hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多天体ファイバー分光システムの開発と銀河形成の観測的研究

平成1113年度の3年間、すばる望遠鏡の第一期観測装置であるOH夜光除去分光器の開発と同装置を用いた試験観測、及び、ファイバーを用いた同装置の多天体分光用システムの開発を行った。本研究の概要は以下の通りである。●OH夜光除去分光器は透過率40%,夜光除去率1/25で、通常の分光観測手法よりも約1.2等暗い天体の分光観測が可能であることが実証された。同装置は、平成13年度よりすばる望遠鏡共同利用装置として運用を始めており、観測や解析のための各種スクリプトを開発した。●試験観測期間中に得られた赤方偏移5前後のクェーサーの分光観測結果と、スローンデジタルスカイサーベイの公開データ等各種アーカイブデータを合わせて、近傍から宇宙初期までのクェーサーの鉄輝線の進化をまとめ、論文化した。●試験観測期間中には、赤方偏移2.3付近の電波銀河16天体の分光観測にも成功し、現在、これらの天体の総合的な性質をまとめて論文化の準備を進めている。●多天体分光システム用の16本のXYプローブステージを製作し、その制御ソフトとカタログからの最適配置選択ソフトウェアを開発した。●多天体分光システム用ファイバーバンドルは、当初、テーパードファイバーを用いて開発を進めてきたが、試作したバンドルに問題があることが判明し、平成13年度にセルフォックレンズを用いてファイバーバンドルを製作し直した。国内での特性試験の後、3月にはOH夜光除去分光器との結合試験を行った。今後、すばる望遠鏡赤外ナスミス台上で、OH夜光除去分光器多天体分光モードの試験を数度行なった後、試験観測へと移行する予定である。本研究により、多天体分光システムの基本となる技術的な課題はほぼ解決され、今後は完成度を高める段階へと移行する。平成11年度は、OH夜光除去分光器本体部の製作と並行して、そのカメラ部であるCISCOを用いて稼働し始めたばかりのすばる望遠鏡の性能評価、及び科学的観測を行なった。特に、北銀河極付近の明るい天体の無い領域を地上からの赤外線観測としては最も深いレベルまで観測し、これまでにない精度での赤外線での銀河計数を行なうと同時にこの天域の非常に深い赤外線カタログを作成した。これにより、すばる望遠鏡で予定されている今後の可視光での追観測と合わせれば遠方宇宙での銀河の進化の様子を詳しく調べることができ、すばる望遠鏡での初期宇宙探査の足掛かりをつくった。他、重力レンズ天体やハッブルディープフィールドと呼ばれる深宇宙探査領域、遠方の電波銀河等多岐にわたって観測を行ない、この時期でのすばる望遠鏡による科学的観測結果の9割がCISCOによってもたらされた。一方、国内ではOH夜光除去分光器本体部が仮組み・調整を整え、マウナケア山頂のすばる望遠鏡赤外ナスミス焦点部に設置された。レーザーや参照光源を用いた調整を経て、2000年2月に試験観測が行なわれた。この時点で夜光除去率・透過効率ともほぼ当初の目標を達成している事が確認され、更に調整を進めれば限界等級を従来の観測方法より1等上げることができる見通しが立っている。本研究の目的である、OH夜光除去分光器用のファイバー多天体分光オプションは、使用する近赤外用テーパードファイバーの選定を終え、ファイバーバンドルの製作を完了した。また、ファイバーを配置する16本のXYプローブステージは9割の部品購入を完了し、組み立てに入っている段階である。

今後、国内で動作試験・自動配置試験を行った後OH夜光除去分光器と結合し、世界初の近赤外多天体分光器ともなるOH夜光除去分光器として12月にファーストライトを迎える予定で開発を進める。平成12年度は、すばる望遠鏡に於てOH夜光除去分光器を用いた試験観測をほぼ2ヶ月おきに行ない、装置本体及びコントロールソフトの改良などを重ねて、OH夜光除去分光器を共同利用で使用できる状態まで完成度を高めた。これらの試験観測を通して、波長12μmで従来の方法での観測よりも1等以上暗い22等級の天体の分光観測が可能であることが実証され、この波長域では世界で最も感度のある分光装置であることが確認された。試験観測では、最近次々と発見された赤方偏移が5前後の宇宙初期クェーサーや、赤方偏移が2.3前後の進化途中の電波銀河の分光観測を中心に行ない、それぞれ15天体程度のスペクトルを得た。宇宙初期クェーサーの観測では、静止波長で紫外線域に観測される鉄とマグネシウムの輝線から、マグネシウムよりも生成に時間のかかる鉄の存在比を調べることにより、宇宙年齢に制限をかけることが可能である。今回の観測では、最近発見された多数の宇宙初期クェーサーで鉄の存在比を調べることにより、赤方偏移5の宇宙が10億年以上の年齢を持つことを示し、既存の宇宙モデルに強い制限をかけることができた。また、進化途中の電波銀河の分光観測では、電波銀河本体の年齢や個々の中心核の性質の違いと周辺環境の関係などを現在解析している段階である。これらの観測及び解析と並行して、ファイバー多天体分光オプションのためのマルチプローブステージの組み立て、制御ソフトの製作、制御試験、プローブ最適配置計算ソフトの開発を行なってきた。完成したプローブステージは2月にすばる望遠鏡に向けて輸送され、3月にはOHS本体との組合わせ試験を行なう予定である。しかし、国内での試験中にファイバーバンドル部分に透過特性の欠陥があることが発見されたため、ハワイでの組み合わせ試験後ファイバーバンドル部分を日本に持ち帰り、対策を検討する予定である。平成13年度は、6月と8月、平成14年3月にすばる望遠鏡のOH夜光除去分光器を用いて試験観測を行ない、共同利用時の簡易解析スクリプトの開発や新たな観測モードの開発などを行なった。これまでの試験観測で得られたデータの内、赤方偏移が5前後のクェーサーの観測結果に対しては、平成13年6月に公開されたばかりのスローンデジタルスカイサーベイによる赤方偏移1(8160)162のクェーサーのデータや、その他取得可能な様々なアーカイブデータと合わせてクェーサーの鉄輝線の進化としてまとめ、論文化して発表した。クェーサーに関しては、3月に実施したOH夜光除去分光器での観測で更に遠方の天体の分光観測を行ったものに、アングロオーストラリアン天文台の多天体分光器による中程度の距離のデータも追加して検討を加えていく予定である。また、これまでの試験観測では、電波銀河に対しても数多くの観測結果が得られており、それらをまとめて総合的に解析し、論文化する作業を現在進めている。これらの観測及び解析等と並行して、OH夜光除去分光器用の多天体分光用ファイバーバンドルの開発を進めた。昨年度末に行なったファイバーバンドルの試験では、それまで開発を行なってきたテーパードファィバーを用いた方法では、均質なものの製作が難しく、また、スリット状に並べられたファイバー同士の平行度や、2つのファイバーの融着部分での透過率にかなり問題があるなど、総合的に見てマイクロレンズを用いた方法の方が有利であると判断し、今年度始めからセルフォックレンズと呼ばれる円柱状のレンズと結合させた新しいファイバーバンドルの開発に専念した。
ブルーム症候群Bリンパ細胞株の発癌物質代謝能と高頻度姉妹染色分体交換機構の研究

高発癌遺伝病ブルーム症候群(Bloom syndrome,BS)患者末梢血からEBウィルス感作により,これまで多数のBSBリンパ細胞株を樹立してきたが,高頻度姉妹染色分体交換(Sister chromatid exchange,SCE)形質を有し,核型異常を有するBSタイプIII(高SCE,異常核型)細胞株はタイプI(正常SCE,正常染色体構成), II(高SCE,正常核型)と異なって培養系でS9mix(肝ミクロゾーム)の存在なしでもこれまで調べた約30種類の発癌物質に共通してSCE上昇に関して異常高感受性を示しており, SCEを指標にした簡便なスクリーン法が確立できた.すなわち, BrdU存在下(2細胞世代処理)で2細胞世代目のみ,発癌剤を加えれば良いという点が判明し, S9mixなど必要はなく, 3日目にはFPG法により,染色体標本を作製すればSCE頻度により(例えばSCEが120-140値)癌原性判定が可能になった.本年度の研究結果は本質的にはエームステスト結果と同じと思われるが(Mutat.Res.1986)BSタイプIII細胞株を用いた検定法は今後の発癌物質・変異原検定にも用いることのできる有意義な方法であることは間違いない.テストシステムの容易性, 2ないし3日目には結論が出る点が最も重要な点と思われる. BSタイプIII細胞は発癌剤・変異原により,ソフトアガーコロニー形成,癌化クローンのヌードマウス移植も可能であり, SCEに加えてこれらの指標を用いることも有意義であった.さらに本研究では, BSタイプIII細胞のExtract中にS9mixより強力に間接発癌物質を代謝するFactorを検出しており,しかもエームス系でもS9mixより強力である事実を突き止めているので今後Factorを結晶化する計画である.高発癌遺伝病ブルーム症候群(Bloom syndrome,BS)患者末梢血からEBウィルス感作により,これまで多数のBSBリンパ細胞株を樹立してきたが,高頻度姉妹染色分体交換(Sister chromatid exchange,SCE)形質を有し,核型異常を有するBSタイプIII(高SCE,異常核型)細胞株はタイプI(正常SCE,正常染色体構成), II(高SCE,正常核型)と異なって培養系でS9mix(肝ミクロゾーム)の存在なしでもこれまで調べた約30種類の発癌物質に共通してSCE上昇に関して異常高感受性を示しており, SCEを指標にした簡便なスクリーン法が確立できた.すなわち, BrdU存在下(2細胞世代処理)で2細胞世代目のみ,発癌剤を加えれば良いという点が判明し, S9mixなど必要はなく, 3日目にはFPG法により,染色体標本を作製すればSCE頻度により(例えばSCEが120-140値)癌原性判定が可能になった.本年度の研究結果は本質的にはエームステスト結果と同じと思われるが(Mutat.Res.1986)BSタイプIII細胞株を用いた検定法は今後の発癌物質・変異原検定にも用いることのできる有意義な方法であることは間違いない.テストシステムの容易性, 2ないし3日目には結論が出る点が最も重要な点と思われる. BSタイプIII細胞は発癌剤・変異原により,ソフトアガーコロニー形成,癌化クローンのヌードマウス移植も可能であり, SCEに加えてこれらの指標を用いることも有意義であった.さらに本研究では, BSタイプIII細胞のExtract中にS9mixより強力に間接発癌物質を代謝するFactorを検出しており,しかもエームス系でもS9mixより強力である事実を突き止めているので今後Factorを結晶化する計画である.
家系内遺伝子検索による先天性銅代謝異常症(ウイルソン病)の予防医学的研究

本研究は,近年,北海道内で発見されたウイルソン病(WND)患者を有する家系と,新規に発見された患者家系に関して,WND病因遺伝子であるATP7Bの遺伝子解析を行うことにより,家系内検索という観点から,発症前患者を発見することを目的として実施された.さらに,WNDモデル動物を用いて,ゲノミクス解析とプロテオーム解析技術を導入して,新たな簡易診断法の開発に着手した.本研究は,近年,北海道内で発見されたウイルソン病(WND)患者を有する家系と,新規に発見された患者家系に関して,WND病因遺伝子であるATP7Bの遺伝子解析を行うことにより,家系内検索という観点から,発症前患者を発見することを目的として実施された.さらに,WNDモデル動物を用いて,ゲノミクス解析とプロテオーム解析技術を導入して,新たな簡易診断法の開発に着手した.ウィルソン病(WND)は、およそ3万人に1人の割合で発症する常染色体劣性遺伝形式をとる先天性の銅(Cu)代謝異常疾患である。日常生活において摂取されるCuが、正常に月刊蔵から胆汁中に排泄されず、肝臓・脳・腎臓・角膜などに多量に蓄積し、重度の障害を起こすと考えられている。多量に蓄積したCuにより、小児期に重い肝障害や中枢神経障害を呈する。WNDでは、第13番染色体に位置するATP7Bと呼ばれるCuの細胞内輸送を担う膜蛋白質(トランスポーター)の遺伝子に異常が認められる。その遺伝子異常によって、Cuトランスポーターの機能が障害され、肝細胞内から胆汁中への正常なCuの排泄が阻害され、肝臓や脳に多量のCuが蓄積すると考えられている。また、Cu結合タンパク質であるセルロプラスミン(Cp)へのCuの供給も障害され、その生成が阻害されている。1993年のATP7B遺伝子の発見以来、現在までに報告された病因変異は300種を越え、ATP7B遺伝子全領域に分散し、その様相も極めて多様なために、変異遺伝子型と病態との関連性に関する研究はほとんど進展していない。本研究課題においては、WNDの患者を有する家系において、病因遺伝子の家系内検索を利用し、発症前患者の早期発見を試みている。平成19年度は、1歳6ヶ月27歳までの新規の9症例に関する遺伝子解析の依頼を受け付けた。そのうち、6症例が遺伝子解析適応と判定された。現在までに、道内症例1件を含む4症例に関する遺伝子解析を実施した。その内、3症例において既知の病因変異(R778L,A874V)を検出している。1家系に関しては同胞例(姉)も同一の病因変異を有しており、臨床データも境界値を示し、発症前患者の可能性を否定出来ないことから、現在、慎重にフォローしている。ウィルソン病(WND)は、常染色体劣性遺伝形式をとる先天性の銅(Cu)代謝異常疾患である。日常生活において摂取されるCuが、正常に肝臓から胆汁中に排泄されず、肝臓・脳・腎臓・角膜などに多量に蓄積し、重度の障害を起こすと考えられている。近年、その発生頻度に関して、サルデニア島(イタリア)、中国、そして日本では他の地域よりも高く1万人に1人であるとの報告がなされている。研究開始よりおよそ1年半の間に寄せられたWND遺伝子検索に関する問い合わせの頻度は、道内医療機関が34ヶ月に1回、道外の医療機関からは23週間に1回となっている。この問い合わせ件数の多さは、Coxらが報告したように本邦が、1万人に1人以上の発症頻度を有する世界3大発症地域の1地域であることを支持する事実と考えられた。また、受理したWND解析依頼調査票の対象年齢も、1歳6ヶ月から52歳までと非常に幅広くなっており、本疾患の発症は小児期に限定されたものではないことが改めて確認されている。ウイルソン病(WND)は、常染色体劣性遺伝形式をとる遺伝性の銅(Cu)代謝異常疾患である。

近年、その発生頻度に関して、サルデニア島(イタリア)、中国、そして日本では他の地域よりも高く1万人に1人であるとの報告がなされた。1993年のATP7B遺伝子の発見以来、現在までに報告された病因変異は300種を越え、ATP7B遺伝子全領域に分散し、その様相も極めて多様なために、変異遺伝子型と病態との関連性に関する研究はほとんど進展していない。本研究では、WNDの患者を有する家系において、病因遺伝子の家系内検索を実施し発症前患者の早期発見を試みた。本研究でのWND遺伝子検索に関する問い合わせ頻度は、23週間(道内は34ヶ月)に1回であった。この問い合わせ件数の多さは、Coxらが報告したように、本邦が1万人に1人以上の発症頻度を有する世界3大発症地域の1地域であることを支持するものと考えられた。また、遺伝子解析依頼者の対象年齢も、1歳6ヶ月から52歳までと幅広く、本疾患の発症や診断は小児期に限定されたものではないことが改めて確認された。家系内遺伝子検索を実施する事により、発症前WND患者を発見することが可能なばかりでなく、同胞例のWND疑いを否定することも重要な情報源となることが明らかとなった。また、WNDのモデル動物を用いた基礎的研究では、ゲノミクス及びプロテオーム解析を用いて、新しいWND簡易診断法の開発に向けた予備的知見を得ることが出来、現在、論文を投稿中である。
コオロギ成虫の羽化後成熟プロセスと行動変化

フタホシコオロギ、Gryllus bimaculatusは成虫脱皮後徐々に活動性を高め、行動も次第に変化する。たとえば配偶行動も雌雄それぞれに特徴的な変化が見られる。この行動変化とこれに伴う生理・生化学的変化を明らかにするため、特に2つの問題について注目して成虫羽化後の成熟過程を明かにした。雄の誘引歌の出現、発達過程と、それに対応する雌の情報処理機構の発達。およびその発達を支える生理、生化学的変化の追求。配偶行動にあたっての雄による雌雄識別メカニズム、とその発達過程の研究。および、配偶行動自体の発達過程の研究。1.雄の誘引歌および雌の応答発達過程:雄は発音器である翅のキチン質が適切に硬化するのを待ち、ほぼ24時間から48時間で4ないし5シラブルからなる完全な誘引歌を歌えるようになる。この間、誘引歌の基本周波数は3ないし4kHzから5.7kHz程度まで次第に上昇する一方、雌はこの完成した誘引歌に脱皮直後から応答する。雄誘引歌の周波数変化は膜状の翅のキチン硬度変化を反映していることが明らかになった。2.雌雄識別メカニズムとその発達:雄の誘引歌に引き寄せられた雌は、停止中に音源に定位して歩みだし、時々停止して定位を繰り返して雄に接近する。数センチメートルに接近後は視覚によって定位することが実験から明かになった。さらに接近すると最終的な雌雄識別が行われる。このとき雌雄は触角を相互に接触させる。雌の触角上の接触フェロモンを雄が触角の化学感覚器により検知して確認が成立する。この実験の過程で、他個体から隔離して飼育された雄個体は攻撃性が極めて高く配偶行動が完遂できないことが発見された。成虫の行動形成には他個体との接触経験が必要であった。この問題の追求は社会行動の発達過程の研究として重要であると考える。本年度は成虫羽化後のコオロギの配偶行動発現までの成熟過程における行動変化を明らかにすることを中心に解析を行った。1、雄の行動変化:雄成虫羽化直後からの行動発現を観察した。とくに誘引歌発音行動の発現時期,その後の歌声の音響学的性状の変化を追跡を行った。その結果、歌声の発現は羽化後少なくとも24時間以内には全く見られず、ほぼ48時間を境に発現確立が上昇することが明らかになった。2、誘引歌の物理性状:鳴声の音域は成熟に伴って著しく変化することが明らかになった。サウンドスコープによる解析の結果、コオロギ鳴声はほぼ純音を成分とし、その振幅変調によって特徴づけられることが示された。羽化後最初の発音時には基音となる純音の周波数は低くフタホシコオロギではほぼ3kHzから始まり、72時間ほどの経過をへて約5.7kHzの最終的な周波数に到達する。なお、音響強度も次第に増加する傾向がある。3、この変化は羽を構成するキチン質の硬化を反映していると見られる。環境温度を変化させると、誘引歌のプロフィル、すなわち振幅変調の頻度は高下するが、基音を形作る純音の周波数は変化しないことからも推論できる。4、誘引効果の変化:この変化する誘引歌が雌にどのような誘引効果を持つかを雌の運動の自動記録装置を利用して測定した。発現当初の誘引歌、すなわち低い基音で構成される誘引歌の効果は著しく低く、周波数が上昇するに従って効果も上昇することが明らかになった。5、これらの結果の一部を1995年9月ケンブリッジ大学で開かれた国際ニューロエソロジー会議で発表し、評価を得た。

今後は誘引歌の音響学的性状の解析に平行して生理的内部機構の解析に移る。1.翅の物理的性質、ことに固有振動数を測定するため、生体から分離した翅をその基部で保持しつつ発音周波数前後の周波数で振動を加え、その振幅をビデオカメラ記録上で測定することで、成熟の諸段階にある翅の「共振周波数」、および「Q」測定を行う装置を開発した.2.これを用いて成虫羽化後、日を追っての共振周波数変化を解析した.この解析は明年度に向け継続される.3.この共振周波数の経日変化と、正常の誘引歌の周波数の経日変化には平行関係であることが判明した.これは誘引歌の発音周波数が生物学的な翅の筋運動周期よりは、翅の物理的性質、ことにその主要成分であるキチン質の硬化に大きく依存していることを示していると解釈される。4.翅運動筋の活動を筋活動電位を誘導することで測定する試みを行い、また、神経系の活動を記録する試みを行った。筋活動周期は、環境温度等の変化によって大きく変わるのに対し、誘引歌周波数はほとんど変化せず、その間の相関は低いことが明らかになった.これは、前記の結果と対応し、歌周波数はほぼ翅の物理性質によって定まるという見解を補強している.5.液性の調節の分析については現在も継続して行っている。6.若日令の雄は成熟度の高い雄の鳴声に応答し、定位、接近行動を示す.盛んに発音する成熟雄に接近して位置することによって、この成熟雄へ接近する雌との会合確率を高める効果があるかどうか、すなわちサテライト雄戦略がここで成立しているかどうかを、今後とも確かめる必要がある。フタホシコオロギ、Gryllus bimaculatusは成虫脱皮後、日を追って活動性を高め、これにともなって行動も次第に変化する。なかでも配偶行動には、雌雄それぞれに特徴的な変化が見られる。この詳細から、成虫の生理生化学的な特質が明かに出来る。ここでは特に雌雄識別の問題について注目して羽化後の成熟過程を明かにした。1.雄の誘引歌および雌の応答発達過程:雄は発音器である翅のキチン質が適切に硬化するのを待ち、ほぼ24時間後、断片的な発音から始めて次第に完全な4ないし5シラブルからなる完全な誘引歌を歌えるようになる。この間、誘引歌の基本周波数は3ないし4kHzから5.7kHz程度まで次第に上昇し完成する。雌はこの完成した誘引歌に脱皮直後から応答する。雄誘引歌の周波数変化は膜状の翅のキチン硬度変化を反映していることが明らかになった。2.雌雄識別メカニズムとその発達:雄の誘引歌に引き寄せられた雌は、停止して音源に定位して歩みだし、再び停止して定位を繰り返し歩行に移ることで次第に雄に接近する。数センチメートルに接近後は視覚によって定位することが実験から明らかになった。さらに接近すると最終的な雌雄識別が行われる。このとき雌雄は触角を相互に接触させる。ここでは雌の触角上に分泌された接触フェロモンが雄の触角の化学感覚器によって受容され雌が確認されることが証明された。
レム睡眠を制御する橋神経活動の多チャンネル計測と解析

睡眠-覚醒リズムは、延髄・橋・中脳といった脳幹ならびに視床下部に点在する「睡眠調節ニューロン群」により作られるという考えが多くの睡眠研究者により共有されている。これらの部位を破壊もしくは刺激すると睡眠-覚醒リズムが乱れること、これらの部位に睡眠-覚醒の状態ごとに発火パターンを変えるニューロンが多数存在することがその根拠であるが、睡眠調節ニューロン群間の相互作用については未だ不明な点が多い。本研究では、この相互作用を明らかにするためにまず「動物を用いた電気生理実験」を行った。特に、睡眠調節ニューロン群の一つである縫線核に存在するセロトニンニューロンと非セロトニンニューロン間の相互作用を詳細に調べた。その結果、セロトニンニューロンは今まで知られていたような縫線核外のニューロンからだけではなく近傍のニューロンからも興奮性、抑制性入力を受けていることを示す結果が得られた。さらに、現在知られている睡眠調節ニューロン群間の相互作用に関する知見が十分かどうかを調べるために、最新の知見を組み込んだ「睡眠-覚醒サイクル制御機構の数理モデル」を作成し、計算機シミュレーション実験を行った。このモデルが動物やヒトの睡眠-覚醒サイクルを忠実に再現できること、すなわち我々が作成したモデルが現実的であることを示唆する結果が得られた。またこのモデルを用いて睡眠障害の一つであるナルコレプシー患者に診られる情動脱力発作のシミュレーションに成功し、そのメカニズムを示唆することに成功した。本研究は、睡眠-覚醒リズムの生成を司る神経機構の解明を目指し、(a)単一神経細胞活動の細胞外計測と(睡眠-覚醒ステージを判定するための)脳波計測を同時に行い、リズムの生成に関わる細胞を探す(b)多細胞神経活動の計測により、リズムの生成に関わる神経細胞間の相互作用を調べる(c)(a)や(b)で得られた結果と生理学的な知見を参考にして睡眠-覚醒リズムの生成機構をモデル化し、モデルの妥当性を計算機シミュレーションにより検証するということを計画していた。このうち計画初年度である本年は、(a)に関しては、レム睡眠の発現に関与する橋のアセチルコリン作動性ニューロン、覚醒の維持に関わるとされるセロトニン作動性ニューロン、さらにそれらの活動を調節する周囲のニューロンに注目し、それらの活動と脳波を同時計測し、その間の時間関係を調べた。また、(b)に関しては、多細胞活動を計測るSN比が良い電極の作成を目指し、様々な材質、太さの電極を脳幹に刺入しているという状況である。一方、(c)に関しては、最新の知見を参考に睡眠-覚醒リズムの生成機構のモデルを作成し、計算機を用いてシミュレーションを行なった。モデルは、ネコやラットで見られるような数分数十分間隔で睡眠と覚醒を繰り返す多相性睡眠、一日一回の睡眠中に90分サイクルでノンレム睡眠とレム睡眠を繰り返すヒトの睡眠、オレキシン神経が脱落したマウスやヒトで見られる休息期の強い眠気(ナルコレプシー)を再現することができた。このモデルは高く評価されており、Journal of Neurophysiology誌に掲載されることとなった。我々は、睡眠-覚醒制御機構の解明を目指し、「1.睡眠-覚醒制御に関わる神経活動の計測」ならびに「2.制御機構のモデル化と計算機シミュレーションを用いたモデルの検証」を並行して行ってきた。1.脳幹や視床下部に細胞外電位計測用電極を刺入し、睡眠-覚醒制御に関わる神経活動を調べてきた。まず、脳幹のアセチルコリン作動性ニューロンが局在する部位にガラス電極を刺入し、単一神経活動を睡眠時に計測した。今まで睡眠制御にどのようにかかわっているのかほとんど調べられてこなかったW-Rニューロン(覚醒(W)とレム睡眠(R)期に活動するニューロン)が、レム睡眠の導入に関わっているとされてきたREM-onニューロン(レム睡眠(R)期に選択的に活動するニューロン)に先行して発火パターンを変化させることを見出した。これは、2.のシミュレーション結果と併せて、W-Rニューロンがレム睡眠の導入に関わっている可能性を強く示している。さらに、テトロード電極を用いた多細胞神経活動の同時計測システムを構築し、その計測に成功した。

現在は、同時記録した多細胞神経活動間の相互相関を、確率統計的手法を用いて調べており、脳幹局所回路が睡眠の切り替わりにどのように寄与しているのか、その解明を目指している。2.本年度は、睡眠調節ニューロン群間の相互作用に関して電気生理学、また解剖学的な報告が多数あった。我々は、これらの新しい知見を組み込んで睡眠-覚醒機構モデルを構築した。このモデルは、"ヒトや動物の睡眠-覚醒サイクル"ならびに"電気生理実験の結果"を定性的に再現できたことから、生理的に妥当なモデルと考えられる。また、本モデルを用いて、興奮して喜怒哀楽の感情が高まった時、意識があるにもかかわらず筋緊張を保てず昏倒してしまう睡眠障害であるカタプレキシーのメカニズムの予測を行った。睡眠-覚醒リズムは、延髄・橋・中脳といった脳幹ならびに視床下部に点在する「睡眠調節ニューロン群」により作られるという考えが多くの睡眠研究者により共有されている。これらの部位を破壊もしくは刺激すると睡眠-覚醒リズムが乱れること、これらの部位に睡眠-覚醒の状態ごとに発火パターンを変えるニューロンが多数存在することがその根拠であるが、睡眠調節ニューロン群間の相互作用については未だ不明な点が多い。本研究では、この相互作用を明らかにするためにまず「動物を用いた電気生理実験」を行った。特に今回は、睡眠調節ニューロン群の一つである縫線核に存在するセロトニンニューロンと非セロトニンニューロン間の相互作用を調べた。その結果、セロトニンニューロンは今まで知られていたような縫線核外のニューロンからだけではなく近傍のニューロンからも強い興奮性、抑制性入力を受けていることを示す結果が得られた。さらに、現在知られている睡眠調節ニューロン群間の相互作用に関する知見が十分かどうかを調べるために、最新の知見を組み込んだ「睡眠-覚醒サイクル制御機構の数理モデル」を作成し、計算機シミュレーション実験を行った。このモデルが動物やヒトの睡眠-覚醒サイクルを忠実に再現できること、すなわち我々が作成したモデルが現実的であることを示唆する結果が得られた。またこのモデルを用いて睡眠障害の一つであるナルコレプシー患者に診られる情動脱力発作のシミュレーションに成功し、そのメカニズムを示唆することに成功した。
骨分化促進作用を有するC60誘導体の合成

界面活性剤ポリビニルピロリドンで水溶化したC_<60>は,ラットあるいはマウスの胎児の胚から取り出した肢芽細胞を用いるin vitro軟骨分化促進実験により,軟骨の分化誘導促進作用を示した.より一層軟骨分化促進活性の強い化合物を開発する目的で,軟骨組織に親和性のある官能基をC_<60>本体に導入したC_<60>。誘導体の合成を行った.まず最初は,軟骨組織に含まれるヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸等へ親和性を増強する目的で,水溶性官能基を導入したC_<60>誘導体を合成し,軟骨分化促進作用を調べた.その結果,C_<60>に複数個のカルボン酸官能基を導入したC_<60>誘導体は,ポリビニルピロリドンで水溶化したC_<60>よりもより強い軟骨分化促進作用を有することが明らかになった.次に,軟骨組織に対して選択的な親和性を有する化合物を合成することを目的として,軟骨組織に多く含まれるムコ多糖構造を有するC_<60>誘導体の合成を検討した.ムコ多糖類を結合させる前駆体として,C_<60>にピロリジン環を結合させたフレロピ口リジン類を合成した.次に,このフレロピ口リジン類を用いて,種々の置換基導入反応を検討した結果,本化合物は無置換のC_<60>に比較して反応性が高く,ムコ多糖構造を有するC_<60>誘導体を合成するための前駆体として有用であることが明らかになった.フレロピロリジン類を前駆体として利用することにより,C_<60>本体に多糖類を結合させた誘導体を合成できる.また,このようにして合成したC_<60>誘導体は,一層強力な軟骨分化促進作用を有することが期待でき,医薬品開発への利用も可能と考える.フラーレンの生体に対する影響を調べる目的で,界面活性剤ポリビニルピロリドンで可溶化したC_<60>水溶液を用い,in vitroのアッセイ系でラット,マウス細胞に対して骨分化促進活性を見いだした.これに,軟骨に含まれるムコ多糖類を共有結合を用いて結合させ,軟骨細胞に親和性を持たせて活性を向上させることを目的とし,誘導体の合成を試みた.C_<60>とアセチルグルコサミンとを直接的に共有結合で結合させることは困難であると考えられたため,まず,C_<60>に反応性の高い官能基を導入することにより,活性の高いC_<60>誘導体(以下,活性型C_<60>とする)を設計し合成した.すなわち,アミノ酸とアルデヒド誘導体とC_<60>とを反応させることにより1,3-双極子付加反応を経てピロリジン骨格を有する付加体(フレロピロリジン)を得た.反応過程は高速液体クロマトグラフィーにて追跡し、生成した付加体はカラムクロマトグラフィーにて精製し、^1H-および^<13>C-NMRにて構造決定を行った。その結果、付加体はモノ付加体であり、C_<60>上での付加は6員環と6員環との縮合部であり、6,6-closeの形式であることが分かった。用いるアミノ酸とアルデヒド誘導体の側鎖を変えることにより,四種の活性型C_<60>(ジメチルフレロピロリジン,ジフェニルフレロピロリジン,ジベンジルフレロピロリジン,および無置換のフレロピロリジン)を合成した.このうち,ジフェニルフレロピロリジンおよび無置換のフレロピロリジンを用いて,イソシアナ-ト基を有する化合物とスルホン酸クロライド基を有する化合物との反応性を検討した.その結果,ジフェニルフレロピロリジンを用いた場合,ピロリジン環の二級アミンの活性が低く,活性型C_<60>としては有用ではなかったが,無置換のフレロピロリジンを用いた系では反応がよく進み,活性型C_<60>としての有用性が期待された.界面活性剤ポリビニルピロリドンで水溶化したC_<60>は,ラットあるいはマウスの胎児の胚から取り出した肢芽細胞を用いるin vitro軟骨分化促進実験により,軟骨の分化誘導促進作用を示した.より一層軟骨分化促進活性の強い化合物を開発する目的で,軟骨組織に親和性のある官能基をC_<60>本体に導入したC_<60>。誘導体の合成を行った.まず最初は,軟骨組織に含まれるヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸等へ親和性を増強する目的で,水溶性官能基を導入したC_<60>誘導体を合成し,軟骨分化促進作用を調べた.その結果,C_<60>に複数個のカルボン酸官能基を導入したC_<60>誘導体は,ポリビニルピロリドンで水溶化したC_<60>よりもより強い軟骨分化促進作用を有することが明らかになった.次に,軟骨組織に対して選択的な親和性を有する化合物を合成することを目的として,軟骨組織に多く含まれるムコ多糖構造を有するC_<60>誘導体の合成を検討した.ムコ多糖類を結合させる前駆体として,C_<60>にピロリジン環を結合させたフレロピ口リジン類を合成した.次に,このフレロピ口リジン類を用いて,種々の置換基導入反応を検討した結果,本化合物は無置換のC_<60>に比較して反応性が高く,ムコ多糖構造を有するC_<60>誘導体を合成するための前駆体として有用であることが明らかになった.

フレロピロリジン類を前駆体として利用することにより,C_<60>本体に多糖類を結合させた誘導体を合成できる.また,このようにして合成したC_<60>誘導体は,一層強力な軟骨分化促進作用を有することが期待でき,医薬品開発への利用も可能と考える.
補助人工心臓ドライブライン感染制御等のための抗菌ポリマーを用いた部材の開発

植込型補助人工心臓は、駆動電源確保のための「ドライブライン」が皮膚を貫通して存在し、常に感染のリスクを包含している。人工臓器感染は難治性で、心不全患者においては致命的となることも少なくない。長期にわたっていかに感染を制御できるかが、患者の予後を大きく左右する。しかし現状のドライブライン管理に確立した方法はない。本研究では、殺菌性や化学的安定性を有するpoly([2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chlorideを基材とした長期安定的な抗菌作用を有する新規感染制御材料の創出を試み、動物実験での基礎的検討を主体にドライブライン管理材料を開発する。
レジリエンス醸成を目指した高等教育課程へのポジティブ教育の導入と縦断的効果検証

少子高齢化に始まり、ひきこもり100万人時代、8050問題をも抱える本邦において、「精神的に脆い」と言われる若者たちが、「予測出来ない厳しい世の中」を生き延びていけるように教育しておく必要性に駆られている。義務教育では手つかずの、resilienceの向上を意図した教育、つまり、学生自らが自身の健康度合い(well-being)を高めていけるような機会を設けるべく、高等教育機関における初年次教育にPositive Education(以下、Pos iEd)のエッセンスを取り入れ、その効果を縦断的にも検証し始めている。一方、何かに従事し熱意をもって取り組んでいけるような「Engagement」や、結果として何がしか達成感が得られるような「Achievement」の値が有意に上昇するには1年間では足りず、更に時間が必要かと考えられる。次に、2017年度入学生の3クラス(1クラスのみ実験群)を対象とした比較検証をしたところ、前年度とは様相が異なる結果が得られた。2017年度入学生は、学科問わず3クラス共に「心身の健康度合い」が有意に低下し、多忙にならざるをえない一年次の生活の中で、学生が徐々に疲弊していく様子が伺えた。学生生活のなかで時と共に諸々「慣れ」が生じることで、2年次以降、彼らの「心身の健康度合い」が好転していくのかどうか分析が必要である。毎年度、一部の新入学生を対象にPosi Edを提供し、統制群との比較や縦断的な効果検証をし、その結果を主に国内外の学会で発表している。Posi Edの質的向上を図るために、情報収集しながら内容の構成についても継続的に検討している。縦断的検証のデータを整理すると共に、結果に関わる要因(入学前の学力、入学後の成績、課外活動などへの参加度合いetc.)の分析も必要となってくる。3.11を経ての発病と入院などで時間的lossが生じたり、出版情報の取得が遅れての書籍購入のtimingのズレなど
高齢運転者に対する注意喚起を目的とした立体路面標示の開発

超高齢化社会の到来にともない高齢運転者の交通事故が増加しており、注意看板や路面標示などの視覚に訴える対策が欠かせないものになっている。筆者は、錯視効果を用いた路面立体標示の開発や高齢者の視認特性の研究を進めてきた。その知見から認知機能の低下している高齢者に対して前方の安全確認を促すには、進行方向の路面にメッセージを直接表示し、さらに読みやすくなる立体表示が有効であることが分かった。そこで、本研究では一般道路での注意喚起を促す錯視効果を用いた路面立体表示の開発を行う。ドライブシミュレータを用いた走行実験、大学構内に施工した実走実験により、印象評価や運転挙動、注視行動から最適な路面標示を開発する。
総合的な学習のカリキュラム開発リーダーを育成するオンライン研修の開発及び評価研究

本研究は、総合的な学習の時間と関わって、優れた学校カリキュラム開発能力を持つ複数のリーダー(地域特性・学校特性も考慮して抽出する)に焦点化し、その研究プロセスに関する情報を収集し、それを共有し、リーダー育成のためのオンライン研修の可能性の検討、そのプログラム内容の検討を行ったものである。具体的には、次のような2つの点に焦点化して、研究を進めた。(1)ここ最近、Excellence and Enjoyment : A strategy for primary schoolsの動きによって、日本の総合的な学習の時間に類似したクロスカリキュラムの実践の取り組みを再度見直している英国におけるカリキュラム開発リーダーを育成する研修はどのように実際行われているのか、そこでオンライン研修はどのように位置づけられているか、学校への視察、及び17年夏から研修を開始したロンドン大学のThe London Centre for Leadership in Learningを訪問し、日本の取り組みとの比較研究を行った。結果、Head Teacherの研修は多いが、本研究が焦点化しているミドルリーダーの研修は、英国でも注目されてきているがまだ少ないことがわかった。(2)岡山と熊本で総合的な学習の時間のコーディネートに実績のある教師2名をコーディネータとして、東京、静岡、富山、奈良、徳島、兵庫、熊本の各小学校教師各1名に参加いただき、場所と時間に制約されず自己研修できるWWW活用したe-Learning研修プログラムの開発と実践と評価を行った。参加リーダーが気軽に悩みを相談できる対面式応答環境(多地点TV電話)下でのアドバイスの方法や支援体制なども明らかにするように試みた。2年目は、さらにオンライン研修前後で比較的大きな変化を示した2名の教員を追跡調査した。そして前年度の研修で得た知見、及びまとめで各自が表現していた今年度の取り組みの見通しが、校内での研修の進め方、校内研究の遂行プロセスにどのような影響を及ぼしたか、本人にどのような葛藤や成長が生じたか、に関する情報を収集し、それを共有し、リーダー育成のための研修プログラムに関する指導のポイント・知見を引き出した。本研究は、優れた学校カリキュラム開発能力を持つ複数のリーダー(地域特性、学校特性を考慮して抽出する)から、研究プロセスに関する情報を収集し、それを共有し、リーダー育成のための研修プログラムの検討を行った。具体的には、16年度、次のような3つの点に焦点化して、研究を進めた。(1)Crosscurricula Themeなどで実績のあるヨーロッパで取り組みに着目して、「総合的な学習の時間」のコーディネートの方法(誰が、どのような役割を果たすことを期待されているか、実際どうなのか)について、またオンラインを活用した研修方法(どのような研修方法が可能なのか)について、諸外国の動向のレビューを行った。例えば、英国では、Subject Leader(以前はCurriculum coordinatorとよく言われていた)が、教科内で、またリーダー同士が連携して、学際的なトピックの設計・実施・評価を行っている。オンライン研修では、例えば、ドイツがEL3プロジェクトなどによって、リーダー育成の雛形をつくり、7州によって利用実績を行っている。これらの詳細を検討した(17年度発表予定)。(2)奈良県の教育研究所と連携して、小学校で総合的な学習の時間をリードしている教師1人、中学校で総合的な学習の時間をリードしている教師1人、高等学校で総合的な学習の時間をリードしている教師1人、総合的な学習の時間に関わってきた研究所の主任1人と、総合的な学習を各学校でコーディネートしていく方法について、TV会議システムを用いながら、そのプログラム内容や、オンライン研修の可能性や利用の実際について、検討を進めてきた(17年度発表予定)。

(3)研究分担者の木原が中心となり、堀田、山内と共に、岡山と熊本で総合的な学習の時間のコーディネートに実績のある教師2名をコーディネータとして、東京、静岡、富山、奈良、徳島、兵庫、熊本の各小学校教師各1名に参加いただき、場所と時間に制約されず自己研修できるWWW活用したe-Learning研修プログラムの開発と実践と評価を行った。参加リーダーが気軽に悩みを相談できる対面式応答環境(多地点TV電話)下でのアドバイスの方法や支援体制なども明らかにするように試みた。詳細は、木原が、3月19日の日本教育工学会の研究報告会にて発表を行った。本研究は、昨年からの研究を継続し、優れた学校カリキュラム開発能力を持つ小学校の複数のリーダー10名の内、オンライン研修前後で比較的大きな変化を示した2名の教員を追跡調査した。そして昨年度の研修で得た知見、及びまとめで各自が表現していた今年度の取り組みの見通しが、校内での研修の進め方、校内研究の遂行プロセスにどのような影響を及ぼしたか、本人にどのような葛藤や成長が生じたか、に関する情報を収集し、それを共有し、リーダー育成のための研修プログラムに関する知見の検討を行った。またクロスカリキュラムの歴史を持つ英国の学校とリーダーシップ研修を行っている機関への訪問を行い、比較調査を行った。具体的には、17年度、次のような2つの点に焦点化して、次の成果を得た。(1)2名の教員を追跡調査することから、各自の本年度の学校での取り組みにオンライン研修での学びの成果が生かされ、校内研修や校内研究にその成果を反映させようとする取り組みが見られた。しかしながら、校内での研修においてリーダーシップを発揮するには、やはり毎年変更も行われる校内での校務分掌と人事配置に影響を受ける。個人の成長は期待できるが、各自が学んだ結果を学校で発揮、遂行できるには、管理職との間に研修をどのように位置づけるかなどの取り決めが必要であることも見えてきた。(2)ここ最近、Excellence and Enjoyment : A strategy for primary schoolsの動きによって、日本の総合的な学習の時間に類似したクロスカリキュラムの実践の取り組みを再度見直している英国におけるカリキュラム開発リーダーを育成する研修はどのように実際行われているのか、そこでオンライン研修はどのように位置づけられているか、学校への視察、及び17年夏から研修を開始したロンドン大学のThe London Centre for Leadership in Learningを訪問し、日本の取り組みとの比較研究を行った。結果、Head Teacherの研修は多いが、本研究が焦点化しているミドルリーダーの研修は、英国でも注目されてきているがまだ少ないことがわかった。
遺伝子重複によるタンパク質の機能分化機構の解明

トミヨ孵化酵素LCE遺伝子は重複した後に機能分化していることを見出した。LCEは2つの特異的な切断点を持ち、卵膜を可溶化する。トミヨLCEはα型とβ型が存在し、α型が2つの切断点のうち1つを、β型がもう一方を切断し、2つのLCEが補完的に働くことにより、本来のLCEの機能を維持している。今年度はLCE遺伝子重複の進化過程を調べた。トミヨLCE遺伝子のクラスター構造をFosmidライブラリーを作製して決定した。LCE遺伝子は約12kbpの領域に3コピー存在していることが分かった。3つのLCE遺伝子の配列から組み換えタンパク質を作製して活性を調べた結果、α型が1つとβ型が2つであった。エクソン-イントロン構造は他の正真骨魚類の孵化酵素遺伝子とよく一致していた。一方、トミヨと同様にトゲウオ科に属するイトヨでは、ゲノムプロジェクトより、LCE遺伝子は単一コピー遺伝子だった。トミヨのLCEクラスターの塩基配列をイトヨのLCE遺伝子の周辺の配列と比べると、トミヨLCEクラスターの両端の配列はイトヨのLCE遺伝子の上流および下流の配列と高い相同性を示した。これらのことから、トミヨへの進化過程でLCE遺伝子のみが縦列重複したことがわかった。さらにLCE遺伝子を他のトゲウオ科魚類4種からクローン化した。Spinachia属とApeltes属からは1つのLCE遺伝子がクローン化された。トミヨ属の別種イバラトミヨからは2種類のLCE遺伝子がクローン化され、それらは組み換えタンパク質の実験より、機能分化していることがわかった。Culaea属からは2つの遺伝子がクローン化され、互いに94%の類似性を示した。トミヨの3つのLCE遺伝子のうち、機能分化しているLCE同士は83%なのに対して機能分化していないβ型LCE同士は95%の類似性を示していたことから、Culaeaの2つのLCEは機能分化していないと予想される。トゲウオ科魚類の分子系統樹でトミヨ属とCulaea属が姉妹群を形成していることから、両属の共通祖先でLCE遺伝子の重複が起きたのち、トミヨ属内での進化過程で機能分化したことが示唆された。
変動する重力場から解き明かす学際的地球惑星科学

本年度は、衛星GRACEや衛星レーザー測距SLRが取得する重力時間変動データを用いた地球雪氷圏の質量変動に関する研究に取り組んだ。まずは昨年度より進めていた、北極振動の降水/降雪量異常によって生じる北半球の重力異常に関する研究である。本成果は、査読付き国際誌Geophysical Journal Internationalにて印刷されるに至った。続いて、北極海周辺に位置する小氷河群の質量変動に関する研究を行った。新しいGRACEデータと最新の逆解析手法を用いることで、これまで困難とされた北極圏小氷河群の質量変動量の見積もりに成功した。本成果は、査読付き国際誌Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciencesに投稿され受理された。最後に、Satellite Laser Ranging(SLR)観測による地球の低次重力場変動の導出と極域氷床観測への適用に関する研究に取り組んだ。研究遂行者は、2012年2月から9月までの期間、元NASAの宇宙測地局局長で現台湾中央研究院の地球科学研究所所長であるBenjamin Fong Chao教授のもとで指導を受ける機会を得た。さらに、日本におけるSLR研究の第一人者である一橋大学の大坪俊通教授と共同研究を行う機会にも恵まれた。このような多大な協力を得ることで、従来よりも高精度なSLR低次重力場解を導くことに成功した。このSLR低次重力解を用いて、1990年代から現在に至る極域氷床とりわけグリーンランド氷床の質量変動を解析した。その成果は、国内外の学会で発表され、2012年9月に行われた日本雪氷学会・雪氷研究大会にてVery Impressive Presentation賞に選出された。本成果は現在、査読付き国際誌に投稿準備中である。本年度は主に、1.陸水荷重による季節的地殻変動、2.2010年チリ地震に伴う重力変化、3.北極振動がもたらす積雪量異常、の3件について研究を行った。1.大気を介し海洋から大陸へともたらされる季節的な降雨/積雪は、GRACEの重力変化とGPSの地表変位という2つの異なる測地学的信号として検出される。私は、前者が表層質量の再分布を、後者が表層質量による地殻の弾性応答を捉えているものと考え、地球の弾性変形理論を通じて両者が整合的であるか検討を行った。その結果、両者に高い整合性が確認され、さらに、エルニーニョ南方振動に伴う降水量異常のような非季節性の陸水変動に関しても調和的であることが分かった。本研究は、商業誌月刊地球にて掲載されている。2.2010年2月27日にチリ中部で発生した巨大地震は、大規模な地殻変動を伴い、GRACEで検出可能な重力変化を引き起こした。本研究では、この地震に伴う地殻・マントル間の質量構造の変動機構を解明するために、球対称地球モデルとGPSの地震時地殻変動データから構築した矩形断層モデルを用いて、GRACEの観測結果の再現を試みた。その際、観測されたGRACEデータに占める陸水起源の重力変化を適切に補正することが重要となる。私は共同研究者として、この陸水成分の補正に従事した。本研究は、国際誌Geophysical Research Lettersに投稿され受理された。3.北極域と中緯度域間で起こる海面更正気圧(SLP)のシーソー的変動を北極振動(AO)と呼び、SLPが北極域で例年より低く中緯度域で高くなったときを正のAO、その逆を負のAOと言う。AOは、北半球における冬季の気候に支配的な影響を及ぼし、その規模と傾向(正負)に応じて各地に強い寒波と積雪量の異常をもたらす。本研究ではGRACEを用いることで、AOの正負に応じた積雪量異常の特徴的な空間パターンを見出すことに初めて成功した。さらに、GPS局の地表変位や地球の励起極の移動など他の測地観測からも同様の特徴を見出した。本研究に関しては、現在論文執筆中である。本年度は重力衛星Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)で見る、1.北極振動に関連した降雨・降雪量異常、2.2011年東北地方太平洋沖地震に伴う重力変動、に関して研究を行った。1.高緯度・中緯度間で起こる大気圧のシーソー現象を北極振動と呼び、北半球のとりわけ冬季に卓越し様々な気候変動をもたらす。我々は、GRACEによる冬季の重力データから北極振動がもたらす降雨・降雪量異常のシグナルを捉え、北極振動の正のフェーズで高緯度/中緯度地域に正/負の重力偏差が、負のフェーズで逆の偏差パターンがもたらされることを突き止めた。このような傾向は、GPSの上下変位や、地球の極移動としても捉えられることが分かった。本研究成果は、Geophysical Journal Internationalに投稿され、現在改訂中である。2.地震動を起因する断層運動は、地球の表層・内部における質量構造の大規模な変動を引き起こす。そのメカニズムは、(1)密度差のある層境界の上下変動、(2)体積ひずみに伴う岩石の密度変化、によって説明できる。(1)は、地表(海底)面の隆起/沈降、モホ面の隆起/沈降によるものであり、波長の短い重力増加/減少として現れる。一方、(2)は、地殻物質の膨張/圧縮、マントル物質の圧縮/膨張によるものであり、波長の長い緩やかな重力変化として現れる。2011年東北地方太平洋沖地震は、有史以来日本で起こった最大の地震であり、GRACEで観測可能な重力変動を残した。GRACEによると、本地震に伴い東北地方で最大約7μGalの重力減が生じた。

数値シミュレーションより、これは主に(2)の体積ひずみに伴う岩石の密度変化を反映していることを突き止めた。本研究成果は、Geophysical Research Lettersに投稿され、受理された。本年度は、衛星GRACEや衛星レーザー測距SLRが取得する重力時間変動データを用いた地球雪氷圏の質量変動に関する研究に取り組んだ。まずは昨年度より進めていた、北極振動の降水/降雪量異常によって生じる北半球の重力異常に関する研究である。本成果は、査読付き国際誌Geophysical Journal Internationalにて印刷されるに至った。続いて、北極海周辺に位置する小氷河群の質量変動に関する研究を行った。新しいGRACEデータと最新の逆解析手法を用いることで、これまで困難とされた北極圏小氷河群の質量変動量の見積もりに成功した。本成果は、査読付き国際誌Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciencesに投稿され受理された。最後に、Satellite Laser Ranging(SLR)観測による地球の低次重力場変動の導出と極域氷床観測への適用に関する研究に取り組んだ。研究遂行者は、2012年2月から9月までの期間、元NASAの宇宙測地局局長で現台湾中央研究院の地球科学研究所所長であるBenjamin Fong Chao教授のもとで指導を受ける機会を得た。さらに、日本におけるSLR研究の第一人者である一橋大学の大坪俊通教授と共同研究を行う機会にも恵まれた。このような多大な協力を得ることで、従来よりも高精度なSLR低次重力場解を導くことに成功した。このSLR低次重力解を用いて、1990年代から現在に至る極域氷床とりわけグリーンランド氷床の質量変動を解析した。その成果は、国内外の学会で発表され、2012年9月に行われた日本雪氷学会・雪氷研究大会にてVery Impressive Presentation賞に選出された。本成果は現在、査読付き国際誌に投稿準備中である。北極振動に関する研究は着手して1年以上経っているにも関わらず、私の論文作成が遅れたため、未だに受理されていないでいる。少なくとも本年度中には改訂を終え、出来るだけ早い受理を目指していきたい。重力衛星GRACEが打ち上げられ運用し始め、約10年が経とうとしている。データの蓄積と解析技術の向上に伴い、これまで見えなかった小さなシグナルを捉えることに成功しつつある。我々は、北極圏に存在する小氷河帯(Iceland,Svalbard,Russian Arcticなど)の重力場が、僅かに減少傾向を示すことを発見した。その重力減の空間パターンは氷河の空間分布と一致しており、それらの地域で氷河融解が起きていることを示唆する。GPSや合成開口レーダー等の他の測地データを組み合わせ、GRACEデータの示すシグナルの正当性を議論し、より詳細に解析を進めていきたいと考えている。