hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオアッセイから見た都市大気粉塵の遺伝毒性:過去22年の採取試料による評価

mixいずれの場合も対照と比較して小核の誘発は極めて高く、本法は大気粉塵の変異原性の評価法として有効であることが分かった。尚、小核誘発頻度は、処理時間が72、48、24時間の順に高く、また、連続処理の場合と比較して短時間処理の場合に高かった。[欠損株の開発]エ-ムス試験菌株のTA1535、TA1538株のcnr遺伝子破壊株にpKM101を導入してTAl00、TA98株のニトロ還元酵素欠損株(YG7128、YG7132株)を作成した。そして、これらの欠損株はニトロアレーンが生体内で活性化される際の個々のニトロ還元酵素の役割を明らかにする上で極めて有用であることを明らかにした。現在これらの欠損株を用いた大気粉塵抽出物の変異原性試験について検討を行っている。[試験溶液の調整]年次毎にまとめた保存大気粉塵からDCMによる有機物質の抽出を行った。これらの粉塵抽出試料を用いて、以下に示す化学分析・変異原性測定の予備試験或いは本試験を行った。[ニトロアレーン・PAHの分折]ニトロアレーンと比べてPAH濃度の長期変動には著しい減少傾向がみられた。[変異原性試験]・Ames-test TA98,TA100株いずれについても間接変異原性と比べて直接変異原性の長期変動の減少傾向は小さく、特にTA98株での直接変異原性には測定期間を通して減少傾向は殆どみられなかった。・マウスリンパ細胞試験粉塵抽出物はL3178Y細胞に対して濃度依存的に毒性を発現した。同細胞を用いたMLA試験の結果では、突然変異頻度は代謝活性化の有無にかかわらず濃度依存的に増加し、MLA試験が粉塵抽出物中の突然変異や染色体異常を誘発する物質の検出に極めて有効であることがわかった。・in vitro小核試験昨年度に引き続き、CHL細胞を用いて粉塵抽出物について細胞増殖抑制試験および変異原性試験の検討を行った。その結果、連続処理法および短時間処理法の双方において濃度依存的に小核の誘発が顕著に認められたことから、本法により大気汚染物質の変異原性評価が可能であることが明らかとなった。[欠損株の開発]エームス試験菌株のTA1535,TAl538株のeat遺伝子を特異的に破壊し、これらにpKMl01を導入したTA100,TA98株のアセチル転移酵素欠損株(YG7126,YG7130株)を作成した。そして、これらの菌株は、目的とする遺伝子以外に突然変異が入っている危険性が低いこと、および変異原性試験によるニトロアレーンの検出において有効であることを明らかにした。[試験溶液の調整]年次毎にまとめた大気粉塵からのDCMによる有機抽出物について、以下に示す変異原性測定の本試験を行った。[変異原性試験]Amestest粉塵抽出物のニトロアレーン代謝酵素欠損株であるTA98NR,TA98/1,8-DNP_β株での変異原性は親株と比べていずれの年についても大幅に減少し、一方同酵素高生産性株であるYG1021,YG1024株での変異原性は親株と比べていずれの年についても大幅に増加したことから、ニトロアレーンが大気中変異原に大きく寄与していることが明らかとなった。マウスリンパ細胞試験粉塵抽出物はL5178Y細胞に対して±S9いずれについても濃度依存的に突然変異を誘発した。1975年から2年毎の9試料についての単位濃度当たりの突然変異誘発能は、_+S9の系では経年的に減少し、_-S9の系では年次的に明白な増減の傾向を示さなかった。in vitro
恵山一青麻山新火山フロントに出現する火山岩の初生マグマ推定の試み

本課題では七ツ森火山、鳴子火山、鬼首火山の3火山についてSrとNdによる同位体岩石学的研究を行なった。3火山とも主としてデイワイトの溶岩と火砕岩からなり、LIL元素には非常に乏しいという特徴をもつ。また、角閃石斑晶を含む岩石が見られることも特徴である。これら3火山から65個の岩石試料を集収し実験を行った。Ndの同位体組成は分析を始めたばかりであり、まだまとめるには至っていないが、Srの同位体組成は全試料につき分析を終了した。その結果、七ツ森火山の岩石試料のうちもっとも高い87Sr/86Sr比をもうものは0.7054で、最も低い比は0.7047であった。この比の値は一部那須帯のうち高い比を持つ岩石と重なるものの、全般的には那須帯より明らかに高い。岩石はSr同位体的に区分すると0.7049を中心としてその前後±0.0002にはいるものと、0.7053±0.0001にはいるものの2グル-プに分類される。両者の中間にくるものは希れである。これに対して、鳴子火山と鬼首火山のSr同位体組成はすべて0.70470.7051の間にはいり、ばらつきは非常に小さい。すべての分析値はガウシアン分布をして、この範囲にはいる。以上の結果により、七ツ森火山では那須帯より高い87Sr/86Sr比を持つ始源的マグマガマントルで発生し、一部は結晶分化して地表に噴出し、一部は地殻物質を混染してまた結晶分化も行なってデイサイト組成になったと考えられる。鳴子火山と鬼首火山では、同じく那須帯より高いSr同位体組成比を持つ始源的マグマが発生したと考えられる。これらの火山では七ツ森火山と異なり、マグマの上昇中に地殻物質との混染はほとんどおこらなかったようである。このように本火山フロントに出現するマグマの同位体的特徴は、第四紀の東北地方の火山帯の分布と整合的であり、すべてのマグマがマントルウェッジで発生していると考えられる。恵山一青麻山火山帯の7つの火山の内、本年度は青麻山と七時雨火山、七ツ森火山から収集した岩石について地球化学的・岩石学的な研究を行った。青麻火山より採集した安山岩質玄武岩安山岩デイサイトの試料42個について、主要成分元素と微量元素を定量分析し、現在ストロンチウム同位帯組成を分析しつつある。七時雨火山からは35個の安山岩デイサイトを採集し、全ての岩石について主要元素組成と微量元素組成を定量分析し、そのうち30個の岩石については既にストロンチウム同位帯組成の分析を終了している。7ツ森火山は岩石の種類に乏しいため、25個の安山岩デイサイトを採集し、全てについて主要成分元素と微量成分元素、さらにストロンチウムの同位体組成を分析した。その結果、以下のことが明らかとなり新たな問題を提示することができた。1.恵山青麻山のカルクアルカリ岩は、那須火山帯のソレアイト質火山岩よりもKやRbなどの液相濃集元素に乏しい。2.恵山青麻山のカルクアルカリ岩のSr同位体比(87/86)は那須火山帯の岩石よりもはるかに高く、0.70460.7052程度である。

3.東北日本弧の東西方向での、Sr同位体組成の変動幅は非常に少ないものの、その変動の半分以上が恵山青麻山火山帯と那須火山帯の間でみられる。4.七ツ森火山と七時雨火山の試料のストロンチウム同位体比はすべて0.7047±1または0.7051±1あたりに集中し、その外に出るものは極めて稀である。このことを明らかにしたが、次年度は、その原因の追求にも全力をあげる。これは、マグマと地殻物質の相互作用の程度の差異を示している可能性がある。宮城県北部の鳴子火山と鬼首火山、福島県中部の猫魔火山、青森県下北半島の陸奥燧岳火山の主な試料を収集し顕微鏡による記載、蛍光エックス線分析装置による、主要元素と微量元素の分析が終了した。顕微鏡記載の結果全ての火山に角閃石斑晶が含まれることが明らかになった。鳴子、鬼首,猫魔の各火山では相当数の溶岩や火砕流、軽石流堆積物が角閃石斑晶を含むのに対して、陸奥燧岳火山では極めて希で、1軽石流堆積物が小量の角閃石を含むのみである。これら全ての火山が安山岩質デイサイト-珪長質デイサイトからなり、玄武岩の岩石は見つけられなかった。この調査により、地理的に陸奥燧岳火山は低Kソレアイトからなる火山であると言える。残りの鳴子、鬼首、猫魔火山は島弧での位置だけからでは何も断定的なことはいえない。主要元素と微量元素を分析した結果、これら4火山の噴出物はすべてカリウム、ルピジウムに非常に乏しくセリウムにも乏しいことが明らかになった。また、ニオビウムは蛍光エックス線の定量分析の限界程度した含まれていない。これにより分析に用いた試料はすべて、希土類元素の存在度パタ-ンがほとんど平らで、LILに富んでいないでHFSには乏しく、ニオビウムの存在度の負けの異状を示すという島弧に特徴的な低Kカルクアルカリ岩系列の岩石であることがわかった。ストロンチウム同意体組成は七時雨火山や、青麻火山と同じく^<87>Sr/^<86>Sr比が0.705前後と非常に高く、これからも今回調査研究した4火山からの噴出物が低Kカルクアルカリ岩系であることが確認された。しかし、猫魔火山は東北日本弧のフロントにはなく本来一般的なアルクアルカリ岩が出現する位置にあるので、低Kカルクアルカリ岩の火山が火山フロントを形成するというのは今後検討しなくてはならない。本年度は陸奥燧岳火山の岩石試料を多数集収した。また試料個数の少なかったヒッ森火山と七時雨火山から更に試料を集め、造岩鉱物学的記載と、主要成分元素・微量元素の分析を行なった。全ての岩石試料がデイサイト質で著しく分化しているが、那須帯と鳥海帯の同程度の岩石と比較し、島弧にみられる火山岩マグマの帯状配列と整合的であるかどうかを検討した。本火山列のデイサイト質火山岩のバリウム濃度は200ppm350ppmで那須帯や鳥海帯と比べても少ない。ストロンチウムは200ppm450ppmと濃度変化の幅が広く、他の火山帯と比較してもあまり明らかではない。ルビジウムは3ppm10ppm程で、那須帯の同程度の岩石よりも若干濃度が低いが、あまり明らかであるとは言えない。カリウムは0.81.2%程度であり、那須帯のソレアイト系列の分化物とほぼ同じとみなせるHFS元素であるジルエニウムとニオビウムはそれぞれ、150ppm250ppm,2ppm8ppmで、両者とも那須帯の岩石より少ない。これらの帯状配列に敏感な元素は、恵山一青麻山新火山フロントが第四紀の火山岩の配列と、すくなくとも非整合的ではないということを示している。ニオビウムはスパイダ-グラムに点示した時、島弧の岩石については著しい負異状を示すが、本火山フロントの場合、岩石はデイサイトであるため負異状はあるものの、その程度については判断できない。
分散／多様／事例ベース型進化知能方式とその適用性評価

本研究課題では、産業・医用への適用を目的にAI(人工知能)型の進化知能方式であるCBGA (CaseBasedGenticAlgorith)を研究した。局所解法を統御する遺伝的アルゴリズムGAに、事例(類似問題の優良解、前例)ベースを融合して精度を上げる。局所解法はサポートベクターマシンSVM、ニューラルネットNN等の機械学習機や近似解法である。平成27年度は、配送ルート最適化に適用し有用性を確認した。太陽フレア(黒点)による磁気嵐等の災害予測やひざ骨関節の識別等へ適用しながら、この方式をCBGALO (CBGAintegratingLocalOptimizer)に汎用化した。28年にはGAのリスタート概念を新規導入したCBRSGALO (CBReStartGALO)を提案した。29年にはCBRSGALOを洗練化し、学習方法(特徴パラメータ)にフィットした学習データ(入力データ)をGAで最適化可能なCBRstrtGdsGALO (CBRestartGooddatasearchGALO)を提案した。今回、平成30年には、特に最優良事例の解とのHamming距離を測度とするdiversityの導入等により改良した。太陽フレアの災害予測精度において3クラス中2クラスで世界レベルを凌駕した。研究結果は医療・災害予知・物流への応用で評価、平成28年(2016年)から29年前半迄の成果は、査読付の一流国際会議であるIEEEのSMC2016等に論文4件、SMC2017に論文2件を発表した。今回、29年後半以降の成果はIEEEのSSCI2018に論文発表し、30年後半のはSSCI2019に投稿準備中である。配送ルート最適化に適用し、有用性を確認し国際会議などに発表した成果はSpringer JournalなどImpact Factorが高い(2前後)の一流国際ジャーナルに投稿中である。本研究課題に関し、配送スケジューリングでは、事例(類似問題の優良解、前例)を活用して最適精度を上げる進化知能方式CBGAの有効性を、千都市以上の大規模TSPで検証し、進化知能の一流国際会議であるIEEEのCECで発表した。その後、国際学術論文誌への投稿を目標に従来研究の調査を進め、多数の問題(TSP)で性能比較を行っている。CBGAの深度化・汎用化に関しては、低頻度大災害予測(太陽フレアの予測)や医工学(ひざ骨関節のセグメント分け、乳がんの検出)への具体的応用を検討しながら理論を汎用化する方向に計画を一部調整した。まず応用として、事例活用型のGAによる低頻度大災害予測機の基本版である太陽フレア(磁気嵐・放射能雨の災害)予測器の精度向上方式を提案した。その効果を確認し、IEEE系の国際会議に査読付き論文を1編発表した。3月には、その改良版がIEEEの代表的国際会議WCCIに受理された。結果の汎用理論として、CBGALO(CaseBasedGenticAlgorith integrating LocalOptimizer)と呼ぶCBGA活用の大局最適化方式を考案した。SVM・ニューロ・深層学習など既存の比較的局所的な最適器をCBGAなど効率の良い大局的推論器で制御して最適化性能を改善する方式である。この適用例として、上記災害予測に加え医工学応用に関しても、IEEE関係の国際会議に査読付き論文を各1編投稿した。今後、CBGAの多様化・自律分散化に向け、GAと事例の融合方式・タイミングなどCBGALOの更なる深度化・強化に関し、産業・医工学への適用を踏まえて研究を進める。例えば、医工学(ひざ骨画像セグメント化)への適応性検証の先行経験を元に、骨など物質の連続性を反映させた遺伝子構造を知識として捉えるスキーマリストの導入・構築・利用に関する具体化を予定している。多様化事例ベース遺伝的アルゴリズムの汎用化・具体化方式については、配送スケジューリングだけでなく低頻度大災害予測や医工学への具体的応用を検討しながら理論を汎用化する方向に本研究計画を一部調整した。この様に具体的対象を見つめながら汎用化したため上記CBGALOと呼ぶ本研究課題の汎用技術の基礎が開発できた。しかも、このCBGALOと呼ぶ汎用の進化知能(AI)型最適化技術の基礎開発と同時に、28年度以降に予定していた低頻度大災害予測や医工学への応用技術の研究開発も先行できた。特に、本研究の太陽フレア(放射能雨)災害予測への応用に関しては、予測精度が10%以上、つまり2桁も向上する大きな成果が本汎用AI技術により成就され、当初の計画以上に研究が進展したと言える。本研究課題の進化知能方式では、配送ルート最適化を目的にCBGA(CaseBased GenticAlgorith)を研究開発してきた。局所解法を統御する遺伝的アルゴリズムGAに事例(類似問題の優良解、前例)を融合して最適精度を上げるAI(人工知能)型の進化知能方式である。局所(的な)解法とはサポートベクターマシンSVM、ニューラルネットNN等の機械学習機や近似解法いわゆるヒューリスティクスである。27年度は、配送ルート最適化に適用し、有用性を確認した。また、太陽フレア(黒点)による放射能・磁気嵐の災害予測やひざ骨関節の識別などへの適用展開を行いながら、この方式をCBGALO(CBGA integrating Local Optimizer)に汎用化した。今回28年度はGAのリスタート概念を新規導入したCBRSGALO (CBReStartGALO)を提案した。GAのリスタートは、指定世代分のGAの実行終了後、初期個体や局所解法を含むパラメータを再度設定し直して、新たなGAを再実行する。これにより、個体の多様性を確保し進化の停滞を防止する。

特に、問題、局所解法、遺伝子配列(個体)、評価値などの情報からなる事例をレコードとするデータベースを事例ベースとして保存する。新しくGAをリスタートさせる時は、この事例ベースの中から適切な事例を人口(集団サイズ)分だけ選択する。選択された事例の遺伝子配列をGAの初期個体とする。こうして、分散多様化が柔軟・適切かつ広い探索範囲で可能となり、探索精度・効率が向上する。この効果の基礎的評価を医用・産業への複数の応用において行った。28年度前半にIT分野の査読付の一流国際会議であるIEEEのSMC2016等でその理論や評価結果をまとめた論文4件を発表し、28年度10月以降の研究成果をIEEEのSMC2017に2件、投稿した。核となる事例ベース型進化知能方式に対し、GAのリスタートを新規に追加したCBRSGALOと呼ぶ当初計画以上の技術を開発した。CBRSGALOをベースにすると、GAが終わっても保存される事例ベースの永続性が活用できる。当初計画の禁忌部分遺伝子列(タブー)や優良部分遺伝子列(スキーマ)の効率的な抽出・活用、島モデルと融合する自律分散GAを後回しにしても、これらの単なる統合など従来方式の顕著な凌駕が期待できる。災害予測や医工学等の複数対象に適用し、試行錯誤を重ねて理論を汎用化した結果と考える。具体的に、多様な優良個体を初期個体としてGAをリスタートすると単なる機械学習と比べ最適化精度が2.8%向上(28.0%->30.8%)した。リスタートしない場合の2.4%と比べ15%以上精度が向上した。CBRSGALOの理論や評価結果は"SVM integratedcase based restarting GA ...“等の論文として、IEEEの査読付一流国際会議SMC2016等に発表した。H28後半には画期的成果を確認した。医工学のひざ骨識別では、同一問題に対してではあるが、単なる機械学習と比べ30%(約30%->60%)の最適化精度の大幅な向上を得た。パラメータを変えてGAのリスタート回数を増やし、多様かつ高評価値の個体の多い事例ベースを作り、ここから、多様かつ優良な個体を初期個体として選択しリスタートした結果である。災害予測では、中規模のXフレアの場合、異なる問題に対してもSVMだけと比べ約25%(60%->85%)の大幅な最適化精度向上を得た。但し、ビッグデータ解析に時間がかかり、実験回数は少ない。これらはIEEEのSMC2017等に論文投稿中である。当初の応用の配送ルート最適化でも、28年度は、多数の標準TSPで比較し提案方式の(特に前例保存)性能の優位性を検証した。本研究課題の進化知能方式では、配送ルート最適化を目的にCBGA(CaseBased GenticAlgorith)を研究してきた。局所解法を統御する遺伝的アルゴリズムGAに事例(類似問題の優良解、前例)を融合して精度を上げるAI(人工知能)型の進化知能方式である。局所解法とはサポートベクターマシンSVM、ニューラルネットNN等の機械学習機や近似解法である。
ファンクショナルMRIによる大脳機能部位間の時間相関の研究

臨床用の磁気共鳴イメージング法(MRI)(GE Horizen l.5T)を用い,様々なタスクを与えつつ,functional MRIを測定した.撮像方法は(1)大脳全体の活動部位を同定することを目的に,全脳をEPI法で撮る方法,及び(2)撮像面を固定して時間分解能を上げる方法の2種類を行った.Finger-Opposition課題では,左右の一次運動野及び前運動野に明らかな活動が見られ,両者にはコントラストの位相差も観察された.これは両部位の活動に時間的な相関があるためと考えられた.言語発生課題では,古典的言語野,連合野に活動が見られた.またStutteringを示すグループでは,古典的言語野に明らかな活動が認められず,対側の前帯状回に活動が見られた.ランダムドットステレオグラムの立体視では,平面視した場合に比べて,V2,V3,V5,IPS,STS及び運動言語中枢に統計的に有意な活動の増加が認められた.これは立体視では主にM経路が関与することを示している.また,運動言語中枢の活動は,frequency labeled multiple task(FLMT)法を用いた場合でも,他の課題と干渉することなく,有意に観測された.しかし,単眼立体視では,同部位の活動は認められなかった.以上のことから,運動言語中枢においては,二つの異なるイメージからの距離計算が行われている可能性がある.然しM経路と運動中枢で,位相のずれは観測されず,極めて高速な並列処理が行われているものと考えられる.従って,この時間相関の検出には,現行の機種よりも高感度のMRIを用い,更に高速な画像取り込みが必要であろう.また,我々により独自に開発されたMTC-EPI法を用いて,立体視解析を行い,通常のEPI法と比較した.フィンガータッピングのような運動課題では,MTC-EPIのほうが脳活動に対する感度が有意に高かった.然し立体視による課題では,両測定法で有意な差は現在のところ観測されていない。従ってMTC-EPI法は,活動範囲が狭く局在化した活動に対してより有効であろうと考えられた.臨床用の磁気共鳴イメージング法(MRI)(GE Horizen l.5T)を用い,様々なタスクを与えつつ,functional MRIを測定した.撮像方法は(1)大脳全体の活動部位を同定することを目的に,全脳をEPI法で撮る方法,及び(2)撮像面を固定して時間分解能を上げる方法の2種類を行った.Finger-Opposition課題では,左右の一次運動野及び前運動野に明らかな活動が見られ,両者にはコントラストの位相差も観察された.これは両部位の活動に時間的な相関があるためと考えられた.言語発生課題では,古典的言語野,連合野に活動が見られた.またStutteringを示すグループでは,古典的言語野に明らかな活動が認められず,対側の前帯状回に活動が見られた.ランダムドットステレオグラムの立体視では,平面視した場合に比べて,V2,V3,V5,IPS,STS及び運動言語中枢に統計的に有意な活動の増加が認められた.これは立体視では主にM経路が関与することを示している.また,運動言語中枢の活動は,frequency labeled multiple task(FLMT)法を用いた場合でも,他の課題と干渉することなく,有意に観測された.しかし,単眼立体視では,同部位の活動は認められなかった.以上のことから,運動言語中枢においては,二つの異なるイメージからの距離計算が行われている可能性がある.然しM経路と運動中枢で,位相のずれは観測されず,極めて高速な並列処理が行われているものと考えられる.従って,この時間相関の検出には,現行の機種よりも高感度のMRIを用い,更に高速な画像取り込みが必要であろう.また,我々により独自に開発されたMTC-EPI法を用いて,立体視解析を行い,通常のEPI法と比較した.フィンガータッピングのような運動課題では,MTC-EPIのほうが脳活動に対する感度が有意に高かった.然し立体視による課題では,両測定法で有意な差は現在のところ観測されていない。従ってMTC-EPI法は,活動範囲が狭く局在化した活動に対してより有効であろうと考えられた.臨床用MRI(GE Signa 1.5T)を用い,様々なタスクを与えつつ,functional MRIを撮像した。今回は2種類の撮像方法を用いた。第一は、大脳全体の活動部位を同定する事を目的に全脳をEPI法で撮る方法、第二は撮像面を固定して時間分解能を上げ、シングルタスクのEPIを撮る方法である。解析では,タスクに伴う頭部運動の補正を行い,FWHMガウスフィルターで平滑化を行った。その後,SPM(Statistical Parametric Mapping)解析を行い,大脳活動領域を,Thalairach標準脳座標にmappingするという方法を用いた。これにより,異なる被験者同士でも画像を積算出来,統計解析により,変化の少ない大脳活動の領域でも検出することが理論的に可能になった。Finger Opposition課題では,左右の一次運動野及び前運動野に明らかな活動が見られた。また一次運動野及び前運動野ではコントラストの位相差が観測された。ステレオドットグラムの立体視では,左右の頭頂部に有意な活動が見られた。しかし,その変化は大きくないので,被験者を増やして統計処理を行い,感度を上げる必要があった。また,言語発生課題では,古典的言語野(Broca及びWernicke),連合野,及び前帯状回に活動が見られた。現在,これらの活動部位の時間的関連を明らかにするため,固有画像計算を行っている。

またマルチタスクによる時間相関の検出も,SPM解析の上で行っている。臨床用MRI(GE Signa 1.5T)を用い,ランダムドットステレオグラムの立体視に伴う脳活動部位をfunctionalMRIを用いて撮像した。今回は2種類の撮像方法を用いた。第1は,通常のEPI法を用い,大脳全体に亘る活動部位を固定した。第2は,MTC-EPIを用い,様々なオフレゾナンス照射条件の下で,同様のタスクを行い,撮像した。解析では,タスクに伴う頭部運動の補足を行い,FWHMガウスフィルターで平滑化を行った。その後,SPM(Statistical Parametric Mapping)解析を行い,大脳活動領域を,Thalairach標準脳座標にmappingするという方法を用いた。Finger Opposition課題では,左右の一次運動野及び前運動野に明らかな活動が見られたが,MTC-EPIを用いることにより,活動部位のZ値の著しい増大が観測された。ステレオドットグラムの立体視では,18,19,45,40野に活動が見られ,これらは,更に,V2,V3,V5,IPS,STS及び前頭前野を含んでいた。これらは既にサル脳で確立された視覚情報処理経路のうちでも,空間認識に関与する部分に相当する。また,この結果はPETにより同定された活動部位を含んでいるが,PETでは観測されなかった部分も同時に含んでいる。PETでは長時間平均を観測しているが,fMRI(MTC-EPI)では,一過性の活動も捉えているため,このような差が生じたと考えられる。臨床用のMRI(GE Horizon1.5T)を用い,ランダムドットステレオグラムの立体視によって賦活される脳内活動部位をFunctional MRIを用いて解析した。解析には,SPM(Statistical Parametric Mapping)を行い,Thalairach標準脳座標に活動部位をmappingする方法を用いた。定量にはZ値及びクラスターサイズを用いた。立体視した場合には,平面視した場合に比べて,V2,V3,V5,IPS,STS及び運動言語中枢に統計的に有意な活動の増加が認められた。これは立体視では主にM経路が関与することを示している。また,運動言語中枢の活動は,frequency labeled multiple task(FLMT)法を用いた場合でも,他の課題と干渉することなく,有意に観測された。しかし,単眼立体視では,同部位の活動は認められなかった。以上のことから,運動言語中枢においては,二つの異なるイメージからの距離計算が行われている可能性があると考えられた。然し,M経路と運動中枢で,位相のずれは観測されず,極めて高速な並列処理が行われているものと考えられた。また,我々により独自に開発されたMTC-EPI法を用いて,立体視解析を行い,通常のEPI法と比較した。フィンガータッピングのような運動課題では,MTC-EPIのほうが脳活動に対する感度が有意に高かった。然し,立体視による課題では,両測定法で有意な差は現在のところ観測されていない。従ってMTC-EPI法は,活動範囲が狭く局在化した活動に対してより有効であろうと考えられた。
液状土壌汚染物質の土壌中浸透モデルの構築と優先対策サイトの決定方法の提案

○土壌中浸透モデルの検討・構築汚染物質液が土壌中に浸入後、土壌中にどのように気化し拡がるかを予測できる土壌汚染モデル予測手法を検討し、汎用ソフトであるMicrosoft ExcelのVisual Basicにより容易に予測計算できるようにした。また、構築した手法を用いて、土壌の種類や化合物の違いにより、液状土壌汚染物質の土壌中での浸透、気化、拡散にどのように影響するかについて考察した。また、測定の必要のないパラメータを明らかにし、予測手法の簡略化について検討した。計算に必要なパラメータについては、液侵入時、降水時の浸透・拡散速度式の精度の向上を図るとともに、土壌汚染モデル予測手法により、任意の汚染現場において汚染物質の種類や土質、地層の状況に応じて、汚染の拡がりを予測できるようにした。テトラクロロエチレンなどの有機塩素化合物液は土壌に浸入後、半楕球状に広がり、液状での移動停止後には、降水によっても容易に移動しないことが分かった。また、気化して蒸気となった後の拡散を予測し、土壌への吸着性(有機炭素含有率が大きいほど吸着性が大きい)が大きく影響すること、汚染物質は少量でも長期間土壌中に残存し続けること、蒸気として拡散し、飽和帯の位置によっては長期間、高濃度に地下水を汚染し続けることを明らかにした。○土壌汚染モデルを検証と応用構築した土壌中浸透モデル予測手法を実際の汚染事例に適用するとともに、土壌の種類による浄化対策の優先度の決定方法について検討した。砂質土のような土壌への吸着性の低い土壌ほど汚染物質が広がりやすく、早期に対策する必要があることなどを明らかにした。○液状土壊汚染物質の土壌中侵入時の移動の測定・解析特性の大きく異なる代表的な土壌として、黒ぼく土、関東ローム、砂質土を用いて、代表的な液状土壌汚染物質であるテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、1,1,1-トリクロロエタン液の土壌中侵入時の移動を調べた。液は注入液量に応じて縦横比が一定の楕球状に広がることを確認し、楕球の縦横比αおよび液の存在体積比φ_Lを用いて、注入液量に応じて液の広がりを式表示できた。このαおよびφ_Lを、土壌および化合物の特性値で一般化するために、土壌の種類、含水率、空隙率、化合物の種類を変えて実験を行い、αやφ_Lとの関係を解析した。粒径が大きいほど空隙率が大きいほどαが小さく、縦長の楕球となった。これは土壌粒子間の距離が大きくなると、毛管力が小さくなるためであると考えられた。また、含水率が高いほどφ_Lは小さくなることが分かった。さらに、液の侵入が停止した後も液は移動し、土壌が保持できる限界(初期平衡状態)の液の存在体積比φ_<Le>まで広がることが分かった。○各土壊の液状土壊汚染物質-水分特性曲線の測定土壌中に流入した液状有機物が保持されて移動が停止する、初期平衡状態での液存在率φ_<Le>を、砂質土、関東ローム、黒ぼく土について、含水率を変えて測定した。含水率は、φ_<Le>に大きく影響する事が分かった。このφ_<Le>と毛管ポテンシャルpFとの関係をみたところ、土壌の種類によらず、pFによってφ_<Le>を数式化できた。これより、任意の土壌においてpFからφ_<Le>を推算できる実験式を提案できた。○降水時の水の浸透に伴う液状土壌汚染物質の土壌中浸透の測定・解析液状土壌汚染物質の浸入後に降水があった場合の液状土壌汚染物質の各土壌中での浸透挙動について、降水条件(降水強度、降水時間、降水回数等)を変えて測定・解析し、土壌の特性値(含水率、空隙率、,比表面積等)および化合物の特性値(密度、粘度、Pow等)との関係を解析した。各土壌とも含水率が高くなるとともにφ_<Le>は小さくなるが、砂質土A、黒ぼく土Aともに散水前の、φ_<Le>と散水後に含水率が上昇したときのφ_<Le>'とはほとんど変化せず、同じ含水率でも液存在率が異なる状態になることがわかった。これより、一度初期平衡状態に達した土壌中のPCE液体は、降雨により再移動しにくく、一度保持された溶剤液体は簡単には水と入れ代わらないことが示唆され、各土壌における初期平衡状態でのφ_<Le>が重要であることが分かった。○土壌中液状物質の気化・拡散挙動の解析土壌中での液の挙動予測モデルを構築するために、降水後も保持された液がほとんど動かないことから、液の土壌中での気化速度および拡散速度を測定した。気化速度について、土壌中での液体の気化速度は非常に速く、通気すると接触時間1.1秒以内という非常に短時間で飽和蒸気となることを明らかにした。したがって、土壌中に有機塩素化合物が液状で存在する場合の蒸気の広がりは、拡散速度に支配されること、土壌ガス吸引法による浄化時には、液体が存在する部分では短時間で飽和となるため、その部分の流量をできるだけ大きくすることが効果的であることを明らかにした。拡散速度については、土壌中の気体の有効拡散係数は、土壌の種類によって大きく異ならず、分子拡散係数の約0.17倍であることがわかった。○土壌中浸透モデルの検討・構築

汚染物質液が土壌中に浸入後、土壌中にどのように気化し拡がるかを予測できる土壌汚染モデル予測手法を検討し、汎用ソフトであるMicrosoft ExcelのVisual Basicにより容易に予測計算できるようにした。また、構築した手法を用いて、土壌の種類や化合物の違いにより、液状土壌汚染物質の土壌中での浸透、気化、拡散にどのように影響するかについて考察した。また、測定の必要のないパラメータを明らかにし、予測手法の簡略化について検討した。計算に必要なパラメータについては、液侵入時、降水時の浸透・拡散速度式の精度の向上を図るとともに、土壌汚染モデル予測手法により、任意の汚染現場において汚染物質の種類や土質、地層の状況に応じて、汚染の拡がりを予測できるようにした。テトラクロロエチレンなどの有機塩素化合物液は土壌に浸入後、半楕球状に広がり、液状での移動停止後には、降水によっても容易に移動しないことが分かった。また、気化して蒸気となった後の拡散を予測し、土壌への吸着性(有機炭素含有率が大きいほど吸着性が大きい)が大きく影響すること、汚染物質は少量でも長期間土壌中に残存し続けること、蒸気として拡散し、飽和帯の位置によっては長期間、高濃度に地下水を汚染し続けることを明らかにした。○土壌汚染モデルを検証と応用構築した土壌中浸透モデル予測手法を実際の汚染事例に適用するとともに、土壌の種類による浄化対策の優先度の決定方法について検討した。砂質土のような土壌への吸着性の低い土壌ほど汚染物質が広がりやすく、早期に対策する必要があることなどを明らかにした。
短期的神経刺激による神経再生の促進と神経端側縫合への応用について

圧挫損傷を加えたマウスの坐骨神経に短期的神経刺激を行いその再生をThy1-YFPマウスなどを用い検討した。0分・30分刺激群に比べ60分刺激群では軸索の再生速度を促進させ、更にその再生した軸索のミエリンの厚さが優位に厚くなっていることが分かったが、再生軸索数には有意差を認めなかった。60分の短期的神経刺激群は再生軸索数では無く、軸索の再生速度とミエリンの厚さを促進する因子として有用であると考える。平成21年度は、神経軸索のトレーサーについてどのトレーサーが有用であるかやシュワン細胞が蛍光発色するS100-GFPマウスを用いた神経同種移植の基礎研究についてまとめ、報告を行った。神経軸索の発色するトランスジェニックマウスについては、新たな発色形態を示すものの交配ペアをアメリカのJAX Labから購入し、現在実験に使用可能なマウスがある程度得られる様に繁殖を行っている。当初の予定では実験モデルの作成を行っていく予定であったが、遺伝子改変動物の使用に対する大学内の申請許可を得ることに時間を要し、マウスを購入出来た時期が大幅に遅れた為、現在はまだマウスの繁殖を行っている段階である。マウスの使用については、平成22年度からは可能と考えられ、それを用いたモデル作成を今後遂行していく予定である。マウスの使用が出来ない期間に、GFP発色するトランスジェニックブタを使用する機会を得た為、予定を変更し、GFP発色の局在や神経再生実験への有効性を検討することとした。ブタの神経軸索がGFP発色し、実験に使用出来れば、より人間に近いモデルとして臨床応用を踏まえたモデルが作成可能であるため、GFPの発色形態や神経移植モデルでの再生神経の観察の可否について実験を行った。ブタの皮膚・神経・脂肪・筋肉組織にGFP発色を認め、神経については神経周膜、ミエリン鞘(シュワン細胞)にGFPが発色しているものと思われた。ただし、神経軸索への発色は認められず、GFPの発色そのものも弱いため、組織切片を作成しての観察は可能であるものの、トランスジェニック動物特有の生体内での経時的な再生過程の観察は困難であった。また、皮膚でのGFP発色は上皮や付属器、血管内皮に認め、潰瘍内への上皮の遊走を経時的に観察するなど、創傷治癒のモデルに有効である可能性が示唆された。平成22年度は、神経再生を促進すると報告のある免疫抑制剤FK506を使用した際の神経再生促進作用についてまとめ、報告を行った。昨年購入することが出来た、神経軸索が蛍光発色するトランスジェニックマウスについて、ようやく繁殖に成功し、具体的に実験で用いることが可能になった。トランスジェニックマウスには、神経軸索が全て発色するThy1-YFP16miceと一部の運動神経が発色するThy1-YFPHmice、それに様々な蛍光色を発色するBrainbow miceが存在するが、Brainbow miceは交配が上手く進まず、まだ使用出来る状況ではない。その中で、神経軸索が全て蛍光発色するThy1-YFPを使用して実験を行った。短期的電気刺激によって神経再生が促進されるかを評価する為に3つの群を作成した。まず、コントロールとして坐骨神経のCrushのみ行う群。30分刺激群として坐骨神経をCrush後、神経挫滅部より中枢側で30分20Hzの神経刺激を行った群。さらに60分刺激群として、60分間の神経刺激を行なった群を作成した。一週間毎に開創し、神経再生の程度を蛍光顕微鏡下に蛍光発色する軸索伸張や発色程度を観察することで評価した。結果として、神経刺激群よりコントロール群で軸索は速やかに延長し、神経刺激がむしろ神経再生を抑制していると考えられる所見が得られ、諸家の報告と異なる為、今後さらに多角的な評価を行う必要が出てきた。具体的な評価法として、坐骨神経・足背外側皮膚・長母指伸筋を潅流固定の上採取し、共焦点レーザー顕微鏡で再生している神経の詳細を直接的に観察し評価する方法や再生した有髄軸索数をトルイジンブルー染色を行った上でカウントするなどして、総合的な評価を行っていく。短期的電気刺激が神経再生に与える影響を主に軸索が蛍光発色するトランスジェニックマウスを用いて検討した。マウスには、神経軸索が全て発色するThy1-YFP16miceと一部の運動神経が発色するThy1-YFPHmice、それに様々な蛍光色を発色するBrainbow miceが存在し、それぞれのマウスを用いて実験を行った。しかし、Brainbow miceは思った様な発色が得られず、個々の軸索の伸展形態を個体が生きたまま観察出来るLive imagingでは観察できる個体が少なく、共焦点レーザー顕微鏡での評価で一部の軸索が観察出来る状態であった。

一方、神経軸索が全て蛍光発色するThy1-YFPは有用で、再生神経の全体的な傾向をLive imagingで観察することが出来、その発色強度を数値化してそれぞれの群でどのように違うかを評価することを試みた。実験には、短期的電気刺激の違いで3つの群を作成した。まず、コントロールとして坐骨神経のCrush後、神経刺激装置を装着し電源を入れない群。30分刺激群として坐骨神経をCrush後、神経挫滅部より中枢側で30分20Hzの神経刺激を行いその後30分装置の電源を入れない群。さらに60分刺激群として、60分20Kzの神経刺激を行なった群を作成した。一週間毎に同一マウスを開創し、神経再生の程度を蛍光顕微鏡下に蛍光発色する軸索伸張や発色程度を観察することで評価した(Live imaging)。また、移植神経内の再生神経を組織学的に観察し、再生神経数並びに再生軸索のミエリン鞘について評価した。結果として、60分刺激群では0分刺激群に比べ7日目の神経再生は遠位まで到達していた。しかし14日後には観察できる範囲内での神経再生に差は無かった。トルイジンブルー染色を行った組織学的所見としては、挫滅部より5mm末梢と筋へ入る直前で100倍での1視野あたりの平均軸索数は60分刺激群で多く認められた。更に電子顕微鏡を用いて同部位でのミエリンの幅を測定したところ5mmと筋へ入る直前で共に60分刺激群で厚く、筋へ入る直前で統計学的有意差を認めた。足背外側での知覚神経の再生は4週後では明らかな差は認めなかった。これらの結果より短期的神経刺激は60分行うことで神経発芽の数を増加させるというよりも、神経再生の速度を促進することで良好な機能回復を生じるのではないかと考えられた。
ハイブリッド型繊維強化プラスチックにおけるハイブリッド効果の解明

1.今年度の成果2種類以上の繊維を組み合わせたハイブリッド型繊維強化プラスチック(以下、ハイブリッドFRPと略称する)は、単一繊維のFRPでは得ることのできない優れた機械的性質、いわゆるハイブリッド効果が期待できると同時に、繊維の種々の組み合わせにより材料設計の自由度が高くなるという特徴も有する。本研究では、種々の強化繊維を組み合わせたハイブリッドFRPの静的および疲労強度を実験的、理論的に検討し、強度に関するハイブリッド効果の機構を解明した。具体的には、(1)強化繊維としてガラス繊維、アラミド繊維およびカーボン繊維、母材樹脂として破断のびの異なる不飽和ポリエステル樹脂とビニルエステル樹脂の2種類の樹脂を用いて、これらを種々組み合わせたハイブリッドFRP積層板を成形した。(2)(1)で成形した積層板の静的引張および曲げ試験、引張および曲げ疲労試験を実施し、これら引張および曲げ強度を求めた。また試験後の破面観察を行ない破壊機構について検討した。(3)(2)で得られた結果を詳細に比較し、疲労特性に関するハイブリッド化のメリットと積層板の設計指針について検討した。今後の研究の展開(1)これまでに得られた研究成果を総合し、積層板の力学および破壊モデルを構築し、ハイブリッド効果の機構をシミュレートする。(2)実験および解析結果をデータベースとして構築し、ハイブリッド効果における繊維、母材樹脂、積層構成、負荷条件等の影響について検討し、実際の使用環境条件の下での繊維や樹脂の選定ならびに積層構成の決定といった材料設計に対する指針を求める。
多重ストレンジ系の高励起状態からの破砕と物質的性質の研究

1(1)^<16>O,^<12>Cから^9Beまでの軽い核を標的にした静止K^-反応から生成される^4_ΛHハイパー核破片の生成確率を反対称化した分子動力学(AMD)と統計崩壊モデルを組み合わせて計算し、実験値との比較を行った。(2)反対称化分子動力学(AMD)に量子揺らぎを取り入れた模型(AMD-QL)により、^<12>Cを標的核とした静止Ξ^-反応について研究し、動的なツイン・ハイパー核生成には揺らぎの効果が非常に大きいことを示した。2(1)1.65GeV/cの(K^-,K^+)反応におけるK^+運動量スペクトルを核内カスケードモデルで計算し、重要な2段階過程を考慮することで、さまざまな核の実験データを再現できることを示した。(2)Λ(1405)をK^^-Nの束縛状態として記述することで、核におけるK^-p→Σπ実験スペクトルの分岐比をよりよく再現できることを示した。3(1)微視的ΣNN計算により、3体系のΣハイパー核の準束縛状態が存在する可能性を示した。さらに、その状態は^4He(stoppedK^-,π^+)反応におけるΣN→ΛN転換反応を引き起こすことを示した。(2)軽いΣ^-原子のX線データとハイパー核生成反応データを同時に再現できるシグマ-原子核間のポテンシャルを提出した。更に^9Be(in-flightK^-,π^-)反応の計算から、^9_ΣBeハイパー核がα+^4_ΣHe(^4_ΣH)+n(p)という構造を持っていることを指摘した。4(1)K^-K_-pやK^-^-d原子のX線収量の標的密度依存性を求め、実験に最適な条件を示した。(2)^4He(飛翔K^-,π^<【minus-plus】>)反応の歪曲波インパルス近似による理論計算を行った。この反応によって、^4_ΣHeの束縛状態の構造を実験的に確証できることを指摘した。5複素エネルギー平面に拡張された完全性関係に基づき、複素座標スケール法によって分離された共鳴状態と連続状態によって応答関数が表現できることを示した。平成7年度には、次のような研究を行った。1.静止K^-反応からのハイパー破片生成とπ粒子スペクトルの研究ハイパー破片生成については、論文が出版に至った。(Y.Nara,A.Ohnishi and T.Harada,Phys.Lett.B346(1995),217-222.)また、この時のπ粒子のエネルギースペクトルについては、終状態相互作用をとりいれて計算を行い、その結果は国際会議にて報告された。これらの結果は、標的核によりハイパー破片の生成機構が大きく異なることを示しており、計算の後に行われた実験により、その正しさが認識されるに至っている。2.K^-反応での軽いΣハイパー核生成とチヤンネル結合効果^<12>C,^9Be,^4Heを標的核にしたK^-入射反応でのΣハイパー核生成について、殻模型、及びクラスター模型を基盤とした研究を行った。

これらの結果は^9Beを標的核としたときにクラスター的相関が重要であることを示唆しており、再び^4_ΣHeの存在の重要性を示すものである。また、^4Heを標的核としたときに中間状態で重要となる^3_ΣHについてその構造をチヤンネル結合効果を中心にして調べた。3.(K^-,K^+)反応におけるK^+粒子の運動量分布この反応は本研究の目的であるダブル・ハイパー核生成の“初期条件"を与える反応である。これまでの研究では、K^+粒子の低運動量領域でのスペクトルを説明することが不可能であったが、我々は中間状態でπ,ρ,ηなどが伝播することを考慮に入れ、少なくとも定性的にはこのスペクトルを説明できることを示した。この結果の一部は上記の国際会議で報告し、大きな反響を得た。また、上記の結果はシミュレーションの方法を用いて得られた結果であるが、衝撃(Impulse)近似の結果とも無矛盾であることがわかった。現在、投稿論文を準備中である。4.(K^-,K^+)反応からの2重ストレンジ核(ダブル・ハイパー核)生成これは本研究計画の中心的な課題であり、(3)の成果をもとにして様々な過程におけるダブル・ハイパー核生成、シングル・ハイパー核生成について、現在研究が進行中である。1.有限多重ストレンジ系(ダブルハイパー核、トリプルハイパー核など)の構造軽いハイパー核の破片核やさらに多くのストレンジネスを含む系の構造と安定性を相対論的平均場理論を用いて調べた。現時点では実験データが極めて限られているため、この理論は結合定数に対称性を考慮することができるので、有限で他種のハイペロンを含む多重ストレンジ系を調べるには有効な方法の一つである。特に〓Heや〓Bの実験的情報やΣ^-原子、Ξ^-原子のデータを組み合わせて解析を行った。また、Σ^-やΞ^-と原子核との間に働くポテンシャルの特徴や中性子過剰核に対する振る舞いを検討した。2.共鳴バリオンと核子間相互作用(素過程の反応断面積)(K^-,K^+)反応におけるK^+粒子のエネルギー分布をもとめ、ハイパー核破片をさせる初期状態の理論的解析をすすめた。共鳴バリオンからなる反応過程の中間状態を考慮することによって、2段階過程からの寄与が無視できないことを示した。この研究によって(K^-,K^+)反応過程の機構をより深く解明することができた。また、この反応から生成されるハイパー核破片の生成率の計算に発展している。さらに(K^-,K^+)反応に伴って生成されるΞ^-原子状態からのハイパー核破片生成過程についても微視的輸送理論を適用し、取り扱い方法の拡張を検討した。1静止Ξ^-反応はダブル・ハイパー核を生成する最も有効な方法として重要である。そこで、反対称化分子動力学(AMD)に量子揺らぎを取り入れた模型(AMD-QL)により、^<12>Cを標的核として静止Ξ^-反応について研究し、動的なツイン・ハイパー核生成には揺らぎの効果が非常に大きいことを示した。しかし、ツイン・ハイパー核生成に対する揺らぎの重要性が分かったが現在ところ、」実験から予想されるダブル(310%)、ツイン(620%)ハイパー核の生成確率を定量的に再現することができていない。2ストレンジネスを含むハドロン間の相互作用の中で、K^-Nの相互作用は最も基本的なもののひとつであり、Λ(1405)共鳴が重要な役割を果たしていると考えられている。
流域保全に向けた河川中流域における河床露盤化の実態把握と影響評価

木曽川中流域では河床低下の進行とともに本流域河床基質が砂礫から泥炭へ変化していた。水深20メートルを超える局所洗掘が見られ、泥炭基質が剥離すると下層に位置する浸食に対して脆弱な砂層が水平方向に大きく洗掘される可能性が示唆された。また、拡大しつつある泥炭基質はオオシロカゲロウ(Ephoron shigae)の主要な生息地であり、大量羽化を行う成熟個体の主要な発生起源として機能している可能性が示唆された。本研究は、中流域における河川環境劣化機構の一部を明らかにし、今後の河川生態系保全に資することを目的としている。本年度の研究成果について次に述べる。調査研究計画に基づき、調査対象区間において縦断方向に約1km毎に横断側線を設定し、それらに対して、河床状況および流速、水深等の詳細な調査を行った。調査区間の河床のうち、約60%を占める領域で、礫や砂といった自然堆積物が見られず、その代わりにその下層に本来存在していた堆積粘土層が露出していた。この粘土層は圧密度が非常に高く、増水時にも土砂のような流送による移動を容易にはしない状態であった。粘土層は、自然条件下では存在しないような安定した河床状態を形成しており、板状の扁平な表面を有することか空間的な変異性に極めて乏しい状態を呈していた。一般的に、河床に依存して生息する水生昆虫や底性魚類は、河床表面の空間的複雑性が高いほうが個体数および種数も高いことが報告されている。さらに、調査区間近辺はアユの産卵や生息にとって好適な環境として知られてきたが、粘土版河床はおそらくアユの餌資源である付着藻類の繁茂には不適当であると考えられた。したがって、今回みられた河床状況は生物の生息環境としては極めて質の低いものであり、河床低下による本流域河床環境の変化が生物の生息環境としての著しい劣化を伴っていることが示唆された。また、一部の箇所において数十年の間に20メートル程度も河床が深ぼれしている箇所も見つかり、その潜掘はいまだ進行中であることも確認された。我が国においては、中下流域の河川環境を対象にした既往研究事例が極めて少なく、本研究から明らかになりつつある知見は河川管理上極めて重要である。今後は、水生昆虫群集の生息環境やアユの餌場としての河床環境劣化の定量化を進めるとともに、他の河川の状況を把握し、世界中で報告されている河床低下の詳細な現状および将来予測を行っていく予定である。調査研究計画に基づき、調査対象区間において河床地形を詳細に把握するために、カヌーおよび魚群探知機による河床地形測量を行った。さらに河床低下に伴い露出した粘土性の河床の特性を把握するために、放射性炭素同位体測定による年代推定を行った。また、粘土性河床面の水生生物にとっての餌環境としての質を評価するために、クロロフィル濃度(一次生産量の指標として)計測を行った。その結果、これまで、縦断方向200メートルピッチでしか得られていなかった河床地形を連続的かつ効率的に把握することができた。調査対象区間全域にわたり河床面が自然状態に比べて不連続的になっており、数か所において著しい局所潜掘が進行していることが明らかになった。また、粘土性河床の年代測定から、表面を形成する有機物は少なくとも現在より1600年程度古いということが明らかになり、河床低下に伴い本来露出することのない古代の堆積物層が露出してきていることが明らかになった。そして、粘土性河床の表面のクロロフィル測定から、粘土性河床面は砂礫から成る自然河床材料に比較して、相対的に低い生産性を示すことが示唆された。また、現地での観測から粘土性の河床面には公害虫として認知されているオオシロカゲロウが著しく高い密度で生息していることが確認された。わが国においては、中下流域の河川環境を対象にした既往研究事例が極めて少なく、本研究から明らかになりつつある知見は河川管理上極めて重要である。調査研究計画に基づき、調査対象区間において河床地形をさらに詳細に把握するために、カヌーおよび魚群探知機による河床地形測量を行った。また、河床低下に伴い露出した粘土基質河床の生物の生息場としでの機能を定量的に把握するために、数タイプの河床基質(礫、砂、水草、および粘土)において底生動物の定量採取を行った。

その結果、これまで、縦断方向200メートルピッチでしか得られていなかった河床地形を連続的かつ効率的に把握することができた。調査対象区間全域にわたり河床面が自然状態に比べて不連続的になっており、数か所において著しい局所潜掘が進行していることが明らかになった。平成23年の9月に中部地方を直撃した台風12号の影響から、粘土性の河床が上流域へ拡大していることが確認され、また最深部の水深が20mに至ることが明らかになった。一方、底生動物の定量調査から、流速の比較的緩い粘土性の河床面には公害虫として認知されているオオシロカゲロウが著しく高い密度(平方メートル当たり100個体)で生息していることが示された。また、それらの密度は大量羽化が確認された同年10月にはほぼゼロとなっており、河床低下により露出した粘土性河床面が本種の主要生息地および発生源となっていることが推察された。今後は、水生昆虫群集の生息環境やアユの餌場としての河床環境劣化の定量化を進めるとともに、他の河川の状況を把握し、世界中で報告されている河床低下の詳細な現状および将来予測を行っていくことが必要である。また、本課題を通じて極めて深刻な中流域河川環境の劣化が示されたことから、河川管理者は早急な河床低下対策を施すことが必要である。