hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粒状集合体の3次元挙動の計測を目的としたX線CTスキャナ汎用マーカーの開発と適用

本研究ではまず,粒径が揃ったX線CTスキャナ用マーカーを簡易に作製する為に母材の検討を行った.当初,セメント材料を板状に成型固化後,粉砕作製法を採ったが,粒径の一定制御が困難で,材料ロスが多く不適当と判断した.次に焼成粘土をひも状に成形乾燥後,適当な長さに折ることである程度揃った粒径を得ることができたため,この方法を採用した,次に,母材に混合する配合材を検討した.金属短繊維や高分子繊維などを試したが,マーカー粒子作成時に配合材が母材内部に収まらず実験時のマーカー粒子自体の挙動に影響が大きいと予想されたため不適当と判断した.そこで,一つのマーカー粒子に複数の配合材が点で含まれればマーカーの粒子回転量の計測が可能であると考え,配合材に小径粒子を選択した.母材が焼成粘土であるため高温に耐えられるφ0.3mmの鉄粒子が最も適当と考えられた.母材の強度を必要とせず,かつ水を使用しない実験であれば配合材粒子は他の材料でも可能と考える.作製したマーカー粒子をCT撮影したところ,母材内部の配合材粒子がほぼ完全に分離できた.技術課題として,少量のサンプルにおいても撮影で得られる関心粒子数が多く,粒子を個別追跡するには3次元PTVを開発して粒子の移動量抽出を行う必要が出てきた.そこで,弛緩法アルゴリズムを用いて粒子移動前後の3次元座標のマッチングプログラムを開発した結果,五千個程度の粒子追跡が可能になった.ただし,境界値問題を対象とする実験に応用するには追跡粒子数を数万個数十万個のオーダーで行う必要がある.現在のプログラムでは計算に膨大な時間がかかるが,プログラムのマルチスレッド化で解決できる見通しが立ってきた.粒子の回転量の抽出や透水現象などによる微小な粒子移動についてはCT画像自体の前処理の問題が残るため今後の技術課題として残る.今回選択した焼成粘土母材では高い硬度は期待できないが,応力状態の小さい範囲での実験に適用するか,もしくは破砕性材料であることを生かして応力状態の分布を観察する実験に応用できると考えられる.本研究ではまず,粒径が揃ったX線CTスキャナ用マーカーを簡易に作製する為に母材の検討を行った.当初,セメント材料を板状に成型固化後,粉砕作製法を採ったが,粒径の一定制御が困難で,材料ロスが多く不適当と判断した.次に焼成粘土をひも状に成形乾燥後,適当な長さに折ることである程度揃った粒径を得ることができたため,この方法を採用した,次に,母材に混合する配合材を検討した.金属短繊維や高分子繊維などを試したが,マーカー粒子作成時に配合材が母材内部に収まらず実験時のマーカー粒子自体の挙動に影響が大きいと予想されたため不適当と判断した.そこで,一つのマーカー粒子に複数の配合材が点で含まれればマーカーの粒子回転量の計測が可能であると考え,配合材に小径粒子を選択した.母材が焼成粘土であるため高温に耐えられるφ0.3mmの鉄粒子が最も適当と考えられた.母材の強度を必要とせず,かつ水を使用しない実験であれば配合材粒子は他の材料でも可能と考える.作製したマーカー粒子をCT撮影したところ,母材内部の配合材粒子がほぼ完全に分離できた.技術課題として,少量のサンプルにおいても撮影で得られる関心粒子数が多く,粒子を個別追跡するには3次元PTVを開発して粒子の移動量抽出を行う必要が出てきた.そこで,弛緩法アルゴリズムを用いて粒子移動前後の3次元座標のマッチングプログラムを開発した結果,五千個程度の粒子追跡が可能になった.ただし,境界値問題を対象とする実験に応用するには追跡粒子数を数万個数十万個のオーダーで行う必要がある.現在のプログラムでは計算に膨大な時間がかかるが,プログラムのマルチスレッド化で解決できる見通しが立ってきた.粒子の回転量の抽出や透水現象などによる微小な粒子移動についてはCT画像自体の前処理の問題が残るため今後の技術課題として残る.今回選択した焼成粘土母材では高い硬度は期待できないが,応力状態の小さい範囲での実験に適用するか,もしくは破砕性材料であることを生かして応力状態の分布を観察する実験に応用できると考えられる.
近見反応の要素間協調の大脳内機構についての研究

近見反応は輻輳眼球運動・焦点調節・縮瞳からなる複合大脳反射であり、精緻な視覚の前提をなす。ネコ高次視覚領の外側シルビウス上領(LS皮質)は、運動視覚に関係するが、それと共に、LS皮質では微小電気刺激により輻輳運動・焦点調節・縮瞳が誘発されまた自発性焦点調節・縮瞳応答と相関した細胞活動が記録される。本研究では従前の研究に引続き、輻輳運動を中心とし次の研究を行った。(1)訓練した覚醒動物(ネコ)を用い、視標の接近運動に対する輻輳運動・焦点調節応答・LS皮質細胞活動を記録し、輻輳運動・焦点調節とニューロン活動との相関を分析した。426個のLS皮質ニューロンのうち、3%は輻輳運動がピーク速度に達する時点に1秒-20ミリ秒先行してピーク速度値と正の相関をもち、その活動が増加した。先行時間は、焦点調節系のそれとほぼ一致した。(2)LS皮質機能脱落の効果を調べた。電気凝固によるLS皮質局所破壊の結果、輻輳運動のピーク速度・大きさ、焦点調節の大きさが有意に減少した。すなわち、LS皮じは視覚対象の動きについて視覚情報を処理し、その結果を脳幹の眼球運動実行系に与え、視覚対象の比較的速い動きの追随を可能とすると考えられた。輻輳運動系がフィードバック制御のみでなく、視覚対象の脳内イメージを入力とするプログラム制御を受けることを考慮すると、LS皮質は後者の担い手としての役割を持つと考えられる。(3)LS皮質にBIOCYTINをマーカーとして局所注入、領域内微小線維結合を分析した。(4)以下及び従前の研究結果を総合し、LS皮質には近見反応の3要素にそれぞれ関係する小分野が存在し、その有機的結合により、LS皮質内で近見反応要素が統合され、精緻な3次元形状視に不可欠なこれら眼球運動制御が可能となることが示唆された。
ウェブ教材への自由書き込みと共有技術を用いた授業支援電子化教室ソフトの開発

黒板とPowerPointを使用した講義を比較調査・実験を行い、授業コンテンツの投影には巨大スクリーンが適していることなどがわかった。次に、アノテーションによる学習効果が認められるかを実験調査したが、有意な効果を見いだせなかった。そこで、授業コンテンツへの自由な書き込みの代わりに、文字ベースのTwitter風の書き込みの有効性を検討した。巨大スクリーン上で可視化されるアニメーションを利用した巨大スクリーン一斉講義システムを構築し、学習者とのインタラクティブなやり取りによって、授業が活性化することがわかった。(1)本研究は、ウェブ教材や電子黒板用のウェブ教材に対して、学習者が自由に絵・文字・付箋・アンダーライン・マーキングといった書き込みを行うという基本技術を応用し、ネットワーク化された教室での学習環境(電子化された教室環境)に発展させるものである。(2)まず、第1に、授業における書き込みの効果についての調査・実験を行い、効果的な書き込みを見極めること。(3)第2に、第1の結果を踏まえてウェブに書き込み、共有するシステムの構築。(4)第3に、構築したシステムを使用した学習効果を実証実験する。(5)第4に、PC教室で電子黒板との連携に必要な各種インタフェースを決定し、その効果を実証する。最後にプロトタイプ的に実装をしたシステムを広く誰でもが使えるようにすることを目標とする。平成20年度は、まず研究の手始めとして、黒板を使用した教育の意義について、黒板の歴史からさかのぼって調査研究を行った。歴史を調査し、当初、教員が黒板に何を望んだのか、そして、現在、小学校からの教育現場において、黒板が授業にどのように活用されているのかを文献調査を行った。さらに、電子黒板(SmartBoard)を販売している企業へ調査に出かけ、実際の電子黒板のさまざまな機能を実際に使用して調査した。また、実際にひとつの電子黒板を購入して、それを大学の授業内で使用し、大学の授業において、電子黒板が果たす役割について調査を行った。また、大学生における電子黒板利用の開発の要件分析のために、大学生が黒板に対して抱く印象評価を行った。さらに、大学における教員の黒板利用の実態を、実際に授業中の黒板を撮影することで調査を行った。これについては、電子黒板におけるPowerPointなどによる情報提示と黒板よる直接板書がどのような心理的そしてノート作成において影響を与えているかを比較調査することができた。これによよって、大学生にとっては、もはや黒板による情報提示は、ゆっくり板書されることによりノートが確実にとれるといった試験対策として、あるいは、小学校以来からの学習の習慣でしかないことが分かった。また電子的に情報を提示される場合には、学生は、その情報のコピーを試験対策などの理出でほしがるため、資料配布を別途必要とすることや、提示情報の情報量過多・および早い情報提示速度による認知負荷がおきていることも分かった。このことから電子黒板をさらに発展的に利用するために、様々な課題が判明し、次年度以降の開発のための要件を見出すことにつながった。平成21年度は、電子黒板と教師の利用状況を実験によってあきらかにすべく、視線追跡・解析装置を購入し、実験のために実験を想定したテストを行った。しかしながら、購入した視線追跡装置の測定精度が低く、平成21年度として当初予定していた実験は変更し、アンケートとインタビューによる調査となった。一方で、簡易的に顔を固定する装置を作成するなど、視線追跡装置の精度を上げるための工夫を凝らした。平成22年度にはそれを利用した測定を試みる。授業で用いる入力デバイスとして何が最もふさわしいかの調査を実機等を用いて調査した。普及の観点から、学生が利用するタブレットデバイスとしては、現在最も普及している任天堂DSが有力であることがわかった。しかしながら、DS上の自由記述データの取得とソフトウェア開発には任天堂とのライセンス契約が必要であり、個人研究ができないことも分かった。そこで、任天堂DSの文字認識機能とブラウザ機能を活用した電子黒板との連携を行うことを目指し、ソフトウェアのフレームワーク開発を開始した。未完ではあるが、学生が入力した文字情報が標準のDSウェブ機能を使用して、電子黒板でそれらの結果を表示する設計を行った。一方、教師が利用するためのタッチパネル式情報端末のための機能を明らかにするため、文献調査および、タッチパネルを多用している博物館等に多く出向き取材調査を行った。さらに、平成21年度に、そもそも授業時や、試験時にノート上にアノテーションをすることの学習効果があるのかどうかを文献調査および、実験によって検証を行った。被験者約120名に対して実験を行い、単純な形式の定まったアノテーション以外は、効果がないという結論に至った。コンテンツに対してアノテーションをして理解を深めるような方式ではなく、生徒のアノテーションを教員が利用する方が、タブレットデバイスと電子黒板の連携では重要であることが示唆された。平成22年度は、いくつかの実験と調査を行った。(1)アバターとして使用するキャラクターに関する調査1(2)チャット画面の共有に関する実験(3)アノテーションの効果に関する実験(4)アバターとして使用するキャラクターに関する調査2(5)アバターを使用したチャット画面の共有に関する実験

1(6)アバターを使用したチャット画面の共有に関する実験2(7)電子黒板とチャット画面の共有の合成による実験(8)視線測定の実験。(1)(4)によって、電子黒板上に登場させる好感度が高いアニメキャラクターの描き方の特徴が分かった。(2)によって、単なる文字の共有における問題点を明らかにした。(3)によって、やはり、学生によるフリーなアノテーションの意味がないことや、それを技術的に実現することは効果が薄いと判断した。そのため、単なる文字による情報共有ではなく、授業中の意見、感想、質問などをアニメーションのアバターが代わりに発言するというシステムを構築した。そのシステムを利用して(5)の実験を行い。さらに、そこでのシステム評価結果を踏まえ、電子黒板システムと統合させた、学生の意見を共有する統合教室環境に拡張し、(7)の実験を実際の授業で実証実験を行った。その結果、システムは大変煩雑で大掛かりにはなったものの、実際にシームレスに、授業コンテンツと学生の授業中の書き込みが統合された授業環境が構築され、授業評価は高かった。また、来年度以降の評価実験にむけて、(8)を小規模環境で行い、様々な工夫によって教室内で測定への足掛かりとした。平成23年度は、今まで模索してきた各種研究を統合し、ひとつの大きなシステムへとまとめあげた。本研究はiRoom構想のもと、黒板を介した学生と教師のインタラクション(BMC、Board Mediated Communication)を目指し、大きな電子黒板スクリーンと学生の所有するモバイル端末との間の通信と、その可視化に成功した。まず、横6.64m×高さ2.49mの巨大スクリーン上に電子黒板ユニットを取りつけ、研究当初目指していた教室の壁一面の電子黒板環境を構築した。次に、学生とのインタラクションとして、以下の5つの機能を実装した。1)学生のつぶやきを電子黒板上に流れるようにすること2)学生から収集したアイディアを画面に表示し、電子黒板上で操作できるようにしたこと3)学生のつぶやきと質問をグラフィカルに「学生代表アバター」として表現し、アニメーションを用いてフレンドリーに表現したこと4)付箋紙をもちいたボードプレゼンテーションをソフトウェア的に実装したこと5)黒板と一体化したレスポンスアナライザーを実装したこと6)学生の態度、感情、状態を可視化するツールを実装したこと、以上である。
遷移金属(Fe,Co,Nt)-Mn-Al系合金の相平衡に関する研究

Co-Mn-Al系合金は磁性材料として、Ni-Mn-Al合金は形状記憶合金として、Fe-Mn-Al系合金は,NiやCrを含有しない低廉スレンレス鋼として実用的にも重要な系であるが、合金設計を行う際に不可欠な資料である状態図(相図)が未だ確立していない。そこで本研究では、特にBCC相内の規則-不規則変態及びマルテンサイト変態について定量的知見を得る事に主眼を置きつつ、遷移元素-Mn側に現れる各相間の相平衡を調査し、以下の様な結果を得た。1、Co-Mn-Al系及びNi-Mn-Al系についての相平衡(規則-不規則変態も含む)を決定した。その結果,Co-Mn-Al糸では、今まで報告のなかったβ(B2)+δ(A2)2相平衡の存在が明らかとなった。また、Ni-Mn-Al系では、β相の存在領域が、NiAlからMnAlとNiMnの両方向へと伸びる複雑な形状を呈していることがわかった。2、実用的に大切なNi-Mn-Al系に現れるマルテンサイト相の変態温度をDSC及び電気抵抗測定により決定した。これにより、NiAlのAlをMnで置換していくと、Ms温度が上昇していくことが明らかとなった。3、BCC規則相の規則-不規則変態の実験値に基づき、これら3元系合金のB2規則相の統計熱力学的解析をブラッグ・ウィリアムズ近似により行い、BCC格子における各元素間の第2隣接原子間までの熱力学的パラメータを求めた。
可視光容積脈波の体動アーチファクト耐性の高さを引き出す至適測定法の探求

研究開始年度である本年度は、先ず、実験環境および測定装置の整備から始めた。光電式容積脈波測定の回路については、ブレッドボード上に再構築し動作確認した。現在、商用電源が60Hz(=60Hzに大きなノイズが入る)として装置を構築しているが、将来的に50Hzにも対応できるよう(50Hzの場所での実験実施も計画しているため)、センサーLED(発光ダイオード)のチョッピング制御を行う基板上のマイクロコンピューター(mbed)と、シリアルポートを介してこれを制御するパソコン(Apple Mac)双方の自作ソフトウェアーに改良を施した。現在は、ブレッドボードで確認済みのものをプリント基板化すべく、その準備を進めている所である。センサーについては、チップLEDとPD(フォトダイオード)を組み合わせた自作センサーに加え、同様の構成の市販の生体センサーについてもセットアップし、動作確認した。市販のセンサーは完成品であり断線もしにくいが(本研究では体動アーチファクトを使うため、実験中に細かい配線に負荷がかかり断線しやすい)、一方で、今後の実験に必要な青色波長域で測定できるものが存在しない上、自由にLEDとPDの配置を変えることができないと分かったためため、自作センサーでの実験が必須であると判断された。スマートフォンを用いた測定では、iOSのアップデートや新機種の登場に伴い、自作の測定プログラムに変更が必要であった。そのため、こちらにも調整を施し、データを取得できるようにした。申請時には予期できなかった異動が研究代表者にあったため、実験実施環境の整備と、実験装置一式の分解・移動・再構築の必要性に迫られた。申請時は、ある程度準備ができているとの前提で初年度(本年度)の計画を立てていたため、この分が遅れとなって生じた。専門知識を有する共同研究者の追加を打診中であり、これにより装置開発と実験実施の効率化を目指している。(理由)既述の通り、実験環境および実験装置一式の再構築の必要性に迫られたが、未だ挽回するところまでは至っておらず、研究計画に遅れが生じているため。(使用計画)遅れてはいるが、問題が生じているわけではないので、当初の予定を後ろにずらして使用する計画である。
閉曲面上のグラフに対する再埋蔵理論の展開

位相幾何学的グラフ理論は閉曲面上に描かれたグラフ(埋め込みと呼ぶ)が持つ構造を解明する分野であり,計算機科学や構造化学などと密接に結び付きながら,1980年代以降急速に発展を遂げてきた.一般に,与えられたグラフは同一の閉曲面に異なる埋め込みを複数持つことがあるため,それらに潜む共通の性質や差異を解明することは位相幾何学的グラフ理論の重要なテーマの一つである.本研究では,「再埋蔵構造」(異なる埋め込みを生成するメカニズム)をキーワードとして,異なる埋め込みの間に潜む関係を記述していく.位相幾何学的グラフ理論は閉曲面上に描かれたグラフ(埋め込みと呼ぶ)が持つ構造を解明する分野であり,計算機科学や構造化学などと密接に結び付きながら,1980年代以降急速に発展を遂げてきた.一般に,与えられたグラフは同一の閉曲面に異なる埋め込みを複数持つことがあるため,それらに潜む共通の性質や差異を解明することは位相幾何学的グラフ理論の重要なテーマの一つである.本研究では,「再埋蔵構造」(異なる埋め込みを生成するメカニズム)をキーワードとして,異なる埋め込みの間に潜む関係を記述していく.
レーザーによる根管内破折器具の除去に関する研究

1.以前の研究で,破折片を除去するために金属チューブにレーザー溶接を行う方法では試料断端部の直径が小さいものでは溶接が難しいことが判明した,このことから,金属チューブ内にステンレススチール製の鋼球をいれてレーザー溶接を行う方法を考案した.手用Kファイル(#8)15本を刃部先端から切断し,断端部の直径が0.25mmのファイル先端部を試料として,レーザー溶接を行う実験を行った.照射条件は900mJ,10PPsで13秒Nd:YAGレーザーを照射したところ,2秒以上の照射で,全試料が溶接され,引張り試験では,20N以上の破壊荷重が記録された.この方法で,細い破折器具を金属チューブに溶接することが可能となった,今後は,この条件での安全性を検討することが必要と思われる.2.抜去歯の根管内から破折片をレーザー溶接により除去することを検討した.手用Kファイル(#8#25)30本を刃部先端から切断し,断端部の直径の違い(0.250.45mm)により5群に分けたものを試料とした.髄室開拡後,根管形成したヒト抜去上顎前歯の根管内の根尖付近に試料を挿入した.根管洗浄針の金属チューブ部分を根管内に挿入し,試料の切断端の部分が金属チューブ内に入るように被せた後,チューブの反対側から挿入したレーザー導光用ファイバーを試料に接触させた状態でNd:YAGレーザーを400mJ,10pps,1秒間照射した.レーザー照射後,金属チューブを抜去歯から引き抜いた.全試料は,この操作により抜去歯から除去された,引張り試験を行ったところ,0.30mm以上の群では25.1N以上の破壊荷重であった.このことから,今回のレーザー溶接を用いた方法で根管内から破折片が取り出せることが確認された.1.以前の研究で,破折片を除去するために金属チューブにレーザー溶接を行う方法では試料断端部の直径が小さいものでは溶接が難しいことが判明した,このことから,金属チューブ内にステンレススチール製の鋼球をいれてレーザー溶接を行う方法を考案した.手用Kファイル(#8)15本を刃部先端から切断し,断端部の直径が0.25mmのファイル先端部を試料として,レーザー溶接を行う実験を行った.照射条件は900mJ,10PPsで13秒Nd:YAGレーザーを照射したところ,2秒以上の照射で,全試料が溶接され,引張り試験では,20N以上の破壊荷重が記録された.この方法で,細い破折器具を金属チューブに溶接することが可能となった,今後は,この条件での安全性を検討することが必要と思われる.2.抜去歯の根管内から破折片をレーザー溶接により除去することを検討した.手用Kファイル(#8#25)30本を刃部先端から切断し,断端部の直径の違い(0.250.45mm)により5群に分けたものを試料とした.髄室開拡後,根管形成したヒト抜去上顎前歯の根管内の根尖付近に試料を挿入した.根管洗浄針の金属チューブ部分を根管内に挿入し,試料の切断端の部分が金属チューブ内に入るように被せた後,チューブの反対側から挿入したレーザー導光用ファイバーを試料に接触させた状態でNd:YAGレーザーを400mJ,10pps,1秒間照射した.レーザー照射後,金属チューブを抜去歯から引き抜いた.全試料は,この操作により抜去歯から除去された,引張り試験を行ったところ,0.30mm以上の群では25.1N以上の破壊荷重であった.このことから,今回のレーザー溶接を用いた方法で根管内から破折片が取り出せることが確認された.以前、直径0.3mm以上のファイルの破折片は金属チューブに溶接が可能であったが、直径0.25mmの破折片は溶接できないか、溶接できた場合でも引張り試験の数値が低いことを報告した。そこで、直径0.5mmの破折片を金属チューブに溶接させる方法の検討を行った。ステンレス製手用Kファイル(#8)15本を刃部先端から8.5mmのところで切断したファイル先端部を試料とした,切断端を外径0.70mm(内径0.5mm)のステンレス製チューブに、直径0.5mmのステンレス鋼球を挿入後、試料を切断端から挿入し、鋼球と接触させた。また、チューブの反対側から挿入した導光用ファイバーを鋼球に溶接させ,Nd: YAGレーザーを1パルス照射し、ファイルの破折片と金属チューブを接触する実験を行なった。照射条件は900mJ,10pps,13秒とした.各群の試料数は5とした。レーザー照射後、金属チューブに試料が溶接されているかどうか、プライヤーを用いて確認した。結果はレーザー照射により、1秒照射群の1例を除いては、試料は金属チューブに溶接され、細い破折片を金属チューブに溶接させるために、ステンレス鋼球を併用する方法が有効であることがわかった。現在、これらの試料について引張り試験を行い、レーザー照射条件の違いによる違いについて検索中である.今後,抜去歯を用いた実験で実際にファイルを除去した場合の成功率、レーザー照射時の歯根表面の温度変化を測定する実験を行う予定である。抜去歯の根管内から破折片をレーザー溶接により除去することを検討した.

ステンレス製手用Kファイル(#8#25)30本を刃部先端から切断し,断端部の直径の違い(0.250.45mm)により5群に分けたものを試料とした.各群の試料数は6とした.髄室開拡後,根管形成したヒト抜去上顎前歯の根管内の根尖付近に試料を挿入した.根管洗浄針の金属チューブ部分(外形0.7mm,内径0.5mm)を根管内に挿入し,試料の切断端の部分が金属チューブ内に入るように被せた後,チューブの反対側から挿入したレーザー導光用ファイバーを試料に接触させた状態でNd : YAGレーザーを400mJ,10pps,1秒間照射した.レーザー照射後,金属チューブを抜去歯から引き抜いた.全試料は,この操作により抜去歯から除去された.試料が金属チューブに溶接されているかどうかプライヤーを用いて確認したところ,0.25mm群では,2例は溶接が不十分で金属チューブから試料が容易に除去された.プライヤーで除去されなかった試料は,引張り試験を行ったところ,0.25mm群の破壊荷重は3.18Nであったが,0.30mm以上の群では25.1N以上の破壊荷重であった.このことから,今回のレーザー溶接を用いた方法で根管内から破折片が取り出せることが確認された.ただし,断端部の直径が0.25mm程度の破折片では,金属チューブとの溶接状態が不完全となり,細い破折片の除去のためには更に改良を加えることが必要であることが確認された.
非線形差分系の実験的・理論的研究

離散的パンルヴェ方程式の定義空間の構成とその連続極限に関する実験を行ったが、交付の決定が10月であって期間が短かったため、十分な研究実績があがらなかったのは遺憾であった。その代わり連続的パンルヴェ方程式については種々の成果があったので、それについて記す。パンルヴェ方程式(特別な非線形方程式)の定義多様体は、線形方程式の場合と異なり方程式を非常に強く規定するので、解の解析のために大変有効であると期待される。本研究で明らかになったこととして、パンルヴェ性という最も基本的な事実の証明においても定義多様体が大きな役割を果たすということがある。岡本和夫氏が定義多様体を構成したときの一つの目的にパンルヴェ性(葉層構造の一様性)の幾何的証明を簡明に行うことがあったと思われるが、各ファイバー(初期値空間)がコンパクトでないため当時は成功しなかった。しかし定義多様体が簡明なsymplectic構造をもつことを用いると、補助関数をハミルトン関数を基にしてどう選べば良いかが、またそれを用いてパンルヴェ性を証明する手続きも幾何的に明確になった。本研究ではすべてのパンルヴェ方程式についてそのパンルヴェ性を、一定の方針によって示すこが出来た。現在パンルヴェ的な方程式がアフィン・ワイル群対称性から数多く見つけられてきているが、それらがパンルヴェ性を持つかどうかの問題にも上記の方法は有効であると期待している。
シロイヌナズナのCDKinhibitorの機能解析

データベース検索によりシロイヌナズナには7種類の構造上類似したCDK inhibitor遺伝子(KRP17)が存在することが判明し、RT-PCR法によりすべての遺伝子の単離に成功した。次に、KRPと他の細胞周期制御因子との結合を解析するために、in vitro転写翻訳系を用いて[35S]標識した7種類のKRPタンパク質とHisタグを付加したサイクリンとCDKタンパク質を調製した。アフィニティーカラムを用いた解析の結果、KRP16はサイクリンD2/CDKA複合体と結合したが、KRP7は結合が認められなかった。ヒストンH1を基質としたリン酸化実験系を用いて、KRPの阻害活性をin vitroで解析するため、大腸菌発現系を用いて可溶化されたKRP2、6、7タンパク質を精製してサイクリンD2/CDKAに対する阻害活性を評価した。これらのKRPはすべて量依存的に阻害活性を示したが、KRP2とKRP6は高い阻害活性を示すのに対し、KRP7は弱い阻害活性を示すことが分かった。またKRP2とKRP6を構成的に高発現する形質転換体を作出した。KRPの過剰発現体はこれまで様々な特徴をもつことが報告されているが本研究では葉の形状を決定する要因の一つである側歯(lateral teeth)と分化の指標となるトライコームに着目して解析を行った。野生型では後から発生するロゼッタ葉ほど側歯が増える傾向が認められるが、KRP6-18系統では第7葉以降野生型より顕著に側歯の数が増えることが観察された。したがって、KRP遺伝子は葉の形状を積極的に制御する可能性が示唆された。一方、トライコームの形状は野生型とほとんど変わらないものの、細胞当たりのトライコーム数は野生型と比べてKRP6-18系統ではかなり減少していた。KRP6-18系統では細胞数は減少するが、個々の細胞の体積は増大したことより、葉の単位面積当たりのトライコーム数を算出したところ、野生型と同程度であった。よって、葉のトライコーム数は細胞数ではなく、葉の面積に対して一定の割合に保つ機構が示唆された。なお、シロイヌナズナCDK inhibitorが厳密に誘導発現される系統の選抜を行っている。KRP17遺伝子の発現をRT-PCR法により解析した結果、すべての遺伝子が発現し、ある器官でのみ発現する遺伝子も認められた。次に、KRP17遺伝子のアンチセンス遺伝子を構成的および誘導的に発現するベクターの構築を行い、floral dip法によりシロイヌナズナColombia株に形質転換し、現在各形質転換体の選抜を行っている。次に、KRPと他の細胞周期制御因子との相互作用を解析するために、in vitro転写翻訳系を用いて[35S]メチオニンで標識した7種類のKRPタンパク質を調製し、一方で昆虫細胞発現系から(His)6-tagを付加したサイクリンとCDKタンパク質を調製した。アフィニティーカラムを用いて、それぞれのKRPと細胞周期制御因子との結合を解析した結果、KRP16はサイクリンD2/CDKA複合体およびサイクリンD4/CDKB2複合体と結合したが、KRP7は結合が検出できなかった。

サイクリンD2、CDKA、CDKB2単独のタンパク質を用いて同様に実験を行ったところ、いずれの場合にも結合は認められず、少なくともKRP16に関しては、サイクリン/CDK複合体に対する結合が単独のサイクリンやCDKに対する結合よりも強いことが示唆された。次に、ヒストンH1を基質としたリン酸化実験系を用いて、KRPの阻害活性をin vitroで解析した。昆虫細胞発現系によりキナーゼ活性を有するシロイヌナズナのサイクリンD2/CDKA複合体を調製し、一方で大腸菌発現系を用いて可溶化されたKRP2、6、7タンパク質を精製した。サイクリンD2/CDKAに対する阻害活性を評価したところ、これらのKRPはすべて量依存的に阻害活性を示したが、KRP2とKRP6は高い阻害活性を示すのに対し、KRP7はそれらと比べて弱い阻害活性を示すことが分かった。シロイヌナズナCDK inhibitor(KRP)遺伝子であるKRP2とKRP6を構成的に高発現する形質転換体を作出した。KRPの発現をタンパク質レベルで検出するため、ペプチド抗体を作製して特異的な抗体の精製に成功したが、形質転換体でKRPが高発現していることは確認できなかった。しかし、導入遺伝子に特異的なプライマーを用いたRT-PCR法により、形質転換した植物体で導入遺伝子が発現していることが確認された。葉を用いて細胞数と細胞の大きさを測定した結果、表現型が最も顕著に現れたKRP6-18系統では細胞数が野生型の約1/4に減少したが、個々の細胞の体積が増大し、最終的な葉の大きさは約2/3であった。KRPの過剰発現体はこれまで様々な特徴をもつことが報告されているが、本研究では葉の形状を決定する要因の一つである側歯(lateral teeth)と分化の指標となるトライコームに着目して解析を行った。野生型では後から発生するロゼッタ葉ほど側歯が増える傾向が認められるが、KRP6-18系統では第7葉以降野生型より顕著に側歯の数が増えることが観察された。したがって、KRP遺伝子は葉の形状を積極的に制御する可能性が示唆された。一方、トライコームの形状は野生型とほとんど変わらないものの、細胞当たりのトライコーム数は野生型と比べてKRP6-18系統ではかなり減少していた。KRP6-18系統では細胞数は減少するが、個々の細胞の体積は増大したことより、葉の単位面積当たりのトライコーム数を算出したところ、野生型と同程度であった。よって、葉のトライコーム数は細胞数ではなく、葉の面積に対して一定の割合に保つ機構が示唆された。なお、シロイヌナズナCDK inhibitor遺伝子を誘導的に発現する形質転換体を作出し、現在厳密に誘導発現される系統の選抜を行っている。
動脈内ステント留置に関する実験的検討

WHHL家兎と正常家兎における大動脈内ステント留置後および鎖骨下動脈におけるPTA(バルーンカテーテルによる)後の変化を画像および組織標本にて比較検討した。大動脈造影,鎖骨下動脈造影では,ステント留置直後のステント部血管径およびPTA前の血管径を基準とした血管径の狭窄率の変化をみた。WHHL家兎,正常家兎ともステント留置後の狭窄率は経過とともに高くなったが,正常家兎が4, 8週後でも2週後と狭窄率に大きな変化が見られないのに対し,WHHL家兎では4週,8週と経過するに従って狭窄率は高くなり,8週後ではWHHL家兎は正常家兎の約2倍の狭窄率となった。またPTA後の狭窄率はWHHL家兎にてステント留置よりも一時期高く,狭窄の経過は早く4, 8週後では狭窄率に大きな変化が見られなかった。摘出標本の病理学的検討では,WHHL家兎では肥厚内膜にステントワイヤーによる壁圧縮が認められ,2週後にはステント周囲に血栓および平滑筋細胞やマクロファージが主体の新生組織増殖が認められ,8週後でも一部に血栓の残存が見られた。これに対し,正常家兎では8週後には血栓の付着は見られなった。またWHHL家兎は正常家兎に比べ修復新生組織量も多く見られた。WHHL家兎でのPTA後の変化は,内膜肥厚の異なる境界部で内膜が断裂し中膜に損傷が達する場合が多く,中膜損傷を伴う方が伴わないものより修復組織量は多いが修復過程は早かった。またステント留置例のほうがPTA例よりマクロファージが多くみられた。以上の検討より,WHHL家兎では8週後まではステント部血管径は時間経過とともに狭窄が進み,2週後で狭窄率がほぼピークに達する正常家兎とは異なっていた。また,ステント部血管での血栓の付着,修復過程は正常家兎に比べ遷延化し,それとともに修復新組織の増大が認められた。WHHL家兎でのPTA部血管径はステント留置に比し狭窄率が一時期高く,狭窄時期も早かった。また中膜損傷例で修復が早く,肥厚した内膜は修復の妨げになるものと思われた。WHHL家兎と正常家兎における大動脈内ステント留置後の変化を画像および組織標本にて比較検討した。大動脈造影では,ステント留置直後のステント部血管径を基準とした血管径の狭窄率の変化では,1週,2週後においてはWHHL家兎,正常家兎とも狭窄率は経過とともに高くなり,両者に大きな差は見られなかったが,正常家兎が4,8週後でも2週後と狭窄率に大きな変化が見られないのに対し,WHHL家兎では4週,8週と経過するに従って狭窄率は高くなり,8週後ではWHHL家兎は正常家兎の約2倍の狭窄率となった。摘出標本の病理学的検討では,ステント留置1週後に正常家兎では中膜に,WHHL家兎では肥厚内膜にステントワイヤーによる壁圧縮が認められ,ワイヤー周囲には血栓の付着と初期細胞増殖反応が見られた。2週後には,WHHL家兎ではステント周囲に血栓および平滑筋細胞やマクロファージが主体の新生組織増殖が認められたのに対し,正常家兎では新生組織の増殖は認められたが,血栓はほとんど見られなかった。4週および8週後には,WHHL家兎では8週後でも一部に血栓の残存が見られたのに対し,正常家兎では血栓の付着は見られなかった。またWHHL家兎は正常家兎に比べて修復新生組織量も多く見られた。以上の検討より,WHHL家兎では観察しえた8週後まではステント部血管径は時間経過とともに狭窄が進み,2週後で狭窄率がほぼピークに達する正常家兎とは異なっていた。また,ステント部血管での血栓の付着,修復過程は正常家兎に比べ遷延化し,それとともに修復新生組織の増大が認められた。大動脈造影,鎖骨下動脈造影では,ステント留置後のステント部血管径およびPTA前の血管径を基準として血管径の狭窄率の変化をみた。WHHL家兎,正常家兎ともステント留置後の狭窄率は経過とともに高くなったが,正常家兎が4,8週後でも2週後と狭窄率に大きな変化が見られないのに対し、WHHL家兎では4週,8週と経過するに従って狭窄率は高くなり,8週後ではWHHL家兎は正常家兎の約2倍の狭窄率となった。またPTA後の狭窄率はWHHL家兎にてステント留置よりも一時期高く,狭窄の経過は早く4,8週後では狭窄率に大きな変化が見られなかった。これに対し,正常家兎では8週後には血栓の付着は見られなかった。WHHL

家兎でのPTA後の変化は,内膜肥厚の異なる境界部で内膜が断裂し中膜に損傷が達する場合が多く,中膜損傷を伴う方が伴わないものより修復組織量は多いが修復過程は早かった。またステント留置例のほうがPTA例よりマクロファージが多くみられた。以上の検討より,WHHL家兎では8週後まではステント部血管径は時間経過とともに狭窄率が進み,2週間後で狭窄率がほぼピークに達する正常家兎とは異なっていた。また,ステント部血管での血栓の付着,修復過程は正常家兎に比べ遷延化し,それとともに修復新生組織の増大が認められた。WHHL家兎でのPTA部血管径はステント留置に比し狭窄率が一時期高く,狭窄時期も早かった。また中膜損傷例で修復が早く,肥厚した内膜は修復の妨げになるものと思われた。WHHL家兎と正常家兎における大動脈内ステント留置後および鎖骨下動脈におけるPTA(バルーンカテーテルによる)後の変化を画像および組織標本にて比較検討した。大動脈造影,鎖骨下動脈造影では,ステント留置直後のステント部血管径およびPTA前の血管径を基準とした血管径の狭窄率の変化をみた。WHHL家兎,正常家兎ともステント留置後の狭窄率は経過とともに高くなったが,正常家兎が4, 8週後でも2週後と狭窄率に大きな変化が見られないのに対し,WHHL家兎では4週,8週と経過するに従って狭窄率は高くなり,8週後ではWHHL家兎は正常家兎の約2倍の狭窄率となった。またPTA後の狭窄率はWHHL家兎にてステント留置よりも一時期高く,狭窄の経過は早く4, 8週後では狭窄率に大きな変化が見られなかった。摘出標本の病理学的検討では,WHHL家兎では肥厚内膜にステントワイヤーによる壁圧縮が認められ,2週後にはステント周囲に血栓および平滑筋細胞やマクロファージが主体の新生組織増殖が認められ,8週後でも一部に血栓の残存が見られた。これに対し,正常家兎では8週後には血栓の付着は見られなった。またWHHL家兎は正常家兎に比べ修復新生組織量も多く見られた。WHHL家兎でのPTA後の変化は,内膜肥厚の異なる境界部で内膜が断裂し中膜に損傷が達する場合が多く,中膜損傷を伴う方が伴わないものより修復組織量は多いが修復過程は早かった。以上の検討より,WHHL家兎では8週後まではステント部血管径は時間経過とともに狭窄が進み,2週後で狭窄率がほぼピークに達する正常家兎とは異なっていた。また,ステント部血管での血栓の付着,修復過程は正常家兎に比べ遷延化し,それとともに修復新組織の増大が認められた。
海外悪性伝染病侵入時を想定した野生動物の疫学調査ツールの確立

海外悪性伝染病である口蹄疫やアフリカ豚コレラは、ウイルスによって起こる急性熱性伝染病であり、その極めて強い伝染力と畜産業界・国際貿易への影響力の大きさから、我が国では家畜伝染病予防法の法定伝染病に指定されている。こうした病原体が日本国内に侵入した際、感受性動物である野生イノシシに感染が及ぶことは、家畜防疫上の重大なハザードとなる。そこで本研究は、口蹄疫およびアフリカ豚コレラの野生イノシシ群への感染拡大を迅速に評価する調査ツールを確立する。イノシシから非侵襲的かつ効率的に唾液を採取する方法と、対象病原体を検出する遺伝子診断法の条件を検討し、国外の口蹄疫およびアフリカ豚コレラの常在地域で性能評価する。このツールによって得られるデータと地理情報を用いた空間解析により、野生イノシシにおける病原体保有状況の監視および感染源リスク評価を行う体制構築に寄与することができる。平成30年度は、野生イノシシの非侵襲的唾液サンプル採取法の検討を行った。具体的には、1.唾液採取用スワブを作製し、飼育ブタを用いた嗜好性試験をもとに、スワブを覆うベイト素材を決定した。2. 1.の方法によりブタが唾液サンプリング用スワブを咀嚼することで、ロープに13mlの唾液が吸収され、回収した唾液から効率的に核酸を抽出する方法を確立した。3. 1.および2.の方法により、宮崎県内の野生イノシシ(S. scrofa leucomystax)の生息地域にサンプリング用スワブを設置し、その唾液回収効率を調査した。ベイトの咀嚼痕跡や唾液の回収成績、さらに核酸抽出効率などをもとに、設置場所や設置時間などを検討した。センサーカメラの映像と、回収した唾液のミトコンドリアDNA解析により、イノシシだけでなく、タヌキやテンなどの野生動物によってもベイトが採食されたことが示唆された。野外調査の許可申請に時間を要し、野生イノシシを対象とした実験の開始が予定より遅れた。その影響で、柑橘類の収穫時期と重なり、それを狙う野生サルが頻繁に出没した影響で、調査予定地の野生イノシシの出現が想定より少なく、実験の効率が低下した。以上の理由により、フィールドでの試行回数を十分に確保できず、イノシシ以外の野生動物によるベイト採食を回避する方法について、検討の余地がある状態である。実際の生息痕跡をもとに試験場所をより適切に選定し、国内の野生イノシシを対象とした試行を追加する。これにより、初年度で生じた課題である、イノシシ以外の野生動物による影響を低減する方法を確立する。また、本サンプリング方法で採取される野生イノシシ唾液中の微量のウイルス遺伝子を検出するため、ProteinGコート免疫磁器ビーズを用いたウイルス濃縮法および迅速遺伝子検査法を組み合わせる。口蹄疫およびアフリカ豚コレラが常在しているケニア、ウガンダにおいて、本法のウイルス検出ツールとしての性能評価を行うため、研究協力者との調整を進める。

また、本サンプリング方法で採取される野生イノシシ唾液中の微量のウイルス遺伝子を検出するため、ProteinGコート免疫磁器ビーズを用いたウイルス濃縮法および迅速遺伝子検査法を組み合わせる。口蹄疫およびアフリカ豚コレラが常在しているケニア、ウガンダにおいて、本法のウイルス検出ツールとしての性能評価を行うため、研究協力者との調整を進める。
X線を用いた脳機能操作法の確立

自由行動中の動物において深部脳細胞を効率よく体外から遠隔操作することは未だ困難である。本研究では、これまで独自に開発を進めてきた、生体組織を透過するX線を可視光へと変換する発光素材である無機シンチレータを用いた神経活動の遠隔操作技術をより安全な実験系として確立することを目的とする。特に、被爆線量を最小限化する手法の開発を目指すとともに、手法の安全性・侵襲性・スケーラビリティについての改善策を検討する。
報酬系神経回路の抑制性介在ニューロンおよびドパミン放出に対する麻酔薬の影響

麻酔薬による依存性の細胞メカニズムを明らかにする目的で、報酬系回路の中心である腹側被蓋野でのシナプス伝達をラット脳スライスを用いて細胞外電位記録法により観察した。麻酔薬プロポフォールは臨床使用濃度以下のごく低濃度(0.5μM)で約25%の増強作用を示した。同部位におけるドパミン放出におけるプロポフォールの作用はin vitroの実験系では明らかにすることが出来なかった。ラット腹側被蓋野(VTA)におけるシナプス応答に対する麻酔薬プロポフォールの影響を検討する目的で、まず多点皿電極を用いた細胞外シナプス電位記録法を試みた。VTAにおける細胞外記録法の報告は多くないが、今までの報告では安定したシナプス電位の記録とパッチクランプ法を用いた時と同様な結果が得られていたからである。ごく低濃度(0.5μM)のプロポフォールがVTAにおけるシナプス伝達をおおよそ25%程度増強することが明らかになった。現在より高濃度のプロポフォールによるシナプス伝達への影響を検討している。同時にコンベンショナルなスライスパッチを用いたプロポフォールのVTAシナプス伝達への影響を検討するための予備実験・条件検討を行った。また、平成21年度に予定しているラットを用いたインビボ微小透析法を行う前段階として、生後17-25日齢ラットからVTAおよびVTAドパミンニューロンの投射先である側坐核を含む脳スライスを用いて遊離してくるドパミンの検出を試みた。チャンバー内に脳スライスを静置し、人工脳脊髄液(aCSF)に0.5-50μMのプロポフォールを加算的に加え還流し、5分毎に分注した。後に高速液体クロマトグラフを用いてaCSF中に含まれるドパミンとセロトニンを定量した。ドパミンおよびセロトニンは検出可能であったが、プロポフォールによるこれら神経伝達物質放出に及ぼす一定の影響は見出せなかった。なお、昨年度途中に人事異動があり客員研究員として研究を継続することとなったため、教室内の協力者を得て研究を行う体制となったが、当初予定していたのよりも研究の進捗が遅れがちになっていることを申し添える。平成21年度はラット腹側被蓋野(VTA)におけるシナプス応答に対する麻酔薬プロポフォールの影響を検討する目的で、多点皿電極を用いた細胞外シナプス電位記録法を試みた。また、より高濃度のプロポフォール(5,50μM)では、VTAにおけるシナプス伝達はを抑制することが明らかになった。しかしながらこの方法ではプロポフォールの洗い出しが不十分であり、また、安定したシナプス電位を記録することが困難だったため、以降通常のスライスパッチ法に切り替え実験を行った。スライスパッチ法を用いたシナプス電に対するプロポフォールの作用は、0.5μMでは147±15.1%、5μMでは66.7±5.7%、50μMでは16.1±7.3%と多点皿電極を用いた実験と同様であった。また、VTAのドパミンニューロンに対する膜電位固定法による実験では、低濃度のプロポフォールによって内向き電流を生じる細胞は12個中8個で、0.5μMでは基準値と比較して-34.4±13,1pAの外向き電流を生じた。K channelに対する作用については、ボルテージステップをかけると以後の電流が不安定になり、評価可能なデータが取得出来なかった。予定していたラットを用いたインビボ微小透析法は当研究室で所有する高速液体クロマトグラフィーが長期にわたって故障していたことに加え、研究代表者の移動に伴う研究時間の制約があり、実現できなかった。現在、電気生理学的研究データを解析し、学術論文として投稿準備中である。
大気温度計測用共鳴散乱ライダーの衛星搭載化に向けた新手法の開発

中間圏・下部熱圏(MLT)領域の温度は、地球大気の子午面循環や、宇宙の電離大気と地球の中性大気の相互作用を理解する上で極めて重要な物理量である。共鳴散乱ライダーはこの領域の温度を高い時間・高度分解能で測定可能な唯一の測器だが、温度測定のためにはレーザー周波数を厳密に制御する必要があり、これが装置を複雑にし、設置環境や観測対象を限定的にしている。本研究では、レーザー周波数を射出前に厳密に制御する現行手法に替わって、観測対象からの共鳴散乱信号を利用して解析時に決定する新しい手法を提案・実証することで、共鳴散乱ライダー温度計測法の汎用性と適用範囲を広げると共に、飛翔体からの観測の可能性も高めた。本研究では、共鳴散乱ライダー温度計測法の汎用性と適用範囲を広げるために、レーザー周波数を射出前に厳密に制御する現行手法に替わって、観測対象からの共鳴散乱信号を利用して解析時に決定する新しい手法を提案した。レーザー周波数制御法として、本研究ではシステムが比較的簡単な、波長計を用いた手法(波長計で種レーザーの周波数をモニターし、その周波数をフィードバック制御することで送信レーザー周波数を制御する)を採用した。本年度は、このシステムの振動対策や環境温度対策を講じた上で、カリウムやルビジウムの蒸気セルを使った飽和蛍光スペクトル測定で、この周波数制御法の繰り返し精度と安定性を精査した。その結果、本手法は周波数の絶対値には不確定性があるものの、各周波数の再現性は非常に高いことが分かった。つまり、この手法で鉛直方向の3周波観測を行えば、導出される見かけの鉛直風速度から正確な送信レーザー周波数を知ることができるわけである。本手法はレーザーの周波数制御システムを簡素化するだけでなく、発振可能な周波数範囲内で任意の周波数に調整することが出来るため、人工衛星やロケット、航空機などの飛翔体に搭載し、ライダーシステム自体が移動速度を持つような場合にも、移動速度の視線方向成分に相当するドップラーシフトを考慮して送信レーザー周波数を選ぶことが出来る。また、原子以外に、イオンの温度観測等にも応用できるため、共鳴散乱ライダーによる観測対象の大幅な拡大も期待される。中間圏・下部熱圏領域の温度は、地球大気の子午面循環や、宇宙の電離大気と地球の中性大気の相互作用を理解する上で極めて重要な物理量であり、共鳴散乱ライダーは、この領域の温度を高い時間・高度分解能で測定可能な唯一の測器である。しかし、温度測定のためにはレーザー周波数を厳密に制御する必要があり、これが装置を複雑にし、設置環境や観測対象を限定する要因になっている。本研究の目的は、レーザー周波数を射出前に機械的に制御する現行手法に替わって、観測対象からの共鳴散乱信号を利用して解析時に決定する新しい観測手法を提案・確立することで、よりシンプルな装置での温度観測を可能にすることである。このために、平成24年度は、共鳴散乱ライダーシステムのうち、特に、望遠鏡を含む小型の受信系の製作と、カリウム(K)共鳴散乱線(770nm)を用いたライダー観測の受信試験を行った。さらに温度観測とレーザー周波数の校正を効率よく行える観測周波数の検討にも着手した。共鳴散乱ライダーシステムの送信レーザーの不具合により試験観測時期が当初の予定よりも遅れたため、平成25年度も引き続き観測システム(受信・分光光学系、観測制御ソフト)の改良は必要であるが、目的としている3周波観測のための準備はほぼ整った。システムの開発と試験観測の初期結果については、第17回大気ライダー観測研究会、第1回南極域大気重力波イメージングネットワーク国際会議(The first Antarctic Gravity Wave Imaging Network workshop)他、学会やシンポジウムで講演を行った。平成24年度は、共鳴散乱ライダーシステムのうち、特に、望遠鏡を含む小型の受信系を製作した。共鳴散乱信号の集光には口径35cmの天体望遠鏡を利用し、視野を絞ることと、バンドパスフィルターを通すことで背景光を減光、信号は、光電子増倍管(PMT)で受信し、トランジェントレコーダーで積算した後、PCのハードディスクに記録するシステムを製作した。共鳴散乱ライダーシステムの送信系には、現在、南極観測事業で開発中の波長可変型レーザーを借用しており、このレーザーでは、基本波でカリウム(K)の共鳴散乱線(770nm)、二倍高調波でカルシウムイオン(Ca+)の共鳴散乱線(393nm)の観測も可能である。

本年度の試験観測は基本波のみで行ったため、K共鳴散乱観測(近赤外線)用のシンプルな受信光学系を用いたが、来年度の観測に向けてレンズの焦点距離やPMTの感度の波長依存性を考慮した、近赤外線と紫外線両方に対応可能な光学系も設計した。24年度はライダーシステムの送信系レーザーの不具合に阻まれ、試験観測の開始時期が遅れた。このため、引き続きライダーシステムの試験運用による、分光・受信光学系や観測制御ソフトの改良を行う必要があるが、25年度はこれらの改良作業を観測と並行して行う予定である。また、送信レーザーの観測のための最適周波数を検討するために、理論的なK共鳴散乱線(K(D1))の散乱断面積を用いたシミュレーションにも着手した。現状の共鳴散乱ライダーシステムは、特に送信レーザーについて、想定よりも出力が弱い、発信波長が種レーザーの波長と一致しない等の問題があり、これまでの検討だけでは不十分であることが分かった。25年度はレーザーの問題も考慮して、最適観測周波数の検討を行う予定である。平成24年度に着手した理論的な最適観測周波数検討をもとに、実際のライダーシステムの送信・受信効率等を考慮して再検討する。その結果を用いて、K共鳴散乱線ライダーによる鉛直上方の3周波観測を行う。中間圏・下部熱圏領域では平均鉛直風が0 m/sと仮定出来ることを利用して、もし0 m/sでない鉛直風速が観測された場合には、その原因は風速によるドップラー周波数偏移ではなく、送信レーザー周波数の設定値からのずれ(波長計のオフセット)であるとして、送信レーザーの正確な周波数を逆算、送信レーザー周波数を明らかにする。次に、明らかにした波長計のオフセットを考慮して、送信レーザー周波数が最適観測周波数になるように調整する。送信レーザー周波数をモニターしながら、K共鳴散乱ライダー観測を行い、データを蓄積する共に、送信レーザー周波数の揺らぎを考慮(補正)した温度導出を行う。導出した温度プロファイルを人工衛星などによる同時観測データと比較することによって、データ質、および観測・解析手法の妥当性を検証する。さらに、この手法の適用範囲をイオン観測にも拡張するために、Ca+に対しても同様の3周波観測を試みる。特に5月下旬7月は、スポラディックE(Es)層が頻繁に発生する季節であり、これに伴うイオン(Ca+)の増加が期待できるので、この期間に重点的に観測を行う。確立した観測手法については、Webサイト等で一般に公開すると共に、国内外の学会で広く紹介、論文としてまとめて学術誌に投稿する。■物品費1,811,570円24年度に十分に行うことが出来なかった共鳴散乱ライダーシステムの改良も含めた、受信・分光光学系の改良のための光学・電子部品(ダイクロイックミラー、ビームスプリッター、ミラー、ゲート付光電子増倍管等)■旅費400,000円(国内外での成果発表を行うための旅費)■その他100,000円(学会・研究会参加登録料、予稿投稿料、論文投稿料)