hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小児の手指巧緻性機能障害に関する治療法の開発-磁気センサによる定量評価

本研究は、磁気センサ型指タッピング装置を用いて注意欠陥/多動性障害(以下AD/HD)など発達障害児の指巧緻運動を定量的に計測し、新たな治療法を開発することを目的とした。まず、定型発達小児(101名:612歳)の計測を行い、指巧緻機能の正常発達(標準値)を定めた(タッピング回数や流暢さは年齢に応じて上昇することが認められた)。AD/HDをもつ小児10例においては、治療薬であるメチリフェニデート徐放剤の内服が無い場合、標準値から逸脱している児がいるものの、治療薬内服により標準値内に改善される傾向が認められた。本法は治療効果を定量評価し、新しい治療戦略の指標になる得ることが示された。注意欠陥多動性障害や自閉症スペクトラム障害、学習障害、発達性協調運動障害など、いわゆる発達障害を呈する児では、重度の神経機能障害は認められないものの軽微な神経機能異常を呈することが知られており,生活の質の低下につながっているものの見通されやすく、また客観的な評価が困難であった。磁気センサ型指タッピング装置(以下、磁気センサー装置)は、軽微な神経機能障害を検査する「指対立試験(母指と示指の対立運動)」を定量的に評価する装置で、右・左指の対立運動を単独もしくは両側同時に記録することにより、リズム(周波数)、速度、加速度、最大振幅、総移動距離、協調性(位相差)、不随意運動や連合運動の有無を評価することが出来る。既に成人においてはパーキンソン病の薬効評価や、精神疾患、認知機能障害、整形外科疾患(頸椎症)などでの機能障害評価でその有用性が証明されていることから、小児における手指巧緻機能の評価に有用であると考えられ、計測を行った。計測内容は1.両側手指の同時タッピング(10秒)を2回、2.両側手指の交互タッピング(10秒)を2回、3.メトロノーム音(3,4,5Hz)と同調させた交互タッピング(10秒)と設定した。平成25年度に筑波大学附属病院の小児外来を何らかの理由により受診した患者やその兄弟から定型発達ボランティアを募り、定型発達児17名(612歳)について、磁気センサー装置による計測を行った。また,発達障害や神経疾患を有する小児33名(614歳)についても記録した。小児の正常ボランティアを近隣の小学校(つくば豊学園つくば市立上郷小学校)で募集し、小学1年から6年生までの計110名の承諾を得られた。計測は主に昼休み時間を利用し、授業や下校時間に影響しないように配慮された。1回の訪問では8名から12名の児童に対して、小児神経専門医および小児科医師が神経学的診察を行い、その後に2台の計測機器を用いて、それぞれ計測を行った。計測は試験者が磁気センサを自らの母指と示指に設置し、児童らの前でタッピングを実践し教示した。計測内容は、両側同時タッピング10秒を2回、両側交互タッピング10秒を2回、をできるだけ早く繰り返させた。当初は上記課題が難しい場合を想定したメトロノーム(2Hz)の併用を予定していたが、小学1年生から上記の教示に従い、課題を遂行することが可能であったため、メトロノームは2Hz、3Hz、4Hzと徐々に難しくなる課題を両側交互タッピング10秒各1回で行った。教示の理解が難しかった児童、および神経学的に異常が認められた6名が除外され、104名が解析された。内訳は男子51名、女子53名で、年齢は6歳0か月から12歳9か月(9.41±1.44歳)であった。利き手は右が96名、左が8名であった。対象を3群(低学年6-8歳;34例、中学年9-10歳;40例、高学年11-12歳;30例)に分け、両側同時タッピングの課題について検討した。10秒間にタップした回数は、低学年で左28.6±4.75右30.5±4.64、中学年で左33.4±5.12右34.3±6.98、高学年で左37.9±5.66右38.7±5.68とそれぞれ有意に上昇していくことが分かった。今後、この値を正常値として、発達障害児での検討を行っていく。親指と人差し指によるタッピング動作の正常発達を確立するために、健常小児ボランティア110名(小学1年生から6年生:83から152か月)を検査し、機器の不具合や神経学的異常を呈した9名を除いた101名のデータを基に、月齢に応じた正常値を確立した。この正常値を踏まえて、今年度は発達障害3名に対して、指タッピング動作の測定を行った。症例1は注意欠陥多動症(ADHD)の8歳男児で、投薬はなされていない。両側同時タッピング回数および両側交互タッピング回数において、ほぼ正常平均の値が得られた。症例2は、自閉スペクトラム症(ASD)およびADHDの12歳女児で、アトモキセチンを内服している。両側同時タッピング回数ではほぼ正常範囲内であったが、両側交互タッピング回数は正常下限の値であった。症例3はADHDおよび境界域知能の10歳男児で、メチルフェニデート徐放剤を内服している。

メチルフェニデート徐放剤を内服していない日は、タップ回数が両側同時、両側交互ともに大きく正常下限からはずれていたが、メチルフェニデート徐放剤内服時はほぼ正常下限まで値が上昇した。またタッピングインターバルの標準偏差も減少したことから、タッピングリズムのバラツキが減少し、よりスムーズに指をタッピング出来るようになったことが示された。この事から、本システムは発達障害児の手指巧緻機能(不器用さ)のひとつを数値化して評価することが可能で、薬物療法やリハビリテーションの効果を簡便かつ正確に評価するツールとして機能することが示唆された。今後は、症例数を増やし、詳細に検討することを予定している。研究代表者の実母が癌に罹患し、その介護のため所定労働時間以外の時間に制限がかかり、症例数を増やすことが出来なかった。小児における手指巧緻機能の発達について、6歳から12歳までの小児正常ボランティアに対して磁気センサ型指タッピング装置を用いた指対立試験(左右母指・示指のタッピング運動)の計測を行い、前年度までに定型発達の正常値(タッピングの回数、速度、加速度、左右の協調性)を確立させた。今年度は、小児発達障害児において検討を行った。対象は当院に通院し、発達障害(注意欠如多動症:ADHD)と診断され、ADHDの治療薬であるメチルフェニデートもしくはアトモキセチンによる薬物療法がなされている小児20例(6歳から12歳)である(自閉スペクトラム症の併存は問わない)。発達障害の診断は、小児神経学会専門医2名によりDSM-IVの診断基準を満たすことを必須条件とした。また明らかな脳器質病変(片側の脳梗塞など)を有する者は除外している。メチルフェニデートは服薬後12時間でその薬効が消失することから、服用日と非服用日で比較検討することが可能なため、計測は服用日と非服用日の計2回を同一被検者に行った。発達障害児においては、非服用日はタッピング回数および左右の協調性が定型発達児よりも稚拙である傾向がみられた。また、服用日ではこれらの値が正常値に回復する症例も認められた。ADHDを有する小児の中には、手先の不器用さに悩む児も多いが、今回の検討では、多動・衝動性、不注意をターゲットとしたメチルフェニデートの服用により、手指巧緻機能の改善が得られることが示唆され、発達障害児における新たな治療戦略の選択肢の一つになり得ると考えられた。本研究は、磁気センサ型指タッピング装置を用いて注意欠陥/多動性障害(以下AD/HD)など発達障害児の指巧緻運動を定量的に計測し、新たな治療法を開発することを目的とした。まず、定型発達小児(101名:612歳)の計測を行い、指巧緻機能の正常発達(標準値)を定めた(タッピング回数や流暢さは年齢に応じて上昇することが認められた)。AD/HDをもつ小児10例においては、治療薬であるメチリフェニデート徐放剤の内服が無い場合、標準値から逸脱している児がいるものの、治療薬内服により標準値内に改善される傾向が認められた。本法は治療効果を定量評価し、新しい治療戦略の指標になる得ることが示された。正常ボランティアのデータにより、正常値の算定が可能となった。今年度、当院に通院されている発達障害児に関して検討を予定しており、症例数の増加は見込まれている。小児神経学発達障害における手指巧緻機能の解析と治療効果を判定する定型発達児、および発達障害児もしくは神経疾患を有する児への計測準備が完了し、計測が徐々ではあるが、小児においても無事に完了できることが確認された。研究代表者の実母が癌に罹患し、その介護のため所定労働時間以外の時間に制限がかかったため(延長手続き承認済み)症例数を増やして検討する費用に充当し、平成28年度中に研究結果を論文化する予定である。定型発達児の計測数がまだ不足しているため、その計測数を増やしていく予定である。
フェムト秒レーザーを用いた超短光パルスのスカログラム計測システムの試作研究

本研究は,時間-周波数変換の一つであるウェーブレット変換によるマルチリゾリューショナル解析を用いて,時間信号である超短パルス光の時間と周波数の関係を光スカログラムとして直接計測できる手法を考案し,それを実現するシステムを開発することを目的とする。本年度は,昨年提案した光スカログラム計測の原理に基づいた計測システムの試作を行った。本年度の研究により得られた成果・知見は以下の通りである。一般に、超高速時間分解分光計測では繰り返し計測が基本とされているため、リアルタイム計測は困難である。しかし、提案する光スカログラム計測の原理ではシングルショット計測が可能である。この特長を活かし、昨年度は,得られたスカログラムをリアルタイムに解析・表示するために超高速画像処理ボードを用いて実証実験を実施した.本年度は、計測システムによる撮像デバイスの撮像時間性能にのみ依存したリアルタイム計測を行う実験システムの最適化を行い,後処理を含めた計測システムの試作を行った。後処理としては,昨年度検討を行った信号の振幅と位相を解析する解析手法を導入した.反復計算による最適化アルゴリズムを用いない方法として,空間的な干渉縞の特長を活かした方法を採用することにより,リアルタイムでの後処理が可能なシステムを構築した。本研究では,高調波発生の方法を用いずに時間信号である超短パルス光の時間と周波数の関係を直接的に求め、時間-周波数変換の一つであるウェーブレット変換によるマルチリゾリューショナル解析を行う方法を実現することを目的とする。本年度は、提案する光スカログラム計測の原理に基づいた実証実験、得られたスカログラムの解析手法の検討を行った。1.一般に、超高速時間分解分光計測では繰り返し計測が基本とされているため、リアルタイム計測は困難である。この特長を活かし、得られたスカログラムをリアルタイムに解析・表示するために超高速画像処理ボードを用いて実証実験を行い、計測システムによる撮像デバイスの撮像時間性能にのみ依存したリアルタイム計測が可能であることを確認した。2.計測システムを用いて得られた光スカログラムから信号の振幅と位相を解析する解析手法の検討を行った。検討の結果、空間的な干渉縞の特長を活かすことにより、反復計算による最適化アルゴリズムを用いない方法を考案した。本研究は,時間-周波数変換の一つであるウェーブレット変換によるマルチリゾリューショナル解析を用いて、時間信号である超短パルス光の時間と周波数の関係を光スカログラムとして直接計測できる手法を考案し,それを実現するシステムを開発することを目的とする。本年度は、昨年提案した光スカログラム計測の原理に基づいた計測システムの試作を行った。
実験・数理モデルによる理論社会学の刷新

研究課題名「実験.数理モデルによる理論社会学の刷新」,本研究では理論モデル(数学的なトイモデル)と実証研究(統計モデルによるデータとの対応)の接合を目指し,ベイズ統計モデリングを利用した,理論研究の刷新を目指した.この結果,代表者が独自に定式化した所得分布の生成モデルをベイズモデル化することに成功して,実データによるモデル内パラメータの推定を実施した.また教育達成の不平等を説明するモデルである相対リスク回避仮説(BGモデル)も,従来のGLMを用いた簡略形のパラメータ推定ではなく,階層ベイズを用いた理論モデルの定式化とそのパラメータ推定が進んだ.その結果従来のGLMと異なり,相対リスク回避が正しい場合には,出身階層間の進学率が理論モデルの予想通り,高階層に有利であることが判明した.27年度には,2015年SSPデータを利用して,拡張δ区間モデルの検証を行った.拡張δ区間モデルは,準拠集団選択プロセスをモデル化した理論で有り,従来の所得分布一次元に基づくタイプから,年齢分布との同時分布を考慮した拡張型により,他者所得予想値を説明する.モデルの基本仮定は以下の通りである.1.二次元の確率変数(X, Y)を考え,その同時確率密度関数をf(x,y)とおく.Xが年齢の分布を,Yが所得の分布を表している.2. (x,y)で確率変数(X,Y)のそれぞれの実現値を表す.3.年齢がxである個人は,年齢が[x-δ, x+δ]の範囲内にある他者を準拠集団を選択し,準拠集団と自分の《所得》を比較する.4.準拠集団の平均所得はXに対するYの条件付き期待値, E[ Y | x - δ< X < x + δ]で与えられる.5.収入に対する満足度は,自分の所得yと準拠集団平均所得y*=E[ Y | x - δ< X < x + δ]の関数として決まる: u(y, y*)6.収入に対する満足度は, y*が大きいほど減少する.2次元に拡張されたδ区間モデルは,1次元のδ区間モデルの自然な拡張であり,基本仮定に大きな違いはない.ただし個人の特徴を表す分布として所得だけでなく年齢も考慮しているため,準拠集団の平均所得が単なるYの条件付き期待値ではなく, Xで条件付けられたYの期待値となる点に注意しなくてはならない.データを解析した理論的予想が正しいことが判明した.理論モデルだけでなく,ある程度データによる検証も進んでおり,予定通りの進捗と考える.具体的には次の成果を得た.SSP調査で新規測定した「同世代の年収」は,拡張したδ区間モデルの検証に役立つ.拡張したδ区間モデルに基づき,年齢と個人収入からδindexを簡単に計算でき,説明変数として使用できる.δindexは相対的剥奪感と主観的幸福感を説明する変数として,有望である.モデルの定式が進み,データによる検証の方法も確立した.よっておおむね順調に進呈しているといえる.またベルヌーイコアアプローチの一環として,教育達成に関する相対リスク回避仮説をベイズモデル化した.このモデルでは従来のロジスティック回帰による進学機会の推定ではなく,相対リスク回避の確率モデルから,ベルヌーイ確率変数(進学非進学に対応した応答変数)のパラメータを,ベータ分布の分布関数として表現して,ベータ分布の引数をモデルの外生変数として推定するという新しいアプローチを採用した.従来のモデルでは推定できなかった潜在変数の事後分布をMCMC推定を利用して推定する点に独自性がある.研究は概ね順調に進んでおり,研究成果の論文化も進行している.研究課題名「実験.数理モデルによる理論社会学の刷新」,本研究では理論モデル(数学的なトイモデル)と実証研究(統計モデルによるデータとの対応)の接合を目指し,ベイズ統計モデリングを利用した,理論研究の刷新を目指した.この結果,代表者が独自に定式化した所得分布の生成モデルをベイズモデル化することに成功して,実データによるモデル内パラメータの推定を実施した.また教育達成の不平等を説明するモデルである相対リスク回避仮説(BGモデル)も,従来のGLMを用いた簡略形のパラメータ推定ではなく,階層ベイズを用いた理論モデルの定式化とそのパラメータ推定が進んだ.その結果従来のGLMと異なり,相対リスク回避が正しい場合には,出身階層間の進学率が理論モデルの予想通り,高階層に有利であることが判明した.今回のデータ分析では,次のような手順で理論値を説明変数として作成した.1.本人年齢$x$を基準に年齢が$x \pm \delta$である人々の収入をデータから取り出す.これが準拠集団の所得分布となる.2.年齢条件で取り出した準拠集団の所得分布から平均値を計算する.この値が準拠集団平均所得の理論値である3.準拠集団平均所得の理論値を全ての年齢のレンジで計算する.4.計算した準拠集団平均所得の理論値をデータ行列に代入する.このとき同じ年齢のユニットは同じ理論値を持つ.5.つまり,準拠集団平均所得理論値は年齢別集団のグル-プレベルの固定効果である.この固定効果によって表現できないグループレベルの誤差をランダム効果で表す(個人レベルの誤差は個人レベルの統制変数・誤差項で表す)6.応答変数(回答者が述べた準拠集団平均所得)を理論値(固定効果)にLMEで回帰する.統制変数は全て個人レベルで加える.今後は説明変数へのδインデックス代入だけでなく,構造推定を考慮したモデル化を検討する.これにより準拠集団理論の定式化と実証がさらに進展することが期待できる.今後はモデルパラメータ推定のためのデータの選定とStanコードの効率化を目指す.

階層モデルのWAICについては予測モデルの仮定に応じて計算方法が異なるため,非階層モデルと比較する場合に,どの予測モデルを用いるべきかを検討したうえで,既存のGLMと分布生成モデルの予測精度を比較する.また本研究をベルヌーイコア・アプローチのサブモデルとして体系化する作業も同時に進める実験サーバ用PCを購入しなかったため.国際学会旅費が計画時よりも少なかったため,若干の未使用額が残った.階層モデルのWAICについての計算手法の誤りがったことが分かったため,再度推定をやり直す必要があるため.実験サーバ用PCは仕様を確定後に28年度に購入予定.MCMC推定のためPCのハード的性能を強化する必要がある.SATA接続以上の速度を可能とするM.2規格のSSDの購入に充当する.国際学会報告を一件追加して旅費を充当する.
オルガネラ間カルシウムネットワークによる平滑筋リモデリング疾患成立機構の解明

平滑筋細胞(SMC)の異常増殖は平滑筋リモデリングを基礎とする難治性慢性疾患の原因となる。長時間に及ぶSMCの増殖活動には、持続的な細胞内Ca2+シグナルが必要である。しかし、具体的にどのような機構が、各オルガネラのCa2+シグナルを持続化させるのか不明である。申請者は、足場タンパク質によるオルガネラの物理的近接化が、オルガネラ間の“Ca2+ネットワーク"を構築して細胞全体のCa2+シグナルの持続化を起こすと仮定した。本研究では、Ca2+ネットワークとその下流分子の活性化を可視化解析して、SMC増殖機構の新たな概念を確立することを目的とする。また、ヒト肺高血圧患者由来SMCなどを用いて、この概念の実証を行う。
内発的動機付けに関わる神経基盤の解明

【目的】学習の般化によって被験者が達成感・充実感を得ているか否かを明らかにするために、Mochizuki-Kawai, et. al.ら(2005)と同じ実験を実施し、学習中および前後での心理的・生理的な変化を検証した。長時間に及ぶ学習を行っても般化が生じた場合は達成感が伴う。そのため、主観的な疲労感やストレスホルモンの値は低く、活動の増加を示す交感神経系の高まり(心拍出量の増加など)を示す生理学的なデータが得られる可能性が高い。【方法】健常大学生13名を対象に3タイプの系列学習課題(A・B・C)を連続して実施して反応時間を測定した。第3系列(C)において先行する2タイプの系列A・Bよりも反応時間の減少が顕著であった(学習の般化が認められた)被験者(般化群)と認められなかった被験者(非般化群)に分け、それぞれの平均血圧値、心拍出量、抹消抵抗値の実験中の変化を検証した。また、実験の前後に唾液中アミラーゼ値およびPOMSによる気分の評定結果についても併せて比較・検討した。【結果】13名の被験者のうち4名において第3系列学習時における反応時間の減少(学習の般化)が認められた。平均血圧値、心拍出量、抹消抵抗値の変化について般化群(4名)と非般化群(9名)による比較を行ったが、有意な差は認められなかった。ストレスホルモンの1つである唾液中アミラーゼの値も2群で有意な差を示さなかった。気分尺度であるPOMSでは「ぐったりする」という項目において非般化群の評定値は般化群よりも有意に高かった。【考察】本研究の結果は学習の般化(学習の効率化)が生じた場合には被験者の主観的な疲労感が少ないことを示唆している。
マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理機構に関する研究

近年のモバイル通信などの、新しい技術の飛躍的な進歩により、いつでもどこでも使えるマルチメディアモバイルシステムが実現できるようになった。マルチメディアモバイルシステムは従来の情報通信システムより高速的の情報処理及び通信、広範囲にわたる動的な資源共用、などの利点がある。次の世紀の情報通信システムとして、マルチメディアモバイルシステムが強く求められるようになってきた。マルチメディアモバイルシステムにおける中心的な問題の一つとして、システム内に移動しているユーザー(通話中のユーザーと通話していないユーザー)の位置を追跡し、移動しているユーザー間のマルチメディア移動通信サービスを提供することが挙げられる。このようなサービスを提供する機構は移動性管理機構である。本研究では、モバイルマルチメディアネットワークにおける移動性管理の特徴と従来の管理方式の問題点を検討し、従来のサービス領域を中心とした静的移動性管理機構に対して、移動しているユーザを中心とする動的移動性管理機構を新たに提案した。また、それらの移動性管理機構を評価するため、モバイルマルチメディアネットワークをモデル化した。その数学的のモデルを用いて新たに提案する方式の有効性を示した。さらに、モバイルマルチメディアシステムの負荷の変化を考慮し、負荷のバランスを考えたモバイルマルチメデイアシシステムにおける最適な位置領域及び位置更新の方針などの移動性管理方針を研究し、最適な移動性管理の機構の開発を目指した。また、マルチメディアモバイルネットワークシステムは分散/並列コンピュータシステムの発展と見なして、次のステップを展望しながら、その関連の研究も積極的に展開した。モバイルマルチメディアシステムにおける中心的な問題の一つとして、システム内に移動しているユーザー(ユーザー)移動通信サービスを提供することが挙げられる。本年度は、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理の特徴と従来の管理方式の問題点を検討し、従来のサービス領域を中心とした静的移動性管理機構に対して移動しているユーザを中心とする動的移動性管理機構を新たに提案した。また、それらの移動性管理機構を評価するため、マルチメディアモバイルネットワークをモデル化する。その数学のモデルを用いて新たに提案する方式の有効性を示した。さらに、その数学のモデルを用いて最適動的移動性管理機構を求める問題を一つの非線形最適化として定式化した。その問題の解を満足すべき必要十分条件を導き、最適解を求める一つの有効なアルゴリズムを新たに提案した。また、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動ユーザーに対するサービスをもっと有効にするため、一つのユーザーの移動に対して一つのホーム位置登録(Home Location Register)データベースアーキテクチャ及びその動的位置管理法を新たに提案した。そのデータベースアーキテクチャとその管理法の評価を行ない、その有効性を示した。さらに、モバイルマルチメディアネットワークの性能を向上させ、負荷分散を配慮する移動性管理機構の研究を進めている。本年度は,マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理の特徴と従来の管理方式の問題点を検討し、従来のサービス領域を中心とした静的移動性管理機構に対して移動しているユーザを中心とする動的移動性管理機構を新たに提案した。さらに、インターネットとの関連でマルチメディアモバイルIPネットワークにおける移動ユーザーの移動性管理機構について研究を展開している。特に移動ユーザーの移動を管理するときよく使われているホームエージェント(Home agent)の並列処理と負荷の分散化によりマルチメディアモバイルIPネットワークの性能の改善を計った。その他、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理機構の並列処理による高速化技術、それらの応用などの研究にも進んでいる。

このようなサービスを提供する機構は移動性管理機構である。本年度は、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理の特徴と従来の管理方式の問題点を検討し、従来のサービス領域を中心とした静的移動性管理機構に対して移動しているユーザを中心とする動的移動性管理機構を新たに提案した。また、それらの移動性管理機構を評価するため、マルチメディアモバイルネットワークをモデル化する。その数学のモデルを用いて新たに提案する方式の有効性を示した。また、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動ユーザーに対するサービスをもっと有効にするため、一つの位置変更(Location Update)シャッシュスキームを新たに提案した。そのの評価を行ない、その有効性を示した。さらに、インターネットとの関連でマルチメディアモバイルIPネットワークにおける移動ユーザーの移動性管理機構について研究を展開している。特に移動ユーザーの移動を管理するときよく使われているホームエージェント(Home agent)の並列処理と負荷の分散化によりマルチメディアモバイルIPネットワークの性能の改善を計った。その他、マルチメディアモバイルネットワークにおける移動性管理機構の並列処理による高速化技術、それらの応用などの研究にも進んでいる。また、マルチメディアモバイルネットワークシステムは分散/並列コンピュータシステムの発展と見なして、次のステップを展望しながら、その関連の研究も積極的に展開した。
航空機リモートセンシングによる森林の質的および量的情報一元把握システムの開発

低コスト仕様の航空機リモートセンシングデータを利用した質的および量的な森林情報を一元的に把握する森林現況把握システムを開発することが本研究の目的である。本システムの主要な構成の中で主に開発されたのは、1.一般的なデジタルオルソ空中写真から土地被覆タイプに関する情報を抽出する手法、2.レーザの照射密度が低い航空機LiDARデータから平均樹高を推定する手法、3.要間伐林分を把握する手法である。3バンドのデジタル空中写真を森林タイプ別に分類した後に森林タイプごとに単木認識を行うプロセスをふむため、昨年度の成果として改善の余地が残った森林タイプ分類手法に対してまず手法の改善と高度化を行った。具体的には、まず画像の統計量(説明変数)の違いが土地被覆タイプ分類に与える影響について調べたのち、機械学習による分類モデルの構築とその精度評価を行った。テストエリア内の土地被覆としては、スギ林、ヒノキ林、広葉樹林、竹林、農地、建造物、の6クラスを定義し、オブジェクトベースの画像分類を基本とした。各バンドの画像の平均値やテクスチャのエントロピーや明度など、合計22種類の画像統計量についてGini係数を指標として説明変数の重要度を分析した結果、各バンドの平均値(3種類)が残りの統計量(19種類)と比較して重要度が高いことがわかった。次に、Random Forest法による分類モデルを構築した結果(学習データの再分類の精度は約76%)、昨年度作成したk-nearest neighbor法による分類モデル(同精度は約75%)よりも僅かではあるが優れていることがわかり、また、前者のモデルによる検証データの分類精度は約83%と比較的高いことがわかった。しかしながら、分類精度を更に高める必要があるため、3バンドデジタル空中写真よりもバンド数が多い5バンドの安価な衛星画像の利用を次年度に検討することにした。そして、本年度の目標である森林タイプ別の単木認識の手法開発に着手した。現在、画像のセミバリアンスに着目した単木認識手法の開発に取り組んでいるが、その過程で、スギ林における林分内の平均的な樹冠サイズを表すバリオグラムのレンジ(空間的自己相関の無くなる距離)を利用した上層木立木密度推定手法を副次的に開発することができている。本研究の最終目的は、航空機リモートセンシング技術を利用した質的および量的な森林情報を一元的に把握する効率的な森林現況把握システムを開発することである。具体的には、低コスト仕様(例えば、レーザ点密度が1平方メートルあたり1点以下の計測データ)の航空機レーザ測量データと高解像度オルソ空中写真(例えば、若齢を除く針葉樹林において単木が認識できる程度の解像度を有する画像)を組み合わせたシステムを考案し、1)スギ・ヒノキ林分を高精度に半自動分類する手法を開発する2)分類されたスギ林とヒノキ林における要間伐林分を特定する手法を開発する3)コストと精度を明確にした質的および量的な森林情報を一元的に把握するシステムを構築する、ことである。本年度は、まず1)に着手した。50cm解像度のデジタル空中写真(8bitの可視域3バンド)の輝度値の様々なテクスチャ統計量(GLCM)を説明変数とするオブジェクトベースの画像分類を基本として、特にスギ林とヒノキ林を多く含む地域を対象に森林タイプの分類を試みた。分類するモデルには、比較的新しいノンパラメトリック機械学習アルゴリズムの一つであるRandom Forestを適用し、従来から定評のk-nearest neighbor法(k-nn法)による分類のパフォーマンスと比較分析を試行錯誤的に行った。その結果、今回用いた説明変数の数が増えるとRandom Forestの方が若干ではあるが分類のパフォーマンスが高いことが伺えたが、説明変数の種類と数についてより詳細な分析が必要と考えられた。低コスト仕様の航空機リモートセンシングデータを利用した質的および量的な森林情報を一元的に把握する森林現況把握システムを開発することが期間全体の目標である。システムの主要な構成の一つ目として(初年度の目標)、可視域3バンドのデジタル簡易オルソ空中写真から森林タイプに関する情報を抽出する手法を開発した。簡易オルソ空中写真に対して小領域のオブジェクトに分割した後に、機械学習の一つであるRandomForest法を利用してオブジェクト内の画像統計量を説明変数として画像分類する手法を考案した。学習データとは独立した検証用のデータで分類精度を検証した結果、約83%の全体精度を持つ森林タイプ分類モデルを構築することができた。システムの主要な構成の二つ目として(二年度目および最終年度の目標)、低コスト仕様の航空機LiDARデータ(レーザ点密度が約0.5点/m2 )から平均樹高を高精度に直接推定する手法を確立した。約4年間の平均樹高成長量を当該手法で推定し、その推定精度を検証した結果、平均樹高成長量の推定誤差はわずか約20cmと極めて正確度が高い平均樹高推定手法を確立できたことが明らかとなった。システムの主要な構成の三つ目として(二年度目および最終年度の目標)、要間伐林分を把握する手法を開発した。

簡易オルソ空中写真から間接的に推定した平均胸高直径と低コスト仕様の航空機LiDARデータから直接推定した平均樹高から林分形状比を算出し、林分形状比80以上のスギ林分を要間伐林分とみなしたところ、その正解率は約77%であった。以上、森林現況把握システムの主要な3つの構成について、更なる精度向上の余地はあるものの、現状で妥当な精度を持つシステム開発を行うことができた。森林計測学初年度(昨年度)の本報告で説明したとおり、研究対象地の見直しに伴い、最終的に航空機レーザデータのみであるが入手可能な研究対象地を見つけ出し、予算枠内で当該データを入手することができたのは良かったが、3バンドのデジタル空中写真からの高精度(例えば分類精度が90%以上)な森林タイプ分類の実現がなかなか困難であることがわかってきたため。申請者の異動により、勤務地(熊本県)から極めて遠方にある研究対象地(福島県)の見直しの必要が突然生じたため、新規の航空機レーザ観測を当初の計画通りには実施しなかった。予算枠内でデジタル空中写真から作成されるDSMを入手することができなかったため、航空機レーザデータから作成されるDSMとの比較分析はできなくなったため、本研究課題のシステム開発は後者のデータを利用したものになる。また、デジタル空中写真からの高精度な森林タイプ分類に関しては、3バンドデジタル空中写真よりもバンド数が多い5バンドでなおかつ安価な衛星画像の利用を検討し、次年度に分類精度の更なる高精度化を図ることにする。研究対象地の見直しに伴い、新規の航空機レーザ観測とさらにデジタル空中写真撮影も行う必要が出てきたため、予算枠内での両観測は極めて困難になることが予想される。そこで、どちらか一方(あるいは両方)は既存のライブラリーデータが利用(もしくは購入)可能な研究対象地を探すことも検討し、予算枠内で研究目的が達成できるように調整する。研究対象地の見直しによって、航空機レーザ観測も空中写真撮影によるDSMデータ取得もどちらも役務として新規に観測することは本年度の予算内では全く不可能であったが、入手可能なライブラリーデータとして航空機レーザデータは予算内で問題なく物品購入することが可能であった。一方、同地域で購入可能な空中写真から作成されるDSMは存在しなかったため、森林タイプ分類の高精度化に貢献する衛星画像の利用を検討し、入手可能なライブラリーデータとして衛星画像を物品購入した。調査や打ち合わせに関わる旅費および調査補助に関わる人件費等が次年度(最終年度)に増えるため、それに充てる。研究対象地の見直しに伴い、次年度に繰り越した経費(航空機レーザの新規観測を当初予定していた費用)について実施可能な選択を行って適切に使用する。
動物プランクトンのフラクタル分布と捕食者の生残機構

前年度までの研究で、パーティクルカウンターを装着した連続モニタリングシステムの結果から亜寒帯太平洋に棲息する動物プランクトンの1種Neocalanus cristatusの分布は不均一であり,10mから100kmの範囲で特徴的なパッチサイズを持たず,パッチにはある種の階層構造(大きなパッチは小さなパッチの集まりでできている)が存在することを明らかにした。本年度はこれらの事実から示唆される仮説,すなわち分布はフラクタルではないかという仮説を検証し明らかにし,フラクタル理論によるパッチの解析及び分布のシミュレーションは実際の姿をよく現し数学的な取扱いも楽であることが協調された。さらにフラクタル理論が生物の生残を理解するに有効な方法であることを示唆した。これらの結果はJ.Oceanogr.に投稿し受理され現在印刷中である。また、これら分布特性と関連が深いと考えられる鉛直移動、摂餌リズム等、基礎的なデータを集めMarine Biologyに発表した。さらに、白鳳丸航海KH-94-4次航海において同型の機器を用いて分布に関する全球的なデータを取った。今後は、現在までに得られた試料をもとに異種間のパッチの幾何学的関係を明らかにし,種多様性の維持メカニズムの基礎となる種特異的パッチ有無を検討する。さらに、外洋におけるパッチ形成の重要なメカニズムと示唆された動物プランクトンの行動に冠して基礎的なデータを得ることを考慮している。
腎髄質膜のPGE受容体と会合した新奇GTP結合蛋白質の電解質代謝における役割

研究実施計画に従い以下の研究成果を得た。[I]PGE受容体-GTP結合蛋白質会合体の単離研究:腎髄質の^3H-PGE_1/^3H-PGE_2結合量は、GTPやGTP-γ-Sの処理により約24倍増加する。増加反応を動力学的に解析すると、結合親和性(KD)の変化である事がわかった。^3H-PGE結合受容体は、^3H-PGEの結合状態が安定で、膜を6%ジギトニンで処理すると可溶化される。^3H-PGE結合蛋白の多くは高分子体(Mr=約38万)として、ゲル濾過クロマトグラフィーにより分離される。この高分子体のピークには、GTP-γ-^<35>S結合活性、GTPase活性、百日咳毒素によるADP-リボシル化活性が存在し、PGE受容体とGTP結合蛋白質との会合体としての存在が推定された。この高分子会合体を精製する目的で、WGA-アフィニティーカラム、次でDETE-トヨパールによるイオンクロマトグラフィーで活性画分を分離し、濃縮後Native acrylamideゲルによる精製を行った。その結果、分子量38万でGTP-γ-^<35>S結合活性、百日咳毒素によるADP-リボシル化されるGTP結合蛋白と会合している標品を部分精製した。本会合体の特徴は、GTP添加により^3H-PGEの結合親和性が減少しない点である。[III]腎細胞でのGTPによる┣D13H-PGE結合増大反応の解析:上記[1]、[2]の反応の生理的意義を明らかにする目的で、腎髄質細胞由来のMDCK株化細胞にGTP-γ-Sを注入する実験を実施しつつあるところである。
口腔トリコモナスの系統的進化位置

既報の各種真核生物および古細菌のEF-1αおよびEF-2のアミノ酸配列をアライメントし、5'末端近くにおいて高度に保存されている配列と、3'末端近くから同様の配列を選んで、これらのペプチドのコードに対応する混合オリゴヌクレオチドプライマーを合成した。それらを使ってT.tenaxの染色体DNAを標的としてEF-1αとEF-2のアミノ酸をコードする遺伝子の主な領域をPCRで増幅し、その産物をpGEM-Tベクターにクローニングした。各々3個づつクローンを選び、塩基配列を決定したところ、EF-1αをコードする領域をもつクローンの挿入断片は、3個ともに1,185bpで同一の配列を示しGC含量は53.1%であった。EF-2では2種類の配列を示し、一方は2,283bpでGC含量は52.5%で、他方は2,286bpでGC含量は52.9%であった。そこでEF-1αとEF-2の染色体上のコピー数を調べたところそれぞれ4個と2個であった。EF-1αとEF-2の塩基配列をアミノ酸に変換してEF-1αでは365残基、EF-2からは761と762残基を推定した。これらのアミノ酸配列を使って他の真核生物と古細菌のEF-1aとEF-2のアミノ酸配列とをアライメントし、そこから最尤法で系統樹を作成した。その結果EF-1αとEF-2のアミノ酸配列から推定した最尤分子系統樹は、古細菌をアウトグループにすると、いずれも一致して真核生物の進化の最も早い時期に共にミトコンドリアをもたない原虫である微胞子虫Glugea plecoglossiが分岐し、次にGiardia lamblia、続いてT.tenaxが分岐するという結果を示した。
自由と平等の正義論に向けての倫理学的研究

本研究を通じて、第一に、自由および平等の基本的価値の内実について解明された。第二に、自由と平等の各価値を統合する正義の構想が、究極的価値としての平等の統御下で、個人の責任についての原理的規定を内包するものであることが明らかになった。第三に、当該構想の実践的意義、すなわち、それが日本の社会保障制度や税制への改革指針となりうることが示された。本研究の目的は、自由および平等という社会の基本的価値を統合的に考察することで、その二つの価値を布置する正義の輪郭を描出し、社会保障制度や税制に関わる分配的正義をめぐる実践的問題に応答しうる枠組みを提出することである。その目的を果たすために平成21年度は、自由と平等の価値をめぐる最新の研究動向についてサーヴェイし、自由と平等の価値についての独自の見解を提出すべく、定義上の混乱を回避しうるような一貫性のある(かつ有意味な)自由概念および平等概念の解明を試みた。まず自由の価値についてだが、純粋な消極的自由論(H.SteinerおよびI.Carterの学説)について整理し、その理論的意義と今後克服すべき問題点について、共和主義的自由論者であるP.Pettitの消極的自由論批判をふまえて確認した。平等の価値については、平等主義的正義論の嚆矢的存在とされるJ.RawlsやR.Dworkinの理論の特異性を確認し、彼ら以降の平等論が平等の価値をめぐる議論に彼ら以上に向き合っている点について確認した。このように、平成21年度の研究成果は主としてサーヴェイ中心だが、自由と平等の価値に関する見解を統合的に再構成し、それが正義構想においてどのような役割を担うかについて、オリジナルな議論を提出したうえで、その実践性や実行可能性について考察する平成22年度の研究につながりうる内実を有するものである。本研究の目的は、自由および平等という社会の基本的価値を考察したうえで、その二つの価値を布置する正義の輪郭を描出し、社会保障制度や税制に関わる分配的正義をめぐる実践的問題に応答しうる枠組みを提出することである。その目的を果たすために、最終年度である平成22年度は、自由と平等を統合する包括的正義構想を提出するための研究、および、当該構想の実践性や実行可能性について詳細な検討を加える研究を実施した。その結果、第一に、自由概念と切り離せない責任についての原理的規定を内包する正義構想が、究極的価値として措定しうる平等の統御下で導かれるべきだとする見地を獲得した。これにより、本研究の主目的である包括的な正義構想の提出という目的は果たされたといえる。第二に、その正義構想が、日本を席巻する自己責任言説や逆に格差社会を忌避する直感的議論に対して、一定の規範的含意を示すものであることが判明した。すなわち、無責任の体系や格差状況への感情的反発を是としない正義としての責任構想によって、貧者を放置してしまうような過酷な政策は推奨されないものの、一方で各自の生き方には責任が付随するという理に適った見解が得られることがわかった。これにより、日本の社会保障制度や税制への改革指針が明確になったといえよう。
頸脳動脈系シミュレーションモデルによる脳動脈硬化定量計測法の確立

目的:頸・脳動脈血流波形の変化と、末梢血管系の血管障害度を比較し、コンピュータソフトで作成した頸・脳動脈系の循環シミュレーションモデルの各パラメータが、頸・脳動脈系の硬化性変化の定量指標なりうるか検討した。方法:頸・脳動脈系を簡略化した電気回路モデルを作成した。モデルの頸動脈部は循環抵抗(Rc、Lc)、循環容量(Cc)で、脳動脈部は脳血管系基部抵抗(Rt)、末梢抵抗(Rp)、末梢容量(Rc)で構成されている。波形シミュレーションは頸動脈部に電圧の代りに血圧波形(血管壁拍動波形)を入力し、Rt、Rp、Cpを変化させて頸動脈部の電流は総頸動脈血流量波形と、脳動脈部の電流は中大脳動脈血流速度波形と比較した。波形計測は超音波定量的血流量測定装置(QFM)と経頭蓋骨的血流速度測定装置(TC2-64)を用いた。結果:1.中大脳動脈血流速度波形は、総頸動脈血管拍動波形に近似した。総頸動脈血管拍動波形は総頸動脈の血圧波形に近似することから中大脳動脈血流速度波形は血圧の変化と波形変化が強く関係していると考えられた。2.波形変化と血管モデルのパラメータを比較した結果、収縮期第一峰の立ち上がり最大変化率〈R〉はRtとRpの比率で、第一峰から第二峰までの最大変化率〈S〉と収縮期第一峰と第二峰の高さの比〈A/B〉はCpによって変化することが明らかとなった。3.頸・脳動脈系の硬化度を病理所見より得た症例について、総頸動脈血流量波形を検討した結果、内頸動脈遠位部および中大脳動脈の軽度硬化性変化は、波形の〈S〉または<√(R×S)>に関係することが判明した。このことから頸・脳動脈系の末梢血管系の変化は、シミュレーションモデルの脳血管部分を表すRt、Rp、Cpの変化と関係することが明らかとなり、血管モデルの妥当性が確認できた。結語:脳動脈の動脈硬化による波形変化と血管モデルの各パラメータの関連が明らかになった。総頸動脈血流量波形の第一峰は加齢により減高、第二峰は増高を示し、波形より被験者の年齢が推定可能である。総頸動脈血流量波形の加齢に伴う変化の特徴は、平成7、8年度に報告したごとく収縮期第一峰と第二峰の高さの比率と最大変化率にあることが判明した。今回は、頸・脳動脈系を等価回路を用いた電気回路モデルに置き換え、総頸動脈血流量波形より脳血管系の硬化性変化が推定できるかについて、モデルの構築を波形の加齢変化より検討した。電気回路モデルには、頸動脈血圧の近似波形である総頸動脈血管拍動波形を電圧として入力し、総頸動脈血流量波形を頸部の、中大脳動脈血流速度波形を頭蓋内の電流としてシミュレートし回路内の抵抗値と容量を頭蓋内血管の硬化度の指標とすることを目指している。

総頸動脈血管壁拍動波形と血流量波形は超音波定量的血流量測定装置(QFM)にて計測、中大脳動脈血流速度波形は経頭蓋骨的超音波血流速度計にて耳介前上方で計測し、得られた信号はon-lineでQFMに入力し、各波形とも20心拍の加算平均を求めた。対象は29歳から83歳の健常者、平均51歳、計20例である。各波形の変化幅に対する第一峰、第二峰の高さの差の比率より拍動パターンを比較した。結果、総頸動脈血管壁拍動波形と中大脳動脈血流速度波形は高い相関を認めた。(r=0.845)。総頸動脈血流量波形は60歳代の2例を除いて第一峰が第二峰より高いが、総頸動脈血管壁拍動波形と中大脳動脈血流速度波形とも40歳代より高齢では第二峰が第一峰より高く、頸動脈血圧波形が中大脳動脈血流速度波形に近似することが判明した。すなわち頸動脈部分では交流であった電流が中大脳動脈部分では直流に変換されている可能性がある。作製する電気回路は抵抗(R)、コイル(L)、コンデンサー(C)を有するが、このR、L、Cを一段だけでなく、多段組み合わせて検討する必要性が明らかとなった。目的:加齢、血管障害例の頸動脈血流波形の変化と、末梢血管系の血管障害度を比較し、コンピュータソフトで作成した頸・脳動脈系のシミュレーションモデルの各パラメータが、頸・脳動脈系の硬化性変化の定量指標なりうるか検討した。方法:頸・脳動脈系を簡略化した電気回路モデルを作成した。電気回路モデルはwindkessel modelを変形したもので、頸動脈部は循環抵抗(Rco、Lc)、循環容量(Cc)で、脳動脈部は脳血管系基部抵抗(Rt)、末梢抵抗(Rp)、末梢容量(Cp)で構成されている。波形シミュレーションは頸動脈部に電圧の代りに血圧波形を入力し、Rt、Rp、Cpを変化させて頸動脈部、中大脳動脈部に相当する部分の電流を計測し、それぞれの血流波形と比較して行った。超音波定量的血流量測定装置(QFM)を用い、総頸動脈血流量波形および血圧波形に近似する血管壁拍動波形を計測した。中大脳動脈血流速度波形は経頭蓋骨的血流速度測定装置(TC2-64)を用い計測した。結果:1.波形変化と血管モデルのパラメータを比較した結果、収縮期第一峰の立ち上がり最大変化率<R>はRtとRpの比率で、第一峰から第二峰までの最大変化率<S>と収縮期第一峰と第二峰の高さの比<A/B>はCpによって変化することが明らかとなった。2.頸・脳動脈系の硬化度を病理所見より得た症例について、総頸動脈血流量波形を検討した結果、内頸動脈遠位部および中大脳動脈の軽度硬化性変化は、波形の<S>または<√(RxS)>に関係することが判明した。このことから頸・脳動脈系の末梢血管系の変化は、シミュレーションモデルの脳血管部分を表すRt、Rp、Cpの変化と関係することが明らかとなり、血管モデルの妥当性が確認できた。結語:脳動脈の動脈硬化による波形変化と血管モデルの各パラメータの関連が明らかになった。
レジスト材料のナノサイズゆらぎ制御のための分子ダイナミクスと反応機構の解明

半導体加工用に用いられている化学増幅型レジストは、露光源の発展に伴いその最小加工寸法が縮小している。将来の更なる加工寸法の縮小に向けて、放射線を露光源とすることが想定されているが、極微細加工用レジスト材料におけるゆらぎ(ラフネス)の低減は深刻な問題となっている。ラフネスをナノサイズに低減するために、レジスト中にイオン化後生成する、中間活性種の分子レベルのダイナミクスと反応機構を明らかにすることを目的とした。本研究は、次世代のリングラフイにおいてレジスト材料として使用が期待されているポリ(4-ヒドロキシスチレン)などにおける、中間活性種のダイナミクスやエネルギー付与における化学初期過程反応を電子線パルスラジオリシス法、露光装置による照射、分子構造計算などによって明らかにし、レジストのナノサイズのゆらぎへの影響を調べることを目的に行った。当該年度は(1)レジストのラジカルカチオンを中心とする中間活性種の分子ダイナミクムスと酸形成の関係(2)レジスト中の放射線誘起反応機構について主に研究対象とした。1電子線パルスラジオリシス法による実験および解析電子線パルスラジオリシス法によってピコ秒からマイクロ秒時間領域に誘起される反応初期過程溶液系や固体薄膜系におけるラジカルイオン、励起状態形成のダイナミクスの直接観察ならびに反応機構や生成と減衰過程について実験、解析を行った。サンプルにはレジストのモデル化合物であるポリ(4-ヒドロキシスチレン)およびその誘導体ならびにベンゼン誘導体を用いた。本研究により、電子線誘起によるポリ(4-ヒドロキシスチレン)の分子内ダイナミクスおよび酸発生のメカニズムへの影響について明らかにし、更にベンゼン誘導体中のジェミネートイオン再結合過程を明らかにすることにより、レジスト材料中での二次電子の挙動についての知見を得ることができた。本研究は、次世代のリソグラフィにおいてレジスト材料として使用が期待されているポリ(4-ヒドロキシスチレン)などにおける、中間活性種のダイナミクスやエネルギー付与における化学初期過程反応を電子線パルスラジオリシス法、露光装置による照射、分子構造計算などによって明らかにし、レジストのナノサイズのゆらぎへの影響を調べることが目的である。当該年度はレジストのラジカルカチオンを中心とする中間活性種の分子ダイナミクスと酸形成の関係、およびレジスト中の放射線誘起反応機構について明らかにした。1電子線による実験および解析電子線パルスラジオリシス法によって誘起される反応初期過程について明らかにした。サンプルにはレジストのモデル化合物であるポリ(4-ヒドロキシスチレン)(PHS)およびその誘導体を用いた。本研究により、電子線誘起によるPHSのラジカルカチオン種の挙動、分子内ダイナミクスおよび酸発生のメカニズムへの影響について明らかにした。また、ポリ(4-メトキシスチレン)においては、カチオンの生成量の増加ならびに長寿命化が明らかとなり、イオン対を経た新たな生成機構を提案した。また、電子線露光装置を用いた露光を行い、それぞれの高分子中での酸発生量の定量を行った。パルスラジオリシスによって得られた分光データと理論計算に基づき得られた分子構造の最適化から導き出される分光的なパラメータとの整合性を確認した。
非コラーゲン性タンパク質とアパタイトの複合化に関する基礎研究

本研究では、オステオネクチンなどの非コラーゲン性タンパク質とアパタイトの複合化の基礎研究として、オステオネクチン、グラタンパク質、リンタンパク質などの非コラーゲン性タンパク質に特有なジカルボキシル基などの残基とアパタイトの結合様式を結晶化学的な手法により明らかにすることを目的とした。具体的にはこれらの残基とアパタイトの間の結合様式を、アパタイト上に非コラーゲン性タンパク質に特有な残基を含む比較的単純な有機化合物をエピタキシャル成長させ、両者間の結晶学的方位関係をX線回析法、偏光顕微鏡法により明らかにした。まず、モネタイトを出発原料として水熱法によりハイドロキシアパタイトの単結晶を合成した。得られたハイドロキシアパタイト単結晶は、c軸方向に伸長した六角柱状の長さが最大で約2mmの無色透明な結晶であった。最も支配的な結晶面は{100}面であり、今回はこの面上においてエピタキシャル成長実験を行った。ハイドロキシアパタイト単結晶をカルボキシグルタミン酸の飽和溶液中に吊るし、これらを40°Cの恒温層中に置いた。ゆっくりと温度を37°Cまで低下させ、カルボキシグルタミン酸をハイドロキシアパタイト単結晶上に析出させた。ハイドロキシアパタイト単結晶とカルボキシグルタミン酸結晶の方位関係をX線回析法、偏光顕微鏡法で測定した。得られた方位関係は一通りではなく、接合する面と、面内の方向で最大で24通りの組み合わせが考えられた。これより、カルボキシグルタミン酸はハイドロキシアパタイトの{100}面上に対しては37°Cではエピタキシャル成長し難いと考えられた。また、比較的出現確率の小さいハイドロキシアパタイトの{001}面上において、カルボキシグルタミン酸が容易に成長することから、カルボキシグルタミン酸は、ハイドロキシアパタイトの{001}面上においてエピタキシャル成長する可能性が示唆され、今後検討が必要であると思われる。
硝化促進型中空糸バイオリアクターによる排水中のアンモニア除去

孔径0.2μのポリスルフォン中空糸の表面をポリビニルアルコール(PVAと略記)でコーティングし、親水化処理した。これを束ねてポリウレタンでポッティングし中空糸エレメントを作製した。この中空糸エレメントを1.51のジャケット付きガラス管に装着して、有効接触面積0.7m^2のリアクターを製作し、内部に空気、外部に硫酸アンモニウムおよび炭酸ナトリウムを含む人工排水を流してアンモニアの連続酸化を行った。この場合、120mg-N/1・h程度の硝化速度が得られ、従来のリアクターに比べて10倍以上の高効率化が可能なことが示された。脱窒菌についても硝化菌と同様に中空糸表面に効率よく固定化されることがわかった。この場合、硝酸から分子状窒素への還元反応が効率よく行われることがわかった。脱窒菌の増殖に当たっては有機炭素源が必要であり、硝酸態窒素量と総有機炭素量(TOC)の比(TOC ratio)が脱窒速度に大きな影響を及ぼし、TOC ratio 3.0以上で脱窒率が100%に達することがわかった。中空糸型バイオリアクターの最適化検討により、硝化リアクターにおいて、硝化速度(r[mg-N/L・h])はアンモニア濃度(C[mg-N/L])に依存し、r=17.8C^<0.66>に近似されるこを明らかにした。また、中空糸内部からの酸素の移動において酸素の拡散速度を他のバイオリアクターの10倍以上に高める可能性が示された。更に、菌体薄膜であるため物質移動の抵抗が極めて小さく、これらの相乗効果によって硝化の効率を他のリアクターの50倍以上に高め得ることが示された。1.5年間に亘る連続運転の結果、アンモニア性窒素濃度が20ppmの場合、硝化速度は約120mg-N/L・hの一定値を示し、安定運転が可能であった。一方、脱窒についての最適化検討の結果、有機炭素源としてメタノール、エタノール、エタノールアミン等が使用可能なことが示された。この場合、脱窒速度(r[mg-N/L・h])の濃度依存性はr=24.8C^<0.47>に近似されることがわかった。これらの基礎的検討の結果を踏まえ、北九州市浄化センターに実証プラントを建設し、実排水を用いた実証試験を行った。実排水中のアンモニア性窒素除去は脱窒反応によるBOD除去と硝化反応を組み合わせた脱窒・硝化連続プロセスが有効であり、これによって100mg-N/*・h以上の窒素除去速度が達成された。1年間に亘る連続運転でのリアクターの耐久試験の結果、ポリスルフォン中空糸の物理的、化学的損傷は全く問題は無く安定運転の可能なことがわかった。