hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
里海創出を目指した都市海の「小わざ」と「ふるさと化」に関する実証研究

尼崎運河で通年確認できる魚種チチブを対象に,貧酸素時,または底層から表層まで全層にわたって貧酸素化するときにも,空隙のある構造物を水面付近に設置すると避難場所としてチチブは利用することを見いだした.3.絶滅危惧種ルイスハンミョウの生息する海浜の創出(沖洲人工海浜):生息場の代替手段として人工海浜を整備したが海浜の変動が大きく,ルイスハンミョウの生息場所として不適当であることがわかった.小さな技で海浜の変動を抑制しようとしたが困難であった.原因には,規模が小さいこと,砂の供給がないことなどやその対策を考案することができた.4.公園内での泥干潟創出とその学習方法(あらい浜風公園):海の公園内でヤマトオサガニが生息する泥浜干潟を創出することができた.地盤高さが高いために高水温化し,カニの活性を低下させること,またその対策を考案することができた.また来園者に,同種の生態観察や干潟の魅力を感じさせるために,VRなどのIT機器を使った学習プログラムの開発を行った.以下の理由から,本研究は計画通り概ね順調に進んでいると評価できた.(1)ワカメの栽培では,都市の湾奥で栽培することの方法と課題を明らかにすることができた.また,協働で行っている地元中学生は,活動への誇り,地球環境問題の解決に向けた一助となっていることを理解し,市民のふるさと意識の醸成を育みつつある.例えば,地元中学校は,(一社)地球温暖化防止全国ネット主催の低炭素杯2019でワカメ堆肥を使った活動で,環境大臣賞金賞を受賞するように,高い社会的評価を受けている.成果は講演発表3件にまとめた.(2)尼崎運河での,避難場所の創出については,室内と現地実験によって具体的な構造の特徴を見いだすことに成功した.成果は査読付き論文1編,講演発表1件にまとめた.(3)ルイスハンミョウの生息地のための海浜の創出では,10年間のモニタリングをとりまとめ,同種の生物が定着できない原因を特定することができた.その知見を活かして,海浜の再造成の計画を立案し,事業主体である徳島県に提案することができた.また月1回,地元学童の児童に向けた人工海浜などでの同種の保護を目指した環境学習会を実施し,海浜へのふるさと意識を醸成させている.成果は査読付き論文2編,講演発表2件にまとめた.(4)公園内での泥干潟は,ヤマトオサガニが生息できる環境を整えることに成功した.また現在,ヤマトオサガニを観察し,ふるさと意識を醸成させるための新しい視覚教材の開発を行っている.成果は講演発表3件にまとめた.都市近郊の海(都市海)での里海には,二つの大きな問題がある.一つ目は,環境改善が十分でないこと,二つ目は,里海づくりへの参加者が少ないことである.本研究では,前者には,市民協働でも運用できる技術「小わざ」を開発すること,後者には,「ふるさと化」,つまり『「ふるさと」意識を持ち,「誇り」に思う人は「ふるさと」のために保全行動をする』傾向にあることを活かして問題解決にあたることを考えた.本研究では,これらの「小わざ」と「ふるさと化」の両技術が社会実装され,各地の里海づくりの問題が解決されることを目指し,全国の都市海で調査実験を行い,最後に手引書としてまとめる.本年度は,4つの水辺での市民協働での里海づくりを行った.1.尼崎港,2.尼崎運河,3.高砂市・この浦舟池内の人工干潟,4.徳島市・沖洲人工海浜.また2.では,参加する中学生を対象に,5.インストラクショナルデザインIDの視点から教育効果を測定した.里海づくりの1.では,富栄養化した尼崎港でのワカメの栽培方法を新たに見いだすことができた.2.では,ボサ籠の設置と環境DNA調査で,生息する魚種を把握することができた.特に,優占するチチブについては,貧酸素耐性や簡単な生息場の創出方法を見いだすことができた.3.では,人工干潟上でヤマトオサガニが定着していることを確かめ,行動特性を新たに見いだすことができた.4.では,干潟の地形変動に対するルイスハンミョウの生息分布の応答を把握することができた.
光駆動型塩化物イオンポンプ、ファラオニスハロロドプシンのプロトンポンプへの変換

本研究の準備段階においてファラオニスハロロドプシン(pHR)T126D変異体には顕著な機能変化の兆候は見られなかったものの、T126Eにおいては野生型にはないがBRには見られるMと呼ばれる準安定状態を光反応中にとることが分かった。このM中間体は反応中心がプロトン化されていることを意味する。前年度の結果より、T126E変異体が、外界のプロトンをタンパク質内に取り込み、反応中にそれを放出するプロトン移動を行なうことを、高感度pHセンサーを用いて測定することに成功した。本年度は、このプロトンのやりとりが膜を隔てて行なわれているかを、T126E変異体を発現している大腸菌膜の反転膜ベシクルを作成し、光照射時の外界のpH変化を測定することで確認したが、残念ながら有意なpH変化を検出することはできなかった。接触媒体とのプロトンのやりとりをしているが、膜を隔てたpH勾配を検出できないことは、類似タンパク質のファラオニスセンサリーロドプシンII(pSRII)と同様に、BRで必要とされるプロトン輸送経路(具体的には水素結合ネットワーク)が形成されていないことが原因としてあげられる。こうした分子内環境を整える目的で多重変異体を作成、同様の測定を試みたがむしろ外界とのプロトン交換活性は低下してしまった。結論として、プロトン輸送とクロライド輸送の差異を明らかにするモデルとして期待されたpHR T126E変異体であったがsHR同様にプロトンポンプは成功しなかった。このことは、クロライドイオンポンブに必要とされる分子内機構は、プロトン輸送に係るそれに比べて単純でよいということを強く示唆するものである。高度好塩菌で発見された4種のレチナール蛋白質は、高次構造やその光に対する振る舞いがよく似ている一方で、イオンポンプや光センサーといった機能分化を遂げている点で構造分子生物学的に興味深い材料である。本研究では特に、光駆動型プロトンポンプとして広く知られるバクテリオロドプシン(bR)と、塩化物イオンとして機能するハロロドプシン(hR)において、イオンの選択性や輸送方向の違いを制御するための微細構造の差異を知るために、すでに報告のあるbRを塩化物イオンポンプにする改変と逆、つまりhRをプロトン輸送ポンプに改変する構造上の制御が可能かを模索している。1)phR-T126E変異体のフォトサイクルの測定bR様蛋白質は特定波長の光で励起され、吸収波長を変えながら変化し元に戻る「フォトサイクル」と呼ばれる反応を示す。活性中心に位置する残基を置換したT126E変異体は野生型にはないが、bRにはあるM中間体という極端に短波長側に吸収波長がシフトした光中間体をフォトサイクルに際して産生することが分かった。このことは、変異体分子内でプロトンの移動が行なわれていることを強く示唆する。ただ、変異体のM中間体の寿命は、bRのそれ(数ミリ秒)にくらべて著しく長い(数十秒)。これは効率のよいプロトン授受のための構造の補完が、T126E置換だけでは十分でないことを示唆する。2)phR-T126E変異体の光電応答の測定錫の酸化膜を付したガラスは、表面に接する水溶液中のプロトン濃度に敏感に反応する高感度pH電極として機能する。本センサーを用いた微弱電圧変化計測システムにおいて、標品溶液を接触させた状態で光照射を行なった。蛋白質内部からプロトンが放出、もしくは内部への取り込みがあれば、周辺のpH変化、ひいては電圧の変化として感知される。結果、T126E変異体は、野生型には見られない環境とのプロトンの授受を行なっていることを示唆する結果が得られた。
三次元造形技術を利用した柔軟・高精度な立体型触覚センサの研究開発

昨年度提案した2層のシート状触覚センサをロボット指内部に封入することでマルチモーダルな触覚機能を実現することに主として取り組んだ。触覚センサ回路を実装するフレキシブル基板の改良により、マトリクス状に配置された触覚センサエレメント実装面から荷重分布重心位置(Center of Pressure, CoP)検出方式と荷重分布検出方式に基づく2通りの情報を選択的に取得可能な回路構成を開発した。ロボット指全体の構造設計・材料選定を行った。2層化したセンサから取得可能な触覚情報に関して3通りの組合せを採用したロボット指を製作し、特性試験によって、想定する把持動作やマニピュレーションによって各組合せの異なる利点を有しうることを確認した。一方、導電性繊維材料とシリコーンゴムを用いて伸縮可能な触覚センサを構成する方法に関しては、4×4のマトリクス状のセンサにて特性試験を行った後、柔軟なロボットグリッパへの実装のために16×4の構成への拡張とセンサ回路の小型化を行った。しかしながら、配線経路の煩雑さが欠点のため把持実験を行う段階には至っていない。本方式に類似の方法として常温で液体の合金eGaInを用いた触覚センサの構成方法も提案されており、これを参考にした新たな構成方法により伸縮可能かつ配線の取り纏めも容易な触覚センサの構成方法を検討中である。さらに、従来に無い柔軟ロボット指を構成するために、シリコーンゴムの硬化阻害を利用した新しい造形方法を開発している。3Dプリンタにより構成される骨部分とシリコーンゴムからなる皮膚から構成され、構造内部に意図的に硬化阻害を発生させることで滑らかな屈曲と高い柔軟性を兼ね備えた軸機構を構成可能とした。本ロボット指に対して、開発した触覚センサを搭載することを進めている。以上の研究成果の一部を国内外の学会にて発表を行った。ヒトの指の触覚のように深度の異なる触覚エレメントを構造内に形成する方法について、昨年度提案した2通りの構成方法のうち特に効果的であった、2層のシート状の触覚センサを用いる方法に基づくロボット指の設計・実装および試験・改良を行った。シリコーンゴムで構成される柔軟指の内部に2層のシート状の触覚センサを封入する方法において、触覚センサの検出方式の組み合わせの検討を行った。検出方式の選択肢として、荷重分布重心位置(CoP)検出方式または荷重分布検出方式がある。前者はアナログ演算回路を介して情報を抽出することで、センサ実装面における荷重分布の重心位置と総荷重を高速に出力できる点が利点である。後者はセンサ実装面を16×8のマトリクスに分割した際の各エレメントに作用する荷重を分布情報として出力できる点が利点である。2層化する際に、(a)両層ともCoP型、(b)表面層をCoP型・内部層を分布型、(c)両層とも分布型の3通りを設計・製作して実験による検証を行った。各組合せにおける利点と欠点は、必要配線数・情報取得と情報処理にかかる時間・得られる情報の利用価値の観点から評価を行った。各方式にそれぞれ利点があると考察できる結果が得られたが、なかでも組合せ(b)ではCoP型触覚センサ情報に基づく高速なフィードバック制御によって適応的な動作を生成しつつ詳細な分布情報も取れるという利点が大きく、また組合せ(c)は把持物体との接触過程での圧力分布変化が異なる深度で観測できるため物体形状の詳細な理解において利点を有すると言える。また、2層化した際に表面層と内部層では感圧感度が異なるようにすることで広範囲の接触力を検知可能であることが確認された。今後は、硬化阻害を利用した柔軟なロボット指機構への腱駆動メカニズムの統合と触覚センサの搭載を行う。本ロボット指は非常に多くの自由度を有するため、一般的な腱駆動指よりも多くのワイヤを組み込み、その張力制御を触覚センサに基づく応答により行う仕組みを生成する。ロボット指の基本的な構成方法は確立済みであるが、内部にワイヤを通すための穴や関節部のクリアランス調整、触覚センサ用のアタッチメント部品の搭載が必要になると想定している。内部に実装する触覚センサには、まずはシンプルに構成可能なCoP型を用いる。基本的な適応的把持動作が実現されれば、情報収集のための分布型を層状に追加することを進めたい。一方で、2層の触覚センサを有するロボット指による物体把持・マニピュレーションの研究を行う。3指から構成されるロボットハンドに搭載し、把持物体との接触状態を適切な状態に保つための適応動作と、その過程での荷重分布の変化から物体の特性を認識するための情報処理を、それぞれ階層的に実行可能なロボットシステムを構築することを計画している。ヒトの指の触覚のように、指先構造内部の深度の異なる位置に触覚エレメントを有する触覚センサの開発を目的として、これまでに2通りの構成方法を提案した。ひとつは2層のシート状の触覚センサを柔軟な樹脂層の内部に封入する構成方法である。触覚センサには従来研究で開発した離散型荷重分布重心位置(CoP)センサを用い、これを柔軟なフレキシブル基板と感圧導電性ゴムシートを用いて厚さ0.5mm程度で構成した。幾何学的に相似な構成となる2層のCoPセンサシートを、厚さ4mmもしくはそれ以下の柔軟な樹脂層の両面に配置することで、面方向と厚さ方向の両方に空間的な広がりを持って感圧エレメントを有する触覚センサを実現した。特性実験の結果、浅部と深部の触覚センサは圧縮荷重に対しては異なるダイナミックレンジを有し、そのため両者を利用することで総合的に広い感圧範囲を実現できた。

また、せん断荷重に対しては異なる感度を示し、両者の差異からせん断荷重を推定可能であることが確認された。本センサをロボット指先に搭載することで、簡易な触覚フィードバック制御によって、把持物体との接触力と接触位置または接触状態をコントロールできることを実験により示した。もうひとつの構成方法は、柔軟なシリコーンゴム層の内部に伸縮性を持つ導電材料である導電性繊維を封入するものである。ロボット指構造の柔軟性として、加圧時に変形することで接触面積を増大させるだけでなく、引張荷重が加わった際に伸長可能な特性を有することで、関節部などの可動部位への触覚センサの埋込が可能となる。触覚センシング回路には、新規に開発した少ない素子数で実現可能な分布型触覚センサ回路を実装した。本回路を、導線部分には導電性繊維を、感圧部には感圧導電性ゴムを使用して構成した。特性試験により、伸縮や曲げによる誤反応は無く、ハンマによる打撃や水濡れへの耐性も有することが確認された。これまでに2通りの触覚センサの構成方法を開発した。ひとつは2層のシート状の触覚センサを柔軟な樹脂層の内部に封入する構成方法である。触覚センサには従来研究で開発した離散型荷重分布重心位置(CoP)センサを用い、これを柔軟なフレキシブル基板と感圧導電性ゴムシートを用いて厚さ0.5mm程度で構成した。幾何学的に相似な構成となる2層のCoPセンサシートを、厚さ4mmもしくはそれ以下の柔軟な樹脂層の両面に配置することで、面方向と厚さ方向の両方に空間的な広がりを持って感圧エレメントを有する触覚センサを実現した。なお、センサの基部は3DプリンタARM-10を用いて硬質の樹脂によって製造し、この表面に上記の触覚センサを構成した後、その周囲を柔軟な樹脂カバーによって被覆する構成とすることで、耐久性と防水性の実現を試みた。これを柔軟性の異なる2種類のシリコーンゴムを成型したシートで挟み込むことで、表面部分は強度を有しながらも内部は高い柔軟性を有する、タフさと伸縮性を両立したセンサ構造とした。以上の構成方法は当初予定したものとは異なるが、従来に無い有用な検出特性を有する触覚センサが実現できており、さらなる改良の余地も有している。これらのことから、本研究課題は概ね順調に進展していると考えている。昨年度提案した2層のシート状触覚センサをロボット指内部に封入することでマルチモーダルな触覚機能を実現することに主として取り組んだ。触覚センサ回路を実装するフレキシブル基板の改良により、マトリクス状に配置された触覚センサ
退化型準線形波動方程式の正則性理論の構築とその応用

主要部が未知関数に依存する準線形波動方程式においては、未知関数が大きく振動し、方程式の主要部の係数が0へと近づき(方程式が退化し)、波動方程式として構造を崩すことがある。本研究ではまず、elastic systemと呼ばれる空間1次元双曲型保存則系を取り扱い、退化する点付近の解の正則性理論を構築し、その応用として未解決問題「古典解及び弱解の時間大域存在」の解決を目指す。その後、高次元化、高階化(システム化)などを含むような一般論構築を目指す。
高照度環境対応高精度視線検出のための開口部内２波長光出射光学系の開発基礎研究

高照度下において,注視点検出に必要な特徴点(瞳孔や角膜反射)を検出するための近赤外LED光源を新規開発し,特徴点検出用光学系の開発に有用な示唆を得ることを目的とした.当初,小型ミラーやハーフミラーを使用し,カメラ開口部内から2波長光を出射する光源を試作したが,特徴点を十分に検出することができなかった.そこで小型反射型LEDを使用した2波長4重リング光源を作成した.低照度下では内側2重目のリングを発光させた.高照度下では,光量が不足したため,内側1重目に加えて2重目のリングを同時発光させた.その結果より,低照度下でも高照度下で特徴点を正しく検出できることを明らかになった.カメラで眼球の瞳孔と光源の角膜反射を検出し、それらの相対位置に基づいて視線を検出する方法は、高精度な視線検出ができる。しかし、高照度条件下では瞳孔が極端に小さくなり、瞳孔が検出困難となる。本研究の目的は、安全運転支援などを念頭に瞳孔が極端に小さくなる高照度下でも視線検出を容易とする基礎技術を研究開発することである。前年度、明るい瞳孔を得ることを目的に、開口部内から近赤外線を照射するために、ミラー反射型のハイパワーLED、1個の光を集光し、45度傾けた小型楕円ミラーを反射させる方法で瞳孔を光らせることに成功した。しかし、LEDの電極が顔に影として映り、障害となり改善の見込みがないと判断した。今年度は、光学系全体の小型化も意識して、2mm角強で背丈も低い超小型LEDを多数並べ、集光せずハーフミラーを使用して、等価的に開口部内および開口部の近傍から光を射出し、顔に照射し、明瞳孔を得る方法を実施した。また、暗瞳孔用LEDは、むしろ開口部外のほうが瞳孔を暗くすることができるため、ミニレンズを取り付けたカメラの開口部まわり並べた。画像が2重像にならないようにハーフミラーを工夫した。また、光が光学系の中の各所で反射して画像が汚れるのを防ぐために使用波長領域の光を吸収する植毛紙を探し利用した。その結果、効果が大きいことを確かめた。ハーフミラー、カメラ、多数のLEDを固定したボックスは4cm角弱の直方体になり、昨年度よりも軽量化できた。被験者から60cm程度離れた位置から、被験者の瞳孔が光ることを確かめた。また、微小な角膜反射も検出可能であることを確かめた。さらに、眼鏡を着用している被験者において発生する、瞳孔の誤検出につながりやすい眼鏡反射も、画像差分により除去できることを明らかにした。高照度下において,注視点検出に必要な特徴点(瞳孔や角膜反射)を検出するための近赤外LED光源を新規開発し,特徴点検出用光学系の開発に有用な示唆を得ることを目的とした.当初,小型ミラーやハーフミラーを使用し,カメラ開口部内から2波長光を出射する光源を試作したが,特徴点を十分に検出することができなかった.そこで小型反射型LEDを使用した2波長4重リング光源を作成した.低照度下では内側2重目のリングを発光させた.高照度下では,光量が不足したため,内側1重目に加えて2重目のリングを同時発光させた.その結果より,低照度下でも高照度下で特徴点を正しく検出できることを明らかになった.画像処理を用いたドライバーの状態検知の開発は、脇見検知、眼瞼の開閉による居眠り検知装置が、実用化されている。今後、期待されるのは、ドライバーが道路標識や信号などを見ているかを明らかにする視線検出技術であると言える。しかし、黒目、目尻、目頭等、曖昧な特徴を検出する画像処理では視線検出精度が足りない。カメラを利用して高精度な視線検出ができる方法として、眼球の瞳孔と光源の角膜反射を検出して、両者の相対位置から視線を検出する方法がある。しかし、瞳孔が極端に小さくなる高照度条件下では瞳孔も角膜反射も検出困難である。本研究の目的は、瞳孔が極端に小さい状況下で視線を検出する技術の基礎技術を創成することである。期間内に、開口部内から2波長光を出射させ顔画像を撮影する新規光学系を設計・試作し、高速度カメラを利用した光源発光法と画像取得法を組み合わせ、画像処理法の実時間処理を実現することで、新規光学系の有効性を確かめ、今後の瞳孔・角膜反射検出光学系の開発に有用な示唆を与えることにある。上記の目的のために、ビデオカメラのレンズ前方に楕円ミラー(短径3mm)を設置し、中心波長850nmのハイパワー反射型LEDの小型レンズにより集光させ、上述のミラーを反射させて、被験者の顔に光を照射させ、さらに顔画像をカメラで撮影するための光学系を試作した。指向性の強く光の平行度の高いLEDを使用したため、LED1個にも関わらず、顔全体が映る視野角のカメラにおいて、瞳孔を光らせることに成功した。室内であれば、問題なく瞳孔を検出できるだけ瞳孔輝度が得られることを確かめた。なお、当初、瞳孔研究用光学系を試作する際に、複数のプリズム組合せ、内部に楕円ミラーを挟み込む方法を取った。しかし、プリズムの前面、後面での反射が画像を汚し、容易には解決できないことが明らかになったため、ミラーを支柱で立てる方式に変更した。

本研究では,暗所条件から瞳孔が小さくなる高照度条件において,視線検出に必要な瞳孔(明および暗瞳孔画像の差分画像から検出)と角膜反射の検出のために,近赤外LED光源とカメラ等を含む光学系を試作し,今後の瞳孔・角膜反射検出用光学系の開発に有用な示唆を得ることを目的とした.昨年度は,ハーフミラーを使用し,カメラ開口部内から2波長光を出射する光学系を試作した.しかし,光源の筐体内でLED光が反射し,画像全体が白く汚れ,明所では瞳孔検出が困難であった.また,暗所での瞳孔および角膜反射検出では,明瞳孔画像における瞳孔輝度が飽和し,角膜反射の検出ができなかった.そこで,光源の発光量を自動制御し,瞳孔輝度を低くすることを試みたが,同時に角膜反射も暗くなり,検出が困難になった.このことから,明瞳孔効果が強すぎても問題が生じることが初めて明らかになった.これらの問題を解決するためと,実用性を考慮し,ハーフミラーを用いた光学系よりも小型するために,これまでの研究で使用していた2波長2重リング光源を参考に,内側2重に850nmチップ型LED(明瞳孔用),外側2重に940nm同型LED(暗瞳孔用)をリング状に配置した4重リング光源を試作した.この光源をカメラ開口部周りに取り付け,周辺の照度環境に合わせて,発光させる内側2重のリングの内、どちらを発光させるかを切り替えることで,明瞳孔画像における瞳孔輝度の調節を試みた.その結果,瞳孔が小さく,瞳孔輝度が低くなる高照度下では,開口部に近いリングを発光させることで,瞳孔が明るくなり,検出が可能となった.また,瞳孔が大きくなる暗所では,開口部から遠い光源を発光させることで,瞳孔の輝度を抑えつつ,角膜反射も検出できた.このように,カメラ開口部からの距離が異なるLEDリングを切り換えて発光させることで,暗所から高照度下まで幅広い環境において瞳孔・角膜反射の検出が可能であることが示唆された.視覚情報工学本方式では、瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て、それらを画像差分して瞳孔を検出する方法を基本としているが、現状では、明瞳孔画像の画像が汚れており、差分しても瞳孔がやや難しい状態である。したがって、現状では、小さい瞳孔まで検出できる状態には至っていない。しかし、最終的に用いる高速度カメラを使用した技術は別途、確実に積み上げている。また、今年度の試みの結果、装置の小型化の見込みも出てきた。当初、偏光ビームスプリッターと1/4波長板を使用した眼鏡反射除去の検討をする予定だったが、逆に偏光ビームスプリッターと1/4波長板した場合、角膜反射も消失してしまう可能性が高いという考察に至った。一方で、今年度、試作した光学系でも、明瞳孔画像と暗瞳孔画像のそれぞれに現れる眼鏡反射像が画像差分によって打ち消されることが示唆されたため、これでほぼ代用できる。本来、2種類の波長のLEDの光をカメラレンズの開口部内からは射出して、明瞳孔画像と暗瞳孔画像を撮影する予定であったが、最初に試作した瞳孔検出用光学系において、LED光の集光の困難さと予想外の光学系内部での反射があり、2波長の使用を断念した。2波長のうちの1波長のみを開口部内から発光させ、明瞳孔画像を得る形態に変更し、暗瞳孔は試作した光学系の前面にリング状に並べた光源(従来のもの)で代用することにした。カメラのレンズの前方に45度に傾けた楕円ミラーを配置し、集光したLED光をそのミラーで反射させ、顔に照射し、カメラで画像をとらえることに成功した。今回、ハイパワー反射型LEDを使用したため、通常の弾丸型のLEDに比べて効率の良いため、予想通り、弾丸型に比べて1個のLEDにしては数倍の輝度の顔画像が得られた。しかしながら、次の問題が明らかになった。
自己抗体に起因する睡眠覚醒障害と精神疾患の病態の解明

これまでにナルコレプシーの確定診断を目的として、日本国内とアジアから検体が送られて来ており、その中には症候性の過眠症の症例も多く含まれており、視床下部障害による症候性過眠症の疾患概念を構築できた。特に抗AQP4抗体による症候性過眠症は特徴的な病態であった。抗NMDAR抗体による精神症状に関しても、自己抗体により、精神症状が惹起されることは大きな驚きであった。症例の蓄積を重ねて、精神症状のみの症例においても、160例中6例の抗体陽性例を見いだしている。認知症に関しては、200検体以上の髄液でのオレキシン測定を行い、うち約100例では、Aβとtauの測定も実施している。
サイトカイン制御による心筋細胞障害の防御に関する研究

近年、血中TNF-αの測定が可能となり、各種の癌、感染症、膠原病において高値を示し、また、重症心不全において上昇することが報告され、心不全末期のカヘキシ-との関連が示唆された。研究者らは心筋炎、心筋症なとの血中サイトカインを測定し、急性心筋炎ではIL-1α,IL-1β,TNF-α,などの炎症性サイトカインが高値を示し、拡張型心筋症、肥大型心筋症でTNF-αが上昇することを発見した。また、マウスEMCウイルス性心筋炎モデルにおいて血中TNF-αが上昇し、抗TNF-α抗体の投与により心筋細胞障害が軽減することを明らかにした。本年度は、同モデルにおいてサイトカインの発現を経時的に検討した。4週令DBA/2マウスにencephalomyocarditis(EMC)ウイルスを接種し、1、3、7、14、28、80日後に屠殺、心臓を摘出し、RNAを抽出、cDNAを合成し、PCR法を用いIL-1β,IL-2,IL-4,IL-10,IFN-γ,TNF-αのmRNAおよびEMCウイルスRNAを半定量した。EMCウイルスRNAはウイルス接種1日後より検出され、7日後に最高となったが、80日後でも検出された。IL-1β,TNF-αは3日後から有意に発現が増強し、多くのサイトカインの発現は7日後に最高となり、すべてのサイトカインmRNAは80日後も検出された。近年開発された強心薬ベスナリノンは心不全の生存率を著明に改善することが報告され注目されているが、最近のわれわれの研究によりベスナリノンはIL-1,IL-6,TNF-α,IFN-γなどのサイトカイン産生を抑制することが明らかとなった。ベスナリノンはEMCウイルス性心筋炎の生存率を用量依存的に改善し、心筋細胞障害および炎症所見を改善した。しかし、ベスナリノンに抗ウイルス作用はなく、LPS刺激による脾細胞からのTNF-αの産生を抑制したことから、ベスナリノンはサイトカイン産生を抑制することにより心筋炎を軽減したと考えられた。
英語の完了相と時の副詞句の情報構造に関する研究

英語の現在完了形には多様な用法があり、時の副詞句for句とsince句の出現の有無や文中の位置と完了形の用法解釈の間の相関関係は、完了形の構造的・意味的多義性の根拠とされてきた。本研究では、現代英語のコーパスでその相関関係を検証し、構造的・意味的多義性に依拠することなく、新たに情報構造から捉え直し分析した。文頭に現れる時の副詞句を領域設定子と捉え、その領域設定子の持つ対照主題性から、解釈傾向が説明可能であることを示した。英語の時の副詞句の出現状況と完了形の解釈には相関関係があり、完了形文の構造的多義性の根拠であるとされているが、本研究では、現代英語のコーパスを利用し、その相関関係を検証し、その結果を新たに情報構造から捉え直し、形式意味論・語用論で分析することを目標としている。平成26年度(初年度)は実施計画に従い、時の副詞句の出現状況と状態の完了形の用法解釈に関してコーパス調査を行うと同時に、形式意味論・語用論における情報構造分析の基礎研究を行った。コーパスを利用し、状態の現在完了形文の用例について、i)時の副詞句(for+時間)との共起の有無、ii)共起する際の位置の違いに伴う完了形文の用法の違いを調べた。その結果、i)については、時の副詞句の共起の有無に関わらず、状態事象の完了形文は継続用法と非継続用法のいずれの解釈も出現した。ii)については、for+時間句が節に先行する場合と節の最後に現れた場合を調べたが、いずれも継続用法と非継続用法の両方の解釈が見られた。つまり、時の副詞の有無や位置と継続・非継続用法の使い分けとの間の相関関係は傾向に過ぎないことが分かった。さらに、時の副詞句が文頭に現れる状態の完了形文の解釈傾向の違いについては、継続・非継続用法の違いとしてではなく、情報構造の視点から、weak familiarity (Roberts 2003)の概念を利用し、文頭の時の副詞句をFrame-setting topic (Jacobs 2001他)として捉えると、統一的な説明が可能であることが分かった。英語の時の副詞句の出現状況と完了形の解釈には相関関係があり、完了形文の構造的多義性の根拠であるとされているが、本研究では、現代英語のコーパスを利用し、その相関関係を検証し、その結果を完了形文の構造的多義性に依拠することなく、新たに情報構造から捉え直し、形式意味論・語用論で分析することを狙いとしている。平成27年度は、前年度の結果を踏まえ、文頭に現れる時の副詞句の意味・機能を明らかにするために、副詞句の位置が、完了形以外の相・時制の文の解釈に与える影響を、コーパスを利用して調査した。とりわけ、文頭で談話標識の機能を持つ現在を表す時の副詞句を取り上げた。英語の現在の時を表すnowは、現在時制では直示表現として発話時間を示し、過去時制の物語文では物語時間軸の参照時間(基準時間)を示し、談話では、談話標識として主題の転換や不連続性など示す。本研究では、現在の時の副詞の意味を明らかにし、文の情報構造から、これらの談話機能の違いが現れる仕組みを明らかにした。そして、完了形に関わらず、時の副詞の位置により、異なる解釈が可能となり、その解釈を導く仕組みは情報構造より説明可能であることを示した。英語の時の副詞句の出現状況と完了形の解釈の相関関係は、従来、完了形の構造的多義性の根拠であるとされてきたが、本研究では、現代英語のコーパスを利用し、その相関関係を検証し、その結果を完了形文の構造的多義性に依拠することなく、新たに情報構造から捉え直し、形式意味論・語用論で分析することを狙いとしている。平成28年度は、完了形についてのコーパスデータ分析を終え、前年度に引き続き、文頭の時の副詞句の意味・機能を明らかにするために、完了形以外の相・時制の文の解釈に副詞の位置が与える影響を、とりわけ、文頭で談話標識の機能を持つ現在を表す時の副詞句を取り上げ、コーパスを利用して調査した。英語の現在の時を表すnowは、現在時制では直示表現として発話時間を示し、過去時制の物語文では物語時間軸の参照時間(基準時間)を示し、文頭では、共起する事象の種類に関わらず、物語時間を更新し、談話では、談話標識として主題の転換や不連続性など示すが、本研究では、文頭で現れる現在の時の副詞を領域設定子(Jacobs 2001)と捉え、その領域設定子の持つ対照主題性(Krifka 2008, Hinterwimmer 2011)から、これらの現在時制、過去時制の物語文、談話の時の解釈が説明できることを明らかにした。このように、完了形に関わらず、統語論的・意味論的多義性に依拠することなく、時の副詞の位置によって異なる解釈を導く仕組みは情報構造により説明可能であることを示した。最終年度は、本分析を完了形に当てはめ、本課題の狙いである副詞と共起する完了形の多義性によらない情報構造に基づく分析を行う予定である。

当初の予定では、複数の異なる時の副詞句の出現位置と完了形の意味解釈との関係を扱う予定であったが、初年度の結果を踏まえ、前年度の27年度、対象とする副詞句を現在の時の副詞に絞り、特定の時制・相に依存しない機能を明らかにするために、完了形以外の文に対象を広げ、その解釈との関係を調査した。28年度はその結果についての論文執筆を優先したため、当初予定した、完了形文の解釈と副詞の出現位置についての成果をまとめることにやや遅れが生じた。英語の時の副詞句の出現の有無や位置と完了形の解釈の間の相関関係は、従来、完了形の構造的・意味的多義性の根拠とされ、その反証データについては、データの信頼性の欠如が指摘されてきた(Portner 2011)。本研究では、現代英語のコーパスを利用し、その相関関係を検証し、構造的・意味的多義性に依拠することなく、新たに情報構造から捉え直し、形式意味論・語用論で分析することを狙いとした。平成26年度、事象の継続時間を表すfor句を取り上げ、その文中での位置や出現の有無と現在完了形の継続用法・非継続用法の解釈の違いに見られる相関関係は、コーパス調査により語用論的傾向に過ぎないことが分かり、情報構造で捉えることが可能であることが分かった。平成2728年度、時の副詞nowを取り上げ、完了形以外の相・時制の文にも観察される副詞句の位置の意味解釈への影響とその談話機能は、文頭の時の副詞句・節を、領域設定子(Jacobs 2001)と捉え、その領域設定子の持つ対照主題性(Krifka 2008, Hinterwimmer 2011)から説明が可能であることが分かった。平成29年度(最終年度)は、時のsince句・節と現在完了形の解釈との関係のコーパス調査を追加し、ここでも現在完了形の構造的多義性に根拠が無いことを示した上で、副詞nowについての情報構造に基づく分析を、for句、および、since句・節と現在完了形の解釈傾向にも応用した。その結果、英語の現在完了形について、継続用法と非継続用法の間の解釈の違いは、多義性ではなく曖昧性(vagueness)として捉えられることが、コーパスに基づくデータによって示され、時の副詞句の位置との間の相関関係は、語用論的な傾向として情報構造から説明出来ることが分かった。英語の現在完了形には多様な用法があり、時の副詞句for句とsince句の出現の有無や文中の位置と完了形の用法解釈の間の相関関係は、完了形の構造的・意味的多義性の根拠とされてきた。本研究では、現代英語のコーパスでその相関関係を検証し、構造的・意味的多義性に依拠することなく、新たに情報構造から捉え直し分析した。文頭に現れる時の副詞句を領域設定子と捉え、その領域設定子の持つ対照主題性から、解釈傾向が説明可能であることを示した。当初計画では、本年度から次年度にかけて、情報構造の理論研究とコーパス調査を並行して行う予定であったが、本年度は、研究の基盤となる形式意味論・語用論における情報構造理論の研究をより優先して行ったため、予定していたコーパスデータ研究の一部を、次年度に先送りにした。具体的には、for+時間の副詞句と完了形文の共起については調査したが、sinceで始まる節やその他の時の副詞句と完了形文の用法との関係についての調査と分析は次年度に行う予定である。副詞句の位置と完了形の意味・解釈との関係を明らかにするために、引き続き、時の副詞句の位置と文の解釈との関係を情報構造の視点から調査・分析する。28年度に得られた分析を、完了形と時の副詞句の解釈の関係に当てはめ、情報構造に基づく分析を行い、その結果をまとめ、論文・学会への投稿を行う。言語学引き続き、形式意味論・語用論における情報構造についての研究と状態の完了形文の解釈と時の副詞句・節との関係についてのコーパス収集と分析を行い、検証していく。初年度(平成26年度)に繰り越した旅費や資料費を、平成27年度も引き続き繰り越し、平成28年度の旅費として使用することにした。
染色体ベクターによるゲノム解析法の確立

本研究の目的は、1コピーで安定に維持されるHACベクターを利用して、ゲノム配列機能を検定する方法の開発と確立である。今年度はヒト主要組織適合抗原遺伝子クラスターの一つであるHLA-G遺伝子上流域に見いだされた、発現抑制に関与する候補配列の機能検証を行った。1、HLA-Gの最小プロモーターおよびCMVプロモーターとEGFP遺伝子からなる発現カセットに、遺伝子抑制の候補配列を連結した検証用コンストラクトを作製した後に、HACベクターを保有するヒトHT1080細胞に導入し、HACベクターに1分子の検証用コンストラクトを搭載した細胞株を10株作製した。2、各細胞株のEGFP蛍光観察とRT-PCRによる発現解析より、検証配列にはHLA-G遺伝子プロモーターに対する発現抑制効果があり、加えてCMVプロモーターに対する抑制効果があることを実証した。本配列による遺伝子抑制は、特定プロモーターに対する効果ではなく、一般的効果であることが推測された。3、発現抑制効果の一般性を検証するためにマウス細胞を用いて検討し、HT1080細胞と同様な発現抑制効果を確認した。4、発現抑制に関与する配列は、トランスポゾンであるLINE1の一部に対応した。遺伝子発現の抑制機能に関して、一般的なLINE1配列と検証配列とを比較検討した。その結果、HLA-Gの上流に見いだされた特定のLINE配列が発現抑制効果を有することがわかった。5、抑制効果の機構を明らかにするために、特定LINE配列のDNA2次構造に注目して検討を進めた。本研究の目的は、ヒト細胞内で自律複製し、1コピーで安定に維持されるHACベクターを利用して、ゲノム配列機能を検定する方法の開発と確立である。今年度はヒト主要組織適合抗原遺伝子クラスターの一つであり、組織特異的な発現を示すHLA-G遺伝子の発現制御に注目して解析を行った。1、HLA-Gの転写開始点を基準に、上流7kbまでの長さのDNAコンストラクトを系統的に作製した。次にHACベクターを保有するヒトHT1080細胞への導入と、細胞内でのCre/lox組換え反応により、HACベクターに1分子の各コンストラクトが搭載された細胞株を樹立した。これにより、予期しない周囲のクロマチンエピジェネティクスの影響を排除した条件下で、目的のDNA配列とその機能とを1:1対応で検定できる基本的な解析系を構築した。2、様々なDNAコンストラクトのHLA-G遺伝子の発現を、ウエスタン法により内在性HLA-Gの発現が抑制されているHT1080細胞で解析した。各コンストラクトにつき10株を検定することにより、細胞ごとの差異の程度と平均値を算出した。その結果、HLA-G遺伝子の上領域に発現を抑制する配列を検出した。3、検出された配列の発現抑制効果を検証するために、HLA-Gの最小プロモーターやCMVプロモーターとGFP遺伝子からなる発現カセットの上流に目的配列を連結し、細胞内でGFP遺伝子の発現を指標とする検証コンストラクトを構築した。今後、HACベクターに検証コンストラクトを搭載し、清伝子抑制効果について検討を行う。
蛋白質・核酸の電子状態並列合成法と構造機能解析システムの開発

昨年度は、半経験的および非経験的分子軌道法のレベルでGAMESSプログラムパッケージと結合した。今年度は、局在化の手法に解決策を見出し有限軌道基底で構造最適化が行えるようエネルギー勾配法を組み込み、二電子積分の計算ルーチンに工夫を加え、実質上のオーダーNの計算時間で構造最適化が出来るよう発展させた。これらをさらに発展させて、並列合成法でも計算可能となるようさらにプログラム開発を行うとともに、実際の並列演算が可能となるよう発展させた。基底関数が大きくなった場合の局在化に困難が生じていたので、領域軌道による局在化の手法に解決策を見出し導入した。また、攻撃分子あるいは接合する相手のクラスターと、Frozenしてしまった軌道との直交性をきちんと保つように補正することにより、さらに全系計算との誤差が小さくなり10^<-9>a.u./atomという完壁な一致が得られるようになったのは最大の進展であった。これによりエネルギー勾配法による最適化構造の一致もさらに改良された。また、QFMM法を導入することにより、二電子積分の計算ルーチンの高速化を図り、さらなる高速化が実現した。ポリグリシンの種々のヘリックス構造やコラーゲン三重螺旋への適用において、種々の基底関数で10^<-6>10^<-9>a.u.の計算精度を保ちつつほぼオーダーNによる超効率的計算時間を実現した。さらに、局所状態密度の計算アルゴリズムを組み込み、RHF法のみならず、ROHF法、UHF法でも演算可能となるよう開発し、領域軌道基底にて電子相関効果を組み込むためにTime-dependent Hartree-Fockを組み込み、分極率αが非常に高い精度で得られることを確認した。並列的電子状態合成法とは、複数個のクラスター間を同時に結合することにより、効率的に巨大系の電子状態を求めるものである。目的とする高分子鎖をm個に切断し、それぞれの末端を水素原子でキャップすることによりm個のオリゴマー分子を作成し、それぞれを通常の全系に対する計算によって電子状態を計算しておく。クラスターのCMOを、オリゴマー間の結合に際して強く相互作用する部分に局在化したActive LMOと、結合に関与しないFrozen LMOに分ける。そして、オリゴマー1とオリゴマー2から派生したActive LMOを基底としたFock行列を作って対角化を行う(その際、結合させる部分の末端についていた水素原子を除いて化学結合させるため、抜いたAOにより規格直交化条件の崩れが生じるため再規格化する必要がある)。このような操作を、m個のオリゴマー間でm-1個の並列分散処理を行うことにより、原理的に一回の対角化に要する計算時間のみで、m個からなる全系の電子状態を一度に求めることができる。本年度は前段階として、CPU1個の場合に有用となる階層的合成法を、半経験的分子軌道法のプログラムパッケージであるMOPAC7と結合することによって実行可能にした。モデル計算として3個の原子からなるユニットを基本単位とする(n=)4ユニットからなるクラスターを出発とし、8、16、32ユニットのトランス構造のポリエチレン[ポリシラン]を階層構造的に合成した(Active領域はn/2ユニットとして計算)。本方法と従来の方法(PM3)によるポリエチレン[ポリシラン]の電子エネルギーを比較すると、両者の方法で非常に良い一致を示した。よって、さらにエネルギー勾配法を導入することにより、実験的に観測されているプロトン化によるポリシラン誘導体の構造転移に応用した。主鎖のコンホメーションと電子状態を解析したところ、構造転移の原因について主鎖の電荷が密接に関係していることが明らかになった。高分子の並列合成法を構築する上での原理的な計算手法を、まず逐次的な高分子の電子状態合成法に対して可能になるよう開発を行なった。

複数本の高分子鎖を同時に接続できるよう、複数の末端水素を攻撃分子側のラジカル原子の2s軌道に複数個を置換できるよう改良したうえ、ポリエチレン3本鎖に適用し、全系計算との良好な一致を得ることが出来た。この方法の延長線で、二重結合の部分でユニット間を切断することも可能となる。また、化学結合系からなる高分子鎖を非経験的MO法のレベルでも計算可能となるようプログラムGAMESSに電子状態合成法を組み込み、RHF, UHF, ROHF, DFT法のレベルで計算可能となるよう開発を行った。さらにプログラムGAMESSに含まれているMOPAC部分にも組込み、経験的および半経験的両方で実行可能となるよう発展させた。さらに、一電子エネルギー項と密度行列のみから、ビリアル定理によってポテンシャル項を機械的に算出する全エネルギーが、全エネルギーをまともに計算した結果に対して良い近似となることを確認した。本方法はAO-CUT後の全エネルギーの計算方法として有効であることが期待され、エネルギー勾配法と組み合わせて効率的な高分子の構造最適化法となるよう開発している。一方で、機能解析システムのひとつとして、高分子の超分極率が効率良く計算可能となるよう、ハミルトニアンに電場の効果を導入して全エネルギーの電場勾配を数値的に見積もるElongation-Finite Field法を開発し導入し、ポリパラフェニレン置換体、ポリパラフェニレンエチニレンのPush-Pull置換体に適用し、2次非線形感受率が、中心対称性がBrokenした系においてユニット数とともに増大することを確認した。階層構造的な半経験的および非経験的分子軌道法双方のレベルで並列合成法による計算を実用的にするためには、いくつか解決すべき問題が残されていた。電子状態を合成する前の波動関数の局在化を効率よく実行するための手法を見つけることと、有限軌道基底とした場合でも全エネルギーを正確に合わせるための方法を組み込むことである。そこでまず、基底関数が大きくなった場合の局在化に困難が生じていたので、局在化の手法に解決策を見出し導入した。これは、直交基底の密度行列を高分子鎖の特定の領域(例えばA領域およびB領域)別々に対角化を行い、得られた係数ベクトルを変換行列とした新しい密度行列の表現を作成し、さらにNBOプロセスによって、A領域とB領域の間で混じる要素を消し、最終的には極めて局在化性の高い波動関数を得る方法である。これをGAMESS-Elongation法に組み込むことによって高速化を実現した。一方、有限軌道基底で構造最適化が行えるようエネルギー勾配法を組み込み、二電子積分の計算ルーチンに工夫を加え、実質上のオーダー(N)の計算時間で構造最適化が出来るよう発展させた。ポリグリシンの種々のヘリックス構造に適用し、オーダー(N)による超効率的計算時間でありながら、計算精度は従来の方法によるダイレクト計算との誤差は10^<-6>10^<-9>auと、ほぼ完壁な結果が得られていることを確認した。さらに、機能性高分子設計のための解析方法の開発として非線形光学特性を算出するためのアルゴリズム、強磁性高分子設計のためのNBMO間混合度の計算ルーチン、導電性高分子設計のための局所状態密度の計算アルゴリズムを組み込んだ。
低エネルギー(100eV以下)イオンと炉壁材料との相互作用の物理・科学過程の解明

本年度は前年度に測定したCu^+イオンのグラファイト表面および金表面における反射率のエネルギー依存の実験結果を確認するため、Ni^+イオンのグラファイト表面および金表面における反射率のエネルギー依存を測定した。これと平行して実機条件下における表面層における水素挙動を明らかにするため、水素イオン照射下におけるグラファイト中の水素のダイナミック・リテンションのエネルギー依存を測定した。まず実験に先立ち、低エネルギーNi^+イオンを発生する条件を確立した。その結果、10eVにおいて10nA/cm^2程度のNi^+イオン電流密度が再現よく得られた。Ni^+イオンのグラファイト表面における反射率は5eVから200eVの範囲において、Cu^+イオンと同様に0.1以下であることが判明した。又Ni^+イオンの金表面における反射率は、Cu^+イオンと同様に約50eVにおいて最大値0.4をもつことが判明した。これらの結果からこの反射率が最大値をもつという化学結合効果は実験的に実証されたと結論される。照射下における水素濃度分布のエネルギー依存の動的測定の結果、水素濃度分布の最大値は、100eVから2500eVまで変化する時、8×10^<21>から、3.1×10^<22>/cm^3まで増加すること、および水素濃度分布が最大になる深さ(ピーク深さ)は照射水素イオンの投影飛程と一致することが判明した。これらの実験結果は3次元円筒モデルにおける質量平衡方程式の理論解と一致することが明らかとなった。このことは、質量平衡方程式がグラファイト中の水素のダイナミック・リテンションを予測するのにきわめて有効であることを示している。
界面運動方程式の解の挙動に関する数理的研究

結晶の界面の動きを模した数学モデルの1つにクリスタライン曲率流方程式がある。この方程式の解の動きについて、理論的・数値的に考察を行なった。特に、解の形状の変化に着目して、まず運動が界面の曲率(曲がり具合)に主に依存する場合について取扱い、時間変化の途中でどのように形が変化していくかを明らかにし、最終的にどのような形になるかの分類を行なった。更に、より一般的な方程式に対して考察を展開した。クリスタライン曲率によって動く2次元平面上の多角形領域の運動を解析した。(1)クリスタライン曲率流方程式およびその一般化の解析多角形を許容多角形と呼ばれる多角形のクラスの中で考え、このクラスの中で問題を解くことができるための十分条件を明らかにした。また、その際の解の挙動について詳細に解析を行なった。解析では、境界の自己交差および辺の消滅に焦点をあて、その解析を行なった。非凸自己相似解については、特別な場合には非存在であることが分かった。一般の場合は、次年度以降の課題とする。(2)面積保存型クリスタライン曲率流方程式の解析(1)と同じく、許容多角形のクラスで解多角形を考え、非負曲率をもつ初期図形に対して、凸化現象が成立することを証明した。(投稿準備中。)より一般の非凸界面については、特別な場合の領域非分裂の十分条件等を明らかにしたが、より一般の場合の解の挙動は未だよく分かっていない。次年度以降の課題とする。(3)氷単結晶中の負結晶界面の運動氷単結晶中の負結晶界面の運動を、クリスタライン運動の枠内で捉え、表面エネルギーの勾配流として、面積保存型クリスタライン運動を導出した。界面が凸の場合、過去の結果を利用することにより、ウルフ図形を裏返した図形に解多角形が収束することが分かった。1クリスタライン曲率流方程式の解の挙動の解析を行なった。前年に,収縮するタイプの運動に対して,許容多角形のクラスに対して得られていた結果を,より広い本質的許容多角形のクラスに対して拡張し,国際会議等で発表した。クリスタライン曲率流方程式の解をこのクラスで扱う応用として,画像処理問題への応用例が知られているが,今回の結果はそれらの方法に対する理論的保証を与えたことになる。結果は投稿中である。2前年度,氷単結晶中の負結晶の形成を記述する最もシンプルなモデルとして我々が提案した面積保存型クリスタライン曲率流に対する解析を,許容多角形のクラスで行なった。前年までに初期図形が非負曲率をもつ場合のみの解析を行なったが,これらの結果を初期図形が一部負曲率を持つ場合に対しても拡張した。(投稿準備中。)また,一般には解界面の自己接触が起きる例があることを明らかにした。よって,今後は解界面の自己接触後への運動の自然な接続が問題となる。次年度の課題としたい。3 Gurtinらが提唱したバルクからの駆動力の寄与がある場合のクリスタライン運動について,初期値のクラスを限定して解の挙動の解析を行ない,時間発展の途中で解多角形が凸化することを示した。また,初期図形によっては,2と同様,途中で解界面の自己接触が起きる例を示した。(投稿準備中。)これは,時間発展の途中で穴が形成されることを示している。今年度は穴が有限個かつ凸許容多角形である場合に状況を限定的し,この場合に対する界面の運動の解析を行なった。より一般的な状況についての解析は,次年度の課題とする。結晶状の界面の運動の数学モデルの1つである、クリスタライン運動を扱った。本年度は昨年度までの結果を受けて、解析の対象を界面速度が曲率以外にも強く依存した運動方程式を中心に解析を進めた。特に、非曲率寄与項(バクルからの効果等)が時間に依存するタイプの界面速度の場合を対象とした。このモデルに対して、比較定理を構成し、更に、定常劣解および時間無限大で平面全体に拡大する自己相似優解を構成し、これらと比較することにより、解図形が許容多角形集合に属している限り、有限時間で面積が零の状態に縮退することはなく、また、その面積は有限であること、つまり有限時間で平面全体に拡大することはないことが分かった。また、解図形の時間局所的な挙動についても解析を進め、辺の消滅の仕方などが一般化されたモデルに対してもクリスタライン曲率流方程式のそれと同様であることが分かった。ただし、これまでの研究で、初期図形によっては界面相互の衝突があることが分かっている。前年度までの研究では、この界面相互の衝突を避けるため初期図形の各辺の曲率に対して強い条件を課していたが、本年度はこの条件を若干ではあるが緩和することが出来た。この場合、その条件下では有限時間に解図形は完全に凸化することが分かった。また、初期図形が連結ではあるか単連結ではない場合、つまり穴を持つ場合に対する解析も進め、穴の形状に関する条件も弱めることができた。
心肥大発生の機序とその対策-不可逆的心筋肥大に対する遺伝子治療の開発に関する研究-

まず、本研究の当初の目的である肥大心発生のメカニズムを解明すべく腹部大動脈-下大静脈瘻の容量負荷心肥大ラットモデルにおけるin vivoでの心筋細胞肥大の発生機序を検討した。容量負荷ラットはコントロールに比較して高度の心不全症状、心筋細胞の肥大が認められた。心筋肥大に先行し細胞内シグナル伝達系酵素であるMAPkinase、PKCの活性が認められた。さらに心筋細胞核における癌遺伝子C-Myc及びC-Fosの発現が心肥大発生以前に認められた。心不全時には、心筋細胞自体の障害とともに、その再生機能自身も傷害されていることが指摘されている。心不全時には、心筋細胞におけるβ2adrenergic receptorの密度とadrenergic agonistに対する親和性が著しく低下し、心機能低下の一因となっていることが報告されている。今回我々はHVJ(Sendai virous)-liposome法を心臓に応用し、心筋収縮力増強因子(β-2 adrenergic receptor(βAR)を不全心導入することによって、心機能の向上を認めることを確認した。また、心不全を生じた心筋細胞にはapoptosisが関与していることを認め、その制御が重要であることを示した。以上よりin vivoにおいても癌遺伝子や細胞内シグナル伝達系が心肥大の発生に関与していることが示唆され、分子生物学的手法、遺伝子工学的手法を駆使し、現在の内科的治療および外科的治療の限界を越えた重症心不全に対して心筋賦活化因子を導入することによって心機能を回復正常化しうる新しい外科的心不全治療が可能であることを示した。さらに、実際の人心筋細胞における心肥大時の遺伝子発現を検討した。左室容量負荷疾患である大動脈弁閉鎖不全において成人の心筋細胞には発現が認められないとされるC-Mycが心筋細胞核内に発現を認めた。さらに、C-Mycの発現と心筋細胞肥大、左室機能に相関が認められた。以上よりさらに左室ポンプ機能の低下ならびに左室収縮性の低下に遺伝子の発現が相関することが示された。また、重症心筋症患者の心筋細胞にはapoptosisの発現をみとめた。これらの研究の成果は今後の不可逆心における外科的遺伝子導入による心筋細胞機能回復に関する研究の礎となり、さらなる発展が期待できる。以上よりin vivoにおいても心肥大時に先行し癌遺伝子の活性が認めら、癌遺伝子や細胞内シグナル伝達系が心肥大の発生に関与していることが示唆された。左室容量負荷疾患である大動脈弁閉鎖不全においてはいずれの症例も高度の心肥大と収縮力低下を認め、また、組織学的にも高度の心筋細胞肥大と間質の増加を認めた。