hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分岐被覆とザリスキ・ペア

Galois分岐被覆の存在・構成に関する研究およびザリスキ・ペアに関する研究を行った.まず,E.Artal Barolo, J.-I.Cogolludoとともに2007年以前までのザリスキ・ペアに関する主要な研究成果・手法について,サーベイを著した(このサーベイには新たな知見も含まれている)後,(1)versal Galois被覆と2次元クレモナ群に関する研究,(2)non-Galois3次被覆に関する研究(Zariskiの例の一般化,引き戻し構成法),(3)2次被覆の分解曲線とそのザリスキ・ペアへの応用に関する研究を行った.Galois分岐被覆の存在・構成に関する研究およびザリスキ・ペアに関する研究を行った.まず,E.Artal Barolo, J.-I.Cogolludoとともに2007年以前までのザリスキ・ペアに関する主要な研究成果・手法について,サーベイを著した(このサーベイには新たな知見も含まれている)後,(1)versal Galois被覆と2次元クレモナ群に関する研究,(2)non-Galois3次被覆に関する研究(Zariskiの例の一般化,引き戻し構成法),(3)2次被覆の分解曲線とそのザリスキ・ペアへの応用に関する研究を行った.研究代表者の徳永は,(1)E. Artal Bartolo, J.-I. Cogolludoらと共にZariski pair研究に関する近年の結果・手法をサーベイを著した.なお,このサーベイは,これまでの結果の単なるまとめのみではなく,土橋-難波のZariski pairに関する新たな知見に関する報告も含んでいる,(2)大学院生の坂内真三と共に,4次対称群,5次交代群に関するversal Galois被覆に関する研究を行った,(3)分担者の石田弘隆と共に,射影平面の3次被覆に関する研究を行った.分担者の岡は,(1)平面曲線が特殊な退化する場合,そのAlexander多項式がどの様に変化するかという研究を行った.(2)A.Degtyarevとともに,ある特別な平面6次曲線の穂空間の基本群を計算した.この6次曲線は補空間のトポロジーという観点からは,非常に特殊なものである.分担者の島田は,(1)数体上定義された特異K3曲面の超越格子の理論を構築し,そのお応用として,6次の数論的Zariski pairの例を数多く与えた.(2)Dessin d'enfantsを用いたextremal楕円曲面の研究を開始した.この研究には,数論的Zariski pairへの応用が見込まれている.なお,上記の結果のうち,一部は,出版済・印刷中である.交付申請書に記載した研究の目的及び研究実施計画は1.Zariski pairについては,これまでの研究手法の総括とあらたな研究手法の展開.の2点に重点をおいたものであった.Zariski pair研究のあらたな手法では,splitting cuveの研究を開始した.f:X→Yは2次被覆とする.Y上の既約因子Dの引き戻しf^*Dが2つの既約成分に分解するとき,これをsplitting curveとよぶ.特に,Yが曲面のとき,splittng curveと呼ぶ.2008年度は,有理線織面Y上のある曲線Cがsplitting curveになるか否かの研究を行い,そのための判定条件を与えた.その際,整数論における「平方剰余の相互法則」の類似が成立していることを発見した.さらに,splitting curveに関する判定条件を用いて新たなZariski pairの例を与えた.これらの成果に関しては,現在論文を執筆中である.また,成果の一部を広島大学で3月に行われた研究集会Branched Coverings, Degenerations, and RelatedTopicsにおいて発表した.Σは非特異射影曲面,SはΣの2次被覆とし,f:S→Σは被覆写像とする.Σ上の既約な曲線Dはfによる引き戻しが2つの既約成分に分解するとき,分解曲線という.本年度は,Galois分岐被覆の構成問題とそのザリスキ・ペア研究への応用を見込んで,主として分解曲線の研究を以下の設定で行った:
解雇コストを含む摩擦的費用の変化が労働市場にもたらす影響の実験経済学による分析

平成22年度には,平成21年に引き続き,解雇コストを考慮したモデルに基づいて,実験を行った.その際,日本の雇用市場の現状を踏まえて,実験を設計した.ひとつは賃金の格差であり,もうひとつは企業の選好の多様性である.実験では,二つの内生変数を同次決定させることが非常に難しいため,格差のある賃金を外生で与えたときに,労働者の役をする被験者がどのように行動するのか,そのことが市場の需要・供給をどのように決めるかということをみた.また,解雇や失業,転職を組み込むため2期モデルとし,転職・解雇のインセンティブを持たせるような設定を作るため,最も賃金の高い企業が,労働者の能力に対して無差別であるとして,安定的でない市場を作り出した.この点は,現実の労働市場において,人気の高い企業への申込みが先着順により数分で終了するなど,必ずしも能力を反映していないことを反映している.実験の結果,賃金に格差があるときには,解雇コストや転職コストがあると,労働者は賃金の低い企業への就職活動をしないで,抽選で賃金の高い企業に選ばれえる可能性を取る頻度が高まり,賃金の高い企業への需要が理論的な均衡で予想されるよりも,ひっ迫することがわかった.現状では,モデルを精緻化していくことを目的として,学会報告を続けているところである.ただし,サンプル数が足りないため,今後は実験をより少人数で行えるようにするなど,改善を続けていく.最終的には,賃金を内生化し,On-the-jobサーチモデルの検証をすることを目的としている.R.Rogerson,R.Shimer,and R.Wrlght(2005)では労働市場における需要側の行動を記述するサーチモデルを動学的な本質を叙述しつつ,様々なモデルを内包しうるモテルが提示されている.動学的サーチモデルは,労働者の効用最大化が,固定的な現在の失業保険の受取りをするか,確率的な賃金の割引現在価値を受け入れるか,という問題として提示されるため,留保価格は,失業保険の大きさと割引率だけに依存する.すなわち当該モデルでは,現在の固定のキャッシュの受取か,将来にわたるキャッシュの確率的な受取額の決定か,という二者択-となっているために,将来への選好とリスクへの選好の大きさを同-と仮定しており,それらを分離し一般化する必要があるとの発見に至った.それには,数理経済学的な証明が必要であり,精緻化したのち,分離されたパラメタの大きさを調べる必要がある.非自発的に解雇され得る状況でのサーチ活動を近似するモデルでは,失業の可能性を割り引くために,留保価格を高める帰結が得られる.すなわちいかなる解雇や再就職の条件も,留保価格に内包される.そのため実験によって短期雇用の契約継続と長期的な雇用の違いをみるためには留保価格の違いを調べた.動学的な実験で割引率の推定とリスク態度を分離して推定するには,複数日時の謝礼金の支払いという困難を伴う.このため今年度は,有限会の静学的停止問題実験を行い,第一に,合理的にサーチが行われるか,第二に,非自発的に解雇される状況下での合計雇用期間のもとで,留保価格がどう変化するか(consistentか),を実験によって観察した.サーチ活動が生涯1局面のときよりも2局面のときに留保価格が上昇したが,2局面のときより4局面のとき留保価格が下がったうえ,4回の留保価格はconsistentではなかった.これは,サーチのコストに過剰に反応している可能性と,リスク態度がサーチの回数に依存している可能性を示唆している.現在日本では,労働者のサーチ期間の長期化がおきている.一方で,産業や企業規模によっては,人材不足に悩む企業の超過需要は解消されないままである.これは労働市場におけるアンマッチの比率が高まっていることを示す.ところで民主党政権下で,派遣法の改正により,企業の解雇・再就職コストを高め,労働の流動性を低めることが決まった.このような条件下でも市場均衡の効率性は失われないのかを検証する必要が生じた.我々は日本の新卒採用市場の現状を踏まえ,解雇コストの差によるサーチの頻度を観察する実験を,マッチングの実験により行った.3タイプの企業と,学生数名を1グループとして,企業には学生への選好と給与などを確率的に与えた.学生役の被験者には成績と性格の資質をあたえた.マッチングには均衡から乖離するモチベーションを生まないGale=Sharpley方式を用いながらも,人気の高い企業では,願書受付が先着順で限定となっている事実を反映し,学生からみて第一志望となる企業が学生に対し無差別という設定をした.学生はまず,第一志望の企業に集まり,確率的選抜後,第二志望,第三志望の企業のマッチングに臨むが,それらの学生には第一志望の企業への再就職にチャレンジする動機がある.第二志望,第三志望となる企業は,学生の資質について強い選好を持つため解雇動機がある.実験の結果は,再就職コストを払っても,高い給与が得られる企業への就職の可能性がある場合は,被験者は積極的に転職し,企業も積極的に解雇を行った.これは健全な労働市場や,労働者保護の観点に立って,派遣法の改正により解雇コストを一定程度高めても,労働者はマッチングのためのサーチを止めることはないことを示している.また新卒採用後の均衡の不安定性は,企業の側からのマッチングやサーチが行われず,人気の高い企業が確率的に学生を採用する結果である可能性が確認できた.平成22年度には,平成21年に引き続き,解雇コストを考慮したモデルに基づいて,実験を行った.

その際,日本の雇用市場の現状を踏まえて,実験を設計した.ひとつは賃金の格差であり,もうひとつは企業の選好の多様性である.実験では,二つの内生変数を同次決定させることが非常に難しいため,格差のある賃金を外生で与えたときに,労働者の役をする被験者がどのように行動するのか,そのことが市場の需要・供給をどのように決めるかということをみた.また,解雇や失業,転職を組み込むため2期モデルとし,転職・解雇のインセンティブを持たせるような設定を作るため,最も賃金の高い企業が,労働者の能力に対して無差別であるとして,安定的でない市場を作り出した.この点は,現実の労働市場において,人気の高い企業への申込みが先着順により数分で終了するなど,必ずしも能力を反映していないことを反映している.実験の結果,賃金に格差があるときには,解雇コストや転職コストがあると,労働者は賃金の低い企業への就職活動をしないで,抽選で賃金の高い企業に選ばれえる可能性を取る頻度が高まり,賃金の高い企業への需要が理論的な均衡で予想されるよりも,ひっ迫することがわかった.現状では,モデルを精緻化していくことを目的として,学会報告を続けているところである.ただし,サンプル数が足りないため,今後は実験をより少人数で行えるようにするなど,改善を続けていく.最終的には,賃金を内生化し,On-the-jobサーチモデルの検証をすることを目的としている.
日本人統合失調症家系のゲノム解析に基づく疾患発症に関わるゲノム多様性と病態の解明

統合失調症の病因として遺伝要因が大きく関与しているが、個々の遺伝子の多様性や変異の影響力は小さい。遺伝子解析技術の進歩により、より稀な、場合によっては民族特異的な変異が比較的大きな影響力を持って統合失調症の発症に関与していることがわかりつつある。本研究では日本人の統合失調症の同胞発症例を対象として日本における統合失調症の家族発症例に関連している遺伝子変異の同定を目的とした。対象は、すでに連鎖解析が実施され、かつ、一塩基多型チップなどの解析により、頻度の高い多型が連鎖に関連している可能性が低いことが先行研究で明らかになっている日本人の統合失調症同胞発症家系で、方法は統合失調症患者の発端者を対象にエクソーム解析を行い、連鎖を説明する、すなわち、連鎖領域で統合失調症との連鎖に関する同祖遺伝子数と関連する変異の探索することとした。その結果、より頻度が低く、かつ、SIFTやPolyPhen2などの機能変化予測ソフトで遺伝子の機能に影響を与える可能性が高い変異が連鎖と関連している可能性が高いことがわかった。これに加えて、遺伝子の機能やコントロール群での変異の頻度を考慮した結果、1番染色体の連鎖領域内の特定の遺伝子に家系ごとに異なる遺伝子機能に大きな影響を持つ変異が検出された。それに加えて、別の遺伝子の遺伝子機能に大きな影響を与える頻度の比較的高い多型の変異型がホモ接合であることが複合的に関与していることが示唆された。今後の課題として、さらに多くの家系でこれらの遺伝子をリシークエンスすることにより、これらの遺伝子の機能的変化が日本人の統合失調症の家族発症に関わっていることを確認する必要がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。統合失調症の家系サンプルのうち6人を対象に主に連鎖領域である1p21.2-p13.2、14q11.2-q13.2、20p12.1-q11.2に重点を置いて次世代シークエンサーを使ってエクソーム解析を行った。その結果、連鎖領域では他の領域と比べて挿入変異が有意に多く、また、変異の位置は5'非翻訳領域に多かった。また20Pの領域では非同義置換の割合が有意に多く、これまで知られていない変異の数もとくに20pに多かった。遺伝子産物に影響を与える可能性の高い変異は、1p連鎖領域に3ヶ所、14q連鎖領域に3ヶ所、20pに1ヶ所見つかり、複数のサンプルで同一の変異も存在した。一方、解析した多くの患者で共通の稀なゲノム変異は見つからなかった。現在はまだサンプル数も少なく結論は得られないが、家系により統合失調症に関与する変異の種類が異なることはこれまで予想されたとおりであった。一方、これまで知られていない稀な変異が5'非翻訳領域に有意に多いことは、統合失調症の発症に関わる変異は家系ごとに異なっているとしても遺伝子の発現調節に関与している種類が多いということを示唆しており、これもこれまで統合失調症に関連する遺伝子変異の解析で明らかになったことである。本研究はエクソーム解析は解析数は少ないながらも統合失調症の発症に関わる変異群の特徴を示すデータを産出する力を持っていることを示すとともに、次世代シークエンサーを使った解析が統合失調症においても患者一人ひとりで関与する変異が異なるパーソナルゲノム解析に役立つツールであることを示している。次世代シークエンサーの立ち上げにやや時間がかかり、解析したサンプル数が少数にとどまっている。最大のハードルである次世代シークエンサーによる解析が軌道に乗ったので今後はサンプル数を増やすことにより、目的を達成できるものと予想される。
ＭＩＭＯ技術を用いた大容量無線メッシュネットワーク

本研究課題では,各ノード間を無線により接続し,自律分散的にネットワークを構築する無線メッシュネットワークのMIMO (Multi-Input Multi-Output)技術による大容量化を検討した.サブテーマ「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」では,通信路状態の変化を検出する手法を提案することで適切に送信レートを制御することができ,スループット特性を向上することができた.また,サブテーマ「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」では,面的伝送効率という新しい評価指標を提案し,これによりマルチユーザMIMOがメッシュネットワークで有効であることを示した.本研究ではMIMO技術を用いた大容量無線メッシュネットワークの実現に向け,「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」と「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」の二つのサブテーマに取り組んでいる.「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」に関し,平成25年度は,前年度の測定結果を基にMIMOメッシュネットワークのための送信レート制御方式を検討した.無線メッシュネットワークではノードは固定設置されるため,通信路状態の時間変動が少ない.そこで,通信路状態が変わらない間はある最適な送信レートを用い,通信路状態が変化した場合に新たに最適な送信レートを探索する半固定レート方式を採用した.このとき,アンテナごとのRSSIの変化を観測することで通信路状態の変化を検出する手法を提案した.提案手法を実験により性能を評価した.まずは他の要因により特性に影響が出にくいよう,一組の送受信ノードを用いたシングルホップ環境で実験を行った.その結果,通信路状態の変化を検出するための閾値を適切に設定することで,スループットが向上することを確認した.また,「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」に関し,平成25年度は,単一のノードに着目するのではなく,これを拡張してネットワークに複数のノードが存在することを想定して,マルチユーザMIMOの性能を解析により求めた.無線メッシュネットワークでは隠れ端末問題により,受信ノードにおいて他の送信ノードからのパケットと衝突が発生してしまう.マルチユーザMIMOでは複数の受信ノードが存在するため,この隠れ端末問題による影響が大きくなる可能性がある.このことを考慮した性能評価手法として面的伝送効率を提案し,マルチユーザMIMOが無線メッシュネットワークで有効であることを確認した.本研究課題では,各ノード間を無線により接続し,自律分散的にネットワークを構築する無線メッシュネットワークのMIMO (Multi-Input Multi-Output)技術による大容量化を検討した.サブテーマ「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」では,通信路状態の変化を検出する手法を提案することで適切に送信レートを制御することができ,スループット特性を向上することができた.また,サブテーマ「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」では,面的伝送効率という新しい評価指標を提案し,これによりマルチユーザMIMOがメッシュネットワークで有効であることを示した.本研究ではMIMO技術を用いた大容量無線メッシュネットワークの実現に向け,「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」と「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」の二つのサブテーマに取り組んでいる.また,「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」に関し,平成24年度はマルチユーザMIMO (MU-MIMO)を用いた無線メッシュネットワークの基礎評価を行なった.まずは,送信タイミングによってMU-MIMOを行う組を変え,送信ノードが複数の受信ノードに対してMU-MIMO伝送を行うシステムを提案した.そして各ノードの送信キューに蓄えられているパケットの数を状態としたマルコフモデルで表し,理論解析によりMU-MIMOの性能を導出した.その結果,キューサイズが隣接ノード数に対してあまり大きくない条件でMU-MIMOの改善度が大きく,MU-MIMOは無線メッシュネットワークの性能向上に優れていることが分かった.また,従来のシングルユーザMIMO (SU-MIMO)とMU-MIMOでの隠れ端末からのパケット衝突の影響は同じであることを示した.本研究ではMIMO技術を用いた大容量無線メッシュネットワークの実現に向け以下の二つのサブテーマに取り組んでいる.「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」に関し,平成26年度は,MIMOメッシュネットワークの状態監視技術について検討した.MIMO技術は送信機と受信機の双方で複数のアンテナを利用することにより,伝送効率の向上を図っている.しかし,アンテナ数が増えることで,各リンクが持つ特徴量が増大する.さらに,空間多重を行うことで通信路の影響を受けやすくなり,リンクの性能が変化しやすくなる.このような理由から,ネットワークの安定した運用を行うためには,ネットワークの状態監視を行うことで安定した送信レートを用いることが必要であると考えられる.そこで,テストベッドを用いてこの状態監視法の検討を行った.各ノードからスループット,RSSIなどのリンク情報を収集し,SOM (Self-Organizing Map)を用いることで相関のあるリンクを見つけることができ,状態監視に利用できる見込みが得られた.また,「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」に関し,平成26年度は,昨年度まで取り扱ってきた送信マルチユーザMIMOに加え,受信マルチユーザMIMOを導入したときの面的伝送効率について評価した.送信マルチユーザMIMOでは1つの送信ノードから複数の受信ノードへパケットを送信することができる.これに加え,受信マルチユーザMIMOでは複数の送信ノードからのパケットを受信ノードにおいて,ある条件を満たせば正しく受信できる.これにより,より密にパケットを送受信することができる.条件を満たすようなノードの送受信パターンを考えて面的伝送効率を評価し,送信マルチユーザMIMOのみの場合と比べ,2倍程度の効率が得られることを確認した.通信工学申請段階における平成25年度の目標は,「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」に関してはMIMOメッシュネットワークのための送信レート制御方式の考案であった.

これに対し研究実績の概要に述べたように,アンテナごとのRSSIの変化を観測することで通信路状態の変化を検出する手法を提案している.実験による性能評価の結果,スループットの向上を確認しており,この目標は達成できている.また,「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」に関しては,隠れ端末の影響を和らげるマルチユーザMIMOのためのアクセス制御方式を考案することであった.しかし,平成24年度の検討結果より,マルチユーザMIMOでは複数の受信ノードが存在するため,この隠れ端末問題による影響が大きくなる可能性があることが予想された.そこで,研究実績の概要に述べたように平成25年度において隠れ端末問題による影響を考慮した性能評価手法として面的伝送効率を提案し,マルチユーザMIMOが無線メッシュネットワークで有効であることを確認した.当初の計画では平成25年度にアクセス制御方式の考案を行い平成26年度にその再検討を行う予定であったが,本年度の研究成果により,アクセス制御方式の効率を高める上での指針を得ることができ,目標をほぼ達成できたと言える.以上の理由により,本研究課題はおおむね順調に進展している.申請段階における平成24年度の目標は,「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」に関してはMIMOメッシュネットワークにおける通信路の基本特性を得ることであり,研究実績の概要に述べたようにこの目標は達成できている.また,「マルチユーザMIMOを用いた無線メッシュネットワーク」に関しては,MU-MIMOを用いた無線メッシュネットワークの基礎評価が平成24年度の目標であり,これについても理論解析により基礎評価を行っており,目標は達成できている.研究期間が3年であることを考慮すると,研究全体のうちの1/3の達成度であり,本研究課題はおおむね順調に進展していると言える.「MIMOメッシュネットワークのための送信レート制御」に関し,平成26年度は,MIMOメッシュネットワークの状態監視技術について検討する.MIMO技術は送信機と受信機の双方で複数のアンテナを利用することにより,伝送効率の向上を図っている.しかし,アンテナ数が増えることで,各リンクが持つ特徴量が増大する.さらに,空間多重を行うことで通信路の影響を受けやすくなり,リンクの性能が変化しやすくなる.このような理由から,ネットワークの安定した運用を行うためには,ネットワークの状態監視を行うことで安定した送信レートを用いることが必要であると考えられる.
分子レベル安定同位体比分析を用いたサンゴ礁生態系における低次栄養段階の食物網解析

本助成により、サンゴ礁の動物プランクトン群集を、同位体比分析結果の統計処理によって異なるグループに分類し、それらの炭素源を示した食物網モデルを作成した。30属以上の動物プランクトンを対象に調査した結果、同位体的に6グループに分類され、それらは主に浮遊性・底生性といった生息環境の違いに起因する異なる餌資源や、植食性・肉食性といった栄養段階の違いを反映していた。それら各グループの動物プランクトンの平均現存量・生物量・生産量を見積もった結果、一般的に熱帯沿岸域で少ないとされる植物プランクトンを炭素源とする食物連鎖が、予想に反して全体の50%以上を占めることが明らかとなった。クロロフィルa濃度やバクテリア現存量などから見積もる生物体有機物量とともに、非生物体有機物(=デトリタス)の炭素量を逆算的に見積もることを試みた。サンゴ礁域における動物プランクトン群集の主要な炭素源と推察された植物プランクトンを含む、水塊中の有機物粒子(=POM)の有機化合物組成の分析結果を用いて時空間的な動態を解析を行った。その結果、これまでサンゴ礁で報告されているように生食食物連鎖の起点となる植物プランクトン量は少ないが、POM全体の炭素量は比較的高く、動物プランクトンの餌要求量を満たす程度存在していることが分かった。化合物レベルでは飽和脂肪酸の割合が高いことが明らかになったが、POMの炭素濃度や有機化合物組成の空間的な差異については統計的な顕著な有意差は認められなかった。対象となる動物プランクトン属が多岐に及んだため、全炭素・窒素の分析は完了したが一部の試料のみしか目標としていた分子レベルの同位体比分析を完了することができず、生物間の定量的な輸送経路の検討までには及ばなかった。今後も継続的に対象となる生物を広範かつ詳細に分析を継続することにより、サンゴ礁低次生態系の食物網が明らかになると期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。予定通り、2014年7月に沖縄で、2015年1月にマレーシアで試料採集を行った。また、当初の予定に加えて、比較試料として相模湾において試料採集を行った。懸濁態有機物(POM)について時空間的に異なる様々な試料を分析し、サンゴ礁内外におけるPOMに含まれる有機物の化学的性質の特徴が明らかになってきた。一方で、試料採集や分析における物理的・時間的な制約上、当初可能であれば解析対象とする予定であったDOMの試料は本研究の範囲外として扱うことにした。また、採集されたサンゴ粘液試料や堆積物試料ついても分析を終えており、同生態系の食物網の炭素源として評価するために解析を継続している。マレーシアにおいて採集した試料について、異なる分類群に属する動物プランクトン8種と、比較試料としてより高次の栄養段階である小型魚類や貝類の試料8種のアミノ酸の分子レベル安定同位体比を測定し比較した。これにより、これまで形態学的に報告されている食性から推測される栄養段階と、アミノ酸安定同位体比から推定した栄養段階では必ずしも一致しないことが明らかとなった。この理由は餌資源が限られている環境であるサンゴ礁生態系では、一般的な外洋で報告されている餌以外のものも捕食している可能性が考えられた。これまで解析をしてきたマレーシアのサンゴ礁の動物プランクトン試料以外に、沖縄のサンゴ礁と相模湾で採集した試料については同定・分類をし、分析の前処理まで終了している。今後はこれらの試料と比較することにより、熱帯・亜熱帯・温帯域の動物プランクトン群集のうち同系統の種が環境の違いで、どのような栄養段階に位置するのかを比較検討した上で、サンゴ礁の低次生態系における食物網を明らかにしていく。

対象となる動物プランクトン属が多岐に及んだため、全炭素・窒素の分析は完了したが一部の試料のみしか目標としていた分子レベルの同位体比分析を完了することができず、生物間の定量的な輸送経路の検討までには及ばなかった。今後も継続的に対象となる生物を広範かつ詳細に分析を継続することにより、サンゴ礁低次生態系の食物網が明らかになると期待される。当初予定した試料についてはおおむね順調に分析を終了した。サンゴ礁生態系の動物プランクトンの主要な餌資源と予想していた、懸濁態有機物(POM)の有機物組成と同位体比組成を時空間に解析した結果、各種動物プランクトンが示した安定同位体比の違いを説明する根拠とはなりえなかった。このことを踏まえ、熱帯のサンゴ礁以外からも動物プランクトンを採集し、比較して考察をしていく方針にした。また一部試料については、本研究の主要な分析機器の不調によるメンテナンス等で予想外に分析が遅れたため、2年目に継続的に分析することとした。また新たに採集した試料についても順次前処理を行い、分析していく。当初は初年度に得た結果をもとに論文を一報投稿する予定であったが、データの分析および解析が遅れているため、引き続き2年目に投稿する予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後はマレーシアで採取した試料以外に、沖縄と相模湾で採集した試料の分子レベル安定同位体比を分析し、「温帯・亜熱帯・熱帯」の異なる海域に生息する同種または近縁種の同位体比を比較する。これにより、サンゴ礁における動物プランクトン群集の栄養段階を正確に見積もることができ、さらには同分析法の動物プランクトンへの応用例としてデータの精度を担保しつつ、今後さらに他のプランクトンに応用する際の分析における留意点等を抽出する。また、サンゴ礁生態系の低次栄養段階の食物網モデルの構築に向けて、本学の別の研究室のメンバーらによって同じ調査地において過去に行われた未発表の研究データを参照し、同生態系の一次生産量等のデータを取り入れていく。さらにこれまで解析をしてきたPOMの時空間動態を考慮し、どのような餌資源がどのような種に利用されているのかといった、炭素フローを解析していく。サンゴ礁生態系の物質循環は非常に複雑であるため、可能な限り細かい動物プランクトンの種の同定を行い、群集を細分化して議論していく。加えて、これら動物プランクトンを捕食するような魚類や底生生物のデータも考慮してモデルを構築していく。成果の発表については、比較試料として他の海域から採集した試料を優先的に分析し、それらのデータと合わせて議論することが妥当と判断したため、これらの分析結果を踏まえて論文を作成していく。可能であれば、国内外の学会で最新の成果について発表する予定である。
表面ナノ改質技術を基盤とした人工神経細胞回路チップの開発とその創薬応用

中枢神経系の複雑な神経回路網のモデルとなる神経細胞回路を培養系で自在に構築し、そのダイナミクスを評価するための方法論を確立するために、以下の研究課題に取り組んだ。(1)マイクロパターン基板上の微小神経回路における自発的神経活動の解析:マイクロパターン基板上の微小培養神経回路の自発的な活動をカルシウムイメージングによって計測することに成功した。寸法の異なるパターン上の神経回路の活動を比較したところ、神経回路の大きさが増加するとともに自発的バースト活動の頻度が増加することが分かった。また、たかだか十数個の細胞からなる神経回路でも自発活動が発生することを確認することができた。これは、従来考えられていたよりもはるかに少ない数の素子数からなる神経回路であっても、cell assemblyとしての機能を持ちうることを示唆している。(2)酸化チタンの光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中分解法の開発:細胞培養環境下で基板表面の細胞接着性を改変できる局所表面改質法は、異種細胞間の相互作用解析や局所神経回路の構築のための細胞操作の自由度を向上させる。本年度は、酸化チタンの光触媒作用を用いて培養液中で有機単分子膜表面(オクタデシルシラン単分子膜)を分解除去できること、それにより基板表面の細胞親和性を局所的に改質できることを、がん細胞株を用いて実証した。改質には、蛍光顕微鏡水銀ランプのUV光、もしくは375nm UVレーザーを用いた。本手法の神経細胞系への適応も進めている。脳は1000億個の神経細胞が織り成す複雑なシステムであり、感覚情報処理から高次脳機能にいたるその機能の諸原理を工学的に理解するためには、機能素子である神経細胞の集団的な活動様式に関する知見の獲得が必要である。本研究では、単一細胞レベルで制御された入出力接続を有する小さな神経回路(「人工神経細胞回路」)を、数個の神経細胞を構成要素として再構築するための、表面ナノ改質技術の開発に取り組んでいる。初めに、神経細胞をアレイ化させるためのナノ改質スライドガラスの作製法を開発した。半導体微細加工技術を用いて細胞親和性の異なる2種類の有機シラン単分子膜をガラス基板上にパターニングし、この基板を鋳型としてヒヨコ胚前脳より採取した初代培養神経細胞をアレイ化することに成功した。さらに、培養環境下において神経突起の伸長方向を制御するための液中表面改質法の開発を行った。高出力フェムト秒レーザーを光学顕微鏡下で集光し、細胞接着を阻害する単分子膜上を走査する。これにより、約2umの精度で細胞接着阻害表面を接着性表面へと改質し、細胞が接着できる領域を新たに作製することができる(K.Okano et al.,ChemBioChem2011.)。この方法を用いて、神経突起の伸展方向の制御や軸索を分岐させることなどに成功した。このように培養環境下で神経突起を誘導することが可能になったことで、神経細胞の種類や信号伝達方向を厳密に制御した神経細胞回路を自由に構築するための基礎技術を確立することができた。学習や高次認知をはじめとする脳機能の諸原理を構成論的に理解することを目指して、数個の神経細胞からなる小さな神経回路を、細胞培養系で自在に構築するための表面ナノ改質技術の開発を行っている。今年度は、まず、集光フェムト秒レーザーを用いた液中表面改質法を用いて、神経突起を自在に誘導できることを示し、ガラス基板表面にアレイ化させた初代培養神経細胞間を培養環境下で"配線"できることを実証した(Yamamoto et al., Appl Phys Lett 2011)。さらに、有機シラン単分子膜のマイクロパターン基板を使って細胞の接着形態を制御し、神経細胞の極性(軸索と樹状突起)形成の有無をtau-1/MAP2免疫染色や軸索性キネシン(Kif5C^<560>)のライブイメージングにより評価した。その結果、神経細胞が極性を獲得するためにはある長さ以上に少なくとも一本の突起が伸び出す必要があることや、細胞の形態を非対称化させることで極性軸を制御できることを発見した。極性形成の詳細な分子機構はまだ未解明のまま残されているが、マイクロパターン基板を使って得られた実験結果から、将来軸索へと分化する突起が他の突起に比べて非対称的に長く伸び出すことが極性形成に必須であるということを示すことができた。さらに、パターン基板を使って神経回路形成を誘導する際に軸索と樹状突起を分別して成長させるための、極めて単純な指針を得ることができた。

(2)酸化チタンの光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中分解法の開発:細胞培養環境下で基板表面の細胞接着性を改変できる局所表面改質法は、異種細胞間の相互作用解析や局所神経回路の構築のための細胞操作の自由度を向上させる。本年度は、酸化チタンの光触媒作用を用いて培養液中で有機単分子膜表面(オクタデシルシラン単分子膜)を分解除去できること、それにより基板表面の細胞親和性を局所的に改質できることを、がん細胞株を用いて実証した。改質には、蛍光顕微鏡水銀ランプのUV光、もしくは375nm UVレーザーを用いた。本手法の神経細胞系への適応も進めている。人工神経細胞回路の作製に向けて、順調に必要な要素技術を揃えることができている。研究計画に変更はない。液中表面改質法を用いて神経細胞間を配線し、機能的なシナプスが形成されることを確かめるのが次の課題である。
遷移金属酸化物ナノ構造体における超巨大物性発現とナノデバイス展開

私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っている。VO_2は341Kにおいて結晶構造変化を伴う急峻な金属-絶縁体転移を示す材料であり、Wドープにより相転移が室温で発現すると共に、ナノサイズの領域において金属相と絶縁相のドメインに分離することが報告された強相関電子系材料である。私はWドープVO_2薄膜の単一ナノドメインの物性を抽出・制御し、従来の薄膜デバイス特性を遥かに凌駕した室温で動作する超高性能スイッチング素子への応用を考え、実現することを目的としている。前年度までに私は、1.ナノインプリントを用いたVO_2ナノ構造作製技術の確立および2.作製した2端子ナノデバイスにおける電気抵抗の温度依存性において最大10万%/Kの変化率を伴う単一電子相由来の階段状金属-絶縁体転移を発現させることに成功してきた。当該年度は、この巨大金属-絶縁体転移を電気的に制御することを目指し、ドメイン相界面で発現するペルチェ冷却効果を用いることで、高温で安定である金属ドメインから低温で安定である絶縁体ドメインへ電気的に不揮発で制御できることを世界で初めて明らかにした。従来、VO_2の2端子素子における電気制御は、絶縁体から金属相への一方向しか達成されておらず、不揮発メモリ動作に必須である書き込みと消去の両方を達成した報告例は無かった。私は、VO_2を微細加工してドメイン配列を一次元化させることができれば、ドメイン界面に電流が流れ、熱電効果のひとつであるペルチェ冷却効果が使えることに着目し、この問題点を克服した。このことにより、Si材料の微細加工による性能向上限界を迎えつつある半導体業界に対し、新しい機能性材料創出というイノベーションを起こすことができ、科学技術の進歩による豊かで安心・安全な社会の発展に大きく貢献できる。(抄録なし)私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っている。特に当該年度はVO_2ナノ加工プロセスの確立を行った。一般的に金属酸化物のナノ加工は極めて難しく、特にエッチング等を用いてナノ領域の切りだしを行うにはトップレベルの加工技術とプロセス上のノウハウ習得が不可欠である。具体的にはPulsed Laser Deposition(PLD)とNano Imprint Lithography(NIL)法を用いてVO_2ナノ構造体をAl_2O_3(0001)基板上に作製する。まずPLD法を用いてVWOをAl_2O_3基板上に堆積させておく。作製したサンプルをアセトンに浸して1分間超音波洗浄する。そしてサンプルを100°Cのホットプレートで空焼きして余分な水分を蒸発させた後、シランカップリング剤をスピンコーティングする。その後、CF_4エッチング耐性があるリフトオフ用有機レジストをスピンコーティングし、さらにその上にNIL用UV硬化有機レジストをスピンコーティングする。UV-NILでナノ構造体の形状をプリントした後、反応性イオンエッチング(RIE)を行い、VO_2のエッチングを行う。エッチングが終了したサンプルを90°Cに加熱したピロリドンに1時間浸漬させて、残留している有機レジストマスクを除去することでVO_2ナノ構造を作製した。以上のプロセス確立は、強相関電子系の単一ドメイン物性を利用・観測していく上で非常に重要な成果である。私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っています。VO_2は341Kにおいて結晶構造変化を伴う急峻な金属一絶縁体転移を示す材料であり、Wドープにより相転移が室温で発現すると共に、ナノサイズの領域において金属相と絶縁相のドメインに分離することが報告された強相関電子系材料であります。私はWドープVO_2薄膜の単一ナノドメインの物性を抽出・制御し、従来の薄膜デバイス特性を遥かに凌駕した室温で動作する超高性能スイッチング素子への応用を考え、実現することを目的としています。特に当該年度は、前年度プロセス確立を行ったナノインプリント法という微細加工手法を用いてVO_2ワイヤーを作製し、以下のことを明らかにしました。1.VO_2の電子相配列が構造のサイズによって変化し、薄膜では2次元的に分布していた電子相が、1μm幅のワイヤーにおいては一次元的に配列する(Applied Physics Letters101(2012)263111)。2.200nm幅VO_2ナノ細線構造で階段状の金属・絶縁体転移が発現し、ランダムレジスタネットワーク計算結果と実験結果との比較から単一ドメインの大きさが50nmである。これまでVO_2の細線構造はボトムアップ手法である気相法によって作製されており、精密な構造と位置制御を必要とするエレクトロニクス応用が非常に困難と考えられていました。

本研究では、この点をトップダウン手法であるナノインプリント法を用いることで解決し、VO_2電子相の次元性の制御に成功し、同時にそれらの電気特性を明らかにしました。さらにナノデバイス測定においては独自の改良を加えていくことによって、単一ドメイン由来の巨大相転移の観測に成功しました。このことにより、Si材料の微細加工による性能向上限界を迎えつつある半導体業界に対し、新しい機能性材料創出というイノベーションを起こすことができます。そして科学技術の進歩による豊かで安心・安全な社会の発展に大きく貢献します。私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っている。VO_2は341Kにおいて結晶構造変化を伴う急峻な金属-絶縁体転移を示す材料であり、Wドープにより相転移が室温で発現すると共に、ナノサイズの領域において金属相と絶縁相のドメインに分離することが報告された強相関電子系材料である。私はWドープVO_2薄膜の単一ナノドメインの物性を抽出・制御し、従来の薄膜デバイス特性を遥かに凌駕した室温で動作する超高性能スイッチング素子への応用を考え、実現することを目的としている。前年度までに私は、1.ナノインプリントを用いたVO_2ナノ構造作製技術の確立および2.作製した2端子ナノデバイスにおける電気抵抗の温度依存性において最大10万%/Kの変化率を伴う単一電子相由来の階段状金属-絶縁体転移を発現させることに成功してきた。当該年度は、この巨大金属-絶縁体転移を電気的に制御することを目指し、ドメイン相界面で発現するペルチェ冷却効果を用いることで、高温で安定である金属ドメインから低温で安定である絶縁体ドメインへ電気的に不揮発で制御できることを世界で初めて明らかにした。従来、VO_2の2端子素子における電気制御は、絶縁体から金属相への一方向しか達成されておらず、不揮発メモリ動作に必須である書き込みと消去の両方を達成した報告例は無かった。私は、VO_2を微細加工してドメイン配列を一次元化させることができれば、ドメイン界面に電流が流れ、熱電効果のひとつであるペルチェ冷却効果が使えることに着目し、この問題点を克服した。このことにより、Si材料の微細加工による性能向上限界を迎えつつある半導体業界に対し、新しい機能性材料創出というイノベーションを起こすことができ、科学技術の進歩による豊かで安心・安全な社会の発展に大きく貢献できる。当初の計画の柱である、ナノインプリントによるVO_2ナノ構造作製プロセスの確立を行えた。また、XRD,SEM,AFMによって、結晶性・表面状態の影響を多角的に評価した。さらにナノインプリントによる電極付けプロセスの確立を行い、VO_2ナノワイヤーの物性測定の準備が整った。これはナノインプリントに関する学会で積極的な情報収集を行い、他大学のチームとの交流を通じて最先端のナノ加工プロセスを習得した為である。また電極パターンニング用のmoldを用いることで、ナノ物性の観測・利用に向けて大きく前進することができた。当初の計画の柱である、VO_2の階段状金属・絶縁体転移の発現に成功し、ランダムレジスタネットワーク計算を用いたコンピューターシミュレーションとの比較により、単一ドメインの大きさが50nm程度であると見積もることに成功した。
スフィンゴ脂質シグナリング伝達系を制御する中性セラミダーゼの分子生物学的研究

既にクローン化に成功しているラット中性セラミダーゼの細胞内局在規定シグナルの同定を行った。中性セラミダーゼをHEK293細胞に過剰発現させると、形質膜表層に存在するのみならず、細胞外に分泌された。形質膜上におけるトポロジーを解析した結果、本酵素は触媒部位を細胞外に向けたII型の膜貫通型糖タンパク質として存在することが判明した。本酵素はN末端の膜貫通領域の下流にO型糖鎖が密集して付加したセリン、スレオニン豊富な繰り返し構造(mucin box)を持つことが確認された。Mucin boxの欠損変異体は、形質膜表層に分布できず大部分は細胞外に分泌された。さらに、mucin boxに存在するO型糖鎖付加部位に変異を導入した酵素でも、同様に形質膜表層分布の減少と細胞外分泌の増大が確認された。また可溶性タンパク質である緑色蛍光タンパク質(GFP)に中性セラミダーゼのmucin boxと膜貫通領域を付加すると形質膜上に発現できるようになることを発見した。以上の結果は、mucin boxにおけるO型糖鎖付加が、タンパク質をII型の膜タンパク質として形質膜上に発現させるのに非常に重要であることを示している(J. Biol. Chem. In press)。興味深いことにmucin boxは脊椎動物の中性セラミダーゼにおいてのみ確認され、バクテリアやショウジョウバエなどの無脊椎動物では確認されなかった。緑膿菌及びショウジョウバエの中性セラミダーゼは、すべて細胞外に放出される分泌型タンパク質である(J. Biol. Chem., 273, 14368-14373, 1998 ; J. Biochem., 132, 229-236, 2002).おそらくmucin boxは中性セラミダーゼをII型の膜タンパク質として発現させるために進化の過程において獲得された構造であると考えられる。
妊娠時における分離大豆タンパク質投与の影響とその栄養効果改善に関する研究

研究目的妊娠ラットに分離大豆タンパク質(SPI)を投与すると、タンパク質含量35%以下においては良好な出産状況が得られなかったことから、SPIの第一制限アミノ酸であるMetを添加することにより、タンパク質の利用効率および母体、出生仔への影響が改善されるか否かを検討した。更にSPI投与による妊娠末期の摂食量低下の原因を、この時期の胎盤機能や胎仔の発育を検討することにより明らかにすることを試みた。研究計画精製全卵タンパク質(PEP)10%食を対照とし、SPI20%、30%、35%、40%食および各々にMetを0.6%、0.9%、1.1%、1.2%添加した食餌を投与し、出産状況を観察する。妊娠期間中の窒素出納よりSPIの利用効率を算出する。一方、SPI20%、SPI20%+Met0.6%食を妊娠ラットには19日間と20日間、非妊娠ラットには19日間投与し、血清、羊水中の遊離アミノ酸、尿素窒素濃度、血清中のグルコ-ス、遊離脂胞酸、エストラジオ-ル17β濃度、尿中エストロゲン量を測定する。また胎盤、胎仔肝臓と脳中のタンパク質量と核酸量を定量する。結果対照群では妊娠末期にタンパク質の利用効率が向上するのに対し、SPIでは低くなる傾向があり、出産状況はSPIレベルが低い程死産が多く見られ、40%レベルでも良好とはいえない。Met添加による補足効果はSPI20%レベルではほとんど認められず、SPI30%,35%レベルでは出産状況、妊娠末期のタンパク質の利用の効率などにかなり改善が認められ、SPI40%レベルではほぼ対照群と同程度の栄養効果が得られた。SPI投与による妊娠末期の摂食量の低下は食餌中のSPI含量を高くすれば緩和されることから、SPI20%レベルでは妊娠末期のタンパク質源としての栄形価に問題があると考えられる。更にSPI摂取による母体の内分泌系や代謝の変動が関与していることが示唆された。研究目的妊娠ラットに分離大豆タンパク質を10%から50%まで含む食餌を投与し、出産状況を観察した結果、タンパク質35%以下の食餌では出産状況にかなり障害が認められた。そこで分離大豆タンパク質に第一制限アミノ酸であるメチオニン(Met)を添加した場合、タンパク質の利用効率及び母体、出生仔への影響が改善されるか否かを検討する。研究計画11週齢のWistar系ラットを無作為に5群に分け、妊娠全期間分離大豆タンパク質含量が20%と30%及び20%にMet0.6%添加、30%にMet0.9%添加、対象として精製全卵タンパク質10%の食餌を投与し、出産状況を観察する。妊娠期間中、糞と尿を採取し窒素量を測定し、妊娠時のNー出納より分離大豆タンパク質の利用効率を算出する。出生仔の体重、臓器重量を計測、肝臓、脳、カ-カスの核酸、タンパク質量を測定する。結果対象群では妊娠日数が進むにつれて体重が増加し飼料効率が高くなるのに対し、分離大豆タンパク質群(S)では妊娠末期に摂食量が著しく減少し飼料効率も低下した。S20%レベルでは、Met添加群においても妊娠末期の生物価の低下が著しく、死産が認められ、良好な出産状況が得られなかった。Metの補足効果は出生仔の体重、臓器重量に認められたが対象群には及ばなかった。S20%レベルでMetを添加しても十分に改善されない。S30%レベでは妊娠末期の飼料効率および生物価にMetの補足効果が少しみられ、Met添加群では良好な出産状況が得られた。しかし、母体の体重増加は改善されなかった。

出生仔の体重、臓器重量は対象群より軽量であったが、肝臓、脳、カ-カスの核酸量、タンパク質量にはMet補足効果が認められ対象群とはほぼ同程度となった。S30%レベルではMetを0.9%添加することにより、まだ十分とはいえないが補足効果が認められた。研究目的本研究のこれまでの実験経過より、妊娠ラットに分離大豆タンパク質(SPI)を投与すると、タンパク質35%以下のレベルでは妊娠末期において飼料摂取量が著しく減少し、正常な分娩が出来ない場合や死産が多いことが観察されている。本研究は、妊娠末期の摂食量低下の原因を、この時期の胎盤機能や胎仔の発育を検討することにより、明らかにすることを試みた。研究計画精製全卵タンパク質(PEP)10%食を対照とし、SPI20%食、Met0.6%添加したS20+M食(S20、S20+M、両者ともにS群と略記)を妊娠ラットには19日間と20日間、非妊娠ラットには19日間投与し、血清、羊水中の遊離アミノ酸、尿素窒素濃度を測定する。血清中のグルコ-ス、遊離脂肪酸、エストラジオ-ル17β濃度、尿中エストロゲン量を測定する。また胎盤、胎仔肝臓と脳中のタンパク質量と核酸量を定量する。結果飼料摂取量は妊娠18日以降、S群で著しく減少し、19日には休重減少が見られた。母体血清中の遊離アミノ酸濃度は妊娠19日、20日共に対照群に比べS群が高い値を示し、血清中尿素窒素濃度は20日にS群で有意に高かった。このことからS群では胎盤におけるアミノ酸の能動輸送能が劣っていると推察される。またS群では血清遊離脂肪酸濃度が有意に低く、グルコ-ス濃度が有意に高くなったことより、妊娠時の糖ー脂肪酸代謝を調節する胎盤性ラクト-ゲンの産生、分泌が劣っていると推察される。胎児ー胎盤機能の指標となる尿中エストロゲンは対照群では19日よりも20日に上昇するのに対し、S群では20日に減少する傾向がみられ、胎児ー胎盤系でのエストロゲン代謝に変動を来していることが示唆された。胎仔肝の発育はS群で劣るが、脳では群間の差はなかった。
超節水型トイレ対応排水設備配管システムの計画手法に関する研究

節水型トイレが建物内の排水設備システムに設置された場合の衛生性や安全性確保のために、計画設計に資する以下の点を明らかにした。1排水横管内での搬送性能の低下に伴う汚物やトイレットペーパーの搬送距離を予測し、配管設計支援に活用できるシミュレーションツールを開発した。2排水立て管システムの排水能力への影響を実験手的に評価し、節水型トイレの適用の可能性を明確にした。3伸頂通気管部(ベントキャップ)等における外部風速、換気設備等が節水型トイレ等のトラップに及ぼす影響を明らかにした。本研究は、超節水型トイレが建物に設置された場合に、衛生的かつ安全に、生活に支障なく建物・敷地内から汚物やトイレットペーパー等を含む排水を排出できる排水配管システムの計画・設計を行うためのガイドライン作成に資する知見を得ることを目的としたものである。初年度の研究実績は、以下のとおりである。1超節水型トイレの導入にあたっての課題点の抽出;一般の居住者の超節水型トイレに対する簡単なアンケート調査を実施し、節水化に対する意識などを把握した。また、実務者が設計導入を行う際に指摘する課題点については、業界誌の関連記事や個別ヒアリング調査の結果から把握した。2排水横管内での汚物等の搬送能力の把握とシミュレーション手法の確立;先ず、排水横管内での汚物搬送に影響を及ぼす器具排水特性値を実験的に把握した。その上で、不等流の開水路運動方程式、連続式、角度方程式などを組み合わせて、先に実験で把握した器具排水特性値を流体力学的に予測する検討を行った。その結果、実用レベルで、先の器具排水特性値は計算により求めることができることを示し、その成果を国内外の学会等で報告した。3排水横管の曲り継手の形状の影響把握;排水横管内での器具排水特性の変化と搬送性能の低下に影響を及ぼす曲がり継手の形状とその挿入位置の影響について実験的に検討し、配管設計に資する曲り継手の挿入方法に対する方針を示した。解析には、備品として購入した高速度カメラを用いた可視化手法も適用した。4換気設備及び外部風条件の外部影響要因の検討;節水トイレの設置された排水立て管システムの伸頂通気管部へ加わる外部風圧の影響をCFD解析により検討した。本研究は、超節水型トイレが設置された場合に、衛生的かつ安全に、生活に支障なく建物・敷地内から汚物やトイレットペーパー等を含む排水を排出できる排水配管システムの計画・設計を行うためのガイドライン作成に資する知見を得ることを目的としたものである。今年度の研究実績は、以下のとおりである。1排水管内での汚物等の搬送性能の把握とシミュレーション手法の確立;昨年度の結果である清水排水時での排水特性の予測手法について、査読論文としてまとめ投稿し採択された。次にその知見をもとに、提案した解析手法を擬似代用汚物を混入させた場合の搬送距離を計算により求めるモデルに発展させ、先に用いた各種配管に適用させ、計算結果と実測結果が一致するまでに至った。また、その成果の一部は、国際シンポジウムで査読論文として、また国内の学会でも発表した。さらに代用汚物を実使用のトイレットペーパーに変え、同様に適用するために実験を実施し、試行的にシミュレーションも行った。その実測には、本年度購入した水位センサーユニットを活用した。2排水立て管を含む排水能力への影響等の検討;戸建住宅の排水立て管システムにおいて節水型トイレを設置し、トイレットペーパーを含む排水を行った際の実測データを解析し、清水排水に比べ排水能力への影響評価を行った。これは、最終年度に高層排水立て管システムを用いての排水能力影響と排水横主管での搬送性能への影響を確認するための試験を得るためとした。3換気設備及び外部風速条件の外部影響要因の検討;換気設備及び外部風速条件の外部影響要因の検討;CFDによるベントキャップ周辺の気流分布・圧力分布及び伸頂通気管内圧力分布の様相把握を実施した。本年度は建物屋上におけるベントキャップ・通気管の設置位置の違いによる検討と強風時における検討を実施した。本年度は、以下の3点について実験・研究を行い、研究成果を得ることができた。1排水横管内での搬送性能予測手法の深化と計画・支援ツール開発;昨年開発した搬送性能シミュレーション手法を拡張させ、JIS規格の節水II形の節水形大便器を3種(洗浄水量4.8L、6.0L、8.0L)を用いた場合、実使用のトイレットぺーパーの搬送性能の予測に有効であることが分かった。基本配管及び複雑な曲がり配管での搬送距離の予測は、概ね10%程度の誤差範囲で可能であり、同手法は実用上有効であることが示せた。2排水立て管システムの排水能力影響評価と計画・設計上の留意点の把握;3種の節水形大便器を高層の排水立て管システムに設置し、排水能力への影響評価を実験的に確認した。その結果、当初懸念された最大排水流量の大きなものについては、過剰負荷条件とならなければ排水能力への影響は少なかった。また、配管形態も実使用に近い排水横主管形態や排水立て管部オフセットなどの影響も併せて検討し、学会試験法となるSHASE-S218との相関や計画設計に寄与できる多くの知見が得られた。3外的要因(外部風・換気設備の影響)による排水通気設計への要因把握;CFDによる通気管内圧力分布解析を引き続き実施した。本年度は通気管の設置位置の違いによる検討、ペントハウスが通気管前後にある場合の検討を行った。