hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
呼吸同期型陽子線スポットスキャニング照射法の開発と標準化に関する研究

当研究課題の3年の研究期間のうち、研究期間2年目は基礎研究から臨床へ向けた橋渡し研究を開始する期間と位置づけている。2016年度の前半では、2015年度に実施したシミュレーションベースの研究結果および自作ソフトウェアを用いて算出された値と実測値との比較による基礎実験を行ったところ、特定の条件において実測の値と顕著に乖離することが確認された。これにより、陽子線治療装置ヘッド構造に挿入する付加装置の開発を一旦中止し、自作ソフトウェアの改善が必要となった。2016年度の中盤から後半にかけては自作ソフトウェアのデータベースの見直しと、新たな散乱の算出補正式を導入する大幅な変更を行った。また、このような状況を鑑みて計測システムの開発の研究が進行しない分の遅れを補填するために、研究計画の再編を行った。これにより、2017年度に実施する予定だった体表面の監視による呼吸性移動監視と最適な呼吸監視領域の自動検出システムの開発を前倒しして行った。これによって3カ年研究計画の大幅な遅れを防止することができた。しかしながら、当初の研究計画では既に着手できているはすであったヘッド構造へ挿入する付加装置および独立線量計算システムの開発についての研究項目は進行が遅れたことは否めない。この項目は本研究の根幹となる部分であるため、全体的な研究の進行状況を考えると、予定していた進行ラインよりもやや遅れていると判断した。本研究の目的は、呼吸性移動を伴う疾患に対するスポットスキャニング式陽子線治療において、呼吸位相認識装置を統合させた照射を実現するために、照射方法とその線量分布のシミュレーション、システムの構築および物理検証を行うことによりその実用性を検証することである。研究初年度と研究2年目の期間において、呼吸性移動を伴う照射の物理的シミュレーションを実施するためのモンテカルロコードの構築とシミュレーションの実施と実測に基づくデータを利用した独立検証システムの構築を進めてきた。研究期間3年目となる平成29年度では、これらの研究に基づいて2つの研究テーマを実施した。すなわち、1)呼吸性移動を監視可能な三次元体表面スキャニング装置との連動に関する研究と2)呼吸性移動による影響をシミュレーション可能な線量分布独立検証プログラムの開発である。国産のレーザー式三次元体表面スキャニング装置を活用して体表面を観察し、その三次元座標の変化を数学的解析することにより呼吸性移動を類推するシステムを開発した。呼吸信号の解析には微小な変化の検出が必要なため、微小電流解析による方法を利用した。このシステムはX線を利用しないことや治療寝台に取り付けることができるため、回転ガントリー型陽子線治療装置にも応用可能である。MATLABを用いて複数の計測データに基づいて線量分布を計算し、治療計画データと比較する機能を有するプログラムを開発した。このプログラムでは呼吸性移動を任意に設定することができるため、呼吸性移動を有する病変に対する陽子線治療の線量の推定が可能な独立検証を実現することができた。これらの成果を、米国医学物理学会や日本放射線技術学会総会にて発表した。
改良された転送行列法によるスピン系の量子統計力学

1.クラスター転送行列の展開:(1)スピン鎖の熱力学的性質への量子効果を鈴木-トロッター公式によりt=kBT/21JIS2【less than or similar】1の低温まで計算可能な方法を展開することを目的とした.(2)交換相互作用(最近接とする)によるスピンの間に相関はtの低下とともに延びる故,相関距離程度の大きさのスピンクラスターを基に上記公式の適用を提案した.(3)スピンS=1/2のXY模型,等方ハイゼンベルグ模型に対し最大4スピンクラスター,トロッター数M=6まで調べた.(4)当研究の着想の顕著な効果をXY模型の場合解析的に示した.(5)強磁性鎖の場合M=6, 4スピンクラスターでt【greater than or similar】1の領域で比熱,帯磁率を十分な精度で数値計算出来た.(6)反強磁性鎖の場合M=6, 4スピンクラスターでは内部エネルギー,磁化は良いが,比熱と帯磁率は十分な精度で計算出来なかった.(7)これらの結果は基底状態のスピン構造およびスピンクラスターのエネルギー準率構造から理解できることを示した.(8)磁場の印加はスピンのゆらぎを抑制する故,小さいスピンクラスターでも精度は良くなる.(9)高橋他の最新のスピン波理論との比較を行なった.2.スピン系における量子トンネル効果による単位分裂を非調和効果から分離して計算する方法を提案した.教科書的問題であり,多くの論文があるが,従来の方法は古典極限を取り,量子補正として計算するものであった.本提案は全く一般的方法である.この準位分裂の大きさが量子トンネリングによるコヒーレンスの特性振動数を与える.3.我国におけるソリトン物理学の研究成果をまとめて発表することになり,ソリトン系の統計力学に関して国際的視野で総合報告をした.本報告者のグループはソリトン系の統計力学全般にわたって第一級の成果を遂げて来たので,この総合報告の中核をなす.この分野の理論面の現況を初心者にも理解出来るよう入門的記述も十分に行なった.1.クラスター転送行列の展開:(1)スピン鎖の熱力学的性質への量子効果を鈴木-トロッター公式によりt=kBT/21JIS2【less than or similar】1の低温まで計算可能な方法を展開することを目的とした.(2)交換相互作用(最近接とする)によるスピンの間に相関はtの低下とともに延びる故,相関距離程度の大きさのスピンクラスターを基に上記公式の適用を提案した.(3)スピンS=1/2のXY模型,等方ハイゼンベルグ模型に対し最大4スピンクラスター,トロッター数M=6まで調べた.(4)当研究の着想の顕著な効果をXY模型の場合解析的に示した.(5)強磁性鎖の場合M=6, 4スピンクラスターでt【greater than or similar】1の領域で比熱,帯磁率を十分な精度で数値計算出来た.(6)反強磁性鎖の場合M=6, 4スピンクラスターでは内部エネルギー,磁化は良いが,比熱と帯磁率は十分な精度で計算出来なかった.(7)これらの結果は基底状態のスピン構造およびスピンクラスターのエネルギー準率構造から理解できることを示した.(8)磁場の印加はスピンのゆらぎを抑制する故,小さいスピンクラスターでも精度は良くなる.(9)高橋他の最新のスピン波理論との比較を行なった.2.スピン系における量子トンネル効果による単位分裂を非調和効果から分離して計算する方法を提案した.教科書的問題であり,多くの論文があるが,従来の方法は古典極限を取り,量子補正として計算するものであった.本提案は全く一般的方法である.この準位分裂の大きさが量子トンネリングによるコヒーレンスの特性振動数を与える.3.我国におけるソリトン物理学の研究成果をまとめて発表することになり,ソリトン系の統計力学に関して国際的視野で総合報告をした.本報告者のグループはソリトン系の統計力学全般にわたって第一級の成果を遂げて来たので,この総合報告の中核をなす.この分野の理論面の現況を初心者にも理解出来るよう入門的記述も十分に行なった.1、本質的に非線形な系における量子統計力学的効果の計算法の開発と応用。2.磁場下の一次元スピン系XY模型とハイゼンベルグ模型を調べた。3.量子効果を次の二通りの方法で取り入れた。(1)交換相互作用によるスピン間相関距離は温度Tの低下とともに大きくなる。スピン鎖をNs個のスピンよりなる互に接続したクラスターに分割する。クラスターの量子力学は正確に扱う。(2)クラスター間の量子効果はトロッター公式によって考慮し、トロッター数を有限数Mで近以する。Ns=2,3,4,M=2,3,4,5,6を調べた。4.Ns=4,M=6の強磁性鎖の比熱と帯磁率の結果は、正確解をT=0近傍を除いて再現した。T=0近傍は改良されたスピン波近以で計算出来る。従って全温度領域にわたって定量的研究が出来る。これは基底状態のスピン構造の簡単さによる。5.反強磁性鎖の場合には十分満足とはいえない。しかしトロッター公式に基づく量子論的モンテカルロ法のこれまでの結果(Ns=Z・M【<!=】12)を格段に改良する。凌駕するものは菊地一岡部のNs=2,M=32のものだけである。

反強磁性基底状態のスピン構造の複雑さを十分に取り入れるためにはNsを格段に大きくしなければならない。6.計算を代数化し、機械化するためスピンコヒーレント状態表示法を用いた。7.この表示法によるシュレヂンガー型量子力学と量子統計力学を展開した。8.スピン系における巨視的量子現象の可能性および準位のトンネル分裂の理論を展開中である。9.以上の研究は本年5月イタリアで開催される「磁気励起とゆらぎ」研究集合で招待講演する。10.等温下のスピン系の動力学への非線形効果と量子効果の満足な計算法の開発を意図して、Nose-Hoover-の方法を詳しく調べている。11.スピン系における古典的および量子論的カオスの研究は実在系での実験研究が始まっているので興味深い。調査研究を始めた。
高性能二核ロジウム(II)錯体の創製を基盤とする実践的不斉合成プロセスの開発

N-フタロイルアミノ酸を架橋配位子として組み込んだロジウム(II)カルボキシラート錯体およびその誘導体を用いた不斉触媒反応を検討し、以下の成果を得た。(1)Rh_2(S-PTTL)_4の四つの架橋配位子のうち一つのリガンドのフタルイミド基に末端スチリル基を持つリンカーを組み込んだ二核ロジウム錯体スチレンおよび架橋剤1,3-ビス(4-ビニルベンジルオキシ)プロパンとの共重合反応により得られる固相担持型不斉触媒が、α-ジアゾエステルの分子内C-H挿入反応において不溶性高分子担持型不斉触媒としては異例の-78°Cという低温下においても母型錯体Rh_2(S-PTTL)_4と同程度の触媒活性、完璧なシス選択性、ほぼ同等の化学選択性および不斉収率を示すとともに、文献上知られる最高の20回までの再利用が可能であることを見出した。(2)(2-ニトロフェニルスルホニルイミノ)フェニルヨーディナンをナイトレン前駆体とするシリルエノールエーテルの不斉アミノ化反応において、Rh_2(S-TFPTTL)_4を触媒に用いると最高95%の不斉収率でα-アミノケトン誘導体が得られることを見出した。また、シリルケテンアセタールの不斉アミノ化反応においては、Rh_2(S-TCPTTL)_4を触媒に用いると最高98%の不斉収率でα-フェニルグリシン誘導体が得られることを見出した。さらに、Rh_2(S-TCPTTL)_4存在下、2,2-ジメチルクロメンに対し(4-ニトロフェニルスルホニルイミノ)フェニルヨーディナンを用い不斉アジリジン化反応を行うと94%の不斉収率が得られることが分かった。
太陽コロナ観測用・光子計測型・撮像分光Ｘ線望遠鏡に向けた光子計測システムの開発

本研究を通し、太陽コロナからの軟X線を2次元撮像分光観測するための光子計測システムを完成させた。このシステムは、X線光子計測能力を有する高速駆動可能な「裏面照射型CMOS検出器」と、この検出器を高速駆動し大量のデータを保存することが可能な「高速データ収集ボード」から構成されている。このシステムは、2018年8月下旬に打ち上げ予定の米国NASAの観測ロケット実験FOXSI-3に搭載し、世界初となる太陽軟X線の2次元集光撮像分光観測を実施する。太陽コロナはダイナミックに活動する多様なプラズマで満たされており、未解明である諸現象(リコネクションに関連するショック構造、粒子加速、コロナ加熱など)の物理を解明するためには、プラズマの空間構造、時間変化、エネルギー分布を同時に測定する必要がある。だが、これまでの紫外線・軟X線波長域でのコロナ観測では、これらを同時に取得することが困難であった。しかし、近年の技術発展により、太陽軟X線の光子1個が検出器に入射するレートよりも速く連続的に撮像することが可能となりつつあり、3つの情報の同時取得に道筋が見えてきた。そこで本研究では、1秒間に1,000回の高速連続撮像を行う「軟X線用の高速度CMOSカメラ」と「高速データ処理を行う専用モジュール」を開発し、太陽コロナから放射される軟X線光子(0.510keV)のエネルギーを1光子毎に計測する光子計測型・撮像分光・軟X線望遠鏡の為の光子計測システムの実現を目指している。本年度は、高速度カメラに用いる裏面照射型CMOSセンサーの選定と評価を行った。軟X線を効率よく受光するためには、センサーが裏面照射型であることが望ましい。加えて、光子検出確率が高く、ノイズが低いセンサーであることが必要条件である。これらの条件を満たすセンサーを求めていた中、本年度、有望なセンサー2種類が発売された。そこでこれらを入手、実際にX線(約6keVのFe55輝線)を照射し、X線光子計測能力を評価した。うち1種類については、非常に高い光子検出確率(75%以上)と非常に低いノイズ性能(室温で約3 electron)を持っており、即、X線光子計測用のセンサーとして使用できることが判明した。そこで今後、このセンサーを軟X線用の高速度カメラへと仕上げることに決定した。センサーの決定を受けて、このセンサーに適した光子検出ロジックの検討も進めた。この結果は、高速データ処理を行う専用モジュール製作時に反映させる。本研究立案当初の方針では、1本年度、裏面照射型CMOSセンサーを搭載した市販カメラを購入し、性能評価を実施。2平成28年度、この市販カメラを宇宙用に改造し、ロケット実験用のプロトタイプカメラに仕上げる。3平成29年度、カメラと高速データ処理モジュールを組み合わせ、軟X線光子計測システムを完成させる、という計画であった。しかし、研究実績の概要で述べた様に、本年度、軟X線光子計測能力に非常に優れたCMOSセンサーが入手出来たため、次の様に方針を変更した。なお、このセンサーを組み込んだカメラは市販されていない。新しい方針では、1本年度、このセンサーの軟X線光子計測能力の評価を実施(済)。2平成28年度、このセンサーを用いてロケット実験用のプロトタイプカメラを完成させる。3平成29年度、カメラと高速データ処理モジュールを組み合わせ、軟X線光子計測システムを完成させる、とした。この方針変更により、自らの手でカメラを設計・製作する必要が生じるが、上記センサーの評価用ボード(センサーを駆動させ、画像を取得するためのボード)の回路情報をセンサー・メーカーから開示してもらっており、これを参考にカメラ開発を進めることが出来る。この事を根拠として、平成28年度中にプロトタイプカメラを完成させられると考えている。以上より、当初方針からの変更はあるが、研究期間中に軟X線光子計測システムを完成させるという計画の本質に変更はない。また、この方針変更により本研究は次の様に一層有意義なものとなった。1X線光子計測能力が非常に優れたセンサーが採用できた。2カメラ開発を自ら実施することで、カメラとデータ処理モジュールの回路設計を一体で行える様になり、システム全体の高速化が実現しやすくなった。3今後の太陽観測ミッションにおいて、高い需要が見込まれる高速度CMOSカメラの設計に関する技術・ノウハウが学習・蓄積できる。だが、これまでの紫外線・軟X線波長域でのコロナ観測では、これらを同時に実現することが困難であった。しかし、近年の技術発展により、太陽軟X線の光子1個が検出器に入射するレートよりも速く連続的に撮像することが可能となりつつある。これにより、太陽軟X線の光子1個1個の持つエネルギーを、位置情報・時間情報とともに取得すること、つまり3つの情報の同時取得に道筋が見えてきた。そこで本研究では、1秒間に1,000回の高速連続撮像を行う「軟X線用の高速度CMOSカメラ」と「高速データ処理を行う専用モジュール」を開発し、太陽コロナから放射される軟X線光子(0.510keV)のエネルギーを1光子毎に計測する光子計測型・撮像分光・軟X線望遠鏡の為の「光子計測システム」の実現を目指している。平成27年度は、高速度カメラに用いる裏面照射型CMOSセンサーの選定と評価を完了した。

本年度(平成28年度)は、本研究で開発を進めている「軟X線・光子計測システム」の、観測ロケット実験FOXSI-3(平成30年夏の打ち上げ)への搭載が正式に決まるという極めて大きな進捗があった。これを受け、本年度は、FOXSI-3に搭載する光子計測システムのスペックを決定し、システムのデザインを開始した。本研究立案当初の方針では、1平成27年度、裏面照射型CMOSセンサーを搭載した市販カメラを購入し、性能評価を実施。2平成28年度、この市販カメラを宇宙用に改造し、ロケット実験用のプロトタイプカメラに仕上げる。3平成29年度、カメラと高速データ処理モジュールを組み合わせ、軟X線光子計測システムを完成させる、という計画であった。しかし、研究実績の概要で述べた様に、本年度、観測ロケットFOXSI-3 (平成30年夏の打ち上げ予定)への搭載が決定した。これは極めて貴重な機会であり、当初計画を大幅に上回る早さで太陽コロナ観測が実現できることとなった。そこで、次の様に方針を変更した。新しい方針では、2平成28年度(本年度)、ロケット実験用のプロトタイプカメラを完成させる。3平成29年度、軟X線光子計測システムのロケット実験用フライト品を完成させる、4本研究期間終了後の平成30年度、ロケット実験を実施する、とした。これを受け、本年度は、FOXSIに搭載する光子計測システムのスペックを決定し、システムのデザインを開始した。合わせて、フライト品CMOSセンサーも入手し、その感度評価も行った。しかし、光子計測システムにおけるデータ保存方式において、当初計画していたFPGAによるメモリへのデータ保存という方式の実現が容易ではない事が判明し、方式をSystem-on-Chipを用いてのメモリへのデータ保存方式へと変更した。この変更によって、平成28年度中に完成予定であったプロトタイプカメラは、平成29年度前半に完成した。ただし、全体計画へのインパクトは軽微であった。計画全体をみると、ロケット実験の実現が大幅に早まったことを受け、当初の計画以上に進展していると考えている。太陽コロナはダイナミックに活動する多様なプラズマで満たされており、未解明である諸現象(リコネクションに関連するショック構造、粒子加速、コロナ加熱など)の物理を解明するためには、プラズマの空間構造、時間変化、エネルギー分布を同時に測定する必要がある。だが、これまでの紫外線・軟X線波長域でのコロナ観測では、これらを同時に実現することが困難であった。しかし、近年の技術発展により、太陽軟X線の光子1個が検出器に入射するレートよりも速く連続的に撮像することが可能となりつつある。これにより、太陽軟X線の光子1個1個の持つエネルギーを、位置情報・時間情報とともに取得すること、つまり3つの情報の同時取得に道筋が見えてきた。そこで本研究では、1秒間に1,000回の高速連続撮像を行う「軟X線用の高速度CMOSカメラ」と「高速データ処理を行う専用モジュール」を開発し、太陽コロナから放射される軟X線光子(0.510keV)のエネルギーを1光子毎に計測する光子計測型・撮像分光・軟X線望遠鏡の為の「光子計測システム」の実現を目指している。
直鎖状DNAプロティンプライミング複製系を構成する遺伝子産物群とその機能

直鎖状DNAをもつバクテリオファージM2およびφ29を用いて,プロティンプライミングDNA複製系を構成する蛋白質:DNAポリメラーゼ(pol)および末端蛋白質(TP)の構造と機能を明らかにすることを目的に以下の実験を行った.1.M2TPおよびM2pol遺伝子のクローニング:TPおよびpolの遺伝子はM2ゲノムの制限酵素EcoRI断片中に位置しいるので,まずこのDNA断片をとり,さらに両遺伝子を含む,出来るだけ短いDNA断片を得るため, HaeII, PvuI処理を行い, TP・polの両者を含む断片とpolのみを含む断片を調製した.これらを大腸菌プラスミドpKK223-3のtacプロモーター下流に挿入し, pIKM23-1, -2, -3, -4のキメラプラスミドを造成した. tacプロモーターを誘導後,集菌,溶菌し,硫安沈澱により蛋白質粗画分を調製した.この画分はin vitroM2DNA複製系においてプロティンプライミング活性を示した.現在,各種クロマトグラフィを用いて活性画分の精製を行っている.2.アフィディコリン(APH)高感受性株の分離:枯草菌ファージM2, φ29はAPH感受性であるが,その程度は真核細胞に比して低い.そこで高感受性変異株の分離を行い,その変異がDNA複製系を構成するどの蛋白質に生ずるかを検討した.その結果, M2のTP温度感受性株から新たに2株の高感受性株を分離出来た.この変異座は,ファージの相補実験からpol, TP以下のシストロンであることが示された.現在ところ,遺伝子T(DNA結合蛋白質をコードする)である可能が高いと考えられ, T遺伝子のクローニングを行っている.本年度を通じて,目的遺伝子のクローニングが進み,部位特異的変異の導入の材料が整備された.直鎖状DNAをもつバクテリオファージM2およびφ29を用いて,プロティンプライミングDNA複製系を構成する蛋白質:DNAポリメラーゼ(pol)および末端蛋白質(TP)の構造と機能を明らかにすることを目的に以下の実験を行った.1.M2TPおよびM2pol遺伝子のクローニング:TPおよびpolの遺伝子はM2ゲノムの制限酵素EcoRI断片中に位置しいるので,まずこのDNA断片をとり,さらに両遺伝子を含む,出来るだけ短いDNA断片を得るため, HaeII, PvuI処理を行い, TP・polの両者を含む断片とpolのみを含む断片を調製した.これらを大腸菌プラスミドpKK223-3のtacプロモーター下流に挿入し, pIKM23-1, -2, -3, -4のキメラプラスミドを造成した. tacプロモーターを誘導後,集菌,溶菌し,硫安沈澱により蛋白質粗画分を調製した.この画分はin vitroM2DNA複製系においてプロティンプライミング活性を示した.現在,各種クロマトグラフィを用いて活性画分の精製を行っている.2.アフィディコリン(APH)高感受性株の分離:枯草菌ファージM2, φ29はAPH感受性であるが,その程度は真核細胞に比して低い.そこで高感受性変異株の分離を行い,その変異がDNA複製系を構成するどの蛋白質に生ずるかを検討した.その結果, M2のTP温度感受性株から新たに2株の高感受性株を分離出来た.この変異座は,ファージの相補実験からpol, TP以下のシストロンであることが示された.現在ところ,遺伝子T(DNA結合蛋白質をコードする)である可能が高いと考えられ, T遺伝子のクローニングを行っている.本年度を通じて,目的遺伝子のクローニングが進み,部位特異的変異の導入の材料が整備された.
並列数式処理系の開発とn-Dシステム制御理論への応用に関する研究

平成5、6年度の2年間を通じて以下の成果をあげることが出来た。1.超並列数式処理の開発SIMD型並列計算機SM-1上に稼働する並列LISP,TUPLEを基に、超並列数式処理系を開発した。具体的には2、で述べる多次元システム制御理論への応用を念頭にいれて、多変数多項式を要素とする行列の行列式、逆行列、スミスフォームおよひグレブナ-基底の並列関数を実現できた。並列処理を逐次処理と比較すると、数十倍から百倍程度の処理速度比を実現できた。並列処理系の開発を通じて、並列処理速度は、PE間通信と並列プログラム作法がボトルネックになっていることが判明した。PE間通信に対しては、SM-1向きの並列アルゴリズムの採用、並列計算結果の集約技法などで大幅に改善できることを明らかにした。プログラム作法に対しては、新しい並列プログラム作法を提案するとともに、仮想演算装置という新しい概念を導入し、プロトタイプでその有効性を確認した。この研究は単に並列処理系の開発にとどまらず、記号処理の分野においても並列処理の有効性を示せたと考えている。これらの成果は、学術論文1編、国際会議2編の論文としてまとめることが出来た。5年度は主としてn-DシステムのPractical安定性の理論を中心に研究を行ない、Practical内部安定と出力フィードバックによる安定化補償器の設計理論の構築を行った。またこれは1Dシステムの繰り返し制御の体系化に応用できることも明らかにした。6年度は、5年度の成果をもとにn-Dシステムの最適トラッキング問題の研究を行い、ある種のn-D最適問題は1D最適問題に宿約出来ることを明らかにした。現在1の超並列数式処理系に、ここで得られた結果を組み込んでいるところである。なおこれらの成果を学術論文3編、国際会議3編の論文としてまとめることが出来た。本年度は、主として次の2つの研究課題を行った。1、並列数式処理アルゴリズムの開発とそのSIMD型並列計算機上への実装ここではまず多変数多項式を要素とする行列の行列式及び逆行列計算のSIMD型並列計算機SM-1向きアルゴリズムの開発を行った。これは各PEがもつPE番号のみを手がかりに同一命令のみで行列式計算を並列に実行可能であるアルゴリズムで、SM-1向きである。ついでn-dシステム制御理論の基本的方程式であるユニラテラル行列方程式の解法の基礎となるグレブナー基底の導出の並列アルゴリズムの構築と実装を行った。これらは並列数式処理系のプロトタイプであり、現在並列系の評価の大きなポイトである処理速度などの検討を手掛けている。ここでは多次元システムのPractical内部安定性の定義を与え、出力フィードバックによる安定化補償器のクラスを導出するとともに、補償器の設計技法を体系化した。またこの体系は1-Dシステムの学習制御問題、わけても繰り返し制御やMultipass問題を統一的に扱えることを明かにした。この成果を学会誌Multidimensional system and Signal Processingに発表した。今後はn-Dシステムのロバスト安定性や最適制御理論の研究を行うつもりである。本年度は昨年の研究成果を基に次の研究課題を行った。1、既開発の超並列数式処理系の評価と処理速度の改善昨年度に開発した、超並列数式処理系の機能を100例以上の実問題に適用して機能及び処理速度の評価を行った。機能はおおむね満足のいくものであったが、処理速度には多くの問題点があることが判明した。そこでその原因を調査したところ、1) PE間通信に時間がかかりすぎる、2)並列プログラムの実行効率が悪い、の2つの要因があることが分かった。

そこで1)に対する対策として、新しいアルゴリズムの採用とシャフルエクスチェンジ結合を利用したPE間通信を用いることにより処理速度の改善を図り、実装した。2)に対しては超並列プログラム作法を開発しこれも実装してその有効性を確認した。昨年度はPractical安定性と安定化補償器の設計理論を構築し、それを繰り返し制御系の設計に応用できることを検証した。しかしn-Dシステム理論をそのまま繰り返し制御系の設計に応用すると入力が必要以上に大きくなる問題があることが分かった。そこで本年は、この問題に対処するために、n-Dシステムの2次形式評価関数を最小にする、最適制御理論の研究を行った。2-Dシステムの最適制御問題は状態空間を集約する事により1-D最適制御理論に宿約出来ることを明らかにした。なを1、2の結果を3つの国際学会誌および国内学会誌誌、に発表するとともに、3つの国際学会で発表した。
培養細胞と半導体素子を用いたハイブリット型人工網膜に関する研究

本研究では、培養神経細胞と光電素子を中心としたMEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)を組み合わせ、光覚回復を目的とした人工眼「ハイブリッド型人工網膜」の研究開発を行なっている。外部装置から光通信で送られたデータに基づき、埋め込んだ培養神経細胞を電気的に刺激する。なお末梢神経を用いて神経細胞と中枢の間を架橋することにより、その軸索を中枢へ導き、信号を伝達させようと考えている。従って提案する人工眼では、電極から培養神経細胞へ、さらに培養神経細胞から視覚中枢への伝達の安定的な再構成が、本質的な課題である。本年度は、「神経インターフェースの生体適合性と擬似神経パルスの評価」と、「外部装置から神経インターフェースへのデータ転送」について研究を行なった。1.神経インターフェースの生体適合性と擬似神経パルスの評価動物の脳への電気刺激により、視覚野で生じる視覚誘発電位を測定した。まずは単一パルスに対する応答を記録した。パルス幅を数百μ秒から数ミリ秒まで、パルスの大きさを数μアンペアから数百μアンペアまで変化させ、電気刺激を行なったところ、パルス幅の変化よりもパルスの大きさの変化に視覚野の応答が影響されることが判明した。2.外部装置から神経インターフェースへのデータ転送提案する人工網膜では、体外で取得した画像データ(アナログ信号)をデジタル信号へ符号化した後、光通信方式で神経インターフェースへ伝送し、神経インターフェース内の回路で擬似神経パルスを生成する必要がある。そこで赤外線LED、フォトダイオード、A/Dコンバータ、D/Aコンバータを用いて電子回路を作製し、通信の実験を行なった。その結果、比較的単純な回路でも十分にデータ転送が行なえることが判明した。
系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置の大規模解析手法と最適化設計に関する研究

系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置(SMES)のためのコイルの形状最適化についての検討を行った。超伝導コイルを安定に運転させるためには、磁界-電流密度特性(B-J特性)などの超伝導特有の性質を考慮し、設計を行わなければならない。その際に、トロイダルコイル等は形状が複雑なことから、数値解析による評価が必要となる。さらに、高価な超伝導導体の使用量を削減するために、最適化アルゴリズムを導入することで、形状最適化設計を行い、その手法を確立した。また、大型コイルになると、コイル内で温度差が生じることもあることから、それらを考慮し、温度異存する磁界-電流密度特性(B-J特性)を考慮することで、実用的な設計手法へと発展させた。さらに、磁場解析に時間を要することから、PCクラスタを使用することで、時間の短縮を試みた。実例として、72MJ蓄積できるトロイダルコイルの最適化設計を行った。そして、構成されるコイルが8個から24個までを最適化設計し、その高温超伝導導体使用量と漏れ磁界などを比較した。その結果、810個では導体使用量も多く、漏れ磁界も大きいが、12個以上では違いがほぼ無く、導体使用量は少なく、漏れ磁界も小さかった。また、同蓄積容量のマルチポールコイルと比較したときに、トロイダルコイルは導体使用量で85%に、漏れ磁界でも大きく低減できており、トロイダルコイルの性能の良さが示せた。このように、磁場解析と最適化アルゴリズムを併用することで、超伝導固有の特性を考慮した上で、超伝導エネルギー貯蔵装置の形状最適化設計を可能にした。本研究は、系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置の大規模解析手法と最適化設計手法が目的となっている。該当年度は、超伝導エネルギー貯蔵装置に使用されるアルミニウム安定化超伝導導体の過渡安定性を評価するための大規模3次元有限要素解析コードを作成し、その有用性の検討を行った。最初に2次元解析による結果と3次元解析による結果を比較し、3次元解析の方が精度が高いことを確認した。次に、高磁場下で使用されることを想定し、2次元解析では考慮できなかったホール効果による影響を考慮した解析が行えるようにした。その結果、これまでに無い大規模解析が行えたことで、高精度な解析が行えるようになったが、一部分は実験と差異が見られるので、今後の課題となる。さらに、大規模解析の高速化手法も次年度は検討する必要がある。さらに、高温酸化物超伝導体を使用した超伝導エネルギー貯蔵装置の最適化設計を試みた。まず、独自に開発してきた非線形最適化手法を用いた超伝導マグネットの手法に、従来のソレノイド型コイルでなく、マルチポール型コイルやトロイダル型コイルなどの形状についても調査を行った。その結果、トロイダル型コイルが使用線材料、漏れ磁場、大きさなどのもっとも優位であることを確認した。現在は、磁場を考慮し、運転温度一定とした超伝導エネルギー貯蔵装置の最適化設計を行っているが、今後は、温度に関してはより詳細に伝導冷却特性の影響を考慮した設計が必要である。これらの成果は、Applied Superconductivity Conferenceをはじめとする国内外の学会にて発表を行った。
高負荷土壌における有用根圏細菌の生態、制限因子および活性化条件の解明

蛍光性シュードモナスのようなPGPRの主たる活用の場は,連作を基調とした野菜類の集約栽培畑と考えられるが,ここでは塩類の集積やアンバランス化が生じており,根圏微生物の生態や機能にもストレス要因として,大きなインパクトを与えることが予想される。そこで,塩類集積が根圏の蛍光性シュードモナスの生態に及ぼす影響を解析し,有用微生物活用上の問題点を明らかにしようとした。ホウレンソウ栽培土壌を対象として,土壌の塩類集積にともなう蛍光性シュードモナス群集の変化を調べた結果,その根圏定着を激減させ,群集構成を本来のP.fluorescens優占からP.putida優占へと一変させていた。これは塩類集積が,蛍光性シュードモナスの根圏定着に対してストレス要因として強く作用していることを示唆している。このストレス要因として,土壌溶液中の高濃度の無機イオンが考えられたので,塩類集積土壌および非集積土壌の根面蛍光性シュードモナス菌株群の根圏定着に及ぼす無機塩類の影響の違いを比較検討した。その結果,非集積土壌の根面菌株群は根圏定着にとって重要な特性である走化性や増殖がCa^<2+>に感受性であること,それに比べ塩類集積土壌の根面菌株群は耐性であることを見出した。従って,ハウス土壌のようにCa^<2+>の集積した土壌では,Ca^<2+>感受性薗株を接種しても走化性や増殖が阻害され根圏に定着できないことが予想される。即ち,Ca^<2+>集積土壌では石灰資材施用量の適正化とともに,接種菌株としてはCa^<2+>耐性菌株を使用する必要性を示唆している。塩類高度負荷土壌における蛍光性シュードモナス群集に対する制限因子を特定するため、その影響を蛍光性シュードモナスの菌株、群集の両レベルで検討した。まず、ホウレンソウの圃場採取土壌を用いて負荷の増大が根圏および非根圏における各種最近群集の菌数に及ぼす影響を調べた。その結果,負荷増大に伴い根圏の蛍光性シュードモナスに大きな変化が認められ,特に根面の蛍光性シュードモナス菌数は著しく減少することを見出した。そこで,負荷程度の異なる土壌条件でホウレンソウを栽培し、低負荷および高負荷両土壌の根から分離したLRおよびHR菌株群を用いて、土壌溶液のイオン種別濃度、イオン種間バランスなどに対する両菌株群の反応特性を比較解析した。その結果,Ca負荷の増大が本菌の増殖や走化性機能に阻害的影響を及ぼし,根圏定着の制限因子となっていることが予想された。次に、根圏の蛍光性シュードモナス群集構造に及ぼす高負荷土壌の影響を解析するため、上記のLR菌株群およびHR菌株群の遺伝的多様性をRFLP法により比較解析した。RFLP解析では、Pseudomonas putida染色体DNAからクローン化した16SrRNA構造遺伝子の一部をプローブとしてハイブリダイゼーションを行い、各菌株のDNA制限断片長多型情報をもとに系統学的解析を行った。その結果,負荷程度の異なる土壌間の蛍光性シュードモナス群集構造は大きく異なっており、,LR禁株群とHR菌株群は遺伝的に異なるグループに分かれた。また,こ結果は両菌株群のCa耐性の違いと一致したことから,Ca負荷が蛍光性シュードモナス群集に対して選択圧として作用していると考えられ,群集構造からもCaが制限因子となっているものと推定された。塩類高度負荷土壌では、集積したCaが蛍光性シュードモナスの根圏定着の制限因子であり、高度負荷土壌で植物根に定着しているHR菌株は、低負荷土壌でのLR菌株と比べ高濃度のCa^<2+>に対する耐性が高いことを明らかにしている。そこで本研究では、このCa^<2+>耐性の差の原因を解明するため、細胞外のCa^<2+>

濃度が細胞内のCa^<2+>濃度([Ca^<2+>]_i)に及ぼす影響の違いをHR菌株(Ca^<2+>耐性)とLR菌株(Ca^<2+>感受性)で比較した。[Ca^<2+>]_iを測定するため、Ca^<2+>と特異的に反応・発光するタンパク質aequorinを利用した。様々な細胞外Ca^<2+>濃度条件下での[Ca^<2+>]_iの変化を調べた結果、低濃度Ca^<2+>存在下では両菌株とも細胞内Ca^<2+>濃度を平常値(約100nM)に維持できたが、高濃度Ca^<2+>存在下ではLR菌株の細胞内Ca^<2+>濃度は増加し続けたのに対してHR菌株は平常値に維持できた。また、カルシウムチャネルブロッカーであるLa^<3+>を添加して同様の実験を行った結果、La^<3+>存在下では高濃度Ca^<2+>を添加しても細胞内へのCa^<2+>流入がかなり低く押さえられた。即ち、細胞内へのCa^<2+>流入はカルシウムチャネルを介して行われると判断された。さらに、両菌株のチャネル制御力を比較するために、まず低濃度ついで高濃度Ca^<2+>処理を行ったところ、HR菌株はR菌株と異なり細胞内Ca^<2+>濃度を正常に維持し、Ca^<2+>流入制御力が大きいことを明らかにした。以上の結果から、Ca^<2+>耐性HR菌株とCa^<2+>感受性LR菌株のCa^<2+>耐性の差には細胞内への過剰なCa^<2+>流入を制御する能力の差が大きく関与していると推定した。これまで、野菜栽培施設などの塩類高負荷土壌および低負荷両土壌の根から分離した蛍光性シュードモナスのHR菌株群およびLR菌株群の比較解析によって、塩類高度負荷土壌ではCa負荷の増大が蛍光性シュードモナスの増殖や走化性機能に阻害的影響を及ぼし、それが根圏定着の制限因子となっていること、またHR菌株群とLR菌株群は遺伝的に異なるグループであり、HR菌株は相対的に増殖や走化性がCaに耐性であることを見出した。そこで、LR菌株およびHR菌株について低負荷および高負荷土壌のホウレンソウ根圏での挙動を比較し、両菌株の各土壌における根圏定着能力の違いを明らかにすることを目的とした。そのために、遺伝子マーカーによって標識したLRおよびHR菌株を作製した。遺伝子マーカーとしてカナマイシン耐性遺伝子を用い、この遺伝子をトランスポゾンベクターによって標識したLR菌株あるいはHR菌株を用いた。低負荷および高負荷土壌にこれらの菌株を様々な組合せで接種し、その遺伝子マーカーをもとに根面における両菌株の菌数や定着部位を追跡した。その結果、低負荷土壌ではLR菌株の根圏定着力は高いが、高負荷土壌では著しく根圏定着力が低下した。一方、HR菌株は高負荷土壌でも大きな根圏定着力の低下は認められなかった。即ち、Ca負荷の進んだ高負荷土壌では、LR菌株群の根圏定着は抑制され、Ca耐性のHR菌株群の方が優占的に定着することが示された。
対応困難な保護者とのトラブル事例分析と紛争化の防止及び解決支援に関する学際的研究

1.全国各地で学校教員の年齢の若返り(世代交代)が急速に進むにつれて、それまで持っていた教員文化の継承が困難になりつつあり、その最たるものの一つが、教員と保護者の関係づくりのノウハウである。児童生徒を媒介として、その両者が良好な関係づくりが困難になると、一気にトラブルあるいは紛争状態となることが増加している。本研究は、この深刻な実態を、いかにして緩和できるかについての実践的かつ総合科学的な研究を目指すものである。2.研究総会は1回(6月24日、大阪大学人間科学部)にとどまったが、その場で参加者から研究の進展状況を確認し、今後の課題を整理した。3.研究の社会還元としての「半公開学習会」を2回開催した。第11回「まずは部活動事故を防ぐこと、起きた場合に学校関係者は何をすべきか2011年・名古屋市立向陽高校、倉田総嗣くん事故から学ぶもの」(2018年6月24日)は、学校事故の被害者遺族と学校側が対立に発展せずに「ともにわかり合えたケース」という貴重な事案を扱い、被害者遺族だけでなく当時の校長も加わって、研究者の報告とあわせて議論するという、極めて貴重な学習の場となった(参加者62名)。第12回は「学校部活動と近隣トラブル」(第2回日本部活動学会大会シンポジウムと共同開催、2019年3月24日)というテーマで、近隣住民との紛争状態になる問題を扱い議論を深めた(80名の参加)。4.また全国各地に出張しての「先生を元気にする集いイン富山」(8月10日、富山市八尾コミュニティセンター)には9名の研究会メンバーが参集し、全体会のほかメンバーの専門性を生かした5つの分科会を開催し、富山市の教職員約250名に、保護者対応のポイントを学び合った。事業実施後のアンケートも大好評で、富山市教育委員会からは、この取り組みに対して多大の感謝をもらった。1.研究組織は「新新新・学校保護者関係研究会」として、教育学だけでなく、精神医学、臨床心理学、福祉学から法曹界まで多岐にわたり、研究分担者19名、研究協力者17名で構成し、全国各地で上記のテーマに関わって、個別事案の収集と分析に努めている。それぞれのメンバーのもとには、保護者との紛争状態になっている困難事例がいくつも持ち込まれ、それぞれ個別にアセスメントをしながら、課題の整理と対応策の具体的な助言を重ねている。2.研究代表者のもとには、PTA組織からの講演依頼はもちろん、教育委員会や各種の職能団体からの研修依頼が年間で200件近く来ている。当然に不可能なので50箇所ぐらいの依頼にしか応えきれていない。個別事案の相談に乗ることも本格化させ、今年度はあえて、このことのための東北地方への調査・相談旅行を2回おこなったが、大都市部ではない地方の小都市でも、学校によっては保護者との間で相当な対応困難事例を抱えていることが、より鮮明となり、本研究の社会的意義を痛感している。3.古川治氏が、研究代表者を含めて研究会メンバーの関根眞一、新井肇、嶋崎政男の4名に対する、これまでの研究の成果と現状を深く掘り下げるインタビュー冊子『学校保護者問題の解決と展望ー草分け研究者へのインタビュー調査を通して』(A4版、98頁)を刊行したが、その内容を縦覧することにより、学校ー保護者関係の複雑化とトラブルの深刻化、およびその頻度の高さが、より明確になっている。4.上記の「概要」でも述べたが、研究成果の社会還元として取り組んでいる「半公開学習会」の定期的開催、および「先生を元気にする集いイン○○」は、研究代表者のいる大阪から遠く離れた場所にある学校に勤務し、時として深刻な保護者対応トラブルを抱え悩んでいる教師への大きな励ましと、改善のための具体的なアドバイスの機会として、その存在意義を増している。1.すでに2019年度第1回の研究総会を6月9日に大阪大学人間科学部で開催することを決定している。第2回は11月頃に開催する予定である。その機会に研究会メンバーを分けた「トラブル事象研究班」と「紛争解決システム研究班」の成果を持ち寄ることになっている。2.研究代表者の実感であるが、いまや学校が抱える保護者対応トラブルの実相は、対教師との関係ではなく、子どもどうしの摩擦やあつれき(法的には「いじめ防止対策推進法」2条に規定する「いじめ」(当事者主観を尊重する概念))が関係し「被害者」と「加害者」の保護者どうしの対立や紛争が、学校や教師の調整の仕方をめぐる問題とあわせて複雑に絡み合う事案が大半を占めるものとなっている。同時に保護者の、対学校や教師に対する要求水準も上がる中で、解決に向けての方向性をさぐる場において、当事者録音や最初から文書による回答を求める傾向など、問題の構造が高度化し複雑化するようになっている。3.そういったことに大きく関係するのが、各種のSNSの多用による問題の現実化と解決の困難さである。このために第13回半公開学習会のテーマを「SNSが関わるいじめと保護者対応トラブル時空を超える難しい問題」として開催することを決定し、この分野に詳しい専門家と、いわゆる「炎上」問題を扱う社会心理学者に登場いただくシンポジウムの開催を決定している。4.研究会メンバーが結集しての遠方に出向いての成果還元である「先生を元気にする集い」は、今年は8月5日に札幌市で、日本学校教育相談学会からの依頼に基づき共催企画をすることになっている。

5.本研究会は通算で15年間続いているが、10年前にその時点での成果をまとめた『イチャモン研究会ー学校と保護者のいい関係づくり』(ミネルヴァ書房、2009年)は発刊しているが、その後の成果を集めての続編の刊行を準備している。1.「保護者対応トラブル」が他分野のトラブルや紛争と最も異なるのは、保護者と教職員の関係が悪化したとしても、その子どもはなおもその学校に通い続けるという点にあり、総合科学的な検討を必要とする。「対応困難なケース」は、その現象面に着目すれば基本的に次の3つである。1)話し合いにならず、コミュニケーションがとれないケース、2)違法行為や不当要求に発展してしまうケース、3)表面に現れた対立点の解消が主訴ではなく、紛争状態の根本に保護者自身を取り巻く他の要因や過去の重大体験が隠されているケース、である。2.研究総会は計3回開催した。5月28日に第1回を開催し、メンバーの楠凡之からの専門的知見の提供、および新任1年目で激しい保護者対応トラブルに遭遇し、年休と病気休暇を取得して(その後、復職)担任を降りざるを得なかった女性教諭を招いての事例検討をおこなった。第2回は10月29日に開催し、数年前に保護者対応トラブルから教職員が恫喝される危機的状況に陥った保育園に対して、研究代表者が継続的なアドバイスをすることで窮地を脱することができた保育園長を招いての事例検討をおこなった。第3回は3月11日に開催し、メンバーである弁護士の三木憲明、精神科医である岩切昌宏からの専門的知見の発表、そしてスクール・ソーシャル・ワーカーが遭遇した難しいケースの検討をおこなった。3.研究成果の社会還元としては、学校部活動問題は保護者対応トラブルと絡むことが多いことから、第9回の「半公開学習会」を8月6日に、第10回の「半公開学習会」を1月7日に開催した。また尼崎市との共催で「先生が元気になる集いインあまがさき」を3月26日に開催した。4.学校讃歌ブックレット第19号『難しくなる保護者対応トラブルこじらせているのは保護者?それとも学校?」(B5版、20頁、2017年12月)を発行し、全国の関係者に頒布している。1.研究総会を年3回開催し、研究分担者および研究協力者相互において、研究テーマ遂行に関する認識を一致させることができていること、およびその場で、具体的な「対応が極めて難しい保護者対応トラブル事例」の当事者を招いての、詳細な分析を全員でおこなうことができたことにある。特に、最初の保護者のクレーム・苦情の発出から、学校(教師)側の「見立て」(アセスメント)が不十分で、対応の軸がぶれていくことで、トラブルへと発展し紛争へと悪化するプロセスの典型例を、多方面の知見で分析整理する機会が持てたことは、極めて有効であった。2.研究分担者および研究協力者は、全国各地の教育委員会や学校から研修講師を依頼され、その実績を積む中で、多様な保護者対応トラブルの相談にあたっている。これらの機会を通して、事案のそれぞれのステージ(段階)ごとで、「何を」「誰(学校外の機関を含めて)とともに」「どのように連携して」対応することで、ステージアップ(悪化)を防ぐことが可能となるのかを考察する機会を得ている。その成果の一部は、研究総会での専門的知見の提供として、臨床教育学を専門とする楠凡之、三木憲明弁護士、児童精神科医の岩切昌宏の発表として結実している。
分散型ファブリ・ペロー干渉計による複雑液体のβ緩和過程の研究

(1)分散形ファブリ・ペロー干渉計による高速ブリユアン散乱装置における検出系の改善;高分解能CCDカメラ(Apogee, AP32E-2,2184x1472画素)と現有の単一モードレーザー(DPSS532)とソリッドエタロン(反射率98.5%)を使って高分解能の高速ブリユアン散乱装置を構成した。このモデルは1画素の面が6.8μm×6.8μmと小さいため高分解能のスペクトルを得ることができる。(2)この高速ブリユアン散乱装置を使って様々な1価アルコール系のブリユアンスペクトルを測定した。アルキル基の長さと分子量を変化させることによって、音速度と吸収係数が比例して変化することがわかった。低温では音響フオノンと結合した緩和過程の影響ため、ブロードなセントラルピークが見えた。粘弾性理論を用いてブリユアンスペクトルを解析して音響フオノンと結合した緩和過程の緩和時間の温度依存性と活性化エネルギーを得た。その結果、液体相について得られた緩和時間と誘電率によるβ緩和過程の時間が一致することを確認した。これは音響フオノンとβ緩和過程の結合が高温で強いことを意味する。この結果は1価アルコール系におけるβ緩和過程が構造緩和過程と密接な関連があることを間接的に示す。(3)エタノールにおける低温のスペクトルは一つの緩和過程(β緩和過程)を仮定して解析することは出来ない。この結果から、β緩和過程より速い過程がβ緩和過程と一緒に音響フオノンと結合することがわかる。得られた活性化エネルギーを考慮すると、速い過程の起源は分子の低振幅秤動モードのような分子内的自由度である可能性が高い。(4)オリゴマー及び水酸基をメチル基で置換したアルコール系のダイナミクスを調べた。PPG(Polypropylene glycol)の場合は音速度と吸収係数が分子量と関係が無いことが分かる。これらの結果は、PPGの水素結合ネットワークの長さが、ブリユアン散乱で見ている局所的スケールよりもはるかに長いことを意味している。PPGの末端基のひとつがメチル基に置換された場合は、音響的性質が分子鎖の長さにより大きく変化する。(1)分散形フアブリ・ペロー干渉計による高速ブリユアン散乱装置における検出系の改善;高分解能CCDカメラ(Apogee,AP32E-2,2184×1472画素)と現有の単一モードレーザー(DPSS532)とソリッドエタロン(反射率98。5%)を使って高分解能の高速ブリユアン散乱装置を構成した。アルキル基の長さと分子量の変化に対応させることによって、音速度と吸収係数が比例して変化することがわかった。(4)今後は、1価アルコール系のヒドロキシ基の数及び位置を変化してヒドロキシ基の数と位置がβ緩和過程と速い過程のダイナミクスに及ぼす影響を定量的に解析する予定である。その上、2価アルコールとそのオリゴマー及び水酸基をメチル基で置換したアルコール系のダイナミクスを調べて、1価アルコール系の結果と比較検討する。

(3)エタノールにおける低温のスペクトルは一つの緩和過程(β緩和過程)を仮定して解析することは出来ない。この結果から、β緩和過程より速い過程がβ緩和過程と一緒に音響フオノンと結合することがわかる。得られた活性化エネルギーを考慮すると、速い過程の起源は分子の低振幅秤動モードのような分子内的自由度である可能性が高い。(4)オリゴマー及び水酸基をメチル基で置換したアルコール系のダイナミクスを調べた。PPG(Polypropylene glycol)の場合は音速度と吸収係数が分子量と関係が無いことが分かる。これらの結果は、PPGの水素結合ネットワークの長さが、ブリユアン散乱で見ている局所的スケールよりもはるかに長いことを意味している。PPGの末端基のひとつがメチル基に置換された場合は、音響的性質が分子鎖の長さにより大きく変化する。
栄養素と齲蝕感受性の関連性の解明

DSPPは象牙質に最も多く存在する非コラーゲンタンパクであり、その遺伝子の翻訳産物は常にDSPとDPPの2つに開裂されて象牙質に沈着し、象牙質形成に重要な役割を果たす。しかしながら各々の生理的な機能は未だ不明な点が多い。そこでDSPPノックアウトマウスで、DSPのみをレスキューした、すなわちDPPのみを欠損したマウスの臼歯における表現型をH&E染色、X-ray、マイクロCT等を用いて解析した。DSPPノックアウトマウスの臼歯では、象牙前質と象牙質の境界である石灰化前線が不規則であり、また象牙質内に石灰化不全領域を認めた。一方、レスキューマウスでは、DSPPノックアウトマウスとは異なり、石灰化前線は歯髄腔に沿ってスムーズに存在し、象牙質内に石灰化不全領域を認めなかった。マイクロCTを用いて象牙質量(象牙質の体積量)及び象牙質密度(象牙質単位体積あたりのハイドロキシアパタイトの量)の測定を行った結果、DSPPノックアウトマウスでは象牙質量及び象牙質密度はDSPP+/-マウスと比較して共に有意に低下した。一方、レスキューマウスでは象牙質量はほぼDSPP+/-マウスと同レベルに戻ったものの、象牙質密度はDSPPノックアウトマウスと同様に低いままであった。DSPのみをレスキューすると象牙質量は大きく回復するものの、象牙質密度は変わらない事から、DSPは象牙質形成(前象牙質から象牙質への変換)に積極的に寄与し、DPPは主に象牙質形成後の象牙質成熟に寄与することが示唆された。以上から、栄養素の過剰あるいは欠乏よる影響としてDSPP遺伝子発現や産物のみでなくDSPPを開裂する未だ未解明の酵素の制御にも着目する必要があることを明らかにした。ウ蝕の発症に栄養素の過剰摂取あるいは欠乏が深く関与するとの仮説を設けた。すなわち、特定の栄養素の過剰な摂取あるいは欠乏によって歯牙硬組織の成熟に関与するとされる種々の遺伝子発現が影響を受け、結果的にウ蝕に感受性あるいは抵抗性を示す歯質が形成されるというものである。そこでまず本課題を検証するための実験モデルの確立を試みた。ラットの下顎切歯は生涯を通して発育を続けることから栄養素に代表される環境要因が遺伝子発現に及ぼす影響を検討する上で格好の材料となると考えた。そこで平成20年度は本仮説を検証するモデルを構築することを目的として、in vitroで乳酸に対する酸抵抗性を評価するためのアッセイ方法の確立を検討した。すなわち、ラット切歯を研削、平坦化し厚みが一定となるように調整した後に、各種濃度の乳酸に浸漬し、経時的な脱灰の進行を光学顕微鏡下で観察した。その結果、浸漬する酸性水溶液の濃度を変化させることで経時的な脱灰の進行を客観的に観察することが可能となることを明らかにした。とくに資料の厚み、浸漬する乳酸水溶液の濃度、ならびに観察期間の最適化に成功した。すなわち、少なくともラット切歯を用いた耐酸性評価測定法の確立に成功した。今後、この手法をマウスに応用することで、遺伝子操作等により得られた各種疾患モデルマウス由来の歯質や、種々の栄養状態あるいは薬剤といった後天的影響を受けた歯質における脱灰の評価が可能となる可能性を示した。