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帰納的ゲーム論：信念・知識の起源と進化、その限定性と意志決定・行動との相互関連

具体的研究:研究代表者(金子)と海外研究協力者(J.J.Kline)は、人間が経験からいかに信念・知識を獲得するかについて、また、その信念・知識を使い新たに意思決定を行い、行動を変化させる可能性などに関して研究を行った。同時に被験者実験も行った。更に、帰納的ゲーム理論に関しての計算機シミュレーションの研究も研究分担者(秋山、石川)によって進められた。また、認識論理学において、限定された推論能力をもったプレイヤーの研究を研究代表者(金子)と分担者(鈴木)が進めた。ゲンツェン流の認識論理の体系で、証明(推論)の複雑性を定義し、その性質を研究した。これらの研究により、帰納的ゲーム理論の経験的・理論的基礎を発展させられた。平成25年度は本研究プロジェクトの最終年度であり、帰納的ゲーム理論と認識論理学、そして制度論の具体的問題と今までの集大成に向かって研究を遂行した。情報提供者をセミナーに呼びワークショップを定常的に行った。国内外のコンファレンスに参加し、他大学において情報収集を行い、他の専門家達からの意見を聞いた。具体的研究:研究代表者(金子守)と海外研究協力者(J. J. Kline)は、人間が経験からいかに信念・知識を獲得するかについて、また、その信念・知識を使い新たに意思決定を行い、行動を変化させる可能性などに関して研究を行った。同時に被験者実験を行った。また帰納的ゲーム理論に関しての計算機シミュレーションの研究も研究分担者(秋山英三・石川竜一郎)によって進めた。また、認識論理学において、限定された推論能力をもったプレイヤーの研究を研究代表者(金子守)と研究分担者(鈴木信行)が進めた。これらの研究により、帰納的ゲーム理論の経験的・理論的基礎が発展させられた。平成24年度は、本研究プロジェクトの第4年目であり、資料・情報収集および帰納的ゲーム理論の具体的研究を進展させた。情報提供者をセミナーに呼びワークショップを定常的に行い、本プロジェクトの進展を他研究者達にレビューしてもらうために、国内外のコンファレンスに参加した。また他大学において情報収集を行い、他の専門家達からの意見を聞いた。その活動の一環として、研究代表者金子守・研究分担者:秋山英三・石川竜一郎は、筑波大学において、8月27日-30日に「International Workshop on Game Theory, Epistemic Logic, & Related Topics」という研究会を開催した。この研究会では海外から12名、国内から5名の研究者を招聘した。また、25年3月8日-9日「認識論理とゲーム理論研究会」という研究会を開催した。年間を通じ「経済学・ゲーム理論セミナー」として、国内外の研究者を招聘しセミナーも開催した。これらの研究会には国内外から多くの参加者があり、本プロジェクトの研究の進展のため大いに役立った。具体的研究:人間達が経験からいかに信念・知識を獲得するかについて、またその信念・知識を使い新たに意思決定を行い、行動を変化させる可能性などに関して研究を行った。
シリコン半導体極浅接合形成のための超低エネルギーイオン注入技術の開発

シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い2014年にはチャネル部分のド.パント層の厚さはおよそ10nmになるとされている。従来の高エネルギーイオン注入法では極浅ドーピン部層の形成が困難であった。本研究では1keV以下の超低エネルギーイオン注入技術を開発した。シート抵抗は最小値3kΩ/□を示し、イオンエネルギーが30eVのときの注入深さは1.2nm、500eVのときの注入深さは8nmであった。シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い急峻にドープされた極浅接合の形成が必要である。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)によれば2014年にはドーパント層の厚さはおよそ10nmになるとされている。従来では数MeV一数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法が用いられている。しかしこの方法ではシリコン結晶中に多量の原子空孔および格子間原子がなだれ現象的に形成されてしまい、ターゲットであるシリコン半導体の結晶性が著しく劣化する。結晶性の回復と導入したドーパントの活性化のためには熱処理が必要であるが、ドーパントの拡散が生じて極浅ドーピングプロファイルを保つことが困難となる。特にp型ドーパントであるボロンは原子半径が小さいためにシリコン結晶中を拡散しやすく、10nmの極浅ドーパント層の形成が困難である。本研究では、上記問題を解決するために1keV以下の超低エネルギーイオンを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。安定なボロンイオン電流照射を可能とするような原料材料の選定を行った。特殊材料ガスではないトリメチルボロンおよび3フソ化ボロンについて検討した。イオン源の動作条件およびイオン輸送系の条件の最適化を行った後に、イオン電流の安定性を検討した結果、3フッ化ボロンが適していることがわかった。イオン注入条件としてイオンエネルギー、ドーズ量、照射ターゲット温度を検討した。照射ターゲット温度800°Cでイオン照射した場合、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値3kΩ/□まで減少した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、イオンエネルギーが30eVのときの注入深さは1.2nm、イオンエネルギーが500eVのときの注入深さは8nmであり、超低エネルギーイオン注入により極浅ドープ層の形成が可能であることが明らかとなった。シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い極浅トービン部層の形成が必要である。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)によれば2014年にはトーパント層の厚さはおよそ10nmになるとされている。従来では数MeV数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法が用いられている。本研究では、上記問題を解決するために1keV以下の超低エネルギーボロンイオンを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。実用プロセスではレジストパターン形成後にイオン注入を行うため、室温でイオン注入を行い、その後ボロンの拡散を生じない800°C以下の熱処理による活性化プロセスを検討した。照射条件の最適化を行った結果、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値4kΩ/□まで減少した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、イオンエネルギーが30eVのときの注入深さは2nm、イオンエネルギーが500eVのときの注入深さは10nmであり、超エネルギーイオン注入により極浅ドープ層の形成が可能であることが明らかとなった。
慢性胃炎の免疫病態形式におけるカンピロバクタ・ピロリ菌の関与

最近、胃炎あるいは胃十二指腸潰瘍の胃組織中から高頻度にCampylobacter pylori(以下CP)が検出されることがほぼ明らかにされ病態形成への関連が注目されている。一方、とくに慢性胃炎組織粘膜固有層にリンパ球浸潤の強い症例(lymphocytic gastritis)も認められ、その細胞障害機序、慢性化に免疫学的関与が推測される。申請者は胃炎の慢性化における機序の一因としてCPの関与を想定し基礎的検討を行ない、いくつかの成果を挙げてきたが,本研究においては、以上の成果から胃炎の慢性化機序としてCPの関与を想定し、CPに対するモノクロ-ナル抗体を用いて本疾患に関連する抗原抗体系をその胃粘膜局所において明らかにしようとした。その結果,1.慢性胃炎患者の胃液中には抗CP抗体がsecretory Igaとして存在した。2.胃液中CP特異抗体価は,組織学的胃炎の程度および,歯の検出頻度と有意に相関し,慢性胃炎の病態形成にはCP感染と胃粘膜局所での免疫応答が深く関わっていると考えられた。加齢の影響を考慮し,同一年齢層について胃液中特異抗体を検討したが,その場合にも抗体価と組織学的胃炎の程度は関連性を示した。今後,このIga型抗体の機能についても検討を加える予定である。2)胃生検組織を用いた組織レベルでのMoAbの反応性は、CP1が胃組織との交差反応もなく、培養法よりも感度が高かった。CP1を用いた酵素抗体法により簡便かつ特異的に組織レベルでのC.pyloriが検出できた。3)慢性胃炎および胃潰瘍患者血清中にはC.pyloriに対する抗体が存在し一方、健常者血清中にもC.pyloriに対する抗体が存在した。しかしその抗体プロフィ-ルは異なり、患者血清中には110Kd、36Kd、25Kd抗原に対する抗体が高頻度に検出された。4)CP3と患者血清中の抗25Kd抗体は、C.pyloriの同一抗原分子と反応することが判明したため、CP3を用いてC.pylori抗原成分中の25Kd抗原に対する血清抗体(血清CP3抗体)を測定できるELISAを設定した。これにより慢性胃炎、胃潰瘍および十二指腸潰瘍患者血清は有意に高いCP3抗体価を示し、健常者と判然と鑑別できた。5)C.pyloriに対する血清CP3抗体価は胃炎の組織学的重症度と相関した。また、胃潰瘍の病期との相関は認められなかったが、前庭部随伴性胃炎の組織学的重症度と相関する傾向が認められた。C.pyloriの25Kd抗原あるいは抗体のC.pylori感染胃炎の病勢、病態形成との関連が、示唆された。その結果,1.慢性胃炎患者の胃液中には抗CP抗体がsecretory IgAとして存在した。2.胃液中CP特異抗体価は,組織学的胃炎の程度および,菌の検出頻度と有意に相関し,慢性胃炎の病態形成にはCP感染と胃粘膜局所での免疫応答が深く関わっていると考えられた。今後,このIgA型抗体の機能についても検討を加える予定である。
終脳新皮質層個性を生みだす発生プログラムの古い起源

哺乳類の終脳新皮質には、特徴的な「層構造」が存在する。この層構造は、全ての哺乳類に共通して観察されるが、哺乳類以外の動物には存在しないため、哺乳類の進化に伴って突如現れた進化的に新しい脳構造であると考えられてきた。我々は、終脳に層構造を持たないニワトリにおいても、哺乳類大脳新皮質に類似の神経細胞が存在し、哺乳類型の神経発生機構を駆動できることを見いだした。つまり、新皮質の層特異的神経細胞を生み出す機構は、大脳新皮質「層構造」が誕生するより以前の哺乳類と鳥類の共通祖先の段階から存在していたことになる。ほ乳類の大脳皮質の大きな特徴は「層構造」である。性質の似た神経細胞が一列に並んで整然とした層を形成する。この層構造は、全ての哺乳類に共通して観察されるが、鳥類や爬虫類など哺乳類以外の動物には認められない。そのため、哺乳類の進化に伴って突如現れた、進化的に新しい脳構造であると考えられてきた。本研究では、哺乳類大脳新皮質の上層と下層に存在する神経細胞のサブタイプが、ニワトリの脳にも存在することを明らかにした。さらに、ニワトリ神経幹細胞の培養系を用いた研究により、これらの神経細胞サブタイプが、哺乳類型の発生プログラムにより産生されることを示した。すなわち、まず下層神経細胞、そして上層神経細胞が、時間差で生み出される。これらの結果は、大脳皮質の神経細胞サブタイプやこれを生み出す発生プログラムが、哺乳類と鳥類の共通祖先の段階、すなわち大脳新皮質「層構造」が誕生するより以前から、存在していたことを示唆する。さらに、カメの脳における層特異的遺伝子マーカーの発現を解析し、神経細胞増殖や分化の空間パターンを解析した。その結果、カメの脳は、基本的にはニワトリ脳と同じように、神経細胞サブタイプが空間的に制限されて生み出されることがわかった。カメの終脳はシンプルであり、羊膜類共通の祖先型ではないかと推測されている。したがって、以上の結果は、大脳新皮質「層構造」を生み出す機構の古い起源をさらに支持するものである。終脳新皮質の「層構造」は、全てのほ乳類に認められながらも、ほ乳類以外の相同領域には存在しない新奇な構造である。性質の似た神経細胞が整然と一列に並んだこの独特な構造が、どのようにして進化してきたのかは、研究者のみならず多くの人が興味惹かれる壮大な謎である。発生時、哺乳類新皮質の神経幹細胞は、非対称に分裂を繰り返しながら、下層から上層へと個性の違う神経細胞を順次生み出す。この誕生日依存的に層個性を生みだす発生プログラムが、層構造獲得の鍵であったと一般的に信じられている。本研究では、哺乳類新皮質の上層と下層に存在する神経細胞のサブタイプが、ニワトリの脳にも存在することを明らかにした。これらの細胞は,ニワトリ脳においては、層状ではなく離れた場所に塊をつくって分布していた。その理由は、空間的に離れた位置にある神経幹細胞が、上層と下層の神経細胞を生み分けるからである。これは,哺乳類の神経幹細胞が、上層と下層の両方のタイプの神経細胞を時間差で生み出すのとは大きな違いである。しかし驚いた事に、いくらニワトリの神経幹細胞であっても、ひとたび脳から取り出して培養条件に置くと、哺乳類型の発生プログラムを発揮して、上層と下層の両方のタイプの神経細胞を時間差で生み出し始める事がわかった。これらの結果は、終脳に層構造を持たないニワトリであっても、潜在的には、哺乳類型の神経細胞のサブタイプやこれを生み出す発生プログラムを持っている事を示している。すなわち、本研究結果は、終脳新皮質の神経細胞を生みだす発生プログラムは、ほ乳類固有に進化してきた訳ではなく、大脳新皮質の層構造が進化する前から、おそらく祖先的な羊膜類において既に存在していた事を示唆している。我々の提唱する「新たな新皮質進化モデル」を論文発表の形で公表することができた。反響は予想以上に大きく、インターネットニュースに取り上げられたり、Fuculty of 1000にも推薦された。一般メディアからも問い合わせは多い。ほ乳類とニワトリとの比較だけでは、どちらの脳に特殊化が起きたのかは判断できず、これらの共通祖先が持っていたはずの終脳を知る事はできない。そこで、カメ、トカゲ、カエル、真骨魚類など、他の脊椎動物を用いて、終脳新皮質相同領域における層個性マーカーの発現を調べ、発生過程を解析する。得られた成果を基に、脊椎動物共通祖先の終脳構造を推定して、終脳新皮質進化モデルを発展させる。論文が年度を挟んで掲載されたため、本年度に見込んでいた出版社からの論文掲載料の請求が遅れ、一部支出が翌年度に繰り越しとなっている。それ以外は、当初の計画どおりに研究費を使用した。
数学的な思考力・表現力の評価に関する研究

客観的な量的評価を行うための問題開発では,(1)授業で実際に行った問題解決を再現し,それに加えて授業で扱わなかった発展的な課題を問う問題,(2)授業で扱った問題とは異なる文脈・場面で,授業で焦点を当てた数学的な考え方を問う問題を作成した。実施した結果,友達の考えを解釈して自分なりに表現できた,授業で見出した考えを活用して解決できた等の成果を得た。授業中のノート記述と学習感想による質的評価では,学習感想に(1)「授業で一番大切だと思ったこと」,(2)「今の自分の考えとはじめの自分の考えをくらべて,気がついたこと」の2つを記述させ,自己評価を児童自身が自分の学習に生かすことを目指した。本研究の目的は,数学的な思考力・表現力を質的,量的両面で評価する方法を提案することにある。質的方法は「授業中のノート記述と学習感想」によって,量的方法は「授業後の評価問題」によって評価する。本年度は,授業後の評価問題については評価問題の改善,授業中のノート記述と学習感想については自己評価の視点と児童自身に変容を実感させるための方法の開発を目指した。1.授業後の評価問題の改善次の2つの観点,(1)授業で実際に行った問題解決を再現し,授業で扱わなかった発展的な課題を問う【再現・発展問題】,(2)授業で扱った問題とは異なる文脈・場面で,授業で焦点を当てた数学的な考えを問う【活用・発展問題】から評価問題を見直し作成した。問題を実施した結果,(1)では友達の考えを解釈して自分なりに表現して解決する児童が多く見受けられた。(2)では問題でねらった考えを活用して解決する児童が見受けられた。評価問題を実施する過程で,問題を行った後に,再度クラス全体で問題解決について議論する時間が必要であることがわかった。評価をとおして思考力・表現力を育てる意味で大切なことである。2.授業中のノート記述と学習感想児童自身が1時間の変容をみとることができる自己評価を行う。自己評価を児童自身が自分の学習に生かすことが大切である。そのために学習感想では,(1)「授業で一番大切だと思ったこと」,(2)「今の自分の考えとはじめの自分の考えをくらべて,気がついたこと」の2つを記述させる。「授業で一番大切だと思ったこと」の記述では新しく見出した学習内容や考え方を見直し再確認できる。「今の自分の考えとはじめの自分の考えをくらべて,気がついたこと」の記述でははじめの考えとの変容を意識し自分の考えを省察し深めていくことができるこれらの記述をとおして,児童が本時の評価を次の自分の学習に生かしていくことができると考える。質的方法は「(ア)授業中のノート記述と学習感想」によって,量的方法は「(イ)授業後の評価問題」によって評価する。本年度は,(イ)について評価問題を開発し,信頼性と妥当性を検証した。まず,つまずき等に関する文献にあたり,思考力・表現力の指導の重点化と評価の視点の明確化を目指した。次に,小学校算数科の授業実践を国立大学附属小学校で行い,その後,評価問題を作成・実施した。さらに,児童の回答をもとに試作した評価問題の検証を行った。評価問題は,本質的な数学的な思考をみとることをねらった。作成上の留意点は,授業で扱った問題と同じ問題ではなく,異なった文脈で発問することである。授業で獲得した数学的な思考が,新たな問題場面で活用できるまでに高められたかどうかを評価する。1小学校5年「分数と小数」,2小学校6年「分数のわり算」,3小学校5年「四角形と三角形の角」の3例をもとに考察する。1では,問題解決過程で表れた発想やつまずきをもとに,選択式問題と理由を記述する問題を作成し実施した。理由記述の中に数学的思考が表現され,ねらいにせまるみとりができた。一方,選択式では必ずしも本質的な数学的考えを顕在化できたと言えず,選択肢の作成方法に課題が残った。2では,問題数値は異なるが授業場面を想定し,ある児童の考えを文章でよみ,式で説明する問題を作成した。児童の回答から授業中に理解した考えを生かして記述する姿が見られ,数学的思考をみとることができた。一方,本当に理解しているか判断できない記述も見られ,表現させる方法に課題が残った。3では,授業中の児童相互の議論を再現する記述問題と児童の考えを発展させて考える記述問題を作成した。

児童の回答から,数学的な考えとして焦点化した演繹的な考えをみとることができた。「授業後の評価問題」を開発し,それらを分析し妥当性を検証することができた。評価問題のねらいは,本質的な数学的な思考をみとることであり,授業で扱った問題と同じ問題ではなく,異なった文脈で発問することである。授業で獲得した数学的な思考が,新たな問題場面で活用できるまでに高められたかどうかを評価する。これらのことは,評価問題作成の基本方針として位置づけられた。評価問題の作成には次の課題が現れたため,本年度作成した評価問題をさらに改良する必要がある。選択式問題では,本質的な数学的考えを顕在化させる選択肢の作成が必要である。記述問題では,本当に理解しているか判断できない記述も見られ,数学的表現方法の工夫が必要である。評価問題は,小学校高学年に限られている。低学年や中学年での授業実践,評価問題作成を行う必要がある。また,問題数を増やすこともこれからの課題である。まず,評価問題の作成・実施を継続する。選択式問題では,本質的な数学的考えを顕在化させる選択肢の工夫,記述問題では,数学的表現方法の工夫を行う。さらに,よりよい問題作成に向け,児童の回答傾向を分析し,素朴な発想や実際に現れたつまずき,ミスコンセプションを選択肢として作り直していくことによって,数学的思考のみとりを一歩踏み込んで実施できると考える。次に,これまでの研究成果である(ア)質的な評価と,昨年度の研究成果である(イ)量的な評価問題による評価を,相互に関連させて,算数・数学科における思考力・判断力・表現力を総合的に評価する方法を提案する。開発した評価問題を実施し評価問題の結果の分析を行う。この分析と,授業中のノート記述・学習感想の分析を照らし合わせて,児童・生徒の数学的な思考力・表現力を総合的な評価を行う。具体的には,研究協力者と小学校の教員との合同研究会を開催し,プロトコール分析とノート記述・学習感想の分析,評価問題の回答分析と考察を行う。(ア)これまで行われてきた数学的記述からみとる質的な評価(ノート記述・学習感想の分析)と,(イ)本研究で開発した質問紙による量的な評価(問題の分析)を連携した数学的な思考力・表現力の評価方法を確立する。数学的な思考力・表現力の評価について成果と課題を明らかにし,本研究の研究発表を行う。平成24年度の使用金額の残りがある。設備備品費,文献購入費と会議費等の一部を調整し,平成25年度へ繰り越したためである。平成25年度の研究費の使用計画は下記のとおりである。「設備備品費」...評価問題の開発にあたり必要な文献購入のため「消耗品費」...授業分析のために,デジタルカメラ等の機材購入,データ管理用の消耗品購入,ノートパソコンの周辺機器の補充を行うため「旅費」...資料収集,研究発表のため,日本数学教育学会,公開研究会,新算数教育研究会セミナーへの旅費「その他」...学校の教員との研究会合のための会議費
シームレス双方向伝送で疑似並列接続できるシングルエンデッド式ワイヤレス給電装置

自然エネルギー発電や負荷の平準化システムに必要な蓄電池としてEVを利用するV2H(Vehicle to Home)やV2C(Vehicle to Community)が注目されているが、ワイヤレスでこれを実現すると、利便性の向上に加え蓄電池を最大利用することが期待できる。研究者は近年シンプル低コストのシングルエンデッド式ワイヤレスV2Hシステムを開発したが、V2Cのように複数のEVと平準化システムを相互融通すると制御が複雑になる。そこでシームレス双方向伝送で疑似並列接続できるシングルエンデッド式ワイヤレス給電装置を開発し、複雑な伝送制御なしで相互融通できる新しいワイヤレスV2H/V2Cシステムを低コストに実現することに取り組んでいる。平成30年度は、平成29年度に得た基礎データを基に検討を行い、回路定数ばらつきに対するロバスト性に課題があり、その要因が双方向ワイヤレス給電装置の2つのコンバータ間の位相差にあることを見出した。そこでこの問題を解決する技術としてコンバータ間の位相差を回路的に制御することによって伝送電力を双方向シームレスに可変制御できる手法を考案し、さらに、スイッチング素子の導通時間や同期タイミングおよびコンバータ間の位相差を制御する回路構成を確定した。さらにSiC-MOSFET適用のために必要な評価技術として、保有している損失評価手法に加えてスイッチング耐量評価技術を確立した。評価装置は現有の波形測定装置に加え新たに評価ボードを作成した。加えて、ワイヤレス給電装置の原理モデル試作を行い、動作安定性、実働時のパワースイッチング素子の動作信頼性や損失,装置間の伝送効率、漏洩磁界など、実用化に関わる基本課題の抽出・対策を行った。その結果、定格6kW双方向伝送において目標の85%以上の伝送効率を確認し、漏洩磁界は国際基準の限度値27μTを十分にクリアした。平成30年度の研究項目である制御回路構成の完成、パワー半導体の新しい評価手法の確立、ワイヤレス給電装置の原理モデル試作を実施し、伝送効率や漏洩磁界などの課題抽出・対策により目標の性能を確認した。加えて伝送回路動作上の課題を解決す新しい制御手法を見出した。平成31年度はシームレス双方向伝送できるワイヤレスV2Xシステムとして複数のEVやPHVと平準化システムのDCバスを接続して運用した場合の自律協調運転や安定性などについて検証する。またワイヤレスV2XシステムとしてEVへの実車搭載の試作を行うとともに、装置およびパワー半導体の性能と信頼性を確立する。加えて発電平準化や負荷平準化の運用、また自律協調運転による安定性など応用上の課題を検証する。以上の3年間の研究で,シームレス双方向伝送で疑似並列接続できるシングルエンデッド式ワイヤレス給電装置を実現し、新しい動作原理の給電方式を提供することができる。その結果,複数のEVやPHVと平準化システムを、幅広いユーザーが手間なく駐停車の度に自動接続でき、必要な電力の相互融通が図れる小形低コストのワイヤレスV2Xシステムが得られるので、自然エネルギー発電の平準化や電力消費負荷の平準化を拡大して脱炭素社会と電力コストの抑制に貢献することが期待できる。自然エネルギー発電や負荷の平準化システムに必要な蓄電池としてEVやPHVを利用するV2H(Vehicle to Home)やV2C(Vehicle to Community)が注目されているが、ワイヤレスでこれを実現すると、利便性の向上に加え蓄電池を最大利用することが期待できる。研究者は近年シンプルで低コストのシングルエンデッド式のワイヤレスV2Hシステムを開発したが、V2Cのように複数のEVやPHVと平準化システムを相互融通すると制御が複雑になる。平成29年度はスイッチング素子の逆方向電流が電源に回生することを利用して受電電力を取り出すシングルエンデッドインバータの双方向化回路構成を確定し、双方のインバータを同時動作させたときにそれぞれのコイルの共振電圧で自己同期させることで、ソフトスイッチングを確保すると同時にインバータ相互が同期状態に引き込まれて安定性が確保される現象や、疑似並列動作としての電力流にスイッチング素子の導通時間が与える影響、パワー回路定数と動作特性の関係などをシミュレーション解析した。さらに実働機を試作し、改良したワイヤレス給電評価設備で検証を行った結果、これまでの3倍の3kW級ハイパワー伝送を得るとともに制御や設計手法を確立する基礎データを整えた。また、国際規格であるIECやSAEに準拠した高周波電力伝送を実現するために、高周波用に改良したスイッチング評価装置によって、新しいVMOS構造の1700V80AのSiC-MOSFETを評価した結果、従来より約1.5倍の高耐圧でありながら導通抵抗の増大がなく、高効率・ハイパワーが得られることがわかった。平成29年当初計画の研究項目である双方向化回路構成、現象、動作特性などのシミュレーション解析、実働機の試作とワイヤレス給電評価設備での検証、基礎データ整備、新しいSiC-MOSFETの評価などをすべて実施して、目標の性能を確認した。

そこでシームレス双方向伝送で疑似並列接続できるシングルエンデッド式ワイヤレス給電装置を開発し、複雑な伝送制御なしで相互融通できる新しいワイヤレスV2H/V2Cシステムを低コストに実現することに取り組んでいる。平成30年度は、平成29年度に得た基礎データを基に検討を行い、回路定数ばらつきに対するロバスト性に課題があり、その要因が双方向ワイヤレス給電装置の2つのコンバータ間の位相差にあることを見出した。そこでこの問題を解決する技術としてコンバータ間の位相差を回路的に制御することによって伝送電力を双方向シームレスに可変制御できる手法を考案し、さらに、スイッチング素子の導通時間や同期タイミングおよびコンバータ間の位相差を制御する回路構成を確定した。さらにSiC-MOSFET適用のために必要な評価技術として、保有している損失評価手法に加えてスイッチング耐量評価技術を確立した。評価装置は現有の波形測定装置に加え新たに評価ボードを作成した。加えて、ワイヤレス給電装置の原理モデル試作を行い、動作安定性、実働時のパワースイッチング素子の動作信頼性や損失,装置間の伝送効率、漏洩磁界など、実用化に関わる基本課題の抽出・対策を行った。その結果、定格6kW双方向伝送において目標の85%以上の伝送効率を確認し、漏洩磁界は国際基準の限度値27μTを十分にクリアした。平成30年度の研究項目である制御回路構成の完成、パワー半導体の新しい評価手法の確立、ワイヤレス給電装置の原理モデル試作を実施し、伝送効率や漏洩磁界などの課題抽出・対策により目標の性能を確認した。加えて伝送回路動作上の課題を解決す新しい制御手法を見出した。平成30年度は、平成29年度に得た基礎データを基に制御手法を確立し、制御回路構成を確定する。また、パワー回路定数に関わる基礎データを基に設計手法を確立する。さらに、SiC-MOSFET適用のために必要な評価技術として、保有している損失評価手法に加えてスイッチング耐量評価技術を確立する。評価装置は現有の波形測定装置に加え評価ボードを作成する。ワイヤレス給電装置の原理モデル試作を行い、動作安定性、信頼性,伝送効率など,実用化に関わる基本課題の抽出・対策を行って装置の基礎技術を完成させる。平成31年度はシームレス双方向伝送で疑似並列接続できるワイヤレスV2Xシステムとして複数のEVやPHVと平準化システムのDCバスを接続して運用した場合の自律協調運転や安定性などについて、模擬的実験によって検証し、運用のための基礎技術を確立する。ワイヤレスV2Xシステムとしての試作を行うとともに,発電平準化や負荷平準化の運用,また自律協調運転による安定性など応用上の課題を検証する。平成31年度はシームレス双方向伝送できるワイヤレスV2Xシステムとして複数のEVやPHVと平準化システムのDCバスを接続して運用した場合の自律協調運転や安定性などについて検証する。またワイヤレスV2XシステムとしてEVへの実車搭載の試作を行うとともに、装置およびパワー半導体の性能と信頼性を確立する。
鋳鉄用発熱スリーブの発熱量測定法の開発

鉄の鋳造ではシミュレーションが進み凝固時解析の高精度化により内部の空洞などの欠陥の発生予測精度もあがっている。このため、多くの伝熱解析のための物性値データが蓄積・使用されている。製品の欠陥を防止するための凝固制御には溶湯を保温する耐火物として、それ自身が発熱するスリーブが広く使われている。しかしその発熱が急激であり発熱量の測定が困難あるためで定量的検討が行われていない。本研究では、高い信頼性、装置と測定原理が単純であることを特徴とする氷熱量計を基礎として、発熱スリーブの発熱量を正確に測定する手法の開発を行う。これにより正確なシュミレーションが可能となり、鋳造欠陥の予測と防止が可能となる鉄の鋳造ではシミュレーションが進み凝固時解析の高精度化により内部の空洞などの欠陥の発生予測精度もあがっている。これにより正確なシュミレーションが可能となり、鋳造欠陥の予測と防止が可能となる
モンゴルにおける牧民の伝統的知識と生態学的知見の融合による持続的土地管理

本研究「モンゴルにおける牧民の伝統的知識と生態学的知早の融合による持続的土地管理」では、砂漠化が進む北東アジアの放牧草地を対象に、砂漠化した土地の生態系再生と持続的な生物資源利用の両立が可能となるような放牧地管理の方策を検討することを目的としている。対象地は、伝統的遊牧システムの崩壊と放牧インパクトの増大が問題となっているモンゴルとした。乾燥地における持続的放牧地管理を実現するための重要な課題として、干ばつと放牧活動が生態系へ与える複合的影響を理解することがあげられる。乾燥地では干ばつが頻発して起るため、しばしば放牧圧が生態系へ及ぼす影響がみえにくく、降水量との相対的重要性がしばしば議論されてきた。一方で、牧民は干ばつ時に家畜を維持するため植生の空間的異質性を利用することが分かっている。牧民の干ばつ時の動きを明らかにすることで、降水量、放牧圧という二つの要因が植生動態へどのように影響しているのか明らかにすることができると期待されている。今年度の研究では、干ばつ時の移動戦略と牧民の経済性の関係について明らかにし、さらに牧民が利用する資源分布の地図化を行った。まず、干ばつに対して牧民がとる戦略と経済状態関係を明らかにするため、77人の現地牧民を対象に聞き取り調査を実施した。干ばつ時にどのような群落へ家畜を放すか、実際にどこへ移動したか、さらに経済状態の指標として所有する家畜数を聞き取った。その結果、干ばつ時に植生が少ない状況で裕福な牧民は長距離移動を行い、雨が降って植生量が豊富な場所へアクセスすることが分かった。一方で貧しい牧民は、短距離移動でアクセス可能な川や湖の跡といった生産性が高い場所に存在するイネ科群落を頻繁に利用することが分かった。これらの結果から、社会構造が牧民の移動戦略、そして放牧圧による荒廃の空間的パターンへ大きく影響することが示された。本研究「モンゴルにおける牧民の伝統的知識と生態学的知見の融合による持続的土地管理」では、砂漠化が進む北東アジアの放牧草地を対象に、砂漠化した土地の生態系再生と持続的な生物資源利用の両立が可能となるような放牧地管理の方策を検討することを目的としている。実現性の高い持続的放牧地管理を提案するためには、放牧地生態系に関する自然科学的知見が、牧民の行動選択を支援するための適切な情報として受容される必要がある。そこで本研究では、自然科学的アプローチによる放牧地生態系の動態解明とともに、社会科学的アプローチによる牧民社会の意志決定プロセスの解明を目指す。今年度は干ばつ時の牧民の群落利用と、その利用形態が植生へ与える影響を明らかにした。聞き取り調査により,干ばつ時に植生が少ない状況で牧民は、耐乾性が高い群落を頻繁に利用することが分かった。さらに植生調査により、干ばつ時に利用が集中する群落では、他の群落に比べ放牧圧の影響を強く受けていることが明らかになった。これらの結果は、放牧圧により干ばつ時に依存する資源が荒廃する可能性を示唆していた。干ばつ時に依存する資源は、家畜数の維持にも関わるため、荒廃は生態学的のみならず社会・経済へ与える影響も大きいことが予想された。今後は資源の荒廃を広域的に捉え、放牧地管理への具体的な提言をしてくことが課題である。本研究では、放牧地生態系の自然科学的側面と社会科学的側面を包括的に捉えることで、生態的、社会的に重要な資源の荒廃を実証的に示すことができた。これにより牧民の知識と生態学的知見の融合が放牧地生態系の動態解明に有効であることを示し、持続的放牧地管理へ向けた重要な知見を提供した。

一方で貧しい牧民は、短距離移動でアクセス可能な川や湖の跡といった生産性が高い場所に存在するイネ科群落を頻繁に利用することが分かった。これらの結果から、社会構造が牧民の移動戦略、そして放牧圧による荒廃の空間的パターンへ大きく影響することが示された。
発達期神経回路形成におよぼす環境化学物質の影響

本研究における平成11年度の実験の結果から、胎生期の有機溶媒(スチレン)暴露は脳内セロトニン代謝の増加と関連することが示唆された。本年度は脳内アミンと攻撃性との関連を明らかにするため、自然発症的に自傷行為を行う動物での脳内アミン動態について検索した。実験動物には、音声刺激により自傷行為を呈するニホンザル(5年齢)および対照として同年齢の自傷行為を呈さないニホンザルを用いた。ドーパミンD1受容体拮抗薬SCH23390(0.1mg/kg)およびD2受容体拮抗sulpiride(10mg/kg)の前投薬の効果を調査するため、投薬30分後より音声刺激(15秒毎)と無刺激を各二分間交互に4回行うものを1セッション(一日3セッションX2)としてビデオ撮影し、複数人による観察から自傷行為の持続時間によるスコア化を行った。ドーパミンD1受容体拮抗薬SCH23390(0.1mg/kg)は自傷行為の発現を完全に抑えたがD2受容体拮抗sulpiride(10mg/kg)は部分的効果がしかなかった。続いてPET(陽電子断層撮影装置)を用いて、^<14>C標識したドーパミンD1受容体リガンドとして^<14>C-SCH23390、D2受容体リガンドとして^<14>C-racloprideの結合動態について調べた。その結果自傷行為を呈する動物は対照動物と比べて、前頭前皮質における^<14>C-SCH23390結合能K_1/K_2が高いことがわかった。この結果はアミン神経系、特にドーパミンD1受容体の過感受性が自傷行為発現に関係している行動薬理学的結果と合致しておりその責任部位が前頭前皮質にあることを示唆している。本研究の自的は、環境化学物質が発達期脳における神経回路形成におよぼす影響について知るために、一般工業分野で広く使用されている単環系芳香族類による暴露動物モデルを作成し、発達時期に依存する感受性時期、投与量、投与経路の差異がおよぼす神経化学的、組織学的影響について明確にすることにある。そのためにまず実験動物にはラットを用い、妊娠期のスチレン暴露が胎児および新生児期脳内アミン神経系に与える影響について検索した。アミン神経系投射は、ラットでは胎生15日ころから大脳皮質発達に先行してその神経終末を大脳皮質へ到達させ、その皮質神経回路形成に関与することがさまざまな領域で示唆されている。そこで胎生15日より3日間スチレンの母体への暴露を行った。母体への暴露は0、1.0、10mg/kgの腹腔内投与とした。100mg/kgの投与では母体が急性肝毒性により死亡する例が多く中止した。胎生期スチレン暴露により出生時体重は減少した。生後1日、3日、7日、14日の脳組織内アミン類(ノルアドレナリン、ドーパミン、セロトニン)およびその代謝物を電気化学検出器を装着した高速液体クロマトグラフィーにて定量したところ、スチレン暴露動物では対照動物と比べてセロトニン代謝(5HIAA/5HT)が増加している傾向にあった。
曲面の発展方程式の解析

等高面の方法により曲率で動く曲面の幾何学的発展が特異点を生じてから後も広義解として追求できる。この方法を用いる場合の鍵は等高面方程式の比較定理を確立することである。次の結果は成果である。1)この方法を発展しノイマン型境界条件をみたす場合に拡張した(儀我-佐藤)。2)この方法を2相ストークス流の大域的弱解を構成するのに適用した(儀我-高橋)。3)平均曲率流方程式の広義解の性質を調べた。特にコンパクトな曲面から出発した広義解の消滅時刻の評価を得た(儀我-山内)。4)しばしば曲面の非等方的構造によりなめらかでない表面エネルギー例えばクリスタライン・エネルギーを考える必要が生じる。支配方程式はもはや偏微分方程式ではなく比較原理は滑らかな解に対しても自明ではない。この比較原理を特別な場合に確立した。この部分の成果は多くの場所で講演されたがまだ出版されていない。1)の研究は、その後、さらに曲面と境界が角度をもって交わる場合に拡張された任意の接触解に対して運動が追求できるようになった。(佐藤)そのほか距離関数をうまく用いることにより、方程式に症問依存性がない場合は開曲面で安定な誤解が存在しないことを示した.(儀我-山内)いずれも等高面方程式の解析による。3)の研究は、その後非等高的曲率流の場合に拡張された。(山内)この場合特別評価をつくるので近供方程式のえらび方が問題となる等高面の方法により曲率で動く曲面の幾何学的発展が特異点を生じてから後も広義解として追求できる。(山内)この場合特別評価をつくるので近供方程式のえらび方が問題となる
血管内皮前駆細胞が分泌する神経幹細胞の自己複製促進因子

本研究は、研究代表者が同定した血管内皮前駆細胞が分泌する新規の生理活性蛋白質(ここではEPC factor1と呼ぶ)について、神経幹細胞に対する培養維持増幅効果の検討、マウスin vivoでの効果の検討、in vitroでの作用分子メカニズムの解析、ヒトホモログの作用効果の検証を目的とする。EPC factor1は空間的に脳内の神経新生領域に存在する血管内皮に選択的な発現を示すだけでなく、マイクロアレイやリン酸化プロテオミクスによる網羅的解析の結果から、時間的にも自己複製を促進し増幅された神経幹細胞を神経新生へと誘導する、神経再生にきわめて合目的な作用を有する血管由来ニッシェ因子であることが示された。さらにディファレンシャル・プロテオミクス(対照群の蛋白質分画との差分から、目的とする特異的蛋白質を同定する、二次元電気泳動と液体クロマトグラフィー、質量分析を組み合わせた手法)による解析の結果、EPC factor1のほかにPEDF、そして新生ニューロンの遊走に関わるGelsolinが血管内皮前駆細胞に特異的な蛋白質として同定され、血管内皮は脳内の神経幹細胞ニッシェにおいて、複数の因子を効果的に分泌して神経幹細胞の維持と脳内ニューロンの供給に重要な役割を演じていることが明らかになった。さらに、マウス蛋白質EPC factor1のヒトホモログ候補蛋白質についてin vitroでの解析を行った結果、EPC factor1と相同性の高いヒトホモログ蛋白質の存在(既知のヒト蛋白質データベースにはない)が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、研究代表者が同定した血管内皮前駆細胞が分泌する新規の生理活性蛋白質(ここではEPC factor 1と呼ぶ)について、神経幹細胞に対する培養維持増幅効果の検討、マウスin vivoでの効果の検討、in vitroでの作用分子メカニズムの解析、ヒトホモログの作用効果の検証を目的とする。平成23年度は、EPC factor1の神経幹細胞に対するマウスin vivoでの効果の検討、in vitroでの作用分子メカニズムの解析を中心に研究を行った。遺伝子組み換えEPC factor1(rcEPC factor1)を作製し、浸透圧ミニポンプに充填してマウス皮下に移植、側脳室に定位的に挿入したカニューレと接続して7日間の持続投与を行った。正常成体マウスを実験動物に用いて、増殖細胞を標識するBrdUを種々の投与期間で与え、脳内の内在性神経幹細胞あるいはその子孫細胞を免疫組織学的に標識、定量評価した。その結果、in vivoにおける内在性神経幹細胞の増幅効果が示された。また、内在性神経幹細胞を採取してex vivoで分化培養し、ニューロン産生に対するrcEPCfactor1の効果を調べた結果、新生ニューロン分化の促進効果が認められた。EPC factor1が神経幹細胞の自己複製を促進する作用分子メカニズムについて、rcEPC factor1を作用させた神経幹/前駆細胞塊を試料として、リン酸化プロテオミクスにより活性化しているシグナル伝達を網羅的に解析した。対照群と比較したクラスター解析の結果、神経幹細胞の未分化性維持に関係していることが知られているシグナル伝達について、促進系の上昇と抑制系の低下が認められた。EPC factor1の神経幹細胞に対するマウスin vivoでの効果の検討については、ノックダウン実験もしくは中和抗体の投与実験により、内在性EPC factor1の作用効果についても検討を加える。EPC factor1のin vitroでの作用分子メカニズムの解析については、蛋白質レベルの検討に加えて、マイクロアレイを用いた遺伝子レベルの解析を行う。マウス特異的とされているEPC factor1のヒトオーソログ探索に関しては、マウス由来細胞を用いたスクリーニング実験の結果を踏まえ、ヒト由来神経幹細胞を用いたin vitroの培養細胞実験にて自己複製促進効果を検討する。
Ｘ線繊維回折法による微小管動態の高速追跡

微小管の構成単位となるタンパク質、チューブリンは、微小管内に取り込まれると、βチューブリン内のGTPが加水分解されGDPチューブリンとなる。この時に起こる分子変形や縦方向の結合力の変化が、プロトフィラメント間の結合力を変え、微小管全体の構造変化を引き起こし、間接的に微小管脱会合の引き金になると考えられている。このような微小管の構造上の安定性、熱ゆらぎや剛性などの特性、さらに、モータータンパク質やMAPsとの生化学的な相互作用は、細胞内の物理化学的な環境に大きく左右されると考えられ、その動態を探る研究を進めている。パクリタクセルは、子宮癌や乳癌の治療薬として使われている化学物質であるが、βチューブリンに結合し、微小管構造を安定化し、低温でも脱会合を起こしにくくさせる性質がある。分裂装置を安定化させることで増殖を続ける癌細胞の活動を抑制する抗ガン剤として治療に使われている。本研究では、高速化・高精度化したX線繊維回折法を用い、微小管の直径変化・縦方向チューブリン周期が、秒単位で起こり得るかと追究している。実験では、解析の時間分解能を上げるために、より高輝度のX線を使用できるSPring-8 BL40XUを使用した。これまで繊維回折に使用してきたBL45XUと比較して、104倍の強さであるが、これまでの研究で開発した流動配向法を使用すれば、微小管へ与えるダメージは少なく30秒まで連続して観察可能であり、かつ、0.25秒間の照射でも解析可能な回折像が得られることもわかった。回折像を連続的に収集しつつ、途中で任意量の薬剤を加える手法も開発し、種々の溶液条件でタキソール添加前後の構造変化を追跡できた。興味深いことにタキソールとことなる結合部位に作用するラウリラマイド(カイメン由来の微小管安定化剤)は、まったく異なる時間経過で異なる構造変化を引き起こすことが明らかとなった。真核生物の細胞骨格の中で、微小管は、細胞の分裂、形態、移動、細胞内輸送などに関わる重要な構成要素となっている。その構造単位となるタンパク質、チューブリンは、溶液中ではαβダイマーとして存在し、それぞれにGTPが1分子ずつ結合した状態にある。このダイマーは、微小管内に取り込まれると、βチューブリン内のGTPが徐々に加水分解し、GDPチューブリンとなる。この時に起こる何らかの変化(分子の変形や縦方向の結合力の変化)が、チューブリンダイマーの構造変化を引き起こし、微小管の中のプロトフィラメント間の結合を弱め、微小管脱会合の引き金になると考えられている。このような微小管の構造上の安定性、熱ゆらぎや剛性などの物理的な特性、さらに、モータータンパク質やMAPsとの生化学的な相互作用は、微小管内のチューブリン分子の種別、物理化学的な特性、構造に大きく左右されると考えられる。その動態を生理的な条件下で探る手法は、貴重な知見を与えてくれる。パクリタクセルは、子宮癌や乳癌の治療薬として使われている化学物質であるが、βチューブリンに結合し(結合部位は、微小管壁内部)、構造を安定化し、低温でも脱会合を起こしにくくさせる性質がある。分裂装置を安定化させることで、あるい、細胞内微小管を安定化させ分裂装置への組み込みを阻止することで、増殖を続ける癌細胞の活動を抑制するものとして、治療に使われている。これまでの当研究室の研究により、パクリタクセルとチューブリンダイマーとの量比が、1以下か、1以上かの違いで、微小管平均径(電子顕微鏡観察の報告では、主としてプロトフィラメント数の減少と考えられている、微小管内のチューブリン周期が伸長することが知られている。本研究では、高速化・高精度化したX線繊維回折法を用い、微小管の直径変化・縦方向チューブリン周期が、秒単位で起こり得ることを始めた確認できた。微小管の構造変化が、パクリタクセル結合後、どのような時間経過で起こるかは、その作用機構を知る上での重要な知見となる。これまで凍結電子顕微鏡像観察での報告で、プロトフィラメント本数が数十秒程度の早い時間で起こることが報告されている。さらに、我々はX線繊維回折の解析から、この変化が30秒以内に完了していることも報告している。X線繊維回折は、水溶液条件下での動的な変化を追跡できる点、微小管径やチューブリン周期の変動を0.001nmもの高い精度で計測できる点、多数(数100万本)の微小管の平均的な値を数0.210秒間程度の露光で決定できる点、温度変化や試薬添加の効果(前後比較)を調べることが容易な点で、非常に優れた手法である。本研究では、これまで当研究室で試行錯誤を重ね実用化してきた流動配向装置を用い、パクリタクセル添加直後の急速な構造変化を調べる実験を実施した。今回、我々の前の報告と同じように、パクリタクセル添加でチューブリン周期が約3%の伸長する点が再確認できた。しかし、この変化が非常に速く、1秒以内で起こることが、今回の実験で明らかとなった。Diazらは、パクリタクセル添加で、23分で微小管プロトフィラメント数が変化することを凍結電顕法で確認しているが、今回の結果から、この報告に似た時間変化も確認できた。微小管径の変化は、2種のプロセス、つまり、速い収縮と遅い収縮に区別できると考えている。X線繊維回折法を用い、秒単位の構造変化を追跡できるようになった意義は大きい。

微小管の構造、微小管内のチューブリンダイマーの分子形態には、ある程度の可塑性、柔軟性があり、安定化剤の添加、イオン条件・温度条件で、どのように変化するかの追跡を行う実験は、今後、微小管構造の特性を理解する上で重要な知見を与えてくれるものと期待している。微小管は、細胞の分裂や形態維持、細胞内輸送などに関わる重要な細胞骨格の1つである。その構成単位となるタンパク質、チューブリンは、微小管内に取り込まれると、βチューブリン内のGTPが加水分解されGDPチューブリンとなる。この時に起こる分子変形や縦方向の結合力の変化が、プロトフィラメント間の結合力を変え、微小管全体の構造変化を引き起こし、間接的に微小管脱会合の引き金になると予測される。この微小管の構造上の安定性、熱ゆらぎや剛性などの特性、さらに、モータータンパク質やMAPsとの生化学的な相互作用は、細胞内の物理化学的な環境に大きく左右されると考えられ、その動態を探る研究を進めている。パクリタクセルは、子宮癌や乳癌の治療薬として使われている化学物質であるが、βチューブリンに結合し、微小管構造を安定化し、低温でも脱会合を起こしにくくさせる性質がある。分裂装置を安定化させることで増殖を続ける癌細胞の活動を抑制する抗ガン剤として治療に使われている。本研究では、高速化・高精度化したX線繊維回折法を用い、微小管の直径変化・縦方向チューブリン周期が、秒単位で起こり得るかと追究している。実験では、解析の時間分解能を上げるために、より高輝度のX線を使用できるSPring-8 BL40XUを使用した。これまで繊維回折に使用してきたBL45XUと比較して、1万倍の強度であるが、本研究で開発した流動配向法を使用すれば、微小管へ与えるダメージは少なく30秒まで連続して観察可能であり、かつ、0.25秒間の照射でも解析可能な回折像が得られることもわかった。回折像を連続的に収集しつつ、途中で任意量の薬剤を加える手法も開発し、種々の溶液条件でパクリタクセル添加前後の構造変化を追跡できた。詳細な解析を進めているが、1秒以内にみられる急速な構造変化をパクリタクセルが引き起こすあたらしい事実も発見できた。微小管の構造変化が、パクリタクセル結合後、どのような時間経過で起こるかは、その作用機構を知る上での重要な知見となる。これまで凍結電子顕微鏡像観察での報告から、プロトフィラメント本数が数十秒程度の早い時間で起こることが報告されている。さらに、我々はX線繊維回折の解析から、この変化が30秒以内に完了していることも報告している。X線繊維回折は、水溶液条件下での動的な変化を追跡できる点、微小管径やチューブリン周期の変動を0.001nmもの高い精度で計測できる点、多数(数100万本)の微小管の平均的な値を数0.210秒間程度の露光で決定できる点、温度変化や試薬添加の効果(前後比較)を調べることが容易な点で、非常に優れた手法である。本研究では、これまで当研究室で試行錯誤を重ね実用化してきた流動配向装置を用い、パクリタクセル添加直後の急速な構造変化を調べる実験を実施した。今回、我々の前の報告と同じように、パクリタクセル添加でチューブリン周期が約3%の伸長する点が再確認できた。この変化は非常に速く1秒以内で起こること、また、この変化は、他の化学的な条件(GTP加水分解、二価イオン存在下等)でも変化することがわかった。X線繊維回折法を用い、秒単位の構造変化を追跡できるようになった意義は大きい。
持続可能な発展を支援する地域エネルギー需給統合システムの構築

本研究は、地方自治体の持続可能な発展に向けてエネルギー環境政策を支援する地域エネルギー需給統合システムの開発を目的とする。開発手法は、産業連関分析法を含めて福島県、岩手県、茨城県など地方自治体の経済、環境、雇用効果の分析に適用された。研究では、太陽光発電、風力発電、バイオマスなど再生可能エネルギーと、燃料電池、コージェネレーション、自家発電など分散型エネルギー技術の適切な導入容量を求めるだけでなく、それらが広く普及した時の地方自治体に与える経済・環境効果を分析した。結論として、これらの技術が、地方自治体のエネルギー・環境改善だけでなく経済と雇用成長をもたらすことを明らかにした。東日本大震災と原子力発電所事故によって、わが国のエネルギー基盤の脆弱性が露呈するとともに、今後、エネルギー政策の見直しが議論される中、エネルギー・環境問題はこれまで以上に重要性が増していくと考えられる。本研究提案は、主に被災した東日本4県の地方自治体を対象に、省エネルギー・低炭素型社会の構築と自立分散型エネルギー技術の普及が被災地域の経済復興と雇用創出に果たす役割を定量的に分析できる「地域エネルギー需給統合システム」を開発し、各地方自治体における再生可能エネルギーや分散型技術の導入量とその経済・雇用効果を技術・経済・社会的要素を考慮して総合的に明らかにすることを目的とする。平成24年度は、被災した東日本4県の地方自治体における省エネルギーの推進、自立分散型エネルギー技術の普及とその経済・雇用効果を明らかにするために必要となる下記に示すモデル開発を重点的に進めた。(1)GIS地域エネルギー需給システム、(2)エネルギーチェーン多層評価モデル(3)社会的受容モデル、(4)最適エネルギー需給モデル、(5)産業連関分析モデル特に、開発された上記モデル群を用いて、茨城県については「産業連関表を用いた太陽光発電システムのライフサイクル分析」の研究を実施し、また福島県に対しては「原子力発電所の停止と再生可能エネルギー導入の地域産業連関分析」の研究を実施し、それぞれの地方自治体における自律分散型エネルギー技術の普及効果を明らかにした。また、エネルギーチェーン多層評価モデル研究として「バイオマスボイラを組み合わせた純酸素燃焼型IGCC」と「有機ハイドライド供給システムを用いた燃料電池自動車のライフサイクルエネルギー消費・CO2排出分析」の研究を実施した。平成25年度は、被災した東日本4県の地方自治体における省エネルギーの推進、自立分散型エネルギー技術の普及とその経済・雇用効果を明らかにするために、昨年度までに開発したモデルの改善を図ると共に、それらのモデルを下記に示す研究に適用した。(1)福島県における原子力発電所停止と再生可能エネルギー導入の地域産業連関分析(2)産業連関分析法による固定価格買取制度の経済評価(3)業務部門における分散型・集中型電源のリスク・ベネフィット分析(4)分散型電源である固体高分子型燃料電池の燃料特性評価今年度は研究成果を国内外の学会誌に積極的に投稿した。また来年度に向けて、被災地への導入が期待されている再生可能エネルギーの導入効果を経済・エネルギー・環境の面から産業連関分析法で研究すると共に、風力発電を対象にしてライフサイクルから見た導入効果をハイブリッド産業連関分析法で明らかにした。本研究は、主に被災した東日本の地方自治体を対象に、省エネルギー・低炭素型社会の構築と自立分散型エネルギー技術の普及が被災地域の経済復興と雇用創出に果たす役割を定量的に分析できる「地域エネルギー需給統合システム」を開発し、各地方自治体における再生可能エネルギーや分散型技術の導入量とその経済・雇用効果を技術・経済・社会的要素を考慮して総合的に明らかにすることを目的とする。平成26年度は、平成25年度までに開発した「地域エネルギー需給モデル」を被災地域である東日本の地方自治体である岩手県などに適用し、地域社会における省エネルギー、環境改善、そして地域の経済振興や雇用創出を定量的に明らかにした。また、「エネルギー多層評価モデル」を地域の製油所で生産される水素供給システムに適用し燃料電池バスと乗用車に対してライフサイクルから見たエネルギー消費とCO2排出量を分析した。「最適エネルギー需給モデル」の研究としては、ポートフォリオ理論を用いて燃料価格の変動を考慮した将来の最適な電源選択を分析した。「社会需要モデル」については、電力自由化がもたらす自家発電部門のエネルギー需要変化について鉄鋼業をケーススタディとして研究した。