hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
FGF23産生調節に関する新規遺伝子の同定

Fibroblast growthfactor 23 (FGF23)は骨細胞から産生されるリン調節ホルモンである。FGF23関連低リン血症性疾患に関与する新規責任遺伝子を同定し、FGF23産生調節機構を明らかにすることを目的に、本研究を行った。その結果、FGF23関連低リン血症性くる病患者8家系9例に新規または既報のPHEX遺伝子変異を同定し、日本人の遺伝性くる病においてX染色体優性低リン血症性くる病の頻度が高いことを確認した。また、腫瘍性骨軟化症患者1例を対象に腫瘍組織のRNAシークエンスを施行し、FGF23産生腫瘍における各種遺伝子の発現調節機構について検討した。本研究では、FGF23関連低リン血症性疾患における責任遺伝子の同定や、腫瘍性骨軟化症の原因腫瘍における体細胞変異の同定による、FGF23産生調節の解明を目的としている。平成27年度は、FGF23関連低リン血症性くる病患者の遺伝子解析と、腫瘍性骨軟化症の原因腫瘍のエクソーム解析を行った。その結果、1)5例のFGF23関連低リン血症性くる病患者において、PHEX遺伝子の新規変異3例、既報の変異2例を同定した。さらに、PHEX遺伝子を含む既存の責任遺伝子に変異を認めない患者1例とその両親に対してエクソーム解析を施行した。2)腫瘍性骨軟化症患者4例を対象に、エクソーム解析を施行した。現在、エクソーム解析の結果をもとに、FGF23産生調節に関連する候補遺伝子を検討中である。初年度は、エクソーム解析およびその結果の解析に時間を要し、やや遅れている。また、当初の予定よりも対象となる症例数が少なかった。平成28年度はRNA解析やMLPA法などを併用しながら、研究を進める予定である。本研究は、FGF23関連低リン血症性疾患における責任遺伝子の同定や、腫瘍性骨軟化症の原因腫瘍における体細胞変異の同定による、FGF23産生調節機構の解明を目的としている。研究期間内に、FGF23関連低リン血症性くる病患者の遺伝子解析と、腫瘍性骨軟化症の原因腫瘍のエクソーム解析、MLPA解析、RNAシークエンスを行った。その結果、1)8家系9例のFGF23関連低リン血症性くる病患者において、PHEX遺伝子のナンセンス変異5例、ミスセンス変異3例、一塩基欠損1例を認めた。日本人の先天性FGF23関連低リン血症性くる病患者において、家族歴の有無によらずPHEX遺伝子変異によるX染色体優性低リン血症性くる病(XLHR)の頻度が高いことやPHEX mRNAを用いた解析の簡便性・有用性を確認した。2)PHEX遺伝子を含む既存の責任遺伝子に変異を認めないFGF23関連低リン血症性くる病患者1例、およびその両親に対してエクソーム解析を施行したが、責任遺伝子の同定には至らなかった。3)腫瘍性骨軟化症患者4例を対象に、原因腫瘍のエクソーム解析とMLPA解析を施行したが、病態に関連する単一遺伝子変異の同定には至らなかった。4)腫瘍性骨軟化症患者1例を対象に、原因腫瘍および正常組織を用いてRNAシークエンスを施行した。現在、RNAシークエンスにおいて発現増加がみられた遺伝子群を対象に、腫瘍発症におけるそれらの遺伝子の作用や転写調節について検討を進めている。FGF23産生調節の解明のために、引き続き、FGF23関連低リン血症性疾患における責任遺伝子の同定や、腫瘍性骨軟化症の原因腫瘍における体細胞変異の同定を進める。また、ビタミンD欠乏状態におけるFGF23の動態についても検討を行い、ビタミンDによるFGF23産生調節機構を探索する予定である。内分泌骨代謝異常疾患初年度は、エクソーム解析およびその結果の解析に時間を要し、また当初の予定よりも対象となる症例数が少なかったために、次年度使用額が発生した。平成28年度は、RNA解析やMLPA法などを併用しながら、FGF23産生調節に関わる候補遺伝子の同定に努める予定である。
日本におけるヘルスツーリズムの開発戦略：シンガポールとハンガリーとの比較研究

研究者は、まず研究当初の段階で、国際的メディカルツーリズム、ヘルスツーリズム、そして観光目的地マーケティング戦略に関しての文献レビューを行った。次の段階で、日本、シンガポールとハンガリーでステークホルダーのインタビューを行った。そして最終段階では、対象となる3つの国で国際的な観光客を対象にアンケート調査を行った。25年度が最終年度であるため、記入しない。
環境汚染物質および放射線に対する生体内防御因子の検索とその応用

環境汚染物質の毒性に対する防御因子として既にいくつかの蛋白質が同定されているが,これら既知の因子よりもさらに強力な作用を有する未知の防御因子が存在する可能性が強く示唆されている。そこで,環境汚染物質の一つとしてメチル水銀を選び,酵母を利用した独創的な方法を用いてメチル水銀毒性に対する防御遺伝子の検索を行った。その結果,メチル水銀耐性遺伝子と思われる完全長ORF(Open Reading Frame)が得られた。この遺伝子を導入した酵母は検討したメチル水銀以外の物質には耐性を示さないことから,今回単離された遺伝子はメチル水銀毒性を特異的に防御する細胞内因子をコードしているものと考えられる。本遺伝子は既知酵素をコードしており,メチル水銀は本酵素の活性を阻害し,また,本酵素の産物を供給することによってメチル水銀の細胞毒性は著しく軽減された。これらの結果から,本研究によって同定されたメチル水銀耐性因子はこれまで全く不明であったメチル水銀毒性の標的分子である可能性が高い。一方,放射線防御因子としての抗酸化酸素の役割をマウスを用いて検討したところ。メタロチオネインが放射線照射による骨髄毒性を顕著に軽減する作用を有することが判明した。メタロチオネイン遺伝子欠損細胞を用いた検討によってメタロチオネインが他の遺伝子の発現に必須の役割を果たしていることも明らかとなったことから,メタロチオネインが発現を調節している遺伝子の産物が放射線防御作用を示す可能性も考えられる。環境汚染物質の毒性に対する防御因子として,いくつかの蛋白質が既に同定されているが,これら既知の因子よりもさらに強力な作用を有する未知の防御因子が存在する可能性が強く示唆されている。そこで,環境汚染物質の一つとしてメチル水銀を選び,酵母を利用した独創的な方法を用いてメチル水銀毒性に対するヒト防御遺伝子の検索を行った。ヒト由来癌細胞であるHeLa細胞のcDNA libraryを酵母にtransfectしたところ,プラスミドの導入によってメチル水銀耐性を獲得した酵母クローンが約50種得られた。これらのクローンの中から特に高いメチル水銀耐性を示す3種のクローンを選び,メチル水銀耐性と導入プラスミドの関係を検討したところ,これらのクローンは何れもプラスミドの除去によってメチル水銀耐性を失った。なお,これらのクローンは塩化第二水銀やカドミウムに対しては耐性を示さなかった。これらのクローンからプラスミドを抽出し,親酵母に再導入したところこれらの酵母は効率良くメチル水銀耐性を獲得した。この結果から,今回抽出したプラスミド中にメチル水銀耐性に関与するcDNAが含まれていると考えられる。なお,これらのプラスミドは酵母のみならず大腸菌にもメチル水銀耐性を与えたことから,今回得られたcDNAの産物がヒト細胞においてもメチル水銀耐性因子として機能している可能性は高い。今後,これらcDNAの産物がヒト細胞においてもメチル水銀耐性因子として機能しているか否かを検討するとともに,その塩基配列を決定することによって遺伝子産物を同定する予定である。これまでに環境汚染物質の毒性に対する防御因子として,いくつかの蛋白質が既に同定されているが,これら既知の因子よりもさらに強力な作用を有する未知の防御因子が存在する可能性が強く示唆されている。昨年度に既にメチル水銀耐性遺伝子が挿入されていると思われるプラスミドを3種類単離したので,これらについて検討を続けたところ,何らかの理由によりこれらプラスミドから挿入遺伝子を切断することが出来なかった。そこでこれとは別に,酵母ゲノムライブラリーを挿入したプラスミドを酢酸リチウム法により出芽酵母に導入して酵母にメチル水銀耐性を与えるプラスミドを選別した。その結果,10個のクローンが得られたので,これらクローンからプラスミドを回収し、それぞれを親株に再導入したところ、そのうち2種類のプラスミドを導入した酵母のほとんど全てがメチル水銀耐性を示した。この2種のプラスミドのうち、より強い耐性を与えたプラスミドについて解析を進めたところ、このプラスミド中には、全長9.2kbのゲノムDNAフラグメントが含まれており、その中の3.7kbEcoRIフラグメントがメチル水銀耐性に関与することが判明した。

この3.7kbフラグメント中には、完全なORF(Open Reading Frame)が1つ存在しており、716アミノ酸からなる蛋白質をコードしていた。この酵母から単離されたメチル水銀耐性遺伝子と相同性の高い遺伝子がヒトにも存在することから,この遺伝子の産物は酵母のみならず哺乳動物においてもメチル水銀に対する耐性因子として作用するものと思われる。今後は、この遺伝子について詳細な検討を加えると共に,さらに別の新しい耐性因子の検索も並行して行う予定である。環境汚染物質の毒性に対する防御因子として既にいくつかの蛋白質が同定されているが,これら既知の因子よりもさらに強力な作用を有する未知の防御因子が存在する可能性が強く示唆されている。そこで,環境汚染物質の一つとしてメチル水銀を選び,酵母を利用した独創的な方法を用いてメチル水銀毒性に対する防御遺伝子の検索を行っている。昨年度までの検討によって,メチル水銀耐性遺伝子と思われる完全長のORF(Open Reading Frame)が得られているので,このORF部分をベクタープラスミドに挿入した後に正常酵母に導入した。その結果,この遺伝子が導入された酵母は全てがメチル水銀に対して高い耐性を示した。この本遺伝子導入酵母のメチル水銀以外の物質に対する感受性を調べたところ,本酵母は重金属化合物である無機水銀およびカドミウム,酸化ストレス誘起物質である過酸化水素,パラコートおよびt-ブチルハイドロパーオキシド,さらには制がん剤であるシスプラチンおよびアドリアマイシンに対してほとんど耐性を示さなかった。この結果から,今回単離された遺伝子はメチル水銀毒性を特異的に防御する細胞内因子をコードしている可能性が考えられる。本遺伝子の塩基配列を決定したところ,この遺伝子は既知酵素をコードしていることが判明した。そこで,酵母メチル水銀で処理する際に本酵素の産物を供給したところ,メチル水銀の細胞毒性は著しく軽減された。これらの結果から,本酵素はメチル水銀毒性の標的分子であり,この酵素の発現量が増加するとメチル水銀に対する標的分子の量的割合が高くなるために,毒性発現に必要なメチル水銀の濃度が高くなるものと考えられる。本酵素は人間にも存在し,その構造も酵母のものと類似していることから,人間においてもメチル水銀に対するっ防御因子として重要な役割を果たしていると考えられる。
日本列島の環境保全林形成による緑化・回復に関する植生生態学的研究

1972年より行われた,各地の潜在自然植生高木種植裁(13本/m^2の密植)による日本列島の環境保全林は,その後の植裁地もあり,124年生の林分まであげられる。基盤研究(B)の1994-1996年の3年間のまとめとして1.平成68年度の生長データの分析,2.環境測定器による環境動態の比較,3.種様性回復度の比較,4.環境保全林形成手法による自然林回復および種多様性回復度と,自然林の遷移速度の比較,5.環境保全林・種多様性回復手法の確立化を行った。1.生長データでは,常緑広葉樹林は10年まで年間1m前後,時にはそれ以上の伸長生長を示し,従来の教科書による,常緑広葉樹の生長は遅いという常識をくつがえした。10mを超えてか伸長がゆるやかになり,肥大生長にかわった。平坦地よりも斜面の生長が良好で,また個体や種により生長能力が異なり,いちがいに同年代が同じ太さ高さをもつといえない。夏緑広葉樹では密植するほど生長がよいが,樹植により,生長の差がはっきり現れ,遅い種は最後まで日陰で耐え,結局最後まで遅いデータがしめされた。2.環境測定では7月に照度計が盗難にあい,林外の測定が不可能になったが,雨量,気温,湿度,地表温度についての林内,林外の対比データを得た。林内は環境変動が少ない。林外では変動がきわめて高い。森林の気象穏和機能を証明したと同時に差が確認された。3.種多様性は,鳥散布の植物が林内に回復し易く,密植植裁後,林内がうっぺいする45年以降より10種以上に増加する。8年以降より植裁樹種のブナ科植物の幼苗が進入する。4.潜在自然高木樹種幼苗の植裁は,自然の遷移の約5080年間の先取りをする(横浜国立大学キャンパス内の比較例)。5.以上より環境保全林即ち自然林および種多様性回復には常緑広葉樹林では12本/m^2の潜在自然高木に1/m^2の低木の混植・密植,夏緑広葉樹林では36本の寄植えで,23箇所/m^2の密植がきわめて生長促進することが判明した。さらにマルチングや,土壌の排水なども重要な条件となる。日本列島の環境保全林形成は1972年から行われた。各地における潜在自然植生高木種の根が発達した幼苗を13本/m^2密植し,種数も510種混植したものである。本年は一般研究(B)の初年度で,1.横浜国立大学キャンパス内の環境保全林にマルチ機能環境測定機器を設置,2.日本各地の植栽地の代表例の生長調査を行った。1.横浜国立大学キャンパス内の20年生の環境保全林,芝地にマルチ機能環境測定機器を設置したが,環境保全林に生息する野性タヌキにケーブルを切断されるハプニングが起きた。修理に時間がかかり,その後水道用のビニールパイプを通し,きわめて短期間の成果を得た。

1カ月間の測定だが,すでに芝地と環境保全林形成地の環境動態の比較結果が得られた。次年度は,新しく湿度,土壌水分測定を追加して測定を続けることにより,立地環境動態,植生機能動態の1年間の解析が期待できる。2.現地調査では,大分県(10年生),広島県(8年生),岡山県(6年生),愛媛県(20年生)の植栽地が調査された。大分県では10年生8mの樹高のアラカシで5.1mに生長した根系が調査された。すでにベニシダ,オオイタチシダなどの羊歯植物が植栽地内に生育している。林冠に空間がある林分では,林床の植物が多いが,4m以上に生育した植栽地は,まさに常緑広葉樹林若齢林で,貧弱な林床を示している。しかし,斜面,急傾斜のり面では生育良好で,林床の土壌崩壊もない。1972年より行われた,各地の潜在自然植生高木種幼苗植栽(13本/m^2の密植)による日本列島の環境保全林は,その後の植栽地もあり,123年生の林分まであげられる。本年は,一般研究(B)Bの第2年度研究として,1.横浜国立大学キャンバス内の補足環境測定器による環境動態,機能動態の比較,2.北海道,東北,関東各地の環境保全林保全林植栽地の生長動態,種多様性比較,3.資料解析機器による生長速度,環境比較を行った。1.横浜国立大学構内の環境保全林環境測定器は,初年度のタヌキによるいたずら対策をエンビ管を使うことで対処でき,データ採取が可能となった。雨量,照度,地表面温度は林内外で極端な差が測定された。本年度は土壌水分計,湿度計が設置され環境動態の追加測定が準備された。2.環境保全林現地調査は,横浜国立大学キャンパスを中心に,北海道(10年生),栃木県(10年生),長野県(3年),徳島県(半年),静岡県(1,2,3年生),沖縄県(15年生)の植栽地で行われた。北海道,栃木県,長野県では,典型的夏緑広葉樹林域で,12本の疎植栽では,伸長が遅い。気温,生長期間も短い(落葉,紅葉期間は光合性なし)為,常緑広葉樹植栽地に比較して極めて生長が遅い。北海道では,ヤナギ類の生杭を何本も挿し木にしたが,ヤマハンノキなどのパイオニア種と一緒に早く生長し,高木層を被ってしまった為,ミズナラ,シナノキ,ナナカマドなどの種群が林床でゆっくり生長していた。外観はヤナギ林であり,パイオニア種と混植する場合は途中でバイオニア種を伐採するなどの管理が必要である。新たに56本/m^2の高木・低木混植落葉樹植栽実験をプラスした。1年後の生長データが楽しみである。3.環境保全林および周辺の自然林・二次林との種多様性比較では,常緑広葉樹林北限域の関東,とくに横浜国立大学構内環境保全林は,芽生えも含め20年生の若齢林を形成しており,20年生の管理していない落葉二次林よりは種多様性が高い結果を得た。北海道の10年生では,林床の草本は殆ど周辺の自然林とかわらず,木本種の増加のみが今後期待される。1972年より行われた,各地の潜在自然植生高木種植栽(13本m^2の密植)による日本列島の環境保全林は,その後の植栽地もあり,123年生の林分まであげられる。本年は,基盤研究(B)の第3年度研究とまとめとして1.平成68年度の生長データの分析,2.環境測定器による環境動態の比較,3.種様性回復度の比較,4.環境保全林形成手法による自然林回復および種多様性回復度と,自然林の遷移速度の比較,5.環境保全林・種多様性回復手法の確立化を行った。1.生長データでは,常緑広葉樹林は10年まで年間1m前後,時にはそれ以上の伸長生長を示し,従来の教科書による,常緑広葉樹の生長は遅いという常識をくつがえした。10mを超えてから伸長がゆるやかになり,肥大生長にかわった。平坦地よりも斜面の生長が良好で,また個体や種により生長能力が異なり,いちがいに同年代が同じ太さ高さをもつといえない。夏緑広葉樹では密植するほど生長がよいが,樹種により,生長の差がはっきり現れ,遅い種は最後まで日陰で耐え,結局最後まで遅いデータがしめされた。
Pd(II)化合物の一電子酸化能を利用した不斉誘起反応の開発研究

窒素や酸素を含む縮合型複素環化合物は、生理活性を持つ物質が多く薬理学的にも重要な化合物が多く、既知の合成法も数多い。しかしながら、縮合環系における結合部位の光学異性体を立体選択的に合成する方法は極めて少ない。報告者らはすでに三級アリ-ルジアルキルアミン類が、Pd(II)化合物によって一電子酸化を受けてラジカルカチオン中間体、更にイミノニウムイオン中間体を形成し、自ら二重化するかまたは、電子供与性オレフィンと反応して、天然の薬理活性物質の類緑体である複素三環性または四環性化合物を位置選択的、立体選択的に与えることを見いだし報告している。そこで本研究では、N,Nージメチルアニリン類及びNーアリ-ルピロリジン類を反応基質とし、これらの電子吸引性オレフィンとの反応性及び二量化反応における立体選択性、さらには不斉源存在下での生成物のエナンチオマ-選択性について検討を加えた。その結果、下記に示すような新しい知見を得た。1.N,Nージメチルアニリン類およびNーアリ-ルピロリジン類はいずれも、Nー置換マレイミドと反応し好収率で立体選択的にシス融着した環化付加物を与えた。2.特に、Nーアリ-ルピロリジン類は、シン型付加物及びアンチ型付加物の両者を生成した。3.Nーアリ-ルピロリジン類の二量化反応においても、シン型及びアンチ型環化二量化物を生成するが、シン型付加物は、反応条件下でアンチ型付加物に異性化することが明らかにされた。4.若干の光学活性体の存在下でのNーアリ-ルピロリジン類の二量化反応が試みられた。その結果、Lー乳酸の存在下では、約5%程度の光学収率でエナンチオマ-過剰のアンチ型二量化生成物を得た。
高階調古文書画像解析・分類手法の研究

古文書の文字領域内の墨の濃さの変化から運筆に関する特徴を解析する方法実際のシルクロード伝来の文書を対象に実験を進めた。古代紙の性質を精査し、紙の繊維の走向と紙漉きにおける繊維の分散の仕方によって表面的に計測できる高階調画像のデータの補正が必要となることを明らかにした。得られた知見および高階調画像DBは、国際敦煌プロジェクトデータベース(略称IDP URL http://idp.afc.ryukoku.ac.jp/)として公開した。古文書の文字領域内の墨の濃さの変化から運筆に関する特徴抽出アルゴリズムの検討を行った。ここでは、和紙上の筆画と、絹本上の墨蹟(古地図など)を対象として、筆画文字領域の濃淡変化を検出可能とするFilterを設計した。ここか、筆の種類や、トメやハネ、交差している部分など何度か重なる部分での濃淡変化を捉えて、今後の分類へつながる手法を検討した。これらの微細変化を伴う濃淡検出器は、筆画そのものの濃淡(墨)だけでなく、地となる紙や布(地合)の相違によってもその処理結果が大きく影響される。あわせて、紙の色や寳の目、繊維や絹本での織目について解析をテクスチャー解析の手法(空間周波数解析)を援用して進めた。実際の古文書としては、大谷探検隊収集品のトルファン出土の古写経(10-12世紀)約2000点に対しての墨蹟解析を行った。絹本については、世界最古の世界地図である中国(元:1402年)由来の地図上の劣化文字(文字領域は、墨書および他地形図は染料)の濃淡解析から、その文字としての復元と、絹本の織目解析からの幾何的補正を試みた。古文書の文字領域内の墨の濃さの変化から運筆に関する特徴抽出アルゴリズムの研究を実際のシルクロード由来の文書を対象に検討を進め、その有効性を検証した。ここでは、文書の媒体である古代紙の性質を精査し、紙の繊維の走向と紙漉きにおける繊維の分散の仕方によって表面的に計測できる高階調画像のデータの補正が必要となることを、実験によって明らかにした。計測(高階調画像撮影)において、古文書表面の反射計測だけでなく、均質なバックライト照明による透過光計測データも併せて利用することにより、紙の性質に左右されない墨書きそのものの特徴を把握できることを示した。この手法は、紙だけでなく絹本などの媒体に対する墨書解析にも十分適用可能なことを平成19年度に続き、世界最古の世界地図である中国(元:1402年)由来の地図上の劣化文字(文字領域は、墨書および他地形図は染料)の濃淡解析にも適用し、鮮明な墨書文字復元と、絹本の織目解析からの幾何的補正による精緻な原典画像の復元結果を得た。高階調画像の撮影においては、平成19年度までに確立した国際標準の方法である、デジタルカメラバックによる大判デジタルカメラによる高精細記録(400DPI以上)撮影と、RGB各16ビットによる高階調表現および標準カラーチャートによるCMSの適用により均質な画像記録が日本を含む6ケ国による高階調画像DB(国際敦煌プロジェクトデータベース:略称IDP URL http://idp.afc.ryukoku.ac.jp/)として公開され平成20年度末においては22万点以上の高階調画像の集積が行われ、本研究課題において得た墨書に関する特徴抽出アルゴリズムの適用とその有効性の実証を進めた。また日本側の画像データにおいては、バックライト照明による撮影データも併せて公開し、紙の繊維・漉き方に大きく依存する墨書解析の方法が大きく改善でき得る事を示した。
東南アジア・ドライゾーンの地域形成と発展-コラート高原を中心として-

本研究の目的は東南アジア各地に見られるドライゾーンの発展の共通性と特殊性を検討することにより、ドライゾーンの発展の固有性とコラート高原の発展の特殊性を明らかにするところにある。裏面のように、これまでのコラート高原に関する研究成果を論文として取りまとめたほか、本年度は、このテーマに沿い、課題点をさらに掘り下げる研究を進めた。その結果、次のような課題点が指摘された。(a)「平原半乾燥地」がかつて核心域を形成していたときには現在とは全く違った東南アジアを形成していたということを示すこと、(b)その変容過程における現代の核心域との間の力学、(c)かつてドライゾーンが核心域であったということを説明する要因を明らかにすることである。そのためにも「半乾燥地」「東南アジア世界」「周辺的地域」といった概念を明確にしておく必要がある。ここで、ドライゾーン(半乾燥地)とは、東南アジアを山地、平原、海岸に3区分したときの平原に当たる。地域の水文環境には気候条件と地形条件がともに関連するが、その平原が相対的乾燥地となる必然性についてはなお十分に検討を重ねていく必要がある。東北タイではかつて製塩、製鉄が広く分布していたが、これらの産業は森林破壊という点で生態的にも意味が大きかったと思われるが、この地の気候条件と製塩、製鉄を直接関連させる論理を検討しなおす必要である。コラート高原の経済史的時代変遷を人口と食糧のアンバランスから生じる交易、国家成立後の税の徴収に関連する財の流れと王室貿易によるそのさらなる拡大、中部タイでの米作拡大によるその衰退、工業化によるさらなる衰退と見ることができる。この仮説はコラート高原の財の流れから見た経済構造を分析していくことで検証することができる。
仮想環境における運動療法の健康心理学的な解析手法に関する研究

本研究はバーチャルリアリティ(VR)技術を利用し仮想環境内で運動療法を行い,健康心理学的にその影響を検討することである。VR運動療法とは,テニスや卓球,スノーボード,空手(瓦割り)時の各動作を利用し,スクリーンに映し出される仮想のスポーツ場面に対して身体運動を行うものである。対象は健常大学生30名(平均年齢22歳)と高齢者10名(平均年齢81歳)とした。大学生群は「VR卓球を用いたラケットスイングを行う上肢運動」と「単調な肩関節の反復運動」(両運動の関節運動方向と可動域は近似)時のPOMS(profile of mood states)及びストレスの定量評価として唾液アミラーゼ活性値測定と心拍数変動(R-R間隔)を計測した。高齢者群はVRスポーツを3ケ月間(1ケ月平均12回施行)行い,改訂長谷川式簡易知能評価スケール(HDS-R),抑うつ、不安評価としてHADS(Hospital anxiety and depression scale),気分評価としてPOMSを測定し,加えて身体機能として筋力,立位バランス,重心動揺,歩行能力を計測した。その結果,大学生群では唾液アミラーゼ活性値は両運動とも有意な変化を示さなかった。R-R間隔変動では,反復運動時交感神経系の活動が有意となり心理的ストレスを与えている可能性が示唆されたが,VR卓球では自律神経活動の大きな変化は示さなかった。POMSではVR卓球を行った場合に正の気分が高く,負の気分が低い傾向を示し,VR環境下での運動はストレス発生を抑制できる可能性が示唆された。高齢者を対象にした16週間のVR運動療法の影響は,身体機能には大きな変化は認めなかったが,抑うつ感や不安感は平均点が改善しHDS-Rスコアは有意に改善した。VRを用いた運動療法はアミューズメント性を有し,かつ不安感や抑うつ感,軽度の認知症の改善に働きかける可能性が示唆された。本研究はバーチャルリアリティ技術を利用して仮想環境内でスポーツを利用した運動療法を行い,その効果を検討するものである.具体的な効果判定には,仮想環境空間でテニスや卓球,スノーボード,ドッジボール,空手(瓦割り),ウォーキングを行うことができるバーチャルスポーツシステムを通して運動機能評価(筋力・立位バランス・足底圧分布など)と健康心理学的側面(抑うつ度評価・QOL評価など)から評価を行う.今年度は,本システムの安全面について健常者を対象に検証を行った.仮想環境内でのテニス,スノーボードにおいては楽しみながら運動が可能なことが確認された.高齢者を対象とした際の安全面の配慮としてはテニスの場合,ラケットの重量やポールとラケットの接触判定の基準に注意が必要である.またスノーボードにおいては現実空間に存在するボードへの乗り降りの際の注意と回転運動であるので手すりの位置が重要であることを確認した.さらに,来年度行う高齢者を対象とした効果判定のための評価内容も検討した.まず身体機能評価は,身体動揺検査システムを構築し,足底圧と重心動揺が同時測定可能なWin-pod(メディキャプチャ社製)を使用した評価手法を検討した.大学生と中高齢者の平均値を算出し検討した結果,重心動揺はバランス指標として判定に使用できると考えられるが,足底圧分布の解析については評価法のさらなる検討が必要である.また,加速度計による身体動揺の計測方法については,静止立位では十分な変化を追えないことが分かり,新たな測定条件を考慮する必要がある.仮想環境下での運動療法が心理面に及ぼす影響についての評価方法については,運動後の爽快感や不安,疲労などは日本版POMS, QOLの評価についてはSF-36の使用を検討した.来年度においては、今年度確立した評価方法を用いて仮想環境における運動療法効果の測定および解析を行う予定である.

本研究では、バーチャルリアリティ(VR)技術を利用し仮想環境内で運動療法を行い、その効果を検討した。仮想環境内で行う運動とは、テニスや卓球、スノーボード、空手(瓦割り)時の各動作を利用したものであり、スクリーンに映し出される仮想のスポーツ場面に対して身体運動を行うものである。健常大学生と高齢者の2群を対象とし健康心理学的観点からに検討した。大学生群は、健康心理学的評価として、気分評価であるPOMS(Profile of mood states)、ストレスの定量評価として、唾液アミラーゼ活性値測定と心拍数変動(R-R間隔)を計測した。高齢者群は、実際のVRスポーツを16週間行い、身体機能については、筋力・立位バランス・足底圧分布、重心動揺、歩行能力を計測し、健康心理学的評価は、認知症スクリーニングテストとして改訂長谷川式簡易知能評価スケール(HDS-R)、抑うつ度・不安評価としてHADS(Hospital anxiety and depression scale)、気分評価としてPOMSを測定した。大学生30名(平均年齢22歳)を対象にVR卓球を用いたラケットスイングを行う上肢運動と単純な肩関節の反復運動(両運動の関節運動方向と可動域は近似させた)を比較したところ、R-R間隔変動では、反復運動に比べVR卓球では自律神経活動の大きな変化を示さず、POMSでは、VR卓球を行った場合に正の気分が高く、負の気分が低い傾向を示し、VR環境下での運動はストレス発生が抑制できる可能性が示唆された。高齢者12名(平均年齢79歳)を対象にした16週間のVR運動療法の効果は、身体機能には大きな変動を認めなかったが、抑うつ度や不安感は平均点が改善しHDS-Rスコアは有意に改善した。VRを用いた運動療法はアミューズメント性を有し、かつ不安感や抑うつ、軽度の認知症の改善に働きかける可能性が示唆された。
人工知能を用いることによるコンクリートの内部構造を反映した直接引張強度の予測

引張軟化曲線を推定できるデータベースを開発することは、難しい直接引張試験を行なわずに済むため構造設計上の貢献が大きい。推定の基になるデータとして最低でも8配合分の実験が必要であり3か月程度の期間を要する。当初計画より遅れて実験開始が9月になったため、終了は特別研究員帰国後の12月にずれ込んだが、予定した実験をすべて実施した。その後特別研究員不在ではあるがデータ整理を行ない対外発表できる状態に達した。遠からず当該結果を内国雑誌と欧文誌に投稿する予定であり、特別研究員とは帰国後も必要な連絡を取りながら共同研究を継続している。寸法効果の実験については予定どおり実施し、得られた結果を受入研究者が2008年7月オーストラリアのパースで開かれる国際会議で発表することに決定している。引張軟化曲線の寸法効果を取り上げた例は世界で始めてである。蛍光樹脂含侵法によるひび割れ検出実験は、データベース用の実験が遅れたため特別研究員の帰国前に実施できなかったが、帰国後に継続する予定で準備を進めている。今年度の特別研究員の研究発表は、蛍光樹脂含侵法によるひび割れ検出実験について5月のセメント技術大会(東京)で、数学的処理による引張軟化曲線の標準化について7月のコンクリート工学年次大会(仙台)で、人工知能を適用した引張軟化曲線の標準化について7月の国際会議(ドイツ・シュツッツガルト)で行なった。予定どおり平成17年11月10日に来日し研究を開始した。「コンクリートの直接引張試験に関する人工知能の適用」が大きなテーマであるため、まずパソコンと関連ソフトウェアを購入した。研究代表者である秋田らの手法による既往の試験(実験)データおよび他の研究者による既往の実験データを解析・入力しデータベースを構築するのが第1歩であり、3月末日で終了の見込みである。また、関連データを得るために蛍光塗料を用いたひび割れ検出の実験を計画し、必要な装置・器具を購入した。その際、科学研究費補助金はパソコンとソフトウェアの購入で全額使用してしまったため、秋田の学内研究費を当てた。一方で秋田らの手法による直接引張試験に慣れることも重要であり、これまでに繊維補強モルタルでの実験、寸法の大きな供試体での実験に参加し、実験手順をほぼマスターした。人工知能の1つであるMachine Learning Techniqueを、研究代表者らの既往の実験結果に対して適用し、直接引張試験における2次曲げ消去の有無を高い割合で識別できることを示し、BMC8(第8回複合材料に関する国際会議、於ポーランド・ワルシャワ)に投稿した。10月に行なわれた同会議に出席して当該研究成果を発表し、続いてチェコのブルノ工科大学ノバック教授を訪問し、講演と討議を行なった。研究代表者らの既往の引張実験は、試験方法の確立が目的だったため特定の配合にしぼっており、任意の配合のコンクリートの引張特性を予測するためには、さらに多くの配合について実験データを収集する必要がある。そこで、普通コンクリートの範囲で水セメント比を変えた5種類の配合について、実験を行なった。研究代表者は、自身が開発した直接引張試験法を国際標準として提案し続けて来たが、前記ワルシャワ、ブルノの訪問からヒントを得、試験法そのものではなく、試験で得られた「引張り軟化曲線」を標準化する方が現実的であると気がついた。当該実験の結果を加え、当該方針でまとめた内容をコンクリート工学年次大会2007およびドイツ・シュツッツガルトで開かれる国際会議(Advances in Construction Materials)に投稿し、いずれも来年度7月に講演予定である。さらに、直接引張試験後の供試体のひび割れ状況を観察するために、蛍光樹脂含侵法を計画し、必要な装置を揃え、数種の異なる試験結果に適用した。ここで得られた知見を第61回セメント技術大会に投稿し、来年度5月に講演予定である。また、東北大学名誉教授尾坂氏と本学大学院博士後期課程学生2名を加えたセミナ一を、本年度は5回開催し、アルターマンが2回、秋田が2回を担当した。
黒潮・親潮周辺域における湧昇とストリ-マ-のリモ-トセンシングによる研究

1.研究の目的と方法本研究は、上層海洋における熱収支解移の一環として、黒潮系高温水の隣接海域への流出過程を面的かつ時系列に促え、当輸送量を定量化しようとしたものである。研究の方法としては、まず、黒潮からの暖水流出の発生・移動・消滅過程の水平微細構造を見るために数日1週間間隔で連続した人工衛星熱赤外画像を収集解析し、またフェリ-による航路上の表面水温と表面流速の観測を継続し、複数年にわたる長期連続情報として用いた。2.研究成果(1)黒潮沿岸域の熱収支に果たす黒潮からの暖水流入の挙動と役割黒潮直進期の1986年112月と大蛇行期の1987年4月1988年3月について、熊野灘・遠州灘に流入する暖水のカレンダ-を作成した。また、県水産試験場の月毎の定線測資料をもちいて流入暖水内外の水温鉛直分布の差異を調べたところ、0-500m平均で2°C程度になることがわかった。これから概算した黒潮から熊野灘、遠州灘への1年間の正味の流入熱量は2×10^<20>Iとなり、この海域の面積200km×300kmで割ると単位面積単位時間あたり平均で100w/m^2sとなり、黒潮周辺域の海面からの熱損失量100200w/cm^2sと同程度であることがわかった。また、これを黒潮大蛇行期と非大蛇行期で比較した。(2)三陸沖暖水塊周辺部のストリ-マ-の統計的性質1987年に三陸沖にあった暖水塊に流入した暖水ストリ-マ-のカレンダ-を作成し特性を考察した。その結果、平均的には、幅が30km、発生頻度は20日間に回程度、暖水塊の周りを廻る速さは7日で一回転程度であり、南の黒潮前線の山と、東の別の暖水塊から流入する頻度が高いことがわかった。
多層型人工湿地－微生物燃料電池の確立とその水質浄化同時発電特性および機構の解明

本研究では、空気層を導入することで多層化した人工湿地ろ床の好気・嫌気条件をコントロールする技術を確立した。さらに、多層化した人工湿地に微生物燃料電池を導入することで、世界初の人工湿地ー微生物燃料電池のスタック化を実現するとともに、スタック化に適したろ材厚を明らかにした。これらの成果は、コンパクト化と創エネルギー化を両立する新しい人工湿地の確立に貢献するものである。両端を大気に開放した有孔管をろ床内に敷き詰めた層からなる有孔管層と4層のガラス造粒砂層を組み合わせて作製した人工湿地実験装置に高濃度のアンモニア態窒素を含むメタン発酵消化液を流入させる浄化試験を行った結果、好気的な硝化反応が促進されることを確認することができた。これにより、地下に好気的環境を創出するための普遍的な手法として本手法が十分に有効であることが明らかとなった。この成果を土台として、現在、有孔管層と異なるろ材粒径または異なる有孔管からの距離の組み合わせによる好気的環境と嫌気的環境のバランスの調整を行っている最中である。一方、電気産生微生物の優占性を高めるろ材の選定を行うために、本年度は様々なろ材(鉄鋼スラグ、玄武岩、ゼオライト、川砂、炭、リサイクルガラス)を用いた人工湿地ー微生物燃料電池を試作し、発電が安定化した時点より、その廃水中の微生物群集構造の解析を開始した。現在DGGE法を中心に微生物群集を構成する細菌の同定を行っているところである。さらに、玄武岩をろ材とした人工湿地ー微生物燃料電池の発電特性として、電極間距離と開回路電圧、インピーダンス、発電特性の関係について検討したところ、電極間距離と出力の関係は通常の燃料電池と同様であるが、開回路電圧の振舞いは電極間距離だけではなく、人工湿地ー微生物燃料電池特有の微生物の酸化還元電位の関与が予測される結果が得られた。現在、その詳細な解析を進めている。研究課題1(地下に好気的環境を創出するための普遍的な手法の確立)に関してはほぼ計画通りに進捗しており、本研究テーマの土台となる任意の地下深さに好気ゾーンを創出する手法を確立することに成功している。研究課題2(ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明)については、実験装置の製作に手間取ったことによる計画遂行の遅れが生じている状態である。研究課題3(電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地ー微生物燃料電池に適したろ材(アノード素材)および有孔管素材(カソード素材)の選定)については、異分野(微生物学分野、電気工学分野)の分担者と手を組み、これまで応用事例がない様々なろ材を用いた人工湿地ー微生物燃料電池実験装置を製作し、その発電特性とともに電気生産微生物を含む微生物群集構造の解明をするための作業をほぼ計画どおりに着手することができている。進捗が遅れていた研究課題2(ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明)については、瀘床内の異なる深さの酸化還元電位(Eh)を測定するために17本のEh用白金電極を取り付けた円筒カラムに、所定濃度に希釈した下水汚泥と瀘材を均等に混合して投入することで17か所の異なる深さのEh値を明らかにできる実験装置を製作し、3種類の異なる粒径を有する瀘材(礫、砂利、砂)で得られる酸化・還元環境の比率を明らかにすることができた。研究課題4(好気的多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)については、4層の好気的なろ床を有する人工湿地におけるOTR(BOD除去速度および硝化速度から換算した酸素移動速度)の解析結果より、100g-O2/m2/dayのOTRが達成可能なことを確認することができた。研究課題5(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)については、ろ材としてガラス造粒砂を用いた系において硝化と脱窒の双方が進行したのに対し、銅スラグを用いた系では脱窒が不十分となり、好気-嫌気ハイブリッド型人工湿地に用いるろ材の材質によっても水質浄化特性が異なることを示唆する結果が得られた。さらに、ろ材としてガラス造粒砂を用いた系と銅スラグを用いた系では、有機物の消費量あたりの発電量が大きく異なることが明らかとなり、研究課題6(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地ー微生物燃料電池の発電特性の解明)の成果として、用いるろ材の材質によって発電特性も大きく異なることを示すことができた。ろ材による水質浄化特性および発電特性の違いは、ろ床内の電気産生細菌マイクロフローラの違いを反映していると考えられ、ろ材が電気産生細菌の選択的集積を促したことが推察された。現在、これを裏付けるための電気産生細菌マイクロフローラの解析を進めている。初年度に進捗が遅れていた研究課題2(ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明)と本年度に計画していた研究課題4(好気的多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)については、ほぼ計画どおりに成果を得ることができた。本年度と次年度に計画していた研究課題5(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)および6(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地ー微生物燃料電池の発電特性の解明)については、ほぼ計画どおりに進捗している。一方、本年度に計画していた研究課題3(電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地ー微生物燃料電池に適したろ材(アノード素材)

および有孔管素材(カソード素材)の選定)については、用いる排水に含まれる微生物の影響を排除する必要性が明らかとなり、人工排水での実験系で再度検討することが必要となったため、実験の遂行に遅れが生じている。本研究は、世界初のスタック化となる多層型の人工湿地ー微生物燃料電池を確立することを目指し、本年度は、人工湿地ー微生物燃料電池の絶縁ろ材厚の影響を検討するとともにプロトタイプの2層スタック化人工湿地ー微生物燃料電池を試作し、その性能を評価した。ろ床表層のカーボンフェルトをカソード、ろ床中間部のリサイクルガラスを絶縁ろ材、ろ床内部のカーボンフェルトをアノードとした人工湿地-微生物燃料電池の絶縁ろ材の厚さを変えた実験(ろ材厚1,4,7cmの3条件)により、ろ材厚は厚い方が良好な発電性能が得られることが明らかとなった。ろ材厚が薄いとアノードが嫌気的環境になりにくく、嫌気環境で生育・増殖する電流生産微生物に適した環境とならないことが示唆された。ろ材厚7cmの条件で得られた電力密度積算値および発電効率は、それぞれ7010mWh/m&sup2;および2337mWh/m&sup2;であった。しかし、ろ材厚4cmと7cmの電力密度積算値の差は8%に過ぎず、燃料である合成排水の投入回数1回あたりの発電効率で比較しても同様の僅かな差であった。ろ材厚が薄いほど人工湿地-微生物燃料電池のスタック化が容易になること、ろ材厚7cmと4cmの発電性能の差は僅かであることより、人工湿地-微生物燃料電池のスタック化には、ろ材厚は4cmの方が有効であると考えられた。この結果を参考として、絶縁ろ材厚を5cmとして試作した2層スタック化人工湿地ー微生物燃料電池を試作し、その性能を調べたところ、得られた出力5370mW/m&sup2;は、1層の人工湿地ー微生物燃料電池の合計出力である5700mW/m&sup2;(3220+2480=5700)とほぼ一致した。この結果により、スタック化による電圧降下はほぼ無かったことが確認できた。本研究は、人工湿地ー微生物燃料電池のスタック化の事例として世界で初めての試みである。本研究では、空気層を導入することで多層化した人工湿地ろ床の好気・嫌気条件をコントロールする技術を確立した。さらに、多層化した人工湿地に微生物燃料電池を導入することで、世界初の人工湿地ー微生物燃料電池のスタック化を実現するとともに、スタック化に適したろ材厚を明らかにした。これらの成果は、コンパクト化と創エネルギー化を両立する新しい人工湿地の確立に貢献するものである。進捗が遅れている研究課題2(ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明)については、研究課題5(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)と組み合わせた実験計画とすることで、スピードアップを図る。研究課題3(電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地ー微生物燃料電池に適したろ材(アノード素材)および有孔管素材(カソード素材)の選定)、研究課題4(好気的多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)、研究課題6(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地ー微生物燃料電池の発電特性の解明)については、当初の計画どおりに推進する予定である。進捗が遅れている研究課題3(電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地ー微生物燃料電池に適したろ材(アノード素材)および有孔管素材(カソード素材)の選定)については、研究課題5(好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地の水質浄化特性の解明)
マルチスケール脳神経モデルを用いた脳波・近赤外光計測信号からの脳内動態の解読

本研究では,マルチスケールでの脳神経系数理モデルを構築し,その理論解析を行った.さらに脳計測信号から脳内動態を読み解く技術を開発した.細胞レベルでは,神経細胞集団の数理モデルを構築し,Fokker-Planck方程式を導出することで集団レベルのダイナミクスとの関係を数理的に明らかにした.マクロレベルでは時間遅れ系の中心多様体縮約および位相縮約法を開発し,縮約方程式を用いて視床-皮質間相互作用による集団リズムの形成条件を理論的に導出した.さらに,非侵襲脳計測から,脳神経系モデルのパラメータを推定する手法を開発した.そして提案手法が脳内の状態識別,特に睡眠状態の評価に有効であることを示した.本研究では,マルチスケールでの脳神経系数理モデルを構築し,その理論解析を行った.さらに脳計測信号から脳内動態を読み解く技術を開発した.細胞レベルでは,神経細胞集団の数理モデルを構築し,Fokker-Planck方程式を導出することで集団レベルのダイナミクスとの関係を数理的に明らかにした.マクロレベルでは時間遅れ系の中心多様体縮約および位相縮約法を開発し,縮約方程式を用いて視床-皮質間相互作用による集団リズムの形成条件を理論的に導出した.さらに,非侵襲脳計測から,脳神経系モデルのパラメータを推定する手法を開発した.そして提案手法が脳内の状態識別,特に睡眠状態の評価に有効であることを示した.本研究では,脳のマルチスケール数理モデルを構築し,その理論的な解析手法を発展させることを目的としている.それによって,非侵襲的に取得した脳波・NIRS(近赤外光トポグラフィ)信号計測から脳内動態を読み解く技術を開発する.今年度においては,脳波における低周波のリズム生成機構を数理的に明らかにするため,視床-皮質モデルの構築およびその解析解の導出を行い,さらに実験で得られた脳波信号からモデルパラメータを推定する手法の提案を行った.視床-皮質モデルは時間遅れを含む微分方程式系で記述されるため,解析的な取り扱いが困難であるが,視床-皮質モデルが生み出すマクロなリズム現象に対して,中心多様体縮約および位相縮約を行った.その結果,視床-皮質モデルが分岐点の近傍で複素ギンツブルグ-ランダウ方程式の形で表わすことができること,およびリミットサイクル解においては位相方程式の形で表わすことができることを示した.さらに,これらの縮約方程式を用いて集団リズムの形成を理論的に導出し,得られた解析解が視床-皮質モデルにおいて妥当であることをシミュレーションによって確認した.次に,実験から得られた脳波信号についてモデルのパラメータを推定する手法の提案を行った.はじめにシミュレーションによって生成した疑似的な脳波信号に対して手法を適応し,正しくパラメータが推定できることを確かめた.その後,本手法を実際の脳波信号に適用し,脳内の状態識別に対する有効性を示した.本研究では,脳の数理モデルを構築し,その理論的な解析手法を発展させることを目的としている.それによって,非侵襲的に取得した脳波・NIRS(Near Infra-Red Spectroscopy:近赤外光トポグラフィ)信号計測から脳内動態を読み解く技術を開発する.今年度においては,神経細胞集団モデルに対して,シナプス結合やGap Junctionの特性を変化させた際にマクロなガンマ波が生成ー消失する現象について,数理的な解析理論を構築した.その結果,抑制性シナプス結合の特性を変化させると細胞集団が持つガンマ波が消失するなどの非自明な現象が見られ,マクロな集団リズム形成に抑制性シナプス結合が重要な寄与をしている可能性が示された.また,安定したガンマ波が観測される状態から,集団のリズム現象が外部からの摂動によって位相変調する現象について,随伴方程式を用いた解析理論を構築した.そして構築した理論が正しく細胞集団の状態変化を記述できていることを細胞集団モデルの数値計算によって示すことができた.さらに,脳波信号から脳の内部状態の数理モデルにおけるパラメータを同定し,睡眠状態を判別する手法の開発を行った.その結果,本研究で開発する手法は睡眠ステージの変化を評価するのに有用であることが示された.神経細胞の持つ集団リズムは脳内情報処理に重要な役割を果たしているが,神経細胞間の相互作用がどのようにマクロな集団リズムを形成しているかについては不明な点が多かった.本研究では,脳のマルチスケール数理モデルを構築し,その理論的な解析手法を発展させることを目的としている.それによって,非侵襲的に取得した脳波・NIRS(Near Infra-Red Spectroscopy:近赤外光トポグラフィ)信号計測から脳内動態を読み解く技術を開発する.今年度においては,脳のマルチスケール性に着目し,個々のニューロン活動と集団ダイナミクスの関係を数理的に関連付ける理論の構築を行った.それにより,神経細胞を記述する微分方程式の多体系に対して,適切な変数変換を導入することで解析的な見通しのよい数理モデルを得ることに成功した.理論の妥当性を数理的に検証した後に,構築した理論を用いて神経細胞の集団挙動を予見できることを示した.神経細胞の集団振動現象(30-80Hzのガンマ波の周波数帯での振動現象)が現れる条件を理論解析によって特定し,神経細胞集団モデルの数値計算によって理論が正しいことを検証した.さらに,神経細胞数理モデルのミクロな特性変化がマクロな集団リズムに与える影響を解析的に求める解析理論を構築し,数値計算によって理論が妥当であることを示した.今年度構築した理論は神経細胞それぞれが確率的に振る舞いながらも集団でリズムを形成する際に適用できるため,脳活動の複雑なダイナミクスをマルチスケールで捉える目的に役立つことが期待される.脳のダイナミクスを記述する数理モデルに対して,新しい解析手法を提案し,妥当性を示した.

今回提案した手法は数理的に高度かつ有用性が高いため,順調に進展しているといえる.25年度が最終年度であるため、記入しない。脳のダイナミクスを記述する数理モデルに対して,新しい解析手法を提案し,妥当性を示した.今回提案した手法は数理的に高度かつ有用性が高いため,順調に進展しているといえる.今後についても研究計画の通り推進していく予定である.25年度が最終年度であるため、記入しない。今後についても研究計画の通り推進していく予定である.
極超新星、ガンマ線バーストにおける磁気回転爆発、及び元素合成

極超新星爆発、及びガンマ線バーストにおける磁場と回転が及ぼす影響を調べる為に、数値計算コードの開発、またそれを使った大質量星の重力崩壊の数値計算を行った。数値コード開発においては、本質的に重要な役割を果たす強重力場を正しく記述する為に一般相対論の効果に着目した数値コードの開発、及び計算を行ってきた。その結果、我々の研究目的に特化した開発を行う事ができた。具体的には回転に伴う流体不安定性の役割を調べる為に3次元の一般相対論磁気流体コードを開発した。その際高解像度と計算時間短縮を図る為にAdaptive Mesh Refinement(AMR)を取り入れた事が我々のコードの特徴である。3次元でのAMR一般相対論磁気流体コードは世界でも我々を含め,2グループ程である。作成したコードを用いた実際の大質量星の重力崩壊計算においては、重力崩壊に伴い放出される重力波波形に関しての研究等を一般相対論計算により行った。この研究では、特に磁場の影響を調べる為に強磁場と、弱磁場モデルの比較を行った。その結果、重力崩壊直後の初期段階においての磁場の重力波への顕著な影響は確認できなかった。これは、3次元計算により大規模な非軸対称性が発達し、磁気駆動型アウトフロー形成が妨げられた結果、重力波波形における磁場の影響が小さくなったと考えられる。しかし、その非軸対称性の特異な信号は放出された重力波波形中に見られた。非軸対称性を作る回転不安定性の中でも特にSpiral Standing Accretion Shock Instabilityが発達した事で、重力波のピーク振動数が時間と供に低振動数帯へと移行する事がわかった。このような現象は過去には報告されていないので、今後の重力波観測の際の有用な指標となると考えている。1、重力崩壊型超新星爆発への磁気回転効果などを調べるために、3次元磁気流体コードの開発を行った。開発したコードの特徴としては計算時間向上のために計算領域を一様な格子で区切るのではなく、局所的に解像度を上げるAdaptive Mesh Refinementを採用している。コードの精度は自己重力、ニュートリノによる冷却効果などを考慮した実際の計算においてエネルギー誤差を0.2%以下に抑えることができた。この誤差は通常重力崩壊型超新星爆発の爆発計算において要求される精度1%を満たしている。2、作成したコードを用いて15太陽質量星の重力崩壊の3次元計算を行った。先行研究は2例ほどしかなく、まずは先行研究との比較を行った。結果は同じ初期条件のもとで先行研究と定性的に同様な結果を得ることができた。その上で、2次元軸対称計算と今回の3次元計算の結果を比較した。これは、重力崩壊直後に形成された原子中性子星は様々な流体不安定性を保持しており、軸対称という仮定を外す事でそれらの不安定性が結果にどう影響を及ぼすかを調べるためである。結果は今回調べた初期条件のパラメーターの範囲では、2次元軸対称計算と定性的に同じ結果を得た。つまり磁場と回転を伴う親星が重力崩壊を起こすと、最終的には回転軸の方向に磁場によって収斂された高速のBipolar-Outflowが形成されるというものである。この高速のOutflowがその後親星を突き抜けて超新星爆発となると考えている。しかし定量的には非軸対称性が成長しているのをモード解析から確認しており、今後異なる初期条件を用いた計算により2次元軸対称計算と異なる結果が得られる可能性がある。3、より大質量星の重力崩壊、ブラックホール形成を一連の数値計算で取り扱う為に一般相対論的磁気流体コードの開発を行い、各種のテスト計算を済ませた。