hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タイミング依存可塑性による大脳皮質神経ネットワーク活動変化の研究

大脳皮質聴覚野のスライス標本に、電位感受性色素を用いたオプティカルイメージング法を適用することにより、神経活動の時空間パターンを記録し皮質内の信号伝達様式変化を調べた。麻酔下のラットから脳を取り出し、大脳皮質聴覚野を含むスライス標本を厚さ400μmで前額断に切り出した。これらを蛍光性電位感受性色素であるDi-4-ANEPPSを用いて染色した後、記録を行った。画像取得装置として、90×60のチャネル数を持つCCD型の高速カメラを使用し、1フレームあたり1msで蛍光画像を取り込んだ。下顆粒層を刺激すると、興奮活動は下顆粒層に拡がると共に上顆粒層に伝播し、さらに上顆粒層に沿って伝播するという応答が見られる。20Hz以上で多発繰り返し刺激を与えると、時間的空間的に興奮活動が次第に増大した。下顆粒層に40Hz以上の多発繰り返し刺激を与えた時、5回目の刺激に対する応答強度と最初の刺激に対する応答強度との比は、上顆粒層と下顆粒層で異なることが観測された。上顆粒層で観測される応答比の方が、第4層および下顆粒層で観測される応答比より有意に小さかった。刺激部位を上顆粒層にした時にも第4層にした時にも、同様に上顆粒層における応答比の方が、下顆粒層における応答比より有意に小さかった。その結果、最初の刺激後には、上顆粒層のみが強い応答を示したのに対し、5回目の刺激後においては、ほぼ大脳皮質全層が強い応答を示した。これらの結果は、繰り返し刺激に対する応答様式は層によって異なり、特に、上顆粒層と下顆粒層との間で差異があり、この応答様式の違いは繰り返し刺激の頻度に依存していることを示している。したがって、大脳皮質各層は、可塑的変化様式においてもそれぞれ異なることが示唆された。大脳皮質聴覚野のスライス標本に、電位感受性色素を用いたオプティカルイメージング法を適用し、神経活動の時空間パターンを記録することにより皮質内の信号伝達様式変化を調べた。ラットあるいは、マウスの脳をアイソフルレン麻酔下でとりだし、大脳皮質聴覚野を含む厚さ400μmのスライス標本を前額断に切り出した。このスライス標本を蛍光性電位感受性色素であるDi-4-ANEPPSを用いて染色した後、正立型顕微鏡に設置した浸漬型記録槽内に移し変えて記録を行った。電位感受性色素を用いた記録速度の速いオプティカルイメージングのために、画像取得装置として、90×60のチャネル数を持つCCD型の高速カメラを使用し、1フレームあたり1msで蛍光画像を取り込んだ。まず、同一個所での一発刺激に対する応答と多発刺激に対する応答とにおいて、どのような違いがあるかを調べた。5・6層あるいは、白質と6層の間を電気刺激すると、興奮は5・6層に拡がると共に、2・3層に伝播しそこで振幅が増大し、2・3層に伝播した興奮はさらに上顆粒層に沿って伝播した。この興奮活動は一発刺激でも起こるが、2OHz以上で多発刺激を与えると興奮活動が次第に増大し、空間的には興奮活動の大きさが拡がり、時間的には興奮活動の延長が見られた。この結果は、2・3層刺激でも、4・5層刺激でも同様であった。さらに、刺激を2箇所、上顆粒層および下顆粒層に与えるとどうなるかも調べた。その結果、2箇所刺激に対する応答は、それぞれの個所の刺激に対する応答のほぼ線形的な加算になった。したがって、同一個所の高頻度多発刺激と異なる個所での刺激とを組み合わせると、可塑性などのような神経活動様式の変化に十分な興奮が生じることが示された。

大脳皮質聴覚野のスライス標本に、電位感受性色素を用いたオプティカルイメージング法を適用することにより、神経活動の時空間パターンを記録し皮質内の信号伝達様式変化を調べた。麻酔下のラットから脳を取り出し、大脳皮質聴覚野を含むスライス標本を厚さ400μmで前額断に切り出した。これらを蛍光性電位感受性色素であるDi-4-ANEPPSを用いて染色した後、記録を行った。画像取得装置として、90×60のチャネル数を持つCCD型の高速カメラを使用し、1フレームあたり1msで蛍光画像を取り込んだ。下顆粒層を刺激すると、興奮活動は下顆粒層に拡がると共に上顆粒層に伝播し、さらに上顆粒層に沿って伝播するという応答が見られる。20Hz以上で多発繰り返し刺激を与えると、時間的空間的に興奮活動が次第に増大した。一方、上顆粒層を刺激すると、興奮活動は上顆粒層に沿って拡がるが、下顆粒層への伝播の程度は弱く、下顆粒層に沿った興奮伝播は見られない。多発繰り返し刺激を与えても、上顆粒層での興奮活動は増大したが、下顆粒層での興奮は弱いままであった。さらに、このような刺激を2箇所、上顆粒層および、下顆粒層に時間的に接近した状態で与えた場合も検討した。その結果、刺激間隔が50ms以下(刺激頻度20Hz以上)であれば、興奮の重畳が起こり神経活動が増大した。このことは、同一箇所あるいは異なる箇所においても、50ms以下の刺激間隔であれば、神経活動は時空間的に増大することを示しており、可塑性などのような神経活動様式の変化に十分な興奮が生じることが示された。また、上顆粒層での興奮の増大は、必ずしも下顆粒層の興奮の増大を伴わないことが分かり、上顆粒層と下顆粒層とでは活動様式の変化がそれぞれ独立に行われる可能性を示唆する。
再生可能なヒドリドを用いた一酸化炭素の多電子還元触媒の開発

本研究は、二酸化炭素の多電子還元によるメタノール生成を行う上で必須である一酸化炭素の還元的活性化を実現するための技術を開発するものである。一酸化炭素を論理的に還元するための手法を確立するため、異種二核錯体を用いた検討を行った。一酸化炭素の捕捉および活性化を行うRu錯体と、電気化学的に再生可能なヒドリドを供給しうるRh錯体を組み合わせた新規二核錯体を創製し、その化学的・電気化学的性質を明らかにした。Rh上にCp*配位子をもつRu-Rh二核錯体が、電解還元反応条件下でメタノールの生成を示したこと、および電解反応後もその構造を保っていることから、電解還元反応触媒として有用であることが示唆された。本研究は、二酸化炭素の電気化学的多電子還元反応において解決すべき問題となっている一酸化炭素の還元的活性化を目指し、この反応を触媒できる金属錯体の開発を行うことを目的としている。平成26年度は、上記目的を達成するための金属錯体のデザインを行い、合成および化学的・電気化学的性質の解明を行った。本反応(一酸化炭素の還元的活性化)を達成するためには、一酸化炭素を捕捉し且つ活性化する部位と、一酸化炭素を還元するためのヒドリドを供給する部位が必要であり、さらにこれらがお互いに近い位置に固定されていることが望ましい。このような観点から、以下の分子デザインを行った。すなわち、一酸化炭素の捕捉・活性化部位としてルテニウム錯体を、電気化学的にヒドリドを供給できる部位としてロジウム錯体を選定し、これらをお互いに近い位置に固定する架橋配位子として3,5-ビス(2-ピリジル)ピラゾール(bppH)を用いて錯体の調製を行った。合成した錯体は[(tpy)Ru(CO)(mu-bpp)RhCl(tpy)](PF6)3 (1)であり、錯体の構造をX線結晶構造解析により明らかにした。その結果、Ru-Rh間の距離が約4.8 Åであり、それぞれの金属上に配位した基質が反応するのに都合のよい距離にあることがわかった。錯体1の赤外吸収スペクトルでは、Ruに配位したCOの伸縮振動が1998 cm-1に観測された。この結果より、錯体1のCOは求核攻撃を受けやすくなっているとの知見を得た。錯体1の電気化学的性質を明らかにするために、サイクリックボルタンメトリーを測定した。その結果、錯体1は-1.3 V (vs. Fc+/Fc, in MeCN)に非可逆な還元波を示し、Rhが最初に還元されることがわかった。プロトンの存在により電気化学的還元によってRh上にヒドリドが生成し、その先の反応が進行することが期待できる。本研究は、二酸化炭素の他電子還元反応を電気化学的に行う上で最も大きな課題の一つとなっている一酸化炭素の還元的活性化を目指し、新しい金属錯体触媒の開発を目的としている。平成26年度は、新しい金属錯体のデザインを行い、これに基づいて触媒となる金属錯体の合成および電気化学的性質の解明を行った。平成27年度は、前年度に得られた結果に基づき、合成した異種二核錯体[(tpy)Ru(CO)(bpp)RhCl(tpy)](PF6)3 (tpy = 2,2':6',2"-terpyridine)の電解還元を行い、Ru金属上に配位した一酸化炭素がどのような反応を起こすか検討を行った。電解還元反応を行った後の生成物について各種測定による同定を行ったところ、大部分は二核構造が壊れ、[Rh(tpy)]ユニットが外れたRu単核錯体に帰属される化学種となっていた。一部残存している二核錯体についてはその詳細な構造は明らかになっていないが、単結晶X線解析の結果、[(tpy)Ru(CO)(bpp)RhH(tpy)](PF6)と思われる錯体の生成が確認された。以上の結果を踏まえ、錯体の再設計を行った。Rhユニットが外れることを防ぐため、配位子としてtpyの代わりにCp*(Cp*= pentamethylcyclopentadienyl)基を導入した錯体の合成を検討した。その結果、[Cp*RhCl(dpp)Ru(CO)(tpy)](PF6)2の合成に成功した。赤外吸収スペクトルでは、Ruに配位したCOの伸縮振動が2014 cm-1に観測され、先に合成した錯体[(tpy)Ru(CO)(bpp)RhCl(tpy)](PF6)3よりも高波数側にシフトしていることから、より還元が起こりやすいことが期待できる。サイクリックボルタモグラムの測定の結果、還元電位は-1.4 V(vs. Fc+/Fc)であった。平成27年度は、まずはじめに前年度に合成した異種二核錯体の性質および反応性の検討から、問題点を明らかにした上で、一酸化炭素の還元的活性化を実現するために必要な触媒の構造に関する知見を得ることを目標とした。その結果、合成した錯体において[Rh(tpy)]ユニットが外れることを明らかにできたので、この部分の改良を行い、より柔軟な配位子であるCp*配位子を導入することに成功した。当初、Cp*配位子は嵩高いため、導入は難しいと考えていたが、合成法を工夫することにより達成することができた。これは触媒の安定性を高める上で重要な知見であり、好ましい結果であると言える。

さらに、新しく合成した錯体のCOに基づく伸縮振動が2014 cm-1に観測されたことは、この錯体に配位した一酸化炭素がより還元されやすくなっていることを意味しており、正しい分子設計ができたと言える。さらに、この錯体の電気化学的性質の測定の結果、還元電位(Epc = -1.4 V(vs. Fc+/Fc))は[(tpy)Ru(CO)(bpp)RhCl(tpy)](PF6)3(Epc = -1.3 V(vs. Fc+/Fc))よりもより負側であるが、電解還元反応を行う上で大きな問題になる値ではないと考えられ、今後の研究を行っていく上で障害となるものではない。以上のことから、今回合成した異種二核錯体は、前年度に合成した錯体よりも高性能であることが期待できることから、本研究は概ね順調に進行していると言える。本研究は、二酸化炭素の電気化学的多電子還元反応の実現に向けて、解決すべき問題の一つである一酸化炭素の還元的活性化を目指している。一酸化炭素還元を論理的に進行できるシステムを組み込んだ金属錯体を開発することを目的としている。平成27年度は、前年度に合成した異種二核錯体[(tpy)Ru(CO)(μ-bpp)RhCl(tpy)](PF6)3 ([1](PF6)3, tpy = 2,2':6',2"-ターピリジン)および[(tpy)Ru(CO)(μ-bpp)RhCl(Cp*)](PF6)2 ([2](PF6)2, Cp*=ペンタメチルシクロペンタジエニル)を用いて、前年度に得られた錯体の電気化学的反応に関する知見に基づいて、一酸化炭素の触媒的電解還元反応について検討した。錯体[1](PF6)3および[2](PF6)2を触媒に用いて、一酸化炭素の電気化学的還元反応を試みた。錯体[1](PF6)3を用いて反応させると、溶液の色が赤褐色から暗紫色と変化し、錯体の還元が起こったことが強く示唆された。溶媒として10%の水を加えて電解還元反応を行ったところ、僅かではあるが新しいピークが観測され、分析の結果メタノールであることが強く示唆された。その収率は3%であった。反応後の溶液のESI-MSスペクトルを測定した結果、[Rh(tpy)]ユニットが外れた錯体と考えられるシグナルが観測されたことから、電解還元条件下ではRhユニットが解離しやすいと考えられる。次に[2](PF6)2を触媒に用い、[1](PF6)3の場合と同様の条件で電解還元反応を行ったところ、溶液の色は変化したが、メタノールの生成は認められなかった。そこで、溶媒に含まれる水の量を調整して電解反応を試みた結果、5%含水アセトニトリルを溶媒に用いた時にメタノールと考えられるシグナルをGCおよびGC-MSより観測した。前年度までに合成に成功したヒドリド生成部位であるロジウムを中心金属とするユニットと、一酸化炭素の捕捉および活性化を行うルテニウム部位を、2個の金属を適切な位置に固定可能であると期待される配位子(3,5-ビス(2-ピリジル)ピラゾレート、dpp)で連結した錯体[1](PF6)3および[2](PF6)2について、合成法を確立できた。電気化学的還元反応は、セパレート型セルを用い、アセトニトリルー水溶媒中、触媒である[1](PF6)3あるいは[2](PF6)2を1 mmol l-1、電解質としてMe4NPF6を0.1 mol -1の濃度になるように調製し、一酸化炭素を溶液中にゆっくりと導入しながら-1.7 V (vs. Ag+/Ag)で行った。
ロタキサンの動的特性制御を基盤とする機能素子・素材の創成

今年度は1)ロタキサン構造を有する分解性ゲル、2) CD含有ロタキサンの不斉特性解析について検討した。1)ロタキサン構造を有する分解性ゲル前年度合成した、サイズ相補性ロタキサン架橋高分子の分解性について、蛍光を用いることで定量的な評価を行った。加熱によってサイズ相補性ロタキサン部位が解離することで、蛍光性を示すダンベル分子が溶液中に拡散する。加熱時間に対して溶液中の蛍光強度をプロットすることで、解架橋の速度を評価した結果、この解架橋は120時間程度まで速く進行した後、速度は緩やかになることが分かった。この時点ではゲルの存在がはっきりと確認されるため、ゲルの完全な分解には数少ない架橋点の解架橋も必要であることが示唆された。2) CD含有ロタキサンの不斉特性解析CD含有ロタキサンにおいて、アキラルなダンベル部位に、CDのキラリティーが転写され、軸末端置換基のCDスペクトルにCotton効果が観測された。特に興味深いのはNativeのCDを輪とするロタキサンのCotton効果が負なのに対して、アシル体では正となる点である。この発現機構について調べた結果、CDの修飾による軸末端吸収団の被覆が、誘起CDの正負に大きく影響していることが示唆された。すなわち、Native CDのロタキサンにおいては輪がベンゼン環から離れて存在するが、アシル化されると輪が空孔に沿って拡大し、ベンゼン環をある程度包接するように変化したことが示唆される。また、Native CDにおいてはCDユニット間に水素結合が働き輪成分同士が近づくが、アシル化CDにおいてその相互作用がないこともこの被覆に影響することが、[3]ロタキサンのX線結晶構造解析の結果からも支持された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では構造明確な低分子ロタキサンを基盤とした機能素子・素材の創成を目指す。まずは高分子系へと展開することを計画した。サイズ相補性ロタキサンを高分子系に拡張することで、高分子ロタキサン中の輪成分の数、向き、位置及び運動性の制御が可能であると考えた。まず低被覆率高分子ロタキサンの合成を目標とする。この分子は報告がないため合成面、物性面および応用面において非常に興味深い。具体的には片方の末端に嵩高い置換基を有するポリマーをサイズ相補性ロタキサンに導入することで合成できると考えられる。この分子が期待通り機能すれば、加熱によって2つの輪成分の位置が変化するような熱応答性分子スイッチの創出が期待される。この他にもサイズ相補性ロタキサンの動的特性制御を基盤とした機能性超分子の開発を目指す。今年度は主に低被覆率高分子ロタキサンついて検討した。サイズ相補性軸末端基を持つ[3]ロタキサンの両末端にポリマーを導入し、高分子ロタキサンを合成した。完全アセチル化α-CD含有サイズ相補性[3]ロタキサンの、軸末端を開始点としたラクトンの開環重合によりサイズ相補性ポリマー[3]ロタキサンを得た。生成物をDMSO中で加熱するとサイズ相補性部位のデスリップ反応が進行し、各コンポーネントへと分解した。そこでNMRによりデスリップ反応の動力学的解析を行った。また末端封鎖反応により得られるポリマー[3]ロタキサンについても同様の検討を行った。その結果、デスリップ反応は末端封鎖剤の存在により大幅に遅くなることが分かった。また高分子鎖の長さにデスリップ速度は依存しないことも分かった。またロタキサン構造を有する分解性ゲルの合成も検討している。現在合成の鍵となるロタキサン架橋剤の合成途中である。この高分子ロタキサンに関しては、昨年度開発に成功した。また今年度は、サイズ相補性[3]ロタキサンを架橋剤に用いてポリマーを重合し、刺激応答性ゲルを合成した。メチルメタクリレートのフリーラジカル重合にこのロタキサン架橋剤を添加し、ロタキサン架橋ゲルを得た。ゲルを溶媒に膨潤させて加熱するとサイズ相補性部位のデスリップ反応が進行し、ゲル全体の解架橋が進行した。また蛍光性の[3]ロタキサン架橋剤を用いた系についても同様の検討を行った。その結果、ゲルの解架橋の様子は蛍光を用いても観測することが出来た。さらに今年度はシクロデキストリン(CD)含有ロタキサンの不斉特性解析も行った。CD含有ロタキサンにおいて、アキラルな軸末端置換基に、CDのキラリティーが転写され、CDスペクトルにCotton効果が観測された。この発現機構について調べている。

今後はさらに詳細を検討し、不斉触媒やCPLへの応用を試みるつもりである。今年度は1)ロタキサン構造を有する分解性ゲル、2) CD含有ロタキサンの不斉特性解析について検討した。1)ロタキサン構造を有する分解性ゲル前年度合成した、サイズ相補性ロタキサン架橋高分子の分解性について、蛍光を用いることで定量的な評価を行った。加熱によってサイズ相補性ロタキサン部位が解離することで、蛍光性を示すダンベル分子が溶液中に拡散する。加熱時間に対して溶液中の蛍光強度をプロットすることで、解架橋の速度を評価した結果、この解架橋は120時間程度まで速く進行した後、速度は緩やかになることが分かった。この時点ではゲルの存在がはっきりと確認されるため、ゲルの完全な分解には数少ない架橋点の解架橋も必要であることが示唆された。2) CD含有ロタキサンの不斉特性解析CD含有ロタキサンにおいて、アキラルなダンベル部位に、CDのキラリティーが転写され、軸末端置換基のCDスペクトルにCotton効果が観測された。特に興味深いのはNativeのCDを輪とするロタキサンのCotton効果が負なのに対して、アシル体では正となる点である。この発現機構について調べた結果、CDの修飾による軸末端吸収団の被覆が、誘起CDの正負に大きく影響していることが示唆された。すなわち、Native CDのロタキサンにおいては輪がベンゼン環から離れて存在するが、アシル化されると輪が空孔に沿って拡大し、ベンゼン環をある程度包接するように変化したことが示唆される。また、Native CDにおいてはCDユニット間に水素結合が働き輪成分同士が近づくが、アシル化CDにおいてその相互作用がないこともこの被覆に影響することが、[3]ロタキサンのX線結晶構造解析の結果からも支持された。今年度はロタキサン架橋剤を用いた刺激応答性ゲル、およびロタキサンの不斉特性解析を行った。いずれも難関である化合物の合成法は確立出来、また十分に興味深い結果が得られている。また初年度開発に成功した高分子ロタキサンの結果も合わせると、ロタキサンの動的特性制御を応用した系を3つ開発出来たことになる。それぞれ論文1本分以上の結果が得られていることから、研究は順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通りに研究を進める予定である。今までに大きく3つの系を新たに開発出来たことから、それらのさらに詳細な検討と、論文化を行う。その後4つ目となる系の開発に着手する。特にロタキサンの不斉特性解析に関してはまだ十分な知見が得られていないので、その系について十分に調べ、CPLや不斉触媒への応用可能性を検討する。第一の合成ターゲット分子である高分子ロタキサンは、今までシクロデキストリンを輪成分とした系での合成報告がなく、予想通り困難を伴ったが合成を達成した。またその特性評価も順調に進んだと言える。さらにロタキサン架橋剤の合成においては最終段階の官能基変換を残すのみであり、難所は越えたと考えられる。次の1件のテレビ番組に出演した。
生活習慣病予防におけるアミノ酸の中枢性肝糖産生抑制作用の有用性の解明

代表者らは、ヒスチジンが中枢神経ヒスタミン作用に依存して肝糖産生を抑制し、血糖減少作用を発揮する事を見出している。ヒスチジンの耐糖能異常改善食材としての有用性が期待されるが、中枢神経ヒスチジン作用の肝臓での分子メカニズムは明らかではない。本研究では、中枢神経ヒスチジン作用は、迷走神経を介し、肝臓STAT3シグナルを活性化し、肝糖新生系酵素の遺伝子発現を抑制することを明らかにした。迷走神経は、クッパー細胞α7型ニコチン性アセチルコリン受容体を介して、肝臓STAT3シグナルを抑制しており、中枢神経ヒスチジン作用が、迷走神経活動を抑制することにより、肝臓STAT3シグナルを活性化することを見出した。個体糖代謝調節と血中アミノ酸の「質」との関連が明らかにされ、生活習慣病予防を目指した食生活改善の標的として、アミノ酸・ペプチドの重要性が指摘されている。その中で、ヒスチジン・トリプトファン(摂食抑制系アミノ酸)は、それぞれ中枢神経ヒスタミン・セロトニン作用を介して耐糖能改善作用を有する可能性が示されている。代表者は、ヒスチジンによる耐糖能改善効果が、中枢神経ヒスタミン作用を介した肝糖産生抑制により引き起こされることを明らかにしてきた。本研究課題では、ヒスチジン・トリプトファンによる中枢性肝糖産生抑制作用の、生活習慣病、特に糖尿病の発症予防における有用性の解明を行う。ヒスチジン・トリプトファンによる中枢神経性肝糖産生抑制のメカニズムを解明し、長期間投与法の効果について検討を行う。このような摂食抑制系アミノ酸の機能性解明は、アミノ酸の「質」に基づいた糖尿病・生活習慣病予防の新たなアプローチの開発に繋がるという重要性を有している。本年度には、中枢神経性の肝糖産生抑制メカニズムの解明を行った。そのなかで、脳室内にヒスチジンを投与することによって、インスリン投与時と同様に、迷走神経活動が変化することを見出している。また、脳室内インスリンまたはヒスチジン投与による肝糖産生抑制作用が、クッパー細胞除去により消失することも明らかにしている。これらの結果が、中枢神経が、インスリンなどの液性因子のみならず、栄養素を感知することによっても、迷走神経・クッパー細胞系を介して、肝臓糖代謝を制御することを示唆している。迷走神経の阻害剤を用いた検討から、迷走神経・クッパー細胞を介した、中枢神経と肝臓クロストークにアセチルコリンの関与を見出している。代表者は、ヒスチジンによる耐糖能改善効果が、中枢神経ヒスタミン作用を介した肝糖産生抑制により引き起こされることを明らかにしてきた(Diabetes, 2013)。摂食抑制系アミノ酸の機能性解明により、アミノ酸の「質」に基づいた糖尿病・生活習慣病予防の新たなアプローチの開発に繋がると考えている。本年度には、中枢神経作用による肝糖産生調節に、迷走神経活動およびクッパー細胞のα7型アセチルコリン受容体作用の抑制が必須であることを明らかにした。α7型アセチルコリン受容体欠損マウスでは、中枢神経作用による肝糖産生抑制が障害され、当該マウスに野生型マウス由来クッパー細胞を移植することで、その障害が回復した。中枢神経性の肝糖代謝調節において、迷走神経活動の抑制が必須であることに加え、その分子メカニズムとして、クッパー細胞α7型アセチルコリン受容体の重要性を明らかにしており、当初の研究計画に先んじて、研究成果を得ているため。ヒスチジンは、ヒスタミンの基質であり、中枢神経ヒスタミン作用を介して摂食抑制を誘導することが明らかにされている。また、ヒスチジンは、血糖値の増加と逆相関することが知られている。しかし、ヒスチジンによる血糖調節メカニズムは明らかにされていなかった。研究代表者らの検討から、ヒスチジン投与による血糖値減少作用が肝糖産生の抑制に起因することが明らかになった(Diabetes, 2013)。肝糖産生は、血糖値と密接に関連しており、その増加が2型糖尿病・インスリン抵抗性の誘因に、その減少が耐糖能異常を改善することが知られている。肝糖産生は、肝臓へのホルモンの作用により調節されるとともに、中枢神経作用から迷走神経を介したメカニズムによっても制御を受けている。研究代表者らは、ヒスチジンによる肝糖産生抑制作用が、中枢神経におけるヒスタミン作用、特にヒスタミンH1受容体依存性のメカニズムを介することを見出している。これらの知見は、ヒスチジンのような摂食抑制系アミノ酸の耐糖能改善作用は、食生活改善の標的となりうると考えている。しかし、ヒスチジンの抗耐糖能異常食材としての有用性を解明するためには、ヒスチジンの耐糖能異常の改善効果、特に肝糖産生抑制作用についての、より一層の詳細な解明が必要である。そこで、本研究課題では、ヒスチジンによる中枢神経性肝糖代謝メカニズムの解明を実施した。

中枢神経ヒスチジン作用は、肝臓IL-6/STAT3シグナルを活性化し、肝糖新生系酵素の遺伝子発現を抑制する。今回、我々は、迷走神経が、クッパー細胞α7型ニコチン性アセチルコリン受容体を介して、肝臓IL-6/STAT3シグナルを抑制すること、さらに、中枢神経ヒスチジン作用が、迷走神経活動を抑制することにより、肝臓IL-6/STAT3シグナルを活性化することを見出した。代表者らは、ヒスチジンが中枢神経ヒスタミン作用に依存して肝糖産生を抑制し、血糖減少作用を発揮する事を見出している。ヒスチジンの耐糖能異常改善食材としての有用性が期待されるが、中枢神経ヒスチジン作用の肝臓での分子メカニズムは明らかではない。本研究では、中枢神経ヒスチジン作用は、迷走神経を介し、肝臓STAT3シグナルを活性化し、肝糖新生系酵素の遺伝子発現を抑制することを明らかにした。迷走神経は、クッパー細胞α7型ニコチン性アセチルコリン受容体を介して、肝臓STAT3シグナルを抑制しており、中枢神経ヒスチジン作用が、迷走神経活動を抑制することにより、肝臓STAT3シグナルを活性化することを見出した。本年度の研究計画では、中枢神経ヒスチジン作用の検討から、中枢神経・肝臓クロストークによる糖代謝調節のメカニズムの解明を行っており、論文に報告を行っている。また、実際に、クロストークの実体が、アセチルコリンを介した迷走神経・クッパー細胞連関であることを見出している。トリプトファン・セロトニン系の中枢神経作用の肝糖代謝調節における役割についても、検討をすすめており、おおむね研究計画は予定通り順調に進展している。中枢神経トリプトファン作用による肝臓作用の解明とともに、トリプトファン・ヒスチジンの長期作用が、肝臓および個体糖代謝に及ぼす作用を検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。食生活学平成27年度には、中枢神経・肝臓クロストークのメカニズムにおけるアセチルコリンの作用機序を解明するとともに、中枢神経トリプトファン・セロトニン系の糖代謝調節における重要性の検討も進めていく。
人道的地雷除去のための地雷原走行用作業移動型ロボットの開発

本研究は、歩行しながら行う現行の人道的地雷探知除去作業をより安全に効率的に行うための画期的な方策として「埋設された対人地雷を起爆させることなく地雷原を安全に走行できる作業移動型ロボット」を開発することを内容としている。従来の移動方式(車輪型、クローラ型、多脚型歩行)は対地接触面積が小さく接地圧力が大きいため埋設対人地雷の起爆感知力をはるかに越えることから、これに代わる移動方式として、本研究では「対地適応性・重量物可搬性の高い斜毛駆動による毛状多足型移動方式」を新たに開発した。この方式は、「車輪・クローラ・脚等」の代わりに数万本の斜毛を配し、円筒カム型斜毛駆動機構によって斜毛群に蠕動的運動を与え、斜毛の順方向と逆方向移動時に発生する接地摩擦力差を利用して移動する安定低速型の走行方式である。その実現可能性を試作機(自動35kg、斜毛本数10万本、直径0.6mmナイロン製斜毛)による実証実験でまず確認し、起爆感知力が最も小さいとされる対人地雷PMN2を想定した実機設計を行い、以下に示す仕様をもつ作業移動型ロボットを開発した。仕様:最大可搬重量120kg、自重480kg、総重600kg、斜毛本数4万5千本(直径2.5mm、長さ430mm、材質ポリエステル)、全長3.52m×全幅1.66m×全高1.2m、作業床面高さ0.7m。4万5千本の斜毛への重量負荷分散により接地圧力を90g/cm^2以下に、対人地雷への負荷力を2.5kg以下に抑えることを可能にし、起爆感知力が5kg以上の対人地雷(PMN2相当)に対して、これを起爆させることなく走行できる作業移動型ロボットの実現が基本的に可能であることを明らかにした。開発したロボットは、ガソリン発電機・主電動機により主軸円筒カムを回転させ左右に配置した斜毛群によって走行し、走行速度は分速4m、前進・後退・左右への旋回及び信地旋回も可能である。柔軟な斜毛による接地移動により、最大踏破段差高さは約12cm、凹凸地面走行に強いことが確認された。人道的地雷除去作業をより安全に効率的に行うためには、地雷探知・除去作業の機械化・自動化が必要であり、そのためには対人地雷に感知することなく地雷原を自由に走行移動できる重量物搭載可能な移動体(モバイル・プラットフォーム)の開発が不可欠である。本研究は、地雷除去作業者の地雷探知器携行による歩行移動方式に基づく現行の人力作業に代わる方法として、作業者が上記移動体に乗車して地雷原を走行移動し車上で対人地雷の探知・除去作業を安全に展開できる地雷除去作業方式を考え、そのための移動体として「人道的地雷除去のための地雷原走行用作業移動型ロボット」を開発する。これまでに以下に示す研究実績を得た。負荷重量700kgに対する移動ロボットの接地面における最大負荷圧力を35g/cm^2(地雷1個当たりの起爆力1000g以下に相当)に設定し、これを可能にする新しい移動方式として「対地適応性・重量物可搬性の高い斜毛駆動による毛状多足型駆動方式」を採用する。

この方式は、接地面での負荷圧力が大きい「車輪・クローラ・足等」による走行方式の代わりに数万本の斜毛を配し、円筒カム型斜毛駆動機構によってこれらの斜毛群に蠕動的運動を与え、斜毛の順方向移動と逆方向移動時に発生する接地摩擦力差を利用して移動する安定低速型の凹凸路面走行方式である。この方式の実現可能性を既存の試作機(自重35kg、斜毛本数10万本、直径0.6mmナイロン製の斜毛、斜毛1本当たりの負荷荷重1g以下)による実証実験によって確認した。これを踏まえ、地雷原走行用作業移動型ロボットの実機の開発設計を行い、次に示す設計仕様を得た。最大可搬重量200kg(作業者1名と作業器具等の重量)、自重500kg、直径2.5mmポリエステル製斜毛・斜毛長43cm、斜毛本数4.5万本、斜毛1本当たりの最大負荷荷重16g以下、全長3.5m×全幅1.6m×全高1.2、最大踏破段差高20cm、ガソリン発電機搭載・直流モータ駆動による自走型。本研究は、地雷探知器を携帯して歩行移動しながら対人地雷の探知・除去作業を行う現行の人道的地雷除去作業の危険性を解消するため、作業者が地雷原を歩行せず移動作業車に乗車して地雷原を走行移動し車上で探知・除去作業を安全に行えるための移動作業車の開発が不可欠とする考えに基づき、「対人地雷を起爆させることなく安全に走行移動できる地雷原走行用作業移動ロボット」を新たに開発した。地雷原表面への負荷重量による接地圧力が高い従来型駆動方式(車輪駆動、クローラ駆動、脚式)では対人地雷の起爆圧力(最小100g重/cm^2)・感知力(最小5kg重)を越えるため、従来にない新しい駆動方式を開発した。本研究では、接地圧力を小さくするための駆動方式として4万5千本の斜毛(直径2.5mm、長さ430mm、材質ポリエステル)を用いた「対地適応性・重量物可搬性の高い斜毛駆動による毛状多足型駆動方式」を開発し、最大可搬重量120kg重・自重480kg重による総重量600kg重のロボットに対して、接地圧力を90g重/cm^2に、対人地雷への負荷力を2.5kg重以下に抑え、ロボット総重量を4万5千本の斜毛に負荷分散(斜毛1本当たりの負荷重量を35g重以下に抑制)することを可能にした。これにより、起爆感知力が5kg重以上の対人地雷に対して、これを起爆させることなく走行移動できる移動作業車の実現が基本的に可能であることが判明した。開発したロボットは、全長3.52m、全幅1.66m、全高1.2m、作業面高さ0.7mの車体を持ち、ガソリン発電機・主電動機により主軸円筒カムを回転させ左右それぞれに配置した8斜毛ブロック間に蠕動的運動を与えて、斜毛の順方向と逆方向移動時に発生する接地摩擦力差を利用して移動する。ロボットの最高移動速度は分速4m、前進、後退、左右への旋回及び信地旋回も可能である。柔軟な斜毛による接地移動により最大踏破段差高さは約20cmであり、凹凸地面の走行に強いことが確認された。
地域の産業連関を考慮した省資源・省エネルギー型地域経済システムの形成に関する研究

最近のわが国では,地球温暖化,酸性雨,オゾン層の破壊を始めとする地球環境問題の深刻化,さらには石油や石炭などの化石燃料の枯渇に対する懸念から,社会全体で省資源・省エネルギーや資源リサイクルを進め,環境負荷の小さい資源循環型社会を実現していく機運が高まっている。資源循環型社会の形成に向けては,国や地域における省資源・省エネルギーの進展状況を把握することが必要であるが,その際には国全体あるいは地域全体で財貨及びサービスの流れを総合的に把握できる産業連関表の利用が有効である。本研究では,「昭和45-50-55年接続産業連関表」及び「昭和55-60-平成2年接続産業連関表」から作成した1970年,75年,80年,85年,90年の全国8地域別の地域内産業連関表を用いて,これまで十分な研究が行われてこなかった全国地域別の産業構造変化と省資源・省エネルギー動向の関連を分析した。資源・エネルギー誘発係数を用いた実証分析の結果より,地域による差異はあるものの,分析対象期間を通じて,全国,各地域ともに,省資源・省エネルギー化が進展したことが明らかになった。また,資源・エネルギー消費構造要因の分析結果から,省資源・省エネルギー化の過程では,技術構造変化の貢献が大きいことが示された。しかし一方で,最終需要面での省資源・省エネルギー化は,各地域ともに顕著な進展が見られなかった。従って,今後の環境政策では,ライフスタイルの改善を始めとする最終需要面の対応が必要と考えられる。深刻化する地球環境問題に対処し,地域間でバランスの取れた循環型経済システムを形成していくためには,地域経済構造の変化と省資源・省エネルギー化の関係を長期的に分析するとともに,資源・エネルギー需給面での地域間の相互依存関係を把握し,モデル化しておくことが必要である。本研究では,日本の国全体,地域別,さらには地域間で,財貨及びサービスの流れを総合的かつ詳細に把握できる地域間産業連関表及び地域産業連関表を利用し,高度経済成長期以後の地域経済構造の変化と省資源・省エネルギー化の関連,並びに資源・エネルギー需給から見た地域間の相互依存関係を分析し,今後の省資源・省エネルギーの促進や循環型経済システムの構築に向けた地域課題を明らかにすることを目的とした。平成13年度の研究では,まず,域経済構造の長期的変動を明らかにするために,研究代表者が既往研究の中で提案した地域分析手法及び地域連関構造の分析手法を用いて,各地域における産業構造と経済循環の特徴を把握するとともに,地域産業構造の変動と経済成長の関係,及び地域経済の相互依存関係を検討した。次に,わが国の各地域における省資源・省エネルギーと資源・エネルギー需給の動向を把握するために,研究代表者と分担者が既往研究の中で提案した二つの分析手法を地域産業連関表に適用した。第一は,資源・エネルギー供給産業に対する依存度め分析であり,地域別に資源・エネルギー供給産業に対する感応度の経年的変動を分析し,各地域の投入構造面での省資源・省エネルギー動向を検討した。第二は,省資源・省エネルギー化の要因分析であり,各地域における資源・エネルギー消費の変動要因を投入構造要因と最終需要構造要因に分解し,生産技術と需要構造の二つの側面から省資源・省エネルギー動向を分析した。環境負荷の小さい資源循環型の地域経済構造を形成していく際には,地域における資源・エネルギーの需給関係や省資源・省エネルギーの進展状況を定量的に把握する必要がある。そして,このような目的のためには,国全体あるいは地域全体で財貨及びサービスの流れを総合的に把握できる産業連関表の利用が有効である。特に,わが国で整備が進んでいる地域間産業連関表を使用すれば,産業間・地域間の資源・エネルギー需給構造や省資源・省エネルギーの進展を統一した分析フレームの下で,時系列的に把握することが可能となる。

本研究では,経済産業省が全国9地域を対象として公表している地域間産業連関表のうち,1975年1995年の20年間・5時点のデータを用いて,地域経済構造の変動と資源・エネルギー消費との関連を分析した。この際,資源・エネルギーの需給構造を定式化するために,わが国における石油・石炭製品,鉱業製品,'電力,ガス等のエネルギー・フローに基づいて,鉱業製品及び石油・石炭製品の2部門を資源・エネルギー供給部門と仮定し,各産業部門や各最終需要項目が資源・エネルギー供給部門の生産誘発に及ぼす影響から,地域の省資源・省エネルギー動向を検討した。既往研究で適用されてきた影響力係数,感応度係数,資源・エネルギー誘発係数,DPG(Deviation from Proportional Growth)分析等を用いた検討結果から,わが国の各地域では,分析期間を通じて省資源・省エネルギー化が進んでおり,特に投入構造に起因する技術構造の変化,及び移出構造の変化による影響が大きいことが明らかになった。また,本研究の成果を地球温暖化分析に応用するため,国立環境研究所が作成している二酸化炭素排出原単位を利用して,全国9地域間で,資源・エネルギー消費構造と二酸化炭素排出量を推計できるプロトタイプの地域間産業連関モデルを開発した。
冠血管床と心内膜において産生される血管抵抗調節物質の特質とその遊離機序ー正常生理と病態生理の差異についてー

冠循環抵抗血管床から遊離される血管平滑筋弛緩物質の薬理学的特徴とその遊離機構を検討した。[I]冠血管床から遊離される血管抵抗調節物質の生物活性の定量日本白色家兎の心臓を摘出し、ランゲンドルフ潅流心標本を作製した。37°Cの酸素化したKreds液を潅流し、肺動脈から流出させた。流出潅流液に含まれる血管平滑筋作用物質の活性値は摘出血管平滑筋の弛緩度を計測し定量化した。生物活性検定用大腿血管標本作製法と弛緩物質の失活を防ぐ為のSOD(Super Oxide Dismutase)の量は前年度の研究で確立した。大腿血管中膜標本を37°Cの温浴槽に懸垂し、フェニレフリンで予め等尺性に張力を発生させた。SODを添加した潅流液を肺動脈から流出させ、血管中膜標本を表面潅流すると有意の弛緩が生じた。本現象は冠血管床で弛緩物質が常時産出遊離されていることを示すもので、基礎遊離量を反映すると考えられた。SOD存在下にアセチルコリンやブラディキニン潅流液を投入した所、いずれの場合も用量依存性に血管中膜標本を弛緩した。すなわち、弛緩物質は刺激によってさらにその遊離量が増大することが明かになった。メチレンブルーやLNMAを前投与した場合は基礎遊離も刺激による遊離も観察されなかった。したがって、冠循環血管床で産出遊離される血管弛緩物質はNO(一酸化窒素)と考えられる。[II]高脂血症家兎血管床におけるNOの遊離:10カ月齢のWHHL家兎の心臓を摘出し、ランゲンドルフ潅流装置に装着した。生物活性検出用の中膜平滑筋標本は日本白色家兎大腿動脈から作製し、37°C温浴槽に懸垂した。SODによって検出される基礎遊離、アセチルコリンやブラディキニンによって観察される刺激による遊離は、いずれも有意に存在した。しかし、その程度は[I]で示した日本白色家兎(正常コレステロール)より低値であった。
藻類の摂取による消化管機能への影響

摂取された食物繊維は糞の性状や栄養素の拡散状況等に影響を与え、結果として成人病予防に有効となる。とりわけ水溶性食物繊維にはその効果が大きいと言われる。筆者らはラットの小腸細胞表層にコンカナバリンA結合性糖タンパク質が存在し糞中に排泄されることを見いだし、それが摂取した飼料組成に影響を受けることを報告している。藻類は食物繊維に富む食品であり、水溶性食物繊維の含量も多い。そこで今回は藻類を試料としてその摂取と小腸表層の機能との関連をラットを用いて検討した。藻類試料としてはわかめ・ひじき(褐藻類)、のり(紅藻類)、青のり(緑藻類)を用い、食物繊維として3%添加した飼料を調製し、飼育期間は7日間とした。小腸機能は糞中コンカナバリンA(Con A)結合性糖タンパク質の実験期間後半の糞中への排泄量(アフィニティークロマトグラフィーによる分離後定量)および小腸表層に局在する小腸スクラーゼ活性を実験終了時に測定し、指標として用いた。試料として用いた藻類の総食物繊維量を酵素-重量法により測定した結果、試料乾燥重量に対して40%から65%の含量で、水溶性食物繊維/不溶性食物繊維比はおおむね1:1であり、野菜など他の食物と比較して不溶性食物繊維の良い給源といえた。飼育期間中ラット各飼料群間の体重増加量に有意な差は見られなかった。しかし糞量はいずれの群においても食物繊維無添加群に比較して顕著に増加し、糞中のCon A結合性糖タンパク質量も糞量の増加とともに増加した。また、Con A結合性糖タンパク質画分のSDS-PAGEによる泳動パターンには食物繊維添加による差は見られなかった。小腸スクラーゼ活性についても食物繊維の有無による差は見られず、小腸での栄養吸収機能に影響は見られなかった。従って、藻類食物繊維は小腸の機能を損なうことはないが、Con A結合性糖タンパク質の排泄を増加させることから、小腸表層細胞の代謝亢進を促す作用を有することが示唆された。
アジア・オセアニアにおけるトウガラシ属植物の遺伝資源・文化資源の体系化

アジア・オセアニアにおけるトウガラシ属植物の利用および酒文化(麹のつくり方、醸造・蒸留方法、それらに伴う儀礼)についての文献調査を行うとともに、インドネシアおよびミクロネシアにおいてトウガラシ属植物の遺伝資源・文化資源に関する現地調査を行った。また、種分類が未定のネパール産トウガラシ、ダレクルサニ系統群についてSSR、AFLP、GBSSの配列解析を用いて種分類を試みた結果、トウガラシとハバネロ類の種間雑種由来で、他栽培種と遺伝的に距離があることが明らかになった。そして、SSRおよびAFLPを用いて、国内の在来トウガラシ品種等の多型解析を行った結果、大きく7つのグループに分けられ、大まかに地域や果実形質によって分類できたが、異なる果実型でも近縁と思われる集団の存在が明らかとなった。さらに、トウガラシ属植物の遺伝資源の大規模分子系統解析に向けた準備を行った。具体的には、アジア・オセアニアのキダチトウガラシ404系統およびハバネロ類246系統を栽培し、合計650系統のDNAを抽出した。カプサイシン類の定量分析については、アジアのトウガラシ属植物を栽培し、HPLC分析により各系統の辛味成分組成を明らかにした。ネパール系統の中から、高いカプサイシノイド含量を示すキダチトウガラシの系統を見出した。葉緑体配列に基づくプライマーセットにより、トウガラシ属植物の細胞質の種分類を検討した。今年度に得られたデータについては、国内外における学会発表や国際誌の論文として来年度以降に公表する予定である。当初の予定通り現地調査が進んでいる。また国内外における学会発表がなされており、おおむね順調に進展しているといえる。引き続きアジア・オセアニアにおいてトウガラシ属植物の民族植物学的な調査を行う。調査項目は、トウガラシ属植物の呼称、食文化(香辛料、果実以外の利用の有無、系統による味・辛味・嗜好性の違いなど)、酒文化、薬用、儀礼、禁忌、麹のつくり方などとする。また、国内の在来トウガラシ品種等については他の遺伝子領域の配列解析による種内類縁関係を明らかにしていくとともに、種分類が未定のネパール産トウガラシ、ダレクルサニ系統群についても同様の方法で種間の関係を明らかにしていく。そして、平成30年度と同様にキダチトウガラシおよびハバネロ類の追加系統の栽培を行い、DNAを収集する。さらに、平成30年度にDNAを抽出したハバネロ類についてRad-seq解析を行い、解析の課題等を抽出するとともに、令和2年度に本研究課題の中心であるキダチトウガラシの解析を行えるように準備を行う。カプサイシン類の定量分析については、オセアニア地域産のキダチトウガラシを栽培し、HPLC分析により各系統の辛味成分組成を明らかにし、アジア地域産のトウガラシと比較を行う。また、高いカプサイシノイド含量を示したキダチトウガラシの系統について、カプサイシン合成経路遺伝子に関する解析を行う。研究成果を国内外の学会において随時発表するとともに、論文を執筆する。

カプサイシン類の定量分析については、オセアニア地域産のキダチトウガラシを栽培し、HPLC分析により各系統の辛味成分組成を明らかにし、アジア地域産のトウガラシと比較を行う。また、高いカプサイシノイド含量を示したキダチトウガラシの系統について、カプサイシン合成経路遺伝子に関する解析を行う。研究成果を国内外の学会において随時発表するとともに、論文を執筆する。
浸透破壊に対する土構造物の短期および長期的侵食を考慮した統一的評価手法の確立

本研究では,これまであまり検討されてこなかった土構造物のライフサイクル全体で使用できる内部侵食現象に関する性能劣化の評価する侵食開始後の土の内部侵食特性について着目した.土の侵食の進展の速さを把握するため,洪水時に噴砂が確認された付近で採取された22つの堤防土試料に対して,基本的な土の物理特性試験の実施とHoleerosion testや上向き侵食試験により土の侵食特性を評価した.また,得られた土の侵食特性と過去の諸外国で実施された実験結果を分析し,土の侵食特性とその土の基本的な物性値との相関を確認した.検討した土の物性は,液性限界,塑性限界,塑性指数,細粒分含有率,粘土含有量,最大乾燥密度,最適含水比である.これにより,適用範囲が不明確なHoleerosion testが対象とする土の液性限界の値を確認した.また,土の固有の物性値である最適含水比と粘土含有率から侵食速度指標(Erosion rate index)の概算式を提案した.また,日本の河川堤防の土を対象に侵食特性を調べた事例研究は少ないため,ある河川の堤防から採取された土についての侵食速特性についてもとりまとめをおこなった.本研究で対象とした日本の河川から採取した試料の侵食速度は,緩慢なものであると推定され,対象とした河川堤防の試料は,土内部の侵食に対して耐性が大きいと評価できる.また,得られた土の侵食特性とその土の基本的な物性値には,ある程度の相関があることを確認した.浸透流による土内部の侵食現象は内部侵食と呼ばれ,土構造物の健全性を阻害し壊滅的な被害を引き起こす一因である.本研究では,日本のみならず諸外国における社会資本の整備および維持管理技術の向上に寄与すべく,土構造物の性能劣化の一因である浸透流による土内部の侵食現象を考慮した盛土の性能評価法を構築することを長期的な目標としている.これを達成すべく,本申請研究の目的は,定量的な内部侵食現象の予測に寄与することである.この実現のため,1)代表的な土の侵食速度を4種類の異なる実験法で測定する.そして,2)これらの実験結果を比較,分析することで各評価法の互換性を見出す.これにより,3)土構造物のライフサイクル全体で統一的に使用できる評価法の確立を目指す.初年度である平成28年度は,欧州諸国で広く使用されている短期間の侵食特性の評価を可能とする侵食実験装置とイタリアで考案された長期的な侵食特性の評価を可能とする上向き浸透流実験装置の2つを導入した.また,鬼怒川堤防および基礎地盤で採取された砂質土試料を中心とした8か所9つの土質試料に対して,粒度試験,締固め試験,透水試験などの土の基本的性質を調べた.各試料の粒度試験から得られた土の粒度分布によって,侵食が開始する初期動水勾配がよく知られたTerzahiの限界動水勾配より小さい値で開始するかどうか(土の内部安定評価)を評価した.そして,上記の導入した実験装置を使用した実験によって,侵食開始後の侵食速度を評価した.この結果はこれにより,対象とした土試料の侵食の発生および進展に関する特性を把握した.申請期間の間,同一土試料に対して,4種類の試験法でそれぞれの試験法毎に土の侵食特性を評価する予定である.このうち,平成28年度は2種類の試験法で9つの土試料の侵食特性を評価した.一方で予定していた残り2つの試験法による侵食試験は実施できなかった.これは,予定より多くの鬼怒川堤防およびその基礎地盤の土質試料の基本的な土質物性を調べていたためである.これらの土質物性の多くは次年度に予定していた実験を前倒しに実施し得られた結果であり,これは次年度の研究において必要な基礎データである.以上より,現在の研究の全体的な達成度は,おおむね順調に進展していると判断している.浸透流に起因する土内部で生じる侵食現象は,堤防などの水利構造物の壊滅的な被害を引き起こす原因のひとつである.本研究では,土構造物の性能劣化の一因である浸透流による土内部の侵食現象を考慮した盛土の性能評価法を構築することを長期的な目標である.これを達成するため,本申請研究の目的は,定量的な内部侵食現象の予測に寄与することである.初年度の平成28年度は,欧米諸国で広く使用されている短期間の侵食特性の評価を可能とする侵食実験装置とイタリアで考案された長期的な侵食特性の評価を可能とする上向き浸透実験装置の開発をした.そして,鬼怒川堤防およびその基礎地盤で採取された砂質試料を中心とした土試料に対して,粒度試験,締固め試験,透水試験などの土の基本的性質を調べた.平成29年度は,昨年度に引き続いて鬼怒川堤防および基礎地盤で採取された土試料の基本的物性を調べる試験を実施した.これらの土の基物性から対象とする土試料の侵食が開始する初期動水勾配が,よく知られたTerzaghiの限界動水勾配より小さい値で開始するかどうかである内部安定評価をいくつかの内部安定指標を用いて分析した.さらに,前年度作製した2種類の侵食試験装置を用いた実験によって,各土試料の侵食特性の把握,そして,上記で使用した代表的な内部安定指標の有用性と使用範囲を確認した.そして,各種の侵食試験によて,侵食開始後の侵食速度を評価した.

これらから鬼怒川堤防で採取されたいくつかの試料の発生およびその後の進展に関する侵食特性を把握した.計画当初においては,主に人工的に粒度や塑性指数等を調整した土試料を使用する予定であったが,補助期間中,鬼怒川堤防とその基礎地盤の周辺で採取された試料の提供を受けた.補助事業の目的を精緻に達成するため,当初計画していなかった土試料の基礎的な物性試験を含め追加的な試験と,各試料を対象とした各種侵食試験を実施する必要があった.本研究では,これまであまり検討されてこなかった土構造物のライフサイクル全体で使用できる内部侵食現象に関する性能劣化の評価する侵食開始後の土の内部侵食特性について着目した.土の侵食の進展の速さを把握するため,洪水時に噴砂が確認された付近で採取された22つの堤防土試料に対して,基本的な土の物理特性試験の実施とHoleerosion testや上向き侵食試験により土の侵食特性を評価した.また,得られた土の侵食特性と過去の諸外国で実施された実験結果を分析し,土の侵食特性とその土の基本的な物性値との相関を確認した.検討した土の物性は,液性限界,塑性限界,塑性指数,細粒分含有率,粘土含有量,最大乾燥密度,最適含水比である.これにより,適用範囲が不明確なHoleerosion testが対象とする土の液性限界の値を確認した.また,土の固有の物性値である最適含水比と粘土含有率から侵食速度指標(Erosion rate index)の概算式を提案した.また,日本の河川堤防の土を対象に侵食特性を調べた事例研究は少ないため,ある河川の堤防から採取された土についての侵食速特性についてもとりまとめをおこなった.本研究で対象とした日本の河川から採取した試料の侵食速度は,緩慢なものであると推定され,対象とした河川堤防の試料は,土内部の侵食に対して耐性が大きいと評価できる.また,得られた土の侵食特性とその土の基本的な物性値には,ある程度の相関があることを確認した.平成29年度は,前年度に実施できなかった2種類の試験法による土の侵食試験と日本に存在する地盤材の侵食特性のデータを集積するため,前年度実施した2種類の試験法によって,前年度とは異なる土試料を対象に侵食試験を実施する.その後,すべての実験結果を整理し,短期および長期の二つの侵食特性を考慮にいれた侵食評価法を提案する.昨年度と同様に河川周辺から採取された試料を用いて侵食試験を実施する.実験補助業務を担当する研究協力者を昨年度の1名から2名に増員し,上記の実験を実施する.平成28年度には,3種類の実験装置の導入を予定していたが,そのうち2種類の実験装置の設計が予定以上に時間を費やしたこと,予定しいたより多くの土を対象に土の基本的な土質物性を測定したため,該当年度中で残り1種類の実験装置は製作には至らなかったため.平成29年は,研究協力者が当初の予定の2名でなく,1名のみしか得ることができなかった.そのため,当初想定していた実験数を実施することができず,研究計画に遅れが発生した.このため,成果をまとめる段階まで到達できず,その成果発表のための旅費および論文投稿料は当初の予定を下回った.平成30年は6月から,研究協力者の人員を増加し,その人件費として使用する.また,取りまとめた成果の成果物の発表のために,次年度使用額を充てる予定である.平成29年度は,前年度,実施できなかった2種類の試験法による土の侵食試験と日本に存在する地盤材の侵食特性のデータを集積するため,前年度実施した2種類の試験法によって,前年度と土試料を変えた侵食試験を実施する.その後,すべての実験結果を整理し,短期および長期の二つの侵食特性を考慮にいれた侵食評価法を提案する.