hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
界面制御による超低熱膨張ポリイミド／Zr2WP2O12の作製

具体的には、Zr2WP2O12から着想した新規の負の熱膨張率を有するセラミックス「Zr2MoP2O12」を固相反応法で合成し、高温X線回折法で結晶の熱膨張率の算出したことと、得られたセラミックス粉末に最適な焼結助剤と焼結温度を選定し、バルクセラミックスの作製し、その機械的性質と熱的性質を測定したことを纏め、"Preparation and properties of Zr2MoP2O12ceramics with negative thermal expansion "としてMaterials and Design (DOI: 10.1016/j.matdes.2016.09.048)に報告した。また、日本セラミックス協会が発行する雑誌セラミックスに解説記事として報告した。その他、固相法と水熱法の2つの方法でZr2WP2O12粒子を合成し、作製方法の違いが得られた粒子のサイズや光学的性質に与える影響についてまとめ、日本セラミックス協会2017年会で報告した。負の熱膨張率を有するセラミック粒子(Zr2WP2O12とZr2MoP2O12)を合成し、ポリイミドと複合化することで熱膨張率が20 ppm/K以下のポリマー/セラミックス複合材を作製した。まず、Zr2MoP2O12の焼結体を作製し、その熱的機械的性質を明らかにした。次に、ポリマー/セラミックス複合材を作製した。ポリマーの前駆体とセラミック粒子の混合プロセス、ポリマーの重合プロセスを最適化することで、ポリマーとセラミック粒子の界面を密着させることに成功した。その結果、ポリマーの熱膨張をセラミックスの熱収縮で効果的に相殺することに成功した。高度な膜づくりに成功したため。本研究は、計画通りに進んだと考えている。平成28年度は、学会や論文発表を通じて、成果の発信を行う予定である。材料工学Zr2WP2O12は、ZrW2O8と比較して、極めて効果的に熱膨張率を制御できることが明らかになった。一方、その理由を解明するには至ってないことから、今後、「なぜ、Zr2WP2O12がZrW2O8より効果的に熱膨張率を制御できる材料なのか?」について、詳細な検討を行う予定である。界面科学的な評価に必要な高密度のZr2WP2O12焼結体の作製に成功した。また、濡れ性の評価に十分な表面粗さを機械的な研磨で達成できたため。日本セラミックス協会が主催する2016年年会で発表を予定していたが、第81回化学工学会年会と日程の一部が重複し、参加が困難になった。概ね予定通り予算を執行したが、端数が残った。代替として、日本セラミックス協会2017年年会への参加を予定している。得られた結果を基に、複合体の前駆体を調製する。ペーストの乾燥条件や重合条件を最適化し、複合膜を作製する。試薬等の消耗品に使用する予定である。概ね予定通り予算の失効が出来たが、端数が残金として残った。次年度の物品費として使用する予定である。
光符号分割多重方式を活用した新たなネットワーク構成手法に関する研究

エラスティック光ネットワークは、柔軟な帯域割当が可能な技術として将来の光ネットワーク技術を支える技術として注目されている。エラスティック光ネットワークでは、割り当てられた周波数は連続であり、全てのノード上で共通でなければならないため、経路選択、変調方式及びスペクトル割当(RMSA)が重要な課題である。RMSAを分散管理で解決する技術として、従来、Generalized multi-protocol label switching (GMPLS)技術が利用されてきたが、経路計算のためにルーティングプロトコルをネットワーク全体に配布するためコントロールプレーンのオーバヘッドが大きく、また、分散管理による予約の競合を避けられない課題があった。また、動的に光パス設定要求が到着するエラスティック光ネットワークでは、光パスが設定および開放されるにつれ割当可能な周波数が断片化し、ネットワークの資源利用効率が低下する課題があった。そこで本研究では、シグナリングプロトコルのPathメッセージをブロードキャスト送信し、Pathメッセージに転送経路を記録することで、ルーティングプロトコルなしに経路選択を可能にした。また、Pathメッセージのブロードキャストにより発見した複数経路に対して逐次予約を開始し、後に発見した経路に対しては仮予約シグナリングを行うことで、ネットワーク資源の過剰割当を避けながら、予約の競合による性能劣化を抑えた。さらに、断片化リンク数を最小化するカット回避RMSAおよびブロック単位で周波数を割り当てるブロック割当RMSAを提案した。シミュレーションの結果により、提案RMSA手法は従来のGMPLS手法に比べ、コントロールプレーンのオーバヘッドおよび、光パス設定要求のブロッキング率の観点から性能を向上させており、断片化による影響も抑えられていることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。(1)光ブロードキャストネットワーク上の衝突を回避する論理トホロジの提案階層型ツリー構造を構成する論理トポロジでは、光ブロードキャスト通信においてノード上の衝突が不可避であり、低負荷環境下でも呼損率が大きいという問題があった。そこで、呼設定を行わない光ブロードキャストネットワークでも衝突が起こらない、スター型とバス型を合わせた新しい論理トポロジ設計およびその論理トポロジにおける通信方法を提案した。提案論理トポロジは、スター型トポロジの中心となる一つのルートノードと、ルートノードに接続するバス型のトポロジによって構成する。ルートノードは入力ポート毎に一意な光CDMの符号語が割り当てられているため、出力ポート上での衝突を防ぐことができる。シミュレーションによる性能評価から、スター+バス型の論理トポロジを利用することで、低負荷環境下での光ブロードキャストネットワークにおける呼損率を大きく抑えられることを明らかにした。(2)動的に再設定可能なハイブリッド光ネットワーク全光ネットワークにおいて主流である光回線交換方式による通信は、通信に先立って光パスの設定を行う必要があり、また、光パスの設定には少なくとも始点一終点ノード間の往復伝搬遅延に相当する時間オーバヘッドが存在するために、通信するデータ量が少ない場合には光パス設定の時間オーバヘッドの影響が大きくなる。そこで、光回線交換通信に加えて呼ごとに光パス設定を行わないブロードキャスト通信を行う事ができるハイブリッド光ネットワークを提案した。二つのネットワークは光CDMの符号語によって論理的に分割されており、始点ノードが到着した呼のデータ量に応じて通信ネットワークを決定する。シミュレーションによる性能評価により、通信データ量が小さい場合には光ブロードキャスト通信を行う方がネットワークの利用効率が良くなる事を明らかにした。階層型論理トポロジの復旧手法光CDM over WDMネットワークに向けて我々は、以前の研究で、分散管理環境下で全域木を階層的に配置する階層型論理トポロジの構成法を提案した。しかし、階層型論理トポロジは全域木を構成するため、最上位レイヤでリンク障害が生じるとネットワークが分断され、一部の始点ー終点ノードペア(SDペア)が通信できなくなる問題がある。全てのSDペアに対して通信可能性を保証するためには、リンク障害発生時に論理トポロジ全体を再構成する必要がある。論理トポロジ全体を再構成する場合、各レイヤの論理トポロジ構造が変わる可能性があるため、通信中の光パスを全て破棄し再設定しなければならない。また、リンク障害により物理ネットワークの構造自体が変わるため、階層型論理トボロジを構成するためのネットワーク情報を集めなおす必要がある。そのため、論理トポロジが再構成されるまでの間、障害リンクを経由していない光パスを含め、全てのノードが通信不可能になる。この問題に対応するため我々は、障害リンクを検知し、障害リンクの代替となるリンクを探索し設定を変更することで、自動的に階層型論理トポロジを修復する方法を提案した。提案修復方式では、障害リンクより一つ下位のレイヤで分断したネットワークを接続可能なリンクを一つを選択し、障害の起こったレイヤに変更することで、SDペア間の通信経路を確保する。この時、選択されたリンク以外は変更を行わないため、論理トポロジを再構成する必要が無い。さらに、論理トポロジ修復時にリンク間のレイヤ順序関係を変更しないため、障害リンクを経由していない光パスに対して影響を与えない。我々の提案手法は、障害リンクを通っていない光パスを棄却することなく論理トポロジの復旧が可能になる。シミュレーションの結果により、提案復旧手法は論理トポロジを再構成する場合に比べて非常に早く論理トポロジを構成可能なことを示した。また、復旧した論理トポロジが再構成した論理トポロジと同等のパフォーマンスを持つことも示した。

エラスティック光ネットワークでは、割り当てられた周波数は連続であり、全てのノード上で共通でなければならないため、経路選択、変調方式及びスペクトル割当(RMSA)が重要な課題である。RMSAを分散管理で解決する技術として、従来、Generalized multi-protocol label switching (GMPLS)技術が利用されてきたが、経路計算のためにルーティングプロトコルをネットワーク全体に配布するためコントロールプレーンのオーバヘッドが大きく、また、分散管理による予約の競合を避けられない課題があった。また、動的に光パス設定要求が到着するエラスティック光ネットワークでは、光パスが設定および開放されるにつれ割当可能な周波数が断片化し、ネットワークの資源利用効率が低下する課題があった。そこで本研究では、シグナリングプロトコルのPathメッセージをブロードキャスト送信し、Pathメッセージに転送経路を記録することで、ルーティングプロトコルなしに経路選択を可能にした。また、Pathメッセージのブロードキャストにより発見した複数経路に対して逐次予約を開始し、後に発見した経路に対しては仮予約シグナリングを行うことで、ネットワーク資源の過剰割当を避けながら、予約の競合による性能劣化を抑えた。さらに、断片化リンク数を最小化するカット回避RMSAおよびブロック単位で周波数を割り当てるブロック割当RMSAを提案した。シミュレーションの結果により、提案RMSA手法は従来のGMPLS手法に比べ、コントロールプレーンのオーバヘッドおよび、光パス設定要求のブロッキング率の観点から性能を向上させており、断片化による影響も抑えられていることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。光ブロードキャストネットワーク上の衝突を回避する論理トポロジの提案及び、動的に再設定可能なハイブリッド光ネットワークを達成したことにより、光符号交換ネットワークの前提となっているハイブリッド光ネットワークに関する研究に終わりが見えているため。光ブロードキャストネットワーク上の衝突を回避する論理トポロジの提案及び、動的に再設定可能なハイブリッド光ネットワークの達成および、論理トポロジの復旧により、光CDMを用いたハイブリッド光ネットワークに関する研究が完成したため。光回線交換ネットワークでは、ネットワーク障害による設定済み光パスの呼損が致命的な問題になる。そのため、ネットワーク障害を自動的に検知し、障害箇所を経由しない光パスに影響を与えないまま論理トポロジを修復する方法を提案する。また、光ブロードキャストに適した論理トポロジ構成が可能な物理トポロジの必要条件を探求する。
無限次元リー代数の代数解析学的研究

最近のカジュダン・ルスティック及びアンデルセン・ヤンツェン・ゾルゲルの結果により,正標数における半単純代数群の既約有理表現・量子群の1のべき根における既約表現・アフィン・リー代数の負レベルの既約最高ウェイト表現の3つが互いに関連していることがわかっていたが,そのうちのアフィン・リー代数の負レベルの既約最高ウェイト表現に関して柏原正樹氏と共同研究を行い,負レベルの有理的最高ウェイトをもつ既約表現に対して,カジュダン・ルスティック型指標公式が成立することを証明した.この結果と上記のカジュダン・ルスティック及びアンデルセン・ヤンツェン・ゾルゲルの結果を合わせて,正標数における半単純代数群の既約有理表現および量子群の1のべき根における既約表現の指標公式も同時に得られた.証明は,リー代数の表現とD加群の関係を与える代数解析的部分およびD加群と交叉ホモロジーをつなぐ位相的部分の二つに分かれる.代数解析的部分では,ラドン変換についての一般論を構築して,これを用いた.また位相的部分では,カッツ・ムーディ・リー代数のルート系の部分ルート系に関する考察を行いこれを用いてルスティックの結果を拡張した.エルミート対称空間上でゲルファント型の一般超幾何方程式を定義し,これに関して,方程式がホロノミー系になるための条件やラドン変換との関連について研究した.S.-J.カン氏との共同研究により,一般カッツ・ムーディ・リー代数の量子群について普遍R行列の存在を示し,その中心の構造について調べた.最近のカジュダン・ルスティック及びアンデルセン・ヤンツェン・ゾルゲルの結果により,正標数における半単純代数群の既約有理表現・量子群の1のべき根における既約表現・アフィン・リー代数の負レベルの既約最高ウェイト表現の3つが互いに関連していることがわかっていたが,そのうちのアフィン・リー代数の負レベルの既約最高ウェイト表現に関して柏原正樹氏と共同研究を行い,負レベルの有理的最高ウェイトをもつ既約表現に対して,カジュダン・ルスティック型指標公式が成立することを証明した.この結果と上記のカジュダン・ルスティック及びアンデルセン・ヤンツェン・ゾルゲルの結果を合わせて,正標数における半単純代数群の既約有理表現および量子群の1のべき根における既約表現の指標公式も同時に得られた.証明は,リー代数の表現とD加群の関係を与える代数解析的部分およびD加群と交叉ホモロジーをつなぐ位相的部分の二つに分かれる.代数解析的部分では,ラドン変換についての一般論を構築して,これを用いた.また位相的部分では,カッツ・ムーディ・リー代数のルート系の部分ルート系に関する考察を行いこれを用いてルスティックの結果を拡張した.エルミート対称空間上でゲルファント型の一般超幾何方程式を定義し,これに関して,方程式がホロノミー系になるための条件やラドン変換との関連について研究した.S.-J.カン氏との共同研究により,一般カッツ・ムーディ・リー代数の量子群について普遍R行列の存在を示し,その中心の構造について調べた.
高密度菌体培養による廃食用油脂の処理に関する研究

廃食用油脂の処理について以下の研究を行った。1)油脂分解菌のクローニング昨年度はラーメン店の油水分離槽から採集した廃油脂を好気処理した試料より、リパーゼ生産菌を分離、スクリーニングした結果、NL07株を得た。今年度は、さらにプラスミドベクターにpUC119を、宿主にはE.coli DH5αを用いてクローニングを行った。次に、254nmの紫外線を照射しクローンの探索を行い、極少量であるが、陽性クローンを得ることができた。このクローンについてリパーゼ活性の検出を行った結果、リパーゼ活性を有していると考えられた。本研究では、クローンの大量生産には至らなかったが、リパーゼ生産菌のクローニングできることを確認したことは意義が大きい。今後は、遺伝子の解析、大腸菌内での発現について検討の必要がある。2)高密度培養昨年に引き続き実験室内で運転を継続した。その結果、昨年同様に99%以上の高除去率を確認した。流動特性については、確認できなかった。3)総合評価油脂分解菌のスクリーニングおよびクローニングは一応のめどがついたが、さらに大量生産に向けてその特性、DNAの解析等が必要である。高密度培養については、学寮の高純度廃油脂では99%以上の高除去率が得られたが、ラーメン店のそれは夾雑物が多く、問題を残した。現実には後者の方が多いと思われるので、今後の検討課題である。また、装置設置上の問題、経済性等の実用化に向けた検討が必要である。廃食用油脂の生物処理について以下の研究を行った。1)高速度油分解性微生物のスクリーニングラーメン店の油水分離槽から捕集した廃油脂を活性汚泥によって好気性処理したものをオリーブオイルを唯一の炭素源とする寒天培地で培養して、リパーゼ生産菌を分離した。次に、上記培養コロニーの中からオリーブオイルおよびラードを有効に資化・分解する細菌のスクリーニングを行った。その結果、オリーブオイルおよびラードを比較的よく資化・分解するNL07株を得ることができた。このNL07株はローダミンBで検定を行ったところ、高いリパーゼ活性を持つ細菌であることが分かった。2)高密度培養有効容積15Lの塩ビ製容器を制作し、ラーメン店および学寮の油水分離槽より採取した廃油脂を用いて高密度培養実験を行った。試料投入は1日3日に1回150250gを回分投入した。固液分離には分画分子量20.000のチューブラ型UF膜を用いた。酸素供給は、菌体濃度40,000mg/Lまでは空気曝気とし、それ以降は空気消費量が多くなり、発泡が激しく純酸素曝気とした。負荷量は容積1m3あたり14kg/dとし、菌体濃度、油分除去率を測定した。なお、除去率は投入した油分に対するCO2として揮散した油分の割合として求めた。苗体濃度は実験開始60日後以降30,00050,000mg/Lの間で推移した。除去率は、ラーメン店の廃油では、5080%、学寮の廃油では99%以上の高除去率が得られた。今後は、負荷量の限界、流動特性等のデータを収集し、さらに、菌体のクローニングを行い大量培養、実用化を目指したい。
多自然型川づくりに用いられる各種工法による酸素溶入量の評価に関する基礎的研究

河川横断構造物(堰や落差工)は利水と治水の役割のみでなく,曝気効果により河川の自乗作用を側面から支える働きがあるものもある.単純落差工による曝気効果については,現在までに多数の研究が発表され,定量的に評価するモデル式なども多数提案されている.しかしながら,河川に存在する構造物には単純落差工のような単純な構造物のみではなく,複雑な形状のものも多くみられる.本研究では,3カ所の堰と2カ所の粗石付き斜路を選定して,現地観測によりそれらの曝気効果を推定し,過去に提案されている単純落差工のモデル式を援用して,それらのモデル式の適応性をみるとともに,対象構造物が単純落差工と比較して,曝気効果が大きいのか小さいのかを評価した.すべての対象構造物に対して,観測結果とモデル式による計算結果は正の相関が見られたため,モデル式が大雑把にみると当てはまることが分かった.しかしながら,各対象構造物により,若干の違いが認められた.その違いは主に構造物の構造に起因していると推定された.つまり,対象とした堰は,落差が2段になっており,その間が,水平床あるいは斜路となっている.特に斜路の場合は,曝気効果が単純落差と比べて小さくなるようである.ただ,斜路に自然石などを埋め込み,表面に凹凸をつけると,石直上流部での跳水や水しぶき,そして比表面積の増加により曝気効率が高くなると推定された.その結果を受けて,2カ所の粗石付き斜路を対象に現地観測を行ない,単純落差工以上の曝気能力を持つことを確認した.さらに,粗石の配置密度と酸素輸送効率の関係を調べるため,酸素溶入に最も大きな影響を及ぼしていると考えられる跳水に注目し,跳水が発生するまでの距離と粗石の間隔との大小を比較することで,酸素輸送効率が異なることを示した.河川横断構造物(堰や落差工)は利水と治水の役割のみでなく,曝気効果により河川の自乗作用を側面から支える働きがあるものもある.単純落差工による曝気効果については,現在までに多数の研究が発表され,定量的に評価するモデル式なども多数提案されている.しかしながら,河川に存在する構造物には単純落差工のような単純な構造物のみではなく,複雑な形状のものも多くみられる.本研究では,3カ所の堰と2カ所の粗石付き斜路を選定して,現地観測によりそれらの曝気効果を推定し,過去に提案されている単純落差工のモデル式を援用して,それらのモデル式の適応性をみるとともに,対象構造物が単純落差工と比較して,曝気効果が大きいのか小さいのかを評価した.すべての対象構造物に対して,観測結果とモデル式による計算結果は正の相関が見られたため,モデル式が大雑把にみると当てはまることが分かった.しかしながら,各対象構造物により,若干の違いが認められた.その違いは主に構造物の構造に起因していると推定された.つまり,対象とした堰は,落差が2段になっており,その間が,水平床あるいは斜路となっている.特に斜路の場合は,曝気効果が単純落差と比べて小さくなるようである.ただ,斜路に自然石などを埋め込み,表面に凹凸をつけると,石直上流部での跳水や水しぶき,そして比表面積の増加により曝気効率が高くなると推定された.その結果を受けて,2カ所の粗石付き斜路を対象に現地観測を行ない,単純落差工以上の曝気能力を持つことを確認した.さらに,粗石の配置密度と酸素輸送効率の関係を調べるため,酸素溶入に最も大きな影響を及ぼしていると考えられる跳水に注目し,跳水が発生するまでの距離と粗石の間隔との大小を比較することで,酸素輸送効率が異なることを示した.本研究は河川環境保全を目的とした多自然型河川工法において用いられる各種工法の曝気性能を評価し,それをモデル化することである.初年度である今年は,対象としていた河川の河川工事が長引き,予定通り現地観測を実施することが出来なかったが,モデル化の進展状況と少ない観測事例から得られた結果について以下に報告する.1.モデル化堰や砂礫河床等の曝気性能を十分な精度でモデル化するには,まず流れのモデル化が必要となる.そのような場所での流れは射流と常流が混在した複雑な流れとなるため,それらを適切に再現できる数値スキームを採用する必要がある.これについては流れの方程式の移流項にRoeスキームを採用することで対処した.また,複雑な地形を適切に再現するために,Quadtree格子を採用し,数値モデルを完成させた.この成果は,雨水資源化システム学会誌に掲載された.本モデルを生態系保全に深く関わる河川構造物である魚道に対して適用し,うまく流れを再現することを確かめた.今後はこのモデルに曝気効果を表現するサブモデルを組み込み,溶存酸素分布を再現するモデルを作成する予定である.2.現地観測結果道後平野を東西に流れる重信川の下流の砂礫河床区間(約2km)において,砂礫河床区間での曝気性能を検討するために1週間連続の現地観測を行った.溶存酸素濃度は晴天日,曇天日共に明確な日周期があり,日中にピークをもち夜間は比較的一定値を保つことがわかった.上流側のピークは午後1時頃にあらわれ下流側は3時頃となる.下流の方がピークの濃度が高くなり,流下する間に曝気されていることが伺える.

ただ上流側の計測地点は水深が浅く,下流側は堰の直上流で,流れが少し停滞気味であり,溶存酸素変動に及ぼす付着藻類の影響が大きくなる可能性もあるので,その影響を差し引いて考えなければならない.これらは来年以降に検討する.河川横断構造物(堰や落差工)は利水と治水の役割のみでなく,曝気効果により河川の自乗作用を側面から支える働きがあるものもある.単純落差工による曝気効果については,現在注でに多数の研究が発表され,定量的に評価するモデル式なども多数提案されている.しかしながら,河川に存在する構造物には単純落差工のような単純な構造物のみではなく,複雑な形状のものも多くみられる.そこで,本研究では,愛媛県の松山市に存在する単純落差工ではない河川横断構造物の3個所を選定して,現地観測によりそれらの曝気効果を推定し,過去に提案されている単純落差工のモデル式(中曽根氏が提案したモデル式)を援用して,それらのモデル式の適応性をみるとともに,対象構造物が単純落差工と比較して,曝気効果が大きいのか小さいのかを評価した.対象とした構造物は松山市を流れる内川と小野川と大川に設置されているものである.モデル式で得られた値と実測値から推定された値を比べてみると,3個所とも正の相関が見られ,モデル式が大雑把にみると当てはまることが分かった.しかしながら,各対象構造物により,当然,若干の違いが認められる.その違いは主に構造物の構造に起因していると推定された.つまり,対象とした構造物は,落差が2段になっており,その間が,水平床あるいは斜路となっている.特に斜路の場合は,曝気効果が単純落差と比べて小さくなるようである.ただ,斜路に自然石などを埋め込み,表面に凹凸をつけると,石直上流部での跳水や水しぶき,そして比表面積の増加により曝気効率が高くなると推定された.近年,生態系への配慮から,単純落差工を緩傾斜の斜路に作り替えるようになってきているが,その場合,曝気効果を考えると,斜面に凹凸を作る必要のあることが,今回の観測から示唆された.河川横断構造物(堰や落差工)は利水と治水の役割のみでなく,曝気効果により河川の自乗作用を側面から支える働きがあるものもある.単純落差工による曝気効果については,現在までに多数の研究が発表され,定量的に評価するモデル式なども多数提案されている.しかしながら,河川に存在する構造物には単純落差工のような単純な構造物のみではなく,複雑な形状のものも多くみられる.昨年度までに斜路と単純落差工とを比較して,斜路による曝気効果は落差工と比べ小さいことを明らかにした.しかしながら自然石を配置して表面に凹凸をつけた斜路は落差工と同等の曝気能力を持つことが推定されたので,今年度は,2カ所の粗石付き斜路を対象に現地観測を行ない,単純落差工以上の曝気能力を持つことを確認した.曝気効果の増加は粗石の存在による跳水や水の飛散,比表面積の増大によるものである.粗石の配置密度と酸素輸送効率の関係を調べるため,酸素溶入に最も大きな影響を及ぼしていると考えられる跳水に注目した.粗石に水がぶつかるまでに流れが射流となっていれば跳水が発生すると考えられるので,限界水深が発生するまでの距離と粗石の間隔を比較した.対象とした2カ所の粗石付き斜路の1つは,限界水深が発生するまでの距離と粗石の間隔を比べると粗石の間隔の方が長く,跳水が発生すると考えられるのに対し,もう一方では粗石の間隔の方が短くなるので,跳水が発生しないと判断された.そして,観測結果から計算された酸素輸送効率は,それを支持する結果となった.限界水深が発生するまでの距離は,当然,流量によって異なってくるので,対象とする河川の平均流量から,効率的な曝気を行なうための粗石の間隔が求められることになる.
歩行運動の多様性発現に関わる脊髄内神経機構の構築・作動様式

【目的】本研究では左右後肢交互歩行リズムの基礎的発現・制御に関わる腰髄交連細胞機構の構築・作動様式の解明を目的としている.本年度はこの神経機構を構成する神経要素の形態的特徴の抽出を目的としてその軸索投射様式について解析した。【方法】ネコの大腿四頭筋支配連動ニューロン層が分布する第5腰髄レベルでVIII層交連細胞層を電気生理学的に同定し、順行性神経トレーサー(BDA)を局所注入した。4週間後に動物を灌流固定し、腰仙髄部の連続切片標本を作製した。BDA順行性標識軸索の中で腰髄中心線を交叉し注入反対側に進入する交連軸索群のL3-S2レベルにおける投射様式について解析した。【成績・考察】標識交連軸索群は走行方向により上行性、下行性、両方向性に分類され、中でも前2者が多数を占めた。また交連軸索には走行部位により前索・前側索を中心に走行する軸索群と側索まで移動する軸索群の2群が認められた。これら軸索群は交叉レベルと同髄節および隣接する髄節に対して強い投射を示したが、前者の軸索は主としてVIII-VII層に後者はIX層に投射した。連続切片上より交連軸索の走行軌跡を連続追跡し、単一軸索レベルの脊髄内分枝様式についても解析した。追跡同定された交連軸索の中で下行性および両方向性走行を示す軸索群は腰仙髄内で多数の軸索側枝を高頻度に分枝していた。しかし、上行性軸索群は中でも走行が腰髄内で終止する軸索は高頻度分枝を示したが、腰髄を越えてさらに吻側に走行する軸索の腰髄内分枝頻度は低かった。以上の成績よりVIII層交連細胞機構は多様な神経要素から構成されることが明らかとなり、この神経機構全体として左右後肢の交互リズム運動の多様性発現への関与が示唆された。以上の成績を平成14年7月の第26回日本神経科学大会(東京)および同年11月の第32回北米神経科学学会大会(Orlando,Florida)で発表した。【目的】本研究では1)歩行リズムの基礎的発現・生成に関わる脊髄神経機構と2)歩行リズムの修飾に働く脊髄神経機構の同定及び解明を目的としている。本年度は前者の解明を主たる目的として、左右後肢歩行リズムの協調的発現に関わる腰髄交連細胞機構の脊髄内線維投射様式について研究を進めた。加えて、歩行動作解析のための2次元ビデオ動作解析システム一式(Frame DIASII,DKH社)を購入し、歩行リズム修飾に関わる脊髄内神経要素の同定のための研究基盤整備も行なった。【方法】ネンブタール麻酔したネコの腰椎部に椎弓切除術を施し腰髄を露出した。手術終了後にネコを腰椎固定装置に固定し、腰髄硬膜上に開けた小孔より記録電極と神経トレーサー(BDA)注入用ピペットから成る2連ガラスピペットを脊髄内に刺入した。ネコ大腿四頭筋または下腿三頭筋支配神経に装着したカフ電極刺激により誘発されるフィールド電位の記録から腰髄VIII層を同定し、この部位にBDA(20%溶液)を微量(10nl)圧注入した。3-4週間の生存期間後、動物を灌流固定し脊髄を摘出した。腰仙髄部(L3-S2)の50μm連続横断切片を作製し、これらをABC/DAB法により反応し、BDA逆行性線維及び終末を可視化した。【成績・考察】連続切片をもとに順行性標識された交連線維の腰髄内投射について解析した。BDA注入部位からの交連軸索群は線維束を形成しながら前交連を通過し、その殆どが注入反対側の前索内に侵入した。これらの軸索群は多数の軸索側枝を分枝しながら前索内を上行または下行した。軸索側枝の多くは主として脊髄前角VIII-VII層に投射し、一部がIX層に投射した。前角内における線維投射密度はBDA注入レベルで最も高く、これより離れるに従い激減した。以上の成績から、左右のVIII層交連細胞群は相互に緊密な神経連絡を持つことが示され、これは左右歩行リズムの脊髄内局所における協調的発現に重要であると考えられた。以上の成績は平成13年11月の北米神経科学学会大会(San Diego)で公表した。

また交連軸索には走行部位により前索・前側索を中心に走行する軸索群と側索まで移動する軸索群の2群が認められた。これら軸索群は交叉レベルと同髄節および隣接する髄節に対して強い投射を示したが、前者の軸索は主としてVIII-VII層に後者はIX層に投射した。連続切片上より交連軸索の走行軌跡を連続追跡し、単一軸索レベルの脊髄内分枝様式についても解析した。追跡同定された交連軸索の中で下行性および両方向性走行を示す軸索群は腰仙髄内で多数の軸索側枝を高頻度に分枝していた。しかし、上行性軸索群は中でも走行が腰髄内で終止する軸索は高頻度分枝を示したが、腰髄を越えてさらに吻側に走行する軸索の腰髄内分枝頻度は低かった。以上の成績よりVIII層交連細胞機構は多様な神経要素から構成されることが明らかとなり、この神経機構全体として左右後肢の交互リズム運動の多様性発現への関与が示唆された。以上の成績を平成14年7月の第26回日本神経科学大会(東京)および同年11月の第32回北米神経科学学会大会(Orlando,Florida)で発表した。
機能性核酸の細胞内動的構造解析とＤＮＡ変換酵素のスライディングの活写

抗HIV-1因子であるAPOBEC3G(A3G)は一本鎖DNA特異的シトシン脱アミノ化酵素である。今年度は、標的とするCCC配列(三番目のCがUに変換される)をA3Gが見つけ出す際に、DNA鎖間を飛び移るいわゆる鎖間移動を経由する機構があることを見出し、論文発表した(Phys Chem Chem Phys, 2018)。38ヌクレオチド長の両端近くに一つずつCCC配列を配した基質DNAとCCC配列を含まないポリA配列DNAを競合DNAとして異なる比率で混合した試料を作製し、A3Gによる脱アミノ化反応を実時間NMR計測により観測した。解析の結果、競合DNAの濃度上昇に伴ってA3Gの反応効率は上昇し、基質DNA:競合DNA=1:5で極大値を示した後は反応効率が減少して行くことが明らかとなった。一方で、競合DNAの濃度上昇に伴ってA3Gのスライディング効果(3'→5'極性により検出)は単調に減少して行った。鎖間移動は、複数のDNA結合ドメインを有する転写因子などで、これまで見出されてきた。今回特筆すべきことは、A3Gの脱アミノ化ドメイン一つだけでも鎖間移動が有効に利用されることを見出したことである。A3Gが一本鎖DNA(ssDNA)をスライディングや鎖間移動する姿を高速AFMで観察することを試みてきた。まず、種々の要請を満足するために、ssDNAをDNAオリガミに固定することを提案していた。今年度は調製方法の検討を行い、DNAオリガミに固定化されたssDNAについて、質の高い像を高速AFMにより得ることに成功した。さらに、そこにA3Gを加え、高速AFMにより観察するための条件検討をはじめるに至った。種々の要請(スライディングの方向を知りたい、ssDNAの動きを抑えたいなど)を満足するために、ssDNAをDNAオリガミに固定することを提案していた。これまで調製効率が低いという問題があったが、調製方法の検討を行った結果、十分な量のDNAオリガミに固定化されたssDNAを得ることに成功し、質の高い高速AFM像を得た。目下、A3Gを加え、高速AFMにより観察するための条件検討をはじめたところである。これまでにヒトの培養細胞にDNAやRNAを導入してNMRスペクトルを得ることに成功していたが、さらにデータを取得することにより論文として発表することが出来た(Yamaoki, Phys Chem Chem Phys, 2018)。また、核酸の運動性や構造変化に関する情報を取得するために、NMR測定法の整備を行った。現在、長時間の測定での生細胞の死亡率を下げるためにバイオリアクターの改良を行っている。高速AFMによるA3Gのスライディング及び鎖間移動の観察について、今年度得られた知見に基づいて観測条件の改良を重ねていき、種々の疑問を明らかにする。in-cell NMRについては、バイオリアクターを導入して細胞の死亡率を下げると共に、長時間の測定を可能にする。また、核酸の運動性や構造変化に関する情報の取得を行う。

目下、A3Gを加え、高速AFMにより観察するための条件検討をはじめたところである。これまでにヒトの培養細胞にDNAやRNAを導入してNMRスペクトルを得ることに成功していたが、さらにデータを取得することにより論文として発表することが出来た(Yamaoki, Phys Chem Chem Phys, 2018)。また、核酸の運動性や構造変化に関する情報を取得するために、NMR測定法の整備を行った。現在、長時間の測定での生細胞の死亡率を下げるためにバイオリアクターの改良を行っている。高速AFMによるA3Gのスライディング及び鎖間移動の観察について、今年度得られた知見に基づいて観測条件の改良を重ねていき、種々の疑問を明らかにする。in-cell NMRについては、バイオリアクターを導入して細胞の死亡率を下げると共に、長時間の測定を可能にする。また、核酸の運動性や構造変化に関する情報の取得を行う。
A型およびB型サイクリンの細胞周期における発現と活性の調節

変細胞周期におけるA型およびB型サイクリンの発現をハムスターの細胞を用いてみるために,まず,ハムスターのA型およびB型サイクリンをヒトcDNAを用いて分離した。それを大腸菌の発現ベクターを用いて,タンパク質を大量生産させた。そのタンパク質を用いて抗体を作製した。野生型BHK21株においては,細胞周期における消長は他の生物種でみられたものと同様なパターンを示した。そこで,G1期からS期への進行が停止し増殖が止まる温度感受性異株tsBN462株におけるサイクリンA,B1の発現をみた。この株を非許容温度である39.5゚Cにおくと,サイクリンのA,B1のmRNA合成の誘導がみられず,また抗体を用いてタンパク質をみるとmRNAと同様なパターンを示した。許容温度である33.5°Cでは,それぞれ,S期の直前に合成されていることがわかった。これは野生型と同じパターンを示したことになる。いっぽうサイクリンA,B1と結合し,ヒストンH1のキナーゼ活性をもつcdc2の発現はどうなっているかをみた。これも,サイクリンと同様にmRNAとタンパク質レベルでみたところ,やはりサイクリンとほぼ同時期に合成が開始されていた。ただ,タンパク質レベルでは低血清下ですでにcdc2タンパク質は存在しており,この点が他と異なる。サイクリンは、細胞周期の各期で細胞内の存在量が大きく変動するタンパク質の1つである。このうちB1型とB2型は、カエル卵中のMPFの構成要素をなし、A型は、S期に作用点を有すると考えられている。我々は、体細胞におけるMPFの活性化機構を解析する目的で、ハムスタ-細胞BHK21株より、A、B1、B2、のそれぞれのサイクリンのcDNAを分離し塩基配列を決定した。得られたcDNAの長さは、塩基対でA=2719、B1=1530、B2=1390でありそれぞれA=421、B1=429、B2=397アミノ酸をコ-ドしていた。得られたcDNAをプロ-ブにmRNAの解析をした。A(約3kb)は、S期の初期から存在し、G2期までその量が上昇する事、またB1は2本のバンドを検出し(約1.8kbと約2.7kb)、いずれもS期の後半からM期にかけて量が増加すること、B2(約1.4kb)もB1と同様の結果を示すこと等がわかり、A型とB1、B2型は細胞周期で発現パタ-ンが異なることが明らかになった。これらのcDNAを用いて、大腸菌でタンパク質を発現させ、それぞれに特異的な抗体を得た。ウェスタンブロッティングでは、Aは約50kD、B1は約60kD、B2は約45kDのタンパク質として認識された。その発現量は、mRNAの発現量と相関し、A型はS期の最初から検出され、G2期まで量的増加がみられる。またB1、B2両型とも、S期後期からタンパク質の合成量が増加し、M期に最大となり、M期終了とともに減少した。また、それぞれの抗体を用いた免疫沈降物の有するヒストンH1キナ-ゼ活性も全く同じ変動を示した。B1型のサイクリンはcdc2タンパク質と、A型はcdk2タンパク質とそれぞれ複合体を形成することでそのキナ-ゼ活性を制御している。B2型のそれは不明であるので、今後、この点を解明して行きたい。細胞周期におけるA型およびB型サイクリンの発現をみるために、ハムスターの温度感受性変異株tsBN462を用いた。この変異株は、非許容温度39.5°CにおけるRNA合成の異常を示し,G1/S境界に停止する。この株を非許容温度において,サイクリンA,B1の発現をみると,合成の誘導が,mRNAレベルでみられず,タンパク質も出現していない。一方許容温度では,発現が誘導されており,また,細胞株はS期に入り,細胞周期を進行していた。野生株BHK21で同様の実験を行なったところ許容温度でも,非許容温度でも,どちらの遺伝子についても発現がみられた。

いっぽう,cdc2の合成をmRNAとタンパク質レベルでみると,mRNAはtsBN462株で,サイクリン遺伝子と同様のパターンを示した。タンパク質は,低血清の条件下では,かなりの量存在しており,G1/S期以降非許容温度で,タンパク量の増加がみられない点が許容温度と異なる点である。新たに合成されたサイクリン遺伝子群のタンパク質と新たに合成されたcdc2が相互作用することを示唆するデータが得られた。
B型肝炎ウイルス感染性粒子（Dane粒子）の出芽部位の同定

B型肝炎ウイルス(HBV)感染性粒子(Dane粒子)の生化学的性状に関して、特定のヘビ毒由来の分泌型ホスホリパーゼA2 (CM-II-sPLA2)がHBV粒子の感染性をどのように阻害するのかについて、C型肝炎ウイルス(HCV)と比較しながら検討した。まず、sPLA2処理HBVの標的細胞への吸着は非処理対照HBVと同程度であることを明らかにした。一方、sPLA2処理HCVの標的細胞への吸着は非処理対照HCVに比べて著しく減弱した。密度勾配超遠心法によりウイルス粒子を分画したところ、sPLA2処理HCV粒子のピークは全く検出されないほど強く傷害されたと考えられたが、sPLA2処理HBV粒子のピークは少し密度が大きい方に移動したが、明瞭なピークは残存していた。電子顕微鏡ネガティブ染色法により、sPLA2処理HBV粒子は非処理HBV粒子とほぼ同様の粒子構造を保っていた。次いで、sPLA2処理していないHBV粒子を4°Cで標的細胞に吸着させた後に37°Cで培養し、一定時間してからHBV吸着細胞をsPLA2で処理する実験では、37°C培養開始後40分以内にsPLA2処理を行った場合に、37°C培養開始直後のsPLA2処理の場合と同程度の強いHBV増殖阻害を示した。以上の結果より、sPLA2はHBV粒子の細胞への吸着には有意の影響を及ぼさないが、その後の侵入・脱殻の過程を著しく阻害すると考えられた。HBV感染性粒子の出芽部位を検討する目的で、小胞体(ER)機能に重要な役割を果たすことが知られているSEC24をsiRNAでノックダウンしたHBV複製細胞から分泌されるHBV粒子の量をHBV DNAを指標にして比較解析したが、ノックダウン細胞と対照細胞の間で有意な差は見られなかった。HBV粒子(Dane粒子)の感染性に及ぼすsPLA2の阻害作用を、HCV粒子と比較しつつ明らかにすることができた。また、密度勾配超遠心分画解析や電子顕微鏡ネガティブ染色解析により、HBV粒子とHCV粒子に及ぼすsPLA2の作用の違いを明確にすることができた。さらに、sPLA2のHBV阻害作用は、細胞への吸着過程ではなく、侵入・脱殻過程に及ぼされることを明らかにした。ER-Golgi系分泌経路に重要な役割を果たしているSEC24アイソフォームのsiRNAによるノックダウン実験をより確実に再現するとともに、MVB機能に重要な役割を果たしているATG5やTSG101を特異的siRNAによりノックダウンし、HBV複製細胞からのHBV感染性粒子の産生が抑制されるか否かについて調べる。同様に、U18666AなどのMVB阻害剤の影響についても調べる。これらの結果より、HBV感染性粒子の出芽におけるERやMVBの関与を考察する。
直積量子化の大幅な高速化と安定化による超高性能最近傍探索

大規模画像に対する高速最近傍探索の有力技術の一つが直積量子化(PQ)である。この直積量子化に対して、飛躍的に計算効率、メモリ効率を高めることを目的として、以下の研究を行った。(1)効率的な密空間分割PQ:複数のクラスタ中心ベクトルの組み合わせによる効率的な密な空間分割による最近傍探索(2)PQTable:ハッシュテーブルを用いた直積量子化の効率化(3)PQkmeans:大規模クラスタリングを可能にするPQ領域での高速、省メモリなkmeans(4)Residual Expansionアルゴリズム:kmeans等の非凸最小二乗問題に対する効果的な高速最小化手法大規模画像に対する高速最近傍探索技術の中で最高性能を誇る技術の一つが直積量子化(PQ)である。この直積量子化に対して、飛躍的に計算効率、メモリ効率を高めることを目的としている。具体的には、以下の研究を進めた。(1)複数のクラスタ中心ベクトルの組み合わせによる密な空間分割による効率のよい最近傍探索:直積量子化では、事前に空間分割を行い、複数のクラスタを作る。クラスタ中心点との距離を計算することで、特徴ベクトルを一番近いクラスタに割り当て、特徴量のインデクシングを行う。大量の高次元特徴量ベクトルに対する最近傍探索のためには、大量のクラスタを持つ密な空間分割が必要である。しかし,空間分割の処理時間はクラスタ数に比例するため、大量のクラスタを生成するには,長時間が必要となる。本提案では、特徴量ベクトルの複数近傍のクラスタ中心点を用いることで、大量のクラスタを生成する手法を提案した。この密な空間分割により、最近傍探索の効率を向上した。既存のIVFADCに比して、同一のクラスタ中心数でも、分割密度を上げることができ、検索時間を半分にすることができることを示した。(2)PQTable (ハッシュテーブルを用いた直積量子化の効率化):PQコード自身を利用したハッシュテーブルであるPQTableを提案した。クエリに対するデータエントリが空の場合に対応するために、近傍候補の生成法を提案し、大きな次元数に対応するため、テーブルの分割・統合法を提案した。PQTableを用いることで、線形探索PQと全く同一の検索結果を導くことができるとともに、高速であり、10億個の128次元データを有するデータセットに対して、通常のPQに比して、2桁から5桁倍高速に動作することを明らかとした。なお,転置インデックスを用いた従来の検索手法等と比べて、提案手法では、種々のパラメータの人手による調整が不要である。直積量子化に対しての高効率な速度、メモリ消費による当初の目標は、当初の予想を上回る状況で実現できた。研究成果は、コンピュータビジョンのトップコンファレンスであるIEEEICCV,画像処理の最大の会議であるIEEE ICIPにて論文は採択され、発表した。大規模画像に対する高速最近傍探索技術の中で最高性能を誇る技術の一つが直積量子化(Product Quantization, PQ)である。H27年度に、(1)複数のクラスタ中心ベクトルの組み合わせによる密な空間分割による効率のよい最近傍探索(2)PQTable:ハッシュテーブルを用いた直積量子化の効率化についての研究を進めた。特に後者は、従来手法と比べて、種々のパラメータの人手の調整が不要であり、通常のPQに比して、2桁から5桁倍高速に動作することを明らかとした。(1)については、画像処理最大の会議であるIEEE ICIP、(2)については、コンピュータビジョンのトップコンファレンスであるICCVで論文を発表した。H28年度は、さらに、スコープを広げ、下記の検討を進めた。(3)Residual Expansionアルゴリズム-非凸最小二乗問題に対する効果的な高速最小化手法:クラスタ中心を求めるKmeansアルゴリズムといった非凸の最小2乗問題に対して効果的な新しい解法を提示した。Kmeansを例にとれば、最適化の繰り返しのたびに、データ点をわずかに代表点に対して残差方向に拡大することで、より良い最適化が、高速に行えることを示した。Kmeans,点群レジストレーション、OPQ (Optimized Product Quantization),ボケ除去など広い適用を示した。(4)PQkmeans -PQ領域でのデータ処理:省メモリで高速な演算を可能とするPQを用いて、10億以上のデータ点のクラスタリングを1台のPCで可能とするPQkmeansを提案した。PQ領域においての交互最適化の手法を示した。(3)については、コンピュータビジョンのトップコンファレンスであるCVPR2017に論文が採択され、発表予定であり、(4)については、論文投稿中である。(1)効率的な密空間分割PQ:複数のクラスタ中心ベクトルの組み合わせによる効率的な密な空間分割による最近傍探索(2)PQTable:ハッシュテーブルを用いた直積量子化の効率化(3)PQkmeans:大規模クラスタリングを可能にするPQ領域での高速、省メモリなkmeans(4)Residual Expansionアルゴリズム:kmeans等の非凸最小二乗問題に対する効果的な高速最小化手法PQの高効率化については、当初の期待以上の進展が得られたため、さらに新たに二つの課題も検討している。(1)クラスタ中心を求めるkmeans

アルゴリズムのロバスト推定:長らくスタンダードとして用いられてきたkmeansアルゴリズムに関して、ロバスト最適化の観点からの検討を行う。(2)PQコード空間でのデータ処理:データべース内のPQコード表現されたデータに対しての演算処理をデコードすることなく進める処理について検討する。マルチメディア、画像処理、コンピュータビジョン研究計画は順調に進み,研究計画全体が効率よく動いたため.順調に進んだ研究にあわせて,さらに設定した一段進んだ処理課題に関して支出する.
行動リズムを駆動するヒト末梢時計に対する身体運動の同調効果

身体運動はヒト生物時計の同調因子かどうか、同調因子とすればその機序は何かを明らかにする目的で、時間隔離実験室において睡眠位相を強制的に8時間前進させる脱同調プロトコールを用いて検討した。健常男性成人を対象とし、自転車エルゴメーターによる身体運動を一日の一定時刻に休憩をはさんで2時間のトライアルを2回負荷して、概日時計(中枢時計)の支配を受ける血中メラトニンリズムや深部体温リズムと、末梢時計の支配を受けていると考えられる睡眠覚醒リズムを以下の条件下で同時測定した。その結果、約10ルックスの低照度下では、睡眠覚醒リズムの再同調は身体運動により促進されたが、血中メラトニンリズムは位相後退し、身体運動には影響されなかった。一方、約5,000ルックスの高照度下では、睡眠覚醒リズムは身体運動の有無にかかわらず再同調した。、また血中メラトニンリズムは位相前進したが完全には再同調せず、身体運動は位相前進に影響しなかった。以上の結果から、身体運動は睡眠覚醒リズムに同調促進効果をもつが、その効果は高照度下では隠蔽(マスキング)されることが示された。1.位相前進パラダイムにおける身体運動の効果時間隔離実験室において、1晩の徹夜の後に通常の睡眠時間を8時間位相前進させる脱同調パラダイムを4日間行い、その後被験者の概日リズムをフリーランさせた。光同調を抑制する目的で、実験室の照度は10ルックス以下とした。自転車エルゴメーターによる1日4時間の身体運動を位相前進スケジュールの4日間被験者に負荷した。概日リズムの指標として血中メラトニンを1時間ごと24時間にわたり測定し、実験開始日、シフト最終日、フリーラン最終日のリズム位相を求めた。その結果、睡眠覚醒スケジュールの8時間位相前進にも関わらず、メラトニン概日リズムは位相後退し、24時間より長い周期でフリーランした。身体運動の有無による位相変位には有意な差は認められなかった。一方、睡眠覚醒リズムのシフトスケジュールへの再同調は、身体運動を負荷した被験者で有意に促進していた。睡眠覚醒リズムとメラトニンリズムは内的脱同調を示したが、フリーラン時に両者は再同調した。リズム再同調過程は2つのリズム位相差に依存し、特有の位相反応性を示した。これらの結果より、身体運動は睡眠覚醒リズムの再同調は促進するが、概日リズムには効果が少ない事が判明した。2.低照度下におけるフリーラン周期次年度に予定している8時間位相後退パラダイムの対象実験として、10ルックス以下の低照度下で10日間のフリーラン実験を行った。その結果、睡眠覚醒リズムでは7名中4名の被験者でリズム位相が後退したが、3名はほとんど後退しなかった。低照度下では、フリーラン周期がより24時間に近くなる可能性が示唆された。1.行動リズムと概日リズムの共役解析時間隔離実験室において、8時間の位相前進による脱同調プロトコールを低照度下(<10ルックス)で4日間行い、被験者に自転車エルゴメーターによる身体運動(2時間×2回)を覚醒期間に負荷し、その後被験者をフリーラン条件下に置いて、睡眠覚醒リズムと概日リズム(血中メラトニンリズム)との共役関係の変化を解析した。その結果、身体運動を負荷した実験群では、負荷しない対象群に比較し、睡眠覚醒リズムの再同調は有意に促進したが、血中メラトニンリズムの位相は変化せず、2つのリズムの共役は対象群より低下した。一方、5,000ルックスの高照度下で脱同調プロトコールを負荷すると、実験群では睡眠覚醒リズムだけでなくメラトニンリズムの再同調も促進し、両者の共役関係は維持された。この結果から、身体運動は睡眠覚醒リズムだけでなく、概日リズムに対する高照度光の同調作用を促進することが示された。2.身体運度の位相反応曲線の作成10ルックス以下の低照度下で自転車エルゴメーターによる4時間の身体運動を異なる睡眠覚醒リズム位相で4日間連続負荷し、メラトニンリズムを指標として概日リズム位相反応曲線の作成を試みた。その結果、覚醒期の前半及び後半の運動負荷はメラトニンリズム位相に有意な影響を及ぼさなかった。この結果から、身体運動は低照度下では概日リズムの位相に影響しないことが示唆され、前記の実験結果と一致した。8時間位相前進

プロトコールによる身体運動の血中メラトニンリズムに対する効果低照度かにおける1日1回(2時間)4日間連続の身体運動は、血中メラトニンリズムに有意な位相反応を起こさなかったことから、低照度環境下での身体運動のリズム同調効果は疑問視された。そこで、8時間位相前進プロトコールを高照度光下で行うことにより、4日間連続しておこなった2時間の身体運動のメラトニンリズムに対する効果を検討した。1)実験方法9名の被験者を、対照群(4名)、運動群(5名)に分け、2時間の身体運動を起床4時間後からと6時間からの1日2回行わせた。運動負荷には自転車エルゴメーターを用いた。被験者は、隔離実験室に入った第1日目の夜に睡眠脳波を取り、翌日の起床後10時から1時間ごとの採血を行い、血中メラトニンリズムを測定した(前値)。第3日から睡眠覚醒スケジュールを8位間位相前進させ、被験者の睡眠時間をZT8からZT16の8時間に限定した。室内を低照度とし、4日間連続して同じ時刻に身体運動を負荷した。身体運動負荷の4日目に24時間採血を行い、血中メラトニンリズムを測定した。その後、被験者をフリーラン条件下におき、6日日に血中メラトニンリズムを測定した。2)実験結果睡眠覚醒リズムは4日間の位相前進プロトコールで対照群、運動群ともに新しいスケジュールに同調した。一方、血中メラトニンリズムは両群とも同程度の位相前進を示したが、新しいスケジュールに完全には同調しなかった。その後のフリーランセッションでは、メラトニンリズムは両群とも同程度に位相後退した。3)結論4日間連続して行った高照度下で行った身体運動は、低照度下よりも有意に大きな位相反応を血中メラトニンリズムに示したが、対照群以上の効果はなかった。身体運動の位相変位促進効果は光を介している可能性がある。