hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラット耳下腺腺房細胞における分泌顆粒の可視化と,生細胞を用いた成熟過程の検討

本研究は耳下腺の分泌顆粒を可視化し,顆粒成熟過程を検討することを目的としている。ラットに分泌刺激を施した後,2時間後に耳下腺を摘出し,耳下腺細胞を色素含有液中にて3時間インキュベートした。色素の細胞内局在は形態的だけでなく,生化学的,機能的に検討することで分泌顆粒への色素の濃縮を確認した。さらに,2昼夜の培養により,色素を含んだ未成熟顆粒が大きく成熟したことは,成熟過程検討の可能性を期待させる結果であった。本研究の目的はラット耳下腺腺房細胞のエンドサイトーシス経路を利用して分泌顆粒を可視化し,顆粒成熟過程を検討しようという試みである。H22年度は色素の取り込み条件を検討し,実際に色素が分泌顆粒に取り込まれるかを確認した。分泌刺激薬であるイソプロテレノール(5.5mg/kg)をラットの腹腔内に投与し,2時間後,耳下腺腺房細胞を摘出した。この時,懸濁液として調製された細胞は分泌顆粒を持っていない。細胞を蛍光色素であるルシファーイエロー含有培養液にて3時間培養した後,新しく生成された分泌顆粒に蛍光色素が含まれているかを様々な角度から検討した。まずパーコール遠心法にて分泌顆粒を精製し,顆粒内容物から蛍光が検出されることを確認した。続いて共焦点レーザー顕微鏡を用い分泌顆粒のマーカーであるアミラーゼとの共局在を,さらに電子顕微鏡観察によりルシファーイエローが分泌顆粒様構造物内に局在していることを確認した。次に分泌顆粒に取り込まれた色素が分泌応答を示すかを,ペリフュージョンシステムを用いて検討した。このシステムは単位時間当たりの分泌量を測定できるシステムであり,分泌能の検討には非常に有効である。検討の結果,アミラーゼ分泌と一致したフラクションにルシファーイエローが検出された。これらの結果は分泌顆粒内に蛍光色素であるルシファーイエローが取り込まれたこと,さらにその顆粒が分泌能を維持していることを示している。ここで,その後の実験に障害となる問題が生じた。それは新しく生成された分泌顆粒の直径が非常に小さいことである。そのため共焦点レーザー顕微鏡下では点状にしか確認できない。この問題を解決するため,ラット耳下腺腺房細胞の初代培養系を利用し,長期培養による分泌顆粒の成熟を試みた。現在,共焦点レーザー顕微鏡下で球状に確認できる分泌顆粒にまで成熟させることに成功している。本研究はラット耳下腺腺房細胞のエンドサイトーシス経路を利用して分泌顆粒を可視化し,顆粒成熟過程を検討することを目的としている。H22年度に色素を取り込ませる条件を検討し,H23年度には実際に色素が分泌顆粒に取り込まれているかどうかを様々な方法で確認した。分泌顆粒へ色素を取り込ませるためには分泌刺激薬であるイソプロテレノール(5.5mg/kg)をラットの腹腔内に投与し,2時間後に摘出した耳下腺をさらに蛍光色素であるルシファーイエロー含有培養液にて3時間培養した。その後,分泌顆粒内に蛍光色素が含まれているかどうかを検討した。本研究により得られた5つの主な結果を以下に示す。1,蛍光色素がアミラーゼ(分泌顆粒マーカー)との共局在を共焦点レーザー顕微鏡にて観察した。2,電子顕微鏡にてルシファーイエローが分泌顆粒様構造物に局在していることを観察した。3.精製した分泌顆粒内よりルシファーイエローの蛍光を検出した。4,細胞からの刺激依存的な蛍光分泌を時間分解能の高いペリフユージョン法にて検出した。5,長時間の培養により蛍光色素をもつ分泌顆粒を大きく成熟させることに成功した。これらの結果は分泌顆粒内に蛍光色素が取り込まれていることを明らかに示している。さらに,顆粒を成熟させることができたのは今後の蛍光観察において非常に価値のある結果であるといえる。これまでに耳下腺腺房細胞において多くの細胞内輸送経路が報告されている。それにも関わらず分泌顆粒へのエンドサイトーシス経路はこれまで報告されていない。この経路の発見だけでも充分価値のある結果であると考えている。そこでここまでの結果をまとめ,論文として報告したいと考えている。本研究はラット耳下腺腺房細胞のエンドサイトーシス経路を利用して分泌顆粒に色素を取り込ませることで分泌顆粒を可視化し,顆粒成熟過程を検討することを目的としている。ラットの腹腔内に分泌刺激をすると,安静時耳下腺腺房細胞内に充満していた分泌顆粒は2時間後には細胞内から消失し,5時間後から再出現することから,開口放出後の膜のリサイクリングを想定し,その経路を明らかにするため色素の取り込み実験を行った。アドレナリン作動性β受容体刺激薬であるイソプロテレノールをラット腹腔内に注射し,2時間後の耳下腺を摘出し,蛍光色素であるルシファーイエロー含有培地で3時間のインキュベーションを行った。

まず,ルシファーイエローが細胞内に取り込まれていることを共焦点レーザー顕微鏡にて観察した。パーコール遠心法にて分泌顆粒を精製し,内容物から蛍光を検出することで分泌顆粒内への取り込みを確認した。さらに刺激依存的な分泌をカラムパーフュージョンにて検討すると,アミラーゼと一致した分画から蛍光が検出された。初代培養系により2日間の培養を行うと分泌顆粒は成熟し,球形と認識できる分泌顆粒のアミラーゼとルシファーイエローの蛍光が共局在していた。これらの結果はいずれも分泌顆粒内に蛍光色素が取り込まれたことを示していた。さらに,ルシファーイエローはDAB処理により不溶性の物質を産生するため,その細胞内局在を電子顕微鏡により検討した。その結果,分泌顆粒様の球形のオルガネラに濃縮していた。我々の結果は開口放出後の管腔側膜のリサイクリングと分泌顆粒の形成過程とに関係があることを示唆しており,分泌顆粒への色素取り込みの効率を上げることができれば,この耳下腺腺房細胞はオルガネラの成熟過程の検討に重要なツールとなることが期待される。耳下腺分泌顆粒内に蛍光色素を取り込ませることに成功した。この結果は分泌顆粒へのエンドサイトーシス経路の存在を示しており,現在その結果を論文としてまとめている。そのため,おおむね順調に進展していると自己評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度の予定は分泌顆粒を可視化した細胞を用いて行う予定であったが,実際に実験に用いられるような分泌顆粒内に色素が取り込まれる細胞数は数少なく,実験材料として蛍光観察に用いるのは非常に困難な状況にある。そこで今後は本実験により確立された分泌顆粒形成経路という実験系を軸に,分泌顆粒の成熟過程の検討を行いたいと考えている。実際には分泌顆粒と未成熟顆粒を精製し,膜タンパク質組成の違いからキーとなるタンパク質を検索し,そちらから分泌顆粒の成熟過程を検討していこうという計画である。
知識処理に基づく高次コミュニケ-ションに関する研究

1.高次対話システム足跡画像を対象とする画像処理エキスパ-トシステムにおける対話の理想的な環境を実現するたの一方式として,メニュ-による選択形式を導入し,評価実験を行って,ユ-ザの記憶範囲の観点から対話に適当なメニュ-の階層数などを決定した.さらに,利用者の能力や特性をシステムが判定するために,状態遷移モデルを用いる方式を検討した.2.知的ネットワ-クアクセスネットワ-クアクセスの高知能化の具体例として提案しているプライベ-ト交換システムのためのデ-タベ-スとして,個人の行動履歴や対人関係をドキュメント形式に構造化することを提案した.その具体例として,動画像のシ-ン間の変化とシ-ン内の物体配置とを構造化して記述するための形式を検討した.またセキュリティのための本人確認手段として,ステレオ画像から抽出した顔の起伏情報を用いる方式を検討し,さらに,音声情報を縮退してID情報を生成するアルゴリズムを提案した.3.知的符号化と画像表現人体全身像の知的動画像符号化方式について,本年度は動きを階層的に詳細に表現できるような複数の人体スティックモデルを定義し,これらのモデルを用いて階層的に知的符号化を行う方式を検討した.この方式は,画像平面上に投影された人体の動きを,あらかじめ知識としてモデルに与えられた3次元スティックモ-ションの範囲内で記述し,さらに各モデルに基づいて,歩行運動を粗い近似から細部の動きへ階層的に記述,伝送するものである.このような階層的な動きの表現は,人間が動物体を認知する過程に沿ったものであると考えられ,高次コミュニケ-ションを実現する手段の一つとして知的符号化が有効であることを示すものといえる.1.高次対話システム足跡画像を対象とする画像処理エキスパ-トシステムにおける対話の理想的な環境を実現するたの一方式として,メニュ-による選択形式を導入し,評価実験を行って,ユ-ザの記憶範囲の観点から対話に適当なメニュ-の階層数などを決定した.さらに,利用者の能力や特性をシステムが判定するために,状態遷移モデルを用いる方式を検討した.2.知的ネットワ-クアクセスネットワ-クアクセスの高知能化の具体例として提案しているプライベ-ト交換システムのためのデ-タベ-スとして,個人の行動履歴や対人関係をドキュメント形式に構造化することを提案した.その具体例として,動画像のシ-ン間の変化とシ-ン内の物体配置とを構造化して記述するための形式を検討した.またセキュリティのための本人確認手段として,ステレオ画像から抽出した顔の起伏情報を用いる方式を検討し,さらに,音声情報を縮退してID情報を生成するアルゴリズムを提案した.3.知的符号化と画像表現人体全身像の知的動画像符号化方式について,本年度は動きを階層的に詳細に表現できるような複数の人体スティックモデルを定義し,これらのモデルを用いて階層的に知的符号化を行う方式を検討した.この方式は,画像平面上に投影された人体の動きを,あらかじめ知識としてモデルに与えられた3次元スティックモ-ションの範囲内で記述し,さらに各モデルに基づいて,歩行運動を粗い近似から細部の動きへ階層的に記述,伝送するものである.このような階層的な動きの表現は,人間が動物体を認知する過程に沿ったものであると考えられ,高次コミュニケ-ションを実現する手段の一つとして知的符号化が有効であることを示すものといえる.
化石マンガンノジュールのNd同位体・希土類元素組成による古水塊分布の復元

本研究の結果,以下のことが明らかになった。1.化石マンガンノジュールの希土類元素(REE)含有量は,海洋底表層ノジュールと比較すると非常に少なく,むしろ淡水湖産マンガンノジュール,浅海性マシガンノジュール,陸上の層状マンガン鉱床と類似したREE含有量を有している。2.ほとんどすべての化石ノジュールは正のCe異常を有している。これは化石ノジュールと同様の鉱物組成を有する海洋底表層ノジュールと同傾向である。3.このようにCe正異常を有していることは,de Baar et al.(1988)の解析によれば,REEの溶出が起きていないことを意味しており,続成過程におけるREEの移動を考慮する必要はないと思われる。4.南大西洋の深海コアから得られたvernaditeからなる水成第四紀化石ノジュールは,Albarede etal.(1997)に示された同海域の表層ノジュール,Rutberg etal.(1998)に示された最終氷期に生成したマイクロノジュールのNd同位体組成と等しい値を持っている。このことは,過去数10万年数100万年間,アルゼンチン海盆は北大西洋深層水よりはむしろ,南極底層水の影響の方が強い深層水により覆われていたことを意味している。5.南大西洋のアルゼンチン海盆へ後期始新世以降太平洋深層水が流入し,それが第四紀へ向けてより顕著になってきたことが明らかとなった。これは,Kennett(1986)などにより示されたドレーク海路が開き始め,に関連しているものと思われる。本研究では太平洋,大西洋,インド洋,カリブ海から得られた化石マンガンノジュールを用いて,その希土類元素組成とNd同位体組成より,主に40Ma以降の大西洋における深層循環の変遷について考察し,以下のことが明らかとなった。1.化石ノジュールの希土類元素組成は,海洋底表層の水成起源ノジュールに特有な,顕著なCeの正異常を有している。このREEパターンおよび鉱物組成は,化石ノジュールが続成作用の影響をそれほど受けていない水成起源マンガン酸化物とみなしてよいことを示している。従って,化石ノジュールは,過去の深層水のNd同位体記録物として扱うことができる。2.化石ノジュールのNd同位体組成から,以下のような南大西洋における白亜紀以降の深層水のNd同位体組成の経時変化,そのから導き出される古海洋学的事象が明らかとなった。(1)最後期始新世に南大西洋アルゼンチン海盆に埋没した化石マンガンノジュールのNd同位体組成は,北大西洋の変化傾向と区別できない。(2) 36Ma以降,アルゼンチン海盆産の化石ノジュールのNd同位体組成は,εNdが-8.5から徐々に高くなり,第四紀には,Albarede et al.(1997)により報告された同海盆の表層ノジュールと同様に-5程度となる。(3)このアルゼンチン海盆における36Ma以降のNd同位体組成の上昇は,始新世-漸新世境界付近から始まるドレーク海路のオープニングに伴い,徐々に太平洋型海水の南大西洋へと流入量が増していることによると考えれる。
生理学的薬力学モデル解析に基づくダビガトランの効果予測法の検討

【研究目的】ダビガトランの血中動態には大きな個人差が存在することが報告されている。また、ダビガトランの薬効評価の指標としてaPTTが用いられているが、検査法により結果が異なる上、ダビガトランによる抗凝固能を十分に反映できていない可能性が指摘されている。そこで本研究ではダビガトランの薬効評価方法の一つとして血中濃度、トロンビン活性および血液凝固に至る過程について間接作用モデルを用いた薬力学解析を行い、ダビガトランの血中濃度とトロンビンの活性、血液凝固反応の関係を定量的に評価し、aPTTと比較してより高精度かつ高感度な抗凝固効果指標となるマーカーを検索し、高精度なダビガトランの効果予測方法を構築する。【研究方法】ダビガトラン内服中の患者の血中ダビガトラン濃度およびトロンビン活性を測定した後、両者の相関およびaPTTとの関係を間接作用モデルにより解析する。血中ダビガトラン濃度については患者血漿サンプルから固相抽出法によりダビガトランを抽出し、検出器としてTOF型質量分析計を用いたLC/MS法で解析する。また、トロンビン活性はトロンビン活性アッセイキットを使用し、マイクロプレートリーダーを用いて解析する。【研究成果】ダビガトラン内服中の同意が得られた非弁膜性心房細動患者61名を対象にLC/MS法で血中ダビガトラン濃度を測定し、aPTTとの関係を解析した。血中ダビガトラン濃度とaPTTの関係は血中濃度上昇に伴いaPTTが延長する関係がみられたが、血中濃度が高いにも関わらずaPTTが低い症例もみられた。また、血中ダビガトラン濃度には個体差がみられた。本検討により、aPTTのみでは十分に治療効果を十分に反映できていない可能性が示唆された。現在、トロンビン活性アッセイキットを使用した解析を進めており、より高精度のダビガトランの薬効評価方法の確立に向け研究を行っている。
婦人科微小浸潤癌における細胞外基質蛋白分解酵素と接着因子の動作の解析に関する研究

1 In vitro invasion assay、collagen gel invasion assayを用いて、子宮頚癌株化培養細胞の浸潤と間質細胞の有無、接着因子の有無との関連から検討した。HeLa,CAC-1,TMCC,SiSoいずれも子宮頚部間質細胞をTGF-β,アルコルビン酸で前処理した群において浸潤細胞数の有意な増加を認めた。ファイブロネクチン、ラミニンのchemoktactic effectによる浸潤の亢進を認めた。TGF-β,アスコルビン酸により間質細胞(fibroblast)のファイブロネクチン産生は亢進しており、これらの事より、腫瘍細胞の産生するTGF-βにより間質細胞のファイブロネクチン産生が惹起され、産生されたファイブロネクチンが腫瘍細胞の浸潤を誘導する可能性が示唆された。2子宮頚癌、卵巣癌株化培養細胞を用いて、癌細胞のマトリックスメタロプロテアーゼ産生能をzymogramを用いて検討した。卵巣癌株2種HRA,KFにおいて検討したところ、KFにおいてのみ62kD付近にゼラチンを溶かすバンドが出現しマトリックスプロテアーゼ活性を認めた。この62kD付近で活性を示す蛋白融解酵素は主として4型コラーゲンを分解する2型マトリックスメタロプロテアーゼに相当すると考えられた。in vivoでシスプラチンに耐性となったHRA株では親株になかったこの活性が発現し、KFにおいても親株に比べてその活性は亢進した。子宮頚癌株HeLaにおいては、やはりMMP-2に相当する蛋白分解酵素活性が認められた。3接着因子が子宮頚癌株の蛋白分解酵素産生に及ぼす影響を検討した。zymogramを用いて検討した結果、ファイブロネクチン、ラミニンいずれも用量依存的に子宮頚癌株HeLaの蛋白融解酵素産生能を亢進させた。4以上のことから、細胞接着因子の一部による子宮頚癌細胞蛋白分解酵素産生の亢進機序の存在が明らかとなり、先に述べた間質細胞による癌細胞の浸潤誘導の機序と考えられた。本研究の目的は、腫瘍浸潤の多段階的制御機構のうち特に腫瘍細胞自身の細胞外基質破壊能に注目して、腫瘍細胞における細胞外基質蛋白分解酵素および腫瘍細胞間接着因子の発現を免疫組織化学的手法を用いて明らかにし、HE染色上の腫瘍浸潤像と対比する中で、その発現が婦人科微小浸潤癌においてもつ意義について検討を加えることにある.平成6年度においてはすでに収集された子宮頚部微小浸潤扁平上皮癌症例(FIGO分類基準によるIa期126例うち日本産科婦人科学会分類基準によるIa期78例)および微小浸潤腺癌症例(FIGO分類基準による19例)を対象として臨床的事項の調査を行い(平川・斉藤・重松),さらにHE標本をすべて再鏡検して,微小浸潤癌病巣の有無およびその存在範囲のマッピングを行っている.同時に微小浸潤癌の病理組織所見についても組織型・核異型度・細胞質の変化・上皮芽出像・基底膜破壊の有無・間質反応・癒合浸潤の有無・脈管侵襲の有無などについて検討している(平川・加来).微小浸潤扁平上皮癌症例の患者平均年齢は50歳であった.浸潤の深さが3.0mm以下の症例が74%であり3.0から7.0mmの症例は26%であった.癒合浸潤は13%にみられ,間質反応は癒合浸潤巣周囲に強くみられた.また脈管侵襲は6%にみられている.

一方微小浸潤腺癌症例では,上皮芽出像が1例を除いた18例に認められている.子宮頚部微小浸潤扁平上皮癌および微小浸潤腺癌症例の臨床的事項の調査とHE標本の再検討もあわせて行っている.さらに対象症例で微小浸潤癌病巣を伴う切片で,新たに組織切片を作製し,免疫組織化学的染色法であるStreptavidin-biotin法(SAB法)を用いて,抗IV型コラゲナーゼ抗体・抗カドヘリン抗体・抗Ki-67(MIB 1)抗体を一次抗体とした染色を行い(平川・加来・重松),免疫組織化学的に染色された標本の染色態度について組織学的に検討している(平川・加来).1病理組織学的検討1)現在までに収集された子宮体癌、卵巣癌のうち、体癌では内膜に浸潤がとどまっているもの、および筋層浸潤が1/2以下のものを、また卵巣癌では卵巣に病巣が限局しているものを初期癌として抽出した。これらの腫瘍群を検索対象として、HE染色にて間質浸潤病巣の有無およびその存在範囲のマッピングを行っている。また、同時に、病理組織所見について組織型・核異形度・細胞質の変化・基底膜破壊の有無・間質反応・核の重層化などについて検討中である。現在までのところ、間質反応としてのリンパ球浸潤、間質基質のコラーゲン線維の断列、基底膜の断列が初期浸潤像の特徴として抽出されているが、さらに癌細胞の変化についてもその特徴を抽出しつつある。卵巣癌においてzymogramを用いた蛋白分解酵素産生を検討した。原発巣の卵巣癌細胞においても、蛋白分解酵素の産生は発現しているが、in vivo抗癌剤耐性株を用いた実験では原株に比し、耐性株でその産生はさらに高いことが明らかとなっている。また、原発巣に比し、転移巣細胞においてもその産生が亢進していることより、原発巣の癌細胞の一部に浸潤転移能の高いものが存在しており、これらの細胞が初期浸潤に関与している可能性が示唆された。さらに、接着因子がこれらの細胞群にそのように影響を与えているかを検討中である。子宮頸癌、卵巣癌株化培養細胞を用いて、癌細胞のマトリックスメタロプロテアーゼ産生能をzymogramを用いて検討した。卵巣癌株2種HRA,KFにおいて検討したところ、KFにおいてのみ62kD付近にゼラチンを溶かすバンドが出現しマトリックスプロエターゼ活性を認めた。この62kD付近で活性を示す蛋白融解酵素は主として4型コラーゲンを分離する2型マトリックスメタロプロテアーゼに相当すると考えられた。in vivoでシスプラチンに耐性となったHRA株では親株になかったこの活性が発現し、KFにおいても親株に比べてその活性は亢進した。子宮頸癌株HeLaにおいては、やはりMMP-2に相当する蛋白分解酵素活性が認められた。接着因子が子宮頸癌株の蛋白分解酵素産生(ファイブロネクチン、ラミニン)に及ぼす影響を検討した。zymogramを用いて検討した結果、ファイブロネクチン、ラミニンいずれも用量依存的に子宮頸癌株HeLaの蛋白融解酵素産生能を亢進させた。以上のことから、細胞接着因子の一部には子宮頸癌細胞の蛋白分解酵素産生を亢進させる機序が存在することが明らかとなった。病理組織学的検討子宮体癌における浸潤動態を周囲のhyperplasiaの有無との関連から検討した。hyperplasiaの存在する体癌においては、存在しない体癌に比較して深層への浸潤、脈管への侵入、また、リンパ節への転移いずれも有意に少なかった。
光電変換機能を精密にプログラム化した超分子集合体の創製と応用

エネルギー問題に対する地球規模的な議論の高まりに関連し、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換は関心が高い。しかし、同分野では真空蒸着やスピンコートによる有機薄膜形成や基板加熱による薄膜内のグレインの制御と恣意的なトップダウン法が主流である。したがって、特性向上は実験現場のテクニカルな要素が色濃く、新戦略に基づく分子集積技術の開発は課題である。この点を克服するため超分子的手法に着目し、効率良い光電変換機能を引き出すために、光電変換プロセス、光吸収と励起子拡散、電子供与体Dと電子授与体A界面での電荷分離、外部電場によるキャリア移動という異なる複数の役割を連続的に発現可能なDとAが層分離・共役した集積体の構築を目指す。そこで平面性有機色素のカラム状集積能に着目し、ポルフィリン(D)とコロネンイミド(A)を用いることとした。そこで、まず水素結合形成可能なポルフィリン及びコロネンイミド体を合成した。次に、合成した分子間での電子移動特性について各化合物のサイクリックボルタンメトリ測定を通して行った。その結果、電荷分離状態はポルフィリンの励起状態よりも安定であったことから、ポルフィリン励起により、電子移動は生じることが示唆された。次に本集積体構築の鍵となる水素結合形成について^1HNMRのtitration実験によって検討した。コロネンイミド体を一定濃度とし、ポルフィリンを添加していったところ、コロネンイミドのイミド基上のプロトンに対応するシグナルのシフトが観測された。よってD分子とA分子間での水素結合形成を確認した。最後に高次組織体構築の検討を行った。D分子とA分子を良溶媒に1対1の割合で溶解し、無極性溶媒に投入した。調整した溶液をTEMグリッドに滴下し観察した。形状は各単量体の時には観察されなかったため、D-A混合分子から構成されていると示唆された。
ハイブリッド型完全人工心臓循環を用いた生体循環系制御ロジックの解明

本研究は、完全人工心臓の生理的制御(1/R制御)という観点からアプローチして、循環系の制御ロジックを解明することを目的とした.その方法として、自然心臓のレスポンスと1/R制御下の人工心臓のレスポンスを同時比較できる慢性動物実験モデルとしてのハイブリッド型完全人工心臓循環を考えた.この方法では、自然心臓を切除せずに拍動を残したまま人工心臓を装着し、心拍出量は人工心臓で完全に制御することにして、同時に自然心臓の拍動を観察し、人工心臓に1/R制御をかけることにより、心拍変動のレスポンスと1/R制御のレスポンスを同時比較検討できる.ヤギを用いた実験の結果、人工心臓の拍動数と自然心臓の心拍数の絶対値が同じとなることはあまりなく、両者は独立のリズムを持って変動しており、両者の変動にはベースラインのシフトが見られた.これは、自然心臓の心拍数が本来の心拍出量調節システムから切り離され、フィードバックループを作っていないことに起因すると考えられた.そこで、ローカットフィルターを用いて両者の変動成分のみを抽出し、比較検討を行った.その結果、人工心臓の拍動数と自然心臓の心拍数の変動のレスポンスは、非常に似ていることがわかった.このことは、1/R制御が自然心臓の制御レスポンスを実現していることを証明する根拠となるが、さらに、1/R制御における理想的な制御関数を求めてみると、計測した実験条件(日常活動時)においては、オリジナルの1/R制御関数でよいということがわかった.このことは、日常活動時においては、1/R制御関数自体が自然心臓の制御ロジックの近似式となっていることを表す.以上、ハイブリッド型完全人工心臓循環を用いた研究により、1/R制御関数は、それ自体が自然心臓の制御ロジックを表現する近似式であることがわかった.今後は、運動時の制御ロジックの解明を行いたい.本研究は、完全人工心臓の生理的制御(1/R制御)という観点からアプローチして、循環系の制御ロジックを解明することを目的とした.その方法として、自然心臓のレスポンスと1/R制御下の人工心臓のレスポンスを同時比較できる慢性動物実験モデルとしてのハイブリッド型完全人工心臓循環を考えた.この方法では、自然心臓を切除せずに拍動を残したまま人工心臓を装着し、心拍出量は人工心臓で完全に制御することにして、同時に自然心臓の拍動を観察し、人工心臓に1/R制御をかけることにより、心拍変動のレスポンスと1/R制御のレスポンスを同時比較検討できる.ヤギを用いた実験の結果、人工心臓の拍動数と自然心臓の心拍数の絶対値が同じとなることはあまりなく、両者は独立のリズムを持って変動しており、両者の変動にはベースラインのシフトが見られた.これは、自然心臓の心拍数が本来の心拍出量調節システムから切り離され、フィードバックループを作っていないことに起因すると考えられた.そこで、ローカットフィルターを用いて両者の変動成分のみを抽出し、比較検討を行った.その結果、人工心臓の拍動数と自然心臓の心拍数の変動のレスポンスは、非常に似ていることがわかった.このことは、1/R制御が自然心臓の制御レスポンスを実現していることを証明する根拠となるが、さらに、1/R制御における理想的な制御関数を求めてみると、計測した実験条件(日常活動時)においては、オリジナルの1/R制御関数でよいということがわかった.このことは、日常活動時においては、1/R制御関数自体が自然心臓の制御ロジックの近似式となっていることを表す.以上、ハイブリッド型完全人工心臓循環を用いた研究により、1/R制御関数は、それ自体が自然心臓の制御ロジックを表現する近似式であることがわかった.今後は、運動時の制御ロジックの解明を行いたい.本研究は、自然心臓を切除せずに人工心臓を装着したハイブリッド型の完全人工心臓循環慢性動物実験モデルを用いて、人工心臓に自動制御(1/R制御)をかけた場合の自然心臓拍動の反応から生体の循環系制御ロジックを解明することを目的とする.ハイブリッド型の完全人工心臓循環慢性動物実験モデルを確立するために、現在までに、3頭のヤギを用いた慢性動物実験を行った.人工心臓としては、サック容量60mlの空気圧駆動式の血液ポンプを用いた.まずは、心房心室脱血による完全脱血タイプの両心バイパスを作製した.しかし、この方法では、不整脈を誘発しやすいという問題が生じた.次に、心房脱血による両心バイパスを装着し、上行大動脈および肺動脈基部をクセンプすることにより、完全両心バイパスを作製した.このモデルでは、冠動脈のみが自然心臓により潅流される.しかし、この方法では、自然心臓は頻脈傾向を示し、正常な反応が得られない可能性が示唆された.そこで、同様に心房脱血による両心バイパスを装着し、肺動脈のみをクランプして、右心を完全人工心臓循環とし、左心は上行大動脈を狭窄させて、12割程度自然心臓の拍出量を残した人工心臓循環を作製した.このモデルでは、右人工心臓により心拍出量は完全に制御できるために、制御の視点から見れば、完全人工心臓循環と同義と見なせる.このモデルを使用し、右人工心臓の拍出量を心拍出量の代用として制御関数に入力し、現在まで2ヶ月以上1/R制御を続けているが、左人工心臓の拍出量で1/R制御をかけた場合と同様な反応が得られ、制御の発散も見られず、かつ自然心臓拍動も安定して計測できるため、このモデルが実験モデルとして適当であることが分かった.

現在、このモデルを用いて、薬剤投与実験などの研究を行っており、圧受容体反射などに関する興味深い知見が得られ始めている.本研究は、自然心臓を切除せずに人工心臓を装着したハイブリッド型の完全人工心臓循環慢性動物実験モデルを用いて、人工心臓に自動制御(1/R制御)をかけた場合の自然心臓拍動の反応から生体の循環系制御ロジックを解明することを目的とする.-人工心臓としては、サック容量60mlの空気圧駆動式の血液ポンプを用いた.心房脱血による両心バイパスを装着し、肺動脈のみをクランプして、右心を完全人工心臓循環とし、左心は上行大動脈を狭窄させて、12割程度自然心臓の拍出量を残した人工心臓循環を作製した.このモデルでは、右人工心臓により心拍出量は完全に制御できるために、心拍出量制御の視点から見れば、完全人工心臓循環と同義と見なせる.このモデルを使用し、右人工心臓の拍出量を心拍出量の代用として制御関数に入力し、生存期間を通して1/R制御を行った.その結果、自然心臓の心拍数の変動と1/R制御による人工心臓の拍動数の変動には、ほぼ一致が見られる場合と、見られない場合があることが分かった.傾向としては、大動脈圧の変動が少ない場合には心拍変動と拍動数変動がほぼ一致し、この場合は心拍変動が拍動数変動に先行していた.また、大動脈圧の変動が大きい場合には、心拍変動と拍動数変動は解離し、時には正反対の変化が観察された.これらの結果より、1/R制御と生体のグローバルな循環制御ロジックとの相違は、大動脈圧の変動時に顕著化し、このことは、1/R制御関数の第1項は生体のグローバルな循環制御ロジックの1部分を割と適切に記述しているが、第2項が不適切であることを示している.従って、1/R制御関数の第2項を適切に関数化することにより、生体のグローバルな循環制御ロジックを生理的関数として表現できる可能性があることが分かった.本研究は、自然心臓を切除せずに人工心臓を装着したハイブリッド型の完全人工心臓循環慢性動物実験モデルを用いて、人工心臓に自動制御(1/R制御)をかけた場合の自然心臓拍動の反応から生体の循環系制御ロジックを解明することを目的とする.人工心臓としては、サック容量60mlの空気圧駆動式の血液ポンプを用いた.右心房脱血・肺動脈送血および左心房脱血・下行大動脈送血による両心バイパスを装着し、肺動脈は起始部を完全にクランプして、右心を完全人工心臓循環とし、左心は上行大動脈を狭窄させて、12割程度自然心臓の拍出量を残した人工心臓循環を作製した.このモデルでは、右人工心臓により心拍出量は完全に制御できるために、心拍出量制御の視点から見れば、完全人工心臓循環と同義と見なせる.このモデルを使用し、右人工心臓の拍出量を心拍出量の代用として1/R制御関数に入力し、生存期間を通して1/R制御を行った.その結果、自然心臓の心拍数と1/R制御による人工心臓の拍動数を比較した場合、その絶対値を見ると、1日の中でも近い場合と分離している場合があった.これは、自然心臓の心拍数シグナルが心拍出量の制御から切り離されたことにより、不安定になっているためであろうと考えられた.そこで、両者の変動パターンを見ると、まれに解離がみられるものの、大部分の期間でほぼ一致していることが分かった.
複合所得型家族の社会階層的地位に関する実証的研究

この研究は、日本社会の構造把握を目的として、階級・階層関係を軸にして分析を試みたものである。1964年から継続してきた重化学工業都市室蘭の調査において、今回の調査研究でどのような変化が見られたかを要約する。1960年から70年代までは、日本の歴史上稀にみる高度経済成長期にあたっていた。さらに80年代においてもまだ経済は悪化してはいなかった。しかし90年に入って急激におそったバブル崩壊によって大きな変動を余儀なくされた。したがって前半の分析は「二重構造仮説」が有効であったが、ここ10年間に大きく変化したことが今回の調査で明らかになった。以前は、独占的大企業労働者とその下請中小企業労働者との間には、断層ともいえる生活諸条件の格差があったが、今回の調査ではその差は縮小した。またかつては官公庁労働者の方が大企業労働者よりもはるかに低位にあったが、今回はむしろ上位に立つ勢いが目立った。その理由は、鉄鋼業の凋落によって、大規模なリストラクチュアリングがおこなわれた結果、技術者を含むホワイトカラー層が大幅に減少したことと、ブルーカラー層の賃金が上がらなくなったことによる。さらに日雇い階層は、慢性的な失業者の増加にみまわれ、労働者としての再生産は不可能になっている。つまり大企業労働者層の全般的落層によって、「二重構造仮説」は当てはまらなくなり、その底辺は一層分厚い不安定就労者層として流動していることの発見であった。階層帰属意識は、中と答えた者が最も多かったが、所属階層と帰属意識は相関しなかった。意識の決定要因のうち、第1位は所得・生活水準であり、第2位は勤務先の規模であり、職種ではなかった。夫と妻では、夫よりも妻の方が階層帰属意識は高い。ダブルインカムカップルは個人別に帰属意識を決定するが、妻の所得が低い場合は夫の地位に包摂される。近年の雇用状況の変化は著しく、既婚女性の雇用労働力化と合理化による男性の失業が進行している。日本は「世帯単位主義」を採っているので、夫婦の職業の組み合わせが大きな意味をもつ。そこで長年階層研究に従事してきた者としては、従来の「夫1人による階層」区分ではなく、妻も含めた「世帯としての階層」がえられないかが、今回の課題になった。室蘭市は30余年にわたる調査の集大成の意味を持ち、浜松市は中小企業密集都市として比較研究の対象となる。室蘭調査について室蘭では本格的な配票調査は平成11年度に予定しているので、調査に先立って必要な地域の詳細な情報を得るため、企業の生産状況・雇用の変化・失業者数・再就職の実態はいうまでもなく、生活保護に陥った人々の数と最近の特徴とその動向、地域社会の政治動向等を知るため、関係機関の聞き取りと資料収集をおこなった。さらに重要な準備は、来年実施する配票調査の対象者の選定と実施方法について、関係機関の意向を聞き、抽出方法と配布・回収の方法についての依頼と了解を得ることであり、先方の都合に合わせ出向くことになった。およその目途はえられた。浜松調査について浜松は平成10年度が本調査にあたっていたので、地域の資料を検討したのち調査票を準備し、郵送による調査を実施した。郵送調査の同収率は20%と予想どうりかなり低く、来年の室蘭調査の無作為抽出による配票調査は再検討を要する。しかし約200票の共働き世帯が得られたので、資料整理の上、入力作業は完了した。

この研究は、重化学工業都市室蘭において、1964年から2000年まで約30年におよぶ歴史的変化を追いかけてきた実証的研究の、最後にあたる調査報告になる。すなわち60年代「高度経済成長」期をピークにして、基幹産業であった鉄鋼業は衰退の一途をたどり、この都市の人口も最大期18万人から11万人に激減し、産業の衰退は目を覆うばかりである。したがって今回研究の中心に据えたのは、従来「二重構造」を明確に映し出してきた巨大独占企業と、その下請け中小企業群における労働者階層間の労働・生活状態の格差がどう変化したかであり、さらに底辺の日雇い階層の失業と生活実態を明らかにするところに置かれた。企業間格差については、全市から3000世帯を選んだため、巨大企業から中小企業にいたる全階層の家族をまんべんなく捉えることができた。失業調査では建設業に携わる「季節日雇い労働者」の各戸を訪問、第三次産業の失業者についてはハローワーク門前で出口調査を実施し、同じ失業でも後者は親と同居・又は妻のみの失業といった多少の選択が許される余裕があるのに対し、前者は仕事にあり付けないために食うや食わずの塗炭の苦しみにあえいでおり、家族の離散が進んでいた。まだしも被生活保護者の方が生きる闘いから解放された平安がみられた。現役労働者の概要を述べれば、出向・転籍などによる地域間移動が家族の姿を変え、大企業において単身赴任者が目立つほか、従来はみられなかった共働きが増え、妻が専門職・公務員等の地位の高い職業に就くようになった。中小企業群での高い共働き率が変わらないため、両者は接近・均一化しつつある。また失業者が増えているため、貸し金業のみ栄えさせる不健康な街と化していた。
演算加速器型スパコンによる実スケール防災シミュレーションのフレームワーク構築

本年度の前半において、昨年度開発した表面形状を考慮したQDEM (QDEMSM)による粘弾性体の多体計算コードとSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法による流体計算コードを合体させ、多数の浮遊する構造物を含んだ流体問題に対するSPH-QDEM連成解析コードを開発した。複数の瓦礫を含むダムブレイク計算を例題として実施した結果、構造物を粒子連結により表現し、粒子を節点とみなして力の伝達を行う従来の方法と比べて、節点数が少ない場合にも構造物への染み込みを抑えた流体・構造連成が可能であることが分かった。また、OpenMPに基づく複数CPU計算コードの開発、及びヒルベルト空間充填曲線による動的領域分割法の適用まで進めることができた。幾つかの流体構造連成シミュレーションの結果から、構造物の多体衝突は当初の予想以上に初期値鋭敏性を伴う非線形の強い問題であることが示されたため、個々の構造物の振る舞いを捉えるよりも全体挙動を正確かつ高速に捉える手法を構築するため、本年度の後半では、確率過程に基づくASEP (Asymmetric simple exclusion process)を用いたシミュレーション手法の開発を進めた。第一段階として取り組んだ単一流路及びそれに隣接する複数のサイトに対する粒子の割り当て問題では、流入口側にサイト使用率が偏向する「self-deflection効果」を理論解析とシミュレーションの両面から示すことができ、当該成果はアメリカ物理学会の論文誌であるPhys.Rev.Eに掲載された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。演算加速器型スパコン上での実スケール防災シミュレーションを実行するために非常に有効な計算手法である多体粘弾性変形解析手法QDEM (Quadruple Discrete Element Method)について、物体-物体間の接触判定及び接触力計算に関する改良型手法を開発した。従来のQDEMでは、QDEMの物体表面にDEM粒子を貼り付けることで近似的な接触判定と接触力計算が行われていたが、物体表面の滑らかさが表現できないなど、幾つかの問題を含んでいた。通常、ポリゴンモデルで表現された物体同士の衝突を正しく扱うためには多面体幾何学に基づく6種類の衝突パターンを導入する必要がある。しかし、すべての衝突パターンの計算を行うことは非常に高負荷となるため現実的ではない。そこで、防災アプリケーションであることに注目し、現実において頻出となる「点-面」及び「線-線」の2種類の衝突計算を試験的に導入した。高速化のために計算領域を空間格子に分割し、隣接する格子に登録された四面体要素とのみ接触判定を行う近傍探索リストを四面体要素群に応用した。また、メモリ使用量を抑えるためにセル内に登録された四面体要素同士が互いに参照するリンクリスト法を併せて用いた。この際、QDEMでは構造力学計算が四面体要素ごとに実行される点に注目し、表面を構成する四面体要素のみをリストに登録することにより大幅な高速化を達成した。さらに、演算加速器型のスパコンで高効率実行を行うために、空間充填曲線(space-filling curve)を用いた動的領域分割を適用することにより、512ノードを用いた場合にも弱スケーリングが達成できることがわかった。これにより、擦れ合いや構造物の変形が支配する実用的な多体の接触解析が実行可能になった。擦れ合いや構造物の変形が支配する実用的な多体の接触解析を、分散メモリ環境において空間充填曲線による多次元動的領域分割を用いて高効率に実行できるようになったことは予想以上の成果である。また、流体の粒子法であるSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)との連成計算コードの開発も現時点で概ね完了している。加えて、複数GPUコンピューティングへの対応も十分に目処が立っている。以上を総合的に判断すると、第一年目の進捗状況としては当初の期待以上である。分散メモリ環境におけるQDEM-SPHシミュレーションでは、各分割領域における袖(ハロー)領域内に存在するデータ(流体粒子、及び構造物を構成する節点と要素)を隣接領域にコピーするためQDEMのみの計算を行う場合よりも領域間のデータ通信量は大幅に増加する。

QDEMによる構造解析に必要な(演算/通信)のコスト、及びSPH(演算/通信)のコストはそれぞれ異なるので、全体の(通信/計算)のコストが最適となる条件について検討する。また、自然災害や工業分野における実問題への適用を進め、そのためのフレームワークの機能拡充を施す。加えて、OpenMPで記述されたディレクティブをOpenACCによる記述へと変更することにより複数GPU化を実現し、実行性能の大幅な向上を試みる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
常染色体劣性若年性パーキンソニズムの原因遺伝子パーキンの発現とその生理機構

パーキンソン病は脳の黒質ドパミン性神経細胞の変性を主病変とする疾患である。パーキンソン病の多くは孤発性であるが、一部には遺伝性のものも存在する。1998年、常染色体劣性若年性パーキンソニズム(AR-JP)の原因遺伝子parkinが発見された。parkinの遺伝子産物のN末端側にはユビキチン様ドメインが、また、C末端側にリングフィンガーモチーフが存在し、重要な生理機能を持つことが予想される。本研究を遂行中の2000年にはパーキンタンパクがユビキチンリガーゼとしての機能を持つことが報告されたがパーキンソン病との関連は不明である。本研究は、パーキンタンパクの生体における役割を解明するため、パーキンタンパクの発現解析を中心に研究を行った。本研究の初年度は発生・発達段階における各組織でのパーキンタンパクの発現について、イムノブロッティングを用いて検討を行った。ラットの妊娠後、胎児期から成熟期に至るまでの各段階で各組織の試料を調製した。この時、特に脳内部での発現部位を詳細に検討するため、脳を大脳皮質、中脳、小脳、海馬、線状体、視床下部、橋・延髄に分画し、他の臓器とともにパーキンの発現を調べた。その結果、ラット脳の7分画すべてと、脊髄、心臓でパーキンの強い発現が見られた。また、各組織でのパーキンの発現量を胎児期から成熟期にかけて調べたところ、脳のすべての画分において、その発現が経時的に顕著に増加していた。脊髄、心臓においてはこのような変化は認められなかった。以上の結果より、パーキンが神経細胞の分化、ネットワークの形成に関与する可能性、また、神経細胞への分化後の細胞機能に重要な働きを持っていることが示唆されたため、2年目には神経培養細胞を用いて発現解析を行った。副腎髄質クロマフィン細胞であるPC-12細胞は、神経成長因子(NGF)で刺激することにより突起を伸長し神経様細胞に分化することが知られている。上記の実験でパーキンタンパクが脳に特異的に存在したことから、PC-12細胞を神経様細胞に分化させることによりパーキンが発現するようになるのではないかと考え、細胞分化とパーキンタンパク発現との関係を検討した。その結果、NGF刺激によるPC-12細胞の神経様細胞へ分化の程度とパラレルにパーキンが発現してくることが証明された。パーキンタンパクは神経細胞への分化と同調して強く発現するようになることから、神経細胞への分化過程あるいは神経細胞としての機能に重要な機能を持っていることが示唆された。パーキンソン病の多くは弧発性であるが、一部には遺伝性のものも存在する。

parkinの遺伝子産物のN末端側にはユビキチン様ドメインが、また、C末端側にリングフィンガーモチーフが存在し、重要な生理機能を持つことが予想されるがその生理機能はまったくわかっていない。本研究では、パーキンの発現部位の特異性や発現の時期などの特定をし、さらに遺伝子導入などを行うことにより、細胞死、細胞増殖、細胞分化などを含めて細胞機能への関与を解析することを目的とした。本年度は発生・発達段階における各組織でのパーキンタンパクの発現について、イムノブロッティングを用いて検討を行った。ラットの妊娠後、胎児期から成熟期に至るまでの各段階で各組織の試料を調製した。この時、特に脳内部での発現部位を詳細に検討するため、脳を大脳皮質、中脳、小脳、海馬、線状体、視床下部、橋・延髄に分画し、他の臓器とともにパーキンの発現を調べた。抗体はヒト・パーキンのN末端側:124H137Pに相当する合成ペプチドポリクローナル抗体を作製し実験に用いた。その結果、ラット脳の7分画すべてと、脊髄、心臓でパーキンの強い発現が見られた。また、各組織でのパーキンの発現量を胎児期から成熟期にかけて調べたところ、脳のすべての画分において、その発現が経時的に顕著に増加していた。脊髄、心臓においてはこのような変化は認められなかった。(1)脳の発達の初期からパーキンが発現していたこと(2)その発現量が成熟期にかけてさらに増加していたこと(3)成熟後も高い発現を保持していたこと等から考えると、パーキンが神経細胞の分化、ネットワークの形成に関与する可能性、また、神経細胞への分化後の細胞機能に重要な働きを持っていることが示唆されるが、これらについてさらに検討するため、来年度以降は神経培養細胞を用いてより詳しい解析を行う。パーキンソン病は中脳黒質ドーパミン性神経細胞の変性を主病変とする疾患である。パーキンソン病のうち約5%は遺伝的に発症することが知られている。近年、これらの原因遺伝子として複数の遺伝子が発見された。その一つが、常染色体劣性若年性パーキンソニズムの原因遺伝子として同定されたパーキンである。パーキンタンパクはN末端側にユビキチン様ドメインを持ち、C末端側にはリングフィンガードメインを持っている。我々は昨年までに、ラットの発生・発達段階における各組織でのパーキンタンパクの発現の解析を行い、その結果、大脳、中脳、小脳、海馬、線状体、視床下部、橋・延髄のすべての分画と脊髄、心臓にパーキンタンパクが特異的に発現していることを見出した。また、胎児期から成熟期に至るにつれ、脳の7画分においてのみその発現が顕著に増加していることが判明した。一方、昨年、パーキンタンパクがユビキチンリガーゼとしての機能を持つことが報告された。この報告より、パーキンはユビキチン・プロテアソーム系に関与し何らかの標的タンパクの分解を制御している可能性があるが、詳細については依然として不明である。本年度は以上の事実をふまえ、パーキンの生理機構をさらに詳細に検討するため、神経系の培養細胞を用いた実験を行った。副腎髄質クロマフィン細胞であるPC-12細胞は、神経成長因子(NGF)で刺激することにより突起を伸長し神経様細胞に分化することが知られている。上記の実験でパーキンタンパクが脳に特異的に存在したことから、PC-12細胞を神経様細胞に分化させることによりパーキンが発現するようになるのではないかと考え、細胞分化とパーキンタンパク発現との関係を検討した。
各種耕うん整地方式に対する土壌の力学的挙動に関する総合的研究

3年間の研究の、主要な結果は次のとおりである。1.土壌の圧縮と切削に関する一連の基礎実験を行い、土の圧縮時の状態経路を明らかにするとともに、平板ブレードによる直線切削、曲線切削、および複ブレード切削時の状態経路とひずみ分布の特性を明らかにした。2.土壌の力学性を総合的に計測することができる装置を設計試作し、圃場状態の土の引張強度を測れる機器を開発するとともに、圧縮せん断強度、クーロン定数、貫入抵抗を測定して、土壌の切削特性との関係を調べた。3.耕うん作業前後の圃場面形状を測定して、作業の自動化や作業精度の向上を図るため、超音波による物体面形状測定の研究を行った。本研究の装置をもちいて、湿った圃場では畝等のおおまかな形状計画が可能と考えられる。4.耕うん作業の結果を判定するときの最も基本的な要素である砕土状態の計測にはこれまで良い方法がなかったので、画像解析による砕土状態の測定を試みた。2次元画像の解析結果と、開発した3次元画像測定装置による土塊の形状分布および質量分布とを比較して、2次元画像の相当球半径と近似円半径によって、砕土程度を推定できることが分かった。5.圃場での耕うん性能をリアルタイムで計測、制御するためには遠隔計測および制御が必要である。このためパケット無線通信を用いた遠隔計測制御システムを試作し、一連の圃場試験でその有効性を確認した。6.ミニマムティレッジ用ブレードの耕うん特性を測定する圃場試験装置を製作し、各種のブレードの抵抗特性を求め、CADなどによるミニマムティレッジ用機械の設計について考察した。本年度は土壌槽による耕うんの基礎試験および各種センサー等によって土壌および植物体の形状、位置等を検出するための基礎実験を中心として次のような研究を行った。1.これまで難しかった圃場での土壌引張度測定のため、2重シリンダ一式土壌引張試験装置を試作して、土壌槽で試験し、その性能を確めた。また油圧駆動式リングせん断試験器およびコーンペネトロメータを同じ土壌槽に設置し、耕うん時の土壌力学諸定数を正確に把握できるようにした。2.土壌槽において、直線切削と回転切削の組合わせ試験を行い、切削抵抗、エネルギー、切削刃にかゝる土壌圧力等を測定し、土壌力学諸定数との関係をしらべた。この結果、土壌定数そのものよりも、むしろ切削軌跡および土壌境界条件との関係による土壌圧縮傾向の大小の方が、組合わせ切削の抵抗に大きく影響することがわかった。3.直線切削ブレードおよびディスクブレードの圃場6分力測定を行い、それらの抵抗特性を求めた。4.超音波による土壌および植物体の表面形状、密度等の測定を目的として基礎研究を行った。しかし土壌については吸収が大きく、十分な計測ができなかったので、周波数の異なるセンサーを試みた。また表面形状測定器の主要部分を設計・試作した。5.TVカメラによる圃場表面の画像をコンピュータで処理して、耕うん作業の精度、特に砕土程度を求める試験を行った。太陽光の下で得られる画像では、一定の処理で光線の入射角等の影響を消去するのが難しく、人工光による画像の処理を行って土塊分布を求めようとした。しかし土塊の形状パターンは余りにも様々であり、あらゆる場合について測定できるようにするには、ソフトウェアの改善が必要である。本年度は圃場試験において耕うん作業性能を判定する鍵となる砕土程度及び圃書面形状の新しい測定方法の開発し,ミニマムティレッジ用ブレードの基本特性を土壌槽試験を通して明らかにすることに重点をおき,次のような研究を行った.1.圃場表面のTV画像から,土塊の二次元分布を求め,それを調査から得られた土塊の三次元形状分布と対応させることによって,圃場の三次元砕土程度を評価する手法の確立を目指した各種実験・調査を行なった.

その主なものは,よりよい圃場の二次元画像を得るために,撮影時の入力画像の可視光波長領域の選定や撮影装置の試作を行なったこと,そして,その画像から土塊の二次元分布をコンピュータ画像処理をちいて求める手法の改良を行なったこと,さらに,この砕土程度評価法の実用化のための圃場データ蓄積等を行なったことである.2.超音波センサーを地表面に平行に, x, y方向に動かし,コンピュータで動きを制波しながら,圃場面形状のデータをとる装置の基礎研究を行い,センサー特性の改善を通じて,直径数十ミリメートリの凸面形状を判走できるまでになった.また超音波速度の温度による変化が意外に大きく,これを補正し,精度を高める方式を導入した.3.土壌槽において,直進する平板ブレードとナイフコールタ刃および回転するL字型ブレードを用いて土壌切削試験を行い,切削抵抗,トルク,土壌変形および変位を測走し,切削特性を調べた.また土性の違いによる特性の変化を明らかにした.また上記の直進ブレードと回転ブレードを組み合せることによって.単一のブレードによる切削と異なる特性をうることができた.すなわち, 2つのブレードの相対運動に基づく引張作用によっい,抵抗を大幅に減らすことが可能となった.本年度は研究計画の最終年度として、超音波による圃場面形状測定、画像処理による砕土状態の計測、ミニマムティレッジ用ブレードの耕うん特性を圃場試験によって明らかにし、ミニマムティレッジ用機械の設計の基礎とすることなど、各研究のとりまとめを行った。1.超音波センサによる圃場面形状の計測については、表面の形質が測定結果に大きな影響を与え、とくに膨軟な土壌面では反射波が弱まるために計測が難しかった。しかし、圃場面に水を散布する方法と、コンピュータによる3次元画像作図ソアトウェアを製作、利用することを併用して、小さな畝や溝の検出が可能となった。なお立方体等形状のはっきりしている物体についての計測結果から、反射面が傾いていて、センサが受信する反射波が弱まる場合も誤差が大きくなるので、汎用性をもたせるためには、センサおよびパルス処理回路の改善が必要と考えられる。2.個々の土塊の3次元画像を求めて、体積等が得られるシステムを開発し、これを用いて地表面土塊の正確な分布を得た。一方TVカメラによる地表面の2次元画像を解析して、その相当球半径と近似円半径を求め、3次元画像による形状分布と質量測定結果と比較し、いずれも高い相関があることが分った。したがって相当球半径ないしは近似円半径によって、砕土程度の推定が可能である。3.各種のミニマムティレッジ用ブレードの耕うん抵抗を圃場で計測するための装置を試作し、剛性づめ、弾性づめ等をつけて、抵抗分力計測を行った。これらのデータをもとにし、AIによってミニマムティレッジの方式を求め、次いでCADによって、与えられた諸条件に合ったミニマムティレッジ用機械を設計する手順について検討を行った。4.3年間の研究のとりまとめを行い、報告書を作成した。