hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腰椎骨盤リズムの動作解析によるヒップスパインシンドロームの病態解明と治療法開発

Hip spine syndromeを解明するため、三次元動作解析法を用いて動作中の腰部運動測定法を新規に開発し、運動時におけるLumbopelvic rhythm(LPR)を明らかにすることを試みた。本研究で用いた新規マーカ法は、腰部運動を測定する上で妥当な手法であることが示され、再現性と信頼性は高く、リアルタイムな腰部運動の測定に応用できた。体後屈時のLPRは、体後屈では股関節が1°伸展する時に腰部が1.9°伸展することが示され、体側屈では、側屈方向と同側のLoad側股関節が1°外転し、側屈方向と対側のUnload側股関節が1°内転する時に腰部が2.4°側屈することが明らかとなった。運動時の股関節を介した骨盤と腰椎の動きの連動性として、股関節に対する骨盤と腰椎の相対的な角度変化であるLumboPelvic Rhythmが近年注目されている。本研究では、まず三次元動作解析装置を用い、三次元動作解析マーカーを腰椎棘突起上と脊柱起立筋上に付けることで、新たな腰椎前弯角の計測方法を開発し、安定した計測値を得られるようにした。考案した計測方法で動作時腰椎前弯角計測の信頼性・再現性の結果を電磁ゴニオメータと比較検討し、方法論を確立することをまず行った。計測は三次元動作解析装置VICONMXカメラ7台と2軸型電磁ゴニオメータおよび捻り型電磁ゴニオメータQ150型(Biometrics Ltd)を用いた。電磁ゴニオメータはT12からL2棘突起上と仙骨上に両面テープで貼り付け、三次元動作解析用マーカーは電磁ゴニオメータの両端(T12, L2, S1とS3レベル)、L1レベルの左右起立筋上と左右PSISに付けた。三次元動作解析装置および電磁ゴニオメータによる最大腰部ROMはそれぞれ、屈曲動作で41.9±6.6゚と51.6±4.6゚、伸展動作で17.4±10.3゚と24.2±18.5゚、側屈動作で16.3±3.5゚と16.3±6.2゚、そして回旋動作で8.4±3.9゚と2.3±5.8゚であった。三次元動作解析装置と電磁ゴニオメータを用い、動作時の腰椎ROMを同時計測した結果、伸展、側屈、回旋で両器は近似する結果となった。腰椎ROMの計測では、本研究で用いた三次元動作解析マーカー貼付方法の再現性はいずれの動作で電磁ゴニオメータと同等かそれ以上に高く、また三次元動作解析装置の計測誤差は電磁ゴニオメータより低く、計測値の信頼性および再現性は十分あることが示された。よって、本研究で用いる三次元動作解析マーカー貼付方法は脊椎の縦断的計測として有用であることが明らかとなった。腰椎の可動性について三次元的に計測することで、Hip Spine Syndromeの病態がより明らかになることが期待され、また多くの脊椎・股関節疾患での両関節の動きの計測に応用することが可能となる。今回、三次元動作解析を用いた腰部運動の新たな計測法を開発し、この新規マーカ貼付法を用いることで詳細な腰部運動の計測が可能となり、腰椎と骨盤の連動した動きである、腰椎骨盤リズム(Lumbo-Pelvic Rhythm;以下LPR)の変化を、健常者と変形性関節症患者ならびに脊柱側弯症患者を対象に三次元動作解析法を用いて詳細に分析してきた。当該年度では以下の検討を行った。1.三次元動作解析法を用いた健常若年成人の様々な運動時におけるLPRの解析。三次元動作解析法を用い健常若年成人を対象にさらなる計測を行い、30名ほどのデータを解析した。計測システムを構築した後、股関節や脊椎に既往のない若年成人30名を募集し、各々立位での前・後屈、側屈、回旋、歩行時の動作を三次元動作解析装置を用いて計測した。得られたデータから、股関節に対する腰椎前弯角の相対的な角度変化(LPR=腰椎前弯角/股関節角度)を算出し、動作の時間軸で検討した。2.健常高齢者でのLPRの解析ならびに加齢によるLPR変化の比較検討。高齢者を対象に(65歳以上)、同様にして立位での前・後屈、側屈、回旋、歩行時の動作を三次元動作解析装置を用いて計測した。15名ほどの解析を行った。3.変形性股関節症、変形性腰椎症ならびに側湾症患者における様々な運動時の三次元動作解析法を用いたLPRの解析。これ3疾患の手術目的に入院してきた患者を対象に、立位での前・後屈、側屈、回旋、歩行時の動作を三次元動作解析装置を用いて計測した。各々5名を対象に、計測を行った。腰椎と股関節の連動性を知るためには、腰椎と股関節の動きを三次元的にリアルタイムに計測・解析することが必要となるが、これまで三次元動作解析法を用いて腰椎の動きを三次元動作解析法にて計測する方法はいまだ確立されていない。腰椎の可動性について三次元的に計測できるようになれば、多くの脊椎・股関節疾患での両関節の動きの計測に応用することが可能となる。今回、三次元動作解析を用いた腰部運動の新たな計測法を開発し、この新規マーカ貼付法を用いることで詳細な腰部運動の計測が可能となった。

三次元動作解析による腰部運動の新たな計測法により詳細な腰部運動の計測が可能となった。三次元動作解析と電気ゴニオメータで腰部運動を測定した結果、いずれの動作においてもexcellentレベルの再現性を得ることができ、測定誤差は三次元動作解析の方が電気ゴニオメータより小さく、三次元動作解析で高い信頼性を得ることができ、腰椎の計測にも有用な計測法であることが明らかとなった。変形性股関節症患者では、Lumbo-pelvic-rhythm(LPR)が低下しており、股関節の可動域のみでなく、腰椎の可動域も低下していたことが明らかとなった。一方、変形性頚椎症の手術による頚部運動の変化を、手術前後の頚部運動計測を三次元動作解析装置を用いて測定したところ、患者群の頚部可動域は対照群と比較して,術前は伸展・制限側の側屈・非制限側の回旋の可動域が,術後は伸展・制限側の側屈・非制限側の側屈・非制限側の回旋の可動域が制限されていた事が明らかとなった。我々が新たに開発した三次元動作解析を用いた腰椎の可動域を計測する方法は、詳細なデータを計測出来るのみでなく、リアルタイムで計測でき、実際臨床の場でも利用できることが明らかとなった。これまで、変形性股関節症の患者と変形性頸椎症患者で実際に脊椎の可動域計測を行い、多くの結果を得ることが出来た。Hip spine syndromeを解明するため、三次元動作解析法を用いて動作中の腰部運動測定法を新規に開発し、運動時におけるLumbopelvic rhythm(LPR)を明らかにすることを試みた。本研究で用いた新規マーカ法は、腰部運動を測定する上で妥当な手法であることが示され、再現性と信頼性は高く、リアルタイムな腰部運動の測定に応用できた。体後屈時のLPRは、体後屈では股関節が1°伸展する時に腰部が1.9°伸展することが示され、体側屈では、側屈方向と同側のLoad側股関節が1°外転し、側屈方向と対側のUnload側股関節が1°内転する時に腰部が2.4°側屈することが明らかとなった。腰椎の可動域を計測するために新たに開発した三次元動作解析を用いた計測法が、再現性、信頼性ともに他の計測法以上に有用に腰椎の可動域を計測できることは明らかとなり、現在変形性股関節症や変形性腰椎症ならびに側湾症の患者さんを対象に、その腰椎の可動域を三次元動作解析法を用いて計測しており、同時に股関節の動きも計測し、腰椎前・後屈時の股関節の動きを同時に計測し、リアルタイムでのLHR(Lumbar-Hip Ratio)を測定している。現在、変形性股関節症で人工股関節置換術の手術を行った患者は20名ほど計測しており、変形性腰椎症の患者では10名、側湾症では10名での計測が終了しており、それぞれLHRを算出してデータ解析を開始している。これまでは健常者を対象にしたパイロット的要素の強い計測であったが、今後はより被験者数を増やすと同時に、変形性股関節症や変形性脊椎症をもつ患者での計測に移り、腰椎あるいは股関節の動きに制限のある患者での計測により、疾患ごとの腰椎の動きやLHRの特徴を明らかにしていくことを目指している。また、高齢者のバランス障害と運動器疾患の評価にも応用できると考えており、高齢者でのロコモティブシンドロームなどでバランス障害を有する高齢者の腰部と股関節の運動を評価し、動作中のどのような関節の動かし方に問題があるのかを明らかにすることが可能になると思われる。27年度が最終年度であるため、記入しない。リハビリテーション医学これまで、変形性股関節症、変形性腰椎症ならびに側湾症の症例の計測を行ってきたが、引き続き計測を行い、症例を増やしてく。同時に、高齢者のボランティアを募り、バランス能力や筋力が低下している者も対象者として計測し、LHRを算出することで、病的に股関節や腰椎の動きが悪い症例のみならず、高齢者でのLumbo-pelvic Rhythmの計測を試みていく。
高等植物における糖蛋白質の生合成輸送、分泌機構の細胞生化学的解析

イネαーアシラーゼは植物における典型的な分泌性糖タンパク質として研究が進められてきた。これまでの研究の結果、イネ種子胚盤組織から分泌されたαーアミラーゼには、ハイマンノース型糖鎖を持つものとコンプレックス型糖鎖を持つものが1:1の割合で含まれることが明らかになった。そこで、糖鎖構造の異なる2種類のαーアミラーゼアイソフォームの分泌機構について検討してきたが、種子胚盤組織を用いた実験系では詳しい解析が技術的に困難であった。本研究では、新たに種子胚盤組織に由来する液体培養細胞を確立し、この細胞を用いて研究を進めた。その結果、液体培養細胞は、種子胚盤上皮組織とは異なり、コンプレックス型糖鎖を持つαーアミラーゼのみを分泌することが明らかになった。そこで、種々の培養条件下で液体培養細胞が分泌するαーアミラーゼの糖鎖の詳細な解析を行ったところ、イネαーアミラーゼの分泌と糖鎖修飾に関して以下の様な知見が得られた。1.細胞外へ分泌されたイネαーアミラーゼには、(GlcNAc)_2Man_3(Xyl)GlcNAc_2またはGlcNAcMan_3(Xyl)GlcNAc_2の構造を持った植物糖タンパク質に特有のコンプレックス型糖鎖が付加されている。2.イネαーアミラーゼのコンプレックス型糖鎖は、ハイマンノース型の糖鎖を持つ前駆体が小胞体およびゴルジ体における糖鎖の修飾作用を受けることによって形成される。3.培養条件によって糖鎖修飾阻害されると、ハイマンノース型糖鎖からコンプレックス型糖鎖の変換が起こらず、ハイマンノース型の糖鎖を持ったままαーアミラーゼが分泌される。以上の結果から、イネαーアミラーゼの糖鎖形成と動物の分泌性糖タンパク質の糖鎖形成が大筋において同一であることが示唆された。イネ種子が胚盤上皮細胞において合成し,胚乳に分泌するデンプン加水分解酵素は高等植物を材料としてもっとも詳細に研究された分泌型糖タンパク質である.これが, AsnーNー結合型のオリゴ糖鎖をふくむこと,またいわゆる高マンノース(S)型および複合(R)型糖鎖を含むことなどがいろいろの実験的根拠から明らかにされてきた.いま一番緊要な研究課題はこれ等オリゴ糖鎖の化学構造の確立と,Sー型,Rー型の糖鎖の生合成のメカニズムの解明である.しかし乍ら,イネ種子そのものを用いるときは,この研究を進める上でどうしても技術的困難を伴う.この為,今年度は胚盤上皮細胞の液体培養系を開発し,この系においても, Sー型, Rー型糖鎖をもつαーアミラーゼが培養液に分泌されるか否かに焦点をあてて研究を進めた.その結果,イネ種について観察されたと同じ結果が得られた.即ち結論的には,液体培養系によって分泌型糖タンパク質αーアミラーゼ生合成を研究する道が拓かれた.このことは多くの点で利点をもっている.たとえば諸々の環境条件の下において,温度,塩,無機イオン,抗生物質等の阻害剤の影響を調べる上で,種子そのものに比べて液体培養細胞ははるかに好適な実験材料である.かつまた培養液に分泌されるタパク質のなかに占めるαーアミラーゼの割合が圧倒的に大きいことから容易に精製しえることも明らかになった.このことは上述の糖鎖構造の決定という研究目的の上からも甚だ好都合である.しかし,より根本的な課題は, αーアミラーゼの多型性の本質,とくにその生合成を支配する遺伝子発現の調節機作であり,現在これに焦点をあて研究をすすめている.この線に沿って,種々の胚細胞からgenonirDNAの分離精製の実験を進めている.従来、我々の研究はendo-

glycosidaseによってイネαーアミラーゼをグループ分けする方法が中心であった。この方法ではハイマンノース型糖鎖を持つ糖タンパク質を容易に区別することが可能であるが、糖鎖の化学構造は分からない。そこで、イネ液体培養細胞の培養液から精製したαーアミラーゼについて糖鎖の構造決定を行った。まず始めに、正常な培養条件下で培養液中に分泌されたαーアミラーゼの糖鎖構造を決定し、(GlcNAc)_2Man_3(Xyl)GlcNAc_2またはGlcNAcMan_3(Xyl)GlcNAc_2であることを明らかにした。この結果は、細胞外に分泌されたイネαーアミラーゼがコンプレックス型糖鎖を持つというこれまでの実験結果を裏着けるものである。微生物のαーアミラーゼはハイマンノース型糖鎖を、動物のαーアミラーゼはコンプレックス型糖鎖を持っている。本研究の結果、イネαーアミラーゼの糖鎖は、基本的にはコンプレックス型でありながら、Xylを含むという点で植物糖タンパク質に特有な構造であることが明らかになった。同一の酵素でありながらそれぞれの生物に特有の糖鎖を持っていることは、生物の進化を考える上で興味深い。一方、前年度の研究結果、Tris存在下では細胞内における糖鎖修飾反応が阻害され、ハイマンノース型糖鎖を持つαーアミラーゼの分泌が起こることが明らかになった。そこでTris存在下で培養液中に分泌されたαーアミラーゼの糖鎖構造を解析した結果、この糖鎖はMan_5GlcNAc_2という典型的なハイマンノース型構造である事が明らかになった。これら結果は、イネαーアミラーゼは、ハイマンノース型糖鎖を視つ前駆体として小胞体で合成された後、小胞体及びゴルジ体における糖鎖修飾反応によってコンプレックス型糖鎖に変換される事、又Tris等環境要因によって糖鎖修飾反応が阻害された場合、ハイマンノース型糖鎖を持ったまま分泌されてしまうことを示唆している。
三次元CT画像を術野に投影した拡張現実感表示による口腔外科手術支援システムの開発

口腔領域は解剖学的に複雑な構造を有するため、歯および骨の三次元的な形態・位置・方向を立体的に把握することはきわめて重要であり、口腔外科手術においては、とくに三次元的な空間認識は欠かせない。本研究では、生体の内部構造、手術器具の位置、アプローチ方向を現実の術野に拡張現実感表示することにより、正確かつ安全な手術環境を構築することを目的とした。高精度3Dプリンタにて立体モデルを作成し、電動式骨手術器械にマーカーを取り付け、光学式トラッキングシステムにより位置を検出させた。目標点を定義した後、三次元CT画像および電動式骨手術器械の進入位置・角度・距離に関する情報を、実空間にリアルタイムを重畳表示し、目標点を見ながら切削し、標的位置誤差を評価した。三次元CT画像を立体映像として実空間に拡張現実感表示し、空間的な位置関係を立体的に理解することが可能であった。本システムの標的位置誤差は1mm以下と少なく、手術器具の位置やアプローチ方向を術野に立体表示することによりナビゲーションすることが可能であり、拡張現実感ナビゲーションシステムの口腔外科手術への応用の可能性を示した。異分野における先進的技術の導入により、肉眼では見えない部分を見えるようにして、既存の外科手術では満たすことができないヒトの能力を超えた空間認識を実現したコンピュータに管理された科学的根拠に基づいた客観的かつ定量的な予知性・安全性の高い画期的な手術法が開発できると考えられる。口腔外科領域は解剖学的に複雑な構造を有し、また、術野を直視することが困難であること多い。直接見ることのできない部位を直接視覚的に認識し、立体的な位置関係を正確に把握することができれば、手術を行う上で非常に有用であると考えられる。従来の手術用ナビゲーションシステムでは、二次元ディスプレイに表示され、術者がこれを参照するためには術野から目を離す必要があり、ディスプレイと術野を同時に見ることは困難である。本研究で使用する三次元CT画像オーバレイシステムは、現実世界と仮想世界を重ね合せる拡張現実感技術を用いる。本実験では、顎顔面CT画像データを用い、本システムの標的位置誤差(Target Registration Error : TRE)の検証、および、実際にヒトに投影することにより、口腔外科領域の手術支援システムとして有用であるか検討した。本実験により、顎顔面CT画像データを用いた検討においても、標的位置誤差は1mm以下と少なく、臨床で用いられるCT画像データにおいても視覚的に十分認識できることが示された。二次元ディスプレイを用いる従来の手術用ナビゲーションシステムと異なり、拡張現実感によりCT画像を術野で直接視覚的に認識することができる。したがって、歯や骨など形態的な特徴の多い口腔外科領域では、特に三次元CT画像オーバレイシステムは有用であると思われた。三次元CT画像オーバレイシステムは、臨床で用いられる顎顔面CT画像においても標的位置誤差は少なく、口腔外科領域の手術支援システムとして有用であることが示唆された。
五井蘭洲の和学とその受容

本課題研究が得た主な成果は以下2点に関するものである。1点目は五井蘭洲の和学である。蘭洲が著した『勢語通』は、伊勢物語が業平の自記に伊勢が追記したものとしており、この見解は初稿本から最終稿本まで一貫している。この立場は『闕疑抄』に基づき、『古意』とは鋭く対立するものである。2点目は蘭洲が加藤景範・上田秋成に与えた影響である。景範は蘭洲が著したと目される『続落久保物語』の後に位置づけられるべき『いつのよがたり』という作品を著しており、作中には蘭洲の思想が色濃く反映されている。一方、秋成は伊勢物語注釈において前述した蘭洲の立場とは異なる見解を示しているなど、一概に蘭洲の和学を吸収したとは言えない。「五井蘭洲の和学とその受容」について、初年度にあたる平成26年度は、4年間の研究の基礎作業を行い、2年目以降の基盤を作ることに専念した。その作業は、関連資料の収集と入手済みの資料に基づいた基礎的分析である。その結果、蘭洲の門弟である加藤景範が著した和文小説『いつのよがたり』の思想性については、かなりの程度明らかになった。景範は、蘭洲の和学を最もよく受け継いだ人物として知られるが、『いつのよがたり』については、従来「擬古物語」と説明されるのみで、その内容が分析されることはなかった。本年度は、『いつのよがたり』に表れた天皇観と、懐徳堂の思想との関連について集中的に分析した。その方法は、1『いつのよがたり』の諸本を収集して本文を定め、2『いつのよがたり』に描かれた天皇観を抽出し、3懐徳堂の天皇観を諸書から抽出して『いつのよがたり』のそれと比較し、4近世朝廷研究の業績を網羅的に参照して当時の天皇・朝廷の状況をも鑑み、5蘭洲の和学との関連を探る、というものである。以上の研究は膨大な一次資料・二次資料を入手し、網羅的に目を通す必要があるため、大変時間がかかったが、おおむね予定通りのスケジュールで1から5までの過程を進み、さらに論文としてまとめることが出来た。特に4の研究は報告者にとっては新たな試みではあったが、その作業を通して、宝暦期における高辻家などの公家と懐徳堂との関係という新たな視点を得ることが出来た。以上の通り、研究課題について、その問題の一端を明らかにし、来年度以降の道筋をつけることが出来た。「五井蘭洲の和学とその受容」について、二年度にあたる平成27年度は、初年度に引き続き関連資料の収集を行うとともに、初年度に収集した諸資料を整理・分析することに専念した。本年度の主な分析対象は、五井蘭洲の伊勢物語注釈書『勢語通』と源氏物語注釈書『源語詁』の2点である。1点目の『勢語通』は、大阪大学附属図書館が所蔵する懐徳堂文庫本がこれまで研究者によって使用されてきた。しかし、近年、その前段階に成立したと考えられる片桐本の存在が報告された(片桐洋一編伊勢物語古注釈書コレクション)。そこで、本年度は片桐本と懐徳堂文庫本の本文を、一段ずつ比較して注目すべき相違点を抽出し、その結果を随時エクセルシートに入力して整理していった。この作業は現在も継続中であるが、すでに明らかになったこともある。それは『勢語通』の成立過程と、蘭洲の他の古典注釈書の成立過程に関する事柄である。この成果は来年度に論文としてまとめることを目標とする。『源語詁』は後年何者かの手によって『源語梯』と改題・改変され、出版された書物である。『源語梯』の作者は不明であるが、『蘭洲遺稿』等の諸資料を調査した結果、『源語詁』に限らず、蘭洲の古典注釈が本人の預かり知らぬところで流布していた事例が明らかになった。この成果はすでに小稿にまとめて発表した。資料の収集、分析、および論文化については予定通りの進捗状況である。『勢語通』の比較作業については、来年度も継続して行うが、すでに半分以上の作業を終えており、論文としてまとめる道筋は出来ている。また、『源語詁』については、年度内に研究の成果をまとめることが出来た。また、研究会や学会において、他の研究者と様々な意見交換をすることが出来た。以上の理由から、全体として、おおむね順調に進展しているとみなすことが出来る。「五井蘭洲の和学とその受容」について、三年度にあたる平成28年度は、過去二年間の反省を踏まえ、これまでに行った研究における問題点(視点領域・方法論の限界性など)の抽出と、それに対する打開策(作業の合理化、先行研究・周辺分野の研究に対する目配り、他の研究者との討議など)を模索した。その上で、さらに調査・分析を続行した。以下、順を追って説明する。本年度の主な分析対象は、五井蘭洲の伊勢物語注釈書『勢語通』、上田秋成の「吉備津の釜」の2点である。1点目の『勢語通』は、昨年度からの継続調査である。

三種ある『勢語通』、二種ある上田秋成の伊勢物語注釈書、それに契沖の『勢語臆断』の計六種類の注釈書を、『伊勢物語』の章段に沿って、一段一段、詳しく比較検証を行った。この作業は当初の想定以上に時間がかかり、未だに完了できていないが、仮説段階ではあるものの、これまで未指摘だった新たな見解を得ることができた。年度途中から比較作業の整理をノートからエクセルに変更することで作業のスピードが上がったので、この方法論をとりながら来年度中の論文化を目指す。2点目の「吉備津の釜」は、今年度新たに取り組んだ作品である。当初秋成については古典注釈のみを研究対象と想定していたが、昨年度までの研究から、景範のみならず、秋成の創作作品についても分析する必要性を感じたためである。そこで、秋成の小説創作と古典注釈の関係を具体的に分析するべく、作中の文辞の典拠を考証し、そこにどのような古典とのつながりがあるのかを確認した。特に、和歌や源氏物語を作中に摂取していることを確認できたことは、蘭洲の和学との関係を考える上でも意義深いものであった。本研究はすでに論文にまとめて発表した。以上の通り、研究課題について、その問題の一端を明らかにし、来年度以降の道筋をつけることが出来た。資料の収集、分析、および論文化については予定通りの進捗状況である。『勢語通』の比較作業については、「研究実績の概要」に記したように、当初の想定よりも時間がかかっているが、分析方法を変更したことによってその問題は解消された。また、「吉備津の釜」の分析については、年度内に研究の成果をまとめることができ、学会においても一定の評価を得ることができた。以上の理由から、全体として、おおむね順調に進展しているとみなすことができる。本課題研究が得た成果は、以下3点に関するものである。1点目は、五井蘭洲の和学についてである。蘭洲の和学書としては、万葉集注釈書『万葉集詁』、古今集注釈書『古今通』、伊勢物語注釈書『勢語通』、源氏物語注釈書『源語詁』『源語提要』などが知られている。報告者はこれらのうち主に『勢語通』に注目し、一段ずつ精読した。方法としては『勢語通』の初稿本と最終稿本を比較して蘭洲の伊勢物語注釈の生成過程を押さえつつ、『闕疑抄』『勢語臆断』などの先行する注釈書、『古意』などの同時代の注釈書にも目を配り、伊勢物語注釈史上の立ち位置を明らかにしていった。蘭洲は、伊勢物語が業平の自記に基づき、後に伊勢が追記したものと考えており、初稿本から最終稿本まで一貫してゆるぎない。この見解は基本的に『闕疑抄』に基づき、一方で『古意』とは鋭く対立する。2点目は、蘭洲が加藤景範・上田秋成に与えた影響についてである。景範は近世中期の上方で活躍した歌人であるが、『いつのよがたり』という擬古物語も著している。これは蘭洲が著したと目される『続落久保物語』の後に位置づけられるべき作品である。『いつのよがたり』はある帝の半生を描いたものである。帝には景範の理想とすべき天皇像が反映されているが、御修法への問題視や漢風諡号・天皇号の復活など、それらの多くは蘭洲や中井竹山などの思想と一致する。また、上田秋成と蘭洲の関係については、従来伊勢物語注釈上の影響関係が簡単に指摘されてきたが、秋成は前述した蘭洲の立場とは異なる見解を示しているなど、一概に蘭洲の和学を吸収したとは言えない。3点目は、江戸派の国学者による物語創作についてである。これは上方における蘭洲や景範、秋成の物語創作を相対的に把握するために行った。結果、江戸派の国学者たちが幕末に至るまで、掌編物語と呼ぶべき短編の擬古物語を営々と著していることが分かった。本課題研究が得た主な成果は以下2点に関するものである。1点目は五井蘭洲の和学である。蘭洲が著した『勢語通』は、伊勢物語が業平の自記に伊勢が追記したものとしており、この見解は初稿本から最終稿本まで一貫している。
海馬長期増強の形成を促進させる薬物の作用機序の解明と学習亢進薬への応用

平成14年度には,地衣類Flavoparmeliabaltimorensis由来の多糖であるPB-2のラット歯状回長期増強(LTP)に関する効果を検討した.PB-2は経口投与・静脈内投与の二経路においてそれぞれ60Hz,30発で誘導されるLTPを増大させた.しかし,この効果は脳室内投与では見られなかったので,PB-2のLTP増大効果は中枢への直接作用により生じるのではなく,末梢の因子を介した機序により生じることが考えられた.次にPB-2のLTP増大作用の機序を明らかにする為に,アドレナリンβ受容体の関与を検討した.アドレナリンβ受容体拮抗薬を静脈内投与すると,同じく静脈内投与したPB-2のLTP増大効果が消失した.脳室内に投与した拮抗薬もまた静脈内投与したPB-2の増大効果を消失させた.末梢・中枢のβ受容体はPB-2の投与により独立に活性化しているのではなく,末梢のβ受容体が活性化する事によって中枢のβ受容体も活性化することが示唆された.中枢では,特に歯状回のβ受容体が関与する事も明らかにされた.末梢血中のインターロイキン-1(IL-1)は中枢のノルエピネフリン量を調節する事が報告されているので,PB-2によるLTP増大効果へのIL-1βの関与について検討した.静脈内投与したIL-1βの受容体拮抗薬はPB-2のLTP増大効果を増強した.IL-1βは単独ではLTPを抑制したので,上の結果はPB-2がIL-1βの放出を介してLTPを抑制している事を示唆する.IL-1受容体とアドレナリンβ受容体との関連については現在検討中である.以上より,PB-2はLTPに対してアドレナリンβ受容体を介したLTP増大効果とIL-1受容体を介したLTP抑制効果という相反する二つの効果を併せ持ち,それらのバランスにより見かけ上のLTPに対する効果が現れることが示唆された.平成13年度は電気生理学的検討を行った.具体的には,麻酔下ラットの海馬体歯状回顆粒細胞層から誘発電位を記録し,シイタケ由来で抗腫瘍効果をもつ多糖(β-グルカン)のレンチナンが長期増強(LTP)に及ぼす影響を検討した.レンチナンを経口投与(200mg/kg)しても低頻度刺激(0.03Hz)により誘発される集合活動電位の振幅に影響を与えなかったが,60Hz,20発のテタヌス刺激で誘導されるLTPを有意に増強した.LTPに対する効果はレンチナンの静脈内投与(0.2-10mg/kg)についても調べ,増強効果が10型の用量作用曲線を描き至適用量は1.0mg/kgであることを明らかにした.レンチナンによるLTP形成亢進は,100Hz,100発のテタヌス刺激を用いた場合は見られなかった.また,レンチナンに構造が類似している他のβ-グルカンを静脈内投与しても有意な増強効果は観察されなかった.以上の結果より,レンチナンはβ-グルカン中でも特異的に歯状回LTPの形成を促進することが示唆され,その増強には至適用量が存在し,条件刺激依存的な効果であることが明らかとなった.次に,末梢に投与したレンチナンが中枢のシナプス活動を調節する機序を検討した.中枢のシナプス伝達または長期増強を調節する因子の候補として,血圧・心拍数・血中グルコース濃度・血中コルチコステロン濃度を挙げレンチナンがこれらに及ぼす影響を検討したが,有意な効果は見られなかった.コルチコステロンは副腎から放出されるホルモンなので,副腎摘出を施術したラットを用いた検討を行った.副腎摘出ラットではレンチナンのLTP増強効果が消失したが,外来性コルチコステロンはLTP増強効果を回復させた.以上の結果は,レンチナンによるLTP増強効果には副腎からコルチコステロンが放出される過程が必要であることを示唆する.平成14年度には,地衣類Flavoparmeliabaltimorensis由来の多糖であるPB-2のラット歯状回長期増強(LTP)に関する効果を検討した.PB-2は経口投与・静脈内投与の二経路においてそれぞれ60Hz,30発で誘導されるLTPを増大させた.しかし,この効果は脳室内投与では見られなかったので,PB-2のLTP増大効果は中枢への直接作用により生じるのではなく,末梢の因子を介した機序により生じることが考えられた.次にPB-2のLTP増大作用の機序を明らかにする為に,アドレナリンβ受容体の関与を検討した.アドレナリンβ受容体拮抗薬を静脈内投与すると,同じく静脈内投与したPB-2のLTP増大効果が消失した.脳室内に投与した拮抗薬もまた静脈内投与したPB-2の増大効果を消失させた.末梢・中枢のβ受容体はPB-2の投与により独立に活性化しているのではなく,末梢のβ受容体が活性化する事によって中枢のβ受容体も活性化することが示唆された.中枢では,特に歯状回のβ受容体が関与する事も明らかにされた.末梢血中のインターロイキン-1(IL-1)は中枢のノルエピネフリン量を調節する事が報告されているので,PB-2によるLTP増大効果へのIL-1βの関与について検討した.静脈内投与したIL-1βの受容体

拮抗薬はPB-2のLTP増大効果を増強した.IL-1βは単独ではLTPを抑制したので,上の結果はPB-2がIL-1βの放出を介してLTPを抑制している事を示唆する.IL-1受容体とアドレナリンβ受容体との関連については現在検討中である.以上より,PB-2はLTPに対してアドレナリンβ受容体を介したLTP増大効果とIL-1受容体を介したLTP抑制効果という相反する二つの効果を併せ持ち,それらのバランスにより見かけ上のLTPに対する効果が現れることが示唆された.
新規熱電変換材料としての半導体クラスレート化合物の開発

本研究では、クラスレート(包接)半導体のもつ特有の結晶構造と電子構造、ゲスト-ホスト間の相互作用、並びに熱電物性との関連を解明して、この物質群の熱電工学応用に関する基礎的研究を行う。以下に本年度の主な研究内容とその成果をまとめる。1.Ba_8Ga_xGe_<46-x>クラスレートの創製プロセスアーク溶融法および放電プラズマ焼結法を併用したプロセス条件を検討し、Ga組成を広い範囲で制御した新規化合物を創製した。合成した化合物における有効質量、キャリア移動度、格子熱伝導度等の熱電物性のGa組成依存性を明らかにし、熱電性能向上のための物性パラメータ最適化に関する有益な知見を得た。また、溶融方法およびアニール処理について検討し、処理温度、時間等の条件の最適化によって熱電特性(移動度)が向上することを見出した。開発したプロセスは、元素置換、各種ゲスト充填による新規クラスレート半導体の創製にも有効である。ホスト格子を遷移金属元素(Cu,Ag,Au,Pd,Pt)で系統的に置換した新規化合物を創製した。結晶構造解析から、遷移金属原子は結晶構造(立方晶;空間群Pm3^^-n)の特定のホストサイト(6c)を優先的に占有することがわかった。Cuを除く元素置換において有効質量の増加に起因してゼーベック係数が増加する効果があること、特にPt置換において顕著であることを発見した。また、キャリア輸送特性の解析から、高価数の遷移金属元素による置換は、Ba(ゲスト)の電荷補償効果が高く半導体的性質を得るために有益であり、またキャリア(混晶)散乱が低下する効果もあることがわかった。このように、主にホスト格子がクラスレートの電子構造、つまりキャリア輸送特性を支配しており、その制御による熱電性能の向上に関しての重要な知見を得ることができた。
リグニン重合ペルオキシダーゼの酸化特性から迫るリグニンの不均一形成制御機構の解明

植物ペルオキシダーゼのリグニン形成能を明らかにするため、シロイヌナズナの茎木化に関与するAtPrx-2, 25, 71およびポプラCWPO-Cの組換えタンパクを用いてリグニンモノマーを基質に脱水素重合物の作製を試みた。その結果、植物ペルオキシダーゼは個々に異なるリグニン形成能力を持っており、木化に関与する植物ペルオキシダーゼは、木化に関与しないものと比較してシナピルアルコール重合能力、および高分子化能力の点で優れた性質を持っていることが明らかとなった。リグニンの構造・組成を決定し、リグニンの不均一性を生み出す要因の1つとして「リグニン高分子化を担う植物ペルオキシダーゼの反応特性」に着目した。これまで植物のリグニン構造、組成の制御機構は、モノマーの種類・供給速度や反応環境の面から議論され、その検証実験には、生体内での木化には寄与しない市販の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼが使用されてきた。本研究は、リグニン生合成へ寄与することが証明され、かつ西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼとは明瞭な酸化活性の違いをもつシロイヌナズナの3種のペルオキシダーゼ(AtPrx2, 25, 71)、およびポプラペルオキシダーゼ(CWPO-C)を使用し、そのペルオキシダーゼの反応特性の違いから植物におけるリグニンの構造、組成の制御機構の解明を試みる。本年度は、各組換えタンパクを用いて試験管内でリグニンモノマーを基質とした重合物(人工リグニン)を合成し、収量および分子量の解析を行った。その結果、リグニン生合成に関与する植物ペルオキシダーゼは以下に示すようにリグニン形成に有利な特性をもつことが示された。1.試験管内での人工リグニンの合成実験...シナピルアルコールを基質とした際、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼに主に含まれるHRP-Cと似た活性をもつAtPrx53を使用した場合、重合物の産生が認められなかった。一方、リグニン生合成に関与するペルオキシダーゼを使用すると重合物の産生が確認された。2.人工リグニンの分子量解析...CWPO-Cを用いて作製したシナピルアルコール重合物をゲル浸透クロマトグラフィーによって分離したところ、摩砕リグニンとよく似た分子サイズ分布であることが分かった。当初の計画に概ね沿った研究を行うことができた。本年度、異なる植物ペルオキシダーゼから異なる性状の人工リグニン産生が確認できており、リグニンの構造、組成の制御機構の解明を目的とした次年度の研究計画の遂行に一定の目途が立った。植物体内におけるリグニンの構造、組成は、器官、組織、細胞種によって異なっている。リグニン構造、組成の制御機構は、モノマーの種類・供給速度や反応環境の面から議論されてきたが、その研究には木化に関与しない組織由来の植物ペルオキシダーゼが用いられてきた。リグニンの重合過程には複数の植物ペルオキシダーゼやラッカーゼが関与しており、木化に関与するペルオキシダーゼは、木化に関与しないペルオキシダーゼとは異なりリグニンモノマーモデル化合物(グアイアコール、2,6-ジメトキシフェノール)と高分子モデル化合物(シトクロムc)をいずれも酸化可能であることが示された。リグニンの重合過程を論理的に理解するには、重合酵素のリグニン形成能力の違いを明確にする必要がある。本研究では植物ペルオキシダーゼのリグニン形成能を明らかにするため、シロイヌナズナの茎木化に関与するAtPrx-2, 25, 71およびポプラCWPO-Cの組換えタンパクを用いてリグニンモノマーを基質に脱水素重合物(DHP)の作製を試みた。その結果、植物ペルオキシダーゼは個々に異なるDHPs形成能力を持っており、木化に関与する植物ペルオキシダーゼは、シナピルアルコール単独からでもDHPを産生することができる特性をもつことが明らかとなった。また、2,6-ジメトキシフェノール活性とシナピルアルコールDHP産生能力の間には正の相関が認められた他、シトクロムc酸化活性の高いペルオキシダーゼほど高分子のDHPを産生できる傾向が観察された。以上の結果から、植物体内におけるリグニンの重合反応は、リグニン前駆体を直接酸化し、高分子のリグニンを作ることのできる特性をもつ植物ペルオキシダーゼによって触媒されていることが示唆された。AtPrx2、AtPrx25、AtPrx71、CWPO-C, AtPrx53,市販の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼを介して産生された重合物についてそれぞれ、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(MALDI-TOF/MS)を用いた分子量解析を行う。また、DFRC法またはアルカリ性ニトロベンゼン酸化分解法によって結合様式の評価を行う。植物ペルオキシダーゼのリグニン形成能の違いを生じる要因についても検討し、知見を得て新たな研究の展開に繋げたい。成果は学会にて報告し、原著論文として公表する。植物分子生物学
ヘテロな計算機環境下での分散・並列計算の計算機集約的統計解析への応用に関する研究

分散並列計算の形態としてベオウルフ型のPCクラスタの導入とその利用形態について検討した。まず,研究室内のネットワーク・計算機環境を調整して研究基盤を整備した。その後,PCクラスタを構成する際の基盤通信環境として,PVM, MPI(ここではLAM)を導入して,並列計算環境を構築し,その実装上の問題点について調査した。この研究基盤のもとで,不均一な計算機環境下での特性を考慮に入れながら,効率的な並列分散計算環境を構築するために,そのタスク管理技法として,Manager-Workers modelとして時間予測法を考案し,既存の技法の一つであるWorkPool法と比較検討を行った。その上で,統合的な開発環境としての並列分散計算環境の応用についても検討を加えて,ブートストラップ法などシミュレーション技法に応用可能な形での分散並列計算支援環境の構築についてその基本設計を行った。アルゴリズムの観点からは,統計計算の基盤となる行列計算について,大規模な行列の積を想定した場合のメモリとCPU配置の観点から,FOXアルゴリズムと区分行列演算の挙動など関する検討を行い,その特性について調査した。さらに,ブートストラップ法,樹木接近法などの統計的手法に関するプログラムについて並列可能性やその計算粒度などに関する検討を進め,タスク管理手法との組み合わせ・整合性に関して検討を行った。これらの検討に基づいて,ブートストラップ手法のためのヘテロ計算環境下での並列計算シミュレーション・プラットフォームの実装を行い,離散多項カテゴリカルデータの超過変動における計算機集約的手法における検出力計算や具体的なデータ解析への応用を行い,その有効性について確認した。本研究はヘテロな計算機環境下で,ネットワークで接続されたPCを用いて並列処理を行うことによって,統計的な分析のための効率的な計算環境について提案を行うことを目的としているが,本年度(研究初年度)では,1)分散並列計算の形態としてベオウルフ型のPCクラスタの導入とその利用形態について検討した。新規計算機を導入するとともに,研究室内の計算機群についてそのネットワークをギガビットベースのものに変更して,ネットワーク・計算機環境を調整して研究基盤を整備した。2)不均一な計算機環境下で特性を考慮に入れながら,効率的な並列分散計算環境を構築するためにそのタスク管理技法として,Manager-Workers modelとして時間予測法を考案し,既存の技法の一つであるWorkPool法と比較検討を行った。3)さらに,統合的な開発環境としての並列分散計算環境の応用についても検討を加えて,ブートストラップ法などシミュレーション技法に応用可能な形での分散並列計算支援環境の基本設計を行った。4)アルゴリズムの観点からは,大規模な行列の積を想定した場合の,メモリとCPU配置の観点から,F0Xアルゴリズムと区分行列演算の挙動に関する検討を開始し,小規模実験で,その利点欠点の事前確認を行った。これらの成果については特に1),2)の観点について整理し,第28回大分統計談話会(2003.10),第17回日本計算機統計学会シンポジウム(2003.11),2003年医学統計研究会年会(2003.12),などで研究発表した。また,分散並列計算環境を利用した実際的な離散データ解析の応用に関する成果を得て,54thISI(2003.8)ならびに日本計算機統計学会和文誌(15.2,印刷中)でも成果発表を行った。本研究はヘテロな計算機環境下で,ネットワークで接続されたPCを用いて並列処理を行うことによって,統計的な分析のための効率的な計算環境について提案を行うことを目的としている.本年度は,基本的には昨年度構築した研究室内の並列計算機環境を研究基盤としたが,昨年度の研究結果により大幅に性能の劣る計算機はやはり全体的なバランスを維持することが困難であることが分かったため,既設PCのうち低速な機械のCPUを更新し,ネットワーク環境の調整を行って計算機環境の改修を行った.その環境下で以下のような検討を実施した.

1)昨年度実装を行った時間予測法に基づくタスク管理手法について,時間予測手法の精度と信頼性の向上に関わる検討を行い,ワークプール手法と比較検討した.2)ブートストラップ法,樹木接近法(CART)などの統計的手法に関するプログラムについて並列可能性やその計算粒度などに関する検討を進め,タスク管理手法との組み合わせ・整合性に関して検討を行った.3)基礎的な統計計算の道具としての多重積分法や行列積や逆行列の計算の際に有効なアルゴリズについて調査をし,高次元区分求積法,Foxアルゴリズム,CPM法によるジョブ管理法,などの実装を試みた.4)ブートストラップ手法のためのヘテロ計算環境下での並列計算シミュレーション・プラットフォームの実装を行い,離散多項カテゴリカルデータの超過変動における計算機集約的手法における検出力計算を行い,その有効性について確認した.
トムソン散乱計測による非等方電子速度分布の局所計測

本研究では、プラズマ中でレーザービームを往復させ、電子による光の散乱(トムソン散乱)のスペクトルを利用することによって、電子の温度非等方性について調べることを試みた。電子同士の衝突度が低いほど非等方性の発現が期待できるため、衝突度と電子温度の非等方性との相関を実験的に調べた結果、同程度の衝突度でも非等方性が生じる場合とそうでない場合があることが分かった。プラズマ中の電子加熱エネルギーの吸収分布など、より多数のパラメータとの相関を詳細に調べることで、非等方性の発現条件を明らかにすることが期待できる。非協同トムソン散乱計測は、プラズマ中の電子温度を測定する方法として広く知られている。本研究では、トムソン散乱のスペクトルが、計測用レーザービームの伝搬方向と観測視線の方向によって決まる特定の方向に沿った電子速度分布を反映していることを利用して、プラズマ中でレーザービームを往復させることにより、2方向の電子温度を測定している。磁力線に平行方向と垂直方向の電子温度の非等方性を調べるため、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)で実験を行った。これまでの実験では、観測視線の都合上、測定できる2つの電子温度の方向は、磁力線にほぼ垂直方向と、磁力線から約70度傾いた方向となっている。最初に、電子同士の衝突度が高く、等方的になっていると期待できる放電条件で測定を行い、誤差の範囲で2方向の電子温度が一致することを示し、較正やデータ解析の妥当性を確認した。その後、数keVから10 keV程度までの低衝突度プラズマに関する測定及び解析を行った。初期結果として、4 keV程度以上になると、磁力線に垂直方向の電子温度が、磁力線から70度傾いた方向の電子温度よりも系統的に高くなっているが、測定誤差も大きく、非等方性を断定するまでには至っていない。今後は、より鮮明な結果を得るために、複数本のレーザービームを同時入射することによる信号強度増加、磁力線にほぼ平行方向の電子温度を測定する集光光学系の光軸調整を行い、測定誤差の減少と、磁力線に平行及び垂直方向の電子温度非等方性に関する感度向上を図る。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)のトムソン散乱計測装置において、入射レーザービームをミラーで折り返し、レーザー往路と復路での2回のトムソン散乱スペクトルを時間差をつけて計測するダブルパス散乱計測を実施した。計測は、LHDに既設の集光光学系を用いて行った。往路で得られるスペクトルから磁力線にほぼ垂直(ピッチ角約90度)方向の電子速度分布関数を、復路で得られるスペクトルからピッチ角約60度の電子速度分布関数を評価した。平成24年度のマイルストーンである初期実験の実施は達成された。非等方性が生じにくい低温プラズマの計測では、予想通り、2種類のスペクトルそれぞれから得られる電子温度が誤差の範囲内で一致した。これにより、ダブルパストムソン散乱計測において、2種類のスペクトルを正しく解析できていることが確認できた。高電子温度プラズマの計測はデータが十分に取得できておらず、非等方性の実験的確認には至っていない。また、磁力線にほぼ平行方向の電子速度分布関数を反映したスペクトルを得るために、プラズマを水平に見込む集光光学系を新設し、調整及び較正中である。捕捉粒子の存在により垂直方向速度が減少した非等方の速度分布関数を想定し、既設と新設の2系統の集光光学系を用いた場合の測定精度評価を行った。上記の速度分布関数形状を特徴づける平行電子温度、垂直電子温度、臨界磁場という3個のパラメータを測定データから再構成して十分な精度で得ようとする場合、3種類のスペクトルから得られる見かけの電子温度を10%以下、望ましくは5%程度で測定する必要があることが分かった。スペクトル解析の際における検出光子数の統計誤差が測定精度を制限しているため、従来は時間的に積分した信号を用いていたところを、時間波形を直接取り扱うようにデータ解析手法を改良した。今後のプラズマ実験でその効果を確認する。本研究では、プラズマ中の電子による光の散乱(トムソン散乱)のスペクトルが入射光の伝搬方向と散乱方向で決まる特定の方向に沿った電子の速度分布を反映していることを利用し、磁場閉じ込め核融合装置である大型ヘリカル装置(LHD)で生成したプラズマ中でレーザービームを往復させることにより、2方向の電子温度を測定し、その非等方性について調べた。最初に、LHDに既設の光学系を用いて、磁力線にほぼ垂直方向と磁力線から約70度傾いた方向の電子温度を比較したところ、5 keV程度以上の電子温度の低衝突度プラズマを生成したときに磁力線に垂直方向の電子温度のほうがやや高く見える結果が得られたが、誤差幅も大きく、測定している方向の差も小さかったため、鮮明な結果が得られなかった。そこで、プラズマを別の方向から観測する光学系を新たに加え、磁力線から約12度傾いた方向の電子温度も測定し、非等方性の発現に対する測定感度を高めた。

5 keV程度以上のプラズマ放電を解析したところ、電子サイクロトロン加熱と同期して、磁力線から70度傾いた方向の電子温度のほうが同12度よりも系統的に2割程度高くなる放電が複数見つかった。電子温度に非等方性が見られた放電では、速度分布がマクスウェル分布に精度よく一致しなかった。現状よりも信号ノイズ比を数倍改善して、非マクスウェルの速度分布関数を考慮する必要があることが分かった。電子同士の衝突度が高いときは衝突により等方的な速度分布に緩和するため、電子温度および密度から評価される衝突度と非等方性の発現との相関を調べた。その結果、同程度の衝突度でも電子温度に非等方性が生じる場合とそうでない場合があることが分かった。非等方性は、電子加熱の吸収位置の近傍でのみ生じていることを示唆している。より多数のパラメータとの相関を詳細に調べることで、非等方性の発現条件を明らかにすることが期待できる。レーザー利用プラズマ計測平成25年度には、新しく開発した集光光学系を用いて電子速度分布関数の非等方性を鮮明に計測する計画であった。しかし、平成24年度と比較すると信号強度が大幅に改善したものの、精度のよい計測を行うことができなかった。原因として、観測窓が不純物の付着で曇ったことと、光学系の光軸調整がうまくいかなかったことが考えられる。このため、計画を変更して従来からある集光光学系を用いて計測を行った。従来からの集光光学系を用いた時、電子温度の非等方性に対する測定結果の感度が十分取れなかったため、誤差の範囲を超えた鮮明な非等方性の結果はまだ得られていない。したがって、平成26年度にこの問題を解決したうえで研究をまとめる必要があると判断し、当初の研究計画から1年延長した。初期実験の遂行について、ダブルパストムソン散乱計測をLHDで初めて実施したという意味では予定通りである。しかしながら、プラズマを水平から見込む新設の集光光学系を据え付けたが、信号光を伝送するために用いた2種類の光ファイバーの特性が整合していないという問題点があり、もともと微弱なトムソン散乱信号が光ファイバー同士の結合部分で損失してしまい、十分な信号を得ることができなかった。このため、当初予定していた2系統の集光光学系を用いたダブルパストムソン散乱計測を実施することができず、1系統での部分的な実験にとどまった。また、取得した実験データの内容という観点からは、低温プラズマを用いてダブルパストムソン散乱計測の結果の妥当性を確認するという目標は達成された一方で、非等方的な電子速度分布関数を実験的に得るまでに至っていない。これは、データ取得のための機器の操作をすべて現地において手動で行っていたため、限られた期間にしか測定を実施できなかったということに起因している。現在、データ取得および蓄積を自動化するように改良中であり、平成25年度のプラズマ実験では、データを自動的かつ体系的に取得することにより、問題解決を図る。スペクトルの解析という観点では、概ね当初の予定通りである。捕捉粒子の存在を考慮した速度分布関数に対して、相対論的効果を含んだスペクトル計算コードを開発した。一方、測定精度評価の結果、検出光子数の統計誤差を減らす必要があることが分かり、従来のデータ解析コードを改良した。
球状フォトダイオードを用いた位置姿勢センサの研究開発

本研究は、三次元空間の位置座標を3つの平面の交点として計測することを基本原理をとし、線状に拡散させたレーザ光(レーザ光平面と呼ぶ)を回転走査する3台のスキャナと複数の光センサを有するディテクタにより、ディテクタを設置した場所の三次元の位置と姿勢を同時に計測するシステムの開発に関するものである。当該研究期間に、研究計画に基づき研究を実施した結果、下記の成果を得た。1)姿勢計測機能を実現するため、4つの測定点を持つマルチヘッドディテクタを設計、試作した。2)回転するレーザ光平面を球状フォトダイオードで正確に検出するために、高速プリアンプを設計、試作した。また、周波数変調された各スキャナからのレーザ光を高精度で弁別することのできるスーパーヘテロダイン方式検波回路を設計、試作した。3)姿勢計測機能を実現するため、4つの測定点を同時に測定することのできる高分解能角度計測装置を設計、試作した。4)システムの角度計測分解能は0.03"(スキャナ回転数が2rpsの場合)であり、角度計測のばらつきは標準偏差で4"であった。これに相当する位置計測のばらつきは,スキャナから2m離れた位置で±0.04mmである。5)3次元座標測定機にディテクタを取り付けて1軸方向に移動させ、スキャナ1台を用いて一次元の位置姿勢計測を行った。簡易キャリブレーション後の一次元位置計測誤差は、±0.2mmであった。また、同時に測定したディテクタの姿勢変化はX軸方向の倒れ量で最大0.06mmと計測することができた。本研究は,位置と姿勢が同時に検出でき,小型でどこにでも設置可能な位置姿勢センサを開発することを目的としている.本年度は,以下の項目について研究を行った.1)複数の球状フォトダイオードで構成されるセンサユニットの計測データから位置姿勢を計算する手法を確立するために,センサユニットの数学モデルを構築し,位置計測シミュレーションを行なうためのソフトウェアを開発した.2)位置計測シミュレーションソフトを用いて基本設計を行い,その結果に基づいてセンサユニットの構造の詳細設計と試作を行った.今年度は,次に述べるセンサユニットの実験評価システムを検証するための1点および2点センサユニットを試作した.3)試作したセンサユニットを評価するための実験評価システムを設計製作した.本評価システムは,センサユニットの位置姿勢設定装置(2軸回転テーブルとXYテーブル)と制御部,検出信号測定部(4チャンネルオシロスコープ)姿勢計測部(レーザ光平面角度計測部)、コンピュータで構成される.4)球状フォトダイオードの検出波形を適切に処理し,位置計測および姿勢計測用のトリガ信号を生成する信号処理回路を開発する必要がある.そのための基礎実験として,1点および2点センサユニットについて,位置姿勢を変えてひとつのレーザ光平面に対する検出波形を測定した.その結果,球状フォトダイオードの電気容量が通常のフォトダイオードに比べて大きいことによって生ずる波形の変化を確認することができた.また,姿勢を変えた場合の2点間の検出波形の違いを測定することができた.本研究では,位置と姿勢が同時に検出でき,小型でどこにでも設置可能な位置姿勢センサを開発することを目的としている.本年度は,以下の項目について研究を行った.(1)シミュレーションソフトを用いて,3つの検出部を持つ位置姿勢センサの構造の基本設計を行った.その結果をもとにフォトダイオードの固定方法等を考慮した具体的な構造について検討し,詳細設計を行い,3点位置姿勢計測センサ(以後3点センサユニット)を試作した.(2)3点センサユニットと昨年度開発した検出回路を組み合わせ,姿勢変化と検出信号の変化について実験を行った.その結果,反射光ノイズの発生条件とそれが検出信号に及ぼす影響を測定した.そして,3つの検出信号とそれら相互の差分情報をもとに,安定したトリガの発生方法を考案した.そして,そのアイデアに基づいてアナログ波形処理タイプのトリガ発生回路を試作し実験を行った.

その結果,ノイズの影響を小さくすることはできたが,目標性能を達成するには至らなかった.また同様の処理を,波形を一端取り込み,仮のトリガ信号を発生した後に波形処理を行い,その後に正確なトリガ位置を出力するディジタル波形処理タイプのトリガ発生回路の基本設計を行った.(3)3点センサユニットの検出信号の測定実験を行うため,昨年度開発した位置姿勢設定装置と制御部に,新たにセンサユニット中心軸周りの回転機構とそのための制御部を追加した.(4)最終的な評価を行うための3次元位置計測および姿勢計測実験のためには,3つのレーザ光平面のスキャンを行い,それを開発した位置姿勢センサで検出して,計算処理を行う必要がある.そのためには,3点センサユニットに対応した高速カウンタモジュールが必要となる.本年度は基本設計を行い,FPGA上に個別のモジュールを試作し,動作確認を行った.