hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心臓興奮伝導系数理モデルの構築と超並列計算による交互脈発生機構の解明

1.異種プラットフォームでの超並列計算FPGA,GPU, CPUを用いた非線形システム・シミュレータの開発を行った.各素子の使用状況を詳細に観察し,最適な並列処理を行うことにより,CPU単体で計算する場合よりも約30倍の高速化,および電力消費の97.1%の削減が達成された.2.心臓数理モデルの解析1.で開発したシステムを用いて,心室筋数理モデルにおける各種イオン電流のコンダクタンス値をパラメータにとり,それらの全てについて人工的に増減させた場合を詳細に解析した結果,ナトリウムーカルシウム交換電流のコンダクタンス値を増加させることにより早期後脱分極(EAD)が発生することがわかった.この場合も昨年度のL型カルシウム電流コンダクタンス値を増加させた場合と同様に,過渡的EADが発生した.slow-fast解析と分岐解析を融合させることにより,正常脈からEADの遷移やEADが発生したりしなかったりすることを周期的に繰り返す現象を数学的に解明することに成功した.更に,従来では難しかった過渡的EADの発生メカニズムについても,収束の遅い細胞外ナトリウムイオン濃度をパラメータ化して分岐解析を行うことにより以下がわかった:ナトリウム濃度が低い場合にはEADが発生し,濃度が時間と共に増加していきサドルノード分岐で表される臨界点を超えるとEADが消滅し正常脈へと遷移すること.異なる心室筋数理モデルにおいても,同様の現象を確認してモデル依存の現象ではないことを確認した.本年度は下記の2点に焦点を絞り,研究を行った.1.超並列計算手法の開発OpenCL(Open Computer Language)を用いてFPGA(書き換え可能なLSI)による数値解析を行った.具体的には,非線形システムの解析に必要とされる分岐図と引力圏図を計算するための専用ディジタル回路を開発した.両方の計算においてCPU単体で計算するよりは最大で約20倍の高速化が達成された.実数の表現に関して,単精度型と倍精度型で計算速度と正確性の比較を行い,単精度型で正確性は十分に確保されかつ高速で演算ができることを明らかにした.2.数理モデルの解析甲殻類の心臓数理モデルを用いて各種イオン電流のコンダクタンス値の増減が交互脈の発生にどのように寄与するかを調べた.結果として,小細胞の細胞体のカルシウム依存型カリウム電流のコンダクタンス値が減少することにより,小細胞の細胞体の膜電位のバースト発火持続時間が増加することがわかった.更に一時カルシウム電流のコンダクタンス値を変化させることで,ヤドカリを用いた動物実験における電位波形とほぼ同じ波形を得ることができた.上記は単細胞での解析結果であるが,心筋細胞を2個結合した系の解析も行った.2種類の周期倍分岐(対称性保存と対称性破壊)が発生し,対称性保存の分岐では一致性交互脈(concordant alternans)が,対称性破壊の分岐では不一致性交互脈(discordant alternans)が発生することを明らかにした.FPGA上でOpenCLを動かすシステムの構築に成功し,プログラムを実行できる環境を構築することができた.更に簡単な数理モデルを用いて,非線形システムの解析に必要とされる分岐図と引力圏図を計算するための専用ディジタル回路を開発した.結果としてCPUを用いた場合よりも高速かつ低消費電力でシミュレーションができることがわかった.心筋細胞数理モデルの解析においては,(1)甲殻類心臓モデルにおいてイオン電流のコンダクタンスを変化させることにより,動物実験で心臓が弱っていく過程の心筋細胞の膜電位波形を再現することができ,動物実験では不可能であるその原因を特定することができた,(2)心筋細胞モデルを2個結合した系において,一致性交互脈より危険度の高い不整脈である不一致性交互脈の発生メカニズムを分岐の観点から明らかにした.以上の理由により,本研究は順調に進展しているといえる.本年度は下記の2点に焦点を絞り,研究を行った.1.超並列計算手法の開発OpenCL(Open Computer Language)を用いてFPGA(書き換え可能なLSI)上に心室筋細胞数理モデルであるLuo-Rudyモデルのシミュレータを構築した.同モデルは8次元の常微分方程式で記述され,ゲート関数には多くの指数関数を含む複雑な数式で記述される.従来のOpenCLでの記述法では,FPGAボードの資源(乗算器,ロジックエレメント,DSP,メモリ等)の使用率が上限を超えてしまうために,それらを抑えるために,(1)ルックアップテーブルの使用,(2)計算コストの高い除算の専用回路化,(3)神経細胞数理モデルでよく使われる指数関数の計算のための専用回路化を行った.結果として,FPGAボード上にシミュレータを構築することができ,CPU単体で計算するよりは最大で約30倍の高速化および電力消費の97.1%の削減が達成された.2.数理モデルの解析甲殻類の心臓数理モデルを用いて各種イオン電流のコンダクタンス値の増減が交互脈の発生にどのように寄与するかをより詳しく調べた.結果として,カルシウム依存型カリウム電流のコンダクタンス値(大細胞と小細胞の細胞体)のみを減少させることにより,小細胞の軸索の膜電位のバースト発火持続時間が増加し,かつその期間に大細胞の軸索の膜電位が2度のバースト発火を起こす(小細胞1に対して大細胞が2回のバースト発火)現象を見出した.これは,矢澤による動物実験の結果を忠実に再現するもので,動物実験ではその発生メカニズムが分からなかったが,数理モデルを用いた実験によりキーとなるイオン電流を特定することが可能となった.心筋細胞数理モデルのシミュレータをFPGA上でOpenCLを用いて構築した.

OpenCLはC言語に似た言語であり,ハードウェア記述言語であるVHDL等を用いる場合より容易に実装が可能となる.結果としてCPUを用いた場合よりも高速かつ低消費電力でシミュレーションができることがわかった.心筋細胞数理モデルの解析においては,甲殻類心臓モデルにおいてカルシウム依存型カリウムイオン電流のコンダクタンスを変化させることにより,動物実験での心筋細胞の膜電位波形を再現することができ,動物実験では不可能であるその原因を特定することができた.以上の理由により,本研究は順調に進展しているといえる.本年度は下記の2点に焦点を絞り,研究を行った.1.自動能を生成する部位の心臓数理モデルの解析昨年度に発見した,「カルシウム依存型カリウムイオン電流のコンダクタンス値(大細胞と小細胞の細胞体)のみを減少させることにより,小細胞の軸索の膜電位のバースト発火持続時間が増加し,かつその期間に大細胞の軸索の膜電位が2度のバースト発火を起こす(小細胞1に対して大細胞が2回のバースト発火)現象」に対して詳細に検討した結果,動物実験との差異が見つかったので解析を再度行った.その結果,動物実験の結果を忠実に再現できるパラメータ(カルシウムイオン電流に関するコンダクタンス)を見出すことができた.更に,波形を再現しただけではなく,細胞外カルシウムイオン濃度を上昇させた場合の動物実験結果とも合致し,交互脈の発生要因を解明することができた.2.周期刺激を受ける部位の心臓数理モデルの解析心室筋細胞モデルに周期的な刺激を印加したシステムの解析を行った.L型カルシウムイオン電流コンダクタンス値の上昇により,早期後脱分極(EAD)が発生することが分かった.更に,定常的にEADが発生する前のL型カルシウムイオン電流コンダクタンス値において,EADが過渡状態として発生する現象を発見した.微分方程式の状態変数である細胞内ナトリウムイオン濃度の変化が,他の状態変数に対して非常に遅いことに着目しslow-fast解析を行った結果,ナトリウムイオン濃度が増加する場合はEADが発生し,減少する場合は発生しないことが分かった.自動能を生成する部位の心臓数理モデルの解析により,カルシウム依存型カリウムイオン電流と過渡的カルシウムイオン電流のコンダクタンス値を変化させることにより,動物実験での小細胞と大細胞の膜電位波形を忠実に再現することができ,動物実験では不可能であるその原因を特定することができた.周期刺激を受ける部位の心臓数理モデルの解析では,早期後脱分極が過渡状態として発生する現象を見出した.通常の解析方法では,過渡現象の解析は非常に困難で全く行われていない,ナトリウムイオン濃度の変化の遅さに着目をしたslow-fast解析を行うことにより,ナトリウムイオン濃度の上昇と下降により接線分岐が発生し,EADが観測されることを明らかにした.以上の理由により,本研究は順調に進展しているといえる.1.異種プラットフォームでの超並列計算FPGA,GPU, CPUを用いた非線形システム・シミュレータの開発を行った.各素子の使用状況を詳細に観察し,最適な並列処理を行うことにより,CPU単体で計算する場合よりも約30倍の高速化,および電力消費の97.1%の削減が達成された.2.心臓数理モデルの解析
応用統計的決定理論の新しい展開-多次元大偏差近似の多重選択問題への応用等

3年間の研究期間中、新たな展開があり、最初に予定した課題以外の報告にも研究を進めることとなった。その一つはShafer & Vovkの著書"It's onlya game-theory of probability and finance"で展開された理論を研究、訪日された両氏を招いて討論会を行って、更にそれを深めることであり、竹内はその理論の骨格を別にモノグラフで結合するとともに、新しい方向への拡張を行ってその成果をまとめた論文を準備中である。標題の多次元大偏差近似の理論については、竹内、赤平は若干の理論的成果と数値的結果を得たが、決定問題への具体的応用のための方式の開発にはいたらなかった。また研究班の参加者は全員「統計学のフロンティア」(岩波書店)のシリーズのいずれかの巻に寄稿し、それぞれ専門としている領域について、最近の成果を展望した。その他研究分担者はそれぞれからの専門とする研究テーマについて研究集会で報告し、また論文として発表した。全体としての研究は、必ずしも統一の取れたものとはならなかったが、それぞれの研究について相互の討論は有益であり、それぞれに有益な成果が得られた。主題のテーマについて竹内は多次元偏差近似large deviation approximationの方法を複数のベルヌーイ系列の中から最良のものを選ぶ問題に適用し、非逐次問題におけるミニマックス解について若干の成果を得た。また竹村・栗木は多次元正規分布のConeの上への射影として定義される統計量の分布についての研究を続けて、いくつかの場合について成果を得た。また駒木は最尤法ベイズ法による、予測の効率について研究し、いくつかの結果を得た。広津は実験計画における分散分析法のいろいろな方向への拡張についての研究を続けた。赤平・竹内は一様分布における逐次推測問題について論文を発表した。また竹内・赤平はこれまでの非正則な場合の推測問題に関する研究に基づき、「統計科学のフロンティア」シリーズ(岩波書店より刊行中)の中に論稿を発表した。竹村は同じシリーズの中に多変量解析について展開した。また4回研究集会を行い、研究成果を発表し、情報を交換した。また竹内は「賭けの数理」についてShafer & Vovkの本にもとづき、賭けのゲームの論理として確率論および金融工学の理論を再構築する方法を紹介するとともに、若干の知見を加えて雑誌への連載を開始した。今年度も5回の研究集会を催した。1.5月報告者:田中研太郎(東大数理情報D1)-混合一様分布における一致推定2.7月報告者:広津千尋(明星大学理工学部)1最大X二乗型統計量の交互作用解析への応用2.国際協調の中の日本の臨床試験4.1月報告者:林正人(科学技術振興機構今井量子計算機構プロジェクト)-「量子系の推測の一般的枠組と推定について」津田美幸(科学技術振興機構今井量子計算機構プロジェクト)-「量子仮説検定について」竹内が前年度から続けてきたSchafer-Vovkの確率論と金融工学の基項に関する新しい理論の研究の紹介は一応終り、今年度モノグラムとして出版する予定である。上記の5の研究集会はこれに関するものである。大偏差近似の具体的応用については、赤平・竹内はいくつかの数値的研究を行った。また2変量、更には多変量分布への応用についての研究を進めた。またそのための前提として、2変量正規分布における片側確率のa, bが大きいときの近似(Mill's Ratioの拡張)について考え、またその3変量以上への拡張を考察した。竹村、栗木、駒木は、非正則な場合の尤度比検定統計量の漸近分布について、研究を進めた。また外部の研究者を招いて、最近話題となっている量子推測理論について開き、それが統計的推測理論に対して持つ、意味を検討した。研究集会を4回開き、研究代表者および分担者がそれぞれ報告を行い、また外国からの研究者も招いて報告を聞き討論した。特にShafer-Vovk両氏から、両氏が最近展開している新しい確率論および金融工学の基礎づけの理論について報告を聞き、また当方からもそれにかかわる研究の成果について報告した。竹内はShafer-Vovkの理論を拡張して「有利な賭けゲーム」における最適戦略の一般理論の構築に着手し、基本的な結果を得たが、なおその完成に向けて研究を続けている。竹内-赤平は、表題にある多次元分布の大偏差近似について、若干の理論的展開を行った。

その成果を論文として発表すべく準備中である。竹村はShafer-Vovkの両民の訪日を機とし、上記に関連するいくつかのテーマについて研究し論文を準備中である。広津は実験計画法における離散データの解析について、いくつかの場合についてのその方法を提案した。栗木は方向性のある仮説の展開に関する理論の研究を進め、その応用例について考察した。駒木は複数のボアソン変量の同時予測について研究し論文にまとめた。なお、竹内,赤平,広津は、引き続き刊行された「統計学のフロンティア」シリーズにそれぞれの研究に関連するテーマについて執筆した。
マントル及び海洋地殻構成鉱物の高圧相平衡とマントル深部の化学的不均質

1.MgAl_2O_4-Mg_2SiO_4系、MgAl_2O_4-NaAISiO_4系及びKAlSi_3O_の高圧相平衡関係を調べ、カルシウムフェライト相、六方晶系相、ホランダイト相の安定領域を高圧実験、熱測定、ラマン分光に基づく格子振動モデルにより決定した。2.^<27>Al-NMR分光とX線Rietveld解析により、MgSiO_3-MgAlO_<2.5>系ペロブスカイト型固溶体では、Mg^<2+>+Si^<4+>=2Al^<3+>の置換と2Si^<4+>+O^<2->=2Al^<3+>+V^0の置換(V0は酸素欠陥)の両方が起こることを解明し、酸素欠陥の無秩序分布を明らかにした。3.CaMgSi_2O_6、CaSiO_3及びCaTiSiO_5-CaSi_2O_5系の詳細な高圧相関係を高圧実験によって決定し、さらに新たに開発した高温熱量測定法によりそれらを精密化した。Caと同族元素であるSrのケイ酸塩SrSiO_3の高圧相関係も決定し、SrSiO_3六方晶ペロブスカイト、BaGe_2O_5III型SrSi_2O_5高圧相の存在を明らかにした。4.種々のA^<2+>B^<4+>O_3型ペロブスカイト型高圧相の安定領域を高圧実験で決定し、同時に生成エンタルピーを測定した。その結果、生成エンタルピーとA^<2+>、B^<4+>のイオン半径間に明瞭な相関関係があることが明らかになり、未知のペロブスカイト高圧相の生成エンタルピーと生成圧力の予測が可能になった。5.Mg_2SiO_4変型スピネル、スピネル相の標準エントロピーを測定し、オリビン-変型スピネル-スピネル転移、ポストスピネル転移の相境界線を計算した。ポストスピネル転移は深さ660kmの圧力下で1900K程度の温度で起こることが示され、660km不連続面がポストスピネル転移に対応するという説の正当性が確認された。6.CalrO_3のポストペロブスカイト転移の高圧相平衡関係を高圧実験、熱測定実験で決定し、相境界線がMgSiO_3と同様に強い正の勾配を持つことを確立した。平成15年度には以下の研究を行い、下に示す成果を得た。1.レーザーラマン分光装置(日本分光(株)製)を購入し、微小鉱物のラマンスペクトルを取って分解能等を検討し、準備実験を完了した。2.カルシウムフェライト型CaAl_2O_4を高温高圧下で合成し、そのラマンスペクトルを取り解析した。このラマンスペクトルを用いて、格子振動モデルに基づき、熱容量とエントロピーを計算した。また当研究室の高温熱量計を用いて、カルシウムフェライト型CaAl_2O_4のエンタルピー測定を行った。

これらのエントロピーとエンタルピーの結果を用いて相平衡関係を熱力学的に計算し、高温高圧実験によって決められた高圧相平衡関係と比較検討した。3.複数の異なる組成を持つMgSiO_3-MgAlO_<2.5>系ペロブスカイト固溶体を超高圧高温下で合成し、ラマンスペクトルを取って解析した。これらのペロブスカイト相は、組成分析から酸素欠陥を持つと推定された。これについてより確定的な実験的証拠を得るために、Al-NMRの測定を行った(海外共同研究者のJ.F.Stebbins教授との共同研究)。その結果、Alに三種類の配位があることが明らかになり、ペロブスカイト相中の酸素欠陥の存在が明確になった。また、この固溶体の組成と原子置換の様式との関係が調べられた。4.焼結ダイヤモンドアンビルを加圧するため、高圧セルの開発などの準備実験を行った。5.当研究室の高温熱量計による熱測定で従来から用いていたdifferential drop-solution法のほかに、新しい測定法としてbubling法とdrop-solution法を同時に行う測定法を開発した。この方法によって、従来は熱測定が困難であったチタン含有相や炭酸塩、水酸化物の精密な熱測定が可能になった。そこで、高圧高温下でtitanite型CaTiSiO_5-CaSi_2O_5固溶体を合成し、このbubling+drop-solution法を用いて熱測定を行った。その結果、このtitanite型固溶体は理想固溶体とみなせることが明らかになり、またこの熱測定データから計算されたCaTiSiO_5-CaSi_2O_5系の高圧相平衡関係が高温高圧実験による結果とよく一致することが示された。平成16年度には次の研究成果を得た。1.超高圧装置ガイドブロックを設計し日立金属(株)に製作を依頼した。また油圧制御用の自動圧抜バルブユニットの製作を泉陽(株)に依頼した。これらを当研究室の超高圧発生装置に組み込み、圧力約28GPaまで、温度1600°Cまでの超高圧高温発生実験を行った。2.マントルに沈み込む海洋地殻におけるカルシウムの挙動を明らかにするために、CaMgSi_20_6とCaSiO_3の詳細な高圧相関係を調べた。1600°Cでは、CaMgSi_2O_6は23GPaでMgSiO3ペロブスカイトとCaSiO3ペロブスカイトに分解し、CaSiO_3ペロブスカイトは14GPa以上で安定になることが示された。さらにCaSiO_3の高圧分解相の一つであるCaSi_2O_5 titaniteの安定領域を決定した。また昨年度に得たtitaniteの熱力学データを使って、熱力学計算によってこれらの相関係を検討した。3.カルシウムと同じアルカリ土類元素であるストロンチウムのケイ酸塩SrSiO_3の高圧相関係を調べた。約20GPa以上で六方晶ペロブスカイト相が安定であることを高圧X線回折実験で明らかにした。また15-20GPaで出現する新しいSrSi_2O_5相の構造解析を行い、BaGe_2O_5高圧相の一つ(lll相)の構造と同一であることを解明した。4.マントル中のカリウム、ナトリウムのホスト相を調べるために、KAlSi_3O_8ホランダイトの相関係と熱力学的性質を調べた。転移エンタルピーから計算されたKAISi_30_8の相平衡関係は高圧実験の結果とほぼ一致した。さらにKAISi_3O_8-NaAlSi_3O_8系の相平衡を25GPaまでの圧力下で異なる温度で調べ、KAlSi_3O_8ホランダイトへのNaAlSi308成分の固溶度が温度によって大きく変化しないことを示した。この結果、NaAlSi_3O_8ホランダイトがマントル深部に存在する可能性が極めて低いことが明らかになった。5.下部マントルの深さでは、沈み込む海洋地殻中にカルシウムフェライト類似構造の六方晶系相が安定に存在することが研究代表者らの以前の研究によって示された。
アブラナ科自家不和合性における自己認識分子の認識特異性決定部位の特定

アブラナ科植物の自家不和合性において、class I Sハプロタイプでは非常に相同性が高いBrassica oleraceaとBrassica rapaの種間ペア5組と、BrassicaとRaphanusの属間ペアが同じ認識特異性を持っていることを示した。これまで報告されていたB.rapaのclass II Sハプロタイプは7個であったが、シークエンス解析から実際は4個であることを示した。class II SハプロタイプはB.oleraceaのS-2(BoS-2)とB.rapa S-44(BrS-44),BoS-5とBrS-40,BoS-15とBrS-60の3組が相同性の高いSP11とSRKを持つため種間ペアであるとした。これら種間ペアの認識特異性を種間雑種BoS-2/BrS-52,BoS-5/BrS-52,BoS-15/BrS-52を作成し、それぞれの種間雑種にclass II Sハプロタイプの花粉を交配して解析したところ、BoS-2とBrS-44は異なる認識特異性を、BoS-5とBrS-40は少し異なる認識特異性を持っていることが示された。BoS-15/BrS-52の柱頭では、BrS-60の花粉は完全な不和合性を示したが、BoS-15の花粉は弱い不和合性を示した。しかし、BrS-60/BoS-18の柱頭ではBrS-60とBoS-15の花粉はどちらも完全な不和合性を示したことから、BoS-15の花粉リガンドSP11と柱頭レセプターSRKの相互作用が弱い可能性が考えられた。これらの解析よりclass I Sハプロタイプと異なり、class II Sハプロタイプでは種分化後も新しい認識特異性を獲得したことが示唆された。また、class IIでもSP11のregion Vが認識特異性決定に重要である可能性が考えられた。
半導体レーザによる直交2周波光源を用いたハイブリット型3次元形状計測法

精密加工で要求されるミクロンオーダの大きな段差を持つ3次元表面形状や長い測定レンジの変位を非接触高精度計測法の確立を試みた.ここでは半導体レーザを用いた直交2周波光源によってハイブリット型3次元形状計測法を提案した.これはナノメートルオーダの計測を可能とする光ヘテロダイン干渉計と従来困難であった段差のような干渉縞の1しま(波長オーダ)を越える計測,つまりミクロンオーダの計測を可能とするインコヒーレント干渉計の2つの機能を同時にもつ.本研究はまず,直交2周波光源を開発した.半導体レーザを鋸歯状に電流変調することによって出射光を周波数変調する.2つの偏光ビームスプリッタとプリズムにより2光波に分けることにより,これらに光路差を与えたのち,出射面で再び重ね合せて直交偏光とする.直交偏光は光路長の違いによって差周波数はつねに一定となるので,光ヘテロダイン検出に有効な光源となっている.電流変調ともなう光出力変調はスーパールミネッセントダイオードを補助光源として光強度補正を施した.さらに,温度制御を行い半導体レーザの周波数安定度を高めることで位相の高精度検出を可能とした.以上の光源を開発したうえで,新たに光ヘテロダイン干渉計とインコヒーレント干渉計の2つの機能を持つハイブリッド型干渉計を開発した.今回,基礎実験として基本構成はマイケルソン型とした.ハイブリット法で検出される光ヘテロダイン検出からの位相値とインコヒーレント検出からのしま次数との対応付けを理論的に示したのち,実際に,ハイブリット型干渉計によって数十μの段差をナノメートルオーダで計測が可能となった.精密加工で要求されるミクロンオーダの大きな段差を持つ3次元表面形状や長い測定レンジの変位を非接触高精度計測法の確立を試みた.ここでは半導体レーザを用いた直交2周波光源によってハイブリット型3次元形状計測法を提案した.これはナノメートルオーダの計測を可能とする光ヘテロダイン干渉計と従来困難であった段差のような干渉縞の1しま(波長オーダ)を越える計測,つまりミクロンオーダの計測を可能とするインコヒーレント干渉計の2つの機能を同時にもつ.本研究はまず,直交2周波光源を開発した.半導体レーザを鋸歯状に電流変調することによって出射光を周波数変調する.2つの偏光ビームスプリッタとプリズムにより2光波に分けることにより,これらに光路差を与えたのち,出射面で再び重ね合せて直交偏光とする.直交偏光は光路長の違いによって差周波数はつねに一定となるので,光ヘテロダイン検出に有効な光源となっている.電流変調ともなう光出力変調はスーパールミネッセントダイオードを補助光源として光強度補正を施した.さらに,温度制御を行い半導体レーザの周波数安定度を高めることで位相の高精度検出を可能とした.以上の光源を開発したうえで,新たに光ヘテロダイン干渉計とインコヒーレント干渉計の2つの機能を持つハイブリッド型干渉計を開発した.今回,基礎実験として基本構成はマイケルソン型とした.ハイブリット法で検出される光ヘテロダイン検出からの位相値とインコヒーレント検出からのしま次数との対応付けを理論的に示したのち,実際に,ハイブリット型干渉計によって数十μの段差をナノメートルオーダで計測が可能となった.
インフレーション宇宙における基礎物理過程と非一様時空のダイナミクス

1.相転移における新しいモノポールの形成過程インフレーション宇宙における泡形成について,これまでは最も単純な1成分スカラー場が仮定されて解析されてきたが,統一理論においては多成分スカラー場が自然に導入される.そこで,その1つとしてO(3)スカラー場を仮定し,泡の形成と進化を解析した.その結果,高温極限におけるユークリッド解としてモノポール構造を持つ新しい解が存在し,その泡は膨張しながら中心には安定なグローバルモノポールが残ることが示された。2.非線形揺らぎによる宇宙背景輻射の非等方性Extended Inflationなど1次相転移を伴うインフレーションモデルは,宇宙背景輻射の観測からモデルに制限が与えられるが,従来の論文では,泡の大きさ分布のみを評価した大雑把な議論が行われているだけで,正確な解析はなされていない.そこで我々は,原始泡の名残と考えられる泡状の非線形揺らぎ(ボイド)を光が通過することによって生成される温度揺らぎを求め,観測データと比較することを試みた.ボイドによる宇宙背景輻射非等方性の解析は,これまでにも多くの研究者によってもなされてきたが,それらは全て光子1個のエネルギー変化(赤方偏移)だけを計算していた。今回,重力レンズ効果による光子数の揺らぎも評価したところ,典型的な10Mpc程度ののボイドでは,重力レンズ効果が赤方偏移効果よりも2桁以上大きくなることが明らかになった。今後,多数のボイドについての統計的解析を行うことによって,インフレーションモデルに制限をつける計画である。本研究は,上記のようにインフレーションモデルに制限をつける目的で開始したわけが,非線形揺らぎの宇宙背景輻射に与える効果が10Mpc程度でも無視できないという重要な結果が得られたため,宇宙パラメーターや構造形成モデルについても,今後大きな示唆が得られることが期待される。
異言語環境における音声生成音響論の研究

声道内部の形状が変化した場合,種々の言語の母音および子音の音響的特性にどのような影響を与えるかを研究するため,今年度は幾つかの音響実験による解析と数値シミュレーションによる解析を行い,この二つの解析の比較によって考察を行った。まず,3次元声道形状を模擬する音響管を音圧駆動した場合の有限要素法(FEM)解析を行った。音響管の境界条件として,壁インピーダンスを人間の声道壁インピーダンスを模擬する値に設定し,また唇放射空間を球面波モデルで設定した。音響管の断面は,円形と楕円形状の二種について実験した。その結果,音響管の楕円断面が潰れていくほどフェルマント帯域幅が増加し,壁インピーダンスの変化を与えると,その影響は高次フォルマント程大きく影響される事が明らかとなった。同一断面内での音圧分布は,円形断面では殆ど変化していない事が得られた。口唇付近での音圧放射パターンは,横長の楕円開口形状にもかかわらず,垂直偏波として放射されている事が明らかとなった。また,矩形の音響管の数値解析から,4kh以上では高次モードの伝搬現象か見られ,音響実験の結果と比較して良い一致が見られた。上記の実験に基づき声道3次元形状を模擬した簡単な形状に対応する声道伝達関数を求めた。口唇での放射インピーダンスは,口唇部分の開口形状に依存し,また声道伝達関数に影響を与えている重要なパラメータである。本研究では,フランス語の母音および摩擦子音の発声状態から求めた形状レプリカを石膏模型で造り,これを用いて放射インピーダンスを計測した。その結果により,物理形状の開口断面積と等価音響面積との関係を,一次の実験式で近似する場合の係数を求めた。この係数は,同様のカテゴリに属する日本語母音と日本語子音に対する係数に比べて,等価断面積を小さく近似する傾向が求められた。フランス語では,唇の突き出しなど日本語と異なる口唇形状を用いて調音する場合があるので,その影響を調べるため,二つのビデオカメラによる前方と側面からの計測により口唇部分の3次元形状を測定した。測定形状はビデオミキサ-を通し合成して録画し,録画画像の再生データを計算機に取り込み,動画像で処理して,開口形状のパラメータを求めた。3次元の開口形状は,8個のパラメータで記述可能なことと,各形状パラメータ間の相関値を明らかにした。母音の声道伝達関数を声帯の外部からの機械的直接駆動と音響測定から求める方法により,種々の発声状態での伝達関数を求める事を試みた。無響室内で被験者の声道伝達関数を推定するため,まず計算機内で疑似白色ノイズを生成し、この信号で機械駆動装置を駆動した。駆動された声帯により,口唇部分から音響信号が放射されるが,この信号をコンデンサーマイクで測定し,駆動信号との相関関数を計算することにより,声道伝達関数を推定した。日本語5母音の声道伝達関数を測定により求め,検討した。この測定により,ピッチの高低により高次のフォルマントの推移があること,声帯の緊張状態とリラックス状態では伝達関数が異なることを明らかにした。従来,単母音の発音では,声道伝達関数は定常で変化しないものと考えられて来た。しかし,測定の結果では,ピッチが変化するとフォルマントが変化する事が明らかであり,日本語の様にピッチでアクセントをコントロールする場合には,同一母音でも声道伝達関数がピッチ周波数の変動に応じて変化していると予想できる。また,同様な検定を分析法を変えて試みた。すなわち,優れた短区間分析法(フェイエールマッピング)を開発し,これにより声門閉鎖区間内の母音音声波形から精度よくフォルマントを抽出可能にし,伝達関数が調音状態により変化する事を確かめた。日本人,フランス人,英国人,およびスウェーデン人の被験者のピッチ周波数の変動する母音の音声波形から,開発した短区間分析法を用いて,声道伝達特性を推定した。その結果,ピッチの変動に同期したフォルマントの変動が明らかに生じている事が観測された。声帯音源パラメータの変化による声質の変化を調べるため,スウェーデン語の子音母音連鎖の合成音を声道モデルに基づいたシミュレータを用いて合成し,声質の変化を評価した。声帯の形状と声帯を緊張させるパラメータが,スウェーデン語の声質を変化させるのに重要な役割を果たしていることを示した。本シミュレータを用いて,女性の声質を示す呼気音を含む合成音声を生成する実験を行った。

また,矩形の音響管の数値解析から,4kh以上では高次モードの伝搬現象か見られ,音響実験の結果と比較して良い一致が見られた。上記の実験に基づき声道3次元形状を模擬した簡単な形状に対応する声道伝達関数を求めた。口唇での放射インピーダンスは,口唇部分の開口形状に依存し,また声道伝達関数に影響を与えている重要なパラメータである。本研究では,フランス語の母音および摩擦子音の発声状態から求めた形状レプリカを石膏模型で造り,これを用いて放射インピーダンスを計測した。その結果により,物理形状の開口断面積と等価音響面積との関係を,一次の実験式で近似する場合の係数を求めた。この係数は,同様のカテゴリに属する日本語母音と日本語子音に対する係数に比べて,等価断面積を小さく近似する傾向が求められた。フランス語では,唇の突き出しなど日本語と異なる口唇形状を用いて調音する場合があるので,その影響を調べるため,二つのビデオカメラによる前方と側面からの計測により口唇部分の3次元形状を測定した。測定形状はビデオミキサ-を通し合成して録画し,録画画像の再生データを計算機に取り込み,動画像で処理して,開口形状のパラメータを求めた。3次元の開口形状は,8個のパラメータで記述可能なことと,各形状パラメータ間の相関値を明らかにした。母音の声道伝達関数を声帯の外部からの機械的直接駆動と音響測定から求める方法により,種々の発声状態での伝達関数を求める事を試みた。無響室内で被験者の声道伝達関数を推定するため,まず計算機内で疑似白色ノイズを生成し、この信号で機械駆動装置を駆動した。駆動された声帯により,口唇部分から音響信号が放射されるが,この信号をコンデンサーマイクで測定し,駆動信号との相関関数を計算することにより,声道伝達関数を推定した。日本語5母音の声道伝達関数を測定により求め,検討した。この測定により,ピッチの高低により高次のフォルマントの推移があること,声帯の緊張状態とリラックス状態では伝達関数が異なることを明らかにした。従来,単母音の発音では,声道伝達関数は定常で変化しないものと考えられて来た。しかし,測定の結果では,ピッチが変化するとフォルマントが変化する事が明らかであり,日本語の様にピッチでアクセントをコントロールする場合には,同一母音でも声道伝達関数がピッチ周波数の変動に応じて変化していると予想できる。また,同様な検定を分析法を変えて試みた。すなわち,優れた短区間分析法(フェイエールマッピング)を開発し,これにより声門閉鎖区間内の母音音声波形から精度よくフォルマントを抽出可能にし,伝達関数が調音状態により変化する事を確かめた。日本人,フランス人,英国人,およびスウェーデン人の被験者のピッチ周波数の変動する母音の音声波形から,開発した短区間分析法を用いて,声道伝達特性を推定した。その結果,ピッチの変動に同期したフォルマントの変動が明らかに生じている事が観測された。声帯音源パラメータの変化による声質の変化を調べるため,スウェーデン語の子音母音連鎖の合成音を声道モデルに基づいたシミュレータを用いて合成し,声質の変化を評価した。声帯の形状と声帯を緊張させるパラメータが,スウェーデン語の声質を変化させるのに重要な役割を果たしていることを示した。
二酸化炭素を用いる触媒的カルボキシル化反応の開発

触媒的に発生させたシリル銅の炭素-炭素多重結合に対する付加を利用し、アルキン及びアレンのシラカルボキシル化反応を開発した。アルキンを基質とした場合にはシラカルボキシル化に続いてケイ素-炭素結合の切断を伴う環化が進行し、不飽和五員環シララクトンが得られた。反応は高い位置及び立体選択性で進行し、1気圧の二酸化炭素雰囲気下で種々の内部アルキンを効率良く変換することができた。二酸化炭素と有機分子との炭素-炭素結合生成反応は、最も直接的なカルボン酸の合成法である。カルボキシル基と共にケイ素などのヘテロ原子を導入する触媒反応は、迅速な官能基化や骨格構築を可能にする強力なカルボン酸合成法として、その開発が強く望まれる。今回我々は、触媒的に発生させたシリル銅の炭素-炭素多重結合に対する付加を利用し、アルキン及びアレンのシラカルボキシル化反応を開発した。一方、アレンを基質とした場合には環化せず、反応は末端の二重結合部分で選択的に進行し、アリルシラン構造を有する多置換-不飽和カルボン酸を与えた。これらの反応の生成物はそれぞれ、多様な分子変換が可能なビニルシラン及びアリルシラン構造を有するため、非常に有用と考えられる。例えばシララクトンが有するビニルシラン部位は檜山カップリングにより変換でき、対応する多置換-不飽和カルボン酸を高収率で与えた。本年度は,銅触媒による二酸化炭素の固定化反応を検討した。基質としては,内部および末端アルキンをヒドロシラン共存下において用い,最も効率よく二酸化炭素がカルボン酸誘導体としてアルキンに固定化される反応条件を検討した。本反応においては,遠隔位まで立体効果を行使できる半球型リン配位子により,Cu-ヒドリド活性種は低会合体を保持できると考えられる。そのような高活性のCu-ヒドリド活性種にアルキンが挿入し,Cu-ビニル種が生成する。このCu-ビニル種は銅上の半球型配位子により,さらに低会合体(おそらく単量体)となると考えられる。さらに,この高度に不飽和で反応性の高いCu-ビニル種に二酸化炭素が挿入してCu-カルボキシラート種が生成すると考えられる。このような狙いの元,銅触媒により,アルキンとヒドロシランとの反応において二酸化炭素を固定化し,α,β-不飽和カルボン酸誘導体を合成する反応を検討する過程において,半球型リン配位子を含む様々な配位子を検討した。その結果,非常に強い電子供与能をもつ含窒素複素環カルベン(NHC)配位子をもつフッ化銅錯体を触媒として用いたとき,意図した反応が効率良く進行することを見出した。この反応は様々な内部アルキンに適用可能であり,対応するα,β-不飽和カルボン酸誘導体が良好な収率で得られることが分かった。今年度は,交付申請書の目的に記載した,銅触媒によるアルキンとヒドロシランとの反応における二酸化炭素を固定化を達成し,二酸化炭素とアルキンからα,β-不飽和カルボン酸誘導体を合成する反応の開発に成功した。この成果が得られたことから,本研究は概ね順調に進行していると言える。研究実績に示したように,銅触媒と取り扱いの容易なヒドロシランを用いて,二酸化炭素を固定化する反応を見出すことが出来たこの反応における反応機構を明らかにするために,化学量論量の銅錯体と二酸化炭素との反応を検討する。また,基質としてアルキンだけではなく,他の不飽和基質へ反応を拡大する。具体的には,1,2-ジエン,1,3-ジエン,エンイン化合物等を用いる。これまで,ヒドロシランを用いるこれら基質と二酸化炭素の固定化反応の報告例はなく,反応を達成すれば極めて有用な二酸化炭素固定化技術の確立となり,関連多方面への波及効果は計り知れない。次年度において,研究費は主に実験に使用する試薬ならびにガラス器具の購入に用いる。試薬は触媒反応基質や配位子合成のための原料,また触媒前駆体に用いる金属化合物などを含んでいる。また,ガラス器具として,各種容量のシュレンクフラスコ,滴下ロートなどの反応に必要な器具類,および触媒反応生成物の分離のためのカラムクロマトグラフ用ガラスカラム(静水圧および中圧用),蒸留装置用ガラス器具(ショートパス蒸留装置,キューゲルロール蒸留用ガラス器具などを購入する。また,得られた研究成果を発表する学会やシンポジウムに参加するための旅費として充てる。
高血圧病態での血管平滑筋細胞と内皮細胞におけるカリウムチャネル変化のメカニズム

高血圧モデルラットであるSHRやSHR-SPの大動脈内皮細胞では、電位依存性K電流が減少している。我々は、この減少は、チャネルタンパク、とくにKv1.5の減少が関連することを報告している。高血圧ラットを、ACE阻害薬やアンジオテンシンII受容体拮抗薬で降圧治療することで、この変化は改善したため、レニン・アンジオテンシン系や圧負荷がこの変化に関連することが考えられた。血管平滑筋(腸間膜動脈)でも、電位依存性K電流は減少していた。これは主にKv2.1タンパクの減少が関与していたが、Kv1.2、Kv1.5のタンパク発現やmRNA発現には差を認めなかった。一方、活性酸素はKv電流を減少させることが報告されている。我々は、細胞外液にキサンチンとキサンチンオキシダーゼを投与することで活性酸素を産生させKv電流の変化を観察した。細胞外より活性酸素を投与した際には、Kv電流の減少は軽度であった。一方、細胞内にNADHとNADPHを投与し、細胞内に活性酸素を産生させた際には明らかにKv電流は減少した。細胞内へのNADP+NADPH投与の際の活性酸素の産生量をH2DCFDAによりSHRおよびWKYで比較すると、SHRにおいて産生量が多かった。また、SHRとWKYの腸間膜動脈平滑筋でのNADPHオキシダーゼmRNA発現はSHRで亢進していた(NOX4、NOX1、p22)。以上の結果より、高血圧ラットの血管平滑筋細胞におけるKv電流の減少は、チャネルタンパクの減少のみならず内因性の活性酸素の産生による修飾によると考えられた。とくに後者には、NADPHオキシダーゼの発現増加が関与することがわかった。高血圧において血管平滑筋と血管内皮細胞のカリウムチャネル電流は減少している。このメカニズムに対して我々は1)チャネル数が減少している、2)チャネル活性が減少している、という二つのメカニズムを想定し、各々に対し、何がその変化を起こしているかを検討している。高血圧自然発症ラットにおいて、血管平滑筋においては、チャネル数および活性の両者が減少していることが明らかとなった。とくに電位依存性カリウムチャネルのサブユニットのKv2.1のmRNA発現の現象が認められた。この変化は、アンジオテンシンII受容体拮抗薬による降圧治療により一部改善したが、血管拡張薬と利尿薬の併用では改善しなかった。よってこの変化は、レニンアンジオテンシン系が関与することが考えられた。現在、レニンアンジオテンシン系がどのようにかかわるかか、また、この血管で産生が増えている活性酸素がどのように関与するかを検討中である。現在論文作成中である。また、高血圧自然発症ラットの腸間膜動脈では活性酸素産生酵素であるNAD(P)H oxidaseのmRNAが増加し、活性酸素産生が増加していた。また、平滑筋細胞のカリウム電流は、活性酸素が増加した状態では減少することを見出した。

このことより、高血圧ラットのカリウム電流の減少の一部は活性酸素を介することがわかった。高血圧モデルラットであるSHRやSHR-SPの大動脈内皮細胞では、電位依存性K電流が減少している。我々は、この減少は、チャネルタンパク、とくにKv1.5の減少が関連することを報告している。高血圧ラットを、ACE阻害薬やアンジオテンシンII受容体拮抗薬で降圧治療することで、この変化は改善したため、レニン・アンジオテンシン系や圧負荷がこの変化に関連することが考えられた。血管平滑筋(腸間膜動脈)でも、電位依存性K電流は減少していた。これは主にKv2.1のmRNAとタンパクの減少が関与していたが、Kv1.2、Kv1.5のタンパク発現やmRNA発現には差を認めなかった。一方、活性酸素はKv電流を減少させることが報告されている。我々は、細胞外液にキサンチンとキサンチンオキシダーゼを投与することで活性酸素を産生させKv電流の変化を観察した。細胞外より活性酸素を投与した際には、Kv電流の減少は軽度であった。一方、細胞内にNADHとNADPHを投与し、細胞内に活性酸素を産生させた際には明らかにKv電流は減少した。細胞内へのNADP+NADPH投与の際の活性酸素の産生量をH2DCFDAによりSHRおよびWKYで比較すると、SHRにおいて産生量が多かった。また、SHRとWKYの腸間膜動脈平滑筋でのNADPHオキシダーゼmRNA発現はSHRで亢進していた(NOX4、NOX1、p22)。以上の結果より、高血圧ラットの血管平滑筋細胞におけるKv電流の減少は、チャネルタンパクの減少のみならず内因性の活性酸素の産生による修飾によると考えられた。とくに後者には、NADPHオキシダーゼの発現増加が関与することがわかった。
角化細胞が3次元の組織構造を形成する分子機序の研究

細胞が組織を形成する機序を解明することは実験病理形態学の最も重要な研究課題のひとつである。本研究は、ヒト角化細胞株HaCaTを空気と培養液の界面で培養し表面を空気に曝す(3次元培養法)と重層扁平上皮構造を形成することに関与するシグナル経路を明らかにすることを目的としている。転写因子AP1は、がん遺伝子として発見されたことなどから細胞増殖に関与することが示唆されているが、この活性に優勢抑制活性を示すc-JunやJunBのN末端欠失変異体を発現させたHaCaT細胞を作製したところ、AP1活性が抑制された。この細胞は、通常の培養条件でも3次元培養条件でも元の細胞と増殖に差がみられなかった。しかし、この細胞は、3次元培養を行っても多層化ができなくなっていた。そこで、HaCaT細胞を3次元培養した際に、発現レベルが変化する遺伝子をDNAチップを用いて網羅的に検索した。また、これらの中から、AP1活性を抑制した細胞では、3次元培養を行っても変化が起こらない遺伝子をRT-PCR法を用いて同定した。同定された遺伝子の中には、接着分子、酸化還元酵素、脂肪酸結合タンパク質などがあり、これらの中に、空気への暴露による角化細胞の重層構造形成に関与する遺伝子があることが期待される。また、ヒト角化細胞株HaCaTに発現しているAP1の構成分子であるc-Jun, JunBあるいはFra-2などをsiRNA法でノックダウンした細胞を樹立し、どのAP1分子が角化細胞の多層化に関与しているかの同定を進めていいる。さらに、空気への暴露が角化細胞の重層化を誘導する経路に関与する分子の候補となるASK-1の優勢抑制変異体を発現させたHaCaT細胞を作製するなど、AP1の上流のシグナル経路を決める計画も進めているが、これまでのところ上流の分子は同定できていない。
四国・九州太平洋沿岸域における津波イベントの高精度解析

私たちは、これまで過去の南海地震の活動履歴を明らかにすることを目的として、西南日本南海トラフ沿岸域で津波堆積物の研究を行ってきた。特に高知県須崎市のただす池では、1300年前から4500年前までの過去3200年間に約14回の津波および地盤沈降によって示される地震イベントを確認している。また九州東部の大分県佐伯市米水津龍神池では、過去3500年間に8回の顕著な津波イベントを確認することができた。これらの研究から、南海地震には規模の大きなものと小さなものが存在し、巨大型の南海地震は350年程度に1回発生していることが明らかになってきた。本研究の目的は四国・九州太平洋沿岸域の堆積物中に記録された過去の南海地震の痕跡を明らかにし、ただす池や龍神池で得られた結果と対比・検討することにより、より精度の高い南海地震の活動履歴を明らかにすることにある。本研究ではまず九州の龍神池において試料を採取し補足的な年代測定を行った。その結果、龍神池での津波イベントはただす池のイベントの発生時期とほぼ一致していることを確かめることができた。また、高知県土佐市蟹ヶ池における調査では過去2000年間に少なくとも3回の津波記録を確認することができた。まだ空間的にも深度的にも調査は十分とはいえないが、ただす池で確認することの出来なかった過去1000年間の記録が得られたことは大きな成果である。津波堆積物の研究では、何よりも精度のよい年代測定を数多く行うことが必要であり、本研究の経費のほとんどは炭素14年代測定のために使用した。私たちは、これまで過去の南海地震の活動履歴を明らかにすることを目的として、西南日本太平洋沿岸域で津波堆積物の研究を行ってきた。平成18年度については高知県土佐市蟹ヶ他にて津波堆積物の調査を行った。バイブロコアリングによって2m程度の試料を4本採取し対比するとともに17試料について年代測定を行った。その結果、ここでは過去2000年間に少なくとも3回の津波記録を確認することができた。まだ空間的にも深度的にも調査は十分とはいえないが、ただす池で確認することの出来なかった過去1000年間の記録が得られたことは大きな成果であるといえる。また、九州の龍神他においても調査を進め、ここでも3本のコア試料の17試料について年代測定を行った。

特に高知県須崎市のただす池では、1300年前から4500年前までの過去3200年間に約14回の津波および地盤沈降によって示される地震イベントを確認しており、九州東部の大分県佐伯市米水津龍神池では、過去3500年間に8回の顕著な津波イベントを確認することができた。これらの研究から、南海地震には規模の大きなものと小さなものが存在し、巨大型の南海地震は350年程度に1回発生していることが明らかになってきた。本研究の目的は四国・九州太平洋沿岸域の堆積物中に記録された過去の南海地震の痕跡を探査し、より精度の高い南海地震の活動履歴を明らかにすることにある。平成19年度については、昨年度の調査により過去2000年間に少なくとも3回の津波記録を残していることが明らかになった高知県土佐市蟹ヶ池にて追加調査を行った。バイブロコアリングによってコア試料を採取し、昨年度の試料と対比し、5試料について年代測定を行った。その結果、特に最新の津波イベントは宝永地震に対比できる可能性が高いことが分かった。まだ空間的にも深度的にも調査は十分とはいえないが、この蟹が池は龍神池、ただす池に続いて過去の南海地震の再来周期を検討することが可能な3つ目の地点になることが明らかになった。特に、蟹が池はただす池で残されていなかった最近千年間の記録を保持しており、歴史記録との対比が期待できることから、その価値は高い。津波堆積物の研究では、何よりも精度のよい年代測定を数多く行うことが必要であり、本研究の経費の多くは放射性炭素年代測定のために使用した。
弾性表面波による巨視的および微視的応力の定量的評価

超音波スペクトラム顕微鏡を用いて,材料の局所領域における応力-音速の相関関係を調べるとともに,巨視的応力と微視的応力が音速に与える影響の相違を明らかにすることを目的とした系統的実験を行った.得られた結果は次のとおりである.(1)表面波速度に及ぼす試料特性の影響真の応力-音速関係を調べるには,音速に影響を及ぼす試験片特有の因子を把握する必要がある.そこで,表面波速度に影響を及ぼすと考えられる代表的因子,すなわち試験片表面性状,結晶粒径,試験片の設置状態および環境温度について,それらの影響を音速の周波数依存性評価を交えて定量的に調べた.その結果,音速の測定精度(±2m/s)の範囲内でそれらの影響をなくす条件を明らかにすることができた.(2)表面残留応力と音速の関係試験片表面の加工層に存在する残留応力が表面波速度に及ぼす影響を調べた結果,約400MPaもの圧縮残留応力が存在しても,その影響はほとんど無視できることがわかった.この理由は,加工層内の残留応力が深さとともに急激に減少していることに加え,表面波の有効伝搬深さが加工層に比べて数倍以上大きいことによる.また,この結果は音弾性理論によっても検証できた.(3)応力付加装置の製作任意の応力状態での表面波速度測定を可能にするための応力負荷治具を製作した.金属,セラミックスおよび粒子分散複合材を試験片とした実験を行ったところ,応力-音速の相関関係には明らかな相違,すなわち材料による正と負の相関が観察された.この原因は,相応力などの微視的応力状態の相違によるものと考えられた.超音波スペクトラム顕微鏡を用いて,材料の局所領域における応力-音速の相関関係を調べるとともに,巨視的応力と微視的応力が音速に与える影響の相違を明らかにすることを目的とした系統的実験を行った.得られた結果は次のとおりである.(1)表面波速度に及ぼす試料特性の影響真の応力-音速関係を調べるには,音速に影響を及ぼす試験片特有の因子を把握する必要がある.そこで,表面波速度に影響を及ぼすと考えられる代表的因子,すなわち試験片表面性状,結晶粒径,試験片の設置状態および環境温度について,それらの影響を音速の周波数依存性評価を交えて定量的に調べた.その結果,音速の測定精度(±2m/s)の範囲内でそれらの影響をなくす条件を明らかにすることができた.(2)表面残留応力と音速の関係試験片表面の加工層に存在する残留応力が表面波速度に及ぼす影響を調べた結果,約400MPaもの圧縮残留応力が存在しても,その影響はほとんど無視できることがわかった.この理由は,加工層内の残留応力が深さとともに急激に減少していることに加え,表面波の有効伝搬深さが加工層に比べて数倍以上大きいことによる.また,この結果は音弾性理論によっても検証できた.(3)応力付加装置の製作任意の応力状態での表面波速度測定を可能にするための応力負荷治具を製作した.金属,セラミックスおよび粒子分散複合材を試験片とした実験を行ったところ,応力-音速の相関関係には明らかな相違,すなわち材料による正と負の相関が観察された.この原因は,相応力などの微視的応力状態の相違によるものと考えられた.