hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭化ケイ素を用いた高品質窒化物半導体によるシリコン基板上短波長半導体レーザの実現

本研究では、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現することが目標である。この目標達成のために、本年度は、3C-SiC-Si基板上成長したGaNの結晶品質を更に向上させるためのマスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、SiC中間層のGaNの高品質化に与える効果について調べた。3C-SiC層の厚さを100nmから2.5μmの範囲で変化させた3C-SiC-Si基板を用いて、マスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、GaN層とSiC層の構造的な欠陥について欠X線ロッキングカーブ、低温カソードルミネッセンス、透過型電子顕微鏡により評価した。3C-SiC層のx線ロッキングカーブの半値幅は、厚さを増やすと共に、3125秒から617秒に減少したにもかかわらず、GaNの(004)回折と(102)回折の半値幅は500700秒であった。また、GaN層中の貫通転位密度は、約1×10^<-9>cm^<-2>であった。このことからGaN層の成長をマスクレスエピタキシャル横方向成長で行ったので、3C-SiC層の欠陥は、GaN層から排除されたものと考えられる。さらに、カソードルミネッセンスと透過型電子顕微鏡の結果より、GaNと3C-SiCの間に欠陥や転位密度の相互的な関係はないことがわかった。一方、3c-SiC上に発生する島状のドメインによって、SiC表面に異なった表面荒さが発生し、それによってGaNの初期成長段階における異なったサイズの3次元結晶が発生していることが明らかになった。3C-SiC上の島状のドメインが、GaN層に引き継がれることはないが、3C-SiCの表面荒さによってGaN層の核形成プロセスに影響を与えていることが考えられる。以上の研究より、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現するための基板となる高品質GaN成長層を得ることができた。(抄録なし)本研究では、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現することが目標である。この目標達成のために、本年度は、Si基板上に3C-SiC中間層を用いて低転位かつクラックフリーの高品質GaNの作製をMOVPE法により行った。3C-SiC緩衝層はSi基板上GaN成長において,Gaのメルトバックエッチングを防ぎ,高品質なGaNを得るのに有効である。しかし,3C-SiCとSiには22%の格子不整合と22.5%の熱膨張係数差があり,膜厚1μm以上のGaN成長を行うとクラックが発生する問題がある。そのため,3C-SiC/Si基板上GaN成長においてAlN中間層を挿入し,GaN成長で生じる応力を緩和することを考え、本研究では,GaN成長時のAlN中間層挿入の効果を明らかにした。Si上に3C-SiCを堆積させた基板を用いて,減圧MOVPE法によりAlN中間層の成長条件を変えながら、GaNを0.5-4μm成長させた。CL波長分布像と成長のその場観察より,上層のGaNでは、SiC界面付近に比べ成長後の冷却による引張り応力が働くことがわかった。また、断面TEM像より,AlN中間層が転位の伝搬を防いで,その密度は界面付近に比べて表面層では5.0×10^8cm^<-2>まで減少した。さらに高品質な結晶を得るために、GaNの2段階成長を試みた。最初にV/III比を565にして結晶成長を行い、次に、V/III比を4522にして結晶成長を行った。V/III比を変えることで、3次元成長から、2次元成長にきりかえた。従って、粒子が合体することで、転位密度が減少した。この方法を用いることで、(004)面と(102)面のX線ロッキングカーブの半値幅が、それぞれ643.5sと671.1sに減少した。以上の結果よりAlN中間層は,GaN成長時における圧縮応力を生じさせることに加えて,転位密度の低減に有効であることが明らかとなった。この目標達成のために、本年度は、SiC/Si基板上成長したGaNの結晶品質を更に向上させるためのマスクレスエピタキシャル横方向成長(ELO)を行った。3C-SiC基板上にGaNの核ができにくい特徴を利用し、3C-SiC/Si基板上にGaNエピタキシーのマスクレスELOを実現した。成長の初期に、まばらにAlN核が3C-SiC/Si基板の表面上に成長した。この低密度のAlN核は、島状GaN成長のグレインとなる。GaNエピ層のモザイク粒径サイズは、長い時間かけてGaN結晶の島同士の合体によって大きくなった。結果として、高品質のGaNエピ層を得ることができ、(004)、(102)、(100)面回折X線ロッキングカーブ(XRCs)の半値幅(FWHM)はそれぞれ496、523、538arcsecであった。また、室温CL測定によりGaNエピ層の発の強度が50倍増加し、ピーク半値幅の減少が確認された。それはマスクレスELOにより欠陥低減していると考えられる。さらに、SiC層の厚さによるGaNエピ層の結晶性への影響について研究を行った。SiC/Si界面から生じる高密度の欠陥が観察された。

3C-SiC層の欠陥密度は成長SiC層の成長に伴って減少した。SiC層の欠陥のほとんどは、SiC/Si界面から500nmに集中している。マスクレスELOを通じて、GaNエピ層はSiC層の欠陥に左右されずに成長できる。以上の結果から、高い欠陥密度を有している薄いSiC層(500m以下)基板上の成長したGaN層でも、高品質な結晶を得ることができた。また、以上のSiCの厚さ依存性の成果より、工業生産のためのマスクレスELO成長法の効果を確認することができた。本研究では、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現することが目標である。この目標達成のために、本年度は、3C-SiC-Si基板上成長したGaNの結晶品質を更に向上させるためのマスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、SiC中間層のGaNの高品質化に与える効果について調べた。3C-SiC層の厚さを100nmから2.5μmの範囲で変化させた3C-SiC-Si基板を用いて、マスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、GaN層とSiC層の構造的な欠陥について欠X線ロッキングカーブ、低温カソードルミネッセンス、透過型電子顕微鏡により評価した。3C-SiC層のx線ロッキングカーブの半値幅は、厚さを増やすと共に、3125秒から617秒に減少したにもかかわらず、GaNの(004)回折と(102)回折の半値幅は500700秒であった。また、GaN層中の貫通転位密度は、約1×10^<-9>cm^<-2>であった。このことからGaN層の成長をマスクレスエピタキシャル横方向成長で行ったので、3C-SiC層の欠陥は、GaN層から排除されたものと考えられる。さらに、カソードルミネッセンスと透過型電子顕微鏡の結果より、GaNと3C-SiCの間に欠陥や転位密度の相互的な関係はないことがわかった。一方、3c-SiC上に発生する島状のドメインによって、SiC表面に異なった表面荒さが発生し、それによってGaNの初期成長段階における異なったサイズの3次元結晶が発生していることが明らかになった。3C-SiC上の島状のドメインが、GaN層に引き継がれることはないが、3C-SiCの表面荒さによってGaN層の核形成プロセスに影響を与えていることが考えられる。以上の研究より、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現するための基板となる高品質GaN成長層を得ることができた。低温AlN中間層と2段階GaN成長法により、3C-SiC/Si基板上GaNの高品質化を達成できたため。また、(004)面と(102)面のX線ロッキングカーブの半値幅が、643.5sと671-1sに低減でき、低温AlN中間層がSi基板上GaNの応力緩和に有効であることも明らかにしたため。現在のSiclSi基板上に成長したGaN薄膜の結晶品質は、窒化物系LEDや、高周波高出力デバイスなどに適しているが、現在ではレーザーダイオードデバイス構造に適していない。さらなる研究により結晶品質を改善することが、Si基板上にGaN系半導体レーザを実現するために必要とされる。今後は、2段階成長に続き、更なる高品質化を目指し、次のことを行う。(1)選択横方向成長。フォトリソグラフィで溝構造を作製し、これに結晶成長を行う。(2)傾斜組成のAlGaNバッファ層。AlNバッファ層とGaNエピタキシャル層の間にAlGaN組成傾斜層を挿入して、転位密度が減少できることが報告されている。選択横方向成長。
頭部外傷後の慢性神経炎症を制御する

頭部外傷後の高次脳機能障害の発生機序に関して、慢性神経炎症の関与が示唆されているが、まだ未解明のことが多く残されており、有効な治療法も確立されていない。頭部外傷マウスモデルにTSPO-PETを施行する事で、頭部外傷後に、直接損傷部の局所炎症が収束した後も、神経投射先である視床において慢性神経炎症が持続し、慢性炎症部位では活性化ミクログリアが集積して神経変性を惹起している事をin vivo imagingで証明した。Myeloid-derived suppressor cells(MDSC)は外傷や担癌状態で、病巣部位・血液中に増加する。また、ミクログリアは脳内の免疫担当細胞であり、壊死組織を貪食して脳内の恒常性を保つだけでなく、傷ついた神経に対し修復を行う等、頭部外傷後に多くの役割を担う。本研究では、頭部外傷後のMDSCとミクログリアの相互反応をin vivoで証明することを目的とした。まず、損傷部への血球系細胞の浸潤を評価するため、経日的に抗Grー1抗体と抗CD11b抗体を用いてフローサイトメトリ法を行い、損傷脳へのMDSC浸潤を定量評価した。損傷脳へ浸潤するMDSCの割合は損傷後1日目をピークにし、後は漸減していった。また損傷1日目におけるMDSCの脳内の局在を調べるため、抗Grー1抗体を用いて免疫染色をおこなった。血中から損傷部へと浸潤するMDSCを阻害するために、損傷の3時間後、14日目にRB6-8C5 40mg/kgを腹腔内投与したものを抗体群とし、対照群にはアイソタイプコントロール(IgG2b,κ)を投与した。損傷後1週間・6週間目におけるミクログリア活性をTSPO-PETを用いてin vivo imagingで評価した。血中のMDSCを免疫除去により、損傷1週目における抗Grー1抗体投与群の大脳皮質の損傷部位と視床部ともにTSPOーPET uptakeは増加した。一方、損傷6週間では視床のup takeに優位差はなく、MDSCは主に頭部外傷急性期におけるミクログリアの活性化を抑制していると考えられた。以上により、頭部外傷後の脳内免疫の新しい機序を証明できた。基礎研究は概ね計画とおりに遂行できており、学会発表および論文発表の準備に入っている。大脳皮質局所損傷モデルマウスの神経炎症をTSPO- Positron Emission Tomography(PET)とmagnetic resonancespectroscopy(MRS)を用いてin vivo imagingすることで、頭部外傷後に、直接損傷部の局所炎症が収束した後も、神経投射先である視床で慢性神経炎症が持続し、慢性炎症部位では活性化ミクログリアが神経変性を惹起している事を見いだした。さらに、我々は、頭部外傷後に血液脳関門をこえて浸潤してくる末梢由来の免疫細胞が、頭部外傷後の神経炎症に関与していると考えた。骨髄由来抑制細胞(Myeloid-derived suppressor cells: MDSC)は炎症や担癌状態といった病的な条件で腫瘍組織、リンパ節、末梢血に増加する未熟な骨髄細胞で、リンパ球やナチュラルキラー細胞、マクロファージを抑制する強力な免疫抑制活性を示す。大脳皮質局所損傷モデルマウスにおいて、MDSCが挫傷脳に集積することを確認した。さらに、脳内へのMDSC浸潤を抗体で阻害すると、局所損傷部だけでなく、神経投射先の視床の神経炎症が悪化することを、TSPO-PETを用いたin vivo imaging実験で証明した。TSPO-PETはミクログリアの活性化を鋭敏に捕らえ、ミクログリアはマクロファージに相当する細胞として、脳における自然免疫反応を担う中心的な細胞である。本研究により、MDSCが頭部外傷後の神経炎症を抑制する役割を担うことを世界に先駆けて発見し、MDSCは脳内免疫担当細胞のミクログリアの活性を抑制することにより神経炎症を抑制している可能性を証明した。本研究により頭部外傷後の神経炎症の新しいイメージング方法が、前臨床研究として良好な結果を得られたので、現在、臨床研究へと移行していく過程にある。頭部外傷自身で研究することで人件費を削減し、論文の英文校正に使用した。繰越金を学会発表、論文作成にあてる。
非アパタイト系リン酸カルシウムによる水中溶存重金属の回収除去

各年度の研究実施計画に基づき、記載する。平成14年度計画(1):回収機構と最適回収条件の選定・・・リン酸カルシウム、リン酸1水素カルシウム、リン酸2水素カルシウムを用いると水溶性鉛を容易に回収できることを明らかにし、本研究の発端のように回収機構は溶解-沈殿機構であることを支持できた。これら3種類のうち、リン酸1水素カルシウムを用いると様々な水溶性重金属の固定化回収が出来ることが明らかになった。同計画(2):含鉛バッテリー廃液からの鉛の回収・・・硫酸水溶液が用いられているバッテリー廃液に溶解している鉛を固定化回収するには、固定化剤として硫酸塩を用いる必要がある。硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムを用いるとリン酸塩に匹敵する高い固定化回収能が得られることを明らかにした。平成15年度計画(1):カルシウム以外のアルカリ金属およびアルカリ土類金属リン酸塩による回収実験・・・上記から、固定化剤の溶解度が高い試薬が固定化回収に有利と考え、安価で溶解度も高いリン酸ナトリウム、リン酸カルシウムの固定化能を検討した。溶解度の高いアルカリ金属リン酸塩は様々な水溶性重金属の回収固定化を、カルシウム水酸アパタイトよりも短時間で高効率で達成できることが明らかになった。同計画(2):水溶性リンおよびアンモニアの固定化回収・・・マグネシア、塩化マグネシウムを固定化試薬とし、リン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)として水溶性リンおよびアンモニアの固定化回収を行い、回収pHの重要性とともMAPの再使用への懸念を明らかにした。同計画(3):回収固体のNMR分析・・・例えばリン酸水素カリウムで銅を固定化回収した固体は条件によってアモルファスとなり構造が不明となる。31P MAS NMRとXRDを併用して、回収した固体がCu2(PO4)(OH)であることを明らかにした。本申請の平成14年度の研究計画にも記述したように、本年度の主目的は非アパタイト系リン酸カルシウム(リン酸カルシウム、リン酸1水素カルシウム、リン酸2水素カルシウム)による重金属の回収挙動を検討した。リン酸カルシウムは鉛カチオンを回収することができ、その回収能はカルシウムヒドロキシアパタイトを超えた。しかし、鉛の回収には長時間が必要な上に、鉛カチオン以外の重金属カチオンの回収はできなかった。リン酸カルシウムの場合と同じ条件においてリン酸カルシウムの代わりにリン酸2水素カルシウムを用いた場合、鉛カチオンの回収は30分で完了し著しい回収能を示したが、この場合も他のカチオンの回収はできなかった。一方、リン酸1水素カルシウムを用いると30分で鉛カチオンを完全回収できるとともに、Cd^<2+>、Co^<2+>、Cu^<2+>を30分間で83、50、45%回収でき、様々な重金属の回収能があることが知られていたカルシウムヒドロキシアパタイトの交換活性を著しく凌ぐことが明らかになった。リン酸1水素カルシウム(CaHPO_4)による重金属の回収がイオン交換機構で進むならば回収体の構造は、重金属をMで表すとMHPO4となるはずである。しかし、回収体の構造は溶夜のpHによって大きく異なり、また上記のように溶解度の大きなリン酸水素カルシウムの方が回収能が高いので、本研究の発想のきっかけとなった溶解沈殿機構で回収が進んでいることを明かにできた。また、研究成果で示しているように本回収を応用した新規無機材料合成方法の開発や回収固体の触媒への展開を図ることができた。来年度は申請時の計画とともに本年の具体的な成果に基づいて安価な回収剤の可能性を探るため、カルシウム以外のアルカリ土類リン酸塩、硫酸塩、アルカリ金属リン酸塩の回収能を検討したいと考えている。

水中溶存重金属を固定化回収する化合物としてカルシウム水酸アパタイトが知られていた。この特徴はアパタイトに特有の性質と言われており、特に汚泥中の重金属の固定化には有望視されていたが、アパタイト自体が効果であるうえに、特珠なリン酸塩であるため、企業サイドからも代替材料の開発が求められていた。平成14年度にはアパタイトの固定化機構として提案されていた2種類の固定化機構のうち、溶解沈殿機構に基づけば、アパタイト以外のリン酸カルシウム類でも固定化が可能と考え検討したところ、リン酸カルシウム、リン酸1水素カルシウム、リン酸2水素カルシウムでも水溶性鉛の回収が短時間に行え、またリン酸1水素カルシウムを用いると様々な水溶性重金属の固定化回収が出来ることが明らかになった。平成15年度にはこの結果に基づき、固定化剤の溶解度が高ければ、水溶性重金属の回収がさらに容易になると考え、リン酸1水素マグネシウムとともにさらに安価で溶解度も高いリン酸ナトリウム、リン酸カルシウムの固定化能を検討した。その結果、溶解度の高いアルカリ金属リン酸塩は様々な水溶性重金属の回収固定化を、以前は有望視されていたアパタイトよりも短時間で高効率で達成できることが明らかになった。固定化の機構を考えるうえでは、固定化回収後の固体の構造解析も重要であるが、しばしばアモルファスとなり通常の構造解析からは構造に関する知見をえるのは困難であった。しかし本研究では、固体31P MAS NMRによって回収前後のリン周りの構造に関する知見をえることができ、例えば水溶性銅の固定化回収では具体的な構造を提案するまでに至った。また本年度はバッテリー廃液中に含まれる鉛の固定化回収を視野に入れ、回収剤に硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムを用い、水溶性鉛の固定化回収実験を検討し、上記リン酸塩回収剤に匹敵する成績が得られることを明らかにした。
多角形区間演算を用いたロバスト制御系のCADに関する研究

本研究で得られた成果は以下のようにまとめられる.1.多角形区間演算の定義とインプリメント2種類の多角形区間演算を提案し,そのインプリメントを行った.1つは,凸多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるもので,もう1つは,必ずしも凸とは限らない多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるものである.前者をCPIAで表し,後者をNPIAで表す.これらのインプリメントにおいては,計算幾何学の成果を利用して,計算の効率化を図った.2.ゲイン余裕の算出これについては,CPIAを用いる4種類の方法とNPIAを用いる方法を提案した.前者は,Gaston等の方法の改良となっている.また,後者は,完全分解可能な表現が得られ無い場合には,現時点では,値集合を過大に評価する可能性があるので適用してもあまり意味が無いが,複雑な問題に対しては,前者の方法よりもはるかに高速である.3.ロバスト根軌跡法実用的には,代表根の存在範囲,ダイポールをなすものの存在範囲,それ以外の根の存在範囲が仕様を満たしているかどうかということが重要であるという観点から,ロバスト根軌跡法の開発を行った.4.ロバストPID制御器の設計多角形区間演算を用いて値集合の推定を行うことにより,一般的な複数のロバスト仕様を満足するPID制御器の許容パラメータの集合を高速に求めることができるCADシステムを開発した.5.ロバスト2自由度制御系のCAD上の3,4に述べた機能,および,古典的な周波数応答法を値集合の不確かさ考慮して設計を行うなどの機能を持つロバスト2自由度制御系の設計のためのCADシステムのインプリメントを行った.本研究で得られた成果は以下のようにまとめられる.1.多角形区間演算の定義とインプリメント2種類の多角形区間演算を提案し,そのインプリメントを行った.1つは,凸多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるもので,もう1つは,必ずしも凸とは限らない多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるものである.前者をCPIAで表し,後者をNPIAで表す.これらのインプリメントにおいては,計算幾何学の成果を利用して,計算の効率化を図った.2.ゲイン余裕の算出これについては,CPIAを用いる4種類の方法とNPIAを用いる方法を提案した.前者は,Gaston等の方法の改良となっている.また,後者は,完全分解可能な表現が得られ無い場合には,現時点では,値集合を過大に評価する可能性があるので適用してもあまり意味が無いが,複雑な問題に対しては,前者の方法よりもはるかに高速である.3.ロバスト根軌跡法実用的には,代表根の存在範囲,ダイポールをなすものの存在範囲,それ以外の根の存在範囲が仕様を満たしているかどうかということが重要であるという観点から,ロバスト根軌跡法の開発を行った.4.ロバストPID制御器の設計多角形区間演算を用いて値集合の推定を行うことにより,一般的な複数のロバスト仕様を満足するPID制御器の許容パラメータの集合を高速に求めることができるCADシステムを開発した.5.ロバスト2自由度制御系のCAD上の3,4に述べた機能,および,古典的な周波数応答法を値集合の不確かさ考慮して設計を行うなどの機能を持つロバスト2自由度制御系の設計のためのCADシステムのインプリメントを行った.本研究では、多角形区間演算(PIA)を用いたロバスト制御仕様を満足する制御系の解析・設計の為の計算機援用解析・設計(CAD)システムを作成することを目的としており,本年度は以下の研究を主に行った.1.値集合の推定の精度の改良.(1)PIAの改良.従来から提案してきた凸多角形の集合上のPIAを改良し,必ずしも凸でない多角形の集合上の多角形区間演算(以下,NPIAと呼ぶ)を考案し,そのインプリメントを行った.これは,和に関しては,値集合の外部境界で囲まれた領域を算出し,積と逆集合に関しては,その値集合の外部境界で囲まれた領域のε近傍に含まれるような多角形を計算するものである.(2)PIAを用いたゲイン余裕の算出.NPIAを用いる場合は値集合の精度については問題がないが,計算に時間が要するので,場合によってはPIAを用いる方が効率的である.PIAを用いる場合は,領域分割を行う必要があるが,これに関して従来より効率のよい分割方法を考案した.2.CADシステムの開発.(1)設計ルーチンの整備.ロバスト根軌跡法,周波数応答を用いたPID制御器の設計ルーチン(会話的に行うもの,及び,仕様を関数で与え,自動的に計算するものの2種類)の作成を行った.(2)入出力インターフェースの改良.従来は,制御系の伝達関数などを人間が計算したものを記述する必要があったが,これをシステムの要素の関係を記述するだけで自動的に必要な関数を計算するようにした.なお,本研究で得られた成果は口頭で発表済みであり,現在投稿中のものと投稿準備中のものもある.本研究で得られた成果は以下のようにまとめられる.1.多角形区間演算の定義とインプリメント2種類の多角形区間演算を提案し,そのインプリメントを行った.

1つは,凸多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるもので,もう1つは,必ずしも凸とは限らない多角形の集合の上で,和,積,逆集合の演算が閉じるように定義されるものである.前者をCPIAで表し,後者をNPIAで表す.これらのインプリメントにおいては,計算幾何学の成果を利用して,計算の効率化を図った.2.ゲイン余裕の算出これについては,CPIAを用いる4種類の方法とNPIAを用いる方法を提案した.前者は,Gaston等の方法の改良となっている.また,後者は,完全分解可能な表現が得られ無い場合には,現時点では,値集合を過大に評価する可能性があるので適用してもあまり意味が無いが,複雑な問題に対しては,前者の方法よりもはるかに高速である.3.ロバスト根軌跡法実用的には,代表根の存在範囲,ダイポールをなすものの存在範囲,それ以外の根の存在範囲が仕様を満たしているかどうかということが重要であるという観点から,ロバスト根軌跡法の開発を行った.4.ロバストPID制御器の設計多角形区間演算を用いて値集合の推定を行うことにより,一般的な複数のロバスト仕様を満足するPID制御器の許容パラメータの集合を高速に求めることができるCADシステムを開発した.5.ロバスト2自由度制御系のCAD上の3,4に述べた機能,および,古典的な周波数応答法を値集合の不確かさを考慮して設計を行うなどの機能を持つロバスト2自由度制御系の設計のためのCADシステムのインプリメントを行った.
コーパスに基づく日中同形類義二字動詞の対照研究

本研究は「掌握する」と“掌握"など日本語と中国語の同形類義二字動詞について、コーパスを利用し、共起する名詞の性質及び関連する和語動詞との意味対応関係の分析を中心に、考察するものである。動詞は文の中心的な要素を成す要素であり、特に同形類義二字動詞は母語の語彙知識と第二言語の語彙知識が混同されやすいことから、本研究では同形類義二字動詞に焦点を当てその意味関係を明らかにする。さらに、日中同形類義二字動詞の意味関係は対応する和語動詞の意味関係と相関性を持つという仮説を立て、コーパス調査により抽出された共起する名詞に関するコロケーション情報等を抽出し、統計的手法を用いて分析することでこの仮説を実証する。
腐食鋼桁端部のRapid-Response当て板補修工法とそのガイドラインの開発

本研究は,腐食損傷した鋼桁端部を,腐食形態および補修時の仮受けの有無などによる応力再分配を踏まえつつ,片面施工が可能なBlind Boltを活用することで,即時に補修する工法とその補修ガイドラインを開発するものである.載荷実験および数値解析により,当て板補修した桁端部の耐荷メカニズムの解明,桁の腐食形態に応じた最適補修位置と必要最小補修面積の体系化を図り,補修工法とそのガイドラインを開発する.本研究は,腐食損傷した鋼桁端部を,腐食形態および補修時の仮受けの有無などによる応力再分配を踏まえつつ,片面施工が可能なBlind Boltを活用することで,即時に補修する工法とその補修ガイドラインを開発するものである.載荷実験および数値解析により,当て板補修した桁端部の耐荷メカニズムの解明,桁の腐食形態に応じた最適補修位置と必要最小補修面積の体系化を図り,補修工法とそのガイドラインを開発する.
数学と現実世界の結びつきを体験させる発展型課題学習の教材開発

○研究目的・数学で学習していることが現実世界の事象と密接に関係していることを体験的に学習する発展型課題学習の教材開発を行う。・開発した教材について,実験授業を行うことで,その有効性や課題等を考察する。○研究方法グラフ電卓を用いて,事象を近似的に捉え,数式をあてはめることでその性質を考察する発展学習を行う。今年度は,(1)物体の落下運動の位置の変化を2次関数で近似する。(2)物体の単振動を三角関数で近似する。(3)人間の音声を三角関数で近似し,音声を三角関数で分析する。の3つの教材について,実践授業を行い,ワークシート,授業アンケート,ビデオ記録の分析を行い,授業の有効性を検証した。○研究成果実践(1)では,グラフ電卓に超音波センサーを接続し,落下運動の近似実験を行った。この実験により,2次関数y=ax^2+bx+cの各係数の物理的な意味も理解することができ,数式の現実的な意味を理解させることができたと考える。実践(2),(3)では,グラフ電卓に,超音波センサーやマイクロフォンを接続し実験を行った。この実験では,単振動運動の微分方程式やフーリエ解析など高度な数学的内容も必要になるが,これを近似的に扱うことにより,体験的に理解できていた。振り子の単振動や自分の声といった現実的な現象を数学で表現することにより,振動運動の解析において三角関数が有効であるといった考えをもつことができたと考える。また,アンケート結果より,ほとんどの生徒が「面白かった」「どちらかといえば面白かった」と回答しているが,原理や技術の習得については「理解できた」「どちらかといえば理解できた」という生徒は多くない。生徒は"理解できるから内容が面白い"と思っていたのであるが,実際は理解し難い内容であっても興味,関心を示し,実験,実習に取り組むのであると新たに発見させられた。なお,この研究成果については,平成22年8月のT3JAPANにて研究発表予定である。
イメージング空気シャワーアレイの基礎研究

本研究は地上に設置した粒子線検出器群(空気シャワーアレイ)からのシグナルであるガンマ線起源シャワーとバックグランドとなるハドロン起源シャワーの識別を目指し,さまざまな物理パラメタをモンテカルロ・シミュレーションなどを用いて,吟味を行った.地上の粒子線検出器群での観測は,光チェレンコフ観測のようにシャワーの縦と横の発達を立体的に捕えることは困難であり,空気シャワーの縦発達のある断面を検出しているので,それほど多くの物理パラメタは見つからない.本研究では結果として,地上で空気シャワー成分の荷電粒子を検出するだけでは,独立した物理パラメタによるガンマ線とハドロンシャワーの識別は非常に困難であることが分かってきた.そこで,電子成分の密度分布をイメージとして捕え,ガンマ線とハドロンの識別を試みた.特に今回はイメージ識別の方法として,ニューラル・ネットワークのアルゴリズムを採用した.現在までにさまざまなニューラル・ネットワークの改良を行っている段階であるが,約1020%程度のハドロンシャワーを落とすことに成功しているが,ガンマ線シャワーの多くも落とすことが分かっており,実際の観測データに適応する段階には至っていない.しかしながら,イメージ識別に関しては可能性も高く,今後も検討を続ける予定である.本研究はTeVPeVエネルギー領域の宇宙ガンマ線を効率的に検出するための空気シャワーアレイの最適化を目指している。本年度は3次元モンテカルロ法によるイベント・シミュレーターの開発を行ない、超高エネルギーガンマ線やハドロンが大気中で引き起こす空気シャワー粒子の特性を調べた。これらの結果から、仮に空気シャワー中の電子と光子の成分比を検出できるとすれば、4次の分布モーメントを求めることにより、親粒子がガンマ線とハドロンかの識別の可能性があることが分かった。ただし、その成分比を検出するために最適化されたアレイに関しては課題である。次に、従来からある空気シャワーアレイをひとつのイメージプレートとして、シャワー粒子のヒットパターンから親粒子の識別の可能性を考察した。今回はイメージ解析の手法としてニューラル・ネットワークを用いた。ニューラル・ネットワークは空気シャワーアレイの検出器(たとえば500台)を一つ一つの入力ユニットとして、1層の隠れ層を挟んで、出力ユニットを一つという構成を用いた。現段階ではまだ暫定的な結果であるが、イメージ解析によって、バックグランドとなるハドロンシャワーの5060%が排除できていることが分かった。今後、ネットワークの最適化や学習の統計精度を上げることにより、より改善が可能と予想される。次年度はこれらの準備研究を元に、最適化されたイメージング空気シャワーアレイの具体案を検討していく予定である。本研究は地上に設置した粒子線検出器群(空気シャワーアレイ)からのシグナルであるガンマ線起源シャワーとバックグランドとなるハドロン起源シャワーの識別を目指し,さまざまな物理パラメタをモンテカルロ・シミュレーションなどを用いて,吟味を行った.地上の粒子線検出器群での観測は,光チェレンコフ観測のようにシャワーの縦と横の発達を立体的に捕えることは困難であり,空気シャワーの縦発達のある断面を検出しているので,それほど多くの物理パラメタは見つからない.本研究では結果として,地上で空気シャワー成分の荷電粒子を検出するだけでは,独立した物理パラメタによるガンマ線とハドロンシャワーの識別は非常に困難であることが分かってきた.そこで,電子成分の密度分布をイメージとして捕え,ガンマ線とハドロンの識別を試みた.特に今回はイメージ識別の方法として,ニューラル・ネットワークのアルゴリズムを採用した.現在までにさまざまなニューラル・ネットワークの改良を行っている段階であるが,約1020%程度のハドロンシャワーを落とすことに成功しているが,ガンマ線シャワーの多くも落とすことが分かっており,実際の観測データに適応する段階には至っていない.しかしながら,イメージ識別に関しては可能性も高く,今後も検討を続ける予定である.
RHI効果を引出すデジタルハンドを用いた手の技能学習法の提案と検証

手の技能学習という複雑で、身体と感覚の一致を短期間で図ることが難しい問題を考える。本研究の目的は、開発してきたデジタルハンドを有効活用することで、RHI効果(後述)という錯覚を覚える現象の安定化を図り、この二つを上手に融合することで、効率的な手の技能学習法を提案し、検証を通して、本学習の設計法を確立することにある。このため、初めに手の技能種類の選定、技能の基本動作の分類という、学習の客観性・再現性を与える作業を行う。次に、開発したデジタルハンドの任意視点や手姿勢の記録機能を用い、学習論で重要とされる振返りができるよう、手の姿勢変化の定量的に見せるなどの工夫を施した。この準備を経てH30年度は、次のことを実施した。B)デジタルハンドを用いたRHI効果の有効な引出し法RHI効果は反復経験して生じるものであり、生じるまでに時間を要する。この効果を速やかに引き出す方法を見出す。仮想空間内のデジタルハンドや物体のデザイン、また仮想空間内での任意視点、さらに、操作時の各関節の姿勢を振返ってみることができること(操作過程の振返り)、これらの機能を用いて、視野・視力問題を解決すると共にRHI効果の有効な引き出しに関する実験を行った。C)手の技能学習の評価と設計法これまでに得られた成果を手の技能学習システムに導入し、どのように身体と認知の不一致問題を解決し、かつ学習意欲・継続性にどのように役立つかを明らかにし、本システムが有効となる学習設計法と評価法を検討した。以上の研究において、手の状態だけでなく、環境によってもRHI効果に影響が与えられることが認められ、この環境と心理の関係性に関して幾つかの知見を得た。次に、開発したデジタルハンドの任意視点や手姿勢の記録機能を用い、学習論で重要とされる振返りができるよう、手の姿勢変化の定量的に見せるなどの工夫を施す。H28年度は準備期間として、次のA),B)を実施した。A-1)手の技能種類の選定器用な手の動きの例として、ハサミを取り上げ、この使い方の熟練者による模範演技を記録し、インタビューによる技のコツなどを記録した。A-2)基本動作の分類各基本動作を記号表現することで、基本動作の組合せで成り立つ技能の動作の客観的表現を確立し、実験の再現性が得たことを確認した。B-1)モデルパラメータの選定RHI効果が安定して生じるか否かは、デジタルハンドと仮想道具のモデルを構成するパラメータが影響する。このパラメータは、視覚パラメータの他に、物理パラメータも含むため、これらをケーススタディ的に変化させたときの実験を行った。B-2)操作過程の振返り法の検討手の姿勢を任意の視点から見て、学習の過程(手の姿勢の変化)を振返えることができるよう、記録ビデオのWebアップと再現システムを作成した。B-3)RHI効果の心理測定B-1),B-2)を組合せてRHI効果の心理測定を行うためのインタビュー項目の精査を行い、この予備実験を行った。申請時で述べた目的を実現するための項目は、上記の研究実績で述べた5つの項目に集約され、これらを実施した。ここで述べたように、A-1)については順調な進捗といえる。A-2)に関して、各基本動作を記号表現することで、基本動作の組合せで成り立つ技能の動作の客観的表現を確立し、実験の再現性が得たことを確認したため、順調な進捗といえる。B-1)について、モデルパラメータの選定RHI効果が安定して生じるか否かは、デジタルハンドと仮想道具のモデルを構成するパラメータが影響する。カットアンドトライに頼っている状況である。B-2)操作過程の振返り法の検討として、手の姿勢を任意の視点から見て、学習の過程(手の姿勢の変化)を振返えることができるよう、記録ビデオのWebアップと再現システムを作成でき、順調な進捗といえる。Bー3)に関して、B-1)の事例の整理が途中なため、効果的な実験に入る予備段階にあるといえる。昨年度は,初年度に引き続き次のA),B)を継続した。A-1)手の技能種類の選定,A-2)基本動作の分類,B-1)モデルパラメータの選定,B-2)操作過程の振返り法の検討,B-3)RHI効果の心理測定。

また,昨年度は新たに,C)手の技能学習の評価と設計法を開始した。この内容はA)、B)の成果を統合した学習システムを用いたもので,C-1)学習効果の測定と検証:初めに、RHI効果が生じるか否かを検証するため、何の条件も設定せずに、数名に対して本学習システムを使用してRHI効果が生じる割合、および生じたときの学習効率(学習時間、疲労度など)を検証した。この後に、被験者を幾つかのグループに分けて、B-1)のパラメータ、B-2)の振返りの条件を変えて、どのパラメータ・条件がRHI効果が生じやすいか、また、生じた時と生じない時とでの学習効率を検証した。C-2)学習法の設計と検証:C-1)の結果を整理して、技能学習の内容、B-1)のパラメータ、B-2)の学習過程の振返り、これらを相互に関連付けて、学習内容に適する学習法の設計を提案し、その検証を行った。申請時で述べた目的を実現するための項目は、上記の研究実績で述べた5つの項目に集約され、これらを実施した。ここで述べたように、A-1)については順調な進捗といえる。A-2)に関して、各基本動作を記号表現することで、基本動作の組合せで成り立つ技能の動作の客観的表現を確立し、実験の再現性が得たことを確認したため、順調な進捗といえる。B-1)について、モデルパラメータの選定RHI効果が安定して生じるか否かは、デジタルハンドと仮想道具のモデルを構成するパラメータが影響する。このパラメータは、視覚パラメータの他に、物理パラメータも含むため、これらをケーススタディ的に変化させたときの実験を行った。カットアンドトライに頼っている状況である。B-2)操作過程の振返り法の検討として、手の姿勢を任意の視点から見て、学習の過程(手の姿勢の変化)を振返えることができるよう、記録ビデオのWebアップと再現システムを作成でき、順調な進捗といえる。Bー3)に関して、B-1)の事例の整理が途中なため、効果的な実験に入る予備段階にあるといえる。C)に関しては,心理測定の実験環境を整えることができ,この円滑かつ有効な運用法の改善に努めているところである。手の技能学習という複雑で、身体と感覚の一致を短期間で図ることが難しい問題を考える。本研究の目的は、開発してきたデジタルハンドを有効活用することで、RHI効果(後述)という錯覚を覚える現象の安定化を図り、この二つを上手に融合することで、効率的な手の技能学習法を提案し、検証を通して、本学習の設計法を確立することにある。このため、初めに手の技能種類の選定、技能の基本動作の分類という、学習の客観性・再現性を与える作業を行う。次に、開発したデジタルハンドの任意視点や手姿勢の記録機能を用い、学習論で重要とされる振返りができるよう、手の姿勢変化の定量的に見せるなどの工夫を施した。この準備を経てH30年度は、次のことを実施した。B)デジタルハンドを用いたRHI効果の有効な引出し法RHI効果は反復経験して生じるものであり、生じるまでに時間を要する。この効果を速やかに引き出す方法を見出す。
ムスリム移住者との共生：国際人権法から見たデンマーク新政策の事例

移住者の人権保護を根幹とした多文化共生の重要性が再認識されているが、欧州のいくつかの国ではイスラームを異質なものとして排除する風潮が顕著になり、移住者を含むムスリムの人権の保護が重要な課題になっている。2018年にデンマークで新しく導入された政策ではムスリムが多く住む特定地区は「ゲットー」とされ、1歳児は「デンマーク的価値観」を学習する特別な学校に通学することを義務化されるなど、特別な措置を設けている。本研究はこれらの政策を分析し、その目的や導入に至った経緯、及び住民に対する影響を明らかにする。研究成果は移住者との共生を求められている日本でも、政策立案に影響を与えることが期待される。
カチオン性薬物の消化管吸収変動機構の解明

薬物の血中濃度と薬効は密接に関連しているが、β受容体遮断薬や抗不整脈薬といった臨床上汎用されているカチオン性薬物の体内動態には大きな個体差が存在する。これまで、カチオン性薬物の体内動態の個体差には、患者の腎機能および肝機能が影響を及ぼすことが報告されてきたが、肝機能および腎機能だけでは個体差のすべてを説明することができない。一方近年、カチオン性薬物の消化管吸収にH+との対向輸送系が関与すると報告されているが、その実体は未だ明らかではない。本研究では、薬物を服用中の患者を対象とした臨床試験を実施し、カチオン性薬物の消化管吸収変動性を評価するとともに、その消化管吸収に関与するH+/カチオン性薬物対向輸送系の同定を試みる。本研究ではまず、以前に当研究室で実施した日本人患者を対象としたメトプロロールの臨床薬物動態試験の再解析を、非線形混合効果モデル法を用いて行ったところ、経口クリアランスと見かけの分布容積との間に正の相関が認められ、バイオアベイラビリティの個体差がメトプロロールの体内動態変動の一因であると考えられた。さらに、培養ヒト腸上皮LS180細胞を用いて、メトプロロールの膜輸送機構を検討したところ、メトプロロールの取り込みには未同定のH+/カチオン性薬物対向輸送系が関与していることを明らかにし、消化管吸収過程がバイオアベイラビリティの個体差に関与している可能性があると考えられた。本研究ではさらに、LS180細胞を用いて未同定のH+/カチオン性薬物対向輸送系の基質であるプロカインアミドの取り込み特性を、H+との対向輸送系であるcholine transporter-like protein 1 (CLT1)の基質であるコリンと比較した。LS180細胞におけるプロカインアミドとコリンの輸送特性は異なり、CTL1は未同定のH+/カチオン性薬物対向輸送系とは異なると考えられた。
非コンパクト対称空間内の種々の等質部分多様体の研究

今年度は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体に関する研究を主として行った.本研究の目的は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の構成及び分類,また幾何学的な性質を調べることである.今年度は階数の高い非コンパクト型エルミート対称空間に対しても有効な,岩澤分解の可解部分の部分群作用で等質ラグランジュ部分多様体を許容するものの構成法を与えた.またこの構成法から得られる群作用の分類問題に取り組んだ.北九州工業高等専門学校の栗原大武氏との共同研究により,対称空間がSp(n,R)/U(n)の場合には,上記の構成法から得られる群作用と,ある性質を満たすグラフ(木)の間に対応関係があることを証明した.特にグラフを分類することで,岩澤分解の可解部分の部分群作用で等質ラグランジュ部分多様体を許容する作用がどれくらいあるかを把握することができた.階数の高い非コンパクト型対称空間の場合にも等質ラグランジュ部分多様体の例を豊富に構成することができた.また分類問題に関してもグラフ理論を用いることである程度の進展が得られた.岩澤分解の可解部分の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の分類問題に取り組む.今年度は対称空間の階数が高い場合に,等質ラグランジュ部分多様体を許容する作用の分類問題を,ある性質を持つグラフの分類問題に帰着させることで一定の成果が得られた.現状Sp(n,R)/U(n)の場合にしかうまくいっていないが,他の非コンパクト型エルミート対称空間の場合にも同様の枠組みで分類問題に取り組む.またSp(n,R)/U(n)の場合においても,我々の与えた分類が等質ラグランジュ部分多様体を許容する群作用の完全な軌道同値類の分類になっているかはわかっていない.この問題に関してもリー群論や部分多様体論だけでなくグラフ理論の観点から取り組む予定である.本研究は,非コンパクト対称空間内の等質部分多様体に関連する以下の問題の進展を目的としている:1.非コンパクト対称空間内の等質部分多様体論を用いたリー群上の左不変な幾何構造の研究の枠組みの構築,2.非コンパクト型対称空間内の等質部分多様体に対して,良い性質をもつものの研究(例の構成,分類等).今年度は上記研究テーマの2に関連する研究として,非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体に関する研究を行った.今年度の研究実績は以下の通りである.(1)非コンパクト型エルミート対称空間内のコンパクト等質ラグランジュ部分多様体の分類問題は,複素ユークリッド空間内のコンパクト等質ラグランジュ部分多様体の分類問題に帰着されることを示した.また複素双曲空間の場合に,岩澤分解の可解部分の部分群作用から得られる非コンパクト等質ラグランジュ部分多様体を分類し,各軌道の性質を調べた.これらの結果は,12月にメルボルン(オーストラリア)で開催された国際研究集会および3月に大阪市立大学で開催された国際研究集会で発表された.論文は共著論文として執筆し,投稿した.また階数の低いいくつかの非コンパクト型エルミート対称空間に対して,岩澤分解の可解部分の部分群作用で原点軌道がラグランジュ部分多様体となるものを分類した.(2)(0,4)空間と呼ばれる然るべき条件を満たす接触多様体に関して,それが非コンパクトグラスマン多様体内の等質超曲面として実現できること,さらに誘導計量に関してリッチソリトンであることを証明していた.今年度はその結果を共著論文として執筆し,投稿した.非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の研究は順調に進展している.最も簡単な場合である複素双曲空間については,リー代数の構造を用いて岩澤分解の可解部分の部分群作用で非コンパクトラグランジュ軌道を許容するものの分類を与え,さらに運動量写像を用いて,各群作用に対して,すべてのラグランジュ軌道を決定し,それらの性質を調べることができたため.今年度は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体に関する研究を主として行った.本研究の目的は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の構成及び分類,また幾何学的な性質を調べることである.(1)非コンパクト型エルミート対称空間内の岩澤分解の可解部分の部分群作用で,非コンパクト等質ラグランジュ部分多様体を許容する群作用の族を構成した.またいくつかの古典型の非コンパクト型エルミート対称空間に対して,それらの岩澤分解の可解部分をすべて含むようなリー群を構成した.それによってある程度統一的に等質ラグランジュ部分多様体の幾何学的な性質,分類問題に取り組むことが可能になると期待している.(2)複素双曲空間内の放物型部分群の部分群作用から得られる非コンパクト等質ラグランジュ部分多様体の研究を行った.とくに複素双曲空間の次元が低い場合に,原点軌道がラグランジュ部分多様体となる群作用を分類した.非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の研究において,岩澤分解の可解部分の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の研究,放物型部分群の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の研究双方に一定の進展があった.今年度は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体に関する研究を主として行った.本研究の目的は非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の構成及び分類,また幾何学的な性質を調べることである.

今年度は階数の高い非コンパクト型エルミート対称空間に対しても有効な,岩澤分解の可解部分の部分群作用で等質ラグランジュ部分多様体を許容するものの構成法を与えた.またこの構成法から得られる群作用の分類問題に取り組んだ.北九州工業高等専門学校の栗原大武氏との共同研究により,対称空間がSp(n,R)/U(n)の場合には,上記の構成法から得られる群作用と,ある性質を満たすグラフ(木)の間に対応関係があることを証明した.特にグラフを分類することで,岩澤分解の可解部分の部分群作用で等質ラグランジュ部分多様体を許容する作用がどれくらいあるかを把握することができた.階数の高い非コンパクト型対称空間の場合にも等質ラグランジュ部分多様体の例を豊富に構成することができた.また分類問題に関してもグラフ理論を用いることである程度の進展が得られた.非コンパクト型エルミート対称空間内の等質ラグランジュ部分多様体の研究を進めていく.今後はこれまでの結果を踏まえ,岩澤分解の可解部分の部分群作用でラグランジュ軌道を許容するものの分類問題に関して,ある程度統一的な分類方法の確立を目指し,高階の場合の研究の足掛かりにしたいと考えている.また岩澤分解の可解部分よりも大きな等長変換群の部分群である放物型部分群を考え,放物型部分群の部分群作用から得られる非コンパクト等質ラグランジュ部分多様体の研究(例の構成,分類問題)を行う.岩澤分解の可解部分の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体について,群作用および各作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の分類に取り組む.まずはすべての非コンパクト型エルミート対称空間の岩澤分解の可解部分を含むようなリー群を構成し,そのリー群の構造を用いて分類問題に取り組む.放物型部分群の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の研究については,まずは複素双曲空間の場合に研究を進める.低次元の場合には原点軌道がラグランジュ軌道となる群作用は得られているが,各作用に対して原点軌道以外の軌道についてはわかっていない.今後は運動量写像等を用いて,どれくらいラグランジュ軌道が存在するか調べる.また作用の分類問題に関しては,低次元の場合に用いた手法を高次元の場合に適用することは困難であるため,良い解決策を考える必要がある.岩澤分解の可解部分の部分群作用から得られる等質ラグランジュ部分多様体の分類問題に取り組む.今年度は対称空間の階数が高い場合に,等質ラグランジュ部分多様体を許容する作用の分類問題を,ある性質を持つグラフの分類問題に帰着させることで一定の成果が得られた.現状Sp(n,R)/U(n)の場合にしかうまくいっていないが,他の非コンパクト型エルミート対称空間の場合にも同様の枠組みで分類問題に取り組む.またSp(n,R)/U(n)の場合においても,我々の与えた分類が等質ラグランジュ部分多様体を許容する群作用の完全な軌道同値類の分類になっているかはわかっていない.この問題に関してもリー群論や部分多様体論だけでなくグラフ理論の観点から取り組む予定である.共同研究者との研究打ち合わせ旅費として使用予定であったが,校務等の関係で日程調整がうまくできず見送ったため.(理由)今年度は概ね計画通りに使用したが,前年度のからの繰り越しが多かったため少し残ってしまった.(使用計画)研究打ち合わせ旅費として使用する.次年度に行う研究集会および研究打ち合わせの旅費として使用する.
聴覚ー発声制御の神経回路と社会的刺激によるその調整

本研究の目的は、音声発話を支える聴覚-発声制御の神経機構および、その制御機構が社会的な刺激を受けて適応的に調整される仕組みを明らかにすることである。ヒトの言語発話は感覚フィードバックに依存する高度な実時間制御によって実現されている。一方で言語は固定的ではなく、一生に渡って変化していく。ヒト以外の哺乳類では、この実時間の発声制御と社会的刺激による適応調整を示す動物が殆ど見つかっておらず、その生理学的な仕組みは不明であった。申請者の予備的な研究によりげっ歯類の一種であるスナネズミは発声の可塑性があることを示した。また、研究連携者(飛龍志津子教授)らは、コウモリの発声は社会的な刺激に応じて可塑的に変化することを示してきた。これらの成果にもとづき、哺乳類を対象とした、発声の実時間制御とその社会的刺激による調整の仕組みを解明することを目指す。当該年度は、スナネズミを対象として喉頭神経の部分削除によって誘引される発声可塑性について、発声パラメータの変化およびその時間的な遷移(回復過程)について定量的解析をおこなった。具体的には、右下喉頭神経を部分切除した場合には、高周波(20KHz以上)が顕著に障害を受けた、また発声の時間パラメータ(持続時間、発声間隔)への影響は限定的であった。この影響は2週間後にはほぼ回復することがわかった。また切除部位に逆行性トレーサーを注入することで、疑核の吻側部から投射があることを確認した。コウモリを対象とした実験では、脳幹および中枢の神経応答の記録をおこなった。ユビナガコウコモリの聴覚抹消応答を、音響的に良く似た音を外界知覚に用いる別種のコウモリ(アブラコウモリ)と比較した。結果、エコーロケーションの周波数帯域では応答に高い共通性が見られたが、彼らが意図共有(コミュニケーション)に用いる周波数帯域では聴覚抹消応答に大きな種差が観察された。スナネズミを対象として喉頭神経の部分削除によって誘引される発声可塑性について、発声パラメータの変化およびその時間的な遷移(回復過程)について定量的解析をおこなった。具体的には、右下喉頭神経を部分切除した場合には、高周波音声(20 kHz以上)が顕著に障害を受けたが低周波数音声(15 kHz以下)に対しては有意な影響は観察されなかった。また発声の時間パラメータ(持続時間、発声間隔)への影響も限定的であった。この成果は下喉頭神経が高周波発声の周波数制御に関与することを示唆する。また手術による影響は2週間後にはほぼ回復することがわかった。切除部位に逆行性トレーサーを注入することで、疑核の吻側部から投射があることを確認した。コウモリは音声を意図共有(コミュニケーション)と外界知覚(エコーロケーション)の2つに用いる。結果、エコーロケーションの周波数帯域では応答に高い共通性が見られたが、彼らがコミュニケーションに用いる周波数帯域では聴覚抹消応答に大きな種差が観察された。この成果は意図共有が聴覚抹消レベルでの種差を生み出している可能性を示唆する。また、コウモリの皮質活動をフラビン蛋白蛍光イメージングにより計測する実験系を構築した。アブラコウモリ聴覚皮質の基礎的な構築を同定するため、周波数定常音を刺激として皮質応答の計測をおこなった。結果、現在まで電気生理学的手法でのみ計測されてきた周波数マップをイメージングにより同定することに世界で初めて成功した。上述したように、ネズミおよびコウモリの実験はおおむね期待どおりの成果を上げており、順調に進展していると言える。実験1聴覚発声制御の行動実験本実験では社会性シグナルの録音解析・分類および聴覚発声制御の神経回路の機能解析を音声可塑性のげっ歯類モデルであるスナネズミとコウモリを用いて研究する。通常飼育下の動物の発声を長期録画・録音おこなう。発声の解析には小動物の音声の解析に標準的に用いられる多変量解析(多次元尺度構成法、主成分分析を予定)および鳴禽類の発話の分類で用いられている機械学習(SVM)を使用し発声レパートリの比較も試みる。これらの基礎的な行動データに基づき社会的な刺激および聴覚フィードバックを変化させた場合の発声の変化の記録・解析もおこなう。聴覚フィードバックの変化として、発声の周波数・タイミングを電子的に操作する。それにより発声にどのような変化がおきるかを追跡する。このデータは実験2における分子基盤を解明するための実験タイミングを決定するためにも用いる。実験2発声制御系の神経回路および社会的刺激の処理に関与する生理機構実験1によってえられる行動学的なデータにもとづき、聴覚発声制御系の神経回路の同定と、音声可塑性に関与する分子的な基盤について解明をおこなう。神経トレーサーにより発声に関与することが分かっている脳部位と、聴覚経路との連絡を同定する。これらの部位における社会的刺激の情報処理に関わると推定される分子(伝達物資等)の存在を可視化する。また実験1によって明らかになる、発声の可塑性が生起するタイミングに合わせて上述した脳部位における活動の変化や分子的な様態の変遷についても定量化・可視化を行う計画である。これらの実験では本年度、導入に成功したフランビン蛍光タンパクイメージングを用いる予定である。最終的には、可塑性に関与すると考えられる部位の活動を操作することで、発声の変化を引き起こす(あるいは阻害する)ことが可能かを検討する。