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三階の偏微分方程式系の接触幾何学

本研究課題の目的は、高階の偏微分方程式系を意識した微分方程式系の接触幾何学の一般論をさらに追及することにある。前年度明示的に表現した2階の接触変換群の表示(広島大学:澁谷一博氏、吉元鷹彦氏との共同研究)を足掛かりとして、興味深い方程式系の発掘を模索した。結果として、一般の接触変換群の作用のもとでは、古典的なモンジューアンペール方程式以外に不変な方程式のカテゴリーは(本質的に)存在しないことがわかった。それ故、この方向性の継続は、変換群の制限に伴う、制御接触変換群の作用のもとでの不変な方程式系の発掘に置き換わる。つまりは、変換群の作用が制約されていることに伴い、モンジューアンペール以外の(ある意味横断的な)不変軌道が見つからないかという問いである。これに関連して、いくつか具体例におけるデモンストレーションを行い、群作用の観点から、作用させる対象である方程式は(設定上)多項式型であるのに対して、作用する変換は有理式型であるというギャップをどのように両立させて議論を進めるかという問題点をクリアにすることができた。ある意味で多項式環と有理関数体が混在している状況であるが、このような種々の理由から、群作用の分析に対して、トライアンドエラーのような直接的な試みではなかなかうまくはいかないと思われるので、代数(記号的方法など古典型不変式環の理論)を中心とした関連分野の適用も視野に入れ、研究を行っている。接触変換群もしくはその作用に視点を移すという試みから、制御接触変換群の作用を考えることが本質的な課題となることや作用においてどこに難点があるかなど、問題背景が当初よりだいぶ明瞭になってきたという利点はあるものの、これといった顕著な新規性をもった結果はまだ与えられていない。このような点を踏まえ、補助事業期間を延長させていただくことにした。今年度は代数的不変式論の適用など、関連分野との交錯を中心的に模索し、何かしらのまとまった指針、もしくは興味深い軌道(方程式系)の発掘をはじめとした見通しの良い結果を与えることが出来るように努力していきたいと考える。自分一人でできる事には限界があるので、引き続き長年の共同研究者(広島大学:澁谷一博氏とその学生)との定期的かつ活発な議論を通して、ひとつでも多くの成果をあげるため、研究遂行に取り組んでいきたいと考えている。本研究課題では、Darboux、Goursat、Monge、E. Cartan等によって構築された二階の偏微分方程式系の接触幾何学といういわば古典理論としての伝統を引き継ぎ、高階とりわけ三階の偏微分方程式系の接触幾何学の構築ならびに展開を目的としている。研究代表者の研究実績として、以下のものが挙げられる。本研究プログラムの目的達成のための第一歩として、まずは上記に述べた先人等による二階までの古典理論の三階への自然な移行ともいえる幾何学的枠組みを明確に定義し、さらにその枠組みに沿って三階の偏微分方程式系の基礎理論を展開するという研究を、すっきりとした明瞭な形にまとめ上げることができた。具体的には二階の単独型方程式においてよく知られている双曲型、放物型、楕円型方程式に相当する方程式系のカテゴリーを階別冪零Lie環を用いて明確に表現し、特に単独型方程式(余次元1のケース)と3つの連立型方程式(余次元3のケース)という2種類の方程式のクラスに対して、このLie環によるカテゴリー分けを行うことで、これら三階の偏微分方程式系が与える世界を幾何学的観点から見通しの良いものにすることができた。この結果はカテゴリーごとに扱っている方程式系に対して、解の豊富な存在性、解空間の有限次元性などの特徴が得られるという意味で大変興味深いものと考えている。さらには上記に挙げた単独型方程式(余次元1のケース)と3つの連立型方程式(余次元3のケース)の間に幾何学的双対性があるという事実も発見することができた。本研究成果について研究集会で講演することで、当該分野の研究者からこの結果に関する質問やコメントを通して、今後の当該分野の研究展望も見えてきた。このような当該分野の研究者との活発な研究交流を通した研究の進展も実績と考える。研究実績の概要においても述べたように、まずは研究遂行の第一歩としていわゆる基礎理論としての幾何学的枠組みもしくはそれを実現する幾何学的理論を明確に定式化し、それを研究結果として確立できたことは大変良かったと考えている。またこの論文を投稿するにあたりブラッシュアップ、いわゆる推敲作業において、いくつかの問題点が整理され、さらなる具体的課題が見つかった点もよかったと思う。このことは次年度以降の研究につなげていきたいと考えている。本研究課題の目的は、微分方程式を幾何学的な立場から解析する偏微分方程式の接触幾何学という分野において、これまである一定の成果が得られている1階もしくは2階のケースの結果を参考に、より高階とりわけ3階の偏微分方程式の幾何学的解析を行うというものである。当該年度においては、3階の偏微分方程式系の接触幾何学を展開するために、初年度で与えた幾何学的定式化(骨組み)を基軸に、その肉付けを与えることを目的として研究に取り組んだ。特に具体的な方程式系もしくはクラスで、定式化した理論と何らかの意味で相性がよいものを見つけることで、理論としての厚みが増すのでその点に留意した。結果としては、単独型方程式系と3つの連立型方程式系という一般的な方程式系において、前年度に与えた階別冪零Lie環を用いた4クラスへの分類に伴う各クラスのモデル方程式に関して、前年度は最も単純な線形方程式しか基本的にはモデル方程式として与えていなかったが、当該年度においてはそれを含むもう少し一般的な方程式系のクラスに拡張することに成功した。

これは線形方程式系にある程度の項(具体的にはある種の関数)を付け加えても、その分類のモデル方程式として扱えるというある種の不変性を与えるものである。またこの分類において、特に単独型方程式の場合は、方程式の定義関数に対して定義することができる、ある種の二種類の共変式を用いれば、上記の分類との対応が計算できるということに気づいた。これらの結果は前年度の結果をまとめたプレプリントに一緒にまとめたほうが良いと判断したため、その論文を現在ブラッシュアップしている。当該年度では、理論の肉付けを与えるような具体的な方程式系を与えるという意味において、若干一般化したある一定の方程式系のクラスを導くことができたものの、それら方程式系のクラスが各々の分類リストに属するという基本的な対応関係を除いては、それ以上の興味深い事実の発見、もしくはそれらを体系化するところまでは至らなかった。特に3つの連立型方程式系において、解の求積が可能と期待されるある方程式系のクラスがあるのだが、そのクラスにおいて幾何学的にも興味深い構造を与えてくれるだろうと期待させる、いわば雛形となる方程式を作ることには成功したのだが、計算の複雑性のため実際に解を構成することはできなかった。これは2階から3階にオーダーが上がることに伴って、計算するパラメーターの数が増えたことが原因である。このような事は、無論容易に想定されることではあるものの、実際に遂行してみると、予想以上に計算の複雑性が感じられ、ある程度単純な方程式に関しても解の構成が難しいと考えざるを得ないこととなった。したがって別方向のアプローチなど何か工夫をしないと、解の観点からの研究は難しいと感じさせられた。本研究課題の目的は,特に高階の偏微分方程式系を意識した微分方程式系の接触幾何学の一般論をさらに追及することにある。当該年度においては、昨年度主に計算の複雑性等から、思うように対象とする方程式系の構造解析が推し進められなかった反省点を踏まえ、微分方程式そのものというよりもむしろその(接触)変換群のほうに対象を移すことで、変換構造の明示的研究から興味深い方程式系の発見を目指した研究を行うアプローチをとることで、この停滞状況を打破しようと試みた。この研究について、共同研究者の澁谷一博氏(広島大学)ならびに大学院生の吉元鷹彦氏(広島大学)と議論を交わすうち、彼らもこの課題に興味を抱くようになり、共同でこの方向からのアプローチの研究を推し進めることとなった。まずはこの方面の歴史的背景とも関わるベックルント型定理の主張である、一未知関数の二階以上の接触変換は一階の接触変換から持ち上がるという結果に関連し、リフト変換の視点から多変数一未知関数の二階の接触変換を明示的に構成することを試み、これを完遂した。また同時に制御変換の視点から、あえて0階からの接触リフトも明示的に構成し、その差が何であるかも把握する研究も行った。ここにはルジャンドル変換などの重要な変換が見え隠れする。
環境ストレス-胎盤形成-胎児 オートファジーとアポトーシスによる細胞死の視点から

胎盤形成に重要な役割を果たす絨毛外栄養膜細胞が低酸素状態において母体への浸潤能が増加するが、その機能にオートファジーが大きく寄与することを世界に先駆けて初めて明らかにすることができた。今回の研究では、生殖現象とくに胎盤形成におけるAP(オートファジー)とアポトーシスによる細胞死を新たな視点から比較することを目的とした。はじめに、我々はEVT(絨毛外栄養膜細胞)細胞に注目した。なぜなら、EVT細胞の浸潤不全(=EVTの細胞死の増加)は胎盤の形成異常と密接に関与することが分かっており、胎盤の低形成が低出生体重児に関連することも知られているからである。臨床において、胎盤の低形成を認める最も重篤な疾患のひとつは、妊娠高血圧症候群(PIH)であることが知られている。そこで、EVT細胞の浸潤が妊娠維持機構に最も重要な機構の一つであると考えられるため、申請者はi)妊娠初期のEVT細胞の浸潤不全=流産、ii)妊娠中期のEVT細胞の浸潤不全=妊娠高血圧症候群(早期型)と考え、今年度はi)を中心に検討を行なった。これまでに申請者は、1)低栄養状態・低酸素状態・低グルコース状態においてPrimary EVT細胞にAPが発生することを、蛋白発現・電顕・蛍光顕微鏡可視化モデルの全てにおいて証明した。また、EVTセルラインにおいても、先述のストレス下1236時間でAPが誘導された。2)APの抑制(抑制薬剤およびタンパク発現レベル)により1)のストレス状況下でのEVTセルラインの浸潤が低下を認めた。3)浸潤に関与するメカニズムとして、APを抑制するとEVT細胞内のMMP発現の低下を認めた。4)実際の妊娠初期組織におけるEVT細胞にAPが起こっていること、を確認している。これまでの結果は仮定i)妊娠初期のEVT細胞の浸潤不全=流産、を支持するものであると考える。今年度は、この結果を発展させ、胎盤形成への関与を詳細に検討する予定である。これまでの成果にて、相馬賞(目本胎盤学会)および、Good presentation賞(日本産婦人科学会)を受賞した。これまでに申請者は、1)低栄養状態・低酸素状態・低グルコース状態においてPrimaly EVT細胞にAPが発生することを、蛋白発現・電顕・蛍光顕微鏡可視化モデルの全てにおいて証明した。また、EVTセルラインにおいても、先述のストレス下12-36時間でAPが誘導された。これまでの成果にて、相馬賞(日本胎盤学会)および、Good presentation賞(日本産婦人科学会)を受賞した。
被災道路網の回復管理支援システムの構築

本研究の目的は、被災を前提とした道路交通網の回復・管理を支援するシステムの構築である。前年度には都市レベルと地域レベルを対象として、(1)都市レベルの大規模道路網ネットワークの道路網容量の算定とカット行列およびODカット行列の算定手法の開発と(2)地域レベルで都市間の時間距離行列に基づく被災道路網の最適復旧モデルを構築した。本年度は都市レベルでは主として道路網の交通処理能力からみた交通需要抑制策、災害時における発生・集中可能交通量について検討し、特に緊急車両を考慮した震災時に処理し得る発生・集中可能交通量を算定するアルゴリズムを開発した。また、地域レベルでは、前年度に開発した被災道路網の最適復旧モデルをさらに発展させて、道路網の被災リンクが回復するにつれて交通の迂回経路の変化を分割配分シミュレーションにより探索する方法を組み込み、かつ複数の復旧班の協力を考慮したGAによる被災道路網の復旧スケジュールを検討するモデルを構築した。以上、2年度にわたる研究において、都市レベルおよび広域レベルにおける被災道路網の回復管理支援システムを構成する基礎的な方法論を構築することができた。本研究の目的は、被災を前提に交通網の回復を最適管理する支援システムを構築することである。この目的に対する本年度の研究は都市レベルと地域レベルを対象として、(1)都市レベルの大規模道路網ネットワークの道路網容量の算定とカット行列およびODカット行列の算定手法の開発、(2)地域レベルでは都市間時間距離に基づく被災道路の最適復旧モデルの構築、を行った。大規模道路網ネットワークは札幌都市圏を対象として、道路網容量の算定とカットを探索する手法を開発し、さらに一方通行街路を含むネットワークについての適用可能性、さらに災害時における被害道路区間の影響による発生・集中可能交通量の算定を可能とするアルゴリズムの開発を行った。これらの結果は、災害時における道路網容量の低下に対応した交通量の管理・需要抑制策の検討するシステムの構築を可能とする。一方、地域レベルでは災害による交通途絶が地域に与える影響を実際の地震災害について把握した。その結果を踏まえて、被災道路が地域交通網の時間距離を増加させる度合を視覚的に把握する累積頻度曲線法を開発した。さらに、この累積頻度曲線を用いて、都市間の時間距離の増加を最小にし、最終的に被災前の曲線に最短で復旧するGAによる道路ネットワーク災害復旧モデルを構築した。今後の課題は、時間距離だけでなく、OD交通量と時間距離を合わせた指標を用いた最適復旧モデルを作成することである。
宇宙の揺らぎと構造の進化、その背後にある物理の究明

郡は原始ブラックホールがダークマターになる可能性についての条件を精査するにあたり、初期宇宙の早期物質優勢期におけるブラックホールの生成機構を定式化した。密度ゆらぎが小さい場合、輻射優勢期より物質優勢期に多く作られる傾向があることを示した。樽家は昨年度に引き続き、コールドダークマターハロー形成時に現れるシェルクロッシングと呼ばれる現象をラグランジュ摂動論を用いて記述、ヴラソフ-ポアソンシミュレーションとの詳細な比較を行なった。また、N体シミュレーションをもとにハロー形成後の位相空間構造を解析、自己相似解との比較を通して位相空間に現れるコールドダークマター特有の性質を調べた。川崎は宇宙のバリオン数を説明するアフレック・ダイン機構において、原始ブラックホールが生成されることを示した。さらに数値シミュレーションによってアクシオン・ストリングがスケーリング則からずれることを明らかにした。千葉はすばる望遠鏡の超広視野カメラのサーベイ観測に基づいて、暗黒物質のトレーサーである銀河系古成分恒星系の解析を行い、その空間分布やサブ構造に知見が得られた。アクシオンが暗黒物質となるシナリオにおいて,崩壊定数が大統一理論のスケールにある場合にはアクシオンの存在量が初期振幅の微調整なしでは多くなりすぎるという問題があった.そこで高橋はQCDスケール以下の低エネルギーインフレーションにおいてはアクシオン場の確率分布がBunch-Davies分布に従い,そのため微調整なしに観測されている暗黒物質存在量を説明できることを示した.すべてのメンバーが活発に暗黒物質の性質,模型,分布や構造形成に関する研究を順調に行なうことで着実に研究成果をあげている.郡は次世代ガンマ線望遠鏡CTAを用いた将来の矮小銀河の観測において、WIMPダークマターの対消滅に起因するガンマ線の検出が期待される。その予想される観測データの理論テンプレートを整備する。樽家は,位相空間から見たコールドダークマターの非線形構造形成について、特に、シェルクロッシング後の速度成分に現れる渦度の生成・発達に注目し、解析計算とヴラソフ-ポアソンシミュレーションとの比較を行う。また、前年度で明らかになったコールドダークマターハローの位相空間構造を、より観測銀河に近いサブハローを用いてどこまで明らかにできるか、N体シミュレーションによる解析を行う。川崎は,物質優勢期に生成される比較的小質量の原始ブラックホールが暗黒物質になる可能性を調べる。千葉は,引き続き銀河系古成分恒星系の理論解析を行って、暗黒物質の正体に関する制限を与える。高橋は自己相互作用する暗黒物質候補として隠れたセクターのモノポールについてその生成過程および実験的な含意について明らかにする.ダークマターの正体に迫るためには初期宇宙での生成,元素合成および宇宙背景輻射への影響,重力進化による構造形成,標準理論を超える物理といった多角的なアプローチが必須である.本研究計画において様々な角度からダークマターに関する研究を行った.郡は川崎と共に,ダークマターの対消滅によって放出される高エネルギーハドロンがビッグバン元素合成時に作られた軽元素の存在量を変えてしまう可能性を調べた。特に最近のCooke et al. (2014)による極めて不定性の少ない重水素の観測値を採用することなどにより、対消滅断面積の上限値に関して,これまで知られている値より数倍程度厳しい制限を得た.川崎は暗黒物質粒子の初期宇宙における対消滅が宇宙背景放射の非等方性に与える影響を考え、最新の観測データから対消滅断面積に対して制限を得た。この制限は銀河内の暗黒物質分布に依存しないという利点がある。樽家はコールドダークマターの重力的クラスタリングに関して、ヴラソフ-ポアソン方程式にもとづく新しい解析的計算手法の開発を進めた.高橋は川崎とともに,隠れたセクターにおけるモノポールがWitten効果によってアクシオンの進化に与える影響を調べ,アクシオン存在量および等曲率揺らぎが抑制されることを明らかにした.千葉は銀河やそれよりも小さな空間スケールにおける暗黒物質の存在形態に着目し,銀河系やアンドロメダ銀河の衛星銀河である矮小楕円体銀河に付随する暗黒物質ハローの内部密度分布を、メンバー星の詳細な動力学解析に基づいて決定した。そして、その内側の面密度がある一定のユニバーサルな値を取ることをはじめて見つけた。伊部は宇宙項および超対称性の破れのスケールに関する観測・実験結果から,R-対称性の破れの機構が超対称の破れのスケールに下限をもたらす可能性について調べた.ダークマターの正体に迫るため,様々な観点から分担者および連携研究者により研究を遂行することができた.具体的には,超対称性理論には最も軽いR-parity negativeの粒子がダークマターの候補であるが,そのR対称性と現在の加速膨張を引き起こす宇宙項との間の研究,アクシオンダークマターの初期宇宙進化,ダークマターの対消滅および崩壊が引き起こす元素合成および宇宙背景輻射への影響,ダークマターの重力進化についての理論構築,および矮小楕円体銀河におけるダークマター分布の観測による決定といった多岐にわたり研究を行うことで当初の計画通りダークマターに関する新たな知見を得ることができた.本研究計画の目的はダークマター密度揺らぎの重力進化に関する深い理解を得ることによりダークマターの正体を突き止め,その背後にある基本物理法則を解き明かす事である.本年度は各メンバーの研究成果を以下に説明する.高橋はスニュートリノインフレーション模型を構築したほか,複数のアクシオンが関わる現象として,clockwork QCDアクシオン模型の宇宙論的考察を行った.特に相転移に伴い複雑な構造の位相欠陥が生じることを示し,その崩壊による重力波が将来検出可能であることを示した.川崎はダブルインフレーション模型が小スケールで大きな曲率揺らぎを生成し、それによって宇宙初期に原始ブラックホール作られるシナリオに基づいて、原始ブラックホールが暗黒物質を説明できることを示した。

樽家は、修正重力理論を含むより広範な宇宙モデルにおいて、大規模構造の非線形重力進化を摂動的に取り扱う数値スキームを開発した。本手法により、従来の解析的手法では計算が困難な場合でも、パワースペクトルなどの統計量が高速に理論予言できるようになった。郡は電荷を持つ重い長寿命の粒子が、宇宙マイクロ波背景放射と銀河の形成に与える影響を調べた。最新の観測データを用い、その重い荷電長寿命粒子の存在比について、その寿命の関数として、これまで知られているより厳しい上限を得た。千葉は、暗黒物質のミッシングサテライト問題に新しい知見を得るべく、すばる望遠鏡の超広視野カメラを用いた観測データに基づいて、系統的な銀河系衛星銀河探査を行い、2つの新しい矮小銀河を発見した。そして、この発見が暗黒物質の正体にどのような制限が付けられるか解析を行った。横崎は隠れたゲージ対称性がハイパーチャージと大きなキネティックミキシングを持つとき、標準模型の3つの力が高いエネルギースケールで統一することを2ループレベルで示した。各研究メンバーがダークマターに関して多角的観点から研究を遂行しており,研究計画通りに着実に進行しているといえる.今後は更に異なる研究計画班(A01, A03班および観測班)との連携を深め,ダークマターの本質に迫ることで宇宙の加速・減速膨張の背後にある基本物理法則へ向けて研究を進めていきたい.高橋はインフラトンとダークマターをアクシオンで統一的に説明する模型を構築し,そのパラメター空間を詳細に調べることで将来の太陽アクシオン実験およびCMB観測で検証可能であることを示した,川崎は宇宙初期に原始ブラックホールを生成するインフレーション模型を構築し、この模型がLIGOで発見された重力波イベントと宇宙の暗黒物質の両方を説明することができることを示した。樽家は構造形成の非線形段階に現れるシェルクロッシングと呼ばれるコールドダークマター特有の現象をラグランジェ摂動論を用いて記述することに成功した。また、N体シミュレーションを用いてシェルクロッシング後に現れるコールドダークマターの位相空間構造を定量化することで、ハロー外縁部の構造が自己相似解でよく記述できることを見出した。郡は,IceCube実験が報告した100TeVから数PeVのエネルギーを持つ高エネルギーニュートリノが持つ複雑なスペクトルの特徴を崩壊するダークマターによってフィットするモデルを提案した。千葉は暗黒物質の正体に知見を得るために、銀河系周囲の暗黒物質構造を反映している矮小衛星銀河の探査を行い、幾つかの新しい銀河を発見した。また、その発見率が冷たい暗黒物質の予言と矛盾しないことが分かった。伊部はstrong CP problemの解であると期待されるPeccei-Quinn機構に対する再考察行った。
リンパ組織構築化とT細胞活性化を同時に担う分子による免疫システム賦活化機構の解析

免疫機構を利用したがん治療を有効に行なうためには、宿主が担癌状態あるいは抗癌剤投与により免疫不全状態にあることを想定し、宿主のもつ生体防御能を最大限に発揮させるための工夫を図ることが必要不可欠である。その為には、個々の免疫担当細胞の機能を増強するための研究が重要であることは論を待たない。これまでに私どもは、リンホトキシン(lymphotoxin)ノックアウトマウスを用いた研究から、リンホトキシンが脾臓の細胞構築化(T細胞領域とB細胞領域の分離化)やリンパ節形成といったリンパ組織構築作用をもつサイトカインであることを明らかにしてきた。すなわち、リンホトキシンは個々の免疫担当細胞に直接作用して免疫調節を行うのではなく、免疫担当細胞に「反応の場」を提供し、それによって免疫担当細胞の相互作用をコントロールするはたらきを持つ。本研究では、リンホトキシン受容体の下流ではたらくリン酸化酵素NF-kB-inducing kinase(NIK)のT細胞における役割を解析し、NIKがTCR/CD3の下流でNF-kBの活性化に重要な役割をはたすことを明らかにした。すなわち、NIKはリンパ組織構築化とT細胞活性化を同時に担う分子であり、その作用を利用して、がん免疫を最大限に発揮させる可能性が示唆された。
再生神経細胞の軸索ガイダンスにおける麻酔薬の関与

平成30年度は、我々が独自に開発した培養細胞に持続的に圧を負荷できる細胞培養装置を用いて、骨髄間葉系幹細胞および骨髄間葉系幹細胞から分化誘導した神経細胞に対する圧負荷の影響について検討を行った。継代培養した骨髄間葉系幹細胞に対して、成長因子などを含む培養液に交換することによって分化誘導すると同時に0.02MPa(約150mmHgに相当)の圧を負荷した。分化誘導6時間後に観察した骨髄間葉系幹細胞は、圧負荷を行っていない細胞と比較して、細胞体はやや膨張し、神経突起の伸長は抑制されていた。分化誘導29時間後、骨髄間葉系幹細胞の細胞体はやや扁平拡大し神経突起の伸長はほとんど見られなかった。この結果から、骨髄間葉系幹細胞に圧を負荷することによって、骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導も阻害される可能性が形態学的に示唆された。さらに、圧負荷による骨髄間葉系幹細胞のアポトーシス誘導の有無について検討した。つまり、活性化Caspase-3/7を認識するモチーフをDNAカレーションdyeに結合させた試薬を使用して、圧負荷時におけるCaspase-3/7の発現を蛍光顕微鏡にて観察した。その結果、圧負荷によって神経突起伸長が抑制された細胞にアポトーシスの誘導は見られなかった。骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導時に負荷している圧が不安定であるため、順調に実験が進行しないことが原因している。圧負荷装置を開発した人のアドバイスを受けながら圧負荷実験を進めていきたいと考えている。平成28年度は、骨髄幹細胞から分化誘導した神経細胞の神経突起の伸長に対する全身麻酔薬の影響について検討した。つまり、マウス骨髄間葉系幹細胞に成長因子などを含む培養液に交換することによって神経細胞に分化誘導した後、全身麻酔薬を添加し24時間後の神経突起の伸長を顕微鏡下に撮影した写真を画像解析ソフト(Image J)を用いて計測した。全身麻酔薬は、プロポフォール(1μM500μM)、ケタミン(10μM1mM)、ペントバルビタール(10μM1mM)について調べた。尚、プロポフォールは低濃度で低濃度にて神経保護作用が見られたとの報告があるため、1μM、2μM、3μMと詳細に検討した。その結果、低濃度プロポフォールの添加により著しい伸長増強作用は見られなかった。しかしながら高濃度プロポフォール添加では軽度伸長抑制作用が見られた。ケタミン、ペントバルビタールは100μM以下の濃度では有意な神経突起伸長の抑制作用は見られなかったが、100μM以上の高濃度では神経突起伸長の抑制が見られた。以上の結果より、臨床で使用する全身麻酔薬は分化誘導後の神経細胞の神経突起伸長を抑制しないことが明らかとなった。また、分化誘導後48時間、72時間と長時間作用させたが結果は同様であったことから、作用時間による変化はないと考えられた。以上の結果から、平成29年度以降はセマフォリン3Aやネトリン-1などの軸索ガイダンス因子の分化誘導後神経細胞の神経突起伸長への影響について調べ、抑制作用がみられた場合には全身麻酔薬がそれらの作用にどのように影響するかについて検討する予定である。また、分化誘導後神経細胞に圧を負荷した場合の神経突起伸長の反応についても検討を行う予定である。本研究を実施するために必要な備品類(培養設備、撮影装置など)は既に現有している上に、マウス骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導はすでに確立した技術であったため、これまでの実験に大きな支障はなくおおむね順調に推移している。平成29年度は、骨髄幹細胞から分化誘導した神経細胞の神経突起の伸長に対する軸索ガイダンス因子および全身麻酔薬プロポフォールの影響について検討した。つまり、マウス骨髄間葉系幹細胞に成長因子などを含む培養液に交換することによって神経細胞に分化誘導した後、軸索ガイダンス因子(セマフォリン3A,ネトリンー1)および全身麻酔薬プロポフォールを添加し約5,24時間後の神経突起の伸長及び神経突起分枝について形態学的に検討した。顕微鏡下に撮影した写真を画像解析ソフト(Image J)にて計測した。全身麻酔薬プロポフォールは昨年度の研究結果より高濃度では神経突起抑制作用が認められたため、低濃度1μM、3μM、5μMにて検討した。その結果、10 pM濃度以上のセマフォリン3Aは、分化誘導後神経細胞の神経突起および成長円錐の形態と崩壊させる像が観察された。また、10 pMのセマフォリン3A存在下に1μM5μM濃度のプロポフォールを添加すると、崩壊の進行は止まりやや改善する傾向が認められた。一方、ネトリンー1を200 ng/mlの濃度で添加したところ神経突起の分枝数がやや増加する傾向が見られたが、その後3μMプロポフォールを作用させても大きな変化は認めなかった。以上の結果から、反発性軸索ガイダンス因子であるセマフォリン3Aは神経軸索の伸長を抑制し、低濃度の全身麻酔薬プロポフォールはその抑制作用を改善する傾向が認められた。一方、神経軸索の誘因または反発作用を有するとされている軸索ガイダンス因子のネトリンー1は、神経突起の伸長には影響はなく神経突起の分枝数を増加させたものの、プロポフォールはこれらに影響を及ぼさなかった。平成30年度以降は、すでに作製済みである培養神経細胞に圧を負荷できる装置を用いて、再生神経細胞に圧を負荷させその形態学的変化さらには遺伝子発現の変化について検討していく予定である。

骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導法はすでに確立しており、大きな実験の失敗はほとんどなかったため、概ね順調に進展しているものと考える。平成30年度は、我々が独自に開発した培養細胞に持続的に圧を負荷できる細胞培養装置を用いて、骨髄間葉系幹細胞および骨髄間葉系幹細胞から分化誘導した神経細胞に対する圧負荷の影響について検討を行った。継代培養した骨髄間葉系幹細胞に対して、成長因子などを含む培養液に交換することによって分化誘導すると同時に0.02MPa(約150mmHgに相当)の圧を負荷した。分化誘導6時間後に観察した骨髄間葉系幹細胞は、圧負荷を行っていない細胞と比較して、細胞体はやや膨張し、神経突起の伸長は抑制されていた。分化誘導29時間後、骨髄間葉系幹細胞の細胞体はやや扁平拡大し神経突起の伸長はほとんど見られなかった。この結果から、骨髄間葉系幹細胞に圧を負荷することによって、骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導も阻害される可能性が形態学的に示唆された。さらに、圧負荷による骨髄間葉系幹細胞のアポトーシス誘導の有無について検討した。つまり、活性化Caspase-3/7を認識するモチーフをDNAカレーションdyeに結合させた試薬を使用して、圧負荷時におけるCaspase-3/7の発現を蛍光顕微鏡にて観察した。その結果、圧負荷によって神経突起伸長が抑制された細胞にアポトーシスの誘導は見られなかった。骨髄間葉系幹細胞から神経細胞への分化誘導時に負荷している圧が不安定であるため、順調に実験が進行しないことが原因している。研究代表者が平成29年4月より徳島文理大学に転出するため、実験設備の整備が不十分のためすぐに実験を開始できない可能性がある。実験がすぐに再開できないと判断した場合には、研究分担者と連絡および意見交換をしながら本研究計画の実験を一部遂行してもらう予定である。実験分担者は以前同様の実験系を用いた研究を共同で行っていた経緯から実験遂行には問題はないと考えられる。今後は、培養神経細胞に圧負荷をかけて実験を行わなければならないが、新しく作製した圧負荷装置を用いて実験を行うのは初めてであり実験が順調に進行しない可能性が考えられる。新しい装置の作成に関与した人にアドバイスをしてもらいながら、実験がうまく推移するようにしたいと考えている。圧負荷装置を開発した人のアドバイスを受けながら圧負荷実験を進めていきたいと考えている。本年度は、これまで使用していた試薬が多く残っていたためそれらを使用し実験をおこなった。新しく購入した消耗品がほとんどなかったため、次年度使用額が生じた。(理由)培養に使用する試薬類はこれまで持参していたものを使用したこと、圧負荷装置もすでに概ね作製していたため、これらに金銭負担がなかったためと考える。(使用計画)来年度は、初めて行う実験系であるため、アドバイスを受けるために作製者を招聘ために費用が必要と考える。また、データ処理のためのパソコンなどを購入する予定である。さらに、遺伝子発現解析まで進んだ場合には、その解析に多額の金額がかかると考えている。(理由)圧負荷装置は現有のものを使用しており金銭的負担がなく、培養実験およびデータ解析に必要な消耗品の購入のみであったこと。(使用計画)来年度は、圧負荷装置の修正および遺伝子発現解析に多額の金銭的負担があるものと考えている。
マントル最下部の不均質構造に関する研究

本研究は日本国内に設置された微小振動観測網を群列地震観測網(Seismic Array)として利用し,地球深部を起源とする微弱な地震波を検出し,それを解析することによって地球深部の構造を解明を目指したものである.本研究では主として日本列島大アレーのデータで観測された未知の地震波位相の解析を行った.この未知位相は当初マントル最下部D"層に起源を持つ位相と推定したが,解析を進めるうちに,この未知位相は下部マントル深さ12001300kmの速度不連続面からの反射波(P_<1200>PP又はPP_<1200>P)であることが明らかになった.本研究では,従来研究されていなかったPPPの先行波を利用して,下部マントル内の速度不連続面を解析した.この解析によって以下の事が解明された.1)South Sandwich Islandsを震源とする地震からP_<1200>PPが観測され,南米北部か北米北部の下のいずれかの地域の深さ1200kmに速度不連続面が存在すると推定された.最近の3次元速度構造の結果から南米北部は,沈み込んだプレートが12001300kmまで達していると考えられ,プレート先端の深さとP_<1200>PPの反射点の深さがほぼ一致している.2)Santiagoで発生した地震でも同様の地震が見られた.これより,アフリカ南端沖またはインド南端沖の地域の深さ1300kmに速度不連続面が存在すると推定される.このうえインド南端沖は,P'P'先行波の解析から深さ約1250kmに速度不連続面があるとされていた場所とほぼ一致している.このような下部マントルの地震波速度不連続面の原因は,高圧実験等で検証されていない未知の相転移がグローバルに下部マントルに存在する,沈み込んだプレートの物質が部分的に相転移を起こしているの両説が考えられるが、いずれかの説を支持する決定的な証拠はない.この解明には,より多くの観測事実を更に積み上げることが必要であり,この方面の研究を今後も推進したい.本研究は日本国内に設置された微小振動観測網を群列地震観測網(Seismic Array)として利用し,地球深部を起源とする微弱な地震波を検出し,それを解析することによって地球深部の構造を解明を目指したものである.本研究では主として日本列島大アレーのデータで観測された未知の地震波位相の解析を行った.この未知位相は当初マントル最下部D"層に起源を持つ位相と推定したが,解析を進めるうちに,この未知位相は下部マントル深さ12001300kmの速度不連続面からの反射波(P_<1200>PP又はPP_<1200>P)であることが明らかになった.本研究では,従来研究されていなかったPPPの先行波を利用して,下部マントル内の速度不連続面を解析した.この解析によって以下の事が解明された.1)South Sandwich Islandsを震源とする地震からP_<1200>PPが観測され,南米北部か北米北部の下のいずれかの地域の深さ1200kmに速度不連続面が存在すると推定された.最近の3次元速度構造の結果から南米北部は,沈み込んだプレートが12001300kmまで達していると考えられ,プレート先端の深さとP_<1200>PPの反射点の深さがほぼ一致している.2)Santiagoで発生した地震でも同様の地震が見られた.これより,アフリカ南端沖またはインド南端沖の地域の深さ1300kmに速度不連続面が存在すると推定される.このうえインド南端沖は,P'P'先行波の解析から深さ約1250kmに速度不連続面があるとされていた場所とほぼ一致している.このような下部マントルの地震波速度不連続面の原因は,高圧実験等で検証されていない未知の相転移がグローバルに下部マントルに存在する,沈み込んだプレートの物質が部分的に相転移を起こしているの両説が考えられるが、いずれかの説を支持する決定的な証拠はない.この解明には,より多くの観測事実を更に積み上げることが必要であり,この方面の研究を今後も推進したい.本研究は地球深部で反射して到達する微弱な地震波を,多点の観測点の記録を用いて新しいスタッキング処理法を行いSN比の良い記録を作り,それをもとにその反射波の起源となった地震波速度不連続面の構造を解明しようとするものである,ここで開発した新しい処理法を用いて,マントル最下部からの反射波の研究に用いる予定であったが,研究の途中で,従来はその存在が知られていなかった下部マントルの深さ1200kmのところにある地震波速度不連続面を発見するに至った.そのため,本来の研究のうち,新しい波形重合手法の開発に重点を置き,この手法を用いて下部マントルの速度不連続の解析を優先させた.波形重合の手法は,観測計器の位相特性を補正するものであり,この下部マントルからの微弱な位相の検出によって,その有用性が検証された.

下部マントルからの反射波の解析から分かったことは,この1200kmの速度連続面は南米北部に存在すること.この地域は従来の研究から,下部マントルに沈み込むプレートが深さ約1300kmにまで達していることが分かっていること.更に,従来からの研究によるとこの地域の他にもいくつかの地域について下部マントルの深さ9001000kmに微小な速度不連続があり,それらはすべて沈み込むプレートが下部マントルにまで及んでいる地域であること.などが明らかになった.そのため,この1200kmからの反射波は沈み込むプレートの底で反射してくる地震波であると推定される.この反射波の存在は本来の研究対象のマントル最下部の不均質領域(D"層)成因についても大きな知見を与えるものと見られる.つまり,D"層の起源について,地球核から派生したものとする説と,沈み込んだスラブが変成したものとする説が現在併存しているが,この反射波はスラブが下部マントルまで沈み込んでいるとの直接的な証拠を与え,スラブ起源とする説に大きな支持を与える.本研究は日本国内に設置された微小地震観測網を群列地震観測網(Seismic Array)として利用し,地球深部を起源とする微弱な地震波を検出し,それを解析することによって地球深部の構造を解明を目指したものである.本研究では日本列島大アレー(J-Array)のデータで観測された未知の地震波位相を解析することを中心として行われた.当初,この未知位相はマントル最下部D"層に起源を持つ位相と推定し,この位相の解析によってマントル最下部の構造が解明されると予想された.しかし,詳細な解析を進めるうちに,この未知位相は下部マントル深さ12001300kmの速度不連続面からの反射波(P_<1200>PP又はPP_<1200>P)であることが明らかになった.本研究では,従来行われていなかったPPPの先行波を利用して,下部マントル内の速度不連続面を解析した.この解析によって以下の事が解明された.1)South Sandwich Islandsを震源とする地震からP_<1200>PPが観測され,南米北部か北米北部の下のいずれかの地域の深さ1200kmに速度不連続面が存在すると推定された.最近の3次元速度構造の結果から南米北部は沈み込んだプレートが12001300kmまで達していると考えられ,プレート先端の深さとほぼ一致している.2)Santiagoで発生した地震でも同様の地震が見られ,アフリカ南端沖またはインド南端沖の地域の深さ1300kmに速度不連続面が存在すると推定される.このうちインド南端沖は,P'P'先行波の解析から深さ約1250kmに速度不連続面があるとされていた場所とほぼ一致している.このような下部マントルの地震波速度不連続面の原因は,高圧実験等で検証されていない未知の相転移がグローバルに下部マントルに存在する,沈み込んだプレートの物質が相転移しているの両説が考えられるが,それぞれに矛盾する観測事実があり,いずれかの説を支持する決定的な証拠はない.下部マントルの速度不連続面の解明には,より多くの観測事実を今後とも積み上げることが必要であり,この方面の研究を推進したい.
ＰＴＨ様骨形成化合物の新規スクリーニングシステムの構築

PTH(副甲状腺ホルモン)は骨粗鬆症を始めとする骨疾患治療薬として注目されている。しかしPTHは、高価であり、副作用による投与制限という課題を抱えている。そこで本研究計画では、PTHの骨形成作用を代替する低分子化合物をスクリーニングするシステム開発への知見の集約を目指した。PTHへの反応性を有する骨芽細胞株としてSaOS2がスクリーニングに有用であることが明らかとなった。またPTHの標的分子を探索した結果、Wnt5aが候補遺伝子であると見出された。したがって、Wnt5a遺伝子プロモーター活性を指標にしたスクリーニングシステムの開発が、骨形成を促進する低分子化合物の探索に活用できると示唆された。1.骨芽細胞株SaOS2が、PTHの反応性の検討に適してると考えられたので、PTH刺激により発現誘導される遺伝子群の関与をSaOS2細胞において検討した。特に骨形成に関わりが示唆されている分子の中で、Wnt5aの発現が上昇することが確認された。そこで、Wnt5aのアデノウイルスを作製し、SaOS2細胞にWnt5aを過剰発現した結果、Wnt5aの過剰発現がSaOS2細胞の石灰化を明らかに促進させることが見出された。したがって、PTHは、骨芽細胞に作用すると、Wnt5aの発現を増加させ、その結果、骨形成を促進させていることが推察された。2.PTHの骨形成作用を代替する低分子化合物の探索するシステムを開発するために、Wnt5a遺伝子プロモーター領域を、ルシフェラーゼレポーター遺伝子に組み込んだコンストラクトを作製した。次に、このコンストラクトとピューロマイシン耐性遺伝子プラスミドをSaOS2細胞にトランスフェクションし、ピューロマイシン存在下の培地にて培養し、Wnt5a遺伝子プロモーター=ルシフェラーゼを恒常的に発現するSaOS2細胞株を選択した。選択された細胞クローンのルシフェラーゼ活性を指標に、細胞株の決定を実施した。この細胞株は、PTHの作用を代替できる低分子化合物の選出に効果的であると期待される。3.骨芽細胞がPTHに反応性を理解するためには、骨芽細胞の分化過程におけるPTH受容体の発現調節機構を明らかにする必要がある。そこで、骨芽細胞分化能を有するMC3T3-E1細胞およびC3H10T1/2細胞にBMP2を作用させ、PTH受容体の発現を検索した。その結果、BMP2刺激により、PTH受容体が著明に誘導させることが示された。次に骨形成に必須な転写因子Runx2を過剰発現させ、PTH受容体発現への効果を検討したところ、Runx2によってもPTH受容体の発現が誘導された。1.スクリーニングシステムの開発に必要な骨芽細胞株の決定多くの骨芽細胞株あるいはその前駆細胞株では、PTHレセプターの発現が少ない、あるいはPTH刺激によりその発現低下するため、PTHの骨形成作用を的確に検討できない。またマウス初代骨芽細胞にPTHを持続的に作用させるとその石灰化は著しく抑制されることが報告されている。本研究で開発を目指すスクリーニングシステムの構築には、PTH刺激に的確な反応性を有する骨芽細胞株の選択と、適切なPTH刺激の条件の確立が不可欠である。そこでアリザリンレッド染色による石灰化を指標にしてPTHに反応する骨芽細胞株を探索した結果、SaOS細胞にPTHを2分処理した場合に強力に骨芽細胞への分化誘導されることを見出した。2. PTH標的遺伝子の候補群の同定SaOS細胞株を用いて、PTH処理群および非処理群からRNAを採取し、Microarray解析用のサンプルを調整し、Microarrayを実施した。得られたMicroarray解析のデータをゲノムデータベース、遺伝子疾患データベース、WISHデータベースなどのバイオインフォマティクス的情報と比較検討し、PTHの標的遺伝子候補群を絞り込んだ。またこれらPTH標的遺伝子候補の発現動態をリアルタイムPCRにて確認した。PTHの標的遺伝子として知られているRANKLの発現誘導も認めているので、本研究での解析の確実性は高いと判断される。平成24年度で予定していた、1)スクリーニングシステムの開発に必要な骨芽細胞株の決定、2)Microarray解析によるPTH標的遺伝子の同定に関して、所期の目的を果たす研究成果を得たので、本研究計画はおおむね良好に進展していると思われた。1.Microarray解析により選択したPTH標的遺伝子の生物学的意義を検討する。具体的には、マウス初代骨芽細胞の分化過程におけるそれぞれの標的遺伝子の発現をリアルタイムPCR解析により検索し、骨芽細胞の分化との相互関連を検討する。骨芽細胞の分化は、Runx2、アルカリフォスファターゼ、Bsp、オステオカルシン、DMP1の発現および石灰化を指標に検索する。2.当該プロモーター活性との相互関連の検討

Microarray解析により絞りこまれたPTHの標的遺伝子候補のプロモーター解析を実施し、得られた結果を動物細胞でのハイスループットアッセイの構築に活用する。3.スクリーニングシステムの構築上記で同定したPTH標的遺伝子のレポーター遺伝子にVenus標識したNeo遺伝子を組み込んだ後に、上記の実験1で選択した骨芽細胞株にトランスフェクションする。恒常的発現株の選択は、ネオマイシン耐性でVenusの蛍光強度を指標に実施する。次に、恒常的発現株クローンに、PTHを作用させ、ルシフェラーゼ活性の増加率を測定し、細胞株の有効性を評価する。平成24年度でのリアルタイムPCR解析が、予算的に予定計画より順調に進んだため、使用予定の研究費用が若干、少なくなった。平成25年度にリアルタイムPCR解析を再確認する実験を設定し、当該費用を使用する。当初、平成25年度に予定していた研究費用は、当初の研究計画に充当する。
ガリウム結晶熱中性子検出器による環境中性子時系列計測と太陽フレア相関

高感度熱中性子検出器を使用して環境中熱中性子を測定することにより、たとえば核燃料施設などの臨界安全監視の信頼性向上に寄与するほか、太陽フレア活動と環境中の熱中性子との相関関係についても貴重な情報が得られると期待される。しかしながら、熱中性子検出器の感度が不充分なため、特に時系列測定には高感度熱中性子検出器の開発が強く望まれる。GSO結晶は、近年実用化されたシンチレータであり、電子線や中高エネルギー陽子などのエネルギー測定に適すると報告されている。結晶中に含まれるGd元素は熱中性子捕獲断面積が非常に大きく、結晶の密度も大きいため、GSO結晶を熱中性子検出器として使用すれば高感度測定が可能になると期待できる。実用化の際の問題点は、中性子/ガンマ線の分離を効率良く行う点である。そこで、GSO結晶をプラスチックシンチレータで囲み、両シンチレータからの信号の時間差を利用することが考えられる。この時間差は、プラスチックシンチレータ中での中性子減速時間に相当し、数十ナノ秒程度であると考えられる。ADCでGSO信号の波高を測定すると同時にTACで時間差を測り、遅延時間ゲートのタイミングを遅くしつつ、GSO中性子応答スペクトルの強度変化を詳細に調査した。その結果、15ナノ秒の遅延時間によりガンマ線事象の除去が可能となることがわかった。中性子感度についてはまだ不充分であり、幾何学的形状の最適化を図る必要がある。一方、時系列測定に関しては、ADCのクロック周波数を直接読み込む方法を用いたシステムを開発した。NaIシンチレータにより^<137>Csからのガンマ線時系列測定に成功した。近年実用化されたGSO結晶は、熱中性子に対して高い検出効率を有するシンチレータであることが我々の最近の研究から分かっており、環境中性子と太陽フレアとの相関を調べることを可能にすると期待される。しかしながら、ガンマ線に対しても高い感度を持ち、中性子/ガンマ線の織別も難しいため、バックグランド除去が実用化のための大きな問題となっている。今年度は、GSO結晶シンチレータを環境中性子測定器として実用化することを目標にして、中性子/ガンマ線の識別のための研究を行った。GSOによる中性子検出は、中性子捕獲反応に続く遷移カスケードの最終過程に放出される内部転換電子を測定することに基づくので、原理的にはGSO単独での中性子/ガンマ線分離は不可能である。そこで、GSO結晶をプラスチックシンチレータで囲み、両信号の遅延同時計数により中性子事象とガンマ線事象とを分離する手法を試みた。TACを使用して時間相関を詳細に調べた結果、15ナノ秒の遅延時間でガンマ線事象をほぼ完全に分離できることがわかった。このことにより、GSOの熱中性子応答スペクトルにおけるピーク構造が更に明確になり、中性子/ガンマ線分離の成功とともに中性子検出の精度を向上させることもできた。一方では、モンテカルロシミュレーションコードを開発し、微視的な調査も行った。プラスチックシンチレータに誘起される波高スペクトルは、モンテカルロ計算によるフォールディングスペクトルとよく一致しており、中性子スペクトロメータとしても使用可能であることが分かった。来年度は、数10keVの中性子を測定できるように装置を改良し、時系列測定を試みる。
デジタル・アーカイブを活用した最盛期義太夫節浄瑠璃作品の総合的研究

未翻刻浄瑠璃作品の諸本調査・翻刻・出版を進めつつ、これまでの翻刻成果をデジタル・アーカイブ化した浄瑠璃本文および節付を、文学・言語・音曲等、多角的な視点から研究の俎上に乗せる。その成果を以て、最盛期義太夫節浄瑠璃作品の、古浄瑠璃時代から現代まで続く浄瑠璃史のみならず、日本文学・文化史上への、新たな位置付けを実現すること、またその研究成果を国内および国際学会等で発信することを目指す。
肝細胞癌特異的キラーT細胞の誘導及び腫瘍退縮抗原遺伝子の同定

CTLの自己腫瘍細胞株に対する細胞障害能は予想どうり特異的に認められ、MHC拘束性に腫瘍退縮抗原が存在することを示唆された。しかし、MLTCにおけるCTLの自己腫瘍細胞株に対する増殖性が顕著ではなかった。この点でThierry Boonらによって報告されたメラノーマとは異なっているからだと考えられる。その一つとして腫瘍細胞からCTLに伝えられるCTLの増殖のためのメッセージが不足もしくは欠失しているためだと考えられる。最近ではこのメッセージャーの一つがB細胞の活性化抗原で接着分子であるB7及びB70抗原で、これがリガンドであるCTL上のCD28抗原と反応することによりCTLの増殖を促すことが他の腫瘍において報告されている。今回、我々が用いたHAK-1A/BにはこのB7及びB70抗原が発現されていなかった。今後の課題として、このような抗原を遺伝子導入により発現させることによりCTLの増殖性を改善することが必要と考えられた。
衛星からの合成開口レーダー観測を利用した東北タイ天水田における水稲生産量の推定

食糧安全保障などの面から,衛星リモートセンシングを利用した農業生産動向の把握技術の開発が急務とされている.本研究では生産変動が大きい東南アジアのタイ,ラオス,インドネシアにおいて,SARによる水稲の観測手法の有効性を検証した.その結果,葉面積指数や収量を直接推定するには課題が多いものの,SAR画像の経時的な変化に基づき,葉面積生長や収量を予測することは可能であるとの結論を得た.また移植日の推定はかなりの精度で可能であり,それに基づき水稲の生育収量モデルを走らせることにより,収量予測が可能であることも示した.平成25年度は当初計画したインドネシアに加え,ラオスの衛星画像も入手できたため,研究対象地を2か所とし,主に検証用のデータ収集を中心に研究を進めた.衛星画像の入手が可能となったインドネシア・チタルム川下流域に相当する地域,およびラオス・ナムグム川流域に相当する地域から,各30筆の農家水田を選定し,水稲の移植日の確認,葉面積計測,収量データの収集などを行った.葉面積計測は衛星との同時観測を実施し,生育期間に約2週間おきの計4回の計測を行った.まず衛星画像の後方散乱係数σの推移から,水田と思われる思われる個所(一度水域と同等のσを示し,その後植物体の散乱によりσが増加するところ)の抽出を行った.その結果抽出された個所は,インドネシアでは水田域とよく対応したが,ラオスでは対応がやや悪く,さらなる検討が必要と考えられた.これはインドネシアでは開発が進み,水田区画が大きく,木などの衛星観測阻害物が少ないのに対し,ラオスの状況は逆であるためだと考えられた.逆にこのことは,インドネシアであっても水田の区画が小さく,他の土地利用と混在する河川の上流域においては,本手法の適用に関してさらなる検討が必要であることを示唆している.こうした問題があるものの調査対象地の水田における実測の移植日と,衛星からの推定値は,両地域において対応が非常によく,本手法により水田と特定できる個所においては,移植日の推定が可能であると考えられた.また,実測値を用いて瘍面積の成長率と水稲収量を比較したところ,密接な関係が得られたため,σを用いて葉面積が推定できれば,収量の推定まで可能であると考えられた.食糧安全保障などの面から,衛星リモートセンシングを利用した農業生産動向の把握技術の開発が急務とされている.本研究では生産変動が大きい東南アジアのタイ,ラオス,インドネシアにおいて,SARによる水稲の観測手法の有効性を検証した.その結果,葉面積指数や収量を直接推定するには課題が多いものの,SAR画像の経時的な変化に基づき,葉面積生長や収量を予測することは可能であるとの結論を得た.また移植日の推定はかなりの精度で可能であり,それに基づき水稲の生育収量モデルを走らせることにより,収量予測が可能であることも示した.ウボンラチャタニ稲研究所およびコンケン稲研究所より,農家圃場で行っている水稲栽培試験データを収集した.コンケン県に関する2011年のLadersatデータを入手し,解析を開始した.2011年度に行った現地農家圃場約200筆における水稲の葉面積指数(LAI),草丈,成熟期乾物重,収量および雑草乾物重を用いて,衛星データとの解析を行ったところ,SARデータにおける後方散乱係数(σ0)との相関が高いのは草丈であることが分かった.それに反してLAIとの相関は低く,現地では農家により雑草の生育量が大きく異なり,このことがSARによるLAIの推定精度を低下させていると推察された.ウボンラチャタニ県フアドン村に位置する農家水田にて,イネのLAIや草丈に関するデータを集めたものの新規衛星データの入手が困難になったため,調査対象地として共同研究の実績があるインドネシアを選定した.既に交渉が終わり,平成25年度からの調査が決定している.水稲の生育シミュレーションモデルに基づく衛星リモセンデータの利用について,アメリカで行われたA Community on Ecosystem Service and Ecosystem Marketsにおいて報告を行い,また,リモートセンシングを利用した水稲の品種判別にかんする研究について,タイで行われたAsian Conference on Remote Sensingにて報告を行った.食糧安全保障などの面から,衛星リモートセンシングを利用した農業生産動向の把握技術の開発が急務とされている.現在,可視光近赤外領域を利用した研究が進んでいるが,雲により観測回数が限られるという問題を抱えているため,天候に左右されない合成開口レーダー(SAR)を利用した観測が有望視されている.本研究では生産変動が大きい東南アジアにおいて,SARによる観測手法の有効性を検証した.タイ東北部コンケンにて農家圃場の水稲生育関連項目の計測を行いLADERSATによる後方散乱係数σ0との関係を解析した.σ0は水稲草丈との有意な相関が得られたものの,葉面積指数(LAI)や収量などとの相関は低く,栽植方式や雑草などの干渉によるものと考えられた.LAI推定に関しては,COSMO SkyMedのSAR画像を用いてラオスにても検証を行ったが,推定精度は不十分な基準であった.しかしながらσ0の経時的な増加を解析することにより,葉面積増加速度および水稲収量の予測も可能であることを示した.インドネシアおよびラオスにおいては,経時的なSAR画像の推移に基づいて移植日の推定を行い,十分な精度で推定できることを明らかにした.また推定された移植日を用いて稲の生育収量シミュレーションモデルを走らせることによって,水稲の収量も予測可能であることを示した.作物