hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚と記憶に基づく意思決定の神経回路機構

本研究では、豊富な遺伝学的手法が利用可能なショウジョウバエを用いて、複数の情報を組み合わせて適切な行動を選択する際に働く神経回路の動作とそのメカニズムの解明を目指す。本年度は、感覚情報の統合、記憶、運動の制御に関わる脳領域である楕円体に着目し、楕円体ニューロン群が飛行中にどのような情報を符号化するかを解析した。先行研究により、楕円体の特定のニューロン群が飛行するハエの頭の向き(頭方位)を符号化することが知られていた。このような頭方位の神経符号を生成するためには、自己運動に関する情報が必要だということが理論的研究により示唆されていたが、楕円体のニューロン群が飛行中に運動情報を符号化するかどうかは不明であった。そこで、遺伝学的手法を用いて楕円体の特定のニューロン群にカルシウム指示タンパク質を発現させ、バーチャルリアリティ空間を飛行するハエから神経活動を記録した。その結果、特定の楕円体ニューロン群が、頭方位に加え、自身の旋回運動に関連して活動を変化させていることを発見した。また、楕円体の下流に位置する扇状体という脳領域の活動を解析したところ、扇状体の特定のニューロン群が、頭方位・自己運動を符号化するニューロン群と同期して活動していた。これらの結果は、楕円体と扇状体に存在する特定のニューロン群が機能的なネットワークを形成し、頭方位・自己運動の情報を処理していることを示唆する。以上により、ショウジョウバエの脳内における方向感覚および行動選択に関する神経回路メカニズムについての理解が深まった。
ＤＮＡメチル化紋様形成機構の構成的理解：合成エピゲノミクスへの挑戦

真核生物のゲノム機能は、ヒストン修飾やDNAメチル化などのエピジェネティック修飾のパターンによって制御されている。したがって、特定のパターンを人工的に形成できれば、意図した機能をゲノムに発揮させることが可能になるのみならず、そのパターンを形成する分子機構の実証にもなる。このような合成エピゲノミクス的アプローチの可能性を探るために、我々はCRISPR/Cas9のシステムを駆使して、酵母ゲノム中の特定遺伝子座のヒストン修飾パターンを改変し、意図した表現型の創出を試みた。本研究の目的はCRISR/Cas9の系を用いてエピジェネティック修飾酵素をゲノム上の特定の遺伝子座位にリクルートすることで、特異的なエピジェネティック修飾パターンを創出することで、出芽酵母をモデルに合成エピゲノミクスの可能性を探るところにある。そのための要素技術として、ヌクレアーゼ活性を失ったCas9変異体dCas9を出芽酵母ゲノム中の任意の座位へターゲットする実験から着手した。当初、ゲノム中に150コピー存在するrRNA遺伝子座位をモデルにdCas9-GFPのターゲティングを、核小体への蛍光シグナルの集積で確認することを試みたが、複数のsgRNAについて、その有無による核小体の蛍光強度に関する明確な差異が認めることは出来なかった。そこで、sgRNAの発現レベルとプロセシングに問題がある可能性を考慮して、それらを確認する実験系の構築を行った。更にsgRNAの性能を評価するために試験管内でCas9による標的プラスミドの切断を確認する実験系も導入した。これらを用いた評価から、それぞれのコンポーネントが十分量かつ正しい形状で発現しており、また標的切断において機能的であることを確認することが出来た。一方、その後の検討によって、Cas9自体に核小体に集積する性質が認められ、また核小体への移行シグナルと判定される配列を有することが判明した。そこでrRNA遺伝子座を用いた評価は中止して、株によっては20コピーが縦列に存在するCUP1遺伝子座位を評価に用いることにした。本研究の目的は、CRISPR/Cas9の系を用いてエピジェネティック修飾酵素を出芽酵母ゲノム上の特定の遺伝子座にリクルートすることによって、特異的なエピジェネティック修飾パターンを創出し、合成エピゲノミクスの可能性を探るところにある。そのための要素技術として、ヌクレアーゼ活性を失ったdCas9を出芽酵母ゲノム中の特定の座位にリクルートする実験から着手した。初年度に問題が発覚したrRNA遺伝子座の代わりに14コピーのタンデムリピートを形成するCUP1遺伝子座位を標的とした。様々なsgRNAを設計してdCas9-Venusとともに発現させることによって、核内の一点に蛍光シグナルが集積することを確認した。このスポットがCUP1遺伝子座位であることを確認するために、銅の添加によってCUP1遺伝子プロモーターにリクルートされる転写因子CUP2にRFPを融合したCUP2-RFPを共発現する株を作成したところ、銅添加によってVenusとRFPのスポットが重なることが確認できた。それを踏まえて、ヒストンアセチル化酵素p300の触媒ドメインを付加したdCas9-p300を作成し、有効性が確認されたsgRNAを用いてCUP1遺伝子座位にリクルートする実験をcup2欠損株で行った。この株は銅によるCUP1遺伝子の発現誘導を行う転写因子CUP2を欠くために、銅感受性の表現型を示す。しかし、dCas9-p300をCUP1遺伝子プロモーターにリクルートすると、銅感受性が弱いながらも抑圧された。この結果は転写因子CUP2を欠いた状態であっても、プロモータ周辺が活性型のエピジェネティック修飾パターンとなり、CUP1遺伝子の発現を低いながらも誘導できたことを意味している。引き続き、H3K9me3の導入を目的にdCas9-DIM5を作成し、HP1-NeonGreenによるヘテロクロマチンの可視化を試みたが、研究期間内には所期の結果は得られなかった。以上、当初の目的は部分的に達成されて、今後の研究の基礎となる貴重なデータとノウハウが得られた。dCas9の標的領域への集積を確認する実験に手間取り、当初は計画していなかった対照実験を行うことになったこと、およびその結果に基づきモデルとしても用いる遺伝子座を変更することになったために、当初の計画よりも振興が遅れた。ゲノム科学・分子生物学CUP1遺伝子座位については有望なシグナルが得られ始めており、条件の最適化を進めることでdCas9の効率的なターゲティングの実現を目指す。その上でGFPとH3K9メチレースの双方を融合させたdCas9を利用して、エピジェネティック修飾パターンの形成を確認する実験に進む予定である。dCas9-GFPのrRNA遺伝子座へのターゲティングが確認できなかったため、当初の計画にはなかった各種の対照実験を行い、その結果に基づき対象遺伝子座を変更したために、計画の進行が予定より遅れて、次年度使用額が生じた。当初計画にありながら26年度に実行できなかったコンストラクトの作成に必要な試薬を中心に使用する予定である。
感染性下痢症発症に関与する消化管因子の同定と動物モデル系開発への応用

ウェルシュ菌の病原性を制御する宿主因子を同定することを目的として、マウス糞便抽出液がウェルシュ菌芽胞形成・毒素産生にどのような影響を与えるかについて調べた。結果として、糞便抽出液中にウェルシュ菌の芽胞形成・毒素産生を強く抑制する因子が存在することが明らかになった。抑制因子の性状等を調べたところ、抽出液に含まれる酵素が培養液組成を変化せしめ、結果として代謝性の芽胞形成抑制が生じたことが明らかになった。本成果は食事中の難消化性多糖や消化管内のフローラ構成によりウェルシュ菌食中毒の発症が左右される可能性を示しており、新しい食中毒制御開発へ至る礎になるかもしれないと考えている。本研究の目的は、ウェルシュ菌芽胞形成およびエンテロトキシン(以下、毒素)産生が動物の消化管内でどのように進行するかについて調べることで、in vivoでのウェルシュ菌病原性発現に対する消化管環境の影響を明らかにすると共に、ウェルシュ菌食中毒の動物モデルの作成を目指すものである。本年度はまずマウス糞便を材料として、糞便抽出液のウェルシュ菌芽胞形成・毒素産生に対する影響を調べた。その結果、糞便抽出液は容量依存性に芽胞形成を抑制することがわかった。この阻害物質は分子量10万以上に分画され、易熱性であったことから、蛋白性物質の関与が疑われた。また阻害物質はウェルシュ菌の増殖には影響は与えず、芽胞形成に必要な遺伝子の発現を転写レベルで抑制していた。芽胞形成の過程で変化する培養液組成を調べたところ、培地中の糖組成が糞便抽出液添加により大きく変化することを見出した。様々な実験の結果、糞便抽出液中に含まれる酵素が培地中の糖組成変化をもたらし、結果としてウェルシュ菌の糖代謝への影響を介して芽胞形成阻害を引き起こしていたことを明らかにした。結果は、宿主体内でもウェルシュ菌が置かれる環境の糖の存在とその糖の分解・吸収の有無、あるいは量のバランスが、ウェルシュ菌食中毒発症に大きく影響することを示唆しており、今後動物モデルを作成する上で重要な知見が得られたと考えている。本年度は、前年度の研究成果をさらに確認し発展させることを重要視した。ウェルシュ菌の芽胞形成はグルコース存在下では抑制される。そのため本研究では、グルコースの代わりに溶性デンプンを培地へ添加して菌を培養した。マウス糞便中には酵素活性のあるアミラーゼが存在し、従ってこれをウェルシュ菌培養液に添加するとデンプンが分解を受け、結果として培地グルコース濃度が上昇、芽胞形成を抑制することがわかった。アミラーゼの阻害剤であるアカルボースをこの培地へ添加するとグルコース濃度の上昇が止まることから、糞便による芽胞形成抑制現象には、糞便由来のアミラーゼが大きな役割を演じていることが証明されたが、一方でこのアカルボース存在下ではウェルシュ菌の増殖も強く阻害された。これは、おそらくウェルシュ菌が持つアミラーゼ活性によりデンプンがグルコースに分解されることが菌の増殖には必須であること、しかしこのアミラーゼの作用は、環境中のグルコース濃度の極端な上昇を引き起こさないよう、厳密に調節され機能発現していることが示唆された。得られた結果は、ウェルシュ菌が多糖を分解し糖質を代謝する際には、必要なエネルギーを得ると同時に、環境に適切に応答し分化状態を調節することを併行して行っており、その結果として宿主体内で病原性を発揮して体外へ芽胞を放出する自己代謝の最適化を行っていることが明らかになった。今後はこの機能調節のメカニズムを明らかにして、in vivoでの病原性発現を分子レベルで解明することが求められる。細菌学研究を開始した直後に、マウス糞便中に芽胞形成を阻害する活性を見出した。この阻害物質の性状を理解することで研究の方向性が大きく変わると判断し、阻害物質の性状解析と同定を優先して実験を進めた。このためマウス以外の動物材料を用いる実験や、動物への感染実験を開始することが遅れている。しかし、当初予定では26年度に実施するとしていた「芽胞形成に影響を与える物質の同定」を前倒しで行い一定の成果を得ることができた。項目別の実施計画ではやや遅れていると考えられるが、前倒しで得られた成果を基に研究に新たな方向軸を設定することが可能となった面もある。現在動物を用いた研究を開始しつつある。今後はマウス、モルモット等の腸管内容物を材料とした解析を中心に行う。また、小動物を中心に、消化管内にウェルシュ菌を投与して、芽胞形成や毒素産生の有無を判断する。昨年度に得られた結果を基に、消化管中の糖組成についても評価する。得られた結果を基に、芽胞形成・毒素産生に影響を与える消化管因子の存在について明らかにし、その因子を同定することを進める。
宇宙宙最原期ブラックホールの探査

本研究の目的はz6における超巨大プラックホール天体あるクエーサー(QSO)を発見することである。本年度はスローンテジタルスカイサーベイの6000平方度に及ぶ膨大なデーターの中からi-zの色で非常に赤い天体をOSO候補天体とし選択し、さらにこれらの候補天体から褐色矮星の混入を取り除くため、近赤外線Jバンドの個別撮像観測を合計55夜にも及ぶ望遠鏡時間を世界各国の2-4m望遠鏡から競争的に獲得して積極的に行った。使用した望遠鏡は、AP03.5m(アメリカ)5夜,UKIRT4m(ハワイ)2夜,KPN02m(アメリカ)28夜,HCT2m(インド)4夜,OA01.8m(岡山)7夜,NTT3.6m(チリ)6夜を含み、今年度のみで合計約55夜に及ぶ。これらの作業の結果、2億個の天体から厳選された数十個のQSO候補天体は水素のLyα輝線を確認しQSOを同定するための分光観測をすばる望遠鏡を用いて行った。結果、成功裏に赤方偏移5.96にQSOを発見した。このQSOは日本で発見された物の中では最遠方、世界でも11番目に遠い物である。またこのQSOスペラトラの紫外線の中性水素による吸収を調べることにより、この方向・赤方偏移において宇宙はすでによく電離されていたことがわかった。この結果は国立天文台を通して報道発表され、国内23誌以上の新聞紙上で報道された。その後もQSO探査は続けられ、最近z62つ目のQSOを発見した。これらのQSOの発見は本計画のQSO探査戦略が上手く機能していることの証明であり、QSO探査をさらに継続することで、さらに新しいQSOが発見されることが期待される。平成19年度後半期にもすばる望遠鏡、UKIRT4m望遠鏡の観測時間を確保造しており、QSO探査を続ける予定であったが、残念ながら悪天候の為これらの観測は遂行できなかった。有望なQSOほう候補天体については、平成20年度に確認の為の追加観測を行う予定である。本研究の目的はz6における超巨大ブラックホール天体であるクエーサー(QSO)を発見することである。本年度はスローンデジタルスカイサーベイの6000平方度に及ぶ膨大なデーターの中からi-zの色で非常に赤い天体をQSO候補天体として選択し、さらにこれらの候補天体から褐色矮星の混入を取り除くため、近赤外線Jバンドの個別撮像観測を年間40夜にも及ぶ望遠鏡時間を世界各国の2-4m望遠鏡から競争的に獲得して積極的に行った。使用した望遠鏡は、APO3.5m(アメリカ)5夜,UKIRT4m(ハワイ)2夜,KPNO2m(アメリカ)28夜,HCT2m(インド)4夜,OAO1.8m(岡山)7夜,NTT3.6m(チリ)6夜を含み、今年度のみで合計約50夜に及ぶ。またこのQSOスペクトラの紫外線の中性水素による吸収を調べることにより、この方向・赤方偏移において宇宙はすでによく電離されていたことがわかった。その後もQSO探査は続けられ、最近z6に2つ目のQSOを発見した。

その後もQSO探査は続けられ、最近z62つ目のQSOを発見した。これらのQSOの発見は本計画のQSO探査戦略が上手く機能していることの証明であり、QSO探査をさらに継続することで、さらに新しいQSOが発見されることが期待される。平成19年度後半期にもすばる望遠鏡、UKIRT4m望遠鏡の観測時間を確保造しており、QSO探査を続ける予定であったが、残念ながら悪天候の為これらの観測は遂行できなかった。有望なQSOほう候補天体については、平成20年度に確認の為の追加観測を行う予定である。
日本産マツヒラタハバチ亜科(114目,ヒラタハバチ科)の系統分類学的研究

1.比較研究の基礎資料を充実させるため,平成7年6月,平成8年6月および7月,ならびに平成9年6月および7月に北海道各地において成虫の研究資料収集を目的とした調査を行った.3年間の調査を通じ未記載種および日本未記録種の標本を含む多くの基礎資料が得られた。特に,支笏湖周辺ならびに網走地方のカラマツ林に大発生している3種のマツヒラタハバチについては多数の標本を採集し,正確な同定が可能となった.2.上記の調査の結果得られた資料に既存の資料を加えて,マツヒラタハバチ亜科の分類と系統解析に有用な形質の検討を行った.その結果,種レベルの分類には成虫の体各部分の色彩と班紋,頭部(特に側触角域)の点刻および微毛の生え方などの表面構造,雄交尾器の形態など,属レベルの系統解析には,翅脈相,前脚脛節の刺や鱗片状毛の配置,口器,産卵管の形態などの形質が特に有用であることが分かった.また幼虫の形態や寄主特異性・摂食習性も種の分類に重要であるが,この点についてはまだ知見が少なく,今後の課題である.3.日本産マツヒラタハバチ亜科の分類学的整理を行い,2属25種を認めた.このうち8種は,未記載種あるいは日本から記録のない種であった.このうち3種については,ヨーロッパからシベリアにかけて産する種ときわめて近縁であり,その関係については,まだ結論を出すに至っていない.4.マツヒラタハバチ亜科の属間の系統関係を明らかにするため,系統解析プログラムを用いてヒラタハバチ科9属間の系統関係および各形質の進化に関する最節約的な仮説を作成した.今後はさらに系統解析に有用な形質の発見に努力し,今回得られた系統仮説をテストしていきたい.5.上記の研究の過程で明らかになった新知見の一部は,17編の論文として学会誌等に発表した.1.比較研究の基礎資料を充実させるため,平成7年6月,平成8年6月および7月,ならびに平成9年6月および7月に北海道各地において成虫の研究資料収集を目的とした調査を行った.3年間の調査を通じ未記載種および日本未記録種の標本を含む多くの基礎資料が得られた。特に,支笏湖周辺ならびに網走地方のカラマツ林に大発生している3種のマツヒラタハバチについては多数の標本を採集し,正確な同定が可能となった.2.上記の調査の結果得られた資料に既存の資料を加えて,マツヒラタハバチ亜科の分類と系統解析に有用な形質の検討を行った.その結果,種レベルの分類には成虫の体各部分の色彩と班紋,頭部(特に側触角域)の点刻および微毛の生え方などの表面構造,雄交尾器の形態など,属レベルの系統解析には,翅脈相,前脚脛節の刺や鱗片状毛の配置,口器,産卵管の形態などの形質が特に有用であることが分かった.また幼虫の形態や寄主特異性・摂食習性も種の分類に重要であるが,この点についてはまだ知見が少なく,今後の課題である.3.日本産マツヒラタハバチ亜科の分類学的整理を行い,2属25種を認めた.このうち8種は,未記載種あるいは日本から記録のない種であった.このうち3種については,ヨーロッパからシベリアにかけて産する種ときわめて近縁であり,その関係については,まだ結論を出すに至っていない.4.マツヒラタハバチ亜科の属間の系統関係を明らかにするため,系統解析プログラムを用いてヒラタハバチ科9属間の系統関係および各形質の進化に関する最節約的な仮説を作成した.今後はさらに系統解析に有用な形質の発見に努力し,今回得られた系統仮説をテストしていきたい.5.上記の研究の過程で明らかになった新知見の一部は,17編の論文として学会誌等に発表した.1)平成7年6月24日から7月2日まで北海道で調査をおこない、多くの基礎資料を得た。特に,支笏湖周辺のカラマツ林に大発生している2種のマツヒラタハバチについては,多数の標本を採集し,いずれもこれまで北海道から記録のなかったニホンアカズヒラタハバチとカラマツヒラタハバチであることを確認した.ニホンアカズヒラタハバチの幼虫がカラマツを食することは,これまで知られていなかった.また,東シベリアから記載されたCephalcia baikalica Verzhutskiiがカラマツヒラタハバチの異名であることが分かった.2)ベルリン大学動物学博物館およびバイエルン州立動物学博物館所蔵のタイプ標本を検した結果,ヨーロッパでトウヒの害虫として知られ,日本にも産する可能性があるCephalcia属数種の学名に誤りがあることが分かった.現在,ドイツ昆虫研究所の研究者と共同で,論文発表の準備を進めている.3)次の内容の4論文を発表した。(1)Pamphilius itoi Shinoharaの寄主植物はこれまで未知であったが,ケヤマハンノキであることを飼育により確認した.(2)マツノイトカケハバチの分布記録を再検討し,韓国からの記録がすべて誤りであることを指摘した.また蔵王山から同種の変種として記載されたAcantholyda sasakiivar.semirufa Takeuchiを同種の異名とした.

(3)ノボシビルスク動物学博物館所蔵のヒラタハバチ類標本を検した結果,Pamphilius sajanicus StroganovaがNaurotoma iridescens (Andre)の異名であること,StroganovaのいうPamphilius lucidus Rohwerがマツの害虫として知られるAcantholyda erythrocephala (Linnaeus)であることが判明した.(4)ヒラタハバチ科に近縁で,ハチ目の祖先的形質を最も多く残していると考えられるナギナタハバチ科のPleroneura属について東アジア産の種を再検討し,3新種を含む4種に整理した.1)平成8年6月15日から6月23日まで、ならびに7月6日から7月14日まで北海道各地で調査をおこない、多くの基礎資料を得た。数年来、支笏湖周辺のカラマツ林に2種のマツヒラタハバチが大発生しているが、このほかに網走地方などのカラマツ林に別のマツヒラタハバチが発生していることがわかり、これがヨーロッパからシベリアにかけて分布するCephalcia alpina(Klug)またはそれに近縁の別種であることが明らかになった。現在同種の分類学的検討を行っている。2)次の内容の5論文を発表した。(1)ロシア科学アカデミー動物学研究所、モスクワ大学動物学博物館、およびスウェーデン自然史博物館の所蔵標本を検した結果、ロシア、ウクライナ、カザフスタン、スウェーデンからのPamphilius属9種の新分布が明らかになった。(2)韓国産のAcantholyda属マツヒラタハバチを再検討し、新種A.parkiを含む3種を認めた。新たに記載・命名されたA.parkiは日本にも産するアトグロヒラタハバチに近縁で、韓国ではチョウセンゴヨウの大害虫として知られる。(3)ヒラタハバチ科に近縁で、ハチ目の祖先的形質を最も多く残していると考えられるナギナタハバチ科Pleroneura属の一種、アカマルナギナタハバチを本州から初めて記録した。この種はこれまで九州からしか知られていなかった。(4)大英自然史博物館、スウェーデン自然史博物館、モスクワ大学動物学博物館、フンボルト大学動物学博物館の所蔵標本をもとに、6種のヒラタハバチを、本州、イラン、オーストリア、マケドニア、アルメニアなどから新たに記録した。(5)これまで、ヨーロッパおよび韓国からしか知られていなかったPamphilius histrio Latreilleを日本(北海道)から初めて記録した。1.平成9年6月19日から6月29日まで、ならびに7月12日から7月21日まで北海道各地で調査をおこない多くの基礎資料を得た。支笏湖周辺のカラマツ林における2種のマツヒラタハバチの大発生は今年も続いていた。2.マツヒラタハバチ亜科に属する各属間の系統関係の解析を行った。これまで研究されていなかった前脚脛節の鱗状毛の配列などが重要であることが分かった。3.次の内容の8論文を発表した。(1)韓国江原道産の標本を基にして、ヒラタハバチの1新種Pamphilius kimiを記載した。(2)大英自然史博物館、スウェーデン自然史博物館などの所蔵標本を基に、ブルガリアほか6カ国から7種のAcantholyda属とPamphilius属のヒラタハバチを新たに記録した。(3)カラマツを食するヒラタハバチを再検討して世界で2属4種を認め、日本産の新亜種Cephalcia lariciphila japonicaを記載した。日本には4種すべてが産する。(4)韓国嶺南大学の所蔵標本を基に、韓国から新記録種2種を含む16種のヒラタハバチを記録した。(5)Pamphilius benesiを北海道から初めて記録し、同種の幼虫が集団でツノハシバミの葉を食うことを報告した。
大規模集積回路における寿命予測・障害予防に向けたクロスレイヤ設計手法

集積回路の劣化状況や寿命の推定は十分に安全な方法で行う必要がある。そこで今年度の研究目標として、寿命情報を安全な方式でアウトソーシングする手法の設計を行うこととして設定した。以下に進捗を報告する。前年度の研究成果により、エラーサイズの上界を計算する手法が必要であることが判明し、エラー上界を厳密に求める手法を提案した。理論的な上界と、モンテカルロ法による実践的エラー上界を求める二通りの手法を提案し、サーバがニューラルネットワークによる寿命推定を行うことを想定し、LWE問題に基づく畳み込みニューラルネットワークによる安全推論のプロトコルに提案手法を適用した。推精確なエラー推定により、安全推論における暗号文サイズおよび計算時間を最大3倍削減できることを示した。本研究の成果は設計自動化分野における難関会議であるDesign & Test in Europe (DATE)に採択された。パラメータセットで得られた研究成果を用いて、安全性の高いLWE暗号による鍵交換方式のハードウェア実装を行った。量子的安全性を持つLWE暗号と、その亜種であるRing LWE (RLWE)は次世代の暗号標準として提案されているが、特定用途向け集積回路(ASIC)での設計が提案されておらず、また、LWEとRLWEのASIC実装を比較した研究も存在しない。この研究では、LWEとRLWEそれぞれに対し乗算器を設計し、提案されたパラメータセットと組み合わせてASICアーキテクチャを提案した。提案アーキテクチャを用いれば、既存研究と比べ28倍高速化ができ、また、LWEによる鍵交換は、RLWEと同じエネルギー効率で実現できることを示した。本研究の成果は設計自動化分野における最難関会議であるDesign Automation Conference (DAC)に採択された。今までの進捗はおおむね順調である。悪意のある第三者による寿命予測に重要な通信安全の視点から研究視野を広げ、同じ設計自動化分野の論文誌や難関学会に採択されるなど成果を挙げ、両分野を合わせて課題を進むことを目指す。今までは半導体チップの寿命予測におけるプライバシ保護の観点から様々な手法を提案した。ただし、既存手法並びに提案手法に共通している計算リソースへの要求は依然として高く、従って、今後の推進方策について、以下の目標を掲げる。1.構築されたセキュリティ基盤の効率を橋上する。2.新たなハードウェアデバイスに基づくセキュリティ方式を提案する。3.新たにセキュアプロトコルを設計し、寿命予測に向けたセキュア方式を提案する。本年度の研究目標として、設計段階においてBTI劣化後寿命を大規模設計で見積もる手法を検討し、また、これらの情報を安全な方式でアウトソーシングする手法の調査及び検討を行うことがある。それぞれの目標に対し、以下の進捗を報告する。1.大規模回路におけるBTIの見積もり回路のタイミング見積もり(Static Timing Analysis, STA)において、従来ではLook-up Table (LUT)に基づいたタイミングライブラリを作成し、STAを行う。一方、BTIを考慮したSTAは、入力次元が大幅に増え、使用において計算速度が大幅に遅くなることが、BTI劣化後の寿命見積もりにおいて大きな課題であった。この課題に対して、高次元なタイミングライブラリではなく、機械学習アルゴリズムに基づきBTI劣化後の遅延を予測する手法を提案し、数値実験により、提案手法は4%以内の誤差で劣化後遅延予測を達成することができ、高次元ライブラリを用いずとも従来のSTAと同等な精度を実現できることを示しました。本研究の成果は、回路設計自動化領域の最難関学会であるDACに採択された。2.劣化情報のセキュアな共有方式近年、サーバを用いたクラウドコンピューティングが急速な発展を遂げ、BTIの寿命予測もクラウドコンピューティングを用いて計算することが考えられる。しかし、寿命予測において使用される情報は各ユーザの個人情報や人格を反映するものであり、第三者に悪用されればプライバシ侵害を引き起こすこともあり得る。本研究は量子コンピュータに対しても安全なLearning with Errors (LWE)に基づいた暗号方式を調査・提案した。ハードウェアでLWEにと近似計算を組み合わせることで、回路遅延、面積、電力や暗号文のサイズにおいてすべて改善する可能であることを示し、DACに採択された。設計時においてBTIの見積もり手法をいくつか提案し、難関学会や論文誌に発表を行った。現在までは、高速に設計回路の中にある劣化に大きなパスの抽出や、設計時に高速にタイミング解析を行う手法を提案してきた。また、従来の信頼性分野に囚われず、寿命予測に重要な通信安全の視点から研究視野を広げ、同じ設計自動化分野の難関学会に採択されるなど成果を挙げ、両分野を合わせて課題を進むことを目指す。

量子的安全性を持つLWE暗号と、その亜種であるRing LWE (RLWE)は次世代の暗号標準として提案されているが、特定用途向け集積回路(ASIC)での設計が提案されておらず、また、LWEとRLWEのASIC実装を比較した研究も存在しない。この研究では、LWEとRLWEそれぞれに対し乗算器を設計し、提案されたパラメータセットと組み合わせてASICアーキテクチャを提案した。提案アーキテクチャを用いれば、既存研究と比べ28倍高速化ができ、また、LWEによる鍵交換は、RLWEと同じエネルギー効率で実現できることを示した。本研究の成果は設計自動化分野における最難関会議であるDesign Automation Conference (DAC)に採択された。今までの進捗はおおむね順調である。悪意のある第三者による寿命予測に重要な通信安全の視点から研究視野を広げ、同じ設計自動化分野の論文誌や難関学会に採択されるなど成果を挙げ、両分野を合わせて課題を進むことを目指す。今まではBTIに着目し、半導体チップの寿命予測における手法をいくつか提案してきた。ただし、近年では、モノのインターネット(IoT)に代表される半導体の応用分野において、安易なデータマイニングによるプライバシ侵害が問題になりつつある。本研究のテーマである寿命予測もこういった情報漏洩が考えられる。特に本フレームワークの目標であるクラウドコンピューティングによる寿命予測のアウトソーシングは、デバイス寿命を利用した攻撃が考えられるため、半導体チップの信頼性の大きな脅威になる可能性がある。従って、今後の推進方策について、以下の目標を掲げる。1.すでに提案された寿命予測手法から得られた情報を、第三者に漏洩せず、かつ効率的にサーバを渡す手法の基盤を構築する。2.既存の関連研究による寿命予測について、セキュリティにおける脆弱性を用いた攻撃手法を提案する。2. IoT時代において、ハードウェアに基づく新しいセキュリティ方式を提案する。今までは半導体チップの寿命予測におけるプライバシ保護の観点から様々な手法を提案した。ただし、既存手法並びに提案手法に共通している計算リソースへの要求は依然として高く、従って、今後の推進方策について、以下の目標を掲げる。1.構築されたセキュリティ基盤の効率を橋上する。2.新たなハードウェアデバイスに基づくセキュリティ方式を提案する。3.新たにセキュアプロトコルを設計し、寿命予測に向けたセキュア方式を提案する。
少子高齢化地域の存続と小規模学校の継続可能性についての総合的研究

人口減少社会においては人口の集中だけではなく、小規模なコミュニティの存続も重要な施策となる。そのために、過疎地域へ若者層が流入し、定着することを、結果的に困難にする学校統廃合には慎重であるべきである。なぜなら、学校が、とくに小学校がなくなった地域では、少子化と高齢化が同時に、加速度的に進行するからである。本研究では、過疎傾向の中にあって、学校を含めて徒歩圏でおさまるサイズのコミュニティを指向している地域に注目した。その結果、こうしたサイズを維持することが、将来に向けて地域が持続可能であるだけではなく、学校教育におけるメリットも少なくはないことが明らかになった。2013年度は、本共同研究の母体となる研究会活動の充実を図るために、2回の合宿を含め、都合9回にわたる研究会を開催した。内容は本研究のテーマに沿ったこれまでに蓄積された調査研究について、研究会内で共有するための報告と議論が中心であったものの、新たに韓国と中国における学校統廃合についての研究報告も行われた。そこで得られた日本だけの問題ではないとの認識は、今後の研究会の方向を定める際の重要な指針となるだろう。中でも、8月の韓国における人口減少地域の地域共生型学校モデルの調査研究をしている「地域共生型学校推進研究会」との合同研究会における韓国の研究者との交流は、意義あるものであった。フィールド調査としては、小規模校としての堺市、北九州市、福岡市における朝鮮学校について、小人数教育や小規模学校運営についての調査を実施した。そこでは、日本の学校とは異なる学校をめぐる地域の存在が、学校の維持/運営に重要な役割を果たしている実態が明らかとなり、その点で日本の学校との比較研究を行う意味が見い出された。また、和歌山県那智勝浦町色川地区において、当地にある小/中学校を地域存続/継続の要として、地域全体の持続可能性を模索している新旧の移住者や、1970年代に全国に先駆けてその移住者受け入れの中心となった住民への予備的な聞き取り調査を行った。これについては、2014年度に、学校統廃合に係る経緯なども含め、本格的な調査を行う予定である。その他、以前より関わってきた京都府南山城村高尾地区における旧小学校舎を利用した「高尾いきいき茶論」との交流も継続し、「茶論」内の図書整理などを行った。8月に行われた「高尾夏フェス」では、旧校舎やグランドを利用したさまざまなイベントが実施され、廃校後最大だと言われるほどの賑わいを見ることができた。この「フェス」は今年度も継続されることになっている。2014年度の研究会活動は、定例の研究会の他に、7月より研究協力者も含めた共同研究のベースを確立するために資料やデータの共有を目的とする勉強会を都合7回実施したこともあり、従来の各テーマによる報告を主とする研究会と合わせて14回の実施となった。中でも、12月の研究会での韓国公州大学のヤン・ピョンチャン教授による「韓国における小さな学校運動」についての報告、2015年2月の研究会での大阪市立大学横山俊祐教授(建築学)による「小学校統廃合の実態と課題、小規模校の特性、地域と学校の連携、小規模性を活用・克服する学校間連携」についての報告は、日本における小規模学校の意味と可能性を考える上で意義深いものであった。また日本以外の国や異分野において同様なテーマを探求する研究者との交流の中で、本テーマが地域的拡がりを持つものであること、学際的領域であることを再認識することができた。調査としては、5月18日大阪朝鮮高級学校調査、5月24-26日和歌山那智勝浦色川地区での住民への聞き取り調査、7月5日大阪朝鮮第4初級学校調査、8月28日-9月5日豪メルボルンにおける学校統廃合実態調査、9月12日四国朝鮮初中級学校調査、11月13-14日滋賀県沖島小学校で開催された近畿へき地教育研究大会滋賀大会への参加、2015年2月27日和歌山朝鮮初中級学校調査、3月1-6日色川小・中学校における教育実践調査と教員への聞き取り調査および、小・中学校新築に関する聞き取り調査、3月7-12日屋久島口之永良部島における住民への聞き取り調査、以上を実施した。これらの調査によって、人口減少地域を持続可能にするための要となる学校をいかにして存続させるのか、住民一体となった取り組みや工夫、その考え方を知ることができた。本研究は、統廃合後の旧校舎利用について、あるいは統廃合を選択せず、小規模校の中で少人数教育を実施している学校について、その選択に至った過程を住民や学校関係者からの聞き取り調査によって明らかにし、地域と学校の新たな関係を探求することにある。今年度は最終年度であったために、最終報告書作成に向けて調査データの整理と分析を行った。それらをもとに報告書のイメージを固めるための議論を活発化させるために研究会に力を入れ、都合6回開催し、成果を上げることができた。その結果、報告書内容の方向性や構成については概ね明確となり、また、具体的な執筆分担も決まり、それぞれ分担部分の執筆に取りかかることができた。

同時に、それまでの調査の補充調査として、南山城村においては8月と9月に、統合小学校の現校長、元校長、廃校後の校舎利用の中心となった村職員、また旧高尾小学校を活用している住民、子育て期にある若い住民、地域で重要な役割を果たしているIターン者など11名、また、和歌山県色川においては9月と11月に、色川小・中学校の校長、教諭、職員や運動会に参加していた住民など11名、総勢20名を超えるインタビューを実施することができた。学会発表としては、7月に、日本都市計画学会関西支部研究発表会において研究分担者を代表としてそれまでの成果を報告した。研究実績の概要にも記したように、本年度は最終年度であったが、年度後半に実施した補充調査が思いもかけず充実したものとなったために、その整理と分析に時間を要し、結果として最終報告書の完成が年度を超えることとなってしまった。現時点の状況は、分担執筆の7割は終了しており、残りも鋭意努力中であり、近日中に完成するものと思われる。最終的な編集作業が残るものの、夏までの報告書の完成を目指したい。本年度は、3年間の共同研究、現地調査の最終報告書作成が目的であった。執筆分担者を決定し、5月末を目途にそれぞれ報告書の執筆に取りかかった。ほぼ期限内に初稿が出揃い、読み合わせや校正、修正を行った。すべての原稿が校了し、7月末に印刷製本が完成した。タイトルは、『少子高齢化地域の存続と小規模学校の継続可能性についての総合的研究報告書』であり、A4版4部構成288頁となった。目次構成と執筆者は以下の通りである。序報告書の概要中島勝住/第I部京都府相楽郡南山城村1調査の概要中西宏次・四方利明2田山・高尾地区住民の廃校をめぐる経験小泉友則3学校統廃合と教育実践の継承・変質中西宏次4廃校後の学校施設再利用中西宏次・中島勝住5高尾小学校廃校と高尾地区中西宏次/第II部鹿児島県熊毛郡屋久島町/口之永良部島1調査概要の経緯、および目的中島勝住2屋久島町上屋久地区における4中学校統合問題中島勝住3口之永良部島の学校継続戦略中島勝住4口之永良部島新岳噴火と島外避難中西宏次/第III部和歌山県東牟婁郡那智勝浦町色川1調査の概要中島智子・藪田直子・棚田洋平2小規模校の集団づくり/授業づくり藪田直子3「小規模校であること」の経験と評価棚田洋平4学校と地域/地域と学校中島智子5色川小学校・色川中学校新校舎建設の経緯中島勝住6色川小学校と籠小学校、妙法小学校の統合について冨井恭二/第IV部諸論1小学校の余裕教室を利用した高齢者の居場所づくり、サークル活動吉田哲2朝鮮学校の新設・移転・統合の履歴づくりに向けて中島智子3朝鮮学校の小規模校の利点を生かした教育活動とその可能性李月順4内モンゴルにおける学校統廃合薩日娜5吉林省における学校統廃合と学校間格差柴田陽一/結語「高齢化」「少子化」と「学校統廃合」中島勝住人口減少社会においては人口の集中だけではなく、小規模なコミュニティの存続も重要な施策となる。そのために、過疎地域へ若者層が流入し、定着することを、結果的に困難にする学校統廃合には慎重であるべきである。なぜなら、学校が、とくに小学校がなくなった地域では、少子化と高齢化が同時に、加速度的に進行するからである。本研究では、過疎傾向の中にあって、学校を含めて徒歩圏でおさまるサイズのコミュニティを指向している地域に注目した。その結果、こうしたサイズを維持することが、将来に向けて地域が持続可能であるだけではなく、学校教育におけるメリットも少なくはないことが明らかになった。
赤外線による発光生物のゆらぎ計測システムの構築と癒し効果の検証に関する研究

本研究は、日本の豊かな自然環境の象徴の一つであり、幻想的な光で古くから日本人の心を魅了している昆虫"ホタル"を取り上げ、その発光現象中に人に対してどのような癒し効果が含まれているのかについて実験的な検討を行ったものである。まず、平成11年度には、ホタルの発光現象を計測・解析する光計測処理システムを新たに構築し、関東エリアにおいてフィールド計測を開始した。平成12年度には、四国エリアにも広げてフィールド計測を継続しつつ、統計解析や画像処理などの工学的技法を応用してホタルの発光現象を解析・評価し、人の精神に安らぎを与える効果があると言われている1/fゆらぎを始めとする様々なゆらぎ現象について考察を進めた。また、各地で開催されているホタル鑑賞会などにおいても、感性工学に基づいた意見サンプルを充分に採取し、ホタルの発光現象が人の精神に及ぼす影響を評価した。その結果、ホタルの発光輝度変動・発光間隔変動・輝度差変動には、人の網膜が反応することの出来る中低周波数域において1/fゆらぎが存在することを初めて明らかにすることができた。これには、十分な癒し効果が期待できるものと考えられ、ホタルを活用したヒーリング機器や福祉機器への応用が十分に期待できることが予想された。また、ホタルの発光パターンが有する癒し効果については、感性工学的な立場からもその有効性を統計学的に確認することができた。したがって、本研究から得られた知見は、今後、ホタルを利用したヒーリング機器や福祉機器の開発を展開研究して行く上での基礎と成り得るものである。なお、一連の研究成果は、日本機械学会へ研究報告したばかりではなく、NHKテレビ・ラジオや日本工業新聞などのメディアなどにおいても報道された。平成11年度の研究課題では、夏期(6-8月期)においてホタル(東日本型ゲンジボタル及びへイケボタル)のフィールド計測を茨城県北部山間部及び東京都板橋区エコポリスセンター付属ホタル飼育施設内において実施した。なお、これに先立ち5-7月期には、ホタル発光パターンを解析するための専用画像処理・解析システムを予め構築して、来るべきデータ処理及び解析に備えた。まず、第一に本研究課題では、一連のホタル発光パターンをコンピューターに取り込み、FFT処理を施し、様々な生態的条件下におけるパワースペクトル、自己相関関数及び相互相関関数などの統計量を算出することで、ホタルの発光パターンに特有なかつ癒し効果にも関連する現象を抽出することに成功した。すなわち、いずれのホタルの発光パターンにも人の心臓の鼓動に代表されるような1/fあるいは1/f^2ゆらぎなどの特徴的な現象が存在することを見出すことが出来た。このことは、発光輝度の時系列な変動以外にも発光間隔の変動においても観察することができた。また、ホタルから抽出した発光信号を電気信号に変換して、緑色発光ダイオード(波長900nm)にてその発光パターンを忠実に再現することにも成功した。この人工ホタルについて幾人かの専門家に意見を求めた所、本物に比較して全く遜色無いことを確認することができた。以上の成果は、平成12年度中に開催される日本機械学会バイオエンジニアリング部門あるいは応用物理学会などにおいて公表する予定である。これらの事実は、平成12年度以降の研究を継続する上で極めて貴重な動機付けとなり得、ホスピスにおける癒し空間(あるいはファンタジー空間)創造及び小中高生向け理科学教材開発に向けて合理的な筋道を付けることができた。さらに、データ収集を進めて統計的な裏付けを確立するとともに、発光パターンが東日本型のものとは異なるとされている西日本型ホタルに関するデータベースをも構築して、生物の一種であるホタルについてより工学的な観点から人類の利益とならしめるべく今後研究を進めて行く予定である。
GPS,CHAMPおよびGRACE衛星データによる地球環境モニタリング

本研究は、GPS衛星-低軌道衛星(LEO)による大気掩蔽観測ならびに2つのLEO間の精密range rate測定(L-L SST : Low-Low Satellite to Satellite Tracking)によって得られる重力場データを用い、測地学的な立場から地球環境監視技術の実証ならびに応用研究を目指すものである。データとしては、2000年7月に打ち上げられたCHAMPならびに2002年3月に打ち上げられたGRACEのものを利用することを予定している。GRACEのデータがまだ一般に公開されていないため、本年度は、現在、入手可能なCHAMPのデータを用い、主に大気掩蔽観測に関連した軌道決定やデータ処理に関する問題についての検討を行い、GPS掩蔽データの解析ソフトをもとに、GPSの電波の位相遅延からDopplerシフトを計算する方法についての改良を試みた。L-L SSTについては重力場のシミュレーション研究を中心に実施した。大気掩蔽観測データの処理については、衛星軌道データから大気屈折率への変換処理についてのアルゴリズムについての検討を進めており、より具体的なデータ処理手法の開発に着手する予定である。L-L SSTのシミュレーションとしては、大気変動などによる重力場変化を、全球モデルを用いて再現し、衛星によるデータサンプリングのシミュレーションテストを実施した。これまでに得られた研究成果は、2003年7月に札幌市で開催された第23回IUGG総会および2003年8月にナイロビ市で行われたCI-2003において発表した。データとしては、2000年7月に打ち上げられたCHAMPならびに2002年3月に打ち上げられたGRACEのものを利用することを予定しているが、現時点では、GRACEのデータがまだ一般に公開されていないため、本年度は、現在、入手可能なCHAMPのデータを用い、主に大気掩蔽観測に関連した軌道決定やデータ処理に関する問題についての検討を実施するとともに、L-L SSTについては重力場のシミュレーション研究を中心に実施した。また、関連して、国際シンポジウムへの参加や文献等による諸外国の研究状況に関する調査、必要なソフトウェアーの収集なども行った。大気掩蔽観測データの処理については、現在、衛星軌道データから大気屈折率への変換処理についてのアルゴリズムについての検討を進めており、来年度以降、より具体的なデータ処理手法の開発に着手する予定である。L-L SSTのシミュレーションとしては、大気変動などによる重力場変化を、全球モデルを用いて再現し、衛星によるデータサンプリングのシミュレーションテストを実施し、今後のデータ処理の準備を行った。
マイクロCTを使った骨梁パターンの構築メカニズムに関する研究〜新しい理論モデルの展開〜

フラクタルとは自己相似制の特徴を持つ形状を対象とする数学理論であり、フラクタル次元としてパターンの複雑さを定量的に扱うことが可能となる。我々は骨梁の微細構造がフラクタル性を持つことを明らかにし、日立メディコ株式会社とのマイクロCT共同開発の中で、骨梁形態計測の新しいパラメータとしての応用技術を確立した。また、日本において開発された骨粗鬆症治療薬であるビタミンK2を卵巣摘出および低カルシウム栄養によるラット骨粗鬆症モデルに投与し、その3次元骨梁構造に及ぼす影響についてマイクロCTを用いて検討した。その結果、術直後からの8週間ビタミンK2経口投与により骨量減少、骨梁連結性および複雑性の低下を抑制できることが3次元的に確認された。骨のリモデリングに関しては、機械的刺激を与えたラット尾椎の骨形態変化を同一固体・同一部位においてマイクロCTを用いて経時的に計測した。さらに軸荷重、偏荷重という荷重形態の相違、尾椎に付与する刺激回数の相違が骨形態に及ぼす影響について検討した。また剛体バネモデルと有限要素法を併用し、形態リモデリング過程における尾椎について応力解析を行った。その結果、軸荷重負担では刺激回数の増加とともに骨体積増加率も増大したが、偏荷重負荷では増加率は低値であった。また偏荷重負荷群においては腹背側に非対称な応力分布を一様にするような適応の進行が認められた。さらに電磁場刺激の骨粗鬆症進行抑制効果について、非侵襲パルス電磁波方式の骨電気刺激装置を用い、骨粗鬆症実験モデルである卵巣摘出ラット(OVXラット)に適用して、検討した。Bone Volume Fractionではパルス電磁場刺激群ではコントロール群に比べ、有意に高い値を示し、パルス電磁場刺激群ではコントロール群に比して、骨梁の連結性が保たれ、骨粗鬆症による骨梁減少を抑制する効果が認められた。1.骨粗鬆化における骨梁構造の変化に関する検討:卵巣摘出および珪酸マグネシウム投与によるラット骨粗鬆症モデルを作成し、若年群、老齢群との間で以下のような比較検討を行った。まず大腿骨に対してDXAによる骨密度測定を行い、次に遠位骨幹端部をマイクロCTを用いて撮影した。CTデータはフィルター処理後、2値化をおこない、各種パラメーター解析、さらに二次元画像データから3次元画像再構築を行った。また骨梁の3次元構造におけるフラクタル次元も測定した。その結果、マイクロCTは組織標本とほぼ同等の形態情報を得ることができ、非侵襲的、非破壊的に骨梁形態を観察することが可能であることを考慮すると、骨梁形態計測の最も有用な手法の一つであると考えられた。骨梁の3次元再構築では、骨梁が全体的に粗になっていた老齢モデルと異なり、骨粗鬆モデルでは髄腔中央部の微細骨梁が消失しており、骨減少のメカニズムの差が示唆された。フラクタル次元は、BMD、Bone Volume Fractionと高い相関を示し、加齢、骨粗鬆化に伴い減少しており骨梁形態の複雑性を反映すると考えられ、ベッチ数は骨粗鬆化に伴い低値を示し、骨梁形態の連結性を反映すると考えられた。2.骨粗鬆化が力学的強度におよぼす影響についての検討:卵巣摘出骨粗鬆症モデルラットとコントロール群を対象に圧縮試験、曲げ試験、捻り試験を含む力学試験を実施した。圧縮試験では骨粗鬆症モデルにおいて力学的強度は有意に低下していたが、3点曲げ試験及び捻り試験では両者間に明らかな差は認められなかった。これは3点曲げ試験及び捻り試験の部位が海綿骨の少ない長管骨骨幹部であり、骨粗鬆化の力学的強度への影響が少ないことによると考えられた。

すなわち、骨粗鬆化の影響は皮質骨より代謝回転の速い海綿骨に速く、強く現れ、一方、長管骨骨幹部ではcortical expansionにより力学的強度の低下を防いでいるのではないかと示唆された。1.骨粗鬆症モデルラットにおけるビタミンK2の骨梁構造に及ぼす影響の検討:13週齢Fisher344雌ラットを用い、OVX(両側卵巣摘出)+Vit.K2群(n=14)、OVX非投与群(n=14)、Sham+Vit.K2群(n=7)、Sham非投与群(n=7)の計4群を作成した。ビタミンK2投与は術直後より8週間行い、術後8週で堵殺・右脛骨を摘出した。脛骨近位骨幹端部の2次海綿骨領域をマイクロCTを用いて撮影し、3次元微細構造を再構築した。また2値化データから連結性、複雑性について数量化を行い定量的に評価した。OVX非投与群では髄腔中央部の微細骨梁は消失し、骨梁の連結性は失われていたのに対し、OVX+Vit.K2群ではShamと同程度まで連結性が保たれており、ビタミンK2の骨粗鬆化に伴う骨梁連結性の消失抑制効果が3次元的に確認された。2.ラット尾椎への機械的刺激による骨梁リモデリングの経時的観察:マイクロCTにて機械的刺激を与えたラット尾椎を非侵襲的、経時的に計測し、形態変化した尾椎骨梁について応力分布を計算し、リモデリング過程における骨の応力状態について検討した。麻酔下にラット第4,6尾椎にピンを刺入し、第5尾椎に荷重5N、1Hz、一日3600サイクルで2週間機械的刺激を繰り返し与えた。一群は長軸方向にピンを刺入し圧縮刺激を加え、他群ではピンの刺入仕置にoffsetを設け、剪断刺激を与えた。マイクロCT撮影を経時的に行い、皮質骨断面積の測定、皮質骨および骨梁形状の抽出、さらに剛体バネモデルによる境界条件の算出と有限要素法による応力解析を行った。その結果、尾椎皮質骨の形態変化では無負荷のコントロール群と比較して、圧縮刺激、剪断刺激を負荷したラットでは皮質骨の変形および新生骨の形成が認められ、経時的にも皮質骨断面積の増加が確認された。特に剪断刺激では機械的刺激の方向に抗するような骨形成が認められた。また骨梁構造をモデル化した有限要素法解析では剪断刺激群において偏荷重に対して適応するようなリモデリングが発生しており、骨長軸に沿った荷重に対してはむしろ脆弱な構造になったことが推察された。1.機械的刺激に対するラット尾椎形態リモデリングのマイクロCT計測とFEM応力解析-刺激回数を変化させたモデルにおける検討-機械的刺激を与えたラット尾椎の骨形態変化を同一固体・同一部位においてマイクロCTを用いて経時的に計測した。さらに軸荷重、偏荷重という荷重形態の相違、尾椎に付与する刺激回数の相違が骨形態に及ぼす影響について検討した。また剛体バネモデルと有限要素法を併用し、形態リモデリング過程における尾椎について応力解析を行った。その結果、軸荷重負荷では刺激回数の増加とともに骨体積増加率も増大したが、偏荷重負荷では増加率は低値であった。また偏荷重負荷群においては腹背側に非対称な応力分布を一様にするような適応の進行が認められた。本研究は平成10年骨形態計測学会賞を受賞した。2.パルス電磁場を用いた骨粗鬆症治療の試み