hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
土系舗装の凍害劣化におけるX線CT画像解析と細孔径測定による現象と機構の解明

1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価:申請備品であるペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置の作製を開始した.3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定,4凍害劣化と材料特性の関係:まず,細粒分含有率を変化させるために,使用する土質材料について検討した.当初計画していたDLクレーと大学構内より採取した若里シルトに対して,細骨材の吸水率試験を適用した.DLクレーは一般的な土質材料と異なり,吸水率が極めて低いことから,若里シルトと佐久土を混合して使用することとした.次に,粒径0.02mm未満の細粒分の含有率746%の異なる土系舗装供試体に対して,繰返し簡易凍結融解試験を実施した.打設後28日間養生した試料をコア抜きして供試体(初期高さ60mm,初期直径72mm)とした.供試体をプラスチック容器(内径:110mm)に入れて水浸させ,24時間静置して吸水させた.水浸したままの状態で凍結融解を繰り返した.凍結・融解後にX線CT撮影を実施し,CT画像および供試体の高さの変化に基づいて,凍結融解特性について検討した.その結果,以下の主な知見を得た.(1)凍結膨潤に伴う鉛直ひずみが3%程度よりも大きくなると,土系舗装の内部にクラックが顕著に生じる.(2)0.02mm未満の細粒分が30%よりも多くなると,凍結融解の影響を大きく受ける.凍害による劣化が顕著となり,適用には注意が必要である.(3)0.02mm未満の細粒分が10%以下の場合,凍結時の変形は1%未満であり,凍害による劣化が少ないと示唆される.1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価:申請備品であるペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置の作製を開始した.装置の検定,1,2に関する検討は,次年度以降に行うこととした.3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定,4凍害劣化と材料特性の関係:ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置を用いた一次元凍結融解試験における試験条件を設定するために,粒径0.02mm未満の細粒分の含有率に着目した簡易凍結融解試験を実施し,基礎データの蓄積を行った.得られた知見に基づくことにより,14および5凍害劣化の微視的メカニズムの解明の検討を効率よく実施することが可能となった.ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置(申請備品)の検定試験として,多くの試験データを有している土試料(混合佐久土)を主材料として用いた凍結融解試験を実施する.打設時に測点として樹脂ボールを添加して作製した供試体に対して,一次元凍結融解試験を実施する.凍結過程において,所定の間隔でX線CTスキャナによる撮影を行い,得られた画像データに基づいて,1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価,を実施するための手法を確立する.確立した手法によって,1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価,に関する検討を行う.また,試験前および試験終了後の供試体に対して,水銀ポロシメーターによる細孔径分布の測定を外注にて実施する.試験前後の細孔径分布を比較し,凍害劣化に影響を及ぼす細孔径分布の範囲および全空隙体積を求め,3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定を行う.さらに,主材料となる土試料として,混合佐久土に若里シルトを所定の割合で混合し,細粒分含有率の異なる主材料から土系舗装供試体を作製する.試験結果に基づいて,4凍害劣化と材料特性の関係を明らかにする.さらに,14から得られる結果を関連づけることにより,5凍害劣化現象およびその機構について検討する.1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価:申請備品であるペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置の作製を開始した.3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定,4凍害劣化と材料特性の関係:まず,細粒分含有率を変化させるために,使用する土質材料について検討した.当初計画していたDLクレーと大学構内より採取した若里シルトに対して,細骨材の吸水率試験を適用した.DLクレーは一般的な土質材料と異なり,吸水率が極めて低いことから,若里シルトと佐久土を混合して使用することとした.次に,粒径0.02mm未満の細粒分の含有率746%の異なる土系舗装供試体に対して,繰返し簡易凍結融解試験を実施した.打設後28日間養生した試料をコア抜きして供試体(初期高さ60mm,初期直径72mm)とした.供試体をプラスチック容器(内径:110mm)に入れて水浸させ,24時間静置して吸水させた.水浸したままの状態で凍結融解を繰り返した.凍結・融解後にX線CT撮影を実施し,CT画像および供試体の高さの変化に基づいて,凍結融解特性について検討した.その結果,以下の主な知見を得た.(1)凍結膨潤に伴う鉛直ひずみが3%程度よりも大きくなると,土系舗装の内部にクラックが顕著に生じる.(2)0.02mm未満の細粒分が30%よりも多くなると,凍結融解の影響を大きく受ける.凍害による劣化が顕著となり,適用には注意が必要である.

(3)0.02mm未満の細粒分が10%以下の場合,凍結時の変形は1%未満であり,凍害による劣化が少ないと示唆される.1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価:申請備品であるペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置の作製を開始した.装置の検定,1,2に関する検討は,次年度以降に行うこととした.3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定,4凍害劣化と材料特性の関係:ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置を用いた一次元凍結融解試験における試験条件を設定するために,粒径0.02mm未満の細粒分の含有率に着目した簡易凍結融解試験を実施し,基礎データの蓄積を行った.得られた知見に基づくことにより,14および5凍害劣化の微視的メカニズムの解明の検討を効率よく実施することが可能となった.ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置(申請備品)の検定試験として,多くの試験データを有している土試料(混合佐久土)を主材料として用いた凍結融解試験を実施する.打設時に測点として樹脂ボールを添加して作製した供試体に対して,一次元凍結融解試験を実施する.凍結過程において,所定の間隔でX線CTスキャナによる撮影を行い,得られた画像データに基づいて,1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価,を実施するための手法を確立する.確立した手法によって,1表面(凍結面)から内部への凍結速度の定量評価,2表面から内部への凍害劣化進行の定量評価,に関する検討を行う.また,試験前および試験終了後の供試体に対して,水銀ポロシメーターによる細孔径分布の測定を外注にて実施する.試験前後の細孔径分布を比較し,凍害劣化に影響を及ぼす細孔径分布の範囲および全空隙体積を求め,3凍害劣化に影響する細孔径分布の同定を行う.さらに,主材料となる土試料として,混合佐久土に若里シルトを所定の割合で混合し,細粒分含有率の異なる主材料から土系舗装供試体を作製する.試験結果に基づいて,4凍害劣化と材料特性の関係を明らかにする.さらに,14から得られる結果を関連づけることにより,5凍害劣化現象およびその機構について検討する.(次年度使用額が生じた理由)ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置(申請備品)の作製を発注したものの,設計変更により納品が年度内に間に合わなかったため,次年度使用額が生じた.(使用計画)次年度使用額は,6月以降に納品予定のペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置に使用する.平成31年度請求額は当初の予定通り,消耗品費,論文投稿料や旅費として使用する計画である.
分枝限定法による非凸計画問題への統一的アプローチ

社会システムへの応用が豊富な3つのクラスの非凸最適化問題に対する研究を主に行なった:(1)最適化問題のほとんど全ては,目的関数と制約関数のいずれも2つの凸関数の差として表すことができる.この性質を用いて問題を逆凸制約条件が1つ追加された凸最小化問題に変換できる.この非凸計画問題に対して3種の分枝限定法を提案した.いずれの算法も,逆凸制約関数が分離可能な場合,有限回の反復で大域的最適解を生成することを示した.(2)分数和問題は線形分数を凸集合上で最小化する問題だが,効率的な処理の難しい問題として知られている.その最適値に対するタイトな下界値を僅かな手間で生成する手続を構築した.これを分枝限定法に組み込み,従来の算法よりも遥かに効率よく問題を解くことに成功した.(3)化学プロセス設計問題の多くは最適化問題として定式化できるが,混合整数非線形計画問題などの高度な非凸性をもつ問題となる.この問題を解くために,分枝限定法と一般化ベンダース分解を組み合わせた算法を提案した.典型的な化学プロセス設計問題に対し,算法が大域的最適解へ収束することを証明した.提案した算法はいずれも分枝限定のアイデアを基礎としている.そこで,限定操作の効率化のために緩和問題を解く内点法の研究も行なった.社会システムへの応用が豊富な3つのクラスの非凸最適化問題に対する研究を主に行なった:(1)最適化問題のほとんど全ては,目的関数と制約関数のいずれも2つの凸関数の差として表すことができる.この性質を用いて問題を逆凸制約条件が1つ追加された凸最小化問題に変換できる.この非凸計画問題に対して3種の分枝限定法を提案した.いずれの算法も,逆凸制約関数が分離可能な場合,有限回の反復で大域的最適解を生成することを示した.(2)分数和問題は線形分数を凸集合上で最小化する問題だが,効率的な処理の難しい問題として知られている.その最適値に対するタイトな下界値を僅かな手間で生成する手続を構築した.これを分枝限定法に組み込み,従来の算法よりも遥かに効率よく問題を解くことに成功した.(3)化学プロセス設計問題の多くは最適化問題として定式化できるが,混合整数非線形計画問題などの高度な非凸性をもつ問題となる.この問題を解くために,分枝限定法と一般化ベンダース分解を組み合わせた算法を提案した.典型的な化学プロセス設計問題に対し,算法が大域的最適解へ収束することを証明した.提案した算法はいずれも分枝限定のアイデアを基礎としている.そこで,限定操作の効率化のために緩和問題を解く内点法の研究も行なった.凹関数の値を所与の定数以上とする制約の追加された線形計画問題は逆凸最適化と呼ばれ,典型的な非凸計画問題であり,凹最小化問題の一般化としても知られている.凹関数が1変数関数の和に分離可能と仮定しても応用上の重要性は損なわれないが,この分離可能逆凸最適化問題の大域的最適解を求めるために3種の分枝限定法を構築した.いずれの方法も,逆凸問題の大域最適解が,目的関数と制約凹関数の役割を入れ替えることで得られる凹最小化問題の最適解に一致する双対性を利用している.第1の方法では,双対問題である凹最小化問題の局所解を求め,その解よりも逆凸問題の目的関数が優れた値となる条件を双対問題に課し,その大域的最適解を求める.双対問題の目的関数は逆凸問題の制約関数であるので,その値が条件を満足しなくなるまで,局所最適化と大域的最適化を交互に反復して解の改善を図る.双対問題の大域的最適化には矩形分枝限定法を用いるが,分離可能性により,通常の非凸計画問題よりも効率よく機能する.第1の方法は分枝限定法を手続きとして利用するにすぎないが,第2の方法では主要な役割を演じる.上記の双対性は線形計画問題にも成り立つので,制約凹関数を劣包絡関数で置き換えた線形計画問題に双対単体法を適用する.この線形計画問題は逆凸問題の下界値を与えるので限定操作が可能となる.分枝操作は,分離可能の仮定によって整数計画問題の場合と同様に行うことができる.第3の方法は第1の方法の改訂版とみなすこともできる.双対問題の大域的最適化の過程で,その大域的最適解の存在しないことが確認された領域の大部分は,以降の反復における双対問題の大域的最適解も含まないことが保証できる.これによって手続きとしての分枝限定法への負担を大幅に軽減することができる.1.線形計画問題に分離可能な逆凸制約条件が追加された多極値最適化問題の大域的最適化算法の研究を行なった.昨年度までに構築した基本算法をワークステーション上に実装する研究を行ない,プログラム化の手間を軽減するためにフリーウェアの数学ツールを利用して汎用性のある主要な手続きの実装を終えた.2.分数計画問題に残された唯一の難問である分数和の最小化問題に対し,平成12年度の科学研究費補助(基盤C一般2,11650064)で作成した大域的最適化算法に大幅な改良を加えた.この算法は既に最速と認められていたが,分数関数の性質を利用して非常に小さな手間で大幅な下界値強化が可能なことを発見した.

これを基に,ワークステーション上でプログラム化して計算実験を行なったところ,計算時間を約半分にすることに成功した.3.大域的最適化の応用として化学プロセス工学に現われる非線形の混合整数計画問題の研究を行なった.ベンダースの分解原理を利用した算法を構築したが,現在のところ実用性を確認できるまでには至っておらず,分枝限定法とのハイブリッド化によって計算効率を向上させるべく,研究を続けている.
二次元に展開された水分子のダイナミックスと相変化に関する研究

本研究では二次元に展開された水分子の挙動をそのダイナミックスを調べることによって研究した.1つは,イオン性結晶表面に吸着した水分子の相変化に関するものであり,2つ目は,五酸化バナジウム水和物層間における水分子の拡散と層構造との関係を調べるものである.(1)水和酸化クロム表面上に単分子層吸着した水分子は,2次元均一相を形成し,表面格子気体-凝縮相の平衡が存在する.本研究の主たる目的は,この凝縮相の種類を決定することである.冷中性子散乱によると,臨界温度以下で水分子に回転運動は見られるものの,並進運動は見られない.誘電率測定では,臨界温度以下の吸着相に単に固定化されたものではない運動性の存在を示唆する誘電緩和が観察された.臨界温度以上では,並進運動が見られ,47.6°Cで3.1×10^<-10>m^2s^<-1>の拡散係数が観察された.この値は,層状物質層間の単分子層水分子の拡散係数に近い.水との比較のため水和酸化クロム表面へのアルコールの吸着を行った.水酸基数が少ないためか,単分子層で均一二次元層としての挙動は観察されなかったが,2分子層で特異な凝集が確認された.Cerius 2を用いた酸化クロム表面上への水およびメタノール吸着のモンテカルロシミュレーションは,FT-IR等の実験結果に基づいて推定された吸着構造モデルとは異なる結果を与えた.(2)五酸化バナジウム水和物層間の水分子のダイナミックスをNMR測定と中性子散乱測定によって調べた.水分子は,そのC_<2v>回転軸がc-軸の回りに18°傾いて回転しており,ab面では水分子の双極子の方向に異方性はなかった.2分子層吸着した水分子の並進の自己拡散係数として7.2m^2s^<-1>を得た.これは純水の値の約三分の一で,並進運動が束縛されていることが分かった.水との比較のためアンモニアの吸着を行った.アンモニアは単分子層を分子状およびアンモニウムイオンの形で吸着し,不均一な吸着をすることが分かった.本研究では二次元に展開された水分子の挙動をそのダイナミックスを調べることによって研究した.1つは,イオン性結晶表面に吸着した水分子の相変化に関するものであり,2つ目は,五酸化バナジウム水和物層間における水分子の拡散と層構造との関係を調べるものである.(1)水和酸化クロム表面上に単分子層吸着した水分子は,2次元均一相を形成し,表面格子気体-凝縮相の平衡が存在する.本研究の主たる目的は,この凝縮相の種類を決定することである.冷中性子散乱によると,臨界温度以下で水分子に回転運動は見られるものの,並進運動は見られない.誘電率測定では,臨界温度以下の吸着相に単に固定化されたものではない運動性の存在を示唆する誘電緩和が観察された.臨界温度以上では,並進運動が見られ,47.6°Cで3.1×10^<-10>m^2s^<-1>の拡散係数が観察された.この値は,層状物質層間の単分子層水分子の拡散係数に近い.水との比較のため水和酸化クロム表面へのアルコールの吸着を行った.水酸基数が少ないためか,単分子層で均一二次元層としての挙動は観察されなかったが,2分子層で特異な凝集が確認された.Cerius 2を用いた酸化クロム表面上への水およびメタノール吸着のモンテカルロシミュレーションは,FT-IR等の実験結果に基づいて推定された吸着構造モデルとは異なる結果を与えた.(2)五酸化バナジウム水和物層間の水分子のダイナミックスをNMR測定と中性子散乱測定によって調べた.水分子は,そのC_<2v>回転軸がc-軸の回りに18°傾いて回転しており,ab面では水分子の双極子の方向に異方性はなかった.2分子層吸着した水分子の並進の自己拡散係数として7.2m^2s^<-1>を得た.これは純水の値の約三分の一で,並進運動が束縛されていることが分かった.水との比較のためアンモニアの吸着を行った.アンモニアは単分子層を分子状およびアンモニウムイオンの形で吸着し,不均一な吸着をすることが分かった.研究計画(補助金申請書記載)に従って研究を実行した.得られた成果と進行中の研究の報告を以下に示す.1.五酸化バナジウム水和物層間に吸着した水分子の冷中性子散乱の測定結果の解析.25°Cで単分子層吸着した水分子の拡散は隣接する吸着サイト間のホッピングによる並進運動である.2分子層以上に吸着した水の拡散には3次元的な水分子の性質が現れ,その拡散係数は三次元水の約3分の1となった.-20°Cでは単分子層吸着水は完全に運動性を失うが,多分子層吸着した水はこの温度では運動性を失わない.2.H-NMRによる五酸化バナジウム水和物層間に吸着した水分子の運動性の解析.層間に吸着した水のプロトンのスピン-格子緩和時間は1msのオーダーで,試料中に微量に存在するV^<4+>がその値に大きな影響を与えた.ただし,定性的には,多分子層吸着した系は単分子層吸着した系に比べて水分子の回転緩和の活性化エネルギーが小さくなることが分かった.

3.水和酸化クロム表面に単分子層吸着した水分子の冷中性子散乱測定とその解析.30°Cの二次元臨界温度を挟んで,LLB(フランス,Saclay)で冷中性子散乱を行った.その解析の結果,臨界温度以下の吸着水には殆ど運動性が無いこと,即ち固体状二次元水であることが明らかになった.臨界温度以上では,水分子のホッピング距離は短いものの,運動が明瞭に観察された.4.分子シミュレーションによる酸化クロム表面上における吸着水の構造解析.水和酸化クロム表面の二次元吸着膜の構造を本年度購入した単分子吸着相解析システムを用いて解析を行っている.シミュレート構造は,これまで観察されたFT-IR等による実験結果によって一部裏付けられているが,未だ不十分である.本研究では二次元に展開された水分子の挙動をそのダイナミックスを調べることによって研究した.1つは,イオン性結晶表面に吸着した水分子の相変化に関するものであり,2つ目は,五酸化バナジウム水和物層間における水分子の核散と層構造との関係を調べるものである.(1)水和酸化クロム表面上に単分子層吸着した水分子は,2次元均一相を形成し,表面格子気体-凝縮相の平衡が存在する.本研究の主たる目的は,この凝縮相の種類を決定することである.冷中性子散乱によると,臨界温度以下で水分子に回転運動は見られるものの,並進運動は見られない.誘電率測定では,臨界温度以下の吸着相に単に固定化されたものではない運動性の存在を示唆する誘導緩和が観察された.臨界温度以上では,並進運動が見られ,47.6°Cで3.1×10^<-10> m^2s^<-1>の拡散係数が観察された.この値は,層状物質層間の単分子層水分子の拡散係数に近い.水との比較のため水和酸化クロム表面へのアルコールの吸着を行った.水酸基数が少ないためか,単分子層で均一二次元層としての挙動は観察されなかったが,2分子層で特異な凝集が確認された.Cerius2を用いた酸化クロム表面上への水およびメタノール吸着のモンテカルロシミュレーションは,FT-IR等の実験結果に基づいて推定された吸着構造モデルとは異なる結果を与えた.(2)五酸化バナジウム水和物層間の水分子のダイナミックスをNMR測定と中性子散乱測定によって調べた.水分子は,そのC_<2V>回転軸がc-軸の回りに18°傾いて回転しており,ab面では水分子の双極子の方向に異法性はなかった.2分子層吸着した水分子の並進の自己拡散係数として7.2m^2s^<-1>を得た.これは純水の値の約三分の一で,並進運動が束縛されていることが分かった.水との比較のためアンモニアの吸着を行った.アンモニアは単分子層を分子状およびアンモニウムイオンの形で吸着し,不均一な吸着をすることが分かった.
原子層の電子物性、量子輸送および光物性の理論

グラフェン、六方晶窒化ホウ素(hBN)、遷移金属カルコゲナイドをはじめとする2次元物質に対して、電子状態、量子輸送現象、光学特性、熱電効果の理論を構築し、また新規2次元物質の第一原理電子状態計算及び物質設計を行った。その結果、モアレ複合膜の有効理論、遷移金属カルコゲナイドにおけるラマン分光理論、原子層ナノ構造及び磁性の理論、原子層熱電効果の理論の発見に代表される、次世代の原子層科学の基礎となる重要な成果をもたらした。また実験グループとの活発な共同研究を行い、ラマン分光のよる物質評価や、モアレ複合原子膜におけるホフスタッターバタフライの発見などの重要な実験において、結果を理論的にサポートした。グラフェン及び新しい原子層物質(窒化ホウ素、遷移金属カルコゲナイド、シリセン、フォスフォリン等)の物性に関する研究が活発に行われた。遷移金属カルコゲナイド系においては、MoTe2のラマン分光で、今まで同定できていなかったスペクトルを二重共鳴ラマン分光の理論を用いて同定することに成功した。またMoTe2, MoSe2, WSe2における原子層界面においては、電子の屈折方向がスピンに大きく依存するスピン依存伝導現象が見出され、スピントロニクスへ応用の可能性が示された。またシリコンの原子層膜であるシリセンのバンド構造についての詳しい計算がなされ、トポロジカルな観点からの新しい解釈が示されている。窒化ホウ素についてはナノチューブの第一原理による電子構造解析がなされ、チューブの螺旋度に依存してバンドギャップが系統的に変化することが判明し、応用上も重要な電子構造のバリエーションを持つ系であることが明らかとなった。一方異なる原子層から構成される複合原子膜の研究も発展しており、代表的な窒化ホウ素とグラフェンの複合薄膜についての詳しい電子構造が明らかにされた。またこの系では実験との共同研究によって磁場中のスペクトル構造がフラクタル構造を持つことが証明された(コロンビア大学、MITとの共同)。これは磁場と周期構造の競合により生ずるHofstadter butterflyという現象であり、1970年代の理論提案以来、世界で初めて実験によって確かめられた。平成26年度は、グラフェンと、グラフェン近縁の2次元物質原子層膜系の基礎的物性に関するいくつかの重要な発見がなされた。グラフェンのラマン分光においては、Gバンドと呼ばれるスペクトルで観測される非対称性の原因が1970年代からわかっていなかったが、定量的な計算でその原因となる励起プロセスが特定され、実験結果をほぼ正確に再現することに成功した。またグラフェンにおける格子欠陥とエッジ(試料境界)の相互作用効果について調べられ、グラフェンリボンにおける輸送特性への影響が明らかにされた。また、新しい2次元物質として幅広い理論研究がなされた。2次元シリコンである「シリセン」のバンド構造がWeaire Thorpeモデルと呼ばれる理論モデルで記述され、バンド幅がゼロになる平坦バンドの可能性が調べられた。またグラフェンと窒化ホウ素の複合系に関する詳細な理論計算がなされ、バンド構造及び磁場中スペクトル、量子ホール効果についての基礎理論が確立された。さらに複合2次元物質系の理論を拡張し、2層カーボンナノチューブに対する有効理論が構築された。ここで示された一般論は次元にかかわらず非整合系界面を記述する理論手法として有用である。また第一原理計算的手法を用いた未知の原子層物質の探索の一環として、炭素およびホウ素からなる原子層物質系にリチウムを層間に挿入した新しい系の設計研究が行われ、電子格子相互作用に起因する超伝導発現の可能性が調べられた。本研究計画が策定された2012年はグラフェン以外の様々な原子層物質が注目を浴び始めた最初期であった。その後窒化ホウ素(BN)や遷移金属カルコゲナイド(TMD)に加え、フォスフォリン(2次元黒リン)やタンタルヒ素など新しい物質や現象が次々に見つかるにつれ、本計画研究も当初予想していなかったスピードで広がりを見せた。グラフェンを越え、より広い「原子薄膜」を新たな研究分野として確立するという当初の目的は、現時点で予想以上に達成していると評価できる。また新たに実現された様々な原子層物質を組み合わせた複合材料の理論研究が大きな進展を遂げた。中でも窒化ホウ素+グラフェン複合系におけるフラクタルスペクトルの理論の確立は最も重要なものの一つである。平成27年度はグラフェン並びに遷移金属カルコゲナイド、窒化ホウ素をはじめとする原子層物質の基礎物性に関する理論研究、さらにそれらを組み合わせた複合材料の研究が行われた。グラフェンに関しては積層グラフェンにおいて電子間相互作用に起因する低温での絶縁体化に関する研究が実験グループとの共同で行われた。また2枚の半無限グラフェンシートを接続する量子ポイントコンタクト構造において、準束縛状態が形成される条件および電気伝導特性が明らかになった。これらはグラフェンの電子デバイスへの応用に際して有用であると期待される。またグラフェンの光応用技術に向けた基礎研究としては、THz電磁波におけるグラフェンのスイッチング機構の可能性が検討された。遷移金属カルコゲナイド系では、電気伝導におけるスピン依存についての定量的な計算が行われ、正孔バンドで極めて長いスピン寿命を持つことが明らかになった。これは原子層物質のおけるスピントロニクスの基礎技術構築において重要な情報を与える。原子層の化学修飾の効果に関する研究が第一原理的手法で行われた。

2層グラフェン系において、B原子あるいはN原子をドープした場合、それぞれドープされた原子はイオン化し、キャリアは系全体に広がること、またSTMにより、ドープされたB原子およびN原子は、同定可能であることが明らかになった。また任意の原子層膜を組み合わせた系での層間相互作用を取り扱う理論も構築され、様々な複合原子薄膜への応用の端緒が付けられた。グラフェンの基礎物性に関して順調な研究の進展があった。具体的には、積層グラフェンやグラフェンナノ構造における電気伝導、また光学特性が明らかになり、応用へ向けた基礎研究が蓄積された。また遷移金属カルコゲナイドではスピン軌道相互作用に起因する性質の詳しい研究がが大いに進展した。スピンに依存した物理はグラフェンにはない特徴であり、スピントロニクスへ発展させる上で重要な鍵となる。平成28年度は、様々な原子層物質における輸送現象、光物性、熱電効果に関する研究が行われた。越野は羽部とともに遷移金属カルコゲナイドにおけるスピン緩和を理論的に解析した。また近年実験的に実現された3次元グラフェンスポンジ物質に関して、越野と青木は周期系を仮定したバンド構造を計算するとともに、菅原(物性班)ら実験グループとともに電子輸送特性の評価と理論解析を行った。また越野は応用班谷口、渡邊、またMax Planck研究所とともに回転積層グラフェンにおける量子ホール効果についての実験および理論解析を行い、純粋なグラフェン系でHofstadter butterfly効果を初めて明瞭に観測した。齋藤らは原子層物質を始めとする低次元物質における熱電性能についての一般論を確立した。特に、空間的な閉じ込め長さが熱的ドブロイ波長が下回るときにのみ増強効果があることを示し、増強値を25年ぶりに理論的に更新した。また遷移金属カルコゲナイドの光バレー偏極を横断的に調べ、どの物質が最も優れた偏極を示すかを決定した。若林らは、円偏向の電磁場照射下でのカーボンナノチューブの電子状態をFloquet理論によって調べ、円偏向の電磁場照射によってナノチューブがバレーフィルターとして働くことを明らかにした。また斎藤晋らにより2層系h-BNの積層と歪みによる電子構造が詳しく調べられ、特に「ひずみ」を導入することで、間接ギャップ半導体から直接ギャップ半導体に転移することが明らかになった。青木, Maksym(レスター大)は2層グラフェンに垂直電場を印加することで、電子の運動に複屈折効果および負の屈折率をもたらすことを明らかにし、電子線に対する一種のレンズとして働くことを示した。研究対象は遷移金属カルコゲナイド等のグラフェン以外の原子層物質にも広がり、また複合原子層の研究も発展した。物理現象としては、今まで中心であった電子輸送や光物性以外にも、現在注目を集めている熱電効果やスピントロニクスへと発展し、総合的な物性理論をカバーしつつある。平成29年度は原子層物質における物性研究を推進するとともに5年間の研究の総括を行った。越野らは回転積層グラフェンにおける格子ひずみ効果を研究し、AB積層とBA積層の三角ドメイン構造が自発的に生成されること、さらにひずみによって電子のエネルギーバンドにギャップが開くことを示した。
脂質メディエーターによる骨髄腫細胞の制御

多発性骨髄腫は、現在でも治癒が見込まない疾患であり新たな治療戦略の構築が求めらえている。スフィンゴシン1リン酸(sphingosine-1 phosphate;S1P)は、脂質メディエーターとして細胞の増殖・分化などと密接に関わることが明らかになり、またS1P受容体アゴニストfingolimodが登場し今後はS1Pと疾患の関与を解明し新たな治療のターゲットとなることが期待される。骨髄腫におけるS1Pの役割を明らかにすることは、複雑な骨髄腫の病態の解明や新たなな治療に繋がる可能性があり、本研究では細胞株や患者検体などを用いS1Pの骨髄腫細胞の増殖、進展への関与を明らかにすることを目的とした。昨年の研究では骨髄腫患者で血清sphingosine 1-phosphate(S1P)濃度が健常者と比較し有意な増加があることや進行した病状でS1Pが血清で上昇する傾向があることを確認した。骨髄腫の発症、進展にS1Pが関与することが示唆されたため、本年は骨髄腫細胞株(RPMI8226)を用いて、S1Pシグナルに関連する薬剤であるfingolimod(S1P受容体agonist)やS1P合成酵素sphingosine kinase(SK)阻害剤(ABC294640,SKI-I)の骨髄腫細胞に対する抗腫瘍効果を検討した。RPMI8226にこれらの薬剤を添加し培養した結果、fingolimodでは5μM、ABC294640は25μM、SKI-Iは500nMの濃度以上で骨髄腫細胞の増殖を有意に抑制した。現在プロテオソーム阻害剤(bortezomib,carfilzomib)との併用で更なる抗腫瘍効果が得られるかを検証ししている。また抗腫瘍効果を現わした機序についても検証した。S1Pの生理活性の一つに血管新生や細胞遊走があることが知られている。一方骨髄腫細胞の増殖や進展にはこれらの機序が重要であることも既知である。そこでこれらの薬剤の細胞遊走の抑制効果を評価するためヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用いて検討した。その結果、HUVECはS1Pの添加でその遊走が活性化し、またS1P添加後に各薬剤を追加すると活性化した遊走能は抑制された。このことから、S1P合成の抑制に作用するこれらの薬剤の抗腫瘍効果を示す機序として、骨髄腫細胞の遊走を阻止することが一因と考えられた。2年間の研究結果より、今後の骨髄腫治療の新たな治療戦略の中で、新たにS1Pやそれに関連したシグナル伝達などを検討することが重要であると考えられた。脂質メディエーターであるsphingosine1-phosphate(S1P)は、がん細胞に関しては、増殖や転移などとの関連が示唆されている。しかし、多発性骨髄腫におけるS1Pの動態、役割に関しては不明な点が多いため、本研究では骨髄腫の病勢進展や増殖との関わりを調べていく。本年度は、S1Pのバイオマーカーとしての意義を検証するため、市販されているELISAキットを用いて骨髄腫患者や骨髄腫の前段階とされる意義不明のM蛋白血症患者でのS1Pを測定し健常者との比較を行った。その結果正常検体と比較し骨髄腫患者のS1P血中濃度が有意に低下していることが判明した。また骨髄腫の病期が進展した例では初期の症例と比べS1P量が有意に低下した。S1Pが新たな骨髄腫の病勢進展や予後因子のマーカーとなり得るか今後は症例を増やし検討していく。一方、骨髄腫細胞株を用いたS1Pの動態に関する研究も並行している。骨髄腫細胞株のMM1R、MM1S、RPMI8826を購入し、血清での測定と同じキットを使用し細胞株上清などのS1P量を測定することで、細胞からの分泌の有無などを現在検証中である。また骨髄の間質細胞にてS1Pを測定し骨髄環境の中でのS1Pと骨髄腫細胞の関わりを考察している。ELISAによるS1P測定では、患者検体収集に関する研究の承認を得るための倫理委員会への手続きにおいて、不慮の事務的な問題が発生したため今年度は充分な検体の収集ができず、S1Pのバイオマーカーとしての意義を充分に検証するにはいたらなかった。またS1Pの測定が実験ごとでの変化が大きく、同一検体で複数回の測定が必要なためデータの解析などが進まず結果の考察などに時間を要した。これは細胞株でも同様で、細胞株のS1P濃度のばらつきが大きく十分に実験が遂行できなかった。

S1Pのバイオマーカーとしての意義を確立するため、今年度は症例数を増やしS1Pが骨髄腫患者の進行や予後などのマーカーとなり得るか、既存の予後因子(染色体や他の血液データ)と比較してその有用性を検証していく方針である。また、骨髄腫細胞株におけるS1Pの動態やその役割を検証していく。具体的には、骨髄細胞との関わりや、他の細胞増殖に関するシグナル伝達系とのクロストークについて研究する。また現在開発中のS1P受容体の阻害剤やS1Pの合成に関わるsphingosine kinase(SK)阻害剤なども用い、骨髄腫細胞の増殖を抑制する効果があるかなどを検証する。患者検体のS1P測定のためキットを購入する。細胞株を用いた実験では、骨髄腫細胞株を追加で購入しS1Pの定量や発現を検証していく。またSKやS1P受容体の阻害薬などを調達し、腫瘍細胞への抗腫瘍効果などを検証する。更に前年度の研究成果を国内外の学会で発表する予定である。
賞典禄の研究

本研究の目的は、賞典禄支給決定までの政府の議論、賞典禄を受給した旧藩主が旧家臣にどの程度分与したか、この分与賞典禄に旧来の主従関係を復活させるような要素がなかったか、そして賞典禄が秩禄としていかに処分されたか、という点にあった。そこで本学借用香川敬三関係文書・徳川林政史研究所・国立公文書館、国立国会・上越市立高田・岡山大学附属・佐賀県立の各図書館、新庄ふるさと歴史センター・大村市立史料館・鳥取県立博物館・山口県文書館の関係史料を調査し、次の結果を得た。賞典禄支給決定までの政府内での議論については、特に新しい事実は発見できなかったが、賞典取調べの事務を担当した香川敬三と大村藩士渡辺清が、大名に対する賞典禄をどのように決めていったかをある程度窺うことができ、また禄に漏れた人々からの嘆願も多くあったことが明らかとなった。分与賞典禄については、名古屋徳川家・新庄戸沢家・大村家の場合を分析、永世分与・終身分与・年限支給・一時金や物を下付する形態をとった。さらに全く分与しなかった大名も7家あって、大名によって分与の実態は大きく相違していることが判明した。賞典禄の処分は家禄に合算して同様に処分されたが、禄税の賦課は家禄より1年後の明治8年支給分からであった。その際終身分与分は旧藩主の賞典禄に合算、旧藩主の家禄と合わせての禄税が課せられたため、終身分与者が多い旧藩主にとっては重税となった。主従関係の復活問題については、分与禄を旧藩主側は封建的俸禄と強く認識していたことが知られ、また政府も分与禄没収の際旧藩主、大蔵省のどちらが収禄するか、という点について、当初は旧藩主に有利に取扱ったが、間もなくこれを否定する方針に変更するなど、政府側が一貫性を欠く政策をとったことも明らかとなった。
二成分ナノ流体を用いた高効率エネルギー変換システムに関する研究

ナノ粒子と界面活性剤の利用は,吸収システムにおいて熱や物質の移動を促進させるための,最も期待されている技術の一つである.既存の研究では,ナノ粒子や界面活性剤の添加により吸収速度が増加するということが示されている.特にナノ粒子と界面活性剤の効果は有効吸収率として,定量的に示される.有効吸収率とは,二成分混合冷媒にナノ粒子を添加した二成分ナノ流体に対する界面活性剤の効果を表す指標である.本研究の目的は,二成分ナノ流体と界面活性剤を使用したバブル式吸収器における熱及び物質移動の解析,小型のアンモニア-水バブル式吸収器の設計,バブル式吸収器の大きさの違いによる二成分ナノ流体と界面活性剤の効果の検討である.界面活性剤を添加した二成分ナノ流体の効果は,過去の実験データより得られた有効吸収率に関する相関式を用いて検証された.ナノ粒子と界面活性剤の種類と濃度は重要なパラメータとして考えられる.シミュレーションの結果,界面活性剤の添加により吸収器の大きさを74.4%削減することができ,一方,二成分ナノ流体の利用は吸収器の大きさを63.6%削減することができることがわかった.二成分ナノ流体と界面活性剤を組み合わせた場合には吸収器の大きさを77.4%削減することができた.したがって,吸収器の大きさという観点から考えると,二成分ナノ流体と界面活性剤を組み合わせたものが,今回検討した技術の中で最も適しているものであると結論付けることができる.ナノ粒子と界面活性剤の利用は,吸収システムにおいて熱や物質の移動を促進させるための,最も期待されている技術の一つである.既存の研究では,ナノ粒子や界面活性剤の添加により吸収速度が増加するということが示されている.特にナノ粒子と界面活性剤の効果は有効吸収率として,定量的に示される.有効吸収率とは,二成分混合冷媒にナノ粒子を添加した二成分ナノ流体に対する界面活性剤の効果を表す指標である.本研究の目的は,二成分ナノ流体と界面活性剤を使用したバブル式吸収器における熱及び物質移動の解析,小型のアンモニア-水バブル式吸収器の設計,バブル式吸収器の大きさの違いによる二成分ナノ流体と界面活性剤の効果の検討である.界面活性剤を添加した二成分ナノ流体の効果は,過去の実験データより得られた有効吸収率に関する相関式を用いて検証された.ナノ粒子と界面活性剤の種類と濃度は重要なパラメータとして考えられる.シミュレーションの結果,界面活性剤の添加により吸収器の大きさを74.4%削減することができ,一方,二成分ナノ流体の利用は吸収器の大きさを63.6%削減することができることがわかった.二成分ナノ流体と界面活性剤を組み合わせた場合には吸収器の大きさを77.4%削減することができた.したがって,吸収器の大きさという観点から考えると,二成分ナノ流体と界面活性剤を組み合わせたものが,今回検討した技術の中で最も適しているものであると結論付けることができる.
ヘパラン硫酸糖鎖を介して脳の発達過程を制御する調節機構の解析

昨年度までに、発達期の脳においてHS糖鎖は時期および部位特異的に構造を変化させ、それにより相互作用する分子を選別するなどして、脳の発達に伴う複雑な神経回路の形成に関与している可能性を示唆する結果が得られた。そこで本年度は、環境応答に伴って細胞表面のHS糖鎖の構造がどのように変化するのかをモデル細胞を用いて調べ、HS糖鎖構造の変化と環境応答との相関関係を検討した。モデル細胞として、神経伝達物質・アドレナリンの添加により濃度依存的に神経成長因子・NGFを分泌することが知られているマウス線維芽細胞(L-M細胞)を用い、アドレナリン添加前後の細胞表面のHS糖鎖構造を調べた。その結果、HS糖鎖合成量の増加が見られたものの、HPLCによるHS糖鎖の2糖単位構成比を分析したところ、構成糖成分比に変化は見られなかった。しかし、硫酸転位酵素群mRNAの発現量をRT-PCR法にて測定したところ、アイソフォーム間で発現量が変化していることが明らかとなった。これは、HS糖鎖中の硫酸化糖の配列が変化するという構造変化を表しているのではないかと考えている。これにより、細胞表面のHS糖鎖構造は、環境の変化に応じて糖鎖の配列を変化させるような微少な変化で、標的タンパク質との相互作用を制御しているのではないかと考察した。この結果をふまえ、神経回路形成において、神経細胞のHS糖鎖構造特異的に相互作用する分子をファージディスプレイ法を用いて同定することを試みた。生後8日齢あるいは生後3週齢のマウス脳由来HS糖鎖をイムノチューブに固相化し、マウス脳由来cDNAを導入したファージディスプレイcDNAライブラリーによるバイオパニングを繰り返した。現在、糖鎖との相互作用を示したファージに提示されたアミノ酸配列から、糖鎖構造特異的相互作用分子の同定を試みている。脳の発達に伴う複雑な神経回路の形成には、神経細胞と細胞外マトリクスとの相互作用に、糖鎖構造を介して関与しているヘパラン硫酸(HS)が、重要な働きを担っていると考えられている。本研究課題では、神経回路形成において、HSの特異的糖鎖構造がいかなる情報伝達経路の調節に関与しているかを明らかにすることを目的として、HS糖鎖構造の決定因子の一つであり、生理機能の異なる糖鎖構造を合成することが知られている、HS3位硫酸転位酵素(3-OST)群に注目した。本年度は、脳における時期および部位特異的な3-OST群(4種類)の発現について、発達期マウス脳由来の組織切片を作製し、3-OST遺伝子mRNAの発現部位をin situ hybridization法によって解析した。また、各発達期脳由来のトータルRNAを調製した後、各3-OST遺伝子mRNAの発現量をreal-time RT-PCR法により測定した。その結果、3-OST-2は大脳において生後8日目(P8)をピークに発現量が変化することや、3-OST-2は大脳皮質のIIVI各層の神経細胞で発現シグナルが見られ、時期に応じてそのシグナルの強さが変化することが明らかとなった。また、3-OST-1は小脳においてP14をピークに発現量が変化し、P14以降のプルキンエ細胞などの神経細胞で顕著にシグナルが見られた。さらに、対照実験として行なった他のHS生合成に関連する硫酸転位酵素群(7種類)もまた、脳の発達に伴って酵素遺伝子の発現量が変化していることが明らかとなった。これにより、発達期の脳においてHS糖鎖は時期および部位特異的に構造を変化させ、それにより相互作用する分子を選別するなどして、脳の発達に伴う複雑な神経回路の形成に関与している可能性が示唆された。
環境問題における企業行動とその制御過程の研究-日本とアジアの事例の比較分析-

本研究では、熊本水俣病事件についての資料の収集、関係者からの聞き取りとともに、アジア地域における環境問題に対する企業(特に日系企業)行動に関する基礎的な資料の収集をおこなった。そして、第1に、熊本水俣病事件における加害企業チッソの行動を、その組織成員のレベルまでおりて解明するとともに、それを制御すべき行政および司法機関の行動についても検討を加えた。その結果主として明らかになったのは、以下の2点である。(1)高度経済成長期の日本において、通産省をはじめとする行政だけでなく司法も、公害問題に対する統制機関として機能しなかったこと。むしろ、企業の行動を正当化する役割を果たしたこと。(2)同様に、それらの代替的役割を果たすべき社会運動も、マスメディアの報道がほとんどなされなかったこともあって、地元においても、また全国的に見ても、ほとんど組織化されえなかったこと。第2に、現代のアジア、特に焦点を当てたフィリピンにおいても、当時の日本に類似した状況が見られた。(1)環境問題に対する行政及び司法の統制機能は未発達で、抑止・改善に向けた役割は期待しにくいこと。(2)メディアによる報道はなされないわけではないが、運動も職業の一種として機能しがちで、外的な働きかけによって容易に切り崩されてしまうこと。したがって、国内外、特に海外からの資金面も含めた支援による運動の活性化、持続が重要であるとの知見が得られた。平成10年度は、主として熊本水俣病事件についての裁判資料の収集、チッソ関係者の聞き取りをおこない、加害企業であるチッソに関して、以下の諸点の解明をめざした。1.加害源となるアセトアルデヒド工程の操業状況2.排水口の付け替え、サイクレーターの設置、猫実験の禁止など内部的隠蔽工作と思われる行為の決定過程3.反論の作成、研究者への反論の依頼など、外部的隠蔽工作の過程その結果、今までの刑事裁判などの判決、通説とは異なり、次のような可能性のあることが明らかになった。1.猫実験結果の隠蔽、サイクレーターの設置など、一見共通の意思のもとになされたと考えられてきた一連の行動が、異なる部門、個人の意志決定に基づく可能性があること。2.有機水銀説が熊本大学によって提起された以降も、有機水銀を含む廃水を流し続けたのは、外部からの圧力が消失したこととともに、通産省が適切な指導・監督を怠ったことにもよるところが大きいこと。来年度以降は、新たな資料を収集するとともに、チッソ関係者だけでなく、行政の関係者にも聞き取りを試みることによって、チッソの行動過程及び行政などによる制御過程の解明を進めたい。平成11年度は、昨年度に引き続き、熊本水俣病事件についての資料の収集、関係者からの聞き取りをおこない、以下の諸点の解明をめざした。(1)加害企業としてのチッソに関して1.工場および本社の人々に水俣病に対する認知状況2.工場における幹部層の人間関係と決定過程3.外部的隠蔽工作と思われる出来事の実態(2)制御主体としての行政に関して1.チッソが加害源であることへの公式確認の遅れ(厚生省、経企庁、通産省等)2.チッソに対する刑事・行政処分の回避(熊本県警、熊本地検、水産庁)その結果、以下の点が明らかになった。1.チッソ内部の部門や個人が、企業行動の結果引き起こされた事態を、企業自体が解決すべき「問題」というより、外部との「紛争」との認識をもって対処した可能性が高いこと。2.通産省の適切な指導・監督が必要であったが、チッソからの情報に依存していたがゆえに、やはり「紛争」との認識を共有することとなり、結果としてチッソの対応を追認する役割しか果たさなかったこと。これらの知見については、2本の論文として発表した。また、水俣病事件の知見をアジアの産業公害の問題の制御に生かすための予備作業として、アジアの産業公害における企業の行動に関する基礎的な資料の収集をおこなった。本年度は、昨年度までの研究成果を踏まえて、熊本水俣病事件の加害企業チッソとフィリピンにおける日系企業の行動との比較分析をおこない、その結果をまとめた。(1)熊本水俣病事件の資料収集と聞き取りの継続本年度は、ます

熊本水俣病事件についての資料の収集、聞き取りの補充をおこない、以下の諸点の解明をめざした。1.加害企業としてのチッソに関して工場においてなぜ排水を改善する動きが取られなかったのか2.制御主体としての行政に関してチッソに対する刑事・行政処分がなぜ回避されたのか(熊本県警、熊本地検、水産庁などを中心に)(2)フィリピンにおける日系企業の行動に関する資料の収集と分析他の研究費などによってフィリピンにおいて実施してきた調査と、収集資料などから、日系企業の関係した公害問題における企業行動について考察した。(3)比較分析-研究のまとめ上記の(1)(2)を踏まえて、両事例の比較分析を試みた。そこから導き出されたのは、以下の点である。1.行政による公害規制が十分機能していない状況において、企業は外的な圧力が強くない限り、自ら改善のための行動をとる可能性が少ない。2.その際、もっとも効果的なのは社会運動による圧力だが、企業城下町に近い状況では、地元において効果的な運動を組織化することは、非常に困難である。3.したがって、60年代後半以降の水俣病患者の支援運動のように、マスメディアも利用しつつ、全国的に(場合によっては海外も含む)世論を喚起することが、重要な意味をもつ。
エキシマレーザー角膜手術後の共焦点顕微鏡による観察

家兎角膜にエキシマレーザー角膜手術装置(ニデック社:EC-5000)を用いて角膜表層切除手術を施行した。また、スパーテルおよびゴルフ氏刃を用いた機械的角膜表層切除術も施行した。術直後より3か月目までタンデム型共焦点顕微鏡を用いて、それぞれの手術角膜を生体観察した。また、術後20日目に眼球摘出し、角膜片を作製し、組織化学的および免疫組織化学的に検索した。共焦点顕微鏡を用いてエキシマレーザー表層切除術を施行した角膜を観察すると、術後3日目までにほとんどの角膜は23層の上皮細胞によって再皮覆を終了していた。また、術後25日目の切除部直下の実質浅層には実質細胞は全く観察されず、無細胞領域を形成していた。しかし。術後7日目になると、この領域に多数の実質細胞の浸潤が観察された。また、実質細胞間には、細胞間物質が白色の反射として観察された。この白色反射は、細隙灯顕微鏡で観察される上皮下混濁と一致しており、術後23週目に最も明瞭に観察されたものの、術後3カ月では大部分の角膜で消失した。一方、スパーテルおよびゴルフ氏刃を用いた機械的角膜表層切除術を施行した角膜についても、エキシマレーザーによる表層切除角膜の観察結果とほぼ同様であった。また、術後20日目の角膜の組織化学・免疫組織化学的検索では上皮下混濁部分に一致してIII型・IV型コラーゲン線維、コンドロイチン硫酸、分子量の大きいラージプロテオグリカンなどが局在していることが明らかとなった。これらの結果もエキシマレーザーおよび機械的表層切除術後のいずれの角膜においても同様の結果であった。以上の結果から、エキシマレーザー表層角膜切除術に生ずる上皮下混濁は、レーザー照射による特異的な障害ではなく、非特異的な瘢痕組織であろうと考えられた。しかし。
グロースハック理論による親子の睡眠改善アプリケーション開発及びその疫学的検証

児童生徒の睡眠の改善は学力向上につながる。児童生徒の睡眠改善には親への睡眠教育も必要不可欠である。そこで本研究は、沖縄、台湾、韓国の児童及びその親に対して、グロースハックの理論を活用した睡眠教育の総合アプリケーション(eラーニング、睡眠日誌及びSNS)を用いて親子に介入し、彼らの睡眠を改善し、睡眠習慣、学力、メンタルヘルス、その他の生活習慣の改善を図ることを目的とした縦断的な疫学研究を遂行する。
事象関連電位P300を指標とした、新しいストレス耐性評価法

事象関連電位P300潜時を、ストレス反応の指標として活用できるか否かを検討する研究を3年間にわたって行った。初年度の結果より、P300潜時は、タイプA行動パタンの被験者において有意に短縮する事がわかった。タイプA行動パタンは、虚血性心疾患の危険因子として周知のcharacterである。今回の研究から、暗算負荷に対してP300潜時が短縮する個体は、ストレスが負荷された際に、ストレス関連疾患のうち、虚血性心疾患を発症するriskが高いといえるかもしれない。2年目の研究より、ストレス負荷により、血小板凝集能が亢進する被験者がいる事がわかった。しかし、この群はタイプAとは関連を認めなかったので、ストレス負荷に伴い、虚血性心疾患に限らず、その他の血栓傾向が高まる群が存在すると考えた。ストレス負荷に対するP300潜時と血小板凝集能の変化を総合判定することで、ストレス負荷に対してもう1つのストレス関連疾患である脳梗塞riskの高まる群を判定可能かもしれない。上記は何れも初年度に決定した暗算負荷試験により行った実験結果である。暗算負荷では、負荷後ノルアドレナリンの有意な増加を認めたが、アドレナリンに変化はなく、負荷後コルチゾールはむしろ減少した。暗算負荷で負荷されるストレスは、ある特殊な形のストレスで有る事が考えられ、異なったストレス反応を惹起する負荷法による評価もあわせて開発する必要があると考えた。今回、我々はホラー映画の恐怖シーンのみを集めて5分間の映像を作成し、これを用いてストレス反応を調べたところ、ノルアドレナリンに変化はなかったが、アドレナリンとコルチゾールは増加した。また、好中球殺菌能は減少した。以上より、ストレス関連疾患の中で、免疫機能の変調が関与するものに関しては、恐怖あるいは不快感を伴う刺激で惹起したストレス反応を用いると、そのriskを評価する事が可能かもしれない。初年度は、(1)情動ストレス誘発のために適切な刺激法の決定(2)情動ストレスがP300潜時に及ぼす影響を的確に捉えるための実験プロトコルの決定を研究目的とした。若年健常ボランティア39人(21.8±1.8歳)を対象に、日本光電社製NeuropackμでFz、Cz、Pzを関電極とし、聴覚オドボール課題で事象関連電位を記録した。プロトコルは安静時に2回事象関連電位を記録し、その後情動ストレス負荷を3分間行い、直後と、負荷後20分に事象関連電位を記録した。情動ストレス負荷は(1)鏡映描写試験(2)暗算で行った。また、対象をストレス抵抗性の強弱で2群に分けるため、JAS shortform NでタイプA(虚血性心疾患risk factorとなる行動パタン)を評価した。各記録のN100,P200,N200,P300潜時を測定し、タイプA群、タイプB群で比較検討した。反復記録で各潜時は変化せず、疲労効果・学習効果はないことが分かった。ストレス負荷でN100、P200潜時は変化しなかった。(1)鏡映描写負荷では、N200潜時はタイプA群でのみ負荷20分後に短縮した。P300潜時はタィプBでは負荷20分後に延長し、タイプAでは負荷直後,20分後と継続的に短縮した。(2)暗算負荷では、P300はタイプAのPzで負荷20分後に短縮し、タイプBのCzで負荷直後に延長した。以上より、タイプA群でのみストレス負荷でP300潜時が短縮するので、ストレス負荷前後のP300潜時を比較することで、ストレス耐性を推測することが可能であると考えた。また、ストレス負荷法により潜時の経時的変化パタンが異なるが、暗算負荷では、P300振幅が最も大きくなるPzでより著明な潜時短縮を確認できたので、ストレス耐性検査法として本法を用いる際は、検出力向上のため、暗算負荷が優れていると考えた。2年目の研究目的は、本課題の目指す総合的ストレス耐性評価法開発に向けて、ストレスに対するP300潜時の変化と、その他のストレス指標変化の関連を検討した。若年健常男性12人(22.5±2.0歳)を対象に、初年度の基礎実験で、ストレス負荷法と決定した3分間暗算負荷を行った。負荷前後に、P300を記録する他、われわれが独自に開発した、血管運動神経機能を指標とした自律神経機能検査法、血中ストレス関連ホルモン、血小板凝集能を測定した。(1)3分間暗算負荷で、血中Noradrenalineが有意に増加したが、Adrenalineに有意な変化は認めなかった。ACTHは負荷前にむしろ高値で、負荷後有意に低下した。Cortisolに有意な変化は認めなかった。(2)暗算負荷で、血小板自然凝集能が有意に亢進した。(3)これらの変化は、P300潜時の変化とは有意な関係を認めなかった。初年度の実験より、ストレス負荷に対して、事象関連電位P300潜時が短縮する症例が存在することが確認できたが、本年の研究では、血小板凝集能変化する症例が存在することがわかった。心筋梗塞、脳梗塞などはストレス関連疾患と呼ばれ、その発症にストレスの関与が疑われていて、発症の引き金は血小板凝集塊の形成と言われている。今回の実験で、そのメカニズムを再現することができた。