hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音声の大局的な分類を用いた法科学的話者認識

本研究では、法科学分野への応用のため、音声の大局的な分類を利用した話者認識手法の開発を目指した。上記の提案手法の実現に向け整備を行った音声データベースに収録された音声データから、フォルマント周波数を音響特徴量としてARX音声分析法により抽出し、抽出した音響特徴量により話者を小数クラスに分類可能かを確認するため、クラスター分析を行った。さらに、効率的な情報表現が可能となる音響特徴量の抽出手法の開発を行った。本研究では、話者認識技術の法科学的応用に際し、冤罪に直結するため避けなければならない詐称者受理による認識誤りを低減することを目的とした話者認識手法の提案を行う。提案手法は、血液型による分類のように音声を声質、年齢、身体的特徴等に応じて大局的に分類可能であれば、同一の分類に属した場合、同一人か別人かの判定は困難となるもの、異なる分類に属した場合、別人の判定は容易となることを利用する手法である。研究初年度である本年度は、音声データベースや各種分析ツールの整備、基本的な音響分析といった研究環境の整備を主に行った。本研究の遂行には多数話者の音声データが必要となるため、本研究での主な分析対象として、男性女性各300名以上の計600名以上から我々が過去に収録を行った音声データを選定した。収録は、10歳代から60歳代以上の話者が発話した単音やATR音素バランス文50文等を、23ヶ月の時期差を設けた2時期に、簡易防音室内でコンデンサマイクロホンを用いて行っている。また、音声データに加え、身長、体重といった話者の身体的特徴や、居住履歴といった話者の属性情報も記録している。これらをデータベース化した後、音声データの音素ラベリングを行い、基本的な音響分析を行った。音響分析は、声道の形状や長さといった身体的特徴や方言と言った地域的な特徴と関連が深いとされるFOやフォルマント周波数等の基本的な音響特徴量の抽出を行った。来年度は、他の音響特徴量の抽出を行った後、音声の分類手法の検討を行う。研究の遂行には多数話者の音声データが必要となるため、本研究では、男性女性各300名以上の計600名以上から我々が過去に収録を行った音声データと、身長と体重といった話者の身体的特徴や、居住履歴といった話者の属性情報から構成される音声データベースを用いた。本年度は、音声データベースの整備を行い、基本的な音響分析と各種分析ツールの開発等を行った。音響分析には、我々が以前行ったケプストラム特徴量であるLPCCを音響特徴量として用いた際の話者間距離の解析の結果、音声の地域性に着目した分類が可能であることが示唆されているため、LPCCよりも話者認識性能に優れているとされ広く用いられているMFCC等であっても同様の分類が可能かについての検討に着手した。また、音声スペクトルの比較的定常的な部分に着目した音響特徴量に対し、音声スペクトルの遷移部分に注目した音響特徴量につていの検討も開始した。来年度は、他の音響分析手法や分類手法についての検討を行う。本研究では、話者認識技術の法科学的応用に際し、冤罪に直結するため避けなければならない詐称者受理による認識誤りを低減することを目的とした話者認識手法の提案を目指す。提案手法は、血液型による分類のように音声を大局的に分類可能であれば、同一の分類に属した場合、同一人か別人かの判定は困難となるもの、異なる分類に属した場合、別人の判定は容易となることを利用する。法科学的な応用を考えた場合、電話音声など低品質な音声データを対象とする必要がある。そのため音声の分類に用いる音響特徴量には耐雑音性に優れ、分類の基盤となる音声の生成から聴取に至る一連の過程を統一的に考察可能なフォルマントに注目した。フォルマントの抽出はarx分析によりおこない、抽出の対象とした音声データは我々が構築したデータベースに収録されている1879歳の男性313名と女性319名が発話した5母音である。さらに、低音質な音声データであっても安定したフォルマント抽出を可能とするため、耐雑音性に優れた人間の聴覚機構を参考としたフォルマント抽出手法の提案を行った。提案した手法では、フォルマント抽出をケプストラムパラメータの線型結合、もしくは非線形結合から行う。その結果、フォルマントの高精度な抽出には、非線形性が有効であることが明らかとなった。さらに抽出したフォルマントを用いた音声の分類能力についての検討を進めている。なお、本研究で整備を行った音声データベースに関し、論文を投稿し受理された。
光顕微操作技術の開発を基盤とした植物初期胚発生における細胞分裂パターン機構の解析

胚発生過程は、単細胞から高等生物の複雑な構造、機能を構築するうえで基本的で重要な過程である。本研究では、植物初期胚発生における細胞分裂パターン制御の解析の基盤となる、in vitro胚珠培養系を用いたライブイメージングと各種マーカーライン、また光顕微操作を用いた植物胚における1細胞レベルでの遺伝子発現誘導系を構築できた。また、胚発生過程のライブイメージングによって、初期胚においても細胞分裂のタイミングは厳密に同調しているわけではないことが明らかとなった。本研究ではシロイヌナズナin vitro胚珠培養系を用いたライブイメージングと、ヒートショックプロモーター系を用いた光顕微操作による単一細胞の機能制御を組み合わせた、時期特異的な特定細胞の機能阻害技術の開発によって、ダイナミックな細胞分裂を伴う胚発生過程において、個々の細胞の機能、そして位置情報がまわりの細胞に与える影響、ひいては形態形成における役割を明らかにする子とを目指したが、平成23年度はin vitro胚珠培養観察系の構築とヒートショック系の構築を行った。in vitro胚珠培養観察系の構築ついて、in vitro培養条件の検討、また高輝度な核可視化形質転換体および細胞膜可視化形質転換体の選抜によって、初期胚から80時間に渡る胚発生ライブイメージングに成功した。この初期胚発生ライブイメージングによって、4細胞期胚といった初期胚においても、細胞分裂が厳密に同調しているわけではないことが分かった。赤外線レーザー誘起遺伝子発現操作法(IR-LEGO:Infrared laser evoked gene operator)によるヒートショック系の構築については、ヒートショックプロモーター下にH2B-GFPをつないだ形質転換体の根を用いて、詳細に条件検討を行ったところ、11mWのレーザーパワーで1-2秒照射することによって、1細胞レベルで遺伝子発現が誘導できることが確認された。in vitro胚珠培養下の胚において、レーザー照射条件の検討を行ったところ、8細胞期胚について、11mWのレーザーパワーで4秒照射することによって、1細胞レベルでの遺伝子発現に成功した。このように、植物初期胚発生における細胞分裂パターン機能の解析の基盤となる、in vitro胚珠培養系を用いたライブイメージングと、光顕微操作を用いた1細胞レベルでの遺伝子発現誘導系を構築できた。本研究ではシロイヌナズナin vitro胚珠培養系を用いたライブイメージングと、ヒートショックプロモーター系を用いた光顕微操作による単一細胞の機能制御を組み合わせた、時期特異的な特定細胞の機能阻害技術の開発によって、ダイナミックな細胞分裂を伴う胚発生過程において、個々の細胞の機能、そして位置情報がまわりの細胞に与える影響、ひいては形態形成における役割を明らかにすることを目指し、平成24年度は前年度構築したin vitro胚珠培養観察系の改良とヒートショック系に用いる植物体のライン構築を行った。in vitro胚珠培養観察系の構築ついて、前年度では、初期胚から80時間に渡る胚発生ライブイメージングに成功したが、胚のすべての細胞核を標識していたため、分裂が進んでいくと細胞分裂のタイミングを判断するのが困難であった。そのため、細胞分裂期マーカーであるサイクリンB1を用いることによって、どの細胞が分裂しているかをより詳細に解析できるようになった。当初の研究計画通り、植物初期胚発生における細胞分裂パターン機能の解析の基盤となる、in vitro胚珠培養系を用いたライブイメージングと、光顕微操作を用いた1細胞レベルでの遺伝子発現誘導系を構築できたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画通り、in vitro胚珠培養系と1細胞レベルでの遺伝子発現誘導系を構築できたため、すみやかにCre/loxPを用いたRNAi誘導系を確立し、細胞分裂パターンの解析に取りかかる。
遺伝子操作動物を利用したエンドセリン変換酵素の新しいメンバーの単離および解析

エンドセリンは強力な血管収縮活性を持つペプチドであり、エンドセリン変換酵素(以下ECE)によってその前駆体から活性化される。私たちは以前ECE-1のジーン・ノックアウトマウスにおいてもその組織中にエンドセリンが存在することを見出し、ECE-1の他にエンドセリンを変換する酵素が生体内に存在することを遺伝学的に証明し得た。そこで今回これらのマウスを用いて、degeneratePCRによってECEの新しいアイソフォームを単離・同定し、その酵素学的特性を生化学・薬理学・分子生物学的なアプローチで解析することを目的とする研究を開始し、ECEにアミノ酸レベルで約60%の相同性を持つ未知のDNA断片の単離に成功した。私はただちに全長cDNAを単離し、この新規メタロプロテアーゼをSoluble Secreted Endopeptidase(以下SEP)と名付けた。SEPは、心・肺を含む多くの組織で発現しており、構造上ECEおよびニュートラルエンドペプチターゼ(以下NEP)と遺伝子ファミリーを構成していた。さらに、SEPが機能的にもECEやNEPの基質である循環調節ペプチドを不活性化する活性を持っていることを明らかにした。また、ECEおよびNEPが膜分画に存在し細胞表面や細胞内で作用するのに対し、SEPは組織特異的な可変的スプライシングの結果、酵素活性を持つ活性部位を細胞外に分泌するアイソエンザイムを産生し、細胞外でも作用することが明らかにした。従って、SEPは局所でのプロセッシング機能に加え血中や体液中において「循環プロセッシング酵素」として作用し得るという極めてユニークな特徴を持っており、SEPは細胞生物学的な見地からも興味深い研究対象であると考えられる。エンドセリンは強力な血管収縮活性を持つペプチドであり、心不全・心筋梗塞・高血圧等の循環器疾患の病態に重要な役割を果たすことが最近明らかになってきた。エンドセリンは不活性型の前駆体であるビッグエンドセリンがエンドセリン変換酵素によって、切断・変換されることによって初めて活性化される。私たちはECEの精製に世界に先駆けて成功し、二種類の遺伝子(ECE-1,ECE-2)を単離した。これらの解析の過程で私たちはECE-1およびECE-2の両方を同時にジーン・ノックアウトしたマウスにおいてもその組織中にエンドセリンが存在することを見出し、ECE-1およびECE-2の他にエンドセリンを変換する酵素が生体内に存在することを遺伝学的に証明し得た。そこで私たちは、これらのマウス由来のRNAを鋳型に用いて、degenerate PCRによってECEの新しいアイソフォーム(ECE-3)を単離・同定し、その酵素学的特性を解析することを目的とする研究を開始するに至った。私たちは、このアプローチでECEにアミノ酸レベルで約60%の相同性を持つ未知のDNA断片の単離に成功した。全長のcDNAを単離したところ、メタロプロテアーゼに属する新しいメンバーであることが明らかとなった。このcDNAを発現ベクターに組み込んで、培養細胞に発現させたところエンドセリン変換活性を認めた。また、肺.副腎・精巣を含む多くの組織で発現を確認した。現在酵素学的特性の生化学的な解析がほぼ終了しており、近くその成果を国際一流雑誌に発表する予定である。
視覚障害者と共に古写本の仮名文字を読み日本古典文化を共有するための挑戦的調査研究

本研究は、日本古典文学の受容に関して、視覚障害者が触読によって新たな知見を得る方法の実現に挑戦するものである。試行錯誤の結果、立体コピーした浮き出し文字を活用すると、目が見えなくても古写本に書かれた変体仮名の触読が可能であることが確認できた。さらには、音声を連動させた学習システムの触読実験でも成果をあげた。この画期的な成果は、ホームページ「古写本『源氏物語』の触読研究」(http://genjiito.sakura.ne.jp/touchread/)や、電子ジャーナル『古写本『源氏物語』の触読研究ジャーナル』等のメディアを通して公開した。本研究課題は、視覚障害者が点字と音声だけでは困難だと思われる、先人が残した文化遺産の受容に関して触読による挑戦をするものであり、温故知新の知的刺激を実感し実践することを目的としている。日本の古典文化を体感できる古写本『源氏物語』に書写された変体仮名の文字列を、触常者が能動的に読み取る方策を探究しようとするものである。これは、日本古典文学の中でも「本文研究」「写本学」という異分野からの挑戦である。その試行錯誤の結果、立体コピーの活用によって、目が見えなくても古写本の変体仮名を浮き出し文字によって触読が可能であることが確認できた。さらには、名古屋工業大学の森川慧一氏の研究支援を得ることによって、「音声触図学習システム」を活用したタッチパネルによる古写本『源氏物語』の触読実験にも成功した。こうした成果は、昨年度内に2回開催した「古写本『源氏物語』の触読研究会」で報告し、早々に開設したホームページ「古写本『源氏物語』の触読研究」でも公開している。また、平成27年10月に京都府立盲学校で開催された「日本盲教育史研究会第4回研究会」で、「『源氏物語』を触って読むー700年前の写本に挑戦するー」と題して研究発表することで、広く成果を報告した。これらの成果は、「古写本『源氏物語』の触読研究ジャーナル」というオンライン版の電子ジャーナルを創刊し、そのメディアを通しても公開している。古写本の紙面を立体コピーすることにより、目が見えない方々に触読していただく試行錯誤を継続して実施している。さらに、研究成果を報告する一環として、多くの方に触読体験をしていただくことで、広く一般にも理解を深める活動も展開している。これにより、多くの知見を得て、さらなる方策の検討に着手しているところである。また、立体コピーに加えて、タッチパネルによる「音声触図学習システム」の導入により、指と耳を連動させた調査研究も展開することで、幅広い可能性を探る状況となっている。この音声による触読に対する支援は、有効な手段であることが確認できている。こうした成果は、年2回開催する「古写本『源氏物語』の触読研究会」で報告して討議を重ねることで、さらなる課題解決の道を探っている。また、電子版の「古写本『源氏物語』の触読研究ジャーナル」をウェブ上に公開して報告することにより、多くの方々と情報の共有をはかっているところである。本研究は、平成28年度が最終年度である。2年間の総整理を進める中で、さまざまな挑戦を試み、当初の予想を遥かに超える実績をあげたことが確認できている。ここでは、本年度に取り組んだ調査研究活動の主な実績を記す。「聞いてわかる研究計画調書」の公開と、ホームページに掲載している「触読通信」が途絶えることなく継続的に公表できたことが、本研究の理解者を得るのに大きかった。そして、「古写本『源氏物語』触読研究ジャーナル2」(http://genjiito.sakura.ne.jp/touchread/?page_id=936)をオンライン版として公開したことが、さらに研究成果の理解を深めたと自己評価している。また、葛原勾当が残した「ひらがな活字の日記」を印字する過程を再現したビデオを、ホームページを通して広く試験的に公開したことで、本研究が広く知られるようになったことも記し留めておく。今年度の取り組みとその成果は、次の通りである。・埼玉県本庄市で『群書類従』に関する講演(5月)/・お香のワークショップを支援(7月)/・日本盲教育史研究会(年2回開催)に積極的に参加(10月)/・年2回の研究会を東京と大阪で開催(12月)/・『葛原勾当日記』の製作再現映像を試験公開(1月)/・科研の触読サイトから『立体〈ひらがな〉字典(第2版)』を公開(2月)/・「点字付百人一首」の全国大会の可能性を探る(2月)/・電子版「古写本『源氏物語』触読研究ジャーナル2」を公開(3月)/・『変体仮名触読字典』と『触読例文集』の発行(3月)等本研究は、形を変えてさらに深化したものとして、来年度以降の研究活動につなげて行きたい。これまで、順調に触読に関する調査研究は進展している。

立体コピーとタッチパネルについては、さらに木目細かな配慮によって試行錯誤をすることとなる。本科研2年目となる平成28年度からは、3Dプリンタを導入した試行に取り組む。これは、目の見えない方が抱えるまざまな状況を勘案して、個別の事例に対応した触読資料の作成に生かしていくものとなる。さらには、『変体仮名触読字典』の編集も進めて行く。これまでの調査研究で明らかになった事例をもとにして、立体コピーを活用した変体仮名の確認用の字典は、変体仮名を触読する際の基本的な資料となる。これは、現在の日本の文化から遠ざかっている変体仮名を、目の見えない方々だけでなく、目が見える方にも活用していただけるような方針で編集をしている。この字典は、今後実現が確実視されている変体仮名のユニコード化をも視野に入れたものであり、幅広い利用者を想定したものになるはずである。「古写本『源氏物語』触読研究ジャーナル」は、本科研の初年度に第1号を、本年度に第2号をオンラインジャーナルとしてダウンロードできる形で発行した。日本文学アルバイト謝金及び消耗品として予定していたものが、当初の計画の順調な進捗に伴って不要となったため。立体コピー及び3Dプリンタの活用により、消耗品費が増加することが予想される。さらに、『変体仮名触読字典』の作成に伴いアルバイト経費も増加することに対処する。
持続可能な地域づくりと教育改革主体の形成との往還的構造に関する実証的研究

「地域づくりの担い手形成に関する研究」と「持続可能な地域づくりと教育改革羊体形成の往還的構造解明一を通して、教育改革とは、現代を生きる人間が、その人間的資質を不断に豊かにする営みを通して、人間の本来性を発展させていく持続可能な社会の実現を担う主体の形成を内包させているととが明らかとなった。そしてそこでは、「公務労働」が住民共有の「自治体創造労働」として積極的に捉えなおされていく姿が確認された。1、教育改革研究の再検討先行する教育改革研究の成果を分析・検討した結果、人間の本来性を発展させていく持続可能な社会の実現を担う教育改革主体の形成を内包させている必要性と、それらがグローバリゼンーション進行化の諸矛盾と可能性を切り拓く力を育む教育の創造を、生活様式や産業構造の変化等との関連で広く認識される必要があることがさらに明らかとなった。2、教育改革における改革主体の形成に関する調査研究高知県及び埼玉県鶴ヶ島市における教育改革の特色を分析検討し、教育改革主体の形成を内包する仕組みやその過程がどのように存在し、どのような効果をもたらしているかを整理した。さらに教育改革に取り組んだ住民たちが、その後「地域の課題こそが暮らしの豊かさを作り種となると考える」といった認識を持ちながら、地域内循環経済の実現を目指そうとする取り組み(南国市奈路)や、地域の潜在能力を発揮しつつ自ら創る福祉を実行してきている実践(日高村)、地域固有の素材を生かし他に依存しない自立の精神と信念を育みながら歴史や風土に対する理解を深めてきている実践(宿毛市山奈)を各地に生み出して来ていることを確認し、その経緯を検討した。3、住民の学習条件と自治体合併に関する調査研究上記の実践は、いずれも住民による自主的・主体的な活動ではあり、「教育改革」という地方自治体独自な学習環境整備の取り組みがその呼び水となっていることは明らかである。とはいえ、おりしも「平成の大合併」に伴う自治体の学習環境条件は大きく変化してきており、本研究の成果をより客観化していくためにも、自治体における住民学習条件に関する全国悉皆調査(1800自治体)を実施した。調査は、平成の大合併を行った自治体と行わなかった自治体とに区分し、それぞれにこの10年間の学習環境・条件整備の変化について尋ねた。当該年度は「持続可能な地域づくりの担い手形成に関する研究」と「持続可能な地域づくりと教育改革主体の形成の往還的構造の解明」に取り組んだ。前者では、高知県日高村における地域教育づくりの実践、高知県幡多地域における大学づくり運動を分析の対象とした。日高村の実践では、元地域教育指導主事が「地域支援企画員」として村に残り、村立図書館の設置を実現させるとともに、「日高読もう会」「日高村子どもの未来応援団」などの活動を中心に、住民自身が地域教育づくりの担い手となる状況を生み出してきている。大学づくり運動では、幡多地域に暮らす住民たちが自分たちの地域にある豊かな学習資源を大学の研究や活動に活かす発想で、地域づくり教育を展開してきている。地域と向き合う大学のあり方を問い直すこの実践は、地域・住民とともに地域を共同創造していく教育と研究の機能を備えた「地域総合学部」(地域づくり学科、生活環境学科、文化総合学科)の創設や「地域サテライト」の設置など、全県的な『社会人学習機関』としての県立大学改編構想へと結びついている。後者では、これまで取り上げた実践を再検討することで、「活動の展開レベル」「主体の認識レベル」においてそれぞれ往還的構造を整理した。展開レベルでは、「公論の場」→「地域調査活動」→「個別活動」→「協働活動」→「地域計画」→「地域づくり実践」→「公論の場」が螺旋的に繰り返される。「認識のレベル」では、「問題の意識化」→「問題の自己意識化」→「葛藤や矛盾の統一」→「相互承認」→「自己の学習計画」を経て「日常生活の中で実践する主体」へと向かう。この構造は、高知県四万十市職員による「聞く学習」を通した担い手づくりの実践の中でさらに確かめられている。そこでは「公務労働」を住民共有の「自治体創造労働」として捉えなおし、持続可能な地域づくりにむけて新たな公務の在り方が展望されてきている。
急速に経済発展するラオス農山村地域における非木材林産物の利用の変化

ラオス中部のビエンチャン県の中山間地帯にあるN村において、2017年7月から2018年6月まで一年間にわたり、N村の全農家世帯において非木材林産物の採集記録調査を実施した。また、同村における農家の世帯調査を採取記録調査後に実施した。同村では、2012年においても同様の調査を実施していることから、今回収集したデータを2012年のデータと比較した。その結果、2012年では乾季の村の現金収入源であった非木材林産物であるホウキグサについて、採集者数は2012年と変わらないものの、採集量は2012年の7割であり、その採集量は大幅に減少していたことが明らかになった。また、その他の非木材林産物においても、採集量は減少していたが、食料として自家消費用に採集している山菜については、変化はみられなかった。2012年のN村では、乾季は収入源が少なく、ホウキグサは乾季の貴重な収入源であった。そのホウキグサの採集量が2017年に減少していることは、興味深い結果であった。この原因として、村近隣にバナナプランテーションが開設し、このバナナプランテーションに労働者として働きにでる世帯が増えたことが一因であると考えられた。しかし、2016年からN村内部に行政機関の出先機関が設置され、行政職員がN村内部において土地利用の制限を厳しく行い始めたことが分かった。そのため、これまで村人により違法に行われていた焼畑が減少した。この結果、違法な焼畑が減少し、焼畑後12年の休閑林に出現するホウキグサが減少したのではないかと考えられた。非木材林産物の採集量の収集及び農家の世帯調査が終了し、これらのデータの入力も完了した。現在はデータの解析に着手し始めており、途中経過ではあるが、解析中のデータについて学会発表等を実施した。現地のデータ収集は完了し、暫定的な分析の結果、非木材林産物の採集量は減少傾向にあることがわかった。この原因が、就労機会の増加によるものか、政府の土地政策による焼畑の減少による植生の変化が大きいかを分析する。就労機会による変化ついては、農家調査の結果から明らかにし、植生の変化については衛星画像を用いて分析し、両者の結果から非木材林産物の採集量の減少の要因を分析する予定である。本研究は急速に経済が発展する東南アジアの後発開発途上国であるラオスにおいて、地方農山村の住民が森林から採集しているきのこやタケノコなどの非木材林産物の一年間の採集量を、研究担当者が所有する2012年(平成24年)のデータと比較し、変化を明らかにすることが目的である。平成29年度は、研究調査の実施について、地方行政機関と調査対象村で説明会を開催した。調査の実施に関して特に現地側から問題はなく、研究データのフィードバックを期待された。説明会後、調査対象村で非木材林産物の調査を6月から実施した。6月は予備調査とし、村人に調査方法を訓練した。5年前に同様の調査を実施しているため、特に問題は見受けられなかった。本調査は7月から1年間の調査を実施する予定であり、平成30年6月30日まで実施する予定である。現在、平成30年3月まで実施し、調査票を回収している。途中経過であるが、非木材林産物のうち、主な現金収入源は5年前と同様にホウキの原料となるホウキグサが中心であった。また、社会経済の影響を明らかにするため、調査対象村の住民に対し、参加型農村調査法による聞き取り調査をおこなった。これらの結果、2012年(平成24年)と比較すると、近隣の大農場へ働きにでる世帯が大幅に増加し、自給自足的な生活から賃金労働への変化が見られた。PRA調査の結果をもとに、賃金労働の農家経営の影響をを明らかにするための農家調査票を作成した。次年度、農家調査を実施する予定である。カウンターパート機関、農林事務所、調査対象村に説明会を実施し、調査の開始が行われた。2012年(平成24年)に同様の調査を実施していることから、村人からも特に問題なく調査を受け入れてもらった。突発的な社会情勢の変化も起こらず、調査は順調に実施されている。データの入力に関して、カウンターパート機関の研究補助員の人事が変更になったことから、若干の遅れがあるが順調に推移している。

そのホウキグサの採集量が2017年に減少していることは、興味深い結果であった。この原因として、村近隣にバナナプランテーションが開設し、このバナナプランテーションに労働者として働きにでる世帯が増えたことが一因であると考えられた。しかし、2016年からN村内部に行政機関の出先機関が設置され、行政職員がN村内部において土地利用の制限を厳しく行い始めたことが分かった。そのため、これまで村人により違法に行われていた焼畑が減少した。この結果、違法な焼畑が減少し、焼畑後12年の休閑林に出現するホウキグサが減少したのではないかと考えられた。非木材林産物の採集量の収集及び農家の世帯調査が終了し、これらのデータの入力も完了した。現在はデータの解析に着手し始めており、途中経過ではあるが、解析中のデータについて学会発表等を実施した。非木材採集量調査は、平成30年度6月30日に完了予定である。完了後は速やかにデータ入力を実施しする。平成29年度に作成した農家調査票を用いて、農家経営の状況を明らかにするための農家調査を実施する。また、2012年(平成24)年の衛星写真で特定した焼畑実施箇所の現在の植生を明らかにし、非木材林産物の影響を確認する。現地のデータ収集は完了し、暫定的な分析の結果、非木材林産物の採集量は減少傾向にあることがわかった。この原因が、就労機会の増加によるものか、政府の土地政策による焼畑の減少による植生の変化が大きいかを分析する。就労機会による変化ついては、農家調査の結果から明らかにし、植生の変化については衛星画像を用いて分析し、両者の結果から非木材林産物の採集量の減少の要因を分析する予定である。植生調査の実施については、社会調査の結果を受けて、当初年度末の2月頃に実施する予定であった。しかし、平成29年度の社会調査の結果から、詳細な農家調査を実施してから実施する方がよいと判断した。現在投稿中の論文の投稿費の請求がH31年度になったため、残額が生じた。H31年度の主な支出は、論文執筆のための英文校閲費、投稿論文費、成果の内容をラオス国政府に提供するための渡航費、会議費を予定している。
チェレンコフ効果による非平衡キャリアーの速度飽和特性解析

これまで、半導体中のキャリアの速度の測定は、従来タイム・オブ・フライト法やパルス・ホール効果などが知られていたが、実際の短チャンネル構造における高電界中の飽和速度を正確に測定することは難しかった。また、1次元などの低次元電子系の場合も電圧端子が取り出せないために、比較的低次元の移動度を直接求めることも難しかった。本課題で取り組んだ方法は、キャリアの放出する光学フォノンの伝達速度は音速程度(10^510^6cm/sec)であるのに対し、半導体中のキャリアの飽和速度は、およそ10^610^7cm/secのオーダーになることから電子により放出された光学フォノンのチェレンコフ・コーン広がりから直接キャリアの飽和速度を見積もることである。チェレンコフ・コーン状に広がった非平衡フォノンを顕微ラマン分光法を利用して探るという方法で、AlGaAs/GaAsヘテロ構造の高電子移動度トランジスタのソースからドレインへ高電界で加速された電子からのフォノン観測を試みた。励起レーザー光によりAlGaAs障壁層からフォトルミネッセンス光が出てくるため、AlGaAs障壁層に埋まったチャンネル領域にできるだけ近付いて、チャンネルからのフォノンを捕らえるべく、最高の解像度0.8ミクロンステップで画像データを集積した。現在、データを解析中であるが、最も有力なGaAs中のLOフォノンによる反ストークスシフトのデータ点の分布解析からは、チャンネルエッジからのフォノン放射の明確な痕跡は今のところ認められていない。可能性としては、チャンネルのエッジから漏れてきたフォノンは、本測定の測定限界である約1ミクロン以下の距離で減衰してしまったことが考えられる。フォノン放射の特定の可能性はさらに低いと思われるが、測定した全波長範囲での解析を研究期間終了後も進めるつもりである。当初、計画していた「ボロメータ」によるLOフォノン検出の方法では、LOフォノンが試料サイズのミリメータ程度の距離を走行中に減衰してしまい測定限界以下となることが判明したため、顕微ラマン法により、フォノンとレーザー光の結合を利用して、LOフォノン放出の様子を像として捕らえることを試みことにした(ドイツ、パウル・ドウルーデ固体物理学研究所と共同研究)。材料として、シリコン、および化合物半導体(GaAs)の2種類で電界効果型トランジスタを作製た。試料に強電界をかけて、10^7cm/s程度の飽和速度に加速された電子と結晶格子との衝突による円錐状のフォノン放出(チェレンコフ放射)を検出すべく、絶対温度15度付近で、ラマン散乱のスペクトル解析を試みた。レーザーのスポットサイズが小さいため(1-2ミクロン)、励起エネルギー密度が高くなり、多数のフォノンの発生を伴うため、非平衡LOフォノンを検出するのが難しいことが分かった。今後は、空間解像度を多少犠牲にしても、スポットサイズを大きくすることで入射レーザー光のエネルギー密度を下げて非平衡フォノンの検出を試みる予定。
主要組織適合抗原複合体領域に存在する疾患感受性遺伝子の検索

特定のHLA型が自己免疫疾患をはじめとするおよそ200種類の疾患の疾患感受性と相関を示すことが知られているが、その本態は不明である。そこで、本研究では潜在的に疾患感受性遺伝子の存在する主要組織適合複合体(Major Histocompatibility Complex ; MHC)領域の遺伝子ノックアウトマウスを重点的に作製し、それによって疾患感受性遺伝子の本態究明を目指す。lymphotoxin-β、TNF、lymphotoxin-αの3つの遺伝子がクラスターを形成して存在する、いわゆるTNF/lymphotoxin locus周辺の遺伝子に最初に焦点を当てて解析を開始している。具体的にはTNF/lymphotoxin locusのすぐセントロメア側に存在するB144(LST-1)と、すぐテロメア側に存在するIκB-like(IkBL)を最初の標的遺伝子とした。さらに、B144遺伝子のセントロメア側に存在するAIF(Allograft Inflammatory Factor)遺伝子についても実験を開始している。本年度の成果として、IkBLおよびAIFについてtargeting vectorの構築を完成し、IkBLについては相同遺伝子組換え体を取得した。しかしながら、B144遺伝子については、targeting vector構築のためのgenomic DNAのcloningに難渋している。これらの遺伝子は発現様式と構造から、生体防御機構に深く関わり、それによって炎症を主病変とする疾患の病態形成にも関与している可能性が高い。そこで、これらの遺伝子ノックアウトマウスを作製し、MHC領域に存在する疾患感受性遺伝子を同定してゆきたい。
定着因子融合タンパク質を用いた齲蝕の免疫学的予防の開発

本研究では齲蝕の免疫学的予防法の開発を目指して、Streptococcus mutansの定着因子である菌体表層タンパク質抗原(PAc)の唾液結合領域(PAcA)と非水溶性グルカン合成酵素(GTF-I)のグルカン結合領域(GB)やスクロース結合領域(SB)を融合させたタンパク質(PAcA-GB及びPAcA-SB)を遺伝子工学的手法を用いて作製した。さらに、同融合タンパク質をウサギに経皮免疫して、抗PAcA-GB抗体と抗PAcA-SB抗体を調製したのち、これらの抗体のグルカン合成やS.mutans菌体付着に及ぼす影響をウサギ抗PAc抗体、抗PAcA抗体、抗GTF-I抗体などと比較したところ、以下の結果が得られた。齲蝕の最も主要な病原菌と考えられているStreptocococcus mutansの歯面への定着には、同菌の菌体表層タンパク質抗原(PAc)とグルカン合成酵素(GTF-I)が重要であると考えられている。本研究では、両定着因子の機能領域からなる融合タンパク質を遺伝子工学的手法を用いて作製し、齲蝕の免疫学的予防への応用を目指す。本年度は、先ず、S.mutans MT8148株からGTF-IをコードするgtfB遺伝子とPAcをコードするpac遺伝子をそれぞれ分離した。ついで、gtfB遺伝子からGTF-Iのグルカン結合領域をコードするgtfB-GB断片を制限酵素SaIIとHindIIIで切り出した。一方、pac遺伝子からPAc分子の機能領域とされているA領域をコードするpac-A断片を制限酵素KpnIとSaIIで切り出した。さらにそれぞれの断片を結合後、QIAexpress Systemの発現ベクターpQE-30に挿入し、E.coli XL-1 blue株を形質転換した。IPTGの誘導により融合タンパク質を発現させ、SDSポリアクリルアミド電気泳動(SDS-PAGE)及びWestern Immunoblotting法にて確認した上、Ni-NTAレジンカラムを用いてPAc-AとGTF-I-GBとの組み換え融合タンパク質を大量に精製した。精製した融合タンパク質はSDS-PAGE上では分子量約80kDaの単一なバンドであり、Western Immunoblottingではウサギ抗S.mutans PAc抗体及び抗S.mutans GTF-I抗体のいずれとも強く反応した。また、同融合タンパク質はAgarose gelを用いた免疫沈降反応においても上記の両抗体との間に免疫沈降線を形成した。この方法により、1リットルのE.coli XL-1 blueの培養液につき約6mgの融合タンパク質が精製された。今後、この融合タンパク質でウサギを免役し、齲蝕予防に有効な抗体を調製する予定である。齲蝕の最も主要な病原菌と考えられているStreptocococcus mutansが歯面へ定着するためには、同菌の歯体表層タンパク質抗原(PAc)による歯面上のペリクルヘの接着とスクロースを基質としてグルカン合成酵素(GTF-I)が合成する非水溶性グルカンを介した菌体の蓄積という二つの過程が必要であると考えられている。昨年度は、S.mutans MT8148株のGTF-Iのグルカン結合領域(GB)とPAcのA領域(PAcA)の融合タンパク質(PAcA:GB)を遺伝子工学的手法により作製した。本年度は、さらにGTF-Iのスクロース結合領域(SB)とPAcAとの融合タンパク質(PAcA:SB)を作製した。さらに、GTF-SB、GTF-S、フルクタン合成酵素などをコードする遺伝子を失活させスクロースを基質とする酵素としてGTF-Iのみを産生するS.mutansの形質転換株を作製した。ついで、アフィニティークロマトグラフィー法やゲルろ過法などを用いてPAcA:GB、PAcA:SB、PAc、PAcA、GTF-I、GB及びSBをそれぞれ約20mg精製した。これらのタンパク質でウサギを免疫し、抗血清を調製した。今後、これらの抗血清によるS.mutansの歯面付着阻害作用について検討する予定である。本研究では、Streprococcus mutansの定着因子である菌体表層タンパク質抗原(PAc)の垂液結合領域(PAcA)と非水溶性グルカン合成酵素(GTF-I)のグルカン結合領域(GB)やスクロース結合領域(SB)を融合させたタンパク質(PAcA-GB及びPAcA-SB)を遺伝子工学的手法を用いて作製した。同融合タンパク質をウサギに経皮免疫して、抗PAcA-GB抗体と抗PAcA-SB抗体を調製した。

これらの抗体のグルカン合成やS.mutans菌体付着に及ぼす影響をウサギ抗PAc抗体、抗PAcA抗体、抗GTF-I抗体などと比較したところ、以下の結果が得られた。
歯周炎・糖尿病・リウマチの共通リスクサイトカイン遺伝子の解明

本研究の目的は、歯周炎、糖尿病(DM)、関節リウマチ(RA)の共通リスクサイトカイン遺伝子を特定することである。慢性歯周炎(CP)併発RA185名、CP併発2型DM 149名、CP 251名、健常130名を対象に17遺伝子多型を解析した結果、2つの多型(KCNQ1 rs2237892、PADI4_104 rs174803)がCP・RA併発に有意に関連した。また、CP併発RA群ではCP非併発RA群と比べ環状シトルリン化ペプチドに対する血清抗体価が高い傾向にあることを認めた。以上から、KCNQ1とPADI4が日本人のRA・CPの共通リスク遺伝子となる可能性が示唆された。本研究の目的は、歯周炎、糖尿病(DM)、関節リウマチ(RA)に共通するリスクサイトカイン遺伝子を特定して、in vitro・マウスモデル機能解析により共通発症機序を解明することである。本年度は、参加研究施設全体での倫理委員会承認の遅延のため対象者数の確保が計画目標を下回り、歯周炎7名、DM8名、RA200名、健常38名であった。リスクサイトカイン遺伝子の臨床的評価として、17遺伝子多型(IL-1A+4845, IL-1B -31/+3954, TNF-a61537; -863/-857, IL-6-572, STAT 3の5多型、PTPN22の2多型、PADI4の3多型、KCNQ1多型)については、健常者由来DNAを対象にTaqMan Genotypingを用いたタイピングの条件設定がほぼ完了し、本実験に向けた準備が整いつつある。腫瘍壊死因子(TNF)-alpha遺伝子のメチル化状態をRA 30名、健常群30名を対象に解析した結果、同遺伝子プロモーター領域の10 CpG部位においてメチル化を検出した。メチル化頻度は6CpG部位(-163 bp, -161 bp, -119 bp, -72 bp, -49 bp, -38 bp)において統計学的な有意差が認められた。これらの部位は転写因子結合領域に近接しており、メチル化の有無によってTNF-alpha遺伝子の発現活性に影響を及ぼす可能性が考えられる。リスクサイトカイン遺伝子の基礎的評価として、インターロイキンー1レセプターアンタゴ二スト(IL-1Ra)遺伝子欠損マウスの歯周炎疾患感受性を解析した結果、野生型マウスと比べ破骨細胞分化関連遺伝子の発現が増加しており、骨形成関連遺伝子の発現は抑制が認められた。したがって、IL-1Ra遺伝子は歯周炎の病態形成に関与することが示唆された。1)2年目の本年度は対象者数552名(歯周炎166名、DM97名、RA200名、健常89名)となり、うち482名のゲノムDNAを対象にTaqMan Genotypingによりサイトカイン17遺伝子多型のタイピングを行った。その結果、KCNQ1リスク遺伝子型の頻度が健常群と比べ、歯周炎群およびRA群で有意に高かった。2)腫瘍壊死因子(TNF)-alpha遺伝子メチル化状態を解析した結果、同遺伝子プロモーター領域10 CpG部位の総メチル化率は、RA群ではH群と比べて有意に高く、CP群はH群と同等であった。以上から、RA・CP患者ではhypermethylation状態であることが示唆された(新潟大学)。3)最終糖化産物(AGE)がヒト歯肉線維芽細胞において,炎症に関連するIL-6とICAM-1の発現およびROS産生を増加させることを見出した。現在,IL-6をノックダウンさせIL-6がリスクサイトカインである可能性の検討準備を行っている(徳島大学)。4)IL-6がリソソーム酵素の一つであるカテプシンの分泌に及ぼす影響を歯肉線維芽細胞(HGF)を用いて検討し、IL-6/sIL-6Rは,HGFからのカテプシンBおよびLの分泌を有意に亢進した。また,分泌されたカテプシンBおよびLは酵素活性を有した。以上の結果から,IL-6はカテプシンBおよびLの分泌を亢進することによって炎症性組織破壊に関与することが示唆された(岡山大学)。5)IL-1レセプターアンタゴニスト、可溶性IL-1タイプ2受容体、およびIL-1受容体補助タンパクの役割を生化学的、分子生物学的、形態学的に解析し、発症と進行にかかわることを明らかとし、さらに歯肉溝滲出液中のIL-35, IL-17は慢性歯周炎患者の方が健常者より高いことを明らかとし報告した(愛知学院大学)。1) 3年目の本年度は対象者数684名(歯周炎190名、糖尿病138名、関節リウマチ200名、健常156名)となり、17サイトカイン遺伝子多型の解析の結果、KCNQ1リスク遺伝子型の頻度が健常群と比べて歯周炎・リウマチ群で高い傾向にあった。今後、更に症例数を追加予定である。2)歯周炎群で病変部のインターロイキン6(IL-6)遺伝子プロモーター総メチル化率が減少したが、健常群では有意差はなかった。歯周炎群では健常群と比べて病変部のIL-6 mRNA発現減少率が高く、歯周炎ではIL-6プロモーター低メチル化によるIL-

6高発現状態にあることが示唆された(新潟大学)。3)ヒト歯肉線維芽細胞において、最終糖化産物(AGE)がMAPKのP38やERK経路を介してIL-6発現を増加させることを見出した。また、siRNAによるIL-6のノックダウン実験系を確立し、AGE刺激によるIL-6やICAM-1発現へのシグナル経路を検討している(徳島大学)。4)IL-6が膜タンパクの一つであるカベオリン1を介してリソソーム酵素のカテプシンBおよびLの分泌を促進する知見を得た。自己免疫誘導性トランスジェニックマウスに接種するPorphyromonas gingivalis peptidylarginine deiminases、enolase組み換えタンパクの構築を検討している(岡山大学)。5)rIL-35添加によりTh17細胞に関連するRORA、IL-17 mRNA、IL-17蛋白産生も抑制されたことから、IL-35がTh17細胞に直接作用し、IL-17産生を抑制する可能性が示唆された。また、IL-1レセプターアンタゴニストがmatrix metalloproteinase 13の作用を抑制することで歯周組織の保護の役割を担う可能性を報告した(愛知学院大学、松本歯科大学)。本年度は各大学で積極的に患者収集とサンプリングを行い順調に進展しており、目標対象数の約9割を確保できた。遺伝子解析についても、すべての項目について解析途中で最終結論ではないが、新規の知見を含む研究実績が得られつつある。1)最終年度の本年度では全施設で計737名(歯周炎252名、糖尿病154名、関節リウマチ200名、健常131名)を登録し、17遺伝子多型を解析した。その結果、2つの多型(KCNQ1 rs2237892、PADI4_104 rs174803)と関節リウマチ・歯周炎併発との有意な関連を明らかにし、KCNQ1とPADI4が日本人の関節リウマチと歯周炎の共通リスク遺伝子となる可能性が示唆された(全施設)。2)歯周炎併発関節リウマチ群では非併発群と比べ、抗環状シトルリン化ペプチド(CCP)に対する血清抗体価が高い傾向にあることを認めた。以上から、CCP関連遺伝子のPADI4が関節リウマチと歯周炎の併発に関与していること示唆され、1)の全施設遺伝子解析結果と一致した(新潟大学)。3)RAGE・IL-6遺伝子ノックダウンによりヒト歯肉線維芽細胞の最終糖化産物誘導性IL-6・ICAM-1発現増加は有意に抑制し、IL-6添加によりヒト歯肉線維芽細胞のICAM-1発現は増加した。以上から、最終糖化産物はRAGE・IL-6を介してICAM-1発現を制御することが示唆された(徳島大学)。4)カテプシン-B、-Lは炎症巣想定の酸性条件で活性が亢進し、膜タンパクcaveolin-1抑制によりIL-6誘導性カテプシン細胞外分泌が抑制された。以上から、炎症時に細胞外に分泌されるカテプシンは細胞外基質分解に寄与し、カテプシン細胞外分泌機序の一端にCav-1の関与が示唆された(岡山大学)。5)IL-35添加によりTh17細胞に関連するRORA、RORC、IL-17mRNAが抑制され、IL-17タンパク産生も同様に抑制が認された。以上から、IL-35はTh17細胞由来IL-17産生抑制作用により歯周炎に見られる過剰な炎症反応を抑制する可能性が示唆された(愛知学院大学、松本歯科大学)。本研究の目的は、歯周炎、糖尿病(DM)、関節リウマチ(RA)の共通リスクサイトカイン遺伝子を特定することである。
過負荷による吸収を考慮した骨再構築モデルの定式化と臨床への応用

骨が力学的環境に適応しその構造,特性を変化させる現象は骨の力学的リモデリングと呼ばれる.本研究では,時刻歴変化の表現が可能な骨リモデリング構成式を定式化し,その記述精度,妥当性について検討を行うとともに,定式化したモデルの汎用有限要素法プログラムへの組み込みの適用性を検討した.その成果は以下のようにまとめられる.1.力学的刺激の蓄積・伝達過程を内部状態変数により表現することで時刻歴変化を記述できる単軸数理モデルを定式化した.2.この単軸モデルは,文献から得た実験結果を精度よく記述できることが分かった.また,このモデルは,負荷履歴非依存の挙動を示すことを確かめた.3.単軸モデルを多軸に拡張し,さらに過負荷による骨吸収を表現できるように改良した.4.過負荷による骨吸収を考慮したモデルは,臨床的にみて妥当な負荷履歴依存の挙動を示すことを確かめた.すなわち,リハビリテーションやトレーニングの問題へ適用できる可能性がある.5.定式化したモデルの汎用有限要素法プログラムへの組み込みの適用性を検討するため,3次元6面体有限要素1要素からなる有限要素モデルに対し,構成式定式化の際に用いた実験結果と同じ負荷履歴を与え,その再現性を確認した.その結果,定性的にほぼ一致する結果を得,組み込みは妥当性であると判断した.6.このモデル大腿骨近位部の有限要素モデルに適用し,骨梁構造を表現できるかどうかを検討した.その結果,このモデルにより骨の最適構造を予測できる可能性が示された.骨が力学的環境に適応しその構造,特性を変化させる現象は骨の力学的リモデリングと呼ばれる.本研究では,時刻歴変化の表現が可能な骨リモデリング構成式を定式化し,その記述精度,妥当性について検討を行うとともに,定式化したモデルの汎用有限要素法プログラムへの組み込みの適用性を検討した.その成果は以下のようにまとめられる.1.力学的刺激の蓄積・伝達過程を内部状態変数により表現することで時刻歴変化を記述できる単軸数理モデルを定式化した.2.この単軸モデルは,文献から得た実験結果を精度よく記述できることが分かった.また,このモデルは,負荷履歴非依存の挙動を示すことを確かめた.3.単軸モデルを多軸に拡張し,さらに過負荷による骨吸収を表現できるように改良した.4.過負荷による骨吸収を考慮したモデルは,臨床的にみて妥当な負荷履歴依存の挙動を示すことを確かめた.すなわち,リハビリテーションやトレーニングの問題へ適用できる可能性がある.5.定式化したモデルの汎用有限要素法プログラムへの組み込みの適用性を検討するため,3次元6面体有限要素1要素からなる有限要素モデルに対し,構成式定式化の際に用いた実験結果と同じ負荷履歴を与え,その再現性を確認した.その結果,定性的にほぼ一致する結果を得,組み込みは妥当性であると判断した.6.このモデル大腿骨近位部の有限要素モデルに適用し,骨梁構造を表現できるかどうかを検討した.その結果,このモデルにより骨の最適構造を予測できる可能性が示された.骨が力学的環境に適応しその構造,特性を変化させる現象は骨の力学的リモデリングと呼ばれる.本研究では,時刻歴変化の表現が可能な骨リモデリング構成式を定式化し,その記述精度,妥当性について検討を行った.まず,力学的刺激の蓄積・伝達過程を内部状態変数により表現することで時刻歴変化を記述できる単軸数理モデルを定式化し,モデルの記述精度,特性について検討した.次に,この単軸モデルを多軸に拡張し,さらに過負荷による骨吸収を表現できるように改良した.過負荷下で骨吸収が生じるメカニズムは現在明らかではないが,これを過負荷によりリモデリング調節機構がバランスを崩すことによると仮定し,モデル化した.具体的には,刺激伝達過程が力学的刺激もしくは体積ひずみの閾値を境界に変化するモデルと,刺激の蓄積速度を適度な負荷下では正,過負荷では負となるように刺激の3次関数として表現したモデルを定式化し,それぞれの記述能力を検討した.以上のことから,本研究では以下のような結論を得た.1.定式化された単軸モデルは,文献から得た実験結果を精度よく記述できることが分かった.また,このモデルは,負荷履歴非依存の挙動を示すことを確かめた.2.多軸負荷モデルのうち,刺激の蓄積速度を刺激の3次関数で表現したモデルは,閾値を設けて過負荷の判定を行った他の2つのモデルよりも,過負荷による骨吸収が急激に進む傾向があった.3.刺激の蓄積速度を刺激の3次関数で表現したモデルは,適度な負荷下でのリモデリングの実験結果をより少ない数の変数で表現できた.4.過負荷による骨吸収を考慮したモデルは負荷履歴依存の挙動を示すことを確かめた.骨が力学的環境に適応しその構造,特性を変化させる現象は骨の力学的リモデリングと呼ばれる.本研究では,前年度定式化した時刻歴変化の表現が可能な骨リモデリング構成式の記述精度,妥当性についてさらに検討を行うとともに,実際に汎用有限要素法プログラムに組み込み,その適用性を検討した.まず,過負荷による骨吸収の表現の妥当性について,主に履歴依存性の見地から検討した.すなわち,ひずみ振幅を一定日数毎に3段階に変化させる負荷履歴を数種類選択し,負荷振幅の順序依存性を調べた.その結果,強い刺激を最初に与えると骨吸収を生じて回復しないのに対し,強い刺激の前により小さな刺激を与えて骨の強化をはかっておくと骨吸収ではなく骨形成を予測することがわかった.このことは訓練やリハビリテーションの臨床の場で得られている定性的な知見と一致しており,このような現象の予測に用いることの可能性が示唆された.

つづいてひずみ速度依存性について検討するため,同一振幅で負荷ひずみ速度の異なる数種類の刺激に対するシミュレーションを実施したところ,負荷ひずみ速度がひずみ振幅と同様の強い影響を骨再構築に対して持つことが明らかとなった.次に,定式化したモデルの汎用有限要素法プログラムへの組み込みの適用性を検討するため,まず3次元6面体有限要素1要素からなる有限要素モデルに対し,構成式定式化の際に用いた実験結果と同じ負荷履歴を与え,その再現性を確認した.その結果,定性的にほぼ一致する結果を得,組み込みは妥当性であると判断した.以上の結果を踏まえ,このモデルを大腿骨近位部の有限要素モデルに適用し,骨梁構造を表現できるかどうかを検討した.その結果,このモデルにより骨の最適構造を予測できる可能性が示された.
複数衛星・地上観測点を用いた内部磁気圏磁場振動三次元構造の解明

報告者は、内部磁気圏を飛行する二衛星(DE-1とAMPTE/CCE)が観測したPi2地磁気脈動の解析を行った。地上磁場データからウェーブレット解析を用いて選び出した849例のPi2地磁気脈動と衛星磁場3成分との比較を行ったところ、地上Pi2と類似の波動が圧縮波成分に多数観測された。これらの圧縮波成分の振幅、位相差の空間分布を調べたところ、衛星で観測されたPi2はPVR(Plasmaspheric virtual resonance mode)の波動の特徴を持つことが明らかになった。また極軌道衛星Cluster衛星とヨーロッパと南極に位置する低緯度から高緯度の地上観測点を用い、内部磁気圏高緯度と地上高緯度で観測されるPi2地磁気脈動を比較した。高緯度で観測されるPi2の周期は低緯度のPi2の周期よりも短く、偏波の方向が異なっていることが明らかになった。以上の結果は、Pi2は高緯度と低緯度で発生源が異なることを示している。以上の研究によって、サブストーム発生時に内部磁気圏で引き起こされる擾乱の空間特性をより詳細に明らかにした。また、アメリカ合衆国・ジョンズホプキンス大学応用物理学研究所に10ヶ月間滞在し、今年度から新たに、THEMIS衛星を用いたGiant pulsationの解析にも取り組んだ。Giant pulsationは、太陽活動度が極小の時にサブオーロラ帯に引き起こされる周期40-150秒の非常に大きな振幅を持つ波動である。地上磁場データで引き起こされているGiant Pulsationと衛星の磁場データを比較したところ、Giant Pulsationは朝側の限られた領域にしかみられない現象である事を確かめた。サブストームが起きた2004年3月5日22:12UTに、4機の極軌道衛星で構成されるCluster衛星が観測した11mHzの周期を持つ、圧縮波成分の磁場擾乱について調べた。このとき、Cluster衛星は、内部磁気圏の高緯度高高度に位置し、電子のエネルギーフラックスの観測から、プラズマ圏外に位置していたことがわかった。この事例と同時刻に、夜側に位置する地上観測所(SAMNET・IMAGE・Hermanus・南極)で観測されたPi2地磁気脈動の比較を行った。Cluster衛星に観測された圧縮波成分の擾乱は、低緯度に位置するHermanusとSAMNETの中緯度観測所のH成分に観測されたPi2地磁気脈動と逆位相の関係にあり、非常に対応がよい(コヒーレンス1)。一方で、SAMNETの中・高緯度の観測所、IMAGEの高緯度観測所で観測されたPi2地磁気脈動の分極は、低・中緯度のSAMNETのPi2地磁気脈動の分極とは性質が異なり、サブストームに伴う沿磁力線電流に関係していることが分かった。また、アイスランドのThykkvibaerに設置されているHFレーダーの電離層電子のドリフト速度の観測から、電離層の電場が、低緯度観測所で観測されるPi2地磁気脈動と同周期の擾乱をもつ事がわかった。地上の低緯度に位置する柿岡観測所で観測されたPi2地磁気脈動と、鳥取沖の三点に設置された海底磁力計によって、2008年6月-7月の期間に観測された、Pi2地磁気脈動の比較を行った。浅海のPi2地磁気脈動の振幅は、地上に対して減衰し、水深が深くなるにつれ、その減衰値は理論的に計算された値よりも大きくなることを統計的に示した。極軌道衛星・DE-1、赤道軌道衛星・AMPTE/CCEの観測した内部磁気圏の磁場擾乱と夜側に位置する柿岡観測所が観測したPi2地磁気脈動を比較した。AMPTE/CCE衛星とDE-1衛星の同時観測から、磁気赤道軌道面付近と、圧縮波成分のPi2地磁気脈動が、多数同時に、存在する事が明らかにした。

地上磁場データで引き起こされているGiant Pulsationと衛星の磁場データを比較したところ、Giant Pulsationは朝側の限られた領域にしかみられない現象である事を確かめた。