hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会的ストレスと防御行動の個体発生過程及び行動生理学的制御機構に関する研究

適切な社会行動の欠損として知られる自閉症の動物モデルを作り出すため,遺伝子操作の可能なマウスを用い,社会行動および社会関係の形成過程を詳細に分析した.遺伝子操作の基盤系統マウスを分析することで,遺伝的欠損が示唆されている自閉症の原因因子の発見につなげ,動物モデルによる自閉症の解明と治療を目的としている.コロニー内での自然な社会行動を観察した結果,互いに接触しながら休むというハドリングおよび相手個体への接近方略において,向社会的な成分を発見した.これら行動形態は友好な社会関係の維持における敏感の指標となりうる.また,げっ歯類において典型的な嗅覚によるコミュニケーションに注目し,においの検出とそれへの反応としてのにおいづけ行動を分析した.この分析から,ほぼ同様の遺伝子情報を持つinbred系統マウスが同種個体の弁別ができないこと,性差の区別,日齢の区別はできることなどを発見した.これらの決定因子をもちいることで,マウスがにおい相手の個体識別をしているかどうかを明確に示す実験パラダイムを開発した.このパラダイム,そして自然場面コロニーにおいて観察された社会行動を分析することで,マウスにおける個体識別から社会関係の形成,維持に至るまでの詳細な検討が可能となった.この新しい動物行動に基づいたテスト法を用いることで,遺伝子欠損マウスの行動特性を詳細に分析し,自閉症における各候補遺伝子の社会行動に及ぼす機能を明確にする試みを今後の検討課題とした.本研究は、ストレスの適応的側面を明らかとするために、侵害刺激に対する社会発達的防御行動のメカニズムを検討した。本年度は、ラットが示す防御行動の性差および発達に関する基礎データの収集と、発達過程への社会的経験の影響を検討することを目的とした。積極的形態の防御行動として、電撃棒に対する防御性覆い隠し行動を指標とした。積極的形態の防御行動には性差が見られ、メスは離乳後の発達を通して変化を示さなかった一方、オスは性成熟前に高い頻度の積極的防御行動を示した。少年期と成熟後に隔離飼育をしたところ、メスはどちらの時期の隔離飼育も積極的防御行動を低下させた。他方、オスは少年期には積極的防御行動を低下させた一方、成熟後はむしろ積極的防御行動を増加させた。性成熟前の時点で防御行動の性差が見られることは、性成熟に伴う性ホルモン系の形成だけでなく、神経系の構造の性差が防御行動の発生に影響することを示唆する。また、隔離飼育とは逆方向の社会環境操作として、飼育個体数を増やすと、オスは成熟後にのみオープンフィールドにおける活動量が増加した(Physiology & Behavior,2005)一方、メスは活動量に違いが見られなかった。同様に、成熟オスにおいては社会的優位関係が活動量および防御行動の形態に影響し、劣位固体は低い活動量を示した。これらの発見は、オスにおいては性成熟後に形成される社会的優位関係に関連した社会的圧力が防御的行動に大きく影響することを示唆する。今後の課題としては、受動的形態の防御行動を分析すること、そして積極的形態の防御行動に及ぼす社会的要因(社会的絆と社会的優位性)の影響を検討することである。研究2年目は,前半は防御行動の発達過程に関して,電撃棒に対する防御行動を指標とし,ラットが示す社会的関係の発達的変化の影響を検討した.特に,成熟後に観察される社会的優劣関係の防御行動に及ぼす影響と,成熟前に見られる遊び的相互作用経験との関係について,性差を踏まえて詳細に検討することができた.これらの研究については,いくつかの論文を学会誌に投稿したが,3年目にレビュー論文としてまとめる予定である.2年目の後半は,防御行動を研究しているDr.Blanchardの研究室に従事し,自閉症モデル動物の社会行動の特徴とその発達過程について検討を開始した.自閉症はヒトの発達初期から見られる社会的相互作用の異常としての疾患であり,遺伝子的問題に基づいた機能障害と考えられている.従って,自閉症の動物モデルとしては,どのような社会的相互作用の異常が観察され,それが発達的にどのように現れるかを明らかとしなければならない.もし自閉症のモデルとして適切な行動が観察され,その制御機構と遺伝的背景が明らかとなれば,自閉症の解明,治療に大きな貢献をし得る.現時点で,自閉症の動物モデルに関するデータベースの作成,検討対象となりうる制御機構の絞込み,そしてノックアウトマウスを利用した実験的検討の準備として,背景系統動物の社会行動特性と発達過程に関する基礎データを得ることができた.それらの1部は,3本の実験論文として投稿する予定である.適切な社会行動の欠損として知られる自閉症の動物モデルを作り出すため,遺伝子操作の可能なマウスを用い,社会行動および社会関係の形成過程を詳細に分析した.遺伝子操作の基盤系統マウスを分析することで,遺伝的欠損が示唆されている自閉症の原因因子の発見につなげ,動物モデルによる自閉症の解明と治療を目的としている.コロニー内での自然な社会行動を観察した結果,互いに接触しながら休むというハドリングおよび相手個体への接近方略において,向社会的な成分を発見した.これら行動形態は友好な社会関係の維持における敏感の指標となりうる.また,げっ歯類において典型的な嗅覚によるコミュニケーションに注目し,においの検出とそれへの反応としてのにおいづけ行動を分析した.この分析から,ほぼ同様の遺伝子情報を持つinbred系統マウスが同種個体の弁別ができないこと,性差の区別,日齢の区別はできることなどを発見した.これらの決定因子をもちいることで,マウスがにおい相手の個体識別をしているかどうかを明確に示す実験パラダイムを開発した.

このパラダイム,そして自然場面コロニーにおいて観察された社会行動を分析することで,マウスにおける個体識別から社会関係の形成,維持に至るまでの詳細な検討が可能となった.この新しい動物行動に基づいたテスト法を用いることで,遺伝子欠損マウスの行動特性を詳細に分析し,自閉症における各候補遺伝子の社会行動に及ぼす機能を明確にする試みを今後の検討課題とした.
ヒト腸管上皮細胞のタウリントランスポーターの構造と制御機構の解析

タウリンは胎児や乳児の各種組織の発達に関わるほか、心臓血管系や脳機能の調節など多様な生理機能を持つ重要な栄養素と考えられている。我々は腸管におけるタウリン吸収の制御機構の解析を目的として、ヒト腸管由来上皮細胞Caco-2からタウリン輸送担体(Tau-TP)をクローニングし、さらにその特性と調節機構について検討した。タウリン輸送のイオン(NaおよびCl)依存性、各種アミノ酸との競合実験、RT-PCRで得られたTau-TPクローンの一次構造決定等を行った結果、Caco-2にはシステムβと呼ばれる輸送系が発現しており、タウリン輸送を司っているらしいことが示された。Caco-2細胞をタウリン過剰条件下で培養すると、短時間で細胞のタウリン取り込み活性が顕著に低下し、10時間後には30%程度になった。また、逆にタウリン欠乏下で培養するとタウリン取り込み活性が上昇することも見いだされ,この輸送担体はadaptive regulationを受けていることが示唆された。ノザン分析の結果,タウリン過剰条件下での培養により活性が低下した細胞ではTau-TPのmRNAの発現が低下していることが見いだされた。一方,タウリン取り込み活性の速度論的解析では,Vmaxの低下とともに,Kmの上昇が認められた。細胞をタンパク質合成阻害剤であるシクロヘキシミドで処理すると,タウリン過剰条件で培養した場合の取り込み活性の低下が抑制されることなども考え併せると、この制御には、転写レベルでの調節のほかに、何らかのタウリン輸送に負の作用を持つ何らかの制御蛋白質が関わっている可能性も示唆された。
近代東南欧におけるキリスト教、ムスリム、ユダヤ教のコミューナリズムと統合政策

本年度は、ブルガリア共和国ルセ市歴史古文書館及びギリシャ共和国テッサロニキ市のマケドニア歴史古文書館のニヵ所から、1860年代のオスマン地方行政に関する180点の文書史料の入手と、その校訂を行った。このうち、ブルガリアに関する史料の方は、ほぼ校訂を終え、刊行準備が進んでいる。ギリシャに関する史料は、分類を終え、順次校訂・刊行が行われることになる。この校訂作業と平行して、19世紀半のオスマン都市社会の構造を解明する作業も進み、その一部は「東欧史研究」に発表した論文「タンスィマート期の地方行政改革と都市自治体の形成」及びCSopreuk za Pyce,(ルセ市論集)に発表したO-moueiue uzmexcgy ocuyume u Ocmoncka agmumicwpayve npez Tanzomat(タンズィマート期のオスマン権力とキリスト教徒共同体)ならびに、1995年12月のベオグラード国際歴史学会、セルビアとヨーロッパでの報告の形で公表された。
新規PCP遺伝子の機能解析

上皮組織の細胞は、細胞の頂部-基部軸と直交する組織平面の軸に沿った極性を獲得する。これは、平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)と呼ばれ、多くの多細胞生物において見られる進化的に保存された現象である。PCPの主要制御因子は機能的な違いから2つのグループに分類されている。研究代表者は、既存のPCP分子とは全く異なる機能を有するPCP制御分子群であるJitterbug(Jbug)グループを同定することに成功している。本研究では、Jbugグループ構成因子の機能解析を行い、Jbugグループを介した新たなPCP制御機構の一端を明らかにした。本研究の目的は、組織平面における個々の細胞の極性を制御する機構である平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)の分子基盤を解明することである。これまでの研究でPCPの主要制御因子は機能的な違いからコアグループとDachsous(Ds)グループの大きく2つのグループに分類されていたが、我々は独自に同定したPCP分子Jitterbug(Jbug)の機能解析を行っている過程で、この分子が新たなPCP制御グループ(Jbugグループ)に属する可能性を示唆する結果を得た。さらに、このJbugグループに属する新規PCP分子(Member of Jbug group, MJG)を複数同定することに成功している。本研究では、特にMJG2、MJG3、MJG6に着目して機能解析を行い、Jbugグループを介した新たなPCP制御機構の解明を目指す。MJG2、MJG3、MJG6の機能解析を行うに当たり、FLAGタグやMycタグを付加したこれら分子の各種発現ベクターの構築を行った。哺乳動物細胞発現用のベクターとして、MJG2、MJG3、MJG6、ショウジョウバエ個体で発現させるベクターとして、MJG2、MJG6に関してコンストラクトの作製を完了している。我々は、タンパク質間相互作用情報、遺伝学的相互作用情報のデータベースと照らし合わせ、MJG分子とコアグループ分子であるFrizzled(Fz)との間に密接な関係があることを見出している。Jbugグループ分子とFzとの関係を明らかにするために、本年度はJbugグループの中で中心的な働きをしていると考えられるjbugのノックダウンを行い、様々な発生段階においてFzの細胞内局在に影響を与えるか検討を行った。その結果、jbugのノックダウンを行ってもFzの細胞内局在は顕著に変化しないことが判明した。本研究の目的は、組織平面内の個々の細胞の極性を制御する機構(平面内細胞極性, planar cell polarity, PCP)を分子レベルで解明することである。PCPの主要制御因子は機能的な違いからコアグループとDachsousグループの2グループに分類されることが報告されている。我々は独自に同定したPCP分子Jitterbug(Jbug)の機能解析の過程で、この分子が新たなPCP制御グループ(Jbugグループ)に属する可能性を示唆する結果を得た。さらに、Jbugグループに属する複数の新規PCP分子(Member of Jbug group, MJG)の同定に成功している。昨年度は、MJG2、MJG3、MJG6に着目して機能解析を行い、Jbugグループを介した新たなPCP制御機構の一端を明らかにした。本年度はMJG5(Dumpy, Dp)に関して新たに解析を行った。Dpの発現パターンを解析するために、DpのGFP融合蛋白質を内在的プロモーターのもと発現する系統をストックセンターから入手し、その発現パターンを検討した。種々の発生ステージで発現パターンの検討を行ったところ、蛹期の中胸背板において発現の高い領域を見出した。発生が進むとその発現パターンが顕著になることを明らかにした。また、JbugとDpとの機能的な関連を検討するために、jbugをノックダウンした蛹期の中胸背板においてDpの発現パターンを検討した。その結果、jbugのノックダウンによってDpの発現パターンに顕著な違いは見出されなかった。また、Jbugグループの機能を明らかにするために、細胞接着因子への影響を検討した。Jbugグループの中で中心的な働きをしていると考えられるjbugのノックダウンを行いE-カドヘリンへの影響を検討した。その結果、低い頻度ではあるがE-カドヘリンの細胞内局在に異常が生じていた。現在のところ申請書において提案した通りに研究計画をおおむね順調に進めており、「研究の目的」を達成することが可能であると考えられるため。本研究では、組織平面内における個々の細胞の極性を制御する機構(平面内細胞極性, planar cell polarity, PCP)を分子レベルで解明することを目的とする。PCPの主要制御因子は、その機能的な違いからコアグループとDachsousグループの2グループに分類されることが報告されている。

我々は独自に同定したPCP分子Jitterbug(Jbug)の機能解析の過程で、この分子が新たなPCP制御グループ(Jbugグループ)に属する可能性を示唆する結果を得た。さらに、Jbugグループに属する複数の新規PCP分子(Member of Jbug group, MJG)の同定に成功している。昨年度は、MJG5(Dumpy)に着目して機能解析を行い、Jbugグループを介した新たなPCP制御機構の一端を明らかにした。本年度はJbugグループの中で中心的な働きをしていると考えられるJbugに関して解析を行った。Jbugとコアグループの関係を解析するために、本年度はコアグループ分子であるstrabismus (stbm)に着目して解析を行った。まず、蛹期の胸背板におけるstbmの細胞内局在を解析した。細胞内局在の解析にはアクチンプロモーターのもとStbmのGFP融合蛋白質を発現する系統を用いて、その細胞内局在への影響を検討した。蛹が形成され始めてから25時間後(25hr after pupariumformation:25hrAPF)(30°C飼育)において、Stbmが非対称に局在した。また、JbugとStbmとの機能的な関連を検討するために、jbugをノックダウンした蛹期の中胸背板においてStbmの細胞内局在を検討した(25hr APF 30°C飼育)。その結果、jbugのノックダウンによってStbmの細胞内局在に顕著な違いは観察されなかった。申請書で提案した通りに研究計画をおおむね順調に進めていて、「研究の目的」を達成することが可能であると考えられるため。昨年度までの解析でjbugのノックダウンが、低い頻度ではあるがE-カドヘリンの細胞内局在に影響を与えることを明らかにした。本年度はMJG2、MJG3、MJG5、MJG6についても同様にE-カドヘリンの細胞内局在に関わるか検討を行う。また、昨年度、JbugがDpの発現パターンには顕著な影響を与えないことが判明した。本年度は、MJG2、MJG3、MJG6の細胞内局在や発現パターンの形成にJbugが必要であるか検討を行いJbugグループ内における個々の分子の相互作用について検討を行う。さらに、JbugグループとDsグループの関係性について、免疫組織染色による細胞内局在や免疫共沈降法による分子間相互作用の検討を行うことで明らかにする。これにより、Jbugグループを介した新たなPCP制御機構を理解する。発生生物学昨年度までの解析で新たにMJG6がJbugグループに属する可能性が示唆され、MJG6についても発現ベクターの構築を行った。このため、MJG3のショウジョウバエ発現ベクターの構築が遅れたので、本年度はこれを完了する。また、完成したプラスミドを用いてショウジョウバエトランスジェニック系統の作製を行う。昨年度、JbugがFzの細胞内局在には顕著な影響を与えないことが判明した。本年度は、MJG2、MJG3、MJG6についても同様であるか検討を行う。
微視的多極子の秩序による創発スピン軌道物性の開拓

固体結晶中の多様な秩序を電子多極子の秩序として整理することにより、交差相関物性の理解が大きく進展してきた。本研究は、従来とは逆にスピン軌道相互作用が弱い物質群を対象として、多極子の秩序が有効的なスピン軌道相互作用を創出する機構と、それによって産み出される新しいスピン軌道物性を開拓することである。(I)映進や螺旋対称性を有する系の磁気的秩序によって生じる有効的なスピン軌道相互作用の発現機構の解明、(II)創発的なスピン軌道相互作用による新しい型のスピン軌道物性(対称スピン分裂、縦スピン流など)の予測、(III)電気的秩序による類似の創発現象の探索、を柱とした理論的な研究を行う。
ソフトウェア構成法における発想機構の研究

より高度なシステムの仕様化にはそれまでの経験を生かす事が重要である。プログラムコ-ドレベルでは再利用の努力が行なわれているものの、それより上工程での再利用は技術者の経験にのみ頼っている。仕様レベルでの再利用のために、仕様の階層的な記述と管理、仕様の類似性の処理、仕様デ-タベ-スの内容の理解支援などが必要とされ、それらの要素技術に関して研究を進めた。要求仕様の獲得の困難さの一つは利用者と開発者の間のコミュニケ-ションが充分に行なえない事である。利用者の要求している対象システムの目的と効果を的確に把握する事を目的とし、ユ-ザ-主導の対話システムを検討した。獲得された要求仕要はフレ-ム表現された形式的仕様であり、下工程の知的支援システムの構築にも適合したものとなっている。仕様形成のためにKJ法に基づく計算機支援会議システムをワ-クステ-ション上に構築し、その評価を行った。運用を通して、カ-ドの階層化、会議ログとそのプレイバック、同期分散型のモデル、メモ機能の充実などが重要な機能である事が知れた。プログラムの検証においてはプログラムとそのプログラムが持つベき性質を記述した仕様、又は表明が用意される事が多い。これに対して、要求仕様の検証は正しさの根拠となる記述が期待できないため、記述者自身が確認するしかない。利用者による確認を考えると、要求仕様の直接実行により、システムの振舞いを示す事が望ましい。このためのシステムの理論的枠組を明らかにするとともに、その実行システムを構築し、その有用性を示した。
植物細胞無機イオン代謝において液胞が果たす役割の総合的解析

植物の無機イオン代謝に関する課題は、栄養塩としての無機イオンがどの様に根から吸収され、その後植物全体にどのように分配されるかということと、それぞれの細胞に分配されたイオンが各細胞内でどのように機能するかという二点に焦点を絞ることができる。いずれにおいても各生体膜のイオン輸送系が重要な働きをしている。植物細胞内の液胞は、各種イオンの細胞内外への分配、濃度維持あるいは蓄積装置として、極めて重要な細胞内小器官である。本研究では、液胞の植物無機イオン代謝における働きを、生理学から分子生物学にいたる横断的な手法を駆使して総合的に理解することを目指した。これまでにも、本研究参加者間で共同研究が進んでいたことから、本年はまずDietz博士が日本において三村と実験を開始した。これまでにDietz博士の研究室で開発された手法に従って、大麦や三村の研究室で新たに開発されたマングローブの培養細胞から液胞膜を単離し、液胞膜イオン輸送系で最も重要なH^+-ATPaseの制御機構を、ATPase活性とH^+輸送能の両側面から測定した。栄養塩を調節して生育した実験材料からは、顕著なATPase活性の変動を見いだすことはできなかったが、すでに三村等が車軸藻で報告していたリン酸やアデニンヌクレオチドを介した制御機構が大麦液胞の光酸性化を説明できることを明らかにした。また酸化還元状態の変化が、ポンプ活性を大きく変えることを見いだし、この生理的意味と分子機構の解析を進めつつある。その後、三村がオーストラリアでSmith博士と二度にわたり共同研究を行った。ここでは、車軸藻のリン酸輸送活性と液胞リン酸濃度の相関を検討できる系の開発に成功し、これまで推測されてきた液胞リン酸濃度がリン酸輸送活性を制御する可能性を排除することに成功した。現在は液胞膜でのリン酸輸送活性測定系の開発を進めている。

ここでは、車軸藻のリン酸輸送活性と液胞リン酸濃度の相関を検討できる系の開発に成功し、これまで推測されてきた液胞リン酸濃度がリン酸輸送活性を制御する可能性を排除することに成功した。現在は液胞膜でのリン酸輸送活性測定系の開発を進めている。
複雑反応経路網に適用し得る速度解析法の開発

初年度に開発した速度定数行列縮約(RCMC)法の応用範囲を拡げた。RCMC法では、短時間で行き来する安定構造同士を一つにまとめ、安定構造の重み付き総和として得られる超状態間のオーバーオールの速度定数を計算できる。前年度はRCMC法を反応経路の自動探索を行う人工力誘起反応(AFIR)法と組み合わせたプログラムを作成したので、当該年度で本手法の更なる開発と応用を行った。本手法では、RCMC法による速度解析を、反応経路自動探索のナビゲーションシステムとして利用する。これにより、速度論に基づいて反応経路の探索領域を制限し、反応物から指定した温度・反応時間で到達し得る反応経路を効率的に探索できる。本手法をPasserini反応に適用した。本反応は、多成分の反応基質が相互作用する複雑な反応だが、起こり得る反応機構を得ることができた。本手法の探索では、分子の結合情報や反応パターンなどの情報は使用せず、完全に系統的である。現在、プログラムのチューニングを終え、論文の投稿準備を進めている。また、さらに計算を高速化する手順を考案し、論文で報告した。この方法では、2つの手順から反応経路ネットワークを作成する。具体的には、(1)最初の探索ではAFIR法で近似的なlocally updated plane(LUP)経路を求める。(2)得られたLUP経路ネットワークからボトルネックとして振る舞う経路をRCMC法で抽出し、その経路のみ遷移状態(TS)構造最適化を行い、固有反応座標(IRC)経路を求める。これにより、速度解析の結果にほぼ影響しない経路のTS構造最適化とIRC計算を削減できる。本手順は、Cu(111)表面上のH2Oの反応に適用した。これにより、ボトルネックであった結合組み替えの過程をIRC経路として、その他の高速で進行する過程をLUP経路とした反応経路ネットワークを得ることができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度は主に手法開発を進めた。多段階プロファイルの速度解析を行う新手法を開発し、速度定数行列縮約法として論文誌で発表した。本手法は、反応速度式の連立方程式を繰り返し縮約することで反応物から全生成物へ至るオーバーオールの速度定数を算出できる。論文では、基本的な有機反応であるアリルビニルエーテルのClaisen転位反応へ適用し、オーバーオールの速度定数の実測値を再現した。反応プロファイルは反応経路自動探索(GRRM)法を用いて構築した。反応プロファイルは多段階であり、Claisen転位のような簡単に見える反応であっても、多数のコンフォマーを含む反応経路がネットワークの形で得られる。原理的には、各平衡構造に対し速度式を立てて時間発展することでオーバーオールの速度定数や反応性を知ることが出来る。しかし、速い素過程と遅い素過程が混在する場合、遅い素過程が十分起こるまでの時間発展は数値的安定性と計算コストの観点で難しい。この問題は数値解法におけるstiff問題と呼ばれる。本手法はstiff問題を解決し、簡便かつ高精度な速度定数の見積もりを可能にする。Claisen転位への適用では、反応物と生成物に対応する二つのグループが得られた。これらは人間が構造を直接見て決めることなく自動決定される。469.1Kでのオーバーオールの速度定数は1.79×10ー3 sー1と見積もられ、実測値2.88×10ー3 sー1をよく再現した。一方、有機反応の解析でよく用いられる律速段階のみで評価する方法では、速度定数が過大評価され、本手法との活性化自由エネルギーの差は8.2kJ/molとなる。この差はコンフォメーションエントロピーの効果に起因する。この結果は単純な分子でも上記の効果が8.2kJ/molに及ぶことを示す。本手法はこの効果を考慮した有機反応解析を簡便に行えるツールとして、今後応用が期待できる。当該年度は、主に手法開発を進め、多段階反応プロファイルの速度解析を行う新手法を開発し、論文を投稿した。本手法は、研究課題に取り組む上で中心的な役割を果たすと期待できる。また、本手法をアリルビニルエーテルのClaisen転位反応に適用し、単純な分子であってもコンフォメーションエントロピーの効果が反応性・選択性に大きく寄与することが判明した。現在、有機反応におけるコンフォメーションエントロピーの重要性に焦点を当てた研究も実施している。分子内Diels-Alder反応などについて、炭素鎖の伸長とともにコンフォメーションエントロピーの影響が大きく現れることを確認している。この結果は論文にまとめている。一方、本手法の適用範囲をさらに拡げるため、ミクロカノニカルへの拡張に成功した。この拡張を通じ、解離反応の最終分岐比が精度を損ねることなく簡便に得られることが判明した。ミクロカノニカルへ拡張した本手法をC3H5分子などの解離反応へそれぞれ適用し、結果を論文としてまとめている。現在までに、以上の進展があった。当該年度は、前年度に開発した手法(速度定数行列縮約法)をさらに拡張し、応用範囲を拡げた。速度定数行列縮約法では、短時間で行き来する安定構造同士を一つにまとめ、安定構造の重み付き総和として得られる超状態に速度解析を適用する。この超状態を作成する操作を縮約と呼んでいる。超状態間の遷移に対する速度定数は、全系のボルツマン分布の和が保存するように決定される。これにより、熱力学平衡でボルツマン分布を再現することを保障する。

縮約法は、反応経路自動探索(GRRM)プログラムから得た反応経路ネットワークに適用することで、オーバーオールの速度定数や反応分岐比などといった実験と比較し得る数値を求めることができる。当該年度の前半では、同手法をミクロカノニカル集団にも適用できるよう拡張した。さらに、反応ネットワークを完全縮約することにより、速度式の時間発展を行うことなく単分子解離反応の分岐比が得られることを見出した。本手法では、解離状態以外の全安定構造を縮約し、得られた解離超状態に含まれた各安定構造の割合から全解離状態の最終的な分岐比を得ることができる。この全安定構造を縮約し解離超状態を作成する操作を完全縮約と呼んでいる。本手法には速度定数行列完全縮約法と名付け、筆者を第一著者として論文誌で発表した。論文では、気相中における単分子解離反応に同手法を適用し、この値が元の速度式のt=∞での解に一致することを数値的に実証した。同手法は、単分子解離反応の分岐比を簡便に得る方法として、燃焼化学分野などで有用な方法となることが期待される。当該年度の後半では、速度定数行列縮約法をGRRMプログラムへ実装した。これにより、反応が実際に進む方向とは無関係に存在する膨大な素反応過程を追跡することなく、指定した初期構造・温度・反応時間の下で起こり得る反応経路網を効率よく構築できるようになることが期待される。当該年度は、前年度に開発した手法(速度定数行列縮約法)をさらに拡張し、応用範囲を拡げた。速度定数行列縮約法では、短時間で行き来する安定構造同士を一つにまとめてしまい、安定構造の重み付き総和として得られる超状態に速度解析を適用する。この超状態を作成する操作を縮約と呼んでいる。超状態間の遷移に対する速度定数は、全系のボルツマン分布の和が保存するように決定される。これにより、熱力学平衡においてボルツマン分布を再現することを保障する。当該年度の前半では、同手法をミクロカノニカル集団にも適用できるよう拡張し、適用範囲を拡げ、論文で第一著者として発表した。これにより、反応が実際に進む方向とは無関係に存在する膨大な素反応過程を追跡することなく、指定した初期構造・温度・反応時間の下で起こり得る反応経路網を効率よく構築できるようになった。一般に、速度解析は反応経路網を作成してから行うものであったが、GRRMプログラムと速度定数行列縮約法を組み合わせることにより、オン・ザ・フライの速度解析が実現した。現在までに、本手法を多成分連結反応の一つであるPasserini反応に適用し、1つのインプットから起こり得る全ての反応機構を得ることができたことを確認している。この結果は日本化学会第97春季年会で口頭発表し、論文としてまとめている。初年度に開発した速度定数行列縮約(RCMC)法の応用範囲を拡げた。
レックリングハウゼン病に着目したscarless wound healing

レックリングハウゼン病(以下NF-1)という全身の皮膚と神経を中心に神経線維腫を多発する疾患では、手術後の傷あとが非常にきれいになることが知られている。そこで、NF-1の創傷治癒を研究し、その傷あと形成のメカニズムを明らかにすれば、「傷あとを残さない医療」に応用できる可能性があると考え研究を行った。その結果、NF-1患者の瘢痕がきれいになるのは、その原因遺伝子産物であるNeurofibrominの機能異常により、伸展刺激に対して正常線維芽細胞のようなアクチン重合促進が生じず、筋線維芽細胞への分化促進や細胞外マトリックス産生増加が引き起こされないからであることが示唆された。レックリングハウゼン病(以下NF-1)患者より採取した線維芽細胞は、培養したところ、正常線維芽細胞と同等の細胞増殖能を有し、形態の相違も見られなかった。そこで、NF-1由来線維芽細胞は、正常線維芽細胞との比較実験に使用可能と判断し、次の段階に進んだ。正常線維芽細胞はTGF-β刺激に反応し、筋線維芽細胞へと分化する。そこで、NF-1由来線維芽細胞にもTGF-β刺激を与え、その分化能を観察した。しかしながら、NF-1由来線維芽細胞は、TGF-βに正常線維芽細胞同様に反応して筋線維芽細胞へ分化した。これは、筋線維芽細胞のマーカーであるα-SMAの免疫染色、ウエスタンブロッティングで確認した。次にNF-1由来線維芽細胞もまた、TGF-β刺激によりRhoAの活性化が見られるかを検討した。その結果は、正常およびNF-1ともに線維芽細胞はTGF-βによりRhoAを活性化させた。上記から、現時点では、NF-1患者の瘢痕がきれいになる理由は、TGF-β-RhoAシグナルを介した皮膚線維芽細胞の筋線維芽細胞への分化能が低下しているせいではない、と我々は考察している。次に、培養細胞伸展装置を用い、まず正常線維芽細胞に伸展刺激を加え、伸展刺激の後に、筋線維芽細胞への分化が促進されているかを検討した。すると、正常線維芽細胞は経時的に、伸展刺激によりα-SMAを上昇させていた。すなわ正常線維芽細胞では、伸展刺激により筋線維芽細胞への分化が促進していたわけである。次にNF-1由来線維芽細胞を用いて、同じ条件で伸展刺激を加えたが、NF-1由来線維芽細胞の筋線維芽細胞への分化は、正常線維芽細胞と異なり、若干促進されるに過ぎなかった。すなわち、NF-1患者の瘢痕がきれいになるのは、皮膚伸展刺激へ反応性の違いにある可能性があると考えらえた。レックリングハウゼン病(以下NF-1)患者由来の皮膚線維芽細胞は、正常皮膚線維芽細胞と同等の細胞増殖能を有し、形態の相違も見られなかったことから、それらの比較実験を行うこととした。まずはTGF-β刺激による筋線維芽細胞への分化能について、筋線維芽細胞のマーカーであるα-SMAの免疫染色やウエスタンブロッティングなどを用いて調べたが、正常線維芽細胞とNF-1由来線維芽細胞に相違は認められなかった。次に、培養細胞伸展装置を用い、伸展刺激に対する反応性の違いを検討することとした。正常線維芽細胞に伸展刺激を加えると、α-SMAやタイプIコラーゲンの発現が上昇していた。ところが、NF-1由来線維芽細胞に同じ条件で伸展刺激を加えても、それらの発現上昇はほとんど認められなかった。NF-1の原因遺伝子産物であるNeurofibrominは伸展刺激受容器として働く細胞骨格Actinの上流にあるLIMKに対して抑制的に作用することが知られており、このことが上述の伸展刺激に対する反応性の違いを引き起こしているのではないかと推測した。正常線維芽細胞に伸展刺激を加えると、RhoAが活性化され、その下流にあるLIMKやCofilinのリン酸化が促進され、それらの下流にあるアクチンの重合が促進することが確認された。一方で、NF-1由来線維芽細胞では、伸展刺激に対して正常線維芽細胞で見られたLIMKやCofilinのリン酸化の促進やアクチン重合の促進が見られなかった。以上の結果から、NF-1患者の瘢痕がきれいになるのは、その原因遺伝子産物であるNeurofibrominの異常により伸展刺激に対して正常線維芽細胞のようなActin重合促進が生じないことに起因し、その結果、筋線維芽細胞への分化促進や細胞外マトリックス産生増加が引き起こされないからであると考えられた。TGF-β刺激による線維芽細胞の分化の実験系では、NF-1由来線維芽細胞の筋線維芽細胞への分化は、予想と異なり正常線維芽細胞と違いがほとんどなかった。

実験の根幹を成す部分であるので、その結果の再現性を確認するための実験を繰り返し行う必要があり、そこに非常に多くの時間を費やした。形成外科学今後は、TGF-β刺激による分化誘導の系ではなく、伸展刺激による分化誘導の系で実験を行う予定である。進行が予定より遅れた分、本来行う実験を遂行できず、次年度使用額が生じた。平成27年度に計画の遅れを取り戻す予定であり、26年度分の残額と当初予定していた27年度分を合わせて使用する予定である。
小胞体膜薬物代謝酵素分子の会合を観る-薬物代謝調節機構の分子形態学的解析

肝細胞小胞体膜に局在するチトクロームP-450(P-450)とその還元酵素の小胞体膜における存在様式を、これらの分子を組み込んだ人口脂質膜および実際の肝細胞小胞体膜を用いて明らかにすることを試みた。1.小胞体膜をシミュレートするための、薬物代謝酵素を組み込んだ人口脂質膜を作製するためにラット肝細胞の小胞体膜1平方ミクロンあたりに組み込まれている薬物代謝酵素分子数を測定した。(1)二波長顕微吸光測光法と電顕形態計測法を組合せて計測したラット肝細胞小胞体膜におけるP-450分子密度は約3,500(肝小葉周辺部)6,000分子(中心部)/平方ミクロンであった。(2)画像解析装置を用いた定量免疫組織化学法を開発し、この方法と、以前開発したニトロセルロースモデルと顕微測光法とを組合せたP-450還元酵素含量の測定法を併用して測定したラット肝細胞小胞体膜におけるP-450還元酵素分子密度は約100(肝小葉周辺部)180分子(中心部)/平方ミクロンであった。2.上記の実験結果をもとに、フェノバルビタールを投与したラットの肝から分離・精製したP-450IIB-1およびP-450還元酵素を人工脂質膜に組み込んで脂質膜標品(unilamellar proteoliposome)を得、分子を分光学的に解析したところ、組み込み密度を生体肝細胞よりやや高く設定した場合に良好な結果が得られた。3.こうして作製した人工脂質膜を急速凍結・割断してレプリカを得、電顕観察した結果、膜露出領域の大きな薬物代謝酵素の会合体が形成されていることが判明した。この結果はいままで提唱されている多量体モデル説を支持するものである。しかしながら、in vivoの小胞体膜では、この会合体に相当する構造を観察することはできなかった。現在、この会合体の三次構造をエピトープ特異的抗体を作製して解析中である。
ＣＴ上の肺結節の基準と経過観察に関する研究―ガイドラインの有用性の検証―

日本CT検診学会から“CTで発見される肺結節の判定基準と経過観察"に関するガイドラインが出されているが、そのガイドラインの妥当性を明らかにする前向き研究を行った。初回胸部CT検査において認められた径5mm以上の結節を、ガイドラインに準じて取り扱ったが、増大して手術が施行された症例を含めて、診断・治療が遅れた症例はなく、学会ガイドラインは妥当なものと思われる。今後の症例蓄積とさらなる経過観察が必要である。日本CT検診学会から“CTで発見される肺結節の判定基準と経過観察"に関するガイドラインが出されているが、本研究は、そのガイドラインの妥当性や臨床的意義を明らかにするものであり、学術的観点から非常に重要な研究である。本研究に同意の得られている者で、長崎大学病院および長崎胸部CT検診研究会に所属する4施設の計5施設を受診し、初回胸部CT検査において径5mm以上の結節影または濃度上昇が認められる者を対象とした。平成24年度までに、計71例(solid結節23、mixed GGO結節23例、Pure GGO結節25例)がエントリーされた。大学病院で行われたセントラルレビューの結果を以下に示す。71例中経過観察ができたのは66例(5例は初回CTのみの症例)で、58例がサイズは不変、増大が4例、縮小が4例であった。増大の4例を含む6例が手術され、5例が肺腺がんであった。縮小した4例は、経過観察を終了とした。症例登録から2年間が経過したときの腫瘍のサイズの変化を主要エンドポイントとしているが、2年間経過が終えた症例は15例で、いずれも不変であった。現時点では、ガイドラインに沿ったマネジメントによる、診断・治療が遅れた症例はなく、学会ガイドラインは妥当なものと思われる。今後の症例蓄積、さらなる経過観察が必要である。日本CT検診学会から“CTで発見される肺結節の判定基準と経過観察"に関するガイドラインが出されているが、本研究は、そのガイドラインの妥当性や臨床的意義を明らかにするものであり、学術的観点から非常に重要である。平成25年度までに、計99例がエントリーされた。99例中経過観察ができたのは88例(11例は初回CTのみの症例)で、55例が経過観察中、縮小が4例で経過観察を終了とした。増大例を含む7例が手術され、6例が肺腺がんであった。症例登録から2年間が経過したときの腫瘍のサイズの変化を主要エンドポイントとしているが、22例はサイズ不変で研究での経過観察を終了した。現時点では、ガイドラインに沿ったマネジメントによる、診断・治療が遅れた症例はなく、学会ガイドラインは妥当なものと思われるが、今後の症例蓄積、さらなる経過観察が必要である。日本CT検診学会から"CTで発見される肺結節の判定基準と経過観察"に関するガイドラインが出されているが、本研究は、そのガイドラインの妥当性や臨床的意義を明らかにするものであり、学術的観点から非常に重要である。平成23年度までに、計52例(solid結節17、mixed GGO結節18例、Pure GGO結節17例)がエントリーされた。52例中経過観察ができたのは49例(3例は初回CTのみの症例)で、44例がサイズは不変、増大が2例、縮小が3例であった。増大の2例を含む5例が手術され、4例が肺腺がんであった。縮小した3例は、経過観察を終了とした。症例登録から2年間が経過したときの腫瘍のサイズの変化を主要エンドポイントとしているが、経過観察が短い症例が多く、2年間経過が終えた症例は4例で、いずれも不変であった。症例登録から2年間が経過したときの腫瘍のサイズの変化を主要エンドポイントとし、対象症例200例を目標としているが、平成24年度までに、計71例がエントリーされている。参加施設におけるCT検診受診者が予想していたよりも少ないことや、研究への同意を得ることが容易でないことが原因と考えられる。症例登録から2年間が経過したときの腫瘍のサイズの変化を主要エンドポイントとし、対象症例200例を目標としているが、平成23年度までに、計52例がエントリーされている。参加施設におけるCT検診受診者が予定より少ないことや、研究への同意を得ることが容易でないことが原因と考えられる。

平成25年度も、対象者の登録を引き続き行い、また、ガイドラインに沿った経過観察を継続する。登録が進まない状況を鑑み、長崎大学病院内に肺結節の専門外来を開設し、関係各診療科に周知の上、症例の登録集積を増加させる方策を行うこととした。平成24年度も、対象者の登録を引き続き行い、また、ガイドラインに沿った経過観察を継続する。登録が進まない場合は、研究参加施設を増やすことや、ガイドラインに沿った経過観察がなされていると思われる症例を後ろ向きに収集することも考慮する。平平成25年度は、症例登録の増加が見込めるので、新規の析ソフトを導入予定である。また、昨年同様に、画像データを研究代表者の施設だけでなく研究参加施設での保存ができるようにHDを設置予定である。研究の中間報告を国際学会で報告することを計画している。平成23年度は、既存のワークスターションを使用したが、平成24年度に、新規の専用コンピュータと解析ソフトを導入予定である。また、画像データを研究代表者の施設だけでなく、研究参加施設での保存ができるようにHDを設置予定である。
チェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用によるマイクロ波発生の研究

本研究で提案している磁場ゼロの後進波発振器(PASOTRON)は,磁場コイルが不要であるという実用面での利点に加え,チェレンコフ共鳴と遅波・速波サイクロトロン共鳴が縮態した相互作用を利用しており,物理的にも興味のあるテーマである。線形解析により軸対称モードと非軸対称モードの分散関係を導出し,磁場零におけるチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用について調べた。軸対称の場合は,TMとTEモードは独立で,後者による不安定性は起きない。TMモードではチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用による不安定性が確認された。この不安定性による時間的成長率は,弱い相対論的エネルギーの大電流電子ビームに対してガイド磁場かある場合に比べて大きくなる。非軸対称の場合は,固有モードはTMとTEモード成分より成るHEとEHハイブリッドモードである。これらのハイブリッドモードは電子ビームとチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用し成長できる。磁場零で大口径遅波導波管を用いたPASOTRON実験を行い,チェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用によるマイクロ波発生を調べた。ビームによる中性ガスの電離で伝搬に必要なプラズマを生成する。印加電圧50kV程度,ビーム電流は100A程度である。マイクロ波出力に適した中性ガス圧が存在する。発振周波数は20GHz帯であったが,発振電力は最大でも1kW程度と見積もられ,磁場を用いた場合に比べて2桁以上低かった。磁場零ではビーム形状が制御できておらず,管壁より離れた位置を伝搬しているためと思われる。発振モードは,軸対称TM成分と非軸対称TE成分が確認された。これらのマイクロ波発生は,本研究の線形解析により,ハイブリッドモードとビームとのチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用で説明が可能である。これまで我々の行ってきた遅波サイクロトロンメ-ザの研究成果を基に,チェレンコフ相互作用と遅波および速波サイクロトロン共鳴相互作用が縮重した,全く新しい機構によるマイクロ波源を提案する。このマイクロ波源の研究においては,大電力電子ビームを,磁場ゼロの条件で発生し,伝搬させることが重要である。以下に当該年度の研究成果をまとめる。1.磁場ゼロに適した電子ビーム源を製作し,真空排気装置に取り付けて性能を評価した。カソードに加える電圧はマルクス発生器とパルス形成線路を使用した。2.チェレンコフ相互作用と遅波・速波サイクロトロン共鳴相互作用が縮重した新しい機構によるマイクロ波発生を実験的に調べるため,ガイド磁場を用いないで,電流値100A以上、電圧40kV程度以上の電子ビームの発生,伝搬実験を行った。集束電極,誘電体ガイド,プラズマを用い,それらの効果を明らかにした。3.プラズマと誘電体ガイドを組み合わせることで,本研究に適した,電流値300A程度,電圧50kV程度の電子ビームの発生と伝搬を,ガイド磁場を用いないで実現できた。4.磁場ゼロの条件で,従来のチェレンコフ相互作用と新たに遅波・速波サイクロトロン共鳴相互作用を加えた条件で,各種の遅波導波管の分散特性を数値計算により調べた。これを基に,基本モードおよび高次モードで発振が可能なように電子ビームパラメータに合わせた,20GHz帯と40GHz帯の遅波導波管の設計と製作を行った。5.製作された遅波導波管を用い,ネットワークアナライザ(20GHz以下)とガン発振器(20GHz帯と40GHz帯)で,発振出力の絶対値較正実験を行った。これにより,発生マイクロ波電力の実験的評価が可能になった。

チェレンコフ相互作用と遅波および速波サイクロトロン共鳴相互作用が縮重した,新しい機構によるマイクロ波源を提案する。このマイクロ波源においては,大電流電子ビームを,磁場零の条件で発生させ,マイクロ波発生に適した形状で伝搬させることが重要となる。以下に,当該年度の研究成果をまとめる。1.チェレンコフ相互作用とサイクロトロン相互作用が縮重する磁場零でのビーム不安定性の機構を線形解析により明らかにした。磁場零においては,軸対称TMとTEモードは導波管系の固有モードであり,縮重相互作用はTMモードで起こり,軸対称TEモードでは起きないことを明らかにした。2. 20GHz帯コルゲート遅波導波管により磁場零でのマイクロ波発生実験を行った。ガイド磁場を用いないで,遅波導波管中に電子ビームを入射,伝搬させるため集束電極,誘電体ガイド,ヘリュウムガスを用いた実験を行い,マイクロ波発生にはヘリュウムガスを用いた電子ビーム伝搬が適していることを示した。3.ヘリュウムガス圧100150mTorr,ビーム電圧3050kV,電流値100200Aでマイクロ波発振が確認された。発振電力は,現段階では1kW以下と小さい。4.電圧が約35kVにおいては,発振モードはTMモードで周波数は20GHzであった。電圧が約40kVと高くなると,発振モードはTEモードで周波数は30GHz程度に上昇した。これらのモードの放射パターンは単一モード発振では説明できず,複数のモードが同時に発生するマルチモード発振の可能性がある。TMモードは軸対称モードと思われるがTEモードは非軸対称であった。今後,非軸対称モードやマルチモードでのマイクロ波発生機構を調べていく必要がある。本研究で提案している磁場ゼロの後進波発振器(PASOTRON)は、磁場コイルが不要であるという実用面での利点に加え,チェレンコフ共鳴と遅波・速波サイクロトロン共鳴が縮態した相互作用を利用しており,物理的にも興味のあるテーマである。線形解析により軸対称モードと非軸対称モードの分散関係を導出し、磁場零におけるチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用について調べた。軸対称の場合は,TMとTEモードは独立で,後者による不安定性は起きない。TMモードではチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用による不安定性が確認された。この不安定性による時間的成長率は,弱い相対論的エネルギーの大電流電子ビームに対してガイド磁場がある場合に比べて大きくなる。非軸対称の場合は,固有モードはTMとTEモード成分より成るHEとEHハイブリッドモードである。これらのハイブリッドモードは電子ビームとチェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用し成長できる。磁場零で大口径遅波導波管を用いたPASOTRON実験を行い,チェレンコフ・サイクロトロン縮重相互作用によるマイクロ波発生を調べた。ビームによる中性ガスの電離で伝搬に必要なプラズマを生成する。印加電圧50kV程度,ビーム電流は100A程度である。マイクロ波出力に適した中性ガス圧が存在する。発振周波数は20GHz帯であったが,発振電力は最大でも1kW程度と見積もられ,磁場を用いた場合に比べて2桁以上低かった。磁場零ではビーム形状が制御できておらず,管壁より離れた位置を伝搬しているためと思われる。
バラスト軌道効果を応用した多孔管複合型消音器による新しいトンネル低周波騒音低減法

本研究によって得られた研究成果は次の通りである。(1)管内に多孔板を挿入して,伝播する圧縮波の波形を測定し,圧縮波波面における最大圧力勾配の上昇を抑えることが確認された.多孔板の開口率が大きくなるほど伝播する圧縮波波面の最大圧力勾配の上昇は,より抑えられるが開口率25%付近で最適値を持つことがわかった.管内に設置する多孔板は抑制効果が大きく、仕切り板を用いるとさらに効果的である。仕切り板の挿入間隔により抑制効果は変化し、間隔が管径の20倍程度が本実験範囲で最適であった。管内に多孔板を設置した場合の管内を伝播する圧縮波の数値計算モデルを提案し、実験との比較をすることによりその有用性を確認した。(2)管内に設置する弾性板の材質の違いによって伝播における非線形効果の変化を実験的に確認するために、管内にさまざまな弾性板を挿入して伝播する圧縮波の伝播特性を測定した。その結果、管内に設置する弾性板のヤング率が小さいほど抑制効果が大きいことが分かった。トンネル微気圧波の強さは、圧縮波波面の最大圧力勾配に比例することから、弾性板を用いての騒音低減法の可能性が示された。弾性板を挿入することにより、圧縮波の衝撃波形成距離が増大することが分かった。板材の弾性率が小さいほど衝撃波形成距離は大きくなる。管内に平板を設置した場合の管内を伝播する圧縮波の数値計算モデルを提案し、実験との比較をすることによりその有用性を確認した。管内に設置する平板の取り付け隙間及び弾性係数を変えた数値計算により、その影響を明らかにした。隙間間隔に対する傾向は、板材の材質により変化することが分かった。(3)トンネル微気圧波の強さは、管出口での圧縮波の最大圧力勾配に比例することから、これらの壁面材を用いてのトンネル騒音低減法の可能性が示された。低周波音の問題はスピードアップをした新世代の新幹線列車やリニア新幹線の実現に対し大きな障害となっている。平成16年度は、長い波動伝播管を持つモデル実験を用い、管内を伝播する圧縮波の特性を詳細に測定を行い、バラスト軌道効果を応用した多孔質壁を持つ複合型低周波消音器を開発するための有益なデータを得た。その結果を要約すると以下のとおりである。(1)管内に多孔板を挿入して,伝播する圧縮波の波形を測定し,圧縮波波面における最大圧力勾配の上昇を抑えることが確認された.(2)多孔板の開口率が始め大きくなるほど伝播する圧縮波波面の最大圧力勾配の上昇は,より抑えられるが開口率25%付近で最適値を持つことがわかった.(3)管内に弾性を持つ多孔板を挿入して,伝播する圧縮波の波形を測定し,圧縮波波面における最大圧力勾配の上昇をより抑えることが確認された.(4)弾性板を管内に設置して伝ぱする圧縮波の最大圧力勾配の上昇を抑制することが確認された.(5)管内に設置する弾性板の材質の違いによって伝播における非線形効果の変化を実験的に確認するために、管内にさまざまな弾性板を挿入して伝播する圧縮波の伝播特性を測定した。その結果、管内に設置する弾性板のヤング率が小さいほど抑制効果が大きいことがわかった。(6)トンネル微気圧波の強さは、圧縮波波面の最大圧力勾配に比例することから、弾性板を用いての騒音低減法の可能性が示された。(7)弾性板を挿入することにより、圧縮波の衝撃波形成距離が増大することが分かった。

平成17年度は、長い波動伝播管を持つモデル実験を用い、管内を伝播する圧縮波の距離減衰、非線形効果を圧力波計測装置により測定を行い、バラスト軌道効果を応用した多孔質壁を持つ複合型低周波消音器を開発するための有益なデータを得た。その結果を要約すると以下のとおりである。(1)伝播する圧縮波の最大圧力勾配を抑制するため管にさまざな壁面材を設置し、伝播圧縮波の非線形特性および減衰に対する影響について実験を行った。その結果、管内に弾性板を挿入しても伝播する圧縮波の最大圧力勾配の上昇を抑制されることが確認された。(2)管内に設置する多孔板は抑制効果が大きく、仕切り板を用いるとさらに効果的である。仕切り板の挿入間隔により抑制効果は変化し、間隔が管径の20倍程度が本実験範囲で最適であった。(3)弾性板を挿入することにより、圧縮波の衝撃波形成距離が増大することが分かった。板材の弾性率が小さいほど衝撃波形成距離は大きくなる。(4)管内に平板を設置した場合の管内を伝播する圧縮波の数値計算モデルを提案し、実験との比較をすることによりその有用性を確認した。(5)管内に設置する平板の取り付け隙間及び弾性係数を変えた数値計算により、その影響を明らかにした。隙間間隔に対する傾向は、板材の材質により変化することが分かった。(6)トンネル微気圧波の強さは、管出口での圧縮波の最大圧力勾配に比例することから、これらの壁面材を用いての騒音低減法の可能性が示された。