hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
準周期性と電子相関の協奏によって形成される新しい量子状態の研究

研究実施計画と対応付けながら成果を説明する。(1)Au-Al-Yb系準結晶で見出された量子臨界現象の起源として価数の量子臨界性が考えられている。この仮説を実証するため、近似結晶の価数と量子臨界性の相関を調べる。⇒本計画に対し、共鳴X線発光分光実験を行った。近似結晶の格子定数とYbイオンの平均価数の相関を調べた結果、「臨界格子定数(量子臨界性を示す高圧下におけるAu-Al-Yb近似結晶の格子定数)」のところで、価数が異常を示すことを見出した。これは、価数の転移あるいはクロスオーバーが存在し、そこで量子臨界性が現れることを意味する。(2)スピングラス転移を示す近藤物質(Ag-In-Ce近似結晶)に対する加圧実験、あるいは元素置換実験(磁性元素のCeを非磁性元素のYで置換した系を合成し、その「化学圧」を利用)により、スピングラスの量子臨界現象の探索を行う。⇒圧力実験を行ったところ、期待とは逆に、加圧とともに転移温度が増大した。これにより、加圧実験では量子臨界性の議論ができないことが判明した。一方、元素置換により量子臨界点に到達できることが判明した。Ce元素濃度依存性を詳細に調べた結果、Ceの広い濃度組成において、単サイト的な磁気揺らぎが存在することを見出した。(3)Zn-Sc系準結晶・近似結晶を用い、準結晶構造の完全性の度合いと、電気抵抗の量子的発散との相関を調べる。⇒十数ケルビン以上の温度域において、準結晶特有と思われる電気伝導道の温度依存性(べき乗則)が存在することを見出した。ただ、理想的な準結晶において電気伝導度が零になる(電気抵抗が発散する)かは今後の課題として残された。(4)Zn-Al-Mgより高い転移温度を有する超伝導準結晶の探索を試みたが、発見には至らなかった。(5)現在3編の論文を執筆中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。非通常型の量子臨界現象を示すAu-Al-Yb準結晶と同型の近似結晶を作成し、圧力下における交流磁化率を高い精度で測定した。その結果、近似結晶に静水圧を印加すると、低温における磁化率は増大し、2GPa程度の高圧下で発散的に増大する(つまり量子臨界現象を示す)ことを見出した。さらに圧力を増大させると、100mK程度の極低温で、磁化率にブロードなピークが現われることを発見した。これは反強磁性秩序あるいはスピングラスの出現によるものと考えられる。以上の結果を総合的に判断すると、2GPa程度に現れる異常は、高圧側で発現する磁気秩序の量子相転移を反映したものではなく、他の原因(おそらくは臨界的な価数揺らぎ)によるものと考えられる。一方、(近似結晶に対する)磁場の印加に対しては、僅かな磁場を加えただけで直ちにフェルミ液体状態に戻ることを見出した。この結果を詳細に解析することにより、いわゆるH/Tスケール則(Hは磁場、Tは温度)が成り立つ事を明らかにした。前者の圧力に対応する応答は、準結晶と質的に異なることから、ここに準周期性が顔を出している可能性が高い。これに対し、後者の磁場に対する応答は、準結晶と極めて類似している。従って、T/Hスケーリング則は、準周期性を反映したものではなく、価数揺らぎを反映したものと解釈される。他の系として、希土類を含まない3元系の準結晶および近似結晶を合成し、低温物性を計測した。その結果、近似結晶および準結晶のいずれも超伝導転移を示すことを見出した。面白いことに、近似結晶の組成が準結晶の組成に近づくにつれ転移温度が減少し、準結晶では大きく減少することを発見した。その起源として、準結晶で発現が期待される臨界状態の形成が考えられる。この可能性の妥当性については、今後の課題として残されている。近似結晶の量子臨界性に関する(上記の)成果は当初の予想通りである。また、超伝導に関する成果は、当初の計画以上のものである。一方、超伝導の起源(準結晶の超伝導転移温度が下がるだけでなく、近似結晶の組成を変えることによっても転移温度が急激に下がること)の解明や、新物質の探索は今後の課題として残されている。(1)強相関準結晶Au-Al-Ybに関連するCe系近似結晶Au-In-CeおよびAg-In-Ceが近藤状態にあることを(前年度において)物性測定やX線吸収実験から明らかにしたが、今年度は、Ag-In-Ce系近似結晶の示す転移温度(スピングラス転移温度)の圧力依存性を調べた。その結果、通常の結晶(重い電子系)とは逆に、1.6 GPaの高圧まで加圧とともに転移温度が増大することを見出した。(2)Zn-Sc系準結晶においてトンネル効果の予備実験を行った結果、準結晶特有のスパイキー状態密度に対応する可能性のある「異常スペクトル」を見出した。これが単なるノイズであるか本質的な現象であるかを早急に突き止める予定である。(3)Au-Al-Yb系準結晶の量子臨界性が圧力に対し不変であること及びT/Hスケーリングが高圧でも成り立つことが、試料に依存性しないことを確認した。さらに磁場効果を測定し、温度ー圧力ー磁場相図を作成した。

(4)Au-Al-Yb系準結晶の本質を抽出するために、Au-Al-Yb系近似結晶の高圧下かつ極低温における磁性を詳細に調べた。その結果、圧力誘起量子臨界現象の発現を確認するとともに、温度ー圧力ー磁場相図を作成した。さらに、その相図が準結晶のものと質的に異なることを見出した。(4)Mg-Al-Zn合金(近似結晶)が1K以下の低温で超伝導になることを昨年度確認していたが、本年度は、その準結晶もまた0.05Kという極低温において超伝導を示すことを見出した。これは、世界に先駆けて見出された成果である。最大の理由は、準結晶における超伝導を世界に先駆けて発見したためである。これまで準結晶は、超伝導をはじめ如何なる長距離秩序も示さないと考えられてきた。今回の発見は、準結晶における長距離秩序の存在を初めて見出したという意味でも重要な成果である。また、準結晶と近似結晶の相違点を見出すことが本研究課題の大きな目的であったが、これもほぼ達成された。さらに、準結晶特有の特性とされるスパイキー状態密度を見出した可能性があり、これも大きな進展である。以上の理由により、「当初の計画以上に進展している」と判断した。準結晶及び近似結晶に関し、以下の成果を得た。(1)量子臨界現象を示す準結晶と同型の準結晶・近似結晶を元素置換法により合成し、蔡型クラスター(原子集団)の大きさと価数との相関を調べた。その結果、価数とクラスターの大きさとの間に相関があること、臨界的なクラスターの大きさのところで価数が急激に変化すること、および、Au-Al-Yb準結晶・近似結晶がその臨界的大きさの近傍に位置することを見出した。(2)超伝導を示すYb系近似結晶に対し光電子分光実験を行った。その結果、蔡型クラスターを構成するYbイオンにおいて、2種類の価数が存在することを見出した。(3)これまで見出されてきた価数揺動準結晶・近似結晶は全てYbイオンを含んでいたが、Ceを含む近似結晶で初めての価数揺動(重い電子系)物質を発見した。この物質は、高温で局在磁性を示すとともに、低温では遍歴的となり、さらに極低温下でスピングラス転移を示す。このスピングラス転移温度は、圧力印加に対し単調に増加する一方、CeをYで置換することにより、単調に減少することを明らかにした。また、その量子臨界性を明らかにした。(4)準結晶は幾何学的構造においては長距離秩序を示すが、電子状態としての長距離秩序(強磁性や超伝導など)を示すことは無かった。(昨年度の)Zn-Al-Mg準結晶における超伝導(転移温度は50mK)の発見が(インパクトファクターの高い)学術誌に掲載された。(5)Zn-Sc系準結晶・近似結晶に対し低温輸送現象およびトンネル分光実験を行った。その結果、準結晶・近似結晶のいずれにおいても擬ギャップが存在することを見出したが、スパイキーな状態密度を見出すには至らなかった。また、測定温度領域で抵抗が発散的な増大を示す準結晶を見出したが、試料依存性が大きく、準結晶特有の物性であるかは、今後の課題として残された。準結晶では初めての超伝導の発見の(学術誌上での)発表は、新聞やwebニュース等でも取り上げられ、大きな話題となった。これは、準結晶研究において歴史的な成果と言えるものであり(2018年7月に米国で開催される国際会議において招待講演の予定)、当初の期待以上の成果である。また、所期の目標である「非通常型の量子臨界現象の起源の解明」に対しては、価数の重要性が明らかになりつつあり、研究は計画通りに進んでいる。
酸化物誘電体のバンド計算プログラムの作製と誘電物性のシミュレーション

近年、非経験量子化学計算による物性計算が可能となってきており、この手法によって材料を開発するための指針を与えられることが期待される。しかし、これらの手法で必要とする短縮Gauss基底関数は無機結晶では最適な基底関数が得られていない場合が多く、計算を困難にする一因となっている。本研究では、まず、Discrctc Variational Xα(DV-Xα)法により、クラスターの分子軌道計算を行い、得られた基底関数を基に最小二乗法によって短縮Gauss基底関数を求めた。次に、得られた基底関数を第一原理Hartree-Fockバンド計算のプログラムであるCrystal88を用いて、DV-Xα法で得られた基底関数の有用性について検討した。更に、結晶の全エネルギーを格子定数を変化させて計算する事で平衡格子定数と弾性定数を、Frozen phonon近似を用いる事で誘電率を計算した。計算はMgO,CaO,NaClとTiO_2について行った。MgOの基底関数としてはPisaniら^<1)>、NaClについてはGordonら^<2)>の関数を用いた。また、DV-Xα法を用いて(MgO_6)^<10->クラスター原子基底関数を計算した後、最小二乗法で求めた短縮Gauss関数を用いてMgOについての計算を行った。MgOの全エネルギーと単位格子体積の計算結果から、エネルギー最少の格子定数と体積弾性率はそれぞれ4.191Å、2.08×10^<11>Paであり、実測値の4.21Å、1.53×10^<11>Paと良い一致を示した。また、誘電率の計算値はは9.23となり、文献値9.77とよく一致している。NaClでは、格子定数、体積弾性率、誘電率はそれぞれ5.703Å.3.56×10^<10>Pa6.17となった(文献値:5.64Å,2.46×10^<10>Pa,5.62)。MgOの計算ではMgO結晶に最適化された基底関数を用いているのに対し、NaClでは分子の基底関数を用いているためにNaClでの計算値のずれが大きいと考えられる。DV-Xα法で計算した原子軌道関数を用いて得られたMgOの全エネルギーはPisaniらの基底関数を使った計算結果よりも0.06%(0.176eV/molecule)大きかった。上と同様の計算を行った結果は格子定数、体積弾性率、誘電率は4.197 2.25×10^<11>Pa,8.0であり、体積弾性率を大きめに見積もるものの、実測値と良い一致を示した。これらの結果から、第一原理バンド計算により、結晶構造、体積弾性率および誘電率を計算できた。また、DV-Xα法の基底関数は、第一近似としてこれら物性を計算することに応用できるが、より高い精度を必要とする場合には基底関数を精密化する必要であることが明らかになった。

上と同様の計算を行った結果は格子定数、体積弾性率、誘電率は4.197 2.25×10^<11>Pa,8.0であり、体積弾性率を大きめに見積もるものの、実測値と良い一致を示した。これらの結果から、第一原理バンド計算により、結晶構造、体積弾性率および誘電率を計算できた。また、DV-Xα法の基底関数は、第一近似としてこれら物性を計算することに応用できるが、より高い精度を必要とする場合には基底関数を精密化する必要であることが明らかになった。
会話エージェントを利用するｊoining-in-type型CALLの研究

第二言語学習者の文法や語彙の誤りを指摘して言語運用能力向上を図る音声対話型CALLシステムは、高精度の音声認識を実現するため、学習者の発話を厳しく制限している。本研究は自然な形での発話制限を実現するため、言語運用能力の低い参加者は運用能力の高い参加者の表現を借用する傾向があるという現象を利用し自然な形で発話制限を行う手法として、複数の会話エージェントと学習者とのストーリー性のある会話で、学習者が会話エージェント間の会話の発話表現を学び、その表現を借用するように誘導して、自然と制限された学習者の表現の的確な認識を実現し、発話表現の誤りの指摘を行う音声対話型CALLシステムの研究を目的とする。
中国の物流とエネルギー輸送システムの基礎的調査と今後の共同研究提案

近年、変貌・発達の著しい東南アジアのうち、特に中国と我が国との海上交通輸送が両国の経済事情に大きな影響を与えている。現在その海上交通輸送にはどのような船舶や港湾、航路が利用されているかについての基礎的調査を基に、今後、エネルギー効率化を実現するために必要な次世代交通システムを検討し、交通工学・国土計画上、効率的な設備を有する港湾の設置について実際の調査とシミュレーションにより考察した。そのため、中国における物流とエネルギーに関するデータ、特に貿易統計についての調査を行い、そのデータを元に高速フェリーや高速コンテナ船等の次世代交通システムを導入した場合、また、新しい港湾や航路、陸路を設定した場合などを解析できる海上物流シミュレーションシステムを開発した。さらに日中両国の専門家を集めての国際ワークショップ「日中環境・エネルギー・物流フォーラム」を平成17年11月28日、29日の2日間、東京大学で開催し、両国の環境・エネルギー・物流問題についての報告および意見交換を行い、重点課題の設定とその研究拠点形成について検討した(参加者:中国10名、日本90名)。これにより、中国を中心にしたアジア地域の発展を社会経済的に考察するための組織的基盤が形成され、このフォーラムで得られた課題に前述の海上物流シミュレーション等の手法を適用し、アジア地域のエネルギー輸送及び海上物流システムに提言できる体制が確立できた。
子宮頚部病変発生過程における、HPV感染と局所免疫応答との関連に関する研究

1.子宮頚部HPV感染の検索1)子宮頚部各種病変におけるHPV16型、18型E7領域の検出成績......過去数年間の実績のごとく異形成では50%前後、癌では90%以上に16型または18型E7領域が検出された。2)病変の経過観察とHPVの追跡検索......無治療で追跡している異形成のうち、HPV16型または18型検出例は、高率に病変の存続、進行がみられたのに対し、非検出例は自然に軽快または消失する例が多かった。2.宿主免疫能の検索1)子宮頚部病変における、HLAclassII抗原の、発現と、抗原提示細胞、浸潤T細胞の検討......病巣連続切片に対し、抗HLA-DR、抗S-100、抗CD45RO抗体を用いたABC法より検索した。HLA-DRは正常子宮頚部では発現しておらず、癌組織で約14%に発現していた。またCD45RO陽性細胞は、HLA-DR陽性部位で高度に浸潤していた。さら、にHLA-DR陽性例は、陰性例に比較し、有意に予後良好であった。2)子宮頚部病変における局所免疫応答と、HPV感染の検討......病巣部および上皮下に浸潤する各種白血球を、ABC法で検索した。HPVの検出は、ISHならびにPCRによって行なった。上皮内、上皮下に浸潤している白血球の多くはメモリーT細胞で、上皮下ではCD4が、上皮内ではCD8が優位であった。HPV検出例は非検出例に比較してNK細胞、樹状細胞、T細胞の浸潤が少なかった。3)まとめ......子宮頚部病変に対しては、T細胞を中心とした局所免疫応答が存在し、それは異形成の進行にしたがって増強していた。また、HPV検出例では局所免疫応答が減弱していることが予想された。3.今後の展望頚部病変の追跡検索過程での局所免疫応答の変化と、HPV感染との関連を明らかにし、さらには頚癌の長期予後との関連を、ひき続き検討したい。
気分障害・適応障害における反復経頭蓋磁気刺激法を応用した鑑別診断法の検討

本研究は、反復経頭蓋磁気刺激法(rTMS)に際する脳の反応性パターンに違いに基づき、気分障害(大うつ病性障害、双極性障害)、および適応障害の脳機能の特徴を明らかにし、鑑別診断への応用可能性を検討するものである。大うつ病性障害では、明らかな刺激中の反応を認めず、双極性障害では健常者と同様の変化を示し、適応障害でも健常者と同様の変化を示し、刺激時間として60秒間、120秒間の2設定の検討でも同様の反応を認めた。反復経頭蓋磁気刺激中の対側脳機能反応性は疾患特異的な反応を示していると考えられ,鑑別診断に利用できる可能性への示唆が得られた。本研究は、神経心理検査を利用せずに、前頭葉に対する反復経頭蓋磁気刺激法(rTMS)に際する脳の反応性パターンの違いに基づき、気分障害(大うつ病性障害、双極性障害)、および適応障害の脳機能の特徴を明らかにし、鑑別診断への応用の可能性を検討とするものである。初年度は、外来および入院中の患者を対象に、初回診察時に構造化面接により、大うつ病性障害、双極性障害、適応障害と診断された症例を対象とした。方法としては、8字コイルを装着したrTMS装置を用いて、刺激条件:刺激頻度1Hz,持続60秒間,刺激機器強度は100%RMT、前頭前野背外側相当部位とされる位置,にて刺激を行った際の、対側脳血液量変化に関して、NIRS装置を用いて、刺激前から、刺激後まで測定を行った。また、同一被験者において、従来からの鑑別診断補助の手法である、言語流暢性課題中の脳機能反応性も測定も行った。結果の概略としては少数での検討に留まったが、磁気刺激中の対側脳機能反応性については、これまでの検討と同様の反応を呈した。すなわち、大うつ病性障害では明らかな刺激中のoxy-Hb低下を認めず、双極性障害では健常者と同様の変化を、適応障害でも健常者と同様の変化を認めていた。また、言語流暢性課題中の脳機能反応性との関連を検討するため、被験者への測定を進めているところである。次年度は、被験者リクルートを進め、平行して再度の臨床的評価、刺激設定による反応性の相違の検討のため、刺激時間を60秒・120秒・180秒の三段階に設定した測定を行い、さらに同時に服薬薬剤との関連のチェックも行う。本研究は、前頭葉に対する反復経頭蓋磁気刺激法(rTMS)に際する脳の反応性パターンの違いに基づき、気分障害(大うつ病性障害、双極性障害)、および適応障害の脳機能の特徴を明らかにし、鑑別診断への応用可能性を検討するものである。初年度に被験者のリクルートの遅れがあったことから、引き続き外来および入院中の患者について被験者リクルートを進め、初回診察時の構造化面接での診断、気分障害(大うつ病性障害、双極性障害)、および適応障害と診断された症例を対象に、rTMS中のNIRS測定、臨床症状の評価を進めた。また初年度研究に参加した症例をフォローアップし、状態像変化時に再度臨床的評価を行った上で,rTMS中のNIRS測定を行い、服薬薬剤のチェックも行う計画とした。これにより,各疾患における状態像による反応の特徴を検討し、更に、各時点で臨床情報に基づく診断の見直しを行った。未だ少数例の検討ではあるものの、結果の概略としては、磁気刺激中の対側脳機能反応性についてはこれまでの検討と同様の反応を示していた。すなわち、大うつ病性障害では明らかな刺激中の反応を認めず、双極性障害では健常者と同様の変化を、適応障害でも健常者と同様の変化を示していた。次年度は、更なる被験者リクルートを進め、平行して刺激時間を60秒・120秒・180秒の三段階に設定した測定を行い、言語流暢性課題時の脳機能反応性との関連の検討、同時に服薬薬剤との関連の検討を進める。概ね順調に経過しているが、被験者のリクルートの遅れは生じている。本研究は群馬大学臨床試験委員会の承認を得た上で、対象者に詳細な説明を行い、書面での同意を得た上で行った。磁気刺激に関しては、WassermannらによるrTMSガイドライン、および日本臨床神経生理学会の声明を順守した。方法として、初回診察時に構造化面接(SCID)にて診断を行い、気分障害(大うつ病性障、双極性障害)、および適応障害と考えられる症例を患者対象群とし、1.rTMSを行い刺激中のおよび前後のNIRS測定、2.測定時に臨床症状の評価とした。刺激条件は、前検討に準じた設定とし、刺激時間は前検討で60秒間としていた結果を踏まえ、複数を設定した。rTMSによる脳機能変化の測定には多チャンネルNIRSシステムを利用し、rTMS刺激位置の対側で測定した。評価尺度としてハミルトンうつ病評価尺度HAM-D、ヤング躁病評価尺度YMRS、機能の全体的評価尺度GAFとの関連も検討した。外来および入院中の患者を対象としたが、介入研究であるため被検者リクルートが不十分になり、少数例の検討に留まった。結果の概略としては、磁気刺激中の対側脳機能反応性については、これまでの検討と同様の反応を示していた。

すなわち、大うつ病性障害では、明らかな刺激中の反応を認めず、双極性障害では健常者と同様の変化を示し、適応障害でも健常者と同様の変化を示していた。また、少数例で刺激時間として60秒間、120秒間の2設定を行うことが出来たが、上記同様の反応を認めていた。反応の大きさと症状評価尺度との関連は見出されなかった。言語流暢性課題時の賦活反応性の大きさとの比較も検討したが、有意な関連はなかった。本研究は、反復経頭蓋磁気刺激法(rTMS)に際する脳の反応性パターンに違いに基づき、気分障害(大うつ病性障害、双極性障害)、および適応障害の脳機能の特徴を明らかにし、鑑別診断への応用可能性を検討するものである。大うつ病性障害では、明らかな刺激中の反応を認めず、双極性障害では健常者と同様の変化を示し、適応障害でも健常者と同様の変化を示し、刺激時間として60秒間、120秒間の2設定の検討でも同様の反応を認めた。反復経頭蓋磁気刺激中の対側脳機能反応性は疾患特異的な反応を示していると考えられ,鑑別診断に利用できる可能性への示唆が得られた。おおむね順調に経過しているが、被験者のリクルートの遅れにより、現状では少数例の検討に留まっている。当院専門外来への参画や、他院への協力依頼により、被験者のリクルートをさらに進める。内科系臨床医学・精神神経科学当院専門外来への参画や、他院への協力依頼により、被験者のリクルートを更に進める。
DNAと蛋白質の結合解離過程における水の役割:シミュレーションによる解析

DNA-蛋白質の結合解離過程における水和状態の変化とその結合への影響を明らかにするために、実験から得られているDNA-蛋白質複合体の構造を初期構造として、DNA-蛋白質間の距離を少しずつ変えた分子動力学シミュレーションを実行し、水和状態(水の分布、滞在時間、拡散係数、水素結合ネットワークの様子など)を解析した。その結果、蛋白質がDNAに接近する際、DNAの周囲の水和水の密度分布はほとんど影響を受けないが、配向分布は影響を受けやすいことがわかった。また、昨年度までに行った以下の研究内容を論文にまとめた(投稿中)。様々な塩基配列のDNAについて計算を行い、それらのDNAのコンフォメーションと水和状態について系統的に調査し、塩基配列の違いによって生じるDNAコンフォメーションの違いが、DNAの水和状態の違いと関係していることを明らかにした。硬い配列の大部分は、高い1ブリッジ(斜め向いの塩基対を1個の水分子で橋渡し)形成率をもつ。1ブリッジの代わりに2ブリッジ(2個の水分子で橋渡し)形成率が高いものも少し存在する。柔らかい配列は、いずれのブリッジも形成しにくい。中間の柔らかさをもつ配列は、どちらのブリッジ形成率についても中間的な値をとる。さらに、DNAと水和水のダイナミクスについでの原子レベルでの観察から、このような相関が現われる様子を捉えた。DNAと水分子からなる系の分子動力学シミュレーションを行い、DNA周りの水の分布、滞在時間、拡散係数、水素結合ネットワークの様子を計算した。様々な塩基配列のDNAについて計算を行い、それらのDNAのコンフォメーションと水和状態について系統的に調査し、塩基配列の違いによって生じるDNAコンフォメーションの違いが、DNAの水和状態の違いと関係していることを明らかにすることができた。具体的には、以下のような関係があることがわかった。さらに、このような相関が現われる原因を調べるために、塩基の水素結合アクセプター原子の電荷を仮想的にゼロにした計算を行った。結果、ブリッジ形成がDNAの柔らかさを決定づけるというよりむしろ、DNAの柔らかさが水和パターンを決定づけていることが示唆された。また、実験により水和構造が明らかにされている一部の塩基配列に対しては、シミュレーション結果と実験結果の対応を確認することができた。
受動喫煙による肺免疫系への影響と肺癌発生の関係について

副流煙曝露により、肺胞マクロファージ(AM)が肺内に吸入された副流煙粒子を貪食し、過剰な活性酸素種を産生し、産生された活性酸素種によりAMのDNAの損傷が誘導され、オプソニンと細菌認識レセプターの減少を引き起こし、AMの貪食機能の低下が認められ、抗腫瘍性サイトカインのであるTNF-αのmRNAの発現低下も引き起こされたことから、受動喫煙によるAMの免疫機能の低下は、肺癌発生に密接に関係していることを証明した。受動喫煙による肺免疫系への影響と肺癌の発生について、タバコ副流煙を一定量、均一に受動喫煙出来る装置を作成し、マウスに一定期間、一定量を受動喫煙させ、肺胞マクロファージを採取後、受動喫煙による免疫機能への影響を検討した。副流煙曝露は、C57BL/6♀マウスに、1日、タバコ20本の副流煙を10日間、曝露した(STS群)。副流煙の粒子数は、7段階の粒子径ごとに、パーティクルカウンターを用いて測定した。副流煙曝露後、AMは気管支肺胞洗浄(Broncho Alveolar Lavage:BAL)により回収した。AMの細胞内部構造及び大きさと自動蛍光はFACSを用い測定した。DNA損傷はcomet assayを用い評価した。副流煙の水溶性抽出物(water soluble side-stream tobacco smoke:WSTS)は、副流煙を滅菌蒸留水にバブリングし、凍結乾燥し調製した。副流煙の粒子数は、粒子径0.1μmの粒子が最も多く、次いで粒子径0.2μmの粒子が多く含まれており、微粒子測定装置を併設してモニターすることにより総粒子数が一定量、受動喫煙できる条件を作成することが出来た。この一定の条件下での受動喫煙により、AMの細胞数は、NS群と比べて、STS群で有意な増加が認められた。AMのドットプロットは、NS群と比べて、STS群でSSC-HとFSC-H値の増加が認められ、自家蛍光強度の増強が認められた。AMのDNA損傷は、非処理群と比較して、2.5mg/ml以上のWSTS処理で確認され、5mg/ml WSTSで最も強く認められた。副流煙曝露はAMの細胞数を有意に増加させ、内部構造の複雑化、大型化し、自動蛍光の増強を誘導した。AMのDNA損傷はWSTS処理で確認された。以上の成績から、副流煙はAMの内部構造を変化させ、DNA損傷を誘導し、その損傷は副流煙の水溶性抽出物により生じた。受動喫煙による肺免疫系への影響と肺癌発生の関係は解明されておらず、肺の免疫系で重要な肺胞マクロファージについて研究することは大変意義がある。副流煙の暴露はタバコ20本分の副流煙を自動喫煙装置を用い一定量、均一にマウスの鼻部から曝露させた。曝露後、気管支肺胞洗浄により肺胞マクロファージ(AM)を回収した。AMの総細胞数は、副流煙により有意な増加が認められた。Dot Plots解析により、AMの大型化、細胞内部構造の複雑化が認められた。AMの細胞形態は大型化、細胞質内に空胞形成及び細胞表面の襞の収縮が認められた。AMのH_2O_2及びO_2産生は有意に増加した。AMのDNA損傷が認められ、副流煙水溶性抽出液処理でも濃度依存的に誘導された。AMの貪食活性は有意に低下した。AMのCD11b発現は有意な減少が認められたが、CD16発現に対しては有意な差が認められなかったことから、貪食活性の低下はCD11b発現低下によることが証明された。AMのTLR-2、TLR-4、CD14発現は有意な減少が認められた。AMのTNF-αmRNAの発現は有意な減少が認められたが、IL-1β及びTGF-βmRNAの発現には差は認めれなかった。以上の成績より、AMが副流煙曝露により肺内に吸入された煙粒子を貪食し、またその成分の刺激により過剰な活性酸素種を産生し、AMのDNAの損傷が誘導されることを証明した。その結果、AMのオプソニンレセプターと細菌認識レセプターの減少させ貪食機能の低下を誘導し、TNF-αのmRNAの発現低下も引き起こされることを証明した。これらの成績から、副流煙曝露により誘導されたAMの形態的変化及び免疫機能の低下は、細菌感染リスクの増大と肺癌の発症に密接に関係していることを証明した。副流煙の暴露は、タバコ20本分の副流煙を、自動喫煙装置を用い一定量、均一にマウスの鼻部から曝露させ副流煙曝露群とした。副流煙曝露後、気管支肺胞洗浄により肺胞マクロファージ(AM)を回収した。

AMの総細胞数は、副流煙により有意に増加し、AMの細胞胞体の大型化、細胞内部構造の複雑化、細胞質内に空胞形成及び細胞表面の襞の収縮が認められた。AMのH_2O_2及びO_2産生は、副流煙により有意に増加し、AMのDNA損傷は副流煙により誘導された。AMの貪食活性は、副流煙により有意に低下し、CD16よりもCD11bの発現低下によることが証明された。AMの細菌及び細菌由来物質認識レセプターであるTLR-2、TLR-4、CD14の発現は、副流煙により有意な減少が認められ、AMのTNF-αmRNAの発現は、副流煙により有意な減少が認められたが、IL-1β及びTGF-βmRNAの発現には影響を及ぼさなかった。肺組織所見では、細最気管支、終末細気管支粘膜上皮の増生と細最気管支、終末細気管支粘膜上皮細胞に8-OHdGの発現増強が認められた。以上の成績より、受動喫煙によりAMが肺内に吸入された副流煙粒子を貪食し、過剰な活性酸素種を産生し、その活性酸素によりAMのDNAの損傷が誘導され、抗腫瘍機能が低下したことと細気管支、終末細気管支粘膜上皮細胞への8-OHdGの発現増強が、受動喫煙による肺癌の発生に強く関係している可能性が示唆された。
乳児期における人見知りのメカニズム：行動―脳―遺伝子の多角的解析

乳児期の人見知り行動が、相手に近づきたい(接近行動)と怖いから離れたい(回避行動)が混在した状態、すなわち「葛藤」状態であることを発見し、さらに相手の「目」に敏感に反応することを明らかにした。さらに、自分と向き合った顔(正視顔)とよそ見をしている顔(逸視顔)の映像では、よそ見をしている顔を長く観察することが分かった。また、800名を対象に生後418ヵ月の間、縦断研究を行ったところ、人見知りの出現時期や強さに個人差が大きいことが分かった。この成果によって、これまで知られていた、学童期に見られる人見知りの原因とされる「接近と回避の葛藤」が、わずか1歳前の乳児でも見られることが初めて示された。本研究の目的は、生後618ヵ月の乳幼児にみられる人見知りのメカニズムを「行動ー脳ー遺伝」の3つのレベルで明らかにすることである。本年度は、「行動」の中でも特に、気質、視線計測、縦断的観察から人見知りを明らかにした。1.「気質」「視線計測」によって、乳児の人見知り行動が、相手に近づきたい(接近行動)と怖いから離れたい(回避行動)が混在した状態、すなわち「葛藤」状態であることを発見し、さらに相手の「目」に敏感に反応することを明らかにした。この成果によって、これまで知られていた、学童期に見られる人見知りの原因とされる「接近と回避の葛藤」が、わずか1歳前の赤ちゃんでも見られることが初めて示され、さらに「目」に敏感でありつつも直接目を合わせるのは避けるような情動的感受性が、人見知り行動の背景にあることが示唆された。この研究成果はPLoSONE誌に掲載され、同時にプレスリリースを行ったところ、多くのメディアから反響があった。(2013年6月6日)2.人見知りの強さや出現時期には個人差がある。CCTIという人見知りアンケートを毎月1回ウェブ上で行い、生後618ヵ月まで縦断的に経時観察を行った。現在、参加者は約300名であり、今後は800名まで数を増やす予定である。縦断的アンケートの結果、通常言われているように78ヵ月で人見知りが現れる子が多い一方で、4ヵ月から現れる子、1才を過ぎてから現れる子、人見知りが全く現れない子、ずっと人見知りが続く子など、多様性に富むことが示唆された。また、人見知りのピークは1度だけであることも分かった。本研究の目的は、生後612ヵ月の乳児期にみられる人見知りのメカニズムを「行動ー脳ー遺伝子」の3つのレベルで明らかにすることである。本年度は「行動」から人見知りを明らかにした。人見知りのメカニズムは何か?他人を恐れての回避行動か?養育者への接近行動か?それとも両方なのか?という問いを立て、乳児57名の気質調査を行い、乳児の「人見知り」、相手への「接近」、「怖がり」の気質の関係について調べた。その結果、人見知りの強い乳児は、「接近」と「怖がり」の両方を強く持ち「近づきたいけど怖い」という「心の葛藤」をもっていることが分かった。また、視線反応計測によって、人見知りの乳児に、母親と他人の顔映像を見せ、相手のどこに注目しているのかを調べた結果、母親であろうと他人であろうと、最初は「目」を注視することがわかった。さらに、自分と向き合った顔(正視顔)とよそ見をしている顔(逸視顔)の映像を見せたところ、よそ見をしている顔を長く観察することがわかった。今回の成果によって、わずか1歳前の乳児でも、他人は怖いけれど近づいてもみたい「心の葛藤」を抱え、さらに最初に相手を見る時は、相手の感情や意図を表す「目」に敏感でありつつも、向き合った顔からは目を逸らしてしまうという、感受性の強さが人見知りの本質であると示唆された。今回の発見は、乳児の「目の動き」を手がかりとした「心の葛藤」をモニターできるツール開発や、気質検査による個別能力開発への応用が期待できる。また、人見知りのメカニズムを知ることで、逆に人見知りを「全くしない」とされる発達障害の理解にも役立つ。本研究結果は、PLOS ONE誌に論文受理され(2013年4月25日)、閲覧可能日と同時にプレスリリースをする予定である(6月上旬予定)。本研究の目的は、生後618ヶ月の乳幼児でみられる人見知りのメカニズムを「行動ー脳ー遺伝」の3つのレベルから明らかにすることである。本年度は、「行動」の中でも特に、気質から人見知りの観察を行った。人見知りの強さや出現時期には個人差があるため、Colorado Childhood Temperament Inventory (CCTI)人見知りアンケートを毎月1回、ウェブ上で行い、生後618ヵ月まで縦断的に経時調査を行った。アンケートの回答は、養育者が行った。途中経過を含めて現在550名の被験者から参加してもらっており、今後800名まで数を増やす予定である。縦断的アンケートの結果、通常言われている79ヵ月で人見知りが現れる児が多い一方で、4ヵ月から現れる児、1才を過ぎてから現れる児、人見知りが全く現れない児、ずっと人見知りが続く児など、多様性に富むことが示唆された。また人見知りのピークは1度だけであることも分かった。乳児期の人見知りの原因は、学童期の人見知りの原因と本当に同じなのか、乳児期においてどのような児が、そのあと学童期に入っても人見知り行動を続けるのだろうか。

長期にわたる観察をすることで、1人1人に合わせたコミュニケーションと教育環境、能力開発が期待できる。また、人見知りのメカニズムを知ることで、逆に人見知りを「全くしない」とされる発達障害の理解にも役立つことが期待される。本研究の目的は、乳幼児期の人見知りのメカニズムを「行動ー脳ー遺伝」の3つのレベルから明らかにすることである。まず、本年度も引き続き生後418ヵ月の乳幼児を対象に、人見知りの発達変化を縦断的に追跡した。人見知りは出現時期や継続時間、強さに個人差があるためである。Colorado Childhood Temperament Inventory (CCTI)人見知りアンケートを毎月1回、ウェブ上で行い経時調査を行った。CCTIは養育者が回答するアンケートである。現在、全国から800名を超える被験者に参加してもらっている。結果、通常言われている79ヵ月で人見知り現れる一方、早4ヵ月から現れる児、12ヵ月を過ぎてから現れる児、ほとんど人見知りが現れない児、ずっと人見知りが続く児など、多様性に富むことが分かった。また、人見知りのピークは1度だけであることも分かった。視線計測装置を使った研究結果では、人見知りの児は相手の目を良く見過ぎてしまい、結果的に固まって泣くことが示唆された。この結果は、驚きをもって迎え入れられ、招待講演の依頼やマスメディアで広く紹介された。学童期の子どもを対象とした心理学研究ではすでに、「人見知りとは接近と回避の葛藤状態である」と報告されている。本研究によって、1歳前の乳児でもすでに「葛藤」を抱えた状態で人見知りすることが初めて示唆された。人見知りのメカニズムを知ることで、逆に人見知りを全くしないとされる発達障害の理解にも役立つと期待できる。乳児期の人見知り行動が、相手に近づきたい(接近行動)と怖いから離れたい(回避行動)が混在した状態、すなわち「葛藤」状態であることを発見し、さらに相手の「目」に敏感に反応することを明らかにした。さらに、自分と向き合った顔(正視顔)とよそ見をしている顔(逸視顔)の映像では、よそ見をしている顔を長く観察することが分かった。また、800名を対象に生後418ヵ月の間、縦断研究を行ったところ、人見知りの出現時期や強さに個人差が大きいことが分かった。この成果によって、これまで知られていた、学童期に見られる人見知りの原因とされる「接近と回避の葛藤」が、わずか1歳前の乳児でも見られることが初めて示された。人見知りの縦断的アンケート、およびDNA抽出のための爪サンプルを550名分集めることができた。研究分担者の協力によるところが大きい。発達心理学爪サンプルからDNAを抽出し、遺伝子と人見知りの相関を解析する予定である。乳児期では、扁桃体など皮質下構造が先に成熟し、大脳皮質は遅れて発達する。そのため、大脳・腹内側前頭前野から扁桃体への抑制がかかりにくく、結果、扁桃体が過剰応答しやすい。人見知りでは、この扁桃体からの恐怖信号によって他者の回避行動がたやすく誘発されると考えられる。この大脳と皮質下構造における発達のアンバランスこそが人見知りを引き起こす、との仮説を検証するため、大脳ー皮質下に発現している遺伝子産物の個人差について注目する。たとえば、恐怖行動やストレス応答に関わる遺伝子産物として、セロトニントランスポーター(5-HTT)やモノアミン酸化酵素A(MAOA)が知られている。
家電製品のエコロジカルな使用を促すエコ表示開発のための調査及びユーザ評価

現在行われているゲーミフィケーションが用いられている様々な分野の成功事例と、家電製品の中でもエネルギー消費量の多い冷蔵庫を事例に継続使用による検証の結果、家庭電化製品のエコ表示にゲーミフィケーションを効果的に用いるためには、ユーザの行為を「行為の変換」「行為の共感」「行為の承認」の3要素に含まれるゲーム性を使って表現することの重要性を導出した。一方、エコ表示でのゲーミフィケーションの利用では、必要なことを我慢する、抑止するという効果ではなく、ユーザのエコロジカルな機器の使用を誘発することに有効であることが明らかとなった。本研究は、家電製品など電気やエネルギーを用いた製品において、製品使用時にユーザ自身が環境に配慮した機器の使用を行うよう促すデザイン基準の開発が目的である。そのために、近年ユーザの関心を高める手法として脚光を浴びているゲーミフィケーションの要素をエコ表示に応用した場合の効果について検証する。エコデザインに関する研究の中で類似の研究は他に見られず、独創的な研究である。平成25年度は、まず現在ゲーミフィケーションが用いられている様々な分野の成功事例について調査を行った。その結果、ユーザの行為と関係の深い「代替表示」「互換」「競争」「協力」「実用的報酬」「仮想的報酬」の6つのゲーム性が利用されていることが解った。これらのゲーム性はユーザの行為の種類別に「行為の変換」「行為の共感」「行為の承認」の3要素に分類できた。合わせて、現在実際に商品化されているエコ表示についての実態調査を行った。これらの調査結果から、家庭電化製品のエコ表示にゲーミフィケーションを効果的に用いるには、ユーザの行為をこの3要素に含まれるゲーム性を使って表現した表示内容にすることが重要だと推察される。本研究結果については、日本デザイン学会へ論文を投稿し現在査読中である。次に、この調査結果に基づきゲーミフィケーションを用いた表示案を考案した。現在、その効果について検証するために、実際にユーザの家庭で使用されている冷蔵庫に取り付けられる表示装置を開発中であり、本年度、この実験装置を用いて調査を実施予定である。はじめに、ゲーミフィケーションの効果的な利用に必要な要素を明らかにするために、現在ゲーミフィケーションが用いられている様々な分野の72件の成功事例の中で、どのようなゲーム性が利用されているか文献調査を行った結果、ユーザの行為と関係の深い「代替表示」「互換」「競争」「協力」「実用的報酬」「仮想的報酬」の6つのゲーム性が利用されていることが解った。これらのゲーム性はユーザの行為の種類別に「行為の変換」「行為の共感」「行為の承認」の3要素に分類できる。即ち、家庭電化製品のエコ表示にゲーミフィケーションを効果的に用いるには、ユーザの行為をこの3要素に含まれるゲーム性を使って表現した表示内容にすることの重要性を導出した。しかし、これはまだ実証実験による検証はなされていないため、家電製品の中でもエネルギー消費量の多い冷蔵庫を事例に継続使用による検証を行い、導出した仮説の有効性を確認した。ただし、家電製品のように長期間使用する機器の場合、ゲーム性をユーザに適合させ、表示に飽きさせず、ストレスを感じさせないことで表示への高い意識を継続させる必要性が示唆された。また、エコ表示でのゲーミフィケーションの利用では、必要なことを我慢する、抑止するという効果ではなく、不必要なドア開閉を減らすなどの省エネ意識を促進し、ユーザのエコロジカルな機器の使用を誘発することに有効であることが明らかとなった。また、ユーザの置かれた境遇や環境によってはゲーミフィケーションを利用しても全く効果を発揮しない場合があることもわかった。ゲーミフィケーションで解決したい事柄よりも、ユーザにとって他に優先度が高い事項が存在する場合、いくら優れたゲーム性を用いても効果は得られないと考えられ、どのようなターゲットに、どのようなタイミングでゲーミフィケーションを用いるのかも非常に重要であることが明らかとなった。本研究は家電製品など電気やエネルギーを用いた製品において、製品使用時にユーザ自身が環境に配慮した機器の使用を行うよう促すデザイン基準の開発が目的である。そこで申請者は、ユーザと製品の直接の接点である表示デバイスを用いた環境負荷に関する表示(以下エコ表示)の既往研究において効果的な表示内容、表示方法を明確にした。本研究では更に、それらをエコ表示に採用する際により効果的な表現方法を明らかにするために、近年ユーザの関心を高める手法として脚光を浴びているゲーミフィケーションの要素をエコ表示に応用した場合の効果について検証した。その結果、家庭電化製品のエコ表示にゲーミフィケーションを効果的に用いるためには、ユーザの行為を「行為の変換」「行為の共感」「行為の承認」の3要素に含まれるゲーム性を使って表現した表示内容にすることの重要性を導出した。更に、家電製品の中でもエネルギー消費量の多い冷蔵庫を事例に継続使用による実証検証によって、導出した仮説の有効性を確認した。一方、家電製品のように長期間使用する機器の場合、ゲーム性をユーザに適合させ、表示に飽きさせず、ストレスを感じさせないことで表示への高い意識を継続させる必要性も示唆された。エコデザインに関する研究の中で類似の研究は他に見られず、本研究は非常に独創的な研究であると言える。また、研究成果を速やかに社会に還元できるため研究の意義は大きい。

現在行われているゲーミフィケーションが用いられている様々な分野の成功事例と、家電製品の中でもエネルギー消費量の多い冷蔵庫を事例に継続使用による検証の結果、家庭電化製品のエコ表示にゲーミフィケーションを効果的に用いるためには、ユーザの行為を「行為の変換」「行為の共感」「行為の承認」の3要素に含まれるゲーム性を使って表現することの重要性を導出した。一方、エコ表示でのゲーミフィケーションの利用では、必要なことを我慢する、抑止するという効果ではなく、ユーザのエコロジカルな機器の使用を誘発することに有効であることが明らかとなった。研究の目的である、ゲーミフィケーションの要素をエコ表示に応用した場合の効果について検証するという計画に関して、予定通りに文献調査、実証実験が終了した。その結果、ゲーミフィケーションをエコ表示に採用する際により効果的な表現方法を明らかにした。また、本研究成果について、26年に日本デザイン学会において1件が「論文」として掲載が認められた。27年度にも国内での口頭発表と論文発表、海外での論文発表の準備を順調に進めている。インダストリアルデザイン最終年度の27年度には,必要に応じて追加実験を実施する計画であったが、26年度に実施した実験により想定以上の考察が得られたため省略することが可能となった。そこで、国内での口頭発表と論文発表、海外での論文発表により、ユーザのエコロジカルな機器の使用を促す効果の高いエコ表示の事例となるデザイン案として広く公表し、速やかに社会に還元することに注力する。また、新興国を始めとした海外の国々において飛躍的な家電製品の普及が見込まれており、本研究の終了後、そうした国々(特に新興国)を対象とした研究計画を立案し次期研究に着手する。当初計画では平成25年度にゲーミフィケーションが利用されている様々な分野の成功事例と、現在家電製品やHEMSで行われているエコ表示の事例調査分析・体系化を予定していたが、これについては計画通り論文を作成し現在査読中である。また、平成26年度前半にエコ表示の継続使用実験を終了し、平成26年度中に調査結果の分析を行う予定であるが、実際に平成26年度の10月までに継続実験が終了予定であり、ほぼ当初計画通り推進できている。当初計画では長期実験を2回行う予定であったが、1回目の実験により想定以上の結果が得られたため2回目の実験が不要となり、そのために計画していた実験装置の製作費が削減できたため。平成26年度5月10月にかけて、被験者宅で実際に使用中の冷蔵庫を使って、本研究で考案したエコ表示の継続使用実験を実施する。その後、実験結果について分析し平成26年度中に報告書を作成する。平成27年度は実験結果を反映させたエコ表示の事例となるデザイン案を制作し、長期使用実験、アンケート調査を実施する。長期使用実験とアンケート調査結果に基づきデザイン案を修正し、修正を施したデザイン案をユーザのエコロジカルな機器の使用を促す効果の高いエコ表示の事例となるデザイン案として広く公表し速やかに社会に還元する。
出芽酵母第三染色体上の組換え開始点におけるクロマチン構造の解析

本年度はまず、第三染色体上でほとんどDNA二本鎖切断の起こらないコールド領域のクロマチン構造を解析した。コールド領域に存在するPOL4遺伝子座では、二本鎖切断は見られないものの、減数分裂期への移行にともない顕著な転写量の増大が見られる。解析の結果、減数分裂期にこの遺伝子のプロモーター領域で顕著な球菌ヌクレアーゼに対する感受性の増大が観察された。しかし、POL4領域では他の二本鎖切断が生じる活性型ホットスポットと異なり、mre11遺伝子破壊株でも全く同じ様な変化が認められた。これに対して、コールド領域で例外的に二本鎖切断が見られるARS310域周辺のホットスポットに対応する箇所では、Mre11に依存した球菌ヌクレアーゼに対する感受性の増大が認められた。以上の結果は、コールド領域でMre11を初めとした組換え開始複合体のアクセスが制限されている可能性と、ARS310がその制限を解除している可能性を示唆する。そこで次に、ARS310を染色体から欠失させた株を入手し、そのクロマチン構造への影響を調べた。その結果、ARS310を欠失させた場合、その周辺全体のDNA受容度の低下と、隣接する遺伝子座でのヌクレオソーム配置の不規則化が観察された。以上の結果は、ARS310がその周辺の染色体領域のクロマチン構造を開いた状態に規定し、組換え因子の接近を容易にしている可能性が初めて示唆するものである。また、これ以外の領域(ARS領域などの領域含む)についても順次解析を進めており、結果を蓄積している。出芽酵母第三染色体のホットスポットのクロマチン構造に関して、本年度は以下の結果を得た。これまでに、第三染色体上で最強のホットスポットであるYCR48W領域のクロマチン構造を解析し、その領域のクロマチン構造で、減数分裂期に強いDNA受容性の増大が起きることを確認した。この変化は他の染色体のホットスポットで起きるDNA受容性変動に比べて強いものであり、ホットスポット活性とクロマチンの変動の間に相関が認められた。また、通常は転写プロモーター領域に認められる二重鎖切断が、遺伝子コード領域にも複数認められるGLK1遺伝子座についてクロマチン構造を調べている。最近我々はこの領域に、分裂酵母に見られるホットスポット配列を複数見出した。分裂酵母のホットスポット配列に結合する因子は、真核生物に広く分布しているCREB/ATF転写因子であるので、同様な因子が出芽酵母にも存在し、ホットスポットを形成する可能性が高い。そこでGLK1遺伝子座上のこれらの配列に変異を導入した。現在、これらの変異株の二重鎖切断とクロマチン構造について調べている。これに加え、組換えがほとんど起きないコールド領域にあるPOL4遺伝子座、またコールド領域にあるにもかかわらず例外的に組換えが起きるARS310領域のクロマチン構造の解析に着手した。
空振・地震波形の同時解析による噴火ダイナミクスの研究

本研究の目的は、噴火に伴い発生する地震波と空振(空気振動)を同時に解析する手法を開発し、噴火ダイナミックスの解明に資することである。地震波形は火道内部の力学的状態を反映し、空振波形は噴火に伴って大気に加わる圧力変動や大気中に注入される高温物質の流量・温度等に関する情報を反映している。この両者を個別に解析する試みはこれまでもあったが、同時解析の例は無い。本研究では次の3項目を行った。1)空振波形解析手法の開発、2)既存の地震波形解析手法と空振解析手法のカップリングによる地震・空振波形の同時解析手法の開発、3)開発された手法を2004年浅間山噴火時に得られた地震・空振波形に適用し、噴火のダイナミクスを解明する。本研究で開発された手法を用いて2004年の浅間山噴火で発生した5度の中規模噴火を解析の結果は以下の通りである。地震波形からは震源域で作用する下向きの力の強度が推定された。また、空振波形の解析からは大気中へのガスや火砕物の注入レートの変化に依存する空振波形振幅が推定された。両者を比較したところ、震源域で作用した下向きの力と火口から大気への火山ガスや火砕物の注入レートの変化率の比が噴火毎に大きく異なることがわかった。例えば、9月1日の噴火は下向きの力の強度に比べて空振振幅が異常に大きなイベントであり、9月23日の噴火は下向きの力の強度に比べて空振振幅が異常に小さなイベントであった。噴火毎の違いは、火口をふさぐ溶岩や火砕物の蓋の厚さが噴火毎に数倍から数十倍異なることを示唆する。予測される蓋の厚さの変化は、航空機SARにより観測された火口底の標高の変化と調和的であった。本研究の目的は、噴火に伴い発生する地震波と空気振動(空振)を同時に解析する手法を開発し、噴火ダイナミックスの解明に資することである。地震波形は火道内部の力学的状態を反映し、空振波形は噴火に伴って大気に加わる圧力変動や大気中に注入される高温物質の流量・温度等に関する情報を反映する。この両者を個別に解析する試みはこれまでもあったが、同時に解析した例は無い。本研究では、以下の3点を順を追って進める。1)圧縮製流体の支配方程式の数値解法に基づく空振波形解析手法を開発する。2)既存の地震波形解析手法とのカップリングによる地震・空振波形の同時解析手法を確立する。3)開発された上記の手法を、2004年浅間山噴火時に得られた地震・空振波形に適用し、噴火のダイナミクスを詳細に理解する。平成18年度は上記1)および2)を行った。1)については圧縮性流体のオイラー方程式を数値的に解くことによる空振波形計算用差分プログラムがほぼ完成し、大気の成層構造などの初期条件、地形などの境界条件が計算結果にどのような影響を及ぼすか、の評価を行った。また、これらの影響に加えて火道から大気に注入される高温物質の初期圧力・初期温度などの影響の評価も部分的に進めた。2)の空振波形の解析手法開発については、振幅が小さく線形近似が成り立つ範囲では、単純な入力基本波形に対する観測位置での波形を計算し、その重ね合わせによって実際の観測波形を表現することができることを確かめた。一方、大振幅においては非線形が強くなり、重ねあわせによる表現は徐々に精度を失う。

このような非線形逆問題を解くために、前年度はパラメタ空間をグリッドサーチすることによる解法の開発を進め、パラメタ範囲の絞込みができることを確かめた。本研究の目的は、噴火に伴い発生する地震波と空気振動(空振)を同時に解析する手法を開発し、噴火ダイナミックスの解明に資することである。地震波形は火道内部の力学的状態を反映し、空振波形は噴火に伴って大気に加わる圧力変動や大気中に注入される高温物質の流量・温度等に関する情報を反映する。この両者を個別に解析する試みはこれまでもあったが、同時に解析した例は無い。本研究では、以下の3点を順を追って進めた。1)圧縮製流体の支配方程式の数値解法に基づく空振波形解析手法を開発する。2)既存の地震波形解析手法とのカップリングによる地震・空振波形の同時解析手法を確立する。3)開発された上記の手法を、2004年浅間山噴火時に得られた地震・空振波形に適用し、噴火のダイナミクスを詳細に理解する。平成18年度に1)、2)を行い、平成19年度は上記3)を行った。2004年の浅間山噴火では5度の中規模噴火が発生した。震源域で作用する下向きの力の強度は地震波形を解析することによって得られた。また、大気中へ注入されるガスや火砕物の注入レートの変化に依存する空振波形の振幅は、観測された空振波形の解析により得られた。地震波形解析と空振波形解析の結果を比較したところ、震源域で作用した下向きの力と火口から大気へと注入された火山ガスや火砕物の注入レートの変化率の比が噴火ごとに大きく異なることがわかった。例えば、9月1日の噴火は下向きの力の強度に比べて空振振幅が異常に大きなイベントであり、逆に、9月23日の噴火は下向きの力の強度に比べて空振振幅が異常に小さなイベントであった。噴火ごとの違いは、火口をふさぐ溶岩や火砕物の蓋の厚さが噴火ごとに数倍から数十倍異なれば説明できる。期待される蓋の厚さの変化は、航空機SARにより観測された火口底の標高の変化と調和的であった。