hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
希土類酸化物及びオキシフルオライドの熱力学と希土類廃棄物の再資源化への展開

本研究は、希土類焼結磁石のリサイクルプロセスの開発に必要な、希土類元素の酸化弗化物の標準生成ギブズ自由エネルギー変化を決定することを目的としたものである。一連の研究によって、ランタン、ネオジム、サマリウム、ジスプロシウムの酸化弗化物の標準生成ギブズ自由エネルギー変化が決定され、それらの熱力学的安定性がカチオンと酸化物イオンの親和力に大きく影響されていることが考えられた。世界最強の永久磁石であるNd-Fe-B系焼結磁石には、希土類元素(レアアース)のネオジム(Nd)やジスプロシウム(Dy)が使用されているが、その鉱石・素材生産は中国に独占されている。そのため資源の供給が不安定であり、近年は供給が一時停止するなどの問題が発生している。そこで、報告者らは、磁石廃棄物中のNdやDyを効率よく再資源化するプロセスの開発を行っている。その方法は、磁石廃棄物に弗化物を混合、溶融して、廃棄物中の不純物(特に酸素)を抽出除去するというものである。このリサイクルプロセスを実用化するためには、酸素の除去限界を原理的に推定する必要がある。そのためには、希土類元素(Ln)の酸化弗化物(オキシフルオライド,LnOxFy)の高温での熱力学特性、特に標準生成ギブズエネルギー変化の情報が必要である。しかし、希土類のオキシフルオライドの熱力学的な研究はこれまでに皆無であった。そこで、本研究では、LnOxFyの標準生成ギブズエネルギー変化を測定・決定することを目的とした。これまで起電力法を用いてLnOxFyの標準生成ギブズエネルギー変化を決定する試みを行ってきたが、前年度に引き続き装置の改良を行って発生する起電力の安定化を図った。そして、NdOF、DyOFおよびLaOF(La:ランタン)の起電力測定の再試験を行い、良好な再現性が確認された。さらに、SmOF(Sm:サマリウム)の標準生成ギブズエネルギー変化を決定した。得られた値は、過去の文献値と差異が大きかったが、NdOF、DyOF、LaOFの値と同じ水準であり、今回得られた値の方が合理的と考えられた。世界最強の永久磁石であるNd-Fe-B系磁石には、希土類元素(レアアース)のネオジム(Nd)やジスプロシウム(Dy)が使用されているが、その素材生産は中国に独占されている。このリサイクルプロセスを実用化するためには、酸素の除去限界を見積もる必要がある。そのためには、希土類元素(Ln)のオキシフルオライド(LnOxFy)の高温での熱力学特性、特に標準生成ギブズエネルギー変化の情報が必要である。そこで、本研究では、LnOxFyの熱力学諸量を測定・決定することを目的とした。これまでに、既に、起電力法によりLnOxFyの標準生成ギブズエネルギー変化を決定する試みを行ってきたが、得られる起電力が安定しなかった。そこで、実験手法の改良を行うとともに、NdOF、DyOFおよびLaOF(La:ランタン)の標準生成ギブズエネルギー変化を決定した。その結果、NdOFの標準生成ギブズエネルギー変化の温度依存性は、過去の報告とよく一致した。また、これまで報告例のない、DyOFおよびLaOFの標準生成ギブズエネルギー変化を確定することができた。これらのオキシフルオライドは、希土類元素の原子量が増大するほど(希土類イオンのイオン半径が減少するほど)、化学的に安定になる(ギブズエネルギー変化が低下する)ことが確認された。当初の計画では、希土類元素のうち、軽希土類(La、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロピウム))の標準生成ギブズエネルギー変化を決定する予定であった。しかし、まずはイオン半径が顕著に異なるLa、Nd、Dyを測定することで、イオン半径の減少に伴うギブズエネルギー変化の傾向を、ランタノイド全体で把握することにした。結果的に、軽希土類としてLaおよびNdのオキシフルオライドの標準生成ギブズエネルギー変化を決定することができた。さらに、重希土としてDyのギブズエネルギー変化も決定できた。当初の計画から考えると、達成度は80%程度である。平成25年度は、前年度に確立した手法によって、軽希土類として、Ce、Pr、Sm、重希土としてガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、イットリウム(Y)のオキシフルオライドの研究に展開する。

前年度と同様に高温での平衡関係を確認した後、標準生成ギブズエネルギーを決定する。全ての元素の結果を元に、測定の正確性(不確かさ)を推定し、希土類酸化物の共通特性と対比してオキシフルオライドの共通特性を明らかにする。そして、申請者が開発したリサイクルプロセスの熱力学的な精製限界を算出する。さらに、これまで検討対象としてこなかった希土類に関しても同様のプロセスで再資源化が可能か、あるいは別の処理法の方が適切か、適切な処理のシナリオを提言する。平成24年度で、電気炉等の基盤的な装置や反応容器等、多くの装置を設計・製作し、かなりの部分が揃った。しかし、反応容器は実験によって消耗するため、新たに装置の製作を行う。装置の設計は申請者が行い、資材を購入して学内の技術部(制作室)で製作する。そのため、消耗品への予算の分配が多くなっている。示差熱分析計については、外部機関の装置を借りることで対応する予定である。さらに、本研究で検討する温度域(8001200°C)に適する特殊な耐熱ステンレス鋼(SUS 310S)製容器と高純度アルミナ製容器、石英硝子セルを設計・自作する予定であり、その素材も購入する。
ベ-テ仮説法による非臨界点模型の解析

本年度課題に対する主な結果を箇条書きで述べると、1.熱的ベ-テ仮説より得られるq-級数とパラフェルミオン共形場に現れる指標との対応2.熱的ベ-テ仮説より得られる関数等式と統計力学模型に現われる転送行列間に成立する関数等式の解析およびその応用とまとめられる。それぞれに関して以下簡単に解説を行なう。1.近年、2次元模型の可解性を保ったまま非臨界点へずらす摂動が存在することが明らかにされた。このとき、理論は熱的ベ-テ仮説により記述される。報告者等は一般の半単純リー代数に基づくparafermion理論で解析を行ない、excitation spectraがRogers dilogarithmという関数でかけ、さらにこの関数の特異点のまわりでの"linking number"とparafermion weightに対応が存在することを明らかにした。これは、parafermion空間がRogers dilogarithmの解析接続の空間と同一視できるということを意味している。2.1の共形場の変形理論に登場する普遍的な関数等式(Y-system)と統計力学における可解格子模型の転送行列間にある関数等式(T-system)という一見まったく違った起源をもつ2つの関数等式が、実は等価であることをsu(n)に基づく模型に関して証明した。さらに、既知のY-systemから、一般の半単純リー代数に基づく格子模型にたいするT-systemを類推し、Yangian表現論の立場で解釈をおこなった。さらに、物理量の計算にどのように適用できるかを明らかにした。これらの結果は数学的にもしられておらず、表現論,関数論と物理との新しい交点となることを期待している。
単クローン抗体を用いたヒト造血器腫瘍細胞関連抗原の染色体支配と遺伝子支配の検索

本研究グループが作製した白血病・リンパ腫関連モノクローナル抗体を用い、その対応抗原の染色体支配及び遺伝子支配の解析を行った。染色体支配の解析は、ヒト末梢血リンパ球のConAブラストとマウスBW5147株細胞とを用いた体細胞雑種形成法により、現在までに汎T抗原の一種でT細胞性白血病・リンパ腫の分化段階を規定するに重要な抗原であるTp120抗原(CD6,gp120)及びTp40抗原(CD7,gp40)の支配遺伝子がそれぞれヒト染色体の11番及び17番上に存在することを(【i】)染色体分析、(【ii】)Lactate dehydrogenase A(第11番染色体)、Galactokinase(第17番染色体)のアイソザイム解析、(【iii】)フローサイトメトリーによる抗原発現の分析及び(【iv】)免疫沈降法による抗原分子の同定により明らかにした。但し、リンパ性白血病関連抗原であるNL-1(CD10,gp100),NL-22,HL-47抗原遺伝子の検索は、これら抗原陽性白血病細胞とマウスNS-1細胞との雑種細胞形成により実験を行ったが、一過性の陽性融合細胞を認めたのみで染色体の同定には到っていない。遺伝子支配の研究の第1歩として、HPB-ALLの高分子DNAを用いて行った遺伝子移入(transtection)において、汎T抗原であるTp40並びにHLAclass【I】抗原を同時発現するトランスフェクタントの樹立に成功した。第3次トランスフェクタントの樹立にも成功したが、Tp40抗原のみ陽性でHLA class【I】抗原は陰性となった。本細胞より高分子DNAを抽出し制限酵素Sau3Aにて切断後、λEMBL-3に挿入し、遺伝子ライブラリーを作製した。Alu配列(Blur8)をプローブとしたプラークハイブリダイゼーションの結果、1個の陽性プラークを得た。このファージ0-2(13kb)の制限酵素地図を作製し、Alu配列の存在するフラグメントを同定した。しかしながら、ファージ0-2によるトランスフェクションではTp40抗原陽性クローンは得られておらず、本DNAとTp40抗原支配遺伝子の関連は明らかでない。
高品質・高効率カンピョウ生産システムの開発

本研究では、カンピョウ自動切削機および真空乾燥装置の開発を行い、効率的且つ高品質なカンピョウ生産システムの可能性を明らかにした。先ず、職人技を持つカンピョウ生産農家の切削条件を把握した。そして、得られた条件を基にカンピョウの自動切削が可能な自動切削装置を開発した。次に、現行乾燥作業について調査し、カンピョウ真空乾燥装置を試作してカンピョウの真空乾燥条件を把握した。その結果、現行では2日間を要する乾燥時間を2時間程度に短縮することができた。1.カンピョウの自動切削の開発ユウガオ果実の切削部及び非切削部の形状及び硬度差について把握した。ユウガオ果実は、個体差が大きいが凡そ表面から中心方向67割が切削可能な部分であり、これより内部が子実部、つまり非切削部である。切削時の切削抵抗を推定するために、表面に対して垂直及び水平方向の硬度を把握した。表皮付近の周方向の硬度は500600gfであり、これが内部に向うに連れて漸減し、切削限界では100200gf、これより内部の子実部では50100gfであった。硬度を切削抵抗の変化として捉えることによって、切削部と非切削部(子実部)の判別が可能になると考えられる。また、切削基礎試験装置の試作を行い、ユウガオ果実の切削時の回転速度を変化させ、切削抵抗および反力などを明らかにするものである。2.カンピョウの乾燥方法の開発慣行法である天日乾燥について生産農家において調査し、その乾燥条件を把握した。また実験室では真空乾燥槽内圧力とカンピョウ周囲の温度を一定制御し、その適正な条件について検討した。カンピョウ付近の温度は60°C以上に制御したが、乾燥初期は20°C前後の低温と維持し、カンピョウの品温が40°Cを超えるのは周囲の制御温度80°Cでも乾燥開始から40分後、周囲温度60°Cでは80分後であった。以上のようにおおよその乾燥特性を知ることはできたが、一方で重量計周辺の温度が高くなり、また現重量計は精度も十分でないため、乾燥速度の測定には現重量計では極めて不適格であった。しかし、19年度は部品の調達が間に合わず(条件に合致する部品が見つからず)、実験に適合する装置の試作できなかった。そこで繰り越しを申請し、重量計にとって過酷な温度条件においても測定可能であり、精度も1ケタ向上した装置を試作し、同時に乾燥時のカンピョウ品温も計測可能な装置を準備し、20年度にはカンピョウの真空乾燥特性を検討できた。1.カンピヨウの自動切削機の開発前年度試作したカンピョウ切削基礎試験装置をべ一スに,カンピョウを投入すると自動的に切削する装置を試作した。切削基礎実験を継続して行い,カンピョウ切削時の力学的諸条件を現らかにした。この諸条件を基に高品質切削を可能にする切削部分の設計を行った。2.真空乾燥装置の開発慣行法の天目乾燥におけるカンピョウ乾燥作業についてデータをさらに蓄積し,天日乾燥の標準的な乾燥特性を把握した。実験室規模の真空乾燥装置における温度的に過酷な条件での重力測定装置を試作して,カンピョウの乾燥特性を求めた。天日乾燥のカンピョウの品質評価を基準に、真空乾燥の条件と真空乾燥レたカンピョウの品質について検討した。本研究は、効率的且つ高品質なカンピョウ生産システムを構成する自動切削機および真空乾燥装置の開発を行った。1.自動切削機の開発職人的技術を必要とするカンピョウ切削作業を自動で行う切削機を開発した。職人技を持つ生産農家の切削条件を把握した。ほぼ中心に心棒を貫入されて上下逆転した状態のユウガオ菜果は350550rpmで回転され、中央部のもっとも膨らんだ部分の切削では約400rpmであった。回転中にカンナと呼ばれる切削器具をユウガオ菜果に押し当てるが、その力は3040Nであった。また、ユウガオ菜果を垂直に貫く心棒を中心に設置することによって偏心回転を回避でき、均一な切削を行うことができる。この条件を基に自動切削装置を試作し、機械によるカンピョウの自動切削を可能にした。2.真空乾燥装置の開発1)天日乾燥:晴天時は一日で乾燥可能であるが、曇天や雨天では乾燥日数が増加し、品質低下を生じる。晴天あるいは曇天でボイラーを補助的に使用した場合の乾燥条件と乾燥速度について把握した。晴天時の品温は35°C程度、仕上がりは手触りで経験的に判断され、乾燥終了まで約7時間であった。曇天時は乾燥時間が増加し、ボイラーを補助的に使用するため品温が40°Cに上昇することもあった。

乾燥終了時含水率は3060%であった。色差計によるL値、b値はそれぞれ90程度、20前後であった。2)真空乾燥装置試作した真空乾燥装置を用いてカンピョウの真空乾燥条件を把握した。カンピョウ温度は初期には水分蒸発が大きく品温は上昇しないが、乾燥が進むと水分蒸発が減少し急激に品温が上昇する。その後、品温は再び一定温度を保持する。そこでこれら変曲点の含水率を検討したところ、急上昇点では含水率が100300%で周囲温度により、差異が見られたが、その後の品温上昇停止点では周囲温度4575°Cにおいて3550%と周囲温度が変化しても余り差異が見られず、天日乾燥における経験的な乾燥終了時の含水率とも一致した。よって、品温上昇停止時を乾燥終了とすれば良いことが判った。
リポクオリティと膜蛋白質の相互作用のＮＭＲ解析法の開発

膜タンパク質の構造・機能は、しばしば脂質二重層内の微量脂質により調節される。近年、その微量脂質による機能調節には、極性の高い官能基を有するヘッドグループだけでなく、疎水性の高いアシル基の鎖長や不飽和度も含めた脂質分子全体の化学的性質・化学構造(リポクオリティ)によって担われることが分かってきた。しかし、アシル基部分と膜タンパク質との相互作用様式や機能調節メカニズムについては依然として不明な点が多く、構造生物学的手法による原子レベルでの解明が待たれている。そこで本研究では、電位依存性H+チャネルVSOP/Hv1と調節因子であるアラキドン酸類との相互作用系、および、細胞の形態変化に重要な役割を果たすタンパク質Xと不飽和脂肪酸(PUFA)含有PIP2の相互作用系を解析対象とし、脂質二重膜中での解析を可能とする独自の試料調製法であるナノディスクを活用したNMRによる膜タンパク質とリポクオリティとの相互作用解析法を確立することを目的とする。本年度は、VSOP/Hv1の性状解析、試料調製法、等温滴定型カロリメトリーの測定法の最適化検討を進めた。またタンパク質Xについては、主鎖アミド基のNMRシグナルの帰属を進めるとともに、メチル基のNMRシグナルの帰属を各種変異体のNMRスペクトルとの比較により行った。PUFA含有ナノディスクの調製法を確立し、タンパク質XとPUFA含有ナノディスクとの相互作用解析を行った。化学シフト変化およびシグナルの強度減少率の解析から、タンパク質X上のPUFA相互作用部位の同定に成功した。今年度に着手したタンパク質XのNMR解析に計画以上の大きな進捗が見られた。Hv1の政情については、詳細に最適化検討を進めている。タンパク質XとPUFA含有ナノディスクについては、常磁性緩和促進効果を利用したNMR手法により、さらに相互作用部位、結合様式を明らかにするとともに、その結合親和性の原因について、様々な観点から解析を進めていく。Hv1とアラキドン酸との相互作用解析については、概ね試料最適化検討が終了したので、等温滴定型カロリメトリーによる相互作用解析を進めるとともに、Hv1-AAの直接の相互作用様式をNMRにより解明する。
テロメアヘテロクロマチンの形成機構および機能の解明

真核生物の線状染色体の末端に存在する構造体であるテロメアのクロマチン状態の維持機構を解明することを目的として研究を行った。テロメア領域は特殊な高次構造を取っており、普段転写が不活性であるヘテロクロマチンである。これまでの研究より、我々はテロメアヘテロクロマチンが少なくともTaz1(テロメアリピートDNAに直接結合するタンパク質)およびRNAi機構がredundantに機能することによって確立され維持されることを明らかにした。しかし、Taz1およびRNAi以外にもヘテロクロマチン確立因子が存在していることが示唆されたが、その実態は明らかではなかった。そこで、未知なるテロメアヘテロクロマチン確立因子を検索するため、Taz1およびRNAiの両方が欠損した株におけるテロメア領域に栄養マーカー遺伝子を挿入し、さらに遺伝子変異を誘起することにより、その栄養マーカー遺伝子の転写が完全にオンになるもの(つまり、テロメアヘテロクロマチンが完全に崩壊するもの)を選別した。現在、それらの変異株の原因遺伝子について解析中である。一方、テロメア結合タンパク質Rap1の体細胞分裂細胞周期における制御機構}を調べるため、まず初めにRap1タンパク質を野生株において過剰発現させたところ、細胞周期進行の著しい遅延が観察されたことから、Rap1が細胞周期制御因子のターゲットとなっている可能性が示唆された。そこで、in vitro kinase assayを行ったところ、Rap1はSer(セリン)213、Thr(スレオニン)378、Ser422、Ser513においてCdc2によってリン酸化される可能性が示唆された。Ser213をAla(アラニン)に置換したRap1タンパク質や、Ser513をGlu(グルタミン酸)に置換したRap1タンパク質を過剰発現させると、テロメアDNA長に異常が観察された。分裂酵母Taz1はテロメア繰り返し配列に直接結合する。spRap1やspRif1タンパク質はTaz1依存的にテロメアに局在する(Kanoh et al.2001)。まず、これらのテロメア特異的タンパク質やヘテロクロマチンタンパク質Swi6がテロメアにおいてどのような局在分布を示すのかを調べた。Taz1やRap1はテロメアリピート領域とそのすぐ隣のサブテロメア領域約10kbに渡って局在していた。それに対して、Swi6はテロメア末端付近にはあまり局在せず、代わりにサブテロメア領域の広い範囲(5080kb)に渡って局在していた。300bpのテロメアリピートDNAを染色体内部のユークロマチン領域に挿入したところ、Swi6ヘテロクロマチンが新規に形成された。また、テロメアリピートのみを持ち、サブテロメア領域を持たない人工ミニ染色体のテロメアにおいてもSwi6は局在していた。これらの場合におけるSwi6ヘテロクロマチンの形成にはTaz1が必須であった。また、Swi6ヘテロクロマチンの確立はサブテロメア領域の一部によっても引き起こされることがわかった。その領域にはセントロメアなどの他のヘテロクロマチン領域に共通に見られるDNA配列と相同性の高い配列が存在しており、その配列近辺の転写はRNAi依存的であった。さらに、その領域へのSwi6ヘテロクロマチンの確立にRNAiが関与していることがわかった。これらのことから、分裂酵母のテロメアにおいて、テロメアリピート結合タンパク質であるTaz1とRNAi機構が独立にSwi6ヘテロクロマチンを確立することが明らかとなった。テロメアは構成的ヘテロクロマチンであり、HP1タンパク質が高密度に局在している。しかし、HP1タンパク質が如何にしてテロメア領域にリクルートされ、如何にしてその局在を広げるのかについては不明な点が多い。分裂酵母のセントロメアや接合型遺伝子座位においては、共通のDNA配列(dg and dh repeats)をsiRNAの鋳型としたRNAi機構が働き、ヘテロクロマチンが確立されることが知られている。そこで我々は、分裂酵母のテロメアヘテロクロマチン形成機構の詳しい解析を行った。テロメアリピートDNA結合タンパク質であるTaz1は、テロメア末端周辺に著しく集積していたのに対し、Swi6(HP1ホモログ)は主にサブテロメア領域の広い範囲に局在していた。テロメアにはSwi6リクルートのための少なくとも2つのシス配列が存在していることがわかった。一つはテロメアリピートDNAであり、それを元にしたSwi6ヘテロクロマチンの確立には、Taz1が必要であった。もう一つはサブテロメア領域に存在するdh repeat-likeな配列であり、それを元にしたSwi6ヘテロクロマチンの確立には、RNAi機構が関与していることがわかった。さらに、Taz1はテロメアリピートおよびRNAiに依存せずにサブテロメア領域においてSwi6ヘテロクロマチンの確立を誘導する活性を有することが明らかになった。このように分裂酵母のテロメアにおいては、少なくとも2つの独立した機構によってヘテロクロマチンが確立され、安定に保持されていることがわかった。

そこで、未知なるテロメアヘテロクロマチン確立因子を検索するため、Taz1およびRNAiの両方が欠損した株におけるテロメア領域に栄養マーカー遺伝子を挿入し、さらに遺伝子変異を誘起することにより、その栄養マーカー遺伝子の転写が完全にオンになるもの(つまり、テロメアヘテロクロマチンが完全に崩壊するもの)を選別した。現在、それらの変異株の原因遺伝子について解析中である。一方、テロメア結合タンパク質Rap1の体細胞分裂細胞周期における制御機構}を調べるため、まず初めにRap1タンパク質を野生株において過剰発現させたところ、細胞周期進行の著しい遅延が観察されたことから、Rap1が細胞周期制御因子のターゲットとなっている可能性が示唆された。そこで、in vitro kinase assayを行ったところ、Rap1はSer(セリン)213、Thr(スレオニン)378、Ser422、Ser513においてCdc2によってリン酸化される可能性が示唆された。Ser213をAla(アラニン)に置換したRap1タンパク質や、Ser513をGlu(グルタミン酸)に置換したRap1タンパク質を過剰発現させると、テロメアDNA長に異常が観察された。
肺上皮細胞における転写因子の加齢性機能低下とCOPDの発症様式との検討

慢性閉塞性肺疾患(COPD)は酸化ストレス、アポトーシス、プロテアーゼ活性亢進を伴い、気道リモデリングと肺胞破壊による不可逆性換気障害を呈し対症療法以外の治療はない。先行研究において肺上皮細胞のみでアンチセリンプロテアーゼ活性の低下するC/EBPαコンディショナルノックアウトマウスを用いて慢性喫煙暴露実験を行い末梢気道周囲のプロテアーゼ活性の亢進と気道線毛上皮数の減少、肺胞壁の断裂を認め、これらがアンチセリンプロテアーゼにより予防可能であることを示した。さらにヒトCOPD肺標本においても細気管支のプロテアーゼ活性の亢進を証明した。このことからC/EBPαの肺上皮にける重要性が示され、恒常性を担うことが示された。このような働きが個体老化と共に低下する事を示すべく、C/EBPαKOマウスと野生型をさらに老齢マウス群と若年マウス群を作成し半年間の喫煙曝露を行い、表現型を観察した。野生型の老齢マウス群では喫煙後に線毛上皮細胞数が有意に低下した。またC/EBPαKOマウス群では加齢に関わらず線毛上皮細胞数は喫煙により減少した。これらの結果はC/EBPαの機能は加齢と共に低下する可能性を示唆する。また、老齢マウスにおけるナフタレン肺傷害モデルにおいても線毛上皮細胞の再生が低下する事を確認した。病理全肺結合画像を撮影し、デジタル処理を行い、気腔などを鑑別するプログラムのアップデート版を作製した。同時に肺組織完全像の撮影を目指してハインツマン固定を確立し、マイクロCTによる撮影を進めて概ね良好な画像の獲得に成功した。サンプル取得まで半年間の長期間を要するが順調に獲得できている。現在は病理表現型の解析を行い近日に終了予定であり、初年度の目標は概ね達成している。研究計画に沿って進めていく。概ね変更なく行える予定である。唯一の不安点としてC/EBPαの抗体が販売中止となり、クロマチン沈降を行える抗体の選出に時間と経費を要する懸念がある。現在評価予定の免疫染色に用いる抗体の購入に使用する予定
直接操作メタファによるプログラム言語実行モデルの構築とデバッグへの応用

本研究で対象としたプログラム言語は,Schemeである.Schemeには,プログラムの実行を高度に制御するコンティニュエーションというデータ構造があり,その機能ゆえに理解が難しい点を研究のターゲットとした.まず,コンティニュエーションの実行モデルとして,関数呼び出しの木構造を取り上げ,その視覚化から研究を開始した.具体的には,StkなるScheme処理系において,アプリケーションプログラムを一部変更して,関数呼びだし関係のデータを採取可能にした.さらに,それとは独立したデータを集計/表示するためのプログラムを試作した.この表示プログラムは,一組の関数呼びだしデータに対していろいろな表示方式を選択できるため,モデルの視覚的表現法の検討の手段として有用であった.コンティニュエーションの呼びだしは,過去に存在した関数呼びだしフレームへの制御の移動としてとらえられるので,このモデル上ではアニメーションとして表現が可能となっている.研究計画の後半の中心であったモデルへの操作については,現状ではマウスクリックによって視覚表現からデータを選び出す,ある呼びだしフレームにおけるクリックによって,そのフレームに対応するコンティニュエーションを実行することなどが可能である.変数の値の変更など,実行モデルそのものへの介入にはなお研究を進めている.本研究で対象としたプログラム言語は,Schemeである.Schemeには,プログラムの実行を高度に制御するコンティニュエーションというデータ構造があり,その機能ゆえに理解が難しい点を研究のターゲットとした.まず,コンティニュエーションの実行モデルとして,関数呼び出しの木構造を取り上げ,その視覚化から研究を開始した.具体的には,StkなるScheme処理系において,アプリケーションプログラムを一部変更して,関数呼びだし関係のデータを採取可能にした.さらに,それとは独立したデータを集計/表示するためのプログラムを試作した.この表示プログラムは,一組の関数呼びだしデータに対していろいろな表示方式を選択できるため,モデルの視覚的表現法の検討の手段として有用であった.コンティニュエーションの呼びだしは,過去に存在した関数呼びだしフレームへの制御の移動としてとらえられるので,このモデル上ではアニメーションとして表現が可能となっている.研究計画の後半の中心であったモデルへの操作については,現状ではマウスクリックによって視覚表現からデータを選び出す,ある呼びだしフレームにおけるクリックによって,そのフレームに対応するコンティニュエーションを実行することなどが可能である.変数の値の変更など,実行モデルそのものへの介入にはなお研究を進めている.
カテゴリー知覚を用いた聴覚時間分解能検査器の開発

筆者は、平成2325年度に学術研究費助成事業(若手B)の支援を受けて、神経生理学的研究を基にした心理学的聴覚時間分解能の測定法を開発した。音刺激としてA音(先行雑音:5ms、Gap:5ms、後続雑音:490ms)、B音(先行雑音:5ms、Gap:70ms、後続雑音:425ms)を設定し、さらにGapを5ms刻みで570msで自由に設定できる音刺激をX音とした。被験者にA音、B音、X音を聴取させ、X音がA音とB音どちらに聞こえたかを選択させる二肢強制選択法で回答してもらった(A-B-X法)。この測定法では、健常聴力の若年者でギャップ検知閾は25msであった。これは言語を用いた時間分解能の測定結果と近似しており、従来のGap-In-Noiseテストに比し、臨床に適した測定法と考えられた。今回の研究では、刺激音聴取の順番を入れ替えたB-A-X法も作成し、A-B-X法・B-A-X法いずれでも同様の結果が得られるかを測定し、どちらの方法でもGap検知閾は25msの結果をえられた。また、A-B-X法では3音を聴取して回答する必要があり時間がかかることから、聴取者の集中力低下による信頼性低下が懸念された。そのためさらに簡便な測定法として、測定開始前にA音やB音を繰り返し聴取させ相違を理解したと判断した時点でX音のみを聴取させA音とB音のどちらに聞こえたかを選択するX法でも測定を行った。健常聴力者では、X法でのGap検知閾は30msとA-B-X法と若干の相違を認めた。これは測定開始前のA音、B音の聴取方法を改善する必要性を示唆すると考えられた。健常聴力者のみならず高齢の難聴者でも測定を試行した。純音聴力検査の3分法平均値より30dBSPL高い音圧で測定を行った。しかし、測定開始前のA音、B音の聴取の時点で相違を認知することができない被験者がほとんどであり、高齢難聴者で安定した測定結果を得るためには更なる改良が必要であると考えられた。従来の聴力検査では聴覚時間分解能の評価を行うことはできず、簡便で信頼性の高い時間分解能の検査法を開発することを主目的に研究を行っている。これまで開発した検査機器はコンピュータのほかにデジタルサウンドプロセッサ(DSP)やアンプ、ヘッドフォンを組み合わせて使用しており、音圧調整も複雑であった。平成27年度はリオン株式会社の開発三課と協同でDSPやアンプ、ヘッドフォンを一体化した機器の開発ならびに検査のシステムウェアの開発に取り組んだ。従来の検査機器では白色雑音のみを用いたgap検知閾測定であったが、新しい検査機器では音声言語も使用する予定である。現在、機器の製作中であり平成28年5月には完成する予定である。それと並行し従来の検査機器を用いて難聴の高齢者にて白色雑音を用いたgap検知閾の測定を行った。正常聴力者では音刺激の音圧を50dBSPLとし検査を行ったが、難聴者では検査前に施行した純音聴力検査で3分法平均を計測し、その3分法平均の音圧に30dBを加えた音圧を検査音圧とした。検査施行前に8問を提示し、うち6問を正答したら本検査を開始することとした。後期高齢者では本検査前の問題提示の時点で正答を得ることが難しかった。これはA音、B音、X音の3音を提示しX音がA音とB音どちらと同じに聞こえるか、という設問設定が難解であったためと考えられた。そのため、新機器ではより簡便で理解しやすい設問にするためX音のみを提示しA音とB音どちらと同じに聞こえたか回答する方法も行えるようソフトウェアを改良した。新機器ではA音-B音-X音の3音提示法とX音のみ提示の1音提示法でgap検知閾に有意さがないことを確認した上で高齢難聴者でgap検知閾を再測定する予定である。難聴高齢者では従来の検査法では正確な測定が難しいことが判明し、新検査法を施行できる新検査機器の完成を待っている状態である。これまで開発した検査機器はコンピュータのほかにデジタルサウンドプロセッサ(DSP)やアンプ、ヘッドフォンを独自に組み合わせて使用しており、音圧調整などに手間取るものであった。平成27年度より聴力検査機器を製造販売しているリオン株式会社の開発三課と共同でDSPやアンプなどを一体化した機器の開発・作成を行った。新しい検査機器では音圧の調整は数値入力するだけでよく、研究助手でも検査が可能となった。現在は二つの研究テーマに従って研究を進めている。一つは簡便な検査法を確立することである。本研究で用いている時間分解能測定法は白色雑音に無音成分をいれ(gap)そのgapを検知するか否か、すなわちgap検知閾の測定である。gap検知閾の測定のためgapが5msのA音、70msのB音、570msで任意のgapをとるX音をA音→B音→X音で聴取し、X音がA音とB音のどちらに聞こえたかを回答してもらうA-B-X法を採用していた。

この検査法では長時間となり被験者の集中力により結果が安定しないことが判明した。そのため、X音のみを聴取してもらいあらかじめ聴取していたA音とB音のどちらに聞こえたか回答してもらうX法を開発した。健常聴力者にA-B-X法とX法の両方を検査してもらい、いずれの方法でもgap検知閾は25msで、結果は同一となることを確認した。もう一つの研究テーマは難聴者での時間分解能の測定である。時間分解能測定の前に純音聴力検査を行い3分法平均を測定し、そこから20dBSPL音圧を加えたうえでX法によりgap検知閾を測定することを予定している。現在、試験的に測定を行っているが高齢者のため検査法への理解が進まず安定した結果をのこせていない状態である。健常聴力者による簡便な検査法の開発は安定した結果を残せるようになった。一方、難聴者での時間分解能検査では、簡便な検査法を用いているにもかかわらず検査を理解してもらうのに難渋し、安定した結果を残すことができない状態である。難聴者にも理解しやすいように検査法の説明などに工夫が必要である。また、研究に協力してもらえる難聴者を確保することができていない。従来の聴力検査では聴覚時間分解能の評価を行うことはできず、簡便で信頼性の高い時間分解能の検査法を開発することを主目的に研究を行っている。これまで開発した検査機器はデジタルサウンドプロセッサ(DSP)やアンプ、ヘッドフォンを独自に組み合わせて使用しており、移動に不便で音圧調整などに手間取るものであった。平成27年度折り聴力検査機器を製造販売しているリオン株式会社の開発三課と共同でDSPやアンプを一体化した機器の開発・作成を行った。新しい検査機器では音圧調整はコンピュータに数値を入力すれば自動的に調整を行うことが可能となり、研究助手でも検査が可能となった。健常聴力者にて白色雑音を用いたGap検知閾を測定した。これは、5msの白色雑音(Leading noise)と570msの無音成分(gap)、その後の白色雑音(Trading noise)で500msとなる音刺激を作成し、gapが5msの音刺激をA音、gapが70msの音刺激をB音、gapが570msで任意の値を取るX音に分けて、A音→B音→X音と聴取させ、X音がA音とB音いずれに聞こえたかを強制選択法で回答する方法である。このGap検知では閾値が25ms程度であることを確認した。これは言語聴覚研究でのカテゴリー知覚の閾値とほぼ同一である。このことから白色雑音によるGap検知はカテゴリー知覚と同様の機序で生じると考察された。健常聴力者では検査方法を理解し順調に検査を進めることができるが、難聴を合併する高齢者では検査方法を説明しても理解できないことが多く、高齢者でも理解しやすい簡便な検査方法が必要となっている。また、重度難聴者では従来の聴力検査を行うことも難しく聴覚時間分解能の研究の対象とはならない。対象となる難聴を合併する高齢者を確保するのが難しい状態である。筆者は、平成2325年度に学術研究費助成事業(若手B)の支援を受けて、神経生理学的研究を基にした心理学的聴覚時間分解能の測定法を開発した。音刺激としてA音(先行雑音:5ms、Gap:5ms、後続雑音:490ms)、B音(先行雑音:5ms、Gap:70ms、後続雑音:425ms)を設定し、さらにGapを5ms刻みで570msで自由に設定できる音刺激をX音とした。被験者にA音、B音、X音を聴取させ、X音がA音とB音どちらに聞こえたかを選択させる二肢強制選択法で回答してもらった(A-B-X法)。この測定法では、健常聴力の若年者でギャップ検知閾は25msであった。
量子理論を用いたセキュリティ基盤プロトコルとその応用

量子通信路の評価と新たな量子秘密分散法の提案を行った.量子通信路の評価として量子測定ができると通信路容量が劇的に向上することが示された.量子秘密分散法は多くのセキュリティプロトコルに応用される基盤技術の一つである.この量子秘密分散法について新たなプロトコルを提案し,評価を行い,既存研究において耐性がなかった攻撃に対し強い耐性を有することを示した.量子通信路の評価と新たな量子秘密分散法の提案を行った.量子通信路の評価として量子測定ができると通信路容量が劇的に向上することが示された.量子秘密分散法は多くのセキュリティプロトコルに応用される基盤技術の一つである.この量子秘密分散法について新たなプロトコルを提案し,評価を行い,既存研究において耐性がなかった攻撃に対し強い耐性を有することを示した.量子理論を用いたセキュリティ基盤研究として量子秘密分散法,コヒーレント光通信の通信路容量,量子紛失通信の研究を行った.量子秘密分散法としては異なる2つのグループで秘密を復元できるようなアクセス構造を持つグループ間秘密分散法についてプロトコルの提案を行い,その安全性評価を行った.その結果,既存研究に対しては提案されていた攻撃法の一つが,参加者数に依存する高い成功確率でできたのに対し,提案した量子秘密分散法では参加者に依存しない低い一定の攻撃成功確率に抑えることができることを示した.この成果は秘密の変更を伴わずに分散情報を変更することができるため,クレジットカードの更新などに応用されることが期待できる.コヒーレント光通信の通信路容量については,帯域の利用法や変調方式,コヒーレント状態の測定法を最適化した場合の通信路容量の理論値については多くの研究がなされているが,それの実現に向けた研究はあまり行われていない.そこで実現に向けた帯域幅やその利用法,変調方式,測定法などを具体的に仮定して通信路容量を求めた.これは次世代のコヒーレント光通信の重要性を示す成果である.量子紛失通信については量子状態を秘密とするような紛失通信プロトコルの考案を行い,そのセキュリティ評価を行っている.量子紛失通信については量子状態を秘密に持つような紛失通信は考案されていないため,実現されれば量子データベースなどへの応用が期待できる.量子理論を用いたセキュリティ基盤研究として主にコヒーレント光通信の通信路容量の研究を行った.コヒーレント光通信はファイバーを利用した近距離通信から,衛星を利用した惑星間通信までの幅広い応用が期待でき,さらには量子理論による特性により,使用機器や条件によっては古典通信の限界を超える通信路容量が期待できる.そこでコヒーレント光通信の通信路容量について,光ファイバーおよび惑星間通信を想定したパラメータを与え,古典理論によるコヒーレント光通信の容量の限界や,量子論により実現できる容量の限界について評価を行った.具体的には光ファイバーを使用した通信について,silicaファイバーにおいて最大の帯域幅である50THzを使用できると仮定し,通信距離を約100km,コヒーレント光の生成レートを毎秒125Gパルスと仮定した場合にPhase Shift keying(PSK)とQuadrature Amplitude Modulation(QAM)の各方式で変調を行った場合について評価を行った.結果として光ファイバーの融解が起きかねない10Wの入力電力に対し,量子効果を利用したとしても,1ペタbit/secが限界であることを示すことができた.惑星間通信については帯域幅を1THzとし,送信用アンテナの直径を305mm,受信用アンテナの直径を10000mmとしたときに1Wの入力電力で地球-火星間の通信を実現したと仮定すると,10Gbit/secを実現することが可能であることを示した.これらの結果はコヒーレント通信を使用した暗号通信などへの評価に応用できるものと期待できる.
ICTを活用した数学、理科、工学を統合した学習環境の開発とその効果の検証

1.知識構造の可視化システムの完成:昨年度まではグラフ距離が3以内と固定された知識構造の可視化しかできないが,グラフ距離を1から4に変更できるようにし,表示できる項目を数学,物理,工学の中から選択できるようにした.これらの機能向上により機能向上により知識構造の把握がしやすくなった.さらに,この知識構造の可視化システムを演習問題のページにも取り入れ,演習問題を解くために必要な知識の把握を容易にした.さらに並行して,知識構造が最適になるように知識構造と確認しながら知識構造に関連するウェブページのハイパーリンク構造の見直しを進めめた.2.ウェブ教材の作成:(1)大学物理の「力学」のコンテンツを充実さえた.高校物理の「基礎物理」では熱と波,「物理」では熱と気体のコンテンツを更に充実させるとともに波と電磁気のコンテンツの開発をすすめた.物理現象のシミュレーションもウェブページに組み込み,補助教材として授業に活用した.今年度も引き続き過去に作成した数学のコンテンツをスマートフォンにも対応できるようにウェブページの修正を進めた.3.工学の統合学習環境が学習者に及ぼす効果の検証:検証するために,訪問者がどのようにページを見て行っているか時系列に分析できるようにアクセスログ解析のプログラムを開発した.開発したプログラムを用いて「等加速度直線運動」のタイトルのウェブページを少なくとも1回は訪れた訪問者のアクセスログだけを分析した.訪問者の主な巡回経路を調べた結果,訪問者は主に基礎知識から応用の知識の方向へ段階的に巡回し,理解を深めていることが明らかになった.1.システム開発環境の構築:ウェブサーバー、データーベースサーバーを1台のサーバーに組み込んだ開発サーバーを立ち上げ、古いサーバーからデータを移管した。2.以下に記すようにウェブコンテンツの開発を進めた。(1)数学(KIT数学ナビゲーション):重積分や曲率などのコンテンツを拡充した。(2)物理(KIT物理ナビゲーション):高校生でも理解できるように工夫した教材として、高等学校の「物理基礎」と「物理」の力学の教材をほぼ作成した。大学1、2年生を対象とした微分、積分、微分方程式、ベクトルを用いた力学の分野の教材も一部だけ作成した。さらに、高等学校の電磁気学の教材も一部だけ作成した。同じ力学でも高校と大学とで分けて開発を行っているのは、高大接続をスムーズにするためである。物理のコンテンツを作成する際にはKIT数学ナビゲーションのページを参照し、物理と数学の繋がりが理解しやすいように工夫している。Jsxgraphを用いた物理現象の理解を促すためのアニメーションやシミュレーションの開発も行っている。特に単振動のアニメーションは本学の授業でも利用している。物理のコンテンツ開発の成果を国内会議で3回発表。(3)材料力学(KIT工学ナビゲーション):応力、歪みの内容は最小限に留めたが、たわみ曲線の微分方程式の導出に必要な曲げモーメントを含め梁のたわみに関する基本的なコンテンツを作成した。コンテンツを作成する際には物理や数学のページを参照するためのリンクを張り、工学、物理、数学を統合した知識構造の構築を進めた。実際に作成してみると工学の知識は数学、物理の幅広い知識の集積であることがリンク構造を見るとよく分かる。本研究の取り組みを国際会議で発表した。ウェブコンテンツの拡充の効果があったと思われるが、ウェブサイト全体のアクセスが2017年4月は2016年4月に比べ3割以上増加した。3.知識構造の可視化は取組中工学、物理、数学を統合した知識構造のグラフ図を作成するプログラムの開発が遅れている。理由としては、新規サーバーにデータを移管した際、サーバーの環境が変わったため従来のシステムを正常に動作させるのに時間がとられてしまったことと、材料力学のコンテンツの開発が遅れたことにより可視化するための知識構造のデータが作成できなかったことによる。1.高校物理のコンテンツを中心に開発を行った.「物理基礎」では予定を変更して電気の分野のコンテンツ開発を進めほぼ出来上がった(未公開のものもある).「物理」では熱と気体のコンテンツの作成を進めている.大学物理の「力学」では運動と質点の力学に関するコンテンツとシミュレーションを付け加えた.コンテンツを作る際は,コンテンツ間のハイパーリンクの構造が知識構造に対応するように工夫した.2.数学、物理、工学を統合した知識構造の可視化が実現できた.数学,物理,工学の分野を横断してハイパーリンク構造を解析し知識構造に関係するハイパーリンクのみを抽出するプログラムを完成させた.数学,物理,工学の知識構造を分かりやすく表示する方法として,学習しているウェブページを中心としてグラフ距離が3つ以内(ハイパーリンクが間に3つ以内介在する)のウェブページ群から構成される知識構造をネットワークグラフで可視化を行った.数学は水色,高校物理は黄緑,大学物理は緑,工学は黄土色と色分けをしたので,一目で数学と物理と工学の知識の繋がりが分かるようになっている.例えば,http://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/cgi-bin/graph/graph.cgi?node=/math/category/vector/gaiseki.htmlにアクセスするとよい.知識の名前が表示されている楕円をクリックした後,その知識を解説しているウェブページを表示する場合と新たにクリックした知識を中心とした知識構造を示すネットワークグラフを表示する場合の2つの機能がある.これらの機能を使うと統合された知識構造を自由に探索し関心のある知識を効率よく学ぶことができる.このネットワークグラフを見ると知識構造として不要なハイパーリンクを容易に見つけることができるので,ハイパーリンクの抽出の見直しも容易になった.コンテンツ開発が遅れている.知識構造の可視化の開発に手間取って材料力学のコンテンツの作成が進まなかったことによる.

1.知識構造の可視化システムの完成:昨年度まではグラフ距離が3以内と固定された知識構造の可視化しかできないが,グラフ距離を1から4に変更できるようにし,表示できる項目を数学,物理,工学の中から選択できるようにした.これらの機能向上により機能向上により知識構造の把握がしやすくなった.さらに,この知識構造の可視化システムを演習問題のページにも取り入れ,演習問題を解くために必要な知識の把握を容易にした.さらに並行して,知識構造が最適になるように知識構造と確認しながら知識構造に関連するウェブページのハイパーリンク構造の見直しを進めめた.2.ウェブ教材の作成:(1)大学物理の「力学」のコンテンツを充実さえた.高校物理の「基礎物理」では熱と波,「物理」では熱と気体のコンテンツを更に充実させるとともに波と電磁気のコンテンツの開発をすすめた.物理現象のシミュレーションもウェブページに組み込み,補助教材として授業に活用した.今年度も引き続き過去に作成した数学のコンテンツをスマートフォンにも対応できるようにウェブページの修正を進めた.3.工学の統合学習環境が学習者に及ぼす効果の検証:検証するために,訪問者がどのようにページを見て行っているか時系列に分析できるようにアクセスログ解析のプログラムを開発した.開発したプログラムを用いて「等加速度直線運動」のタイトルのウェブページを少なくとも1回は訪れた訪問者のアクセスログだけを分析した.訪問者の主な巡回経路を調べた結果,訪問者は主に基礎知識から応用の知識の方向へ段階的に巡回し,理解を深めていることが明らかになった.1.ウェブ教材の作成:(1)物理:高等学校の電磁気学、波動、熱力学の分野の教材を作成する予定である。また、大学1、2年生を対象とした微分、積分、微分方程式、ベクトルを用いた力学の分野の教材も引き続き作成する。(2)材料力学:梁のたわみの微分方程式に必要な最低限の骨組みのコンテンツは作成したので、肉付けのための応力や歪みの基礎的なコンテンツの作成を進める。(3)数学:材料力学の知識構造に必要な数学のコンテンツの拡充を図る。重積分、偏微分、微分方程式などのコンテンツを作成する。2.知識構造の可視化:材料力学のコンテンツから知識構造の構築に必要な数学、物理のコンテンツへのリンクが適切に張られているか再度確認した後、学習者が理解しやすい知識構造の表示方法を検討し、ウェブ上で表示するためのプログラムを開発する。(1)知識構造全体を表示するグラフ図からある知識を選択すると、知識構造のネットワークデータからその知識と繋がっている知識を抽出するプログラムを作成する。(2)その知識を基点とした分かりやすいグラフ図を表示するプログラムの開発をする。(3)試行錯誤し、さらなる展開を検討する。
ポリオミノに付随する二項式イデアルの代数的及び組合せ論的探究

研究代表者(受け入れ研究者)と外国人特別研究員の平成26年度の研究成果の一つである、長方形の内部から単純なポリオミノを除去することから得られる非単純なポリオミノに付随するポリオミノイデアルが素イデアルである、という定理を含む論文(arXiv:1502.03669)の改定作業を遂行し、その結果、当該論文は、権威ある国際雑誌Illinois Journal of Mathematicsに掲載されることが決定している。一般に、素イデアルとなる二項式イデアルはトーリックイデアルとなることが既知であるが、上記の論文のポリオミノイデアルがトーリックイデアルであることを証明することは難航していた。結局、その証明は、研究代表者の指導の下、研究代表者の研究室の博士後期課程の大学院生によって得られた。ポリオミノイデアルに関する懸案の予想の一つに、任意のポリオミノイデアルは根基イデアルである、というものがある。外国人特別研究員は、その予想を肯定と否定の両面から考察した。否定的な観点からは、膨大な時間の計算機実験を遂行したが、反例は得られてはいない。肯定的な観点からは、いわゆるsquarefreeなイニシャルイデアルが存在することを作業仮説とし、研究を展開し、特殊な非単純なポリオミノに付随するポリオミノイデアルがsquarefreeなイニシャルイデアルを持つことを示した。その他、外国人特別研究員は、研究代表者らとの国際共同研究を実施し、有限半順序集合から有限半順序集合への順序を保つ写像に付随する単項式イデアルの探究、及び、トーリックイデアルの探究を展開し、二編の共著論文(arXiv:1504.01520;arXiv:1512.01973)を執筆した。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、研究期間が4ヶ月であることから、研究の範囲を限定し、研究を推進した。単純なポリオミノに付随するポリオミノイデアルは、Koszul二部グラフのトーリックイデアルと一致することが判明し、特に、そのようなポリオミノイデアルは素イデアルであり、二次二項式から成るグレブナー基底を持つ。平成26年度は、cellの集合が長方形となるポリオミノの内部に一つの穴を持つポリオミノを研究の対象とし、それに付随するポリオミノイデアルが素イデアルであり、二次二項式から成るグレブナー基底を持つことを証明することを狙いとし、研究を展開した。以下、平成26年度の顕著な研究成果を列挙する。第1に、長方形からその内部に含まれる長方形を引き抜いたポリオミノに付随するポリオミノイデアルはトーリックイデアルであることを証明した。特に、そのようなポリオミノイデアルは素イデアルである。この研究は、特別研究員と修士課程の大学院生らとの共同研究として遂行され、大学院生の修士論文で詳細に議論されている。第2に、特別研究員と受け入れ研究者との共同研究から、長方形からその内部に含まれる単純なポリオミノを引き抜いたポリオミノに付随するポリオミノイデアルは素イデアルであり、二次二項式から成るグレブナー基底を持つことを証明することに成功した。但し、そのようなポリオミノイデアルがトーリックイデアルであるか否かは未解決である。第3に、長方形からその内部に含まれる長方形を引き抜いたポリオミノに付随するポリオミノイデアルによる剰余環がGorensteinとなるような条件を探す研究に着手し、計算機実験などから、部分的な結果と予想を得ている。懸案の問題の部分的解決に成功した。

長方形からその内部に含まれる単純なポリオミノを引き抜いたポリオミノに付随するポリオミノイデアルがトーリックイデアルであることの証明に挑戦する。加えて、長方形からその内部に含まれる長方形を引き抜いたポリオミノに付随するポリオミノイデアルによる剰余環がGorensteinとなるような条件を探究する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
全人工膝関節置換術後患者における歩行時膝周囲筋活動の解析

【研究目的】膝OA患者の筋活動の特徴として歩行立脚相全般にわたって拮抗筋同士の同時収縮を強化、持続することが知られている。しかし、このような膝OAにおける健常人とは異なった筋活動パターンが、TKAを施行し関節不安定性や疼痛が改善された後にも持続するかについては不明な点も多い。そこで本研究では、TKA術後患者の歩行時筋活動および同時収縮などについて健常膝およびOA膝と比較して解析を行った。【研究方法】対象は、すでに片側TKAを受けた患者で、かつ反対側のTKA目的に入院した膝OA患者8名(71±10歳)とした。TKAをすでに行われた膝(TKA膝)およびTKA術前膝(OA膝)に対して、平地歩行における膝関節伸展筋(内側広筋および外側広筋)、屈曲筋(半腱様筋および大腿二頭筋)の筋活動を測定した。得られたデータは立脚相で100%に正規化し、減速期50%、推進期50%に分割した。さらに、膝関節伸展筋と屈曲筋の同時収縮co-contraction-index (CCI)を内側および外側について算出した。健常成人6名(24±1歳)12膝についても同様の測定を行った。OA膝およびTKA膝について各時期の平均筋活動と平均CCIを一元配置分散分析後、Tukeyの多重比較法を用いて比較した。また、OA膝、TKA膝の荷重下X線像における大腿脛骨角、膝伸展および屈曲筋力(Nm/kg)を対応のあるt検定を用いて比較した。【研究成果】TKA膝では、有意に内反大腿脛骨角の減少を確認できた。TKA膝では、OA膝と同様に、減速期にすべての筋活動と内外側CCIで有意に高値を示し、推進期に半腱様筋活動と内側CCIで有意に高値を示した。TKA膝およびOA膝において膝伸展および屈曲筋力ともに有意差を認めなかった。TKA膝では、術前の異常筋活動が持続している可能性があり、膝の機能回復に影響している可能性が示唆された。