hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動作立案能力から見る言語能力

木は、必要な運動指示を各サーボモータの角度変化として、使役を表す述語Cの支配下に表す。一つ一つの木の終端連鎖は一種の「文」構造を表す。これらの「文」の連鎖が運動全体の立案を表示することになる。個々の木が表示する終端連鎖は(正則文法によって導出される)正則表現であることが明らかになってきた[H24,25年度の研究]。その後の形態素分析関連の文献研究によると、各木構造の終端連鎖は、文ではなく、その記号列の単純性から、むしろ語構造なのではないかという判断が強まっている。すると、木構造を成す語を継時的に繋いだ連鎖の全体構造が、文構造を目指す「プロト文」ではないか、と考えたくなる。この「プロト文」には、現代のヒトの言語がもつような非対称的で意味単位を組み立ててゆく構成素構造がまだ見当たらない。そのような意味でも、この動作文法は言語進化を示唆する証拠となりうる可能性がある。言語起源をヒトの動作に求める説を支持するため、動作文法の可能性を探究してきた。ヒトの概略の動作を模型ロボットに模擬させ、関節からの他の関節、端点に対する運動使役をもとに、その動作立案を分析木の時系列に変換した。この木は書き換え規則体系によって生成されるが、それらの規則は正則型であることが判明した。正則文法はその複雑度が句構造文法より一レベル低いことが知られている。この動作文法によって生成される個々の終端連鎖は、文よりむしろ語と理解した方が良さそうである。今後は、これらの語が、実用目的を持つ動作全体の中で、どのように構成され文相当の語連鎖を形成するのか、意味論をも含めて、その機構の解明を行う。1年目の木表示を差分に改良することにより「動作の文法」の特徴、特に複雑度を測りやすい表示をえることができた。英語学今年度の研究に基づき、纏まった研究論文を完成させる予定である。本仮説は長年熟考してきたアイデアであり、作業仮説は安定している。動作文法構築のためのデータはロボット動作のサンプリングデータであり、安定している。よって構築される文法は確定的である。しかし、動作文法の複雑性を言語の文法の複雑性の必要条件的な証左に導いてゆくことは容易ではない。年度末に残額が639,152円発生しているが、これは納入に時間がかかり年度末を越えたためである。3月に発注したロボット一式(*)が組み立て、調整に時間を要し、4月に入ってから納入された。研究計画には遅れは無い。運動計画から文法を導くために、自動化手法(文法推論)を用いる可能性を示唆されたが、なぜこの手法を用いることができないか、という概念的な議論を展開する必要がある。また、実際の模型ロボットからの動作サンプルを増やして動作文法を確証してゆく必要を感じているが、時間とコストの関係から、次の研究計画に組み込むことになる可能性もある。全学予算の、上記のロボット一式分(Robovie440,400円と付属ソフト19,000円)は納入され、すでに4月に消化された。平成27年分は学会出張2回(50万円)、書籍購入(50万円)、その他消耗品(10万円)等に使用する予定である。年度末の最終段階に僅かに残金が生じたが、次年度予算に繰り越し新たな計画のもとで使う。次年度の予算に含めて、有意義な使用を行う。
後期更新世大型哺乳類の生物計測学的研究

日本と中国産の更新世哺乳類長鼻目ゾウ科、偶蹄目シカ科化石と現生のシカ科試料について生物計測学的調査を行った。その結果1.従来、多くの種に分けられていたシカ属化石は現生のニホンシカ(C nippon)の変異の中に含まれることがはっきりした。ニホンシカがかなり古く(中期更新世)から生息していたことが分った。2.日本のオオツノシカは中国のものとは別種と考えられることがはっきりした。3.北海道の由仁町産の哺乳類化石はそれぞれMammuthus primigeniusとSinomegaceros yabeiであることが分かった。その産出年代も火山灰や泥炭の年代から約5万年前のものであり、日本産としてはもっとも古いマンモス、かつもっとも北から産出したオオツノジカであることがはっきりした。この時代に北海道と本州の間に両方向に対する大型哺乳類の移動があった可能性が高くなった。このことは山陰沖日本海の海低産マンモスは必ずしも日本海を漂流した死体から由来する必要がないことになり、本州にも分布した可能性もでてきた。またオオツノジカは同じように中国北部やシベリアには布分していないので北からの進入は考えられず津軽海峡経由で移動してきた可能性が高い。いずれの場合も当時海峡はできていた可能性が高いのでアイスブリッジを渡ったか、氷期に狭くなった海峡を泳いで渡ったと考えられる。また瀬戸内海周辺脊椎動物化石標本データベースデータベース作成した。入力レコード数は約1700で、ハードウェアはApple社Macintosh、ソフトウェアはFile Maker II(日本語版)である。この標本情報データベースはソフトウェア上で自由に検索できるだけでなく、一つ一つの標本情報がA4一枚に入るように作成されており、ハードコピーとして出力しても整理しやすいようになっている。
水産廃棄物残渣等を用いた藍藻毒マイクロシスチン中毒の化学予防

アオコ由来の肝臓毒マイクロシスチンLRの細胞毒性を抑制し得る化合物を探索し、肝がんや肝機能不全の化学予防または対処法の確立のための礎とすることを目指した。様々な生物資源由来の抽出物や単離化合物を用いてスクリーニングした結果、アメリカオオアカイカの廃棄残差の皮から単離精製したセラミド誘導体のセラミドアミノエチルホスホン酸がマイクロシスチンLRの細胞毒性を抑制し得ることが明らかになった。さらに柑橘類由来のフラボノイドであるナリンジンにも同様の効果があることが明らかになった。「安全な水」の供給のための重要課題として、有毒藍藻類由来の化合物中毒、特に肝臓毒マイクロシスチンLR(MC-LR)に対する予防法を確立する必要があり、その毒性についての知識を得るための詳細な毒性学的実験研究が急務である。報告者はMC-LR中毒への予防策並びに対処法の礎を築くため、MC-LRの毒性を抑制する健康食品や生薬を探索している。これまでの研究により、柑橘類の渋み成分であるナリンジンにMC-LRの細胞毒性抑制能を見出した。そこで、さらなる詳細な解析を実施した結果、MC-LRの肝細胞内への取り込み責任分子であるOATP1B3を介したMC-LRの輸送をナリンジンが抑制することを明らかにした。また、ナリンジンのアグリコンであるナリンゲニンにナリンジン以上に強力なMC-LRの細胞毒性抑制作用を見出した。さらに、各種生薬を用いてMC-LRの毒性抑制能を有す生薬の探索を試みた結果、イワジシャに強力な毒性抑制能が検出された。「安全な水」の供給のための重要課題として、有毒藍藻類由来の化合物中毒、特に肝臓毒マイクロシスチンLRに対する予防法を確立する必要があり、その毒性についての知識を得るための詳細な毒性学的実験研究が急務である。そこで、マイクロシスチンLRの細胞内解毒代謝機構の分子機序の解明への着手に加え、マイクロシスチンLRの細胞毒性を抑制し得るアメリカオオアカイカ由来のセラミド誘導体セラミドアミノエチルホスホン酸(CAEP)等の水産物廃棄残渣をはじめとした食品成分・天然化合物の機能解析を実施した。第I相薬毒物代謝酵素のカルボキシルエステラーゼ(CES)2が関与するMCLRの弱毒化現象について詳細にその分子機序を解析した。CES2を安定に発現するHEK293-OATP1B1/CES2とHEK293-OATP1B3/CES2細胞はCES2非発現HEK293-OATP1B1またはHEK293-OATP1B3細胞に比べてMCLR耐性を示すことを突き止めた。そこで,MCLR耐性の賦与におけるCES2の関与を以下の2つの実験で明らかにした。(1) CES2のカルボキシルエステラーゼ活性をMCLRが阻害した。(2) CES2とmicrocystin-agaroseとの結合すなわち相互作用が検出された。アメリカオオアカイカ皮由来のCEAPは、保存安定性が悪く、機能性の低下が比較的早いことが判明したため、H25年度計画を前倒して実施した。HEK293-OATP1B3細胞を用いた解析において、O-P-C構造をもつCAEPはマイクロシスチンLRの細胞毒性を有意に抑制した。この毒性抑制活性は、対照として用いたO-P-O構造をもつスフィンゴミエリンの約2倍であり、また、リン酸基をもたないセレブロシドには活性は検出されなかった。本研究において、マイクロシスチンLRの新規な機能性としてアノイキス抵抗性の誘導能を見出し、その分子機序を部分的に明らかにした。解析の結果、マイクロシスチンLR曝露により足場からはがれ浮遊した細胞がアノイキス抵抗性を示し、さらに、マイクロシスチンLR耐性を獲得することが明らかになった。この細胞をHEK293-OATP1B3-FL細胞と命名した。HEK293-OATP1B3-FL細胞は細胞接着分子であるEカドヘリンの発現が低下していることが判明した。一方、マイクロシスチンLR曝露に耐えて接着し続けた細胞をHEK293-OATP1B3-AD細胞と命名した。HEK293-OATP1B3-AD細胞もマイクロシスチンLR耐性を獲得して、細胞骨格タンパク質の発現が上昇していた。さらにEカドヘリンの発現が上昇し、Eカドヘリンの発現を負に制御する転写調節因子ZEB-1の発現が低下していた。また、マイクロシスチンLRの細胞毒性を減弱し得る化合物の探索を試み、マイクロシスチンLR中毒の化学予防ならびに対処法の確立をめざした。

すなわち、実験動物のラットにおいてマイクロシスチンLRの細胞毒性を減弱することが報告されている柑橘類フラボノイドであるナリンジンについて、ヒトOATP1B1またはOATP1B3を強制発現させた培養細胞においてマイクロシスチンLRの細胞毒性抑制能を発揮する可能性について検討した結果、ナリンジンはOATP1B1またはOATP1B3を介したマイクロシスチンLRの細胞内取り込みを阻害し、マイクロシスチンLRによるPP活性阻害を抑制し、リン酸化タンパク質の細胞内蓄積を低下させた。これらの分子機序を介してナリンジンはマイクロシスチンLRの細胞毒性を減弱することが明らかになった。水圏生命科学各種の健康食品や生薬にMC-LRの細胞毒性を抑制し得るものを発見した。その機能発現のメカニズムの解析はまだ未着手であるものの、おおむね順調に進展していると判断される。CAEPの活性保存性の不安定性が判明したことから、当初計画を多少変更し、平成25年度実施予定の検討項目にすでに着手し、論文発表した。そのために第三相の薬物代謝系に関する解析が若干不十分であるが、それ以上に有益な研究結果が得られている。平成24年度計画の続きを引き続き実施するとともに、平成26年度計画を実施する予定である。すなわち、これまでに見出したMC-LRの毒性抑制能を有す化合物、健康食品、ならびに生薬等をもちいたMC-LRの細胞毒性抑制機構の解明に着手する。また、上述の試料に関して、ゼブラフィッシュを用いた機能評価についても検討を加える。平成24年度に引き続きMCLRの代謝・弱毒・解毒機構の解析を実施する。報告者らは、これまでに柑橘類の苦み成分でフラボノイドの一種であるナリンジンが、活性酸素の消去ならびにOATP1B1およびOATP1B3を介したMCLRの細胞内取り込みを阻害することにより、細胞毒性の発現を抑制することを明らかにした。また、アメリカオオアカイカ由来のセラミド誘導体セラミドアミノエチルホスホン酸(CAEP)、奄美大島産のある種の海綿から単離したトリテルペノイドの一種であるステリフェリンA、同じく奄美大島の健康食品であるクビキ、ダラキ、バナバ、並びに月桃の各抽出物中の成分にMCLRの細胞毒性を減弱する効果があることも突き止めた。そこで、MCLRのOATP1B1およびOATP1B3を介した細胞内への取り込み抑制、毒性発現の鍵分子であるp53等を指標に用いて、上述のCAEPをはじめとした天然物由来の化合物を用いた中毒の化学予防法の開発をめざす。また、報告者らの以前の研究でアゴステロールA(伊勢湾および英虞湾産の海綿由来)がグルタチオン抱合体排出ポンプABCC2の輸送機能を阻害することを発見した。そこで、MCLRの毒性発現促進作用についてもアゴステロールAの機能性を検討する。これはMCLRを抗癌剤として検討する際の有用な情報となると期待される。さらに、主に次年度に実施する実験動物(マウスおよびゼブラフィッシュ)を用いたMCLRの毒性抑制化合物の機能評価の準備にとりかかる。報告者らの所属する機関の研究棟が新築移転した。これに伴い、研究環境に変化が生じ、新たに蛍光顕微鏡の購入の必要性が生じた。この点以外については、概ね申請書通りに予算使用可能である。
位置制御シングルモード量子ドット・量子リングの伝導制御とその応用

自己組織化InAs量子ドット中では、軌道間の量子化エネルギー差や帯電エネルギーが、テラヘルツの光子エネルギーに相当する。しかし、一般にテラヘルツ電磁波の波長に比べ、量子ドットのサイズが非常に小さいため、通常のテラヘルツ透過測定では単一量子ドットの信号を得ることは不可能である。本研究では、ソース・ドレイン電極をアンテナとして用いて、テラヘルツ電磁波を単一量子ドットに集光し、さらに同じ電極を用いて量子ドットを流れるテラヘルツ誘起光電流を計測することにより、量子ドットのサブレベル間エネルギーや帯電エネルギーなど、重要な電子状態のパラメータを決定することができた。自己組織化InAs量子ドットのように電子準位が1モード(またはごく少数のモード)しか含まないような極限ナノ領域では、その物理が量子力学に支配され、非常に理想的で制御性のよいものになる。従って、bottom-up的極限ナノ構造を作製し、電極から電子を注入し伝導を制御できれば、次世代のエレクトロニクスに新しい局面を拓くことができるであろう。本研究では、極微小自己組織化単一InAs量子ドット・ダッシュおよび量子リング構造にナノギャップ電極により電気的にアクセスし、その量子伝導特性を明らかにするとともに、その応用を探索することを目的に研究を遂行している。本年度の主な成果は、以下の通りである。1.イオン液体を用いた量子ドット電子状態の制御:イオン液体(DEME-TFSI)を量子ドット表面に塗布し、巨大な電界を印加することにより、単一量子ドットトランジスタ構造中の電子数、電子の軌道量子化エネルギーや帯電エネルギーを大きく制御できることを示した。2.長波長テラヘルツ電磁波を用いた単一量子ドットのサブレベル間遷移の観測:単一量子ドットトランジスタ構造において、量子ドットにアクセスするナノギャップ電極をテラヘルツアンテナと集積化することにより、単一量子ドット内のサブレベル間の遷移をテラヘルツ電磁波で誘起された光電流の変化として検出することに成功した。この成果は、長波長のテラヘルツ電磁波を用いて、ナノメートル領域の物性を調べるための基盤となる大きな成果である。3.量子ダッシュの伝導:(211)B面に成長した量子ダッシュにナノギャップ電極を形成した構造の磁気輸送特性を測定し、電子が軌道ごとに大きく異なるg因子を持っていることなどを明らかにした。自己組織化InAs量子ドットのように電子準位がごく少数のモードしか含まないような極限ナノ領域では、その物理が量子力学に支配され、非常に理想的で制御性のよいものになる。本研究では、極微小自己組織化単一InAs量子ドット・ダッシュ構造にナノギャップ電極により電気的にアクセスし、その電子状態やダイナミクスを明らかにするとともに、その応用を探索することを目的に研究を遂行している。本年度は、テラヘルツ電磁波を用いた量子ドット(量子ダッシュ)の電子状態の解明とその応用に関して以下のような成果を得た。1.長波長テラヘルツ電磁波を用いた単一量子ドットのサブレベル間遷移の観測:単一量子ドットを活性層とするトランジスタ構造において、量子ドットにアクセスするナノギャップ電極をテラヘルツアンテナと集積化することにより、単一量子ドットにテラヘルツ電磁波を集光するとともに、ドット内のサブレベル間遷移をテラヘルツ電磁波で誘起された光電流の変化として検出することに成功した。特に、サブレベル間遷移による光電流の生成過程において、中間状態の電子数の違いにより2種類のプロセスがあること、また殻が満杯ではないときには電子の配位の違いを反映して、複雑なスペクトルを示すことを見いだした。2.量子ドット内の電子間相互作用とテラヘルツ・トンネル分光の比較:テラヘルツ光電流測定による励起準位エネルギーと量子ドットトランジスタのクーロン安定化ダイアグラムから求められる励起準位のエネルギーが、遷移則の違いにより感度が違うものの、いずれも多体効果を反映したものであることを見いだした。本研究では、極微小自己組織化単一InAs量子ドット構造にナノギャップ電極により電気的にアクセスし、その電子状態やダイナミクスを明らかにするとともに、その応用を探索することを目的に研究を遂行している。本研究で、我々は単一量子ドットを活性層とするトランジスタ構造において、量子ドットにアクセスするナノギャップ電極をテラヘルツアンテナと集積化することにより、量子ドット内のサブレベル間遷移をテラヘルツ電磁波で誘起された光電流の変化として検出することに成功した。特に本年度は、以下のような成果を挙げることができた。1.量子ドットにコンタクトする電極のトンネル抵抗の非対称性により、テラヘルツ電磁波でサブレベル間遷移を誘起すると、単一電子ポンプとして機能し、光起電力が発生することを見いだした。この効果は、今まで利用が困難であった熱雑音を有用な直流パワーに変換することができるという点で、ナノエナジーハーベスティングとしての効果が期待できる。2.量子ドットの中では電子間の相互作用エネルギーが10 meV程度となり、無視できない。従来は量子ドットの基底状態での帯電エネルギーを求めることはできたが、本研究でテラヘルツ誘起光電流の立ち上がりバイアス条件を調べることにより、デバイス動作にとって重要な励起状態での電子間相互作用のエネルギーを求める方法を開発した。

しかし、一般にテラヘルツ電磁波の波長に比べ、量子ドットのサイズが非常に小さいため、通常のテラヘルツ透過測定では単一量子ドットの信号を得ることは不可能である。本研究では、ソース・ドレイン電極をアンテナとして用いて、テラヘルツ電磁波を単一量子ドットに集光し、さらに同じ電極を用いて量子ドットを流れるテラヘルツ誘起光電流を計測することにより、量子ドットのサブレベル間エネルギーや帯電エネルギーなど、重要な電子状態のパラメータを決定することができた。当初、位置制御量子ドットやリングの作製を研究項目に挙げていたが、プロセスで不可避的に導入される結晶欠陥のために、電荷のトラッピング・デトラッピングによる信号揺らぎが大きく、有意義な成果が得られないと判断し、位置制御ドットの作製は中止した。その代わり、昨年度より、テラヘルツ電磁波による量子ドット、量子ダッシュの電子状態の解明や電子伝導との関係を明らかにする方向に比重を移動し、研究を遂行している。単一量子ドットのテラヘルツ分光では大きな進展があり、量子ドットのサブレベル間遷移の観測に成功した。1meVを切る半値幅のサブレベル間遷移スペクトルの観測に成功したのは世界で初めての成果である。さらにサブレベル間遷移のスペクトルやテラヘルツ誘起電流は、電子間相互作用により大きな影響を受けていることが明らかになり、現在、論文にまとめつつある。27年度が最終年度であるため、記入しない。量子半導体エレクトロニクス計画調書では、位置制御量子ドットやリングの作製を研究項目に挙げていたが、プロセスで不可避的に導入される結晶欠陥のために、電荷のトラッピング・デトラッピングによる信号揺らぎが観測されるため、中止した。量子ドットの位置制御を行わないで、再現性よく量子ドットにアクセスする新しい方法として、低加速電圧の電子顕微鏡で量子ドットの位置を確認し、それをもとに電極を作製する技術と、10nmを切る極微細ギャップを有する金属電極の新しい作製法に取り組みつつあり、明瞭な殻構造が見えるであろう直径40 nm以下の量子ドットに再現性よくコンタクトできるよう取り組んでいる。また世界で初めて観測に成功した量子ドットのサブレベル間遷移であるが、それが観測できる条件、スペクトルの形状、ゲート電圧・ソースドレイン電圧に対する振る舞いが、電子のクーロン反発力やスピンの効果を反映したものであることがわかりつつあり、今後、サブレベル間遷移スペクトルの理解に注力していく予定である。位置制御量子ドットやリングの作製を研究項目に挙げていたが、プロセスで不可避的に導入される結晶欠陥のために、電荷のトラッピング・デトラッピングによる信号揺らぎが観測されるため、当初予定した計画に比べて、現在のところ大きな進捗はない。しかし、単一量子ドットのテラヘルツ分光では大きな進展があり、量子ドットのサブレベル間遷移の観測に成功した。
昭和文化の歴史社会学的研究

昭和文化の歴史社会学的研究として、とくに高等教育・出版文化を中心とした「教養」の問題の研究を行なった。各所に散在している教養主義に関わる資料文献の探索を行ない、多くの資料の所在を明らかにできたことはまず第一の成果といえるであろう。そして、こうした成果をもとにして発表されたのが論文「“教養"の歴史社会学的考察」である。ここでは次のようなことが明らかにされた。すなわち、1.日本の教養主義は新渡部稲造系統とケーベル系統の二つの系統が合流した形で、大正初期に形成されたこと。2.岩波書店の刊行物を主軸として旧制高等学校生徒の間にそれを主に広まっていった。3.大正後期からはマルクス主義の影響力が増大してきたため、それは一定程度の後退現象をみた。4.マルクス主義の影響力が後退した昭和十年代に河合栄治郎の『学生叢書』が刊行されるなどして教養主義は復活するとともに完成した。5.従って第二次大戦期は軍国主義の時代であったが、学歴エリートのユース・カルチャーとしては教養主義の全盛期の時代なのであった。6.終戦後、旧制高校が廃止されるなどのことがあったが、教養主義は新制大学の学生を中心としてユース・ハイ・カルチャーとして存統していった。7.昭和二十・三十年代には大きな影響力をもった教養主義も昭和四十年代から後退していくことになる。8.その原因は、この高度成長期に、大学生が急増し、そこに大量のエンターテイメント中心の大衆文化が流れこんできたからである。9.その意味では、今日教養主義は最も厳しい状況を迎えているといわねばならないであろう。しかし、文化を通しての人格の完成というその理念は失われてはならず、その再生の途がはかられるべきであろう。以上である。昭和文化を「教養」の問題を中心にして考察したはじめての本格的研究成果であり、その先駆的意義は大きいものがあると考える。次は、修養主義を中心とした大衆文化の考察も行ない、両者をあわせた昭和文化の歴史社会学の完成を期したい。以上である。
四川大地震時生じた大規模天然ダムの決壊危険度及び緊急対策の有効性に関する調査研究

2008年四川大地震により, 800個以上の天然ダムが形成された.これらの天然ダムの形成・決壊過程を解明するために,四川の大規模天然ダムについて現地調査および計測を行い,天然ダムを形成する地すべりの地質・地形背景・運動特徴およびダム堤体の物性について調べた.また,日本国内で地震や降雨により形成された天然ダムに対して,現地調査と計測を実施し,ダム堤体の物性を調べた.また,ダム堤体の物性に基づいた天然ダム堤体の越流決壊危険度評価手法を提案した.2008年四川大地震により, 800個以上の天然ダムが形成された.これらの天然ダムの形成・決壊過程を解明するために,四川の大規模天然ダムについて現地調査および計測を行い,天然ダムを形成する地すべりの地質・地形背景・運動特徴およびダム堤体の物性について調べた.また,日本国内で地震や降雨により形成された天然ダムに対して,現地調査と計測を実施し,ダム堤体の物性を調べた.また,ダム堤体の物性に基づいた天然ダム堤体の越流決壊危険度評価手法を提案した.四川大地震時形成された大規模天然ダムの形成・決壊機構を解明するため,幾つかの大規模天然ダムを対象に,その地質背景を調査すると共に,高精度表面波探査と微動アレイ調査を実施し,ダム堤体の物性を調べた.また,ダム堤体において地震観測を行い,その地震動特性も調べた.その結果は,下記の通りである.(1)災害直後の衛星写真より,250余りの天然ダムが形成されたことが分かちた.その内ダム高さが10m以上,堰止め湖総貯水量が10000m^3以上,かつ集水面積が20km^2以上の堰止め湖が104箇所形成された.その多くは川の右岸側の斜面に於いて発生した地すべりにより形成されたもので,地震断層に沿って分布している.その原因としては,地震断層の破壊進行方向(NEN)と河川の流下方向(多くはESE方向)が直交していることが考えられる.(2)形成された天然ダムの堤体は地すべり源頭部の地質によって異なる.白雲岩や石灰岩地層からの地すべり土砂に大きな岩塊があり,堤体は比較的に安定であるが,玄武岩と千枚岩および砂岩泥岩互層に起源した地すべり土砂には細粒物が多く,堤体の安定性が低い.また,長距離移動した土砂において,岩塊の破砕や偏析が発生し,形成された堤体の安定性が低くなると考えられる.(3)ダム堤体に対して表面波探査および微動アレイ調査を行った結果,ダム堤体の非均一性及び特異性が地質・地形背景或いは地すべりタイプによって異なることが分かった.長距離運動した地すべり土塊により形成されたダム堤体が,そのS-波速度が低く,安定性が低い.河床のすぐ横の斜面において発生した地すべりにより形成した天然ダムの堤体がそのS-波速度が大きく,全体の安定性が高いと推測できる.(4)唐家山天然ダムに対して,地震動観測を行った.その結果,ダム堤体の固有周波数は約5Hzであることが分かった.すなわち,ダム堤体を構成する土層が全体として固いことが分かった.また,ダム堤体の上下流方向に沿った地震動が卓越していることも分かった.四川大地震時に形成された大規模天然ダムの形成・決壊機構を解明するため,H21年度に続きH22年度には,幾つかの大規模天然ダムを対象に,その地質背景および運動特性を調査すると共に,高精度表面波探査と微動アレイー調査を実施し,ダム堤体の物性を調べた.また,H16年中越地震により形成された東竹沢天然ダムの堤体物性(S波速度分布)を調べ,その結果と四川の天然ダムの堤体特性と比べて,四川の大規模天然ダムの安定性を評価した。その結果は下記の通りである(1)異なる時期の衛星写真を判読した結果,四川大地震時に800余りの天然ダムが形成され,その内,45%が一週間,60%が一ケ月,90%が一年以内で決壊したことを判明した。(2)白雲岩や石灰岩地層に起源し,長距離移動した地すべり土塊により形成された天然ダム(例えば,天池および老鷹岩)の堤体において,岩塊の破砕や偏析が激しく発生し,形成された堤体の表層が大きな岩塊(m)で覆われているが,堤体の内部および底部に行くほど,粒径が小さくなったことが分かった。これらの粒径分布特性を考慮したダム堤体の安定性評価手法の開発が必要である。(3) H16年中越地震時に形成された東竹沢天然ダムの堤体に対して,高精度表面波探査および微動アレイー調査を実施した結果,天然ダムを形成する地すべり移動土塊が殆どその形が崩れていないままで斜面と平行して移動していたことが分かった.また,ダム堤体のS波速度が,四川大地震の時に白雲岩や石灰岩地層に起源した天然ダムに対して,全体として低いことがわかった。東竹沢天然ダムが堰止め湖の水位の上昇やパイビングにより決壊する可能性が低いことが,地震直後の調査およびその後の種々の数値解析などにより判明されているため,仮にダムのDimensionless Blockage Indexが同じである場合には,S波の高いダム堤体がより安全であろうと判断できる。四川大地震時に形成された大規模天然ダムの形成

・決壊機構を解明するため,H22年度に引き続きH23年度には,幾つかの大規模天然ダムを対象に,その地質背景と堆積機構を調査すると共に,高精度表面波探査およびダム堤体の粒径分析を実施し,ダム堤体の物性を調べた.また,H23年9月の台風12号により紀伊半島で発生した天然ダムの堤体物性(S波速度分布)を調べ,その結果と四川の天然ダムの堤体特性と比べて,異なる誘因及び地質背景で形成された天然ダムの安定性を評価した。その結果は,下記の通りである.(1)地すべりの移動距離が短く,元斜面の地層構造を保ったまま堆積して形成された天然ダムの堤体(例えば唐家山の天然ダム)が越流侵食に強くて,現在ほぼ定常状態に達していることが分かった。(2)白雲岩や石灰岩地層からの岩盤崩落により形成された天然ダムの堤体において,岩塊の破砕や偏析により堤体の表層は大きな岩塊からなるが,ダム堤体の深部(下層)に行くほど,粒径が小さくなる。また,堤体の表層部および元河床付近の土層のS波速度が低く,ダム堤体の中心部のS波速度が高いことがわかった。(4)平成23年台風12号によって発生した伏菟野,熊野及び赤谷の斜面崩壊及び天然ダムに対して現地調査と表面波探査を実施し,その内部構造と越流侵食安定性を調べた。天然ダムは形成しなかったものの流動化した伏菟野の崩壊の堆積土層のS波速度が低く(^200m/s),元地層との境界が明瞭に認められた。熊野の天然ダム堤体の表層に約5mの厚さで疎な土層(Vs≦250m/s)があることと,赤谷のダム堤体の表層が約46mの厚さで疎な土層(Vs<200m/s)からなっていることが,分かった。赤谷のダム堤体が越流の発生に伴い,急激に約4m低くなったことより,これらの粗な土層は越流侵食に弱いと考えられる。
水素を含むナノカーボンの生成崩壊過程の分子動力学研究

本研究の目的は,ナノスケールの炭素材料が水素原子を伴うことで引き起こす現象を理解することである.そのために炭素材料の破壊と形成の両方の観点から研究することで,炭素特有の動的過程を理解しようと試みた.この目的の為に,分子動力学法を用いたシミュレーションを用いて研究を遂行した.破壊過程の研究対象として、水素プラズマと炭素材料の「プラズマ-壁相互作用」を取り上げ、グラファイト(0001)面でのCH4の発生過程を解明した.これまではCH3残基が入射水素原子と反応してCH4として脱離すると考えられてきたが,今回のシミュレーションでは殆どのケースでCHとして脱離した分子が入射水素原子もしくは水素残基を吸収しながらCH2,CH3を経て最終的なCH4になることがわかった.また、CH4の生成率が表面温度600Kでピークを持つという表面温度依存性まで実験値を再現することができた.また,プラズマ壁相互作用の主な応用先である核融合炉材料を考え,本年度はダイヤモンドの表面損耗を取り扱い,これまでのグラファイトとの比較を行った.これによればダイヤモンドはグラフライトよりも非常に高い水素プラズマ耐久性を持つことがわかった.生成過程の研究対象として,グラファイトとダイヤモンド表面での炭素堆積における構造形成を扱った.グラフアイト表面への炭化水素堆積では,表面への炭素の堆積率(堆積速度)がソースである炭化水素分子の水素原子/炭素原子比(H/C)に対して指数関数的に減少することを発見した.また,ダイヤモンド表面での堆積では表面の水素被覆率と結晶方向の違いによって形成されるアモルファス炭素材の構造の違いを示した.1、最初に、グラファイト系の分子動力学に必要な層間相互作用ポテンシャルを開発した。現存の炭素系の相互作用ポテンシャルモデルは、共有結合を単位とした短距離力のみを表現しているため、分子間力に支えられるグラファイトの層構造は正しく再現することが出来なかった。今回、コーン型の特殊なカットオフ関数を用いて層間相互作用のモデルを開発することで、層構造のグラファイトを扱える様になった。2、これを用いて、グラファイトの破壊過程の表面構造依存性を明らかにした。グラフェン面と平行な(0001)表面に水素原子を照射すると、層間相互作用を導入しなかった過去の研究ではグラファイトがアモルファス化してしまったが、今回は、グラフェン層が一枚ずつ剥がれていくという、より現実に即した現象を発見した。続いて、アームチェア端およびジグザグ端が露出した表面では、前者からはC2H2が、後者からはH2が特に生成しやすいことが明らかになった。これにより磁場閉じ込め型核融合炉における炭素壁からのC2H2の発生原理を初めて明らかにした。3、一方、生成過程の研究として、宇宙空間における炭素ダスト生成の様子を調べた。分子動力学から、C2やCHのような小さな炭化水素が集合すると、カーボンチェーンを経由して、最終的に六員環を多数持つシート状の分子ができあがることを明らかにした。これは、近年の近赤外観測において未同定赤外バンドの放射源と考えられているPoly Aromatic Hydrocarbonの形成過程を明らかにしたものであると考えられる。本研究の目的は,ナノスケールの炭素材料が水素原子を伴うことで引き起こす現象を理解することである.そのために炭素材料の破壊と形成の両方の観点から研究することで,炭素特有の動的過程を理解しようと試みた.この目的の為に,分子動力学法を用いたシミュレーションを用いて研究を遂行した.破壊過程の研究対象として、水素プラズマと炭素材料の「プラズマ-壁相互作用」を取り上げ、グラファイト(0001)面でのCH4の発生過程を解明した.これまではCH3残基が入射水素原子と反応してCH4として脱離すると考えられてきたが,今回のシミュレーションでは殆どのケースでCHとして脱離した分子が入射水素原子もしくは水素残基を吸収しながらCH2,CH3を経て最終的なCH4になることがわかった.また、CH4の生成率が表面温度600Kでピークを持つという表面温度依存性まで実験値を再現することができた.また,プラズマ壁相互作用の主な応用先である核融合炉材料を考え,本年度はダイヤモンドの表面損耗を取り扱い,これまでのグラファイトとの比較を行った.これによればダイヤモンドはグラフライトよりも非常に高い水素プラズマ耐久性を持つことがわかった.生成過程の研究対象として,グラファイトとダイヤモンド表面での炭素堆積における構造形成を扱った.グラフアイト表面への炭化水素堆積では,表面への炭素の堆積率(堆積速度)がソースである炭化水素分子の水素原子/炭素原子比(H/C)に対して指数関数的に減少することを発見した.また,ダイヤモンド表面での堆積では表面の水素被覆率と結晶方向の違いによって形成されるアモルファス炭素材の構造の違いを示した.
マルチスケールマテリアルの質感編集および質感パラメータの計算に関する研究

本研究では,マルチスケールマテリアルの質感編集に関する研究を行った.マルチスケールマテリアルとしては,布,および炎や煙,雲といった関与媒体のレンダリングおよび外観編集を行う手法を提案した.また,レンダリングの基盤となるレイトレーシング法の高速化についても研究を行った.布の質感を効率的に表現するために,入射照明と反射特性の積に比例した確率密度関数を構築することで,重要度サンプリングを行う手法を提案した.また,炎や煙といった関与媒体をボリュームレンダリングする場合,ボリュームデータから色値へ変換する伝達関数が必要になる.所望の質感となるように伝達関数を調整することは難しい.そこで,本研究では,いくつかの制御点でユーザが色を指定することで,所望する質感となるような伝達関数を逆問題により解く手法を提案した.炎や煙の減衰係数や発光係数を,シグモイド関数と放射基底関数の線形和で表現し,各基底関数を用いて炎や煙での多重散乱光を計算しておくことで,ユーザの所望する外観となるような減衰係数および発光係数をインタラクティブに計算することが可能となった.また,煙の外観だけでなく,煙の形状についてもインタラクティブに変形することができる手法を提案した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,複数のスケール(マルチスケール)からなる素材の質感をインタラクティブに編集する手法を提案する.マルチスケールな素材の例としては布が挙げられる.布を構成する糸はミリスケールであり,糸を構成する繊維はマイクロスケールである.本年度は,布の材質パラメータをレンダリング時に変更可能な,布の高速レンダリング手法の開発を行った.布をシェーディングするためには,布を構成する糸からの反射光を計算する必要がある.糸における表面散乱関数および体積散乱関数は,ガウス関数で表現される.提案手法では,このガウス関数のバンド幅パラメータや糸のアルビド係数,糸における光の屈折率などをレンダリング時に変更可能なレンダリングプログラムの開発を行った.さらに,レンダリングの基盤となるレイトレーシングプログラムの研究開発を行った.近年,レイトレーシングを高速化する手法として,高速化データ構造(例:一様グリッド,kd木,階層バウンディングボリューム)を用いる手法が提案されている.これらの高速化データ構造は,レイトレーシング処理の前に構築しておく必要があるが,動的なシーン(例えば衣服を着たキャラクタが動くようなシーン)では高速化データ構造を毎回計算しなおす必要がある.この問題を解決するために,分割統治法ベースのレイトレーシング手法の改良手法を開発した.従来の分割統治法ベースのレイトレーシングでは,幾何プリミティブ(例:シーンを構成する三角形)の分布に基づいて問題を分割していたが,提案法ではこれにレイの分布を考慮することで,最大2倍の高速化率を達成した.本研究では,マルチスケールマテリアルの質感編集に関する研究を行った.マルチスケールマテリアルとしては,布,および炎や煙,雲といった関与媒体のレンダリングおよび外観編集を行う手法を提案した.また,レンダリングの基盤となるレイトレーシング法の高速化についても研究を行った.布の質感を効率的に表現するために,入射照明と反射特性の積に比例した確率密度関数を構築することで,重要度サンプリングを行う手法を提案した.また,炎や煙といった関与媒体をボリュームレンダリングする場合,ボリュームデータから色値へ変換する伝達関数が必要になる.所望の質感となるように伝達関数を調整することは難しい.そこで,本研究では,いくつかの制御点でユーザが色を指定することで,所望する質感となるような伝達関数を逆問題により解く手法を提案した.炎や煙の減衰係数や発光係数を,シグモイド関数と放射基底関数の線形和で表現し,各基底関数を用いて炎や煙での多重散乱光を計算しておくことで,ユーザの所望する外観となるような減衰係数および発光係数をインタラクティブに計算することが可能となった.また,煙の外観だけでなく,煙の形状についてもインタラクティブに変形することができる手法を提案した.26年度が最終年度であるため、記入しない。インタラクティブな材質の編集を可能とするレンダリングプログラムの開発を行った.平成25年度はプレレンダリングを目的とした高速レンダリング手法の開発を行っていた.平成26年度は,高品質なレンダリング画像を効率的に生成する手法の開発を行う.
繊毛運動モードの分子基盤

真核生物の鞭毛・運動性繊毛は細胞表面から突出した毛状の細胞小器官であり、内部の軸糸ダイニンによってその運動が駆動される。高等生物では、組織分化に伴い繊毛運動も多様化しており、左右軸を決定するノード繊毛の回転運動、気管上皮繊毛の平面非対称運動、精子鞭毛の正弦波様の運動など、様々な運動モードを呈する。それぞれの運動モードは組織の働きと密接に関わっており、異常によって繊毛病の原因となる。しかし、各組織での繊毛の運動モードを制御する仕組みは、明らかになっていない。本研究では、「組織間で異なる繊毛運動モードは、それを駆動する軸糸ダイニンの違いによる」という作業仮説を立て、これを検証する。モデル生物にはゼブラフィッシュを用いる。ゼブラフィッシュはCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術が確立されているうえ、我々の研究室では、初めてゼブラフィッシュ精子のCryo-ET構造解析に成功した。これまでに、4つの軸糸ダイニン組み立て因子の変異体についてCryo-ET法によって精子の軸糸構造を解析し、各変異体で異なる軸糸ダイニンが欠損することを明らかにした。変異体精子の運動性異常は、構造解析の結果と相関しており、欠損する軸糸ダイニンのタイプと、精子運動性を対応づけることができた。運動モードの異なる繊毛(精子鞭毛とクッペル胞繊毛)では、変異体の運動性異常の程度は異なっており、我々の仮説を支持していた。さらに、これらの組織間では異なる軸糸ダイニン重鎖の遺伝子が発現することを明らかにした。以上の結果は、Systematic studies of all PIH proteins in zebrafishrevealtheir distinct roles in axonemal dyneinassembly (Elife. 2018;7.doi:10.7554/eLife.36979)に発表されている。軸糸ダイニン組み立て因子の機能解析についての論文が発表されており、進捗は概ね順調である。また、Efcab1遺伝子(ホヤ精子でCa2+濃度に応じて鞭毛波形を変化させることが知られるCalaxinの脊椎動物オーソログ)についてゼブラフィッシュ変異体を作製し、クッペル胞繊毛の運動に必須な機能を持つことを明らかにした。マウスEfcab1変異体の解析(共同研究)と合わせて論文を投稿中である。軸糸ダイニン重鎖遺伝子については変異体を依然作製中であるが、既に2遺伝子についてはホモ変異体系統を確立している。今後は引き続きCRISPR/Cas9を用いて各軸糸ダイニン遺伝子を欠損した変異体系統を確立する。そして、それぞれの変異体の繊毛運動性を解析することで、繊毛運動モードを決定する軸糸ダイニンを明らかにする。また、Cryo-ETを用いた軸糸構造解析から、その構造的な基盤を解明していく。異なる運動モードを呈する繊毛として、ゼブラフィッシュの精子鞭毛(正弦波様の運動)と嗅上皮繊毛(平面非対称運動)に着目する。そのために、嗅上皮繊毛についてもCryo-ET構造解析を行えるように単離・精製法を開発した。これまで、同一生物種内で、異なる運動モードを持つ繊毛構造が詳細に比較解析されたことは無い。繊毛運動モードを決定する軸糸ダイニンに着目しながら、精子鞭毛と嗅上皮繊毛の構造を比較し、異なる運動モードを生み出す分子基盤を明らかにしていく予定である。また、当研究室電子顕微鏡に導入された電子直接検出カメラにより、我々はクラミドモナス鞭毛において蛍光タンパク質の標識を検出できる解像度をCryo-ETで得られるようになった。これをゼブラフィッシュに応用し、軸糸ダイニンや、その関連タンパク質の特定の部位に蛍光タンパク質標識を導入する予定である。ゼブラフィッシュの運動繊毛組織で特異的に機能するプロモーター領域を絞り込むことができたため、今後はこれを使って効率的にトランスジェニックゼブラフィッシュを作製していく予定である。真核生物の運動性繊毛・鞭毛は、主に微小管と軸糸ダイニンで構成される細胞内小器官である。高等生物では、組織分化に伴い繊毛も多様化しており、左右軸を決定するノード繊毛の回転運動、精子鞭毛の正弦波様の運動など、様々な運動モードを呈する。それぞれの繊毛・鞭毛の運動モードは組織の働きと密接に関わっているため、異常によって繊毛病の原因となる。本研究では、「組織間で異なる繊毛運動モードは、それを駆動する軸糸ダイニンの違いによる」という作業仮説を立て、これを検証することとした。ゼブラフィッシュはCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術が確立されているうえ、我々の研究室では、初めてゼブラフィッシュ精子のクライオ電子線トモグラフィー(Cryo-ET)による構造解析に成功している。したがって、以下の計画を遂行することで、脊椎動物の繊毛運動モードを制御する仕組みに迫る。1.ゼブラフィッシュの軸糸ダイニン重鎖と関連遺伝子を、ゲノム編集技術を用いてノックアウト・不活性化し、繊毛運動モードを決定する軸糸ダイニンを特定する。2.繊毛運動モードを決定している軸糸ダイニンについて、Cryo-ETを用いて構造基盤を明らかにする。軸糸ダイニン関連遺伝子としては、複数の軸糸ダイニンを欠損させる目的から、軸糸ダイニンの組み立てに関与する遺伝子に着目する。すでに4つの遺伝子について変異体を作製してあり、同様にCryo-ETを用いた構造解析を行う。

ゼブラフィッシュのゲノム中には13種類の軸糸ダイニン重鎖遺伝子が見つかっているが、ダイニン遺伝子が巨大であるため、6種類についてしか全長が明らかになっていない。残りの7種類について、遺伝子近傍のゲノムを他種(ヒト・マウス・メダカ・クラミドモナス)の軸糸ダイニン重鎖遺伝子と比較することで全長を明らかにした。これまでは変異体をCRISPR/Cas9によるランダムな変異によって作成していたが、CRISPR/Cas9と相同組み換え用のドナー配列をco-injectionして、任意にゲノムを編集できる系を新たに立ち上げた。現在、この系を用いてG0世代を飼育中である。また、当研究室で確立したCryo-ETによるゼブラフィッシュ精子軸糸の三次元構造の手法についても改良を行い、より安定して明瞭な三次元構造が得られるようになっている。ダイニン組み立て因子については、すでに作製済みの変異体4系統について解析を進めている。これらの変異体精子について、改良したCryo-ET法によってその軸糸構造を明らかにした。各変異体で特異的な軸糸ダイニンの欠損が観察され、それぞれの組み立て因子が制御する軸糸ダイニンのタイプを同定することができた。また、高速度カメラを用いた精子運動性の解析から、変異体での運動性の異常を明らかにした。異常の程度は各変異体で異なっており、欠損する軸糸ダイニンのタイプと、精子運動性を対応づけられる可能性が示唆された。真核生物の運動性繊毛・鞭毛は、主に微小管と軸糸ダイニンで構成される細胞内小器官である。高等生物では、組織分化に伴い繊毛も多様化しており、左右軸を決定するノード繊毛の回転運動、精子鞭毛の正弦波様の運動など、様々な運動モードを呈する。それぞれの運動モードは組織の働きと密接に関わっており、異常によって繊毛病の原因となる。しかし、各組織での繊毛の運動モードを制御する仕組みは、明らかになっていない。本研究では、「組織間で異なる繊毛運動モードは、それを駆動する軸糸ダイニンの違いによる」という作業仮説を立て、これを検証することとした。モデル生物にはゼブラフィッシュを用いる。ゼブラフィッシュはCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術が確立されているうえ、我々の研究室では、初めてゼブラフィッシュ精子のCryo-ET構造解析に成功した。これまでに、4つのダイニン組み立て因子変異体についてCryo-ET法によって精子の軸糸構造を解析し、各変異体で異なる軸糸ダイニンが欠損することを明らかにした。変異体精子の運動性異常は、構造解析の結果と相関しており、欠損する軸糸ダイニンのタイプと、精子運動性を対応づけることができた。運動モードの異なる繊毛(精子鞭毛とクッペル胞繊毛)で、変異体の運動性異常の程度は異なっており、我々の仮説を支持している。以上の結果は、https://www.biorxiv.org/content/early/2018/03/26/288837に投稿されている。
心臓壁心筋の興奮による収縮の波面伝播の超音波による計測と可視化に関する研究

本研究では非侵襲定量的な心筋組織性状診断のため,ヒト心臓心筋振動伝播の超音波in vivo計測に成功した。しかし計測された振動伝播が洞房結節より生じた電気的興奮に伴う収縮応答と示すには,興奮と収縮応答の時間的対応関係を明らかにする必要がある。そこでさらに本研究では,ラット摘出心筋で電気的興奮に伴う心筋の収縮応答のin vitro計測を行い,その結果,収縮応答の伝播速度は2.5m/sと算出された。この値は,従来の動物実験において知られている値に近く,振幅が数ミクロンと非常に小さいラット心筋の計測においても妥当性を示すことができた。以上,in vivoとin vitro実験の対応を示した。心不全・心筋梗塞等重篤な心臓疾患では,心臓壁の心筋細胞に障害が出ると言われているが,現状ではその特性変化をベッドサイドで計測できる非侵襲診断方法や装置がない.そこで本研究では心筋の特性に関する非侵襲的診断法の確立を目的とする.このため,従来,本研究者は心臓壁振動計測時のエイリアシングを防ぐため,超音波ビームを10方向に限定して高速走査し,壁内に設定した約150点での振動v(t)の同時計測を実現してきた.各点の振動波形v(t)にフーリエ変換を施し,振動v(t)が心臓壁上を伝播する時間遅れに対応する位相遅れを算出し可視化した.さらに,その伝播を,心臓壁を粘弾性板としたときのラム波でモデル化し,伝播速度の分散性を,計測データと整合させ心臓壁の粘弾性特性を推定した.しかし,高速走査により空間分解能が低下し,振動伝播を心臓細部にわたって高精度に描出するには,現状では空間分解能が不十分である.そこで,本年度は次の2つの課題を実施した.(1)超音波ビームの高速走査を保ったまま空間分解能を向上させる方法と実現した.セクタ走査プローブにおける帯状走査に関して,(1)分割する扇形の数,(2)本研究の振動波形計測における最適化方法,(3)計測の限界の理論的・実験的評価を詳細に検討し,超音波ビームの高速走査を保ったまま,空間分解能を向上させる方法と計測システムへの実現を図った.(2)必要なソフトウェアを超音波ディジタル計測装置に組込み,独自の計測システムを構築し,心臓壁内各点から反射・散乱波を算出し,各点での振動波形v(t)を算出した.これらの結果によって,空間分解能を向上させ,伝播速度の計測精度も向上し,心筋の粘弾性推定精度も上げることができる.本研究では,洞房結節から生じる活動電位の伝導に伴う心筋収縮応答の伝播に着目し,この現象を超音波でin vitro計測することにより心筋収縮特性を非侵襲で診断する新たな手法の実現が期待できる。その基礎的検討のため,in vitro計測により心筋収縮応答の計測・解析を行った。長軸方向の0.2mm間隔,72点において,位相差トラッキング法により,筋収縮による心筋表面の振動速度v(t)を計測した.Parallel Beam Formingを用いて,送信回数M=3回で72本のビームを形成し,3472Hzの高フレームレートを実現している.これにより,数m/sの心筋収縮応答の遅延の計測を可能にした.ここでは,72本のビームにおいて心筋表面の振動速度波形を取得した.ビーム番号αの速度波形vα(t)に対するビーム番号βの速度波形vβ(t)の遅延時間τを算出した.算出されたτijを,ビームβの位置に対してプロット整理し,最小二乗法によりその傾きの逆数から心筋収縮の伝播速度csを算出した.計測には超音波診断装置(Aloka社製αー10)の10MHzのリニアプローブを用いた.計測対象は10週齢Sprague-Dawley ratの心臓より単離した左心室壁である.組織液はKrebs-Henseleit Solutionとした.組織液の温度は37°Cとし,混合ガス(酸素95%,二酸化炭素5%)を十分に溶かして使用した.方形パルス2Hz,刺激電圧3Vの電気刺激を与えた.収縮応答の遅延時間分布図の解析の結果,電極から遠ざかるごとに遅延時間が増加し,収縮応答が伝播する様子を示した.さらに,輝度が低い箇所は収縮応答の発生が遅いという結果が得られた.これは音響インピーダンスが低く,組織の弾性率が低いことを示す可能性がある.収縮応答の伝播速度cs=2.5m/sと算出された.ラット摘出心筋を用いたin vitro実験によって,電気的興奮に伴う収縮応答を振動速度波形として示し,収縮の遅延時間を算出することで収縮応答が伝播することを示した.

心不全・心筋梗塞等重篤な心臓疾患では,心臓壁の心筋細胞に障害が出ると言われているが,現状ではその特性変化をベッドサイドで計測できる非侵襲診断方法や装置がない.そこで本研究では心筋の特性に関する非侵襲的診断法の確立を目的とする.このため,従来,本研究者は心臓壁振動計測時のエイリアシングを防ぐため,超音波ビームを10方向に限定して高速走査し,壁内に設定した約150点での振動v(t)の同時計測を実現してきた.各点の振動波形v(t)にフーリエ変換を施し,振動v(t)が心臓壁上を伝播する時間遅れに対応する位相遅れを算出し可視化した.さらに,その伝播を,心臓壁を粘弾性板としたときのラム波でモデル化し,伝播速度の分散性を,計測データと整合させ心臓壁の粘弾性特性を推定した.本年度は次の3つの課題を実施した.(1)心臓ファントムによる計測システム評価と波動伝播特性計測の精度向上の検討(金井)1心臓ファントムとして弾性球殻をシリコーンゴムによって作製.パルス状振動を伝播。2壁内に設定した数百点で,パルス状速度波形の空間分布の同時計測。3パルス状振動の伝播速度の分散の算出。4独自の粘弾性計測法とシステム全体の評価(2)病院でのヒト心臓への適用準備(金井・西條)以上で構築・評価したシステムを臨床現場で利用するに当たり,計算時間などの課題を再検討.(3)心筋で生じる厚み変化との対応(金井)健常者の心臓では,心電信号による興奮伝導に引き続き「厚み変化の伝播」が生じる.この「収縮波面」計測は心筋機能評価の面で極めて重要.そのため厚み変化を,高い時間分解能・高い空間分解能で描出する必要がある.その手法を検討し,局所ごと厚み変化の時間変化の可視化を実現.各点での振動波形を算出するだけでなく,微小な厚み変化を算出する際に,超音波ビームに沿ったRF波形の位相変化の空間微分を高精度に求める必要があるが,この厚み変化が非常に微小であるため,その算出に関し,さらなる高精度化を検討する必要があることが分かった.この課題は,このようなRF波形の高精度計測を行うことで初めて分かった知見である.25年度が最終年度であるため、記入しない。各点での振動波形を算出するだけでなく,微小な厚み変化を算出する際に,超音波ビームに沿ったRF波形の位相変化の空間微分を高精度に求める必要があるが,この厚み変化が非常に微小であるため,その算出に関し,さらなる高精度化を検討する必要があることが分かった.この課題について,本年度は,慎重に解析した結果,画期的な高精度計測の可能性を得た。微小な厚み変化を算出するために,超音波ビームに沿ったRF波形の位相変化の空間微分を高精度に求めるための検討を理論的・実験的に慎重に行う.この対策によって,後段の処理である,振動波形v(t)の算出,その周波数解析による位相速度の決定が容易になるものと考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトでの実験とともに,動物の心臓による実験を行い,収縮時の心筋の興奮の伝播の有無を確かめる必要がある。