hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
局所神経回路形成による運動機能獲得過程の解明

運動、感覚、記憶などの動物の機能は、神経細胞のネットワークによって作り出されます。個々の神経細胞の働き方については詳しい研究が進められてきましたが、複数の神経細胞がネットワークになってどのように機能を生み出すのかということに関しては、まだ不明な点が多くあります。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の運動回路を用いて、運動パターンを生み出す神経回路の解析を行ないました。その結果、適切な運動速度を生み出すために必要な神経細胞を見つけることができました(PMSIと命名)。この神経細胞の詳細な機能解析により、運動回路が運動速度を調節するしくみの一端を明らかにしました。神経回路の発達に伴って、どのように回路機能が成熟していくのか。これは、神経科学における基本的な問いの1つである。本研究は、運動を司る神経回路の形成が実際の運動機能とどのように結びつくのかを明らかにすることを目的としている。ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動をモデル系とし、腹側神経節内の回路発達とぜん動運動出力との関係の解明を目指す。本年度は、運動制御に重要な役割を果たす感覚神経細胞の神経終末の発達を詳細に解析した。また、運動出力の成熟過程について定量的解析を行なった。感覚神経細胞を可視化し、ぜん動運動発達期の感覚神経終末部の発達を詳細に解析した。その結果、胚後期の急激な運動発達(単一体節の収縮->部分的収縮伝播->全体長収縮伝播)と感覚神経終末の構造変化(直線状神経末端->微小突起伸長->U字型神経末端)との間に顕著な相関があることが明らかになった。このことから、回路の形態的な発達と運動の成熟との間に因果関係が存在することが予想される。運動出力の成熟について、これまで孵化前の定性的な変化は報告されていたが、孵化後に関しては定性的に変化がないため詳しい解析がなされてこなかった。そこで、ぜん動運動周期を指標として定量的な解析を行なったところ、孵化直後でのぜん動運動周期が平均2.5sであったのに対し、孵化後12時間では平均1.0sであった。このことは、孵化直後にはまだ運動回路は成熟しておらず、徐々に完成していくことを示している。回路の成熟に神経活動が必要であるかを明らかにするために、孵化前後の時期に一過的に感覚神経細胞の活動を阻害し、その後の運動回路発達に与える影響を調べた。すると、孵化前に活動阻害した個体は、孵化後7時間に阻害した個体に比べてぜん動運動周期が長くなった。このことは、発達期における適切な神経活動が運動出力成熟に必要であることを示している。ショウジョウバエ胚・幼虫の蠕動運動をモデルとして、運動回路の機能発達機構の研究を行った。本年度は、回路の構成要素として、感覚神経細胞と介在神経細胞に注目した。まず、胚・幼虫の蠕動運動制御に関与することが知られているMD感覚神経細胞においてRNA干渉法を用いることで様々な遺伝子の発現を抑制し、運動に与える影響を調べた。その結果、感覚神経細胞におけるタンパク質分解系が、運動機能成熟に関与している結果を得た。さらに、感覚神経細胞の中枢内投射の形態を詳しく調べたところ、正常な投射パターンの形成にタンパク質分解系の機能が必要であることが見いだされた。この結果は、運動回路の構造と機能を正常に発達させるには、タンパク質分解系の制御が必要であることを示唆し、回路発達機構の解明へ向けて重要な要素の同定に至ったと考えられる。一方、運動制御に関与する介在神経細胞を同定するために、カルシウムイメージング法を用いてga14系統のスクリーニングを行なった。その結果、中枢神経内の少数(体節あたり約20個)の神経細胞に発現し、蠕動運動パターンに類似した伝播活動パターンを示すga14系統の同定に成功した。splitGFPを用いた解析によりこれらの介在神経細胞が、運動神経細胞を直接支配していることが示唆された。さらに、温度感受性ダイナミンタンパク質を用いて、この介在神経細胞の活動を抑制したところ、蠕動運動の速度が低下するという異常が現れた。これらのことから、この介在神経細胞は、運動制御において重要な細胞要素であることが明らかになった。これまで、運動制御に関わる介在神経細胞の中で、遺伝的な操作が可能なものは限られていた。この介在神経細胞の同定により、運動発達過程の遺伝学的解析がより進展すると考えられる。本年度は、前年度に同定した介在神経細胞群(PMSIと命名した)について詳しく解析した。PMSIは、中枢神経系内の少数(各体節に存在し、体節あたり約20個)の介在神経細胞である。

前年度までのPMSIの解析から、PMSIが蠕動運動様の伝播活動パターンを示すこと、運動神経細胞に直接接続していること、活動阻害によって蠕動運動が遅くなることを見出した。本年度は、解剖学的・生理学的解析を進めた。抗体染色法によりPMSIがグルタミン酸作動性であることを見出した。先行研究から、グルタミン酸は、運動神経細胞に対して抑制性に作用することが示唆されている。そこで、PMSIの運動神経細胞に対する作用を調べるために、光感受性陽イオンチャンネルを用いて、行動中の幼虫のPMSIの活動を光照射によって亢進させたところ、照射直後に運動が停止した。特に、身体全体が弛緩していたことから、PMSIは運動神経細胞に対して抑制的に作用することが明らかになった。昨年見出した、PMSIを阻害したとき蠕動運動が遅くなる現象について詳しく調べるために、光感受性塩化物イオンポンプと電気生理学的手法により、蠕動運動伝播中の運動神経の活動が、PMSIの活動阻害によってどのような影響を受けるかを調べた。すると、PMSI阻害によって運動神経のバースト時間が長くなった。以上の結果から、運動回路が本来の速さでの蠕動運動を生み出すために、運動神経細胞を支配する抑制性の介在神経細胞が、運動神経細胞のバースト時間を制御することが重要であることが示唆された。運動パターンを生み出すための介在神経細胞の同定・機能解析は重要であるにも関わらずまだ進んでいない。本研究は、遺伝学的手法によるPMSIの同定・機能解析により、運動速度の制御機構を明らかにした。
すばる望遠鏡による新近赤外線装置の１８バンド多色撮像で極める銀河形成の絶頂期

宇宙では今から約百億年前に銀河形成活動が最盛期を迎えたとされ、銀河の形成・進化を解き明かす上で最も重要な時代である。本課題では新しい近赤外カメラSWIMSに大量の中間帯域及び狭帯域フィルターを作成し、形成途上の銀河からの輝線やスペクトルの段差を捕えることにより、この最盛期における星形成活動と質量集積過程の時間変化を解き明かすための超多色撮像観測を可能にした。そして期待される各フィルターでの感度を元に、大規模なサーベイ観測の視野と深さの最適化を行った。またこの実施に備えて、すばるやアルマ望遠鏡を用いて銀河形成最盛期の銀河について様々な観測的研究を実施し、26本の主要査読論文として成果発表した。今年度はSWIMS用の狭帯域フィルター4枚を作成した。これらは、銀河形成活動が最盛期を迎える時代の、ある特定の赤方偏移(距離)にある遠方の星形成銀河からの水素の輝線(Hα)と酸素の輝線([OIII])とがペアで捕らえられるユニークなフィルターセットとなっており、本課題の遂行に欠かせないものである。これらのフィルターによって、2つの輝線が共に検出されれば、他の輝線の漏れ込みの可能性を完全に排除できることから、分光追求観測を待たずして撮像観測だけによって、確実な対象銀河サンプルを構築することができる。また、両者の輝線比からは、銀河の星形成領域のガスの電離状態がわかる。このように従来にない新しい手法での遠方銀河研究が可能になる。これらのフィルターに加え、平成24年度に作成した中間帯域フィルターと合わせて、前人未踏の超多色遠方銀河サーベイを推進していくための下準備が整いつつある。フィルターを搭載する観測装置は、当初計画より約1年の遅れをもって東大天文センターで鋭意開発中であり、それが完成次第フィルターを実装し、ハワイ観測所のすばる望遠鏡に装着して、系統的な遠方銀河サーベイ(SWIMS-18サーベイ計画)を実行する予定である。本格的な観測に備えて、観測計画の詳細(探査天域、領域の広さ、積分時間、優先度)の検討も始めており、国内外の主要な研究会で、この新しい独創的な探査計画を紹介する口頭講演も複数行った。SWIMS用の中間帯域フィルターを6枚と狭帯域フィルター3枚を作成した。これらは、銀河形成活動が最盛期を迎える時代の銀河を極力無バイアスに取り出すために大変有用なフィルターであり、本課題の遂行のために必須のものである。前者の中間帯域フィルターは、銀河のスペクトルエネルギー分布の密なサンプリングにより、距離(赤方偏移)を精度よく求めるために用い、後者の狭帯域フィルターは、ある特定の赤方偏移範囲の星形成銀河から出る輝線を捕らえるためのフィルターである。特に狭帯域フィルターは水素の輝線(Hα;静止波長6563オングストローム)と酸素の輝線([OIII];静止波長5007オングストローム)とがペアで検出できるように工夫されており、2つの輝線が両方検出されたなら、分光確認をせずとも他の輝線(例えば[OII]エミッター、Hβエミッター、Paαエミッターなど)の紛れ込みがなく、ターゲット銀河を確実に選択できるユニークな特長を持っている。また両者の輝線の強度比からは、銀河の星形成領域のガスの電離状態まで調べることができる。これらの多くのフィルターによって、前人未到の系統的な超多色遠方銀河サーベイを行う計画である。これらの本格的な観測に備えて、密接に関連する最新の研究情報を仕入れたり、研究発表をするために、国内外の複数の研究会に出席した。また、探査計画の詳細(天域、広さ、積分時間、優先順序など)も検討を開始した。本課題は、SWIMSという新しい近赤外線カメラがすばる望遠鏡に取り付けられるのに際して、狭帯域フィルターと中間帯域フィルターを多数作成し、既存フィルターと合わせた合計18枚のフィルターを用いて、銀河形成最盛期の時代の銀河の統計的性質を今までにない精度で明らかにしようという5年計画である(SWIMS-18サーベイ)。フィルターはすでに最初の2年間に製作を終えている。装置自体の完成が1年遅れていることから、本課題の観測開始も平成28年度にずれ込まざるを得ないが、それに向けて本26年度は観測提案の定量化および詳細な検討を行うための準備を行った。まずこのフィルターセットを用いた場合に、銀河の距離測定の精度がどれほど向上し、過去の研究に対してどれほど優位性が期待できるかの見積もりを、本科研費で雇用した研究員と共に行った。その結果、銀河スペクトルの特徴的な輪郭(ブレイク)が中間帯域フィルター群の中に赤方偏移してくる距離(時代)の銀河に対して、距離の推定精度が有意に改善することが分かった。特に10%以上の悪い精度を持つ銀河の割合が半減することなどが分かった。また観測を開始したらすぐに成果を出せるように、本課題と密接に関連する遠方の輝線星形成銀河に関する複数の研究プロジェクトをすばる望遠鏡やアルマ望遠鏡を用いて進め、様々な成果を挙げてきた。これらの結果や成果は多くの国内外の学会や研究会で講演を行い発表してきた。プロジェクトの宣伝も積極的に行いプロジェクトの認知度を向上させた。また様々な機会をとらえて、他国の類似プロジェクトのメンバーと議論や情報交換を行い、協力体制や共同研究の議論を行ったり、それらとの区別化、独自性の追求などを行ってきた。このように本課題の具体的な計画を練り上げるための準備はほぼ完成しつつある。

本年度は、本経費で作成した中間帯域及び狭帯域フィルターを用いたSWIMS-18サーベイの具体的な策定を行った。本経費で雇用している研究員とともに、それぞれのフィルターにおいて見積もられる感度予想と、これまでの先行研究から得られている遠方銀河の星質量関数をより暗い側とより遠方宇宙に外挿したものとから、総観測時間を決めた時に最も多くの銀河を観測できるように、各フィルターでの積分時間と、観測する領域面積との組み合わせの最適化のシミュレーションを行った。また、銀河形成・進化モデルやこれまでの観測経験値などを用いて、質量の関数としての銀河団の発見期待個数やその時間進化の見積もり、近傍の銀河団との対応関係づけなどを行った。これらのシミュレーションによって、観測デザインを具体化することができたことが最も大きな進捗であった。また、本課題の中間帯域フィルターサーベイ部分が密接に関連するプロジェクトである、マゼラン望遠鏡のZFOURGEプロジェクトとの連携を図るため、その主要メンバーである研究者を招聘し、これまでの経験と実績から、どのようにSWIMS-18でサーベイを拡張していくのが最も効果的なサイエンスに繋がるかを議論した。また、狭帯域フィルターサーベイに関しては、本課題の前身であるマハロすばるプロジェクトとそこから波及した他波長プロジェクトを引き続き推進し、SWIMS-18サーベイに直接つながる、遠方星形成銀河の物理的性質について知見を深めた。これらのSWIMS-18サーベイのシミュレーション結果や関連する科学的成果について、国内外の多くの研究会で口頭発表の機会を獲得して報告し、SWIMS-18サーベイ計画を広く知ってもらうことができた。当初は本年度の後半にSWIMSカメラをハワイに移送してすばるに装着し、試験観測をスタートさせる計画であったが、東大天文センターで開発中のSWIMS装置自体の完成とハワイ観測所側での受け入れ体制の確立に遅れが生じてしまったため、残念ながらまだ観測を開始できていない状況である。一方で研究実績の概要に記載したとおり、すばる望遠鏡にSWIMS装置が取り付けられればすぐに本課題のパイロット観測が開始できるように準備は着実に進めることができた。当初計画では、本年度の後半は、本課題で使用するSWIMS装置がハワイに移送され、すばる望遠鏡に取り付けて試験観測が始まる予定になっていた。しかし残念ながら装置側と観測所の受け入れの都合で遅れてしまい、年度内に装置の取り付けが出来なかった。したがって、本課題で購入してインストールしたフィルターに実際に光を通してパフォーマンステストを行い、それを元に観測計画をより具体的に調整するという計画は叶わなかった。しかしながら、観測が始まった時に真っ先に狙うべきターゲットの選定に向けて、密接に関連する様々な観測的研究や、今後の共同研究の議論を国内外で進めた。具体的には、本課題で狙う一般フィールドでは、一部類似したZFOURGEプロジェクトの主要チームメンバーをオーストラリア国立天文台から日本の国立天文台に一ヶ月ほど招き、その期間に重点的に協力体制の構築と、共同研究の内容の議論を行った。また、主要なサーベイフィールドとなるGOODS-S領域においては、すばるの観測提案を提出して採択され、深い狭帯域撮像観測によって遠方星形成銀河のサンプル構築を継続して行っている。
英語における単語長・強勢パターンの統計解析と散文・韻文の構造的差異の理解

本研究では、従来までに培った単語長の並びの乱数性に基づく各種の解析を目的としている。一般に散文では、単語長の並びに相関が無いことが、従来からの研究分担者・青山とJohn Constable(Magdalene College,Cambridge University)との研究で明らかになっている。また、韻文ではその乱数性からの規則的なずれが観測されている。本研究において、本年度はそれらの一般的性質からの微細なずれを詳細に調べ、個々の文献、著者の特性を同定する試みを主眼とした。昨年度はT.S.EliotのFour Quartetsについての研究を進めて、その隠された4音節構造を統計的に有意なものであることを発見した。そこで今年度はJim CraceのQuarantineに着目し、その音節構造を調べた。具体的には、John Constableによって、彼の開発した音節辞書とプログラムを用いて音節数のデータが作成され、そのデータを青山が統計処理した。その結果、この小説が他の散文、韻文に見られなかった特異な音節構造をしていることが発見された。現在、その構造のさらなる解析とそれに対する言語学的な検討を行なっている。それがまとまった段階で論文を発表する予定である更に、完全な乱数性からのずれとして、長い小説においてわずかな単語長の時間的減少が見られることが本研究で発見されている。本年度はこれをさらに詳細に検討し、これは統計的に明らかに有意であることを確認することができた。これについても現在論文を執筆中である。本研究では200万単語におよぶ独自の単語長データの統計的解析を通じて、英語文の構造の解明を主目的とするものである。今年度は、散文データの解析の第一段階が終了し、単語区切りの分布がランダムである、という我々の主張を確定することができた。またさらに辞書の単語長分布関数について、上のランダム性を用いたある仮説を提出した。これが論文1である。また、韻文については、単語区切りの相関関数の計算から、従来定まらなかった、散文・韻文の数学的区別・定義にある答えを出せた。これは論文2として出版した。また、この相関関数を使う理論を適用して、T.S.Elliotの"Four Qualtets"における、いわゆる「4音節問題」に解答を出すことができた。実際には、その問題となる第1章について単語区切りの相関関数を計算し、第4音節においてするどいピークを持つことを発見した。このピークは他の章にはみられないものであり、実際に4音節区切りが存在することが数学的に証明されたと言える。現在進行中の研究としては、数十万語程度の散文(小説)について、その単語長分布のさらに詳細な検討を行なっている。これには、ランダム・ウォーク(ウィーナー・ブラウン運動)としての乱数性の検証、多体相関関数の計算などを含む。この研究を通じて、現在までに我々は、一散文(小説)内を通して平均単語長がわずかに減少していく性質があることを発見した。これは我々が検討した10編程度の長編の散文についてほぼ共通に見られるた。これは従来までに全く知られていなかった性質である。現在、この研究を鋭意進め、論文をまとめるべく作業中である。
原子・組織アプローチのデータ同化に基づく非平衡固液界面物性の学理開拓

金属材料における界面エネルギーや界面移動度といった界面物性は、組織の形成過程を支配する重要な因子である。非平衡現象である組織形成を議論・予測するためには、本来、非平衡状態における界面物性が必要であるが、非平衡状態の界面物性値を算出する手法は未だに開発されていない。本研究は、原子シミュレーションと組織形成シミュレーション、そしてデータ同化の最先端技術を新たな枠組みで組み合わせることで、凝固組織形成における非平衡の界面物性値を“on-the-fly"で算出する手法を世界で初めて構築することを試みる。
アト秒スペクトロスコピー技術によるペタヘルツエンジニアリングの創出

平成30年度は、以下の点を実施した。(課題1-2)人工二次元結晶アト秒ダイナミクス-グラファイトの光励起初期過程観測昨年度プローブ時間分解を評価したサブ5 fs高次高調波プローブ時間分解角度分解光電子分光(TR-ARPES)系を用いて、グラファイトの光励起最初期緩和過程を中心的にダイナミクス計測を実施した。昨年度は、CVDグラフェンを用いて時間分解反射率計測法により予備的計測を行ったが、本年度はそれをエネルギー運動量空間上のムービーとして捉えることを目標にした。800 nm、20 fsの励起光によって、グラファイト(高配向熱分解グラファイト)を励起した結果、サブ5 fsという極めて短い時間分解能でプローブしたことにより、価電子帯から伝導帯へ励起された直後の電子分布に由来するピーク型の過渡的分布を捉えることに成功した。この電子分布は、わずか510 fs後にはくずれ、準Fermi-Dirac分布的な熱平衡化に瞬時に再分布することも計測できた。このような光励起直後の最初期緩和過程は、これまでボルツマン方程式によるシミュレーション等のみで予測されてきたダイナミクスであるが、本計測法により初めて計測することにより実験的にも裏付けることが可能となった。(課題2-2)及び(課題3-1)固体高調波によるPHzオシロスコープ及びPHzシンセサイザ両課題でまずポイントとなるのは、固体高次高調をダメージなく効率的に発生したり、アト秒ゲートの役割を実現するための、モノサイクルレベルのパルス発生である。これまでの中空ファイバパルス圧縮方式では、サイズ・安定性・スループット・帯域の点から課題が多いことを認識し、マルチプレート型パルス圧縮装置を構築した。中空ファイバ方式では、到達できなかった500 nm以下レベルのオクターブレベルの超広帯域化に成功し、フーリエ限界幅で約2.8 fsを達成した。昨年度構築したTR-ARPES装置により、これまで実験的に捉えることが困難であった電子系の最初期再分布過程を計測できたことにより、研究進捗は概ね順調であると自己評価している。このような電子ー電子散乱過程が本質的に重要になる時間領域において、さらにその前段階である光電界によって引き起こされるコヒーレント電子応答の直接計測も実現視野に入ってきた。電子ー電子散乱の散乱確率は、位相空間の占有・非占有確率と電子密度の積が記述できることから、昨年度はこれまでの800 nm励起から400 nm励起へとポンプ光波長を変え、そのダイナミクスの違いを計測する実験も進行中である。また、これまで単相グラフェンやグラファイトなど基本的な二次元結晶を計測対象としてきたが、今年度後半より、多層グラフェンや単相窒化ボロン、モリブデンダイサルファイドなど、各物質系に特有なダイナミクスを計測することにも着手した。多層グラフェンでは、通常のディラックバンドは、フラットバンドと呼ばれる一種の束縛状態(エネルギー準位)をフェルミ面に構成することから、ダイナミックな物性にも大きく影響を与えることが予想できる。最終年度は、ATTO-ARPESの実現に加えて、これらの多様な物質群における光励起最初期過程ダイナミクスの研究に発展的変更していくことを計画に加えている。また、昨年度は、これまでの研究成果や研究活動が対外的にも認知され、国際・国内会議、各種セミナーにおける招待講演を多数行うなど対外発表においても順調に成果を積み上げている。一方、今年度は、【課題3】ペタヘルツシンセサイザの実現に向けて、OPAによる多波長発生実験を開始した。790 nm、20 fsパルスをポンプ光として用いて、2370 nm (アイドラ)、1185 nm(シグナル)、790 nm (ポンプ)の3色パルスを同軸上に発生させ、その変換効率等を調べた。【課題1】(課題1-2)サブ5 fsプローブ分解能Tr-ARPES装置を用いた多層グラフェン、MoS2、WSe2、BNといった人工二次元結晶において、光電界周期スケール電子緩和過程の計測を実施する。ポンプ光としては、NIR(790 nm)及びMIR(2370 nm)を用い、光励起直後の電子ー電子散乱過程及び光電界で駆動されたバンド内コヒーレント応答のARPES計測を世界で初めて実現させる。上記と並行して、上記システムのアト秒時間分解能化を図り(プローブ時間分解能500 as)、ATTO-ARPESの実現を目指す。また、今年度成功したロックイン検出を用いた高次高調波時間分解反射率計測法を用いたコヒーレントフォノン計測実験を実施する。【課題2】近年の固体高次高調発生の研究はさらにホットトピックとなり、アト秒科学分野においては一大中心分野となりつつある。その現状をふまえ、当初計画した電界駆動電流発生実験(ペタヘルツトランジスタ)は、一時中断として、(課題2-2)を中心に実現を目指す。平成30年度に開始した固体高次高調波発生の鍵となるMPCによるモノサイクル化の研究をさらに推し進め、固体高次高調波発生実験への適用を目指す。並行して、ARPES・吸収・反射分光合型システムを用いて媒質である水晶薄膜のサブ5 fs高次高調波時間分解吸収分光により、固体高次高調波発生過程の実時間ダイナミクスも引き続き行う。固体高次高調発生の確認後、ポンププローブ型固体高次高調波系へと拡張し、オシロスコープ実験を実施する。

【課題3】光パラメトリック増幅(OPA)を利用した多色パルス合波実験を行い、PHz波フーリエ合成の原理実証を行う。発生した合波を用いて固体高次高調波発生を行い、波形による発生効率等の違いを計測する。平成28年度研究実施計画に基づき、【課題1】アト秒スペクトロスコピー技術による人工二次元結晶電子系アト秒ダイナミクスの解明、に関して以下の2つの項目を重点的に実施した。(課題1-1)複合型ナノビームアト秒スペクトロスコピーシステムの構築本システムの構築においては、第1ステップとして、マイクロビーム(50100ミクロン程度)の光学系を用いた時間分解能5fsを有する時間分解角度分解光電子分光(TR-ARPES)系の既設システムへの導入を実施した。マイクロビーム光学系は、2枚のMo/Si多層膜鏡から成るZ型光学系を採用している。その理由は、ナノビーム光学系の候補であるシュバルツシルト型集光光学系も同様に2枚の多層膜鏡から構成されるため、反射損失など実験的に検証することができるからである。本年度は、プローブ光である29次高調波発生の最大化を実施し、スペクトル測定は50 msの露光時間で取得可能となった。これまで同等の計測を露光時間数秒程度であったことを考慮すると約20100倍の光量の増加に相当する。その結果、29次高調波によるARPESスペクトルの取得に成功した。(課題1-2)人工二次元結晶電子系アト秒ダイナミクス本課題では、まず既設のアト秒吸収分光システムを用いて、サファイア単結晶薄膜の強光電界励起アト秒ダイナミクスの実験を実施した。本実験では、10^12 W/cm^2レベルの強い光電界でサファイア励起し、励起に伴う1 PHzを大きく超える周波数を有するアト秒吸収分光信号の変調を示す実験結果を得た。光学的ブロッホ方程式をベースにした理論解析を実施し、本実験結果の物理的メカニズムの解明を進めた。また、本年度後半には、構築中のTR-ARPESシステムを用いて、SiCエピタキシャルグラフェンの計測を実施し、グラフェンのK点のディラックバンド分散のARPESスペクトル計測に成功した。今年度構築したTR-ARPES系は、ARPESー吸収分光(XAS)同時計測可能なシステムとなっており、このような装置構成は世界初である。さらに、研究の到達目標であるアト秒時間分解能までは達していないものの、今年度実現したパルス幅5 fsの高次高調波によるTR-ARPES系は、現時点で世界最短時間分解能である。研究計画初年度においてもこのような世界初の試みに成功しており、研究進捗は概ね順調であると自己評価している。また、研究の進め方として、当初計画していたナノビーム光学系の導入を後ろ倒しにし、マイクロビーム光学系でのシステム構築を優先した。その理由は、ARPES計測の予備実験の結果、当初の予想以上にARPES信号計測には、高調波の光量を必要とすることが明らかになったためである。ここで数10ミクロン程度のマイクロビーム光学系という段階を一つ入れることにより、光量不足によりARPES信号が全く計測不能という事態を回避することができた。以上のような研究実施の柔軟な対応も今年度の研究が順調に推移している一つの要因である。さらに、今年度は、【課題2】ペタヘルツ応答デバイスの動作原理の実証として、2年目以降に計画していた固体高次高調波発生によるペタヘルツオシロスコープの実験を前倒しで着手した。
パターン化モデル生体膜を利用した膜タンパク質再構成技術の開発

生体膜は、脂質膜と膜タンパク質などが高次に組織化された構造を持ち、細胞内において重要な機能を担っている。研究代表者は、光重合されたポリマー脂質膜と生体膜(リン脂質膜)を光リソグラフィー技術でパターン化したハイブリッド型モデル生体膜作製手法を世界に先駆けて独自に開発し、固体基板上に人工的なモデル生体膜を作製する手法を開発してきた。本研究では、これらのポテンシャルを活かし、構造の制御されたパターン化モデル生体膜に膜タンパク質を組み込む方法論の開発を行った。本年度は、界面活性剤の存在下で脂質二分子膜を基板表面に吸着し、モデル生体膜を再構成する研究を行った。界面活性剤として、オクチルグルコシドおよびドデシルマルトサイドを用い、リン脂質との混合膜の基板表面への吸着過程を水晶振動子マイクロバランス(QCM)法および蛍光顕微鏡観察によって検討した。その結果、これらの界面活性剤が基板表面におけるリン脂質二分子膜形成を促進することが観察された。また、膜タンパク質のモデル系としてカエル視細胞のロドプシンをパターン化モデル生体膜に導入し、トランスデューシンとの結合を1分子蛍光観察で解析した。GTP存在下/非存在下で、膜表面のトランスデューシンの拡散速度が有意に異なり、ロドプシンが活性を保ったまま再構成されたことが示された。これらの結果は、基板上においてナノメートルオーダーで構造の制御された安定なモデル生体膜を形成し、活性を維持した膜タンパク質を組み込む手法の確立に寄与するものと期待される。生体膜は、脂質膜と膜タンパク質などが高次に組織化された構造を持ち、細胞内におおいて重要な機能を担っている。研究代表者は、光重合されたポリマー脂質膜と生体膜(リン脂質膜)を光リソグラフィー技術でパターン化したハイブリッド型モデル生体膜作製手法を世界に先駆けて独自に開発し、これまで固体基板上に人工的なモデル生体膜を作製する手法を開発してきた。本研究では、これらのポテンシャルを活かし、構造の制御されたパターン化モデル生体膜に膜タンパク質を組み込む方法論の開発を行う。本年度は、膜タンパク質を含んだモデル生体膜作製の基盤技術として、界面活性剤の存在下で脂質二分子膜を基板表面に吸着する研究を行った。界面活性剤として短鎖リン脂質を用い、長鎖リン脂質(POPC)との混合膜を作製して、基板表面への吸着過程を水晶振動子マイクロバランス(QCM)法および蛍光顕微鏡観察によって検討した。また、短鎖リン脂質の分子構造や溶液の組成に応じて形成される脂質二分子膜の被覆率や安定性、物性が大きく左右されることが分かった。さらに、研究分担者は蛍光タンパク質(CFPおよびYFP)を融合した膜タンパク質(シトクロムP450)の作製に成功した。これらの結果は、基板上においてナノメートルオーダーで構造の制御された安定なモデル生体膜を形成し活性を維持した膜タンパク質を組み込む手法の確立に寄与するものと期待される。
核融合非接触プラズマ中における電離フロントの時空間構造挙動とその効果の解明

本研究では、特徴ある3つの磁場配位装置(NAGDIS-II、GAMMA 10/PDX、LHD)と数値シミュレーション(EMC3-EIRENE、LINDA)を効果的に用いることで、磁場閉じ込め核融合装置の非接触プラズマ中における電離ー再結合フロント構造の空間的・時間的な振る舞いを明らかにするとともに、非拡散的輸送発生との関係の調査、ならびに同輸送がもたらすダイバータ板への粒子束低減効果を評価することを目的としている。NAGDIS-IIでは、固定静電プローブと2次元駆動プローブ、あるいはトムソン散乱計測と組み合わせた条件付き平均計測により、プラズマ放出前後の時空間に渡るプラズマパラメータ(電子密度、電子温度、プラズマ電位)計測を始めて行った。プラズマ放出が起こる数百マイクロ秒前に電子密度の増加、電子温度の低下、プラズマ電位の増加が方位角方向モード数m=0で発生していることを確認し、これらの位相が放出後に反転することが分かった。放出の発現機構を明らかにする上で極めて重要な結果であると考えられる。GAMMA 10/PDXでは、静電プローブおよび高速カメラの計測から、低周波のモード構造と、高周波のBlob/Hole様構造の空間挙動を調査し、周方向速度が同程度であることが分かった。LHDでは、多数の軽水素・重水素放電に対する多変量解析の適用により、同位体の違いがダイバータ粒子束分布へ変化をもたらす条件を調査した。これにより、非接触化による影響を切り分けるための基礎的なデータを取得した。各装置で得られた結果を計6本の学術論文としてまとめてH30年度中に投稿し、全て受理された。NAGDIS-IIではプラズマ放出前後のパラメータ変化の時空間挙動が明らかとなるなど、当初の計画以上に進展している。GAMMA 10/PDXにおいても、現存の計測器から得られるデータの解析は概ね終わり、新たな計測器製作の指針を得た。申請当初予定していたLHDにおけるガスパフイメージングの準備は遅れているが、多変量解析のような新たな研究が進展している。これにより、いずれの装置の成果も学術論文としてまとめて発表することができている。以上により、総合的な評価を(2)とした。条件付き平均計測により得られた結果から、非接触プラズマ中の輸送増大には中性粒子が重要な役割を担っている可能性が考えられる。NAGDIS-IIを用いて中性粒子密度の揺動計測を試みるとともに、各種物理過程の特徴周波数とプラズマ放出の位置関係から物理機構の理解を進める。GAMMA 10/PDXでは、高空間分解計測を可能とするためのプローブヘッドを新たに設計し、試作を始める。LHDでは機械学習や深層学習の適用から、非接触放電等によるダイバータフットプリント分布変形および輸送現象を調査する。LINDAコードによる非拡散的輸送有り・無しのシミュレーションにより、非接触プラズマ形成への影響および関係性を評価する。本研究では、特徴ある3つの磁場配位装置(NAGDIS-II、GAMMA 10/PDX、LHD)と数値シミュレーション(EMC3-EIRENE)を効果的に用いることで、磁場閉じ込め核融合装置の非接触プラズマ中における電離ー再結合フロント構造の空間的・時間的な振る舞いを明らかにするとともに、非拡散的輸送発生との関係の調査、ならびに同輸送がもたらすダイバータ板への粒子束の低減効果を評価することを目的としている。H28年度は主にNAGDIS-IIにおける研究を大きく進展させ、その他の装置・計算コードについても次年度以降の研究推進ための準備を進めた。NAGDIS-IIでは、径方向・周方向分割電極をプラズマ中に挿入し、接触ー非接触状態を急速に遷移させた際の静電揺動を計測・解析した。結果として、径方向中心付近において方位角方向モード数m=0の揺動が磁力線方向に局在して発生しており、同時に径方向周辺では渦状のプラズマ構造が顕著に吐き出されている様子が確認された。このとき周辺では粒子束の有意な増大も確認され、中心部の粒子束低減に対し径方向輸送が無視できない寄与をもたらしていることが示された。今後はより詳細な挙動の調査を行う。GAMMA 10/PDXでは筑波大学担当者と打ち合わせを行い、多チャンネル計測系の整備を一部進めた。LHDでは、ダイバータ粒子束分布の解析を高効率化するため、解析プログラムを一新し、データサーバへの登録を進めた。これにより、大規模データ解析のための環境を整えた。EMC3-EIRENE計算環境として、ワークステーションの導入および計算プログラムの移植を行った。H28年度に予定していたNAGDIS-II用の高時間分解能アナログ/デジタル変換器の整備はメーカー都合により遅れが生じたが、借用制度の活用により、分割電極計測に必要なチャンネル数での同時計測を実施した。アナログ/デジタル変換器購入のための予算は、繰り越し申請により次年度に整備する。GAMMA 10/PDXおよびLHDにおける研究準備、ならびに共同研究者との打ち合わせは順調に進んでいる。以上のことから、総合評価を(2)とした。本研究では、特徴ある3つの磁場配位装置(NAGDIS-II、GAMMA 10/PDX、LHD)と数値シミュレーション(EMC3-EIRENE)を効果的に用いることで、磁場閉じ込め核融合装置の非接触プラズマ中における電離ー再結合フロント構造の空間的・時間的な振る舞いを明らかにするとともに、非拡散的輸送発生との関係の調査、ならびに同輸送がもたらすダイバータ板への粒子束低減効果を評価することを目的としている。NAGDIS

-IIでは、径方向・周方向分割電極による多地点同時計測信号の解析から、径方向中心における方位角方向モード数m=0の粒子束低減時に渦状の構造のプラズマ吐き出しが現れており、シミュレーション研究との類似性が確認された。さらに、磁力線方向の挙動を明らかにするため、上流部の3チャンネルマイクロ波干渉計と下流部の2次元駆動静電プローブの同時計測を実施し、現在解析を進めている。GAMMA 10/PDXでは、装置終端部に設置されたDモジュール中の静電プローブにより、イオン飽和電流揺動の多地点同時計測を行った。Blob/Hole様の正/負スパイク信号を初めて観測し、これらは接触状態から非接触状態への遷移時に特に顕著に現れている。NAGDIS-II実験との共通性・相違性がそれぞれ確認された。LHDでは、1年間で収集された大規模データを対象とした多変量解析を実施し、ダイバータ粒子束分布の特徴付け手法を確立した。上流のパラメータに対する依存性を調べることで、これまで未知であった分布形状変化の原因がコアプラズマ周辺部における圧力勾配駆動電流によるものと推定された。非接触プラズマ形成に重要な中性粒子について、EMC3-EIRENEを用いたJT-60SA周辺領域計算を行い、プラズマ計算メッシュを飛び出た粒子のモデルと中性粒子分布間の依存性を確認した。NAGDIS-IIおよびGAMMA 10/PDXにおいて、当初予定していた信号収集系の整備を完了し、課題申請時に計画していた実験を概ね実施した。ともに新しい知見が得られており、論文投稿済み、もしくは投稿準備中である。申請時にH30年度の実施を予定していたLHDにおけるガスパフイメージングの準備は、研究代表者の所属変更により遅れが生じている。代わりに、収集済み大規模データの解析環境を整え、接触・非接触条件比較を容易とするための粒子束分布の特徴付け手法を確立し、その変化要因を明らかにした(論文投稿準備中)。以上のことから、総合評価を(2)とした。本研究では、特徴ある3つの磁場配位装置(NAGDIS-II、GAMMA 10/PDX、LHD)と数値シミュレーション(EMC3-EIRENE、LINDA)を効果的に用いることで、磁場閉じ込め核融合装置の非接触プラズマ中における電離ー再結合フロント構造の空間的・時間的な振る舞いを明らかにするとともに、非拡散的輸送発生との関係の調査、ならびに同輸送がもたらすダイバータ板への粒子束低減効果を評価することを目的としている。NAGDIS-IIでは、固定静電プローブと2次元駆動プローブ、あるいはトムソン散乱計測と組み合わせた条件付き平均計測により、プラズマ放出前後の時空間に渡るプラズマパラメータ(電子密度、電子温度、プラズマ電位)計測を始めて行った。プラズマ放出が起こる数百マイクロ秒前に電子密度の増加、電子温度の低下、プラズマ電位の増加が方位角方向モード数m=0で発生していることを確認し、これらの位相が放出後に反転することが分かった。放出の発現機構を明らかにする上で極めて重要な結果であると考えられる。
リーリン結合型スポンジ培養によるリーリンの機能解析

大脳皮質神経細胞は、最終的に配置される皮質層ではなく、脳室側にある脳室帯で誕生し、中間帯を経由して、髄膜側の辺縁帯直下まで移動して最終分化する。この繰り返しにより、早生まれの細胞は大脳皮質層の深層に、遅生まれの細胞は浅層に配置され、6層からなる大脳皮質層が形成される。Reelin欠損マウスでは、本来各層に集合して局在すべき神経細胞群が分散して配置し、大脳では、全体として層構造の逆転を示す。しかしながら、正常マウスにおいても、大脳皮質層特異的な細胞同士の分離機構があるかどうか、さらには、正しい層形成が起こるために、細胞は辺縁帯直下まで移動する必要があるかどうかもわかっていない。そこで、Reelinの生物学的機能を解明するために、皮質層特異的な細胞同士の分離機構に着目した。はじめに、予備的な実験として,正常マウスにおける脳室帯と中間帯から単離された神経細胞の細胞同士の分離能に着目し、誕生時期依存的な分離機構があるかどうか検討した。その結果、大脳皮質神経細胞には誕生時期依存的な細胞同士の分離機構があり、この分離能は、辺縁帯直下までの神経細胞移動を必要としないことが示唆された。さらに、この細胞同士の分離機構が層形成に関与するかどうか検討するために、特定の時期に誕生した神経細胞で特異的に発現している遺伝子群を、DNAチップを用いて網羅的に解析し、in situ hybridization法により、候補の遺伝子群の絞り込みを行った。その結果、大脳皮質神経細胞の誕生時期に依存して発現する、いくつかの新規及び既知遺伝子が見つかった。
発作時脳磁図データの周波数解析ー非侵襲的臨床検査法としての確立ー

発作時脳磁図から得られた波形を詳細に検討し、頭蓋内脳波結果といかに相関するかを検証した。頭蓋内電極設置を要した7症例に対して、脳磁図との発作の同時記録を試みた。側頭葉内側型てんかん3例中1例で、発作が記録されたが、頭蓋内脳波で側頭葉内側部に限局した棘波は、傾斜磁場トポグラフィーでは感知されなかった。一方、新皮質てんかん4例中3例の発作間欠期棘波解析では、傾斜磁場トポグラフィーは頭蓋内脳波と同様の時間・空間的変化を示すことが判明した。一方、傾斜磁場トポグラフィーの解析手法を転倒発作に応用し、脳波における発作間欠期の全般性棘波の分布状態が脳梁前方離断術の予後推定に有用であることを見出した。本研究の目的は、従来の非侵襲敵検査では検出できなかった発作時異常高周波律動(high frequency oscillation: HFO)を脳磁図で捉え、その空間的拡がりや経時的変化を詳細に検討し、その領域が頭蓋内脳波結果といかに相関するかと検証することである。対象は皮質てんかん焦点切除に先立って、頭蓋内電極留置による慢性頭蓋内脳波モニタリングを要する難治性新皮質てんかん患者とする。難治性てんかん患者においては、まず非侵襲的な術前評価を行い、てんかん焦点の検索を行うが、これらには頭皮上ビデオ脳波モニタリング、MRI,PET,脳磁図を含む。対象患者において、発作時脳磁図データから得られたHFOを正距方位図法および傾斜磁場トポグラフィーにより解析し、推定されたてんかん焦点範囲が、慢性頭蓋内脳波記録から得られた焦点範囲といかに相関するかと検証するために、これまで頭蓋内電極設置を要した4症例に対して、術前に発作時HFO検出を試みている。またこれらの一部は海外、あるいは国内学会で成果を発表した。本研究の目的は、従来の非侵襲的検査では検出できなかった発作時異常高周波律動(high frequency oscillation: HFO)を脳磁図で捉え、その空間的拡がりや継時的変化を詳細に検討し、その領域が頭蓋内脳波結果といかに相関するかを検証することである。対象は皮質てんかん焦点切除に先立って、頭蓋内電極設置による慢性頭蓋内脳波モニタリングを要する難治性新皮質てんかん患者とする。難治性てんかん患者においては、まず非侵襲的な術前評価を行い、てんかん焦点の検索を行うが、これらには頭皮上ビデオ脳波モニタリング、MRI、PET、脳磁図を含む。対象患者において、発作時脳磁図データから得られたHFOを正距方位図法および傾斜磁場トポグラフィーにより解析し、推定されたてんかん焦点範囲が、慢性頭蓋内電極記録から得られた焦点範囲といかに相関するかを検証するために、これまで頭蓋内電極設置を要した5症例に対して、術前に発作時HFO検出を試みている。本研究の目的は、従来の非侵襲的検査では検出できなかった発作時異常高周波律動(high frequency oscillation: HFO)を脳磁図で捉え、その空間的拡がりや経時的変化を詳細に検討し、その領域が頭蓋内脳波結果といかに相関するかを検証することである。難治性てんかん患者においては、まず非侵襲的な術前評価を行い、てんかん焦点の検索を行うが、これらには頭皮ビデオ脳波モニタリング、MRI、SPECT、PET、脳磁図を含む。対象患者において、発作時脳磁図データから得られたHFOを正距方位図法および傾斜磁場トポグラフィーにより解析し、推定されたてんかん焦点範囲が、慢性頭蓋内脳波記録から得られた焦点範囲といかに相関するかを検証するために、これまで頭蓋内電極設置を要した4症例に対して、術前に発作時HFO検出を試みている。本研究の目的は、従来の非侵襲的検査では検出できなかった発作時HFOを脳磁図で捉え、その空間的拡がりや経時的変化を詳細に検討し、その領域が頭蓋内脳波結果といかに相関するかを検証することである。対象は皮質てんかん焦点切除に先立って、頭蓋内電極留置による慢性頭蓋内脳波モニタリングを要した難治性新皮質てんかん患者とする。

対象患者において、発作時脳磁図データから得られたHFOを正距方位図法および傾斜磁場トポグラフィー(GMFT)により解析し、推定されたてんかん焦点範囲が、慢性頭蓋内脳波記録から得られた焦点範囲といかに相関するかを検証するために、これまで頭蓋内電極設置を要した7症例に対して、脳磁図との同時記録を行い発作の記録を試みた。側頭葉内側型てんかん3例中1例で、発作が記録されたが、頭蓋内脳波で側頭葉内側部に限局した棘波は、GMFTでは感知されなかった。一方、新皮質てんかん4例中3例の発作間欠期棘波解析では、GMFTは頭蓋内脳波と同様の時間・空間的変化を示すことが判明した。これらの一部は国内学会で成果を発表した。一方、GMFT解析手法を転倒発作に応用し、脳波における発作間欠期の全般性棘波の分布状態が脳梁前方離断術の予後推定に有用であることを見出し、その成果を国際学会および論文にて発表した。脳神経外科頭蓋内電極設置を要する難治性てんかん患者で、術前に発作時脳磁図データが十分取得できる症例数が限られているから。頭蓋内電極設置を要する難治性てんかん患者で、術前に発作時脳磁図データが十分取得できる症例数が限られているから。また現在病院棟の建て替えのために、脳磁計稼働が一時休止となっているため。今後も引き続き、脳磁図発作記録、慢性頭蓋内脳波記録によってデータ蓄積を図る。データ取得に際しては、発作時の雑音を除去し、正確な発作時脳磁図データを得る工夫を行う。今後脳磁計稼働の再開後、引き続き脳磁図発作記録、慢性頭蓋内脳波記録によってデータ蓄積を図る。今後も引き続き、脳磁図発作記録・慢性頭蓋内脳波記録によってデータ蓄積を図る。成果発表のための旅費等に使用。正確な発作時脳磁図データを得る工夫のために、新たなデータ解析法ソフトウエアやアーチファクト除去のためのソフトウエアなどへの使用。症例数が不十分なため、データ解析が終了していないため。学会参加費用と論文校正代。正確な発作時脳磁図データを得る工夫のために、新たなデータ解析用ソフトウエアやアーチファクト除去のためのソフトウエアなどへの使用。
小学校教員に必要な「古典力」育成のための教育プログラム開発

教員志望の大学生が、それまでに受けた古典の授業と、それについて持っている印象について、継続的に実態調査を行った。大学教員・学生・現職教員による研究会を開催し、積極的に古典を学び、教えたいという意欲を与えるカリキュラムと方法について検討した。それらの成果に基づき、大学の授業で使用可能なテキスト作成を行っている。大学教育、あるいは現職教員も含む社会人教育を通じて、小学校教員に必要とされる「古典力」を育成するための体系的なプログラムを開発するものである。本年度は三年計画の最初の敏に当たるので、まず、環境を整えることを重視した。具体的には以下のことを行った。1、「古典力」調査アンケートの実施。横浜国立大学教育人間科学部学校教育課程の一年次生必修の国語概説の授業を利用して、一年生全員230名を対象に、古典の読解力・基礎知識の学力調査を行った。そのデータ入力・分析は協力者(謝金)の近藤弘子さんが、まとめて、近く発表する。2、学力調査の方法、結果についての分析結果について、分担者・協力者が意見交換をい、来年度の実施方法を検討した。3、古典教科書・指導書の体系的収集と公開を行った。三宅研究室で新たに書架を購入し、体系的収集の成果を公開、学生たちが自由に閲覧利用できる環境を整えた。4、視聴覚教材の収集と管理を行った。5、古典力調査を元に、研究分担者・協力者が数回集まり、次年度に向けての意見交換を行った。6、「古典力」に関して興味を持ち、教育現場に役立てたいという人を、横は過去区立大学教育学研究科卒業生を中心に募り、研究会の輪を広げるための準備を行った。本年度は三年計画の二年目に当たり、来年の完成年度に向けて、内容の充実を目指し以下のことを行った。1,昨年度に続けて「古典力」調査アンケートの実施。横浜国立大学教育人間科学部学校教育課程1年次必修の小教専国語の授業を利用して、一年生全員230名を対象に、古典の読解力・基礎知識の学力調査を行った。そのデータ入力・分析は協力者(謝金)の近藤弘子さんがまとめ、発表する。2,月一回古典教育デザイン研究会』(三宅主催、会場は基本的には教育人間科学部第3研究棟603室)を開催。研究分担者・協力者、その他現職教員や大学院生・学部生などが集まって、発表と質疑による「古典力」に関する意見交換の場とした。3,研究会での発表、質疑を元にして、テキスト作りの内容を検討した。4,学力調査結果についての分析と次年度アンケニトの実施方法を検討した。5,古典教科書・指導書・古典文学テキストの体系的収集を続行、三宅研究室での閲覧を可能にした。6,視聴覚教材の収集と管理を続行した。本年度は三年計画の完成年度に当たり、関連図書・教科書・指導書の収集の充実と、テキスト作りに向けて以下のことを行った。2,月一回古典教育デザイン研究会(教育人間科学部第3研究棟607室)を開催。研究分担者・協力者・現職教員・大学院生・学部生などが集まって、発表と質疑による「古典力」に関する意見交換の場とし、テキスト作りの内容を検討した。3,小学校教員への古典教育に関するアンケートを開始した。4,学力調査結果についての分析と次年度アンケートの実施方法を検討した。5,小学校教科書が一新されたので、代表的な5社の教科書とその指導書をすべて購入、閲覧を可能にした。7,実際のテキストの目次・本文のスタイル、記事内容を確定し、執筆予定を決めた。
有限要素法による弾性基本解の解析

無限領域中の一点に集中荷重を受ける場合の荷重点近傍の弾性応力および変位の解は弾性基本解,または単に基本解と呼ばれ,近年著しい発展をとげている境界要素法の解析理論を構成する上で重要な役割を果たしている.本研究では,有限要素法を利用した半解析的手法によって,この弾性基本解の数値解を得る試みを行った.本研究により,以下のことが明らかになった.(1)2次元および3次元弾性体において,集中荷重近傍の解(弾性基本解)を有限要素法によって解析する場合,一般には固有値解析問題になる.(2)しかしながら,2次元問題の弾性基本解のうち,通常の集中荷重を受ける問題(Kelvin解,Boussinesq解,Cerruti解)のみ例外で,この種の問題は,変位が対数型特異性をもつため,固有値解析問題とならず,荷重ベクトルを右辺とす連立方程式を解く問題となる.(3)有限要素法でKelvin解,Boussinesq解,Cerruti解を解析するとき,2次元問題では,この3つの解の対称性を議論することなく解くことができるが,3次元問題では,Kelvin解とBoussinesq解は,軸対称問題として,Cerruti解は面対称問題として,それぞれ区別して解析しなければならない.(4)弾性基本解の応力もクラック先端近傍の応力も,どちらもr^<λー1>の形のべき乗型の特異性をもつが,弾性基本解の場合は,λは0または負の整数であるのに対して,クラック先端近傍の応力解は,λは0<λ<1の値をとる.(5)弾性基本解を有限要素法によって解析したところ,2次元問題の場合も3次元問題の場合も,解は非常に良好な収束性をもっている.なお,当初の研究目的のうち,Mindlin解の解析法を確立とTransverselyーIsotropy問題への拡張および動的問題への発展については,本研究年度内に成果が得られなかった.無限領域中の一点に集中荷重を受ける場合の荷重点近傍の弾性応力および変位の解は弾性基本解,または単に基本解と呼ばれ,近年著しい発展をとげている境界要素法の解析理論を構成する上で重要な役割を果たしている.本研究では,有限要素法を利用した半解析的手法によって,この弾性基本解の数値解を得る試みを行った.本研究により,以下のことが明らかになった.(1)2次元および3次元弾性体において,集中荷重近傍の解(弾性基本解)を有限要素法によって解析する場合,一般には固有値解析問題になる.(2)しかしながら,2次元問題の弾性基本解のうち,通常の集中荷重を受ける問題(Kelvin解,Boussinesq解,Cerruti解)のみ例外で,この種の問題は,変位が対数型特異性をもつため,固有値解析問題とならず,荷重ベクトルを右辺とす連立方程式を解く問題となる.(3)有限要素法でKelvin解,Boussinesq解,Cerruti解を解析するとき,2次元問題では,この3つの解の対称性を議論することなく解くことができるが,3次元問題では,Kelvin解とBoussinesq解は,軸対称問題として,Cerruti解は面対称問題として,それぞれ区別して解析しなければならない.(4)弾性基本解の応力もクラック先端近傍の応力も,どちらもr^<λー1>の形のべき乗型の特異性をもつが,弾性基本解の場合は,λは0または負の整数であるのに対して,クラック先端近傍の応力解は,λは0<λ<1の値をとる.(5)弾性基本解を有限要素法によって解析したところ,2次元問題の場合も3次元問題の場合も,解は非常に良好な収束性をもっている.なお,当初の研究目的のうち,Mindlin解の解析法を確立とTransverselyーIsotropy問題への拡張および動的問題への発展については,本研究年度内に成果が得られなかった.当初予定していた今年度(平成2年度)研究計画のうち、等方均質材料中の3次元セルッチィ解、および2次元問題における回転加力解については、研究成果が得られ、日本建築学会構造系論文報告集に発表した。本報告では、3次元弾性基本解については、セルッチィ解のような面対称解も解けるように周方向のフ-リエ展開次数を高次にしたときの解析法について、また、2次元弾性基本解については、r方向に高次のべき乗型の特異性をもつ集中偶力や集中モ-メントが作用する場合の解析法を示している。この中で、3次元弾性基本解の変位式を一般的なフ-リエ級数展開で表現するとき、n=0の場合は3次元ケルビン解や3次元ブ-シネスク解などの線(軸)対称解に、n≧1の場合は、高次の面対称基本解になり、さらに、このうちn=1の場合は3次元セルッチィ解になることを示した。この3次元セルッチィ解を有限要素法で求めるための定式化を行い、解析を行った結果、良好な数値解が得られた。また、半無限2次元弾性体表面に集中偶力または集中偶モ-メントを受ける場合の応力、変位の解を求める問題は、この応力、変位がともにrのべき乗型の特異性を有するため、固有値問題となり、この問題に対しては、すでに著者が提案している有限要素法によるクラック先端近傍の特異解析法を適用して解析したところ良好な数値解を得ることができた。なお、ワ-クステ-ションの購入の遅れにともなって、当初予定していた研究計画をすべて行うことは困難となり、一部は来年度の研究にまわすことにした。来年度は、今年度の研究の遅れをとりもどすべく、研究を遂行していきたい。