hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
現代の財務会計に対する社会的要請に関する調査研究

本研究は、現代の財務会計に対する社会的要請に関して、これまで自明のこととされてきた「財務会計の最優先目的=意思決定有用性」という理解の妥当性を再検証することを目的にし、アンケート調査等を通じた分析を行った。その結果として、現代の経済社会においては会計情報が資本市場における財務諸表の利用者によって投資意思決定のために利用されているだけでなく、財務諸表の作成者等によってその他の用途でも広く利用されているという実態を明らかにした。加えて、財務諸表の作成者と利用者が「個別の会計情報」をどのように重視し、また利用しているのかという具体的な実態を明らかにした。本年度は、次のような作業を並行して実施した。(1)web上の研究拠点の構築:これまでの科研費課題において構築したweb上の研究拠点(早稲田大学会計研究センター:http://w-arc.jp)を通じて、現代会計に対する多様なニーズに関する研究成果を情報発信した。(3)定例研究会の開催:研究代表者ならびに連携研究者を中心としてセンターの定例研究会を開き、情報を共有した。(4)海外実態調査のための準備作業:2014年度に予定している「現代の財務会計に対する社会的要請」に関する海外調査のための方法を調査検討するとともに、質問票のデザインを検討した。アンケート調査に関して見識を有する研究者として海外からAjward氏を招聘し、同氏の知見を共有した。(5)海外のジャーナルへの論文投稿:研究代表者がMain Authorとして執筆した論文をAccounting in Europe、に投稿し、アクセプトされた。本研究は、現代の財務会計に対する社会的要請に関する調査研究を目的にしている。この目的を達成するため、2014年度には次のような作業を行った。(1)国内の財務諸表作成者および利用者(アナリスト)の財務会計に対する意識調査を目的にして次のようなアンケートを実施した。1財務諸表作成者と利用者用のQuestionnaire(各8ページ)を作成し、計4,193通(作成者3471通、利用者722通、宛名不明者69通は外数)の質問票を発送した。発送先については、作成者については日経ProQuest(2014年12月23日現在)に登録されているすべての企業、アナリストについてはアナリスト便覧(2013ー2014年版)に掲載されているすべての証券アナリストを対象とした。2上記の郵送先から計565通13.47%(作成者469通13.5%、利用者96通13.3%)の有効回答を回収した。3上記の回収データの入力を完了し、現在統計的な分析作業を実施中である。(2)アンケート調査のために上記1の作業を行う過程で、研究分担者および連携研究者により計14回の会合を開き、次の作業を行った。1問題意識の共有、2Questionnaireの設計、3アンケート調査の統計処理に関する外部有識者のアドバイスの取得、4統計処理のデザイン等。それに加えて、本テーマに関連して科研費メンバーが執筆した論文を中心に計5回の研究会を実施した。(3)これまでの科研費課題において構築したweb上の研究拠点(早稲田大学会計研究センター:http://w-arc.jp)を通じて、本科研費の活動を通じた成果を情報発信した。1本年度に注力したアンケートのQuestionnaireをサイトにアップした。2本科研費の研究協力員の公表した日本語論文の英訳をサイトにアップした。同論文は、海外ジャーナルに投稿中である。この目的を達成するため、2015年度には次のような作業を行った。(1)国内の財務諸表作成者および利用者(アナリスト)の財務会計に対する意識調査を目的にしたアンケート結果の解析作業12014年度に実施したアンケートの分析の枠組みを検討することを目的にした研究会を計8回開催した。2上記の分析枠組構築のための助言ならびに統計処理の妥当性に関するアドバイスを得るために、外部有識者(Roshan Ajward博士:Sri Jayewardenepura大学)を2016年2月に早稲田大学に招聘し、計3回の検討会、セミナー1回を開催した。3これらの検討結果を纏めた論文を公表するための準備を進めた。なおこの論文は本科研費課題の延長期間である2016年度中に学内紀要等に投稿する予定で、引き続き論文の加筆修正作業を進めている。(2)海外調査については、当初予定したアンケート調査の代替手段として、海外の有識者に対するインタビュー調査(米国FASBボードメンバーLinsmeier氏、米国Yale大学Sunder教授、米国MITRoss Watts名誉教授)を実施した。(3)上記のインタビュー調査対象者の一人MITのRoss Watts名誉教授を早稲田大学に招聘し、「米国における会計・監査と、それらが資本市場に与える影響の現状」というテーマで公開セミナー(参加者190名)を開催し、討議を行った。(4)本科研課題において構築したweb上の研究拠点(http://w-arc.jp)を通じて、上記の(1)(3)の活動を情報発信した。(5)書物の出版→本科研費研究課題が引き継いだ20102012年度の課題研究「財務会計における基礎理論の国際比較」における問題意識ならびに研究会の成果を、書物として刊行するための作業を行った。本課題研究のテーマ「現代の財務会計に対する社会的な要請の調査研究」について当初予定していた作業はほぼ完了した。ただし研究成果を雑誌に投稿する作業は2016年度も続けている。

(1)国内の財務諸表作成者および利用者(アナリスト)の財務会計に対する意識調査を目的にしたアンケート結果の解析については、1分析枠組みを構築した。2上記の分析枠組みに即して分析結果を記述する作業はほぼ完了しているものの、分析成果を雑誌に投稿する作業が未完了であるため2016年度にこの作業を継続している。(2)当初予定していた海外アンケートの回収率が極めて低いことが判明したため、その代替手段として海外の基準設定主体の代表者ならびに研究者に対するインタビューを実施した。このインタビューのテープ起こし(transcription)を精査し、web掲載用に編集する作業を完了した。(3)2015年12月17日に実施した上記のインタビューの対象者の一人であったMITのRoss Watts名誉教授の公開セミナーについてもテープ起こしを精査し、web掲載用に編集する作業を完了した。(4)本科研課題において構築したweb上の研究拠点(早稲田大学会計研究センター:http://w-arc.jp)を通じて、上記の(1)(3)の活動を通じて得た成果を情報発信した。(5)本科研費研究課題が引き継いだ20102012年度の課題研究(基盤研究(B)22330140)「財務会計における基礎理論の国際比較」の研究成果を、単行本「IFRSの会計思考ー過去、現在そして未来への展望」(中央経済社、総ページ数318頁)というタイトルで出版した。本年度は、昨年度までに実施したアンケート調査の結果をベースにして、最終報告書ならびに雑誌投稿論文の作成のための作業を継続した。具体的には、計8回の研究会を開催し、研究の取りまとめを行った。また2015年度に実施したインタビューならびにシンポジウムのtranscriptionの編集作業も行った。本研究の成果は最終報告書に収録されているが、アンケート調査をベースにした論文が「ディスクロージャー&IR」誌Vol.1(2017年5月発行)に収録されることになった。本研究は、現代の財務会計に対する社会的要請に関して、これまで自明のこととされてきた財務会計の概念フレームワークにおける「財務会計の最優先目的=意思決定有用性」という理解の妥当性を再検証することを目的にしていた。この点に関する調査結果は、事前の予想とほぼ一致していた。つまり、現代の経済社会においては、資本市場における財務諸表の利用者によって投資意思決定(企業価値の算定)のために会計情報が利用されているだけでなく、財務諸表の作成者等によって会計情報がその他の用途でも広く利用されているということを確認できた。しかし本研究の貢献は、上記の事実を再確認できたことにとどまらず、財務諸表の作成者と利用者が個別の会計情報をどのように重視し、また利用しているのかという実態を明らかにできた点にあるといえる。
幾何学的非線形性の影響を受ける履歴系の振動台実験

幾何学的非線形性の影響を受ける構造物の動的な弾塑性挙動の基本特性を把握することを目的として,その弾塑性履歴を摩擦プレートによる履歴要素によって模擬し,力学的に理想化された振動台模型にこれを組み込み,パラメトリックな定常加振実験を行った。この振動台模型は,前述の摩擦プレートの他に,剛性の異なる2つの弾性バネとタイロッドを持ち,直列に配列される剛性の小さな弾性バネと摩擦プレートにより,履歴を有する抵抗機構を表現し,これにタイロッド+剛性の大きな弾性バネで,幾何学的非線形効果を付与させたものである。2つの弾性バネの剛性バランス及び摩擦プレートの降伏点は,模型の静的な復元力特性が極限点を持ち,アーチ構造物などに見られるスナップスルーを起こすよう調整した。この振動台模型は履歴が摩擦によって生じる仕組みになっているために,繰り返し使用可能であり,構造特性が同一な条件の下での基礎的な正弦波加振による詳細な検討を可能にしている。摩擦プレートの滑り挙動は模型の滑り面の精度や表面状態等により若干不安定な挙動をのこすものの,この種の履歴系の特徴的な振動特性を概ね模擬することができた。計測に関しては,通常の加速度計によるものの他,画像処理による非接触の変位計測を行った。周波数,入力レベルを様々に変えて加振実験な行った結果,安定した定常振動状態の他,非線形性の生起に伴って現れる複雑な振動性状が観察された。これらのデータの位相平面上での分析を通して,時系列データに見られる複雑な挙動の位相平面上の軌跡の中に,理論上予測される複数の定常解の軌道間の遷移挙動と見られる動きが確認された。これらの挙動の完全な数値シミュレーションを行うことは,模型の精度の問題から困難を極めたが,通常の振動台実験では観察することの難しい,幾何学的非線形性の影響を受ける履歴系の動的挙動を支配するメカニズムを実証することができた。
微生物代謝産物からの抗結核物質の探索と作用点の解明

抗結核薬の新たな標的として、細菌のペプチドグリカンの構成成分であるジアミノピメリン酸(DAP)の合成経路に着目した先行研究(「微生物二次代謝産物からの新抗結核薬の探索」平成26-27年度、挑戦的萌芽研究)にてStreptomyces sp. K12-0214の培養液を候補として見出し、本研究で活性物質の単離・精製を進めた。本活性物質は水溶性で、通常単離に汎用されているODS、silica、HP20などの樹脂では分離が困難であったため、水溶性物質の単離に応用できそうな種々の樹脂と溶出条件を用いて精製条件の検討を行った。その結果、Arg修飾silica樹脂を用いて親水性相互作用クロマトグラフィー(Hydrophilic Interaction Chromatography=HILIC)で溶出することにより、比活性が20倍に上昇した画分を得ることができた。この画分をBio-gel P-10を用いてゲルろ過クロマトグラフィーにて分画したところ、さらに比活性が上昇した画分を得ることができた。溶出容量からこの活性物質は分子量>700であると推測された。このBio-gel P-10活性画分についてNMR測定を試みたが、複数の物質が混在しており構造の推定には至らなかった。過去の文献の情報より、有機酸の可能性が考えられたため、種々の標品(乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、ピルビン酸、コハク酸)とともに薄層クロマトグラフィーを行って比較したが、いずれとも一致しなかった。これまでに得られた知見より、本活性物質は水溶性物質で分子量は700より大きく、塩基性条件下で活性が減弱する。さらに抗菌スペクトルの特徴(M. smegmatisおよびE. coliに抗菌活性を示し、S. aureusには抗菌活性を示さない)からも、既存の抗結核薬や有機酸とは異なる物質であることが強く示唆された。先行研究(「微生物二次代謝産物からの新抗結核薬の探索」平成26-27年度、挑戦的萌芽研究)により見出されたStreptomyces sp. K12-0214の培養液から、活性物質の単離、精製を進めた。活性物質は、水溶性であり、単離に汎用されている樹脂(ODS, silica, HP20など)では、分離が困難であったため、さらに未検討であった種々の樹脂と溶出条件を用いて精製条件の検討を行った。その結果、これまで検討した中では、Arg修飾silica樹脂を用いて親水性相互作用クロマトグラフィー(Hydrophilic Interaction Chromatography=HILIC)で溶出する方法が最も効率よく分画できることがわかった。この方法により得られた画分は、比活性がこれまでの20倍に上昇した。目的とする物質は水溶性である。これまでに、単離に汎用されている種々の樹脂(ODS, silica, HP20など)を用いて精製を試みてきたが、良い結果を得られなかったため、進捗が遅れてしまった。2活性の確認本研究室で培養可能なBCG株を用いて抗結核菌活性を確認する。3活性物質の構造決定構造から作用点の推定を試みる。単離、構造決定にまだ時間がかかると予想されるため、精製を進めながら、同時に粗画分を用いて活性の確認や作用点の特定を進める。精製用カラムを購入する予定であったが、最適な精製条件がまだ確定していないため、購入するカラムも決定できなかった。

精製用カラム(分取用カラム)は高額であるため、そのための予算を確保しておかないと必要な時に購入できず精製が進まなくなるので、次年度使用に確保しておくべきであると判断した。分取用カラムを購入する予定。
マクロファージ分化・活性化におけるエピゲノム解析

慢性炎症は癌や生活習慣病などの基盤病態として知られている。そこで、本研究では、炎症応答における主要なエフェクター細胞であるマクロファージの炎症制御機構について炎症応答の中心的な制御遺伝子であるNFkBに注目し炎症に伴う標的遺伝子の遷移について検討を行った。その結果、NFkBファミリー内で炎症応答期から終息期にかけてスイッチングが生じること。さらに、炎症終息期に於いてそのサブファミリーであるp50は、炎症早期において炎症関連遺伝子を制御する一方で終息期には代謝関連遺伝子を標的としていることを明らかとした。また、p50は炎症に伴うミトコンドリアのエネルギー代謝制御に関与していることも見出した。前年度の解析の結果、マクロファージサブクラス間のクロマチン状態における違いが乏しいことが明らかとなった。その一方で、炎症刺激後の応答において炎症惹起および終息期に於いて炎症応答の早期において炎症性サブクラスから抗炎症性サブクラス様への表現型の遷移が起こることが知られており、それに伴いNFKBサブクラスのスイッチングが起こっていることが示された。NFKBファミリーの一つであるp50は炎症応答早期においてp65と共通した標的に結合する一方で炎症終息期においては特異的標的を持つことを見出した。炎症収束期に於けるp50特異的標的遺伝子についてGene Ontology解析を行ったところ代謝関連遺伝子が標的遺伝子に含まれていた。以上のことからp50は炎症応答に伴う代謝制御に関与している可能性が示唆された。この結果をもとに野生型およびp50ノックアウトマウス由来のマクロファージを用い、炎症刺激後の細胞内代謝を細胞外フラックスアナライザーにより検討を行った。野生型では、炎症刺激により一過的に解糖およびミトコンドリアによる好気性呼吸の上昇後、炎症終息期ではミトコンドリア活性が停止し、解糖系への代謝シフトが観察された。一方、p50ノックアウトマクロファージにおいては、ミトコンドリアの活性低下は見られる一方で解糖系の活性上昇は観察されなかった。また、ミトコンドリア数の検討を行ったところ野生型およびp50ノックアウト間で差がないことからp50は、ミトコンドリアにおける好気性呼吸から解糖単独への代謝シフトにおいて解糖の活性化に寄与していると考えられた。すなわち、我々の研究の結果から「p50は炎症関連遺伝子の発現制御のみならず、細胞内代謝を制御することにより炎症を制御する」という新しい機能を有する可能性が示唆された。今後、炎症終息期におけるp50による代謝制御について検討していきたい。癌、動脈硬化や糖尿病などの様々な疾患の基盤病態として慢性炎症があり、マクロファージがその中心的な役割を担っている。これまでマクロファージは炎症を惹起するものとされてきたが近年サブクラスが存在し、一部はむしろ炎症抑制・創傷治癒に機能することが示唆されている。この炎症性サブクラスをM1、抗炎症性をM2として分類されている。近年、このようなサブクラス間の量的不均衡が様々な慢性炎症疾患において関与している可能性が考えられている。本研究計画ではマクロファージ活性化におけるクロマチン変化に着目し、転写ネットワークによるマクロファージ活性制御機構を理解することで慢性炎症疾患における新規診断治療標的の探索を目的として研究を行った。今回、LPSによりM1活性化をIL-4によりM2活性化を誘導し、抑制性ヒストン修飾であるH3K27me3および活性化型のH3K4me3についてゲノムワイドなデータ取得を行いサブクラス間の比較検討を行った。その結果、サブクラス間のヒストン修飾違いが乏しいことが明らかとなった。一方、炎症刺激後の炎症惹起と終息の制御が組織恒常性維持に重要であることが言われている。特に炎症終息期に於いてM2様の表現型を取ることが言われておりこの表現型のスイッチングが炎症制御において重要であると考えられる。そこで、炎症応答に重要な転写因子であるNFKBに着目し検討を行った。その結果、NFKBの構成タンパクであるp65/RelAは炎症応答時に最も結合が検出されたがそのコファクターであるp50やc-Relは炎症応答期にp65と共通した標的に結合する一方で炎症終息期においては特異的標的を持つことを見出した。このことは、炎症刺激後、時間依存的にNFKB構成因子のスイッチングしていることを示唆している。今後、刺激依存的なNFKB構成因子のスイッチングの生物学的意味について検討を進める予定である。腹腔マクロファージを用いて炎症性のM1および非炎症性のM2のゲノムワイドなヒストン修飾データの取得を行った。炎症性応答においては、LPS刺激を非炎症性応答にはIL-4により刺激し、その活性化状態におけるヒストン修飾変化について検討を行った結果、M1およびM2マクロファージ間の変化は乏しいことが明らかとなった。

この事は、クロマチン構造変換よる制御というよりもむしろ刺激により活性化する転写因子の違いがそのシスエレメントを介して活性化状態を制御していることを示唆していた。一方、持続的な炎症刺激は早期においては炎症応答を示すがその後減弱し、非炎症性の表現型を示すようになることが知られている。このような時間依存的な表現型の変化の破綻が炎症の慢性化を引き起こすとするならその制御メカニズムを明らかにすることがマクロファージサブクラススイッチングのメカニズムを理解することになると考えられる。そこで、炎症応答において中心的に働く転写因子であるNFkBの主要な構成因子であるp65, p50およびc-Relのゲノムワイドな結合領域データを取得した。その結果、p50およびc-Relは炎症期だけでなく非炎症応答期に於いても重要な役割をしていることを示唆するデータが得られた。以上の事から初期の仮説とは異なり、炎症応答に重要な転写因子NFkBが刺激後の時間依存的にファミリー間の組み合わせを変えることで炎症の惹起と終息を制御していることが考えられた。当初の仮説とは異なるがマクロファージの炎症応答制御メカニズムの解明を目的としたデータ取得は順調に進んでいる。今後、得られたデータを用いて時期特異的な標的遺伝子の機能などを解析することでマクロファージによる炎症制御機構が明らかになると考えている。前年度に得られた結果からマクロファージにおける炎症惹起およびその終息メカニズムについて着目し解析する。すでに取得したNFKB構成因子の結合プロファイルに加え、ペアとなるサンプルの遺伝子発現プロファイルをRNA-Seq法により取得する。取得した各々のデータを統合することで各NFKB構成因子の標的遺伝子の同定を行う。さらに、炎症期および炎症終息期に於いてどのような遺伝子群が時期特異的に制御されているのかについて生物情報学的手法を用いて検討を行う。また、炎症期および炎症終息期に於いてNFKB構成因子のスイッチングが起こることが前年度の検討によって明らかとなっていることから、時期特異的遺伝子群の制御にはNFKBファミリーと協調して働く転写共役因子によるものと受け手側であるクロマチンの構造変化によるものが予想される。転写共役因子による制御メカニズムの検討として炎症期および炎症終息期における特異的標的遺伝子について特徴的なシスエレメントの抽出を行う。得られた候補シスエレメントに結合する候補転写因子の炎症応答への影響について検討する。また、候補シスエレメント結合転写因子について遺伝子改変マウスが手に入る際には、敗血症モデルなど個体レベルでの検討も行う。クロマチン構造変化による転写因子の結合制御による炎症応答制御の可能性については、FAIRE-Seq法を行うことでゲノムワイドにオープンクロマチンデータの取得を行う。得られたデータより、時間特異的に誘導されるクロマチン構造変化とNFKB構成因子の結合との関連について比較検討を行うとともに特徴的な遺伝子群の有無について生物情報学的手法により検討する。また、クロマチン構造変化領域特異的シスエレメントの抽出についても行い結合候補因子の炎症応答への影響を検討する。
ヒトの操作感を規範とする手術支援ロボットの制御系・操作系の最適化設計手法の構築

近年,患者と医師の負担軽減を目的とした手術支援ロボットが開発されている.手術支援ロボットは,その適用先に対する有用性と同時に,医師にとっての使いやすさが重要となり,操作性を規範とする機器開発が求められる.そこで,仮想環境を利用し,実機制作の前段階で操作性検証が可能な設計手法の構築を目的とした.環境構築とともに,操作性指標の検討を行った.特に,マスタマニピュレータにおいて,操作法の異なる2種類の機器を使用し,腕にかかる負担に着目した検証実験を行った.結果として,腕への負担評価の有効性が示唆された.また,本設計手法の応用検討とし,水を利用した新しい術式を支援するロボットの設計における検証も行った.手術支援ロボットの操作しやすさを評価するにあたり,その仮想空間上に再現する環境やタスクが大きな影響を与える.本年度は,操作性評価を実施する環境構築として,これまで開発を進めてきた臓器の力学的特性に基づいた挙動再現シミュレーションについて,より実際の手術手技に近くなるよう,柔軟体ハンドリング機能の拡充の検討を行った.制御系と操作系の設計をするためには,実際に術具を操作し,作業が行える必要がある.本研究では,このような作業を仮想空間上で実現するために,術空間再現シミュレータとして臓器の力学的な特性やロボットの自由度等の機構的条件を設定可能なシミュレータの構築を進めている.実際の手術において使用頻度の高いモノを掴む動作を操作性評価時の作業とするため,掴む対象の物体の挙動に着目し,まず最初の機能拡充として柔軟体を仮想空間上に再現する柔軟体の挙動再現の検討を実施した.結果として,これまで開発したシステムでは,計算コストの高さから複数の柔軟体を想定する場合に,リアルタイム性の確保に難しさが確認されたため,計算コストを下げるためのソフトウェアの構成を変更した.これと併せて,手術支援ロボットの制御系に関する設計評価機能の検討を行った.仮想空間上ではロボットが理想的に動作するため,設計の確度を向上させるには,実環境で生じるズレを再現する必要がある.本研究では,これを時間的な遅れとして再現することで,相殺に与える影響を検証できると考え,シミュレーションへの組み込む手法について検討を行った.手術支援ロボットの操作性は,操作者にとっての使いやすさが大きく影響する.この使いやすさは定性的な指標であり,これを定量的に扱うことが可能な指標と関連付けることで,ロボットの設計へと活かすことが可能となる.手術支援ロボットを設計するためには,機構,制御,操作の各要素を個々に検討するだけでなく,相互の関係を同時に検証する必要がある.そのため,仮想空間を利用することで,任意の対象に対して検証が行えるシステムの構築を進めている.本年度は,タスクベースの定量的操作性能評価手法の構築に向け,これまで開発を進めてきたシミュレーションシステムの機能拡充,ならびにこのシステムを利用した計測が可能な評価指標の検討を行った.機能拡充として,前年度のリアルタイム性の向上をさらに進めるとともに,臓器のような柔軟体と術具の干渉判定機能の構築を実施した.また,操作時の動作を計測するための計測システムを構築した.これに加えて,操作性評価に向けた指標を検討する上で,入力機器が大きく関わることから,異なる入力機器を対象とし,タスクごとに入力機器の違いや制御系の変化によって生じる操作性への影響を検討した.特に本年度は,直接操作者の手で把持する把持型と操作者自身が機具を持たずに操作する非把持型の2種類の操作デバイスを対象とした検証実験を行い,ヒトの操作時の動作を計測し,負担がどのように計測できるのかの検討を行った.今年度構築した計測システムを利用し,身体の動作と作業中の負担の関係性に着目した動作計測を行い,評価指標を検討した.本年度は,定量的な操作性評価手法を構築するために,前年度に引き続きシミュレーションシステムの拡充を進めるとともに,術具との干渉判定機能の構築ならびに計測システムの構築を実施した.干渉判定を導入したことにより,計算処理が多くなるため,併せてリアルタイム性の検討を重ねて実施した.また,これらを使用し,簡易的なタスクを対象とした操作実験ならびにその際の動作計測を行い,計測可能なデータと操作負担の関係性についての検討を進めた.実験結果から操作時における負担計測が可能であることが示唆され,概ね順調に進んでいると考える.手術支援ロボットの操作性は,操作者にとっての使いやすさが大きく影響する.この使いやすさは定性的な指標であり,これを定量的に扱うことが可能な指標と関連付けることで,ロボットの設計へと活かすことが可能となる.手術支援ロボットを設計するためには,機構,制御,操作の各要素を個々に検討するだけでなく,相互の関係を同時に検証する必要がある.そのため,仮想空間を利用することで,任意の対象に対して検証が行えるシステムの構築を進めている.本年度は,タスクベースの定量的操作性能評価手法の構築に向け,これまで開発を進めてきたシミュレーションシステムの機能拡充として,前年度の柔軟体の挙動再現の精度向上を行うとともに,術空間の再現ならびにロボットの設計ソフトウェアとの連携拡充を行った.機能拡充として,前年度のリアルタイム性の向上を引き続き進め,術空間の再現として小児外科ならびに水中手術用の環境を対象とした再現を行った.また,これらの環境下で操作実験を行い,操作入力デバイスの検証の行った.これに加えて,操作性評価に向けた指標を検討する上で,入力機器が大きく関わることから,前年度の異なる入力機器を対象とした操作性検証に引き続き,本年度は,操作する機能が複数存在する術式を想定し,その複数の機能を集約したデバイスと個別に扱うデバイスについて,比較実験を実施した.評価については,前年度に構築した計測システムを利用し,操作傾向の計測を行い,評価指標を検討した.

近年,患者と医師の負担軽減を目的とした手術支援ロボットが開発されている.手術支援ロボットは,その適用先に対する有用性と同時に,医師にとっての使いやすさが重要となり,操作性を規範とする機器開発が求められる.そこで,仮想環境を利用し,実機制作の前段階で操作性検証が可能な設計手法の構築を目的とした.環境構築とともに,操作性指標の検討を行った.特に,マスタマニピュレータにおいて,操作法の異なる2種類の機器を使用し,腕にかかる負担に着目した検証実験を行った.結果として,腕への負担評価の有効性が示唆された.また,本設計手法の応用検討とし,水を利用した新しい術式を支援するロボットの設計における検証も行った.本年度は,性能評価を実施するために必要となる作業環境を構築に向け,把持動作をより実環境に近づけた再現を目指し,柔軟体の変形シミュレーションについて検討を開始した.これまで開発を進めてきた柔軟体ハンドリング機能において,不足している部分や追加すべき機能をどのように組み上げるのかを検討し,応答性に優れる環境構築を行っている.制御系設計に関して,操作に影響を与える要素として時間的な遅延を利用することで評価できると考え,アクチュエータを駆動させる系をコンピュータシミュレーションにより検証し,その特性を組み込む方法についての検証を進めてきた.上記の理由をもって,概ね順調に進んでいると考える.これまでに開発を進めてきたソフトウェアについては,より汎用性を高めるため,CADソフトとの連携機能の構築を進める.併せて,このシミュレーションシステムを用いて,定量的な指標の検討を進めていく.作業ベースの操作性評価に向け,脳活動などを利用し,操作者への負担を定量的に検証する手法を構築する.機構系・制御系・操作系におけるヒトを含む作業負担の定量化する手法へと拡充する.操作感と作業負担の関係性を検証し,定量的な評価指標の検討を行う.操作感は,そのときに使用する操作デバイスによって影響を受けると考えられることから,実施するタスクと併せて,操作デバイスによって生じる違いなどを含め,評価指標の選定を実施する.医用システムこれまでに開発をすすめてきたソフトウェアを用いて,作業環境と評価環境の構築を実施し,操作性に基づく評価を実施できるシミュレーションを開発する.作業ベースの操作性評価に向け,脳活動などを利用し,操作者への負担を定量的に検証する手法の構築に向け,制御系・操作系におけるヒトを含む遅れ特性を定量的に検証する手法へと拡充する.操作感と制御性能の関係を検証し,定量的な評価項目を抽出するとともに,制御特性を含んだ環境下にて,医師の直接操作に基づいてロボットの操作感を定量的に評価する.ヒトの感じる操作性は様々な要素に影響されるため,機構に着目した検証手法を活用し、制御系設計の要素を変化させた場合のタスクへの影響を検証を開始する.タスクごとに応じた操作性に影響を与える特徴量の抽出を目指し,設計に要求される情報を収集する.
定理証明支援系による形式木言語理論の定式化

木構造データから木構造データへ変換するモデルである木トランスデューサ理論は,プログラミング言語理論やデータベース理論において重要な役割を果たしており,1960年代から盛んに研究が行われている.本研究の目的は,この理論を計算機の上で定式化し,その中の定理に対して機械的に検査可能な形の厳密な証明を与えることである.この成果により,今後の同分野の着実な発展が期待され,さらに堅牢なソフトウェア開発への応用の基盤を提供することが可能となる.初年度は,木言語理論や木トランスデューサ理論の定式化の準備として,これらの理論に関連した研究についての情報収集・整理と,文字列言語理論の一部の定式化を行った.第一に,2013年5月にドイツで開催された「形式手法と木トランスデューサに関するダグストゥールセミナー(Dagstuhl Seminar:招待された専門家のみが集う合宿形式の国際情報科学セミナー)」に出席し,他の参加者から形式木言語理論と木トランスデューサ理論の最新の動向について情報収集を行った.また,自らのこれまでの研究成果についても発表し,密接に関連した研究に携わっている他の研究者と情報交換を行った.第二に,木トランスデューサ理論の実用化の一環として構造化文書処理変換の高速化と空間効率化に関する研究を行った.これは,上述のセミナーにおいて,関連する研究を進めている研究者らとの議論の成果であり,当該内容の論文は,データベース工学に関する国際会議(International Conference on Data Engineering, ICDE 2014:査読有り,採択率約20%)にも受理されている.第三に,形式言語理論に関する書籍「Elements of Automata Theory」を基に,文字列言語理論の定式化に着手を行ったが,これについてはまだ終了していない.当初の研究計画では,初年度に木トランスデューサ理論の定式化の手始めとして,文字列言語理論に関する定式化を行い,木トランスデューサへの発展はその後に行う予定であったが,上述の2つの木トランスデューサ理論の研究成果は結果的に前倒しする形で実施されることとなった.文字列言語理論の定式化の部分については,今年度以降に昨年度の続きを実施する予定である.本研究の最終目標である形式木言語および木トランスデューサに関する理論の定式化のため,平成26年度においては,その基礎となる形式(文字列)言語理論に対する定式化と木トランスデューサ理論の応用について取り組んだ.ここでの「定式化」とは,定理証明支援系であるCoqなどを用い,計算機で機械的に検証できる形の(構成的な)証明に基づいて理論を再構築することで,今後の形式言語理論および形式木言語理論における研究成果の正当性の証明を補助するものである.ただし,形式言語理論の歴史は古く,結果も多岐に渡っており,全ての定理を短期間で網羅的に定式化することはできないため,この研究で必要となる形式木言語理論のうち,特に現在注目されている等価性判定に関連する部分の定式化を行った.また,木トランスデューサ理論の応用については,構造化文書XMLを処理する最も実用的な言語XQueryの処理系の効率化について研究を行った.当該年度で扱った効率化手法は,メモリを大幅に節約できるストリーム処理と,不要な計算を省略できる関数融合の2つである.前者は,研究代表者がこれまでに開発した木トランスデューサのストリーム化手法に基づいており,後者はトランスデューサの合成手法を応用したものとなっている.いずれの手法に対しても,理論的な正当性だけでなく実際に実装を行い,一般的に用いられるXML処理ベンチマークを利用してその有効性の検証を行った.その結果,どちらの手法においても既存の処理系に対する優位な点が観測された.本研究の最終目標である形式木言語および木トランスデューサ理論の定式化のため,平成27年度においては,木トランスデューサの等価性判定に関連する部分について定式化及び重要な定理の形式証明を行った.「木トランスデューサの等価性判定」とは,2つの木トランスデューサが関数として同じ振舞いをするかを決定することであり,ここでいう「定式化」は定理証明支援系Coqを用いて計算機で機械的に検証できる環境を構築することである.木トランスデューサの等価性判定には,対象とする木トランスデューサに応じてさまざまな手法が提案されており,平成27年度においては入出力が文字列に近い単項木であるような木トランスデューサを対象とする等価性判定について定式化を進めた.本研究の対象は形式木言語理論であるが,このトランスデューサの等価性判定には,語(文字列)を対象にした形式言語理論の内容についても定式化する必要があるため,Doczkalらの行った正規言語に関する定式化を参考にし,Coqの拡張であるSSReflectを利用した.特に,等価性判定で利用される語方程式の求解アルゴリズムであるマカニン法の定式化にも着手した.このアルゴリズムは,最も証明が困難なアルゴリズムの1つとされており,本年度内には証明が終わらなかったが,来年度には証明を完了させ,それを用いた木トランスデューサの等価性判定アルゴリズムを定式化する予定である.

本研究の発足時当初の予定では,木トランスデューサ理論の中から合成や逆像などのさまざまな性質について,定式化と形式証明を行うこととしていたが,従来の全ての結果をまとめるとなるとかなり膨大な定式化が必要であるため,平成27年度は,等価性判定についてのみ研究に取り組んでおり,来年度も引き続き等価性判定だけに的を絞って進める予定である.これは,マイクロソフトの研究グループが6年半かけて奇数位数定理を証明した前例から考えればある程度予想されたことであり,短期間単独で定式化を行っていることを考慮すれば許容できる範囲のものである.本研究の目標は形式木言語および木トランスデューサに関する理論を定理証明支援系Coqを利用して定式化することであったが,最終年度である平成28年度においては,木トランスデューサ理論のうち,特に合成や等価性判定に関して定式化を行った.これらの問題は,木トランスデューサ理論のみならず木オートマトン理論を暗に利用しているため,木オートマトンの定式化も必要となる.既存の形式(文字列)言語理論に対する定式化において利用されていた通常の(文字列)オートマトンを応用し,目的とする合成や等価性判定に必要な部分のみ木オートマトンの定式化を行った.木オートマトン理論全体の定式化を少人数・短期間の研究プロジェクトとして行うことは困難であるため,これは今後の課題とする.今回は木オートマトンの構成に関する基本的な定理のみを必要とした.木トランスデューサの合成については,トップダウン木トランスデューサとよばれる比較的簡素な木トランスデューサの合成を中心に進めたが,その簡素さに反して決定性や全域性とよばれる制約に応じて正当性に影響があるため,緻密な場合分けが必要であった.また,より表現力の高い属性付き木トランスデューサを利用した融合変換については,定式化に関連した実装も進めた.木トランスデューサの等価性判定については,語方程式におけるマカニン法の定式化や,Seidlらが新たに提案した等価性判定アルゴリズムの定式化と実装を進めた.マカニン法は停止性の証明が煩雑であり,構成的な証明を必要とする定理証明系を用いた定式化には至らなかった.また,Seidlらの等価性判定アルゴリズムは一部の定式化と実装を行い,手法の有効性について検証を行った.木構造データから木構造データへ変換するモデルである木トランスデューサ理論は,プログラミング言語理論やデータベース理論において重要な役割を果たしており,1960年代から盛んに研究が行われている.本研究の目的は,この理論を計算機の上で定式化し,その中の定理に対して機械的に検査可能な形の厳密な証明を与えることである.この成果により,今後の同分野の着実な発展が期待され,さらに堅牢なソフトウェア開発への応用の基盤を提供することが可能となる.当該年度の目標である形式(文字列)言語理論は定式化を行う予定であったが,木トランスデューサ理論(特に等価性判定に関連するもの)の定式化に必要な部分を明確にし,その構成的な証明に関する調査を進めた.必要なものを全て網羅するには至っていないものの,当初の計画では後の年度で行う予定であった理論の応用についても複数の結果が得られたため,順調に進んでいるものと判断した.本研究の最終年度である平成28年度は,木トランスデューサの等価性判定アルゴリズムのうち,語方程式求解を利用したものについて引き続き定式化を行う.まず,語方程式求解アルゴリズムであるマカニン法の定式化について形式証明を与え,それを基に下降型トランスデューサや単項木トランスデューサなどの一部の木トランスデューサに対する等価性判定アルゴリズムの形式証明を行う.情報学基礎今後は形式木言語理論で特に機械的な検証が必要となる木トランスデューサの等価性判定問題について定式化を進める予定である.
止血帯装着部の接触応力解析による神経損傷メカニズムの解明

本研究では、先ず止血帯装着時の止血帯と皮膚間の接触圧力分布は神経損傷の重要な要因であることを以下の様に実験により明示した。4組計46個のセグメント型センサ-を上肘前後方向、内外側部に設置出来るように下巻に取り付ける方法を採用した。また、止血帯中央部で接触圧力が最大となる止血帯を試作し、これと従来の平巻タイプを用いた場合の運動神経伝導速度(Motornerve Conductive Velocity,以下MCV)を筋電計を用いて測定した。この結果より、上記接触圧力分布は神経系に対して明らかに影響を及ぼすことを明示した。図1は平巻を利用する通常形状タイプと中央突起付き止血帯使用時のMCVの経時変化を示しており、この場合の導出電極設置部位は小指外転筋である。図中のMCV1とMCV2はそれぞれ止血帯の遠位および近位側に設置した刺激電極から得られた値を示している。本研究では、これらの結果に基づき実験開始時のMCV1に対するMCV2消失時間の減衰率をMCV減衰率と定義した。図2はその結果である。危険率5%で中央突起付きタイプの方が、MCV減衰率は有意に低く、上肘への機械的作用が大きいことが解る。他方、上記実験時には血流消失圧力と最高血圧も同時に測定した。これらの両者の差を止血効果係数と定義し、図3にその越果を示す。これより、危険率1%で通常形状の平巻タイプの方が係数値は小さく、止血効率が中央突起付きタイプよりも良いことが解る。以上は、本研究で得られた結果の一部であり、ここでは特に止血帯締め付け圧力とその時の皮膚表面に生ずる接触圧力は異なること、この接触圧力分布は神経系に影響を及ぼすとともに止血効率にも密接にかんけいすることを明示した。現在、接触圧力分布測定結果に基づき神経組織周辺の変位と応力状態を計算し、神経系への影響度をMCV値を利用して逆問題的に求めている。更には、従来型とは異なる神経損傷防止用止血帯を試作中である。
脳虚血における興奮性アミノ酸神経伝達物質の役割

本研究の目的は、虚血後に惹起される神経細胞傷害の長期間にわたる進行性病態を明らかにすることで、このような病態の進行には、神経伝達物質、特に興奮性アミノ酸や抑制性神経伝達物質などが関与していると推定される。そこでラット中大脳動脈閉基による局所脳虚血モデルを用いて(1)病理組織学的検討、特に神経伝達物質の関与が大きいと推定される非虚血部である視床。黒質などの病理組織学的変化の長期間観察、神経伝達物質の測定、(2)行動学習機能の測定、(3)神経伝達物質、特にグルタミン酸レセプタ-阻害剤による抗虚血効果の検討を行った。その結果(1)同側視床、黒質は数週間の経過で除々に変性、萎縮してゆき、黒質神経細胞の遅発性傷害には抑制性神経伝達物質の低下による脱抑制機序に起因していることが明らかになった。また、これらの遅発性の変性は臨床例においても認められることが判明した。(2)受動的回避反応および能動回避反応の測定により局所脳虚血後に行動学障害が認められ、数週間以上の長期間に渡って持続すること、能動的回避反応の障害程度と脳梗寒による脳萎縮率とは良く相関するが受動的回避反応の障害程度と脳萎縮率とは相関しないこと、TRH投与がこれらの行動学習障害を改善させることが明らかになった。(3)虚血中心ではグルタミン酸、アスパラギン酸の著明な増加が長時間持続するものに対して、虚血辺緑部では-過性に増加した後に前値に戻ることが判明した。興奮性アミノ酸受容体の阻害剤であるMKー801の前投与または直後投与により、24日間後の梗寒領域は虚血辺緑部で有意に減少することが明らかになった。これらの結果から、神経伝達物質の関与した神経細胞傷害は虚血急性期においても慢性期においても重要であることが明らかとなり、これらに対する治療法も可能であると推定された。動物モデルにおける病理組織学的検討:ラット左中大脳動脈閉塞モデルにおいて、閉塞側視床および黒質の組織学的変化を閉塞後6ケ月まで検討した。同側視床は閉塞2週間後より有意に委縮し、6ケ月後には対側の54%になった。また、同側黒質は、閉塞後2週間目に神経細胞の壊死・脱落およびグリオーシスが認められ、徐々に萎縮し、6ケ月後には対側の33%となった。これらの部位は、中大脳動脈領域ではなく、直接虚血にさらされる部分ではない。このような非虚血部のゆっくりした神経細胞傷害、萎縮は神経ネットワークを介しての変化と考えられる。オートラジオグラフィー法による脳循環代謝測定:ラット左中大脳動脈閉塞モデルにおいてオートラジオグラフィー法による脳循環代謝測定を行なった結果、閉塞側黒質の血流増加は1週間後まで認められ、グルコース代謝の亢進は2週間後まで認められた。これらの循環代謝の亢進は尾状核・被殻の梗塞による抑制性神経伝達物質GABAの低下による脱抑制機序によるものと推定され、このような脱抑制状態が持続すると、先に示したような神経細胞壊死が生じるものと思われた。行動学習機能の測定:ラット左中大脳動脈閉塞モデルを用いて、明暗箱による受動的回避反応の回避率および能動的回避反応の回避率の両者ともに、有意の低下が認められた。これらの結果は、ラット左中大脳動脈閉塞後の記憶の保持の障害が長期間にわたり認められることを示している。

ラット中大脳動脈閉塞モデルにおいては、軽度の神経学的所見(右片麻痺)が、術後8週間まで認められることが明らかとなり、神経学的所見と学習・記憶障害との対比を現在行っている。(1)局所脳虚血モデルにおける黒質および視床の変化:ラットの中大脳動脈(MCA)閉塞モデルにおいて、非虚血部である閉塞側黒質および視床の脳循環代謝測定および病理組織学的検討を行なった。左MCA閉塞1週間後には同側黒質の有意な血流増加、グルコ-ス代謝の亢進が認められた。グルコ-ス代謝の有意な亢進は2週間後まで認められた。組織学的検索では、MCA閉塞1週間後には同側黒質網様部の神経細胞の変性が認められ、2週間後には同側黒質の神経細胞壊死、細胞浸潤などが認められ、黒質は徐々に萎縮していった。黒質の左/右面積比は、正常ラットでは1.036±0.126(Mean±SD)、sham手術群では6カ月後0.943±0.113と黒質面積の左右差は認められなかったのに対して、MCA閉塞群における黒質左(閉塞側)/右(反対側)面積比は、1週間後0.963±0.229、2週間後、0.523±0.181、1カ月後0.433±0.198、6カ月後0.329±0.106と閉塞2週間後より有意に減少していった。視床は同側で閉塞1週間後より神経細胞の変性が認められ、徐々に萎縮していった。左右視床面積比は、正常群で1.00±0.04(Mean±SD)、sham手術群で0.99±0.04(6カ月)であった。MCA閉塞群では0.87±0.06(2週間)、0.77±0.07(1カ月)、054±0.11(3カ月)で、全ての時点で正常群、sham手術群に対し有意差が認められた。(2)神経伝達物質の測定:ラットMCA閉塞モデルにおける大脳皮質と基底核における神経伝達物質の微小透析法による測定では、glutamate、aspartateは閉塞後速やかに増加したが、その後の経過は両部位の間に差が認められた。NMDAレセプタ-阻害剤の投与により皮質アミノ酸濃度に変化は認められなかった。(3)行動学習機能測定:MCA閉塞2週間後まで行なった結果、虚血群で記憶の保持能力の障害が認められた。1.興奮性アミノ酸受容体の阻害剤の局所脳虚血に対する効果:ハロセン吸入麻酔下に、SーDラットの左中大脳動脈を経眼窩的に閉塞して局所脳虚血モデルを作成した。このモデルにおいて、微小透析用カニュ-レを線条体および大脳皮質に挿入し、それぞれの部位におけるアミノ酸神経伝達物質の測定を行なった。興奮性アミノ酸(グルタミン酸、アスパラギン酸)の組織内濃度は虚血負荷後に速やかに、有意に増加した。このモデルにおいて、興奮性アミノ酸受容体の非競合的阻害剤であるMKー801を投与したが、皮質の興奮性アミノ酸濃度は変化しなかった。また、同じ局所脳虚血モデルにおいて梗塞巣のサイズに対する同剤の効果を検討した。興奮性アミノ酸受容体の非競合的阻害剤MKー801を前投与した後に局所脳虚血を作成した。体温をモニタ-しつつ、24時間後にTTC染色法により梗塞巣を計測した。その結果、ラットの局所脳虚血モデルでは線条体に梗塞巣には変化が認められなかったが、皮質でMKー801,10mg/Kg投与群で有意な梗塞巣の縮小が認められた。2.行動学習機能と神経伝達物質の測定:ラットの左中大脳動脈閉塞による局所脳虚血モデルにおいて、8方向迷路を使用した空間認知態の検討を行なった。その結果、閉塞群において、sham手術群または正常群に対して有意な空間認知障害が3カ月以上の長期間にわたり認められた。
土壌ガス挙動のモデル化と環境リスク評価への適用

本研究では,環境リスク評価に適用できる統合モデルの構築を目指して,土壌内におけるガスの挙動を測定し,ガス挙動に与える土壌特性の影響を調べるとともに,トランスポート・パラメータ(拡散係数,分散係数,通気係数,溶質拡散係数)のモデル化を行った.土壌ガスのトランスポート・パラメータについては,火山灰土壌,砂質土を用いて実測を行い,間隙構造や粒径分布,有機物含有量などの土壌特性を考慮した多くの新しい予測モデルを提案した.従来のモデルの検証も行った.また,同一カラムで3つの土壌ガスのトランスポート・パラメータ(拡散係数,分散係数,通気係数)を測定できる新しい方法を開発した.構造異方性のある泥炭土の乾燥過程におけるガス拡散係数,通気係数を測定し,泥炭土のガス輸送機構は泥炭の内間隙と外間隙の水分状態に応じて大きく3つに区分されることが示唆された.溶質拡散についてはこれまでに報告例の少ない火山灰土壌の拡散係数を測定し,火山灰土壌は団粒内間隙と団粒間間隙という複雑な土壌構造を持つため,拡散係数が他の土壌に比べて特異な挙動を示すことがわかった.土壌特性(粘土,有機物含有量)と土壌構造(間隙径分布)を考慮した新しい溶質拡散係数の予測モデルも提案した.このように多くの実測とともに,最終目標とする統合モデルの構築の基盤となる多くの簡便で正確な予測モデルを提案した.本研究では,環境リスク評価に適用できる統合モデルの構築を目指して,土壌内におけるガスの挙動を測定し,ガス挙動に与える土壌特性の影響を調べるとともに,トランスポート・パラメータ(拡散係数,分散係数,通気係数,溶質拡散係数)のモデル化を行った.土壌ガスのトランスポート・パラメータについては,火山灰土壌,砂質土を用いて実測を行い,間隙構造や粒径分布,有機物含有量などの土壌特性を考慮した多くの新しい予測モデルを提案した.従来のモデルの検証も行った.また,同一カラムで3つの土壌ガスのトランスポート・パラメータ(拡散係数,分散係数,通気係数)を測定できる新しい方法を開発した.構造異方性のある泥炭土の乾燥過程におけるガス拡散係数,通気係数を測定し,泥炭土のガス輸送機構は泥炭の内間隙と外間隙の水分状態に応じて大きく3つに区分されることが示唆された.溶質拡散についてはこれまでに報告例の少ない火山灰土壌の拡散係数を測定し,火山灰土壌は団粒内間隙と団粒間間隙という複雑な土壌構造を持つため,拡散係数が他の土壌に比べて特異な挙動を示すことがわかった.土壌特性(粘土,有機物含有量)と土壌構造(間隙径分布)を考慮した新しい溶質拡散係数の予測モデルも提案した.このように多くの実測とともに,最終目標とする統合モデルの構築の基盤となる多くの簡便で正確な予測モデルを提案した.本研究の目的は土壌内におけるガスの拡散と移流に関するトランスポート・パラメタのモデル化を行うことにある.本年度は,日本国内数カ所の土壌およびデンマークの土壌について,土壌ガス拡散係数,通気係数(透水係数に相当するもので,空気の通りやすさを表す係数)を測定し,予測モデルの提案を行った.得られた結果は以下の通りである.1)5種類のデンマークの土壌についてガス拡散係数を測定し,予測モデルの評価を行った結果,Three-Porosity Model(Moldrup,2004)の適合性が最もよいことが明らかになった.通気係数については土壌間隙径分布に基づいた新しい予測モデルを提案し,このモデルに必要な基準値(k_a,_<100>)の予測法も示した.2)立川ローム(東京大学農場)において100mの直線上に採取した不撹乱試料について,土壌ガス拡散係数,通気係数,透水係数などを測定し,その空間分布について調べた.ガス拡散係数についてはPenman-Call Model(Moldrup,2005),通気係数についてはKawamoto Model(2006)が最適であることを示した.3)福島ロームについては深さ方向について調べ,間隙量と有機物量が多い表層土での拡散係数が低いこと,下層土に比べて,拡散係数がゼロとなる無効間隙の値が表層土では大きいこと,通気係数には有機物量の影響は小さいことなどが明らかになった.4)土壌ガス拡散係数,通気係数,透水係数などと,気相率や体積水分含有率との相関について統一的に適用できるBimodal Probability Law Modelを提案した.5)構造に異方性のある粘土,泥炭土におけるトランスポート・パラメタやローム土における溶質拡散係数は現在測定中であり,現場での土壌ガス分布測定についても準備中である.本研究の目的は土壌内におけるガスおよび溶質の拡散と移流に関するトランスポート・パラメータを実測し,そのモデル化を行うことにある。本年度は,昨年度に引き続き,国内外の試料採取サイト(デンマーク(研究協力者:Moldrup),アメリカ(研究協力者:Rolston)を対象に,土壌ガスのトランスポート・パラメータ(ガス拡散係数と通気係数)の実測を行うとともに,構造異方性のある粘士,泥炭土についてのトランスポート・パラメータ測定,原位置通気係数測定を開始した。現場(北海道美唄(研究分担者:長谷川))での土壌ガス濃度分布(メタン,亜酸化窒素)測定も継続して行っている。本年度に得られた主な研究成果は次の通りである。1.黒ボク土のトランスポート・パラメータの実測とモデル化団粒構造を有する黒ボク

土を対象た,ガス拡散係数と通気係数を測定し,牧草地におけるトランスポー卜、パラメータの空間変動性(Resurreccion et. al.,Soil Sci.,2007a)および林地たおける有機物含有量がトランスポート・パラメータに及ぼす影響を明らかにした(Resurreccion et al.,Soil Sci.,2007b)。溶質拡散については,これまでに報告例の少ない黒ボク土の拡散係数を測定した結果,試料の団粒構造および間隙構造の違いが溶質拡散係数に強く影響をえることが明らかになった。また,土壌特性(粘土,有機物含有量)と土壌構造(間隙径分布)を考慮した新しい拡散係数の予測モデルを提案した(Moldrup et al.,Soil Sci.,2007)。2.構造異方性土壌におけるガス挙動の測定構造異方性のある粘土,泥炭土についてのトランスポート・パラメータ測定を行った。泥炭土については,水平方向のガス拡散係数と通気係数が鉛直方向に比べて約25倍大きくなるこ乏が明らかとなり,脱水収縮にともなうトランスポート・パラメータの変化を植物遺体内部・外部の間隙構造変化に基づき説明できることを示した。本研究は,土壌内におけるガスの挙動を測定し,その移動パラメータのモデル化を行うことを目的とした.本年度に得られた主な研究成果は以下のとおりである.1.ガス動パラメータの測定とモデル化黒ボク土(火山灰土壌)について拡散係数と土壌間隙の連結性を示すPore ConnectivityFactor(PCF)を調べた結果,従来,一定値とされていたPCFが気相率とともに変化することが明らかになり,PCFの変化を考慮した新しい拡散係数予測式を提案した(論文1).また,このPCFの変化性を利用して,気相率から拡散係数を乗ある簡便ぞ正確な線形予測モデルを堤案した(論文2).土壌の気相,液相,固相のそれぞれのガス拡散への抵抗性を考慮した新しい予測モデルも開発した(論文3)砂質土の平均粒径,乾燥密度などを考慮した新しい拡散,通気係数予測式も提案した(論文5).原位置通気係数の算出に用いられる形状係数について,有限要素法解析と模型実験により検証した結果,下端境界条件が形状係数に大きな影響を与えることが明らかになった(論文7)同一カラムで3つのガス移動パラメータ(拡散係数・分散係数・通気係数)を測定できる方法を開発した(論文8).2.構造異方性土壌(泥炭土)におけるガス挙動の測定と間隙構造解析北海道美唄泥炭土の乾燥過程におけるガス拡散係数,通気係数を測定し,マイクロフォーカスX線CTにより間隙構造を詳細に調べた結果,泥炭土のガス輸送機構は泥炭の内間隙と外間隙の水分状態に応じて大きく3つに区分されることが示唆された(論文4).3.火山灰土壌における溶質拡散係数の測定と解析5種類の土壌の拡散係数を測定した結果,火山灰土壌は団粒内間隙と団粒問間隙という複雑な土壌構造を持つため,拡散係数が他の土壌に比べて特異な挙動を示すことがわかった.拡散係数予測モデルを検証し,PMQモデルの適合性が最もよいことが示された(論文6).