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機能性ディスペプシアにおける、胃液中エクソソーム由来miRNA発現量の網羅的解析

機能性ディスペプシア(functional dyspepsia; FD)は日本人の約25%が罹患しているとされる有病率の高い疾患であり、罹患率は年率12%の割合で増加の一途をたどっている。その病態生理として、胃・十二指腸の知覚過敏、胃排出能低下、胃穹窿部の適応性弛緩不全など、様々な消化管機能異常が複雑に関与しているとされるが、いまだ不明な点も多く疾患バイオマーカーも同定されていないのが現状である。本研究は胃液採取を用いた低侵襲なliquid biopsyによるFDの新規バイオマーカー、診断手法の確立を目的とした。実施方法は、大阪市立大学医学部附属病院先端予防医療部附属クリニックMedCity21の人間ドック受診者のうち、上部消化管内視鏡検査を施行し、かつ血清抗HP IgG抗体価の測定を行った受診者から回収した胃液サンプル、健診データを用いた。H30年度は順調に進展し、H29年度にmicroarrayにて見出された候補miRNAの妥当性評価をreal time RT-PCR法にて行った。その結果、候補miRNAの妥当性が確認され、機能性ディスペプシアにおける疾患バイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。以上のように本研究結果がまとまったため、H31年度に第105回日本消化器病学会総会主題演題、米国Digestive Disease Week2019にてポスター発表に採択され、発表することが決定している。今後さらに論文化を行う予定である。本研究では、大阪市立大学医学部附属病院先端予防医療部附属クリニックMedCity21の人間ドック受診者のうち、上部消化管内視鏡検査を施行し、かつ血清抗H.pylori IgG抗体価の測定を行った受診者を対象とした。対象者はバイオレポジトリ構想と遺伝的解析研究に対する包括的同意が得られた受診者のみで、非同意者は対象外である。倫理委員会の承認状況として、バイオレポジトリの基礎となる「多目的研究に対する包括的同意」「胃液サンプルを用いたヒトゲノム遺伝的解析研究」に関して、既に承認が得られている(「がん、生活習慣病、慢性肺疾患、肝臓病、消化器病、婦人科、皮膚疾患などの成人に特徴的な疾患の原因解明と治療方法開発のための多目的疫学的研究(包括同意目的)(受付番号: 2927)」「がん、生活習慣病、慢性肺疾患、肝臓病、消化器病、婦人科、皮膚疾患などの成人に特徴的な疾患の原因解明と治療方法開発のための遺伝的解析研究(受付番号:2960)」)。本年度の実績として、全症例の健診データおよび胃液サンプルの回収を終了した。さらには予備実験にて、胃液中エクソソーム由来miRNAの安定回収が可能であることを確認した。具体的には、胃液中にエクソソームが存在すること、エクソソーム由来のmiRNAの発現を安定的に解析可能であることを確認した。また個別のmiRNAについては、miR-16、miR-21の発現の検討を始めており、今後漸次解析対象となるmiRNAを拡張する予定である。平成28年度は全サンプルの回収を終了したものの、その後のmiRNA発現についてはやや遅れている。平成29年度よりさらなる解析を順次進めてゆく予定である。本研究は胃液採取を用いた低侵襲なliquid biopsyによるFDの新規バイオマーカー、診断手法の確立を目的とする。実施方法は、大阪市立大学医学部附属病院先端予防医療部附属クリニックMedCity21の人間ドック受診者のうち、上部消化管内視鏡検査を施行し、かつ血清抗HP IgG抗体価の測定を行った受診者から回収した胃液サンプル、健診データを使用する。本研究課題について、本学の倫理委員会の承認が既に得られている。H28年度の予備実験にて、胃液に含有されるエクソソーム由来のmiRNAの抽出が可能なことが確認できていた。その手法を用いて、H29年度では実際のFD患者、健常者の胃液サンプルを用いての研究を進めた。すなわちそれらのサンプルからエクソソームおよびmiRNAを抽出、microarray法を用いたmiRNAの網羅的発現解析を施行した。その結果、FDにおいて有意に発現量が変化しているmiRNAを複数見出すことが可能であった。H29年度はおおむね順調に進展し、胃液中エクソソーム由来miRNA発現量のmicroarray、網羅的解析を施行することができた。

その病態生理として、胃・十二指腸の知覚過敏、胃排出能低下、胃穹窿部の適応性弛緩不全など、様々な消化管機能異常が複雑に関与しているとされるが、いまだ不明な点も多く疾患バイオマーカーも同定されていないのが現状である。本研究は胃液採取を用いた低侵襲なliquid biopsyによるFDの新規バイオマーカー、診断手法の確立を目的とした。実施方法は、大阪市立大学医学部附属病院先端予防医療部附属クリニックMedCity21の人間ドック受診者のうち、上部消化管内視鏡検査を施行し、かつ血清抗HP IgG抗体価の測定を行った受診者から回収した胃液サンプル、健診データを用いた。H30年度は順調に進展し、H29年度にmicroarrayにて見出された候補miRNAの妥当性評価をreal time RT-PCR法にて行った。その結果、候補miRNAの妥当性が確認され、機能性ディスペプシアにおける疾患バイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。以上のように本研究結果がまとまったため、H31年度に第105回日本消化器病学会総会主題演題、米国Digestive Disease Week2019にてポスター発表に採択され、発表することが決定している。今後さらに論文化を行う予定である。平成28年度はmiRNA発現解析の進行にやや難渋していた状況であったが、平成29年度より改善できる予定である。全サンプル収集が終了したため、今後は速やかにmiRNA発現量の解析を進めてゆく予定である。H30年度はmicroarrayにて見出された候補miRNAの妥当性評価をreal time RT-PCR法にて行う予定である。その結果を踏まえ、機能性ディスペプシアにおける疾患バイオマーカーとしての有用性を探索、本研究を完結させる予定である。H28年度はmiRNA発現研究の実施が困難な状況であったため。miRNAmicroarrayが終了した時点で研究実施計画を再考し、以降の研究をH30年度に行う予定としたため次年度使用額が生じた。H30年度分の助成金と合算し、H30年度に今後の研究を引き続き進める予定である。H29年度からはmiRNA発現研究実施が可能な状況となったため、繰り越し使用する予定である。
マイクロレンズアレイ高速2次元分光診断による太陽彩層・コロナ活動現象の研究

空間2次元同時での分光観測(以下では3次元分光観測と呼ぶ)は、天文観測研究者の究極の夢の一つである。本研究は太陽観測としては初めて真に3次元同時の観測を実現し、太陽活動現象の研究に適用したものである。3次元分光観測の技術としては様々な方法が夜の観測では適用されていた。一方、太陽観測では視野、空間分解能、波長分解能への要求が高く、3次元分光観測の実現は容易ではない。本研究では3次元分光観測の1つの手段であるマイクロレンズ・アレイを用いた方法を太陽観測に適用したものである。観測ではスペクトル線の観測が重要であるが、興味あるスペクトル線(Hαなど)では必要な視野、空間分解能、波長分解能を同時に満たす解があることが示せた。結果、マイクロレンズ・アレイも配列数の多いもの、CCDカメラもピクセル数多いものが必要であるが、今日の技術では十分実現可能であった。得られた光学系の設計解は、世界の多くの太陽観測装置に適用可能のものであり、本研究では米国国立太陽天文台サクラメント・ピーク天文台にて本装置の有用性を確かめることができた。特に空間分解能の高い観測では威力を発揮することが示せた。本研究の成果は、2次元像とスペクトル線プロファイル情報の同時取得により、フィルター観測と分光観測の利点を発揮できる観測法により、太陽観測法の新しい展望が開けた、とまとめることができる。具体的には、(1)本装置は既存の望遠鏡・分光器と組み合わせて容易にインストールすることができ、いろいろな太陽観測所の長所を生かした観測が可能であることを示した。但し、視野が狭いため追尾装置との併用が望ましい。(2)2次元同時分光データより、フィルター観測の長所である単色像を再現でき且つ分光器観測の長所である線輪郭解析が可能であることを示した。平成9年度は主に本研究に必要な観測装置の設計検討、購入備品の仕様・性能試験を行った。マイクロレンズアレイ(以下、MLAと略)を用いた3次元同時分光装置を太陽観測に初めて適用するにあたり、必要光学系の仕様を一意的に決める手法を確立した。太陽用装置では分光器と望遠鏡の口径比が一致しているのが前提である。この手法の概略は、(1)波長を選び、MLAによってできる微小瞳像の直径を分光器の最適スリット幅に合わせる。(2)微小レンズの口径は、選択する線スペクトル幅の20倍の波長幅を取得できるように決める。(3)MLA微小レンズの口径比は分光器の口径比と一致するように焦点距離を決める。(4)MLAの配列数を、必要視野、可能な分光器スリット高により決める。(5)CCDカメラ上に投影されるMLA瞳像を何ピクセル分にするかを決める。この際、MLAの配列誤差、光学系の収差、散乱の大きさを考慮して、実際のピクセル数は目標の4割程度にする必要がある。これにより、CCDカメラ前の縮小率が決まる。更に、使えるスペクトル長を有効にする、MLAの分散方向に対する回転角が決まる。(6)以上が決まると、MLA前の拡大光学系の倍率が一意的に決まる。この手法を活動現象観測に最も威力を発揮するHα線を選び、国立天文台三鷹のヘリオスコープ用の望遠鏡、分光器に適用した。CCDカメラ、MLA、拡大光学系、波長選択フィルターの仕様を決め、必要部品を購入検査を行った。観測装置の諸元は、空間サンプリング1.44秒角、視野57×57秒角、波長サンプリング0.134Å、取得波長幅20Åである。CCDカメラは、1500×1000画素(1画素10ビット)で、必要性能の確認を行い、データ取得のソフトの開発も行った。

来年度よりの観測を目指して、光学系の調整を行っているところである。太陽で起こるフレアや紅炎噴出など、ダイナミックでトランジエントな空間的にも局在化した現象を捉え、理解するには、広い波長域で、空間2次元同時に情報を取得することが必要である。このような観測を可能とするため、本研究ではマイクロレンズアレイその他必要な光学系を既存の望遠鏡・分光器に組み込み、高速な2次元分光装置の開発を試みている。前年度の研究では、最適なマイクロレンズアレイの諸元を求めた。本年度は、このマイクロレンズアレイの性能評価、国立天文台・三鷹での2次元分光観測評価を行ったので、概要を報告する。(1)マイクロレンズアレイ評価:使用するものは50×50配列のレンズ(PMMA製)からなり、1つのレンズが口径600μm角、焦点距離28.2mm(口径比47)である。レンズピッチのばらつきは約±2μm程度、焦点距離のばらつきは±500μm程度と良好であった。レンズ面に口径の1/10程度の小さなくぼみが見つかったが、結像性能には大きな影響がなく、レンズの波面収差はλ/20rms程度と見積もられた。総合的には十分目的にかなうものであることがわかった。(2)三鷹での観測評価:既存のヘリオスコープ装置にマイクロレンズアレイ、拡大光学系、縮小光学系を組み込み、1500×1000画素のCCDカメラにて、20Å幅のHα線スペクトルを0.l3Å間隔で取得、空間1.4′′×1.4′′間隔で57′′×57′′の視野を同時に分光観測することに成功した。Hα線のそばの地球大気吸収線も確認でき、波長較正に用いられることが確認できた。現在、観測データ集積し、同時に解析用のソフト開発を行っている。太陽2次元同時分光の特徴は、太陽スペクトル線が深さ方向の情報を含んでいるため、実際、空間3次元の情報が得られることである。さらに速度場においては、空間2次元からの見かけの運動とスペクトル線による視線方向運動から3次元の速度場を求めることが可能で、成果が期待できる。また、他の観測装置と組み合わせてHα線以外の波長域の観測も行う予定である。太陽表面で起こる時間変化の早い現象の観測的研究を行うため、2次元同時にスペクトルを取得できる装置を開発し研究を行っている。本年度は、開発装置の設置場所の移転を余儀なくされたため、装置の再設置を行い、同時に、より観測条件のよい米国サクラメントピーク太陽天文台に装置を持ち込んで観測を行った。まず、再設置に当たっては、太陽追尾のシーロスタット装置を電動追尾のものに置き換え、観測場所の導入追尾の精度が向上した。また、グレーティングのブレーズ角を条件のよいものと交換することで、撮像露出時間を短くでき、よりよいデータが取得できるようになった。フレア検出を目指して活動領域の2次元Hαスペクトル取得を行っている。サクラメントピーク天文台では、本研究で開発中の2次元分光装置が汎用的に使用可能であることが証明できた。但し、口径70cmの望遠鏡に対応して、マイクロレンズ1つの空間スケールは0.24秒角となり、視野は11.2秒角と狭いものとなる。このため、高空間分解能での2次元同時分光観測が実現でき、当該天文台のもつコリレーション・トラッカー装置と組み合わせて非常によいデータが得られた。活動領域の輝点、フィラメント、モットル、プロミネンスの貴重な2次元Hαスペクトルを得た。
クラウドによる機械学習を利用したエンロールメントマネジメントシステムの構築

現在、国内の大学で行われているIR(Instutional Research)の機能を、単なる大学の意思決定や学習成果の可視化を目的とした調査、分析だけに留めず、学生の修学指導や様々な学生支援に活用できるようにする。具体的にはAIの機械学習の技術を用いて、大学における学生の学修状況の把握と分析、とりわけ、退学、休学、不登校等の問題状況を早期に察知し、予測するためのシステムを構築する。
義歯床用高分子材料の臭気と劣化に関する基礎的研究

におい分析装置(本研究費補助金にて購入)を使用して、歯科材料の中で最も口臭の発生源となるものと考えられる義歯床用各種アクリルレジン(加熱重合型、常温重合型、光重合型)およびポリサルフォンレジン材料について、口臭の臭気源とされているメチルメルカプタン水溶液、硫化水素水溶液に長期間浸漬する臭気試験をおこない各種義歯床用レジンによる臭気の蓄積および口臭におよぼす影響を検討した。また、臭気試験と並行して材料の光学的性質や色調を測定し、臭気および光学的性質と材料の劣化との関連について検討をおこなった。またその結果から劣化に伴う義歯床用レジンの臭気発生と材料の光学的性質の変化に高い相関がみられたため、義歯床用レジンと並んで歯科において多用される修復用コンポジットレジンやシェード調整用ペイントレジンといった歯科用高分子材料についても劣化にともなう臭気や光学的性質との関連について検討をおこなった。その結果、義歯床用レジンでは、臭気源への浸漬期間が長くなるに伴って臭気は増加し、また材料の重合法による差異が認められた。さらに義歯床用レジンへのにおい物質の浸透にともなう光学的性質や色調の変化は、浸漬期間が長くなるにつれて材料の光反射率や光透過特性が低下する傾向がみられ、また浸漬前後で色差値に大きな変化がみられ、材料の劣化に伴い臭気と光学的性質ともに変化した。一方、修復用コンポジットレジンやシェード調整用ペイントレジンについては重合用光照射器の放射光波長分散特性や光強度により着臭量が異なり、重合後の機械的性質や色彩にも大きな差異がみられることから、照射光の特性が材料の劣化に大きな影響を及ぼすことが推測された。こうしたことから義歯床用レジンと同様、修復用レジンについても着臭が認められること、劣化による臭気の増加と光反射率や光透過特性といった光学的性質の低下とそれにともなう色調の変化に高い関連があり、高分子材料の劣化が臭気の発生や審美性の低下の大きな要因になることが推測された。臭気成分分析のための分析装置であるガスクロマトグラフおよび半導体嗅覚センサーをもつ電子におい分析装置を使用して臭気分析をおこなうための患者呼気や口腔内補綴物の臭気の装置への導入方法、適正なサンプル量等の最適条件の検討をおこなった。また、このことに関して装置製造元と協議し、できうる範囲で口腔内臭気や高分子補綴物の測定に適した装置となるよう装置の改造を依頼した。また、高分子材料の臭気と劣化の関連を検討するにあたり、高分子材料の劣化を何らかの方法で定量化し、臭気と比較することが必要となるため、本研究と並行しておこなった研究[人歯および修復用材料の光学的性質に関する基礎的研究、基盤研究(C)No.12671895、平成1215年度]から材料の光学的性質と劣化との関連について検討をおこなった。その結果、電子におい分析装置により口腔内臭気あるいは補綴物の口腔内外における臭気を定性、定量できること、またガスクロマトグラフにより臭気の高精度の定性をおこなうことができることを確認した。さらに電子におい分析装置については、患者の協力を得るため、心身の負担を与えることなくできるだけ迅速に測定し、また測定結果をわかりやすく表示できるような仕様に変更し、その有効性を確認した。一方、材料の劣化と光学的性質に関しては、材料の摩耗、吸水、紫外線照射、着色といった劣化要因が歯科用高分子材料の光透過特性や色調といった光学的性質と大きく関連しており、劣化を光学的性質から定量化できることを確認できた(既報告)。

こうしたことを踏まえ、材料の劣化と臭気についてもその関連を明らかにすることが十分可能であると考えられた。半導体嗅覚センサーをもつ電子式におい分析装置(本研究費補助金にて購入)を使用して、歯科材料の中では最も臭気の影響を受けると考えられる各種義歯床用材料の臭気試験を実施した。材料には市販されている義歯床用アクリルレジン/(加熱重合型、常温重合型、光重合型)および射出成型用ポリサルフォンレジンを使用した。各材料を、一般に主たる口臭要因とされているメチルメルカプタン水溶液、硫化水素水溶液に長期間浸漬し、材料の臭気を測定した。また、高分子材料の臭気と劣化の関連を検討するため、臭気試験と並行して材料の光学的性質(光反射特性、光透過特性等)および色調(光沢、色彩等)を測定し、臭気と材料の劣化との関連について検討をおこなった。その結果、現在使用されている義歯床用材料は、口臭源におい物質により著しく着臭すること、また浸漬期間が長くなるほど臭気が増加し、とくに硫化水素の影響が大きいことを確認した。材料別では、常温重合型アクリルレジンの臭気が他の材料に比べて大きくなる傾向を示したが、他材料との有意な差は認められなかった。一方、材料の劣化と光学的性質に関しては、義歯床用材料のにおい物質への浸漬に伴う光学的性質や色調の変化は、浸漬期間が長くなるにつれて材料の光反射率や光透過特性が低下する傾向がみられ、また材料の色彩は浸漬前後で色差値は変化したが、いずれの材料も視認可能と思われる色差変化は認められなかった。紫外線照射等による材料の劣化と光学的性質の変化については両者に大きな相関があることが報告されており、臭気と材料の劣化との関連についても定量化できるものと考えられる。今後、義歯床の洗浄や改床に伴う表面研削が材料の臭気に及ぼす影響を検討する予定である。前年度までの研究により、におい分析装置(本研究費補助金にて購入)を使用して、歯科材料中最も臭気の影響を受け、口臭の発生源のひとつとなると考えられる義歯床用各種アクリルレジン(加熱重合型、常温重合型、光重合型)や射出成型用ポリサルフォンレジン材料についてメチルメルカプタン水溶液、硫化水素水溶液を臭気源とする臭気試験、およびそれと並行して材料の光学的性質(光反射特性、光透過特性等)および色調(光沢、色彩等)を測定し、臭気および光学的性質と材料の劣化との関連について検討をおこなった。その結果、臭気と光学的性質の変化に高い相関がみられたため、義歯床用レジンと並んで歯科において多用され、材料の劣化が修復治療の成否に大きな影響を及ぼすとみられる光重合型修復用コンポジットレジンやシェード調整用ペイントレジン等について劣化にともなう光学的性質との関連について検討をおこなった。その結果、義歯床用レジンでは、義歯床用材料のにおい物質への浸漬にともなう光学的性質や色調の変化は、浸漬期間が長くなるにつれて材料の光反射率や光透過特性が低下する傾向がみられ、また材料の色彩は浸漬前後で色差値は変化した。一方、修復用コンポジットレジンやシェード調整用ペイントレジンについては重合にもちいる光照射器の放射光の波長分散特性や光強度により重合後の機械的性質や色彩に大きな差異がみられることから、照射光の特性が材料の劣化に大きな影響を及ぼすことが推測された。こうしたことから義歯床用レジンと同様、他の修復用レジンについても臭気源により着臭すること、劣化による臭気の増加と光反射率や光透過特性といった光学的性質の低下
行動的随伴性の基礎研究ーその微視的過程と巨視的過程

1.論理的に考えうる行動随伴性には、(1)行動Bに随伴して正の強化子Rが提示される、(2)Bに随伴して負のRが除去される、(3)Bに随伴して正のRの除去を回避する、(4)Bに随伴して負のRの提示を回避する、(5)Bに随伴して正のRが除去される、(6)Bに随伴して負のRが提示される、(7)Bに随伴して予定された正のRの提示が解消される、(8)Bに随伴して予定された負のRの除去が解消される、の8種類があり、これらのうち(1)から(4)は行動の維持が予測され(5)から(8)は行動の消失が予測される。この8種類の行動随伴性の効果を混成スケジュ-ルにより同時に検証する実験を、デンショバトにより実施中である。2.固定比率強化スケジュ-ル下の需要曲線の弾力性への加齢効果については、昨年度に引き続き、(1)4加齢群からなるラットを被験体として実験を遂行した。また新たに、(2)安定体重と等しくなるように付加給餌を与え強制的に需要曲線を弾力的にさせた開放経済的実験環境下での2加齢群間での差、(3)実験歴の有無の弾力性への効果についても検討した。その結果、(1)高齢になるほど高い比率(価格)の部分で曲線が、若齢に比較してより弾力的になること、(2)開放経済的実験環境への移行により低比率で弾力的になるが、(1)と同じ加齢差がみられたこと、(3)15ヵ月齢において実験歴の有無は、弾力性における差を産み出さないことが明確となった。3.ハトのト-クン研究については、運搬行動の訓練を暫く続行した後ト-クン獲得行動の形成を行なった。この行動はト-クンを条件性強化子とした逐次接近法によりキ-つつき反応を形成するという形で比較的容易に形成・維持することができた。更に獲得行動に対して固定化率強化スケジュ-ル導入し、比率を3段階に変化させて、その効果が餌を強化子とした場合と類似していることを確認した。計画書で述べた8種類の随伴性を区別する考え方から、行動的随伴性の微視的過程を分析する手掛かりを得るための1つとして、以下の予備実験を行なった。大学生を被験者として、一定の反応率で反応すると、一定の時間あたりの強化量は等しいが、一方は強化の分布が一様であり、他方は密集している2つの選択肢間での選択場面の行動が分析された。その結果、個人内では一貫した選好が認められた。行動的随伴性の巨視的過程を分析する実験のうち、加齢のもつ行動随伴性への効果については、本実験遂行のためのパラメ-タの決定が終了した。ウイスタ-系ラット26カ月齢2匹と5カ月齢3匹が被験体として用いられ、比率1、2、4、15、45、90の固定比率強化スケジュ-ルの下に終日さらされ、1日の反応数と強化数が調べられた。これらのデ-タから比率に対する消費弾力性を計算した結果、高齢ラットは若齢ラットに比べて反応数と強化数の絶対量は少ないものの、弾力性においての違いは特に見られなかった。今後は、別の年齢群の被験体を用い、1日の反応の自発パタンの分析を含めた比較を行なっていく予定である。またハトのト-クン使用行動の形成については、ト-クン及び実験装置の開発と標準的手続きの確立の重点をおいて研究を進めた。試作と実験を繰り返した結果、ト-クンは軽量で、くわえるためには細長い枝状の部分が多い形が、また投入時の検出を容易にするためには金属材料を用いて実験装置に金属検知器を装備するという方法がそれぞれ適当であることが判明した。ト-クンをくちばしで運び投入口に投ずる行動は漸次的接近法を題いた順行訓練により形成することができたが、現時点では運搬中に不適切なト-クン操作が多く、運搬時間がかかり過ぎるといった問題が残っていて、装置の変更を含めた検討が進行中である。また新たに、(2)安定体重と等しくなるように付加給餌を与え強制的に需要曲線を弾力的にさせた開放経済的実験環境下での2加齢群間での差、

(3)実験歴の有無の弾力性への効果についても検討した。その結果、(1)高齢になるほど高い比率(価格)の部分で曲線が、若齢に比較してより弾力的になること、(2)開放経済的実験環境への移行により低比率で弾力的になるが、(1)と同じ加齢差がみられたこと、(3)15ヵ月齢において実験歴の有無は、弾力性における差を産み出さないことが明確となった。3.ハトのト-クン研究については、運搬行動の訓練を暫く続行した後ト-クン獲得行動の形成を行なった。この行動はト-クンを条件性強化子とした逐次接近法によりキ-つつき反応を形成するという形で比較的容易に形成・維持することができた。更に獲得行動に対して固定化率強化スケジュ-ル導入し、比率を3段階に変化させて、その効果が餌を強化子とした場合と類似していることを確認した。
沖縄島における持続可能なし尿・生活排水処理システムに関する研究

本研究年度中の重要な社会情勢の変化として、「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が平成16年11月1日から完全施行されたことが上げられる。沖縄は食文化として豚肉を多食し、県下の養豚頭数は他県に比し人口比で3倍近くの25万頭あまり有り、養豚排水の適正処理は、環境保全の観点からも、地域産業と食文化の保護の観点からも重要なテーマである。しかしながら、現在、養豚排水浄化処理施設に対する補助事業は、曝気槽への流入汚水濃度を2030倍の水で希釈してBOD1,200ppm程度にして浄化処理をすることを認可条件として指導されている。この指導に従えば、毎日4万トンの希釈水が養豚排水処理のために必要となるが、水資源に乏しい沖縄島では、このような排水処理は持続可能とは言いがたい。そこで今年度は、県下の畜産農家とも連携しながら、研究分担者の宇井純が設計した大里村の金城農産の無希釈の酸化溝方式排水処理施設の他畜産農家への適用可能性を検証する実証研究を展開した。まず、酸化溝方式排水処理の実施設のパフォーマンスについて検討を行った。検討したのは、沖縄大学酸化溝水質分析結果、大里村金城農産酸化溝水質分析結果、滝沢ハム(株)酸化溝水質分析結果である。次いで、金城農産等の事例を踏まえ、無希釈による畜産排水処理施設を補助対象事業とするよう沖縄県当局と協議し、認可を得た。宇井純が平成15年度に執筆刊行した「沖縄型・回分式酸化溝のすすめ-自然循環型の畜舎排水処理システム」を使用した無希釈の畜産排水処理法の畜産農家への普及活動、平成15年度に研究代表者の桜井国俊が、太平洋の島嶼国家の水資源・排水処理管理などのあり方を論じて発表した「それはもちますか?-我々はいかなる開発をめざすのか?-」を沖縄に即して詳細に検討する作業を行った。(1)研究代表者・分担者の会合を2004年6月11日に沖縄大学で開催し、研究方針の詳細について討議した。(2)2004年7月19日に開催された沖縄大学地域研究所連続シンポジウム第3回「開発と環境のせめぎあい-生活世界からの環境学」において、研究代表者が本萌芽研究の狙いについて講演した。またシンポジウムの広報を兼ねて、事前に地元2紙に寄稿し、研究の意義について広く沖縄の地域社会に訴えた。(3)2004年9月中旬にフィールド調査を実施した。フィールドとしては、沖縄の水問題が集約的に表れている座間味村をモデルに選び、同村(座間味島、阿嘉島、慶留間島の3島からなる)の渇水状況、下水道施設整備状況について調査した。座間味村では、水資源が極度に乏しいにもかかわらず、「有能な」村長が高率補助金を次々と導入し、座間味島では環境省の補助よる特定環境保全下水道を、阿嘉島では農林水産省の漁業集落排水事業を、そして慶留間島では農林水産省の農業集落排水事業を建設したが、排泄物を水で流す方式が果たして水資源の極度に乏しい座間味村で持続可能なシステムと言えるのかどうか、検証を開始した。これら下水道が本格供用開始となるのは2005年4月であり、座間味村を含め沖縄全島は10年ぶりの渇水に見舞われているため、2005年度の調査結果が期待される。(4)沖縄は中国からの影響で本土に比べ豚肉食が多い独特の食文化を有する。このため零細な畜産農家が多く、畜舎排水は垂れ流しに近い状態で、水系汚染が著しい。2004年10月31日までで畜産廃棄物処理法の適用猶予期間がきれるため、これら畜産農家は適切な処理を求められているが、希釈水を多消費する本土の処理システムは沖縄においては適正とは言いがたい。そこで研究分担者の宇井純が開発した「沖縄型・回分式酸化溝」を普及するためのマニュアルづくりを進め、2004年1月に刊行した。(5)同マニュアルを使用した普及シンポジウムを、宇井純を講師に畜産農家を招いて2004年1月17日に開催した。

次いで、金城農産等の事例を踏まえ、無希釈による畜産排水処理施設を補助対象事業とするよう沖縄県当局と協議し、認可を得た。宇井純が平成15年度に執筆刊行した「沖縄型・回分式酸化溝のすすめ-自然循環型の畜舎排水処理システム」を使用した無希釈の畜産排水処理法の畜産農家への普及活動、平成15年度に研究代表者の桜井国俊が、太平洋の島嶼国家の水資源・排水処理管理などのあり方を論じて発表した「それはもちますか?-我々はいかなる開発をめざすのか?-」を沖縄に即して詳細に検討する作業を行った。
生物情報処理技術を用いた自律型協調レスキューロボットの開発

ロボット自身が周りの環境を観測し行動する自律型ロボットが,多数存在し互いの自律型ロボットが協調して行動するロボットの開発をテーマにした.自律型協調ロボットの応用としてレスキュー問題を対象とし,要素技術として人工知能や人工生命の分野で扱われている進化的計算手法,ランダムサンプリングによる経路探索手法,行動ベースアーキテクチャなどの生物情報処理技術を用いて研究を行った.小型ロボットを複数台用いて実際に様々な実験を行い,自律型協調ロボットにおける生物情報処理技術の有効性を検証した.ロボット自身が周りの環境を観測し行動する自律型ロボットが,多数存在し互いの自律型ロボットが協調して行動するロボットの開発をテーマにした.自律型協調ロボットの応用としてレスキュー問題を対象とし,要素技術として人工知能や人工生命の分野で扱われている進化的計算手法,ランダムサンプリングによる経路探索手法,行動ベースアーキテクチャなどの生物情報処理技術を用いて研究を行った.小型ロボットを複数台用いて実際に様々な実験を行い,自律型協調ロボットにおける生物情報処理技術の有効性を検証した.(1)スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)が開発した新しい小型自律型ロボットであるe-puckを2台購入し,自律型協調ロボットの研究を行った.e-puckはKheperaIIと比べ,1/3程度の価格(10万円程度)で,かつ,CCDカメラ,3つのマイク,スピーカー,ブルートゥース通信など様々な機能が追加され,16bitのdsp内蔵のdsPICを用い,電源を供給せずにバッテリーで数時間自律的に行動できるようにしたものである.本研究では,まず,一般的な進化的ロボティックスの分野で用いられているニューラルネットワークモデルを用いて障害物回避を行った.続いて,e-puckに内蔵されている3つのマイクを用いて,音源を認識する方法を考案し,障害物回避を行いながら,音源に向かっていく自律的行動プログラムの開発を行った.また,協調の通信方法として,e-puckに内蔵のマイクやスピーカーを用いることや,ブルートゥース通信を用いることを検討したCCDカメラを用いた画像処理による環境認識による方法などを検討した.(2)e-puckとは別に,(1)レスキューで用いるためのロボットアーム,(2)レスキュークローラ,(3)WebカメラとOpenCVを用いたコンピュータビジョン,(4)PSD距離センサなどを用いて2足歩行ロボットの自律歩行,(4)LEGO MindstormsNXTを用いた自律型ロボットの作成などを試みた.(3)一般的にロボットの学習の研究では,学習に膨大な時間がかかることから,実機ではなく,シミュレータ上で行う.本研究では,Webotsと呼ばれるシミュレータを購入し,従来から学習手法として広く利用されている遺伝的プログラミング(GP)を用いた研究の調査を行った.(4)本研究の基礎技術となる生物情報処理技術として,アリの群知能を最適化へ応用したアントコロニー最適化(ACO)や,パーティクルスォーム最適化(PSO)の基礎研究を行った.災害時におけるレスキュー活動では,できるだけ早く被災者を安全な場所へと救助することが重要である.そこで,人間が入り込めないような危険な場所にすぐに救助に向かえる救助ロボットが注目されている.本年度では多数の小型のロボット(e-puck)を用いて,自律的かつ協調的に行動することで物体を運搬することを目的とした.(1)複数ロボットによる協調運搬のための経路計画手法の研究協調的に物体を運搬する問題として,ゲームの倉庫盤のような環境を作り,2台のロボットが箱を初期位置から目標位置まで搬送する作業を対象とした,これは1台のロボットでは運搬することができない問題で,複数台のロボットが協調する必要がある.経路計画はRRT-ConConを使用し,(1)搬送経路の作成,(2)サブタスクの導出,(3)サブタスクの割り当てと経路計画の作成,(4)作成した計画の実行,の処理で協調的箱押し行動を実現した.実験環境の上からオーバーヘッドカメラを設置し,ロボットと箱の位置検出および障害物の検出を行い,搬送計画の作成とロボットの行動制御を行った.なお,独自に作成した問題において98.7%の精度で搬送に成功している.(2)遺伝的ネットワークプログラミング(GNP)による複数ロボットの協調行動の学習手法GNPにおいて有効な部分解が破壊されにくい交叉方法を考案した.(3)協調ロボットのための制御アーキテクチャの研究ロボットが互いに相手のことを考えて協調作業を行う方法として,これまでALLIANCEアーキテクチャが提案されている.このALLIANCEアーキテクチャを発展させて、「自信」や「不安」といった感情を用いて、自信があるときは一人で作業を行い、不安なときは他のロボットに作業を手伝ってもらうといったモデルを考案した.本年度は大規模な群ロボットシステムのための協調手法について検討を行った。広い領域内で多数のロボットが効率よく作業するためには,タスク(作業単位)に割り当てるロボットの数を適切にする必要がある.しかし、これまでの群ロボットシステムのアーキテクチャにおいて、タスクの地理学的な位置を考慮した研究が少なかった。そこで本研究ではタスクの地理学的な位置とサブタスク数を考慮した協調手法を考案した。実現のための具体的な目標を、従来のアーキテクチャを用いることで生じる通信コストの増加と地理学的なタスク割り当ての効率の低下を抑えることにした。解決方針として通信範囲を限定する方法を示した。これにより通信コストが抑えられ,サブタスクに応じた適切な通知範囲を設けることでタスク割り当ての効率の低下も抑えられると考えた。しかしながらサブタスク数を判別することは難しいため活発度と名付けたパラメータを導入した。活発度はサブタスクに取り組んでいるときは上昇し,取り組んでいないときは下降するパラメータとした。

このパラメータめ変化量に上昇時と下降時で差を設けることで,繰り返し回数とタスクにかかる時間を考慮した変化をさせることができるようにした。これにより適切な通知範囲の設定を行えるようにした。提案手法の評価するためシミュレーション実験をした結果、大規模な群ロボットシステムを広い作業領域で用いる場合に従来のアーキテクチャより有効な場合があることを確認した。
依存性薬物による脳内神経幹細胞からグリア細胞ならびに神経細胞への分化誘導

本研究では、細胞-細胞間相互作用に連関した、神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導に対する依存性薬物の影響について検討を行った。まず、神経-アストロサイト共培養細胞にモルヒネを処置したところ、アストロサイトの形態変化を伴ったglial fibrillary acidic protein (GFAP)免疫活性の増強が認められた。次に、モルヒネを胎生14日齢のマウス全脳由来神経幹細胞に処置し、モルヒネの神経幹細胞に対する影響について検討を行った。その結果、神経幹細胞から神経あるいはアストロサイトへの分化誘導に変化は認められなかった。さらに、モルヒネを神経-アストロサイト共培養細胞に処置し、活性化した神経-アストロサイト共培養細胞の培養上清を神経幹細胞に処置したところ、アストロサイトへの著明な分化誘導促進作用が認められた。以上、本研究の結果より、モルヒネによるアストロサイトの活性化は神経細胞を介して誘発されることが明らかとなった。また、モルヒネは神経細胞-アストロサイト-神経幹細胞の細胞-細胞間相互作用により、神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導を惹起する可能性が示唆された。本研究では,細胞-細胞間相互作用に連関した,神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導に対する各種依存性薬物の影響について検討を行った。まず,morphineをマウス新生仔由来初代培養アストロサイトに処置したところ,アストロサイトの構成タンパクであるghal fibrilary acidic protein(GEAP)の免疫活性に変化は認められなかった。一方,methamphetamineについても同様に検討を行った結果,GFAPの免疫活性の増強が認められた。そこで,神経-アストロサイト共培養細胞にmorphineを処置したところ,アストロサイトの形態変化を伴ったGFAP免疫活1生の増強が認められた。次に,morphineをマウス前脳由来神経幹細胞に処置し,morphineの神経幹細胞に対する影響について検討を行った。その結果,神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導促進作用は認められなかった。同様に,methamphetamine,cocaine,ベンゾジアゼピン系受容体作動薬であるmidazolamについても検討を行ったところ,神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導促進作用は認められなかった。そこで次に,morphineを神経アストロサイト共培養細胞に処置し,活性化した神経-アストロサイト共培養細胞の培養上清を神経幹細胞に処置したところ,アストロサイトへの著明な分化誘導促進作用が認められた。以上,本研究の結果より,morphineによるアストロサイトの活性化は神経細胞を介して誘発されることが明らかとなった。また,morphineは神経細胞-アストロサイト-神経幹細胞の細胞-細胞間相互作用により,神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導を惹起する可能性が示唆された。昨年度に引き続き、細胞-細胞間相互作用に連関した神経幹細胞からアストロサイトへの分化誘導に対する依存性薬物の影響について検討を行った。昨年度までの結果を受け、依存性薬物の成体神経幹細胞からの神経新生への影響について検討を行なう目的で、モルヒネ長期投与による脳内細胞新生の変化について検討を行なった。結果、帯状回、側坐核あるいは海馬領域において、モルヒネ投与によりGFAP陽性アストロサイトの著明な免疫活性の増強が認められたが、細胞増殖の指標となるBrdU陽性細胞数に変化は認められず、こうした脳内における変化は細胞新生に依存しない可能性が示唆された。一方、神経幹細胞は多能性幹細胞である胚性幹細胞(ES細胞)より産生される。そこで、ES細胞からの神経分化に対するモルヒネの影響について検討した。ES細胞から胚様体を介して神経へ分化させる実験系を確立し、ES細胞にモルヒネを処置することによる変化について解析を行なったところ、神経に分化し得る外胚葉系のマーカーの減少が認められた。こうした条件下において、モルヒネ処置によりES細胞からの神経分化に変化は認められなかった。今年度の検討より、モルヒネは胚性幹細胞からの神経分化過程に何らかの影響を与えることが明らかとなった。検討の余地はいまだあるものの、モルヒネは神経-グリア-神経幹細胞の相互作用に密接に関与し、その作用を発現する可能性が示唆された。本研究により、モルヒネを中心とした依存性薬物によるグリア細胞あるいは神経幹細胞の役割が明らかになった。神経の可塑性に影響を及ぼす薬物依存の本質を理解する上で非常に意義深いものと考えられる。また、こうしたモルヒネによる細胞間相互作用を明らかにすることにより、薪たな脳神経機能解明の一助となるものと考えられる。
自己血管内皮前駆細胞による血友病Aに対する新規細胞療法の確立

血友病Aは血液凝固第VIII因子の量的および質的異常によりおこる先天性血液凝固異常症で、現在、血漿由来および遺伝子組み換え第VIII因子製剤を輸注する補充療法が治療法として確立されている。しかし第VIII因子製剤は高価であり、世界的に見れば約50%の患者が十分な治療を受けることができていない。また過去に血液製剤による肝炎およびHIV感染症が問題となり、現在はさらにより安全でかつ有効な次世代の治療法として遺伝子治療ならびに細胞療法の確立が期待されている。血友病Aの場合第VIII因子の発現量を厳密に制御する必要がなく、最低でも第VIII因子が1%以下の重症型血友病A患者の第VIII因子発現量を5%以上に保つことができれば十分な止血効果は期待でき、患者QOLは劇的に改善する。今回我々は血友病イヌモデル実験システムを用いて免疫応答を可能な限り回避することを目的として、自己末梢血より単離培養した血管内皮前駆細胞(Blood Outgrowth Endothelial Cells : BOECs)に第VIII因子遺伝子をEx Vivoで導入する新しい細胞療法の確立を試みた。まず本年度は4匹の血友病イヌからBOECsの単離培養に成功した。発現を制御するプロモーターが異なる4種類のイヌ第VIII因子発現レンチウイルスベクタープラスミドを構築し、全てにおいて高力価(5x10^7-1x10^8IU/ml)のウイルスベクターの作製が可能であった。今後イヌモデルでの細胞移植実験にむけて、In VitroでBOECsにおける遺伝子導入効率を検討していく予定である。我が国において血友病治療は、血漿由来および遺伝子組換え血液凝固因子製剤を輸注する補充療法が確立されており、30年前と比較して患者QOLは確実に良くなっている。しかし血液凝固因子製剤は高額であり我が国の医療費を圧迫している。また世界的にみれば、約半数の患者が十分な治療を受けることができていない。そこで、すべての患者に対して行える安全でかつ有効な次世代の血友病治療として遺伝子治療ならびに細胞療法の確立が期待されている。我々はすでに血友病Aマウスモデルで自己末梢血から単離培養した血管内皮前駆細胞(Blood Outgrowth Endothelial Cells:BOECs)にレンチウイルスベクターで血液凝固第VIII因子(FVIII)をEx vivoで遺伝子導入した後血友病Aマウス皮下へ移植する方法で、約半年にわたり2-5%のFVIIIを持続発現することに成功している。本年度は血友病イヌモデルでの細胞移植実験に向けたFVIII発現実験を行った。昨年度に引き続き単離培養し樹立に成功したイヌBOECsに4種類の異なるプロモーター制御FVIIIレンチウイルスベクターによるFVIII産生をin vitroで検討した。その内、EF1αプロモーター制御FVIIIレンチウイルスベクターが低いMOI(multiplicity of infection)で、かつ、細胞毒性を認めることなく高いFVIII発現量を認めた。現在、レンチウイルスベクターのサイレンシングによるFVIIIの発現がストップしないか長期間のFVIII持続発現の検討ならびに、FVIII高発現細胞クローンの選択を行っている。また細胞移植に際して必要なイヌ自己フィブリノゲンの作製ならびにイヌクリオプレシピテートの作製を並行して行っている。さらに細胞移植にともなうFVIIIインヒビター発生に対する予防として、イヌFVIIIに対する免疫寛容獲得を目指し遺伝子組換えイヌFVIIIの輸注を定期的に行っている。
アルゴリズムと計算量の研究

研究実施計画に沿って、まず、各分野からアルゴリズムに関するさまざまな問題を拾い出してみた。その結果、代数の分野ではエラー訂正コードに関する問題、幾何学の分野では結び目理論や空間グラフに関する問題、確率統計の分野ではある種のコンピュータシミュレーションの問題、数学基礎論の分野では線形論理に関する問題、また、コンピュータサイエンスの分野からは木オートマトンに関する問題などを重点問題として選んで研究を進めた。研究成果としては、必ずしもアルゴリズムに関する成果だけが得られたわけではないものの、「研究発表」欄に記載した発表論文以外にも、口頭発表したものや投稿中、投稿準備中のものがいくつかある。具体例を記すと、1.2方向木オートマトンという新しい概念を導入して、それが1方向オートマトンを真に含む拡張になっていることを示した。一方、もう一つ別の方法で木オートマトンを拡張し、それとメモリ付き文脈自由文法との関係を明らかにした。2.空間グラフに関するブック表現、コポルディズム、ホモトピー、ホモロジーについての性質や特徴付けが得られた。3.数理論理学においてP-W問題と称されている問題に一つの構文的手法で解を与えた。などが挙げられる。コンピュータによるシミュレーションについては、現在その結果を検討中であり、結果次第では将来への発展が期待される。などが挙げられる。
対応困難な結核患者への保健指導方法の検討

我が国において過去の病気ではなく現在も重大な感染症である結核について、保健師が行う結核患者支援の内容について探り、治療継続支援の方略を検討した。対応困難な結核患者の特徴は、糖尿病やがん等の身体的問題、年金暮らしや保険に入っていない等の経済的問題、結核に関する不安や偏見等の心理的問題、家族と絶縁状態といった社会的問題があった。保健師は、患者の性格、こだわり、価値観等を分析し、関係機関と連携し、患者の思いに寄り添いながら生活維持と結核管理の間の活動を行っていた。また、保健師が繰り返し訪問し、具体的な生活方法を説明する等、生活背景を考慮した対応が患者の安心感につながっていることが明らかとなった。本研究では、我が国において1年間に約2万人が新たに発症し、約2千人が死亡する結核について、社会的不利な状況にある生活困窮者の結核罹患率及び治療継続環境の改善を図るため、対応困難な結核患者支援の実態を明らかにし、前向きに結核治療に取り組める保健指導方法を構築することを目的とする。平成26年度は対応困難事例に対する保健師の保健指導について把握するため下記のように進めた。1.社会的不利な状況にある生活困窮者の支援を検討するため、結核患者の特性及び服薬中断リスクに関しての文献収集及び文献検討を行った。また、日本結核病学会、日本地域看護学会等に参加し、結核患者支援困難事例への支援について理解を深めた。2.文献収集、対応困難事例のデータ収集し、面接調査を実施する保健師及び調査項目検討し、半構造化面接調査の準備を行った。3.大阪府立大学看護学研究倫理委員会の審査を経て、対応困難な結核患者支援経験がある保健所保健師10名を対象にインタビュー調査(調査I)を実施した。文献収集、対応困難事例のデータ収集する過程で、面接調査を実施する保健師及び面接調査項目を再考する必要が生じ、研究協力者数及び調査期間を延長して実施した。対応困難事例への支援経験がある保健師10名へのインタビュー調査結果が得られ、分析中であるため。本研究は、我が国において1年間に約2万人が新たに発症し、約2千人が死亡する結核について、社会的不利な状況にある生活困窮者の結核罹患率及び治療継続環境の改善を図るため、対応困難な結核患者支援の実態を明らかにし、前向きに結核治療に取り組める保健指導方法を構築することを目的とする。平成27年度は、結核患者の背景に応じた保健指導方法を明らかにし適切な支援につなげるため、保健師10名のインタビュー調査(調査I)の結果から対応困難事例への保健指導内容についてまとめた。また、結核患者の背景に応じた保健指導方法を明らかにし適切な支援につなげるために、結核患者の保健師の支援の受け止めについて把握するため下記のように進めた。1.対応困難な結核患者支援経験がある保健所保健師のインタビュー調査(調査I)について分析し、保健師が行う結核患者支援の内容を検討した。2.対応困難事例に関連する文献から結核回復者への調査項目を検討し半構造化面接調査の準備を行った。3.所属大学研究倫理委員会の審査を経て、結核回復者(結核治療を必要としないと認められてから2年以内の者)5名を対象にインタビュー調査(調査II)を実施した。インタビュー調査の内容を分析し、結核患者の保健師の支援の受け止めについて検討した。4.保健師が行う結核患者支援内容について抽出し、保健師、教育・研究者による表面妥当性の検討を行った。5.第5回日本公衆衛生看護学会で成果について報告し意見交換を行った。保健師10名のインタビュー調査結果から対応困難事例への保健指導内容についてまとめていく。また、第2段階として結核治療終了者を対象にインタビュー調査(調査II)を行い、治療中に困ったこと、保健指導内容に対する要望などをまとめ、対応困難な結核患者の支援方法を検討していく。27年度が最終年度であるため、記入しない。地域看護学27年度が最終年度であるため、記入しない。
パルサー・マグネター状態遷移から探る粒子加速機構および量子電磁気学効果の研究

状態遷移するパルサー磁気圏の極冠における粒子加速プロセスを解明するための基礎的な粒子計算コードを開発することに成功した。とくに、従来正しくなかった境界条件の正しい扱い方を発見し、電流の遷移をシミュレートすることに成功した。PED効果として電子対生成を取り入れる予備的な数値計算にも成功した。今後につなげるために磁気圏パラメータによるパルサーからのX線光度の変動について調べた。結果、統計的に有意にX線高度と回転パワーが相関していることを示した。平成25年度の実施計画に従い、(1)パルサーポーラーキャップの一次元PICシミュレーションコードの開発、(2)強磁場パルサーに関する電波、X線、ガンマ線による観測情報の収集、(3)電磁量子力学(QED)効果をいれる準備、三点について研究を開始した。(1)については、まず、本研究の課題である状態遷移(電流密度の急激な変化)を扱える基礎方程式の導出をおこなった。これは完了し、現在、論文執筆中である。さらに、これをPICシミュレーションコードに組み込むテスト計算を開始した。電子陽電子対生成はまだ組み込んでいないが、一次元電磁コード(EM1)の形式の計算コードをくみ上げ、電流の遷移を数値計算することに成功した。コード開発については、KEKの木坂氏、東北文教大学の大野氏の協力を得ている。(2)は、電波パルサーからの強磁場の兆候を見つけ、どれくらいの電波パルサーがマグネターのような散逸生の磁場を持つかの統計的に調べようとするものであった。東京工業大学の谷津氏の協力を得て、現在までに米国のチャンドラ衛星のアーカイブデータを解析し、選んだサンプルの相当数について散逸磁場の存在の検証が可能であることが分かった。今後、このデータを詳細にしらべ、散逸生の磁場が電波パルサーにどれくらい存在するかを明らかにする。(3)については予定通りQED効果を(1)のコードに組み込む準備を開始した。しかし、まだ作業は中程であるが、次年度には(1)のコードに組み込みたいと考えている。実施計画に基づき次の3つの項目について研究をすすめている。(1)パルサーの磁極域(Polar Cap)の一次元粒子シミュレーションコードの開発と計算の実施、(2)強磁場パルサーに関する電波、X線、ガンマ線による観測情報の収集、(3)電磁量子力学(QED)効果を計算プログラムに実装すること。まず、(1)については初期の計算を終え、先行研究では境界条件が不適切で物理的でない(人為的な)加熱が発生していることをつきとめた。人為的加熱を除去する正しい数値計算の取り扱い法を開発した。(論文投稿中)(2)については近傍のパルサーについて情報を集約し、ダイポール磁場がつよい電波パルサーでは、ダイポール以外の磁場成分も強いらしく、いくつかのパルサーではマグネターのような磁気加熱をすることがわかった。今後、定量的な評価を行う予定である。(3)曲率ガンマ線を評価する副プログラムを完成。電子・陽電子対生成を粒子プログラムに組み込んだテスト計算を実施した。先行研究にみられる対生成により粒子加速の停止がみられ、間欠的に加速する様子を再現することができた。今後、このコードを用いて新しい現象を見つけてゆことが目標となる。また、(2)では観測が欠如しているパルサーについては米国のChandra X線望遠鏡のアーカイブデータを用いた調査をする予定であり、そのための準備が現在開始されている。共同研究者は、東京工業大学、谷津氏、KEK、木坂氏、東北文教大学、大野寛氏、埼玉大、安田哲也氏、筑波技大、和田智秀氏、本学在学、横山聡志、渡邉瑛里である。本研究では強い磁場を持った中性子星(電波パルサー)が示す、状態遷移に注目し、未解決のパルサーにおける粒子加速機構の解明の糸口をつかむとともに、強磁場電波パルサーとマグネターに見られる強磁場の量子電磁気学的効果を見いだすことを目指している。電波からガンマ線にいたるまで幅広いスペクトルで放射を出していると思われているPolar Cap領域のプラズマのPIC(Pariticle-in-Cell)法のプログラムを開発した。特に、磁気圏の状態変位を取り扱えるプログラムの開発をおこなった。従来の方法は正しく状態遷移(電流の急激な変化)を扱えないことを示し、正しいPICシミュレーションの方法を世界で初めて開発した(結果は論文投稿中)。状態の遷移はきわめて静かに起こることを示した。これは観測事実と合っている。いっぽう、その遷移によって電子陽電子対の生成がON/OFFすると考えられているがこの状況を数値計算によって示すことはまだ出来ていない。今後の課題である。数値計算による研究と同時に、中性子星のX線観測データの解析およびその統計処理を行っている。とくに、電波パルサーのX線光度分布の解釈に統一的な見解が無かったが、われわれはモンテカルロシミュレーションによって観測事実を説明するモデルが構築できることを示した。新たな知見として、10兆ガウス以上のダイポール磁場を持つ中性子星はそれ以下の磁場の電波パルサーとは明らかにことなるX線放射の分布をしていることを示した。あらたに、これまでに知られていないX線光度を決める要因があることを明確に示した。この要因の一つとして電子陽電子対生成率が考えられることを示唆した。数値計算のアプローチとして新しい境界条件の取り扱いを示した論文を執筆したが、レフリーとの間に意見の対立があり、まだ決着していない。この点で、きわめて順調とは言えない。もう一つの観測的な研究については順調に成果を出すことが出来た。