hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物含有エストロゲン作用物質の生殖機能発達への影響

本研究では植物エストロゲン(クメステロール、ゲニステイン、レスベラトロール)のラット脳機能の性分化、成熟雌ラットの性行動や母性行動に対する影響を調べた。1.脳機能の雄性化に対する植物エストロゲン投与効果(1)クメステロール(CM)投与効果:出生5日目の雌ラットに3mgCMを皮下投与すると1mgエストラディオール(E2)投与群と同様に膣開口が早まり、性周期は消失し、卵巣は小さく、黄体がなく、ロードーシスは低いものとなった。しかし、1mgゲニステインは効果が無かった。(2)レスベラトロール(RTL)投与効果:出生5日目の雌ラットに5mgRTLを投与し(1)と同様の検索をおこなった結果、性周期は正常でない動物もいたが、ロードーシスは全く正常であった。(3)クメステロールに対するプロゲステロンの抑制作用:プロゲステロン(P)がエストロゲンに対し抑制作用をもつことが知られている。植物エストロゲンに対しても同様の効果があるか調べた。出生5日目の雌ラットに3mgCMまたは1mgE_2と同時に0.5mgプロゲステロンを投与し(1)と同様の操作をおこなった。その結果、CMまたはE_2を投与した群は性周期も正常のものが多く、ロードーシスも低下しなかった。2.成熟ラットの性行動および母性行動に対する植物エストロゲンの投与効果(1)性行動:1mgCMを卵巣除去ラットに皮下投与し、44時間後に0.5mgPを投与した結果、発情を誘起することはなかった。閾値下のエストロゲンを投与した上で、植物エストロゲンを投与しても顕著な発情誘起はみられなかった。(2)母性行動:卵巣除去雌ラットに1mgEBを投与すると母性行動開始がが早まったが、1mg(CM)を投与しても早まらなかった。以上の結果から、植物エストロゲンは周生期の脳機能の性分化には影響をもつが、成熟ラットの生殖機能での働きは弱いものと推察される。本年度はクローバ類に多く含まれる植物エストロゲン、クメステロール(coumestrol, CM)が脳の機能の雄性化を引き起こすことを明らかにした。クメステロールはエストロゲンβ受容体に強く作用することが知られている物質である。出生5日目の雌ラットに1mg(10匹)または3mg(11匹)のCMを皮下投与し、対照群としてはごま油(オイル群、11匹)、1mgエストラジオールベンゾエート(E2)(11匹)、大豆に多く含まれる植物エストロゲンの一つであるゲニステイン(genistein、GS、6匹)を1mg投与した。膣の開口日、開口後の膣スメアーチェックを行い、60日目に卵巣摘出し、卵巣重量測定と組織検査を行った。卵巣除去後、エストロゲンチューブを皮下挿入して雌性行動であるロードーシスの発現を調べた。その結果、オイル投与群、GS群の膣開口は34日前後であるのに対し、CMとE2投与群は25日前後と早まった。膣スメアー検査の結果では、オイルとGS群は正常な4日周期を示したが、CM群とE2群は正常な4日周期を示さなかった。オイルとGS群の卵巣重量は左右合わせて90mgほどであったが、CMとE2群は35から50mgと小さく、黄体が全く見られなかった。性行動テストの結果は、E2と3mgCM投与雌はロードーシス行動の発現が強く低下したが、1mgCMとGS投与ラットはオイル群と同程度のロードーシス行動を示した。

以上の結果から、1mgCMは性周期形成機構の発達をエストロゲンと同様に抑制し、また、3mgのCMは雌性行動の発現も抑えてしまうことが明らかとなった。このように、ラットにおいてクメステロールは脳の生殖機能を雄性化するエストロゲン作用を有していることが示された。1.ラット脳雄性化に対するレスベラトロールの影響:植物エストロゲン、resveratrol(Resv)が脳機能の雄性化にどのように働くか調べた。出生5日目の雌ラットに5mg Resv、ごま油(oil)、1mg estradiol(E2)を皮下投与、膣スメアーによる排卵周期、ロードーシス発現を調べた.その結果、オイル群の膣開口は32日前であるのに対し、E2群は26日前後と早まった。しかし、Resv群は34日とoil群とかわりがなかった。膣スメアー検査の結果では、オイル群は正常な4日周期を示したが、Resv群とE2群は正常な4日周期を示さなかった。oil群の卵巣重量は左右合わせて95mgほどであったが、E2群は53mgと小さく、Resv群は86mgであった。性行動テストの結果では、E2群はロードーシス行動の発現が強く低下したが、Resv群はオイル群とかわりがなかった。以上の結果から、5mg res veratrolは性周期形成機構の発達をエストロゲンと同様に抑制する働きをもつが、性行動には影響が無いことが示された。2.母性行動に対する植物エストロゲンの投与効果:60日齢の卵巣除去雌ラットに出生直後の新生児を与え続けると母性行動をするようになる。それに対し、エストロゲン、植物エストロゲンであるcoumestrolがどのように作用するか調べた。1mg estradiol benzo ate(EB),1mg coumestrol(CM),オイルを10日間投与し、6日目より5日間行動観察した結果、オイル群は5日目(中央値)に母性行動を開始したが、EB群は1.5日目と早まった。一方、CM群は4.5日とオイル群と差が無かった。これにより植物エストロゲンは母性行動を促進するほどエストロゲン効果が強くないことが明らかになった。クメステロールの雄性化効果に対するプロゲステロンの作用:クローバ類に含まれるクメステロール(CM)3mgを生後5日目の雌新生ラットに皮下投与すると脳機能が雄性化することを昨年度報告した。今年度はエストロゲンの働きを抑制するとされるプロゲステロンが植物エストロゲンに対しどのように作用するか調べた。1mgエストラディオール(E2)、3mgCM、1mgE2+0.5mgプロゲステロン(P)、3mgCM+0.5mgP、ごま油(対照群)を生後5日目の雌ラットに皮下投与し、性周期形成機構、ロードーシス発現をみた。その結果、E2、CM群は膣開口は対照群に対し早まリ、卵巣重量も対照群より有意に小さくなった。性周期もE2、CM群は正常な周期を示さなかった。一方、プロゲステロンを投与されたE2群とCM群は膣開口日も卵巣重量、性周期とも正常であった。ロードーシス行動に関しては、E2、CM群は強く低下したが、プロゲステロン投与群は対照群に近い高い値を示した。この結果は、エストロゲンβ受容体に強く作用するクメステロールに対してもプロゲステロンが抑制的に働き雄性化作用を抑えるということを示している(未発表)。成熟ラットの発情誘起に対するクメステロールの効果:成長後のロードーシス発現にたいする植物エストロゲンの効果も調べた。
質感照明評価法の確立に向けた照明特性と質感認識の定量化

様々な照明がどのように物の色・質感や印象に影響するかを、総合的・系統的に評価する手法は確立されていない。LED照明等の新個体光源の普及により多様な照明環境が実現されると、従来の色評価のみでなく、質感の認識しやすさや印象も含めた照明評価が必要になる。本研究は、質感の見えの忠実度と印象に基づく“質感照明評価法"の提案を目指す。そのために、照明の配光特性と光色が質感認識の関係を定性的・定量的に解析し、照明が質感と印象に与える影響を明らかにする。それら知見を元に質感照明評価法を構築し、実環境とCG環境を用いた検証を行う。最終的に、物体のトータルアピアランスを考慮した質感照明評価法を提案する。
高出力マイクロ波によるプラズマダクトの形成

周期的静電場を励起したコンデンサーアレーの間に相対論的速度(c)で伝搬する相対論的電離面を伝搬させることによって,超短パルス電磁波(マイクロ波)の発生実験を行っている.この方式は,直流電圧から,交流である電磁波に直接変換することから,DC to AC Radiation Converter,DARCと呼ばれている.用いたレーザー光はYAGの4倍高調波であり,パルス幅6ns,エネルギー100mJである.動作ガスは,4ω光に対して電離のしやすい,TMAE(C_<10>H_<24>N_4)と呼ばれる有機アミンガスを用いた.実験では,周波数9.5から14.1GHzの10ns程度のマイクロ波パルスが観測された.発生した電磁波は,静電場の方向に偏向していることも観測された.また,導波管内での電磁波の分散関係から,電磁波の導波管内の伝搬速度は周波数の関数となること用いることによって,電磁波の周波数広がりの詳細な観測を行った.これによって,電磁波の周波数は,10%程度の広がりを持っていることが確認された.電磁波の出力は,初期静電場の2.3乗に比例することも確認された.この依存性は理論的に予測される値より大きい.以上の実験により,DARCの理論的検証は出来たと考えられ,今後更に短パルス・高出力化を計画している.周期的静電場を励起したコンデンサーアレーの間に相対論的速度(c)で伝搬する相対論的電離面を伝搬させることによって,超短パルス電磁波(マイクロ波)の発生実験を行っている.この方式は,直流電圧から,交流である電磁波に直接変換することから,DC to AC Radiation Converter,DARCと呼ばれている.用いたレーザー光はYAGの4倍高調波であり,パルス幅6ns,エネルギー100mJである.動作ガスは,4ω光に対して電離のしやすい,TMAE(C_<10>H_<24>N_4)と呼ばれる有機アミンガスを用いた.実験では,周波数9.5から14.1GHzの10ns程度のマイクロ波パルスが観測された.発生した電磁波は,静電場の方向に偏向していることも観測された.また,導波管内での電磁波の分散関係から,電磁波の導波管内の伝搬速度は周波数の関数となること用いることによって,電磁波の周波数広がりの詳細な観測を行った.これによって,電磁波の周波数は,10%程度の広がりを持っていることが確認された.電磁波の出力は,初期静電場の2.3乗に比例することも確認された.この依存性は理論的に予測される値より大きい.以上の実験により,DARCの理論的検証は出来たと考えられ,今後更に短パルス・高出力化を計画している.マイクロ波を用いたプラズマ利用加速器の実現に向けて基礎的現象を実験的に解明するために,大出力のマイクロ波を利用して加速距離を伸ばす方法の一つであるプラズマ導波の形成機構の実験を行った.また,現在プラズマ波を励起することも実験中である.実験には,高出力電磁波源である中心周波数9GH_z,最大出力250kW,最大パルス幅10μsのマグネトロンを用いた.プラズマは,LaB_6カソードと真空容器壁との放電で生成し,その最大プラズマ密度は,2×10^<12>cm^<-3>である.このプラズマに上記のマイクロ波を照射し,そのポンデラモ-ティブ力によって,プラズマが周辺に押しやられ,マイクロ波が通過する導波路が形成されることを実験的に調べた.今までに得られている実験結果は,(1)高出力マイクロ波によるプラズマ導波の現象をはじめて観測し,マイクロ波は,基本モードでプラズマ導波中を捕捉され,伝搬する.この現象は,高強度電磁波を用いたプラズマ利用加速器の加速距離を伸ばすという重要な概念に関係し,プラズマ利用加速器の実現に関して,非常に重要である.これは,長い相互作用張を必要とするX線レーザや高調波発生器等への応用が期待できる.(2)また,高出力マイクロ波とプラズマとの相互作用によって,高エネルギー電子の発生が明らかとなり,純粋なプラズマ物理に対しても興味ある現象が観測されている.周期的静電場を励起したコンデンサーアレーの間に相対論的速度(c)で伝搬する相対論的電離面を伝搬させることによって,超短パルス電磁波(マイクロ波)の発生実験を行っている.この方式は,直流電圧から,交流である電磁波に直接変換することから,DC to AC Radiation Converter,DARCと呼ばれている.用いたレーザー光はYAGの4倍高調波であり,パルス幅6ns,エネルギー100mJである.動作ガスは,4ω光に対して電離のしやすい,TMAE(C_<10>H_<24>N_4)と呼ばれる有機アミンガスを用いた.実験では,周波数9.5から14.1GHzの10ns程度のマイクロ波パルスが観測された.発生した電磁波は,静電場の方向に偏向していることも観測された.また,導波管内での電磁波の分散関係から,電磁波の導波管内の伝搬速度は周波数の関数となること用いることによって,電磁波の周波数広がりの詳細な観測を行った.これによって,電磁波の周波数は,10%程度の広がりを持っていることが確認された.電磁波の出力は,初期静電場の2.3乗に比例することも確認された.この依存性は理論的に予測される値より大きい.以上の実験により,DARCの理論的検証は出来たと考えられ,今後更に短パルス・高出力化を計画している.
悪性黒色腫に対する分化誘導剤の開発

今回の研究により、細胞レベルでのルパン型トリテルペン(ルペオール)のメラノーマ分化誘導の機序を解明することができた。また遺伝子解析により、細胞周期に影響を及ぼすことも判明した。マウスを用いたin vivo実験より、ルペオールを腫瘍局所あるいは全身に投与することにより、メラノーマの増殖を抑制することが明らかとなった。さらに犬の自然発症例メラノーマに対しても十分有効なことが示された。メラノーマ(悪性黒色腫)は転移率が高く、進行が速い。そのため早期発見を除き、完全治癒が困難な腫瘍である。これまで、メラノーマ治療に用いられている薬剤としては、タキソールなどがあげられるが、毒性が強く、副作用も多い。メラノーマ細胞は・-メラノサイト刺激ホルモン等により、メラニン産生の亢進、細胞分裂速度の低下、運動性の低下がおこる。これらの変化は未分化なメラノーマ細胞が正常なメラノーマ細胞へと分化したことを意味する。今回下記の点を明らかにした。1.マウスメラノーマ細胞(B16 2F2)はルペオール10・M濃度で48時間処理することにより、形態的には十分に成熟したメラノーマ細胞となった。2.マウスメラノーマ細胞(B16 2F2)をルペオール10・M濃度で48時間処理することにより、メラノーマ細胞のバイオマーカーであるチロシナーゼ、MITF、Rab27a、myosin-Vaの活性は上昇した。一方、Slac2-aは変化しなかった。3.ルペオール10・M濃度で4時間処理では、マウスメラノーマ細胞(B16 2F2)は細胞表面より樹状突起を発現しなかったが、8時間処理することにより樹状突起発現が観察された。4.ルペオール10・M濃度でメラノーマ細胞(G361)および神経芽細胞(NB-1)はその遊走能が顕著に抑制された。5.同濃度のルペオールは他のヒト由来腫瘍細胞に対してはその遊走を抑制しなかった。6.犬の自然発症メラノーマ7例に対して0.75-1.5mgのルペオールを腫瘍組織内に局注した結果、2例において完全消失、4例において進行を抑制する効果がみられた。1例においては無効であった1)担がんマウスへのルペオール投与による抗腫瘍効果エタノール溶媒を用いた群では、ルペオール投与により腫瘍生長率の減少傾向がみられたが、有意な差は認められなかった。オリーブ油溶媒を用いた群では、ルペオール投与により腫瘍生長率の有意な減少を認めた。増殖性指標マーカーであるKi-67およびPCNA染色における陽性細胞面積率は、ルペオール皮下投与群で有意な減少がみられた。TUNEL染色では、ルペオール非投与群において陽性細胞が観察されなかったのに対し、ルペオール投与群の一部で観察された。2)実験犬を用いたルペオール投与による生体への影響溶媒コントロール投与犬、ルペオール投与犬のどちらも、投与による一般状態、血液性状の変化は認められなかった。3)自然発症悪性腫瘍に対するルペオールの効果オリーブ油を用いた悪性黒色腫、乳腺腫瘍、未分化肉腫の症例で、腫瘍増殖停止や、転移までの期間、生存期間の延長が認められた。扁平上皮癌では、疼痛緩和が認められた。副作用は全ての症例において認められなかった。1)ルペオールの細胞周期およびアポトーシス関連遺伝子に及ぼす影響マウス由来黒色腫細胞B16を用いて、細胞周期関連遺伝子PcNA, Ki-67およびアポトーシス関連遺伝子Rab27a, Bcl-2の発現に及ぼす影響をリアルタイムPCRで調べた結果、PCNA、Ki-67の遺伝子発現は約40%まで減少した。Rab27a, Bcl-2については、変化はみられなかった。このことより、ルペオールは細胞周期に影響を及ぼすことが判明した。2)自然発症悪性黒色腫に対するルペオールの抗腫瘍効果自然発症例の悪性黒色腫13例にルペオールを適用した。腫瘍発生部位は下顎7例、口腔内3例、鼻梁1例、腹側皮下1例、後肢端1例であった。投与方法は初期治療として原則皮下に13ml/kg(5mg/ml)のルペオールを週2回で計4回投与した。その後、2-3週間に1回定期的に投与した。これまで報告されている悪性黒色腫の中央生存期間の168日を基準とし、168日以上再発転移のないものを有効とした。その倍の336日以上再発のない症例およびルペオール単独投与により腫瘍消失が認められた症例を著効とした。13例中6例で著効、5例で有効、2例で無効だった。今回の中央生存値は233日であった。下顎吻側の1例では、3回のルペオール投与により腫瘍が消失した。しかし、ルペオールを3週間投与しないと再発が見られた。再度1週間間隔で2回投与し、腫瘍は消失した。全症例においてルペオール投与による有害事象は認められなかった。
非線形不規測波浪作用下の海浜変形予測モデルの開発に関する研究

本研究は作用波浪の多方向不規則性と非線形性の両者を考慮した,精度と実用性の高い海浜変形数値予測モデルを開発することを目的とした.磯部が提案した非線形緩勾配方程式に砕波点を自動判定できる砕波減衰項を組み込むことにより,進行波性の砕波変形に関しては自動的に計算を行うことが可能となった.特に非線形緩勾配方程式においては従来再現が困難であった,砕波減衰後のwave setupに関しても精度よく再現することが可能となった.多方向不規則波の砕波に関しては,多方向性および不規則性を表すパラメターをそれぞれ導入することによって,砕波指標に関する基礎的検討を行った.さらに,砕波には進行性のものと重複性のものが存在することに着目し,これらいずれにも対応可能な砕波指標のプロトタイプを提案した.岸側境界条件に関しては,多方向不規則波モデルにおける遡上域の扱いが可能なように改良し,一様斜面上の長波に関する解析解や実験結果との比較を行うことで,その妥当性を検証した.一方,Boussinesq方程式に,砕波に伴う運動量水平拡散項,および底面摩擦項を組み込むことにより,波浪場と海浜流場を同時に計算可能なモデルを構築した.さらに底面流速の非対称性と流れの共存を考慮し,平面2次元に拡張されたDibajnia and Watanabeの漂砂量算定式を組み込んだ地形変化予測モデルを構築した.これらを組み合わせることで,多方向不規則波浪場における海浜地形変化予測モデルのプロトタイプを提案した.最後に多方向不規則波平面水槽を用いた各種構造物周りの地形変化実験を実施し,これまでの研究成果を総合してそれらの再現シミュレーションを行った.その結果,本研究で開発した海浜変形予測モデルの妥当性と実務への高い応用性を示すことができた.本研究は作用波浪の多方向不規則性と非線形性の両者を考慮した,精度と実用性の高い海浜変形数値予測モデルを開発することを目的とした.磯部が提案した非線形緩勾配方程式に砕波点を自動判定できる砕波減衰項を組み込むことにより,進行波性の砕波変形に関しては自動的に計算を行うことが可能となった.特に非線形緩勾配方程式においては従来再現が困難であった,砕波減衰後のwave setupに関しても精度よく再現することが可能となった.多方向不規則波の砕波に関しては,多方向性および不規則性を表すパラメターをそれぞれ導入することによって,砕波指標に関する基礎的検討を行った.さらに,砕波には進行性のものと重複性のものが存在することに着目し,これらいずれにも対応可能な砕波指標のプロトタイプを提案した.岸側境界条件に関しては,多方向不規則波モデルにおける遡上域の扱いが可能なように改良し,一様斜面上の長波に関する解析解や実験結果との比較を行うことで,その妥当性を検証した.一方,Boussinesq方程式に,砕波に伴う運動量水平拡散項,および底面摩擦項を組み込むことにより,波浪場と海浜流場を同時に計算可能なモデルを構築した.さらに底面流速の非対称性と流れの共存を考慮し,平面2次元に拡張されたDibajnia and Watanabeの漂砂量算定式を組み込んだ地形変化予測モデルを構築した.これらを組み合わせることで,多方向不規則波浪場における海浜地形変化予測モデルのプロトタイプを提案した.最後に多方向不規則波平面水槽を用いた各種構造物周りの地形変化実験を実施し,これまでの研究成果を総合してそれらの再現シミュレーションを行った.その結果,本研究で開発した海浜変形予測モデルの妥当性と実務への高い応用性を示すことができた.本年度はまず多方向不規則造波装置の実用化を行った.既存設備ではピストン間隔が大きく,多方向不規則波浪場を十分に再現することができなかった.そこで,ピストンを増設することによりより波長の短い波を造波できるように改良を行った.また,沖合構造物を設置すると反射波が生じるが,現地を模擬するためにはこの反射波が造波板において再反射しないよう,造波板による吸収制御を行う必要がある.そこで反射波吸収制御理論を確立し,実際に反射波を吸収できるようにした.さらに多方向不規則波の信号を作成し,任意の多方向不規則波浪場を再現できるようにした.本装置を用いてまず多方向不規則波の砕波条件に関する基礎的な実験を行った.これは多方向不規則波浪場を再現する数値モデルを確立する際に是非とも必要な物であり,実験結果に基づき現在砕波条件の定式化を試みているところである.また,離岸堤回りの多方向不規則波実験を行い,波浪場および海浜流場の計測を行った.これらのデータは数値モデルの検証データとして用いられる予定である.非線形緩勾配方程式に基づく平面2次モデルに関しては,非線形回折波浪場および直立壁によるマッハ反射を対象として進められており,概ね効率的なアルゴリズムの開発と実用化に成功している.砕波モデルに関しては断面2次元場において乱流モデルに基づく汎用性の高いモデルの開発を試みているところであり,多方向不規則波に対する砕波指標と併せて研究を進めている.なお,これに関連して戻り流れを考える際に重要となる平均水位の再現に関してはいくつかの問題が明らかとなり,現在その改善に向けたモデリングの再検討を進めている.断面2次元場においてはバー型地形における不規則波実験を行い,戻り流れを含めた波浪場および流れ場の計測を行い,戻り流れの定式化を行った.本研究は,作用波浪の多方向不規則性と非線形性の両者を考慮した,精度と実用性の高い海浜変形数値予測モデルを開発することを目的としている.

磯部が開発した非線形緩勾配方程式に砕波点を自動的に判定できる砕波減衰項を組み込むことにより,進行波性の砕波変形に関しては自動的に計算を行うことが可能となった.特に非線形緩勾配方程式においては従来再現が困難であった,砕波減衰後のwave setupに関しても精度よく再現することが可能となった.多方向不規則波の砕波に関しては,多方向性および不規則性の影響を表すパラメターをそれぞれ導入することによって,砕波指標に関する基礎的検討を行った.さらに,砕波には進行性のものと重複性のものが存在することに着目し,これらいずれにも対応可能な砕波指標のプロトタイプを提案した.岸側境界条件に関しては,多方向不規則波モデルにおける遡上域の扱いが可能なように改良し,一様斜面上の長波に関する解析解や実験結果との比較を行うことで,その妥当性を検証した.一方,Boussinesq方程式に,砕波減衰項,水平拡散項,及び底面摩擦項を組み込むことにより,波浪場と海浜流場を同時に計算可能なモデルを構築した.さらに底面流速の非対称性および流れの共存を考慮し更に平面2次元に拡張されたDibajnia・Watanabeの漂砂量算定式を組み込んだ地形変化予測モデルを構築した.これらを組み合わせることで,多方向不規則波浪場における海浜地形変化予測モデルのプロトタイプを提案した.多方向不規則波平面水槽を用いた離岸堤周りの地形変化実験を行うことで,本モデルの妥当性を検証した.本研究は作用波浪の多方向不規則性と非線形性の両者を考慮した,精度と実用性の高い海浜変形数値予測モデルを開発することを目的とした.本年度はNwoguの提案した拡張型Bou ssinesq方程式に,砕波に伴う運動量水平拡散項,および底面摩擦項を組み込むことにより,波浪場と海浜流場を同時に計算可能な数値モデルを完成させた.さらに底面流速の非対称性と流れの共存を考慮し,平面2次元に拡張されたDibajnia and Watanabeの漂砂量算定式を組み込んだ地形変化予測モデルを構築した.これらを組み合わせることで,多方向不規則波浪場における海浜地形変化予測モデルのプロトタイプを提案した.次に多方向不規則波造波装置において構造物からの再反射波吸収アルゴリズムを提案し,その吸収効率を含む性能評価手法を併せて開発した.これによって高精度の多方向不規則波の造波が可能となった.本装置を用いて突堤や離岸堤周りの多方向不規則波による地形変化実験を実施し,波浪場,海浜流場,および地形変化を定量的に把握した.このようにして得られた実験データに基づき,海浜地形変化モデルのさらなる改良を進めた.以上の研究成果を総合して実験データをシミュレーションによって忠実に再現し,実験データとの定量的な比較を通じて,本研究で開発した海浜変形予測モデルの妥当性を検証し,その実務への高い応用性を示すことができた.
虚血性脳神経細胞壊死に影響を与える温度関連因子

脳虚血によって脳神経細胞に遅発的に壊死が生じてくる(Kirino T.Brain Res.1982,vol239,p57-69)。この遅発性神経細胞壊死を効果的に防ぐ手段の一つに脳内温度を僅かに低下させる事がMinamisawa H.らにより報告されて(Ann Ncurol.1990,vol28,p23-33)以来、虚血性脳神経細胞の壊死の過程において細胞死に関連する因子、特に脳内温度と関連する因子の追求を筆者らは行なってきた。その研究の結果、心停止を用いた完全脳虚血モデルにおいて、NMR(核磁気共鳴装置)により測定された脳皮質組織pHは高体温虚血では低体温虚血よりも統計学的に有意に速く低下を開始し、そして持続した。これは脳皮質組織での脳虚血により招来する組織酸性化が高脳温では強く、低脳音では減弱化されるという事が示されたわけである。筆者らはこの研究成果を平成5年日本神経学会、日本脳神経学会総会(招来講演)において報告をおこなった。更に筆者らは神経細胞内に存在するミトコンドリア内膜の酵素の一つであるピルビン酸脱水素酵素(PDH)について虚血と再灌流を用いたモデルにおいても検討を行ない虚血時間の延長はPDH活性に影響を及ぼし、脳代謝を反映すること示唆し、これを平成5年日本脳卒中学会総会において講演を行なった。PDH活性の検討は現在さらに研究を継続中である。また熱誘導蛋白(ヒートショックプロテイン;heat shock protein:HSP)について染色方法が確立し局所脳虚血モデルにおいて現在、研究を継続中である。また筆者は脳内温度と虚血性神経細胞障害について著書を刊行し[Ischemic brain damage:The influence of brain temperature,published by Lund University 1993,code number LUMED/(MEXB-1012),p1-52.]さらに平成3年12月にPhD.審査講演をスウェーデン王国ルンド大学においておこなった。以上が研究実績のがいようである。脳虚血中の脳内温度の上昇や下降により遅発性神経細胞壊死の生じ方も鋭敏に増減することから神経細胞壊死の原因究明の為には脳内温度と密接に関連する因子の追求が必要となった。本研究での実験的脳虚血モデルの作成には心停止による完全脳虚血モデルを用いた。また脳内温度に関連する因子の1つとしての脳皮質pHの測定にはNMRプローブを直接脳表に装着する方法を開発した。これは虚血導入一週間前に頭頂骨を広範囲に除去し、プラスチック代用頭蓋骨を装着したのち術創を閉じ、術創の完全回復ののちに脳虚血を導入する方法である。虚血導入時には代用頭蓋骨を外しNMRプローブを直接脳表にあて、神経細胞内pHを頭頂部皮質領域において測定した。その結果、ラット脳皮質pHは虚血直後より秒単位で低下をはじめた。高体温群での虚血後の脳皮質pHは低体温群に比べ、虚血75秒後から有意の低下を示した。これは神経細胞膜動態が温度により左右されることを示している。さらに脳皮質の乳酸蓄積をMicro Assay法により測定した結果、乳酸の蓄積は高体温群と低体温群の両群において有意差は認められなかったが、ピルビン酸脱水素酵素(PDH)活性は両群間で有意差を認めた。これらの事から脳神経細胞内では、乳酸濃度の外に脳内温度そのものが虚血後の神経細胞内pHに直接影響を与える事が明らかとなった。

現在はマイクロトームを用いて脳薄切切片を作成し、虚血前後でのc-fos及びheat shock proteinの誘導のされ方に関して研究を継続中である。脳虚血によって脳神経細胞に遅発的に壊死が生じてくる(Kirino T.Brain Res.1982,vol 239,p57-69)。この遅発性神経細胞壊死を効果的に防ぐ手段の一つに脳内温度を僅かに低下させる事がMinamisawa H.らにより報告されて(Ann Neurol.1990,vol28,p23-33)以来、虚血性脳神経細胞の壊死の過程において細胞死に関連する因子、特に脳内温度と関連する因子の追求を筆者らは行なってきた。その研究の結果、心停止を用いた完全脳虚血モデルにおいてNMR(核磁気共鳴装置)により測定された脳皮質組織pHは高体温虚血では低体温虚血よりも統計学的に有意に速く低下を開始し、そして持続した。これは脳皮質組織での脳虚血により招来する組織酸性化が高脳温では強く、低脳温では減弱化されるという事が示されたわけである。筆者らはこの研究成果を平成5年日本神経学会、日本脳神経学会総会(招来講演)において報告をおこなった。更に筆者らは神経細胞内に存在するミトコンドリア内膜の酵素の一つであるピルビン酸脱水素酵素(PDH)について虚血と再潅流を用いたモデルにおいても検討を行ない虚血時間の延長はPDH活性に影響を及ぼし、脳代謝を反映すること示唆し、これを平成5年日本脳卒中学会総会において講演を行なった。PDH活性の検討は現在さらに研究を継続中である。また熱誘導蛋白(ヒートショックプロテイン;heat shock protein:HSP)について染色方法が確立し局所脳虚血モデルにおいて現在、研究を継続中である。また筆者は脳内温度と虚血性神経細胞障害について著書を刊行し〔Ischemic brain damage:The influence of brain temperature,published by Lund University 1993,code number LUMED/(MEXB-1012),p1-52.〕さらに平成3年12月にPhD.審査講演をスウェーデン王国ルンド大学においておこなった。以上が研究実績のがいようである。
肝神経の再生に関する形態学的基礎的研究

1.HE染色による比較大腿神経は術後3日目頃より変性が確認され10週間目には全ての軸索が変性したのに対し肝神経は術後10週目まで、切離群、再縫合群ともに変性所見を認めなかった。2.免疫組織化学染色(抗GAP-43抗体)による比較正常な機能を営む神経は、ほとんど神経再生が起こっていないため、コントロールラットでは肝神経、大腿神経ともに一部の軸索がわずかに染色されるのみである。術後1日目には肝神経(切離群、再縫合群)、大腿神経ともに染色性は全く失われた。大腿神経は1日目以降まったく染色性は消失したままであった。肝神経(再縫合群)は2日目になると軸索の一部がわずかに染色されはじめ34日目頃より大きな神経束はかなり強く染色される。24週間目で最も強く染色され、次第に染色性は減弱し68週目以降染色性は術前の状態に回復する。また特徴的なことは、術後3日目から1週間目までの限られた期間においてのみ、大きな神経束の周囲に細かい神経線維がネットワーク状に多数染色されてくる。このネットワークの状の神経線維は1週間以降には認められない。肝神経(切離群)に関しては、前述した再縫合群と全く同様の結果が得られた。考察大腿神経は切断後に変性するのに対し肝神経は神経毒を塗布され完全に細胞体から途絶されたにもかかわらず再生した。ネットワーク状の神経網が短期間に限って出現することは非常に興味深い。つまり1本の神経として機能していたものが、切断されたことを何らかの理由で感知し、胆管、門脈壁周囲に残っていた細かい神経ネットワークから急速に分枝を延ばし、末梢側の太い神経束と交通したものと考えられた。肝臓は生体内で最も生成力旺盛な臓器であり、神経支配も通常の末梢神経の如く独立しておらず、様々な神経が神経ネットワークを形成し、神経が切断されると、すぐにその情報を感知し末梢側へ交通するものと考えられた。
工学に現れる非線形現象を記述する数理モデルの導出とその解析

形状記憶合金で作られるセンサーの動きを記述する数理モデルに対し、温度が未知の場合であっても、軟化子を用いて方程式系を近似することにより,初期値に小ささを仮定することなく,問題の解の存在と一意性を証明することができた。コンクリートの中性化速度を記述する数理モデルとして, 1次元自由境界問題について考察した結果、中性化深さが時間の平方根に比例するという実験則が正しいことを数理モデルを用いて証明することができた。交付申請書に記載した今年度の研究目的は,形状記憶合金で作られるセンサーの解析とコンクリートの中性化の解析である。以下,この2点に関する研究成果を述べる。・形状記憶合金で作られるセンサーの解析:センサーに対する数理モデルは既に確立している。そこでの未知関数は,変位と温度である。温度が既知の解の存在定理を,先行研究のものより一般的な仮定のもとで証明することができた。また,今年度,従来未解決であった温度が未知の場合も,数理モデルの解の存在と一意性を示すことができた。ただし,この結果において,初期変位と初期速度が小さいことを仮定している。これは,温度が既知の場合から類推すると,不十分な結果であり,この結果の改良が,次年度の最重要課題となった。・コンクリートの中性化:初期値が有界な場合は,既に研究されていたが,今年度,初期値に2乗可積分性を仮定するだけで,解の存在を示すことができた。これは,本研究の計画時では予想していなかった問題であり,新たな問題を発見できたことは大きな収穫であった。さらに,この場合,解の一意性が未解決なので,次年度以降,この問題についても考えていく予定である。そして,当初の計画通り,中性化の初期地点を原点に近づけた際の,解の挙動についても研究する。・最後に,研究成果の高校生への紹介について報告する。今年度8月に高校生対象の高校数学セミナーにおいて,非線形現象の解析の研究を通して得られた知見をもとに,実験と証明とを組み合わせた内容を取り扱う授業を実践し,研究成果を公開することができた。交付申請書に記載した研究目的は,形状記憶合金で作られるセンサーの解析とコンクリートの中性化の解析である。前年度までに,温度分布が既知の場合と未知の場合との両方の問題の適切性を証明している。しかし,温度分布が未知な場合,初期値に物理的にかなり強い仮定が必要であった。そこで,今年度は,その仮定を弱めることを考えた。結果として,初期値に対する妥当な仮定の下で,問題の適切性を示すことできた。また,解の挙動に対する興味深い数値解析の結果を得た。次年度は,この現象に対する数学的表現について考察するとともに,形状記憶合金で作った輪の数理モデルに対しても解析をする予定である。・コンクリートの中性化:今年度,この問題に対し,次の3つの結果を得ることができた。(1)中性化速度の評価従来,実験から,中性化の速度は,時間の0.5乗に比例することが分かっていたが,これを保証する理論的結果はなかった。今年度,これに対し,中性化の速度が時間の0.5乗に比例する関数で,上から評価できることを示した。さらに,境界条件が時間に依存しなければ,時間無限大のとき全領域が中性化されることを証明した。(2)問題の適切性を示す上で,初期値に対する仮定を前年度までの結果よりも弱めることができた。その証明では,共役の方程式の方法が有効であった。(3)前年度までの結果では,ヘンリーの法則に対し,線形性を仮定していたが,エネルギー評価を改良することで,非線形な場合でも,解が時間に関して大域的に存在すること証明できた。当初,昨年3月に計画していた本研究の成果の高校生等に対する情報公開が,東日本大震災の影響で中止となったことを受け,本研究を今年度に繰り越した。以下,今年度の成果を述べる。・平成23年9月信州大学で開催された数学教育学会において,6件の発表を行った。発表はすべて本研究によって得られた数理モデル導出における知見を基に,数式を用いた解析の部分を中学生や高校生にも分かるよう授業実践した結果の報告である。・コンクリート中性化問題について,下記3点の結果を得ることができた。1)従来の1次元コンクリート中性化問題において,ヘンリーの法則が定常状態においてのみ成り立つという仮定の下,数理モデルを構築してきた。そして,その仮定は線形の方程式で記述されていたが,数学的な考察により,非線形方程式で記述されるヘンリーの法則を伴う数理モデルの適切性を示すことができた。このことにより種々の場面で非定常ヘンリーの法則を扱うことでできるようになった。2)中性化の深さが時間の平方根に比例することが,実験結果から分かっていた。

本研究において,昨年度,これが正しいことを,境界条件が時間に依存しない場合に限り,数理モデルを用いて示すことができた。この問題に対し,本年度,境界条件が時間に依存する場合でも,同じように中性化深さが時間の平方根に比例することが分かった。3)多次元問題において,水分輸送の方程式を導出し,その方程式に対する初期値境界値問題に適切性を示した。現在,二酸化炭素の質量保存の法則と組み合わせた方程式系の考察が課題となっている。
多目的自律移動ノードのための経路探索手法

平成30年度の課題として,昨年度課題の改良である(a2)レイヤ構造をもつ環境マップの改良,(b2)経路探索アルゴリズムの改良,および,(c)機能に制限のあるノードのための環境マップを利用した自己位置推定手法の設計,(d)異種ノード間の協調のためのタスク分割アルゴリズムの設計・実装,(e1)これまでの成果を統合したシステムの作成,(e2)テストベッドを作成・統合的な評価実験を実施した.(a2)(b2)に関して,データ構造を見直し,より多様なデータを参照できるようにした.また,ボロノイ図の計算過程を見直し,計算速度および計算精度の向上を行い,複雑な環境マップでも実用可能なものとした.(c)に関して,ZigBeeの電波強度を利用したフットプリントマップによる三点測位,動作履歴と電波強度変化による位置推定を実装した.他ノードとのすれ違い時のデータ交換による位置推定方式はシミュレーションプログラムを試作中である.(d)に関して,まず同種ノード間のタスク分割による協調に関するアルゴリズムの考案・設計を行った.今後,異種ノード間のタスク分割による協調へと拡張する予定である.(e1)(e2)に関しては,上記進捗の遅れにともない,完成に至っていない.まず学内業務の大幅な増加にともない,研究時間を十分に確保できなかったことが遅れの大きな原因となった.課題として設定した(a2)(d)について,並列して進めているが十分な対外発表には至っておらず,研究期間の延長を申請し,今年度も研究課題を継続することとした.(a2)(d)については,(e1)を視野に入れ,統合システムを容易に作成できるようコンポーネント化を図っている.(a2),(b2)については,1件の国際会議口頭発表,1件の国内研究会デモ発表を行った.また,(e2)のテストベッド作成に向けた実験用移動ノードに関連する成果として,1件の国内研究会口頭発表を行った.現在は,実験によって明かになった改善点と発表時にいただいた他研究者のコメントを参考に改良をすすめている.平成31年度は,研究期間の延長によるものであり,平成30年度の研究課題を継続して進める.特に,(c)機能に制限のあるノードのための環境マップを利用した自己位置推定手法の設計,(d)異種ノード間の協調のためのタスク分割アルゴリズムの設計・実装を重点的に行う.遅れを取り戻し,(e1)これまでの成果を統合したシステムの作成,(e2)テストベッドを作成・統合的な評価実験を実施し,研究成果をまとめ,国際会議,論文誌として対外発表することを目指す.平成29年度の課題として,(a)レイヤ構造をもつ環境マップを生成するSLAMの実装,(b)経路探索アルゴリズムの設計・実装を行った.(a)に関して,測域センサによる相対距離情報を用いた簡易SLAMを実装した.具体的には,測域センサを搭載した移動ノードが移動しながら障害物との相対距離情報を収集する.この際,移動ノードはジャイロセンサおよび加速度センサの情報から相対距離情報を収集した位置を推定する.これらの位置情報と相対距離情報を結合し,各相対距離情報の頂点を直線で結びながら不必要と判断した頂点を削減する.これによって,できる限りシンプルな環境マップを生成する.現在,このアルゴリズムによる環境マップを含め,ユーザが補助ソフトウェアを使いプロットしたセンサ位置マップなどの複数のマップの重ね合わせについて,より扱い易いレイヤ構造を実現するためのデータ構造を検討中である.(b)に関して,経路探索アルゴリズムについて想定通りの経路を生成できるかについてプロトタイプを実装しシミュレーションを行った.現在のアルゴリズムでは,細路地や袋小路などの特定の間取り図で計算量が増加する傾向にあるため,改良が必要である.これらの研究成果について,第170回マルチメディア通信と分散処理第76回コンピュータセキュリティ合同研究発表会,および第25回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2017)にて口頭発表を行った.前者の発表について,平成29年度山下記念研究賞を受賞した.平成29年度の課題として設定した(a)レイヤ構造をもつ環境マップを生成するSLAMの実装,(b)経路探索アルゴリズムの設計・実装の2つの課題について,2件の口頭発表を行い,平成29年度山下記念研究賞を受賞した.これは,プロトタイプの実装を含めた成果であり,おおむね順調に進んでいると言える.現在は,実験によって明かになった改善点と発表時にいただいた他研究者のコメントを参考に改良をすすめている.平成30年度の課題として,昨年度課題の改良である(a2)レイヤ構造をもつ環境マップの改良,(b2)経路探索アルゴリズムの改良,および,(c)機能に制限のあるノードのための環境マップを利用した自己位置推定手法の設計,(d)異種ノード間の協調のためのタスク分割アルゴリズムの設計・実装,(e1)これまでの成果を統合したシステムの作成,(e2)テストベッドを作成・統合的な評価実験を実施した.(a2)(b2)に関して,データ構造を見直し,より多様なデータを参照できるようにした.また,ボロノイ図の計算過程を見直し,計算速度および計算精度の向上を行い,複雑な環境マップでも実用可能なものとした.(c)に関して,ZigBeeの電波強度を利用したフットプリントマップによる三点測位,動作履歴と電波強度変化による位置推定を実装した.他ノードとのすれ違い時のデータ交換による位置推定方式はシミュレーションプログラムを試作中である.(d)に関して,まず同種ノード間のタスク分割による協調に関するアルゴリズムの考案・設計を行った.今後,異種ノード間のタスク分割による協調へと拡張する予定である.(e1)(e2)に関しては,上記進捗の遅れにともない,完成に至っていない.まず学内業務の大幅な増加にともない,研究時間を十分に確保できなかったことが遅れの大きな原因となった.

課題として設定した(a2)(d)について,並列して進めているが十分な対外発表には至っておらず,研究期間の延長を申請し,今年度も研究課題を継続することとした.(a2)(d)については,(e1)を視野に入れ,統合システムを容易に作成できるようコンポーネント化を図っている.(a2),(b2)については,1件の国際会議口頭発表,1件の国内研究会デモ発表を行った.また,(e2)のテストベッド作成に向けた実験用移動ノードに関連する成果として,1件の国内研究会口頭発表を行った.現在は,実験によって明かになった改善点と発表時にいただいた他研究者のコメントを参考に改良をすすめている.平成30年度は,予定通り.(c)機能に制限のあるノードのための環境マップを利用した自己位置推定手法の設計,(d)異種ノード間の協調のためのタスク分割アルゴリズムの設計・実装,(e1)これまでの成果を統合したシステムの完成,(e2)テストベッドを完成させ,総合的な評価実験を行う.ただし,これらの研究課題は平成29年度の成果を拡張するものであるため,平成29年度の進捗によって明かになった改善点についても引き続き改良を行い,順次拡張を目指す.平成31年度は,研究期間の延長によるものであり,平成30年度の研究課題を継続して進める.特に,(c)機能に制限のあるノードのための環境マップを利用した自己位置推定手法の設計,(d)異種ノード間の協調のためのタスク分割アルゴリズムの設計・実装を重点的に行う.遅れを取り戻し,(e1)これまでの成果を統合したシステムの作成,(e2)テストベッドを作成・統合的な評価実験を実施し,研究成果をまとめ,国際会議,論文誌として対外発表することを目指す.購入予定であったバックアップ用NASや実験用移動ノードについて,所持するもので十分に代用可能であったため,一時的に執行を保留した.計画通りに研究を遂行すると,現在の所持品では機材の性能不足,実験機材の不足が発生するため,平成30年度は,保留したものを含め,計画通り予算を執行する予定である.研究の遅れにともない,研究課題(e1)(e2)におけるテストベッドの構築まで至っていないため,実験用移動ノードやセンサノードの一部について,執行を一時的に保留した.また,対外発表が十分に行えていないために,旅費,論文誌掲載費の一部を執行できていない.平成31年度は,保留したものを含め,執行する予定である.
環境に優しい高性能直接形AC-AC電力変換システムの開発

効率改善,電流歪みの改善,高調波ノイズの削減を目的として, DSPとFPGAを用いた高速制御システムを開発し,システムシミュレーション環境を構築した。さらに,ロバストな制御アルゴリズムを確立し,入力フィルタ設計法を明確にした。直接形AC-AC電力変換装置であるマトリックスコンバータ(以下MC)に対して,より一層の特性改善と装置の大容量化を実現し,高調波・EMIに厳しい医療現場やエネルギー消費の中心である電動機ドライブへの応用に寄与する,環境に優しい電力変換システムの開発を目的として,本年度は以下の2項目についての研究を実施した。(1)高速制御システムの設計・試作従来までの制御システムは,DSPとFPGAから構成されており,転流シーケンスを含んだ計18個のIGBTへの点弧信号を作成していた。しかしながら,DSPの割り込み周波数や周辺装置の処理速度の関係から,現状以上の高速な制御を行うにはDSPや周辺機器の飛躍的な発展を待つしかない。そこで,入力電圧や出力電流の読み込みをFPGAボードに直接搭載したA/Dコンバータにて行い,さらに位相状態の作成や転弧時間の演算などもFPGAに負担させる。そのためにFPGAボードやDSPボード,PCI拡張ボックスを別途購入し,プログラマブルICを中心とした高速制御システムを試作した。(2)マルチドメインー設計・試験シミュレーションシステムの構築本MCシステムは,電力用半導体スイッチからなる非線形システム,電動機に代表される機械的な負荷システム,DSPやFPGAを用いたディジタル回路,ゲートアンプなどのアナログ回路が用いられる制御システム,などから構成される。このような異なる物理法則が混在するマルチドメインシステムを記述するのに最適であるVHDL-AMS(IEEE1076-1-1999)にて,MC本体,負荷となる電動機,電源システムの各モデルを作成した。さらに,DSPやFPGAによる制御アルゴリズムは,C言語インターフェースやVHDLによる記述を利用した制御モデルとした。なお,これらすべての表現が可能なミュレーションソフトウェアには,アンソフト・ジャパン(株)社のSIMPLORERを使用した。(1)電源異常にロバストな制御アルゴリズムの構築直流リンクを持たないMCでは,入力電源のひずみや不平衡の影響が出力に直接現れる。また,入力電源の位相情報や中間電圧の正負などによってモードを切り換えているため,入力電源変動が生じた際には更なる詳細なオンライン処理が必要となる。そこで,入力電流制御パラメータと出力電圧指令を入力電源のひずみに応じてアクティブに設定可能な,電源変動にロバストな制御法をシミュレーションシステムにて検討した。また,実験システムへ本制御法を移行することは終了したが,試験手法の検討が整わず,来年度の課題としたい。(2)電力回生を実現する制御手法の構築入出力回路間に接続されているクランプ回路のエネルギー回生に関して検討する予定であったが,MCの特性である両方向性を生かした電力回生を実現するための制御方法について,システムシミュレーションにて検討した。さらに,それらを実験で検証するために,クランプ回路に利用する小容量のインバータを作成した。電力回生の制御法検討では,スイッチングデバイスのモデル化レベルを変更し,素子損失が回生動作に与える影響を考慮できるように改良した。ただし,部品の配置によって定まる漏れインダクタンス等の考慮も検討したが,モデル化においてその特性を表現できず,今後の課題としたい。直接形AC-AC電力変換装置であるマトリックスコンバータ(以下MC)、に対して,より一層の特性改善と装置の大容量化を実現し,高調波・EMIに厳しい医療現場やエネルギー消費の中心である電動機ドライブへの応用に寄与する,環境に優しい電力変換システムの開発を目的として,本年度は以下の2項目についての研究を実施した。1)他の機器からの電流外乱にロバストな制御アルゴリズムの構築直流リンクを持たないMCでは,入力電源のひずみや不平衡の影響が出力に直接現れる。本研究室の制御手法では,入力電流の分配率を利用した入力力率制御法を開発しており,それを利用して入力電流外乱にロバストな制御アルゴリズムをシミュレーションシステムにて検討した。シミュレーションでは,ダイオード整流器などを同一電源にて駆動し,電源異常をモデリングした。しかしながら,実験においての電源異常を再現するためには,巻線型同期発電機を電源とする装置が必要と思われ,今後の課題となった。2)入力側LCフィルタの設計入力回路に接続されているLCフィルタは,MCのスイッチングノイズの影響を電源に与えないためであるが,このフィルタ定数は,キャリア周波数や負荷,さらには電源側の状態によって,適当な設計が必要となる。これは,実験的を繰り返すことで実証するより,シミュレーションシステムによって,すべての条件を考慮しながら検討する方が効果的である。そこで,本年度はシミュレーションシステムによりフィルタ定数を検討し,実験によりその結果の妥当性を検討した。また,フィルタコンデンサによる平衡点を補助スイッチとインダクタにて出力側に接続し,メインスイッチと並列にコンデンサを接続したARCP方式ソフトスイッチングも合わせて検討した。これにより,総合効率の向上や高調波・EMIに対してより有効なシステムへと展開する。
水域生態系におけるピコ植物プランクトンの増殖速度と環境制御機構の研究

ピコ植物プランクトンは細胞サイズが2μm以下のものというだけで、種類などの全体像は不明である。そこで本研究では蛍光顕微鏡で容易に識別可能な単細胞藍藻類を対象とした。海洋の外洋から沿岸、湖にも広い分布が確認され、植物プランクトン生物量がクロロフィルa量が5桁にわたって変動したにも拘らず、単細胞藍藻類密度は2桁程度の小さな変動しか示さず、外洋など植物プランクトン量の少ない水域で圧倒的に優占することが明らかとなった。外洋貧栄養域での単細胞藍藻類の増殖速度を3方法で測定し、いづれも1日1分裂程度の好適環境下での培養株と同様の速度が得られた。^<13>C、^<14>Cを標式として調べた光合成活性からもこの高い細胞分裂速度を支持する結果が得られた。分裂細胞の出現頻度から分裂を時間追跡したところ、昼夜にわたって常時分裂が見られ、特に日没前後の数時間に分裂の集中していることも判明した。現場水中での単細胞藍藻類の細胞密度は、夕方から夜間にかけて急増し、その後日出にかけて一定か、やや増加し、日出から夕方に向かって減少する傾向が観察された。減少の原因を実験的に追究し、鞭毛虫と繊毛虫による捕食圧の大きいことがわかった。以上の結果、単細胞藍藻類は現場で1日にほぼ倍加するが、同程度の捕食圧があり、現存量としてはほぼ一定の平衡状態になっていることが推察された。風などによる海域攪乱で一時的に栄養状態が好転し、単細胞藍藻類生物量が増加しても、それが以後にひきつづいて維持されることがなく、これは単細胞藍藻類の現存量のコントロ-ルが外部の栄養物質や光環境ではなく、むしろ捕食圧によって強く規定されていることを示していると思われる。実験設備としてパーチクルカウンターが入り、細胞数の正確・迅速測定が可能となり、それを用いて培養ピコ植物プランクトンの増殖速度が容易に求められるようになった。自然界ではバクテリア等が混在するために、パーチクルカウンターの結果を直接に増殖速度に結ぶことはできないので、【^(14)C】トレーサー技術を利用して複数の方法を駆使しての増殖速度推定を検討中である。パーチクルカウンターは細胞サイズの正確な情報を提供してくれるため、細胞レベルの個体生長に関する情報も得られ、増殖現象の細部検討が可能となってきた。自然環境下でのピコ植物プランクトンの生物量の推定のために、藍藻類が特異的に含有するフィコビリ色素の定性・定量を伊豆諸島域で実施した。メンブラン濾紙上に濃縮した試料の直接蛍光分析と、細胞をリゾチーム破砕して抽出し、フィコビリタンパクの直接定性・定量を行なった。両方法共、フィコエリスリン型の藍藻の分布を明瞭に示した。各海域で得られた定量結果を整理中である。フィコシアニン型は、測定法にまだ問題が残されていて、定性的には存在が確認されたが、定量的には工夫の必要性が考えられた。野外での実験の折に、培養株の数を増加させるために、f培地を用いてピコ植物プランクトンの単離を行なった。その結果、藍藻類Synecococcusと思われるフィコエリスリン型を6株、フィコシアニン型を1株得た。さらに無菌株を得るために培養・単離を工夫中である。その他に数μmの細胞長の真核藻類も何種類か増殖し、これらについては単離作業を継続中である。