hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
矯正治療に用いる骨形成因子複合化吸収性骨膜下インプラントの開発と臨床応用

現在,経時的変化における分子量の変化,強度の変化について検討中である。今後吸収性インプラントの分子量や吸収のコントロールを行い,矯正治療に適した分子量,性状の吸収性インプラント材を開発していく予定である.短期間で確実にかつ強固に骨性結合が得られ、さらに生体内で吸収されるため使用後に撤去する必要がないポリ乳酸(PMMA)を材料として、骨表面に自由に設置できる歯科矯正治療専用の骨膜下インプラント開発を本研究の目的としている。平成16年度の研究は昨年より行っているin vivo実験、犬顎骨にポリ乳酸スクリューの移植を行った実験の継続として、生体親和性、周囲骨組織の変化に関してさらに調査検討を行った。検索方法としてはインプラント体長軸に平行に切り出したトルイジンブルー染色の非脱灰研磨切片を作製しインプラント体とその周囲骨面の接触率、およびインプラント体のネジ山頂間の骨占有率を光学顕微鏡下で計測した。その結果、骨面接触率は、移植時に比較して移植後3か月では有意に増加した。また移植後3か月から移植後6か月では変化が認められなかった。一方、骨占有率でも移植時に比較して移植後3か月では有意に増加した。また移植後3か月から移植後6か月では変化が認められないという結果が得られた。これらの結果からポリ乳酸インプラント体の生体親和性は良好であったため、移植時のドリル孔とスクリューのわずかな隙間へ、移植後3か月までにインプラント周囲の骨が新生し骨が密着するように取り囲んだと考えられた。これにより昨年度の周囲組織の炎症性細胞が認められなかったという結果も合わせて、ポリ乳酸の生体内使用は良好であると考えられた。今後はインプラントの分子量と破壊強さの検索を行っていき、さらには分子量の低下をコントロールする方法について検索を進めていく予定である。吸収性ポリ乳酸(PMMA)を骨膜下インプラントとして応用し、さらに短期間で確実にかっ強固に骨性結合が得られ、骨表面に自由に固定源の部位を設定でき、加えて生体内で吸収され矯正治療後に撤去の必要のない歯科矯正治療専用の新しいインプラント開発を本研究の目的としている。平成17年度の研究は一昨年より行っているin vivo実験、犬顎骨によるポリ乳酸スクリューを移植したときのポリ乳酸の性質変化、周囲骨の変化についての調査に、スクリューへ応力をかけ続けた環境下でスクリューの吸収に関しての実験の継続として、破壊強さの変化にっいて調査検討を行った。検索方法としてはインプラント体の破壊強さについて、移植後即時に100gの応力をインプラント体に付与して、第3小臼歯と結紮した。3か月、6か月経過後そのインプラントを摘出し、引張り試験でインプラントが破壊するときの最大値として計測した。その結果、インプラント体の破壊強さは経時的に有意な低下を示し、移植6か月後では移植前の33%以下となった。しかし、昨年の結果である応力加重されていないスクリューのデータと比較したところ有意な差は認められなかった。これらの結果から、ポリ乳酸スクリューインプラントに100gの応力を継続的に付与したところ、インプラント体は生体での吸収のため分子量の低下が起こり破壊強さは経時的に小さくなっていた。
新しいin vivo変異原性試験としての、動物多臓器におけるDNA損傷の検索

1.公衆衛生上の問題となっているいわゆる輸入果実のポストハーベスト(OPP、TBZ等)に臓器特異的な遺伝子毒性のあることを示した。2.膀胱に特異的に発癌性を示す、オルトアニシジン、パラクレシジンの膀胱特異的DNA損傷を検出した。3.結腸特異的発癌物質であるヒドラジン誘導体の結腸特異的DNA損傷を検出した。4.葉酸拮抗薬の(ピリメタミン)催奇形性の機序として胎児のDNA損傷を証明した。5.カビ毒であるニバレノールの消化管特異的DNA損傷を証明した。上記の研究はいずれも下記方法によった。マウスに薬物を投与後、各種臓器を摘出し、ポッター型ホモジナイザーでホモジナイズし、遠心して核分画を得る。その核分画をスライドガラス上の3層のアガロースゲルの中層に包埋し、細胞溶解液で核様体にし、アルカリ溶液下で定電圧電気泳動をおこなう。ゲルを中和後、エチジウムブロマイドで染色し、た蛍光顕微鏡を用いコメット像の全長・核の直径を測定し、全長から核の直径を減じて移動度とし、DNA損傷の指標とした。
高エネルギー天体における強電磁場の微視的散逸過程と巨視的空間構造の理論研究

本研究は高エネルギー天体において、相対論的ジェットやパルサー星雲などで発生しているプラズマの強磁場エネルギーの散逸過程について解明を行った。今年度は最終年度として研究計画に従い、まずは相対論的磁気リコネクションが生成する乱流の効果について研究を行った。前年度までの研究では乱流が相対論的磁気リコネクションでの散逸効率を上げることを証明していたが、乱流の起源については未知のままであった。本年度はその乱流の起源について、tearing不安定性と交換不安定性に類する不安定性により自発的に作り出されることを実際に示した。しかしその乱流は上流の磁場のエネルギーの0.01%程度しか変換されておらず、非相対論的な乱流しか駆動されなかった。一方磁気リコネクション率は0.004と、観測で期待される0.01に近い値までは乱流により大きくなることが示された。これにより高エネルギー天体物理の強磁場問題は、磁気リコネクションが起きれば解決可能であることは示したが、一方で高エネルギー天体物理のフレア現象は起きにくくなるという示唆を得た。また相対論的なプラズマではWeibel不安定という磁場を生成する不安定性についてスーパーコンピュータ『京』を用いた大規模プラズマシミュレーションを用いた研究を行った。Particle-in-Cell法を用いた3次元計算を行い、世界最大規模の計算を行った。この結果、相対論的Weibel不安定性は2次元と3次元では大きく振る舞いが異なることを明らかにした。さらに京が可能にした長時間計算により、世界で初めて電流の上限値であるAlfven電流まで成長し、Weibel不安定性が生み出す磁場の上限値を世界で初めて明らかにした。本研究結果は現在世界中で行われている高強度レーザーによるWeibel不安定性や無衝突衝撃波の再現実験などに大きな影響を与えることが期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は研究計画に従い、相対論的磁気リコネクションと粒子加速について主に研究を行った。研究は、1.乱流を考慮した磁気流体力学近似を用いた乱流磁気リコネクション;2. 2枚の電流面がある場合の爆発的磁気リコネクション;3.垂直衝撃波に伴う宇宙線加速と宇宙線分布の非等方性の効果、について主に行い、また共同研究として、4.非相対論的無衝突プラズマにおける磁気リコネクションの大規模構造の研究についても行った。1、2の研究では磁場の散逸領域である電流面が巨視的スケールを持ち、かつ相対論的磁気乱流がある場合という、より実際の高エネルギー天体現象で起き得る状況での磁気リコネクションでの物理過程を研究した。一方共同研究の4では、主に地球磁気圏での磁気リコネクションを対象とし、非相対論ではあるが、陽子と電子の無衝突効果を考慮しつつ、巨視的スケールに接続するような大規模構造を数値シミュレーションを用いて再現し、解析を行った。3の研究では、これまで重要性が指摘されていながら研究が不十分であった垂直衝撃波での粒子加速について、加速時間や効率、そしてそれらへの粒子分布非等方性の効果について詳細な包括的研究を行った。現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進展していると言える。本課題は様々な高エネルギープラズマプロセスの解析とその天体現象の巨視的構造への影響についての研究である。現在までのところ天体現象に関係するプラズマプロセスとして最も重要な、磁気リコネクションと相対論的磁気乱流、衝撃波加速についての物理を局所近似を用いて研究を行い理解を深めた。一方研究計画段階では、相対論的磁気リコネクションの無衝突プラズマ効果についても研究を行う予定であったが、この研究については海外で幾つかのグループが先行しており、また無衝突プラズマの数値シミュレーションは非常に数値コストが必要であり現実世界である3次元の計算は未だ非常に困難である事から、実行には至っていない。その代わりとして、共同研究者と数値的に困難の少ない非相対論の場合の無衝突磁気リコネクションの大規模計算を行っており、その途中経過を一部論文として出版する事が出来た。このように、研究の進捗自体は多いにあったが、計画の一部に見直しが必要である点で完璧ではなく、総合すると『おおむね順調』という評価に値すると考えられる。本研究は高エネルギー天体において、相対論的ジェットやパルサー星雲などで発生しているプラズマの強磁場エネルギーの散逸過程について解明を行う。相対論的ジェットやパルサー星雲は、その中心天体であるブラックホールと中性子星の回転エネルギーをその磁気圏の磁場を介してジェットやパルサー風に渡し相対論的な速度を持つプラズマを駆動していると考えられている。しかし理想流体近似の範囲内ではその磁場のエネルギーを効率よく速度に変換出来ず、観測を説明出来ないという大問題が存在している。本研究はプラズマシミュレーションと相対論的散逸磁気流体コードを用いた解析を行う事で、磁場エネルギーの効率の良い磁場変換過程の発見とその天体物理現象への適用可能性を探る。今年度は研究計画に従い、相対論的磁気リコネクションの物理と乱流の効果について研究を行った。特に前年度に引き続き、相対論的プラズマにおける磁気乱流の物理について詳細な研究を行った。その結果、非相対論的な場合と異なり相対論的磁場を持つプラズマ内では磁気乱流が磁気音波を非常に強く駆動するようになることを発見した。さらにその結果非相対論では発見されていなかった、磁気音波モードとアルフベンモードが強く結合した新たな乱流領域が存在する事を突き止めた。本成果はThe Astrophysical JournalにLetterとして出版されている。また現在はさらに解析を進め、その詳細を論文にまとめている。

また相対論的プラズマでは無衝突プラズマの効果として、慣性長や粒子のジャイロ半径などのプラズマスケールの現象を無視する事が出来ない。特に相対論的なプラズマではワイベル不安定という磁場を生成する不安定性が重要になる。私はこの不安定についてスーパーコンピュータ「京」を用いた大規模プラズマシミュレーションを行う事で、その構造の時間発展について現在解析を行っている最中である。本年度は主に相対論的な磁場や速度を持つ場合のプラズマ乱流と磁気流体乱流について詳細な解析を行った。これらの現象は磁場の散逸という観点から直接は関係無いが、実際の宇宙プラズマは乱流が存在する事が自然であり、さらに前年度の研究から乱流が磁気リコネクションを加速することが示されているため、その磁場散逸に与える影響の解明が本研究テーマに本質的に重要である。これらの乱流研究は非常に高い数値的解像度が必要になり、さらにプラズマシミュレーションの場合はさらに運動量空間の十分な解像度が重要になるため、数値計算コストが非常に高くなってしまうという問題があった。本年度私は理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」、CfCAのアテルイ、NIFSのプラズマシミュレータの3つの数値計算機資源において、それぞれ非常に大きな計算機資源の使用が認められた。そしてそれらのマシンで計算を行う事により、これまでは難しかった3次元空間内での乱流についてパラメータサーチも含めて研究を行う事が出来た。「京」とプラズマシミュレータを用いた結果はいまだ論文にはまとめていないが、順次まとめて論文として出版していく予定である。これらの状況を鑑みて、私の研究計画の3年目に向けておおむね順調に進展していると考える。本研究は高エネルギー天体において、相対論的ジェットやパルサー星雲などで発生しているプラズマの強磁場エネルギーの散逸過程について解明を行った。今年度は最終年度として研究計画に従い、まずは相対論的磁気リコネクションが生成する乱流の効果について研究を行った。前年度までの研究では乱流が相対論的磁気リコネクションでの散逸効率を上げることを証明していたが、乱流の起源については未知のままであった。本年度はその乱流の起源について、tearing不安定性と交換不安定性に類する不安定性により自発的に作り出されることを実際に示した。しかしその乱流は上流の磁場のエネルギーの0.01%程度しか変換されておらず、非相対論的な乱流しか駆動されなかった。一方磁気リコネクション率は0.004と、観測で期待される0.01に近い値までは乱流により大きくなることが示された。これにより高エネルギー天体物理の強磁場問題は、磁気リコネクションが起きれば解決可能であることは示したが、一方で高エネルギー天体物理のフレア現象は起きにくくなるという示唆を得た。また相対論的なプラズマではWeibel不安定という磁場を生成する不安定性についてスーパーコンピュータ『京』を用いた大規模プラズマシミュレーションを用いた研究を行った。Particle-in-Cell法を用いた
アレルギー性鼻炎に対するナノレベルからの機序解明と新治療法開発

スギ花粉症における舌下免疫療法臨床試験を行い、網羅的検討を行った。その結果、免疫治療により増加する8種類の血漿中蛋白が得られた。また末梢血リンパ球の網羅的なトランスフォーム解析(48,000 transcripts)では32の遺伝子発現が亢進した。これらのことから、新しいナノレベルの分子としてSOCS5、CpG-DNA、抗BLyS抗体、8種類の血漿中蛋白、32の遺伝子が候補となりえることを証明した。本研究の目的は、アレルギー性鼻炎において1)鼻粘膜構成細胞の動き、細胞内シグナル伝達をナノレベルで検討し、2)RNA・DNA・キメラ蛋白・ペプチドを用いた新しいナノ治療法の可能性を検索し、3)凝固点、融点を自由に設定できる新しいナノ粒子(合成ポリマー)を利用した鼻粘膜での薬物送達システム(drug delivery system : DDS)を確立するなど、多面的観点から追求し、それらを有機的に連動させて新しい根治的治療法を開発することである。本年度は、アレルギー性鼻炎患者から得られた線維芽細胞を用いsuppressor of cytokine signaling (SOCS)の検討を行った。その結果、IL-4刺激によって産生されるEotaxinはSOCS5の発現量に反比例することが判明した。その他のSOCS1、SOCS3の発現量とは相関を認めなかった。そこでSOCS5の発現を抑制させるSiRNAを作成し、線維芽細胞に導入するとEotaxin産生量は増加を示し、標的分子になりえることを証明した。さらに線維芽細胞におけるEotaxin産生には、PI3-kinaseが重要な役割をしていることが阻害薬の実験から判明した。現在PI3-kinase活性阻害ペプチドを作成している。アレルギー性鼻炎において鼻粘膜におけるIgEは重要な役割を担っている。鼻粘膜におけるIgEへのクラススイッチにB lymphocyte stimulator protein (BLyS)が相乗的に関与していることを見出した。このBLySは、線維芽細胞にウイルスRNAを模倣した二本鎖RNAで刺激をすると大量に産生された。すなわちウイルスによるアレルギーに発症に抗BLyS抗体が貢献できる可能性が出てきた。一方CpG-DNAはIgE産生を抑制するが、ヒト扁桃細胞においてもCpG-DNAによってIgE産生が抑制されることがわかった。その機序として形質細胞様樹状細胞とI型IFNの産生が深く関与していた。IgG-IgE、ネコ抗原(Feld1)-IgGのキメラ蛋白を作成し、アレルギー性鼻炎に効果のあることを証明した。福井県在住の20歳から50歳まで1600名から採血を行った。得られた採血からDNAサンプルと抗原特異的IgE(7種)、症状、アレルギー疾患合併率、ペット、インフルエンザ予防接種からなるデータベースを構築した。10万の遺伝子多型は、イルミナ社製全ゲノム用SNPジェノタイピングアレイを用いて検討した。候補遺伝子は、自然免疫系遺伝子30遺伝子100遺伝子多型を調べた。またスギ花粉曝露室での花粉曝露前後での血漿、およびスギ花粉症に対して舌下免疫療法の二重盲検試験での前後血漿を回収して、網羅的蛋白解析を行った。その結果、20歳代、30歳代、40歳代での血清中スギ特異的IgE抗体陽性率は、それぞれ58%、48%、49%であったが、症状発現率は37%、35%、38%であった。すなわちこの10%20%は、感作成立後何らかの免疫学的機序で症状発現が抑えられていることを意味していた。ペットの有無では、スギ感作陰性症状陰性群でもっとも飼っている率が高く、ついでスギ感作陽性花粉症症状陰性群、感作陽性症状陽性群が有意に低かった。インフルエンザの予防接種を行っている群は、行っていない群よりも有意に血清中総IgE値が低値であった.候補遺伝子アプローチによる遺伝子多型解析では、インターフェロンガンマーリセプター1(IFNGR1)において有意な相関が認められた。全ゲノムアプローチでの解析では、一次ならびに二次解析で、36遺伝子までに絞り込めた。花粉曝露による網羅的蛋白解析では、曝露後に19因子の変動を見いだした。そのうちalpha-1-antitrypsinとApolipoproteinA-1の2因子を同定し得た。舌下免疫療法臨床試験を行い、網羅的検討を行った。
類人猿の心的時間旅行

過去に思いをはせ、未来を想像する心的時間旅行の進化的基盤を探るため、ヒトに近縁な類人猿を対象に研究をおこなった。類人猿に同じ映像を24時間の間隔を置いて2回見せ、その映像を見る間の類人猿の視線を計測したところ、映像の内容を記憶し2回目に見た際に出来事を予期して視線を移動することが示された。過去の出来事を類人猿も1度見ただけで記憶できると考えられる。また、自己認識の研究では、1ー4秒の遅延時間をおいて提示した自己像をチンパンジーが正しく自己と認識できることが示された。われわれ人間は、はるか昔のことに思いをはせ、遠い将来のことを想像することができる。心の中で、過去から未来まで時間を移動しているのである。近年、こうしたことについて、「心的時間旅行(Mental Time Travel)」という造語のもと盛んに議論がなされるようになってきた。一部の研究者は、過去を想起したり未来を計画したりする心的時間旅行の能力はヒトに特有であり、ヒト以外の動物には備わっていないと主張する。しかし、ヒト以外の動物が本当に心的時間旅行をおこなわないのか、実証的なデータは乏しく、主張は推測の域を出ない。そこで、ヒトに近年な類人猿種を対象として、かれらの時間感覚と心的時間旅行について調べる実験的研究を計画し実施した。平成25年度は、チンパンジーを対象として実験手法の確立を目指した。主に3つの実験を新規実施し軌道に乗せた。エピソード様記憶に関する実験、他者の行為の予測に関する実験、および時間の長さの知覚に関する実験である。エピソード様記憶に関する実験では、過去に経験がなく偶発的に一度きり生じる出来事を実験者が演じ、そのなかで特定の場所に食べ物を隠し、あとになってチンパンジーがその出来事を想起して食べ物の隠し場所を正しく探すのかどうか検討した。その結果、ヒトに比べてそうした記憶能力は劣る可能性が示唆された。他者の行為の予測に関する実験では、アイトラッカーによる視線測定を用いて、動作の予期的な視線が生じるのか検討した。その結果、チンパンジーもヒト同様に他者の将来の行為を予測していることが示された。最後に時間の長さの知覚に関する実験では、タッチパネルを用いた認知課題によって、予め定められた時間間隔ののちに画面にタッチする反応をすると報酬がもらえるオペラント課題を訓練して実施した。その結果、チンパンジーも1秒4秒の範囲の時間の長さを心的に計測していることが示唆された。そこで、ヒトに近年なチンパンジーとボノボを対象として、かれらの時間感覚と心的時間旅行について調べる実験的研究を実施した。前年度までに引き続いて、偶発的に目撃した食べ物隠しの出来事を記憶しているのかどうかについての実験的研究、および1秒から4秒までの時間間隔の知覚に関するタッチパネル認知課題をおこない、チンパンジーにおけるこれらの能力にヒトと同様の部分と異なる部分があることが示された。さらに、平成26年度は、時間割引に関する実験と、映像で提示された物語のストーリーに関するエピソード様記憶をアイトラッカーによって調べる実験を新たに開始した。チンパンジーおよびボノボにおいて、時間割引の現象が見られることが確かめられ、映像提示の物語をチンパンジーとボノボが記憶していることを示唆する結果が得られた。さらに、映像で提示された物語のストーリーに関するエピソード様記憶をアイトラッカーによって調べる実験をおこなった。その結果、チンパンジーおよびボノボにおいて、偶発的に一度だけ見た映像物語の内容を24時間にわたって長期記憶に保持していることが示され、この成果を論文として公表した。チンパンジーとボノボでエピソード様記憶と呼べる偶発的な出来事の長期記憶があることを示し、カレントバイオロジー誌にその成果が掲載された。その他、タッチパネルを用いた各種の時間知覚の課題についても継続的に結果が得られている。

これらのことから、おおむね順調に進展していると考える。われわれ人間は、はるか昔のことに思いをはせ、遠い将来のことを想像することができる。心の中で、過去から未来まで時間を移動しているのである。近年、こうしたことについて、「心的時間旅行(Mental Time Travel)」という造語のもと盛んに議論がなされるようになってきた。一部の研究者は、過去を想起したり未来を計画したりする心的時間旅行の能力はヒトに特有であり、ヒト以外の動物には備わっていないと主張する。しかし、ヒト以外の動物が本当に心的時間旅行をおこなわないのか、実証的なデータは乏しく、主張は推測の域を出ない。そこで、ヒトに近年なチンパンジーとボノボを対象として、かれらの時間感覚と心的時間旅行について調べる実験的研究を実施した。前年度までに準備した課題設定をもとに、チンパンジーの時間割引の特性を調べる課題をタッチパネルを用いた認知課題としておこなった。心的な時間割引率に関する定量的なデータがヒト以外の霊長類で本研究で初めて得られようとしているところである。また、自己認識に与える遅延時間の影響を調べて研究について、得られた結果を解析して論文にまとめて投稿した。1秒から4秒の範囲で遅延した自己の映像や、録画した2週間以上前の自己の映像、および他者の映像を見た際のチンパンジーの反応を探る研究であり、条件間でのチンパンジーの反応の違いを検証した結果、チンパンジーもヒト4歳児と同等に最大4秒の遅延時間を挟んだ自己像を正しく自己と認識していることが示唆された。チンパンジーも、ヒトの健常者と同様に、過去・現在・未来を通した自己概念の萌芽を持つことが示唆される結果である。時間割引はヒトの心理学・経済学等で重要な概念であり、ヒトのこころの時間が持つ大きな特徴のひとつである。ヒト以外の動物における時間割引についてはラットを対象とした実験心理学的な研究がおこなわれてきたが、ヒト以外の霊長類で同様の研究はこれまでおこなわれてこなかった。本研究により、チンパンジーを対象にした時間割引をタッチパネル課題によって厳密に検討するパラダイムを構築することができたことは大きな進歩であると判断できる。また、自己認識においても、過去・現在・未来を通した自己の認識についてはヒトに特有のものであると従来考えられてきたが、そうした解釈の再考を迫る実験結果を本課題におけるチンパンジーを対象とした研究において提示することができた。その他の記憶課題や未来計画に関する研究も順調に推移している。これらのことから、おおむね順調に進展していると判断した。
多角化企業による評判形成と統合ブランド戦略についての理論と実験

本年度実施した実験の結果、メインの実験である多角化された企業同士の競争では理論で想定した通り、一定程度の価格カルテルが起こったが、コントロール実験において、理論予測とは反し、想定以上の価格カルテルが観察された。この実験で得られたデータを解析したところ、次のような事実が判明した。まず、メインの環境では、企業は理論で想定した通りに過去の情報に応じて戦略的に行動した結果として、価格カルテルが生じていることがわかった。次に、コントロール実験では、そうした戦略的行動を採用している可能性は低く、過去の情報に依存せず最初から特定の行動にコミットすることが多く観察された。こうした結果は、理論で価格カルテルの発生が想定される場合には、被験者は戦略的な行動を採用するが、そうでない場合には戦略的になり得ず、長期的関係の出発点において、特定の行動にコミットせざるを得ないのではないかと推測している。また、上述の結果が起こった他の原因としては、被験者の行動として確率的な認知の歪みがあり、その結果として理論が想定していない結果が起こっている可能性も考えられる。そのため、今後の実験としては、研究計画で予定した市場構造が異質的なケースの実験に入る前に、(i)コントロール実験においてもカルテル行動が理論的に想定されるようなパラメータのもとでの実験を実施することで、上記の仮説を検証する必要があること、(ii)被験者の確率認知の歪みについて、実験データを基にして統計的分析を行う必要があること、の二つがある。特に後者については、Kahnemann and TverskyによるProbability Wieghtingを用いて実験データを説明することを検討する。この二つを通じて、本年度の結果の意味がより鮮明になると考えている。メインとコントロールの実験を順調に行うことができた。また、実験データに対して統計分析などを行って実験結果を分析し、ある程度の傾向が存在することが分かった。その結果として、これまでの研究で発見されていない事実を発見することができた。また同時に、それによって本年度以降に必要な追加実験の見通しが具体化されたので、概ね順調に推移していると考えている。今後の実験としては、上で述べた通り、研究計画で予定した市場構造が異質的なケースの実験に入る前に、(i)コントロール実験においてもカルテル行動が理論的に想定されるようなパラメータのもとでの実験を実施することで、上記の仮説を検証する必要があること、(ii)被験者の確率認知の歪みについて、実験データを基にして統計的分析を行う必要があること、の二つがある。さらには、本年度において、実施した実験の頑健性を検証するために、被験者に毎回採用する選択肢を尋ねる「直接法」ではなく、どういう状況でどういう選択肢を採用するかという行動計画を尋ねる「戦略法」による実験を実施する必要性があると考えている。

特に後者については、Kahnemann and TverskyによるProbability Wieghtingを用いて実験データを説明することを検討する。この二つを通じて、本年度の結果の意味がより鮮明になると考えている。さらには、本年度において、実施した実験の頑健性を検証するために、被験者に毎回採用する選択肢を尋ねる「直接法」ではなく、どういう状況でどういう選択肢を採用するかという行動計画を尋ねる「戦略法」による実験を実施する必要性があると考えている。家庭の事情で予定していた出張を断念せざるを得なかったため次年度使用額が発生した。しかしながら、研究計画では想定していなかったこととして、本年度の研究を元にした国際的な共同研究が生まれたため、その共同研究推進のための出張費用に充当したいと考えている。
液体誘電泳動を利用したフェムトリッル液滴の搬送・混合デバイス開発

本研究では、これまでのマイクロアレイ、マイクロ流体デバイスとは異なる、電気的な液体搬送方法による微少量溶液の混合・反応システムを開発し、その有効性を検証した。主な成果は以下の2点である。(1)作製した電気デバイス上で、フェムトリットルからピコリットルオーダの微小液滴を形成した。(2)形成した液滴を混合反応させ、酵素反応が可能であることを示した。本研究は、液体誘電泳動を用いた電気的な液体搬送方法による微少量のバイオ反応システムを提案・開発し、その有効性を検証することを目的としている。液体誘電泳動による微小液滴の搬送では、平行に配置した電極の末端にマイクロピペットで数マイクロリットルの液滴を配置し、電極に交流電圧を印加えることによって見かけの基板の濡れ性を変化させ、液体を移動させる。22年度は、平行に配列した電極を2組隣合わせ、それぞれの電極上で液滴を生成させたのち、電界変化により2組の液滴を混合させるデバイスの作製と実験を行った。液体誘電泳動では、電圧により液体を移動させるため、導電率の高い溶液を用いると、電極が電圧崩壊する問題があるため、バイオ試料の混合を行うために、搬送させたい溶液の導電率について検討した。塩化カリウム溶液で、しきい値を求めたのち、酵素であるベータガラクトシターゼと基質を含む微小液滴の形成と混合を行った。200pLほどの酵素、基質を含む液滴を生成させ、混合することができた。酵素反応を蛍光顕微鏡により確認した。しかし、液滴生成過程で、電圧崩壊してしまう現象が見られたため、液滴の導電性以外のファクターについても検討しなければならないことがわかった。本研究は、これまでのマイクロアレイ、マイクロ流体デバイスとは異なる、電気的な液体搬送方法による微少量のバイオ反応システムを提案・開発し、その有効性を検証するものである。すなわち、開放空間において、基盤上に配列した電極に電圧を印加することによってピコリットル程度の液体を基板上で移動させ(液体誘電泳動)、酵素の一分子反応など、微量な化学反応を行うデバイスの研究を行う。開放系で微少量溶液を取り扱うため、形成された液滴を他の研究にも利用できる。閉鎖系マイクロチャネルとの組み合わせが可能などの化学やバイオ分野などにおいて新しいプラットフォームを提供できると考える。具体的な研究計画として以下の2項目を設定した。(1)数百フェムトリットルの微小液滴の形成。(2)形成した液滴を混合し、反応させるようなデバイスの開発とバイオ実験応用。23年度は、液滴混合・反応デバイスとバイオ実験実証のために、より低電圧において導電性の高い溶液を搬送するデバイス開発を行った。デバイス誘電層の誘電率や電極の熱伝導性に着目し、候補とした複数種類のデバイスについて液体駆動を試験した。また、電圧低減のために電極サイズを微細化し、幅2μmのラインを一般的なホトリソグラフィにより作製し、最小500フェムトリットルの液滴を形成できた。実験結果では、1x10^<-2> S/mの導電率の溶液を500kHz、200V程度におし}て駆動させることができた。この溶液は、DNAの緩衝液として用いられるTris-EDTAを10倍希釈したものに対応する。すなわち、既往の研究成果よりも100倍程度高い誘電率の溶液搬送を達成し、液体誘電泳動の化学・バイオへの応用可能性を強く示した。
テットにおける時計(period)遺伝子の脳内発現機構:In situ hybridization法による解析

生体リズムの中でも、特に概日ニズム(circadian rhythm)については今日まで様々な方面から研究が進められている。概日リズムの調節機構の局在についての研究から、単細胞生物では細胞体内に、哺乳類では中枢神経系にその機能が局在することが明らかになりつつある。さらに、ラットでは視床下部の視交叉上核に概日リズムの中枢が存在することを示す実験結果が報告されている。最近の鋭敏な標識物質を使った実験解剖学的研究から、視交叉上核には網膜からの視神経線維が直接終止することが証明され、さらに行動実験から視交叉上核が概日リズムの生成ないし発現に重要な役割を果たしていると考えられるようになった。一方、分子生物学的手法を用いて、概日リズムの短くなったショウジョウバエ変異株の遺伝子解析からX染色体の特定部位(3B1ー2)に遺伝子がマップされていることが分かり、時計遺伝子(period gene)と命名された。これは塩基配列にACAGGCの繰り返し配列(per repeat)を持つ特徴がある。その後、Young et al.(1985)は、マウスでショウジョウバエの時計遺伝子と相同の配列をもった染色体DNA(cp2.2)をクロ-ニングした。我々はIshidaらと共同して、cp2.2をプロ-ブとして検出される遺伝子群(CP2.2F)と、cp2.2をプロ-ブとしてラット脳cDNAライブラリ-から得られた11種のcDNAの内のひとつ(pRB15)に対応する遺伝子(RB15)のラット脳内における発現をin situ hybridization法により検索した。その結果、CP2.2F、RB15ともほとんどすべての神経細胞で発現が認められた。しかし、両者は視交叉上核で特に強く発現していた。しかも、昼間に固定したラットの視交叉上核の反応の方が、深夜固定したものよりも明らかに強かった(p<0.01)。このような固定時間による反応の変化は視交叉上核以外では認められなかった。さらに、hybridization signalは一部のグリア細胞や脳室上衣細胞で、昼間のみに極く弱い発現が確認された。こうした所見から、今回使用したショウジョウバエ時計遺伝子と相同の遺伝子(CP2.2F、RB15)は、ラットにおいても概日リズム発現ないし調節機構と密接な関連をもつことが示唆された。現在、遺伝性視神経無形成ラットを用いて、光情報による概日リズム補正が行われない場合、視交叉上核における本遺伝子の発現にどのような変化が起きているか検索中である。最近のWGAーHRPあるいはRI標識トレ-サ-を用いた実験から、視交叉上核に視神経線維が直接終止することが形態学的に証明され、さらに行動実験から視交叉上核が概日リズムの生成ないし発現に重要な役割を果たしていると考えられるようになった。一方、概日リズムの短くなったショウジョウバエ変異株の遺伝子解析からX染色体の特定部位(3B1ー2)に遺伝子がマップされていることが分かり、時計遺伝子(period gene)と命名された。その後、ショウジョウバエの時計遺伝子と相同の配列をもった遺伝子がマウスで見つかりInshida(1988)は、そのcDNAやgenomic DNAのクロ-ニングに成功した。我々はIshidaらと共同して、成体ラット(生後30日目)における時計遺伝子の脳内発現をパラフィン切片によるin situ hybridization法で解析した。その結界、脳内でhybridization signalは対角回、嗅結節、線条体、海馬皮質、視交叉上核および松果体などに認められたが、一番強い反応は視交叉上核ニュ-ロンであった。しかも、昼間に固定したラットの視交叉上核の反応の方が、深夜固定したものよりも明らかに強かった。そのような固定時間による反応の変化は海馬皮質では認められなかった。さらにhubridization signalはグリア細胞ではなくニュ-ロンの細胞体に一致してみられた。こうした所見から、今回使用したショウジョウバエ時計遺伝子と相同のマウス遺伝子が視交叉上核ニュ-ロンにおける概日リズム発現機構と密接な関連をもつことが示唆された。現在、ラット胎仔を用いて、個体発生的に本遺伝子の発現時期を検索中である。

我々はIshidaらと共同して、cp2.2をプロ-ブとして検出される遺伝子群(CP2.2F)と、cp2.2をプロ-ブとしてラット脳cDNAライブラリ-から得られた11種のcDNAの内のひとつ(pRB15)に対応する遺伝子(RB15)のラット脳内における発現をin situ hybridization法により検索した。その結果、CP2.2F、RB15ともほとんどすべての神経細胞で発現が認められた。しかし、両者は視交叉上核で特に強く発現していた。しかも、昼間に固定したラットの視交叉上核の反応の方が、深夜固定したものよりも明らかに強かった(p<0.01)。このような固定時間による反応の変化は視交叉上核以外では認められなかった。さらに、hybridization signalは一部のグリア細胞や脳室上衣細胞で、昼間のみに極く弱い発現が確認された。こうした所見から、今回使用したショウジョウバエ時計遺伝子と相同の遺伝子(CP2.2F、RB15)は、ラットにおいても概日リズム発現ないし調節機構と密接な関連をもつことが示唆された。現在、遺伝性視神経無形成ラットを用いて、光情報による概日リズム補正が行われない場合、視交叉上核における本遺伝子の発現にどのような変化が起きているか検索中である。生体リズムの中でも、特に概日リズム(circadian rhythm)については今日まで様々な方面から研究が進められている。概日リズムの調節機構の局在についての研究から、単細胞生物では細胞体内に、哺乳類では中枢神経系にその機能が局在することが明らかになりつつある。さらに、ラットでは視床下部の視交叉上核に概日リズムの中枢が存在することを示す実験結果報告されている。最近の鋭敏な標識物質を使った実験解剖学的研究から、視交叉上核には網膜からの膜神経線から直接終止することが証明され、さらに行動実験から視交叉上核が概日リズムの生成ないし発現には重要な役割を果たしていると考えられるようになった。一方、分子生物学的手法を用いて、概日リズムの短くなったショウジョウバエ変異株の遺伝子解析からX染色体の特定部位(3B1ー2)に遺伝子がマップされていることがわかり、時計遺伝子(period gene)を命名された。これは塩基配列にACAGGCの繰り返し配列(per repeat)を持つ特徴がある。その後、Young et al.(1985)は、マウスでショウジョウバエの時計遺伝子と相同の配列をもった染色体DNA(cp2.2)をクロ-ニングした。我々はIshidaらと共同して、cp2.2をプロ-ブとして検出される遺伝子群(CP2.2F)と、cp2.2プロ-ブとしてラット脳cDNAライブラリ-から得られた11種のcDNAの内のひとつ(pRB15)に対応する遺伝子(RB15)のラット脳内における発現をin situ hybridization法により検索した。しかも、昼間に固定したラットの視交叉上核の反応の方が、深夜固定したものよりも明らかに強かった(p〈0.01)。
オミクス解析によるジャガイモそうか病抵抗性機構の解明

そうか病抵抗性が極強のユキラシャと弱のながさき黄金の雑種後代180系統について、研究代表者が開発した圃場での精密評価系を用いてそうか病抵抗性の評価を実施した。そうか病菌S. turgidiscabiesの94-3株の培養物に畑土、ピートモス、川砂を加え菌密度が1.0×107 cfu/gの汚染土壌を作成した。直径10cmのジフィーポットに供試系統の塊茎を入れ、その上に作成した汚染土壌を加え畑に植え付けた。評価は3株2反復で行った。慣行法に従い栽培管理を実施し、地上部が枯凋後に収穫、発病調査を行った。収穫した塊茎について、以下の基準に基づいて7段階に分類し、各塊茎の発病面積及び発病塊茎数から罹病度を算出した。0 :発病なし、0.5:塊茎表面の1%未満または病斑数1個が観察される、1:塊茎表面の13%未満または病斑数23個が観察される、2:塊茎表面の313%または病斑数410個が観察される、3:塊茎表面の1425%または病斑数1120個が観察される、4:塊茎表面の2650%または病斑数2130個以上、5:塊茎表面の50%以上または病斑数31個以上。罹病度=∑(発病指数×塊茎数)/(6×調査塊茎数)×100、発病率=(発病塊茎数)/(全塊茎数)×100として算出した。本年はそうか病の感染時期とされる塊茎肥大初期に降雨が続き圃場が湿潤状態であったため、乾燥状態で発病が助長されるそうか病の発病が全体的に低かった。本年の罹病度は最大54.9、最小0の間、発病率は最大87.8%、最小0%の間で連続的な分布を示した。親品種であるユキラシャは、罹病度は1.8、発病率は11.9%、ながさき黄金は、罹病度は20.7、発病率は61.2%であり、雑種後代では超越分離が見られた。平成29-30年の2カ年の評価結果に基づき、抵抗性強系統群と弱系統群を各20系統選抜した。平成30年度に予定していた雑種集団の抵抗性評価を計画通り達成し、2カ年の評価結果に基づき抵抗性強系統群と弱系統群を選定できた。今年度までの2カ年の結果を元に選抜した抵抗性強系統群と弱系統群を栽培し、葉からDNAを抽出し全ゲノム上の遺伝子型を取得する。当初Rad-sequence法による遺伝子型取得を計画していたが、表現型調査の結果に誤りがあった場合にもその個体を解析から除外できるように系統別にSolCAPで遺伝子型データを取得する計画に変更する。また、そうか病感染時期の植物体を用いてNMRメタボロミクスにより主要な代謝物を網羅的に解析する。メタゲノム解析用のサンプリングとDNA抽出も実施する。これらの解析を通じてそうか病抵抗性の、マーカー候補を探索する。そうか病抵抗性が極強のユキラシャと弱のながさき黄金の雑種後代182系統について、研究代表者が開発した圃場での精密評価系を用いてそうか病抵抗性の評価を実施した。そうか病菌S. turgidiscabiesの94-3株の培養物に畑土、ピートモス、川砂を加え菌密度が1.0×10^7 cfu/gの汚染土壌を作成した。0 :発病なし、0.5:塊茎表面の1%未満または病斑数1個が観察される、1:塊茎表面の13%未満または病斑数23個が観察される、2:塊茎表面の313%または病斑数410個が観察される、3:塊茎表面の1325%または病斑数1120個が観察される、4:塊茎表面の2650%または病斑数2130個以上、5:塊茎表面の50%以上または病斑数31個以上。発病率=(発病塊茎数)/(全塊茎数)×100、罹病度=∑(発病指数×塊茎数)/(6×調査塊茎数)×100。その結果罹病度は最大74.4、最小0の間、発病率は最大100%、最小0%の間で連続的な分布を示した。なお、親品種であるユキラシャは罹病度は15.5、発病率は31.8%、ながさき黄金は罹病度は59.8、発病率は87.8%であり、雑種後代では超越分離が見られた。本年の調査結果からはユキラシャのそうか病抵抗性は、複数の遺伝子座によって制御される量的形質であると推定された。平成29年度に予定していた雑種集団の抵抗性評価を計画通り達成でき、そうか病抵抗性が量的形質であることを明らかにすることができた。

そうか病抵抗性が極強のユキラシャと弱のながさき黄金の雑種後代180系統について、研究代表者が開発した圃場での精密評価系を用いてそうか病抵抗性の評価を実施した。そうか病菌S. turgidiscabiesの94-3株の培養物に畑土、ピートモス、川砂を加え菌密度が1.0×107 cfu/gの汚染土壌を作成した。直径10cmのジフィーポットに供試系統の塊茎を入れ、その上に作成した汚染土壌を加え畑に植え付けた。評価は3株2反復で行った。慣行法に従い栽培管理を実施し、地上部が枯凋後に収穫、発病調査を行った。収穫した塊茎について、以下の基準に基づいて7段階に分類し、各塊茎の発病面積及び発病塊茎数から罹病度を算出した。0 :発病なし、0.5:塊茎表面の1%未満または病斑数1個が観察される、1:塊茎表面の13%未満または病斑数23個が観察される、2:塊茎表面の313%または病斑数410個が観察される、3:塊茎表面の1425%または病斑数1120個が観察される、4:塊茎表面の2650%または病斑数2130個以上、5:塊茎表面の50%以上または病斑数31個以上。罹病度=∑(発病指数×塊茎数)/(6×調査塊茎数)×100、発病率=(発病塊茎数)/(全塊茎数)×100として算出した。本年はそうか病の感染時期とされる塊茎肥大初期に降雨が続き圃場が湿潤状態であったため、乾燥状態で発病が助長されるそうか病の発病が全体的に低かった。本年の罹病度は最大54.9、最小0の間、発病率は最大87.8%、最小0%の間で連続的な分布を示した。親品種であるユキラシャは、罹病度は1.8、発病率は11.9%、ながさき黄金は、罹病度は20.7、発病率は61.2%であり、雑種後代では超越分離が見られた。平成29-30年の2カ年の評価結果に基づき、抵抗性強系統群と弱系統群を各20系統選抜した。平成30年度に予定していた雑種集団の抵抗性評価を計画通り達成し、2カ年の評価結果に基づき抵抗性強系統群と弱系統群を選定できた。平成30年度も継続して雑種集団の抵抗性評価を行い、今年度評価の再現性を確認する。また、平成30年度は親品種であるユキラシャ及びながさき黄金を精密評価系で栽培し、塊茎肥大期における塊茎表面のそうか病菌密度の比較を行う。2年間の抵抗性評価結果を元に抵抗性の強い系統群及び弱い系統群を選定し、それらを用いたオミクス解析によりそうか病抵抗性の選抜マーカーを開発する。今年度までの2カ年の結果を元に選抜した抵抗性強系統群と弱系統群を栽培し、葉からDNAを抽出し全ゲノム上の遺伝子型を取得する。当初Rad-sequence法による遺伝子型取得を計画していたが、表現型調査の結果に誤りがあった場合にもその個体を解析から除外できるように系統別にSolCAPで遺伝子型データを取得する計画に変更する。また、そうか病感染時期の植物体を用いてNMRメタボロミクスにより主要な代謝物を網羅的に解析する。メタゲノム解析用のサンプリングとDNA抽出も実施する。これらの解析を通じてそうか病抵抗性の、マーカー候補を探索する。雑種集団の抵抗性評価が当初想定していたよりも順調に進捗し、それにかかる人件費が想定より少なくなった。また、評価に使用する物品等の購入も計画していたが、すでに所有する物品で調査可能であったため、物品費が少なくなった。抵抗性の評価結果に基づき選定した系統の遺伝子型データの取得を平成30年度から31年度にかけて実施予定であり、遺伝子型取得のための費用に予算を多く使用する。また、塊茎表面におけるそうか病菌密度の定量等の分子生物学関連試薬の購入やそれらの実験補助のための人件費として使用する。今年度中に一部系統の遺伝子型データの取得を予定していたが、データの解析が予定より遅れ遺伝子型を取得すべき系統の選定が間に合わず、遺伝子型データの取得を次年度に変更したため。抵抗性の評価結果に基づき選定した系統の遺伝子型データの取得を令和元年度に実施するため、遺伝子型取得のための費用に予算を多く使用する。また、メタゲノミクス解析及びメタボロミクス解析に用いる消耗品の購入やそれらのサンプリング等に必要な実験補助のための人件費として使用する。
バキュロウイルスの哺乳動物細胞における自然免疫誘導機構の解析

昆虫病原バキュロウイルスの哺乳動物細胞内における自然免疫誘導機構を解析するにあたり、TLR及びそのシグナルアダプター分子であるMyD88遺伝子欠損マウス由来の免疫細胞、非免疫細胞を評価に用いた。マクロファージ細胞及び樹状細胞におけるI型インターフェロン(IFN)の産生はTLR非依存的な傾向が強く、マウス胎児繊維芽細胞(MEF)においても同様の傾向であることが示された。しかしながら、バキュロウイルスのIFN誘導因子であるウイルスゲノムDNAを反応させた場合はTLR9-MyD88依存的にIFNを惹起することが示された。これらのことから、ウイルスゲノムDNAはその非メチル化CpGモチーフ配列に依存した特性を有しているが、実際のウイルス感染時にはTLR非依存的な経路にてIFNの産生を惹起している可能性が示唆された。一方で、MEF細胞に対してはウイルスゲノムDNA自体の反応もTLR非依存的であり、バキュロウイルスによる自然免疫の活性化IFN転写誘導因子であるIRF3に依存していることが示された。さらに、バキュロウイルスを感染前処理したMEF細胞では、24時間後におけるVSV感染攻撃に対して抵抗性を示すことが明らかとなり、IRF3遺伝子欠損マウス由来MEF細胞ではその抵抗性が消失した。近年、RNA認識センサー分子と同様に、外因性及び内在性のDNA認識機構の存在の可能性が示唆されており、その経路はIRF3とそのリン酸化キナーゼであるTBKlに依存していることが示唆されている。VSV感染攻撃に対する抵抗性はTBKl欠損遺伝子でも消失したことから、バキュロウイルスによる自然免疫誘導も未同定のDNA認識センサーによる可能性が示唆された。バキュロウイルスの哺乳動物細胞内での自然免疫誘導機構を解析するにあたり、今年度は、主としてインターフェロン(IFN)誘導に関する遺伝子群を欠損したマウスを用いた検討を行った。IFNの誘導に必須の転写因子であるIRF3及びIRF7遺伝子欠損マウスから、腹腔マクロファージ細胞(PEC)及びCD11c陽性樹状細胞(DCs)を回収し、バキュロウイルス感染後の培養上清中のIFNの産生量をELISA法にて測定した。その結果、バキュロウイルスによる免疫細胞からのIFNの産生はIRF3には部分的に、また、IRF7に完全に依存していた事が明らかとなった。さらに、バキュロウイルスによるIFNの初期誘導における機構を解析するために、近年同定されたRNAウイルス認識センサーであるRIG-I及び、そのシグナルアダプター分子であるIPS-1の遺伝子を欠損したマウスを用いた解析を行った。その結果、RNAウイルスである水泡口内炎ウイルス(VSV)の感染によるIFN産生は、RIG-I及びIPS-1遺伝子に依存的であったが、バキュロウイルスに対しては非依存的である事が明らかにされた。これらの事から、DNAウイルスであるバキュロウイルスは、これまでに明らかにされているRNA認識機構とは異なる機構によって感知され、下流のIRFを介してIFNを産生している可能性が示唆された。次に、宿主側のIFN誘導機構とは別に、ウイルス側におけるIFN誘導に対する主要因子を検討した。我々はこれまでに、バキュロウイルスによる自然免疫誘導には、病原微生物由来の非メチル化CpGモチーフ配列を有するDNA成分を認識するTLR9が重要である事を明らかにしている。そこで、精製バキュロウイルスからウイルスDNAを回収し、IFNの産生誘導を検討した。その結果、バキュロウイルス由来のウイルスDNAを反応させたPEC及びDCsからIFNが強く誘導され、また、そのIFN誘導はTLR9に強く依存していた。これまでに、ウイルス粒子を反応させた場合、IFNの誘導はTLR9非依存的であった事から、ウイルスDNA成分以外のウイルス構成物によるTLR非依存的なIFNの誘導機構の可能性が提示された。
ボルツマン方程式のモンテカルロ解析におけるノイズ低減スキームの構築に関する研究

本研究ではMarkov過程をDSMC法に導入し、DSMC法における統計誤差を小さくする試みを行なった。本手法を2次元のCouette流れやCavity流れに適用し、DSMC法の結果と比較した。統計的な誤差は小さくすることに成功したが、DSMC法の解と本手法の間に多少の差異が見られた。DSMC法におけるノイズ低減法を確立させるためには、更に特別なノイズ低減法を考慮する必要があるが、これらの知見は今後の発展につながる重要な成果であると考えられる。真空環境や,ミクロスケール技術を用いる分野の気体流れは,系の代表長さが分子の平均自由行程と同程度のオーダーとなり,ボルツマン方程式を基礎とした分子レベルからの解析が必要となる.現在,ボルツマン方程式を解析する技法として,工学的な諸問題への柔軟な対応性と計算精度の見地から,直接シミュレーション・モンテカルロ(DSMC)法が有力である.DSMC法は現実に存在する膨大な数の分子から抽出した数百数万の模擬分子の挙動を確率・統計的に計算することで,巨視的物理量を計算する点に特徴があるが,その物理量には統計的な誤差(ノイズ)が含まれる。従って、工学的な観点から、ノイズを低減させる効率の良い計算技法の構築が強く望まれている。本研究では、DSMC法の特徴を活かしつつ、ノイズを低減させるスキームを構築することを目的とする。本年度は分子速度に重みを導入し,平均値のノイズと重みの関係を検討した.まず,ミクロスケールの気体流れは,平均速度の小さな流れを対象としていることが多い点に注目し,流れ場を近似的に局所平衡状態にあると仮定する.次に,分子の熱速度に対しMaxwellの速度分布関数をあてはめて,その値を重み係数とする.この手法により分子速度の平均から得られるマクロな流速を計算したところ,重みをつけない平均流速よりもノイズが飛躍的(1/100以下)に減少することが確認された.また,重み係数ほ,分子の熱速度の各成分に設定する必要は必ずしもなく,その大きさについて与えれば十分であることやノイズを十分に小さくするためには,少なくとも200個程度の模擬分子数が必要であることを明らかにした,本年度の研究により,DSMC法におけるノイズ低減法の基礎となる重要な成果が得られたと考えられる.真空環境や、ミクロスケール技術を用いる分野の気体流れは、系の代表長さが分子の平均自由行程と同程度のオーダーとなり、ボルツマン方程式を基礎とした分子レベルからの解析が必要となる。現在、ボルツマン方程式を解析する技法として、工学的な諸問題への柔軟な対応性と計算精度の見地から、直接シミュレーション・モンテカルロ(DSMC)法が有力である。DSMC法は現実に存在する膨大な数の分子から抽出した数百数万の模擬分子の挙動を確率・統計的に計算することで、巨視的物理量を計算する点に特徴があるが、その物理量には統計的な誤差(ノイズ)が含まれる。昨年度は、一様な空間の流れ場について、分子は近似的に局所平衡状態にあると仮定し、分子の熱速度に対しMaxwellの速度分布関数をあてはめて、その値を重み係数とすることでマクロな流速のノイズが、重みをつけない流速のノイズよりも飛躍的(1/100以下)に減少することを確認した。本年度は昨年度の成果を基に、速度勾配のある流れ場について、ノイズ低減効果を検討した。計算領域を格子(セル)に分割し、分子を移動させ、各セルで分子間衝突の計算を行い、局所平衡分布を推定して、各分子の重みを更新しマクロ量を求めた。その結果、分子の移動および格子(セル)内における分子間衝突により、セル間のマクロな運動量およびエネルギが、必ずしも保存されないことが明らかになった。当初の研究目的を達成するためには、例えば分子を生成・消去することにより分子の移流や衝突により変化するマクロな運動量とエネルギを統計的に満たすようなスキームを導入する必要がある。当初の計画を十分達成できなかったが、DSMC法におけるノイズ低減法を確立させるための問題点を明確にすることが出来て、今後の発展につながる重要な成果が得られたと考えられる。本研究では希薄気体流れの解析において現在最も有力とされるDSMC法において、その技法の特徴を活かしつつ、DSMC法で問題となる統計的な誤差を低減させるスキームを構築することを目的とする。これまで空間的に一様な流れ場では、分子の熱速度に対し局所平衡を仮定したMaxwellの速度分布関数をあてはめて、その値を重み係数とすることでマクロな流速のノイズが重みをつけない流速のノイズよりも飛躍的(1/100以下)に減少することを明らかにしたが、速度勾配のある空間的に非一様な流れ場についてはマクロ流れとしての連続の式とエネルギ保存式を必ずしも満たさない場合のあることが明らかになった。