hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温高圧下の鉄融体におよぼす軽元素の影響：月中心核形成の解明

本研究は、鉄合金融体の高温高圧実験によって、これまで得られなかった月の外核についての知見を得ることが最終目標である。高温高圧実験を成功させるためには、1.ダイヤモンド複合体アンビルの製作、2.月の中心核に相当する温度、圧力(1800°C、10GPa)を安定に保持できる高温高圧実験用セルの開発を行うことが最重要課題となる。そこで本研究では研究初年度からこれらの技術開発を中心に進めてきた。1.ダイヤモンド複合体アンビルの製作:アンビルの母材であるダイヤモンド複合体の焼結体合成法の最適化を行った。出発原料の不純物の除去と反応容器を改良することによって良質のダイヤモンド複合体焼結体の合成法が確立され、高品質のアンビルの製作が可能になった。2.高温高圧実験用セルの開発:鉄合金融体の融点は非常に高く(1600°C以上)、落球法による粘性測定では、金属製の落球マーカーを融体中に保持する必要がある。しかし、金属球と融体は容易に反応・溶解するため、本研究では金属球表面にアルミナ層をコーティングして反応を防御する技術開発を行った。この結果、膜厚5ミクロンのアルミナ層をコーティングした落球マーカーを1800°Cの鉄合金融体中で反応・溶解せずに保持することに成功した。さらに、10 GPa以上で1800°C以上の高温を発生できるヒーター材料として、Ti3SiC2とTiC-Al2O3の2種類のセラミックス材料の高温高圧試験と評価を行い、最大23 GPaで2200°Cまでの高温発生に成功した。また、これらの材料はX線を透過できるため、X線を使った粘性実験や回折実験に大変有効である。ダイヤモンド複合体アンビルとアルミナコーティング落球マーカー、新セラミックスヒーターを使った高温高圧粘性実験では、14 GPaまでの鉄合金融体の粘性係数が得られた。今年度は、Fe-S-Si系融体の高温高圧実験を成功させるうえで最も重要な技術開発課題である1.ダイヤモンド複合体アンビルの製作と、2.高温高圧実験用セルの開発を重点的に行った。1.ダイヤモンド複合体アンビルの製作アンビルの母材であるダイヤモンド複合体焼結体の評価を行った。小型HIP装置を使った焼結体合成において度々発生するクラック、焼結体表面のアバタ状欠陥、焼結体の頂点の割れといった焼結不良の原因を調査した。その結果、出発原料に含まれる不純物の除去と反応容器の寸法精度を向上させることで問題をほぼ解消することができた。また、焼結体の組織観察を行った結果、ダイヤモンド粒子間の隙間に未反応のSiが存在することがわかった。これはアンビルの機械的強度を低下させる原因となることから、今後は未反応Siを均質に分散させる手法を検討する必要がある。2.高温高圧実験用セルの開発X線回折測定では、数時間以上の長時間を安定に加熱できるヒーターが要求される。今回、ヒーター材として実績のあるレニウムを用い、月の中心核に相当する5 GPaの高圧下で加熱試験を行った。この結果、1800K以上で数時間保持できることがわかった。また、X線透過試験を行ったところ、非常に薄いレニウム箔(厚さ25ミクロン)を用いた場合ではX線が十分透過でき、X線イメージングを利用する粘性・密度測定においてもヒーター材として大変有効であることがわかった。さらにFe-S-Si系融体試料用の試料カプセルとして多結晶体アルミナの試料カプセルを試作し、高温高圧試験を行った。しかし、1800K、5 GPa以上で融体試料が試料カプセルから漏えいする事態が発生した。対策として試料カプセルの密閉性の向上や材料の見直しなどを検討する必要がある。ダイヤモンド複合体アンビルの製作では、ダイヤモンド複合体焼結体の評価と対策を行うことで歩留りが向上し、SPring-8の川井式高圧装置に対応した14mm角立方体アンビルの安定供給がほぼ可能となった。一方、Fe-S-Si系融体の高温高圧実験を成功させるための高温高圧実験用セルの開発では、レニウムヒーターを使ったセル開発により、数時間以上の長時間において安定に加熱することが可能となった。しかし、多結晶体アルミナを使った試料カプセルにおいて高温高圧保持中に融体試料の漏えいが発生し、現段階ではこの問題を解決できていない。対策として単結晶のアルミナを採用し、さらに試料カプセルの密封性を向上させた構造に変更することを検討しているが、単結晶アルミナは多結晶体アルミナに比べて機械加工が非常に難しく、製作の目途が立っていない。このため、今年度予定していた高温高圧X線回折実験を行うことができず、達成度をやや遅れているとした。昨年度に引き続いて今年度では、高温高圧粘性・密度測定実験を成功させるうえで最重要の技術開発課題である高温高圧実験用セル開発と落球マーカーの開発を重点的に行い、さらに放射光を使ったX線実験を行った。1.高温高圧実験セルの開発:実験試料である鉄合金融体の融点は非常に高く(1600°C以上)、高圧になるとさらに融点は上昇する。粘性・密度測定実験やX線回折測定実験では、数時間以上の長時間を安定に加熱できるヒーターが要求される。我々は昨年度にレニウムヒーターを使うことで、5 GPaの高圧下において1527°Cまで高温発生に成功したが、1600°C以上になると加熱が安定しなくなる問題があった。

今年度は新しいヒーター材としてチタンシリコンカーバイドを使用した高温高圧実験セルの開発を行った。2.落球マーカーの開発:粘性および密度の測定は放射光を使った落球法によって行うが、通常使用される金属製の落球マーカーは鉄合金融体中で容易に反応・溶解してしまう。この問題を解決するため、金属球の表面全体をアルミナでコーティングした落球マーカーを製作した。直径100ミクロンの白金球の表面全体にアルミナを膜厚2ミクロンで覆った落球マーカーの製作に成功した。3.放射光X線実験:上記の高温高圧実験セルと落球マーカーを使用し、SPring-8のマルチアンビル型高圧装置を使った放射光X線実験を行った。鉄試料について5 GPaまで加圧後にチタンシリコンカーバイドヒーターで加熱を行ったところ、1660°Cで鉄試料が完全に融解するのを確認できた。一方、アルミナコーティング落球マーカーは鉄試料がまだ融解していない1620°Cで完全に溶解してしまい、落球法実験に使用できるには至っていない。チタンシリコンカーバイドをヒーター材に使用した高温高圧実験セルを開発することによって、1660°Cの高温発生を安定に保持することに成功し、本研究の目標である最大温度の1800°Cまでの高温発生がほぼ実現可能となった。一方、鉄合金融体と反応・溶解しない落球マーカーの開発として、アルミナを白金球の表面全体にコーティングした落球マーカーの製作に成功したが、試料が融解する直前の1620°Cまでは保持できたものの、それ以上の高温で溶解する問題を解決できておらず、融体の落球法実験に必要な落球マーカーの完成にあと一歩の状況にある。落球マーカーの製作の遅れによって、今年度予定していた純鉄以外のFe-S-Si系融体についての放射光実験を開始できなかったことから、現在までの進捗状況をやや遅れているとした。平成29年度では引き続き、鉄合金融体の高温高圧実験の成功において最重要の技術開発課題である高温高圧実験用セル開発と落球マーカーの開発を重点的に行った。1.高温高圧実験セルの開発:本研究で行うX線回折測定では1回の測定において数時間以上の計測時間を要するため、高圧下で鉄合金融体を長時間安定に加熱できるヒーターが必要となる。高温高圧実で一般的に使用されているレニウムヒーターでは、5 GPaの高圧で1600°C以上になると加熱が不安定になる問題があった。平成28年度において、我々はチタンシリコンカーバイドをヒーター材に使用した高温高圧実験セルの開発を行い、5 GPaの高圧下で1660°Cまでの高温状態を安定に保持することに成功した。しかし、チタンシリコンカーバイドはそれ以上の高圧になると相転移が発生して抵抗値の急激な変化が起こるため、安定な加熱を連続的に行うことが難しいことがわかった。そこで別のヒーター材としてアルミナ含有チタンカーバイドを使用した高温高圧試験を行った結果、10 GPa以上の高圧でも相転移は観察されず、1800°Cまでの加熱に成功した。2.落球マーカーの開発:これまで落球法実験を行うための鉄合金融体と反応・溶解しないアルミナコーティング落球マーカーの開発を行っており、直径100ミクロンの白金球の表面全体に膜厚2ミクロンのアルミナで覆った落球マーカーの製作と1620°Cまでの高温保持に成功している。しかし、それ以上の高い温度になると溶解してしまう問題があった。原因として球体表面のアルミナ層が薄くなっている部分が見つかり、ここを起点として溶解した可能性が高いことが分かった。
プロテオーム解析に基づく低温条件での樹木の低温脱馴化機構の解明

樹木の低温脱馴化の初期過程を明らかにするため、比較的高い氷点下温度で人為的に脱馴化処理をしたシラカンバ(Betula platyphylla)の枝で起こるタンパク質の組成変化を調べるとともに、屋外に生育するセイヨウハコヤナギ(Populus nigra)の枝を用いて季節的な脱馴化過程におけるプロテオーム変動を調べた。本研究により、北方樹木の地上部に含まれる2000種を超えるタンパク質について脱馴化過程における半定量的な変動データを収集することができ、このデータから低温化で起こる脱馴化の初期過程は、タンパク質の新規合成ではなく、タンパク質の局在の変化などの他の要因で進行することが示唆された。本研究は、早春期のシラカンバの低温脱馴化の初期過程を明らかにするために、それぞれの組織を構成する生細胞が異なる凍結適応機構を示す樹皮と木部について、冬季に採取した試料を氷点下温度から摂氏数度という低温域で処理したときに起こる可溶性タンパク質および細胞膜タンパク質におけるプロテオーム変動を明らかにすることを目的とする。平成26年度は、シラカンバの枝からの可溶性タンパク質画分および細胞膜タンパク質画分の調製方法の検討を行った。可溶性タンパク質画分は、液体窒素で凍結して粉砕した各組織をトリス-塩酸バッファー中でホモジェナイズし、超遠心機等により不溶性の成分を除去することで調製することとした。細胞膜タンパク質画分は、採取した試料を液体窒素で凍結せずにホモジェナイズを行い、遠心分離により調整したミクロソーム画分からポリエチレングリコール-デキストラン水性二層分配法により精製することとした。本手法を用いて調製した細胞膜タンパク質画分についてP型ATPアーゼやV型ATPアーゼ、NADH cyt cレダクターゼなどのマーカー酵素の活性をもとに細胞膜画分の純度を評価したところ、高い純度を持つ細胞膜画分であることが確認できた。また、帯広畜産大学のキャンパスで2月初旬にシラカンバの枝を十分量採取し、ー20°Cのフリーザーの中で、強制休眠を維持させたまま保存した。現在は、ー20°Cで保存した冬季に採取した枝を適宜取出し、ー15、ー10、ー5、ー2、0、+2、+4°Cといった温度に設定した恒温チャンバーを用いて、暗黒下で温度処理を12、24、48および72時間行った枝の樹皮と木部から可溶性タンパク質画分を調製し、SDS-PAGEにより比較することで両組織に含まれる可溶性タンパク質に脱馴化による変動が見られる条件の検討を行っている。本研究では、早春期の樹木の低温脱馴化の初期過程を明らかにするために、生細胞が異なる凍結適応機構を示す樹皮(細胞外凍結)と木部(深過冷却)について、厳冬期に採取した脱馴化をしていない枝を摂氏10°C以下の低温で処理したときに起こる可溶性タンパク質及び細胞膜タンパク質のプロテオーム変動を解析した。また、屋外に生育する樹木についても季節的な脱馴化過程におけるプロテオーム変動を調べた。平成27年度の研究では、厳冬期に採取してー20°Cの冷凍庫で保存したシラカンバの枝を用いて、ー8°Cおよびー3°Cと言う比較的高い氷点下温度で1日、3日、7日処理した後に樹皮と木部に分け、それぞれの組織から調製した可溶性タンパク質について、SDS-PAGEによってその変動を調べた。しかしながら、これらの温度では処理後7日までいずれの組織でもSDS-PAGEで明瞭な変化は見られなかった。現在、0°C・4°C・10°Cと言った冷温域での脱馴化過程におけるタンパク質の変動の評価を行っている。また、屋外で生育するセイヨウハコヤナギの枝の樹皮および木部の細胞膜タンパク質と可溶性タンパク質の脱馴化過程における変動をnano-LC MS/MSを用いて調べた半定量的なデータをもとに、主成分分析やk平均法によるクラスター解析などのデータ解析を進めた。クラスター解析の結果から、樹皮と木部のいずれにおいてもより多くの数の細胞膜タンパク質が可溶性タンパク質に比べて早い時期から量的な変動を示すことが示唆された。この結果は、低温脱馴化の初期過程において、タンパク質の局在の変化による細胞膜タンパク質の組成変動が起こることによる可能性がある。試料調整に必要なホモジェナイザの導入が遅延し、当初の研究計画に比べて若干の遅れが生じた。可溶性タンパク質画分および細胞膜タンパク質画分の調製方法の検討は終了したものの、平成26年度中に終了予定であった低温脱馴化の処理温度および時間によるSDS-PAGEおよび二次元電気泳動法によるタンパク質組成変化の比較は現在進めている。これまでの研究の遅れは大きなものではなく、申請の研究内容は予定通り平成27年度中に終了すると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。

植物生理学本研究はこれまでに若干の遅れを生じたが、平成27年度の研究は、基本的に当初の計画に沿って推進する。ただ、申請書作成時には、可溶性タンパク質と細胞膜タンパク質の解析を並行して行う予定であったが、実験手順が煩雑になるため、まず、可溶性タンパク質画分の解析を終わらせた後に、細胞膜画分の解析を進めることにする。平成27年度の予算において、植物細胞の凍結抵抗性試験のための小型環境試験器の購入を予定していた。しかし、消耗品費や旅費を考慮するとその購入が難しいため、代替として小型のディープフリーザを購入し、これと発泡スチロールボックスなどの保温容器を用いて、試料を冷却する装置を作成する。申請者は以前、自作した同様の装置によって植物細胞の凍結抵抗性を評価した。本装置では、精密な温度コントロールはできないが、大まかに細胞の凍結抵抗性を評価することができる。精密な温度コントロールが必要とされる際は、北海道大学大学院農学研究院においてプログラムフリーザーを借り受けることにする。27年度が最終年度であるため、記入しない。
マイクロダイアリシスを用いたアルツハイマー病病理のトランスミッション

本研究の目的は、脳内マイクロダイアリシスを用いて、神経細胞から分泌されたAβやタウに病理を伝播させる能力があるかどうかを明らかにすることである。申請者らのタウトランスジェニック(Tg)マウスで予備実験を行ったところ、あまり良い結果は得られなかった。そこで、よりドナーに適したモデルマウスを得るために、申請者らのOsaka変異APP Tgマウスと野生型タウTgマウスを交配したところ、6カ月齢でAβオリゴマーの蓄積、タウの異常リン酸化、シナプス消失、記憶障害を示し、18カ月齢で神経原線維変化とニューロン消失を示した。今後は、このより完全なモデルマウスを用いて病理の伝播実験を行っていく予定である。昨年度は、申請者らのイントロン変異タウTgマウスの解析を行い、12カ月齢以降のマウスをタウのドナーとして用いることを決定した。今年度は、マウスの脳にマイクロダイアリシスをセットし、実際にタウが細胞外に分泌されているかどうかをELISAで測定した。その結果、回収された脳還流液中にタウが検出されたが、その値は徐々に低下し、神経活動に伴ってタウが定常的に分泌されていることを示すデータは今のところ得られていない。また、その値の下降の様子から、最初に測定されたタウは手術による脳傷害の結果放出されたものであろうと考えられた。タウ分泌量の低さはおそらく、我々が用いたマウスのタウ発現量の低さや病理の進行の遅さに由来すると考えられる。そこで今年度は、若干テーマからはずれるが、より早期からAβとタウの両方の病理を呈するモデルの作製に注力した。申請者らのE693Δ変異APP-Tgマウスとイントロン変異タウTgマウスを交配し、経時的に病理を観察したところ、生まれたマウスは4カ月齢でAβオリゴマーの蓄積とタウの異常リン酸化、シナプス消失を示した。これらの病理は親のAPP-Tgマウスでは8カ月齢から見られるもので、APPとタウの共発現により病理が早まることが示された。次に、E693Δ変異APP-Tgマウスと野生型タウTgマウスとを交配し同様の実験を行った。生まれたマウスは6カ月齢でAβオリゴマーの蓄積とタウの異常リン酸化、シナプス消失、記憶障害を示し、18カ月齢で神経原線維変化とニューロン消失を示した。この結果は、タウの変異がなくても、Aβオリゴマーとヒトタウがあればアルツハイマー病の3大病理変化、すなわちAβの蓄積(通常は老人斑の形成)、神経原線維変化、ニューロン消失を再現できることを示している(論文発表済み)。本研究は2匹のマウスの脳にマイクロダイアリシスをセットし、それをチューブで連絡して、一方のマウスの神経細胞から分泌された可溶性のAβやタウを別のマウスの脳へ直接還流して病理が伝播するかどうかをみる研究である。今年度はドナー側マウスの種類と月齢の選定を行う予定であったが、タウのドナーとなるイントロン変異タウTgマウス(申請者らが作製したもの)の解析に時間がかかり、マイクロダイアリシスの実験そのものはあまり進んでいない。我々が作製したイントロン変異タウTgマウスは、幼若期には3リピート、4リピート両方のタウを発現するが、4カ月齢ですでに4リピートタウ優位となり、6カ月齢からタウの異常リン酸化とともにシナプス機能障害や認知機能障害、シナプス消失がみられ、12カ月齢でミクログリアの活性化、24カ月齢でアストロサイトの活性化やGallyas染色陽性となるタウ封入体の形成、ニューロン消失が起こることがわかった。したがって、病理伝播の実験には24カ月齢のマウスを使えば確実であろうが、マウスの飼育には多大な費用と労力が要求されるので、次善の策としてミクログリアの活性化がみられる12カ月齢以降のマウスをタウのドナーとして用いることにした。上述のように、タウのドナーとなるイントロン変異タウTgマウスの解析に時間がかかったため。Aβのドナーとしては、12カ月齢以降のE693Δ変異APP-Tgマウス(申請者らが作製したもの)とAPP23マウス(外部から導入したもの)を用いる。タウのドナーとしては、12カ月齢以降のイントロン変異タウTgマウスを用いる。まず、これらのマウスの脳にマイクロダイアリシスをセットし、実際にAβやタウが細胞外に分泌されていることを、脳還流液を回収してELISAで測定する。すでに数匹のマウスで実験を行っており、脳還流液中にタウが検出された。さらに実験を行って、脳還流液中のAβやタウがオリゴマーを形成しているかどうかをウェスタンブロット等で確認する。

次に、2匹のマウスの脳にマイクロダイアリシスをセットし、それをチューブで連絡して、一方のマウスの脳還流液を別のマウスの脳へ還流する実験を行う。3日間ほど還流を行い、数日後に脳を取り出して、免疫組織化学により病理伝播の有無を確認する。マウスの飼育費用、およびマイクロダイアリシスの消耗品、ELISAキット、組織化学用試薬の購入に使用する。
児童・生徒の学習・生活活動と心理に立脚した学校空間の再編成計画に関する研究

本研究は,児童・生徒の生活や学習行動の実際,及び子供の空間意識や認知の視点から,学校の現実を的確に捉え直し,新しい教育観に沿った学校空間全体の再編成の在り方を考察しようとする.建築計画学,教育学,環境心理学,教育心理学の専門家が具体的な調査活動から,学校空間編成の立案までを連携しながらとり組み,21世紀へ向けての学校空間の在るべき姿を提案しようとするものである.2年間の調査・分析結果を総合的に考察し,各研究者が分担して次のような研究成果をとりまとめた.1)オープンスペース,多目的スペースの設けられ方の現状を類型化し,教育学的な見地からみたその特質について論じ,その将来展望を明らかにした.(担当:加藤幸次)2)タイプの異なるオープンスペースを持つ3校において,同学年,同単元,同教材によって実際に学習活動を展開し,学習空間の在り方が児童の学習活動,思考過程,学習成果に及ぼす影響を検討した.これらから,小学校の学習空間の編成の在り方について具体的な提案を行った.(担当:奈須正裕)3)公立小学校4校において,児童の空間認知の実態を把握するための環境心理学実験,及び児童の行動を捉える観察調査を行った.これらから,児童・生徒の心理や空間認知の観点から,学校空間の在るべき姿について提言を行った.(担当:山下哲郎)4)公立小学校典型事例7校において,クラス単位,個人単位に1日の学習・生活活動の実態を克明・詳細に捉える調査を行った.又,特にクラススペース,オープンスペース廻りの学習・生活活動について,その実態を詳しく捉える調査を行った.(担当:上野淳)以上を総合し,学校空間の新しい編成計画の在り方について,具体的なダイアグラムを伴った諸提案をとりまとめた.本研究は,児童・生徒の生活や学習行動の実際,及び子供の空間意識や認知の視点から,学校の現実を的確に捉え直し,新しい教育観に沿った学校空間全体の再編成の在り方を考察しようとする.建築計画学,教育学,環境心理学,教育心理学の専門家が具体的な調査活動から,学校空間編成の立案までを連携しながらとり組み,21世紀へ向けての学校空間の在るべき姿を提案しようとするものである.2年間の調査・分析結果を総合的に考察し,各研究者が分担して次のような研究成果をとりまとめた.1)オープンスペース,多目的スペースの設けられ方の現状を類型化し,教育学的な見地からみたその特質について論じ,その将来展望を明らかにした.(担当:加藤幸次)2)タイプの異なるオープンスペースを持つ3校において,同学年,同単元,同教材によって実際に学習活動を展開し,学習空間の在り方が児童の学習活動,思考過程,学習成果に及ぼす影響を検討した.これらから,小学校の学習空間の編成の在り方について具体的な提案を行った.(担当:奈須正裕)3)公立小学校4校において,児童の空間認知の実態を把握するための環境心理学実験,及び児童の行動を捉える観察調査を行った.これらから,児童・生徒の心理や空間認知の観点から,学校空間の在るべき姿について提言を行った.(担当:山下哲郎)4)公立小学校典型事例7校において,クラス単位,個人単位に1日の学習・生活活動の実態を克明・詳細に捉える調査を行った.又,特にクラススペース,オープンスペース廻りの学習・生活活動について,その実態を詳しく捉える調査を行った.(担当:上野淳)以上を総合し,学校空間の新しい編成計画の在り方について,具体的なダイアグラムを伴った諸提案をとりまとめた.本研究は,児童・生徒の生活や学習行動の実際,及び子供の空間意識や認知の視点から,学校の現実を的確に捉え直し,新しい教育観に沿った学校空間全体の再編成の在り方を考察しようする.建築計画学,教育学,環境心理学,教育心理学の専門家が具体的な調査活動から,学校空間編成の立案までを連携しながらとり組み,21世紀へ向けての学校空間の在るべき姿を提案しようとするものである.本年度は,各研究者が分担し次の調査・分析活動を行った.1)学校における学習・生活活動の実態に関する調査・分析(担当:上野淳).........公立小学校典型事例7校において,クラス単位,個人単位に1日の学習・生活活動の実態を克明・詳細に捉える調査を行った.2)学習空間の在り方が児童の学習活動に与える影響に関する調査・分析(担当:加藤幸次,奈須正裕).........タイプの異なるオープンスペースを持つ3校において,同学年,同単元,同教材によって学習活動を展開し,学習空間の在り方が児童の学習活動,思考過程,学習成果に及ぼす影響を検討した.3)児童の学校空間認知に関する調査・分析(担当:山下哲郎).........公立小学校2校において,児童の空間認知の実態を把握するための環境心理学実験,及び児童の行動を捉える観察調査を行った.以上の調査・分析結果を総合的に検討し,予備的に,小学校空間の編成上の課題について考察を行っている.又,これらの成果に基づき,次年度の調査・分析,研究方針について検討を行っている.本研究は,児童・生徒の生活や学習行動の実際,及び子供の空間意識や認知の視点から,学校の現実を的確に捉え直し,新しい教育観に沿った学校空間全体の再編成の在り方を考察しようとする.建築計画学,教育学,環境心理学,教育心理学の専門家が具体的な調査活動から,学校空間編成の立案までを連携しながらとり組み,21世紀へ向けての学校空間の在るべき姿を提案しようとするものである.昨年度の調査・分析結果を踏まえつつ,各研究者が分担して次のような研究成果をとりまとめた.

1)オープンスペース,多目的スペースの設けられ方の現状を類型化し,教育学的な見地からみたその特質について論じ,その将来展望を明らかにした.(担当:加藤幸次)2)タイプの異なるオープンスペースを持つ3校において,同学年,同単元,同教材によって実際に学習活動を展開し,学習空間の在り方が児童の学習活動,思考過程,学習成果に及ぼす影響を検討した.これらから,小学校の学習空間の編成の在り方について具体的な提案を行った.(担当:奈須正裕)3)公立小学校4校において,児童の空間認知の実態を把握するための環境心理学実験,及び児童の行動を捉える観察調査を行った.これらから,児童・生徒の心理や空間認知の観点から,学校空間の在るべき姿について提言を行った.(担当:山下哲郎)4)公立小学校典型事例7校において,クラス単位,個人単位に1日の学習・生活活動の実態を克明・詳細に捉える調査を行った.又,特にクラススペース,オープンスペース廻りの学習・生活活動について,その実態を詳しく捉える調査を行った.(担当:上野淳)以上を総合し,学校空間の新しい編成計画の在り方について,具体的なダイアグラムを伴った諸提案をとりまとめた.
深層学習を用いたカエル脚部のサイボーグ化

生物の身体が,運動のための優れた特性を持っているという考え方は,ロボティクスにおいて極一般的なものになった.しかし,生物の身体はあまりに複雑であるため,その特性を状態方程式で表現し,制御対象として扱うことは現実的に不可能である.ここで,もし,何らかの方法で生物の身体の状態方程式を手に入れ,制御対象として制御・解析できるようになれば,生物の身体の工学的な理解に向け,重要な一歩を踏み出すことになる.本研究では,カエルの脚を例に,生物の身体を制御対象と捉えて制御理論に則った制御・解析をするための基礎技術の確立を目指す.生物の身体が,運動のための優れた特性を持っているという考え方は,ロボティクスにおいて極一般的なものになった.しかし,生物の身体はあまりに複雑であるため,その特性を状態方程式で表現し,制御対象として扱うことは現実的に不可能である.ここで,もし,何らかの方法で生物の身体の状態方程式を手に入れ,制御対象として制御・解析できるようになれば,生物の身体の工学的な理解に向け,重要な一歩を踏み出すことになる.本研究では,カエルの脚を例に,生物の身体を制御対象と捉えて制御理論に則った制御・解析をするための基礎技術の確立を目指す.
動機づけシステムの脳内神経基盤の解明とアパシーの新規治療

動機づけの基盤にある神経ネットワーク活動を事象関連電位により解析し,アパシーの病態を反映する客観的指標の確立を目指した。強化学習をベースとしたCue-Target-Feedback課題では,アパシーとフィードバック関連陰性電位(FRN)振幅に有意な関連を認めた。さらに弁別反応時間課題をベースとした実験では,報酬あり条件のFRN振幅が個人の報酬依存傾向と関連を認め、また報酬なし条件での反応時間がアパシーと関連した。モニタリング機能を反映するFRNが,外発的動機づけを反映する場面において,アパシーや報酬依存の程度と関連することが示され、さらにアパシーが内発的動機づけを反映する行動指標とも関連した。アパシーは認知機能の障害や感情障害によらず,自発的・目標志向的行動の欠如した状態であり,多くの精神・神経疾患で高頻度に出現する障害である。本研究では昨年度から継続して,1)アパシーの神経基盤を事象関連電位(event-related potentials: ERP)により解析し,その病態を反映する神経生理学的な客観的指標を確立する,2)安静時fMRI(resting-state functional MRI: rsfMRI)により脳の機能的結合を評価し,アパシーと関連する脳内ネットワークを明らかにすることを目的とした。まず,昨年度作成した内発的動機づけと外発的動機づけを独立して評価できるCue-Target-Feddback課題の改変を行った。新たな課題はパフォーマンスに対するフィードバックが伴う単純な反応選択課題とした。その課題において,フィードバックが金銭的報酬を伴う条件,フィードバックがパフォーマンスのみを示す条件,フィードバックがランダムに提示される条件を設定した。この報酬あり条件ではパフォーマンスが向上し,外的動機づけの操作が可能であることが確認された。また,rsfMRIにおける解析では,高齢者のアパシーを対象として検討を行った。基底核を興味のある領域(ROI)として設定し,全脳との機能的結合においてアパシーの影響を検討したところ,基底核と補足運動野及び背外側前頭前野との結合低下が顕著に関連していた。この結果は,アパシーは基底核と前頭葉の機能的乖離として理解できる可能性を示唆している。アパシーは自発的行動の欠如した状態であり,多くの精神・神経疾患で高頻度に出現する障害である。アパシーの病態解明のためには,動機づけを支える神経基盤の解明が重要となる。本研究では,1)その神経基盤を事象関連電位により解析し,その病態を反映する神経生理学的な客観的指標を確立する、2)安静時機能的MRIにより脳内結合性を解析し、アパシーと関連する脳内ネットワークを明らかにする事を初年度の目的とした。まず事象関連電位研究では,内発的動機づけと外発的動機づけを独立して評価できるCue-Target-Feedback課題を作成し,健常者において基礎検討を行った。この課題はCue刺激においてその試行が報酬条件か非報酬条件かの手がかりが提示され,Targetにおいて強化学習刺激を選択し,Feedbackにおいてその選択行動の正誤を提示されるという課題である。解析の結果、CueおよびTargetに対するP3成分ではアパシーとの明瞭な関連は認められなかった。一方、報酬条件か非報酬条件かに関わらず,アパシーとフィードバック関連陰性電位(FRN)振幅には相関が認められた。この結果は強化学習課題におけるFRNがアパシーの客観的指標となりうることを示唆している。安静時機能的MRIによる脳内ネットワークの解明研究では、多数例の健常中高齢者を対象に検討を行った。神経心理検査でアパシーとうつを同時に評価した。側坐核を含む基底核部との機能的結合性を評価した所、アパシースコアと負相関を認めた部位は吻側の前部帯状回と前頭眼窩部であった。一方、うつと負相関を認めた部位は背外側前頭前野および内側前頭前野であった。臨床的にアパシーとうつは共通面を有しているが相違点も重要であり、今回の結果は動機づけの神経基盤のなかでそれぞれが異なった神経ネットワークを基盤としていることが明らかとなった。自発的な行動の欠如状態であるアパシーは,多くの精神神経疾患で高頻度に出現する情動行動障害であり,認知機能低下に強く関与している。その病態を解明するために本研究では,動機づけの基盤にある神経ネットワーク活動を事象関連電位(ERP)により解析し,アパシーの病態を反映する客観的指標として確立することを目的とした。報酬と関連する外発的動機づけと自発的な内発的動機づけをそれぞれ独立かつ同時に評価できる神経心理課題を作成した。課題は刺激弁別にFeedback刺激を組み合わせたものである。単純な弁別刺激に対する反応から2.5秒後にFeedback刺激を提示した。Feedbackでは反応時間が基準よりも何十ミリ秒速いか遅いかを提示した。報酬あり条件では,その値がそのまま金銭的報酬となり,報酬なし条件では金銭的報酬は伴わなかった。統制条件では反応速度とは無関係にランダムな結果を提示した。

そしてこの弁別反応時間課題遂行時の脳波を測定し,ERPを求め,個人特性との関連を検討した。行動データより,内発的動機づけ(課題そのものに対する興味)を反映する報酬なし条件における反応時間とアパシーは有意な関連を示し,アパシーの程度が高いほど報酬なし条件における反応時間は遅かった。Feedback刺激に対するフィードバック関連陰性電位(FRN)振幅を検討したところ,報酬あり条件において報酬依存と相関を示した。報酬依存の程度が高いほど,FRN振幅は大きいことを示した。本年度の検討では,アパシーが内発的動機づけに関与することを行動的に明らかにした。異なる課題を用いた前年度の検討では報酬を伴う文脈においてFRN振幅がアパシーと関連することを明らかにした。これらの結果はアパシーが外発的及び内発的動機づけの双方に関与する可能性を示唆している。認知神経科学本年度では昨年から継続して,アパシー及び動機づけに関わる電気生理学的な指標を見出すことを一つの目標とした。動機づけを反映する神経心理学的課題を昨年度に作成し,事象関連電位を測定してきた。その課題ではフィードバックに用いた刺激が,報酬条件では符合を伴う数値で,報酬なし条件では○及び×という幾何学図形であった。フィードバック刺激における複雑さが条件で異なったため,フィードバック関連陰性電位の潜時に差が認めれた。この刺激の複雑性の交絡を防ぐため,課題の改良を行ったため,遅れが生じている。本年度の1つの目標はアパシー及び動機づけに関わる電気生理学的な指標を見出すことで、そのための神経心理学課題を作成し、Cue, Target, Feedbackのそれぞれの刺激に対する事象関連電位記録を実施し、さらにアパシーに関わる電位を同定できた。一方で、内発的動機づけと外発的動機の分離に関しては成功していない。この点で、神経心理課題の改変が必要と考えている。2つ目の目標のアパシーに関連した脳内神経ネットワークの解明については、うつと明確に分離ができており、これまでの病巣研究とも一致した結果が得られており、目標は達成できた。改変した課題を用いて健常者,及び神経疾患患者における事象関連電位の測定を進める。解析対象はフィードバック関連陰性電位に加え,フィードバック刺激に対する予期を反映した刺激前陰性電位とし,さらに事象関連(脱)同期の解析も行う。これらの指標とアパシーとの関連を精緻に検討していく。また安静時fMRIの測定もパーキンソン病患者及び認知症患者を対象に進める。これらの疾患ではアパシーを高頻度に認める。疾患患者におけるアパシーの有無がいずれの脳機能ネットワークの障害に異存しているかを基底核を中心に検討していく。達成度でも述べたように、まず内発性動機づけと外発的動機づけの分離が可能な神経心理課題の改変を行う予定である。
日本近代文学における19世紀アメリカの廉価版小説の影響

明治時代から大正期にかけての日本近代文学の名作には、19世紀のアメリカで、廉価出版された小説から多大な影響を受けた作品が少なからずある。だがそうした作品の多くは、著作権意識が低かった時代から、その原著を明らかにせず、依拠した原作者名も不明となっている。本研究においては、そうした翻訳、あるいは翻案のうちのいくつかを具体的にとりあげ、それらに影響を与えたとされる原書を明らかにし、両者の比較を試みた。今年度、申請者は当初の計画通り、Bertha M.Clayに絞り、その廉価版小説と明治の三人の文士の作品を対照した。その三人は、新聞小説作家の黒岩涙香、菊池幽芳および、英書の翻訳を手がけた末松謙澄である。まず、発表当時から不明であった、黒岩涙香の翻訳作品「嬢一代」の原作を、Bertha M.ClayのIrene's Vowであると特定しえた。涙香は自ら創刊した『萬朝報』において主筆を務め、その翻訳作品で絶大な人気を博しているが、なかでもこの「嬢一代」は同紙創刊の初期に掲載され、話題となった中編小説である。実は涙香は、早くよりこのBertha M.Clayに注目し、「嬢一代」や「古王宮」をはじめ多くの作品を翻訳しているが、原作を特定した「嬢一代」は、日本人作家の中でもBertha M.Clayを扱った最初期の作品のひとっであり、この原作特定により、無名の原作を換骨奪胎していた手法や、登場人物名にみられる発音を一致させる斧鑿の痕が明らかになった。次いで、末松謙澄、菊池幽芳がそれぞれ翻訳、翻案として手がけた、同じくBertha M.Clayの原作Dora Thorneをもとに、それぞれの冒頭および結末に重点をおき、考察した。実は幽芳の「乳姉妹」は、謙澄の「谷間の姫百合」と同じDora Thorneを原作としながらも、一見その共通性を感じさせえぬ巧みな改変がなされた作品である。考察の結果、「幽芳はなぜ、謙澄と同一原作を、十五年後に再び手がけたのか」という従来の研究史上の疑問に対して、幽芳が、作品を二分することによって、翻訳とは全く異なり、従来の翻案とも一線を画する、原作の一部を焦点化し、一作品へと膨らませていくという新たな手法を確立したという結論を導き出すことが出来た。今年度は、女流廉価版小説家の一人であるMary CorelliをBertha M. Clayの作品とともに調査した。なかでもCorelliのVendetta。に影響を受けた黒岩涙香の作品「白髪鬼」は、さらにその後に江戸川乱歩に影響を与えて同名の小説「白髪鬼」を書かせているため、この三作品の比較検証は詳細に行った。その段階で、英米でセンセーショナルノベルとして廉価版としての扱いの域を出なかった原作が、明治期に黒岩涙香の手になって一つの翻訳の名作となり、さらに時代が下った後は昭和初期独特の風潮を受けて換骨奪胎された翻案として乱歩独特の名翻案「白髪鬼」として再生産されたことは、翻訳や翻案の手法が従来の作家個人の問題のみならず、読者受容を含めた時代の影響をいかに受けたものであったかという背景を明らかにしている。この詳細は、拙論にまとめており、一部概要は口頭発表も行っている。
多機能プロテアーゼ復合体(プロテアソーム)の機能と癌化における異常発現機構の解析

ラット肝臓からプロテアソームを分離純化し、そのサブユニットの中からCー2ー9を選び数ケのペプチドのアミノ酸配列を決定し、それからcDNAを得て、これらサブユニットの推定されるアミノ酸配列を決定した。しかし既存の蛋白構造とは全ったく相同性を示さなかった。この両cDNAを用いて各種ヒト白血病細胞培養株での発現を検討したところ、正常リンバ球、単球に比し異常に高い発現を見た。正常リンパ球をフィトヘモアグルチニンで幼若化させても増加した。また白血病患者骨膸組織をこれらサブユニット抗体で染めても高い発現を認めた。次にラット肝癌培養株、ヒト原発肝癌で検討したがやはり正常肝臓に比し高い発現であった。しかしラットの肝部分切除後の再生中や初代培養ラット肝細胞をEGF添加で増殖させた場合では正常値と同じであった。また生直後の新生仔肝でも変らなかった。これらの結果はプロテアソームの機能は正常増殖よりむしろ異常増殖に密接に関係している事を示唆しているが、その機構の詳細は未だ不明である。最近がん患者血清中にはこの酵素が著しく漏出している事を認め、またがん部の手術的摘除によりこの値が減少することも明らかとなった。これからは更に例数をふやし癌の種類、組織の種類、漏出の機構等を検討しがん診断との応用化を確立したい。しかしこの研究課題の根本はこの酵素の機能の解明であり、今後は酵母の分裂機構との関与を標的にし、その本質的解明も行ないたい。
遷移金属酸化物における共鳴非弾性X線散乱の理論的研究

Mn酸化物において、二重縮退したMn3de_g軌道の自由度により、軌道秩序等の興味深い現象が数多く見られる。軌道秩序状態を調べる手法として、共鳴X線散乱等がある。一方、軌道秩序状態からの励起を調べる有力な手法が共鳴非弾性X線散乱である。共鳴非弾性X線散乱は、入射X線と散乱X線のエネルギー差、運動量差及び散乱強度を測定することにより、系の励起について詳細に調べることが可能な手法である。最初に、本研究において、軌道秩序状態のLaMnO_3における共鳴非弾性X線散乱が調べた。この研究により、軌道秩序状態におけるMn酸化物のモットギャップ間の励起は異なる対称性を持つ軌道間の励起であることを明らかにした。最近、正孔をドープしたLa_<1-x>Sr_xMnO_3(x=0.2,0.4)の軌道無秩序状態における強磁性金属相において、共鳴非弾性X線散乱の実験がSPring-8においてなされた。この実験において、正孔をドープするにつれて、2[eV]以下の低エネルギー励起のスペクトル強度が増加する等、興味深い現象が観測された。次に、本研究では、正孔をドープしたMn酸化物における強磁性金属相の共鳴非弾性X線散乱を調べ、軌道無秩序状態における励起を調べた。計算手法として数値的厳密対角化法を用いて二重縮退したMn3d電子のハバード模型のハミルトニアンを対角化した。電荷密度相関関数を計算することにより共鳴非弾性X線散乱の微分散乱断面積のドーピング依存性を調べた。計算の結果、励起スペクトルには、バンド内励起とバンド間励起が見られ、特に正孔をドープするにつれ、バンド内励起のスペクトル強度が増加した。これらの特徴は最近行われたLa_<1-x>Sr_xMnO_3(x=0.2,0.4)における共鳴非弾性X線散乱スペクトルの実験結果を定性的に説明すること等を明らかにした。
非線形電気化学振動子集団の光シンクロ挙動

双安定な非線形電極反応を単独で駆動すると、電流の自励発振を行う振動子となる。自励発振している電極の周囲には、軸対象に電位とイオンから成る電気化学振動波が溶液中へ放出され伝播する。この非線形電気化学振動子を単一の電解質溶液の中に列べると、振動子毎の電気化学振動波が相互に干渉するために、振動子間に情報のシンクロナイゼーションが進み集団秩序が生成する。非線形電気化学反応として、硫酸水溶液中の鉄のアノード腐食反応を利用すると、双安定性の起源である絶縁性酸化皮膜はN型半導体であることから、レーザー光照射によって特定の振動子の自励発振波形を光で変調できる。12年度では、この光変調の実験を行い、理論モデルとの一致を確かめた。さらに、振動子間の結合の強さは、溶液内の電極配置を規制することにより、強くも弱くも自在に制御できる。鉄電極の電気化学振動は、数に制限無く連成が可能で、その発振波形を光制御できる特異な反応系である。この非線形振動子を30個組み合わせ、集団的な時間秩序や空間秩序が、どの様に発生し、また光刺激により集団構造がどの様に変化するかを実験・理論両面から調べた。平成12年度では、3-30組の振動子を用いて、お互いに鏡像関係にある幾何学配置(例えば3角形)を構成して、電気化学振動の伝播の時系列を解析した。この結果、鏡像関係の光学配置では、電流パルスが発信する時系列が、配置により右回り左回りと変化することが明らかになった。理論モデルでは、軸対象円筒形電極周辺の泳動拡散方程式を解き実験結果の解析へ向け準備を進めた。非線形電気化学反応として、硫酸水溶液中の鉄のアノード腐食反応を利用すると、双安定性の起源である絶縁性酸化皮膜はN型半導体であることから、レーザー光照射によって特定の振動子の自励発振波形を光で制御することができる。振動子間の結合の強さは、溶液内の電極配置を規制することにより、強くも弱くも自在に制御できる。平成11年度では、3-5組の振動子を用いて、お互いに鏡像関係にある幾何学配置(例えば3角形)を構成して、電気化学振動の伝播の時系列を解析した。
近世日本社会における金貨の発行・流通に関する実証的研究

本研究は、日本近世貨幣史に関わる基礎的史料、なかんずく大判座後藤家に関わる史料の収集・整理・解読・分析を中心に行った。大判座後藤家本(後藤本家にあたる四郎兵衛家の史料、東京大学史料編纂所所蔵)の目録型データベースを構築する目的で、入力のもととなる史料カードの整理を行い、同時に、歴史資料のデータベースとしていかなる検索システムがふさわしいのかを、コンピュータ・システム工学の立場から検討した。また、当初の計画にはなかったが、後藤四郎兵衛家のご子孫が、本研究のためにご所蔵の資料を史料編纂所に対して寄託されたので、急遽その整理に着手し、古文書・古記録類の解読を進めて目録カードを作成した。さらに、東京大学文学部考古学研究室が所蔵する古分銅・大判座刻印・試金石などの物品類を借用し、それらの整理を行った。なお、後藤四郎兵衛家のご子孫から寄託を受けた史料については、肖像画や刀装具など古文書以外の資料も含めて調書を作成した。ただし、三所物に代表される刀装具の詳細な調査は、本研究の本来の目的から逸脱しており、また時間の制約もあって断念せざるを得なかった。以上の作業に加えて、後藤家の京都における分家にあたる後藤勘兵衛家の史料を、ご子孫のご自宅と寄託先の京都大学総合博物館において調査した。勘兵家史料の本格的な調査は今回が初めてであり、調査は、調書の作成とマイクロカメラならびに一眼レフによる写真撮影をもって行った。以上の調査等の終了を待って、目録の点検(目録と原本の照合)ならびにデータ入力の作業を行った。作成した目録は冊子体(研究報告書の一部)の形態で発行した後、圧縮ファイルでウェブサイト上から配布する方法を検討し、全国の利用者の便宜をはかる予定である。平成9年度の本研究では、日本近世貨幣史に関わる基礎的史料、なかんずく大判座後藤四郎兵衛家に関わる史料の収集・整理・解読・分析を中心に行った。すでに本研究の準備段階において整理を終えていた大判座後藤家本(東京大学史料編纂所所蔵)の目録データベースを構築する目的で、入力のもととなる史料カードの整理を行い、同時に、歴史資料のデータベースをしていかなる検索システムがふさわしいのかを、コンピュータ・システム工学の立場からも検討した。また、予定外ながら、大判座後藤四郎兵衛家のご子孫が、本研究のためにご所蔵の資料(古文書・古記録をはじめとして肖像画・刀装具などの物品類を含む)を史料編纂所に対して寄託されたので、急遽その整理に着手し、古文書・古記録類の解読を進めて目録カードを作成した。さらに、東京大学文学部考古学研究室が所蔵する古分銅・大判座刻印・試金石などの物品類を借用して、それらの整理を行った。その過程において、上記物品類のなかに、従来の研究においては存在しないとされてきた「基準分銅」が含まれていることが判明したので、次年度に理学・工学関係者の協力によってそれらの正確な質量や材質を測定・分析するための手配を行った。なお、本年度の研究成果の一部は、平成9年11月に開催された第20回計量史をさぐる会(日本計量史学会・日本計測自動制御学会)において「後藤四郎兵衛家の分銅家業」と題して報告したのをはじめ、同年12月には東京大学創立120周年記念事業第4部知の開放(CS放送パ-フェクTVおよびインターネット放送)の一環として「大判をつくった人々-大判座後藤家文書」(20分番組)を製作した。また、本研究で得た知見をもとに、千葉県立関宿城博物館主催の企画展「金は天下のまわりもの」(平成10年1月15日3月1日開催)の準備に協力し、かつ、同博物館の依頼により展示の講評を行った。

平成10年度の本研究では、昨年度に引き続いて、日本近世貨幣史に関わる基礎資料、なかんずく大判座後藤家に関わる史料の収集・整理・解読・分析を中心に行った。すでに本研究の準備段階においておおよその整理を終えていた、大判座後藤家本(東京大学史料編纂所所蔵、大判座ならびに後藤四郎兵衛家に関する史料)の目録データベースを構築する目的で、入力のもととなる史料カードの整理を進め、同時に、歴史史料のデータベースとしていかなる検索システムがふさわしいのか、コンピュータ・システム工学の立場から検討した。また、昨年度本研究のために後藤四郎兵衛家のご子孫のご厚意により寄託を受けた史料についても、肖像画や刀装具など古文書以外の資料も含めて調書を作成した。ただし、三所物に代表される刀装具の詳細な調査は、本研究の本来の目的から逸脱しており、また時間の制約もあって断念せざるを得なかった。なお、今年度は、以上の継続作業に加えて、後藤家の京都における分家にあたる後藤勘兵衛家の史料を、ご子孫のご自宅と寄託先の京都大学総合博物館において調査した。勘兵家史料の本格的な調査は今回が初めてであり、調査は、調書の作成とマイクロカメラならびに一眼レフによる写真撮影をもって行った。以上の調査等の終了を待って、目録の点検(目録と原本の照合)ならびにデータ入力の作業を行った。作成した目録は冊子体(研究報告書の一部)の形態で発行した後、圧縮ファイルでウェブサイト上から配布する方法を検討し、全国の利用者の便宜をはかる。
高感度レーザー干渉計を用いた「重力波天文学」の研究

人類がまだ果たしていない重力波検出を実現して「重力波天文学」を創成するためには、巨大なレーザー干渉計を長時間安定にかつ超高感度で動かす技術を開発する必要がある。本研究では基線長300mの高感度レーザー干渉計(TAMA300)を開発・製作し観測運転を試み、(1)世界の同様な干渉計計画に先駆けてTAMA300の運転開始(1999年夏)、(2)世界最高感度の更新(2000年夏)、(3)50日間で1000時間以上の観測データ取得(2001年夏)、(4)リサイクリング動作の成功(2002年1月)など、着々と感度と安定度を向上させ、重力波観測装置としての成熟を示す成果を挙げた。さらに干渉計の建設過程で行われた要素技術の開発研究でも、(5)単一周波数連続10W発振の高出力・超高安定レーザー実現、(6)広い面で均一で低損失な超高性能ミラーの評価法の確立とミラーの実現、(7)リサイクリングを適用した干渉計の新しい制御方式の発明と実験的証明、(8)位相変調光を透過する光共振器での付加雑音の原因究明と抑制、(9)波面検出法による長基線光共振器の光軸制御の実現、(10)光共振器の基線長の絶対値計測法の考案・実測と地球物理学への応用可能性示唆、(11)プロトタイプ干渉計を用いたリサイクリング動作の世界初の実証など、世界初や世界最高レベルの独創的で発展性のある成果がいくつも生まれた。本研究をさらに発展させるべく平成14年度より特定領域研究(重力波の新展開)が始まり、TAMA300のさらなる感度と安定度向上を図りながら、外国で動き出す巨大レーザー干渉計との同時観測によって銀河系周辺で発生する重力波の探査観測を行う計画である。ひきつづきレーザー干渉計の感度と安定度の向上を目指して改良を行った。また、重力波の観測システムとしての成熟を図るために、各種モニター系の充実とデータ取得・解析システムのハード・ソフト両面の整備を進め、自動化やオンライン処理化を進めた。具体的研究内容と成果は、1)長期間観測運転の準備として制御系の自動化や干渉計の状態把握のための一部データのオンライン処理化や環境データ取得系の整備を進め、平行して観測シフト要員の養成も行った。2)2001年8月から9月の50日間の長期観測運転を実施し、干渉計の稼働率では90%以上、観測データとしても1038時間(85%以上)を達成した。3)得られた膨大な観測データの解析を進め、連星合体からの重力波に対する上限値の更新、連続重力波の探査と上限値の設定・干渉計の非定常的振る舞いについての統計的考察などを行っている。4)同時期に運転観測された神岡20m干渉計のデータを用いて、世界で初めての2台の干渉計によるコインシデンス解析を進めた。5)長期観測後に、レーザー干渉計にリサイクリングミラーを導入し、リサイクリング用制御系への変更を行って、リサイクリング干渉計としての運転を開始した。6)干渉計の原理的雑音の一つである熱雑音を低減化するため、低損失のミラー材料の検討と評価、ミラー冷却の基礎実験、熱雑音評価法の研究などを進めた。7)狭帯域の高感度化を目指す帯域可変型干渉計の研究を行い、振り子式に吊られた光学系では世界で初めての動作に成功した。8)重力波発生源に関して数値シミュレーションを含む理論的研究を行った。9)国内の研究会を開催して、これまでの研究成果の発表を行い研究のとりまとめとした。その際に海外の各プロジェクトからの代表的研究者を招待し、総括班の評価委員とともに、本研究の総括的評価を行い、今後の研究展開について議論した。

今年度は、真空槽並びに真空配管の残りの部分を製作・設置して真空システム全体を完成させると共に、各種モニター用の低速データ取得システムを整備して、干渉計システムへのインテグレーションが開始できる環境を整えた。研究推進体制についても、これまでの要素開発中心のサブグループ構成と並行して、全体の統合に向かう各サブシステム毎の統合実験のタスクグループを組織して、全体の進行状況を把握するために、隔週に1回のプロジェクトミーティングをスタートさせた。具体的項目の進行状況と成果は次の通りである。1.10mモードクリーナーを組み上げて変調透過実験を行い、従来報告されていた過剰雑音の原因をつきとめ、その対策を行って過剰雑音なしの運転を確認した。2.10Wのレーザー光源に対して強度安定化を行い、必要な安定度を達成した。また初段の周波数安定化実験でも所定の安定度が得られた。3.1本腕の330m共振器を組み上げ、モードマッチングと光路長制御およびアライメント制御により、試験用レーザー光を用いた共鳴状態への保持を達成し、世界最長のファブリペロ-共進器の運転に成功した。4.高速のデータ取得系の最終仕様を決定すると共に、データの国際共通フォーマット化を進めた。5.20m干渉計およびテーブルトップの光学評価装置により試作ミラーの性能評価を繰り返し行って、メーカーとの協力によって実機用ミラー製造への見通しを得た。6.スタック防振装置の実地性能評価を行って問題点の洗い出しを行うと共に、懸架装置の防振特性との調整を行った。7.重力波波形の理論的予測および重力波の理論的研究を引き続き進めた。次年度は、300m干渉計の組立を続行して、リサイクルなしでの干渉計としての運転を開始する計画である・今年度は昨年度から開始された300m干渉計の組立を続行して、リサイクルなしでの干渉計の全システムが完成し試運転を開始した。具体的な成果と進行状況は、1.前年度組み上げた1本腕の300m共振器をアラインメント制御することにより、目標の0.1マイクロラジアン以下の姿勢制御が達成され、共振器の安定な動作が実現された。2.数日間安定に動作しつづける共振器を用いて、基線長の絶対測定を行い、地下水圧の変化による約20ミクロンの地殻の伸縮を1ミクロンの精度で観測した。3.もう1本の共振器とビームスプリッターを設置して、300m長のファブリペロー共振器を腕に持つマイケルソン干渉計を完成させ、試験用レーザーによる干渉計の動作確認に成功した。その後、安定動作を目指して干渉計各部の整備を行った。4.モードクリーナーと10Wレーザーを結合して変調透過光の雑音確認や周波数安定化実験を行い、目標の安定度を得た。また、干渉計との結合後の全体の安定化シークエンスを検討した。5.数mmから1cm程度の広い光線に対して30ppm以下の損失という超高性能ミラーの開発に成功し、これを用いた20m干渉計によるリサイクリング実験に成功し、ゲインが10以上得られることを初めて明らかにした。6.光源部と干渉計の結合作業が終了して干渉計の全システムが組み上がり、試運転を開始した。7.高速データ取得部を整備すると共に、重力波波形の理論研究グループと協力してデータ解析に関する準備研究を開始した。次年度は干渉計の整備・改良ののち、夏に連続運転による観測を行い、その後、リサイクリング導入とそれを用いた干渉計の運転、およびこれまでの研究のとりまとめを行う計画である。今年度は高感度レーザー干渉計が世界に先駆けて運転を開始し、最初の重力波探査実験を実施した。また、国際シンポジウムを開催して、世界で初めてとなる運転・観測データ等の発表を行った。