hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起体積変化

反応性スパッタ法で作製されたアモルファス窒化炭素薄に可視光を照射した際に、光が照射された部分のみ体積が変化する光誘起体積変形現象を発見し、その起源の解明と光駆動デバイス応用を目指した。分光測定の結果、光誘起体積変形の起源は、C=N結合に由来する熱を介さない直接的な光ー力学的エネルギー変換であることが明らかとなった。また、ポリマーフィルムを基板として用いることで巨視的な変形が得られ、光のOn/Offに応じたポンピング挙動が確認できた。アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起体積変化について、本年度はそのメカニズムの解明を目的とし、研究実施計画に沿って、専用チャンバーを使用した加熱測定および分光測定を主として行った。加熱測定とは、照射光が光熱変換されることで生じる熱が光誘起体積変化に及ぼす影響、すなわち光誘起体積変化に含まれる熱膨張・収縮の割合を調べることを目的とした実験である。当初、専用の真空チャンバーを用意し、加熱しながら体積変化を測定する予定であったが、装置の不具合により実施できなかった。そのため、雰囲気温度の制御や、熱拡散係数の異なる2種類の基板を用いるなどして実験を行った結果、アモルファス窒化炭素の光誘起体積変化に及ぼす熱の影響は無視できる程度であることが明らかとなった。分光測定とは、アモルファス窒化炭素の光誘起体積変化メカニズムを特定するため、350-750 nmの間で体積変化が最大となる波長を調べた。得られたスペクトルは全波長域にわたりブロードであり、特に約450 nmの光に高い応答性を示した。光学バンドギャップなどから、光誘起体積変化は単一の化学結合状態によって引き起こされるということは無く、多様な結合が複雑に影響を及ぼしていると思われる。先に示した450 nm付近の光を照射しながら化学結合状態を調べた結果、光を照射した状態で赤外吸収スペクトルの変化は見られなかったことからも、特定の結合の増減が原因ではないことを示している。さらに、27年度に実施する予定の長時間光照射実験の一部を実施した。これらの実験結果から、アモルファス窒化炭素の光誘起体積変化は、結合の組み替えなどによる可逆的な変化はほとんどなく、二重結合を中心とする結合のわずかな変化(結合角や結合長の変化)である可能性が得られた。これらの知見はデバイス応用に向け、より大きな体積変化が得られる膜の作製に今年度の成果は活かされる。アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起体積変化の原因解明とデバイス応用を目指し、研究実施計画に沿って、本年度は長時間の光照射が体積変化におよぼす影響、マイクロマシーンへの応用に必要な応答速度などを明らかにした。長時間の光照射がアモルファス窒化炭素の一時的な体積変形におよぼす影響については、総照射時間を8時間とし、光学チョッパーを用いた断続光と連続光の2種類について実験を行った。その結果、断続光の場合は、光照射中に変形量の変化は見られなかったが、連続光の場合は、時間とともに徐々に変形量が増加した。電子スピン共鳴法を用いた欠陥(ダングリングボンド)密度の推定からは、光照射による欠陥の増加などは観測されず、長時間の連続光照射による体積変化量の増加は、アモルファス窒化炭素の光熱変換により生じた熱の影響であると考えられる。ダングリングボンドに関連する電気伝導度との比較においては、電導性が比較的高い試料では光誘起体積変形がほとんど起こらず、絶縁性の高い試料で大きな変形量が得られることがわかった。この関係は、アモルファス窒化炭素の光誘起体積変形の起源解明に結びつくものと思われる。マイクロマシーンへの応用は、厚さの異なる4種類の短冊形ガラス基板を用いて、応答速度の実験を行った。実験では、基板の片方を固定した片持ち梁式の試料の全面に白色光を照射した。その結果、アモルファス窒化炭素薄膜は、基板の厚さによらず、光照射から約5秒程度で変形の最大値を迎え、光照射を止めると、基板の厚さが薄くなるに従い、応答速度は速くなった。また、これまで、体積変形量については基板温度の影響を中心として研究を行ってきたが、基板材料にプラスチックなどを用いる場合には、温度の制約があるため、デバイス応用に向け、変形量最大となる投入電力や圧力など最適な成膜条件の割り出しにも着手した。計画書では、H27年度は、「(光誘起体積変化解明のための)長時間光照射の影響」と「マイクロマシーンのための基礎研究」を行うことになっており、「長時間光照射の影響」については、研究当初から使用しているガラス基板、シリコン基板上に成膜したアモルファス窒化炭素に関しては、予定していたすべての実験が終了している。マイクロマシーン応用に向けた基礎研究では、H28年度に予定していたガラス基板やシリコン基板を使った応答速度、収縮率(体積変化量)、水溶液中での挙動はすでに実験に着手し、データも得られているため、計画以上に進展していると言える。アモルファス窒化炭素(a-CNx)薄膜に可視光を照射した際に体積変形が起こることを発見し、その起源の解明と光駆動デバイス応用を目指した研究を行った。a-CNx薄膜に照射された可視光は、熱エネルギー(光熱変換)、力学的エネルギー(光誘起変形)、電気エネルギー(光電効果)にそれぞれ変換される。1年目は、光熱変換による熱膨張もしくは熱収縮と光誘起体積変化の関係を明らかとした。

温度可変機構を有する光体積変形評価専用のチャンバーを設計し、それを用いて、加熱のみ、加熱と光照射、光照射のみの3条件で、熱膨張係数の異なる2種の基板を用いて熱の影響を調べた結果、光誘起体積変化には熱の影響は見られるものの、大部分は光が直接力学的エネルギーに変換されていることがわかった。またそれには窒素の存在、特にC=N結合が重要であることが明らかとなった。2年目には、長時間可視光をa-CNx薄膜に照射した場合にも、欠陥の生成や結合状態の変化は起こらず、体積変化は光照射時に一時的に起こる可逆的変化であることを明らかにした。3年目は、合成石英、シリコン、ポリマーフィルム等に成膜したアモルファス窒化炭素薄膜を用い、光駆動デバイスへの応用を検討した。中でも変形の阻害要因である剛性が低く、大面積化が容易であるポリマーフィルムを基板とした資料において、目視可能な大きな光変形量が得られた。このポリマーフィルムを用いた光駆動ポンプの試作を行った結果、10 Hz程度まで駆動することが明らかとなった。液体を用いた際は、ポリマーフィルムでは押し出す力が弱く、合成石英ではa-CNx薄膜が剥離するという問題が明らかになった。本研究では、a-CNx薄膜の光誘起体積変形がこれまで知られている半導体薄膜の変形機構とは異なることを明らかにし、実際に光駆動ポンプの試作を行うことで、炭素系薄膜の新しい応用分野の開拓を行った。反応性スパッタ法で作製されたアモルファス窒化炭素薄に可視光を照射した際に、光が照射された部分のみ体積が変化する光誘起体積変形現象を発見し、その起源の解明と光駆動デバイス応用を目指した。分光測定の結果、光誘起体積変形の起源は、C=N結合に由来する熱を介さない直接的な光ー力学的エネルギー変換であることが明らかとなった。また、ポリマーフィルムを基板として用いることで巨視的な変形が得られ、光のOn/Offに応じたポンピング挙動が確認できた。本年度はアモルファス窒化炭素薄膜の光誘起体積変化に占める熱の影響を調べるため、加熱による短冊形試料の曲がり量を測定する計画であった。しかしながら、準備した加熱用チャンバーの試料固定用ホルダーでは、試料を長時間安定して保持することが難しいことがわかり、装置の改良が必要となったため、チャンバーを用いた加熱実験は実施できなかった。その代替案として、熱拡散率の異なる2種類の基板を用意して光熱変換で生じる発熱を利用して光誘起体積変化における熱の影響を調べた。さらに、外部から熱を与える方法として、ホルダーを加熱するのではなく、測定雰囲気の空気を暖めて試料の温度を変化させるなどの工夫を行った。その結果、ホルダーを加熱しなくとも当初の目的である、光誘起体積変化に及ぼす熱の影響を明らかとし、学術論文として発表することができた。H2627年度にかけて実施する予定の分光測定および長時間光照射についても、おおむね実験は順調に進んでいる。分光測定は、基板温度を変えて作製した結合状態の異なる7種類の試料の比較検討を予定しているが、現在までに5種類の試料において測定が終了している。これらの試料においてスペクトルと基板温度との間には顕著な相関は見られなかった。長時間測定については、通常数秒の光照射時間を18時間として、試料の変化を調べている。これまでのところ、光誘起体積変化と同様の条件下においた試料の光電子分光法、ラマン散乱分光法を行い、顕著な変化が見られないことを確認している。
妊娠に伴う内因性鎮痛機序の薬理学的検索と慢性侵害刺激に対する鎮痛効果の検討

これまでの我々の研究により、妊娠末期には内因性鎮痛機序が賦活化されることを体性および内臓性侵害刺激を用いて確認、報告してきた。また、この妊娠に伴い賦活される内因性鎮痛がくも膜下投与の麻薬性鎮痛薬やカルシウムイオンチャンネル拮抗薬により増強されることも確認してきた。本研究では妊娠後期に誘導される内因性鎮痛に対してくも膜下に投与されたNMDA受容体拮抗作用を有する静脈麻酔薬ケタミンの影響をSD系雌性ラット(実験開始時体重250-350g)を用いて検討した。膣粘液の細胞診にて性周期を観察し適切な時期に交尾させ、粘液栓が認められた時を妊娠第1日とした。妊娠第5日に全身麻酔下に腰部くも膜下腔にカテーテルを留置した。その後、妊娠第7、14および21日(通常ラットの出産は22日)にくも膜下ケタミン50および100μg投与前後で侵害刺激に対する疼痛域値の推移を検討した。侵害刺激としてラットの尾に輻射熱刺激を与え、熱刺激に対する逃避反応潜時を測定するtail-flick test(TF)を用いた。妊娠経過に伴う疼痛域値は%maximum possile effect(%MPE):%MPE=(post-drug latency-baseline latency)/(cutofftime-baselinelatency)×100で評価した。ケタミンくも膜下投与前のTF潜時は妊娠第7および14日では3-4秒であったが、妊娠第21日には5-6秒と有意な上昇を認めた。ケタミン50および100μgくも膜下投与後15分のTF潜時は、妊娠第7および14日では有意な変化を与えなかったが、妊娠第21日の%MPEはケタミン投与量依存性に有意な疼痛域値の上昇をもたらした。本件球により妊娠末期にはこれまで報告されてきた内因性鎮痛機構の存在が再確認された。この妊娠末期に認められる鎮痛機序に対して静脈麻酔薬ケタミンのくも膜下投与はその疼痛域値をさらに上昇させることが判明した。この研究結果は、第46回日本麻酔学会(妊娠に伴う内因性鎮痛に対するくも膜下ケタミン投与の鎮痛増強効果Journal of Anesthesia 13:74:1999)と1999年度アメリカ麻酔学会(Potentiation of pregnancy-induced analgesia by ketamine at the level of the spinal cord in rats.Anesthesiology 91:A778:1999)に発表した。現在、内臓性侵害刺激に対する反応や妊娠にともなう内因性鎮痛賦活の機序の解明の研究が進行中で2000年米国麻酔学会(サンフランシスコ)にて発表する予定である。

これまでの我々の研究により、妊娠末期には内因性鎮痛機序が賦活化されることを体性および内臓性侵害刺激を用いて確認、報告してきた。また、この妊娠に伴い賦活される内因性鎮痛がくも膜下投与の麻薬性鎮痛薬やカルシウムイオンチャンネル拮抗薬により増強されることも確認してきた。本年度は、妊娠後期に誘導される内因性鎮痛に対してくも膜下に投与されたケタミンの影響を検討した。(対象および方法)SD系雌性ラット(実験開始時体重250-350g)を用いた。腟粘液の細胞診にて性周期を観察し適切な時期に交尾させ、粘液栓が認められた時を妊娠第1日とした。妊娠第5日に全身麻酔下に腰部くも膜下腔にカテーテルを留置した。その後、妊娠第7、14および21日(通常ラットの出産は22日)にくも膜下ケタミン100μg投与前後で侵害刺激に対する疼痛域値の推移を検討した。侵害刺激としてラットの尾に輻射熱刺激を与え、熱刺激に対する逃避反応潜時を測定するtail-flick test(TF)を用いた。妊娠経過に伴う疼痛域値は%maximum possible effect(%MPE):%MPE=(post-druglatency-baseline latency)/(cutofftime-baselinelatency)×100で評価した。なお、cutoff timeは12秒とした。(結果)ケタミンくも膜下投与前のTF潜時は妊娠第7および14日では3-4秒であったが、妊娠第21日には5-6秒と有意な上昇を認めた。ケタミン100μgくも膜下投与後15分のTF潜時は、妊娠第7および14日では有意な変化を与えなかったが、妊娠第21日%の%MPEは32.3±11.9と有意な疼痛域値の上昇をもたらした(結論)妊娠末期にはこれまで報告されてきた内因性鎮痛機構の存在が再確認された。この妊娠末期に認められる鎮痛機序に対して静脈麻酔薬ケタミンのくも膜下投与はその疼痛域値をさらに上昇させることが判明した。この研究結果は、第46回日本麻酔学会(受理)と1999年度アメリカ麻酔学会に発表よていである。今後は、内臓性侵害刺激に対する反応や妊娠にともなう内因性鎮痛賦活の機序を研究する予定である。本研究では妊娠後期に誘導される内因性鎮痛に対してくも膜下に投与されたNMDA受容体拮抗作用を有する静脈麻酔薬ケタミンの影響をSD系雌性ラット(実験開始時体重250-350g)を用いて検討した。膣粘液の細胞診にて性周期を観察し適切な時期に交尾させ、粘液栓が認められた時を妊娠第1日とした。その後、妊娠第7、14および21日(通常ラットの出産は22日)にくも膜下ケタミン50および100μg投与前後で侵害刺激に対する疼痛域値の推移を検討した。
メカニカルアロイングによる新しい合金相の形成とその物性

この研究は平成3年度から継続して行なったものであり、本年度はその最終年度である。本年度得た成果は要約すると次のようなものである。【新しい合金相】1.従来にない非常に広い組成、新しい合金系における過飽和固溶体の形成。Ag-Cu,Fe-Cu,Al-Tiなど2.超急冷法とは異なる組成、合金系でのアモルファス合金の形成。3.ナノクリスタル、ナノスケール多層組織の形成。4.ガス元素と金属元素との反応による新しい化合物。【新しい物性】1.ハード磁性相とソフト磁性相との混合相による新しい磁気特性を持つ材料。2.磁性相と非磁性相とのナノ混合相における巨大磁気抵抗効果(GMR)の発現。3.ナノ構造による高性能熱電材料。4.高強度を有する超微細粒金属間化合物材料。5.過飽和固溶体合金における10^3(Ag-Cu系)から10^6(Fe-Cu系)に達する極めて高い値の活量の実測。研究実績の報告メカニカルアロイングのプロセス原理、種々の金属および無機化合物への応用、得られた試料の物性につき総合的に研究した成果を次の2回の研究会において、研究分担者および関連の研究者が発表、討議を行った。また、学術雑誌等に発表した成果を報告書(別添)の通りまとめた。第1回研究会日時:平成3年11月6日、7日場所:東京都港区青山、はあといん乃木坂発表件数19件、参加者67名第2回研究会日時:平成4年1月28日、29日場所:静岡県浜名郡雄踏町、浜名湖ロイヤルホテル発表件数31件、参加者数90名研究実績の報告メカニカルアロイングのプロセス原理、種々の金属および無機化合物への応用、得られた試料の物性につき総合的に研究した成果を次の2回の研究会において、研究分担者および関連の研究者が発表、計議を行った。第3回研究会日時:平成4年5月28日、29日場所:東京都港区芝公園2-6-8、芝グランドプラザ発表件数30件、参加者88名第4回研究会日時:平成4年11月11日、12日場所:京都市左京区松ケ崎御所海道町、京都工芸繊維大学発表件数45件、参加者87名この研究は平成3年度から継続して行なったものであり、本年度はその最終年度である。Ag-Cu.Fe-Cu.Al-Tiなど2.超急冷法とは異なる組成、合金系でのアモルファス合金の形成。Al-Fe,Fe-B,Al-Tiなど3.ナノクリスタル、ナノスケール多層組織の形成。Ag-Fe,Cu-Coなど4.ガス元素と金属元素との反応による新しい化合物。Fe_<16>N_2など【新しい物性】1.ハード磁性相とソフト磁性相との混合相による新しい磁気特性を持つ材料。
デジタル計測技術を活用した文化財の予防保存

本研究は、文化財の効率的な予防保存を目的として、短時間に正確で客観的な判断を下すための健康診断システムの開発を目指した。X線CTや精密三次元計測による精密な三次元デジタルデータ解析しながら、文化財の検査・予防・保護システムを新たに構築した。本研究の進展によって、様々な劣化状態を内包する文化財に対して、X線CTを用いた健康診断システムの有効性を検証することができた。文化財の“保存と活用"が求められる状況にあって、展示や輸送に伴うリスクは増大し続けている。X線CTをはじめとする高度検査装置の活用は医療分野において検査・予防システムに大変革をもたらしたように、文化財の予防保存に飛躍的な変革をもたらす可能性がある。本研究は、X線CTをはじめとする高度検査装置を文化財に適用することによって、文化財の検査・予防・保護システムを新たに構築することを目的としている。先ず短時間に正確で客観的な判断を下すための健康診断システムの開発を行った。X線CTや精密三次元計測による精密な三次元デジタルデータを解析しながら、虫害痕跡・錆の進行・変形などの痕跡、過去の修理履歴を把握した。また、三次元情報に基づいて立体表現して内部構造を観察する方法を用い、美術史・文化財科学・保存修復・博物館学の研究者による検検討会を開催した。この検討会では、文化財の製作技術を検討すると共に、劣化状態や過去の修復履歴を検討した。さらに、3Dプリンタを用いて三次元模型を製作して詳細な検討を行った。一例として長崎市聖福寺の御本尊釈迦如来坐像および迦葉尊者立像・阿難尊者立像を調査し、諸像のデータ解析を進めた。その結果、象内に心臓や肺に見立てた金属製の五臓をはじめとする内臓模型を納めた「生身仏」の作例であることが判明した。このような具体的な調査例を基に、文化財の非破壊調査を健康診断システムにまで発展させるための具体的な方法の開発を目指している。実際には、透過X線による全体把握を基礎にしながら、X線CTを用いた観察(内部構造、製作技法、劣化状況、修復履歴など)を実施した。さらに、この3Dデータを三次元プリンタで打ち出して作成したデジタル複製品を基にした詳細な検証を実施した。文化財の"保存と活用"が求められる状況にあって、展示や輸送に伴うリスクは増大し続けている。本研究は、X線CTをはじめとする高度検査装置を文化財に適用することによって文化財の検査・予防・保護システムを新たに構築することを目的としている。本研究では、先ず短時間に正確で客観的な判断を下すための健康診断システムの開発を目指す。X線CTや精密三次元計測による精密な三次元デジタルデータ解析しながら、文化財の検査・予防・保護システムを新たに構築することを目指している。さらに、虫害・錆の進行・変形などの破損メカニズムを推定してリスクの軽減をはかり、破損の危険性のある脆弱な文化財の形状を計測して、デジタル三次元造形システムを使って保護具の製作を目指した。本年度は、X線CTによって文化財の内部構造を観察し、製作技法を検討すると共に、亀裂・空隙・厚さの変異を解析する健康診断システムを検討した。仏像・彫刻等の文化財を対象としながら三次元情報に基づいて立体表現して内部構造を観察する方法を用い、美術史・文化財科学・保存修復・博物館学の研究者による検検討会を開催した。さらに、3Dプリンタを用いて劣化箇所や修復箇所の三次元模型を製作して詳細な検討を行った。本研究では透過X線撮影およびCTを用いた文化財の内部構造観察に加えて、CTデータから製作技法を検討すると共に、亀裂・空隙・虫害・錆などの劣化痕跡や過去の修復履歴を検証することによって文化財の健康状態を把握し、その結果を予防保存や保存修復計画に役立てることを目的にした診断システムの構築を目指している。2011年度は長崎市聖福寺の御本尊釈迦如来坐像および迦葉尊者立像・阿難尊者立像を調査し、諸像のデータ解析を進めた。今後、これらの観察や検証の結果を総合して、予防的な保存対策や保存修復計画の立案を計画している。また、彫刻以外の文化財の調査例として、劣化・収縮の激しい木製文化財についても検討を開始した。以上、2011年度の調査研究は、おおむね順調に進んでいる。

本研究は、文化財の効率的な予防保存を目的として、短時間に正確で客観的な判断を下すための健康診断システムを開発する。X線CTや精密三次元計測による精密な三次元デジタルデータ解析しながら、文化財の検査・予防・保護システムを新たに構築する。文化財の内部構造を手に取るように検査し、文化財の健康診断を行うと共に、虫害・錆の進行・変形などの破損メカニズムを推定してリスクの軽減をはかる。また、破損の危険性のある脆弱な文化財の形状を計測して、デジタル三次元造形システムで保護具を製作する昨年度は彫刻の調査を中心に調査を進めたが、平成24年度は彫刻以外の文化財への適用についても検討したい。本研究の進展によって、様々な劣化状態を内包する文化財に対して、X線CTを用いた健康診断システムの有効性を検証したい。具体的には、以下の3項目を達成したい。(1)文化財の健康診断システムの検討X線CTによって文化財の内部構造を観察し、製作技法を検討すると共に、亀裂・空隙・厚さの変異を解析するプログラムを活用して、文化財の健康診断システムを検討する。(2)四次元解析による破壊メカニズムの推定と危険予測進行中の虫害・錆・変形などの破壊メカニズムを検討するために、X線CTで複数回の計測を繰り返し、変化の差分を解析することによって破壊の進行とメカニズムを推定する。(3)デジタル三次元造形システムによる保護具の製作と効果の推定X線CTあるいは三次元計測装置を使って文化財の表面形状を計測し、その三次元データを反転造形することによって、文化財の複雑な形状に合わせた保護具を短時間で簡易に製作する方法を開発しながら保護効果を推定する。なお、前年度末に計画していた健康診断システムの構築にかかる検討が研究協力者の都合により実施できなかったので、あらためて平成24年度初めに実施する。2012年度の使用計画は以下のとおりである。(1)文化財の健康診断システムの検討X線CTの断面情報をレンダリング処理した三次元情報に基づいて立体表現して内部構造を観察する。さらに、文化財の製作技術を検討すると共に、劣化状態や過去の修復履歴を検討する。これらの情報を集めて、様々な専門分野の研究者による検討会を実施することによって、これまでにない画期的な文化財の健康診断システムを構築する。(2)四次元解析による破壊メカニズムの推定と危険予測劣化の進行している実験試料をX線CTで計測を繰り返して三次元情報を取得する。この計測を、時間差をおいて数回繰り返す。三次元情報に時間変化を加えた四次元の情報を相互に比較し、その差分を解析することによって劣化の進行を客観的に捉える。この差分解析によって、虫害・錆・変形などの破壊が時間経過と共に進行していく様子を記録することができる。(3)デジタル三次元造形システムによる保護具の製作と効果の推定X線CTあるいは三次元計測装置を使って文化財の表面形状を計測し、この三次元データを反転する。反転したデジタルデータをリバースエンジニアリング技術の応用で造形することによって、文化財の複雑な形状に合わせた保護具を短時間で製作する。これまでの安定台は保存修復の最終段階(樹脂強化後)で専門業者によって製作されてきた。
新しい肝炎ウイルス遺伝子の検索とクローニング

1.高感度PCR法による血中B型、C型肝炎ウイルス遺伝子の検索(対象と方法)HBs抗原陰性、HCV抗体陰性の非A-E型肝炎(X型肝炎)患者(急性肝炎10例、慢性肝炎17例、肝硬変11例、肝細胞癌12例)の血清を用いてPCR法によりHBV-DNA、HCV-RNA、GBV-C-RNA/HGV-RNAの検出を試みた。(結果と考察)HBV-DNA、HCV-RNAが検出された症例はなく、肝硬変患者2例においてGBV-C-RNA/HGV-RNAが陽性であった。X型肝炎においてウイルス量が少ないとされる変異型B型肝炎、C型肝炎ウイルスの関与はほとんどなく、最近クローニングされたG型肝炎ウイルスの関与も少数であることがあきらかになった。すなわちこれらX型肝炎の原因のほとんどは未知の肝炎ウイルスである可能性が示唆された。(1996年AASLDにて発表)2.未知の肝炎ウイルス遺伝子のクローニング(対象と方法)上記の方法によって、HBV-DNA、HCV-RNA、GBV-C-RNA/HGV-RNAが陰性であった患者血清を用いてRNA、DNAを抽出、dsDNAを合成し、適当な制限酵素で切断後アダプターを両端に付加し、アダプターに相補的なプライマーを用いてPCR法によりdsDNAを増幅後、電気泳動を行った。(結果と考察)電気泳動により数本のバンドが得られたので現在クローニングと解析を試みている。
ポリケチドの生体模倣合成法の開発

前年度までに,繰り返し反応によるポリケチド合成法を確立した。この方法では,カルボン酸に対してマロン酸ハーフチオエステルの脱炭酸を伴う脱水縮合を行って炭素鎖を伸長する。次に,生じたβーケトチオエステルの官能基変換を行い,その後チオエステルを加水分解して二炭素増炭したカルボン酸を得る。カルボン酸に対する伸長反応と官能基変換を繰り返し行うと,鎖状のポリケチド前駆体が得られる。今回,一連の反応を固相に担持した基質に対して行い,固相合成法を確立することを目指した。液相合成で用いていた試薬をそのまま使って固相反応を行うと,目的のポリケチド化合物は低収率となった。そこで各ステップで反応の進行度合いをチェックし,用いる試薬や反応条件を再検討して固相合成法の最適化を行った。これは現在も継続中である。また,伸長ユニットとしてαーフッ素化されたマロン酸ハーフチオエステルを用いても同様の炭素鎖伸長反応が行えることを見出した。ピロン骨格をもつポリケチドであるフィスツピロンのフッ素置換体をターゲット分子として合成を行い,繰り返し反応によって含フッ素ポリケチド化合物を得ることができた。生体内では,チオエステルとして担持された基質とマロン酸ハーフチオエステルとの脱炭酸を伴うクライゼン反応によって炭素鎖伸長が行われている。これを模倣することができればポリケチド合成に要するステップ数を大幅に減らすことができる。しかし,通常の方法ではチオエステル間での選択的なクライゼン反応は困難である。今回,デザインしたペプチド上に二つの基質を担持し,近接効果によって選択的反応を行うことを試みた。ペプチド上の二つの4ーメルカプトフェニルアラニンにカルボン酸とマロン酸を導入して反応を行うと,チオエステル間のクライゼン反応が選択的かつ効率的に進行することを見出した。固相合成への展開,含フッ素ポリケチドの合成法開発,ペプチド分野と融合した反応開発が進んでいるため。固相合成法における反応条件の最適化を引き続き行い,天然のポリケチド合成に適用する。マロン酸ハーフチオエステルとそのαーフッ素化体を使い分けて繰り返し反応を行うと,任意の位置にフッ素原子を導入することができる。このような方法で新たな含フッ素ポリケチド化合物の合成を行う。ペプチド上でのクライゼン反応に関しては,ペプチドの二次構造と反応効率の関係について調べ,また,マロン酸を複数導入して連続的にクライゼン反応を行うことを試みる。ポリケチドは多様な構造と酸化度をもつ化合物群であるが,生体内では画一的な方法によってつくられている。すなわち,ポリケチド合成酵素にチオエステルとして担持された基質に対し,マロニルCoAの脱炭酸を伴うクライゼン縮合による炭素鎖伸長と,生じたβーケトチオエステルの官能基変換を繰り返すことで主骨格が合成される。官能基変換には3つの段階があり,どの状態で次の伸長反応に移行するかはつくられる化合物によって異なる。本研究ではこのような仕組みを模倣し,繰り返し反応によってポリケチド化合物を合成する手法の開発を行った。生体内で行われているようなチオエステル間の選択的なクライゼン縮合反応は困難であったが,カルボン酸に対してマロン酸ハーフチオエステルを用いた脱炭酸を伴う脱水縮合を行うことで同等の伸長反応が可能であることを見出した。得られたβーケトチオエステルはβーヒドロキシチオエステル・α,βー不飽和チオエステル・飽和チオエステルに段階的に変換することができたが,これは生体内で酵素によって行われている官能基変換そのものである。この変換反応の選択肢を各サイクルに取り入れることで多様な化合物が合成可能になると期待される。βーケトチオエステルを適切な形へと変換した後に加水分解を行うことでカルボン酸が得られ,伸長反応と官能基変換を繰り返すことができる。本手法を用いてピロン・ラクトン・サリチル酸・オルセリン酸骨格の構築,天然物であるカバイン・ゲルミシジンA・ヤンゴニン・イソサクラネチンの合成を行い,同一の繰り返し反応によって多種類のポリケチド化合物が合成可能であることを示した。繰り返し合成に必要ないくつかの変換反応が行える条件を全て見出し,それらを用いたポリケチド合成に成功したため。

しかし,通常の方法ではチオエステル間での選択的なクライゼン反応は困難である。今回,デザインしたペプチド上に二つの基質を担持し,近接効果によって選択的反応を行うことを試みた。ペプチド上の二つの4ーメルカプトフェニルアラニンにカルボン酸とマロン酸を導入して反応を行うと,チオエステル間のクライゼン反応が選択的かつ効率的に進行することを見出した。固相合成への展開,含フッ素ポリケチドの合成法開発,ペプチド分野と融合した反応開発が進んでいるため。ポリケチドの固相合成について検討を行う。固相合成法の確立によって各ステップの精製をろ過のみで行うことができ,ペプチドや核酸の合成のように機器による自動化が期待される。固相上での炭素鎖伸長反応と官能基変換がスムーズに進行する条件,反応の進行をモニターする方法について検討する。その後,固相法によるポリケチド天然物の合成を行い,本法の有用性を示す予定である。また,我々が以前行っていた固相担持ペプチド触媒に関する研究の知見を活かし,ペプチドとポリケチドの分野の融合を図る。まずは二次構造をもとに設計したペプチドに基質を固定してクライゼン縮合反応を行い,選択的な炭素鎖伸長ができないか検討を行う。固相合成法における反応条件の最適化を引き続き行い,天然のポリケチド合成に適用する。マロン酸ハーフチオエステルとそのαーフッ素化体を使い分けて繰り返し反応を行うと,任意の位置にフッ素原子を導入することができる。このような方法で新たな含フッ素ポリケチド化合物の合成を行う。ペプチド上でのクライゼン反応に関しては,ペプチドの二次構造と反応効率の関係について調べ,また,マロン酸を複数導入して連続的にクライゼン反応を行うことを試みる。
正常造血幹細胞,造血因子と造血器腫瘍との比較と相互関係

1.マウス骨髄性白血病M1細胞の分化誘導因子(D因子)は、1)各種サイトカインとの併用処理でM1細胞の分化誘導を修飾すること、2)ブタ腎上皮LLCーPK_1細胞の分化を抑制することを明らかにした。また、各種サイトカインはレチノイン酸、ビタミンD_3活性体によるヒト骨髄性白血病細胞の分化誘導と増殖抑制を促進することを見出した(穂積)。2.フレンド白血病細胞の3種類の細胞内分化因子(DIFーI、DIFーII、DIFーIII)の中で、DIFーIIIはDIFーIのリン酸化チロシンのDIFーIIによる脱リン酸化反応によって生成することを明らかにした(渡辺)。3.cーmyc遺伝子によるフレンド白血病細胞の分化誘導抑制機序を解析し、cーmycは分化の決定の過程と分化特異的遺伝子発現の過程とを抑制していることを明らかにした。また、cーmyc蛋白質の機能領域を解析し、癌原性と分化抑制を関与する領域は同一であるが、分化特異的遺伝子発現を抑制する領域とは異なることを明らかにした(帯刀)。4.シアロコレステロ-ルとシアロジグリセリドにヒト前骨髄球性白血病HLー60細胞の分化誘導と増殖抑制効果のあることを見出した。また、分化誘導性ガングリオシドはインシュリン受容体βサブユニットの自己リン酸化反応の特異的な抑制作用を介してHLー60細胞を分化させることを示唆した。(斎藤)。5.造血細胞に特異的に発現し、造血細胞の増殖に関与すると推察される新たなチロシンキナ-ゼ型受容体遺伝子1tkをヒト白血病K562細胞のcDNAライブラリ-から単離し、構造を明らかにした(平井)。6.リンパ球、骨髄球両者の性質を示すヒト白血病細胞は多能性幹細胞に由来し、特定の染色体相互転座発生は細胞の分化と密接に関連していることを明らかにした。また。白血病細胞型および分化段階によってプロティンキナ-ゼC亜型に差違があることを明らかにした(白川)。(斎藤)。また。
膝関節弛緩性に及ぼす運動負荷の影響-膝関節スポーツ障害における内的因子・環境因子の解明-

【目的】膝関節は主に軟部組織によりその安定性が維持されている粘弾性体である。したがって、膝関節のスポーツ障害の予防法の確立と、受傷機転の解明には、安静時の関節安定性の評価に加え、運動負荷によって生じる安定性の生理的変化の態様を解明する必要がある。そこで、各種運動負荷の前後で膝関節弛緩性を測定し分析した。【対象と方法】軽度運動負荷(ME)群:大学男性運動選手10名20膝(平均21.6歳)に対し、(1)トレッドミル走行(7km/hr)の運動負荷を加え経時的に前後弛緩性を計測し、弛緩性の発現時期を検討した。(2)30分間走行の直前と走行後経時的に前後弛緩性と等尺性膝伸筋・屈筋力を測定し、弛緩性の回復の時間的推移を検討した。過剰運動負荷(EE)群:全日本トライアスロン皆生大会に参加した男性選手21名42膝(平均37.3歳)で、競技前日及びゴール直後に膝関節前後弛緩性を測定した。測定値より前方負荷、後方負荷における脛骨の大腿骨に対する変位量と、単位負荷あたりの変位量(compliance)を算出し、運動負荷の前後で比較検討した。【結果】ME群ではトレッドミル走行開始後20分で前方変位量が有意に増加し(p<0.01)、以後は走行中止まで一定値であった。30分走行後増加した前方変位量は経時的に減少し、走行中止後1時間で走行前値に回復した。この間、膝伸筋・屈筋力に変化を認めなかった。一方、運動量の過大なEE群でも競技後前方変位量が有意に増加していたが(p<0.001)、その増加量は両群間に有意の差が認められなかった。Complianceは両群とも前方負荷開始から151bまでの間で有意に増加していた。後方負荷による変位量とcomplianceは、両群とも運動負荷の前後で変化が認められなかった。【結論】膝関節弛緩性は加わる負荷量に相関せず軽度な負荷で短時間に増加し、運動負荷中は増加した弛緩性は一定の値であった。さらに、運動負荷の中止とともに増加した弛緩性は短時間で負荷前の状態に回復した。したがって、運動負荷により発生する膝関節安定性の変化は、短時間に弛緩性が増加・回復する可逆性変化であり、最大変位をきたす運動負荷量の閾値は低いと考えられる。
外傷性白内障の発症機序に関する研究

マウス水晶体の前面、側面、後面のいずれかが、経角膜的か経強膜的に針を刺入することによって損傷され、損傷後の水晶体の応答が形態学的に調べられた。水晶体の前半を被覆する水晶体上皮細胞は、何らかの穿孔性損傷に対して修復する機序を有している。しかし、損傷が深達性か表層性大面積の場合には急速に混濁を発生する。この様式には、液化の発生部位によって後方混濁と前方混濁の2型がある。色素を注入して液化の由来を調べると、後方混濁では、色素は皮質周囲に沿って後極に到達し、一方、前方混濁では上皮直下に停滞しているのが観察された。このことは損傷部から侵入した房水が後極か前極に移動し、そこに液化部を発生させていることを示唆している。特に、混濁を起こす場合には、「核周囲帯」と呼ぶ特異な部位から発生する。水晶体側面が損傷されると、その修復機能は不完全で、むしろ白内障進行が加速される。水晶体の後嚢側が損傷されると、水晶体外に突出した線維細胞は、7ヶ月後に萎縮性になった。しかし、皮質内部の損傷痕は、殆ど修復されないまま残存し、その結果、前皮質が異常に肥厚し、核が後極側に移動して、核周囲帯が後嚢に接触して混濁を発生した。これらの結果から、水晶体は前嚢側損傷で上皮細胞の修復機能の限界を越えるか、又は、後嚢側損傷で後皮質形成が妨害されると、白内障を発症することが分かった。ヒト外傷性白内障の発症機序はまだ不明のままである。我々は動物モデル(マウス)に水晶体前面を針で刺入する方法で、損傷の深さの違い、水晶体側面損傷などについて調べてきた。今回、上皮損傷面積の違いによる水晶体の反応について検討した。損傷後の水晶体の反応様式には、大まかに3型に分類できた。損傷1ヶ月後でも水晶体が透明性を維持しているものは小面積損傷の場合で、損傷部は上皮細胞が重層化して被覆していた。次に、損傷23日後に後嚢側から混濁を発症するものは中等度損傷の場合で、上皮損傷は皮質線維の突出部周囲に限局していた。この場合、最初に後縫合部に液化が生じ、そこから混濁が前極側に拡大して、成熟白内障に到達した。第3の型は、線維損傷と上皮損傷の両方が大きい大面積損傷で、前嚢下に液化が発生し、そこから後方に混濁が拡大して成熟白内障になった。小面積損傷で水晶体が透明性を維持したのは、上皮細胞が増殖して早期に損傷部を被覆したためと思われる。中等度損傷における後方からの混濁は、上皮細胞の損傷が限局され前皮質線維の損傷も少ないため、損傷部から房水が後極に到達し、後縫合を解離させ、線維を液化させ、核周囲帯線維から混濁が発生したと考えられる。大面積損傷における前方からの混濁は、上皮細胞の消失量が大きく、上皮下の線維損傷も多いために、損傷部から侵入した房水が直接前嚢下の線維を液化させて、ここから混濁が発生したと思われる。上皮細胞の修復は、損傷の程度に拘らす顕著に認められた。増殖した線維細胞にはフィランメントを多量に含んでおり、これらは収縮性のアクチン蛋白であることが組織化学的に証明できた。これらの内容は、外国雑誌に投稿できるように英文で準備中である。

この様式には、液化の発生部位によって後方混濁と前方混濁の2型がある。色素を注入して液化の由来を調べると、後方混濁では、色素は皮質周囲に沿って後極に到達し、一方、前方混濁では上皮直下に停滞しているのが観察された。このことは損傷部から侵入した房水が後極か前極に移動し、そこに液化部を発生させていることを示唆している。特に、混濁を起こす場合には、「核周囲帯」と呼ぶ特異な部位から発生する。水晶体側面が損傷されると、その修復機能は不完全で、むしろ白内障進行が加速される。水晶体の後嚢側が損傷されると、水晶体外に突出した線維細胞は、7ヶ月後に萎縮性になった。しかし、皮質内部の損傷痕は、殆ど修復されないまま残存し、その結果、前皮質が異常に肥厚し、核が後極側に移動して、核周囲帯が後嚢に接触して混濁を発生した。これらの結果から、水晶体は前嚢側損傷で上皮細胞の修復機能の限界を越えるか、又は、後嚢側損傷で後皮質形成が妨害されると、白内障を発症することが分かった。
貯水池の流入量予測のための階層型ニューラル・ネットワークの研究

貯水池への流入量の予測は貯水池操作の基礎となる。ここでは、階層型ニューラルネットワークによる、牧尾ダムでの日流入量予測をAICやMDLの情報量基準や、フィードバックなどを勘案して、実証的に研究した。目的変数は牧尾ダムの翌日またはその次の日までの日流量とし、説明変数は牧尾ダムの2日前での日流量および同ダム上流の王滝、三浦ダムのそれぞれ2日前までの日雨量とした。変量の基準化には、日流量については対数正規分布の非超過確率を、日雨量については、0を除外した指数分布の非超過確率を使用した。手法的には、バックプロパゲーション法により、入力層、中間層、出力層をそれぞれ単層とした構造のモデルで、中間層のユニット数の選定によって、最適な構造を選択した。最終的な判定は、観測値と予測値の間の相関係数や時間的対応によった。得られた成果は多いが、そのうちの主要なものは以下のようである。1)情報量の評価基準の特徴は以下のようである。MDLは、自由度と誤差分散の両方がデータ数と関係するので、比較的簡単な構造を選ぶ。AICは、自由度の項がデータ数と無関係なので、MDLと同等かまたは複雑な構造を選ぶ。2)データ数とこれらの評価基準の関係としては、データ数が少ないときにはAICを、多いときにはMDLを使うほうが良いようである。3)時系列情報を複数同時に予測する場合には、フィードバック効果の見られるケースとそれほど明確でないケースがあった。効果がみられたのは、データの自己相関性の高く、学習データの平均値より大きな平均値の年の予測であった。4)フィードバックモデルで、中間層を雨量と流量の情報で分離した場合と分離しない場合を比較したが、分離しない方がよいという結果となった。5)パラメータ常数を選定する学習過程において焼き鈍しの効果を調べたが、観測誤差などの影響を受けて、その効果は認められなかった。
BEC量子統計に関する理論的研究

上田らは引力相互作用をするBECに関してどんなユニークな物理が現れるかを明らかにすることを目指して研究を進めてきた。引力相互作用するボース粒子系は準安定状態でしかなく、いつかは崩壊する運命にある。上田らはこの系が崩壊するメカニズムを研究し、臨界点近傍で原子集団が巨視的量子トンネリング(MQT)を起こして崩壊することを理論的に予言した。また、斥力系で確立されている循環の量子化が引力系では部分的にしか起こらないことを理論的に明らかにした。循環の量子化は超流動現象の極印として知られており、それが引力系においては部分的に破れていることを明らかにしたことは、超流動現象の本質の理解に新たな洞察を加えたといえる。また、相互作用を斥力から引力に変えた場合に起こるBECの崩壊のダイナミックスを調べる研究を行った。これは超新星の爆発とも比肩すべき大変興味深し研究テーマであり、極めて特異な超流動の非平衡現象の研究として今後もますます発展するものと期待される。さらに(1)斥力系で用意された大きなBECをフェッバッハ効果により相互作用を突然引力に変えると様々な非線形パターン(shell structure, layered structureなど)が現れることを見出した。(2)斥力状態のBECに量子渦を作ったのちに相互作用を引力にした場合にどのような現象が起こるかを研究した。その結果、引力相互作用の強さにより様々な動的不安定性が起こり、それにより、渦が分裂して崩壊することを見出した。(3)相互作用の強さと符号を時間的に変動させることにより、2次元引力系でもブライトソリトンが形成できることを理論的に示した。大見・町田らは多成分BECにおける相分離の問題、相転移のダイナミクス、量子渦の安定性の研究や新しい量子渦生成法の提案などを行った。本年度は、最近MITのグループによって発見されたスピン自由度をもつボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)の基底状態の性質およびその磁気応答について研究を行った。主な成果を列挙すると以下のとおりである。(1)スピン1およびスピン2を持つBECの厳密な固有状態およびその磁気応答を明らかにした。(2)Stenger達のNatureに掲載されたスピンドメインについての実験を理論的に解析し、実験結果を見事に再現した。また、スピンの自由度をコントロールして、渦のない状態から渦または超流動流が流れている状態を作る方法を考察し、その具体的な実験を提案した。これについての論文は物理学会で発表し、また、雑誌には現在掲載予定である。(3)内部自由度をもつ超流動状態を電荷をもっている粒子系と中性粒子系とを対比しながら理論的に考察した.特にスピン自由度をもつBECについて渦の形成過程やその安定性をBogoliubov理論を拡張しつつ研究した.その他、回転する容器に閉じ込められた引力相互作用をするBECの基底状態の性質を調べ、循環の量子化が部分的に破れていることを発見した。また、以下の2つの系に関する関連する研究も行った。(1)量子ホール転移の研究。量子ホール状態は、複合ボゾンのボーズ凝縮である。この為、量子ホール系のプラトー間転移は、異なる2種類の原子が競合的にボーズ凝縮を起こす系の雛形と考え得る。(2)高温超電導体にて観測されている、渦糸状態の研究。ボーズ凝縮体においても、類似の現象が観測可能と考えられる。当研究班は、班員間の共同研究や意見の交換を通じて、ボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の諸物性の多角的な研究を行っている。

特に、引力相互作用をするBECの新しい物理、軌道角運動量(量子渦)を持ったBECの安定性、スピンという内部自由度をもったBECの諸物性について精力的な研究を行っている。その成果は、研究論文の項目で記すが、ここではその中で我々が特に重要と考える成果について記述する。引力相互作用をするBECについては、その崩壊が従来考えられていたような一度に起こるのではなく、数度にわたって間歇的におこることを見出した。また、崩壊の過程で、引力相互作用によるセルフフォーカシング効果によって様々な非線形パターンが形成されることを見出した。このようなパターン形成がボース凝縮体において起こることは大変興味深い。磁気光学トラップに閉じ込められている場合の秩序パラメターがスカラーのBECについて,特にこの系の量子渦の諸性質について理論的に研究した.考察は微視的モデルハミルトニアンをボゴリュウボフ理論に基づいて,実験に即した状況を考慮した境界条件下で行った。最近幾つかの実験グループが量子渦の観測にアルカリ原子気体を用いて成功したが、実験結果の解釈に上記の理論が役にたった。ただし、当該研究の主眼であるこの系の渦の絶対的な不安定性についての実験的検証は将来に残された問題となった。スピン自由度を持ったBECの研究においては以下のような成果をあげた。1)系の全磁化が保存されることを考慮して、磁化が与えられた系での相図を調べた。超微細スピンFの大きさが1の場合に1成分だけが凝縮する相と3成分が凝縮する相の2つの凝縮相があることが示された。また、この系で考えられる渦の種類をリストアップして、それらの安定性をも調べた。2)スピンの方向が磁場によりコントロールできるのがこの系の特徴である。この特徴を生かしてIoffe-Pritchardトラップにおいて磁場の方向を反転させるだけで渦ができる実験を提案した。また、このときの秩序変数の時間変化を数値的に計算して、実際実現可能であることを具体的に示した。本年度の主な成果は次の5点である。1)スピン2BECの多体的な基底状態の分類とその磁気応答および各基底状態からのボゴリウボフ励起を求めた。結果は、基底状態は強磁性相、反強磁性相、および、サイクリック相の3つであり、励起スペクトルには、それぞれの相の対称性を反映したゴールドストーン励起が存在する。磁気応答には、基底状態のrigidityを反映したプラトーが見つかった。(上田)2)相互作用をスイッチすることによるBEC崩壊のシュミレーションをJILAの実験状況とあわせるために非対称トラップに対して行い、定性的な一致を得た。(斎藤、上田)3)スピンの自由度が持ったBECにおける安定な渦構造を調べた。系での全磁化Mが保存するため、そのMと温度TとのM-T平面でいくつかのタイプの渦の中からどの渦が一番安定か数値計算により調べ、相図を決定した。(大見)4)Ioffe-Pritchardトラップで磁場の方向を反転させて、渦を生成する方法は既に提案している。この方法で実際に行われるであろう実験を想定して、どのくらいの速さで磁場を反転させるのがいいか、GP方程式を数値的に解いて調べた。反転速度を適当にとれば反転後、半分以上の粒子が残った渦ができ、この方法が十分有効であることを示すことができた。(大見)
高温超伝導の理論的解明

酸化物高温超伝導体の物性を理論的に理解し超伝導のメカニズムを解明するため,前年はCuO_2面を記述するd-pモデルでの電子対の形成について考察したが,本年は,2次元t-t'-Jモデルの数値的対角化を行った.半導体エネルギー研究所の宮永昭治博士と東京大学理学部福山秀敏教授との共同研究である.2次元t-Jモデルは,低次元性と強い電子相関という酸化物高温超伝導体の特徴をよく記述するモデルである.最近,福山たちによって,t-Jモデルを次近接及び第三近接間のホッピングを含むように拡張されたモデル(t-t′-t′′-Jモデル)の平均場理論で高温超伝導体の核磁気緩和や中性子散乱の実験がよく説明されることが示された.彼らによると,ランタン系(LSCO)とイットリウム系(YBCO)のフェルミ面の形状を表すように次近接及び第三近接間のホッピングを選ぶと,LSCOとYBCOの実験事実の違いがよく説明できる.しかし,強相関電子系のフェルミ面が平均場近似で正しく記述されているかどうかは自明ではない.実際,t-Jモデルでホールが1つだけ存在する場合には.長岡強磁性の状態になり平均場近似とは大きく異なる.そのため,数値的厳密対角化による計算を行い平均場近似と比較することが重要になる.以前にt-Jモデルの基底状態を調べるために開発したプログラムを運動量分布等を求めるようにし,また,ワークステーションで計算できるように改良した.結果は,強相関にも関わらず平均場近似が比較的よい近似とみなせることが示された.また,パラメータの値によっては,平均場近似があまり正しくない場合もあり,適用限界があることも明らかになった.結果は,J.Phys.Soc.Jpn.に掲載が決まっている.また,超伝導体の細線でできた3次元ネットワークの転移温度の,磁場の大きさと方向による依存性を計算した.酸化物高温超伝導体の物性を理論的に理解し超伝導のメカニズムを解明するため,前年はCuO_2面を記述するd-pモデルでの電子対の形成について考察したが,本年は,2次元t-t'-Jモデルの数値的対角化を行った.半導体エネルギー研究所の宮永昭治博士と東京大学理学部福山秀敏教授との共同研究である.2次元t-Jモデルは,低次元性と強い電子相関という酸化物高温超伝導体の特徴をよく記述するモデルである.最近,福山たちによって,t-Jモデルを次近接及び第三近接間のホッピングを含むように拡張されたモデル(t-t′-t′′-Jモデル)の平均場理論で高温超伝導体の核磁気緩和や中性子散乱の実験がよく説明されることが示された.彼らによると,ランタン系(LSCO)とイットリウム系(YBCO)のフェルミ面の形状を表すように次近接及び第三近接間のホッピングを選ぶと,LSCOとYBCOの実験事実の違いがよく説明できる.しかし,強相関電子系のフェルミ面が平均場近似で正しく記述されているかどうかは自明ではない.実際,t-Jモデルでホールが1つだけ存在する場合には.長岡強磁性の状態になり平均場近似とは大きく異なる.そのため,数値的厳密対角化による計算を行い平均場近似と比較することが重要になる.以前にt-Jモデルの基底状態を調べるために開発したプログラムを運動量分布等を求めるようにし,また,ワークステーションで計算できるように改良した.結果は,強相関にも関わらず平均場近似が比較的よい近似とみなせることが示された.また,パラメータの値によっては,平均場近似があまり正しくない場合もあり,適用限界があることも明らかになった.結果は,J.Phys.Soc.Jpn.に掲載が決まっている.また,超伝導体の細線でできた3次元ネットワークの転移温度の,磁場の大きさと方向による依存性を計算した.
音素認識と知的意味情報処理を用いた日本語連続音声の文字記号列への変換に関する研究

我々は日本語Dictationシステムを開発した。このシステムは不特定話者が発声した連続文章音声を日本語の文字系列に変換することを目指している。システムは音響処理部,文節抽出部,統語処理部にわけられる。本研究では、文章構造の明確な論説文を朗読した音声を対象とした。音響処理部では、短時間音声スペクトルから時間一周波数パタンを用いて、セグメント特徴が抽出され、それを基に音素系列が抽出される。文節抽出部では、日本語の文節をオートマトンで表現し、連続DP法と組み合せた構文駆動型DP法を用いて、音素系列から文節単位のスポッテイングを行う。構文駆動型DPの適用は、はじめに、実質語、あるいは活用語の語幹について連続DPの計算を行い、その検出結果に基いて後続する可能性のある機能語、活用語尾をオートマトンの制御により予測し、前段での連続DPの状態量を初期値としてDPの計算を行う。最終的に、文節として閉じており、閾値を満たす文節侯補をすべて検出する。構文駆動型DPの採用により、必要な計算量記憶量とも100分の1削減される。文節のオートマトン表現は、自然言語処理にとっても有効である。統語処理部では、抽出された文節候補に対して語彙項目側から、枠組と機能素性が与えられる。この機能素性を用いて、隣接する2つの文節的単位相互での依存関係がチェックされる。2つの単位が接続した時の入力系列との尤度が計算され閾値処理が行われる、依存関係があり、尤度が十分に高ければ、それらの単位が融合され新しい部分木が生成される。統語処理は、C,Y,K,のアルゴリズムをベースとしている。現在の所、文節単位の発声で、音素認識率85%で文章認識率60%程度、95%で文章認識率80%程度の認識率が得られているが、今後規則の精密化、係り受け処理の導入により、認識率の改善が得られるものと考えている。本年度の研究は、実験用音声データの収集、整理ならびにデータベース構築と、研究の中心となる音素認識と知的意味情報利用のための構文解析規則の作成研究の2系列に分けられる。1)実験用音声データベースの構築音素認識実験のために今までに蓄積した多数話者単語音声データの大容量光ディスクへの書込みが終了した。ディスクへは、単語の種類別に、単語番号、発声者番号によって検索できるように記録してある。光ディスクは、1.8GByte2面、1.4GByte6面である。その他に、文章朗読音声の収録を進めている。単語、文章共に、ただディジタル記録しただけでは研究に使うことができず、音素毎に区切っての音素のラベリングを行わなければならない。従来はそれを手作業でしていたが、それでは現有の音声データだけでも10年以上の年月を要するので、自動ラベリングシステムをい実現すべく研究を進めている。自動ラベリングシステムによる作業は、昭和61年度早々に開始できる予定である。2)音素認識の研究人間の音素認識の方法を模擬する2つの方法を進めている。その1はセグメント特徴の利用であり、音声波を直接音素に変換せず、音響的な特徴に重点をおくセグメント特徴を介して音素記号系列に変換しようという方法である。その2は、スペクトルの周波数軸上のローカルピークと、各帯域パワーの時間変化の差分の利用である。共に、従来より高い認識率を得ている。

3)構文解析規則とその音声の文字列への変換への利用の研究科学技術論文を例にとり、音素認識が十分に高い率で行なわれれば、正しい漢字かな交じり文章を生成できるようになった。今後は、音素の誤りを許しての文字列への変換が課題である。