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深海性二枚貝類の生存戦略　－硫化水素応答機構の解明－

深海熱水噴出域に生息し、鰓に硫黄酸化細菌を共生させているシチヨウシンカイヒバリガイが共生菌から有機物を得るためには有毒な硫化水素に曝露されなければならない。本研究では、本種が環境中の硫化水素を認識しているか明らかにするため、硫化物曝露飼育を行ない、セロトニン受容体遺伝子の定量および心電図の導出を行なった。その結果、硫化物曝露条件下ではセロトニン受容体mRNAおよび心拍数が経時的に減少する傾向がみられたことから、シチヨウシンカイヒバリガイが環境中の硫化物に対して応答していることが示唆された。深海熱水噴出域は他の深海底に比べて非常に高濃度の硫化水素が存在するが、そこに生息する無脊椎動物の多くは、細胞内外に硫黄酸化細菌などの化学合成細菌を共生させ、共生菌が産生する有機物に依存している。しかし、これらの生物が環境中の硫化水素の存在や濃度を認識しているかは明らかにされていない。本研究では、深海性二枚貝であるシチヨウシンカイヒバリガイと浅海性二枚貝のムラサキイガイの環境中の硫化物に対する応答機構を比較するため、体内でセロトニンを受容するセロトニン受容体遺伝子の動態と心拍数について実験を行なった。試料は2013年4月に伊豆・小笠原海域の明神海丘から採集したシチヨウシンカイヒバリガイを用いた。比較に用いたムラサキイガイは、広島県の養殖個体を購入した。両種の鰓から全RNAを抽出したのち、セロトニン受容体cDNAを単離後配列決定し、TaqManプローブを設計した。飼育実験は、水温を10L水槽に15個体のシチヨウシンカイヒバリガイもしくはムラサキイガイを入れ、毎時5mlの硫化ナトリウム溶液(25mg/ml)あるいは海水(対照群)を添加した。24時間、48時間後に6個体ずつ解剖し、鰓から抽出したRNAを用いてリアルタイムPCRを行なった。また、同条件下で貝に双極電極を装着し、心電図を導出した。シチヨウシンカイヒバリガイ、ムラサキイガイ両種の鰓から約500塩基のセロトニン受容体cDNAを得た。リアルタイムPCRの結果、両種とも対照区ではほぼ増減がなかったが、硫化物添加条件ではセロトニン受容体mRNAが経時的に減少する傾向がみられた。一方、心電図の解析結果において、シチヨウシンカイヒバリガイはムラサキイガイに比べ馴致中の心拍数が少なかったものの、シチヨウシンカイヒバリガイは硫化物添加によりさらに心拍数が減少し、ムラサキイガイでは若干増加する傾向がみられた。深海熱水噴出域や冷水湧出域に生息する深海性二枚貝類(シンカイヒバリガイ類)が、環境中の硫化水素の存在を認識しているのかを解明することを目的として分子生物学的・生理学的実験を行なった。分子生物学的実験として、過去に採集したシチヨウシンカイヒバリガイからセロトニンレセプター遺伝子の単離を試みた。その結果、シチヨウシンカイヒバリガイとムラサキイガイについて、500塩基程度を決定することができた。シチヨウシンカイヒバリガイとムラサキイガイの相同性は高く、演繹すると2残基の置換がみられた。さらに、セロトニンレセプターがどの組織で発現しているか明らかにするため、シチヨウシンカイヒバリガイの鰓、足、外套膜、心臓から合成したcDNAを用いて組織特異性を調べた。その結果、全ての組織で発現していることが明らかになった。硫化ナトリウム溶液に6時間浸漬した個体としていない個体(コントロール)でアガロースゲル電気泳動によるcDNAの半定量解析を行なったところ、コントロールに比べ浸漬した個体はセロトニンレセプターの発現量が2倍以上高かった。ただしこれは予備実験で各々1個体しか使用していないため、今後は個体数を増やしてリアルタイムPCRによる定量を行なうことが必要である。生理学的実験として、シンカイヒバリガイ(水温5°C)およびムラサキイガイ(水温20°C)に電極を装着し、両種から心電図を導出することに成功した。電極を装着したこれらの2種に硫化ナトリウムを添加しその応答を調べた。シンカイヒバリガイの心拍数(4.35回/分)は硫化ナトリウム添加後に低下した(3.73回/分)。ムラサキイガイの心拍数(33.0回/分)は硫化ナトリウム添加後に低下した(16.5回/分)。両種ともに硫化ナトリウム添加後に心電図が低下する傾向がみられた。今年度は二枚貝類組織中のセロトニンを含むカテコールアミン類を直接定量するための方法を検討した。重量を量った組織に0.1N過塩素酸とイソプロテレノール塩酸塩を添加し、ホモジナイズした上澄を精製し、HPLC-ECDにより定量した。

その際、組織サンプルに標準物質を添加することによりノルアドレナリン(NA)、アドレナリン(AD)、セロトニン(5HT)、5HIAA、ドーパミン(DA)、DOPAC、ホモバニリン(HVA)を添加することによりピークの特定を行なった。試料としてシチヨウシンカイヒバリガイとムラサキイガイを用い、鰓、足、外套膜を分析に供した。その結果、いずれの組織中からもカテコールアミン類が検出された。ムラサキイガイ外套膜は全てのカテコールアミンが最も多く含まれており、特にADが多く含まれていた。この傾向はシチヨウシンカイヒバリガイも同様であった。無脊椎動物はオクトパミンが多量に存在することが知られているが、ほぼ検出されなかった。シチヨウシンカイヒバリガイとムラサキイガイを比較すると、シチヨウシンカイヒバリガイは全組織においてDOPAC、5HIAAが著しく少ないことが明らかとなった。また、NAはシチヨウシンカイヒバリガイ鰓で多く、足で少ないのに比べ、ムラサキイガイは鰓で少なく足に多い傾向がみられた。2種に共通した傾向として、DAは鰓に多く足に少ないこと、5HTが鰓に少なく足に多いことが挙げられる。得られた結果からシチヨウシンカイヒバリガイはDAとして組織中に保持し、DOPAC、HVAへあまり代謝しないことが考えられた。また、2種は5HTから5HIAAへの代謝をあまり行なっていない可能性が示唆された。今後は硫化物刺激によってカテコールアミン類の種類や量が変化するか明らかにすることで、深海性二枚貝類の硫化物応答機構について考察する予定である。分子生物学本研究で得られたシチヨウシンカイヒバリガイとムラサキイガイセロトニン受容体mRNAの発現動態と心電図は2種間で異なる応答を示した。この原因を解明するには、まず心電図を測定する個体を増やして再現性を確認することが肝要である。また、異なる応答を示す理由として、セロトニン量の多寡が考えられるため、鰓以外の組織での発現定量を行なうとともに、直接定量を行なって種間比較する必要がある。今年度は予備実験と浅海種との比較を兼ねてムラサキイガイを中心として分子生物学・生理学実験の系を確立することができた。また、年度末に研究航海が実施され、伊豆小笠原海域の明神海丘よりシチヨウシンカイヒバリガイを採集することができたため、浸漬実験や硫化物曝露実験を行なうことができた。さらに、これまで情報が皆無であったシチヨウシンカイヒバリガイのセロトニンレセプターの部分配列を決定することができたため、次年度はリアルタイムPCRによる遺伝子定量が可能となる。したがって、より詳細な遺伝子の動態を明らかにできるものと期待している。そして、引き続きムラサキイガイを用いて同様の実験を行なうことで、硫化水素応答機構の有無について解明していく。カテコールアミン類は、セロトニン以外に、アドレナリン、ノルアドレナリン、ドーパミンなどが知られている。無脊椎動物はアドレナリンベースの神経制御ではなく、セロトニンやドーパミンを多量に分泌することで制御していることが示唆されてきた。セロトニンとドーパミンは興奮と抑制という、相反する作用があることから、ドーパミン量やその輸送体の動態についてもセロトニンと併せて明らかにすることで、より神経制御を詳細に解明できる可能性がある。特にセロトニン輸送体とドーパミン輸送体は溶質キャリヤータンパクがミリー6(SLC6)ファミリーという同じ輸送体ファミリーに属することが知られているが、無脊椎動物から単離され、輸送特性などの機能まで明らかになっている輸送体はほとんどない。したがって、今後これらの輸送体を単離し、SLC6ファミリーの分子進化を解明したい。
弱い相互作用の工学利用を目指して-「強い」弱い相互作用の可能性-

ニュートリノは弱い相互作用だけを行う粒子として知られている。弱い相互作用では、自然界の持つ作用機構(ヒッグス機構)によりそのポテンシャル場が遮蔽されていると理解されている。このポテンシャルの遮蔽機構を阻害する場があれば、弱い相互作用を電磁相互作用程度に大きくし工学的に利用できる可能性が考えられる。本研究では、弱い相互作用のポテンシャル遮蔽機構を阻害するための電気化学的方法に基づいてニュートリノを測定する検出器を製作し、その検出器のニュートリノ測定動作特性を調べる。当該年度は(1)環境ニュートリノ測定の検出器の特性把握、(2)原子炉および加速器中性子源からのニュートリノ測定、(3)検出器の動作機構を開明するアプローチの検討を行った。その研究実績は次の通りである。(1)環境ニュートリノ測定については検出器の信号測定システムを整備するとともに、検出器の水溶液温度と検出器出力電圧の関係を系統的に調べた。その結果、検出器出力電圧と水溶液温度との関係が明らかになった。(2)京都大学原子炉実験所の原子炉(熱出力5MW)及びロスアラモス国立研究所の陽子加速器(ビーム出力80kW)施設(LANSCE)で、実験を行った。原子炉ニュートリノによる実験では、原子力の熱出力(5MW)が低かったためか動力原子炉による実験の再現が得られなかった。しかしながら、加速器ニュートリノによる実験では、ニュートリノ束と検出器出力電圧に相関が見られた(3)本研究の検出器の動作機構を開明するアプローチとして、弱電気モーメント・部分空間モデルのフレームを整備し、ニュートリノの構造と内部ポテンシャルの状況を調べる検討を行った。本研究では、弱い相互作用のポテンシャル遮蔽機構を阻害ために電気化学的方法に基づいてニュートリノを測定する検出器を製作し、その検出器のニュートリノ測定動作特性を調べる。当該年度は(1)環境ニュートリノ測定の性能向上の努力、(2)原子炉および加速器中性子源からのニュートリノ測定のための準備、(3)検出器の動作機構を開明するアプローチの整備を行った。(1)環境ニュートリノ測定については検出器の信号測定システムを整備するとともに、検出器水溶液のpH値と測定感度の関係を系統的に調べた。その結果、アルカリ溶液の場合に測定感度が高いことが確認された。(2)原子炉や加速器による実験では申請のための十分な事前折衝が必要であり、実験実施には時間がかかるのが通例である。本課題は実験採択決定が秋になり遅い時期になったので実験実施にはいたらなかったが、すでに原子炉施設および加速器施設と折衝中であり来年度には実施可能と期待される。(3)本研究の検出器の動作機構を開明するアプローチとして、弱電気モーメント・結合自由度運動モデルのフレームを整備し、ニュートリノの構造と内部ポテンシャルの状況を調べる準備を行った。
アクアポリン4ノックアウトマウスを用いた新規視神経脊髄炎モデルの作製とその解析

視神経脊髄炎マウスモデル作製の目的で、バキュロウィルスディスプレイ法によりマウスアクアポリン4の細胞外ドメインに対する抗体の作製を試み、高親和性の抗体2種類を得た。また、アクアポリン4発現細胞に外来遺伝子を発現させる目的で、アクアポリン4遺伝子のプロモーター解析を行い、M1アイソフォームの転写開始点上流にアストロサイトにおける発現に寄与するエンハンサーを発見し、これにPOU転写因子が関与することを示した。従来多発性硬化症(MS)の一亜型であると考えられてきた視神経脊髄炎(NMO)は、患者血清中に特異的に存在する自己抗体(NMO抗体)の標的がアクアポリン4(AQP4)であることが明らかになって以来、MSとは異なる疾患であると理解されるようになってきた。本研究では以下の2通りの方法で、MSモデルとは一線を画したNMOモデルマウスを確立し、これを解析することでNMOの発症機序の解明、更には治療法の開発を目指している。【I】AQP4完全ノックアウトマウスを用いたNMOモデルNMO-IgGがAQP4に結合することが、NMO発症のきっかけになるのかどうかを検討するため、NMO-IgG様の性質を有するモノクローナル抗AQP4細胞外ドメイン抗体の作製を試みた。ヒトAQP4もしくはマウスAQP4を安定に発現するCHO細胞株を用いて抗体の結合能に関する評価を行った結果、マウスAQP4の細胞外ドメインを認識する抗体を2クローン得る事ができた。これらの抗体を血中あるいは髄液中に投与することで、抗AQP4抗体がNMO発症の引き金となるか否かを検証することが可能となった。【II】AQP4-M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスを用いたNMOモデル先天的にはnullであるが、後天的にAQP4を誘導できるマウスを作製するため、Cre-ER^<T2>をアストロサイトで特異的に発現するトランスジェニックマウスの作製に着手した。このトランスジーンを作製する過程で、AQP4遺伝子のプロモーター領域の詳細な解析を行い、アストロサイト特異的発現に関与するシスエレメントを複数同定した。これらを含む遺伝子断片は初代培養アストロサイトにおいて特異的にリポーター遺伝子の発現を誘導したため、この断片をトランスジーンのプロモーターとすることとした。前年度にマウスAQP4の細胞外ドメインを認識する抗体を2クローン得たが、いずれもマウスAQP4に対して親和性が低かったため、より高親和性の抗体を得るため、バキュロウイルスディスプレイ法によりAQP4 KOマウスに免疫し、現在概ね4種類に分類できる9クローン得た。【II】AQP4-M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスを用いたNMOモデル先天的にはnullであるが、後天的にAQP4を誘導できるマウスを作製するため、MerCreMerをアストロサイトで特異的に発現するトランスジェニックマウスの作製に着手した。これまで二度のインジェクションを行い、それぞれ77匹、及び22匹のファウンダーマウスを得たが、確実にトランスジーンを持っていると思われる個体が得られなかった。【I】AQP4完全ノックアウトマウスを用いたNMOモデル昨年度バキュロウイルスディスプレイ法により得た9クローンのうち、(1) M1及びM23ともに結合できるクローン、すなわち抗体の認識にAQP4のアレイ構造形成を必要としないクローンと、(2)M23にのみ結合できるクローン、すなわち抗体の認識にAQP4のアレイ構造形成を必要とするクローンの、いずれも補体活性化能のある2クローンを選択した。初代培養アストロサイトを用いた系により、両クローンとも24時間のインキュベーションにより、M23アイソフォームのエンドサイトーシスとライソゾームでの分解を促進した。

各アイソフォームを安定発現したCHO細胞を用いて同様の検討を行ったところ、(1)のクローンはM1アイソフォームについてもエンドサイトーシスとライソゾームでの分解を促進した。(1)のクローンを野生型マウスの血中に投与したが、リポ多糖の投与を組み合わせても顕著な症状は見られなかった。また、中枢神経系においては抗体の沈着等も見られなかった。しかしながら、腎臓においては投与後1週間以上経過しても抗体の結合が認められた。【II】AQP4-M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスを用いたNMOモデル昨年度同様MerCreMerをアストロサイトで特異的に発現するトランスジェニックマウスの確立が達成できなかった。【I】のモデルについては、バキュロウイルスディスプレイ法を用いるために、AQP4 KOマウスとウィルス由来の膜タンパク質であるgp64トランスジェニックマウスを交配させる必要があり、免疫開始までにかなりの時間を要したためである。【II】のモデルについては、Cre-ERT2の使用許可がなかなか得られず、同様の機能を持つ別の遺伝子MerCreMerに変更せざるを得なくなったこと、さらにこのトランスジェニックマウスが作出できないという困難に直面したことが理由である。24年度が最終年度であるため、記入しない。【I】のモデルについては、抗体が得られているので今後は計画にそって進めていくことができる。【II】のモデルについては、アストロサイトでの特異的なMerCreMerの発現を断念し、全身で発現するマウスに変更することを検討する。全身でCre-ERT2を発現するマウスはJackson研究所から購入可能である。
睡眠状態誤認に対する新しい認知行動療法の有効性の検討とその作用機序の解明

本研究は、難治性不眠症の特徴である睡眠状態誤認の病理の解明と睡眠状態誤認を有する不眠症に対する有効な心理的治療の確立を目的としたものである。本研究では、1)睡眠に関する不安を測定する心理尺度を作成し、2)睡眠に関する不安が不眠症者の不眠症状の重症化に関連すること、3)ストレスに敏感な特徴を持つ者が不眠症状を有する場合に抑うつ症状が重症化することを明らかにした。さらに、4)難治性不眠症者に対して申請者が開発した新しい心理療法を実施したところ、症状の改善に有効である可能性を示すデータを得た。これらの研究結果は難治性不眠症者の病態の解明および有効な治療法の開発に資するものであると考えられる。本研究は,難治性の不眠症の特徴である睡眠状態誤認(客観的睡眠には問題がないものの,主観的には重度の不眠を訴えるもの)の心理的背景の解明と睡眠状態誤認を有する不眠症に対する有効な心理的治療の確立を目的とする。研究の第一段階として,睡眠状態誤認と関連の強い睡眠に関する不安を測定する心理尺度の開発を行う。第二段階では,睡眠状態誤認を有する不眠症患者の心理学的背景を睡眠に関する不安を中核に検討する。第三段階として,睡眠状態誤認に対する新規認知行動療法の有効性及び安全性,臨床心理学的作用機序の解明を目指す。Measurement Instrumentsに従い、妥当性及び信頼性の検討を行った結果、日本語版APSQは原版と同様に高い妥当性と信頼性を有する尺度であることが明らかとなった。研究の成果は第41回睡眠学会定期学術集会で発表予定である。当初の予定通り、1年次に日本語版APSQの開発を行い、その成果は国際誌に投稿予定である。現在は当初はすでに2年次より研究の第二段階として予定していた睡眠状態誤認を有する不眠症患者の心理学的背景を検討するための調査を作成したAPSQを用いて実施中である。本研究は、難治性不眠症の特徴である睡眠状態誤認(客観的には睡眠の問題がないものの、主観的には重度の不眠を訴えるもの)の心理的背景の解明と睡眠状態誤認を有する不眠症に対する有効な心理的治療の確立を目的とした研究である。研究の第一段階として睡眠状態誤認と関連の強い睡眠に関する不安を測定する心理尺度の開発を行う。第二段階では、睡眠状態誤認を有する不眠症患者の心理学的背景を睡眠に関する不安と中核に検討する。第三段階として睡眠状態誤認に対する新規認知行動療法の有効性および安全性、臨床心理学的作用機序の解明を目指す。現在までの研究実績としては当初の予定通り、第一段階である睡眠状態誤認と関連の強い睡眠に関する不安を測定する心理尺度(日本語版Anxiety and Preoccupation about sleep Questionnaire: APSQ)の開発および妥当性と信頼性の検討を行ったところ、日本語版APSQは高い妥当性と信頼性を有する尺度であることが示されたため、第41回睡眠学会定期学術集会で発表を行った。加えて、作成した日本語版APSQを用いて不眠症患者の不眠症状の重症化に寄与する要因の検討を行い、日本語版APSQで測定される睡眠に関する不安が他の睡眠に関連する心理学的要因と比べ、最も不眠症状を予測することが示されたため、その成果を同じく第41回睡眠学会定期学術集会で発表を行った。また、睡眠状態誤認患者の多くが精神疾患の既往歴がみられることから、不眠症状および睡眠に関する心理学的要因とうつ症状の関連に関する研究を行い、その成果が海外学術誌(Sleep Medicine)に採択された。研究代表者の所属が次年度より変わるため、それに伴い現在進行中の臨床研究の縮小と計画の変更が必要になったため、当初の研究計画よりやや遅れている。本研究は、難治性不眠症の特徴である睡眠状態誤認の心理的背景の解明と睡眠状態誤認を有する不眠症に対する有効な心理的治療の確立を目的とした研究である。昨年度までの研究実績としては第一段階である睡眠状態誤認と関連の強い睡眠に関する不安を測定する心理尺度(日本語版Anxiety and Preoccupation about sleep Questionnaire: APSQの開発および妥当性と信頼性の検討を行い、その成果を第41回睡眠学会定期学術集会で発表を行った。第二段階として作成した日本語版APSQを用いて不眠症患者の不眠症状の重症化に寄与する要因の検討を行い、日本語版APSQで測定される睡眠に関する不安が他の睡眠に関連する心理学的要因と比べ、最も不眠症状を予測することが示されたため、その成果を第41回睡眠学会定期学術集会で発表を行った。さらに、当初の研究計画に加え、睡眠状態誤認患者の多くが精神疾患の既往歴がみられることから、不眠症状および睡眠に関する心理学的要因とうつ症状の関連に関する研究を行い、その成果を海外学術誌(Sleep Medicine)に発表した。研究の最終年度である本年度は、当初の計画では難治性不眠症患者に対する有効な心理療法の開発を行う予定であったが研究代表者の所属先が最終年度から替わったため、研究体制が整わず、予定した臨床試験を実施するには至らなかったものの、難治性不眠症者に対して申請者が開発した新しい心理療法により症状の改善が認められた事例を書籍にて報告した。また、慢性不眠症患者の不眠の重症度には睡眠に関する不安を含めた複数の睡眠に関連する心理的要因が寄与していることを国際学会で発表した(第47回ヨーロッパ認知行動療法会議)。

本研究では、1)睡眠に関する不安を測定する心理尺度を作成し、2)睡眠に関する不安が不眠症者の不眠症状の重症化に関連すること、3)ストレスに敏感な特徴を持つ者が不眠症状を有する場合に抑うつ症状が重症化することを明らかにした。さらに、4)難治性不眠症者に対して申請者が開発した新しい心理療法を実施したところ、症状の改善に有効である可能性を示すデータを得た。これらの研究結果は難治性不眠症者の病態の解明および有効な治療法の開発に資するものであると考えられる。睡眠状態誤認を有する不眠症者の心理学的背景を明らかにするための調査を今後、さらに例数を増やすために継続して実施予定である。また、本研究によって得られた成果をもとに睡眠状態誤認を有する不眠症者に対して有効な治療法の確立を目指す予定である。来年度より新しい所属先で研究を遂行するにあたり、臨床研究を行う研究実施施設の確保が急務となる。この課題については、すでに新規の研究協力機関および研究協力者から研究の承諾を得ているため、倫理委員会への研究計画の変更または新規申請を速やかに行う予定である。臨床心理学初年度に実施した調査研究の進行が予定した計画よりスムーズに進行したため、研究補助者への謝金が節約できた。また購入を予定していた備品(PCやアクチウォッチ)も研究協力機関ですでに使用されているものの使用法を見直し、それらを有効活用することで新しく購入せずに研究資金が節約できたため次年度使用額が生じた。当初予定していた研究計画からやや遅れており、それに伴い物品の購入代金や人件費が予定より発生しなかったため、次年度使用額が生じた。2年次以降の研究遂行のための研究協力者や研究補助者に対する謝礼金としての支払いを考えている。また、研究遂行の進行状況によっては、当初の計画に加え、新しい調査研究を考えている。遅れた分の研究を遂行する際に使用予定である。
幼児の足し算能力の発達における指の役割

本年度は以下に示す2つの研究を実施した。まず,1つ目の研究では,小学1年生から3年生を対象に,計算能力と手指の巧緻性の関係を検討した。これはこれまでの研究が就学前の幼児を対象とした研究で計算能力と手指の巧緻性の関係がいつまで持続するのか分かっていなかったためである。その結果,小学校から1年生から3年生まで計算能力と手指の巧緻性の間に関係がみられず,日本では就学後の早い段階から,計算能力と手指の巧緻性の関係が弱まってしまうことが示唆された。次に,2つ目の研究では,計算能力と手指の巧緻性の因果関係について検討した。先行研究では,計算能力と手指の巧緻性の間に関係があることは示唆されてきていたが,いずれもその結果は相関関係にとどまっており,因果関係についてまでは言及できていなかった。そこで,小学1年生を対象に手指の巧緻性のトレーニングを実施することによって,計算能力が改善するか検討した。その結果,訓練群では事前から事後にかけて算数成績が向上し,フォローアップでもその効果は維持された。くわえて,事後からフォローアップにかけて訓練を行った統制群でも,同様に算数成績が向上し,フォローアップでは訓練群と同程度の算数成績となった。以上のことから,手指の巧緻性と計算能力の間に因果関係が存在し,手指の巧緻性の発達が基礎的な計算能力の発達に影響を与えていることが示唆された。今後はこれらの知見を応用して,教育現場に還元できるようなプログラムを作成していく必要がある。本年度は,縦断的に4時点のデータを収集し,4-5歳児33名を対象に時点1での手指の巧緻性のその後の計算能力に対する特異的な予測力について検討した。具体的には,まず,手指の巧緻性に加えて走る,投げる,跳ぶ,バランスをとるなどの運動能力も測定し,計算能力にたいする予測力を比較した。次に,手指の巧緻性が他の認知能力と比べて計算能力を強く予測するかどうかを明らかにするために,言語能力を取り上げ手指の巧緻性の予測力の強さを計算能力と比較した。さらに,言語能力に対応する運動能力としてリズム運動を設定し,認知能力に関係すると考えられる手指の巧緻性とリズム運動という運動能力間で,計算能力に対する予測力の強さを比較した。重回帰分析の結果,時点1の手指の巧緻性は時点3,時点4の計算能力の成績をもっともよく予測した。また,手指の巧緻性はその後の計算能力については予測していたが,言語能力については予測していなかった。以上の結果から,運動能力の中でも特に手指の巧緻性が計算能力を強く予測し,手指の巧緻性は言語能力よりも計算能力を強く予測することが明らかとなった。また,併せて計算時の指の利用についても分析したところ,早い時点で計算時に指を利用している方が計算成績が高いことが示された。一方,すべての時点で一貫して,指を利用しない子どもも見られ,その場合は,計算成績が高くないことが示唆された。これらのことから,計算能力の発達には手指が重要な役割を担っており,今後は両者の関係のメカニズムについて詳細に検討していく。本年度は以下に示すように2つの研究を行った。1つ目の研究は,手指の巧緻性が筋運動,目と手の協応,プランニングなどから構成される複合的な概念で,これまでの研究ではどの側面が計算能力に関係しているかは検討されていなかったため,5-6歳を対象に手指の巧緻性の下位要素と計算能力との関係についいて検討した。その結果,手指の筋運動,眼と手の協応,プランニングの中では計算能力とプランニングが最も強く関係していた。しかしながら,プランニングと計算能力との関係よりも手指の巧緻性と計算能力との関係のほうが強かった。これは,手指の巧緻性を要素に分解するのではなく,計算能力の発達にとっては手指の巧緻性という単位が重要であると考えられる。2つ目の研究は,手指の巧緻性および手指認識と計算能力の基礎となるカウンティングならびに数比較の関係について,手指の巧緻性と手指認識はカウンティングと数比較を介して,計算能力に関係するというモデルをたて,4-5歳を対象に検討した。その結果,手指の巧緻性はカウンティングに,手指認識は数比較と強く関係しており,特に手指の巧緻性はカウンティングを介して計算能力と関係していることが示唆された。ただし,手指の巧緻性と手指認識が計算能力と直接的に関係することを示すパスも存在したことから,脳内で数と手指を司る部位が近接しているということが影響していると思われる。今後は両者の関係のメカニズムについてさらに詳細に検討していく。

先行研究では,計算能力と手指の巧緻性の間に関係があることは示唆されてきていたが,いずれもその結果は相関関係にとどまっており,因果関係についてまでは言及できていなかった。そこで,小学1年生を対象に手指の巧緻性のトレーニングを実施することによって,計算能力が改善するか検討した。その結果,訓練群では事前から事後にかけて算数成績が向上し,フォローアップでもその効果は維持された。くわえて,事後からフォローアップにかけて訓練を行った統制群でも,同様に算数成績が向上し,フォローアップでは訓練群と同程度の算数成績となった。以上のことから,手指の巧緻性と計算能力の間に因果関係が存在し,手指の巧緻性の発達が基礎的な計算能力の発達に影響を与えていることが示唆された。今後はこれらの知見を応用して,教育現場に還元できるようなプログラムを作成していく必要がある。本研究は4つの研究からなっており,昨年度,研究1を実施し,本年度は研究2と研究3を計画通り実施できた。研究4はもともと来年度実施予定であったので,これまでの研究は交付申請書の計画通りに進展している。来年度は残っている研究4を実施し,博士論文をまとめる。ここまで研究は順調に進行しており,特別な推進策は必要ないと思われるので,現在のペースを維持しつつ,現場の先生方との交流を通じて,自身の研究がより社会に貢献できるものになるよう努力していく。
潜在的ダイナミックスの情報論的学習理論の研究

大量のデータから価値ある情報を抽出するデータマイニング技術はますます重要になっている。従来技術では、データの表層的な関係性を抽出することが主であった。しかし、実際には、データの表面に現れない潜在的情報の動きを発見することが、より重要な知識発見をもたらす。そこで、本研究では、データに内在する潜在的情報とその変化(これを「潜在的ダイナミクス」と呼ぶ)を抽出するための技術の数理的基盤を構築した。特に、記述長最小原理に基づく情報論的学習理論の立場から統一的な理論体系を構築した。この理論を実際のデータ(セキュリティ、SNS、マーケティング、医療、教育等)に適用して、実世界での有効性を検証した。潜在的ダイナミックスの情報論的学習理論の基盤部分を構築し、応用実証を行った。理論的成果について:本研究の目的である、データから潜存構造のダイナミックスの学習を実現するためには、モデル推定規準の構築と変化点検知アルゴリズムの設計が最も重である。そこで、本年度は、モデル推定基準として、記述長最小原理の下で「正規化最尤符号長」を提案し、ガウス混合分布やARモデルなど基本的なモデルに対して、その効率的な計算方法を与えた。また、潜在構造の変化検知アルゴリズムとして、逐次的な動的モテル選択アルゴリズムを幾つかのバリエーションに渡って設計した。いずれも潜変数モデルと呼ばれる普遍的な確率モデルの最適選択、並びにその構造変化検知に、効率かつオンラインで実装することができ、情報理論的保証に支えられた性能を有することを示した。これらのアルゴリズムが他のこれまで提案されてきたモデル選択アルゴリズムよりも高い推定精度や変化検知性能を有することを理論的、実験的に検証した。これによって、潜在的ダイナミックスを解明し、科学することの理論的基礎を一部構築し、重要なツールを開発することができた。応用実証について:上記アルゴリズムを、セキュリティ分野への応用(攻撃検知)、マーケティング分野への応用(広告効果測定、購買行動分析)、ソーシャルネットワーク分析への応用(Twitterからの話題出現検知、Twitterからの長期存続話題の検知など)に展開し、それらの現実データでの有効性を検証した。上記成果は、KDD2012, ICDM2011, PAKDD2011, ISIT2011といったデータマイニング及び情報理論の権威ある国際会議に受理され、発表を行うことができた。本研究では、大量のデータからその背後にある潜在的な関係性やその動的な変化を読み解くための数理的手法を構築することを目的としている。H25年度は、以下の4項目の成果を得た。1)潜在的ダイナミックス学習の基礎理論:ダイナミックで多様な時系列データから、潜在変数をもつ確率モデルを学習し、その構造変化を検知するアルゴリズムを開発した。具体的な潜在変数モデルとしては、ベイジアンネットワーク、木構造を有するグラフ分割構造、独立成分分析、一般関係性モデルなどを対象にした。これによって、データから複雑な構造をもった深い知識の変化をも検知することができるようになり、変化検知を従来より速く正確にできるようになった(例えば、グラフ分割変化検知では最大30%の精度を改善)。2)潜在的異常検知への実適用:上記理論をA)ソーシャルネットワークにおける話題検知、B)広告反応多次元時系列からの広告効果測定、C)試験データからの受講者スキル構造の変化検知などに応用して、有効性を検証した。特に、C)では非負値行列分解によってスキルを抽出し、これをオンラインで実行するアルゴリズムを開発した。これにより、潜在的な教育効果を把握することが可能になった。3)医療データマイニングへの応用:緑内障進行予測問題を扱った。これは緑内障患者の視野の検査データから将来の視野を予測する問題である。個々の患者のデータの少なさが従来の問題であったが、時空間パタンのクラスタリング(潜在情報)に基づいて類似患者のデータを利用することにより、わずか3回以内の検査データのみで従来手法(個々の患者に対する線形予測)を60%上回る予測精度を実現した。4)クラウドソーシングへの応用:オブジェクト間の潜在的な関係を予測する問題に対して、クラウドソーシングを用いてデータの品質のバラツキを抑えて正確な予測を行う方法を提案した。潜在的ダイナミックスの情報論的学習理論の基盤部分を発展させ、応用実証を行った。理論成果について:本研究の目的である、データからの潜在的構造のダイナミックスを学習を実現するために、本年は1)モデル推定基準の計算方法の広いモデルクラスへの拡張と2)オンライン環境への拡張と3)区間定常的情報源への拡張を行った。とくに、1)では潜在的モデルの最適選択に必要な正規化最尤符号の計算方法を一般の指数分布族や潜在変数モデルに拡張して体系的な計算方法を確立した(IEEE Trans. Information Theory誌に投稿受理)。2)ではデータが逐次的に与えられる状況下で潜在的モデル構造の変化を捉えるためのアルゴリズムを開発した(ICDM2012で発表)。3)ではパラメータ離散化に基づく区間的定常情報源の変化検知アルゴリズムを開発した(ITW2012で発表)。以上をもって、潜在的ダイナミックスの情報論的学習理論の枠組みを昨年度に比べて大きく拡げ、その基盤を確立したといえる。応用実証について:上記基礎理論をネットワーク構造変化検知に適用し、広告の効果測定における有効性を示した(ICDM2012で発表)。またTwitterデータからの新しい話題検知にも応用して有効性を実証した(IEEE Tran. Knowedge and Data Engineering誌に投稿受理)。

さらに、教育試験データから潜在的なスキルを発見する問題に適用し、有効性を実証した(EDM2013に投稿受理)。また、上記理論をグラフ分割検知に応用して、人口移動データからのイベント検知やメール通信記録からの不正検知などに応用し、有効性を示した(KDD2013投稿)。H26年度は、潜在的ダイナミクスの理論と応用に関して以下のような展開を行った。理論面では、1)これまで築いてきたグラフ分割構造変化検知の手法を、ソフトクラスタリングの手法と比較することにより、その有効性を検証し、ジャーナルTKDD誌へ投稿した。2)時系列データの変化が徐々に起きる場合に、その変化兆候を検知するための理論を構築した。これは国際会議へ投稿中である。3)行列分解のランク推定の問題に対する新しいアプローチを開発した。これは行列分解を潜在変数モデルとして扱うことにより、そのモデル選択を行う方法である。さらにランクが時間と共に動的に変化する場合にその変化を捉える手法を開発した。これは国際会議に投稿中である。4)欠損値を伴う行列を補完する問題であるデータ融合に対して、制限付きボルツマンマシンを用いた新しい方式を開発し、ICDM2014で発表した。5)ネットワーク構造の潜在変数モデルとして代表的である混合メンバシップブロックモデルに対する、クラスタリング法並びに構造予測法を開発した。さらにより一般的で適用範囲の広い表現であるハイパーグラフ構造への拡張を行った。これは国内研究会(IBISML研究会)で発表した。6)クラウドソーシングを用いたデータ収集は大量のメタデータを安価に収集する方法として近年広く用いられている。今年度は、収集したデータから正確なメタデータならびに作業者の潜在的な能力や課題の潜在的難易度を推定するためのアルゴリズムをベイズ学習の枠組みで設計し、ICML2014で発表した。応用面では、教育データ解析において、欠損値のある時系列採点データからスキルの発展過程を抽出する、オンライン重み付きNMFアルゴリズムを開発し、EDM2014で発表した。H27年度は潜在的ダイナミクスの情報論的学習理論に関して以下のような展開を行った。1)時系列データから連続的な変化の開始を検知する理論を構築した。これは従来の変化検知が急激な変化の検知を対象にしていたのに対して、連続的に変化する場合の変化検知に拡張したものである。効率的かつ高精度な変化検知アルゴリズムを開発し、経済データやセキュリティデータに応用した。この成果は国際会議DSAA2015で発表した。2)MDL(Minimum Description Length)原理に基づく変化検知の性質を理論的に解明した。特に、多重変化点検知の一致性を世界で初めて一般的な形で証明した。3)非負値行列因子分解のランク推定並びにその構造変化検知理論をブラッシュアップした。昨年は非負値行列因子分解の最適なランクをデータから推定する方法を、完全変数化MDL規準に基づいて導出した。今年度これを精緻化し、国際会議SDM2016に受理された。
シンクロトロン近似を超えた放射公式に基づく放射と対生成の理論

強電磁場中を運動する高エネルギー電子・陽電子からの放射は,結晶中のチャネリング現象から加速器におけるビーム放射,さらにはコンパクト星を中心とした高エネルギー宇宙現象まで,様々なスケールにおいて現れる.強場中においては電子の加速度が極めて大きくなるため,その軌道の詳細を考慮しないと正しい放射の計算はできない.最近,本研究代表者らは標準軌道の概念を導入することにより,「シンクロトロン近似を超える放射公式」を案出した.この公式はシンクロトロン公式(一様場公式)が1つのパラメタで決まるのに対し,2つのパラメタを持つ.そして,パラメタ値の違いにより,シンクロトロン近似と,その逆の極限である双極子近似を,その両極限に持つ.すなわち,従来は全く異なる理論的取り扱いを必要としたシンクロトロン極限と双極放射極限を,同じ公式で記述できるようになったわけである.本基盤研究(C)においては,新放射公式から交差対称性を利用して非一様強電磁場中での対生成公式を導いた.新対生成公式は,non-dipoleパラメタが大きい極限では一様場近似に移行し,逆に,小さくなるとBethe-Heitler対生成スペクトルと同様の振る舞いをすることが明らかとなった.次に,その公式の有用性を示すために数値計算を行い,結晶場を利用した光子による対生成実験の結果を定量的に説明することに成功した.一方,放射においては,赤外領域での振る舞いを調べた.その結果,Bethe-Heitler断面積に基づく計算とは根本的に異なり,新放射公式では有限値となることが示された.これは,最近の話題であるLandau-Pomeranchuk効果とも直接関係する重要な発見である.最後に,相補的な現象である結晶中での分極放射についても論じ,チェレンコフ放射,遷移放射,コヒーレント分極放射の統一的な理論体系を示した.強電磁場中を運動する高エネルギー電子・陽電子からの放射は,結晶中のチャネリング現象から加速器におけるビーム放射,さらにはコンパクト星を中心とした高エネルギー宇宙現象まで,様々なスケールにおいて現れる.強場中においては電子の加速度が極めて大きくなるため,その軌道の詳細を考慮しないと正しい放射の計算はできない.最近,本研究代表者らは標準軌道の概念を導入することにより,「シンクロトロン近似を超える放射公式」を案出した.この公式はシンクロトロン公式(一様場公式)が1つのパラメタで決まるのに対し,2つのパラメタを持つ.そして,パラメタ値の違いにより,シンクロトロン近似と,その逆の極限である双極子近似を,その両極限に持つ.すなわち,従来は全く異なる理論的取り扱いを必要としたシンクロトロン極限と双極放射極限を,同じ公式で記述できるようになったわけである.本基盤研究(C)においては,新放射公式から交差対称性を利用して非一様強電磁場中での対生成公式を導いた.新対生成公式は,non-dipoleパラメタが大きい極限では一様場近似に移行し,逆に,小さくなるとBethe-Heitler対生成スペクトルと同様の振る舞いをすることが明らかとなった.次に,その公式の有用性を示すために数値計算を行い,結晶場を利用した光子による対生成実験の結果を定量的に説明することに成功した.一方,放射においては,赤外領域での振る舞いを調べた.その結果,Bethe-Heitler断面積に基づく計算とは根本的に異なり,新放射公式では有限値となることが示された.これは,最近の話題であるLandau-Pomeranchuk効果とも直接関係する重要な発見である.最後に,相補的な現象である結晶中での分極放射についても論じ,チェレンコフ放射,遷移放射,コヒーレント分極放射の統一的な理論体系を示した.本年度の研究においては,主にシンクロトロン近似を超えた放射公式に交差対称性を用いることによって導いた,対生成確率の新公式の定量的研究を行った.まず,式の有効性を,数十GeV以上のγ線が結晶に入射した際に生じる電子・陽電子対の実験結果(一様場近似では本質的に説明できない)を,撃力近似によってある程度説明できることを確認した.さらに、撃力近似を用いずに散乱角を正確なポテンシャルによって求め,対生成確率の実験結果をさらに詳細に説明することを試みた.ポテンシャルとしては熱平衡MoliereポテンシャルとDoyle-Turnerポテンシャルを用いて比較した.その結果,Moliereポテンシャルの方が実験値をよく再現することが分かった.また,角度依存性を計算したところ,フィッティングパラメタを含まないにも関わらず,実験値の全体の振る舞いをよく再現することが分かった.さらに,一様場近似では場が弱いために対生成確率が事実上0になるような領域でも,non-dipoleパラメタの小さい領域で対生成確率が存在することを明らかにした.ここまでの成果を論文にまとめ,現在投稿中である.なお,対生成のエネルギー依存性を調べたところ,TeV領域では対生成率のピーク値と角度広がりの双方共,急激に減少することが明らかになった.また,放射に関しては,特にnon-dipoleパラメタが小さい場合について考察した.その結果,Bethe-Heitlerのような直線軌道的計算とは異なり,赤外極限で有限値を与えることを見出した.

これは,Landau-Pomeranchuk効果とも直接関係する重要な発見であると考えられる.なお,本研究は,海外共同研究者であるMurat Khokonov教授と共同で行っている.強電磁場中を運動する高エネルギー電子・陽電子からの放射は,結晶中のチャネリング現象から加速器におけるビーム放射,さらにはコンパクト星を中心とした高エネルギー宇宙現象まで,様々なスケールにおいて現れる.強場中においては電子の加速度が極めて大きくなるため,その軌道の詳細を考慮しないと正しい放射の計算はできない.本研究は,最近,本研究代表者らが標準軌道の概念を導入することにより導いた「シンクロトロン近似を超える放射公式」を発展的に研究するものである.平成16年度においては,まず,non-dipoleパラメタが小さい場合についての放射過程を考察した.その結果,新公式に基づく計算では,Bethe-Heitlerのような直線軌道的計算とは異なり,赤外極限で有限値を与えることが見出された.これは,Landau-Pomeranchuk効果とも直接関係する重要な発見であると考えられ,今後のより詳細な理論的発展が期待される.また,新公式に交差対称性を用いることにより導かれた電子陽電子対生成の公式を調べ,一様場近似がnon-dipoleパラメタが大きい極限として正確に得られることを証明した.さらに,TeV領域における追生成確率は減少していくことを示した.これはBaier-Katkovらの一様場近似による計算結果と符合するが,本研究ではピーク値のみでなく角度依存性も示し,その半値幅も高エネルギーになるほど減少していくことを示した.これらの結果は,超強磁場が現れるコンパクト星付近での量子電磁気学的過程の評価に修正を加えるものと考えられる.
脳皮質形成の分子基盤の解明

リーリンシグナルは、細胞内のDab1を介して最終的に移動神経細胞の配置を制御する。昨年度までに、リーラー(リーリン欠損マウス)及びヨタリ(Dab1欠損マウス)においては、皮質内に、樹状突起の異常な集積構造であるinternal plexiform zone(IPZ)が形成され、その辺縁にそって神経細胞は移動を停止する傾向があることを見いだした。本年度は、さらに、生後において、これらの細胞は正常より遅れて樹状突起を分化・成熟しはじめることを見いだした。この過程で、IPZの上縁に沿って移動を停止した細胞の一部は、本来とは逆向きである脳室面に向かって樹状突起を発達させた。これらの結果から、リーラー、ヨタリにおける遅生まれの神経細胞の配置は、早生まれの細胞によって大きな影響を受けていること、また、リーリンは、移動細胞の(特に樹状突起の)皮質内における正常な分化に重要な機能を有する可能性が示唆された。また、発生過程の大脳皮質において、神経細胞は、脳室帯で誕生し、次々に放射状に脳表面へと移動して、皮質板を形成していくことが知られている。神経細胞移動の様式については、locomotion(ロコモーション)とsomal translocation(細胞体トランスロケーション)という2つの異なる移動様式が昨年までに報告された。しかしながら、両者の関係については全く不明であり、二種類の細胞があるものと一般的には考えられている。我々は、本年度は、独自に発見・命名した多極性移動という第三の移動様式のcharacterizationをさらに進めた。多極性移動をする細胞は、細胞体周囲に多数の細い突起を有し、それらをさかんに伸縮させながら、細胞全体がゆっくりと脳表面へと移動していく。その様子は、locomotionともsomal translocationとも明らかに異なるものであるため、これら三者の関係を検討した。その結果、これらは相互に変わりうるものであることを見いだした。
マイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィ測定によるコンクリート表層部の水分移動評価

コンクリートの劣化はASRや鉄筋腐食に見られるように,水が関与するものが多く,水の経路を評価することが重要であると考えられる.コンクリート中の水分を評価する際には電気抵抗や誘電率の違いを用いて評価するのが一般的である.しかし,これらの手法では塩化物イオンを含有するコンクリートでは水分量が大きく評価されるなどの問題がある.コンクリート中の水分移動は細孔空隙を通る経路とひび割れを通る経路が挙げられる.そこで本研究課題では,主にひび割れを通じる経路に着目し,マイクロ波により加熱された水を赤外線サーモグラフィで観察し,水の移動のしやすさを評価しようとするものである.ひび割れ幅を0.05mm,1.0mm,1.5mmに調整した試験体を作製し,試験を行い,ひび割れ幅の違いによりひび割れ部と健全部の温度差に違いが出ることが確認できた.これはひび割れ幅が拡大することでひび割れ中の水分量が増加することに起因すると考えられる.したがって,健全部との温度差が大きいほど水分が移動しやすいことを表していると考えられる.また,加熱時間を変えた実験を行い,500Wで60秒までの過熱ではひび割れ幅が拡大しないことや,30秒程度の加熱でもひび割れ幅の違いに伴う温度差の違いが現れることも確認できた.しかし,ひび割れ近傍の細孔空隙の状況によってはひび割れ周辺の高温領域が広く現れ,分解能が低下することことも確認された.そのため,定量的にひび割れ幅やひび割れの深さをを推定することは難しいが,0.05mm程度のひび割れであってもひび割れの有無を検出することは可能であると考えられる.本研究課題は,コンクリート構造物における様々な劣化の原因となる水の影響を可視化する非破壊検査手法を構築することを目的としている.しかし,コンクリート構造物の物質透過性についてはまだ不明な点も多く,この点についても考慮する必要があると考え,まずはコンクリート表面からの物質透過性を評価することとした.そのため,W/C40%,50%,60%のコンクリート供試体を作製し,比較的表面張力の小さいシラン系表面含浸材と表面張力の大きい亜硝酸リチウムを塗布して含浸深さをラマン分光分析により検討した結果,シラン系表面含浸材はW/C50%で最も深くまで浸透したが,亜硝酸リチウムではW/Cの違いは明確には現れなかった.また含浸深さはシラン系表面含浸材の方が大きいことが確認された.使用したコンクリート供試体の透気係数はW/C60%で最も大きく,W/C40%で最も小さかったため,透気係数の傾向と含浸深さの傾向が異なることになる.そこで,水銀圧入法により細孔径分布を測定を行った.その結果,W/C40%では約50nmの空隙が多く,W/Cが大きくなるにつれて50nm以上の空隙が増加し,一方で5nm程度の微細な空隙が増加することが確認された.そのため,シラン系表面含浸材の場合には5nm程度の空隙がボトルネックになった可能性があると考えられるが,亜硝酸リチウムの場合には,もう少し大きな空隙構造が関係した可能性があると考えられる.水も亜硝酸リチウム同様水素結合が大きいため,表面張力の大きい溶液の物質透過性については今後さらに検討する必要がある.マイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィを用いて水の浸透深さを測定する供試体も作成済みであり,赤外線測定に加えて,含浸深さの測定,透気係数の測定,細孔径分布の測定も行い,結果を比較する予定である.当初計画では,水がひび割れを通じて供給されることを考えて,ひび割れから浸入する水をマイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィを用いて評価する予定であったが,ひび割れを生じていない場合の物質透過性についても検討する過程で,コンクリートの物質透過性そのものに不明な点が多いことが分かったため,ひび割れ発生前とひび割れ発生後の両方で水分移動特性を評価できるようにするために,物質移動特性評価を追加で行った.そのため,当初計画よりもやや遅れる結果となった.近年,社会基盤構造物の老朽化が社会問題となっている.日本は四方を海に囲まれ,山冬季に凍結防止剤を散布する山間部も多いため,コンクリート構造物において鉄筋腐食は深刻な劣化形態のひとつである.コンクリート構造物の場合,常に抱水状態にあれば劣化因子は拡散により供給されるが,乾湿繰り返し環境にある場合には水分移動とともに劣化因子が侵入し,乾燥時に高濃度のイオンが内部に残るため,乾湿繰り返しにおける水分移動を評価することが腐食の評価をする上で重要であると考えられる.しかし,コンクリート表層部の水分移動を評価する手法がないのが現状である.そこで本研究課題では,本研究課題では,主にひび割れを通じる経路に着目し,マイクロ波により加熱された水を赤外線サーモグラフィで観察し,水の移動のしやすさを評価しようとするものである.今年度はひび割れ幅を0.05mm,1.0mm,1.5mmに調整した40×40×160mmのモルタル試験体を作製し,500Wで加熱時間を1060秒と変化させて試験を行い,ひび割れ幅の違いによりひび割れ部と健全部の温度差に違いが出ることは分かってきている.また加熱時間は20秒程度で有意な差が笑われることが確認されている.ただし,ひび割れ近傍の細孔空隙の状況によってはひび割れ周辺の高温領域が広く現れ,分解能が低下することことも確認された.そのため,細孔径分布の測定などを行い,細孔の影響も大きいことが確認されている.

今後は,水セメント比を変えた試験体を作製し,細孔の影響についてもより明らかにしていく予定である.ひび割れ幅の違いにより加熱後のひび割れ部と健全部の温度差に違いが出ることは確認されており,手法としては目的を達成できる可能性があることがあると考えている.ただし,当初想定していなかった細孔空隙への水の浸入の影響によりひび割れ部近傍の分解能が低下することが確認されたため,細孔空隙の影響を明確にする必要があると考えられる.そのため,追加で試験を行うことを考えている.コンクリートの劣化はASRや鉄筋腐食に見られるように,水が関与するものが多く,水の経路を評価することが重要であると考えられる.コンクリート中の水分を評価する際には電気抵抗や誘電率の違いを用いて評価するのが一般的である.しかし,これらの手法では塩化物イオンを含有するコンクリートでは水分量が大きく評価されるなどの問題がある.コンクリート中の水分移動は細孔空隙を通る経路とひび割れを通る経路が挙げられる.そこで本研究課題では,主にひび割れを通じる経路に着目し,マイクロ波により加熱された水を赤外線サーモグラフィで観察し,水の移動のしやすさを評価しようとするものである.ひび割れ幅を0.05mm,1.0mm,1.5mmに調整した試験体を作製し,試験を行い,ひび割れ幅の違いによりひび割れ部と健全部の温度差に違いが出ることが確認できた.これはひび割れ幅が拡大することでひび割れ中の水分量が増加することに起因すると考えられる.したがって,健全部との温度差が大きいほど水分が移動しやすいことを表していると考えられる.また,加熱時間を変えた実験を行い,500Wで60秒までの過熱ではひび割れ幅が拡大しないことや,30秒程度の加熱でもひび割れ幅の違いに伴う温度差の違いが現れることも確認できた.しかし,ひび割れ近傍の細孔空隙の状況によってはひび割れ周辺の高温領域が広く現れ,分解能が低下することことも確認された.そのため,定量的にひび割れ幅やひび割れの深さをを推定することは難しいが,0.05mm程度のひび割れであってもひび割れの有無を検出することは可能であると考えられる.ひび割れ発生前においては,マイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィにより測定された結果を評価するに当たり,様々な表層品質のコンクリートにおける水分移動特性を評価することが重要であると考えられる.そのため,水分移動に与える空隙構造の影響を明確にし,マイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィ測定結果と併せて考えることとする.ひび割れ発生後についてはひび割れ幅やひび割れ深さを調整した供試体を用いて,水分移動特性をマイクロ波加熱と赤外線サーモグラフィにより評価できるかどうかを検討することとする.当初想定していなかった細孔空隙への水の浸入の影響によりひび割れ部近傍の分解能が低下することが確認されたため,水セメント比を変えるなど,細孔空隙を変えた試験体を作製し,細孔の影響を明確にすることを計画している.