hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陰イオン濃度による地下水流動系の研究

本年度は、筑波山山麓、那須野ヶ原、八ヶ岳、新潟県五泉市周辺の各地域を対象に研究を進めた。筑波山周辺諸河川の基底流、すなわち地下水が流出したものである基底流出水の水質について、現地調査を行った。その結果、山麓斜面の向きによる違いが顕著に見いだされた。これは、山麓を構成する物質の風化、侵食に関係するものである。溶存成分の少ない降水が地表面に達し、地下に浸透して流下する間に、ある種の物質が溶け出していることを示しており、したがって地層の風化・侵食に関わるものであると考えられる。ある物質が多く含まれている斜面と、そうでない斜面があることが、地質の方からわかっており、そのことが斜面の違いによる基底流の水質に反映されているものと考えられる。那須ヶ原の地下水の水質の空間的な変化、時間的な変化について資料を収集し、考察を行ったところ、扇状地面で行われている水田耕作による肥料の影響が、扇状地面の一部で、かなりはっきりと現れていることが分かった。また、八ヶ岳山麓の湧水の水質については、資料の収集をほぼ終えることができた。八ヶ岳でも、斜面の方向や地質の違いなどについて検討を加えるとともに、人為的な汚染、特に牧場などによる汚染の問題についても、併せて検討する予定である。新潟県五泉市の早出川左岸で、現地で調査・採水を行ったところ、二ヶ所の地下水中に硝酸イオンが含まれていることが確認された。この結果と他の採水地点の分析結果などから、早出川周辺の地下水の流動経路についての考察を行った。本年度は、研究の最終年度ということもあり、主として昨年度までの調査・研究を継続して実施した。具体的には、八ヶ岳山麓の湧水、新潟県五泉市周辺の扇状地の地下水、那須野原の扇状地の浅層地下水、筑波山山麓の諸河川の基底流出水を対象に、調査・研究を進めた。八ヶ岳山麓の湧水については、山麓斜面の向きや地質の違いなどについて検討を加えるとともに、人為的な汚染の問題についても、あわせて検討を行った。那須ヶ原の地下水については、水質、特に硝酸イオンの空間的な変化、時間的な変化についての資料を収集し、考察を行った。扇状地面で行われている水田耕作による肥料の影響が、扇状地面の一部で、かなりはっきりと現れていることが確認された。新潟県五泉市の早出川周辺では、現地調査を行い、分析を行った。それらの結果を用いて、早出川周辺の地下水の流動系、流動経路についての考察を行った。筑波山を開析する諸河川の基底流、すなわち地下水が河川へ流出したものである基底流出水の水質について、現地において調査を行った。このことは、山麓を構成する物質の風化、侵食などに関係するものと考えられる。ある物質が多く含まれている斜面と、そうでない斜面があることが、地質の方からわかっており、このことが斜面の違いによる基底流の水質に反映されているものと考えられる。また、最終年度であることから、成果のとりまとめを行い、報告書の作成、印刷を行った。
酸化物超伝導コーティング線材の損失メカニズムと低損失化構造の研究

Y(イットリウム)系線材は長尺化の技術は進展していないが,Bi系線材の数倍以上の臨界電流密度を有することから,応用への潜在的能力を秘めた次世代線材として期待されている.本研究では材料的優位性の高いY系コーティング線材に主たる焦点をあて,ミクロな電磁現象論に立脚した低損失な線材及び導体構造の解明し,Bi系線材を越える高性能なY系線材の設計手法を系統的に研究することを目的としている.酸化物高温超伝導線材の交流損失メカニズムを解明するため,平成13年度の研究では,イットリウム系線材に直流及び交流磁界を印加し,線材への外部磁界の印加方向を変化させながら,交流通電時の通電損失・磁化損失の同時測定を行った.同時にBi系線材についても同様の測定を行い,特性の類似点・相違点を明確化する.これにより,損失特性を印加磁界の形態別に体系的に整理した.既に我々が開発した解析モデルによる解析結果と上記測定で得られた損失データを比較し,モデルの妥当性を検証した.その結果,我々の解析モデルは,測定で得られた線材の交流損失特性を良く説明できることがわかった.これらの結果を基に,平成14年度は交流損失を低減できる線材構造の検討を行い,集合導体化により線材単独の場合より損失が低減できる条件を理論的に導いた.また,積極的に臨界電流密度分布を制御し交流損失を低減できる酸化物超電導線材の断面構成の設計指針についての知見を得ることができた.Y(イットリウム)系線材は長尺化の技術は進展していないが,Bi系線材の数倍以上の臨界電流密度を有することから,応用への潜在的能力を秘めた次世代線材として期待されている.本研究では材料的優位性の高いY系コティング線材に主たる焦点をあて,ミクロな電磁現象論に立脚した低損失な線材及び導体構造の解明し,Bi系線材を越える高性能なY系線材の設計手法を系統的に研究することを目的としている.酸化物高温超伝導線材の交流損失メカニズムを解明するため,今年度の研究ではまず,イットリウム系線材に直流及び交流磁界を印加し,線材への外部磁界の印加方向を変化させながら,交流通電時の通電損失・磁化損失の同時測定を行った.同時にBi系線材についても同様の測定を行い,特性の類似点・相違点を明確化する.これにより,損失特性を印加磁界の形態別に体系的に整理した.既に我々が開発した解析モデルによる解析結果と上記測定で得られた損失データを比較し,モデルの妥当性を検証した.その結果,我々の解析モデルは,測定で得られた線材の交流損失特性を良く説明できることがわかった.これらの結果を基に,交流損失を低減できる線材構造の検討を行っている.また,今後は集合導体化により線材単独の場合より損失が低減できる条件を理論的に導き,積極的に臨界電流密度分布を制御し交流損失を低減できるY系線材を試設計する.Y(イットリウム)系線材は長尺化の技術は進展していないが,Bi系線材の数倍以上の臨界電流密度を有することから,応用への潜在的能力を秘めた次世代線材として期待されている.本研究では材料的優位性の高いY系コーティング線材に主たる焦点をあて,ミクロな電磁現象論に立脚した低損失な線材及び導体構造の解明し,Bi系線材を越える高性能なY系線材の設計手法を系統的に研究することを目的としている.酸化物高温超伝導線材の交流損失メカニズムを解明するため,平成13年度の研究では,イットリウム系線材に直流及び交流磁界を印加し,線材への外部磁界の印加方向を変化させながら,交流通電時の通電損失・磁化損失の同時測定を行った.同時にBi系線材についても同様の測定を行い,特性の類似点・相違点を明確化する.これにより,損失特性を印加磁界の形態別に体系的に整理した.既に我々が開発した解析モデルによる解析結果と上記測定で得られた損失データを比較し,モデルの妥当性を検証した.その結果,我々の解析モデルは,測定で得られた線材の交流損失特性を良く説明できることがわかった.これらの結果を基に,平成14年度は交流損失を低減できる線材構造の検討を行い,集合導体化により線材単独の場合より損失が低減できる条件を理論的に導いた.また,積極的に臨界電流密度分布を制御し交流損失を低減できる酸化物超電導線材の断面構成の設計指針についての知見を得ることができた.
微生物由来の分化誘導物質の探索

本研究では、新しいコンセプトを持った癌治療剤の開発の一環として、微生物由来の癌分化誘導物質を見いだすことを目的に1年間研究をおこなってきた。医薬品資源として、土壌、植物および海洋由来微生物の生産する生理活性物質に注目しスクリーニングを開始した。スクリーニング方法としてはヒト急性前骨髄性白血病(HL-60)細胞を用い、同細胞に対し分化誘導作用を示し、かつ細胞毒性作用のないものを約4,000種の糸状菌ならびに放線菌の培養液から探索した。分化誘導作用が認められ、さらに、安定性や培養の再現性の認められた数種の微生物から、最終的に海洋由来の一放線菌(MM-380)を選択した。MM-380株は、海水含有培地でのみ分化誘導活性物質を生産する興味ある希少放線菌で、菌学的な研究からNocardiopsis属であることが明かとなった。同株を2.4%澱粉,0.1%ブドウ糖,0.3%ペプトン,0.3%meat extract,0.5%酵母エキスt,0.4%CaCO_3,5mg/ml trace metals solution,0.5%セカード(100mesh)の組成から成る培地を人工海水(Jamarin S)でpH7.0に調整し、同培地中で96時間、27°Cで培養したろ液の中より4種の新規活性物質を単離した。得られた活性物質は、各種機器スペクトルデータの解析により、いずれもα-pyrone環を母格に持つ類縁体で、256.25μg/mlの範囲でHL-60細胞に対して分化誘導活性を示した。また、この4種のα-pyron類は細胞毒性(100μg/ml)や抗菌活性(1,000μg/ml)も示さない事も明かとなっている。今年度の研究で、これまでに知られているビタミンAやステロイド誘導体とはまったく異なったα-pyron誘導体が分化誘導活性を示すことを明かにした。今後はこれらの化合物の作用機序の検討を行なう予定である。
人間の文処理過程の理論的・実証的考察を通した言語知識の構造と機能の解明

本研究は日英語における実時間内での人間の文処理過程を理論的・実証的に考察し,人間の文処理機構を忠実に反映した文処理モデルの構築を通して,動的な側面から言語知識の構造と機能に示唆を与える事を意図したものである.・本年度は,まず,文脈に基づく情報が文処理にどの様な影響を与えるかを,法政大学文学部助教授石川潔博士,北陸先端科学技術大学院大学知識科学研究科助教授下嶋篤博士と共に実験的に考察した.その結果,個々の文処理の在り方が談話内での推論処理と強い相関を持つ事を見いだした.本研究は,従来のモデル理論的な意味論の問題点を明らかにすると共に,心内表示に基づく意味理論を提案するものでもあった.研究成果は「談話における信念改訂と推論コスト」として,日本認知科学会第15回大会で口頭発表した.・また,関係詞構造を含む(あるいは含まない)日本語文を材料として,文節ごとのself-paced reading法により,日本語文処理の直列・並列性を実験的に考察した.reading timeを基に各文節の処理に費やされる処理資源の大小を評価し,被験者の作業記憶容量ならびに刺激文の内部構造との相関を解析した.その結果,組み合わせ的な構造を持った心内表示を前提とした場合,日本語文処理における構造構築処理が直列である事を示唆する傾向を見いだした.また,日本語関係節構造における再解釈には,たとえ処理が困難であるという直観を伴わない場合でも,幾ばくかの処理資源が必要とされ,さらに,再解釈に費やされる処理資源は再解釈の構造的特性によって大きく異なる事を確認した.この実験結果については第2回国際認知科学会議において発表を希望しており,現在審査中である.本研究は日英語における実時間内での人間の文処理過程を考察し,人間の文処理システムを忠実に反映した文処理モデルの構築を通して動的な側面から言語知識の構造・機能に示唆を与える事を意図したものである.平成9年度は,研究代表者が博士論文で提案した文処理モデルの経験的妥当性を検証するための一手段として,計算機科学者の協力を得て計算機上でのシミュレーションを行った.その結果,母語話者の直観に概ね合致する計算結果を得ている.現時点ではまだプログラムの設計に研究代表者の意図が完全に反映されているとは言えないが,計算機シミュレーションに当たってはモデルに計算論的な厳密さが要求されるので,より完全なモデルの構築にとって計算機科学者との議論は大変有益なものである.今後も,モデルの検証手段としてのみならず,計算機科学の知見を活用する意味も含めて計算機シミュレーションを行っていきたい.また,研究代表者が提案する文処理モデルは言語入力の構造化に際して統語的制約を利用するが,現段階での本モデルにおける統語的制約は既存の統語論に十分な基盤を持つとは言い難い.従って,平成9年度においては,本モデルの統語的制約を再考・整理し,既存の統語理論との関係を明確にした.また本モデルは解釈のための内部表現として組み合わせ的な構造を持った記号表現を用いるが,表現の並列性を認める点に特色がある.新たな統語的制約を備えた新モデルの妥当性については現在実験的検証を準備している.まず日本語母語話者を対象に,処理の並列性を確認する実験を行う予定である.本研究は日英語における実時間内での人間の文処理過程を理論的・実証的に考察し,人間の文処理機構を忠実に反映した文処理モデルの構築を通して,動的な側面から言語知識の構造と機能に示唆を与える事を意図したものである.・本年度は,まず,文脈に基づく情報が文処理にどの様な影響を与えるかを,法政大学文学部助教授石川潔博士,北陸先端科学技術大学院大学知識科学研究科助教授下嶋篤博士と共に実験的に考察した.その結果,個々の文処理の在り方が談話内での推論処理と強い相関を持つ事を見いだした.本研究は,従来のモデル理論的な意味論の問題点を明らかにすると共に,心内表示に基づく意味理論を提案するものでもあった.研究成果は「談話における信念改訂と推論コスト」として,日本認知科学会第15回大会で口頭発表した.・また,関係詞構造を含む(あるいは含まない)日本語文を材料として,文節ごとのself-paced reading法により,日本語文処理の直列・並列性を実験的に考察した.reading timeを基に各文節の処理に費やされる処理資源の大小を評価し,被験者の作業記憶容量ならびに刺激文の内部構造との相関を解析した.その結果,組み合わせ的な構造を持った心内表示を前提とした場合,日本語文処理における構造構築処理が直列である事を示唆する傾向を見いだした.また,日本語関係節構造における再解釈には,たとえ処理が困難であるという直観を伴わない場合でも,幾ばくかの処理資源が必要とされ,さらに,再解釈に費やされる処理資源は再解釈の構造的特性によって大きく異なる事を確認した.この実験結果については第2回国際認知科学会議において発表を希望しており,現在審査中である.
リソソームタンパク質選別輸送シグナルの解析

タンパク質の細胞内輸送において輸送タグであるマンノース6リン酸を持つものは、トランスゴルジ嚢からエンドソームへと輸送されリソソームタンパク質となる。N-アセチルグルコサミンホスホトランスフェラーゼ(GPT)は、この輸送タグをタンパク質に付加する酵素で、リソソームタンパク質特有の立体構造を認識してその糖鎖をマンノース6リン酸化する。ウシDNaseI上には2カ所の糖鎖結合部位と2カ所のGPT認識部位があり、それぞれの箇所を認識して結合したGPTによって異なる位置にある糖鎖が酵素作用を受けている。このことは、認識部位と糖鎖との立体的な位置関係がGPTの作用には重要であることを示唆している。我々は、以前レクチンやグリコシダーゼを用いてそれぞれの位置に結合した糖鎖の構造を大まかに分析し、互いに若干の違いのあることを見出した。そこで本研究では、片方の糖鎖しか持たない変異DNase IをCOS細胞に発現させて精製し、糖鎖を切り出した後蛍光標識して詳細な糖鎖構造解析を試みた。2箇所どちらに結合している糖鎖とも非常に多様な構造をしており、すべての糖鎖構造の解析は未だ終えていないが、大まかな傾向として、N末端に近い方の糖鎖は、1-6結合マンノースの枝にリン酸残基が一箇所結合した混成型糖鎖の存在量が最も多く、C末端側の糖鎖は、1-6、1-3結合マンノースの両枝に1箇所ずつリン酸残基が結合した高マンノース型糖鎖が主であった。ところで本研究中に、COS細胞で発現させたウシDNaseIは2カ所ある糖鎖結合可能サイトの両方に糖鎖が結合していたが、天然のウシ膵臓から精製したDNaseIには一カ所にしか糖鎖が結合していないと云う違いを発見した。そこで、このような違いをさらに詳しく検討した結果、臓器によってDNaseIへの糖鎖付加状況が異なることを発見した。つまり、膵臓や腎臓のDNaseIには糖鎖が一本しか付加していないが、脾臓や肺、顎下腺などでは二本付加したDNaseIが発現していることを見いだした。これらの結果も論文として発表した。リソソームタンパク質の細胞内輸送は、N-アセチルグルコサミンホスホトランスフェラーゼ(GPT)が特定の立体構造を認識し、その糖鎖をマンノース6リン酸化することから始まる。COS細胞で発現させたウシのワイルドタイプDNaseIは18位と106位の2カ所に糖鎖が結合できる。我々は、レクチンやグリコシダーゼを用いてそれぞれの位置に結合した糖鎖の構造を大まかに分析したところ、互いに若干の違いのあることが明らかになった。一方、GPTがより強く認識するように27位または74位にリジン残基を導入置換したDNaseIでは、両糖鎖ともリン酸化はされるが、常に106位の糖鎖は2残基のリン酸が結合しており、18位には1残基しか結合していないことが判明している。この原因を明らかにするために、COS細胞で多量の27位または74位にリジンを導入置換した変異DNaseIを発現させ、培地中より精製した。来年度はこれらの糖鎖構造を解析し、リン酸残基の付加数の異なる原因を検討する。

ところで本研究中に、COS細胞で発現させたウシDNaseIは2カ所ある糖鎖結合可能サイトの両方に糖鎖が結合していたが、天然のウシ膵臓から精製したDNaseIには一カ所にしか糖鎖が結合していないと云う違いを発見した。そこで、このような違いをさらに詳しく検討した結果、臓器によってDNaseIへの糖鎖付加状況が異なることを発見した。つまり、膵臓や腎臓のDNaseIには糖鎖が一本しか付加していないが、脾臓や肺、顎下腺などでは二本付加したDNaseIが発現していることを見いだした。これらの結果は論文として発表した。タンパク質の細胞内輸送において輸送タグであるマンノース6リン酸を持つものは、トランスゴルジ嚢からエンドソームへと輸送されリソソームタンパク質となる。N-アセチルグルコサミンホスホトランスフェラーゼ(GPT)は、この輸送タグをタンパク質に付加する酵素で、リソソームタンパク質特有の立体構造を認識してその糖鎖をマンノース6リン酸化する。ウシDNaseI上には2カ所の糖鎖結合部位と2カ所のGPT認識部位があり、それぞれの箇所を認識して結合したGPTによって異なる位置にある糖鎖が酵素作用を受けている。このことは、認識部位と糖鎖との立体的な位置関係がGPTの作用には重要であることを示唆している。我々は、以前レクチンやグリコシダーゼを用いてそれぞれの位置に結合した糖鎖の構造を大まかに分析し、互いに若干の違いのあることを見出した。そこで本年度は、片方の糖鎖しか持たない変異DNaseIをCOS細胞に発現させて精製し、糖鎖を切り出した後蛍光標識して詳細な糖鎖構造解析を試みた。2箇所どちらに結合している糖鎖とも非常に多様な構造をしており、すべての糖鎖構造の解析は未だ終えていないが、大まかな傾向として、N末端に近い方の糖鎖は、1-6結合マンノースの枝にリン酸残基が一箇所結合した混成型糖鎖の存在量が最も多く、C末端側の糖鎖は、1-6、1-3結合マンノースの両枝に1箇所ずつリン酸残基が結合した高マンノース型糖鎖が主であった。
病態時におけるIgGの全身・組織細胞動態およびFcRnの発現・機能の変動解析

本研究では、正常時および病態時におけるIgGの体内動態およびFcRnの発現について解析するとともに、培養腸および腎上皮細胞におけるIgG輸送特性について検討した。その結果、シスプラチン誘発腎障害マウスにおいて、FITC-IgGの血漿中半減期や腎におけるFcRn mRNA発現は変動しなかったものの、FITC-IgGの腎蓄積量は正常群より有意に増加した。また、腸由来Caco-2細胞および腎尿細管由来OK細胞におけるFITC-IgG取り込みは、それぞれFcRn介在性エンドサイトーシスおよびメガリン/キュビリン介在性エンドサイトーシスが関与することを見い出した。最近、IgGの組織細胞動態にFcRnと呼ばれるレセプターが重要な役割を担っていることが相次いで報告されている。一方、抗体医薬の多くはIgGを基本構造とし、様々な疾患を有する患者に投与されるが、そのような疾患時において、FcRnの発現や機能がどのように影響を受け、また、その結果として、IgGの全身あるいは組織細胞動態がどのように変化するかについては不明である。そこで、本年度は腎障害時におけるIgG動態とFcRnの発現変動を中心に解析を進めるため、腎障害性薬物シスプラチン(CDDP)を投与したマウスにおけるIgGの体内動態およびFcRnの発現変動について検討した。実験動物にはddy系マウスを用い、その尾静脈からFITC標識ヒトIgGを単回投与し、投与後15日間にわたり採血および採尿を行った。CDDPは腹腔内に5mg/kgを7日おきに計3回投与した。CDDP投与による腎機能障害の誘発はBUN値を測定することで確認した。CDDP投与群におけるFITC-IgGのT_<1/2β>は約7日と算出され、対照群とほぼ同程度であった。したがって、CDDPによる腎機能障害はIgGの血漿中からの消失には大きな影響を与えないものと考えられた。一方、分布容積はCDDP投与群でやや増加する傾向が認められ、IgGの組織間液中への移行が低下している可能性が示唆された。また、FcRn mRNAの発現変動について、CDDP投与後7日目において検討した結果、腎では大きな変化はなかったものの、肝では低下する傾向が観察された。現在、採尿したサンプルを用い、FITC-IgGの尿中排泄変化について解析を進めている。また、次年度は、糖尿病モデルやLPS誘発敗血症モデル動物を用いて、IgG動態およびFcRn発現変動について解析する予定である。IgGのヒト血漿中消失半減期は約20日と非常に長い。近年、IgGのFc領域を特異的に認識するレセプターであるFcRnが同定され、IgGの全身および組織細胞動態に重要な役割を果たしていることが示唆されている。昨年度に引き続きin vivo解析を進めた結果、腎障害性薬物シスプラチンの投与はFITC-IgGの腎蓄積を有意に上昇させることを認めた。IgGの分子サイズは約150kDaであり、正常時においては糸球体におけるサイズバリアのため、尿細管管腔中への移行が制限されている。従って、シスプラチン投与によるFITC-IgG腎蓄積の上昇は、糸球体サイズバリアの破たんによって尿細管管腔中へと漏出してきたFITC-IgGが、尿細管上皮細胞において取り込まれた結果によると考えられた。一方、尿細管上皮細胞におけるIgGの取り込み機構については、FcRnの関与が示唆されているが、未だ不明な点も多い。また、尿細管における低分子量タンパク質やペプチドの再取り込みには、メガリンやキュビリンといったエンドサイトーシスレセプターが重要であることが知られているが、IgGの再取り込みへの関与については明確ではない。そこで、培養腎上皮細胞OKを用い、FITC-IgGの取り込み解析を行った。その結果、FITC-IgG取り込みは生理的pH条件下に比べ、弱酸性(pH6.0)条件下において顕著に低下した。また、クラスリン介在性エンドサイトーシス阻害剤などの処理によって、FITC-IgGの取り込みは有意に低下した。さらに、アルブミンやトランスフェリンなどのメガリン/キュビリンリガンド共存によっても阻害された。これらの結果から、糸球体腎炎時などにおける糸球体バリアー機能の低下時において、尿細管管腔中に漏出してきたIgGがメガリン/キュビリンを介したエンドサイトーシスによって尿細管上皮細胞内に取り込まれる可能性が示唆された。
結核菌がマクロファージ内で増殖中に新たに産生するタンパク質の遺伝子の解析

マクロファージ内で増殖中の結核菌が新たに産生する蛋白質のプロフィールの研究を行うため、まず抗酸菌が細胞内へ効率よく取り込まれ、また効率よく増殖する条件を設定する事を目的として以下の実験をした。菌として、病原性の弱い抗酸菌で、遅発育菌、迅速発育菌から1株ずつM. bovis BCGとM. fortuitum ATCC6841を用いた。細胞としては、BALB/Cmouse由来、及び人由来のマクロファージ様細胞であるJ774及びU937細胞を用いた。Lab-Tek chamberにmonolayerに増殖した細胞に、約10^6CFU/wellの抗酸菌を加え、1-1.5時間後食菌されていない菌を2回洗浄し、37°C5%CO_2フラン器で1-5日間培養し、経時的にヒメネツ染色で細胞内での菌の増殖を確認した。抗酸菌は難染色性を示すので染色時間を長くして、抗酸菌の染色を良くした。その結果、J774細胞にM. fortuitum ATCC6841を感染させ、2日培養した場合が最も細胞内での菌の増殖が顕著であった。この時の菌は長い形態を示した。5日培養すると細胞内の菌数だけでなく、細胞外の菌数も増加する事が分かった。この時の菌は短くなっていた。細胞外で増殖した菌については抗生物質処理を検討する予定である。M. bovis BCGの場合は、細胞内で増殖する事は確認できたが、M. fortuitum ATCC6841程の顕著な増殖は認めることが出来なかった。最終的に人型結核菌の人マクロファージ内での増殖を見る実験のためには、遅発育菌で効率良く増殖する系を確立しなければならないので、他の遅発育菌でも今後実験を行う予定である。またU93細胞での実験は現在検討中で未だ成功していない。
非局所結晶塑性を考慮した均質化理論に基づく大規模マルチスケール解析

本研究では,非局所結晶塑性を考慮した均質化理論の構築と有限要素離散化を行い,多結晶金属の粒径依存性と非局所結晶塑性の関係を調べた.このためまず,単結晶金属のための非局所結晶塑性を考慮した均質化理論を構築するとともに,効率的な有限要素解析のための離散化を行った.さらに,多結晶金属の問題に理論を拡張し,結晶粒界での付加的な境界条件が多結晶金属の粒径依存性に及ぼす影響を調べた.今年度の研究成果は次のようにまとめられる.2次元FCC多結晶モデルの有限要素解析では,まず始めに結晶粒界での付加的な境界条件として2つの極端な場合(すべり自由条件とすべり拘束条件)を考えた.この結果として,すべり自由条件では粒界に幾何学的に必要な転位は堆積せず,巨視的特性に寸法依存性はほとんど現れなかった.これに対して,すべり拘束条件では粒界に幾何学的に必要な転位の堆積が生じ,巨視的特性に顕著な寸法依存性が現れた.しかしながら,すべり拘束条件での寸法依存性は初期降伏後の巨視的なひずみ硬化に影響するものの,ホールペッチの関係が示すような初期降伏応力の粒径依存性を再現することはできなかった.そこで本研究では,新たにGurtin-Needleman (2005)によって提案されたDefect-free条件を用いて解析を行ったところ,この条件は変形初期の段階における粒界近傍への幾何学的に必要な転位の堆積を予測し,この結果として多結晶特性にはわずかではあるが初期降伏応力の粒径依存性が現れた.以上の結果より,多結晶金属の粒径依存性を調べる上で,結晶粒界での付加的な境界条件の及ぼす影響をより正確にモデリングすることの重要性が示された.今回用いた非局所結晶塑性理論における付加的な境界条件の検討は現在でも活発な議論が続けられており,本研究で構築されたマルチスケール解析手法は上述のような研究を数値実験として検証するために非常に有用である.本研究では,非局所結晶塑性を考慮した均質化理論の構築と有限要素離散化を行い,多結晶金属の寸法依存性と非局所結晶塑性の関係を調べた.このためまず,単結晶金属のための非局所結晶塑性を考慮した均質化理論を構築するとともに,効率的な有限要素解析のための離散化を行った.さらに,多結晶金属の問題に理論を拡張し,結晶粒界でのすべりの境界条件が多結晶金属の寸法依存性に及ぼす影響を調べた.得られた知見を以下に述べる.単結晶金属のための非局所結晶塑性を考慮した均質化理論の構築では,周期境界条件を用いた理論展開によって,周期単位境界における付加的なすべりの境界条件を統一的かつ系統的に取り扱えることを示した.つづいて,後退オイラー法の考え方に基づく離散化を行うことによって,マトリックス連成した1つの連立方程式が得られることを示した.周期的に障害物を有する単結晶金属の周期単位を有限要素解析したところ,本理論に基づく解析は,従来の逐次連成解析と比較して,増分安定性と計算効率のどちらも極めて優れていることが示された.2次元FCC多結晶モデルの有限要素解析では,結晶粒界でのすべりの境界条件として2つの極端な場合(すべり自由条件とすべり拘束条件)を考えて解析を行った.この結果として,すべり自由条件では粒界にGN転位は堆積せず,巨視的特性に寸法依存性はほとんど現れなかった.これに対して,すべり拘束条件では粒界にGN転位の堆積が生じ,巨視的特性に顕著な寸法依存性が現れた.すなわち,多結晶金属の寸法依存性を調べる上で,結晶粒界の及ぼす影響を正確にモデリングすることの重要性が示された.本研究では,非局所結晶塑性を考慮した均質化理論の構築と有限要素離散化を行い,多結晶金属の粒径依存性と非局所結晶塑性の関係を調べた.このためまず,単結晶金属のための非局所結晶塑性を考慮した均質化理論を構築するとともに,効率的な有限要素解析のための離散化を行った.さらに,多結晶金属の問題に理論を拡張し,結晶粒界での付加的な境界条件が多結晶金属の粒径依存性に及ぼす影響を調べた.今年度の研究成果は次のようにまとめられる.2次元FCC多結晶モデルの有限要素解析では,まず始めに結晶粒界での付加的な境界条件として2つの極端な場合(すべり自由条件とすべり拘束条件)を考えた.この結果として,すべり自由条件では粒界に幾何学的に必要な転位は堆積せず,巨視的特性に寸法依存性はほとんど現れなかった.これに対して,すべり拘束条件では粒界に幾何学的に必要な転位の堆積が生じ,巨視的特性に顕著な寸法依存性が現れた.しかしながら,すべり拘束条件での寸法依存性は初期降伏後の巨視的なひずみ硬化に影響するものの,ホールペッチの関係が示すような初期降伏応力の粒径依存性を再現することはできなかった.そこで本研究では,新たにGurtin-Needleman (2005)によって提案されたDefect-free条件を用いて解析を行ったところ,この条件は変形初期の段階における粒界近傍への幾何学的に必要な転位の堆積を予測し,この結果として多結晶特性にはわずかではあるが初期降伏応力の粒径依存性が現れた.以上の結果より,多結晶金属の粒径依存性を調べる上で,結晶粒界での付加的な境界条件の及ぼす影響をより正確にモデリングすることの重要性が示された.

今回用いた非局所結晶塑性理論における付加的な境界条件の検討は現在でも活発な議論が続けられており,本研究で構築されたマルチスケール解析手法は上述のような研究を数値実験として検証するために非常に有用である.
高機能を付与した人工補酵素の構築と分子内電子移動過程の解明

新規光増感剤と電子伝達体とを結合し、光励起分子内電子移動が容易に進行する高機能性錯体の合成を行ない、この錯体が1分子で光増感剤と電子伝達体との両方の機能を持つことを明らかにした。具体的には、電子伝達体としてビオローゲンを用い、ビオローゲン結合型ポルフィリンを合成し、構造と機能との関係を調べた。蛍光強度、蛍光寿命、T-T吸収の減衰とメチレン鎖長との関係を調べ、特にポルフィリンの光励起一重項状態を経由したメチルビオローゲンへの電子移動過程に焦点を当てて実験を行った。ビオローゲン結合型ポルフィリンの蛍光強度は、ビオローゲンの結合していないポルフィリンの蛍光強度と比べて小さく、メチレン鎖長が短くなるほど小さくなることがわかった。すなわち、メチレン鎖長が短くなるほどビオローゲンによる蛍光の消光がよく起こっていることを示している。ビオローゲン結合型ポルフィリンではいずれのメチレン鎖長の場合にも蛍光の減衰は2成分であった。長寿命の蛍光を示す成分はビオローゲンの結合していないポルフィリンの寿命とほぼ同一であるが、短寿命成分はメチレン鎖長に大きく依存していることがわかった。これらのビオローゲン結合型ポルフィリンには2種類のコンフォーメーションがあり、短寿命成分は分子内電子移動が可能なコンフォーメーション(コンプレックスコンフォーマ-)に起因していると思われる。ビオローゲン結合型亜鉛ポルフィリンではT-T吸収の減衰に対応して還元型ビオローゲンの生成も観測される。さらに生成した亜鉛ポルフィリンカチオンラジカルと還元型ビオローゲンとの逆反応過程を測定した。また、このビオローゲン結合型ポルフィリンと酵素ヒドロゲナーゼを組み合わせ、可視光を照射することにより、定常的な光水素発生に成功した。
光学活性ねじれ不斉高共役π電子系の構築とその物性研究

申請者は,環化反応や逆Diels-Alder反応に代表されるペリ環状分解反応を駆使して,巨大なπ電子系をもつ化合物の高純度合成法を確立し,有機太陽電池やFET材料となる有機半導体物質や近赤外色素の高純度合成を達成してきた。本研究では,市販のテルペン系香料(R)-(-)-α-フェランドレンから誘導した不斉炭素を有するビシクロ[2.2.2]オクタジエン縮環芳香族化合物を基にして,ねじれ不斉を有するπ電子系を構築する。これらの化合物は,強い円偏光発光(CPL)が期待できるうえに,分子の形状による分子集積の制御も期待でき,円偏光発光有機半導体となることが期待される。
測定の可逆性に着目した量子情報の研究

本研究では、可逆な測定によって擾乱された量子状態の新たな復元方法として共役測定を考案した。従来の逆測定では元の状態を完全に復元できるものの、はじめの測定で得ていた情報も同時に消し去ってしまうが、この共役測定では元の状態を近似的に復元しつつ、情報をさらに増加させることができる。さらに、さまざまなクラスの測定に対して、測定によって得られる情報量、測定に伴う状態変化、測定の可逆性を定量化して、それらの間にあるトレードオフ関係を明らかにした。量子論における測定は通常、非可逆な過程だと考えられがちであるが、実際には可逆な測定というものも存在しうることがわかっている。そのような測定では、測定された系の情報がすべて保存されるため、逆測定という操作によって測定後の状態から測定前の状態を確率的に復元することができる。このような、系の情報や状態の復元といった観点から、可逆な測定は量子情報処理などへの応用が期待できると考えられるものの、まだそれほど当該分野で注目されているとは言いがたい。そこで、本研究では、この測定の可逆性に着目した量子情報について、次のような内容についての研究を行う。(1)可逆な測定の実験可能なモデルの構築(2)可逆性を応用した量子状態の修復(3)可逆な測定における情報量と状態変化の関係本研究では、可逆な測定によって擾乱された量子状態の新たな復元方法として共役測定を考案した。本年度は交付申請書の「研究の目的」で挙げた3つの目標のうち、「(C)可逆な測定における情報量と状態変化の関係」を重点的に考察した。可逆測定といわれるクラスの測定では、測定の影響で変化してしまった量子系の状態を逆測定の方法で元に戻せるということが知られている。さらに、その方法で状態を復元した場合には、はじめの測定で得られていた系についての情報も同時に消え去ってしまうということがわかっている。このようなことから、元の状態を近似的にでも復元しようとすれば、系についての情報は減少し、その大半が失われてしまうと今まで予想されていた。しかし、本研究ではその予想に反し、元の状態を近似的に復元しつつ、系についての情報を減少させるどころか、むしろ増加させる方法(共役測定)を考案することに成功した。しかしながら、その結果を論文として公表するにあたり、測定によって得られる情報を定量化する方法について、査読者の同意を得ることができなかった。本研究では当初、自己情報量に基づいた独自の情報の定量化を考えていたが、それは妥当な定義ではないのではないかという指摘を査読者から受けた。そこで、いくつかの文献や他の研究者との議論から、より適切であると思われる、相互情報量に基づいた情報の定量化を採用することにした。その新しい情報の定量化を用いて解析をやり直した結果でも、やはり共役測定は系についての情報を増加させるという結論に達することができた。さらに、簡単なモデルに対してコンピュータによるシミュレーションを行い、それによってもその結論を確認することができた。以上のような結果は、状態を復元させてしまうと情報がなくなってしまうという可逆測定の原理的な欠点を補い、量子情報における応用へのヒントになると考えられる。本年度も、交付申請書の「研究の目的」で挙げた3つの目標のうち、「(C)可逆な測定における情報量と状態変化の関係」を重点的に考察した。一般に、量子系を測定すると、その系の状態についての情報が得られるが、測定の反作用でその状態は別の状態へと変化してしまう。このような状態変化は非可逆であると以前は信じられていたが、実際には可逆な測定もあることが今では知られている。本研究では、量子系の測定で得られる情報量とそれに伴う状態変化の関係について定量的な解析を行い、特に測定が可逆かどうかによってどのような違いが生じるのかを考察した。具体的には、光子数の測定において、(1)通常の非可逆な測定、(2)可逆な測定、(3)非可逆かつ量子非破壊な測定、(4)可逆かつ量子非破壌な測定、(5)射影測定の5種類の測定について解析を行った。その結果、得られる情報量という点では、測定(1)、(3)、(5)が等しく最大であり、次いで(4)、(2)の順番に大きいことがわかった。これは、測定を可逆に行った場合は、非可逆に行った場合よりも、得られる情報が少なくなってしまうということを意味している。一方、測定による状態の変化という点では、測定(4)が最も少なく、次いで(3)と(5)が等しく、(1)、(2)の順番に小さいことがわかった。これは、可逆な測定ほど情報量が減少するので状態変化も小さいであろうという直観的な予想に反する結果である。特に、測定(2)は情報量が最も少なく、状態変化は最も大きいという、測定としては最も効率の悪いものになっている。その一方で、測定(4)は状態変化が最小であるため、状態変化に対する情報量の比という意味では、この5つの測定中で最も効率の良いものになっている。

以上のような結果をより一般化して考察することは、量子系から情報を取得するときに、最も効率の良い測定というものを見つけ出すためのヒントになると考えられる。本年度も昨年度に引き続き、交付申請書の「研究の目的」で挙げた3つの目標のうち、「(C)可逆な測定における情報量と状態変化の関係」を重点的に考察した。量子論における測定が引き起こす状態変化は、以前は不可逆だと信じられていたが、現在では可逆なものも存在することがわかっている。本研究では、そのような可逆な測定に対し、取得できる情報量、そのときの状態変化、その可逆性を定量的に解析し、それらの間のトレードオフ関係について考察することで、量子暗号や量子コンピュータでの応用を目指している。本年度は、昨年度に得られた4種類の光子数測定の場合の結果をより一般的なものにするために、任意の単一キュービット測定の場合についての考察を行った。その結果、測定前の状態が完全に未知な状態であるような状況において、情報量、状態変化、可逆性の具体的な公式を求めることができ、さらに、それらの公式から情報量、状態変化、可逆性の間の定量的なトレードオフ関係を見出すことができた。このトレードオフ関係は、以前から知られているよりもより基礎的な関係式であり、可能な測定結果すべてについて平均した段階ではなく、単一の測定結果の段階で成立する。また、測定の効率として、状態の変化に対する情報量の大きさと、可逆性の損失に対する情報量の大きさという2種類の量についても考察した。その結果、これらの効率は全く反対の振る舞いをすることがわかり、特に、射影測定は前者の効率ではもっとも効率が悪い測定であるのに対して、後者の効率ではもっとも効率が良い測定であるということがわかった。本年度も、交付申請書の「研究の目的」で挙げた3つの目標のうち、「(C)可逆な測定における情報量と状態変化の関係」を主に考察した。この目標では、可逆であるような測定に対して、測定によって取得できる情報量、その測定に伴う状態変化、その測定の可逆性を定量的に解析し、それらの間のトレードオフ関係について考察することで、可逆な測定を量子暗号や量子コンピュータの分野に応用することを目指している。昨年度までの研究において、「4種類の光子数測定」の場合や「任意の単一キュービット測定(すなわち2次元の状態空間に対する任意の測定)」の場合のトレードオフ関係を既に明らかにしている。しかし、そのような結果を「任意の次元の状態空間に対する任意の測定」の場合にまで一般化しようとするのは非常に困難であった。そこで、本年度は、そのような一般論を得るための予備的な研究として、「任意の次元の状態空間に対する任意のランクの射影測定」の場合についての考察を行った。その結果、情報量と状態変化を次元とランクの関数として具体的に求め、それらの間のトレードオフ関係を定量的に明らかにすることができた。ただし、残念ながら射影測定は可逆な測定ではないので、そのトレードオフ関係の議論に可逆性まで含めることはできない。しかしながら、射影測定はあらゆる測定の中で最も情報量が多く、最も可逆性が低い測定として、トレードオフ関係の一般論における境界線の終端点のような特別な点に対応するはずであるから、今回の結果は「任意の次元の状態空間に対する任意の測定」の場合へのヒントとなることが期待される。
人間型ロボットの触覚制御に関する研究

・目的触覚は,ロボットが人間と日常の共有空間で協調作業を行う上で重要なスキルの要素となる.しかし,人間との協調に必要な触覚機能の実現は技術的に難しいため,十分な触覚を備えたロボットはほとんど存在しないのが現状である.本研究では,高機能な触覚を備えたロボットを対象として,信頼性や柔軟性を中心に,人間共存ロボットのための触覚制御の実際的な方法論を確立することを目指している.・方法本研究室で開発した人間共存ロボットTWENDY-ONEは,精巧な触覚機能を有するだけでなく,コンプライアンスを備えた多自由度系で構成され,さらに6軸力センサなど多種のセンサも装着されている.このロボットを用いて様々な作業,特に複数の対象物の連続的なハンドリングを行うことで,触覚機能を中心としたさまざまなセンサ系の融合とその制御の方法論について検討する.・結果この6ヶ月間では,実験に用いるロボットの性能を十分に発揮するための基礎的な準備を行った.具体的には,ロボットアーキテクチャーの理解,それを活かした触覚機能モジュールの組み込み方法検討,ロボットミドルウェア導入によるロボット触覚機能の標準化を進めた.特に,ロボットを動かすさまざまな運動制御系の統合はミドルウェアに依存する部分が大きいことから,ロボット全体のパフォーマンスが向上する導入の方法論を検討した.さらに,把持や衝突回避など,基本的なプランニングを触覚情報と連動して補完しながら実現する方法として,タブレットをヒューマンインタフェースとして用いた入力システムを設計した.本研究では,物体の完全なモデルが無い場合において,触覚とコンプライアンスを組み合わせた把持動作生成およびスキル動作生成に注目した.多くの把持モデルは,環境をモデル化するために視覚やレーザー測距器を必要とする.しかし,対象物が手で隠れてしまった場合などは正確なモデルを得ることはできない.しかしTWENDY-ONEはそのコンプライアンス特性によって,モデルが無くても対象物を把持できることを示した.さらに,触覚を導入することで,さらに誤差を補正し把持を確実にすることができると考えられる.本研究では,その触覚によるモデリング作成を進めた.スキルの動作生成としては,作業スペースを特定したうえで,実行可能な把持と操りを学習するのと同時に,確実ではない把持と操りをも学習することである.この動作で重要なパラメータは,姿勢と触覚のデータである.この研究の成果は,「手の操作のためのセンサー予測と安定性評価」というタイトルで国際会議IROS2013に論文投稿した.片手で,落とすことなく物をハンドリングすることは,ロボットには難しい課題であるこのような運動を計画する方法としては,異なる動作における触覚データに基づく予測である.異なる動作の生成はオフラインのシミュレーションで行う.予測されたセンサーデータを用いて,目的としたゴールが達成できるかどうかを評価する.順モデルは,まず手の操作(指先の問に球を転がす)から生じる接触状態を予測する.解析的にそのようなモデルを作成することは難しいため,機械学習から得る.このモデルをTWENDY-ONEの器用なハンドを用いて評価した.その結果,このモデルは正確に接触状態の変化と安定性を含めた軌道を生成することができた.研究開始後まだ6ヶ月であるが,研究対象としているきわめて複雑なロボットの機能および制御系の理解などを含めて,順調に研究の準備を進めることができている.ほぼ目的に沿って研究は進んでいる.ただ,研究が進むにつれて,学習に代表される知能に関する方法論が重要であることが分かりつつあり,これについてさらに探究する必要が分かっている.触覚情報を取り入れたソフトウェアアーキテクチャの構築が重要課題となっている.そのために,いくつかの具体的な事例を対象にソフトウェアの開発を進める.例えば,ショッピングバッグ内から複数の物を取り出すこと,暗い中でのライトスイッチの探索などである.これらの動作は,触覚を通した対象物の情報取得が重要であるばかりでなく,同時にロボットのコンプライアンス制御との協調も不可欠である.21012年度からは,これらマルチモーダルな制御系のアーキテクチャ設計を開始する.十分な視覚情報が無く,形状および正確な位置が分からない対象物であっても,触覚情報とコンプライアンス機能を使うことで,把持やハンドリンが可能であることが分かった.次のステップとして,実機へのインプリメントと同時に,タブレット端末を用いた簡易指令による制御を検討する.その際に,単純な形状だけではなく,さまざまな形状の対象物の操作を対象とし,タスクの内容も対象物へのリーチング・把持・ハンドリング操作など様々な作業内容への拡大を検討する.最後に論文としてまとめ,国内外のJournal,国際会議等へ投稿する.
咬合診断システムの開発

咀嚼と嚥下機能を,一般歯科臨床に於いて,非侵襲的に,かつ簡便に検査し,機能障害の定量化による客観的な診断とそれに引き続く治療の効果の判定を可能にする咬合診断・評価システムを開発することを目標に本研究を計画した.本研究は,チェアサイドで実施可能で簡便な咀嚼能力評価システムの開発とその実用化を目標とした.口腔内にクラッチなどの測定装置を介在させずに自由な状態で咀嚼を行わせた際の咀嚼機能を,顔面皮膚上に貼付した標点の運動解析から,簡便かつ客観的に評価する方法を開発した.測定にはモーションキャプチャーVICON512を使用し,Sampling rate120Hzで各標点の立体的な動きを計測した.直径4mmの球状標点を顔面皮膚上に貼付した.貼付位置は前頭部に3点,口唇周囲に4点,オトガイに1点,頬部に2点,顎角部に2点,ならびに,カンペル氏平面の規定のため耳珠後縁の2点,左側鼻翼下縁に1点の計15点とした.計測した各点の運動を次のように上顎座標系に座標変換した.解析はカンペル氏平面の規定用の3点を除いた12点について行なった.12点のx, y, z座標をそれぞれ変量とし,36変量に関して計測開始から終了までの全フレームに対し主成分分析を行ない,第3因子までの因子スコアの変動を観察した.求めた因子スコアから安定した咀嚼が見られる部分を1500フレーム(12.5秒間)抽出し分散共分散行列を求め,固有値,因子寄与率,因子負荷量に関して検討を加えた.本システムの特長は無拘束で義歯装着患者の咀嚼運動が無侵襲かつ簡便に測定できる点にある.これまでの研究結果から,主成分分析による因子負荷量を用いた指標が,咀嚼機能を客観的に評価するための有用な指標になることが明らかとなった.咀嚼と嚥下機能を,一般歯科臨床に於いて,非侵襲的に,かつ簡便に検査し,機能障害の定量化による客観的な診断とそれに引き続く治療の効果の判定を可能にする咬合診断・評価システムを開発することを目標に本研究を計画した.本研究は,チェアサイドで実施可能で簡便な咀嚼能力評価システムの開発とその実用化を目標とした.口腔内にクラッチなどの測定装置を介在させずに自由な状態で咀嚼を行わせた際の咀嚼機能を,顔面皮膚上に貼付した標点の運動解析から,簡便かつ客観的に評価する方法を開発した.測定にはモーションキャプチャーVICON512を使用し,Sampling rate120Hzで各標点の立体的な動きを計測した.直径4mmの球状標点を顔面皮膚上に貼付した.貼付位置は前頭部に3点,口唇周囲に4点,オトガイに1点,頬部に2点,顎角部に2点,ならびに,カンペル氏平面の規定のため耳珠後縁の2点,左側鼻翼下縁に1点の計15点とした.計測した各点の運動を次のように上顎座標系に座標変換した.解析はカンペル氏平面の規定用の3点を除いた12点について行なった.12点のx, y, z座標をそれぞれ変量とし,36変量に関して計測開始から終了までの全フレームに対し主成分分析を行ない,第3因子までの因子スコアの変動を観察した.求めた因子スコアから安定した咀嚼が見られる部分を1500フレーム(12.5秒間)抽出し分散共分散行列を求め,固有値,因子寄与率,因子負荷量に関して検討を加えた.本システムの特長は無拘束で義歯装着患者の咀嚼運動が無侵襲かつ簡便に測定できる点にある.これまでの研究結果から,主成分分析による因子負荷量を用いた指標が,咀嚼機能を客観的に評価するための有用な指標になることが明らかとなった.クラウンの咬合接触点は,顎口腔系と調和したクラウンの機能的咬合面形態を考える上で極めて重要である.クラウンの咬合が適切でないと支台歯に障害を与えるばかりでなく,顎口腔系全体の調和を乱し,様々な問題を引き起こす可能性がある.クラウンの咬合接触状態が顎口腔系にどのような影響を与えているか,また咀嚼機能とどのような関係にあるかについてはいまだに不明な点が多い.そこで.食品咀嚼時の下顎運動,筋活動.歯の変位,咀嚼効率を多現象同時記録して解析し,広く臨床応用可能なクラウンの咬合接触を総合的に診断できるシステムを樺築することが本研究の目的である.咬合接触部位の変化と歯の変位経路との関係を明らかにするために,歯の変位経路の測定を行い,以下の結論を得た.1.上顎第一大臼歯の変位様相は,咬合接触による影響を受けやすく,特に頬側咬頭内斜面,舌側咬頭の外斜面での単独での接触での噛みしめ時は,咬頭嵌合位噛みしめ時には通常みられない頬側方向への変位経路を示した.2.下顎第一大臼歯の変位様相は,上顎にくらべると咬合接触による影響を受けにくく,接触部位の違いによらず,咬頭嵌合位噛みしめ時と同様の舌側方向への変位を示した.

3.上顎第一大臼歯の荷重変位曲線は,荷重部位の影響を受けやすく,特に頬側荷重時には変位量が大きくなる傾向があった.4.下顎第一大臼歯の荷重変位曲線は,荷重部位の影響を受けやすく,特に舌側荷重時には,変位量が大きくなり,2相性を示すこともあった.5.咬合接触点と歯の変位との間には密接な関係があり,歯冠補綴物への咬合接触点の付与に際しては,上下顎の咬合接触関係に十分留意する必要があることが示唆された.さらに,上下顎臼歯は咬頭嵌合位では機能咬頭の咬頭頂付近に26点の咬合接触点をもち,側方滑走運動時にはそのなかの12点が側方咬合位まで連続して咬合接触を示し,その際,機能咬頭上の臨床的には定点ともみなせる小面が対合歯の非機能咬頭の内斜面あるいは辺縁隆線を滑走するという咬合接触様相を呈することが明らかとなった.歯科補綴学において,失われた歯の形態・機能を補綴物によって回復し,その状態を長く維持していくためには,補綴物が歯周組織をはじめとする顎口腔系全体と機能的に調和していなければならない.ことに,補綴物の咬合面形態をどのように回復させるかは重要な問題であり,クラウンに与える咬合接触の強さおよび咬合接触部位が正常な歯に対しどのような影響を与えるかを十分に把握しておくことは補繊学の臨床において不可欠である.食品咀嚼時の下顎運動,筋活動・歯の変位,咀嚼効率を多現象同時記録して解析し,広く臨床応用可能なクラウンの咬合接触を総合的に診断できるシステムを樺築することが本研究の目的である.平成12年度に天然正常歯列者群において,被験食品咀嚼時の下顎運動,歯の変位経路,筋電図を同時記録し,正常者群のデータ収集を行い,平成13年度は咬頭の傾斜,咬合接触点の位置を変化さたクラウンを作製して,被験食品咀嚼時の下顎運動,歯の変位経路,筋電図への影響について測定を行った.現在データの分析を行っているところである.なおIADR(San Diego 2002年3月)にて現在までの研究成果の発表を行う予定である.このシステムが開発されれば,補綴物の機能評価が簡便に行えるのみならず,補綴領域にとどまらず咬合に起因する可能性が考えられる顎関節症の診断,矯正治療における咬合状態の変化の診断など多くの分野で応用が可能であり,歯科の発展に大いに寄与するものと考える.咀嚼と嚥下機能を,一般歯科臨床に於いて,非侵襲的に,かつ簡便に検査し,機能障害の定量化による客観的な診断とそれに引き続く治療の効果の判定を可能にする咬合診断・評価システムを開発するこことを目標に本研究を計画した.本研究は,チェアサイドで実施可能で簡便な咀嚼能力評価システムの開発とその実用化を目標とした.口腔内にクラッチなどの測定装置を介在させずに自由な状態で咀嚼を行わせた際の咀嚼機能を,顔面皮膚上に貼付した標点の運動解析から,簡便かつ客観的に評価する方法を開発した.測定にはモーションキャプチャーVICON512を使用し,Sampling rate120Hzで各標点の立体的な動きを計測した.直径4mmの球状標点を顔面皮膚上に貼付した.貼付位置は前頭部に3点,口唇周囲に4点,オトガイに1点,頬部に2点,顎角部に2点,ならびに,カンペル氏平面の規定のため耳珠後縁の2点,左側鼻翼下縁に1点の計15点とした.計測した各点の運動を次のように上顎座標系に座標変換した.解析はカンペル氏平面の規定用の3点を除いた12点について行なった.12点のx, y, z座標をそれぞれ変量とし,36変量に関して計測開始から終了までの全フレームに対し主成分分析を行ない,第3因子までの因子スコアの変動を観察した.求めた因子スコアから安定した咀嚼が見られる部分を1500フレーム(12.5秒間)抽出し分散共分散行列を求め,固有値,因子寄与率,因子負荷量に関して検討を加えた.本システムの特長は無拘束で義歯装着患者の咀嚼運動が無侵襲かつ簡便に測定できる点にある.これまでの研究結果から,主成分分析による因子負荷量を用いた指標が,咀嚼機能を客観的に評価するための有用な指標になるこことが明らかとなった.