hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多様な昆虫ゲノム比較へ向けた情報学的基盤形成

ナミアゲハおよびナガサキアゲハのゲノムシーケンシングおよびアセンブリを行なったが、データ品質の指標であるN50等の値がなかなか向上せず、実験および計算の条件を検討中である。ナミアゲハについては、今年度11月頃に、別グループによるゲノム配列が発表されたため、本研究で独立にシーケンシングをする必要性は少なくなったが、食草選択に重要と考えられている前脚および触角のRNAシーケンシングデータは豊富に得られた。化学生態学研究のための情報学的基盤の開発に関しては、既に種間比較解析が可能なだけのデータが集まっており、おおむね順調と言える。バイオインフォマティクス上述のMiseqによるデータに加え、現在までに、ナミアゲハ、キアゲハ、ナガサキアゲハ、アオスジアゲハの4種のHiSeqによるゲノムシーケンシングデータが得られているので、引き続いて、Platanusゲノムのアセンブルを行なう。またトランスクリプトームデータを用いてTrinityとAugustusによる遺伝子予測を行なう。これら近縁種の食草の違いの情報は入手済みなので、食草選択に重要と考えられる遺伝子の候補を比較ゲノム解析により導きだす。また、化学生態学研究のための情報学的基盤データベースに対して、データ量およびユーザビリティの向上を図る。配列アセンブルの評価指標であるN50値がどれも数千(数k)塩基にとどまるなど、当初想定していたよりもアセンブルがうまくいかないことが明らかとなった。そこで、アゲハからのゲノム抽出や精製方法を検討するとともに、MiSeqにより得られた配列の特徴を解析した。バイオインフォマティクス解析ツールのひとつであるKAASを用い、MiSeqにより得られた(アセンブル前の)リードを既知配列に対し類似度検索を行なったところ、そのリードの大多数はミトコンドリア由来の遺伝子配列およびトランスポゾン関連の遺伝子であることが判明した。鱗翅目昆虫ではW染色体にレトロトランスポゾン構造がある例が知られており、今回の研究対象であるナミアゲハおよびナガサキアゲハにおいても、これまでの解析は全て雌を用いたため、このトランスポゾンの存在が原因である可能性が考えられる。次世代シーケンサーによって得られた遺伝子配列をコンピュータ上でアセンブルした結果のクオリティを示すN50等の値が当初予定していたより向上しなかったので、条件検討に時間を要し、実験用試薬の購入のタイミングを次年度まで遅らせることにした。今後は雄に対して同様の配列解析を行ない検証する他、Platanus等のアセンブラの条件設定を検討し、ゲノム解読の精度を向上させる予定である。また、本研究の目的は多種の鱗翅目昆虫ゲノムからオーソログ遺伝子の有無を調べることにあるので、ゲノム配列の完成度は高いに越したことは無いが、現在の完成度で種数を増やして進めるよう方針転換することも可能である。年度は遅れたが、予定どおり次世代シーケンサーによる遺伝子配列解読を行なう。
高速陽電子ビームを用いる材料評価装置の開発

いかなる試料についても,任意の試験条件(温度・圧力)下で,しかも簡便に陽電子寿命測定を可能にする新しい材料評価装置の試作・開発を進めた.新装置は,線源からの白色陽電子を磁場レンズを用いて高エネルギー部を選別し,陽電子自身でスタート信号を取ったあと試料に照射し,消滅ガンマ線でストップ信号を取る全く新しい原理に基づいている.1.各構成部分を設計・製作・組み立て,システム全体の調整を行った.2.半導体シリコン結晶に対して,新装置の性能の実証試験を実施した.3.その結果システム全体の時間分解能が385psであることが判明した.4.この時間分解能を決めているのが陽電子自身でスタート信号を取るための検出部にあることを突き止めた.5.現在スタート信号を取り出す部分を,プラスチックシンチレータとライトガイドを用いる従来法から,世界でも例をみないアバランシェ・フォトダイオード用いた検出法に更新をすすめている.いかなる試料についても,任意の試験条件(温度・圧力)下で,しかも簡便に陽電子寿命測定を可能にする新しい材料評価装置の試作・開発を進めた.新装置は,線源からの白色陽電子を磁場レンズを用いて高エネルギー部を選別し,陽電子自身でスタート信号を取ったあと試料に照射し,消滅ガンマ線でストップ信号を取る全く新しい原理に基づいている.1.各構成部分を設計・製作・組み立て,システム全体の調整を行った.2.半導体シリコン結晶に対して,新装置の性能の実証試験を実施した.3.その結果システム全体の時間分解能が385psであることが判明した.4.この時間分解能を決めているのが陽電子自身でスタート信号を取るための検出部にあることを突き止めた.5.現在スタート信号を取り出す部分を,プラスチックシンチレータとライトガイドを用いる従来法から,世界でも例をみないアバランシェ・フォトダイオード用いた検出法に更新をすすめている.いかなる試料についても,任意の試験条件(温度・圧力)下で,しかも簡便に陽電子寿命測定を可能にする新しい材料評価装置の試作・開発を進めた.新装置は,線源からの白色陽電子を磁場レンズを用いて高エネルギー部を選別し,陽電子自身でスタート信号を取ったあと試料に照射し,消滅ガンマ線でストップ信号を取る全く新しい原理に基づいている.1.装置全体の設計と性能のシミュレーションを行った.2.新しい装置の本体をなす総アルミニウム製超高真空容器を設計製作し,真空度その他の試験を完了した.3.線源からの白色陽電子線の高エネルギー部分を選別するための磁場レンズを設計製作し,所期の磁場強度とその分布が得られることを確認した.4.陽電子自身でスタート信号を取るための検出部を製作し,陽電子の透過率と検出効率が最適となる条件を求めた.5.システム全体の組立調整を行い,磁場レンズによるエネルギー選別が予想どおりに行われることを確認した.6.高温その場測定のための高温試料加熱装置を作成した.次年度は,システム全体の総合試験の後,実際の材料について高温その場測定を実施し,この全く新しい材料評価装置の有効性を実証する予定である.いかなる試料についても,任意の試験条件(温度・圧力)下で,しかも簡便に陽電子寿命測定を可能にする新しい材料評価装置の試作・開発を進めた.新装置は,線源からの白色陽電子を磁場レンズを用いて高エネルギー部を選別し,陽電子自身でスタート信号を取ったあと試料に照射し,消滅ガンマ線でストップ信号を取る全く新しい原理に基づいている.1.前年度に設計製作した各構成部分を組立て,システム全体の調整を行った.2.半導体シリコン結晶に対して,新装置の性能の実証試験を実施した.3.その結果システム全体の時間分解能が385psであることが判明した.4.この時間分解能を決めているのが陽電子自身でスタート信号を取るための検出部にあることを突き止めた.5.これを改善するためにアルミニウム製超高真空容器の一部を設計変更し,あらたに製作した.6.スタート信号を取り出す部分を,プラスチックシンチレータとライトガイドを用いる従来法から,全く新しい検出法に更新した.7.新システム全体の組立調整を行い,高速陽電子ビームを用いる新しい材料評価装置の最終調整を行っている.
導電性ブリッジメモリにおける素子設計手法としての「細孔エンジニアリング」の提案

本研究は「細孔エンジニアリング」の有効性の実証を目的とする.本手法は(i)添加溶媒の種類,(ii)細孔サイズ, (iii)細孔壁の性質を通じてメモリ特性を制御するものである.特に,金属酸化物多孔体CBRAMにおいて,添加溶媒の極性やpHがメモリ効果に決定的な影響を及ぼすことを明らかにした.本研究にてCBRAMの性能を向上させる添加溶媒が多数開発された.例えば, Cu2+やAg+を含有させたイオン液体を添加することで,書き換え回数(SE)の著しい向上が実現した.溶媒和イオン液体の添加により, Cu2+の陰極への接近を容易にし, SEに加えてスイッチング電圧の低下も実現した.本研究は申請者が提案する, CBRAMの性能を制御する全く新しい手法である「細孔エンジニアリング」の有効性を実証し,CBRAMの明確な設計指針を提供することを目的とする.平成27年度はCu/HfO2/PtのCBRAM構造における溶媒添加効果を調査し,以下の成果を得た.1.溶媒極性依存性:フォーミング電圧Vformとセット電圧Vsetに対するキシレン,メタノール,水の添加効果を調査した.Vform, Vset共に誘電率が増加するほど小さくなった(室温における比誘電率はそれぞれ2.4, 32.6, 80.4).この結果は, Vform及びVsetは溶媒極性が大きく,イオン溶解性が上がるほど,低下することを示唆する.2.イオン溶解性: 1.の結果に基づけば,元々Cuイオンを含有する溶媒を用いることがスイッチング電圧低減に有効であると期待される.また, Cuの電位-pH図において,低pH領域にCu2+が位置することから,低pHの溶媒を用いることも有効であると期待される.そこで, Cu含有溶媒として硫酸銅(CuSO4)水溶液を,低pH溶媒として標準pH溶液(pH4)として知られるフタル酸塩水溶液を, Cu/HfO2/Pt構造にそれぞれ添加した結果,何れの溶媒においてもVform, Vset共に大幅な低減が確認された.3.イオン液体添加:水及び水溶液の添加によるスイッチング電圧の低減が確認されたが,水の電気分解は1.23 Vと低電圧で生じるため,水素の発生によるHfO2薄膜の劣化が確認される.そこで,添加剤として,広電位窓,難燃性,難揮発性等の安定性を有するイオン液体を検討した.その結果, Vform, Vsetが共に低減し,且つ,素子劣化は観測されず,低消費電力と高セル耐圧を同時に実現できることが示された.平成27年度は,(i)添加する溶媒の種類がメモリ特性(スイッチング電圧及び電流の分布,スイッチング可能回数,データ保持寿命,拡散係数,スイッチング速度)に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし,pH依存性,溶媒極性依存性,イオン液体添加効果を系統的に評価した.1. pH:フタル酸塩標準液(pH4),混合リン酸塩標準液(pH7),ホウ酸塩標準液(pH9)を用いて,pHを系統的に変化させて基本メモリ特性への影響を評価した.pHの低下と共にスイッチング電圧,電流及び両者のばらつきが低下した.何れの溶媒でもメモリ特性の評価後に素子劣化が確認された.2.溶媒極性:キシレン,メタノール,水を添加し,系統的に溶媒極性を変化させてメモリ特性及び素子劣化への影響を調査した.溶媒の比誘電率が増加するほどスイッチング電圧,電流及び両者のばらつきが低下した.水ではメモリ特性の評価後に素子劣化が確認されたが,キシレン,メタノールではされない.3.イオン液体添加:イオン液体のアニオンを[Tf2N]に固定し,カチオンとして[bmim], [emim], [hmim], [omim]を用いることで,カチオン側鎖長依存性を系統的に評価した.イオン液体のイオン伝導度が高く,水素結合能の指標であるKamlet-Taftパラメータβが小さいほど,スイッチング電圧,電流及び両者のばらつきが低下した.本研究により,溶媒のCuイオン溶解性とメモリ特性の密接な関係が示された.更に,高い分子デザイン性を有するイオン液体を添加剤とすることで,溶媒の個性とメモリ特性との関連性をより詳細に解明できる可能性が示された.全評価項目を完了していないが,これは,残りの項目は溶媒の揮発による影響を避けるため,実素子を用いる必要があると判断したためであり,現在準備を進めている.本研究は申請者が提案する, CBRAMの性能を制御する全く新しい手法である「細孔エンジニアリング」の有効性を実証し,CBRAMの明確な設計指針を提供することを目的とする.平成28年度はCu/金属酸化物/PtのCBRAM構造における溶媒添加効果及び金属酸化物材料依存性を詳細に調査し,以下の成果を得た.1.金属イオン含有イオン液体の添加効果:金属酸化物層にCu又はAgを含有するイオン液体(Cu-IL又はAg-IL)を添加し,データの書き込み/消去の繰り返し可能な回数やスイッチング電圧のばらつきへの影響を調査した. Cu-IL, Ag-IL共に含有金属イオン濃度が高いほど繰り返し回数とばらつきが改善された.2.酸化物材料依存性:金属酸化物層にNiOとAl2O3を用いたCBRAMで信頼性を比較した.何れの素子に置いてもCu-IL, Ag-ILの添加による顕著な信頼性の改善が見られたが,更に,信頼性の酸化物材料種異存が確認された.

酸素イオンの拡散が容易なNiOに比べて,困難なAl2O3の使用により信頼性が著しく向上することから,酸素イオンの拡散がCBRAMにおける金属イオン拡散起因の抵抗スイッチングを妨げ,信頼性を低下させることが示された.3.多孔体材料としての金属有機構造体の検討:多孔高分子錯体(MOF)を電子デバイスに応用するためには,薄膜形成手法が必要である.薄膜MOFはMOF構成金属と有機分子の両方が溶解された溶液中に基板を浸漬することで合成される.この従来法では基板に3次元的に材料を供給するため平坦性が低く,ナノレベルでの制御は困難であった.本研究では,基板にMOFの構成金属を使用し,溶液に有機分子のみを溶解する手法を考案した.これによりMOFの2次元的な結晶成長が促され,平坦性の高い薄膜が形成可能となった.平成28年度は,細孔サイズ及び細孔壁の物理化学的性質に対するメモリ特性の依存性の評価を行うのが当初の計画であった.しかし,計画に沿ってある程度研究を実施し,結果を基に具体的な研究計画を練る中で,細孔のサイズと周期性,孔壁の物性を精密に制御できる新たな材料の導入が必要であるとの結論に至った.そこで,極めて高いデザイン性を有し,原子レベルでの細孔設計が可能な金属有機構造体(MOF)をCBRAMのメモリ層として用いるための検討を進めることとした.故に,今期はメモリ素子構造の実現に向けたMOF薄膜形成技術の確立を目指した.基板からMOF構成金属を,有機配位子を溶媒から,それぞれ別々に供給する新しい手法を考案し,緻密且つ平坦性の高いMOF薄膜が実現された.金属酸化物層にNiOとAl2O3を用いたCBRAMをそれぞれ作製、評価した結果,金属酸化物層内の酸素拡散を抑制することで,信頼性が大幅に向上することが明らかになった.同時に,本研究は,金属酸化物多結晶の結晶粒界を細孔として利用するのでは,細孔サイズと細孔壁物性の制御及びそれぞれの効果を切り分けることが困難であり,上記MOF導入の必要性を検討する根拠ともなっている.更に,昨年度に劇的な効果が確認された溶媒添加効果について,特に顕著な効果が見られたイオン液体に金属イオンをドープすることで,更なる性能の向上が達成された.計画の変更を余儀なくされたものの,これらは何れも細孔エンジニアリングの有効性実証のみならず, CBRAMの信頼性向上の観点からも重要な成果であることから,今期の研究の進捗は概ね順調であると判断した.本研究は「細孔エンジニアリング」の有効性の実証を目的とする.本手法は(i)添加溶媒の種類,(ii)細孔サイズ, (iii)細孔壁の性質を通じてメモリ特性を制御するものである.特に,金属酸化物多孔体CBRAMにおいて,添加溶媒の極性やpHがメモリ効果に決定的な影響を及ぼすことを明らかにした.本研究にてCBRAMの性能を向上させる添加溶媒が多数開発された.例えば, Cu2+やAg+を含有させたイオン液体を添加することで,書き換え回数(SE)の著しい向上が実現した.溶媒和イオン液体の添加により, Cu2+の陰極への接近を容易にし, SEに加えてスイッチング電圧の低下も実現した.本研究は申請者が提案する, CBRAMの性能を制御する新手法,「細孔エンジニアリング」の有効性を実証し, CBRAMの設計指針を提供することを目的とする.本手法は, (i)添加溶媒の種類,(ii)細孔(金属酸化物膜の多結晶粒界)サイズ, (iii)細孔壁の物理・化学的性質を通じてCBRAMのメモリ特性を制御するものである. Cu/HfO2/Pt構造における溶媒添加効果を調査し,以下の成果を得た.
高活性な自己組織化固相触媒の創製

種々の活性の高い固定化触媒の開発に成功した.Co-Pd合金型ナノ粒子触媒の開発を行った.この触媒は酸素を再酸化剤としたアルコールの酸化反応に適用された.また,Ni-Ru-Pt-Auの4種からなる複合金属合金ナノ粒子触媒の開発に成功した.この触媒は官能基を有するアルケンの水素化反応に有効で対応するアルカンを高い収率で与えた.さらに高分子イミダゾールとパラジウムから調製される不溶性超分子触媒は溝呂木-ヘック反応に有効だった.この触媒構造をXAFSを始めとした分析で明らかにした.さらにマイクロリアクターに高分子酸触媒膜を導入した.このリアクターによるアセタール化反応が効率的に進行した.我々の独自の研究成果である触媒膜導入型マイクロリアクターによる触媒反応の高い反応効率原理をもとにして、さらなる微小空間であるナノ空間に金属触媒の固定化を目指した。ナノ空間担体担持型金属触媒は、極めて高活性な触媒となること考えた。その結果、シリコン表面に多数のシリコンナノワイヤーアレイが組み込まれ、その表面にパラジウムナノ粒子が担持された、シリコンナノ空間型パラジウムナノ粒子触媒の開発に成功した。この触媒は、溝呂木-ヘック反応をはじめ、インドール・チオフェンのC-H結合修飾化反応、アルケンの水素化、ヒドロシリル化に適用できることを見出した。さらに、触媒活性の低下なく、触媒が10回の再利用できることを確認した。驚くことに、0.5 mol ppm未満(0.000049 mol %)の触媒により、溝呂木-ヘック反応が効率的に進行し、対応する生成物が定量的に得られた。この時の触媒回転数は200万であり、固定化触媒を用いた溝呂木-ヘック反応における最高の触媒回転を示した。この成果は、Angew. Chem. Int. Ed.にHOT PAPERとして掲載され、各種新聞で報道され、雑誌で研究成果紹介記事が掲載された。さらに、ポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂に鉄ナノ粒子を導入することにより、水中で有機変換反応が温和な条件で進行することを見出した。この触媒を用いることでフロー型水素化反応が滞留時間1分程度で進行し、対応するアルカンを高い収率で与えることを見出した。その結果,国際有力化学誌であるGreen Chem.に掲載されるとともに,貴金属触媒からの脱却に成功したことが新聞報道された。種々の活性の高い固定化触媒の開発に成功した.Co-Pd合金型ナノ粒子触媒の開発を行った.この触媒は酸素を再酸化剤としたアルコールの酸化反応に適用された.また,Ni-Ru-Pt-Auの4種からなる複合金属合金ナノ粒子触媒の開発に成功した.この触媒は官能基を有するアルケンの水素化反応に有効で対応するアルカンを高い収率で与えた.さらに高分子イミダゾールとパラジウムから調製される不溶性超分子触媒は溝呂木-ヘック反応に有効だった.この触媒構造をXAFSを始めとした分析で明らかにした.さらにマイクロリアクターに高分子酸触媒膜を導入した.このリアクターによるアセタール化反応が効率的に進行した.平成24年度において、ナノ空間が連続的に連結した反応空間の構築と、高分子と金属からボトムアップ的に形成される超分子金属錯体触媒との融合、すなわち、「ナノ構造・マイクロ構造と超分子化合物との高度ハイブリッド化」を実施した。ハイブリッド触媒システムの創製を目指し、緻密な最適化,基質一般性を確立することを目指し、シリコンウェハ表面上でのナノ空間・ナノ構造体の創製検討し、そのウェハに対して触媒創製ならびに有機変換反応を検討した。平坦なシリコン基板に対し、銀化合物の存在下に過酸化水素とフッ化水素酸の混合物を作用させると、厚さ数マイクロメートルから数百ナノメートル程度のそれぞれ異なるシリコンナノ構造体が基板表面に形成された。これらをフッ化水素酸に浸漬することにより最表面を水素化終端し、引き続きPd(II)塩の水溶液に浸漬すると、シリコンナノ構造体の表面に固定化されたパラジウムナノ粒子が生成することを見出した。このようにして調製したシリコンナノ構造体ーパラジウムナノ粒子複合体を、ヨードベンゼンとアクリル酸ブチルとのMizoroki-Heck反応の不均一系触媒として用いると、2,000,000の触媒回転数(TON)で反応が進行し、対応するケイ皮酸ブチルエステルを95%収率で与えた。この触媒は様々な基質に適用可能であり、対応するカップリング生成物を高い収率で与えることも見出した。さらに本シリコン基板触媒は回収再利用が可能である。すなわち、反応終了後、本触媒をピンセットで回収し、同様のMizoroki-Heck反応に適用したところ、対応するカップリング生成物を高い収率で与えることが分かった。また反応混合物を、ICP-AESにてパラジウムの含有量を確認したところ検出限界以下であった。このことから、触媒からのパラジウム種のリーチングはほとんどないことが明らかとなった。コバルト-パラジウム合金型ナノ粒子触媒の開発を行った.この触媒は酸素を再酸化剤としたアルコールの酸化に有効であることを見出し,対応するカルボニル化合物を高い収率で得ることができた.本触媒は磁石による外部磁力により回収が可能であり,再利用性のある触媒であることを見出した.また,ニッケル-ルテニウム-白金-金の4種からなる複合金属合金ナノ粒子触媒の開発を行った.この触媒は官能基を有するアルケンの水素化反応に有効であり,対応するアルカンを高い収率で与えた.

興味深いことに,ニッケル-ルテニウム-白金-金のいずれか1種類,2種類,3種類からなるナノ粒子では本反応がほとんど進行しないという結果が得られた.4種類の金属が相乗的に機能し本反応の触媒となったことが明らかになった.さらに高分子イミダゾールとパラジウムから調製される不溶性超分子触媒は,アリル位アリール化,鈴木ー宮浦反応のみならず,溝呂木-ヘック反応において一般性があることが判った.すなわち,ヨウ化アリールを基質のするのみならず,反応性の低い臭化アリール,さらに官能基を有する塩化アリールを基質とした場合でも効率的に反応が進行し,対応するカップリング生成物を高い収率であたえることを見出した.この触媒の構造解析をXAFS, FIR,ラマンなどを用いて行った結果,シス-二塩化パラジウムビスイミダゾールの局所構造を有することが判った.さらに温度依存による触媒の構造変化を明らかにした.マイクロリアクターの層流界面に高分子酸触媒を調製した.このマイクロデバイスはカルボニル化合物のアセタール化反応に有効であり,1分以内に反応が完結し,対応するアセタールを与えることを見出した.触媒化学研究計画で想定していた以上の結果を得ることに成功したため。研究実績の概要に示した通り、平成24年度分研究計画・方法をおおむね達成したため。当初の計画通り、研究遂行し、耐久性を兼備した工業的応用を志向した固定化触媒の開発を目指すとともに、様々な固定化触媒の開発応用を実施する。研究実績の概要に記載した触媒よりもさらに高活性な触媒を創成すべく、シリコン表面に金属触媒を担持した触媒の創製を行う。さらに、平成24年度での成果で述べたハイブリッド型触媒システムを集積化することで、ナノフロー型の反応システムの構築の検討を行うことも視野にいれている。具体的には修飾型シリコン基板と高分子金属触媒をハイブリッド化したものをパッキングし、これが効率的な有機変換反応を実現するナノ/マイクロ反応器となることを提示する。有機合成実験用消耗品が予定より安価に購入できたことにより、10千円未満の予算を次年度に繰り越した。消耗品購入に充てる。平成24年度後半に研究室の大掛かりな引っ越しがあり、次年度使用額が発生することになった。機器購入ならびにシリコン基板、マイクロリアクター(ガラス製)、有機金属試薬、有機合成試薬、スパッタ用高純度貴金属ターゲット、フローリアクター消耗品購入に充てる。
宇宙プラズマにおける高空間分解能の科学を拓く超小型プラズマ波動観測器

宇宙空間でプラズマ波動を高い空間分解能で観測するために、プラズマ波動観測器そのものに対し小型化をはかる。具体的には、アナログASICとしてプラズマ波動観測器専用のチップを設計・開発することによって小型化をはかった。通常は個別の部品で製作するプラズマ波動観測器を、一つのチップで実現することで、A4版サイズ程度の基板となるプラズマ波動観測器がマッチ箱サイズにまで小型化することが可能であることを示した。これは世界最小のプラズマ波動観測器である。一方、電磁界センサーやその周辺回路も小型軽量化をはかることにより、プラズマ波動を観測しでデータを無線伝送する能力をもつ小型センサープローブの開発にも成功した。[超小型化プラズマ波動観測器]線形性を補償し、また、広い帯域まで40dBのゲインを確保できるアンプをASIC内部に実現することに成功した。これにより、従来からの波形捕捉型受信器において、0,20,40dBのゲイン設定が可能となった。また、アンチエリアシングフィルタとして必要となるスイッチトキャパシタフィルタについても再設計を行い、性能向上をはかった上で、波形捕捉型受信器用ASICチップを設計して製作した。また、スペクトル型の受信器では、初段の周波数変換に必要となる急峻な特性をもつBPFの開発を行い、特性確認によって所望の性能が実現できていることを確認した。このBPFにおいては、十分な特性を出すためにレイアウト設計が非常に重要であることもわかり、レイアウト設計そのものにも、十分な開発時間をかけた。[小型センサーノード]CFRP3次元織りによる「自己伸展型電界アンテナ」の開発に成功した。このアンテナは非常に軽量で、また、自己復元力があることから、センサーノードの筐体に巻き付けた形で収納し、小型アクチュエータとの組み合わせで、外部からの通電により、アンテナを自己伸展させる仕組みを設計し実現した。CFRPによるセンサーは、約2m tip-to-tipであり、センサーとしての長さは十分で、また、十分なアラインメントをkeepした状態で伸展できていることを確認している。このような電界アンテナの実現は世界初のことであり、今後大きな利用価値が見込まれる。[宇宙電磁環境シミュレータ]電界センサーから発生する光電子が形成する電流構造や、ラングミュア特性を評価できるシミュレーションコードの開発に成功した。プラズマ波動観測器における波形捕捉型チップを一通りの機能のインプリメントを終了し、そのチップをもとにして小型の基板を開発した。基板は、マッチ箱サイズであり、これで電磁界6成分を同時に観測することができる。このような小型のプラズマ波動観測器は世界初のものである。できあがった基板は、外部からの制御信号により、0, 20, 40dBのゲインを切り替えることができる他、デフォルトは100kHzまでの上限周波数であるが、クロックを変更することによって、上限周波数を下げることができる。この成果は学術論文として発表した他、新聞報道にもとりあげられた。一方、スペクトル型受信器の方では、PLLを開発し、VCOの発振状況の確認を行い、今後の開発へとつなげる知見を得た。一方、波形捕捉型受信器では必須となるオンボードのcalibration回路をチップ内に組み込むことに成功した。calibration回路では、外部からのデジタル波形をアナログ信号に変換して、それを波形捕捉型のチップそのものの入力や、プリアンプの入力に接続することによって、ゲイン・位相情報を得ることができる仕組みとなる。最終的には、再度デジがル化してCPUなどの処理によって情報を得ることになるため、開発では波形チップからでてくる波形をデジタル化した上で、別システムによってゲイン・位相解析を行い、十分に機能していることを確認した。一方、繰越申請対象であった電界・プリアンプのアナログASIC化についても成功し、従来難しいとされてきたプリアンプのアナログASIC化に成功し、プラズマ波動観測器のシステム全体を、超小型化することに目処がついた。[超小型プラズマ波動観測器]アナログASIC内への実現に成功していた波形捕捉型受信器の更なる高度化を行った。特にどうしてもダイナミックレンジが狭くなってしまうASICにおいて、複数のゲイン設定を実現できる受信器とし、それを外部からの制御信号によってダイナミックに変更できる機構をつくりこんだ。これによりデジタル部との組合せで、自動ゲイン制御ができるようになった他、rail-to-railのオペアンプの設計により電源電圧ぎりぎりまで動作するチップ内アンプを実現した。スペクトル型の受信器では、周波数スペクトルに重要となるバンドパスフィルタや周波数変換に重要なPLLの安定化などを実現した。特に急峻な特性が必要となるバンドパスフィルタの特性を安定化させるために回路の一部変更を行ったため、非常に安定した特性をもつフィルタが実現できた。[小型センサーノード]ロケット実験で宇宙空間に放出できる小型センサーノードとしての設計を行った。

具体的には、基準信号の60kHzの電離層内伝搬をとらえることができるようにするための感度計算とS/N比検討をおこない、そのために必要となるデータの時間積分間隔などの決定を行い、小型センサープローブのシステム設計へと反映させた。また、プラズマ波動受信器として上記で開発した波形捕捉型チップを組込、電磁界6成分のセンサーと組み合わせた動作確認試験を行って電離層内での観測に問題がないことを確認した。通信ではセンサーノード内におさめることのできる小型無線器を選定し、その無線器とセンサーノード内で機能を制御しているCPUとの通信設計と試作を行い、オンボード処理ソフトウェアの開発とともに、その他リチウムイオン電池を用いた電源システム、および、センサーノードの機構設計を行い平成26年度に行う予定の実証実験への準備を進めた。[超小型プラズマ波動受信器]MOSは一般的に耐放射線が弱いが、本研究で利用している0.25umのプロセスは比較的強いといわれている。またレイアウトでもガードをつけており、その結果としての耐放射線を検証した。その結果、一般的な20kradをはるかに上回る数10kradまでの耐性をもっていることを示した。一方、スペクトル型受信器では、それまで検討をおこなっていたPLL方式にものに加え、更に、波形捕捉型とデジタル技術を組み合わせた形での新しいスペクトル型受信器のチップ化の設計開発を行った。具体的には、波形捕捉型受信器の前段に、帯域を絞るための複数種類のフィルタを設け、このフィルタの切換、アンチエリアシングフィルタのカットオフ周波数の切換、ADコンバーターのサンプリング周波数の切換をデジタル制御で同期して行い、帯域を絞ながらそれに合わせたサンプリング周波数を切り替えて、時間的に変化させることによって、狭帯域の受信器の観測帯域が時間をおって変化するようにし、出力をFFTでスペクトルとする、というものである。ここでは初段の帯域制限フィルタの設計が重要であり、バンドパスフィルタをの中心周波数をずらしていくことのできるものを製作し検証を行うことができた。[小型センサーノード]小型センサーノードのプロトタイプの開発に成功した。10cm程の角の内部に、小型プラズマ波動チップ、プリアンプ、電源、小型無線器、CPUを配置したものを試作しその動作確認も行った。具体的には、電磁界6成分をとらえるセンサー出力を、上記で開発したプラズマ波動観測チップに入力し、その結果を小型の無線機を使ってリモートステーションへ伝送する。伝送スピードは地上で256kbps以上が実現でき、宇宙空間のフリースペースであれば、十分な伝送が可能であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。波形捕捉型プラズマ波動受信器は、その外部からの制御、問題となっていたダイナミックレンジの改善など、多くの改良点に関して進展をみせている。
トカマク・プラズマを用いた低エネルギー原子・イオン衝突分光

リチウム様イオンに対して、エネルギー準位、振動子強度、電子衝突励起断面積の既存データを比較検討し、必要に応じて断面積の計算も行い、現在もっとも信頼できる原子データの組合せを選び衝突輻射モデルを完成した。WT-3トカマク・プラズマの不純物酸素、炭素のリチウム様イオンからの発光線3^2S-3^2Pの強度を、絶対感度が較正されている可視・紫外分光器で測定し、上準位イオンの密度分布を決定した。平面焦点型の小型極紫外分光器で、トカマク中心面からの2^2S-3^2P発光線強度を測定し、分岐線対法によって酸素、炭素それぞれの遷移の波長において分光器の絶対感度を較正した。極紫外分光器によって周辺の再結合プラズマからの発光スペクトルを観測し、それを中心面でのスペクトルから差し引いて純粋に電離プラズマ成分のみを分離した。。衝突輻射モデルによる計算から3^2S,3^2D,4^2S,4^2P,4^2D,4^2F準位のポピュレーションを計算し、それぞれを上準位とし基底状態へ遷移する発光線強度を計算した。それらと極紫外分光器で観測されたスペクトル線強度から各波長における分光器の感度を推定し、10-31 nmの範囲で絶対感度を較正した。周辺プラズマにおける再結合プラズマ成分はヘリウム様イオンと水素原子ないし分子との衝突による荷電交換再結合によると判断された。ヘリウム様イオン密度はMISTコードにより計算され、水素分子と原子の密度はバルマ-線強度から決定された。衝突輻射モデルプログラム中で再結合速度係数を調節して、計算されたスペクトル強度が実験値と一致するようにし、速度係数を決定した。衝突エネルギーはイオン、水素ともに(2-3)eV/amuであり、本実験はこのような超低エネルギー衝突による荷電交換再結合の断面積の最初のデータである。。
心筋細胞の容積増大によるNa-Kポンプ電流と遅延

心筋細胞の膜伸展による膜電流の調節機構について実験、解析をおこなった。細胞外液を低浸透圧にし、これによって心筋細胞を膨化させて膜を伸展した。低浸透圧で遅延整流K電流、Na-Kポンプ電流およびCl電流が著しく増強される事を観察し、これについて詳細な検討を行った。この電流増強は細胞内外のCaイオンを除去した条件下でも観察され、またプロテインカイネースを介する反応では無い事も確認された。したがって低浸透圧負荷による電流増強は膜伸展による直接作用である事が示唆された。またほとんどの細胞ではポンプ電流が低浸透圧負荷時に増大し、Cl電流が活性化されないこと、Cl電流の活性化は細胞の機能維持に取って致命的であることから、心筋細胞の容積調節機構にはポンプ電流が重要な役割を担う事が示唆された。実際、Cl電流は低浸透圧負荷でもポンプ電流が増大しない一部の例外的な細胞でのみ観察され、非常にゆっくりとしたタイムコースで増大した。遅延整流K電流についてはノイズ解析を含む詳細なカイネティックスの解析を行い、活性化カイネティックスおよび単位電流値は変化しないこと、このチャネルのアベイラビリティが変化する事が明らかとなった。これらの結果はCirculation Researchに投稿し受理された。その後、低浸透圧による細胞の容積を定量的に測定するための新しい装置を開発することを試み、ほぼ完成できた。今後はこれを用いてより定量的に膜伸展の作用について検討を加えていく。
西洋政治思想史における、主権論とローマ国制論の緊張関係について

本研究の目的は、十七世紀半ばのイングランドを対象としつつ、主権論とローマ国制論交錯という観点から、内乱の時代の政治学の歴史を見直すための足がかりをつかむことにおかれていた。核思想家の宗教内乱への対応を、主権論の性格と、ローマ国制論に対する態度という観点から分析しようとしたのである。今回、特に力を注いで分析したのは、1650年代後半に活躍した、イングランドのマシュウ・レン(Matthew Wren)であった。レンは、ホッブズの後継者を自認して主権論を展開しており、ハリントンの共和政論を厳しく批判した人物として知られてきた。今回の分析の結果、その批判は、レンがそもそも「王政」と「共和政」の区別に、「主権論」という理念と、「ローマ国制」という歴史的経験とを対応されていたことに基づくことが判明した。つまりレンにあって、政治学史の歴史は、「共和政」に対する「王政」の勝利・優越という一本の図式で描かれていたのである。よってレンの頭の中では「主権論」と「ローマ国制論」は接点を持たない。これに対し、ハリントンの場合は、政治学史は、古代ギリシャ・ローマに由来する伝統と、ヨーロッパ封建制の伝統との二本の流れからなっていた。そうであればこそ、「ローマ国制」を論じることは、政治学の伝統の一方を回復することであり、ひいては「主権論」を正しく論じることであった。よってこの場合、題目に掲げた「緊張関係」がいかなるものであるかは、実際、各思想家それぞれの「政治学史」の構図が決定的な役割を果たしていることになる。つまり、今回の最大の収穫は、分析にあたってまずその思想家を「政治学史家」としてみるという視点の大切さである。今回収集した文献等によりつつ、引き続きこの研究を進めるにあたっても、ここで得た視点を有効に活かしたいと考える。
薄膜センサーによるトラクションドライブ機構の油膜温度・圧力の測定

トラクションドライブは,2個の金属回転体の接触部に潤滑油を供給して接触面に油膜を形成し,両回転体に接線速度差を与えることにより油膜内に発生するせん断力に基づく力を利用して,一方の回転体から他方の回転体へ動力を伝達する装置である。トラクションドライブの小型化,高性能化を図るためには,トラクション係数,および接触部の油膜の温度,圧力などの分布を把握することが重要である。そこで,本研究では二円筒式のトラクションドライブ試験機を用いて,試作した薄膜センサーにより接触部の油膜温度,圧力を測定するとともに,トラクション係数を測定した.そして接触部の油膜温度,圧力とトラクション係数の関係を検討した。その結果に以下のことが得られた(1)油膜温度はヘルツの接触幅よりもかなり広い範囲で温度上昇がみられた。(2)油膜の温度上昇はヘルツ接触圧力およびすべり率の増加にともない大きくなる。(3)油膜の温度上昇はトラクション係数の増加にともない大きくなる傾向を示した。(4)油膜の圧力波形は温度波形と異なり,ヘルツの接触幅に近い範囲で圧力変化がみられた。(5)油膜圧力は,本実験の回転数の範囲では,回転速度の増加とともに大きくなる傾向を示した。なお,本年度は1種類の潤滑油でしか温度,圧力を測定できなかったが,平成8年度では本年度購入した数種類の潤滑油でも測定を行う予定である.トラクションドライブは,2個の金属回転体の接触部に潤滑油を供給して接触面に油膜を形成し,両回転体に接線速度差を与えることにより油膜内に発生するせん断力に基づく力を利用して,一方の回転体から他方の回転体へ動力を伝達する装置である。なお,本年度は1種類の潤滑油でしか温度,圧力を測定できなかったが,平成8年度では本年度購入した数種類の潤滑油でも測定を行う予定である.
液膜のダイナミクスと泡沫の生成・崩壊の超大規模数値シミュレーション

気液二相流における液膜(液体自由膜)や泡沫は比較的安定であり、表面張力、粘性、非ニュートン性などの物性に強く影響され、液膜内の流動状態が大きく変わる。数値シミュレーションで解明するために、完全陽解法による弱圧縮性流体計算手法を導入し、粘弾性モデルを導入した計算を行う。さらに気液界面に細かい格子を動的に適合させるAMR法を用い、高解像度計算が必要な領域のみを細かい格子で計算する。GPUを大量に用いる液膜・泡沫の超大規模シミュレーションを実現し、マクロなスケールでの液膜や泡沫の生成・崩壊のダイナミクスの本質を解明し、液膜中の流動や熱伝達、物質拡散を明らかにする。液膜・泡沫の数値解析手法に、弱圧縮性流体手法、粘弾性モデル、気液界面におけるAMR、単体演算性能の高いGPUを大量に動的負荷分散導入することで、大規模シミュレーションを実施して、その現象の本質を解明することを目的としている。泡の挙動は物理的に興味深く工学応用としても重要であるが、その解析手法の確立が大きく遅れており計算流体力学におけるもっともチャレンジングな課題の一つである。本研究は、弱圧縮性流れ計算法を導入して泡の動きをとらえようとする計画であり、マクロスケールでの液膜や泡沫の生成・崩壊のダイナミクスの本質を解明し、液膜中の流動や熱伝達・物質拡散を明らかにすることが期待される。
アメリカ高等教育におけるデパートメント組織の成立過程と編成原理の変遷に関する研究

アメリカ合衆国に独自な大学の組織単位である「デパートメント」の成立・展開過程について,従来のアメリカ高等教育史研究は必ずしも系統的に検討してきたとは言えない。本研究では,史的実証的にデパートメント組織の成立過程を分析し,その編成原理の変遷を整理した。その結果,以下のようなことが明らかになった。まず通説によれば,デパートメント組織は1890年代に成立したとされている。しかし本研究によれば,すでにその初期形態は1825年頃に認めることができる。それは,ハ-ヴァード大学およびヴァージニア大学においてである。この「初期デパートメント」は,教育組織の面からみれば,科目選択制の導入にともなうカリキュラムの分化形態である。また教員組織の面からみれば,ドイツの大学の講座制に類似した形態である。なぜならそれは,基本的には1人の正教授が主宰する組織だからである。一方デパートメント組織は,19世紀の後半,アメリカの大学への「研究」機能の導入によって,組織的オートノミィ(自律性)を獲得するようになった。しかしこれも,基本的には1人の正教授によって「独裁的に」主宰されるものであった。その点でそれは,依然として講座制の変形形態であるとみることができる。しかしこの自律化した「独裁的」デパートメントは,やがて「民主化」の段階を迎える。それは,20世紀のはじめ以降に見られる変化である。専門研究者としての大学教員が大学の管理運営の主導権を握るとともに,デパートメントは,大学の管理運営の基礎的単位組織となった。そして複数の教授・準教授・助教授から構成されるようになったのである。さらにその主任教授はデパートメント内の互選に基づいて,学長や学部長が任命するというシステムが確立してゆくのである。こうして現在に至っているのである。
SIMD型メニーコアプロセッサの実効性能向上に関する研究

半導体プロセス技術の進歩により,数十から数百個の演算コアを持つメニーコア型のプロセッサが登場している.中でも,計算コアやキャッシュなどを格子状に配置したタイルプロセッサが,次世代のプロセッサアーキテクチャとして有望視されている.一方,マルチメディア処理の効率化の要望も高く,今後のプロセッサアーキテクチャはNUCA型タイルプロセッサとSIMDアクセラレータを単一チップ上に搭載する複合型となる可能性が高まっている.その性能およびプログラマビリティ向上のため,申請者は最終年度である2010年度において,(1)トラフィック解析に基づいたタイル間とSIMDアクセラレータのコア間における接続方式と性能解析,および(2)SIMD型プロセッサを搭載したクラスタ環境向けプログラム開発を支援するミドルウェア環境の2点に着目して研究を行った.(1)は2008年度より継続してきた研究であり,本年度はまずNUCA型タイルプロセッサとSIMDアクセラレータのトラフィックの性質を明らかにした上で,特に前者に対する短いメッセージの転送に適した格子型トポロジ向けルーティングであるSemi-deflection routingの(a)性能改善,(b)他のルーティング方式・トポロジへの応用,(c)バースト型トラフィック向けネットワークとの併用について検討した.これと,2008年度より行っているSIMDアクセラレータ向け性能モデルの研究と合わせ,博士論文としてまとめた.また(2)については,2009年度に提案した(i)SIMD技術を応用したCellプロセッサ向けの仮想化環境に加え,(ii)汎用プロセッサからCellの計算コアに直に計算タスクを投入可能なオフローディング環境,(iii)GPUをはじめとするOpenCLアクセラレータを複数搭載したPCクラスタにおけるミドルウェア環境の設計に携わった.申請者は,プロセッサ(特に科学技術計算のアクセラレータ)の高速化および省電力化を目的として,SIMD型メニーコアプロセッサアーキテクチャの研究を行っている.SIMD技術はその優れた電力性能から,グラフィックプロセッサをはじめとした実チップ開発が盛んだた,性能に多大な影響をもたらす通信待ち時間と計算手順の関係や,電力対性能比の向上には多数の課題が残されており,申請者はこれらの課題の解決に貢献することを目指している.その第一年度である2008年度は,現行のSIMD型メニーコアプロセッサが持つ性質を明らかにすることを目標としたケーススタディのため,HPC分野で注目を集める低消費電力SIMD型アクセラレータClear Speed社のCSX600,およびNVIDIA社の高性能グラフィックプロセッサに着目した.前者は単純な制御方式で多数のPEを低動作周波数にて動作させるのに対し,後者はPEを階層化し,高動作周波数にてマルチスレッディングする点で対極的である.それぞれについては(1)アプリケーションに対する通信性能,(2)消費電力の点から解析を行った.(1)については,プロセッサのPE間やPEとメモリ間の転送性能を測定し,通信時間のモデル化を行った.これにより,通信時間のベストケースとワーストケースが求められるようになったほか,現行のアーキテクチャおよびそれを拡張したときの性能限界や,PE数に応じた性能を引き出す条件が明らかになった.また(2)については両プロセッサの演算時と通信時の詳細な電力測定を行った.現在は両者とも演算に関与しない余剰なPEやメモリ領域にも電力が供給されているため,今後はアプリケーション毎の調査を行い,不要な領域を停止するなどの電力削減手法について検討を行う予定である.近年,単一チップ上に複数の低動作周波数駆動のProcessing Elements(PEs),メモリ,I/Oなど複数モジュールを実装できるようになった.一方,SIMD技術を応用したメニーコアプロセッサは電力性能に優れるため,申請者はSIMD型メニーコアプロセッサの演算性能を引き出すアーキテクチャの考案とプログラミング手法の確立を目標としている.この課題として,申請者は(1)性能に多大な影響をもたらす通信時間のモデル化,(2)通信待ち時間を短縮するための接続方式(Network-on-Chip: NoC)およびルーティング方式の提案,および(3)プログラム開発を支援する環境作りの3点に着目しており,第2年度には(a)SIMD型プロセッサClearSpeedCSX600のデータ転送時間のモデル化および検証,(b)タイル型メニーコアプロセッサのNoCを対象とした新しい適応型ルーティング手法の提案,および(c)SIMD技術を応用したプロセッサであるCell/B.E.を用いたクラスタ構築とプロセッサ仮想化環境の提案の3つの研究を行った.(a)では実プロセッサのPE間,PE-メモリ間の実測値に基づいた通信モデルを求め,転送パターンが異なる複数の並列アプリケーションを用いてモデルの妥当性を確かめた.このモデルによりプログラマは予め通信時間を見積ることができ,それに重複するように演算部分を記述することで効率のよいプログラミングが可能となる.(b)の研究では,オンチップキャッシュを持つメニーコア型のチップマルチプロセッサ(CMP)のNoCに用いる,新しいルーティング手法を提案,評価した.この結果,従来の並列計算機向けの手法に比べ,最大3.32倍のスループットを確認した.(c)では,メニーコアプロセッサを搭載したクラスタ上における並列プログラミングを支援する仮想化環境を提案し,動作を確認している.半導体プロセス技術の進歩により,数十から数百個の演算コアを持つメニーコア型のプロセッサが登場している.中でも,計算コアやキャッシュなどを格子状に配置したタイルプロセッサが,次世代のプロセッサアーキテクチャとして有望視されている.

一方,マルチメディア処理の効率化の要望も高く,今後のプロセッサアーキテクチャはNUCA型タイルプロセッサとSIMDアクセラレータを単一チップ上に搭載する複合型となる可能性が高まっている.その性能およびプログラマビリティ向上のため,申請者は最終年度である2010年度において,(1)トラフィック解析に基づいたタイル間とSIMDアクセラレータのコア間における接続方式と性能解析,および(2)SIMD型プロセッサを搭載したクラスタ環境向けプログラム開発を支援するミドルウェア環境の2点に着目して研究を行った.(1)は2008年度より継続してきた研究であり,本年度はまずNUCA型タイルプロセッサとSIMDアクセラレータのトラフィックの性質を明らかにした上で,特に前者に対する短いメッセージの転送に適した格子型トポロジ向けルーティングであるSemi-deflection routingの(a)性能改善,(b)他のルーティング方式・トポロジへの応用,(c)バースト型トラフィック向けネットワークとの併用について検討した.これと,2008年度より行っているSIMDアクセラレータ向け性能モデルの研究と合わせ,博士論文としてまとめた.また(2)については,2009年度に提案した(i)SIMD技術を応用したCellプロセッサ向けの仮想化環境に加え,(ii)汎用プロセッサからCellの計算コアに直に計算タスクを投入可能なオフローディング環境,(iii)GPUをはじめとするOpenCLアクセラレータを複数搭載したPCクラスタにおけるミドルウェア環境の設計に携わった.
言語変化を加速した言語接触の歴史社会言語学的研究：印刷揺籃期の翻訳英語を対象に

本研究が対象とする時期は印刷技術の揺籃期にあたる中英語後期,フランス語に代わって英語の使用が拡大してきた時代である.主たる分析対象はWilliam Caxtonと大陸の同業者たちである.Caxtonは,さまざまな言語に明るく,みずから英語に翻訳した作品を印刷した.印刷技術の拡大は綴り字の標準化だけでなく,統語面,構文面の変化にも影響を与えたと考えられる.翻訳を言語接触の場の一つと考え,翻訳行為と言語変化との関連を今日的な歴史社会言語学の視点から捉え直す.本研究が対象とする時期は印刷技術の揺籃期にあたる中英語後期,フランス語に代わって英語の使用が拡大してきた時代である.主たる分析対象はWilliam Caxtonと大陸の同業者たちである.Caxtonは,さまざまな言語に明るく,みずから英語に翻訳した作品を印刷した.印刷技術の拡大は綴り字の標準化だけでなく,統語面,構文面の変化にも影響を与えたと考えられる.翻訳を言語接触の場の一つと考え,翻訳行為と言語変化との関連を今日的な歴史社会言語学の視点から捉え直す.
座標変換を用いた成長発育分析法の確立

本研究で開発された方法の根底には、正常の成長変化であれば骨折や病的肥大などに見られるようなCatastorophe的な変化は起きないであろうという仮定がある。つまり、筋突起が3年後に関節頭にはならないであろう、という仮説が根底に存在するが、より正確に外形線の変化を捉えるのであれば、軟骨組織である関節頭などにおける成長ベクトル算出法には重みづけをおこなう必要も認められる。しかし、現段階でセファログラムを用いた臨床上の手法という制限のもとに骨体内部の成長量を描出することは不可能である。したがって、数学的な理論に基づいた方法という点で本研究における評価関数の設定は多分に妥当なものであると考えられる。また、本研究では、主に成長変化の評価法ということを目標としたが、口蓋裂症例の解析としても示したように、個体間における形態の差異を抽出する方法としても有用であると考えられる。加えて、本年度の実績としての高度な計算をコンピュータの処理によって比較的簡単におこなえるようにしたことは今後の普及、臨床応用へ寄与するものでもある。本年度の解析から正常な(先天的異常のない)被験者においては以下の点が明らかとなった。1)各年齢間において成長の場は変動している。2)上記の特性として形態特異性がある。3)添加・吸収の逆転相が時間的、空間的に存在している可能性がある。4)歯槽部は他の部分には見られない特異的変化を示すことがある。また、口蓋裂症例の解析から1)従来の研究では、咬合状態が顎骨成長へ及ぼす影響を過大評価していた可能性がある。下顎骨の成長は遺伝に支配されている可能性が高い。特に母親の遺伝的影響が大きい可能性がある。などが得られた。などが得られた。成長発育中に生じる不正咬合、咀嚼障害を診断し、適切な治療法、治療時期を決定するためには、頭蓋顎顔面骨の成長にともなった変化を可能な限り正確に予測することが不可欠であります。このため、我々は、成長発育変化の解析方法として、1931年Broadbentが頭部の評価法として導入して以来、数多くのセファロ分析法を用いてきております。そして、それらのほとんどは、角度分析や線(距離)分析を主体とし、解剖学的な基準点を設けて相対的位置を評価するものであります。したがって、これらの分析方法は上下顎の前後的な位置関係を把握しやすいといる利点を有し、矯正医どうしのコミュニケーションツールとしても定着しております。しかし、その反面、顎顔面構成骨それぞれの骨形態を単独で評価することは不可能であり、さらに、各計測点間における骨体表面の変化を正確に表わしているとは言い難いものでもあります。また、重ね合せや変換の際に不動点を設定してしまう。という問題点を抱えております。さらに、我々のX線CTを用いた下顎骨骨形態と骨密度、筋機能に関する研究から、顎骨の成長にともなった形態的/質的な変化では、筋牽引の力、方向およびその荷重領域である歯列、咬合と密接な関連性を有していることが判明してきております。そこで、本年度は、経年的に撮影されたセファログラムから下後骨輪郭線の変化を成長速度ベクトルとして表示する方法を考案し、いくつかの症例に応用、それぞれの下顎骨体の成長の差異を抽出可能であるか検討しました。1.セファログラム上で下顎骨輪郭線をトレースし、スキャナーにて輪郭を構成する各点の座標値データを抽出する。2.成長前後の座標値データに対して三次スプライン関数により補間をおこなう。3.成長前後の対応点を探索するとともに、隣接する成長速度ベクトルの差を補正する評価関数を決定する。

4.評価関数から成長前後の座標系を変換し相対位置を修正する。成長速度を決定する。その結果、成長発育の場所が特定可能となり、今後、症例数を増すとともに我々が行っている三次元的な骨密度変化の分析結果と合わせて総合的な形態分析・成長予測法として臨床応用するつもりであります。本方法の根底には、正常の成長変化であれば骨折や病的肥大などに見られるようなCatastorophe的な変化は起きないであろうという仮定がある。つまり、筋突起が3年後に関節頭にはならないであろう、という仮説が根底に存在するが、より正確に外形線の変化を捉えるのであれば、軟骨組織である関節頭などにおける成長ベクトル算出法には重みづけをおこなう必要も認められる。しかし、現段階でセファログラムを用いた臨床上の手法という制限のもとに骨体内部の成長量を描出することは不可能である。したがって、数学的な論理に基づいた方法という点で本研究における評価関数の設定は多分に妥当なものであると考えられる。また、本研究では、主に成長変化の評価法ということを目標としたが、口蓋裂症例の解析としても示したように、個体間における形態の差異を抽出する方法としても有用であると考えられる。加えて、本年度の実績として、高度な計算をコンピュータの処理によって比較的簡単におこなえるようにしたことは今後の普及,臨床応用へ寄与するものでもある。本年度の解析から、正常な(先天的異常のない)被験者においては以下の点が明らかとなった。1)各年齢間において成長の場は変動している。2)上記の特性として形態特異性がある。3)添加・吸収の逆転相が時間的,空間的に存在している可能性がある。4)歯槽部は他の部分には見られない特異的変化を示すことがある。また、口蓋裂症例の解析から1)従来の研究では、咬合状態が顎骨成長へ及ぼす影響を過大評価していた可能性がある。2)下顎骨の成長は遺伝に支配されている可能性が高い。3)特に母親の遺伝的影響が大きい可能性がある。などがあげれれる。