hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
受動喫煙が誘導する歯・歯周組織関連遺伝子のエピジェネティック制御 機構

研究費申請時に、平成24年度研究計画として予定していたDNAのメチル化を検出する実験に関しては、現時点では副流煙曝露マウスにおける歯槽骨吸収の亢進を認めた段階で、副流煙曝露マウスの骨芽細胞、歯根膜細胞を採取してゲノムを抽出して試料として用いる予定にしている。また、マウス胎児歯胚を副流煙成分存在下で器官培養する実験系も条件検討中であり、平成24年度中に組織形態学的検索を進める予定である。試薬、標識抗体や培養用シャーレ等の購入に850千円、国内研究発表と打ち合わせ旅費として100千円、国外での研究発表旅費として300千円、論文別刷費用として50千円を計上している。
遺伝子治療を目的とた安全でかつ高率な組織特異的遺伝子導入法の開発

本研究は安全でかつ高率な組織特異的遺伝子導入法の開発を目的とする。具体的には1.echotropicレトロウイルスベクターレセプター遺伝子を組織特異的プロモーターをもつアデノウイルスベクターにより導入する。2.echotropicレトロウイルスベクターにより目的とする遺伝子を染色体に組み込む。以上の二段階感染により目的とする組織への特異的な遺伝子導入の可能性を検討した。前年度までにechotropicレトロウイルスベクターレセプター遺伝子を持ったアデノウイルスベクターとechotropicレトロウイルスベクターとの二段階感染によりさまざまな細胞においてamphotropicレトロウイルスベクターより高率に遺伝子導入が可能なことを確認した。本年度はアデノウイルスベクターのプロモーターを組織特異的プロモーターにすることにより目的とする組織のみに遺伝子導入が可能な二段階感染法を確立し以下の研究結果を得た。1.echotropicレトロウイルスベクターレセプター遺伝子を持ったアデノウイルスベクターのプロモターを組織特異的(AFP:肝細胞癌)なプロモーターにした。2.このアデノウイルスベクターを肝癌細胞およびその他の細胞に感染させ、echotropicレトロウイルスベクターとの接着をFACSにて解析し、レセプター遺伝子の発現が肝癌細胞特異的に発現していることを確認した。3.上記アデノウイルスベクターとechotropicレトロウイルスベクターとの二段階感染法にて遺伝子導入を行い肝癌細胞特異的に遺伝子導入が可能であった。今後、動物をモデルとしin vivo直接投与による二段階感染にて組織特異的遺伝子導入が可能か検討する予定である。以上の二段階感染により目的とする組織への特異的な遺伝子導入の可能性を検討する。今年度は以下の研究結果を得た。1.echotropicレトロウイルスベクターレセプター遺伝子を持ったアデノウイルスベクターを作成した。2.このアデノウイルスベクターをHeLa細胞やリンパ球に感染させ、echotropicレトロウイルスベクターとの接着をFACSにて解析し、レセプター遺伝子の発現を確認した。今後アデノウイルスベクターのプロモーターを組織特異的プロモーターとし、高率な組織特異的遺伝子導入法の開発を行う予定である。
大気乱流と電離層乱流の空間通信系への影響に関する理論的研究

本研究の目的は次の3つの課題を解決し,将来の高速空間通信系の設計に有用なデータを提供することにある.1.大気乱流と電離層乱流によるアンテナ受信電力現象の定量的評価. 2.その減少の機構の綿密な解明. 3.それら乱流によるパルス波形歪みの解析.以上の課題は我々が提案した不均質乱流媒質中の多重散乱理論に基づいて研究された.課題1と2はビーム波の空間コヒーレンス関数を使ってほぼ完全に解決された.一般に,受信電力の減少は波の空間コヒーレンス低下によるアンテナ利得の損失と乱流散乱による等価的なビーム幅の広がりに基づく電界強度の低下(散乱損)の和として与れられる.衛生通信におけるダウンリンクではその電力減少は殆どアンテナ利得損であり,既存の実験値を満たす合理的かつ一般的な結果が導出された.アップリンクではそれは散乱損であって,同様に一般式が与れられた.このような受信電力減少の機構の相違は乱流の不均質性によることが理論的かつ定量的に明らかにされた.課題3は解析的方法と数値的方法の両面から研究された.乱流により波が充分インコヒーレントになるような場合には,平均パルス強度の解析解を導いた.この解析解から,(1)C及びXバンドの高速衛生通信において乱流による波形歪みは充分無視できる,(2)平面波パルスが著しく歪む場合でも球面波パルスは殆ど歪まない,(3)平面波パルスの解析結果は衛生通信には適用できない,等々の多くの知見を得た.現在,基礎方程式を計算機を使って直接数値的に解析することを行っており,より一般的な結果が明らかにされつつある.以上のように,本研究の目的は,一部の解析を残してはいるが,ほぼ達成されたと結論できる.本研究の目的は次の3つの課題を解決し,将来の高速空間通信系の設計に有用なデータを提供することにある.1.大気乱流と電離層乱流によるアンテナ受信電力現象の定量的評価. 2.その減少の機構の綿密な解明. 3.それら乱流によるパルス波形歪みの解析.以上の課題は我々が提案した不均質乱流媒質中の多重散乱理論に基づいて研究された.課題1と2はビーム波の空間コヒーレンス関数を使ってほぼ完全に解決された.一般に,受信電力の減少は波の空間コヒーレンス低下によるアンテナ利得の損失と乱流散乱による等価的なビーム幅の広がりに基づく電界強度の低下(散乱損)の和として与れられる.衛生通信におけるダウンリンクではその電力減少は殆どアンテナ利得損であり,既存の実験値を満たす合理的かつ一般的な結果が導出された.アップリンクではそれは散乱損であって,同様に一般式が与れられた.このような受信電力減少の機構の相違は乱流の不均質性によることが理論的かつ定量的に明らかにされた.課題3は解析的方法と数値的方法の両面から研究された.乱流により波が充分インコヒーレントになるような場合には,平均パルス強度の解析解を導いた.この解析解から,(1)C及びXバンドの高速衛生通信において乱流による波形歪みは充分無視できる,(2)平面波パルスが著しく歪む場合でも球面波パルスは殆ど歪まない,(3)平面波パルスの解析結果は衛生通信には適用できない,等々の多くの知見を得た.現在,基礎方程式を計算機を使って直接数値的に解析することを行っており,より一般的な結果が明らかにされつつある.以上のように,本研究の目的は,一部の解析を残してはいるが,ほぼ達成されたと結論できる.将来の高速・高効率の空間通信系の設計に有用なデータを提供することを目標に、次の2つの課題:(1),(2)に取組んだ。(1)大気乱流と電離層乱流による受信電界強度の減少とその減少機構の解明受信電界強度の減少は、乱流による散乱に伴う受信点での電力密度のの低下(散乱損)と乱流によるアンテナ開口面での波面の乱れ(コヒーレンスの劣化)に伴うアンテナ利得の損失(利得損)による。これらの量を求める基本式を精密な理論によって定式化し、現在その数値計算を実行中である。特に利得損は超大型計算機(ベクトルプロセッサ)によっても相当な計算時間を要し、簡単ではないが、順次有用と思われる結果が得られている。近々、学会。研究会及び論文誌を通してその成果を公表していく予定である。従って、本課題はほぼ完全に達成されたといえる。(2)大気乱流と電離層乱流による受信パルス波形の歪みと広がりの解析に対する基礎的検討この問題を解析するための基礎方程式の整理を先ず行い、現在の商用衛星通信用Cバンドに対して、パルス波形歪みを問題なく算定できるようにした。更に、電離層乱流の影響を受け易いLバンドに対しても近似解析解を与え、その精度も評価できるようにした。以上の成果は、国内外の学会及び論文誌等によって公表する予定である。今後、基礎方程式を直接計算機で解析する課題に取組んで行くが、それに達するまででのいくつかの課題(2次元問題,上記解析解の検証,自由空間の長距離伝搬)が本研究によりほぼ解析された。以上のようにに、目標の基礎的検討は充分達せられた。来年度は今年度の一部継続と成果のまとめを目的とした研究を継続して行う予定である。
信頼性の高い抗血栓性評価方法の提案:完全大気非接触型拍動流循環回路の開発

本年度は,昨年度に世界に先駆けて開発した血液適合性評価試験回路を用いて複数種類の材料の抗血栓性比較評価を行った.具体的には,2つの同一試験回路を用意し,拍動駆動ポンプ以外の回路構成要素をすべてMPCというリン脂質の極性基をするポリマーでコーティングした.拍動ポンプのみを試験対象とし,まず一方をMPCポリマー,他方をミラクトランというセグメント化ポリウレタンでコーティングした.なお,ヘパリン化してACTを380secに調整した同一固体から採取した新鮮ブタ血液を2回路に循環させて,大動脈圧は120/80mmHg,左心房圧は10/0mmHgのもとで平均流量が4.5L/min及び3.0L/minの条件でそれぞれ実験を1時間行った.走査型電子顕微鏡で表面を観察した結果,平均血流量が4.5L/min,3.0L/minのどちらの条件でも,ミラクトランポンプ表面では血小板が活性化し,またフィブリン網が発達していた.一方,MPCポンプ表面には血球成分が付着しておらず,拍動流下のさらに動的に座屈変形するダイアフラム部分でも優れた抗血栓性を有することが判明した.そこでさらに,MPCと米国で人工心臓に用いられて一年以上の臨床成績のあるBiospanという抗血栓性材料同士でACTを280secにして3時間の比較試験を行った.その結果,材料表面に付着した血小板数は同程度であったが,材料表面に付着した血漿タンパク質を金コロイド標識免疫法で詳細に調べたところ,血小板の吸着・血栓形成を促進させるフィブリノーゲン,免疫グロブリンは,Biospanの方がMPCに比べて多く付着していることが明らかとなった.以上より,本回路は動物実験に使う前に材料及び循環器系デバイスの血液適合性をスクリーニングする装置として極めて有用であると同時に,動物実験の一部を代替するシステムとして倫理面にも配慮できると考えられた.人工臓器の抗血栓性を開発の初期段階にin vitroである程度検証できれば開発・改良の高速化が期待でき,また動物実験もより効率的に行なえると考えられるが,そのような回路および評価手法は世界でも全く確立されていない.そこで本研究では,1)完全大気非接触型,2)生体の左心系の圧力・流量特性に合致した拍動流型,3)評価データの信頼性向上のために評価部位外の血液接触面を抗血栓性材料で完全コーティングの3項目を実現可能な評価回路を開発することを本年度の目的とした.最終的な回路仕様は,3つの同一形状の旋回渦流型血液ポンプとセグメント化ポリウレタンで製作した大動脈コンプライアンスチューブで構成する一巡閉鎖回路とした.1)1つのポンプのみを駆動し,他の2つのポンプのダイアフラム部にコンプライアンス及びリザーバ要素としての機能を持たせるという新コンセプト,及び2)厚さによって大動脈部位の脈圧を調整可能なチューブをセグメント化ポリウレタンで製作することで,完全大気非接触でありながら生体の左心系の圧力・流量特性に合致した波形を作り出すことに世界ではじめて成功した.また,Washout性能の極めて良好な旋回渦流型血液ポンプを構成要素として用いることで,回路内の流れの停滞領域を排除することが可能となり,材料の抗血栓性評価に適した回路を開発できた.さらに,回路構成用血液ポンプを真空成形法で製作することで,現在1個につき1時間以内で製作可能となり,大量生産システムも同時に確立できディスポーサブルとして使用可能となった.そこでさらに,第1段階として新開発した回路を2つ用意して回路内面を2種類の異なる材料でそれぞれコーティングして新鮮ブタ血液を4時間流すという比較実験を行なった.その結果,2つの材料の抗血栓性の差異を明確に示すことができ,同時に開発した回路の有用性が示唆することができた.本年度は,昨年度に世界に先駆けて開発した血液適合性評価試験回路を用いて複数種類の材料の抗血栓性比較評価を行った.具体的には,2つの同一試験回路を用意し,拍動駆動ポンプ以外の回路構成要素をすべてMPCというリン脂質の極性基をするポリマーでコーティングした.拍動ポンプのみを試験対象とし,まず一方をMPCポリマー,他方をミラクトランというセグメント化ポリウレタンでコーティングした.なお,ヘパリン化してACTを380secに調整した同一固体から採取した新鮮ブタ血液を2回路に循環させて,大動脈圧は120/80mmHg,左心房圧は10/0mmHgのもとで平均流量が4.5L/min及び3.0L/minの条件でそれぞれ実験を1時間行った.走査型電子顕微鏡で表面を観察した結果,平均血流量が4.5L/min,3.0L/minのどちらの条件でも,ミラクトランポンプ表面では血小板が活性化し,またフィブリン網が発達していた.一方,MPCポンプ表面には血球成分が付着しておらず,拍動流下のさらに動的に座屈変形するダイアフラム部分でも優れた抗血栓性を有することが判明した.そこでさらに,MPCと米国で人工心臓に用いられて一年以上の臨床成績のあるBiospanという抗血栓性材料同士でACTを280secにして3時間の比較試験を行った.

その結果,材料表面に付着した血小板数は同程度であったが,材料表面に付着した血漿タンパク質を金コロイド標識免疫法で詳細に調べたところ,血小板の吸着・血栓形成を促進させるフィブリノーゲン,免疫グロブリンは,Biospanの方がMPCに比べて多く付着していることが明らかとなった.以上より,本回路は動物実験に使う前に材料及び循環器系デバイスの血液適合性をスクリーニングする装置として極めて有用であると同時に,動物実験の一部を代替するシステムとして倫理面にも配慮できると考えられた.
体温、体液および循環調節系の協関におけるバゾプレッシンの役割

バゾプレッシン(AVP)分泌動態の暑熱順化による変化を検討するため,軽度の暑熱負荷を短時間加え,その間の体温調節反応,体液組成,循環機能の変化と血中AVP量との関係を暑熱順化訓練の前後で比較した。暑熱負荷実験として,人工気候室において室温を28°Cで1時間(対照),続いて40°Cで1時間(暑熱負荷),さらに28°Cで1時間(回復)の順に変化させ,この間,鼓膜温,食道温,前腕発汗量,皮膚血流量などを連続記録し、また,対照ではその最後に,暑熱負荷期期では20分毎に、回復期では30分毎に採血と心拍数,血圧,体重の測定を行い,さらに各時期の最後に尿量を測定した。血液分析によりヘモグロビン量,ヘマトクリット値,血漿浸透圧,血漿電解質,AVP量などを測定した。ヘモグロビン量,ヘマトクリット値から血漿量変化を算出した。実験第1日目に上記の暑熱負荷実験(pre-A)を実施した後,第2日目から9日間にわたって連日90分間鼓膜温が38°Cを維持するように入浴による体加温を行って暑熱順化を招来させ,実験第11日目に再度上記暑熱負荷実験(post-A)を実施した。AVPは,pre-Apre-A,post-Aとも暑熱負荷の時期に増加し,回復期に減少したが,いずれもpost-Aで高値を示した。AVPは鼓膜温と正の相関がありその回帰直線はpost-Aの上方に位置した。ヘマトクリット値はpre-Aでは暑熱負荷の初期に低下しその後増加したが,post-Aでは低値を維持した。血漿量は暑熱負荷の初期を除いて低下したが低下の程度はpost-Aでは少なかった。preA,postAのそれぞれについてAVPは血漿量変化,ヘマトクリット変化や血漿浸透圧との相関を示さなかった。以上の結果は,【.encircled1.】AVPは体温依存性に分泌が増すこと,【.encircled2.】その依存度は暑熱順化により増すこと,【.encircled3.】暑熱負荷時に起こる血漿量減少(血液濃縮)は暑熱順化後AVP増量により軽減されることを示す。AVPは体温,体液,循環の各調節系の協関において重要な役割を果たす。
新規リピート関連非ATG翻訳関連分子の同定によるALS/FTLD病態解明

筋萎縮性側索硬化症(ALS)と前頭側頭葉変性症(FTLD)は、難治性の神経変性疾患であり、治療につながる病態解明が切望されている。近年、家族性および孤発性ALS/FTLD患者の最も高頻度な発症原因としてC9ORF72遺伝子非翻訳領域にGGGGCCリピートの異常伸長が発見された。この異常伸長リピート由来のRNAはリピート関連非ATG翻訳(repeat-associated non-ATG translation: RANT)により凝集性を持つジペプチドリピート(DPR)蛋白質として翻訳されることが報告された。さらに、DPR蛋白質が神経変性を引き起こすことから、RANTの関連分子群(マシナリー)を含むメカニズムの解明は、ALS/FTLDの病態解明につながると考えられるが、RANTメカニズムは未解明である。本研究では、RANTメカニズムの解明を目的とし、DPR蛋白質を発現するC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエを用いて、複眼神経変性を指標として遺伝学的スクリーニングによりRANTマシナリーの同定を試みた。具体的には、DPR蛋白質を発現するC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエは強い複眼神経変性を呈するが、この表現型に対して新たな遺伝子過剰発現やノックダウンが効果を及ぼすかどうかを検討した。今年度は、GGGGCCリピートに結合することがin vitroで確認されているRNA結合蛋白質について候補遺伝子スクリーニングを行った。それぞれの遺伝子について過剰発現もしくはノックダウン系統を利用してスクリーニングを行ったところ、数遺伝子でC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエの強い複眼神経変性の改善もしくは増悪が見られた。さらにそれらのうちの1つの遺伝子について、DPR蛋白質の発現および局在に変化が見られるかどうかを免疫組織染色により検討したところ、発現量が変化していた。昨年度の候補遺伝子スクリーニングでは、modifier効果を示す遺伝子が発見できなかったが、今年度のスクリーニングでは数遺伝子を発見することができた。さらに、そのうちの1つの遺伝子についてはRANTへの影響もDPR蛋白質に対する抗体を用いた免疫組織染色により確認することができたため、本研究申請時の研究計画通りに進展していると判断した。今年度までにRANTへの影響まで確認できた1遺伝子について、RANTの関与が想定されている他のRNAリピート病の発症病態にも関わるかどうかを検討する。具体的には、複眼変性を呈する他のリピート病モデルショウジョウバエ、SCA31(TGGAAリピート)およびFXTAS(CGG)モデルショウジョウバエに対して、遺伝学的手法によりこの遺伝子を導入し、複眼変性に対するこの遺伝子の効果を検討する。今回生じた次年度使用額で現在故障して使用不能になったインキュベーターの代替え機を一台購入する。それ以外の残りと翌年度分の助成金は当初の計画通り、ショウジョウバエの突然変異体系統の購入、使用中のショウジョウバエ系統の維持、研究に必要な抗体等の試薬、ピペットチップやチューブ類などのプラスチック器具に使用する。今年度はATG依存性翻訳やmRNA品質管理に関わる遺伝子などRANTマシナリーとして関与が予測される10遺伝子について候補遺伝子スクリーニングを行った。それぞれの遺伝子について複数の過剰発現およびノックダウン系統を利用してスクリーニングを行ったが、DPR蛋白質発現による複眼神経変性を変化させる遺伝子は得られなかった。スクリーニングに用いるC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエが強い複眼神経変性を呈するだけでなく、致死率が高くスクリーニングに必要な個体数を得るのが困難なため、計画当初に予定していたゲノムワイドな遺伝学的スクリーニングが困難であることが判明した。そこで候補遺伝子スクリーニングを行った。また今後必要となるRANT産物であるDPRタンパク質を認識する抗体を用いた免疫組織染色およびウェスタンブロット(WB)の条件検討をおこなったが、DPRタンパク質を認識する3種類の抗体ともWBはうまく行うことができなかった。

さらに、DPR蛋白質が神経変性を引き起こすことから、RANTの関連分子群(マシナリー)を含むメカニズムの解明は、ALS/FTLDの病態解明につながると考えられるが、RANTメカニズムは未解明である。本研究では、RANTメカニズムの解明を目的とし、DPR蛋白質を発現するC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエを用いて、複眼神経変性を指標として遺伝学的スクリーニングによりRANTマシナリーの同定を試みた。具体的には、DPR蛋白質を発現するC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエは強い複眼神経変性を呈するが、この表現型に対して新たな遺伝子過剰発現やノックダウンが効果を及ぼすかどうかを検討した。今年度は、GGGGCCリピートに結合することがin vitroで確認されているRNA結合蛋白質について候補遺伝子スクリーニングを行った。それぞれの遺伝子について過剰発現もしくはノックダウン系統を利用してスクリーニングを行ったところ、数遺伝子でC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエの強い複眼神経変性の改善もしくは増悪が見られた。さらにそれらのうちの1つの遺伝子について、DPR蛋白質の発現および局在に変化が見られるかどうかを免疫組織染色により検討したところ、発現量が変化していた。昨年度の候補遺伝子スクリーニングでは、modifier効果を示す遺伝子が発見できなかったが、今年度のスクリーニングでは数遺伝子を発見することができた。さらに、そのうちの1つの遺伝子についてはRANTへの影響もDPR蛋白質に対する抗体を用いた免疫組織染色により確認することができたため、本研究申請時の研究計画通りに進展していると判断した。スクリーニングについてはこれまで利用していた系統よりも複眼神経変性が弱いC9ALS/FTLDモデルショウジョウバエを用いて行う。RANT産物であるDPRタンパク質を検出は基本的に抗体を用いた免疫組織染色のみで行い、並行してWB条件のさらなる検討およびドットブロット法など別の生化学的検出法を試みる。今年度までにRANTへの影響まで確認できた1遺伝子について、RANTの関与が想定されている他のRNAリピート病の発症病態にも関わるかどうかを検討する。具体的には、複眼変性を呈する他のリピート病モデルショウジョウバエ、SCA31(TGGAAリピート)およびFXTAS(CGG)モデルショウジョウバエに対して、遺伝学的手法によりこの遺伝子を導入し、複眼変性に対するこの遺伝子の効果を検討する。全ゲノムを対象とした遺伝学的スクリーニングに利用するストック購入をしなかったことと、それに必要な消耗品購入も少なくなったため。
オートファジーが歯の形成に果たす役割について

本研究はオートファジー(自食作用)という現象が、生体内の硬組織ができていく際にどのような役割を果たしているかを研究したものである。研究当初は歯の形成にどのうような影響が及ぼされるのかについて、オートファジーのノックアウトマウスの歯を用いて研究を行なってきた。しかし、研究をすすめるに従って、歯そのものよりむしろ骨の形成にオートファジーが強く関与しているという所見を得た。この結果について学術論文等で発表する。また、本研究で調製したサンプルで研究期間内にいくつかの報告を行うことができた。オートファジーを可視化したLC3-GFPマウスは理化学研究所バイオリソースセンターを介してすでに入手している(Mizushima N et al. Mol Biol Cell. 2004 Mar ; 15(3):1101-11. Epub 2003 Dec 29)。LC3-GFPマウスの様々なステージの頭部薄切切片を作成し、蛍光顕微鏡でGFPの局在を観察し、歯の発生のどのステージで、どの様な細胞種がオートファジーを起こしているかを観察した。オートファジーを阻害したATG5-/-マウスも理化学研究所バイオリソースセンターを介してすでに入手している(Kuma A et al. Nature. 2004Dec 23 ; 432(7020):1032-6)。本研究に関する遺伝子改変動物を維持するために必要な設備はすでに当研究室で所有している。また、既に我々は出生直後のATG-/-マウスの歯胚の薄切切片から同マウスのエナメル芽細胞と象牙芽細胞の間において細胞間接着に問題が生じていることを示す所見を得た。今後更に様々なステージのATG-/-マウスの胎児の頭部薄切切片を作成しHE染色を行い、歯の発生のどの段階でこの様な表現系が起こるのかを詳細に検討する。また既に歯の発生に重要な役割を果たす事が知られている分子や、エナメル芽細胞や象牙芽細胞の分化マーカー等を用いてin situ hybridization,免疫組織染色を行い、オートファジーが阻害された状態でどの様な影響があるかを観察した。本研究ではオートファジーの歯の発生における機能を解明する事を目的とし、in vivo, in vitro双方からアプローチする予定であった。歯の発生のどの段階においてオートファジーが重要な役割を果たしているか、また、歯の発生時にどのような細胞種でオートファジーが起こっているかを解明するよう研究を進めたところ、In vitroでは歯の発生よりむしろ骨においてオートファジーの上流、下流で働く分子群を同定することができた。また、LC3-GFPマウスの硬組織の観察にて、オートファジーを誘導するか検討し、重要な所見を得た。また、ATG5-/-マウスの歯の表現系が上皮であるエナメル芽細胞によるものか、間葉である象牙芽細胞によるものかを検討するために、ATG5-/-マウスと野生型マウスからそれぞれ組織を単離し異種間の組織において組織の再構成を行い、間葉細胞に起因しているのことを明らかにした。また、これら当初の計画以外にも、歯の形成に関する重要な因子の発見、同じ硬組織である骨の修復に関わる重要な因子の発見、さらにはこれらの硬組織の生物学的特性の研究成果を生かした臨床実施により症例報告を行い、アメリカ矯正歯科学会の最優秀賞を受賞するという結果を残すことができた。上記の結果をまとめ学会発表、論文作成を行う予定としていたが、これらの論文掲載も3件達成した。また得られた成果を、国内学会および国際学会で発表する予定であったが、これらもおおむね達成することができたと考えている。
DNA修復遺伝子ノックアウトマウスによる大脳皮質細胞の発生・分化制御機構の解析

多様な個性を持った神経細胞の発生・分化過程を明らかにすることは、脳の細胞構築・機能を解明するために重要な課題である。研究代表者らはこれまでにDNA修復遺伝子Polβノックアウトマウスにおいて分化直後の神経細胞が異常なアポトーシスを起こすこと、神経投射異常が生じることなどを明らかにした。これはゲノム構造の維持を担うDNA修復が神経細胞の発生、分化に深く関与することを示唆する。大脳皮質神経細胞の発生と活動依存的変化の2つの分化過程に注目し、転写因子とクロマチン構造変換因子、DNA修復酵素を蛍光タンパク質(GFP)により可視化し核内での時空間的動態を解析することで遺伝子発現をゲノム構造制御としてとらえその機構を解明することを目指した。1・発生過程の動態解析昨年度の研究でDNA修復酵素GFP-XRCC1発現ベクターを導入した細胞は、DNA損傷と考えられる部位にXRCC1が点状に集積するのを観察した。このベクターを発生過程の胎児マウス大脳皮質に遺伝子導入し、個体での動態を解析した。脳室帯の神経前駆細胞から皮質板への移動中の細胞の核ではXRCC1の点状の集積が観察された。一方、移動を終えた皮質板の細胞では点状の集積が減少し核内での一様な分布が観察された。これはノックアウトマウスでのアポトーシスの分布とも一致しており、大脳皮質形成時の修復過程の可視化に成功したと考えられる。したがって、大脳皮質構築においてDNA修復酵素の機能によりゲノム構造が維持されることが分化の重要な要因になることが示唆される。2・神経活動依存的変化における動態解析クロマチン構造の制御を行うヒストン脱アセチル化酵素HDAC9と活動依存的な活性を示す転写因子CREBの補助因子を上記の方法で可視化することに成功した。高カリウム溶液により活動変化を誘導することで、これらの核への局在性が変化することが明らかになった。多様な個性を持った神経細胞の発生・分化過程を明らかにすることは脳の細胞構築・機能を解明するために重要である。本研究は、神経細胞の発生・分化制御におけるDNA修復の役割を解析することで大脳皮質構築における機能を明らかにする。そこで、神経細胞の発生・分化過程においてDNA修復タンパク質の核内での時空間的な動態を観察するために、DNA修復タンパク質に蛍光タンパク質(GFP)を付加した融合タンパク質を発現するベクターを作製した。DNA修復遺伝子には、これまでのノックアウトマウスの実験結果からDNA polymerase β、Parp-1およびXrcc1を用いた。まず、作製したベクターは初代繊維芽細胞にトランスフェクション試薬を用いて遺伝子導入を行った。数時間数日の培養をおこなった後、通常の蛍光顕微鏡での観察を試みた。その結果、予想されたようにGFP融合DNA修復タンパク質は細胞核への局在が観察された。さらに、GFP-XRCC1タンパク質では培養液中にDNA障害剤を添加することでDNA損傷部位と考えられる部位に点状の集積が観察された。これは、すでに報告のあるXRCC1の動態と一致している。そこで、このベクターをin uteroエレクトロポレーション法によって発生過程にある胎児マウス大脳皮質に遺伝子導入をおこなった。その結果、神経前駆細胞から神経細胞への分化過程において異なる核内での局在を示す結果を得た。したがって、大脳皮質構築の初期の過程においてDNA修復タンパク質が機能的に動態変化していることが示唆された。
英詩韻律構造の最適性理論による研究

いままで多数の先行研究がある英詩の韻律構造の研究を前提として、その(表面的な)複雑さゆえ理論的視点からあまり注目されることがなかった、Emily Dickinson(以下、Dickinson)の詩の韻律構造、わけても、韻律的倒置を中心に据えて、その実態を捉えることを目的とした。研究の結果、以下の二つの点が明らかになった。(i)Dickinsonの詩においては、初期近代英語期の詩人とは違い、韻律的倒置を限定的に使用しているのではなく、韻律的倒置を可能な限り駆使して詩作をしていたと考えられる。(ii)韻律的倒置の分布をもとにすると、Dickinsonの韻律構造は、今までの先行研究で言われてきたような複雑なものではなく、四つの主な制約の優先順位により決定されており、詩行の韻律型は基本的には4種類であると考えられる。平成19年度は、分析対象の中心にあるEmily Dickinsonの詩の韻律に関する基礎研究を行った。その結果、以下の4点が明らかになった。・Dickinsonの韻律は、それ以前の英詩の韻律とは全く違った特徴をもっていること・ただし、Dickinsonの使っている詩の技法のひとつひとつは、伝統的なものであり、新しいものはなく、個々の技法の組合せ方にDickinsonの詩の最大の特徴があること・Dickinsonの韻律の特徴を捉えるためには、今までの接近法では不可能であること・そのため、Dickinsonの韻律を的確に捉えるためには、新しい理論的視点が必要であることそれらに加え具体的は成果として、次の4点を明らかにした。・いわゆる韻律的倒置の分布が極めて特異であり、行中行末で頻繁に生じること・詩の行ごとにちがった原理原則に従っていると考えざるをえないこと・ただし、行ごとのヴァリエーションは4-5種類に限定できる可能性が高いこと・そのため、韻律決定のための原理原則を、独立の動機づけにもとづき複数設定し、それらの間の優先順位を4-5種類設定する必要があること平成19年度の研究成果は、雑誌に投稿する準備が整った段階にあると言える。具体的には、日本英語学会、日本英文学会、日本言語学会などの学会誌に投稿する準備が整ったことになる。基礎研究において発見された事実を整理し直し、それにもとづき事実に見合った理論化を入念にした上で、平成20年度には、上記学会のいずれかの学会誌に論文として投稿する予定である。平成20年度は、Emily Dickinsonの詩の形式を中心に、詩の韻律構造に関する制約を提案するため、事実調査を続行した。Dickinsonの詩に関しては、Franklin版のテキストをもとに、草稿の異同も参照しながら、韻律構造の事実観察にもとづきデータを積み重ねた。事実観察を補強する意味で、19世紀以降のいわゆるアメリカ自由詩の事実観察も進めた。具体的には、William Carlos Williamsの詩のリズムの事実観察を進め、データを積み重ねた。事実観察と同時に、言語理論からの視点から構築された最新の韻律論の文献も渉猟し、その理論により、主たる研究にしているDickinsonの詩の韻律構造を捉えるために有用か否か検証する作業も進めた。具体的には、Dresher他編のFormal Approaches to Poetryにある諸論文において提案された知見、それと、Fabb and Halle, Meter in Poetry : A New Theoryにおいて提案された理論、および,言語学関連雑誌に発表された言語理論の視点からの韻律論の論考(複数)における知見、がDickinsonの詩の韻律構造の説明に応用可能か否か、詳細に検討した。事実調査と文献渉猟の結果、Emily Dickinsonの詩は、民謡の歌詞に似て、1行ごとに別々の制約に従っている可能性がきわめて強く、Fabb and Halleの理論のように、規則による説明ではうまく特徴を捉えられない可能性が強いことが明らかになった。過去2年間の事実観察と文献渉猟の結果を、平成21年度に報告書にまとめる予定である。平成19年度と平成20年度の2年間にわたり、Emily Dickinsonの韻律構造に関する記述を積み上げてきたが、その記述にもとづいて、最終年度の平成21年度には、最適性理論にもとづく理論化を試みた。具体的には、Emily Dickinsonの詩にみられる、(i)鋳型の弱音節に現れる強音節の分布、および(ii)韻律的倒置の分布、の特徴を、近代英語期のShakespeareをはじめとする他の詩人の詩における(i)と(ii)の分布と比較もしながら、記述した。

その結果、とくに(ii)については、Emily Dickinsonの詩においては、初期近代英語期の詩における生起可能なすべて環境において生起する、というきわめて特異な分布をしていることが明らかになった。以上の記述をもとにして、最適性理論の枠組みにおいて4種類の制約を提案し、Emily Dickinsonの詩においては、それらの制約の優先順位の変異により、個々の詩行の適格性が決定されていることを提案した。EmilyDikinsonの詩においては、個々の詩行ごとに制約の優先順位が違っていると考えられ、4種類の優先順位が想定される。そして、4種類の制約と4種類の優先順位を設定すると、いままで一般化を阻むものと想定されていたEmily Dikinsonの詩行は、無限に近いパターンがあるものではなく、4種類のパターンに還元できる可能性が大きいことが明らかになった。Emily Dickinsonの詩行が4種類の型に還元できる可能性が大きいという主張は、いままでの先行研究と比較すると、格段の一般性を捉えており、設定した制約が妥当である限り、英詩の韻律研究の進展に寄与するものであると考えられる。上記の研究成果を、研究成果報告書(冊子)としてまとめた。(裏面11を参照)
角形鋼管柱に接合される合成梁の設計および構成法の合理化

角形鋼管柱に接合される合成梁の塑性変形能力に及ぼす柱幅厚比の影響を実験および有限要素解析で実施し,柱幅厚比が大きい場合,塑性変形能力が減少することを確認した.これは,鋼管壁の面外変形により,梁ウェブ接合部での軸力および曲げモーメントの伝達性能が減少することで梁端溶接部の梁下フランジの歪集中が生じるためである.本研究では,梁ウェブ接合部を水平スチフナで補強する工法を提案し,これにより,幅厚比の大きい合成梁の塑性変形能力を3倍に増加させることが可能である.角形鋼管柱に接合される合成梁の塑性変形能力に及ぼす角形鋼管柱の幅厚比の影響を検討する目的で新たに幅厚比22の場合の実験を実施した.H24年度に実施した幅厚比29の試験体では累積塑性変形倍率は11であったのに対し,新たに実施した幅厚比22の試験体では,3.98倍の増加し,角形鋼管フランジの面外変形に起因する梁ウェブ接合部の応力伝達性能の大小が塑性変形能力に著しい影響を与えることを確認した.また,実験結果を良く再現する有限要素解析モデルを構築し,梁ウェブ接合部の応力伝達性状と角形鋼管幅厚比の関係を調べ,下フランジの歪集中のメカニズムを解明した.有限要素解析の検討結果を基に,ファイバ要素による合成梁の線材要素に,角形鋼管柱の幅厚比が梁下フランジの歪集中に与える影響を考慮可能なモデル構築を実施した.新たに構築した合成梁線材要素に,低サイクル疲労モデルを用いることで,梁の破断を再現するモデルを構築した.また,スラブと柱の間にスリットを設けて,梁端部の合成作用を低減するスリット型合成梁について,スタッド配置を変化させた実験および有限要素解析を実施し,柱から梁せいの範囲で直交梁のスタッドを配置しないことで,純鉄骨梁と同程度の累積塑性変形能力を発揮することを確認した.一方で,スリット型合成梁の初期剛性は,スリットを設けたことにより通常の合成梁の64%に低下し,概ね純鉄骨梁の弾性剛性と一致した.弾塑性有限要素解析により,スリット型合成梁の弾性剛性の低下を防止する目的で梁端から梁せいの距離に支圧板を設けたモデルについて検討を実施したが,弾性剛性の向上効果は殆ど得られないことが分かった.角形鋼管柱に接合される合成梁の塑性変形能力に及ぼす柱幅厚比の影響を実験および有限要素解析で実施し,柱幅厚比が大きい場合,塑性変形能力が減少することを確認した.これは,鋼管壁の面外変形により,梁ウェブ接合部での軸力および曲げモーメントの伝達性能が減少することで梁端溶接部の梁下フランジの歪集中が生じるためである.本研究では,梁ウェブ接合部を水平スチフナで補強する工法を提案し,これにより,幅厚比の大きい合成梁の塑性変形能力を3倍に増加させることが可能である.角形鋼管に接合される合成梁の塑性変形能力を把握する目的で,幅厚比が29の角形鋼管(□-350x12)にH-500x200x10x16の断面のH形梁を接合した部分骨組の載荷実験を実施した.実験変数は,スラブの有無とスラブと角形鋼管柱とスラブの間のクリアランス(50mm)の有無で,合計3体の実験を実施した.通常の合成梁試験体では,スラブと梁の合成効果が生じることで正曲げ時の梁の初期剛性および終局耐力がそれぞれ,純鉄骨梁の2.28倍および1.08倍に上昇する一方で,累積塑性変形倍率については,純鉄骨梁が20であったのに対し,合成梁の場合は11で,概ね50%に減少した.柱とスラブの間にクリアランスを設けた合成梁では,通常の合成梁に比べ正曲げ時の初期剛性に比べ30%の低下が生じたが,純鉄骨梁と比較すると1.56倍で,スリットを設けても合成効果による性能上昇が期待できる.正曲げ時の終局耐力については,通常の合成梁の7%の低下が生じ,概ね純鉄骨梁試験体と等しい結果となった.累積塑性変形倍率については,スリット合成梁試験体のみが脆性的な破壊モードを示し,その結果,累積塑性変形倍率の値は通常合成梁と等しい11となっており,スリットを設けることによる性能の改善は認められなかった.梁端部の歪性状については,通常合成梁の下フランジの歪は純鉄骨梁試験体の2倍程度の値が生じており,累積塑性変形倍率に及ぼす合成効果と同様の結果が確認された.

一方,柱とスラブの間にスリットを設け,スラブと梁の合成効果を低減した試験体では,梁端部の歪がスリットを設けない通常の合成梁の1/2程度に緩和され,下フランジの歪集中軽減に効果的であることを確認した.角形鋼管柱(□350x12, D/t=29)に合成梁が接合される場合の梁の塑性変形能力を改善する新しい手法として,梁ウェブと接合部パネルの接合部に外ダイアフラム形式の補強を施した実験を実施すると共に,実験供試体に基づく有限要素解析を実施し,新たに提案した塑性変形能力改善工法の有効性を検証した.実験結果より,従来型の角形鋼管柱に接合される合成梁に比べ,梁ウェブ接合部補強型の合成梁の累積塑性変形能力は,昨年度実施した,スタッド配置を見直したスリット型合成梁と同程度の1.5倍に増加した.スリット型合成梁では,正曲げ時の初期剛性および耐力における合成効果が喪失し,鉄骨梁と同程度となるが,今回新たに提案した梁ウェブ接合部補強型合成梁については,合成効果が発揮されるため,正曲げ時の初期剛性は,従来型合成梁と同様に鉄骨梁の剛性の1.5倍程度の性能を発揮した.また正曲げ時の耐力については,合成効果に加えて,梁ウェブ接合部の応力伝達性能の改善効果により,従来型合成梁の耐力を1.05倍となった.有限要素解析結果より,梁ウェブ接合部の応力伝達状況をしらべ,梁ウェブ接合部の応力伝達性能の改善が,合成梁の梁端下フランジの歪集中の緩和に有効に寄与していることを確認した.構造工学角形鋼管柱の幅厚比が合成梁の塑性変形能力に及ぼす影響について詳細な応力伝達性状の観点から整理するとともに,骨組解析に用いるための下フランジの破断現象を考慮した合成梁要素の構築した.また,角形鋼管柱に接合される合成梁の塑性変形能力を十分に確保する上で柱とスラブにスリットを設けるスリット型合成梁工法の有効性を示すとともに,十分な塑性変形能力を確保する上では,梁端から梁せいの範囲で直交梁にスタッドを設けないようにする必要性があることを明らかにした.以上より,概ね研究計画で設定した目標を達成していると判断できる.幅厚比の大きな角形鋼管に接合される梁の塑性変形能力に及ぼすスラブと梁の合成効果が大きいことを確認し,柱と梁の間にスリットを設けることで下フランジの歪集中が緩和されることを実験および有限要素解析で確認した.しかし,実験においてスリットを設けることによる合成梁の塑性変形能力の改善効果を示すに至っていない.これは,スリットを設けた合成梁試験体のみが脆性的な破断を示したためである.スリットを設けることによる変形能力の改善効果を明らかにするために,脆性的な破壊性状を示した原因を明らかにするとともに,スタッド配置等を変化させた実験を実施し,スリットを設けることによる変形能力改善効果を実験により検証を今後実施する.スリット型合成梁とすることで,梁の変形能力を十分に確保することが出来たが,初期剛性の低下を防止することは,困難であると判断された.角形鋼管柱の幅厚比をある程度小さくすることで,十分な変形能力が得られることが判明した.今後は,柱の幅厚比が29の場合について,梁ウェブ接合部に補強水平スチフナを設け,柱フランジの面外補剛をすることで,梁の初期剛性の低下を生じることなく,梁の塑性変形能力を十分に確保する新たな工法の検討を実施する.合成梁の塑性変形能力に及ぼす角形鋼管柱の幅厚比の影響を明らかにするための載荷実験および有限要素解析を実施する.また,角形鋼管柱に接合される合成梁の塑性変形能力を改善する工法として,柱とスラブの間にスリットを設ける工法について,スタッド配置の影響を検討するための実験を実施する他,有限要素解析により系統的な検討を実施する.また,新たな合成梁の塑性変形能力改善方法として,角形鋼管柱と梁ウェブの接合部において,角形鋼管の面外変形を補剛するための水平スチフナーを設けた載荷実験および有限要素解析を実施し,効果的な塑性変形能力改善方法の検討を実施する.角形鋼管柱の幅厚比を小さくした角形鋼管柱合成梁部分架構の試験体およびスリットを設けた試験体でスタッド配置を変化させた試験体,梁ウェブ接合部に水平スチフナー補剛を施した試験体の計3体の試験体製作費用に充てる他,有限要素解析ソフトのライセンス料に充てる.
高性能・高温光学顕微鏡の開発と鉄鋼材料の相変態に関する研究

鉄鋼材料の変態挙動を“in-site(その場)"観察することが可能な「高性能・高温光学顕微鏡」を開発した。とくに申請者らはγ⇔α変態挙動を調べるため、これまで論文報告がない100300°C/secの速い冷却速度を得る工夫、そして、この速い変態挙動を記録する高温顕微鏡を構築し、いくつかの貴重なデータを得た。概略は以下のとおりである。(1)試料の寸法は3mmφ×2mmtであり、温度計測はの試料表面、あるいは側面にPt-Rh熱電対をスポットウェルドにて溶接する。冷却ガスは、これまでの高純度Arガスから高純度Heガスに変えた。(2)昇温時のα→γ変態挙動は汎用ビデオ(30フレーム/秒)で記録する。冷却時のγ→α変態は、平成9年度に購入したハイスピードビデオシステム(200フレーム/秒、約3.8秒間記録)を用いて記録した。(3)実験の効率化を図るため、(1)加熱ステージ電源のoff、(2)試料にHe冷却ガスを流出、(3)冷却速度をモニタする。などを自動化した。(4)高速記録は順調であったが、高純度Heガスを用いた場合でも1,000°C付近では高温酸化が問題になり、きれいな画像が得られなかった。平成10年度は主として「ターボ分子ポンプ」を購入し、真空雰囲気にて、あらためて実験を開始した。本年度は、新しく開発した高性能・高温光学顕微鏡を用いて実験を行った。申請者らは極低炭素鋼の場合、α結晶粒径は冷却速度に依存しないことを報告してきたが、理由は不明であった。そこで上記の高性能・高温光学顕微鏡を用いて実験を行った結果、γ→α変態時においてα結晶粒は、γ結晶粒界を横切るようにして成長する様子が観察できた。α粒の粗粒化原因のひとつは、このような機構が寄与しているものと考えられる。などを自動化した。鉄鋼材料の変態挙動を“in-site(その場)"観察することが可能な「高性能・高温光学顕微鏡」を本年開発した。とくに申請者らはγ【tautomer】α変態挙動を調べるため、これまで論文報告がない100300°C/secの速い冷却速度を得る工夫、そして、この速い変態挙動を記録する高温顕微鏡を構築した。(1)試料の寸法は3mmφ×2mmtである。(2)温度計測は(1)の試料表面、あるいは側面にPt-Rh熱電対をスポットウエルドにて溶接する。(3)冷却ガスは、これまでの高純度Arガスから高純度Heガスに変えた。(4)昇温時のα→γ変態挙動は汎用ビデオ(30frame/sec)を用いて記録する。昇温時の温度モニターはディスプレー上に表示できる。(5)冷却時のγ→α変態は、本年購入したハイスピードビデオシステム(200frame/sec、約3.8sec)を用いて記録した。温度計測は超高速A-D変換器(500μs)を用いて一度メモリに蓄えた後、記録した画像に貼り付ける方式をとった。(6)以上、実験の効率化を図るためハイスピードビデオシステムのイメージメモリボードから画像取込と同時に直流5Vの信号が出力するようにして、(1)加熱ステージ電源のoff、(2)試料にHe冷却ガスを流出、(3)冷却速度をモニタする。などを自動化した。本年、新しく開発した高性能・高温光学顕微鏡を用いて、予備実験を行った。この結果、申請者らは極低炭素鋼の場合、α結晶粒径は冷却速度に依存しないことを報告してきたが、理由は不明であった。予備実験に用いた0.004

wt%C-Fe(極低炭素鋼)の場合、冷却速度が104°C/secにおいて、γ結晶粒界はα結晶粒の成長の妨げにはならないことがわかった。また、α→γ変態温度は905°C、γ→α変態温度は820°Cであった。鉄鋼材料の変態挙動を“in-site(その場)"観察することが可能な「高性能・高温光学顕微鏡」を開発した。とくに申請者らはγ【tautomer】α変態挙動を調べるため、これまで論文報告がない100300°C/secの速い冷却速度を得る工夫、そして、この速い変態挙動を記録する高温顕微鏡を構築し、いくつかの貴重なデータを得た。概略は以下のとおりである。(1)試料の寸法は3mmφ×2mmtであり、温度計測はの試料表面、あるいは側面にPt-Rh熱電対をスポットウェルドにて溶接する。冷却ガスは、これまでの高純度Arガスから高純度Heガスに変えた。(2)昇温時のα→γ変態挙動は汎用ビデオ(30フレーム/秒)で記録する。冷却時のγ→α変態は、平成9年度に購入したハイスピードビデオシステム(200フレーム/秒、約3.8秒間記録)を用いて記録した。(3)実験の効率化を図るため、(1)加熱ステージ電源のoff、(2)試料にHe冷却ガスを流出、(3)冷却速度をモニタする。などを自動化した。(4)高速記録は順調であったが、高純度Heガスを用いた場合でも1,000°C付近では高温酸化が問題になり、きれいな画像が得られなかった。平成10年度は主として「ターボ分子ポンプ」を購入し、真空雰囲気にて、あらためて実験を開始した。本年度は、新しく開発した高性能・高温光学顕微鏡を用いて実験を行った。申請者らは極低炭素鋼の場合、α結晶粒径は冷却速度に依存しないことを報告してきたが、理由は不明であった。そこで上記の高性能・高温光学顕微鏡を用いて実験を行った結果、γ→α変態時においてα結晶粒は、γ結晶粒界を横切るようにして成長する様子が観察できた。α粒の粗粒化原因のひとつは、このような機構が寄与しているものと考えられる。
非局所相互作用を考慮した可積分な交通流モデルに基づく渋滞解消理論の構築と実践

昨年度は,Burgers方程式に非局所相互作用の効果を組み込んだ可積分方程式について,交通流モデルとしての解釈を与えた.今年度は,昨年度の成果を踏まえて,まず交通流を記述する新しい離散モデルを車の台数保存則と車群の前方認識性に関する仮定の下で構成した.この離散モデルは,連続近似を行うとある条件のもとで既存のBurgers方程式で記述される交通流モデルに移行することも示した.さらに,可積分方程式の積分核との対応から,車群の前方認識性に関する拡張を行い,見通し効果を持った離散モデルも構成した.次に,これらの離散モデルに対する初期値・境界値問題を考えて数値実験を行った.その結果,前者の離散モデルに対して,Burgers方程式の厳密解をふまえた初期値のもとで時間発展を計算したところ,初期値からある滑らかな進行波に変化していく様子が観察され,この進行波はモデルが持っている定常解であることが示唆された.この定常解と考えられる進行波を初期値とした後者の離散モデルの数値実験においては,見通し効果に関わるパラメーターが小さい場合は,初期値から形があまり変化しない進行波が観察されたが,パラメーターが大きくなるにつれて,進行波の波面の勾配が大きくなることが明らかとなった.これは,見通し効果が強くなるにつれて,交通密度の変化が急峻になることを意味しており,slow-in戦略による渋滞緩和のためには,見通しの効果だけではなく,見通しによる前方の情報をもとにあらかじめ減速するような効果を考慮しなければいけないことが分かった.高速道路の交通流の実測データを見ると,臨界密度付近でメタ安定と呼ばれる構造が観察される.この特徴は,数理モデルでは一様流が不安定となる密度領域の存在に対応し,数理モデルの信頼性を評価する一つの特徴となっている.今年度構成した離散モデルに対して,この安定性に関わる特徴がまだ解明できていないため,やや遅れている状況である.引き続き数値実験を行い,構成した離散モデルに対する安定性の特徴を解明することを進める.今年度構成した離散モデルは見通しを仮定したモデルであるが,見通し効果だけをもつセルオートマトンモデルとの対応を考えると,メタ安定構造が見えない可能性がある.そのため,構成した離散モデルの特徴を解明していくと同時に,スロースタートモデルと呼ばれるメタ安定構造を持つセルオートマトンモデルの定式化,さらには対応する差分系モデルの導出・数値実験を行い,安定性という観点から今年度構成した離散モデルとの違いを明らかにし,モデルの改良を必要に応じて進める.渋滞解消のキーコンセプトは「slow-in fast-out」である.例えば,車の列を考えた場合,車列の後方に加わる車の台数を前方から抜けて行く台数よりも少なくすることができれば,渋滞列を短くすることができる.このコンセプトを実現するフレームワークを完成させるために,過去にslow-inに関するフレームワークを提案した.しかし,これはBurgers方程式で記述される交通流モデルに基づくフレームワークであり,Burgers方程式は交通渋滞の本質的な要因である一様流不安定性を示さないことから,改良した数理モデルに基づくフレームワークへと拡張する必要があった.そこで,本研究課題の第一の目的は,Burgers方程式の一つの拡張である非局所相互作用を考慮した新しい交通流モデルを構築することにある.特に,多くの交通流モデルが提案されているセルオートマトンモデルとの対応を見据えながら,非線形偏微分方程式で記述される数理モデルを構築する.今年度は,交通流セルオートマトンモデルの基盤となっているASEP(Asymmetric Simple Exclusion Process)とその非局所相互作用を組み込んだ拡張となっているZRP(Zero Range Process)との呼応を考えて,Burgers方程式に非局所相互作用の効果を組み込んだ可積分方程式に着目し,その交通流モデル(積分核モデル)としての解釈を与えた.具体的には,積分核モデルのカーネルを1-δ(x)ととることでBurgers方程式に帰着すること,このカーネルの形はドライバーの局所的な判断に対応していることを示し,自車の周りの影響を考慮した非局所的相互作用を持つ交通流モデルとしての解釈を与えるためには,カーネルの形に1-1/sinh^2(x)の形を採用すればよいことを示した.当初の予定通りに非局所相互作用を考慮した交通流モデルの解釈を示すことができたため,おおむね順調に進展していると言える.昨年度は,Burgers方程式に非局所相互作用の効果を組み込んだ可積分方程式について,交通流モデルとしての解釈を与えた.今年度は,昨年度の成果を踏まえて,まず交通流を記述する新しい離散モデルを車の台数保存則と車群の前方認識性に関する仮定の下で構成した.この離散モデルは,連続近似を行うとある条件のもとで既存のBurgers方程式で記述される交通流モデルに移行することも示した.さらに,可積分方程式の積分核との対応から,車群の前方認識性に関する拡張を行い,見通し効果を持った離散モデルも構成した.次に,これらの離散モデルに対する初期値・境界値問題を考えて数値実験を行った.その結果,前者の離散モデルに対して,Burgers方程式の厳密解をふまえた初期値のもとで時間発展を計算したところ,初期値からある滑らかな進行波に変化していく様子が観察され,この進行波はモデルが持っている定常解であることが示唆された.この定常解と考えられる進行波を初期値とした後者の離散モデルの数値実験においては,見通し効果に関わるパラメーターが小さい場合は,初期値から形があまり変化しない進行波が観察されたが,パラメーターが大きくなるにつれて,進行波の波面の勾配が大きくなることが明らかとなった.