hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロボティクス・ハプティクス技術を用いたヒトの身体所有感操作とコグネティクス研究

一方,国内でのコグネティクス研究の成果としては,例えば,Self-Tickling(自分自身でくすぐりを行ってもあまりくすぐったさを感じない状態)において,身体に与える力と与えられる力を独立して操作できる実験システムを開発し,Self-Ticklingにおける力フィードバックの役割について検討した.その結果,Self-Tickling状態になるためには力の一致が必ずしも必要ではないことを示唆した.また,コグネティクス研究の適用分野の拡大にも挑戦し,理学療法学研究者と共同でロボティクス,ハプティクス,バーチャルリアリティ技術を用いたヒトの運動学習や摂食・嚥下機能に関する新しい研究も開始した.本研究課題は,コグネティクス(認知神経科学×工学)に関わる国際的かつ学際的研究を推進・加速するものであり,その遂行には海外共同研究者の所属機関に申請者が長期滞在して,基課題において開発した実験システムを用いて現地の専門家と共に実験・議論を行っていく必要がある.そこで2018年度は,日本でのコグネティクスに関わる研究を継続しつつ,12月から実際に海外共同研究者の研究室があるジュネーブに赴き,現地での研究環境の整備・改善を主に行った.本研究課題で核となる実験システムは,これまでに何度か現地に赴いて既にセットアップしていたため,多くの機材を日本から持ち込むことなく研究環境の整備を円滑に行うことができた.また,海外共同研究者は申請者の渡航前から本研究課題に関わる心理学行動実験および認知神経科学実験を始めていたため,大きなアドバンテージがあるものと考える.現在いくつかの成果は国際共著論文として投稿中・準備中であり,したがって海外での研究推進であるにも関わらず良いスタートを切ることができたと言える.また,日本でのコグネティクス研究についても,身体認知に関わる新たな知見を得ることができ,さらにはコグネティクスを拡大した新たな共同研究を始めることができた.以上のことから,本研究課題は当初の研究計画に従って概ね順調に進んでいるものと考える.2019年度の研究では,引き続き海外共同研究者とともに健常者および精神・神経疾患患者の両方で身体認知に関わる実験をスイスで行い,その主要因および基本メカニズムについて学際的な観点から検討を行っていく.また,2018年度に新たに計画・開始したプロジェクトの推進も加速させていくことを考える.まず身体錯覚・身体所有感研究について,引き続きPHや他の身体錯覚発生の主要因を検証しながらその基本メカニズムを明らかにしていくことを行っていくとともに,2018年度までに得られた成果をまとめて国際共著論文として公表することを目指す.
地盤と基礎間の剥離及び滑りを考慮した構造物の耐震安全性評価に関する研究

地盤物性には不確定性が含まれている事から、地盤物性を確率変数とし、さらに、地盤と基礎間の剥離と滑り現象が解析可能な地盤-構造物系の有限要素法プログラムを開発した。このプログラムを利用して、まず、地盤物性の不確定性が地盤-基礎系の水平及び回転バネに及ぼす影響を検討し、弾性定数の変動係数が水平及び回転バネに及ぼす影響は大きいものの、地中2点間の地盤物性の相関性(相関距離のパラメータ)の影響は小さい事を明らかにした。さらに、地盤-構造物系の2次元モデルを想定し、地盤の確率変数が剥離及び滑りの安全性に及ぼす影響を考察し、地盤物性の不確定性がこれらの安全性に及ぼす影響が大きい事を示した。これらの成果は、昭和63年度建築学会大会において発表した。ついで、地盤-構造物系の相互作用を考慮して、構造物の弾塑性地震応答を解析する上で基本となる、埋込み基礎に対する衝撃応答関数を、利用しやすい形に整理して示した。これらの成果は、Int.Symp.on Pres.Vessel Tech.and Nuclear Code & Stand.に投稿中である。今後は、上記の2つの内容を結びつけ、さらに地盤の非線形挙動を考慮する事によって、大地震時における地盤-構造物系の耐震安全性を総合的に加える予定である。
中近世イタリアの民商事契約法学における言説空間の多元性

2018年度は,対象とする地域・時代の司法制度の改革・変遷と法学者の著述との関係を把握する作業を重点的に行う計画であった。都市国家における司法制度との関連等において,各種法学書,判決集,助言集,等の文献ジャンルが微妙な緊張関係を伴いつつ展開ないし衰退していく傾向を主として二次文献により概観した。それらの知見そのものについては定評ある先行研究が存在することが多い一方,並行して走る複数の文脈のなかで個別の著述家をいかに評価するかという点についてはなお多くの課題が残されているのを確認した。特に商事法学上一つの結節点となる法学者Benvenuto Straccaの学説史上の意義については,各都市国家における商事裁判所の位置づけの差異およびそれに応じた法的言説の構造の差異との関連性を問題とする限りにおいて,これまで通用している理解に修正を加える必要をみる。従来,14世紀のBartolusから16世紀のStraccaまでの線は太く引かれており,またStraccaの著作の性質上そのように把握すること自体は間違いではないものの,その線を強調するためにBartolusの受容に関して今日共有されている問題設定が不鮮明になる傾向があることが確かめられた。もっとも,個別の都市国家に関する司法制度および助言文献については,研究成果をまとめるには至らなかった。本年度の作業として予定していたものの一部は,Straccaの契約法学に対する貢献および学説上の位置づけを再検証するなかで傍証としてなお追跡・検討していくことにしたい。研究計画上の一年目である本年度であるが,従来の研究課題から本研究課題の遂行へとスムーズに移行することができなかった。そのため,司法制度の概要等の整理にとどまり,個別の文献の具体的な検討は大幅に次年度以降に持ち越さざるを得なくなった。2019年度は,前年度の調査を補充しつつ,具体的な史料調査・研究交流を遂行する。対象文献の調査が不十分であることもあり,研究の順序を多少入れ替え,Straccaの著述を一つの柱として,諾成主義を中心として契約法学の史学的検討を進める。研究課題の進捗状況の遅れと同様の理由で,文献調査がある段階以上には進捗しなかった。2019年度には,現地調査および研究成果の公表に向けた作業と並行して2018年度にすべきであった文献の補充的調査もする予定である。
プラズマの局所加熱を可能にするターゲット開発に必要な基礎プロセスの解明

本研究課題では、ターゲット形状の工夫により、レーザーによるプラズマの加熱効率の向上を図ることを目的とする。通常の実験で使用される平板ターゲットをレーザーで照射した場合、生成する予備プラズマの電子密度空間はレーザー照射位置からほぼ均一に膨張する分布を持ち、その際、ターゲット表面から遠ざかるにつれて密度が徐々に下がるような密度勾配を持つ。プラズマを高効率に加熱するという観点から、この予備プラズマに加熱レーザーパルスを照射した場合、レーザー光は臨界密度近傍において屈折の影響により進路を曲げられる。結果として、加熱エネルギーの多くが狙った領域の加熱に寄与せずに周辺の不必要な領域を加熱することになり、加熱効率が悪くなる。そこで我々は、予備プラズマにおけるプラズマの上下方向の膨張を制約し、なおかつ加熱レーザーパルスを効果的に微小な領域に導くための形状として「くさび型」のターゲットの有用性に着目した。H17年度は、プラズマの干渉計測装置およびシャドウグラフ計測装置を開発整備した。それらを用いてくさび型ターゲットをレーザー照射した場合に生成する予備プラズマの密度分布の時間発展を観測し、予測されたプラズマ形状が実現されていることの確認と、加熱レーザーパルスを予備プラズマに照射する最適な時間を決定した。H18年度は加熱レーザーパルスによるプラズマの加熱効率の向上を確認するために、加熱レーザーパルスを照射した場合に発生するX線(波長領域0.8-1.5KeV)の空間分布をX線ピンホールカメラにより計測した。測定の結果、くさび型ターゲットを用いることで、平板の場合に比べ、X線の絶対輻射量で1桁近い増加を得た。これはくさび型ターゲットを使用する事で上下方向への加熱レーザーパルスエネルギーの散逸を防いだ結果、局所的な領域へのエネルギーの注入ができたことを示している。プラズマの局所加熱を可能とするターゲットを製作するために、まず流体シミュレーションを用いたターゲットの設計を行った。設計で得られた形状のターゲットの製作を微細加工業者に依頼し製作した。それらのターゲットを用いて、実際にレーザー照射によるプラズマの生成実験を行った。具体的には10^<12>W/cm^2程度の照射強度のレーザー光をターゲットに照射し、生成したプラズマの電子密度空間分布をウオラストンプリズムを用いた干渉計により100フェムト秒の時間分解能で観測した。電子密度空間分布の時間発展を計測することにより、励起レーザー光照射後、1から1.5nsの時間帯にプラズマの微少(直径30ミクロン程度)の領域が、くさび状の急峻な密度勾配に囲まれることを見い出した。今後、この時間帯に高強度励起レーザーパルス(加熱用パルス)を入射し、レーザー光は急峻な密度勾配にガイドされる形でプラズマの微少な領域のみを加熱できることを調べる必要がある。また、10^<12>W/cm^2程度の照射強度のレーザー光を二段に分けて、ターゲットに照射することで電子密度が10^<18>10^<19>cm^<-3>の局所的に密度の低い部分がターゲット表面から100ミクロン程度の位置に生成することを見い出した。これはX線レーザー発振に有利な軸励起の可能性を示しており重要だと考えられる。現段階ではこの密度分布のくぼみの出現は二段照射の励起レーザーパルスの強度比、およびパルスの時間間隔に敏感であり、今後最適化を行う必要がある。通常の実験で使用される平板のターゲットをレーザーで照射した場合、生成する予備プラズマの電子密度空間はレーザー照射位置からほぼ均一に膨張する分布を持ち、その際、ターゲット表面から遠ざかるにつれて密度が徐々に下がるような密度勾配を持つ。

結果として、加熱エネルギーの多くが狙った領域の加熱に寄与せず、周辺の不必要な領域を加熱することから励起効率が悪くなる。そこで我々は、予備プラズマにおけるプラズマの上下方向の膨張を制約し、なおかつ加熱レーザーパルスを効果的に微小な領域に導くための形状として「くさび型」のターゲットの有用性に着目した。本年度は、加熱レーザーパルスをくさび型ターゲットにより生成した予備プラズマに照射したときのプラズマの加熱効率の向上を確認するために、加熱レーザーパルスを照射した場合に発生するX線(波長領域0.8-1.5KeV)の空間分布像をX線ピンホールカメラによる計測した。測定の結果、くさび型ターゲットを用いることで、平板の場合に比べ、X線の絶対輻射量で1桁近い増加を得た。これはくさび型ターゲットを使用する事で上下方向への加熱レーザーパルスエネルギーの散逸を防いだ結果、局所的な領域へのエネルギーの注入ができたことを示している。
日本列島から中国にかけての東アジア全域のマントル微細構造とダイナミクスの解明

本研究は,地震波トモグラフィー法と波形解析法などの地震学的手法を駆使し,日本列島周辺から中国大陸にかけての東アジア全域における,幾つかの地球科学の重要な研究テーマを解明した.この地域の活発な地震・火山活動は,太平洋プレートの深い沈み込み及び地殻・上部マントルの構造不均質の影響を強く受けていることがわかった.これらの成果はこの地域の地震発生機構と島弧火山・大陸内部火山の起源の解明およびその災害の予測と軽減のために極めて重要である.本研究は,地震波トモグラフィー法と波形解析法などの地震学的手法を駆使し,日本列島周辺から中国大陸にかけての東アジア全域における,幾つかの地球科学の重要な研究テーマを解明した.この地域の活発な地震・火山活動は,太平洋プレートの深い沈み込み及び地殻・上部マントルの構造不均質の影響を強く受けていることがわかった.これらの成果はこの地域の地震発生機構と島弧火山・大陸内部火山の起源の解明およびその災害の予測と軽減のために極めて重要である.1.中国大陸にある多くの地震観測点で記録された大量の地震波データを収集し、トモグラフィー・インバージョンに用いることによって、日本列島から中国大陸西部までの東アジア全域の3次元マントルP波速度構造を求めた。その結果、沈み込んでいる太平洋スラブとフィリピン海スラブの深部構造及び中国大陸内部ある活火山の起源を解明した。2.マントルと外核を通る大量の地震波走時データを用いて全マントル3次元P波速度構造を求めた。その結果、マントル中の反射波(PP, pP, PcP)や屈折は(Pdiff)と外核を通る波(PKP)はマントルトモグラフィーの決定には重要であることがわかった。これらの後続波を使用することによってハワイプルームは明瞭にイメージングされた。3.バイカル湖地域に展開された臨時地震観測網で記録された大量の遠地地震波データを用いてバイカル湖下の700kmまでの3次元P波速度構造を求めた。その結果、バイカルリフト帯の起源はマントル遷移層から上昇したマントルプルームに関係することがわかった。4.sP depth phaseを用いて日本列島周辺海域下の地震を精度よく決定し、日本海溝から太平洋沿岸までの日本沈み込み帯の前弧域の3次元詳細構造を推定した。その結果、沈み込んでいるスラブ上面の構造不均質とプレート境界型大地震の分布と顕著な相関があることがわかった。プレート境界型大地震の発生機構の解明には重要な意味があると思われる。5.地震波形モデリング法を用いて西日本に発生した地殻微小地震(M 2.4-3.6)の高周波地震波形をうまくモデリングすることができた。理論波形と観測波形を比較することによって、地殻の厚さと地震波速度を推定できた。1.全地球地震波トモグラフィーの計算法を改善し、不規則格子網を用いたより信頼度の高い全マントルの3次元速度構造を決め、西太平洋から東アジア地域下のマントル全体の構造とダイナミクスを研究した。特に沈み込んでいる太平洋スラブとフィリピン海スラブの深部構造とそれらの行方及び中国大陸内部に存在する火山の起源を解明した。2.近地と遠地地震波トモグラフィー法を用いて日本列島、バイカル湖及び中国西部(天山、チベットなど)地域の地殻と上部マントルの微細構造を求めた。その結果を用いて、地表に表れるテクトニクス(リフト構造、断層構造など)の起源や地震テクトニクスとの関連を研究した。3.日本列島とその周辺海域の地殻と上部マントルの微細構造を求めた。特に,従来求めることが難しかった前弧域の構造推定を行った。その結果を用いて、島弧マグマの起源と前弧域のプレート境界型大地震の発生機構を研究した。4.マントル内を多重反射するS波を用いて日本列島下のマントル遷移層不連続面(660km不連続面)の凹凸を求めた。不連続面の深さ分布と、沈み込む太平洋スラブの形状、温度異常との関連を研究した。1.全地球地震波トモグラフィーを決め、地球上の60個のホットスポット火山下のマントル3次元構造を調べた。その結果、全マントルプルーム、上部マントルプルーム、と中部マントルプルームが存在することがわかった。また、西太平洋から東アジア地域下のマントル全体の構造とダイナミクスを研究した。特に沈み込んでいる太平洋スラブとフィリピン海スラブの深部構造と行方及び中国大陸内部火山の起源を解明した。2.近地と遠地地震波トモグラフィー法を用いて日本列島、アラスカ、南カリフォルニア地域の地殻と上部マントルの微細構造と地震火山活動について研究した。3.日本列島とその周辺海域の微細構造を決め、島弧マグマの起源と前弧域のプレート境界型大地震の発生機構を研究した。1.近地と遠地地震波トモグラフィー法を用いて中国北京及びその周辺域の地殻と上部マントルの3次元微細構造と地震活動について研究した(Huang and Zhao, 2009).3.中国東北部の定常と臨時地震観測点で記録された大量の近地と遠地地震の到達時刻データを用いて、東北アジア地域の深さ650k皿までの3次元P波速度構造を決めた.その結果,プレ三ト内部の長白山活火山の起源は、太平洋停滞スラブの深部脱水とスラブ上のbig mantle wedge内における対流に関係することがわかった(Zhao, et.al., 2009, Phys. Earth Planet. Inter.)
PDCD4のdouble-faceな役割解明とmicroRNAバイオマーカー確立

慢性腎臓病(CKD)の治療法は確立されておらず、その対策は重要課題である。また、診断は侵襲的な腎生検に頼り、非侵襲的に診断できるバイオマーカーに乏しい。本研究では、腎疾患の増悪過程に関わる代表的なサイトカイン、TGF-β1の発現調整をうけるPDCD4とその発現調節に直接関わるmicroRNAの部位特異的な役割の解析を行う。動物実験腎炎、糖尿病性腎症モデルを使用し、腎臓の部位特異的にin vivo, in vitro共に役割を把握、腎疾患を統合的に理解し、CKDのの新規治療戦略を提唱する。またPDCD4をターゲットとするmicroRNAの発現や排泄を測定し、病態毎のバイオマーカーの確立を目指す。
高齢者栄養教育における指針作成と効果判定に関する研究

本研究の目的は、1.都市部および農山村部の一人暮らし高齢者・寝たきり高齢者の食生活、栄養摂取を規定するさまざまな要因を明らかにするとともに、2.見いだされた食生活改善のためのキーフーズにより、対象それぞれの栄養教育指針を策定し、その指針にそって両対象に栄養教育を実施した場合の効果判定を試みることであった。研究目的・研究実施計画にそって研究を行なうことにより、農山村部一人暮らし高齢者につき、本年度は次の結果が得られた。1.一人暮らし高齢者では超音波骨密度測定によるspeed of sound(骨伝導速度)は、対象の社会性(0.1%)、精神の安定性(5%)、休養生活(5%)は負の相関を有し、保健行動実施後(1%)とは正相関した。2.拡大家族、夫婦のみの核家族の高齢者に対し、一人暮らし高齢者では食事時の咀嚼回数がたん白質源摂取量、保健行動とよく相関し、よく噛むことは一人暮らし高齢者の生活の質を高めることに貢献している。3.農山村部一人暮らし高齢者の食生活を改善するキーフーズといえるものは見だしえなかったが、食品群摂取状態は全般的に悪く、栄養教育により野菜類、果物類、油脂類の摂取が増加した。牛乳・乳製品摂取は減少した。しかし期間中の対象との往復書簡により、食・健康に関する意識の高まったことが確認され、繰り返し指導期間が今少し多くできれば、対象の食生活はより以上に改善できるものと考えられる。高齢者を対象とした栄養教育での指針作成のうち、本年度は農山村部一人暮らし高齢者の食生活、栄養摂取の特徴を明らかにするとともに、対象高齢者の持つ食行動(食品を選択し入手することから、摂取して栄養物にするまでの各過程)上の問題点を究明することを目標とした。農山村部一人暮らし高齢者の食生活の特徴は、1.適性食品点数を充たしているのは、穀類・芋類・砂糖類と野菜類のみで、良質たん白質源の1、2群はともに0.6点の不足がみられる。2.主成分分析により対象の食生活を要約すると、アルコ-ル摂取の影響下にある食生活近代化度を表わす成分、食品選択上での食生活・栄養充実度を表わす成分など、5つの主成分が抽出でき、これらにより対象の食生活の81.2%が要約できた。3.高齢者の骨代謝に最も影響の多いカルシウム源である牛乳・乳製品利用摂取は、全く摂取しないものから5点摂取まで個体差が大きく、牛乳・乳製品教育の必要性が明らかになった。4.食事作りで困ることは「一人分は作りにくい」「献立を考えるのが面倒」等であった。5.自分の歯だけで咀しやくしているのは1割。5割が総入歯を装置しており、一部入歯の者は総入歯の者より、咀しやく困難な者が多かった。6.献立パタ-ンは17種類に分類され、主食・主菜・副菜の揃うパタ-ンは、朝11.4%、昼40.4%、夕30.7%と昼食が充実し、漬物のみられる献立は30.1%であった。7.対象の使用調理法は15種類に分類され、汁物、煮物、漬物が圧倒的に多く、食塩の過剰摂取につながっていた。などであった。都市部一人暮らし高齢者の場合に比し、Key foodsが今少し明確になってこないので、重ねて分析を続け、明らかな指針を得たいと思う。本研究は農山村部一人暮らし高齢者および都市部寝たきり高齢者の食生活、栄養摂取、食行動の問題点を明らかにし、栄養教育の方法を効果判定を行いつつ探究していくものであるが、前半は農山村部一人暮らし高齢者の食生活のうち、昨年度明らかにし得なかった点をきめ細かく研究した。その結果明確になった事柄は、1、男性1人暮らし高齢者の1人暮らし期間を延長するための環境づくりの必要性。2、栄養状態と食品群・栄養素摂取の関連では、「ふつう」者が最も良好な食べ方をしている。3、男性38.9%、女性25.0%の「やせぎみ」「やせすぎ」者への指導徹底の必要性。4、対象の保健行動を高めることで、有意に栄養摂取を高めることが可能であること。5、加療中の疾患のうち最も多いのは高血圧症であったが、男性正常血圧者では2、3、4群摂取が高血圧・境界域血圧者より多く、アルコールは有意に正常者に少なく、女性では、高血圧者は低栄養摂取群に多く、栄養摂取アンバランスが高血圧症を惹起していた。6、都市部に比し、農山村部一人暮らし高齢者の食生活は個人差が大きく要約しにくい。(以上「栄養食糧学会誌」に投稿予定)である。次に都市部寝たきり高齢者では1、寝たきりの原因疾患は脳卒中(38.7%)、骨折(11.7%)、関節系疾患、老衰等20種以上がみられる。2、80kcal1点法による各食品群摂取点数は、1群2.8点、2群1.4点、3群0.7点、4群0.7点、5群8.1点、6群1.0点、アルコール0.1点の計14.7点であった。3、エネルギー、たん白質、脂質、糖質の摂取量はそれぞれ1180kcal、50.1g、30.1g、176.5gであった。4、食品群・栄養素等摂取相関より主成分分析を行ない、対象の食生活栄養摂取を要約する4つの主成分を抽出することができた。第4主成分までの累積寄与率は77.3%である。

5、対象の栄養摂取を良好にするキーフーズは1群である。(以上第47回栄養・食糧学会発表;1993.5.16)本研究の目的は、1.都市部および農山村部の一人暮らし高齢者・寝たきり高齢者の食生活、栄養摂取を規定するさまざまな要因を明らかにするとともに、2.見いだされた食生活改善のためのキーフーズにより、対象それぞれの栄養教育指針を策定し、その指針にそって両対象に栄養教育を実施した場合の効果判定を試みることであった。研究目的・研究実施計画にそって研究を行なうことにより、農山村部一人暮らし高齢者につき、本年度は次の結果が得られた。1.一人暮らし高齢者では超音波骨密度測定によるspeed of sound(骨伝導速度)は、対象の社会性(0.1%)、精神の安定性(5%)、休養生活(5%)は負の相関を有し、保健行動実施後(1%)とは正相関した。2.拡大家族、夫婦のみの核家族の高齢者に対し、一人暮らし高齢者では食事時の咀嚼回数がたん白質源摂取量、保健行動とよく相関し、よく噛むことは一人暮らし高齢者の生活の質を高めることに貢献している。3.農山村部一人暮らし高齢者の食生活を改善するキーフーズといえるものは見だしえなかったが、食品群摂取状態は全般的に悪く、栄養教育により野菜類、果物類、油脂類の摂取が増加した。牛乳・乳製品摂取は減少した。しかし期間中の対象との往復書簡により、食・健康に関する意識の高まったことが確認され、繰り返し指導期間が今少し多くできれば、対象の食生活はより以上に改善できるものと考えられる。
三次元時間分解・その場観察を基礎とした凝固組織のダイナミクスの構築と展開

本課題では,金属合金の凝固を定量的に理解し,凝固現象の体系化を目指している.それを実現する実験技術として,透過像による二次元観察に加えて,三次元時間分解・その場観察を可能とするX線4D-CTを開発し, Al,Fe,Ni系合金を対象に凝固組織の三次元観察を実現する.その上で界面曲率分布などのデンドライト形状の定量化,偏析形成など凝固組織形成を実証的に明らかにする.[A]三次元時間分解・その場観察手法の開発:昨年度の手法を発展させ,白色X線を利用した場合,時間分解0.5s以内・空間分解10ミクロンをAl合金で実現した.固相と液相のコントラストが弱いFe合金でも2-4s程度で撮影し,従来の画像処理フィルターに加えて曲率効果を反映したフェーズフィールドモデルを確立して解析に利用している.また,高空間分解能観察では,時間分解能40s程度・空間分解1ミクロンを実現し引き続き分解能の向上を図る.[B]凝固している組織の定量化/その場観察試料の結晶方位解析/3D観察に基づいた凝固現象のモデリング・シミュレーション:in-situの三次元構造だけでなく,結晶方位分布を測定する手法を実現した.現状では結晶粒径が数100ミクロンの固液共存体の変形を観察し,せん断帯の形成,結晶粒の回転が観察できるようになった.また,固液共存体の変形過程における結晶粒の再配列などを含めたマクロモデルの発展を図り,せん断帯の形成から偏析形成までをより現実に近い計算が可能になった.また,計算科学からのアプローチでは,凝固および相変態直後の組織形成の定量化のための,実験のジオメトリを取り入れその場観察と比較可能な自由エネルギー揺動核生成シミュレーション法を,フェーズフィールド法を基に構築した.これによりその場観察のみでは追随が困難な相変態直後の組織形成の議論が可能になり,実験にフィードバックできた.本課題を遂行するために不可欠である三次元時間分解・その場観察手法の開発と実験データの解析手法の開発について,2017年度に引き続いて研究を進めた.Fe合金でも最短で2sごとの三次元像の再構成が可能になった.前者ではAl合金で0.5sの高時間分解能観察(2rpsで試料が回転したCT)まで実現し,等軸晶の形成を観察した.後者では,Al合金およびFe系合金の観察において,フェーズフィールドを用いたフィルターの特徴を把握して,昨年度に比べてより精度の高い三次元組織の観察が可能になった.凝固組織に関する時間分解の定量化では,固液界面積と固相率の関係,凝固過程における曲率の変化をAl合金,Fe合金で定量化した.試料内の結晶方位を解析する手法も実現し,固液共存体の変形過程における固相粒子の回転などを測定できる段階になった.これまでの二次元観察に加えて三次元観察が実現し,蛍光X線分析,力学測定と組み合わせた観察に基づいた定量的な凝固モデルを検討し,不均一変形による偏析形成を再現できる段階になった.Fe系を採り上げ,4Dその場観察実験のジオメトリを計算機シミュレーションに取り入れ,核生成・成長による相変態の時間経過の追随を可能にした.これによりマッシブ的変態における同時多発的核生成が近傍の応力場の変化をもたらし,巨視的応力場の緩和をもたらしながら相変態界面にて核生成し,その直後から多発的核生成により緩和された歪場の元で粒成長が促されることを明らかにした.以上の理由から,順調に進捗していると判断した.2017年度,2018年度の成果を踏まえ,2019年度は下記の方向で研究を進める予定である.[A]三次元時間分解・その場観察手法の開発:当初の目標をほぼ達成しつつあり,研究の中心は次の項目に移す予定である.実験手法の開発では,凝固組織の三次元解析において,より信頼性の高い解析手順を検討し,定量性が担保された解析手法の開発とその検証は引き続き行う.また,結晶方位解析では時間分解能を向上させ,固液共存体の変形過程における固相粒子の並進運動・回転運動のより精度の高いデータを獲得することを目指す.引き続き,凝固過程における相平衡関係の定量性も確保するため,二次元観察,in-situでの蛍光X線分析も積極的に利用して凝固組織形成過程の実証的・定量的解明を目指す.本課題では、金属合金の凝固を定量的に理解し,凝固現象の体系化を目指し,三次元時間分解・その場観察を可能とするX線4D-CTを開発し, Al,Fe,Ni系合金を対象に凝固組織の三次元観察を実現する.さらに,界面曲率分布と変化,1次・2次アームの選択,粒界領域での偏析形成など凝固組織形成を実証的に明らかにする.[A]三次元時間分解・その場観察手法の開発:高時間分解能観察(時間分解2s以内・空間分解10ミクロン)をAl合金で実現し,Fe合金でも4s程度での三次元観察を実現した.また、高空間分解能観察(時間分解能10s程度・空間分解1ミクロン)に必要な条件を実験により検証し,平成30年度に試行する段階になった.組織解析手法の開発:X線CT撮影したデータから凝固組織の発達過程を精度良く再構成する解析手法を確立するため,種々のフィルター(標準状態による規格化,異方性フィルターなど)を試行し,非平衡熱力学に基づいたフェーズフィールドモデルを利用したフィルターが有効であることが明らかになった.この手法によりFe系合金のデンドライトの再構成も実現した.[B]凝固している組織の定量化/

その場観察試料の結晶方位解析/3D観察に基づいた凝固現象のモデリング・シミュレーション:in-situの観察だけでなく、観察後の試料を解析するために結晶方位解析システムを購入し,試料内の方位解析など実験基盤が確立しつつある.三次元の凝固組織解析では,フェーズフィールドモデルを利用することで界面の曲率の定量化の精度が飛躍的に向上する可能性が示された.また,固液共存体の力学特性の検証では、変形過程における組織変化と応力変化の同時観察・測定(二次元)を実現した.データを固液共存体の力学モデルに利用する段階になった.本課題を遂行するために不可欠の技術的な課題として、三次元時間分解・その場観察手法の開発と実験データの解析手法の開発がある.前者については, 1s以下の高時間分解能観察(1rps以上で回転した試料のCT観察)にもめどがつき、Fe系合金でも三次元組織の観察が可能になった.後者についても,従来にないフェーズフィールドモデルを利用した画像処理・組織解析システムの有効性が明らかになり,その発展を目指している.凝固組織に関する時間分解の定量化,凝固組織形成とともに結晶方位解析、蛍光X線分析,力学測定を実施でき,定量的な凝固モデル(三次元、時間分解)を議論できる基盤が整いつつある.凝固組織・結晶方位のその場測定データの獲得により,計算材料科学の手法との検証することも可能になり,実験と計算をシームレスに連携した研究課題になりつつある.以上の理由から,順調に進捗していると判断した.本課題では,金属合金の凝固を定量的に理解し,凝固現象の体系化を目指している.それを実現する実験技術として,透過像による二次元観察に加えて,三次元時間分解・その場観察を可能とするX線4D-CTを開発し, Al,Fe,Ni系合金を対象に凝固組織の三次元観察を実現する.その上で界面曲率分布などのデンドライト形状の定量化,偏析形成など凝固組織形成を実証的に明らかにする.[A]三次元時間分解・その場観察手法の開発:昨年度の手法を発展させ,白色X線を利用した場合,時間分解0.5s以内・空間分解10ミクロンをAl合金で実現した.固相と液相のコントラストが弱いFe合金でも2-4s程度で撮影し,従来の画像処理フィルターに加えて曲率効果を反映したフェーズフィールドモデルを確立して解析に利用している.また,高空間分解能観察では,時間分解能40s程度・空間分解1ミクロンを実現し引き続き分解能の向上を図る.[B]凝固している組織の定量化/その場観察試料の結晶方位解析/3D観察に基づいた凝固現象のモデリング・シミュレーション:in-situの三次元構造だけでなく,結晶方位分布を測定する手法を実現した.現状では結晶粒径が数100ミクロンの固液共存体の変形を観察し,せん断帯の形成,結晶粒の回転が観察できるようになった.また,固液共存体の変形過程における結晶粒の再配列などを含めたマクロモデルの発展を図り,せん断帯の形成から偏析形成までをより現実に近い計算が可能になった.また,計算科学からのアプローチでは,凝固および相変態直後の組織形成の定量化のための,実験のジオメトリを取り入れその場観察と比較可能な自由エネルギー揺動核生成シミュレーション法を,フェーズフィールド法を基に構築した.これによりその場観察のみでは追随が困難な相変態直後の組織形成の議論が可能になり,実験にフィードバックできた.本課題を遂行するために不可欠である三次元時間分解・その場観察手法の開発と実験データの解析手法の開発について,2017年度に引き続いて研究を進めた.Fe合金でも最短で2sごとの三次元像の再構成が可能になった.
進行がんにおけるQOL層別化ツールの確立と新規シンプトンマネジメント法の開発

根治が望めないような進行がんの治療において、延命効果に加え、生活の質(QOL)の向上につながるシンプトンマネジメント法の確立が必要と思われる。こうしたシンプトンマネジメントをどのような患者を対象として、どのような時期に介入すべきか、などの視点から検証する必要がある。そこで進行胃がん患者を対象として、1進行がん患者のQOL層別化ツールを確立し、2これを用いてどのようなタイミングで介入すれば、健康関連QOLの維持・改善やがん関連症状の予防・軽減につながるのか、ということについて探索した。「食欲不振」、「倦怠感」といった進行胃がんに特徴的な症状はIL-6、IL-8、VEGFの血清レベルと相関していた。また、進行胃がん患者の包括的QOLはIL-8、VEGFの血清レベルと相関しており、これらのサイトカインレベルは疾患特異的QOLを反映していると推測された。免疫機能パラメーターの一つである末梢血インターフェロンγ産生能の評価は血清VEGFレベルの高値群と低値群の識別を可能とすることで、疾患特異的QOLの層別化を客観的に行えるツールとなりうることが示唆された。末梢血インターフェロンγ産生能が良好な進行がん患者では、健康関連QOLは比較的良好であり、この維持を目指し、人間性・経済性・社会性のバランスが取れていて、患者や家族の目線から見て希望が持てるなど、前向きの価値観を持つようなシンプトンマネジメント法の確立が必要であると思われた。一方、末梢血インターフェロンγ産生能が損なわれつつある進行がん患者では、がん関連症状の軽減を目的としたシンプトンマネジメントの積極的な介入が必要と考えられた。本研究結果は新規シンプトンマネジメントの開発に寄与するものと考える。がん治療の多くは苦痛を伴いがちで、ただ辛いことを繰り返すだけでは患者の満足度は低い。根治が望めないような進行がんの治療においては、延命効果に加え、生活の質(QOL)の向上にもその焦点がシフトしている。そこで、人間性・経済性・社会性のバランスが取れていて、患者や家族の目線から見て希望が持てるなど、前向きの価値観を持つようなシンプトンマネジメント法の確立が早急な課題とされている。同時に、こうしたシンプトンマネジメントを、どのような患者を対象として、どのような時期に介入すべきか、などの視点から検証する必要がある。そこで、1進行がん患者のQOL層別化ツールを確立すること、2これを用いて、どのようなタイミングで介入すれば、健康関連QOLの維持・改善やがん関連症状の予防・軽減につながるのか、ということを探索し、新規シンプトンマネジメント法の開発基盤を確立することが本研究の目的である。これまでに、進行消化器がん患者では、包括的QOLにおいて健康関連QOLが占める割合が比較的高く、また、疾患特異的に健康関連QOLが変動することを我々は見出している。これに加えて、食欲不振や全身倦怠感などの進行消化器がんに特徴的な症状が末梢血における特定のサイトカインレベルと相関しており、健康関連QOLと特定の免疫機能パラメーターが相関関係にあることも見出している。現在、進行消化器がん患者の臨床データを集積し、包括的QOLに大きく影響を与える疾患特異的QOLを層別化して評価できる分類指標について検証を進めている。疾患特異的なQOLの変化をとらえるために解析対象の患者を絞り込む必要があり、当初の予定より少し遅れているがん治療の多くは苦痛を伴いがちで、ただ辛いことを繰り返すだけでは患者の満足度は低い。根治が望めないような進行がんの治療においては、延命効果に加え、生活の質(QOL)の向上につながるシンプトンマネジメント法の確立が早急な課題とされている。こうしたシンプトンマネジメントを、どのような患者を対象として、どのような時期に介入すべきか、などの視点から検証する必要がある。これに加えて、食欲不振や全身倦怠感などの進行がんに特徴的な症状が末梢血における特定のサイトカインレベルと相関しており、健康関連QOLと特定の免疫機能パラメーターが相関関係にあることも見出している。現在、wearable deviceを用いたがん患者のQOL評価に取り組んでおり、これらのデータを集積し、疾患特異的QOLの層別化を客観的に行えるツールの確立を目指している。今後、進行消化器がん患者の臨床データをさらに集積し、包括的QOLに大きく影響を与える疾患特異的QOLを層別化して評価できる分類指標について検証を進めている。疾患特異的なQOLの変化をとらえるために解析対象の患者を絞り込む必要があり、当初の予定より少し遅れている根治が望めないような進行がんの治療において、延命効果に加え、生活の質(QOL)の向上につながるシンプトンマネジメント法の確立が必要と思われる。

「食欲不振」、「倦怠感」といった進行胃がんに特徴的な症状はIL-6、IL-8、VEGFの血清レベルと相関していた。また、進行胃がん患者の包括的QOLはIL-8、VEGFの血清レベルと相関しており、これらのサイトカインレベルは疾患特異的QOLを反映していると推測された。免疫機能パラメーターの一つである末梢血インターフェロンγ産生能の評価は血清VEGFレベルの高値群と低値群の識別を可能とすることで、疾患特異的QOLの層別化を客観的に行えるツールとなりうることが示唆された。末梢血インターフェロンγ産生能が良好な進行がん患者では、健康関連QOLは比較的良好であり、この維持を目指し、人間性・経済性・社会性のバランスが取れていて、患者や家族の目線から見て希望が持てるなど、前向きの価値観を持つようなシンプトンマネジメント法の確立が必要であると思われた。一方、末梢血インターフェロンγ産生能が損なわれつつある進行がん患者では、がん関連症状の軽減を目的としたシンプトンマネジメントの積極的な介入が必要と考えられた。本研究結果は新規シンプトンマネジメントの開発に寄与するものと考える。進行がんにおけるQOL層別化に関する提案について、論文作成にとりかかる。進行がん患者を対象としたシンプトンマネジメントをどのような患者を対象として、どのような時期に介入すべきか、などの視点から検証をすすめるとともに、新規シンプトンマネジメント法の開発基盤を確立するため、引き続いて臨床データを集積する予定である。各種血清バイオマーカーを測定する際の物品には使用期限があり、臨床検体の集積が完了するまで、これらの購入を延期すべきと判断したため(理由)各種血清バイオマーカーを測定する際の物品には使用期限があり、臨床検体の集積が完了するまで、これらの購入を延期すべきと判断したため(使用計画)臨床検体の集積が完了した際に、各種血清バイオマーカーを測定する物品を購入する予定である臨床検体の集積が完了した際に、各種血清バイオマーカーを測定するための物品を購入する予定である
機能性非コードRNA結合蛋白質を網羅的に同定する新たな基盤技術の開発

近年、miRNAやlncRNA等に代表されるノンコーディング(nc)RNAが、細胞内で核酸や蛋白質と相互作用して、多彩な生命機能の制御に寄与すること、また、その異常が疾病発症に関与することが明らかにされ、注目を集めている。しかし、個々のncRNAの機能に関しては依然として不明な点が多い。本研究では、ncRNAの機能解析に資する新たな基盤技術の確立を目指して、生細胞内でncRNAと特異的に結合する分子を網羅的に同定する実験法の開発に挑戦し、新規システムを樹立することに成功した。本法はncRNAに限らずmRNAの解析にも広く適用可能であると考えられ、当該分野の発展に大きく貢献することが期待される。ノンコーディングRNAは、ヒトゲノムDNAから転写される多様なRNA分子種の内、蛋白質をコードしないRNA分子の総称である。近年、この様なノンコーディングRNA、特にmiRNAやlncRNAなどに代表される機能性ノンコーディングRNAが、細胞内で様々な核酸分子や蛋白質分子と相互作用し、細胞増殖、生存、死、分化など、多彩な細胞機能および生命機能の制御に重要な役割を果たすことが明らかにされてきた。また、その発現異常や機能異常が、癌や神経変性疾患などを始めとする各種難治性疾病の発症や病態形成にも深く関与することが明らかにされつつあり、世界的に強く注目されている。しかしながら、これまでにその生物学的機能が明らかにされているノンコーディングRNA分子はごく僅かであり、大多数の分子の生理機能は、依然として不明のままである。本研究では、ノンコーディングRNAによる生命機能制御機構の解明を促進する新たな基盤技術の確立を目指して、核酸科学および蛋白質科学分野の先端技術を融合することにより、生細胞内で機能性ノンコーディングRNAと特異的に結合する分子を網羅的に同定する新たな実験手法の開発に挑戦している。この目的実現のため、本年度は、各種発現ベクターの構築や、様々な実験条件の最適化を実施し、解析手法の技術的基盤および基本プロトコールを確立した。また実際に、結合分子が既に同定されているノンコーディングRNA分子を活用してパイロットスタディーを施行し、有望な結果を得た。非コードRNAと生細胞内で特異的に結合する分子を網羅的に同定する手法の開発を行い、ベクターの構築や各種条件検討を実施し、解析手法の技術的基盤を確立した。また、既知の分子を利用して、パイロットスタディーを施行した結果、有望な結果が得られた。本法は様々なncRNA分子の相互作用解析に広く適用可能であり、その生理機能の解明を強力に推し進める新技術として、当該分野の発展に大きく貢献することが期待される。ノンコーディングRNAは、ヒトゲノムDNAから転写される多様なRNA分子種のうち、蛋白質をコードしないRNA分子の総称である。近年、この様なノンコーディングRNA、特にmiRNAやlncRNAなどに代表される機能性ノンコーディングRNAが、細胞内で様々な核酸分子や蛋白質分子と相互作用して、細胞増殖、分化、生存、死など、多彩な生命機能の制御に重要な役割を果たすことが明らかにされてきた。また、その発現異常や機能異常が、癌、免疫疾患や、神経変性疾患などを始めとする難治性疾病の発症および病態形成にも深く関与することが明らかにされつつあり、世界的に注目を集めている。しかしながら、これまでに生物学的機能が明らかにされているノンコーディングRNA分子はごく僅かであり、大多数の分子の生理機能は依然として不明のままである。本研究では、ノンコーディングRNAを介した生命機能制御機構の理解に資する新たな基盤技術の確立を目指し、核酸科学および蛋白質科学分野の先端技術を融合することにより、生細胞内で機能性ノンコーディングRNAと特異的に結合する分子を網羅的に同定する新たな実験手法の開発に挑戦した。この目的実現のため、本法に必要な各種発現ベクターの構築や、様々な実験条件の最適化を実施し、解析手法の技術的基盤および基本プロトコールを確立した。また実際に、本法を用いて疾患関連ノンコーディングRNA分子と結合する蛋白質分子の網羅的スクリーニングを実施し、本手法の有効性を確認した。パイロットスタディーによって得られた結果に基づいてプロトコールを改善すると共に、バックグラウンドが少なく、検出感度度に優れた実験条件を決定して、本手法を完成させる。また本手法を用いて、我々が見出した疾患関連非コードRNAと特異的に結合する分子を同定し、その機能を解明する。分子細胞生物学
Bacillus cereus菌由来スフィンゴミエリナーゼの触媒機構の解明

Bacillus cereus菌由来のスフィンゴミエリナーゼ(SMase)の126位と156位のAspをGlyに置換した変異体(それぞれD126GおよびD156G)を用い,合成基質である2-hexadecanoylamino-4-nitrophenylphosphorylcholine(HNP)を基質とする酵素反応パラメータのpH依存性を調べ,以前wild-typeで得られた結果と比較した.その結果,D126Gの場合,wild-typeにおいて基質結合と触媒活性に影響をおよぼす1つのアミノ酸残基の関与が消失した.このことから,126位のAspは,基質結合と触媒活性の両方に関与することが明らかとなった.さらに,D156Gの場合,pHプロファイルはwild-typeとほぼ同様であることから,酵素作用には同一のアミノ酸残基が関与すると考えられるが,結合力と触媒活性の強さは共にwild-typeより増加した.このことから156位のAspはHNPに対する結合や加水分解能を弱める役割を持つと考えられる.次に,真の基質であるスフィンゴミエリン(SM)を基質に用い,wild-type SMaseについて酵素反応パラメータのpH依存性を調べた.その結果,HNPを基質に用いた場合と同様,基質結合と触媒活性にはAsp126が関与したが,HNPの触媒活性に影響をおよぼすアルカリ領域にpK値を持つアミノ酸残基の関与が見られなくなった.このことから,HNPの触媒作用への関与が示唆されたアミノ酸残基は,SMaseの触媒作用に本質的に必須でないか,またはSMと結合した酵素の遷移状態複合体におけるpK値が8.5(測定した最大pH)よりもアルカリ性側にシフトした可能性が考えられる.Bacillus cereus菌由来のスフィンゴミエリナーゼ(SMase)の126位と156位のAspをGlyに置換した変異体(それぞれD126GおよびD156G)を用い,合成基質である2-hexadecanoylamino-4-nitrophenylphosphorylcholine(HNP)を基質とする酵素反応パラメータのpH依存性を調べ,以前wild-typeで得られた結果と比較した.その結果,D126Gの場合,wild-typeにおいて基質結合と触媒活性に影響をおよぼす1つのアミノ酸残基の関与が消失した.このことから,126位のAspは,基質結合と触媒活性の両方に関与することが明らかとなった.さらに,D156Gの場合,pHプロファイルはwild-typeとほぼ同様であることから,酵素作用には同一のアミノ酸残基が関与すると考えられるが,結合力と触媒活性の強さは共にwild-typeより増加した.このことから156位のAspはHNPに対する結合や加水分解能を弱める役割を持つと考えられる.次に,真の基質であるスフィンゴミエリン(SM)を基質に用い,wild-type SMaseについて酵素反応パラメータのpH依存性を調べた.その結果,HNPを基質に用いた場合と同様,基質結合と触媒活性にはAsp126が関与したが,HNPの触媒活性に影響をおよぼすアルカリ領域にpK値を持つアミノ酸残基の関与が見られなくなった.このことから,HNPの触媒作用への関与が示唆されたアミノ酸残基は,SMaseの触媒作用に本質的に必須でないか,またはSMと結合した酵素の遷移状態複合体におけるpK値が8.5(測定した最大pH)よりもアルカリ性側にシフトした可能性が考えられる.
ダム湖における放射性セシウム動態と収支に関する研究

福島県の3つのダムにおいて、溶存態・懸濁態Cs137の年間収支を算定した。その結果、流入水に比べて放流水の溶存態濃度の低下速度が鈍くなるような傾向が見られ、底質が溶存態Cs137のソースとして機能している可能性があることがわかった。次にダム底質を用いて、NH4濃度を調整した模擬湖水を加えて振盪溶出試験を行った。その結果、高温・高NH4濃度条件下でCs137溶出が多く、想定される環境条件下で、底質はCs137のソースとして十分機能することが確認された。以上より、今後のダム湖流域でのCs137挙動の予測にあたっては、放流水の継続的な観測と、実環境条件下での底質からのCs溶出挙動の評価が重要である。福島県横川ダムの上流・中流・下流の3地点において、2015年5月・8月・11月・2016年3月に水(表層および底層)・プランクトンの採取および濃縮を行い、放射性Csの挙動の流下方向に対する変動および季節変動の影響について確認を行った。福島県内3箇所のダム(松ヶ房ダム・真野ダム・横川ダム)において、それぞれ上流・中流・下流の3地点で複数本の鉛直不撹乱底質の採取を行った。福島県真野ダムの水・プランクトンの採取を、別途環境省業務内において外部委託し、放射性セシウムの分析を行った。2014年に採取した福島県横川ダムの底質を用いて、模擬湖水抽出試験を行い、放射性セシウムの溶出特性について確認を行った。研究計画遂行に必要なサンプルを概ね採取し、分析を行うことができた。放射性セシウム挙動の地点や時期による特徴が確認された。2015年度に引き続き、福島県横川ダムの上流・中流・下流において、2016年5月・8月・11月・2017年1月に水(表層・底層)およびプランクトンの採取を行い、放射性Cs濃度やプランクトン種の地点分布および季節変動について確認を行った。その結果、水については夏の中流底層部において最も溶存態Cs137濃度が高くなることがわかった。プランクトンのCs137濃度については顕著な周期的変動傾向は確認されなかった。また、同ダム湖のプランクトンによる放射性Cs濃縮係数の評価を行った結果、既往文献の淡水プランクトンの濃縮係数と同レベル(10^4 L/kg)であり、魚類とほぼ同じオーダーであったことが確認された。福島県内の3箇所のダム(松ヶ房ダム・真野ダム・横川ダム)において、それぞれ上流・中流・下流で複数本の鉛直不撹乱底質の採集を行い、バルクCs濃度・含水率・強熱減量等の性状測定を行った。その結果、原発事故後の初期堆積を示す、底質中のCs137濃度のピークは年々下部へ進行していることが確認された。また、底質を用いた模擬湖水試験の結果、現場湖水より高濃度のCs137が溶出する可能性があり、特に湖底の温度が高いほど溶出濃度は高くなることがわかった。ダムの流入・流出水中の放射性Cs濃度および濁度・流量のデータを用いて、松ヶ房ダム・横川ダムにおける形態別の放射性Cs収支の算定を行った。その結果、いずれのダムにおいても粒子態のCs137のうち約90%が湖内に貯留されたことがわかった。特に2015年は大規模な出水イベントにより放流水中のCs137量が比較的多かったことから、適切なダムの放流操作によって下流へのCs負荷を低減させる可能性があることがわかった。また、溶存態Csは流入・流出水でほとんど増減していないことから、先述の底質からの溶出による負荷量は収支にほとんど影響しないことがわかった。研究計画の遂行に必要なサンプルを概ね採取し、所定の分析を行うことができた。プランクトン態の放射性Cs動態に季節変動性が見られなかったこと、放射性Cs濃度が魚類とほぼ同程度であったため移行速度の算定が困難であることは当初の想定を外れるものであったが、一方でダム管理法が放射性Cs収支に影響を与えることを示唆する結果が得られたため、当初の想定通り、放流操作の重要性について議論を行うことができると思われる。福島県の3つのダム(松ヶ房ダム、真野ダム、横川ダム)において、引き続き流入水および放流水の溶存態・懸濁態のCs137濃度および濁度・水位を測定し、ダム湖における1年間の形態別Cs137収支の算定を行った。その結果、2015年からの3年間で溶存態のCs137濃度は低下傾向にあるものの、流入水に比べて放流水に含まれる溶存態Cs137濃度の低下が鈍く、環境半減期が長くなるような傾向が見られた。したがって、ダム湖の底質が溶存態Cs137のソースとして機能している可能性があることがわかった。次に横川ダムの底質を用いて、NH4濃度を調整し、他の主要イオン濃度を現場湖水に近い条件とした「模擬湖水」を加えた振盪溶出試験を行った。

その結果、添加するNH4濃度が高く、温度が高い条件ほど溶出するCs137が多くなることが確認され、現場で想定される最大のNH4濃度(約20mg/L:間隙水の最大NH4濃度に相当)に対する溶出ポテンシャルは、25°C条件下で湖水(最大0.3Bq/L)に対して約8倍(2.3Bq/L)であり、十分ソースとして機能することが確認された。以上より、今後のダム湖受益地環境での農作物や水生生物等へのCs137移行を考慮すると、特にダム放流水の継続的なモニタリングによって長期的な溶存態Cs137濃度の推移を観測し続けることが、下流部での溶存態Cs137濃度を予測するにあたり重要であることがわかった。また、底質からのCs137溶出を抑えるためには、湖底温度を上げない、あるいは好気的環境を保ちNH4濃度を上げない等の対策が必要であり、合わせて底質の浚渫の有効性とコスト等について今後検討が必要であることがわかった。福島県の3つのダムにおいて、溶存態・懸濁態Cs137の年間収支を算定した。その結果、流入水に比べて放流水の溶存態濃度の低下速度が鈍くなるような傾向が見られ、底質が溶存態Cs137のソースとして機能している可能性があることがわかった。次にダム底質を用いて、NH4濃度を調整した模擬湖水を加えて振盪溶出試験を行った。その結果、高温・高NH4濃度条件下でCs137溶出が多く、想定される環境条件下で、底質はCs137のソースとして十分機能することが確認された。以上より、今後のダム湖流域でのCs137挙動の予測にあたっては、放流水の継続的な観測と、実環境条件下での底質からのCs溶出挙動の評価が重要である。引き続き現場調査およびサンプリングを行い、季節変動性について昨年度と同様の傾向が得られるかどうか確認を行う。特に2015年9月に大規模な出水が発生したため、この出水イベントの影響について確認する。底質を用いた模擬湖水抽出試験および逐次抽出試験を遂行する。適切な期間において、3つのダム湖の放射性セシウム収支を算定し、底質中の放射性セシウム分布との関係を検討する。放射性セシウム収支についてダム湖間で特徴的な差異が観測された場合、各ダムの後背地における特徴の違いとの関係について考察を行う。ダム湖内の包括的な媒体間フロー図および移行速度について検討を行う。経年変化および季節変動性の確認のため、引き続き現場調査によって水・底質・プランクトンのサンプリングを行い、各性状の分析を随時進めていく。また、底質からのCs溶出の温度・水質依存性等を考慮し、例えば夏場に貯水率が低下した時において放射性Cs溶出リスクがどれだけ増加するかを含めて、ダム放流操作が下流負荷に与える影響等について検討を行う。水文学本研究計画の一部である、ダム湖の流入・流出水中の放射性セシウム濃度の観測に係る別途の予算が2016年度に十分に得られない可能性があったため、昨年度は必要最小限の支出とした。しかし別途の予算内で十分に観測が可能であることが昨年度末に確定したため、今後未分析・未処理のサンプル処理に係る経費にあてがうために昨年度の未使用分の予算の繰り越しを請求する。当年は、2015年度に採取した未分析・未処理サンプルの処理を進めたが、新施設(福島支部)の開設に伴う実験機器等の立ち上げに時間を要したことから、2016年度までに採取した底質・プランクトン等のサンプルの前処理および分析を完了することができなかったため。水・プランクトン・底質等のサンプル処理のために必要な消耗品の購入および分析にかかる費用として使用する。特に、ダム湖の底質は狭い地点間におけるばらつきが大きく、複数本のサンプル採取、および抽出試験においては複数回の反復試行が望ましいことが昨年度内に判明したため、当初の計画よりサンプル数を増やす計画である。