hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会の医療化:アメリカ社会における「肥満」の社会的成立に関する文化人類学的研究

1.アメリカ社会で新たな問題となっている「肥満」という現象を分析対象として、以下の三つに焦点を絞り、調査地をカリフォルニア州ベイエリア地区として、身体を持つ個々人が直面すると生の問題に取り組んだ。(1)低所得者層向けの栄養カウンセリングを目的とした政府のプログラムを参与観察した。同時に、公衆衛生の人々(研究所・政府管轄団体・NPO団体など)にたいし、肥満予防への取り組みについてインタビュー調査を実施。(2)他方で、低所得者層以外の肥満も増加していることは事実で、これについては公衆衛生の分野ではほとんど議論の対象になっていない。そこで、ベストセラーになっているダイエット本20冊の比較調査、減量クリニックと減量プログラムでの参与観察を実施することによって、個々人がどのように減量に取り組んでいるのかを調査した。(3)保健省などによって、長期にわたる食行動の改善により減量は可能であるという呼びかけが中心である一方、その方法についての合意は未だないため、多くの肥満者は社会的ポリティクスとスティグマに葛藤している。そこで、肥満手術者、肥満受容運動をしている人々への聞き取り調査と参与観察を実施。2.結果と今後の発展保健医療政策では、エスニック・マイノリティや低所得者層に生じる健康格差が肥満問題の克服すべき中心課題とし、貧困地区などの「コミュニティ」の再創造に向けた政策を打ち出す。その一方で、政策を通じて人々はリスク集団群に分割され、公衆衛生側としても、結局、個々人に任せるという図式が成り立ってしまい、コミュニティ活動としての連帯には結びつきにくい。また、ダイエットに失敗し続け「太りすぎ」てしまった人々は、肥満は意志の問題ではなく、遺伝的要素が強いと結論付ける傾向が強い。今後の発展性としては、体重を健康の指標とせずに健康作りを目指していこうとする、Health at Every Sizeという新たな運動に焦点を当てて、研究をさらに発展させていく。1.肥満問題に関与する諸アクターの関係(1)「栄養不良」と「貧困」の問題がどのように関連しているのかを把握するために、低所得者層の女性と子ども向けの食物配給・栄養カウンセリングを目的とした連邦政府のプログラム、WIC(Women,Infant and Children)のバークレーのオフィスにて調査を8ケ月間実施した。(2)カリフォルニア州ベイエリア地区を中心として、肥満予防への取り組みがどのように行われているのかを把握するため、公衆衛生の分野の人々(研究所・政府管轄団体・NPO団体など)へのインタビュー調査を実施している。(3)以上の調査から、エスニソク・マイノリティや低所得者層に生じる健康格差が肥満問題の克服すべき中心課題として据えられているということが明らかになった.低所得者層の住む地域には、公園などの運動ができる場所が少ない、新鮮な野菜や果物を購入できる店がない(酒屋と雑貨屋が一体になった類の店が多い)という点から、健康的な生活を促すための環境改善のプログラムが行われている。他方で、高所得者層の肥満も増加していることは事実で、これについては公衆衛生の分野ではほとんど議論の対象になっていない。肥満問題は格差の問題として、食品業界の問題としてなど、様々なかたちでblame gameが行われている。2.今後の研究の計画公衆衛生の二つのローカル・プログラムに参加する予定である。また、減量のためのプログラムを行っている施設の調査を予定している。予備調査として、摂食障害からの回復を目的とする自助集団Overeaters Anonymous(OA)についての情報や文献を集め、ミーティングに出席した。調査許可を打診中であるが、調査出版についての強い規制があるため、OAについての調査を行ったLester教授(ワシントン大学)の助言をもらいながら、状況を見つつ進めていっている。
昆虫後期発生におけるタンパク質生合成ならびに機能発現調節機構

本総合研究Aの平成3年度の研究成果の概要は以下のとおりである。1.イエバエのビテロゲニンmRNAレベルの変動をRNAブロツテイング法にて解析した。雌では脂肪体中のビテロゲニンmRNA量の変動は体液中ビテロゲニンと平行関係にあった。雌雄の遊離腹部を用いた実験から、脱皮ホルモンがビテロゲニン合成を誘導することが判明した。カイコ・ビテロゲニン・サブユニットのNー末端の一次構造とcDNAの塩基配列の比較から、H鎖とし鎖は一本のmRNAより翻訳生成されることを確認した。カイコ卵特異的タンパク質の全塩基配列を決定,推定アミノ酸配列は哺乳類リパ-ゼと高い相同性を示した。カイコSP1受容体タンパク質と脂肪体細胞膜上に同定した。2.カイコ・フェノ-ルオキシダ-ゼの活性化に関与するタンパク質を分離精製し,治性化カスケ-ドを再構築後,反応機構の解析を行った。カイコ・外皮ラッカ-ゼおよびショウジョウバエ・プロフェノ-ルオキシダ-ゼのアイソザイムを分離精製した。ショウジョウバエではプロパノ-ルによってもフェノ-ルオキシダ-ゼが活性化されることを確認。3.ニクバエ・アリルホリン遺伝子5 ́上流域の塩基配列ACCACAACAに特異的に結合するタンパク質を幼虫脂肪体より精製した。このタンパク質は40Kと42Kの2種のサブユニットより構成され、ニクバエ胚由来の培養細胞核より調製した無細胞転写系でアリルホリン遺伝子の正確な転写を促進した。4.トノサマバッタにおける脂質動員ホルモン(AKH)と長距離飛翔との関連性について解析した。AKHの分泌により血中トレハロ-スが減少し、トレハロ-スによるジグリセリドの積み込みが解除され,脂肪体から飛翔筋への大量の脂質輸送が開始されることが判明した。本総合研究では、昆虫後期発生過程に特徴的な諸生命現象を理解するため、1)遺伝子レベルで解析の進んでいる卵黄タンパクおよび貯蔵タンパク生合成系、2)生体防御に中心的役割を有するフェノ-ルオキシダ-ゼ系、3)組織崩壞と新生に関与する血球細胞系、4)昆虫飛翔行動のエネルギ-供給系としてのリポホリンーアポリポホリン系、を対象として遺伝子・タンパク質レベルでの解析を進め以下の成果を得た。1)カイコおよびイエバエ脂肪体cDNAライブラリ-よりビテロゲニンcDNAクロ-ンを単離、塩基配列を決定した。RNAブロット解析によりビテロゲニン生合成の性ならびに発生段階特異性はmRNAレベルで制御されていることを証明した。カイコ卵特異的タンパク質遺伝子を単離し、全塩基配列を解明した。ビテロゲニン分解システインプロテア-ゼを単離・精製しN末端領域のアミノ酸配列を決定した。カイコ脂肪体細胞膜より貯蔵タンパク質とり込み系を確立した。2)カイコ体液よりフェノ-ルオキシダ-ゼ活性化カスケ-ド系を分離、再構成した。カイコ外皮ラッカ-ゼおよびショウジョウバエ・フェノ-ルオキシダ-ゼ前駆体の活性化にタンパク分解酵素の関与を証明した。3)センチニクバエ蛹化にともなう脂肪体の崩壞には血球細胞表面に出現する200KDaが関与し、このタンパク質と脂肪体細胞の結合により血球細胞よりキモトリプシン様プロテア-ゼが放出され脂肪体を分解することを確認した。4)トノサマバッタ低密度リポホリン(LDDP)に結合しているアポリポホリンIIIの量は含有ジアシルグリセロ-ル量に依存して変化し、LDDP1分子に約9分子のアポリポホリンIIIが結合していることが判明した。

AKHの分泌により血中トレハロ-スが減少し、トレハロ-スによるジグリセリドの積み込みが解除され,脂肪体から飛翔筋への大量の脂質輸送が開始されることが判明した。
cGMP依存性蛋白質燐酸化酵素の神経系特異的機能

生体のcGMPを介する情報伝達系の役割を明らかにするために以下のような解析を行った。1.前年度までにヒトcGMP依存性蛋白質リン酸化酵素のcDNAのクローニングを終えていたので、cDNAをもとに発現ベクターを構築し、この神経系細胞株に導入することにより、この酵素を安定に多量に発現する細胞株を得た。この細胞を用い、Ca^<2+>画像解析装置を用いて、bradykinin等で刺激した際の細胞内Ca^<2+>濃度の変化を測定しているがいまだ有意な差異は認められていない。今後、ホスファチジルイノシトール系の2次情報伝達物質産生に対する影響を検討したい。2.個体レベルでの解析を容易にするため、酵素活性阻害作用を持つアミノ末端側の断片と大腸菌betagalactosidase遺伝子の融合遺伝子を作製し、この分子が中枢神経系の特定の細胞で発現するように神経系特異的プロモーターのもとにおいた発現ベクターを作製した。これを用いてtransgenic mouseを作製する。3.遺伝的解析が容易なショウジョウバエの系を用いて、頭部特異的グアニル酸環状化酵素のcDNAをクローニングし発現パターンの解析より、この分子の機能を類推した。(J.Neurochem.1993)生体のcGMPを介する情報伝達系の役割を明らかにするために以下のような解析を行った。(J.Neurochem.1993)
微量・高速生化学分析に向けたマイクロ水滴多段階分離機構の開発

本年度は、マイクロメートルサイズの水滴(マイクロ水滴)内の溶質の濃縮率の制御法を確立した。まず、界面活性剤(Span 80)のヘキサデカン溶液を食塩水で洗浄することで、ヘキサデカン溶液に分散したミセル内の水の化学ポテンシャルと洗浄に使った水の化学ポテンシャルが等しくなるようにする。そして、そのSpan 80溶液とマイクロ水滴を接触させることで、マイクロ水滴内の水の化学ポテンシャルがミセル内と等しくなるまでマイクロ水滴が濃縮されることがわかった。また、生体分子の濃縮/分配を調べたところ、例えば昨年度報告したように分子量の大きいタンパク質(ウシ血清アルブミンなど)やナノ粒子はマイクロ水滴内に濃縮される一方で、20-30塩基程度の短いssDNAやリポソームはマイクロ水滴外へ出ていくことがわかった。マイクロ水滴が一分子PCRや一細胞解析など、微量・高速・並列分析に広く使われる理由の一つは、マイクロ流体デバイスを用いれば均一な大きさのマイクロ水滴を生成できる点である。マイクロ水滴の大きさが均一で、マイクロ水滴間で試料量・試薬量・光路長等が等しいため、個々のマイクロ水滴同士の分析結果の比較・定量的解析が可能である。マイクロ水滴を用いた分析操作では、試料量が少ないため検出法がボトルネックとなることが多く、マイクロ水滴内包物の濃縮操作が検討されてきた。しかし、これまでに報告された濃縮操作では、濃縮率を制御することができず、マイクロ水滴分析操作の定量性が損なわれていた。一方、本研究では、濃縮率の制御が可能であり、マイクロ水滴同士での定量性が損なわれることがない。そのため本研究で実証した濃縮制御法は、マイクロ水滴を用いた多くの生化学分析システム利用可能な汎用的濃縮法となり、検出感度向上や新たな生化学分析操作の開発につながると期待する。本年度は、マイクロ水滴内の溶質のナノ水滴への分離効率向上を目指し、マイクロ水滴-ナノ水滴間の水分子および溶質分子の分配特性を明らかにした。マイクロ流体デバイス中に100-200 μmサイズの有機相中水滴を等間隔に並べたマイクロ水滴アレイを作成し、有機相中逆ミセルのマイクロ水滴表面への供給量と速度を制御しつつマイクロ水滴-ナノ水滴間の物質輸送を観察できるシステムを構築した。このシステムを用いてマイクロ水滴の縮小とマイクロ水滴内の蛍光強度の時間変化を計測することで、水と蛍光色素の輸送量からマイクロ水滴-ナノ水滴間の見かけの分配係数を算出した。その結果、同種の溶質がマイクロ水滴内に含まれる場合であっても、界面活性剤の供給速度やイオン性界面活性剤の添加によりマイクロ水滴-ナノ水滴間の水と溶質の見かけの分配係数が変化しうることが示唆された。この結果より、界面活性剤の供給条件や種類を変更することで、マイクロ水滴内の溶質の分離/濃縮効率を向上できることが明らかとなった。また、これまではマイクロ水滴から分離できなかった生体高分子についても、界面活性剤の種類や供給条件を最適化すれば分離が可能になると期待する。今後、有機相中へのタンパク質抽出に有効と知られているリン酸系界面活性剤等を利用し、酵素活性測定など生化学分析への応用を目指す。同時に、分配係数の変化に影響していると考えられるマイクロ水滴-ナノ水滴への水の輸送速度に注目し、その律速過程の解明など基礎的な解析を行う予定である。従来の液液抽出法では、分配係数の調節には抽出剤の添加やpHの調節など、系の化学組成を変化させる必要があった。一方、本手法を利用すれば、有機相の流速を調節するだけで、見かけの分配係数を調節しマイクロ水滴内包物の分離/濃縮の挙動を切り替えることが可能となった。本年度は、1つのマイクロメートルサイズの水滴(マイクロ水滴)内での酵素活性アッセイの実現を目指し、ナノ粒子およびタンパク質の自然乳化中における挙動明らかにした。さらに、プロテアーゼの例の一つとして、パパインを利用して、酵素活性アッセイを検討した。蛍光色素を修飾した数-100 nmナノ粒子の分散液を用いて水滴を作成し、自然乳化における界面移動を蛍光顕微鏡にて観察した。その結果、25nm以上のサイズのポリスチレン製ナノ粒子が、自然乳化にて生成したナノメートルサイズの水滴(ナノ水滴)へと分配しないことがわかった。この結果より、目的分子をナノ粒子に、分子を選択的にマイクロ水滴へと留めることが可能になった。また、表面官能基や粒子の材質により、ナノ粒子のナノ水滴への分配を調節可能であることがわかった。さらに、タンパク質の例として、蛍光色素を修飾したウシ血清アルブミン(蛍光BSA)の挙動を顕微観察したところ、非イオン性界面活性剤であるSpan 80のみを用いた自然乳化においては、蛍光BSAマイクロ水滴内に濃縮されることがわかった。酵素活性アッセイの例として、パパインの検出を実証した。基質として蛍光BSAを用いたとき、パパインに分解された蛍光BSAはナノ水滴へと出ていくことがわかった。この結果はマイクロ水滴の蛍光強度の時間変化を計測することで、パパインの活性測定が可能になることを示唆している。この挙動を利用することで、様々なプロテアーゼの酵素活性アッセイが可能になると期待している。H29年度までに、本研究の目標の一つである1水滴内での酵素活性アッセイの可能性が示された。現在は定性的な知見を得られたにすぎないため、今後、測定可能な酵素濃度や酵素種類の評価等、より詳細な検討が必要になると考える。

本年度は、マイクロメートルサイズの水滴(マイクロ水滴)内の溶質の濃縮率の制御法を確立した。まず、界面活性剤(Span 80)のヘキサデカン溶液を食塩水で洗浄することで、ヘキサデカン溶液に分散したミセル内の水の化学ポテンシャルと洗浄に使った水の化学ポテンシャルが等しくなるようにする。そして、そのSpan 80溶液とマイクロ水滴を接触させることで、マイクロ水滴内の水の化学ポテンシャルがミセル内と等しくなるまでマイクロ水滴が濃縮されることがわかった。また、生体分子の濃縮/分配を調べたところ、例えば昨年度報告したように分子量の大きいタンパク質(ウシ血清アルブミンなど)やナノ粒子はマイクロ水滴内に濃縮される一方で、20-30塩基程度の短いssDNAやリポソームはマイクロ水滴外へ出ていくことがわかった。マイクロ水滴が一分子PCRや一細胞解析など、微量・高速・並列分析に広く使われる理由の一つは、マイクロ流体デバイスを用いれば均一な大きさのマイクロ水滴を生成できる点である。マイクロ水滴の大きさが均一で、マイクロ水滴間で試料量・試薬量・光路長等が等しいため、個々のマイクロ水滴同士の分析結果の比較・定量的解析が可能である。マイクロ水滴を用いた分析操作では、試料量が少ないため検出法がボトルネックとなることが多く、マイクロ水滴内包物の濃縮操作が検討されてきた。しかし、これまでに報告された濃縮操作では、濃縮率を制御することができず、マイクロ水滴分析操作の定量性が損なわれていた。一方、本研究では、濃縮率の制御が可能であり、マイクロ水滴同士での定量性が損なわれることがない。そのため本研究で実証した濃縮制御法は、マイクロ水滴を用いた多くの生化学分析システム利用可能な汎用的濃縮法となり、検出感度向上や新たな生化学分析操作の開発につながると期待する。本年度の成果を踏まえ、生化学分析への応用を試みる。具体的には、酵素反応等の生化学反応の解析への利用を検討する予定である。H29年度までに、自然乳化時におけるタンパク質の挙動が明らかになり、プロテアーゼの活性アッセイの可能性が示された。今後は、ペプチド配列による分配挙動の違いについて定量的な評価と、本手法が適用可能な酵素濃度・種類について検討する予定である。また、自然乳化時におけるリポソームの挙動を調べ、本研究のもう一つの目標である、細胞外小胞体計測への応用可能性について検討する予定である。本年度はマイクロ流体デバイスのデザイン検討が難航すると考え、デバイス作製のための材料費を多く計上していたが、実際は本年度の早い段階でデバイスのデザインの最適化が完了し、材料費の支出が抑えられた。H29年度は、ペプチド合成など試薬購入のための予算を計上していた。これは、これまでごく短いペプチドしかナノ水滴へと分配されないと想定していたため、プロテアーゼ活性アッセイを実証する上で大量のペプチド合成が必要になると考えたためである。しかし、H29年度の結果より、より安価な蛍光標識したウシ血清アルブミンが使用できると判明したため、請求額と使用額の間に差が出た。デバイスデザインの最適化が速やかに終わった一方で、生体高分子を試料として使用し再現性のよい実験操作をするためには、デバイスを一度きりの使用で廃棄する必要あることがわかった。
非正曲率空間に対する非線形スペクトルギャップ

非正曲率空間に対する非線形スペクトルギャップを厳密に求めることができる新しい例を構成した.ここで非線形スペクトルギャップとは有限グラフと距離空間のペアに対して決まる量であって,距離空間がユークリッド空間の場合にはグラフのラプラシアンのスペクトルギャップと一致するものである.GromovによるWirtingerの不等式の応用として,正多面体の多くと,幾つかのコクセター群に対して,非線形スペクトルギャップを厳密に求めることができ,線形の場合に一致することを示した.Gromovによって示された非正曲率空間に対するWirtingerの不等式は, Pansuによってサイクルの非線形スペクトルギャップのシャープな評価に用いられた. Gromovの証明のアイデアはReshetnyakの定理という非正曲率空間内の閉曲線のディスク拡張のテクニックを用いるもので,そのままでは拡張が難しく見えるが,これに4点上の初等的不等式の組合せとしての別証明を与えることができることが分かっており,他のグラフへの拡張の可能性が予想されていた.本研究では,実際にWirtingerの不等式を3次対称群, 4次対称群等の非可換群にたいしても拡張できることを示し,その応用として,これらの群のコクセター群としてのケーリーグラフの非線形スペクトルギャップをシャープに評価した.この結果は豊田哲氏(鈴鹿高専)との共同研究である.非正曲率空間に対する有限グラフの非線形スペクトルギャップは,マルグリスの超剛性定理の幾何学的一般化に向けた研究の中で本質的役割を果たすと考えられており,サイクル以外の有限グラフで非線形スペクトルギャップの厳密な値を求めることは重要なステップとなる.また一方で,井関裕靖氏(慶應義塾大学),納谷信氏(名古屋大学)との共同研究において,ヒルベルト空間に対する離散群のアフィン作用に関する固定点定理を得た.等長作用の場合に知られていた結果のアフィン作用への拡張が可能であることを示したものであるが,証明はGromovによる離散的熱流の手法を用いている点で従来と本質的に異なり,これまでとは違った方向への拡張の可能性が考えられる.GromovによるWirtingerの不等式は有限巡回群の上の不等式であったが,これを非可換な有限群に拡張できることが分かったため.重み付きグラフの非線形スペクトルギャップをコクセター群上で考えるための一つのステップとして,一般の二面体群を扱った.二面体群について,重みを動かした時のスペクトルの変化を調べ, Wirtingerの不等式の形の予想を立てた.非正曲率空間に対するWirtingerの不等式の証明はまだできていないが, CAT(0)不等式から導かれる二面体群上の不等式の族を得るところまではできている.これらの不等式が独立であることが証明できると,サイクルの場合と同様にWirtingerの不等式が証明できると考えられるが,それにはまだ計算が必要となる.また, 4次対称群上のWirtingerの不等式に対する,これまでに分かっていたアドホックな証明を見直し,より見通しの良い形で理解することができるようになった.すなわち, Wirtingerの不等式を示すために,我々はまずコクセター群の表現空間内の軌道のうち同一平面上にある4点に対してCAT(0)不等式を適用し,これらを十分な数だけリストアップして連立不等式を得て,そこから導出するというやり方を取っていたのだが, 4次対称群の時は考えるべき表現空間の次元が3であるために軌道の成す多面体を目で見ることができ,同一平面上にある点は目で見て探すことができ,リストアップするべき平面の集合も適当に見つけることができた.このやり方は一般化が不可能であるため,どのような群の元に対して軌道が同一平面に乗るのかを理解し,その切り口の幾何的性質を理解し直し,一般化のための知見を得た.二面体群のWirtingerの不等式及びスペクトルギャップの値を得るための本質的なステップは予想の形を具体的に書き下して,必要な不等式のリストアップを行うことであると考えられる.これらの部分はできているため,残りは時間をかければサイクルと同様の議論により証明が完成すると考えられる.Margulisの超剛性定理の幾何学的一般化である幾何学的超剛性定理を目指す研究において,非線形スペクトルギャップの評価は本質的であると考えられるが,計算が難しいためにほとんど計算例がなかった.PansuはGromovが示した非正曲率空間に対するWirtingerの不等式を用いることでサイクルの非線形スペクトルギャップを厳密に求めた.このサイクルでの証明はそのままでは一般化が難しいが,我々の得た別証明により他のグラフへの拡張の可能性が示唆された.この別証明は同時にGromovのある問いに答えるものであり,これをまとめた論文は2017年にアクセプトされた.本研究では超剛性との関わりを意識したコクセター複体の1スケルトンとコクセター群のケーリーグラフだけでなく,より広いクラスとして正多面体や3次元の様々な多面体の1スケルトンに対するWirtingerの不等式の拡張と非線形スペクトルギャップの計算を行った.コクセター群での計算例は二面体群と4次対称群しか計算できていないが,いずれの場合にも非線形スペクトルギャップが線形のスペクトルギャップに一致することが分かっている.また120-cellを除く全ての正多面体, 3次元の幾つかの半正多面体においても,非線形スペクトルギャップが線形スペクトルギャップと等しいことが分かった.非線形

スペクトルギャップが線形の場合に一致するという現象がどのくらい一般的に成り立つことなのかは当初からの問題意識であり,これについての様々な知見は得られつつあるものの,まだ分かっておらず,今後の課題である.非正曲率空間に対する非線形スペクトルギャップを厳密に求めることができる新しい例を構成した.ここで非線形スペクトルギャップとは有限グラフと距離空間のペアに対して決まる量であって,距離空間がユークリッド空間の場合にはグラフのラプラシアンのスペクトルギャップと一致するものである.GromovによるWirtingerの不等式の応用として,正多面体の多くと,幾つかのコクセター群に対して,非線形スペクトルギャップを厳密に求めることができ,線形の場合に一致することを示した.Wirtingerの不等式は他のコクセター群に対しても成立すると予想される.一般のコクセター群を扱うにはまだ明確なアイデアはないが,二面体群などのランクの低いコクセター群には計算が複雑になるだけでそのまま拡張できるのではないかと思われる.これを実行し,非線形スペクトルギャップの計算例を増やし,一般論に向かうための足がかりとしたい.二面体群についての研究を引き続き今年度も行う.また対称群の場合のWirtingerの不等式についても同様の研究を行う.幾何学
宇宙放射線の脳機能への影響に関する神経生物学的研究

細胞1個もしくは少数の細胞からなる神経回路を狙い撃ちして照射し観察できる放射線医学総合研究所のマイクロビーム細胞照射装置(SPICE)を活用し、陽子線によって引き起こされる神経活動を経時的に観察した。細胞内カルシウムを可視化する蛍光色素を細胞内に導入し、顕微鏡による経時的蛍光イメージングを行い、マイクロビーム照射時と非照射時のニューロンの活動を比較検討した。細胞はマウス大脳皮質由来一次培養ニューロンを使用した。その結果、照射したニューロンは照射直後に活性化し、逆に照射細胞周辺のニューロンでは活動の低下が観察された。これらの観察から陽子線が神経活動・脳活動に影響を及ぼす可能性が強く示唆された。放射線医学総合研究所のマイクロビーム細胞照射装置(SPICE)を活用し、経時的細胞活動計測を行った。細胞1個もしくは少数の細胞からなる神経回路を狙い撃ちして照射し観察できるSPICEを利用し、陽子線によって引き起こされる神経活動を経時的に観察した。ニューロンが信号を伝達する際、発生する活動電位により細胞の膜電位が上昇し、電位依存性カルシウムチャネルを開口し、細胞外から細胞内にカルシウムが流入する結果、細胞内カルシウム濃度が上昇する。この現象を利用し、細胞内カルシウムを可視化する蛍光色素および蛍光レポータータンパク質を細胞内に導入し顕微鏡による経時的蛍光イメージングを行うことにより、マイクロビーム照射時と非照射時のニューロンの活動を比較検討することができる。使用する細胞は、マウス大脳皮質由来一次培養ニューロンであり、主にGABAニューロンとコリン作動性ニューロンが含まれる。慈恵医大にて細胞の調整およびカルシウムイメージングの基礎実験を行い、SPICEにて同細胞の照射およびイメージングを行った。照射する粒子数は500-5000個(<2Gy)で検討し、500msec間隔で12分間タイムラプス撮影を行い、イオノマイシン添加により細胞応答性を確認した。複数の実験を行い、マイクロビーム(陽子線)を照射したニューロンの活性化と周辺ニューロンの活動低下という2つの現象が観察された。観察する神経細胞は、マイクロビームを透過することのできる極めて薄い特殊な素材の膜上で培養しなくてはならないが、細胞の接着があまり良くないためコーティング条件の検討が必要である。また培養に用いる薄膜の強度が十分でないため、長期に培養すると膜が歪んだり、液漏れ起こしてしまい、観察・測定が困難になる。いまのところ34日間の培養が限界であるが、より長い期間培養して神経細胞を成熟させた上で観察したほうが、より大きな測定値の差を得ることができると考える。長期培養に耐える薄膜素材の検討および神経細胞の成熟を促す培養条件の検討が必要である。宇宙放射線は宇宙空間を飛び交う高エネルギーの放射線で、高線エネルギー付与(linear energy transfer; LET)荷電粒子線をはじめとした多種な線質の放射線であるが、主な成分は陽子である。これまで宇宙に滞在した宇宙飛行士の約80%が、宇宙放射線が宇宙船を通過する際に閃光を見る「アイフラッシュ」と呼ばれる現象を経験したことが報告されている。長期の宇宙飛行においては、宇宙放射線が宇宙飛行士の脳活動に重大な影響を与える可能性が懸念されている。我々は細胞1個もしくは少数の細胞からなる神経回路を狙い撃ちして照射し観察できる放射線医学総合研究所のマイクロビーム細胞照射装置(SPICE)を活用し、陽子線によって引き起こされる神経活動を経時的に観察した。マイクロビーム照射に用いることのできる薄膜の中から神経細胞培養に最適な膜の検討を行い安定的に培養可能な条件を検討した。またコーティングの種類、神経分化を促進する新しい培養液、神経栄養因子の添加などを検討し、比較的速くニューロンが成熟する条件を決定した。その結果、照射したニューロンは照射直後に活性化し、逆に照射細胞周辺のニューロンでは活動の低下が再現性良く観察された。陽子線が神経活動に直接急性の影響を及ぼすことを示した世界ではじめての成果であり、また地上実験により宇宙放射線の脳への影響をシミュレーションできる実験系を確立したことが確認された。マイクロビーム照射に用いることのできる薄膜の中から神経細胞培養に最適な膜の検討を行い安定的に培養可能な条件を検討する。またコーティングの種類、神経分化を促進する培養方法(新しい培養液、神経栄養因子の添加など)を検討する。それに引き続き、薬理学の手法を用いて陽子線・重粒子線の影響の作用点を探索する。GABA

ニューロンもしくはコリン作動性ニューロンの代謝型受容体の阻害剤、各種チャネル阻害剤、IP3受容体をはじめとする神経応答経路因子の阻害剤などを加えて照射による応答を観察し、実験回数を増やしてデータを取得する。分子神経生物学昨年度は、陽子線照射のための神経細胞の培養に用いる特殊な素材の薄膜を複数種類使用し、最適条件を模索するのに時間がかかったため、培養サプリメントや各種阻害薬など高価な培養関連試薬を使用する実験の開始が遅れた。そのため次年度使用額が発生した。本年度は神経細胞培養液および分化誘導の最適条件の検討を行うと同時に、各種阻害薬など高価な培養関連試薬を使用し、実験回数を増やしてデータを取得する計画である。
カベオリンによる生体膜糖脂質量制御の可能性

カベオラ(Ω状の細胞膜ドメイン)形成に関与するカベオリンがGlcCer合成量を調節しうる因子であるという仮説を軸に研究を進めたが、より生理条件に近いGlcCer合成酵素アッセイを開発し、この仮説を検証した結果、これを支持するようなデータは得られなかった。しかしながら、AMP-activated protein kinase(AMPK)がGlcCer合成酵素の活性を制御する因子であることを見出した。グルコース1分子とセラミドから構成されるグルコシルセラミド(GlcCer)は糖脂質の基本骨格である。GlcCer合成量の制御は細胞内糖脂質量を規定する上で重要なステップであるが、その制御機構は不明である。糖脂質は生体膜の構成分子であり、複雑精緻な生命活動を適切に運営する場を提供する。従って、細胞内における糖脂質の量や局在を制御する仕組みの解明は、生命および各種病態を理解する上で重要な研究課題と言える。当初はカベオリンがGlcCer合成量を調節しうる因子であるという仮説を軸に研究を進めたが、より生理条件に近いGlcCer合成酵素アッセイを開発し、この仮説を検証した結果、支持するようなデータは得られなかった。しかしながら、この新しいアッセイによって、AMP-activated protein kinase (AMPK)のアゴニストであるAICARによりGlcCer合成が抑制されることを見出した。AMPKは細胞内のエネルギーセンサーとして働くセリン/スレオニンキナーゼであり、AMP/ATP比が高い、即ちエネルギー不足時に活性化され、ATPの消費を抑制し、ATP合成を促進する。AMPKを活性化するグルコース枯渇時、および2-deoxyglucose添加時にもAICAR処理時と同様に、細胞内GlcCer合成能の低下が観察され、またAMPKのアンタゴニストであるCompound CによりGlcCer合成能低下が抑制された。これらの結果は、AMPKはGlcCer合成を負に制御する因子であるという可能性を示唆している。今後は、エネルギーセンサーAMPKとGlcCer代謝との関係性を立証するデータを収集し、詳細なメカニズムの解明を目指すつもりである。インスリン抵抗性やパーキンソン病等の発症に、グルコース1分子とセラミドから構成されるスフィンゴ糖脂質、グルコシルセラミド(GlcCer)の過剰蓄積が関与することが分かってきた。GlcCer量を制御する機構が明らかになれば、より詳細な発症メカニズムの解明や効果的な薬剤開発へと繋がる可能性がある。当初はカベオラ(Ω状の細胞膜ドメイン)形成に関与するカベオリンというタンパクがGlcCer合成量を調節しうる因子であるという仮説を軸に研究を進めたが、より生理条件に近いGlcCer合成酵素アッセイを開発し、この仮説を検証した結果、これを支持するようなデータは得られなかった。しかしながら、この新たなアッセイ系を用いることで、AMP-activated protein kinase(AMPK)がGlcCer合成酵素の活性を制御する因子であることを見出した。AMPKはAMP/ATP比が高い環境すなわちエネルギー不足時に活性化され、ATPの消費を抑制し、ATP合成を促進するように代謝バランスを制御する、細胞内のエネルギーセンサーの役割を担うセリン/スレオニンキナーゼである。AMPKを活性化するグルコース枯渇時、2-deoxyglucose添加、およびAMPK活性化剤AICAR、メトフォルミン添加により細胞内GlcCer合成能の顕著な低下が観察され、またAMPKのアンタゴニストであるCompound C、およびAMPKのドミナントネガティブ過剃発現によりGlcCer合成活性の上昇が観察された。LC-ESI MSを用いた脂質定量解析の結果、AMPK活性化により細胞内GlcCer量が有意に減少することが示された。本研究によってAMPKを介したGlcCer・糖脂質合成制御機構の存在が明らかになった。
幼少期の学習過程における神経系の可塑的変化のメカニズム

鳥類の刷込み行動は、学習可能な時期が幼若期にあるため、幼少期の学習の優れたモデルとなる。刷込み行動の成立には、脳内の主要な興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸を受け取る受容体の活性化が関与している。刷込み行動には、視覚中枢と記憶の貯蔵領域との間の神経経路が働いており、この経路の細胞はこの受容体を持っている。刷込みのトレーニングを行うと、この神経経路の細胞でこの受容体の活性化と増加が正のフィードバック機構によって進む。その結果、この経路における神経情報伝達が短時間のうちに促進・強化される。これが、幼少期における様々な学習の成立メカニズムであることが示唆された。ヒヨコの刷込み行動をモデルとして、幼弱な時期に記憶・学習行動が容易に起こるメカニズムについて調べている。刷込み行動は、ひな鳥が親鳥の姿と声を覚えて、その後を追うという行動である。この行動を、液晶画面に映した動く図形に対してヒヨコに起こし、脳神経系に細胞レベルでどのような変化が起きているかを調べた。これまでに、神経伝達物質であるグルタミン酸の受容体のうち、幼弱期に特に発現が高いNR2Bサブユニットを含むNMDA受容体(NR2B/NR1)がこの過程に重要であることを示してきた。今年度は、short hairpin RNAを用いたRNA干渉法によって、薬剤を用いるよりも特異的にこの受容体の働きを阻害することで、この受容体が重要であることの確証を得た。また、学習過程を詳細に追った解析により、学習によってこの受容体が刺激されることで神経細胞が活性化し、これが刺激となって、細胞表面でのこの受容体の発現量が増加し、より神経細胞の活性化が進む、という「自己活性化」の機構があることを明らかにした。別の種類のグルタミン酸の受容体であるAMPA受容体は、このNR2B/NR1の自己活性化が起きた後に活性化されていた。NR2B/NR1が刺激されることで、細胞表面でのこの受容体の発現が増加するメカニズムについても調べた。NR2B分子のC末端にあるチロシン残基がリン酸化されることで、NR2Bの細胞表面での発現が増加するが、サイクリン依存性キナーゼ5(cdk5)によりこの過程は阻害されることが知られている。刷込み学習に伴い、cdk5を活性化する分子であるp35が分解されていた。これにより、刷込み学習がNM2B/NR1を活性化することで細胞内のp35の減少が起き、cdk5が不活性化されて、NR2B/NR1の細胞表面での発現が増加することが示唆された。1.刷込み成立直後のヒヨコ終脳のHDCo細胞の活動性とグルタミン酸受容体の活性について液晶画面に赤四角を映して、画面の左右の端から端まで繰り返して動かした。これを孵化後1日(P1)のヒヨコに提示することで、刷込みのトレーニングを行った。30分のトレーニングによって刷込みが成立したので、トレーニング終了直後に急性脳スライスを作製し、刷込みに重要な神経回路である、VW-IMM回路の活動性の変化を調べた。光学的イメージング法により、この活動性がトレーニングにより増強していることがわかった。この増強は、トレーニング無しのヒヨコから作製した急性脳スライスのVW層に長期増強を誘導するような高頻度刺激を与えた時の反応と類似していた。さらに、texas red(蛍光色素)の注入によりHDCo細胞を可視化し、HDCo細胞の反応性を電気生理学的にホールセルパッチクランプ法により解析すると、トレーニング後のHDCo細胞では、グルタミン酸受容体のうちのNR2B含有NMDA受容体が活性化されていた。さらに、ウエスタンブロッティングを用いて調べると、シナプス後膜のその発現が上昇していた。2.トレーニングの時間経過に伴うHDCo細胞の可塑的変化と刷込み成立との関連20分間のトレーニングを前半10分間と後半10分間に分けて行うことができる。前半10分間のトレーニングでは刷込み行動は成立しないが、この時期に、すでにNR2B含有NMDA受容体の活性化と、その発現の増加が起きていたが、グルタミン酸受容体のうちのAMPA受容体の活性化や発現上昇は起きていなかった。後半10分間のトレーニング終了後にはAMPA受容体の活性化も起きていた。また、NR2Bの発現量を強制的に増加させた時、刷込みが促進されることが明らかになった。これらのことから、NR2Bの活性化が刷込みに必要な回路の増強を引き起こすことが明らかとなった。ヒヨコの刷込み行動は、幼若期に学習の臨界期(学習可能な時期)がある学習のモデルである。刷込み行動には、ヒヨコの視覚中枢と記憶の貯蔵領域との間の神経回路が働いており、この回路における神経情報伝達が促進・強化されることが必須である。

この過程には、NR2B含有NMDA受容体(脳内の主要な神経伝達物質であるグルタミン酸を受容する)の活性化が関与している。本研究では、刷込みの学習でどのような時間経過とメカニズムによってこの受容体の活性化が起き、その結果刷込みの神経回路を作る細胞が変化していくのかをとらえることで、学習の成立機序の解明をめざした。刷込みの神経回路を作る細胞として、この回路の重要な位置にあるHDCoと呼ばれる細胞に注目して解析を行った。神経活動の光学的イメージング法や電気生理学的方法を用いた解析で、刷込み学習直後では、HDCo細胞のNR2B含有NMDA受容体が活性化されており、生化学的解析ではシナプス膜上でこの受容体が発現上昇していた。NMDA受容体の活性化と発現上昇には、活性化が起きるほどより活性化が進むという、正のフィードバック機構が働いていた。そして、これらの変化はトレーニング初期のまだ刷込みが成立していない時期にすでに起きていた。トレーニングを継続すると、やがてAMPA受容体(グルタミン酸を受容するもう1つの受容体)の活性化と発現上昇が起き、刷込みの成立が見られることが明らかになった。さらに、脳細胞で働くNR2B含有NMDA受容体を増加させる操作を行うと、より短いトレーニングで刷込み行動が成立することが示された。これらのことから、刷込みのトレーニングによって、刷込みの神経回路の細胞でNR2B含有NMDA受容体の活性化が進むことが、刷込み成立の初期段階として重要であることが明らかとなった。これは、幼少期における様々な学習の成立メカニズムを示唆していた。神経科学研究計画として4項目挙げたが、そのうち、3項目は達成できた。研究計画に記載した事柄について、研究を実施し、結果を得ることができた。論文を投稿中である。研究計画の4番目の項目である、「HDCo細胞の可視化と活性化されたHDCo細胞の形態的変化の解析」を進める。現在までに、最初期遺伝子の一つであるArc/arg3.1(Arc)遺伝子の発現調節領域と相同性の高い配列をニワトリゲノムで確認し、単離した。この配列にEGFP配列を繋げた配列、また、CAGプロモーターにmCherry遺伝子を繋げた配列を、それぞれ2つのTol2トランスポゾン配列間に組み込んだベクターを作成した。この2種類のベクターをトランスポザーゼ遺伝子発現ベクターと共にin ovoエレクトロポレーション法によって脳細胞ゲノムに導入した。遺伝子導入ヒヨコに刷込みトレーニングを行うと、活性化した神経細胞ではEGFPの発現が見られることが確認できた。今後、遺伝子導入効率を安定させ、学習記憶の成立後における神経細胞のスパインや樹状突起、軸索走行の形態的変化について解析していく。さらに、アクチンフィラメントなど細胞骨格の形成やその制御に関わる分子について、組織学的・生化学的解析により明らかにしていく。マウスにおいては、NR2BのC末端にあるチロシン残基のリン酸化の促進により、NR2Bの細胞表面での発現が増加する。サイクリン依存性キナーゼ5(cdk5)は、この過程を阻害するので、細胞表面のNR2Bの発現を減少させる。
近代沖縄の小学校における郷土教育実践に関する基礎的調査研究

本研究は1920年から1930年代前半を中心とした沖縄の小学校における郷土教育の思想と実践について解明。課題として以下を設定。(1)各学校での実践について、教材に着目した解明。(2)教育会による関与について、教育会誌『沖縄教育』を中心に解明。(3)郷土教育の基盤とされた郷土誌に関する調査。結果として、郷土教育実践関係史料の総目録および『沖縄教育』収載の関係記事一覧を作成。これらは以下で述べる成果公表を優先し今年度の公表は見合わせた。具体的な成果として『沖縄教育』復刻刊行委員会の一員として同誌の復刻に携わり復刻刊行。同復刻別冊に「解説」「総目次」「索引」を執筆。本調査研究の目的は,1920年から1930年代前半を中心とした,沖縄の小学校における郷土教育の思想と実践について実証的に解明することである。そのために具体的に解明すべき課題として以下の三点を設定した。(1)沖縄での郷土教育にかかわる各学校での実践の内容や組織について,教材に着目しつつ個別的に解明する。各地域・学校において郷土教育実践がきわめて多様に展開されていたことが推測できる。各学校作成の郷土教育の教材について,本研究ではその総目録を作成し,個別的な史料的検討を加えたうえで,解題を付す。(2)沖縄県庁や沖縄教育会による郷土教育あるいは郷土研究への関与について,教育会誌『沖縄教育』を中心的な素材としてあきらかにする。(3)沖縄における郷土教育実践の基盤とされた,郷土研究や郷土誌の刊行に関して,その体系的な目録化を実施する。対象時期における郷土研究および郷土誌の刊行状況に関する史料を収載した目録についての調査にとくに意を注ぐ。調査研究の第一年度に相当する本年度は,以上のうち(2)に該当する課題の解明,すなわち教育会誌『沖縄教育』および調査対象時期に刊行された沖縄各地域の新聞史料の収集整理に充当した。具体的な手順は以下のとおりであった。那覇調査(7月13日16日)『沖縄教育』記事抽出作業,東京調査(9月18日21日)『沖縄教育』記事抽出作業那覇調査(10月19日21日)『琉球新報』新聞史料調査,東京調査(10月26日28日)『沖縄教育』記事抽出作業石垣調査(11月30日12月2日)地域新聞史料調査,宮古・石垣・那覇調査(12月21日12月27日)地域新聞史料調査。以上の基礎的調査により,研究第一年度に予定していた,基礎史料の体系的な整備という課題をおおむね達成することができた。次年度は,ひきつづき前記(2)とともに,(1)および(3)の課題の解明に取り組む予定である。本調査研究の目的は、1920年から1930年代前半を中心とした、沖縄の小学校における郷土教育の思想と実践について実証的に解明することである。具体的に解明すべき課題として以下の三点を設定した。1沖縄での郷土教育にかかわる各学校での実践の内容や組織について、教材に着目しつつ個別的に解明する。各学校作成の郷土教育の教材について、本研究ではその総目録を作成し、個別的な史料的検討を加えたうえで、解題を付す。2沖縄県庁や沖縄教育会による郷土教育あるいは郷土研究への関与について、教育会誌『沖縄教育』を中心的な素材としてあきらかにする。3沖縄における郷土教育実践の基盤とされた、郷土研究や郷土誌の刊行に関して、その体系的な目録化を実施する。本研究の計画段階では、課題1より順次、進行させる構想であったが、調査研究の第一年度においては、2にかかわる史料調査を先行させた。史実の把握において課題2の『沖縄教育』誌が要となるためである。課題2をほぼ完了させることが出来たことをうけて、第二年度に相当する本年度は、以上のうち1および3にかかわる基礎的な調査に充当した。すなわち、沖縄県立図書館、石垣市立図書館をはじめとする諸機関において、複数回にわたる史料調査を実施した。他方、郷土教育実践を主題とした本研究の副産物として、1930年代の八重山における教員運動史における「郷土」の位置付けを主題とした論稿を編著として公表した。具体的に解明すべき課題として以下の三点を調査開始時に設定した。課題(1)沖縄での郷土教育にかかわる各学校での実践の内容や組織について、教材に着目しつつ個別的に解明する。

名地域・学校において郷土教育実践がきわめて多様に展開されていたことが推測できる。各学校作成の郷土教育の教材について、本研究ではその総目録を作成し、個別的な史料的検討を加えたうえで、解題を付す。課題(2)沖縄県庁や沖縄教育会による郷土教育あるいは郷土研究への関与について、教育会誌『沖縄教育』を中心的な素材としてあきらかにする。課題(3)沖縄における郷土教育実践の基盤とされた、郷土研究や郷土誌の刊行に関して、その体系的な目録化を実施する。対象時期における郷土研究および郷土誌の刊行状況に関する史料を収載した目録についての調査にとくに意を注ぐ。課題(1)および(3)については、沖縄県立図書館、石垣市立図書館などの所蔵機関において個別的な書誌調査を実施した。その結果、『琉球新報』『沖縄毎日新聞』などの同時代史料における関係記事一覧とあわせて、沖縄における郷土教育実践関係史料の総目録を作成した。これらは、以下で述べる課題(2)の成果公表を優先させたため、今年度の公表は見合わせた。課題(2)については、『沖縄教育』にかかわる書誌調査を実施し、収載の郷土教育関係記事一覧を作成した。またそのひとつの成果として、『沖縄教育』復刻刊行委員会編として同誌の復刻に携わるとともに、2009年11月から2012年にかけて全36巻として復刻刊行することに結び付いた。また同復刻の第1回配本に付された別冊に「解説」「総目次」「索引」を執筆寄稿した。
地震によるメカニカル継手埋設管の抜出被害分析結果に基づいたパイプラインの防災対策

重要なライフラインである水道と都市ガスは埋設管を用いて水やガスを供給している。多種多様な埋設管のなかでメカニカル継手鋳鉄管は重要拠点から遠方地域に水を輸送する重要幹線にも用いられている。このメカニカル継手から管が抜け出す被害が発生すると、その被害の影響は供給ネットワーク全体に波及する。そこでメカニカル継手埋設管の継手抜出し被害に着目し、既往地震での被害データに基づいた被害発生条件の特定、統計分析からの管路被害判別式の構築を行った。また、この研究成果を愛知県250メッシュに適用し、被害が発生し得る地域を特定した。更に継手抜出しの発生過程および損傷メカニズムについて数値解析を用いて明らかにした。水道事業は、ネットワーク化された管路網を介して各家庭に水を供給している。このネットワークを構成する水道管には、メカニカル継手埋設管が使用されている。この継手は、地震時に順応する大きな伸縮性と可とう性を備えた継手であるが、既往地震においてメカニカル継手埋設管に被害が発生している。本研究の目的は、供給ネットワーク全体に波及するメカニカル継手埋設管の継手抜出し被害の発生メカニズムを解明することである。(1)パイプライン工学的課題:東北地方太平洋沖地震・兵庫県南部地震おける継手抜出し被害発生地点について現地調査・図面調査及び写真調査を行い、継手抜出し被害の地形学的地域特性等を整理した。結果、激しい液状化や急傾斜地での滑動が継手抜出し被害の要因となっていることが確認された。(2)ライフライン地理学的課題:液状化発生危険箇所を特定することは設備対策上重要である。そこで、既往地震で液状化が発生した微地形分類「旧河道」に着目し、レーザー航空測量から得られた5mメッシュ標高値を用いて旧河道位置の把握を行った。次に、急傾斜地内埋設管を把握するため、前述の標高値からアナグリフ画像を作成し、管路網と重ね合わせ、急傾斜地内埋設管の位置を特定した。本項記載の成果は、既に濃尾平野に適用している。(3)地中埋設管ー地盤連成解析課題:送水管網内に存在するスラストブロックが地震動により変動すると、水道管の被害に繋がる。そこで、スラストブロックの地震時挙動を連続体破壊解析(FEMーDEM結合解析法)を用いて把握する。平成25年度は試計算を行い解析的な課題を抽出した。今後、解析モデル・条件を変更し解析を進める。また、上記の通り、継手抜出し被害には液状化が関与している。そこで、地中構造物の材料非線形性を考慮できる地盤応答解析手法を開発した。今後、継手抜出し被害対策として安価で施工性の高い工法を解析的に検討する。以上1.地中スラストブロックの動的挙動がメカニカル継手埋設管に与える影響評価:東北地方太平洋沖地震では、水道送水管路においてスラストブロックが変動し、埋設管に座屈や抜け出し等が発生した。スラストブロックの周辺のメカニカル継手埋設管からの漏水が起きた原因は、地震時に周辺地盤とスラストブロックとが独立して振動・挙動したため、スラストブロックの動的変位の影響を受けメカニカル継手が漏水したと考える。そこで、上記を想定したスラストブロックの地震時の挙動をFEMーDEM結合解析手法を用いてケーススタディー(地盤モデル形状、破壊面の減衰定数)を実施し、スラストブロック間に連結されるメカニカル継手埋設管への影響を評価した。2.ソリッドーシェル解析を用いた周方向地盤ばね特性の詳細検討:実務で埋設管の耐震性評価解析を実施する場合、埋設管を『シェル要素』で、その周辺に存在する地盤を『地盤ばね要素』でモデル化している。本研究で実施したソリッドーシェル解析結果から、埋設管に作用する土圧は、周方向で異なることが確認された。そこで、周方向に配置する地盤ばねの強度特性を明らかにすると共に、設計で用いることができる設定方法を提案した。3.メカニカル継手埋設管の液状化被害対策工法の開発:平成25年度の研究成果として、東北地方太平洋沖地震、兵庫県南部地震におけるメカニカル継手埋設管の被害は、面的に広がる液状化現象が発生した地盤、或いは、急傾斜地・丘陵地における斜面での表層土が滑動した地盤で発生していることが多いことが確認された。そこで、メカニカル継手埋設管の液状化被害対策について、弾塑性構成式(SYSカムクレイモデル)を搭載した水土骨格連成有限変形解析手法を用いて、埋設管と並行にドレーン材を配置することを考え、ドレーン材の設置長さについてケーススタディーを行い、効果的な対策工法を提案した。最終年度である平成27年度は、下記の課題に取り組み、各研究課題を取り纏めた。1.地中スラストブロック動的挙動のメカニカル継手埋設管への影響評価:東北地方太平洋沖地震において、大口径送水管の継手が抜出した。その要因としては、地震時にスラストブロックと基礎地盤とが、各々の振動特性で挙動したため、スラストブロックの動的変位が増大し、スラストブロックと一体化しているメカニカル継手が抜出したと考えられる。そこで、FEMーDEM結合解析手法を用いて、スラストブロックの地震時挙動についてケーススタディーを行った。その結果、基礎地盤とスラストブロック埋戻し材との不均一性や表層地盤の形状が、スラストブロックの動的変位を増大させる要因(メカニカル継手が抜出した要因)であることが明らかになった。

2.小口径メカニカル継手の破断メカニズム解明に向けた継手引張解析:メカニカル継手には、地震時、圧縮方向・引張方向変位が作用する。その結果、継手部材が過度に変形すると、継手抜出し被害に至る。そこで、この継手抜出し被害のメカニズムを解明するため数値解析を行った。まず、シールゴム材料の引張試験および顕微鏡による内部構造分析を行い、解析入力データを取得した。その結果を継手部材モデルに反映したメカニカル継手の引張解析を実施した。その結果、メカニカル継手の破断には、シールゴム部材のせん断損傷の進行が大きく関与していることが明らかになった。3.これまでの研究成果の濃尾平野への適用:本研究の総まとめとして、これまでの研究成果を濃尾平野に適用した。東日本大震災時における液状化地盤での水道管被害実績を用いて、説明変数を微地形分類と地盤強度(N値分布)とし、目的変数を管路被害の発生有無とした統計分析を行った。この統計分析結果を、濃尾平野に適用しメカニカル継手埋設管の被害が発生し得る地域を特定した。重要なライフラインである水道と都市ガスは埋設管を用いて水やガスを供給している。多種多様な埋設管のなかでメカニカル継手鋳鉄管は重要拠点から遠方地域に水を輸送する重要幹線にも用いられている。このメカニカル継手から管が抜け出す被害が発生すると、その被害の影響は供給ネットワーク全体に波及する。そこでメカニカル継手埋設管の継手抜出し被害に着目し、既往地震での被害データに基づいた被害発生条件の特定、統計分析からの管路被害判別式の構築を行った。また、この研究成果を愛知県250メッシュに適用し、被害が発生し得る地域を特定した。更に継手抜出しの発生過程および損傷メカニズムについて数値解析を用いて明らかにした。これまで、次の研究成果を挙げている。1レーザー航空測量から得られる5mメッシュ標高値を用いて、液状化現象の発生確率が高い微地形の位置を直接把握でき手法を提示した。また、その成果を濃尾平野に適用した。2ソリッドーシェル解析手法の確立では、本解析手法を用いて既往の実験結果を再現することができた。また、確立した解析手法を用いて、管周方向の地盤反力(土圧)を把握すると共に、管周方向に異なる地盤ばね特性設定値を提案した。3メカニカル継手埋設管の液状化被害対策工法の開発として、弾塑性構成式(SYSカムクレイモデル)を搭載した水土骨格連成有限変形解析手法を用いて、埋設管と並行にドレーン材を配置することを考え、ドレーン材の設置長さについてケーススタディーを行い、効果的な対策工法を提案した。今後の課題としては、次の通りである。1スラストブロックの地震時の挙動をFEMーDEM結合解析手法を用いてケーススタディーを実施し、スラストブロック間に連結されるメカニカル継手埋設管への影響を更に評価していく。2メカニカル継手の破断メカニズムを明確にするため、メカニカル継手の構成部品、鋳鉄管本体をモデル化し、引張変位・圧縮変位を与えて各部品の変形状況や抜出し過程を解析する。3本研究の総まとめとして、これまでの研究成果を濃尾平野に適用する。27年度が最終年度であるため、記入しない。ライフライン地震工学、パイプライン工学最終年度である平成27年度は、下記の課題に取り組み、各研究課題を収斂させていく。