hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト骨軟部悪性腫瘍の永久保存と抗癌剤感受性試験の確立及びその臨床応用

骨軟部悪性腫瘍には多種多様な組織型が存在するが、概して次の手法を用いると回収率、増殖率が良いことが分かった。まず生検・手術にて得られた標本を、酵素処理にて分散させ一部を抗癌剤感受性試験用に、残りを永久保存用とする。培地には10% fetal calf serumを加えたαMEMを用い、type I collagen (Cellmatrix Type I-C、新田ゼラチン)によりcoatingした96-well plate上で37゚、5% CO_2下に72時間培養する。感受性試験は、primary cultureにて抗癌剤を作用させ、効果判定にはMTT法に準じた方法を用いる。永久保存は10% DMSOを用いて液体窒素下に保存する。現在、生検・手術で得られた標本(悪性線維性組織球症、骨肉腫、軟骨肉腫、脂肪肉腫等)といくつかの細胞株(骨肉腫細胞株Saos-2、RCBO428、RIKEN Cell Bank等)を保存しており、時間経過とともに抗癌剤に対する感受性が変化するかどうかを検討している。まだ、最長3年までの経過であるが、抗癌剤に対する感受性及び細胞数の長期保存による影響に有意な変化は認めていない。また、この抗癌剤感受性試験の結果を参考にして実際使用する抗癌剤の選択を行い、CT、MRI等による腫瘍塊の大きさの変化や摘出した組織標本の病理学的検査によって有効率を算出し、感受性試験との関連を調査している。現在のところ、感受性試験の感受性が高いもの程、有効率も高い傾向がみられている。骨軟部悪性腫瘍には多種多様な組織型が存在するが、全体として次の手法を用いると回収率、増殖率が良いことが分かった。培地には10%fetal calf serumを加えたαMEMを用い、type I collagen(Cellmatrix Type I-C、新田ゼラチン)によりcoatingした96-well plate上で37゚、5%CO2で72時間培養する。永久保存は10%DMSOを用いて液体窒素下に保存する。現在、生検・手術で得られた標本(悪性線維性組織球症、骨肉腫、軟骨肉腫、脂肪肉腫等)といくつかの細胞株(骨肉腫細胞株Saos-2、RCB0428、RIKEN Cell Bank等)を保存しており、時間経過とともに抗癌剤に対する感受性が変化するかどうかを検討している。まだ、経過1年までであるが、感受性及び細胞数に有意な変化は認めていない。培地には10%fetal calf serumを加えたαMEMを用い、type I collagen(Cellmatrix Type I-C、新田ゼラチン)によりcoatingした96-well plate上で37°、5%CO_2で72時間培養する。まだ、最長2年までの経過であるが、感受性及び細胞数に有意な変化は認めていない。

まだ、最長3年までの経過であるが、抗癌剤に対する感受性及び細胞数の長期保存による影響に有意な変化は認めていない。また、この抗癌剤感受性試験の結果を参考にして実際使用する抗癌剤の選択を行い、CT、MRI等による腫瘍塊の大きさの変化や摘出した組織標本の病理学的検査によって有効率を算出し、感受性試験との関連を調査している。現在のところ、感受性試験の感受性が高いもの程、有効率も高い傾向がみられている。
中国西北地区の改革開放および西部開発の進展にともなう生活空間の変容

中国の西北地方は厳しい乾燥気候と複雑な民族構成を特徴とし、東部沿海部から最も離れた最内陸部を構成しており、中国における低開発地域である。現在中国政府は、いわゆる「西部大開発」政策により、この地方にインフラ整備を中心とした重点的投資を行っているが、本研究の目的は、改革開放政策や「西部代開発」政策が、当地域の産業・労働市場・地域社会を如何に変容させ、住民の生活空間や生活のありようを如何に変えたかを明らかにことにあった。この目的を達成するため、当研究チームは、初年度は西北地区の入り口に当たる西安市と陜西省の農村部において、2年目は西北地区を最も代表する甘粛省の特に酒泉オアシスにおいて、3年目はイスラム系少数民族地域である寧夏回族自治区において、それぞれ現地の研究者達と共同調査チームを形成し、インテンシブな現地調察を実行した。その結果明らかになった主要な点は、以下のとおりである。(1)西北地区でも省都や地区中心など上位の行政センターでは急速な都市化が進み、マンション建設ブームや「城内村」問題の発生が見られる。(2)西北地区でも高速道路の延伸により商品の広域流通が可能になり、また小売部門でも所得の向上により露天市場の「退路進庁」やスーパーマーケットの普及が見られる。(3)しかし農村部は概して貧しく、出稼ぎや「生態移民」を志向する地域が多く、農民の移動性は意外に高い。(4)その中にあってごく限られた農村地域では、商品作物(タマネギや花サンショウなど)の栽培によって相対的に高い所得を得ている。(5)西北地区の少数民族は、固有の宗教的ネットワークを維持し、開放政策下では民族文化を復興させようとしている。(6)西北地区に豊富な歴史遺産と並んで、このような民族文化は、他方で急拡大するマス観光の対象とされつつある。今年度は、陜西省を対象地域とし、西北大学をカウンターパートとして、平成17年8月5目から23日の間に現地調査を行った。都市班は、省都西安市を対象に、都市化のパターン(小野寺)、「城中村」問題(秋山)、観光開発(松村)、野菜の流通(石原)を主テーマに、農村班は、省東部の韓城市域を対象に、農民の生活空間の変容(小島)、商品作物の普及(高橋)を主テーマに、それぞれ調査を行った。その結果、都市班は、1、省都西安市では、急速な都市化が、国営事業所の「単位」空間、土地利用権を購入した企業による開発空間、都市化に取り込まれた「城中村」空間の、モザイク状に進展しており、2、特に土地所有権や戸籍において農村的性格を残す「城中村」において矛盾が集中していること、3、急速な観光開発が、さまざまな文化的・社会的問題を引き起こしていること、4、生鮮食料品の流通システムは、急速な変容をとげつつあるが、卸売段階、小売段階ともに、なお多くの問題をかかえていることを明らかにした。一方農村班は、5、農村住民の生活空間が、改革解放以後、兼業や出稼ぎを通じて急速に変容・拡大していること、6、近年、商品作物の導入が進展し、当地域では花山椒の栽培が農民所得の向上に寄与していることを明らかにした。現地調査の準備、調査結果の情報交換、分析結果の相互討論のため、3回の研究連絡会を京都及び奈良で開催した。研究の成果については、平成18年3月4日に奈良市の北部会館で公開講座として市民に還元するとともに、3月28日に開催された日本地理学会大会において研究発表した。またこれらの研究成果は、中国側研究協力者の関連論文とともに、1冊の研究報告書として近く刊行の予定である。

なお、来年度の調査の打ち合わせのため、小島が3月20日から23日まで甘粛省蘭州市の西北師範大学を訪問し、共同調査の基本的合意を得た。今年度は、甘粛省の西北部に位置し、旧シルクロードの一部をなす河酉廻廊に沿うオアシス都市酒泉と、その周辺の農村部を調査対象地域とした。対象地域は、チーリエン山脈の雪解け水が作る奈良盆地とほぼ同じ広さのオアシスで、人口約15万の酒泉の町と、その周りの農村空間から構成される。改革開放政策と近年の西部開発政策により、西北部辺境の当地域でも大きな変化が認められるが、それらは、以下のように、マダラ模様を描きつつ進行している。(1)酒泉の町は地区級市として、極めて広域を管轄する行政中心となり、多数の行政機関が集中し、そのモダンなオフィスが次々と建設されている。(2)気候環境の悪い玉門の石油鉱業地区に対して、酒泉が本社所在地兼労働者・技術者の居住地区に選ばれ、3万人の市街地が付加された。(3)人口の増加と所得の向上に対応して、酒泉の町には、各種の卸売り市場、百貨店を含む各種の小売商店、いくつかのスーパーマーケットなどが立地している。ただし、生鮮食料品に関しては、いまだに露天市が残っており、「退路進庁」政策は、道半ばである。(4)オアシス空間の農業は、輸出・移出用たまねぎ生産、種子用野菜.花卉生産により、農民所得のかなりの向上をもたらした。(5)近年、当地でも「新農村建設」が、叫ばれているが、その実態は、今のところ農家の集団建替えを意味するにすぎない。(6)農村部には多くの定期市が分布しているが、近年モータリゼーションの影響が出始めており、商人の移動が長距離化し、かつ選択的になりつつある。(6)ただし、観光開発に関しては、豊かな潜在資源の存在にもかかわらず、いまだ緒に付いたばかりである。(7)農村部住民にとって都市は心理的に「近い」存在となったが、都市部住民にとっての農村は「遠い」存在になりつつある。今年度は、寧夏回族自治区の省都銀川市とその周辺農村、及び黄土高原上の同心県農村を調査対象地域とした。改革開放政策と近年の西部開発政策により、西北部辺境の当地域でも大きな変化淋認められるが、それらは以下のように、多様な様相を呈しつつ進行している。(1)自治区の首都銀川市では、他の省級中心都市と同様、オフィスビルの林立と共に、分譲マンション建築がブームを迎えており、人々の生活空間は、旧来の単位空間から、新しい小区空間へと移行しつつある。(2)高速道路網の完成により、青果物の広域流通が確立し、卸売市場の寡占化が信仰している。小売段階では、小売市場の他にスーパーマーケットが青果物流通の新たな担い手として、参入しつつある。(3)銀川市には各種の宿泊施設が多数立地しており、それらは観光客・ビジネス客向きの高級・中級ホテルと、出稼ぎ農民のための安宿に2極分化している。(4)寧夏の回族卓越地域には、多数のイスラム寺院(モスク)が立地し、そこにはイスラム聖職者と共に、若い学僧が出入りし、彼らによって、情報流通のネットワークが形成されている。(5)黄土高原上の生産性の低い農村から、黄河氾濫原の新開地農村への「生態移民」が進展し、アラブ諸国からの援助等により、新たな回族地域が形成されつつある。(6)黄土高原上の回族は、歴史的に移動性が高く、古くは隣西省での反乱の失敗から寧夏へと移住し、近年では黄河氾濫原への移住に加え、国内各地への出稼ぎ移動が顕著である。
20世紀後半の自然環境変遷と地理的特性評価に基づく将来予測技術の開発 ―GISによる「里山の緑」のシミュレーション―

本研究においては、環境共生の議論のシンボルとして注目の集まっている「里山」について、写真測量やリモートセンシングの先端技術と現地観測データをGIS上に統合することによって、その動態を観測する方法論を検討し、取得されたデジタルデータに基づいて、地球温暖化問題とも密接に関わる炭素固定量評価手法の開発を行った。報告書ではその成果を、第1章:里山の森林成長と二酸化炭素固定量評価の方法論、第2章:リモセン先端技術の森林計測学への応用、第3章:高解像度DEMの精度と応用、第4章:高解像度DEMに基づく丘陵地の流出解析と植生変化、として取り纏めた。主な成果として、20世紀後半(過去50年間)の里山の自然環境復元をデジタル写真測量技術を応用することで可能とし、森林の変化をGISベースで詳細に解析できるようにした。森林成長を高解像度DEMによりとらえ、植生判別を行った後、針葉樹林および広葉樹林において二酸化炭素固定量を試算した。また、レーザレーダやMSSなど、先端技術を応用して立木の本数や林分材積を算出する方法論の開発を行った。これらを応用することで、二酸化炭素固定量評価手法を高度化できる可能性が示された。一方、高解像度DEM自体の精度検証を、モデル実験を導入して行い、森林動態観測における精度推定の方法論を検討した。さらに、高解像度DEMと現地における流量測定を実施し、植生の違いよる流出特性の違いを明らかにし、植生回復に伴う流出特性変化のシミュレーション手法の開発を行った。以上を通じて、愛知県瀬戸市を例に、里山の地形的特徴と森林動態を具体的に把握し、その過程をシミュレートする基礎を構築した。(1)超細密5mDEMの作成:丘陵地など谷密度の高い地形条件の元では,510mメッシュといった細密なDEMを得ることが重要である。膨大なデータを自動計測できるDPWを最適な方法で用いれば,十分な精度が保証されることが,現地測量結果との比較により明らかとなった。森林頂面のDEMと地表面高度に修正したDEMの2種類を作成し、後者は流出解析等に適用している。(2)DEM比較による森林成長量の計測:1949,1977,1995年の5mDEM(森林頂面)を作成し,時系列変化から森林成長量を解析した。DEMの精度は自動計測のみに頼ると,(写真の撮影状況によっては)良くないため,1点ごとをマニュアル補正した。今後の広域調査にむけて,自動計測による誤差そのものの評価も重要であり,作業を継続中である。(3)詳細植生図の作成:森林管理の実務経験を有する専門家によって,空中写真から詳細な植生区分図(1949,1977,1995年時点)を作成した(比較・解析については,木村ほか,2000で報告)一方,航空機搭載MSSにより,画像解析による植生区分図を別途作成した。季節ごとの作成を現在継続中で,画像解析による植生区分の高度化を計画している。(4)樹木数の計測:ヘりコプター搭載レーザーレーダー観測によれば,50cmメッシュのDEMを作成することができる。樹冠の形状をとらえるため、樹木の本数を計測する作業を実施中。また同時に、DPWによる計測結果との相互評価も計画している。(5)森林のグランドトゥルース:リモートセンシングで樹木数や樹種,樹齢をどの程度評価できるかを検証するために,現地における森林計測を実施中。(6)高解像度流出解析シュミレーション:DPWにより得られた細密DEMに対応して,高密度での雨量・流量計測を行い,流出解析シュミレーションの基礎データの収集・蓄積を行っている。デジタル航空写真測量により里山地域の5mDEMを作成し,時系列比較を行った。DEMは地表面のものと樹冠面の双方のものを作成することで,各年次の樹木高度を算出し,その高さの変化を下記のようなさまざまな角度から考察した。1)航空写真測量により植生分類を行い,植生の定性的変化を含めて,最近50年間の変化を総合的に解析した。2)衛星写真の解析により,広域的に見た場合の里山地域の地理学的位置を考察した。3)デジタル写真測量の精度について,現地観測を含めて検証した。4)植生判読を多時期のMSS観測結果の解析結果から行う手法について検討した。5)現地において樹木の動態観測および流量観測を実施し,森林成長における意義付けを検討するためのデータ収集を行った。6)森林の高さ方向の成長量から,バイオマスの増大によって蓄積された炭素量を試算する方法論を考察した。7)広域的な解析を可能にするために,衛星写真の導入や観測地域の設定などにおける問題点を整理した。8)陸域における炭素固定量評価研究の国際的動向を調査し,本研究の位置付けの明確化を図った。9)植生データのほか,地形地質等さまざまな自然環境データのGIS化を図った。10)里山の自然環境の変遷という立場から,環境共生の議論に資するため,web上で議論できるようにシステム整備を行った。以上の検討内容について,3/9の東京大学での公開シンポジウムにおいて研究メンバーがそれぞれ説明し,議論を深めた。

報告書ではその成果を、第1章:里山の森林成長と二酸化炭素固定量評価の方法論、第2章:リモセン先端技術の森林計測学への応用、第3章:高解像度DEMの精度と応用、第4章:高解像度DEMに基づく丘陵地の流出解析と植生変化、として取り纏めた。主な成果として、20世紀後半(過去50年間)の里山の自然環境復元をデジタル写真測量技術を応用することで可能とし、森林の変化をGISベースで詳細に解析できるようにした。森林成長を高解像度DEMによりとらえ、植生判別を行った後、針葉樹林および広葉樹林において二酸化炭素固定量を試算した。また、レーザレーダやMSSなど、先端技術を応用して立木の本数や林分材積を算出する方法論の開発を行った。これらを応用することで、二酸化炭素固定量評価手法を高度化できる可能性が示された。一方、高解像度DEM自体の精度検証を、モデル実験を導入して行い、森林動態観測における精度推定の方法論を検討した。さらに、高解像度DEMと現地における流量測定を実施し、植生の違いよる流出特性の違いを明らかにし、植生回復に伴う流出特性変化のシミュレーション手法の開発を行った。以上を通じて、愛知県瀬戸市を例に、里山の地形的特徴と森林動態を具体的に把握し、その過程をシミュレートする基礎を構築した。今年度は3カ年計画の最終年度にあたり、(1)森林成長計測、(2)計測精度検証、(3)針葉樹についての炭素固定量計算,(4)検生変化に伴う地表水の流出変化、(5)林地内における呼吸量の実測、(6)レーザーレーダやMSSデータによる林分構造の分析等を当初計画に基づいて実施した。(1)森林成長計測:昨年度まで解析してきた地域の森林成長速度が平均的な値よりも著しく低いことがわかったため、方法論の比較検討のため、別の場所の計測を実施した。また、DSM(Digital Surface Model)の作成結果に任意性があることが判明したため、作成方法の再吟味を行い、データ修正を実施した。(2)計測精度検証:DPWのシステムそのものがもたらす絶対的な誤差と、航空写真を利用することで生じる誤差の双方の定量的検討を行った。その結果、誤差評価ができ、論文執筆に至った。(3)針葉樹についての炭素固定量計算:比較的観測資料の多い針葉樹について、樹高の変化から炭素固定量を算出する計算式を得て、調査地域内で50年間を通じて針葉樹であった場所についての炭素固定量を見積もることができ、論文にまとめた。(4)植生変化に伴う地表水の流出変化:植生変化が土壌層の保全に大きく効くことから、地表水の流出に対しても大きな影響を及ぼす可能性が高いことが判明した。(5)林地内観測およびレーザーレーダやMSSデータによる林分構造の分析:レーザーレーダのデータ解析によって、樹木個体の数を定量化するアルゴリズムを検討した。また現地において、グランドトゥルースを実施した。
象牙芽細胞擬態マトリックスと万能性幹細胞を用いた新規な歯髄再生法の開発

多能性幹細胞は,特定の微小環境に晒されると様々な細胞に分化することができる.本研究では,象牙芽細胞擬態マトリックスと幹細胞を用いて象牙芽細胞への分化機構を検索し,象牙芽細胞擬態マトリックスと幹細胞の接触が特定の増殖因子の発現および分泌を誘導することが明らかとなった.本研究結果から,象牙芽細胞擬態マトリックスとインテグリンの相互作用により,象牙芽細胞への分化に必要な増殖因子を幹細胞自身が分泌することが明示された.本研究では,新規に確立したマウスES細胞およびiPS細胞由来高純度象牙芽細胞の培養後に界面活性剤を灌流して,象牙芽細胞由来の脱細胞化した細胞外マトリックス(象牙芽細胞擬態マトリックス)を作成し,マウスES細胞およびiPS細胞を用いて歯髄組織の再細胞化の効率と適正条件を生化学的手法を用いて基礎的検討を行う.さらに,ラットを用いたin vivoにおいて,摘出した歯を基盤鋳型として,再細胞化した歯髄組織の再生を観察することで,従来の歯髄保存治療であるう蝕治療法や覆髄法に代わる新規な歯髄再生モデルを構築することを研究目的とする.平成26年度の具体的到達目標は,マウスES細胞およびiPS細胞由来高純度象牙芽細胞の誘導および培養後に,界面活性剤を灌流して,象牙芽細胞由来の脱細胞化した細胞外マトリックス(象牙芽細胞擬態マトリックス)を作成し,そのマトリックス上に,マウスES細胞およびiPS細胞を播種し,歯髄組織への再細胞化の効率と適正条件を生化学的手法を用いて検討することであり,以下の結果を得た.1,象牙芽細胞擬態マトリックスの精製:通法に従い,マウスES細胞およびiPS細胞から高純度象牙芽細胞を分化誘導後,細胞を播種し, Triton-X, SDSおよびTweenにて処理後,象牙芽細胞擬態マトリックスの作成を行った結果, 10% Triton-Xが象牙芽細胞擬態マトリックスの精製に最適であることが明らかとなった.2,象牙芽細胞擬態マトリックスの再細胞化の効率の検討: 10%Triton-Xを用いて精製した象牙芽細胞擬態マトリックス上に,マウスES細胞およびiPS細胞を播種し,細胞増殖能,細胞接着性および細胞運動能について検討を行った結果,統計学的有意な細胞増殖能,細胞接着性および細胞運動能が観察された.本研究では,新規に確立したマウスES細胞およびiPS細胞由来高純度象牙芽細胞の培養後に界面活性剤を灌流して,象牙芽細胞由来の脱細胞化した細胞外マトリックス(象牙芽細胞擬態マトリックス)を作成し,マウスES細胞およびiPS細胞を用いて歯髄組織の再細胞化の効率と適正条件を生化学的手法を用いて基礎的検討を行う.さらに,ラットを用いたin vivoにおいて,摘出した歯を基盤鋳型として,再細胞化した歯髄組織の再生を観察することで,従来の歯髄保存治療であるう蝕治療法や覆髄法に代わる新規な歯髄再生モデルを構築することを研究目的とする.平成27年度の具体的到達目標は,象牙芽細胞擬態マトリックスとマウスES細胞およびiPS細胞を用いた歯髄組織への分化メカニズムについて,生化学的手法を用いて基礎的検討を行うことであり,以下の結果を得た.1,象牙芽細胞擬態マトリックスとマウスES細胞およびiPS細胞を用いた歯髄細胞分化の評価:象牙芽細胞擬態マトリックス上に両細胞を播種し,経時的にtotal RNAを抽出し,神経堤細胞マーカー(FoxD3, Sox10),神経前駆細胞マーカー(Notch-1, Nestin),象牙芽細胞分化マーカー(DSPP, Enamelysin(MMP-20)),血管内皮細胞マーカー(Flk-1, VE-cadherin)の遺伝子発現動態をRT-PCR法を用いて観察した結果,両細胞において統計学的有意な歯髄細胞分化マーカの発現が観察された.2,象牙芽細胞擬態マトリックスと両細胞を用いた歯髄細胞分化に関与するシグナルカスケードの検討:歯髄細胞分化に関わるWntシグナル伝達経路について, siRNAを用いて検討したところ,両細胞において統計学的有意なWnt5シグナル伝達経路の存在が明らかとなった.平成27年度は,研究分担者(茂木眞希雄博士)と頻繁に研究打合せを行ったため、ほぼ当初の計画どおり研究が遂行している.本研究では,新規に確立したマウスES細胞およびiPS細胞由来高純度象牙芽細胞の培養後に界面活性剤を灌流して,象牙芽細胞由来の脱細胞化した細胞外マトリックス(象牙芽細胞擬態マトリックス)を作製し,マウスES細胞およびiPS細胞を用いて歯髄組織の再細胞化の効率と適正条件を生化学的手法を用いて基礎的検討を行う.さらに,ラットを用いたin vivoにおいて,摘出した歯を基盤鋳型として,再細胞化した歯髄組織の再生を観察することで,従来の歯髄保存治療であるう蝕治療法や覆髄法に代わる新規な歯髄再生モデルを構築することを研究目的とする.平成28年度の具体的到達目標は,骨系組織由来擬態マトリックス上に幹細胞を播種し,経時的にtotal RNAを抽出し,象牙芽細胞分化因子,骨芽細胞分化因子および軟骨細胞分化因子の遺伝子発現動態をRT-PCR法とELISAを用いて観察すると同時に,各々のsiRNAを用いた分化抑制評価を行った.

さらに,ヒト幹細胞表層に存在し,擬態マトリックスとの初期接触から分化誘導を導くセンサー分子の同定を行い,以下の結果を得た.象牙芽細胞擬態マトリックス(Mom)上に播種したヒト骨格筋幹細胞は,本細胞から象牙芽細胞分化誘導に必須な分化誘導因子を自己分泌することを確認した.また,ヒト骨格筋幹細胞とMomとの接触において,幹細胞表層のメカニカルセンサー分子がα7 integrinであること,さらに,本タンパク質がMom上の特異的な2種類のタンパク質を認識することで,象牙芽細胞分化を導く分子機構であるが明らかとなった.多能性幹細胞は,特定の微小環境に晒されると様々な細胞に分化することができる.本研究では,象牙芽細胞擬態マトリックスと幹細胞を用いて象牙芽細胞への分化機構を検索し,象牙芽細胞擬態マトリックスと幹細胞の接触が特定の増殖因子の発現および分泌を誘導することが明らかとなった.本研究結果から,象牙芽細胞擬態マトリックスとインテグリンの相互作用により,象牙芽細胞への分化に必要な増殖因子を幹細胞自身が分泌することが明示された.平成26年度は,研究分担者(茂木博士)と密に連携を取って研究を進めたため,ほぼ当初の計画どおり研究が進展している.今後は,ラットを用いたin vivoの実験系において,摘出した歯を基盤鋳型として歯髄組織の再細胞化(歯髄再生)を組織学的に検討する.医歯薬学今後は,象牙芽細胞由来の脱細胞化した象牙芽細胞擬態マトリックスとマウスES細胞およびiPS細胞を用いた,歯髄組織への分化メカニズムについて生化学的手法を用いて,基礎的検討を行う.さらに,ラットを用いたin vivoの実験系において,摘出した歯を基盤鋳型として歯髄組織の再細胞化(歯髄再生)を組織学的に検討する.当初、予定していた国内学会での研究成果発表が行えなかったため.当初、予定をしていた国内学会での研究成果発表が行えなかったため。翌年度分と合わせて、次年度使用額をin vivo実験で使用するラットの購入費と研究成果の論文校正代にあてる。
合理的デザインで探る未踏の蛋白質フォールド

共同研究者である小林准教授(大阪大学蛋白質研究所)・杉木助教(同)との協力により、二種類のデザイン蛋白質がターゲット構造へと正しく折り畳まることが溶液NMRによる構造決定によって確認できた。さらに3および4つめのターゲット構造について新たにデザインを実施し、これらについても単量体として溶液中で可溶であること、αβ型の構造を取っていること、およびデザイン配列全体の大部分が溶液中で一定の構造を形成していることを、多角度光散乱(SEC-MALS)、CDスペクトル、および2次元NMR(1H-15N HSQC)の測定によってそれぞれ確認できた。今後、これらのデザイン蛋白質についても先の2ターゲット同様、NMR測定による立体構造決定を行う予定である。平行してデザインプロセスの効率化・高速化を目指した新規手法の開発を実施した。デザイン手法の効率化・高速化手法の開発は当初の研究計画には無いが、当初の達成目標であった「3つの新規フォールドデザインの成功」を大きく超える7つのターゲットのデザインを課題期間内に達成するために不可欠である。初年度に実施した2ターゲットのデザイン過程における試行錯誤を通じて得られた知見から現状のデザイン手法の問題点を洗い出し、これらを補うことで計算機によるデザインのプロセスをほぼ自動化することに成功した。上記のとおりデザインプロセスの高速化が見込まれたため、暫定的に7つと設定していたターゲット数をさらに9つへと上方修正した。この際、これまでのデータベース解析内容をより詳細化した再解析を行い、デザインすべきターゲットを最終的に確定させた。上記の自動デザイン手法を用いて、残る5ターゲット全ての計算機デザインを実施した。新たなシステムによってデザインされた蛋白質は、これまで成功したデザインと比べても質的に遜色ないものであることが計算機による事前評価によって確認できた。課題開始当初の目標を上方修正したことを受けて、全自動的なデザインシステムの開発に着手。本研究期間内において、開発計画、実装、テストを完了し、さらには実際のデザインにも適用して複数の蛋白質デザインを全自動的に成功させた。これにより、上方修正した目標のデザインについて、コンピュータ上で行う作業は全て完了することができた。3年目前半はコンピュータによってデザインした蛋白質を実験的に検証するフェーズに注力するとともに、研究結果を論文へととりまとめる準備を進める。これまで行った計算機および実験のデータを成功例/失敗例を含めて整理し、蛋白質デザインに関する理解を深める。また、2年目に開発した自動デザインシステムに関しても方法論として高い重要性を持つと考えられるので、論文化を念頭にして整理する。3年後半は残る全ての実験を完了させ、論文を執筆する。本研究成果は大きなインパクトを与えると予想されるので、国内外の研究会にて広く発表する。既知構造データベースを解析することを通し、αβ型に属する小型タンパク質のうち天然に出現しているものと出現していないものを明らかにした。さらに、すでに出現しているフォールドに広く見られる構造的特徴を手がかりに、未出現であるがデザイン成功の可能性が高いと考えられる7つのフォールドをつきとめた。発見した構造的特徴は、本研究の目的の一つである「デザインターゲットに対する設計可能性指標」を構築するための基礎となるはずである。設計可能性の判定に関連して、αβ型フォールドに関する構造データベース解析研究の成果をまとめた論文がProtein Science誌に掲載された。デザイン可能であると考えられる上記7つの新規フォールドのうち、2つについて計算機を用いたデザインを行った。デザインしたタンパク質について大腸菌を用いて発現・精製を行った結果、いくつかのデザインについて、現存するタンパク質と同様に可溶であり、単量体として存在すること、αβ型の構造を取っていること、およびデザイン配列全体の大部分が溶液中で一定の構造を形成していることが、それぞれ実験的に確認できた。構造決定実験によりこれらのデザインタンパク質が正しくフォールドしていることが示されれば、新規フォールドデザイン成功例の史上2例目、および3例目となる。上記デザイン過程での試行錯誤を通じて現状のデザイン手法の問題点を認識するに至り、既存のデザイン手法を改良・発展させるための研究を上記に並行して行った。デザイン手法の改良と発展は当初の研究計画には無いが、課題期間内に本研究を達成する上で不可欠と考えている。また、この試みが成功すればタンパク質分子のデザイン問題について理論的にも工学的にも貢献できると期待される。課題申請時の具体的目標として課題期間中に新規フォールドのデザインを3つ成功させることを掲げていたが、データベース解析を終了した段階で目標となる数を7つへと大きく引き上げた。さらに、初年度終了の段階ですでに2ターゲットに関する計算機によるデザインと基礎的な実験による可用性や二次構造形成、溶液中での単一構造の形成を確認し、3つめのターゲットのデザインに進みつつある。また、当初の計画の枠組みを超えてデザイン手法の改良と発展を目指す研究にも着手した。

デザイン手法の効率化・高速化手法の開発は当初の研究計画には無いが、当初の達成目標であった「3つの新規フォールドデザインの成功」を大きく超える7つのターゲットのデザインを課題期間内に達成するために不可欠である。初年度に実施した2ターゲットのデザイン過程における試行錯誤を通じて得られた知見から現状のデザイン手法の問題点を洗い出し、これらを補うことで計算機によるデザインのプロセスをほぼ自動化することに成功した。上記のとおりデザインプロセスの高速化が見込まれたため、暫定的に7つと設定していたターゲット数をさらに9つへと上方修正した。この際、これまでのデータベース解析内容をより詳細化した再解析を行い、デザインすべきターゲットを最終的に確定させた。上記の自動デザイン手法を用いて、残る5ターゲット全ての計算機デザインを実施した。新たなシステムによってデザインされた蛋白質は、これまで成功したデザインと比べても質的に遜色ないものであることが計算機による事前評価によって確認できた。課題開始当初の目標を上方修正したことを受けて、全自動的なデザインシステムの開発に着手。本研究期間内において、開発計画、実装、テストを完了し、さらには実際のデザインにも適用して複数の蛋白質デザインを全自動的に成功させた。これにより、上方修正した目標のデザインについて、コンピュータ上で行う作業は全て完了することができた。初年度の構造データベース解析の結果から、当初の新規フォールドデザインの数的目標であった3ターゲットを7ターゲットへと上方修正した。この目標を達成するために、現状の手法によって3ターゲット目以降のデザインをこれまでどおり進めつつ、並行してデザイン手法そのものを改良・発展させた新規手法の開発を行う。新規手法の開発がある程度進んだ段階で実際のデザイン研究にも適用し、残るターゲットのデザインを加速・効率化させるとともに、実験から得られるデザイン成否の結果を手法の改良へ逐次フィードバックする。3年目前半はコンピュータによってデザインした蛋白質を実験的に検証するフェーズに注力するとともに、研究結果を論文へととりまとめる準備を進める。これまで行った計算機および実験のデータを成功例/失敗例を含めて整理し、蛋白質デザインに関する理解を深める。また、2年目に開発した自動デザインシステムに関しても方法論として高い重要性を持つと考えられるので、論文化を念頭にして整理する。3年後半は残る全ての実験を完了させ、論文を執筆する。本研究成果は大きなインパクトを与えると予想されるので、国内外の研究会にて広く発表する。
特許文書からのクロスブートストラップによる表現抽出を用いたパテントマップ自動生成

特許文書からの技術語・効果語取得はパテントマップの自動生成などに役立つ。そこで、まず、特許文書からのクロスブートストラップによる表現抽出を用いたパテントマップ自動生成法を考案した。次に、手がかり語を用いたブートストラップ法と文法パターンを併用し、これらの語を取得する手法を提案した。特許情報として抽出すべき対象を詳細に分析し、取得する方法を考案した。企業では、製品開発に重要な特許調査で、関連技術分野の特許検索だけでなく、他社の競合特許と他社の競合製品の関係に着目し、製品関連特許の特定、各特徴レベルの関連判定法を考案した。企業の研究開発・知財戦略策定の際等に用いられる技術-効果型パテントマップ自動生成などのための基礎技術として特許文書からのクロスブートストラップによる表現抽出法を考案し、その有効性を検証した。更に取得した技術表現、効果表現から技術語、効果語を抽出する手法や、効果語、技術語をそれぞれまとめ上げる手法を開発した。より詳細に技術語抽出するために、技術後の前後に出現する特有の区切り表現に着目し他手法も考案した。また、クロスブートストラップを適用するために必要な係り受け解析法の改良として、係り元文節からの相対的な距離を反映した統計的日本語係り受け解析の考案やShift-Reduceと相対モデルの二側面を持つ日本語係受け解析の対数得線形モデルへの適用の研究を行った。技術語のまとめ上げに必要な言語オントロジーに関連した研究として、Wikipediaと汎用シソーラスを用いた汎用オントロジー構築手法を考案した。さらに、本研究課題に関連したテキストマイニングの研究として、新聞記事中の文が因果関係を含むか否かの判定、製品情報のプレスリリースとその製品特徴に関連した特許文書との対応付け、Webからの飲食店舗の評判情報抽出、Webからの飲食店舗の評判情報抽出、Wikipediaのカテゴリ階層を利用したTwitterユーザのカテゴライズ、手がかり表現自動獲得による製品発表プレスリリースからの製品特徴の抽出、書評利用のレコメンデーションを目的とする書評検索システムのためのキーワード抽出などの研究を行った。また、特許情報の分析に関連して、知財訴訟判例文書からの情報抽出とそれを利用した知財訴訟判決が与える経済的影響の分析の研究も行った。1.パテントマップ自動生成のためのクロスブートストラップを適用するための前処理として必要な係り受け解析について、shift-reduceによる決定的な解析と、相対的な比較による日本語係り受け解析手法を提案した。2.パテントマップ自動生成のために必要な軸項目のまとめ上げに必要なシソーラス自動構築に関して、日本語WordNetの意味の体系に含まれる各Synsetに対して、それと同一、あるいは下位に当たるWikipediaカテゴリを見つけ出し、さらにそのカテゴリの下位カテゴリ・記事名のみを抽出し、それを新たなSynset、記事名を分類される語として収録する手法を提案した。3.パテントマップ自動生成のために必要なテキストマイニング技術に関連して、(1)因果関係を含む文の抽出手法を提案した。(2)経済新聞記事から抽出した景気動向を示す根拠表現への極性付与手法を提案した。(3)Webからのテキストマイニングの前処理として必要な、基本情報属性ページの探索と属性の抽出手法を考案した。(4)ブートストラップだけでは取れない企業の業績要因を取得するため、企業のWebページから取得した情報を利用する方法について予備的結果を得た。そこで、手がかり語を用いたブートストラップ法と文法パターンを併用し、これらの語を取得する手法を提案した。特許情報として抽出すべき対象を詳細に分析し、取得する方法を考案した.特許調査に必要な抽出対象を,A.技術の総称,B.技術構成要素,C.構成要素の機能/作用,D.発明の効果、と解明し、特許文書の構造を利用した取得手法を考案した.企業では製品開発に重要な特許調査で、関連技術分野の特許検索だけでなく,他社の競合特許と他社の競合製品の関係に着目し,製品の関連特許の特定,各特徴レベルの関連判定法を考案した。言語の意味的表現獲得の基礎として,自然言語処理における意味処理の基盤となる日本Wikipediaのカテゴリ階層に着目した。言語オントロジに対して、上位・下位関係を付加する研究を行った。因果関係を表す5パターンがあることを明確にした。文(ないし,連続する2文)を因果関係を表す特有の表現を用いて分類する手法を明確にした。記事の概要文Wikipediaが持つ記事の分類体系であるカテゴリにより多数存在するInfoboxテンプレートの種類中から記事に適した種類を推定する手法を提案した。メニュー階層評価のため、語対間の繋がりの理解容易さ価の定量化指標として、語が表わす概念間の親子関係を表す連想関係と、兄弟関係の二つの関係を用いた。心理実験による実験心理値との順位相関により評価した。2次元バブルチャートの見やすい配置を整数計画法を用いて定式化し、被験者評価してもらう試みを行った。価格.comからのトラブル情報を得るために「口コミ掲示板」の情報を利用した製品の係る動詞に着目する手法を考案した。

軸項目の抽出に用いるテキストマイニング手法と、軸項目のまとめ上げに用いるシソーラスの自動構築にめどが立ったから24年度が最終年度であるため、記入しない。パテントマップは、技術軸、効果軸、それぞれ数百項目あり、その並べ方により、見やすさが大きく影響される。そこで、パテントマップの見やすい描画法を検討する。パテントマップなどを用いた特許分析の応用として、企業のプレスリリースとそれを実現するために用いられた特許の探索に関して検討する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
日本におけるアフリカ文化表象の生産・流通・消費に関する基礎研究

研究の一つの目標は、アフリカに関する文化表象の基礎的な研究を通じて、研究代表者である慶田が専門としている文化人類学的な言説を他の領域の言説へと転置させたり、それとは逆に非人類学的なアフリカに関する記述を人類学的な民族誌の内部へ再配置することを通じて、人類学、文学、開発援助等なんらかの形でアフリカに携わってきた人々の諸言説を節合し、新たなアフリカへの関わり方を模索するための基礎研究を行うことだった。4年間の研究、そしてその後の1年の予備期間を通して、従来のコミュニティ研究型の人類学的フィールドワークとは異なる研究の方向性に関して理論的な足場を作ることができたし、また、日本(特に熊本)におけるアフリカ滞在経験者、市の国際交流会館、地域在住のアフリカ人との交流なども行うことができた。特に平成13年度の終盤から関わり始めた水俣での「もやい直し(和解と再生)」と南アフリカのポスト・アパルトヘイトの「真実と和解」の実践を結びつけることができるような視点を得ることができたのは、この基礎研究の大きな成果である。また、全体として次ののような成果を上げることができた。(1)文化人類学の民族誌及びフィールドワークの限界と可能性を確認した。(2)文化人類学の言説と他の隣接領域の言説との親和性と異質性を具体的に検討した。(3)日本とアフリカを文化的に媒介するために文化人類学者が果たすべき役割(特に国際地域コーデイネーターとしての役割)を今後の方向性として見いだすことができた。本研究は、多岐の領域に渡っているため私個人の力で実践的な研究を継続していくことは困難である。今回の基礎研究を通じて基本的な研究の方向性は確認されたので、今後は共同研究の形態で各領域の専門家との連携が必須となる。共同研究は、まず第一に国内の研究者ネットワークの構築から始め、次に国際的なネットワークへと拡張していく必要がある。本年度は、次の三点について調査、研究を推進した。第一は人類学者がフィールドワークを通して対象化し記述する〈フィールド〉と人類学という制度との関係についての考察を行い、今後の研究の方向性を明確にした。第二にアレックス・ヘイリー原作の『ルーツ』という日本でも話題になった作品を原作、ビデオともに詳細に検討し日本及び諸外国でどのように『ルーツ』が消費されたのかに関する文献等資料の収集を開始し現在も継続中である。第三はアフリカを対象として書かれた人類学的な民族誌を年代順に整理し、記述のスタイルの変化を中心に研究を行った。第一と第三点に関連した論文を一本書き、今後の作業の目標を明確にすることができた。尚、論文は1999年3月に発行される。特に人類学者が対象とする社会の言語習得に関する問題と文化を記述する行為とを同時に考えていかねばならないことが明らかとなった。また、1997年に行ったタンザニア、ザンジバルでの調査に関する民族誌を旅行記に特徴的に見られる観察者、記述者の時間と場所を明記する手法を取り入れて現在作成中である。特に記述者が自らの行動や思考を客観化する記述と、記述者が他者の行動や思考を客観化する記述との違いを明確にすることを目的としている。また、来年度以降日本においてフィールドワークを行う場所の検討も兼ねて3月には沖縄におけるアフリカ系黒人に関する予備的な調査旅行を行った。収集した資料に関しては、科研費で購入したコンピュータを使用してサーバーを独自に構築し、データの公表にむけてデータベースをweb上で公開することが技術的にはできることを確認した。データ入力もアルバイト等を動員して着実に行っている。

本年度は主たる目標にしていた「アフリカの視覚芸術に関する言説」を分析するための資料収集を行うと同時に、偶然にも熊本市国際交流会館が主催する海外紹介事業の本年度の地域がアフリカだったため、熊本市在住のアフリカ人との共同イベントや民間のアフリカ関係の催しものに参加する機会が多くなり、地域コミュニティのなかで流通するアフリカ文化表象の問題と直面することになった。それゆえ、作業は理論的な分析ではなく、地域とアフリカとの関係に学術的研究がどのように参加可能かという実践的問題を市の職員、在熊アフリカ人たちと模索する1年となった。特に在熊のアフリカ人たちは、アフリカが正しく表象されておらず、そのことによる不満やコミュニケーションの齟齬の問題を抱えており、この問題を解決するためには、どのような手段が考えられるのかが共同で模索されることになった。今年度で国際交流会館の事業は終了するが、アフリカへの関心をもった市民からの要望もあり、来年度は会館を利用し、実験的に慶田と在熊アフリカ人が共同してスワヒリ語講座を開講しようとする企画も進行中であり、その他シンポジウムやインフォーマルな会議を開催することを通じて、アフリカ文化表象の問題を地域コミュニティのレヴェルで検討することになる。また、アフリカ文化表象に関する資料の収集も順調に進んでおり、試行錯誤の中で、データベースの構築作業とWEB公開に向けてのデータ整理も進んでいる。平成12年度は、本研究に関する理論及び実践双方で具体的な進展がみられた。理論に関して、人類学者のフィールドワークに基づく成果は、民族誌という形態に限定されないことが明確になったことは重要である。特に本年度の課題であった「アフリカを題材とした大衆文学」と「民族誌」との記述の比較を通じて、フィールドの現実やフィールドでの人類学者の行為は、文学的(あるいは音楽、演劇等の芸術的)な想像力に媒介されることで、民族誌が客観性の名のもとに縮小・消去してきたフィールドのリアリティを表現することが可能であることを考察した。また、民族誌を諸民族の文化記述のテキストとしてみるよりも、近代の人類学という学問が要請した特殊な言説タイプであるという点にも言及した(平成13年度中に学術雑誌等に論文として掲載予定)。実践面に関しては、アフリカの開発や援助に人類学者がどのように関われるのかという問題を市民の参加も含めた「スワヒリ語」講座(タンザニア人講師との共同)の開催を通じて検討した。ジャンルを越えた人々の参加によって分かったことは、JAICAやNGO等の開発援助従事者は現地での経験や現地の人々への貢献など現場志向が強いが、自らの活動が現地の文化をどのように表象しているのかについて理論化しようとはしない。一方、学術的な領域の人々は文化理論の必要性を彼らに認識させることに成功していない。同じアフリカや同じ現地を語る場合でも、まったく違った世界がそこには存在しているかのようだ。この状況はすぐ変わるとは思えないが、無意識的に変わるものでもない。来年度は熊本市を中心として大学内外の異なる専門領域のアフリカ関係者が集まる機会をできるだけ増やしたいと考えている。今年度は、本研究の最終年度にあたる。まず、1.今年度の研究実績2.研究全体から得た知見3.今後の研究課題の順に概要を述べる。
樹冠の相互支援機能による風雪荷重に対する林木の抵抗あるいは負の効果としての共倒れ

平成10年9月22日本州に上陸した台風7号は、近畿から中部、北陸地方にかけての森林に大きな被害をもたらした。被害の態様から森林の風荷重に対する適応のメカニズムがある程度推測できると考えられるので、まだ中間段階ではあるが、調査の際に観察された今回の風害の特徴を述べる。1.広葉樹は常緑、落葉ともに、老木が単木的に破壊された程度で被害は少なかった。2.針葉樹人工林(スギ、ヒノキ)の被害が著しかった。以下はすべて針葉樹人工林の場合について記す。3. 30年生から50年生の伐期に近い森林が、特に大きな被害を受けた。4.今回は根返り、幹折れのほかに、強く曲げられた木が多数あった。5.林縁木は正常でも、森林の内部で曲がったり倒れたりした木が随所に見られた。6.神社や仏閣のスギの大径木も、大きな被害を受けた。7.風が正面から当たる地形や風の通路では、全山で壊滅的な風倒木が発生したのに対し、風の陰になる地帯では全く被害がなかった。今後さらに考察を進めねばならないが、しばしば指摘されるように育林の手入れが十分行われなかったことが、やはり被害を大きくした原因ではなかろうか。例えば折れずに曲がるのは細長脆弱に過ぎる樹形の表れ、林内のみに発生する風倒木は劣性木の除、間伐の不実行の結果と推測される。樹冠の相互支持効果については、林内で単木的に風倒が発生しているところからみて、あまり効果はなかったようである。それよりも樹冠のうっぺいによって風を林内に吹き込ませない機能の方が役立っていると思われる。
日本語学習を支援するための音楽教材の開発

歌を用いた日本語学習者用の教材を開発するために、平成14年度に行った知名度調査による歌の選定、および選定した56曲の歌詞に使われる語彙・文型の分析結果をもとに、平成15年度は1)「日本の歌」サイトと2)「日本の歌」CD付きテキストの開発を行い、これらの研究成果をまとめた2)報告書を作成した。平成14年度の研究により選定した童謡、唱歌等56曲について、日本語学習者がインターネット上で学べるように、歌詞、カラオケ用の伴奏ファイル、手本用の音声入りファイル、楽譜、歌詞に関連する写真やイラスト、それから、漢字の読み、活用形、話ことば・古語などの語の特徴および英訳を掲載した語彙リストを含んだWebページを制作した。曲の索引としては、一般的によく使われる曲名、知名度、作曲家、作詞家、ジャンル別の他に、歌詞の語彙・文型の分析結果をもとに分類した日本語の難易度順による索引を用意した。これらを富山大学留学生センターのサーバに置き、「日本の歌」サイトとして平成15年6月にテスト公開、7月に一般公開した。サイト内には、利用者がサイトの評価を行えるアンケートページを設けているが、利用者からは概ね良い評価を得ている。また、アンケート結果をもとに、平成16年3月にローマ字表記版のページおよび音楽ファイルのダウンロードができるページを新たに加えた。2)研究成果報告書(「日本の歌」CD付きテキスト)平成15年度末に本研究の成果をまとめた報告書を刊行した。この報告書の後半部分には、インターネットが利用できない日本語学習者や授業で利用する日本語教師のために、「日本の歌」サイトの主要部分をテキスト版としてまとめ、掲載した。テキスト用に作成したオーディオCDとあわせて、関係機関等に発送した。今後は、対象を童謡、唱歌以外のジャンルの歌へと広げ、歌の日本語学習への利用に関する研究をさらに発展させたいと考えている。日本の歌を用いたWeb教材開発のために、今年度は「1.Web教材化する歌の選定」と選定した歌の「2.歌詞の日本語分析」を中心に行ったが、並行して、「3.Web教材開発の準備」も進めた。以下、それぞれの詳細について順に述べる。1.Web教材化する歌の選定収集した童謡、唱歌、民謡などの楽譜・書籍から185曲を選びだし、歌の知名度についてのアンケート調査を実施し、140名から回答を得た。それらをExcelでデータベース化した結果、歌により明らかに知名度の差があることがわかった。また、著作権の有無についての調査も行った。これらの調査結果をもとに、日本人の多くに親しまれている歌で、かつ、著作権に抵触しない歌をWeb教材用に56曲選定した。2.歌詞の日本語の分析選定した歌56曲の歌詞に使われている語彙を『改訂品詞別・ADレベル別1万語語彙分類集』(専門教育出版)を用いて日本語学習の観点からレベル判定を行い,それらをFile Maker及びExcelでデータベース化し、56曲をそれらに使われている語彙の難易度により、日本語の初級、中級、上級、超上級レベルに四分類した。また、初級レベルについてのみ文法・文型レベルからの分類も行った。歌詞に使われている日本語の特徴として、動植物のことば、擬声語・擬態語、口語的表現、幼児語、雅語、文語が多く出てくること、一つの歌に同じ文型が多用されることなどが明らかになった。3.Web教材開発の準備音楽専攻の学生の協力を得て、スコアメーカーとSoundEditを利用し、SMF(MIDI)ファイルとmp3ファイルを作成した。それから、歌のイメージにあった風景等をデジタルカメラで撮影し、画像処理ソフトで加工した。今年度は、ほぼ当初の実施計画の通りに、研究を進めることができた。来年度は、Web教材の開発を中心に行うが、あわせて歌詞の日本語の文法・文型レベルからの分類方法の検討も行いたい。
大自由度非線形力学系と乱流の数値実験的研究

2次元乱流の理論的および数値実験的研究:2次元乱流のモデルであるCharney-長谷川-三間(CHM)方程式に特徴的な波数より大きな波数に局在したエネルギー注入項をもつCHM乱流の発達過程では逆カスケード過程によりエネルギーは波数の小さな力向に流れていく.逆カスケードの進行と共に渦度場が準格子構造を作ることを観測した.渦の合体により格子間隔は時間的に増大していく.渦度場の構造関数が動的スケーリング則を満たすことを導き,数値実験によりスケーリング則の存在を明らかにした.さらに乱流の減衰過程のある時間領域では近似的に全エネルギーが保存することを数値的に示し,渦度場のスペクトルに動的スケーリング則が存在することを現象論的に導き数値実験により確証した.2次元減衰性乱流の時間発展の第二段階では,秩序渦集団を特徴づける物理量が時間的にベキ的に変化する.NS系およびCHM系に対して,渦の個数の時間変化を決める指数をハミルトン力学系としての渦の移流による考察より現象論的に決定した.大自由度非線形力学系:短波長モードが強い減衰を示すような非線形場のモデルを提案した.また,カオス素子が結合した,提案したモデルを含む3つの用いてその数値実験を行った.空間的な一様解(同期解)が系の大きさがある臨界値L_cより小さいと安定であるが,大きいと不安定である.L_cよりわずかに大きな系で間欠的なふるまいを発見し,統計特性の解析からオンオフ間欠性であることを見出した.さらに,オンオフ間欠性に関して次の新しい結果を得た:(1)オンオフ間欠性によって引き起こされる拡散現象を発見し,オンオフ拡散と名づけた,(2)オンオフ時系列のフーリエスペクトルに対する新しいスケーリング則の提案,(3)オンオフ間欠性が発生する直前での過渡現象の統計法則(緩和時間に関する統計法則).1.大自由度非線形力学系の数値実験結合振動子系や化学反応系などの新しい結合写像モデルを提案した。これは、通常用いられる強散逸系とは異なり、結合写像系を構成する素子(局所力学)は一般には2次元写像系になる。強散逸近以に対応した近似では写像系は1次元的となり、空間的な変調構造をもつ新しい型の相互作用が現れる。本研究ではこのような場合について数値実験を行い、素子のタイプによりさまざまな運動が生じることを観測した。緩和型写像では、熱対流系のSwift-Hohenberg(BS)方程式に見られる運動が観測され、緩和過程でのドメインサイズの時間変化はBS系と同じ法則に従うことを見いだした。また、Benjamin-Feierタイプの不安定が生ずる系においては弱い乱流が観測されることを見いだし、その統計量を決定する近似を開発して数値実験の結果とよく一致することを見いだした。2.乱流の数値実験強磁場中のイオンの運動を記述するCharney-Hasegawa-Mima(CHM)方程式は特徴的な長さとしてラ-マ-半径が存在するために、2次元Navier-Stokes(NS)方程式を拡張した構造を持つ。このために、CHMが示す乱流はNS乱流とは異なる統計特性を示す。本研究では、十分小さなスケールで注入されたエネルギーが2次元系に特徴的な逆カスケードの為に、大きなスケールの運動が発達していく過程に観測される統計法則を見るために数値実験を行った。これは、実空間では、時間的に大きな渦が形成されていくことに対応する。特徴的な渦サイズがラ-マ-半径より小さい早期過程においては、乱流特性はNS系と同じであるが、後期過程では渦サイズがラ-マ-半径より大きくなりCHM系に特徴的な特性が現れる。本研究では、次元解析により統計法則の解析形を求め、数値実験と比較しよく一致することを見いだした。2次元乱流の理論的および数値実験的研究:2次元乱流のモデルであるCharney-長谷川-三間(CHM)方程式に特徴的な波数より大きな波数に局在したエネルギー注入項をもつCHM乱流の発達過程では逆カスケード過程によりエネルギーは波数の小さな力向に流れていく.逆カスケードの進行と共に渦度場が準格子構造を作ることを観測した.渦の合体により格子間隔は時間的に増大していく.渦度場の構造関数が動的スケーリング則を満たすことを導き,数値実験によりスケーリング則の存在を明らかにした.さらに乱流の減衰過程のある時間領域では近似的に全エネルギーが保存することを数値的に示し,渦度場のスペクトルに動的スケーリング則が存在することを現象論的に導き数値実験により確証した.2次元減衰性乱流の時間発展の第二段階では,秩序渦集団を特徴づける物理量が時間的にベキ的に変化する.NS系およびCHM系に対して,渦の個数の時間変化を決める指数をハミルトン力学系としての渦の移流による考察より現象論的に決定した.大自由度非線形力学系:短波長モードが強い減衰を示すような非線形場のモデルを提案した.また,カオス素子が結合した,提案したモデルを含む3つの用いてその数値実験を行った.空間的な一様解(同期解)が系の大きさがある臨界値L_cより小さいと安定であるが,大きいと不安定である.L_cよりわずかに大きな系で間欠的なふるまいを発見し,統計特性の解析からオンオフ間欠性であることを見出した.さらに,オンオフ間欠性に関して次の新しい結果を得た:(1)オンオフ間欠性によって引き起こされる拡散現象を発見し,オンオフ拡散と名づけた,