hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不可視フリッカーに対する定常的視覚誘発電位を利用した非侵襲的BCI

定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピューター・インターフェース(SSVEP-BCI)は、不快なちらつきを感じる刺激を見続けなければならないのが欠点である。本研究の目的は、刺激を臨界融合周波数なみの高時間周波数でフリッカーさせ、ちらつきの不快を軽減するために必要な刺激要因、観察要因を明らかにすることである。同一被験者を用いた組織的な測定から、下視野の優位性、刺激パタンの空間要因(空間周波数成分とサイズ)の効果、複数電極の空間パタンの重要性などが明らかになり、一般のSSVEP-BCIとは異なる高時間周波数SSVEP-BCIが満たすべき要件が示唆された。定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピュータ・インターフェース(SSVEP-BCI)に、知覚不能な融合周波数上の高周波数フリッカーを導入し、フリッカーの不快感・違和感がないSSVEP-BCIを開発することが可能かどうかを探究することが本研究の目的である。当初計画では、平成25年度に、実験を遂行し、脳波のオフライン解析を行う予定であった。この実験では、視覚刺激として輝度や色がフリッカーする刺激パタンを用い、そのフリッカーの時間周波数を実験変数とし、空間周波数、空間配置、コントラスト、平均照レベルを実験パラメータとして、刺激を注視する課題と注意のみを向ける課題のもとでの脳波測定を行う。刺激呈示には、精密な時間、輝度・色度制御が必須である。そのため、本研究費で購入した視覚刺激装置と測定機器を、現有の脳波測定装置に組み込んだシステムを構築し、機器の計測、輝度・色度キャリブレーション、及び実験手続きをコントロールするためのソフトウェアを開発した。システムを試用する中で、本研究の実験結果を正当に評価するためには、前記のシステムに加えて、被験者が実際どこを見ていたかを計測し、脳波データと比較することが必要であるとの判断に至った。そのため、当初の計画には含まれていなかったが、配分予算範囲内で構築可能な、安価な眼球運動測定装置の作成を試みた。現在、その装置を前記の実験系に組み入れ、脳波と注視位置を同時記録して検討するためのパイロット実験を遂行中である。以上の通り、平成25年度は、実験系の開発と実験準備が主な活動となった。次年度は、実験の遂行と脳波データのオフライン解析を行う。良好な結果が得られれば、オンラインのSSVEP-BCIシステムを構築する。本研究の目的は、定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピュータ・インターフェース(SSVEP-BCI)に、フリッカーの知覚限界を超える高周波数フリッカーの視覚刺激を導入することによって、ちらつきの不快感を感じないSSVEP-BCIを開発することが可能かどうかを調べることである。平成25年度は、注視位置の記録が可能な刺激呈示システムを開発し、実験系が確立できた。平成26年度は、輝度変化のチェッカーボードパタンを刺激を刺激として、フリッカーの時間周波数、空間周波数を主な実験変数として、脳波を測定する実験を行った。さまざまな探索を行うために、一般的な脳波研究とは異なり、研究者本人を被験者にして、多数回の測定を行うという方略を取った。その結果、融合閾を超える高時間周波数に対するSSVEPが、刺激の空間周波数によってどのような変調を受けるか、組織的かつ詳細なデータを得ることができた。SSVEP-BCIで通常用いられる後頭部の少数のチャンネルではなく、全頭をカバーする73チャンネルで測定を繰り返し、頭部MRIデータを用いることによって、SSVEPの脳内での発生機序について解析が可能となった。実験遂行を通して、不可視フリッカーSSVEP-BCIを開発する上で克服すべき問題点もいくつか明らかになった。最も大きな問題はフリッカー刺激の空間パタンに関する問題である。フリッカーが見えない高時間周波数刺激でも、空間的に急激に輝度変化があるとその部分にエッジが見えてしまうことである。チェッカーボードパタンは、大きなSSVEPを発生させるが、シャープな空間エッジがあるため、この問題が生じる。そこで、どのようなパタンを導入したらよいかの検討を行った。本研究の目的は、定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピュータ・インターフェース(SSVEP-BCI)に、フリッカーの知覚限界を超える高時間周波数フリッカーの視覚刺激を導入することによって、ちらつきの不快を感じないSSVEP-BCIの開発が可能かどうかを調べることである。平成25年度に注視位置の記録を含む実験系の作成・評価を行い、平成26年度には、輝度変化のチェッカーボードパタンを用いた実験を行い、その問題点が明らかになった。これを踏まえて、平成27年度は、実際のSSVEP-BCIの利用場面で用いるのに適した新たな刺激を考案し、2名の被験者で組織的に刺激のパラメータを操作して、SSVEPを測定した。刺激パタンは、境界をぼかした円形領域内に、大きさの異なるリングを同心円的に配置したものである。操作した主なパラメータは、フリッカーの時間周波数、リングパタンのサイズ・空間周波数、被験者の注視位置である。実験の結果、両方の被験者で、70Hzという高時間周波数でも明瞭な脳波が得られることがわかった。また、刺激パタンの最適な空間パラメータが明らかになった。さらに、刺激パタンと注視位置の相対的な関係に応じて、刺激フリッカーの周波数に対応する周波数の脳波の分布が変化することが確認できた。不可視フリッカーを用いて、脳波の空間パタンから被験者の注視位置を推定するBCIの実現可能性が示唆された。

現在、オフライン解析を継続して行い、BCIとしての有用性を検討している。平成28年度は、計画していたが実行できていなかった、視覚的注意によるSSVEP-BCIについての実験研究を行う予定である。新たな刺激パターンを考案し作成するのに時間を要してしまった。また、パラメータを組織的に操作する実験のため、同じ被験者で何日もかけてデータを取る必要があり、協力してくれる被験者を確保するのに時間を要してしまった。本研究の目的は、定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピュータ・インタフェース(SSVEP-BCI)に、フリッカーの知覚限界を超える高時間周波数フリッカーの視覚刺激を導入することによって、ちらつきの不快を感じないSSVEP-BCIの開発が可能かどうかを調べることであった。しかし、当該研究遂行中に、別の研究者たちが、本研究と同じような問題意識から、LEDを用いて高周波数フリッカーのSSVEP-BCIの検討を行った論文(Sakurada et al., 2015)を発表したため、不可視フリッカーSSVEP-BCIが可能か否か、という点については先を越されてしまった形となった。そのため、本研究では、問題設定を一歩進め、不可視フリッカーSSVEP-BCIが考慮すべきパラメータを検討するという点に重点を置く方針に変更することとなった。本研究では、刺激パターンがもつ問題点を明確にした上で、新たな刺激パターンを考案、これを用いて、刺激呈示位置、空間周波数、空間サイズ、フリッカー周波数を組織的に操作して、SSVEPの頭表パターンを測定した。その結果、ある特定の条件下においては70Hzという高時間周波数でも明瞭なSSVEPを得ることが可能であることが明らかとなった。さらに、刺激パタンと注視位置の相対的な関係に依存してSSVEPの頭表パタンが変化することから、見えないフリッカーを利用して注視位置を推定するSSVEP-BCIの実現可能性が示唆された。平成28年度は、これらの結果の一般性を検討するために、新たに被験者を追加し実験データの拡充を行なった。当初計画していた項目に、視覚的注意を操作する実験があったが、パイロット実験等の結果から、実験装置の機能上の限界が明らかになり、今回の研究では本格実施することが叶わなかった。定常的視覚誘発電位を用いた脳-コンピューター・インターフェース(SSVEP-BCI)は、不快なちらつきを感じる刺激を見続けなければならないのが欠点である。本研究の目的は、刺激を臨界融合周波数なみの高時間周波数でフリッカーさせ、ちらつきの不快を軽減するために必要な刺激要因、観察要因を明らかにすることである。同一被験者を用いた組織的な測定から、下視野の優位性、刺激パタンの空間要因(空間周波数成分とサイズ)の効果、複数電極の空間パタンの重要性などが明らかになり、一般のSSVEP-BCIとは異なる高時間周波数SSVEP-BCIが満たすべき要件が示唆された。当初考えていた以上に、高時間周波数でも発生する空間エッジの問題が深刻なため、その解決を探るのに時間がかかってしまった。そのため、注意によるSSVEP変調の実験、色度変調の実験に進むことができなかった。少人数の被験者を用いて、パラメータを組織的に操作して視覚的注意によって高時間周波数SSVEPが変調可能かどうかを調べる実験を行う。
神経細胞の機能発現を調節するがん遺伝子に関する研究

神経細胞の分化と関係の深いc-src遺伝子およびその遺伝子産物(pp60^<c-src>)の神経細胞分化過程における働きを明らかにすることを目的として研究を行った。(1)ラット中枢神経系(小脳・嗅球・海馬)の発生過程におけるpp-60^<c-src>の発現を、pp60^<c-src>に対する抗体を用いて免疫組織化学的に調べると、脳の各部域でその発現パターンは異なるが神経細胞樹状突起の成長およびシナプス形成の盛んな時期に一致してその発現は認められた。これらの時期にpp60^<c-src>を強く発現している部域を電子顕微鏡レベルで調べると、樹状突起内部の微小管および樹状突起上の内顆粒細胞由来の平行線維とシナプスを形成する棘突起(spine)にpp60^<c-src>は局在していることが明らかにされた。(2)このような神経細胞の発生・分化とc-src遺伝子の発現の相関は、神経成長因子(nerve growth factor:NGF)の働きによって内分泌系細胞から神経細胞へ分化する能力を持つPC12h細胞においても認められることは既に報告した。PC12h細胞の分化を薬剤処理などによって阻害されると、c-src遺伝子の発現も抑制された。逆に、pc12h細胞のc-src遺伝子の発現をアンチャンスDNAの導入によって特異的に抑制しても、この細胞のNGFの作用による分化も阻害されることが認められた。以上の結果から明らかなように、c-src遺伝子の発現は神経細胞の発生過程で厳密な制御を受け、神経細胞としての機能発現に必須の重要な内因性要素の一つであることが示唆された。現在、pp60^<c-src>の持つチロシン残基特異的なタンパク質リン酸化活性が、これらの神経細胞分化とどのような関連があるのかを検討している。
送信パルス強度法による臓器病変のMR信号強度補正と病態診断への応用

(1)異時性の撮像によるMRI画像信号の比較を可能にするため、送信パルス強度法による臓器、病変のMRI信号強度補正をおこないその精度を評価した。(2)画像の信号強度が送信パルス強度(TRA)に反比例する理論により、画像上の信号強度(S)にTRAを乗じ、バックグラウンドノイズで除した値を補正値(準MR値=pMRL)とした。(3)超伝導MRI装置Simens Magnetom Vision(1.5T)によるPVAゲルファントムの測定ではSの信号偏差値±12.1%(SD)が、pMRLでは0.85%(SD)となり、補正値の安定性はTRA測定誤差のレベルにまで補正された。(4)頭部コイルを用いた人体正常脳の信号計測ではSが視床±6.0%(SD),白質6.8%(SD)であったのに対し、補正値pMRLは視床±3.1%(SD),白質±4.3%(SD)と改善した。(5)体幹用コイルでの測定では人体肝臓実質の信号はS8,S4でSが18%SDに対しpMRLが3-6%と補正された。(6)小児正常脳のT2強調画像での白質信号強度の計測(n=12)ではS値は年齢によらずばらつきを示したが(相関係数-0.46,-0.44)、pMRLにより髄鞘化にともなう加齢による信号低下がしめされた(相関係数-0.94,-0.91)。また、白質ジストロフィーによる脳病変では有意な信号強度上昇が示された。(7)肝機能異常に対する評価として、正常肝のクッパー細胞にとりこまれ信号低下をきたす鉄造影剤(SPIO)の投与による影響を測定したが、血液データ上の肝機能正常例(n=5)では信号変化が7.5%平均低下したが機能異常例(n=2)では1.4%の低下にとどまり、造影剤による信号変化が機能異常と相関する傾向をしめした。(8)本信号補正による数値の相関は同一の装置、プロトコールによる画像間に限られるが、病態の半定量的評価に応用が可能な方法と考えられる。(1)超伝導MRI装置Siemens Magnetom Vision(1.5T)にて、専用のPVAゲルファントムを作成し、実験計画書に記載の方法にて送信パルス強度法による信号補正をおこなったところ、ファントム測定の場合、±12.1%(SD)の信号実測値偏差が±0.85%(SD)のMR level偏差となり、装置由来の測定精度は上記信号強度およびTRA測定の精度により決まる誤差以内であることが確認された。(2)ボランティア実験では20歳代5名の健常ボランティアを用いて、同様に、左右の視床および前頭葉白質に設定したR0IのMR levelを求めたところ、各被検者の信号実測値偏差は視床で±6.0%(SD)、白質で±6.8%(SD)であったが、MR level偏差は視床で±3.1%(SD)、白質で±4.3%(SD)となり、送信パルス強度法によりある程度安定した磁気共鳴定量測定精度が得られることが確認された。(3)臨床応用への予備実験として、肝臓のMRI撮像に対し鉄含有造影剤(SPIO)0.05mL/kを静注投与した臨床例7例で、肝の補正信号強度を測定し、肝機能低下との関連性を調査した。血性アルブミン値、PT,総ビリルビン値のいずれかに異常をみとめた肝機能低下群2例では補正信号値が平均7.5%低下したが、上記検査値が正常の5例では平均-1.4%の低下となり、実質信号の低下の程度と肝機能とが相関する可能性が考えられたため、この中間的結果は関連学会で報告した。(4)平成11年度で、当画像診断部門が新棟へ全面移転となり、移転前と全く同一の撮像条件での撮像が不能となったが、平成12年度は再度、撮像条件をファントムで調整し、臨床応用例を追加して検討をすすめる予定である。

(7)肝機能異常に対する評価として、正常肝のクッパー細胞にとりこまれ信号低下をきたす鉄造影剤(SPIO)の投与による影響を測定したが、血液データ上の肝機能正常例(n=5)では信号変化が7.5%平均低下したが機能異常例(n=2)では1.4%の低下にとどまり、造影剤による信号変化が機能異常と相関する傾向をしめした。(8)本信号補正による数値の相関は同一の装置、プロトコールによる画像間に限られるが、病態の半定量的評価に応用が可能な方法と考えられる。
高次元アフィン代数幾何学と極小モデル理論の融合

代数幾何学で取り扱う代数多様体は大きく分けて,射影多様体とアフィン代数多様体の2つに分けられる.これら2つのクラスのうち射影多様体に関しては,交点数の理論を出発点として極小モデル理論という非常に有用な理論がある.一方,アフィン代数多様体については,代数的に可換環論的な視点から取り扱うことも可能であるが,それだけではなかなか内在的な幾何学的な性質を解析することは難しい.そこでアフィン代数多様体を射影多様体の中に埋め込んでおいてから,そこで極小モデル理論を適用して,もともとのアフィン代数多様体の構造を調べるという試みを行い,それに関連した結果を得ることができた.一括りで述べれば我々の研究対象はaffine uniruledな3次元アフィン代数多様体である.2次元アフィン代数多様体(アフィン曲面)の場合には,affine uniruledという概念とaffine ruledという概念は一致することが知られているが,3次元(以上)になるとaffine uniruledであるがaffine ruledではないような3次元(以上の)アフィン代数多様体は存在する.(ただしそのような例の構成は自明ではない.実際に,そのような例の構成については,以前のDubouloz氏との共同研究の内容である.)そのような病的な例としては,3次元射影空間内の非特異3次曲面の補集合とか重み付き射影空間P(1,1,2,3)内の非特異6次曲面の補集合というものが挙げられる.これらの多様体がaffine uniruledでありながらaffine ruledでないという病的な性質を有していることは偶然に発見したのであるが,何故そのような現象が発生するのかという内的なメカニズムの解明には至っていない.しかしDubouloz氏との継続的な共同研究によって,少しずつその本質が明らかになってきた.例えば重み付き射影空間P(1,1,2,3)内の非特異6次曲面Sの補集合X=P(1,1,2,3)-Sの場合には,Sの幾何学的特徴を浮き彫りにする特殊な超平面Hをとってきた上でSと6Hで生成される線形束Lを考える.Xの幾何学を理解するには,Lの基底点を可能な限り明示的に解消して,解消後に得られた線形束に付随した射に双対的に極小モデルプログラム(MMP)を具体的に実行することが求められる.2次元迄と違い,3次元以上の場合にはMMPを詳細に記述することは困難が伴う.しかし我々はLの解消およびMMPのプロセスを非常に明示的に記述することに成功した.代数幾何学で取り扱う代数多様体は大きく分けて,射影多様体とアフィン代数多様体の2つに分けられる.これら2つのクラスのうち射影多様体に関しては,交点数の理論を出発点として極小モデル理論という非常に有用な理論がある.一方,アフィン代数多様体については,代数的に可換環論的な視点から取り扱うことも可能であるが,それだけではなかなか内在的な幾何学的な性質を解析することは難しい.そこでアフィン代数多様体を射影多様体の中に埋め込んでおいてから,そこで極小モデル理論を適用して,もともとのアフィン代数多様体の構造を調べるという試みを行い,それに関連した結果を得ることができた.平成24年度は2つの方向で,高次元アフィン代数多様体の構造の研究を進めることができた.(以下の(1), (2))(1)まず,Mikhail Zaidenberg教授(Fourier研究所・フランス)とYuriProkhorov教授(Moscow大学)との共同研究で,polarized variety上のアフィン錐へのユニポテント群作用の存在性の判定方法の改良版を射影幾何学の視点から与えることに成功した.アフィン代数幾何学ではユニポテント群作用は中心的な話題であり,代数的には座標環の局所冪零微分(LND)という概念に翻訳することができる.しかしLNDの視点から,ユニポテント群作用の存在性を解析することは,複雑な多項式計算を強いられることが多く困難がつきまとう.しかし,共同研究ではアフィン錐の下のpolarized varietyのある種の幾何学的な性質がユニポテント群作用の存在に本質的に関連しているということを解明した.(2) 2次元アフィン代数多様体(affine surface)の理論では,ユニポテント群作用の存在は,ログ単線繊的(log uniruled)という性質と同値であるということがしられている.大雑把に言えば,log uniruledであるとは,各点を通るアフィン直線が存在するということである.この事実は果たして高次元の場合も成り立つのであろうか?という問題は自然だと思われるが,長年その解答は知られていなかった.今回,Adrien Dubouloz教授(Bourgogne大学・フランス)との共同研究によって,log uniruledである3次元アフィン代数多様体で,ユニポテント群作用を持たない例を具体的に構成することに成功した.平成26年度は,アフィン曲面の変形の性質,特にaffine ruledなアフィン曲面の変形の構造解析をdel Pezzoファイブレーションの視点から双有理幾何学的に考察して諸結果を得ることができた.それは大きく分けて,2つの結果から成っている.まず:(1)標数ゼロの体上に定義された3次元以上の代数多様体Xから底空間Yへの射f:X->Yで,その一般ファイバーがafine ruledなアフィン曲面とする.このとき,Yの適当なアフィン開集合Vと適当な有限etale射U->Vが存在して,fから誘導されたファイバー積XxU上の射はアフィン直線によるファイブレーションによって分解される:というものである.

大雑把に言うと,fの一般ファイバー内のアフィン直線達はetale射を経由する必要性は一般にはあるもののYの次元分の変形空間を構成するということである.この結果は,複素数体上でなくても,標数ゼロの体であれば成り立つということと,次元に制限がないということが1つのメリットである.次の結果を正確に述べるのはスペースが足りないので,非常に大雑把な説明になるが:(2)3次元重み付き射影空間P内の次数3以下のdel Pezzo曲面Sをとる.HをP内の超平面としSとHの定数倍から生成される線形束Lを考える.このとき,Lの基底点の解消を明示的に行い,Lの固有変換が定義する射に相対的にMMPを実行したときの最終地点は森コニックバンドルかdel Pezzoファイブレーションになるが,どちらになるかをSとHの情報から完全に判定することができる:というものである.(2)の考察の1つの副産物としては,次数が3以下のdel Pezzoファイブレーションで有理的なものを組織的に構成できるということである.代数幾何学平成25年度までの研究の達成度であるが,「研究実績の概要」の項目で述べさせて頂いたように,高次元アフィン代数幾何学の1つの病的現象であるaffine unirulednessとaffine rulednessの食い違いについてのメカニズムについて,双有理幾何学的な視点から少しずつ解明しつつある.つまり「研究実績の概要」の項目で述べたように,このような食い違いが発生するメカニズムを,ある種の線形束の解消とその後のMMPのプロセスを明示的に記述する1つのテクニックを開発することで解明できると期待している.さて今迄はaffine rulednessとaffine rulednessの差異について繰り返し述べてきたが,更にaffine rulednessとGa-作用の存在についても一般には大きな差異がある.大雑把に言うと,Ga-作用の存在はA^1-fibrationの存在,つまりaffine rulednessを意味するが,逆は一般には成り立たない.Ga-作用の存在の利点は,必要に応じてより代数的・機械的に取り扱い,商空間,商写像の性質(商空間の特異点の種類,商写像の全射性など)という幾何学な情報を得ることができるということである.我々は,偏極射影多様体上のアフィン錐がGa-作用を有するかどうかという問題についてもProkhorov氏-Zaidenberg氏との共同研究によって考察を進めてきており,幾つかの重要な結果を得ることが出来た.注目すべきは,そのようなアフィン錐へのGa-作用の存在の有無を,下の偏極射影多様体の幾何学で判定することができるという点である.この判定法を用いて,次数が4以上の反標準的del Pezzo錐にGa-作用が存在することを示し,逆に次数が2以下の反標準的del Pezzo錐にはそのような作用が存在しないことを示すことに成功した.本研究課題では極小モデル理論の視点から,高次元アフィン代数多様体の構造を理解することを目標にしていた訳であるが,平成24年度では,Mikhail Zaidenberg教授-Yuri Prokhorov教授,Adrien Dubouloz教授との共同研究を通して,当初の目標は概ね達成することができた.
海洋水中の溶存有機窒素の鉛直分布とその地球化学的意義

今年度は、中深層水の硝酸態窒素(NO_3-N)の前駆物質を明らかにするため、高熱触媒酸化法による溶存全窒素(DTN)と見かけの酸素消費量(AOU)との関係、並びに溶存有機窒素(DON)の主成分のタンパク様物質の存在量及び分子量別定量を試みた。研究は、北太平洋180^°子午線、37^°N50^°Nの8点及び46^°40^'N,温162^°02'温Eの観測点において、6月より8月までの期間に採取した表面から最大水深4800mまでの海水試料を用いて行われた。180^°子午線におけるNO_3-NとDTNの濃度は、6t=27.0の密度面において極大値をもつ。これらの平均濃度は3945及び4249μMの範囲でほぼ一定であるが、45^°以北において北に向って有意に増加した。AOUは傾向としてはNO_3-Nと同様に、北に向かって濃度増加が認められた。等密度水塊の濃度変化が生物過程によって生起したものと考えると、180^°ラインの45^°Nと50^°Nにおける6t=27.0面でのNO_3-Nの再成量は6.5μM、AOUの変化量は68μMである。しかし、DONの減少は0.5μMに過ぎない。DON減少量からはNO_3-N増加量を説明することができず、DONの前駆物質としての寄与率は小さいものと推定される。一方、分子量10^3以上の画分の溶存全アミノ酸量は、水深04800mで9059onM、また、分子量10^4以上の画分は80260nMの変動を示した。いずれの画分も、水深100mで極大値を持ち、水深1000mにおいて最小値を示した。各分子量画分の相対的な鉛直変化傾向をみると、表層と100m深において、低分子画分(10^3-10^4)の占める割合が高く(5664%)、1000m深では低分子画分の占める割合は減少(32%)した。結合アミノ酸の存在状態は深度によって異なり、浅層においては低分子画分が、また、深層において高分子画分が増加する傾向が認められた。次年度以降は、粒状及び懸濁有機物の時空間変化に関する研究を行うことにより、窒素循環に果たす粒状物質の意義を明らかにしたい。
唇顎口蓋裂の歯槽骨欠損部における間葉系幹細胞による骨・粘膜同時再生に関する研究

イヌ人工的顎裂モデルにおいて、間葉系幹細胞とスキャホールドであるβ-TCPを用いて上顎骨の骨欠損部位に骨再生を試みた。移植用の間葉系幹細胞は実験動物の腸骨より採取し、培養後にβ-TCPに播種して用いた。間葉系幹細胞は継代培養後、スキャホールド内に1.0×10^7cell/cm^3の細胞密度で播種し分化誘導培地で14日間培養することで骨芽細胞方向への分化を誘導し、実験動物の顎裂部に移植した。移植後エックス線写真撮影を行ったところ、経時的に移植したβ-TCPが吸収され、それ以降次第に移植部位の周囲骨と移植材料との境界が不明瞭になる像が確認された。移植後13週時に移植部位を摘出し、組織学的に評価したところ、β-TCPが吸収され周囲骨と連続した状態で新生骨が添加している像が確認された。またmicro-CT撮影後、三次元構築した画像においても骨の連続性が回復していることが確認された。今後更なる検証を行った後、臨床応用することにより、これまで行われてきた自家腸骨海綿骨細片移植術より外科的侵襲の少ない新たな顎裂部再建治療法になり得る可能性が示唆された。間葉系幹細胞およびscaffoldを用い口蓋裂骨欠損部に骨の再生を行うために、まず細胞培養条件を検討した。細胞培養に関しては、腸骨より採取した間葉系幹細胞をケンブリックス社のMSC培養メディウムを用い初代培養および継代培養を行い、移植に十分な細胞量である1.0x10^8個以上獲得できることを確認した。得られた細胞には問葉系幹細胞のマーカーであるSTRO-1が発現していることを免疫染色にて確認した。間葉系幹細胞の骨芽細胞方向への分化を誘導するために、DMEMメディウムに分化誘導因子を加え培養を行い、in vitroにおいて骨芽細胞前駆細胞に誘導することを試みたが、RT-PCR法を用いた解析においては骨芽細胞関連遺伝子の発現が上昇したもののアルカリフォスファターゼ活性の上昇は小さかった。細胞の骨芽細胞分化誘導については更なる解析が必要である。イヌ口蓋裂モデルへの細胞移植については、まずPlatelet-Rich Plasma gel (PRP)をscaffoldに用いて実施した。この実験ではPRPが軟組織圧に耐えられず、骨再生もほとんど起こすことが出来なかった。in vitroの細胞培養実験において細胞を効果的に骨芽細胞方向に分化誘導できなかったためPRPは口蓋裂骨欠損部への足場材料としては不適正であると判断した。軟組織圧に耐えることができ骨誘導能も高い足場材料としてβ-TCPがある。β-TCPはPRPの弱点を補うことが出来ると考え、細胞移植の足場材料として移植実験を行った。移植後、X線写真による経過観察において明らかな骨再生が確認でき移植後15週の段階でほぼ顎裂部全域を骨様の不透過像で満たすことが出来た。現在組織学的評価を行うために実験動物を屠殺し組織標本を脱灰中である。骨再生に効果的な間葉系幹細胞の骨芽細胞方向への分化条件を解析するため、β-TCPに播種した間葉系幹細胞を分化誘導培地にて骨芽細胞方向に0,1,7日分化誘導し、イヌの背中の皮下に移植した。移植後8週で移植した材料を摘出し組織学的に評価したところ、移植したすべての群においてβ-TCPが吸収され骨組織により置換されている組織像が確認された。骨の形成量を単位面積当たりで比較すると、分化誘導0および1日の群ではコントロールであるβ-TCPのみを移植した群と比較して有意に骨形成量が多かったのに対し、7日群ではコントロールと有意な差はないとの結果を得た。すべての群においてβ-TCPの表面に破骨細胞用の多核巨細胞が出現しβ-TCPを吸収していたが、破骨細胞数はすべての群間で有意な差はなかった。これらの結果は第2回インターフェイス口腔健康科学国際シンポジウムにて発表した。イヌ口蓋裂モデルにおいて間葉系幹細胞とスキャホールドを用い上顎骨の骨欠損部位に骨再生を試みた。移植用細胞は実験動物の腸骨より採取し培養した細胞を使用し、スキャホールド材料としてはβ-TCPを用いた。間葉系細胞を継代培養後、上記した背中皮下実験と同様、スキャホールド内に1.0×10^7cell/cm^3の細胞密度で播種し分化誘導培地で14日間培養することで骨芽細胞方向への分化を誘導し、実験動物の口蓋裂部に移植した。移植後X線写真撮影を行い硬組織の密度を評価したところ、経時的に移植したβ-TCPが吸収され、その後硬組織に置換され、次第に移植部位の周囲骨とβ-TCPの境界が不明瞭になっていく像が確認された。移植後13週時に移植部位を摘出し組織学的に評価したところ、β-TCPが吸収され周囲骨と連続した状態で新生骨が添加している像が確認された。この実験結果は第9回日本組織工学会にて発表した。

移植後エックス線写真撮影を行ったところ、経時的に移植したβ-TCPが吸収され、それ以降次第に移植部位の周囲骨と移植材料との境界が不明瞭になる像が確認された。移植後13週時に移植部位を摘出し、組織学的に評価したところ、β-TCPが吸収され周囲骨と連続した状態で新生骨が添加している像が確認された。またmicro-CT撮影後、三次元構築した画像においても骨の連続性が回復していることが確認された。今後更なる検証を行った後、臨床応用することにより、これまで行われてきた自家腸骨海綿骨細片移植術より外科的侵襲の少ない新たな顎裂部再建治療法になり得る可能性が示唆された。
統合失調症Two-hitセオリーに基づく病態モデル動物の開発

研究は統合失調症発症Two-hitセオリー仮説に関して遺伝子改変動物を用い検証することを目的とし、本年度は高親和性neurotensin(NT)受容体遺伝子欠損マウス(Ntsr1 KO)の統合失調症病態モデルとしての位置づけを行動学、行動薬理学的手法により行うことを目標としている。Ntsr1 KOマウスに関して、統合失調症失調症行動学モデルである音刺激驚愕反応異常について学会発表を行った。さらに脳内におけるNT作動システムの理解のため、新規に作製した低親和性neurotensin受容体(Ntsr2)遺伝子欠損マウスについてNtsr1 KOと同時に行動学的解析を行い、その結果を学術誌に投稿発表した。Ntsr2 KOマウスはNtsr1 KOマウスと同様に見かけ上対象コントロールである野生型マウスと比較して異常が認められなかった、また現在のところ中枢神経系における形態学的異常も認められていない。そこで、Ntsr2 KOに対してNtsr2の生体機能を探索する目的で行動学的解析を行った。そのなかで熱痛覚試験;tail flick試験、hot plateテストを行い熱応答性に関して3種類の評価方法を用い検討したところ、hot plateテストにおけるjump忌避行動の潜時が対象マウスと比較して延長していることが明らかとなった。この結果は、Ntsr2は中枢神経系において脊髄より上位中枢レベルで熱痛覚に対して促進的に作用していることを示唆している。現在、Ntsr1 KOマウスに関してPTSD(Post Traumatic Stress Disorder,心的外傷後ストレス障害)の行動学的モデルとされる恐怖条件付け記憶テストについて興味深い知見が得られており、電気生理学的・生化学的な検討を開始した。本研究は統合失調症発症Two-hitセオリー仮説に関して遺伝子改変動物を用い検証することを目的とし、本年度は高親和性neurotensin (NT)受容体遺伝子欠損マウス(Ntsr1 KO)の統合失調症病態モデルとしての位置づけを行動学、行動薬理学的手法により行うことを目標としている。
樹状細胞大量培養法の確立を目指した樹状細胞前駆細胞株樹立の試み

これまでの研究成果から、マウス・ラット骨髄細胞中に存在する血液幹細胞から,DC前駆細胞が,Flt3/Flk2リガンドとIL-6の組み合わせにて、増殖しながら徐々に分化して行くことが明らかとなったので,本研究では,特にマウスあるいはヒトES細胞の維持・培養に使用されている,サイトカインLIF (leukemia inhibitory factor)が,血液幹細胞中のDC前駆細胞を,未分化の状態で維持する事が可能か否かを明らかにする目的で,Flt3/Flk2リガンドとIL-6に加え,更にLIFを用いて検討を行った結果,Flt3/Flk2リガンドとLIFの組み合わせに於いては,培養早期から,樹状細胞への分化が促進され,結果として,DC前駆細胞を維持出来ない事が観察された。これはLIF因子により,マウスES細胞を未分化状態で,維持するメカニズムが,細胞の分化段階によって異なる事を意味する。但し,マウスに於いて,ES細胞より,M-CSF欠損マウスから分離確立された,間葉系細胞株OP-9とGM-CSFを用いて,ES細胞から樹状細胞に分化誘導出来る事が,報告された(Blood 2003)ので,こうした培養方法を一般化する目的で,ラットES細胞或いはES細胞様細胞株の樹立を試みた。結果,マウスES細胞と同様の細胞株を得る事が出来たので,現在マウスで報告のあった様に,ラットES細胞様細胞株から樹状細胞への分化誘導可能か否かを検討中である。また,樹状細胞への応用研究として,種々の遺伝子導入システムが開発されたが,本研究でも,樹状細胞への遺伝子導入システムも最適化を確立する目的で,アデノウィルスを発現ヴェクターとする、緑色蛍光蛋白発現系,HIVリボゾームEGFP,或いは不活型HIVウィルスを用いた遺伝子導入系,更にHIV改変型レンチウィルス遺伝子導入系により、樹状細胞、或いは樹状細胞前駆細胞への緑色蛍光蛋白の遺伝子発現効率の評価を、共焦点レーザー顕微鏡、FACS解析にて行なった所,これまでに報告のあった,アデノウィルスを発現ヴェクター,HIVリポゾームの遺伝子導入システムは,いずれも無効であることが明らかとなった。唯一,HIV改変型レンチウィルス遺伝子導入系により遺伝子導入が,培養2週3週後に,可能であることが示された。
新しい薬剤感受性に基づく肺癌化学療法

1.MTTハイブリッド試験の確立と肺癌臨床の応用について従来信頼できる方法のなかった新鮮腫瘍材料に対する薬剤感受性試験に関して、従来のMTT試験とHTCA(Human Tumor Clonogenic Assay)の長所を組み合せて、本グル-プでMTTハイブリッド試験(MTT hybrid assay)を確立し、臨床応用の可能性が示唆された。少なくとも胸水、腹水検体は正常細胞の混入の影響なく、比較的腫瘍細胞だけの薬剤効果の判定が可能となった。又、一般固形腫瘍への応用として肺癌細胞の生検及び手術材料を用いての薬剤感受性が、3ー5日の短期と12ー18日の長期効果を同一患者で判定可能であった。しかし、MTTーハイブリッド試験が固形腫瘍の薬剤感受性及び放射線感受性試験として定着するには、更にサイトカインなどを含めた増殖関連遺伝子産物を利用した腫瘍細胞の増殖効果増強等の工夫が必要である。その点、本課題で肺小細胞癌には増殖関連レセプタ-であるcーKitmRNAの発現が培養株で80%,患者検体で90%以上に見い出されたことは興味深い結果であった。2.肺癌の薬剤耐性について肺癌の薬剤耐性にに関して,肺癌細胞のGSTーπの含量と肺癌の患者群のGSTーπ濃度を測定した結果(1)典型的肺小細胞癌のGSTーπ含量は肺小細胞癌亜型や非肺小細胞癌に比して、著しく低値を示しており、このことが肺小細胞癌の薬剤感受性と相関している可能性が示唆された。(2)肺癌患者の血中GSTーπ濃度は、肺非小細胞癌で80%に高値を示し、良性肺疾患と明瞭な差違を認めた。又、血中NSE濃度とは明かな逆相関を示した。このことは、肺非小細胞癌には有効な腫瘍マ-カ-が存在しない現在、臨床での有用性が強く示唆された。
スポーツ動作の正確性および協同性向上のための姿勢矯正アドバイスシステムの確立

ノイズが乗っている実データから人物ポーズの推定精度の向上を念頭に,本研究では2次元および3次元のデータから人物の姿勢推定を行い,標準姿勢と照会することによって姿勢矯正アドバイスを解析する研究に取り組んでいる.また,複数人物が存在する場合の協同性を考慮し,膨大なデータからパラメータの最適化を行っている.そのため,今年度は,主に姿勢パラメータの最適化に欠かせない基礎的なアルゴリズムを複数提案した.特に,多様性の維持を重視し,効率的に最適なパラメータを探索する方法をジャーナル論文にて発表した.PBOと呼ばれるこの提案手法は,交叉という進化的操作の代わりに,他個体の影響を受けない操作を提案することによって,各個体の適応度に応じて効率的な探索が行える.既存手法では全域的最適解が見つかりにくい問題に対しても,提案手法では局所解に頑健な解探索が可能で優れていることが分かった.また,単一の2次元姿勢のみを用いた3次元姿勢推定を行い,3次元姿勢の関節角度制限を元に関節の奥行きの推定を行う問題に取り込んだ.さらに,ノイズを除去するため,3次元点群のフィルタリングといった前処理手法も開発した.これらの研究成果について,ジャーナル論文1件,国際会議2件,国内会議において4件を発表した.以上が今年度行った本研究についての報告である.さらに次年度の計画として,姿勢矯正アドバイスを解析するため,より正確な骨格モデルの抽出が必要である.対象の位置変化やスケーリングに,変形と見え変化に対するロバスト性を向上させる予定で改良を進めていく.具体的に,確率モデルを適用し人物の2次元・3次元データのモデリングを行い,ノイズにロバストな骨格抽出を目指す.また,協同性を活用しシステム全体の精度を向上させるため,グラフィカルモデルを用いた追跡も検討している.平成30年度では,人物姿勢検出,姿勢パラメータの最適化及び協同性センシングに欠かせない基礎的なアルゴリズムを開発した.まず,多様性の維持を重視し,効率的に最適なパラメータを探索できるアルゴリズムを提案した.各関節を座標値でパラメータ化することが可能であるため,効率的に最適なパラメータを探索する方法は本研究において極めて重要である。また,3次元データのノイズ除去手法や単一の2次元姿勢から3次元姿勢の推定手法を提案した.これらの研究の成果について,ジャーナル論文にて1件,国際会議2件,国内会議において4件を発表しており,次年度以降の研究にとって重要である.次年度では,確率モデルを適用しデータのモデリングを行い、協同性をを取り入れることでより正確な人物姿勢推定フレームワークを開発する予定である.以上の理由から,おおむね順調に進展していると判断した.まず,姿勢矯正アドバイスを解析するため,より正確な骨格モデルの抽出が必要である.対象の位置変化やスケーリングに,変形と見え変化など様々な変化に対するロバスト性を向上させるための最適化を行う予定である.つぎに,確率モデルを適用し人物の2次元・3次元データのモデリングを行い,ノイズにロバストな骨格抽出を目指す.また,協同性を活用しシステム全体の精度を向上させるため,グラフィカルモデルを用いた追跡も検討している.さらに,アルゴリズム全体の高速化を行う予定である.今年度は,これらの手法の導入を検討し,実験・検証においても質の向上や研究スピードを向上させ,推進していく予定である.ノイズが乗っている実データから人物ポーズの推定精度の向上を念頭に,本研究では2次元および3次元のデータから人物の姿勢推定を行い,標準姿勢と照会することによって姿勢矯正アドバイスを解析する研究に取り組んでいる.また,複数人物が存在する場合の協同性を考慮し,膨大なデータからパラメータの最適化を行っている.そのため,今年度は,主に姿勢パラメータの最適化に欠かせない基礎的なアルゴリズムを複数提案した.特に,多様性の維持を重視し,効率的に最適なパラメータを探索する方法をジャーナル論文にて発表した.PBOと呼ばれるこの提案手法は,交叉という進化的操作の代わりに,他個体の影響を受けない操作を提案することによって,各個体の適応度に応じて効率的な探索が行える.既存手法では全域的最適解が見つかりにくい問題に対しても,提案手法では局所解に頑健な解探索が可能で優れていることが分かった.また,単一の2次元姿勢のみを用いた3次元姿勢推定を行い,3次元姿勢の関節角度制限を元に関節の奥行きの推定を行う問題に取り込んだ.さらに,ノイズを除去するため,3次元点群のフィルタリングといった前処理手法も開発した.これらの研究成果について,ジャーナル論文1件,国際会議2件,国内会議において4件を発表した.以上が今年度行った本研究についての報告である.さらに次年度の計画として,姿勢矯正アドバイスを解析するため,より正確な骨格モデルの抽出が必要である.対象の位置変化やスケーリングに,変形と見え変化に対するロバスト性を向上させる予定で改良を進めていく.具体的に,確率モデルを適用し人物の2次元・3次元データのモデリングを行い,ノイズにロバストな骨格抽出を目指す.また,協同性を活用しシステム全体の精度を向上させるため,グラフィカルモデルを用いた追跡も検討している.平成30年度では,人物姿勢検出,姿勢パラメータの最適化及び協同性センシングに欠かせない基礎的なアルゴリズムを開発した.まず,多様性の維持を重視し,効率的に最適なパラメータを探索できるアルゴリズムを提案した.各関節を座標値でパラメータ化することが可能であるため,効率的に最適なパラメータを探索する方法は本研究において極めて重要である。

また,3次元データのノイズ除去手法や単一の2次元姿勢から3次元姿勢の推定手法を提案した.これらの研究の成果について,ジャーナル論文にて1件,国際会議2件,国内会議において4件を発表しており,次年度以降の研究にとって重要である.次年度では,確率モデルを適用しデータのモデリングを行い、協同性をを取り入れることでより正確な人物姿勢推定フレームワークを開発する予定である.以上の理由から,おおむね順調に進展していると判断した.まず,姿勢矯正アドバイスを解析するため,より正確な骨格モデルの抽出が必要である.対象の位置変化やスケーリングに,変形と見え変化など様々な変化に対するロバスト性を向上させるための最適化を行う予定である.つぎに,確率モデルを適用し人物の2次元・3次元データのモデリングを行い,ノイズにロバストな骨格抽出を目指す.また,協同性を活用しシステム全体の精度を向上させるため,グラフィカルモデルを用いた追跡も検討している.さらに,アルゴリズム全体の高速化を行う予定である.今年度は,これらの手法の導入を検討し,実験・検証においても質の向上や研究スピードを向上させ,推進していく予定である.消耗品費に関して,想定よりもデータ量を少なくなったため,一部を次年度に購入することとした.また,当初想定したトナーなどの消費量が少なかった.以上の理由により,残額が生じた.来年度では,複数件の学会発表が控えており,物品費より旅費支出・成果発表に使用する費用が高くなる見込みである.計算機など研究に必要な基礎物品を今年度で購入したが,実験に必要な追加物品と購入しなかった消耗品を購入する予定である.また,以下の使用を計画している.学会発表の旅費として,関東および西日本方面における調査・研究を兼ねた成果発表(3日間×3,30万円),欧米もしくはアジア地域における国際会議での調査・研究を兼ねた成果発表(5日間×4,80万円)を予定している.また,研究成果の論文投稿料(1件,10万円)や計算機(1台,10万円)などの購入を予定している.研究補助の人件費として大学院生(1名以上)に対して研究協力謝金を支出する予定である.
海底熱水系の超臨界流体モデルによる数値解析

これまでの研究を発展させて,深海の超臨界熱水の噴出流を数値シミュレーションで扱うためのより現実に近い数値モデルを構築し,密度などの物性値が温度によって激しく変化しかつレイノルズ数の高い流れを圧力一定の下で圧縮性Navier-Stokes方程式を高速高精度かつ計算上安定性の高いスキームを開発して計算を進めた.その結果,深海の超臨界熱水の噴出流の流れ場を再現することに成功した.とくに高温液体の亜臨界熱水噴出流と比較した場合の流れ場の違いは顕著であり,極めて非定常性が強く,噴出後すぐに対称性が崩れ流れ場が複雑化する様子がとらえられた.一方で高温の領域は噴出孔付近の領域に限られるという結果も得られた.平成26年度は,深海の高圧下で海底熱水噴出孔から噴出する高温の超臨界熱水の噴出流を数値的に扱うより現実に近いモデルを構築し,3次元計算を実行した.このモデルでは,超臨界状態で噴出する熱水が周囲の低温の海水によって冷やされて液体に変化する際の潜熱を考慮し,温度ではなくエンタルピーの変化をエネルギー方程式で扱う.流れにおけるエンタルピーの変化が大きく,計算上の不安定さを伴うため,さらなる計算スキームの改良を行った.これは,tan関数のような関数を用いてエンタルピー値を物理空間から計算空間に変換した上で計算し,得られた計算値を逆変換することで物理空間でのエンタルピー値を得るというものである.このとき,計算空間で発生する計算時の不安定高周波振動を,物理空間への逆変換の際に縮小させることで,計算上の不安定要因を取り除き,安定な計算を可能としている.とくに本計算では,余計な関数値の計算による計算負荷を増大させないために,tan関数ではなく,導関数の性質が似た別の関数を作成して用いることで計算負荷を抑えた.以上のようなモデルの改良と新しい計算スキームの採用により,高圧下で超臨界水が低温水中に噴出し液体への転移を伴いながら複雑な流れ場を構成するという現象を,高圧力一定の仮定の下で再現することができた.一定圧力の値を決定する水深や熱水温度,熱水噴出孔における流量等噴出条件など特定の条件下ではあるが,深海の未知の流体現象が,より現実に近いモデルを用いて数値シミュレーションにより再現された.そして,低温海水中に噴出する超臨界熱水の複雑な流れ場を捉えることができた.前年度に構築した,高圧一定の下での超臨界熱水噴出流れの数値計算のための計算スキームを改良した.これは,エンタルピーを計算する際に値を計算空間へ変換するための変換関数を修正したもので,これにより変換関数の導関数における不連続点が取り除かれ,より安定な計算が可能となった.また,計算コードの再構築が必要となるGPUによる並列計算から,今年度導入した高性能計算機によるマルチCPUによる並列計算へと移行し,計算コードの改良や新たなモデルの導入などの拡張性を確保した.今年度は,実験で扱われた一定圧力下での超臨界流体の流体現象に着目し,計算スキームの検証を試みた.本研究の目的である高圧一定下の超臨界熱水については実験による再現が困難であり,深海探索による実測値も現実の流れ場の解析には不十分であることから,高圧一定下の二酸化炭素中に挿入した熱線から発生する熱対流を実験解析した結果を計算スキームの検証に用いた.ここでは超臨界流体として水ではなく二酸化炭素を使用しているため,パラメータを変更し同じ計算スキームで対応した.計算を実施した結果,圧力や熱線温度が臨界点を大きく超えるような条件では,実験と同様に熱線から発生するプルームが直ちに乱れて複雑な流体構造を形成しながら上昇していく様子が再現された.すなわち,臨界点を大きく超えた超臨界状態における熱対流に関しては,本計算スキームによる計算結果が現実の流れ場と定性的に一致することを示した.これにより,同様に臨界点を大きく超えた高圧かつ高温の超臨界熱水噴出流の計算については,一定の信頼性を確認した.計算の検証において,臨界点を大きく超えるような超臨界状態においては一定の信頼性が確認されたが,流体の圧力や温度が臨界点付近にある場合については計算で実験と同様の現象を捉えることができなかった.すなわち,実験では熱線から細かいプルームが多く発生し,熱線温度によって,プルームが尾を引き柱状になるあるいは尾を引かないという違いはあるものの大きく乱れることなく上昇する現象が観察されたが,計算では細かいプルームが再現されなかった.これには本計算スキームでは考慮していない界面張力の影響が関わっていると考えられ,本現象を再現するためには更なる計算スキームの改良が必要であることが判明した.また,そもそも,本来の目的である深海の超臨界熱水噴出流と,熱線から発生する小スケールの熱対流とでは注目するスケールが異なり,計算においても全く異なるスケーリングが必要であったため,スキーム検証のための計算の実行自体に本質ではない困難さが発生した.しかしながら,これにより,計算コードの高い信頼性が確保され応用に耐えうるモデルを得られたことは,今後の展開を容易にし研究の遂行の大きな動力源となることが期待される.これまでに構築した,高圧一定の下での超臨界熱水噴出流れの数値計算スキームの高い信頼性を確保するため,スキームのより詳細な検証に取り組んだ.

本研究の目的である高圧一定下の深海の超臨界熱水噴出流の現象は実験による再現が困難であり,深海探索における実測値も十分に得られているとは言えない.前年度の臨界点を超えた超臨界圧力下でのスキームの検証に続き,28年度はより丁寧な取り扱いが必要とされる臨界点付近の現象を再現すべく,臨界圧力一定下での二酸化炭素中に置かれた熱線から発生する熱対流の数値計算を実施した.流体の温度や圧力が臨界点を超えた条件で数値解析を行った前年度の場合と比べて,臨界点付近での現象は僅かな温度変化によって他の物性値が大きく変化するため,数値的扱いも注意を要する.とくに,臨界点付近では温度変化によって密度も大きく変化するため,熱線からの熱対流においては界面張力が流れ場に影響を与えることが実験的に報告されており,本計算においても数値計算スキームに界面張力を簡易的に考慮することとした.現実の深海の超臨界熱水噴出時においては,局所レイノルズ数が高く乱れた流れとなっているため,臨界点付近の界面張力の影響は必ずしも大きくないと考えられるが,本モデルの検証のため,密度勾配に応じて働く簡便な界面張力モデルを採用し,計算を行っている.現在は,採用した界面張力モデルの検証と最適化を行い,実験結果とのすり合わせを進めている.本計算で扱うような高圧一定下における超臨界流体現象については,流体力学的見地における実験的研究があまり多く行われておらず,計算スキームの検証が困難な問題のひとつである.計算スキームの検証のために前年度に計算を行った臨界点を超えた超臨界圧力下での流れでは,定性的には超臨界状態でない液相でも見られる流れ場に近いものであったため,スキームの信頼性を保証することにおいては不十分と考えられた.そのため28年度においては超臨界流体の特徴的な流れが観察されることを期待し,臨界点付近での流れ場の計算を実施することとした.しかしながら,臨界点付近においては,とくに実験的解析が行われている超臨界二酸化炭素における熱線からの熱対流では界面張力の影響が無視できない要素であり,新たに界面張力を考慮するモデルを組み込む必要が発生したことで,スキームの検証がずれ込み,当初計画よりも研究が遅れる事態となっている.現在は,界面張力モデルを組み込み,実験結果と比較しながらモデルの最適化を進めているところである.本年度は,これまでに構築した圧力一定の下での超臨界流体の流れを扱う計算モデルの検証に取り組んだ.研究課題である深海の超臨界熱水の流れのように,高圧一定で低温から超高温までの温度変化を伴う流れは計算も困難であるが,実験はさらに困難である.また深海探索が進んでいるとは言え観測データは十分ではなく,計算モデルの検証においては,超臨界流体の流れの別の問題を扱う.本研究では,臨界圧力下における,臨界温度より僅かに低温の流体中に挿入した熱線から発生する熱対流の計算を実施した.これについては過去に,超臨界二酸化炭素を用いた実験が行われている.本問題において,熱線で温められた超臨界流体と周囲の液体との温度差が僅かであるような場合は,流れ場への影響が無視できないとされる界面張力を考慮する簡易的なモデルを計算モデルに組み込み計算を進めた.その結果,定性的には実験結果と同様に,熱線から高温域が柱状に分布する様子が観察され,現実の現象が再現された.実際,界面張力を考慮しない計算も実施したが,高温域が熱線の長さ方向全体から立ち上るような温度分布となり,実験結果のような長さ方向に間欠的に高温域が分布する柱状分布とはならなかった.
二元共晶合金でのスフェルライト構造の探索と力学特性発現のメカニズムの解明

10 GPa、1273 Kから凝固されたMg85Zn6Y9合金の圧縮応力下での0.2%耐力は780 MPa、破断応力が1 GPa、破断時の圧縮歪みが6.5 %であることを発見した。この強度は我々が調べた限りバルクのMg合金としては最も高い。この高強度は、上記合金中で形成される“スフェルライト"と総称される球形の多結晶凝固組織に由来すると考えられる。本研究では同種高強度合金をさらに探索すると共に、スフェルライト構造と力学特性の関連を明らかにし、今後の材料設計に汎用可能な知見を得ることを目指す。