hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地球温暖化に伴なうサンゴ礁形成海域の北上に備えた沿岸域地形形成基盤の研究

二酸化炭素濃度の上昇による海洋酸性化により全球でサンゴ礁の形成・石灰化が衰退することが憂慮されるとともに,地球温暖化に伴ってサンゴ礁形成海域が高緯度側へ拡大する可能性も指摘されている。日本周辺は緯度とともにサンゴ礁の規模が縮小し,分布が疎となる。このようなサンゴ礁形成の緯度勾配が明瞭にみられる地域は世界でも類をみない。本研究では,サンゴ礁の講造と形成に関する研究が希薄であった琉球列島北部・小笠原諸島の北限域サンゴ礁を主な調査地として,緯度の異なる4地域(種子島・馬毛島地域,吐喝喇列島,沖縄島北部,小笠原諸島)でボーリング調査等を実施し礁形成過程を明らかにした。種子島・馬毛島地域の礁形成の特徴として,1)海面上昇からおくれた礁形成開始,2)短期間の礁形成(10002000年程度),3)遅い礁上方成長速度(12m/ka)を挙げることができる。このような短期間の礁形成が異なったタイミングで,異なった海岸で発生しており,高緯度限界における礁形成の特徴・特異性が浮かび上がってきた。本研究で得られた時相のずれは,礁形成が場所固有の現象であり隣接する地域で同時に同じことが起こるとは限らないことを示唆している。今後の温暖化にともなって北限域で新たに形成されるサンゴ礁があるとすれば,地質学的にきわめて短期間で形成されることが予想される。ただし,その時期や場所については固有の要素が強いと考えられる。小笠原諸島のサンゴ礁堆積構造に関する研究は本研究が端緒であるが,琉球列島北部とはサンゴ礁地形や堆積過程が異なることが明らかになった。サンゴ礁形成における小笠原諸島の独自性を指摘することができ,同諸島での今後のさらなる研究が期待される。本年度は,受注生産となるボーリング器材の発注・購入と,平成16年度掘削調査を予定している事前調査・掘削許可申請を行った。ボーリング器材は6月に発注し,メーカーとの打ち合わせを重ねながら,11月末に器材を完成させた。油圧ユニットはプロトタイプ機よりも大型化し,ケーシングの挿入などの作業を可能とする出力とした。また,水ポンプ・掘削マストにも改良を加えた。来年度以降の掘削に向けては,まず,環境省にて来年度以降の全ての掘削対象地について,自然公園地区などの規制範囲を確認した。全ての掘削予定地点で自然公園地区をはずれており,調査に支障がないことを確認した。北限域サンゴ礁は分布が限られており,所在地と地形構造に関する周到な事前調査が必要である。また,掘削機を設置しての作業には法律上の確認および地元理解が必須である。まず,平成16年度に掘削を予定している馬毛島について,現地にて掘削予定地点を選定した。あわせて西之表市役所・当該漁協・周辺の土地所有者への説明・許可申請を行ない,16年78月に掘削調査が可能な状態とした。また,馬毛島につづく掘削候補地として北限域のサンゴ礁を調査し,屋久島の安房地域の離水サンゴ礁を候補地として選定した。ここでも現地の役場などにて事前調整を行った。また,平成17年度以降の掘削対象地である高知県柏島地域の予備調査も行った。以上によって北限域サンゴ礁の分布範囲が特定できマッピングなどの基礎調査が完了した。現地での交渉もほぼ完了し,来年度以降本格的な掘削調査を行える状態となった。本年度は種子島北西に位置する馬毛島でサンゴ礁のボーリングを行い,北限域サンゴ礁の構造と形成過程を明らかにした。北限域のサンゴ礁である種子島・屋久島地域の海岸には縁脚縁溝系を伴ったサンゴ礁地形が部分的にみられる。

このうち最も北に位置する馬毛島では北西岸で唯一明瞭なサンゴ礁地形が認められる。礁縁部には縁脚・縁溝が発達し,礁池をもたない平坦な地形が広がる。礁縁海側の水深5m以深の緩斜面には基盤岩である第三紀層の熊毛層群砂岩・シルト岩が露出しており,ところどころに卓状ミドリイシを主とした大規模なサンゴ群集が発達しているが群集下部に礁堆積層は形成されていない。岬港付近のサンゴ礁にて汀線に直行する側線を設け,礁縁部から礁原陸側端部付近にかけて4本のボーリングを行った。ボーリングには昨年度導入した(株)ジオアクト製水陸両用油圧式掘削機を用いた。完新統の層厚は最大で3.93mであり,基盤は第三紀熊毛層群の砂岩・シルト岩である。完新世サンゴ礁堆積物は明瞭な帯状構造を呈し,最海方の礁縁部で皮殻状サンゴ相・その内側で卓状・板状ミドリイシ相,その背後にサンゴ礫・礁性砂相となる。最も陸側の基盤直上には黒灰色砂泥の堆積がみられる。採取したコアより原地性サンゴを主に10試料の放射性炭素年代測定を行った。最も古い年代値は最陸方の黒灰色砂泥上の原地性サンゴで約6,500calyBPであり,礁縁部付近でみられる卓状・板状ミドリイシ相よりなる礁構造は約6,100cal yBPから300年程度の短期間で形成されている。ここでは完新世最暖期に湾奥部で礁の形成が始まっている。この時期には鹿児島湾まで黒潮暖水舌が恒常的に流入していたことが推定されている。馬毛島ではその後,約1,000年の間に礁原の大部分が形成されており,温暖期のパルス的な礁形成によって,礁の概形が形成されたことが明らかになった。本年度はまず,トカラ列島小宝島の完新世離水サンゴ礁で掘削調査を行った。小宝島は黒潮の流路近くに位置し,完新世サンゴ礁が島をとりまく北限であり,更新統琉球石灰岩の分布北限でもある。ここでは2段の完新世離水礁のうち,下位面海側(B1:掘削深5.08m),陸側(B2:掘削深10.0m)および上位面海側端部(B3:掘削深14.0m)および陸側部(B4:掘削深9.0m)の総延長38.08mのコアを得た。このうち上位面を掘削したB4にて掘削深7.8mで完新統の基盤に達した。本掘削結果より完新世サンゴ礁の層厚は最大14m以上に達することが明らかになり,種子島・屋久島地域のサンゴ礁と規模が異なる。現在,堆積相の詳細を解析するとともに,形成年代を測定中である。また,種子島北東部の庄司浦にて,養殖場建設のため開削された水路の露頭調査を行い,北限礁の全構造を観察した。完新世サンゴ礁の層厚は23mであり,ミドリイシを主とする原地性卓状サンゴ相の単一相であった。水中露頭より採取した試料の放射性炭素年代値より,庄司浦の現成サンゴ礁は約4,000cal yBP以降の2,000年間未満で形成されたことが明らかになり,馬毛島のサンゴ礁形成期と時相が異なる。サンゴ礁の形成阻害要因といわれる冬季海水温の緯度的変化をサンゴ礁・群集周辺にて観測するため,高知県南西部(柏島後浜,岡崎の浜)のサンゴ群集周辺および,種子島北東部・北西部・馬毛島,トカラ刻島小宝島に自記録温度計を設置し,2005年11月に水温計測を開始した。また,紀伊半島においてもサンゴ群集の現状と分布について観察を行った。次年度の掘削予定地である小笠原諸島にて,3年間にわたる現地及び関係機関への説明・交渉の末,2006年3月に掘削調査の前提となる地元同意を得た。本年度は小笠原諸島母島にてサンゴ礁のボーリング調査を行った。
カタユウレイボヤにおけるトランスポゾン挿入変異体shrinkerの解析

前年度までの研究から、ゲノムワイドな遺伝子解析やモルフォリノオリゴによる翻訳阻害実験により、動物界において広く保存され自然免疫に関わることが知られているプロテアーゼ阻害タンパク質alpha-2-macroglobulin(A2M)遺伝子が、カタユウレイボヤのトランスポゾン挿入変異体balloon(shrinkerを改名)の原因遺伝子として同定された。今年度は、A2M遺伝子変異がカタユウレイボヤballoon変異体の形態異常を引き起こす機構について明らかにすることを目的として、balloon変異体の発生過程の表現型を詳細に解析し、A2M遺伝子変異が器官形成に与える影響について明らかにした。これまでの研究では、balloon変異体では変態以後に形成される各器官の分化は正常におこるものの、その形態が異常になることが明らかになっていた。そこで、各器官の形態形成過程を明らかにするため、まず内胚葉性の器官である内柱に注目して調べた。光学顕微鏡による観察の結果、balloon変異体では内柱が野生型に比べ伸張しないことが明らかになった。次に、この異常の原因を細胞レベルで調べるため、共焦点レーザー顕微鏡においてより詳細に観察したところ、この内柱の形態異常は、内柱を構成する細胞の細胞数の減少および形態異常に起因し、細胞の大きさおよび密度によるものではないことが明らかになった。他方で、balloon変異体では血球数が野生型より少ないことが観察された。以上の結果は、balloon変異体の形態異常は、成体組織の構成細胞数減少に起因することを示唆する。上記の研究結果から、脊索動物カタユウレイボヤにおいて、A2Mが組織の形態形成過程における細胞増殖および維持機構に関連して発生を制御することが示唆され、A2Mが既知の機能である自然免疫とは異なる発生制御における機能を有する可能性が示された。カタユウレイボヤのトランスポゾン挿入変異体balloon(shrinkeを改名)ついて、すでに同定されていた3つのトランスポゾン挿入箇所のうち、alpha-2-macroglobulin(A2M)遺伝子の第24イントロンへの挿入が変異を持つ個体のゲノムに必ず存在することが判明した。変異体についてRT-PCRによりA2M遺伝子の転写の有無を確かめたところ、A2M遺伝子のmRNAはトランスポゾンの挿入箇所より上流部分については検出されるが、下流部分については検出されなかった。このことから、balloon変異体のA2M遺伝子はtruncated formで転写されており、balloon変異体の原因遺伝子はA2M遺伝子であると思われる。A2M遺伝子についてカタユウレイボヤでの発現パターンをin situハイブリダイゼーションによって調べたところ、卵割期では発現が検出されなかったが、尾芽胚期から表皮で弱い発現がみられるようになり、変態後は少なくとも血球、内柱、鰓で発現がみられた。さらに詳しく発現パターンを解析するため、A2M遺伝子のプロモーターにGFPをつなげたコンストラクトを作製し、カタユウレイボヤ卵にエレクトロポレーションにより導入したところ、変態終了まではGFPの発現が見られなかったが、変態後には鰓、表皮、消化管、内柱、peripharyngeal bandにGFPの発現が確認された。このようにA2M遺伝子の発現は、balloon変異体の表現型が現れる箇所に観察された。A2Mは旧口動物、新口動物にひろく存在するprotease-inhibitorであり、自然免疫に関わるとされている。ヒト、マウスのA2M変異体は重篤な変異を示さないことが知られており、本研究からA2Mの機能に関して新しい側面が見えてくる可能性がある。以前の結果から、カタユウレイボヤのトランスポゾン挿入変異体balloon(shrinkerを改名)の原因遺伝子は、alpha-2-macroglobulin(A2M)遺伝子であると強く示唆されていた。これを証明するため、モルフオリノオリゴ(MO)によるA2M遺伝子の翻訳阻害実験を行った。MOを野生型のカタユウレイボヤ卵に顕微注入したところ、balloonと同じ表現型を示す個体が高頻度で得られた。よって、A2M遺伝子がballoon変異体の原因遺伝子であることが証明された。また、A2M遺伝子の強制発現によるレスキュー実験を行うため、A2M遺伝子の全長配列を5'RACE PCR法により決定した。なお、A2M遺伝子の機能を明らかにするため、balloon変異体の表現型について詳細な解析を行った。balloon変異体は、変態直後に表皮を除く体全体が小さくなる表現型を示す。A2Mは自然免疫に関わるとされているので、この表現型が感染症によるものかどうかを調べた。滅菌環境において、balloon変異のヘテロ個体同士で交配実験を行ったところ、メンデルの法則に従った割合で変異体が出現した。よって、balloon変異体の表現型は感染症によるものではないことが示唆された。このことから、A2M遺伝子は変態過程での器官形成に関わる機能を持つと推測された。それを明らかにするため、変異体の表現型について詳しい観察を行った。その結果、変態過程において変異体の各器官は形成されるが、ほとんどの器官は成長期に成長することがなく、その後組織の崩壊を起こすことが明らかになった。以上のことから、A2M遺伝子は器官、組織の成長もしくは維持に関わる機能をもつと推測される。A2Mは免疫に関わるとされてきたが、本研究により、カタユウレイボヤでは変態期の器官成長に関わるという新しい可能性が示唆された。前年度までの研究から、ゲノムワイドな遺伝子解析やモルフォリノオリゴによる翻訳阻害実験により、動物界において広く保存され自然免疫に関わることが知られているプロテアーゼ阻害タンパク質alpha-2-macroglobulin(A2M)

遺伝子が、カタユウレイボヤのトランスポゾン挿入変異体balloon(shrinkerを改名)の原因遺伝子として同定された。今年度は、A2M遺伝子変異がカタユウレイボヤballoon変異体の形態異常を引き起こす機構について明らかにすることを目的として、balloon変異体の発生過程の表現型を詳細に解析し、A2M遺伝子変異が器官形成に与える影響について明らかにした。これまでの研究では、balloon変異体では変態以後に形成される各器官の分化は正常におこるものの、その形態が異常になることが明らかになっていた。そこで、各器官の形態形成過程を明らかにするため、まず内胚葉性の器官である内柱に注目して調べた。光学顕微鏡による観察の結果、balloon変異体では内柱が野生型に比べ伸張しないことが明らかになった。次に、この異常の原因を細胞レベルで調べるため、共焦点レーザー顕微鏡においてより詳細に観察したところ、この内柱の形態異常は、内柱を構成する細胞の細胞数の減少および形態異常に起因し、細胞の大きさおよび密度によるものではないことが明らかになった。他方で、balloon変異体では血球数が野生型より少ないことが観察された。以上の結果は、balloon変異体の形態異常は、成体組織の構成細胞数減少に起因することを示唆する。上記の研究結果から、脊索動物カタユウレイボヤにおいて、A2Mが組織の形態形成過程における細胞増殖および維持機構に関連して発生を制御することが示唆され、A2Mが既知の機能である自然免疫とは異なる発生制御における機能を有する可能性が示された。
剛体溶媒中での光応答型単分子磁石構築の研究

単分子磁石構築のため、我々は有機の2pスピンと金属の3dスピンからなるヘテロスピン系を用いることを提案した。我々のヘテロスピン系において、1個3個のカルベンを持つピリジン配位子とコバルト(II)イオン(又はコバルト錯体)をそれぞれ有機のスピン源及び金属のスピン源として用いた。これら2つのスピン源の各種組み合わせについて、SQUID磁束計を用いて磁気挙動を調べた。また分子間磁気的相互作用を排除するために剛体溶媒中、光照射前後での測定を行った。実際には、カルベンの前駆体であるジアゾ基を持つピリジン配位子とコバルトイオンとの溶液を適当な比率で混合し、得られた混合溶液をSQUID用サンプルとして用いた。光照射後のAC磁化率の測定において、用いた周波数に依存したX'とX"の両シグナルが観測された。このことは、コバルト錯体が遅い磁気的緩和を持つことを示している。各周波数におけるX"シグナルの極大値を示す温度から、6種のコバルト錯体のスピン反転における活性化エネルギー,U_<eff'>が40-93Kと見積もられた。また、同様な条件下でのDC磁化率の測定において、比較的大きな保持力,H_<c'>を持つ磁化のヒステリシスが観測された。サンプルとして用いた6種のコバルト錯体は、2,0Kで7-10kOeの保持力を持つことがわかった。本研究において、ヘテロスピン系を用いた光応答型単核単分子磁石の構築に成功した。また、コバルト錯体の持つスピン量子数のSを系統だって変化させることにより、SとU_<eff>及び量子トンネル効果に起因する緩和時間,τ,の関係を明らかにすることができた。コバルト錯体のSの値とU_<eff>及びτの値の関係は、S値が増加するに連れて、U_<eff>及びτの値はそれぞれ増加すると結論された。一分子で磁石と類似の磁気的性質を示す単分子磁石構築のためには、1)スピン反転に際して大きな活性化エネルギー(ΔE_a=|D・S^2|;D : zero磁場分裂パラメーター、s:スピン量子数)を持たせることと、2)長距離秩序を持たせないことが必須の条件である。一方、我々はこれまで、有機分子の2p不対電子と金属イオンの3d電子を組み合わせたヘテロスピン系を用い、分子磁性体構築を目指してきた。その研究結果に基づいて単分子磁石構築を考えたとき、新しい構築方法が浮かび上がった。即ち、"必要とされる大きなDとSをそれぞれ金属イオンと有機のスピンが担い、剛体溶媒による錯体分子の孤立化(長距離秩序を持たせない)を行う"という基本戦略である。我々のヘテロスビン系の最大の特徴はジアゾ基の光分解により発生するカルベンを有機のスピン源として用いることにより磁性機能に光応答性機能を付加した点にある。光照射後に発生するカルベンの分子内磁気的相互作用及ぴ金属イオンとの相互作用を考慮して設計された主なジアゾーピリジル誘導体(PMC)を合成した。光照射後発生するポリカルベンはそれぞれ基底多重項種であることが、光照射後の磁気測定により確認された。金属錯体としてM(hfac)_2;M=Cn(II),Ni(II),Co(II)を用いた。PMCとM(hfac)_2との錯体について極低温条件下、光照射前後のdc及びac磁気測定を行い、カルベンー金属集合体の磁気的性質を明らかにした。

Co(hfac)_2との組み合わせにおいては、全てのPMCが単分子磁石様の磁気挙動を示し、22000e(2K)の保持力を持つ磁化の履歴現象が観測され、更にΧ'及びΧ"の周波数依存性が観測された。一分子で磁石と類似の磁気的性質を示す単分子磁石構築のために、我々は、有機スピンと常磁性金属のスピンを持つヘテロスピン系を用いることを提唱してきた。今回、有機スピン源としてジアゾ基の光分解により生じる三重項カルベンを、常磁性金属のスピン源として磁気異方性の大きい高スピンコバルト(II)イオンを選び単分子磁石構築研究を行った。具体的には剛体溶媒中、極低温条件下、光照射前後のdc及びac磁気測定を行い、光照射後に生成するカルベン-コバルト錯体の磁気的性質を調べた。ac磁気測定においては、遅い磁気緩和が観測され、X"磁化率の周波数依存性の温度変化よりスピン反転に要する活性化エネルギーは89Kと見積もることができた。また、dc磁気測定においては、単分子磁石に特徴的な温度に依存した保持力を持つ磁化のヒステリシスが観測された。1.9Kでの保持力は、3500Oeであった。これら磁気測定の結果は、単分子磁石の生成を示唆する結果であり、また、一個の金属イオンのみからなる単分子磁石の初めての例となった。このカルベン-コバルト錯体は、ナノメートルサイズの大きさを持ち機能性ナノマテリアルとして、その応用が期待される。この剛体溶媒中での光応答型単核単分子磁石の研究は、J.Am.Chem.Soc.に投稿し掲載された。現在、更に定量的な磁気測定の解析のため、カルベンの替わりに安定なニトロキシドラジカルを有機のスピン源として用いた類似コバルト錯体について詳細な研究を行っている。今回、定量的な磁気測定の解析のため、安定なニトロキシドラジカルを有機のスピン源として用いた1:4コバルト錯体について詳細な研究を行った。X-線結晶構造解析により1:4コバルト錯体の分子構造を確認し、その結晶をMTHFに溶解してサンプルとして用いた。剛体溶媒中、極低温条件下、dc及びac磁気測定を行い、ニトロキシドラジカルーコバルト錯体の磁気的性質を調べた。ac磁気測定においては、遅い磁気緩和が観測され、X"磁化率の周波数依存性の温度変化よりスピン反転に要する活性化エネルギーは50Kと見積もることができた。また、その活性化エネルギーは、ニトロキシドラジカルーコバルト錯体の軸配位子に依存することが明らかになった。このことは、大きな活性化エネルギーを持つ単分子磁石構築において有用な知見である。また、詳細なac磁気測定により、対称なCole-Coleプロットが得られ、単緩和過程が示唆された。dc磁気測定においては、単分子磁石に特徴的な温度に依存した保持力を持つ磁化のヒステリシスが観測された。更に、配位子場モデルを用いた理論計算により、dc磁気測定の結果を最適化し、活性化エネルギーを60Kと見積もることができた。acの磁気測定により得られた活性化エネルギーとの差は、量子トンネル効果によるものであると推察された。
切り欠きを有する炭素繊維強化複合材料積層板の圧縮強度発現メカニズム

炭素繊維強化複合材料(CFRP)積層板の圧縮強度発現の物理的根拠解明のために応力集中部からの圧縮破壊に着目し、理論・数値解析および実験を通して研究を進めた。理論解析においては、複素応力関数法に基づいて、楕円孔周辺の変位場及び応力場の数学解を得た。有限要素法によりせん断不安定問題を解析し、構造的に不安定になることを示すことができた。楕円孔および片側切欠きを有する試験片の実験を行い、破壊の様相と応力集中の関係を明らかにした。数値解と定性的に一致したが、絶対値では若干の差があり、今後の課題と考える応力集中部からの圧縮破壊は、最大応力値とその広がりの影響を受けるので、損傷発生だけでなく、応力の変化する応力集中部での損傷進展条件も考慮しなければならない。このため、現象の把握と強度予測の非常に困難な問題となっている。初年度は、破壊発生進展を直接観測でき、応力集中の影響を系統的に調べることができるような試験方法を提案し、切り欠き端の半径の異なる一方向材および擬似等方性の試験片板に対して試験を実施した。破壊荷重および破壊状況への切り欠き端の応力集中の影響を観察した。また、切り欠きを有する一方向強化材料板および擬似等方性積層板に対して有限要素解析を実施した。圧縮荷重と最大応力の関係を明らかにし、この結果を基礎として実験データを整理し、損傷発生時の最大応力を知ることができた。この結果、応力集中係数が大きいほど圧縮破壊発生荷重は低いが、最大応力でみると逆に応力集中係数が大きいほど最大応力が高いという結果となり、圧縮破壊発生に関して体積効果(応力集中部の体積が大きくなるほど破壊発生源の存在確率が高い)があることを示した。また圧縮不安定荷重を固有値解析により求めたが、最大応力せん断弾性率で最大応力点の要素が(要素の寸法と無関係に)局部的に不安定となるという結果が得られた。応力集中部においても、微視的な材料構造の弾性不安定現象として扱うことでは実際の破壊強度を十分精度よく予測できず、微視構造部分に発生する非弾性現象と損傷の進展条件等も圧縮破壊に大きく寄与していることが推察される。実験では、提案した実験治具が圧縮実験で機能し、実験中に破壊現象の観察が可能であることを示すことができ、一方向板及び擬似等方性板に関して実験を実施し、知見を得ることができた。数値解析では、試験片の有限要素モデル化が完成し、解析を進めることができた。計算結果に基づいて、実験結果の整理を行い現象の理解に役立てることができた。等、初年度の予定としてはおおむね順調に研究が進んでいると考える。ただ、損傷進展解析は様々な数値解析的な困難が発生し、今後の努力が必要であることを認識することができた。応力集中部からの破壊は最大応力値とその広がりの影響を受ける(寸法効果).また、応力が一様でない箇所の破壊であるため損傷発生だけでなく進展条件をも考慮しなければならないので、現象の把握と強度予測は非常に困難な問題である。初年度は基礎的な実験結果と数値シミュレーションを実施し、これらの結果に基づいて研究の方針を確立した。実験では試験片および試験治具を設計製作し、実験を実施した。実験の可視化に注力し、破壊の開始から進展の状況に関して、応力集中の影響を定量的に示すことができた。また市販の有限要素解析ソフト(Abaqus)を用いて圧縮試験片をモデル化し、応力集中係数と試験片の寸法の関係を明確にした。また固有値解析を実施し、最大応力を示す要素のみでせん断弾性不安定現象を示すことを見いだした。この不安定現象が圧縮破壊の発生に少なくない影響を与えると考えられることが推測できる。しかしこの不安定荷重は実試験片の強度の2倍以上になるので、実問題を評価するには材料特性劣化モデルを構築することが必要であることを示している。第2年度には、試験の精度を上げるために形状の変更を行い、試験データの蓄積を行うと同時に破壊プロセスの物理的な理解に努めた。有限要素解析ソフト(Abaqus)に組み込まれている損傷解析の定式化に従った形で数値解析を実施した。本モデルである程度、現象論的に破壊発生と損傷進展の推定できることを示すことができた。また実験では航空機用に開発された高い層間靭性を持つ試験材料板を準備して実験データを蓄積することを試みたが、本試験片では予想外の破壊が生じ圧縮強度を得ることができなかった。本破壊のメカニズムにつき調査中であり、今後の研究に結び付けたいと考えている。これまでの研究に加えて、高い層間靭性を有する試験片を提供してもらい実験を始めた。しかし、これまでの試験片では生じなかった別の破壊モードで破壊するためにこの材料の圧縮破壊特性の把握ができなかった。このため初期に予定した樹脂の靭性の影響を明らかにすることができなかった。ただし、他の破壊モードで破壊が発生するメカニズムを明らかにするという課題を克服できれば、複合材料の破壊問題に関する一つの提言ができると考え、鋭意研究中である。炭素繊維複合材料の圧縮強度発現に関する問題を明らかにするために、応力集中部を有する積層板モデルに関して理論解析、有限要素解析および実験を実施した。数学的に楕円切り欠きまわりの応力および変位分布を求め、今後の本問題の解析の基礎になる基礎式を導いた。この基礎式を用いて不安定解を求めるための問題の定式化を行った。実験ではモデルの単純化のために、一方向強化板から円孔端を持つ片側切欠きを導入した試験片を作製し、実験を実施した。

応力集中係数の異なる試験片を得るために切り欠き端の半径の異なる切り欠きを導入した。この実験により多軸強化した積層板の場合に得られた破壊挙動と大きく異なる破壊モードと破壊進展挙動が得られた。この結果から積層板にした時の破壊の進展挙動を理解するためには0度層の厚さと0度層を挟む層との層間強度や層間破壊靭性といった量をも考慮する必要があり、今後の本問題の解明のために必要となる知見を得ることができた。このデータを整理し発生基準と進展条件を考察した。応力集中係数の小さい場合には系全体の圧縮応力の平均値が大きいので、損傷発生時に不安定に進展する損傷長さが大きく、応力集中係数の大きい試験片では損傷発生時の系全体の平均応力が小さいので不安定進展長さが制限されることが分かった。この結果から進展問題を明らかにするには応力集中係数が大きい試験片を用いることが肝要であることを示すことができた。数値解析では切り欠きモデルの応力集中係数を導き実験結果の解釈のための基礎データを得た。炭素繊維強化複合材料(CFRP)積層板の圧縮強度発現の物理的根拠解明のために応力集中部からの圧縮破壊に着目し、理論・数値解析および実験を通して研究を進めた。理論解析においては、複素応力関数法に基づいて、楕円孔周辺の変位場及び応力場の数学解を得た。有限要素法によりせん断不安定問題を解析し、構造的に不安定になることを示すことができた。楕円孔および片側切欠きを有する試験片の実験を行い、破壊の様相と応力集中の関係を明らかにした。数値解と定性的に一致したが、絶対値では若干の差があり、今後の課題と考える初年度に引き続き、圧縮実験を実施し、破壊に関する知見の蓄積に努める。本年度は、CFRPメーカーに一方向積層板と積層数を変えた擬似等方性板の作製を依頼した。試験板入手後、破壊実験を実施し、材料特性や寸法などが強度や破壊現象に及ぼす影響を明らかにしたい。数値解析では、損傷解析を実施し、損傷・破壊現象を精度良く効率的に実施するための条件等を明らかにする。この知見に基づいて損傷発生進展および最終破壊強度を支配する要因を特定することに努める。これらの結果を総合し、理論解析法の提案を行う。一方向材の強度実験の予想外の困難さを経験したため若干のデータの蓄積に手間取っているが、今後は擬似等方性積層板の実験を精力的に進めてデータの取得と蓄積・整理を行い、樹脂の影響に関して考察をおこなう。数値シミュレーションに関して昨年度の経験を生かして、材料のたて割れの影響を考慮できる定式化に進みたい。この定式化によって、擬似等方性積層板の実験で観察される損傷の発生・発生直後の損傷不安定進展とさらに損傷進展の最後に表れる損傷の安定進展を定性的・定量的に明らかにしたい。これらを理論式に表現することを試みる予定である。材料力学・複合材料工学昨年度購入予定であった複合材料試験片が手に入らなかったために、急遽、複合材料メーカーに試験片を依頼したところ、共同研究ということで最新の材料を提供していただいた。したがって初期に予定していた試験片購入代が不要になったために、試験治具や試験片作製用工具等を購入したが、かなりな金額を次年度に使用することになった。
大強度ミュオンビームによる基礎科学の研究

本年度のトライアムフ研究所における大強度直流状ミュオンビームを用いる基礎科学研究において次の様な著しい成果が上がった。1)LaSrCuO系の単結晶試料を用いた高温超伝導体に関する零磁場下の負ミュオンスピン縦緩和測定において、高温超伝導性の基本的性質を反映する信号をとらえる事に成功している。具体的には、(μ^-O)状態に電子のついた常磁性状態の生成が確認され、その常磁性電子と超伝導電流との相互作用による(μ^-O)スピン緩和の温度依存性が、臨界点の上下で特徴的な変化が観測された。高温超伝導の電子輸送現象を微視的磁気プローブで調べるという全く新しい研究方法が確立した。また、常磁性負ミュオン酸素状態がLa系高温超伝導物質において、どのような空間的配位をとるかについて、実験理論両面からのアプローチから重要な結論がひき出されつつある。トライアムフ研究所での常磁性(μ^-O)状の常磁性ナイトシフトの温度・角度依存性を再現する超微細相互作用定数のクラスター計算から、上記の常磁性(μ^-O)状態は頂点酸素に係わるものであることが判った。2)酸化的磁性体の負ミュオンスピン回転による常磁性シフトの測定をMnOを中心にして系統的に行った。磁気転移点の直点で、空間的に配位が異なる2つの電子状態を持つことが明らかになった。酸化物磁性体の超交換相互作用の本質にせまる重要なデータを提供した。3)負ミュオンによる原子分光においては、eVオーダーのエネルギーの負ミュオン重水素原子(μd)と固体重水素薄膜との反応断面積の測定が、薄膜の厚さの変化に応じた(μd)の減速過程の測定を通して行われた。その際に、減速中に起こる固体2重水素薄膜中のミュオン触媒核融合を起こさせ、発生する3MeVの陽子を検出することを、測定手段として用いた。結果は(μd)とdとの反応がdが固体D_2の分子状態であることの影響をうけていることが判った。さらに、重水素薄膜中で、起こるミュオン触媒核融合によって生ずるkeVオーダーの超低速負ミュオンを発生し検出することを可能とした。このために、大立体角軸収束低エネルギー分光器と、炭素のストッパーを用いた高分解能X線検出器とを開発し、持ち込んだ。これらの結果は原子分子物理の基本的な問題であると同時に、低速負ミュオン減の開発と言う応用面で重要な意義がある。特に素粒子物理で最近話題をよんでいる「ミュオンコライダー」の実現へむけた重要な開発への端緒となる。4)東大中間子センターの高エネ研分室では、ミュエスアール実験を光励起した半導体について行うことに大きな成果が得られた。大強度陽子ビームのよってこれらの実験がどのように将来発展できるかを検討し、一部のテスト実験を実行した。これらの成果は、東京大学理学部中間子科学研究センターグループが1987-1989年にわたって、カナダのトライアムフ研究所グループと協力して建設した、低エネルギー直流状負ミュオンでは世界最強である、ミュオンビーム発生用の超伝導ミュオンチャネルによってはじめて可能となったものである。特に、超伝導ソレノイドの後に2つの偏向電磁石を配して得られる低バックグラウンドのミュオンビームによって世界ではじめて、零磁場下の負ミュオンスピン緩和や低速ミュオン測定が可能になっている。今回の国際学術研究の成果に関する国内での討議の場が持たれた。高温超伝導体の研究成果は、北大理学部の熊谷健一郎教授のグループの最近のLaBa系のμ^+SRの成果と関連があり、「超伝導と磁性との関連」に関する討論を持った。また酸化物磁性体の研究成果は、室蘭工大の村山茂幸助教授のグループの重い電子系でのμ^+SRの研究と関連があり、討議の場が計画された。さらに、北大理学部を中心に、カナダで開発したオンラインデータ取得技術に関心が集まり、技術指導と今後の発展の展望の関する集いが計画された。

3)負ミュオンによる原子分光においては、eVオーダーのエネルギーの負ミュオン重水素原子(μd)と固体重水素薄膜との反応断面積の測定が、薄膜の厚さの変化に応じた(μd)の減速過程の測定を通して行われた。その際に、減速中に起こる固体2重水素薄膜中のミュオン触媒核融合を起こさせ、発生する3MeVの陽子を検出することを、測定手段として用いた。結果は(μd)とdとの反応がdが固体D_2の分子状態であることの影響をうけていることが判った。さらに、重水素薄膜中で、起こるミュオン触媒核融合によって生ずるkeVオーダーの超低速負ミュオンを発生し検出することを可能とした。このために、大立体角軸収束低エネルギー分光器と、炭素のストッパーを用いた高分解能X線検出器とを開発し、持ち込んだ。これらの結果は原子分子物理の基本的な問題であると同時に、低速負ミュオン減の開発と言う応用面で重要な意義がある。特に素粒子物理で最近話題をよんでいる「ミュオンコライダー」の実現へむけた重要な開発への端緒となる。4)東大中間子センターの高エネ研分室では、ミュエスアール実験を光励起した半導体について行うことに大きな成果が得られた。大強度陽子ビームのよってこれらの実験がどのように将来発展できるかを検討し、一部のテスト実験を実行した。これらの成果は、東京大学理学部中間子科学研究センターグループが1987-1989年にわたって、カナダのトライアムフ研究所グループと協力して建設した、低エネルギー直流状負ミュオンでは世界最強である、ミュオンビーム発生用の超伝導ミュオンチャネルによってはじめて可能となったものである。特に、超伝導ソレノイドの後に2つの偏向電磁石を配して得られる低バックグラウンドのミュオンビームによって世界ではじめて、零磁場下の負ミュオンスピン緩和や低速ミュオン測定が可能になっている。今回の国際学術研究の成果に関する国内での討議の場が持たれた。高温超伝導体の研究成果は、北大理学部の熊谷健一郎教授のグループの最近のLaBa系のμ^+SRの成果と関連があり、「超伝導と磁性との関連」に関する討論を持った。また酸化物磁性体の研究成果は、室蘭工大の村山茂幸助教授のグループの重い電子系でのμ^+SRの研究と関連があり、討議の場が計画された。さらに、北大理学部を中心に、カナダで開発したオンラインデータ取得技術に関心が集まり、技術指導と今後の発展の展望の関する集いが計画された。
干潟評価指標としての底質土特性に関する研究

本研究は、干潟底質特性に着目して、干潟の客観的評価指標を得る事を目的としている。まず最初に干潟の豊富な熊本県沿岸の有明海、八代海を対象として水環境、底質土特性、及び底生生物分布に関する調査データを関係機関より収集し、更に河口干潟で若干の現地調査を実施し、それらのデータ解析する事によって、以下の様な成果を得た。1)粘土分量、COD、有機物含有量の間にはほぼ直線関係が認められた。2)八代海の方が有明海より粘土分が多いが、同じ粘土分量域ではCOD、有機物含有量、及び硫化物含有量は低い値を、逆に酸化還元電位は高い値を示し、底質土特性は良い。3)底生生物種類を湿重量で表すと、湿重量に対する底生生物個体数分布は指数分布で近似され、その平均値が1つの分布指標になる。4)底生生物の湿重量(種類)-個体数分布と粘土分量間に明確な相関は認められない。5)感潮河川の流況・浮泥の経時的な挙動特性と底質の巻上げ・沈降機構を明らかにした。6)干潟や澪の形成予測の為の数値実験手法の基本構成を得た。7年度には、底質土特性、底生生物分布特性、および干潟形成機構とその数値実験手法について基本的な成果が得られた。次年度以降にはさらに広範囲の調査を進め、得られたデータや数値実験データの解析により、所期の目的を早期に達成したい。
K3保型関数とその数論的側面の研究

3次元合同数問題および有理直方体問題をK3曲面上の有理点問題に帰着して結果を得た。→論文(1)典型的な不定符号2次形式に関する整数係数直交群のレベル2の主合同部分群による剰余類群の構造を決定した→論文(2)特別なビカール群の構造を有するK3曲面の6次元族の研究を行った。一>論文(3)この論文では・)このような曲面が1次元射影直線の直積上の特殊な分岐被覆で構成され、・)そのモジュライ空間がII型有界対称領域となって現れること、・)モデルからモジュライ空間への周期写像がある種の超幾何微分方程式(ホロノミック系)で記述されることを示し、解空間の次元を確定した。・)また、このモジュラィ空間を8次のジーゲル上半空間に埋め込むと、有理数体上のハミルトン4元数体を自己準同型環が含むアーペル多様体のモジュライ空間が現れること・)このようなアーベル多様体は最初のK3曲面からKuga-Satakeによるホッジ構造からの構成と一致することを示した。また、ムーンシャイン現象の研究、正標数基礎体上の微分方程式の分岐現象の研究でも著しい成果が上がった。→論文(4)(5)(6)3次元合同数問題および有理直方体問題をK3曲面上の有理点問題に帰着して結果を得た。→論文(4)(5)(6)本プロジェクトでは、K3曲面の族に対する周期写像を、志村多様体上の多変数保型関数を導くものとして数論的観点を加えて研究するのが目的である。今年度においては以下の実績が得られた。超幾何微分方程式論と関連して、超越格子の構造を固定して得られるある種のK3曲面の族に対してSchwarz写像を構成すると、その逆写像として6変数の保型関数が得られ、その定義領域は、有理数体上のHamiltonの4元数体を含む自己準同型環によって特徴付けられる志村多様体であることが示された。また、Euler以来問題とされてきた有理直方体問題に対しても、ある種の制限のもとで直積型Kummer曲面上の有理点の問題となり、これはさらに合同数問題に帰着することが示された。さらに各種のモノドロミー群とそのレベル付き合同部分群との商として現われる有限群が、考察している多様体の族のパラメータ空間(configuration space)に作用し、その群の構造の決定とその意味とが明らかにされた。->論文(1)典型的な不定符号2次形式に関する整数係数直交群のレベル2の主合同部分群による剰余類群の構造を決定した->論文(2)特別なピカール群の構造を有するK3曲面の6次元族の研究を行った。->論文(3)この論文では・)このような曲面が1次元射影直線の直積上の特殊な分岐被覆で構成され、・)そのモジュライ空間がII型有界対称領域となって現れること、・)モデルからモジュライ空間への周期写像がある種の超幾何微分方程式(ホロノミック系)で記述されることを示し、解空間の次元を確定した。・)また、このモジュライ空間を8次のジーゲル上半空間に埋め込むと、有理数体上のハミルトン4元数体を自己準同型環が含むアーベル多様体のモジュライ空間が現れること・)このようなアーベル多様体は最初のK3曲面からKuga-Satakeによるホッジ構造からの構成と一致することを示した。->論文(4)(5)(6)
患者固有モデルによる専門医の手技訓練用手術シミュレータの研究開発

腹腔鏡手術予定患者のCTをシミュレータ内に取り込み、シミュレータ内にその患者の臓器を再現することで、術前に執刀医がその患者のためのトレーニング(模擬手術)を行うことができる、患者特異的腹腔鏡手術シミュレータの開発をした。実際の患者の術前に使用したところ、臓器はほぼ正確に再現され、術者から術前トレーニングは有用であるとうい評価を得た。また生体組織の運動を正しく模擬するための力学計算手法の確立、微細な操作感を模擬できる力覚装置の開発を行い、模擬手術をよりリアルなものにした。専門医の使用に耐える、手術シミュレータの開発を目的として、(1)手術時の微妙な操作感を実現する計算モデルに関する研究、(2)その伝達機構の研究および、これらを統合した(3)手技訓練法とその評価法の研究を実施している。H23年度の「手技訓練法とその評価法の研究」に関する研究成果として、手術中の基本動作で医師が受ける力を計測するための装置を開発した。動物実験は5月下旬に実施を予定しており、これを用いて、各種手術基本動作においてどの程度の力の提示が必要かを確定する。手術中の医師が受ける力の計測は前例が無く、精度の高い専門医用手術シミュレータ開発のための貴重なデータとなる。このようなデータが無いため、従来専門医の微妙な操作感を定量的に評価・把握することができなかった。また、「大変形を実時間で精度良く行なうモデルの研究」に関しては、H23年度は実時間化の前準備として、微圧縮超弾性体処理のシーケンシャルな実装を行った。計算精度を上げるため、変位と内圧を独立な未知数として扱う混合型の有限要素解析として実装した。このため処理が複雑となり、この計算結果の正しさを確認する必要から、非線形FEMの著名商用ソフトウエアADINAを用いて結果の比較を行った。位置精度において1%以内の精度を得た。最後に、モデルが発生した「力を伝達する機構の研究」に関しては、把持力を発生させるメカニカルな機構を考案した。基本的にはカンシの開閉に伴い、カンシ軸内の心棒が行なう直線的な前後運動を、開閉に連動してクランプすることにより阻害する構造とした。またカンシの開閉に伴い、この摩擦力を制御する実験のための簡略な制御モデルを実装した。今後、モデルに関しては実時間化、伝達機構に関しては試作を行った後、システムとして統合し、計測で得た定量的なデータを用いて、測定値に近づけるように調整をして手術シミュレータの完成を目指す。【1】専門医用手術手技訓練法の確立腎臓予定患者のCTをシミュレータに取り込み、シミュレータ内にその患者の臓器を再現することで、術前にその患者のためのトレーニングを実施できる患者特異的腹腔鏡手術シミュレータを開発した。バーチャルリアリティー技術と触覚をリアルタイムに伝える装置で本当の手術の前に模擬手術をすることができる。専門医3名が実際に使用し、完成したシミュレータを評価した。患者の臓器は実際の手術と比較してほぼ正確にシミュレータで再現され、シミュレーションは術前トレーニングとして役に立ち、実際の手術時に安心感を得られたとの評価を得た。【2】生体組織の運動を正しく模擬する実時間非線形力学計算手法の確立前年度までに微圧縮超弾性体による非線形臓器変形アルゴリズムを構築した。これを元に実時間化のためにCPUマルチコアによる処理の高速化を実施した。1コア400msであった処理が、8コアで140msと半分以下の処理時間を達成した。これを、手術シミュレータへの適用のためにAPI化して整理し、評価システムを構築した。【3】模擬術具用力学装置の開発前年度に開発した、小型・軽量な、開閉操作の触覚提示装置について、評価を行った。1.5[N]程度の把持力を提示できることが検証できた。摩擦による提示メカニズムのため、表面粗さの工作精度、個体差に依存する面があるが、モータ指令値(トルク)と比例関係となり、連続的な力変化を提示することができた。また、小型・軽量である本装置は、保有する既開発システムの触覚装置に取り付けることができ、臓器を押すような手全体の触覚に加え、膜の剥離のような微細な操作に対する触覚を提示できるシステムへ拡張できる。残念ながら、既存システムへの統合は未達であったが、今後、統合システムを構築し、評価する。【1】専門医用手術手技訓練法の確立医学的所見に基づき、専門医の訓練が可能な、手術場面に即した"訓練シナリオ"の構築、及び訓練の評価法の確立を行った。手術シミュレータの訓練および効果に関する評価研究を施行した。開発したシミュレータを評価したところ、術前トレーニングには有用だが、触覚視覚的にややリアリティに欠けるところがあると評価された。【2】生体組織の運動を正しく模擬する実時間非線形力学計算手法の確立生体組織の物性値については、線形解析による生体力学シミュレーションのためのヤング率等、データベース化が整備されつつある。

身体を構成する軟組織物質の多くは、非線形の力学特性を持つことが一般的であり、線形の力学モデルでは部分的な小変形に限定される。より正確に生体の運動を模擬するためには、大変形への対応、さらには膜組織、繊維、異方性に対応する必要がある。特に臓器に関しては、生体組織を非線形の非圧縮超弾性体とみなし、広範囲の変形領域における応力と歪の関係を近似する、実時間処理を考慮した計算手法を開発中である。【3】模擬術具用力覚装置の開発専門医は術中にカンシの先で臓器を触ったり、鉗子の中間部位で臓器を押し上げたりして視界の確保を行い、手術を容易にする。また、鉗子の鋏部で血管を切除する際、その微妙な硬さで血管の脆さを感じる。これらの複雑な操作に対応可能な力覚装置を開発している。鉗子の開閉時にかかる微妙な力を小型軽量のモーターを使用して再現した。2種類の方法で試作し力学的整合性を評価している。当初計画したH23年度実施予定計画を達成している。25年度が最終年度であるため、記入しない。【1】専門医用手術手技訓練法の確立シミュレータの開発・評価ともに着々と進行している。【2】生体組織の運動を正しく模擬する実時間非線形力学計算手法の確立計算方法の開発中でまだシミュレータに実装されていない。【3】模擬術具用力覚装置の開発試作したもの2種類の力学的整合性を評価している。モデルに関しては、並列化することにより実時間化を図る。伝達機構に関しては、試作を行い力覚発生装置としてくみ上げる。訓練法の研究に基づき、実時間モデルと力覚装置を統合して手術シミュレータに仕上げる。【1】専門医用手術手技訓練法の確立腎部分摘出の訓練シナリオ確立を目指す。【2】生体組織の運動を正しく模擬する実時間非線形力学計算手法の確立GPUを用いた並列処理による実時間非線形有限要素法の実装、人体の挙動と模擬計算法の同定を目指す。現在の演算素子レベルでは、現実的なサイズの並列処理(物量)では実時間化が達成できないと判断した場合は、線形FEMのスキームで応力はLagrange歪を用いる近似法に方針を変更して実時間化を達成する。【3】模擬術具用力覚装置の開発力学的整合性を評価したのち、シミュレータに実装する。
脳の老化に関する比較分子病理学的研究

イヌでは加齢性にAβpN3が大脳皮質に沈着し、嗜銀性SPが多く形成されている個体では、AβpN3の方がAβN1よりも優位に沈着することが明らかにされた。また、15歳以上のイヌでもAβpN3の沈着がなければ嗜銀性SPは形成されないことが明らかにされた。これらのことより、超高齢のイヌでは脳に沈着するAβのN末端分子種がヒトADと類似しており、その点ではヒトのADと重複する病態が生じていると考えられる。また、嗜銀性のSPの形成においてAβpN3の沈着が重要だと思われた。さらに、老齢のサル、クマ、キツツキの大脳にもAβpN3が沈着することが明らかになり、脳のAβpN3沈着は哺乳類と鳥類において普遍的な加齢現象であることが予想される。イヌの大脳白質ミエリン濃度は、年齢およびアミロイド沈着血管数と有意な負の相関を示した。また、ヒトの毛細血管アミロイドアンギオパチー(capCAA)と同様に、イヌのcapCAAにおいてもAβとApoE蛋白が共局在することを確認した。ミエリンの減少とともに白質の血管周囲腔にセロイド貧食細胞が観察された。また、100μm厚の老齢イヌ脳組織標本を観察すると、大脳皮質の血管分岐部や髄膜下腔にもセロイド貧食細胞が観察された。本研究では、イヌの白質ミエリンが加齢性に減少し、それと関連して血管周囲に酸化脂質が蓄積することを明らかにした。老齢ヒトと同様に、老齢イヌの認知症様症状に白質のミエリン減少が関与している可能性が考えられる。
高齢者の情報機器操作における視覚・運動情報の対応特性

本研究の目的は、高齢者がコンピューターを使用するときの視覚と運動情報の対応関係について検討し、高齢者が使いやすいコンピューターの入力装置の特性を明らかにすることであった。先行研究では、高齢者はマウス操作に比べて、タッチパネル操作が容易であることが明らかにされている。そこで3年目の昨年度は、タッチパネル操作との比較から操作に影響を及ぼす要因について検討を行った。1タッチパネルとタブレットの比較タッチパネルとタブレットの操作においては、視空間と操作空間の一致・不一致の違いだけでなく、操作方法(「触る」と、マウスやペンなどを移動させて、ボタンを押す)にも違いがある。そこで、操作方法をペンによるタッチに統一し、ディスプレイ上のターゲットの位置を応答する課題を用いて操作性の比較を行った。高齢者と若齢者について実験を行った結果、全般にタブレット操作よりもタッチパネル操作で、操作の正確さが高く、応答時間も短くなった。しかし、高齢者はターゲットの呈示時間が短いときにどちらの操作においてもパフォーマンスの低下が見られた。若齢者は記憶や運動感覚によってある程度、正確にターゲットに到達できるが、高齢者はより視覚情報に依存して課題を行っていることが推測された。2タッチパネル、タブレット、マウスの比較上記の実験をマウス操作条件も加えて行った。高齢者と若齢者について実験を行った結果、高齢者はタッチパネルやタブレットの操作よりもマウスの操作で正確さがより低下する傾向が見られた。タッチパネルやタブレットで使用したペンは、ペン先が細いため、タッチしている場所が触覚だけでもある程度正確に捉えられるが、マウスは机上との接地範囲が広いため、触覚だけではポインタと対応している場所が捉えにくい。高齢者のマウス操作の低下の要因として、触覚機能の低下が考えられる。以上の結果から、高齢者のコンピューター操作の向上には、ターゲットなどの視覚情報を見やすくすることや、手と操作点の対応関係をより把握しやすくすることが挙げられる。本研究の目的は,高齢者がコンピューターを使用するときの視空間と手の運動空間の対応関係を検討し,高齢者が使いやすいコンピューターの入力装置の特性を明らかにすることである。昨年度は,視覚刺激の呈示,視覚・運動空間の制御,およびコンピューター操作の記録ができる実験システムを構築し,それを使ってマウス操作について3つの実験を行った。1ディスプレイの傾きに関する実験ディスプレイとマウスの操作面の傾きの違いがターゲットのクリック操作に及す影響について検討した。高齢者は全般に若齢者よりもクリックまでの時間が長く,マウスの移動距離も長いが,年齢にかかわらず,ディスプレイの傾きが変わっても操作にほとんど影響がないことが明らかになった。2身体に対するディスプレイの位置に関する実験ユーザーの身体方向に対するディスプレイの位置の違いがクリック操作に及す影響について検討した。高齢者は全般に若齢者よりもクリックまでの時間が長く,移動距離も長いが,年齢にかかわらず,ディスプレイの位置が変わっても,操作にほとんど影響がないことが明らかになった。3視覚的フィードバックの効果に関する実験ディスプレイ上のターゲットをクリックする際に視覚的フィードバックを与えず,運動感覚だけでマウス操作を行う課題を,若齢者を対象に行った。その結果,ディスプレイの傾きが垂直よりも水平に近いときにクリック位置がより正確になることが明らかになった。今後,高齢者についても同様の実験を行い,マウス操作時の運動感覚の加齢変化について検討する予定である。本研究の目的は、高齢者がコンピューターを使用するときの視空間と手の運動空間の対応関係を検討し、高齢者が使いやすいコンピューターの入力装置の特性を明らかにすることである。昨年度は、マウス操作の学習という観点から、ディスプレイの傾きの効果について検討を行った。またタッチ操作実験用のシステムを構築し、ディスプレイのタッチ操作およびタブレットのタッチ操作の特性を比較する実験を行った。1マウス操作の学習に関する実験課題ではディスプレイ上にポインタを呈示せず、ターゲットの位置と思われる場所をマウスでクリックさせた。クリック後にその位置をディスプレイ上にフィードバックすることによりマウス操作を学習した後で、フィードバックがない条件でターゲット位置をマウスでクリックさせた。その結果、若齢者はディスプレイの傾きが垂直に近いときに比べて、水平に近いときにターゲットのより近傍をクリックできることが示された。この実験の結果について国内学会で発表した。2ディスプレイのタッチ操作とタブレットのタッチ操作の比較実験高齢者はマウス操作に比べて、タッチパネルの操作性が向上するとされているが、タッチパネル操作とマウス操作は、視空間と操作空間の一致・不一致の違いだけでなく、操作方法(「触る」と「マウスを移動させて、ボタンをクリックする」)にも違いがあり、操作性が向上する要因については十分に明らかではない。そこで、操作方法をペンによるタッチに統一し、次の2つの条件で刺激に応答する課題を行った。一方の条件では、ディスプレイ上の刺激を直接ペンでタッチし、もう一方の条件では、ディスプレイ上に呈示された刺激について机上のタブレットをタッチして応答した。実験の結果、これまでの知見と同様に、視空間と操作空間が一致しているディスプレイのタッチ操作において操作性の向上が見られた。

1タッチパネルとタブレットの比較タッチパネルとタブレットの操作においては、視空間と操作空間の一致・不一致の違いだけでなく、操作方法(「触る」と、マウスやペンなどを移動させて、ボタンを押す)にも違いがある。そこで、操作方法をペンによるタッチに統一し、ディスプレイ上のターゲットの位置を応答する課題を用いて操作性の比較を行った。高齢者と若齢者について実験を行った結果、全般にタブレット操作よりもタッチパネル操作で、操作の正確さが高く、応答時間も短くなった。しかし、高齢者はターゲットの呈示時間が短いときにどちらの操作においてもパフォーマンスの低下が見られた。若齢者は記憶や運動感覚によってある程度、正確にターゲットに到達できるが、高齢者はより視覚情報に依存して課題を行っていることが推測された。2タッチパネル、タブレット、マウスの比較上記の実験をマウス操作条件も加えて行った。高齢者と若齢者について実験を行った結果、高齢者はタッチパネルやタブレットの操作よりもマウスの操作で正確さがより低下する傾向が見られた。タッチパネルやタブレットで使用したペンは、ペン先が細いため、タッチしている場所が触覚だけでもある程度正確に捉えられるが、マウスは机上との接地範囲が広いため、触覚だけではポインタと対応している場所が捉えにくい。高齢者のマウス操作の低下の要因として、触覚機能の低下が考えられる。以上の結果から、高齢者のコンピューター操作の向上には、ターゲットなどの視覚情報を見やすくすることや、手と操作点の対応関係をより把握しやすくすることが挙げられる。