hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
診療室で使用できる下顎運動シミュレーションシステムの開発と応用

臨床の場で用いることができる下顎運動シミュレーションシステムの開発には、臨床の場で簡便かつ正確に下顎運動データと上下顎歯列形状データを記録することが必須である。下顎運動時の上下顎歯列の視覚表示を行う研究がなされ、バーチャル咬合器も紹介されてはいるが、実際に使用してみると、引き抜き試験での咬合接触と一致していないことから、信頼できる精度で再現できるまでには至っていない。本研究は、側方滑走運動や咀嚼運動時の上下顎歯列の状態を実際の口腔内の状態と同じように観察することができ、かつ評価できる、口腔外スキャン装置による下顎運動シミュレーションシステムを開発後、下顎運動時の上下顎歯列の咬合接触状態の定量的分析を行うことを目的とする。小型・軽量の6自由度顎運動記録システムを用いて20代の健常被験者5名の下顎運動を記録し、運動データを保存した。各被験者の上下顎歯列を精密印象採得して得られた上下顎歯列模型を咬頭嵌合位で咬合器に付着後、口腔外3Dスキャン装置を用いてスキャンし、上下歯列データを保存した。次いで、記録した下顎運動データと上下顎歯列形状データを用いて下顎運動をシミュレーションできるプログラムの開発を行なった。6自由度顎運動記録システムによる下顎運動データと口腔外3Dスキャン装置による上下歯列形状データをコンピュータに保存し、かつ両データを統合することができた。統合データを用いた全歯列の下顎運動の再現は、歯列形状の3次元コンピュータモデル上で行い、全歯列の前方、側方、後方、上方、下方の任意の視点方向からの運動の再現、咀嚼運動時や側方滑走運動時に咬合接触している部分の表示ができるようになった。下顎運動シミュレーションプログラムIの開発に時間を要し、平成30年度は記録した下顎運動データと上下顎歯列形状データを用いて下顎運動をシミュレーションできるプログラムの開発までとなり、側方滑走運動時の咬合接触状態と下顎運動シミュレーション結果の比較検討が令和元年度にずれ込んでしまったため。令和元年4月6月:下顎運動シミュレーション結果の比較検討を行う。令和元年7月:下顎運動シミュレーションプログラムIIを開発する。(理由)口腔外3Dスキャン装置による下顎運動シミュレーションプログラムIの開発に時間を要し、側方滑走運動時の咬合接触状態と下顎運動シミュレーション結果の比較検討を行えなかったため。(使用計画)インジェクションタイプのシリコーン印象材とデータ保存用ディスクを購入し、被験者の記録を行うために使用予定である。
証明論的意味論に基づく自然言語における主張と前提の統合的分析

今年度は前年度に引き続いて、現代論理学の観点に基づく自然言語の分析を中心に研究を行った。成果は以下の4点にまとめられる。1.自然言語推論を分析する上で最も基本的部分となる三段論法とその様々な拡張体系を、証明論における自然演繹の手法を用いて形式化し、その論理的性質(完全性、正規化定理)を明らかにする研究を行った。これにより、従来のモデル論的アプローチでは十分に解明されてこなかった、自然言語の量化文による証明構造を分析する形式的基盤が得られた.またこれと平行して、自然言語推論を扱う証明論的枠組みにいわゆる前提を扱うメカニズムを取り込む研究を進めた。特に、前年度までに得られた確定記述句の分析を出発点として、これを前提現象一般へと拡張することを試みた。2.自然言語推論と図形推論の共通性に着目した研究を前年度に引き続き行い、特に自然言語の三段論法とその拡張体系に対応するさまざまな図形推論体系(オイラー図およびヴェン図の推論体系)について、1.と同様の証明論的分析を試みた。また、この研究と平行して、現代論理学と認知科学の統合的観点から、自然言語推論と図形推論を比較する一連の研究を行った。3.自然言語の形式意味論研究における動的アプローチに基づく研究として、特に線形論理および動的論理の観点から研究を進め、日本語と英語の義務および許可を表す様相表現を中心に分析を進めた。特に、従来の古典論理に基づく分析では処理することが難しかったいくつかの問題について、新たな分析が可能であるという洞察を得た。4.関連性理論の枠組みに基づいて自然言語の語用論的推論の研究を進めた。この研究に関して、これまでの研究成果をまとめた英文論文を収録した英文単行本が出版された。今年度は証明論の観点に基づく自然言語の分析を中心に研究を行い、その成果を論文および口頭発表の形で公表した。(1)まず自然言語の形式意味論的研究に関して、論文「自然言語の論理と日本語の意味論」を発表した。この論文では、発話解釈における推論の役割に焦点を当て、形式意味論・語用論の研究の現状を紹介するとともに、自然言語研究における証明論的分析の目的と意義を説明した。またこの研究と平行して、自然言語における前提現象を扱う動的意味論および動的論理のアプローチについて、標準的な論理体系との比較を行い、その証明論的性質を明らかにすることを試みた。この成果は近く口頭発表および論文の形で公表する予定である。(2)上記の研究と関連して、三段論法を構成する自然言語断片の論理的性質を調べる意味論的・証明論的研究を行った。またその応用として、三段論法を表現するのに十分な図形推論の研究を行い、その成果を論文および口頭発表の形で公表した("Diagrammatic Reasoning System with Euler Circles:Theory and Experiment Design")。特にオイラー図表現システムEUL、及びそれに基づく推論体系GDSを導入し、タルスキ的意味論に対する完全性を示した。(3)自然言語の語用論的研究として、自由拡充プロセスを認める関連性理論のような文脈主義的立場に対して提起されているいわゆる過剰生成の問題について、この問題とは独立に提示された報告者による自由拡充に対する意味論的制約を用いて解決することを試みた(口頭発表"Free Enrichment and the Over-generation Problem",国際会議の論文集に論文が受理され、2009年以降に出版予定)。今年度は、自然言語推論の証明論的分析とその応用として主に自然言語の三段論法断片に対応する図形推論の研究を進めた。まず、自然言語推論を分析する上で最も基本的部分となる三段論法体系とその様々な拡張体系を証明論における自然演繹の手法を用いて形式化し、その論理的性質の解明を行った。これにより、従来の自然言語意味論で主流であったモデル論的アプローチでは十分に解明されていなかった、自然言語推論の構造およびそのプロセス的側面を明らかにする糸口が得られた。自然言語推論と図形推論には、形式言語における論理的推論と比べてその構造に制限があり、そのために効率的な情報処理を可能にするという共通性があるが、この点に着目して、三段論法とその拡張体系に対応する図形推論体系について同様の証明論的分析を試みた。その成果の一部として、国際査読を経た英文の論文1本を発表し、また国内ワークショップでの口頭発表を1件、査読を経た国際学会での口頭発表を1件行った。またこの他、関連する3本の英文論文が査読を経て受理され来年度に公刊される見通しである。さらに、三段論法の一般化と拡張を出発点として、自然論理の観点から自然言語の前提現象の証明論的分析を進める研究成果をまとめつつあり、来年度にその成果を発表する予定である。また、これまでの自然言語の語用論的推論にかかわる研究成果をまとめた英文論文が国際査読を経て英文単行本に掲載決定し、来年度に出版される見通しである。これにより、従来のモデル論的アプローチでは十分に解明されてこなかった、自然言語の量化文による証明構造を分析する形式的基盤が得られた.

またこれと平行して、自然言語推論を扱う証明論的枠組みにいわゆる前提を扱うメカニズムを取り込む研究を進めた。特に、前年度までに得られた確定記述句の分析を出発点として、これを前提現象一般へと拡張することを試みた。2.自然言語推論と図形推論の共通性に着目した研究を前年度に引き続き行い、特に自然言語の三段論法とその拡張体系に対応するさまざまな図形推論体系(オイラー図およびヴェン図の推論体系)について、1.と同様の証明論的分析を試みた。また、この研究と平行して、現代論理学と認知科学の統合的観点から、自然言語推論と図形推論を比較する一連の研究を行った。3.自然言語の形式意味論研究における動的アプローチに基づく研究として、特に線形論理および動的論理の観点から研究を進め、日本語と英語の義務および許可を表す様相表現を中心に分析を進めた。特に、従来の古典論理に基づく分析では処理することが難しかったいくつかの問題について、新たな分析が可能であるという洞察を得た。4.関連性理論の枠組みに基づいて自然言語の語用論的推論の研究を進めた。この研究に関して、これまでの研究成果をまとめた英文論文を収録した英文単行本が出版された。
二酸化炭素を原料としたメタノール生産バイオプロセスの開発

平成11年度の研究では、緑色植物由来のグラナとA.eutrophus由来の可溶性ヒドロゲナーゼを用いた系を構築し、水の光分解が進行することを見出した。グラナNAD-ヒドロゲナーゼ系に光照射することにより、水の完全分解による水素発生系を構築できることがわかった。平成12年度は、メタン細菌による二酸化炭素からのメタンの生産を行った。メタン細菌は、二酸化炭素の還元を行いメタンを生成する。メタン細菌は二酸化炭素を炭素源とし、これを資化する資化経路と、還元によりメタンを生成する生成経路とを有している。このため固定化した二酸化炭素すべてがメタンになるわけではないが、適切なメタン細菌を選べば、効率よくメタンを発生させることができる。中でもMethanobacterium thermoautotrophicumを用いることにより、効率よくメタン生産が行えることがわかった。平成13年度はメタンからメタノールへの変換のための修飾メタン資化細菌の調製を行った。メタン資化細菌中では、酵素メタンモノオキシゲナーゼ(MMO)によりメタンが酸化され、メタノールが生成する。生成したメタノールは同じ菌体内に存在するメタノールデヒドロゲナーゼ(MDH)によりさらに酸化され、最終的には二酸化炭素にまで酸化される。本研究ではシクロプロパノールがMDHの選択的阻害剤になることを見出し、シクロプロパノールを添加することにより、メタノールの蓄積が行えることがわかった。最適条件を検討した結果、10時間安定したメタノールの生産が見られ、メタンからメタノールへの転化率は70%に達した。また酵素当たりのターンオーバー数は10万を越えることがわかった。本研究は新規なバイオプロセスを構築し、二酸化炭素とメタンを共にメタノールという有用物質に変換し、大気中の二酸化炭素とメタンの軽減を達成しようとするものである。二酸化炭素の固定には還元力が不可欠であるが、本研究では還元剤として水素を用い、二酸化炭素をメタンに還元する。還元剤としての水素を安価に得るため、太陽エネルギーを利用したバイオプロセスによる水の分解で水素を獲得するための研究を行った。Alacaligenes eutrophus H16由来のヒドロゲナーゼはNADが電子受容体となる。NADの還元型であるNADHが存在すれば、ヒドロゲナーゼの触媒作用により水のプロトンに電子を渡し、水素が発生することが考えられる。一方、緑色植物に含まれるグラナに太陽光を照射すると水を分解し、酸素が発生する。そこで、本研究では、ホウレンソウ由来のグラナとA.eutrophus由来の可溶性ヒドロゲナーゼを用いて、水の光分解を試みた。NADPH-グラナ-NAD-ヒドロゲナーゼ系に光照射したところ光照射に伴い水素は直線的に増加し、その後一定値に近づく傾向を示した。グラナ量が増加するにつれ反応速度は増加し、反応持続時間も長くなった。また、本系に光照射することにより酸素と水素の同時発生ができることがわかった。このように、NADPH-グラナ-NAD-ヒドロゲナーゼ系に光照射することにより水の完全分解による水素発生系を構築できることがわかった。本研究の目的は新規なバイオプロセスの構築を行い、二酸化炭素とメタンを共にメタノールに変換し、大気中の二酸化炭素とメタンの軽減を達成しようとするものである。二酸化炭素の固定には還元剤として水素を用い、メタンに還元する。還元剤としての水素は、太陽エネルギーを利用したバイオプロセスによる水の分解で獲得する。昨年までの研究では、緑色植物由来のグラナとA.eutrophus由来の可溶性ヒドロゲナーゼを用いた系を構築し、水の光分解が進行することを見出した。グラナーNAD-ヒドロゲナーゼ系に光照射することにより、水の完全分解による水素発生系を構築できることがわかった。本年度は、メタン細菌による二酸化炭素からのメタンの生産を行った。

メタン細菌は二酸化炭素を炭素源とし、これを資化する資化経路と、還元によりメタンを生成する生成経路とを有している。このため固定化した二酸化炭素すべてがメタンになるわけではないが、適切なメタン細菌を選べば、効率よくメタンを発生させることができる。中でもMethanobacterium thermoautotrophicumを用いることにより、効率よくメタン生産が行えることがわかった。現在メタンからメタノールへの変換のための修飾メタン資化細菌の調製を検討中である。本研究の目的は新規なバイオプロセスを構築し、二酸化炭素とメタンを共にメタノールに変換し、大気中の二酸化炭素とメタンの軽減を達成しようとするものである。二酸化炭素の固定には還元剤として水素を用い、メタンに還元する。還元剤としての水素は、太陽エネルギーを利用したバイオプロセスによる水の分解で獲得する。昨年までの研究では、還元剤としての水素獲得のためにグラナ-NAD-ヒドロゲナーゼ系を構築しこれに光照射することにより、水素発生系の構築を行った。また、メタン細菌による二酸化炭素からのメタンの生産を行った。本年度はメタンからメタノールへの変換のための修飾メタン資化細菌の調製を行った。メタン資化細菌中では、酵素メタンモノオキシゲナーゼ(MMO)によりメタンが酸化され、メタノールが生成する。生成したメタノールは同じ菌体内に存在するメタノールデヒドロゲナーゼ(MDH)によりさらに酸化され、最終的には二酸化炭素にまで酸化される。本研究ではシクロプロパノールがMDHの選択的阻害剤になることを見出し、シクロプロパノールを添加することにより、メタノールの蓄積が行えることがわかった。最適条件を検討した結果、10時間安定したメタノールの生産が見られ、メタンからメタノールへの転化率は70%に達した。また酵素当たりのターンオーバー数は10万を越えることがわかった。
極超音速流中での電磁スパイク実現に向けた基礎研究

極超音速機の機首澱み点付近で直流放電プラズマを生成し、更に磁場を印加し放電プラズマ位置を能動的に制御する事による、極超音速機空力特性の改善可能性を実験的、解析的に解明した。本手法による機体の空力抵抗低減効果を検証するため、マッハ数7の極超音速風洞実験を行った。実験により機首を模した半球模型前方の離脱衝撃波位置はやや前方に変位するなどの効果が確認されたが、これのみでは空力特性に劇的な変化が見られないことが判明した。一方で、本手法の応用として調査した舵面前方での補助的放電空力制御に関しては、0.1秒以下の短時間に舵面に作用する空力モーメントを約17%低減できる事が判明し、本手法の有用性が示された。平成26年度は主として、1半球形模型よどみ点近傍での直流アーク放電による気流への影響と磁場印可時の気流制御特性把握のための実験、及び、2対応する数値解析による気流への影響を流れ場と電流、磁場の連成解析により調査した。極超音速流中での鈍頭形状前方での抗力低減を目指した、直流アーク放電と磁場による気流制御特性解明の実験的アプローチである1に取り組んだ。実験では耐熱樹脂と耐熱セラミックを組み合わせた半球模型よどみ点で直流アーク放電を生成し、電流ベクトルと垂直方向に0.010.2Tの磁場を、模型内部に設置した小型ネオジウム磁石を用いて印可した。また、磁場強度を補助するためマッハ7極超音速気流外部に設置する一対の水冷式コイル・磁路複合装置を併せて製作した。放電を行わない場合、放電のみを行い磁場を印可しない場合、そして放電に対して磁場を印可した場合それぞれの実験を行った。実験時はシュリーレン法による衝撃波位置変動の可視化計測、半球よどみ点近傍における圧力及び温度計測を行い、放電と磁場による気流への影響を調査した。実験の結果、放電による気流制御を行わない場合に比べて、放電、更には磁場を印可した場合に僅かではあるが衝撃波位置の変動、よどみ点下流位置での圧力の減少が観測された。数値解析的アプローチである2として流れ場変動の詳細を調べるため、2次元問題を仮定し2温度11化学種モデル、電場に関するポアソン方程式、弱電離プラズマに対する電気抵抗率のモデルを組み合わせた連成解析を行った。数値解析の結果、放電及び磁場印可によって衝撃波形成位置はあまり変動せずやや上流に位置が変わるのみであるが、ローレンツ力により壁面での圧力が減ずる事が判明した。本手法の制御効果の応用例として、極超音速機のボディーフラップを模した二重くさび形模型も製作し、半球での気流制御特性調査と並行して実験も行った。本年度は以下の2点について研究を行った。まずは1極超音速気流中での直流アーク放電と磁場を用いた気流制御に関して、鈍頭模型前方での気流制御効果に関する実験、解析を行った。また、2鈍頭模型および極超音速機ボディーフラップを模した模型表面上流での放電による空力モーメント変動量の評価と制御効率・制御速度の評価を行った。まず鈍頭模型前方での放電及び磁場による気流制御特性と空力制御性能を調べた。また、宇宙往還機・極超音速旅客機のボディーフラップを模した模型のフラップ前方で放電を行い、同じく空力制御性能を調べた。これらの内、後者の方が空力抵抗の低減の観点及び、舵面に掛かる空力モーメント制御速度・制御効率の観点からより有用であることが判明した。そのため特に空力制御効果の大きかった後者についてボディーフラップに放電を組み合わせた場合に生成可能な空力制御モーメントの変化量を実験により明らかにした。流れをより詳しく可視化するため、Background Oriented Schlieren法を応用した可視化法を適用した。また流れ場の可視化及び数値シミュレーションによりモーメント変動を引き起こす流れのメカニズムを解明し、高速飛行を行う極超音速機において極めて短時間に空力モーメントを制御できることを確認した。本研究に関する今年度の研究発表状況:国内講演会口頭発表3件、国際会議口頭発表2件、雑誌論文(Trans. JSASS,採録決定済)。本研究に関する受賞など:第59回宇宙科学技術連合講演会(日本航空宇宙学会)での講演論文「極超音速機表面での放電による空力モーメント制御に関する研究」に対し若手奨励賞を受賞。本年度は年次計画通り、半球よどみ点での直流アーク放電と印可磁場による流れ場への影響の実験的把握を行った。更にこれらに対応する流れ場、プラズマ、電場に対する熱化学非平衡数値シミュレーションを行い、流れ場制御効果の詳細を調査した。

また、本手法の応用例として極超音速機のボディーフラップを模した二重くさび形表面形状における気流制御効果についても追加で実験を行い、気流制御効果を調べた。27年度が最終年度であるため、記入しない。航空宇宙工学来年度は当初の計画通り、本年度までに解明した放電及び印可磁場による気流制御効果への理解を基に、極超音速機が巡航姿勢を変化させた場合に相当する気流方向が角度を持った場合での気流制御効果への影響を調査する。更に、本手法の要となる抗力低減効果を解明する為、放電及び磁場印可時の模型に係る抗力計測を行い、本手法による極超音速機抗力低減効果の有用性について調査する。
無線伝送路特性を利用するアナログセキュリティネットワークの開発

本研究では、プレ等化技術を活用するセキュア通信を実現するため、伝送路状態に基づいた無線通信技術を提案した。本研究では、一般的な無線通信環境では、多数のマルチパス信号を受信する点に着目する。提案方式の送信端末は、送受信端末間の伝送路状態に最適化した信号をプレ等化技術により送信する。そのため、想定した伝送路状態である受信端末のみが送信端末からの信号を高品質に受信可能となり、受信信号の復調にも成功する。結果として、盗聴端末は異なる場所では伝送路状態が異なるため、受信信号の等化を行うことができず、受信信号の復調に失敗する。数値例より、一般的な伝搬環境において、セキュア通信を実現可能であることを示した。本研究では、現実の通信環境は多数のマルチパス波が存在するため、無線伝送路特性が場所により大きく異なることに着目する。無線伝送路特性は、場所が通信で利用する無線信号の半波長以上異なれば、一般的には独立して変化すると言われている。また、一般的な無線通信システムでは、このような無線伝送路特性の影響を受信側で取り除く等化処理を行うことにより、正しい復調処理を実現している。そのため、所望の受信端末のみが無線伝送路特性の影響を取り除くことが可能である一方、他端末は無線伝送路特性の影響を取り除けない方式が実現されれば、物理層による安全性を改善可能と考える。本年度は、所望の受信端末との無線伝送路特性を予め推定することにより、送信端末から送信する信号を無線伝送路特性に合わせて送信するプレ等化技術を活用することにより、物理層におけるセキュア通信方式を研究する。無線伝送路特性を予め推定するためには、無線LANで規定されるRTS/CTなどのデータパケットの送受信前に交換されるパケットを利用する。また、送信者は所望の受信端末において無線伝送路の影響を受けない信号が受信可能となるように、送信信号を推定した無線伝送路特性に応じて補正してから送信する。結果として、所望の受信端末では、無線伝送路の影響により、正確に復調可能な信号を受信できる。一方、盗聴者などは異なる無線伝送路の影響を受けることにより、復調可能な信号を受信できなくなる上、盗聴対象の端末間の無線伝送路特性が不明なため、等化処理も行うことができない。本年度は主に計算機シミュレーションにより、提案方式のマルチパス環境下における特性評価を実施した。結果では、IEEE 802.11aの仕様を想定したシミュレーションにより、代表的なマルチパス環境において、所望の受信端末は復調可能である一方で、盗聴者が復調誤りを起こすことを確認した。無線ネットワークの普及に伴い、無線ネットワーク上で交換されるデジタル情報を守るだけではなく、任意の場所で受信可能な無線信号自体のセキュリティに対する注目も近年増しており、業務用途で利用するビルなどでは、電波を遮蔽可能なフィルムなどを用いて、ビルから漏洩する無線信号を防ぐなどの対策が始められている。しかしながら、人が頻繁に移動するビル内の各部屋レベルで、無線信号の漏洩を防ぐことは困難であり、アナログ信号レベルでセキュリティ対策をすることが望まれている。本研究開発では、一般に無線端末の場所が異なれば、無線端末間の伝送路特性が異なることに着目し、アナログ信号レベルのセキュリティ対策を目指して研究開発を行う。平成27年度の開発では、平成26年度に基礎研究を開始した無線伝送路特性を暗号鍵として利用するアナログ暗号方式について、理論解析的側面からの提案方式の特徴解析を行うとともに、複数の無線伝送路特性モデルにおける提案方式の有効性をシミュレーション評価により検証を行った。評価結果より、提案方式のアナログ暗号方式は、一般的な無線伝送路特性モデルを想定した場合においても、所望無線端末間の通信信頼性を劣化させることなく、盗聴端末の受信処理にエラーを発生させ、無線端末間で交換されるデジタル情報を保護可能であることを明らかにした。また、平成28年度に向けた準備として、提案方式をソフトウェア無線機器であるUSRP上に実装するための事前検証を行った。本研究の目的は、無線信号をアナログレベルで利用する新たな無線ネットワーク用セキュリティ技術を開発することであり、端末間の伝送路特性が異なることに着目する。平成26・27年度の研究進捗状況として、無線伝送路特性は無線端末間の位置が異なる場合には独立して変化することから、所望無線端末間の無線伝送路特性を測定後、推定無線伝送路特性に合わせて送信信号をプレ等化した信号を送信する方式を提案してきた。プレ等化された信号は、所望無線伝送路特性を通過した場合にのみ正常に復調処理が実現できる一方で、その他の無線伝送路特性を通過した場合には、復調処理に失敗することにより、デジタル情報を保護可能である。提案方式に対する評価として、理論解析、シミュレーションによる評価を終わらせており、当初予定されていたソフトウェア無線機器を利用した実証実験による評価も平成28年度に実施可能と考えている。以上のような状況から、本研究はおおむね順調に進んでいると考える。本研究の目的は、無線端末間の伝送路特性が無線端末の位置関係により異なることに着目することにより、無線信号をアナログレベルで利用する無線ネットワーク用セキュリティ技術を開発することである。提案技術では、メディアアクセス層の通信制御中に無線端末間の伝送路推定を行い、データメッセージを送信する際には、推定した伝送路特性に合わせてプレ等化した信号を送信する。プレ等化された信号は、正規の無線端末に到着した際に伝送路の影響を受けることにより、正しい信号に変化するため復調が可能となる。

一方、正規の無線端末とは異なる位置に存在する不正端末が盗聴を試みた場合、プレ等化された信号は、所望の伝送路特性とは異なる伝送路を通過することにより、歪んだ信号として受信される。歪んだ信号を強引に復調処理した場合、ビット誤りが多数発生するため、正しいデータを取得することが困難となる。本研究では、提案方式を無線LAN規格であるIEEE 802.11aに適用した場合について、Matlabを利用したコンピュータシミュレーションによる評価を実施した。評価結果より、盗聴を試みた端末でのデータのビット誤り率は0.5となり、情報を一切取得できなくなることを確認した。また、ソフトウェア無線機器だるUSRP(Universal Software Radio Peripheral)を利用することにより、IEEE 802.11aを拡張することにより、提案方式のプレ等化処理のプロトタイプ実装を行い、、実際の無線機器を利用した場合にも、プレ等化処理が実現可能であることを明らかにした。本研究では、プレ等化技術を活用するセキュア通信を実現するため、伝送路状態に基づいた無線通信技術を提案した。本研究では、一般的な無線通信環境では、多数のマルチパス信号を受信する点に着目する。提案方式の送信端末は、送受信端末間の伝送路状態に最適化した信号をプレ等化技術により送信する。そのため、想定した伝送路状態である受信端末のみが送信端末からの信号を高品質に受信可能となり、受信信号の復調にも成功する。結果として、盗聴端末は異なる場所では伝送路状態が異なるため、受信信号の等化を行うことができず、受信信号の復調に失敗する。数値例より、一般的な伝搬環境において、セキュア通信を実現可能であることを示した。本年度は主にMatlabを利用してシミュレーションを行うことにより、提案方式の安全性について評価を実施してきた。評価を行う際のシミュレーションプログラムでは、無線LAN用の標準規格であるIEEE 802.11aで利用されているフレーム構造を想定しており、現実に利用されている実装に近い評価を実施した。また、想定する伝搬路環境として、一般的なマルチパス通信環境だけではなく,Joint Technical Committee (JTC)により提案されたアンテナ高が低い場合の室内及び屋外の伝送路モデルについても評価を実施した。実施結果では、独立な無線伝送路を想定した場合、提案方式を適用することにより、所望の通信端末での通信性能を劣化させることなく、その他の盗聴端末での復調エラーを発生させることができることが確認されている。本年度の評価結果は、本研究で提案を行うアナログセキュリティ技術の基礎的な可能性を示すものであり、概ね当初の予定通りに研究が進んでいると考える。平成27年度までの研究開発において、無線通信一般における無線伝送路特性の調査を行い、無線伝送路特性は送受信端末の位置が変化するだけで、その特性は大きく変化することが知られていることを再確認した。また、無線伝送路の独立性に着目することにより、所望端末間でのみ無線信号を復調可能となるアナログセキュリティを実現するための基礎評価を終えることができた。
細動脈血管平滑筋細胞の膜電位決定に対する各種Kチャネルの役割

細動脈血管平滑筋の臓器特異性を検討した。【方法】ラット骨格筋、腸間膜細動脈(約170230mm、最大拡張時)を摘出し、内圧を制御。内径を顕微鏡システムで計測した。膜電位は40MW以上の先端抵抗のガラス電極を用いて測定した。内圧を40mmHgに固定した。Ca2+依存性Kチャネル阻害剤としてtetraethylanmonium(TEA,1mM),電位依存性Kチャネル阻害剤として4-aminopyridine(4-AP,0.1mM)を投与し内径及び膜電位を記録した。【結果】骨格筋細動脈はnifedipine 1mMで有意に27+3%拡張したが、腸間膜細動脈では有意な拡張はなかった。すなわち前者はmyogenic toneを持ち、後者は持たないものと思われた。内径・膜電位の結果では、骨格筋細動脈の膜電位は腸間膜細動脈に比して有意な脱分極を示した(-35mV対-51mV, 40mmHg)。TEA,4-APは骨格筋細動脈で脱分極と収縮を起こしたが、腸間膜細動脈には影響しなかった。【結論】骨格筋細動脈膜電位は腸間膜細動脈に比して有意な脱分極を示した。TEA及び4-AP感受性Kチャネルは骨格筋細動脈では膜電位決定に関与するが腸間膜細動脈では関与は弱く、Kチャネル群の分布・機能にも不均一性があると考えられた。
機能的抗菌作用を有する歯科材料の研究・開発

口腔内の虫歯の原因の一つが、乳酸等の酸を産生する細菌である。そこで、細菌が酸を産生している時に有効に作用する消毒剤および歯科材料の研究・開発を行った。この研究のために用いたものが二酸化塩素の水溶液である。二酸化塩素は、幅広い抗菌スペクトルときわめて低濃度で強力な殺菌力を有しており、生体に対する安全性もたかい。この性質を利用して、細菌が酸産生能を有したときに、より強力に滅菌効果を示す機能的消毒薬および歯科材料の開発を行った。本研究は、通常は細菌やウィルスに対して静菌的に働き、微生物が生体に為害性を示す状態の時にだけ滅菌作用を示す歯科材料の開発を目指すものである。口腔内において、この目的のために、もっとも適した薬剤が二酸化塩素をベースにしたものであると考えられる。二酸化塩素は、幅広い抗菌スペクトルときわめて低濃度で強力な殺菌力を有することが知られている。さらに、二酸化塩素は、次亜塩素酸ナトリウムのように発ガン性物質であるトリハロメタンを生じることがなく安全性が高いといわれている。二酸化塩素は、即効性が強く耐性菌が生じにくいとされており、申請者らの研究成果においても次亜塩素酸ナトリウムと違ってヒト培養細胞に対して細胞毒性が少なく、アポトーシスも起こさないことが明らかになっている。また、二酸化塩素は、水溶液中でガス状とイオン性の性質を併せ持っており、酸性側ではガス状で細菌の細胞壁の脂質層を透過し細胞質および核の活性を阻害する。アルカリ性側ではイオン状態で細菌の細胞壁を攻撃する。細菌に対する消毒効果は酸性側のガス状の二酸化塩素水のほうが数百倍も強い。そこで、為害性を示す細菌類の増殖、分化およびバイオフィルム形成期における酸産生能を当該年度に明らかにし、細菌が酸産生能を有したときに、より強力に滅菌効果を示す機能的消毒薬を開発を行うことができた。さらに、酸産生能に応じて消毒作用を示す二酸化塩素濃度を決定し、機能的消毒作用を含有した歯科材料の作製に道筋を着けることができた。二酸化塩素は、即効性が強く耐性菌が生じにくいとされており、申請者らの研究成果においても次亜塩素酸ナトリウムと違ってヒト培養細胞に対して細胞毒性が少なく、アポトーシスも起こさないことが明らかになった。この二酸化塩素水の性質を利用して、細菌が酸産生能を有したときに、より強力に滅菌効果を示す歯科材料を開発するために、為害性を示す細菌類の増殖、分化およびバイオフィルム形成期における酸産生能を当該年度に明らかにすることができた。

そこで、前年度、為害性を示す細菌類の増殖、分化およびバイオフィルム形成期における酸産生能を明らかにした成果をふまえ、当該年度においては、細菌が酸産生能を有したときに、より強力に滅菌効果を示す機能的消毒薬の発生装置の開発を行うことができ、特許の申請をおこなうことができた。生体材料本研究は、新型ウィルスや耐性菌に対して、きわめて有効な消毒剤として二酸化塩素を口腔内の機能的消毒作用を有した歯科材料に応用するものである。二酸化塩素は、広範な抗菌スペクトルをもつ強力な酸化殺菌剤で、欧米ではすでに幅広く普及している。日本でも、次亜塩素酸ナトリウムにかわり、循環水の殺菌や食品工業等での使用が広がってきているが、その作用機序は未だ明解ではない。そこで本研究では、この二酸化塩素の細菌に対する滅菌作用機序の解明を行ったところ、細菌の細胞壁攻撃性よりも呼吸器系阻害により滅菌作用を示すことが判明した。呼吸器系阻害は、二酸化塩素の細菌の細胞壁透過性を向上させることが必要であり、そのためのpH調整および最適二酸化塩素濃度を決定することができた。さらに、本研究により、機能的消毒作用を有した歯科材料が口腔内機能の回復と同時に、炎症や感染症の予防にも応用できる道筋を示すことができ、当研究はおおむね順調に進展していると考えられる。本研究は、新型ウィルスや耐性菌に対して、きわめて有効な消毒剤として二酸化塩素を口腔内の機能的消毒作用を有した歯科材料に応用するものである。本研究では、この二酸化塩素の消毒作用を細菌に対する細胞壁攻撃性と呼吸器系阻害の観点から、ある程度明らかにすることができた。現在までに、主としてミュータンス菌およびカンジダ菌に対する二酸化塩素の影響を調べてきたが、口腔内には300以上の細菌類が生息しており、これらの細菌に対しても、増殖期、分化期およびバイオフィルム形成期における実態を明らかにし、各期における二酸化塩素の影響およびヒト培養細胞に及ぼす影響も炎症反応性の観点から明らかにする。さらに、機能的消毒作用を有する消毒剤の調整を行う。二酸化塩素は水溶液中でガス状とイオン性の性質を併せ持っており、ガス状では細菌の細胞壁の脂質層を透過し細胞質および核の活性を阻害する。イオン状態では細菌の細胞壁に影響を与える。このガス状とイオン状態の存在比を細菌の酸産生能に合わせて、細菌の酸産生時に特に強い殺菌性を発揮するよう調整し、さらに強力な殺菌作用を示す機能的消毒薬の開発を行う。これらをふまえて、機能的消毒作用を有する歯科材料の作製を行い、各種細菌に対する消毒効果および生体に対する安全性を検証する。
自然リンパ球による肺炎球菌認識機構の解明

日本人の死因の第3位は肺炎である。本研究では、肺炎をおこす重要な原因菌である肺炎球菌に対する感染防御機構の解明を目指して解析を行い、NKT細胞というリンパ球が肺炎球菌感染後速やかに細菌の糖脂質抗原を認識することを見出した。また、NKT細胞による糖脂質抗原の認識は菌の排除に重要であることが分かった。ヒトNKT細胞もマウス同様に肺炎球菌糖脂質に反応することから、NKT細胞による糖脂質の認識は肺炎球菌感染防御に重要な役割を担うと考えられる。「研究概要と成果の内容」肺炎球菌は、市中肺炎及びインフルエンザ感染後の二次性細菌性肺炎の起炎菌として最も頻度が高い細菌である。これまでにマウスモデルを用いて、自然免疫に関与するNKT細胞が肺炎球菌の感染防御に関与することを明らかにした。本研究では、NKT細胞による肺炎球菌認識機構の解明を目標として、NKT細胞が認識する肺炎球菌由来の抗原の同定を試みた。1.NKT細胞が認識する肺炎球菌糖脂質抗原の同定肺炎球菌から精製した糖脂質が抗原提示分子のCD1dに結合すること、マウスのNKT細胞はその糖脂質を認識し、活性化することを明らかにした。糖脂質の構造解析にて、肺炎球菌糖脂質は我々の生体内にはほとんど存在しない特徴的な脂肪酸を有していることが分かった。このことから、NKT細胞は特徴的な構造を持つ細菌糖脂質をT細胞抗原受容体にて特異的に認識することが分かった。さらに、ヒトの末梢血より樹立したNKT細胞株を用いた解析より、マウスと同様にヒトのNKT細胞も肺炎球菌糖脂質を認識することが分かった。2.X線結晶構造解析による糖脂質の抗原提示分子CD1dへの結合様式の解明NKT細胞は、樹状細胞などの抗原提示細胞の細胞表面に発現するCD1d分子に結合した糖脂質抗原を認識する。X線結晶構造解析を行い、肺炎球菌糖脂質と抗原提示分子CD1dとの結合様式の特徴を分子レベルで解明した。「意義・重要性」NKT細胞は多様性に乏しいT細胞抗原受容体を発現していることから、特異的な外来性抗原を認識する役割を持っている可能性が示唆されていた。しかし、これまで詳細は明らかになっていなかった。本研究により、初めてNKT細胞が肺炎球菌という臨床上大変重要な病原微生物の菌体成分を認識することが明らかになった。このことは病原微生物に対するNKT細胞の役割の解明という点からも大変意義深いと考える。また、本研究は肺炎球菌に対する生体防御機構の解明につながる研究であり、大変重要であると思われる。「目的」日本人の死因の第4位は肺炎である。肺炎球菌は、市中肺炎及びインフルエンザの二次性細菌性肺炎の起炎菌として最も頻度が高い細菌の一つであり、肺炎球菌に対する新しいワクチンや治療法の開発が求められている。本研究では、自然免疫に関与するNKT細胞が認識する肺炎球菌由来の抗原を同定し、NKT細胞による肺炎球菌認識機構を解明する。「研究成果」マウスを用いた実験により、肺炎球菌糖脂質がNKT細胞のT細胞受容体を直接刺激することを証明した。また、ヒトの末梢血単核細胞より樹立したNKT細胞株を用いて、ヒトNKT細胞もマウスと同様に肺炎球菌糖脂質に反応することを示した。II.肺炎球菌糖脂質の構造の特徴と抗原性の関係の解明肺炎球菌糖脂質の構造解析の結果、主要な脂肪酸はパルミチン酸と、哺乳類では検出することが稀なバクセン酸であることが分かった。それらの脂肪酸の結合部位を明らかにするため、数種類の化合物を合成し、解析を行った。その結果、NKT細胞が認識する肺炎球菌糖脂質抗原は、R_1にパルミチン酸、R_2にバクセン酸が結合した構造であることを明らかにした。III.結晶構造解析によるNKT細胞の抗原受容体と糖脂質/CD1d複合体の結合様式の解析X線結晶構造解析を行い、肺炎球菌糖脂質がどのように抗原提示分子CD1dと結合しているか分子レベルで明らかにした。さらに、CD1d/肺炎球菌糖脂質/T細胞受容体の3量体のX線結晶構造解析結果を得ることに成功し、NKT細胞のT細胞受容体による肺炎球菌糖脂質抗原の認識機構を分子レベルで明らかにした。また、肺炎球菌感染早期においてNKT細胞による糖脂質抗原の認識を阻害すると、サイトカイン産生および菌の排除が阻害されることが分かった。その結果、NKT細胞は肺炎球菌感染早期に糖脂質抗原を認識し、感染防御に重要な役割を担うことが明らかになった。「目的」日本人の死因の第3位は肺炎である。肺炎球菌は、市中肺炎及びインフルエンザの二次性細菌性肺炎の起炎菌として最も頻度が高い細菌の一つであることから、肺炎球菌に対する感染防御機構の解明及びその知見を活かした新しいワクチンや治療法の開発が求められている。

本研究では、自然免疫に関与するリンパ球のNKT細胞が認識する肺炎球菌由来の抗原を同定し、NKT細胞による肺炎球菌認識機構を解明することを目的として研究を行った。「研究成果」I. NKT細胞による肺炎球菌認識及び菌体排除促進機序の解析:本研究において、肺炎球菌感染早期にNKT細胞が菌の糖脂質抗原を認識してサイトカインを産生し、感染防御に貢献することを見出した。肺炎球菌感染において、NKT細胞に糖脂質抗原を提示する抗原提示細胞に関して解析を行い、CD11c陽性の樹状細胞がNKT細胞に糖脂質抗原を提示することを示唆する結果を得た。II.肺炎球菌感染防御におけるNKT細胞が産生するサイトカインの役割の解析:肺炎球菌感染早期において、NKT細胞がIFNγ及びIL-17というサイトカインを産生することを明らかにした。また、そのサイトカイン産生がNKT細胞による好中球の集積促進機能と関係することが示唆された。IL-17は真菌や結核菌に対する感染防御に重要な役割を担うことが知られているが、肺炎球菌感染防御に重要な役割を担うかどうか明らかになっていない。肺炎球菌感染防御におけるNKT細胞のIL-17産生に関する解析を行い、肺炎球菌感染防御において負の作用をもたらす可能性があることを示唆する結果を得た。以上の結果は、肺炎球菌感染早期におけるNKT細胞による菌の認識及び感染防御機構の解明につながる有用な知見と考えられる。平成22年度と23年度の研究にて、当初の研究目的であった「NKT細胞が認識する肺炎球菌由来の糖脂質抗原の同定」に成功し、Nature Immunologyに研究成果を発表した。また、抗原提示分子CD1d/肺炎球菌糖脂質/T細胞受容体の3量体のX線結晶構造解析結果を得ることに成功し、PLoS Biologyに発表した。本研究により、マウスとヒトのNKT細胞が臨床上極めて重要な肺炎球菌などの特定の細菌の糖脂質を認識することを見出した。さらに、NKT細胞のT細胞受容体による肺炎球菌糖脂質抗原の認識機構を分子レベルで明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究にて、肺炎球菌感染早期の免疫応答にNKT細胞が重要な役割を担うという有用な知見を得たので、さらに研究を発展させ、以下の解析を行う。肺炎球菌感染において、NKT細胞に糖脂質抗原を提示する抗原提示細胞を同定する。また、その抗原提示細胞によるNKT細胞の活性化機序の解析を行う。肺炎球菌感染直後から経過を追って詳細に解析することで、NKT細胞によって増強される肺炎球菌排除機構を明らかにする。II.肺炎球菌感染防御におけるIL-17産生NKT細胞の役割の解析肺炎球菌感染早期において、NKT細胞がIFNγ及びIL-I7というサイトカインを産生することを明らかにし、そのサイトカイン産生がNKT細胞による好中球の集積促進機能と関係することが示唆された。最近、NKT細胞には、IL-17を産生しIFNγを産生しない細胞群が存在することが明らかになったので、次年度は肺炎球菌感染防御におけるIL-17産生NKT細胞の役割を解析する。
間断給水における土壌浸透能に関する基礎研究

一般に、散水灌漑の場合、従来はベーシックインテ-クレートを疎水強度の上限値としている。しかし、実際の圃場においては、この上限値より小さい場合でも地表湛水が生じることがある。この一つの理由としては、ベーシックインテ-クレートが連続給水であるが、実際の散水灌漑等においては間断的な給水により土壌中の浸透能が小さくなっているために起こると考えられる。そこで、この機構を明らかにするため、本研究では、以下の項目の検討を行い、次のような結果を得た。1.ガラス毛細管内の落下速度と毛管水の個数との関係1本のガラス毛細管内の流れにおいて、連続か不連続かの違いにより毛細管中の落下速度は毛管水の個数の増加に伴って小さくなった。このことは土壌中へ水を連続的に給水した場合と間断的に給水した場合のインテ-クレートの違いと同じ傾向を示した。2.地表灌漑における実地調査地表灌漑のボーダーや畝間で種々の給水間隔で一定給水条件下における水足の移動距離と到達時間を測定し、水足の速さからインテ-クレート定数を求めた。この測定方法から得られたインテ-ク定数を間断条件下で得られたものと連続条件下で得られたものを比較した。その結果、間断給水条件下ではインテ-クレートが小さくなることが認められた。3.浸透中の土壌水分量分布の測定種々の初期水分の異なる土柱円筒を作成し、湛水連続給水条件下での浸潤量への影響を検討した。その結果、浸潤中の土壌水分量分布は概ね初期水分量に関係なく一定になることがわかった。以上の結果から、土壌中で生じる間断給水による浸透能の変化を節水灌漑へ応用することの可能性が示された。
部分構造合成法を援用した伝達影響係数法の高性能化に関する研究

本研究では,伝達影響係数法の計算過程に部分構造合成法的な取り扱いを導入することによって,これまでに明らかになった伝達影響係数法の種々の特長を損なうことなく,計算能率と適用対象の両面でより一層の性能向上を実現させた伝達剛性係数法を新たに開発し,次のような知見を得た.1.最も基本的な問題である直線状はり構造物の面内曲げ自由振動および強制振動を対象として,伝達剛性係数法の定式化を行った.また,具体的な例題について種々の数値計算を実施し,従来の伝達マトリックス法および伝達影響係数法と比較することによって,処理速度やメモリ量に関する伝達剛性係数法の優位性を実証した.2.従来の伝達影響係数法では取り扱いが不可能であった閉ループを含む系の典型例として,複数のはり要素から構成されるラーメン構造物に伝達剛性係数法を適用し,線形自由振動および線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.直列型2次元ラーメン構造物の縦・曲げ連成振動および直列型3次元ラーメン構造物の縦・曲げ・ねじり連成振動を取り扱い,従来の伝達マトリックス法に対する伝達剛性係数法の優位性を実証した.3.局所的に非線形性が存在する大規模構造物の非線形強制振動を解析するために,調和バランス法と伝達剛性係数法を増分法の概念を介して融合した増分伝達剛性係数法を提案した.これを,配管系や回転体に見られるような非線形支持要素を有する直線状はり構造物の強制振動解析に適用し,面内曲げ非線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.増分伝達剛性係数法では,構造物に線形はり要素と非線形基礎支持要素とに分離した上で,反復計算過程から線形はり要素内部の自由度を完全に除去することが最大の特長であり,従来の増分伝達マトリックス法や増分伝達影響係数法と比較して,処理速度やメモリ量に関する劇的な性能向上を実現できた.本研究では,伝達影響係数法の計算過程に部分構造合成法的な取り扱いを導入することによって,これまでに明らかになった伝達影響係数法の種々の特長を損なうことなく,計算能率と適用対象の両面でより一層の性能向上を実現させた伝達剛性係数法を新たに開発し,次のような知見を得た.1.最も基本的な問題である直線状はり構造物の面内曲げ自由振動および強制振動を対象として,伝達剛性係数法の定式化を行った.また,具体的な例題について種々の数値計算を実施し,従来の伝達マトリックス法および伝達影響係数法と比較することによって,処理速度やメモリ量に関する伝達剛性係数法の優位性を実証した.2.従来の伝達影響係数法では取り扱いが不可能であった閉ループを含む系の典型例として,複数のはり要素から構成されるラーメン構造物に伝達剛性係数法を適用し,線形自由振動および線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.直列型2次元ラーメン構造物の縦・曲げ連成振動および直列型3次元ラーメン構造物の縦・曲げ・ねじり連成振動を取り扱い,従来の伝達マトリックス法に対する伝達剛性係数法の優位性を実証した.3.局所的に非線形性が存在する大規模構造物の非線形強制振動を解析するために,調和バランス法と伝達剛性係数法を増分法の概念を介して融合した増分伝達剛性係数法を提案した.これを,配管系や回転体に見られるような非線形支持要素を有する直線状はり構造物の強制振動解析に適用し,面内曲げ非線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.増分伝達剛性係数法では,構造物に線形はり要素と非線形基礎支持要素とに分離した上で,反復計算過程から線形はり要素内部の自由度を完全に除去することが最大の特長であり,従来の増分伝達マトリックス法や増分伝達影響係数法と比較して,処理速度やメモリ量に関する劇的な性能向上を実現できた.本研究では,研究代表者らによって開発された伝達影響係数法の計算過程に部分構造合成法的な取扱いを導入することにより,これまでに明らかになった伝達影響係数法の特長を損なうことなく,より一層の性能向上を実現することを目的としている.このように再定式化された伝達影響係数法を伝達剛性係数法と呼ぶ.平成7年度は,伝達剛性係数法について次のような知見を得た.1.最も基本的な問題である直線はりの面内曲げ自由振動および強制振動を対象として,部分構造合成法の概念を援用した伝達剛性係数法の定式化を行った.また,具体的な例題について種々の数値計算を実施し,従来の伝達影響係数法および伝達行列法と比較することによって,処理速度やメモリ量に関する伝達剛性係数法の優位性を実証した.2.上記1で得られた知見と経験に基づいて,樹状構造物,および従来の伝達影響係数法では取扱いが不可能であった閉ループを含む系(たとえばトラス構造物など)に対して伝達剛性係数法を適用し,線形自由振動および線形強制振動回折アルゴリズムを定式化した.現在のところ,樹状構造物およびトラス構造物ともに2次元(平面)問題に限定されているが,上記1の直線はりの場合と同様の優位性が実証されている.このような実績を踏まえて,来年度は3次元(立体)問題への適用を図る予定である.3.非線形支持要素を持つ直線状はり構造物の強制振動に対して,伝達剛性係数法の適用を試みた.プログラムはまだ完成には至っていないが,理論的には十分適用可能であり,上記と同様の性能向上が期待されることが確認されている.

本研究では,研究代表者らによって開発されてきた伝達影響係数法の計算過程に部分構造合成法的な取り扱いを導入することによって,これまでに明らかになった伝達影響係数法の種々の特長を損なうことなく,計算能率と適用対象の両面でより一層の性能向上を実現させた伝達剛性係数法を新たに開発した.平成8年度は,伝達剛性係数法について次のような知見を得た.1.従来の伝達影響係数法では取り扱いが不可能であった閉ループを含む系の典型例として,複数のはり要素から構成されるラーメン構造物に伝達剛性係数法を適用し,線形自由振動および線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.平成8年度は直列型3次元ラーメン構造物の縦・曲げ・ねじり連成振動を取り扱い,伝達マトリックス法と比較して,処理速度やメモリ量に関する伝達剛性係数法の優位性を実証した.このような実績を踏まえて,今後はトラス構造物への適用を図る予定である.2.局所的に非線形性が存在する大規模構造物の非線形強制振動を解析するために,調和バランス法と伝達剛性係数法を増分法の概念を介して融合した増分伝達剛性係数法を提案した.これを,配管系や回転体に見られるような非線形支持要素を有する直線状はり構造物の強制振動解析に適用し,面内曲げ非線形強制振動解析アルゴリズムを定式化した.増分伝達剛性係数法では,構造物を線形はり要素と非線形基礎支持要素とに分離した上で,反復計算過程から線形はり要素内部の自由度を完全に除去することが最大の特長であり,従来の増分伝達マトリックス法や増分伝達影響係数法と比較して,処理速度やメモリ量に関する劇的な性能向上を実現できた.今後の課題は,より複雑な構造物への適用を図ること,および能率的な安定判別法を開発することである.
木本植物の休眠・凍結耐性獲得における光周性関連因子の機能解析

北方樹木は季節的な日長の短日化を感知し、自発的休眠期へと移行する。この移行過程は、樹木が内的に有する日長測定機構・生物時計システムを介して生じると考えられている。本研究は、北方樹木・ポプラの生物時計システムに着目し、樹木の季節的休眠誘導機構を明らかにすることを目的としている。植物の生物時計システムは、モデル植物・シロイヌナズナを用いて詳細に解析されており、LHY/CCA1遺伝子群、及びPRR遺伝子群から構成されるマルチプルフィードバッグループモデルが提唱されている。昨年度までの研究から、ポプラ・生物時計システムは被子植物の進化過程で制御変化している可能性が考えられた。そこで、本年度は、ポプラ・生物時計システムの制御機構を解明にするため、ポプラ・生物時計関連遺伝子群の機能解析を行った。植物の生物時計関連遺伝子群の特徴として、それぞれの遺伝子が特徴的な日周発現を示すことが知られている。そこで、ポプラ・生物時計関連遺伝子の日周発現変動を解析したところ、多くの遺伝子は典型的な日周発現を示した。一方で、PRR遺伝子群の内、PRR1/TOC1遺伝子は日周的な発現変動を示さなかった。次に、ポプラ・PRR1/TOC1遺伝子の機能を詳細に調べるため、シロイヌナズナPRR1/TOC1遺伝子のT-DNA挿入株を用い、相補性試験を行った。その結果、ポプラ・PRR1/TOC1遺伝子は、光形態形成についてはシロイヌナズナPRR1/TOC1遺伝子の機能を相補したが、光周性花成については相補できなかった。これらの結果は、ポプラとシロイヌナズナのPRR1/TOC1遺伝子はそれぞれの生物時計システムにおいて異なる機能を持つことを示唆している。本研究成果は、モデル樹木・ポプラの生物時計機構を理解する上で基礎的知見を提供すると共に、生物時計を介した自発休眠誘導機構の解明への足掛かりを作ったといえる。北方樹木の季節的な休眠過程は短日応答により誘導され、その応答過程には日長測定機構である生物時計と密接に関与すると考えられている。植物の生物時計分子機構は、モデル植物・シロイヌナズナを用いて盛んに行われ、その結果、シロイヌナズナ時計関連遺伝子群の機能解明が著しく進展している。しかし、モデル樹木・ポプラにおいては、それら遺伝子群の同定、機能解析は未だなされてはいない。そこで、ポプラから生物時計関連遺伝子の同定を行い、それら遺伝子の日周的発現変動を解析した。その結果、多くの遺伝子では、シロイヌナズナのオルソロガスな遺伝子と同様の位相において、発現増大を示すことが確認された。しかし、ある遺伝子ではシロイヌナズナのオルソロガスな遺伝子と発現の位相が異なっており、さらに、ポプラにおいては日周的な発現変動を示さない遺伝子も存在した。これまで、被子植物において生物時計分子機構や生物時計関連遺伝子群がどのような進化過程を経てきたのかについては未だ明らかになっていなかった。そこで、3種の被子植物(ポプラ、シロイヌナズナ、イネ)のゲノム情報を用い、生物時計関連遺伝子群の分子系統学解析を行った。その結果、生物時計関連遺伝子群は全ゲノム重複による遺伝子重複、及び全ゲノム重複後の重複遺伝子の欠失が頻繁に生じていることを見出した。また、生物時計関連遺伝子群は単子葉植物と双子葉植物が分岐する以前にすでに多様化していたことが示唆された。