hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バッギングを用いた推定の理論的・実証的分析

経済モデルに含まれる変数をより高い精度で推定することができる方法として近年注目されているバッギングと、バッギングと深い関わりのある手法である、ブートストラップ法および縮小推定量を分析対象とし、これらの手法を用いることにより、既存の結果よりも精度の高い結果が得られる可能性があることを理論的分析・コンピュータを用いた数値計算やシミュレーション分析により示した。本年度は研究実施計画にも記したように、バッギングの基本的な性質を知るために、関連した文献のサーベイを行なった。また、バッギングリサンプリングに基づく理論であるため、ブートストラップ、サブサンプリング等、バッギング以外のリサンプリング法についても、サーベイを行なった。このサーベイの結果として以下の事が分かった。1.ブートストラップ法が大標本において漸近的に有効である(つまり、推定量の分布がブートストラップ法で近似できる)場合には、バッギングを行なっても推定量の性質は漸近的には改善されないことが分かった。しかしながら、ブートストラップ法が漸近的に有効である場合でも、小標本においては推定量の平均自乗誤差が改善される可能性がある。2.ブートストラップ法が漸近的にに有効でない場合でも、サブサンプリング等のリサンプリング法を用いれば推定量の分布を近似できる可能性がある。このようなケースにおけるバッギングの効果に関しては、いくつからの文献で研究が行なわれているものの、現在のところ未知である部分が多い。このようなサブサンプリングが有効な場合でも、バッギングを用いることで、小標本において推定量の平均自乗誤差が改善される可能性がある。以上のサーベイの結果を踏まえ、Andrews(2000)で提案されたブートストラップ法による分布の近似が漸近的に有効でない推定量を例にとり、バッギングの効果を検証した。結果として、この推定量に対しても、バッギングを行なうことで平均自乗誤差を改善できる可能性がある事が示された。本年度は,バッギングを実際に応用できる可能性のある例として,カーネル密度推定法にリサンプリング法を応用することを考えた,昨年度のサーベイにより,バッギングが効果をもたらすのは,通常のブートストラップ法による分布の近似が有効でない場合ということが分かっている。カーネル密度推定法においては,バンド幅と呼ばれるパラメータの選択が非堂に重要であることが知られている。バンド幅は,通常,推定量の平均自乗誤差が最小化されるような値を用いるが,このような値を用いた場合,カーネル密度推定量はバイアスを持つことが知られている。しかし,ブートストラップ法を用いてカーネル密度推定量の分布を近似することを考えると,通常のブートストラップ法ではカーネル密度推定量のバイアスを近似することができないため,ブートストラップ法は有効でたい。このことから,カーネル密度推定法に関してはバッギングによる効果が得られる可能性があるように思える。しかし,実際は,ブートストラップ法の繰り返しによって得られるカーネル密度推定量の平均値(ブートストラップ推定料)がカーネル密度推定量そのものに一致してしまうという理由から,この問題においてはバッギングを用いても推定量の性質を改善することができないことが分かった。しかし,カーネル密度推定を含むノンパラメトリック推定法に対するリサンプリング法の応用には,多くの問題が残されている。この点についても今後の研究課題としたい。本年度は,前年度に引き続き,カーネル密度推定法にリサンプリング法を応用することを考えた。昨年度までに行ったサーベイにより, 1,バッギングが効果をもたらすのは,通常のブートストラップ法による分布の近似が有効でない場合ということ, 2,カーネル密度推定においては,推定量のバイアスのため通常のブートストラップ法が有効でないこと, 3,カーネル密度推定においてはバッギングの効果が得られないこと,の3点が明らかになっている。カーネル密度推定法においては,バンド幅と呼ばれるパラメータの選択が非常に重要であることが知られている。バンド幅の選択方法は,いくつかの方法があるが,多くの文献においてクロス・バリデーションによる選択が推奨されている。クロス・バリデーションで選択されたバンド幅は,カーネル密度推定量の平均自乗誤差を最小化する値に確率収束することが知られているが,この場合,信頼区間は推定量のバイアスを受けることになる。したがって,推定量のバイアスが信頼区間にどのような影響を及ぼすか調べるため,シミュレーションによる分析を行った。シミュレーションの結果から, 1,バイアスを理論的に取り除けば,ブートストラップ法による近似はかなり良好であること, 2,バイアス修正を行ったとしても,バイアス項の推定精度の低さのため,信頼区間の精度はかなり低くなってしまうこと, 3,バイアスを無視した信頼区間の精度はそれほど低くないことが分かった。以上の結果から,バンド幅の選択にクロス・バリデーションを用いた場合,バイアス項を無視するのは現実的な方法であると考えられた。しかしながら,バイアス項を無視する方法は,バイアスが非常に大きいときは有効でないことが予想されるので,更に正確な結果が期待できる方法(例えば,スムーズド・ブートストラップを応用する方法)等を検討する必要がある。
超高エネルギー宇宙線の解明と次世代観測機器への提言

超高エネルギー宇宙線の起源を探る上で、その到来方向分布が非常に重要な手がかりとなる。AGASAという観測グループにより得られた4×10^<19>eV以上の宇宙線の到来方向には二つの特徴がある。まず、大きな角度スケールでの有意な非等方性が見られないことである。しかし、その一方で、小さな角度スケールでの有意な非等方性、つまり、宇宙線到来方向のクラスタリングがあることが確認されている。この特徴を説明するソース分布はどのようなものか、超高エネルギー宇宙線はどこから来ているのかを、ボトムアップシナリオの立場に立ち宇宙線陽子の伝播に焦点を当てて調べることにより、その起源に迫れるのではないかというのが、私の研究の基本的な考え方である。宇宙線はソースから地球までを伝播する際、銀河間空間に存在する磁場によりその進行方向が影響を受けるため、その効果を考えた伝播計算を行う必要がある。しかし、私の研究も含めた今までの計算では、磁場の強さの分散が空間的に一定な乱流磁場のような非常に簡略化された磁場モデルが用いられていた。実際には、銀河間磁場の強度は物質の分布をある程度トレースしたものであると考えられるため、より現実に近い磁場モデルでの宇宙線伝播の計算が必要であった。そこで、私はIRAS銀河サーベイの銀河データから宇宙線のソース分布のみでなく銀河間磁場モデルも構築し、そこでの宇宙線伝播やその結果得られる到来方向分布の計算を行い、AGASA観測の結果と比較した。また、銀河内の磁場の影響も考慮した。現実的な銀河間・銀河内磁場両方を考慮した計算は初めてである。結果として、宇宙線ソースの個数密度が10^<-5>Mpc^<-3>程度であれば、観測を説明できることがわかった。超高エネルギー宇宙線の起源を探る上で、その到来方向が重要な手がかりとなりうる。AGASA観測により得られた4×10^<19>eV以上の宇宙線の到来方向には、二つの特徴がある。しかしその一方で、小さな角度スケールでの有意な非等方性、つまり、到来方向のクラスタリングがあることが確認されている。この特徴を説明するソース分布はどのようなものか、超高エネルギー宇宙線はどこから来ているのかを、ボトムアップシナリオの立場に立ち宇宙線陽子の伝播に焦点を当てて調べることにより、その起源に迫れるのではないかというのが、私の研究の基本的な考えである。当初今年度の研究テーマとして考えていたのは、宇宙線陽子の伝播コードの拡張であった。具体的には、宇宙線陽子と宇宙背景放射が反応した結果できるガンマ線やニュートリノも計算コードに取り込むことを考えていた。しかし、最近のHiRes観測で、超高エネルギー宇宙線到来方向分布に有意な二点相関が見られないことがわかった。この結果は、AGASAのものに反しており、注目を集めている。そこで、この両者の食い違いの統計的有意性について考えた。具体的には、ORS銀河サンプルを宇宙線ソースモデルとして用いて、さまざまなソース個数密度での宇宙線到来方向を計算する。この計算結果と観測との比較から、両者のデータでどれだけソース個数密度が正確に決定できるかを見る。結果としては、密度10^-5^Mpc^-3^程度で両者の観測を説明できることがわかり、現時点では食い違いに有意性はないと結論された。
骨格筋より分泌されるマイクロRNAによる新規心不全治療法の開発

筋力トレーニングは骨格筋量の維持に有用であり,心不全の進行予防にも効果があると報告されているが,その有用性の機序は不明である.近年,細胞からエクソソームに包まれ分泌されるマイクロRNA (miRNA)が隣接する細胞に作用し,心血管疾患を制御することが報告されている.骨格筋肥大に伴いエクソソームの分泌は増減するのか?内包されるmiRNAは変化するのか?それらは遠隔臓器で作用を発揮するのか?という点は全く不明である.本研究では,骨格筋肥大に伴い分泌されるmiRNA"マイオmiRNA"を同定し,標的臓器である心臓における機能解析を行い,マイオmiRNAによる新規心不全治療法の開発を目指す.筋力トレーニングは骨格筋量の維持に有用であり,心不全の進行予防にも効果があると報告されているが,その有用性の機序は不明である.近年,細胞からエクソソームに包まれ分泌されるマイクロRNA (miRNA)が隣接する細胞に作用し,心血管疾患を制御することが報告されている.骨格筋肥大に伴いエクソソームの分泌は増減するのか?内包されるmiRNAは変化するのか?それらは遠隔臓器で作用を発揮するのか?という点は全く不明である.本研究では,骨格筋肥大に伴い分泌されるmiRNA"マイオmiRNA"を同定し,標的臓器である心臓における機能解析を行い,マイオmiRNAによる新規心不全治療法の開発を目指す.
TRHノックアウトマウスとゲノムプロジェクトを用い単離した新規脳内ペプチドの解析

野生型マウスおよびTRHノックアウトマウス(TRHKO)の小脳よりmRNAを抽出し、subtractive hybridizationならびにcDNA microarray法を用いて、TRHKOで発現が低下している遺伝子群を同定した。その中から、活性ペプチドを分泌する候補の一つとしてmDP1というクローンを同定した。このmDP1は、75アミノ酸のペプチドで、18アミノ酸からなるシグナルペプチドに続く配列のなかには、アルギニン・アルギニン、リジン・リジンなどのプロホルモン切断部位のコンセンサス配列が認められ、それぞれ35および9アミノ酸のペプチドが切り出されることが予想された。そこで、今年度は、これら2種類ののペプチドに対して、家兎を免疫しポリクロナール抗体を作製し、ELISA系にて経時的にその抗体量を測定し、力価の高い抗体を得た。さらに、ノックアウトマウスの作製並びにプロモーター領域の解析のため、mDP1cDNAをプローブとしてmDP1遺伝子を含むBACクローンを得た。種々の制限酵素にて消化後、Southern解析を行い、mDP1遺伝子を含むフラグメントを同定し、マウスmDP1遺伝子を得た。その結果マウスmDP1遺伝子は、5個のエクソンからなり、全長約28kbの遺伝子であり、分泌ペプチドをコードする領域は第4並びに第5エクソンの一部でコードされていることが判明した。ESTあるいはゲノムプロジェクトの情報から、cDNAの全長を検索し、さらにその中からアミノ酸N端の蛋白選別シグナルを解析しsignal peptideを有する分泌蛋白を抽出した。さらに、その中からプロホルモン切断部位のコンセンサス配列が存在するもの、そして最後に、絶食にした野生型マウスにおいてその発現量に変化があるcDNAを抽出した。数百のTRH依存性クローンが得られ、その内約60%は既知遺伝子と高いホモロジーを示した。未知クローンの中から、上記のすべての条件を満たすcDNAのひとつとして75アミノ酸からなるMDP1が得られた。MDP1 mRNAは、野生型マウスの特に大脳皮質、小脳、視床下部で強く発現し、絶食処置により有意に減少した。その中から、活性ペプチドを分泌する侯補の一つとしてMDP1というクローンを同定した。このMDP1は、75アミノ酸のペプチドで、18アミノ酸からなるシグナルペプチドに続く配列のなかには、アルギニン・アルギニン、リジン・リジンなどのプロホルモン切断部位のコンセンサス配列が認められ、それぞれ35および9アミノ酸のペプチドが切り出されることが予想された。MDP1のmRNAの脳内分布を検討するため、野生型マウスの脳を、大脳皮質、小脳、'中脳、橋・延髄、線条体、海馬、視床下部、下垂体の8領域に分け、Northern解析を行った。摂食と関連が考えられる大脳、中脳、海馬、視床下部において最も強い発現が認められ、一方、下垂体での発現は極めて弱く、MDP1は、脳内で部位特異的に発現していることが判明した。さらに、野生型マウスに72時間の絶食処置した後の各脳内のMDPI mRNAレベルの変化を検討すると、大脳皮質・中脳・海馬などにおいては、MDP1の発現は80%前後まで減少したが、最も強い変化は視床下部に並びに小脳で認められ、小脳においてはほとんど消失していた。さらに興味あることに、肥満症のモデル動物であり、レプチン受容体の異常を持つdb/dbマウスの視床下部においても、その発現が有意に低下していることが判明した。したがって、このMDP1は、摂食行動に関与したペプチドを分泌することが予想される。その中から、活性ペプチドを分泌する候補の一つとしてMDP1というクローンを同定した。

このMDP1は、75アミノ酸のペプチドで、18アミノ酸からなるシグナルペプチドに続く配列のなかには、アルギニン・アルギニン、リジン・リジンなどのプロホルモン切断部位のコンセンサス配列が認められ、それぞれ35および9アミノ酸のペプチドが切り出されることが予想された。そこで、今年度は、これらのペプチドに対して、家兎を免疫しポリクロナール抗体を作製した。これらの抗体は、上記ペプチドに対して特異的に結合し、これらの抗体を用いて特異的なELISA系を確立した。さらに、ノックアウトマウスの作製並びにプロモーター領域の解析のため、MDP1cDNAをプローブとしてMDP1遺伝子を含むBACクローンを得た。種々の制限酵素にて消化後Southern解析を行い、MDP1遺伝子を含むフラグメントを同定し、マウスMDP1遺伝子の全構造遺伝子を得た。その結果マウスMDP1遺伝子は、5個のエクソンからなり、全長約28kbの遺伝子であり、分泌ペプチドをコードする領域は第4並びに第5エクソンの一部でコードされていることが判明した。
市場経済の持続的成長可能性に関する研究：データサイエンスによる挑戦

本年度の研究実績に関して、3冊の英文研究書、26篇の学術論文(内、査読付き学術論文が21篇、国際共同論文が13件)、および国際カンファレンスでの研究報告が8件であった。研究概要は以下の通りである。環境・エネルギー問題:(a)気候変動リスク管理に関する分析。(b)ガーナにおけるエネルギー支出に関する分析。(c)東アジアにおける気候変動の国際貿易に与える影響に関する分析。人口・農業・食料問題:(a)日本農業の技術効率性と過剰投入に関する地域別分析。(b)東アジアにおける経済成長と産業構造の変化に関する分析。途上国の貧困・格差問題:(a)開発途上国における金融包摂、海外送金、経済成長、及び貧困削減に関する分析。(b)インドにおける金融包摂と貧困削減に関する分析。金融リスク問題:(a)深層学習を用いた原油価格の予測に関する分析。(b)世界の金融機関を対象に、機械学習の手法を用いた信用リスク評価に関する分析。(c)機械学習を用いた通貨危機の予測に関する分析。持続可能性指数の提案:「population」「productivity」「parity」の3つの観点から、新たな持続可能性指数を提案し、シンガポールのケーススタディを行った。主たる研究内容は以下の通りである。人口・農業・食料問題:(a)年齢構成と経済の開放度に関する分析。(b)中国における畜産物生産の地域区分と技術効率性に関する分析。(c)市町村の人口と財政支出に関する計量的分析。(d)中国における農家規模と土地生産性の非線形関係に関する分析。途上国の貧困・格差問題:(a)開発途上国の金融発展と送金の貧困に及ぼす相互作用に関する分析。(b)ASEAN5か国を対象とした、エネルギー消費、人的資本、及びGDPの間の長期的関係に関する分析。金融リスク問題:(a)国際的なCDS市場に注目したCDS市場と国際金融危機との関係、CDS市場間の相互依存関係、及び、CDS市場と他の金融市場との依存関係等に関する分析。(b)ドイツとCEEC3か国の国際収益率に関する相互依存関係について分析。(c)日本企業を対象に機械学習の手法を用いた倒産可能性リスクに関する分析。研究面に関しては、環境・エネルギー問題、人口・農業・食料問題、途上国の貧困・格差問題、金融リスク問題等の各分野において、英文研究書の出版、国際学術雑専門誌への論文の出版及び投稿、国際カンファレンスでの研究報告等、順調に進んでいる。海外の研究者とのネットワークの構築に関しては、当初の予想以上に進んでおり、世界的に一定の評価を得ることのできるプロジェクトとなりつつある。1.研究代表者・研究分担者の間で、定期的にメンバーの会合を兼ねた研究会を開催し、各グループの研究の進捗状況をメンバー間で共有する。2.本研究成果を内外のカンファレンス等で報告し、研究者との交流を通じて最新の研究動向をの把握を行うと同時に、共同研究拡大の契機とする。3.本研究プロジェクトから得られた研究成果を国内外のカンファレンス等で積極的に研究報告を行う。また、そこで得られたコメントをもとに論文の修正を行い、その学術成果を海外の学術専門誌に投稿する。研究の進捗状況により、英文校正とソフトウエアの更新を延期することにしたため。
二次元原子膜－有機化合物複合材料による新機能スピンデバイスの開発

グラフェンと窒化ホウ素との超格子構造の高移動度デバイス作製に成功し、通常ゼロであるはずの非局所抵抗が、量子化抵抗のオーダーにまで達することを発見し,この結果がトポロジカルな原理に基づく量子バレー流の観測としてアメリカ科学振興協会誌Science Advancesに掲載された。このような超格子構造では、電子はバレーという量子力学的自由度を持ち、バレー流が電荷の流れを伴わずに発生することが予測されることから、第三のエレクトロニクスと言われるバレートロニクス、さらには量子光学的干渉素子やトポロジカルな超伝導量子情報素子など新しい量子エレクトロニクスへの展開が期待される重要な結果である。本研究の目的は有機材料をグラフェンをはじめとする二次元原子膜と複合させることで、有機物および二次元原子膜の各々が持たない特性を合わせることで、新しい機能を発現させ、二次元原子膜ー有機化合物複合材料による新機能スピンデバイスの開発を目指すものである。この研究の遂行には、清浄なグラフェンを作製することが必須となる。当該年度では、この実現のために、まず二次元原子膜同士を張り合わせることを可能にする、二次元原子膜転写装置の構築を行った。これにより、グラフェンと六方晶窒化ホウ素を張り合わせた試料において、250,000cm^2/Vsものキャリア移動度を達成し(シリコン基板上グラフェンでは1,00010,000cm^2/Vs程度)、さらに、過去に観測された10倍以上の巨大なバレーホール効果が生じることを発見した。バレーとは、グラフェンや二次元原子膜の特殊な六方格子結晶構造に起因し、スピンと似た性質を持つため擬スピンと呼ばれ、結晶の並進対称性が破れている場合に生じる。最近このバレーを利用したバレートロニクスを目指した研究が盛んになってきており、今回の結果は今まで小さいために観測が難しかったバレー流が、バリスティック伝導領域では非常に大きく観測されることを示したことで、今後のバレー流の理解に重要な結果であるといえる。また、この結果により、非常に伝導特性の高いグラフェンを得ることができたと言え、今後の有機材料との複合においてもその高い伝導特性を利用することができることが示された。今後はこの高いクオリティを持つグラフェンの磁気センサーとしての性質をまず調べ、さらに有機物と複合させ、そのスピンを利用した新しいスピンデバイスへの応用を目指す。現在までに、目標遂行に必須な高い伝導特性を持つグラフェンを実現するための、二次元原子膜転写装置の構築を行い、非常に高い伝導特性を実現した。この特性を調べている際に、ゼロ磁場中において非常に大きな非局所抵抗が観測された。これはスピンの非局所抵抗と同様の現象であるが、ゼロ磁場中のバレー分極に起因したバレーホール効果でることがわかった。今回観測されたバレーホール抵抗は、最近単層グラフェンで報告された値よりも10倍以上も大きく、通常の抵抗により隠されてしまっていたバレー流の直接観測に成功したといえる。当該年度では、グラフェンの積層構造作製による高い移動度の達成が主な目標であったが、それに加え、大きなバレーホール効果の観測にも成功し、これは将来のバレートロニクスに向けた、バレー流の解明に重要な結果である。本研究の目的は有機材料をグラフェンをはじめとする二次元原子膜と複合させることで、有機物および二次元原子膜の各々が持たない特性を合わせることで、新しい機能を発現させ、二次元原子膜ー有機化合物材料による新機能スピンデバイスの開発を目指すものである。この研究の遂行には、清浄なグラフェンを作製することが必須であり、マイクロメートルサイズのグラフェンと六方晶窒化ホウ素同士を高精度でかつ、結晶方位を揃えて張り合わせる装置の構築とその条件等を確立した。これによりバリスティック伝導をしめす高移動度を持つグラフェンの実現に成功した。グラフェンと六方晶窒化ホウ素の結晶方位を揃えることで、グラフェンの並進対称性を破り、これによって生じるベリー曲率に起因した、バレーホール効果の観測に成功した。最近このバレーを利用したバレートロニクスを目指す研究が盛んになってきており、今回の結果は、今まで小さいために観測が難しかったバレー流が、バリスティック伝導領域では非常に大きく観測されることを示したことで、今後のバレー流の理解に重要な結果であると言える。また、この結果により、非常に伝導特性の高いグラフェンを得ることができたと言え、今後の有機物材料との複合においてもその高い伝導特性を利用することができることが示された。今後はこの高いクオリティを持つグラフェンの磁気センサーとしての性質や、有機物との複合によるスピンデバイスへの応用を目指す。現在までに有機材料との複合によるスピンデバイス実現に重要な、二次元原子膜へテロ構造の実現による高移動度の達成に成功し、巨大なバレーホール効果を観測することに成功した。これは当初予想していなかった結果であり、現在研究が盛んになってきているバレートロニクス研究に重要である。このメカニズムはいまだ未解明な部分が多く、今年度はそのメカニズム解明のための多角的な測定および解析を行った。本研究の当初の目的は、有機分子とグラフェンとを融合し、電圧制御可能なスピンデバイスの開発であったが、グラフェンの移動度を向上させるために窒化ホウ素との超格子構造を作製し、その低温輸送特性を測定している過程で、本来ゼロであるはずの非局所抵抗が、量子化抵抗のオーダーにまで達することを発見し、この結果がトポロジカルな原理に基づく量子バレー流の観測としてScience Advancesに掲載される。今回、グラフェンと六方晶窒化ホウ素のシートを積層した超格子構造を作製し、そのグラフェン超格子構造に電気伝導を測定するための電極を取付けたグラフェン超格子デバイスを作製した。

作製したデバイスの電気伝導測定から、世界最高水準の高い移動度と,素子内を散乱されずに伝導するバリスティック伝導現象を確認し、さらに超格子構造を反映した量子ホール効果を観測した。得られた実験データから超格子の構造を解析し、グラフェンと六方晶窒化ホウ素の結晶方位は1度以下の角度で揃い、モアレ超格子構造を形成していることがわかった。このような超格子構造では,電子はバレーという自由度を持ち、バレー流が電荷の流れを伴わずに発生することが予測されている。我々は非局所測定法を用いて、バレー流の電気的検出を行い、量子バレー流の観測を示唆する量子化抵抗オーダーの巨大なシグナルとして検出することに世界で初めて成功した。これは、バレーという固体結晶内の電子が持つ量子力学的内部自由度を利用した量子光学的干渉素子やトポロジカルな超伝導量子情報素子など新しい量子エレクトロニクスへの展開が期待される重要な結果である。グラフェンと窒化ホウ素との超格子構造の高移動度デバイス作製に成功し、通常ゼロであるはずの非局所抵抗が、量子化抵抗のオーダーにまで達することを発見し,この結果がトポロジカルな原理に基づく量子バレー流の観測としてアメリカ科学振興協会誌Science Advancesに掲載された。このような超格子構造では、電子はバレーという量子力学的自由度を持ち、バレー流が電荷の流れを伴わずに発生することが予測されることから、第三のエレクトロニクスと言われるバレートロニクス、さらには量子光学的干渉素子やトポロジカルな超伝導量子情報素子など新しい量子エレクトロニクスへの展開が期待される重要な結果である。現在、グラフェンの磁気センサーとしての性質を調べる準備および、有機物とグラフェンを複合する準備を行っている。また、バレー流の研究もさらに進める予定である。現在バレー流の研究結果をまとめている。また、有機物をグラフェン上に均一に堆積させる条件を探索しており、この条件を確定することでグラフェンー有機物複合材料のスピンデバイスの実現を目指す。物性物理次年度使用額(B-A)が生じたのは翌年度分として二次元原子膜と複合させる有機物の購入等に当使用したいため。現在までにバレー流メカニズムの解明のための研究に注力しており、グラフェン磁気センサーの性能改善のために必要な回路部品を購入していないため。翌年度分として請求した助成金と合わせ、二次元原子膜と複合させる有機物を購入する。グラフェン磁気センサーの性能改善のために必要な回路部品の購入や、論文・学会発表に使用する。
連続傾斜機能圧電材料作製への電気泳動法の応用と材料強度特性

昨年度確立したPNN-PZT傾斜機能圧電材料の電気泳動堆積法(EPD)による成形条件プロセスに改良を加えて成形厚さを向上させることができた.この手法に基づいて成形,焼結した材料について,静的強度特性を調査した.材料は0.55PNN-0.45PZT(以下A材)と0.15PNN-0.85PZT(以下B材)の2種類でA材100%からA : B = 33 : 67までの6段階で混合濃度を変えた懸濁液を用いて成形した傾斜機能材,A材およびB材のEPD成形単層材および比較のための通常の加圧成形による各材料の試験片を用いた.自作の曲げ試験機を用い,スパン12 mm,クロスヘッドスピード0.5 mm/minの条件で3点曲げ試験を行った.通常の加圧成形による両材料の曲げ強度はA材,B材ともに約70 MPaであったがEPDによる材料の曲げ強度はこれよりそれぞれ60%および34%程度まで低下した.また傾斜機能材料における曲げ強度は材料単層材の強度よりもさらに強度が低下した.各試験片の破断応力をワイブルプロットすると,EPDによる材料の形状係数は加圧成形材のそれの1/2 1/3程度の値となり,EPDによる材料では強度のばらつきも大きくなることがわかった.破面観察の結果,EPD法による材料には多くの空隙が確認された.このプロセスでは加圧工程がないためで,これが強度低下の主たる原因である.さらにEPDによりB材の強度低下が著しくなったが,これはEPD法で整形したB材は焼結性が悪化していたためであった.この理由についてはまだ明らかではない.また,傾斜機能材料の破面には,懸濁液の濃度を変更して堆積させたときの境界が明瞭に確認された.この境界ではさらに多くの空隙が見られ,EPD法による傾斜機能材料の強度低下の原因となっていた.研究計画において,平成30年度以降では電気泳動法(EPD)により成形した傾斜機能圧電材料の静的および疲労強度特性評価,ならびにアクチュエータとしたときの寿命評価を行うものであった.今年度は研究で用いている2つのPNN-PZT系圧電材料のEPD単層材ならびにこれらを用いた傾斜機能材について3点曲げ試験を行い,静的強度特性を評価することができた.得られた結果から,本研究で使用しているEPD成形プロセスによる材料内には多くの欠陥を含むことがわかり,強度特性向上のプロセス改善の検討を要すると考えられる.しかしながら,基本的プロセス手法の確立とそれによる材料の強度特性の把握という点で,ほぼ順調に進展しているとした.前項で述べたようにPNN-PZT系圧電材料のEPD堆積条件を確立できたものの十分な強度特性を有する材料の作製には至っていない.そこで最終年度としてはその強度向上のためのEPDプロセス手法改良の検討を行う.さらにこの改良プロセスにより成形した材料の疲労特性についても調査し,本材料を実用に供する上で重要となる寿命評価を行い,研究をまとめる予定である.電気泳動堆積法により傾斜機能圧電セラミックスを作製するため,特性の異なる圧電セラミックスの混合割合を変化させながら基板上に堆積させる.このプロセスに用いる2種類の圧電材料としてPNN-PZT(ニオブ酸ニッケル酸鉛ーチタン酸ジルコン酸鉛)系リラクサー型強誘電体セラミックスを選定した.すなわち0.55PNN-0.45PZTの組成で比較的圧電定数の大きいA材および0.7PNN-0.3PZTのB材である.両材料のXRD回折を行った結果,A材,B材ともにペロブスカイト型の回折プロファイルを示すが,B材ではこれに加えNb2Pb2O7のパイロクロアピークが出現することが分かった.電気泳動堆積プロセスにおける最適条件の探索を行った.圧電セラミックス粉をエタノール,アセトンおよびアセチルアセトンの3種類の溶媒中に分散させ,これら溶液中に電極となる銅基板を2枚浸漬させて両電極間に電圧をかけてセラミックス粉を堆積させる.この時ヨウ素を添加することでセラミックス粉の分散性が変化し堆積量もこれに依存することになる.各種条件を変えて堆積量測定を行い,溶媒をエタノールとしてこれに適当な量のヨウ素を添加する最適な電気泳動条件を見出すことができた.この条件を用いて50mlのエタノールに2.5gのA材を分散させた懸濁液から出発し,200V,10分の電圧印可によりセラミックス粉を堆積させた後,同条件のB材を分散させた懸濁液と10mlずつ入れ替えながら同操作を4回繰り返す方法でA材,B材の混合比を徐々に変えた圧電体膜の堆積を行うことに成功した.また,堆積後の材料を焼結し,約1.5mm厚さの傾斜機能圧電セラミック焼結体を得た.A材,B材の混合比が板厚方向で変化することをXRD回折により確認することができた.また分極処理したこのサンプルをモノモルフアクチュエータとして駆動させることに成功した.本研究の年次計画における今年度の目標はほぼ達成された.すなわち電気泳動法による傾斜機能圧電体成形プロセス条件の確立,実際の傾斜機能材料の作製および分極処理後の逆圧電効果とアクチュエータとしての動作確認である.現在での問題点としては,材料中に微小空洞が存在すること,焼成時のひずみが大きくなることなどが挙げられる.前者は通常の加圧成形でないため緻密性に劣ることと,プロセス途中での溶液攪袢によることが原因と考えている.

後者については今後,定量的測定も含め検討を要すると思われる.昨年度確立したPNN-PZT傾斜機能圧電材料の電気泳動堆積法(EPD)による成形条件プロセスに改良を加えて成形厚さを向上させることができた.この手法に基づいて成形,焼結した材料について,静的強度特性を調査した.材料は0.55PNN-0.45PZT(以下A材)と0.15PNN-0.85PZT(以下B材)の2種類でA材100%からA : B = 33 : 67までの6段階で混合濃度を変えた懸濁液を用いて成形した傾斜機能材,A材およびB材のEPD成形単層材および比較のための通常の加圧成形による各材料の試験片を用いた.自作の曲げ試験機を用い,スパン12 mm,クロスヘッドスピード0.5 mm/minの条件で3点曲げ試験を行った.通常の加圧成形による両材料の曲げ強度はA材,B材ともに約70 MPaであったがEPDによる材料の曲げ強度はこれよりそれぞれ60%および34%程度まで低下した.また傾斜機能材料における曲げ強度は材料単層材の強度よりもさらに強度が低下した.各試験片の破断応力をワイブルプロットすると,EPDによる材料の形状係数は加圧成形材のそれの1/2 1/3程度の値となり,EPDによる材料では強度のばらつきも大きくなることがわかった.破面観察の結果,EPD法による材料には多くの空隙が確認された.このプロセスでは加圧工程がないためで,これが強度低下の主たる原因である.さらにEPDによりB材の強度低下が著しくなったが,これはEPD法で整形したB材は焼結性が悪化していたためであった.この理由についてはまだ明らかではない.また,傾斜機能材料の破面には,懸濁液の濃度を変更して堆積させたときの境界が明瞭に確認された.この境界ではさらに多くの空隙が見られ,EPD法による傾斜機能材料の強度低下の原因となっていた.研究計画において,平成30年度以降では電気泳動法(EPD)により成形した傾斜機能圧電材料の静的および疲労強度特性評価,ならびにアクチュエータとしたときの寿命評価を行うものであった.今年度は研究で用いている2つのPNN-PZT系圧電材料のEPD単層材ならびにこれらを用いた傾斜機能材について3点曲げ試験を行い,静的強度特性を評価することができた.得られた結果から,本研究で使用しているEPD成形プロセスによる材料内には多くの欠陥を含むことがわかり,強度特性向上のプロセス改善の検討を要すると考えられる.しかしながら,基本的プロセス手法の確立とそれによる材料の強度特性の把握という点で,ほぼ順調に進展しているとした.前項で述べた問題点の検討,解決をはかりつつ,傾斜機能圧電セラミックスの静的強度特性評価ならびに繰返し駆動に対する圧電特性ならびに機械的特性の劣化挙動等を明らかにしていく.具体的には,20×5 mm程度の矩形状焼結体サンプルを作製し,自作の3点曲げ試験機を用いて静的曲げ強度を調査する.強度に及ぼす傾斜機能パターンおよび分極条件の影響を明らかにする.次にインデンテーション法およびSEPB法を用いて焼結体の破壊じん性値を調査する.EPD成形により材料に強度異方性が生じることが明らかとなっているが,この異方性に及ぼすEPD条件の影響を明らかにする計画である.前項で述べたようにPNN-PZT系圧電材料のEPD堆積条件を確立できたものの十分な強度特性を有する材料の作製には至っていない.そこで最終年度としてはその強度向上のためのEPDプロセス手法改良の検討を行う.さらにこの改良プロセスにより成形した材料の疲労特性についても調査し,本材料を実用に供する上で重要となる寿命評価を行い,研究をまとめる予定である.
酵母のゲノムプロジェクトを基盤とした高等生物遺伝子機能解析システムの構築

1)出芽酵母全プロテインホスファターゼ遺伝子多重破壊株の作成と表現型解析ゲノムの全塩基配列決定により明らかになった出芽酵母の34種の全プロテインホスファターゼ遺伝子の増殖や細胞生理における役割を明らかにするため、PCRによる効率的な遺伝子破壊法、および遺伝子破壊の効率のよい確認法を確立し、実際に単独遺伝子の破壊を開始した。2)クロマチン構造に関与する遺伝子の破壊株における出芽酵母第6番染色体上全遺伝子の転写解析クロマチン高次構造に関与すると考えられる遺伝子の破壊株と野生株における第6番染色体上の126個の全ての遺伝子の網羅的な転写比較解析を行うため、SIR1、SIN4、ヒストンH1遺伝子について、PCR法により遺伝子破壊株を作成した。それぞれの遺伝子の破壊変異株と野生型株から全RNAを調製し、ノザーン解析に供するフィルターの作成を開始した。3)出芽染色体の分断と融合法の確立と動・植物由来染色体操作への展開DNAを制限酵素や連結酵素などで切断、連結するがごとく、ゲノム(染色体)を自在に、しかも効率よく分断、融合するテクノロジーの確立を目的として、出芽酵母一倍体細胞における染色体の分断法、融合法を開発した。実際にこの方法を用いて、16本の染色体を持つ出芽酵母一倍体細胞において次々といくつかの染色体を分断し、17本21本の染色体を持つ今までに無い細胞を創製することができた。また、染色体の融合法については、醤油酵母Zygosaccharomyces rouxii由来のプラスミドpSR1の部位特異的組換え系を利用する方法を開発した。この方法によって15本の染色体を持つ出芽酵母一倍体細胞を初めて構築できた。
動作中の下肢アライメント評価に基づく動作異常の検出

本研究では,歩行動作中の下肢アライメントおよび下肢機能軸の動的な変化を評価する動作解析方法を確立し,その方法を用いた動作異常の検討を目的とした.平成28年度では,下肢機能軸の評価方法としてポイントクラスター法を基にした臨床歩行分析研究会の股関節中心推定法による健常者の下肢機能軸の動的変化を検討し,下肢機能軸の脛骨関節平面通過点の軌跡により膝関節アライメントを評価可能であることを明らかにした.平成29年度では,この下肢機能軸と膝アライメント評価で用いられる大腿脛骨角度の指標の相関を評価し,有意な相関があることを明らかにした.さらに,平成29年度から平成30年度にかけて,膝関節症患者の歩行動作における下肢機能軸の膝関節面通過点を評価し,健常者に比べて全体的に内側にシフトしており,荷重応答期においては内側後方へ移動する異常変位も確認できた.このことから本研究で提案した下肢機能軸による膝アライメント評価により,実際に膝関節疾患患者の動作異常を検出することが可能であることを明らかにした.また,3次元動作解析システムだけでなく,正面から撮影したビデオ画像においても下肢機能軸の評価が可能であり,歩行中の膝関節前額面アライメントを評価できることを明らかにした.平成30年度においては,膝関節にかかる負荷である膝関節内反モーメントと下肢機能軸の左右位置の相関を検討し,相関が高くないことを明らかにした.それにより膝関節に実際にかかる負荷はアライメントだけでなく作用する力も考慮しなければいけないことが示唆された.さらに,この下肢機能軸による膝アライメント評価を視覚化するために,OpenGLを用いた描画ソフトを作成した.これにより算出された下肢機能軸と関節セグメントや関節中心などを画面上に表示することができ,わかりずらかった位置関係アライメントを視覚的に比較,評価することが可能となった.本研究では,歩行動作中の下肢アライメントおよび下肢荷重線の動的な変化を評価する動作解析方法を確立し,その方法を用いた動作異常の検討を目的とする.そのためにポイントクラスター法を基にして臨床歩行分析研究会の推定方法により股関節中心を推定する方法を用いた歩行解析を行い,下肢荷重線の動的変化を検討した.本方法により健常者5名の歩行時の下肢荷重線の脛骨関節面通過点を検討したところ,初期接地から踵離地までは膝関節内側に位置する傾向がみられ,初期接地から反対脚のつま先離地までで後方に移動し,前方に一度戻った後,つま先離地にかけて後方に移動する傾向がみられた.この下肢荷重線の動的変化は,K. Nishinoらの研究報告における健常者のデータと一致していたことから,本実験で得られた結果は妥当であると考えられた.また,立位および初期接地での脛骨関節平面通過点が内側と外側に位置していた被験者が存在した.それぞれの被験者の立位の状態の脛骨関節平面通過点が歩行時の初期接地関節面通過点と同一であることから,立位時の膝関節アライメントが,歩行時のアライメントにも影響していることが示唆された.被験者の動作中の膝関節アライメントは,本研究で用いた方法により3次元的に解析でき,運動中の膝関節アライメントを評価できた.したがって,本方法により膝関節のスラスト現象などの膝OAの影響を解析することができる可能性があると考えられる.今後は,本方法で評価される膝関節の動的アライメントが実際の膝関節への負荷にどのように関連しているのか検討する必要があると考える.そのために,被験者数を増やし健常者における下肢動的アライメントの変化を詳細に検討すると共に,立位だけでなく歩行時の各フェーズでのアライメントの検討および歩行中の膝関節における関節モーメントと床反力および動的アライメントのそれぞれの関連を検討する予定である.整形外科分野の臨床診断やリハビリテーションでは,医師や理学療法士による主観的な動作観察に基づく診断もしくは異常動作の把握が大きな役割を担っている.異常動作を定量化する場合,光学式の皮膚マーカを用いた動作解析が広く行われているが,現在の動作解析システムでは,マーカの移動軌跡を追跡するものであり,関節の運動特性においては詳細に解析されているものの,運動中の動的な下肢のアライメント変化や下肢荷重線など生体力学的な解析はあまり進んでいない.そこで本研究では,歩行動作を対象として運動中においても下肢アライメント変化や下肢荷重線などが動的に解析できる動作解析方法を確立し,その方法により健常者および下肢疾患患者の動的な下肢機能評価を行うことにより動作異常が検出できるかを実験的に検討する.平成28年度では,ポイントクラスター法を基にして臨床歩行分析研究会の推定方法により股関節中心を推定する方法を用いた歩行解析を行い,下肢荷重線の動的変化を検討した.その結果,健常者5名の歩行時の下肢荷重線の脛骨関節面通過点は,初期接地から踵離地までは膝関節内側に位置する傾向がみられ,初期接地から反対脚のつま先離地までで後方に移動し,前方に一度戻った後,つま先離地にかけて後方に移動する傾向がみられた.得られた健常者の下肢荷重線の動的変化は,K. Nishinoらの研究報告における健常者のデータと一致していたことから,本実験で得られた結果は妥当であると考えられた.被験者の動作中の膝関節アライメントは,本研究で用いた方法により3次元的に解析でき,運動中の膝関節アライメントを評価できた.

したがって,本方法により膝関節のスラスト現象などの膝OAの影響を解析することができる可能性があると考えられた.以上の進行度は,研究計画通りに進んでおり,おおむね順調に進んでいると判断する.本研究では,前年度に検討した歩行中における動的下肢荷重線の算出方法を用いて,健常者の歩行解析を行い歩行動作中の下肢アライメントおよび下肢荷重線を算出し,そのデータの歩行中の動的変化とそれぞれの相関性を評価することにより,本方法が膝アライメントの動的評価を行えることの検証を行った.健常者9名における歩行解析から下肢アライメントの指標である前額面における大腿脛骨角度FTAと下肢荷重線と膝関節中心の垂直距離を求め,それぞれの値と下肢荷重線の膝関節面通過位置の内外側位置との相関を検討した.その結果,立脚期における初期接触から荷重応答期にかけての範囲では,スピアマンの順位相関係数においてFTAと下肢荷重線の内外側位置,膝関節中心距離と下肢荷重線の内外側位置にはいずれも有意な負の強い相関が認められた.下肢疾患患者においては,この初期接触から荷重応答期の範囲で異常動作が認められることが知られている.本年度の結果により,本方法でこの範囲の膝関節アライメントを評価することができると思われるため,動作異常による膝アライメント変化を捉えることができると考えられた.さらに,現在,実際に下肢疾患患者の動作異常を検討するため,病院の検査で行われている下肢疾患患者の歩行解析において本方法で患者の下肢荷重線を評価してもらっている.また,下肢荷重線の解析において,本方法における各関節中心座標と下肢荷重線の膝関節面通過点の算出プログラムを作成した.このプログラムを用いることにより病院においても3次元動作解析システムのデータから簡単に下肢荷重線の解析を行うことができるようになると思われる.このプログラムについても協力いただいている病院にて現在使用していただき,評価をしているところである.整形外科分野の臨床診断やリハビリテーションでは,医師や理学療法士による主観的な動作観察に基づく診断もしくは異常動作の把握が大きな役割を担っている.異常動作を定量化する場合,光学式の皮膚マーカを用いた動作解析が広く行われているが,現在の動作解析システムでは,マーカの移動軌跡を追跡するものであり,関節の運動特性においては詳細に解析されているものの,運動中の動的な下肢のアライメント変化や下肢荷重線など生体力学的な解析はあまり進んでいない.そこで本研究では,歩行動作を対象として運動中においても下肢アライメント変化や下肢荷重線などが動的に解析できる動作解析方法を確立し,その方法により健常者および下肢疾患患者の動的な下肢機能評価を行うことにより動作異常が検出できるかを実験的に検討することを目的としている.平成28年度はポイントクラスター法を基にして臨床歩行分析研究会の推定方法により股関節中心を推定する方法を用いて下肢荷重線による膝アライメントの動的評価方法を確立した.平成29年度はこの動的下肢荷重線の算出方法を用いて,健常者の歩行解析を行い歩行動作中の下肢アライメントおよび下肢荷重線を算出し,そのデータの歩行中の動的変化とそれぞれの相関性を評価することにより,本方法で膝アライメントの動的評価が可能かの検証を行った.その結果,初期接触から荷重応答期の範囲で膝関節アライメントを評価することができ,動作異常による膝アライメント変化を捉えることができると考えられた.また,下肢荷重線の解析において,本方法における各関節中心座標と下肢荷重線の膝関節面通過点の算出プログラムを作成した.
可解格子模型の無限次元対称性と有限サイズ量子多体系における様々な物理的応用

可解格子模型に内在する無限次元対称性を応用して、有限サイズ可解量子多体系の様々な物理的性質を解明した。例えば、量子XXZ鎖においてqが1の冪根のとき、sl(2)ループ代数という無限次元リー環が出現する。これを用いて超可積分カイラル・ポッツ模型の固有状態空間を特徴づけ、固有ベクトルを導く新しい方法を示した。アファイン量子群の非対称なR行列を用いて、非常に大きいが有限長の可解高次スピン量子XXZ鎖における相関関数の多重積分表示を厳密に導いた。(1)超可積分カイラル・ポッツ模型の固有状態空間の構築とs1(2)ループ代数の対称性可積分カイラル・ポッツ模型(SCP模型)は2次元イジング模型を拡張する多状態可解格子模型である。その転送行列は、特に超可積分な場合、高次スピン量子XXZ鎖のL行列とq変数が1の冪根のとき交換する。この事実に基づいて、qが1の冪根のとき、高次スピン量子XXZ鎖の固有ベクトルがSCP模型のイジング的固有値に対応する固有空間を生成することを明らかにした。さらにSzがNの倍数のセクターにおいて、高次スピン量子XXZ鎖のL行はs1(2)ループ代数の対称性をもつことを証明し、ループ代数による縮退空間がイジング的固有値に対応する固有空間であることを示した。(2)可積分な高次スピン量子XXZ鎖の形状因子と相関関数の多重積分表示リヨングループの量子XXZ鎖の相関関数の方法を発展させ、可解な高次スピンXXZ鎖の量子逆散乱問題を解き、6頂点模型の合成模型に対するベーテ固有状態のスカラー積の公式を導いた。そして可積分な高次スピンXXZ鎖の形状因子の公式を導き、相関関数(EFP)の多重積分表示を一般スピンに対して求めた。(T.D. and C. Matsui, Nucl. Phys. B 814[FS](2009))(3)1次元相関電子系の密度行列繰り込み群の解析と可解模型開いた1次元ハバード鎖において境界格子点における束縛状態の解を求め、これと原研の奥村雅彦氏による密度行列繰り込み群の密度分布のデータとを比較した。(研究成果は未発表。)(1)可積分な高次スピン量子XXZ鎖の任意の相関関数の多重積分表示の導出可解な高次スピンXXZ鎖の量子逆散乱法を定式化し、そのベーテ固有状態の間のスカラー積の公式を経由して、可積分な高次スピンXXZ鎖の形状因子の表式を解析的に導いた。基底状態からの励起エネルギースペクトルが連続的な領域において、高次スピンの任意の演算子積に対する相関関数の多重積分表示を厳密に求めた。スピン1の場合に一点関数に関して多重積分を実行して、その期待値を解析的表現を求めた。(2)様々な物理的応用例I:PT対称性な物理系の厳密解非エルミートな量子ハミルトニアンであっても、PT対称性であればその固有値は全て実数であることが知られている。横磁場イジング模型を拡張して、PT対称な厳密解の様々な実例を導いた。非エルミート系のノルムをきちんと求めたことがポイントである。また、この成果は数年前に学振の外国人PDとして受け入れたP.K.Ghosh氏との共同研究に基づく。(3)様々な物理的応用例II:トーラスに閉じ込められた冷却原子系の厳密解トーラス中に閉じ込められた回転する冷却原子系に相互作用がある場合、理論模型はデルタ関数型ボース気体で与えられる。与えられた角運動を持つ固有状態のうちで最低エネルギーのものをベーテ仮設法を用いて求める方法を与えた。さらに、回転系の励起スペクトルを、dressed energyを用いて厳密に解析した。共形場理論との対応を議論した。この結果は、相関関数の計算に応用される。1.可解な高次スピン量子XXZ鎖のギャップレス領域の相関関数の数値評価スピン1のXXZ鎖の1点関数に対してその多重積分表示を導き、積分を解析的に計算して1点関数の解析的表式を得た。一方、スピン1のXXZハミルトニアンを数値的に対角化して基底状態固有ベクトルを求め、これを用いてスピン1の一点関数を数値的に求めた。両者を比較したところ、良い一致をみた。この結果は相関関数の多重積分表示の結果を裏付ける。2.可解な高次スピン量子XXZ鎖のギャップ領域における相関関数の多重積分表示の導出ギャップ領域において、可解な高次スピン量子XXZ鎖の相関関数の多重積分表示を厳密に導出した。基底状態を与えるストリング解を数値的に求めた。多重積分表示は楕円関数で表された。3.アファイン量子群から導かれる様々な可解模型のR行列の導出および形状因子公式可積分高次スピン量子XXZ鎖やqの1の冪根表現に対応する色つき模型など、アファイン量子群から導かれる可解模型のR行列を明示的に表すを与えた。

さらにその模型の形状因子を、代数的ベーテ仮設法を用いて厳密に計算する方法を定式化した。4.トーラスに閉じ込められた回転する冷却原子気体のYrast励起スペクトルの厳密な導出トーラスに閉じ込められた冷却原子系を表す理論模型として、デルタ関数型の相互作用をするボース気体を考え、角運動量一定の状況での励起状態のスペクトルを研究した。与えられた角運動量を持つ最低エネルギーの固有状態をYrast状態とよび、与えられた角運動量を持つ励起状態をYrast励起状態と呼ぶ。有限サイズ効果の方法を適用して、Yrast励起状態を厳密に求めた。
骨粗鬆症の予防に関する研究-魚骨の有効利用について-

近年、日本では、骨粗鬆症の原因ともなるカルシウムの摂取量の不足が問題となっている。日本人は、昔から魚を多く摂取しており、骨ごと食べられる小魚は、重要なカルシウム供給源の一つといえる。そこで本研究では、魚の骨を有効利用するための基礎的な研究として、魚の骨を水の中で加熱したときの物性および成分の変化について調べようとした。試料は、新鮮なマアジの脊椎骨を用いた。骨に付着している肉や神経を除去したのち、マアジの骨を、水の中で数時間加熱した。レオメーターを用いてマアジの骨の破断強度を測定した。マアジの骨および魚骨成分の煮汁中への溶出は、粗タンパク質をケルダール法により、カルシウムなどの無機成分を高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定した。マアジの骨の厚さの80%まで圧縮するのに要する最大荷重は、30分間で急激に低下し、その後も加熱時間が長くなるにつれて徐々に低下した。魚骨の重量は、30分間の加熱によって低下し、その後も加熱時間180分まで徐々に減少した。魚骨の水分は、加熱時間が長くなるにつれて僅かずつ増加した。加熱時間が長くなるとともに、マアジの骨のタンパク質は減少し、加熱液中のタンパク質は増加した。マアジの骨は、加熱時間が長くなるとともに軟化していたが、骨のカルシウムの大部分は、骨に残っていた。これらのことから、マアジの骨が水中加熱されることにより軟化したのは、マアジの骨のタンパク質の一部が加熱液中に溶出し、マアジの骨の構造が変化したことによるのではないかと考えられる。現在は、高齢化が進行しており、骨折や骨粗鬆症など骨の脆弱化による疾病が多発し、骨粗鬆症のリスクフアクターのひとつとして、カルシウムの摂取量不足が問題視されている。そこで、カルシウム源として、昔から日本人が食用としている魚骨に注目し、魚骨からカルシウムを摂取することを考慮した。魚骨を食用する料理法としては、古くから甘露煮や鯉こくなどが知られている。これらは長時間加熱することにより魚骨が軟化し、骨ごと食べられるようになる。そこで魚骨の軟化機構を探るために本研究を実施した。実験はマアジを使用し、基礎的実験として魚肉、調味料を使用せず魚骨のみを取り出し、魚骨の物性と成分の変化を検討した。1.魚骨を30180分間常圧で水中加熱した。(1)魚骨の重量、水分、椎体の厚さを測定し、加熱時間によるこれらの変化を検討した。(2)クリープメータを用いて破断強度解析を行い、魚骨の部位および加熱時間による最大荷重、全咀嚼エネルギーを測定した。(3)魚骨および煮汁の無機成分をICP発光分析器により測定した。2.魚骨を520分間加圧で水中加熱し、1.と同様の実験を行い、比較検討した。3.魚骨を常圧、加圧で水中加熱することによる魚骨の構造変化を現在検討中である。4.本実験は、上記の通り行つた。その結果については、一部報告済みであり、現在解析中の結果については、各関連学会で報告予定である。近年、高齢社会を迎え骨粗鬆症の原因ともなるカルシウムの摂取量不足が問題となっている。さらに食生活の簡便化に伴って、リン酸化合物が添加された加工食品の摂取量が増加しており、腸からのカルシウム吸収を阻害するといわれるリンの過剰摂取がカルシウム摂取量不足に拍車をかけている。日本人は、古くから魚を多く摂取しており、魚骨は多量のカルシウムを含んでいるが、大部分が廃棄され現状では食生活に有効利用されているとはいえない。魚骨を有効利用するためには骨を軟化・脆弱化させることが必要であり、その機構を知ることが重要であると考える。

そこで本研究では、魚骨を有効利用するための基礎的研究として、魚骨を加熱および酢酸処理したときの物性および成分の変化について検討した。1.マアジの骨を所定の時間、常圧で水中加熱した。(1)魚骨の重量、水分、椎体の厚さを測定し、加熱時間によるこれらの変化を検討した。(2)窒素自動分析装置を用いて魚骨および煮汁の粗タンパク質を測定した。(3)クリープメータを用いて魚骨の最大荷重、全咀嚼エネルギーを測定した。(4)ICP発光分析器により魚骨および煮汁の無機成分を測定した。2.マアジの骨を所定の時間、圧力をかけて水中加熱し、1.と同様の実験を行った。3.マアジの骨を所定の時間、酢酸処理し、1.同様の実験を行い現在解析中である。4.マアジの骨を水中加熱および酢酸処理することによる魚骨の構造変化を現在検討中である。本実験は、上記の通り行った。その結果については一部報告済みであり、現在解析中の結果については、各関連学会に投稿準備中である。