hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アロスタシスという視点から宗教性と健康との関連を分子レベルで検証する

本年度は,継続的なヨーガ瞑想実践が及ぼすアロスタティックな心身変容(動的適応)を分子レベルで明らかにすることを目的として下記の実験を実施した。[実験方法と結果]ヨーガ歴50年の指導者の誘導で,被験者(ヨーガ熟練者15名とヨーガ未経験者16名)は瞑想を含む60分間のヨーガを実践した。ヨーガ瞑想実践の前後における心理指標の調査と,血中代謝物変動と末梢血単核球細胞における遺伝子発現変動の網羅的解析を実施した。1アンケート調査票:1)プロフィール票;ヨーガ経験歴,瞑想経験歴,健康状態,既往歴等質問紙,2)コヒーレンス感覚(SOC)尺度,3)共感性プロセス尺度,4)日本語気分指標POMS2短縮版,5)簡易型自記式食事歴法質問票(BDHQL),6)日本語版健康増進ライフスタイルプロフィール(HPLP-II),7)ヨーガ瞑想実践の感想ヨーガ経験者とヨーガ未経験者で有意な違いが見出された心理的項目は,HPLP「精神成長」「ストレス管理」、共感性プロセス尺度「視点取得」等である。2網羅的遺伝子発現解析:マイクロアレイ解析により,末梢血単核球における遺伝子(mRNA)発現の網羅的解析を行った。予備解析としてヨーガ歴30年以上の熟練者2名(50歳代)と同年齢代でヨーガ未経験者2名の比較を実施した。その結果,ヨーガ熟練者に特有な安静時遺伝子発現プロフィールがあることが明らかとなった。ここで見出された遺伝子群の中には免疫細胞の貪食機能に関係する遺伝子群が含まれていた。両群が60分のヨーガ瞑想を実施した前後において変動する遺伝子群の発現プロフィールも違いがあることが見出された。これらの予備解析から,日常的なヨーガ瞑想の継続実践が単核球細胞における遺伝子発現プロフィールに作用する可能性が示唆された。3メタボローム解析:血中代謝産物の網羅的解析は,メタボローム解析法を行い,比較解析を実施中。申請者らは、ヨーガ歴50年の指導者と共に「調身・調息・調心」の要素を考慮したヨーガ瞑想のプログラムの開発を作成することで、本研究目的に沿った実験が実施できた。また、心理指標において継続的なヨーガ瞑想の実践が影響することが明らかとなったことから,本研究の仮説を一部支持していると考えた。マイクロアレイ解析とメタボローム解析において先ずは30年以上継続的にヨーガを実践している熟練者2名と同年代のヨーガ未経験者2名のサンプルで予備解析を行った。その結果,ヨーガ熟練者に特有な遺伝子発現の変動と血中代謝物の変動が見出された。この結果から,継続的なヨーガ瞑想の実践が心身のアロスタティックな変容をもたらすことが予想された。そこで現在,ヨーガ熟練者15名とヨーガ未経験者16名の全てのサンプルを用いた網羅的解析を実施分析中である。現在実施中の網羅的解析結果をもとにヨーガ実践者に特有な単核球遺伝子マーカーと血中代謝物マーカーの同定を行う。遺伝子マーカーについてさらに定量PCR法による検定を実施する。また、初年度の護摩行実験で僧侶に見出された遺伝子マーカーと血中代謝物マーカーが,ヨーガ瞑想者においても特有の変化を示すのか比較する。継続実験として,ヒト単核球細胞を用いた僧侶またはヨーガ熟練者に特有な血中代謝物(先行研究成果)の作用について検証する。さらに、ヒト単球性白血病細胞株を僧侶またはヨーガ熟練者に特有な代謝物存在下で培養したときに、抗ウイルス遺伝子群の発現誘導とともに、抗炎症性サイトカインの産生能が増強するのか確認する。僧侶の特性を継続的な宗教的実践によるアロスタティックな心身変容(動的適応)と捉え、末梢血単球での抗ウイルス遺伝子の解析やマーカー分子の網羅的探索を中心に一般人との比較検証を行った。まず、僧侶の護摩行による白血球細胞の遺伝子発現と血中代謝物の経時的変化を捉えるために、下記の実験を実施した。[方法]被験者:10人の仏教僧侶と10人の年齢性別をマッチングさせた対照者指標:末梢血白血球細胞のマイクロアレイ解析、血中のメタボローム解析、共感性プロセス尺度、生活習慣プロファイルII(HPLP-II)、食事調査(BDHQ)を実施した。[結果]マイクロアレイ解析では、僧侶が護摩行を行うことで発現変動する遺伝子として護摩行前後では223遺伝子が抽出され、免疫反応の感度調節・維持に関わる遺伝子が含まれていた。見出された候補遺伝子をリアルタイムPCRにて解析中である。一方、CE-TOFMS(イオン性代謝物質)LC-TOFMS(脂溶性代謝物質)によるメタボローム解析では、258個の代謝物質に相当するピークを検出した。一方、僧侶と対照の間で、健康的な生活習慣行動と日常の栄養摂取量に有意差はみられなかった。心理的側面に関しては、僧侶は対照と比較して有意に高い共感を示した。さらに、共感性と相関して変動する特定の転写産物および代謝産物を同定できた。また、上記で見出した、僧侶に特有の血中代謝産物がヒト免疫系細胞における転写を調節するかを検証する実験を始めた。ヒト免疫系細胞株を用いて、僧侶に特有な遺伝子群の発現について検証中である。護摩行の前後で経時的に変化する遺伝子と代謝産物の網羅的探索を行った。

遺伝子発現の網羅的解析においては変動割合が大きい場合でも、その発現量のベースが少ない場合は変動遺伝子群を同定するために時間を要しているが、おおむね計画通りに進んでいる。また、ヒト単球性細胞株を用いた僧侶代謝物の存在下における細胞実験は、培養を始めており、実験系の確立に向けて検討を行っており、おおむね計画通りに進んでいる。本年度は,継続的なヨーガ瞑想実践が及ぼすアロスタティックな心身変容(動的適応)を分子レベルで明らかにすることを目的として下記の実験を実施した。[実験方法と結果]ヨーガ歴50年の指導者の誘導で,被験者(ヨーガ熟練者15名とヨーガ未経験者16名)は瞑想を含む60分間のヨーガを実践した。ヨーガ瞑想実践の前後における心理指標の調査と,血中代謝物変動と末梢血単核球細胞における遺伝子発現変動の網羅的解析を実施した。1アンケート調査票:1)プロフィール票;ヨーガ経験歴,瞑想経験歴,健康状態,既往歴等質問紙,2)コヒーレンス感覚(SOC)尺度,3)共感性プロセス尺度,4)日本語気分指標POMS2短縮版,5)簡易型自記式食事歴法質問票(BDHQL),6)日本語版健康増進ライフスタイルプロフィール(HPLP-II),7)ヨーガ瞑想実践の感想ヨーガ経験者とヨーガ未経験者で有意な違いが見出された心理的項目は,HPLP「精神成長」「ストレス管理」、共感性プロセス尺度「視点取得」等である。2網羅的遺伝子発現解析:マイクロアレイ解析により,末梢血単核球における遺伝子(mRNA)発現の網羅的解析を行った。予備解析としてヨーガ歴30年以上の熟練者2名(50歳代)と同年齢代でヨーガ未経験者2名の比較を実施した。その結果,ヨーガ熟練者に特有な安静時遺伝子発現プロフィールがあることが明らかとなった。ここで見出された遺伝子群の中には免疫細胞の貪食機能に関係する遺伝子群が含まれていた。両群が60分のヨーガ瞑想を実施した前後において変動する遺伝子群の発現プロフィールも違いがあることが見出された。これらの予備解析から,日常的なヨーガ瞑想の継続実践が単核球細胞における遺伝子発現プロフィールに作用する可能性が示唆された。3メタボローム解析:血中代謝産物の網羅的解析は,メタボローム解析法を行い,比較解析を実施中。申請者らは、ヨーガ歴50年の指導者と共に「調身・調息・調心」の要素を考慮したヨーガ瞑想のプログラムの開発を作成することで、本研究目的に沿った実験が実施できた。また、心理指標において継続的なヨーガ瞑想の実践が影響することが明らかとなったことから,本研究の仮説を一部支持していると考えた。マイクロアレイ解析とメタボローム解析において先ずは30年以上継続的にヨーガを実践している熟練者2名と同年代のヨーガ未経験者2名のサンプルで予備解析を行った。その結果,ヨーガ熟練者に特有な遺伝子発現の変動と血中代謝物の変動が見出された。この結果から,継続的なヨーガ瞑想の実践が心身のアロスタティックな変容をもたらすことが予想された。そこで現在,ヨーガ熟練者15名とヨーガ未経験者16名の全てのサンプルを用いた網羅的解析を実施分析中である。本年度は、瞑想を毎日実践している熟練者を対象に、瞑想が心身に及ぼす効果の検証を行う(1)。また、昨年度からの継続研究として、ヒト免疫系細胞を用いた僧侶型代謝物(昨年度研究成果)の作用の検証を行う(2)。
フザリウム・ソラニ隠ぺい種におけるアゾール系抗真菌薬感受性の多様性に関する研究

感染性角膜炎は、細菌や真菌などの病原体が角膜に感染し炎症を引き起こす病態である。細菌によるものに比べ、真菌とくに糸状菌による角膜炎は診断・治療ともに難しく、重症化しやすい。糸状菌による角膜炎の原因菌としては、フザリウム属が最多であり、農業従事者に好発する。ピマリシンなどポリエン系抗真菌薬はフザリウム属に対してin vitroでは有効だが、角膜毒性が強く組織移行性が高くないため、深層に及んだ病変に対しては効果に限界がある。ボリコナゾールなどアゾール系抗真菌薬は角膜毒性も低く、組織移行性も良好だが、フザリウム属の一種であるFusarium solaniに対しては株によって有効性が大きく異なることが分かっていた。この原因として、Fusarium solaniは種複合体であり、性質の異なる複数の菌種を含んでいることが考えられる。初年度に我々は角膜炎由来および環境由来フザリウム株のライブラリーを作製した。さらに薬剤感受性測定プレートをオーダーメイドで作製し、未市販の抗真菌薬を用いた薬剤感受性測定が可能な状態とした。次年度は、初年度に作製した真菌ライブラリーのDNAシークエンスを行い、種同定と系統解析を行った。また、未市販の抗真菌薬を含む薬剤感受性測定を行った。その結果、角膜炎由来のフザリウム属真菌は多系統に及んでいたが、眼科用剤としては未市販のルリコナゾールがin vitroでフザリウム属を含む抗真菌薬全般に高い抗真菌活性を有することをあきらかにした。最終年度ではこれらの結果を論文にまとめ、角膜の専門誌Corneaに発表した。今後はルリコナゾールの臨床応用に向け、必要な非臨床試験を行う予定である。ボリコナゾールなどアゾール系抗真菌薬は角膜毒性も低く、組織移行性も良好だが、フザリウム属の一種であるFusarium solaniに対しては株によって有効性が大きく異なることが分かった。近年の系統解析により、Fusarium solani種複合体はさらに5つの種に細分されることが分かっている。またFusarium属は環境真菌であり、植物病原菌としても知られる。角膜炎由来株がこれらの環境株と異なる特徴を有しているか否かについても検討する必要がある。1.角膜炎由来フザリウム株および環境由来フザリウム株のライブラリーを作製した。このライブラリーを用いて、表現型、薬剤感受性、系統解析などを行うことができる。2.薬剤感受性測定用プレートをオーダーメイドで作製した。これを用いて、市販の感受性測定用プレートでは検査が行えない薬剤の感受性検査が可能となる。薬剤感受性測定用プレートのオーダーメイドに必要な薬剤の入手に時間を要したことと、薬剤の溶解方法と希釈濃度の設定に繰り返し検討を要した。一部の薬剤で高濃度の溶解が困難であり、手作業での溶解と分注を要することになった。前年度に我々は角膜炎由来および環境由来フザリウム株のライブラリーを作製した。さらに薬剤感受性測定プレートをオーダーメイドで作製し、未市販の抗真菌薬を用いた薬剤感受性測定が可能な状態としていた。1.フザリウム属と対比させるため、フザリウム以外の糸状菌を国内のカルチャーコレクションより購入した。2.フザリウム属のDNAシークエンスを行い、種同定と系統樹解析を行った。3.未市販の薬剤を含む抗真菌薬の感受性測定を行った。上記実験の結果、角膜炎由来のフザリウム属真菌は多系統におよんでいたが、眼科用剤としては未市販のルリコナゾールがin vitroでフザリウム属を含む抗真菌薬全般に高い抗真菌活性を有することが分かった。前年度に作製、準備した検体、薬剤、オーダーメイドした感受性測定プレートを用いて、必要なデータを得ることができた。

糸状菌による角膜炎の原因菌としては、フザリウム属が最多であり、農業従事者に好発する。ピマリシンなどポリエン系抗真菌薬はフザリウム属に対してin vitroでは有効だが、角膜毒性が強く組織移行性が高くないため、深層に及んだ病変に対しては効果に限界がある。ボリコナゾールなどアゾール系抗真菌薬は角膜毒性も低く、組織移行性も良好だが、フザリウム属の一種であるFusarium solaniに対しては株によって有効性が大きく異なることが分かっていた。この原因として、Fusarium solaniは種複合体であり、性質の異なる複数の菌種を含んでいることが考えられる。初年度に我々は角膜炎由来および環境由来フザリウム株のライブラリーを作製した。さらに薬剤感受性測定プレートをオーダーメイドで作製し、未市販の抗真菌薬を用いた薬剤感受性測定が可能な状態とした。次年度は、初年度に作製した真菌ライブラリーのDNAシークエンスを行い、種同定と系統解析を行った。また、未市販の抗真菌薬を含む薬剤感受性測定を行った。その結果、角膜炎由来のフザリウム属真菌は多系統に及んでいたが、眼科用剤としては未市販のルリコナゾールがin vitroでフザリウム属を含む抗真菌薬全般に高い抗真菌活性を有することをあきらかにした。最終年度ではこれらの結果を論文にまとめ、角膜の専門誌Corneaに発表した。今後はルリコナゾールの臨床応用に向け、必要な非臨床試験を行う予定である。本年度に準備した菌株を用い、各種の実験を遂行していく。1.作成したフザリウム株のライブラリーを用いて、薬剤感受性測定を行う。2.アゾールの感受性株と非感受性株の差異を調べ、アゾール感受性の迅速診断のマーカーとなりうる特徴を検討する。3.角膜炎由来株と環境株の系統解析を行い、薬剤感受性との関連性を見出す。得られたデータを詳細に解析し、学会報告および論文化をすすめていく。抗真菌薬の薬剤感受性測定に必要な薬剤の入手に遅れが生じ、薬剤感受性測定プレートのオーダーメイド作製に時間を要したことから、その後の実験に必要な消耗品の購入が次年度に持ち越されたため。消耗品の使用量が予定通りだったため、前年度の未使用分がそのまま次年度使用額へ持ち越されたため。(使用計画)最終年度は研究成果の学会報告や論文発表を予定しているため、旅費、英文校正、論文投稿などに使用する予定である。作製したフザリウム株ライブラリーを用いて表現型、薬剤感受性、系統解析など実験を進め、アゾール感受性との関連性を検討する。
セクシュアル・ヘルスと安全な育児のためのHSV無症候性排泄の解明と予防対策の作成

性器ヘルペス再発抑制療法は、現在では年に6回以上の再発があり、精神的な苦痛がある患者に保健適応されているが、診断から再発抑制療法への導入が半年以上であったり、産後授乳中の母親には積極的に導入されないため、当該患者の精神的苦痛は大きい。また、再発抑制療法を行っていても、他者への感染を過度に恐れ、強迫神経症に移行する者もいる。米国での調査では、再発抑制療法を施行している患者の5%はパートナーへの感染が認められている。これらは、無症候性排泄と呼ばれる症状がない時にウイルスを排泄している実態によるものと考えられる。本研究では、これら無症候性排泄の実態を解明し、再発抑制療法の安全・安心な治療を提供するために、自己採取検体を提供する患者をウェブサイトにてリクルートし、PCR検査により、性器ヘルペスの型、量を明らかにする。他者への感染を過度に恐れる患者にとっては、複数個所もしくは複数回にわたって自己採取検体を検査することにより、性器ヘルペスの再発抑制療法の自己管理能力、感染予防対応能力を向上させることができる。2018年に本研究の研究計画が富山大学臨床疫学研究倫理審査委員会にて承認され、調査に係るスワブの抗原検出精度を複数のスワブで確認し、2019年に研究者が管理するウェブサイトにて検体リクルートが開始されたことにより、研究の実質的な開始が可能となった。今後は、ウェブサイト管理を適時行い、検査希望があった患者からの検体を共同研究者である北陸大学薬学部大黒徹研究室との連携のもと、検査を行い、得られた結果を患者に返すとともに、患者の症状、精神状態、生活適応、消毒方法などを、変数として解析を行う。自己採取検体を提供する患者をウェブサイトにてリクルートし、PCR検査により、性器ヘルペスの型、量を明らかにするために、検体採取に係るスワブの抗原検出精度を複数のスワブで確認することに、約4カ月かかった。今後は、ウェブサイト管理を適正に行い、検査希望があった患者からの検体を共同研究者である北陸大学薬学部大黒徹研究室との連携のもと、検査を行い、得られた結果を患者に返すとともに、患者の症状、精神状態、生活適応、消毒方法などを、変数として解析を行う。集計された結果から、発症および症状に伴う抑うつの予防対策を策定する。自己採取検体を提供する患者をウェブサイトにてリクルートし、PCR検査により、性器ヘルペスの型、量を明らかにするために、検体採取に係るスワブの抗原検出精度を複数のスワブで確認することに、約4カ月かかり、実質的なリクルートが2019年4月からとなったため、2018年度の使用額が使用計画よりも少なくなった。
小児における咀嚼筋活動と静止期に関する研究

本研究のテーマである静止期とFFT解析との関係を検討する前に、FFTの再現性を検討する必要があった。そこで本年度は咀嚼筋電図のFFT解析における再現性(1)とtooth tapping波形全体のFFT解析(2)を行った。1.再現性について小児3名と成人3名を用い、tooth tapping時,クレンチング時,咬合力計咬合時の側頭筋と咬筋における筋活動のFFT解析を3日間にわたって繰り返し実験を行った。その結果1)小児及び成人とも咬合力計咬合時,クレンチング時,tooth tapping時における周波数域,ピーク強度値の日内変動及び日間変動は小さく再現性が認められた。2)咬合力計咬合時及びクレンチング時における周波数域,ピーク強度はパワーの増加に伴い両群とも上昇する傾向が認められた。乳歯列期小児(G1,15名)、混合歯列前期小児(G2,15名)、混合歯列後期小児(G3,15名)及び永久歯列期成人(G4,15名)の計60名を用い、tooth tapping時の右側側頭筋および咬筋筋電図のFFT解析を行った。その結果1)周波数域(Hz)は側頭筋,咬筋とも歯列の成長に伴い低くなっていた。2)最大ピーク強度(dBV)は歯列の成長に伴い側頭筋ではあまり変化なく、咬筋は次第に強くなっていた。3)最大ピーク周波数(Peak Hz)は側頭筋は次第に大きくなり、逆に咬筋は減少していた。4)以上三つのパラメーターについて側頭筋対咬筋比で比較した場合、周波数域はG1G4でほとんど変化はなく全体に側頭筋が咬筋より僅かに大きい周波数域を示していた。一方最大ピーク強度についてみると側頭筋に対し咬筋が次第に強くなっていた。以上の結果を参考に次年度は静止期と周波数成分の関連を検討してゆく。
光格子にトラップしたストロンチウム中性原子を用いた量子エンタングル状態の生成

ストロンチウム原子(Sr)の5s5p3P2-5s4d3D3間の遷移の遷移波長は約2.9μmと、中赤外領域にあたる。この中赤外遷移を用い、量子エンタングル状態を生成する等の応用を用いることで、将来的に光格子時計の精度向上に貢献することを目指した。今年度は、まず2.9μmのレーザーの改善に取り組んだ。高安定なレーザーを目指して、今回は、ULE共振器に安定化した1062nmのレーザーと1558nmのレーザーを利用し、1558nmの倍波の779nmのレーザーと1062nmのレーザーの差周波を生成することで、高安定な2923nmのレーザーを生成した。安定化した2923nmのレーザーを利用して、5s4d3D3準位の寿命を測定した。これにより、Sr原子光格子時計における時計遷移の黒体輻射シフトを見積もることができた三現在の光格子時計の確度を制限している主要因であるため、今回の結果により時計の精度の向上に貢献できたと言える。次に、今回の中赤外遷移を利用したレーザー冷却を使用することで、冷却時間を短縮する方法、将来的には定常的に極低温原子を生成するスキームを構築し、実際に100ms程度で2μKの低温原子を生成することができた。これにより、将来的には、現在の時計の安定度を制限しているディック効果を抑制することができ、時計の安定度を向上できると期待している。以上のように、当初の予定である量子エンタングル状態の生成は行っていないが、中赤外領域の遷移を利用することで、確度、安定度、両方の視点から時計の精度向上に貢献できる技術を開発することができたと言える。ストロンチウム原子の5s5p3P2-5s4d3D3の遷移波長は約2.9μmと、他の同類原子と比べても非常に長い。この長波長遷移を用いた応用として、量子エンタングル状態の生成を目指している。この遷移は遷移波長が正確に求められていないため、その測定の意味も含めて、まずはこの遷移を用いた磁気光学トラップ(MOT)の生成を試みることにした。MOTの生成を行うことで、偏光勾配冷却が働き、nKオーダーの極低温原子の生成が可能であると期待していた。まずはMOTの生成に成功し、温度の測定を行ったところ、20μK程度であった。nKオーダーまで冷却できてない理由として、MOTの磁場によるゼーマンシフトが考えられた。そこで、磁場を下げて温度を測定したところ、到達温度の減少が見られた。そこで、最終的には磁場を切った状態、三次元モラセス中での偏光勾配冷却を行った。レーザーの周波数や強度を調整することで、最終的に1μK程度まで冷却することができた。さらなる冷却ができなかった理由として、レーザーの周波数揺らぎが考えられた。現在、光源としては光パラメトリック共振器(OPO)を用いており、その周波数安定化を、光周波数コム(ファイバーコム)を用いて行っている。理論上は、コムの安定度をそのままOPOの安定度に移行させることができるため、今回用いる遷移の線幅(約39kHz)に対して、十分狭い線幅となるように設計してあったが、外乱などの影響によって、周波数が振動してしまっているようであった。そこで、レーザーをより安定にするための作業を行った。まず、外乱の影響を受けにくくするために、現在備えつけられているレーザーの箱を外し、箱と共振器が独立するように自作した。また、レーザーの固定の仕方を変えてみたり、周りに囲いを作ったりすることで周波数の振動を抑えることに成功した。周波数安定化による最終的な冷却到達温度の測定はできていないが、最終目標である量子エンタングル状態の生成においてはレーザーの安定度が非常に重要になるので、この成果は重要なものであったと考えられる。ストロンチウム原子の5s5p3P2-5s4d3D3間の遷移の遷移波長は約2.9μmと、他の同類原子と比べても非常に長い。今年度は、Sr原子を光格子にトラップすることを目指した。ここで、量子エンタングル状態を生成するためには、原子間に十分な相互作用(双極子双極子相互作用)を持たせなければならない。そのため、トラップする原子の間隔は狭いほうが望ましい。また、将来的に光格子時計に応用することも考えて、今回は、魔法波長のひとつである390nmのレーザーを用いて光格子を作成することにした。まずは390nmレーザーのパワー、安定度の向上を行った。その後、真空チャンバー内で共振器を組み、光格子の作成を目指した。実際に、共振器を組むことができ、実験に十分な(Sr原子をトラップするために十分な深さのポテンシャルをもつ光格子の作成に必要な)パワーを得ることができた。この共振器に用いるミラーは、真空中では劣化する可能性があったので、実際にミラーを真空中に入れて、ミラーの劣化の有無を調べた。時間が経つにつれて、共振器のフィネスが下がる(ミラーのロスが大きくなる)ことがわかった。実際にミラーを取り出して、顕微鏡で観測したところ、表面の劣化を観測することができた。そこで、真空内で共振器を組むことをやめ、チャンバー外部で共振器を組むように方針を変えた。そのための共振器の設計、チャンバーの設計を行った。現在は、2.9μmのレーザーの改善に取り組んでいる。

新しくレーザーを作成し、レーザーの高強度化、高安定化を目指している。ストロンチウム原子(Sr)の5s5p3P2-5s4d3D3間の遷移の遷移波長は約2.9μmと、中赤外領域にあたる。この中赤外遷移を用い、量子エンタングル状態を生成する等の応用を用いることで、将来的に光格子時計の精度向上に貢献することを目指した。今年度は、まず2.9μmのレーザーの改善に取り組んだ。高安定なレーザーを目指して、今回は、ULE共振器に安定化した1062nmのレーザーと1558nmのレーザーを利用し、1558nmの倍波の779nmのレーザーと1062nmのレーザーの差周波を生成することで、高安定な2923nmのレーザーを生成した。安定化した2923nmのレーザーを利用して、5s4d3D3準位の寿命を測定した。これにより、Sr原子光格子時計における時計遷移の黒体輻射シフトを見積もることができた三現在の光格子時計の確度を制限している主要因であるため、今回の結果により時計の精度の向上に貢献できたと言える。次に、今回の中赤外遷移を利用したレーザー冷却を使用することで、冷却時間を短縮する方法、将来的には定常的に極低温原子を生成するスキームを構築し、実際に100ms程度で2μKの低温原子を生成することができた。これにより、将来的には、現在の時計の安定度を制限しているディック効果を抑制することができ、時計の安定度を向上できると期待している。以上のように、当初の予定である量子エンタングル状態の生成は行っていないが、中赤外領域の遷移を利用することで、確度、安定度、両方の視点から時計の精度向上に貢献できる技術を開発することができたと言える。光格子を作るための共振器に用いていたミラーが真空中で劣化したため、真空チャンバー内で共振器を組む方法から、チャンバー外部で共振器を組むように方針を変えたため、やや遅れていると言える。ただ、劣化の様子を確認できたこと自体は進歩であり、また、新たな方法での作成も進んでいるので問題はないと考える。本研究に用いる2.9μmの中赤外レーザーを新しく作成する。それにより、高強度化、高安定化を目指す。原子間に十分な相互作用(双極子双極子相互作用)を持たせるために十分な強度を持ち、88Srの5s5p3P2-5s4d3D3遷移の線幅(約39kHz)に対して十分線幅の狭いレーザーの作成が目標となる。その後、新しく作成したレーザーを用いて研究を続ける。当初の予定であった、チャンバー内での共振器の作成は難しくなったため、外部で共振器を組むなどして対応する。
X線観測による標準モデルの質量限界(1.4太陽質量)を超える白色矮星の探査

本研究の目的は、X線観測から白色矮星の質量と半径を測定することで、白色矮星の標準理論から予想される質量限界を検証することである。この質量限界は白色矮星によらず一定であると考えられているため、これを超えた白色矮星の爆発であるIa型超新星の絶対光度も一定とされ、遠方銀河の距離を測定するのに用いられている。上記の目的を達成するため、私は白色矮星からのX線スペクトルをモデル化した。特に、白色矮星近傍の熱的プラズマからのX線に加え、これが白色矮星表面で反射された成分のモデル化にも、詳細な計算機実験によって成功した。このモデルを観測データに適用することで、目的達成できる見込みである。本研究の目的は、X線分光観測によって白色矮星の質量や半径を求めることにより、標準理論から得られている白色矮星の質量限界(1.4太陽質量)が普遍的なものであるか否かを検証することにある。X線による白色矮星の質量半径測定は、観測されたX線スペクトルに、私独自の強磁場白色矮星連星の熱的X線スペクトルモデルを適用することで行う。この、本研究の鍵となる熱的X線スペクトルモデルの基本となるモデルを前年度までに完成させた(Hayashi&Ishida 2014a)ので、これをすざく衛星による観測に適応した。このモデルでは白色矮星質量に加えて、従来のモデルにはなかった、単位面積当たりの降着率をパラメータに採用するなどの改良を施しており、長年問題とされていたX線と他の手法による白色矮星の質量測定結果の不一致を解決した。この結果は査読論文(Hayashi&Ishida 2014b)や国際学会、「ISASニュース」で報告済みである。また、今回完成したモデルを使用したいとの要望を他の研究者から頂き、共同研究も行なっている(Kitaguchi et al. 2014, Wada et al. prep.)。上記のモデルは強磁場白色矮星連星に存在する、プラズマからの熱的X線放射をモデル化したものであるが、熱的X線放射が白色矮星表面で反射されたX線も観測スペクトルには存在し、この成分のモデル化も実施している。反射X線スペクトルは熱的スペクトルを変形させるため、従来の手法では系統誤差の要因となっていたが、今回の詳細なモデル化により、逆に白色矮星質量半径測定の精度を向上させる武器とすることができる。モデル化の手法にはMonte-Carlo計算を採用し、私の熱的放射モデルで予言されるスペクトルと高さから白色矮星を照らし、反射X線を計数することでモデル化している。モデル化の一部は国内学会で発表した。本研究の目的は、X線分光観測から白色矮星の質量と半径を求め、これによって標準モデルによる白色矮星の質量限界が真に1.4太陽質量であるか否かを検証することである。この目的を達成するため、今年度は白色矮星からの反射X線スペクトルのモデル化に注力した。反射X線とは、白色矮星近傍に形成されるプラズマ流から放射された熱的X線が、白色矮星内部の物質によって散乱や吸収、再放射され、再び白色矮星の外部へ放出されたX線である。反射X線の強度はプラズマ流から見た白色矮星表面の立体角と正の相関を示し、ここから、プラズマ流と白色矮星の幾何学的な情報を得ることができる。しかしながら、白色矮星からの反射X線スペクトルのモデル化は、これまでにほとんどなされておらず、反射X線の情報をフルに活かしきれていなかった。反射X線スペクトルのモデル化にはMonte-Carlo simulationを用いた。今回のsimulationでは、既に私自身が構築した熱的X線スペクトルモデルを元に、プラズマ流の場所毎に、対応したX線スペクトルに従いX線を等方的に放射させる。球形を仮定した白色矮星に届いたX線は、白色矮星内部で原子による相互作用(弾性または非弾性散乱と光電吸収、鉄とニッケルのKα、β線の再放射)を経験し、その一部は再び白色矮星外部へと放射される。これらを計数することで反射X線のスペクトルを得る。今年度までに、白色矮星半径はパラメータに含めない(白色矮星半径は標準理論に従う)、熱的X線と反射X線を合わせたスペクトルモデルを完成させた。実際に、私の新しいスペクトルモデルをすざく衛星の観測データに適用し、白色矮星質量の見積もりの精度が向上することを確認した。これらの結果は、2件の国際会議の招待講演で報告している。今年度注力した、反射X線のモデル化は本研究開始当初は予定していなかったが、これによって極めて重要な情報が得られることが解ったため、モデル化を実施した。反射成分の強度は、プラズマに対する白色矮星の立体角と正に相関し、ここからプラズマ流の高さと白色矮星半径の比が見積もれる。一方で、熱的成分から得られる重力ポテンシャルを使用すると、流体計算からプラズマ流の高さの絶対値を算出することができ、これらを組み合わせることによって、白色矮星半径の絶対値を測定することが可能になる。また、熱的成分と反射成分のスペクトルは足された状態で観測されるため、一方のモデル化が不十分な場合、もう一方の評価にも悪影響を与える。つまり、今回の反射成分のモデル化は、熱的成分の評価の精度をも向上させる。これらによる白色矮星の質量と半径の測定精度向上は、当初の計画を超えた成果である。研究開始当初は、熱的成分のスペクトルのみから白色矮星表面近傍の重力ポテンシャルと重力解放の効果を見積もり、白色矮星の質量と半径を測定するとしていた。

しかし、プラズマ流内の重量解放の影響が小さく、使用する観測データに高い精度を要求した。一方で、今回の反射X線のモデル化によって、例えば、既存の衛星のデータでも本研究の目的を達成し得ると考えられる。本研究の強力な武器になると期待された、ASTRO-H衛星は2/17に打ち上げられ、無事に軌道投入された。しかし、3/26から不具合を起こし、翌年度の4/28に運用が断念された。当初の計画では主にASTRO-Hのデータを使用することを念頭に置いていたため、打ち上げ直後の運用断念は、本研究を遂行する上で障害になると懸念される。幸いにも反射X線のモデル化によって、本研究の目的を達成することは引き続き可能であると考えられるため、全体としては「おおむね順調に進展している」とした。本年度は、私が昨年度に考案した、白色矮星からの反射X線を用いた白色矮星の質量半径測定を実現する、X線スペクトルモデルを構築した。この手法では、白色矮星近傍のプラズマから白色矮星に照射されたX線のうち、白色矮星の大気で散乱や吸収・再放射によって、白色矮星から再び放射された成分を用いる。この「反射成分」とプラズマからの直接成分の強度比は、プラズマから白色矮星を見たときの立体角に依存するため、これを用いることで、白色矮星の半径とプラズマの高さの関係を求めることが可能である。私は、白色矮星の磁場に捕らえられたプラズマ流のモデルによる、プラズマの温度分布やスペクトル分布を仮定した詳細な計算機実験によって反射X線スペクトルをモデル化した。今年度は昨年度までに取り込んでいた白色矮星質量に加えて、半径もフィットパラメータに取り込み、質量半径測定が可能なモデルをほぼ完成させた。一方で昨年度までに完成させた、半径はフィットパラメータに含めないが、白色矮星連星のスペクトルモデルでは初めてプラズマからの直接成分と反射成分を統一的に扱ったモデルの適用も進めた。このモデルでは白色矮星からの鉄とニッケルの蛍光Kα,β線も含んでおり、この点も新しい。これらから、半径をフィットパラメータに含めていないモデルでも新しい知見が得られる。反射成分は白色矮星の自転軸と磁力線に捕らえられているプラズマ流の間の角度によっても変化し、実際に既存のデータからこれが測定でき始めている。さらに、私のスペクトルモデルは強磁場白色矮星連星を想定して作成しているものであるが、これに近い状況が他の天体でも形成されている可能性があり、それらにも私のスペクトルモデルは有用である可能性が出てきた。実際に、その構成天体が議論の的になっている、γCas型天体に適用したところ、良く観測結果を再現している。本研究ではHitomi(ASTRO-H)衛星の7eV以下の高エネルギー分解能のX線観測データを想定していた。しかし、Hitomi衛星は軌道投入の約1ヶ月後に事故により喪失してしまったため、本研究で使用可能なデータは得られなかった。これによる影響は避けられず、既存の衛星のデータと当初の予定通りのプラズマからの直接成分のみによる白色矮星の質量半径測定法では、有意な観測的制限は得られない情勢だった。しかし、当初の予定にはなかった、反射成分を用いた白色矮星の質量半径測定法の考案とこれを実現するスペクトルモデルの完成によって、有意な観測的制限が得られる見込みである。
宇宙線衝撃波加速過程の基礎的研究

衝撃波粒子加速の舞台は太陽フレア領域、太陽コロナ物質放出(CME)前面に形成される惑星間空間衝撃波、地球前面の定在衝撃波、太陽風共回転相互作用領域に伴う衝撃波、太陽風終端衝撃波などから、超新星爆風の衝撃波、パルサー風終端衝撃波、活動銀河核ジェットの終端衝撃波、ガンマ線バースターにおける内部・外部衝撃波、宇宙の構造形成に伴って発生したと期待される衝撃波、そしてさまざまな天体で生起する磁気リコネクションにかかわる遅進衝撃波など多彩である。日本におけるこの分野の研究は太陽系プラズマと天体物理学の両分野において、それぞれ世界の最先端にあったが、それらを総合することでさらなる発展を目指した。幸い、この3年間の共同研究の成果は実りの多いものであったと言える。本研究計画のカバーした分野は、1.衝撃波素過程、2.相対論的プラズマ/ジェット・ガンマ線バースト、3.太陽コロナ・フレア、4.地球定在衝撃波・惑星間空間・太陽圏、5.磁気圏,の5つに分けることができるが、それぞれの重要な成果として、1.確率過程論による厳密な定式化、サーフィン加速の概要を明らかにしたこと2.カスケードモデル、Wien fireballモデルの提唱。加速効率決定。ならびにSGR1806-20の巨大バースト観測成功3.コロナ中の電子伝搬の観測成功、非線形波動、ヘリシティの役割同定、低エネルギーカットオフの同定4.史上最高速の惑星間空間衝撃波のパラメタ決定成功、星間物質起原のHe一価イオンの相互作用同定、地球定在衝撃波におけるイオン加速の詳細決定5.磁気圏尾電流層の構造決定が挙げられる。加速効率決定。衝撃波粒子加速の素過程について理論的、および観測的研究を行い、次の成果を得た:○太陽に対し約25km/sで流入する太陽系近傍の星間空間物質(VLISM)起源のヘリウムHe+イオンと地球定在衝撃波の相互作用の様相を初めて観測的に明らかにし、加速効率についての新しい知見を得た。(Oka et al.,2002)。そして、ヘリウムイオンのその後の加速に重要な電磁流体乱流中のサイクロトロン共鳴成分は、彗星ピックアップイオンの場合のような自己励起型ではなく、太陽風に内在する乱流であることを示した(Oka and Terasawa,2003投稿中)。○衝撃波交差時(太陽起源伝搬性惑星間空間衝撃波と地球定在衝撃波)の粒子加速現象を発見し、交差領域周辺での粒子加速機構により説明することを提案した(Yoshida and Terasawa,2003発表準備中)。○活動銀河の相対論的ジェット中に生じる内部衝撃波や電波銀河のホットスポットにおける粒子加速過程について観測事実と照合させながら調べた。ガンマ線バーストの新たなモデルとして衝撃波による陽子加速によるカスケードモデルを検討した。○野辺山電波ヘリオグラフにより、太陽フレア中に非熱的電波放射源がほぼ光速で伝播する現象を発見した。これは、高エネルギー加速電子伝播の初めての映像で、フレアにおける粒子加速過程、特に遅進衝撃波での加速過程に関する新しい手がかりである。衝撃波粒子加速の素過程および関連する物理過程についての理論的、および観測的研究を行い、次の成果を得た:○活動銀河核での相対論的ジェット形成について新たにWien fireballモデルを提唱し、その詳細な物理的過程を明らかにした。○衝撃波フェルミ加速過程を確率過程として記述し時間依存する解の特徴を明らかにした。○太陽コロナ加熱についての非線形アルフェン波動の寄与を明らかにした。○太陽フレアでの磁気リコネクション開始におけるヘリシティ(螺旋度)注入効果を定量的に明らかにした。○地球前面定在衝撃波におけるイオン加速についてpre-dawnからpost-duskに至る広い領域での加速効率、エネルギースペクトルを初めて明らかにした。

○太陽系近傍の星間空間物質(VLISM)起源のヘリウムHe+イオンについて、その加速に重要な電磁流体乱流中のサイクロトロン共鳴成分は、彗星ピックアップイオンの場合のような自己励起型ではなく、太陽風に内在する乱流であることを示した。○磁気リコネクション・スローショック形成における極薄電流層の役割を観測的に明らかにした。太陽フレアとそれに続く惑星間における粒子加速現象、特に観測史上最大級の2003年10月29日の惑星間空間衝撃波にかかわる現象については、多くのプラズマ観測器が飽和し衝撃波の伝搬速度、マッハ数など加速過程を支配する基礎パラメータが不定のままであったが、Geotail衛星データのプラズマ・波動・電磁場データを総合的に解析してそれらの決定に成功した。また、太陽風中でGeotail衛星により観測された超強磁場中性子星の巨大フレアからのガンマ線について、その信号を太陽風粒子のカウントから分離し、解放されたエネルギー総量を推定することに成功した。衝撃波遷移領域における粒子加速現象について、電子サーフィン加速の役割を明らかにした。また地球磁気圏尾における電流シートの構造、そこにおける粒子加速(遅進衝撃波および磁気中性領域における加速が関与)の描像を明らかにした。「ようこう」衛星HESSI衛星などの太陽フレア観測データを用いて、フレアにおける粒子加速に関する研究を行った。特に、非熱的電子スペクトルの重要パラメタである低エネルギー側カットオフの信頼できる推定値を得て、その値がフレアの空間スケールとよい相関があることを見いだした。銀河電波の相対論的ジェットの組成と衝撃波における電子加速効率の評価を行うため、観測から得られる非熱的電子のエネルギー密度と衝撃波における背景プラズマエネルギー密度(力学構造から理論的に推定)を比較する方法を提案し、いくつかの天体(CygAホットスポット、TeVブレーザーなど)に適用した。その結果、ジェットの組成は電子陽電子を主成分とすること、衝撃波の加速効率は0.110%程度であることを見いだした。
中国古代中世の皇帝親属に関する研究

漢代人は「母」を基点とする血縁意識を保有していた。それが人と人とを結びつける一つの有効な原理として機能していたのである。そして、かかる親族観念の存在こそが当該時代に特有の政治形態、即ち外戚政治を出来させた根本的な要因であったと考えられる。拙稿「漢代の母と子」はこの点について詳述したものである。しかし、この「母」を結節点とした血族観念は徐々に否定されていく。こうした趨勢を如実にあらわしているのが、前漢宣帝期以降の「為人後之礼」をめぐる礼制議論であった。この礼規の遵奉麟を希求する政治社会の動きは、実母-実子関係を重視するそれまでの風潮を相対化しようとする社会の動向とシンクロナイズしていたに違いない。また、如上の変化と平行して、父系に一元化された親族原理が形づくられていったと想定される。この点については、漢族特有の命名法・呼称法である掛行制の形成過程を考察することによって、その一端を窺い知ることが出来る。掛行制は、後漢代後期から魏晋時代の間に後代の父系的な「伝統中国」的様態を備えるようになる。かかる事実は、当該期間に父系優先の親族観が顕在化し始めたことを意味するに他ならない。しかも、こうした社会的な変化と連動して、漢代特有の外戚政治はなりを潜め、代わって宗室を主軸とする政治体制が志向されるようになるのである。本年度は、前漢代特有の親族観念に関して資料の収集と整理を行った。その結果、以下の点を明らかにすることができた。(1)前漢代においては皇太后の異父同母兄弟が同姓兄弟と同様に封侯されている。これは、異父同毋兄弟姉妹間の血縁的な一体感が相当に強固であったこと、即ち「母」を基点とした係累意識の強さを示している。また、該期間にあっては「子從母姓」(子の通称に母の姓を用いる)という呼称法も行われていた。以上の点に基づくと、当該社会では母と子の間に強い絆意識が存在していたと理解しえる。(2)「呂平」(高祖皇后呂氏の姉の子)や淳于長(元帝皇后王子姉の子)の扱いをみると、この両名はそれぞれ呂氏・王氏(即ち母の生族)の族員と位置づけられていた可能性が高い。しかも、当該期の「九族」解釈は、出家女性とその子を「族」内に含む今文学的な理解が主流であった。つまり、嫁女の子は母族の一員であると当時認識されていたのである。更に、如上の親族観念(以下「母の原理」と称する)が当該社会のあり方に及ぼした影響に関しても論及を試みた。(3)漢初以来、外戚(母族)は皇帝を政治的に保翼する立場にあった。かかる外戚保翼の慣行は、前漢後半期以降における政治構造の変化に伴って、外戚当権なる執政形態へと展開していく。こうした外戚の政治参与を当然視させていたのが、上述の「母の原理」に他ならないのである。
エンテロウイルス68型感染による気管支喘息発作増悪の機序解明に関する研究

山口大学医学部附属病院小児科では2010年夏以降エンテロウイルス68型(EV68)感染に伴う気管支喘息大発作、中発作入院症例を20症例以上経験した(Hasegawa S et al. Allergy 2011 ; 68 : 1618-1620)。今まで本ウイルスによる気管支喘息発作増悪の報告はない。大阪市でも2010年68月にEV68感染症が少数例報告され、今後流行する可能性は否定できない。気管支喘息発作を増悪させるウイルスとして、ライノウイルスやRSウイルスなどが知られているがEV68は今まで報告がなく、そのメカニズムの研究は皆無である。EV68感染による気管支喘息発作増悪のメカニズムを気道上皮細胞を用いて明らかにすることを目的とした。方法:気道上皮培養細胞(A549)を用いて、2010年夏に当科入院患児咽頭ぬぐい液から山口県環境保健センターで分離保存されているEV68を感染させ、感染細胞の培養上清を用いてtumor necrosis factor-α(TNF-α),interleukin-2(IL-2), IL-4, IL-6, IL-10, interferon-γの濃度をELISA法やcytometric bead arrayで検討した。結果:EV68がA549細胞に感染することを確認したが、測定した6種類のサイトカイン産生はみられなかった。考察:当教室では新型インフルエンザウイルス(H1N1 pdm2009)で同様の実験を行い、IL-6などの産生を確認しており、EV68は感染細胞におけるサイトカイン産生が新型インフルエンザウイルス(H1N1 pdm2009)と異なることが示唆された。【背景】当科では2010年夏以降エンテロウイルス68型(EV68)感染に伴う気管支喘息大発作、中発作入院症例を20症例以上経験した。また新型インフルエンザ(H1N1 pdm 2009)感染が小児気管支喘息発作増悪への関与している可能性があることをこれまで報告してきた.【目的】本研究ではH1N1 2009およびEV68感染による小児気管支喘息発作増悪の病態解明のためヒト気道上皮細胞におけるH1N1 pdm 2009およびEV68感染によるサイトカイン産生について検討した.【方法】ヒト気道上皮細胞株, A549細胞にH1N1 pdm 2009およびEV68をMOI 0.02, 0.2, 2の力価でそれぞれ感染させ,その上清中のサイトカインをELISA法で測定した.【結果】H1N1 pdm 2009感染後のA549細胞は有意に多量のIL-6, IL-8を産生し,それらの産生量はウィルス量および時間に依存的であった.一方でEV68感染後にはIL-6, IL-8産生はみられなかった.【考察】ウィルス感染による小児気管支喘息発作増悪は一見同様の病態のように考えられるが,ウィルスにより異なる機序で気管支喘息発作が誘発されている可能性が示唆された.山口大学医学部附属病院小児科では2010年夏以降エンテロウイルス68型(EV68)感染に伴う気管支喘息大発作、中発作入院症例を20症例以上経験した(Hasegawa S et al. Allergy 2011 ; 68 : 1618-1620)。平成23年度に予定していた気道上皮培養細胞(A549)を用いて、2010年夏に当科入院患児咽頭ぬぐい液から山口県環境保健センターで分離保存されているエンテロウイルス68型(EV68)を感染させることは実現できた。また感染細胞からのサイトカイン産生を培養上清を用いて検討しえた。

さらにサイトカイン産生は同じ細胞株において新型インフルエンザウイルス(H1N1 pdm 2009)感染細胞と比較検討することができ、ウイルスの特徴の一部を明らかにすることができた。以上より平成23年度に予定していた培養細胞での感染実験がおおむね達成できたので、上記のように自己評価した。平成24年度以降は、気管支喘息モデルマウスを用いてウイルスの特徴を明らかにする。1)卵白アルブミン(OVA)感作BALB/cマウスを作成し、EV68経鼻感染による気管支洗浄液中の炎症性メディエーターをELISA法で評価する。非感作マウスとの差異も検討する。2)1)の喘息モデルマウスと非喘息モデルマウスにEV68を経鼻感染させた後、気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞のプロファイルを解析する。3)1)2)におけるステロイドおよびLT受容体拮抗薬の抑制効果を解析する。平成24年度は動物実験に必要なマウス飼育費用、施設使用料として年20万円必要である。研究調査および成果発表の旅費として平成24年度は5万円必要である。残りの研究費はELISAキット、細胞解析に必要な各種抗体また各種ピペット、マイクロチューブ、マイクロチューブ等の一般試薬すべてが消耗品費となり、本研究の遂行に必要である。
スプリント走の加速能力を向上させる自走式トレッドミルの開発と応用

今年度は,昨年度作成したトレッドミルに補助動力装置を取り付け,トレッドミル上での疾走を分析した,また,被験者の身体質量を考慮して慣性負荷を変化させることで,実走路に近い疾走をトレッドミル上で再現することができた.これまでは,60mといった長大な連続する疾走動作を評価することは困難であったが,本研究で作成した自走式トレッドミルによって簡便な計測が可能となった.本研究の目的の1つは高い疾走速度に到達できる加速技術の解明であったが,作成したトレッドミルを用いた実験により,加速疾走時の効果的な疾走技術が明らかになった.100m走では,スタートからおよそ60mまでの加速局面が非常に重要であるが,その加速局面は3つの区間に区分することができ,それぞれの区間では異なる疾走技術が必要であることがわかった.ヒトの疾走動作では,大腿,下腿,足部からなる脚を後方にスイングすることで身体を前方へ運ぶが,スタートから最高速度に至るまでに大腿,下腿,足部の順に重要性が変化し,前述の3つ加速区間に即した疾走動作を意識して疾走能力の改善に取り組む必要性が明らかになった.本研究で明らかになった効果的な加速のための疾走動作の変化方略を広く普及させることができれば,スポーツ界全体のレベルアップにつながると考えられる.さらに,学校体育におけるよりよい指導の方針を提示できる可能性を含んでいる.本研究のもう1つの目的である,トレーニングへの応用に関しては,トレッドミルと動作分析装置,ビデオカメラを組み合わせたシステムを構築し,有効性について検討した.作成したシステムでは,定量的な疾走動作の各変数,疾走中の映像,疾走速度を試技の数分後に確認することができる.このシステムを利用することで,即時的にフィードバックを与えながら,疾走トレーニングを行える利点は,疾走能力の改善に対して大きく貢献できると考えられる.今年度は,作成するトレッドミルを用いた実験によって得られるデータと比較するための実走路における疾走のデータを取得すること,トレッドミルを作成することを中心として行った.実走路における疾走のデータ収集では,加速にともなうピッチ,ストライド,支持時間,滞空時間の変化と加速の関係について検討した.これらのデータはトレッドミルを用いた疾走の分析をする際の比較のために必要不可欠であるとともに,効果的な加速を明らかにするうえで非常に有用なものであった.これらのデータの分析の結果,およそ60mの加速局面における初期ではピッチ,中盤ではストライド,後半ではピッチとストライドを高めることで効果的に加速できることが分かった.これらの結果は,ピッチやストライドといった非常に身近でシンプルな指標をどのように変化させれば効果的に加速できるのかを明らかにしており,競技としての短距離走から学校体育における短距離走にまで応用できるものであり,有用であると考えられる.また,実走路における疾走動作の分析では三次元のモーションキャプチャ装置をもちいて計測した.疾走動作のデータはトレッドミル試技との比較と効果的な加速動作について横断的な特徴を明らかにすることが目的であった.この走動作のデータに関しては現在分析中である.トレッドミル作成に関しては,ベースとなるローラー式の走行面を有した自走式トレッドミルを作成した.疾走中のトレッドミルローラーの摩擦抵抗が大きかったため,今後摩擦抵抗を相殺するための定トルクモータを取り付ける.予備実験では,摩擦抵抗が大きく実走路における疾走速度よりも低い速度までしか到達できなかったが,疾走中の動作を連続して計測できた.トレッドミルの改良は必要であるが,連続した加速疾走動作の分析はこれまで行われておらず,今後の実験とデータの分析によって疾走能力向上に資する知見が得られると考えられる.今年度は,昨年度作成したトレッドミルに補助動力装置を取り付け,トレッドミル上での疾走を分析した,また,被験者の身体質量を考慮して慣性負荷を変化させることで,実走路に近い疾走をトレッドミル上で再現することができた.これまでは,60mといった長大な連続する疾走動作を評価することは困難であったが,本研究で作成した自走式トレッドミルによって簡便な計測が可能となった.本研究の目的の1つは高い疾走速度に到達できる加速技術の解明であったが,作成したトレッドミルを用いた実験により,加速疾走時の効果的な疾走技術が明らかになった.100m走では,スタートからおよそ60mまでの加速局面が非常に重要であるが,その加速局面は3つの区間に区分することができ,それぞれの区間では異なる疾走技術が必要であることがわかった.ヒトの疾走動作では,大腿,下腿,足部からなる脚を後方にスイングすることで身体を前方へ運ぶが,スタートから最高速度に至るまでに大腿,下腿,足部の順に重要性が変化し,前述の3つ加速区間に即した疾走動作を意識して疾走能力の改善に取り組む必要性が明らかになった.本研究で明らかになった効果的な加速のための疾走動作の変化方略を広く普及させることができれば,スポーツ界全体のレベルアップにつながると考えられる.さらに,学校体育におけるよりよい指導の方針を提示できる可能性を含んでいる.本研究のもう1つの目的である,トレーニングへの応用に関しては,トレッドミルと動作分析装置,ビデオカメラを組み合わせたシステムを構築し,有効性について検討した.作成したシステムでは,定量的な疾走動作の各変数,疾走中の映像,疾走速度を試技の数分後に確認することができる.このシステムを利用することで,即時的にフィードバックを与えながら,疾走トレーニングを行える利点は,疾走能力の改善に対して大きく貢献できると考えられる.

トレッドミルの作成に際し,予算上試作ができなかったため,その構造について深く検討する時間が必要であった.また,作成したトレッドミルにおける疾走時の摩擦抵抗が大きかったため,さらなる改良が必要となり,本実験を行うには至らなかった.今年度は作成したトレッドミルを改良し,モーターアシストシステム,速度検出装置を取り付ける.モーターアシストシステムは当初の計画とは異なるが,現在のトレッドミルは摩擦抵抗が大きく,トレッドミル上における疾走は実走路におけるそれとは大きく異なるため追加して取り付ける.その後,トレッドミル上における疾走の実験を行い,加速中の疾走動作の変容や効果的に加速するための方略を明らかにし,トレーニングへの応用の可能性について検討する.