷試験,2)動的載荷試験,を実施し,それぞれの接合面詳細および加力方法による摩擦係数の違いを明らかにした。接合面の詳細は,前年度までの検討を踏まえて,さらに,コンクリートとコンクリート,コンクリートと鋼板,さらに粒子状の物質を挿入した場合などについて静的または動的な摩擦係数を比較した.その結果,比較的実用的かつ経済的な底面詳細によっても底面の摩擦係数を0.20.1,あるいは0.05程度にまで低減しうることを実験的に明らかにした,このほか,すでに実施済の3)地盤上での現地試験結果なども踏まえて,基礎底面の不連続面における摩擦係数と復元力特性を定量化するとともに,荷重条件,材料,構造詳細等による摩擦係数の低減効果の違いを明らかにした.また,実験結果とすでに実施済の数値解析的検討あるいは理論的検討などにもとづいて,基礎底面における入力逸散機構の解析モデル化手法を確立するとともに,過大な地震動入力に対しても安全性を確保するだけでなく,損傷をも制御しうる鉄筋コンクリート建物のフェイルセーフ耐震機構の実用化設計手法および耐震性能評価手法を提案して,実用的にも十分経済的に実現しうることを部材実験で実証した.なお,実大建物による検証の一例は2006年度にE-Defenseにおける3層学校建物の振動実験によって実証済である.本研究では,過大な地震動に対して生じうる建物基礎底面での滑動による入力逸散効果の評価手法を確立してその効果を耐震設計あるいは耐震性能評価法に組み込むことを目的にして,必要な実験的研究および解析的研究を行う。実験は,1)基礎要素の静的載荷試験,2)基礎要素の振動実験,により,基礎底面のコンクリート不連続面における摩擦係数と復元力特性の定量化あるいは荷重条件,材料,構造詳細等による摩擦係数の低減効果を明らかにする。23年度の研究では,基礎底面でのすべり面を模擬した試験体を作製し,滑動状態における基礎底面での摩擦係数およびその速度依存性の定量化するための要素試験および部材実験を行った。

加力方法は一定軸力に地震力が加わる場合を想定にして,水平加力は1)油圧ジャッキによる静的加力または2)振動台による動的加力を比較した。試験体は,コンクリート平滑打継面を基本にして,摩擦係数低減のための材料あるいは簡易な構造詳細を試行した不連続面による場合も比較検証した。部材実験に並行して,既存建物あるいは地盤上で作成した直接基礎において基礎水平剛性の定量化を目的とした現地試験は別途実施した。23年度の実験では,コンクリートとコンクリート,コンクリートと鋼板などの簡単な詳細で0.40.3程度の摩擦係数になること,速度依存性などを明らかにしたが,次年度はさらに接合面詳細を工夫して,摩擦係数の低減を図る。実験結果にもとづいて入力逸散機構の解析モデル化手法を確立して,過大な地震動入力に対する地盤構造物系の地震応答解析および理論解析を行い,基礎の滑動による地震動入力逸散効果の評価法を提案する。24年度に予定していた動的加力試験を予備試験的に実施したが,結果として本実験として意味のある結果が得られており,24年度予定の一部を事実上先行実施したことになっている。25年度が最終年度であるため、記入しない。計画した実験も予定通り終了し,おおむね予想したような結果が得られている。23年度の実験結果を基本にして,さらに,摩擦係数を(0.10.3程度に)安定的に低減しうる詳細を試行して,同様に基礎要素の静的加力実験により,検証を行う。静的加力試験により実用化可能な詳細,すなわち,摩擦係数が安定して低い範囲にある詳細を選択して,同様の要素試験体を製作して振動台による動的加力実験により摩擦係数あるいは復元力特性の速度依存性を検証する。試験方法は振動台に試験体を固定し,上部にさらに鋼製錘(最大約40TONまで使用可能)を載せて,振動台により動的強制変位を与える。錘は鉛直方向には拘束しないが,水平方向には振動台周囲の基礎床を反力にして拘束する。接合面には粒状物質のほか,繊維補強などによる簡易な詳細により,摩擦係数0.2以下を安定的に確保しうるような方法を開発する。
試験管内選択法による新機能抗体創出システムの開発

mRNAディスプレイ(IVV)法を用いて、合成一本鎖抗体(scFv)ライブラリーから濃縮効率100万倍以上の高効率で、様々な抗原に結合するscFvや、on-rate選択およびoff-rate選択により親和性の向上したscFvを迅速かつ簡便に取得する手法を確立した。また、同様の手法を単一のドメイン抗体(ナノ抗体)の試験管内進化にも適用できた。次に、DNAディスプレイ(STABLE)法を用いて、二本鎖のFab抗体の試験管内選択に世界で初めて成功した。さらに、STABLE法のスクリーニング効率を上げるために、ビーズエマルジョンPCRとSTABLE法とを組み合わせた新しい手法を開発した。抗原に対する高い特異性と親和性を示すモノクローナル抗体は、診断薬・治療薬への応用のみならず、分子細胞生物学の基礎研究における利用など、その応用範囲は極めて広い。しかし、現在主流の抗体作製法である細胞融合法は手間と時間がかかる上に、抗原を実験動物に注射して免疫感作するので、自己抗体や抗毒素抗体、膜タンパク質に対する抗体など、抗体作製が困難な場合もある。そこで、本研究では、申請者らが独自に開発した試験管内選択法であるIVV法およびSTABLE法を用いて、従来法では作製が困難であった抗原に対する新機能モノクローナル抗体を、迅速かつ簡便に作製できる実験系を確立することを目的とした。具体的には、(1)組み換え抗体の大規模な対応づけ分子ライブラリーを構築し、その中から、(2)ビーズに固定した抗原に特異的に結合する抗体を試験管内選択により選択し、さらに、(3)試験管内進化により抗体の特異性・親和性・安定性を向上させ、(4)得られた抗体の大量調製および特性評価を行い、必要に応じて、(5)組み換え抗体から完全抗体への変換を行う、という手順で研究を行った。初年度は、(1)のライブラリー構築および、(2)の試験管内選択実験を行った。まず、無細胞タンパク質合成系で高発現するヒト抗体フレームワークを選び、合成オリゴDNAを用いて、抗原と相互作用する相補性決定領域(CDR)にランダムなアミノ酸配列を導入した多様性の大きい一本鎖抗体ライブラリーを構築した。このときランダム配列のアミノ酸頻度や長さについては、天然の抗体のCDRのデータを参考にした。この抗体ライブラリーの中から、IVV法を用いて、複数のタンパク質抗原に対して、それぞれ特異的に結合する一本鎖抗体を得ることができた。また、STABLE法を用いることにより、一本鎖抗体だけではなく、二本鎖のFab抗体の試験管内選択に初めて成功した。本研究では、申請者らが独自に開発した試験管内選択法であるIVV法およびSTABLE法をさらに応用・発展させることにより、トータルな抗体作製・改変システムを確立することを目的とした。具体的には、(1)組み換え抗体の大規模な対応づけ分子ライブラリーを構築し、その中から、(2)ビーズに固定した抗原に特異的に結合する抗体を試験管内選択により選択し、さらに、(3)試験管内進化により抗体の特異性・親和性・安定性を向上させ、(4)得られた抗体の大量調製および特性評価を行う、という手順で研究を行った。本年度は以下の成果を得た。まず、mRNAディスプレイ法の1種であるIVV法を用いて、合成一本鎖抗体scFvライブラリーから濃縮効率100万倍以上の高効率で、様々な抗原に結合するscFvや、on-rate選択およびoff-rate選択により親和性の向上したscFvを迅速かつ簡便に取得する手法を確立した(田畠ら)。また、同様の手法を単一のドメイン抗体(ナノ抗体)の試験管内進化にも適用することができた(木村ら)。次に、DNAディスプレイ法の1種であるSTABLE法を用いて、二本鎖のFab抗体の定常領域に変異を導入し、熱安定性の高いFab変異体の試験管内選択に成功した(住田ら)。さらに、STABLE法のスクリーニング効率を上げるために、ビーズエマルジョンPCRとSTABLE法とを組み合わせた新しい手法を開発した(丸岡ら)。
真核生物の再複製開始抑制機構の解明

真核生物の染色体複製開始因子であるORCのうち、Orc1pサブユニットにはATPase活性があることが報告されている。このATPase活性がORCの複製開始活性にどのような役割を果たしているか未解明である。そこで、Orc1pのATPase活性の複製反応における役割を明らかにすることを目的に実験を開始した。これまでの研究で、Orc1pのATPase活性のモチーフに変異を導入した変異Orc1蛋白質は、酵母細胞を劣勢の細胞死に導くことが示された。そこで、試験管内での実験にむけて野生型ORCおよび、変異ORC(ORC1-D, ORC1-A, ORC5-A)の精製を行った。その結果、生化学的な実験に十分なORC蛋白質を得ることに成功した。ORCのATPase活性を測定するためには、ORCとATPの親和性について明らかにする必要がある。そこで野生型ORCと変異ORCのATP結合活性をfilter binding assayによって調べた。その結果ORC1-D, ORC1-Aは野生型のORCほぼ同程度のATP結合活性があることがわかった。一方、ORC5-AはATPとの結合活性が減弱していることが示された。野生型、ORC1-D, ORC1-AおよびORC5-AのKd値は3nM,4nM,2nMおよび1470nMであることがわかった。つぎにORCのATP結合活性におけるDNA(ARS配列)の影響を調べた。その結果、DNA(ARS配列)を結合させることによって、野生型ORCのATPの結合サイト数が増加することが示された。この結果はこれまでの報告と一致する。以上の結果から、ORCとATPの結合活性を定量的に測定する実験系を確立することに成功したこと、および、野生型ORC蛋白質と種々の変異ORC蛋白質が活性を保った状態で精製できたことが示唆された。今後は精製できた野生型ORC蛋白質と種々の変異ORC蛋白質のATPase活性の詳細について、生化学的手法を用いて解析する。
放射性核種トレーサーのアンサンブルデータ同化と移流拡散沈着過程の高精度解析

本研究において、気象庁現業数値予報モデルを改良することによって精巧な放射性核種トレーサー移流拡散沈着モデルを開発した。さらにそのモデルをアンサンブルカルマンフィルターおよび気象庁現業気象観測データと組み合わせることによって(データ同化)、現業予報よりも高解像度の水平3kmグリッド気象解析値とそのアンサンブル摂動メンバーを作成することに成功した。このアンサンブル気象解析値を用いた移流拡散沈着シミュレーションによって、福島原発事故大気汚染の(おそらく世界最高精度での)再現実験とモデル誤差推定を行うことができた。以上により、本研究の当初目的はほぼ達成されたといえる。グループ1[データ同化とアンサンブル解析]気象庁で開発されたアンサンブル気象データ同化システムNHM-LETKFを福島原発事故シミュレーション用に特化させて調整し、NHM-Chemと組み合わせることで放射性核種の移流拡散沈着アンサンブル計算実験を行った。2011年3月の東日本における詳細な気象再解析値を自ら作成し、領域スケールのアンサンブルシミュレーションを実施したのは我々が世界初である。これは放射能汚染の正確な再現計算の第一歩となる。グループ2[領域化学輸送モデルの開発]気象庁非静力学領域気象予報モデルNHMに独自開発の化学輸送計算モジュールを組み込み、NHM-Chemを開発した。これを用いて放射性核種の移流拡散沈着シミュレーションを行い、他研究機関の福島原発事故再現実験の結果や観測データとの比較検証を行った。これによりNHM-Chemが良好に動作することが確認できた。これは来年度以降の本研究課題遂行にとって必須条件となる重要なステップである。グループ3[観測データの収集]福島原発事故直後に観測された日本各地の放射性核種濃度観測値や空間線量観測値の収集と解析を進めた。これらの観測データは様々な公的機関で保管されており、非公開のものが大変多い。それらの提供を依頼し研究に用いることができる状態でアーカイブすることは極めて手間のかかる作業である。グループ4[放射性物質放出量の逆推定]世界各地の放射性セシウム濃度観測値と全球エアロゾルモデルの計算結果を用いて、ベイズ統計学的合成法による放出量逆推定を行った。福島原発事故によって放出された放射性セシウムの推定量は世界各国の研究者によって様々な値が提唱されており、混乱を極めている。その中で本研究によって客観的な手法による放出量推定値が提示され、その値がこれまでの推定値の中間的な値を示している意義は大きい。グループ1[データ同化とアンサンブル解析]気象庁で開発されたアンサンブル気象データ同化システムNHM-LETKFとアメダス観測データを組み合わせて水平解像度15km、3km、500mの客観解析値(=風向・風速・気温・気圧・湿度・降水など大気の状態を最尤推定して3次元の格子点情報として記録したデータセット)を作成した。2011年3月の福島を対象とした詳細な(解像度3kmあるいは500m)客観解析値をデータ同化によって作成したのは世界初である(これまでは気象庁が現業予報で作成した5km解像度の解析値が最も詳細であった)。この客観解析値を移流拡散沈着モデルに入力することによって、福島原発事故による大気汚染と土壌汚染をシミュレーションすることに成功した。グループ2[領域化学輸送モデルの開発]気象庁非静力学領域気象予報モデルNHMに化学輸送計算モジュールを組み込んだモデルNHM-Chemの開発(およびそれを放射能モデルとして使うための改良)を順調に進めた。また、ラグランジュタイプの移流拡散沈着モデルを独自開発し、NHM-Chemと計算結果の比較を行った。グループ3[観測データの収集]福島原発事故直後に観測された日本各地の放射性核種濃度観測値や空間線量観測値の収集と解析を引き続き進めた。これらの観測データは様々な機関で個別に保管されているものが多い。その提供を依頼し研究に用いることができる状態でアーカイブすることは極めて手間のかかる作業である。グループ4[放射性物質放出量の逆推定]平成24年度から引き続き、世界各地の放射性セシウム濃度観測値と我々の全球エアロゾルモデルの計算結果を組み合わせて、ベイズ統計学的な放出量逆推定を行った。その推定値はグループ1で活用され、福島原発事故による大気汚染のシミュレーション精度向上に大いに役立った。本研究では非静力学領域気象モデルと放射性核種トレーサーモデルを最新のデータ同化スキーム(アンサンブル・カルマン・フィルタ)と組み合わせることによって、2011年3月の気象条件(風や降水量)と原発事故汚染との関係を気象学的に調べようとしている。本年度は、膨大な気象観測データを気象モデルに同化することによって、異なった水平解像度の気象解析値(15km、3km、500mの三種類)を独自に作成し、気象解析値の解像度と環境汚染シミュレーションの再現精度との関係を調べることに成功した。これまで海外で行われた福島原発事故大気汚染の数値実験ではモデル解像度が15kmよりも粗いものが多かった。一方、国内の研究では3km程度の解像度のものが多かったが、福島県内の地形は非常に複雑で、詳細な大気汚染解析には最低でも500m程度の解像度が必要ではないかとの声もあった。モデルシミュレーションに必要な計算機資源は解像度に強く依存しており(解像度が2倍になれば資源は10倍程度必要)、どの程度の解像度で必要十分なシミュレーション精度が得られるのかは本来必須の情報である。しかしこれまで福島原発事故に限らず大気環境汚染シミュレーションにおいて解像度依存性に関する調査はほとんど行われてこなかった。

本研究では、福島県内において3kmの解像度があれば500mと遜色ない計算結果が得られるが、15km程度の解像度ではホットスポットの形成が全く再現できないことが示された。この研究成果は独創的かつ非常に有用な知見であるとして、日本気象学会英文誌JMSJに論文が掲載された。ここで得られた知見と研究に用いたデータ同化システムは、次年度に予定している放射性核種濃度のデータ同化解析に活かされる予定である。また、放射性核種トレーサーモデル自体の改良も順調に進んでおり、改良されたモデルによってさらなる高精度解析を目指す。本研究において過去3年間で開発を進めた数値シミュレーションモデル(気象庁の天気予報モデルと化学輸送モデルを組み合わせたもの)とデータ同化システム(データ同化とは観測データと数値モデル計算結果を数学的処理によって融合し、大気全体の状態を最尤推定する技術である;本研究ではアンサンブルカルマンフィルターと気象庁現業データセット、それに加えてAMeDAS等の観測値によってシステムを構築した)を用いて以下の研究結果を得た。(1)データ同化システムによって気象場(風・気温・気圧・湿度等)のアンサンブルメンバーを20通り作成し、その気象場を使うことによってエアロゾル(Cs-137を含む硫酸塩)の移流拡散沈着シミュレーションを20通り実施した。その結果、移流拡散沈着シミュレーションの誤差は気象場の誤差に比べて短時間で遙かに大きく成長する傾向があることが判明した。これは風の小さな誤差が移流拡散において積算され、放出源から遠く離れた場所では物質濃度に大きな誤差を生み出しているためと考えられる。(2)ここで作成した気象場アンサンブルの平均値(解像度3km)を気象庁メソ解析値(解像度5kmのGPV)と比較したところ、2011年3月の地表面Cs-137濃度再現性能に関して、アンサンブル平均値の方が気象庁GPVよりも有意に高精度であることが確認された。原子力事故の放出物質に限らず、大気汚染物質やエアロゾルの移流拡散シミュレーションにおいて本研究ほど詳細なアンサンブル解析を行った例はこれまでなく、世界初の例だと考えられる。気象予報分野ではすでに一般的に用いられているアンサンブル解析の手法を物質循環研究に応用する先鞭となったと言えよう。ここで得られた移流拡散シミュレーションのアンサンブル解析結果は将来的に放射性物質の予測警戒システムを構築・改良する際に重要な基礎資料となるはずである。本研究において、気象庁現業数値予報モデルを改良することによって精巧な放射性核種トレーサー移流拡散沈着モデルを開発した。さらにそのモデルをアンサンブルカルマンフィルターおよび気象庁現業気象観測データと組み合わせることによって(データ同化)、現業予報よりも高解像度の水平3kmグリッド気象解析値とそのアンサンブル摂動メンバーを作成することに成功した。このアンサンブル気象解析値を用いた移流拡散沈着シミュレーションによって、福島原発事故大気汚染の(おそらく世界最高精度での)再現実験とモデル誤差推定を行うことができた。以上により、本研究の当初目的はほぼ達成されたといえる。
時間分割近似法による経路積分の理論の構成とその応用

区分的に陪特性な経路を用いた時間分割近似法により、相空間(ハミルトン型)経路積分の理論を構成した。厳密に言えば、時間分割近似法が、運動量の始点と位置の終点に関して広義一様収束する、かなり一般的な汎関数のクラスを与えた。このクラスは不確定性原理にかかわらないように一部の汎関数を除外しているため、和や積という演算が自由にできる。応用として、ハミルトン型の摂動展開や準古典近似を証明した。研究成果としては、時間分割近似法をガウス過程に適用して、ガウス型の経路積分が数学的に厳密な意味をもつ汎関数のクラスを与えた。このクラスに属する任意の汎関数に対して、ガウス型の経路積分の時間分割近似法は広義一様収束する.また、このクラスは、一点での値、Riemann-Stieltjes積分、線積分など基本的な汎関数を含み、和と積、平行移動、線形変換、汎関数微分に対して閉じているため、多くの汎関数を例にもつ。さらに、このガウス型の経路積分においては、汎関数微分に対する部分積分の公式、汎関数微分に対するテイラー展開、平行移動不変性、直交変換不変性、Riemann-Stieltjes積分との順序交換定理、極限との順序交換定理、微分積分学の基本定理が成立する。(投稿し;回答待ち状態である。)論文としては、従来から続けてきた学習院大学の藤原大輔先生との1.大きな次元の振動積分の停留位相法の余りの改良された評価についての論文と2.多項式オーダーの汎関数を振幅にもつFeynman経路積分の準古典漸近展開の第2項の論文をようやく出版することができた。研究成果としては、区分的に陪特性な経路を用いた時間分割似法で、相空間Feynman経路積分が数学的に意味をもつ汎関数のクラスを与えた。厳蜜に言えば、このクラスに属する任意の汎関数に対して、相空間経路積分の時間分割近似法は広義一様収束する。このクラスは、運動量を扱う汎関数の一部を除外しているため、和と積に対して閉じている。これにより、相空間経路積分可能な汎関数の多くの例を創ることができる。応用として、相空間経路積分と時間に関する積分との順序交換定理、相空間経路積分と極限との順序交換定理、ハミルトン型の準古典近似を証明した。口頭発表としては、7月18日にスイスのチューリッヒでの国際会議ICIAM07、8月4日に慶應大学COEセミナー、9月25日にドイツのドレスデンでの国際会議「Path integrals-New Trends and Perspectives」、10月15日に広島大学での研究集会「確率論とPDE」、11月22日に東京理科大学談話会、12月14日に東京大学での研究集会「微分方程式の総合的研究」、2月18日に大阪大学でのシンポジウム「Function Spaces and PDE」、3月19日にポルトガルのリスボン大学GFMセミナーで発表した。
軟化成形プロセス制御によるナノフォトニクスガラスの創製と特性

低温軟化性透明スズリン酸塩(SP)ガラスを作製し、ガラス転移温度、屈折率、粘度などの基礎物性を評価した。SPガラスへの正方格子パターンの転写性に及ぼす熱インプリント成形条件の影響を調べた。成形の温度、圧力及び時間を最適化することで、正方格子パターンの再現性の良い転写が可能であった。SPガラスに形成したドットパターン部へ白色光を入射し、試料の傾斜角度を変化させることで、分光が可能であることを確認した。本研究は、高温での軟化成形プロセスを高度に制御し、マイクロ/ナノ構造を有する新しい光デバイスガラスを創製するとともに、そのフォトニクス機能を評価するものである。ファイバ線引き法を用いたガラスの伸びおよび縮み速度を利用し、粘度及び表面張力を評価するための測定条件の検討を開始した。使用する特殊電気炉について、内部の温度分布を精度良く測定し、評価に適したファイバ状試料のサイズ(長さと直径)の最適化を行った。新組成リン酸塩ガラスの熱的特性、光学特性、高温軟化過程での耐結晶化性および耐水性を評価した。同ガラスが耐結晶化性および耐水性に優れ、組成設計により熱的特性や光学特性が制御可能であり、短尺・高出力ファイバレーザーとして優れていることがわかった。熱インプリント法によりガラスヘマイクロ/ナノパターンを形成するための基礎実験として、モールド候補材とガラスとの接着性の調査を行った。石英ガラス、酸化物セラミックス、CVDダイアモンドなどのモールド候補材とパイレックスガラスとの試験結果から、パイレックスガラスと反応しないモールド材としては、CVDダイアモンドが適していることがわかった。300°C以下のガラス転移温度を有する低温軟化性スズリン酸塩ガラスでは石英ガラスモールドと反応しないことが判明した。石英ガラスのマイクロ/ナノパターンモールドを用い、スズリン酸塩ガラスの熱インプリント条件(温度、圧力、時間)が転写性に及ぼす影響を検討するとともに成形条件の最適化を行い、熱インプリント法によって同ガラスに500nm程度の周期構造を有する微細なパターンを再現性良く転写させることに成功した。本研究は、多成分ガラスについて、高温での軟化成形プロセスを高度に制御し、マイクロ/ナノレベルでの規則的な構造を有する新しい光デバイスガラスを創製するともに、その特性を評価するものである。ソーダ石灰ガラスを用い、ファイバ線引き法を用いたガラスの伸びおよび縮み速度を利用し、粘度及び表面張力を評価するための測定条件(試料径と長さ、荷重、温度、測定時間)を決定した。新しい低温軟化性ガラスの組成開発を目的として、SnO-P_2O_5系ガラスの特性について組成依存性を調べ、ガラス転移温度が<300°Cで耐水性に比較的優れるガラス組成を見出した。また光デバイスガラスの候補材料として、種々の修飾酸化物を含有するメタリン酸塩ガラスについて、Mn^<2+>の発光特性の組成依存性を評価し、Mn^<2+>周囲の化学結合性と赤色領域における発光特性との関連性について考察を行った。低温軟化性透明焼結ガラスの候補材料として、BaO-P_2O_5-B_2O_3ガラス粉末の焼結条件と光透過性の関係について実験研究を行った。化学的応用が期待されるパイレックスガラスとダイヤモンド薄膜の接着性試験を行い、同薄膜は、熱インプリント成形温度において、パイレックスガラスと接着しないことがわかった。スズリン酸塩ガラスの最適な熱インプリント温度(250255°C)は、熱分析で求めた同ガラスのガラス転移温度よりも低く、表面から1μm以下の最表面領域での微視的構造及び粘弾性特性と熱インプリント成形条件との関係について、さらに詳細に検討する必要があることがわかった。本研究の目的は、多成分ガラスについて、高温での軟化成形プロセスを高度に制御し、マイクロ/ナノレベルでの規則的な構造を有する新しい光デバイスを創製し、その特性を評価することである。短尺・高出力ファイバレーザー及びフォトニック結晶ファイバ用ガラスを開発するために、耐結晶化性と耐水性を兼ね備えたリン酸塩ガラスの組成設計の基礎として、BaO-P_2O_5系ガラスの耐水性に及ぼすB_2O_3とAl_2O_3の添加効果について、浸出試験前後での重量変化の測定及びAFMによる微細構造の観察とラマン分光法を主とするガラス構造の解析から明らかにした。ガラス転移温度が300°C以下で耐水性に優れるSnO-P_2O_5-B_2O_3(SPB)系透明ガラスを作製し、H21年度に主に評価したSnO-P_2O_5(SP)系ガラスと比較・検討しながら、その熱的特性と耐水性を評価した。SPBガラスについて、熱インプリント成形法を用いたマイクロパターンの成形条件を検討した。市販の熱機械特性評価装置(TMA)を用い、ペネトレーション法でSPガラスとSPBガラスの粘弾性特性を評価した。熱インプリント成形法による正方格子状マイクロパターンの最適成形温度と粘弾性特性を比較した結果、SP及びSPBガラスの熱インプリント

成形温度は概ね10^<11>-10^<12>Pa・sの粘度を示す温度領域と対応することがわかった。熱インプリント法で成形した微細なパターンを有するガラス基板をテンプレートに用い、インテグレーション構造を形成するために、溶液法で合成した酸化鉄ナノ微粒子をパターン溝へ充填させるための分散溶媒等プロセス条件の検討を行った。SPガラス基板と濡れの良い溶媒を見出し、ガラス基板をナノ微粒子溶液に浸漬し、その後引き上げる方法により、ラインパターンの方向と浸漬方向を平行にすることで、溝にだけ溶液が残り、その後の乾燥過程でナノ微粒子を選択的にライン溝へ配列することに成功した。
力学系における特異的軌道の精度保証付き数値計算法の包括的理論の構築

2018年度は、精度保証付き数値計算のバックグラウンドとなる数学理論、主に爆発解の力学系的特徴付けと、数学・数値計算技術の応用の1つも兼ねて燃焼の課題に取り組んだ。爆発解は、先行研究における無限遠方に対応する地平線での平衡点の「双曲性」を崩した場合の幾何学的特徴付けを与え、力学系における標準的な精度保証付き数値計算の手法の新たな可能性を爆発解の観点から見出したものとなっている。具体的には、中心多様体及び分岐点の精度保証付き数値計算の必要性をフォローするものとの解釈ができる。また、独立して非線型項に未知関数の指数関数が含まれている微分方程式系にて、爆発解の精度保証付き数値計算法を構築した。これは、これまでの研究で行ってきた爆発解ダイナミクスの特徴づけにおけるひとつの制約:「ベクトル場は本質的に多項式とする」枷を外す一歩と位置付けている。燃焼はエネルギー生成技術の基礎となる炎のダイナミクスの包括的理解に向けた課題であり、当初は本研究課題と独立したものとして実施していた。ところが、研究を進めるうちに精度保証付き数値計算の応用が可能な箇所を見つけ、適用に成功した。これにより、炎の特性としてこれまで数学的に確認できなかった現象、およびその解析のための数学理論が存在しなかった問題において、解の特性を厳密に記述することに成功し、既存の結果とは全く異なる炎のダイナミクスの描像を数学的に説明することができた。これはより現実的な炎の解析の問題、および実験や開発における現象理解の指針となり得るもので、精度保証付き数値計算の数学以外の分野への貢献として意味のあるものとなると考える。「研究計画に沿った進捗」としては、所属におけるプロジェクトとして新たに取り組み始めた燃焼に大幅な時間を割くことになり、マルチスケールダイナミクスの研究が計画通りに進んでいないのが現状である。代わりに精度保証付き数値計算の他分野における可能性を新たに見出せたこと、そこから精度保証付き数値計算の研究として重要な課題がいくつか見つかったことは、本研究の立場を総合的に判断した時にプラスに作用すると考える。また2017年度の懸案事項の1つであった「計算に使用するソフトウェアの変更」が成功し、自作のプログラムで過去の結果を再現することにも成功した。「計画通りに進める」という意味では随分な遠回りをしているが、分野の発展の可能性を俯瞰して見ると、継続的な課題解決および新たな課題の抽出、特に分野の細分化により陥りがちな「先細り」が起こりにくい状況が実現できつつあると考える。寄り道した課題も少しずつ基礎ができ、当初のマルチスケールダイナミクスの研究との関連性も発展的研究の取り組みも軌道に乗りつつあるので、残りの課題、主に「遅い変数が多変数であるfast-slow系の精度保証付き数値計算法」を完成させる。非法双曲型不変多様体を含む系や特異衝撃波の計算は、どうしても上記の計算が基礎に位置付けられるため、これに集中させる。燃焼や爆発解は精度保証付き数値計算と独立した道筋があるため、まずはそちらに集中させ、精度保証付き数値計算の出番が来たら一気に適用を試みる。本研究は精度保証付き数値計算法、特に諸問題の数学的解析を行うためのいわゆる「武器」を作るものであるので、その武器を適用する機会があれば色々試し、その中で新たな結果や研究の方向性を見出すというスタンスで活動を継続する。平成29年度は有限時間特異性の精度保証付き数値計算法の構築、および付随する数学理論の確立を主に行った。まず、漸近的に擬斉次なベクトル場で生成される力学系の爆発解の精度保証付き数値計算法を筑波大学の高安亮紀氏と構築した。これにより、先行研究である「爆発解の精度保証付き数値計算法」の適用範囲が大幅に広がった。次に、絶滅・コンパクトン進行波解の精度保証付き数値計算法を構築した。これは発散しないこと以外の計算メカニズムが爆発解と共通しているため、拡張の可能性を期待するのは自然である。爆発解の研究で意識しなかった問題「不安定な軌道における漸近挙動の定量的評価」生じていたが、これも従来の研究結果の応用と力学系的考察によりクリアした。特に、退化した放物型偏微分方程式の有限進行波解に適用でき、1個のコンパクトン進行波解から可算無限個の解の存在を証明し、その具体形を計算できるようになったのは数学・数値的に大きな成果であると考える。最後に、上記の精度保証計算法が適用できない場合:時間大域解の漸近先が非双曲型不変集合だった場合の漸近挙動を評価した。標準的な中心多様体上の力学系の解析に帰着させることで、爆発解の爆発レート、絶滅進行波の絶滅レート、コンパクトン進行波解の0値近傍での挙動の標準的な導出方法を構築できた。これにより、有限時間特異性を全て不変集合の安定・不安定・中心多様体上の振る舞いの考察に帰着させることに成功した。力学系的アプローチは精度保証付き数値計算法と非常に相性が良く多くの先行研究があるため、今後の計算法統合に向けて大きく前進したと考える。当初予定していたfast-slow系の精度保証付き数値計算法の構築は、数学的に正当化すべき箇所が予想以上に出現し、その解決及び実際の計算コードのデバッグに時間を大幅に割かれた(現在は概ね完了)。またエフォート外の業務が多数入り、そちらの対応にも追われた現状がある。他方で、有限時間特異性の解析には予想以上の進展があった。

まず、擬斉次コンパクト化を用いた爆発解の精度保証付き数値計算は、筑波大学の高安亮紀氏の協力も経て順調に完成した。また、一般の爆発レートを持つ爆発解の数学的特徴づけを導出し、それが絶滅・コンパクトン進行波解の漸近挙動と共通のメカニズムを有していることを提唱した。このメカニズムは一般に考察が困難な振動爆発解も同様に有していることを示し、微分方程式の特異的な解の漸近挙動に力学系の立場からメスを入れた。これらの数学的洞察は該当する対象の精度保証付き数値計算の基礎となる非常に本質的な結果であり、目標の一つである「様々な特異性に潜む類似性」を見出したものである。そして、先行して「絶滅・コンパクトン進行波解」の精度保証付き数値計算法を行った。計画書で提唱した通り、爆発解の精度保証付き数値計算法をベースに、絶滅時刻やコンパクトン進行波解の台の大きさなど、定量的な情報も加味した厳密計算法が出来上がった。この裏には漸近挙動の評価法の幾何学的観点からの改良が2,3点ほど必要であったという、爆発解の考察時には意識しなかった事実も浮かび上がり、有限時間特異性の取扱いの注意点もあぶり出した結果となっている。最後に、離散化波動方程式の爆発曲線については断念せざるをえなかった。これは波動方程式に対して空間のみを離散化したものと、時空全てを離散化した場合で元の方程式が有する構造の保存の有無が変わってしまう事情がある。我々のアプローチでは保存せず、大元の問題設定が間違っていたと言わざるを得ない。2018年度は、精度保証付き数値計算のバックグラウンドとなる数学理論、主に爆発解の力学系的特徴付けと、数学・数値計算技術の応用の1つも兼ねて燃焼の課題に取り組んだ。爆発解は、先行研究における無限遠方に対応する地平線での平衡点の「双曲性」を崩した場合の幾何学的特徴付けを与え、力学系における標準的な精度保証付き数値計算の手法の新たな可能性を爆発解の観点から見出したものとなっている。具体的には、中心多様体及び分岐点の精度保証付き数値計算の必要性をフォローするものとの解釈ができる。また、独立して非線型項に未知関数の指数関数が含まれている微分方程式系にて、爆発解の精度保証付き数値計算法を構築した。これは、これまでの研究で行ってきた爆発解ダイナミクスの特徴づけにおけるひとつの制約:「ベクトル場は本質的に多項式とする」枷を外す一歩と位置付けている。燃焼はエネルギー生成技術の基礎となる炎のダイナミクスの包括的理解に向けた課題であり、当初は本研究課題と独立したものとして実施していた。ところが、研究を進めるうちに精度保証付き数値計算の応用が可能な箇所を見つけ、適用に成功した。これにより、炎の特性としてこれまで数学的に確認できなかった現象、およびその解析のための数学理論が存在しなかった問題において、解の特性を厳密に記述することに成功し、既存の結果とは全く異なる炎のダイナミクスの描像を数学的に説明することができた。これはより現実的な炎の解析の問題、および実験や開発における現象理解の指針となり得るもので、精度保証付き数値計算の数学以外の分野への貢献として意味のあるものとなると考える。「研究計画に沿った進捗」としては、所属におけるプロジェクトとして新たに取り組み始めた燃焼に大幅な時間を割くことになり、マルチスケールダイナミクスの研究が計画通りに進んでいないのが現状である。
株式バブルは予防可能か？新指標を用いたバブル生成過程の解明

株式バブルは実体経済に多大な影響を及ぼしうるが、その生成過程の詳細はいまだ解明されておらず、バブルを未然に防止する有効な方法も明らかではない。そこで、本研究は株式配当先物価格から導出される株式ファンダメンタルズの新指標を使って、1株式バブルの生成過程を実証的に解明し、2株式バブルに対する有効な予防策および善後策を提案することを目的としている。本年度においては、配当先物価格から構成した株式ファンダメンタルズと実際の株価から株式バブルを抽出し、株式バウルの発生メカニズムに関する分析を行った。株式バブル変数に他の経済・市場変数を含めたVAR分析により、短期金利、長短金利差および信用スプレッドが株式バブルを発生させる要因であることを解明した。特に、緩和的な金融市場における市場金利の低下、市場参加者にとる将来経済期待の改善、市場参加者のリスク許容度の上昇が、株式バブルを発生させる要因となっていることが判明した。また、株価ボラティリティの上昇が、株式バブルを引き起こすことも解明した。これら実証結果は、株式の転売オプションおよび金融機関のレバレッジに由来する資産価格バブルの発生モデルと整合的である。本研究の実証結果は、従来の資産価格バブル理論モデルの正当性を裏付けるものとなっており、この意味でもファイナンス研究分野に大きな貢献をもたらすこととなる。また、この結果を日本ファイナンス学会主催の「研究観望会」で報告し、研究者だけでなく一般の参加者との議論を通じて、研究成果の社会還元を行った。現時点での進捗状況は、当初の研究計画のタイムテーブルに概ね合致している。また、経済モデルと整合的な実証結果が得られている。今後は、前年度までに得られた研究結果をまとめ、学術論文を執筆する。本年度においては、ユーロ圏の代表的な株価指数であるEURO STOXX 50に関して、まず配当先物価格からその基礎的価値(ファンダメンタルズ)の時系列推移を算出した。そして、算出した時系列変数の株式ファンダメンタルズ指標としての妥当性を確認するため、株価指数と当該指標との共和分検定を行い、両者の間に共和分関係が存在することを明らかにした。また、実際の株価指数と算出したファンダメンタルズ指標との乖離が、将来の株価が予測できるか検証した。そして、現在における両者の乖離が将来の株価に関して有意に負の影響を与えているという、事前の直感と整合的な結果が得られた。本年度に得られた上記2つの研究結果により、本研究で算出された指標を株式ファンダメンタルズの代理変数としてみなすことができる。したがって、株価指数と当該指標との差分を株式バブルとみなすことが可能である。これにより、株式バブルの時系列推移が可視化され、株式バブルに関する定量的な分析を行う準備が整った。研究初年度として、データの入手・処理や定量分析に関しておおむね当初の研究計画どおりに進展している。また、定量分析からは本研究の仮説を支持する結果が得られており、次年度以降の研究計画に支障はない。今後は、本年度に算出した株式バブル指標の時系列推移から、株式バブルの生成メカニズムを実証的に解明していく。さらに、得られた実証結果から、株式バブルに対する有効な予防策および善後策を考察していく。本年度の研究に用いた金融市場データの購入費が当初計画を大きく下回った。ただし、翌年度以降、研究に必要となるデータ量が大幅に増加するため、研究期間全体で見た支出予定額に変更はない。当該年度に実施する予定であった研究会を次年度に延期したことにより、当該年度は謝金の支払いがなかった。
武道必修化に向けた科学的エビデンスに基づく新資料の提供－柔道の衝撃負荷定量化－

本研究は柔道の衝撃負荷定量化をし科学的エビデンスに基づく安全に柔道を学習するための新資料の提供を目的とした。本研究は柔道初習者が最初に学ぶ受け身に焦点を当てた。なぜなら受け身は学習者が受ける衝撃負荷を全身運動をもとに緩衝する技術であり事故防止には重要な学習項目である。研究を進める中で以下の点があきらかになった1柔道熟練者はどの方向に投げられても採用する受け身は「横(側方)受け身」であった。2「横(側方)受け身」は「後ろ(後方)受け身」と比較して大外刈りを施された際の頭部動揺が小さい傾向があった。3「横(側方)受け身」の頭部動揺が小さい理由は「横(側方)受け身」頭頸部筋力の有効活用があった。武道必修化に向けた科学的エビデンスに基づく新資料の提供ー柔道衝撃負荷の定量化ーという研究課題をすすめている。当該年度は特に実際の柔道乱取り中にあらわれる受け身動作に焦点を当てて測定をすすめた。なぜなら、衝撃負荷の定量化という力学計算の前に投げ技を施された「受け」がどのような動作形態をとるかを明らかにしなければ定量化の基礎資料をえることができないことが判明したからである。衝撃負荷定量化のためにはいくつかのパラメータを設定する必要がある。力学の一般的な計算として物質が地面等のサァーフェイスに衝突する際の衝撃負荷定量化のためには「衝突速度」「時間」「入射角」「反動高」などの各種パラメーターが必要になってくる。特に衝突する物質のサァーフェイスに対する「接地面積」がより重要な必須パラメーターとなってくる。人体を対象とした場合、当然「接地面積」は動作形態によって大きく異なることは自明となってくる。これらの事実を本研究の課題に対応させた場合、投げ技を施された「受け」がいわゆる「受け身」をおこなう際の動作形態をあきらかにしなければならないことになる。本研究遂行のためには「そもそも受け身とは?受け身動作の形とは?」という研究命題が持ち上がることになってきた。そこで、昨年度の研究実積の概要にも述べたように当該年度は「受け身動作の類型化」に研究エフォートを傾注してきた。特に「実業団・大学選手」の乱取り練習場面を2台のビデオカメラで撮影し、バイアスのかからない自然な乱取り中において発現される受け身動作の類型化を試みた。当初の予測では、技を施された「受け」がおこなう受け身動作は「後方」「側方」「前方」の柔道初習者が教授される「受け身の型」に類型化されるものであるとしていた。しかし、分析の結果「実業団・大学選手」の乱取り練習場面みられる「受け身」の型は全く違うものであることがあきらかになった。ー柔道衝撃負荷の定量化ーのためには、衝突速度、衝突時間、入射角、反動高などのパラメーターの測定が必要になってくる。衝突される物質の表面に対する、衝突する物質の接地面積はより重要な因子である。柔道場面に置き換えると「取」に「投技」を施された「受」が畳に接地し受身をおこなう際の最終動作形態(最終姿勢)が重要な因子になってくる。そこで、本年度は平成24年度に測定された実業団・大学柔道選手の「乱取」中に発現された「受身」最終姿勢資料を分析した。分析の方法は通常の統計手法ではなく、受身最終姿勢の発現を情報量としてとらえ情報エントロピー解析をもちいた。情報エントロピーを用いた理由は「受身最終姿勢の分析」のような事象に対して、分散を基礎とする統計をもちいることは本来適切ではない、とする研究上の立場から導かれた。分析方法は「受」に施された「投技」を以下に分類した。前額面のうち身体の重量を等分割する面を規定しこの面より1「前に投げる技」2「後ろに投げる技」3面上(平行)に投げられた場合を「横に投げる技」とした。技を施されたいずれの方向も腕をもちいない横受身の発生頻度が最も高くなった。つまり、実業団・大学生選手が実際の練習中(乱取り)に技を施された場合、選択する最終姿勢は「横受身」が多いことがあきらかになった。情報エントロピーをもちいた分析では「後ろに投げる技」の情報エントロピーが「前に投げる技」「横に投げる技」と比較して最大となった。また、「前に投げる技」と「横に投げる技」の情報エントロピーは近似した値であった。これは「後ろに投げる技」を施された「受」が取り得る最終姿勢は熟練した競技者でも統一した最終動作を取ることができず、多岐にわたる最終動作を選択していることが示唆された。これら研究成果は平成25年度に開催された第46回日本武道学会大会・第1回国際武道会議において研究代表者が登壇発表した。