hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中性子同時計測による超新星背景ニュートリノの探索

現在の宇宙はビッグバンによって生まれ、その際水素やヘリウムなどの軽い元素のみ生成された。その後、大質量星への進化を経て、超新星爆発によって様々な元素が合成されたと考えられているが、詳細はまだ分かっていない。この宇宙初期から起きてきた超新星爆発により生成された超新星背景ニュートリノは現在も宇宙を漂っている。この超新星背景ニュートリノのエネルギースペクトラムは超新星爆発の頻度、つまり星の質量や地球からの距離等に依存する。よって、これを捉えることができれば、星や銀河の形成、宇宙の質量分布等の宇宙誕生から現在までの恒星の進化の歴史の理解が劇的に進む。しかし、過去にスーパーカミオカンデにて超新星背景ニュートリノの探索実験が行われたが、発見には至らなかった。超新星背景ニュートリノは強度が弱く、これを観測するにはバックグラウンドを大幅に減らし、検出効率を上げ、かつ探索可能なエネルギー領域を広げる必要があると結論づけられた。そこで、スーパーカミオカンデにガドリニウムを溶解させて中性子を捉える機能を付加させることで、これらの問題点を全て解決して、世界初の超新星背景ニュートリノの観測を目指したSK-Gd実験が計画された。具体的に、0.2%の硫酸ガドリニウム(ガドリニウムで約0.1%)を溶解させることで、約90%の中性子捕獲効率が得られる。本研究では、まずは目標よりも1桁濃度の低い0.02%まで硫酸ガドリニウムを溶解させ、その後検出器が安定化したら徐々に濃度を上げていき、目標の0.2%まで溶解させる。そして、未発見の超新星背景ニュートリノの観測を目指す。前述のように、スーパーカミオカンデに硫酸ガドリニウムを溶解させることで、中性子同時計測を可能にし、世界初の超新星背景ニュートリノの観測を目指したSK-Gd実験が現在準備中である。スーパーカミオカンデは多目的検出器であり、太陽ニュートリノや大気ニュートリノ、陽子崩壊などの観測も行っている。特に、太陽ニュートリノを観測すべく、スーパーカミオカンデでは超純水を用いている。ところが、硫酸ガドリニウムには、ウランやトリウム、ラジウムといった放射性不純物が含まれており、今後も太陽ニュートリノの観測を行うには、超高純度の硫酸ガドリニウムが必要である。加えて、硫酸ガドリニウムを環境中へ漏れ出さないために、スーパーカミオカンデのタンクの補修工事も行わなければならない。平成30年度は、申請者が開発した、硫酸ガドリニウム中の微量の放射性不純物を高精度で測定する手法を用いて、高純度の硫酸ガドリニウムの選定を行った。その結果、実際にスーパーカミオカンデに溶解させる高純度の硫酸ガドリニウムを決定することができた。この申請者が開発した測定技術は既に学術論文にて発表している。また、スーパーカミオカンデのタンクの補修工事も行い、その結果、優位な水漏れは見られず、当初の目標を達成した。これは、日本物理学会で報告済みである。これらのように、スーパーカミオカンデに硫酸ガドリニウムを溶解させる準備は着々と進んでいる。以上の点から、当初の計画以上に進展していると判断した。平成31年度は、いよいよスーパーカミオカンデのタンクに超高純度の硫酸ガドリニウムを溶解させ、SK-Gd実験を開始する。まずは、目標よりも1桁低い、0.02%の硫酸ガドリニウムを溶解させる(ガドリニウムで約0.01%)。これにより、約50%の中性子捕獲効率が得られる。硫酸ガドリニウムを溶解させた後は、まずは検出器の較正を行う。具体的には、電子線LINACや中性子発生装置といった、従来スーパーカミオカンデ検出器の較正に用いてきたものを使用する。検出器の較正が完了したら、超新星背景ニュートリノの観測を開始する。その一方で、タンクの補修工事は行ったが、実際にスーパーカミオカンデのタンクからガドリニウムが漏れていないことをモニターすることは重要である。申請者は、超微量のガドリニウムを高精度で測定する手法の開発にも既に着手している。SK-Gd実験を開始する前に、この手法を完成させ、SK-Gd実験開始後にスーパーカミオカンデからのガドリニウムの漏れのモニターを行う。しばらくは、硫酸ガドリニウム0.02%の濃度で観測を行い、装置が安定化したら、そこから徐々に濃度を上げていき、目標の0.2%まで硫酸ガドリニウムを溶解させる(ガドリニウムで0.1%)。この濃度で、約90%の中性子捕獲効率が得られる。その後、約10年間の観測を行っていくが、まずは平成31、32年度で得られたデータを解析し、世界初のガドリニウム水チェレンコフ検出器による超新星背景ニュートリノの探索を行う。

そこで、スーパーカミオカンデにガドリニウムを溶解させて中性子を捉える機能を付加させることで、これらの問題点を全て解決して、世界初の超新星背景ニュートリノの観測を目指したSK-Gd実験が計画された。具体的に、0.2%の硫酸ガドリニウム(ガドリニウムで約0.1%)を溶解させることで、約90%の中性子捕獲効率が得られる。本研究では、まずは目標よりも1桁濃度の低い0.02%まで硫酸ガドリニウムを溶解させ、その後検出器が安定化したら徐々に濃度を上げていき、目標の0.2%まで溶解させる。そして、未発見の超新星背景ニュートリノの観測を目指す。前述のように、スーパーカミオカンデに硫酸ガドリニウムを溶解させることで、中性子同時計測を可能にし、世界初の超新星背景ニュートリノの観測を目指したSK-Gd実験が現在準備中である。スーパーカミオカンデは多目的検出器であり、太陽ニュートリノや大気ニュートリノ、陽子崩壊などの観測も行っている。特に、太陽ニュートリノを観測すべく、スーパーカミオカンデでは超純水を用いている。ところが、硫酸ガドリニウムには、ウランやトリウム、ラジウムといった放射性不純物が含まれており、今後も太陽ニュートリノの観測を行うには、超高純度の硫酸ガドリニウムが必要である。加えて、硫酸ガドリニウムを環境中へ漏れ出さないために、スーパーカミオカンデのタンクの補修工事も行わなければならない。平成30年度は、申請者が開発した、硫酸ガドリニウム中の微量の放射性不純物を高精度で測定する手法を用いて、高純度の硫酸ガドリニウムの選定を行った。その結果、実際にスーパーカミオカンデに溶解させる高純度の硫酸ガドリニウムを決定することができた。この申請者が開発した測定技術は既に学術論文にて発表している。また、スーパーカミオカンデのタンクの補修工事も行い、その結果、優位な水漏れは見られず、当初の目標を達成した。これは、日本物理学会で報告済みである。これらのように、スーパーカミオカンデに硫酸ガドリニウムを溶解させる準備は着々と進んでいる。以上の点から、当初の計画以上に進展していると判断した。平成31年度は、いよいよスーパーカミオカンデのタンクに超高純度の硫酸ガドリニウムを溶解させ、SK-Gd実験を開始する。まずは、目標よりも1桁低い、0.02%の硫酸ガドリニウムを溶解させる(ガドリニウムで約0.01%)。これにより、約50%の中性子捕獲効率が得られる。硫酸ガドリニウムを溶解させた後は、まずは検出器の較正を行う。具体的には、電子線LINACや中性子発生装置といった、従来スーパーカミオカンデ検出器の較正に用いてきたものを使用する。検出器の較正が完了したら、超新星背景ニュートリノの観測を開始する。その一方で、タンクの補修工事は行ったが、実際にスーパーカミオカンデのタンクからガドリニウムが漏れていないことをモニターすることは重要である。申請者は、超微量のガドリニウムを高精度で測定する手法の開発にも既に着手している。
創風および集風型のウインドソーラータワーに関する開発研究

太陽光と風力を同時に利用するウインドソーラータワーと名付けた複合型発電装置を研究開発した。基部に風車を持つタワーの形状を従来の単純円筒型から4゚の開き角を持つディフューザ型に変えることによってタワー内誘導風速が1.5倍以上になった。室内・風洞実験および数値計算で主な二つの発電メカニズム、熱上昇風および上空風による吸込み効果それぞれで発電効果の増加を確認した。これらの知見を野外10mタワーで検証。日照により温められた地表付近の空温とタワー上部付近の外気の温度との差とタワー内風速の間に強い関連性が認められた。また、熱上昇流が起きにくい状態で上空風の引込み効果も確認し実証サイズでの可能性を確かめた。熱上昇風として:実験室内(モデル大きさ:太陽光コレクタ部2.5m四方、ソーラータワー高さ2m)の規模で、従来のソーラータワー(直円筒型タワー)と比べ、上方拡大型(片開き角4度)にするだけで6倍の発電量を得た。実験条件は下方のヒータで床面マットを加熱し、上空との温度差で熱上昇風を駆動するものである。得られた知見は以下の通りである。1)数年前の40cmタワー高さのミニモデルに対し、今回は2mへ拡大している。そのため、相似則によれば√5倍の速度増加が得られるが、実験結果はほぼ2.3倍となった。2)熱上昇風速度はタワー下部と上空周囲との温度差に大きく依存し、最大温度差30度で熱上昇風速2.5m/sとなった。3)従来のソーラータワーの直円筒型タワーに対し、本提案の上方拡大型タワー(4度開き)は約1.5-1.8倍の増速効果を得た。4)これにより、ミニ風車タービンの発電量を比較すると本提案のタワーでは6倍の発電量増加を得た。5)集熱部の温度分布を水平方向、垂直方向で調べた。その結果、タワー下部の根元付近(風車タービンを設置するところ)で最も高温域になることが示された。特に周囲との温度差が大きいケースでその傾向(タワー下部の高温域の突出)は顕著になる。これらは同時に行っているCFD解析と比較するために有用なデータとなっている。上空風による吸い込み効果の上昇風:平成25年度は上空風の実験は装置製作だけに終わった。平成26年度から大型風洞で、高さ2mのタワー出口に強風を当てて吸い込み効果を調べる。・従来のソーラータワーと称する自然エネルギー利用装置は次のようなものである。地上に集熱部となる上面を閉じた大規模空間を設置し、その中央に円筒状のタワーを設ける。この大規模空間内において太陽光で暖められた空気は、中央に設置したタワー内に収束し上昇気流となる。その上昇気流中に風力タービンを設置し、発電しようとするものである。この従来技術の問題点は以下の二つにある。1)タワーが円筒状なので暖められた空気の集風性が非効率である。2)太陽光を利用するので夜間は上昇気流が得られない。本研究は、レンズ風車の発明をベースにさらに新しく、風がなくても風力発電ができるとした発想でウインドソーラータワーと称する自然エネルギー機器を提案するものである。新規形状、特徴としては、1)従来のソーラータワーのタワー形状を上空に向かうディフューザ型に新しくデザインしたものである。2)タワー上部に低圧発生装置を設け、太陽光が得られない夜間は、上空風を利用して低圧部をタワー出口に設け、上昇流を作って発電する、いわば垂直構造型風レンズである。本年度は、タワー根元直径32cm、タワー高さ2.0m、2mx2mの集光部を設け、室内モデル実験を行った、太陽熱による熱供給の代わりに、ヒーターマットを集熱部下部においた。得られた結果を示す。1)タワーをディフューザタイプ(上空拡がり)にすると約1.5倍上昇風速が速くなった。2)発電用ブレードを設置しても、従来の円筒チムニーに比べ、上記のディフューザチムニーは約1.5の増速を得た。3)増速性能に対応して、発電量の2ー3倍の増加(円筒チムニーとディフューザチムニー)が得られた。4)集熱部内の平均温度と上空温度の差を大きくすると、上昇スピードが増加する傾向が得られた。太陽光と風力を同時に利用するハイブリッドな再生エネルギー機器を研究開発した。これをウインドソーラータワーと名付けた。ウインドソーラータワーの発電には以下の二つのメカニズムの寄与がある。それぞれについて行った研究概要を示す。熱上昇風による発電:1)昨年度室内実験で発電を確認した2mタワーモデルを屋外へ設置した結果、発電可能な温度差が生じた。

これをもとに10mタワーの屋外実験で発電が可能であることが予想できた。2)ロータ径1.4mの1kW定格(風速12m/s)の風車を搭載できるプロトタイプソーラータワーの建設と発電量評価を行った。タワー高さは10m、太陽光集熱部は10m四方。弱風で快晴の日のデータより日照によって温められた地表付近の空気温度とタワー上部付近の外気の温度差とタワー内風速の間に強い関連性が認められた。言い換えると温度差が高いとき発電量が大きくなり熱上昇風が有効に発電に寄与していることが確認できた。上空風の利用による効果:1)風洞実験でタワー上部を通過する風速に対して下部からの吸い込みによってどのくらい流れが誘導されるか速度を計測。その結果シリンダータワーでも誘導流れがタワー内に発生した。タワー形状をシリンダー型から4度の開き角を持つディフューザ型に変えることによってタワー内誘導風速が2倍以上になった。2)野外10mタワーで強風時の風車発電状態において回転数、発電量、誘導速度の関連性を調べた。曇りで地表近くの気温とタワー出口付近の気温に有意な差が見られない日のデータで上空風速とタワー内誘導風速の間に強い関連が見られた。すなわち熱上昇流が起きにくい状態で上空風の引き込み効果に比例して発電がおこなわれた。26年度が最終年度であるため、記入しない。風工学、流体力学、気象学26年度が最終年度であるため、記入しない。熱上昇風の実験に時間を取られているため、上空風による吸い込み流の検証実験が遅れている。同時にCFD(数値流体解析)も熱と流れの重要な二つの要素を計算に反映させるための近似法がブジネスク近似が妥当かどうかの検証から始めているため、やや遅れている。初年度の予定は、室内実験として可能な高さの2mのソーラータワーおよび集熱部として4m四方のモデルで実験を行った。内容は実績報告書に示している通りだが、熱上昇風の生成とその風量による発電が可能であることが確認できた。また、タワーの形状との発電量増加も示した。具体的には従来の円筒型のタワーより、上方拡大型のディユーザ型のタワーの方が約1.5倍大きい増速効果をもたらすことが分かった。同時に風車プロペラをタワー下部においても(風車プロペラは抵抗体となる)、その増速効果は変わらず、従来のソーラータワーに比べ、数倍の発電量を示せる事ができた。並行してソーラータワーの熱上昇風を実現するためにCFD(数値流体解析)の準備を進めた。従来の直円筒タワーとディフューザ型タワーの上昇風速度の違いをCFDでも検証するために、計算プログラムと短形格子近似法による格子生成を検討した。また、この計算コードを用いて温度差によってどれだけ熱上昇風が増速するかも検討できる。従って初年度(24年度)は予定通り進んだ。「風レンズ技術とレンズ風車」の九州大学風工学分野ソーラータワーとしての熱上昇風試験は、室内実験として期待以上の発電量増加を得た。次年度はこの室内モデルを野外に設置し、実際の太陽光で熱上昇風が発生し、風車タービンを回せるかどうかを検証する。同時にタワー高さ10m、風車ロータ1.4m、集熱部10m四方のプロタイプを製作し、本格的野外試験に入る。上空風による吸い込み効果は、タワー出口の低圧発生装置を工夫し、室内実験で確認し、これも野外実験で強風時を待って実験する。
近世前期上方都市の社会構造と民事裁判-日中文芸比較を手掛りとして

本研究は、近世前期(17世紀18世紀前期)に中国のテクストの翻訳・翻案を通じて出現した一連の裁判小説の中に、中国の種本にも前後の時代の日本の文芸にも見られない民事裁判への強い関心が現れることの理由を、これらを生み出した当時の上方都市の社会構造の中に探ることを試みた。その結果、町人の地縁的・自治的共同体である「町」が民事裁判と深く結び付いており、この両者を支える意識の形成に付合の文芸である連句が関わっているのではないか、という見通しを得た。今年度は、近世前期(17世紀18世紀前期)の日本において、中国のテクスト『棠陰比事』等の翻訳・翻案を通じて出現した、一連の裁判小説に見られる民事裁判関係の記述に着目し、日中のテクストの比較分析を主たる手掛りとして、とりわけ日本側のテクストの背後にある社会構造を明らかにすることを試みた。宋代の官僚桂万栄が編纂した『棠陰比事』は、裁判を行う地方行政官等になり得る読書人層を対象とした裁判手引書であるが、「刑事」事例が中心で、相続や売買といった「民事」事例は僅かしか含んでいない。これに対し、近世前期の裁判小説では、概ね事例の半数近くを「民事」関係が占めており、その中には『棠陰比事』の影響が明白に見られるものもあるが、話の核心部分や設定の枠組は大きく異なっている。こうした相違・改変には、これらの裁判小説を生み出した、上方都市の町人社会の構造が深く関わっていると考えられる。例えば、「民事」事例に描かれた相続の手続や親族の関与のあり方は、当時の京都や大坂で出された町触等の法令の内容や、文芸作品から窺える上方の町人社会の慣行に、基本的に合致しているといえる。また、「民事」事例に顕著な特徴として、「十人組」や「町中」等の町人間の地縁共同体が頻繁に現れることが挙げられ、民事紛争の解決に資する基盤として、これらが重視されていたことが窺える。こうした地縁共同体は、町人の自治を支え、権力に対抗的に働いてきた町人間の横の連帯を、権力が巧みに支配機構に取り込もうとしたものといえ、二面的な性格を持つ。この二面性は、裁判小説のみならず、これにやや遅れて成立した近松門左衛門の浄瑠璃にも現れており、そこでは、町人の共同体が次第に深く支配機構に組み込まれてゆき、構成員個人を追い詰めてゆく様相と、それに対する抵抗とが、朝幕関係や国際関係とも繋がる、より大きな文脈において、鋭く描き出されていることも明らかになった。2年目にあたる今年度は、近世前期(17世紀18世紀前期)のテクストに特徴的な、「民事裁判」への強い関心の背後にある社会構造について、初年度よりも踏み込んで多角的に解明することを試みた。具体的には、「民事裁判」と結びついて現れることの多い「町」(通りを挟んで両側に店を出す商工業者の地縁的・自治的共同体)をはじめとする町人の地縁的共同体に着目し、井原西鶴の『本朝桜陰比事』に代表される裁判小説や京都所司代板倉勝重・重宗父子の裁判記録とされる『板倉政要』を手掛りに、町をめぐる意識構造およびその「民事裁判」との関係を分析する一方、裁判小説の主たる舞台でもあった京都の町について、町触や町規則等の法制史料を用いつつ考察した。その結果、町には、権力に対抗する町人間の自発的・自治的共同体という面と支配機構の一部という面があり、この両面の間の関係やバランスの変化が、町と裁判官との関係や裁判のあり方、構成員の経済活動に対する町の信用供与機能等に影響を及ぼしていたことが明らかになった。また、町の前者の面とこれを尊重する裁判とを支える意識の形成に、当時庶民の文芸として広く流行した連句(俳諧の連歌)が関わっているのではないか、という見通しを得た。なぜなら、「民事裁判」と町に強い関心を示す裁判小説の作者が、いずれも俳人と推測されている上、付合の形式により一つの文芸を構成する連句は、他人の句を生かすことによって自らの句も生かすという形の協調関係を作り上げる要素を持っており、談林派の俳人であった西鶴が裁判小説において描き出す、相互扶助的でフラットな共同体としての町のイメージは、連句の座の性格と共通する。さらに、18世紀半ば以降、「民事裁判」への関心が急速に低下するのに先立って、連句が一気に衰退し、京都の町が大きな構造変化を遂げることも、連句と町と「民事裁判」の構造的連関を示していると考えられるからである。最終年度にあたる今年度は、主に前年度までに行った文芸・法制・政治・経済関係の史料の分析結果を見直し、一次史料や二次文献の追加分析を行いつつ、これを研究発表欄所載の論文「近世前期の裁判物にみる上方都市の社会構造-「民事裁判」をめぐって」としてまとめることに努めた。

本論文では、近世前期(17世紀18世紀前期)の日本の裁判小説に、その種本となった中国のテクストや近世後期の裁判小説には見られない、「民事裁判」に対する強い関心が表れることの理由を、それらを生み出した当時の上方都市の社会構造の中に探ることを試みた。その際、特に着目したのは、近世前期の裁判小説にのみ、町人の地縁的・自治的共同体である「町」が「民事裁判」と結び付いて頻出することであり、この「町」をめぐる当時の人々の意識、および「町」と「民事裁判」の関係を、複数の裁判関連テクストの比較によって、できる限り精緻かつ多面的に解明することに留意した。「町」が権力に対抗する町人間の横の連帯という面と支配機構の一部という面を合わせ持つことは、既に前年度までの史料分析により明らかになっていたが、町人の手になる裁判関連テクストの間でも、そのどちらの面をどのように強調するかには相違があり、また急激な変化ではないが、17・18世紀の交より後者の面を重視する意識が強まりつつあることが確かめられた。さらに、「町」と「民事裁判」の双方に高い関心を示すテクストの作者がいずれも俳人であることなどから、この両者を支える意識の形成に、付合の文芸である連句(俳譜の連歌)が関わっているのではないか、という見通しを得ていたが、これについても、より詳細な検討を加えた。その結果、連句のあり方も短期間のうちに変化しており、とりわけ談林派の俳人の間に、「裁判」にとって「町」が重要な役割を果たすという意識が強く見られることが明らかになった。
トラキア民族の形成と系統に関する考古学的・人類学的調査・研究

標記の研究課題を遂行するために以下2つの項目の調査・研究を実施した。1はトラキア民族形成期とされる前期青銅器時代に営まれた集落遣跡テル・デャドヴォ(ブルガリア共和国所在)の発掘調査を進めること、2は青銅器時代を中心とするブルガリア各地より検出された古人骨よりDNAを抽出し、集団問の系統・関係を明らかにする資料を得ること、である。以下成果を箇条書きする。1.2004,2005年の両年にわたってデャドヴォ遣跡第16次、17次発掘調査を実施した。該期の集落構造を明らかにするために、従前より継続して調査されていた遺跡内の住居群地区を掘り下げ、新たに6軒の住居を調査した。特に住居構築に先立つ「地鎮祭」祭祀が存在した可能性をはじめて指摘したことは大きな成果となった。その他、集落外縁部を画する石塁や環濠等の施設が存在したかどうかを地中レーダーにより予察し、場合により試掘することも計画した。2005年に集落東側の地点で試掘調査を実施したが上層の調査で時間切れとなったため、青銅器時代集落の外縁部施設存否について最終確認をするまでには至らなかった。2.古人骨からのDNA採取に関しては、ブルガリア科学アカデミー考古学研究所の協力により2年間の研究年度で、青銅器時代を中心にそれ以前の銅石器時代、及び初欺鉄器時代、中世を含む計113検体から骨粉を採取することができた。現在研究分担者の手で鋭意DNA分析を実施中である。その成果により標記の研究課題に迫る資料を得ることが期待される。1.ブルガリア共和国のトラキア平野中に位置する先史集落遺跡テル・デャドヴォに対する発掘調査は過去15回にわたって行われ、前期青銅器時代の集落構造についていくつかの新しい知見をもたらしている。しかし隣接する同時期の集落遺跡エゼロと比較するといくつかの重大な差異が存在することも事実であった。その最大のものは集落を囲む石壁(城壁)がデャドヴォでは未検出であることがあげられる。またデャドヴォで一部検出されている環濠が集落をどのように巡っているのかを確認することも課題として残されていた。このような残された課題を解決するため地中探査レーダーを使って地下に眠っている遺構の確認調査を行った。その結果環濠の推定ラインを把握し、また石壁とおぼしき石列も明らかにすることができた。次年度の発掘調査でこれらの遺構を実際に確認したい。2.前期青銅器時代に属する住居の調査によって当該期の儀礼・祭祀に関して新しい情報が得られた。それは住居建築に先だって行われたと推測される「地鎮祭」儀礼の存在である。住居片隅に土抗を掘り、そこに壺型土器を埋納するものであり、「地鎮祭」との関連でこのような遺物出土状況が評価されるのは初めてである。現地研究者からもこのような遺物出土状況を大いに注目されている。3.デャドヴォ遺跡の営まれた時代はバルカン半島に新しい集団が居住し新しい文化を定着させた時代で、古代ギリシアの文献に登場するトラキア人(民族)の形成期と考えられている。そこでブルガリア各地から検出された当該期の古人骨からDNAを抽出し、集団間の系統問題を探る研究を開始した。今年度は7遺跡68サンプルからミトコンドリアDNAの抽出を試みた。現在分析中であり、その成果の一部は2005年度中に発表される予定である。研究計画に従いブルガリア共和国・トラキア平野中に所在するテル・デャドヴォ遺跡の第17次発掘調査を2005年夏3週間にわたって実施した。

調査の目的はトラキア民族形成期とされる前期青銅器時代集落の構造を把握することであり、そのため従前より継続して調査されていた遺跡内の住居群地区を更に掘り下げ、住居と住居群に関する情報を更に蓄積することと、集落外縁部を画する石塁や環濠のような施設の存否を地中探査レーダーにより実施し、施設存在の可能性が認められる一部について試掘調査を行うことであった。住居群地区からは新たに3軒の住居が検出され調査された。これらは前年度に調査された住居群の下層からそれぞれ検出されたもので、同一地区のほぼ同じ位置に同一の規模と形態を持ち、同一の方向で立ち並ぶ住居が連続して構築されていたことが明らかとなった。トラキア前期青銅器時代集落の特徴を示すものと考えられる。遺跡東斜面部で実施した地中探査で集落外縁部を画する施設存在の反応が得られたため、この部分に幅1.5m、長さ15mのトレンチを設定して試掘調査を行った。しかし表土直下から中世に属する礫敷き施設が検出され、その下層の調査にまで至らなかった。青銅器時代集落外縁部施設の存否については今後の課題として残されたことになる。研究計画のもう一つの目的であった古人骨からのDNA採取に関しては、ブルガリア科学アカデミーの協力により青銅器時代資料を中心に新たに45検体について実施することができた。現在研究分担者により分析作業を実施中である。その他、我が国では入手困難なトラキア民族形成期に関連するとされるマリッツァ・イーストック遺跡群報告書を全巻入手し、分析研究を開始している。
自己抗体産生B細胞の分化及び増殖遺伝子の解析と自己免疫疾患治療への応用

B-1細胞増殖遺伝子を持つと思われるNewZealandWhite(NZW)マウスとその形質を持たないと考えられるB10.D2およびB10.NZWを用いて、退交配マウス(NZWxB10.D2)xB10.NZW及び(NZWxB10.NZW)xB10.NZWをそれぞれ82匹及び95匹作成し、合計95個のmicrosatellite DNA markerを用いて全ゲノムマッピングを行った。形質として、末梢血の全B細胞内でのB-1細胞比率に注目した。親系のNZWで月齢依存性のB-1細胞比率の増加が認められ、その一部はclonalな増殖に至り、B細胞性慢性リンパ性白血病を発症する。退交配マウスにおいても、同様に月齢依存性のB-1細胞増加を認め、有意なB-1細胞比率増加のcutoff値として、若年(8カ月)で5%、老年(16カ月)で10%とした。microsatellite DNA markerによるダンピングと形質との関連を_χ2検定を用いて検討し、P値5%以下を有意とした。結果として、若年でのB-1細胞増加の関連遺伝子(早期因子)が第17染色体のH-2近傍をはじめとして第1、第6、第14染色体に同定され、老年での関連遺伝子(晩期因子)が第19、第6、第13、第15染色体に見出された。この中で、早期因子としてのH-2領域、晩期因子としての第19染色体上の遺伝子座は形質との関連が強く、特に後者はFas抗原の構造遺伝子の遺伝子座の近傍に存在する。これらの結果を踏まえ、現在positional clonig及びdifferential hybridizationの手法を用いて、両遺伝子の同定・クローニングを計画中である。
レドックス可視化センサーで追跡するタンパク質代謝異常のレドックス破綻と回復の機構

細胞内レドックスを可視化するroGFPと申請者が作製したRedoxfluorをもとにオルガネラターゲット型のスーパーレドックスセンサーを創生し、哺乳動物細胞内における局所的レドックスモニタリング技術を開発した。その可視化技術を用いて、タンパク質代謝異常に伴うレドックス破綻の細胞内における機序と分子機構を明らかにした。さらにこれを回復する食品由来成分を探索し、当該化合物のレドックスモジュレーターとしての分子機能・効能を実証した。細胞内レドックスを可視化するroGFPと申請者が作製したRedoxfluorをもとにオルガネラターゲット型スーパーレドックスセンサーを創生し、哺乳・酵母細胞内における局所的レドックスモニタリング技術を開発する。その可視化技術を用いて、タンパク質分解系の一つであるプロテアソーム阻害によって引き起こされるレドックス破綻の細胞内における機序と分子機構を明らかにする。老化や神経疾患にともなって起こるレドックス破綻を回復する化合物・食品機能成分の探索系を培養細胞レベルで確立し、ハイスループットに行うことにより、当該化合物のレドックスモジュレーターとしての分子機能・効能を実証し、新たな機能性食品・創薬開発のための礎とする。平成26年度は、オルガネラターゲット型レドックスセンサーを用いて、プロテアソーム阻害下によるサイトゾルの酸化においてミトコンドリア障害が関与する機序を解析した。その結果、プロテアソーム阻害によるレドックス異常を正常に戻す「レドックスモジュレーター」を同定し、その作用機序を解析することで、プロテアソーム阻害初期にミトコンドリア障害が起き、その後遅れてサイトゾルが酸化的となり、細胞死に至ることを明らかにすることができた。平成27年度は、Redoxfluorに円順列変異やシステイン残基の置換を導入することで、本プローブのダイナミックレンジを改良した。さらに、プロテアソーム阻害によるレドックス破綻を正常に戻す「レドックスモジュレーター」を、食品由来の抗酸化剤を対象にし、Redoxfluorを用いた細胞内レドックスの可視化によりスクリーニングを実施した。「レドックスモジュレーター」として同定された抗酸化剤は、いずれも抗酸化酵素の誘導活性ではなく、ミトコンドリアで産生した活性酸素種を消去することでプロテアソーム阻害に伴うレドックス異常を回復させることを明らかにした。実施計画に沿って研究が進んでいるため。平成28年度は、アミロイドβペプチド(Aβ42)の細胞内蓄積による細胞死の機構を解明した。Aβ42は細胞外で産生されるので、化学的に合成したAβ42をヒト神経芽腫細胞SH-SY5Y細胞に添加したところ、オリゴマー化したAβ42がリソソームに蓄積することがわかった。さらに、オリゴマー化傾向の異なるAβ42変異体を添加したところ、オリゴマー化の程度に依存してリソソームへの蓄積量が増加し、細胞死も増加した。Aβ42はin vitroにおいてオリゴマー化の程度に比例してROSを産生することが知られており、リソソームに蓄積したAβ42はリソソーム膜酸化とリソソーム膜崩壊を引き起こした。そこで、リソソーム膜にターゲットさせた抗酸化酵素Prx1の過剰発現やリソソーム膜からのコレステロール排出を抑制することでリソソーム膜を安定化させるU18666Aの添加は、Aβ42蓄積によるリソソーム膜崩壊や細胞死を抑制することを明らかにした。生体内の主要な抗酸化化合物であるグルタチオンの前駆体であるNACも弱いながらも同様な効果を示した。したがって、Aβ42は細胞内に取り込まれ、リソソームにオリゴマーとして蓄積してROSを産生し、リソソーム膜を酸化させ、さらにはリソソーム膜を崩壊させ、最終的に細胞死を引き起こすことを明らかにした。また、リソソームに対する抗酸化処理はAβ42のリソソーム蓄積に伴うリソソーム膜崩壊や細胞死を抑制できることも明らかとなった。当初の予定通り、我々が開発したレドックスセンサーを用いることで、タンパク質代謝破綻における細胞死の機序を明らかにすることができたため。今年度は、細胞に蓄積するAβオリゴマーの毒性発現の機序を同定する。まず、どのオルガネラに蓄積、そのレドックスを破綻させるのかを明らかにする。その後、Aβオリゴマーの毒性発現の機序を明らかにする。

また、小胞体ストレスにより生じるレドックス破綻を正常に戻す「レドックスモジュレーター」としての食品機能成分・化合物のハイスループット・スクリーニングを行う。さらにオルガネラ特異的なレドックスセンサーにより、これらの化合物の作用点を確かめ、同定されたレドックスモジュレーターの作用機序を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。応用微生物学我々が開発したRedoxfluor及びroGFPを改良したレドックスセンサーにオルガネラ局在配列を付加し、サイトゾル、小胞体、ミトコンドリア、細胞膜の各オルガネラ特異的なレドックスを検出できるスーパーレドックスセンサーの開発を引き続き行い、プロテアソーム阻害下におけるミトコンドリアや小胞体のレドックス破綻の分子機構解明に取り組む。消耗品の使用をできる限り節約した結果、当初予定より若干使用額が減少した。下記備考欄に記したようにDNAシークエンサーの修理に多額の費用が発生したため、消耗品使用をできる限り控えたところ、全体として当初予定より使用額が減少する結果となった。最終年度の成果を上げるため、前年度繰り越し分を消耗品として活用する。上記理由により、前年度はかなり消耗品の使用を控えたので、前年度繰り越し分を今年度消耗品費用として使用する。本研究成果は、朝日新聞(8月1日4面)、京都新聞(8月1日26面)、産経新聞(8月1日26面)、日刊工業新聞(8月1日23面)および毎日新聞(8月1日23面)に掲載された。
有効性と安全性の最大化を目的とした抗悪性腫瘍薬の生物学的至適投与法に関する研究

悪性腫瘍に対する抗がん薬治療では、最適な支持療法を施行することを必要最低限とした上で、更に有効性を最大限に引き出す至適投与が重要である。我々は悪心や皮疹、便秘など抗がん薬の副作用に対する支持療法に関する研究やドセタキセルやアファチニブ、イリノテカンやティーエスワンなど抗がん薬の至適用量に関する研究を行いその結果を学会及び誌上で公表した。下記のように、様々な薬剤において至適投与法に関する報告を行った。本応募研究課題として施行してるバイオマーカー探索研究は、高度医療として実施しているエストロゲン受容体陽性HER2陰性乳癌症例を対象とし標準的内分泌療法に経口抗がん薬S-1を標準的承認用量で併用する多施設共同臨床試験(以下、主試験と称します)に登録された症例における付随する研究として施行しています。平成25年4月22日の時点で、主試験に参加する施設中の約50施設よりバイオマーカー探索研究への参加表明を頂いています。現時点ではその内の6施設のみがバイオマーカー探索研究における倫理委員会承認が得られており症例登録可能となっており、これまでに8例の患者が登録されています。薬物血中濃度などの測定は、バイオマーカー探索研究の分担研究者である同志社女子大学薬学部の阿南節子教授並びに同非常勤講師である大阪バイオサイエンス研究所の丸山敏彦先生の協力を得て施行することになっており、既にアッセイのバリデーションなどは行っています。全国の100施設以上が参加する予定の多施設共同研究ですので、滞り無く運営していくために事務局およびデータセンターの整備を行ってきましたが、現時点で大きな問題なく機能しています。薬物治療は一般的に、薬剤の吸収や代謝、薬物(食物)相互作用などによって個人内および個人間における薬物動態の差異(ばらつき)が非常に大きいことが知られている。さらに悪性腫瘍に対する抗がん薬治療では、一般薬とは異なり最大耐量に近い推奨用量で抗がん薬が投与されるため、副作用出現リスクが非常に高い。一方で十分な抗がん薬の曝露量が得られなければ治療効果が減弱して予後が悪くなってしまう。一定の薬剤曝露量を維持しながらも副作用を軽減するためには支持療法の最適化も必須である。このような現状から、悪性腫瘍に対する抗がん薬治療では、最適な支持療法を行うことを必要最低限とした上で、抗がん薬の有効性を最大限に引き出す至適投与法の検討が重要である。26年度においても下記のように、がん領域における抗がん薬の至適投与に関する報告を行った。1化学療法により誘導される悪心・嘔吐予防に対してOlanzapineを用いた場合の日本人における至適投与量に関する検討をCancerStudies Open Accessにて誌上発表した。2悪性腫瘍患者における高カルシウム血症におけるDenosumabの至適投与法に関する考察をJ Natl Cancer Instで誌上発表した。3妊娠期乳癌患者における抗がん薬の投与法に関する総説と妊孕性温存に関する総説を国内誌に誌上発表した。4ラパチニブの有害事象と遺伝的素因に関する総説を国内紙に誌上発表した。5抗がん薬投与により発現する便秘を軽減するための行動療法に関する研究成果を国際学会で発表した。悪性腫瘍に対する抗がん薬治療では、最適な支持療法を施行した上で有効性を最大限に引き出す至適投与が必要であり、以下のような研究を施行した。最適な支持療法:1化学療法誘導性悪心・嘔吐に対するオランザピンの日本人至適用量に関する検討をCancerStudies Open Accessにて誌上発表し「乳癌化学療法時の悪心嘔吐に関する観察研究」も目標症例数(100)の7割が登録された。2ラパチニブ有害事象と遺伝的素因に関する総説を国内紙に発表し「HER2陽性乳癌に対するDual-HER2 blockage療法におけるlapatinibの服用タイミングおよび薬物動態に関する研究」の成果を本年度の日本TDM学会学術集会にて発表予定である。3抗がん薬投与により発現する便秘を軽減するための行動療法の研究成果をMultinational Association of Supportive Care in Cancerで発表し最優秀ポスター表彰された。Breast Cancer Res Treatにも誌上発表した。至適用量に関する研究:1ドセタキセル薬物動態に及ぼす年齢の影響を、日本臨床薬理学会で発表し、Eur J Clin Pharmacolにも誌上発表した。2アファチニブとビノレルビンの推奨用量を決定する第I相試験を施行しSan Antonio Breast Cancer Symposiumにてポスター発表、Cancer Chemother Pharmacolにも誌上発表した。3ティーエスワンの血管新生抑制効果に関する研究結果をInt J Clin Oncolに誌上発表し、「アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移性乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I/II相臨床試験」を施行、結果を本年のESMOにて発表予定である。本応募研究課題として施行しているバイオマーカー探索研究は、主試験に登録された症例におけるバイオマーカー探索研究として施行しています。

主試験の実施には、各参加施設において高度医療通知に基づき高度医療実施について厚生労働省医政局からの許可が必要となりますが、予定よりも厚生労働省からの許可に時間がかかり、主試験への登録自体に当初遅れが生じておりました。最近は主研究への登録が軌道に載り始めたところですが、平成27年3月31日時点でバイオマーカー探索研究登録可能な施設は16施設、症例登録数は32例に留まっております。主試験に参加されている各施設の先生にバイオマーカー探索研究への症例登録もお願いし症例登録へのインセンティブも多少設けさせていただいていますが、厚生労働省からの許可と主試験の各参加施設における倫理委員会承認だけでなくバイオマーカー探索研究に関しても各施設における倫理委員会承認の手続きが必要となっています。さらにCRCが配置されていない施設などでは、採血回数が少しでも増える試験への参加にハードルが高いことが要因と考えられます。バイオマーカー探索研究への参加表明をいただいた約50施設を含めて、倫理委員会承認に向けて今迄以上に様々な活動を行っていきます。対面での協力依頼を積極的に行った結果、当該施設においてはようやく登録に結びついてきました。また先進医療ファーラムが編集する先進医療NAVIGATORという雑誌に、当バイオマーカー探索研究を紹介する場を設けていただいており、近々に改訂版も発刊されます。またバイオマーカー探索研究参加施設メーリングリストを活用し、他の施設の倫理委員会承認や症例登録状況などが一見して分かる定期レポートを継続して運用し、また各施設における倫理委員会申請への補助も積極的に行っていきます。さらにJapan Breast Cancer Research Groupで行ってきた多施設共同臨床試験「アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移性乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I/II相臨床試験」におけるS-1の臨床薬理学・薬力学的解析の結果(現在統計解析中)をまとめ今年の国際学会にて発表予定ですが、S-1という共通した薬剤を用いた主試験およびバイオマーカー探索研究に対するモチベーション向上につなげていきます。本応募研究課題として施行するバイオマーカー探索研究は、主試験に登録された症例におけるバイオマーカー探索研究として施行しています。最近は主研究への登録がようやく軌道に載り始めたところです。厚生労働省からの許可と主試験の各参加施設における倫理委員会承認だけでなく、バイオマーカー探索研究に関しても各施設における倫理委員会承認が必要となっています。平成26年4月14日時点でバイオマーカー探索研究登録可能な施設は昨年度の6施設から16施設に増えましたが、症例登録数は22例に留まっております。
協奏機能型不斉触媒によるニトリル求核剤の直截的不斉付加反応の開発

アルキルニトリルは容易に入手可能で、通常溶媒として用いられるほど安価・安定な化合物である。このような汎用有機化合物を立体化学を制御した精密有機合成に利用可能になると、様々な高付加価値化合物が安価に合成できるようになる。本研究では、合成効率を最大限に高めるため活性化試薬の支援を得ずに、デザインされた触媒のみで安定なニトリル化合物を特異的に活性化できる触媒系の構築を目指した。ニトリルのα位水素活性化により活性αシアノカルボアニオンを形成させ、種々のプロキラル求電子剤への付加反応を検討した。シアノ基は直線型構造を取っていることから求核反応時の立体障害は最小限であり、将来的には4置換炭素構築型反応への展開も期待される。α位にアニオンを安定化させる電子吸引基や芳香環を有するニトリルからの求核剤の発生は広く利用されるているが、単純なアルキルニトリルの場合α位の酸性度は低く触媒のみによる直接的なαシアノカルボアニオン形成の例は非常に限られている。種々検討の結果、トリアゾリウム型キラルNHCとRh(I)OMeからなる錯体がアセトニトリルからのαシアノカルボアニオンの形成と続くアルデヒドへの付加反応を効率良く促進させることがわかった。エナンチオ選択性は中程度ながら、現在本反応の不斉化は世界で我々のグループの他に例はなく、今後の研究進展が期待される成果である。26年度が最終年度であるため、記入しない。種々の不斉カルベン配位子を、トリアゾリウム型・イミダゾリウム型・チアゾリウム型カルベン及び周辺置換基も含めて幅広く合成し、各種遷移金属錯体を形成して網羅的に反応特性を精査した。求電子剤としてアルデヒド、求核種前駆体としてアセトニトリルを用いるモデル反応において、嵩高いイミダゾリウム型NHCとNi, Rh, Irの組合せが特に反応促進に有効であることが判明した。フリーのNHCに由来するアルデヒド同士のbenzoin縮合等の副反応は見られなかった。脱プロトン化されたアセトニトリルの直線型アニオンは、エノラートと比較して立体選択的付加反応が困難であり、継続的な配位子検討の結果60%前後のエナンチオ選択性を観測するに留まっている。そのため、まずはラセミ反応において反応プロファイルを徹底的に精査することとし、基質一般性の検討を行ったところ、芳香族アルデヒドの置換パターンと反応速度に強力な相関関係が見られる事がわかった。反応性に乏しいアルキルニトリルの効果的な求核的活性化法を見いだした。立体選択性の発現に難儀しており、新たなアイデアの注入が必須と考える。Rh/NHC(N-ヘテロサイクリックカルベン), Ir/NHC, Ni/NHCがそれぞれアルキルニトリルのアルテヒドへのタイレクト型付加反応の有効な触媒となる事を見いだしている。キラルNHC配位子を網羅的に合成し、エナンチオ選択性の発現の可能性を追求したが、現在までのところ中程度のエナンチオ選択性に留まっている。今年度はまずアキラルな反応において触媒の特性を基質の嗜好性・官能基共存性も含めて網羅的に精査した後、異なるアプローチでエナンチオ選択性の発現を画策する。ニトリル官能基は立体バイアスが小さいために立体選択的な反応経路にエネルギー差が生じづらい傾向にあると予測し、超分子化学的な高立体バイアス錯体を触媒として用いる。キラルNHCはその合成に多大な時間と労力がかかり、仮に最適なNHC配位子を同定できたとしても多くの化学者が利用する汎用性のある不斉触媒反応に成りづらいと思われる。

将来的な利便性も見越して、容易に合成可能なピリジン含有アキラルNHC配位子を用いたRh/NHCあるいはIr/NHC錯体に、(en)Pdあるいは(en)Ptを介して既存不斉リン配位子と高次錯形成させることで、有効反応場に効果的な不斉空間を構築させる。適宜DFT計算による錯体構造予測を行いつつ合理的アプローチで最適触媒への最短ルートを模索する。
肝細胞由来の新規神経活性化因子による末梢神経再生促進・生存維持機構

肝細胞から分泌される因子が老化した末梢神経だけでなく成熟動物の中枢の神経組織からの神経再生をも促進することを明らかにしてきた。本研究は:(1)肝細胞分泌神経再生促進因子の分離・精製を更に進め、この因子を単離しそのアミノ酸シークエンスを決定すること、(2)この因子の末梢神経系に対する作用機序を明らかにすること、を目的として行ってきた。その結果:1.肝細胞培養上清の分離精製:平成7年度に集めた1000Lの肝細胞培養上清中から肝由来新経活性化因子をすでに確立した分離精製方法を導入しし、分離精製を進めているところである。分離は順調に進められており、精製された活性化因子から因子のアミノ酸シークエンスを決定し、遺伝子クローニングを確立する予定である。(企業との共同研究のため、詳細な記載は省略)2.肝細胞分泌因子による末梢神経神経再生促進・生存維持機構の解明:肝由来神経活性因子は成熟したマウスやラットの神経線維束を伴う脊髄後根神経節の線維束切断端からの神経再生を促進した。この因子の下神経節を含む迷走神経線維束の線維束切断端ならびに、上頸神経節を含む線維束切断端からの神経再生に対する効果を検討した。その結果肝由来神経活性化因子は迷走神経線維束切断端、ならびに交感神経線維束切断端からの神経再生を促進することが明らかになった。また因子は神経節内の神経細胞の培養後の細胞死を抑制する効果のあることも明らかとなった。今後肝由来神経活性化因子の臨床的用に向けこの因子の同定、遺伝子クローニングと同時にその作用機序を更に解明していく予定である。肝細胞から分泌される因子が老化した末梢神経の神経再生を促進するだけでなく、成熟動物の中枢の神経組織からの神経再生をも促進することを明らかにしてきた。その結果:1.肝細胞培養上清の分離精製1994年に培養上清500L集め分離精製を行いアミノ酸シークエンスの部分的決定に成功し、この因子が新規であることがほぼ確実になった(特許の関係で詳細報告は割愛)。今年度はまず1000Lの培養上清を集めることに専念し、目的の量を集めることが出来た。現在その上清中から肝由来神経活性化因子を分離精製する方法を前回の方法を元に検討中である。来年度中に因子のアミノ酸シークエンスを決定し、遺伝子クローニングを確立する基盤を作り上げることが出来た。2.肝細胞分泌因子による末梢神経神経再生促進・生存維持機構の解明肝由来神経活性因子は神経細胞には直接作用せず、神経を取り巻く細胞系に作用視神経再生を促進しその生存維持を可能にしている。そこで神経線維を伴う後根神経節のおけるNGF,BDNF,NT-3,NT-4の神経栄養因子のmRNAの発現レベルの変化をcompetitive PCR法で測定した。まだプレリミナリーな段階であるが、肝由来因子によりこれらneurotrophinの発現が活性化されることはなさそうである。別の機構を活性化することにより神経再生促進し、生存維持機能を発現するものと考えられる。Iaminin等の細胞外マトリックスの発現変化などに注目していきたい。

その結果:1.肝細胞培養上清の分離精製:今年度は昨年度より集めた1000Lの肝細胞培養上清中から肝由来神経活性化因子を分離精製する方法を前回の方法を元に検討し、分離精製を進めているところである。分離は順調に進められており、精製された活性化因子から因子のアミノ酸シークエンスを決定し、遺伝子クローニングを確立することが出来る予定である。現在活性化因子の収量を算出しており、その量がアミノ酸シークエンスを決定できる量に達すれば、因子を特定し遺伝子クローニングを行う計画である。(企業との共同研究のため、詳細な記載は省略)2.肝細胞分泌因子による抹消神経神経再生促進・生存維持機構の解明:肝由来神経活性因子は成熟したマウスやラットの神経線維束を伴う脊髄後根神経節の線維束切断端からの神経再生を促進した。今年度この因子の下神経節を含む迷走神経線維束の線維束切断端ならびに、上頚神経節を含む線維束切断端からの神経再生に対する効果を検討した。その結果肝由来神経活性化因子は迷走神経線維束切断端、ならびに交感神経線維束切断端からの神経再生を促進することが明らかになった。今後肝由来神経活性化因子の臨床的用に向けこの因子の同定、遺伝子クローニングと同時にその作用機序を更に解明していく予定である。
視覚認識における立体提示の教育的効果の研究

複雑な図形などを立体提示することによって、視覚認識が容易になるため、教育的にも有効である。本研究では、図形を立体テレビで3次元提示することにより、通常テレビの2次元提示の場合よりも視覚認識が容易であることを定量的に明らかにすることを目的とした。視覚認識の容易さを、2つの提示図形の異同判別に要する判断時間で、評価する方法で研究を行なった。以下に、本研究で得られた成果を示す。(1)提示パターン用の3次元CG(コンピュータグラフィックス)による図形の表示と回転を行なう、プログラムとNTSC映像を作成した。(2)図形提示から図形の異同を判断する判断時間を1/l00秒の精度で測定するシステムを作成した。(3)判断時間を測定したところ、奥行回転、平面回転とも、3次元で表示した方が、判断時間は1%水準で有意に短くなることがわかった。(4)2次元と3次元で提示する順序が、表示効果に影響を与えたが、これは、3欠元表示による効果と提示順による慣れの効果に起因することがわかった。(5)表示した次元による判断時間の差は、回転後の図形のイメージ化に掛かる時間であることがわかった。図形の回転方同による判断時間の違いなども示されたが、これらは残された課題であることを示した。
二脚ロコモーションの背後に潜む多重時間スケールの共存メカニズムの解明

本研究では,時空間パターン形成の普遍的数理構造である「多重時間スケールの共存」に着想を得ることにより,二脚歩行・走行ロボットの新奇な制御手法の提案及びその工学的実現を目指し研究を行ってきた.その成果として,受動歩行・受動走行の自己安定化メカニズムに内在する多重時間スケールの理解,世界初の実験的受動走行,受動走行の自己安定化メカニズムと親和性の高い制御則の設計法提案とその有用性の確認という成果を得た.本研究では,時空間パターン形成の普遍的数理構造である「多重時間スケールの共存」に着想を得ることにより,二脚歩行・走行ロボットの新奇な制御手法の提案及びその工学的実現を目指し研究を行ってきた.その成果として,受動歩行・受動走行の自己安定化メカニズムに内在する多重時間スケールの理解,世界初の実験的受動走行,受動走行の自己安定化メカニズムと親和性の高い制御則の設計法提案とその有用性の確認という成果を得た.本研究の目的は,「歩行・走行ロボットの新たな制御手法を構築しその実験的検証を行うことを通して,ヒトのロコモーション(二脚歩行・走行運動)の発現原理を理解し設計原理を解明すること」である.本年度の研究実施計画は,「受動歩行・受動走行の安定化メカニズムの徹底理解とその深化」及び「準受動走行・受動走行機械の実機製作」であった.本年度は,「多重時間スケールの共存」という観点から身体の各構成要素の有する力学的フィードバックの時間スケールがロコモーションパターン形成に与える影響についての数理的考察を行った.具体的には,身体の幾何学的構造や粘弾性特性が受動歩行・受動走行の安定化メカニズムに与える影響を明らかにすることを試みた.その結果,股関節に実装した巻きバネのバネ定数Khipと脚に実装した直動バネのバネ定数Klegの値によって発現する受動歩行や受動走行さらには受動スキップといった多様な歩容とその歩容に対応するフィードバック構造の関係が明らかになりつつある.さらに,受動走行の安定化フィードバック構造と親和性の高い制御則の設計法について提案し,その有用性について検証を進めている.実機製作については,世界初の受動走行を実機により実現し,最終目標である準受動走行機械の実現に向けての準備を進めている.また,研究代表者らは本年度の研究の過程において,身体と環境との間の相互作用から発現する「陰的制御則」という概念を提唱した.この概念は,二脚ロコモーションの発現原理を数理的に理解する上で鍵となり得る概念であり,今後の研究の発展性を考慮すると極めて新奇かつ重要な意義を持つと考える.本研究の目的は,「歩行・走行ロボットの新たな制御手法を構築しその実験的検証を行うことを通して,ヒトのロコモーション(二脚歩行・走行運動)の発現原理を理解し設計原理を解明すること」である.本年度は,前年度に得られた受動走行の自己安定化メカニズムに関する知見に基づき,受動走行に内在し走行運動を安定化する「陰的」制御則と親和性の高い「陽的」制御則の設計方策について検討した.具体的には,定式化した受動走行を安定化するフィードバック構造に基づき,走行運動の安定性をさらに向上させる制御則を導出した.理論解析の結果,走行運動の着地点(地面に着地する瞬間の状態)に関するポアンカレマップの最大固有値を減少させる制御則の設計が可能となった.さらに,導出した制御則の妥当性を検証するため,提案する制御則を実装した準受動走行モデルを構築し,シミュレーションによる検証を行った.その結果,提案する制御則を実装することで初期値に対する頑健性が向上することが確認された.また得られた制御則は,安定な受動走行を実現する身体ダイナミクスを効果的に活用し,走行制御の時空間的「コツ」を抽出していることを示唆する結果が得られている.本研究は,安定・高効率走行を実現する制御則の設計論を提供し,走行運動の発現原理の理解に迫る知見を提供すると考えられる.また研究業績として,世界初の受動走行の実機実験に関する研究が,ロボット分野における一流雑誌であるIEEE Transaction on Roboticsへ掲載された(2011年2月).また,多重時間スケール(多重リズム性)に着目した制御モデルに関する研究論文2編の掲載(1編は印刷中)も本年の業績である.