hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガンマ線バースト現象の統-理論の構築

Gamma Ray Bursts (GRBと略称)の起源は未だに良く解っていない。統一的な描像を得るためには星の進化理論での星の光度と表面温度のいわゆるHRダイアグラムに対応するものが必要である。この目標に対して次のような成果があった。(1)宇宙論に依存せずに米徳関係式等をTypeIa超新星を用いてcalibrateする方法を確立した。(2)米徳関係式等の進化効果と選択効果はせいぜい2σレベルであることがわかった。(3)米徳関係式の精度を上げるには、継続時間依存性、誤差の少ないイベントのみにかぎること、物理量を定義するのにGRB静止系を採用することが必要であると分かった。ガンマ線バースト(以後GRBと略す)とは、宇宙論的距離から10秒間程度、光子のエネルギー200keV程度をピークとしたガンマ線が地球にやってくる現象で年間1000イベント程度存在する。距離は100億年程度であり、エネルギー放出率は宇宙の全ての銀河のエネルギー放出率をあわせたものと同じかそれ以上になる。つまり、宇宙で最もViolentで明るい現象であるが、その起源は未だに不明である。現在はGRBの研究の歴史上第3の混乱期と考えられるが、統一理論の構築には種々のGRB現象を記述する適当なダイアグラムの整備が不可欠である。どういうことかと言うと星の場合を考えるとわかり易い。星の表面温度と光度のいわゆるHRダイアグラムでは水素燃焼時代の主系列は1つの線上にある。また、白色矮星、赤色巨星等も別の線上にあって全く違う種類の星を1つのダイアグラム上で議論でき星の理解が進んだ。本研究では統一理論の構築に向けてGRBで成立する種々の関係式を整備することをその第1目標とする。ガンマ線バースト(GRB)には光度(L)とスペクトルピークエネルギー(Ep)に関係(世界的に米徳関係式と呼ばれている)があることが共同研究者である金沢大学の米徳助教と中村らが2003年に発見した。これとは独立にLと二つのエネルギーバンドにやってくる光子の到着時間の差(lag)に関係があることもすでに見つかっている。中村は院生の筒井らと共にこの2つの関係式から推定された赤方偏移を比較してやったところ、この二つの推定された赤方偏移にまったく相関がないという驚くべき事実を発見した。この矛盾はlag-L関係式に赤方偏移依存性を入れることで解決できるということまで見出し、この依存性がlagを定義しているエネルギー帯が観測者系とGRB系においてことなることに起因していると提唱した。このような経験則は、HRダイアグラムが星の進化モデルを作る上で重要な役割を担ったように、GRBのモデルを検証するのに必要不可欠であるので本研究はGRBの起源の研究において非常に有意義であったと言える。また、金沢大学の院生である児玉ら共にIa型超新星の観測から得られた宇宙論によらないz<1.755までの赤方偏移-光度距離関係を使って較正された米徳関係式を用いて、z=5.6までの宇宙で宇宙論によらずに光度距離を定めた。これによってz=5.6までの宇宙で宇宙論パラメータの制限を行い現在論文を投稿中である。今後は筒井らによって提唱されたz-lag-L関係式なども同時に用いることでさらに宇宙論パラメータに厳しい制限を付けることでダークエネルギーの正体の解明にGRBを用いることができるであろう。ガンマ線バースト(GRB)には最大光度(Lp)とスペクトルピークエネルギー(Ep)に関係(世界的に米徳関係式と呼ばれている)があることが共同研究者である金沢大学の米徳助教と中村らが2003年に発見した。この米徳関係式を距離指標として用いることでガンマ線バーストを標準光源にすることでIa型超新星の観測できない赤方偏移が2以上の遠方の宇宙の距離を決定してやることでダークエネルギーの状態方程式の時間変化に対して厳しい制限がつけらることを示した。また米徳関係式とは独立に放射が等方を仮定したガンマ線での全放射エネルギー(Eiso)とEpにも関係(Amati関係式と呼ばれている)があることもすでに見つかっている。これらの関係式は全放射エネルギーと最大光度の違いはあるものの、同じEpをパラメータとしており、従来似たようなものであると思われていた。しかし、院生の筒井らと共にガンマ線バーストのように激しい時間変化をして、個性の豊かな変動をしているような現象ではこのような経験則では、EisoとLpの二つのは独立なパラメータとして扱えること、そしてTL=Eiso/Lpとして新しいパラメータを米徳関係式に入れることでガンマ線バーストのFundamental planeとも言える関係式が構築できることを示した。

この新しい関係式は米徳関係式やAmati関係式に比べて半分以下の分散を持っており、この関係式を距離指標として用いることで宇宙論パラメータへの制限は大幅に改善される。このような関係式は宇宙論への応用のみならず、GRBの放射機構モデルへの試金石ともなるため、本研究課題であるガンマ線バースト統一理論の構築への重要な一歩と言えるであろう。ガンマ線バースト(以後GRBと略記)は現在第3の混乱期と考えられるが、統一理論の構築には種々のGRB現象を記述する適当なダイアグラムの整備が不可欠である。どういうととかと言うと星の場合を考えると分かりやすい。星の表面温度と光度のいわゆるHRダイアグラムでは水素燃焼時代の主系列は1つの線上にある、また、白色矮星、赤色巨星等も別の線上にあって全く違う星を1つのダイアグラム上で議論できるので星の理解が進んだ。本研究では統一理論の構築に向けて種々の関係式を整備するのが第1目標である。新たに発見したLp∞Ep^1.82<T_L>^-0.34の理論的理解を行ったのが大きな成果である。ここでT_L=Eiso/L_P。それには2007年に発表したGRBのPhotospheric Modelを使う。GRBのE_P付近の輻射は実はGRB本体の光球から発生するもので、その両端に非熱的輻射が加わるとするものである。このモデルを適用するとLp∞<Ep>^2<TL>^-0.25なる結果を得た。両者は一致していると言える。赤方変移の決まったGRBの個数は80を超えるようになったので、さまざまな関係式の進化効果と観測限界効果を調べることが可能になってきている。もし進化効果が有意にあれば統一理論に大きく関わってくる。米徳関係式に進化効果が見られるという論文を投稿中である。ただしこれは見かけのもので、光度を決めるのにrest frameで同じ時間を取れば解決できる可能性を調べている。observed frameで同じ時間にしているのが現状だが、それだと高赤方変移程rest frameでは短い時間になる。GRBは時間的に激しく変化してしているので、短い時間で平均する程光度が高くなる。逆にこの補正を入れると米徳関係式の分散は小さくなるはずであるという結論を得た。ガンマ線バースト(以後GRBと略記)では、スペクトルはBand関数というBroken Power Lawが良く成り立っている。この非熱的な放射のピークエネルギーEpと1秒をbinに採った光度Lpに米徳関係式(Lp∝Ep^2)が成立することが、知られている。この関係式の理論的な説明はついていないが、GRBの統一理論はこの関係式を自然に満たす必要がある。しかし、米徳関係式の進化効果と選択効果は調べられていなかった。そこで、2009年末までに赤方偏移の測られたGRB 200ケ中、スペクトルが精度良く決定された101を(1)明るさの異なる3つのグループと(2)赤方偏移の異なる3つのグループに分けて、それぞれのグループ内で、米徳関係式を求めた。その結果、(1)に関してはどのグループでも1σの範囲内で、同じ関係式になる。また(2)に関しては、進化効果が見えるがそれは2σレベルであることが分かった。この進化効果の原因は、Lpを決める時に観測者系で1秒にしているが、実際にはGRBの静止系では赤方偏移に応じて1秒より短い時間になっているためと考えられる。
機械学習に貢献するしきい値回路の設計とその限界

前年度までに得た成果に基づき,本年度は特にパリティ関数を計算するしきい値回路が実現できるマージンに焦点を当て研究を行った.エネルギー計算量と呼ばれる指標はマージンと深いつながりがあり,そのエネルギー計算量が限定されている状況下で素子数が非常に多く必要になることを証明できれば,しきい値回路が実現できるマージンの限界を示せる.この事実に着目し研究を展開した.まず,エネルギー計算量が極端に小さい場合,パリティ関数を計算するしきい値回路の素子数が指数的に必要になることを示した.また,パリティ関数と類する性質を持つ別の複数の論理関数についても,同様の命題が成立することを示した.この結果の導出にあたっては,エネルギー計算量の小さいしきい値回路の表現能力に関する新しい数学的な構造を導入している.この結果を土台として,さらにエネルギー計算量が定数の場合についても,パリティ関数を計算する定数段数のしきい値回路の素子数が指数的となることを示した.この成果は,LA/EATCS発表論文賞を受賞している.本成果を利用することで,パリティ関数を計算するしきい値回路に対するマージンについて,既存の結果から自明に得られる上界よりも良い,新しい上界を与えることに成功した.また,前年度に引き続き閉路のあるニューラルネットワークに関しても研究を行い,各ニューロンが単純な処理を行う場合について,ニューラルネットワークの現在の状況から,過去の状況を計算機を用いて推論できるかという問題の計算困難性,計算容易性を明らかにした.本研究は,脳の神経回路網の理論モデルであるしきい値回路を,機械学習を実現するアルゴズムの指標であるマージンに基づいた評価尺度を用いて調査することにより,しきい値回路が実現する計算に機械学習の視点から新たな知見を与えることを目的とする.本年度は主に,マージンに基づいてしきい値回路を評価する本研究の枠組みを,(1)対称関数と呼ばれる論理関数の学習,(2)1ケタの数字を判別する学習,の2つのタスクに適用して研究を行い,それぞれに対して以下に示す結果を得た.(1)に対してはまず,段数の増大がマージンの増大につながるしきい値回路の設計手法を具体的に与える理論的成果を得た.この回路の設計は,しきい値回路の段数とマージンの間に正の相関関係がある可能性を示している.また,この理論的成果に加えて,しきい値回路を特定の条件の下でランダムに生成し,そのマージンを調査する計算機実験も行なった.その実験結果においても,しきい値回路の段数とマージンの間に正の相関関係が見られた.これらの成果は,しきい値回路の段数を増やすことが,対称関数の学習に対して有効となりうることを示唆している.(2)に対しても,しきい値回路を特定の条件の下でランダムに生成し,そのマージンを計測する計算機実験を行った.その結果,(1)とは異なり,しきい値回路の段数とマージンの間に負の相関関係があることを示唆する結果が得られた.これらの成果により,実際に段数とマージンの間になんらかの関係があることを理論的にも実験的にも確認することできた.またこの成果に加えて,特定の情報処理タスクを実現する段数の大きなしきい値回路の設計も与えた.本年度の成果により,実際に段数とマージンの間になんらかの関係があることを理論的にも実験的にも確認することできた.対称関数を学習するタスクに対しては,しきい値回路の段数とマージンの間の関係を示唆する回路設計の手法を与えることができたことから,次年度以降はこの手法をもとに研究を展開することができると考えらる.また,ランダムに生成したしきい値回路の段数とマージンを調査する実験においては,対称関数の学習に対しては段数とマージンの間に正の相関関係が見られる一方で,1ケタの数字を判別する学習に対しては,負の相関関係が現れた.この結果は,学習に利用するしきい値回路の構造的な特徴や,学習対象とするタスクの性質によって,段数とマージンの間に現れる関係が異なるという可能性を示唆している.この異なる2つの結果を解析し,その原因を明らかにすることができれば,次年度以降に実施予定である,しきい値回路を学習に利用した際のマージンの向上につながる要因の特定に寄与すると考えられる.本研究は,脳の神経回路網の理論モデルであるしきい値回路を,機械学習を実現するアルゴズムの指標であるマージンに基づいた評価尺度を用いて調査することにより,しきい値回路が実現する計算に機械学習の視点から新たな知見を与えることを目的とする.本年度は主に,しきい値回路よりも一般的な計算モデルである,閉路を持ち,かつ非対称なネットワーク構造を持つホップフィールドネットワークの計算能力について研究を行った.特に,入力としてホップフィールドネットワークの構造とそのネットワークが持ちうるある様相が与えられたとき,その様相から過去に向かってtステップに遡ることが可能であるかを問う決定問題の計算複雑さを解析した.その結果,この決定問題の計算複雑さが,ホップフィールドネットワークを構成する素子の能力と,遡るステップ数を表すパラメータtの大きさの組合せによって,様々な計算量クラスの完全問題として捉えることができることを示した.さらに,その様相からtステップ遡って得られる様相が,ある特殊な条件を満たしているかどうかを問うものとして新たに定式化された決定問題についてもさらに検討し,その計算複雑さが,元の問題と比べ難化する傾向があることを示した.これら2つこの成果は,非対称なネットワーク構造を持つホップフィールドネットワークの計算能力が,ネットワークを構成する素子の能力と,ネットワークが計算に要する時間との組合せによって影響を受けることを示唆している.

本年度得られた成果により,しきい値回路よりを包含するより一般的な計算モデルである,閉路を持ち,かつ非対称なネットワーク構造を持つホップフィールドネットワークに対して,計算能力に対する知見を得ることができた.また前年度までに,しきい値回路とその段数に関する実験的な成果を得ており,段数とマージンとの間に真に相関関係があることを示唆されている.本年度までに得られた成果をもとに,機械学習を実現するしきい値回路に対して,その相関関係の理論的な裏付けを与えることができると期待できる.前年度までに得た成果に基づき,本年度は特にパリティ関数を計算するしきい値回路が実現できるマージンに焦点を当て研究を行った.エネルギー計算量と呼ばれる指標はマージンと深いつながりがあり,そのエネルギー計算量が限定されている状況下で素子数が非常に多く必要になることを証明できれば,しきい値回路が実現できるマージンの限界を示せる.この事実に着目し研究を展開した.まず,エネルギー計算量が極端に小さい場合,パリティ関数を計算するしきい値回路の素子数が指数的に必要になることを示した.また,パリティ関数と類する性質を持つ別の複数の論理関数についても,同様の命題が成立することを示した.この結果の導出にあたっては,エネルギー計算量の小さいしきい値回路の表現能力に関する新しい数学的な構造を導入している.この結果を土台として,さらにエネルギー計算量が定数の場合についても,パリティ関数を計算する定数段数のしきい値回路の素子数が指数的となることを示した.この成果は,LA/EATCS発表論文賞を受賞している.本成果を利用することで,パリティ関数を計算するしきい値回路に対するマージンについて,既存の結果から自明に得られる上界よりも良い,新しい上界を与えることに成功した.
総力戦体制以後の社会とポストコロニアルの文化

1998年度は、先行的研究「戦時動員と構造変動」の成果をいかに発展的に活用していくのかに腐心する時期であった。あらためて内外の研究者のネットワークを構築するとともに、7月に、「帝国の総力戦と植民地空間--そのねじれと転位」を開催し、総力戦テーゼとポストコロニアル研究との接合という企ての端緒を模索した。また、従来の研究のひとつの達成として、Total War and"Modernization"をCornell University Pressから公刊し、研究の具体的成果が英語圏の研究者にとって直接アクセスできるものにすることができた。ついで本格的な研究活動を進める年となった1999年度には、9月19日に東京外国語大学において「脱植民地化の欲望・グローバルな市場」と題する国際共同ワークショップを、また12月に沖縄において「コロニアリズム/レイシズムを問う場所、語る位置」と題するワークショップをあいついで実現した。これと並行して、5月と10月に、それぞれ日本側のメンバーがヨーロッパとアメリカを訪れ、複数の研究集会を実施して、研究計画を実際に担うメンバーのあいだの、明確な共通認識と課題意識を作り出すことに成功した。こうした国際的な広がりをも背景として、2000年度においては、本プロジェクトの総力をあげて、「戦後東アジアとアメリカの存在--《ポストコロニアル状況》を東アジアで考える」と題する大がかりなワークショップを成功させた。これは、2001年1月26日-27日の二日間におよぶものであったが、たんに戦後東アジアの忘れられた諸問題を主題化しただけでなく、従来の理論枠組みやカノンを根本から再検討する作業となった。このワークショップは、三年間の研究の集大成として、2001年6月を予定として、青土社からその学術的な記録の公刊準備が進められている。本年度の活動は、(1)7月21火に東京外国語大学で「帝国の総力戦と植民地空間-そのねじれと転位」をテーマにした国際共同ワークショップを主催したこと、(2)11月と2、3月にアメリカとヨーロッパに日本側メンバーを派遣して研究集会を共催し、同時に研究打ち合わせと資料調査を行なったこと、(3)1月に沖縄にて琉球大学の協力を得て研究会議を組織したこと、という三つの事業を軸に進められた。(1)では、アメリカの戦時体制におけるレイシズムを追求する研究分担者であるリプセッツに加えて、植民地帝国日本の文化統合を研究してきている駒込武に協力を求め、帝国の総力戦体制におけるレイスと植民地空間の位置をめぐって集中的な議論を組織することができた。この議論は、日米の戦時の総力戦体制がネイション・レイス・ジェンダーを複合的に構成し組み込みながら形成されていて、それが両国の戦後の体制にも深く影を落としている点を明らかにして、共同研究の視野を大きく広げることに決定的な貢献をなした。(2)では、コーネル大学、プリンストン大学、パリ大学、ライプツィヒ大学と、連続して関連するテーマをもって研究集会を実現し、日本からアメリカ、フランス、ドイツへと広がる本共同研究の輪を、より強固な基盤の上に据えるという大きな成果を挙げることができた。この中で、アメリカ、フランス、ドイツからも、共同研究分担者を中心に、来年度の事業の前進を図る新しいテーマのシンポジウムがすでに準備されはじめている。(3)では、帝国日本の戦中と戦後を考える上で不可欠なテーマである「沖縄」について、国際的な広がりを持つ視野からの議論を組織することができた。特に、アメリカと沖縄の研究者が歴史認識を共有しつつ相互に直接意見をぶつけ合って議論をしたことは、この問題をめぐる共同研究の展開に重要なステップとなった。

本年度の活動は、(1)9月19日に東京外国語大学で「脱植民地化の欲望・グローバルな市場」をテーマに国際共同ワークショップを主催したこと、(2)5月と10月にアメリカとヨーロッパに日本側メンバーを派遣して研究集会を共催し、同時に研究打ち合わせと資料調査を行なったこと、(3)12月に沖縄にて「コロニアリズム/レイシズムを問う場所、語る位置」をテーマに研究会議を組織したこと、という三つの事業を軸に進められた。(1)では、アメリカでアジア系アメリカ人の文化を追求する研究分担者であるシー・シュメイに加えて、戦時・戦後の台湾の文化研究をしてきている小倉虫太郎に協力を求め、ハリウッドで作られた台湾映画と戦後台湾で作られた映画の中に見られる、台湾や日本の表象について集中的な議論を組織することができた。この議論は、日米の植民地支配的体制が文化表象に強く影響を与え、それが日本・台湾・アメリカの戦後の関係にも深く影を落としている点を明らかにして、共同研究の視野を大きく広げることに決定的な貢献をなした。(2)では、ライプツィヒ大学とハーバード大学で連続して関連するテーマをもって研究集会を実現し、日本からドイツ・アメリカへと広がる本共同研究の輪をより強固にすることができた。特に、この二つの連続した研究集会では、1950年代における日本・ドイツ・アメリカの社会・文化史上の相互関係を焦点化し、新しい重要な知見を生み出して、戦時社会から戦後社会への連続と断絶の具体的諸相の理解を大きく進展させている。(3)では、帝国日本の戦中と戦後に特別な位置をもつ「沖縄」で、植民地支配と人種主義のかかわりを具体的に議論できたことが大きな成果である。特に、アメリカと沖縄の研究者が加わることによって、本共同研究の成果に厚みが増し、この問題をめぐる共同研究の展開に重要なステップとなった。平成12年度は、前2年間の蓄積に基づき、現時点で可能な限りの具体的な認識上の成果を集約することに努めた。2000年5月中旬には、研究プロジェクトの中心メンバーである中野敏男と岩崎稔が訪韓し、イムジヒョンらと韓国側の共同研究者と集中的な討議を行い、総括的な国際ワークショップの大枠を決定した。それによって、ポストコロニアルという状況規定の概念を東アジアの文脈に即して考察するための基本条件が確認されただけでなく、相互のナショナリズム研究や歴史叙述の実例を多面的に検討した。また複数回におよぶ国内の研究分担者との詳細な打ち合わせは言うにおよばず、十月末には中野敏男、千田有紀、中山智香子をニューヨークおよびイサカに派遣してコーネル大学側との研究打ち合わせを行ったり、ドイツからシュテフィ・リヒターを招請して話し合ったりするなど、研究分担者全員の共通認識の形成に努めることで、つぎの三点を共同研究の帰着点として提示することができるようになった。つまりそれは、(1)グローバリズムとナショナリズムの相剋をより複雑なパラメーターに即して解明する必要があること(2)ポストコロニアル状況におけるアメリカニズムのヤヌス的な相貌を有機的に把握する必要があること(3)東アジアにおける戦後という観念そのものがけっして単純に共有可能な枠組みではなく、根本的な再検証が求められていること、の三点である。そのうえで2001年の1月26日27日には、国際共同ワークショップ「戦後東アジアとアメリカの存在-《ポストコロニアル状況》を東アジアで考える」を、三年間の準備のすべてを活用する形で実現した。
山岳林における機械化作業が森林地の水土保全機能に及ぼす影響に関する研究

森林からの流出水の濁度を指標として、高密度の路網(128m/ha)を基盤とした、高性能林業機械による間伐作業の実施が、森林地に及ぼす影響について検討した。降雨時、作業林分の渓流の上下2個所の濁度は、瞬間的には等しい、高い値を示したが、降雨時間中に均した平均濁度は、僅かな距離(約300m)流下する中に上流の濁度の約2分の1に低下することが分かった。無降雨時、作業林分の渓流水の濁度は、未作業林分に比べ僅かに高い値を示したが、未作業林分の作業開始によって、両渓流の濁度に差がなくなるか場合によっては逆転することがあった。作業林分と未作業林分内の流路の精査によって、作業林分の渓流の濁度が上昇する原因は、林内の道路を起源とする土砂流入が繰り返し発生することにあると推論した。流入土砂は浸透能の低い堆積場を形成し、これが下方へ成長することによって、降雨時に、土砂を含む地表流成分の渓流への流入が増加すると考えた。道路排水施設の適切な配置と作業終了後も長期間その機能を維持し続けることによって、間伐作業の主要な目的の一つである森林の水土保全機能の高揚が達成されよう。渓流への土砂流入形態の一つである、逸散土の流下現象について、経年による残留土砂の粒径分布の変化を取り上げて分析した。建設後の経過年数の異なる(301年)林道の下方斜面に堆積、残留している逸散土は、当初大小の粒径の土粒子が混在しているが、経年により細粒成分が流出し、粗粒化が進む。粒径2.0mm以下の細粒土砂の流出は、建設後410年で地表面の植生が繁茂し安定した後も、30年以上継続するであろうと推論された。逸散土斜面の下方に水源となる渓流がある場合は、適切な土砂流出防止策の設置が必要であると考える。高性能林業機械による間伐作業が作業中及び直後に森林の水土保全機能に及ぼす影響を明らかにするため、下記の調査・観測を行い、一部データを解析中である。1.路網密度と機械化間伐作業関連:(1)平成8-11年度間伐実施森林103haについて、地形及び路線測量実施。(2)伐出作業中、プロセッサとフォワーダ作業について、撮影ビデオの解析による作業時間分析中。(3)路網密度-生産性の分析予定。(次年度の架線主体の作業についても同様の調査・解析を計画中)2.雨量、流量と濁度関連:(1)作業道路(既設7700m、路網密度105m/ha)沿いの切土量(不安定土砂)分布把握と道路横断水系(ガリ、横断排水溝、渓流)の位置と規模の計測。(2)平成10、11年度間伐実施林分を集水域とする渓流の2地点に、自記式水位・濁度計を設置。両林分の上位部に自記式雨量計を設置。これら観測データの定期的回収。(3)上記2地点とその下流合流点及び対象全森林を集水域とする点の計4定点で、流速計測による流量測定。同4地点で、随時流水サンプルを採取、後刻濁度-総浮遊物質量を分析予定。(4)作業道起源の土砂流の林内流下・滞留とガリ形成に関連する林床リターの機能究明(貫入試験機による土層強度測定と浸透能計測)。(5)道路下方斜面上の逸散土の流下、分級現象。開設後経過年、斜面位置、植生との関係について分析中。

1.隣接する間伐作業終了と未作業の森林からの流水の、降雨中・後における濁度に差違があることが認められた。2.作業実施林分で道路起源の流路(ガリ)の形成が顕著であることを確認。流出の初期成分と土砂流出の増加に寄与する地表流が増加したことが濁度差違の原因ではないかと推測した。道路排水処理の重要性が再確認された。3.ハーベスタによる造材作業で、max.grappling reach以遠の、ウインチによる伐倒木の木寄作業(路網密度より最大30m)が生産性に強い影響を及ぼすことが明らかになった。その他収集データ等(1)研究対象地の基盤施設の配置実測:道路延長13160m、面積103ha、路網密度128m/ha。(2)雨量、水位、濁度:隣接する2つの間伐林分の渓流2定点において、1998.112000.2の16ヶ月間のデータ収録。(3)林道沿線の逸散土砂の分級現象:経年による細粒土砂流出の実態を明らかにするため、建設年の異なる林道(九大宮崎演習林)斜面の逸散土砂の篩分と植生調査を実施。建設年以降の雨量収集。(4)ハーベスタ(木寄・造材)、フォワーダ(集材)作業時間分析。
アルデヒド脱水素酸素2の遺伝子多型性と有機溶剤の代謝・毒性との関連性

60匹のウイスター系雄ラットを4群に分け、1群は対照群、他の3群はそれぞれホルムアルデヒド投与群、抱水クロラールとホルムアルデヒド投与群(混合群)、抱水クロラール(0.25g/100ml)投与群とした。ホルムアルデヒド(75mg/100ml)と抱水クロラールは飲料水で投与した。これらの投与を1997年2月4日から同年12月9日(約11ヶ月)与えた。動物は体重測定後、ペントバルビタールで麻酔をし、血液、肝、腎、肺、精巣、骨髄、鼻腔を採取した。各群の半数は生化学的検索に使用するため、-85°C下で保存した。残りの半分は病理学的検索のため、ホルマリンで固定した。1.末梢血液像は後大静脈から採血したものを、Sysmex,F-820(東亜医用電子)で測定した。抱水クロラールとホルムアルデヒド群の白血球が減少していたが、混合群では対照群との差は認められなかった。さらに右大腿骨骨髄について細胞数と細胞分類を行った。ホルムアルデヒド群ではリンパ球の減少が見られたが、混合群では見られなかった。2.鼻腔の病理学的変化は認められなかった。3.ホルムアルデヒド群では全例に、抱水クロラール群では40%に肝の巣状壊死がみられたが、混合群では認められなかった。5.ホルムアルデヒド群と抱水クロラール群の精巣にはそれぞれ同程度の間質の増生が認められた。混合群でも単独群と同程度の間質の増生が認められた。6.視神経、肺、食道、骨髄にはいずれの群においても異常は認められなかった。7.ALDHの活性(ホルムアルデヒドの代謝)は抱水クロラール群および混合群で同程度に低下していた。8.まとめ:ホルムアルデヒドの毒性にALDHが関わっていることが判明し、肝や精巣に体する毒性は代謝物のギ酸によるものと推定された。1.Trichloroethylene(TRI)およびメタノール曝露が10種類のアルデヒド類の代謝に与える影響を検討した。TRIは肝可溶性分画におけるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、抱水クロラール、プロピオンアルデヒドおよびフェニルアセトアルデヒド代謝を抑制したが、ノニルアルデヒド、3-フェニルプロピオンアルデヒドおよびビタミンAアルデヒドの代謝には影響を与えなかった。TRIはベンズアルデヒドと2、5-ジヒドロキシベンズアルデヒドの代謝を促進させた。このような現象はミトコンドリアではもっと顕著であった。一方、TRIはミクロソームにおけるアセトアルデヒドの代謝には影響を与えず、ベンズアルデヒドの代謝を若干増大させた。このように、TRIは肝の可溶性分画とミトコンドリアのALDH活性を低下させるが、TRIによって影響を受けるALDHは炭素鎖が短い脂肪族のアルデヒドに親和性が高い分子種である。2.ヒトALDH2遺伝子多型トアルデヒド類の代謝:ミトコンドリアと可溶性分画におけるホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの代謝は活性型のホモ接合型の者の方がヘテロ接合型より明らかに高いが、ベンズアルデヒドの代謝には両群間に差が認められなった。ミクロソームにおけるアセトアルデヒドとベンズアルデヒドの代謝にはALDH2の遺伝子多型の影響は認められなかった。以上の結果からALDH2に親和性の高いアルデヒドがTRIにより代謝抑制を受けていることが明らかである。3.毒性・発癌性実験の開始:ラットを4群に分け、1群は対照群、他の3群にはそれぞれホルムアルデヒド投与群、抱水クロラールとホルムアルデヒド投与群、抱水クロラール投与群とする。ホルムアルデヒド(5mg/100m1)と抱水クロラールは飲料水で投与する。これらの投与を現在継続している。

8.まとめ:ホルムアルデヒドの毒性にALDHが関わっていることが判明し、肝や精巣に体する毒性は代謝物のギ酸によるものと推定された。
エンドセリン系遺伝子欠損マウスにおける心臓機能の調節

初年度において、意識下および麻酔状態のマウスで、収縮期血圧および心電図R-R間隔のパワースペクトルより、心臓および血管の自律神経性調節を定量的に評価する実験的方法を開発し、遺伝子操作マウスであるエンドセリン(ET)-1遺伝子欠損マウスのヘテロ接合体(ET-1^<+/->)に適用した。今年度は、ET-1^<+/->と近縁のETB受容体(ETBR)欠損マウス、リアノジン3型受容体(RYT3R)欠損マウスにおいて、パワースペクトル解析および時系列解析を行った。ETBR欠損マウスは、ETBR量が正常の1/8のマウスを作成し、正常マウスと比較したところ、つぎの結果を得た。(1)血圧は約30mmHg高かった。(2)分時感気量、呼吸反射、血液ガスは、正常マウスと差がなかった。(3)血圧および心電図R-R間隔のパワースペクトルは、正常マウスと差がなかった。(4)ETBRの選択的遮断薬を投与すると血圧は変化しなかったが、正常マウスでは血圧は上昇した。これらの結果から、生理的状態において、ETBRは降圧作用をもたらし、これは中枢性ではなく末梢作用によるものと結論された。RYT3R欠損マウスは、正常マウスに比して心拍の生理的変動が著しく減少していること、心電図R-R間隔のパワースペクトルを比較すると、交換神経性心機能調節を表わす低周波成分が減少していることが見い出された。これより、RYT3R欠損マウス心臓の交感神経性調節機能が減弱していること、生理的状態において、RYT3Rは心臓機能の交感神経性調節に積極的に関与していることが結論された。これらの研究をとおして、遺伝子操作マウスおよびパワースペクトル解析は、ともに生理的および病態下での生体機能の研究に有力な研究資源・研究法であると結論した。
新規の歯周感染論「歯周組織内感染」の提唱

歯周病菌Porphyromonasgingivalisは歯肉上皮細胞などの宿主細胞に侵入することが知られているが、その細胞内動態は明かではない。本研究の結果、歯肉上皮細胞に侵入したP. gingivalisはまず初期エンドソームに存在し、低分子量GTP結合蛋白質のうち、Rab14およびRalAと共局在を示すことが明らかとなった。宿主細胞に侵入したP. gingivalisは、これらのエフェクター因子を能動的に制御し、宿主細胞内での棲息および細胞外脱出等に利用していることが示唆された。歯周病菌Porphyromonas gingivalisはバイオフィルムのみならず、口腔の細胞内に生息して口腔内定着を果たしている。本研究課題は、細胞内定着に関わる宿主分子基盤の解析を目的としている。平成28年度の目標は、ゴルジ体からの膜小胞の輸送を制御するRab GTPaseの1つであるRab14につき、ヒト歯肉上皮細胞へ侵入したP. gingivalisの細胞内動態に及ぼす影響を調べることであった。蛍光蛋白質EGFPとRab14の融合蛋白質を歯肉上皮細胞へ発現させ、細胞内に侵入したP. gingivalisとの共局在率を共焦点顕微鏡で観察した結果、感染後1時間で本菌とEGFP-Rab14の共局在率はピークを示し、感染後5時間にかけ経時的に減少した。Rab14の恒常活性化型変異体であるRab14 Q70L、不活性型変異体であるS25Nを歯肉上皮細胞に発現させ、P. gingivalisへの局在化へ及ぼす影響を観察した。感染後1時間において、細胞内P. gingivalisとRab14 Q70Lは野生型と同程度の共局在を示したのに対し、Rab14 S25NはP. gingivalisとあまり共局在を示さなかった。これらの結果より、P. gingivalisの感染によりRab14の活性化、および本菌を含むエンドソームへのRab14の局在化を誘導している可能性が考えられた。P. gingivalisを内包するRab14陽性のエンドソームは、PI(3)PマーカーであるFYVE domain、アクチン細胞骨格系の再構成を制御するGTPaseであるRalA、ファストリサイクリングの制御因子であるRab4A、Rab4Aの結合因子であるRUFY1、細胞内輸送小胞の融合を担うSNAREタンパク質の一つであるVAMP2と非常によく共局在を示した。当初計画における平成28年度の目標は、ゴルジ体からの膜小胞の輸送を制御するRab GTPaseの1つであるRab14につき、ヒト歯肉上皮細胞へ侵入したP. gingivalisの細胞内動態に及ぼす影響を調べることであった。研究実績の概要に記載したように、本目標は過不足なく達せられた。加えて、平成29年度に向けて導入遺伝子量や薬剤耐性遺伝子を検討・変更するなどして、Rab14に対するshRNAを安定発現する歯肉上皮細胞株を樹立したこともあり、研究進捗は順調である。蛍光蛋白質EGFPとRab14の融合蛋白質を歯肉上皮細胞へ発現させ、細胞内に侵入したP. gingivalisとの共局在率を共焦点顕微鏡で観察した結果、歯肉上皮細胞に侵入した歯周病菌Porphyromonas gingivalisがRab GTPaseであるRab14およびアクチン細胞骨格系を制御する低分子量GTPaseの1つであるRalAと共局在を示すことが示された。そこで平成29年度は、RalA遺伝子につき解析を加えた。蛍光蛋白質mCherryとRalAの融合蛋白質を歯肉上皮細胞へ発現させ、細胞内に侵入したP. gingivalisとの共局在率を共焦点顕微鏡で観察した結果、感染後5時間までに本菌とmCherry-RalAはよく共局在を示した。P. gingivalisを感染させた歯肉上皮細胞をRabAの阻害剤であるBQU57およびRBC8で処理し共焦点顕微鏡で観察すると、感染後4時間において対照群と比較し歯肉上皮細胞内の菌数が増加した。また、その大部分が初期エンドソームのマーカーであるEGFP-FYVEと共局在を示した。これらの結果より、RalAの活性化がP. gingivalisの初期エンドソームを経由した細胞内輸送に関与することが示唆された。

本研究の目的は歯周病菌の歯周組織内定着機構の分子基盤を探り、歯周組織内定着の様子を知ることである。これまでの所、目的に合致した結果が得られており、研究推進方策に変更はなく、当初の計画通り研究を推進する。予防歯科学本研究のテーマである歯周病菌の宿主細胞内動態に関与する可能性が高い候補遺伝子に係る試薬(siRNA, shRNA,ベクター等)は輸入品である。今回の研究期間では、スクリーニングにより候補遺伝子が見つかったのが2月であり、本年度ではそれが間に合わず、次年度に持ち越すことにした。
歯肉炎症組織における一酸化窒素産生酵素の誘導遺伝子とアポトーシス

<研究目的・方法>ストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットの実験的歯周炎が血糖コントロールによって受ける影響を検索することである。普通飼育ラットの辺縁歯肉にゴム輪で刺激を加えた後,非糖尿病(N-DM)群,STZにより血糖値を上昇させた糖尿病(DM)群,さらにSTZにより上昇させた血糖値をインスリン投与により改善させた糖尿病-インスリン(DM-I)群に分けた。ゴム輪挿入の14および28日後にラットを屠殺し,血糖値の測定(随時血糖値),病理組織学杓および組織計量学的検索を行った。このじっけんは普通飼育と無菌飼育ラットの両方について行われた。<結果>病理組織学的所見からDM群ではN-DM群に比較して歯周組織の炎症性変化が著明であったが,DM-I群ではN-DM群と同程度であった。歯槽骨の面積計測の結果,歯槽骨吸収量はDM群>DM-I群≧N-DM群であり,DM群と他の2群との間には統計学的有意差があった。以上より,普通飼育糖尿病ラットにインスリン投与を行うと機械的刺激と口腔内細菌に由来する刺激で生じた歯周組織の炎症性変化および揖傷の程度が軽減することが示され,血糖コントロールの重要性が示唆された。無菌動物との比較では,同様な結論であったが,口腔内細菌の影響は糖尿病群でさらに顕著であった。ヒト歯肉由来線維芽細胞に対して、歯周病関連細菌で刺激した時の一酸化窒素産生酵素の誘導を観察した。歯周病関連細菌としては、Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Capnocytophaga sputigenaを用いた。10%ウシ胎児血清含有RPMI1640培地を用いて継代培養している線維芽細胞を、スライドグラス上に移し、RPMI1640培地のみで2日培養した。このRPMI1640培地は、一酸化窒素の基質となるアミノ酸アルギニンを含有するものと含有しないものの2種類を使用した。リン酸緩衝液に懸濁した細菌液を培養液中に加え、線維芽細胞と細菌を反応させた。一定時間反応させた後、培養細胞をそのままスライドグラス上で固定し、蛍光抗体法で染色し、落射型蛍光顕微鏡で観察した。一酸化窒素産生酵素は由来や性質から、3種類に分類されているため、特異性を観察するために3種類の酵素それぞれについてモノクローナル抗体を用いた。その結果、アルギニンを含んだ培地で培養した場合、含まない培地で培養した場合より誘導型の一酸化窒素産生酵素が線維芽細胞の細胞質全体に分布し、増加する傾向にあった。刺激する細菌の種類ではあまり変化がなかった。神経型、血管内皮型の一酸化窒素産生酵素は、あまり存在せず、局在が漠然としていた。一酸化窒素産生酵素は、継代している時に既に存在している可能性があり、組織学的検討とともに、酵素活性からの検討を加える必要がある。そのような観点から、一酸化窒素測定用電極を用いて、直接的に一酸化窒素(NO)を検出する位置を組立て、校正を行った。刺激に反応して線維芽細胞から放出されるNOは極微量なため、電極で測定するにはノイズが入り易く、厳重なシールドを必要とした。ウイスター系雄性ラットの下顎第一臼歯歯頚部にゴム輪を挿入し、実験的歯周炎を引き起こした。そのラットを屠死した後、低温下で固定し、凍結包埋した。クライオスタットで薄切切片を作製した後、間接免疫蛍光抗体法を行い、一酸化窒素産生酵素をFITCで標識した。一酸化窒素産生酵素には、由来の異なる3種類(脳、血管内皮細胞、マクロファージ)を用い、その局在の違いを検討した。その結果、炎症の程度がひどい内縁上皮は3種類の酵素すべてが誘導されたけれども、その範囲は浅在的であった。

すなわち、炎症が誘導された箇所に一酸化窒素産生酵素が観察され、酵素の由来に関係なく存在した。これは、使用した一酸化窒素産生酵素とそれ以外の生体に本来常在している一酸化窒素産生酵素が免疫学的に区別できない抗原部位を共有している可能性があるものの、炎症に際してその発現部位に観察され、炎症反応ではこの酵素が重要な役割を担っていることを示唆している。抜歯や歯周外科処置に伴って採取されたヒト健全歯肉や弱い炎症を示していた歯肉では、歯肉内の炎症性細胞に誘導性一酸化産生酵素が観察されたが、内縁上皮内ではほとんど存在せず、そのほかでは結合組織の血管内皮細胞にFITCの蛍光が見られた。この血管内皮細胞の3種類の一酸化窒素産生酵素抗体すべてに反応しているため、常在性のもので、炎症による誘導ではないと考えられる。また、健康あるいは弱い炎症を示す歯肉では、一酸化窒素産生酵素の誘導があまり顕著でないことが示唆された。1.研究目的前骨髄性白血病由来HL-60細胞を用いて、歯周病関連細菌と一酸化窒素の刺激で、アポトーシスがどのように誘発されるのかを検討し、併せて活性酸素関連酵素の細胞内誘導について酵素免疫学的に検出した。2.実験方法HL-60を培養面積75cm^2のプラスティック・フラスコに10%牛胎児血清含有RPMI1640培地で発育させ、回収・洗浄した後、一定の細菌数に希釈し、5種類の歯周病関連細菌(Porphyromonas gingivalis W50,W83,ATCC33277,Prevote11a intermedia ATCC25611,ATCC25261)の菌体で刺激した。一定時間刺激した後、蛍光色素(ヘキスト33342,アクリジンオレンジとエチジウム・ブロミド)で染色し、落射型蛍光顕微鏡で観察し、クロマチンの凝縮でアポトーシスを判定した。細菌の菌体刺激と同時に、一酸化窒素を自発的に放出するNOR(エチル-ハイドロキシイミノ-ニトロ-ヘキサン-イル-ピリジン)を添加した時のアポトーシスの誘導についても検討した。また、これらの刺激でHL-60細胞内に誘導される活性酸素関連酵素であるSOD(スーパーオキサイドディスムターゼ)やカタラーゼについて、免疫蛍光抗体法で染色し、観察した。3.結果および考察HL-60細胞のアポトーシスは各細菌間でほとんど差がなく、対照ともあまり差がなかった。SODやカタラーゼも同様に顕著な誘導は見られなかった。これは、HL-60が未熟な細胞であり、細菌菌体・内毒素に反応するには更に他の因子、たとえばインターフェロン-γなどの関与が必須であると思われる。
電池駆動可能なダイヤモンド冷陰極の作製とそのデバイス応用

ダイヤモンドを成長させる際に,フォトリソグラフィー技術を用い,異方性エッチング技術により逆ピラミッド状にエッチングしたシリコンを基板として使用する,いわゆる鋳型成形(モールド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を利用し、これと尿素を用いた新しいダイヤモンドへの高濃度窒素の添加方法を組み合わせることで、0.2V/μm程度の非常に低い電界における電子放出現象の確認および電池駆動可能なピラミッド状エミッタアレーの開発に成功した.これらの成果はまとめて、論文誌ultramicroscopyに報告した.また,多量の窒素を添加し,へテロエピタキシャル成長したダイヤモンド薄膜からの電子放出特性を測定し,多結晶やピラミッド状ダイヤモンドの特性と比較した結果を,論文誌Diamond Films & Tech.に報告した.さらに,このような窒素添加ダイヤモンドからの低電圧/電界での電子放出現象の解釈の一つとして,"space charge interlayer"modelを提案し,論文誌J.Vac.Sci.& Tech.Bに報告した.またピラミッド状ダイヤモンドの"parallel lithography"や"datastrage"などへの応用にも着手し,その第一報を論文誌Jpn.J.Appl.Phys.に報告した.以上を総括すると,まだ明らかにされていない問題点も残されているものの,数々の実験結果や理論的な考察から,気相成長ダイヤモンドからの電子放出機構の解明への着実な第一歩を踏み出せたものと考えている.(651文字)ダイヤモンドを成長させる際に,フォトリソグラフィー技術を用いパタ-ニングを行い,異方性エッチング技術により逆ピラミッド状にエッチングしたシリコンを基板として使用する,いわゆる鋳型成形(モ-ルド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を利用し、これと尿素を用いた新しいダイヤモンドヘの高濃度窒素の添加方法を組み合わることで、0.2V/μm程度の非常に低い電界における電子放出現象を確認,さらに電池駆動可能なピラミッド状エミッタアレーの開発に成功、論文誌AppL Phyl.Lett.およびultramicroscopyにその成果を報告した.また,ダイヤモンド表面を水素処理したり酸素処理することで,意図的にダイヤモンド表面の終端状態を変化させ,この変化が電子放出特性に対して及ぼす影響について,その詳細をJ.Vac.Sci & Tech.Bに報告した.このように本年度も,気相成長ダイヤモンドからの電子放出の不純物添加効果、表面状態依存性などに関して、基礎的な実験データの蓄積が行われてきた。しかし,現状ではまだどのような状態でダイヤモンド表面の電子親和力が負になるのか,またダイヤモンドのエネルギーバンドのどこから電子が出てきているのかなど,解明しなければならない問題点も数多く残されており,近い将来のデバイス化をにらみつつ,われわれの研究の主眼は気相成長ダイヤモンドからの電子放出機構の徹底的な解明という点に移行してきている.ダイヤモンドを成長させる際に,フォトリソグラフィー技術を用い,異方性エッチング技術により逆ピラミッド状にエッチングしたシリコンを基板として使用する,いわゆる鋳型成形(モールド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を利用し、これと尿素を用いた新しいダイヤモンドへの高濃度窒素の添加方法を組み合わせることで、0.2V/μm程度の非常に低い電界における電子放出現象の確認および電池駆動可能なピラミッド状エミッタアレーの開発に成功した.これらの成果はまとめて、論文誌ultramicroscopyに報告した.また,多量の窒素を添加し,へテロエピタキシャル成長したダイヤモンド薄膜からの電子放出特性を測定し,多結晶やピラミッド状ダイヤモンドの特性と比較した結果を,論文誌Diamond Films & Tech.に報告した.さらに,このような窒素添加ダイヤモンドからの低電圧/電界での電子放出現象の解釈の一つとして,"space charge interlayer"modelを提案し,論文誌J.Vac.Sci.& Tech.Bに報告した.またピラミッド状ダイヤモンドの"parallel lithography"や"datastrage"などへの応用にも着手し,その第一報を論文誌Jpn.J.Appl.Phys.に報告した.以上を総括すると,まだ明らかにされていない問題点も残されているものの,数々の実験結果や理論的な考察から,気相成長ダイヤモンドからの電子放出機構の解明への着実な第一歩を踏み出せたものと考えている.(651文字)
京劇演目のデータベース化

筆者は平成12年・13年の2年間にわたり、京劇演目研究のため、中国国内外にある脚本やVCD、京劇関連文献等の資料を収集したほか、実際に京劇の創作・上演・改編にたずさわった人々にインタビューを行い、貴重な証言や情報を得ることに成功した(その中には、今日の中国の政治的状況にかんがみ、当面、公表をひかえざるを得ない内部資料や証言も含まれる)。これらの調査研究の結果、1.京劇演目については、たとえ脚本内容が全く同じでも上演者・観客の意識の違いによって全く異なる解釈や位置づけがなされてしまうことが、往々にしてある。2.この現象の要因は、時代ごとの政治的状況や、上演者の個性などが、大きな要素となっている。3.京劇演目分類にも、こうした政治的状況の変化を考慮しつつ、柔軟を持たせるべきである。ことが明らかになった筆者は2002年1月10日、中央公論新社より『京劇』(中公叢書)を刊行し、今回の研究調査で得られた知見を公にした。同書339頁「あとがき」の末尾に、「<付記>筆者は現在、平成12年度・13年度科学研究費による京劇研究を進めており、本書もその成果の一部である(奨励研究(A)、課題番号12710245)。」と明記してある。また中国本土の政治的状況の変化を見きわめつつ、筆者のホームページ上でも今後随時、京劇研究の成果を公表してゆく予定である。本研究は平成12年度から13年度にかけて実施するものである。本年度はその前半として、文献資料や映像資料の収集、現地調査等による情報収集に力点を置いた。・資料収集『京劇劇目初探』『京劇劇目辞典』などの工具書、『車王府抄本』(早稲田大学図書館蔵)・『京劇叢刊』『戯考』などの脚本集、倉石文庫(東京大学)所蔵の資料などを閲覧・調査したほか、京劇を収録したVCDやCD、ビデオなど映像資料も収集した。また、現存の京劇演目が形成されるまでの過程をより正確に把握するため、京劇史関係の資料収集も並行しておこなった。・現地調査2000年8月および2001年2月の二度にわたり、中華人民共和国の北京市・天津市などに行き、京劇団や京劇学校の関係者に会って聞き取り調査等を行った。すなわち、中華人民共和国建国後から現在にいたるまでに行われた京劇演目の改編や意図や新演目創造について、京劇脚本作家、俳優、作曲・編曲者、教師等にインタビューし、体験談の聞き取り調査を行った。本年度の研究調査の結果、京劇演目のデータベース化のための基礎資料を把握することができた。と同時に、中国や日本には書籍として刊行されていない脚本資料(冊子や抄本など)がまだ多数存在すること、また、京劇演目の改編や創造の過程についても往々にして公刊資料で公開されている以上の複雑な状況が存在したこと、等がわかった。これらの点については、来年度さらに掘り下げて調査する予定である。なお、本年度の研究調査の成果の一部は、中央公論新社の「中公叢書」の一冊として、近々、発表する予定である(2001年5月ないし6月ごろ刊行予定)。」と明記してある。