hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞工学的手法による難聴動物の単離ラセン神経節細胞の興奮抑制の機序解明

(実験1)(方法)高度難聴耳に対する人工内耳手術の際に、術後成績を左右する大きな要因の一つになると考えられる、蝸牛神経ラセン神経節の機能病理を解析した。対象としては、正常動物と難聴動物(主にカナマイシン耳毒性により作成した難聴動物を使用)の単離ラセン神経節細胞を用い、細胞活性、並びにK+イオン負荷や電気刺激などの脱分極刺激に対する細胞の興奮性の差異を、蛍光指示薬を用いての細胞内Caイオン動態の観察(共焦点レーザー顕微鏡を使用)などにより評価した。細胞活性評価とCaイオン動態観察の為の蛍光指示薬としては、それぞれ、LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit(L-3224)、並びに、Fluo-3/Fura-Redを用いた。(結果、考察)正常動物と難聴動物において、単離したラセン神経節細胞の形態に、明らかな差は認められないように思われたが、細胞の興奮性は、難聴動物のそれで明らかに低下していた。すなわち、高K+イオン負荷による脱分極刺激に対する、細胞内Caイオンの上昇の程度は、難聴動物のラセン神経節細胞で有意な低下を認めるものが多かった。この細胞興奮性の低下は、細胞活性の測定では正常と明らかな差を認めなかった対象においても観察され、マクロレベルでは見い出しにくい機能病理の存在が明らかにされた。これらの機能病理に対応する形態学的な変化を、超微形態レベルで観察したが、今回の検討では明確な差異は観察し得なかった。(実験2)動物実験では、難聴動物における蝸牛神経節細胞の量的な減少も示された。本結果の臨床応用の追加研究として、ヒトの難聴耳における蝸牛神経の病理を、MRI-CISS画像による内耳道断面像、並びに神経反射で検討しこれら検査の人工内耳の為の術前検査としての有用性も実験2として明らかにした。(方法)高度難聴耳に対する人工内耳手術の際に、術後成績を左右する大きな要因の一つになると考えられる、過牛神経ラセン神経節の機能病理を解析した。対象としては、正常動物と難聴動物(主にカナマイシン耳毒性により作成した難聴動物を使用)の単離ラセン神経節細胞を用い、細胞活性、並びにK^+イオン負荷や電気刺激などの脱分極刺激に対する細胞の興奮性の差異を、蛍光指示薬を用いての細胞内Caイオン動態の観察(共焦点レーザー顕微鏡を使用)などにより評価した。尚、難聴動物の作成には400mg/kgカナマイシンを1週間に5日、計15回筋注し、難聴の程度の評価は聴性脳幹反応(ABR)を用いて行い、高度難聴が確認されたものを対象動物とした。また、細胞活性評価とCaイオン動態観察の為の蛍光指示薬としては、それぞれ、LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit(L-3224)、並びに、Flou-3/Fura-Redを用いた。すなわち、高K^+イオン負荷による脱分極刺激に対する、細胞内Caイオンの上昇の程度は、難聴動物のラセン神経節細胞で有意な低下を認めた。今後は、この機能病理に対応する形態学的な変化を、超微形態レベルで明らかにしていく予定である。(実験1)(方法)

高度難聴耳に対する人工内耳手術の際に、術後成績を左右する大きな要因の一つになると考えられる、蝸牛神経ラセン神経節の機能病理を解析した。対象としては、正常動物と難聴動物(主にカナマイシン耳毒性により作成した難聴動物を使用)の単離ラセン神経節細胞を用い、細胞活性、並びにK+イオン負荷や電気刺激などの脱分極刺激に対する細胞の興奮性の差異を、蛍光指示薬を用いての細胞内Caイオン動態の観察(共焦点レーザー顕微鏡を使用)などにより評価した。細胞活性評価とCaイオン動態観察の為の蛍光指示薬としては、それぞれ、LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit(L-3224)、並びに、Fluo-3/Fura-Redを用いた。(結果、考察)正常動物と難聴動物において、単離したラセン神経節細胞の形態に、明らかな差は認められないように思われたが、細胞の興奮性は、難聴動物のそれで明らかに低下していた。すなわち、高K+イオン負荷による脱分極刺激に対する、細胞内Caイオンの上昇の程度は、難聴動物のラセン神経節細胞で有意な低下を認めるものが多かった。この細胞興奮性の低下は、細胞活性の測定では正常と明らかな差を認めなかった対象においても観察され、マクロレベルでは見い出しにくい機能病理の存在が明らかにされた。これらの機能病理に対応する形態学的な変化を、超微形態レベルで観察したが、今回の検討では明確な差異は観察し得なかった。(実験2)動物実験では、難聴動物における蝸牛神経節細胞の量的な減少も示された。本結果の臨床応用の追加研究として、ヒトの難聴耳における蝸牛神経の病理を、MRI-CISS画像による内耳道断面像、並びに神経反射で検討しこれら検査の人工内耳の為の術前検査としての有用性も実験2として明らかにした。
マラリアにおけるマクロファージマンノースレセプターの機能解明

マクロファージマンノースレセプター(MR)は、マウスにおいてマラリアの重症化に関与している。その重症化機構をサイトカインの産生量に着目して検討した結果、MRは炎症性サイトカインの発現を誘導することを明らかにした。よって、MRによるマラリアの重症化機構は過剰な炎症反応の惹起であると考えられた。さらに、ブタMRを用いて、MRと感染赤血球成分がマンノースを介して結合することを明らかにした。マクロファージマンノースレセプター(MMR)はバイファンクショナルなレクチンであり、システインリッチドメインは酸性糖質、C型レクチンドメインはマンノースやフコースなどに結合し、免疫にも関与している。マラリアにおけるMMRの機能を解明するためマラリア原虫Plasmodium berghei ANKAの感染実験を行った結果、野性型C57BL/6マウスは1週間程度で死亡するのに対し、MMRノックアウトマウス(C57BL/6)(-/-)は感染後約3週間程度まで生存することを見出した。野生型の死亡原因は脳性マラリアであることが報告されている事から、マラリアの重症化、特に脳性マラリアの進展にMMRが深く関わっているとえられる。MMRがマラリアの重症化を引き起こす機構を解明するため、感染宿主の炎症反応を解析した。ELISAおよびRT-PCRによってマラリア感染時における各種サイトカインの発現レベルを検討した結果、野性型マウスに比べるとMMRノックアウトマウスではTh-1型サイトカイン(interferon、tumor necrosis factor)の発現量が高く、逆にTh-2型サイトカイン(IL-4,IL-10)の発現レベルは低いことが示された。重症マラリアが発症するメカニズムの多くは未解明であるが、宿主のサイトカイン産生を含む宿主と原虫の複雑な相互作用が関与していることが知られている。近年、Th-1型サイトカインが重症マラリアの進行を促進することが報告された。一方、Th-2型サイトカイン(IL-4,IL-10)は脳マラリアを抑制することが示されている。これらの報告と本研究成果から、MMRはマラリア感染時におけるサイトカインの産生に関与しており、その結果、Th-1型サイトカインとTh-2型サイトカインのバランスが崩れるためにマラリアが重症化するものと考えられる。マクロファージマンノースレセプターMRは因性、外因性分子のいずれにも和性を示すバイファンクショナルなレクチンである。我々は、マウスC57/B6系統を用い、MRがマラリアの重症化に関与していることを見出した。本研究は、MRによるマラリアの重症化機構について解析するために、MRが感染赤血球抽出物と結合するかどうかを解析し、結合するリガンド分子の同定を目指した。本研究では、ブタ胎盤より精製したブタMRを用いた。ブタMRはPlasmodium berghei ANKAに感染したマウスの感染赤血球抽出物と濃度依存的に結合した。一方、非感染赤血球抽出物はブタMRと結合しなかった。マンノースを特異的に認識するレクチン(コンカナバリンA)を用い、感染赤血球抽出物にはコンカナバリンAと結合する成分が含まれており、その結合はマンナンによって阻害されることを見出した。レクチンブロッドによって、感染赤血球中の分子量約34kDaおよび25kDaのタンパク質がコンカナバリンAと結合することを見出した。これらより、マラリア感染赤血球抽出物にはマンノースを介してMRと結合するリガンド分子が含まれていることが明らかとなった。MRのリガンド分子の同定にまでは至らなかったが、マラリア原虫は哺乳類とは構造が異なるglycosylphosphatidylinositol(GPI)アンカーを合成し、感染赤血球膜に発現することが知られている。GPIはマウスにおいてプロ炎症性サイトカインの発現を誘導し、急性マラリアの症状を引き起こすことが報告されている。GPIにはマンノースが含まれていることから、GPIがMRのリガンドとして作用し、マラリアを重症化する可能性が考えられる。以上の結果より、感染赤血球あるいはマラリア原虫とMRの結合を阻害することによって、マラリアの重症化を抑制できると考えられる。
シナプス形成におけるユビキチンリカーゼの機能解明

最近の様々な研究の蓄積から、精神疾患は神経細胞樹状突起棘(スパイン)の異常であるという大胆な仮説をたてることが可能になってきた。本研究では、ユビキチンリガーゼUbe3aの神経細胞、特にスパインでの機能を分子レベル、細胞レベルで解析を行う。神経細胞の樹状突起・スパイン周囲でのシグナルに依存したタンパク質合成がシナプス可塑性の分子基盤の一つとされている。同時にタンパク質分解も大きな一役を担うと予想されるが、神経細胞の樹状突起・スパイン周囲における局所翻訳に対するタンパク質分解の研究に関しては、ほとんど未開拓である。特異的ube3a抗体を用いた免疫細胞化学法を利用してUbe3aの神経細胞での発現を調べたところ、細胞体のみならず軸索及び樹状突起にも発現していることを見いだした。また、Ube3aの神経細胞における標的蛋白を同定するために、酵母two-hybrid systemを用いたスクリーニングをしたところ、ヒト脳ライブラリーから26個の候補タンパク質を得た。これらの候補分子をimmunoprecipitation-immunoblotting(IP-IB)法による生化学的解析によりその結合を再検討した後、in vitro及びin vivo ubiquitinationアッセイをしたところ、prosaposinを候補蛋白の一つとして同定した。Prosaposinは、脳、特に発達期の脳において強く発現し、また、培養神経細胞にて、突起伸長作用を示し、神経栄養因子としての機能を有していることが知られており、ube3aによるプログラム的蛋白分解が、脳発達に寄与している可能性が示唆された。
高速オートフォーカス機構を用いた高信頼超短光パルスマイクロ接合システムの開発

本研究では、超短光パルスマイクロ接合法にオートフォーカス機構を組み込み、被接合材料の境界面高さに応じて集光点位置をリアルタイムに自動調整可能な接合システムを開発した。本システムを用いれば、確実に境界面のみを溶融させることができ、安定性、信頼性、品質性の観点から高度化した接合技術の確立が可能である。さらに、構築されるオートフォーカス機構は生産加工分野における要素技術となるため、穴加工、溝加工をはじめとする多くの微細加工分野への展開が可能であり、三次元微細構造の形成技術に応用できる。本研究では、超短光パルスマイクロ接合法にオートフォーカス機構を組み込み、被接合材料の境界面高さに応じて集光点位置をリアルタイムに自動調整可能な接合システムを開発する。本システムを用いれば、確実に境界面のみを溶融させることができ、安定性、信頼性、品質性の観点から高度化した接合技術を確立できる。さらに、構築されるオートフォーカス機構は生産加工分野における要素技術となるため、穴加工、溝加工をはじめとする多くの微細加工分野への展開が可能であり、三次元微細構造の形成技術に応用することもできる。平成24年度の研究成果としては、平成23年度に開発したオートフォーカス機構を構成するFPGAに、シリアル通信プログラムを組み込むことにより、電子計算機とFPGAを接続し、オートフォーカス機構を組み込んだ超短光パルスマイクロ接合システムを開発した。さらに、焦点検索動作時の精度向上を目的として、3つの検索動作を考案し、焦点検索が実現するまでの時間を評価した。検索動作としては、(1)500 μmずつ20回自動ステージを移動し、最大階調値の地点(焦点位置)を求める。さらに、この地点において、50 μmずつ20回検索し、最後に5 μmずつ20回検索し、焦点位置を求める方法、(2)1000μmずつ自動ステージを5回検索し、最大階調値の地点において、100 μmずつ20回検索し、2.5 μmずつ40回検索する方法、(3)(2)の方法において、階調値の下がり始めを検知すれば,検索動作を終了し、次の検索を始める方法である。3つの検索方法において検索終了までの時間は、(1)の場合78.6秒、(2)の場合87秒、(3)の場合51.6秒であった。さらに、探索動作(3)により試料表面を求め、本接合システムによりガラス間の超短光パルスマイクロ接合を10回行った。この結果、成功率80%にて接合することが可能となった。さらに、構築されるオートフォーカス機構は生産加工分野における要素技術となるため穴加工、溝加工をはじめとする多くの微細加工分野への展開が可能であり、三次元微細構造の形成技術に応用することもできる。平成25年度の研究成果としては、平成24年度に開発した接合システムをさらに高度化するために、自動焦点検出プログラムにより、被接合材料間の空隙分布を検出し、空隙の大きさに応じて、レーザー光の出力を自動で調整可能な接合システムを開発した。具体的には、試料間隙が中心から徐々に広くなる試料に対して、接合間隙の大きさに応じて入射パルスエネルギーを変化させることにより、試料間隙が大きい周辺部においても試料を溶融させ、従来の接合方式よりも広範囲な接合領域を形成可能な接合システムを構築した。試料間隙の大きさによらず一定の入射パルスエネルギーにて接合を行う旧方式の接合システム、および、開発した接合システムにより、波長1064 nm、パルス幅400 fs、繰返し周波数1 MHzのフェムト秒レーザーパルスを、開口数0.40の対物レンズにより、BK7ガラスの境界面に集光照射し、走査速度10 mm/s、溝間隔50 μmにて、最大半径1 mmの螺旋状の接合(走査面積3.14 mm2)を10回行った。この結果、接合成功率は、旧方式(入射パルスエネルギー1 μJ)の場合60 %、旧方式(入射パルスエネルギー1.2 μJ)の場合70 %、新方式(最大入射パルスエネルギー1.2 μJ)の場合100 %であった。

本システム開発を実現するために、平成23年度においては、大量の画像データを並列、かつ、リアルタイムに高速処理可能なFPGA (Field Programmable Gate Array)を用い、画像処理用ソフトウェアを考案、開発することによって、1 MHz以上の画像処理能力を有する画像処理部を実現した。具体的には、焦点位置の異なる複数の画像を取得し、画像全体における階調値差は、フォーカスしていない画像よりもフォーカスした画像の方が大きくなることを利用し、撮影画像全体における階調値差を比較することが可能なプログラムを開発した。さらに、本システムの動作を確認するために、集光用レンズの先端と試料との間隔が一番離れている点を初期位置とし、初期位置から集光用レンズの先端が試料表面に近づく方向に1 μmずつ50 μmまで変化させ、合計50枚の画像を取得した。これらの画像を画像処理部において演算することにより、19 μmの点において最大階調値を示した。また、この点における画像は、定性的ではあるが、フォーカスしていることを確認した。つまり、本画像処理部の開発が実現されたといえる。本研究課題における平成24年度までの研究計画としては、平成23年度に実現したオートフォーカス機能を組み込んだFPGAを電子計算機と接続し、CCD(Charge coupled device)カメラにより撮影した焦点位置が異なる被接合試料の画像から、画像全体の階調値が最大となる地点を探索可能なオートフォーカス機構を組み込んだ超短光パルスマイクロ接合システムを開発することである。この計画に関しては、シリアル通信プログラムをFPGAに組み込むことにより、FPGAと電子計算機間の接続ができ、オートフォーカス機能を超短光パルスマイクロ接合システムに組み込むことが可能となった。さらに、焦点検索動作時の精度向上を目的として、3つの検索動作を考案し、焦点検索が実現するまでの時間を評価した。この結果、51.6秒にて焦点位置を検索することが可能となった。さらに、この検索動作を用いたガラス間の超短光パルスマイクロ接合を10回実施した。この結果、成功率80%にて接合することが可能となった。また、被接合材料の種類、形状、光パルスのエネルギーなどの接合条件を変化させた場合、本接合システムの安定性、信頼性に与える影響に関する知見を集積した。つまり、当初予定していた研究計画どおりに研究が進捗していると考えられる。本研究課題においては、オートフォーカス機構の構築を平成23年度の研究目的としている。そして、この目的達成のために、大量の画像データを並列、かつ、リアルタイムに高速処理可能なFPGA (Field Programmable Gate Array)を用い、画像処理用ソフトウェアを考案、開発することによって、1 MHz以上の画像処理能力を有する画像処理部の開発を実現している。つまり、当初予定していた研究目的どおりに研究が進捗していると考えられる。オートフォーカス機構を組み込んだ超短光パルスマイクロ接合システムにより推定される被接合材料境界面における試料間隙を考慮し、接合に最適な三次元溶融部の形状を探索する。例えば、試料間隙が中心から徐々に広くなっていくような場合、入射光強度を中心から徐々に大きくしていくことにより、非線形吸収現象により周辺部の溶融部は光軸方向に長くなり、試料間隙が大きい周辺部においても接合を実現することができる。
太陽ニュートリノの連続観測と超新星爆発ニュートリノの検出

東京大学宇宙線研究所・神岡地下実験室に設置されている水チェレンコフ検出器、Kamiokandeは、現在世界で稼働中の4つの太陽ニュートリノ検出装置の中で唯一リアルタイム観測型の装置で、反跳電子エネルギーが測定できるという、重要な特徴を有し、その観測結果は高く評価されている。この検出器は、平成2年に電子回路を更新し高性能化する等の改良が加えられ、平成3年度に本科研費の補助により、電子回路の性能を十分に発揮するための電源やデータ取得装置関係の整備が行われた。本研究の中心課題の一つである太陽ニュートリノ観測について、主たる研究成果は既に公表済みの平成5年7月までのデータ(全部で実観測時間1667日分に相当)から次のようにまとめられる。(1)^8Bの崩壊からの太陽ニュートリノ強度は理論的予測の約半分である。(2)反跳電子のエネルギー分布は^8Bの崩壊で説明される。(3)観測精度の範囲で昼間と夜間の太陽ニュートリノ強度は等しい。(4)Kamiokande-llの結果と併せて6年半に渡る観測で、太陽活動の変化に伴う顕著な太陽ニュートリノ強度の時間変化は認められない。なお、観測データの集積は、未発表の分まで含まれば、平成7年2月末現在で観測開始以来の実観測時間で2、140日に達している。もう一つの課題である重力崩壊型新星爆発によるニュートリノバーストは、本科研費の交付期間中には観測されなかったが、我々の銀河系内の重力崩壊型超新星爆発頻度の上限値として世界で最も良い値、0.44yr^<-1>(平成5年11月現在)を得ている。なお、ニュートリノバーストの監視については、本科研費の交付期間中にオンライン、セミ・リアルタイム(15分間隔程度)でニュートリノバーストの有無を常時モニターできるようになった。我々の銀河系内で超新星爆発が起きれば、光学観測に先駆けて超新星を発見することが可能である。本研究の目的は、神岡地下実験装置を改良しつつ、それを用いて、第1に太陽ニュ-トリノを精度良く連続観測すること、第2に新たな超新星爆発の発生を、ニュ-トリノを検出することにより監視することである。太陽ニュ-トリノ観測については、1987年1月から1990年4月までの、いわゆるKamiokandeーIIにおける観測結果の総合報告を本年度に出版し、^8Bの崩壊からの太陽ニュ-トリノ強度が理論的予測の46%±5%(統計誤差)±6%(系統誤差)であること、11年周期の太陽活動の変化に伴う顕著な太陽ニュ-トリノ強度の時間変化は認められないこと、等の知見を明らかにした。更に、改良したKamiokandeーIIIのフェ-ズの解析を行い、1990年10月から1991年3月迄の太陽ニュ-トリノ強度が65%±18%±9%であり、それ以前の結果と矛盾無く、時間変化も認められないという新しい結果を得た。今後更に観測時間の増加に伴って、結果の精度は向上する。超新星爆発の監視については、セミ・リアルタイムで(正確には観測中10時間間隔程度で)ニュ-トリノバ-ストの有無を調べる段階に達した。現在これを10分間隔で行えることを目標にプログラム改良中で、これに成功すれば光学観測に先駆けて超新星を発見することが可能となる。神岡地下実験装置の改良については、高性能ワ-クステ-ションの導入と付随する磁気テ-プ装置の設置により、リアルタイムでのデ-タ処理能力が格段に向上した。更に、前年度に導入された新しい電子回路の電源系統の改良を行い、ノイズの低減によりトリガ-レ-トを下げることができた。今後

更にトリガ-敷居値を下げる努力を行う。これに成功すれば太陽ニュ-トリノの観測数が増えるので、観測精度が更に向上する。また、神岡実験は多目的であるため、改良された装置により本研究の直接の目的以外にも多くの成果が上がっている。この研究の目的は、Kamiokande-IIIのフェーズに入った神岡地下実験装置を改良しつつ、それを用いて、第1に太陽ニュートリノを精度良く連続観測すること、第2に新たな超新星爆発の発生を、ニュートリノを検出することにより監視することである。本科研費による主要設備の購入・設置は平成3年度に行われており、今年度はこれらの設備を用いて、(1)太陽ニュートリノの連続観測、(2)太陽ニュートリノデータの解析、(3)ニュートリノバーストの監視、を実施している。まず(1)の太陽ニュートリノ観測については、ルーティンワークとして順調に行われている。(2)に関しては、今年度初めて国際会議でKamiokande-IIIとしての結果を報告した。まず6月に中村がスペインのグラナダで行われた「第15回ニュートリノ物理学及びニュートリノ天体物理学国際会議」で、Kamiokande-IIIの200日分のデータを発表し、_8Bの崩壊からの太陽ニュートリノ強度が理論的予測の約半分であること、Kamiokande-IIの結果と併せて5年に渡る観測で、太陽活動の変化に伴う顕著な太陽ニュートリノ強度の時間変化は認められないこと、等を報告した。更に、10月に東京大学が主催して高山市と神岡町で行った「ニュートリノ天体物理学国際シンポジウム」に於いて鈴木が395日分まで拡張した結果を発表した。(3)のニュートリノバーストの監視については、オンライン、セミ・リアルタイム(10分間隔程度)でニュートリノバーストの有無を常時モニターしている。我々の銀河系内で超新星爆発が起きれば、光学観測に先駆けて超新星を発見することが可能である。神岡実験は多目的であるため、本研究の直接の目的以外にも多くの成果が上がっている。今年度は特に大気ニュートリノと、上向きミューオンを用いた宇宙の暗黒物質の探索に成果があり、論文が出版された。研究課題が示すように、この研究の目的は、第1に太陽ニュートリノを精度良く連続観測すること、第2に新たな超新星爆発の発生を、ニュートリノを検出することにより監視することである。実験装置は東京大学宇宙線研究所・神岡地下実験室に設置されている水チェレンコス検出器、通称Kamiokandeを用いる。本科研費による主要設備の購入・設置は平成3年度に行われており、今年度もこれらの設備を用いて、(1)太陽ニュートリノの連続観測、(2)太陽ニュートリノデータの解析、(3)ニュートリノバーストの監視、を実施している。(2)に関しては、平成5年7月までのデータの解析が終了し、Kamiokande-IIIとして627日分、Kamiokande-IIの1040日分と併せて、全部で1667日分のデータが蓄積されたことになる。この成果は国内では日本物理学会の平成5年秋の分科会(高知大学)で初めて発表され、国際的には平成6年1月にインドで行われた非加速器素粒子物理学国際会議で中村が発表した。その内容は次の通りである。(1)^8Bの崩壊からの太陽ニュートリノ強度は理論的予測の約半分である。
噴霧乾燥法を用いた酵素の乾燥における無機塩の添加の影響

噴霧乾燥法を用いた酵素の乾燥に関する基礎研究として、KCl水溶液を用いて懸滴法により高温気流中における蒸発実験を行い、液滴の蒸発速度に及ぼす無機塩の析出の影響について検討を行った。測定は液滴の重量、滴温および液滴の表面積の経時変化について行った。液滴の重量と温度変化については、既に同時測定できる装置を開発済みである。そこで、本研究では、さらに液滴の蒸発速度を測定する際に必要となる液滴の表面積の経時変化を従来の写真撮影法で求めるのではなく、ファイバースコープを用いて撮影し、それを画像処理装置により画像処理することから液滴の表面積を求めた。これより、従来の液滴の蒸発実験ではなし得なかつた、無機塩の析出を伴う液滴の蒸発過程を非定常で液滴の重量と温度だけでなく表面積も同時測定できる装置を開発した。さらに、上述の装置を用いて塩化カリウム水溶液の単一液滴の蒸発実験を行ったところ、液滴の蒸発速度は溶質の析出にともない純液の蒸発速度よりも大きく減少した。そこで、一つの試みとして液滴の蒸発速度を計算する際に必要となる表面積に関して、溶質の析出した部分からは水の蒸発が起こらないと仮定し、液滴の全表面積から溶質の析出した部分を除いた有効面積で蒸発速度を再計算した。その結果、有効表面積が全表面積の60%以上を占める範囲では上述の蒸発速度は純液の蒸発速度と良好に一致した。しかしながら、析出した面積が大きくなるに伴い蒸発速度は純液のそれよりも大きくなった。この原因としては、溶質の析出した部分からは水分の蒸発が起こらないとして蒸発速度を計算したためであると思われるが、この部分での水分の蒸発速度の実測および理論的予測は非常に難しいため、今後の研究課題である。
古代におけるガラス及びガラス製品製作に関する基礎研究

この研究は、7・8世紀のガラス製造やガラス製品の生産について行ったものである。まず、砲弾形をしたガラスルツボの分析では、現在までに14カ所の遺跡から100点以上の出土が認められるが、その出土地は石川県・滋賀県各一遺跡のほかは奈良県の飛鳥・藤原京域や平城京域に限定されていること、年代的には7世紀後半に出現し、奈良時代を通して認められること、そして一遺跡からの出土量は明日香村飛鳥池遺跡で例外的に約90点の出土量があるが他の遺跡では多くとも数点にすぎないこと,そしてルツボの容量は約400ccを最大としており、1点のルツボからは玉類を除くと一度に大量の製品を生産しえないことなどが判明した。また.砲弾形をしたガラスルツボの出土例を海外に求めると韓国扶餘地方に知られるようになった。一方、ガラス小玉製作鋳型は約10カ所の遺跡から出土しており、年代的には古墳時代から8世紀の奈良時代まで存続し、形態的に変化のないことが判明している。ガラス製品の理化学的分析では、7・8世紀のガラスは基本的に鉛ガラスであり、従来の通説を追認するに止まった。我国のガラス製品はすでに弥生時代には存在するが、ガラスそのものの製造が弥生時代から行われたか否かにについては議論のあるところである。今回行ったガラス関係資料の分析を通して、ガラス小玉製作鋳型は古墳時代から奈良時代を通して存在するものの、砲弾形をしたガラスルツボは7世紀後半になってはじめて出現することから、ガラス製造が弥生時代や古墳時代に国内で行れたとしても、それは7世紀後半の製造技術とは異っていたものと推定されるようになった。そして7世紀後半に始まるガラス製造の新技術は当時の朝鮮半島との交流の中で導入されたものであり、生産量の増加が7世紀後半に我国に出現する緑釉(鉛釉)の棺や〓の製作を可能にしたものであろう。そして律令体制下のガラス製造および製品の生産は官の統制下に容器の製作よりも玉類を中心とした装飾品の生産に主眼がおかれていたものと考えられる。
制御フローグラフを用いた非同期式パイプラインの最適設計法

クロック信号を使用しないことにより消費電力や電磁波放射が低減されると期待される非同期式回路の性能を向上させるには、パイプライン構成が有効である。制御フローグラフを利用したパイプライン化は、回路量の削減に効果があるが、それでもなお冗長な回路により制御回路が増大する傾向にあるため、パイプライン化後の制御フローグラフから冗長なノードを除去するための簡単化アルゴリズムを開発した。またこのアルゴリズムを改良し、簡単化のための計算量の削減を行った。まず、パイプライン化された制御フローグラフを簡単化する二つのアルゴリズムのうち、状態遷移グラフ(有限オートマトン)を使用する方式のものについて、実装を完了した。計算量の上界は大きいが、実用性調査の結果、初期ノード数が8個の小規模な仕様については、1秒以下での簡単化が可能であることが判明し、また20個程度の中規模な仕様についても、数分から1時間以下で簡単化が実施できたことから、通常の仕様では理論上の上界ほどの計算量を要しないことがわかった。ただし、条件分岐や並列処理が多数含まれる仕様については上界に近づくことが予想され、そのようなベンチマーク仕様の策定が必要である。一方、簡単化アルゴリズムのうち、計算量を抑えることを目的としたものについては、その正当性の検証を行っているが、これについては難航し、未完了である。次に、基本演算の所要時間を完全に未知で自由に変動できるとするのではなく、SDI遅延モデル(素子の設計遅延時間に対する変動量の上限が他の素子と相対的に定まるとするモデル)に基づいて所要時間が変動すると想定した場合の回路量削減手法を検討した。ここではその初期段階として、条件分岐は存在しないと仮定した。この手法は、制御フローグラフ中のあらゆる有向閉路について設計遅延量の合計を算出しておき、その最大値付近の遅延をもつ閉路グループとそれ以外の閉路との遅延差が大きい場合に有効となる。この条件を満たした場合、制御フローグラフ内の一部の待ち合わせは、その順序が静的に定まるため待ち合わせそのものが不要となる。また並列に実行される可能性のあった一部の基本演算どうしは、それらの実行順序が静的に定まり同じ演算器を共有できる。これらの出現条件を厳密に検討し、その検出手法をアルゴリズム化した。平成24年度は、当初の予定どおり、研究の目的(3)におけるパイプライン化された制御フローグラフを簡単化する二つのアルゴリズムの開発に取り組んだ。前者は、ノードの再統合前と再統合候補の制御フローグラフからそれぞれ状態遷移グラフし、それらの等価性を判定することで、この候補の採用可否を決定するという手法である。このアルゴリズムは完成し、その正当性と計算量の上界を示すことができた。前者のアルゴリズムには計算量が大きいという課題があり、より簡便な方法となるもう一つのアルゴリズムについても開発に取り組んだ。後者のアルゴリズムでは、制御フローグラフから、あらかじめ並列性の上界を抽出し、この上界までのイタレーション回数の範囲で分岐系列を限定して、発火の因果関係を解析することにより、等価性を判定している。これにより、状態数が爆発的に増大しうる状態遷移グラフを作成する手間がなくなるため、計算量が抑えられる可能性がある。このための基本的なアルゴリズムについてはほぼ構築できているが、正当性の確認および計算量の評価に至っていない。実装については、前者のアルゴリズムは研究費により購入したサーバPCを用いて実装をほぼ完了した。現在、定量的な計算時間の評価を行うため、アルゴリズムに適用する大規模な仕様例の準備を行っている。後者のアルゴリズムについては、計算量が抑えられる可能性はあるもののアルゴリズム自体は複雑化しているため、実装に時間を要しており、未完了である。前年度に完成させた、制御フローグラフを簡単化するためのアルゴリズムには、計算量の上界が大きすぎるという問題があることがわかっていたため、本年度ではまず、計算量の上界がより小さいアルゴリズムを開発し、その正当性も確認した。前者では制御フローグラフの状態遷移をオートマトンとして表現しておりこの状態数が非常に多かったが、新しいアルゴリズムでは因果関係をトレースするために必要なパイプラインの実行回数が有限であることをつきとめ、因果関係をグラフ化することで、より確実で小さい計算量の上界を得た。このアルゴリズムは未実装であるため、実際の制御フローグラフにおいて必要となる計算時間の測定はできていない。他方で、SDI遅延モデルを利用した回路量削減手法については進展していない。最終年度では、制御フローグラフを簡単化するために必要な、制御フローグラフの等価性判定のための高速化アルゴリズムの正当性を詳細に検討し実装した。本アルゴリズムは、制御フローグラフにおける基本操作の発火の因果関係をグラフとして表現することにより、その有限な部分グラフどうしが一致すれっば制御フローグラフが等価であることを示すものである。従来の、オートマトンを利用した等価性判定アルゴリズムに比べ、計算量の上界と典型値が大幅に減少していることも合わせて示した。また、実装したアルゴリズムを用いて、いくつかのランダムな入力仕様に適用したところ、必要な因果関係グラフのサイズが想定どおりに十分小さいことが判明した。研究期間全体としては、並列性を記述していない制御フローグラフの並列性を抽出するパイプライン化アルゴリズムの開発、その簡単化アルゴリズムの開発、簡単化のための等価性判定アルゴリズムの改良を行い、また、制御フローグラフの各要素と有向辺を回路ブロックと配線に置換することで非同期式パイプライン制御回路が合成できることを示している。これらの成果により、効率的な非同期式パイプライン制御回路を合成するための道筋を確立した。

他方で、研究実施計画では、現実的な遅延仮定を採用することによるさらなる回路削減方法の開発を予定していたが、簡単化アルゴリズム開発の遅れからこれに取り組むことができておらず、今後の課題である。クロック信号を使用しないことにより消費電力や電磁波放射が低減されると期待される非同期式回路の性能を向上させるには、パイプライン構成が有効である。制御フローグラフを利用したパイプライン化は、回路量の削減に効果があるが、それでもなお冗長な回路により制御回路が増大する傾向にあるため、パイプライン化後の制御フローグラフから冗長なノードを除去するための簡単化アルゴリズムを開発した。またこのアルゴリズムを改良し、簡単化のための計算量の削減を行った。高速化の可能な制御フローグラフ簡単化アルゴリズムは完成させることができた。しかし、本来、本年度が最終年度であったが、目標とする成果のうち一部が未完了である。非同期式回路設計手法平成27年度への延長を認めていただいたので、高速化の可能な簡単化アルゴリズムの実装と評価を行う。また、SDI遅延モデルを利用した回路量削減のうち、条件分岐のない仕様を入力とするアルゴリズムについても、実装と評価を行う。このための機器として、当初は高速なGPUを付属したワークステーションを想定していたが、グラフの処理がGPUでは不向きであることが判明したため、メニーコアプロセッサIntel Xeon Phiを搭載したワークステーションを導入済であり、これを活用する。制御フローグラフの簡単化アルゴリズムについては、第二のアルゴリズムが当初の予定と異なり、正当性検証と完成が遅れている。また、本来予定していたパイプライン深度の最適化については着手できていない。しかしながら、もともと予定になかったSDI遅延モデルを導入することによる制御フローグラフ最適化について、入力仕様に制限はあるもののその範囲内でアルゴリズムが作成でき有効性を確認することができた。当初の予定では、上記のうち後者のアルゴリズムを完成させることとなっていた。しかし、この正当性の確認ができておらず、適用範囲が未知であり、このまま論文等で発表できる段階ではない。このため、発表に要する研究費を使用していない。ただし、前者のアルゴリズムは完成しており、アルゴリズム構築そのものができなかったというわけではない。アルゴリズムの完成が遅れたため、それの発表費用、および実装するための機器の購入費を支出できなかったことによる。平成26年度は、第二の簡単化アルゴリズムの正当性検証を早急に進める。これと並行して、これらアルゴリズムの評価基盤として、ベンチマークとなる大規模仕様群を策定する必要がある。ノード数、並列度、パイプライン深度、条件分岐数などのバリエーションを含み、実用的な機能を含んだ回路の仕様を複数作成する予定である。さらに、これらのアルゴリズムの高速実行を目的として、並列プロセッサまたはGPUの使用を検討する。そのためのアルゴリズム並列化を行う予定である。
接着性根管充填材応用による垂直性歯根破折の挙動およびその予防

適応する接着性根管充填材の種類により,垂直性歯根破折(VRF)の挙動に影響を及ぼした.逆根管窩洞形成を行うと,残存歯根象牙質は減少するが,破折抵抗性の変化は認められなかった.歯根への熱負荷によりVRFの進展観察できることが確認された.破折荷重が高い接着性根管充填材を使用しても,破折が既に存在している場合,VRFの進展が抑制されないことが示唆され,臨床において接着性根管充填材の適用を考える重要な意味を持つ.適応する接着性根管充填材の種類により,垂直性歯根破折(VRF)の挙動に影響を及ぼした.逆根管窩洞形成を行うと,残存歯根象牙質は減少するが,破折抵抗性の変化は認められなかった.歯根への熱負荷によりVRFの進展観察できることが確認された.破折荷重が高い接着性根管充填材を使用しても,破折が既に存在している場合,VRFの進展が抑制されないことが示唆され,臨床において接着性根管充填材の適用を考える重要な意味を持つ.本年度における研究成果は,接着性根管充填材応用による垂直性歯根破折への抵抗性測定および破折様相の観察による垂直性歯根破折への挙動の評価について研究発表を行い,接着性根管充填材応用による垂直性歯根破折への予防の可能性について言及した.また.接着性根管充填材の歯根への適応は,材料自体にどのような特性を持たせることが可能か理解するため,根管充填の内部に発生した空隙や根管封鎖性の評価といり視点から研究発表を行った.研究成果における発表では,ヒト上顎中切歯56本を用い,マスターアピカルファイルサイズの大きさおよび根管充填材料システムにより8群に分類した.被験歯を2週間保管後,万能試験機で歯軸方向に加圧し破折試験を行った,破折様相は,倍率25倍でVRFの有無および破折線の長さを観察・測定した.二元配置分散分析およびTukey-Kramerを用い,有意水準5%で統計学的解析を行った.マスターアピカルファイルサイズの大きさによる破折荷重に統計学的有意差が認められた(p<0.05).ResilonとEpiphany Sealerによる側方加圧充填法は,他群と比較して有意に破折荷重が低かった(p<0.05).また破折様相に関してはいずれの群間にも有意差は認められなかった(p<0.05).本実験によりの適応する接着性根管充填材の種類によっては,垂直性歯根破折への挙動に悪影響を及ぼす可能性が示唆された.このことは,接着性根管充填材を歯根に適応した際における,根管充填の内部に発生した空隙や根管封鎖性の評価で見られる特性に依存している可能性も示唆された.以上より.臨床における接着性根管充填材の適応は,歯根破折の予防という観点から更なる検討が必要であると考えられる.本年度における研究成果は,根尖切除が垂直性歯根破折に与える影響の追加実験を行い,論文掲載推進中である.歯内療法において非外科的歯内療法が失敗した場合,あるいは非外科的歯内療法が困難な場合において外科的歯内療法が行われる.外科的歯内療法における多くの場合の手技は,根尖掻爬術および根尖切除術を行う.根尖切除術は,根尖切除,逆根管窩洞形成および逆根管充填の一連の手技が行われ,逆根管窩洞形成時には根尖部象牙質の厚さが減少し,垂直性歯根破折抵抗性を低下させる.ヒト抜去上顎犬歯を用い無作為に以下のMTA群,EBA群,CR群,根尖切除群および対照群に分類し,破折荷重試験および破折様相の観察を行った.破折荷重を表2に示す.破折荷重の平均は第4群(根切後逆根管充填窩洞形成なし)の27.73±9.67kgfが最も低く,第3群(コンポジットレジンによる逆根管充填)の34.69±8.06kgfが最も高い値を示した.逆根管窩洞形成を行うと,残存歯根象牙質の内側径は歯冠側へ行くに従い増加する.しかしながら,根尖側における歯根の外側径も,根尖切除に伴い増加するため,逆根管窩洞の辺縁から,歯根の外縁までの残存象牙質の厚さは,根尖切除がされていない根尖部の薄い象牙質と比較し,極めて薄いところが無くなったと考えられる.被験歯として選択された歯は,極端に幅径が大きいものや小さいもの,また歯根の状態が悪いものは排除され,MAF#40に統一されており,しかも口腔外において根尖切除逆根管形成が行われたため,より保存的に残存象牙質を残した手技となっている.すなわち,残存象牙質の厚さは,全ての被験歯において,破折に抵抗しうる厚さであったと言える.また,残存象牙質の厚さが十分であったため,逆根管充填材の特性の違いによる臨床的に意義のある破折抵抗性の変化は認められなかったと考えられる.接着性根管充填材応用による垂直性歯根破折の予防を行う上で、根管内に残余している根管貼薬材は、その接着性を阻害することが知られている。根管貼薬材として広く用いられているエアスケーラーの除去効率を、エアスケーラーを用いて根管洗浄を行い検討した。実験には2根管性の樹脂製根管模型(ディーメック)21本を用いた。樹脂製根管模型に水酸化カルシウム材(カルシペックスII、日本歯科薬品)を緊密に填入した。

7日後、樹脂製根管模型を7本ずつ3群に無作為に分類し、A(従来法での根管洗浄),B(エアスケーラー洗浄)およびC(超音波洗浄)群とした。A群では27G根管洗浄針(ニプロ)を用いて30秒間根管洗浄を行ったB群ではエアスケーラー(サリー、ヨシダ)を用いて15秒間注水下にて根管洗浄を行った。C群では超音波スケーラー(グランドピエゾ、ヨシダ)を用いて15秒間注水下にて根管洗浄を行った。根管洗浄終了後、マイクロフォーカスX線CT撮像を行った。3次元画像解析ソフト(Amira5.3、Visage Imaging、オーストリア)を用いて根管内に残留した水酸化カルシウム材の体積を算出した。データは一元配置分散分析およびTukey-kramer法を用いて統計学的解析を行った。有意水準は5 %とした。全ての群において完全な水酸化カルシウム材の除去は不可能であった。A群ではB、C群と比較して有意に多い水酸化カルシウム材の残留を認めた。しかしながら、B、C群間において残留水酸化カルシウム材体積に有意差は認めなかった。本研究の結果、エアスケーラーおよび超音波スケーラーを用いた根管洗浄は洗浄針を用いた従来法での根管洗浄と比較して有意に良好な水酸化カルシウム材除去効率が示された。接着性根管充填材応用における根管洗浄においては、エアスケーラーおよび超音波スケーラーを用いた根管洗浄が必要であることが示唆された。根尖切除が垂直性歯根破折に与える影響の追加実験および論文推進に計画以上に時間がかかってしまったことがやや遅れている原因である.24年度が最終年度であるため、記入しない。根尖切除が垂直性歯根破折に与える影響の論文掲載を推進し,ファイバーポイントの応用による、破折抵抗性の変化についても論文執筆中であり,投稿の予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
都市規模に応じた自動運転サービスの在り方に関する研究

本研究では,都市規模に応じた自動運転車を含む交通システムの検討とその評価を行うことを目的としている.都市部や中山間地等を対象とし,自動運転の利用方法を整理し,どの移動が自動運転に代わり,誘発交通がどれくらい発生するのか,それによって生活満足度はどう変わるのかをアンケート調査データを用いて分析する.評価軸として,アクセシビリティ等の利便性やCO2排出量といった環境性だけではなく,幸福感やwell-being等も用いる.本研究では,都市規模に応じた自動運転車を含む交通システムの検討とその評価を行うことを目的としている.都市部や中山間地等を対象とし,自動運転の利用方法を整理し,どの移動が自動運転に代わり,誘発交通がどれくらい発生するのか,それによって生活満足度はどう変わるのかをアンケート調査データを用いて分析する.評価軸として,アクセシビリティ等の利便性やCO2排出量といった環境性だけではなく,幸福感やwell-being等も用いる.
痙性斜頸の定位脳手術に関する基礎研究

痙性斜頸は、一般に大脳基底核の機能障害にもとづく不随意運動であると考えられるが、頸筋に対する大脳からの支配様式が不明なため、定位脳手術の手術部位は研究者によって異っている。本研究は、ネコを用いて大脳基底核の出力構造である脚内核(霊長類の淡蒼球内節に相当する)から頸筋の運動ニューロンに対する神経支配側とその様式を明らかにすることを目的とした。過去3年間の研究によって次の事柄が明らかになった。1)頸筋の運動ニューロンを末梢神経刺激による逆行性応答を指標に同定し、脚内核に種々の条件で電気刺激を加えたが、同核の反復刺激によってのみ反応し、単一の矩形波刺激では反応がなかった。2)胸鎖乳突筋ニューロンの多くは、同側脚内核の刺激で斬増性に興奮し、刺激を中止しても暫時、刺激効果が持続した。また、反対側脚内核の刺激では多くは抑制反応がみられた。3)大脳皮質運動感覚野を両側に切除しても同様の刺激効果がみられたことから、頸筋の支配経路は視床-皮質路の関与は少なく、脚内-脳幹網様体路を経由することが示唆された。4)僧帽筋の運動ニューロンの多くは、反対側脚内核刺激で斬増性に興奮し、同側刺激では反応が得られなかった。5)組織学的検索では、胸鎖乳突筋運動ニューロンはC1レベルの脊髄前角背内側部、僧帽筋運動ニューロンはC2-3レベルの脊髄前角腹外側部にみられた。以上の結果から、大脳基底核は胸鎖乳突筋に対して同側性に、僧帽筋に対しては対側性に促通性支配を行っており、その経路は脚内核-脳幹網様体を経て反響回路を形成し脊髄に至ることが想定される。このことは頸筋は無意識下に持続的収縮を示すこと、痙性斜頸は一般に視床手術では改善されにくいことなどの臨床知見とよく一致する。また、痙性斜頸は視床手術より淡蒼球手術がより効果があることが推定される。以上の基礎的知見を踏まえて、胸鎖乳突筋の収縮が主体をなす水平性斜頸2例に対して淡蒼球内節の同側性凝固術を臨床応用したところ、症状は著明に改善された。本研究により新しい治療法が開発できたと思われる。痙性斜頸に対して定位的視床腹外側核凝固術が行われているが、頸筋に対する中枢からの神経支配機構が明かでないため、手術を異常収縮筋に対して同側か反対側に行うかは研究者によって議論がある。ネコにおける脚内核はヒトの淡蒼球内筋に該当すると考えられ、頭部の水平運動と強く関わっている。本研究は、ネコの脚内核刺激により、頭部の水平運動に関わる胸鎖乳突筋と僧帽筋運動ニュ-ロンの反応様式を観察し、ヒトに置ける頸筋の支配機構を推定しようと試みたものである。平成3年度の研究によって次のような成果が得られた。1)一側脚内核を反復刺激すると、同側胸鎖乳突筋の運動ニュ-ロンの活動が斬増性に増加した。

2)反応の潜時は3ー225msec(平均79)と広範囲に分布していた。3)同様の刺激で反対側胸鎖乳突筋の運動ニュ-ロンが抑制された。4)上記の脚内核刺激は4ー7個の矩形波群(300Hz)を1Hzで反復刺激したとき有効で、単発の矩形波刺激では反応がみられなかった。5)両側大脳皮質運動感覚野を切除した後でも同様の反応が得られた。6)一側脚内核の反復刺激では、同側僧帽筋の運動ニュ-ロンに反応が得られず、反対側運動ニュ-ロンが斬増性に増加した。以上の結果から、脚内核は同側の胸鎖乳突筋と反対側の僧帽筋の活動を高め、頭部を刺激の反対側に回旋させるよう働いており、その中枢経路に脳幹内の反響回路が関与していることが強く示唆された。動物実験の結果から、水平回旋性の痙性斜頸には同側手術が妥当で有ることが示唆されつつある。痙性斜頸の多くは、レンズ核を中心とした大脳基底核の機能障害にもとづく不随意運動であると考えられている。痙性斜頸に対する定位脳手術の手術側は、頸筋に対する大脳からの支配側が明らかでないため研究者によって異なり議論が多い。本研究は、ネコを用いて大脳基底核の主要な出力系である淡蒼球内節(ネコでは脚内核)から代表な頸筋の運動ニューロンに対する神経支配側とその様式、伝導路を明らかにし臨床上の諸問題の解決に資することを目的とした。平成4年度までの研究によって次ぎの事柄が明らかになった。1)脚内核の単発電気刺激では頸筋の運動ニューロン活動を変化させることが少なく、反復刺激によってはじめて変化する。(通常、4-7個の矩形波(300Hz)を1Hzで刺激した)。2)胸鎖乳突筋の運動ニューロンの多くは、同側脚内核の刺激で斬増性に興奮し、刺激を中止しても暫時、刺激効果が続く(潜時:3-225msec、平均79)。3)両側大脳皮質運動感覚野を切除しても同様の刺激効果がみられ、視床ー皮質路の関与が希薄であることが明らかになった。4)僧帽筋の運動ニューロンの多くは、反対側脚内核刺激で斬増性に興奮し、同側刺激では反応が得られなかった。5)末梢神経刺激による逆行性応答を指標に各運動ニューロンの脊髄における局在を組織学的に検索したところ、胸鎖乳突筋運動ニューロンはC1レベルの脊髄前核背内側部、僧帽筋運動ニューロンはC2-3レベルの脊髄前核腹外側部にみられた。以上の結果から、大脳基底核は胸鎖乳突筋に対して同側性に、僧帽筋に対しては対側性に促通性支配を行っており、下降性経路の主体は脳幹網様体における反響回路を介していることが推定される。痙性斜頚の多くは大脳基底核におけるレンズ核の機能異常にもとづく不随意運動と考えられている。本症の外科治療は、一般に視床腹外側核手術が行われているがその手術側は研究者によって異なっており、手術の評価も議論が多い。本研究は、ネコを用いて大脳基底核の出力構造である脚内核(霊長類の淡蒼球内節に相当する)を電気刺激し、逆行性刺激により頚筋の運動ニューロンを同定して、その反応様式と大脳内の伝達回路を明らかにしようと試みるものである。本研究で得た知見は以下のとおりである。1)胸鎖乳突筋ニューロンの多くは、同側脚内核の刺激で斬増性に興奮し、反対側脚内核の刺激ではその多くは抑制反応がみられた。2)僧帽筋の運動ニューロンの多くは、反対側脚内核刺激で斬増性に興奮し、同側刺激では反応が得られなかった。3)大脳皮質運動感覚野を両側に切除しても同様の刺激効果がみられた。4)なお、板状筋についても同様な検索を試みたが、脊髄運動ニューロンの同定が困難で予定の年度内には結論を出せなかった。以上のことから、大脳基底核から支配側は頚筋の種類によって異なり、痙性斜頚に対する手術側はこれを考慮する必要がある。
個別家屋の浸水素過程を考慮した洪水流出・浸水シミュレーションシステムの構築

本研究では、詳細な雨水・下水道システムおよび道路、河道、そして街区内に存在する個々の建物、駐車場などからなる地物データGISを用いた洪水流出・浸水解析モデルであるTSRモデルを用いて、建物浸水過程のシミュレーションを可能とする建物浸水モデルを提案したものである。建物浸水モデルに設定するパラメータとして換気口の基準標高、床面標高および床下・床上浸入率を導入するとともに、これらのパラメータを建物用途等から設定する方法を示した。提案モデルを都市流域に適用し、建物に設定した個々のパラメータを反映した浸水特性が得られていることを定量的に示すとともに、家屋の浸水現象を定性的に表現できていることを確認した。都市中小河川流域における豪雨時の浸水は、雨水・下水道管路などの施設が排水不良を起こして内水として発生するほか、河川沿いでは内水に河川の溢水が重なることで複合的に発生している。本研究では、特に建物が密集する東京都内の中小河川流域における豪雨流出現象に対し、建物浸水素過程を考慮した分布型洪水流出・浸水予測モデルを構築することを目的としている。平成25年度は、建物の浸水素過程を考慮した、プロトタイプの分布型洪水流出・浸水予測モデルを構築し、神田川上流域への適用を行った。また、他流域での本モデルの適用可能性を高めるため、公共測量標準図式から洪水流出解析に用いる地表面の地物データGISを構築を実現する、地物データセットアップ支援システムを立ち上げた。支援システムは、ArcGISを用いて、1建物、道路、河道、街区からなる基礎的地物データGISを公共測量標準図式から抽出するサブシステム、2道路を解析用の微小要素に分割するサブシステム、3街区内敷地・植生境界および土地利用・植生種別を用いて街区を分割するサブシステム、そして4等高線より作成した地盤高を地表面地物に対して設定するサブシステムなどからなり、これら4つのサブシステムを統合して開発した。さらに、本モデルの高速解析を目的に、土地利用地物要素内(直接流出量の算定と建物要素から道路要素への流出量の算定および地表面の流れ)、および雨水・下水道管路の流れの部分で、OpenMPを用いた並列処理の検討を行った。平成26年度は、地表面の流出および浸水に最も影響を与える道路の微小分割の自動分割アルゴリズムについて構築するとともに,建物浸水過程をモデル化する上に重要となる街区の自動分割アルゴリズムについて検討を行った。構築モデルの実流域への適用では,SwedenのArvika流域を対象にモデル構築および再現計算を行い,地下室浸水に関する検討を行った。本研究では、特に建物が密集する東京都内の中小河川流域における豪雨流出現象に対し、建物浸水素過程を考慮した分布型洪水流出・浸水予測モデルを構築することを目的として実施した。本研究では、建物浸水素過程を考慮するために、都市域を構成する地物データからなるGISを用いて分布型洪水流出・浸水予測モデルを構築した。この地物データGISは、公共測量標準図式から自動的に構築できるように、1建物、道路、河道、街区からなる基礎的地物データGISを公共測量標準図式から抽出するサブシステム、2道路を解析用の微小要素に分割するサブシステム、3街区内敷地・植生境界および土地利用・植生種別を用いて街区を分割するサブシステム、そして4等高線より作成した地盤高を地表面地物に対して設定するサブシステムで構成するシステムを作成した。さらに、本モデルの高速解析を目的に、土地利用地物要素内(直接流出量の算定と建物要素から道路要素への流出量の算定および地表面の流れ)、および雨水・下水道管路の流れを並列処理する機能を追加した。構築した地物データGIS作成システムおよび建物浸水素過程を考慮した分布型洪水流出・浸水予測モデルを用いて、東京都の代表的な中小河川である神田川上流域および他の都市流域への適用を行い、モデル精度の検証を行った。モデルデータに構築に重要な道路の自動分割アルゴリズムの構築と街区の自動分割アルゴリズムを検討し、実流域への適用で良好な結果が得られている。また、Sweden Arvikaの都市小流域を対象に、建物浸水モデルを用いた解析を実施し、良好な結果が得られている。水文学平成25年度および平成26年度に構築した地物データGISセットアップ支援システムを用いて,東京都の代表的な中小河川である神田川流域を対象にモデル構築を行い,建物浸水過程を考慮した都市流域の洪水流出・浸水解析モデルの有効性の有用性について研究を実施する。