hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グレブナー基底を用いた楕円曲線上の離散対数問題への解析

冪零元を持つ係数環上のモニックな(一変数)多項式の二つに対して、最大公約数の概念を導入した。これを使って、このような係数環上の多項式を扱う中国剰余定理における「余因子」を計算できた。それで、三角形集合と呼ばれる辞書式順序グレブナー基底の族の一つを計算するときに、生じる係数の増大(ビット長)を見積もった。この中国剰余定理がエルミット補間の一種とみなすことができる。この視点から、より多い利点がある重心型のエルミット補間へ変換する計算を研究し、場合によって成功できた。上記の新規性をもつ結果は、今まで「根基」の場合に制限されていた結果を一般化し、新しい方向性の研究を開く。2015年の前半に、本研究計画の提案と類似点がある三つの論文が発表された。それらの論文にSemaevのアプローチに対して楽観的でない結論を引き出された。特にMin-Deh HuangらはEurocrypt2015において、楕円曲線上の離散対数問題(略ECDLP)を準指数時間と見積もられるFirst Fall Degreeという仮定が起こりえるわけではないとのことである。しかしながら、本研究計画の特徴として、多項式の次数を下げるように有限体の方程式「Xのq乗- X」を最初から含めることは、前述の三つの論文に影響を受けていない。それとは言え、グレブナー基底の計算を改善する必要である.辞書式順序グレブナー基底について研究した。これらはWeilの制限から得られる連続多変数多項式系を解くのに使われている。そのグレブナー基底に関するビット計算量を考察した。そのうちに、Semaev法によるECDLPは、ある程度、難しくなり、研究が当初計画どおりに進まないときの対応として、多変数多項式公開鍵暗号(英:MPKC)について多少考察した。共同者と一緒に、その分野における連続多変数2次-多項式のパラメータ、素体のサイズ、変数の個数などについて考察した。安全性を確保する(解くのは難しい)とともに、暗号化または署名発行の速度と小さな鍵サイズを与えるパラメータを選択するという目的である。上記通りに、本研究課題に密接に関連する論文が2015年の前半に発表された影響で進捗はやや遅れている状況である。元の提案においての主な特徴は影響を受けてないにもかかわらず、より徹底的な解析を行う必要である。しかしながら、グレブナー基底に関する結果(査読つき国際会議の論文1件、研究集会での発表2件)とMPKCに関する結果(研究集会での発表1件)を達成した。27年度の実施状況報告書で掲載した通り、指数計算法(index calculus)を使って楕円離散対数問題を攻撃する目的としたpoint decomposition problem(PDP)がMin-Deh Huang氏らのEurocrypt2015年の論文に予想以上難しいと明らかにされた。それ以来、この方法に対して肯定的な結果を与える論文が出なかった。ただし、多変数多項式に関する計算側面は今なお重要であり、楕円曲線の一部に対してPDP法は離散対数問題に対するgenericアルゴリズムを打ち負かす可能性がある。まず、零次元グレブナ基底による、位数qの定義体の方程式「Xのq乗- X」を規約する「正規化バイナリ法」を考察した。PDP法により現れる多変数多項式の有理点を求める際に標準方法に比して簡単な加速を得る。当初計画に関連するこの研究の他、研究が当初計画どおりに進まないときの対応として「連立多変数多項式の求解」を改善した。例えば、準素例次元辞書式順序グレブナ基底上の係数を持つ多項式に対して、新しい最大公約多項式(gcd)を提案した。20年前に、冪零元のある環上のgcdの存在性を提起した問題をだいぶ答え、またさらなる研究の動機となる。2017年の国際シンポジウムISSACで発表する予定である。その他、順序式グレブナ基底の補間アルゴリズムの計算量を明確に見積もるために、Mapleソフトで実装した。また、ポスト量子暗号の候補の格子暗号NTRUを群の表現論を用いる一般化への研究を安田氏(岡山理科大学)と探求した。主な理由とは、当初計画に対する悲観的な結論を与えるMin-Deh Huang氏らのEurocrypt2015年に発表した論文が計画の再編成に影響をもたらした。また、28年度に新規性を持つ研究に集中し、その結果は29年度に発表する予定である。そのもとになる上記の28年度に行った研究のほとんどの結果がまだ発表されていないからである。2015年にMin-Deh Huang et al.氏らによる論文が発表され、当初計画に対して悲観的な評論を与えた。それ以来、楕円曲線上の離散対数を解析するグレブナー基底アプローチについての論文が無く、この悲観的な意見が裏づけられてきた。そのため、並行計画(「研究が当初計画どおりに進まないときの対策」として提案した計画)にそって研究しはじめた。29年度に、この並行の計画で、雑誌論文(2件)や学会で予備結果についての発表(6件)という実績を得た。その予備結果の一つは論文化が完成しており、その他も研究が進んでいる。そのため、当初計画に反する上記の見通しであったが、並行計画はいくつかのオリジナルな結果を得ており、新たな研究方向に順調に進んでいる。。まず、国際シンポジウムISSAC2017の論文では、零次元の準素イデアルで割った多項式商環(例えばk[x]/x2)の上では最大公約多項式(GCD)がないと思われたのにも関わらず、GCDの概念を導入した。

この結果の応用として、国際学会MACI2017の論文で古典の中国剰余定理(CRT)をこの商環の上に一般化した。背景は、三角形である「辞書式順序のグレブナー基底」(lexGb)を取り扱う論文である。どうやって三角形ではない一般な辞書式順序グレブナー基底にこの新「中国剰余定理」を適用できるかの原稿を完成しているところである。中国剰余定理のように古典であるアルゴリズムを一般化するのは重要だと考えられ、こうして得られた基礎的な成果をさらに生かすことでき、新たな研究方向に進める予定である。冪零元を持つ係数環上のモニックな(一変数)多項式の二つに対して、最大公約数の概念を導入した。これを使って、このような係数環上の多項式を扱う中国剰余定理における「余因子」を計算できた。それで、三角形集合と呼ばれる辞書式順序グレブナー基底の族の一つを計算するときに、生じる係数の増大(ビット長)を見積もった。この中国剰余定理がエルミット補間の一種とみなすことができる。この視点から、より多い利点がある重心型のエルミット補間へ変換する計算を研究し、場合によって成功できた。上記の新規性をもつ結果は、今まで「根基」の場合に制限されていた結果を一般化し、新しい方向性の研究を開く。(1)最初から、Semaevの多項式が計算された前に大きな有限体の多項式「Xのq乗- X」を含める方法を発展する。(2)そのため、少数単項式だけを持つ高次数多項式(有限体の多項式「Xのq乗- X」のような多項式)に対しても有効で、新たな多変数多項式の正規性の計算方法を進展する。(3)多変数多項式の解求を加速するのにグレブナー基底の研究を探求する。(1)最初に、上記の進行中の研究を完結する。(2)次に、本課題についてのpoint decomposition problemを記述するSemaev多項式の対称性を生かして以前の研究をまたさらに改善できるアイデアを調べる(横山氏、篠原氏、Renault氏との共同研究)。(3)その後、提案した新しいgcd概念を発展する予定である:部分終結式(subresultant)に基づく効率的なアルゴリズムを完成し、それからその計算量を評価し、また一つだけではなく複数の準素成分に一般化する。計算機代数グレブナー基底と多変数多項式に関する計算は不可欠である。Magmaという計算機代数ソフトウェアは最も高速なグレブナー基底アルゴリズムを実装していて、Magmaは必要である。2016年3月に終了になった別の共同研究(九州先端科学技術研究所-ISIT、福岡)のおかげで、有料ソフトMagmaを使うことができた。2016年度にそのソフトを購入するつもりで、2015年度の予算を貯えた。28年度に取り組んだ研究はほとんど29年度に実を結ぶ予定なので、29年度に国際と国内学会などで発表しに行けるように繰越金として財源を確保した。この研究計画を実施するのに欠かせない計算機代数ソフトウェアMagmaを購入する予定である。(15万円程度)。次の学会とシンポジウムで、前年度までに得た結果を発表する:issac 2017 (ドイツ), ACA 2017 (イスラエル)、SCIS
人間の認知特性からみた都市パターンの設計基準に関する基礎的研究

研究の目的:街路パターンを組み合わせて、多くの利用者に分かりやすく覚えやすい街路空間を創出することが可能だと考えられる。今回の研究は昨年の研究と同様の実験方法を用い、間隔をあけて複数回行い、記憶の減衰の効果を検討することで、都市設計基準として利用できる結果を得ることを目的とする。研究の内容:ルートを設定して3種類の街路パターン(街路A:街路IR 50%街路GR 50%、街路B:街路IR 30%街路GR 70%、街路C:街路IR 70%街路GR 30%)を作成し、街路CG動画による案内(歩く速度で作成した案内アニメ)でルート案内を行った。案内ご実験協力者に地図を描いてもらい実際の街路で歩行してもらった。歩行実験終了後アンケートを行った。この実験を街路の案内アニメ提示直後と、20分後、6日後の3回行った。考察:3つの街路においてGoalまでの街路歩行到達Link数、街路別平均歩行速度、方向感覚誤差、アンケート難しさレベル平均から3つの街路の特徴を街路の全体的な性質について判断することで比較した。街路歩行平均到達link数を比較すると、街路Aと街路Bは同程度だが、街路Cは全員が1回目3回目全てゴールまで辿りついている。街路別平均歩行速度は、街路Aは2回目で一度上昇し、また下降している。また、方向感覚誤差においては、街路Aと街路Bが共に回数を重ねるごとに緩やかに減少していくのに比べ、街路Cは1回目の誤差が極めて小さく、回数を重ねるごとに徐々に増加するという動きを見せた。そして、難しさのレベル平均では、街路Aは一様に同程度、街路Bは1回目を難しいと感じた後、一度減少、街路Cは回数を重ねるごとに低下している。これらのデータから点数化し整理した。点数の比較結果から、街路Cが記憶の減衰が少なく、学習による記憶が残りやすい街路であると考えられる。3年間の研究期間の予定として、歩行実験を行う実験地の地図を基に、実験に用いる格子状街路部分と、不規則に曲がった街路部分のモデリングを行い、3種の街路パターンを作成した。それらをもとに、実験での案内に使用する街路CG動画(歩く速度でルートを通るアニメ)を作成した。平成30年度後半は、作成した画像をもとに歩行実験(予備実験)を行い、格子状街路と不規則に曲がった街路の混在比率を検討した。実験協力者に優位脳検査、心理テストを実施し、空間に対する認識の特徴を調べ、属性による分類を行った。CG動画を用いて疑似的空間内での空間認知について実験を行い、結果を得た。アイマークレコーダー、脳波計のテストとデータ取得の練習を行った。平成31年度実施予定の実験の被験者の内定については人数としての不足分を確保することが課題として残った。平成31年度以降の計画:平成30年度に作成した街路パターンを用いて歩行実験(本実験)を行う。実験地は街路Aパターン(格子状街路)と街路Bパターン(不規則に曲がった街路)の都市パターン混在(A50%B50%)の街路。これらは実在の都市の中に設定する。そこにStartからGoal到達までの難易度を調節するために総延長距離、曲がる回数、曲がり角から曲がり角までの距離を統一したルートを設定する。被験者は予備を含めて2030名、実験期間は5ヶ月を予定している。小型DVカメラとアイマークレコーダー、脳波計を装着した実験協力者のうち、半数は実験者の後を1度だけ、Start地点からGoal地点までついて歩いてルートを学習する。他の半数はStart地点においてゴーグルで提示する街路CG動画のルート案内(歩く速度でルートを通るアニメで、建物高さは一定でディテールは省略され、空間構造のみが明確に分かる)を1度だけ見てルートを学習する。そして、学習直後にStart地点からGoal地点までの地図を作成する。地図作成後、被験者はStartからGoalに向けて街路内を1人で歩行する。Goalに到るまで被験者が行う歩行行動をDVカメラで撮影する。実験終了後、実験協力者全員に対して実験に関するアンケートを行う。質問内容は、街路の難しさ、どのような方法でルートを歩行したか、など。この一連の実験を期間をおいて3回行う。

また、方向感覚誤差においては、街路Aと街路Bが共に回数を重ねるごとに緩やかに減少していくのに比べ、街路Cは1回目の誤差が極めて小さく、回数を重ねるごとに徐々に増加するという動きを見せた。そして、難しさのレベル平均では、街路Aは一様に同程度、街路Bは1回目を難しいと感じた後、一度減少、街路Cは回数を重ねるごとに低下している。これらのデータから点数化し整理した。点数の比較結果から、街路Cが記憶の減衰が少なく、学習による記憶が残りやすい街路であると考えられる。3年間の研究期間の予定として、歩行実験を行う実験地の地図を基に、実験に用いる格子状街路部分と、不規則に曲がった街路部分のモデリングを行い、3種の街路パターンを作成した。それらをもとに、実験での案内に使用する街路CG動画(歩く速度でルートを通るアニメ)を作成した。平成30年度後半は、作成した画像をもとに歩行実験(予備実験)を行い、格子状街路と不規則に曲がった街路の混在比率を検討した。実験協力者に優位脳検査、心理テストを実施し、空間に対する認識の特徴を調べ、属性による分類を行った。CG動画を用いて疑似的空間内での空間認知について実験を行い、結果を得た。アイマークレコーダー、脳波計のテストとデータ取得の練習を行った。平成31年度実施予定の実験の被験者の内定については人数としての不足分を確保することが課題として残った。平成31年度以降の計画:平成30年度に作成した街路パターンを用いて歩行実験(本実験)を行う。実験地は街路Aパターン(格子状街路)と街路Bパターン(不規則に曲がった街路)の都市パターン混在(A50%B50%)の街路。これらは実在の都市の中に設定する。そこにStartからGoal到達までの難易度を調節するために総延長距離、曲がる回数、曲がり角から曲がり角までの距離を統一したルートを設定する。被験者は予備を含めて2030名、実験期間は5ヶ月を予定している。小型DVカメラとアイマークレコーダー、脳波計を装着した実験協力者のうち、半数は実験者の後を1度だけ、Start地点からGoal地点までついて歩いてルートを学習する。他の半数はStart地点においてゴーグルで提示する街路CG動画のルート案内(歩く速度でルートを通るアニメで、建物高さは一定でディテールは省略され、空間構造のみが明確に分かる)を1度だけ見てルートを学習する。そして、学習直後にStart地点からGoal地点までの地図を作成する。地図作成後、被験者はStartからGoalに向けて街路内を1人で歩行する。Goalに到るまで被験者が行う歩行行動をDVカメラで撮影する。実験終了後、実験協力者全員に対して実験に関するアンケートを行う。質問内容は、街路の難しさ、どのような方法でルートを歩行したか、など。この一連の実験を期間をおいて3回行う。研究に必要な機器を購入する必要があったため次年度使用額が生じた。購入を希望したアイマークレコーダーは、実験協力者の即時的、かつ、連続的な視線の動きを捉え、空間内の進路判断に必要とする情報を記録するために必要である。この装置は本研究の目的を達成するために重要な役割を果たす。
時間分解共鳴第二高調波スペクトルによる界面電子移動ダイナミクスの解析

電気化学的な制御およびSHスペクトルのin-situ測定が可能なセルを試作した。このセルの中に設置したMB/S/Au電極に540nm-640nmのレーザー光を基本波として入射角40゚で照射した。基本波はS偏光で入射し,SH光はP偏光で検出し,光電子増倍管およびデジタルストレージオシロスコープで測定した。同時に基本波強度も測定し、基本波強度の波長依存性によるSHスペクトルの歪みを補正した。このSHスペクトル測定システムを使って石英表面に吸着したMBのSHスペクトルを測定し,同一試料の透過吸収スペクトルと比較したところ両者は良く一致していた。このことから,本測定システムによる吸着分子の電子状態測定が可能であることを確認した。電極電位0.2Vにおいて測定したMBのSHスペクトルは,S/Au電極表面のフレネル因子の波長依存性によるスペクトルの歪みを省くためにMBが吸着していないS/Au電極のSH強度で規格化した。スペクトル形状は被覆率に依存して大きく変化しており,電極表面の電子構造が吸着分子の被覆率に依存することを示唆している。また,この結果はS/Au電極由来の非線形感受率とMB由来の感受率の干渉によるものと解釈され,金属と吸着分子に由来する非線形分極が互いに干渉することを分光学的に実証した初めての例である。本研究における第二高調波の偏光依存性の結果もそのことを強く支持している。そこで,MB由来の感受率に関する情報を抽出するために導出した理論式でそれぞれのスペクトルをフィッティングした。フィッティングにより得られた吸着MBの共鳴極大波長は被覆率の増大にともなって短波長にシフトすることが明らかとなり,電極表面におけるMBのH会合体形成が示唆された。
2足歩行ロボット用低価格開発システムの構築

近年、低価格2足歩行ロボットが開発され、各種大会が開催されており学生は非常に興味を示す。これらは工学実験等でも導入されているが、効果的な教育効果が得られてない。原因は、低価格2足歩行ロボットはフィードバック制御されていないため、各関節の角度をアニメーションのように作り、これを再現させるプログラムをトレースする事に終始するからである。また目測及び通常のビデオ撮影から全ての関節角度を読み取ることは不可能である。これらの情報を読み取るモーションキャプチャーシステムは高価であり、1台10万前後の2足歩行ロボット解析するために導入することはできない。当研究は低価格でこれらのシステムを構築することを目的とする。2台のUSBカメラ映像をステレオマッチング法により合成し3次元位置データを計測した。計測可能空間はカメラ間距離、25cm、高さ25cmの場合、x軸画角63度、y軸画角48度、xz平面は56cm*53cmの空間を計測することを想定している。補正後はxz軸平面誤差は±4mm、y軸誤差は±10mmとなった。2足歩行ロボットに直径12ミリの5色球(赤、燈、黄色、緑、ピンク)を18個取り付けた。色認識方法はカメラからのRGBデータをHSV(色相、彩度、明度の三成分からなる色空間)に変換して2値化後、ラベリングを行っている。ステレオマッチングによるモーションキャプチャシステムは2万円以下で1m/sの移動物体を±10mmでの計測が可能となった。しかしこのシステムは各USBカメラの1msec以下の同期が必須であり、コンピュータの負荷により同期ずれが発生する可能性が高い。安定した計測にはソフト及びハードの改良が必要である。最後に2足歩行ビルダー数万人の安定歩行研究の一助になれば幸いである。
近紫外光による植物蛋白質誘導の分子機構解析

太陽光の全波長域を透過するビニールフィルムおよび太陽光の全波長域から紫外線のみをカット(不透過)するビニールフィルムでそれぞれ被服したビニールハウス(+UV区および-UV区)を設置して、そこで生育した植物に及ぼす太陽光紫外線(主に近紫外光)の作用を解析した。+UV区では、発育初期に伸長生長の抑制・肥大生長の促進、生育の進行に伴って伸生成長も促進された。-UV区における、ナスの果実や茎・葉柄・葉脈ではアントシアニンが合成されず、葉では病害虫による被害も顕著であり、下位葉の老化も早かった。また、太陽光の紫外線によって、クロロフィルのa+b含量増大・a/b比減少(つまりbの割合増大)、光合成・呼吸活性および硝酸還元酵素(すなわち、炭素代謝系および窒素代謝系の活性)が促進されること、さらに、蛋白質含量も増大し、その量だけでなく質的にも差異が生じることが(SDS-PAGEにより)明らかになった。この質的に異なる蛋白質をウエスタンブロッティングによるN末端のアミノ酸の同定を試みたが、恐らくアミノ酸がアセチル化あるいはピログルタミル化などによってフェニルイソチオシアネート(PITC)と試薬反応をしなかったものと思われ、N末端のアミノ酸の決定は現在成功していないが、目下検討中である。さらに、UVはピ-マン果実のビタミンC含量、イネの個体あたりの穂数・頴果粒重を増大させた。エンドウのグロースチャンバー(太陽光紫外線波長域の照射有無条件)内の実験系ではUV照射により、草丈、新鮮重、根粒数およびフラボノイド含量が増大した。さらに太陽光紫外線により特異的に発現する蛋白質および代謝系の変動との関係を生化学・分子生物学的に解析中である。以上の結果より、現在、地表に到達している太陽光紫外線の波長域・放射量は、植物の生長および生理作用に対して悪影響どころか、むしろ必須要因であると結論づけられる。
マイクロキャリアー培養法を用いた歯根膜組織の再構築

現在広く臨床応用されている人工歯根(インプラント)は、天然歯根と違いその周囲に歯根膜を有しないため、様々な問題が存在している。そこで、歯根膜由来培養細胞を用いて人工歯根周囲に歯根膜を再構築する必要がある。近年、付着依存型細胞の大量培養法としてマイクロキャリアー培養法が開発・応用されてきている。前年度の研究では、マイクロキャリア培養法が歯根膜線維芽細胞にも応用可能であり、その足場および移植担体(scaffold)としてコラーゲンゼラチン製の多孔性マイクロキャリアに関して適用可能であることが判明した。今回の研究では細胞を付着させたマイクロキャリアの生体内への応用および生体内での応答に関して、ラットおよびビーグル犬を用いて組織学的ならびに免疫組織化学的に検討した。歯根窩洞に細胞を付着させたマイクロキャリアおよびチタンを挿入し、歯周組織の反応を検索した結果、チタン周囲に新生骨様組織が形成されていた。また新生骨様組織とチタンとの間には一部線維が垂直に配列した歯根膜様軟組織が形成されていた。1.コラーゲンゼラチン製多孔性マイクロキャリア上で歯根膜由来線維芽細胞は付着伸展し、立体的な構造を呈することが判明した。3.ラットを用いたチタン埋入実験では、既存歯根膜組織が埋入チタン表面に伸展し、セメント質様構造物を伴った歯根膜様組織が再構築されることが判明した。またチタン表面に近接した組織ではアルカリホスファターゼ活性が上昇し、当部位での高い細胞活性と硬組織産生能が示唆された。以上の結果より、コラーゲンゼラチン製多孔性マイクロキャリアが歯根膜細胞の足場(scaffold)として応用可能であり、歯根膜および骨組織再生の可能性が示唆された。今後は、既存歯根膜組織に頼らない組織再構築の開発および培養・移植された細胞特性の詳細な解明が必要であると思われる。本研究では、マイクロキャリア培養法を用いて歯根膜細胞の量産化を図り、組織構築の際の足場(scaffold)としての可能性を検索することを目的としている。また、チタンなどの人工歯根に培養細胞を応用した場合の組織学的変化を解明するため、ビーグル犬を用いて組織学的ならびに免疫組織化学的に検討した。1.マイクロキャリアに歯根膜由来線維芽細胞が応用可能であるか否かを検索したところ、血清濃度やスピナフラスコの回転数を調整することによって培養が可能であり、細胞量産化も可能であることが判明した。2.マイクロキャリアを細胞の足場および移植担体として利用するためには、その材質に関しても検索しなければならない。今回コラーゲンゼラチン製の多孔性マイクロキャリアに関して検索し、歯根膜線維芽細胞が応用可能であることが判明した。3.歯根窩洞に培養歯根膜由来線維芽細胞およびチタンを挿入した際の歯周組織の反応を検索するために、イヌ歯根窩洞に培養歯根膜線維芽細胞とチタン片を播種・埋入した。その結果、埋入されたチタン片と窩底面の間に、新生セメント質様構造物の形成を伴う歯根膜様軟組織および新生骨様組織が形成されていた。形成されたセメント質様構造物は有細胞セメント質様構造物であり、無細胞セメント質の再生には至らなかった。これらの観察結果より、播種した培養歯根膜線維芽細胞には、新生骨組織を伴った歯根膜組織をチタン片上に再構築しうる可能性が示唆された。また、培養細胞をBrdU標識することにより、窩洞内に播種細胞が3ヶ月間残留していることが証明された。4.マイクロキャリアは細胞の足場(scaffold)として応用可能であり、今後は生体内への移植方法やマイクロキャリア上での細胞の特性についての検討が必要であると思われた。

またチタン表面に近接した組織ではアルカリホスファターゼ活性が上昇し、当部位での高い細胞活性と硬組織産生能が示唆された。以上の結果より、コラーゲンゼラチン製多孔性マイクロキャリアが歯根膜細胞の足場(scaffold)として応用可能であり、歯根膜および骨組織再生の可能性が示唆された。今後は、既存歯根膜組織に頼らない組織再構築の開発および培養・移植された細胞特性の詳細な解明が必要であると思われる。
ローカルフィールドポテンシャルの時間周波数解析による脳内情報読み取り技術の開発

ニューロン集団が同時に興奮性入力を受けたり、同期発火したりする場合に脳組織内に生じる集合的電位(LFP)に着目して脳機能を解析・活用するために、実験動物の脳内電極からLFPを記録し、特定脳機能との関係で時間周波数解析を行った。また、LFPの時間周波数解析をリアルタイムで行うシステムを構築した。ニューロン集団が同時に興奮性入力を受けたり、同期発火したりする場合に脳組織内に生じる集合的電位は、ローカルフィールドポテンシャルと呼ばれている(日本語で局所場電位とも言うが、本研究計画書文中では英単語の頭文字をとってLFPと略す)。LFP、特にその時間周波数解析は、特定脳機能と関係して賦活する脳部位の同定や局所神経回路における情報処理、さらには脳内情報の読み取りに関して、有用な情報を与える意義深い神経信号であることが最近の研究からわかってきた。本研究で特に注目するのは、ラットにおけるヒゲ感覚を担当する大脳皮質体性感覚野ーバレル皮質における情報表現をLFPの解析によって明らかにすることである。本年度は、特に皮質表面からLFPを効率よく記録するための多電極の開発に取り組み、左右のバレル皮質の硬膜上からそれぞれ4chずつのLFPを記録できる多電極の試作に成功した。また、数値計算用ソフトMatlabのプログラミングによってLFPを含む神経活動の時間周波数分析をリアルタイムで行うアルゴリズムを独自に開発した。現在、これらのハード・ソフトウェアを用いてLFPデータの記録・解析によって、バレル皮質で表現されている脳内情報を解明する実験を行っている。ニューロン集団が同時に興奮性入力を受けたり、同期発火したりする場合に脳組織内に生じる集合的電位は、ローカルフィールドポテンシャル(LFP)と呼ばれている。LFP、特にその時間周波数解析は、特定脳機能と関係して賦活する脳部位の同定や局所神経回路における情報処理、さらにはブレイン-マシンインターフェース(BMI)における脳内情報の読み取りに関して、有用な情報を与える意義深い神経信号であることが最近の研究からわかってきている。本年度、我々は以下のような研究開発を行った。(1)フラッシュ刺激を与えた麻酔下のラットの上丘からLFPを記録して与えた刺激の周波数を解読する実験を行った。その結果、上丘では非常に厳密な精度で、視覚刺激の周波数と刺激提示のタイミングを解読することが可能であることが示された。(2)脳全体のグローバルな同期情報を用いた、新しいBMI技術の基礎開発を目指して、あいまいな脳状態とはっきりとした脳状態を、脳波を用いて計測した。その結果、二状態間で、周波数パワーと位相同期指数に違いが見られることが分かった。(3)脳波やLFPをリアルタイムで時間周波数解析するプログラムを作成した。
単一ニューロンの活動記録と組織学的解析による大脳基底核機能の解明

前年度まで、大脳基底核の入力部である線条体に投射を送り、行動の発現と抑制に大きな役割を果たしていると考えられている前頭前野における細胞の記録・標識実験を行い、前頭前野と大脳基底核をむすぶ神経ネットワークの役割を明らかにすることを目指した。具体的には、まず前頭前野内側部を含む広範な領域において神経細胞活動記録を行った。その結果、前頭前野の背内側部において、行動の適切な発現に関わると考えられる神経活動を示す細胞が、他の領域と比較し多く見出された。その後本実験結果を基に、申請者が開発した単一ニューロン活動記録・標識法を用い、記録した細胞の詳細な標識を行うことにより、これらの細胞の位置やその投射先を同定した。その結果、このような活動を示す細胞のほとんどが第3層、および5層に(それらの細胞の細胞体が)分布しており、またこれらのうち多くが線条体、特に背内側部に投射を送っていることを見出した。一方、これまでこのような機能にかかわりがあると考えられてきた頭頂連合野や視床に投射を送る細胞はほとんど見いだされなかった。これらの結果は、行動の発現と抑制する機能において、前頭前野ー線条体を結ぶ神経ネットワークが非常に重要な役割を果たしていることを強く示唆する結果である。30年度にはこれらの結果を補強するための追加実験や、共同研究者らとのディスカッションを行い、3編の論文としてまとめそれぞれについて現在投稿中である。平成27年度は以前から行っていた、線条体のニューロンが得られる報酬に関連してどのような活動を示すかを調べる実験を行った。その結果、線条体のニューロンの活動パターンは2ー3種類の類型に分けられ、それぞれが異なる情報(報酬予測誤差、刺激の価値、報酬の期待)を保持していることを示唆する結果を得られた。本研究の成果はJournal Neurophysiology誌にて掲載された(Oyama et al., 2015)。本研究の成果は、線条体ニューロンが報酬と罰に関連してどのような活動の違いを示すのかを明らかにしようとする本研究課題を遂行する上で、非常に重要な基盤情報となると考えられる。また、上記の実験と並行して、動物の訓練を効率に行うためのシステム構築を行った。動物にとって罰(本実験ではエアパフ)は好ましくないものであり、与えられたときにそれから逃れようと大きく体を動かしてしまい、それにより東部の固定具が損傷してしまう事例がこれまでに度々みられた。そこで、従来の頭蓋骨にインプラントをする固定法ではなく、金属製の首輪を動物に装着させ、それを固定した状態で訓練を行うことにより、長期間、非侵襲的に実験を行う手法を確立し、Journal of Neuroscience Methods誌に掲載された(Tateyama et al., 2016)。本手法は特に、訓練に比較的時間がかかってしまう、難度の高い複雑な課題を動物に訓練する際に有効であり、本研究課題で用いる、報酬と罰の違いを学習させる課題の訓練においても有用であると考えられる。当初の目的である、報酬の獲得、もしくは罰の回避を回避を行わせる課題を遂行中の動物からの記録実験は遅れてしまっているものの、複雑な課題を動物に遂行させるうえで基盤となる技術の確立(首輪による非侵襲的訓練)が行えたことにより、今後の実験の効率が飛躍的に向上すると考えられる。また、報酬に関連して線条体のニューロンがどのような活動を示すのかを調べることができたことにより、今後記録されるであろう、報酬や罰に関連した活動の分類やその意味付けにおいて、非常に役立つことが期待されるため、おおむね研究遂行の状況は順調であると考えられる。平成28年度は以下の二つの実験を行った。1、運動の促進と抑制にかかわる神経活動を分離するための行動課題を遂行中のラット線条体、および前頭前野からのマルチニューロン活動記録実験まず、光刺激が呈示された方向に反応する、もしくは呈示された方向と逆の方向へと反応することを要求される課題(順/逆反応課題)をラットに訓練した。十分に課題を学習したラットの線条体、および前頭前野において、マルチニューロン活動記録を行った。その結果、運動の促進や抑制にそれぞれかかわると考えられる活動を示す細胞がいずれの領域においても有意な割合で見いだされた。さらに、線条体の異なる領域において、これらの情報を表現するニューロンの割合が異なっていること、さらに、その情報表現の経時的パターンが異なっていることを明らかにした。2、遂行中のラット線条体、および前頭前野における、単一ニューロン活動記録・標識実験実験1と同様の行動課題を遂行中のラット線条体、および前頭前野において、申請者らが開発した単一ニューロン細胞活動記録・標識法を用いて、課題に関連した活動を示す細胞がどのような解剖学的背景を有しているかを調べる実験を行った。その結果、課題の遂行(運動の促進)に深くかかわっていると考えられる活動を示す前頭前野ニューロンは、実験1で明らかにした、線条体において同様の活動を示すニューロンが多く見いだされる領域へと投射を送っていることが明らかになった。また、同様の活動を示す線条体ニューロンの多くは線条体の投射ニューロンである、中型有棘ニューロンであることを明らかにした。マルチニューロン活動記録実験については、2年度目までに終わらせるという当初の予定通りにおおむね進行している。現在、解析を行っており、論文を執筆中である。

また、ニューロン活動記録・染色実験に関しては、各領域で特徴的な活動を示すニューロンの染色が進んでおり、目標とする3年度目における実験の終了が見込めており、十分なデータが収集でき次第、論文を執筆する予定である。前年度までの実験により、元来の目標である、線条体の細胞からの記録・標識実験は、線条体の位置や細胞のサイズなどから、現状の技術では効率的に実験を行うことが難しいことが明らかになった。そのため、線条体に密な投射を送り、行動の発現と抑制に大きな役割を果たしていると考えられる、前頭前野における細胞の記録・標識実験を行い、これらの機能における、前頭前野と大脳基底核をむすぶネットワークの役割を明らかにすることを目指した。頭部を固定した動物に適切な行動の発現と抑制を要求する課題を訓練し、その内側前頭前野においてマルチーニューロン活動記録実験を行った。その結果、前頭前野の背内側部において、行動の適切な発現に関わると考えられる細胞が多く見出された。本実験結果を基に、申請者が開発した単一ニューロン活動記録・標識法を用い、これらの細胞の位置やその投射先を同定した。その結果、このような細胞の多くが、第3層、および5層に分布しており、またそれらの多くが、線条体の、特に内側部に投射を送ることが明らかになった。これらの実験により、行動の発現と抑制に関わる前頭前野ー大脳基底核ネットワークの一端が明らかになった。これらの成果をまとめた論文を現在執筆中であり、30年度中に投稿予定である。本年度までに実験の遂行及び論文の大部分の執筆は終えたものの、論文執筆の過程で実験試料の再解析が必要であることが明らかになった。そのため、補助事業期間を延長し、本研究の完遂を目指す。前年度まで、大脳基底核の入力部である線条体に投射を送り、行動の発現と抑制に大きな役割を果たしていると考えられている前頭前野における細胞の記録・標識実験を行い、前頭前野と大脳基底核をむすぶ神経ネットワークの役割を明らかにすることを目指した。具体的には、まず前頭前野内側部を含む広範な領域において神経細胞活動記録を行った。その結果、前頭前野の背内側部において、行動の適切な発現に関わると考えられる神経活動を示す細胞が、他の領域と比較し多く見出された。その後本実験結果を基に、申請者が開発した単一ニューロン活動記録・標識法を用い、記録した細胞の詳細な標識を行うことにより、これらの細胞の位置やその投射先を同定した。その結果、このような活動を示す細胞のほとんどが第3層、および5層に(それらの細胞の細胞体が)分布しており、またこれらのうち多くが線条体、特に背内側部に投射を送っていることを見出した。一方、これまでこのような機能にかかわりがあると考えられてきた頭頂連合野や視床に投射を送る細胞はほとんど見いだされなかった。これらの結果は、行動の発現と抑制する機能において、前頭前野ー線条体を結ぶ神経ネットワークが非常に重要な役割を果たしていることを強く示唆する結果である。30年度にはこれらの結果を補強するための追加実験や、共同研究者らとのディスカッションを行い、3編の論文としてまとめそれぞれについて現在投稿中である。平成28年度は、報酬の獲得、もしくは罰の回避を回避を行わせる課題を遂行中の動物からの記録実験を行っていく。この際に、前述した首輪による非侵襲的訓練法を用いることにより、効率的に実験を進めていくことを目指す。
地震波干渉法による地震波散乱特性変化の空間分布推定手法の高度化と適用

まず,地震波散乱特性の変化領域の空間分布推定に必要な散乱・内部減衰パラメータの値を,雑微動の相互相関関数のエンベロープ(振幅)を用いて推定する手法の開発に取り組んだ。本研究では,観測点間の雑微動の相対振幅の情報を保存するためにtemporal flattening [Weaver, 2011]という手法を用いて地震の影響を取り除いた後,相互相関関数を計算した。推定された散乱・内部減衰パラメータの値は1-2 Hzでそれぞれ1.6-2.0 km,0.08-0.09 1/sであった。結果の妥当性を確認するために,桜島における人工地震探査の波形データを用いて散乱・内部減衰パラメータを推定したところ,推定値は1-2 Hzでそれぞれ1.2 km,0.09-0.11 1/sであり,両者の結果は調和的であった。また,temporal flatteningよりも一般的に用いられている処理方法で計算した相互相関関数を用いてパラメータを推定し上記の結果と比較したところ,temporal flatteningを用いる方が安定して推定が行えることがわかった。本研究の成果は国内外の学会で発表を行い,国際学会誌に掲載された.今年度は地震波干渉法を用いた2015年8月15日の桜島のダイク(マグマ)貫入イベントに伴う地震波散乱特性変化の空間分布推定にも取り組んだ。先行研究では考慮されてこなかった変化領域内での多重散乱を考慮したモデリング手法を開発し,2015年4月からダイク貫入直後の期間において変化領域の時空間変化を推定した。その結果,ダイク貫入に伴いその周辺の領域において顕著な地震波散乱特性変化が生じていたことがわかった。雑微動の相互相関関数のエンベロープを用いた散乱・内部減衰パラメータの推定手法の開発を行い,得られた推定値を人工地震探査から推定された値と比較することで,雑微動の相互相関関数を用いることでもこれらのパラメータを推定可能なことを確認することができた。また,2015年8月15日の桜島のダイク貫入に伴う地震波散乱特性の変化領域の推定を,これまで考慮されてこなかった変化領域内での多重散乱を考慮した手法で推定することができた。雑微動の相互相関関数のエンベロープを用いた散乱・内部減衰パラメータ推定の研究成果に関しては,国際学会誌に論文を投稿し受理された.まず,2015年8月15日の桜島のダイク貫入イベントに伴う地震波散乱特性変化の空間分布推定に関する論文を投稿する。次に,2008年岩手・宮城内陸地震を対象として,地震に伴う地震波散乱特性変化の空間分布推定を行う。推定にあたっては,少ないデータ数からでもイメージングを可能とする手法であるスパースモデリングを導入し,空間分布推定に最低限必要な観測点数や適切な観測点配置について丁寧に検証していく予定である。

推定にあたっては,少ないデータ数からでもイメージングを可能とする手法であるスパースモデリングを導入し,空間分布推定に最低限必要な観測点数や適切な観測点配置について丁寧に検証していく予定である。
内因性TCRおよびMHC発現を抑制した非自己T細胞によるT細胞輸注療法の開発

免疫療法は悪性腫瘍に対する新たな治療として注目されている。免疫療法のひとつである受容体改変T細胞療法による悪性腫瘍の克服は、近年大きく期待されている分野である。現在の受容体改変T細胞療法は自己T細胞を用いたものであり、汎用性を阻んでいる。そこで本研究では、より効果的で汎用性の高いT細胞療法の開発を目指すため、非自己T細胞を用いた受容体改変T細胞療法に着目した。非自己T細胞を用いる際に“宿主組織傷害"と“輸注細胞の拒絶"が克服すべき課題であり、本研究では、内因性TCR発現の抑制とMHC発現の抑制を行うことで非自己T細胞による輸注療法の可能性を明らかにする。
CIDNP検出ESR法によるラジカル対内の構造変化と反応

1、本科学研究費を用いて次のような整備を行なった。(1)ラジオ波ジェネレ-タおよび100Wアンプを購入し、非常に低い磁場でのCIDNP検出ESR装置を製作した。ゼロ磁場に近い領域におけるラジカルペアのスピン伏態を観測することが可能となった。(2)この手法において必要不可欠なサンプルフロ-システムにおいて、新たな圧力式によるものを製作し、フロ-速度の向上を図った。(3)NMR装置の自動測定装置と組み合わせることにより、測定の自動化を行なった。(4)マイクロコンピュ-タ-を用いて、大量のNMRスペクトルを解析することにより、CIDNP検出ESRスペクトル測定の能率を向上し、リアルタイムでのスペクトル測定が可能となった。2、研究成果の概要は次の通りである。(1)CIDNP検出ESR法を用いる事により、ジクロロベンゾキノンの水素引き抜き反応において生成するラジカルペアに2種類の構造異性体が存在することを明らかにした。従来のCIDEP法では2種のうち一方のみが観測されるが、この手法では従来観測出来なかった方のラジカルをラジカルペア内に観測することが来出る。このことは、ラジカルペアからフリ-ラジカル生成過程におバるラジカルの構造変化の可能性を示唆している。(2)典型的な電子移動反応であるスチルベンの電子移動異性化反応において、CIDNP信号の溶媒誘電率依存性からラジカルペアにおけるラジカル間のク-ロンカのCIDNPへの効果を明らかにした。(3)光反応中間体ビラジカルのラジカル間交換相互作用の温度依存性から、ビラジカルポリメチレン構造の温度変化および構造変化速度についてスピンの立場から明らかにした。
赤外蛍光眼底造影法を用いたエンドセリンの脈絡膜血管収縮作用の分析に関する研究

強力かつ持続的な血管収縮作用を有するエンドセリン-1の,脈絡膜血管に対する作用を直接観察し分析するために,走査型レーザー検眼鏡(ロ-デンストック社、SLO-101)を用いたインドシアニングリーン赤外螢光眼底造影を行い検討した。ペントバルビタールナトリウムによる全身麻痺下で,白色家兎に10^<-9>mol/kgのエンドセリン-1を耳静脈から静脈注射し,静脈注射前,静脈注射後5分,10分,以後10分毎に60分後までインドシアニングリーン赤外螢光眼底造影法にて脈絡膜血管造影を行った。撮影画像をS-VHSビデオテープに記録し,汎用画像解析処理装置で脈絡膜細動脈径を解析し,脈絡膜細動脈の収縮の経時的変化を分析した。脈絡膜細動脈はエンドセリン-1を静脈注射した直後から著明に収縮した。投与5分後(68.5±11.9%,n=8)から30分後(73.6±7.7%,n=8)にかけて最も収縮し(p<0.001),その後徐々に血管径は回復したが60分後(86.1±9.6%,n=8)においても有意に(p<0.01)収縮していた。水素クリアランス法により示唆されていたように,エンドセリン-1は静脈内投与により脈絡膜細動脈を強力かつ持続的に収縮させることにより脈絡膜組織血流量を減少させることが明らかになった。脈絡膜には高レベルのエンドセリン-1の免疫活性が認められ,エンドセリン-1に高い親和性を示し血管収縮に関与すると考えられているET_A受容体が網脈絡膜の血管に局在していることも示されており,エンドセリン-1は脈絡膜においても血管壁の緊張性の調節に関与していることが示唆される。
炎症収束物質レゾルビンの安定等価体を活用する標的タンパク質の探索

レゾルビンE2の水酸基の重要性を確認するためにデオキシレゾルビンE2を合成することとし、レゾルビンE2の合成方法を活用して5-デオキシレゾルビンE2および18-デオキシレゾルビンE2、さらに5,18-ジデオキシレゾルビンE2の効率的合成に成功した。これら合成した化合物を抗炎症活性試験で評価したところ、いずれもレゾルビンE2と同等の生物活性であることが分かった。すなわち、レゾルビンE2の5位あるいは18位からリンカーが伸長できることが示唆された。レゾルビンE2の安定等価体であるシクロプロパンを導入したレゾルビンE2(CP-RvE2)は以前に合成しており、そのときに調製したユニット2つと新たにビオチンを導入するためのユニットを調製できれば、20-Hydroxy-CP-RvE2誘導体を容易に合成できると考えた。ビオチンを導入するためのユニットは研究計画に従って、順調に調製できつつある。また、20-Hydroxy-CP-RvE2誘導体の合成と同時にデオキシレゾルビンE2の合成を行った。すなわち、レゾルビンE2の5位、18位の水酸基を除去することで、抗炎症活性にどのような影響を与えるかを検証することとした。もし、デオキシ体の生物活性がレゾルビンE2の生物活性と同等以上であるなら、不斉炭素を減らすことができ、合成が簡便になる。さらに、水酸基が生物活性に関わらないことから、水酸基から炭素鎖を伸ばしビオチン等を導入できる可能性が示唆される。デオキシ体の合成方法はレゾルビンE2の合成方法と同様に行うこととした。すなわち、5位の水酸基を除去したユニット、18位の水酸基を除去したユニットをそれぞれ調製し、薗頭カップリングとWittig反応を鍵として、5-デオキシレゾルビンE2、18-デオキシレゾルビンE2、5,18-ジデオキシレゾルビンE2を合成することとした。実際、水酸基を除去したユニットを容易に調製することができ、レゾルビンE2の合成方法と同様にして、5-デオキシレゾルビンE2、18-デオキシレゾルビンE2、5,18-ジデオキシレゾルビンE2の合成を達成した。ユニットの調製、デオキシ体の合成などの進捗は順調であることから、おおむね計画通りに進んでいると考えている。レゾルビンE2の5位、18位水酸基の除去が抗炎症活性にどのような影響を与えるかを検証する目的で、平成27年度にレゾルビンE2の合成方法と同様にして5-デオキシレゾルビンE2、18-デオキシレゾルビンE2、5,18-ジデオキシレゾルビンE2を合成した。平成28年度ではこれら合成した類縁体の抗炎症活性について評価した。すなわち、炎症モデルマウスを作製し腹腔内に合成した化合物を投与したところ、5-デオキシレゾルビンE2、18-デオキシレゾルビンE2、5,18-ジデオキシレゾルビンE2はレゾルビンE2と同等以上の抗炎症活性を示した。従って、水酸基が生物活性に関わっておらず、水酸基から炭素鎖を伸ばしビオチン等を導入できることが示唆された。次に、5位あるいは18位水酸基からリンカーを伸ばしたシクロプロパンを導入したレゾルビンE2を合成することとした。まず、レゾルビンE2を合成するときに用いた18位水酸基を含むユニットに対して、アルキル化でリンカーを導入した。このリンカーの先端をフタルイミドとして後から温和な条件で脱保護ができ、容易にリンカーを伸ばせるように工夫した。調製したユニットと以前に調製した光学活性なシクロプロパンユニットおよび5位水酸基を含むエステルユニットを薗頭カップリングで連結して、保護された18位水酸基からリンカーを伸ばしたシクロプロパンを導入したレゾルビンE2とした。今後、同様にして5位水酸基からリンカーを伸ばしたシクロプロパンを導入したレゾルビンE2を合成して、それらの抗炎症活性について評価する。今年度はユニットを調製し20-Hydroxy-CP-RvE2誘導体を合成し、さらにビオチン体も合成する予定である。これらと、すでに合成したデオキシ体の生物活性評価を行うつもりである。創薬化学生物活性試験を行う予定だったが、それができずに次年度に試験を行うこととなったため。上記のように繰り越した助成金を生物活性試験に充てる。
水泳の初心者に安心して呼吸方法を指導するための生理学的な裏付けとプログラム作成

水泳中の呼吸に関する諸機能を客観的に測定し、生理学的な根拠を得ることは、一つの運動技術でもある水泳における息継ぎを、安全に指導する上で重要なことである。水中での呼吸を定量的に測定することの困難さを克服する一つの方法として、本研究では圧センサを用いることで呼吸の実態把握を試みた。われわれは、水泳の熟練者が、水泳に口からの呼気に先立って、鼻が水中にあるときから鼻より呼気を開始することに注目し、水中での呼息や呼吸停止の状態を水中VTRで観察し、口や鼻からの呼息が目安になりやすいと推測した。そこで、呼急の強さを定量することを目的として、水中における鼻や口からの呼気の強さの測定方法の開発を試みた。呼気圧の測定実験は、スイムミルにおいて行った。対象は、健康な男子大学生で、事前に目的や方法を十分に説明し、被検者の了解を得て実験を行った。呼息の強さは呼気圧を用いて測定した。得られた結果から、水圧と鼻腔内圧を比較すると高い相関を示し、水圧に対して鼻腔内圧を調整していることを伺わせた。また、鼻腔内圧は水圧より少しずつ高い値を示し、その差は統計上5%水準で有意な違いであった。口腔内圧については、コンパウンドの利用によってセンサの固定はできることが判ったが、口腔内の唾液や水の侵入により、信頼性のある値が必ずしも得られないことも判明した。水泳時の気管内吸水を防ぐなど幼児期以降の安全のためや、運動技術としての呼吸調節機構を明らかにすることは、水泳指導にとって極めて重要である。今回の実験により、水中での鼻腔内圧を測定できたことによって、鼻の周辺の水圧よりやや大きな鼻腔内圧により、鼻腔内に水が進入することを避けていることが明らかにされた。以上より、鼻からの呼息に意識を払い、動作との協調や吸気のタイミングの取り方を指導することが、安全性や効率的な指導に役立つと考えられた。水泳中の呼吸に関する諸機能を客観的に測定することができれば、指導法を確立する上で大きな根拠を得ることになる。呼吸機能を評価する際には、換気量、流量や流速を口腔において評価するが、水泳では陸上運動と異なり、水中でマウスピースや呼気採集マスクが使用しにくい。本研究では、手がかりとして、定量的な測定は不可能であるが、圧センサを用いることで呼吸の実態把握を試みた。今回購入の圧力トランスデューサを用いて、水中における呼気圧を水圧と検定することができ、さらに、6名のボランティアによる協力を得て、その信頼性が確立された。水中での鼻腔における圧調節の実態を、スイムミルを利用して把握することができた。また、圧センサの口腔内への固定を考えて、歯科治療用のコンパウンドを試行してみたが、安静時においては安定しているものの、水泳中においてはやや信頼性に欠けることが判明した。口腔内のどこへセンサーを固定するかが今後の課題となる。さらにスイムミルを利用して、泳者の正面より平泳ぎで水泳中の観察も行なった。これによって、口や鼻からの呼気による泡の出方をVTR録画することが出来た。同時に今回開発した上記の方法で、鼻腔内圧も測定した。この結果、呼吸のために顏を上下に動かす時に、水深の変化に伴う鼻腔での圧変化も生じていることが判明した。

泳者が水中で、進行方向の正面を見ているときと、水底を見るように伸びをとっているときで、鼻腔内圧が大きく異なることも明らかになった。水泳においては、適切に息継ぎを行うことが、一つの運動技術であり、さらに安全を維持するためにも重要なことである。しかし、初心者指導おいて、また熟練者においても、常に適切な呼吸を確保するための方法について、生理学的な根拠を明確に示した研究報告はあまり見られない。これは、水中での呼吸を定量的に測定することの困難さがあるためでもある。われわれは、水泳の熟練者が、水泳中に口からの呼気に先立って、鼻が水中にあるときから鼻から呼気を開始することに注目し、水中での呼息や呼吸停止の状態を水中VTRで観察した結果から、口や鼻からの呼息が目安になりやすいと推測した。そこで、呼息の強さを定量することを目的として、水中における鼻からの呼気の強さの測定方法の開発を試みた。呼気圧の測定実験は、スイムミルにおいて行った。対象は、健康な男子大学生7名で、事前に目的や方法を十分に説明し、被検者の了解を得て実験を行った。呼息の強さを呼気圧を用いて測定した。得られた結果から、水圧と鼻腔内圧を比較すると高い相関を示し、水圧に対して鼻腔内圧を調整していることを伺わせた。また、鼻腔内圧は水圧より少しずつ高い値を示し、その差は統計上5%水準で有意な違いであった。水泳時の気管内吸水を防ぐなど幼児期以降の安全のためや、運動技術としての呼吸調節機構を明らかにすることは、水泳指導にとって極めて重要である。今回の実験により、水中での鼻腔内圧を測定できたことによって、鼻の周辺の水圧よりやや大きな鼻腔内圧により、鼻腔内に水が進入することを避けていることが明らかにされた。以上より、鼻からの呼息に意識を払い、動作との協調や吸気のタイミングの取り方を指導することが、安全性や効率的な指導に役立つと考えられた。