hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい希土類元素含有M型フェライト化合物の探索・合成とその応用

本年度は、初年度の研究において新たに存在が確認されたLa-Na,La-KおよびLa-Rb系M型フェライトを高体積分率で合成するための最適組成および最適焼成条件を確立すること、ならびに新たな希土類含有M型フェライトの合成を試みることを目的とし、以下の結果を得た。X線リ-トベルト解析および磁化測定より、各希土類含有M型フェライトを高体積分率で得る最適の条件は以下のとおりであった。・La-Na系組成:(La_<0.5>Na_<0.5>)O・4Fe_2O_3,焼成条件:1573K-3時間大気中後急冷La-K系組成:(La_<0.7>K_<0.3>)O・5Fe_2O_3,焼成条件:1573K-3時間大気中後急冷La-Rb系組成:(La_<0.7>Rb_<0.3>)O・6Fe_2O_3,焼成条件:1573K-3時間大気中後急冷この焼成条件により、各フェライトとも90%以上の高い体積分率が達成された。なお、アルカリ金属の焼成中の蒸発を抑制するためには、ペレットを同一組成の粉末で覆うことが有効であることも確認された。(2)新規希土類含有M型フェライトの探索新たな希土類含有M型フェライトの探索を試み、La-Zn系においてアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有しないM型フェライトの存在が見出された。その組成および焼成条件は以下のとおりであった。この新規希土類含有M型フェライトは、従来M型フェライトの安定な合成には不可欠と考えられていたアルカリ金属およびアルカリ土類金属を全く含有しない点、および非磁性のZnイオンがフェリ磁性のマイナ-スピンサイトに入る可能性があり従来のM型フェライトの磁化を超える可能性を有する点で注目される。リ-トベルト解析の結果、50hの焼成と粉砕を3回繰り返すことによりLa-Zn系M型フェライトの体積分率は96%に達することが明らかとなった。本研究の目的は、希土類元素を含有した新しいフェライト化合物の探索を第一の目的とする。具体的には、希土類元素としてLa,Ce,Pr,Nd,SmおよびGd、アルカリ金属元素としてLi,Na,K,RbおよびCsを選択し、希土類-アルカリ金属系フェライトにおけるM型フェライトの探索を試みる。つづいて新規M型フェライト化合物の単相化、ならびにその新規化合物の結晶構造解析を行い、磁気的性質についても検討する。1)希土類-アルカリ金属系フェライトの生成相希土類元素としてLa,Ce,Pr,Nd,SmおよびGd、アルカリ金属元素としてLi,Na,K,RbおよびCsを選択し、希土類-アルカリ金属系フェライトにおける生成相を焼成温度を変化させ、調査した。その結果、M型フェライト相はLa-Na系においては焼成温度1473K以上、La-K系においては1573K以上、La-Rb系においては1673Kで存在が認められたが、その他の希土類-アルカリ金属系ではM型フェライト相の存在は認められていない。(2)希土類-アルカリ金属系M型フェライト単相の合成これらM型フェライト相の存在が認められた希土類-アルカリ金属系では配合組成を変化させることにより、M型フェライトの量が変化することが確認されており特に、配合組成を(La_<0.5>Na_<0.5>)0・4Fe_2O_3,(La_<0.7>K_<0.3>)0・5Fe_2O_3組成とすると、M型フェライトが高井体積分率で含有する試料が得られるとさている。しかしながら、このようにFe_2O_3の少ない配合組成で合成されたM型フェライトについての報告はこれまでになく、興味が持たれる。(3)希土類-アルカリ金属系M型フェライトの結晶構造と磁気的性質合成された希土類含有M型フェライトの結晶構造をリ-トベルト解析により決定し、磁気的性質(を測定したところ、La-K試料が飽和磁化が最も高く、72.1μWb・m・kg-1、キュリー温度は716Kであった。

なお、アルカリ金属の焼成中の蒸発を抑制するためには、ペレットを同一組成の粉末で覆うことが有効であることも確認された。(2)新規希土類含有M型フェライトの探索新たな希土類含有M型フェライトの探索を試み、La-Zn系においてアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有しないM型フェライトの存在が見出された。その組成および焼成条件は以下のとおりであった。この新規希土類含有M型フェライトは、従来M型フェライトの安定な合成には不可欠と考えられていたアルカリ金属およびアルカリ土類金属を全く含有しない点、および非磁性のZnイオンがフェリ磁性のマイナ-スピンサイトに入る可能性があり従来のM型フェライトの磁化を超える可能性を有する点で注目される。リ-トベルト解析の結果、50hの焼成と粉砕を3回繰り返すことによりLa-Zn系M型フェライトの体積分率は96%に達することが明らかとなった。
バイオルミネッセンスによる流体の応力分布計測法開発への挑戦

この研究は,力学的刺激に対して発光する体長約数十μm程度の微生物を計測メディアとして流体中に混入し,微生物の発光分布から流体にはたら流体力分布を算定する計測法を開発するものである.短時間に主応力が変化する衝撃動圧力下において,最大圧力,力積は平均最大発光強度と高く相関し,また剥離を伴う振動流境界層内のせん断力分布と発光強度の統計量ものまた相関する.決定した線形較正式からこれら流体力を決定できる.この研究は,力学的刺激に対して発光する体長約数十μm程度の微生物を計測メディアとして流体中に混入し,微生物の発光分布から流体にはたら流体力分布を算定する計測法を開発するものである.短時間に主応力が変化する衝撃動圧力下において,最大圧力,力積は平均最大発光強度と高く相関し,また剥離を伴う振動流境界層内のせん断力分布と発光強度の統計量ものまた相関する.決定した線形較正式からこれら流体力を決定できる.●渦鞭毛藻類Pyrocystis lunula(PL)を計測メディアとして透明耐圧容器に水と共に封入し落錘型動圧力試験機上で種々の動圧力及び加重速度,加重繰り返し数に対するBL強度及びBL継続時間について申請者及び大学院生により画像計測を行った.この画像計測において,カメラと同期した動圧力計によって同時計測された水圧と比較し,BLの応答の統計量を基に精度や信頼性並びに最適較正値を明らかにした.水圧に対するケーススタディを通して,申請者が動圧力に対する発光確率の時空間変化と生物パラメータ(個体数,水温,バイオリズム)との基礎的関係を明らかにした.●同一のプランクトンPLを現有の振動流装置内に流体に混入させ,底面境界層近傍のせん断力と発光確率の時空間変化,および生物パラメータとの関係を調査した.せん断流中におけるBLの時空間変化を定量的に計測し,圧力,せん断力あるいは法線応力,接線応力の分離評価の可能性を調査する.また,底面の粗度や形状によるせん断力変化についてのパラメータスタディを行った.計測されたBL変化は,現有のUltrasonic Velocity Profiler(UVP)によって計測した流速分布及び解析解から与えられるせん断力との比較から精度や不確実性並びに最適較正値が決定された.また,生物発光応答とバイオリズム,細胞分裂周期との関係を調査した.これについては,今年度も継続して実験を行う予定である.・渦鞭毛藻類Pyrocystis lunula(PL)を計測メディアとして透明耐圧容器に水と共に封入し落錘型動圧力試験機上で種々の動圧力及び加重速度,加重繰り返し数に対するBL強度及び肌継続時間について,動圧力に対する発光確率の時空間変化と生物パラメータ(個体数,水温,バイオリズム)との基礎的関係をモデル化し,その成果が国際的な流体計測の専門誌であるExperiments in Fluidsに掲載された.・同一のプランクトンPLを現有の振動流装置内に流体に混入させ,底面境界層近傍のせん断力と発光確率の時空間変化,および生物パラメータとの関係を調査し,既に開発済みである面的流体運動計測法であるSuper Resolution Particle Imaging Velocimetry(SRPIV)によって,得られた流体の歪,乱流統計量との関係を明らかにしました.BL強度分布は流体の歪に強く相関し,乱れエネルギーとは剥離イベント発生時に変化する.即ち,流体せん断力とBL強度分布は強く関係しており,BL分布の画像計測によりせん断力の面的分布を推定可能であることが明らかになった.この成果は,土木学会論文集B2(海岸工学)で掲載された.衝撃水圧計測,振動流中の乱流境界層内のせん断力計測により,力学的刺激に応答し発光する渦鞭毛藻Pyrocystislunulaを海水中に混入し画像計測を行うことで,非接触で流体中の衝撃圧及びせん断力分布を計測可能であることを明らかにし,当初の研究目的を達成した.衝撃圧に対しては,P.lunulaを計測メディアとし,海水を充填した立方体容器に一定の個体密度で混入し可動式容器蓋で密閉する.落錘を容器蓋に衝突させ,容器内の海水中に一様な衝撃力を与え生物発光分布を高速高感度カメラにより動画像計測すると同時に,同期したロードセルにより実圧力を計測した.画像上の発光輝度は,予め生物発光による起電力をフォトダイオードによって計測し,その較正値をもとに起電力として正規化される.発光輝度のバイオリズム依存性を表す条件付き確率密度関数を提案すると共に,ロードセルによる実圧力と輝度の線形相関関係から,発光強度から衝撃圧と力積を決定する経験的近似較正式を提案した.せん断力については,海水を充填した小型U字型振動流装置水路内に一定の個体密度のP.lunulaを混入する.水路下面に砂蓮形状モデル底面を固定し,電動アクチュエータに接続したエアシリンダーによる空圧変動によりU字管内に正弦振動流を発生させた.底面上砂蓮上で振動流に輸送されながら発光するP.lunulaの分布を高感度カメラで撮影した.Super resolution PIVによって取得した流速分布から決定した歪率と発光輝度には線形相関関係があることが明らかになり,発光強度をパラメータとしたせん断力を見積もる近似較正式を提案した.生物発光は流体力の変化速度に依存するため,動圧力とせん断力の変化速度の大きく異なる流れ場に本計測法を適用することにより,どちらか一方の応力のみを抽出することができる.開発した生物発光をベースにした画像計測法により,水中の流体応力分布を非接触で決定することが可能となるため,多様な分野において応用が可能なものと考える.
希土類ドデカボライドの単結晶育成と純化

高周波加熱によるフローティングゾーン法により,各種希土類六硼化物単結晶が作成できる。この中でLa, CeからSmに至るまでは、高融点(2500°C)ではあるが、コングルエント溶融のため比較的容易に単結晶を作成することが可能である。またフローティングゾーン法を繰り返すことによる純良化により、ドハース測定も可能である。これらの研究の過程で我々はインコングルエント溶融系物質の単結晶化の手法を着想し、それを重希土類六硼化物およびHoB_<12>に於て実現することに成功した。本研究の目的はこのHoB_<12>に引き続いて他の希土類ドデカボライドの単結晶育成とその純化である。特に、YbB_<12>は多くの物性的問題を内在する物質であり、とくに力が注がれた。単結晶作成のためにまず既設反応炉を使い、反応式RE_2O_3+27B→2REB_<12>+3BO、にて反応を行わせた。その際、RE-B系には4つの相が確認されているが、比較的低温度(1700°C)に於ける反応ではREB_4が、中程度の温度(1800°C)に於ける反応ではREB_6が、比較的高温度(1900°C)に於ける反応ではREB_<12>が、又高温度2000°C)に於ける反応ではREB_<66>が反応物として生じてくることが解かったので、歩留まり良く反応を行わせることができた。更にREB_4は塩酸に、REB_6は硝酸に溶けるが、目的のREB_<12>は塩酸にも硝酸にも溶けないので分離は容易である。反応物は微粉末化され、酸処理後、燒結された。次いで既設高温高圧電気炉を使用し単結晶化を行った。
確率統計論的な液状化領域の空間分布予測によるライフラインの液状化対策範囲の決定法

1.1948年の福井地震,また1993年に発生した釧路沖地震,能登半島沖地震,北海道南西沖地震の震害資料を詳細に調査した.その結果,何れの地震においても液状化に伴う地盤変状によってライフライン被害が多数発生していることが明らかとなった.また,管路の構造的強度を高める対策だけで不十分であり,地盤改良による対策の必要性が高いことなど,液状化対策を行う上での問題点を提起した.ボーリングデータを用いた液状化予測法であるF_L値法とP_L値法を取り上げ,N値,土質,地下水位,地震加速度などのパラメータに対する感度解析を行った.その結果,空間的なばらつきを持つN値や不確定性の高い地震加速度の取り扱いに注意する点など,両手法を用いて液状化予測を行う上での問題点を明らかにした.3.希少なボーリングデータから確率論的また統計論的に液状化領域の空間分布を推定する手法として,形状関数を用いた方法,Kniging法を用いた方法,多次元ガウス分布を用いた方法の3つの手法を提案した.また,2.で検討した結果を考慮しながら,福井地震をケーススタディとして本手法の有効性を検討した.その結果,何れの手法も有効であることが明らかとなったが,地震物性値の空間分布を考慮している点,また利用の簡便さなどからKinging法を用いた方法が最も有効的であることを示した.4.3.で提案した手法を用いた最適ボーリング調査地点の決定法を提案し,ライフラインの液状化対策範囲を決定する上での有効性を検討した.その結果,比較的少ないボーリングデータを用いて,対象地区の液状化領域の空間分布がある程度精度良く推定できることが明らかとなった.1.1948年の福井地震,また1993年に発生した釧路沖地震,能登半島沖地震,北海道南西沖地震の震害資料を詳細に調査した.その結果,何れの地震においても液状化に伴う地盤変状によってライフライン被害が多数発生していることが明らかとなった.また,管路の構造的強度を高める対策だけで不十分であり,地盤改良による対策の必要性が高いことなど,液状化対策を行う上での問題点を提起した.ボーリングデータを用いた液状化予測法であるF_L値法とP_L値法を取り上げ,N値,土質,地下水位,地震加速度などのパラメータに対する感度解析を行った.その結果,空間的なばらつきを持つN値や不確定性の高い地震加速度の取り扱いに注意する点など,両手法を用いて液状化予測を行う上での問題点を明らかにした.3.希少なボーリングデータから確率論的また統計論的に液状化領域の空間分布を推定する手法として,形状関数を用いた方法,Kniging法を用いた方法,多次元ガウス分布を用いた方法の3つの手法を提案した.また,2.で検討した結果を考慮しながら,福井地震をケーススタディとして本手法の有効性を検討した.その結果,何れの手法も有効であることが明らかとなったが,地震物性値の空間分布を考慮している点,また利用の簡便さなどからKinging法を用いた方法が最も有効的であることを示した.4.3.で提案した手法を用いた最適ボーリング調査地点の決定法を提案し,ライフラインの液状化対策範囲を決定する上での有効性を検討した.その結果,比較的少ないボーリングデータを用いて,対象地区の液状化領域の空間分布がある程度精度良く推定できることが明らかとなった.
HDAC classIIa阻害によるアポトーシス誘導を応用した新規膵癌治療の開発

膵がん細胞株に対し、HDAC class IIa選択的阻害剤TMP269が濃度依存性に細胞増殖抑制効果を有する事をMTTアッセイにより確認した。細胞増殖抑制効果の機序を検討したところ、TMP269ではG1アレストが引き起こされている事が認められ、HDAC class II選択的阻害剤では、アポトーシスではなく、細胞周期抑制を介した抗腫瘍効果をもたらしている事が示された。次に細胞周期抑制の機序を検討したところ、TMP269治療群では、G1周期に関するCDK2, 4, 6, Cycline DおよびEの発現がいずれも低下しており、これらの発現低下によるG1→Sへの移行が抑制された為と考えられた。さらに、TMP269によるG1周期抑制効果の機序を検討した。HDAC class IIaが主に転写調節因子に関与することから細胞周期に関与する転写調節因子をPCR arrayにより検討したところ、TMP269によりCDK等の上流に位置するFOXO3aの発現が亢進していることが示された。gene expression profiling dataの解析により、膵癌では、FOXO3aの発現が抑制されており、低発現が予後に影響を与えている可能性が示され、TMP269により抑制されたFOXO3aの発現亢進を介して細胞周期に関与し、細胞増殖抑制効果を示したものと考えられた。膵がん細胞は、多くが、p53の遺伝子変異を有しており、その下流のCD K阻害作用を有するp21の発現が抑制されている。p21について、検討したところ、TMP269により発現の亢進が認められ、HDAC class IIa阻害によりp21の誘導が細胞増殖抑制効果をもたらしたと考えられた。さらにこの効果は、P53 null細胞株であるAsPC-1においても認められた事から、P53非依存的にもたらされていると考えられた。まず膵がん細胞株に対して、HDACclass IIa選択的阻害剤TMP269およびHDAC class IIb選択的阻害剤Tubastatin Aが濃度依存性に細胞増殖抑制効果を有する事をMTTアッセイにより確認した。細胞増殖抑制効果の機序を検討したが、想定していたアポトーシスは認められず、TMP269ではG1アレストが、Tubastatin Aでは、G2Mアレストが引き起こされている事が確認された。この結果から、ヒストン修飾に関与するHDAC Class I阻害剤とは異なり、HDAC class II選択的阻害剤では、アポトーシスではなく、細胞周期抑制を介した抗腫瘍効果をもたらしている事が示唆された。膵がん細胞は、多くが、p53の遺伝子変異を有しており、その下流のCDK阻害作用を有するp21の発現が抑制されている。p21について、検討したところ、TMP269により発現の亢進が認められ、HDAC class II阻害によりp21の誘導が細胞増殖抑制効果をもたらしたと考えられた。さらにこの効果は、P53 null細胞株であるAsPC-1においても認められた事から、この働きがP53費依存的にもたらされている可能性が示唆された。当初アポトーシス誘導を想定していたが、予想と反し、アポトーシスではなく、細胞周期抑制がみとめられた。しかし、細胞周期抑制の機序を検討し、有望な結果が得られており、このままさらに検討して行きたいと考えている。まず膵がん細胞株に対して、HDAC class IIa選択的阻害剤TMP269が濃度依存性に細胞増殖抑制効果を有する事をMTTアッセイにより確認した。細胞増殖抑制効果の機序を検討したところ、TMP269ではG1アレストが引き起こされている事が確認された。この結果から、HDAC class II選択的阻害剤では、アポトーシスではなく、細胞周期抑制を介した抗腫瘍効果をもたらしている事が示唆された。次に細胞周期抑制の機序を検討したところ、TMP269治療群では、G1周期に関するCDK 2, 4, 6, Cycline DおよびEの発現がいずれも低下しており、これらの発現低下によるG1→Sへの移行が抑制された為と考えられた。さらにこの効果は、P53 null細胞株であるAsPC-1においても認められた事から、この働きがP53非依存的にもたらされている可能性が示唆された。HDAC class IIa阻害による細胞増殖抑制効果をより増強させる為、P21のプロテアソーム依存性分解を阻害することを目的として、プロテアソーム阻害剤Carfilzomibを併用したところ、より増強されたP21の発現誘導および細胞増殖抑制効果が認められ、新規治療薬として有望と考えられた。単独では腫瘍増殖抑制効果は不十分だったが、プロテアソーム阻害剤との併用によりより増強された細胞増殖抑制効果をもたらすことが示された。

次に細胞周期抑制の機序を検討したところ、TMP269治療群では、G1周期に関するCDK2, 4, 6, Cycline DおよびEの発現がいずれも低下しており、これらの発現低下によるG1→Sへの移行が抑制された為と考えられた。さらに、TMP269によるG1周期抑制効果の機序を検討した。HDAC class IIaが主に転写調節因子に関与することから細胞周期に関与する転写調節因子をPCR arrayにより検討したところ、TMP269によりCDK等の上流に位置するFOXO3aの発現が亢進していることが示された。gene expression profiling dataの解析により、膵癌では、FOXO3aの発現が抑制されており、低発現が予後に影響を与えている可能性が示され、TMP269により抑制されたFOXO3aの発現亢進を介して細胞周期に関与し、細胞増殖抑制効果を示したものと考えられた。膵がん細胞は、多くが、p53の遺伝子変異を有しており、その下流のCD K阻害作用を有するp21の発現が抑制されている。p21について、検討したところ、TMP269により発現の亢進が認められ、HDAC class IIa阻害によりp21の誘導が細胞増殖抑制効果をもたらしたと考えられた。さらにこの効果は、P53 null細胞株であるAsPC-1においても認められた事から、P53非依存的にもたらされていると考えられた。P53欠損細胞株において、p21誘導をもたらし、細胞増殖抑制をもたらしており、非常に有望なターゲットと考えている。今後は、HDAC class IIのp21誘導に関する機序を詳細に検討して行くとともに、臨床応用可能な併用薬についても検討して行く予定である。カルフィルゾミブとの併用によりTMP269が、P53非依存的にP21誘導を解した細胞増殖抑制効果を確認した。プロテアソーム阻害剤との併用によるP21誘導機序の解析を中心に検討していく。計画はほぼ予定通り進行しているが、物品購入が年度をまたいでしまったため次年度使用とさせて頂きます。
加齢に伴う発汗能低下機序及びそれに及ぼす運動習慣の影響

実験(1):高齢者における局所発汗(m_<sw>:測定部位;前額,胸,背,前腕,大腿)と皮膚血流量(LDF:前額,胸,大腿)の部位特性を検討するため,10名の高齢者男性(O群;64-76歳)と11名の若年成人男性(Y群;21-25歳)に対し,35°C・45%rh環境下で下肢温浴(42°C)を60分間要求した。暴露中O群はY群に比し,m_<sw>が背と大腿,LDFが胸と大腿で有意に低かった。他の測定部位のm_<sw>とLDFには群差がみられなかった。皮膚血管コンダクタンス(CVC:LDF/平均血圧)も,LDFと同様の群差が各部位でみられた。すなわち,O群においてm_<sw>,LDF,CVCがY群と同等な部位(前額),m_<sw>は同等だがLDFとCVCが低い部位(胸),三者すべて低い部位(大腿)が存在した。また,高齢者におけるLDFは,大腿部で日常歩行量と有意な正の相関関係を認めた。なお,直腸温はO群,平均皮膚温はY群がそれぞれ有意に高かった。以上の結果,汗腺と脈管系の加齢的低下は全身同等ではなく,脈管系の加齢的低下が汗腺のそれより先行し,日常の運動習慣が脈管系の加齢的低下を緩和する可能性が示唆された。実験(2):LDFの加齢的低下のメカニズムをm_<sw>とLDFの対応関係から検討した。すなわち,実験(1)と同一被験者に60分間の下肢温浴(42°C)を25°C・45%rh環境下で要求した。m_<sw>とLDFの対応関係は,被験者や部位に関わらず,暑熱暴露後順次,(a)m_<sw>なしにLDF増加,(b)LDFは変化せずm_<sw>の増加,(c)m_<sw>とLDFの比例的増加,と変化した。phase(a)のLDFの増加は,背,大腿phase(c)のm_<sw>とLDF間で求めた回帰直線の傾きは,背,前腕,大腿でO群が有意に低かった。phase(c)の傾きはO群の大腿部で日常歩行量と正の相関を示した。以上の結果,暑熱暴露時にみられた高齢者の低い皮膚血流量は,交感神経のtoneの低下が小さいこと,発汗神経由来の血管拡張物質に対する感受性が低いこと(または分泌される血液拡張物質が少ないこと)に起因し,これらの加齢的低下に身体部位差が存在し,日常の運動習慣がこれらの加齢的低下を緩和する可能性が示唆された。

以上の結果,暑熱暴露時にみられた高齢者の低い皮膚血流量は,交感神経のtoneの低下が小さいこと,発汗神経由来の血管拡張物質に対する感受性が低いこと(または分泌される血液拡張物質が少ないこと)に起因し,これらの加齢的低下に身体部位差が存在し,日常の運動習慣がこれらの加齢的低下を緩和する可能性が示唆された。
海難事故原因究明にむけた危険波の再現

外洋に突発的に発生するフリーク波が原因と考えられる、漁船等の海難事故が日本近海だけでなく、世界中で起こっている。しかしながら、事故時の波浪場についての情報は限られ、原因究明には至っていない。本研究では、海難事故時の波浪場の解析を行い、起こりうる危険な波を数値計算で推定し、実験水槽で再現するシステムを開発した。過去にフリーク波が観測されたときの海象条件とフリーク波の再現を行い、波の形状特性とその時間変化、船体応答と外力について新たな知見を得た。1.HOSM造波法の確立:本研究で提案するHOSM造波法は、あらかじめHOSMにより計算を行い、造波信号を作成する。平成25年度では、i)直進Benjamin-Feir不安定波列の造波と検証、ii)不規則方向波造波と検証(線形造波と非線形造波の違い、方向スペクトル計測)を海上技術安全研究所実海域再現水槽にて行い、HOSM造波法の妥当性を確認した。2.ステレオカメラによる3次元水位計測法の確立:水槽にてステレオカメラによる計測を行うために、i)水面の可視化:浮体マーカーを格子状に並べるマーカーネット法の考案、ii)3次元ステレオ解析プログラムの準備、を行った3.海難事故時の波浪場の推算:日本近海の海難事故に着目し、事故発生後に現場での波浪場を再現するリロケータブル波浪推算モデルの構築に着手した。4.観測データの分析と整理:科学研究費補助金若手S(終了)にて、外洋における波浪観測を行ってきた。2009年9月から12月の間では、有義波高6m超の時に、最大波高13mのフリーク波を観測したが、一つのケースは方向スペクトルが狭く、もう一つのケースでは方向スペクトルが広かった。これら観測時のスペクトルから、HOSMによるモンテカルロシミュレーションにより波形を再現し、HOSM造波を行った。5.危険波に対する船体応答と波浪荷重の計測:弾性模型を新たに設計・製造し、実海域再現水槽で発生させた波浪中における模型実験を実施した。船舶の動揺ならびに波浪荷重の計測実験を実施した。1. HOSM造波法の確立:本研究で提案するHOSM造波法は、あらかじめHOSMにより計算を行い、造波信号を作成する。平成26年度では、i)直進Benjamin-Feir不安定波列の造波と幾何学形状及び動学的特性の計測、ii)2次元数値水槽による造波法の検証、を行った。水槽実験は、海上技術安全研究所動揺水槽にて行った。2次元数値水槽は、動揺水槽を模擬し、空間発達と時間発達波列の、特徴を比較した。2.ステレオカメラによる3次元水位計測法の確立:i)マーカーネット法を用いた波面計測、ii)自由浮遊浮体による波面計測、の二通りの手法を、東京大学生産技術研究所海洋工学水槽と海上技術安全研究所動揺水槽にてそれぞれ行った。前者では、規則波計測により精度検証を行い、不規則波計測からの方向スペクトル推定、振幅に斜傾構造を持つ直進波列(Oblique Soliton, Breather等)の計測を行った。後者では、不安定波列の空間形状の把握、粒子速度の計測などを行った。また、水槽広範囲での計測を行うためのカメラシステムを購入した。3.海難事故時の波浪場の推算:リロケータブル波浪モデルと、そこから、位相を解像した波面の再構築のために、HOSMとの連結について検討を始めた。4.観測データの分析と整理:Buoy Tracking Velocimetryによる、海洋波の流体粒子速度の計測を行い、弱非線形理論からの推定と比較した。5.危険波に対する船体応答と波浪荷重の計測:平成27年度に予定している模型船実験の準備を行った。1.HOSM(高次スペクトル法)造波:前年度までに確立した非線形性を考慮した造波法により,直進変調不安定波,不規則方向波および実海域での計測に基づく方向スペクトルによる造波を海上技術安全研究所の実海域再現水槽(80m×40m×4.5m)にて行い,着目するフリーク波の再現とその計測を行うことに成功した.2.ステレオカメラによる3次元水位計測及び数値実験:前年度までに確立したマーカーを水面に浮かせる3次元ステレオ計測手法を用い,上記波浪について計測を行った.同時に開発した数値水槽(NWT2D)による数値実験,そしてHOSM計算結果との比較により,ローカルな波浪の幾何形状(波高,波長,波形勾配,クレスト高さ,谷深さ)とその時間発達に関する特性を詳細に検討した.その結果,時間的に変調する場合と,空間的に変調する場合の波形は,波群程度の範囲に置いては一致するということが判った.3.危険波に対する船体応答と波浪荷重の計測:開発した弾性模型(全長4m)を用い,フリーク波に対する船体縦強度に関する実験を,海上技術安全研究所の実海域再現水槽で行った.その結果,船体縦曲げモーメントの大きさは,フリーク波との遭遇のタイミングで,大きく変わることが判った.それは,フリーク波の形状が時間と共に変化するからである.前傾から,前後対称,後傾へと変化すること,フリーク波前後の谷が深い(浅い)状態から,浅い(深い)状態へと変化することから,どのタイミングで波浪と遭遇するかにより,船体の運動は大きく変わることが判った.外洋に突発的に発生するフリーク波が原因と考えられる、漁船等の海難事故が日本近海だけでなく、世界中で起こっている。

しかしながら、事故時の波浪場についての情報は限られ、原因究明には至っていない。本研究では、海難事故時の波浪場の解析を行い、起こりうる危険な波を数値計算で推定し、実験水槽で再現するシステムを開発した。過去にフリーク波が観測されたときの海象条件とフリーク波の再現を行い、波の形状特性とその時間変化、船体応答と外力について新たな知見を得た。1.HOSM造波法の確立:海上技術安全研究所実海域再現水槽で海難事故時もしくはフリーク波観測時の波浪場を再現することが最終ゴールであるが、初年度に観測時の波浪場の再現を、1ケースについて実行することが出来た。ただし、詳細な形状の計測などは出来ていず、また、水槽建屋が平成26年2月の大雪で崩壊したため、その後の実験が出来ていない。2.ステレオカメラによる3次元水位計測法の確立:水面の可視化が大きな課題であったが、多数の浮体マーカーを用いることで解決できることが判った。一方で、ステレオカメラの構成の決定に時間がかかり、研究計画変更(繰り越し)の理由となった。3.海難事故時の波浪場の推算:おおむね順調である。4.観測データの分析と整理:過去のデータについては、時系列及び統計値について整理を行った。HOSMを用いた解析では、特に波形の違いについて詳細に検討し、フリーク波の3次元構造など新たな観点での解析が進んだ。5.危険波に対する船体応答と波浪荷重の計測:当初の予定通り、弾性模型を新たに設計・製造した。実海域再現水槽で発生させた波浪中における模型実験を実施したが、水槽建屋の崩壊のため、平成26年度での実験再開の見込みは無い。1.HOSM造波法の確立:数値水槽を活用することにより、造波法の詳細について手法の妥当性を確認できた。造波装置固有の問題も確認でき、手法は確立できたと言える。当初の計画以上に進展していると思われる。2.ステレオカメラによる3次元水位計測法の確立:マーカーネット法による計測手順は確立した。まだ、カメラ補正の精度、画像処理手順などに改善の余地が有る。おおむね順調である。4.観測データの分析と整理:HOSMを利用して、フリーク波の3次元特性について分析し、スペクトル形状への依存性を確認した。おおむね順調である。5.危険波に対する船体応答と波浪荷重の計測:当初予定していた実験水槽が使用できなかったため、平成27年度に実験を行うことになる。やや遅れている。27年度が最終年度であるため、記入しない。工学1.HOSM造波法の確立:水槽建屋が平成26年2月の大雪で崩壊したため、代替案として、海上技術安全研究所の動揺水槽、東京大学生産技術研究所の海洋工学水槽を用いた実験を平成26年度には実施する。2.ステレオカメラによる3次元水位計測法の確立:水槽実験ではマーカーによる可視化が可能であるため、引き続きマーカーを用いた可視化実験を、海上技術安全研究所の動揺水槽、東京大学生産技術研究所の海洋工学水槽にて実施する。3.海難事故時の波浪場の推算:リロケータブル波浪モデルおよびHOSMによる波形再現のモデル開発を継続する。4.観測データの分析と整理:特に変更なし。
保育士の早期離職を生む構造の分析と早期離職を防ぐリカレント教育の実証的研究

平成30年度は早期離職を生む原因の分析として、29年度に実施したアンケートの質的分析を深め、保育現場へのヒアリングや視察を中心に研究を行った。調査研究からは、特に新人保育士においては、職場内での信頼できる人間関係をつくっていくことに難しさを抱えることが少なくなく、その結果早期の離職に至ることが明らかになった。早期離職を防ぐためには、職場の人間関係の向上や、困ったときに相談できる相手をつくっていくため、園内研修等による職場の同僚性の向上や相談のシステム構築が必要であことを明らかにした。また、保育職場の人間関係や同僚性に関する先行研究の整理を行い、保育士への調査の質的分析結果と加えて、保育士の同僚性の理論検討を行った。結果、先行研究が提示している教師の3つの同僚性の機能、「教育活動を支える機能」、「力量形成を支える機能」、「癒しの機能」に加えて、保育士独自の新たな同僚性の機能を検討する必要性が明らかになった。これは、教師と保育士では年齢構成や性別の構成が大きく異なることに起因している。同性かつ若年者、初任者段階の者が多くを占める保育現場では、専門職集団としての発達段階の違いや、プライバタイゼーションなどの私的生活との関係性などを吟味する必要があり、それらを踏まえた保育士独自の同僚性の機能が必要である。これらの研究結果と平成29年度におこなったアンケート調査による結果から、早期離職を防ぐためには、保育士の私的生活を支える政策的枠組として、私生活と仕事との両立のため休暇保障が必要であることを明らかにし、具体的な提言として配置基準の見直しや、フリー保育士の配置、副主任のマネジメントの強化などの提言を、雑誌論文やパンフレットによって研究成果の一部発信も行った。早期離職の構造の理論解明は進んだが、質問紙の完成が遅れたことにより、リカレント教育の効果評価ついては実施の調整が遅れたため。これまでの調査研究で明らかになった早期離職の構造の理論モデルを元に、31年度以降はリカレント教育を実施し、その効果評価を行っていく。平成29年度は、主に保育士の早期離職を生む要因の追跡調査実施のための質問紙作成の予備調査として、離職保育士へのヒアリング調査、現役保育士への働きやすい職場に関するアンケート調査、離職を防ぐ行政政策についての調査の3つの研究を行った。離職保育士20名に対するヒアリング調査からは、退職の理由として育児や介護など家庭との両立の難しさが明らかになった。また、人手不足の問題などによる、正規保育士にかかる負担の高さもみられた。現役保育士250名に対するアンケート調査からは、保育士の労働環境の中では、全体の分析からは、休暇がしっかりと取れることが働きやすさにつながっていることが明らかになった。さらに、職員体制ー長時間労働ー休暇ということは互いに相関しており、これらの労働条件の改善が保育士の離職を防ぐために重要であることが明らかになった。また、若い保育士では人間関係の問題が働きやすさと強く相関していることに対して、ベテラン保育士では休暇の取りやすさが強く相関していることがあきらかになった。つまり、新卒採用から早期の離職を防ぐためには職場内での人間関係やサポートの問題が重要であり、長期雇用を実現していくためには、休暇や長時間労働などの問題が重要であることが明らかになった。行政政策としての保育士不足、離職を防ぐ取り組みとしては、市町村が「働きやすい職場づくり」に関して調査を行い、パンフレットを作成している事例などを視察、ヒアリングを行った。離職要因分析のための追跡調査の質問紙作成のため、予備調査を行ったこととにより、当初より調査計画が少し遅れている。また、29年度より勤務校が変わったため、リカレント教育の実施は本年度は計画通りにはいかなかった。

29年度の予備調査で明らかになった内容を踏まえて、30年度以降は追跡調査とリカレント教育の実施を行う。これまでの調査研究で明らかになった早期離職の構造の理論モデルを元に、31年度以降はリカレント教育を実施し、その効果評価を行っていく。29年度は予定していた追跡調査実施の準備期間としたため、当初の予定の追跡調査費用が次年度へと繰り越すこととなった。リカレント教育の効果評価の実施が遅れているため。31年度以降に実施し、使用する。
分子生物学的手法を用いた東南アジア基層集団の人類学的研究

1.はじめに本研究の目的は、アジア・オセアニアの民族形成を考える上で重要な知見をもたらすと考えられる東南アジアの基層集団について、マレー半島部における現存の狩猟採集民の調査と遺跡出土人骨の遺伝子解析をおこない現在と過去の両面からそれらの間の異同を明らかにし人類学的位置付けをおこなうものである。現在モンゴロイドがその大部分を占める東南アジアは、かつて海進・海退をくりかえすアジア大陸から太平洋への窓口としても、また民族形成の場としても要となる地であった。しかるに、東南アジアにおける現在・過去の民族集団の分布と類縁関係を明らかにすることは、東南アジアのみならずオセアニア・環太平洋における民族形成を考える上でも重要な知見をもたらすものである。それには、出土人骨の遺伝子情報を得ることが必須であり、比較対照とする現在の民族集団の持つ遺伝的多様性を把握しておくことも必要である。本研究を通じてホアビン分化の担い手か解明されることが期待される。具体的には、マレー半島にわずかに残された狩猟採集民(セマン・セノイ)の遺伝的多様性を調べ近隣諸集団との系統関係を明らかにし、またタイ中部・南部における出土人骨から遺伝子を抽出し上記の民族集団との関連を明らかにすることを目的とした。さらに、それら民族の細胞を株化しその遺伝子を永久保存することも併せ目指した。2.研究者の派遣・招聘について(1)遺跡出土人骨調査は、タイ国研究分担者の都合から6月を選んだ。遺跡の調査はタイ南部トラン県サカイ洞窟とクラビ地区で、人骨出土状況等を調べ、DNA抽出法の検討をおこなった(プカジョン・植田・黒崎・石田)。(2)マレー半島の現存狩猟採集民あるいは少数民族の調査に関しては、10月下旬に、ランパン県のモン族の村で聞きこみ調査をおこない(石田・セティタム)、11月上旬にトラン県に分布する熱帯多雨林に生活するサカイ族より生物試料を得た(石田・セティタム・デュアンチャン・太田(研究協力者))。採取した血液は、バンコクのスリナカリンウイロト大学医学部にて各成分に分離し凍結保存し、一部は生のまま日本に持ち帰り細胞株の樹立に供した。それに先立つ6月にはマレーシア領内のセマン・セノイの動態に関し研究連絡のためマラヤ大学を訪れ、今後共同研究を進めることで合意した(石田)。(3)国外研究分担者の招聘に関しては、検索結果と細胞株化法の検討のためシンガポール国立大学サハ博士を、平成6年2月22日より3月3日まで招聘した。検索結果の検討とDNA解析法の習熟のためセティタム博士を3月3日より招聘した。3.試料の解析これまでにプカジョンらが発掘したタイ洞窟遺跡出土人骨よりDNA抽出を試み6試料より全てDNA抽出に成功した。抽出したDNAを用い、ミトコンドリアDNA領域をPCR法にて増幅塩基配列の決定をおこなった。現在、他の地域における遺跡出土人骨、あるいは、現代人より明らかにされた塩基配列との比較をおこない、その民族・集団上の系統関係を探っている。現地調査で得られた血液試料を用い、血清タンパク・赤血球タンパク・血液型の遺伝的多様性を調べ、近隣諸集団との人類学的系統関係だけでなく、マラリア感染への抵抗性・適応性についても検索を進めている。その際、細胞株の樹立をおこない、これまでにサカイ族より20株の樹立を得、液体窒素中に保存した(石田)。これにより、当研究班の保有する民族の細胞株は、14集団・300株に達した。

採取した血液は、バンコクのスリナカリンウイロト大学医学部にて各成分に分離し凍結保存し、一部は生のまま日本に持ち帰り細胞株の樹立に供した。それに先立つ6月にはマレーシア領内のセマン・セノイの動態に関し研究連絡のためマラヤ大学を訪れ、今後共同研究を進めることで合意した(石田)。(3)国外研究分担者の招聘に関しては、検索結果と細胞株化法の検討のためシンガポール国立大学サハ博士を、平成6年2月22日より3月3日まで招聘した。検索結果の検討とDNA解析法の習熟のためセティタム博士を3月3日より招聘した。3.試料の解析これまでにプカジョンらが発掘したタイ洞窟遺跡出土人骨よりDNA抽出を試み6試料より全てDNA抽出に成功した。抽出したDNAを用い、ミトコンドリアDNA領域をPCR法にて増幅塩基配列の決定をおこなった。現在、他の地域における遺跡出土人骨、あるいは、現代人より明らかにされた塩基配列との比較をおこない、その民族・集団上の系統関係を探っている。現地調査で得られた血液試料を用い、血清タンパク・赤血球タンパク・血液型の遺伝的多様性を調べ、近隣諸集団との人類学的系統関係だけでなく、マラリア感染への抵抗性・適応性についても検索を進めている。その際、細胞株の樹立をおこない、これまでにサカイ族より20株の樹立を得、液体窒素中に保存した(石田)。これにより、当研究班の保有する民族の細胞株は、14集団・300株に達した。
流体潤滑の限界状態解明に関する研究

1.流体潤滑から混合潤滑へ推移するような潤滑条件では、しゅう動面の表面粗さが問題となる。薄膜センサを用いて油膜圧力計測をする場合、センサを取り付けるしゅう動面の表面粗さをRy=0.4μm以下にしてもバイアススパッタリングを行うことで薄膜センサの形成が可能となった。これより、.広範囲の表面粗さで油膜圧力測定が今後実現できる。2.薄膜圧力センサのリード膜材料の1つであるアルミニウム合金はこれまで付着強度が非常に弱く、センサ膜の耐久性低下の原因であった。この対策として、成膜時のスパッタリングガスとしてアルミニウムの成膜時の初期と成膜終了時のみアルゴンに酸素を導入することで、絶縁膜及び保護膜とアルミニウムの付着強度を格段に向上させることができた。3.200°Cを超えるような高い温度に試験片が晒される場合、試験片に形成した薄膜圧力センサの初期抵抗が大きく変化し、温度感度の増大などが見られた。この対策として、センサの圧力感知合金に隣接する膜材料として窒化ケイ素を用いることで、この問題が大幅に低減した。しかしながら、付着強度が低下するため、今後更なる改善が必要であることがわかった。4.3.で述べた温度感度の増大に関して、200°Cまで熱の履歴を与えた場合と、100°Cまで熱履歴を与えた場合での銅マンガンニッケル合金(圧力感知部合金)の元素の状態をESCAで調べた。その結果、200°Cまで熱履歴を与えた場合、銅マンガンニッケル合金のマンガンが偏析し、この合金に隣接する酸化物膜と結合している可能性があることがわかった。5.DLC(ダイアモンドライクカーボン)の作製を試み、アルゴンガスに水素を40%混入することで絶縁特性を確保できることが分かった。ただし、せん断強度は現在のところ低く、今後混合潤滑などの過酷な環境で使用するためには更なる改善が必要である。6.連続加重式表面性試験機を用いたしゅう動面の圧力を行った。ヘルツ接触圧力を計算上で68118MPaと変えて油膜圧力を計測したが、計算値の2%程度しか油膜圧力測定値を得られなかった。この原因はしゅう動面の圧力感知部形状寸法よりも、試験片と圧子による接触面積が小さいためであることがわかった。7.6.の条件と同じ負荷条件で、薄膜熱電対を用いたしゅう動面の瞬間温度計測を行った。この実験では20°Cから80°Cまで基板温度を変更したが、80°Cの時には圧子が通過した瞬間に最大で5°Cの瞬間温度上昇が計測できた。本年度は主に、実施計画の(1)(4)を実現するためのセンサー製作法を見なおし、耐久性、信頼性を向上させた。スパッタ装置は現在所有するスパッタリング装置を用いた。1往復動試験装置の改造と試験片の準備

(1)試験片の表面粗さと薄膜センサーの改良・・・・・試験片に薄膜センサーを形成する場合、センサーの絶縁膜であるアルミナや酸化ケイ素と試験面間の付着強度が問題となるが、従来は最大粗さRy0.40.7μmの範囲内においてのみ付着強度と絶縁特性を両立させることができた。しかしRy0.4μm以下の表面粗さにおいてもバイアススパッタリングを行うことで十分な付着強度が得られることがわかった。また、試験片の表面粗さを小さくすることにより、絶縁膜を従来の23μmの膜厚から1μm以下にすることが可能であることが分かった。また、センサーの構成膜にAu、アルミなどの膜を用いる必要があるが、この膜と上記の絶縁膜の付着強度は弱く、この対策として成膜時のスパッタリングガスであるアルゴンに酸素を若干量混入させることにより、十分な付着強度が得られることがわかった。(2)試験片の温度に対するセンサー性能の安定化・・・・・試験片の温度を200°C程度まで上昇させると、薄膜圧力センサーの圧力感知部の初期抵抗値が大きく変化し、計測不能となったり、温度感度が大きく、圧力測定値に与える測定誤差の増加が問題となった。本研究ではセンサー膜の酸化がこれらの原因であることを突きとめ、絶縁膜、保護膜材料を従来のアルミナ・酸化ケイ素から窒化膜に変更することで、センサー抵抗の安定化ができ、また低い温度感度を有するセンサーを製作することができ、実験に供試できることが分かった。(3)薄膜温度センサーの製作・・・・温度センサーとしてアルメルークロメルを用いた薄膜型熱電対を作製し、更に多点計測が可能となるようにセンサーのデザインを考案した。耐久性は従来製作していたクロメルコンスタンタン熱電対よりも向上し、温度-熱起電力特性も標準熱起電力とほぼ同等となった。(4)押しつけ荷重の増加に伴うセンサーの耐久性(交付申請書実施計画(4)に対応)・・・・・押しつけ荷重とセンサーの耐久性の予備実験として、既存の2円筒転がり試験機を用いて線接触下の油膜圧力測定を行った。その結果、押しつけ荷重を6000Nまで増加させた場合において、1.5GPaの測定値が得られ、またセンサーの出力はほぼ計算によって求めた最大ヘルツ圧力値と同じ結果となり、計測の信頼性が確認できた。本年度は昨年度保温装置及び油槽付きに改造した往復動試験機を用いて研究実施計画(2)の流体潤滑から混合潤滑に遷移する前後の圧力、温度計測を重点的に行った。また、流体潤滑の限界時の油膜圧力や温度を計測する薄膜型センサの改良および問題点を調査した。1.往復動試験機によるしゅう動面の圧力、温度測定(実施計画(2)b.)昨年度の研究実績に基づき、しゅう動面の表面粗さを0.4μmとして薄膜センサを形成し、計測に供試した。(1)圧力測定ヘルツ接触圧力を68118MPa(計算値)と変えて混合潤滑下の油膜圧力の変化を測定した。この結果、計算で求めた接触圧力の2%程度しか油膜圧力値を計測できなかった。検討の結果、この計測誤差の主原因はしゅう動面上の圧力センサ感知部の大きさに対し、圧力が発生している接触面積が小さいためであることがわかった。また昨年度改良した窒化珪素を保護膜、絶縁膜材料としたセンサは、往復動試験機でのしゅう動面温度を常温から150度まで変化させた場合に、センサの耐久性が低下し、混合潤滑下の圧力を安定して測定できないことがわかった。
温度効果を考慮した亀裂進展の数理モデルの提案と解析

本課題研究は温度変化によって生じる比較的低速度の破壊の進行を記述する新たな数理モデルを提案して、その解析手法を確立することが目的である。これに対して肯定的な成果と否定的な成果が得られた。肯定的な成果は、弾性体の亀裂の伝播について、フェーズ・フィールド法に基づく新たな数理モデルの提案が行なわれたことと、双曲型方程式のある高精度解法の数学的基礎づけができたことである。これらは本課題研究のみならず、破壊力学の研究と高精度数値解析において顕著な普遍的な成果といえる。一方で否定的な成果は、温度効果を考慮した高い非線型の数理モデルの提案は現時点では依然として困難であることが明確となったことである。亀裂進展に関わる数理モデルに関して、分担者の木村正人氏とする分担者の研究グループでspring(仮想バネ)モデルを利用した数理解析を行ない、大きな成果を得た。亀裂先端部におけ応力分布をspring(仮想バネ)に置き替えて記述する試みは破壊力学に関する工学の分野では古くから行なわれており、亀裂進行の定性的記述としての一定の合理性は認められている。しかしspring(仮想バネ)に関するいわゆる「バネ定数」の設定と弾性方程式に現れる弾性体定数を結び付けて数学解析観点から論じられることが無く、微分方程式論からのこの数理モデルの正当性のついては長らく未解決であった。これに対して木村正人氏は「バネ定数」に関する一定の仮定の下で、この新たな数理モデルと偏微分方程式の解の構造との対応を証明し、本課題研究が目指す「温度効果を考慮した破壊進展」解析の基礎部分において成果を挙げた。また、磯と藤原はfractional orderの微分方程式を用いた数理モデルの検討を行ない、特にその数値計算について議論を深めた。本課題研究の温度効果を考慮した亀裂問題は非線型性が極めて高く、数理モデルの提案とその解析は当初予定以上に極めて困難であった。このため定められた研究期間で具体的な成果を挙げるため、温度効果を含まない通常モデルの数学解析からの再検討、ならびに新たな数値解析法の研究を切り離して研究を進め、その上でその上で非線型解析を行なう研究計画を立案して研究を進めた。これによって通常モデルにおける亀裂進展モデルの数学解析的再検討においては分担者の木村正人が、また数値計算法の研究では代表者の磯と分担者の藤原宏志の共同研究によって大きな知見を得た。しかしそれらを総合しても「温度効果を考慮した亀裂問題の新たな数理モデルの提案」については未だ十分とは言えない一方で、基礎研究たる木村および磯・藤原のそれぞれの研究では複数の新たな問題提起がなされ、課題研究全体としては一定の成果が得られた。亀裂進展の数理解析に関しては、木村正人は亀裂進展モデルに関する新たな数理モデルを提案し、基礎的な数学解析において新たな解析手法を提案した。この手法は亀裂進展問題と最適形状設計のアプローチを融合するもので、従来のJ-積分的な考え方を一般化するものといえる。この研究に物理的な問題解決を考慮して温度効果を入れることは現状では困難ではあるために本課題研究の解決としては未だ不十分ではあるものの、破壊力学の新たなアプローチ法として大きく期待できるものである。数値計算法に関しては代表者と藤原宏志は研究協力者との共同研究によっていわゆるCIP法の数学的な基礎づけを行ない、20年以上未解決であった問題を解決した。この研究では典型例を論じるに留まっているが、解析の詳細からさらに多くの関係する問題の解決を示唆しており、高精度数値計算法に対する新たな知見を提示したものといえる。数物系科学初年度の特筆する分担者木村正人氏の数学解析上の成果は、この近年のポテンシャルエネルギーに立脚した木村正人氏の破壊力学の数理解析の集大成の一つであり、本課題研究推進において期待されていた成果の一つである。この意味では破壊現象の数理解析の基礎的な部分は順調に本課題研究が進んでいると判断される。また研究協力者の申東雨教授(Seoul大学)との研究連絡から生れたfractional orderの微分方程式を用いた数理モデルの考え方は極めて斬新なものであり、新たな研究の方向性を示唆するものと判断され、以上を総合して課題研究は当初計画程度の進歩が有ると判断される。現象の数理モデル化は、現象の数理モデル化に関する他の成功事例も調査検討し、様々な新しい考え方を積極的に取り入れながら研究の展開を測ることが重要である。平成26年度は前年度に検討したfractional orderの微分方程式によるモデル化の長所と短所を数学解析と数値解析の両面から検討し、温度効果をどのようにモデル化するかを重点的に検討する。中華民国国立交通大学数理モデル研究所の所長(兼任)の陳宜良教授を招聘し、「数理モデルと数値計算」に焦点をおいた研究連絡会の開催を平成26年2月に計画したが、先方研究者の事情から平成25年度中に実施することが困難となったため、旅費等を繰り越すこととした。
多チャンネル式近赤外線分光法装置による筋出力発揮に関連した大脳皮質領域の同定

筋収縮に関連した大脳皮質活動の評価は、身体運動の遂行に関連した遠心性調節を理解する上で重要な情報となる。これまでのPET及びfMRIを用いた研究では、手指運動を中心に、運動課題の複雑性、速度、発揮張力の変化に伴い運動関連領域の賦活領域や賦活の程度が変化することが明らかにされてきた。しかし、実際のスポーツパフォーマンスに強く関与する大筋群収縮時の大脳皮質の神経活動の空間的分布を筋出力レベル別に検討した報告はない。本研究では、体動の影響が少なく時間分解能も高い多チャンネル式近赤外線分光法装置(光トポグラフィ)を用いて、前頭連合野及び運動関連領域を対象に、上腕の筋出力発揮に関連した大脳皮質領域の同定を目的とし各測定領域の血流動態を比較、検討した。被験者は、健常な右利きの男子学生10名とし、右腕上腕二頭筋のアイソメトリック収縮運動を10%、30%、50%、70%MVC(随意最大筋力)の強度にて行い、光トポグラフィにより各測定領域における運動中の酸素化ヘモグロビン量(脳血流量)の変化を測定した。各課題の試行時間は7秒間、それぞれの課題の間隔は20秒としこれら5種類の課題を5セット行った。また、測定直後に各課題のRPE(主観的運動強度)を測定した。筋出力レベル増大に伴い、前頭連合野では30%MVC以上で強度依存的な増大を示した。また、50%及び70%MVC時では前頭極領域の脳血流量の増大は運動野領域よりも大きかった。さらに、70%MVC時では、左運動野が右運動野に対して有意な増大を示した。以上の結果から、筋出力レベルの増大により運動野領域では側性が認められ、前頭極では高い脳賦活状態を示すことが示唆された。この詳細な機構については不明であるが、筋出力レベル増大に対する対側運動野での脳血液量増大は活動筋に対するインパルス発射頻度の亢進であり、前頭極領域での増大は筋出力に対する意思、意欲の高まりによると推定される。