hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体NMRイメージング法による生殖毒性のリアルタイム評価法の創出

産業革命期以後200年以上にわたって人類が創り出してきた農薬、食品添加物、医薬等の多くが、生体の内分泌系のシグナル伝達系を攪乱する内分泌攪乱物質として人類の生存を脅かすことが分かってきた。本研究は、生殖生理学の基盤に関わる新技術開発や生殖子の選抜機構研究を進め、新規な原理に基づいた非侵襲的かつリアルタイムに生殖毒性を評価できる技術システムを構築し、従来法とは比較できない精度で速やかに生殖毒性を評価できる先端技術を確立することで、様々な化合物の生殖毒性を的確に評価できる未来を開拓する基盤技術を開発するものである。本年度は、構造生物学、細胞生物学的視点から内分泌撹乱物質とホルモン受容体の結合様式、受容体分子の立体構造変化等を解析し、環境系に存在する様々な化合物の生殖毒性をリアルタイムに評価するシステムの確立のための研究を下記のように進めた。生きた動物におけるNMRシグナルを定量検出できる生体NMRプローブの開発を進めた。特に胎児におけるNMRシグナルを部位特異的にリアルタイムに検出し、3次元立体画像データとして解析できる測定アプリケーションの作成と最適測定条件を決定した。毒性発現機構の生殖生理学的解明のため、遺伝子工学的にオーファン受容体に様々な構造変異を誘導し、化合物と受容体の相互特性をNMRにて観測して分子構造学的に毒性を予測する技術の開発をすすめた。卵母細胞を包む卵胞は、遺伝子に制御された細胞死によって選択されているが、これを制御する細胞死受容体を介した細胞死シグナル伝達機構を解明し、化合物の影響を分子レベルで評価する系の開発を進めた。人類は19世紀に化学合成という新しい技術を獲得し、農薬、食品添加物などの多くの化合物を創出して食料の増産と繁栄を実現してきた。ところがこれらの化合物の多くが哺乳類の様々な内分泌系に作用してその機能を撹乱させてしまうことが20世紀末になって判明してきた。特に一群の化合物は生殖機能に機能異常を誘発(外因性内分泌撹乱物質)し、人類の生存を脅かしている。既知の内分泌撹乱物質への対応は言うまでもなく、それら以外の環境系に存在する様々な化合物による生殖毒性を鋭敏かつ速やかに検出・評価する技術を確立することは、21世紀の科学が克服しなくてはならない重要な研究課題である。生殖生理学に関わる新技術開発や生殖子の選抜機構研究を進めてきた申請者らは、本年度は生体核磁気共鳴装置(NMR)を用いて胎仔形態形成異常の非破壊的・リアルタイム評価法の開発を進めた。この新手法は、従来用いられてきた手法とは異なる新規な原理に基づき、リアルタイムかつ非侵襲的に生殖毒性を観測・評価できる技術システムの構築を実現するものである。具体的には、麻酔下の妊娠マウスを生体NMRの特性プローブベッドに保定し、胎児におけるNMRシグナルを部位特異的にリアルタイムに検出できる測定アプリケーション(コンピュータープログラム)の作成と最適測定条件の決定を行った。加えて、ゲノムDNAの構造解析、エネルギー産生機能解析、トランスミッター動態の解析、細胞ホメオスターシスの解析、を行うための基盤となる技術開発を進めた。併行して、最先端の哺乳類細胞における遺伝子工学的手法を駆使して、人為約に構造変異(アミノ酸の一次構造の変異)を誘導したホルモン受容体を作成して、化合物/受容体の相互的結合特性をin vitro的に観測して分子構造学的に毒性を予測する手法の開発を進めた。

本年度は、構造生物学、細胞生物学的視点から内分泌攪乱物質とホルモン受容体の結合様式、受容体分子の立体構造変化等を解析し、環境系に存在する様々な化合物の生殖毒性をリアルタイムに評価するシステムの確立のための研究を下記のように進めた。生きた動物におけるNMRシグナルを定量検出できる生体NMRプローブの開発を進めた。特に胎児におけるNMRシグナルを部位特異的にリアルタイムに検出し、3次元立体画像データとして解析できる測定アプリケーションの作成と最適測定条件を決定した。毒性発現機構の生殖生理学的解明のため、遺伝子工学的にオーファン受容体に様々な構造変異を誘導し、化合物と受容体の相互特性をNMRにて観測して分子構造学的に毒性を予測する技術の開発をすすめた。卵母細胞を包む卵胞は、遺伝子に制御された細胞死によって選択されているが、これを制御する細胞死受容体を介した細胞死シグナル伝達機構を解明し、化合物の影響を分子レベルで評価する系の開発を進めた。
財政健全化の法理と制度形成―ドイツ財政憲法との比較研究

当年度は、前年度において明確にした「財政規律」の概念付けを前提として、ドイツの連邦及び州における財政健全化のための具体的な制度形成のあり方について研究を進めた。ドイツの連邦レベルと、州レベルからは特に厳しい財政状況にあり具体的な財政健全化の制度論に関する議論が進んでいる州又は注目すべき財政健全化のための取り組みが見られる州として、ブレーメン州とノルトライン・ヴェストファーレン州の両州を選んで、検討対象とした。そこから、ドイツの数値目標を憲法に明記して財政健全化を義務づける規定形式は、EU法における「過剰な赤字」手続との連関性の中で理解されるべきこと(著書『自治体財政の憲法的保障』(慶應義塾大学出版会、2019年3月)、また、財政憲法原則としての「起債収入の劣後性」により起債収入を例外のままとするための制度形成がなされていることに加え、財政収入の確保に際しては起債による収入を得るにあたり正当化が要求されることから、その制度化・規範化については連邦国家主義・民主主義との整合が図られるべきこと(論文「ドイツにおける財政規律と憲法」比較憲法学研究30号(2018年10月)45-67頁)、州レベルにおいても財政の適正供与保障・最少供与保障の場面に作用する財政憲法原則が措定されていること(『自治体財政の憲法的保障』)を明らかにした。併せて、地方財政の運営における個別的事例検討を行った(判例評釈「鳴門市競艇事業従事員共済会補助金違法支出事件[最高裁平成28.7.15判決,最高裁平成28.7.15判決]」地方財務772号(2018年10月)212-224頁)ほか、ドイツの起債制限について、州憲法及び自治体レベルにおける規範の応用可能性について触れた(書評「石森久広著『財政規律の研究』」財政法叢書35巻(日本財政法学会、2019年5月予定)掲載予定)。当初計画では、当年度は財政規律の確保のための具体的な制度形成について、ドイツの連邦、州及び自治体の各レベルについて、「財政健全化」の要求水準や実現のための方法論に関する制度調査及び政策分析を実施することとしていた。このうち、分析重点とした「財政健全化条項の制度形成における規範力」については、連邦及び州のレベルに関し、著書及び論文の中で、連邦についてはEU法の「過剰な赤字」制度との関係で一定の起債の余地があるのに対して、州についてはその赤字額の全部が国家財政の赤字額として累積するためそのような余地が存在せず、従って基本法による例外側が設けられる必要があることを明らかにすることができた。調査重点の「立法裁量の程度、現実の立法と影響緩和措置の効果」については、現地調査をバイエルン州において実施し、概括的な財政憲法規定の下で、州及び自治体の厳しい財政状況を踏まえ、裁量的起債の余地や州法による例外則の創設のあり方がどのようになるかについて知見を得て、分析の足がかりを築くことができた。ただ、自治体のレベルにおいては、ドイツでは州ごとに地方自治の制度がまちまちになっており、検討の対象が過度に拡散したことと、前年の基本法改正を受けたゲマインデ法等の改正動向もあり、十分に検討が及ばなかった。現地調査を行ったバイエルン州をはじめ、特徴的な財政運営や取り組みがある自治体をある程度把握することができたので、本年度は分析対象に絞り込みをかけることで検討が緩慢になることを防止したい。まずは、国内外において行った現地調査結果の公表を行うとともに、それに検討を加えて論考として公表していく。また、ドイツの連邦及び州のレベルにおける制度形成のあり方についてはある程度整理ができているため、その制度の枠内で、議会・司法及び会計検査院などの機関がどのように具体的な統制を実施しているかについて、各機関の財政問題に対する態度の行動分析を行っていく。ドイツでは2000年代後半以降、憲法裁判所が財政問題に関する判断を積極的に行うようになってきていること、また、連邦議会(財政安定化評議会)や連邦および各州の会計検査院の権限が拡張傾向にあることに注目し、法的問題として財政健全化の問題を把握する方法と、統制密度の向上の手法とを明らかにしたい。また、並行して、前年度から積み残しとなっている自治体レベルにおける財政規律確保のための制度形成のあり方については、特徴的な取り組みのあるところにある程度の絞り込みをかけて、重点的に検討を行っていく。連邦や州のレベルとは異なり、地方自治体については憲法上の地方自治の制度的保障が及んでいるため、その憲法原理との関係性も視野に入れて、自治体財政権の制限と健全化の関係性に留意して検討を進めていく。以上から、当面の研究の重点目標は、以下の通り設定する。「財政健全化」に反する国家行為に対する統制・審査の基準と効果(分析重点)議会統制・会計検査・違憲審査を通じた「財政健全化」の憲法問題化の現状(調査重点)当年度は、本研究の総論部分である財政の「健全」、あるいは「財政規律」という概念を明確にするために、主として資料収集と基本的な制度調査を行った。具体的には、比較対象国であるドイツ連邦共和国の財政規律確保の憲法・財政法上の制度を概観し、とくに起債制限(Schuldenbremse起債ブレーキ)がラント財政に与える影響、及び連邦とラントとの財政関係に影響を与える諸制度について考究した。そこから、ドイツの連邦及び州の財政が、原則として基礎的財政収支の黒字化を義務づけられていること、その例外は憲法上の要件を満たす場合に限られ、憲法裁判所による統制に服すること(論文「経済財政政策と憲法ー『従たる憲法』としての経済・財政憲法?」

新総合特集シリーズ8(別冊法学セミナー)憲法のこれから(2017年5月)183-192頁、研究報告「ドイツにおける財政規律と憲法」(比較憲法学会・平成29年10月28日))、「例外的な財政上の緊急事態」の構成要件化がなされていること(下記判例評釈「ベルリン財政調整判決(BVerfGE 116,327)」(平成30年刊行予定の『ドイツの憲法判例IV』収録予定))を明らかにし、併せて地方財政の運営における個別事例の検討(研究報告「鳴門市競艇従業員共済会への臨時従業員退職せん別金充当のための補助金支出が違法であるとされた事例(最二判平成28年7月15日平25(行ヒ)533号、平26(行ヒ)472号)(財政法研究会・平成29年5月20日)、論文「安全確保権限の相互協力的行使と情報共有の憲法的課題」大沢秀介・新井誠・横大道聡編著『変容するテロリズムと法』(弘文堂、2017年10月)161-179頁)を行った。当初計画では、初年度である当年度は基礎的な制度調査と基礎理論の検討に充てることとしていたが、諸学会における報告の機会に恵まれたこともあり、検討内容を公にして、研究の内容や方向性、または方法論についても客観的な批判や検討を受けることができた。論考としての執筆は次年度に譲ることになるが、我が国における財政法理論の前線において議論を深めることができたことは、当研究の進展に資するところが大きかった。また、現地調査を通じて、2017年基本法改正による州財政への影響の度合いや、州間財政調整・自治体間財政調整の現場における検討や問題状況を把握し、それに関する裁判所の判断の蓄積にも接することができ、次年度以降の検討に向けた足がかりを築くことができた。ただ、なお検討を要する点もなお残る。2017年基本法改正においては、特に財政的に困難な状況にある州としてブレーメン及びザールラントの両州については、2020年以降においても財政健全化支援金を連邦の財政から受け取ることが認められることになった。2020年までの健全化計画が、今回の基本法改正によってどのように影響を受けるかについては、これから考察することが必要となる。また、ラント憲法裁判所の「違憲な起債」に関する判断については、ブレーメン州やノルトライン・ヴェストファーレン州において示されていることを把握しているが、その背景となった財政状況を含め、まだ調査が及んでいない状況にある。これらの点については、基礎制度調査から漏れ落ちているが、いずれも基本法改正や憲法裁判の進展によるものであり、翌年度以降の理論的検討の中に位置づけることが可能であると考えている。当年度は、前年度において明確にした「財政規律」の概念付けを前提として、ドイツの連邦及び州における財政健全化のための具体的な制度形成のあり方について研究を進めた。ドイツの連邦レベルと、州レベルからは特に厳しい財政状況にあり具体的な財政健全化の制度論に関する議論が進んでいる州又は注目すべき財政健全化のための取り組みが見られる州として、ブレーメン州とノルトライン・ヴェストファーレン州の両州を選んで、検討対象とした。そこから、ドイツの数値目標を憲法に明記して財政健全化を義務づける
成体神経幹細胞の形成・維持メカニズムの解明

成体の様々な組織には組織幹細胞が存在し、生涯に渡り分化細胞を供給する。これら成体組織幹細胞の多くは、分裂を抑制した静止状態をとることが知られている。静止状態は、様々な成体組織幹細胞で共通に見られる性質であるが、その意義については必ずしも明らかではない。成体哺乳類の脳にも神経幹細胞が存在し、静止状態を保つことで長期維持される。興味深いことに我々は、その発生起源として、胎生期から既にゆっくり分裂する細胞集団を同定した。更にこれら胎生期起源細胞は、成体神経幹細胞の分裂抑制を担うCDK阻害因子p57を高発現し、未分化なまま長期維持されることを見出した。そこで本研究ではp57下流のメカニズムの探索を通じ、神経幹細胞における分裂抑制の新たな意義を明らかにすることを目的とした。これまでp57過剰発現による下流遺伝子発現解析の結果から、未分化性の維持に貢献する候補因子の同定を行った。また、それら因子が胎生期起源細胞において高発現することを見出した。現在は、成体神経幹細胞の形成への寄与について検討を行っている。本研究を通じて、神経幹細胞の分裂頻度の制御とその下流での未分化性の維持のつながりを分子レベルで明かすことができれば、幹細胞の基本的な性質を繋ぐこととなり非常に意義深いと考える。また神経幹細胞にとどまらずその他の組織幹細胞においても同様の機構が働いている可能性があり、幹細胞生物学全般においても意義がある仕事になりうると考える。これまで、細胞周期の抑制により未分化性が維持されるメカニズムの検討を行っており、候補因子を同定した。現在その因子が成体神経幹細胞の形成に重要な役割を果たすかの検討を行っており、次年度にはその必要十分性を見ることができることから、おおむね順調に進展していると考える。現在までに同定している下流候補因子について、ノックアウトマウスの解析およびノックダウンや過剰発現を行うことで、成体神経幹細胞の形成維持に貢献するか検討を行うつもりである。また、詳細な下流メカニズムの解析を行うために、網羅的遺伝子発現解析や、神経幹細胞の培養細胞系でも実験を行う予定である。これら成体組織幹細胞は共通に、分裂を抑制した静止状態をとることが知られている。当該年度では、p57過剰発現により発現変化する下流遺伝子の同定を行った。その結果、p57過剰発現で発現変動し、未分化性の維持に関わる可能性がある因子を見つけることが出来た。今後はそれら因子が成体神経幹細胞の形成・維持に貢献するのかを胎生期神経幹細胞にウイルスを用いて過剰発現またはノックダウンすることで検討する予定である。本研究を通じて、神経幹細胞の分裂抑制と下流での未分化性の維持メカニズムを分子レベルで明らかにすることができれば、幹細胞としての基本的な性質を繋ぐこととなり非常に意義深いと考える。また神経幹細胞にとどまらずその他組織幹細胞においても同様の機構が働いている可能性があり、幹細胞生物学全般においても意義がある仕事になりうると考える。当初目標にしていた、p57下流の遺伝子をある程度同定することが出来たことと、それら下流因子を遺伝子操作する系の立ち上げもほぼ完了していることから、本研究課題の進捗は概ね順調に進展していると考える。

現在までに、p57の下流で未分化性の維持に貢献する可能性のある遺伝子候補をいくつか見つけている。今後は、それら因子が実際に成体神経幹細胞の形成・維持に必要十分かを検討することを考えている。その為には胎生期にウイルスを用いて遺伝子導入を行い、成体において解析を行う必要がある。またこの実験では比較対象を同一個体に導入する必要がある。現在この系の立ち上げに注力しており、次年度にはその検討を行えると考えている。現在までに同定している下流候補因子について、ノックアウトマウスの解析およびノックダウンや過剰発現を行うことで、成体神経幹細胞の形成維持に貢献するか検討を行うつもりである。また、詳細な下流メカニズムの解析を行うために、網羅的遺伝子発現解析や、神経幹細胞の培養細胞系でも実験を行う予定である。
環境・植物系における水の動態と生育との関係解析

本研究では、植物個体内の水の動態、体内の水ポテンシャル、植物の生長、根における物質交換等の計測を通じて、環境・植物系の水の動態と植物生長との関係を総合的に解析することを目的とした。得られた知見を整理すると次の通りである。1.蒸散速度の測定値が,熱収支式から得られる蒸散要求度と線形関係にあることを認めた.2.植物個体の水収支は大体日射強度に対応して変動する。日中の水分変動には通水伝導度,伸展係数が関与し,葉の生長には膨圧ばかりでなく他の要素関与していることが明らかであった.3.蒸散要求度は気温,風速よりも,日射,湿度に対してより敏感であることが認められた.4.光照射が急に強くなった場合,蒸散に対して根の吸水が追従できず,種々の反応要素に振動が生じた.5.展開初期の葉では,気孔の振動機能が未発達であるため,光照射後の反応の遅れはみられなかった.6.蒸散要求度が低い段階では,光照射に対する気孔コンダクタンス及び葉の生長の反応は敏感であった.7.根の全通水抵抗は根音が低いほど大きく,その温度特性は蒸散に対する地温効果の原因となっていることが明らかであった.8.画像処理を用いた根長計測によって,根長が指数的に増大していくことを明らかにした.9.レタスの葉の画像解析の結果,低温下では葉が縦長になること,生長速度に対する気温の効果は葉底側で顕著であることを認めた.今後,実験から得られた多くの知見を踏まえて,植物生産の最適化を図っていく必要がある.本研究では、植物個体内の水の動態、体内の水ポテンシャル、植物の生長、根における物質交換等の計測を通じて、環境・植物系の水の動態と植物生長との関係を総合的に解析することを目的とした。日中の水分変動には通水伝導度,伸展係数が関与し,葉の生長には膨圧ばかりでなく他の要素関与していることが明らかであった.3.蒸散要求度は気温,風速よりも,日射,湿度に対してより敏感であることが認められた.4.光照射が急に強くなった場合,蒸散に対して根の吸水が追従できず,種々の反応要素に振動が生じた.5.展開初期の葉では,気孔の振動機能が未発達であるため,光照射後の反応の遅れはみられなかった.6.蒸散要求度が低い段階では,光照射に対する気孔コンダクタンス及び葉の生長の反応は敏感であった.7.根の全通水抵抗は根音が低いほど大きく,その温度特性は蒸散に対する地温効果の原因となっていることが明らかであった.8.画像処理を用いた根長計測によって,根長が指数的に増大していくことを明らかにした.9.レタスの葉の画像解析の結果,低温下では葉が縦長になること,生長速度に対する気温の効果は葉底側で顕著であることを認めた.今後,実験から得られた多くの知見を踏まえて,植物生産の最適化を図っていく必要がある.本年度の研究成果を概要すると次の通りである。まず,植物の水プロセスにおいて重要な環境指標である蒸散要求度を環境要素(放射,気温,湿度,気流特性など)だけから評価する方法を確立した。放射,気温,風速の種々の条件下でろ紙模擬葉及びキュウリ葉の蒸散速度を計測した結果,蒸散速度が熱収支式から得られた蒸発・蒸散要求度と線形関係にあることを認めた。つぎに,制御環境における根の機能に関する研究の一環として,根系の通水抵抗に対する根の温度の影響について調べた。植物の地上部を切除した根系の基部をシリコンゴムでガラス管に固定し,密閉したポット内に根系を入れ,ガラス管から一定の負圧で吸引した。種々の温度条件下で根の水吸収速度,培養液の溶存O_2濃度,溶存CO_2濃度及びPHのオンライン計測を行った。解析結果から,全通水抵抗は根温が低いほど大であること,蒸散速度に対する地温効果の「種」特異性が根の全通水抵抗の温度特性に起因することが明らかになった。さらに,根の生長解析を行うため画像処理を用いた根長計測法を新たに開発した。これは,スチルビデオカメラで得た画像デ-タを2値化及び細線化処理を行った後,細線部の画素をカウントすることによって根長を求める方法であり,測定精度が高く,操作的に簡便なものである。この方法でキュウリ根の生長計測を行った結果,根長は乾物重,葉面積と共に指数的に増大していくことがわかった。以上のように,本年度は環境に対する植物反応の計測と解析のための新しい方法を確立し,これによって環境と植物に関する重要な知見を得ることができた。今年度の研究成果を概要すると次のとおりである。1)まず,植物体における水分動態を明らかにするため,キュウリ植物において,茎の基部の水流束,蒸散速度,葉温,葉の生長速度,葉の水ポテンシャル,葉の浸透ポテンシャルを測定した。さらに,これらの値から,膨圧,植物個体の通水伝導度,葉の仲展係数を求めた。

その結果,植物個体の水収支は大体日射強度に対応して変動すること,夜間には水ポテンシャル、膨圧さらには葉の生長速度が増加することが認められた。また,日中の水ストレス状態に陥いる前後の水分変動に対しては,通水伝導度,伸展係数が関与し,葉の生長に対しては膨圧ばかりでなく,他の要素も関与していることが示唆された。2)蒸散要求度はいろいろな環境要素によって影響されることが分っている。そこで熱収支式において,日射,気温,湿度,風速等の環境要素を変化させた場合,蒸散要求がいかに反応するかについてシミュレ-ションを行った。その結果,蒸散要求度は気温,風速よりも日射,湿度に対してより敏感であることが確認された。3)レタス葉の形状に対する気温の効果を調べるため,画像解析を行った。レタス葉の表面にスポットをつけ,それらを経時的に追跡し,流体力学的方法で相対生長速度と比生長速度を算出した。低温下の葉の形状は高温より縦長になること,相対生長速度に対する気温の効果は葉底側で顕著であること,非等方的生長が気温に左右されることが認められた。4)低温処理を受けた葉の生長曲線を表すため,ヒステリシスの走査曲線を求めるモデル式を適用した。実験では低温処理(15°C)の時間をいろいろと変え,処理後25°Cのグロ-スチャンバにおける葉面積の生長を測定した。ヒステリシスモデルによる生長曲線の推定値は実験デ-タとよく一致した。前年度に引き続き,実験を遂行した。その結果を要約すると次の通りである。植物に対して蒸散を引き起こす,いわゆる蒸散要求度を定量的に評価する式を提案し,実験による測定で得られた短波放射,気温,湿度,風速の値から,蒸散要求度を計算した。このようにして得られた蒸散要求度と,植物個体の水収支,気孔反応,葉の生長との動的関係を調べるため,キュウリ植物を対象にして,光照射による実験を行った。その結果,1)光照射を強めた場合,蒸散速度の増加に根の吸水速度が追従できず,水収支の遅れによる不均衡によって,損失含水率,気孔コンダクタンス,葉の生長速度,及び葉温に振動が生じた。2)光照射直後は損失水量が顕著に増加したにもかかわらず,気孔コンダタタンス,葉の生長速度は急上昇したが,これには膨圧の増大及び伸展係数の増大が関与しているものと判断した。3)葉の生長速度が振動したにもかかわらず,展開初期の葉の温度はほとんど振動しなかったことから,このような葉では気孔の振動機能が未発達であることが認められた。つぎに,風速や湿度を変えて,低い蒸散速度の環境条件下で実験を行った結果,植物反応要素にそれほど振動は見られず,光照射によって気孔コンダクタンスと葉の生長速度は直ちに増加しなかった。以上の結果から,蒸散要求度の操作によって植物個体の水収支,気孔反応,葉の生長を制御できる可能性が示唆された。得られた知見を十分考慮に入れ,植物の環境反応の制御システムを構築し,植物生育の最適化を図っていくことが今後の課題である。
社会性モデルの獲得を通じた不完全な実世界観測情報からのインタラクション状況認識

実世界の複数の人や物のインタラクションの状況を,カメラ等による不完全な観測情報に基づいて認識するための処理の方法論を明らかにすることを目標として,(1)様々なインタラクションに見られる人物行動間の相互関係やカメラによる観測のための特徴量の分析,(2)人物行動間の相互関係とカメラによる観測特徴量との対応関係を数理的な制約条件として記述した社会性モデルの構築,(3)カメラで観測された実際のインタラクション状況を,社会性モデルと観測情報との照応に基づいて認識する処理の実現,の3点を中心に研究を実施した.実世界の複数の人や物のインタラクションの状況を,カメラ等による不完全な観測情報に基づいて認識するための処理の方法論を明らかにすることを目標として,(1)様々なインタラクションに見られる人物行動間の相互関係やカメラによる観測のための特徴量の分析,(2)人物行動間の相互関係とカメラによる観測特徴量との対応関係を数理的な制約条件として記述した社会性モデルの構築,(3)カメラで観測された実際のインタラクション状況を,社会性モデルと観測情報との照応に基づいて認識する処理の実現,の3点を中心に研究を実施した.複数の人や物の間のインタラクション状況認識への利用を目指し,冷蔵庫の操作や文書の閲覧,人間同士の会話等のインタラクションを対象に,以下の通り状況認識に有用な行動特徴の分析やモデル化を進めた1.文書閲覧時の注視対象検出のための人物行動特徴の分析:文書閲覧時の注視対象の検出処理の実現のために,注視対象が顔の前方一定距離に正対して存在するという位置関係が有用な行動特徴となり得ることを明らかにした.2.冷蔵庫に対する食材の出入庫操作の行動特徴分析:冷蔵庫に設置したカメラで食材出入庫時の人の視線と前腕方向の位置関係やその時間変化を観測することにより,食材による遮蔽の生じやすい冷蔵庫内を直接観測することなく食材の在庫状況を推定できる可能性を明らかにした.3.人物間対話におけるノンバーバル表現の表出特徴のモデル化:TV番組の対話シーンにおける出演者のノンバーバル表現の表出のされ方の状況による違いを,社会心理学の知見を定量化した数理モデルで再現できる可能性を明らかにした.4.複数者間の会話の生成消滅過程における参与者間の身体配置のモデル化:オープンスペースで偶発的会話を行っている参与者グループを検出するための行動特徴として,社会心理学の知見を定量化した身体配置モデルが有用であることを明らかにした.5.顔画像に基づく屋外歩行者の通行状況認識のための行動特徴の検討:商店街の通行状況を顔を手がかりに認識する際に問題となる顔の欠落や誤識別に対して,歩行者の位置変化の一貫性が有用な行動特徴となることを明らかにした.6.物体操作や受け渡し等における行動補間のためのデキゴトオントロジの構築:実世界を反映したWeb上のテキストを解析し,デキゴトを表現する動詞の出現順と出現頻度から実世界のデキゴトの出現順序を推定し、確率付き状態遷移図でモデル化した.本研究では,実世界の複数の人や物のインタラクションの状況を,カメラ等による観測情報に基づいて認識するための処理の方法論として,(A)複数人・物間の相互関係を記述する社会性モデルの構築方法,(B)インタラクションの継続観測によるモデルの環境への適応方法,(C)社会性モデルに基づいた不完全な観測情報の補完を伴うインタラクション状況の認識方法,の3つを明らかにすることを目的としている.過去の年度では,主に上の(A)を中心とした研究成果が得られているため,本年度はこれをさらに発展させると共に,(B),(C)に関連する研究課題への取り組みを強化した.主な成果の要点は以下の通りである.1.TVのニュース番組等の対話シーンでは,視聴者に見せるための出演者間の対話を実現するため,出演者間の視線一致と視聴者への顔向けのバランスが保たれている.このような視線配分の効果を被験者実験等で確認すると共に,擬人化エージェントによる再現のための数理モデルを構築した.2.商店街のカメラ映像に基づく通行状況認識に関する前年度までの成果を利用し,歩行者間の距離に基づく歩行者グループの認識可能性について検討し,環境要因の一つとして歩行者数をパラメータに選ぶことで,歩行者間の距離から歩行者グループをある程度認識できる可能性を確認した.3.対面インタラクション中の人間同士に見られる下半身配置の円環性に基づいて参与者グループを認識する昨年度までの成果を利用することにより,カメラでは観測が困難な各人の下半身位置・方向を,頭部位置と顔検出可能な顔方向から推定できる可能性を明らかにした.4.センサデータからの行動推定におけるラベル付けコスト削減のため,極少数にだけラベルをつけた半教師あり学習の実現を目指し,カーネルロジスティック回帰を半教師あり学習に拡張した半教師ロジスティック回帰モデルを提案した.昨年度より実施している室内空間での人間同士の会話や物体操作,屋外空間の移動などを対象とした人や物の間のインタラクションのモデル化や認識に関する研究をさらに推し進めると共に,拡張現実環境での仮想物体操作におけるインタラクションについても新たに研究を開始した.主な成果の要点は以下の通りである.1.対面インタラクション中の人間同士に見られる身体配置特徴に関する社会心理学の知見を数理的なモデルとして定量的に表現し,室内オープンスペース内の各人物の位置・向きから対面インタラクション中の参与者グループを認識できる手法を開発した.

2. TV番組の対話シーン映像に対して,カメラー出演者間の位置関係に関する撮影上のルールを幾何学的制約条件として導入することにより,各瞬間にカメラに映っていない出演者も含めたスタジオ全体の対話状況を人と同様に認識できる可能性を示した.3.商店街のカメラ映像から通行者の位置や年齢・性別を推定する処理を実現し,これを用いて実際の通行状況を継続的に観測することにより,歩行者と自転車には移動速度のみでは重複が見られるものの,年齢と組み合わせると違いが明確となることを明らかにし,これに基づく両者の識別可能性を示した.4.日常生活における人と物体とのインタラクションを伴う様々な出来事の言語表現において,各出来事に関わる名詞や動詞の統計的なモデルをWebデータからの機械学習によって獲得することで,Webで言語表現されたインタラクション状況を検出できる可能性を示した.5.拡張現実環境における手を用いた仮想物体の直接操作において,手をリアルなCGモデルで置き換えることによって姿勢を変形可能とし,さらにこれと物体との位置関係に関する幾何学的制約を充足することにより,両者の位置ずれを適応的に補正できる可能性を示した.本年度は本研究課題の実施最終年度にあたるため,過去の研究成果を対外発表に結び付けた.学術論文誌や国際会議での発表に至った主な成果の概要は以下の通りである.1、複合現実環境での人と物体とのインタラクションとして,ユーザ自身の手による仮想物体の直接操作を取り上げた.このとき,手の位置・姿勢の計測誤差や,ユーザ自身による操作上の誤差により,手と仮想物体間には位置ずれが生じる.そこで,ビデオシースルー型の拡張現実環境において,現実空間映像中の手首から先を仮想手に置き換え,その姿勢を物体操作に合わせて修正することで,位置ずれのない仮想物体操作を実現可能とするアプローチを提案した.2、屋内大規模空間中の多人数インタラクションとして一斉授業を取り上げ,クラス全体の授業雰囲気を,授業映像を基に認識する処理の実現可能性を明らかにした.多様な授業雰囲気を特徴付ける基本特性として,感情分類のために提案されたRussellの円環モデルの二軸を導入すると共に,この特性に関する授業雰囲気の程度を推定するための観測特徴量として,受講者の前向き比率とフレーム間差分を利用することにより,授業映像を基に授業雰囲気の程度を推定できる可能性を明らかにした.3、室内空間での複数人物間の対面インタラクションにおいて,一部の人物の顔が観測できない場合でも,観測可能な他の人物の顔情報に社会性モデルを援用することで,これを補完するための方法について提案した.対面インタラクションの参与者間には,“F陣形"と呼ばれる円形状の配置をはじめ,特徴的な身体配置が見られるため,これがインタラクション認識のための有用な手掛かりとなる半面,身体間に隠れが生じ易い.そこで,参与者が円形状の配置をしていることを利用することで,隠れた人物の位置・向きを推定しつつ,参与者グループを認識可能とするアプローチを提案した.26年度が最終年度であるため、記入しない。視覚情報メディア26年度が最終年度であるため、記入しない。
抵抗性株の出現と動態の統計遺伝学的モデリングと階層ベイズ法の開発

本研究はウィルスを主たる研究対象とし、寄生種の遺伝的多様性を評価し、抵抗性株の出現を予測する新規の方法を開発した。ゲノムの部位間で系統関係を対比し、ベイズ法で組換えを検出する方法を開発した。尤度の枠組みで遺伝子配列、立体構造とデータベースの情報を組み合わせ、ウィルスと受容体/抗体との結合能を見積もる方法を開発した。結合能の変化を個体群動態モデルの係数の変化に結び付け、宿主集団の間に固定する確率の高い突然変異のタイプと出現のタイミングを計算する方法を開発した。ヒトの淘汰圧を受けた寄生者が適応し,社会への脅威となって跳ね返ってきている。従って,これらの個体群の動態をモニタリングし,抵抗株の出現の予測を可能とする統計モデルを開発することは,喫緊の課題である。本研究では,統計遺伝学と構造生物学を駆使してこの問題に取り組む。初年度においてはウィルスの適応進化に注目した。まず,宿主細胞への侵入とこれを阻止する抗体の関係を定量的にモデリングした。宿主細胞の受容体と抗体のいずれがウィルススパイクタンパクに結合しやすいかが,ウィルスの宿主への侵入効率,抗体からの回避能を決める。そこで,たんぱく質構造データベースに収められた情報を利用し,結合状態におけるアミノ酸配列の尤度と自由状態における尤度を比較した対数尤度比の形で結合能を記述し,妥当性を評価した。ゲノムの組換えは,異なるゲノムをモザイク上に組み合わせることにより,時として大規模な多様化を達成し,適応進化の可能性を高める。ウィルスゲノムにおける隣接領域間の系統関係(トポロジー)の食い違いとして,組換えの歴史を推測することができる。本研究ではトポロジーの間の食違いを組換え回数で説明する距離を近似するアルゴリズムを開発した。そして,隣接領域間の距離にポアソン分布の事前分布を導入し,MCMCの収束性を大幅に改善し,精度の向上をはかった。数値シミュレーションにより,組換え位置と組換え回数を偏りなく推定できることが確かめられた。また,南アメリカのHIV-1集団の解析を行い,手法の有効性を示した。これらの成果のうち,タンパク質複合体の結合能の統計モデルは本年度論文として印刷され,その数理モデルへの組み込み,ゲノムの組換えのベイズ階層モデルは投稿準備中である。またこの他に,共同研究を通じて,マラリア集団遺伝とこれにかがる淘汰圧経験ベイズによる集団構造の推定に関する論文を刊行した。病原体のゲノムは多くの場合、突然変異率が高い。集団が宿主の強い淘汰圧を受けると、適応的な変異が効率的に選択される。昨年度は、タヒパク質複合体の結合能をアミノ酸配列の経験尤度比で記述した。本年度は、宿主内におけるウィルス集団、宿主細胞、抗体の動態を数理モデルで表現した。モデルの係数の重要な部分は受容体との結合能、抗体との結合能である。これにより、種々の配列の変異に対して、宿主内のウィルス集団の大きさを計算し、さらに変異株が宿主集団に固定する確率を求めることが可能となった。昨年度開発した、ウィルスゲノムの組換えのベイズ階層モデルについては、シミュレーションを重ねて推定手法の有効性を証明した。ゲノムの適応進化の多くの推定手法は、系統関係(トポロジー)を所与として配列間の相関関係をモデリングする。しかし、ゲノムに組換えが起きると、これをはさむ2つの領域は異なるトポロジーを持つ。隣接サイト間の組換え距離にボアソン分布を導入したベイズ階層モデルは、組換え位置を既知として各領域のトポロジーを個別にベイズ推定した場合よりも、さらに高い信頼性を持つことが示された。組換え距離の事前分布を導入することの有効性が確かめられた。プログラムをbiomc2として公開した。さらに、タンパク質の進化を駆動する突然変異を自在にモデリングすることを可能にするために、コード領域の進化モデルの統計的比較について、理論枠組みを整備した。突然変異は塩基レベルで起きるが、3塩基の組み合わせであるコドンがアミノ酸に翻訳される。塩基置換は4要素の状態空間を持つマルコフ過程で記述されるのに対し、アミノ酸置換は要素20の状態空間を持つマルコフ過程で記述される。アミノ酸置換モデルをコドンモデルに埋め込むことにより、塩基置換モデルの尤度とアミノ酸置換モデルの尤度とを比較可能にした。本研究はウィルスを主たる研究対象とし、強い淘汰圧を受けた寄生種の中から適応度の高い変異株が出現し、これが集団に固定する確率を定量的に予測することを目的とした。寄生種の複雑な遺伝的多様性を測るために、配列の隣接サイト間のトポロジー組換え距離に事前分布を導入したベイズ階層モデルを開発し、この手法が組換えの位置と各部位の系統関係を偏りなくすることを確かめた。突然変異はランダムに起きるため、抵抗株の出現を正しく予測するためには、それらの適応度を定量的に評価することが重要な課題となる。遺伝子配列、立体構造とデータベースの情報を組み合わせ、ウィルスと受容体/抗体との結合能を見積もる方法を開発した。

結合部位のアミノ酸は結合状態では内部に埋もれているのに対し、自由状態では表面に露出している。2状態における配列の対数尤度比により複合体の結合能を得る。結合能の変化を個体群動態モデルの係数の変化に結び付け、宿主集団の間に固定する確率の高い突然変異のタイプと出現のタイミングを計算する方法を開発した。SARSウィルスに本手法を適用したところ、突然変異のうちいくつかは、ワクチン接種を受けた宿主集団において高い確率で固定されることが予測された。本年度はプロジェクトの最終年度となる。プロジェクトを締めくくる理論・方法の論文3本を含め、実証分析を入れて10本の論文を学術専門誌上で発表した。3年間で23本となる。当初より手法の開発は2年間でほぼ完成し、最終年度は論文の刊行を主体とした成果の公表に重きを置くことを計画していたが、この計画は概ね達成されたと考えている。
短波帯で用いる人体通信機器のフロントエンド設計に関する研究

人体通信は人体を伝送経路の一部として利用する無線通信の一種であり,アンテナの代わりに人体に接触させる電極を用いる.本研究では搬送周波数に短波帯を用いる場合について,電極配置や送受信機間の相対位置関係と伝送特性の関係を数値電磁界解析と実験によって調べ,伝送路の等価的なインピーダンス特性や周囲のグラウンドとの結合の影響を定量的に示した.これらの結果により,フロントエンドと呼ばれる送受信機の入出力部の定量的な回路設計が可能となった.人体通信とは人体および周囲の空間を伝送路として利用する無線通信方式である.人体通信は,人体周辺の情報機器間の無線通信に関する規格IEEE 802.15.6の中でHuman Body Communication (HBC)として規定されており,技術的には電界通信(Electric Field Communication)として説明され,周波数は21MHzを標準としている.本研究の目的は,短波帯(330MHz)における人体通信用送受信機のフロントエンド設計法を確立することである.平成26年度の研究は,伝送特性測定用送信機/受信機の製作と評価実験用のファントムの製作を中心に進めた.測定用送信機/受信機は電池駆動方式であり,これは人体通信を用いたウェアラブル機器間の伝送特性の測定におけるケーブルや測定機器間の結合による計測誤差を避けるためである.大きさは腕時計サイズとした.送信機と受信機が共に人体上にある伝送に関しては周波数20MHzで測定した結果,減衰は人体と電極の接触条件により異なり-53dB-62dBの範囲で変化し,最大の伝送効率-53dBは送信機が両電極接触,受信機が信号電極のみを接触させる条件で得られた.人体上の送信機から指先で触れる人体外部の据置型受信機への伝送特性は周波数5MHz,10MHz,20MHzで測定し,受信機側から見た信号源としての人体の出力インピーダンスを測定した結果,5MHz20MHzの範囲で2300Ω付近であった.受信機設計において,受信機の入力インピーダンスをこのインピーダンスにマッチングさせることが設計指針となる.評価実験用ファントムは,過去の研究成果に基づき皮膚,脂肪,筋肉に相当する3層構造のファントムを設計し製作した.来年度以降,本ファントムを用いた評価実験を進める予定である.人体通信とは人体および周囲の空間を伝送路として利用する無線通信方式であり,近年急速に普及しつつあるウェアラブル機器の通信手段の一つとして位置づけられている.IEEEの通信規格802.15.6においては21MHzが標準的な周波数として規定されている.人体通信においては人体に接触または近接させる電極が通常の無線のアンテナに相当する.本研究の目的は,電極の形状や配置および人体通信機器の装着場所や送受信機の位置関係と伝送特性の関係を明らかにし,短波帯(330MHz)における人体通信用送受信機のフロントエンド設計法を確立することである.平成27年度の研究は,平成26年度の実験を発展させ,手首に装着した送信機から指先で触れる据置型の機器への伝送における受信機側から見た信号源インピーダンスをさらに詳細に調べた.人体通信は人体や機器の近傍の空間における静電結合が寄与していることが分かっているので,信号源インピーダンスには容量性リアクタンスが含まれるとの仮定に基づき,受信機の入力部にインダクタを挿入して受信電力が最大となるインダクタンスを調べた.その結果,予想通り受信電力を最大にするインダクタンスが存在し,搬送周波数10MHzにおいては40μHのインダクタで受信電力が最大となった.インピーダンスは約2500Ωであり,対応するキャパシタンスは約6.3pFである.このキャパシタンスが人体通信における静電結合の大きさである.また,人体通信の多くの伝送モデルにおいてモデル化されている地面や床のグラウンドループの寄与の大きさを評価し,実際には寄与が小さいことを確認した.研究当初の平成27年度以降の研究計画の項目は,ファントムの製作,最適インピーダンスおよびインピーダンス整合の評価,ノイズおよびケースのシールドの影響評価,人体通信機器のフロントエンド設計の手順と基礎データの整備,であった.ファントムの製作は平成26年度中に繰り上げて完了している.インピーダンス整合の評価については手首に送信機を装着し,指先で据置型の受信機を触れる人体通信において伝送路中の容量性リアクタンスに整合させるために受信機入力にインダクタンスを直列に挿入することによるインピーダンス整合の効果を示した.ノイズおよりケースのシールドの影響評価については関連事項としてグラウンドループの影響評価を行った.以上のようにほぼ計画に沿った研究を実施しており,最終年度である平成28年度における人体通信機器のフロントエンド設計に関する基礎データの整備に向けて着実にデータを蓄積している.人体通信は人体および周囲の空間を伝送路とする無線通信方式であり,短波帯(3MHz30MHz)が良く用いられる.人体通信はアンテナの代わりに電極を人体に接触または近接させる.

典型的な人体通信のアプリケーションを想定し,手首に装着した送信機から指先で触れる据置型の受信機器への伝送特性を20MHz,10MHz,5MHzにおいて測定した結果,送信機電極間の消費電力と受信信号電力の比は送信電極の配置に依存し,電極間隔が広いほど効率が高いことがわかった.実装上の制約から2枚の送信機電極の外縁間の距離を最大値に固定すると効率が最大となる内のりの幅が存在し,最適な電極サイズを決定できることを示した.また本研究で製作した電磁ファントムを用いることにより,実人体を用いずに電極間インピーダンスを評価できることも示した.伝送路のインピーダンスに関しては,周波数10MHzにおいて40μHのインダクタを受信回路の入力に挿入した場合に受信電力が最大となったことから伝送路中の容量性リアクタンスの存在が確認された.インピーダンスは約2500Ω,対応するキャパシタンスは約6.3pFである.このキャパシタンスが人体通信における静電結合の大きさである.受信電力が最大となる受信回路の抵抗成分は送信機の電極配置に依存し,20005000Ωであった.最終年度の平成28年度においては,送信電極の配置と伝送特性の関係を説明するために送信電極に対して静電界を形成するダイポールモデルを適用し,電極の中心間距離をダイポールの間隔,電荷量を電極間容量から求め,受信電極の場所における電界強度の推定値と受信信号電圧の関係を調べた結果,ダイポールモデルが定性的に適用できることを示した.以上の結果を活用することにより,短波帯を用いる人体通信機器のフロントエンド部の設計を定量的に行うことが可能となった.人体通信は人体を伝送経路の一部として利用する無線通信の一種であり,アンテナの代わりに人体に接触させる電極を用いる.本研究では搬送周波数に短波帯を用いる場合について,電極配置や送受信機間の相対位置関係と伝送特性の関係を数値電磁界解析と実験によって調べ,伝送路の等価的なインピーダンス特性や周囲のグラウンドとの結合の影響を定量的に示した.これらの結果により,フロントエンドと呼ばれる送受信機の入出力部の定量的な回路設計が可能となった.平成26年度の研究計画は数値電磁界解析による伝送特性解析と実験用送受信機の製作であった.数値電磁界解析は主として評価実験用ファントムの設計のためのシミュレーション,人体上のウェアラブル人体通信機器間の通信,および手首から据置型機器への伝送特性解析を進めた.実験用送受信機の製作は,電池駆動型送信機と受信機の回路設計,基板設計,および実装を進めた.送信機はコルピッツ型発振回路を用いたものと,発信周波数をマイコンから制御可能なプログラマブル発振素子を用いた2種類を製作した.受信機は微弱無線用集積回路と局部発振にプログラマブル発振素子を用いて受信回路を構成した.受信信号強度計測はRSSIのアナログ出力をAD変換したデータを不揮発性メモリに保存し,測定後にホストコンピュータと受信機のマイコンを接続してデータを読み出す方式とした.これらの詳細設計は当初の研究計画と多少異なるが,実験目的に必要な仕様を満たしている.伝送特性の測定は送信機と受信機が共に人体上にある伝送に関しては周波数20MHz,人体上の送信機から指先で触れる人体外部の据置型受信機への伝送特性は周波数5MHz,10MHz,20MHzで測定し,製作した測定用送信機/受信機が研究に必要な性能を有していることを確認した.ファントムの製作は当初平成27年度の研究計画としていたが,ファントムの電気的仕様や製造可能な業者の選定等を進めた結果,平成26年度中に製作可能な見通しを得たため,製作予定を早めて製作した.
斜入射X線照射下-プラズマプロセスの可視・紫外・X線分光によるその場解析

今回の科学研究費補助金により行った特徴的な実験は、グロー放電プラズマに対してX線分析を行った点である。これまで、グロー放電プラズマは機器分析の分野で可視・紫外光の光源やイオン源として利用されてきた。また、半導体デバイス作成時の表面処理方法としても不可欠であり、プラズマプロセスを制御するために主に可視・紫外光をモニターする研究が行われてきた。今回の研究では、グロー放電管に比較的高い電圧(210kV)を印加し、エネルギー分散型X線検出器を用いてX線分析を行った。特性X線、連続X線が観測されたため、これらX線の起源を明らかとするとともに、グロー放電のX線管としての性能や元素分析への応用などを検討した。その結果、グロー放電X線管は小型・軽量・低廉化・取り扱いが容易といった特徴を有しながら、高強度のX線が比較的安定して得られることがわかった。特に、長さ20mm、直径10mmの小型グロー放電X線管(Review of Scientific Instruments,69,1998,pp.4006-4007)は可搬型小型X線分析装置の開発などに注目を集めている。さらに、今回の科学研究費補助金により、可視・紫外光分光器システムを購入できた。高電圧印加グロー放電プラズマに対して可視・紫外分光測定を行い、高電圧印加領域での分光特性・スパッタリング特性などを調査した。その結果、質量の小さいヘリウムガスを放電ガスに用いた場合でも、アルゴンガスに匹敵する発光強度、スパッタリング速度が得られることが分かった。これまで、グロー放電プラズマの診断は発光分光測定などの可視・紫外光の測定を中心に行われてきた。そこで、高電圧のグロー放電に対してX線測定を行い、プラズマプロセスの理解に応用した。具体的にはヘリウムを放電ガスとするグロー放電管において最大10kVの電圧を印可し、AlやBeの薄膜をX線窓材としてX線測定を行った。その結果、グロー放電管からX線が観測された。これは陰極表面から発生した電子が高電圧によって加速され、プラズマ中の原子・分子と相互作用することなく通り抜け、X線窓材に衝突しX線を励起・発生させたものであることが分かった。つまり、X線が観測されたことはX線を励起し得るほどの高エネルギー電子が存在していることを意味するとともに、X線測定がこれらプラズマ中の高エネルギー電子の研究に有効であることを示している。この現象を積極的に電子源やX線源として利用することを考え、これらについても論文として報告した。従来の電子源やX線源は超高真空を必要とするが、グロー放電電子源・X線源は低圧下で作動し、小型でターゲットを自在に交換できる利点がある。さらに、本研究費により小型の可視・紫外分光器を購入し、高電圧印加のヘリウムやアルゴンプラズマに対して分光測定を行った。特にヘリウムプラズマは準安定エネルギー準位が比較的高いためアルゴンプラズマでは励起できない発光線が多数観測された。今後はX線を斜入射でプラズマに照射し、プラズマプロセスのその場測定に応用していく計画である。
天然放射性核種をトレーサに用いた東アジア域の大気中物質輸送・除去メカニズムの解明

大気環境問題の解決には大気輸送モデルの利用が不可欠であり、モデルの信頼性を担保するためには、モデルを検証する必要がある。本研究では、天然放射性核種のラドンの大気中濃度を測定し、得られた観測値を用いて長距離ラドン輸送モデルの検証を行った。長期間の大気中ラドン濃度の観測値を整備し、年によって異なる季節変化を明らかにした。観測値と計算値の比較の結果、モデルの精度はファクター2であることを示した。本研究では天然放射性核種のラドンおよびその壊変生成物をトレーサに用いて、モデル内で表現された大気輸送・湿性沈着過程の不確かさ推定手法の確立すると共に、輸送現象そのものの知見を得ることを目指している。平成24年度は、波照間島と八丈島での大気中ラドン濃度観測・解析作業を継続するとともに、ラドン長距離輸送モデルの不確かさを検討した。前年度に設置した高感度の大気中ラドン濃度測定器で取得した観測値と過去約10年間の観測値を合わせて長期の連続観測値を整備した。いずれの地点でも冬季に高濃度、夏季に低濃度を示す季節変動が見られ観測地点に到達する空気の起源に応じた濃度変動が観測で得られた。近年、年によっては夏季の特徴が9月中旬まで継続する場合が数例ではあるものの存在し、これは太平洋高気圧が日本付近への張り出した期間と対応していた。日本付近の大気質の変化をラドン濃度の観測値が捉えたことを示す結果であり、陸面で発生する物質の長距離輸送モデルの検証を行う場合のラドンの有効性が確認された。また波照間島でのラジウム含有量の測定を実施した結果、本州の平均的な値に比べて2から3倍程度高いことが分かった。観測値の島起源の影響を定量評価するための基礎的な知見が得られた。また、八丈島、波照間島、落石岬のラドン濃度観測値を用いて長距離ラドン輸送モデルの再現性の評価を行った結果、季節毎に異なる再現性を示す特徴を明らかにした。輸送途中での鉛直混合の構造に着目し温位の鉛直分布のモデル再現性を検討した結果、春季には良い再現性を示したものの、冬季では大気境界層高さの過大計算によってラドン濃度の過小計算傾向が生じていた。モデルに与える海面水温分布の過大傾向がその一因である可能性を示した。大気汚染物質の広域輸送の解明には化学輸送モデルによる数値計算が有効であるが、複数のサブモデルから成るモデルの不確かさの評価は容易ではない。研究課題として具体的には1)大気中ラドン濃度観測値の信頼性向上、2)アジア域のラドン放出率分布の高精度化、3)ラドン長距離輸送モデルの不確かさの評価を目的とした。平成23年度は、大気中ラドン濃度観測網の中から八丈島および波照間島での測定器を重点的に整備し年間の連続した測定値を得た。波照間島には、従来に比べて低い検出限界を持つ大気中ラドン濃度測定器を新たに設置し、低濃度時も信頼性の高い測定を可能にした。波照間島の測定値には数日周期の濃度変化が見られ、この変化は低気圧の移動に伴い中国大陸で発生したラドンの長距離輸送が主因であった。夏季の低濃度時には東南アジアで発生したラドンによる寄与が存在し、その寄与は約60%であることが新たに示された。波照間島起源の寄与を推定するために、チャンバー法を用いた土壌ー大気ラドン放出率の直接測定を実施した。島の大部分を占める耕作地の土壌表面は乾燥し亀裂が多く直接測定に不向きであったため、ラドンの親核種であるラジウムの土壌含有量からラドン放出率を推定することとした。また、土壌中の輸送過程を定式化した物理モデルに、新たに土壌粒径の大小の特徴をモデル変数に加えて全球の放出率分布を推定した。一方、波照間島の測定値を用いた東南アジアからのラドン放出率の逆推定では、インドシナ半島の放出率が従来よりも高いことが示唆された。今後ラドン放出率分布の精度の検討を踏まえて、ラドン長距離輸送モデルの不確かさ評価を実施する。1)大気中ラドン濃度観測値の信頼性向上に関して:八丈島と波照間島の測定装置の保守作業と測定値の品質管理を徹底し、年間を通して信頼性の高い測定値を得た。波照間島では当初の予定よりは遅れたものの高感度大気中ラドン濃度測定器の設置を完了し、順調にラドン濃度の測定結果が得られた。波照間島の測定値については解析を開始し、濃度の時間変化に見られる特徴を把握した。その結果、夏季の低濃度時に東南アジアから発生したラドンの寄与が全体の濃度の約60%を占めることを新たに見出した。