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日常的身体活動とスポーツ振興のリンケージに関する研究ー自転車利用促進に着目してー

日本とオランダの自転車環境に関して比較をおこない,以下のような事実が明らかになった。1)日常生活(通勤)で自転車を利用している人は,日本の方が長い距離を走り,トレーニング指向が強い。2)日本の自転車通勤者の多くはスポーツとして自転車にも取り組んでいるが,オランダの通勤者は,ほとんどが移動だけの利用である。3)サイクルイベントに関してはオランダの方が多様性があり,グラスルーツからエリートレベルまでの連続性が存在する。4)日本のスポーツとしての自転車環境の特徴は,多くのイベントは商業ベース(運営参加費が高い)であり,多様性に乏しい。グラスルーツレベルとエリートレベルのギャップが明確。25年度には,オランダ(サイクルイベントの参加者,主催者に対して聞き取り調査,民間スポーツ研究組織における聞き取り調査および資料収集)と日本(サイクルイベントにおける参加者および主催者に対しての聞き取り調査,自転車利用促進NPOの活動に関しての調査)でそれぞれ調査研究を実施した,さらに以下の観点に関して,24年度,25年度のオランダにおける調査をまとめて論文にまとめた.1)自転車を日常的に利用している市民の利用実態,意識,スポーツ実践度(自転車に限定せず).2)自転車をスポーツとして取り組んでいる市民の日常的な自転車利用実態,意識.3)自転車促進に取り組んでいる行政機関およびNPOなどの民間組織の活動の現状と課題.4)国または地方行政機関におけるスポーツ振興策における日常的な「身体活動」の扱われ方.24年度の国内における調査の結果をまとめて,国際スポーツ社会学会(於・バンクーバー,カナダ)において発表した.また,2013年11月4日に幕張メッセで開催されたサイクルモード・インターナショナル2013(主催:サイクルモード実行委員会(テレビ東京/テレビ大阪/テレビ大阪エクスプロ))に,調査協力者であるアムステルフェーン市役所シニアコンサルタント(交通工学・計画・ポリシー,公共交通)Wilko Wieffering氏とともに出演し,オランダと日本の自転車環境の違いに関して調査結果の一端を披露した.さらにNPO自転車活用推進研究会と連携して2013年11月6日に東京(表参道)でシンポジウムを開催し,Wilko Wieffering氏を交えて日本とオランダの異なる自転車環境の社会背景に関して意見を交換し,市民グループと研究成果から得られた情報を共有することに努めた.本研究で明らかにしていく観点として示した「自転車が都市交通の基盤を成し,日常的な「身体活動」および「スポーツ」として広く認知されている諸外国(特にオランダ)における生涯スポーツ振興策と自転車推進との関係性」に関しての調査研究を実施.日本国内では自転車関連の市民組織への聞き取り調査及び自転車関連イベントでの参加者へのインタビューを行った.オランダにおいては,以下の調査研究を実行.1Amstelveen市の職員でありcity planning, public transport, bicycle policy, bicycle safetyの責任者であるWilko Wieffering氏にインタビュー(2012年8月30日).聞き取りの観点は以下の通りである.1)自転車道を作るにあたってのポリシー2)自転車道とまちづくりの関係性に関して3)自転車の安全性に対する施策.2オランダにおける自転車活用の市民団体であるVelo Mondialの代表であるPascal van den Noort氏にインタビュー(2012年8月31日).観点は以下の通りである.1)政府機関,地方行政機関との関係性2)民間企業との関係性.3オランダ自転車協会(2012年9月5日)における聞き取り調査及び資料収集1)自転車協会の組織構成2)活動範囲および内容に関して分析を行った.4ユトレヒト大学のDr.Michel van Slobbe氏への聞き取り調査及び次年度研究の打ち合わせ(2012年9月7日):The Netherlands Institute forSport and Physical Activityに対しての調査計画検討.オランダの自転車通勤者に対するアンケート調査は,上記Wieffering氏の協力のもと,AmsterdamとAmstelveenで実施,分析中.2014年8月31日から9月14日にかけて,オランダにおける調査を実施した。9月2日にはユトレヒト大学での資料収集を行った。9月4日にはオランダ在住の日本人(自転車の元オリンピック候補選手,オランダ移住後,世界シニア選手権で活躍)に聞き取り調査を行い,日本とオランダの自転車競技のおける競技環境の違い,自転車の一般利用に関しての市民の意識の違いや文化的背景について聞き取りの作業を行った。9月7日には,オランダ南部の都市,Zaltobommelで開催されたサイクル・ツアー(レクリエーション的要素が強いイベント)を取材し,主催者,参加者に聞き取り調査を行った。主催者に関しては開催の意図,市や協会のバックアップ体制等に関しての聞き取りを行った。また参加者に関しては,参加の動機,日常生活での利用方法,スポーツとしての自転車経験に関して聞き取りを行った。前年度に行った競技志向の強いイベントに関しての同様の調査結果と対比し,その特徴を明確化した。9月10日には,KNWU(オランダ王国自転車競技連合)で聞き取り調査を行い,連合の方針,競技力向上の方策,競技人口増加にむけた取り組み,他団体との連携体制に関して詳細な聞き取りを行い,合わせて資料収集も行った。9月12日には,オランダサイクリスト協会(Fietsersbond)の役員に聞き取り調査を行った。自転車の一般利用者としての意識と,協会の活動内容,協会の運営方針,協会のメンバー構成に関しての聞き取りを行った。オランダにおける調査は全て計画通り行うことができた。国内の相当する組織への調査後,比較検討まとめの作業に入る予定であったが,10月に体調を崩し,入院長期療養を余儀なくされたため,調査期間を延長し,次年度に調査を行うことになった。

2015年10月1日から2日にかけてニュージーランド、ワイカト大学が主催した国際シンポジウム"The Future of Cycling: Challenges and Possibilities"において、パネリストとして出席し、A pathwayfrom bicycle commuters to seriouscyclists: A case studyon bicycle commuters in Japanという題目で本研究の研究成果の一部を発表した。日本において、通勤で自転車を利用している人が、スポーツとして自転車に取り組んでいく傾向が、比較研究したオランダの場合よりはるかに高いことに関しての社会学的分析をまとめた内容に関して、ニュージーランドをはじめ様々な国の参加者が高い関心を示した。他のパネリストとの議論から、日本の自転車通行環境、スポーツとしての自転車の競技環境に関しての国際的な比較的観点からの特徴を客観的に認識する機会となった。国内においては、NPO自転車活用推進研究会の研究会において、自治体関係者、自転車活用推進競技連盟関係者、自転車産業関係者らに聞き取り調査を行い、前年度までの調査の補足資料とした。また前年度までの行った調査の分析作業を進め、オランダでの調査結果に関しての補足調査を電子メールにおいて行った。オランダの調査結果と日本の調査結果を詳細に比較することにより、最終報告書をまとめる作業を行った。日本とオランダの自転車環境に関して比較をおこない,以下のような事実が明らかになった。1)日常生活(通勤)で自転車を利用している人は,日本の方が長い距離を走り,トレーニング指向が強い。2)日本の自転車通勤者の多くはスポーツとして自転車にも取り組んでいるが,オランダの通勤者は,ほとんどが移動だけの利用である。3)サイクルイベントに関してはオランダの方が多様性があり,グラスルーツからエリートレベルまでの連続性が存在する。4)日本のスポーツとしての自転車環境の特徴は,多くのイベントは商業ベース(運営参加費が高い)であり,多様性に乏しい。グラスルーツレベルとエリートレベルのギャップが明確。急な発病のため,予定していた国内調査を行うことができなかった。スポーツ社会学現時点での研究成果に基づいた研究結果を第12回ヨーロッパスポーツ社会学会大会(2015年6月10日から13日,於・ダブリン,アイルランド共和国)で発表する。国内において,自転車の競技団体(日本自転車競技連盟)の関係者,自転車活用に関する市民団体(NPO自転車活用推進研究会,NPO市民・自転車フォーラム,輪の国
江戸期の和算における教育課程の探究を通した算数・数学教育刷新の提案

平成30年度は本研究の初年度であったため、文献と情報の収集に努めた。文献の収集としては、1江戸時代における和算研究の内容を示す文献、2和算の日本国内への伝播・普及状況を示す文献、3江戸時代の国内における算術教育の状況を示す文献、4和算を学校教育に取り入れる提案・実践について述べた文献をそれぞれ数冊ずつ収集した。結果として、それぞれの項目について、1関孝和に代表される関流と呼ばれる最先端の数学研究に携わる流派のほか、地方に多くの流派が存在して道場や塾を開いていたこと、2遊歴算家と呼ばれる算術研究家が日本中を回りながら算術を普及させていったこと、3算術の初級課程を終えると、互いに出題・解答しあいながらレベルを上げていった塾があったこと、4小中学校において和算を取り入れた授業実践が数多くあることがわかった。情報の収集としては、四日市大学関孝和研究所の小川束教授のもとを訪ね、和算道場の教育を現代の算数・数学教育に取り入れるというアイデアについて意見交換するとともに、算術教育についての情報提供を求めたところ、至誠賛化流という流派が千葉県にあったこと、またその流派が毎年『淇澳集』と呼ばれる年次報告を出版していたことを知ることができた。至誠賛化流については東北大学にデジタルコレクションがあるほか、すでに多くの論考が出されているので、本研究の問題意識にしたがって分析を加えていくつもりである。初年度は1回しか研究出張ができなかったが、2年目はより多くの情報を求めて出かけていくほか、新たな教育課程の提案を進めていきたい。申請書に記した研究計画において、平成30年度の計画は(1)算術道場の記録集め(2)和算を記録した書籍からの情報収集(3)教育課程の整理(4)「関孝和数学研究所」での議論となっている。「研究実績の概要」にも述べたように、(1)については、和算関連の書籍から多くの情報を集めたほか、具体的事例として小川教授から至誠賛化流の詳しい情報を得ることができた。(2)については、20冊以上に及ぶ和算関連の書籍を購入し、多くの情報を得ることができた。(3)についても、寺子屋に始まる算術教育の課程をある程度知ることができたが、これについては多くの流派を今後も調べる必要がある。(4)については関講和研究所を訪ね、研究内容について多くの議論をすることができた。2年目以降の計画は、(1)さらなる情報収集の継続と「作題活動」の考察(2)江戸の数学教育の体系化及び現代の算数・数学教育との比較(3)新しい教育課程の考案(4)外部機関での意見交換や研究の発表となっている。多くの書籍を見ても、和算の問題は数え切れないほど紹介されているが、「作題活動」の現実についてはあまり記述がない。現代の啓蒙書だけでは限界があると感じるので、上記至誠賛化流の年次報告原本をはじめ、多くの流派の原典から教育活動の実際を汲み取る研究活動が必要である。道場や塾の跡地に足を運ぶだけでなく、デジタルアーカイブズを積極的に求めていくことで、当時の状況を明らかにしていきたい。今年度はそのような方法で多くの流派の教育活動を集めることに注力し、その後それらの体系化、現代の教育課程との比較へと進んでいきたい。

(3)についても、寺子屋に始まる算術教育の課程をある程度知ることができたが、これについては多くの流派を今後も調べる必要がある。(4)については関講和研究所を訪ね、研究内容について多くの議論をすることができた。2年目以降の計画は、(1)さらなる情報収集の継続と「作題活動」の考察(2)江戸の数学教育の体系化及び現代の算数・数学教育との比較(3)新しい教育課程の考案(4)外部機関での意見交換や研究の発表となっている。多くの書籍を見ても、和算の問題は数え切れないほど紹介されているが、「作題活動」の現実についてはあまり記述がない。現代の啓蒙書だけでは限界があると感じるので、上記至誠賛化流の年次報告原本をはじめ、多くの流派の原典から教育活動の実際を汲み取る研究活動が必要である。道場や塾の跡地に足を運ぶだけでなく、デジタルアーカイブズを積極的に求めていくことで、当時の状況を明らかにしていきたい。今年度はそのような方法で多くの流派の教育活動を集めることに注力し、その後それらの体系化、現代の教育課程との比較へと進んでいきたい。業務多忙で出張が1回しかできなかったため、旅費の支出が予定よりも少なかった。また、整理すべき情報も多くなかったため、人件費も活用する場面がなかった。次年度は積極的に全国に足を伸ばし、情報収集に努めたい。
In vitro進化を利用した翻訳制御配列の包括的検索手法の開発

細胞内にはmRNAの翻訳制御にかかわる多様なシス-トランス制御系があると推測されているが、現在のところ、実際に解析の俎上に上っているものはほんの一握りである。翻訳制御シス配列をゲノム配列から包括的に検索・抽出する手法が確立されれば、ポストゲノム時代の基礎生物学や応用生物医学などにとって非常に起爆力のある有用な技術となるだろう。本研究は、そのような実験手法をIn vitro進化の原理を利用して開発・確立することを目的としている。初年度(平成13年度)の研究では、筆者らの開発した「in vitro進化をスクリーニング手法として利用した翻訳制御配列の検索手法」を小麦胚芽(WGE)のタンパク質合成系に適用した結果、この方法で実際に目的とする配列情報を取得できることが明らかとなった。平成14年度の研究では、この方法によって取得できる翻訳制御配列の機能が、スクリーニングに用いるタンパク質合成系に特異的なものかどうかを検討した。具体的には、ウサギ網状赤血球(RRL)由来のタンパク質合成系を用いて上記と同様の実験を行い、その結果を小麦胚芽由来の系の場合と比較した。その結果、スクリーニングにRRLの系を用いた場合は、翻訳制御配列のmRNA上の出現位置がWGEを用いた場合とは異なっており、また、このようにして得られたRRLで機能する翻訳制御配列は、WGEの系では機能できないことが明らかとなった。以上の結果は、今回開発した方法で取得できる翻訳制御配列は、スクリーニングに用いるタンパク質合成系に特異的であること示している。従って、本法を様々な生体組織や細胞、タンパク質合成系などに適用することにより、それぞれの系で特異的に作用する翻訳制御配列の同定や、翻訳制御系の解明を進めることが出来るものと期待される。細胞内にはmRNAの翻訳制御にかかわる多様なシスートランス制御系があると推測されているが、現在のところ、実際に解析の俎上に上っているものはほんの一握りである。本年度の研究では、まずb-グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子の5'または3'非翻訳領域に15塩基長のランダム配列を挿入し、これを基に、UTRにさまざまな配列をもったモデルGUSmRNA集団を調製した。次に、このmRNA集団を小麦胚芽由来のin vitroタンパク質合成系で翻訳し、翻訳途上のmRNA群をショ糖密度勾配遠心法にかけてポリソームの大きさに従って分画した。こうして翻訳活性の高い大きなポリソームをつくるmRNA群を分離・回収した後、このmRNA群から逆転写とPCRによってふたたびGUS遺伝子を調製し、それを出発点として再び同様な分離回収を繰り返した。このようなサイクルを繰り返した結果、初期集団に比べて、翻訳活性が3倍ほど高いmRNA群を単離することが出来た。次に、こうして得られたmRNA群をクローニングし、個々のクローンに挿入されていたUTR配列を解析・同定することにより、GUSmRNAに作用する翻訳制御(促進)配列を包括的に検索する事に成功した。上記の実験結果は、筆者らが考案したin vitro進化と選択の方法を用いることで、所期の目的にかなった翻訳制御配列の検索が実際に可能であることを示している。
固体中における界面活性剤分子の芳香族分子に対する動的識別の機構

種々の芳香族化合物を用いて界面活性剤分子との反応性を調べた結果、o-,m-,p-ヨードフェノール、ヒドロキノン、p-クレゾール、m-シアノフェノール、1-ナフトール、インドールでは、乳鉢の中ですり混ぜあわせるだけで、いずれも非常に高い反応性で界面活性剤分子と固溶体を経由して複合体を形成することに成功した。また、これらの結晶構造については、すり混ぜ合わせることによって作成した粉末のX線粉末回折データをとり、同じものを溶液から結晶化した単結晶のX線結晶構造解析の結果と比較したところ、同じ構造であることがわかった。これらの芳香族化合物の共通の特徴は、すべて水素結合ドナーとしての水酸基やアミノ基を持つことである。よって、この水素結合ドナーが固相において容易に複合体を形成するための非常に重要な原動力となっていると考えられる。しかしながら、意外なことに水素結合ドナーを持たないアントラセン、アクリジン、ナフトキノリンなどの芳香族化合物でも複合体を形成することがわかった。したがって、結晶構造から考え合わせると、アルキル鎖と芳香環平面による相互作用により複合体が形成していることが明らかである。これまで、この相互作用はファンデルワールス力と呼ばれ、消極的な弱い相互作用であると考えられてきたが、本研究により、芳香族結晶から分子をはがしてくるほど積極的で強い相互作用であることが初めて明らかとなった。
超音波照射による気泡振動を利用したナノ駆動体に関する研究

超音波を使用した粒子合成を行い、原料粒子の表面でキャビテーション作用を生じ、その溶解を助長して合成粒子の生成速度を速めることや、合成粒子が微細化することを確認した。粒子表面にコポリマーを被覆するなど溶液条件を制御することにより、粒子形状が平板状の粒子やロッド状の粒子を合成することができることがわかった。また、合成したロッド状の粒子を用いて、溶液中で超音波を照射することにより、粒子が不規則な動きを示すことを確認した。駆動媒体粒子の形状制御手法の検討を行うため、銀ナノ粒子をコポリマーの存在下で合成した。その結果、板状の粒子を生成し、色々な吸収スペクトルを実現した。また温度を制御することにより、620nmをピークに持つスペクトルが得られた。また塩酸を添加することにより平板で大きな粒子が合成され、また水酸化カリウムを添加することにより丸い粒子が合成された。さらに界面活性剤の量を0.25gとすると、ピークが700nmとなる吸収スペクトルが得られた。さらに超音波を用いた駆動粒子の合成に関して以下の検討を行った。超音波照射によって発生する衝撃波などの物理的作用により原料粒子の微細化(表面積増大)による反応促進やキャビテーションで生じるジェット流により金属イオンと添加剤の撹拌・移動の促進や結晶化潜熱の移動で核生成・粒成長等が影響すると考えられる。そこで可視光分光装置を用いて、銀粒子の生成過程の経時変化を調べた。超音波を照射した場合には、10分後には少しスペクトルのピークが見え始め、40分後には波長430nmにピークが観察され、時間の経過とともに強度は大きくなった。また、開始より90分までスペクトルのピークは420nmから430nmへ高波長側にシフトしていたが、それ以後ピークは430nmであった。光強度は、7時間には27時間かけた反応終了と同じ濃度近くまで達していた。それに対して、超音波を照射しない場合には、4時間たってもスペクトルは見られなかった。また、27時間でも半分の反応量しか至っていなかった。これらの結果から超音波照射により、キャビテーション現象による酸化銀粒子表面での激しい衝撃波が発生し酸化銀を削り取り、酸化銀の表面を増やすとともに接触する溶液を増加させ、生成する銀ナノ粒子の数も増えたと考えられる。貴金属以外の金属に関しても駆動媒体粒子の形状制御手法検討を行うため、鉄粒子を合成するプロセスの検討を行った。そのプロセスはあらかじめロッド状の酸化鉄粒子を水熱合成によって合成し、その後気相還元する方法である。粒子の形状を制御するために、水熱反応において微量のストロンチウムイオンを添加し酸化鉄の結晶を歪ませた状態で粒子を生成することで一方向に成長する仮定を調整することを試みた。その結果、長径3-5ミクロン、短径100-500nmのロッド状のフェライト粒子を合成することができた。さらにこれを5%水素含有アルゴンガス雰囲気中にて、500°C-4時間で還元処理を行ったところ、酸素が除去されて表面に凹凸が生じてはいるが、ロッド状は維持していることをSEMにより確認した。また、X線回折より鉄であることを確認した。さらに、ロッド状の銀粒子の大量合成のためにポリビニルピロリドンを1,3-ブタンジオールに溶解した溶液中に硝酸銀を添加して、温度を150°Cまで上げて銀イオンを徐々に還元させることができた。長径が数ミクロン、短径100200nmのナノロッド銀粒子を合成することができた。また、この反応の前後に金や白金溶液を加えることにより、バイメタルのロッド状粒子が合成できた。次に、光学顕微鏡下で、超音波を照射するシステムをつくり、その場に白金を複合化した銀ナノロッド粒子を含む水分散液を添加し、上下をガラス板で覆った。また、観察口に高速ビデオカメラを取り付けることにより粒子の動きを録画した。その結果、超音波周波数50kHzにて照射したところ、粒子は進行波による一定方向に移動するものも見られるが、数十ミクロンの半径で円状に移動する粒子が見られた。駆動媒体粒子の製造に関する研究ー1.まず、媒体粒子として考えられる銅粒子の合成をポリオール法によって行った結果に関して示す。ポリオール法とはポリオール(多価アルコール)の還元力により、金属イオンを還元し、ナノサイズの金属粒子を析出させる方法であり、高価な還元剤を使うことなく、大量に合成できる特徴を持つ。この実験ではポリオールとしてエチレングリコールおよびトリエタノールアミン、さらに還元剤・分散剤としてラフィノースを銅原料に添加した。これらを加熱し、液相中で銅粒子を合成した。さらに銅粒子の新規な形態制御プロセス開発を目指して、反応中に超音波照射を行い、粒子特性を評価した。その結果、電子顕微鏡(FE-SEM)により粒子径はほぼ同じに見えるが、X線回折より(どちらも銅金属であると同定)、結晶子径を比較すると、超音波無照射では、結晶子径が61nmに対し、超音波照射では25nmであった。

また、TEM観察よりどちらも表面は数nmの細かい粒子が析出していたが、主体となる粒子は超音波無照射では一つの粒子に見えるのに対し、超音波照射の場合には明らかに一つの粒子の中に粒界が観察され、多結晶体であることがわかる。また、超音波照射の場合には電子線回折は、結晶を示していた。これらのことから、反応中に超音波照射を行うことにより、結晶サイズに影響し、微細なものができることがわかった。2.陽極にアルミニウム板を陰極にカーボン電極を使用し、硫酸またはシュウ酸溶液中でアルミナ陽極酸化膜の作製を行った。硫酸溶液中においては、孔径10-20nm、深さ方向20μm細孔間隔が50nmのアルミナ多孔体構造を形成した。また、シュウ酸溶液中においては、硫酸溶液よりも細孔径が大きくなり、100から200nm、深さ方向9μm、細孔間隔120から220nmを有する構造体を形成した。また、光学顕微鏡へ高速カメラの導入を検討した。粒子合成法に興味深い現象が見られたため、それに時間を費やしてしまった。その現象は、超音波照射時の周波数の相違による合成粒子径の変化である。この結果が、溶液中で生じるキャビテーションに関係することを理解するためにその発光現象などを観察するなどした。電気化学に関する分野にこれまで馴染みがなかったため、知識の点でも装置の点でも時間を要したため引き続き1.駆動媒体の表面の制御:駆動媒体から発生する気泡を駆動媒体の近傍または接触させた状態に維持するために駆動媒体の表面を凹凸形成することを検討する。2.駆動媒体の駆動評価:光学顕微鏡下の二次元領域において実験を行う。外力場に超音波を利用した場合の超音波強度、周波数、溶液の粘度などを変化させ、駆動媒体の移動速度、移動距離、移動軌跡などを調べる。また、駆動状態によっては駆動体の合成方法も検討する。1.駆動媒体の表面の制御:駆動媒体から発生する気泡を駆動媒体の近傍または接触させた状態に維持するために駆動媒体の表面を凹凸形成することを検討する。駆動媒体の合成、表面改質および駆動評価のための薬品・消耗品のほか、電気化学実験のための消耗品。合成した粒子の粒子評価装置使用料など駆動媒体の合成、表面改質および駆動評価のための薬品・消耗品のほか、電気化学実験のための消耗品。合成した粒子の粒子評価装置使用料など
非接触運動制御と機能分析技術の融合で実現するスマートハンドリングシステムの創出

培地内で細胞の三次元操作や回転運動の最適操作条件を調べ,本研究に用いる装置と共焦点レーザー操作顕微鏡を組み合わせることによって,細胞の三次元姿勢制御を研究した。そして,断層画像を撮影することによって三次元画像を作成し,「人」に代わり細胞をリアルタイムで計測処理,精緻なハンドリングができるシステムの研究を行った。機能分析と画像処理結果との相関を調べ,細胞の反応を示すメカニズムを分析し,ハンドリング技術の応用展開を提案した。平成27年度は,スマートハンドリング技術構築のため,非接触運動制御技術の導入と機能分析技術の確立を図ってきた。培地内で細胞の3次元操作や回転運動の最適操作条件を調べ,共焦点レーザー操作顕微鏡で得られる結果を比較検討することによって,細胞の3次元姿勢制御を研究した。そして,断層画像を撮影することによって3次元画像を作成し,「人」に代わり細胞をリアルタイムで計測処理,精緻なハンドリングができるシステムの研究開発を行った。上記のシステムを実現するために,対物レンズにピエゾステージを導入してレーザー光を独立して動作させる方法を考えた。ピエゾステージとパソコンを繋ぐことによって,パソコン上で細胞の運動制御を行うことを可能とし,より正確に移動が行えるような環境構築を図った。また,大きな課題の1つである,細胞の姿勢(回転等)により形状が変化することを防ぐために,対象の回転によってパラメータ変動が生じない,重心点からの等距離エッジ強度を使用して照合を行った。細胞の機能分析技術を組み合わせることで,これまでにない新しいシステムを研究している。レーザー光を2本使う方法を提案することで,細胞に直接レーザーを照射する必要がなく,細胞の破損や損傷を避けることができ,回転運動も可能となるシステムを構築した。共焦点レーザー操作顕微鏡の焦点を変えることなく断層画像を取得することが可能となるため,抗体の染色画像を取得してきたときに発生していた,カバーガラスの反射の影響を受けることなく,より高速・高精度で細胞の三次元画像を作成できた。現在までに,レーザー光で様々な微粒子の捕捉や移動,培地内におけるヒト細胞の捕捉や移動を実現できた。培地内の細胞はバラバラの状態で存在しており,細胞の選別に人が関与しているので,撮像した画像から自らの位置を判断し,姿勢などを調整する自動認識システムを構築しているので,当初の計画どおり進捗している。平成28年度は,前年度に実施した非接触運動制御技術と,それに伴う機能分析技術の2つの技術を融合した次世代ハンドリングシステムの構築を行った。培地内で細胞の3次元操作や回転運動の最適操作条件を調べ,本研究に用いる装置と共焦点レーザー操作顕微鏡を組み合わせることによって,細胞の3次元姿勢制御を研究した。そして,断層画像を撮影することによって3次元画像を作成し,「人」に代わり細胞をリアルタイムで計測処理,精緻なハンドリングができるシステムの研究を行ってきた。従来の方法では,細胞に直接レーザー光を照射することによって操作を行うため,細胞の破損や損傷が起こる可能性があった。それに対して本研究で提案するシステムでは,破損や損傷を起こすことなく細胞の捕捉・輸送などが可能となる。また,回転不変マッチングを利用するため,細胞の3次元移動や回転が可能であるので,共焦点レーザー操作顕微鏡の焦点位置を変えることなく,スマートハンドリング技術を実現することを図っている。従来は人でしかできなかった部分を自動化して,システム全体の製造原価を下げ,非接触運動制御技術と細胞機能分析技術の融合の深化によって課題を解決し,精緻な分析と付加価値を実現する次世代のハンドリング技術を実現する。特にフォトニクスという分野については,ドイツBW州のフォトニクスに関する機関と連携ができるようになり,相互で研究開発を推進できていることが大きな進捗成果である。平成27年度に研究した2つの技術を融合することによって,細胞からの反応によるデータを用いて,画像解析イメージングによるハンドリング技術を確立したからである。機能分析と画像処理結果との相関を調べ,細胞の反応を示すメカニズムを分析している。本研究は,研究シーズである(1)レーザー光を用いた非接触運動制御技術と(2)画像処理による細胞の機能分析技術を組み合わせることで,何万個という生体細胞の中から単一の個体(クローン)を取得するスマートハンドリング技術を確立するものである。通常のクローニングには一ヶ月ほど時間がかかるので,実験操作の時間短縮が図れ,研究開発の競争が熾烈なバイオ分野におけるニーズが極めて高いので,課題解決を図る可能性がわかった。最終年度である平成29年度は,前年度までに構築したシステムを用いて実証実験を行った。そして,実証実験でのデータを分析して装置の改良を行なった。これらの研究成果は,タイ・カセサート大学の招待講演で発表した。コア技術となる回転不変マッチング『RIM (Rotational-Invariant Matching)』を活用し,従来は人でしか対応できなかった作業の自動化を実現し,様々な分野に対応できる次世代のハンドリングシステムを創出したものである。これまでに,レーザー光で様々な微粒子の捕捉や移動,培地内におけるヒト細胞の捕捉や移動を行ってきた。培地内の細胞はバラバラの状態で存在しており,細胞の選別に人が関与しているのが現状である。そこで,撮像した画像から自らの位置を判断し,姿勢などを調整する自律機能をもつようにスマートハンドリング技術を活用した自動認識システムの実現を図った。従来は人でしかできなかった部分を自動化すれば,システム全体の製造原価を下げることも可能である。

本研究は,非接触運動制御技術と細胞機能分析技術の融合の深化によって課題を解決し,精緻な分析と付加価値を実現する次世代のハンドリング技術の研究を行ったものである。培地内で細胞の三次元操作や回転運動の最適操作条件を調べ,本研究に用いる装置と共焦点レーザー操作顕微鏡を組み合わせることによって,細胞の三次元姿勢制御を研究した。そして,断層画像を撮影することによって三次元画像を作成し,「人」に代わり細胞をリアルタイムで計測処理,精緻なハンドリングができるシステムの研究を行った。機能分析と画像処理結果との相関を調べ,細胞の反応を示すメカニズムを分析し,ハンドリング技術の応用展開を提案した。平成27年度に研究してきた2つの技術を融合することによって,細胞からの反応によるデータを用いて,画像解析イメージングによるハンドリング技術を確立する予定である。細胞内の温度によって画像の輝度が変わる方法なども研究されていることから,非接触温度センサの活用も検討している。機能分析と画像処理結果との相関を調べ,細胞の反応を示すメカニズムを分析する。ロボットテクノロジー,バイオテクノロジー,フォトニクスという3つの分野の融合技術により,ミクロンレベルの計測,制御を可能とする新しいハンドリング手法の検証を行う。情報通信技術も活用してシステムの自動化やアプリケーション開発を行い,国内外の研究現場と密に連携する。現場からの意見をシステムの研究開発にフィードバックして研究を推進する。機械工学平成27年度は,これまでに科研費の支援を受けて研究を継続してきたシステムを応用展開でき,様々な粒子や生体細胞の捕捉・移動に成功した。予定していたシステム構築が,部品単価の下落により安価に構築することができたため。次年度は,本研究で用いるハンドリングシステムの改良などを実施し,計画どおりの使用を計画している。次年度は実証実験を主に考えており,現場からフィードバックされる意見を反映させるため,システムの改修が必然になると考えている。したがって,計画当初より充実した研究成果が得られると考えている。
タンパク質の分子機能動態及び場のリアルタイムイメージングを目指して

我々が世界に先駆けて開発した高速原子間力顕微鏡をタンパク質などの生体高分子の機能ナノ動態撮影に実用化する上で障害となる装置上の問題点を発見・解決するとともに、特定の試料対象に対してその基板への固定法などを開発し、高速原子間力顕微鏡をタンパク質の新しい研究手段にすることを本研究は目指している。対象試料をモータータンパク質系に絞って研究を進めてきた。モータータンパク質(ダイニンC、ミオシンV)が単独に在る場合には、マイカ表面を改変せず、また、溶液条件を特別なものにしなくとも、これらの蛋白質は緩やかにマイカ表面に吸着し、分子内のかなりの部分がマイカ表面から自由であった。従って、ATPase反応にともなう構造変化を比較的容易にイメージングできた。ダイニンCでは、ストークとヘッド部はATPの影響が見られないのに対して、ステム部はATP存在下で2つの位置を行ったり来たりする様子が観察された。その頻度はATPターンオーバー時間にほぼ等しく、ステムの運動がATPase反応に共役していることは明らかである。ミオシンVのATPase活性は極めて低いので、構造形態変化を繰り返し捉えることは難しい。そこで、Caged-ATPに紫外線を照射しATPを放出する前後をイメージングする方法でATPase反応にカップルした構造形態変化を捉えた。紫外線照射後素早く頭部が大きく屈曲し、1-2秒の内にもとのまっすぐな形態に戻った。装置の改良により、ATP存在下でアクチンフィラメントとミオシンVが弱く相互作用する系についても、系を乱すことなく、イメージングすることが可能になった。現在この系に集中して、ミオシンVの動的挙動の研究を進めている。ダイニンCとマイクロチュービュルが共存する系については未だ着手していない。我々が世界に先駆けて開発した高速原子間力顕微鏡をタンパク質などの生体高分子の機能ナノ動態撮影に実用化する上で障害となる装置上の問題点を解決するとともに、特定の試料対象に対してその基板への固定法などを開発し、高速原子間力顕微鏡をタンパク質の新しい研究手段にすることを本研究は目指している。14年度の研究においては1)試料・探針間に働く力を軽減し、脆い試料でもダメージを与えずに連続的に何フレームでも撮影できるようにすること。2)Caged化合物を利用して、基質を短時間に生成させ、その基質との相互作用で生ずるタンパク質の構造変化を捉えること。3)アクチン・ミオシン系、マイクロチュービュル・キネーシン系の基板への固定法を確立すること。の3点を目指した。(1)の点については、フィードバックを動的に変化させる手法により、カンチレバーの振幅の目標値を最大振幅(試料と接しない場合の振幅)ぎりぎりまで近づけても振幅を目標値にすばやく一致させることに成功した。この結果、探針・試料間にかかる力を軽減することができ、それ故、脆い試料であるマイクロチュービュルを壊さずに連続的にイメージングすることに成功した。また、マイクロチュービュルに結合したキネーシン分子が運動する様子を観察することができた。このことは、探針がキネーシンを何回タッピングしてもキネーシンの活性が失われていないことを意味し、重要な成果である。(2)については、Caged-Ca^<2+>、Caged-ATPをミオシンVに適用し、ミオシンVに起こるダイナミックな変化を捉えることに成功した。特にATPase反応で観察されたミオシンV頭部の屈曲運動は所謂パワーストロークであることを強く示唆するものである。(3)については、マイクロチュービュル・キネーシン系では成功したが、アクチン・ミオシン系ではまだ条件が定まっておらず、今後の課題である。
選択性電析を利用した高純度化合物半導体の電析

本研究の最終目的は選択性電析法を用いて高純度化合物半導体を製造する事を目的としてBi_2Te_3およびBi-Sb-Teが電析する条件、および得られた熱電材料の特性評価を行った。電解液としてAlCl_3-NaCl-KCl溶融塩を用いた。150°Cの電解液中でBiイオン,SbイオンおよびTeイオンの共電析実験を行った。定電位電解およびパルス電解によって、熱電材料の電析を行った結果、電位制御による電析よりも電解液中のSb成分を調整することにより、目的組成のBi_<0.5>Sb_<1.5>Te_3を制御できる事がわかった。本選択電析法を用いることで、電析中にBiやTeが単独に電析した場合には、すぐに電解液中に溶解してしまうため、電極上には単体の成分が電析する事なく、効率よくBi_<0.5>Sb_<1.5>Te_3を形成できる事がわかった。また、電解槽をモニタリングしながらの電解は、電析物の成長過程が観察でき、多くの知見を得た。パルス電解では、定電位電解で得られたものより緻密な電析物が得られ、パルスの周波数および電析と溶解時間の比率の組み合わせにより(110)面への配向が強い電析物が得られた。このとき得られた電析物の評価として、熱電材料のセーベック係数と電気伝導度、熱伝導度を測定し、パワーファクターを算出した。電析法による材料のパワーファクターは、一方向凝固法によって得られた試料の値より2桁程小さい値であり、電析物中の空隙が多いことが性能を低くしている原因と考えられ、今後の改善点なども明らかになった。本研究の最終目的は選択性電析法を用いて高純度化合物半導体を製造する事であり、今年度は、Bi_2Te_3およびBi-Sb-Teが単相電析する条件、p型およびn型の電析物が得られる電解条件、電析物の結晶配向性に及ぼす因子について重点を置き研究を展開した。150°Cの電解液中でBiイオン,SbイオンおよびTeイオンの電気化学測定を行い、それぞれのイオンの還元電位を決定した。BiとTeを含有する電解液の中で種々の電位により定電位電解を行った結果、電位によるパラメータである程度Bi-Te合金組成を制御できる事がわかり、電解液中のBiイオン濃度、Teイオン濃度の調整と電位との組み合わせによりBi_2Te_3のみを単相で析出させる条件を見出した。本選択電析法を用いることで、電析中にBiやTeが単独に電析した場合には、すぐに電解液中に溶解してしまうため、電極上に残る電析物はBi-Teの化合物のみであり、非常に容易にBi_2Te_3が形成できる事が確認できた。また電解液中のBiイオン濃度とTeイオン濃度の微調節によりBi_2Te_3の組成を僅かに変化させることができ、それに対応して電析物の特性がp型およびn型になる事がわかった。Bi-Sb-Teの電析についても定電位では組成制御に限界があることがわかり、電解液中のBiイオン,SbイオンおよびTeイオンの濃度調整が組成制御に効果的である事がわかった。本実験の成果として一般的に用いられているBi_<0.5>Sb_<1.5>Te_3の組成についても電析で得られる事がわかった。電析物の結晶配向性については、下地電極の材料によって電析するBi_<0.5>Sb_<1.5>Te_3の配向性に影響を及ぼすことがわかった。この結晶配向性の詳細については、次年度にわたり継続する予定である。
浮体式波力発電装置の実時間最適制御法の開発

海洋再生可能エネルギーの1つである波力は、特定の海域に偏在する資源ではなく、波力発電装置(WEC)の安全性が確保され、かつ高出力化されれば、島嶼地域の電源、海洋状況把握に用いる機器の電源等として利用できる。WECの安全性を確保し、発電量も最大化するには、制約条件の下、目的量を最大化する制御法をWECに適用する必要がある。モデル予測制御(MPC)は、この様な問題に適合するが、小規模で早い制御が必要な機械系に適用する場合、サンプリング周期以内に最適制御問題を解けず、実時間制御が困難な場合が多い。本研究では、多自由度を持つ機械系を対象としたMPCによる実時間制御法をWECを制御対象に開発する。
五感を活用して「旋盤作業の安全」を学べる教育支援シミュレータの開発

研究目的機械工作実習で使用する工作機械は、学生にとって未知の存在であり、特に旋盤などの機械工作では危険が伴うため、常に安全が最優先される。本研究は、学生が旋盤実習における事故事例を安全な環境下で体験し、安全作業に対する理解や意識をイメージとして効果的に学習できる安全教育支援シミュレータの開発を提案するとともに、本シミュレータを活用した安全教育を導入することで、学生自らが事故の防止策を考え、正しい旋盤作業の習得や安全意識の向上にどの程度有効か調査・検証を行った。研究方法安全教育支援シミュレータは、精密卓上旋盤と複数のマルチメディア機器を活用するとともに、事故を模擬体験できる卓上実験装置、指導者の目線の動きを捉えるウェアラブルカメラ、カメラで捉えた情報を表示する小型モニタ及び音声を鮮明に聞き取れるスピーカーシステムで構成し、機械工作での正しい手順から外れた危険な作業を体や五感を働かせながら体験させることで、学生が危険なポイントや事故の防止策をイメージとしてリアルタイムに学習できるものとした。これらを構築し、安全性の確認試験や動作試験を行った後、本シミュレータを導入した授業を行った。研究成果安全が確保された環境下で学生自らが機械を操作し、目で見て、耳で聞きながら事故事例を体験することで、工作機械を使用する際の危険性を認識し、実際の旋盤作業におけるうっかりミスや誤った作業によって発生する事故をしっかりと五感で感じ取りながら学習できるようなシミュレータを開発することができた。また、本シミュレータでのリアルタイム学習と併せて、危険予知訓練及びヒヤリハット報告制度を取り入れた授業を実施することで、学生が作業中にどのようなことが危険なのか考え、対策を練り、安全に対する意識を高めながら、旋盤作業に対する理解を深めている様子を伺い知ることができた。旋盤実習における安全教育を改善するために行った今回の試みは、学生に正しい旋盤作業の習得や事故の防止策を育ませる上で効果的であると考えられ、より的確な安全指導が可能となった。
総合型地域スポーツクラブにおける心臓リハビリプログラムの安全性と効果の検証

総合型地域スポーツクラブ(総合型クラブ)に維持期心疾患患者を対象にした運動療法プログラムを導入し、その安全性を検証した。対象は、安定した心疾患患者17名。対象は、週1回、平均24か月間、総合型クラブの運動療法プログラムに参加した。プログラムの内容は、集団スポーツ(卓球)を基本とした。測定項目は、研究期間中のイベントとした。研究期間中、プログラムを完了できた者は9名(53%)であった。期間中に1名が死亡し、2名が再入院した。維持期心疾患患者を対象にした総合型クラブの運動療法プログラムは、医療機関と協働することで、安全に施行できた。【研究の学術的背景】心大血管疾患後のリハビリテーション(心臓リハビリ)が再発予防や生命予後改善に有効であることは明らかである。しかし、本邦ではリハビリ算定日数を超えてリハビリ終了となった慢性安定期の心臓リハビリの環境は十分に整っていない。したがって、慢性安定期の心疾患患者が安全に・楽しく運動療法を継続できる環境の整備が望まれる。我々は、地域密着型のスポーツクラブとして今後全国展開が予定されている「総合型地域スポーツクラブ」(総合型クラブ)が地域の医療機関と結びつくことが、この問題の解決に有用であると考えている。【何をどこまで明らかにしようとするのか?】本研究では。総合型クラブに医療機関と連携した慢性安定期の心臓リハビリを導入し、安全性と効果を検証する。対象は、安定した慢性期の虚血性心疾患患者。具体的内容は、集団スポーツ療法を基本とする60分のプログラムとする。主要アウトカムは、追跡期間中の心事故発生率と再入院率。副次アウトカムは運動耐容能、心エコー指標、QOL指標(SF-36)とする。【本研究の意義】本研究の遂行により総合型クラブにおける心臓リハビリプログラムの安全性と効果が確認されれば、(1)心疾患患者が安心して運動を楽しめる環境の整備を促進できる、(2)心疾患患者の社会的孤立を防ぎQOLを改善する、(3)医療でもない介護でもない新たな周辺サービスを創出するきっかけとなる等の成果が期待できる。【具体的内容】総合型地域スポーツクラブ(総合型クラブ)に維持期心疾患患者を対象にした運動療法プログラムを導入し、その成果を検証した。測定項目は、プログラム中の事故、研究期間中のイベントおよび心機能(左室駆出率)の1年間の推移とした。プログラム中に生じた心事故は1件、整形外科的な事故は0件であった。心エコーを実施できた6名の左室駆出率には変化を認めなかった(51.8→54.0%:ns)。以上から、維持期心疾患患者を対象にした総合型クラブの運動療法プログラムは、医療機関と協働することで、安全に施行できた。【本研究の意義と重要性】心臓リハビリが再発予防や生命予後改善に有効であることは明らかである。本研究の遂行により総合型地域スポーツクラブにおける心臓リハビリプログラムの安全性と効果が確認されれば、1心疾患患者が安心して運動を楽しめる環境を地域に整備できる、2心疾患患者の社会的孤立を防ぎQOLを改善する、3医療でもない介護でもない新たな周辺サービスを創出するきっかけとなる等の成果が期待できる。【具体的内容】総合型地域スポーツクラブに医療機関と連携した慢性安定期の心臓リハビリプログラムを導入し、安全性と効果を検証中である。このモデルの大きな課題は、医学的な有効性や安全性の担保である。我々は、病院とクラブの間で医学情報を共有し、クラブと契約した心臓リハビリ指導士が現場で運動強度や時間を管理することで有効性を担保する。また、クラブの活動中、指導士と病院の循環器医師をホットラインで結び、事故が発生した場合の指示や救急ルートの確保を病院主導でおこなっている。対象は、徳洲会野崎病院で急性期および回復期心臓リハビリテーションを施行した慢性期の心血管系疾患患者20名。プログラムは週1回、60分を基本とした。副次アウトカムは運動耐容能、心エコー指標、QOL指標(SF-8)、人とのつながり(ネットワークの密度・中心性)とする。

しかし、本邦ではリハビリ算定日数を超えてリハビリ終了となった慢性安定期の心臓リハビリの環境は十分に整っていない。本研究の遂行により総合型地域スポーツクラブにおける心臓リハビリプログラムの安全性と効果が確認されれば、1心疾患患者が安心して運動を楽しめる環境を地域に整備できる、2心疾患患者の社会的孤立を防ぎQOLを改善する、3医療でもない介護でもない新たな周辺サービスを創出するきっかけとなる等の成果が期待できる。2011年5月、大阪産業大学と大東市が運営する総合型地域スポーツクラブ「いきいき大東スポーツクラブ」に野崎徳洲会病院と連携した心臓リハビリプログラム「いきいきハートクラブ」を設立した。参加者は、現在12名。約1年が経過し、他疾患による入院を1名認めたが、心大血管疾患による事故および再入院はなし。25年度が最終年度であるため、記入しない。参加者(介入群)は、現在20名。約2年が経過し、他疾患による死亡を1名、冠動脈再狭窄による再入院を1名、プログラム中の重症不整脈を1例認めた。介入期間(3年)終了後、対照群と比較検証する。さらに、今年度5月から、駅前の商店街の空き店舗を利用して、心疾患患者が気軽に立ち寄れるコミュニティスペース(いきいきホットステーション)を設立した。現在、プログラム参加者と大阪産業大学学生の世代を超えた交流の場として機能している。以上、本研究課題は総合型地域スポーツクラブと医療機関の連携にまちなかのコミュニケーションスペースを加えた地域医療健康連携システムへと展開を見せている。「いきいきハートクラブ」の効果を明らかにする。参加者の運動耐容能、心エコー指標、QOLを測定し、変化を検証する。また、安全性の検証も引き続き継続する。心大血管患者が楽しく・安全に運動を楽しめる施設が全国に整備されるには、本プログラムの成果を情報発信し、同意者を増やすことも重要である。現在、地域における運動指導は健康運動指導士が担う。健康運動指導士が慢性期の心大血管疾患患者の運動指導に役割を発揮すれば、すそ野は広がっていく。まずは、心臓リハビリテーションに興味を持つ健康運動指導士のネットワーク作りから始める。野崎徳洲会病院、大阪産業大学、「いきいきハートクラブ」および「いきいきホットステーション」を包括した地域医療健康連携システムの効果を明らかにする。プログラム参加者の運動耐容能、心エコー指標、QOL、人とのつながりを測定し、変化を検証する。
ホログラフィックQCDによるハイペロンの研究

2018年度は主として(a)ホログラフィック双対を持つ場の理論における一般化された大域的対称性に関する研究、(b)ホログラフィックQCDを用いて温度とバリオン数密度を入れたときの相構造に関する研究、(c)2次元QEDに関する研究などを行った。まず、(a)は昨年度から引き続き行っている研究で、AdS時空におけるn-formゲージ場に関する運動方程式の完全な一般解を得ることができた。これを応用したホログラフィック繰り込みの解析も行ったが、まだ未完成である。(b)の有限温度の解析では、ハドロン共鳴ガス模型に類する解析をホログラフィックQCDから得られるハドロンに対して行い、圧力やエネルギー密度が温度と共に増加する様子を調べた。また有限密度の解析では、バリオンを5次元時空におけるフェルミ粒子として取り扱う方法を開発し、スピンが1/2のバリオンに限定したトイモデルにおいてバリオン数密度、圧力、エネルギー密度の間の関係を解析した。(c)では、2次元QEDにおいて、フェルミオンの電荷が素電荷のk倍である状況において、離散的対称性が自発的に破れてk個の縮退した真空が現れる現象を発見し、それらの真空がフェルミオンの質量を入れたときに獲得するエネルギーなどを調べた。また、この系を弦理論に埋め込み、2次元QEDの解析を応用することによって、弦理論におけるオリエンティフォルドとDブレインの間に働く力の非摂動的な解析を行った。これはホログラフィックQCDの研究ではないが、ここで得られた知見の一部はQCDに対しても有用であり、上記の(a)とも関係の深い。上記の研究実績の概要にまとめた昨年度の研究のうち、昨年度のうちに論文として出版されたのは(c)のみである。(b)は結果の一部を研究会において発表したが、論文にまとめるには至らなかった。また、(a)についてはまだ発表できる段階に到達していない。また、申請当初に計画しており、昨年度に行おうと考えていたハイペロンに関する研究は、近い内容の論文が先を越される形で出てしまったこともあり、方針の転換を迫られている。昨年度末から少し方針を変えて、ホログラフィックQCDにおけるバリオンのスペクトルを開弦の励起状態を含む解析を行っている。はっきりした結果を出すのが難しい解析ではあるが、現在の技術でできる範囲のことを調べて論文にしたい。また、昨年度から行っている研究(上記(a)と(b))についても今年度中になんとか仕上げたい。強い相互作用の理論であるQCDをゲージ/ストリング双対性に基づいて記述するホログラフィックQCDにおいて、メソンの有効作用を計算すると曲がった5次元時空におけるヤン・ミルズ・チャーン・サイモンズ理論が得られることが知られている。バリオンはこの5次元ゲージ理論におけるソリトンとして記述されるが、フレーバーの数が3以上の場合でこのソリトンが存在するときに標準的なチャーン・サイモンズ項にいくつか問題があることが指摘されていた。まず、QCDのカイラル対称性に対応するゲージ場を外場として導入するとき、そのゲージ場はホログラフィックQCDにおける5次元ゲージ理論に現れるゲージ場の境界値と通常は同一視されるが、その同一視のもとでは外場をゼロとおいたときにバリオン数を持った配位がうまく記述できないという問題がある。バリオンを記述できるようにカイラル対称性に対応するゲージ場と5次元ゲージ場の境界値の間の関係式を変更すると、チャーン・サイモンズ項からQCDにおけるカイラルアノマリーを導出する議論が成立しなくなる。さらに、ソリトンの集団座標を量子化したときに、正しいスペクトルを導くために必要な、波動関数に対する拘束条件がナイーブなチャーン・サイモンズ項を用いるとうまく出ないことが以前から指摘されていた。我々はこれらの問題を解決すべく、ソリトンがある場合にも使えるチャーン・サイモンズ項の取り方を提案し、それが要求される様々な整合性の条件をきちんと満たすことを示し、長年の問題を解決した。特にQCDのカイラルアノマリーを再現し、さらに上述の拘束条件が正しく導かれることも示した。また、この新しいチャーン・サイモンズ項の記述の仕方も、等価なものを3種類ほど与え、状況に応じて使いやすいものを使えるように理論を整備した。昨年の内に最初の目標であった研究が完成し、その成果を論文にまとめることができたが、雑誌投稿から3ヶ月以上経った現在もレフェリーからの回答がなく、雑誌への掲載が遅れている。まず昨年度に行ったホログラフィックQCDにおけるメソンの有効作用に含まれるチャーン・サイモンズ項に関する研究を完成させ、Physical Review誌に出版した。ホログラフィックQCDのメソンの有効理論は5次元のゲージ理論で記述され、特にチャーン・サイモンズ項と呼ばれる項が重要な役割を果たすが、特にフレーバー数が3以上の場合にバリオンを含む系ではこの項がうまく機能しないことが問題として指摘されていた。この問題に対して、境界での寄与も含めてゲージの取り方に依らないwell-definedな形のチャーン・サイモンズ項を提案し、それを用いることによって上記の問題が解決されることを示した。この研究はPhysical Review誌のEditor's suggestionsに選ばれた。本研究課題でもともと行う予定であった内容ではないが、結合定数などの理論のパラメータが時空の座標に依存するような場の理論に関する研究も行った。4次元のN=4超対称ヤン・ミルズ理論に次元3以下のオペレータを加える変形を加えた理論において、結合定数を含む理論のあらゆるパラメータが時空の座標に依存する状況で超対称性の一部が保たれるための条件を求め、その条件を満たす広いクラスの解を見つけた。