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ラグランジュ的ジャイロ運動論に基づく新古典・乱流輸送理論

弱衝突性ITG乱流の高精度運動論的シミュレーションを行い、衝突により実現される定常乱流状態における乱流イオン熱輸送係数が、少衝突周波数極限で無衝突準定常乱流状態における乱流イオン熱輸送係数に収束することを確かめた。さらにイオン分布関数の微細構造に伴うエントロピー変数が温度勾配下の異常イオン熱輸送により生成され、位相混合により微少な速度空間スケールへ転送され、衝突により散逸される過程を明らかにした。高ベータプラズマで重要となってくる磁場揺動成分の効果を取り入れた電磁的ITGモードの計算ができるように、数値計算コードの改良を行い、高ベータヘリカルプラズマにおけるITGモードの安定化を確認した。さらに、高ベータヘリカルプラズマにおいて負磁気シアーとトロイダルプラズマシフトにより生み出される測地的磁気曲率により運動論的バルーニング・モードが不安定化されることを見出した。また、LHD型配位において、運動論的バルーニング・モードの不安定なパラメーター領域が、理想MHDのスルシエ不安定パラメーター領域よりも狭くなることを示した。デルタf法を用い、トカマク配位における有限バナナ軌道幅効果を取り入れた新古典輸送のシミュレーションを行い、新古典粒子輸送により生じる径方向電場の時間発展を調べ、測地的音響モード(GAM)の振動および減衰現象を確認した。ジャイロ運動論的に基づき、ITGモードの周波数、成長率、モード構造のプラズマパラメーター依存性をヘリカル系トーラス磁場配位において調べた。バルーニング表示を用いて、イオン・ジャイロ運動論的方程式、断熱電子及び電荷準中性条件から線形運動論的ITGモードの積分方程式が得られる。この積分方程式にLHDに対する多重ヘリシティー磁場強度モデルを用いて、ヘリカル系プラズマにおけるITGモードの固有周波数、成長率及びモード構造(固有関数)数値的に求め、多重ヘリシティー磁場構造に対する依存性を調べ、新古典輸送の磁場構造依存性との比較を行った。磁気面ラベルを独立変数とする従来のオイラー的描像に代わり、粒子軌道のラベルとなる運動の恒量を独立変数とするラグランジュ的運動論に基づき、有限バナナ軌道幅の効果を取り扱うことのできるラグランジュ的新古典輸送理論の研究を行った。先ず、理論の基礎となる粒子軌道の解析を行い、運動の恒量を用いトカマク配位において有限バナナ軌道幅の効果が大きくなる磁気軸近傍の粒子軌道の型の分類を詳細に行った。無衝突運動論系を記述する流体モデル方程式系を与えるための新しいクロージャーモデルを導出した。3-mode ITG問題にこのクロージャーモデルを取り入れた流体方程式系を用いた結果、その運動論的非線形厳密解を流体モデルにより完全に再現できることが示された。3-mode-ITG問題の運動論的解が持つ振動的振る舞い、初期振幅依存性等が我々のクロージャーモデルを取り入れた流体モデルにより正確に記述された。ラグランジュ的新古典輸送理論に基づき、運動の恒量を用いてトカマク配位で有限バナナ軌道幅の効果が大きくなる磁気軸近傍の粒子軌道の型の分類を行い、それらを基に、トカマク磁気軸近傍における新古典イオン熱輸送係数の計算を行った。その結果、有限バナナ軌道幅を考慮しない従来の理論に比べ、有限の小さな熱輸送係数が導かれた。ヘリカル系におけるポロイダル・トロイダル両方向の新古典粘性係数を求め、衝突による運動量保存を考慮して異種粒子間非対角成分も含めた完全な新古典輸送係数を導出する方法を見出した。多重ヘリシティーを持つヘリカル系磁場強度モデルを用いて、線形ITGモード構造とその固有周波数、成長率をバルーニング表現を用いた運動論的積分方程式を数値的に解くことにより求め、サイドバンド磁場強度成分がITGモードに与える影響を明らかにした。また、その結果を新古典リップル輸送のサイドバンド成分に対する依存性と比較し、異常輸送及び新古典輸送の両方を低減ずるための磁場配位の最適化について論じた。高ベータプラズマで重要となってくる磁場揺動成分の効果を取り入れた電磁的ITGモードの計算ができるように、数値計算コードの改良を行った。無衝突運動論系を記述する流体方程式系を与えるため導出した新しい無散逸クロージャーモデル(NCM)や従来のHammett-Perkinsクロージャーモデルを用いて2次元スラブITG乱流の流体シミュレーションを行い、高精度の運動論的シミュレーションの結果との比較を行った。

ITGモードの線形成長領域では、全てのシミュレーションは同様の結果を与えるが、非線形飽和領域においては、Hammett-PerkinsモデルはNCMや運動論的シミュレーションよりも、大きな乱流熱輸送係数を与えることが見出された。DKESのような既存の数値計算コードの計算結果から、新古典粘性係数を導き、衝突における運動量保存を正確に考慮した運動量バランス方程式と組み合わせることにより、異種粒子間係数も含めた完全な新古典輸送行列を求める方法を示し、数値計算と理論公式との比較によりその有効性を確かめた。この方法は、対称性を持つトーラス系における両極性条件を再現でき、準対称ヘリカル系の新古典係数が厳密な対称系からどれほど離れているかを正確に評価するのに役立つ。運動の恒量を用いてトカマク配位で有限バナナ軌道幅の効果が大きくなる磁気軸近傍の粒子軌道の型の分類を行い、ラグランジュ的新古典輸送理論に基づき、トカマク磁気軸近傍における新古典イオン熱輸送係数の計算を行った。その結果、有限バナナ軌道幅を考慮しない従来の理論に比べ、ポテト軌道幅程度の磁気軸近傍内での新古典イオン熱輸送係数が減少することが示された。イオン分布関数に関してジャイロ運動論的方程式を解くことにより、スラブITG乱流の運動論的シミュレーションを行い、無衝突プラズマのエントロピーが時間とともに単調増加するが、密度、流速、温度等の低次のモーメント変数(流体変数)の揺動振幅は飽和状態になるという「準定常状態」を確認した。無散逸クロージャーモデル(NCM)を用いたスラブITG乱流の流体シミュレーションを行い、得られた乱流イオン熱輸送係数やクロージャーの仮定が運動論的シミュレーションの結果とよく一致することを見出した。運動論的シミュレーションで観測された磁力線方向熱流束と温度揺動の位相関係は線形不安定波数領域において、従来よく用いられるHammett-Perkinsモデルの仮定と合わず、NCMによってより正確に表されることが確認された。弱衝突性ITG乱流の高精度運動論的シミュレーションを行い、衝突により実現される定常乱流状態における乱流イオン熱輸送係数が、少衝突周波数極限で無衝突準定常乱流状態における乱流イオン熱輸送係数に収束することを確かめた。さらにイオン分布関数の微細構造に伴うエントロピー変数が温度勾配下の異常イオン熱輸送により生成され、位相混合により微少な速度空間スケールへ転送され、衝突により散逸される過程を明らかにした。高ベータプラズマで重要となってくる磁場揺動成分の効果を取り入れた電磁的ITGモードの計算ができるように、数値計算コードの改良を行い、高ベータヘリカルプラズマにおけるITGモードの安定化を確認した。
微小重力下の磁気誘導運動に基づく単一粒子の磁化およびその異方性の検出

本研究では磁場勾配力による並進運動を利用して,自発磁化を有さない一般の物質の磁化を測定する方法を確立した.具体的には微小重力条件下で,磁場強度が単調減少する空間に反磁性粒子を解放し,それらが磁場ゼロの方向へ並進する速度を解析することで,磁化率を検出した.上記の運動は磁気体積力に由来するため,磁場の外での終端速度は粒子質量に依存せず,磁化率のみに依存する.この速度から磁化率を検出し文献値と比較することにより,物質の種類を非破壊で識別することができる。磁場による物質同定の適応範囲はこれまでの自発磁化を有する一部の物質に限られていたが,今回の計測により一般の固体物質に拡張される展望が得られた.1)粒子ホルダーの設計・製作サブミリサイズの試料を対象とした既存の試料台は,μG開始直後に磁場中心付近から磁場外へ,鉛直下向きに高速で引き抜かれることにより,試料開放時の試料初速度を最小限に抑制する.本研究では試料サイズの減少に伴い、試料および試料台の帯電による斥力を除去する方法を確立する必要がある。その一環として、試料開放時の初速度の分散を抑制するホルダーを開発した。製作したホルダーをμG実験に導入し、その結果に基づき改良を繰り返し、必要な性能を達成した。2)常磁性試料に関しては、これまでの研究で、必要とする測定性能をほぼ達成している。すなわち、エンスタタイト、フォルステライト、方解石など磁化率が異なる物質を、単調減少する磁場中に開放しその運動を観察した。その加速度から磁化率を算出した結果、文献値とよい一致を示した。キュリー則に基づく計算によると、この並進運動には顕著ない温度変化が期待される1.060x10-7emu/gの範囲内にあり質量非依存の特性が物質一般に成り立つことが確認された。申請者は、常磁性を有する粒子についても、磁場ゼロの点から磁場中心への運動を観測することで、それらの磁化率を検出することに成功した。即ちμG中の運動を観測することにより、固体全体の磁化測定およびそれに基づく物質同定が可能である。昨年度までは単一粒子試料のχを検出する手法の開発を進めてきたが、本年度は磁気異方性Δχ(単位質量当)の検出を進めた。即ち非晶質シリカの一種であるテクタイトの表面の局部領域で,一般の結晶性シリカと同レベルの異方性が存在することを,新に開発したΔχのdepth profile計測技術によって見出した.さらに上の測定と同じ試料片でESR計測を行い,検出したΔχが単一Feイオンの異方性に起因することを確認した. ESR測定で得た単一Feイオンの結晶場主軸の配向状態の解析と,形成条件の差異で生じるΔχのdepth profileの差異の両面から,表面領域にΔχが発生するメカニズムを考察する基盤を得た.熱平衡状態における粒子整列のメカニズムとしては,粒子に誘導される異方性エネルギー:1⁄2mΔχB2と熱運動:1⁄2kBTの釣合いに基づく過程が最も単純かつ一般的である.但しΔχ,粒子質量をm,系の温度をTとする.整列に要する磁場強度の指標として,異方性エネルギーが熱運動より一桁以上大きい時の磁場Bsが定義される.[ Bs = (15kBT/mΔχ)1/2 ].即ちΔχは粒子整列が実現する磁場強度を決める基本的なパラメータである本研究では磁場勾配力による並進運動を利用して,自発磁化を有さない一般の物質の磁化を測定する方法を確立した.具体的には微小重力条件下で,磁場強度が単調減少する空間に反磁性粒子を解放し,それらが磁場ゼロの方向へ並進する速度を解析することで,磁化率を検出した.上記の運動は磁気体積力に由来するため,磁場の外での終端速度は粒子質量に依存せず,磁化率のみに依存する.この速度から磁化率を検出し文献値と比較することにより,物質の種類を非破壊で識別することができる。磁場による物質同定の適応範囲はこれまでの自発磁化を有する一部の物質に限られていたが,今回の計測により一般の固体物質に拡張される展望が得られた.本研究は、微小重力(μG)を利用して希薄媒体中に浮遊させた微小な単一粒子に、磁場勾配力による並進運動を誘導し、その観測から物質固有の磁化Mを得る。既存の測定法では、試料サイズの減少とともにホルダーの妨害信号の比率が増加し、さらに試料質量mの計測が困難となるため、μmサイズの粒子の磁化を得ることは難しかった。本研究では速度v(x)と磁場B(x)の関係から、上記運動の速度が質量に依存せずMのみに依存することを検証する。これにより上記運動で期待されるエネルギー保存則を確認する。初年度はFe3O4,Fe,Niおよびフェライトなど、自発磁化を有する基本的な物質で運動のm非依存性を確認した。さらに多種類の反磁性体でも、並進運動が上記の保存則を満たすことを確認した。一般に磁化測定法でμサイズの単一粒子の磁化曲線を得ることは、1)試料ホルダーからの妨害信号、2)試料質量mの計測が困難、の2つの竜により難しいとされてきた。本研究の測定法では、微小重力(μG)条件下の希薄媒体の中に浮遊した単一の粒子に、磁場勾配力による並進運動を誘導する。そして任意の試料位置での試料速度v(x)と磁場B(x)の関係から、磁化曲線を得る新規の原理を確立する。

上記の運動では、粒子の磁気的エネルギーと運動エネルギーの保存則に従うなら、並進運動の終端速度は与えられた勾配の中で質量に依存せず、物質固有の磁化Mのみに依存する。そこで研究機関内に強磁性、常磁性および反磁性体で、その磁場勾配運動をφ20μm5mmのサイズ範囲で観測しmの非依存性を検証する。上記の結果に基づき、固定全体をカバーする物質同定を、非破壊かつ簡便に実行する手法を確立する。本研究では試行錯誤のμG実験を繰り返す必要があるため、簡易μG発生装置を基盤とした測定システムを構築する。23年度の研究計画欄に記した項目、即ち1)持続時間0.6秒を想定した簡易型μG発生装置の改良2)並進運動の軌道をコントロールのための磁場分布設計、4)粒子ホルダーの設計・製作5)装置の組み立てを、予定どおり達成した。これを用いてFe3O4,FeおよびNi粒子に関する測定を実施し、文献値どおりの飽和磁化を得、m非依存性も確認できた。本年度は、当初、主として上記の自発磁化・物質を中心に測定を実施する予定であったが、装置が早期に完成したため、ポリエチレン、ポリエステルなど多数の反磁性・有機物質についても並進運動の測定が実現した。上記1)では当初計画に記載されていなかった2重カプセルを導入することで、μG環境の残留Gのレベルを1桁下げることに成功した。データの取得これまでの観測結果から試算すると,小さいχDIA文献値を有するInの場合でも、0.6秒間で約2cmの飛行が見込まれる(ただし磁場中心強度0.7T)。従って予備実験での装置規格を大きく変更することなく、ほぼ全ての物質種についてχDIA測定が可能と予想される。は物質固有の終端速度を得て並進し、物質種ごとの分離が実現する.試料の運動は2台のHVカメラで観測し、その結果から粒子毎のχDIAを決定する。反磁性試料に関しては、これまでの研究で、必要とする測定性能をほぼ達成している。すなわち、黒鉛、コランダム、方解石などχDIAが異なる物質を、単調減少する磁場中に開放しその運動を観察した。その加速度からχDIA値を算出した結果、文献値とよい一致を示した。パスカル則に基づく計算によると、ほぼ全ての反磁性体のχDIAは図示された1.060x10-7emu/gの範囲内にあり1)の特性が物質一般に成り立つことが確認された。申請者は、常磁性を有する粒子についても、磁場ゼロの点から磁場中心への運動を観測することで、それらの磁化率を検出することに成功した。即ちμG中の運動を観測することにより、固体全体の磁化測定およびそれに基づく物質同定が可能である。1)帯電除去システムの開発これまでの実験で、粒子開放時の挙動を観察した結果、粒子の初速度の方向には有意の分散がみられた。その主要な原因として、粒子同士の衝突、および帯電による斥力の2つの原因が挙げられる。前者については、個々の粒子を分離して試料台にセットすることで分散が抑制できることが確認ずみである。本研究では、サブミリサイズの粒子を分離した状態で、効率的にセットするシステムを開発する。本研究では、この作業をサブミリ粒子に拡張し、最適な帯電除去法を確立する。2)光学光顕微鏡の導入HVカメラによる10μmレベルの観測が完了した時点で,光学顕微鏡によるnmサイズの観察のための装置を製作する。この目的のため簡易型落下装置の衝撃に顕微鏡が耐えられるための緩衝装置を開発する。
20世紀初頭ドイツにおける総合雑誌の教育論とドイツ教育学の展開

本研究においては、20世紀初頭ドイツにおける教育学理論と教育実践の展開は当時の社会的・思想的風潮に影響を受けていたとの前提に基づき、総合雑誌『ドイツ展望』における雑誌論文の分析を行った。『ドイツ展望』は保守革命論の代表的な雑誌である。その結果、保守革命論の中には、保守的な立場からナチズムに対する抵抗の線も認められる一方でナチのイデオローグも認められ、幅の広い論調があったことが確認できた。平成20年度は、3年計画の1年目にあたり、基本文献、先行研究の収集を中心に研究を進めた。史料としてMonumenta Germania Paedagogica(ドイツ教育史料集成)を購入し、その史料解読を中心にして研究を進めてきた。また、ドイツ・ハノーヴァー大学のマンフレート・ハイネマン教授を訪問し研究指導を仰ぐとともに同大学及びニーダーザクセン史料館において史料を収集することができた。これらの作業を通じて得られた成果は以下の通り。ドイツの新教育運動を基盤として成立した20世紀の教育学は、ヘルバルト主義教授法批判の形を取りながら、その根底においては、ドイツ・ロマン主義の表出であった。そしてドイツ・ロマン主義の具体的な展開は、教育雑誌を初めとして総合雑誌にも認めることができた。こうしたドイツ的なるものへの回帰、あるいはその表出が、1890年代の帝政末期からワイマール期にかけて、思想的=教育学的な議論から、政治的な論争へ展開する。その論客として、没落教養市民層出身のユリアス・ラングベーン、メラー・ファン・デン・ブルックらを挙げることができる。彼らの議論に通底するものは、少なくとも主観的な意味では、ドイツ的なるものへの回帰を梃子にして、教養を根本的に作りかえることにより、新たな人間像と社会像を提供することにあったと言えよう。しかし、彼らの議論の客観的な機能は、保守からの革命を訴えるものであり、ここにナチ・ドイツへと流れ込む思想的基盤が形成されることになった。本研究は、20世紀初頭のドイツにおける総合雑誌の分析を通して、ドイツ教育学の展開を分析するものである。20世紀初頭、とりわけ第一次世界大戦後のドイツにおいては、多数のメディアが急成長し、いわゆるワイマール文化が成立する。ワイマール文化の特徴は、第一世界大戦後の政治的・経済的な不安定さを反映し、保守的な傾向(なとえばDie Tat)から革新的な傾向(たとえばWeltbuehne)まで幅広い論壇を生起させた。これらの新たなメディアにより醸成される社会的・文化的風土は,当然教育学の議論にも大きな影響を与えていた。本研究の意義は、こうした教育学の成立するいわば土壌を問い直すことにある。平成21年度は史料分析が中心となり、その研究成果は仮説の域をでるものではないが、政治や社会の問題と並び教育の問題(とりわけ中等教育と高等教育のあり方)が総合雑誌の論壇においても数多く取り上げられていること、またその論調はワイマール体制に対する評価に関わらず、いずれも革新を求めていることが確認できた。今後の課題は、さらに多くの雑誌の分析を進めるとともに、主要な論客の思想的ないし理論的背景を詳細に分析することにある。20世紀初頭ドイツにおいては、相対的な民主化が進められたワイマール時代から全体主義のナチ時代への転換があった。この時期において教育学も政治的・社会的変革の影響を受けつつ展開し、また転換することになる。本研究はドイツ教育学の生成および転換の基底としての社会思潮を、総合雑誌における教育論の分析を通して明らかにすることを目的とした。平成22年度は、ドイツ改革教育学運動と密接な関係を有したワイマール期における保守革命論の分析を試みた。この分析を遂行するために、保守革命論の思潮を代表し、後のナチ時代には保守陣営からナチ批判を展開した総合雑誌『ドイツ展望』(Deutsche Rundschau)における教育論に着目し、分析を行った。その結果、『ドイツ展望』にはナチ期の全体主義的教育学へと発展する線と保守的でありながらナチの全体主義的教育政策に批判的な線と、相対立する線が錯綜していたことが確認できた。1919年から42年まで『ドイツ展望』の編集長を務めたルドルフ・ペッヒェルは、ドイツ改革教育運動に対して精神的な影響を与えたメラー・ファン・デン・ブルックとの親交を持ち、保守革命論のイデオローグとして認められた人物である。彼の周囲に集まった『ドイツ展望』のライターたちも、こうした思想傾向をもっていた。そこのサークルには、ナチ時代において「ナチ的教育学」を展開した哲学者ゲルハルト・ギーゼ、また文芸評論家パウル・フェヒターらがいた。ギーゼは『ドイツ展望』の教育ないし教育学関係記事を担当し、次第にナチ・イデオロギーへと接近していく。一方、フェヒターは文芸批評の形式を取りながら文化・政治批判を行い、教養主義的な立場からナチの教育政策を批判した。この二人における思想傾向の相違は、教養市民層としての生きられた経験の質に求めることができ、保守革命論の中にも全体主義に対する批判的契機が含まれていた。
先天性代謝異常症の分子遺伝学的研究

本研究班は初年度に引き続き、酵素の単離、抗体の調整、CDNAのクローニング、得られたCDNAや遺伝子DNAの塩基配列決定、遺伝子の幹細胞や卵細胞への移入などの分子生物学および分子遺伝学的手法を用いて、各種の先天性代謝異常症の病因解析、診断法、治療法の開発を目指し、研究を進めている。上記研究遂行に必要な超純水装置、電気泳動パワーサプライ,フラクションコレクター,液クロカラム,サーモシェーカーなど、並びに多量の高価な制限酵素やアイソトープなどを購入、使用し、以下の成果を挙げることが出来た。佐伯はシトルリン血症【III】型の異常なmRNAの構造解析を行い、3 ́側翻訳領域内に約100塩基の欠失があることを明らかにした。島田は偽遺伝子の構造解析からその進化論的形成過程を明らかにすると共に偽遺伝子の中にはアンチセンスRNAを転写する可能性をもつものがあることを示した。森はヒト肝アルギナーゼのCDNAクローンを単離し、その全塩基配列を明らかにし、アルギニン血症の遺伝子解析の道を開いた。松田はプロリーダーゼ欠損症の解析を、本酵素に対する特異抗体を調整して行い、CRMが存在しないことを明確にした。山泉は色素性乾皮症の欠損AおよびC因子の精製を進め、それらの分子量、細胞内局在性などについて知見を得た。服巻は東南アジアのβ-サラセミア13例のβ-グロビン遺伝子の解析を行い、2種の変異を発見し、変異の進化論的発生機序を明らかにした。佐藤は無アルブミン血症ラットでのアルブミンとα-フェトプロティンの出生前後の遺伝子形質発現について検討し得た。帯刀はβ-グロビン/TKキメラ遺伝子の赤白血病細胞への移植実験からその細胞分化に依存する発現と内在性β-グロビン遺伝子の発現抑制という遺伝子治療に興味ある知見を得た。荻田はより簡便に効率よく形質転換マウスを作成するために非手術的に卵を移植する手法を開発した。
膀胱上皮細胞に発現するアセチルコリンとムスカリニックレセプターの蓄尿期での役割

アセチルコリン合成酵素(ChAT)がラット膀胱上皮細胞に発現していることを抗ChAT抗体(AB144P, Chemicon)を使い免疫組織学的に確認した。その発現程度を閉塞膀胱ラット、卵巣摘出ラットと比較したが免疫染色では相違を認めなかった。ムスカリニックレセプターもラット膀胱上皮細胞に発現していることを免疫組織学的に確認した。サブタイプ別ではM1、M2、M3、M5の発現が見られ明らかな発現の違いは認めなかったが、M2、M3の発現が強い傾向があった。上記病的モデルでの発現の違いは免疫染色では明らかでなかった。正常ラットに抗コリン剤oxybutynin、サブタイプ別アンタゴニストの溶解液で連続的膀胱内圧測定すると生理食塩水を使った時に比べ排尿時最大膀胱内圧には影響与えず、排尿間隔の延長と膀胱容量の増加を示した。排尿間隔を有意に短縮させるようなデータは得られなかった。そこでアセチルコリンとムスカリニックレセプターの蓄尿期での求心性神経路に対する影響を検討した。膀胱刺激に対して腰髄6番目のc-Fosが活性化されることを利用しoxybutyninとアセチルコリンエステラーゼインヒビターedrophonium投与によるc-Fos発現の変化と膀胱機能の変化を検討した。Oxybutynin投与によりc-Fos発現は有意に低下し、edrophonium投与によりc-Fos発現は有意に増加した。同時にedrophoniumは排尿時最大膀胱内圧に影響を与えず排尿間隔を短縮した。また加齢ラット、加齢卵巣摘除ラットで同様に見ると卵巣摘除により排尿間隔は短縮しc-Fos発現は有意に増加したがこれらの効果はoxybutynin投与で抑制されたことからアセチルコリンはムスカリニックレセプターを介して膀胱からの非侵害刺激を蓄尿期に中枢へ伝達する重要な役割を担っていると考えられた。正常メスラット膀胱での免疫組織学的手法によるアセチルコリン合成酵素、ムスカリニックレセプターサブタイプ(15)の局在を検討したところアセチルコリン合成酵素は今回の研究目的である膀胱上皮細胞に発現していた。その発現程度(染色の濃度)は、通常発現が予想される膀胱壁内神経束や血管に見られる発現に比べても非常に強かった。ムスカリニックレセプターに関してはサブタイプ1,2,3でその発現に膀胱筋層では違いがなく、膀胱上皮細胞ではすべてのサブタイプで発現が見られ免疫組織学的手法ではその発現の違いを明らかにできなかった。今後別な手法を用いてさらに検討する予定である。あわせて検討した内皮細胞由来一酸化窒素合成酵素も膀胱上皮細胞でその発現を確認できた。今後これらの局在の結果を踏まえて排尿への役割を検討するためin vivoの連続的膀胱内圧測定を行う予定である。次に頻尿の病的モデルとして実験計画で予定していたホルモン除去群、閉塞膀胱群で実際に頻尿になるか代謝ケージを用いてfrequency-volume chartをつけた。一見するとコントロールのシャム群とこれらの病的モデル群で尿回数は有意な違いが認められなかったが、卵巣除去群、閉塞膀胱群ではコントロール群に比べ単位時間当たりの尿産生量が増加した場合の対応が異なっていた。コントロール群では尿産生量が増加すると1回尿量も増加して対応するが、上記病的モデル群では1回尿量は増加せず尿回数を増やして対応していた。このことは何らかの刺激が加わると頻尿となりやすい不安定な状態と考えられ、本実験での病的モデルとして上記二つのモデルは妥当であると考えられた。

その発現程度を閉塞膀胱ラット、卵巣摘出ラットと比較したが免疫染色では相違を認めなかった。ムスカリニックレセプターもラット膀胱上皮細胞に発現していることを免疫組織学的に確認した。サブタイプ別ではM1、M2、M3、M5の発現が見られ明らかな発現の違いは認めなかったが、M2、M3の発現が強い傾向があった。上記病的モデルでの発現の違いは免疫染色では明らかでなかった。以上アセチルコリン合成酵素、ムスカリニックレセプターの発現に大きな違いがみられなかったため以下のin vivoの実験は正常ラットでのみ行った。抗コリン剤oxybutyninを使った連続的膀胱内圧測定では生理食塩水を使ったときと比べ排尿時最大膀胱内圧には影響与えず、排尿間隔の延長と膀胱容量の増加を示した。ムスカリニックレセプターサブタイプ別アンタゴニストでの測定でも排尿間隔を有意に短縮させるようなデータは得られなかった。そこでアセチルコリンとムスカリニックレセプターの蓄尿期での求心性神経路に対する影響も検討した。膀胱刺激に対して腰髄6番目のc-Fosが活性化されることは明らかになっているのでこれを利用しoxybutyninとアセチルコリンエステラーゼインヒビターedrophonium投与によるc-Fos発現の変化と膀胱機能の変化を検討した。Oxybutynin投与によりc-Fos発現は有意に低下し、edrophonium投与によりc-Fos発現は有意に増加した。同時にedrophoniumは排尿時最大膀胱内圧に影響を与えず排尿間隔を短縮した。以上よりアセチルコリンはムスカリニックレセプターを介して膀胱からの求心性刺激を蓄尿期に中枢へ伝達する役割があると考えられた。
北方世界の主体的独自性から「国民国家」を相対化させる日本史授業開発

近年、北方史研究の進展により、北奥羽と北海道がそれぞれ独立して歴史的発展を遂げてきたのではなく、津軽海峡を隔てた緊密な交流の下で相互発展してきたことや、アイヌ民族の活動範囲が北海道にとどまらずサハリンやモンゴル、中国まで及んでいたこと、また和人とアイヌ民族の関係を巡っても必ずしも支配・従属関係や敵対的関係だけでは読み解けないことなど、東北・北海道地域の歴史に対する新たな見方が提示されている。本研究では、北方史研究の成果の教材化・授業開発に取り組み、生徒に北方世界の独自性や主体性を認識させ、「国民国家」的視点を相対化する歴史の見方・考え方を育成することを目的にする。本研究では、北方史研究の中でも研究蓄積の厚い1316世紀に焦点をあて、その成果の教材化・授業開発を進めていった。その際、特に青森県の十三湊を拠点に活動した津軽安藤氏、及び北海道・上ノ国町に所在する中世後期の城館・勝山館を中心的題材として、和人とアイヌの関係史を教材化していった。北方史研究を教材化するために北海道や青森県を中心とした各種博物館や中世期に十三湊と並ぶ港町であった九州の博多地区への調査を実施し、研究者からの聞き取り調査や資料の収集を行った。また、社会科教育学における研究成果を参考に効果的な学習形態についても分析・検討を行った。その際には、弘前大学教育学部教員からの助言を受けて、研究を進めた。本研究の成果は、研究者の勤務校において、授業実践によって検証した。その結果、開発した授業が、東アジアスケールの歴史の見方・考え方を獲得させるとともに、アイヌ民族への一面的見方を変容させることに一定程度、有効に作用したことを確認することができた。
日本企業における従業員の社内政治行動と政治スキル

半構造化インタビューを用いた質的研究により、日本企業において従業員がどのような社内政治行動を用いているか、どのような政治スキルが政治行動の成否を左右しているかを解明することを試みた。また、アンケート調査を用いた量的分析により、インタビュー調査の発見の確証を行った。分析の結果、政治行動と政治スキルに関しては、欧米企業の研究と共通点が多いこと、および、日本の従業員の戦略的ネットワーキング行動の少なさと、フェイスワークとそれに関連するスキルの重要性が明らかにされた。本研究は、近年、経営学研究において政治的パースペクティブ(社内政治が組織の意思決定に与える影響に着目した研究視点)が重視されているにもかかわらず、日本においてはこのパースペクティブに依拠した理論的・実証的研究が乏しい現状に鑑み、以下の2つを目的として行っている。第一に,日本の文化的・制度的特性との関係から、日本企業における政治行動の特徴を明らかにすることである。そして第二に,明らかにされた政治行動の特徴に基づいて政治スキルの有用性をモデル化し,実証研究によって政治行動をおこなう際の政治スキルの有用性を解明し,日本企業の人材育成,リーダーシップ開発に関するインプリケーションを示すことである。2015年度は、主として対面式による30件のインタビュー調査を行うことを計画していたが、最近の先行研究をふまえて調査方式を一部変更し、約50件の匿名での記述式アンケートによる調査と、8件の対面インタビュー調査を実施した。アンケート調査の結果はすでに論文としてまとめ、査読制学術誌への投稿を済ませており、昨月「改訂要」との判定を受け、現在、改訂稿の査読中である。インタビュー調査は現在も継続中であるが、昨年実施分から得られた発見事実をまとめ、査読制の国際学会にて口頭発表を行った。発表は当該学会の論文集に掲載されている。そのほか、インタビュー調査と並行し、インタビュー調査の分析のフレームワークとするために、政治行動の文化差に関する概念的研究を行っている。この成果は昨年に論文としてまとめ査読制学術誌に投稿したが「却下」の判定を受けたため、現在、改訂中である。対面インタビューの実施件数は予定を下回ったが、その代わりに50件の記述式アンケートを実施した。その理由は、最近の研究において社内政治と倫理との関連が重視されるようになったため、本研究のテーマである政治行動の文化的背景として、日本における倫理的行動に関する認識の特色を明らかにする必要があると判断したためである。アンケート調査の結果、日本と他国との間で、倫理的行動の認識に関しては大きな差が見られないことが明らかになった(この調査結果は既に論文にまとめており、学術誌にて査読中である)。対面インタビューは現在も継続実施中であるが、2015年度中に実施したインタビューの結果から、今後構築されうる命題は明らかになりつつある。2015年度の対面インタビューの結果は2015年12月に学会報告としてまとめた。対面インタビューの実施は予定よりも遅れているものの、アンケート調査を実施したことにより、インタビューデータの分析は円滑に進んでいる。これらの結果を受けた概念的研究は現在、投稿論文として執筆中である。以上より、当初計画からの変更はあったものの、全体として研究成果に向けて順調に進展しているといえる。本研究は,「政治的パースペクティブ」に依拠し,日本企業における社内政治と政治スキルの特徴,および企業内意思決定や従業員のキャリアに与える影響の解明を目的とした。具体的には,(1)日本企業における行為者の政治行動の特徴の解明,(2)政治行動の特徴をふまえた政治行動のためのスキル(政治スキル)の理論的検討,(3)政治的環境における政治スキルの効果の検証,の3つをリサーチ・クエスチョンとした。(1)および(2)を明らかにするため,ミドルマネジャーを対象とした半構造化インタビューによる質的研究を行った。分析の結果,第一に,日本企業で働く従業員が認識している政治行動は,欧米の研究で明らかにされたものと共通点が多いことが明らかになった。第二に,日本企業においては欧米企業と比べ,従業員は戦略的ネットワーキングを行っておらず,同期社員や上司とのつながりなど偶発的に得たネットワークに依存した政治行動を行っていることが明らかにされた。第三に,欧米の研究での発見に比して,政治行動の1つとしてフェイスワークが重視されており,それを効果的に行うスキルが政治スキルの1つとして要求されることが明らかになった。(3)を明らかにするため,アンケート調査を用いた量的研究を行った。その結果,政治スキルは男性従業員に関しては社内政治を知覚することに伴う不満足感を抑止する効果を持っていたが女性従業員に関してはその効果は見られなかった。また,社員同士の価値観や視点の相違を創造的問題解決につなげていくためには,政治スキルを持つだけでは不十分であることが示唆された。さらに,アンケートの自由記述の質的分析および企業への事例研究により,日本企業においては「根回し」という社内政治の一形態が重視されているものの,欧米の先行研究で見られるような印象操作や意味形成を伴う政治行動が重視・実行されていないことが示唆された。

分析の結果、政治行動と政治スキルに関しては、欧米企業の研究と共通点が多いこと、および、日本の従業員の戦略的ネットワーキング行動の少なさと、フェイスワークとそれに関連するスキルの重要性が明らかにされた。今年度の前半で対面インタビュー調査を終え、秋または冬には発見事実をまとめて学会にて報告できるよう進めていく。当初30件の実施を予定していたが、同一の分析手法を用いている近年の研究のサンプル数が平均12件であるため、必要性を鑑み、件数は調整していく予定である。インタビューデータの分析に資するため、現在改訂中の概念的研究は今年度の前半中に再度、学術誌への投稿を済ませる予定である。インタビューの実施・分析と並行し、必要に応じて、インタビューデータを確証するためのアンケート調査を実施することも検討している。経営学当該年度の研究に必要な範囲で支出した結果、2,817円が残金となったが、年度内の消化はせず次年度の繰り越しとして次年度に支出することにしたため。次年度(2016年度)は研究成果の報告会を実施する予定のため、消耗品の購入、特に資料印刷用の用紙購入に充てる予定。
マクロファージをプローブとした肥満と免疫機構の解析

糖尿病、高血圧、動脈硬化など、肥満が危険因子となる疾病には一酸化窒素(NO)を介し,たマクロファージの関与が考えられている。一方、脱共役タンパク質2(UCP-2)は、マクロファージなどの免疫系組織での発現が強く、活性酸素の産生を調節することが示唆されている。本研究では、マクロファージのNO産生調節におけるUCP-2の関与を検討した。LPS刺激により、マクロファージでUCP-2のmRNA及びタンパク質の発現量の低下がみられた。UCP-2発現低下の生理的意義を明らかにするために、UCP-2過剰発現細胞株(RAW264ucp2)を樹立した。このRAW264ucp2細胞では、1)LPS刺激による細胞内活性酸素産生量増加の消失、2)NO産生能、誘導型NO合成酵素(NOSII)のタンパク質とmRNAの発現量、及びNOSIIpromoterの転写活性の低下が認められた。UCP-2の転写調節機構をレポーターアッセイにより解析した結果、promoter領域の3'側約200bp領域に高い転写活性を認めたが、LPS刺激によるレポーター遺伝子の発現抑制はみられなかった。一方、promoter領域に加えてUCP-2遺伝子の51側非翻訳領域の配列を挿入したconstructで、LPS刺激後明らかな発現抑制が認められた。さらに、LPSによるUCP-2の発現抑制は2番目のintronを欠損させることで消失した。以上の結果から、LPS刺激によるUCP-2の発現低下は、活性酸素を増加させることでNO産生の情報伝達系の活性化に関与しており、その調節作用は2番目のintron領域に起因していることが示唆された。このUCP-2発現調節機構の存在は、迅速なLPS応答に重要な役割を果たしているものと考えられる。糖尿病、高血圧、動脈硬化など、肥満が危険因子となる疾病には一酸化窒素(NO)を介したマクロファージの関与が考えられている。一方、脱共役タンパク質(UCP)は、脂肪を燃焼しエネルギー消費を調節する分子として肥満との関係が注目されているが、最近、そのアイソフォームがさまざまな組織で検出され、他の生理的意義も推測される。特に、UCP-2はマクロファージなどの免疫系組織での発現が強く、活性酸素の産生を調節することが示唆された。UCPは高脂肪食や絶食などにより発現調節を受けることから、肥満がマクロファージ機能に与える影響を明らかにすることを目的とし、マクロファージのNO産生調節におけるUCP-2の関与を検討した。始めに,発現ベクターpCRTM3に挿入したマウスUCP-2cDNAを、エレクトロポレーションにてRAW264に導入し、G418選択後、限界希釈しUCP-2トランスフェクタント(RAW-ucp2)を確立した。RAW264とRAW-ucp2をLPS刺激し、Griess試薬法によりNO産生量を調べた結果、RAW-ucp2で有意に低下していた。次に、NOSIIのプロモーターをpGL3-Enhancer Vectorに挿入したプラスミドを、LipofectAMINE PLUS試薬を用いて一過性に両細胞に導入し、ルシフェラーゼ活性を測定したところ、RAW-ucp2にNO合成酵素(NOSII)の転写活性の低下が認められた。さらに、DCF-DAを用いてフローサイトメトリ法により測定した細胞内H_2O_2発生量は、RAW-ucp2で有意に低かった。以上の結果から、マクロファージではUCP-2の強発現により活性酸素の発生が抑制され、活性酸素により発現調節を受けるNOの産生が低下することが示唆された。UCP-2によるNO産生調節と肥満の病態との関連をさらに検討している。

一方、脱共役タンパク質2(UCP-2)は、マクロファージなどの免疫系組織での発現が強く、活性酸素の産生を調節することが示唆されている。本研究では、マクロファージのNO産生調節におけるUCP-2の関与を検討した。LPS刺激により、マクロファージでUCP-2のmRNA及びタンパク質の発現量の低下がみられた。UCP-2発現低下の生理的意義を明らかにするために、UCP-2過剰発現細胞株(RAW264ucp2)を樹立した。このRAW264ucp2細胞では、1)LPS刺激による細胞内活性酸素産生量増加の消失、2)NO産生能、誘導型NO合成酵素(NOSII)のタンパク質とmRNAの発現量、及びNOSIIpromoterの転写活性の低下が認められた。UCP-2の転写調節機構をレポーターアッセイにより解析した結果、promoter領域の3'側約200bp領域に高い転写活性を認めたが、LPS刺激によるレポーター遺伝子の発現抑制はみられなかった。一方、promoter領域に加えてUCP-2遺伝子の5'側非翻訳領域の配列を挿入したconstructで、LPS刺激後明らかな発現抑制が認められた。さらに、LPSによるUCP-2の発現抑制は2番目のintronを欠損させることで消失した。以上の結果から、LPS刺激によるUCP-2の発現低下は、活性酸素を増加させることでNO産生の情報伝達系の活性化に関与しており、その調節作用は2番目のintron領域に起因していることが示唆された。このUCP-2発現調節機構の存在は、迅速なLPS応答に重要な役割を果たしているものと考えられる。
短時間での疲労回復を促進するクーリングダウン方法の開発

コンプレッションガーメントの着用により、高強度運動の前後で筋硬度、バランス能力、最大筋力、調整力が受ける影響を検証した。健常な15名の成人を対象として、ステップ台でカーフレイズを実施した。カーフレイズは右脚のみで行い、足関節の最大背屈から最大底屈までを動作範囲とした。1分間に23往復するテンポで20往復実施し、これを1セットとした。この試行を3セット実施し、セット間の休憩は2分間であった。この試行中にコンプレッションガーメントを着用する試行をCG条件、特別なタイツを用いない試行をCON条件とした。CG条件とCON条件の順番は被験者ごとにランダムに決定した。その前後に下腿三頭筋の筋硬度、バランス能力として安静立位時の足圧中心(COP)の移動範囲、足関節底屈の最大随意筋力(MVC)、調整力として最大下での発揮筋力の安定性を測定した。下腿三頭筋の筋硬度は超音波エラストグラフィ法で測定し、バランス能力は両足で安静立位姿勢をとり、閉眼状態でのCOPの前後方向および左右方向の移動範囲を測定した。最大筋力は、等尺性の足関節底屈トルクを被験者の最大努力で発揮させて、調整力はMVCの20%に相当する足関節トルクを等尺性で20秒間発揮させた。この際に、被験者の眼前から1m先にコンピュータのモニタを設置してターゲットトルクを提示した。トルク発揮中の足関節底屈トルクの平均値と標準偏差から変動係数(CV)を算出し、調整力の指標とした。カーフレイズ前の測定では、すべての測定項目でCG条件、CON条件で有意な差はみられなかった。CG条件、CON条件ともにカーフレイズ後に筋硬度の増加、COPの移動範囲の増加、最大筋力の低下、調整力の低下が有意にみられた。カーフレイズ後のCG条件とCON条件で差がみられた項目は筋硬度と調整力であった。CG条件の方がCON条件と比較して筋硬度の上昇と調整力の低下が抑えられた。初年度に研究の目的に掲げた運動中にコンプレッションガーメントを着用した際の筋のパフォーマンスについて明らかにすることができ、2年度以降の実験の見通しも立てられているため上記のように判断した次第である。高強度の運動課題を数日間に渡って実施し、その際の筋形状、筋の力学的特性、パフォーマンスについて明らかにしたいと考えている。また、コンプレッションガーメント以外の疲労回復に用いられるものについても、予備実験を始めていきたいと考えている。被験者の謝金について当初は学外者に依頼することを想定していたが、学内者に依頼できたため使用額に変更が生じている。次年度は、実験の規模が拡大することが想定されるため、被験者への謝金へ充当する予定である。
コロネン結晶における励起子の光物性

コロネン結晶では分子が一次元的に配列し、しかも分子間の距離が著しく短いことから、特異な電子状態が実現することが予測された。吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルは特異な電子状態を反映し、形状が複雑であり、相互の位置関係も単純ではない。本研究により、波数ベクトルkが零のとき励起子エネルギーが最大となるような、凸型励起子帯が存在することが明らかとなった。このような凸型励起子帯は複数個存在すると推察される結果が得られたが、本研究では最もエネルギーの低い励起子帯につき集中して実験を行った。光励起によって生じたK=0の励起子は短時間の間にk=π/a(aは格子常数)に緩和する。したがって、緩和した励起子が輻射を放出して消滅する際の光学遷移は間接遷移となる。当然のことながら、k=0励起子吸収帯の位置はk=π/a励起子発光帯の位置よりも高エネルギー側にあり、この吸収・発光のエネルギー差は励起子帯幅にほぼ等しい。光学音子のエネルギーを90cm^<-1>とみて励起子帯の値を280cm^<-1>と決定した。また、蛍光減衰時間の温度変化を調べた結果、準一元的最低励起子帯とエネルギーが重なる、隠れた(禁制準位の)励起子帯が存在することが暗示された。準一次元フレンケル形凸励起子帯の存在する結晶では、k=0励起子が近接して生成され、励起子の多重化が予測される。今後、ポンプ・プローブ分光法により多重励起子を探す計画である。
スピノーダル分解による高分子ブレンド膜のミクロ構造制御とその分離機能に関する研究

本研究ではまず始めに、下部臨界共溶温度を有する高分子二成分系(PMMA/PVAc)系において、昇温により熱力学不安定領域に保ち、二相連続構造の形成過程を光散乱装置により測定した。構造周期および構造形成過程に及ぼすブレンド比、相分離温度および昇温速度の影響について検討を行い、相分離の線形理論および中期・後期過程ではスケーリング理論により解析を行った。その結果、ほぼ理論通りの結果が得られた。高分子ブレンド膜の作製法であるキャスト法での溶媒蒸発過程における構造形成過程を光散乱法により測定し、構造発達過程を解明した。二相連続構造の構造周期は溶媒蒸発速度だけではなく高分子量にも依存した。構造周期は相分離が開始してから構造が固定化されるまでの経過時間により相関されることを見いだした。最大の散乱強度Imは成膜条件に依らず、平均構造周期の大きさに逆比例する波数qm^<3.3>に比例することが見いだされた。これらの構造形成過程をスピノーダル分解を記述する拡散方程式と溶媒蒸発過程での高分子濃度の時間変化を記述する式を数値的に解くことにより、キャスト成膜時にみられる相分離形成過程を定性的ではあるが、シミュレートする事ができた。つぎに、二相連続構造の構造周期が溶媒蒸発速度で制御できることを利用して、物質分離能のあるポリジメチルシロキサンを1成分として、キャスト法により種々の変調構造を有するポリマーブレンド膜を作成した。そして、この高分子ブレンド膜によるエタノール-水のパーベーパレーション法による物質透過性能(透過流束および選択性)を測定して膜のミクロ構造と分離機能性の相関を得ることができた。ポリマ-試料として、BR(ポリブタジエン),SBR(ブタジエンースチレンランダム共重合体)を用い重量比1:1で良溶媒(ベンゼン,トルエン,キシレン)に所定濃度で溶解させた。この溶液をガラスシャ-レに仕込み、光散乱装置のステ-ジ上で、室温、大気圧下で、溶媒を蒸発させ、成膜を行った。キャスト膜の構造形成の時間発展の測定は、HeーNeレ-ザ-を光源に用い、検出器に1024チャンネルのMOS型リニアイメ-ジを用い自作した光散乱装置を使用した。また、最終構造は光学顕微鏡により観察した。これらの実験により以下のような結論を得た。1.キャスト膜の相分離構造は、スピノ-ダル分解に特有な二相連続的な構造を示し、光散乱も二相連続構造を表すリング状の散乱パタ-ンを示した。2.構造周期が10μm以上の構造(構造S_1)とμmオ-ダの構造(構造S_2)が同時に見られた。フィルムが非常に薄くなると構造S_2のみとなった。構造S_2は表面で成膜初期に形成した構造が凍結され,構造S_1は、溶液内部で発達したものと考えられた。3.構造周期は溶媒の蒸気圧が大きいほど減少したことより、溶媒の蒸発速度に支配されていると考えられる。4.二相連続構造に起因する散乱ピ-クは、初め広角側に現れ、散乱強度を増大させながら低角側へシフトし、構造の粗大化過程が観測された。この構造発達過程は、動的なスケ-リング則でまとめられることが見いだされた。また構造発展は、相分離の理論により定性的に説明することができた。5.アルコ-ル分離膜としてポリジメチルシロキサンとポリイソブチレンのブレンドキャスト膜を作製し、分離性能と膜構造に関する研究を進めており、興味ある結果が得られている。膜構造と分離性能の相関;ポリジメチルシロキサン(PDMS:M_W=9.37x10^4,M_W/M_N=2.99)とポリイソブチレン(PIB:M_W=8.4x10^5)を良溶媒であるシクロヘキサンに溶解さけ、溶媒キャスト成膜を行い、膜構造に及ぼす成膜条件の影響を検討した。

重量分率PDMS/PIB=10/9030/70において二相連続構造に相分離した膜が得られた。一方、40/60,50/50では海島構造の膜が得られた。また、20/80,30/70の組成でシャーレに蓋をして成膜を行うと二相連続構造から海島構造に変化することが観察された。これらの結果から、膜構造は溶媒蒸発速度に大きく依存し、キャスト温度を変えることにより膜構造を制御できると結論づけられた。そこで、セルロース多孔質膜(ミリポア製、平均孔径25nm)上でPDMS/PIBのシクロヘキサン溶液をキャスト成膜を行った。この複合膜を用いて5vo1%エタノール水溶液からペーバーパレーション法によるアルコール分離特性(透過速度と選択率)を測定した。透過流束はキャスト温度の増大と共に減少するが、アルコール選択係数は逆に増大する。これはキャスト温度の増大と共に構造周期が小さくなるためであると結論された。LCST系での相分離機構;LCST(下部臨界共溶温度)を有するポリメチルメタクリレート(PMMA:Mw=13,800,Mw/Mn=1.94)、ポリビニルアセテート(PVAc:Mw=360,000,Mw/Mn=3.48)を用い、ブレンド比(30/7070/30wt%)で良溶媒(クロロホルム)に溶媒させ、溶媒キャスト成膜を行い、この膜の相分離過程をHe-Neレーザーを用いた光散乱法により測定した。相分離の初期過程では、Cahnの線形理論に基づき解析を行い、見かけの拡散係数、構造周期を求め、それらの温度依存、組成依存について検討し、ほぼ理論通りの挙動が確かめられた。相分離中期・後期過程ではスケーリングによる解析を行い、この系の相分離機構にはスケーリング則が成り立ち、古川のモデルで相関されることがわかった。
植物映像のゆらぎ解析による作物給水ニーズの推定

植物の水ストレスを推定する方法として、本研究では葉の固有振動数の変化に着目しており、小松菜の葉の減衰振動の様子を撮影し、その映像より葉の固有振動数を解析してきた。その結果、植物の葉の固有振動数は日周変化を示し、その変化の仕方から、植物の水ストレスが推定できる可能性を示した。さらに、葉の固有振動数を計測する際、高価なハイスピードカメラ等を用いなくとも、汎用のCCDカメラでも十分であることを示した。しかし、振動する葉の映像からその振動数を得るためには、一般に、相関追尾法が用いられるが、相関を取るためのテンプレートは、特徴のある領域を人間が見て決めることになる。したがって、計測の自動化のためには、これを克服する必要があった。そのため本研究では、相関追尾法に依らずに葉の振動数を計測する方法として、カメラ映像の各フレームを適当なサイズで碁盤の目のような矩形領域に分割し、その各矩形領域の平均画素値のゆらぎの振動数を求めることにより、葉の振動の振動数を求める方法を提案した。各矩形領域の平均画素値を求める方法としては、まずフレーム画像を二値化して葉と背景に分け、矩形領域のうち、葉のエッジを含む領域について、葉が占める面積(実質的にはその領域の平均画素値)を求めた。この平均画素値の変動は、葉の振動によって生じるので、その変動を解析することにより、葉の固有振動数が計測できる。この方法を用いて、実際に葉の固有振動数の日周変化を計測したところ、従来の方法と同様に葉の固有振動数の日周変化を計測できることが検証された。すなわち自動化に向けての目処を立てることができた。現在はまだ、どの矩形領域の振動計測データを採用するかは測定者が選択している状況であるので、今後、この選択を自動的に行わせるようにする必要がある。しかしこれは、よい減衰振動をしている領域を選べばよいので、実現は比較的容易であると思われる。植物の水ストレスを知る方法として、我々は葉の固有振動数の日周変動に着目しており、健全な葉の場合、葉柄の弾性による葉の固有振動数は、日中増加し夜間減少するが、水ストレスが増加すると、日中の固有振動数が減少に転ずることを見出している。これらの基礎実験は、レーザ変位計やハイスピードカメラ等を用いて計測されたが、24時間で自動計測を実施しようとする場合、レーザ変位計では、葉の運動によりレーザ光が葉から外れたり、ハイスピードカメラでは、映像データが膨大になるなどの問題があった。ところが、実際の葉の固有振動数は概ね10 Hz以下であるので、サンプリング定理により20 Hzを上回るサンプリング周波数であれば、その振動成分は検出可能であり、フレームレート30 fps(1秒に30コマ)の通常のCCDカメラでも十分なはずである。そこで本研究では、葉の振動変位の自動計測に、扱いが容易でデータ量も小さい通常のCCDカメラが利用できないか検証を行った。そしてその際、映像の画質やシャッタースピードが遅くなることにより生じる画像のブレなどが、葉の振動変位を求めるために行う相関追尾に問題がないかを検討した。その結果、通常のCCDカメラによって撮影された画像でもシャッタースピードや画質に問題はなく、相関追尾はハイスピードカメラとほぼ同等の精度で行うことができた。それに加え、むしろハイスピードカメラの場合より処理する画像の枚数が1桁以上少なくなったので、処理時間は1桁以上速くなった。また、30 Hzのサンプリング周波数についても、理論通り葉の固有振動数を推定するには十分であった。したがって、葉の固有振動数を求めるのであれば、通常のCCDカメラで十分であり、ハイスピードカメラを用いるより短時間で処理が可能で、動画ファイルの容量も小さくなるので、むしろ高価で扱いが面倒なハイスピードカメラよりも計測に向いていることが分かった。当初、CCDカメラのシャッタースピードについては、画像のブレをなくして精度良く振動変位を相関追尾するために1/1000 s程度を想定し、そのようなCCDカメラを探していた。しかし、実は現在普通に市販されているCCDカメラでも、シャッタースピードは十分であることが分かり、結局、シャッタースピードの速いCCDカメラは購入しなかった。この結論を得るまでに多少時間を要したが、想定の範囲内であった。また、今年度の目的は、従来ハイスピードカメラで行っていた計測が通常のCCDカメラで可能かどうかの評価に主眼が置かれていたため、植物に関係した温湿度、光量などの実験環境計測は特に重要ではなかった。そのため、それらに関係する物品購入も結局年度末になってしまった。しかし、実験の進捗としては、概ね予定通りである。小松菜の葉の減衰振動の映像を、汎用のCCDカメラ(ELECOM, UCAM-DLK130TWH)を用いて、昼夜にわたり1時間おきに撮影した。ただし夜間(夕方18:00から翌朝6:00まで)は消灯しているため、CCDカメラので撮影できるように、夜間、撮影時のみ照明を点灯する必要があるため、まずはその照光システムを、ダイオードを用いた簡単なOR回路と、ソリッドステートリレー回路を組み合わせて作成した。また、葉の固有振動を相関追尾する際、照光に用いていた蛍光灯のフリッカーにより映像に縞模様が現れ、特徴点の追尾に影響が出る場合があることが分かったため、照光に使用する照明を、全て蛍光灯型白色LEDランプに変更して、計測を行った。