hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚特性を考慮したHDRスペクトル画像の表示手法の開発

分光分布情報をあわせもつ広い輝度ダイナミックレンジの高品質画像を,人間の視覚特性を考慮することにより現実感あるリアルな表示を行う手法の開発を行った.さらに,HDR画像を両眼表示デバイスや大画面ディスプレイなどの各種デバイスに表示する際の表示手法を提案し,実験により知覚される輝度ダイナミックレンジが広がることを確認した.また,HDRスペクトル画像を圧縮してコンパクトに記録し,表示デバイスの解像度に応じて高速に表示する手法を開発した.本研究では、分光分布情報をもつ輝度ダイナミックレンジの広い高品質画像を、人間の視覚特性を考慮することにより、通常のディスプレイモニタに表示した場合でも、現実感あるリアルな表示を行うことのできる手法を開発することをめざす。コンピュータグラフィックス技術の進展により、高解像度・高品質のHigh Dynamic Range (HDR)スペクトル画像を生成できるようになった。しかし、画像を表示するディスプレイモニタは高解像度化には対応されてきているが、輝度ダイナミックレンジや表示可能色については従来から大きな進展はみられない。本研究課題では、最新のコンピュータグラフィックスによって作成されたHDRスペクトル画像を、人の知覚特性を考慮してリアルに表示する手法を開発する。これまでの研究では、網膜の色情報処理メカニズムに基づいた視覚神経系の回路モデルを導入したHDRスペクトル画像表示のための視覚特性モデルを構築した。すなわち、スペクトル光が視細胞の3種類の錐体(L, M, S)に入力され、錐体からの出力信号が反対色表系(r-g, y-b, v)に変換されて脳へ送られる色覚の2段階モデルに基づいて、HDRスペクトル画像からLow Dynamic Range (LDR) RGB画像に変換する手法を開発した。新たに開発した視覚特性モデルの各素子の応答は、心理物理学実験における波長弁別閾の計測結果に基づいて関数近似した。すなわち、視覚特性モデルの光波長の違いによる応答が、波長弁別閾の計測結果と一致するように、近似関数のパラメータを調整して設定した。これにより、波長の違い、すなわち色感度特性を考慮した視覚特性モデルが構築できた。本研究では、分光分布情報をもつ輝度ダイナミックレンジの広い高品質画像を、人間の視覚特性を考慮することにより、通常のディスプレイモニタに表示した場合でも、現実感あるリアルな表示を行うことのできる手法を開発することをめざす。コンピュータグラフィックスやディジタルカメラ技術の進展により、高解像度・高品質のHigh Dynamic Range (HDR)画像を生成・取得できるようになった。一方、画像を表示するディスプレイモニタは高解像度化には対応しているが、輝度ダイナミックレンジや表示可能色については従来から大きな進展はみられない。本研究課題では、最新のコンピュータグラフィックスによって作成されたHDRスペクトル画像やディジタルカメラにより取得されたHDR画像を、人の知覚特性を考慮してリアルに表示する手法を開発する。これまでの研究では、網膜の色情報処理メカニズムに基づいた視覚神経系の回路モデルを導入したHDRスペクトル画像表示のための視覚特性モデルを構築し、広範囲な輝度領域をカバーし、かつ明るさによる人の視覚のスペクトル感度変化を考慮することにより色相変化をともなった表示を行う手法を開発した。さらに,HDRスペクトル画像を圧縮してコンパクトに記録し、表示デバイスの解像度に応じて、高速に表示する手法の開発を行った。また、両眼表示デバイスへの表示法について、左右両眼用の2枚の画像の表示パラメータを変化させることにより、知覚する輝度ダイナミックレンジが広がることを実験により検証し、HDR画像を両眼表示する際の新たな表示手法の開発を行った。暗所視の際に生じる視力低下の視覚特性を表示手法に取り入れて、HDRスペクトル画像表示手法の改良を行った。そして、開発したHDRスペクトル画像表示手法と従来手法を比較して、その効果の検証を行った。バーチャルリアリティアプリケーションで用いられる両眼ディスプレイ装置へのHDR画像表示手法の開発を行った。両眼ディスプレイ装置への表示の際には、左右両眼用の2枚の画像が必要となる。この2枚の画像の表示パラメータを変化させることにより、知覚する輝度ダイナミックレンジを広げることができることを実験により検証した。そして、知覚される輝度幅を広げるように、左右両眼用の表示パラメータを、HDR画像全体の平均輝度と局所的な平均輝度により設定する方法を考案した。バーチャルリアリティアプリケーションで周囲景観を表示する際に用いられるHDRパノラマ画像の表示に適用して、その効果を検証した。本研究では、分光分布情報をもつ輝度ダイナミックレンジの広い高品質画像を、人間の視覚特性を考慮することにより、現実感あるリアルな表示を行うことのできる手法を開発することをめざす。コンピュータグラフィックスやディジタルカメラの進歩により、高解像度・高品質のHigh Dynamic Range (HDR)画像を生成・取得できるようになった。本研究課題では、最新のコンピュータグラフィックスによって作成されたHDRスペクトル画像やディジタルカメラにより取得されたHDR画像を、人の知覚特性を考慮して各種ディスプレイにリアルに表示する手法を開発する。網膜の色情報処理メカニズムに基づいた視覚神経系の回路モデルを導入したHDRスペクトル画像表示のための視覚特性モデルを構築し、広範囲な輝度領域をカバーし、かつ明るさによる人の視覚のスペクトル感度変化を考慮することにより色相変化をともなった表示を行うトーンマッピング手法を開発した。さらに,HDRスペクトル画像を圧縮してコンパクトに記録し、表示デバイスの解像度に応じて高速に表示する手法の開発を行った。

大画面ディスプレイへの表示法について、注視領域周辺の輝度値を考慮してトーンマッピング処理を行うことにより、広い輝度ダイナミックレンジを知覚できることを実験によって明らかにした。分光分布情報をあわせもつ広い輝度ダイナミックレンジの高品質画像を,人間の視覚特性を考慮することにより現実感あるリアルな表示を行う手法の開発を行った.さらに,HDR画像を両眼表示デバイスや大画面ディスプレイなどの各種デバイスに表示する際の表示手法を提案し,実験により知覚される輝度ダイナミックレンジが広がることを確認した.また,HDRスペクトル画像を圧縮してコンパクトに記録し,表示デバイスの解像度に応じて高速に表示する手法を開発した.構築した視覚特性モデルに基づく表示手法をマルチコアCPUを搭載した計算機にインプリメントし、HDRスペクトル画像の表示を行うプロトタイプのソフトウェアを開発した。そして、直射光に照らされた明るいシーンから日陰や夕暮れなどの薄暗いシーン、そして月明かりの暗いシーンに至るまで、広範囲な輝度領域をカバーし、かつ明るさによる人の視覚のスペクトル感度変化を考慮することにより色相変化をともなった表示が行えることを確認した。高解像度のHDRスペクトル画像の記録には大容量の補助記憶装置が必要となる。この問題を解決するために、HDRスペクトル画像を圧縮してコンパクトに記録し、表示デバイスの解像度に応じて、高速に表示する手法の開発も行った。開発したHDRスペクトル画像表示手法を大画面プロジェクション表示に用いて、大画面表示の際の効果検証を行う。大画面表示の際には、中心視野に入るのは画面の一部となる。画像の表示パラメータを画面領域ごとに変化させることにより、知覚する輝度ダイナミックレンジがどのように変化するかを実験する。これにより、知覚される輝度幅を最大とするように、画像領域ごとに視覚特性モデルのパラメータをチューニングする。この結果を視覚特性モデルにフィードバックし、視覚特性モデルを大画面表示に対応できるように拡張する。さらに、両眼ディスプレイ装置への表示実験の際に得られた知見に基づいて、大画面表示と両眼ディスプレイ表示の融合手法について検討を行う。コンピュータグラフィックス開発したHDRスペクトル画像表示手法と従来手法を比較して、その効果を検証するとともに、裸眼3Dディスプレイへの立体視表示により、その効果検証をあわせて行う。立体視表示の際には、左右両眼用の2枚の画像が必要となる。
グローバリゼーション下の産業変動と地域

神奈川県央地域(厚木・相模原)1.県央に立地する大企業は、世界戦略の中で(グローバリゼーション)企業立地を進めている。とりわけ東アジアがその重点地域であることが摘出された。この立地動向に規定されて、相模原の中小企業(製造業)は自らも生産機能を中国に移転しつつある。このように神奈川臨海部の産業の空洞化と連動して、県央部も大手企業が生産拠点から開発・試作型のそれへと転換を完了しつつある。2.日系外国人労働者は我が国の生産労働者の中核として組み込まれていることが摘出されたが、生活の視点から見た時、請負企業の管理も介在して共生ではなく、併存状況を呈している。3.地域情報化の要であったキャプテンシステムはインターネットの普及により、1999年3月をもって廃止の予定である。改めて、地域情報化の手段としてのキャプテンシステムの評価が必要とされる。大垣市1.東海環状道路(建設予定)の西端に位置する大垣市は、繊維産業からハイテク産業への転換を行政主導型で推進しつつある。ソフトピアジャパンを軸に情報産業の誘致と育成に努力している。それは厚木テレコムパークが国の産業政策に基づいているのに対して、大垣のそれは地域主導型産業政策である。2.地域産業の振興に当たり、大垣は地元の大手企業を中心に政策立案にあたり、県と協力してその実施を担っている。それが純粋な形で顕在化している(政策立案は政治構造と融合)。3.大垣もキャプテンシステムを廃止し、ソフトピアジャパン(県立)、情報公房(市立)を活用しながら市民の情報リテラシーの向上へと政策転換を推進している。平成9年度は主として大垣市の調査を実施した。そこで得られた知見は次の通りである。(1)産業政策・産業構造・・大垣市は繊維産業の衰退に伴い、それに取って替わる産業の育成・誘致に苦慮してきた。大垣市は岐阜県の工業地域の中心ということもあり、県庁と連携しつつ情報関連産業育成・誘致のため、ソフトピアジャパン等の関連施設を建設し、そこに当該産業の育成・誘致を推進している。その成否に関する評価は現段階では困難である。(2)大垣市は県による情報関連産業への構造転換政策の投資地域として設定され、国、県の各種施策が集中的に実施されている。(3)製造業を中心とした大垣市の産業が転換期に直面していると同時に、地元商業も大型店の進出(誘致も含めて)、岐阜市、名古屋市への消費者流出も重なり、商圏の縮小が伸展している。(4)大垣市域には、近年、ブラジルを中心とした日系外国人労働者の増加が顕著である。その原因は、製造業がコスト削減、柔軟な労働力の活用を推進しているため、外国人労働者の間接雇用を重視したためである。(5)地域情報化において、行政サイドは情報インフラ整備の段階からネットワーク形成へと重点を移しつつあるが、民間セクターではプロバイダーを介したネットワークの形成が一層進展している。現段階において、相互アクセスの可能性が多少とも実現しつつある。(6)大垣市の地域構造は大垣型コ-ポラティズムといわれる地域組織の連接・統合が強く、都市型市民運動の形成が見られない。以上の知見を踏まえつつ、平成10年度は、神奈川県央の厚木・相模原地域の調査を実施する。このように神奈川臨海部の産業の空洞化と連動して、県央部も大手企業が生産拠点から開発・試作がたのそれへと転換を完了しつつある。

2.日系外国人労働者は我が国の生産労働者の中核として組み込まれていることが摘出されたが、生活の視点から見た時、請負企業の管理も介在して共生ではなく、併存状況を呈している。3.地域情報化の要であったキャプテンシステムはインターネットの普及により、1999年3月をもって廃止の予定である。改めて、地域情報化の手段としてのキャプテンシステムの評価が必要とされる。大垣市1.東海環状道路(建設予定)の西端に位置する大垣市は、繊維産業からハイテク産業への転換を行政主導型で推進しつつある。ソフトピアジャパンを軸に情報産業の誘致と育成に努力している。それは厚木テレコムパークが国の産業政策に基づいているのに対して、大垣のそれは地域主導型産業政策である。2.地域産業の振興に当たり、大垣は地元の大手企業を中心に政策立案にあたり、県と協力してその実施を担っている。それが純粋な形で顕在化している(政策立案は政活構造と融合)。3.大垣もキャプテンシステムを廃止し、ソフトピアジャパン(県立)、情報公房(市立)を活用しながら市民の情報リテラシーの向上へと政策転換を推進している。
微分方程式系の完全WKB解析

大きなパラメータを自然な形で含む連立非線型微分方程式系の形式解を構成するためには,主要部を決定する代数方程式系を解く必要がある.方程式の階数や方程式の個数が大きい場合は代数方程式系が複雑なものとなり,一見したところでは主要部が決定可能かどうかの判定は困難である.本研究では,この間題に関して主要部が決定可能であることを保証する幾つかの条件を与えた.これらの条件を実際の例に適用して重要な方程式系に対する形式解の存在が証明された.大きなパラメータを自然な形で含む連立非線型微分方程式系の形式解を構成するためには,主要部を決定する代数方程式系を解く必要がある.方程式の階数や方程式の個数が大きい場合は代数方程式系が複雑なものとなり,一見したところでは主要部が決定可能かどうかの判定は困難である.本研究では,この間題に関して主要部が決定可能であることを保証する幾つかの条件を与えた.これらの条件を実際の例に適用して重要な方程式系に対する形式解の存在が証明された.本年度は大きなパラメータを持つ非線型常微分方程式系の完全WKB解析に関して、形式解(0パラメータ解)の構成についての研究とインスタントン解の構成について、いくつかの成果が得られた。また、微分方程式の整数論への応用についても成果があった。形式解の構成は形式解主要部が満たす代数方程式系の解の存在についての研究と、低次項の構成が逐次可能かどうかの研究の2つが柱となる。前者は古典的に正則列の理論の応用として捉えることができるが、実際に与えられた非線型微分方程式系を考察しようとすると従来の理論だけでは不十分である。そのため、正則列の概念を若干変形して緩正則列という概念を定式化した。正則列が与えられた関数列の順序に依存する概念であるのに対し、緩正則列は順序に依らないという利点を持つ。この概念を用いることにより、たとえば野海・山田系の偶数次数方程式に関しては主要部を決定する代数方程式系が有限個の解を持つことが証明できた。高次の項を構成するためにはヤコビアンが消えない集合を特定する必要がある。これに関しても若干の結果が得られたが、完全な解決には至っていない。来年度以降の課題である。インスタントン解の構成に関しては、少なくともパンルヴェ第1ヒエラルヒーの第2方程式に関しては多重スケール解析により2パラメータを持つものは得られることが分かった。一般的な議論は今後取り組むべき問題である。整数論への応用として得られたのは次のような結果である:等号付き多重ゼータ値の重さ・深さを固定したときのfull-height和の母関数をリーマンゼータ値と有理数を係数とする級数の指数関数として書き下すことに成功した。解析方法は、重さ・深さ・高さを固定した和を係数とする母関数を考え、それが超幾何微分方程式と関係するという事実を用いる。ある種の線形非斉次微分方程式の単位における特殊値の計算により関係式が得られるのである。この方法はいろいろな観点から興味深いが、これがうまく働く理由は今のところよく分かっていない。今後の解明が待たれる。今年度はパンルヴェ階層に属する非線型微分方程式系の完全WKB解の構成に関していくつかの成果が得られだ.パンルヴェIV型階層のような未知関数を複数有する高階非線型微分方程式の形式解を構成するためには主要部が満たす連立高次代数方程式を解く必要があり,一般にこのような方程式の解の存在自体判定が困難である。今年度の研究では昨年度に得られた研究成果である緩正則性の概念を基に,多項式系に対し変数に重みを付与して次数を測ることにより得られた主要部分(最高次部分)の緩正則性(主緩正則性と名付けた)が元の系の緩正則性を保証するという結果が得られた。この結果は緩正則性の定義と代数幾何学のいくつかの定理を用いて証明された.これにより緩正則性の適用範囲は飛躍的に広がり、種々の非線型微分方程式系の完全WKB解(大きなパラメータの逆べきに関する展開をもつ形式解)の主部の存在が保証されると予想される.実際,応用としてパンルヴェIV型階層にこの理論を適応した,すなわち2つある未知関数に(1,2)という重みを付けることにより,主要部分を決定する連立代数方程式系が主緩正則性を有するであることが分かり,その結果,任意の次数に対して形式解が構成可能であることが証明できた.すでにパンルヴェII型階層やパンルヴェI型階層については形式解の構成可能性は得られているが,昨年度の結果と併せると現在知られているパンルヴェ階層に属するすべての方程式系に対して形式解構成ができたことになる.併せて今回の結果は代数幾何学・環論における正則性の議論にも新たな視点を付け加えたと考えられる.非線型微分方程式に関する研究については、大きなパラメータを持つ野海・山田方程式系の0-パラメータ解の主部に関する幾何学的研究を中心に行った。すでにこれまでの研究で、これらの主部が代数関数として定まることは分かっているが、解の分岐点、あるいは、さらに一般に変わり点がどのような構造を持つかについて詳細な構造は分かっていなかった。そこで、変わり点の解析に重点を置いて研究を行った結果、第2種変わり点と呼ばれる変わり点の個数を次数の関数として決定することに成功した。パンルヴェ階層に属する高階非線型微分方程式の研究も引き続き行った。第2種変わり点における接続問題に関して標準形の研究を行い、退化ガルニエ系の解析を通じて標準形の候補を見出す布石を得た。

線型方程式に関しては、2重変わり点における標準形への変換論を2つの単純変わり点の合流と見なして研究する立場における解析で無限階擬微分作用素が有効に使われたことから、無限階擬微分作用素の基礎理論の重要性が再認識された。その基礎理論、特に表象理論を検証する課程で、標準的とされる理論に不十分な点が見出され、修正と再構築を試みた。また、一般化超幾何微分方程式の応用として多重ゼータ値の和の母関数を一般化超幾何関数の特殊値を用いて表した。
口腔機能と低栄養と認知機能障害発生リスクとの関連：歯科からみた予防対策について

2019年度:地域高齢者を対象に口腔機能検査、栄養調査、認知機能検査を行う。前向きコホート研究の追跡健診であるが、新たなベースライン健診とも位置付けし、調査項目の選定、調査票作成に取り掛かる。予備調査を済ませ、本調査を行う。2020年度:残りの高齢者を対象に追跡健診を実施する。2021年および2022年度:対象者全員の転帰を調査する。認知機能障害に対する歯周病の影響評価と機序を探索する。咀嚼力維持群と低下群における栄養指標の違いが体重減少および新規の認知機能障害の発生リスクの差につながるかについて検証する。歯科からみた高齢期の認知機能障害の予防対策を確立させる。
消化管粘膜上皮細胞の分化・増殖に関わる生理活性物質の病態生理機構の解明

消化管上皮細胞の増殖・分化にはHepatocyte Growth Factor (HGF)が大きな役割を果たしており、HGFの消化管上皮局所での活性化に、特異的活性化因子であるHGF Activator (HGFA)による限定分解が必要で、そのHGFAの活性調節には膜結合型インヒビターであるHGFactivator inhibitor (HAI)が重要な働きをしている。さらにHAI-2遺伝子の11kb下流にアミノ酸106個からなる新規核移行ペプチドHAI-2 Related Small Peptide (H2RSP)が存在し、in vitroの解析で核に移行するペプチドであることが明らかとなっている。今回の研究では、これらこれまでの我々の研究成果をさらに発展させるため、まずH2RSP-GST癒合蛋白質を大腸菌培養によって大量に作成し、それを用いて抗H2RSP抗体を作成し、様々な組織(消化管正常および炎症性、腫瘍性疾患)でのH2RSPの局在を免疫組織学的、さらにIn situ hibridization法を用いて解析した。また免疫沈降法を用いて、H2RSPに結合する蛋白や核酸の検索を行った。その結果、消化管の癌細胞や、再生中の上皮細胞ではH2RSPは核に移行せずに細胞質に留まっており、消化管上皮細胞の増殖・分化にH2RSPが大きな役割を果たしていることを明らかにし、特にマウスモデルを使った研究で、H2RSPは傷害を受け再生中の消化管上皮細胞では核に移行せずに細胞質に留まっており、消化管上皮細胞の増殖・分化にH2RSPが大きな役割を果たしていることを報告した。また、大腸癌の浸潤先端ではH2RSPとP16蛋白の局在が、ほば完全に一致し、これらの蛋白の関連性が示唆され、H2RSPと結合する核酸としてPoly Gを含むリボゾームRNAが候補であることを明らかにした。さらに、HGFAやHAI-2とH2RSPとの関連を明らかにするため、機能的なリコンビナントHGFA、HAI-2、H2RSPを作成する目的で、昆虫細胞を用いた大量培養を行うため、それぞれの蛋白の機能ドメインに変異を入れたコンストラクトを構築した。消化管上皮細胞の増殖・分化にHepatocyte Growth Factor (HGF)が大きな役割を果たしていることが明らかになってきた。我々は、HGFの消化管上皮局所での活性化に、特異的活性化因子であるHGF Activator (HGFA)による限定分解が必要で、そのHGFAの活性調節には膜結合型インヒビターであるHGFactivator inhibitor (HAI)が重要な働きをしていること、HGFAノックアウトマウスでは傷害粘膜上皮の再生修復が著名に遅延することなどを、これまでの一連の研究で明らかにしてきた。さらに、この研究の過程で、HAI-2遺伝子の11kb下流にアミノ酸106個からなる新規核移行ペプチドHAI-2 Related Small Peptide (H2RSP)を発見し、in vitroの解析で核に移行するペプチドであることを報告してきた。今回(今年度)の研究では、これまでの成果をさらに発展させるため、まずH2RSP-GST癒合蛋白質を大腸菌培養によって大量に作成し、それを用いて抗H2RSP抗体を作成し、様々な組織(消化管正常および炎症性、腫瘍性疾患)でのH2RSPの局在を免疫組織学的、さらにIn situ hibridization法を用いて解析した。

その結果、消化管の癌細胞や、再生中の上皮細胞ではH2RSPは核に移行せずに細胞質に留まっており、消化管上皮細胞の増殖・分化にH2RSPが大きな役割を果たしていることを明らかにし報告した(Virchow Arch, in press)。また、大腸癌の浸潤先端ではH2RSPとP16蛋白の局在が、ほば完全に一致し、これらの蛋白の関連性が示唆され、H2RSPと結合する核酸としてPoly Gを含むリボゾームRNAが候補であることを明らかにした(Gut, in revision)。さらに、機能的なリコンビナントHGFAを作成するため、昆虫細胞を用いた大量培養を行う準備を進めており、現在いくつかのコンストラクトを構築し終えた段階で、来年度はリコンビナント蛋白を実際に実験動物に投与する実験を行う予定である。我々はこれまで、消化管上皮細胞の増殖・分化にHepatocyte Growth Factor(HGF)が大きな役割を果たしていること、特にHGFの消化管上皮局所での活性化に、特異的活性化因子であるHGF Activator(HGFA)による限定分解が必要で、そのHGFAの活性調節には膜結合型インヒビターであるHGFactivator inhibitor(HAI)が重要な働きをしていること、HGFAノックアウトマウスでは傷害粘膜上皮の再生修復が著名に遅延することなどを明らかにしてきた。さらに、この研究の過程で、HAI-2遺伝子の11kb下流にアミノ酸106個からなる新規核移行ペプチドHAI-2 Related Small Peptide(H2RSP)を発見し、in vitroの解析で核に移行するペプチドであることを報告してきた。前年度の研究で我々は、H2RSP-GST癒合蛋白質を大腸菌培養によって大量に作成し、それを用いて抗H2RSP抗体を作成、様々な組織(消化管正常および炎症性、腫瘍性疾患)でのH2RSPの局在を免疫組織学的、さらにIn situ hibridization法を用いて解析した。特にマウスモデルを使った研究で、H2RSPは傷害を受け再生中の消化管上皮細胞では核に移行せずに細胞質に留まっており、消化管上皮細胞の増殖・分化にH2RSPが大きな役割を果たしていることを明らかにし報告した(Virchow Arch,448:354-360,2006)。今年度は免疫沈降法を用いて、H2RSPに結合する蛋白や核酸の検索や、ヒト大腸癌でのH2RSPの発現を免疫組織化学的に検討した。その結果、大腸癌の浸潤先端ではH2RSPとP16蛋白の局在が、ほぼ完全に一致し、これらの蛋白の関連性が示唆され、H2RSPと結合する核酸としてPoly Gを含むリボゾームRNAが候補であることを明らかにした(Gut,56:215-226,2007)。さらに、HGFAやHAI-2とH2RSPとの関連を明らかにするため、機能的なリコンビナントHGFA、HAI-2、H2RSPを作成する目的で、昆虫細胞を用いた大量培養を行うため、それぞれの蛋白の機能ドメインに変異を入れたコンストラクトを構築した。また、H2RSPノックアウトマウスを作る目的でターゲティングベクターの構築を行った。
低分子有機色素をドープした多重障壁型高分子負性抵抗素子の開発

絶縁性高分子に有機色素をドープした多重障壁型高分子負性抵抗素子の負性抵抗発現機構として、負性抵抗特性が、電極界面の絶縁層に律速されるとする界面トンネルモデル、ドープされた色素分子間のトンネリングに律速されるバルク律速モデルのいずれが適用可能か検討した。さらに、高分子マトリクスの安定性をUV光の照射により調べた。電極界面に絶縁層を設けたモデル素子(陽極/絶縁層/色素分子層/陰極)を作製して界面トンネルモデルの可能性について検討した。その結果、ホールに対するトンネル障壁幅を広くすると、ピーク電流は低下し、ピーク電圧は高くなる。一方、トンネル障壁を低くするとPV比が低下する。また、ピーク電流は井戸幅の増大につれて低下する。一方、バルク律速モデルの可能性について検討するために、エネルギー・フィルタ電子顕微鏡を用いて電極界面に垂直な方向から色素分子の分散状態を調べて分子間距離を評価し、バルク内部でのトンネルホッピングの可能性について調べた。電子輸送性色素、ホール輸送性色素ともにポリマー中でクラスタを形成し、それらが互いに225nm離れで存在していることが明らかとなった。これらはトンネル可能な距離であり、クラスタ間に伝導パスが生じていないことを示している。UV光の照射によってポリマーマトリクスの一つであるPVKのフェルミレベルは高くなる。これは酸化によるトラップレベルの形成が原因であることが示唆された。また、UV光照射により価電子帯の状態密度が増大した。一方、熱処理によりフェルミレベルが低下した。以上、バルク中でも電子あるいはホールはトンネリングするが、負性抵抗特性を律速しているのは界面絶縁層であることが示唆された。また、負性抵抗素子の安定性を損なう要因の一つである外界から照射されるUV光や熱により高分子の電子状態は変化する。新規負性抵抗素子の負性抵抗の発現機構としてトンネル効果に基づいた2つのモデルが考えられる。1つが電極界面でのトンネリングに基づく界面トンネルモデルで、2つ目がバルク内部でのトンネリングに基づいた分極モデルである。いずれのモデルが適用できるのか検討した。界面トンネルモデルによる負性抵抗特性は、電極から注入されたホール(電子)が電極表面上の絶縁層を電界によって変動する色素分子のHOMO(LUMO)準位へのトンネリングによって生じる。そこで、色素をドープした素子を模擬した素子ITO/絶縁層/有機層/Mg/Agを作製し、絶縁層と有機層の構成材料の種類、厚さを変え、ピーク電流の出現の仕方を調べた。絶縁層にはPPX(ポリパラキシリレン)あるいはPVK(ポリビニルカルバゾール)を、有機層にはTPD(トリフェニルジアミン誘導体)あるいはAlq_3(アルミーキノリノール錯体)を用いた。何れの組み合わせでも電流一電圧特性に負性抵抗を生じ、負性抵抗の発現に電極界面の絶縁層の寄与が示唆された。分極モデルによれば、負性抵抗特性は分子間距離に依存することになる。そこで、分子間距離を変えるために色素の分散濃度依存性を調べた。色素分散濃度をマトリクスのPVKに対して0.1wt%から50wt%にまで変えても、電流ピークの出現電圧が変化しないことがわかった。また、色素分散層の厚みを可変しても電流ピークが出現する電界に変化はなかった。以上の結果より界面トンネルモデルが負性抵抗の発現機構であることが示唆された。次に、色素の分散制御法の確立を目指してPVKにドープしたAlq_3の分散状態並びにPS(ポリスチレン)中のTPDの分散状態を電子分光型電子顕微鏡で観察した。その結果、色素分子を構成する元素の分布から色素の分散状態を観察・制御できる見通しが立った。

また、通電中のジユール熱や太陽光に含まれるUV光によってフェルミ準位や価電子帯の状態密度さらに、固体構造が影響されることが分かった。本年度は色素のドーピング制御法を確立するための電子分光型電子顕微鏡用試料の作製法、負性抵抗素子の動作機構などについて検討した。(1)ガラス基板上にスピンコーティングした薄膜を網目状に切断し、純水の中で基板から剥離し、浮いた膜をグリッドで掬うというやり方で電子分光型電子顕微鏡用試料が自在にできるようになり、ポリマー中での有機色素のドーピング状態を制御できる見通しが立った。(2)負性抵抗素子を構成する各種ポリマーと有機色素の仕事関数、HOMO準位、LUMO準位、エネルギーギャップをケルビン法、大気中UPS、UV可視吸収スペクトル測定などによって評価し、各材料のエネルギー帯構造を明らかにした。(3)負性抵抗の発現と電極界面の絶縁層との関連について明らかにするため、陽極であるITO電極面上に絶縁性高分子のPVK(ポリビニルカルバゾール)あるいはPPX(ポリパラキシリレン)の薄膜をそれぞれ真空蒸着法と熱CVD法で形成し、さらにホール輸送材料のTPD、陰極を積層した素子を作製して検討した結果、陽極界面の絶縁層が薄い場合には電導がバルクに律速され、TPD分子間のホールのトンネリングによる負性抵抗を生じ、絶縁層が厚くなると電導が界面に律速され、負性抵抗をほとんど生じなくなる可能性が示唆された。このように負性抵抗の発現にバルク中のホール伝導の影響が大きいこと、また陽極界面の絶縁層は負性抵抗の発現に寄与していない可能性の高いことを明らかにした。(5)UV光の照射によって素子を構成するポリマーマトリクスの光電子収率特性の傾きが変化し、表面酸化劣化層の生成が示唆された。大気中UPSは負性抵抗素子のUV劣化に伴う電子状態の変化を評価するのに有効であることが分った。(6)次年度使用する界面あるいはバルクにおける空間電荷の蓄積が負性抵抗に及ぼす影響について検討するためのパルス静電応力法による空間電荷測定システムを完成させた。分子分散型高分子負性抵抗素子の負性抵抗の発現機構として、トンネル効果に基づいた2つのモデルを考えてきた。1つは負性抵抗特性が、バルク内部でのトンネルホッピングに律速されるとするモデルで、2つ目が電極界面でのトンネリングに律速されるとする界面トンネルモデルである。バルク律速モデルでは、負性抵抗の出現が分散された色素の分子間距離に依存し、界面トンネルモデルでは、負性抵抗の発現が電極界面の絶縁層並びにそれに隣接する色素分子や絶縁層を構成する材料のHOMOないしLUMOレベルなどに依存すると考えられる。本年度は、界面トンネルモデルの可能性について検討するために、電極界面に絶縁層を設けたモデル素子(陽極/絶縁層/色素分子層/陰極)を作製し、界面絶縁層の厚さや電極の仕事関数と界面絶縁層のHOMOレベルとの差が負性抵抗特性に及ぼす効果について検討した。また、バルク律速モデルの可能性について検討するために、エネルギー・フィルタ電子顕微鏡(EFTEM)を用いて電極界面に垂直な方向から色素分子の分散状態を調べて分子間距離を評価し、バルク内部でのトンネルホッピングの可能性について考察した。得られた結果は次のように要約される。
難治性心室細動における心筋細胞内カルシウム動態異常の解析と治療戦略の探究

本研究では、致死性不整脈である心室細動(以下VF)において、細胞内カルシウム(以下Ca)過負荷が心筋細胞間の電気的結合の低下をもたらし、これが心室内の興奮伝導が不均一化・無秩序化を生じVFの難治化に繋がるという仮説を立て、Ca蛍光色素fluo3を負荷したラット摘出灌流心における心筋細胞レベルのCaの動態を、リアルタイム共焦点顕微鏡を用いて心電図の記録下に解析した。その結果、1.正常調律時には、心臓の興奮に伴って個々の心室筋細胞が時間空間的に均一なCaトランジェント(以下CaT)を発生したが、高頻度刺激により誘発された心室頻拍(以下VT)やVFでは、個々の細胞のCaTの振幅が心拍毎に変化(交代性Ca)するなど時間的空間的に不均一なCa動態を呈した。またCaTのほかに細胞内を波状に伝播するCa波も観察された。2.さらにVF時のCa動態は、VT時のそれに比して不均一性が著しく、その持続(510分)に伴って不均一性が増強した。3.膜電位感受性色素di-4-ANEPPSによる心表面の電位マッピングでも不均一な興奮伝導が観察された。4.VF時の心臓全体に直流通電すると、除細動され心室は静止したが、その直後に個々の細胞内でCa波が広範に発生した。5.Ryanodineにより筋小胞体のCa放出を抑制すると、CaTの振幅低下とCa波の消失をもたらしたが、VFの停止効果は軽微であった。これに対しCa拮抗薬のverapamilを加えると、不均一なCa動態は均一化され、これに伴ってVFがVTまたは正常調律に復した。以上の結果から、VFが持続すると細胞内Ca過負荷が生じるが、Ca過負荷自体の伝導障害への直接的な関与は少なく、主としてCa過負荷を介するイオンチャネル(例えばCaチャネル)機能の時間的空間的リモデリングによりVFの難治化が生じることが示唆された。致死性不整脈である心室細動(以下VF)において、細胞内カルシウム(以下Ca)過負荷による心筋細胞間の電気的結合の低下が、心室内の興奮伝導を不均一化・無秩序化させ、難治化するとの仮説をたて、ラットの摘出灌流心にCa蛍光色素fluo3を負荷し、心電図記録下にリアルタイム共焦点顕微鏡を用いて心筋細胞内のCa濃度の動態を解析し、以下の結果を得た。正常の調律時には、心臓の興奮に伴って個々の心室筋細胞が時間的・空間的に均一なCaトランジェント(以下CaT)を発生したが、高頻度刺激により誘発された心室頻拍(以下VT)やVFでは、個々の心筋細胞内のCaTの振幅が心拍毎に変化したりCaTが交代性に出現するなど時間的空間的に不均一なCa動態を呈した。不均一なCa動態は、VT・VFが5-10分間の持続に伴って増強した。さらにVT時に観察されるCa動態に比し、VF時のそれはより不均一性が著しく、CaTのほかに細胞内を波状に伝播するCa波も観察された。VF時の心臓全体に直流通電すると除細動され、心室は静止し、その直後に個々の細胞内でCa波が広範に発生した。これらの結果より、VFの持続は細胞内Ca過負荷を惹起することが明らかになった。これらの不均一なCa動態は、細胞内カルシウム過度負荷を軽減するCa拮抗薬(verapamil)を加えることにより均一化され、これに伴ってVFがVTまたは正常調律に復した。VFの持続は心電図にも変化を認めた。

VF誘発直後には比較的均一な心室興奮波(細動波)が観察されたのに対し、10-20分間VFが持続すると次第に細動の振幅が減弱した。この結果は、VFの持続が心筋組織の伝導障害を増強させることを示唆し、おそらくCa過負荷の増強によるギャップ結合を介する細胞間結合の低下が関与しているものと示唆された。以上、VFの難治化に細胞内のCa過負荷が関与することが示唆された。本研究では、致死性不整脈である心室細動(以下VF)において、細胞内カルシウム(以下Ca)過負荷が心筋細胞間の電気的結合の低下をもたらし、これが心室内の興奮伝導が不均一化・無秩序化を生じVFの難治化に繋がるという仮説を立て、Ca蛍光色素fluo3を負荷したラット摘出灌流心における心筋細胞レベルのCaの動態を、リアルタイム共焦点顕微鏡を用いて心電図の記録下に解析した。その結果、1.正常調律時には、心臓の興奮に伴って個々の心室筋細胞が時間空間的に均一なCaトランジェント(以下CaT)を発生したが、高頻度刺激により誘発された心室頻拍(以下VT)やVFでは、個々の細胞のCaTの振幅が心拍毎に変化(交代性Ca)するなど時間的空間的に不均一なCa動態を呈した。またCaTのほかに細胞内を波状に伝播するCa波も観察された。2.さらにVF時のCa動態は、VT時のそれに比して不均一性が著しく、その持続(510分)に伴って不均一性が増強した。3.膜電位感受性色素di-4-ANEPPSによる心表面の電位マッピングでも不均一な興奮伝導が観察された。4.VF時の心臓全体に直流通電すると、除細動され心室は静止したが、その直後に個々の細胞内でCa波が広範に発生した。5.Ryanodineにより筋小胞体のCa放出を抑制すると、CaTの振幅低下とCa波の消失をもたらしたが、VFの停止効果は軽微であった。これに対しCa拮抗薬のverapamilを加えると、不均一なCa動態は均一化され、これに伴ってVFがVTまたは正常調律に復した。以上の結果から、VFが持続すると細胞内Ca過負荷が生じるが、Ca過負荷自体の伝導障害への直接的な関与は少なく、主としてCa過負荷を介するイオンチャネル(例えばCaチャネル)機能の時間的空間的リモデリングによりVFの難治化が生じることが示唆された。
脳波(EEG)と機能的電気刺激(FES)による運動機能再建手法の開発

脳卒中等による運動機能障害に対して、随意運動の反復により脳神経回路を再建/強化させる運動学習手法が注目を集めている.本研究では、脳卒中障害の運動機能回復を運動学習の側面で捉え,脳波(EEG)と機能的電気刺激(FES)を組み合わせて,運動意図を反映できるリハビリテーションシステムの構築および検証を行った.本手法により,随意的な運動を模倣した運動指令-感覚フィードバックの閉ループが脳内に形成されることを確認した.脳卒中等による運動機能障害に対して、随意運動の反復により脳神経回路を再建/強化させる運動学習手法が注目を集めている.本研究では、脳卒中障害の運動機能回復を運動学習の側面で捉え,脳波(EEG)と機能的電気刺激(FES)を組み合わせて,運動意図を反映できるリハビリテーションシステムの構築および検証を行った.本手法により,随意的な運動を模倣した運動指令-感覚フィードバックの閉ループが脳内に形成されることを確認した.本研究では,脳卒中の運動機能回復を運動学習の側面で捉え,脳波(EEG)と機能的電気刺激(FES)を組み合わせた,運動意図を反映できるリハビリテーションシステムの構築および検証を行った.運動意図情報として事象関連脱同期(ERD)を使用した.脳卒中患者1名(男性,年齢=55歳,発症後30ヵ月経過)で実験を行った.被験者は脳幹部位に梗塞があり,左半身にマヒが生じている.リハビリテーションでは足首の背屈運動に重要な前脛骨筋を対象として訓練してきているが,事前評価ではほとんど筋駆動をできない.タスクはマヒ側前脛骨筋運動に伴うERD検出の有無を,ディスプレイ画面上のbarの高さおよび前脛骨筋に添付したFESの出力値変更により,患者に500msecずつ更新し提示した.1回1分間のタスクを計20回行わせた.EEG-FESシステムによる訓練の前後に,足首の背屈運動のみを繰り返しCue提示に合わせて行わせ(計30試行),訓練前後の評価とした.訓練前は,前脛骨筋を動かそうとしても足首関節は動かせなかった.しかし,訓練後は足首背屈運動が実現できるようになった.また,訓練前後の全30試行分の前脛骨筋EMGを全波整流平滑化後,6秒から9秒間の動作中最大EMGを用い,筋活動を定量的に評価したところ,訓練前後において有意差(p<0.05)があることを確認した.以上のように,脳卒中患者に提案システム(EEG-FESシステム)を適用したところ,1日20分程度の訓練にも関わらず,全く動かすことができなかったマヒ側前頸骨筋に有意な改善が見られた.回復メカニズムはまだ不明であるが,運動指令とそれに伴う感覚フィードバックを組み合わせることにより,脳内において運動学習による神経可塑性を進行させたと予想され,提案システムの有用性が示唆された.本研究は,脳卒中リハビリテーションを運動学習の視点からとらえ,脳波(EEG)から得られる運動意図をもとに機能的電気刺激(FES)により筋を収縮させ,その結果生じる感覚フィードバックを脳に戻すことによって学習を促進させる運動機能再建手法を開発することを目的としている.大脳皮質運動野は,運動前野,補足運動野,大脳基底核を中心として生成される運動イメージ・プランを受けて,小脳との機能連携のもと,筋への運動指令を脳幹・脊髄系へ出力する.その際,運動前野を中心として生起される運動イメージ・プランと自己受容体性感覚からのフィードバック信号が同時に運動野に入力されることが運動学習に必須である本年度は,FES電気刺激による自己受容体性感覚フィードバックと脳波(EEG)特に,事象関連脱同期(ERD)の関係を17名の被験者について実験的に解析した.その結果,電気刺激による筋紡錘および関節受容器からのフィードバックが運動野およびその近傍のERD生起に最も寄与していることが示唆された.このことは,運動野付近の脳波(ERD)により運動意図を識別し,そのタイミングに合わせて当該筋群をFESで駆動させ,体性感覚信号を感覚野さらには運動野にフィードバックする運動機能回復訓練システムが有効に働く可能性を示唆している次年度は,より効果的なシステム開発を進めるとともに,より多くの脳卒中などの運動機能損傷患者による検証を進めていく予定である本研究は,脳卒中リハビリテーションを運動学習の視点からとらえ,脳波(EEG)から得られる運動意図をもとに機能的電気刺激(FES)により筋を収縮させ,その結果生じる感覚フィードバックを脳に戻すことによって学習を促進させる運動機能再建手法を開発することを目的としている.最終年度になる本年度は,脳卒中(脳梗塞,脳内出血等)により運動野に損傷を受けた運動機能麻痺患者を対象として,提案手法の検証実験を計画した.しかしながら,当初危惧したとおり適切な患者を半年間で見つけることができなかった.このため,運動意図の判別に用いている脳波の事象関連脱同期(ERD)の発現機序をより詳細に調べ,提案再建手法の改善に資することとした.事象関連脱同期(ERD)の発現には個人差があり,随意的に発現できるようになるには数ヶ月のトレーニングを要する場合もある.リハビリテーション現場では,一日あたりの時間に制度上の制限があり,前段階のトレーニングに長時間を費やす手法は普及しにくい.機能的電気刺激(FES)による体性感覚フィードバックに加えて,視覚・聴覚等の他の感覚情報を適切に統合することによって一人称的な運動イメージ(身体スキーマ)を抱きやすくする手法を実験的に解析した.その結果,特に事象関連脱同期(ERD)の発現が視覚情報に強く影響されることを見いだした.このことは,反復運動の様子を受動的に観察させながら,それに合わせて機能的電気刺激(FES)等で体性感覚フィードバックを与え,運動イメージ・プランと同期させる手法が運動機能再建手法として有効である可能性を示唆している.
高等学校体育のサッカー単元における戦術学習の動画教材と評価方法の開発

本研究の目的は、高等学校体育のサッカー戦術技能を向上させる動画教材を作成し、学習配列を解明するとともに、戦術技能評価の規準を作成することであった。サッカーの指導書及び専門家、保健体育科教員の意見を集約し、戦術の機能と階層関係に基づいた学習内容及び評価規準を作成した。戦術の機能とは攻撃においてギャップを作る、ギャップを取る、守備において相手をブロックする、カバーするなど、個々の具体的な動きを示したものである。生徒にはこれらの機能を「役割」と表現して指導した。階層関係とは、一人戦術、二人戦術、三人戦術と、人数が増えるごとに役割が増えていくことであり、役割を一つずつ習得すれば集団戦術が形成されるという考え方である。学習内容を視覚的に示すための動画を本校サッカー部の生徒に協力を依頼して撮影し、ギャップの場所やパスコース、説明の字幕などを画面上に表示するよう編集した。動画教材は、一人攻撃戦術、二人攻撃戦術、三人攻撃戦術、一人守備戦術、二人守備戦術、三人守備戦術を作成した。高校2年生の男子生徒(n=160)を対象にして、攻撃戦術から学習する生徒と守備学習から学習する生徒に分けて、動画教材を用いたサッカー単元(全14回)を実施した。単元後に行った動画教材の良し悪しを評価する質問紙調査の結果、「戦術の階層関係を理解した」と回答した生徒が90.0%、「戦術の役割を理解した」と回答した生徒が97.5%、「動画教材が分かりやすかった」と回答した生徒が91.3%であった。攻撃戦術と守備戦術、および個人戦術と集団戦術のどちらを先に学習すればよいかという学習配列については、単元の始め、中盤、終わりに撮影した試合映像から戦術的パフォーマンスを計量し、現在分析中である。評価基準の分析は次年度の研究課題として継続する。本研究成果は戦術学習の指導と評価を一体化させ、授業改善に寄与する。
大気と植生間の乱流輸送によらない二酸化炭素交換評価に関する研究

季節性の積雪を伴う美唄湿原において、自動連続観測および現場における手動ガスサンプリング等を行い、高層湿原におけるガス動態、および様々な環境要因との関係を明らかにした。湿地において土壌呼吸速度が地下水位の低下とともに上昇することはよく知られており、数多くの研究例が報告されているが、とりわけ、本研究サイトにおいては土壌呼吸速度の上昇率が大きいことが明らかとなった。本研究サイトでは土壌は含水率の低下により分解されやすい有機物で構成されていることが示唆された。季節性の積雪を伴うフィールドにおいて、地下水位は積雪量、融雪のタイミングの影響を大きく受けるために、将来、気候変動に伴いCO2ガス動態が大きく変動することが予想され、その影響評価は重要であることが明らかとなった。また、降雨が生じた際の地下水の溶存CO2濃度変化やpH変化は、降雨パターンにより異なった。溶存CO2濃度の変化に関しては雨水による希釈という現象で説明ができたが、pHの変化については希釈という物理的な作用を卓越する、土壌との化学的な反応(降雨イベント前のpHに戻す働き)が大きく寄与していることが示唆された。植生上における微気象観測では評価することのできない、地表面から地下にかけてのCO2動態を明らかにすることにより、CO2ガス放出(あるいは吸収)は物理的な説明のみでは表現できない、生物学的また化学的な反応の影響を大きく受けていることを確認した。陸域ー大気間のガス交換量を評価するにあたり、定量的評価やメカニズム解明に向けて重要な知見の1つを得ることができた。(抄録なし)平成23年度では季節性の積雪を伴う北海道の試験圃場において、チャンバー法を用いた地表面放出量の評価ならびに二酸化炭素濃度センサーを用いた土壌中二酸化炭素濃度の連続観測を、他の気象要素とともに行った。ガス拡散を抑制する土壌凍結の発達に伴い地中の二酸化炭素濃度は上昇した。また土壌凍結層に融雪水が浸透しこれが再凍結することにより、よりガス拡散を阻害する凍結層が形成され、この期間の二酸化炭素濃度上昇率は以前より増加した。このことより単純に凍結深のみでガス拡散係数を評価できないことが分かった。また、この期間における土壌中の二酸化炭素ガス貯留量変化は地表面フラックスに比べて非常に小さかった。地表面フラックスは小さな値を示し続け、積雪深や土壌凍結深とのはっきりした関係は見られず、おおむね地温で評価できた。地表面フラックスを計測するための自動開閉チャンバーは、特に積雪を伴う場所においては計測地点環境をかく乱するために連続観測は難しいとされているが、測定手法の妥当性についても検討評価を行い、地表面フラックスへの寄与が一番大きいとされる地温への影響は積雪期間中はほとんど無視できることが分かった。これらは、陸域-大気間の二酸化炭素交換量を評価するにあたり、1.人為的に積雪深・土壌凍結深を制御できる農地において、これらの地表面フラックスへの影響を評価できたこと、2.微気象学的手法の適用が難しい場所において、地表面放出量の評価及び群落上で評価されない(乱流輸送によらない)二酸化炭素交換量の評価を行ったこと、3.この交換量に大きな寄与を及ぼす陸域の1つである農地において評価したことに意義がある。主要な温室効果ガスの1つである二酸化炭素交換量の正確な評価および、人為的に管理される農地において二酸化炭素放出量を緩和するための策を提案する上で、重要な結果が得られたと言える。季節性の積雪を伴う試験圃場に裸地区と麦区を設置し、地表面からのCO_2放出量とCO_2濃度の連続観測を、他の気象要素とともに行った。麦の生育を妨げないために、1つのチャンバーを用いて3箇所の観測地点を順番計測する手法をとったが、チャンバー内で生育した麦の乾重量は、手を付けていない場所の乾重量に対して、およそ3分の1であることが分かった。一方、炭素含有量については両者にほとんど違いが見られなかった。地表面からの積算CO_2放出量、刈り取った麦に含まれる炭素含有量と、地表面から深さ30cmの間に含まれる炭素含有変化量の比較から、今回評価を行わなかった、融雪水に溶けた二酸化炭素の流出や、地中深くへの炭素の移動が炭素収支に寄与している可能性が示唆された。微気象観測による評価と比較して十分な広さを必要としないチャンバー法を用いた観測は、実際に営農している圃場においても適用可能である。その有用性について評価できたことは、主要な温室効果ガスの放出源として考えられている農地における観測を今後展開していく中で、意義があると考えられる。土壌中のCO_2濃度を評価する簡便な手法として用いられている、拡散型のCO_2濃度計測センサーを、疎水性のシリコンシートを適用することにより堪水状態でも使えるかどうかを検討した。理論上の計算により、例えば10分おきに観測データが得られる場合、誤差はおよそ1%以内で真のCO_2濃度変動を推測できることが確かめられた。また絶対値に差は見られるものの、実験結果も理論上の計算と良く合致した。また、得られたデータに近似曲線や移動平均値を適用することは、精度の悪いCO_2濃度計測センサーあるいはデータロガーを用いる上で有効な手段であることも確認された。地表面の乱流輸送によらないCO_2移動の1つとして考えられる地中のCO,動態について評価する手法を提案したことは、今後様々な陸域で観測を展開するにあたり非常に重要であると考えられる.季節性の積雪を伴う美唄湿原において、自動連続観測および現場における手動ガスサンプリング等を行い、高層湿原におけるガス動態、および様々な環境要因との関係を明らかにした。

湿地において土壌呼吸速度が地下水位の低下とともに上昇することはよく知られており、数多くの研究例が報告されているが、とりわけ、本研究サイトにおいては土壌呼吸速度の上昇率が大きいことが明らかとなった。本研究サイトでは土壌は含水率の低下により分解されやすい有機物で構成されていることが示唆された。季節性の積雪を伴うフィールドにおいて、地下水位は積雪量、融雪のタイミングの影響を大きく受けるために、将来、気候変動に伴いCO2ガス動態が大きく変動することが予想され、その影響評価は重要であることが明らかとなった。また、降雨が生じた際の地下水の溶存CO2濃度変化やpH変化は、降雨パターンにより異なった。溶存CO2濃度の変化に関しては雨水による希釈という現象で説明ができたが、pHの変化については希釈という物理的な作用を卓越する、土壌との化学的な反応(降雨イベント前のpHに戻す働き)が大きく寄与していることが示唆された。植生上における微気象観測では評価することのできない、地表面から地下にかけてのCO2動態を明らかにすることにより、CO2ガス放出(あるいは吸収)は物理的な説明のみでは表現できない、生物学的また化学的な反応の影響を大きく受けていることを確認した。陸域ー大気間のガス交換量を評価するにあたり、定量的評価やメカニズム解明に向けて重要な知見の1つを得ることができた。フィールドにおける連続観測データ取得についてを大きな欠測をすることもなく、おおむね順調にデータが取得でき、研究結果を学会で発表、また学術誌に投稿することもできた。また、観測をすすめるにあたり課題となった観測手法に関わる事項が次の研究テーマとなり現在実験準備中であり、新たなフィールドサイトにおける観測もすでに準備しているため。昨年度の研究計画どおり、「自然状態を維持した区と除雪区の比較観測に基づく研究」、「堪水状態においても地中の二酸化炭素濃度を計測できる手法の提案」の2テーマについて、論文が採択されるまでに至った。美唄湿原における観測については、十分なデータを取得するに至らなかったが、予備観測を行うことにより冬期を通じた観測上の問題点が明らかになり、本年度の観測に向けて対策を検討することが出来た。裸地状態における、積雪深および土壌凍結深が異なる2試験区の比較観測を行ったので、次のステージとして植生の存在する区における二酸化炭素動態について明らかにする。なお、すでに小麦を播種した区を設置しており次の試験を開始している。また、1年目に試験を行った区では二酸化炭素ソースが潜在的に小さかったために、積雪や土壌凍結が及ぼすはっきりした影響は見られなかったが、2年目からは二酸化炭素ソースが大きい泥炭地での試験を開始し、積雪層内の二酸化炭素濃度変化や、その他地表面群落上における観測では評価できない土壌中の二酸化炭素動態に着目し、そのダイナミクスを明らかにする予定である。また、冠水状態においても計測できる手法を確立するための実験も行う。平成24年度に裸地区と麦区において行った、地表面二酸化炭素フラックスおよび土壌・積雪層内の二酸化炭素濃度の比較観測に基づく研究成果をまとめ、学術誌に投稿する。湿原における観測については、継続して行う。
河道環境の変化に伴う堤防・護岸災害の予測と制御法に関する研究

本研究は、三つの分担課題、(1)河床低下に伴なう中規模河床波の変形過程ならびに中規模河床波上の流れと洗掘機構、(2)構造物による洗掘防止機能、および(3)洗掘による堤防・護岸災害の発生機構と護岸工法を設けて推進された。以下本研究によって得られた成果を要約する。(1)上流域からの土砂供給が遮断された河道を対象として、河床材料の質的変化を考慮した河床変動計算法やこのような領域からの流出土砂量の算定法を提案した。(2)交互砂州直線河道に形成される低水路に着目し、その流路・河床変動機構を実験的に検討した。それによれば、低水路の平面形状は、河岸沿いに直進した後、向きを急激に変えて対岸に移るといった特性を示し、屈曲部近傍には、2次流の形成に伴う深掘れが生じる。(3)低水路屈曲部の深掘れは、水制を設置することによって著しく軽減される。また、深掘れは、護岸の法勾配と屈曲角にも依存し、法勾配が緩いほど小さくなり、屈曲角が0°45°の範囲においては、これが大きい程大きくなる。(4)2次流の影響を考慮した2次元浅水流・河床変動モデルによれば、深掘れに対する水制および護岸法勾配の効果は、河床粗度および渦動粘性係数を適切に与えることによって評価できる。(5)堤防・護岸の被災形態や被災のメカニズムを検討するため、護岸に働く流体力および裏込め土の土圧・水圧等に着目し、これらが、法勾配によってどのように変化するかを明らかにした。