hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンピュータ利用試験におけるバイオメトリクスを用いた不正行為検出

自宅受験に代表される監督者なしのオンライン試験において、バイオメトリック技術を利用して不正行為検出する手法を検討した。替え玉受験を検出するため、試験端末として用いるタブレットPCにおいて、タッチジェスチャに着目した本人認証技術を開発した。ここでは、内蔵カメラによって側方、または上方から手形状を取得して判別を行う方式としたが、どの条件においても9割以上の正解率を得るという成果が得られた。また、イヤホンなどを利用した聴覚利用型不正行為検出のため、眼球運動特性に着目する方法を提案し、実験により有効性の確認を行った。受験者依存情報を使用しない場合、正解率は8割弱にとどまり、課題を残す結果となった。平成25年度に実施した研究では(1)「タブレット端末内蔵カメラを利用したタップ操作本人認証可能性の確認」および(2)「黙読課題と、リスニング+黙読偽装の二重課題における受験者の視線の動きの分析」に関する成果が得られた。(1)ではタブレット型試験端末を利用したオンライン試験において、替え玉を防止する目的で、内蔵カメラを用いて、受験者のタップ操作からバイオメトリック手法によって継続的本人認証する方法を検討した。以前に行った予備実験では、本人認証の正解率が69%程度と、手法の適用可能性を確認するのにとどまっていた。本年度は予備実験で得られた知見を活かし、装置の改良、着目する特徴や認証アルゴリズムの再検討を行い、データを取り直した。その結果、新たな特徴とアルゴリズムによって正解率が94%と大幅に改善され、タブレット端末で頻繁に用いられるタップ操作時の手形状に着目することで、継続的本人認証を行うことの実現可能性を確認することができた。(2)では試験におけるイヤホンなどを用いた聴覚利用型不正行為の検出を目的に、単純な文章黙読課題時とリスニングと文章黙読偽装をセットにした二重課題時に受験者の挙動に差異がないか調査を行った。最初は、実験協力者に両課題に取り組んでもらい、差異が出やすい部位がないかビデオ観察を行った。ビデオを分析した結果、様々な部位に差異が見られるものの、大部分の実験協力者では特に視線運動に共通して差異が出やすいという知見が得られた。そこで、視線の差異を運動レベルでより詳細に確認するために、視線追跡装置を設置し、同様の課題を行う実験を新たに実施した。その結果、両課題時で視線が同様に文章を追っているように見える場合でも、眼球運動の性質は定量的に異なることを見出し、聴覚利用型不正行為の検出を行える見通しを得ることができた。平成26年度に実施した研究では(1)「タブレット端末内蔵カメラを利用したタッチジェスチャからの本人認証可能性の確認」、(2)「タップ操作において強いなりすましが行われた場合の本人認証精度評価」、(3)「受験者の眼球運動を利用した黙読課題と、リスニング+黙読の二重課題の判別」および(4)「身体化エージェントが誘発する存在感の受験者への影響」に関する成果が得られた。(1)タブレットPCでのオンライン試験で、替え玉を防止する目的で、内蔵カメラを用いて、受験者の複数種類のタッチジェスチャから本人認証可能か検証を行った。具体的にはフリック操作およびピンチ操作について本人認証可能性を検証した。条件を統一するために、開始状態と終了状態を固定し、実験を行った。その結果、92%の正解率を得ることができ、前年度行ったタップ以外のタッチジェスチャでの本人認証可能性を確認した。(2)替え玉が積極的に対策してきた場合を想定し、タップ操作における本人認証精度を評価した。実験では、替え玉役になりすましの練習機会を与えたうえで評価を行った。被験者の協力を得て評価したところ、1-最近傍法でFAR23%(FRRは6%)という結果が得られ、対応が必要であることがわかった。(3)では、受験者に関する事前情報なしに、眼球運動から黙読課題と聴覚的不正行為を模した二重課題のどちらに取り組んでいるのか判別可能か検証を行った。様々な特徴量から判別を試みたところ、正解率は最高でも77%となり、事前情報なしでは判別が容易ではないとの知見が得られた。(4)ではコンピュータによる不正行為監視が受験者に与える影響に関する基礎的研究として、身体化エージェントを提示した場合の受験者の解答時間への影響を調査した。実験を行い、得られたデータを分析したところ、エージェントの提示に気付いた被験者には実際に社会的促進・抑制の影響が見られた。平成27年度には(1)「カメラを利用したタブレット端末におけるタッチジェスチャからの本人認証可能性の確認」、(2)「タップ操作において強いなりすましが行われた場合の本人認証精度評価」、(3)「サウンドマスキングを利用した不正行為防止法の開発」に関する研究を実施した。(1)前年度に引き続き、タブレット型試験端末を利用したオンライン試験において、替え玉を防止する目的で、カメラを用いて、受験者のタッチジェスチャから本人認証可能か検証を行った。前年度のフリック操作に関する実験に問題があったために、対策を施して実験をやり直した。また、前年度まではカメラを側面に配置していたが、利き手に応じて配置を変えないで済む上方からの撮影で認証性能に差が生じるか、新たに確認を行った。34人の被験者の協力を得て実験を行った。その結果、いずれの条件においても97%程度の正解率を得ることができ、カメラを上方に据えても、遜色なく本人認証できることが確認できた。(2)前年度に引き続き、替え玉が積極的に対策してきた場合を想定し、タップ操作における本人認証精度を評価した。

本年度は替え玉役の被験者の練習を効率的に補助する装置を作成し、より強いなりすましを行えるように工夫した。正規受験者3人のデータを用意し、被験者50人を替え玉役として実験を行った。現在、結果の分析を進めている。(3)聴覚利用型不正行為を防止するために、サウンドマスキングを利用した場合の、受験生への影響の有無を調査した。課題として計算課題と記憶課題の2種類を用意し、課題遂行中に、無音を含む様々な音圧レベルのマスキング音をイヤホンで被験者に聞かせる実験を行った。48人の被験者に対して実験を行ったが、いずれの課題においても被験者への影響が見られず、サウンドマスキングによる聴覚利用型不正行為の防止が可能であるとの知見が得られた。自宅受験に代表される監督者なしのオンライン試験において、バイオメトリック技術を利用して不正行為検出する手法を検討した。替え玉受験を検出するため、試験端末として用いるタブレットPCにおいて、タッチジェスチャに着目した本人認証技術を開発した。ここでは、内蔵カメラによって側方、または上方から手形状を取得して判別を行う方式としたが、どの条件においても9割以上の正解率を得るという成果が得られた。また、イヤホンなどを利用した聴覚利用型不正行為検出のため、眼球運動特性に着目する方法を提案し、実験により有効性の確認を行った。受験者依存情報を使用しない場合、正解率は8割弱にとどまり、課題を残す結果となった。平成25年度実施状況報告書では、「今後の推進方策」として、「研究実績の概要」において先述した4つの課題の推進を挙げた。研究課題(1)、(2)、(4)については実験の立案、実施、データの分析を完了し、それぞれの成果を出すことができた。研究課題(3)については25年度に採取したデータを分析に利用し、成果を出すことができた。得られた成果は、眼球運動特徴の個人差は大きく、事前に個人の特徴を得ることなしに、本人が2つの課題のいずれを遂行しているかの判別をするのは容易でないというもので、計画時の予想とは異なるものだが、今後の研究を推進する上で有用な知見である。このように、平成26年度に実施する計画だった4つの研究課題について、いずれも結果を得ることができ、研究は順調に進展したと判断する。バイオメトリクス平成27年度には3つの課題を推進する予定である。1つめは「タブレット端末内蔵カメラを利用したタッチジェスチャからの本人認証可能性の確認」の継続課題である。平成26年度の研究では操作を統一した条件下で本人認証可能性を確認したが、そのために被験者のタッチジェスチャが不自然になっている等のケースが見られた。27年度は実験方法の見直しを行い、より信頼性の高いデータの取得を行うことを検討する。2つめは「タップ操作において強いなりすましが行われた場合の本人認証精度評価」の継続課題である。平成26年度の実験を踏まえて、練習方法や本人判別方法の改良を検討する。3つめは「受験者の眼球運動を利用した黙読課題と、リスニング+黙読の二重課題の判別」で得られた知見を受けて設定する課題である。今度は不正行為検出という観点とは逆に、マスキング等の技術を利用した不正行為防止技術の開発に取り組む。
大規模最適化問題への自律分散型確率的手法の開発-超LSI設計問題への応用-

本研究は、大規模組合せ最適化問題への新しい手法の一つとしての分散型確率的手法の開発を目的としている。まず、確率的手法の一つである焼き鈍し法(simulated annealing法)について検討を加え、その特徴(長所、欠点)を明確にし、超LSIのレイアウト設計問題である配置、配線問題への適用を通して、その適用可能範囲を探った。大規模な問題に適用する場合には、種々の問題点が存在することが明らかとなった。その大きな欠点としては、次の二点がある。(1)莫大な処理時間がかかる。(2)解の探索範囲が十分広くない。上記二点を解決するための手法を、階層化と分散化に着目して開発した。具体的には、大規模な問題を階層的に扱い、その各部分を並列分散的に最適化していく階層的手法を開発した。その場合、各階層において評価関数中のパラメータの決定に非常な時間を要するが、これを自動的に調整する方法を考案した。また、生態システムにおける生物進化の考え方をとり入れることにより、状態を多重化した確率的最適化手法を新しく開発した。本手法は、アニーリング法に基づいているが、第二の欠点を解決し、解の探索範囲を非常に広く取ることを可能としている。従って、真の最適解が求まる確率が非常に高くなる。また、並列分散的に扱うことが可能であり、分散処理専用のコンピュータを用いた場合には、非常な高速で処理可能となる新しい手法である。これら新手法を超LSIのレイアウト設計問題へ適用することにより、その有効性を確認する。本年度は,以下の点について研究を進め,新しい結果を得ることができた.1.確率的手法の1つであるアニーリング手法を拡張し,分割した対象問題に分散的に適用可能とした.そのことにより階層的な最適化手順が可能となった.2.確率的手法の次点であったパラメータ決定を階層間で自動的に調整可能とした.そのことにより,パラメータ設定に要する時間を大幅に節約でき,分散的手法の有効性が大幅に向上した.3.拡張した手法を超LSIの配置問題へ適用し,試験的な簡単な例に用いて,その有効性を検証した.4.分散的計算が可能なトランスピュータによるシステムを作成し,その上で並列分散的に実行できるアルゴリズムを構築した.それより,本手法の有効性が検証できた.5.分散性を取り入れたための利点を整理した.分散性を取り入れたための計算時間の短縮を例を用いて評価し,理論的な評価との比較検討を実行した.6.超LSIの設計問題の1つである配線問題へのアニーリング手法の適用も実行した.配線問題の重要課題であるフィードスルー配線問題とグローバル配線問題におけるアニーリング手法の有効性に検討を加え,分散的手法の配線問題に対する適用の足がかりを得た.今後,配線問題においての分散的手法の適用の可能性を検討する.来年度は,上記16の新しく得られた結果をふまえ,一層の研究の発展を計る.本年度は、前年度に引き続いて研究を進め、次のような新しい結果を得た。1.分散的手法を大規模な超LSIのブロック配置問題へ適用し、アルゴリズムの改良を行い、手法の有効性を検証した。2.フィールドスルーに着目した概略配線手法を新しく開発し、その実現に確率的最適化手法を適用して良好な結果を得た。3.分散的手法を、超LSIの一つであるスタンダードセルの配置問題へも適用することを試み、適用の可能性を探った。4.生態システムにおける生物進化の考え方を取り入れることにより、状態を多重化した確率的最適化手法を新しく考案した。この新手法は、完全に分散的に扱うことが可能である。今後、並列分散的に処理する計算機を用いて実現することにより、一層その真価を発揮するものと思われる。5.本手法の並列分散性と最適化における裏付けを理論的に議論した。6.他の応用可能分野についても種々の検討を行った。7.研究の最終年度であるため、本研究の取りまとめを行った。
電子線誘起蒸着を用いたナノ粒子の選択的固定によるプラズモニック回路の作製

表面プラズモン共鳴を利用して光回路や導波路を作製できることが理論的に予測されている。それを実現する手段として、金などのナノ粒子を意図的に配列する方法がある。しかし、ナノ粒子を意図的な場所に並べることは容易ではない。そこで、基板上に粒子を意図的に配置する手法の開発を目的として本研究を行った。本手法は、基板上に金ナノ粒子を2次元的に配置し、必要な粒子を基板に固定し、不要な粒子を除去するという3段階で構成されている。この各段階について条件の検討を行い、ナノ粒子配列方法を開発した。表面プラズモン共鳴を利用したナノスケールの光回路や光導波路に関する研究が注目されている。これらプラズモニック回路に関する従来の研究では、AuまたはAgのナノ粒子やナノロッドのコロイド溶液を用いたものが多い。しかし、基板上にナノ粒子を含むコロイド溶液を滴下・分散させた場合、一般に粒子はランダムな配置になってしまい、光導波路などの特定の回路を作ることは困難である。本研究では、有機分子修飾と局所的な電子線照射を利用して、ランダムな配置ではなく、意図的に機能的な配列のナノ粒子構造体を作製し、光導波路や光トランジスターなどのプラズモニック回路の開発を目指すものである。平成25年度の目標は、ナノ粒子の基板上への固定および除去方法の確立であった。その手法は以下の通りである。(1)まず基板上にAuコロイド溶液を滴下し乾燥する。(2)その基板に対し、有機ガスを流しながら電子線を照射することにより、所望の粒子付近に炭素膜を堆積させ、これによって粒子を基板に固定する。(3)この基板を溶液中で洗浄することで、基板から不要な粒子を除去する。この方法は平成25年度に本研究を開始してすぐに達成できたが、その過程で必ずしも有機ガスを流さなくても、所望のナノ粒子を基板に固定できることが明らかとなった。これは、ナノ粒子の周囲に吸着している有機分子を電子線で破壊し、炭素として固着しているためと考えられた。これにより、実験の手順が簡便になるので、今後はこの方法を用いることにした。この方法で、狙ったナノ粒子を固定し、その他のナノ粒子を除去する方法を確立した。本研究では、有機分子修飾と局所的な電子線照射を利用して、ランダムな配置ではなく、意図的に機能的な配列のナノ粒子構造体を作製し、光導波路や光トランジスターなどのプラズモニック回路の開発につなげようとするものである。計画している手順は以下の通りである。(2)その基板上の所望の粒子に対し電子線を照射することにより、その粒子付近に炭素膜を形成し、これによって粒子を基板に固定する。(3)この基板を溶液中で洗浄することで、固定されていない不要な粒子を基板から除去する。平成25年度に(2)と(3)はおおむね達成できたが、(1)の段階での粒子の配置が不均一になる問題点があった。平成26年度は、粒子や基板を修飾している有機分子を変えることで、この問題の解決を図った。これらのプラズモニック回路に関する従来の研究では、AuやAgナノ粒子のコロイド溶液を用いたものが多い。しかし、基板上にコロイド溶液を滴下した場合、一般に粒子の配置はランダムになってしまい、導波路など特定の回路を作製することは困難である。本研究では、有機分子と局所的な電子線照射を利用して、意図的な配列のナノ粒子構造体を作製しようとするものである。その手順は、(1)まず基板上にAuコロイド溶液を滴下し乾燥させる。(2)その基板上の所望の粒子に電子線を照射することで、基板に固定する。(3)この基板を溶液で洗浄することで、固定されていない不要な粒子を除去する。これにより、意図的な粒子配列を作製することができると考えている。これらの各段階において、それぞれ課題があり少しずつ解決してきた。(1)については、3-glycidoxypropyltrimethoxysilaneを用いるとかなり密に配置できるが、その分布が一様ではなかった。また、2-aminoethanethiolを用いると、最密ではないが均一に分布することが明らかとなった。これらは、最終的な用途により使い分けが可能である。最終年度は特に、(2)における電子線照射条件の検討を行った。その結果、電子線の加速電圧や照射電流によって固定される範囲が大きく変わることが分かった。細い配列を作製するためには、低い加速電圧、小さい照射電流が有利であった。しかし、粒子が固定される幅は、電子線のプローブ径や二次電子が放出される範囲と比較してかなり大きかった。これは、粒子による一次電子の散乱や基板からの後方散乱が考えられ、電子軌道のシミュレーションが必要であると考えられる。

それを実現する手段として、金などのナノ粒子を意図的に配列する方法がある。しかし、ナノ粒子を意図的な場所に並べることは容易ではない。そこで、基板上に粒子を意図的に配置する手法の開発を目的として本研究を行った。本手法は、基板上に金ナノ粒子を2次元的に配置し、必要な粒子を基板に固定し、不要な粒子を除去するという3段階で構成されている。この各段階について条件の検討を行い、ナノ粒子配列方法を開発した。本研究では、(1)基板上にAuナノ粒子を分散し、(2)狙った粒子の表面に吸着している有機分子を電子線で壊すことにより、粒子を基板上に固着し、(3)他の粒子を除去することで目的の配列作製を目指している。まず、手順(2)における、狙った粒子に電子線を照射することによる固着について検討した。Auナノ粒子のコロイド溶液をシリコン基板上に滴下・乾燥し、その中の狙った粒子に電子線を照射すると、その粒子が基板に固着することが明らかとなった。このとき、特に有機物を外部から供給する必要はなかった。つぎに、手順(3)における、不要な粒子の除去について検討した。これは、ナノ粒子コロイド溶液を滴下・乾燥した基板について、水への浸漬、界面活性剤の投入、pH調整、超音波照射の効果について検討した。その結果、溶液をアルカリ性にして超音波照射することにより粒子の99.9%以上を除去できることが分かった。以上のように、狙った粒子を基板上に固着し、不要な粒子を除去する方法が概ね確立した。しかし、手順(1)において、粒子が密に並んでいないことおよび不均一であることが問題点であった。そこで、本年度は、粒子や基板を修飾している有機分子を変えて、基板上への配置を検討した。その結果、3-glycidoxypropyltrimethoxysilaneと2-aminoethanethiolを使う方法では、完全ではないが部分的に粒子が密に配列することがわかった。また、amino-1-undecanethiolを使う方法では、最密ではないが比較的均一に分布することがわかった。また、どちらの場合も電子線照射により基板に固定することができた。よって、これらの方法を使い分けることにより、目的とする構造を作製できると考えられる。また、ここまでの成果を査読付き論文として投稿し、掲載可(accept)になっている。工学これまでの研究で、本研究手法の手順(1),(2), (3)において、概ねめどがついた。しかし、固定される範囲は電子線照射範囲よりやや大きいことがある。今後は、精密な構造作製ができるように、手順(2)において照射する電子線のエネルギーや電流量と、粒子が固定される範囲の関係を計測して、最適条件を探す。また、少しチャレンジングではあるが、実際にプラズモニック回路を作製してプラズモンの伝播を計測したいと考えている。本研究では、基板上にAuナノ粒子を分散し、狙った粒子の表面に吸着している有機分子を電子線で壊すことにより、粒子を基板上に固着し、他の粒子を除去することで目的の配列作製を目指している。まず、狙った粒子に電子線を照射することによる固着について検討した。
高機能な問合せをサポートする実践的グラフ圧縮アルゴリズムの開発

グラフ圧縮アルゴリズムの開発を行った.とくに,極大平面グラフや格子方形描画に着目して研究を進めた.極大平面グラフに関しては,圧縮アルゴリズムを設計し,高速に問合せをサポートする方法を設計した.問合せとしては(1)隣接判定,(2)次数判定,(3)時計回りに次に現れる頂点の計算,の3種類をサポートすることができる.とくに(3)の問合せは,平面グラフに関するアルゴリズムで頻繁に使われる命令であるため実用性が非常に高い.また,格子方形描画に対して圧縮アルゴリズムを設計し,格子方形描画に対するコンパクトな表現を与えた.グラフ圧縮アルゴリズムの開発を行った.とくに,極大平面グラフや格子方形描画に着目して研究を進めた.極大平面グラフに関しては,圧縮アルゴリズムを設計し,高速に問合せをサポートする方法を設計した.問合せとしては(1)隣接判定,(2)次数判定,(3)時計回りに次に現れる頂点の計算,の3種類をサポートすることができる.とくに(3)の問合せは,平面グラフに関するアルゴリズムで頻繁に使われる命令であるため実用性が非常に高い.また,格子方形描画に対して圧縮アルゴリズムを設計し,格子方形描画に対するコンパクトな表現を与えた.グラフ圧縮アルゴリズムの設計と周辺分野の調査を重点的に行った。とくに、極大平面グラフ、擬直線アレンジメントに着目して研究を進めた。極大平面グラフに関しては、圧縮アルゴリズムの設計と高速に問合せをサポートする方法を設計した。問合せとしては(1)隣接判定、(2)次数判定、(3)時計回りに次に現れる頂点の計算、の3種類をサポートすることができる。とくに(3)の問合せは、平面グラフに関するアルゴリズムで非常に良く使われる命令であるため実用性が高い問合せであると言える。以上の結果を論文にまとめ、現在、学術雑誌へ投稿中である。擬直線アレンジメントは計算幾何の分野で非常に重要なオブジェクトであることが調査により明らかになった。しかし未だに最適な符号の長さが明らかになっていないことも分かった。そこで、計算機を用いて擬直線アレンジメントを列挙することにより数え上げを行い、擬直線の本数が1本から11本のとき、最適な符号の長さを明らかにした。この結果により設計した符号の良し悪しを測ることが可能になった。擬直線が11本のときのアレンジメントの個数は今まで知られておらず、数学的にも非常に興味深い結果である。2部置換グラフに関しても、数え上げの結果を与えることにより、最適な符号の長さを計算できるようになった。グラフ圧縮アルゴリズムの開発を行った.とくに,極大平面グラフや格子方形描画に着目して研究を進めた。極大平面グラフに関しては,圧縮アルゴリズムを設計し,高速に問合せをサポートする方法を設計した.圧縮アルゴリズムにより,n頂点からなる極大平面グラフ6n bitで表現することができる.問合せとしては(1)隣接判定,(2)次数判定,(3)時計回りに次に現れる頂点の計算,の3種類をサポートすることができる.問合せの解を計算するための計算時間はそれぞれ0(1)時間である.とくに(3)の問合せは、平面グラフに関するアルゴリズムで頻繁に使われる命令であるため実用性が非常に高い.また,格子方形描画を圧縮してコンパクトに表現する方法を設計した.方形描画を圧縮する技術はすでに知られているが,格子方形描画を圧縮する方法は今までに知られていなかった.格子方形描画は,方形描画の各辺を重みつきにしたグラフのクラスであり,より応用に近いグラフである,よって,既存のものよりも,より実用性が高い圧縮アルゴリズムを開発できたと言える.指定した個数の葉をもつ根つき順序なし木に対して列挙アルゴリズムを,真区間グラフに対して数え上げ・ランダム生成・列挙を行うアルゴリズムを設計した.各グラフクラスについて,列挙や数え上げによって個数を計算すれば,符号の上限を知ることができるので,これらの成果は,今後の圧縮アルゴリズムの開発のために非常に重要であると言える.
高齢者および災害時要援護者に配慮した避難所運営のための地域防災対策支援方法の構築

本研究の目的は、高齢者を含む災害時要援護者に配慮した避難所運営に焦点を定め、地域の実情とニーズに応じた避難所運営マニュアルを住民自ら作成し、住民自治による円滑な避難所運営ができるための防災対策支援方法を構築することである。平成30年度は、平成29年度に引き続き、1作成された防災対策支援ワークショップのプログラムを運用し、適宜評価して、プログラムの修正を行う。同時に、2高齢者および要配慮者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価することが計画されていた。12について、平成30年度には当初予定していた新規地区への導入が困難となったため、昨年度までに実施してきた三重県南部沿岸地域の3地区において、継続的な防災対策支援を行うとともに、支援プログラムの評価および見直しを行った。特に、地域防災は住民自治による継続的な取り組みが必要であるため、これまでの支援により、住民主体の効果的・継続的な活動が実施されているかに焦点を当て、新たに抽出された課題への支援を行った。具体的には、対象地域の地域高齢者および要配慮者は、大規模災害時、避難所において下肢筋力の低下に伴う歩行障害、エコノミークラス症候群、認知機能低下、既往症の悪化など、健康障害を引き起こしやすく災害関連死につながりやすいことが課題となっている。そのため、それらの発生を防止・低減するための方法について、日頃からの心身機能の維持・向上(特に移動能力と認知機能)の方法および避難所における健康維持の方法について繰り返し講義と演習を行った。その上で、習得した内容を地域住民に指導する場を設けた。それにより、参加者及び地域高齢者の防災・減災意識の向上および準備状態の向上につながった。また、住民主体の継続的な防災活動が実施されるよう、地域行政と協力し、相談窓口および定期的な支援の場を設けた。平成30年度の実施目標は、1作成された防災対策支援ワークショップのプログラムを運用し、適宜評価して、プログラムの修正を行う。同時に、2高齢者および要援護者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価することであった。今年度新たな地区への介入はできなかったが、これまでかかわった地域での活動へのフォローが実施でき、支援方法の評価および見直しができた。1については、作成された防災対策支援ワークショップのプログラムを運用し、運用常の問題や使用しやすさなどについて参加者からの意見を伺った。2については、昨年度まで実施してきた3地区を対象とした講義・演習を繰り返し行うとともに、住民主体の活動が継続できるよう、支援体制を整えた。平成31年度は最終年度となるため、引き続き1作成された防災対策支援ワークショップのプログラムを運用し、適宜評価して、プログラムの修正を行うと共に、2高齢者および要援護者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価する。また、3これまでの評価と成果を踏まえ、避難所運営における防災対策支援方法を決定し、それらが地域で継続的に実施できるよう、住民・行政・大学の連携強化体制を整える。さらに、4作成された災害対策支援方法とその成果を県内地域・行政に公表するとともに、学会発表・論文化を通じて研究成果の公表を行う。平成27年度には、本研究における準備期間として、対象地域の行政及び住民への協力要請と承認の上、1地域の要援護者に関する実態調査を行い防災対策における課題を明確化し、住民および行政に報告する。2調査結果に基づき、防災対策支援ワークショップのプログラムを検討・作成し、1、2について学会で報告する。1地域の要援護者に関する調査として、三重県南部地域の2地区において、「高齢者および災害時要援護者の防災対策」、「高齢者および災害時要援護者に配慮した避難所づくり」について、講演会を行い、災害時要援護者の実態調査を実施した。結果、総計138名の災害時要援護者に対し戸別調査を行い、約半数が災害時の支援を求めているが、3割は支援者がいないこと、多くの対象者は災害時の避難や避難所生活に向けた準備状況が整備されていないことが明らかになった。さらに、対象者の7ー8割は何らかの疾患を治療中であり、約4割は認知機能の悪化に注意が必要であった。以上の結果については、調査対象地域の住民および地域行政に報告し、課題の明確化および対策について検討を行った。災害時要援護者の防災対策として、地域住民を対象に災害時要援護者の避難および避難所生活の支援に関するワークショッププログラムを考案したため、来年度はワークショップを開催し、プログラムの評価を行う予定である。なお、調査結果は、平成28度開催予定の学会で報告予定である。平成27年度の実施目標は、本研究における準備期間として、対象地域の行政及び住民への協力要請と承認の上、1地域の要援護者に関する実態調査を行い防災対策における課題を明確化し、住民および行政に報告する。2調査結果に基づき、防災対策支援ワークショップのプログラムを検討・作成し、1、2について学会で報告することである。1について、対象地域2地区において実態調査を完了し、2について、実態調査の結果を対象地域の住民および行政に報告し、災害時要援護者の防災対策支援に関するワークショッププログラムを検討できた。また、実態調査の結果は、今年度開催予定の学会で発表予定である。

来年度は、検討したワークショッププログラムを実践し、プログラムの評価を行った上で、プログラムをさらに洗練させる予定である。本研究の目的は、高齢者を含む災害時要援護者に配慮した避難所運営に焦点を定め、地域の実情とニーズに応じた避難所運営マニュアルを住民自ら作成し、住民自治による円滑な避難所運営ができるための防災対策支援方法を構築することである。平成28年度には、1平成27年度に実施した実態調査結果に基づいて作成した防災対策支援ワークショッププログラムを運用・評価し、プログラムの見直しを行う、また同時に、2高齢者および要配慮者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価する、ことが計画されていた。1について、三重県南部の沿岸地域2地区において、地域の行政および自治会やボランティアと協力し、地域高齢者および要配慮者への避難所における支援方法に関するワークショップを行った。避難所における支援の基本は自助・共助であるため、対象者の防災意識を高めること、日頃からの防災対策の準備を進めること、避難所において発生しうる問題とそれの予防策などについて、グループで話し合い、その地域に応じた対策を抽出できた。2について、地域高齢者および要配慮者は避難所において健康障害を起こしやすく、災害関連死につながりやすいことを伝え、日頃から体力や足腰の機能を維持しておくための方策、また、避難所で生じる問題の予防方法について、1のメンバーと共同で講義を行うとともに、下肢筋力の強化方法、エコノミークラス症候群の予防方法、感染防止対策などの演習を行い、対象者の防災対策準備状態の向上につながった。平成28年度の実施目標は、1平成27年度に実施した実態調査結果に基づいて作成した防災対策支援ワークショッププログラムを運用・評価し、プログラムの見直しを行う。同時に、2高齢者および要配慮者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価することであった。1については、作成された防災対策支援ワークショッププログラムを運用・評価し、2については、高齢者および要配慮者を対象とした、避難所の防災に特化した講義および演習を実施できた。しかし、1および2について、地域特性に応じた工夫やさらに強化すべき視点も明らかになったため、来年度以降も継続してプログラムや講義・演習内容を修正し、実施・評価をしてゆく必要がある。平成29年度には、平成28年度に引き続き、1作成された防災対策支援ワークショップのプログラムを運用し、適宜評価して、プログラムの修正を行う。同時に、2高齢者および要配慮者が避難所生活で健康障害を引き起こさないための具体策について、実演・演習を行いその効果を評価することが計画されていた。
血管内皮カドヘリンを介したタイトジャンクション制御によるナノDDSの創製

凝血剤として知られるトロンビンには、血管内皮細胞同士の結合タンパクである血管内皮カドヘリン(VE-Cadherin)を抑制する事によって内皮細胞間のタイトジャンクションを急速に1520nm開大させ、血管透過性を著しく亢進させる作用がある事が注目されはじめた。本提案では、経カテーテル的な肝動注化学塞栓療法に使用する薬剤としてトロンビンと抗腫瘍薬の混合物を使用する。血管透過性亢進作用による抗腫瘍薬の高濃度暴露による濃度依存性効果増強と、自己凝血塊に含有された抗腫瘍薬の徐放効果による暴露時間延長による時間依存性効果増強を肝動脈塞栓術に応用する。家兎の下腿部軟部腫瘍に対して、シスプラチン-リピオドールエマルジョンおよびトロンビン-シスプラチン-リピオドールエマルジョンの投与を行った。すなわち、家兎右大腿部にVX2腫瘍を移植し、2週間後に数cm大の腫瘍が発育していることを確認する。家兎左大腿動脈を外科的に露出させ、マイクロカテーテルを左大腿動脈から右外腸骨動脈に挿入する。右外腸骨動脈からの腫瘍への血流を確認した後、シスプラチン-リピオドールエマルジョンまたはトロンビン-シスプラチン-リピオドールエマルジョンの投与を行った。投与量としてシスプラチンは1mg/kg、リピオドールは0.1ml/kg、トロンビンは100u/kgの投与を行った。投与5分後および投与10分後の血清中シスプラチン濃度、および投与60分後の腫瘍組織内シスプラチン濃度を測定した。トロンビンを投与した群において、血清中へのシスプラチンの流出が抑制され、また、組織内への高濃度のシスプラチンの残留傾向を認めた。我が国での部位別の癌死亡順位(国民衛生の動向2003年度版)では、肝臓癌は男性で第3位、女性で第5位となっており死因統計分類上、重要な地位を占めている。現在、我が国では経動脈的なカテーテル挿入による動脈内抗腫瘍剤注入療法および動脈塞栓術は日常的に施行されており、本疾患に対する治療戦略に於いて重要な役割を占めているが、その治療効果は限定的で頻回の再治療を前提としたものであり、その患者の負担は無視できないものであった。本作用を各種のドラッグデリバリーシステムに応用する研究が行われており、申請者は本作用を肝臓悪性腫瘍の経カテーテル的な血管内治療に応用し新たなドラッグデリバリーシステムの開発に着手した。本提案で、経カテーテル的な肝動注化学塞栓療法に使用する薬剤としてトロンビンと抗腫瘍薬の混合物を使用する。本年度は、ブタ動脈内にトロンビンを投与し、その塞栓形成状況を放射線科学的に検討した。トロンビン濃度と塞栓形成状況を対比し、その有用性を明らかにした。

現在、我が国では経動脈的なカテーテル挿入による動脈内抗腫瘍剤注入療法および動脈塞栓術は日常的に施行されており、本疾患に対する治療戦略に於いて重要な役割を占めているが、その治療効果は限定的で頻回の再治療を前提としたものであり、その患者の負担は無視できないものであった。凝血剤として知られるトロンビンには、血管内皮細胞同士の結合タンパクである血管内皮カドヘリン(VE-Cadherin)を抑制する事によって内皮細胞間のタイトジャンクションを急速に1520nm開大させ、血管透過性を著しく亢進させる作用がある事が注目されはじめた。本作用を各種のドラッグデリバリーシステムに応用する研究が行われており、申請者は本作用を肝臓悪性腫瘍の経カテーテル的な血管内治療に応用し新たなドラッグデリバリーシステムの開発に着手した。本提案で、経カテーテル的な肝動注化学塞栓療法に使用する薬剤としてトロンビンと抗腫瘍薬の混合物を使用する。血管透過性亢進作用による抗腫瘍薬の高濃度暴露による濃度依存性効果増強と、自己凝血塊に含有された抗腫瘍薬の徐放効果による暴露時間延長による時間依存性効果増強を肝動脈塞栓術に応用する。昨年度には、ブタ動脈内にトロンビンを投与し、その塞栓形成状況を放射線科学的に検討した。トロンビン濃度と塞栓形成状況を対比し、その有用性を明らかにした。この結果をふまえて、本年度には家兎を用いて組織内薬物濃度の変化を検討する実験についての調査/準備を行い、実験の最終調整を行っている。本提案では、経カテーテル的な肝動注化学塞栓療法に使用する薬剤としてトロンビンと抗腫瘍薬の混合物を使用する。血管透過性亢進作用による抗腫瘍薬の高濃度暴露による濃度依存性効果増強と、自己凝血塊に含有された抗腫瘍薬の徐放効果による暴露時間延長による時間依存性効果増強を肝動脈塞栓術に応用する平成20年度には、家兎の下腿部軟部腫瘍に対して、シスプラチン-リピオドールエマルジョンおよびトロンビン-シスプラチン-リピオドールエマルジョンの投与を行った。すなわち、家兎右大腿部にVX2腫瘍を移植し、2週間後に数cm大の腫瘍が発育していることを確認する。家兎左大腿動脈を外科的に露出させ、マイクロカテーテルを左大腿動脈から右外腸骨動脈に挿入する。右外腸骨動脈からの腫瘍への血流を確認した後、シスプラチン-リピオドールエマルジョンまたはトロンビン-シスプラチン-リピオドールエマルジョンの投与を行った。投与量としてシスプラチンは1mg/kg、リピオドールは0,1ml/kg、トロンビンは100u/kgの投与を行った。投与5分後および投与10分後の血清中シスプラチン濃度、および投与60分後の腫瘍組織内シスプラチン濃度を測定した。トロンビンを投与した群において、血清中へのシスプラチンの流出が抑制され、また、組織内への高濃度のシスプラチンの残留傾向を認めた。現在、実験結果についてその詳細取りまとめを行っている。
力学的適応モデルと遺伝的アルゴリズムを用いた2足歩行体形の進化シミュレーション

直立2足歩行の様々な仮想進化戦略に応じ、体形と歩行運動を自律的に相互適応させることができる計算機シミュレーション手法を開発した。身体は頭胸部と骨盤部および左右の上肢、大腿、下腿、足部の合計10節に分割し、各関節には受動軟部組織に相当するトルクばねを付けた。各節の運動は基本的には矢状面内に拘束されるが、体幹節は垂直軸まわりに回旋できるものとした。また、筋骨格系は下肢と肩および腰部の左右合計26筋群でモデル化した。神経系は各関節の屈伸リズムを発生する18の振動子と、それらを相互に結合して筋への出力を発生する運動ニューロンからなる。この神経回路網には歩行の持続に必要な上位中枢からの定常入力と、力学系の運動情報としての関節角度、および弾性指示面と足との接触情報を与えた。自律的歩行は神経回路網の発振と身体多重振子系の振動との非線形相互引き込みによるリミットサイクルとして生成される。神経パラメータの探索と体形の進化には遺伝的アルゴリズムを用いた。すわなち、身体特性を表す遺伝子から形質の異なる50個体を発生させ、実歩行の解析から妥当な運動決定基準と考えられる移動仕事率と筋疲労度が大きい歩行を行う個体を淘汰すると共に、筋負荷による筋断面積の修正や屈伸トルクに対応した関節可動域の修正を行い、これらの獲得形質の遺伝と突然変異によって新たな個体群を発生させた。本手法を用い、ヒトの祖型に近似するチンパンジーの身体特性を初期条件として世代交代を行った結果、ほぼ現代人体形の直立2足歩行に至ることが分かった。また、歩行速度の増大や骨格負荷の軽減などの様々な淘汰基準を用いて進化体形を比較した結果、現生人類への進化には長距離歩行と体形の大型化が関係している可能性が高いことが分かった。さらに、全身骨格が発見されたネアンデルタール人幼児の歩行復元など、様々な応用を試みた。直立2足歩行の進化に関する様々な仮説を検証するために、身体プロポーションと淘汰基準に応じた自律的歩行運動を生成可能な神経・筋・骨格モデルを開発した。身体は腰部で垂直軸回りに回旋する体幹部と矢状面内を運動する左右の上肢、大腿、下腿、足部の合計9個の剛体筋に分割し、各関節には過伸展を防止するトルクばねが作用するものとした。また、筋骨格系は下肢の主要筋と肩および腰部の筋の左右合計24筋群でモデル化した。神経系は各関節の屈曲と伸展トルクのリズムを発生する16の振動子と、それらを相互に結合して筋への出力を発生する運動ニューロンからなる。この神経回路には力学系の運動情報である関節角度と、弾性支持面として近似した床と足との接触情報をフィードバックし、歩行の持続に必要な上位中枢からの定常入力を与えた。神経パラメータの探索と姿勢・体形の進化には遺伝的アルゴリズムを用いた。すなわち、身体特性を表す遺伝子から形質の異なる50固体を発生させ、それぞれの歩行運動を評価して適応度の高い固体を残すと共に、高負荷筋の断面積や関節可動域を修正し、これらの獲得形質の遺伝と突然変異によって新たな固体群を発生させる手順を繰り返した。

ヒトの祖型モデルとして近似的にチンパンジーの身体特性を設定し、エネルギ効率や体の大きさを淘汰基準として世代交代を行った結果、ほぼ200世代で現代人体格の直立2足歩行に至ることが分かった。また、高速歩行などの他の淘汰基準では、現生人類とは異なる体形と歩容に進化することも分かった。さらに、本手法を応用し、ネアンデルタール人幼児の歩行復元を行った。以上の成果は日本人類学会、バイオメカニズム学会、生体・生理シンポジウム、日本機械学会等で発表し、計測自動制御学会に投稿中である。1.平成7年度に開発した体形と運動の相互適応のための進化シミュレーション手法の改良を行った。昨年度の身体モデルは胴体を一つの剛体としていたが、より実際の姿勢に近づけるために、骨盤と胸郭を分離した10節構造とした。また、これに伴い、筋と神経振動子を左右1つずつ増やして26筋群と18振動子系とした。さらに、昨年度のモデルでは上体の直立化やヒトの歩行に特徴的な二重膝作用の再現が困難であったが、様々な運動決定基準を仮定して歩行発生を行った結果、移動仕事率と筋疲労の両方を最小化することでより実際の歩行に近い運動が可能になった。なお、これらの改良に伴う計算量の増大は並列計算用のワークステーションの増設と淘汰方法の改善による進化の効率化で解決し、結果の視覚化は市販のアニメーションソフトを用いることで簡便化した。2.モデルの妥当性を評価するために、実歩行との比較を行うとともに、上体に筋力が作用しない場合や初速度などの初期条件を変えてその影響を調べた。その結果、上体の筋は下肢に比較して小さな筋力しか発生しないが、その有無の影響は全身におよび、歩行速度の低下を招くことが分かった。また、初期条件の多少の変更に対してもほぼ同一の歩容に至ることを確認した。3.本手法を応用し、様々な進化戦略を与えた結果の歩容を現生人類と比較することで、逆に人類進化の淘汰圧を推定した。生存の基本条件と考えられる食料獲得のための正の要因には移動速度、移動距離、身体サイズ(体重)が、負の要因にはエネルギ消費と身体損傷が考えられる。進化戦略をこれらの要因の重み付き和で表し、重みを変えることで様々な歩行進化を再現した結果、長距離歩行と大型化を淘汰圧にしたときに現生人類に近い歩容が得られることが分かった。これは従来の人類学的知見に一致するものであり、ヒトの起源探究に新たな方法論を提供できたものと考えられる。
都市化の進展に伴う都市気候の変化に関する研究

最終年度として、まず、第一に都市気候の研究史を1.観測と現象の発見2.原因的考察3.モデル研究・の3つに分けて調べ、本研究の位置づけを行った。第2は、都市化を都市気候の立場から定義し、その指標として、都市の立体構造、人口などを取りあげて、関東地方11都市(千葉、宇都宮、川越、高崎、春日部、熊谷、行田、水海道、つくば、下妻、石下)について調べた。第3には、上記11都市で調査したヒ-ト・アイランドとこれら都市化指標との関係について調べた。その結果、夜間に出現する最大ヒ-ト・アイランド強度と都市人口、DID人口の対数との間に明瞭な関係が見出された。また、立体構造をア-バン・キャニオン内のしゃへい率で表して、ア-バンコアにおけるしゃへい率とヒ-ト・アイランド強度の間にも明瞭な関係が見出され、放射収支との関係が明らかになった。なお、この関係は、日本や韓国で求められていた関係を修正するような発見でもあった。さらに、これら地上での調査と同時に、同じ日のランドサットの映像解析からも11都市のヒ-ト・アイランドの状況を調べ、よい結果が得られた。この他、最近問題になっている都市化に伴う都市温度の上昇と大気の温室効果、地球規模の温暖化の関係を調べるために、都市温度の経年変化を調べ、いくつかの知見を得た。さらに、不快指数についても調べた。以上の結果、とりわけ、ヒ-ト・アイランドの調査研究については、世界的にも高く評価されるものと考える。都市化の進展に伴って都市域の気候は変化し周辺の田園地域の気候との差違を拡大させている。これは都市域における人間活動が都市の構造や機能を変えることによって生起されるものである。それゆえ都市気候の形成メカニズムを明らかにするためには人間の諸活動の気候学的意義を問いなおす必要がある。本研究はこのような観点から計画されたもので本年度の研究活動もこのような点に着目して実施した。まず第一に都市の地表面がどの程度コンクリートなど人工的なものに置換されているかを茨城県下妻市などで求めた。そして、次は地表面の凹凸の程度を調べアーバンキャニオンにおける天空比と地表面における放射収支・地表面温度の関係を調べた。さらに都市域ではカイツーを用いて高さ200mまでの鉛直方向の気温と風の分布を求めた。解析の結果アーバンキャニオン内の天空比と夜間の地表温度の相関が極めて高いことまた地表面温度とキャニオン内の気温との相関も同じように高いことが判明した。以上の他都市域及び周辺の田園地域における土じょう水分の連続観測を実施した。土じょう水分の状況は地表面熱収支と密接にかゝわるものでありその調査は極めて重要である。しかし観測機器のこともあり世界的にも未開拓の分野でこの研究は世界的にも期待されるところが大きい。以上の現地観測の他にランドサットの熱映像の解析によるヒートアイランドの研究も実施した。さらに日本のような湿潤地域の都市との比較研究の観点からブラジル北東部乾燥地域における都市気温についても検討した。都市化の進展に伴って都市域の気候は変化し,周辺の田園地域の気候との差違を拡大させている.これは都市域における人間活動が,都市の構造や機能を変えることによって生起されるものである.それゆえ,都市気候の形成メカニズムを明らかにするためには人間の諸活動の気候学的意義を問いなおす必要がある.本研究は,このような観点から計画されたもので,本年度の研究活動も,このような点に着目して実施した.まず第1に関東地方の10都市(千葉,武蔵野,三鷹,高崎,宇都宮,熊谷,川越,行田,春日部,下妻,石下)において,ヒート・アイランドの調査を実施し,これらと地表面の凹凸のアーバンキャニオンにおける天空比・地表面における放射収支・地表面温度の関係を調べた.

さらに,カイツーンを用いて都市境界層内の放射収支や気温構造についても調査した.以上の他,都市域及び周辺の田園地域における土じょう水分の連続観測を実施した.土じょう水分の状況は地表面熱収支と密接にかかわるものでありその調査は極めて重要である.しかし,観測機器のこともあり,世界的にも未開拓の分野で,この研究は世界的にも期待されるところが大きい.以上の現地観測の他に, 10都市の調査日のランドサットの熱映像の解析によるヒート・アイランドの研究も実施した.なお,この研究は,諸外因でも注目されており, 1987年12月7日11日までの5日間,ブラジルのサンパウロで開催された国際シンポジウム「都市化と環境質ー気候のマイナス効果ー」に代表者西沢利栄が招待講演を依頼され発表した.さらに,この際,都市ヒートアイランド内のオワシス効果に及ぼす空間的スケールの影響について,下妻における土じょう水分の観測結果などを用いた発表は,高く評価された.都市化の進展に伴って都市域の気候は変化し、周辺の田園地域の気候との差違を拡大させている。これは、都市域における人間活動が都市の構造や機能を変えることによって生起されるものである。それゆえ、都市気候の形成メカニズムを明らかにするためには人間の諸活動の気候学的意義を問いなおす必要がある。本研究は、このような観点から計画されたものであり、本年度の研究活動も、この点に着目して実施した。昭和63年2月に実施した、関東地方の11都市(千葉、武蔵野、三鷹、宇都宮、高崎、熊谷、川越、春日部、行田、水海道、下妻、つくば)のヒートアイランド同時観測資料の解析を行った。その結果、ヒートアイランド現象はいずれの都市にもみられ、その強度(ΔT)は最大の都市規模をもつ千葉で最大(21時で約5°C)で、都市規模の最小の下妻で最小(約2°C)であり、他都市は両者の間の強度を示した。また、ΔTは当該年度に詳しく調査した都市内外の天空率ともほぼよい対応を示すことが実証できた。ただ、ΔTは都市規模・天空率と単備な比例関係をもつとは言えず、気象の一般場の差違による影響とのからみもあり都市ヒートアイランド特性は複雑である。この点については、一般場の影響の除去、ランドサットの熱映像解析などを通して次年度に結論づれたい。都市ヒートアイランドの発現過程に対する放射の役割を吟味するため、単純な場を設定し、カイツーンによる都市境界層内の気温・湿度・風の鉛直構造、係留用放射センサーによる放射収支項の鉛直構造についても調査した。また、アーバンキャニオン内の人工熱源として極めて重要な車の排出熱量が、気温に与える影響についても東京で観測し、少くとも地表面付近(約5m以下)では、その影響を抽出することができた。なお、本研究は諸外国でも注目されており、日本・アメリカ合衆国・カナダの3国による共同観測が次年度から計画されている。最終年度として、昭和61年度からの研究を総括的な内容を中心に実施した。その1は、都市気候研究史で、今後のなすべき課題の設定を探ることができた。すなわち、今後のア-バンヒ-トアイランドの研究の中で、ヒ-ト・シンク研究の重要性が指摘された。また、都市気候の立場から都市化の指標に選んだ都市域の人口、DIDの人口、urban geometryとア-バンヒ-トアイランドの強さとの間の関係を調べた。
時差による睡眠・覚醒リズム障害の病態生理学的機構に関する研究

本研究は、いわゆる時差ボケと呼ばれる睡眠・覚醒リズム障害の病態生理学的発生機構を明らかにすることを目的とする。ラットの覚醒・睡眠、体温、血圧、心拍数を同時に記録しながら、次の研究を行った。1)通常の12時間明期・12時間暗期のサイクル下でのそれぞれのリズムとその相互関係を観察した。2)8時間の明暗サイクルの位相前進を経験させ、それぞれのリズム、及びその相互関係の変化を観察した。3)睡眠・覚醒リズム障害に効果があるといわれているビタミンB12を持続投与することによって、2)で観察された変化がどのような影響を受けるかを見た。その結果、1)体温、心拍数の日内リズムは、覚醒・ノンレム睡眠・レム睡眠の3段階において同様の変動を呈したが、血圧は、各段階によって、その日内リズムが異なった。すなわち、覚醒中の血庄は、体温、心拍数と同様に、暗期に高く、明期に低いという日内リズムを呈したが、ノンレム睡眠中の血圧には有意なリズムは観察されなかった。一方、レム睡眠中の血圧は、覚醒中のそれとは逆のリズムを呈した。このレム睡眠中の血圧の特異的な日内リズムは、血圧のスペクトル解析から、交感神経活動が関与していることが示唆された。レム睡眠中のの血圧のゆらぎの大きさには明期と暗期に有意な差があり、明期において大きなゆらぎが観察された。2)明暗サイクルの位相を8時間前進させると、覚醒が減少し、ノンレム睡眠・レム睡眠が増加した。ノンレム睡眠は位相変位を経験すると、その日内リズムを平坦化させたが、レム睡眠は、その日内リズムを5-6日間崩さなかった。ノンレム睡眠の深さを示す脳波の徐波成分のリズムは、位相前進後、明期のはじめにあったピークが消失し平坦になった。ノンレム睡眠において、その明期における持続時間と暗期における持続時間との間の相関関係を観察したところ、位相変位後4-5日目間は正の相関を示した。位相変位後4-5日間は、ノンレム睡眠のホメオスタシスの機構がうまく作動していないことが推察された。体温の日内リズムは位相変位後平坦化した。その変化には、覚醒・ノンレム睡眠・レム睡眠の3段階の間に違いはなかった。血庄・心拍数も位相変位後に平坦化する傾向にあったが、有意な変化はほとんど観察されなかった。3)ビタミンB12を持続投与しているラットに8時間の明暗サイクル位相前進を経験させると、2)で観察した、ノンレム睡眠のホメオスタシスの崩れがなく、位相変位後も睡眠は増加しなかった。時差ボケ予防としてビタミンB12が有効てあることが示唆された。

ラットの腹腔内に、血圧・体温測定用テレメトリプローブを、さらに、頭部に脳波・筋電図測定用電極を植え込み、それぞれのパラメータが8時間の明暗サイクル位相前進(時差)によって、どのような変化を示すかを観察した。このテレメトリシステムを用いることにより、拘束のない自由行動下の被験動物において、血圧など複数の生体信号のリズムを観察することが可能になった。明暗サイクル位相前進前は、血圧・体温に関しては、明期に低く暗期に高いというサーカディアンリズムが観察された。血圧は、覚醒・睡眠リズムによる変化が相対的に大きかった。体温は、覚醒・睡眠リズムによる変化に比べ、サーカディアンリズムの振幅の方が大きかった。ノンレム・レム睡眠ともに明期に多く暗期に少ないというサーカディアンリズムを示した。明暗サイクル位相前進後、血圧・体温・ノンレム睡眠は明期・暗期の差がなくなり、全般的なリズムは平坦になった。血圧は、いぜん覚醒・睡眠リズムに伴う変化が大きかった。一方、従来、体温リズムと関連が深いと言われてきているレム睡眠は、明暗サイクル位相前進後も、そのリズムを保ち続け、血圧・体温リズムと解離した変化をしめした。このことは、レム睡眠のリズム発生に関して、血圧・体温・ノンレム睡眠のリズム発生のメカニズムとは異なったシステムが駆動している可能性を示唆している。本研究は、いわゆる時差ボケと呼ばれる睡眠・覚醒リズム障害の病態生理学的発生機構を明らかにすることを目的とする。ラットの覚醒・睡眠、体温、血圧、心拍数を同時に記録しながら、次の研究を行った。1)通常の12時間明期・12時間暗期のサイクル下でのそれぞれのリズムとその相互関係を観察した。2)8時間の明暗サイクルの位相前進を経験させ、それぞれのリズム、及びその相互関係の変化を観察した。3)睡眠・覚醒リズム障害に効果があるといわれているビタミンB12を持続投与することによって、2)で観察された変化がどのような影響を受けるかを見た。その結果、1)体温、心拍数の日内リズムは、覚醒・ノンレム睡眠・レム睡眠の3段階において同様の変動を呈したが、血圧は、各段階によって、その日内リズムが異なった。すなわち、覚醒中の血圧は、体温、心拍数と同様に、暗期に高く、明期に低いという日内リズムを呈したが、ノンレム睡眠中の血圧には有意なリズムは観察されなかった。一方、レム睡眠中の血圧は、覚醒中のそれとは逆のリズムを呈した。このレム睡眠中の血圧の特異的な日内リズムは、血圧のスペクトル解析から、交感神経活動が関与していることが示唆された。レム睡眠中の血圧のゆらぎの大きさには明期と暗期に有意な差があり、明期において大きなゆらぎが観察された。2)明暗サイクルの位相を8時間前進させると、覚醒が減少し、ノンレム睡眠・レム睡眠が増加した。ノンレム睡眠は位相変位を経験すると、その日内リズムを平坦化させたが、レム睡眠は、その日内リズムを5-6日間崩さなかった。ノンレム睡眠の深さを示す脳波の徐波成分のリズムは、位相前進後、明期のはじめにあったピークが消失し平坦になった。ノンレム睡眠において、その明期における持続時間と暗期における持続時間との間の相関関係を観察したところ、位相変位後4-5日目間は正の相関を示した。位相変位後4-5日間は、ノンレム睡眠のホメオスタシスの機構がうまく作動していないことが推察された。体温の日内リズムは位相変位後平坦化した。その変化には、覚醒・ノンレム睡眠・レム睡眠の3段階の間に違いはなかった。