hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境電波エネルギーを回収して動作する耐干渉性を備えたバッテリレス無線技術の研究

M2MやIoTに向けて、環境電波の電力を回収して動作する無線通信の確立を目指した開発を継続中である。研究の最終目標は、回収する環境電波の強度に応じて電源電圧を常に1V以下の低電圧に自動調整し動作する高効率E級動作アンプと、これまで利用されていなかった水晶発振器の高調波成分を用いる周波数変調器の開発で、従来の低電力無線で残されていた耐干渉性や、通信距離に関する問題を根本から解決する、超低電力無線の基盤技術の開発である。平成30年度は、(1)地デジ放送電波エネルギー回収技術開発では、前年度開発した地デジ電波周波数に共振する整合回路の最適化に取り組んだ。整流回路の入力インピーダンスに対して、共振回路出力が最大になる条件を解析的に導出し、電子情報通信学会で発表するとともに、プリント基板に再実装した結果、520MHzの周波数、10マイクロワットの入力で、目標通りの出力電圧1Vが確認できた。また、同周波数で1マイクロワットの電力においても100mV程度の電力回収も確認できた。(2)低電圧動作E級スイッチングパワーアンプ技術では、市販のスイッチング素子及び受動素子を用いて設計した、315MHzで動作するE級動作パワーアンプを実装評価したところ、基本動作を確認したものの、周波数ずれが発生していることが分かった。電磁界シミュレーションを用いた解析の結果、プリント基板上のチップ実装用のパッドの寄生容量が原因であることが判明した。当該周波数帯では、大きな影響はないと判断しての設計であったが、修正設計を行っている。(3)高調波注入同期VCOの開発では、水晶発振器の高調波成分による不要な線スペクトル(スプリアス)の発生を解析的に予測できる式を導出し、電子情報通信学会で発表を行なうとともに、VDECの0.18umCMOSプロセスによるチップ設計を完了し、現在試作中である。平成30年度の予定は、3つのコア回路TEG(Test Element Group)のうち、地デジ電波エネルギー回収TEGの開発では、共振回路の共振周波数ずれを改善した回路の実装、評価、低電圧動作E級スイッチングパワーアンプTEGは、プリント基板実装した回路の評価、高調波注入同期VCOによる周波数変調回路TEGでは、VCOの不要な線スペクトルを予測できる解析式の導出と、半導体チップ設計が目標であった。(1)地デジ電波エネルギー回収TEGの開発では、前年度開発した整流回路の入力インピーダンスに対して、共振回路出力が最大になる条件を解析的に導出し、電子情報通信学会で発表するとともに、プリント基板に再実装した結果、目標の520MHzの周波数、10マイクロワットの入力で、設計通りの出力電圧1Vが確認できた。(2)低電圧動作E級スイッチングパワーアンプTEGは、前年度設計したプリント基板に市販のスイッチング素子及び受動素子を実装して315MHzで動作するE級動作パワーアンプを評価したところ、基本動作を確認したものの、周波数ずれが発生していることが分かった。当該周波数帯では、大きな影響はないと判断しての設計であったが、現在、修正設計を行っている。(3)高調波注入同期VCOによる周波数変調回路TEGは、VDECの0.18umCMOSデバイスを用いたLC発振回路の半導体チップのレイアウト設計を完了し、現在試作中である。また、不要な線スペクトルであるスプリアスを低減する試みでは、スプリアスの発生を解析的に予測できる式を導出し、電子情報通信学会で発表を行なった。平成31年度は、以下の3つのコア回路の開発を進める。(1)地デジ放送電波エネルギー回収コアは、平成30年度に試作したTEGにアンテナを接続して、実際の地デジの電波からの電力回収を行うとともに、さらなる効率改善の回路を検討する。(2)低電圧動作E級スイッチングパワーアンプは、平成30年度に設計したパワーアンプの周波数ずれの主要原因と判明したプリント基板のパターン改善による寄生容量低減と同時に、複数のインダクタの使用を避けて、低インダクタンス値でも動作するE級パワーアンプの設計を進める。(3)高調波注入同期VCOによる周波数変調回路は、VDECの0.18umCMOSデバイスで拡散した発振回路の動作実証を引き続き行うこと及び、高調波発生回路を接続した周波数変調器としての動作確認と、位相雑音が十分に低くなっているかが設計のポイントになる。さらに、上述した各回路を統合設計してバッテリレストランスミッタとしての拡散・実証を行う。統合する場合には、半導体チップ上に集積化することにより性能向上が期待できるか、チップサイズが妥当なレベルになるかなどの点も考慮しながら、最適ソリューションとなるように工夫する。平成29年度は、(1)地デジ放送電波エネルギー回収技術開発では、地デジ電波周波数に共振する整合回路を内蔵した、10段縦積み構成のダイオード半波2倍圧整流回路をプリント基板上に実装し、評価を行った。その結果、10マイクロワットという非常な微弱な電波からのエネルギー回収に成功した。

(2)低電圧動作E級スイッチングパワーアンプ技術では、市販のスイッチング素子及び受動素子を用いて、315MHzで動作する変換効率80%のE級動作パワーアンプが設計できた。設計したE級動作アンプの電源電圧を0.5Vとしたことにより、エネルギー回収回路にも大きな負担がかからないことに加え、パワーアンプのスイッチング素子の耐圧に関する問題も回避できる設計となっている。(3)高調波注入同期VCOの開発では、水晶発振器の高調波成分による不要な線スペクトル(スプリアス)が、どのような非線形効果で発生するのかを理論解析及び高周波回路シミュレータを用いて検討を進め、不要線スペクトルを低減する最適な入力信号を考案した。平成29年度の予定は、3つのコア回路TEG(Test Element Group)をVDEC(大規模集積システム設計教育センター)の0.18umCMOSパラメータを用いたADSシミュレータを用いて設計するとともに、TEGを拡散・評価することで、コア回路の全体チップ設計に必要な特性を取得することが目標であった。今回、検討を進めた結果、対象周波数が地デジ放送電波周波数の500MHz以下と低いことから、半導体チップにすべての回路を実装することはコストパフォーマンスの観点で最適でないと判断し、一部を外付け素子とのハイブリッド構成をとることに計画を変更し、必要な半導体チップの拡散は次年度(平成30年度)に行うように計画を一部変更した。(1)地デジ電波エネルギー回収TEGの開発では、地デジ放送電波エネルギーを測定し、スカイツリーから2Km圏内であれば、数ミリワット程度が期待可能であることが分かった。引き続き市街地での評価を継続中で予定通りの進捗である。また、市販素子を用いた整流回路の開発では、基本性能を確認したものの共振周波数が目標から離れていることが分かった。原因究明も完了しており、回路修正を進めている状況である。(2)低電圧動作E級スイッチングパワーアンプTEGは、外付け素子で設計を進めプリント基板設計まで完了している。今後、基板作成および実装・評価を進める予定で、ほぼ予定通りの進捗である。(3)高調波注入同期VCOによる周波数変調回路TEGは、VDECの0.18umCMOSデバイスを用いたLC発振回路の設計は完了しており、高調波発生回路の信号により、不要な線スペクトルが発生する課題が明らかになったことで、この不要信号を最小化する検討を進めていた。現時点で注入信号の波形を適切に生成すれば、線スペクトルが抑制できることが判明した。継続して設計を進めている。M2MやIoTに向けて、環境電波の電力を回収して動作する無線通信の確立を目指した開発を継続中である。研究の最終目標は、回収する環境電波の強度に応じて電源電圧を常に1V以下の低電圧に自動調整し動作する高効率E級動作アンプと、これまで利用されていなかった水晶発振器の高調波成分を用いる周波数変調器の開発で、従来の低電力無線で残されていた耐干渉性や、通信距離に関する問題を根本から解決する、超低電力無線の基盤技術の開発である。
脳ゲノム編集機構の分子解析及び新技術開発

神経細胞内の遺伝子変異により引き起こされる数多くの遺伝性神経疾患に対して、現在では有効な治療法は存在していない。申請者は最新の研究成果として、生きたマウス・ラットの脳・筋肉など成体の大部分を構成する非分裂細胞にてゲノム標的配列に自由に外来遺伝子を挿入する世界初の革新的なゲノム編集技術「HITI」の開発に成功し、実際に遺伝性疾患である網膜色素変性症のモデルラットの視覚機能障害の治療効果が得られた(Suzuki et al, Nature 2016)。しかしながら、当該技術では、標的ゲノム部位に外来DNAを挿入することはできるが、ゲノム上の病因変異を取り除くことができず、標的疾患が限定的であることが大きな問題である。本研究では非分裂神経細胞におけるゲノム編集技術の原理を解明することで、様々な疾患変異を任意の配列に置換できる、より自由度の高い新規の脳ゲノム編集技術を開発し、難治性神経疾患患者に対して有効なゲノム編集治療法の確立を目指している。2018年度は、培養神経細胞のゲノム編集機構を明らかにし、この知見を基に新規脳ゲノム編集技術の開発を目指した。具体的には非分裂細胞であるマウス胎児脳由来の神経細胞を培養し、神経細胞特異的に発現するTubb3遺伝子の下流にGFP遺伝子のノックインを試みた。その結果、非分裂細胞でゲノム中の相同部位に対してドナーDNAの片側のみ相同配列(one arm)を持たせ、ゲノム標的部位とドナーDNAを細胞内で同時に切断することで、外来遺伝子が標的遺伝子に置換される方法を新規発見し、さらにそのメカニズムの一端を明らかにした。ゲノム編集技術は、細胞が元来から備える、ゲノムDNAの二本鎖切断(DSB; Double-strand break)を修復する機構(DSB修復機構)を利用していることが知られている。しかしながら、哺乳動物細胞のDSB修復機構及びゲノム編集技術は、分裂する培養細胞でのみ研究が進んでおり、培養が困難であるという理由から、生体内の大部分を構成する非分裂細胞では、それらの分子機構はほとんど明らかになっていない。2018年度は培養神経細胞のゲノム編集機構を明らかにし、この知見を基に新規脳ゲノム編集技術の開発を目指した。その結果、非分裂細胞でゲノム中の相同部位に対してドナーDNAの片側のみ相同配列を持たせ、ゲノム標的部位とドナーDNAを細胞内で同時に切断することで、外来遺伝子が標的遺伝子に置換される方法を新規発見した。更に、shRNAを用いたスモールスケールのスクリーニングにより、当該修復経路の責任因子を複数同定し、メカニズムの一端を明らかにした。本年度は、2018年度までの研究で明らかとした培養神経細胞の新規ゲノム編集機構を利用し、新規脳ゲノム編集技術の開発を目指す。具体的には新規発見した、片側のみ相同配列を持つドナーDNAを用いた遺伝子置換方法をさらに改良し、新規脳ゲノム編集技術とする。さらに治療応用を目指し、生体内でのDNA導入に優れているアデノ脳随伴ウイルス(AAV)ベクターに遺伝子治療用DNAを搭載し、遺伝性疾患モデルマウスを用いたゲノム編集治療を開始する。

その結果、非分裂細胞でゲノム中の相同部位に対してドナーDNAの片側のみ相同配列を持たせ、ゲノム標的部位とドナーDNAを細胞内で同時に切断することで、外来遺伝子が標的遺伝子に置換される方法を新規発見した。更に、shRNAを用いたスモールスケールのスクリーニングにより、当該修復経路の責任因子を複数同定し、メカニズムの一端を明らかにした。本年度は、2018年度までの研究で明らかとした培養神経細胞の新規ゲノム編集機構を利用し、新規脳ゲノム編集技術の開発を目指す。具体的には新規発見した、片側のみ相同配列を持つドナーDNAを用いた遺伝子置換方法をさらに改良し、新規脳ゲノム編集技術とする。さらに治療応用を目指し、生体内でのDNA導入に優れているアデノ脳随伴ウイルス(AAV)ベクターに遺伝子治療用DNAを搭載し、遺伝性疾患モデルマウスを用いたゲノム編集治療を開始する。
スポーツ動作の特異性を考慮したトレーニングマシーンの開発

本研究ではインピーダンストレーニング機器の開発ならびに超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析を中心に進めたその結果,得られた成果は以下に要約される.[1]インピーダンストレーニング機器の開発DDモーターを使用して,肘関節屈曲・伸展トレーニング用の機器の開発を行った任意のインピーダンスを呈示することで,過負荷と特異性の原理を両立できるトレーニング負荷の実現を目指した.また,呈示するインピーダンスは,可変制御できるシステムを目指した.本装置は,トレーニングマシーンであるため,常に人間と接触するため,装置の安全性には格別の配慮をし,運動可動域を越えた時点で強制的に停止するようにした.また,安全スイッチによる停止もできるようにした.トレーニング負荷となるインピータンスの呈示は,ルンゲ・クノタ・シル法を用いたPDフィードハンク制御を用いて行った.現在までのところ,剛性,粘性の呈示は理論値とほぼ近似した出力値を示す.その一方で,慣性の値については,理論値と出力値にばらつきが見られる.この慣性項の精度を高めることにより,任意のインピーダンスを呈示し,また可変制御可能なトレーニングシステムが完成できる.[2]超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析足関節を動的に活動させた時の前脛骨筋の超音波画像をとり,それをリアルタイムで処理して,羽状角度を提示することを行ってきた.また,筋束・腱板の接合点をマーキングしてその接合点移動距離を計側するソフトを開発し,測定精度を高めた.本研究ではインピーダンストレーニング機器の開発ならびに超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析を中心に進めたその結果,得られた成果は以下に要約される.[1]インピーダンストレーニング機器の開発DDモーターを使用して,肘関節屈曲・伸展トレーニング用の機器の開発を行った任意のインピーダンスを呈示することで,過負荷と特異性の原理を両立できるトレーニング負荷の実現を目指した.また,呈示するインピーダンスは,可変制御できるシステムを目指した.本装置は,トレーニングマシーンであるため,常に人間と接触するため,装置の安全性には格別の配慮をし,運動可動域を越えた時点で強制的に停止するようにした.また,安全スイッチによる停止もできるようにした.トレーニング負荷となるインピータンスの呈示は,ルンゲ・クノタ・シル法を用いたPDフィードハンク制御を用いて行った.現在までのところ,剛性,粘性の呈示は理論値とほぼ近似した出力値を示す.その一方で,慣性の値については,理論値と出力値にばらつきが見られる.この慣性項の精度を高めることにより,任意のインピーダンスを呈示し,また可変制御可能なトレーニングシステムが完成できる.[2]超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析足関節を動的に活動させた時の前脛骨筋の超音波画像をとり,それをリアルタイムで処理して,羽状角度を提示することを行ってきた.また,筋束・腱板の接合点をマーキングしてその接合点移動距離を計側するソフトを開発し,測定精度を高めた.基本的なスキルの改善には、(1)正しいメカニクスを理解すること,(2>スキルを何回も繰り返すこと(反復練習)、この二つが関与する、運動のパターンが効果的,効率的になるように,動作を分析し,より正確に基礎スキルを練習する必要がある、本年度の研究では,1自由度ハンドルによって呈示された動作を,被験者は観察することで覚え(以後、教示と呼ぶ)、その後,被験者が実際にハンドルを操作することで、覚えた動作を再現する(以後、再現と呼ぶ)、再現する際に,視覚情報の呈示,力覚情報の呈示,これらの複合などのトレーニングを行わせた、そして一定回数のトレーニング後に,情報の呈示なしに覚えた運動を実行させ,学習効果を評価した、本実験の結果では、視覚のみでフィードバック情報を与えたグループの被験者が,最も目標動作に近い動作を再現していた、比較的簡単な動作を学習する場合,視覚に重点を置いたトレーニング方法が、より早く正確な動作を学習できる,ということが示唆された.その一方で,力覚によってフィードバック情報を与えるトレーニング方法は,視覚のみのグループと比較して,目標動作とのずれが大きかった.しかし,視覚と力覚,両方によってフィードバック情報を与えたグループの再現動作は,相関係数の上昇率が高く,今後,難易度の高い動作の学習を行った場合,最終的に動作のずれが,視覚のみのグループよりも少なくなる可能性が示唆された、本年度の研究では,視覚によるフィードバック情報呈示、そして,学習者が能動的に動作を再現しながら、リアルタイムで動作のずれを修正できるシステムを開発した.今後,これらのシステムを応用し、3次元の装置を用いた実際のスポーツ動作に近い動作の学習実験を行い,学習効果を検証する予定である.そしてそれらの結果を基に、人間のコーチングでは困難な,正確な基本スキルを学習させるトレーニング装置の開発を目指す.今年度は,以下のようなテーマにもとづいて,スポーツ動作の特異性にあわせたトレーニング機器の開発を行ってきた.(1)筋・腱の力学モデルのシミュレータの作成筋・腱の力学モデルを構築して,トレーニング装置のインピーダンスを変えた場合の筋・腱の収縮力の発生,筋・腱の接合部分の運動状況のシミュレーションを行った.その結果をもとに従来あるトレーニング方法との比較検討を行ってきた.(2)超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析足関節を静止した状態で前脛骨筋の超音波画像をとり,それをリアルタイムで処理して,羽状角度を提示することを行ってきた.また,筋束・腱板の接合点をマーキングしてその接合点移動距離を計測するソフトを開発してきた.

(3)インピーダンストレーニング機器の開発DDモーターを使用して,肘関節屈曲・伸展トレーニング用の機器を開発中である.現在は,センサ類を用いてハード的安全装置の作成を行っている.また,指令したインピーダンスの呈示精度の検証を行っており,次年度にトレーニング実験が開始できる状況にある.(1)では作成中のトレーニング機器にどのようなインピーダンス負荷を実現し,そのことで実際に筋・腱に対してこれまでになりトレーニング刺激を課すのかをシュミレーションしている.(2)では実際の筋・腱の挙動を具体的に観察することで,トレーニング機器が指令した負荷に対する筋・腱の活動状況をモニターできるシステムを構築している.現段階ではサンプルレートの問題で困難性はあるが,リアルタイムで観察し,即座にフィードバックできるようになると,筋・腱の活動をモニターしたトレーニングが可能となる.これらのシステムと制作中のハードが連携することで従来にないトレーニング機器システムができる.今年度は,以下のようなテーマにもとづいて,スポーツ動作の特異性にあわせたトレーニング機器の開発を行ってきた.(1)超音波画像処理を用いた筋・腱の運動解析昨年度から引き続き,足関節を静止した状態で前脛骨筋の超音波画像をとり,それをリアルタイムで処理して,羽状角度を提示することを行ってきた.また,筋束・腱板の接合点をマーキングしてその接合点移動距離を計測するソフトを開発し,測定精度を高めてきた.(2)インピーダンストレーニング機器の開発DDモーターを使用して,肘関節屈曲・伸展トレーニング用の機器の開発を行った.任意のインピーダンスを呈示することで,過負荷と特異性の原理を両立できるトレーニング負荷の実現を目指した.また,呈示するインピーダンスは,可変制御できるシステムを目指した.本装置は,トレーニングマシーンであるため,常に人間と接触するため,装置の安全性には格別の配慮をし,運動可動域を越えた時点で強制的に停止するようにした.また,安全スイッチによる停止もできるようにした.トレーニング負荷となるインピーダンスの呈示は,ルンゲ・クッタ・ジル法を用いたPDフィードバック制御を用いて行った.現在までのところ,剛性,粘性の呈示は理論値とほぼ近似した出力値を示す.その一方で,慣性の値については,理論値と出力値にばらつきが見られる.この慣性項の精度を高めることにより,任意のインピーダンスを呈示し,また可変制御可能なトレーニングシステムが完成できる.
サルコペニアの摂食嚥下障害の診断，有病率，リスク因子に関する研究

1.入院中に発症する摂食嚥下障害の有病率とサルコペニアの摂食嚥下障害の関連について,大規模観察研究が終了した.対象は8,768例の高齢入院患者である.サルコペニアであることおよびサルコペニア関連状態(低活動,低栄養)は,入院中に発生する摂食嚥下障害の独立した規定因子だった.つまり,サルコペニアの摂食嚥下障害が入院中に発症している可能性を示唆していることが分かった.英語原著論文として令和元年5月に投稿予定.2.188例のリハビリテーション入院高齢者を対象に,骨格筋量減少に着目した新しい低栄養診断方法を用いると摂食嚥下障害からの回復困難例を予測できるかどうか検証した後ろ向き研究を実施した.骨格筋量減少を含む低栄養患者では摂食嚥下リハビリテーションの効果が薄いことがわかった.サルコペニアの摂食嚥下障害が従来の摂食嚥下リハビリテーションに抵抗する可能性を示唆した結果といえる.令和元年5月に英語原著論文として投稿中.3.脳卒中の摂食嚥下障害を呈していない高齢リハ患者を対象に,舌圧低下者と非低下者の摂食嚥下機能症状,および栄養関連指標の関連を調査する前向き研究として現在進行中.平成31年4月末時点で170例が適格性を判定され,評価された.中間解析は予定していない.令和元年9月以降に分析,論文執筆を予定している.4.サルコペニアの摂食嚥下障害有病率調査を脳卒中患者及び整形外科リハビリテーション患者で実施中.現在予定サンプルサイズの8割を評価した.令和元年度に分析,論文執筆を予定している.5.サルコペニアと摂食嚥下障害について,国内4学会が合同でステートメント論文を平成31年1月に発表した.本研究代表者も同論文の共著者であり,論文執筆に貢献した.平成30年度に舌圧低下者の摂食嚥下機能症状の特徴を調査終了する計画だったが,倫理審査の遅れから12か月予定より遅れている.しかし,他に2つの独立した研究を実施終了したこと,さらに別の2つの研究が予定より進んでいることを勘案し,おおむね順調に進展していると考えた.平成31年1月に国内4学会が合同で,サルコペニアの摂食嚥下障害についてのステートメント論文を発表した.今後,サルコペニアの摂食嚥下障害について研究が加速していくことが予見される.本研究を確実に実施したうえで,更に派生させ,実態,病態,治療,予防法などを見出していく.1.入院中に発症する摂食嚥下障害の有病率とサルコペニアの摂食嚥下障害の関連について,大規模観察研究が終了した.対象は8,768例の高齢入院患者である.サルコペニアであることおよびサルコペニア関連状態(低活動,低栄養)は,入院中に発生する摂食嚥下障害の独立した規定因子だった.つまり,サルコペニアの摂食嚥下障害が入院中に発症している可能性を示唆していることが分かった.英語原著論文として令和元年5月に投稿予定.2.188例のリハビリテーション入院高齢者を対象に,骨格筋量減少に着目した新しい低栄養診断方法を用いると摂食嚥下障害からの回復困難例を予測できるかどうか検証した後ろ向き研究を実施した.骨格筋量減少を含む低栄養患者では摂食嚥下リハビリテーションの効果が薄いことがわかった.サルコペニアの摂食嚥下障害が従来の摂食嚥下リハビリテーションに抵抗する可能性を示唆した結果といえる.令和元年5月に英語原著論文として投稿中.3.脳卒中の摂食嚥下障害を呈していない高齢リハ患者を対象に,舌圧低下者と非低下者の摂食嚥下機能症状,および栄養関連指標の関連を調査する前向き研究として現在進行中.平成31年4月末時点で170例が適格性を判定され,評価された.中間解析は予定していない.令和元年9月以降に分析,論文執筆を予定している.4.サルコペニアの摂食嚥下障害有病率調査を脳卒中患者及び整形外科リハビリテーション患者で実施中.現在予定サンプルサイズの8割を評価した.令和元年度に分析,論文執筆を予定している.5.サルコペニアと摂食嚥下障害について,国内4学会が合同でステートメント論文を平成31年1月に発表した.本研究代表者も同論文の共著者であり,論文執筆に貢献した.平成30年度に舌圧低下者の摂食嚥下機能症状の特徴を調査終了する計画だったが,倫理審査の遅れから12か月予定より遅れている.しかし,他に2つの独立した研究を実施終了したこと,さらに別の2つの研究が予定より進んでいることを勘案し,おおむね順調に進展していると考えた.平成31年1月に国内4学会が合同で,サルコペニアの摂食嚥下障害についてのステートメント論文を発表した.今後,サルコペニアの摂食嚥下障害について研究が加速していくことが予見される.本研究を確実に実施したうえで,更に派生させ,実態,病態,治療,予防法などを見出していく.物品購入,旅費の使用が実際は大幅に少なかった.研究開始時期が見込み時期と比べ数か月遅かったことが要因であると考える.また,原著論文執筆や通信費も同様に余剰が出た.次年度には学会発表,論文執筆とOA化などが見込まれるため,次年度へ繰り越す.
過渡的な人体の生理応答を考慮した通風時の非定常人体温熱生理モデルの開発

1)研究目標夏季の住宅において、空調負荷の削減と室内温熱快適性の向上を両立させる手段の一つとして、通風利用が検討されている。通風環境下での温熱快適性評価を確立するために、本研究では、既存の人体温熱生理モデル2 nodeモデルを通風時の非定常温熱環境下へ適用できるように拡張することを目的とする。昨年度は、実験回帰式から新たな不感蒸泄モデルを算出し、平均皮膚温の予測精度について検討した。本年度は、発汗を伴う暑熱通風環境における被験者実験を行い、2 nodeモデルの発汗・蒸発モデルの適用性を検証し、平均皮膚温の予測精度を向上させることを目的とした。2)「既存の人体温熱生理2 nodeモデルの通風環境への適用性」について昨年度の実験回帰式から算出した新たな不感蒸泄モデルをさらに検討し、通風環境における平均皮膚温および不感蒸泄による水分放散量の予測精度について検討した。発汗を伴う暑熱通風環境において風速をステップ的に変化させた被験者実験を行い、2 nodeモデルの通風環境への適用性を検証した。2 nodeモデルの蒸発モデルは、風速による線熱伝達率の影響を考慮していないので、通風環境へ拡張するために拡張型蒸発モデルを検討した。定常状態の暑熱通風環境における発汗モデルの精度検証を行った。拡張型蒸発モデルに必要な皮膚に付着できる汗の最大量Qmaxをサウナ施設における被験者実験から測定した。拡張型蒸発モデルを2 nodeモデルに組込んだ結果、静穏環境から通風環境へステップ変化した直後における平均皮膚温の予測精度がやや向上した。拡張型蒸発モデルを組み込んだ2 nodeモデルの平均皮膚温の計算値は時間と共に上昇し、従来のモデルよりも定常状態における予測精度がやや低下した。発汗を伴う暑熱通風環境における発汗量および不感蒸泄による水分放散量について更なる検討が必要であると考えられる。1)研究目標夏季の空調負荷を削減し、室内環境の空気質を向上させる手段として、通風利用が注目されている。通風環境下での温熱快適性評価を確立するために、本研究では、既存の人体温熱生理モデル2 nodeモデルを通風時の非定常温熱環境下へ適用できるように改良することを目的とする。また、改良された2 nodeモデルを用いて、通風環境における気持ちよさ評価マップの作成をする。2)「既存の人体温熱生理2 nodeモデルの通風環境への適用性」について不感蒸泄の現象を人体の皮膚内部の拡散が支配的な水分放散であるとみなして、風速に依存しない実験回帰モデルを算定した。不感蒸泄の実験回帰モデルを2 nodeモデルに組込み、平均皮膚温の予測精度を検証した。通風環境において改良型2 nodeモデルによる平均皮膚温の予測精度が向上した。3)「静穏環境から通風環境へステップ変化した場合の気持ちよさ評価マップの作成」について実験結果の気持ちよさは、一定の時間気持ちよさが持続した後、時間が経過するにつれて低下する傾向を示した。気持ちよさは一過性の心理量であることから、気持ちよさの経時変化を指数関数で近似した。ステップ変化によって生じる気持ちよさレベル、気持ちよさの持続時間及びステップ変化によって生じた気持ちよさの減衰率について、平均皮膚温と平均皮膚温の変化率を説明変数として、重回帰分析を行った。その結果から、人体の生理量から気持ちよさを予測する実験回帰モデルを算定した。得られた実験回帰モデルを用いて気持ちよさの予測精度を検証した。さらに気持ちよさ評価の実験回帰モデルを用いて気持ちよさ評価マップを作成した。既存の人体温熱生理モデルを改良し、通風時の非定常温熱環境下での適用性を検証した。通風環境における心理量である気持ちよさについて実験回帰モデルを算定した。既存の2nodeモデルにおける発汗による熱損失量は、風速による水分蒸発率の影響を考慮していない。

気温が高い通風環境において、平均皮膚温の予測精度が低下する可能性があるため、水分蒸発率について検討が必要である。人体の生理量である平均皮膚温と平均皮膚温の変化率から、心理量である気持ちよさの経時変化を予測できる実験回帰モデルを作成した。今後、非定常通風環境に適用できる人体温熱生理モデルを組み込んだ気持ちよさ評価マップについて検討する。拡張型蒸発モデルを組み込んだ2 nodeモデルの平均皮膚温の計算値は時間と共に上昇し、従来のモデルよりも定常状態における予測精度がやや低下した。発汗を伴う暑熱通風環境における発汗量および不感蒸泄による水分放散量について更なる検討が必要であると考えられる。
明治40年代の文教施策における転換と継承――言語・文学・音楽・歴史・道徳

国定教科書の改訂、国語(標準語)の制定、唱歌の編纂、邦楽の復興ー明治40年代、文部省が主導した文教施策が次々と具体化している。本研究は、文部省の構想になる文教施策が実現するに際し辣腕を奮った、時の東京音楽学校長・湯原元一と、その周辺人物を対象とした思想史研究を行うものである。教育学、国文学、国語学、音楽学という4つの学問分野の狭間に取り残された記録と記憶を発掘し、複数の関係者の思惑が絡み合いながら、複数の施策が次々と具体化していった過程を確認する。それによって、明治40年代の文教施策に関わる新たな知見を生み出したい。
マイクロプラスチックが褐虫藻と宿主の共生関係に与える影響

海洋生態系において重要な役割を担うサンゴと褐虫藻の共生関係がマイクロプラスチックにより阻害されることを、サンゴとそのモデル生物であるイソギンチャクを用いた実験により世界で初めて発見しました。多くのサンゴにとって、褐虫藻が体の中に共生することは生き残るための必須条件です。マイクロプラスチックが海洋生物の相互関係(共生)を阻害するという知見はこれまでになく、世界中で危機に瀕するサンゴへの被害や、また、海洋で共生関係を維持するその他の生物への影響も懸念されます。研究内容は、科学誌「Marine Pollution Bulletin」に掲載されました。まず、マイクロプラスチックが食物連鎖を通して生物間を移動するか確かめるため、ビーズを入れた海水でアルテミアを飼育し、ビーズを食べたアルテミアをイソギンチャクに与えた。すると、イソギンチャクの全身の内胚葉細胞にアルテミアの体内にあったビーズが入り込んだ。また、様々なサイズのビーズを餌と混ぜてイソギンチャクに与えたところ、小さなサイズのビーズほど細胞内にとりこまれやすく、なおかつ、一旦細胞内に入ると排出されにくいことがわかった。そして、ビーズを与えたサンゴとイソギンチャクに褐虫藻を与えたところ、褐虫藻の共生が阻害された。最後に、市販の洗顔料からマイクロプラスチックを取り出してイソギンチャクに食べさせたところ、やはり褐虫藻の共生が阻害された。以上の結果*2は、自然界において、サンゴが卵から育って幼体になり褐虫藻を取り込む際、また、高水温でサンゴが白化した後に再度褐虫藻を取り込む際に、マイクロプラスチックが褐虫藻の代わりに細胞内へ入り込むと、褐虫藻が取り込みづらくなる可能性を示唆している。そして、褐虫藻からの栄養に多くを依存しているサンゴの生存や成長に害を及ぼす恐れも考えられる。マイクロプラスチックが食物連鎖を通して生物間を移動するか確かめるため、ビーズを入れた海水でアルテミアを飼育し、ビーズを食べたアルテミアをイソギンチャクに与えた。これまでの私の研究から、1MPが食物連鎖を通して生物から生物へと移行する・2小さなMPほど細胞に取り込まれやすい(エンドサイトーシスされやすい)・3小さなMPほど細胞から排出されにくい(エキソサイトーシスされにくい)ということがわかり、結果的に、本来であれば褐虫藻が生息するべきサンゴ体内の細胞内スペースをMPが奪ってしまうことで、サンゴと褐虫藻の共生が阻害されるということを明らかにしました(Okubo et al. 2018)。上記2については、細胞の大きさが関係している可能性が高く、細胞よりも大きな粒子が入りにくいのではないかと考えられましたが、3については全くその原因に見当がつきません。果たしてこの現象が、プラスチックに特有のものなのか、それともプラスチックビーズの表面についている化学的修飾によるものなのか、また、赤土などサンゴにストレスを与える細かな有機的粒子でも同じ結果になるのか、これらを明らかにしたいと思います。以上の結果

*2は、自然界において、サンゴが卵から育って幼体になり褐虫藻を取り込む際、また、高水温でサンゴが白化した後に再度褐虫藻を取り込む際に、マイクロプラスチックが褐虫藻の代わりに細胞内へ入り込むと、褐虫藻が取り込みづらくなる可能性を示唆している。そして、褐虫藻からの栄養に多くを依存しているサンゴの生存や成長に害を及ぼす恐れも考えられる。マイクロプラスチックが食物連鎖を通して生物間を移動するか確かめるため、ビーズを入れた海水でアルテミアを飼育し、ビーズを食べたアルテミアをイソギンチャクに与えた。すると、イソギンチャクの全身の内胚葉細胞にアルテミアの体内にあったビーズが入り込んだ。また、様々なサイズのビーズを餌と混ぜてイソギンチャクに与えたところ、小さなサイズのビーズほど細胞内にとりこまれやすく、なおかつ、一旦細胞内に入ると排出されにくいことがわかった。そして、ビーズを与えたサンゴとイソギンチャクに褐虫藻を与えたところ、褐虫藻の共生が阻害された。最後に、市販の洗顔料からマイクロプラスチックを取り出してイソギンチャクに食べさせたところ、やはり褐虫藻の共生が阻害された。以上の結果*2は、自然界において、サンゴが卵から育って幼体になり褐虫藻を取り込む際、また、高水温でサンゴが白化した後に再度褐虫藻を取り込む際に、マイクロプラスチックが褐虫藻の代わりに細胞内へ入り込むと、褐虫藻が取り込みづらくなる可能性を示唆している。近年、中国から排出されるPM2.5など、大気中に含まれるナノ・ミクロスケールの粒子(以下、粒子)が我々人間に与える影響について懸念されている。しかし、人間が粒子を直接吸い込んだ場合のみに注目し、粒子を摂取した動物プランクトンが魚介類に食べられ、その魚介類を人間が摂取するといったような、食物連鎖から受ける間接的影響についてはあまり調べられていない。河川海洋に生息する生物が粒子を摂取した際、異物として放出するのか、もしくは、取り込まれた場合、粒子がどの栄養段階にまで移動するのか、各栄養段階の生物を用いて、影響の有無やレベルを実験的に調べる必要がある。また、私の専門であるサンゴがマイクロプラスチックによってどのような影響を受けるのかも不明である。そこで、動物プランクトン(アルテミアなど)、それを食べる刺胞動物(セイタカイソギンチャク・サンゴ)、を用いて、ッマイクロプラスチックの代わりに蛍光ラテックスビーズの取り込み実験を行い、粒子が生体に与える影響について調べることを目的とし、実験を行なった。生息場所でナノ・ミクロスケールの粒子を人為的に生物へ取り込ませると、その環境へ被害を与える可能性があるので、全ての実験は室内の閉鎖環境で行った。まずは、粒子の動向のみを純粋に探る必要があるため、生体に無害とされ、消化されることのないこの素材を用いた。また、市販の洗顔料に含まれているマイクロプラスチックも単離して、取り込ませた。蛍光顕微鏡下で、ビーズサイズによる取り込みのスピード、体内での粒子の動向を生きたまま観察し、ビーズ摂取の有無による生残率も測定した。その結果、動物プランクトンから食物網によって上位の生物へとマイクロプラスチックが移動することがわかった。また、イソギンチャクにおいては、体中の内胚葉に全て取り込まれてしまうことがわかった。
中期的な時間軸に基づく安全・安心な食の流通のための情報公開制度設計

課題1の「消費者が信頼を寄せる情報の検証」では、日本人にとって一番なじみのある食品かつ生で食べることからみかんを用いて学生と一般人を対象に、二酸化炭素量と価格から12回みかんを選ぶ実験と仮想調査を実施した。実験および調査の結果、食品を対象とした時も、一般的に環境意識の高い人は低い人に比べて二酸化炭素削減への価値は高い。さらに、仮想的な支払意志額が高くなるHypothetical biasの発生が確認されないことから環境に関しては実験と仮想調査との環境の違いが意思決定に影響を起こしにくいことが分かった。課題2の「生産者の安全確保努力の動学的検証」のための理論モデルでは、消費者と生産者の両者の努力によってリスクが決まるDouble moral hazardを考える。市場にリスク情報を提供するプロバイダーが存在する状況において、消費者と生産者の最大化問題および社会厚生を理論的に考察し、情報プロバイダーの存在は社会厚生的に重要であることを証明した。課題3「風評被害を抑止する効率的な情報公開制度設計」の市場実験では、課題2で構築したモデルによる市場環境の中で、課題1で検証された消費者にとって信用しやすい情報として、(1)生産者間で意思決定を公表、(2)生産者と消費者が与えられた情報に対して話すことができる場合を実施した。結果より、(1)の場合では同じ生産者であることから嘘をつくインセンティブを抑える効果を有意的に示せなかった。一方において(2)の結果では嘘をついた生産者ほど消費者に謝罪する傾向が観察された。現在、論文執筆中である。平成23年度に実施予定の第1の課題「消費者が信頼を寄せる情報の検証」では、本実験を実施する前に、本実験の結果を予測できるプレテストを行った。ここでは、食品と一番関連しづらい、環境面の指標を用いた場合を実施した。実験では、計画にある牛肉に比べて日本人が一番なじみのある果物であり、また扱いが容易であるみかんを用いた。そして、212人の学生と一般人に、固定報酬の仮想環境のもとで、価格と生産から店頭に並ぶまでに排出された二酸化炭素量を属性からなるチョイスメッソドを用いて、12回みかんを選んでもらった。実験の結果、食品を対象とした時も、一般的に環境意識の高い人は低い人に比べて二酸化炭素削減への価値は高かった。この結果は、食品偽装事件を想定した場合も、食品に対する消費者への意思決定に環境指標を用いる場合は、環境意識も測定する必要性を示唆している。また、同様の内容を実際に買う購買実験結果と比較すると、まず、仮想環境の支払意志額のほうが購買実験よりも高い仮想バイアスにならなかった。しかし、どちらの場合も、環境意識の高い人の方が低い人に比べて二酸化炭素削減への価値の高さを示した。これらの結果より、仮想バイアスの存在を想定した本実験の実験デザインを実施するフィールド実験とアンケート調査のデザインの再検証を進めている。次に、課題2の「生産者の安全確保努力の動学的検証」のための理論モデルでは、計画同様、質が異なる2種類の食品(高給食品・普通食品)が存在する市場において、消費者と生産者の両者の努力によって食中毒が決まる確率と高給食品の場合のほうが、努力コストが高くなる設定をそれぞれで行った。現在、証明検証を進めるのと同時に、実験デザインのための数値例を検討中である。平成23年に実施予定の課題1「消費者が信頼を寄せる情報の検証」はプレテストの結果を考慮し、本実験のフィールド実験の報酬支払や食材等の実験デザインの変更が生まれた。課題1は、本実験前のプレテストを実施し、その結果を反映させた実験デザインの改訂を終え、平成24年度に実験できる準備を行っていることから、全体的なスケジュールの流れにおいては、予定の範囲内である。課題2の「生産者の安全確保努力の動学的検証」のための理論モデルでは、計画同様、理論モデルを構築し、証明検証と同時に、実験準備中である。概ね計画通りである。平成24年度は、課題1の再デザインでフィールド実験とアンケート調査を実施する。また、課題2の理論モデルを実験ベースにするための数値例を作る。そして、平成24年度に実施予定の課題3「風評被害を抑止する効率的な情報公開制度設計」の市場実験である。ここでは、課題1で検証された消費者にとって信用しやすい情報を、課題2で構築したモデルによる市場環境の中で、学生や一般人を対象として実験を行う。課題1で提供予定の情報の提供方法は、(1)Cason and Gangadharan (2002)が用いた第三者認証機関による場合、(2)生産者の顔も公開する、

(3) List and Sinda(2004)とCarlssonet al. (2005)のチープトーク研究を発展させて、消費者同士が与えられた情報に対して話すことができる場合、(4)与えられる情報の生産過程にかかわる場合、の4つを想定している。実施期間は食中毒の発生が高い月とそうでない月のそれぞれ1ヶ月を想定している。まず、課題1の本実験の使用計画は、実験被験者謝金81万円(90人×1500円(税込)/時×1.5時間×2週間×2ヶ月)、補助者謝金7.6万円(2人×950円/時×2時間×5日間×2週間×2ヶ月)、そして食材、および施設費等で約4万を予定している。インターネットアンケートは96万円(回収300サンプル:約24万円×4回)の支出予定である。次に、課題3の被験者謝金36万円(10人×1500円(税込)/時×1.5時間×4回×2市場×2ヶ月)、補助者謝金3.04万円(1人×950円/時×2時間×4回×2市場×2ヶ月)、そして食材、および施設費等で3万をそれぞれ支出予定している。そして、これらの結果を発表する、学会費は、約8万円を支出予定である。
自殺鑑別の分子生物学的指標へのストレスマーカークロモグラニンＡの応用

精神ストレスの高感度マーカーであるクロモグラニンA(CgA)蛋白のメッセンジャーRNA(mRNA)を指標として、自殺鑑別の精度向上を試みた。諸種拘束水浸ストレスを負荷したWistar系ラット(12-38週齢)の脳下垂体、副腎、顎下腺におけるCgA mRNA発現量は、ストレス負荷時間や回数により顕著な変化を示さなかった。法医剖検例(62例)に対する検討では、脳下垂体および副腎において、自殺症例のCgA mRNA発現量が非自殺症例に比して増加する傾向が認められた。脳下垂体および副腎におけるCgA mRNA発現量の増加は、生前の精神的ストレスの定量的指標となり得る可能性が示唆された。長時間または長期間の拘束水浸ストレス(130分間1回、21時間1回、31時間毎30分間1回を5回、424時間毎30分間1回3日間または524時間毎30分間1回9日間)を負荷後0分、30分、1時間、2時間および4時間経過したラット(wistar系12-13週齢♂)をウレタン麻酔(1.6 g/kg腹腔内投与)により安楽死させ、脳下垂体、顎下腺および副腎のクロモグラニンA(CgA) mRNAをRT-PCRで定量した。陰性対照として、ストレスを負荷しないラットを用いた。その結果、いずれの条件においても、ストレス負荷によると思われる脳下垂体、顎下腺および副腎のCgA mRNA発現量増加は認められなかった。連続ストレス負荷(3ー5)では、顎下腺のCgA mRNA発現量は減少する傾向が認められた。短時間の拘束水浸ストレス(5分間1回)負荷後0分または30分経過したラット(wistar系12-13週齢および36-38週齢♂)の脳下垂体、顎下腺および副腎のクロモグラニンA(CgA) mRNAをRT-PCRで定量した。陰性対照としてストレスを負荷しないラットを用いた。その結果、36-38週齢ラットでは、ストレス負荷後の脳下垂体、顎下腺および副腎におけるCgA mRNA発現量が、統計学的有意差はないものの、増加する傾向が認められた。12-13週齢ラットではその傾向は認められなかった。死後48時間以内の剖検例62例(自殺症例:外傷死7、焼死3、窒息死3、溺死2;非自殺症例:外傷死20、焼死11、病死9、溺死6、窒息死1)の脳下垂体、副腎、顎下腺につき、RT-PCRによるCgA mRNAの相対的定量を検討し、いずれの症例においてもCgA mRNAの定量が可能であることを確認したが、現在のところ、死因や死亡状況(自殺か否か)によるCgA mRNA発現量の相違は認められていない。精神的ストレスにより唾液中に分泌される可溶性蛋白であるクロモグラニンA(CgA)のmRNAを、剖検例の脳下垂体、副腎および顎下腺においてRT-PCRにより相対的に定量する方法を検討した。既報(Sarutaら2005年およびZatelliら2008年)に従って行ったRT-PCRでは、脳下垂体および副腎のCgA mRNAの相対的定量は可能であったが、顎下腺ではまったくRT-PCR産物が検出されなかった。そこで、日本DNAデータバンクに登録されているヒトCgAの遺伝子配列に基づき、既報よりもpoly-A末端側に位置する5ヵ所(nt1056-1293、nt1056-1550、nt1243-1372、nt1352-1797およびnt1720-1929)についてRT-PCRによるCgA mRNAの検出を検討し、2ヵ所(nt1243-1372およびnt1720-1929)でのみ顎下腺からもCgA mRNAのRT-PCR産物が得られた。RT-PCR産物はダイレクトシークエンスにより塩基配列を確認した。死後48時間以内の剖検例62例(自殺症例:外傷死7、焼死3、窒息死3、溺死2;非自殺症例:外傷死20、焼死11、病死9、溺死6、窒息死1)の顎下腺につき、RT-PCRによるCgA mRNAの相対的定量を検討し、いずれの症例においてもCgA mRNAの定量が可能であることを確認したが、現在のところ、死因や死亡状況(自殺か否か)によるCgA mRNA発現量の相違は認められていない。拘束水浸ストレス(水温22°C30分)負荷ラット(wistar系、12-13週齢、♂)の脳下垂体、副腎および顎下腺におけるCgA mRNAの相対的定量を行うためのRT-PCR条件(プラーマーの検索、温度条件の検討など)を確立した。

拘束水浸ストレス負荷ラット(wistar系12-13週齢および36-38週齢♂)の脳下垂体、顎下腺および副腎のクロモグラニンA(CgA) mRNA発現量の検討(陰性対照:ストレス非負荷ラット)。1.短時間の拘束水浸ストレス(5分間1回)負荷では、36-38週齢ラットにおいてのみ、ストレス負荷後の脳下垂体、顎下腺および副腎におけるCgA mRNA発現量が若干増加した(統計学的有意差なし)。2.長時間又は長期間の拘束水浸ストレス(130分間1回、21時間1回、31時間毎30分間1回を計5回、424時間毎30分間1回3日間又は59日間)負荷ラットでは、いずれの条件においても、ストレス負荷によると思われる脳下垂体、顎下腺および副腎のCgA mRNA発現量増加は認められなかった。連続ストレス負荷(3-5)では、顎下腺のCgA mRNA発現量がむしろ減少する傾向が認められた。死後48時間以内の剖検例62例(自殺症例:外傷死7、焼死3、窒息死3、溺死2;非自殺症例:外傷死20、焼死11、病死9、溺死6、窒息死1)におけるCgA mRNA発現量の検討。1.日本DNAデータバンクのヒトCgAの遺伝子配列に基づき独自にデザインしたプライマー2種(HCgA-130: nt1243-1372およびHCgA-210: nt1720-1929)を用いた検討では、いずれの症例においても死因や死亡状況(自殺か否か)によるCgA mRNA発現量の大きな相違は認められなかった。2.既報(Sarutaら2005年)のプライマーを用いて検討した結果、顎下腺では全くRT-PCR産物が検出されなかったが、脳下垂体および副腎において、自殺症例のCgA mRNA発現量が非自殺症例に比して増加する傾向が認められた(p<0.05)。法医学剖検例(62症例)の脳下垂体、顎下腺および副腎について、RT-PCRによるCgA mRNAの相対的定量を検討できた。拘束水浸ストレス負荷ラットの動物実験から、ストレス負荷条件によるCgA mRNA発現の状況を把握できた。当初の予定(20-30症例)よりも多くの剖検例(62症例)について検討できた。平成25年度実施予定の水浸ストレス負荷ラット実験のRT-PCR条件を検討した。前年度までの動物実験および文献の検討により、CgAはストレスに対して速やかに発現するものの、ストレスの加重や蓄積で発現量が相加的または相乗的に増加するものではない可能性が考えられた。この点において、実験開始当初の目的の一部(精神的ストレスの蓄積程度をCgA mRNA発現量により定量的に評価する)は達成できない可能性がある。しかしながら、脳下垂体、顎下腺および副腎のCgA mRNA発現量は、自殺遂行直前の過大なストレスを反映して短時間で一時的に増加する可能性があることから、CgA mRNAは、自殺-非自殺鑑別の分子生物学的指標となる可能性は多いに期待できると考える。今後は、剖検例を中心に脳下垂体、顎下腺および副腎におけるCgA mRNA発現量と死亡の状況(自殺-非自殺の推定、死因、死亡直前の精神状態の推定など)との相関について検討を進める。なお、剖検例に対する本研究は、高知大学医学部倫理委員会の承認を得ている(承認番号:2014-005)。剖検例の症例数を増やし、引き続きCgA mRNA発現量と死因や死亡状況との関連を調査する。水浸ストレス負荷ラットを用い、ストレスの量的相違(ストレス負荷時間、急性又は慢性ストレス負荷)またはストレス負荷後の経過時間によって顎下腺、脳下垂体、副腎のCgA mRNA発現量に相違があるか否か検討する。
宇宙再電離完了期ｚ＝６．６における電離度空間分布の描画と再電離光源の探究

すばる望遠鏡の新主焦点カメラHyper Suprime-Cam (HSC)に装着し、宇宙再電離完了期である赤方偏移z=6.6の星形成銀河を効率的にサンプルするための中帯域フィルターIB945の開発を行なった。また、京コンピュータを利用した宇宙再電離現象の大規模数値シミュレーションの開発を進め、宇宙の構造形成の大規模かつ高解像度のN体シミュレーションを実施した。これを土台とした輻射輸送数値シミュレーションを実行するため、N体シミュレーションで得られるダークマターハローの質量に応じた電離光子放射率のモデル化を行なった。さらに、遠方宇宙の銀河形成進化や銀河間媒質の研究も行なった。宇宙再電離現象とは、宇宙初期に現れた天体からの紫外線により銀河間空間がほぼ完全電離状態に至ったという現象である。これは赤方偏移z=10から6付近で起こったと考えられているが、1その電離度の時間・空間進化の理解と2主要光源の特定が課題として残っている。本研究はこれら二つの課題に対して独自のアプローチを試みる。まず、1に対して、すばる望遠鏡の次期主力カメラHyper Suprime-Cam (HSC)によるLyα輝線銀河(LAE)探査に加えて、ほぼ同じ赤方偏移のライマンブレイク銀河(LBG)の探査を行い、その空間分布を比較する。それにより電離度空間分布を世界で初めて観測的に描き出す。次に、2に対して、宇宙再電離数値シミュレーションを用いて、HSCによるLAEおよびLBGの探査結果を再現することで、電離光源に対する制限を与える。平成23年度は、HSCの多色測光画像から赤方偏移z=6.6付近のLBGを選択するための、特注の中帯域フィルターが持つべき仕様を詳細に検討した。メーカーの都合により製作が平成24年度にずれ込んだものの、無事製作することができた。並行して、宇宙再電離数値シミュレーションコード開発の準備を行なった。また、遠方銀河のスペクトルの理論的研究と、遠方銀河の電離光子放射率の観測結果とその解釈モデルについての研究を行なった。昨年度製作したすばる望遠鏡Hyper Sprime-Cam (HSC)用中帯域フィルターXB945の透過率性能評価試験を国立天文台先端技術センターにおいて実施した。メーカーの測定結果と仕様がすべて満たされていることを確認した。フィルターの設計方針、透過率試験結果、今後の観測計画について学会発表した。本科研費で雇用したポスドク研究員(7月末まで)とともに、宇宙論的数値流体力学計算による銀河形成、進化シミュレーションを実施した。計算結果の解析過程で、銀河の星質量の定義について従来あいまいであった点を指摘する論文を発表した。また、ハッブル宇宙望遠鏡で発見された赤方偏移z=7以上の最遠方銀河の観測結果をシミュレーションで再現し、観測データの裏に隠された銀河の物理的諸性質を明らかにする論文を発表した。この成果についてはフランスでの国際学会でも発表している。さらに、それら最遠方銀河からの酸素イオンの輝線をシミュレーションし、今後のALMAによる観測で酸素イオン輝線を十分に検出できること示す論文を発表した。大規模な宇宙再電離数値シミュレーションの開発については、京コンピュータ所属の研究員も含めた打ち合わせを定期的に実施しながら進めた。現在のところ、ベースとなる天体構造形成の高解像度N体シミュレーションは終了し、再電離計算部分のテストを実施している。12月から雇用したポスドク研究員とともに、以前の観測で赤方偏移z=3付近で発見した電離光子放射銀河についてのVLTを用いた近赤外線分光追観測結果のデータ解析を行なった。しかし、取得したデータは当初期待した感度に到達せず、科学的成果は得られなかった。銀河からの電離光子放射を直接観測するにあたり、途中の銀河間媒質の吸収量を定量的に評価する必要がある。それに関して新しい解析的モデルを提案する論文を発表した。平成24年度は、銀河形成・宇宙再電離数値シミュレーションコードの開発のために、研究員1名を雇用した。宇宙再電離現象を適切にシミュレートするための準備として、銀河形成モデルのキャリブレーションを重点的に行なった。

その一つの成果として、観測的に推定されている銀河の恒星質量関数への「恒星質量」の定義の違いが与える影響について考察した(論文審査中)。並行して、宇宙再電離期の銀河探査をさらに進めるため、近赤外線広視野宇宙望遠鏡(WISH)計画に参画した。また、宇宙の星形成史を観測的に推定する際のダスト減光補正と星形成率換算係数の二つの不定性について、準解析的銀河形成モデルを用いて定量的に議論した。さらに、赤方偏移2と3程度の二つのLAEが非常に近い視線上に重なっている極めて珍しい例を発見し、そのシステムの重力レンズモデルを構築した。天体物理学まず、HSC用中帯域フィルターの製作が、メーカーの都合により1年遅れた。また、HSCの完成が遅れ、供用開始時期が大幅に遅れることとなった。25年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度行なう予定であったHSC用フィルター製作が今年度にずれ込んだことにより、フィルター仕様の再検討などを行なった結果、当初行なう予定であった数値シミュレーションコード開発に影響を与えた。また、HSC開発チームの事情により、カメラの開発と供用開始が遅れる見込みとなった。今後、供用開始後できるだけ早期に観測時間を確保することを目指す。HSCの開発・供用の遅れは、こちらとしては辛抱強く待つしかない。平成26年度から供用開始の見込みであり、できるだけ早期に観測時間を得られるよう準備を進めておく。一方、数値シミュレーション開発の方を先行して進め、観測が成功し次第、すぐに成果を出せるようにしておく。HSCの開発・供用の遅れは、辛抱強く待つしかない。今のところ、平成26年度から供用開始の見込みであり、できるだけ早期に観測時間を得られるよう準備を進めておく。