hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シオジ林の更新技術に関する研究

本学演習林および梅田国有林・東京都水源林のシオジ天然生林を調査し、併せて前年の継続調査を行った。得られた結果は次の通りである。1.シオジ林の結実は隔年に凶作で、その間は並作又は豊作であるが、流域が異なると凶作・並作の年度は異る。2.落下種子は翌年6月頃に発芽するが、発芽の翌年翌々年の2年間でほとんどが消失する。3.更新に最も安全・確実な人工植栽が、シオジにも有効であるが、植付け苗の成長には豊富な土壌水分が必要で、保水性の乏しい花崗岩質土壌でのシオジ造林木の成長は著く悪い。このことが、天然生シオジの分布が花崗岩質地層で稀れな原因と推量した。4.シオジのポット育成苗での耐乾燥性実験でも、シオジは土壌水分を要求し、花崗岩質土壌の保水性の乏しいことを確認した。5.渡良瀬川上流域でのシオジの分布は、現在では植栽造林の不可能な渓流沿いの礫土の上に残こされたものが多い。一部には、やや凹地形に出現するが、ほとんどは水際である。古生層地域のシオジ林はシオジ=ヤマシバカエデ分群集、花崗岩地域では、オジ=ヤマシバカエデ=カンスゲ群集とした。6.北限のシオジ材は樹齢30年生で3mm前後の年輪巾の材が良質のようである。7.2年間の研究成果をとりまとめ、とくに天然更新・人工造林での成林までの諸作業とその留意点について考察し、「北関東地方におけるシオジの更新に関する研究」として本学演習林報告に印刷中である。本研究は本学演習林のシオジの幼齢林と壮齢林とを材料にして,天然力を十分に活用した更新の方法と拡大造林の一手法としての人工造林法の施業体系化の基礎について行ったものである.得られた結果は次のとおりである.1.シオジ林の結実は隔年に並作か豊作となり,その間は発芽可能種子のない凶作年となっているが,天然更新に不可欠な大豊作や豊作の周期を明らかにすることはできなかったので,継続調査が必要である.秋に採取した種子は冷蔵密閉貯蔵し,播種の23か月前に土中埋蔵すること,直根性であるので早期の根切りが必要であること,開舒前の冬芽は脆いので秋植えが必要であることなどが明らかになった.2.天然生稚樹は種子落下の翌年の6月以降に発芽するが, 12年間でほとんどが消失した.消失の主因は,地表面流水による土壌流亡と陽光量付則とであるので,上木の疎開で林床の陽光量を増加させることで稚樹の消失を防ぐことはできるが,疎開後の雑草木との競争の解除の豊作を明らかにする必要がある.3.更新が最も安全・確実は人工植栽がシオジにも有効であるが,幼稚樹の成育には豊富な土壌水分が必要であり,花崗岩質土壌では保水性が乏しいことでシオジ造林木の成長は不良であった.土壌水分による適地判定の基礎研究が必要である.4.天然生林の多くの成立立地は,土壌の薄い石礫地の渓流沿いや渓畔地であるが,このような立地は人工造林の適地とは言いがたいので,このような立地での天然更新法を確立することは,渓流・渓畔地の土砂崩壊の防止や景観維持と同時に長伐期でのシオジ有用材生産を考えることが社会のニーズの多様性に応える森林の扱い方として必要である.本学演習林および梅田国有林・東京都水源林のシオジ天然生林を調査し、併せて前年の継続調査を行った。
甲状腺ペルオキシダーゼcDNAの作製とその産物による自己抗体定量法の開発

1.ヒト甲状腺ペルオキシダーゼ(TPO)cDNAのシークエンスとTPOの一次構造:Graves病患者甲状腺から抽出したmRNAを用いλgt11をベクターとしてcDNAライブラリーを作製した。当初、計画通り抗体プローブによりライブラリーのスクリーニングを行ったが、非特異的結合の可能性を除去出来ないため、TPOのトリプシン分解物から4本のペプチドを分取し、そのアミノ酸配列から3種類の核酸プローブを作製し、スクリーニングを行った。最終的に3,048ヌクレオチドからなるcDNAを得た。これは933アミノ酸からなる分子量103,026daltonsの蛋白をコードすると考えられた。Asparagine-linked糖鎖付着可能部位は5ケ所存在した。2.染色体mapping:ヒト-ハムスターおよびヒト-マウスhybrid cell linesから得たDNAを用いてTPOをコードする遺伝子の染色体上での位置を検討したところ、第2染色体短腕のcentromere近くと考えられた。3.2種類のmRNAs:cDNAライブラリーのスクリーニングから2種類のcDNAが得られた。検討の結果、短いcDNAは5′側から605塩基対までは長いcDNAと一塩基対の違いを示すのみであるが、途中で171塩基対が欠除した。この171nucleotideは5′側にGT,3′側にAGの配列を持っており、スプライシングにより短いmRNAが出来た可能性が強い。171uncleotideは57アミノ酸からなるペプチド(6,282daltons)をコードしており、ヒトTPOが107/100Kdの2種類の蛋白からなる事実を明快に説明しそうである。
高齢者のうつ予防に有効なプログラムの作成・評価：骨格筋量とうつとの関連に着目して

本研究では、高齢者のうつと骨格筋量との関連を明らかにした上で、これに基づくうつ予防プログラムを作成し、その効果を検証することを目的とした。高齢者のうつと体力、骨格筋量との関連では、地域在住高齢者のうちうつ傾向にある者はそうでない者に比較して、骨格筋量および体力が有意に低値を示すことが示された。続いて、運動を中心としたうつ予防プログラムを作成し効果検証を行った。その結果、うつ傾向、筋厚、体力は介入前後で有意に改善した。以上より、運動を中心としたプログラムが、うつ傾向の改善にも寄与することが示された。本研究は、高齢者のうつと骨格筋萎縮(筋細胞量)との関連を明らかにした上で、これに基づくうつ予防に有効なプログラムを作成し、その効果を検証することを目的としている。前年度のベースライン調査では、地域在住高齢者のうち、うつ傾向にある者はそうでない者に比較して、下肢筋力や、持久力、筋パワーが有意に低値を示し、骨格筋量も有意に低値を示したことを報告した。また、この結果を踏まえて、レジスタンストレーニングを中心とした、高齢者が自宅で実施可能なうつ予防介入プログラムを開発した。今年度は、うつ傾向にある高齢者に対して、開発したプログラムを用いた教室型集団介入を実施した。対象者は、地域在住の自立高齢者でGDS(Geriatric Depression Scale)簡易版によりうつ傾向が認められた69名(うち分析対象者55名)であった(男性27名、女性28名)。プログラムの内容は週1回90分のレジスタンストレーニングを3ヶ月間実施した。また教室と同様のトレーニングを自宅でも実施するように指導し、参加者には日々の運動実施状況を日誌に記録してもらった。その結果、介入前後で参加者のGDS得点は有意に改善した(p<0.001)。また、55名中18名はうつ傾向から非うつ傾向へと改善していた。体力指標では等尺性随意最大膝伸展筋力、垂直跳び、チェアスタンド、ステッピング、ファンクショナルリーチ、速歩10m歩行時間、Timed Up and Goといった、体力要素の中でも筋力や筋パワー、敏捷性、平衡性、歩行能力を評価する項目で有意に向上していた(p<0.05)。また上肢筋細胞量および下肢筋細胞量についても、介入前に比べて介入後で有意に増加していた(p<0.05)。以上より、今回開発したレジスタンストレーニングを中心とした運動介入が、うつ予防に有効である可能性が示唆された。本研究は、高齢者のうつと骨格筋萎縮(筋量)との関連を明らかにした上で、これに基づくうつ予防に有効なプログラムを作成し、その効果を検証することを目的としている。今年度は、まずベースライン調査として、地域在住高齢者のうつ傾向と体力、骨格筋量との関連を明らかにした。調査はA、Bの2地区で実施した。A地区の調査は、地域在住の自立高齢者で、毎年実施している地域の高齢者体力測定会への参加者を対象とし、体力、うつ傾向、生活状況について調査を実施した。その結果、男性285名、女性886名のうち、それぞれ約20%にうつ傾向が認められ、体力指標の中でも特に、下肢筋力や持久力は生活状況を調整してもうつ傾向にない者に比較してうつ傾向にある者が低値を示した。一方B地区の調査では、地域在住の要介護認定を受けていない高齢者を対象に体力測定会を実施した。分析対象859人のうち14%にうつ傾向が認められ、うつ傾向にある者は、体力指標の中でも等尺性膝関節伸展筋力、握力、垂直跳びといった筋力、筋パワーで有意に低値を示した。加えて、BIS法によって求めた骨格筋量も有意に低い値を示した。以上より、うつ傾向にある者は低筋力、低身体機能であること、同時に骨格筋量そのものが低値であることが示され、下肢筋力や持久力を向上させるような運動介入がうつ予防に効果的である可能性が示唆された。以上のベースライン調査をふまえ、地域在住の自立高齢者を対象とした教室型の運動介入を実施した。内容は週1回のレジスタンストレーニング教室と、同様のトレーニングを毎日自宅で行うプログラムを12週間行うものであり、参加者は40名であった。その結果、介入前後で、体力指標とうつ指標(GDS-15)に有意な改善が認められ、本プログラムのうつ予防への効果が示唆された。今後は、うつ傾向にある高齢者への介入を行っていく予定である。本研究は、高齢者のうつと骨格筋萎縮との関連を明らかにした上で、これに基づくうつ予防に有効なプログラムを作成し、その効果を検証することを目的としている。初年度のベースライン調査では、地域在住高齢者のうちうつ傾向にある者はそうでない者に比較して、下肢筋力や、持久力、筋パワーが有意に低値を示し、骨格筋量も有意に低い値が認められたことを報告した。

この結果を踏まえて、運動を中心とした教室型のうつ予防プログラムを開発し効果検証を行った。前年度は介入参加者55名の分析を実施した。今年度は引き続き対象者数を増やしたことに加えて、新たに自宅型プログラムも設定し、その効果を検証した。対象者は、地域在住自立高齢者でGeriatric Depression Scale簡易版によりうつ傾向が認められた121名(教室型60名、自宅型61名)であった。介入期間は15週間で、教室型は、週1回90分の運動教室に加えて自宅でも運動の実施を指導した。自宅型は最初の2週間に教室で運動指導を行い、以降は自主的な運動の実施を促した。運動内容は、教室型、自宅型共に上下肢筋群の筋力向上をねらいとしたレジスタンストレーニングを主とした。また、対象者には日々の運動実施状況を日記に記録してもらった。介入前後でGDS簡易版、体力、筋厚を調査した。その結果、GDS得点の平均は教室型、自宅型共に介入前後で有意に改善していた(p<0.05)。また、教室型の16名、自宅型の14名は介入後非うつ傾向へ改善していた。筋厚は、教室型、自宅型共に介入前に比較して介入後に有意に増加した(p<0.05)。体力では、脚筋力は教室型、自宅型共に介入前に比較して介入後に有意に増加した(p<0.05)。6m最大歩行速度とTUGでは、交互作用を認め、いずれも教室型で有意に改善した(p<0.05)。以上より、運動を中心とした本プログラムは、体力や筋量を増加させるとともに、うつ傾向の改善にも寄与することが示された。老年看護学本研究の今年度の計画は、開発したうつ予防プログラムの効果を教室型集団介入、および訪問型個別介入から検証することであった。現時点で、うつ傾向にある者への教室型集団介入を実施し、効果を明らかにしたものの、分析対象者が55名と少人数であった。加えて、訪問型個別介入では対象者が集まらない等が発生し、介入に至っていない。引き続き次年度に、教室型集団介入と訪問型個別介入を実施していく必要がある。本研究における、今年度の計画は、高齢者のうつ傾向の有無と骨格筋量の関連についてのベースライン調査を行い、その結果をふまえ、運動を用いたうつ予防支援プログラム(教室型集団介入、訪問型個別介入)を作成することであった。現時点までで、まずベースライン調査においてうつ傾向にある高齢者はうつ傾向にない高齢者に比べて体力、骨格筋量ともに低値を示すことを明らかにしてきた。また、うつ予防支援プログラムとして、老化に伴う筋萎縮の予防・改善を促すプログラムを提案し、地域在住自立高齢者を対象にした介入調査を行った。以上より、今年度の計画はまずまず達成できていると考える。しかしながら、うつ予防介入の対象となるうつ傾向にある者は、意欲の低下等から教室に参加できなかったり、参加していてもドロップアウトするおそれがあると考える。訪問型で個別的に介入できるプログラムも重要になると言えるが、訪問型個別介入の支援プログラムの作成には至っていない。次年度に実施予定である、介入によるプログラムの効果検証に向けて、訪問型個別介入の支援プログラムを提案する必要がある。次年度の研究計画は、引き続きうつ傾向にある高齢者を対象に、うつ予防支援プログラムの実施と効果の検証を行っていく。プログラムの介入は、研究フィールドである亀岡市の保健センターおよび地域包括支援センターと協働で行っていく。
ダウン症における睡眠呼吸障害に関する調査

90人のダウン症者(DS)の養育者にアンケート調査を行った。いびきや特殊な睡眠体位が多く見受けられ、6-15歳のDSでは肥満と関連なくSDB関連症状が多かった(Ono et al, 2015)。賛同を得たDSにパルスオキシメーターを装着し、睡眠体位やSAS症状と酸素飽和度低下の関連を検討した。非通常睡眠体位が多いDSで酸素飽和度の低下が少なく、SDBによる低酸素状態を改善する為の体位と考えられた(Rahmawati et al, 2015)。平成25年度においては、ダウン症患者150名の養育者を対象として、睡眠呼吸障害(SDB)が疑われる症状や普段の睡眠体位、心疾患の合併などに関する質問票調査を実施した。その結果、回答のあった90名中、いびきが71%、夜間覚醒が59%と一般人口より高率に見られ、海外と同様にわが国のダウン症患者も高率にSDBに罹患している可能性が示された。また肥満は、本研究対象全体の32%に存在したが、特に16歳以上群においては48%に存在し、他の年齢群よりも有意に高率であった。さらに、肥満は一般人口における重要なSDBの危険因子であるが、本研究対象ではSDB症状との関連が見られず、ダウン症患者に合併するSDBは、肥満以外の解剖学的要因による影響がより大きいと思われた。ダウン症患者に多く見られる特徴的睡眠姿勢は、対象全体の27%に存在したが、特に615歳群においては52%に存在し、15歳群や16歳以上群に比べて有意に高率であった。これは、15歳のダウン症患者においてはまだ座位が安定せず、特徴的睡眠姿勢の保持が困難であり、16歳以上群では、関節の柔軟性が失われつつあるために特徴的睡眠姿勢の保持が困難となっていることが原因と推察された。また、特徴的睡眠姿勢は睡眠中の舌根沈下を防ぎうる姿勢であり、SDBへの防御姿勢として出現している可能性があると考え調査した。その結果、特徴的睡眠姿勢群においていびき・無呼吸が高率に存在したが、統計的な有意差には届かなかった。この結果から、特徴的体位を有するダウン症患者は高率にいびき、無呼吸を有しているにも関らず、特徴的睡眠姿勢によって症状を緩和している可能性が考えられ、我々の仮説は支持された。今回の調査では、心疾患の有無とSDB症状の頻度の間には有意な関連が見られなかったが、今後の課題として、心疾患の重症度や、治療状況に関して詳細に調査する必要がある。本研究では、まず福岡エリアの90人のダウン症患者の養育者にアンケート調査を行い、肥満度や就眠時の体位、無呼吸やいびきなどの睡眠時無呼吸症候群(SAS)を疑う症状の有無を検討した。その結果、座位などの特殊な睡眠体位がダウン症児には多く見受けられ、特にSASを疑う児に多いことが判明した。さらに、6歳から15歳のダウン症児では、肥満と関連なくSAS関連症状が多いことが判明し、ダウン症者では、肥満以外の要因でSASが生じている可能性が高いことを見出し論文化した(Ono et al, 2015)。その後、このダウン症者の養育者のうち賛同を得た患児に酸素飽和度を計測するためのパルスオキシメーターを装着し、睡眠体位やSAS症状と酸素飽和度低下の関連を検討した。その結果、非通常睡眠体位が多い児では酸素飽和度の低下が少ないことがわかり、ダウン症者ではSASによる低酸素状態を改善するためにこの特殊睡眠体位をとっている可能性が強いと考え報告した(Rahmawati et al, 2015)。次に、日本全体の状況を見るため、全国のダウン症者2000人の養育者に前回と同様の質問票を送り、先天性心臓病の状態、SAS症状の有無、睡眠体位などを調査した。その結果、まず、ファロー4徴症などの重症心臓病があるダウン症者では、よりSAS症状が多いことが判明した。このことは心不全との関連も考えられ、このことを論文報告した(Sawatari et al, 2015)。循環器内科学、睡眠医学今年度は、福岡県のダウン症患者150名の養育者を対象に、SDB症状と睡眠時体位、および心疾患の実態に関して質問票による主観的評価を行う計画であった。回収率は50%程度と予測していたが、結果として、予測を上回る90名(60%)から回答があり、計画通りに分析を完了した。その結果、これまで海外の小規模検討で報告されてきたように、ダウン症患者におけるSDB有病率はわが国でも同様に高い可能性が示され、さらに睡眠体位や肥満以外の解剖学的要因がダウン症者のSDBに特有の危険因子である可能性も示された。

また、平成26年度に計画しているパルスオキシメーター調査に向けた準備としては、すでにパルスオキシメーター5台、および解析ソフトは入手しており、機器面の準備はほぼ完了している。現在は、パルスオキシメーター調査時において、養育者が記入する睡眠記録調査の作成を行う傍ら、パルスオキシメーター調査に同意の得られた研究対象者へのインフォームドコンセント活動を行っている。計画通り、4月よりパルスオキシメーターの発送を行っていく予定である。さらに、本研究課題におけるここまでの成果を国際学会(Sleep Medicine 14, Supplememt 1:e225,2013.)に発表でき、日本臨床睡眠医学会、日本循環器看護学会でも発表する事ができた。以上の理由より「(2)おおむね順調に進展している」と自己評価した。最終年度となる平成26年度は、平成25年度に実施した質問票調査の回答者のうち、パルスオキシメーターによる調査に同意が得られた30名を対象として、計画通り、4月からパルスオキシメーター、睡眠記録用紙の発送を行っていく予定である。パルスオキシメーターを用いた客観的評価によって、SDBの有無・重症度に関するよりエビデンスレベルの高い実態調査を行う。パルスオキシメーターによる調査は3ヶ月で終了し、7月からは、得られた結果から年齢、肥満、特徴的睡眠体位、主観的なSDB症状との関連を検討する予定である。症例の蓄積が重要であり、将来の全国規模調査に向け、ダウン症協会に対し積極的に研究結果のフィードバックを行いながら、協力体制をさらに強固なものとしていく予定である。解析終了後は、日本循環器学会、日本睡眠学会を始めとした国内学会、および睡眠を専門とした国際学会への成果発表を行う予定としている。また、その後は、海外の雑誌へ論文して成果発表を行う予定である。尚、本研究における統計解析には昨年度から引き続き九州大学ARO次世代医療センターの生物統計専門家に協力を仰ぐ予定である。さらに、九州大学病院睡眠時無呼吸センターと樗木研究室は研究チームとして毎週、研究検討会を開催し、調査・解析が遅滞なく進行するように努める予定である。平成25年度に、データ入力・解析の補助者に係る人件費(@200,000円)を計上していたが、解析等は自らで行った。平成26年度は解析内容がより複雑、かつ膨大になることが予想されるため、その際に有効に活用できるよう、平成26年度への繰り越し金として計上することとした。平成26年度は最終年度であり、学会発表もさらに増える予定である。そのため、国際学会を含めた学会参加のための旅費・宿泊費などが必要である。成果発表費用として、英語論文のネイティブチェックにかかる費用や論文投稿費用も計上予定である。また、パルスオキシメーターのデータ解析は複雑であり、専門家の補助を得るための人件費、および資料収集費用も検討している。
全体論の立場からの中学校数学の導入過程の構成に関する研究

全体論の立場から中学校1年の代数的内容の単元をデザインするための理論を構築し,正負の数の加減,乗除,文字と式の単元を現場の中学校教師と共同で開発し,実証的に検討した。まず,算数から数学への移行に関する理論を学会誌に発表した。そこでは作図を事例として,算数での認識と中学校数学での認識の間に,移行期に相当する活動を適切に想定することによって,算数から数学への移行が成し遂げられ得ることを明らかにした。続いて,正負の数の加減の単元を事例として,全体論の視座からの単元構成のあり方について明らかにし,学会誌に発表した。そこでは教授学的状況論における行為の状況,定式化の状況,妥当化の状況という3つの状況に,代数的思考のサイクルの視点を加味することによって,全体論的に単元が構成されうることを明確にした。次に,数学教育の国際会議において,中学校の代数的内容に繋がりうる,算数における小数の除法の理解過程の様相について発表を行った。ここでは小数の除法の理解を阻害するミスコンセプションが,逆と相反という2種類の可逆的思考の統合によって克服され,またその過程で中学校数学の認識へと思考様式が転化しうることを明らかにした。さらに,正負の数の乗除と文字と式に関する単元開発を行い,算数の式から代数の式への接続プロセスの様相について学会で発表した。ここでは総合式を作り,分析するという視点から構想された学習活動の中で,式に関する重要なアイデアが生じ,それが数学的に高まる過程において,式が構造的に認識されるようになることを明らかにした。また,正負の乗除の単元で培われる認識を引き継ぎ,高めるような文字と式の単元構成のあり方について検討し,基本的な活動形態を明らかにした。本年度は、まず授業を全体論的に展開する上で指針となる国内外の文献と、代数の導入過程に関する国内外の文献を収集し、代数の導入過程の授業設計に関する重要な視点を、文献解釈を通して抽出した。そこでは、主にGuy Brousseauの教授学的状況理論が、全体論の思想を実際の授業に実現する上での有力な理論になりうることを示し、また、生徒が代数を学習する意義を実感する上で、代数の歴史的過程や代数の心理発生的過程を踏まえた授業設計を行う必要性があることを議論した。また、実際のカリキュラムの概要も示した。それと並行して、公立中学校の教師と共同で、4月から11月にかけての中学校1年の数学の授業を設計し、その授業をビデオに記録する作業を行った。その中から、本年度は「正負の数の加減の学習指導」について、データを分析して、全体論の立場からの授業展開のあり方についてまとめ、日本数学教育学会第35回数学教育論文発表会で学会発表を行った。最後に、以上の2点を総合して、全体論的視座からの代数の導入過程の単元構成の構造に関する考察を行った。それについては、現在学会誌に投稿中である。また来年度の研究を見据えて、生徒が困難を感じる文字と式の単元について、これまでの調査研究や、文献解釈によって、授業展開・単元構想のあり方について検討した。それについての論文は、上越数学教育研究第18号に掲載されている。
アレクサンドロフ空間の幾何学

90年代に入りリーマン幾何学の研究は多様体から脱却して、微分可能性を排除し、特異点を許容するアレクサンドロフ空間の構造の研究が主流となりつつある。塩浜は非コンパクト非負曲率のアレクサンドロフ空間の体積は無限大となる事を示し、リーマンの場合との類似を調べた。市田はコンパクト正曲率多様体の基本群の位数が素でない場合の単射半径と距離構造の関係を調べS^<4m-1>/Q(8)及びS^<2m+1>/Z_4の分類に成功した。菅原は完備非コンパクト曲面が非負ガウス曲率をもつとき、曲面上の極の集合の直径の評価を得て、この評価の上限はアレクサンドロフ曲面で、放物線で囲まれる凸領域のダブルによって実現されることを証明した。山口孝男は殆ど非負の曲率をもつ多様体の崩壊理論を完成させ、その基本群及び第1ベッチ数に関する評価を得た。この議論で非負曲率のアレクサンドロフ空間がハウスドルフ極限として現れ、そのとき、トポノゴフの分解定理が成立することを証明した。非負曲率のアレクサンドロフ空間の分解定理は極めて重要な役割を果たすことが解った。大津幸男-塩谷隆は下に有界な曲率をもつアレクサンドロフ空間Xの特異点の集合のハウスドルフ測度に関する評価を求め、更にX上の殆ど至る所にC^0 -リーマン計量が定義されその計量から導入された距離はXの距離に等しくなる事を証明した。これによってアレクサンドロフ空間の研究は飛躍的に発展する事となった。
スペクトルモデルを用いた地球惑星流体仮想数値実験室の開発

インターネット上に仮想的な地球惑星流体の「数値実験室」を構築することを目的として研究を遂行した.必要なスペクトル法の開発という点においては,円盤領域における浅水方程式に対する全く新しいスペクトル法を開発し,2つの原著論文として発表した.この手法は,円盤領域の数値計算を行う場合に平面極座標を用いると原点で生じる特異性を回避するために動径方向の展開基底としてにヤコビ多項式を用いるもので,ベクトル場を直接展開することに新しさがある.また,1次元/2次元無限領域に対する新しいスペクトル法も開発し,現在論文を準備中である.この手法を用いて浅水系におけるジェットからの重力波射出実験を行い,重力波強度に関するパラメター依存性を調べて論文として投稿中である.開発した数値ライブラリは,http://www.gfd-dennou.org/arch/ispack/ispack-0.62beta.tar.gzに含めて公開している.さらに,これまでのスペクトル法の開発によって得られた知見をまとめて,和書としては殆んど初めてとなるスペクトル法の教科書も出版した.仮想実験室環境の整備という点においては,新たに堅固なウェブサーバーを立ち上げ,開発された地球惑星流体計算のための一連の基本的なスペクトルモデルのソースコードと説明文書のみならず,典型的な例題の実行結果と解説とを整備し,http://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/において公開している.インターネット上に仮想的な地球惑星流体の「数値実験室」を構築することを目的として研究を遂行した.必要なスペクトル法の開発という点においては,円盤領域における浅水方程式に対する全く新しいスペクトル法を開発し,2つの原著論文として発表した.この手法は,円盤領域の数値計算を行う場合に平面極座標を用いると原点で生じる特異性を回避するために動径方向の展開基底としてにヤコビ多項式を用いるもので,ベクトル場を直接展開することに新しさがある.また,1次元/2次元無限領域に対する新しいスペクトル法も開発し,現在論文を準備中である.この手法を用いて浅水系におけるジェットからの重力波射出実験を行い,重力波強度に関するパラメター依存性を調べて論文として投稿中である.開発した数値ライブラリは,http://www.gfd-dennou.org/arch/ispack/ispack-0.62beta.tar.gzに含めて公開している.さらに,これまでのスペクトル法の開発によって得られた知見をまとめて,和書としては殆んど初めてとなるスペクトル法の教科書も出版した.仮想実験室環境の整備という点においては,新たに堅固なウェブサーバーを立ち上げ,開発された地球惑星流体計算のための一連の基本的なスペクトルモデルのソースコードと説明文書のみならず,典型的な例題の実行結果と解説とを整備し,http://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/において公開している.15年度は,まず基礎的な数値ライブラリの開発として,円盤領域の浅水方程式に対するスペクトル法の定式化とそれに基づいた数値計算を行うライブラリの整備を行った.この手法は,円盤領域の数値計算を行う場合に平面極座標を用いると原点で生じる特異性を回避するために動径方向の展開基底としてにJacobi多項式を用いるもので,ベクトル場を直接展開することに新しさがある.この手法自体新しいものであるので,定式化の詳細については2本の原著論文として発表した.また,この手法に基く数値ライブラリは,http://www.gfd-dennou.org/arch/ispack/ispack-0.62beta.tar.gzに含めて公開している.また,この数値ライブラリの公開および今後開発予定のコンピューター上の仮想実験室を提供するためのサーバーを新規に購入し,10月に京都大学において立ち上げた(http://www.gfd-dennou.org/).このサーバー上では,上記の数値ライブラリの公開だけではなく,開発中の仮想実験室環境(http://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/)の提供も既に行っている.なお,研究代表者が15年度中に東京大学から京都大学に異動した関係で,途切れなくサービスが提供できるように,東京大学にも既存の古い計算機環境をやりくりしてサーバーを設置していた.この維持管理のため,多くの旅費を使用した.数値ライブラリの整備としては,1次元無限領域に対応した新たなスペクトル法を開発し,それを具体的にプログラムとして実装した.このライブラリを用いて浅水系におけるジェットからの重力波射出実験を行い,重力波強度に関するパラメター依存性を調べて論文として投稿中である.さらに,このスペクトル法自体も全く新しい手法であるので,論文を準備中である.また,既に開発してあった周期境界条件の数値モデルを用いてβ平面上の2次元減衰性乱流から生じる帯状ジェットの非対称性に関する研究を行い,非対称性の生成機構まで明かにして論文"Asymmetrization of Jet Profiles in β-planeTurbulence"として発表した.さらに,これまでのスペクトル法の数値ライブラリ開発において蓄積した理論的・技術的知識をまとめて教科書「スペクトル法による数値計算入門」として出版した.上記の数値ライブラリを用いた仮想数値実験室環境も開発を進めており,既にWeb(http://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/)において多数の実験用サンプルプログラムを公開している.具体的には,1次元周期境界領域モデル,2次元2重周期境界モデル,2次元水路領域モデル,2次元水路領域モデル,2次元球面モデル,3次元球殻領域モデル,があり,様々な設定の数値実験ができるようになっている.これらのプログラム資源の開発に伴い,データの置き場所等のための計算機資源が不足してきたため,今年度は大容量のRAID装置を購入して昨年度導入していたサーバーを増強した.
経口摂取は胃瘻患者の認知機能および身体機能の改善に寄与できるか？

本研究は、経管栄養患者における経口摂取の意義について明らかにすることを目的として行った。対象は、本研究に同意の得られた重症心身障害者9名(平均年齢48.1±12.4歳)である。対象者の経管栄養注入前安静時から注入後安静時までの間、functional NIRS装置を用いて脳血流量を測定した。脳機能は、安静時に比較し、経管栄養注入時に有意に増加した。また安静時に比較し、経口摂取時、経管栄養注入終了時に有意に増加した。重度嚥下障害のため経管栄養により栄養摂取している患者に対し、少量でも一部経口摂取を取り入れる事は、患者の脳機能への刺激、という点で意義のあることではないかと考えられる。【目的】胃瘻患者の摂食嚥下障害に対する効果的な経口摂取移行のための指針と摂食嚥下リハビリテーションプログラムを開発するための予備的研究として、健康成人のコントロールデータを集積することを目的とした。【対象および方法】健康成人5名(男性3名、女性2名、平均年齢28.8±0.9歳)を対象とした。胃電図(BIOPAC社製、MP-150 WSW-HN,EGG100C)を用い、設定1:30分安静後、タスクとしてラコールNF配合経腸用液200ccを経口摂取させ、その後安静時を計測、設定2:30分安静後、タスクとして増粘剤を混和した中濃度とろみラコールNF配合経腸用液10ccを経口摂取後にラコールNF配合経腸用液200cc(以下、液体)を摂取させ、その後安静時を計測、において胃運動機能を測定し、タスク前の安静時からの変化率を検討した。同時にfunctional NIRS装置Spectratech OEG-16APD (株式会社スペクトラテック社製)を用いて脳血流量を、生体情報モニタを用いて循環動態を測定し、検討した。得られたデータの統計学的解析にはSPSS Ver.23 for Windowsを使用し、対応のあるt検定ならびに一元配置分散分析を行った。【結果】安静時、タスク時、タスク後安静時の胃運動の強さを比較したところ、設定1の際に安静時とタスク時間で有意な差がみられた(p=0.026)。胃の活動度を比較したところ、設定1、2ともに有意な差を認めなかった。また、設定1、2間でも有意な差を認めなかった。脳機能については経口摂取と同時に血流量の増加が認められた。【結論】本研究の結果より、健常者においては液体栄養剤を摂取した際に脳機能および胃運動機能が活性化されるが、事前に少量のとろみ状栄養剤を摂取しても胃運動機能に明らかな影響は及ぼさない可能性が示された。初年度の予定として健康成人のデータを得ることを目的としていたため概ね順調と思われる。ただし、同時並行して行っていた経管栄養患者については、測定時の体調や測定環境の調整が困難であり、1年かけて試行錯誤して行ってきた状況にある。また胃電図による胃運動機能の同時計測を追加したことで、脳機能と味覚や消化との関係も検討が可能となったことは今後の検討に有益と考えている。なお、当初は胃瘻患者中心に対象者を考えていたが、胃電図を追加したことにより、胃瘻ボタンの物理的な影響を胃電図が受ける可能性もあることから、対象者を経鼻胃管患者にまで広げて検討しているところである。【目的】認知機能障害のある重度嚥下障害患者において、経管栄養注入前に一部経口摂取という口腔・咽頭領域への刺激によって脳機能の活性化がなされれば、患者のQOLに向上できるのではないかと考える。そこで本研究は、栄養摂取方法の違いによる脳機能への影響を検討し、経管栄養患者における経口摂取の意義について明らかにすることを目的とした。【対象および方法】本研究に同意の得られた重症心身障害者11名(平均年齢51.1±8.8歳)を対象とした。脳機能測定:functional NIRS装置Spectratech OEG-16APDを用い、1事前経口摂取なし:30分安静後、経腸栄養剤を経管栄養にて注入させ、その後の状態を計測、2事前経口摂取あり:30分安静後、とろみ食を5分間かけて経口摂取後に経管栄養から経腸栄養剤を注入、その後計測、を設定した。これらの過程で脳血流量を測定し、安静時を100%としてその後の変化率を検討した。また同時に胃電図、循環動態を測定した。得られたデータの統計学的解析にはSPSS Ver.24 for Windowsを使用し、対応のあるt検定ならびに一元配置分散分析を行った。【結果】事前経口摂取により脳機能が活性化された者は11名中6名であった。全体の平均を比較すると、1事前経口摂取なしの場合、安静時を100%とすると、注入開始から5分間が93.3±39.3%、5分後から10分後までが80.3±60.8%と有意に減少した(p<0.01)。2事前経口摂取ありの場合、安静時を100%とすると、経口摂取時114.8±78.3%、注入開始から5分後までが158.6±200.6%、5分後から10分後までが114.5±186.4%と有意に変化を示した(p=0.025)。【結論】

本研究の結果より、経腸栄養剤注入前のとろみ食の経口摂取により脳血流量が増加する事が示された。研究計画として、健康成人と重症心身障害者を対象とした脳機能と胃電図の測定は実施でき、今年度は脳機能と胃電図の同時解析により、経管栄養患者の経口摂取の意義について明らかにできる。これまでの成果を論文化する予定である。しかしながら当初の予定では患者に摂食嚥下リハビリテーションを実施し、その効果を本測定システムを用いて検証することを組み込んでいる。その点に関しては適切な対象者の選定が難しく、計画の遅れがある。期間内に実施できるよう努力を続けている。本研究は、経管栄養患者における経口摂取の意義について明らかにすることを目的とし、脳機能、胃運動、呼吸と循環動態を測定した。対象は、本研究に同意の得られた、重症心身障害者9名(男性6名、女性3名、平均年齢48.1±12.4歳)である。対象者の経管栄養注入前安静時から注入後安静時までの間、functional NIRS装置を用いて脳血流量を、胃電図計を用いて胃運動機能を、生体情報モニタを用いて動脈血酸素飽和度(SpO2)と脈拍を測定した。本研究のプロトコールは、設定1経口摂取なし、設定2経口摂取あり、の2設定である。得られたデータの統計学的解析にはノンパラメトリック検定を行った。結果として、脳機能は、設定1の条件下で安静時に比較し、経管栄養注入時に242.93±194.91%と有意に増加した。また設定2の条件下では安静時に比較し、経口摂取時に524.43±585.74%、経管栄養注入終了時に647.29±851.31%と有意に脳血量が増加した。胃運動機能は、いずれの設定下でも有意な差は認めなかった。SpO2は、設定1では有意な変化はなく、一方設定2の条件下では、経口摂取時97.82±1.67%、注入終了後99.65±0.39%と有意に減少した。脈拍は、設定1の条件下でおいて、注入時107.26±10.60%、注入終了時117.66%を示し、安静時と注入時、注入時と注入終了時、安静時と注入終了時においてそれぞれ有意に増加した。以上の結果より、重度嚥下障害のため経管栄養により栄養摂取している患者に対し、少量でも一部経口摂取を取り入れる事は、患者の脳機能への刺激、という点で意義のあることではないかと考えられる。しかし、明らかな反応を示さない者もおり、その変化には個人差がみられた。脳障害の程度や意識状態などが影響している可能性がうかがわれた。本研究は、経管栄養患者における経口摂取の意義について明らかにすることを目的として行った。対象は、本研究に同意の得られた重症心身障害者9名(平均年齢48.1±12.4歳)である。対象者の経管栄養注入前安静時から注入後安静時までの間、functional NIRS装置を用いて脳血流量を測定した。脳機能は、安静時に比較し、経管栄養注入時に有意に増加した。また安静時に比較し、経口摂取時、経管栄養注入終了時に有意に増加した。重度嚥下障害のため経管栄養により栄養摂取している患者に対し、少量でも一部経口摂取を取り入れる事は、患者の脳機能への刺激、という点で意義のあることではないかと考えられる。今年度は健康成人データを追加してコントロールの指標を示すことと、重症心身障碍児者のデータ集積を進める予定である。また脳機能の解析に関して、昨年度は十分に行えていなかった状況にあるため、今年度は脳機能と胃運動機能の関連性も含め、詳細な検討を行う予定である。
多重性を考慮した予測分布の構成法の開発と応用

ベイズ統計学における予測の問題では,未知パラメータと予測したい量とのデータに対する条件付相互情報量を最大化することが有効であることを明らかにし,これに基づいて多重性をともなう予測問題について考察した.ベイズ予測分布の範囲で多重性の問題を解決する予測分布が構成できることを示した.また,一般には最良の事前分布は複雑になり最良の事前分布を厳密に求めることは困難になる.近似が必要になるため,数値的な手法を開発した.2項分布モデル・多項モデルに関する予測問題の研究に加え,線形回帰モデル,時系列モデル,Wishartモデル等のより複雑なモデルでの予測問題の研究を行った.これらのモデルを用いた予測を考える際に必要となるモデルの情報幾何学的な性質について明らかにした.ベイズ統計学における予測の問題では,未知パラメータと予測したい量とのデータに対する条件付相互情報量を最大化することが有効であることを明らかにし,これに基づいて多重性をともなう予測問題について考察した.ベイズ予測分布の範囲で多重性の問題を解決する予測分布が構成できることを示した.また,一般には最良の事前分布は複雑になり最良の事前分布を厳密に求めることは困難になる.近似が必要になるため,数値的な手法を開発した.2項分布モデル・多項モデルに関する予測問題の研究に加え,線形回帰モデル,時系列モデル,Wishartモデル等のより複雑なモデルでの予測問題の研究を行った.これらのモデルを用いた予測を考える際に必要となるモデルの情報幾何学的な性質について明らかにした.ベイズ統計学において,無情報事前分布をデータと未知パラメータとの相互情報量の最大化に基づいて構成するという考え方に基づいた多くの研究がなされ,reference priorの理論として発展してきている.一方,相互情報量最大化では適切な事前分布が構成できない問題があり,解決のためには,データと未知パラメータとの相互情報量を最大化するのではなく,未知パラメータと予測したい量とのデータに対する条件付の相互情報量を最大化することが適当であることが,研究代表者により示されている.本研究では,この事実に基づいて多重性をともなう予測問題について考察し,ベイズ予測分布の範囲で多重性の問題を解決する予測分布が構成できること,ミニマックス性の意味で最良の事前分布が決まること,多重性に代表される困難な問題を解決する最良の事前分布が情報理論的な構成が原理的に可能なことを示した.また,一般には最良の事前分布は複雑になり何らかの近似が必要になるため,各パラメータに共役事前分布であるベータ分布を用いる方法と数値的なアプローチを研究した.特に,2項モデル,多項モデルに対しては,単純な共役事前分布ではなく,階層ベイズモデルや,多数の点(粒子)を用いた分布の表現などにより構成できるより多様な事前分布を用いて予測を改良する方法を開した.また事前分布を設定したときの条件付相互情報量は,解析的に求まらないためマルチコア計算機を用いた近似アルゴリズムの開発に取り組んだ.昨年度の,2項分布モデル・多項モデルに関する多重性を持つ予測問題の研究に引き続き,より実用的なモデルでの予測問題の研究を行った.例えば,正規分布モデルは最も基本的で扱いやすいモデルであるが,パラメータ空間がコンパクトではないため,多重性を解決するミニマックス性の意味で最良の予測分布が一意的には決まらない.同様な問題は,パラメータ空間がコンパクトで無い場合,reference priorの場合でも生じることが知られている.パラメータ空間をコンパクトなものに制限するというやや人工的な仮定を用いてパラメータ空間がもともとコンパクトではないモデルに対するreference priorの正当性を示している研究が多くある.本研究での条件付相互情報量の期待値に基づく方法についても,パラメータ空間を制限する方法を正規分布モデルなどのパラメータ空間がコンパクトで無い場合に適用することにより多重性を考慮した予測分布の構成法を開発した.また,事前分布を設定したときの条件付相互情報量は,解析的に求まらないため,数値的に評価する必要がある.昨年度に引き続き,相互情報量を乱数や準乱数を用いた数値積分を用いて評価しそれを最大化する手法とマルチコア計算機を用いた近似アルゴリズムの開発に取り組んだ.昨年度に引き続き,条件付き相互情報量最大化により構成される事前分布と,構成した事前分布に基づくベイズ予測分布に関する基礎的な研究を行った.特に,パラメータ空間をコンパクトなものに制限するという仮定のもとで,最も基本的な連続型確率分布である多次元正規分布モデルをはじめ,多次元ガンマ分布モデル,多次元逆ガウス分布モデルなど多くの基本的で実用的な統計モデルにおいて応用することのできる,多重性の問題を考慮にいれたベイズ予測分布の構成法を開発した.さらに,条件付き相互情報量最大化による事前分布の構成についてのアルゴリズムをマルチコアワークステーションを用いて実装するプログラムを作成して数値的な検証を行った.
新規接着分子ネクチンとインテグリンとの協調作用による細胞間接着の形成機構

細胞間接着の形成についてはこれまでアドヘレンスジャンクションの接着分子カドヘリンやタイトジャンクションの接着分子クローディンを中心に多くの研究が進められてきたが、細胞間接着が形成される過程における細胞-基質間接着と細胞間接着のクロストークの分子機構については不明な点が多い。このクロストークの分子機構を解明する目的で、細胞-基質間の接着分子インテグリンが、当研究室で見出された新規細胞間接着分子ネクチンとどのように協調作用して、両分子が細胞間接着の形成に関与しているかを解析し、本年度は、以下のような知見を得た。1.ネクチンによる細胞間接着形成におけるインテグリン活性化の分子機構ネクチンによる細胞間接着の形成時に、ネクチンと活性化したインテグリンαvβ3の両者は物理的・機能的に相互作用し、細胞間接着の形成を促進したが、その相互作用の分子機構について解明した(J Biol Chem,2006)。また、細胞間接着の完成後、インテグリンαvβ3は不活性化してネクチンと細胞間接着部位で共局在した。細胞間接着形成におけるインテグリンの活性化・不活性化を制御する分子群を同定し、これらの分子群もネクチンにより制御されていることを見出した(投稿準備中)。2.ネクチンによるカドヘリンのリクルートおよびアドヘレンスジャンクション形成におけるインテグリンの作用機序ネクチン結合部位へのカドヘリンのリクルートおよびアドヘレンスジャンクション形成には、ネクチンによる低分子量Gタンパク質Cdc42、Racの活性化を介したアクチン細胞骨格の再編成が重要であり、この過程においてインテグリンαvβ3の活性化が必要であった(J Biol Chem,2006)。さらに、ネクチンが活性化したインテグリンαvβ3と共に細胞内シグナル伝達を活性化する分子機構の一つとしてプロテインキナーゼCが関与することを明らかにした(論文印刷中)。細胞-細胞外基質間接着と細胞間接着のクロストークから細胞間接着が形成される分子機構を解明する目的で、細胞-細胞外基質間の接着分子インテグリンが、当研究室で見出された新規細胞間接着分子ネクチンとどのように相互作用して、両分子が細胞間接着の形成に関与しているかを解析した。さらに、細胞間接着分子カドヘリンがネクチンによる細胞間接着部位にリクルートされて、アドヘレンスジャンクションを形成する際に、インテグリンがどのように関与しているかについても検討し、本年度は、以下のような知見を得た。1.ネクチンとインテグリンとの協調作用の分子機構ネクチンはインテグリンαvβ3と機能的にも物理的にも相互作用することを見出した。ネクチンによる初期の細胞間接着部位において、インテグリンαvβ3は活性化された状態でネクチンと共局在した。さらに、細胞間接着が完成するにつれて、このインテグリンαvβ3は不活性化された。また、ネクチンによるCdc42やRacの活性化には、インテグリンαvβ3が活性化されていることが必要であった(論文投稿中)。2.ネクチンによるカドヘリンのリクルートおよびアドヘレンスジャンクション形成におけるインテグリンの作用機序ネクチン結合部位へのカドヘリンのリクルートには、ネクチンによるCdc42、Racの活性化を介したアクチン細胞骨格の再編成が重要な役割を果たしており、この過程においてインテグリンαvβ3の活性化が必要であった。さらに、ネクチンによる細胞間接着部位にリクルートされたカドヘリンは、それ自身同士が結合してアドヘレンスジャンクションを形成するとともに、このカドヘリン同士の結合によりRacが活性化された(Oncogene,2006)。活性化されたRacはカドヘリンがエンドサイトーシスの機構により細胞内に取り込まれるのを防止し、アドヘレンスジャンクションを安定して維持するのに寄与していると考えられる。
注視行動の非線形予測モデルによる認知発達過程の理解

これまでの認知・言語発達の心理学的研究では、背景にある理論から仮説を立て、慎重に設計・統制された実験により、その仮説を支持または棄却する、という仮説検証型のパラダイムがとられてきた。本研究では、従来の仮説検証型パラダイムに対し、自由度の高い実験設計および高度な情報解析を基にした探索的なパラダイムを提案する。探索的パラダイムでは、認知・行動的情報を視線や体の動き、脳活動などの多センサにより計測し、データ駆動的な解析(データマイニング)により新たな知見の獲得を行う。本年度の研究成果は、The Ninth International Symposium on Intelligent Data Analysis,International Workshop on Spatial and Spatiotemporal Data Mining (SSTDM)などで発表を行った。これらの研究では、多センサ計測したヒト(1個人または複数人)の行動を、非線形力学系理論に基づき分析するためのアルゴリズムを提案した。提案したアルゴリズムは、従来の分析と異なり、時系列を非線形力学系から生成されたパタンとみなし、その離散化(記号力学系に基づく)を行う。アルゴリズムでは、記号空間と位相空間の二つを同時最適化する事で、多次元の位相空間から、行動特性を記述するためにより情報量の高い次元を選択する。このアルゴリズムを適用する事で、ヒトの顔表情から自動的に部分をクラスタ化し、笑い顔や話し顔を分類する事が可能であることが示された。また、ヒトとヒト、またはヒトとロボットのコミュニケーションのパタンを特性付けるためにも同手法が有効であることが示された。
表面波の発生と連成したテンタゲート系の自励振動(流出渦に起因した逆置テンタゲートの振動)

扇形セラの支持点(トラニオンピン)を上流側に設けた新しいタイプの逆置テンタゲートがスイスのSchinznachに建設され、その試運転時に激しい流体関連振動を引起こした。そのため原因究明が急がれている。当ゲートは径間が長い(約20m)ため長い径間ゲートとしての振動特性を有している。前年度は、下流側が水没していない場合についてその振動特性を明らかにした。本年度は、特に下流側が水没している場合について実験的に振動特性を明らかにした。下流側が水没するために放水流は流出渦を形成し、それがゲートの特異な振動を引起こす。研究成果は以下のとおりである。(1)振動特性を決定する基本量は、理論放水流速をゲートの振動数とゲート幅で割った無次元流速および放水口開度をゲート幅で割った無次元開度である。(2)無次元流速が4.5から7.0のときに振動が発生し、その振動は無次元開度が約0.71のときにもっとも激しくなる。流体振動力の強さを負の減衰比の形で表わすとその値は最大0.023である。水の付加質量は無次元流速が大きくなるに従って減少する傾向を示す。(3)高感度の圧力変換器でゲート近傍の流体圧力を計測した結果。上下流の流体挙動がほとんど同じレベルでゲートの振動発生に貢献していることが分かった。(4)熱戦流速計で放水変動流速を計測した結果、変動流速係数は一定値(約0.55%)を示すが、放水流の位相が大幅に変化することが分かった。(5)流出渦を可視化することによって、渦の成長度、波数、波長、波速などの特性を明らかにし、振動発生時の渦挙動の要件を明らかにした。(6)鹿児島県所在の鶴田ダムの設置されたテンタゲートをモーダル解析し、固有振動数とそのモードおよび減衰特性などを明らかにした。