hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛍光スペクトル情報に基づいた術中精密診断・治療システムの開発

本年度は、主にレーザ蒸散システムの細経化を行った。これまでの研究では、ガルバノスキャナを用いたレーザ走査型のレーザ蒸散システムを開発してきたが、デバイスの形状が箱型だったため、摘出後にできる脳の空間に挿入して使用することは不可能であった。これを解決するために、内視鏡状のデバイスの開発を目指した。本研究では、焼灼用レーザと励起用レーザおよび蛍光取得の光路を同軸にし、細経形状の先端部から側方に光を照射するシステムを開発した。開発した装置は、蛍光計測部、焼灼用レーザ装置、走査機構部、レーザ切り替え部、細径部および制御用PCで構成されている。励起用のレーザ、焼灼用のレーザ、分光器には、前年度で使用したものと同じものを使用している。本研究では405nm2.97μmという広い範囲の光を使用するため、既存のレンズを用いることが出来ない。そこで、蛍光計測スポットおよび焼灼スポット径を可能な限り小さくするためのレンズ設計を行った。具体的には、2つのレーザ(波長405nmと2.94μm)はコリメートレンズにより並行光として対物レンズに入射するとし、2枚のレンズの曲率半径・厚み・材質の合計8つをパラメータとして、それぞれの光の間の収差を小さくする最適化を行った。その結果、サファイヤおよびフッ化カルシウムの2枚のレンズの構成となった。焼灼点の走査は、回転および直動機構によって行う。中空シャフトのステッピングモータにより、鏡筒周りの回転を行うことで、焼灼点を円周状に走査が可能となる。また、直動ステージにより、鏡筒軸方向の走査が可能となる。これらを組み合わせることにより、円筒状の空間の内面を走査することが可能である。いくつかの評価実験を行い、脳腫瘍にPpIXが集積した状態を模したファントムを用いた実験により、局所的なPpIX蛍光スペクトル計測が可能であることを、ブタ摘出脳を用いた実験により、脳組織の焼灼が可能であることを確認した。レーザ合焦時の蛍光スペクトル計測スポット径は、直径1.6mm程度であることが示された。本年度は、これまでに行ってきた蛍光スペクトルと病理診断の比較をより多くの組織について行うことで新たな知見を得ることを目的とした。これまでの装置では計測安定性が悪く、症例間の比較が困難であったため、装置の改良を行った。具体的には、光ファイバを用いていた導光していた部分を減らし、ミラーとレンズのみで光学系を構成した。蛍光物質(Protoporphyrin IX,PpIX)の溶液を用いて計測安定性の評価を行ったところ、975回のスペクトル計測に対して、平均11438.1[a.u]に対して標準偏差779.66[a.u.]であった。一様な非腫瘍組織の蛍光強度は、平均1408.0[a.u.]、標準偏差396.4[a.u.]であったことから、計測装置のばらつきは測定対象のばらつきよりも十分に小さく、症例間の比較が可能であることが示された。この計測装置を用いて、10症例26サンプルの神経膠腫のPpIX蛍光を計測し、蛍光計測した組織表面の病理診断結果との比較を行った。計測の結果、PpIXの蛍光強度分布と腫瘍分布に相関がみられない症例があった。そこで本研究では悪性度を表す指標として、細胞増殖能と密接な関係がある細胞密度を選び、PpIX蛍光ピーク強度・530nm自家蛍光強度との相関を調べた。その結果、計測結果を症例間で比較することにより、PpIX蛍光ピーク強度によって細胞密度の下限を、530nm自家蛍光強度によって細胞密度の上限を知ることができるとわかった。この手法を用いて細胞密度を予測したところ、いくつかの症例について偽陽性や偽陰性を解消し、病理診断結果と一致した。PpIX蛍光スペクトルを計測することで腫瘍境界を判定できるという可能性が示唆された。本年度はレーザ蒸散システムの試作開発を中心に行った。先行研究ではXYステージを用いたスキャンシステムを開発したが、本研究では腫瘍組織の蛍光計測用の励起光と腫瘍蒸散用のマイクロレーザを同軸の光学系となる、ガルバノスキャナを用いたレーザ走査型のレーザ蒸散システムの開発を目指した。PpIXを励起するための励起光源には波長406nmの光を発振するレーザダイオードをファイバーピグテイル加工し、キューブハウジングに導光した。またダイクロイックミラー(カットオフ波長:λ<550nm、Edmond optics Inc.)を用いることにより、励起光と蛍光を1本のファイバで導光している。またダイクロイックミラーで防ぎきれない励起光の強い反射を軽減するために、カットオフ波長550nmのロングパスフィルタも挿入している。蒸散用レーザとして波長2.94μmのEr:YAGレーザ装置(ER-M1TH、HOYA photonics Co.)を使用した。レーザ発振源からフッ化物ファイバに導光されハンドピース先端からレーザ光を照射する機構となっている。このハンドピース先端にサファイアレンズを取り付け、レーザ光をコリメート光とする。レーザ蒸散時と蛍光計測時で励起光とEr:YAGレーザ光の光路を切り替えるためにバイスロータリーソレノイドを利用した金ミラー駆動機構を製作した。またガルバノミラーは励起光および、Er:YAGレーザ光の向きを変更し、対物レンズ部を通過して対象面上を走査する機構となっている。

対物レンズ部には可視領域から赤外領域で十分透過可能なフッ化カルシウムレンズ2枚で構成されている。摘出されたブタ脳組織に対してのEr:YAGレーザ照射実験を行った。Er:YAGレーザ光をブタ脳組織の10mm×10mm程度の範囲を走査してレーザ蒸散を行った。この時のEr:YAGレーザ光の出力設定は20Hz、75mJ/pulseである。また、1点あたりの照射時間は約1秒とした。この実験により、ブタ脳組織を蒸散できていることを確認した。本年度は、主にレーザ蒸散システムの細経化を行った。これまでの研究では、ガルバノスキャナを用いたレーザ走査型のレーザ蒸散システムを開発してきたが、デバイスの形状が箱型だったため、摘出後にできる脳の空間に挿入して使用することは不可能であった。これを解決するために、内視鏡状のデバイスの開発を目指した。本研究では、焼灼用レーザと励起用レーザおよび蛍光取得の光路を同軸にし、細経形状の先端部から側方に光を照射するシステムを開発した。開発した装置は、蛍光計測部、焼灼用レーザ装置、走査機構部、レーザ切り替え部、細径部および制御用PCで構成されている。励起用のレーザ、焼灼用のレーザ、分光器には、前年度で使用したものと同じものを使用している。本研究では405nm2.97μmという広い範囲の光を使用するため、既存のレンズを用いることが出来ない。そこで、蛍光計測スポットおよび焼灼スポット径を可能な限り小さくするためのレンズ設計を行った。具体的には、2つのレーザ(波長405nmと2.94μm)はコリメートレンズにより並行光として対物レンズに入射するとし、2枚のレンズの曲率半径・厚み・材質の合計8つをパラメータとして、それぞれの光の間の収差を小さくする最適化を行った。その結果、サファイヤおよびフッ化カルシウムの2枚のレンズの構成となった。焼灼点の走査は、回転および直動機構によって行う。中空シャフトのステッピングモータにより、鏡筒周りの回転を行うことで、焼灼点を円周状に走査が可能となる。また、直動ステージにより、鏡筒軸方向の走査が可能となる。これらを組み合わせることにより、円筒状の空間の内面を走査することが可能である。いくつかの評価実験を行い、脳腫瘍にPpIXが集積した状態を模したファントムを用いた実験により、局所的なPpIX蛍光スペクトル計測が可能であることを、ブタ摘出脳を用いた実験により、脳組織の焼灼が可能であることを確認した。レーザ合焦時の蛍光スペクトル計測スポット径は、直径1.6mm程度であることが示された。
インターロイキン産生動態による豚のリンパ球機能解析

本研究は豚リンパ球機能をサイトカインの動態の点から解明することを目的として,特にIL-4産生動態を中心に解析した。1.豚インターロイキン4(IL-4)の活性測定PHA刺激豚脾臓リンパ球の培養上清および組み換え型豚IL-4はマウスIL-2およびIL-4依存性細胞株であるHT-2細胞の増殖を促進しなかった。また,ポリクローナル抗ヒトIL-4抗体は豚IL-4と反応せず,IL-4の種特異性が明らかとなった。しかしながら,豚IL-4は単独で豚脾臓リンパ球の増殖を濃度依存性に増殖させ,さらにPHA刺激によるリンパ球増殖反応を濃度依存性に抑制することから,豚リンパ球を用いたIL-4生物活性測定あるいはIL-4依存性細胞株の樹立の可能性が示唆された。2.豚IL-4産生動態の解析豚脾臓リンパ球をPHA10μg/mlで2,12,24,48時間刺激し,これからmRNAを分離し,RT-PCR法によりそのmRNA発現について推定した。その結果,IL-4に対するRT-PCR産生物には予想される約450bpsにバンドが観察され,Southern分析により豚IL-4cDNAであることが確認された。経時的に採取した総リンパ球(1 dish当たり)のRT-PCR産物は細胞の増殖に伴い,48時間後まで漸増した。また,細胞当たりのmRNA量は2時間の刺激では,2時間では全くみられないか,痕跡程度であったが,12時間でほぼピークとなり,以降やや減少傾向がみられたが継続して観察された。一方,IL-2でも12時間でほぼピークとなり,以降変化はなかった。また,培養期間中継続して刺激した場合,24時間でほぼピークとなった。以上のことから,in vitroにおける豚IL-4mRNAの発現はIL-2とほぼ同時に認められ,PHA刺激後12時間でほぼピークに達することが明らかとなった。
ジャイロモーメントを用いた力覚呈示デバイス による筋活動・SSC運動能力の制御

最終年度には,開発を続けてきたジャイロモーメントによる運動アシスト装置(IARG)を下腿部のみならず上腕部にも装着して走動作への適用実験を実施した.実験から上腕の運動を補助することでも疾走速度は向上し,我々の提案するIARGシステムの有効性が示された.IARGの装着による走速度の高まりは,ストライド(歩幅)の増加およびピッチ(1歩にかかる時間)の短縮,もしくはそのいずれかの寄与であり,肩関節および股関節を中心とする腕および脚それぞれの振り子運動が補助されるからである.IARGを用いた本システムは,走動作において関節が屈曲から進展もしくは進展から屈曲へと移行する瞬間に各関節周りの回転モーメントが付加される仕組みであり,その移行タイミングに筋活動は補助されて活性化する.活性化された筋活動により,腕および脚の振り子運動における振り出しおよび振り降ろし動作は俊敏になり走行速度は高まった.実験において,両上腕および両下腿部に独立した4つのIARGを用いたが,それらは調和して動作して制御周期は一致した.本研究で開発したIARGは,走動作という俊敏な動作に対して適用可能であることは意義深く,関節部およびその周辺にアクチュエータやジョイントが配置されず関節の可動域をも制限しないという特筆すべき特徴をもつ.本IARGの取り付けは関節部もしくはその周辺に限定されない点が優位であり,装置の利用に対して不安感や恐怖心はほとんど生じないし,従来の装置のような関節の可動域に対する怪我の防止対策も深刻ではない.運動の支援およびその能力の向上を目的として,ジャイロモーメントによる力覚呈示デバイス(IARDG: Intelligent Assistive and Resistive Device using Gyromoment)を用いた運動支援装置の開発と改良を行ってきた.IARDGを身体に装着する上で装置の軽量化が課題であったが,フライホイールや駆動部など全てを設計し直すことで,当初の4分の1程度まで軽量化することが出来た.開発中のIARDGを下肢に装着することによって,歩行および疾走動作を支援することを確かめるために,新しく下肢を模したモデルをスライダクランク機構を用いて作製して評価実験を実施した.シミュレーションおよび実験から,提案する装置によって運動を支援する場合には,疾走及び歩行時の股関節の回旋運動のピッチが速まるとともにエネルギーの消費が抑えられる効果のあることが明らかになった.さらに,IARDGの制御プログラムを切り替えるだけで運動の負荷を高めることもできるので,レジスト走などのトレーニングにも応用できることがわかった.開発したIARDGの知見について,特許出願するとともに国内学会で口頭発表をおこなった.IARDGの開発についてはおおむね順調に進展しているが,ドロップジャンプのモデル化における部分については遅れている.これまで筋骨格モデルを用いてドロップジャンプのモデル化の検討を続けてきたが,伸長ー短縮サイクル(SSC: Stretch-Shortening Cycle)運動の要素(筋の予備緊張)を含有させることが難しいことがわかった.さらに,ドロップジャンプでは,SSC動作によって素早く切り替えて跳ぶ場合と膝や腰を少し深く曲げて跳ぶ場合があり,後者の方がより高くジャンプできる.SSC動作に見られる着地前の筋の事前収縮によるEMGを跳躍高によって評価しようとしてきたが,最大努力のジャンプを要求された被験者は後者を選択する傾向が高く,SSCによるジャンプの評価法には更なる工夫が必要であることがわかった.運動の支援およびその能力の向上を目的として,ジャイロモーメントによる力覚呈示デバイス(IARDG: Intelligent Assistive and Resistive Device using Gyromoment)を用いた運動支援装置の開発と改良を行ってきた.平成28年度に作製した下肢を模したスライダクランク機構モデルによって,平成29年度に改良したIARDGの歩行及び疾走動作に対する評価実験を実施して運動支援の効果を確認した.IARDGを実際に人体に装着し,短距離走におけるIARDGの運動支援効果を「(1)所要時間(2)ピッチ(3)ストローク」から疾走能力の向上として確認することが出来た.計測区間の所要時間は自作の計測装置(特願2015-098814)により測定され,疾走時のピッチおよびストロークはIARDG内のマイコンにリアルタイムで保存される.ピッチおよびストロークはマイコンに組み込んだデジタルフィルタによって,ジャイロ(角速度)センサと加速度センサの値からリアルタイムで計算される.数人の被験者を対象として実験を実施したが,疾走時のピッチに対して顕著に効果が現れるケースと,ストロークに対して有効なケースが見受けられたという,興味深い結果が得られた.得られたIARDGの知見について,日本機械学会の主催するシンポジウム「スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2017」で口頭発表を行った.IARDGの開発については順調に進展しているが,ドロップジャンプのモデル化における部分については遅れている.これまで筋骨格モデルを用いてドロップジャンプのモデル化の検討を続けてきたが,伸長ー短縮サイクル(SSC: Stretch-Shortening Cycle)運動における筋の予備緊張を含有させることが難しいことがわかった.ドロップジャンプにおいて,より適切なSSCによるジャンプの評価方法の検討が必要である.最終年度には,開発を続けてきたジャイロモーメントによる運動アシスト装置(IARG)を下腿部のみならず上腕部にも装着して走動作への適用実験を実施した.実験から上腕の運動を補助することでも疾走速度は向上し,我々の提案するIARGシステムの有効性が示された.IARGの装着による走速度の高まりは,ストライド(歩幅)の増加およびピッチ(1歩にかかる時間)の短縮,もしくはそのいずれかの寄与であり,肩関節および股関節を中心とする腕および脚それぞれの振り子運動が補助されるからである.

IARGを用いた本システムは,走動作において関節が屈曲から進展もしくは進展から屈曲へと移行する瞬間に各関節周りの回転モーメントが付加される仕組みであり,その移行タイミングに筋活動は補助されて活性化する.活性化された筋活動により,腕および脚の振り子運動における振り出しおよび振り降ろし動作は俊敏になり走行速度は高まった.実験において,両上腕および両下腿部に独立した4つのIARGを用いたが,それらは調和して動作して制御周期は一致した.本研究で開発したIARGは,走動作という俊敏な動作に対して適用可能であることは意義深く,関節部およびその周辺にアクチュエータやジョイントが配置されず関節の可動域をも制限しないという特筆すべき特徴をもつ.本IARGの取り付けは関節部もしくはその周辺に限定されない点が優位であり,装置の利用に対して不安感や恐怖心はほとんど生じないし,従来の装置のような関節の可動域に対する怪我の防止対策も深刻ではない.概ね,当初の研究計画調書に従って研究を実施していくが,ドロップジャンプのモデル化については,仮説が見込み違いだった可能性が高いので,モデルの同定方法を見直すとともに測定方法の検討を行う.IARDGの小型化と軽量化についての目処は立ったので,身体への装着方法について検討していく.類似のロボットスーツや支援装置の情報を集めるとともに,市販のスポーツ用のサポーターをベースとした開発を行う予定である.概ね,当初の研究計画調書に従って研究を実施していくが,ドロップジャンプのモデル化における部分については仮説が見込み違いである可能性が高まった.IARDGを身体に装着して実験を実施しているが,装着部の耐久性や装着感は満足できるものではないため,類似のロボットスーツや支援装置の情報を集めると共に,それらの向上について検討を続けていく.ドロップジャンプのモデル化とその測定方法について,手法を変更するか研究を継続するかのいずれかを判断する.研究が遅れているので,予定していた機器の購入を見送ったことと,被験者に対する謝金の支払いが無かったから.(理由)研究内容の一部見直しにより,平成28年度に予定していた機器「マルチジャンプテスタ」の購入を見送ったことと,被験者に対する謝金の支払が無かったため.(使用計画)次年度,伸長に機器を選定して購入する.計画に従って一般の被験者に対して実験を実施する.次年度,機器を慎重に選定して購入する.
誤差フィードバックを用いた有限語長ディジタルフィルタの実現

今年度は、巡回型ディジタルフィルタに対する誤差フィードバック回路の設計を目指し、まず、フィルタ係数が有限語長となるディジタルフィルタの設計を行った。この時、フィルタの加算器でオーバーフローを発生するのを防ぐためにスケーリングも考慮した。また、誤差フィードバック回路の設計では、係数が有限語長となるように離散空間上での設計法を検討した。ここでは、設計されたフィルタ係数の最適性が保証される分枝限定法を用いており、計算時間も比較的短く効率的な設計が可能であることが分かった。実際の研究内容は、フィルタ係数、スケーリング係数、誤差フィードバック係数を設計するアルゴリズムを数値計算ソフトウェアMATLABによりパーソナルコンピュータ上で実装した。さらに、MATLAB Compilerを用いてスタンドアロンで動作する回路設計のアプリケーションを作成し、それを別のハイスペックのパーソナルコンピュータ上で実行することにより、ディジタルフィルタおよび誤差FB回路の設計を行った。また、誤差FB回路を組み込んだディジタルフィルタをスケーリングを考慮した上で実現し、計算機を用いてその特性を解析した。得られた研究成果は、国際会議(14th European Signal Processing Conference)や国内学会(軽井沢ワークショップ、電気・情報関連学会中国支部第57回連合大会、電子情報通信学会回路とシステム研究会)で発表し、他の研究者と意見交換を行った。また、誤差FB回路の設計アルゴリズムの効率化や他のアプローチを調査するために、さまざまな最適化手法について情報収集を行った。
プロティノス哲学の独自性およびその形成過程の研究

本研究の目的は、紀元後3世紀の哲学者プロティノスが著作集『エンネアデス』において展開した思想の独自性を、彼に先行するギリシア哲学の伝統、及び彼と同時代に流布していた非ギリシア的思想の影響下にある思想潮流との比較において正確に切り出すことにある。上記の二点に関連して、平成30年度中に取り組んだ中心的テーマ及びその作業から得られた展望を以下に示す。1.プロティノスの思想が有する独自性を検討するにあたって、プロティノスの思想と時代的に併存していた所謂中期プラトン主義的思想を比較対象として選び、それらの差異を指摘する作業を行った。具体的には、共通して彼らの思想の基盤を形成するプラトン著作、とりわけ『ティマイオス』篇の解釈を巡り、両者が共通している点と相違している点を分析する作業を行った。主たる分析対象となった論点は、『ティマイオス』篇において展開される世界創造論及びその中で言及される「制作者(デミウルゴス)」概念である。その作業において、プロティノスの主張が有する革新性として、彼がイデア・知性・制作者を同一視している点を指摘した。その上で、その主張の動機として同時代のグノーシス的思想潮流への対抗が念頭に置かれている可能性を示した。2.上記1.の論点を踏まえ、ギリシャ思想の文献と並行して、ナグ・ハマディ文書を中心としたプロティノスと同時代の思想内容を保存していると考えられるグノーシス文献を検討した。その目的は、世界創造論・宇宙論というテーマに定位した上で、従来指摘されてきたプラトン主義的思想がグノーシス思想に与えた影響を正確に見定めることである。本作業において、ナグ・ハマディ文書中の『ゾストリアノス』、『世界の起源について』、『セツの三つの柱』の記述における『ティマイオス』篇の制作者概念の受容状況を検討することが出来た。主に、当初の研究計画を延長するかたちでグノーシス思想の検討を射程に盛り込んだことによる。プロティノスとグノーシスという主題は国内での研究蓄積が多いとは言い難いものであり、改めて研究史を検討する必要が生じた。しかし、上記の論点を盛り込むことによる本研究全体の充実が将来的に期待されるため、現時点ではやむを得ない遅れであると考えている。前年度に得られた展望をもとに、プロティノスの『エンネアデス』中に現れる反グノーシス的記述を精査する。両者の宇宙論はともにプラトンの『ティマイオス』篇の影響下にある一方で、世界の創造・崩壊という観点については完全に相違する。プロティノスが主張する無始無終なる世界という考えを手掛かりに、プロティノスにとっての一者からの発出・還元のあり方、及びその過程におけるこの世界の位置づけを明らかにすることを目指す。
劣性遺伝性脊髄小脳変性症の分子病態の解明

わが国における劣性遺伝性脊髄小脳変性症SCDの原因遺伝子を系統的に検索した結果、眼球運動失行、低アルブミン血症を伴う早発型運動失調症(EAOH)がその半数以上を占める最も重要な病型であることを明らかにした。原因遺伝子として同定されたアプラタキシン(APTX)には、1本鎖DNA損傷修復(SSBR)の過程で足場蛋白として働くXRCC1との相互作用が確認されたことから、APTXもSSBRに重要な役割を果たしていると想定された。そこで、組換えAPTX蛋白を精製し、DNA末端における各種の修飾基に対する加水分解活性を測定することにより、中枢神経系におけるAPTXの生理機能を明らかにすることを目的とした。1本鎖DNA損傷(SSB)には塩基の損傷と糖の損傷があり、DNA3'末端の不飽和アルデヒドは塩基損傷で付加される。AP endonuclease 1はこれを加水分解できるのに対して、APTXはできなかった。一方、3'末端のリン酸基やphosphoglycolate(PG)は糖の損傷の際に付加される。5'-polynucleotide kinase 3'-phosphatase(PNKP)はリン酸基を加水分解できたが、PGはできなかったのに対して、APTXはリン酸基のみならず、PGによる修飾も加水分解により修復できた。したがって、APTXはSSBRの中でも糖鎖の損傷に際して、DNA3'末端の修飾を加水分解することにより、SSBRを正常に進行させる役割を担っているものと考えられた。引き続き、EAOH脳およびAPTXをノックアウトしたマウス脳でSSBの蓄積を証明し、さらにSSBの蓄積が神経変性を引き起こす分子メカニズムを解明することにより、病態に即したEAOHの治療法開発を開始した。
非対称有限交差角衝突における複合的ビーム・ビーム効果の実験的研究

世界最高性能を維持しているKEKB加速器でビーム計測を行った。ベータトロンチューン測定システムの改良により、測定精度が向上し、より精密な測定ができるようになった。その結果、以下に示すように、リング型加速器のビームダイナミクスに関する新たな知見が得られた。(1)KEKBの有限角衝突実験に於いて、水平方向に軌道オフセットをもって行われていることがバンチ毎ビーム位置モニターによる測定からわかった。この軌道オフセットの要因に、電子雲が関係していることを示唆するデータが得られた。(2)ビーム・ビームチューンシフトの測定から水平方向のエミッタンスを推定し、このエミッタンスがビーム電流で変化することを示し。計算結果とも合うことを示した。(3)ダイナミックビーム・ビーム効果を評価する時、ベータトロンチューンは、ビーム・ビーム効果に影響されたチューンを使うべきであることを実験的に示した。これら(1)(2)(3)の成果は、アメリカ物理学会誌の「加速器とビーム」に記載された。(4)陽電子リングの水平チューンは半整数の極近傍にセットされている。このチューンスペクトルが乱れるという現象が観測され、この乱れがKEKの陽子シンクロトロン運転と関係していることを示した。この原因探し過程で、改良されたチューンモニターが重要な役割を演じた。チューンをさらに半整数に近づけると、半整数共鳴によると思われる影響が観測された。半整数共鳴の問題は、基本的な問題であるが、実験的な検証はあまりない。今後の研究が期待される。電子リングのチューンスペクトルが非対称になることが観測されている。これは、イオンが電子に付着しているのでないかと疑われている。このイオンが電子陽電子ビーム衝突過程で増勢される現象であることを実験的に示した。KEKBのルミノシティは世界最高の性能を維持している。すでに設計ルミノシティの1.5倍の値になっている。この世界最高性能の加速器を精密に診断することは、加速器科学やKEKの将来計画としての加速器SuperKEKBに有益な情報を与える。(1)「えぐれ」現象の解明KEKBの運転で、ルミノシティが衝突点での水平軌道に非常に敏感で、ある軌道になるとルミノシティが急激に低下する現象がある。この現象は運転仲間では「えぐれ」と呼ばれている。ビームはリボン形状しているので、水平軌道にそれほど敏感ではないはずである。各種の実験事実を考察した結果、この「えぐれ」は有限交差角衝突と陽電子ビームに付着する電子雲が重要な役割を演じていることがわかった。ここにビーム・ビーム効果と電子雲の関わりを実験的に明確に示した。(2)ダイナミック効果の測定KEKBのベータトロンチューンは半整数共鳴に極近傍で運転されているので、いわゆるダイナミック効果が顕著に現れると予想されている。しかし、今までにダイナミック効果についての実験報告はほとんどなかった。ビーム・ビームキックから衝突点での水平方向サイズ、ビーム・ビームチューンシフトから水平方向エミッタンスを推定した。この結果、ダイナミック効果の存在を実験的に示すことができた。電子ビームのあるバンチのチューンスペクトルに奇妙な「コブ」が観測された。詳しく観測した結果、この「コブ」は衝突に伴って生成したイオンであることが推定できた。このイオンはいわゆるFast-Ionの振る舞いを示した。従来Fast-Ion効果は電子ビームと残留ガスとの衝突によって発生すると言われていたが、この実験結果はビーム・ビーム衝突が基になってイオンが生成され増殖されることを示した。

ベータトロンチューン測定システムの改良により、測定精度が向上し、より精密な測定ができるようになった。その結果、以下に示すように、リング型加速器のビームダイナミクスに関する新たな知見が得られた。(1)KEKBの有限角衝突実験に於いて、水平方向に軌道オフセットをもって行われていることがバンチ毎ビーム位置モニターによる測定からわかった。この軌道オフセットは、電子雲が関係していることを示唆しているデータが得られた。(2)ビーム・ビームチューンシフトの測定から水平方向のエミッタンスを推定し、このエミッタンスがビーム電流で変化することを示し。計算結果とも合うことを示した。(3)ダイナミックビーム・ビーム効果を評価する時、ベータトロンチューンは、ビーム・ビーム効果に影響されたチューンを使うべきであることを実験的に示した。これら(1)(2)(3)の成果は、アメリカ物理学会誌に記載された。(4)陽電子リングの水平チューンは半整数の極近傍にセットされている。このチューンスペクトルが乱れるという現象が観測され、この乱れがKEKの陽子シンクロトロン運転によることを示した。この原因探し過程で、改良されたチューンモニターが重要な役割を演じた。チューンをさらに半整数に近づけると、半整数共鳴によると思われる影響が観測された。半整数共鳴の問題は、基本的な問題であるが、実験的な検証はあまりない。今後の研究が期待される。(5)電子リングのチューンスペクトルが非対称になることが観測されている。これは、イオンが電子に付着しているのでないかと疑われている。このイオンが電子陽電子ビーム衝突過程で増勢される現象であることを実験的に示した。
立体規則性と光学活性を協奏的に利用した高分子EL素子の研究

1.高分子の一次構造を変調した新規高分子材料の合成側鎖にフッ素化ベンジル基を導入したポリチオフェン誘導体poly(3-[2-(4-fluorobenzy loxyethyl)]thiophene)(HT-PFBET)を合成した。合成条件の検討によりHT率83%(HT-83)および95%(HT-95)の2種類のHT-PFBETが得られた。HT-83の分子量は、Mn=7,460、Mw=11,300であり、多分散度は1.51、一方、HT-95の分子量はMn=10,300、Mw=20,300、多分散度1.95であった。また、フッ素基のないHT-PBETの分子量はMn=8,090、Mw=12,200、多分散度1.35、HT率93%であった。サイクリックボルタンメトリーから求めたHT-83の酸化電位は0.62V、還元電位は-1.34Vであった。この値よりHOMO、LUMOのエネルギーレベルを算出したところ、それぞれ-5.01eV、-3.05eVとなった。吸収スペクトルのバンド端から求めたバンドギャップエネルギー(E_<BG>)は、1.97eVであり、電気化学測定から求めたE_<BG>と一致した。HT-PBETでは、酸化電位は0.57V、還元電位は-1.30V、HOMO、LUMOのエネルギーレベルはそれぞれ-4.96eV、-3.09eVとなった。吸収スペクトルからのE_<BG>は1.88eVであった。HT-95では、酸化電位は0.59V、還元電位は-1.22V、HOMO、LUMOのエネルギーレベルはそれぞれ-4.98eV、-3.17eVとなった。2.高分子EL素子の構築と評価作製したELデバイスのIVプロットを測定した。この結果より、HT-83は5V付近から電流が増大し、9Vから発光が確認された。一方HT-PBETでは、9V付近から電流の増大が観察され、発光は12Vから確認された。フッ素が側鎖に導入されているHT-83はHT-PBETと比べて、駆動電圧が低く、また発光も明瞭であった。この理由として、HT-83とHT-PBETの有効共役長の違いが考えられる。本年度の研究により以下のことが明らかになった。1.新規光学活性ポリチオフェンの合成2.フッ化アルキル基を有する立体規則性ポリチオフェンの合成^1H-NMRから求めたHT型poly(3-perfluorohexylthiophene)(HT-PFHT)のHT率は86%となり、HT型poly(3-hexylthiophene)(HT-PHT)の93%と比較すると低下した。またHT-PFHTの分子量はMn=8,000、Mw=14,000、多分散度は1.75となった。重合度の低下は、側鎖のC-F結合に起因する電子吸引効果によって、高分子合成の成長活性種に変化が現れたためと考えられる。HT-PFHTの極大吸収波長はHT-PHTと比較すると大きく短波長化した。一方、これらのLangmuir-Blodgett膜では、極大吸収波長がスピンコート膜に比べて長波長化したことから、より高い自己組織性を示すことが分かった。3.フッ化アルキル基を有する立体規則性ポリチオフェンの特性未ドープのスピンコート膜の導電率は、HT-PHTでは7.29×10^<-6>Scm^<-1>、HT-PFHTでは10^<-10>Scm^<-1>以下となり、いずれも絶縁性を示した。これらのスピンコート膜をSbCl_5でドープすると、HT-PHTは暗色化し、3.09×10Scm^<-1>の導電性を示したが、HT-PFHTでは暗色化が観察されず絶縁性を示した。サイクリックボルタンメトリー測定から、他のポリチオフェンがp型半導体特性を示すのに対し、HT-PFHTはn型の半導体特性を示すことがわかり、電界発光素子の電子注入層として期待できることがわかった。

吸収スペクトルのバンド端から求めたバンドギャップエネルギー(E_<BG>)は、1.97eVであり、電気化学測定から求めたE_<BG>と一致した。HT-PBETでは、酸化電位は0.57V、還元電位は-1.30V、HOMO、LUMOのエネルギーレベルはそれぞれ-4.96eV、-3.09eVとなった。吸収スペクトルからのE_<BG>は1.88eVであった。HT-95では、酸化電位は0.59V、還元電位は-1.22V、HOMO、LUMOのエネルギーレベルはそれぞれ-4.98eV、-3.17eVとなった。2.高分子EL素子の構築と評価作製したELデバイスのIVプロットを測定した。この結果より、HT-83は5V付近から電流が増大し、9Vから発光が確認された。一方HT-PBETでは、9V付近から電流の増大が観察され、発光は12Vから確認された。フッ素が側鎖に導入されているHT-83はHT-PBETと比べて、駆動電圧が低く、また発光も明瞭であった。この理由として、HT-83とHT-PBETの有効共役長の違いが考えられる。
リコンビナント及びコンジェニック肝炎・肝癌ラットの作出とその遺伝解析

本研究は肝炎自然発症及び免疫不全形質を合わせ持つ突然変異ラット(LEC)の各形質の研究とそれらの形質を分離した系統を作製する事を目的としていた。まず特性研究であるが、肝炎自然発症ラットの特性として銅の異常蓄積、血清セルロプラスミン欠損が考えられている。しかしその原因については不明である。我々はこの点についての遺伝解析を行った。その結果銅の異常蓄積と血清セルロプラスミン欠損とは遺伝学的に100%連関している事実を発見した。セルロプラスミンは銅結合蛋白の一つである事から、この異常が考えられた。しかし肝におけるセロルプラスミンmRNAをPCR法を用いて調べるとmRNAの発現は観察された。この事からセルロプラスミン遺伝子の欠損でない事が明かとなった。さらに肝代謝酵素であるGSTについての検討を行ったところGST2ー2分子種が特異的に増大している事を発見した。遺伝解析結果はこの特性が肝炎発症と関連している事を示した。免疫不全についてはヘルパ-T細胞の欠損をすでに報告したが、今回この遺伝的変異と肝炎発症とは関連のない事を確定した。しかし肝癌発症及び癌の増勢にヘルパ-T細胞の関連している可能性がある。以上の事から肝炎、免疫不全に関する形質に対するリコンビナント及びコンジェニック系統ラットの作製はこの問題を研究する上でぜひとも必要なものである事がさらに明白となった。リコンビナント系統ではすでに肝炎発症系と非発症系とが分離されており、現在CXA,CXHリコンビナント系統は各F13とF7代に達している。またコンジェニック系統はN4まで達しており、この後約1年程度で実用に使用できると考えられる。現在我々はLEC肝炎・肝癌自然発症ラットに新しい特質としてT-helper immunodeficiencyと低IgG血症のあることを見い出した。これらの形質の遺伝特性を(LECxWKAH)F1xLECのバッククロステストから、thid及びIgsr-1b遺伝座を同定し、これらが劣性遺伝形質であることを確認した。肝炎遺伝子座についてはhtsの名称がある。我々はT-helper immunodeficiency mutationに対してthidの遺伝子名を与え、また低IgG遺伝子としてIgse-1bの名を与えた。これらの遺伝子をもったリコンビナント及びcongenicラットを作製中である。CXAはすでにF10代を越えている。しかしCXAはすべてthid遺伝子をもっているため、再度CXHリコンビナントを作製中である。特に免疫不全の中でも極めて有用な特質と思われるthid遺伝子座の分離が急務である。クロス・インタ-クロスでは時間がかかりすぎるのでF1を正常ラットに対してバッククロスすることとした。このためには、N1F1を親とした場合どの個体がthid遺伝子に対してF1型であるかを判定する必要がある。N1F1すべての〓に対してWKAH(正常)とLEC(thid)両方の雌を同時に交配しLECの雌から生まれたすべての仔供の血中のヘルパ-T細胞をFACScanで解析した。結果はかなりthidホモの多い場合が獲られたがこの理由は不明であった。しかしその親はF1には違いないと考えられるのでその親と正常ラットとのバッククロスから再びF1型が約半数得られるものと考えられる。このようにしてthid congenic系統はN2F1までの作製が完了した。この選抜方法がうまくいったことからN3以後もこの解析方法でthidコンジェニック系統を作製していくことが可能と思われる。hts congenicは現在クロス・インタ-クロスで作製中で現在N1F2が進行中である。本年度の研究は肝炎・肝癌ラットの銅代謝異常と肝炎・肝癌との遺伝的関連及び昨年から引き続き肝炎リコンビナント、コンジェニック系統及び免疫不全コンジェニック系統の作製である。

自然発症ラットの特性として銅の異常蓄積、グルタチオン転移酵素の選択的発現異常、血清セルBブラスミノ欠損が明かとなった。グルタチオン転移酵素は肝代謝酵素系の重要な酵素であることからこの点の研究を押し進めた。その結果グルタチオン代謝系全体が大きな影響を受けていることを見いだした。即ちグルタチオン含量は加齢と共に正常の倍異常の増大を示した。またglutthione peroxidase活性が若週齢で高く加齢にともない減少した。これに対してグルタチオン転移酵素活性は週齢によってはそう大きくは変動しなかった。しかしGST1ー1とGST2ー2分子種は正常ラットとまったく逆の発現様式を示した。我々はこの点についての遺伝解析を行った。遺伝解析結果はこの特性が肝炎発症と関連している事を示した。ついで銅の異常蓄積と血清セルロプラスミン欠損とは遺伝学的に100%連関している事実を発見した。セルロプラスミンは銅結合蛋白の一つである事から、この異常が考えられた。しかし肝におけるセルロプラスミンmRNAをPCR法を用いて調べるとmRNAの発現は観察された。この事からセルロプラスミン遺伝子の欠損でない事が明かとなった。免疫不全についてはヘルパ-T細胞の欠損をすでに報告したが、今回この遺伝的変異と肝炎発症とは関連のない事を確定した。しかし肝癌発症及び癌の増勢にヘルパ-T細胞の関連している可能性がある。
外乱抑制を考慮した確率システム理論による学習最適制御の構築と歩行ロボットへの応用

本研究ではまず,従来の確定ハミルトン系を確率ハミルトン系として拡張し,確率受動性や,対称性などのこのシステムが有する性質を明らかにした.この対称性は,確率ハミルトン系の変分系とその随伴系の状態空間表現が,互いの時間反転となる性質である.確率システムの随伴系は後退確率微分方程式となり,計算が困難であるが,この対称性を利用することで対応する前進確率微分方程式の計算に帰着できる.つぎに,この性質を利用して確率力学系の性質に基づく新しい学習最適制御法を与えた.本手法は,評価関数の期待値の勾配方向に入力を逐次的に更新することで,評価関数の期待値を(局所的に)最小化する最適なフィードフォワード入力と対応する最適軌道を生成するものである.一般的には,この勾配を計算する際に現れる随伴系の計算のために制御対象の情報が必要となるが,本手法では前述の対称性を利用することでこの問題を回避することができる.本研究ではまず,従来の確定ハミルトン系を確率ハミルトン系として拡張し,確率受動性や,対称性などのこのシステムが有する性質を明らかにした.この対称性は,確率ハミルトン系の変分系とその随伴系の状態空間表現が,互いの時間反転となる性質である.確率システムの随伴系は後退確率微分方程式となり,計算が困難であるが,この対称性を利用することで対応する前進確率微分方程式の計算に帰着できる.つぎに,この性質を利用して確率力学系の性質に基づく新しい学習最適制御法を与えた.本手法は,評価関数の期待値の勾配方向に入力を逐次的に更新することで,評価関数の期待値を(局所的に)最小化する最適なフィードフォワード入力と対応する最適軌道を生成するものである.一般的には,この勾配を計算する際に現れる随伴系の計算のために制御対象の情報が必要となるが,本手法では前述の対称性を利用することでこの問題を回避することができる.本研究の目的は,研究代表者らがこれまでに提案してきた学習最適制御手法を,確率システムへと拡張することで,学習中の外乱やノイズを陽に考慮できる新しい学習法を構築し,歩行ロボットの最適軌道学習へと応用することである.本研究では次の二つの目標を設定し,これを達成する:(1)確率制御理論に基づく学習最適制御の拡張,(2)提案手法を歩行ロボットへと応用し,実機検証による有効性の確認.本年度は目標(1)に関して,確率変数の汎関数である評価関数の変分微分の解析を行った.確率システムの学習制御においては,評価関数は一般に確率変数の汎関数となるため,その勾配を求める際に必要となる変分微分の計算は確定システムの場合とは異なる.確率微分方程式の解過程はいたるところで連続であるが微分不可能であることから,微分は超関数の枠組みを用いて行う必要があるため,Malliavin解析とよばれる理論を用いて変分微分の解析を行った.本年度の成果は,学習入力の更新則の導出において,評価関数の勾配を計算するために必要となり,ノイズによる学習への影響を定量的に補償することが可能となる.つぎに目標(2)に関して,本年度に購入した実験用12自由度二足歩行ロボットのモデル化を行い,動力学シミュレータの構築を行った.さらに,これまでの確定システムにおける学習最適制御の多自由度系への有効性を検証するため,作成した動力学シミュレータを用いた数値シミュレーションにより,学習の効果を確認した.本年度に得られた結果を用いて,次年度は新たに拡張した確率システムに対する学習最適制御手法を歩行ロボットに実際に適用することで,その有効性を検証する.本研究の目的は,研究代表者らがこれまでに提案してきた学習最適制御手法を,確率システムへと拡張することで,学習中の外乱やノイズを陽に考慮できる新しい学習法を構築し,歩行ロボットの最適軌道学習へと応用することである.本研究では次の二つの目標を設定し,これを達成する:(1)確率制御理論に基づく学習最適制御の拡張,(2)提案手法を歩行ロボットへと応用し,実機検証による有効性の確認.本年度は目標(1)に関して,前年度に行った確率変数の汎関数である評価関数の変分微分の解析結果に基づき,確率システムの学習制御を達成するための入力の更新則を導出した.この更新則の導出においては,まず評価関数の入力に関する勾配を変分微分の解析結果を用いて計算する.この勾配の計算は,一般的に随伴システムという後退確率微分方程式の計算を要してしまう.そこで,研究代表者らが明らかにした,確率力学系がもつ対称性に関する結果を利用することで,この計算を対応する前進確率微分方程式の計算へと帰着させている.つぎに目標(2)に関して,前年度に購入した実験用12自由度二足歩行ロボットのモデル化を行い,動力学シミュレータの構築を行った.前年度からすでにモデル化とシミュレータ作成には着手していたが,このシミュレータでは,ロボットの着地時の衝突検出と離散的な状態遷移の計算に問題が見つかったため,本年度にこれらの問題を修正し,新たなシミュレータを作成した.このシミュレータを用いた数値実験により,学習の効果を確認した.実機実験では,このシミュレータ上で設計した歩行軌道を目標軌道として,実機に対して軌道追従制御系を構成し,この目標軌道に追従させることで,設計した歩行軌道を実現できることを確認した.
一般化N次元PCAに基づく人体臓器の統計ボリュームモデリングと診断支援への応用

本研究では、多次元データ解析のためのテンソルベース学習法GND-PCA(一般化N次元PCA)を新たに提案した。また、GND-PCAと3次元形状正規化法を用いた臓器の統計ボリュームモデリング法を提案した。3次元形状正規化法は、形状のバリーエションを除去し、濃度値(テキスチャ)のバリーエションのみを表現できるようにするためである。また、GND-PCAは、少数サンプルによる過学習を防ぐ為に用いた。肝臓を対象に構築した統計ボリュームモデルにおいて、少数なサンプルに対してもGND-PCAを用いれば、高い汎化能力をもつ統計モデルを構築することができた。また、構築した統計ボリュームモデルが、正常と異常の識別にもきわめて有用であることを示した。研究の初年度の平成21年度においては,医用データベースの整備及び先行研究で開発した一般化N次元主成分分析法(GND-PCA)を用いた統計ボリュームモデリング法の確立に重点を置いて研究を行ってきた.主に以下の研究成果が得られた.【成果1:テキスチャを含めた臓器の統計ボリュームモデリングの確立】これまで臓器の3次元統計形状モデルがほぼ確立されているが,診断支援するためには,形状だけではなく濃度値(テキスチャ)の統計解析とモデリングが必要である.一方,医用ボリュームデータは次元数が大きいため,従来の主成分分析法を用いて構築した統計モデルには,汎化能力がなく,診断支援には適していない.本研究では,新しいテンソルベース多次元主成分分析法(GND-PCA)を提案し,MR脳画像や胸部CT画像に適用し世界初めて少数サンプルからボリュームデータをモデリングできろことを示した.本成果は,著名な学術誌Neuraocomputingの2009年5月号に掲載された(雑誌発表論文リスト1).【成果2:ランドマークを用いない3次元形状の正規化法の確立】統計形状モデリングにおいて,サンプル間の正規化(表面点の対応付け)は重要である.一方,臓器の場合,ランドマークとなる特徴点があまり存在していないため,サンプル間の正規化(表面点の対応付け)は極めて困難である.本研究では,肝臓の3次元形状を球面調和関数で近似し,各基底関数同士の軸をあわすことによって正確な正規化ができる手法を開発した.その成果は2009年9月に開催される国際学会IIHMSP2009にて発表した(学会発表論文リスト1).肝臓疾患の診断と治療にはCT画像からの肝臓分割が重要である.肝臓の形状や濃度値に様々なバリエーションがあるため,未だに肝臓の自動分割法は確立されていない.本研究では,クラスタリングと先験情報を用いたLow-Contrast CT画像における肝臓の分割法を提案し,様々なデータベースを用いてその有効性を示した.その成果は2009年9月に開催される国際学会IIHMSP2009にて発表した(学会発表論文リスト2).研究の2年目の平成22年度においては,医用画像データベースの整備と同時に,1年目で開発した一般化N次元PCA法を肝臓に適用し,肝臓の濃度値(テキスチャ)のバリエーションを表現できる肝臓統計テキスチャモデルをはじめて構築した。主に以下の研究成果が得られた【成果1:肝硬変などの肝疾患を含む肝臓CTボリュームデータベース】本研究の主な目的は,臓器の統計モデリングであり,学習に使用する臓器ボリュームデータベースの構築が必要である.初年度に引き続き,CT腹部データを収集し,画像処理技術と手導で肝臓のセグメンテーションを行った.その結果,現在100症例以上の肝硬変などの肝臓疾患を含む肝臓ボリュームデータベースを構築した.肝臓の統計モデリングに必要なデータをそろった【成果2:FFDによる肝臓の形状正規化法の開発】肝臓ボリュームのパリエーションには,形状バリエーションと濃度値(テキスチャ)のパリエーションが混在する臓器表面の点をサンプリングすることにより,形状のみのパリエーションが比較的容易に表現できるが,テキスチャのみのパリエーションを表現するためには,形状のパリエーションを取り除く必要がある.本研究では,FFD (Free-Form Deformation)モデルを用いた三次元形状正規化法を開発し,前処理として各肝臓ボリュームデータの形状正規化を行った【成果3:肝臓の統計テキスチャモデルの作成と肝臓疾患診断支援への応用】

正常データと肝疾患(異常)データを用いて肝臓の統計テキスチャモデルを構築した.成果2で述べたように各肝臓ボリュームデータの形状を正規化し,初年度で開発したGND-PCAを用いて肝臓の濃度値(テキスチャ)のみのパリエーションを表現でき統計テキスチャモデルを構築した.腫瘍などの肝臓疾患がある場合,テキスチャのバリエーションが正常に比べ大きくなり,それらの成分を特定することにより,正常肝臓と異常肝臓との識別が可能であることを示した.肝臓疾患診断支援の可能性を示した研究の3年目の平成23年においては、一般化N次元主成分分析(GND-PCA)を用いた臓器の濃度値(テキスチャ)の統計モデリング(統計テキスチャモデリング)のフレームワークを提案し、肝臓の統計テキスチャモデルを始めて構築した。また、統計ボリュームモデル(統計テキスチャモデルと統計形状モデル)が肝臓疾患の診断に有効であることを示した。さらに、一般化N次元主成分分析を理論的に発展させ、新たな線形テンソル符号化(LTC : Linear Tensor Coding)法を提案した。具体的な成果を以下に示す。各臓器のバリエーションには、形状バリエーションと濃度(テキスチャ)バリエーションがある。濃度(テキスチャ)バリエーションを求めるためには、症例間の形状バリエーションを除去する必要がある。本研究では、GND-PCAと3次元形状正規化法の併用に統計テキスチャモデリング法を確立した。3次元形状正規化法として、FFD(Free Form Deformation)による非剛体ボリューム変形法を開発し、各症例肝臓を平均肝臓ボリュームに変形し、形状の正規化を行った後、GND-PCAによるテキスチャのみの統計モデリングを行う。正規化法を用いない場合に比べて、正確にテキスチャのバリエーションを記述することができた。また、従来の主成分分析に比べ、小数のサンプルからも汎化能力のある統計モデルを構築できた。【成果2:肝臓疾患診断への応用】本研究で構築した肝臓の統計ボリュームモデル(統計テキスチャモデルと統計形状モデル)を用いて肝臓疾患の診断に応用し、その有効性を示した。統計テキスチャモデルは腫瘍などの疾患に有効であり、統計形状モデルは肝硬変などの疾患診断に有効であることがわかった。【成果3:新たな線形テンソル符号化法の提案】GND-PCAをさらに拡張し、新たな線形テンソル符号化(LTC : Linear Tensor Coding)法を提案した。LTC法において、ボリュームデータはいくつかのテンソル基底の線形和として表される。それらの基底がある特定の疾患を表す基底となるので、基底の係数はそれらの特定疾患の尺度として用いることができる。
非連続型テキストの読解力を養う世界史課題学習のための単元開発

本研究は、高校世界史分野で、統計・地図などを読解する力(非連続型テキスト・リテラシー)を養うための新たな単元を開発提案することを目的とした。具体的には、高校世界史Bの課題学習/および世界史導入学習に、非連続型テキストを導入しようという試みである。非連続型テキストはいわゆる図像資料で、史料読解に言語の制約がある世界史分野には最適な教材であるものの、どのように読むかというガイドを作成することが難しかった。しかし、非連続型テキストに「時間・空間・心性」の3つの枠を設定することで、テキスト内で記述されている概念の言語化が容易になることが分かっている。そのため、図像史料にこれらのタグをつけることで、教材化を試みた。今回は、ヘレフォード図と南瞻部洲万国掌菓之図を研究の対象とした。ヘレフォード図の分析については、調査の過程でより詳細なヘレフォード図の解説書があることがわかり、それに従って当初のビジュアル・テキスト化のプロセスを再検討することになった。そのため単元としてのまとめは次年度以降の課題になっている。南瞻部洲万国掌菓之図については、変換(非文字化情報を言語に置き換える段階)、要素関連づけ(テキストを構成している諸要素の関連づけの段階)、外挿(テキストの記述を超え、発展的に考える段階)の3つの活動について、それぞれ読解のレベルを測定した。その結果、外挿の段階に達する生徒は20%程度であったものの、非連続型テキストの読解を促すことで、既習事項の振り返りには有効であることがわかった。
第2バーンシュタインモード・複周波数加熱相乗型ECRイオン源の研究

Ku-Bandで動作する小型軽量級のECRイオン源を独自に設計製作し、これを用いて多価イオンビームを取り出し、ECR動作原理の拡張になりうる、実験研究をおこなっている。この研究に供する目的で製作したイオン源本体は、次のような特徴を持っている:(1)必要なBmin構造の磁界をまず永久磁石だけで実現し、Bmin磁界付近だけを補助用の小型ソレノイドで補正変化可能にしたこと。(2)通常のECR磁界に加えて、その1/2の第二バーンシュタインモードの共鳴帯の動作も可能にしたこと、(3)これに関連してマイクロ波ポートも軸方向・径方向いずれからも同時入射可能な構成にしたこと、(4)マイクロ波周波数も12-14.5GHzの範囲で連続可変かつパルス/CWの両モードで動作可能ならしめたこと。平成8年度後半からこのような機能のイオン源とマイクロ波システムの設計製作を始めた。平成9年度前半に総合運転を行って多価イオンビームの初期取り出しに成功した。これらの機能をもつことにより、既にフランスで製作されている“NANOGAN"とはまたちがった、小型軽量のECRイオン源を実現することができた。このような小型軽量級のECRイオン源で、マイクロ波周波数をKu-Bandの帯域で連続可変動作させたのは、本邦で初めての試みである。第三世代のECRイオン源コンセプトの一環としての、ECR原理の拡張、低価・多価イオン生成の使い分け、小型軽量化の三つの課題を結合した、新たなECRイオン源の開発とその動作特性の研究を目標にして、本年度にイオン源本体の設計を終え、現在製作中である。設計上の特徴としては次の事項が挙げられる:1.必要なBmin構造の磁界を永久磁石(リング磁石と直方体磁石)で極めて小型軽量に構成し、Bminの増加用にのみ1個の補助的ソレノイドを内蔵している。本体荷重は30kgで外寸はφ180×230である。2.磁界構成上は、通常のECR磁界に加えてプラズマ室の中心部にl/2Becrの静電波共鳴帯(第二バーンシュタイン帯)の設定ができる。前者を通常の多価イオン生成用に、後者を低価イオン生成用に対応させている。3.マイクロ波ポートを軸方向と径方向に複数個、実装しているので、R波入射とX波入射の効果との関係を考慮して、複ポート加熱及び複周波数加熱が可能であること。4.マイクロ波システムを12-14.5GHzの範囲で可変周波数動作が可能な構成にしたこと。また可変デューティのパルス動作も可能にし、実効出力を200Wにして、省電力型のマイクロ波源にしたこと。本イオン源による第二バーンシュタインモードの低価イオン生成への有効牲の検証、多価イオン生成への複周波数加熱効果とRF入射モードの関係、更にそれらの相乗実験、また様々な種類のビーム取り出しの実験研究を次年度に行う予定である。