hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舌切除に伴う摂食障害に関する研究-摂食の再学習に関するリハビリテーションプログラムの開発に向けて-

今後異なる舌亜全摘患者の術後経過と同様の機能評価を行い、リハビリテーションプログラム試案に向け、咀嚼に関する共通問題の抽出と強化要素を明らかにする必要が示唆された。本研究は舌切除者の摂食障害に対するストレスコーピングと代償的アプローチの実態を明らかにし、舌切除後の摂食に関する再学習のためのリハビリテーションプログラム試案を作成・検討することを目的とした。舌切除後2年から19年を経過した舌切除者10名の摂食の実態を調査した結果、以下のことが明らかになった。摂食メカニズムの過程では、捕食の段階では顔の挙上と食物を置く位置,用具の利用(ストロー)、咀嚼の過程では箸やスプーンによる食塊の移動と食物形態の工夫(ミキサ-食・刻み食・納豆や山芋などの食品の利用),送り込みと嚥下の過程では水分や汁物が用いられていた。送り込みと嚥下が最も困難なものにパン類と錠剤があった。また舌の広がりにより咀嚼障害が徐々に改善した人が2名いた。この2名の生活習慣にはカラオケなどの舌運動を活発に行う習慣があった。ストレスコーピングは摂食障害に対して問題解決的コーピングを用いる人はストレス反応が低く、消極的感情調整コーピングを用いる人はストレス反応が高かった。以上の結果、舌切除後の摂食の再学習を開始する段階で、舌切除者自身が自分に生じている問題を客観的に認識し解決する手段を試行できるような心理的支援を行う必要がある。さらに、舌切除者の摂食の再学習は特に食塊形成と送り込みに障害が残るため、残存舌の運動性を高めるリハビリテーションに加え、様々な代償的アプローチを取り入れ初期の摂食体験が失敗体験にならない支援プログラムが必要である。
病気の教育方法についての研究(バーチャル病気博物館の作成)

癌と診療科についてのアンケート日本人で急増している乳癌についての調査を高校生(1年)と大学生(医学部3年生)で実施した。乳癌に関心があるのは高校生女子で27%だったが大学生女子では80%だった。高校男子は95%が関心ないと答えた。乳癌手術を、どの診療科が行うか尋ねたところ、外科と正しく答えたのは大学生女子で66%で、他はみな50%以下だった。婦人科と答えたのが、いずれの学年でも20%近くあり、内科も数パーセントあった。日本人の青少年に癌(乳癌)への関心が低いことがわかった。また、整形外科と形成外科の違いについて理解していると思われる回答は高校生男子15%、女子27%、大学生男子42%、女子19%だった。整形と形成を反対に理解している回答は高校男子6%、女子19%、大学男子3%、女子14%で女子が誤解している割合が高かった。外国の高校生物教科書比較まとめ生物学ほど教える内容が国によって異なる科目はない。外国では高校の生物学とは病気や妊娠を含めた人間中心の生物学で、実生活に役立つ内容になっている。アメリカの教科書はエイズ、結核、癌などの重要な疾患は2回以上現れている。フランスの生物教科書は中学の段階でもヒトを中心にした高度な内容で、遺伝と神経系が重視されているが、糖尿病にも高校2年レベルで多くのページが割かれている。日本では生物学の教科書は主にヒト以外の生物が中心で生理や解剖の項目にヒトがでてくる程度でヒトの病気はほとんどでてこない。保健体育の教科書でも病気の量は少ない(エイズが最大で2ページ分、生活習慣病は表が一つだけ)。この内容では病気の発症の生物学的メカニズムから勉強する外国に比べると、疾患に対する生徒の理解がどれだけ深まりかつ興味が持てるかは疑問である。癌を含めた疾患に対する理解と知識を若い時代に深めるためにもインターネットを使ったバーチャル病気博物館の作成が必要と考えられる。1、一般の人(子供を含む)を対象にした人体、植物の構造についての見学会の開催平成17年8月ヒトの体や病気、植物の構造を顕微鏡で観察する催しを行い、実体顕微鏡で自分の皮膚を観察したり口腔粘膜の細胞標本を作成してもらい顕微鏡で観察した.。発光ダイオードをあてて育てたカイワレソバについて解説した。また、癌や腎臓病などの病気や尿の出る仕組、血液透析についてのポスターを作成展示し癌細胞のプレパラートを供覧した。2、理科大好きボランティア入門講座の講習会に参加(於京都)。3、各国の高校生物学教科書の比較検討アメリカ、フランス、ニュージーランド、中国、エジプトの高校生物の教科書を購入ないし入手して病気の扱いについて調べた。国によって生物学にたいする考え方の差が顕著で、アメリカやフランスでは教科書の中で癌や糖尿病をはじめとする生活習慣病、エイズなどの病気が、詳しく取り扱われていることがわかった。フランスでは高校では生物は選択制だが、中学で1年間勉強していて、中学高校ともヒトの生物学の教科書という面が強く写真も豊富である。日本、中国、エジプトなどはそれに比べると教科書の全体のページ数も少なく、植物を含めた生物学全体の取り扱っているが病気に関しては内容が乏しい4、海外学術調査(ニュージーランド、ダニーディン市)オタゴ大学ダニーディン病院に赴き、臓器移植と乳癌について調べたが、腎臓を含めた臓器移植の割合が日本よりも高く、人々の移植に対する考え方の違い、制度の違いなどいろいろな要因がその差を生じていると考えられた。

乳癌はニュージーランドでは乳癌の啓蒙キャンペーンを10年以上前から展開しているため、地域住民の乳癌に対する意識が高く乳癌検診特にマンモグラフィーの受診率が高い。それに対し日本での乳癌のマンモグラフィー受診率は数%と低く、さらなる啓蒙活動が必要と考えられた。1,第95日本病理学会で米国、フランス、中国、エジプト各国の高校(フランスについては中学も含む)で使われている生物学教科書についてのポスター発表、「病気の教育について-外国の生物教科書の比較」を行った。日本以外の国では、生物の授業の中で感染症等の病気が扱われている。2,医学部の3年次学生に乳ガンに関するアンケートを行ったところ、男子学生で乳ガンの手術を行うのを外科と答えたのは45%で、外科以外の科(婦人科、胸部外科等)で行っていると答えた割合は40%だった。女子では、外科と答えたもの66%、外科以外28%であった。3,観察会の実施子供を対象にした見学会夏休み体験学習「顕微鏡でヒトの体や病気を見てみよう」を実施した。平成18年8月18日4,高校生を対象に人体の構造と働きを中心とした生物の講義、実習「目で見る病気の話と人間の体の働きについて」を行った。(飯山北高校)平成19年3月1日5,第82回日本生物教育学会(於東京学芸大学)に参加。平成19年1月6,7日6,国際フォーラム「世界の大学のおけるe-Learningの動向と課題」に参加し世界の大学におけるe-learningの現況について学んだ。電気通信大学、東京、平成19年3月2日7,情報教育対応教員研修全国セミナー・Class of Tomorrow 2007に参加し、コンピューターを使った新しい教育の実践と各国のコンピューター教育に現状についての講演を聴いた。平成19年3月5日、名古屋8,ニュージーランド、オタゴ大学医学部の医学教育について調査し、表題「ニュージーランドの医学教育-医師国家試験のない国の医学教育」、を特別寄稿の形で信州医学雑誌に投稿掲載した。ニュージーランドでは国家試験の制度がなく、もっぱら実技試験を重視して医学生を教育して評価していることがわかった。
人工大腸癌幹細胞の特性維持機構の解明に基づいた、大腸癌幹細胞の新規分子標的の同定

癌幹細胞は、癌組織での存在割合が僅かであるために入手・解析が容易でなく、その生物学的特性を決定づける分子機構は未だ明らかとなっていない。本研究は、特定の転写因子(群)をSW480に導入する手法で人工大腸癌幹細胞を樹立し、その生物学的特性の獲得・維持に係る分子機構を明らかにすることで、大腸癌幹細胞を標的とし得る分子を探索するという新たな系の確立を目的として行った。人工大腸癌幹細胞を作製し、獲得した種々の生物学的特性に対して各導入因子がどのように関与しているかについて調べ、さらに、マイクロアレイにて遺伝子発現プロファイリングを行い、癌幹細胞特性の維持に必須の遺伝子についての解析をすることができた。大腸癌細胞株に3つの転写因子OSK(O:OCT3/4, S:SOX2, K:KLF4)を同時に導入して作製できる人工大腸癌幹細胞を用い、この細胞における癌幹細胞特性維持に必須の分子機構を同定するため以下のことを行った。1)retovirus vectorを用いて1Mock(empty vector)導入株、2O導入株、3S導入株、4K導入株、5OK導入株、6SK導入株、7OS導入株、8OSK導入株(bulk)、9人工大腸癌幹細胞(8より選択的に回収)、10非人工癌幹細胞集団(8のうち9以外の細胞集団)、計10株の作製を行った。また、これらからRNAの回収・精製を行った。2)OSKの下流で惹起される癌幹細特性に係る転写因子ネットワークをより確実に同定するため、一過性OSK発現ベクター(Tet-on/rtTAシステム)を作製した。これを大腸癌細胞株に導入した結果、テトラサイクリン依存的にOSKの発現誘導が可能であり、さらに、これによって薬剤排泄能の高い細胞集団が出現すること、この細胞集団で癌幹細胞特性(スフィア形成能,腫瘍形成能)が増大していることが明らかとなった。この細胞集団を選択的に回収し、RNAの回収・精製を行った。個々の導入因子の組み合わせと誘導された癌幹細胞特性との関わりについて検討し、さらに人工大腸癌幹細胞で癌幹細胞特性維持に必須の特異的転写因子ネットワークを明らかにするため、1)および2)から得られたRNAをマイクロアレイに提出した。本年度は、研究計画に沿って概ね予定された範囲内で遂行できていると思われる。本研究は、大腸癌細胞株に三つの転写因子OSK(O:OCT3/4, S:SOX2, K:KLF4)を同時に導入して作製できる人工大腸癌幹細胞を用いて、これらの因子によって惹起される分子の中で、この細胞における癌幹細胞特性の維持に必須の分子機構を明らかにし、大腸癌幹細胞を治療標的とし得るバイオマーカーの探索・同定を目的として、本年度は以下のことを実施した。1)1Mock導入株、2O導入株、3S導入株、4K導入株、5OK導入株、6SK導入株、7OS導入株、8OSK導入株(bulk)、9人工大腸癌幹細胞(8より選択的に回収)、10非人工癌幹細胞集団(8のうち9以外の細胞集団)、それぞれの細胞株から抽出したRNAを用いて網羅的遺伝子発現解析を行い、各導入細胞株間で差のある遺伝子群の抽出およびそのリスト化を行うことができた。加えて、研究分担者の協力のもと、正常大腸幹細胞と共通しない大腸癌幹細胞に特異的な表面マーカーの発現に関わる分子機構についての検討も行った。2)個々の導入因子が人工大腸癌幹細胞に誘導された癌幹細胞特性へどのように影響しているかを明らかにするために、単因子、二因子、三因子(bulk)それぞれの組み合わせを導入した細胞株すべてを用いて、誘導される癌幹細胞特性についての機能解析を行い評価した。その一次評価項目については、人工大腸癌幹細胞が獲得した癌幹細胞特性の中で特に重要と考えられる、腫瘍形成能・腫瘍内多様性形成能・細胞極性形成能・薬剤排泄能とした。その結果、腫瘍形成能にはKが、細胞極性形成能にはOとKが、薬剤排泄能にはOとSが強く関与していることが分かった。また、OSKの組み合わせのみが腫瘍内の多様性形成能に強く関与すること、および、OSの組み合わせでは個々を導入した場合と比べて著明に薬剤排泄能が増大することが分かった。本研究の目的である人工大腸癌幹細胞の癌幹細胞特性維持に必須の分子機構を明らかにするためには、人工大腸癌幹細胞が獲得した癌幹細胞特性(癌幹細胞特異的表面マーカー発現、スフィア形成・薬剤排泄・腫瘍形成・腫瘍内の多様性形成・細胞極性形成などの能力)について、導入した遺伝子が個々あるいは相加(相乗)的にどのように影響しているかを明らかにする必要があると考え、本年度はこれらの機能解析を含めた評価を行った。当初の計画に加えて行ったために若干の遅れを生じてしまった。しかし、各因子導入株間で差のある遺伝子群のリスト化は計画通りに達成できたことから、これらの結果は、導入因子によって惹起される下流因子や転写因子ネットワークについての検討を今後行う際に、分子機構と表現系との関係についてのより詳細な解析を可能にすると思われ、本研究の遂行に対して正の影響を与える要素になると考えている。癌組織中にごく少数ながら存在する癌幹細胞は、癌組織の維持・進展・転移といった癌予後不良の責任細胞であると考えられている。しかし、癌切除検体からの癌幹細胞の回収・解析は容易でないために、癌幹細胞がもつ生物学的特性の獲得・維持に係る分子機構は未だ十分に明らかでなく、癌幹細胞を標的とする治療法も未確立である。

本研究は、大腸癌細胞株SW480に対して三つの転写因子(OCT3/4, SOX2, KLF4)を同時に導入することで人為的に作製できる"人工大腸癌幹細胞"を用い、この細胞における癌幹細胞特性の獲得・維持に関わる分子機構を明らかにすることによって大腸癌幹細胞を治療標的とし得る分子を同定する、という新しい系の確立を目的として行った。まず、研究代表者らが報告した方法を用いて人工大腸癌幹細胞を作製した。また、人工大腸癌幹細胞を選択的に回収する方法について技術的に簡素化を行った。さらに、人工大腸癌幹細胞が獲得した癌幹細胞特性について、上述の個々の導入因子がどのように寄与するのかを明らかにするために、単因子、二因子、三因子それぞれの組み合わせを導入した細胞株もすべて樹立し、それぞれその特性について調べた。樹立した全ての細胞株からRNAを回収し、マイクロアレイを用いて網羅的遺伝子発現を評価した。これにより、人工大腸癌幹細胞において発現が有意に変動した遺伝子を明らかすることができ、ontology解析、Gene Set Enrichment解析、クラスタリング解析も行った。癌幹細胞特性の維持に必須の因子を明らかにするため、上記解析により抽出した遺伝子のうち上位の遺伝子・転写因子に注目して、細胞生物学的手法でこれらの機能解析を現在進めている。今後、大腸癌幹細胞の分子機構を基盤とした新規バイオマーカーの発見および癌幹細胞を治療標的とし得る分子の同定へと展開していくことが期待される。癌幹細胞は、癌組織での存在割合が僅かであるために入手・解析が容易でなく、その生物学的特性を決定づける分子機構は未だ明らかとなっていない。本研究は、特定の転写因子(群)をSW480に導入する手法で人工大腸癌幹細胞を樹立し、その生物学的特性の獲得・維持に係る分子機構を明らかにすることで、大腸癌幹細胞を標的とし得る分子を探索するという新たな系の確立を目的として行った。人工大腸癌幹細胞を作製し、獲得した種々の生物学的特性に対して各導入因子がどのように関与しているかについて調べ、さらに、マイクロアレイにて遺伝子発現プロファイリングを行い、癌幹細胞特性の維持に必須の遺伝子についての解析をすることができた。1)マイクロアレイによる遺伝子発現解析によって、人工大腸癌幹細胞における癌幹細胞特性維持に必須の分子機構を探索する。2)人工大腸癌幹細胞で有意に高発現している転写因子群について、これらの機能解析を行う。3)2)によって、癌幹細胞特性維持に必須の転写因子と判断された遺伝子群について、臨床検体における遺伝子発現・予後プロファイルとの比較を行う。以上によって、臨床検体でのこれらの遺伝子の発現意義について検討する予定である。これまでに得られた各細胞株間で差のある遺伝子群のリストを用いて、導入因子によって惹起される遺伝子群の中から人工大腸癌幹細胞においてその特性の維持に必要な分子機構について明らかにする。平成28年度の成果により、人工大腸癌幹細胞が獲得した癌幹細胞特性のうちでいずれの特性(表現系)がいずれの導入因子と相関が強いかを照らし合わせることが可能となった。今後は、人工大腸癌幹細胞において統計学的に有意に発現変化している遺伝子群の中で上位のものについて着目し、それらが誘導された癌幹細胞特性の維持に必須であるか否かについての機能解析を行う。
インターカレーションによる層状化合物の局所原子構造と蛍光性

近年の情報高密度化に伴い,紫外もしくは遠紫外域(210 nm)で駆動するコンパクトでかつ高効率な光電子デバイスの開発が注目を集めている.本研究では代表的な窒化物である六方晶窒化ホウ素に注目し,希土類元素を賦活することによる半導体化の可能性を検討した.原子分解能を有する走査透過型電子顕微鏡を用いて,賦活した希土類元素が格子位置ではなく層間に導入されていることが予見される結果が得られた.このように,大きなイオン半径を有するドーパントを賦活するには層状化合物が有用であることが示唆される.本年度はCeをドープした数原子層の厚みを持った清浄なh-BNを準備し,かつそれを確認する手法を確立することである.幾つかの方法を試みたが,結果として超音波による剥離法で極めて清浄な試料が得られることが分かった.また,単原子層の場合には60 kVや80 kVの低加速電圧の電子顕微鏡法でも試料ダメージにより,観察が困難であったが,数原子層の場合には80 kVでの観察も容易に行えることを確認した.したがって,本年度の研究目標は達成されている.しかしながら,不純物元素の同定が容易では無いことが明らかとなった.超音波による試料準備により,極めて不純物の少ない清浄な試料が準備出来るようになったものの,これらの不純物は単原子もしくは数原子から成るクラスターであり,分光分析でも容易ではない.本年度は電子エネルギー損失分光(EELS)による同定のみを行ってきたが,来年度はX線分光(EDS)を併用して,不純物元素の同定を行う予定である.本年度の研究成果として,h-BNの数原子層を準備する以前に,グラファイトから数原子層のグラフェンを得る予備実験を行った.その際に興味深い数原子層からなるモアレ原子構造が観察されたため,モアレ構造解析を行い,論文として発表した(R. Ishikawa et al., Sci. Rep 6 21273 (2016)).派生研究ではあるが,二次元物質系の構造を決定する際に,今後役立つと考えている.本年度の研究計画は“清浄な薄片試料の作製手法の確立および最適な観察条件の探索"である.数原子層の二次元物質を取得するにあたり,グラファイトを出発物質として数原子層のグラフェンの試料作製を行った.粘着テープによる剥離を検討したが,TEMグリッドへの転写の際にアモルファスカーボンが破損するなどの問題が生じた.そこで,本年度は超音波による剥離を行った.バルク試料を無水エタノール中に浸し,幾つかの異なる周波数帯の超音波に晒した.得られた分散溶液をTEMグリッドへ転送することで電子顕微鏡観察用の試料とした.同様の方法をターゲット物質であるh-BN:Ceに対しても行った.良く知られているように,低次元物質はknock-onダメージにより高加速電圧の電子顕微鏡法では観察が困難である.そこで,60 kVおよび80 kVの低加速電圧での観察を実施した.h-BNは絶縁体であるため,60 kVや80 kVの低加速電圧でも単原子層は電子線照射ダメージに大変弱く観察が難しい.しかしながら,数原子層の場合は比較的ダメージに強く80 kVでかつ20 pA程度の電流量であればでも問題なく観察できることが分かった.幾つかの方法で作成した数原子層のh-BNを観察したが,超音波による方法では遷移金属やシリコンなどのコンタミネーションも極めて少なく,最も清浄であることが分かった.また,グラフェンと比較してh-BNは原子レベルで広範に渡って平坦な数原子層が得られ,観察に適していることが分かった.本研究では,希土類元素をドープした六方晶系窒化ホウ素において観察された発光起源の原子・電子構造を明らかにすることを目的とした.これらを明らかにするため,原子番号に依存したコントラストが得られる環状暗視野法(ADF-STEM)を用いた局所構造解析を行った.電子顕微鏡では薄片化した清浄なサンプルが必要となるため,初年度はスコッチテープ等を用いた薄片化を試みた.得られた薄片化試料を電子顕微鏡用グリッドに転写し,実際に原子分解能での観察が可能であることを確認した.試料は大気中で転写しているため,炭化水素系のコンタミネーションが見られた.真空中で転写したサンプルを400°C程度で熱処理を行うことにより,これらのコンタミを取り除くことが可能であることが明らかとなった.試料は複数原子層であるものの,電子線による試料ダメージ観察されたため,低加速電圧である80kVでの観察が重要であることが明らかとなった.ADF-STEM法を用いることより,単原子状態の希土類元素が試料中に分散されていることが直接観察でき,その原子サイトはホウ素や窒素サイトではなかった.一方で,連続して同領域を観察していると希土類単原子が電子線照射により動いていることが分かった.すなわち,発光起源である希土類元素は置換ではなく層間に挿入されていることが予想される.以上の結果より,高温高圧条件を用いることにより,イオン半径によらず様々な元素がドープでき,半導体あるいは絶縁体に新たな機能を付与できることが明らかとなった.

近年の情報高密度化に伴い,紫外もしくは遠紫外域(210 nm)で駆動するコンパクトでかつ高効率な光電子デバイスの開発が注目を集めている.本研究では代表的な窒化物である六方晶窒化ホウ素に注目し,希土類元素を賦活することによる半導体化の可能性を検討した.原子分解能を有する走査透過型電子顕微鏡を用いて,賦活した希土類元素が格子位置ではなく層間に導入されていることが予見される結果が得られた.このように,大きなイオン半径を有するドーパントを賦活するには層状化合物が有用であることが示唆される.これまでの観察で,幾つかの不純物元素の存在を確認したが,期待していたCeであることが確認されなかった.確認する手法として電子エネルギー損失分光(EELS)を用いていたが,CeのL端は比較的エネルギーが大きく,単原子から取得することは難しい.そこで,本年度はX線分光(EDS)を併用することにする.この場合,どのような不純物であっても,単原子レベルでEELSよりも容易に確認できる.不純物を発見した際に,動的な観察をSTEMで出来るようにソフトウェアの構築を行ったので,EDSによる不純物元素の同定が出来れば,発光原因であるCeのh-BN中での状態を明らかにすることが可能となる.金属,セラミックス,電子顕微鏡本年度は予定よりもやや少なめの予算で実施出来たため,来年度に残額を持ち越した.昨年度の実施の中で,様々な波長帯の超音波による剥離が有用であることが分かったので,異なる波長を発生できる超音波装置を導入する予定である.
エネルギー物質の非理想爆ごうモデルの確立と爆発リスク解析システムへの導入

最終年度にあたる平成17年度は,典型的な非理想爆轟挙動を呈する産業爆薬である硝安油剤爆薬(ANFO)に加え,硝安と活性炭粉末を混合した組成物を作製し,硝安の物性,混合組成比が爆発燃焼特性ならびに衝撃波起爆時の爆轟特性に与える影響について検討した。これらの成果は,次世代のエアバッグやロケット推進薬として硝酸アンモニウムを用いる際の性能および安全性の検討に不可欠な情報となる。その結果,粉末状硝安に活性炭を混合した場合,わずか0.1%混合しただけでも爆轟特性が向上し,実験室規模においても定常爆轟することを見出した。また,混合比を増加させた場合,化学量論組成である硝安/活性炭=93/7よりも活性炭量が少ない5%において爆轟性能が最高となり,この系の爆轟特性は化学的因子とともに物理的因子が大きく影響することが明らかとなった。一方,粒状硝安やプリル硝安については,起爆感度は低いものの,粉末状硝安と同様な傾向が見られた。さらに,CHEETAHによる熱化学平衡計算による理論値と比較を行い,爆轟波面での反応率の推定を行い,非理想爆轟現象ついて考察を行った。3年間の研究成果により,エネルギー物質への衝撃エネルギーの付与による反応開始から,反応進行,定常爆轟に至る超高速のプロセスを,高分解能ピエゾ抵抗圧力素子を利用した計測システムにより実時間計測を行い,爆轟速度と圧力の計測結果に基づく現象解析と超高速度カメラ撮影による凍結画像により確認し,それらを基に極限反応の機構に関する情報を得る手法を確立した。尚,1次元の古典的爆轟理論を用いた従来の爆発リスクアセスメントシステムへの,詳細な爆轟モデルの導入については今後の課題となった。従来,技術システムにおける爆発リスクの算出においては,爆発の発生確率とそれによる威力の解析を行い,双方をF-N曲線やリスクマトリクス等で評価し,リスク低減策の検討が行われてきた。そこではたとえばTNT(トリニトロトルエン)を基準とした爆発発生確率や爆発威力の推定が行われてきた。しかし,近年では製品の高付加価値化の要求に基づいて,特殊化学品のような爆発特性未知な新規物質や起爆や取扱条件等によって異なる反応性を示す物質の導入が多く,個々の物質特性に基づいた適切な評価を行うことが不可欠となっており,新たな基本概念,爆発理論に基づく爆発現象のリスクアセスメントへの導入が強く求められている。本研究においては,エネルギー物質への衝撃エネルギーの付与による反応開始から,反応進行,定常爆轟に至る超高速のプロセスを,高分解能ピエゾ抵抗圧力素子を利用した計測システムにより爆轟速度,圧力に関する実時間計測を行い,計測結果の現象解析と超高速度カメラおよび高速度ビデオ撮影による凍結画像により確認し、それらを基に極限反応の機構に関する分子論的解釈とモデルの確立を試み,その上でリスクアセスメントシステムへの導入を図ることを最終目標としている。初年度にあたる平成15年度の成果は以下の通りである。典型的な非理想爆轟挙動を呈する産業爆薬として,硝安油剤爆薬(ANFO)およびエマルション爆薬を試料とし,起爆薬による点起爆と衝撃波レンズを用いた平面衝撃起爆を行い,エネルギー入射から起爆に至るまでの試料内圧力履歴および,衝撃波通過時間の実時間計測システムの開発を行った。また,ナノ秒オーダーでの計測が可能なマンガニン圧力センサーにより,定常爆轟伝播中の爆轟波面の圧力履歴を計測し,同時に実施する超高速度カメラによる爆轟波面の曲率に関する情報から,爆轟パラメータと反応率との相関について考察を行った。

研究2年目にあたる本年度は,昨年度に引き続き,典型的な非理想爆轟挙動を呈する産業爆薬として,硝安油剤爆薬(ANFO)を試料とし,衝撃波レンズを用いた平面衝撃起爆を行った際の,エネルギー入射から起爆に至るまでの試料内圧力履歴および,衝撃波通過時間の実時間計測を行った。特に,超高速度カメラを用いて定常爆轟伝播中の爆轟波面の曲率を測定し,爆轟波面の曲率に関する情報から,爆轟パラメータと反応率との相関について考察を行った。これらの結果をナノ秒オーダーでの計測が可能なマンガニン圧力センサーによって測定した圧力履歴と比較を行い,爆轟波の2次元構造に関する情報を得た。また,硝安と活性炭粉末を混合した組成物を作製し,爆発燃焼特性ならびに衝撃波起爆時の爆轟特性について検討した。さらに,CHEETAHによる熱化学平衡計算による理論値と比較を行い,物理的特性ならびに化学的特性が爆轟挙動に及ぼす影響について考察を行った。これらの成果は,次世代のエアバッグやロケット推進薬として硝酸アンモニウムを用いる際の性能および安全性の検討に不可欠な情報となる。次年度は最終年度となるため,エネルギー物質への衝撃エネルギーの付与による反応開始から,反応進行,定常爆轟に至る超高速のプロセスを,高分解能ピエゾ抵抗圧力素子を利用した計測システムにより爆轟速度,圧力に関する実時間計測を行い,計測結果の現象解析と超高速度カメラおよび高速度ビデオ撮影による凍結画像により確認し,それらを基に極限反応の機構に関する分子論的解釈とモデルの確立を試み,その上でリスクアセスメントシステムへの導入を図る予定である。最終年度にあたる平成17年度は,典型的な非理想爆轟挙動を呈する産業爆薬である硝安油剤爆薬(ANFO)に加え,硝安と活性炭粉末を混合した組成物を作製し,硝安の物性,混合組成比が爆発燃焼特性ならびに衝撃波起爆時の爆轟特性に与える影響について検討した。その結果,粉末状硝安に活性炭を混合した場合,わずか0.1%混合しただけでも爆轟特性が向上し,実験室規模においても定常爆轟することを見出した。また,混合比を増加させた場合,化学量論組成である硝安/活性炭=93/7よりも活性炭量が少ない5%において爆轟性能が最高となり,この系の爆轟特性は化学的因子とともに物理的因子が大きく影響することが明らかとなった。一方,粒状硝安やプリル硝安については,起爆感度は低いものの,粉末状硝安と同様な傾向が見られた。さらに,CHEETAHによる熱化学平衡計算による理論値と比較を行い,爆轟波面での反応率の推定を行い,非理想爆轟現象ついて考察を行った。3年間の研究成果により,エネルギー物質への衝撃エネルギーの付与による反応開始から,反応進行,定常爆轟に至る超高速のプロセスを,高分解能ピエゾ抵抗圧力素子を利用した計測システムにより実時間計測を行い,爆轟速度と圧力の計測結果に基づく現象解析と超高速度カメラ撮影による凍結画像により確認し,それらを基に極限反応の機構に関する情報を得る手法を確立した。尚,1次元の古典的爆轟理論を用いた従来の爆発リスクアセスメントシステムへの,詳細な爆轟モデルの導入については今後の課題となった。
自然災害研究の統合化と災害知識伝達

今年度は、アジア太平洋地域で発生している自然災害の研究事例を統合化することを中心に研究を行った。また、2004年度では日本で異常な洪水・台風災害が発生していることもあり、自然災害のなかでも洪水事例を多く取り上げることにした。さらに、アジア太平洋地域で発生した自然災害についても、統計資料、及び、データなどを収集して、統計的な処理を行い、分析を行った。この際、ことに社会的な見地、人文科学的な研究視点に立脚して、自然災害の研究を行っている研究者に面会することにした。自然災害の研究概況を掌握するために、岐阜大学工学部の高木先生に面会して、工学部における日本人研究者の災害研究の蓄積と現在の研究動向を探るとともに、岐阜大学においてジョイント講義を行い、岐阜大学の研究者との研究連絡の輪を作り、今後の研究の展望を話しあうとともに、ヨーロッパにおける自然災害研究者との知識を共有するために数回の討議を行った。また、アジア各国からの研究者との面会を行い、欧米とアジアの自然環境認識の違いについて話し合った。さらに、つくばの防災科学研究所佐藤研究室を訪問し、日本で試みている「統合的な自然災害研究の将来的な方針」を聴取するとともに、ドイツの防災システムについてのユルゲンが報告し、意見交換を行った。さらに、神戸市で開催された「地震災害10年」の企画による国際会議(自然災害会議)に参加して、各国からの来日している研究者および行政、研究機関の事務官、国連の各機関の実務担当官との個別の会合を持ち、2004年度及び2005年度始めの災害研究のあり方、及び、実務としての自然災害・防災・警報システムに関わる手法、技術などの討議を行った。学内においては、水曜日午後にサイエンスコミュニケーショの講義を行い、日本人学生に向けた災害研究の知識の共有に関する自主ゼミの中で、科学知識の統合化に関わるゲーミング理論を構築するとともに実践した。また、これらの研究を通して、4月2日には弥生講堂において研究成果の一部を発表した。
オルガノイドへのヒトノロウイルス侵入メカニズムと胆汁の役割の解明

ヒトノロウイルスは大規模集団食中毒を引き起こすウイルスとして認識されている。しかし、近年まで安定的なin vitro培養系がなかったことから感染メカニズムに不明な点が多く、特にウイルスの細胞侵入に関する知見は非常に少ない。本研究課題では、HuNoVの細胞侵入メカニズムを明らかにすることを目的として、ヒト小腸幹細胞由来オルガノイドへの感染に胆汁を必要とするGII.3 HuNoVを用いた研究を展開する。初年度は(1) GII.3 HuNoVのオルガノイドへの感染に関与する胆汁成分の同定、及び(2)同定した胆汁成分のウイルス感染時における役割の解析を行った。(1)GII.3 HuNoV感染に関与する胆汁成分の同定:これまでの研究から、候補分子はヒト、ブタ及びウシに共通しており、98°Cで10分間の加熱、24時間のトリプシン消化に影響されない分子であることが予想されていた。そこで胆汁主成分である胆汁酸を候補分子とし、13種類の各種胆汁酸をGII.3 HuNoV感染時に培地に添加し、ウイルス増殖をリアルタイムPCRで評価した。その結果、検討した胆汁酸のうちの大半でウイルス増殖が認められた。さらにウイルス増殖量が胆汁酸の疎水度と有意に相関することを見出した。(2)同定した胆汁成分のウイルス感染時における役割の解析:胆汁酸の界面活性剤としての機能がウイルス感染に関与している可能性を考え、イオン性、非イオン性及び両性界面活性剤を培地に添加したが、ウイルス増殖は認められなかった。次に胆汁酸の生理活性分子としての機能を評価するため、典型的な胆汁酸レセプターであるファルネソイドX受容体(FXR)及びGタンパク質結合受容体(TGR5)の関与を、各受容体に特異的なアゴニストやアンタゴニストを用いて評価したところ、GII.3 HuNoV感染はこれらの受容体に非依存的であることが示された。初年度の目標として掲げていた2つの項目のうち「胆汁成分の同定」については、胆汁酸がGII.3 HuNoV感染に関与していることを明らかにした。一方で「胆汁成分の機能」については、一般的に知られていない胆汁酸受容体がGII.3 HuNoV感染に関与していることを示唆した。HuNoVと同じカリシウイルス科に属する他のウイルスの先行研究も参考にしつつ、胆汁酸の機能解析を進めていく。特に、本年度に明らかにした「HuNoV増殖量と胆汁酸疎水度」を切り口として、関連するメカニズムを解析する予定である。年度末納品等にかかる支払いが平成31年4月1日以降となったもの、また納期の遅れにより納入が年度内に間に合わなかったものがあるため。当該支出分については次年度の実支出額に計上予定である。また、オルガノイド培養培地に関する試薬の最適化を行なった結果、コスト削減に成功したことも次年度使用額が生じた一因となった。次年度、培養培地に充てる予定であった予算については胆汁酸の機能解析に用いる阻害剤等の購入に充てる。
音声認識技術による聴覚障害学生支援システムにおける字幕呈示方法の改善に関わる研究

本研究は、音声言語を字幕化する際に、音声言語には含まれるものの文字化によって抜け落ちる幾つかの言語情報に焦点を当て、どのような言語情報の欠落が字幕の理解にどのように影響を与えるかを検証したものである。あわせて、表記の違いによる認知のしやすさも検討し、その結果を基に、効果的な字幕呈示方法を提案した。なお、本研究は、理論的研究であると同時に、常に実験により実証的な検証を行い、それらの結果に基づく改良モデルを提案した本研究は、音声言語を字幕化する際に、音声言語には含まれるものの文字化によって抜け落ちる幾つかの言語情報に焦点を当て、どのような言語情報の欠落が字幕の理解にどのように影響を与えるかを検証したものである。なお、本研究は、理論的研究であると同時に、常に実験により実証的な検証を行い、それらの結果に基づく改良モデルを提案した我々は,音声認識技術を用いた「音声同時字幕システム」の運用を行う中で,聴覚障害者が感じている字幕の読みにくさは,漢字等の誤認識だけではなく,言い誤りや会話的な表現など,話し言葉固有の性質にも原因があるのではないかと考えるに至った。そこで本研究では,話し言葉固有の性質による読みにくさを含む字幕を読んでいる時の眼球運動を測定し,読み返しの多さを定量的に調べると同時に,どのような表現部分の文章認知が困難であったかについて,被験者への聞き取りデータと合わせて実証的に明らかにすることを試みた。検証の結果、「音声同時字幕システム」において,誤認識が全くない状態で話者の発話を忠実に文字化されていても,話し言葉固有の性質によって,読みにくさ,意味の理解しにくさが残されていることが明らかになった。書き言葉は事前に準備され,周到に練り上げられた高度に圧縮された表現であるのに対して,話し言葉は,事前の準備なしにとぎれとぎれに冗長な表現で文を産出していくという違いがある。そのため,多数の従属節が繋がり,節と節の関係がつかみにくく,句点がほとんどない長大な文が産出されたり,そこに,前の文脈との関連がない接続詞が使用されたりすることが重なって,読みにくさが増していることが考えられる。更に、聴覚障害者と聴者では,読みにくさが異なる表現部分があることも明らかになった。書き言葉ではほとんど用いられないが,話し言葉ではよく用いられる会話的な表現や用法は,日常会話の中でそれらを実際に経験することができない聴覚障害者にとって慣れない表現であり,違和感やとまどいを覚えるためであると思われる。本研究は,音声同時字幕システムについて,現存の字幕呈示条件下における読みの状態を客観的に把握し,字幕の読みやすさに関与する幾つかの因子について分析、検証を行い,それらの因子を字幕に反映させる方法を検討し,文法エラーを含む文であってもスムースに理解可能な改良モデルを構築するという過程で進められている。本年度はこのうち,話し言葉の読みやすい字幕呈示を行うための検討課題の抽出(字幕のわかりにくさなどについて客観的なデータを採取し把握する),字幕化において捨象される情報の検討,(音声言語におけるパラ言語情報や談話標識が,どのような機能を果たしているのかについて,これまで蓄積された音声データと字幕データを照合して分析し,表記の有無等について再検討を行う),音声言語と文字言語における認知過程の相違に注目した検討(音声言語と文字言語とで理解のプロセスが異なるかどうかの実証的な検討)を前年度に継続して実施した。また,それらの知見をもとに,システムの運用の中で実際にどのように字幕を提示すれば,その理解をより容易なものとできるかについての実験を行い,改行位置の違いなどが字幕の読みにどのような影響を与えるかについて検証した。これらの研究は,音声同時字幕システムの運用を進めるに辺り,改良の余地の大きな部分であり,情報保障手段としての音声同時字幕システムの実用化のために不可欠なものである。あわせて、表記の違いによる認知のしやすさも検討し、その結果を基に、効果的な字幕呈示方法を提案することを目的とした。なお、本研究は、理論的研究であると同時に、常に実験により実証的な検証を行うこと、それらの結果に基づく改良モデルを構築し、聴覚障害学生の情報保障に貢献する事を目指した。前年度の研究においては、音声言語をそのまま字幕化することのよって字幕の読みにくさを生じさせる要因について検証した。その結果、音声言語に含まれる、イントネーション、ポーズ、フィラーなどの要素が文字化される際に捨象され、それによって、文字化された字幕が読みにくくなっていることが明らかとなった。本年度ほこれまでの研究によって得られた知見をもとに、聴覚障害者にわかりやすく字幕を提示する方法を検討することとし、幾つかの方策を行いながら字幕運用実験を行った。そこでは、特に、音声を文字化する際に、話し言葉のポーズやフィラーの代用として改行を用いることが、どのような効果を生むかについて重点的に検証した。その結果、適切な位置での改行は字幕を理解しやすくする効果があることが確認された。また、運用実験後のアンケート調査の実施などにより、新たな字幕提示の方法がどのような効果を生んでいるのかを検証し、今後の課題の抽出、さらなる改良の方策を検討した。
四肢の虚血・再環流障害におけるエンドセリンの役割

ウサギをpentobarbital全身投与で麻酔し、仰臥位で保定した後、タ-ニケットを用い後肢の虚血-再環流実験モデルを作成した。後肢はバリカンおよび除毛クリームを用いて脱毛を行い、下腿前面皮膚に水素クリアランス電極と酸素分圧測定用電極を設置した。ウサギは2時間虚血群、4時間虚血群、6時間虚血群、8時間虚血群および対照群に分け、それぞれタ-ニケットにより2時間、4時間、6時間駆血、8時間駆血無駆血を行った。駆血前、再潅流直後、再潅流15分、30分、1時間、2時間後に水素クリアランス血流計により皮膚の血流を測定した。同時に、組織内酸素分圧連続測定装置により皮膚の酸素分圧を測定した。同様にウサギの2時間虚血群、4時間虚血群、6時間虚血群、8時間虚血群および対照群を用いて、各群の駆血前、再潅流直後、再潅流15分、30分、1時間、2時間後に下肢の皮膚と筋組織を採取して組織中のエンドセリン-1とトロンボキサンB2濃度を測定した。結果:1)虚血、再潅流後の下腿血流変化。タ-ニケットによる駆血後、皮膚血流は0となった。2時間虚血群では、再潅流後血流は増加し駆血解除後15分から30分で最高値となり、その値は駆血前より高い値を示した。4時間虚血群では再潅流後皮膚血流の回復を認めたが、最高値は2時間群に比べて低く、遅れる傾向を示した。8時間虚血群では再潅流後に血流の再開を認めないNo reflow phenomenonを示すものが約半数に出現した。2)各虚血時期での組織中のエンドセリン-1とトロンボキサンB2濃度をEIAにより測定したところ、虚血時間の延長に伴ってエンドセリン-1とトロンボキサンB2濃度は増加した。ウサギをpentobarbital全身投与で麻酔し、仰臥位で保定した後、ターニケットを用い後肢の虚血-再環流実験モデルを作成した。下腿の前脛骨コンパートメントにミラーカテーテルを挿入し、コンパートメント内圧を測定した。ウサギは2時間虚血群、4時間虚血群、6時間虚血群、および対照群に分け、それぞれターニケットにより2時間、4時間、6時間駆血、無駆血を行った。同時に、組織内酸素分圧連続測定装置により皮膚の酸素分圧を測定し、前脛骨コンパートメント内圧も連続測定した。ターニケットによる駆血後、皮膚血流は0となった。6時間虚血群では再潅流後に血流の再開を認めないNo reflow phenomenonを示すものが約半数に出現した。

2)虚血、再潅流後の下腿皮膚酸素分圧変化。駆血前には下腿皮膚の酸素分圧は平均80mmHgであったが、駆血後酸素分圧は低下し、再潅流とともに再び増加した。3)虚血、再潅流後のコンパート内圧変化。駆血前、前脛骨コンパート内圧は平均15mmHgであったが、2時間虚血により再潅流後30mmHgまで増加した。この増加は再潅流後約2時間接続した。4時間虚血群では内圧増加は2時間虚血群より高く、遷延する傾向を示した。ウサギをpentobarbital全身投与で麻酔し、仰臥位で保定した後、タ-ニケットを用い後肢の虚血-再還流実験モデルを作成した。後肢はバリカンおよび除毛クリームを用いて脱毛を行い、下腿全面皮膚に水素クリアランス電極と酸素分圧測定用電極を設置した。ウサギは2時間虚血群、4時間虚血群、6時間虚血群、8時間虚血群および対照群に分け、それぞれタ-ニケットにより2時間、4時間、6時間駆血、8時間駆血無駆血を行った。駆血前、再灌流直後、再灌流15分、30分、1時間、2時間後に水素クリアランス血流計により皮膚の血流を測定した。同時に、組織内酸素分圧連続測定装置により皮膚の酸素分圧を測定した。同様にウサギの2時間虚血群、4時間虚血群、6時間虚血群、8時間虚血群および対照群を用いて、各群の駆血前、再灌流直後、再灌流15分、30分、1時間、2時間後に下肢の皮膚と筋組織を採取して組織中のエンドセエリン-1とトロンボキサンB2濃度を測定した。結果:1)虚血、再灌流後の下腿血流変化。タ-ニケットによる駆血後、皮膚血流0となった。2時間虚血群では、再灌流後血流は増加し駆血解除後15分から30分で最高値となり、その値は駆血前より高い値を示した。4時間虚血群では再灌流後皮膚血流の回復を認めたが、最高値は2時間群に比べて低く、遅れる傾向を示した。8時間虚血群では再灌流後に血流の再開を認めないNo reflowphenomenonを示すものが約半数に出現した。2)各虚血時期での組織中のエンドセリン-1とトロンボキサンB2濃度をELAにより測定したところ、虚血時間の延長に伴ってエンドセリン-1とトロンボキサンB2濃度は増加した。
陰影と光沢が物体色認知へ与える影響と下側頭皮質の役割

ヒトは物体の色を容易に判断できる。しかし、物体画像には陰影や光沢といった物体の色とは異なる成分が重なっており、これらの成分を除去しなければ物体の色は認識できない。それがどのような神経メカニズムによって成し遂げられているのか、そもそも物体色の成分を抽出した情報表現が脳に存在するのかは明らかでない。色情報は大脳皮質の腹側経路をたどり、最終的に下側頭皮質に到達する。色認知に重要なこの領域であれば、物体の色を抽出した結果がニューロン活動に反映されているかもしれない。これを確かめるために、色と陰影と光沢を独立に操作した刺激を用意し神経応答を比較する実験を行った。昨年度に引き続き、細胞の色選択性が刺激輝度によってどのように影響されるかを一様画像により調査した。さらに陰影をもった物体画像への色選択性応答を測定し比較した。その結果、刺激輝度に依存せず不変的な色選択性特性を持つ細胞が見つかる一方で、特定の輝度に対して極めて強い色選択性応答を示す細胞、さらに、輝度に応じて最適色が色平面上をスライドしていく細胞が見つかった。物体画像に対しては一様画像と同一の色選択性応答を示すことが多く、細胞にとって最適輝度条件での色選択性応答と最も相関係数が高かった。このことは、下側頭皮質において不変的な物体色情報表現を行っているという考えを支持する。また、物体の輝き感認識を生み出す錯視について、刺激輝度に依存しない明るさ向上現象を発見した。一様な白色領域の周辺に明暗のグラデーションを重ねると輝き感や明るさ感が生み出されることが知られている。この明るさ感向上はスクリーン背景を一定にしたもとで、画像刺激の輝度を変えても一定の比率で生じること、灰色と認知されている条件であっても明るく見えることがヒト心理実験により明らかになった。今後、物体色と光源色の認識との関係性を調査する際の応用が期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトは物体の色を容易に判断できるが、物体画像に含まれる陰影や光沢などの成分をどのようにして除去し認識しているのか、その神経メカニズムは不明である。この仮説を確かめるために、色と陰影と光沢を独立に操作した刺激を用意し神経応答を比較する実験を行う。本年度内では固視中のサルから下側頭皮質のニューロン活動を記録し、色選択的応答を得た。まず探索段階として一様画像刺激で実験を進めた。刺激は自作の高輝度・高コントラスト型ディスプレイを用いて1500cd/m2の広い輝度範囲から表示した。これは灰色背景10cd/m2の観察条件で、暗い色刺激から明るく輝いて見えるまでの条件を含む。記録結果から、明瞭な色選択性を示す細胞は、輝度が大きく変化しても安定した色相選択性を示していた。次の段階として陰影や光沢を含めた画像刺激を用いるが、その画像の輝度範囲を設定する必要がある。ここまでの実験で得られた結果から色と輝度の選択性は1100cd/m2の範囲で十分に検証が可能であると判断し、陰影画像刺激を作成した。これに白色光沢を加算する。光沢は表示可能な最大輝度1000cd/m2までを利用して効果的な光沢感を引き出す。また、画像の色と輝度を独立に操作することで生じる新たな錯視現象を発見した。画像中央の白色領域が周囲の白黒グラデーションで囲まれると、中央の白色領域が輝いて明るく見える現象がある。これはグレア錯視という既知の現象であるが、ここで誘導刺激のグラデーションに適切に色付けを行うと明るさ感向上が2倍以上に増幅されることがわかった。色相と彩度の依存性からこの現象は既知の色と明るさ効果では説明がつかず、新しい現象であると考えられる。

一様な白色領域の周辺に明暗のグラデーションを重ねると輝き感や明るさ感が生み出されることが知られている。この明るさ感向上はスクリーン背景を一定にしたもとで、画像刺激の輝度を変えても一定の比率で生じること、灰色と認知されている条件であっても明るく見えることがヒト心理実験により明らかになった。今後、物体色と光源色の認識との関係性を調査する際の応用が期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。神経生理実験は予定通り進んでいる。計画されていた画像刺激(光沢画像、陰影画像)を用いての色名呼称実験は現在のところ進んでおらず、計画の遅れが懸念される。遅れの理由は、画像操作の過程で興味深い錯視現象を発見したためである。錯視の効果測定を優先的に計測した結果、新しい現象発見であることが明らかとなり、学会等での発表へとつながった。計画されていたヒト心理実験により、光沢画像、陰影画像、一様画像の色の認知を色名呼称実験により比較する。以上3つの画像条件でサル下側頭皮質の色選択性細胞がどのような応答を示すのかを実験により確かめる。もし変化が見られれば、それはどの条件で強くなるのか。またそれはヒト心理実験で得られる結果と対応がつくのかどうかについて議論する。
新たな点群処理技術に基づく森林３次元データ高次利用システムの開発

本研究は、地上型レーザスキャナで取得された森林の3次元点群データの新たな解析手法の開発を目的として実施した。森林で取得した点群データについて、自動かつ高速で個体・器官(幹・枝・葉)に分割し、それぞれの器官をモデル化する手法を開発し、構築したモデルから各器官のサイズや形状を推定した。樹木サイズ等の推定パラメータと、試験林における実測値との比較・検証を行った結果、樹高や幹直径の推定精度が実用レベルとして十分高いことが示された。本研究で開発した一連の手法は、森林樹木の形態計測に利用可能であり、従来の森林調査に代わる新たな計測技術となり得る。本研究は、地上型レーザスキャナ等で取得された森林の3次元点群データの新たな解析手法を開発することを目的とする。森林で取得した点群データについて樹木個体をモデル化し、幹部分の抽出および枝等の器官の抽出を、自動かつ高速で実現する手法を目指す。本研究により、これまで取り扱いが困難なため実用的利用の遅れていた、森林の3次元点群データの実用性が飛躍的に向上すると期待される。今年度は、これまでに取得済みのスギ、ヒノキ、アカマツの各試験林の点群データを用いて、手法開発を進めた。まず、点群データの前処理として、地面成分の除去を行った。森林内では地面の凹凸が激しく、ノイズとなる雑草も生えているため、それらを考慮した方法を採った。その後、点群データにおいて、近傍点の接続により連結した領域に分割し、分割領域のメッシュモデルを生成した。生成したメッシュモデルを高さ別の平面で切断し、同一平面上で得られた切断線について近隣同士でグルーピングし、幹断面を構成する切断線の候補を抽出した。同一グループとなった切断面を円弧で近似し、上下方向に存在する円弧集合を個々の樹木個体の幹として抽出した。さらに抽出された単一の樹木のデータから、樹木の幹の骨格を抽出し、同様に枝を検出する手法を検討した。本研究でこれまでに開発した手法は、これまでに報告されている方法と比較して極めて高速で処理することが可能であった。また、本研究で開発する手法の検証のため、新たに点群データの取得および実測値の計測に着手した。当初予定していた事項について、研究の重要な部分については、ほぼ計画どおり実行できている。次年度の予定であった樹木個体の枝に由来する点群の解析については、手法の検討をすでに進めており、計画以上の進展をさせることができた。一方で、点群データからの推定値と現地での実測値との比較については、データの収集にとどまった。このように、一部の事項について計画と異なる部分があったが、総合的に判断し、区分を(2)とした。本研究は、地上型レーザスキャナ等で取得された森林の3次元点群データの新たな解析手法の開発を目的とした。森林で取得した点群データを基に、個々の樹木をグラフ構造で記述した「樹木モデル」を生成し分析することで、点群の個体ごとへの分離と、幹・枝・葉への分割を、自動かつ高速で実現する手法の開発を目指した。解析対象として、比較的解析が容易と考えられる針葉樹(スギ、ヒノキ、アカマツ)の試験林データを活用し、点群処理手法の開発を行った。本研究で開発した手法の処理手順は次のとおりである:1) RANSAC法により地面成分を除去する、2)点群データから反射強度に基づき葉成分を分離する、3)距離画像を生成し、連結領域の算出を行い、ノイズを除去する、4)領域分割した点群をメッシュモデルに変換し、一定の高さごとに切断し、切断線の集合を取得する、5)切断線から幹成分を抽出する、6)幹成分の除去により枝成分を抽出し、枝構造を検出する。開発した手法により構築した樹木モデルから推定した樹木サイズ等に関するパラメータと、試験林における実測値との比較・検証を行った結果、樹高や幹直径の推定精度が実用レベルとして十分高いことが示された。さらに、本研究で開発した手法のアプリケーション化を進めた。その結果、新規取得した森林の点群データに対する開発手法の適用を可能にした。本研究で開発した一連の手法は、これまで困難であった、森林の3次元点群データからの高精度・高速での自動樹木モデリングを可能にするものである。針葉樹試験林を利用した解析手法開発の継続として、前年度の解析をさらに進め、各器官情報の定量化を実現する。また、開発手法の検証と修正として、実測値と推定値の比較検証を行い、開発したアルゴリズムを修正する。開発したアルゴリズムをベースとしたアプリケーション化を図る。林木育種学、森林生態学物品が当初予定していた額よりも安価で購入できたため。次年度は点群データ取得のためのレーザ計測を行うこととしているが、開発する解析手法の検証のため、より多様な森林において計測を行い、データを充実させる予定である。