hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチスケール相互作用に着目したパイピングを伴う堤防の進行性破壊メカニズムの解明

気候変動に伴い豪雨が頻発し高い河川水位が長く継続する作用下において、河川堤防下の透水性基盤からの漏水、パイピングを切欠とする破堤の原因解明は重要である。本研究では、パイピングを透水による粒子スケールの侵食・目詰まり、土要素や土層スケールの局所的なゆるみ・空洞化、流動化による土砂流や閉塞、構造スケールのすべりを伴う破壊というマルチスケールでの相互作用問題として捉え、数値解析や模型実験でパイピング内部の構造や流速の可視化にチャレンジする。応力鎖の発生・消滅による粒子群のダイナミクスを考慮し、パイピングの発生から発達までの新たな統一的説明に挑戦した。応力鎖の発生・消滅のダイナミクスという視点から,噴砂,ゆるみ,空洞化,流動化,閉塞を伴うパイピングによる進行性破壊の統一的メカニズム解明を検討した.【パイピングの進行性に及ぼす基礎地盤特性の影響】基盤漏水に伴うパイピングに関して,従来は見逃していた互層基盤の層構造・層厚比に着目してパイピングによる決壊度の整理をした.堤防の変状モードが土層パターンと外力によって異なることを示した.特に,動水勾配0.2以下とすることの重要性やパイピングの変状の進行度と水位,基盤土層の互層構造と堤外側の構造との重要な関係を明らかにした.直ぐに対策が必要(互層基盤で砂礫層が河床に露出有り),パイピングで決壊に至り難くいがすべりに注意が必要(単一層基盤),その中間の水防活動で対応可能・破壊抑制が可能(互層基盤)といった土層区分を提案した.【ゆるみの可視化】従来は不飽和地盤の水分量変化の測定に用いられる電気抵抗測定を用いて,飽和地盤中のゆるみ・流動測定を試みた.浸食箇所での流動層の存在,ゆるみ現象を電気抵抗値の変化で捉えられることがわかった.このゆるみでは,単なる間隙比の変化だけでなく,応力鎖の発達・消滅に関係するミクロスケールでの拘束状態の変化を捉えることが分かった.他の原理による計測との組み合わせで内部構造の可視化が進むと考えられる.【複合的変状の進行を考慮した数値解析法の開発】透水層内の速い流れによる変状,堤体の変形,空洞周辺の不安定性を再現可能な数値解析手法や,浸透による細粒分移動による内部侵食による堤体の変状を表現可能な数値解析法について検討した.亀裂,大変形が再現可能な粒子法の計算結果から,単に破壊パターンの分類をするのではなく,透水性基盤堤体外力を一体で整理し,破壊モードが連続的に変化し,どのような条件でどのような破壊形態を示しやすいのかを示すことが可能になってきた.以下のように研究計画通りに進め,得られた知見が多かったことから,予定したよりも進んでいると判断した.1応力鎖可視化実験装置の開発,超小型微流速計や超小型熱式流速計の試作:提案通り,多様な計測原理による多角的計測を行うことができた.まず,非破壊試験・音響トモグラフィの技術については装置のさらなる小型が課題であることがわかった.粒状体の密度については,飽和状態では電気抵抗が感度良くゆるみを捉えることが分かった.想像よりも微小な力学的な応力鎖との関連が大きく,今後積極的に利用し,改良する波動トモグラフィと重ねて使うことで,研究が進むと考えられる.さらに,原位置で使われる水車式微流速計や流体中の熱移動特性に基づく熱式流量計の超小型機の試作も実施した.電磁波レーダについては,当目的への適用は,感度の低さから難しいと考えている.2粒子ー流体相互作用を考慮した数値解析コードの開発:予定通り,開発済みの3次元DEMに流体との連成についてSMACとVOFを用いたCFDと粒子法であるSPH法によるCFDの両方の開発を試みた.また,GPGPUを用い計算の効率化も図った.流れの局所化や透水係数が異なる場での流れの局所化と粒子の移動を観察できた.3パイピング発生条件と湧出が局所化される条件の解明:当初の計画通り,比抵抗を用いたゆるみ可視化実験,数値解析を用いて,パイピング発生条件としての漏水湧出量が砂粒子を動かす速度閾値,透水層の間隙水圧伝播特性と間隙水の湧出が局所化される条件を検討し図表および簡易な条件を示すことができた.間隙流速測定については今後,さらなる検討が必要であった.電磁波レーダではこれらの現象をとらえるのは難しい.気候変動に伴い豪雨が頻発し高い河川水位が長く継続する作用下において、河川堤防下の透水性基盤からの漏水、パイピングを切欠とする進行性破堤メカニズムの解明は、学術的観点だけでなく、堤防の強化・維持管理の観点からも重要な研究課題である。本研究では、パイピングを透水による粒子スケールの侵食・目詰まり、土要素や土層スケールの局所的なゆるみ・空洞化、流動化による土砂流や閉塞、構造スケールのすべりを伴う破壊というマルチスケールでの相互作用問題として捉えた。複数の粒子が鎖状に連なり力を伝える応力鎖に新たに着目し、数値解析や模型実験でパイピング内部の構造や流速の可視化にチャレンジする。本研究では、パイピングやそれに伴う破壊をマルチスケールで捉えるために、土粒子や間隙流体の挙動に加え、応力鎖の発生・消滅というダイナミクスに着目して、模型実験、数値解析、事例分析を実施した。それぞれの結果の比較や相互補完によって検討を進める。

粒度分布形状、密度、土層構成、水位の高さ・波形の影響について体系的に調べた。実験では、画像解析による変状計測、超小型の微流速計や熱式流速計による間隙水の流速測定、電磁波による密度不連続面計測、音の減衰率も考慮した音響トモグラフィによる密度計測や応力鎖の可視化を行した。解析では、三次元DEMと流体計算を連成した計算を行う。漏水、土粒子侵食、目詰まり、ゆるみ、空洞化、塑性変形、流動、閉塞、堤体のすべりまで、固体・流体的な挙動とそれらの連鎖現象を考慮しながら、パイピングの発生・発達条件を絞り込んだ。気候変動に伴い豪雨が頻発し高い河川水位が長く継続する作用下において、河川堤防下の透水性基盤からの漏水、パイピングを切欠とする破堤の原因解明は重要である。本研究では、パイピングを透水による粒子スケールの侵食・目詰まり、土要素や土層スケールの局所的なゆるみ・空洞化、流動化による土砂流や閉塞、構造スケールのすべりを伴う破壊というマルチスケールでの相互作用問題として捉え、数値解析や模型実験でパイピング内部の構造や流速の可視化にチャレンジする。応力鎖の発生・消滅による粒子群のダイナミクスを考慮し、パイピングの発生から発達までの新たな統一的説明に挑戦した。現在までの研究成果を基に以下のように進める.1パイピングの発達(進行)条件の解明とモデル化:パイピング孔の発達は下流側の堤内から上流の堤外に徐々に進行するというのが定説であるが,これとは異なることが明らかになった.噴砂発生後,上流側の土が流動化し土砂流のように移動,噴砂孔付近が閉塞され,この時に上流側の部分に空洞が発生する.この過程が繰り返され,上流側で侵食・空洞化が起き,最終的に孔が貫通し,破壊に至る.このように,固体としての土が流動化し土砂流として移動し充填することで,空洞や閉塞が発生する可能性がある.この相変化を伴うプロセス全体を,応力鎖の発生・消滅,密度変化などを可視するという新たな着想と試みで,統一的に説明しモデル化する.新たなパイピングの発生・発達条件の解明に挑戦する.2漏水・パイピングの事例収集と分析:実堤防の事例を収集する.漏水の濁りの有無,湧出間隔や堤体からの距離,堤体・基盤の土質や土層構成,地形,水位波形などの情報から,先に求めた漏水湧出が土粒子を動かす速度閾値やパイピングの発生・発達条件を検証し,改善する.また,上記までの成果から情報を活かすための漏水点検のポイントの新たな提案が可能と期待される.3パイピングとすべりの複合破壊のメカニズム解明:浸透によるパイピングの発達と堤体のすべりが複合して進行する破壊のメカニズムをマルチスケールの観点から考察する.二次元,三次元で複合的な破壊の条件について明らかにする.従来は,パイピングとすべり破壊に関する設計基準は別々に設けられており,二つの破壊モードを連動させて検討することは新たな着想である.また,気候変動に伴い高い河川水位の継続時間が長くなっている状況を考えると,本成果は,ねばり強い堤防にするための強化方法や効率的な維持管理方法の提案に役立てることが期待され,今後,発展性の高い取り組みといえる.地盤工学
メタルフリーな磁性エマルジョンや磁性リポソームの合成と磁場制御

ドラッグデリバリー用のメタルフリー磁性キャリアーやMRI造影剤用のメタルフリー磁性粒子の開発を目的として、界面活性を示す両親媒性の有機ニトロキシドラジカル化合物の合成とそれらを用いる磁性ミセルやエマルションの調製を検討した。その結果、合成した両親媒性ラジカル化合物が、中性の油性ニトロキシドラジカルを内包して生成したエマルションが、水中で長期間安定に存在し、弱い永久磁石に引きつけられて水中を自由に動くことを観察した。これまで、磁性ソフトマテリアルの磁性ソースとして、鉄や酸化鉄のナノ粒子が用いられてきたが、生体内での安全性については十分な理解が得られていない。一方、有機ニトロキシドラジカルの生体にたいする安全性は十分に検討されており、磁性ソースとして有機ニトロキシドラジカルを含むメタルフリーな磁性ソフトマテリアルが開発されるならば、それらの人体への応用も十分視野に入れることができると考えられる。そこで、本研究では、平成23年度に引き続いて、ドラッグデリバリー用のメタルフリー磁性キャリアーやMRI造影剤用のメタルフリー磁性粒子の開発を目指して、界面活性剤を示す両親媒性有機ニトロキシドラジカル化合物の合成とそれらを用いる磁性ミセルやエマルジョンの調製を検討した。その結果、安定なメタルフリーな磁性エマルションを調製することのできる、トリメチルアンモニウム基を親水性基とする新規のキラル両親媒性ニトロキシドラジカル化合物の合成に成功した。この化合物が水中で安定なミセルやエマルションを形成することを確認した。特に、中性の油性ニトロキシドラジカルを内包したマイクロエマルション(粒径0.1ミクロン)は、水中やリン酸緩衝液中で長期間安定に存在し、弱い永久磁石に引きつけられて水中を自由に動くことが判明した。この結果は、低磁場誘導型のメタルフリー磁性キャリアーや磁性粒子として利用できることを物語っている。現在、MRI造影剤としての応用を検討中である。次に、アミノ酸残基を親水性基とする新規のキラル有機ニトロキシドラジカル化合物がヒドロゲルを形成することを明らかにした。また、これらの両親媒性物質の臨界会合濃度や相転移挙動を電子スピン共鳴法により決定、追跡できることを明らかにした。本研究期間内に、ドラッグデリバリー用のメタルフリー磁性キャリアーやMRI造影剤用のメタルフリー磁性粒子の開発を目指して、界面活性を示す両親媒性の有機ニトロキシドラジカル物質の合成とそれらを用いる磁性ミセルやエマルションの調製を検討した。これまでに6種類の新規化合物を合成し、それぞれについて、水中でいかなる分子会合構造をとるかについて、電子スピン共鳴(EPR)分光法と動的光散乱(DLS)法を用いて調査を行った。その結果、末端にトリメチルアンモニウム基を親水性基として有するラセミ体の両親媒性化合物が、市販のイオン性界面活性剤と比較して、水中でより安定なミセルやエマルションを形成することが明らかとなった。特に、ある程度粘性のある中性の油性ニトロキシドラジカルを内包したマクロ(粒径12 mm)およびナノ(粒径100 nm)エマルションが、水中やリン酸緩衝液中で長期間安定に存在し、前者のマクロエマルションが弱い永久磁石に引きつけられて水や緩衝液中を自由に動くことを観察した。一方、末端にアミノ酸残基を親水性基として有する光学活性な両親媒性化合物が、ヒドロゲルを形成することを明らかにした。ゲルの網目構造をSEM、TEM、およびAFMの顕微鏡観察により確認した。また、EPR分光法により、ゲル-ゾル転移温度を正確に測定した。さらに、ゲル中よりもゾル中で、より強い分子間磁気相互作用が発現することを観察した。上記2つの結果は、研究代表者らが発見した、有機ラジカル液晶相中で発現する「正の磁気液晶効果」と類似の現象が、磁性エマルション中や磁性ゾル中でも発現することを示した最初の例である。これまで、磁性ソフトマテリアルの磁性ソースとして、鉄や酸化鉄のナノ粒子が用いられてきたが、生体内磁性プローブとして利用された場合の安全性については、十分な理解が得られていない。そこで、本研究ではドラッグデリバリー用のメタルフリー磁性キャリアーやMRI造影剤用のメタルフリー磁性粒子の開発を目指して、界面活性剤を示す両親媒性の有機ニトロキシドラジカル物質の合成とそれらを用いる磁性ミセルやエマルジョンの調製を検討した。その結果、2種類の新規キラル磁性ソフトマテリアルの合成に成功した。まず、アンモニウムを親水性基とするキラル両親媒性ニトロキシドラジカル化合物を合成し、これが水中でミセルやエマルションを形成することを確認した。

特に、中性の油性ニトロキシドラジカルを内包したマイクロエマルション(粒径0.1ミクロン)が、弱い永久磁石に引きつけられて水中を自由に動くことをはじめて明らかにした。この結果は、低磁場誘導型のメタルフリー磁性キャリアーとして利用できることを示している。次に、アミノ酸残基を親水性基とするキラル有機ニトロキシドラジカル化合物を合成し、これがヒドロゲルを形成することを明らかにした。興味深いことに、この磁性ヒドロゲルをキャピラリーに封入して水に浮かべ、弱い永久磁石を近づけたところ、キャピラリーが水面上を自由に動くことを確認した。また、これらの両親媒性物質の臨界会合濃度や相転移挙動を電子スピン共鳴法により決定、追跡できることを明らかにした。これまでに、研究目的の一つであるメタルフリー磁性エマルションの調製が可能である両親媒性有機ニトロキシドラジカル化合物の合成に成功している。さらに、アミノ酸を導入した光学活性な類似の両親媒性ラジカル化合物を用いると、磁性ヒドロゲルの調製が可能であることを見出している。このように、研究の方向性が明らかになった点が高く評価できる。平成23年度の研究計画は盛り沢山であったため、すべてとはいかなかったが、鍵となる2種類の新規両親媒性ラジカル化合物の合成とそれらの磁性ミセル・エマルション・ゲルの調製に成功しており、ほぼ期待どおりの結果を残せた。平成24年度までの2年間に、研究の方向性が明確になったため、平成25年度もその流れを踏襲して研究計画を具体化して、メタルフリー磁性エマルションの調製と活用、およびメタルフリー磁性ゲルの磁気的性質と分子構造との関係について検討していく。平成23年度の研究計画がある程度期待通りに進展し、平成24年度以降に進むべき方向性と具体性が明確になったので、これに従って研究を継続する。同時に、当初の研究計画調書に記載した新規両親媒性化合物の合成にも取り組む所存である。平成25年度も直接経費90万円については、薬品類や論文別刷購入などの消耗品費として60万円、研究成果発表のための旅費として30万円を予定している。直接経費90万円については、薬品類や論文別刷購入などの消耗品費として60万円、研究成果発表のための旅費として30万円を予定している。
力覚提示による3Dモデルの位置と形状情報の教示に関する研究

研究目的である触れる3Dモデルの作成と体験のためのシステム構築に向け,以下の項目について研究を行った.1.ペン型触力覚インタフェースの実装前年度に設計した力覚と皮膚感覚との協調による触力覚インタラクションのため,モータによる力提示とフォースリアクタによる振動提示が可能なペン型触力覚インタフェースを実装した.触れる3Dモデルの作成過程において触感テクスチャの採取を行うため,ペンの先端にスキャン用のマイクも内蔵させた.2.触れる3Dモデルの編集用エディタの構築複数の触力覚レイヤから構成される触れる3Dモデルについて,それぞれのレイヤをペイント操作によりインタラクティブに編集可能なエディタを構築した.ユーザはタブレットモニタ上に表示されたエディタを操作することにより,硬さ,摩擦,触感テクスチャといった触力覚情報の分布を表すレイヤを編集することが可能である.また,ペン型インタフェースにより実世界から採取した触感テクスチャについて,その波形の振幅やピッチに対する操作機能も実装したことにより,ユーザが所望の触感を容易に再現することが可能となった.また,2つの触感テクスチャを組み合わせることにより,接触におけるなぞり方向に応じた表面のテクスチャ感の再現も試みた.3.触れる3Dモデルの作成・体験システムの構築編集用のエディタと三次元物理シミュレーションによる触力覚インタラクション環境を組み合わせることにより,研究の大目的であった触れる3Dモデルの作成と体験のためのシステム『Haptic Editor』を完成させた.ユーザが空中でのドローイング操作により三次元形状を作成すると,レイヤエディタ上に表示された触力覚レイヤが即座に形状表面に適用される.ユーザはモデル表面をペン型インタフェースにより触ることで自身の編集した触力覚情報を確認しながら所望のモデルの作成を行うことができる.三次元形状を触った際の接触位置に応じてレイヤの画素情報が参照され,接触点における硬さと摩擦情報に応じた反力提示が行われると同時に,接触位置の移動速度に応じて対応する触感テクスチャのピッチを変調して振動提示を行うことで,リアリティの高い触力覚フィードバックが行われる.研究目的である触れる3Dモデルの作成と体験のためのシステム構築に向け,本年度は主に以下の3項目について重点的に研究を行った.1.力覚及び視覚の協調による触感提示触れる3Dモデルの再現においてより豊かな触感の表現を行うことを目的として,モデル形状の視覚的な変形による弾性感の再現を試みた.視覚的な効果によりヒトの触知覚に変化が生じる現象をPseudo-Hapticsと呼ぶ.本研究ではPseudo-Hapticsを能動的に利用することにより,多様な柔らかさのバーチャル物体の再現を行った行次に,現実世界に存在する物体からバネ係数としてコンプライアンスを取得し,それをリアルタイムにバーチャル物体に反映させるという触感のコピー&ペースト機能の実現を試みた.この情報をシミュレータ側で利用し,前述の弾性感提示に用いることにより,身の回りのあらゆるものの触感のコピー&ペーストという最終的なシステム要素の効果について確認を行った.2.触れる3Dモデルのデータ構造の検討最終的な作成・体験システムにおいて扱う触れる3Dモデルのデータ構造に関して検討を行った.触力覚フィードバックに利用するためのモデル構造であることから,ヒトの知覚メカニズムに基づくデータ構造として,力覚フィードバックのための力覚レイヤと皮膚感覚フィードバックのための皮膚感覚レイヤという複数のレイヤからなる構成を考案した.力覚レイヤは形状,硬さ分布,摩擦分布を表す3つのレイヤから構成され,物理シミュレーションによる力覚レンダリングに利用される.皮膚感覚レイヤは実物体から得た複数の振動パターンの分布を表すレイヤであり,モデル表面に対するなぞり速度に応じて振動の再生速度を変化させることにより皮膚感覚の提示を行う.3.触感テクスチャのコピー&ペーストシステムの実現実世界の物体からの触醸テクスチャの取得と3Dモデル上への塗布という触感コピー&ペーストを実現するシステムの構築を行った.マイクを内蔵した触感スキャナにより実物体をなぞった際の音声情報を取得し,それをなぞり速度に応じて再生することにより,3Dモデルとの触覚インタラクションにおいてリアルなテクスチャ感の再現を可能にした.研究目的である触れる3Dモデルの作成と体験のためのシステム構築に向け,以下の項目について研究を行った.1.ペン型触力覚インタフェースの実装前年度に設計した力覚と皮膚感覚との協調による触力覚インタラクションのため,モータによる力提示とフォースリアクタによる振動提示が可能なペン型触力覚インタフェースを実装した.触れる3Dモデルの作成過程において触感テクスチャの採取を行うため,ペンの先端にスキャン用のマイクも内蔵させた.2.触れる3Dモデルの編集用エディタの構築複数の触力覚レイヤから構成される触れる3Dモデルについて,それぞれのレイヤをペイント操作によりインタラクティブに編集可能なエディタを構築した.ユーザはタブレットモニタ上に表示されたエディタを操作することにより,硬さ,摩擦,触感テクスチャといった触力覚情報の分布を表すレイヤを編集することが可能である.また,ペン型インタフェースにより実世界から採取した触感テクスチャについて,その波形の振幅やピッチに対する操作機能も実装したことにより,ユーザが所望の触感を容易に再現することが可能となった.また,2つの触感テクスチャを組み合わせることにより,接触におけるなぞり方向に応じた表面のテクスチャ感の再現も試みた.3.触れる3Dモデルの作成・体験システムの構築編集用のエディタと三次元物理シミュレーションによる触力覚インタラクション環境を組み合わせることにより,研究の大目的であった触れる3Dモデルの作成と体験のためのシステム『Haptic Editor』を完成させた.

ユーザが空中でのドローイング操作により三次元形状を作成すると,レイヤエディタ上に表示された触力覚レイヤが即座に形状表面に適用される.ユーザはモデル表面をペン型インタフェースにより触ることで自身の編集した触力覚情報を確認しながら所望のモデルの作成を行うことができる.三次元形状を触った際の接触位置に応じてレイヤの画素情報が参照され,接触点における硬さと摩擦情報に応じた反力提示が行われると同時に,接触位置の移動速度に応じて対応する触感テクスチャのピッチを変調して振動提示を行うことで,リアリティの高い触力覚フィードバックが行われる.最終的な目標である触覚モデリングシステムの実現に向けて,独自の「触覚情報の取得とモデルへの塗布」という要素について様々な形での実装と検証を行った.また,その結果を踏まえて最終的なさわれる3Dモデルのモデル構造の設計を完了した.以上から,来年度のシステム完成に向けて必要となる要素を順調に実現したと言える.今年度の成果を踏まえて,設計したモデル構造の実装を行う.提案する構造がヒトの触知覚メカニズムに基づいていることから,実装を行った段階で構造の有効性を心理物理実験に基づいて評価し,必要であれば新たな設計を行った上で,さわれる3Dモデル構造を完成させる.続いてモデルの編集システムの構築を行う.これまでに実現した形状レイヤの生成に加えて,各物性レイヤと皮膚感覚レイヤの編集UIを完成させ,年内の国際学会における展示発表を行う.
内皮保護血管平滑筋を弛緩させる生薬成分の研究

丹参(タンジン)および沢蘭(タクラン)はシソ科植物に由来し,両者とも中国医学で駆於血生薬とされる。我々は内皮保護血管平滑筋を弛緩させるこの2生薬の化学成分を追求した。1.丹参はSalvia miltiorrhizaの乾燥根である。化学成分としてlithospermic acids(LSAおよびLSA-B)が知られる。我々はLSA-Bがラットで血圧降下作用を示す物質であり,この作用はLSAが大動脈,腸間膜動脈床のような抵抗血管において内皮依存性血管平滑筋弛緩効果を持つことに帰せられることを報告した。活性成分追求の途上,我々は丹参成分として従来知られていない強力な血管弛緩物質の存在を知った。2年間に渡る研究の結果,強力な血管弛緩物質は(2S,3S)-4[(E)-2-carboxyethenyl]-2-(3,4-dihydroxyphenyl)-2,3-dihydro-7-hydroxy-3-benzofurancarboxylic acid(dePL- LSA=8-epiblechnic acid)であることを明らかにした。LSAおよびLSA-Bのアルカリ加水分解により同物質の化学構造の確認と量的確認を達成した。さらに,dePL-LSAは10^<-7>M濃度で,血管内皮の存否に拘らず,norepinephrine(NE)誘導大動脈標本の収縮を緩慢で持続的に弛緩させた。他の薬理学的実験結果を考慮してdePL-LSAはCa^<2+>の細胞内移動能を減少させることにより,NE誘導大動脈収縮を阻害すると推定された。DePL-LSAはNE誘導の持続的収縮を阻害するから,高血圧治療に有用と思われる。2.沢蘭として市販される生薬はフジバカマ(キク科)の地上部を基原とするものが多いので,我々はシロネ(Lycopuslucidus)を平成6年度に栽培し,研究材料とした。このエキスからクロマトおよび化学的操作を経て得られた3化合物が血管平滑筋弛緩効果を示した。いずれの化合物も内皮依存性弛緩物質ではないと推定される。これらの化合物の同定,作用強度,作用機序についてはさらなる検討を要す。現代老人病の中で血液循環障害に起因する病気は大きな比重を占めている。漢方および中国医学には〓血という独特な概念があり、駆〓血薬とされる生薬の多くは何らか血管運動に影響を与えるものと期待される。血管を弛緩させる生体機構は複雑であるが、近年血管内皮細胞の働きが注目されており、我々は生物活性試験法として内皮保護血管標本を採用することとした。今回研究対象とした駆〓血生薬である丹参(Salvia miltionrrhiza)、沢蘭(Lycopuslucidus)は共にシソ科植物を基原とする生薬である。沢蘭は基原植物が二種あり、我々はシロネ(上記学名)を栽培して、研究材料とする。

丹参についてすでに得られている実験結果として、その化学成分として知られるlithospermic acid B(以下LSA-Bと略記)が内皮依存性血管弛緩物質であることをすでに報告してあったが、その後、LSA-Bはラットにおいて血圧降下作用を示し、取り出された腸間膜動脈床に対し内皮依存性で、用量依存的弛緩作用を示すことを確認し、報告した。さらに、平成6年度計画どおり、強力な血管弛緩物質X(dePL-LSA)を抽出・分離・構造決定することができた。この物質をLSA-Bから調整する方法を検討したが、収率がやや悪く、改善の余地がある。沢蘭(シロネ)の栽培については、平成6年度計画どおり、昨秋大量の収穫を得た。以上、dePL-LSAの抽出・構造決定および量的確保、シロネの栽培とも、計画どおり達成された。丹参(Salvia miltiorrhiza)について、われわれがすでに得ている実験結果は、その化学成分として知られるlithospermic acid B(以下LSA-Bと略記)が内皮依存性血管弛緩物質であることである。その後、LSA-Bラットにおいて血圧降下作用を示し、取り出された腸間膜動脈床に対し内皮依存性で用量依存的弛緩作用を示すことを確認し、報告した。さらに、平成6年度計画どおり、強力な血管弛緩物質X(dePL-LSA=8-epiblechnic acid)を抽出・分離・構造決定することができた。平成7年度は、この物質の必要量をLSA、LSA-Bをアルカリ加水分解することにより得、内皮保護血管平滑筋弛緩作用効果を測定し、作用機序について検討した。dePL-LSAは内皮のある、なしにかかわらずnorepinephrine(NE)で収縮させておいたラット大動脈標本に対し、持続的で、緩慢な弛緩を引き起こした。その他四種の異なる薬物条件下でのdePL-LSA作用の検討から、本化合物はCa^<2+>移動能を減弱させることによって大動脈のNE誘導収縮を阻害するものと推定された。dePL-LSAはNE誘導の収縮を持続的に阻害するから、高血圧症の治療に有用と思われる。沢蘭(Lycopus lucidus)の栽培については、平成6年度計画どおり、大量の収穫を得た。平成7年度、その抽出物について、血管平滑筋弛緩作用を検討した結果、主に三化合物が活性を示すことをつきとめた。いずれも内皮依存性の弛緩物質ではないと推定される。化合物の同定、作用の度合い、機序についてはさらに今度の検討を要する。
細胞内メンブレントラフィックの制御機構

出芽酵母を材料に用い、小胞体ーゴルジ体間の小胞輸送における分子選別のメカニズムを中心に、メンブレントラフィックのダイナミズムの制御に関して以下の研究を行った。1.小胞体から輸送小胞形成におけるSar1GTPaseの機能。SAR1の温度感受性変異の抑圧遺伝子としてEKS1/HRD3とSED4を同定した。いずれもGTPaseサイクルの調節に重要な役割を果たしていることを示唆した。2.Sar1pのグアニンヌクレオチド交換因子であるSec12pの制御機構。sec12の遺伝子外変異として同定したRST2がHRR25と同一であり、カゼインキナーゼIをコードしていることを見出した。そのキナーゼ活性の低下がsec12の抑圧に重要であることを示す、Hn25pが小胞体からの輸送小胞形成を負に制御している可能性を示唆した。3.小胞体膜タンパク質の小胞体局在化機構。ゴルジ体の膜タンパク質であるRer1pが、Sec12p,Sec71p,Sec63pを確認して小胞体に送り返す細胞装置であることを証明した。この認識には,膜貫通領域中の疎水性残基のクラスターとそれをはさむ非疎水性残基の配置が重要であることを明らかにした。一方、RER2が、cis-プレニルトランスフェラーゼをコードしていることを見出した。この酵素が、糖タンパク質の糖鎖合成のキャリアリピド,ドリコールリン酸の形成に必須であることを証明した。さらに、ドリコールの糖鎖合成以外の重要な生理的意義を示唆した。大腸菌のRER2ホモログ(rth)について変異株を作製し,この遺伝子がペプチドグリカン合成のためのキャリアリピド,ウンデカプレニルリン酸の合成に必須なcis-プレニルトランスフェラーゼをコードしていることを証明した。「メンブレントラフィック」とは,真核細胞内において,小胞輸送によって実現されるオルガネラからオルガネラへのダイナミックな膜の動きを表わす言葉である.メンブレントラフィックは,タンパク質の輸送という基本的な機能に加え,オルガネラの独立性と特異性を維持すると共に,場合によっては細胞外からの刺激や細胞周期・分化のクジナルに応じて大規模な膜体制の変換をも行う重要な意義を持っている.その分子機構の理解はこの数年間に大きく進展し,さまざまな輸送装置の構造と機能が解明されつつあるが,輸送過程におけるタンパク質の選別のメカニズムとなるとまだその多くが謎に包まれている.申請者らは,これまで出芽酵母を材料に用いて小胞体-ゴルジ体間輸送に関する分子遺伝学的研究を行い,輸送反応の鍵を握る重要な遺伝子群を同定してその機能を解析してきた.本研究は,小胞輸送における「タンパク質の選別」という観点に立ってこれらの研究の流れを統合し,輸送小胞の形成とリサイクリングという2つの重要な局面における選別の分子機構をさらに詳細に明らかにすることによって,細胞内メンブレントラフィックの根本原理を解明していこうというものである.本年度は,小胞体膜タンパク質であるSec12pの局在化機構に関し,Sec12p自身のシグナルを同定する試みを行った.液胞膜タンパク質であるDap2pとのさまざまなキメラを作成し,その挙動を生化学的,形態学的に詳細に解析することによって,Sec12pの膜貫通領域にRer1p依存性の動的逆送シグナルが,またSec12pの細胞質領域にRer1p非依存性の静的残留シグナルが存在することを明らかにした.SEC12に関しては,そのts変異の遺伝子外抑圧変異を同定し,その機能調節の機構を理解するための一歩とした.また,小胞体からの輸送小胞形成の鍵を握るSar

1 GTPaseについて,3つのts変異を同定し,その性質を詳しく解析した.出芽酵母を材料に用い,主に小胞体-ゴルジ体間の小胞輸送における分子選別のメカニズムを解析し,メンブレントラフィックのダイナミズムの制御に関して以下のことを明らかにした.1,小胞体膜タンパク質の小胞体局在化機構についてさらに研究を進めた.Rer1pは,Sec12pとは全く異なるトポロジーを取るSec71p,Sec63pをも認識し,COPI依存的な経路でゴルジ体から小胞体に送り返すことを明らかにした.また,Sec71pの場合もRer1pに認識される逆送シグナルは膜貫通領域にあり,特定のアミノ酸残基ではなく疎水性残基からなるコア配列の長さが重要であることを示した.2,RER2とその抑圧遺伝子であるSRT1が,原核生物から高等真核生物に至る巨大な遺伝子ファミリーを形成し,その機能が細胞増殖に必須であることを明らかにした.さまざまな表現型と遺伝子産物の局在性の解析から,細胞内膜系のintegrityに関与することを示唆した.3,sec12の抑圧変異の原因遺伝子の一つ,RST2をクローン化し,これが酵母のカゼインキナーゼIをコードするHRR25と同一であることを明らかにした.4,sar1ts変異の抑圧遺伝子EKS1が,小胞体膜タンパク質の安定性に関与すると報告されたHRD3と同一であることを明らかにした.しかし,COPII小胞形成に関わる因子で,EKS1によって安定性が変化するものは見出されなかった.出芽酵母を材料に用い,主に小胞体一ゴルジ体間の小胞輸送における分子選別のメカニズムを解析し,メンブレントラフィックのダイナミズムの制御に関して以下のことを明らかにした.1.小胞体膜タンパク質の小胞体局在化機構についてさらに研究を進めた.Rer1pによるSec12pとSec71pの認識には膜貫通領域中の疎水性残基のクラスターとそれをはさむ非疎水性残基の配置が重要であることを明らかにした.また植物のRER1ホモログを同定し,これが酵母rerl変異を相補することを示した.さらに,Emp24pのC末端には,輸送を制御する複数のシグナルが存在することを明らかにした.2.RER2が,cis-ブレニルトランスフェラーゼをコードしていることを見出した.この酵素が,糖タンパク質の糖鎖合成のキャリアリピド,ドリコールリン酸の形成に必須であることを証明した.さらに,ドリコールの糖鎖合成以外の重要な生理的意義を示唆した.大腸菌のRER2ホモログ(rth)について変異株を作製し,この遺伝子がペプチドグリカン合成のためのキャリアリピド,ウンナカプレニルリン酸の合成に必須なcis-プレニルトランスフェラーゼをコードしていることを証明した.3.酵母のカゼインキナーゼIであるHn25pのキナーゼ活性の低下がsec12の抑圧に重要であることを示し,Hrr25pが小胞体からの輸送小胞形成を負に制御している可能性を示唆した.4.sar1ts変異をSEC12,SED4,5'-欠失型SEC16,および,EKS1/HRD3が抑圧することを見出し,これらについて解析を進めた.Ekslp/Hrd3pがタンパク質の分解制御一般に働いているのではないことを示し,Sed4pはSar1p GAPの阻害因子である可能性を示唆した.
人工内耳装用者のパラ言語と音楽の理解

人工内耳を装用した子どもは曲のリズムを健聴児と統計的に同等な水準で歌えることを初めて報告し、人工内耳装用児にとって音楽は大きな楽しみの源であり、音楽の楽しみはリズムを中心に起こっていることを示唆した。また、人工内耳を装用する子どもは話し手の気持ちを抑揚を手掛かりに判断できていること、そして抑揚を表現する能力は5-6歳の健聴児と統計的に差がないほど良く、抑揚を理解する能力と相関を示すことを明らかにした。人工内耳を装用する子どものパラ言語で表現された感情の認識とパラ言語の産出について、長崎ベルヒアリングセンターに通院する、長崎とその他の九州/山口地区に居住する6-12歳の人工内耳を装用する先天性難聴児(有効回答13名)を対象に次のような研究を行った。1. 4つの短い中立文(例:電気をつけます)が3つの異なる感情(うれしい、悲しい、怒り)で表現されている刺激音をランダムな順に聴取させ、タッチパネル付きノートパソコンのモニターに表示された表情のイラスト絵の中からモニターを直接タッチすることによって感情を判別するように求めた。成人にとって人工内耳装用児の補聴器併用はピッチ知覚に有意に働くとの先行研究研究をもとに補聴器使用状況も記録した。結果から人工内耳装用児はうれしい、悲しい感情を表現したパラ言語の判別ではチャンスレベルを超える良い成績を示したが、怒りの感情を表現したパラ言語はうれしい、悲しい感情を表現したパラ言語よりも判別がより困難であり、怒りの表現の判別率はチャンスレベルを超えないことが明らかになった。2.成人女性による4種類のパラ言語表現(例:徐々に基本周波数が高くなる「えー」、始まりの基本周波数が高く、その後下がった後に上昇する「あーあ」など)の声の録音を聞かせた後、同じように発声するように求め声の録音を行った。録音した声がうまくモデルの声をまねることができている程度については大学生に15名が評定した。これらの2つの研究から得られたパラ言語知覚とパラ言語生成の間の関係について検証した結果、パラ言語の感情判別の正答率が2/3以上の5名は2/3を下回る8名よりもパラ言語表現の得点がより高いことが明らかになりパラ言語の正確な産出には正確なパラ言語知覚が必要であることを示唆する知見が得られた。研究参加者研究の説明を児童を保護者に行った後に同意を得られた者を対象に研究を行った。人工内耳装用児長崎ベルヒアリングセンターに通院する、長崎とその他の九州/山口地区に居住する6-18歳の人工内耳を装用する先天性難聴の児童。健聴児函館市と近郊の市町村に在住する5-11歳の聴覚に異常が認められない児童。パラ言語で表現された感情の認識とパラ言語の産出人工内耳装用児はうれしい、悲しい感情を表現したパラ言語についてはチャンスレベルを超える良い成績を示したが、怒りの感情を表現したパラ言語はうれしい、悲しい感情を表現したパラ言語よりも判別がより困難であり、怒りの表現の判別率はチャンスレベルを超えず、怒りの表現をうれしいと誤って判断することが多いことが明らかになった。グループの比較から、人工内耳装用児のパラ言語産出得点は健聴児よりも低いことが確認されたが、44%(8人)の人工内耳装用児は健聴児の得点の95%の信頼区間に入っており、パラ言語産出課題で高い得点を示した人工内耳装用児について、平成20年度には説明要因を検証する必要がある。発話と歌のピッチ知覚発話と歌のピッチのずれの検証を進めている。健聴者と同様に、人工内耳装用児においても発話よりも歌の条件においてピッチ知覚得点がより高い傾向が確認された。また、人工内耳のスピーチプロセッサーのセッティングによってはピッチが大きくずれている条件よりもピッチのずれが小さい条件においてより良い成績をしめす参加児も確認された。これらの点については平成20年度も継続して検証を行う予定である。ことばの抑揚でうれしい、悲しい、そして怒りの感情を表現している声を聞いて、話し手の気持ちを同定する能力について5-12歳児を対象に検証した研究では、健聴児(n=22,正答率=97%)も人工内耳装用児(n=24,正答率=57%)も話し手の気持ちをチャンスレベルよりも有意に高い正答率で判断できることが明らかになった。また健聴児は入工内耳装用児よりも優位に高い正答率を示した。抑揚表出能力について検証するために健聴児と人工内耳装用児が抑揚豊かなモデルの短い発話を聞いた後に表出した声を録音し、大学生による評定値を検証した結果、次の知見が得られた。1.健聴児の抑揚表出得点は年齢とともに向上する。9-10歳の子どもはそれ以下の年齢の子どもよりもうまく表現できているということから、人工内耳の装用を始めてから少なくとも10年間は抑揚の表現が向上し続けることが示唆される。

2.人工内耳を装用する子どもたちの抑揚表現は全体的には健全聴覚の子どもよりも低い。特に、7-8歳と9-10歳では健全聴覚の子どもは人工内耳の子どもよりもより上手に抑揚の表現ができていたことが明らかになった。しかしながら、5-6歳では人工内耳を装用する子どもたち(3人)と健全聴覚の子どもたち(22人)の間には有意な差が確認されなかった。またすべての年齢の人工内耳装用児を対象に5-6歳の健聴の子どもと比較すると、5-6歳児の健聴の子どもと同程度によく表現できている子どもも15%程度存在することが明らかになった。
多様な好圧性深海微生物を探索するための深海微生物現場培養システムの開発

深海微生物現場培養装置を製作、深海現場に係留して培養を行い、多様な好圧細菌の分離を行なおうと考えた。装置は水深6,000mまでの深海において、その場の海水を無菌的に採水し、現場環境で最長で1年間、微生物を培養することを目的とした。多様な微生物を得るため装置には8個の培養容器を備え、そこにはあらかじめ適当な基質を無菌的に注入できるように設計した。東京大学海洋研究所の研究船、白鳳丸の航海の際、1996年11月21日に日本海溝域St.M-4(38°00.38'N,145°32.22'E,水深5,315m、水温1.1°C)において、各層の流速を測定するための流速計とともセットし、係留を行った。その結果、装置は水深約5,200mにセットされたものと思われる。8個の培養容器にはあらかじめ濃縮してある異なった基質を加えた。表層水に異なった基質を加えたものも取り付けた。同じ組み合わせにして1気圧、3°Cのコントロール実験も行った。約9ヶ月後の1997年9月2日に回収したが、装置に外見上の破損部分はなく、フレームに取り付けた表層水試料を封入した培養容器も全て回収できた。本装置の強度に関しては全く問題はなかったが、作動に関しては所定の採水量を満足しているものはなかった。残念ながら、回収した8つの容器の内、7つは海水を採取した形跡はなく、投入時に分注した培地のみが入っている状態であった。ただし培地が利用された形跡もなかったため、必要条件であった気密性は保持されていた。唯一、試料番号1の容器には20mlの海水(ZoBell2216E培地)が採取されていた。そこで表層水と深層水のZoBell2216E培地のみによる結果ではあるが、以下のようなデータが得られた。採取時の全菌数は6.0×10^3cells/mlであったが、現場容器では1.1×10^8cells/mlにまで増殖が認められた。採取時の生菌数は2.4×10^<-1>cfu/ml(3°C)、現場容器の試料では常圧においては寒天平板、MPNともどのような条件でも細菌の増殖は認められなかった。しかし、加圧条件(52MPa)でのMPNは2.1×10^9cell/mlと非常に高い値を示した。常圧コントロールでは平板培地での生菌数は5.0×10^5cfu/ml(3°C)、MPNは1.1×10^9cell/ml(3°C)と非常に高い値を示した。本年度は初年度でもあり、深海で現場の微生物群集を含んだ試料海水を無菌的に採取しそのまま長期間培養の出来る、深海現場培養システムを製作することに力を入れた。まず、次ぎのようなスペックを決めた。使用水深:6,00m以浅、係留期間:1年、重量:水中重量を30kg以内とする。寸法はしんかい2000でも将来使用することを考え、800x800x800mm以内とした。培養容器は最大で10個とし、培養容器内への試料は150ml以内とした。採水はマイクロコンピューターによる制御とし、装置は深海に係留できるよう中層係留器具も付属させることにした。その結果、装置の構成は採水収納部、制御容器、採水駆動用モーター、中層係留用治具となった。具体的には、採水容器としてあらかじめ滅菌してあり、毎回新しいものを使用できる容器を探したところ、テルモ(株)製のテルモ分離バッグが適当でありこれを使用することにした。容量は150mlとなっているが、容器は弾力性があり、最大1000mlでも採水出来ることが分かった。採水はバッテリ-からの電源により、チューブカッターを働かせて採水口を開き、それと同時にペリスターポンプを用いて各容器にゆっくり採水をしてゆく。テストの結果、約15分で150mlは採水されることも明らかになった。海水の中に長い時には約1年間放置しておくことも考え、材質に注意を払うことにした。本年度にはこれらスペックのもとに製作が進行し、水槽などでのテストは非常に良好に進んでいる。来年度は7月の淡青丸の航海において水深4000mに下ろして作動テストを行い、さらに10月の白鳳丸の航海の際に深海への係留を行って数カ月の現場培養を行う予定である。

その結果、装置は水深約5,200mにセットされたものと思われる。8個の培養容器にはあらかじめ濃縮してある異なった基質を加えた。表層水に異なった基質を加えたものも取り付けた。同じ組み合わせにして1気圧、3°Cのコントロール実験も行った。約9ヶ月後の1997年9月2日に回収したが、装置に外見上の破損部分はなく、フレームに取り付けた表層水試料を封入した培養容器も全て回収できた。本装置の強度に関しては全く問題はなかったが、作動に関しては所定の採水量を満足しているものはなかった。残念ながら、回収した8つの容器の内、7つは海水を採取した形跡はなく、投入時に分注した培地のみが入っている状態であった。ただし培地が利用された形跡もなかったため、必要条件であった気密性は保持されていた。唯一、試料番号1の容器には20mlの海水(ZoBell2216E培地)が採取されていた。そこで表層水と深層水のZoBell2216E培地のみによる結果ではあるが、以下のようなデータが得られた。採取時の全菌数は6.0×10^3cells/mlであったが、現場容器では1.1×10^8cells/mlにまで増殖が認められた。採取時の生菌数は2.4×10^<-1>cfu/ml(3°C)、現場容器の試料では常圧においては寒天平板、MPNともどのような条件でも細菌の増殖は認められなかった。しかし、加圧条件(52MPa)でのMPNは2.1×10^9cell/mlと非常に高い値を示した。常圧コントロールでは平板培地での生菌数は5.0×10^5cfu/ml(3°C)、MPNは1.1×10^9cell/ml(3°C)と非常に高い値を示した。本年度は研究2年目に入った。深海微生物現場培養装置(Deea-Sea in situ Incubation System)の製作も出来上がり、昨年度には現場でのテストも終わったので、本年度は現場に設置して、実際に使うことに主力をおいた。幸い海洋研究所の研究船、白鳳丸のKH-96-4航海に参加して日本海溝に設置してきたので、この経過について報告する。この航海は平成8年11月16日27日までの12日間で、三陸沖の日本海溝域において作業をする航海であった。この装置の8採水層にはテルモ製の血液バッグ、テルモフレックス、を用いた。このバッグに深海微生物を集積培養する基質として8種類、即ちZoBell2216の2種類の濃度、コロイドキチン、セルロース、ラミナリン、N-アセチルグルコサミン、アガ-、L-アラニン、をあらかじめ一定の濃度で無菌的に加え、深海に沈めた。北緯38-00.7、東経145-32.2、日本海溝の東側斜面の水深5315mの点に沈め、この装置は水深約5260mに係留されている。これは深海域の流れを測定するために、流速計を係留させた装置の一部としてセットされた。下から、ウェイト、切離装置、現場培養装置、何個かの流速計をロープに沿って付け、各装置ごとにガラス玉の浮力材が接続されている。深海にセット後は、タイマーの作動により採水口が開き、バッテリ-作動のペリスタポンプにより、各バッグに現場海水約180mlに採水され、その後は採水口が閉じて現場で集積培養を行っている。平成9年9月の淡青丸による航海においてこれらの装置を回収し、集積培養されている各種のバッグから、多様な好圧微生物群集を分離培養する予定である。この研究で製作した深海微生物現場培養装置を、研究船、白鳳丸の航海の際、1996年11月21日に日本海溝域のSt.M-4(38°00.38'N,145°32.22'E,水深5,315m、水温1.1°C)において、各層の流速を測定するための流速計とともセットし、係留を行った。約9ケ月後の1997年9月2日に回収したが、装置に外見上の破損部分はなく、フレームに取り付けた表層水試料を封入した培養容器も全て回収できた。
小児臓器移植にみられる精神障害の発病率に関する臨床研究-成人臓器移植との比較-

臓器移植患者のなかでも、最も施工件数の多い腎移植患者とその次に多い骨髄移植患者を対象に、成人と小児の精神障害の発病率の比較検討を行った。本研究の対象は首都圏内における総合病院であるが、その患者構成は全国に分布しており、わが国の現状を把握しているものと考えられる。小児腎移植では、分離不安障害と適応障害が全体の約3割にみられた。いずれも移植前の透析治療時における母子間の心理的密着など家族機能が密接に関与している可能性が示唆された。その一方、成人では家族機能も重要な因子ではあるが、それ以上に反応性のうつ状態、器質性精神障害であるせん妄などが多数みられた。小児と成人では精神症状の内容は明らかに異なる。今後増加傾向を辿るであろう腎移植において、メンタルケアの重要性が再確認された。そして、心身両面に及ぶチーム医療としての在り方に工夫の余地が残されているように推測された。これに対して、骨髄移植に関しては対象症例数の蓄積が当初予定していたほどできずにまとまった成果をあげることはできなかった。しかしながら、現段階では無菌室内における拘禁反応を始めとした不安定な心理状態へのケアの必要性は確認し得た。今後も引き続き症例の蓄積を行い、まとまったデータを提示できるように努力していきたいと考えている。米国では移植精神医学(Transplant Psychiatry)という言葉もリエゾン精神医学や移植医療では認知されており、この種の臨床研究のますますの発展があるであろう。
地震に呼応した電磁現象観測に関する研究

(1)高精度VHF帯電磁現象観測システムの構築地震に伴う電磁現象のち,本研究では,(1)地震の発生前,その瞬間,その後でどんな電磁現象があるのか,(2)地震の発生前,その瞬間,その後でFM放送波は電離層で反射するのか,の2つの現象に的を絞り観測を行った.上記2つの現象を高精度に観測するため以下のような観測システムを構築した.1.VHF帯のFM放送波帯(7690MHz)での観測:人口雑音が少なく,受信波を復調音にて識別が可能.2.二周波法での観測:広帯域電磁波かFM放送波の反射かを識別することが可能.3.ディジタルチューナでの観測:周波数選択性および安定性に優れ,定量観測が可能.(2)観測結果1.地震発生時の電磁現象の観測・芸予地震(2001年),茨城県沖地震(2002年),新潟県中越地震(2004年)に伴った電磁現象を観測できた.・地震に伴って発生した電磁現象は二周波とも変動する広帯域電磁波であるということが分かった.・地震動到来時刻にレベル上昇したことや受信レベルが大きい方向が震央方向ではなかったことから,地面の揺れによって発生した電磁波である可能性が高い.・地震発生の約1日前から受信レベルの微小な振幅変動があり,地震発生とともに消滅した電磁現象も観測した.2.FM放送遠距離伝搬の観測・茨城大学観測系において,仙台から送信されている77.1MHzの放送波を長期に観測した.・仙台からのFM放送波は,ダクト伝搬等の対流圏伝搬によって届いていることが新たに判明した.・茨城以外の他の観測系で観測した同じ77.1MHzの放送レベルとは相関が無かった.・水平および上方に設置したアンテナでの受信レベルを比較した結果,水平に設置時の受信レベルが高かった.・地震とFM放送の電離層異常伝搬の関連性は低いことが考えられる.(3)観測システムの改良・強電界中における受信機の混変調の問題に対して,BPFを挿入する対策を考案した.・観測系ネットワークにおける不正攻撃への対策のため,FWの導入や暗号化データ転送の手法を確立した.(1)高精度VHF帯電磁現象観測システムの構築地震に伴う電磁現象のち,本研究では,(1)地震の発生前,その瞬間,その後でどんな電磁現象があるのか,(2)地震の発生前,その瞬間,その後でFM放送波は電離層で反射するのか,の2つの現象に的を絞り観測を行った.上記2つの現象を高精度に観測するため以下のような観測システムを構築した.1.VHF帯のFM放送波帯(7690MHz)での観測:人口雑音が少なく,受信波を復調音にて識別が可能.2.二周波法での観測:広帯域電磁波かFM放送波の反射かを識別することが可能.3.ディジタルチューナでの観測:周波数選択性および安定性に優れ,定量観測が可能.(2)観測結果1.地震発生時の電磁現象の観測・芸予地震(2001年),茨城県沖地震(2002年),新潟県中越地震(2004年)に伴った電磁現象を観測できた.・地震に伴って発生した電磁現象は二周波とも変動する広帯域電磁波であるということが分かった.・地震動到来時刻にレベル上昇したことや受信レベルが大きい方向が震央方向ではなかったことから,地面の揺れによって発生した電磁波である可能性が高い.・地震発生の約1日前から受信レベルの微小な振幅変動があり,地震発生とともに消滅した電磁現象も観測した.2.FM放送遠距離伝搬の観測・茨城大学観測系において,仙台から送信されている77.1MHzの放送波を長期に観測した.・仙台からのFM放送波は,ダクト伝搬等の対流圏伝搬によって届いていることが新たに判明した.・茨城以外の他の観測系で観測した同じ77.1MHzの放送レベルとは相関が無かった.・水平および上方に設置したアンテナでの受信レベルを比較した結果,水平に設置時の受信レベルが高かった.・地震とFM放送の電離層異常伝搬の関連性は低いことが考えられる.(3)観測システムの改良・強電界中における受信機の混変調の問題に対して,BPFを挿入する対策を考案した.・観測系ネットワークにおける不正攻撃への対策のため,FWの導入や暗号化データ転送の手法を確立した.近年、地震に伴う電磁現象の研究が、直流の地電位測定からVHFの電波の領域まで幅広く行われるようになり、地震に関連した電磁現象があるのか、ないのか、あるとすれば、どの程度なのか、多くの機関で地道な観測が続けられている。本研究は、比較的人工ノイズが少ないVHF帯(FM放送帯)に着目し、地震に伴う電磁現象を検出することを目的として研究に着手した。FM放送帯において、地震に関連した電磁現象の観測を精度よく行うためには、観測した受信レベルの変動が広帯域電磁波によるものか、あるいは人工の田放送波によるものか、明確な識別が必須条件となる。また、受信レベルの変動が地震によるものかどうかの識別には、一ヶ所のみならず、複数の異なる観測点での同一現象の観測が不可欠である。そこで本研究は広島市立大学(広島市)、茨城大学(日立市)、北海道工業大学(札幌市)の3大学の共同研究とし、かつ異なる3地点での複眼観測を行った。また、信頼性の高い観測を実施するため、電波観測における3大要素である、観測方法、アンテナ、電波伝播について、それぞれ3大学の研究チームで分担し研究を行った。