hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己免疫疾患発症における免疫系と非免疫系の関係性の解明

本研究の目的は、マウス生体内にて非免疫系組織がどのようにT細胞依存性の自己免疫疾患を発症させているかイメージングの手法を交えて解析する事である。具体的には、まず病因CD4T細胞を移入し多発性硬化症のマウスモデル(EAE)を誘導し、どこからCD4T細胞が中枢神経系へ集積してくるかをイメージングの1つの技術である免疫染色法を用いて検討した。結果として第5腰椎の背側の血管がそのゲートであることを突き止めました。次にその原因が何であるかを特定する実験を行った。そこで我々が着目したのが神経の活性化である。地球からの重力による日常的な刺激がひらめ筋と呼ばれる重要な抗重力筋からの感覚神経の活性化を引き起こす。これにより第5腰椎付近の神経が活性化され、それが慢性炎症の誘導機構として当研究室が発見したIL-6アンプを誘導することによってこのゲートが形成されることを突き止めた。IL-6アンプのターゲット分子としてCCL20と呼ばれるケモカインが誘導され、病気の発症に必要なCD4T細胞を集積させることも重要なメカニズムとして特定された。今回の成果により、精神的ストレスでさまざまな病気が増悪する仕組み、あるいは、適度な運動が病気を改善するメカニズム、さらに、なぜ針治療で多くの病気が改善するのかなど、今まで不明であった神経や精神と免疫系の相互作用の分子基盤が解明されることが期待され、診断法、治療法に新たなアプローチができることが強く期待される。そこで、まず多発性硬化症のマウスモデルであるEAEを解析するために炎症誘導性T細胞を組織学的に見る系の立ち上げを行った。CD90.2を発現するT細胞をCD90.2を持たないマウスへ移入し、凍結切片作製後、CD90.2に対する抗体で検出すると、リンパ節や脾臓において多くの細胞集団を確認することができた。この手法を用いて、炎症誘導性T細胞がどこから中枢神経系へ浸潤するかを今後実験していく予定である。さらに当研究室で提唱されたIL-6アンプのEAEへの関与を検証した。IL-6を持たないマウスもしくは非免疫系組織でIL-6の受容体であるgp130を欠損しているマウスへ炎症誘導性T細胞を移入するとコントロール群と比較して、その病態は有意に抑制された。つまりEAEにおいてIL-6アンプの重要性が確認されたことになり、このIL-6アンプの動態を検証することが自己免疫疾患発症のメカニズム解明にとって非常に重要で、意義のあることだと考えられる。そこで、現在IL-6アンプの全身での分布を解析するためにIL-6を産生する細胞を緑色で標識できるマウスを作製している。すでに蛍光タンパクを導入したマウスも誕生してきており、今後病気の発症、進行、維持におけるIL-6アンプの役割をより詳細に検討する予定である。
高い骨密度の骨を形成する新規骨芽細胞群「超石灰化骨芽細胞」の解析

申請者はマイクロCTを用いて成獣マウス全身骨格の骨密度測定を行ったところ、骨の種類によって、また骨の部位によって骨密度が大きく異なることを見出した。骨に含まれるタンパク質の9割以上はI型コラーゲン線維であることから、骨芽細胞が分泌するコラーゲンはI型であると考えられている。ところが、骨密度が際立って高い耳小骨、上腕骨遠位部、および脛骨遠位部を解析したところ、意外なことに、I型コラーゲン(Col1a1)の発現が低い骨芽細胞が骨基質を産生していた。本研究では、この新たな骨芽細胞を「超石灰化骨芽細胞」と名付け、骨密度の高い骨を形成する分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。
変形と温度分布の統合シミュレーションを用いたRFA治療支援ロボットシステムの開発

肝臓の物理モデルを用いた数理シミュレーションとロボット技術を統合することで,正確な穿刺及び正確な焼灼領域の確保を実現する医療用システムの開発を目的として,主に,RFA時の温度分布を推定するシミュレータの開発を実施した.(1)肝臓熱物性値取得実験,(2)温度分布シミュレータの開発,(3)in vitroにおける温度分布シミュレータ精度評価実験,(4)in vivo環境下において血流が与える影響,の4項目に関して研究を実施し,開発を実施する共に,臨床応用へ向けて必要なデータを蓄積した.肝臓の物理モデルを用いた数理シミュレーションとロボット技術を統合することで,正確な穿刺及び正確な焼灼領域の確保を実現する医療用システムの開発を目的として,主に,RFA時の温度分布を推定するシミュレータの開発を実施した.(1)肝臓熱物性値取得実験,(2)温度分布シミュレータの開発,(3)in vitroにおける温度分布シミュレータ精度評価実験,(4)in vivo環境下において血流が与える影響,の4項目に関して研究を実施し,開発を実施する共に,臨床応用へ向けて必要なデータを蓄積した.本研究の目的は,肝臓の物理モデルを用いた数理シミュレーションにより,正確な焼灼領域の確保を実現するシステムの開発を行なうことである.初年度には,主に温度分布シミュレータの開発とその評価実験に関する下記の3点に関して研究を行った.(1)肝臓熱物性値取得実験臨床に耐えうる高精度な温度分布シミュレータを開発するには,生体組織が有する熱物性値の複雑さをシミュレーションに反映する必要がある,特に生体組織は温度上昇に伴い組織の組成が変化し,熱物性値も変化することが知られている.そこで,ブタ肝臓を用いて,シミュレータ精度に大きく影響する熱伝導率および比熱の温度依存性をそれぞれ定常比較法,温度変調法により取得し,その関係性を定式化した(2)温度分布シミュレータの開発取得した熱物性値に基づき,有限要素法により肝臓RFA用2次元温度分布シミュレータを開発した.シミュレーションでは,肝臓内部に形成される発熱量分布を算出後,温度分布を算出した.開発したシミュレータの精度評価を行うため,摘出したブタ肝臓に対するRFA焼灼実験を実施した.シミュレーションでは,正方形のブタ肝臓モデルを構築し,モデル上辺より中央まで穿刺したRFA針先端20[mm]から50[V]を印加した際の温度分布を算出した.この際,境界条件として,モデル周囲の温度を一定温度とする温度境界条件を設定した.一方,肝臓モデルと同様の寸法を有する実際の摘出ブタ肝臓を用意し.一定温度に保持した水を肝臓の周囲に還流させることで温度境界条件を再現した.焼灼中,RFA針直下の組織の温度を熱電対により実測した.シミュレーション結果とIn vitro実験結果の比較すると,実測値と解析値の温度上昇傾向は類似しておりRFA中のシミュレーションによる温度の予測が可能であることが示唆された.本研究の目的は,肝臓の物理モデルを用いた数理シミュレーションにより,正確な焼灼領域の確保を実現するシステムの開発を行なうことである.本年度は,臨床に応用する際に必要となる項目に関して研究を行った.具体的には,in vivo環境化において問題となる,血流の存在が血流に与える影響に関して調査を実施した.肝臓内の細径血管内の血流の存在がRFA施行中の熱伝導現象に及ぼす影響について検討するため,in vivoにて生存ブタを用いた実験を行った.実験では(1)門脈,胆管,肝動脈を糸で縛り毛細血管内の血流を無くした場合,(2)門脈,胆管,肝動脈を開放し毛細血管内に血流を流した場合の2通りについて,それぞれ(a)肝臓実質と血流を纏めたみかけの熱伝導率の測定,および(b)RFA施行中のRFA針周辺組織の温度測定を行った.熱伝導率測定実験の結果,有血流下の熱伝導率は無血流下の約1.2倍となった.これは,有血流下では血流の存在により熱が周囲に散逸しやすくなり,組織全体としての熱伝導率が上昇したためと考えられる.また,温度測定実験の結果,有血流下より無血流下の温度が高く,焼灼5分後には,RFA針最近点Aで有血流下と無血流下で20°Cの温度差が認められた.以上の結果より,有血流下では熱が血流に乗って流れやすくなるため,実質と血液を纏めた組織全体としてのみかけの熱伝導率は高くなるが,加温部の熱が周囲に散逸しやすくなるため温度上昇が抑制されることが分かった.
女子割礼(FGM)をめぐるフェミニスト言説とアフリカの女の表象についての研究

1.残念ながら、研究期間内に、FGMを直接扱った作品を分析し、論文の形でまとめることはできなかった。アリス・ウォーカーの作品を再読してみると、本研究代表者の知見ではこの問題を分析するには限界があり、ウォーカー研究者との共同研究が必要であると実感した。今後その道を探っていきたい。2.しかし、民族、植民地支配、国家をめぐっていかなるフェミニスト言説が構築されているのかについて知見を深め、その知見をもとにして、過去に博士論文として発表した文章の一部を大幅に修正し、論文として発表することができた。諭文では、エリートのアフリカ人フェミニストが、草の根のサバルタンの女たちを代弁/表象するという問題を考察した。「アフリカの女」とひとくくりにされることが多いが、彼女らは、西洋から移入されたフェミニズムや、アフリカの女が昔から育んできた女の力と知恵をめぐって、みずからをさまざまな位置に置く。また、論文で扱った作品では、紛争下のレイプがテーマの一つとなっており、FGMを今後考察するにあたって、その他の性暴力の問題とからめて論じる道筋が見えてきたように思われる。3.また、FGMを扱ったヤングアダルト小説の翻訳を現在進めている。FGMが高校のジェンダー教育の場で取り上げられる機会が増えてきているので、出版に向けて今後努力したい。2000年における日本のフェミニズム運動の最大の成果は、いわゆる「従軍慰安婦」をめぐる国際戦犯法廷を実施したことである。研究実施者も科学研究費補助金を利用してこの法廷に参加した。そこで明らかにされたのは、民族の視点をふまえたうえで性暴力問題を問うことの重要性であった。「従軍慰安婦」問題においては、帝国の女としての日本の女の立場をめぐってフェミニストの間で論争があるが、じつは民族の視点からフェミニズムを問い直すことは、90年代以降の世界のフェミニズムの課題でありつづけているのである。本研究の主要テーマである女性性器切除(FGM)、いわゆる「女子割礼」問題も、この枠組みのなかで、すなわち、民族とジェンダーの交差のなかで捉えることができる。しかし、科学研究費補助金を利用して研究会や国際シンポジウムに参加した結果、日本のFGM廃絶運動支援者のあいだで、この90年以降のフェミニズムの流れが共有されているとは言いがたく思われた。と同時に、アフリカで廃絶運動を担っている女たちも、草の根の女たちにたいするみずからの階級的特権性に無自覚な場合もあるようだ。なお、予定していたアメリカ訪問は、今年度は日本でのフェミニスト言説分析に重きをおいたため実施しなかった。来年度準備が進めば実施したい。上述の報告から明らかなように、今年度は補助金の大半を資料・情報収集に費やした。来年度も同様となろう。本研究課題は2年計画であるため、次項の研究発表一覧も現段階ではFGM問題と直結はしておらず、これまで研究実施者が研究してきた課題に、本研究課題補助金を利用して得た第三世界フェミニズムにたいする知見を反映させて発表した成果を列挙した。直接的な成果として、今年度実施するはずだった日本のFGM廃絶運動支援グループの代表者インタビューを来年度実施し、文章にして発表したいと考えている。
入出力空間における理想と現実のデータマッチングに基づいた制御系設計

特性が不確かな制御対象が与えられたとき,その制御対象の入出力から直接モデルを導出することなく,所望の制御結果を得ることのできるコントローラを制御対象の入出力観測データから導出する手法に関して,以下に挙げる研究成果が得られた.1.閉ループ系の入出力観測データと閉ループ系の規範応答との差を小さくするコントローラを,プラントのモデルを同定することなく設計する手法を提案した.提案法は,VRFTやFRITと呼ばれる方法をさらに発展させたものである.これら既存の方法との相違点は,設計の段階で不安定な極零相殺を起こりうることを検出し,閉ループ系の不安定化を未然に防ぐことが可能なことである.2.一組の実験データのみを用いることによるパラメータ調整手法として分担者らにより提案されているFRITを最小二乗演算で実行したときの最適性の厳密な解析を行い,あるプレフィルタをデータに施すことで,所望のパラメータを得る実用的な方法を提案した.3.制御器パラメータ調整手法を用いた新たな同定手法の開発を行なった.これは制御対象の構造を制御器に含む場合には,仕様を満たす制御器のパラメータ調整がそのまま仕様の範囲内でのシステム同定につながるという着想を得て,FRITの制御器パラメータ同定手法を逆に制御対象の同定に応用したものである.これは,「制御器の同定による制御対象の同定」という新しい概念の基礎となるものである.4.2で開発した最小二乗法によるFRITが適用できる制御器のクラスを拡張した.これは,「正準制御器」と呼ばれる仕様と対象の軌道集合に適合する制御器の設計を,FRITで用いられる擬似参照信号の観点から捉えなおす俯瞰的な考察に基づいている.5.プラントの特性変動下で一様な制御性能を達成できるように提案手法を改良した.特性が不確かな制御対象が与えられたとき,その制御対象の入出力から直接モデルを導出することなく,所望の制御結果を得ることのできるコントローラを制御対象の入出力観測データから導出する手法に関して,以下に挙げる研究成果が得られた.1.閉ループ系の入出力観測データと閉ループ系の規範応答との差を小さくするコントローラを,プラントのモデルを同定することなく設計する手法を提案した.提案法は,VRFTやFRITと呼ばれる方法をさらに発展させたものである.これら既存の方法との相違点は,設計の段階で不安定な極零相殺を起こりうることを検出し,閉ループ系の不安定化を未然に防ぐことが可能なことである.2.一組の実験データのみを用いることによるパラメータ調整手法として分担者らにより提案されているFRITを最小二乗演算で実行したときの最適性の厳密な解析を行い,あるプレフィルタをデータに施すことで,所望のパラメータを得る実用的な方法を提案した.3.制御器パラメータ調整手法を用いた新たな同定手法の開発を行なった.これは制御対象の構造を制御器に含む場合には,仕様を満たす制御器のパラメータ調整がそのまま仕様の範囲内でのシステム同定につながるという着想を得て,FRITの制御器パラメータ同定手法を逆に制御対象の同定に応用したものである.これは,「制御器の同定による制御対象の同定」という新しい概念の基礎となるものである.4.2で開発した最小二乗法によるFRITが適用できる制御器のクラスを拡張した.これは,「正準制御器」と呼ばれる仕様と対象の軌道集合に適合する制御器の設計を,FRITで用いられる擬似参照信号の観点から捉えなおす俯瞰的な考察に基づいている.5.プラントの特性変動下で一様な制御性能を達成できるように提案手法を改良した.制御対象の特性を反映する実験データ(現実)と仕様の応答(理想)に非反証な制御器の最適パラメータをオフラインで求める手法の開発を平成16年度に分担者の藤井および金子によって考案されたFRITをさらに発展させる形で行なった.FRITは一回の実験データにより,制御仕様を満足する制御器パラメータをチューニングする手法である.本年度は以下の結果を得た.(1)FRITを最小二乗演算で実行したときの最適性の厳密な解析を行った.仮想領域で最適化を行なうFRITを最小二乗法の計算で実行したとき,初期の出力データと所望の閉ループ特性から構成されるあるフィルタを,初期データに施すことで所望の最適値に近いパラメータを得ることができることを示した.これにより,定量的に保証されたもとで一回の実験データおよび最小二乗法という簡単な計算により,所望の制御器パラメータを得る手法を開発した.(2)FRITとVRFTの比較を行った.VRFTはFRITときわめて似た手法の一つである.これらの手法を厳密に比較し,FRITが閉ループデータを扱える,試行錯誤する点が少ない,などの利点を有することを示した.(3)制御器パラメータ調整を用いた新たな同定手法の開発を行った.制御対象の構造を制御器に含む場合には,仕様を満たす制御器のパラメータの調整は,そのまま仕様の範囲内でのシステム同定につながることに着想を得て,FRITのパラメータ同定手法を,逆に制御対象のシステム同定に応用することを考案した.(4)FRITおよびVRFTと同じ問題設定で,制御器とある種の伝達関数の同定を行う手法を開発した.この手法は,制御器と制御対象の間の不安定な極零相殺の可能性を実装前に判定できるという特徴を有する.制御対象の特性を反映する実験データ(現実)と仕様の応答(理想)に非反証な制御器の最適パラメータをオフラインで求めるFRITとよばれる手法が分担者の藤井および金子によってこれまでに考案されている.

FRITは一回の実験データにより,制御仕様を満足する制御器パラメータをチューニングする手法である.本研究課題では,FRITの発展形として以下の研究成果を得た.(1)FRITの概念を一般化したデータマッチングによって,既存のコントローラオフラインチューニングを体系的に捉え,閉ループ系の不安定化を未然に防ぐ手法を導出した.(2)プラントの変動に対応するため,複数の入出力実験データの組を用いてチューニングする手法を導き,数値シミュレーションによって有効性を確認した.(3)FRITを最小二乗演算で実行したときの最適性の厳密な解析を行った.仮想領域で最適化を行なうFRITを最小二乗法の計算で実行したとき,初期の出力データと所望の閉ループ特性から構成されるあるフィルタを,初期データに施すことで所望の最適値に近いパラメータが得られることを示した.これにより,定量的に保証されたもとで一回の実験データおよび最小二乗法という簡単な計算により,所望の制御器パラメータを得る手法を開発した.(4)FRITのパラメータ同定手法を制御対象のパラメータ同定に適用し,新たなシステム同定の手法の開発を行った.この手法では,制御対象の構造を制御器に含めることにより,仕様を満たす制御器を求めると同時に制御対象のパラメータを求めることになる.
神経芽腫neuroblastomaにおける癌幹細胞同定への試み

神経芽腫(neuroblastoma)は胎生期の神経堤細胞由来の悪性腫瘍で、主に副腎髄質や交感神経幹から発生する。組織幹細胞と同様に自己複製能を有して癌細胞を供給し、癌組織を維持する癌幹細胞の存在が提唱されており、悪性度の高い神経芽腫においてその存在が強く示唆されている癌幹細胞の同定と分離を目的に研究を行った。神経芽腫において癌幹細胞の特定を複雑にしている要素として、細胞の形質の不均一がある。神経芽腫では、その形質によりN、I、Sと3つのタイプに分類され、特にIタイプにおいて癌幹細胞との関係を示唆する報告がなされおり、我々もこれまでの研究でSK-N-SH細胞において同様の事象を確認した。また、神経芽腫の細胞株を用いた研究よりCD133あるいはCD44が癌幹細胞マーカーと成り得ることをこれまでに確認してきた。そこで、本研究では、CD133およびCD44の癌幹細胞マーカーとしての有用性、および1タイプ=癌幹細胞足りうるか、という2つの点を解明すべく、神経芽腫における癌幹細胞同定を試みた。方法としては、CDI33およびCD44の発現パターンを解析し、発現パターンごとに細胞群をセルソーティングにて分離し、DNAアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を行った。結果として、Iタイプにおいて特徴的にみられる細胞群で、癌幹細胞との関連性の報告のある、Notchシグナル系、Wnt/β-cateninシグナル系との関連を示すデータが得られた。一方で、CDI33およびCD44のみでは癌幹細胞同定・分離は不十分であり、候補マーカーを追加し、さらなる解析を進める必要が示された。さらに神経幹細胞や前駆体細胞マーカーの発現解析を行ったところ、上述の癌幹細胞様の形質が示された細胞群では、特にSOX2の発現亢進が示され、新たなマーカーとなりうることが示された。また、網羅的な遺伝子発現解析の結果より、新たな候補マーカーが示された。今後、さらなる解析を進め、癌幹細胞同定・分離につながるマーカーの特定を目指す。
廃用症候群の患者が自力で座位をとるための筋肉と栄養の実態の解明

本研究は廃用症候群により身体の可動性が低下した患者が、自力で生活行動を行う基本的姿勢である座位を獲得するための看護介入を開発する基礎的研究として、廃用症候群の患者における自力で座位を保持するための身体の栄養状態や筋肉の現状について調査した。今年度は、療養型病床群に入院中の廃用症候群と診断を受けた10名を対象として、栄養と筋肉の状態について調査を行った。栄養については、栄養摂取状況と血液データ、皮下脂肪の測定を行った。さらに筋肉については、メジャーおよび超音波画像計測による身体4か所の筋厚について測定を行った。筋厚については、昨年度調査を行った健康な高齢者と比較して分析した。その結果、すべての対象者が著しい低栄養の状態であることが明らかとなった。また、筋肉の状態については座位を支えるための下肢および体幹の筋厚が、健康な高齢者よりも、顕著に低い結果であった。特に下肢の筋厚は健康な高齢者の2割の厚みであった。そのことから、廃用症候群の状態にある患者は、座位を保持するための筋肉が減少しており、さらに低栄養の状態であることから、筋量や筋力を増強するための栄養が不足していること、さらに自力で運動することが可能なエネルギーが著しく欠乏した状態であることが明らかとなった。この結果から廃用症候群の状態にある者が自力で活動するための基本的な姿勢としての座位を再獲得するためには、活動するための栄養の在り方を検討することが喫緊の課題である。本研究の目的は廃用症候群により身体の可動性が低下した患者が、自力で生活行動を行う基本的姿勢である座位を獲得するための看護介入を開発する基礎的研究として、座位姿勢を保持するための筋肉と栄養の実態を明らかにすることである。重度の廃用症候群の状態にある患者の多くは低栄養であることや、全身の筋肉が萎縮した状態であることが報告されている。しかし廃用症候群の患者において、筋肉や栄養の指標として用いられる上腕周囲長や上腕三頭筋部皮下脂肪厚の指標としての正確性は低いことが報告されている。そのことから、座位をとるために必要な筋肉の状態や栄養の状態を、臨床で簡易に測定することが困難であり、その実態は明らかではない。そこで、本研究は、測定のための移動の負荷がなく、人体への侵襲が少ない非医療用超音波画像計測機器を用い、座位をとるための筋肉と栄養の測定方法を確立することとした。今年度は、測定手法の確立を目的として、座位に必要な筋肉の測定部位について、文献検討を行った。国内外の文献から、座位姿勢において特に空間中のバランスを保持する筋力を必要とする端座位の筋電図測定に関する報告を中心に検討した。その結果、腹部、背部、腰部、大腿部、下腿部を測定部位として特定した。さらに、キャリパーを用いた上腕三頭筋部皮下脂肪厚と超音波画像測定による皮下脂肪厚の関連を検討するため上腕を超音波画像測定の測定部位とした。今年度特定した測定部位を翌年度の研究計画に反映し、測定を実施する。今年度の研究計画において、超音波画像測定による測定部位の特定のために、座位姿勢の筋電図測定を予定していた。筋電図測定に関して、測定方法の検討や対象者の選定計画に時間を要した。しかし筋電図測定に関する文献検討において、すでに座位姿勢に関与する筋肉についての報告が十分に確認できたため、研究計画の修正を行った。本研究の目的は廃用症候群の患者が座位を保持するための筋肉と栄養の実態を明らかにすることである。今年度はその基礎的な研究として、健康な成人が座位をとるための筋肉の状態および栄養の状態を超音波画像計測法を用いて明らかにすることを目的とした。平成28年度に行った文献検討により、座位をとるための筋肉の状態の指標として腹部、背部、腰部、大腿部、下腿部の筋厚をデータと定めた。また栄養を査定するための指標として従来の簡易測定法である上腕三頭筋皮下脂肪厚と超音波画像計測法による上腕と腹部、側腹部の脂肪厚の関連を確認することを本研究の課題とした。60歳代から80歳代の健康で自立して長時間の座位をとることが可能な成人41名を対象として、前述の項目を測定し、身体5部位の筋厚を測定した。男女においていずれの項目においても男性の筋厚が大きいことが確認され、廃用症候群の患者をのデータ比較においても男女差を考慮する必要性が明らかとなった。また、測定筋厚間に関連がある部位があることが確認された。有意な関連が確認された測定部位については、座位を保持する筋肉として有用な測定項目であることが考えられた。上腕三頭筋皮下脂肪厚と超音波画像計測による上腕後面脂肪厚、および腹部脂肪厚、側腹部脂肪厚は相関があることが確認された。そのため、廃用症候群の患者において信頼性が低下する上腕三頭筋皮下脂肪厚の測定値を合わせて、腹部および側腹部の超音波画像計測による脂肪厚を測定することが栄養指標として有用であることが確認された。廃用症候群の患者の測定法を検討するための基礎資料としての成人のデータ測定および分析に時間を要した。そのため廃用症候群の患者のデータ収集に着手することができなかった。

本研究は廃用症候群により身体の可動性が低下した患者が、自力で生活行動を行う基本的姿勢である座位を獲得するための看護介入を開発する基礎的研究として、廃用症候群の患者における自力で座位を保持するための身体の栄養状態や筋肉の現状について調査した。今年度は、療養型病床群に入院中の廃用症候群と診断を受けた10名を対象として、栄養と筋肉の状態について調査を行った。栄養については、栄養摂取状況と血液データ、皮下脂肪の測定を行った。さらに筋肉については、メジャーおよび超音波画像計測による身体4か所の筋厚について測定を行った。筋厚については、昨年度調査を行った健康な高齢者と比較して分析した。その結果、すべての対象者が著しい低栄養の状態であることが明らかとなった。また、筋肉の状態については座位を支えるための下肢および体幹の筋厚が、健康な高齢者よりも、顕著に低い結果であった。特に下肢の筋厚は健康な高齢者の2割の厚みであった。そのことから、廃用症候群の状態にある患者は、座位を保持するための筋肉が減少しており、さらに低栄養の状態であることから、筋量や筋力を増強するための栄養が不足していること、さらに自力で運動することが可能なエネルギーが著しく欠乏した状態であることが明らかとなった。この結果から廃用症候群の状態にある者が自力で活動するための基本的な姿勢としての座位を再獲得するためには、活動するための栄養の在り方を検討することが喫緊の課題である。研究計画に基づき、健康な人を対象として、超音波画像計測機器を用いて今年度特定した9か所の部位の筋厚および脂肪厚を測定し、基礎的なデータとする。当初の研究計画の変更の予定はない。当初、廃用症候群の状態にある対象者を20名と計画していたが、対象者数を10名程度に縮小することを検討する。対象者数以外の研究方法に変更の予定はない。計画において、超音波画像装置の購入を予定していた。しかし、今年度は所属機関において既に保有していたものを借用したため、当該助成金が生じた。本研究の進捗が遅れていることから、データ収集や学会発表のための旅費、分析に必要な機の支出が少なかった。それらの活動は平成30年度に繰越す。そのため30年度は旅費及びPCやデータ保存のための記憶媒体の購入費が必要である。本研究のデータ収集に用いる超音波画像装置は、現在、所属機関が保有する1台を借用している状況である。しかし、借用が不確定なこと、および複数の施設での測定を行うため、さらに1台の測定機器が必要である。その他、次年度の計画に変更はない。
アンモナイト進化における非定常カオス要因の分析

本研究の目的は非定常要因による進化という一つの数理的側面を解明しようとするものである。アプローチとしては、(i)計算機を用いたモデルシミュレーション、(ii)古生物学的知見に基づいたデータ解析、を行なう。(i)に関しては本年度は正常巻きアンモナイトから異常巻きアンモナイトへの形態進化におけるゆらぎの効果を明らかにした。具体的には殻の形態形成過程において曲率と捩率にゆらぎを加え、その効果を調べた。その結果、ゆらぎの非定常性を強めることで正常巻きから異常巻きアンモナイトへの形態進化が発生することが確認できた。さらに非定常性の指数(カオス特性量)とアンモナイト形態との関係を調べるため、形の特性量としてポアンカレマップ及び平扁度を導入した。これらの特性量を用いると、正常巻きから異常巻きへの形の転移を定量的に特徴づけることができる。そして非定常性の指数とゆらぎの強さというパラメータ空間においてアンモナイト殻形態の相図を作成することができた。このように我々のモデルは形態進化における形態転移を理解する上で新しい視点を提供するものであるといえる(現在論文をProgress of Theoretical Physicsに投稿中)。(ii)に関しては入手したアンモナイト化石の成分分析を現在準備中である。その個体発生的及び系統発生的変化を調べることで、非定常ゆらぎの起源を探したいと考えている。
ロバストな次世代光・無線統合ネットワークのトポロジ設計とトラヒック制御

本研究では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークトポロジの設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.トポロジ設計法では,ロバスト性が高くなるような波長多重数と無線端末配置を導出する.トラヒックエンジニアリング技術では,ロバスト性の低下が最小限となる経路を積極的に利用する.本研究の成果から,無線ネットワークと光ネットワークに対してロバストなトポロジ設計が可能になり,ロバストなトラヒック伝送も実現できた.さらに,次世代光・無線統合ネットワークにおいてもロバストなトポロジ設計とトラヒックエンジニアリングの実現が期待できる.本研究課題では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークトポロジの設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.本課題では,初年度である平成24年度に確立したトポロジ設計法を用いることによって,大規模光ネットワークに対して,少ないコストで総伝送トラヒック量とロバスト性が共に向上するトポロジの設計が可能になった.しかしながら,この確立した方法では,統合ネットワークのトラヒックが増加するたびに,ロバスト性が悪化することになる.そこで,2年目となる平成25年度は,ロバスト性を悪化させないようにデータ伝送量を制御するトラヒックエンジニアリング技術の確立に取り組んだ.本技術ではまず,各リンクに対して単位資源量当たりの指標の増加率を計算する.この指標の増加率が高くなると,ネットワークのロバスト性は低下するため,増加率の低いリンクを使うことが望ましい.そこで,光ネットワークに対しては,トラヒックの増加率をコストとした巡回セールスマン問題として定式化し,迂回経路を含んだ経路を導出する.今年度の実施期間では,問題の定式化を終了して近似解の導出を行い,さらに経路を導出するためのアルゴリズムを検討している.一方,無線ネットワークに対しては,限られた伝送距離で広範囲にデータを伝送するためのデータ伝送技術を確立した.本方式では,無線ノードの位置やノード間の電波環境を考慮してロバスト性を悪化させない伝送経路を導出する.これらの成果によって両ネットワークの経路を導出すると,エンドツーエンドの経路も容易に導出することができる.しかしながら,それぞれのネットワークで得られた経路が,必ずしもエンドツーエンドの経路として最適とは限らない.そこで,平成26年度は,両ネットワークを同時に考慮した経路探索アルゴリズムの構築を目指す.本研究課題では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークトポロジの設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.トポロジ設計法では,ロバスト性が高くなるような波長多重数と無線端末配置を導出する.一方,トラヒックエンジニアリング技術では,ロバスト性の低下が最小限となる経路を積極的に利用することができる.両方式を本統合ネットワークで利用することにより,自然災害時などによる故障・障害に強いロバストな統合ネットワークを構築・利用することが可能となり,将来の利用が期待される.本研究課題の初年度である平成24年度は,統合ネットワークの設計ではなく,大規模光ネットワークと無線ネットワークのトポロジを個別に設計する研究に取り組んだ.無線ネットワークのトポロジ設計については,SINRやキャリアセンス,隠れ端末問題などを考慮して,ロバスト性が高くかつネットワークの接続性を保つことができる最適なノード配置を実現するアルゴリズムを確立した.また,光ネットワークに関しては,複数のドメインで構成された大規模ネットワークを対象として,ネットワークのロバスト性を考慮して,ドメイン間の接続状態,光ファイバの接続数,波長使用可能数を決定するアルゴリズムを開発した.この方式では,各ドメインからはエッジノード間の最大伝送量に関する情報のみを公開してもらい,ドメイン内部の情報を可能な限り公開しない工夫を導入している.これら2つの提案アルゴリズムの性能を,モンテカルロシミュレーションで評価を行った.無線ネットワークに関しては,計算時間に数十秒数分程度の時間が必要となるが,所望のロバスト性の高いトポロジを設計できることが示された.また,大規模光ネットワークに関しても,少ないコストで,伝送量とロバスト性が向上するトポロジ設計を行うことが示された.本研究課題では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークトポロジの設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.本課題では,初年度である平成24年度に確立したトポロジ設計法を用いることによって,大規模光ネットワークに対して少ないコストで総伝送トラヒック量とロバスト性が共に向上するトポロジの設計が可能になった.しかしながら,この確立した方法では,統合ネットワークのトラヒックが増加するたびに,ロバスト性が悪化することになる.そこで2年目となる平成25年度は,ロバスト性を悪化させないようにデータの伝送量を制御するトラヒックエンジニアリング技術の確立に取り組んだ.光ネットワークに対しては,トラヒックの増加率をコストとした巡回セールスマン問題として定式化し,迂回経路を含んだ経路の導出を試みて,近似解導出による経路決定アルゴリズムを検討した.また,無線ネットワークに対しては,限られた伝送距離で広範囲にデータを伝送するためのデータ伝送技術を確立した.これら2年間の成果を基に,平成26年度は,光ネットワークにおけるトラヒックエンジニアリングの確立に取り組んだ.このトラヒックエンジニアリングでは,光ネットワークで使用される波長数などを考慮して準最適なトラヒックエンジニアリングを実現した.さらに統合ネットワークに対するロバスト性を考慮したトポロジ設計法の確立に取り組んだ.本方式では,すでに確立していた光ネットワークと無線ネットワークの最適化問題を組み合わせるのではなく,各最適化問題の一部に改良を加えた設計法を確立した.

本研究課題では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークとポロ時の設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.本課題では,初年度である平成24年度に確立したトポロジ設計法を用いることによって,大規模光ネットワークに対して,少ないコストで総伝送トラヒック量とロバスト性が共に向上するトポロジの設計が可能になった.さらに2年目となる平成25年度は,統合ネットワークのロバスト性を悪化させないようにデータの伝送量を制御するトラヒックエンジニアリング技術を確立した.光ネットワークに対しては,トラヒックの増加率をコストとした巡回セールス万問題として定式化し,迂回経路を含んだ経路の導出を試みて,近似解導出による経路決定アルゴリズムを検討した.また,無線ネットワークに対しては,限られた伝送距離で広範囲にデータを伝送するためのデータ伝送技術を確立した.平成26年度は光ネットワークにおけるトラヒックエンジニアリングの確立に取り組み,波長数などを考慮したジュンサイ的なトラヒックエンジニアリングを実現した.統合ネットワークに対するロバスト性を考慮したトポロジ設計法の確立に取り組んだ.過去3年の研究成果を踏まえて,平成27年度は,統合ネットワークに対するロバスト性を考慮したトラヒックエンジニアリング技術の確立を行った.確立した技術では,無線ネットワークでのトラヒックエンジニアリングと光ネットワークでのトラヒックエンジニアリングを組み合わせることで,適切なトラヒック制御を実現した.本研究では,次世代光・無線統合ネットワークにおいて,障害や故障に強いロバスト性を考慮したネットワークトポロジの設計法とトラヒックエンジニアリング技術を確立する.トポロジ設計法では,ロバスト性が高くなるような波長多重数と無線端末配置を導出する.トラヒックエンジニアリング技術では,ロバスト性の低下が最小限となる経路を積極的に利用する.本研究の成果から,無線ネットワークと光ネットワークに対してロバストなトポロジ設計が可能になり,ロバストなトラヒック伝送も実現できた.さらに,次世代光・無線統合ネットワークにおいてもロバストなトポロジ設計とトラヒックエンジニアリングの実現が期待できる.平成26年度に実施する研究内容は,当初の予定では,光ネットワークと無線ネットワークの統合ネットワークに対して,ロバスト性を考慮したトポロジ設計法とトラヒック制御技術を確立することであった.しかしながら,平成25年度に光ネットワークのトラヒックエンジニアリングを確立することが出来なかったので,まずは,このトラヒックエンジニアリングの確立に取り組んだ.このトラヒックエンジニアリングでは,光ネットワークで使用される波長数などを考慮する必要があり,最適なトラヒックエンジニアリングの確立が困難であった.そのため,計算時間も考慮して準最適なトラヒックエンジニアリングの実現を行った.次に,統合ネットワークに対するロバスト性を考慮したトポロジ設計法の確立に取り組んだ.
芳香環直接構築法を活用するユニークな縮合環芳香族化合物の創製

これまでに我々は、選択性に特徴を持つ芳香環の新たな直接構築法を開発してきた。本研究ではこれらの基盤技術を応用することで、これまでにない機能を有する縮合環芳香族化合物の新開発を目指した。具体的には、1)面性不斉ピリジン触媒の実践的合成法の開発と応用。2)立体選択的合成に立脚したフェロセン含有光学活性ヘリセンの合成。3) 1,3,5-トリス-1-フェニルエテニルベンゼンを鍵中間体とする新規有機材料の開発。4)内部三環形成新規ピセン合成法を利用する特殊ピセンの合成の四つのテーマを軸に研究を展開している。本年度は、特に1)の研究課題で優れた研究成果を得ることができた。我々はこれまでにメタセシス反応を利用するFerroco-DAAPのエナンチオ選択的合成法の開発に成功している。本手法では、フェロセン骨格を有するアルデヒドから誘導したキラルアセタールを出発原料として、ジアステレオ選択的に面不斉をコントロールしながらピリジン環を構築していくというアプローチを採用した。しかしながら一方で、本手法は合成ルートが長く、嵩高い官能基を導入できない等の欠点を抱えていた。そこで本研究で、ごく最近我々が開発することに成功した全く新しいピリジン環形成手法を応用することで、前手法の大幅な短工程化と一般化に取り組んだ結果、狙い通りに優れたFerroco-DAAPの汎用的合成手法を開発することができた。また、本年度は、3)の研究課題においても良好な研究成果を得た。開発ターゲットとしている新規有機材料のコアパーツとなるチオフェン環の新たな合成法を見いだすことができた。本年度新たに開発したFerroco-DAAPの合成法を利用すれば、効率的に短工程で目的物にアクセスすることができる。本合成法は、これまでに我々が開発した合成法の利点であった1)光学分割ではなく、立体選択的な手法により触媒を得る、2)合成の最終工程でピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基の導入を行うことで迅速に多様な類縁体を合成する、という特徴をそのまま継承しているが、これに加えて、これまでの合成法では達成することのできなかったペンタフェニル体の短工程合成が可能となっており、格段にその汎用性が向上している。さらに、今回我々は、新たな合成法を利用することで全く新規の面不斉メタロセンDAAPとなるペンタベンジル体やシマントレン体の開発にも成功した。以上の成果は、研究開始当初に期待していた通りであったが、現在、この結果を受けて、本合成手法のさらなる一般化にも取り組んでいる。また、ピリジン環以外の合成ターゲットとしては、1,3,5-トリス-1-フェニルエテニルベンゼンを鍵中間体とする新規有機材料の開発研究において、コアとなるチオフェン環の新しい合成法を見いだすことに成功し、良好な結果を得ている。新たに開発したピリジン環合成法を応用して、様々な有用物質の開発を行う。具体的には、医薬、農薬の母骨格としてよく知られているキノリン類の合成を行う。また、チオフェン環合成法に関しては、一般性の検証を行う研究と並行して、本手法ならではと言えるチオフェン環が連結した新規有機材料の合成研究へと展開を図りたい。新たな機能を持つ物質の創出と新たな骨格構築法の開発は表裏一体の関係にある。本研究により、独自の合成方法論を利用するならではのユニークな物質の開発を目指す。本合成法は、これまでに我々が開発した合成法の利点であった1)光学分割ではなく、立体選択的な手法により触媒を得る、

2)合成の最終工程でピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基の導入を行うことで迅速に多様な類縁体を合成する、という特徴をそのまま継承しているが、これに加えて、これまでの合成法では達成することのできなかったペンタフェニル体の短工程合成が可能となっており、格段にその汎用性が向上している。さらに、今回我々は、新たな合成法を利用することで全く新規の面不斉メタロセンDAAPとなるペンタベンジル体やシマントレン体の開発にも成功した。以上の成果は、研究開始当初に期待していた通りであったが、現在、この結果を受けて、本合成手法のさらなる一般化にも取り組んでいる。また、ピリジン環以外の合成ターゲットとしては、1,3,5-トリス-1-フェニルエテニルベンゼンを鍵中間体とする新規有機材料の開発研究において、コアとなるチオフェン環の新しい合成法を見いだすことに成功し、良好な結果を得ている。新たに開発したピリジン環合成法を応用して、様々な有用物質の開発を行う。具体的には、医薬、農薬の母骨格としてよく知られているキノリン類の合成を行う。また、チオフェン環合成法に関しては、一般性の検証を行う研究と並行して、本手法ならではと言えるチオフェン環が連結した新規有機材料の合成研究へと展開を図りたい。新たな機能を持つ物質の創出と新たな骨格構築法の開発は表裏一体の関係にある。本研究により、独自の合成方法論を利用するならではのユニークな物質の開発を目指す。
知識表現言語CARINにおけるゴール依存の抽象化の研究

本研究の目的は、ハイブリッド知識表現言語CARINにおけるゴールに依存した抽象化(Goal-Dependent Abstraction:GDA)の提案である.こうしたハイブリッドな知識表現においては、知識は関係的知識と語彙的知識から構成されるが、これまでのGDAは関係的知識のみを対象として定式化されていた.これを語彙的知識も扱えるよう拡張するため、本年度は第一段階として、ハイブリッド知識表現において基本となる順序ソ-ト論理におけるGDAについて考察した.GDAとは『抽象化は観点あるいはゴールに依存した動的なものである』との考えのもとに提案された枠組であり、所与のゴールに依存して適切な抽象化を計算する.ここでの抽象化は類似概念を同一視する操作に相当し、所与のゴールに依存して類似概念が動的に変化する様子がGDAにおいては観察される.本年度の研究では、これまでのGDAでは利用されていなかった語彙的知識が与える情報を新たにGDAの枠組に採り入れた.具体的には,Similarity-Inheritance Condition(SIC)とValue Restriction Preservingness(VRP)を導入して抽象化の適切さを再定義した.一言で述べると、SIC・VRPともに語彙的知識が定める概念構造に対する制約であり,これらの導入により、意味的により妥当な抽象化の自動構成が可能となった.さらに、計算機実験の結果、これらが抽象化の自動構成の効率化にも大きく寄与することが確かめられた.さらに本年度は、こうした新たなGDAの枠組を、概念の類似性検出の立場から捉え、GDAにより得られた類似性に基づいた類推の枠組を定式化し、類推が重要な役割を果たす法律の世界においてその有用性を計算機実験により確かめた.また同様な立場から、GDAによる類似性を利用した知識獲得・修正手法についても考察した.これは、類似性を知識獲得のトリガーとして利用した,これまでにない手法であり、類推研究、および機械学習研究における新たな方向性を与えるものと考えられる.本年度の考察により、順序ソ-ト理論に対してではあるが,語彙的知識が与える情報をGDAの枠組に有効に取り込めることがわかった.また、類推や知識獲得においてGDAの有用性を示せたことは,今後の応用研究にとって大きな収穫であったと考えられる.今後は本年度の考察をさらに深め,より高度な知識表現言語をCARINに対するGDAの定式化、およびその応用を試みる.本研究の目的は、ハイブリッド知識表現言語CARINにおけるゴールに依存した抽象化(Goal-Dependent Abstraction:GDA)の提案である.こうしたハイブリッドな知識表現においては、知識は関係的知識と語彙的知識から構成されるが、これまでのGDAは関係的知識のみを対象として定式化されていた.これを語彙的知識も扱えるよう拡張するため、本年度は第一段階として、ハイブリッド知識表現において基本となる順序ソ-ト論理におけるGDAについて考察した.GDAとは『抽象化は観点あるいはゴールに依存した動的なものである』との考えのもとに提案された枠組であり、所与のゴールに依存して適切な抽象化を計算する.ここでの抽象化は類似概念を同一視する操作に相当し、所与のゴールに依存して類似概念が動的に変化する様子がGDAにおいては観察される.本年度の研究では、これまでのGDAでは利用されていなかった語彙的知識が与える情報を新たにGDAの枠組に採り入れた.具体的には,Similarity-Inheritance Condition(SIC)とValue Restriction Preservingness(VRP)を導入して抽象化の適切さを再定義した.一言で述べると、SIC・VRPともに語彙的知識が定める概念構造に対する制約であり,これらの導入により、意味的により妥当な抽象化の自動構成が可能となった.さらに、計算機実験の結果、これらが抽象化の自動構成の効率化にも大きく寄与することが確かめられた.さらに本年度は、こうした新たなGDAの枠組を、概念の類似性検出の立場から捉え、GDAにより得られた類似性に基づいた類推の枠組を定式化し、類推が重要な役割を果たす法律の世界においてその有用性を計算機実験により確かめた.また同様な立場から、GDAによる類似性を利用した知識獲得・修正手法についても考察した.これは、類似性を知識獲得のトリガーとして利用した,これまでにない手法であり、類推研究、および機械学習研究における新たな方向性を与えるものと考えられる.本年度の考察により、順序ソ-ト理論に対してではあるが,語彙的知識が与える情報をGDAの枠組に有効に取り込めることがわかった.また、類推や知識獲得においてGDAの有用性を示せたことは,今後の応用研究にとって大きな収穫であったと考えられる.今後は本年度の考察をさらに深め,より高度な知識表現言語をCARINに対するGDAの定式化、およびその応用を試みる.
気候・地理的要因による水環境特性に基づく閉鎖性水域の水質改善技術のハイブリット化

本研究では,サブユニット1(水質改善技術の開発に資する現地観測),サブユニット2(水環境問題解決のための基礎的技術の開発),サブユニット3(数理モデルによる水質改善効果の解析),サブユニット4(水環境問題解決のための発展的な技術開発)を通じて有機汚濁・富栄養化に対する水環境のリスクヘッジを提案する.研究初年度の2018年度ではサブユニット1,2に基づいた研究を進め,下記の成果を得た.まず,サブユニット1として,4つの水域を対象に水質劣化の発生要因を定量的に評価した.まず,亜寒帯地域の富栄養化が進行した親水公園を対象に,水理学的要因や栄養塩分布に着目して,短期的な藍藻類の挙動特性を定量化した.また,温帯地域の有機汚濁化が顕在化した貯水池を対象に,嫌気条件下にある水質の動態特性の定量化を目指した.また,同地域の過栄養状態にある貯水池を対象とした栄養塩や藻類の季節変化の特徴抽出を行った.さらに,熱帯地域の汽水性養殖池を対象に,熱塩対流による底層水高温化について,その発生,発達および解消に関わる気象条件と水環境条件を検討した.また,サブユニット2として,水中LEDを利用した水質改善技術の確立に向けて,光スペクトル特性が水質改善効果に及ぼす影響を検討した.その結果,光合成に有効な赤色・青色波長光に黄色波長光を含むLED光を照射することで,酸素生産速度が向上し,無酸素化解消のタイミングが早められるとともに良好なDO環境を維持することが可能であった.とくに,光合成有効光量子量が小さい場合に黄色波長光の効果はより顕著に確認された.さらに,銅イオンの殺菌効果による藻類抑制技術に関する基礎的知見を得るために室内水質実験レベルで検討した.その結果,藻類量が中富栄養レベルにある場合,約0.02mg/Lの銅イオン濃度により高水温条件に対しても植物プランクトン増加の抑制が可能なことを示した.サブユニット1(水質改善技術の開発に資する現地観測)について,亜寒帯地域(岩手)の親水公園を対象に,水温成層の形成・消失が日サイクルで変動するような水域における藍藻類の挙動特性について,水理・水質的要因と関連付けた知見を得た.また,温帯地域(福岡)の強固な水温二成層が形成される有機汚濁水域での長期的な無酸素条件下にある水環境の動態特性および過栄養状態にある貯水池での藻類の増殖特性を定量的に評価した.さらに,熱帯地域(タイ)の汽水性養殖池を対象に,熱塩対流による底層水高温化の発生メカニズムに関する水環境学的知見を得た.以上のように,気候・地理的要因による閉鎖性水域の水環境特を把握することができた点でサブユニット1の達成度は極めて高いと判断できる.サブユニット2(水環境問題解決のための基礎的技術の開発)で,次の3つの水環境修復技術の確立に向けた重要な成果を得た.1)水中LEDを利用した無酸素化の解消技術では,LED光の光スペクトル特性と関連づけてDO環境の改善効果を定量的に評価できたで点で,2)銅イオンのもつ殺菌効果を利用した藻類抑制技術では,環境要因の影響を踏まえて,銅イオン濃度と藻類の増殖抑制効果の関係を経時的かつ定量的に評価できた点で,3)水面冷却を利用した貧酸素化と藻類増殖の制御技術の開発では,実験水槽を用いた可視化実験によりその効果を確認するとともに,水理・水質学的に解析可能なシミュレーションモデルを構築できた点で,サブユニット2の達成度は極めて高いと判断できる.以上から,2018年度の研究成果によってサブユニット1,2の主要部分を達成できたといえる.この成果は,次年度以降のサブユニット3,4にフィードバックすることで,「気候・地理的要因による水環境特性に基づく閉鎖性水域の水質改善技術のハイブリット化」という本研究の目的を着実に達成できると判断できる.まず,「水質改善技術の開発に資する現地観測」については,2018年度で実施した気候・地理的な環境要因の異なる4つの貯水池を対象とした現地観測を継続し,次の水環境解析に資するデータの蓄積に努める.すなわち,亜寒帯地域の富栄養化水域における水温成層の形成・消滅の日サイクルと関連付けた藍藻類の挙動特性,温帯地域の有機汚濁水域における長期的な無酸素条化が水環境動態に及ぼす影響,および同地域の過栄養化水域の藻類増加に関わる水質・気象的要因の特徴抽出,さらに熱帯地域の汽水性養殖池を対象とした熱塩対流の影響下にある水質動態特性の定量化を目指す.つぎに,「水環境問題解決のための基礎的技術の開発」については次の通りである.まず,富栄養化水域を対象とした銅イオンの殺菌効果を用いた藻類制御については,実水域への適用に向けた水環境修復技術の開発を目指した研究を進める.

具体的には,植物プランクトンの増殖に対する環境要因の影響を踏まえて,銅イオンの添加濃度と藻類の増殖抑制効果の関係を経時的かつ定量的に評価することを目的とした水質実験を実施する.2019年度では,特に過栄養レベルで藻類が増殖しうる場合の改善効果に着目した実験を行う.また,有機汚濁水域を対象に,水面冷却を利用した無酸素化解消と藻類増殖抑制を目指した水環境修復技術の有効性を検討する.2019年度では,強固な水温二成層が長期化するような水深の深い貯水池を想定し,水温躍層下の冷水を利用して人為的に水面を冷却することを提案する.とくに,水面冷却に伴う熱対流の促進による無酸素化の早期解消と表層の水温低下による藻類増殖の抑制の二つの効果について,水質実験と数値実験より定量的に評価する.さらに,2019年度以降では,「数理モデルによる水質改善効果の解析」として,水面冷却対流による物質輸送の移流効果を加味した鉛直一次元水理-水質モデルを構築する.本研究では,サブユニット1(水質改善技術の開発に資する現地観測),サブユニット2(水環境問題解決のための基礎的技術の開発),サブユニット3(数理モデルによる水質改善効果の解析),サブユニット4(水環境問題解決のための発展的な技術開発)を通じて有機汚濁・富栄養化に対する水環境のリスクヘッジを提案する.研究初年度の2018年度ではサブユニット1,2に基づいた研究を進め,下記の成果を得た.まず,サブユニット1として,4つの水域を対象に水質劣化の発生要因を定量的に評価した.まず,亜寒帯地域の富栄養化が進行した親水公園を対象に,水理学的要因や栄養塩分布に着目して,短期的な藍藻類の挙動特性を定量化した.また,温帯地域の有機汚濁化が顕在化した貯水池を対象に,嫌気条件下にある水質の動態特性の定量化を目指した.また,同地域の過栄養状態にある貯水池を対象とした栄養塩や藻類の季節変化の特徴抽出を行った.さらに,熱帯地域の汽水性養殖池を対象に,熱塩対流による底層水高温化について,その発生,発達および解消に関わる気象条件と水環境条件を検討した.また,サブユニット2として,水中LEDを利用した水質改善技術の確立に向けて,光スペクトル特性が水質改善効果に及ぼす影響を検討した.その結果,光合成に有効な赤色・青色波長光に黄色波長光を含むLED光を照射することで,酸素生産速度が向上し,無酸素化解消のタイミングが早められるとともに良好なDO環境を維持することが可能であった.とくに,光合成有効光量子量が小さい場合に黄色波長光の効果はより顕著に確認された.さらに,銅イオンの殺菌効果による藻類抑制技術に関する基礎的知見を得るために室内水質実験レベルで検討した.その結果,藻類量が中富栄養レベルにある場合,約0.02mg/Lの銅イオン濃度により高水温条件に対しても植物プランクトン増加の抑制が可能なことを示した.サブユニット1(水質改善技術の開発に資する現地観測)について,亜寒帯地域(岩手)の親水公園を対象に,水温成層の形成・消失が日サイクルで変動するような水域における藍藻類の挙動特性について,水理・水質的要因と関連付けた知見を得た.また,温帯地域(福岡)の強固な水温二成層が形成される有機汚濁水域での長期的な無酸素条件下にある水環境の動態特性および過栄養状態にある貯水池での藻類の増殖特性を定量的に評価した.さらに,熱帯地域(タイ)の汽水性養殖池を対象に,熱塩対流による底層水高温化の発生メカニズムに関する水環境学的知見を得た.以上のように,気候・地理的要因による閉鎖性水域の水環境特を把握することができた点でサブユニット1の達成度は極めて高いと判断できる.サブユニット2(水環境問題解決のための基礎的技術の開発)で,次の3つの水環境修復技術の確立に向けた重要な成果を得た.1)水中LEDを利用した無酸素化の解消技術では,LED光の光スペクトル特性と関連づけてDO環境の改善効果を定量的に評価できたで点で,