hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市火災の物理的延焼予測モデルの開発と防災性能評価システムとしての実用化

本研究では,市街地の火災安全性能に対する合理的な評価を行うため,都市火災の延焼性状を,現象の物理的知見に基づいて定式化した.延焼モデルは,建物内部の火災性状予測モデルと,建物間の火災拡大性状予測モデルの二つのモデルから構成される.このうち前者については,建物内の各室を火災性状の検査体積とみなすゾーンモデルを拡張したものを利用した.後者については,火源からの輻射熱伝達,火災気流による温度上昇,火の粉の飛散を延焼要因として考えた.なお,延焼モデルを構成する個別の現象については,開口噴出気流性状に関するサブモデルを区画模型実験の結果をもとに定式化した.また,火の粉の飛散性状については,正方形平板の飛散シミュレーションを数値流体力学的手法に基づいて行い,この結果をもとに相似則を導いた.本延焼モデルの妥当性については,建物単体の火災性状を調べた既往の実験結果,ならびに酒田市大火(1976)での観測結果との比較を行うことで検討を加えた.このうち前者については,区画を隔てる扉や壁の燃え抜け時間を調整することで妥当な一致が得られた.一方,後者については,市街地において帯状の燃焼領域を形成しながら火災が拡大するとの定性的な傾向は一致する結果が得られたものの,延焼速度は全般的に過大評価された.さらに,ここまでに構築した延焼モデルを利用し,伝統的建造物群保存地区に指定される高山市三町地区を対象とした延焼シミュレーションを行って,市街地が有する火災リスクの評価を行った.伝建地区という性格上,火災安全性能を向上させるにあたって市街地の大規模な改変を加えることは困難であることから,建物の部材レベルの防火性能を向上させることで市街地全体の火災安全性能を向上させることを考えた.こうした場合の延焼シミュレーションを行った結果,市街地の火災リスクが低減される結果が得られた.本研究では,市街地の火災安全性能に対する合理的な評価を行うため,都市火災の延焼性状を,現象の物理的知見に基づいて定式化した.延焼モデルは,建物内部の火災性状予測モデルと,建物間の火災拡大性状予測モデルの二つのモデルから構成される.このうち前者については,建物内の各室を火災性状の検査体積とみなすゾーンモデルを拡張したものを利用した.後者については,火源からの輻射熱伝達,火災気流による温度上昇,火の粉の飛散を延焼要因として考えた.なお,延焼モデルを構成する個別の現象については,開口噴出気流性状に関するサブモデルを区画模型実験の結果をもとに定式化した.また,火の粉の飛散性状については,正方形平板の飛散シミュレーションを数値流体力学的手法に基づいて行い,この結果をもとに相似則を導いた.本延焼モデルの妥当性については,建物単体の火災性状を調べた既往の実験結果,ならびに酒田市大火(1976)での観測結果との比較を行うことで検討を加えた.このうち前者については,区画を隔てる扉や壁の燃え抜け時間を調整することで妥当な一致が得られた.一方,後者については,市街地において帯状の燃焼領域を形成しながら火災が拡大するとの定性的な傾向は一致する結果が得られたものの,延焼速度は全般的に過大評価された.さらに,ここまでに構築した延焼モデルを利用し,伝統的建造物群保存地区に指定される高山市三町地区を対象とした延焼シミュレーションを行って,市街地が有する火災リスクの評価を行った.伝建地区という性格上,火災安全性能を向上させるにあたって市街地の大規模な改変を加えることは困難であることから,建物の部材レベルの防火性能を向上させることで市街地全体の火災安全性能を向上させることを考えた.こうした場合の延焼シミュレーションを行った結果,市街地の火災リスクが低減される結果が得られた.
環境調和を目指すポリフッ化水素塩イオン液体中での電解フッ素化反応

本研究では、環境低負荷の有機フッ素化合物の合成法の確立を目的として、無機フッ化物塩(MF)を用いた電解フッ素化反応の開発を試みた。その背景として現在、工業的に用いられているフッ素化剤には毒性や爆発性、腐食性など安全性に問題がある。そこで様々なフッ素化剤が開発されてきたが、未だに安全性やコストに問題が解決されていない。一方、フッ化カリウムに代表されるMFは入手が容易で安価、取り扱いやすいフッ化物イオン源として利用されているが、有機溶媒への溶解性の難点から、その利用は制限されていた。そこで本研究ではクラウンエーテルと同様の効果を期待し、系中に安価なポリエチレングリコール(PEG)を加えることでMFを溶解させ、さらに電解反応を適用することで安価かつ穏和な反応条件でフッ素化反応が行えると考えた。実際に、アセトニトリル中におけるMFの溶解度を測定したところ、PEGの添加でMFの溶解度が500700倍に向上し、サイクリックボルタンメトリー測定においてもPEGを加えたことで初めて酸化還元電流を観測できた。そこで様々な基質に関して電解フッ素化を試みたところ、トリフェニルメタン類、ジチオアセタール類、トリフェニルポスフィンなどの基質に関して40°Cという穏和な条件で効率的にフッ素化反応が進行することを見出した。この本電解系はリサイクル特性にも優れており、電解液の再利用にも成功している。さらに本電解系は、電解フッ素化に限らず、安価な無機塩NaBF_4を支持電解質とした一般的な陽極酸化反応にも適用可能であることも見出した。具体的には、ジチオアセタール類の脱保護反応、チオンエステルの脱硫反応、陽極カップリング反応に対しても効果的であった。本電解系は、安価なMFをフッ素源とし、穏和な条件でフッ素化反応を進行させた世界で初めての例である。このため、本フッ素化法の工業化が大いに期待される。本研究では、新規電解反応メディアであるポリフッ化水素塩イオン液体に着目し、この系の特徴である両親媒性、高導電性、豊富なフッ化物イオン含量を考慮に入れた環境調和型の反応プロセスの開発を目的としている。具体的には、揮発性有機溶媒(VOC)を一切使用しない無溶媒系電解フッ素化を様々な化合物に適用することで、従来法よりも効率的かつ環境調和プロセスによる有機フッ素化合物の合成を行う。この手法を確立するにあたり大きな問題点がある。ポリフッ化水素塩イオン液体を用いる電解反応において、陽極上に非導電性の膜を形成して電極反応を阻害する陽極不動態化がしばしば起こる。この問題点は、基質と電極との直接反応を経ないメディエーターを介する間接電解法を用いることで解決できる。ところで超原子価ジフルオロヨードアレーンは優れたフッ素化剤として知られている。これは無水フッ酸存在下でヨードベンゼンを電解酸化することで得られることを当研究室にて見出している。そこで私は、イオン液体構造であるイミダゾリウム塩部位を同一分子内にもつヨードベンゼンを合成した。これによりイオン液体への親和性が向上し、固定化ができる。これを反応系でポリフッ化水素塩イオン液体と組み合わせることで、系中での超原子価ジフルオロヨードアレーンの合成、またこれによる基質のフッ素化を一段階で行うことに成功した。また本系は多様な基質に対応しており、比較的に電解酸化され易い硫黄化合物において、硫黄原子のα位および脱硫フッ素化が選択的に進行することを確認している。また、電解酸化されにくいとされている硫黄原子を含まない化合物のフッ素化にも成功しており、幅広い汎用性を示すことができた。さらに本系は有機溶媒で目的物のみの抽出が可能であり、メディエーターを含むイオン液体電解液はそのまま再利用でき、収率低下を伴うことなく、同一の反応を繰り返し行うことができた。そこで私は、ポリスチレン部位を同一分子内にもつヨードベンゼンを合成した。このヨードベンゼンは高分子量体であるために、多くの電解液に不溶であり、そのため反応終了後に容易に回収・再利用ができる。また本系は多様な基質に対応しており、比較的に電解酸化され易い硫黄原子を含む糖類、リチウム電池の電解液として用いられるカーボナート類において、脱硫フッ素化が選択的に進行することを確認している。

さらに本系は電解終了後に簡単な濾過操作によりメディエーターが回収でき、洗浄・乾燥することで同様の反応に再利用することが可能であり、収率低下を伴うことなく、同一の反応を繰り返し行うことができた。本研究では、環境低負荷の有機フッ素化合物の合成法の確立を目的として、無機フッ化物塩(MF)を用いた電解フッ素化反応の開発を試みた。その背景として現在、工業的に用いられているフッ素化剤には毒性や爆発性、腐食性など安全性に問題がある。そこで様々なフッ素化剤が開発されてきたが、未だに安全性やコストに問題が解決されていない。一方、フッ化カリウムに代表されるMFは入手が容易で安価、取り扱いやすいフッ化物イオン源として利用されているが、有機溶媒への溶解性の難点から、その利用は制限されていた。そこで本研究ではクラウンエーテルと同様の効果を期待し、系中に安価なポリエチレングリコール(PEG)を加えることでMFを溶解させ、さらに電解反応を適用することで安価かつ穏和な反応条件でフッ素化反応が行えると考えた。実際に、アセトニトリル中におけるMFの溶解度を測定したところ、PEGの添加でMFの溶解度が500700倍に向上し、サイクリックボルタンメトリー測定においてもPEGを加えたことで初めて酸化還元電流を観測できた。そこで様々な基質に関して電解フッ素化を試みたところ、トリフェニルメタン類、ジチオアセタール類、トリフェニルポスフィンなどの基質に関して40°Cという穏和な条件で効率的にフッ素化反応が進行することを見出した。この本電解系はリサイクル特性にも優れており、電解液の再利用にも成功している。さらに本電解系は、電解フッ素化に限らず、安価な無機塩NaBF_4を支持電解質とした一般的な陽極酸化反応にも適用可能であることも見出した。具体的には、ジチオアセタール類の脱保護反応、チオンエステルの脱硫反応、陽極カップリング反応に対しても効果的であった。本電解系は、安価なMFをフッ素源とし、穏和な条件でフッ素化反応を進行させた世界で初めての例である。このため、本フッ素化法の工業化が大いに期待される。
酸化グラフェンの非線形光学応答とその光照射効果に関する研究

前年度に引き続き、試料として酸化グラフェン水溶液を用い、光照射による光学スペクトルの変化やピコ秒パルスレーザーを用いた発光の時間変化の測定、さらにZ-scan法を用いた三次非線形感受率の測定を広いエネルギー領域にわたって行い、非線形光学応答と線形光学応答の関係について調べた。さらに、Z-scan法で問題となった、非線形性測定中の試料の光変化(ダークスポットの生成)や試料の不均一性を解決するために、吸収係数の光飽和密度の測定による非線形感受率の測定を試みた。試料の不均一性による影響や、Z-scan法での焦点位置での試料の光変化をおさえるために、照射面積を広く一定に保ち、レーザー光強度そのものを変化させて、吸収率の変化を測定し、吸収が飽和する入射光強度(Is)から三次非線形感受率を求める方法を用いて、酸化グラフェン水溶液および光照射を行った試料の光学非線形特性を評価した。その結果、1)酸化グラフェンにおける3次の光学非線形感受χ(3)の虚部をIs法によって測定し、再現性が高く信頼できる値を求めることができたこと、2)低エネルギー側ほど性能指数が増大すること、3)光照射によってχ(3)は増大するが、性能指数は減少すること、4)低エネルギー側ほど発光寿命が短く、光照射試料ではさらに寿命が短くなること、5)性能指数のエネルギー依存性は、この系の発光を説明するモデルとして提唱されている量子ディスクモデルで定性的に説明できること、が明らかになった。Z-scan法は簡便に精度よく実部および虚部の三次非線形感受率を得られる方法であるが、光照射によって光学特性が変化する試料においては、その再現性や信頼性に問題があることが分かった。酸化グラフェン水溶液についても、光照射前の試料では比較的の再現性よく三次非線形感受率が得られているが、光照射をした試料では、試料の不均一性や測定中のレーザー光によるさらなる光還元によるダークスポットの生成により、信頼できるデータが得られなかった。そこで、照射範囲をひろげ試料の不均一性を平均化するとともに、Z-scan法での焦点位置での試料の光変化をおさえるために、レーザー光強度そのものを変化させて、吸収率の変化を測定し、吸収が飽和する入射光強度(Is)から三次非線形感受率を求める方法に変更した。そのために、非線形特性の評価に遅れが生じた。今後は、酸化グラフェンおよび光照射酸化グラフェンについて、発光寿命測定を行い、その結果を三次光学非線形感受率や性能指数と比較することにより、三次非線形性の光子エネルギー依存性や光照射効果について、その原因を考察するとともに、2次元系のグラフェンや1次元系のカーボンナノチューブなど他のナノカーボン系との比較を行う。今年度は、ポリビニルアルコール(PVA)中に分散させた酸化グラフェンの薄膜の作製を試み、その光学スペクトルを調べた。また、その原料として用いた酸化グラフェン水溶液に光照射を行い、光照射による光学スペクトルの変化やピコ秒パルスレーザーを用いた発光の時間変化の測定、さらにZ-scan法を用いた三次非線形感受率の測定を広いエネルギー領域にわたって行い、非線形光学応答と線形光学応答の関係について調べた。PVA中の酸化グラフェン薄膜作製はまだその作製条件が押さえられておらず、光学測定に耐えうる薄膜試料を得るに至っていない。酸化グラフェン水溶液の光照射効果については、1)光照射によって吸収強度が増大すること、2)可視光領域に現れる発光の強度が減少すること、3)若干低エネルギー側にシフトすること、3)発光の減衰挙動は光照射前後でともに2成分の指数関数的減衰で解析できること、4)低エネルギー側ほど有効減衰時定数が大きくなること、5)光照射により、発光寿命が短くなること、が明らかになった。また、光照射前の酸化グラフェン水溶液は非線形光学応答の性能指数が低エネルギー側ほど大きくなること、が明らかとなった。初年度行う予定であった薄膜試料の作製がうまくいっておらず、現在のところ、その原料である酸化グラフェン水溶液の光照射効果の評価にとどまっているため。一方、Z-scan法による非線形光学特性の評価はその波長依存性の測定や、発光寿命との関係を調べており、順調に進んでいると考えている。

Z-scan法は簡便に精度よく実部および虚部の三次非線形感受率を得られる方法であるが、光照射によって光学特性が変化する試料においては、その再現性や信頼性に問題があることが分かった。酸化グラフェン水溶液についても、光照射前の試料では比較的の再現性よく三次非線形感受率が得られているが、光照射をした試料では、試料の不均一性や測定中のレーザー光によるさらなる光還元によるダークスポットの生成により、信頼できるデータが得られなかった。そこで、照射範囲をひろげ試料の不均一性を平均化するとともに、Z-scan法での焦点位置での試料の光変化をおさえるために、レーザー光強度そのものを変化させて、吸収率の変化を測定し、吸収が飽和する入射光強度(Is)から三次非線形感受率を求める方法に変更した。そのために、非線形特性の評価に遅れが生じた。薄膜作製のために使用するポリマーや薄膜作製法を検討することにより、光学測定を行うことができる薄膜作製を行う。また、非線形光学応答の光照射効果についても実験を行い、酸化グラフェンの光学応答のモデルの検証や光照射による還元反応のメカニズムを明らかにする。今後は、酸化グラフェンおよび光照射酸化グラフェンについて、発光寿命測定を行い、その結果を三次光学非線形感受率や性能指数と比較することにより、三次非線形性の光子エネルギー依存性や光照射効果について、その原因を考察するとともに、2次元系のグラフェンや1次元系のカーボンナノチューブなど他のナノカーボン系との比較を行う。ラマン分光用に予定していた分光器および検出器が他の研究費で購入することが可能となった。一方、実験に用いる現有のレーザーが不調のため経費はそのメンテナンスにも当てた。来年度以降、薄膜試料作製やその評価のための実験系の構築に助成金を用いる。
メタダイナミクスを取り入れた自律的発展系における創発的進化の研究

「メタダイナミクス」の一例として、昨年度から提案している「絶滅ダイナミクス」の性質をより詳しく調べた。絶滅ダイナミクスは、進化ダイナミクスとして最も一般的な形式であるレプリケーター方程式系に、一般的でしかも不可避であると思われる2つの仮説を取り入れたものである。一つは、自己増殖する実体が大規模で複雑なネットワークを構成している場合、それらの関係はランダムであると見なしうるという仮説である。このような状況は、例えば、地殻変動による大規模な生態系融合などによっても起こり得る。また、古生物学者が大絶滅の要因として注目している「種面積効果」も、ランダム相互作用を持つ大規模な生態系形成を促すと考えられる。二つ目の仮説は、各レプリケーターには自己増殖可能な個体数の最小単位(絶滅閾値)があるというものである。これはレプリケーター方程式系に「有限個体数効果」を取り入れたことに対応する。このため、「絶滅」の定義が比較的曖昧であった大自由度レプリケーター方程式系に絶滅が導入され、系の多様度(自由度)が時間変動することになる。これにより、絶滅ダイナミクスは、従来の有限個体数効果のないreplicator方程式系とは全く異なるいくつかの特徴的な振舞いを示す。絶滅ダイナミクスは、自由度の変動する力学系の最も単純なプロトタイプになっていると考えられる。これにより、(1)多様度の時間変動、(2)アトラクターの性質(3)平均適応度や相互作用の分布の時間変動についての新しい知見が得られた。
慢性関節リウマチの多サイトカイン遺伝子治療法の開発

関節リウマチの関節破壊に,破骨細胞の分化,活性化による骨吸収の亢進が大きな役割を占めることが明らかになっている。抗炎症性サイトカインであるInterleukin-4(IL-4)はこの破骨細胞の分化を強力に抑制することから,IL-4の遺伝子療法の可能性をさぐるため基礎的検討を行った。まず,毒性が少なく,安定した発現を誘導できるアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)を用いて,ヒトIL-4とIL-10 cDNAを組み込み,NIH3T3細胞に感染させて,その発現効率を検討した。IL-4とIL-10をそれぞれ単独に組み入れた場合は効率よく感染し,多量のサイトカインを分泌したが,両遺伝子を同時に組み込んだAAVではプロモータ近位部の遺伝子は強く発現するものの,遠位部の遺伝子の発現は著しく低下しており,多サイトカイン発現系については今後,検討を要するとおもわれた。次にIL-4遺伝子を組み入れたAAV(IL-4-AAV)を用いて,破骨細胞分化誘導に対する作用を検討した。ヒト末梢血単核細胞に対するAAVの感染効率を検討すると,T細胞,B細胞などの浮遊細胞と比較して,単球,マクロファージなどの付着細胞に効率的に感染されることが明らかになった。ヒト末梢血単球を分離後,RANKL,M-CSF存在下で培養すると5-10日後に象牙切片を吸収しうる破骨細胞が誘導された。この系にIL-4-AAVを感染させると破骨細胞の分化誘導が強力に抑制された。また,IL-4の破骨細胞誘導抑制作用についてマウス骨髄細胞を用いて検討し,転写因子であるc-Fos,NFATclの発現抑制がその作用機序として重要であることを明らかにした。以上より,本研究により関節リウマチの関節破壊の治療法としてIL-4の遺伝子療法が有用であることが示された。(目的)関節リウマチ(リウマチ)は関節破壊を伴う慢性炎症性疾患である。リウマチ増殖滑膜から産生される炎症性サイトカイン(IL-1,TNF,IL-6)がその発症進展に重要な役割を果たしており,抗サイトカイン療法が欧米を中心に広く普及している。しかし、生物製剤は高価であり、治療を中止すると再燃するなど問題も多い。そこで、関節リウマチの遺伝子療法の可能性について検討するため、抗炎症性サイトカインであるIL-4,IL-10をアデノ随伴ウイルス(Adeno-associated virus : AAV)の発現ベクターに組み込み、リウマチ滑膜細胞に感染させ、抗炎症作用について検討した。(方法)AAVベクターにIL-10とIL-4のcDNAを同時に挿入した発現ベクターを作成し、ヒト胎児腎由来293細胞(パッケージング細胞)にトランスフェクションしてrAAVベクター(AAv-IL-10/IL-4発現ベクター)を精製した。NIH3T3細胞及びリウマチ滑膜細胞にAAV-IL-10/IL-4発現ベクターを感染させ、感染効率をウエスタンブロットおよびELISA法により確認した。(結語)我々の作成したAAV-IL-10/IL-4発現ベクターは効率よくリウマチ滑膜細胞に感染し、PGE2,IL-6の産生を抑制した。この結果はIL-4,IL-10による遺伝子療法がリウマチ関節局所の炎症の機転を抑制しうることを示唆している。(目的)関節リウマチの骨破壊には関節局所における破骨細胞の役割が大きく、破骨細胞の分化、誘導を抑制する治療法が望まれている。本研究では(1)抗炎症性サイトカインの破骨細胞の分化、誘導抑制作用の機序を明らかにした上で、(2)抗炎症性サイトカインの遺伝子療法により、破骨細胞の分化を抑制しうるか否かを検討した。(方法と結果)

IL-4の破骨細胞分化抑制作用の機序の検討:マウスRAW264.7細胞を破骨細胞誘導因子であるRANKLで培養すると破骨細胞に分化、誘導しうる。この系を用いてIL-4の作用を検討した。IL-4は10ng/ml以上の濃度で、濃度依存性に破骨細胞の分化を抑制した。そこで、RANKL下流の細胞内シグナル分子の発現を検討するとNFATc1およびc-Fos分子の発現が強力に抑制された。IL-4の遺伝子療治に関する検討:アデノ随伴ウイルス(AAV)にIL-4のcDNAを挿入した発現ベクター(IL-4-AAV)を作成し、ヒト末梢血単核細胞に感染させた。感染効率を検討すると、主に末梢血単球に高率に感染し、培養上清中に多量のIL-4(5-10ng/ml)が分泌された。末梢血単球を分離後、RANKLおよびM-CSF存在下で培養すると破骨細胞に分化誘導される。この系を用いてAAV-IL-4の効果を検討すると、この破骨細胞の誘導が強力に抑制された。(結語)IL-4の遺伝子療法により、破骨細胞の分化、誘導が強力に抑制されることが明らかとなった。関節リウマチの関節破壊に対する治療法としてIL-4を中心とする抗炎症性サイトカインの遺伝子療法が有望と考えられる。
Whole chromosome probeを用いた甲状腺濾胞性腫瘍の染色体分析

2.腫瘍背景の正常甲状腺組織では染色体の数的異常は認められなかった。3.濾胞腺腫では3例中1例で3個/核以上の染色体数的異常細胞が認められ、1例では1個/核の割合が著明に高く、17番染色体のmonosomyが疑われた。4.濾胞癌では3例すべてに染色体数的異常細胞が認められた。5.乳頭癌ではリンパ節転移を有さない2例以外の8例に染色体数異常細胞が認められた。6.リンパ節転移を有する乳頭癌ではリンパ節転移のない乳頭癌より染色体数的異常細胞の出現頻度が高い傾向にあった。以上の結果から甲状腺腫瘍においては良悪性を問わず高頻度に17番染色体数的異常細胞が認められることが分かった。それゆえ、甲状腺濾胞性腫瘍の良悪性の鑑別についてはさらなる詳しい解析が必要であると思われた。今後さらに他の番号の染色体probeを用いた検討を行っていきたい。
階層ベイズによるマルチデバイス状況を考慮したオム二チャネルモデルの構築

本年度は下記のことを行った。1.階層ベイズによる集計データを用いたランダム係数選択モデルに関する推定結果を学会にて口頭発表した。2.マルチデバイスに関連したマルチチャネル市場が拡大する状況を捉えるために混合隠れマルコフモデルおよび潜在成長曲線モデルをベースにモデル構築を行い、実際のデータ分析を行った。それらの結果を国内学会にて口頭発表を行い、査読付き論文として公刊した。3.オムニチャネルでは情報閲覧と購買というプロセスをモデル化が必要である。しかし、Webサイト情報の閲覧履歴は膨大なため、特徴抽出を自動化するプロセスが必要であり、そのためにモバイル経由のWebサイト情報の閲覧履歴データを畳み込みニューラルネットワーク(CNN)によりその特徴量抽出を試みた。画像処理で用いられているCNNにより、複数カテゴリのWebサイト情報の閲覧履歴の時系列特徴量を抽出し、カテゴリの予測分析を行った。使用頻度の上位3カテゴリ(ツール・SNS・ゲーム)に関して毎時起動回数データを生成し、データの学習及びカテゴリの起動回数の予測を最終的にカテゴリ分類の形で行った。また、2種類のHaar基底ウェーブレット変換、未変換データとのモデル比較により変換・未変換データの精度の比較も行った。その結果、3カテゴリの分類では全体の分類精度はそれ程高くならず、未変換データでの精度が一番高くなった。そこで、補助分析として3カテゴリを2カテゴリずつに分けて分析を行った結果、ツールとSNS、ツールとゲーム間では70%を超える高い精度で2カテゴリ分類がされた。2カテゴリ分類では変換データでの精度が一番高くなる結果を得た。一方、SNS、ゲーム間では低い精度となり、本データ対象の消費者においては、SNSとゲームのアプリを同じ様な時間での使用により、起動予測データの傾向が類似してしたことが分類精度に影響を与えたと考えられる。階層ベイズによるマルチデバイス状況を考慮したオムニチャネルモデルの構築のテーマでは、マルチデバイス状況を考慮したマルチチャネルモデルの研究はかなり進展があった。しかし、マルチチャネルからオムニチャネルへいかにと統合させるかという問題が残されている。これはマルチチャネル統合に関する研究領域として認識されている。この領域ではレベル1が独立したマルチチャネルであり、レベル4が統合したマルチチャネル、つまりオムニチャネルであるとの理論的提案がある。本研究課題ではいかにWebサイト情報の閲覧行動と商品の購買行動を結びつけるかという点をPCインターネットやモバイルWebサイト情報の閲覧データを、実店舗における顧客購買データと結びつけ、オムニチャネル購買の実態をモデル化することを課題としている。今後は、情報の利用に関して購買心理を測定するアンケートデータ、Webサイト情報の閲覧データ、実際の購買データの3者を結びつける階層ベイズによるモデル化を行う予定である。本研究では、オムニチャネルマーケティングに関して顧客の購買意思決定に及ぼすような状況を、実データまたは潜在データにより構造化する。PCインターネットやモバイルインターネットによりウエブサイト情報を閲覧した際に履歴であるページビューデータを、実店舗における顧客購買データと結びつけ、オムニチャネル購買の実態を階層ベイズモデルを用いてモデル化する。まず、マルチメディア・マルチチャネル環境下における消費者のデバイス利用実態の変化に関する研究を行った。具体的には、消費者のデバイス利用の偏りやすさと属性・時間帯の影響を評価し、下記の結果を得た。(1)偏りやすさの分類とその構成比の算出。(2)複数デバイスを多く使う人と一つのデバイスに偏る人の双方にて、スマートフォン利用が多い層の構成比が高いことが判明した。(3)複数デバイスの多使用者は単体デバイス利用量だけでなく同時利用量も多くなった。(4)単体デバイスに偏重する人には性年代の傾向が出やすいことが分かった。次に、現代の小売環境で顧客が複数のチャネルとメディアの使用に関して検証を行った。この研究では、低関与商品カテゴリやより高頻の度購入商品カテゴリに関して、メディアコンタクトログデータおよび消費者調査データと同じIDで紐づけされている日本のシングルソーススキャンパネルデータを用いて分析を行った。実店舗やオンラインストアという購入チャネル、PC、モバイル、ソーシャルメディアのメディアタッチポイント、及び心理学的・人口統計的特性に焦点を当て、潜在クラス分析により顧客セグメンテーションを行った。その結果、リサーチショッパーやマルチチャンネル愛好者の特性を含む7つのセグメントの存在が示された。さらに、階層ベイズによる「集計データを用いたランダム係数選択モデル」により、POSデータを用いて顧客履歴データを潜在変数として推定した。PCインターネットやモバイルインターネットでのページビュー履歴データを、実店舗における顧客購買データと結びつけ、オムニチャネル購買の実態をモデル化するための第一ステップとして消費者のデバイス利用実態の変化に関する研究を行った。その結果、消費者のデバイス利用の偏りやすさと属性・時間帯の影響を評価でき、それを査読付き論文として刊行した。第二のステップとして、実店舗やオンラインストアという購入チャネル、PC、モバイル、ソーシャルメディアのメディアタッチポイント、及び心理学的・人口統計的特性に焦点を当て、潜在クラス分析により顧客セグメンテーションを行い、顧客層による差異を明らかにし、査読付き論文を刊行した。第三のステップとして、トップページビューが購買にどのように影響を与えるかについて階層ベイズモデルを用いてモデル化を行い、国際会議にて、アブストラクト付き口頭発表を行った。さらに、階層ベイズによる「集計データを用いたランダム係数選択モデル」により、POSデータ用いて顧客履歴データを潜在変数として推定を行ったので、結果を国内学会にて口頭発表を行う予定である。

それらの結果を国内学会にて口頭発表を行い、査読付き論文として公刊した。3.オムニチャネルでは情報閲覧と購買というプロセスをモデル化が必要である。しかし、Webサイト情報の閲覧履歴は膨大なため、特徴抽出を自動化するプロセスが必要であり、そのためにモバイル経由のWebサイト情報の閲覧履歴データを畳み込みニューラルネットワーク(CNN)によりその特徴量抽出を試みた。画像処理で用いられているCNNにより、複数カテゴリのWebサイト情報の閲覧履歴の時系列特徴量を抽出し、カテゴリの予測分析を行った。使用頻度の上位3カテゴリ(ツール・SNS・ゲーム)に関して毎時起動回数データを生成し、データの学習及びカテゴリの起動回数の予測を最終的にカテゴリ分類の形で行った。また、2種類のHaar基底ウェーブレット変換、未変換データとのモデル比較により変換・未変換データの精度の比較も行った。その結果、3カテゴリの分類では全体の分類精度はそれ程高くならず、未変換データでの精度が一番高くなった。そこで、補助分析として3カテゴリを2カテゴリずつに分けて分析を行った結果、ツールとSNS、ツールとゲーム間では70%を超える高い精度で2カテゴリ分類がされた。2カテゴリ分類では変換データでの精度が一番高くなる結果を得た。一方、SNS、ゲーム間では低い精度となり、本データ対象の消費者においては、SNSとゲームのアプリを同じ様な時間での使用により、起動予測データの傾向が類似してしたことが分類精度に影響を与えたと考えられる。階層ベイズによるマルチデバイス状況を考慮したオムニチャネルモデルの構築のテーマでは、マルチデバイス状況を考慮したマルチチャネルモデルの研究はかなり進展があった。しかし、マルチチャネルからオムニチャネルへいかにと統合させるかという問題が残されている。これはマルチチャネル統合に関する研究領域として認識されている。この領域ではレベル1が独立したマルチチャネルであり、レベル4が統合したマルチチャネル、つまりオムニチャネルであるとの理論的提案がある。階層ベイズによる「集計データを用いたランダム係数選択モデル」を用いて、POSデータから顧客履歴データを用いて潜在変数として推定を行った。これらの研究を論文化し、刊行する予定である。また、イタレーション回数30000回、バーンイン期間を5000回と設定した場合、所要計算時間は22時間となり、実行時間の短縮が課題となった。本年度はGPGPUシステムを用いて所要時間を短縮したい。
ロボットによるマニピユレ-シヨンの力学と制御

ロボットシステムに、人間の手や指による各種マニピュレ-ションに必要な作業能力をもたせることを目的に,アニピュレ-ションに関する制御,リモ-トマニピュレ-ションの支援法,および,マニピュレ-ションとロコモ-ションの関連,について研究を行った。それぞれの項目について,以下の成果が得られた。1.マニピュレ-ションの制御ー一定の押付け力を発生すること目的に,ファジィ制御とスライディングモ-ド制御の実験を行った。ファジィ制御では,市販の直動形ロボットを用いて,直接・関接推論の双方について,パラメ-タの調整により良好な結果が得られることがわかった。また,学習的パラメ-タ調整アルゴリズムを考案し,その成果を確認した。一方,スライディングモ-ド制御では,ゴム人工筋を用いた指機構の動特性モデルを求め,制御効果を確認した。さらに,フレキシブルア-ムの適応制御を試み,位置・力制御が可能なことを実験的に示した。はめ込み制御のハイブリッド制御の可能性も検討した。2.リモ-トマニピュレ-ションの支援法ー試作シミュレ-タを用いた実験により,徴調整段階でのコンピュ-タ支援の有効性を明らかにした。支援効果は誤操作の減少およびタスクタイムの短縮化の双方にみられた。3.マニピュレ-ションとロコモ-ション関連ーマニピュレ-タの能力評価のー指標である,可操作性の概念が2足歩合の開始特性の解析に有効であることを明らかにした。また,この項目の研究現状に関する調査も行った。人間の手や指による各種マニュピレーション操作に類似の作業能力をロボットに持たせることを目的に、物体の把持や移動に関する現象の力学と制御について研究を行った。シミュレーションと実験により以下のことを明らかにした。また、研究現状のサーベイも行った。一.把持力制御へのファジィ制御の応用-対象物体の把持と把持した物体の移動を、目標把持力で行うためのファジィ制御実験を行い、4つの制御則でもかなり良好な結果が得られることを示した。さらに、メンバシップ関数のパラメータ値を修正する機能を付加すると、制御成績が向上することも確かめられた。2.把持力のスライディングモード制御-試作装置の動特性のモデルを求め、スライディングモードによる制御の可能性を確認した。演算遅れに対する操作量の計算法、サンプリング周期を考慮したモデル化など、制御性能向上のための指針が得られた。3.リモートマニピュレーションの研究-リモートマニピュレーションにおける人間と計算機による役割分担をシミュレータを試作して検討した。静止物体の把持、定速度移動物体の捕捉のの2作業について、人間オペレータは作業の最終段階で時間を要したり、操作ミスを行ったりする点が計算機の支援で改良できることが示された。4.マニピュレーションとロコモーションの研究に関するサーベイ-ロボットの作業能力の向上には、マニピュレーションとロコモーションの2つの機能向上が必要なことを考え、この2機能を対象に、最近の研究のサーベイを行った。両者を比較・対照の視点でとらえることにより、従来以上の成果が得られる可能性のあることも指摘した。人間の手や指による各種マニピュレ-ション操作に類似の作業能力をロボットの手で実現することを目的に、対象物体の把持や移動に関する力学と制御の研究を行った。実験とシミュレ-ションにより、以下のことを明らかにした。1.把持力のスライディングモ-ド制御-コム人工筋をアクチュエ-タとする、試作指機構の動特性モデルを新たに周波数応答法でも求めた。この結果に基づいて把持力の一定化実験を現在行っている。スライディングモ-ドにより指定した特性が得られつつある。2.把持力制御へのファジィ論の応用-本年度は、直接法に基づく制御実験を行った。把持力の一定化に関しては、学習的機能を付加したアルゴリズムで良好な結果が得られた。現在、把持した物体を一定力で移動する場合のアルゴリズムを検討中である。

3.はめ合い作業のシミュレ-ション-はめ合い作業の力学現象を解析し、位置と力のハイブリッド制御をシミュレ-ションで検討した。この結果に基づいて、実験システムの設計も終了した。以上の解析では、運動を平面内に限定しているが、3次元的運動の場合も取扱う準備として、スクリュ理論の応用も検討しつつある。4.リモ-トマニピュレ-ションの研究-試作したシミレ-タにより、リモ-トマニピュレ-ションの場合につき、人間とコンピュ-タの役割分担の実験を行った。有効な機能分担について、基礎的資料が得られた。人間の手や指による各種マニピュレ-ションに必要な作業能力をロボットシステムにもたせることを目的に,マニピュレ-ションに関する制御,リモ-トマニピュレ-ションの支援法,および,マニピュレ-ション解析法の歩行系への応用について研究を行った。実験とシミュレ-ションにより,以下のことが明らかになった。1.マニピュレ-ション操作の制御ースラィディングモ-ド制御,ファジィ制御それぞれを,指で物体をつかむ場合への応用を想定し,押付け力制御実験に適用した。力情報を検出する,フィ-ドバック制御により,目標を達成できることがわかった。また,はめ込み作業のハイブリッド制御について,摩擦を含む場合のシミュレ-タを作るとともに,実験システムを試作し,その特性を現在検討中である。2.リモ-トマニピュレ-ションの支援法ー昨年度までの成果をまとめた,論文が印刷された。操作性の向上のためには,人間とコンピュ-タの役割分担が大切なことを,実験デ-タに基づいて示した。操作性の評価は,ミス操作の回数とタスクタイムで行った。3.可操作性概念の歩行力学への応用ー可操作性の考えはマニピュレ-タの能力評価に使われてきた概念であるが,この指標を歩行系に適用すると,2足歩行の開始時特性が明解に説明できることを明らかにした。従来独立に研究されていた,マニピュレ-ションとロコモ-ションを同一解析法で研究することの有用性を示唆する結果であり,今後の発展が期待できる。
炭化水素燃焼における排出微粒子の微細構造と酸化機構の解明

熱機関において,排気中粒子状物質除去フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼させフィルタを再生するためのエネルギーを最小化するには,フィルタ上および燃焼室内での微粒子の酸化過程を予測することが重要であるが,現在用いられている微粒子酸化モデルの予測精度は十分でない.本研究では,微粒子酸化モデルの高精度化のために,熱機関から排出された微粒子を衝撃波管において瞬時加熱し,その後の微粒子の酸化による粒径変化をレーザー散乱光法により計測し酸化速度を求めた.温度と酸素体積濃度を変化させ計測を実施し,得られた計測データをもとに従来モデルのNSCモデルとNeohモデルのモデル定数を修正し,高精度化した.本研究では,ディーセルエンジンなどの内燃機関から排出される粒子状物質の酸化機構を解明するために,燃焼機関からの排出ガス中の粒子状物質の微細構造を把握した上で,これを衝撃波管に導き,広範な雰囲気条件下で衝撃波加熱し,その酸化速度を計測する.本年度は,昨年度に製作した計測システムを用いて微粒子酸化速度の計測を試みた.計測された酸化速度は従来研究における値に対し数百倍程度である.衝撃波加熱後の微粒子の酸化は過熱直後に急激に進むがその後酸化が止まる.このため,固体微粒子表面での酸化反応が拡散律速に至った可能性があり,上記の従来にない酸化速度の測定値の信頼性も含め,計測精度の検証と,現象の観察が必要となった.このため,今年度は衝撃波加熱中の微粒子をミリ秒オーダーの期間で高速サンプルする装置を新たに製作し,これを用いて加熱途中の微粒子を採取し,電子顕微鏡で観察することで酸化による粒径変化を直接観察することを目指した.さらに,単一微粒子の酸化過程を,エネルギー保存式,質量保存式,反応モデルを連成させ解析する数値計算プログラムを新たに作成し,球対象1次元場における数値解析を始めた.これらの結果はまだ十分に検証されていないが,次年度にこれらの手法を用いて,本装置内での現象を解明することで,微粒子の酸化過程を明らかにする予定である.さらに,排気管から直接サンプルした微粒子の微細構造を透過型電子顕微鏡で撮影観察することで,機関運転条件が微細構造に与える影響を調べた.その結果,燃料噴射圧力を70MPaから90MPaまで増加させると,一次粒子径は5%減少し,旋回半径は3%減少すること,EGR率を30%から50%まで上昇させると,旋回半径は増加し,かつフラクタル次元は34%増加することを明らかにした.熱機関において,排気中粒子状物質除去フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼させフィルタを再生するためのエネルギーを最小化するには,フィルタ上および燃焼室内での微粒子の酸化過程を予測することが重要であるが,現在用いられている微粒子酸化モデルの予測精度は十分でない.本研究では,微粒子酸化モデルの高精度化のために,熱機関から排出された微粒子を衝撃波管において瞬時加熱し,その後の微粒子の酸化による粒径変化をレーザー散乱光法により計測し酸化速度を求めた.温度と酸素体積濃度を変化させ計測を実施し,得られた計測データをもとに従来モデルのNSCモデルとNeohモデルのモデル定数を修正し,高精度化した.燃焼機関から排出される大気汚染物質の一つである粒子状物質(すす)の排出量低減のために各種フィルタが用いられるが,蓄積された粒子状物質を燃焼させフィルタを再生するためのエネルギ低減が課題である.フィルタ再生の高効率化には,燃焼室内およびフィルタ内における粒子状物質の酸化過程を解明する必要がある.粒子状物質の酸化過程は温度や酸素濃度などの雰囲気条件のみならず粒子の微細構造や化学組成にも影響される複雑な現象である.本研究では粒子状物質の酸化機構を解明するために,燃焼機関からの排出ガス中の粒子状物質の微細構造を把握した上で,これを衝撃波管に導き,広範な雰囲気条件下で衝撃波加熱し,その酸化速度を計測する.得られた酸化速度を基に粒子状物質の酸化モデルを構築することを目的とする.平成24年度は,粒子状微粒子の酸化速度計測装置を作成した.本装置は,粒子を発生させるディーゼル機関,発生粒子の雰囲気組成を調整するための希釈装置.粒子状物質を加熱するための衝撃波管,衝撃波加熱された粒子の直径の時間変化を計測するレーザー散乱光計測装置から構成される.さらに本計測装置を用いて,雰囲気温度1100K2500K,酸素体積割合2%12%の条件下で粒子の酸化速度を計測し,得られた酸化速度データを用いて従来酸化モデルであるNSCモデルのモデル定数を修正した結果,温度が11001300Kの範囲において酸素分圧と温度が酸化速度に与える影響を再現可能となった.しかし,より高温下では酸化速度に与える温度の影響を表現できておらず,酸素による酸化モデルの改善のみならず,OHによる酸化モデルの改良などが今後の課題であることを示した.本研究では燃機関から排出される粒子状物質の酸化機構を解明するために,燃焼機関からの排出ガス中の粒子状物質の微細構造を把握した上で,これを衝撃波管に導き,広範な雰囲気条件下で衝撃波加熱し,その酸化速度を計測する.製作した計測システムにより得られた微粒子酸化速度は従来研究における値に対し数百倍程度である.衝撃波加熱後の微粒子の酸化は加熱直後に急激に進むがその後酸化が止まる.

このため,固体微粒子表面での酸化反応が拡散律速に至った可能性がある.これを確認し,測定された酸化速度の測定値の信頼性を検証するため,衝撃波加熱中の微粒子をミリ秒オーダーの期間で高速サンプルする装置を新たに製作し,これを用いて加熱途中の微粒子を採取し,電子顕微鏡で観察した結果,衝撃波により微粒子凝集体が分離していることを明らかにした.この分離を考慮した酸化速度測定値の補正をこなった.さらに,単一微粒子の酸化過程を,エネルギー保存式,質量保存式,反応モデルを連成させ解析する数値計算プログラムを新たに作成し,球対象1次元場における数値解析を実施し,従来モデルであるNSCモデルとNehoモデルでは酸化速度を過小評価することを明らかにした.また,排気管から直接サンプルした微粒子の微細構造を透過型電子顕微鏡で撮影観察し,機関運転条件が微細構造に与える影響を調べた.燃料噴射圧力を90 - 150 MPa,EGR率を30 - 50%の範囲で変化させ計測した結果,燃料噴射圧力の増加に伴い一次粒子径と旋回半径は減少すること,EGR率の増加に伴い,一次粒子径は減少し,旋回半径,一次粒子数,フラクタル次元は増加すること,燃料噴射圧力とEGR率を変化させても一次粒子内部の層長さ,層曲率,層間隔はほとんど変わらないことなどを明らかにした.熱工学,燃焼工学,内燃機関酸化速度の計測結果が従来研究と比較し,非常に高くなっている.この原因が計測精度によるものか,現象の違いによるものかを明らかにする必要が生じたため,当初予定していなかった計測と数値解析を新たに加えることになったため,当初計画より進捗がやや遅れている.しかしながら,追加項目により,現象の機構についてより深く考察することができるため,最終成果は当初予定よりも多くのことが含まれると考える.酸化速度の計測に必要な実験装置をほぼ完成させ,エンジン燃焼室内の主な反応領域における温度相当下で酸化速度計測を行うことができた.得られた酸化速度を用いて従来酸化モデルのモデル定数を最適化する一連の解析処理系を完成させた.これにより今年度得られた酸化速度データを用いて,酸素による微粒子酸化モデルとして広く用いられているNSCモデルのモデル定数の最適化を試みた.しかしながら,計測精度の信頼性をより向上させる必要が有り,次年度の課題とする.酸化速度計測精度の向上のために,光学系の改良,希釈装置の改良が必要である.これらの装置の改良により,粒子状物質の酸化速度計測の信頼性を向上させ,モデルの改善精度を向上させる.今年度,製作した高速サンプリング装置と昨年度構築した微粒子酸化速度計測システムを用いて微粒子酸化速度の系統的な計測を実施する.さらに,今年度作成した微粒子酸化に関する数値解析プログラムを改良し用いることで,酸化速度の時間変化の考察を深め,微粒子の酸化について,物質拡散と化学反応の両面から機構解明を試みる.また,運転条件が微粒子の微細構造に与える影響については,継続して計測を行い,さらに1次粒子内部の構造に関する計測も加える.平成24年度に製作した粒子状物質酸化速度計測装置について,光学計測の精度向上と,希釈装置の改善を実施した後,粒子状物質の酸化速度に影響を与える微粒子微細構造と酸化条件を変化させた実験を行い,これら因子と酸化速度の関係を明らかにする.微粒子の微細構造については,サンプリングした微粒子を透過型電子顕微鏡により拡大撮影することで計測する.
Gi/o共役型受容体が仲介するシナプス前抑制における多様性の分子的基盤

ラット小脳顆粒細胞ー分子層介在ニューロン(籠細胞、星状細胞)間のグルタミン酸作動性シナプスにおいて記録される興奮性シナプス後電流(EPSC)は、顆粒細胞軸索(上向性線維)の2回パルス刺激(30ー100ミリ秒間隔)に伴い、2回目EPSCの振幅値と減衰時定数(τ)が増大する。ペアパルス増強の発現機構を検討する過程で、Gi/o共役型受容体が仲介するシナプス前抑制には、EPSC減衰時間の減弱の有無により区別される、複数の様式が存在することを発見した。本研究では、シナプス前抑制にこうした多様性が生み出されるメカニズムを追究した。ラット小脳顆粒細胞(上行性線維)のペアパルス刺激(30-100ミリ秒間隔)に伴い、分子層介在ニューロン(籠細胞)から記録される興奮性シナプス後電流(EPSC)は、2発目の振幅値と減衰時定数(τ)が一過性に増大する。これまでに、減衰時間のペアパルス増強(paired pulse prolongation of the EPSC decay, PPPdecay)は、シナプス小胞の多重性放出に伴う、神経伝達物質グルタミン酸(Glu)のシナプス間蓄積によって引き起こされていることを報告した。多重性放出とシナプス間蓄積の分子的基盤を検討するため、以下の2つの課題に取り組んだ。【多重性放出の発現メカニズムの検討】電位依存性Ca2+チャネルのサブタイプ選択的阻害薬ならびに細胞膜透過型の緩除結合性Ca2+キレーターEGTA-AMを用いて、PPPdecayを指標に多重性放出の発現メカニズムを検討した。多重性放出は(1)複数のCav2.1チャネルを介して軸索終末に流入したCa2+が流入部位から周囲に拡散して蓄積すること(2)蓄積したCa2+がチャネル近傍に局在するシナプス小胞/Ca2+センサー複合体のみならず(3)遠位の小胞/センサー複合体にも作用することによって惹起されたことを示唆する結果を得た。【Caged-Gluを用いたグルタミン酸輸送体機能評価システムの構築】グルタミン酸輸送体(興奮性アミノ酸輸送体;excitatory aminoacidtransporter, EAAT)が担うGlu取り込み機構(回収機構)は、Gluのシナプス外拡散・蓄積過程に大きな影響をおよぼす。この影響を検討するため、caged-Gluの光遊離によりEAATのGlu輸送機能を評価する実験系の構築を試みた。脳スライス標本において、caged-Gluの光遊離条件(光量、照射時間、caged-Gluの濃度ならびに投与時間)や投与する受容体/輸送体阻害薬(種類、投与濃度)の検討を行い、EAAT電流記録の最適化をした。これまでに、ラット小脳顆粒細胞ー分子層介在ニューロン間グルタミン酸(Glu)作動性シナプスにおいて、Gi/o共役型受容体が仲介するシナプス前抑制には複数の様式が存在することを報告してきた。シナプス前抑制に多様性が生み出されるメカニズムを解き明かすため、以下の2つの課題に取り組んだ。【神経伝達物質の放出過程とCa結合タンパク質の関係】Cav2チャネル作用薬roscovitineと細胞膜透過性Caキレート剤(EGTA-AMならびにBAPTA-AM)を用いて、シナプス小胞の活動電位依存性放出と軸索終末Caマイクロドメインの関係を追究した。顆粒細胞ープルキンエ細胞間Glu作動性シナプスと分子層介在ニューロン(籠細胞、星状細胞)ープルキンエ細胞間GABA作動性シナプスでは、各Caキレート剤がCav2.1チャネルにより仲介される神経伝達物質放出におよぼす影響は著しく異なっていた。顆粒細胞と分子層介在ニューロンの軸索終末に発現するCa結合タンパク質の違い(calretinin, parvalbumin)と関係があると推定し、さらに検討を進めている。計画通り研究課題に取り組み、カンナビノイドCB1受容体が仲介するシナプス前抑制に関して分子機構の一端を解き明かすことができた。また、Cav2.1チャネルが仲介する神経伝達物質放出過程において、Ca結合タンパク質(Ca buffer)が重要な役割を担っていることを見出した。ラット小脳顆粒細胞ー分子層介在ニューロン(籠細胞、星状細胞)間のグルタミン酸作動性シナプスにおいて、電位依存性カルシウムチャネルやGi/o共役型受容体が関わるシナプス前抑制には、シナプス小胞の多重性放出におよぼす影響により区別される複数の様式が存在することを報告してきた。例えば、Cav2.1(P/Q-type)チャネル阻害薬omega-agatoxin IVAやGABA(B)受容体作用薬baclofenは多重性放出を強く阻害した。一方、介在ニューロンの一過的な脱分極に伴い惹起される、内因性カンナビノイドの逆行性遊離と前シナプス性CB1受容体の活性化を介したシナプス前抑制(脱分極誘導性脱興奮:depolarization-induced suppression of excitation, DSE)では、多重性放出は減弱しなかった。シナプス前抑制にこうした相違が作り出される分子的基盤を明らかにするため、DSEをモデルに電位依存性カルシウムチャネルが担う役割を検討した。DSEは、Cav2.2(N-type)チャネル阻害薬omega-conotoxin GVIAならびにCav2.3(R-type)チャネル阻害薬SNX-482の同時投与により完全に阻害された。一方、各阻害薬の単独投与はDSEに無効であった。また、両阻害薬が顆粒細胞ー分子層介在

ニューロン間の興奮性シナプス後電流(EPSC)を減弱させる作用は閉塞的(occlusive)であった。Cav2.2チャネルとCav2.3チャネルは、顆粒細胞CB1受容体の下流において相補的な様式でシナプス前抑制を仲介していることを示唆している。引き続き、Cav2チャネル各サブタイプ間で観察された機能的分化(即ち、多重性放出を制御する機能の有無)の分子メカニズムやその生理的意義を追究している。ラット小脳顆粒細胞ー分子層介在ニューロン(籠細胞、星状細胞)間のグルタミン酸作動性シナプスにおいて記録される興奮性シナプス後電流(EPSC)は、顆粒細胞軸索(上向性線維)の2回パルス刺激(30ー100ミリ秒間隔)に伴い、2回目EPSCの振幅値と減衰時定数(τ)が増大する。ペアパルス増強の発現機構を検討する過程で、Gi/o共役型受容体が仲介するシナプス前抑制には、EPSC減衰時間の減弱の有無により区別される、複数の様式が存在することを発見した。本研究では、シナプス前抑制にこうした多様性が生み出されるメカニズムを追究した。計画していた課題に予定通り取り組み、PPPdecayが引き起こされるメカニズムの一端を解き明かすことができた。また、caged-Gluを用いたEAAT機能評価システムの構築を試み、光照射時間や投与する受容体/輸送体阻害薬の種類・濃度など最適な実験条件を確立することができた。引き続き、Gi/o共役型受容体各サブタイプとCav2チャネルサブタイプの機能的連関やシナプス小胞/Caセンサー複合体の局在関係について検討を進めていくことにより、シナプス前抑制に多様性が生じるメカニズムならびにその生理的意義の解明を目指す。神経生理学これまでに、多重性放出(PPPdecay)の発現メカニズムを検討する過程で、Gi/o共役型受容体が仲介するシナプス前抑制には、受容体サブタイプに依存した複数の様式が存在することを見出している。Gi/o共役型受容体各サブタイプとCav2チャネルサブタイプの機能的連関や受容体とシナプス小胞/Ca2+センサー複合体の局在関係を詳しく解析することにより、シナプス前抑制に多様性が生み出されるメカニズムの解明を目指す。また、新たに確立した光遊離実験系を用いて、EAATが『Gluのシナプス外拡散・蓄積過程の制御因子』としてPPPdecayに関わる可能性を検討する。実施計画に従い、遅滞なく研究を遂行することができた。そのため、少額ながら次年度に繰越を残すことができた。実施計画の通り、滞りなく研究を遂行することができた。そのため、少額ながら次年度への繰越を残すことができた。Caged glutamateを用いた光遊離実験を予定している。この実験では、高価な試薬(caged glutamate、受容体・輸送体阻害薬など)を脳スライス標本に長時間かつ高濃度で灌流投与し続ける必要性がある。これら試薬類の購入に充当したい。光遊離実験では、高価な試薬(受容体・輸送体阻害薬、caged-Gluなど)を脳スライス標本に長時間かつ高濃度で灌流投与し続ける必要性がある。こうした試薬類の購入に充てたい。