hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
局所段階レーザー加熱による惑星磁場研究の地質学的アプローチ

先カンブリア代の岩体や衝撃を被ったクレーター・隕石から信頼ある古地磁気情報を得るため、変質・風化・変成部を可能な限り避け、古地磁気情報を保持している部位を選択的にピンポイントで測定することを目的として、スポット段階レーザー加熱消磁装置の開発を行った。この装置では金属への吸収が比較的高いYAG第2高調波レーザーを使用し、非磁性レーザー照射ユニットによって局所加熱部を光学的に選択した後、2色型放射温度計によって加熱温度をモニターできるようにした。さらに、無磁場・低真空環境下での加熱のため、ビューポート付き試料室をケイ素鋼板で12重覆うことで、25nTで10^<-2>Torrの加熱環境を作り出すところまで開発が進んだ。地震時や原始太陽系星雲形成時の磁場環境を,隕石やシュードタキライトといった岩石から復元することを目的として研究をおこなっている.本年度は台湾・チェールンプ断層を貫くボーリングコア試料の古地磁気測定から昨年度導出した仮説「地震断層すべり時に数百アンペアの地震性電流が発生した」の検証をおこなった.これまでの多くの岩石磁気学の研究から,サブミクロンサイズの磁鉄鉱が磁化を担っている場合は仮説が実証されるが,粗粒なヘマタイトが磁化を担っている場合,地震性電流の仮説は崩れることが知られている.そこで,走査型磁場顕微鏡と電子線散乱回折法(EBSD)を利用して,残留磁化を担っている鉱物がクロムを含有する微細磁鉄鉱粒子であることを確認した.これは地下1000mの断層破砕帯で地震性の電流が発生していた可能性が極めて高いことを示している.隕石中(衝撃溶融脈やダスティーオリビン)の磁化に関して,「低温・長時間で獲得した磁化と高温・短時間で獲得した磁化が等価」であるとする温度・時間等価性が破綻する場合があることを実験的に示し,この等価性の破綻が磁性鉱物の粒径によることを,フラクタル幾何学と磁気スピン理論によって説明した.最後に,30W連続発振グリーンレーザーによるその場スポット加熱装置を走査型磁場顕微鏡に取り込むための技術開発をおこない,将来、岩石・隕石中の微小領域に不均質に分布する磁化を局所段階的に加熱消磁できることを可能にする古磁場推定実験技術を培った.本研究の目的は、隕石衝突や断層運動に伴って生成される衝突熔融脈やシュードタキライトをもちいて、衝突プラズマ仮説や地震電流仮説といった自然界で駆動するプラズマ現象を古地磁気学と地質学の立場で検証することである。しかしながら、これらのプラズマ現象を検証するためには変質を避け、安定な古地磁気記録を有している微細な構造を見つけ出し、その微細部分のみから古地磁気記録の熱消磁分析をおこなわなければならない。そこで、これまでに1)走査型磁場顕微鏡の高度化、2)隕石薄片中の磁化鉱物を真空状態で段階的にレーザースポット加熱消磁する装置の開発、3)高圧鉱物相が発達する衝撃隕石に発達する溶融脈が、最終衝撃時以降変成作用をまったく受けていないことを磁化と高圧鉱物相の温度一時間関係から導出、4)南アフリカ・ヴェデフォート隕石孔周辺花崗岩のもつ異常残留磁化の原因物質が黒雲母の衝撃変態による細粒磁鉄鉱であることの発見、5)台湾集集地震の震源断層であるチェルンプ断層深部断層岩の異常な古地磁気特性による地震電流仮説の検証と6)白亜紀花崗岩中の斜長石単結晶をもちいた古地球磁場強度の推定、を実施した。このように、走査型磁場顕微鏡によりスポット古地磁気情報の解読から溶融脈や単結晶斜長石をもちいた選択的古地磁気解析をおこなうことで、変質を避けつつ、信頼のおける古地磁気情報の抽出とその技術開発をおこなっている。先カンブリア紀の岩体や衝撃を被ったクレーター・隕石から信頼ある古地磁気情報を得るため、変質・変成部を認識しつつ、古地磁気情報を保持している部位を選択的にピンポイントで測定することを目的として、本年度は下記の研究を実施した。1,隕石中働撃溶融脈の磁化:隕石のもつ残留磁化は、原始惑星系の動的な進化における熱・衝撃変成作用の歴史のため、複雑にかき乱されている。そこで、大規模な衝撃によって形成された溶融脈が形成時の母天体磁場を保持している可能性に着目して、衝撃溶融脈のピンポイント古地磁気測定と高圧鉱物の安定性の研究から、形成時の外部磁場を保持し、その後に熱・衝撃変成作用を被っていないことを証明した。2,スポット段レーザー加熱消磁装置の開発:上記の衝撃溶融脈は数百ミクロンの幅しか持たず、自身は安定な磁化を有するが、周りの基質は不安定な磁化しか持たない。そのため、本来は衝撃溶融脈だけを加熱する必要がある。

これまでに、YAG第2高調波レーザーと2色型放射温度計を組み合わせたレーザー消磁装置を開発したが、手動による温度調整のため±50°Cが限界だった。そこで、本年度はレーザー光の焦点をずらすことで温度管理を行うことに取り組み、良好な結果を得た。3,インド産シュードタキライトの微細鉱物組織と岩石磁気:北インドで発見された先カンブリア紀のシュードタキライトの古地磁気測定と結晶微細組織の観察から、約20億年前の古磁場を記録している岩相を特定した。4,火星の地殻磁気異常と地下熱水系の研究:日本の次期火星探査計画での科学研究計画提案のため、大学院生の臼井洋一氏とともに、初期火星の大気組成・地殻2分性のレビューを行い、鉄炭酸塩岩に注目することで、火星地殻磁気異常、二酸化炭素の行方、地殻浅部の熱水系の存在との関連性を示した。
不変解を用いた高レイノルズ数乱流の解明と制御

平行平板間流についてLES方程式の周期解を計算し,レイノルズ数を約2000まで増加させることに成功した.周期解は同一レイノルズ数における乱流状態の平均速度分布やrms速度分布をよく再現することが明らかとなった.また,周期解には,レイノルズ数の増加とともに,対数型平均速度分布の出現を示唆する振舞いが見られた.周期箱流については,Kidaの高対称性を課した系に対してナビエ・ストークス方程式の周期解を計算し,テイラー長レイノルズ数を約88まで上げることに成功した.レイノルズ数の増加とともに周期解のエネルギー散逸率が一定値に近づき,周期解がコルモゴロフの相似則を満足することが明らかとなった.高レイノルズ数の壁乱流や等方乱流に現れる対数層あるいは慣性領域における乱流構造の動力学及び普遍統計法則を再現する不変解(不安定平衡解,不安定周期解)を求めるための数値計算法を確立した.高レイノルズ数乱流の空間離散化で生じる大自由度系にも適用可能な反復数値計算法を開発した.この方法では,本研究グループが開発した直接数値シミュレーション(DNS)プログラムを用い,Viswanathにより提案された行列フリーなニュートン・クリロフ法による反復計算を適用して高レイノルズ数における非圧縮ナビエ・ストークス方程式の不変解を求める.この行列フリーな手法を用いることで,飛躍的に計算量と記憶量が低減され,高レイノルズ数の大自由度系に対しても不変解を計算することが可能となる.この計算の一部には,既に本研究グループが開発済みの平行平板間乱流,円管乱流,矩形ダクト乱流,等方乱流のDNSプログラムを適用した.高レイノルズ数の壁乱流や等方乱流に現れる対数層あるいは慣性領域における乱流構造の動力学及び普遍統計法則をDNSにより解析した.上述の開発済みプログラムを用いて,平行平板間乱流,円管乱流,矩形ダクト乱流,等方乱流のDNSを実施し,乱流構造の時間発展を詳細に調べると同時に,対数速度分布及び-5/3乗エネルギースペクトルの発現を確認した.既存の矩形ダクト及び新規に製作予定の平行平板間流路(平面クエット・ポアズイユ乱流を実現可能)を用いて,高レイノルズ数の壁乱流の乱流構造及び普遍統計法則を実験的に計測した.新規の平行平板間流路の製作は,既存の平面クエット流路の上流側に送風機,ディフューザー,整流装置及び縮流装置を設置することにより行い,流路壁(ベルト)の運動と送風機により駆動されるクエット乱流あるいはポアズイユ乱流を実現した.平成25年度に開発した数値計算プログラムを用いて,平面クエット流や周期箱流に対して高レイノルズ数でのナビエ・ストークス方程式及びLES方程式の周期解を求めた.周期箱流については,Kidaの高対称性を課したもの及び高対称性を課さず四重極渦を外力として印加した流れとを考えた.これらの流れにおいて,低レイノルズ数で既に得られている低レイノルズ数乱流の性質を再現する周期解をニュートン反復の初期推定として,レイノルズ数を増加させながら反復計算を行い,比較的高レイノルズ数の不変解を得た.また,高レイノルズ数乱流の数値シミュレーションにおいて乱れの回帰的な振舞い等を見つけ出し,それらを初期推定として比較的高レイノルズ数の周期解を直接計算した.この際の反復計算には,ニュートン法に比べ収束半径がはるかに大きいフック・ステップ法を適用した.これらの周期解における渦構造の回帰的時間発展を解析し,乱流中の典型的な渦構造の時間発展の本質を抽出した.また,これらの乱流構造の時間発展に伴う平均速度分布あるいはエネルギースペクトルの時間発展を追跡し,乱流構造と乱流統計量との関連性を明らかにした.平成25年度に引き続き,高レイノルズ数の壁乱流や等方乱流に現れる対数層あるいは慣性領域における乱流構造の動力学及び普遍統計法則をDNSにより解析した.既に開発済みプログラムを用いて,平行平板間乱流と等方乱流のDNSを実施し,乱流構造の時間発展を詳細に調べると同時に,対数速度分布及び-5/3乗エネルギースペクトルの発現を確認した.平成25年度に製作した矩形ダクト及び並行平板間流路を用いて,壁乱流の乱流構造及び乱流統計量を実験的に計測した.乱流構造及び乱流統計量に関する実験結果を上述のDNS及びLESの結果と比較し,シミュレーション結果の妥当性を検証した.平成25年度に開発した数値計算プログラムを用いて,平面クエット流及び周期箱流に対して高レイノルズ数での不安定周期解を求めた.平面クエット流については静的スマゴリンスキーモデルを適用したLES方程式の周期解を計算した.依然として十分な高さではないが,2平板間距離の半分及び2平板間速度差の半分に基づくレイノルズ数を約1100まで増加させることに成功した.このレイノルズ数においても,低レイノルズ数の場合と同様に,周期解は同一レイノルズ数における乱流状態の平均速度分布やrms速度分布をよく再現することが明らかとなった.また,この解が低レイノルズ数ながらプラントルの壁法則を満足することが判明した.一方,周期箱流については,Kidaの高対称性を課した系に対してナビエ・ストークス方程式の周期解を計算した.この系での周期解については,これまでの研究によって,5周期解が同一レイノルズ数の乱流のエネルギースペクトル及びコルモゴロフの相似則を満足することが知られていた.平成27年度は5周期解のおよそ1/5の周期を有する1周期解に着目し,その性質を調べた.

その結果,1周期解も5周期解と同様に,同一レイノルズ数での乱流のエネルギースペクトルを再現するとともに,レイノルズ数の増加とともにエネルギー散逸率が一定値に近づき,コルモゴロフの相似則を満足することが明らかとなった.この1周期解は1周期あたり1回のエネルギーカスケード事象(エネルギーの系への注入,高波数域への伝達,エネルギー散逸から成る)が観測されるため,乱流の動力学と乱流統計とを結びつける最も基本的な周期解であるといえる.現在はテイラー長レイノルズ数を約74まで上げることに成功している.平成25年度に製作を開始した平面クエット・ポアズイユ流路が完成し,その平均速度分布及びrms速度分布が直接数値シミュレーションと一致することを確認した.LES方程式に対しては約1100のレイノルズ数,ナビエ・ストークス方程式に対してはテイラー長レイノルズ数が約74の不安定周期解を求めることに成功し,これらの不変解が乱流の構造と統計量をよく再現することが明らかとなったためである.平成25年度に開発した数値計算プログラムを用いて,平面クエット流及び周期箱流に対して高レイノルズ数での不安定周期解を求めた.平面クエット流については静的スマゴリンスキーモデルを適用したLES方程式の周期解を計算した.レイノルズ数を増加させることが容易でないため,スマゴリンスキー定数を大きめに設定し,分子粘性を減少させたところ,2平板間距離の半分及び2平板間速度差の半分に基づくレイノルズ数を約2000まで増加させることに成功した.このレイノルズ数においても,低レイノルズ数の場合と同様に,周期解は同一レイノルズ数における乱流状態の平均速度分布やrms速度分布をよく再現することが明らかとなった.ただし,スマゴリンスキー定数を大きめに設定しているため,周期解及び乱流状態ともに対数的な平均速度分布は見られなかった.一方,周期箱流については,Kidaの高対称性を課した系に対してナビエ・ストークス方程式の周期解を計算した.この系での周期解については,これまでの研究によって,5周期解が同一レイノルズ数の乱流のエネルギースペクトル及びコルモゴロフの相似則を満足することが知られていた.平成28年度は5周期解のおよそ1/5の周期を有する1周期解に着目し,その性質を調べた.その結果,1周期解も5周期解と同様に,同一レイノルズ数での乱流のエネルギースペクトルを再現するとともに,レイノルズ数の増加とともにエネルギー散逸率が一定値に近づき,コルモゴロフの相似則を満足することが明らかとなった.この1周期解は1周期あたり1回のエネルギーカスケード事象(エネルギーの系への注入,高波数域への伝達,エネルギー散逸から成る)が観測されるため,乱流の動力学と乱流統計とを結びつける最も基本的な周期解であるといえる.現在はテイラー長レイノルズ数を約88まで上げることに成功している.LES方程式に対しては約2000のレイノルズ数,ナビエ・ストークス方程式に対してはテイラー長レイノルズ数が約88の不安定周期解を求めることに成功し,これらの不変解が乱流の構造と統計量をよく再現することが明らかとなったためである.平成25年度に開発した数値計算プログラムを用いて,平面クエット流及び周期箱流に対して高レイノルズ数での不安定周期解を求めた.
テロメラーゼ活性新測定法による癌の診断と治療への応用

テロメラーゼ活性測定を癌診断に応用することを目的として、昨年度は、非放射性プローブを用いたテロメラーゼ活性測定法を開発し、その感度試験を行った。ヒトテロメラーゼ-のRNA componentであるhTRが、1995年にクローニングされ、Northern blotting、RT-PCR法などで解析が試みられている。しかし、hTRを測定することの臨床的意義については未だ統一した見解が得られていない。そこで、本年度は、hTR測定の臨床的意義を明らかにするため、蛍光色素を用いた定量的PCR法であるTaqMan RT-PCR法を開発した。hTRおよびGAPDHのプライマーとプローブはhTR(F):5'-GGTGGTGGCCATTTTTTGTC-3'、hTR(R):5'-CTAGAATGAACGGTGGAAGGC-3'、hTR(Probe):5'-CGCGCTGTTTTTCTCGCTGACTTTC-3'、GAPDH(F):5'-GAAGGTGAAGGTCGGAGT-3'、GAPDH(R):5'-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3'、GAPDH(Probe):5'-CAAGCTTCCCGTTCTCAGCC-3'を使用した。プローブはFAMとJOEの2種の蛍光色素でラベルし使用した。シグナルの検出は、ABI Prism 7700 sequence Detectorで行った。膵癌細胞株MIAPaCa-2、ASPC-1を用いた検討ではRNAの初期鋳型量を正確に検出できた。更に従来法に比べ、短時間でありContaminationが起こりにくく、プローブを使用することにより特異性が高く、かつ定量的であった。また、この方法は、テロメラーゼ関連遺伝子hTERT、およびTEPImIRNAの検出に応用できることから、テロメラーゼ活性とテロメラーゼ関連遺伝子の関係を明らかにするために有用な方法であると考えられた。テロメラーゼ活性測定を細胞診レベルで癌確定診断に応用することを目的として、本年度は、非放射性プローブを用いたテロメラーゼ活性測定法を開発し、感度試験を行った。テロメラーゼ活性の抽出および増幅は、Kimらの方法(Science 23:2011-2015)に基づいて行い、検出は放射性物質を使用せずに、増幅産物をポリアクリルゲル電気泳動後、ナイロン膜に転写し、Digoxigenin標識プローブ(5'-(CCCTTA)_6 CCCTAA-3')を用いて行った。増幅産物は56bpから6塩基毎のラダーとして検出された。また、サンプルを熱またはRNase処理することで、増幅産物が検出されないことから、テロメラーゼ活性を検出していることが確認された。各種培養癌細胞(乳癌:HMC-1,2,MCF-7,胃癌:MKN-28,SSTW,膵癌:HPC-1,3,4子宮癌:Hela,腎癌:293,等)を用いた検討では、すべての培養癌細胞株でテロメラーゼ活性が検出された。また、上記細胞を用いた感度試験では、10^6-10^3まで検出可能であった。使用蛋白量では0.6μgまで検出可能であった。また、臨床材料を用いた検討では、大腸癌、腺種、正常粘膜生検材料の中、大腸癌組織のみにテロメラーゼ活性が確認された。つまり、生検組織を用いた癌診断に有用な方法と考えられた。また、最近、開発されたOncor社の放射性物質を使用するTRAP法との比較では、このキットは蛋白量で0.06μgまで可能であり、我々の方法は、感度において劣るものの、放射性物質を使用しない点からみると日常検査への応用が可能と考えられた。現在、これらの方法を用い臨床材料による検討を進めている。

また、この方法は、テロメラーゼ関連遺伝子hTERT、およびTEPImIRNAの検出に応用できることから、テロメラーゼ活性とテロメラーゼ関連遺伝子の関係を明らかにするために有用な方法であると考えられた。テロメラーゼ活性測定を癌診断に応用することを目的として、昨年度は、非放射性プローブを用いたテロメラーゼ活性測定法を開発し、その感度試験を行った。ヒ卜テロメラーゼのRNA componentであるhTRが、1995年にクローニングされ、Northern blotting、RT-PCR法などで解析が試みられでいる。しかし、hTRを測定することの臨床的意義については未だ統一した見解が得られていない。そこで、本年度は、hTR測定の臨床的意義を明らかにするため、蛍光色素を用いた定量的PCR法であるTaqMan RT-PCR法を開発した。hTRおよびGAPDHのプライマーとプローブはhTR(F):5′-GGTGGTGGCCATTTTTTGTC-3′、hTR(R):5′-CTAGAATGAACGGTGGAAGGC-3′、hTR(Probe):5′-CGCGCTGTTTTTCTCGCTGACTTTC-3′、GAPDH(F):5′-GAAGGTGAAGGTCGGAGT-3′、GAPDH(R):5′-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3′、GAPDH(Probe):5′-CAAGCTTCCCGTTCTCAGCC-3′を使用した。プローブはFAMとJOEの2種の蛍光色素でラベルし使用した。シグナルの検出は、ABI Prism 7700seguence Detectorで行った。膵癌細胞株MIAPaCa-2、ASPC-1を用いた検討ではRNAの初期鋳型量を正確に検証できた。更に従来法に比べ、短時間でありContaminationが起こりにくく、プローブを使用することにより特異性が高く、かつ定量的であった。また、この方法は、テロメラーゼ関連遺伝子hTERT、およびTEPI mRNAの検出に応用できることから、テロメラーゼ活性とテロメラーゼ関連遺伝子の関係を明らかにするために有用な方法であると考えられた。
収束戦略による強活性海産天然毒シガトキシンの全合成研究

シガトキシンは、亜熱帯海域で年間2万人もの食中毒を引き起こし食品衛生上深刻な問題となっている魚毒シガテラの中心毒素として単離された、ポリエーテル化合物である。ドクウツボ830匹(約2トン)の内臓を合わせても0.35mgしか単離できない微量毒素であるが、その量で5000人以上を中毒させるほどの強力な活性を有する。その特異な梯子状の構造と強力な生物活性の相関という学問的観点と同時に、適切な治療法の開発という社会的観点から詳細な研究が求められている化合物である。この様な背景から、本申請者はシガトキシンの全合成とアナローグの合成を目的に研究を開始した。平成11年度は、連結法の開発に重点を置いて研究を行い、モデル化合物を用いて2つの方法を確立できた。平成12年度は、実際に使用するフラグメントの合成とその収束的連結を検討した。その結果、共通原料であるグルカールトリアセテートから共通の方法に従ってD、E、F、I環部フラグメントを合成することに成功し、簡便かつ大量に光学的に純粋な各フラグメントの供給が可能となった。また、グルコースを出発物としてB環部の合成も完了した。さらに、BCDE環部の構築を、B環部アシルアニオン等価体とE環部アシル等価体のカップリング反応に基づく収束的合成法で検討した。この途上で、新規ベンジル系保護基を開発し、実際の合成に応用した。これは、保護基の強度と除去の容易さという矛盾する要請を、芳香環の電子密度の制御によって、両立させ得る特徴を持つ。現在、BDE3環を有しC環の環化直前の段階まで到達し、最終環化条件の最適化を検討している。ドクウツボ830匹(約2トン)の内臓を合わせて0.35mgしか単離できない微量毒素であるが、その量で5000人以上を中毒させるほどの強力な活性を有する。その特異な梯子状の構造と強力な生物活性の相関という学問的観点と同時に、適切な治療薬の開発という社会的観点から詳細な研究が求められている化合物である。全合成上、適切なフラグメント設計とフラグメント間の連結法の確立が重要である。平成11年度は、連結法の開発に重点を置いて研究を行い、2つの方法を確立できた。一つは、環状エーテルセグメント同士をアルキン-トリフルオロメタンスルホン酸誘導体によるカップリング反応で連結し、生じた2置換アルテルをルテニウム触媒下酸化的に1,2-ジケトンに変換した後に、二環性アセタールを経由して縮環状エーテルを構築する方法である。わずか4段階で中央の2つのオキサン環を形成しつつ連結できるため、最も効率の良い方法であり、シガトキシンアナローグの合成上の有用性が期待できる。もう一つは、アシルアニオン等価体とアシル等価体のカップリング反応に基づくもので、7段階程度の工程数が必要であるものの、中央部が6員環-6員環、7員環-6員環の組み合わせのいずれの構造であっても効率合成が可能であり、汎用性に富んだ方法である。これによって、シガトキシンのABCD環部および、より官能基化されたIJKL環部に相当するモデル化合物の合成に成功している、今後、この方法のFGHI環部への適用可能性を検討し、さらにこれらの結果を踏まえ、シガトキシンの全合成を検討する予定である。
低血糖・高学習能マウスに関する研究

GTRAP-/-マウスの体重減少と痩せは食餌摂取量の減少が原因であることが示唆された。食欲促進ペプチドの血清MCH, AgRP, NPYは差がなかった。これに対して、食欲抑制ペプチドのα-MSHは有意に増加した。POMCおよびα-MSHの受容体タンパクであるMC4Rは視床下部において差がなかった。野生型マウスの絶食状態ではMC4R受容体活性低下によりAMPKα活性が増加することを示している。しかしGTRAP-/-マウスでは絶食状態であってもAMPKα活性は増加しなかった。この事実はGTRAP-/-マウスではα-MSHが増加しており、AMPKα活性が抑制されていることと解釈される。1)低血糖・低インスリン血症・低体重をきたす病態生理の解明:GTRAPはシステイン輸送タンパク質EAAC1の抑制因子であるゆえに、GTRAP-/-マウスではEAAC1の機能が亢進することが推定され、神経細胞内へのシステイン取り込み増加、それに起因するグルタチオン量の増加及び酸化ストレスに対する抵抗性の増加が申請者らの実験によって示されているが、GTRAP-/-マウスのすべての表現形をEAAC1の機能亢進のみに帰着できるか否かが問題となる。少なくともこれまで報告されているEAAC1の発現組織(神経細胞、腎、精巣、腸など)のシステインあるいはグルタミン酸の取り込み亢進では説明できない。GTRAPが同定された経緯を振り返るならば、LinらがYeast two hybrid methodによって同定したGTRAPはEAAC1のC末端に結合するタンパク質のスクリーニング方であるゆえ、EAAC1に結合するタンパク質はGTRAPが最も親和性が高いと推定できるものの、この方法はGTRAPに結合するタンパク質をスクリーニングするものではないため、GTRAPの結合相手としては未知のタンパク質である可能性が十分にあった。ヒトの臨床知見から低血糖・低インスリン血症・低体重の原因として食欲低下の可能性が最も考えられ、実際に、食餌摂取量の減少がみられた。したがって、GTRAPは新しい食欲維持タンパク質の可能性がある。それゆえ、GTRAPによって食欲を調節する機序の破綻が考えられた。実際、この可能性が極めて高いことを示す結果が出つつある。中枢性摂食行動抑制性ペプチドのなかに異常動態を示すものを同定し、さらにGTRAPと結合する新しい結合タンパク質を同定した。(以上投稿準備中)2)骨格筋グルコース輸送体GLUT4の膜移行に関与する可能性:GTRAP-/-マウスの極度の低血糖は、GTRAPを欠損することによって生じたGLUT4の膜での過剰発現が原因である可能性もあった。しかし、この可能性を否定する実験結果が出ている。酸化ストレス脆弱性惹起因子として、神経細胞内グルタチオン量抑制タンパク質であるGTRAP3-18を申請者らは同定したが、この遺伝子ノックアウトマウス(以下GTRAP-/-マウス)の表現形を精査する過程で、低血糖・低インスリン血症・低体重がみられ、さらに高い学習能力を有するという稀な表現形であることを見出した。本研究は、GTRAP-/-マウスが低血糖・低インスリン血症・低体重を呈するメカニズムおよび高い学習能力を示すメカニズムを明らかにすることが目的である。まず低血糖の原因として骨格筋のブドウ糖取り込みが亢進している可能性を考えGLUT4の発現量を調べた。骨格筋および脂肪組織におけるGLUT4の解析ではGLUT4組織内総量及び細胞膜発現量には野生型マウスと比較して有意な差は認められなかった。摂食行動に関連して変動する既知の神経ペプチド、細胞内酵素、転写因子群、神経伝達物質の解析の結果、血中レプチン濃度は減少していた。このことは、GTRAP-/-マウスのやせの原因としてグレリンの変化は重要ではないこと示している。血中グレリン濃度は野生型と比較して有意差はなかった。中枢神経系のMCH受容体typeIは食欲に関与していることが知られている。しかし、MCH受容体typeIの発現量には野生型とノックアウトマウスには有意な差が見られなかった。これに対してMCH受容体typeIリガンドである中枢性摂食行動抑制性ペプチドのαMSHにはノックアウトマウスにおいて増加が認められた。24年度に終了予定であったGTRAP3-18ノックアウトマウスの低血糖メカニズムは予想以上に時間がかかり、26年度終了時点でも未解決の問題が少数残っている。しかし、解決のめどはたっている。26年度までに明らかにした点は下記のとおり。GTRAP3-18ノックアウトマウスは野生型に比較して、(1)摂食行動が少ない、(2)餌の消費量が少ない、(3)運動機能に異常はない、(4)インスリンは低値である、(5)横紋筋GLUT4の発現量に変化はない、(6)視床下部NPYに変化はない、(7)視床下部αMSHが増加している。GTRAP3-18ノックアウトマウスの表現形がαMSHの増加によって生じると仮定するならば、αMSHとその受容体の結合を抑制する拮抗薬によってノックアウトマウスの表現形は消失して野生型に近くなるはずである。実際にαMSH受容体拮抗薬をGTRAP3-18ノックアウトマウスに腹腔内投与し、生理的食塩水投与群と比較すると体重に有意差は見られなかった。

この間、αMSH受容体拮抗薬投与群のうち2匹が尿閉(あるいは無尿)及び尿毒症によって死亡した。生理食塩水投与群と有意差が見られなかった一つの理由はαMSH受容体拮抗薬の脳内以降が低いことが考えられた。それゆえ、投与方法を脳室内投与として実験を行ったところ、投与開始から1週以降に生理的食塩水投与群と有意差がみられた。したがって、GTRAP3-18ノックアウトマウスの体重減少にはαMSH受容体活性化が関与していることが明らかになった。ついで、αMSH受容体活性化の原因はαMSH量の増加であることがわかった。さらにGTRAP3-18ノックアウトマウスではαMSH量増加は前駆体の増加を伴っていた。この時点での仮説は、GTRAP3-18が発現しているとαMSHもしくはその前駆体がGTRAP3-18によって小胞体に引き止められるためにαMSH量が減少する。逆にGTRAP3-18の発現量が減少するとαMSHあるいはその前駆体が解放される、ということが考えられた。GTRAP-/-マウスの体重減少と痩せは食餌摂取量の減少が原因であることが示唆された。食欲促進ペプチドの血清MCH, AgRP, NPYは差がなかった。これに対して、食欲抑制ペプチドのα-MSHは有意に増加した。POMCおよびα-MSHの受容体タンパクであるMC4Rは視床下部において差がなかった。野生型マウスの絶食状態ではMC4R受容体活性低下によりAMPKα活性が増加することを示している。しかしGTRAP-/-マウスでは絶食状態であってもAMPKα活性は増加しなかった。この事実はGTRAP-/-マウスではα-MSHが増加しており、AMPKα活性が抑制されていることと解釈される。24年度に終了予定であったGTRAP3-18ノックアウトマウスの低血糖メカニズムの解明が遅れている。その理由は当初予想していた可能性を順次検討していったが、変化がみられた項目を検討する順位が低かったために結果として予想以上に時間がかかった。GTRAP3-18ノックアウトマウスでは何故αMSHが増加するのかをそのメカニズムを確定する。GTRAP3-18欠損マウスの低血糖の原因はほぼ確定できたと考えているが、記憶力亢進についてはいまだに暗中模索の状態である。当初計画していた検索項目は多岐にわたり、ノックアウトマウスにおいて変化を示す項目に行き着くまでに時間がかかったため。研究計画のうち、αMSHが増加しているメカニズムを確定する必要があるため。低血糖の原因について最終的な詰めを行っている。記憶力亢進については進捗が遅れており、研究成果としては2つに分けて発表する方針を考えている。GTRAP3-18ノックアウトマウスの表現形がαMSHの増加によって生じると仮定するならば、αMSHとその受容体の結合を抑制する拮抗薬によってノックアウトマウスの表現形は消失して野生型に近くなるはずである。この可能性を優先して追求し、少なくとも食欲低下、やせ、低血糖、低インスリン血症の原因を確定する。
微分位相解析に基づく高度可視化環境の開発

数値計算結果の解析には可視化が広く用いられてきている.しかし,意味のある可視化結果を得るためには,適切に可視化パラメタ値を設定することが大変重要である.しかし,それらの処理は未だに手動で行われており,適切な可視化結果の獲得が保障されていないばかりか,誤った解釈を促進する可能性もある.そのため,ユーザの技量に関係なく,適切な可視化パラメタ値を包括的に設定する方法が必要不可欠である.そこで本研究では,対象データの特徴を解析し,自動的に可視化パラメタ値を決定する高度可視化環境の構築を目指す.本年度は,可視化パラメタ値の自動設定によって得られた可視化結果が,適切なものであるかを判断するために,可視化結果画像内のピクセル値のエントロピーに基づいて評価関数を定義した.具体的には,色相,彩度,輝度値などそれぞれの成分に関して求めたエントロピーから評価関数を定義することで,ユーザが好みの成分を重視した可視化結果を得ることが可能になる.この評価関数の結果から,可視化パラメタ値を逆算することのより,解析の状況に応じた可視化結果が得られることが可能になる.また,高度可視化環境を作成するために,天文学分野の三次元分光データの解析に焦点を当て,ビジュアルプログラミング環境を構築した.従来は,個々の天文学者が個別にコマンドラインでプログラミングを行っていたのに対し,モジュールを接続するだけでユーザが求めるプログラムが作成できるようになった.基本的な処理に関するモジュールをあらかじめ用意するとともに,ユーザ独自のモジュールの開発も可能になっている.現在,天文学分野の研究者に協力していただき,必要な処理の洗い出しや,複数データへの適用実験を進めている.本年度は,対象を天文学分野に絞り,これまでに開発してきた可視化機能を組み込むための基盤システムの作成を行った.また、個別に高度可視化に関連する処理に関しての研究も進めており、実用例を適用して、評価を進めてきてた.今後,開発したシステム内にそれらの処理をモジュールとして組み込むことで,より高度な可視化環境の構築が可能になると考えられ,おおむね順調に進展しているといえる.2019年度は,2018年度に作成したビジュアルプログラミングを実現した基盤システムに,これまでに開発してきた,データの微分位相解析処理や,それに基づく可視化パラメタ値の自動設定処理などを組み込んでいく予定である.具体的には,それぞれの処理をモジュールとして提供し,それらを組み合わせることで容易にユーザが利用できるようにする.また,ビジュアルプログラミング環境で重要となるユーザインタフェース部分の改良も行う.モジュール間をつなぐ線がデータの受け渡しを表現しているが,現状では,全てのデータ型が同一の線で表現されている.そのため,接続したいモジュールのどの部分にそれらが接続すれば適切に処理ができるのかについて,各ユーザがそれぞれ判断する必要がある.このようなユーザの負荷を軽減するために,データ型に合わせて線の表現を変えたり,複雑な処理を行う際にモジュールのマクロ化を実現するなどの改良を行う予定である.最後に,開発したシステムを用いて,複数のデータへの適用を行うとともに,現在対象としている天文学分野の研究者に使用してもらい,システムに関する評価を行ってもらう予定である.数値計算結果の解析には可視化が広く用いられてきている.しかし,意味のある可視化結果を得るためには,適切に可視化パラメタ値を設定することが大変重要であるが,未だそれらの処理は手動で行われており,適切な可視化結果の獲得が保障されていないばかりか,誤った解釈を促進する可能性もある.そのため,ユーザの技量に関係なく,適切な可視化パラメタ値を包括的に設定する方法が必要不可欠である.そこで本研究では,対象データの特徴を解析し,自動的に可視化パラメタ値を決定する高度可視化環境の構築を目指す.本年度は,代表的な可視化技法であるボリュームレンダリングの可視化パラメタである伝達関数の自動設計に着手した.伝達関数は,数値計算などで得られた物理値を色や不透明度に変換する関数であり,伝達関数の質により,可視化結果から得られる情報が大きく変化してしまう.そこで,対象データの局所的および大局的特徴量を併せ持つ,微分位相構造に基づいて,伝達関数を自動的に設計する方法を提案した.具体的には,連続する物理値の等値面が同相であれば,同相区間とし,全体に対する同相区間の領域の体積に基づいて,不透明度を決定することとした.これは,体積が大きい領域ほど,レイが通過する領域が長い可能性が高いことに基づいている.実際に,レイが通過する長さを計算した場合,計算量が多くなってしまうが,体積に基づいた場合,一度,それぞれの同相区間の体積を求めてしまえば,視点移動などを行った場合の再計算が不要になる.また,カメラパラメタ値の自動設定に関しては,異なる同相区間がよりわかりやすく観察できる位置,すなわち,遮蔽が起こりにくい位置をエントロピーを用いて算出するようにした.本年度実施予定であった,ボリュームレンダリングにおける伝達関数設計の自動化,および,カメラパラメタ値設定に関しては,ほぼ終了している.しかし,より精度を上げるための検証実験は今後も継続する必要があるが,大きな修正を伴うとは考えていないため,総合的に判断して,おおむね順調に進展しているといえる.数値計算結果の解析には可視化が広く用いられてきている.しかし,意味のある可視化結果を得るためには,適切に可視化パラメタ値を設定することが大変重要である.しかし,それらの処理は未だに手動で行われており,適切な可視化結果の獲得が保障されていないばかりか,誤った解釈を促進する可能性もある.

そのため,ユーザの技量に関係なく,適切な可視化パラメタ値を包括的に設定する方法が必要不可欠である.そこで本研究では,対象データの特徴を解析し,自動的に可視化パラメタ値を決定する高度可視化環境の構築を目指す.本年度は,可視化パラメタ値の自動設定によって得られた可視化結果が,適切なものであるかを判断するために,可視化結果画像内のピクセル値のエントロピーに基づいて評価関数を定義した.具体的には,色相,彩度,輝度値などそれぞれの成分に関して求めたエントロピーから評価関数を定義することで,ユーザが好みの成分を重視した可視化結果を得ることが可能になる.この評価関数の結果から,可視化パラメタ値を逆算することのより,解析の状況に応じた可視化結果が得られることが可能になる.また,高度可視化環境を作成するために,天文学分野の三次元分光データの解析に焦点を当て,ビジュアルプログラミング環境を構築した.従来は,個々の天文学者が個別にコマンドラインでプログラミングを行っていたのに対し,モジュールを接続するだけでユーザが求めるプログラムが作成できるようになった.基本的な処理に関するモジュールをあらかじめ用意するとともに,ユーザ独自のモジュールの開発も可能になっている.現在,天文学分野の研究者に協力していただき,必要な処理の洗い出しや,複数データへの適用実験を進めている.本年度は,対象を天文学分野に絞り,これまでに開発してきた可視化機能を組み込むための基盤システムの作成を行った.また、個別に高度可視化に関連する処理に関しての研究も進めており、実用例を適用して、評価を進めてきてた.今後,開発したシステム内にそれらの処理をモジュールとして組み込むことで,より高度な可視化環境の構築が可能になると考えられ,おおむね順調に進展しているといえる.平成29年度は,ボリュームレンダリングに特化してパラメタ値の自動設定を行ったが,平成30年度は,それらの結果に基づき,個々の可視化技法固有のパラメタ値の自動設定を実現する.特に,広く利用されている断面生成,等値面化,流線描画などに特化して研究を進める予定である.また現在,計算格子は規則的な格子のみを対象としているが,今後は非構造格子データにおいても同様の方法が利用できるように,非構造格子用の微分位相解析ツールの開発を平行して進める.2019年度は,2018年度に作成したビジュアルプログラミングを実現した基盤システムに,これまでに開発してきた,データの微分位相解析処理や,それに基づく可視化パラメタ値の自動設定処理などを組み込んでいく予定である.具体的には,それぞれの処理をモジュールとして提供し,それらを組み合わせることで容易にユーザが利用できるようにする.また,ビジュアルプログラミング環境で重要となるユーザインタフェース部分の改良も行う.モジュール間をつなぐ線がデータの受け渡しを表現しているが,現状では,全てのデータ型が同一の線で表現されている.そのため,接続したいモジュールのどの部分にそれらが接続すれば適切に処理ができるのかについて,各ユーザがそれぞれ判断する必要がある.このようなユーザの負荷を軽減するために,データ型に合わせて線の表現を変えたり,複雑な処理を行う際にモジュールのマクロ化を実現するなどの改良を行う予定である.
傾斜機能材料のコンピュータ・シミュレーション

金属、合金の中の電子はかなり自由に移動しているので、原子間の相互作用は2体の相互作用では表せられないというのが、最近の定説である。そこで、本研究においては、純金属中の原子相互作用を原子挿入ボテンシアルを用いて表すため、全エネルギーはE_<total>=ΣE_i,i番目の原子のエネルギーはE_i=E(p)+(1/2)Ф(r_<ij>)で表す。r_<ij>=|r_i-r_j|で、ここで、E(p)=ap 1n(p)であり、原子iでの電子密度はp_i=Σf(r_<ij>)、Ф(r_<ij>)=b_1(r_<ij>-r_<c1>)^2 exp(-C^1r^<ij>),f(r_<ij>)=b_2(r_<ij>-r_<c2>)^2exp(-c_2r_<ij>)と表した。r_<c1>=1.65d,r_<c2>=1.95dとした。dは最近接原子間距離である。先ず、金、銀、銅について、これらのパラメーターを決定した。次に応用が広い体心立方格子をもつ金属、鉄、ニオブ、クローム、モリブデン、タンタル、タングステン、バナジュームなどの金属についても、これらのパラメーターを決定した。われわれの知る限りでは、体心立方金属の原子挿入ポテンシャルを決め体心立方構造が安定であるポテンシャルを決めることができたのは、他に例がない。さらにこれらの間の合金についても相互作用を決定した。これらの合金において、合金化の生成熱を計算したが、実験に合うことがわかった。また平衡状態図と合わせてないので、早急に平衡状態図を合金化によりだそうと思っている。今後はこれらの合金の傾斜材料を組み合わせ、濃度が次第に変化する傾斜材料を作り、電気伝導度、熱伝導度の計算を行う。
ソングバードを用いた時空間制御を与える遺伝子発現系の開発と行動実験への応用

本研究は、時期特異的・細胞タイプ特異的なウイルス発現系の確立を通して、鳴禽類ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用していくことを目的とした。具体的にはウイルス発現系を用いたソングバード脳内遺伝子改変技術の開発・実験応用を次の2点にフォーカスして施行した。(I)「発現時期特異性」と「投射神経細胞特異性」を兼ね備えたウイルス発現実験系の確立と利用:これまでに様々なプロモーター及びウイルス種の組み合わせによる脳内試験投与を行ってきた。その結果、AAV-9(アデノ随伴ウイルス9型)によってRA神経核内投射神経細胞特異性に遺伝子発現誘導が可能となることを見出した。この発現は最低でも2か月以上におよび、ソングバード発声行動学習臨界期間を十分カバーするものであった。現在、エピジェネティクス制御因子関連遺伝子の発現誘導を試みている。(II)レンチウイルスによるトランスジェニック・ソングバード作製レンチウイルスを胚発生時の生殖系列細胞に感染させることによりF1世代でトランスジェニック・ソングバード作出をロックフェラー大学Wan-chun Liu博士と共同研究を現在進めている。これまでに、キンカチョウのみならず、カナリアでもトランスジェニック個体を作出することに成功した。カナリアは毎年発声学習の再学習を行う種であり、このトランスジェニック個体作出の成功により発声学習研究の新たな動物モデルとしての可能性をもっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、時期特異的・細胞タイプ特異的なウイルス発現系の確立を通して、鳴禽類ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用していくことにある。ソングバードの発声学習・生成行動は、特異的な神経回路Song system(ソングシステム)がすでに同定されている点において脊椎動物の中でユニークな神経回路といえる。さらにこのSong systemは、発声運動制御系と発声学習制御系の2つの神経回路に分別することができ、動物の行動発現(発声学習・生成}を「運動と学習」の2つの回路機能に分解して検証することが可能である。またSong systemは神経核群によって構成されているため、ターゲットとする脳部位に限定した局所的発現制御ができる。まさに、行動をその構成エレメントに分け、その行動が生み出される「場」を念頭においた研究に適している。本研究では、ソングバードを音声発声学習研究の動物モデルとして利用し、特に時期特異的・細胞種特異的なウイルス発現系の確立を通して、多段階発現制御を受ける遺伝子群の脳内機能の実験的検証を目指す。H23年度から、以下の2点にフォーカスした研究を推進している。(II)「発現時期特異性」と「細胞タイプ特異性」を兼ね備えたウイルス発現系の確立とその応用利用。(II)レンチウイルスによるトランスジェニック・ソングバード作製の開始。特に(I)に関しては、包括脳ネットワーク・プログラム(岡戸研究室)からの支援を受け、アデノ随伴ウイルスがソングバード脳内神経細胞に高い選択性をもって感染することが明らかにすることができた。今後さらに、細胞タイプ限定性・時期特異性発現制御能をもつ脳内遺伝子発現改変を可能にするシステムの構築を進めていく。本研究提案の申請時に記述した研究計画通り進行している。上記9.研究実績の概要で、述べた2つの実験はH24年も継続して実施する。さらに今後は、時空間制御を与えた遺伝子改変技術を利用し、実際にソングバード動物個体レベルにおける音声発声学習・生成への影響の解析・検証をはじめる。この際の行動表現型の抽出・解析には、特に音素時系列偏移制御(HVC神経核機能)構成音素の音響特性制御(Hz, entropy variance等:RA神経核機能}メカニズムにおける影響を実験的に検証する。これらを進めていくことで、行動生成の『時』と『場』を念頭に入れた行動表現型発達に伴うダイナミクスを作る神経分子基盤を明らかにしていく。
水面上での液滴運動に対する数理モデル化とその数理解析

分裂や融合を伴いながら並進運動する液滴に対する数理的機構を明きからにすることを目的に研究を推進した.本研究では,液滴の高さを表す関数を導入し,表面エネルギー最小原理によって液滴運動を記述する数理モデルを得た.また,初期体積の保存条件を満足する数値計算法として離散勾配流法を採用し数値計算を行った.この結果,液滴の初期体積が小さい場合は並進運動すること,初期体積が大きい場合は,液滴が分裂し,分裂した液滴が併進運動を行い,衝突する角度に依存して反射と融合が起こることを明らかにした.分裂や融合を伴いながら並進運動する液滴に対する数理的機構を明きからにすることを目的に研究を推進した.本研究では,液滴の高さを表す関数を導入し,表面エネルギー最小原理によって液滴運動を記述する数理モデルを得た.また,初期体積の保存条件を満足する数値計算法として離散勾配流法を採用し数値計算を行った.この結果,液滴の初期体積が小さい場合は並進運動すること,初期体積が大きい場合は,液滴が分裂し,分裂した液滴が併進運動を行い,衝突する角度に依存して反射と融合が起こることを明らかにした.水面上での液滴運動のダイナミクス(小さい液滴は並進運動する,大きな液滴は分裂しながら並進運動をおこない小さい液滴となる,液滴同士は反射や合体を起こす)を数理的視点から解析するために,今年度は水面上を動く液滴の数理モデル化を中心に行った.(1)液滴運動の数理モデル化値が正ならばその値が「液滴の高さ」を表し,零ならば「水面」を表すような,オーダーパラメータ的な関数を導入し,こめ関数を用いて,液滴の弾性エネルギー・液滴と水面の境界での表面張力エネルギー・運動エネルギーを与え,液滴運動を記述するオイラー・ラグランジュ方程式を構成した.この方程式から体積保存条件付きテスト関数を用いて変分をとることによって,液滴運動を記述する体積保存条件付の自由境界問題を得ることができた.この自由境界問題は波動方程式の自由境界問題となっており,これを近似的に空間全体に拡張することによって,体積保存条件付の液滴運動を記述する特異性を持つ非線形波動方程式を構成した.また,液滴の運動は液滴自体から水面に展開される表面活性粒子による表面張力差によって駆動されることから,水面上に展開される界面活性粒子のモデルを反応拡散方程式によって構成した.(2)数値計算コードの開発液滴運動の数理モデルを数値計算するために,特異性のある波動方程式を数値計算するための体積保存条件を満たす離散勾配流法の計算コードを開発した.この計算コードを用いることによって,液滴の並進運動や分裂現象を数値計算によって確認することができた.粒子や液滴は表面張力変化を利用して水面を運動している.粒子の運動では粒子同士の衝突や反発現象が確認されるが,粒子同士が合体したり大きさが変化することはない.一方液滴の運動では液滴の大きさに依存して分裂や融合したりするので大きさが変化するし,小さい液滴は液滴同士が衝突することなく反射したりする.そこで本研究では,液滴の大きさと分裂の関係・液滴の粘性と分裂の関係・液滴の大きさと液滴の速度の関係を明らかにすることによって水面上での液滴運動を数理的,物理化学的観点からの理解することを目的とする.今年度は前年度に構成した液滴運動に対する数理モデルに対して,その数理モデルが実験現象を再現しうるかどうかを調べるために離散勾配流法を用いた数値シミュレーションを行った.その結果,空間1次元問題では小さい液滴が自走すること,比較的大きな液滴は初期摂動の大きさに依存して数個の液滴に分裂することがわかった.さらに2つの液滴が融合する現象も再現できた.空間2次元問題においては,小さい液滴は1次元同様に分裂することなく自走し,大きな液滴はその大きさに依存して数個に分裂する現象が再現できた.また分裂するときの液滴の形状も実験結果と非常に似ていることがわかった.また,小さい液滴同士は進行する角度に依存して融合する場合と反射する場合が見られ,実験を非常によく再現できることがわかった.これにより液滴運動を記述する数理モデルとして信頼性の高い数理モデルを構成することに成功した.これらの研究成果を応用数学合同研究集会において報告した.粒子や液滴は表面張力変化を利用して水面を運動している.粒子の運動では粒子同士の衝突や反発現象が確認されるが,粒子同士が合体することや大きさが変化することはない.一方液滴の運動では液滴の大きさに依存して分裂したり融合するので大きさが変化し,小さい液滴は液滴同士が衝突することなく反射したりする.本研究では,液滴の大きさと分裂の関係・液滴の粘性と分裂の関係・液滴の大きさと液滴の速度の関係を明らかにすることによって水面上での液滴運動を数理的,物理化学的観点から理解することを目的として研究を推進した.今年度は前年度に構成した液滴運動に対する空間2次元数理モデルに対して,重力効果を考慮した数理モデルを採用し,その数理モデルが実験を再現しうるかどうかを調べた.本研究では体積保存拘束条件を容易にチェックできる離散勾配流法を用いて数値シミュレーションを行った.その結果,十分小さい液滴は自走することなく停止していること,やや小さい液滴は分裂することなく自走し,正面衝突すると融合することがわかった.また,融合現象と反射現象の相違は液滴の衝突角度であることが数値実験から明らかになった.大きな液滴は数個に分裂しながら自走することもわかった.

また,数値実験で得られた分裂するときの液滴の形状も実験結果と非常に似ていることがわかった.さらに,液滴を円柱外側の側壁に張り付かせた状態から液滴に回転波の出現する実験が報告されたが,本研究で構成した数理モデルによってこの回転波の再現にも成功した.これにより液滴運動を記述する数理モデルとして信頼性の高い数理モデルを構成することに成功した.これらの研究成果を応用数学合同研究集会において報告した.
カオス理論を応用した音声による鼻咽腔閉鎖機能診断システムの開発

口蓋裂言語診断法の確立を目的に口唇運動機能解析と音声カオス解析の両面から研究を遂行した。1.口唇運動機能解析3台のIRカメラと1台のカラーカメラ、赤外線パターン照射、4台のデジタルビデオデッキ、同期信号発声装置を用い、動画をPCにキャプチャーする。multiple-baseline stereoのアルゴリズムを応用することにより顔面の距離データ作成に成功した。一軸平行アクチュエータ(高精度移動制御装置)上で既知物体を移動させ、作成された距離データの精度を調べた。その結果、画面縦方向は、0.530.73mm、横方向で0.140.44mmであり、臨床上十分な精度を有していた。次に、顔面の距離データから口唇運動を解析する目的に、口唇を領域分割し、各領域でuv座標系を設定し、加速度、固有値を算出するプログラムを完成させた。現在、このパラメータを用い各構音(まずは母音)時の口唇運動の特徴を検討している。2.音声カオス解析"きつつきつつく"および"うえをおおう"という文章を用い、単一志向性マイクロフォンから入力した音声ファイルをもとに平均リアプノフ数を算出した。同時にナゾメータにてナゾランス値を算出した。健常者16名と口蓋裂術後9名(うち2名は明らかに鼻咽腔閉鎖不全を有する)を対象とした。その結果、(1)健常者のナゾランス値のばらつきが大きかった。(2)ナゾランス値とリアプノフ数との間に明らかな相関関係は見られなかった。(3)鼻咽腔閉鎖不全を有する患者は、ナゾランス値が大きくかつ平均リアプノフ数も高かった。このことから、ナゾメータとカオス解析を合わせることにより、鼻咽腔閉鎖機能の診断精度が向上する可能性が示唆された。1.カオス理論を用いた口蓋裂言語診断法オージス総研が開発を進めている音声カオス処理プログラムを改良し、まず、基礎実験を行った。口蓋裂術後患者で、明らかに鼻咽空閉鎖不全を呈する患者に対し、発音補正装置を装着前と装着後の状態で、破裂音を多く含む文章を読ませ、音声をパーソナルコンピュータに入力した。パラメータのチューニングを行い、カオスアトラクタを描画させ、リアプノフ数を算出した。その結果、補正装置装着後の方が明らかに高値を示し、鼻咽腔閉鎖機能とリアプノフ数に関連性がある可能性が示唆された。その音声は同時にナゾメータを用いて解析し、ナゾランス値との関連性を検討し、リアプノフ数とナゾランス値との間に関連性がある可能性が示唆された。2.動画解析システム構築鼻咽腔運動を解析するためのシステムとして、面計測を実現させなければならないため、まず口唇に対する動画面計測の開発を行った。赤外線パターン光を照射し、3台の赤外線カメラからのデータから面データを作成し、もう1台のカラーカメラからテクスチャーを作成することにより距離データを持ったカラーのモデルのアニメーションを実現することが可能となった。そのデータから動きを定量解析するために加速度と固有値を算出するプログラムを開発した。3.内視鏡を用いた鼻咽腔運動解析のための動画解析システム基礎実験を行い、2本の内視鏡からの動画入力を試みた。画像のブレが大きく、スタビライズ処理にてソフト的対応を検討したが現時点では困難であることが判明し、さらに、鼻腔内に挿入できる内視鏡の径が限定されるためモザイキング処理が必要であることがわかった。1.動画計測昨年までの研究で次のような顔面の面データを持つ動画計測が実現した。3台のIRカメラと1台のカラーカメラ、赤外線パターン照射、4台のデジタルビデオデッキ、同期信号発声装置を用い、PCに動画をキャプチャーする。