hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体感型ビデオゲームを活用した抗うつ及び認知機能を高める運動プログラムの開発

本研究は,若年層に広く普及し,かつ身体運動に対する内発的動機づけを高めるツールとして体感型ビデオゲーム(VG)に着目し,抑うつ及び認知機能に対する運動効果の検証と実用性の高い運動プログラムの開発を目的とした。実運動条件(自転車ペダリング運動)とVG条件(ジョギング)ともに,20分間の運動前後で「活気」の上昇,「作業記憶能」の向上が認められた。このことから,VGを利用した20分間の身体運動は,実運動と同様に,気分と認知機能の改善をもたらす可能性が示唆された。身体運動は脳神経系に作用し,抑うつ状態の改善や認知機能を高めるなど,メンタルヘルス向上のための有用なツールとして期待されている.抑うつ予防,また認知症予防の観点からも,より早期の段階で身体運動を習慣化させることが望まれるが,運動習慣を有する者の割合は特に若年層において少ないのが現状である.そこで本研究は,若年層に広く普及しているかつ身体運動に対する内発的動機づけを高めるツールとして体感型ビデオゲーム(VG)に着目し,抑うつ及び認知機能に対する運動効果の検証と実用性の高い運動プログラムの開発を目的とした.平成26年度は抑うつ及び認知機能に対する体感型VG実施の急性効果を検討するため、健康な大学生10名を対象に以下の実験条件をランダムに実施したー1コントロール条件、2自転車ペダリング運動条件、3体感型VG条件ー。コントロール条件では、他者が行う体感型VGを20分間観賞し、その前後にPOMSによる気分検査とフランカー課題による認知機能検査が実施された。自転車ペダリング運動条件と体感型VG条件では、それぞれ20分間の運動の前後にコントロール条件と同様の気分及び認知機能検査が実施された。POMSによる気分検査において、自転車ペダリング運動条件と体感型VG条件では、運動前に比べて運動後で「活気」の上昇が認められた。しかしながら、フランカー課題による認知機能検査では、いずれの条件においても変化が認められなかった。これらの結果から、20分間の体感型VGの実施は自転車ペダリング運動と同様に「活気」を高めることが示唆された。一方、認知機能に対する運動効果は両運動条件ともに認められず、サンプルサイズや運動条件(強度や時間)、認知課題の性質を再検討する余地があると考えられた。身体運動は脳神経系に作用し,抑うつ状態の改善や認知機能を高めるなど,メンタルヘルス向上のための有用なツールとして期待されている.抑うつ予防,また認知症予防の観点からも,より早期の段階で身体運動を習慣化させることが望まれるが,運動習慣を有する者の割合は特に若年層において少ないのが現状である.そこで本研究は,若年層に広く普及しているかつ身体運動に対する内発的動機づけを高めるツールとして体感型ビデオゲーム(VG)に着目し,抑うつ及び認知機能に対する運動効果の検証と実用性の高い運動プログラムの開発を目的とした.平成26年度は、体感型VGの実施の急性効果として「活気」の上昇を確認したが、認知機能の向上を明らかにするには至らなかった。そこで、平成27年度は認知課題の性質を操作し、再検討を行った。本研究は健康な大学生10名を対象に、以下の実験条件をランダムに実施したー1コントロール条件、2実運動(自転車ペダリング)条件、3体感型VG条件ー。コントロール条件では、他者が行う体感型VGを20分間観賞し、その前後にPOMSによる気分検査とフランカー課題及びn-back課題(n=0,1,2)による認知機能検査が実施された。POMSによる気分検査において、実運動条件と体感型VG条件では、運動前に比べて運動後で「活気」の上昇が認められた。また認知機能検査の2-back課題において、両運動条件では、運動前に比べて運動後で正反応率の向上が認められた。これらの結果より、体感型VGは実運動と同様に気分(活気の上昇)と認知機能(作業記憶能の向上)を変化させる可能性が示唆された。体感型VGの実施後に活気の上昇と認知機能(作業記憶能)の向上が認められ、実運動と同様の急性効果が確認されたため。身体運動は脳神経系に作用し,抑うつ状態の改善や認知機能を高めるなど,メンタルヘルス向上のための有用なツールとして期待されている.抑うつ予防,また認知症予防の観点からも,より早期の段階で身体運動を習慣化させることが望まれるが,運動習慣を有する者の割合は特に若年層において低いのが現状である。そこで本研究は,若年層に広く普及しているかつ身体運動に対する内発的動機づけを高めるツールとして体感型ビデオゲーム(VG)に着目し,抑うつ及び認知機能に対する運動効果の検証と実用性の高い運動プログラムの開発を目的とした.平成26・27年度は,体感型VGの実施の急性効果として「活気」の上昇や「作業記憶能」の向上を確認した.しかしながら,体感型VGの継続利用による効果については不明である.そこで平成28年度は,体感型VGを利用した12週間の運動介入が気分と認知機能に及ぼす影響について検討した.本研究は健康な大学生16名をランダムに2群(コントロール群・体感型VG群)に分けた.コントロール群は通常通りの生活を送った.体感型VG群はWii Fit Plusの「ジョギング+」を2-3日/週,30分間/日,12週間行った.そして,運動介入前後でPOMSによる気分検査,ストループ課題を用いて実行機能(より高次な認知機能)を評価した.POMSによる気分検査については,運動介入前後で変化は認められなかった.

ストループ課題における正答数は運動介入前に比べて介入後に増加したが,これはコントロール群,体感型VG群の両群で認められた.これらの結果から,本研究で実施した体感型VGによる12週間の運動介入は,気分及び実行機能を改善させるに至らなかった.今後の課題として,運動介入の内容(運動強度・時間,実施頻度・期間)や認知課題を操作し,より詳細な検討を行うことが考えられた.本研究は,若年層に広く普及し,かつ身体運動に対する内発的動機づけを高めるツールとして体感型ビデオゲーム(VG)に着目し,抑うつ及び認知機能に対する運動効果の検証と実用性の高い運動プログラムの開発を目的とした。実運動条件(自転車ペダリング運動)とVG条件(ジョギング)ともに,20分間の運動前後で「活気」の上昇,「作業記憶能」の向上が認められた。このことから,VGを利用した20分間の身体運動は,実運動と同様に,気分と認知機能の改善をもたらす可能性が示唆された。体感型VGの実施の急性効果として「活気」の上昇はみられたが、抗うつ作用や認知機能の向上を明らかにするには至らなかったことから、さらなる検討の余地があるため。平成26・27年度の結果を踏まえ、最終年度は気分及び認知機能に対する体感型VGの継続利用効果について検討する。運動生理学、認知神経科学認知機能に対する運動効果は運動条件や認知課題の性質によって異なる可能性が示唆されている。したがって、体感型VGを用いた運動においての至適条件、用いる認知課題の性質を吟味する必要がある。次年度以降は、まず気分及び認知機能に対する体感型VGの急性効果を明らかにするため運動条件と認知課題の性質の影響について再検討し、その上で体感型VGの継続利用効果の検討に移行する。当初の仮説を支持する結果が一部得られず、その検証により予定していた実験の実施に至らなかったため。当該年度に予定していた実験を次年度に繰り越して実施するため、それに必要な消耗品やデータ分析・考察のための研究資料収集に使用する。
現象を多様に読み解くことばの育成

1.研究目的今回の研究の実施に当たって、計画段階では確定していなかった中国側の協力が、実施年度である今年度になって全面的に得られることになったため、日本と中国の中・高校生の「現在」を相互に共有することが、どのようにすれば可能であるかを中心に研究した。2.研究方法上記の理由と目的により、研究計画書に記した「計画3.現代を象徴する現象を発見させ、映像・ことばによって表現させ、外国人を含む他者に自らが見出した面白さと問題点を提起し、それらを共有し解決するための方法を考えさせる。」に従って、以下の方法を実践した。(1)日本の中・高校生(本校生徒)に以下の2つの課題を与えた。((1)は高校生のみ作成)(1)中国の同年代の中・高校生に、あなたをとりまく世界の現実を8分以内の映像で伝えなさい。その映像はA明示的メッセージ・B暗示的メッセージの2種類とする。(2)中国の同年代の中・高校生に、あなたをとりまく世界の現実を伝えるのにふさわしい四字熟語を2つ記しなさい。(2)中国の中・高校生(中国成都市第七育才中学生徒他)に以下の2つの課題を与えた。(1)上記のA明示的メッセージ・B暗示的メッセージの2種類の映像を分析する。(2)日本の同年代の中・高校生に、あなたをとりまく世界の現実を伝えるのにふさわしい成語(四字熟語)を3つ以内で記しなさい。3.研究成果日本の高校生が発信した映像メッセージは意図した方向には伝わらなかった。中国の生徒の関心は日本の高校生が予想もしなかった意外なところに向いていた。また、四字熟語(成語)による相互の世界の共有も微妙なずれがあった。日本の中・高校生の1位は「一期一会」で、これは中国にはない和製の四字熟語であり、中国のそれは「勾心斗角」で厳しい競争社会を表すものであった。
酵母の酸素認識とオルガネラ間の情報伝達に関する研究

本研究は酵母の酸素認識機構とその代謝制御の解明を目指した。メチロトローフ酵母のメタノール代謝では初段階酵素アルコールオキシダーゼ(AOD)と呼吸鎖において酸素を大量に消費することから、両代謝系が局在するペルオキシソーム(Ps)とミトコンドリア(Mt)間での酸素の消費バランスを整えるためのオルガネラ間クロストークの存在が推測される。筆者は真核生物の酸素認識およびそれに伴う代謝制御を明らかにする糸口として本メタノール代謝系が格好のモデルであると考え、本酵母の酸素認識によるメタノール代謝系の制御について解析を行った。現在まで、メタノール代謝酵素群は酸素の存在下でのみ誘導され、その酸素依存的発現は、Mt呼吸鎖が関与することを見出した。これについてMt脱共役剤を用い、呼吸鎖活性の上昇によるAOD発現への影響を解析した結果、低酸素下においても、高酸素下と同様の発現が観察された。一方、AOD欠損株では呼吸鎖活性に全く影響が見られないことから、呼吸鎖活性を認識シグナルの上位とし、それに応じてメタノール代謝酵素群の発現誘導を制御していることが考えられる。また、Ps形態の酸素存在下での肥大化および数の増加という二種の応答について、Mt呼吸鎖との関係を解析した結果、Mt阻害下では、肥大化は観察されず、数の増加は認められた。さらに、Ps酸素制御とAOD発現との関係を解析した結果、AOD欠損株では肥大化は観察されず、数の増加は認められた。これより、Psバイオジェネシスについても酸素認識による制御が存在し、その制御系はMt呼吸鎖を介する系とそれとは異なる系の二種以上が存在することを明らかにした。以上の結果より、本酵母のメタノール代謝における酸素認識制御システムでは、Mt-Ps間クロストークによる細胞内制御が大きな役割を果たすことで、円滑な酸素代謝を行ない、メタノール代謝を維持しているものと考えられる。本研究は酵母の酸素認識機構とその代謝制御の解明を目指している。メチロトローフ酵母のメタノール代謝ではその初段階酵素アルコールオキシダーゼ(AOD)と呼吸鎖において酸素を大量に消費することから、両代謝系が局在するペルオキシソーム(Ps)とミトコンドリア(Mt)間で酸素の消費バランスを整えるためにオルガネラ間のクロストークを行っているものと思われる。筆者は真核生物の酸素認識およびそれに伴う代謝制御を明らかにする糸口として本メタノール代謝系が格好のモデルであると考え、メチロトローフ酵母のメタノール代謝系の酸素に対する発現誘導について詳細な解析を行った。現在まで、メチロトローフ酵母のメタノール代謝酵素群は酸素の存在下でのみで誘導され、また、その発現誘導は酸素濃度依存的であることを明らかにし、報告してきた。一方、Mt呼吸鎖活性の阻害によりメタノール代謝酵素群の発現誘導が抑えられ、呼吸鎖活性の割合に応じてその発現量が制御されていることも見出している。そこで、本研究ではCandida boidiniiのMt遺伝子欠損株(ρ^0株)を取得し、そのメタノール代謝酵素群の酸素に対する発現制御について解析を行った。ρ^0株は酸素存在下においてもメタノール代謝酵素群の誘導が低く抑えられていた。つまり、呼吸鎖活性が酸素認識において重要な役割を果たしており、呼吸鎖活性に応じてメタノール代謝酵素群の発現誘導を制御していることが考えられる。一方、メタノール代謝が呼吸鎖活性の発現誘導に与える影響をAOD欠損株で解析を行った結果、AOD欠損は呼吸鎖活性に全く影響を示さなかった。以上のことから、メチロトローフ酵母のメタノール代謝における酸素認識はMt呼吸鎖活性にあわせてPsのメタノール代謝系の発現誘導を制御し、Mt呼吸鎖の状態認識し、その活性を常に優位に機能させるようメタノール代謝系を制御していることが明らかになった。

以上の結果より、本酵母のメタノール代謝における酸素認識制御システムでは、Mt-Ps間クロストークによる細胞内制御が大きな役割を果たすことで、円滑な酸素代謝を行ない、メタノール代謝を維持しているものと考えられる。
鉄摂取の過不足が肝臓・血液の遺伝子発現に及ぼす影響および安全摂取基準の提唱

鉄欠乏は、世界で最も多くみられる栄養障害である。日本においては、女性の約10%が鉄欠乏性貧血、2040%が貧血のない鉄欠乏、すなわち貧血予備群であるといわれており、深刻な問題である。一方、鉄には過剰摂取のリスクも指摘されており、例えば臓器への蓄積に伴う酸化傷害の惹起が報告されている。本研究では、ラットを用いた鉄欠乏食摂取実験により、貧血に至らずとも肝臓は生体内の鉄量の変化に遺伝子発現レベルで機敏に応答し、様々な代謝系を変化させること、また、鉄過剰食摂取によっても肝臓や血球細胞の遺伝子発現パターンが変化することを初めて明らかにした。<貧血のない鉄欠乏の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の下限基準の提示>貧血のない鉄欠乏とは、ヘモグロビンに変化がなく、血中フェリチン低下、TIBC(総鉄結合能)増加が認められる状態である。「生体に悪影響を及ぼす鉄欠乏状態を引き起こす食餌性鉄含量はどの程度か」を明らかにし、鉄所要量の下限基準を提示する目的で実験を開始した。雄性SDラットに対し、鉄含量が標準および欠乏の飼料をそれぞれ与え、3日後に肝臓および血液を採取した。その結果、鉄欠乏食摂取ラットは貧血のない鉄欠乏状態であることが明らかになった。続いて採取した肝臓よりRNAを抽出し、DNAマイクロアレイ(GeneChip Rat Genome 230 2.0 Array, Affymetrix)に供し、トランスクリプトーム解析を実施した。その結果、貧血に至らずとも肝臓は生体内の鉄量の変化に遺伝子発現レベルで機敏に応答することが明らかになった(Kamei et al., PLoS ONE, 2013)。<鉄過剰摂取の生体応答および鉄過剰を反映するマーカー遺伝子探索>鉄は、臓器中に過剰に蓄積されることで臓器に傷害を与える。まずは、「鉄過剰摂取が血中生化学データに影響を及ぼすか」を明らかにする実験を実施した。雄性SDラットに対し、鉄含量が標準量および過剰量となる飼料をそれぞれ与えて飼育し、定期的な血液サンプリングを実施した。その結果、鉄過剰食摂取群で有意な血中フェリチン量増加が認められた。血中フェリチンは体内貯蔵鉄量に正の相関を示すため、鉄過剰食摂取により体内の貯蔵鉄が有意に増加することが示唆された。このときの血球細胞の遺伝子発現をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析した結果、タンパク質の合成、分解といったタンパク質の量的変化に関わる因子が変動していることが明らかになった(日本農芸化学会2013年度大会)。その結果、貧血に至らずとも肝臓は生体内の鉄量の変化に遺伝子発現レベルで機敏に応答することが明らかになった。<鉄過剰摂取の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の上限基準の提示の研究>鉄は、臓器中に過剰に蓄積されることで臓器に傷害を与える。様々な傷害の低減のためには、臓器への鉄の過剰蓄積により傷害が発生し悪化していくメカニズムを明らかにすることが必須である。「生体に悪影響を及ぼす鉄過剰状態を引き起こす食餌性鉄含量はどの程度か」を明らかにし、鉄所要量の上限基準を提示する目的で研究を開始した。まずは、「鉄過剰摂取が生化学データに影響を及ぼすか」を明らかにする実験を実施した。<貧血のない鉄欠乏の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の下限基準の提示>短期間の鉄欠乏食摂取により、肝臓の遺伝子発現が変動することが明らかになった。同じ期間で、食餌中の鉄量を段階的に設定し、肝臓の遺伝子発現の応答を解析する予定であったが、現在までに未達成である。その理由として、鉄欠乏食摂取3日目の血中成分の変動の再現性を確認すべく、同条件の動物実験を3回実施することに時間を要したことが挙げられる。

貧血モデル動物の作成には、鉄欠乏食摂取3週間程度という知見が十分揃っているものの、貧血のない鉄欠乏モデル作成のための知見はなく、上記スケジュールによる飼育結果の再現性確認は必須であった。いずれも、鉄欠乏食摂取3日目に貧血のない鉄欠乏を呈することが確認され、本実験のスケジュールが貧血のない鉄欠乏ラットモデル作成条件であることが確定した。以後、食餌中の鉄量を段階的に設定し、このスケジュールにて実験を実施することで、生体に影響を及ぼす鉄不足量の下限値を明らかにすることが可能であると考える。<鉄過剰摂取の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の上限基準の提示の研究>「鉄過剰摂取が生化学データに影響を及ぼすか」を明らかにするという計画時の目標を達成した。すなわち、鉄過剰食摂取により、ラットの血中フェリチン量が有意に増加することを見出した。結論として、鉄過剰摂取はラットの生化学データに影響を及ぼす。<貧血のない鉄欠乏の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の下限基準の提示>「生体に悪影響を及ぼす鉄欠乏状態を引き起こす食餌性鉄含量はどの程度か」を明らかにし、鉄所要量の下限基準を提示する。ラットに対し、鉄含量を段階的に減らした飼料をそれぞれ与え、肝臓および血液を採取する。採取した肝臓よりRNAを抽出し、DNAマイクロアレイ(GeneChip Rat Genome 230 2.0 Array, Affymetrix)に供し、トランスクリプトーム解析を実施する。また、血液および肝臓中の生化学データも取得し、DNAマイクロアレイデータと合わせ、総合的に評価する。<鉄過剰摂取の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の上限基準の提示の研究>「鉄過剰の量的な影響の解析」を実施する。ラットに対し、鉄含量を段階的に増やした飼料をそれぞれ与え、肝臓および血液を採取する。採取した肝臓よりRNAを抽出し、DNAマイクロアレイに供し、トランスクリプトーム解析を実施する。<鉄過剰を反映するマーカー遺伝子の探索>現在、臓器貯蔵鉄量は、血中フェリチン濃度が正の相関を持つ因子として診断の対象となっているが、貯蔵鉄量の変化が血中フェリチン濃度に反映されるまでにはタイムラグが存在する。一方、鉄過剰は臓器に酸化ダメージを与え、臓器傷害の一因となることから、早期に発見することが肝要である。鉄過剰を早期診断するために、血中フェリチン濃度よりも早期に変動する因子の発見が望まれるが、それには血球細胞の遺伝子発現変動からの予測が有効だと期待される。本研究では、鉄過剰摂取時のラット血球細胞を対象にDNAマイクロアレイ実験を実施し、鉄過剰の血球マーカー遺伝子の探索を実施する。<貧血のない鉄欠乏の生体応答のメカニズム解明および鉄所要量の下限基準の提示>統計的に解析を実施するため、動物実験における群ごとの匹数は7以上とする。匹数および飼育期間に合わせ飼料(鉄含量を4段階に減らす)を購入する。肝臓を対象とするDNAマイクロアレイはGeneChip Rat Genome 230 2.0 Array(Affymetrix)を1個体につき1枚使用する。
超臨界CO_2中におけるエキサイプレックス形成反応に対する溶媒効果

本研究では超臨界CO_2中でのピレン-N,N-ジメチルアニリン(DMA)分子間エキサイプレックス生成反応について、定常蛍光法および時分解蛍光法により反応のin-situ測定を行い、超臨界溶液の中の溶媒効果について検討を行った。定常蛍光スペクトル測定においては、液体溶媒中よりも希薄な濃度で反応が可能であり、圧力増加にともないエキサイプレックスは減少することが確認された。またピレンモノマー発光とエキサイプレックス発光に対する励起スペクトルの比較からエキサイプレックスは励起分子の拡散による二分子衝突反応により生成されることが明らかにされた。時分解蛍光スペクトル測定からは、測定した濃度条件によるが、ピレン-ピレン同種分子間エキサイマ-生成反応がバルクの拡散律速の反応であり、溶媒和クラスターの影響をあまり受けないのに対し、エキサイプレックス生成反応はドナー-アクセプター分子間の双極子相互作用に基づく局所構造の影響を受けていることが明らかになった。このように、エキサイプレックスとエキサイマ-では同じ二分子衝突反応でありながら反応に与える溶媒効果は反応分子間の分子間相互作用の差異により異なっているこが示された。また、等密度において系の温度が低下すると、流体の構成する分子の分子間力が運動エネルギーに対して相対的に強くなるため、この局所構造がエキサイプレックス生成反応に与える影響は大きくなることが示唆された。
極超新星とガンマ線バーストの爆発機構及び高赤方偏移における星形成の研究

1、超新星/極超新星爆発の流体、元素合成の2次元計算超新星/極超新星の非球対称爆発の2次元計算を系統的に行なった。この結果、爆発の非球対称の程度、爆発エネルギー等が、爆発に伴い合成される元素や、後に残される中心天体の性質にどう影響するかの詳細の議論が可能になった。例えば、非球対称爆発ではより重い元素(鉄族元素)が表面付近まで飛ばされ、軽い元素(酸素、炭素等)が中心のブラックホールに落ち込むが、この効果は非球対称性が大きい場合、あるいは爆発のエネルギーが中心天体の重力エネルギーと同程度の場合に顕著であることが明らかになった。2、超新星/極超新星の光度曲線、後期スペクトルの2次元計算2次元の輻射輸送計算コードを開発し、上記の超新星爆発モデルに基づく光度曲線、後期スペクトル計算を行なった。結果、極超新星SN1998bw、2002apについて、球対称の爆発モデルで説明のできなかった特徴が非球対称爆発で自然に説明でき、光学観測事実の殆ど全てを説明できるようなモデル(強い非球対称性を持ちエネルギーの大きい爆発)を特定することができた。3、銀河初期の化学進化における極超新星の寄与上記2において個々の極超新星をよく説明する爆発モデルの予測する元素組成パターンにより、銀河初期に形成された金属欠乏星の元素組成もよく説明できることが明らかになった。これは、銀河初期においては極超新星による星間物質汚染が効いていたことを示唆する。4、ガンマ線バーストGRB030329に付随した超新星SN2003dhの性質ガンマ線バーストGRB030329のスペクトル中に発見された超新星SN2003dhのスペクトル、光度曲線の理論計算を行なった。この結果、この超新星のエネルギーと質量はSN1998bwと同程度であることがわかり、また、スペクトルの時間変化から爆発が非球対称である可能性を指摘した。これにより、極超新星と(少なくとも一部の)ガンマ線バーストが同起源であることがほぼ確定的となった。1、SN2002ap:比較的近傍で発生した超新星SN2002ap(地球からの距離約3000万光年)のスペクトル、光度曲線の理論モデルと観測を比較することで、以下のことがわかった。(1)超新星SN2002apは通常の超新星爆発の5-10倍の爆発エネルギーを持つ"極超新星"である。(2)爆発前の星のもともとの質量は太陽質量の20-25倍程度の大質質量。このことから、太陽質量の20倍程度の質量を境として、それより軽い星は通常の超新星爆発、重い星は(少なくとも1部は)極超新星爆発を起こす。2、超新星爆発の流体、元素合成の2次元計算(1)上記計算コードの改良。様々な物理過程を反映した境界条件を計算に組み込めるように改良を行った。同時に、状態方程式をより現実的なものに改良し、安定な自己重力の計算を組み込んだ。(2)(1)の計算コードを用い、極超新星のモデルとして、ブラックホール形成に伴うジェット爆発の流体計算、それに伴う元素合成の計算を行った。球対称爆発に比べて鉄の生成量が減ることや、より重い元素(鉄族元素)が表面付近まで飛ばされ、軽い元素(酸素・炭素等)がブラックホールに落ち込んでいくことを明らかにした。(3)(2)で放出される元素組成は、銀河初期に形成された低金属星の元素組成をよく説明できることがわかった。このことは、銀河初期にブラックホール形成を伴う極超新星が大量に発生していたことを示唆する。3、モンテカルロ法による輻射輸送コードの開発、超新星光度曲線の計算極超新星SN1998bw、1997ef、2002apの光度曲線が、中心付近に高密度のコアがあるとすると統一的に説明できることを示した。また、そのようなコアはジェット的な爆発に伴って自然に形成されることを示した。

この結果、この超新星のエネルギーと質量はSN1998bwと同程度であることがわかり、また、スペクトルの時間変化から爆発が非球対称である可能性を指摘した。これにより、極超新星と(少なくとも一部の)ガンマ線バーストが同起源であることがほぼ確定的となった。
正常上皮が分泌する「液性抗癌因子」は「細胞競合」と連携して癌防御を行うのか？

細胞競合は、同種の細胞間で適応度の高い細胞が適応度の低い細胞を排除するしくみである。この細胞競合による現象の1つにEDAC(epithelial defense against cancer)がある。EDACは上皮細胞による同種の上皮由来の変異細胞(癌細胞)の排除機構であり、その過程で免疫系の細胞を介さない。近年、EDACのうち物理的な癌排除に関する研究の進歩が著しい。その一方、液性抗癌因子については、物理的排除に比べ不明点が多い。本年度の研究で、前年に引き続き、正常細胞群の液性因子が、アポトーシスや細胞増殖死ではなくネクローシスに近い細胞死を癌細胞群に誘導することを示す結果を得た。また、正常細胞群の液性因子がネクローシス誘導だけでなく、細胞遊走促進や増殖抑制をはじめとして癌細胞に、種々の作用を及ぼすこと、その作用には位置関係を含めた培養条件が大きく影響することを示唆するデーターを蓄積することができた。想定外の結果としては、予備実験の段階では近い性質を持った細胞集団と考えられた癌細胞群が、正常細胞群によるネクローシス誘導という点に関してはかなり、雑多な集団であることが明らかになった点がある。そこで、この多様性を明示する有効な実験系を確立し、学会にて報告を行った。液性抗癌因子の主体の候補としては、ケラチノサイト由来の抗菌ペプチド、exosome中のmiRNAに着目している。癌研究に限らず、ケラチノサイトの抗菌ペプチドの解析は難しく多様な報告が出る原因となっていた。そこで前年度に引き続き、抗菌ペプチドの解析系に関してさらに、詳細な解析、考察を行い、論文として報告を行った。物理的排除に関係する蛋白質の解析に遅れが見られる。原因としては、予備実験では近い性質を持った細胞集団と考えられた癌細胞群が、正常細胞群によるネクローシス様の細胞死誘導という点に関してはかなり、多様な集団であることが分かったことがある。また、その差の有効な解析手段の考案に難渋したため、研究に遅延が生じた。癌細胞間での正常細胞による細胞競合の差をさらに調べた上で、引き続き、癌細胞の物理的排除関連蛋白質と液性抗癌因子の関連の解析を行う。実験の幅が想定よりも、広がったため研究に遅れも見られるが、具体的な対応策は準備済みのため、実施予定の実験を継続して行う。細胞競合は性質の異なる同種の細胞間での生存競争である。当現象により、上皮では勝者の正常細胞が敗者の変異細胞(癌細胞)を免疫系の細胞を介さずに排除する(epithelial defense against cancer:EDAC)。その一方、抗菌ペプチドやexosome中のmiRNAをはじめとする液性の抗癌因子については、物理的排除とともにEDACに貢献していると考えられるが、まだその主体となる因子が何かについても、液性の抗癌因子の役割についてもほとんど解明されていない。そこで、本研究では「1液性の抗癌因子の作用条件の解明」、「2物理的な排除との関連を明らかにすることによってEDACの全体像をより明確にすること」を目的とした。まず、我々は液性の抗癌因子による細胞死の誘導について解析し、癌細胞にネクローシス様の細胞死が誘導されることを明らかにした。この誘導には正常細胞との位置・方向が重要であることが示唆された。その一方で正常細胞の存在は必ずしも、癌細胞の活性を下げるのではなく、条件によっては活性を上昇させることが明らかになった。また、これらの変化の主体は恒常的に正常細胞が分泌をしている抗癌物質の作用ではなく、癌細胞-正常細胞の相互作用により分泌される抗癌物質の作用であることが明らかになった。この抗癌物質も常に、癌細胞に作用するわけではなく、かなり限られた条件でないと癌細胞に作用しないことが分かった。正常細胞の液性因子が、アポトーシスや細胞増殖死ではなくネクローシスに近い細胞死を癌細胞に誘導するという興味深い結果を得た。一方、癌細胞の物理的排除関連蛋白質の解析に遅延が生じている。

そこで前年度に引き続き、抗菌ペプチドの解析系に関してさらに、詳細な解析、考察を行い、論文として報告を行った。物理的排除に関係する蛋白質の解析に遅れが見られる。原因としては、予備実験では近い性質を持った細胞集団と考えられた癌細胞群が、正常細胞群によるネクローシス様の細胞死誘導という点に関してはかなり、多様な集団であることが分かったことがある。また、その差の有効な解析手段の考案に難渋したため、研究に遅延が生じた。研究計画は3年間で達成できるようにある程度の余裕を持って計画しているため、当初予定していた研究内容をそのまま実施する。まず、H29年度に実施予定だった癌細胞の物理的排除に関連が疑われる蛋白質の解析、遺伝子欠損細胞の作成を優先して行う。その後、H30年度実施予定の実験を行う。癌細胞間での正常細胞による細胞競合の差をさらに調べた上で、引き続き、癌細胞の物理的排除関連蛋白質と液性抗癌因子の関連の解析を行う。実験の幅が想定よりも、広がったため研究に遅れも見られるが、具体的な対応策は準備済みのため、実施予定の実験を継続して行う。教員体制の変更のため、研究外の業務が増え、研究に遅延が生じた。H29およびH30に予定していた消耗品の購入にあてる予定である。上述した想定外の現象のため、研究進捗が遅れ、次年度使用額が生じた。癌細胞における細胞競合の差の解析系は、今まで用いてきた培養器具で十分に対応可能のため、費用は増加しないと考えられる。継続して予定の実験計画の研究を行い、次年度にその差額を使用予定である。
作用素関数の研究と多項式・作用素摂動への応用

Jacobi作用素のレゾルベントを単位ベクトルに作用させたベクトル関数と単位ベクトルとの内積は作用素単調関数になることは既知である。逆に全ての作用素単調関数をこのように内積表示できることを証明した。次に、Loewner-Heinz不等式と呼ばれる命題の逆命題が成立するための条件を恒等作用素の摂動を用いて与えた。この結果についての論文はProceeding of the Edinburgh Math. Soc.から出版された。そしてこの結果に関連した2編の論文が共著論文として出版された。更に,作用素環における正値線形写像に関するChoi conjectureを肯定的に証明した。当研究課題の平成25年度の研究計画は「作用素単調関数と直交多項式系,Jacobi作用素,連分数との関係の解明」を研究していくことであった。作用素単調関数f(t)はボレル測度σを用いて積分表示できる。このσから直交多項式系{p_n}も生成される。{p_n},Jacobi作用素J,連分数の三者の関係はよく知られている。従って,25年度の目的は、これらと作用素単調関数の間の関連を調べることであった。区間(-1, 1)上の作用素単調関数f(t)がσによって積分表示されているとき, f(t)をσから定まるJacobi作用素Jとcyclicベクトルeと内積( , )を用いて次のように表わすことができた。但し、xnはxのn乗を表し、p_nは列の第n項を表す。この結果は、J. M. A. A.から出版された。また、p_nの主逆関数はPick関数であること、さらに、p_(n-1)との合成関数もそうであることを示した。このことは、p_nによる行列不等式からp_(n-1)による行列不等式が導かれることを意味している。ガンマ関数の主逆関数が複素平面の上半平面に解析接続でき、その値も上半平面にあるという私の結果を、オランダLeiden大学で開催されたPositivityについての研究集会で発表した。また、9月に愛媛大学での学会でも成果を発表した.このときは、東洋大学山崎准教授との共同研究の結果、千葉大学渚教授との共同研究の結果についても発表した。更に、3月に学習院大学で開催された学会では「企画特別講演」を行った。実軸の区間Iで定義された実数値連続関数f(t)が与えられたとき,Iにスペクトルを持つすべての有界自己共役作用素(あるいは行列)Xに対してf(X)が定義できる。この作用素関数f(X)を作用素順序,固有値分布,解析接続の観点から研究し,作用素の摂動による固有値の非線形現象を解析すると共に関数f(t)が多項式あるいはガンマ関数などの特殊関数の場合に応用し,多項式系やガンマ関数等の研究を推進していくことがこの研究課題の目的である。平成26年度の具体的目的は次のとおりであった。第一の目的:作用素単調関数と直交多項式系,Jacobi作用素,連分数との関係の解明。第二の目的: Loewner-Heinz不等式の逆が成立するための条件の考察。第一の目的については作用素単調関数と直交多項式系,Jacobi作用素がそれぞれ一意的に対応していることを示し、その対応関係も明記できることを示した。その結果は, J. Math. Anal. Appl. 401(2013)に掲載された。また大阪教育大学での「作用素論・作用素環論研究集会」でも発表した。ただ、連分数との関係は今後の課題として残っている。第二の目的に関しては、0 < a < 1のとき、A≦BならばAa≦Baであるが逆は成立しないということがLoewner-Heinz不等式である。このことについてA +λI ≦B +λIがすべてのλ>0について成立することと(A+λI)a ≦(B+λI) aがすべてのλ>0について成立することは同値であることを示した。そしてもっと一般的な結果を、Proceeding of the Edinburgh Math. Soc. 57(2014)に発表した。平成27年度の最初の研究成果は千葉大学教授渚勝氏との共同研究がTohoku Math. J. (2) 67(2015), no.1,39-50から出版されたことである。その内容は次のとおりである。正値作用素BがAより大である時、XとBの作用素平均はXとAの作用素平均より大であるが、実は逆命題は成立しない。どのような条件を課せばその逆命題が成立するかということを私の前年に出版された論文の結果を基に調べたものである。その他に、作用素環の間の線形作用素Φと作用素凸関数gに関するKadison, Davis, Choi, Petz, Arvesonの結果を拡張・発展させることを目標として研究してきた。

具体的には自己共役作用素Aと正線形写像Φが与えられたとき等式Φ(g(A))=g(Φ(A))が作用素凸関数gについて成立すればこの等式はgをすべての連続関数に置き換えても成立する、即ちΦが代数的積の演算を保存することが知られている。Choi氏はこの定理の作用素凸関数gを直線以外の一般的な関数gに拡張できるのではないかと予想した。この予想を完全に証明し、その結果を論文として纏め現在投稿中である。なお、その一部は立命館大学でのセミナーと九州大学でのセミナーで公表し、Hanoi Univ. of Science and Technologyでの研究集会で講演した。平成27年度の論文は1編だけであるが、Choi氏の予想が成立することを証明できた。この結果は論文として発表する予定である。実軸の区間Iで定義された実数値連続関数f(t)が与えられたとき,Iにスペクトルを持つすべての有界自己共役作用素(あるいは行列)Xに対してf(X)が定義できる。この作用素関数f(X)を作用素順序,固有値分布,解析接続の観点から研究し,作用素の摂動による固有値の非線形現象を解析すると共に関数f(t)が多項式あるいはガンマ関数などの特殊関数の場合に応用し,多項式系やガンマ関数等の研究を推進していくことがこの研究課題の目的である。平成28年度にはH. Pedersen (Prof. of U. Copenhagen)との共同研究論文がTrend in Mathematics, Positivity VII (2016)から出版された。この論文は,log fが作用素凸関数ならばfの逆関数は作用素単調関数であるという定理が中心であり,ガンマ関数の主逆関数が作用素単調関数であるという私の結果の一般化であった。その他に,作用素環の間の線形作用素Φと作用素凸関数gに関するKadison, Davis, Choi, Petz, Arvesonの結果を拡張・発展させることを目標として研究してきた。具体的には自己共役作用素Aと正線形写像Φが与えられたとき等式Φ(g(A))=g(Φ(A))が作用素凸関数gについて成立すれば,この等式はすべての連続関数gに対して成立する,即ちΦが代数的積の演算を保存することが知られている。Choi氏はこれを直線以外の一般的な連続関数gに拡張できるのではないかと予想した。この予想を証明し,「作用素環-作用素論研究集会」(前橋県立大学), ILAS 2016 (UK Leuven, Bergium), University of Copenhagen (Denmark)で発表した。Jacobi作用素のレゾルベントを単位ベクトルに作用させたベクトル関数と単位ベクトルとの内積は作用素単調関数になることは既知である。逆に全ての作用素単調関数をこのように内積表示できることを証明した。次に、Loewner-Heinz不等式と呼ばれる命題の逆命題が成立するための条件を恒等作用素の摂動を用いて与えた。この結果についての論文はProceeding of the Edinburgh Math. Soc.から出版された。そしてこの結果に関連した2編の論文が共著論文として出版された。更に,作用素環における正値線形写像に関するChoi conjectureを肯定的に証明した。
中央アフリカ熱帯雨林地域における農耕と食文化に関する地域研究

本研究の目的は、中央アフリカ熱帯雨林地域の文化的特性、特に、人間-自然関係における技法を、バナナとキャッサバを中心とした農耕と食をめぐる地域研究を通して考察することである。本年度は、昨年度までに収集した資料の整理、研究会における報告とディスカッション、論文の執筆をおこなった。まず、収集した文献資料と静止画と動画を含む映像資料の整理に経費を使用した。次に、国立民族学博物館共同研究「ドメスティケーションの民族生物学研究会」、京都大学大学院アジア・アフリカ地域研究研究科主催の国際シンポジウム「総合的地域研究の新地平-アジア・アフリカからディシプリンを架橋する」におけるサテライトワークショップ"The Making of Banana and Enset Areas in Asia and Africa"への参加など、情報と意見の交換をおこなった。さらに、沖縄のバナナの生産と流通に関する現地調査をおこない、バナナという作物の現代性を複合的に考察するための資料を収集した。執筆としては、地域史の叢書の一章として、「バナナとキャッサバ-中央アフリカの主食史」を執筆した。この中で、農業体系と加工の技術、食文化を総合して、中央アフリカの農業の2000年間の連続性と、新たな主作物の導入によるシステムの変更について分析した。農業技術の発展論では語られない、農業システムの連続性についての知見を示すことができたと考える。現在は、中央アフリカの農業史についての論文にとりかかり、バナナ栽培文化の地域間比較に関する英文論文の執筆も平行しておこなっている。本研究の目的は、中央アフリカ熱帯雨林地域の文化的特性、特に、人間-自然関係における多様性の創出と保持の技法を、農耕と食をめぐる地域研究を通して考察することである。このためにはまず、特定の一地域における現在の農耕・食文化をフィールド資料と文献資料によって研究し、その上で、地域全体の生業・食文化の歴史・地理上に位置づけることが必要である。今年度は、来年度の現地調査に向けた資料集と資料の整理をおこなった。具体的には、アフリカを中心に、東南アジア、南米などにおける熱帯雨林地帯の農耕・食文化に関する文献を収集した。特に、バナナとキャッサバの栽培・食文化に関する文献を収集した。また、中央アフリカ史に関する資料を、生業の変遷の資料を中心に収集した。資料の収集のため、国立民族学博物館、京都大学アジア・アフリカ地域研究研究科を訪れた。国立民族学博物館では、HRAFの民族学データベースを利用して、資料を収集した。また、これまでに蓄積した文献資料や写真資料などを整理し、他の研究者との情報交換のための資料用CD-ROMの作成、資料整理の補助に対する謝金などに補助金を使用した。また、国立民族学博物館共同研究「ドメスティケーションの民族生物学的研究会」、東京外語大学アジア・アフリカ言語文化研究所「土地・自然資源をめぐる認識・実践・表象過程研究会」など各種の研究会への出席により、研究テーマに対する知見を深めた。本年度は、当初計画どおり、8月から9月にかけてカメルーン共和国における現地調査と文献資料の収集を実施した。これまでの調査地である東部集で調査をおこない、焼畑に自生する野生植物の乾燥標本を収集し、利用法などの知識に関する情報を集めた。標本はIRD(カメルーン農業研究所)で同定した。また、焼畑伐開時に切り残す木本を調査し、この木本も同研究所で同定した。これらの調査によって、焼畑における人為と自然の遷移に関する補助資料が得られた。首都ヤウンデでは、植民地期の報告書から、東部州に関する定期報告書と、カメルーン全体の農業政策・森林政策に関する年次報告書を収集した。今後、この資料を用いて、カメルーンと東部州の焼畑を中心とする農業の歴史について分析する予定である。また、フランスではCIRAD(熱帯農業研究所)と書店で、バナナとキャッサバ栽培を中心とする焼畑と熱帯農業、熱帯雨林に関する最近の文献を収集、ロンドン大学では、熱帯農業に関する人類学的資料を収集した。パリの人類学博物館は改装工事のため閉鎖中で、調査ができなかった。日本では、日本唯一のバナナ生産地である南西諸島におけるバナナ栽培の実態に関する現地調査と文献調査を沖縄県の本島と石垣島で実施した。この調査から、同じ作物の栽培文化の共通性と差異についての分析を進める予定である。また、アジアとアフリカにおけるバナナ栽培文化の比較に関する論文を執筆し(投稿中)、中央アフリカの食文化史に関する論文の一部を執筆した。
変異原性ヌクレオチドによるDNA複製エラー誘導と新しい試験管内突然変異法の開発

遺伝子操作の手法のうち最も重要なものの一つと思われる試験管内突然変異法のうち,未開拓の分野と思われるのは,遺伝子の比較的広い範囲(数百ヌクレオチド)にランダムに効率よく変異を起す方法である.我々は強い変異原性を持つヌクレオシドアナログ, N^4-アミノシチジンを見出し,その変異メカニズムを検討してきた.このアナログは細胞内でリン酸化を受け,さらにデオキシトリリン酸体N^4+aminodeoxycytidine triphosphate(dC^<am>TP)となってDNAに取込まれる際に複製エラーを引起して変異へと導いていると思われる.実際,放射性のN^4-アミノシチジン存在下に細菌や動物細胞を培養するとそのDNA中にN^4-アミノシトシンとして取込まれた.また,トリリン酸体dC^<am>TPをin vitroでΦ×174ファージの複製型2本鎖DNAに取込ませることにより,突然変異が起ることは既に見出している.そこで,変異のメカニズムをさらに詳しく検討するために, M13mp2ファージを用いて変異のスペクトルを検討した.M13mp2ファージを大腸菌中で増殖させ,N^4-アミノシチジンを取込ませて変異をみるin vivoの実験では, 93株の変異部位を同定した.その結果,塩基置換,中でもtransition変異のみが検出された.AT→GCとGC→ATの再変異はほぼ同様に生じていた.これは,互変異性によるN^4-アミノシトラシンーアデニンのmispairにより変異が起こるというモデルによく一致する.さらにM13mp2ファージより一本鎖DNAを抽出し,オリゴヌクレオチドをアニールしてin vitroDNA合成を行って, dC^<am>TPを取り込ませることにより変異が引起こされることを示した.変異体のシークェンシングにより鋳型のA,または, Gがそれぞれ, G,またはAに変異することが示された.さらに,種々の金属イオンの添加などの条件検討により二つの変異頻度を高めれば,試験管内突然変異の応用が可能となると思われる.遺伝子操作の手法のうち最も重要なものの一つと思われる試験管内突然変異法のうち,未開拓の分野と思われるのは,遺伝子の比較的広い範囲(数百ヌクレオチド)にランダムに効率よく変異を起す方法である.我々は強い変異原性を持つヌクレオシドアナログ, N^4-アミノシチジンを見出し,その変異メカニズムを検討してきた.このアナログは細胞内でリン酸化を受け,さらにデオキシトリリン酸体N^4+aminodeoxycytidine triphosphate(dC^<am>TP)となってDNAに取込まれる際に複製エラーを引起して変異へと導いていると思われる.実際,放射性のN^4-アミノシチジン存在下に細菌や動物細胞を培養するとそのDNA中にN^4-アミノシトシンとして取込まれた.また,トリリン酸体dC^<am>TPをin vitroでΦ×174ファージの複製型2本鎖DNAに取込ませることにより,突然変異が起ることは既に見出している.そこで,変異のメカニズムをさらに詳しく検討するために, M13mp2ファージを用いて変異のスペクトルを検討した.M13mp2ファージを大腸菌中で増殖させ,N^4-アミノシチジンを取込ませて変異をみるin vivoの実験では, 93株の変異部位を同定した.その結果,塩基置換,中でもtransition変異のみが検出された.AT→GCとGC→ATの再変異はほぼ同様に生じていた.これは,互変異性によるN^4-アミノシトラシンーアデニンのmispairにより変異が起こるというモデルによく一致する.さらにM13mp2ファージより一本鎖DNAを抽出し,オリゴヌクレオチドをアニールしてin vitroDNA合成を行って, dC^<am>TPを取り込ませることにより変異が引起こされることを示した.変異体のシークェンシングにより鋳型のA,または, Gがそれぞれ, G,またはAに変異することが示された.さらに,種々の金属イオンの添加などの条件検討により二つの変異頻度を高めれば,試験管内突然変異の応用が可能となると思われる.1.M13mp2ファージのin vitro突然変異の解析、大腸菌中で増殖中のファージM13mp2に【N^4】ーアミノシケジンを作用させると組込まれたβーガラクトシターゼ遺伝子に突然変異を引起こす。そこで、この変異を用いて【N^4】ーアミノシチジンにより、どの様な突然変異が引起こされるかを検討した。その結果、100ケの変異株を単離し、シークエンシングを行った。その内、71ケについて変位部位を決定した。そのいずれもが塩基対置換型変異である点はAmes試験の結果と一致した。さらに、A・T【←!→】G・Cというトランジション型の変異のみが観察された。これは、【N^4】ーアミノシチジンがデオキシリボヌクレオシドトリリン酸となり、DNAに取込まれ、その際、複製ユラーを引起こして、突然変異が起きるといえ我々のモデルとよく一致している。A・T→6・Cと6・C→A・Tとの比較では前者の方が多く、何ケ所かのHot Spotも見出された。現在、この点について考察を加えている。2.動物細胞に対する【N^4】ーアミノシチジン、【N^4】ーアミノデオキシシチジン、および、そのアルキと置換体の作用。チャイニーズハムスターV79細胞に用い、6ーチオグアニン耐性を指標として変異原性を検索した。

その結果、【N^4】ーアミノシチジンとN'ーメチルー【N^4】ーアミノシチジンに強い変異原性が検出された。デオキシ体には、ほとんど変異原活性がみられなかった。さらに【N^4】ーアミノシチジンが【N^4】ーアミノデオキシシチジンとしてONA中に取込まれることも証明した。【N^4】ーアミノシチジンはマウス由来のFM3A細胞に対しても変異原性が確認された。3.【N^4】ーアミノシチジンと金属イオンCの相互作用。【N^4】ーアミノシトシン残基は種々の遷移金属イオンと複合体を形成することが分かった。そのうち、【Co^(++)】や【Mn^(++)】は【N^4】ーアミノシチジンに作用して化学変化を起こす。また、【Ni^(++)】は、変異原性を増強する。
圧電性PZT素子を使った宇宙塵検出器の大面積化および高機能化の研究

本研究では、圧電性PZT素子を使った宇宙ダストを検出するための観測装置について高機能化および有感面積の大型化の実験的な研究を行った。その結果、(1)高機能化という点で速度が1km/s以上、サイズが数ミクロン未満の微小ダストを検出するときの真イベントと偽イベントを区別する手法、(2)大面積化という点でポリイミド膜と圧電素子を利用した大面積ダスト検出器の手法についての具体的な成果を得ることができた。初年度は、当初の予定通りPZT検出器の大型化と高機能化に向けた開発のための実験に用いるプレアンプ・ガス銃によって打ち出された微小球の速度計測用センサーなどの装置製作を行った。装置の製作にあたって、後述のように静電加速器による実験結果を設計に反映するために業者との打ち合わせに多少時間がかかったものの、これらの装置については、年度内に製作を終了することができ、現在性能評価および本年度実施予定の実験に向けて準備を行っている。本研究では、高機能化と大型化のために信号の読み出し方を工夫することを予定しているが、初年度のうちにダスト静電加速器を使う機会を得たので、従来のプレアンプながらデジタルオシロスコープでの信号波形記録のサンプリング周波数を従来に比べて高くして実験を行った。この結果、従来の実験では確認することができなかった、板状のセンサー内部の応力波の振動が、厚み方向(面外方向)と面内方向の成分が、周波数によってはっきりと分けられることが分かった。この知見は、センサーから出力される信号が実際に衝突面に衝突する微小ダストか否かを判定するために重要なことであると考察している。そしてこの実験によって、センサーから読み出す信号の読み出し方、つまりどの周波数帯をどの程度のサンプリング周波数で記録すればよいかが分かった。これらの結果は、本年度中に学術雑誌に投稿すべく準備をしているところである。また、予定にはなかったものの、国際宇宙ステーションへの補給機HTVに微小宇宙デブリ(1ミクロン程度の人工の微粒子)の観測装置を搭載することになり、ダストではなく人工デブリではあるが、観測対象としては物理的な特性はほぼ同じである。申請者が研究しているPZTセンサーを利用した装置を搭載するということで共同研究の声がかかり、装置の設計、主に信号の読み出し方法についての最新の実験結果を反映させた。当年度は、初年度で行った研究を発展させた。本研究は、圧電性PZT素子によるダスト検出器の高機能化と大型化を目的としている。ダスト検出器としては、大きく分けて3種類のものを考えており、それぞれのタイプの検出器の研究について実績の概要を述べる。(1)高速微小ダスト検出器:>1km/s、数ミクロン未満の微小ダストについて、板状の圧電PZT素子に衝突したときに発生する圧電信号について、真イベントと偽イベントを簡単に選別するアルゴリズムの開発をし、HTV搭載用のデブリセンサとしてハード開発を行った。(2)低速ダスト検出器:数m/s以下の低速のダスト(数mm以下)が、圧電性PZT素子に衝突した時に発生する圧電信号の波形を詳細に調べることによって、衝突したダストの弾性率などを推定することができ、物質の推定をすることができる。彗星表面や小惑星表面のダストの検出を想定している。その機能をさらに発展させて、そのダストの塑性変形を調べる方法の開発に着手した。基本的な設計は済み、簡易実験行い、想定通りの結果が得られた。(3)高速ダスト検出器:>1km/s、数mm以下のダストについて、サイズが大きいと存在密度が小さく衝突頻度も小さいため大面積の検出器の開発を行った。色々な試行錯誤の結果、厚さ数ミクロンのポリイミドの表面に銅箔がはってあるフィルムの四隅に振動読み取り用の小型圧電センサーを取り付けたものが、フィルムをダストが貫通するときの微小な振動を読みとることでダスト検出をすることができることが分かった。この知見は全く新しいものである。ダスト貫通時の信号は特徴的で、今後条件を変えた実験や詳細な解析を行うことで、貫通したダストのサイズを推定することができる可能性もある。平成27年度は、微小ダスト検出器の大面積化に力を入れた。平成26年度には、銅箔フィルムを使ったポリイミド膜を利用した微小デブリセンサに、小型の圧電素子をピックアップセンサとして貼り付けて、微小デブリが貫通したときの衝撃を検出することで、大面積ダスト検出器の可能性を見出したが、使用したポリイミド膜が銅箔フィルムであった。平成27年度は、通常のポリイミド膜で衝突銃を利用した微小球衝突実験を実施した。その結果によると、平成26年度の実験の結果と同様に、貫通した点を中心に20μm程度の薄いフィルムを応力波が伝播していくことが実験的に確認された。3つ以上のピックアップセンサで読み取った応力波のタイミング差から衝突位置(貫通位置)の同定をすることも可能だということも平成26年度の実験同様に確認できた。ただし、ピックアップセンサからの出力信号の振幅は、貫通した微小球のサイズや速度などに関係ないことも同じ結果であった。このことについては、使用したPZT製のピックアップセンサが正方形の板状(10mmX10mmX2mmt)であったため、読み取るべき応力波の到来方向によって、フィルムを伝わる波からピックアップセンサへの伝達量が変わるからではないかという推測を得た。この仮定を検証するために丸型のセンサを開発した。衝突銃による検証実験は、マシンタイムなどの関係から平成27年度中は実現できなかった。