hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極端にゆるみにくいねじ締結体の開発(SLBの最適化と確認実験)

ボルトとナットを使用したねじ締結体は最も使用頻度の高い機械要素の一つであるにもかかわらず,それが重要保安部品に使用されているねじであっても,いつかは必ず緩む.製造物に対するPL法が導入された現在では,緩まないねじを早急に開発することは工業界の切実な要請である.著者らはこれまでにステップロックボルト(SLB)と呼ぶつるまき線が階段状になった特殊なねじ形状を開発し,このSLBでは初期ゆるみ後はボルトとナットは相対回転をしないことを明らかにしてきた.平成10年度および11年度では,これまで試作しテストしてきたボルトの諸元を最適化するために理論的基盤の構築と実験による確認,転造法による製作および性能の評価を行った.得られた知見の概要を以下にまとめる.(1)有限要素法を使ってねじ締結体のゆるみの要因を調べた結果,ゆるみの原因は主にねじのフランク面の最大傾斜線に沿ったボルトとナットの相対的なすべりであることが明らかになった.(2)上記の作業はまだ続行中であるが,ねじのゆるみの原因がある程度特定できたので,任意の呼び径のSLBを設計できることとなった.そこで,新たに決定された諸元をもつSLBの転造用ダイスを製作するための最適な工具を設計し,これを日電精密(株)で製作した.この工具を使って本研究室のマシニングセンターでダイスを切削加工し,これを(株)青山製作所で熱処理し,本研究室で検査し形状を確認した後,同社の転造機によってSLBを製作した.(3)一方,揺動型ゆるみ試験機(平成7年度に完成)において,締め付けトルクの変動を記録し,ゆるみ過程を観察するために,新たに独自のトルクと計とビジョン・モニタリング・システムを開発した.(4)以上の準備を経たうえで,本学およびねじの専門メーカーである(株)青山製作所で本開発になるSLBの耐ゆるみ特性を測定した.その結果,一般のねじや細目ねじはいくら慎重に締め付けても500回以上の揺動には耐えられずに弛んでしまうのに対して,このSLBは5,000回の揺動にも耐えることを実証することができた.(5)SLBの製作方法,SLBの性能,通常のねじとの比較などを4編の論文にまとめ,国際的Journalや国際会議で発表することができた.ボルトとナットを使用したねじ締結体は最も使用頻度の高い機械要素の一つであるにもかかわらず,それが重要保安部品に使用されているねじであっても,いつかは必ず緩む.製造物に対するPL法が導入された現在では,緩まないねじを早急に開発することは工業界の切実な要請である.著者らはこれまでにステップロックボルト(SLB)と呼ぶつるまき線が階段状になった特殊なねじ形状を開発し,このSLBでは初期ゆるみ後はボルトとナットは相対回転をしないことを明らかにしてきた.平成10年度および11年度では,これまで試作しテストしてきたボルトの諸元を最適化するために理論的基盤の構築と実験による確認,転造法による製作および性能の評価を行った.得られた知見の概要を以下にまとめる.(1)有限要素法を使ってねじ締結体のゆるみの要因を調べた結果,ゆるみの原因は主にねじのフランク面の最大傾斜線に沿ったボルトとナットの相対的なすべりであることが明らかになった.(2)上記の作業はまだ続行中であるが,ねじのゆるみの原因がある程度特定できたので,任意の呼び径のSLBを設計できることとなった.そこで,新たに決定された諸元をもつSLBの転造用ダイスを製作するための最適な工具を設計し,これを日電精密(株)で製作した.この工具を使って本研究室のマシニングセンターでダイスを切削加工し,これを(株)青山製作所で熱処理し,本研究室で検査し形状を確認した後,同社の転造機によってSLBを製作した.(3)一方,揺動型ゆるみ試験機(平成7年度に完成)において,締め付けトルクの変動を記録し,ゆるみ過程を観察するために,新たに独自のトルクと計とビジョン・モニタリング・システムを開発した.(4)以上の準備を経たうえで,本学およびねじの専門メーカーである(株)青山製作所で本開発になるSLBの耐ゆるみ特性を測定した.その結果,一般のねじや細目ねじはいくら慎重に締め付けても500回以上の揺動には耐えられずに弛んでしまうのに対して,このSLBは5,000回の揺動にも耐えることを実証することができた.(5)SLBの製作方法,SLBの性能,通常のねじとの比較などを4編の論文にまとめ,国際的Journalや国際会議で発表することができた.本研究は,ゆるみが発生しないねじ締結体を開発することを目的としている.これまでにステップロックボルト(SLB)と呼ぶつるまき線が階段状になった特殊なねじ形状を開とし,このSLBでは初期ゆるみ後はボルトとナットは相対回転をしないことを明らかにしてきた.本年度は,これまで試作しテストしてきたボルト(これを便宜上「旧SLB」と呼ぶ)の諸元を最適化するために理論的基盤の構築と実験による確認を主たる目標とした.得られた知見および発表の概要を以下にまとめる.(1)有限要素法を使ってねじ締結体のゆるみの要因を調べた結果,ゆるみの原因は主にねじのフランク面の最大傾斜線に沿ったボルトとナットの相対的なすべりであることが明らかになった.(2)上記の作業はまだ続行中ではあるが,ねじのゆるみの原因がある程度特定できたので,任意の呼び径のSLBを設計できることとなった.

そこで,新たに決定された諸元をもつSLB(これを便宜上「新SLB」と呼ぶ)の転造用ダイスを製作するための最適な工具を設計し,これを日電精密(株)で製作した.この工具を使って本研究室のマシニングセンターでダイスを切削加工し,これを(株)青山製作所で熱処理し,本研究室で検査し形状を確認した後,同社の転造機によって新SLBを製作した.(3)一方,揺動型ゆるみ試験機(平成7年度に完成)において,締め付けトルクの変動を記録し,ゆるみ過程を観察するために,新たに独自のトルク計とビジョン・モニタリング・システムを開発した.これらについては平成10年7月にイギリスで行われた設計工学に関する国際会議『MIDユ98』で公表した.(4)このSLBの開発理念を世に問い,「旧SLB」の耐ゆるみ性能を公表するために,平成10年12月にインドで行われた工作機械と工具に関する国際会議『第18回AIMTDR』でこれをKeynote Lectureとして講演した.講演後多くの方々から,様々な貴重なご意見を頂くことができた.ボルトとナットを使用したねじ締結体は最も使用頻度の高い機械要素の一つであるにもかかわらず、いつかは必ず緩む.製造物に対するPL法が導入された現在では、緩まないねじを早急に開発することは工業界の切実な要請である.著者らはステップロックボルト(SLB)と呼ぶつるまき線が階段状になったねじ形状を開発し、このSLBでは初期ゆるみ後はボルトとナットは相対回転をしないことを明らかにしてきた.平成10年度および11年度では、これまで試作しテストしてきたボルトの諸元を最適化するために理論的基盤の構築と確認、転造法による製作および性能の評価を行った.得られた知見を以下にまとめる.(1)有限要素法を使ってねじ締結体のゆるみの要因を調べた結果、ゆるみの原因はねじのフランク面の最大傾斜線に沿ったボルトとナットの相対的なすべりであることが明らかになった.(2)ねじのゆるみの原因がある程度特定できたので、任意の呼び径のSLBを設計できることとなった.そこで、新たに決定された諸元をもつSLBの転造用ダイスを製作するための最適な工具を設計し、これを製作した.この工具を使って本研究室でダイスを切削加工し、これを(株)青山製作所で熱処理し、本研究室で検査し形状を確認した後、同社の転造機によってSLBを製作した.(3)一方、揺動型ゆるみ試験機(平成7年度に完成)において、締め付けトルクの変動を記録し、ゆるみ過程を観察するために、新たに独自のトルク計とビジョン・モニタリング・システムを開発した.(4)以上の準備を経たうえで、本研究室およびねじの専門メーカーである(株)青山製作所で本開発になるSLBの耐ゆるみ特性を測定した.その結果、一般のねじや細目ねじはいくら慎重に締め付けても500回以上の揺動には耐えられずに弛んでしまうのに対して、このSLBは5,000回の揺動にも耐えることを実証することができた.
神経細胞の成長円錐に局在するGAP-43の発現機構と機能解明

神経突起の成長円錐及び前シナプス膜に局在する蛋白であるGAP-43の機能に関しては不明な点が多いが、本研究ではまずアシル基の影響を検討するため、パルミチン酸が付加すると報告されているN末端から3番目及び4番目のシステインについて3番目のみ及び両者をアラニンに置換したものをCOS-1細胞及びPC12細胞で発現させ、蛍光抗体法及び細胞分画法により細胞内局在を観察した。野生型がほとんど膜画分に回収されるのに対し、両者をアラニンに置換したものは細胞質画分に回収され、PC12細胞においては神経突起にはほとんど観察されず細胞体に止まった像が観察された。3番目のみをアラニンに置換した場合はその中間型の結果となった。アシル化の結果と併せて考えると、CAP-43が前シナプス膜に局在しその機能を発揮するためには3番目及び4番目のシステインのパルミチン酸付加が必要であることが明らかとなった。さらにGAP-43と相互作用している蛋白質を検索する目的で酵母のtwo-hybridsystemによるスクリーニングを行ったところ、calmodulin及びmyosin軽鎖がpositive cloneとして検出された。一方in vitroの系においては、輸送小胞の標的膜との接着過程に関与すると考えられている小胞輸送因子p115/TAPとの相互作用を確認した。これらの結果は、既に報告しているSNARE複合体(VAMP/v-SNARE ; SNAP-25,Syntaxin/t-SNARE)及びその関連蛋白との相互作用の結果と合わせて考えると、GAP-43が神経終末におけるシナプス小胞の開口放出の制御に関与していることを強く示唆する。神経突起の成長円錐及び前シナプス膜に局在する蛋白であるGAP-43は神経細胞及び神経内分泌細胞において、SNARE複合体(VAMP/v-SNARE;SNAP-25,Syntaxin/t-SNARE)及びその関連蛋白と相互作用していることを既に報告している.そこで本研究ではターゲティングシグナルを同定するために、まずアシル基の影響を検討した.N末端から3番目及び4番目のシステインにパルミチン酸が付加することが報告されているので、3番目のみ及び両者をアラニンに置換し、さらにPC1 2細胞中の内在性のGAP-43と区別できるように、野生型のものを含めてC末端にFlag抗原を付加したものを構築した.これらをCOS-1細胞及びPC1 2細胞で発現させ、蛍光抗体法及び細胞分画法により細胞内局在を観察した.野生型がほとんど膜画分に回収されるのに対し、両者をアラニンに置換したものは細胞質画分に回収され、PC1 2細胞においては神経突起にはほとんど観察されず細胞体に止まった像が観察された.3番目のみをアラニンに置換した場合はその中間型の結果となった.アシル化の結果と併せて考えると、GAP-43が前シナプス膜に局在しその機能を発揮するためには3番目及び4番目のシステインのバルミチン酸付加が必要であることが明らかとなった.またゴルジ層板間、小胞体/ゴルジ装置間およびtranscytosisにおける輸送小胞の標的膜との接着過程に関与すると考えられている蛋白質である小胞輸送因子p115/TAPとGAP-43のラット脳内における関係を検討したところ、相互作用していることがわかった。従って、p115は細胞体における輸送小胞のみでなく、神経終末におけるシナプス小胞の開口放出にも関与していると考えられる.神経突起の成長円錐及び前シナプス膜に局在する蛋白であるGAP-43の機能に関しては不明な点が多いが、昨年度行った検討ではGAP-43が輸送小胞の標的膜との接着過程に関与すると考えられている蛋白質である小胞輸送因子p115/TAPと相互作用していることを見いだした。

本蛋白質に関してはそのリン酸化状態を詳細に検討したところ、細胞分画によりリン酸化されたものは細胞質画分に脱リン酸化されたものは主に膜画分に回収され、さらにこの関係はリン酸化されるセリン残基に変異を導入した結果からも確認された。従って、p115はリン酸化状態によりゴルジ膜あるいは形質膜との相互作用を制御するとともに小胞輸送の調節に関与すると考えられる。他方、さらにGAP-43と相互作用している蛋白質を検索する目的で酵母のtwo-hybrid systemによるスクリ-ニングを行った。BaitとしてラットGAP-43を、preyにラット脳cDNAライブラリーを用いたところ、本手法においてもcalmodulinがGAP-43と相互作用していることが確認され、既にわれわれが報告しているin vitroの結果と一致した。また同時に数個のpositive cloneとしてmyosin軽鎖が見出されretransformationによってもpositiveであったことから、GAP-43は前シナプス膜近傍の細胞骨格と相互作用していることが考えられる。これに関してはtwo-hybrid system以外の手法による確認が必要であり、これ以外のpositive cloneを含めて目下解析を行っているところである。
多層構造VLSIのテスティング容易化設計手法の基礎的研究

次世代の多層構造超高密度集積回路(VLSI)のテスティングを容易化させるため、電圧テストポイントおよび電流テストポイントの設計手法並びにCADツールへの導入手法の確立を行うことを目的として、以下の成果を得た。(1)電圧テストポイント電圧テストポイントを標準セルとして設計した。設計したセルの配置位置は、次のように決定した。1)テストポイント導入予定数以上のダミーセルを予めレイアウト上に準備する。この際、できるだけレイアウト上で均一に分布するようにダミーセルを配置する。2)故障位置絞込み範囲を指定し、その範囲内に収まるようにテストポイント位置及びその数を決める。その手順は、a)全ての不可観測配線にテストポイントを配置する、b)順次、配置したテストポイントを削除した場合の故障絞込み範囲を計算し、そのポイントを削除しても指定した故障絞り込み範囲であれば、それを削除する、である。この手法により、遺伝的アルゴリズムを用いた準最適解と同等の結果が、約1/7の時間で得られた。これにより、ツール化が可能となった。電圧テストポイントを導入した場合としない場合のチップを実際に試作し、LSIテストシステムとEBテストシステムの統合化した環境下でテストし、電圧テストポイント導入の評価を行った。その結果、チップ面積および信号遅延の増加は十分無視でき、EBテストシステムによる可観測性は配線ネット数で約1/3に向上しその有効性が明らかになった。(2)電流テストポイント電流テストポイントは、テストモード時に規定した電流を流すセルである。テスト時に全電流が、規定した電流値の和になっているかどうかでテストデバイスの不良を検知する。製造プロセスの揺らぎをも考慮した、電流テストポイント設計法を確立した。残された課題は、電流テストポイントの有効性の実証である。次世代の多層構造超高密度集積回路(VLSI)のテスティングを容易化させるため、電圧および電流テストポイントの設置位置の決定手法、その設計手法並びにCADツールへの導入手法の確立を行うことを目的として、以下のことを行った(1)電圧および電流テストポイントの設置位置の決定手法電圧および電流テストポイントを優先的に配置する配線ネットは、EBテストシステムによる可観測性が低い配線ネットであり、かつ、VLSIの故障の原因となりやすい配線ネットであるべきである。我々は、近似的なテストポイント設置優先順位決定手法を提案した。本手法では、初めに、パーティクル起因歩留まり予測シミュレータを利用して各配線層における短絡故障および断線故障の生起確率を求める。次に、各配線ネット毎に、故障を生じやすい領域(クリティカルエリア)の面積を求める。これらの故障生起確率とクリティカルエリアの面積の積で定義される、総合故障生起確率を各配線ネットについて求め,この確率が高く、かつEBテストシステムによる可観測性の低い配線に優先的にEBテスティング用パッドを配置する。これにより、少ないテストポイント数で、高いテスト効率を得ることができる。(2)電流テストポイントの設計手法1テストポイント電流の基準値を10μA、上限値を1mA、各テストポイントの合計電流の上限値を10mAに設定し、多元符号化法により各テストポイントの良否判定を行う場合、SPICEシミュレーションを行った結果、1クロック当り6個所のテストポイントの設置が可能であることがわかった。(3)電圧テストポイントの設計手法電圧テストポイント導入のチップ面積オーバヘッドと信号伝搬遅延への影響をCADツールを用いて評価した結果、導入可能な電圧テストポイント数と、電圧テストポイントの信号伝搬遅延への影響は小さいことがわかった。次世代の多層構造超高密度集積回路(VLSI)のテスティングを容易化させるため、電圧および電流テストポイントの設置位置の決定手法、その設計手法並びにCADツールへの導入手法の確立を行うことを目的として、以下のことを行った(1)電圧および電流テストポイントの設置位置の決定手法

昨年度は、故障生起確率が高く、かつ電子ビームテストシステムによる可観測性の低い配線に優先的にテストポイントを配置する手法を報告した。この手法では、レイアウトを手作業で修正する必要があった。そこで、今年度は、設置位置を次のように決定した。1)テストポイント導入予定数以上のダミーセルを予めレイアウト上に準備する。この際、できるだけレイアウト上で均一に分布するようにダミーセルを配置する。2)故障位置絞込み範囲を指定し、その範囲内に収まるようにテストポイント位置及びその数を決める。その手順は、a)全ての不可観測配線にテストポイントを配置する、b)順次、配置したテストポイントを削除した場合の故障絞込み範囲を計算し、そのポイントを削除しても指定した故障絞り込み範囲であれば、それを削除する、である。この手法により、遺伝的アルゴリズムを用いた準最適解と同等の結果が、約1/7の時間で得られた。これにより、ツール化が可能となった。(2)電流テストポイントの設計手法昨年度報告した手法に、実際のVLSI製造プロセスの揺らぎを考慮した設計手法に拡張した。これにより、1テストポイント電流の基準値を10μA以上、上限値を1mA、各テストポイントの合計電流の上限値を10mAに設定した場合、1クロック当り10個所のテストポイントの設置が可能であった。800箇所に電流テストポイントを導入した場合について、SCAN設計法と比較した結果、追加ピン数は同じ3ピンであるが、レイアウト面積で約1割削減でき、遅延時間への影響は1/10であることがわかった。次世代の多層構造超高密度集積回路(VLSI)のテスティングを容易化させるため、電圧および電流テストポイントの設置位置の決定手法、その設計手法並びにCADツールへの導入手法の確立を行うことを目的として、以下のことを行った。昨年度までに行った電圧および電流テストポイント設計のツールとCADソフトウェアを用いて、電圧および電流テストポイントを導入した場合と導入しない場合のLSIを設計し、東京大学大規模集積システム設計教育研究センターを通じて試作を行った。具体的には、0.6μmルール、3層金属、2層ポリシリコンCMOSプロセスを用いてテストポイントを導入した場合と導入しない場合のマイクロプロセッサを設計した。電圧テストポイントを導入した場合としない場合のチップを、LSIテストシステムとEBテストシステムの統合化した環境下でテストし、電圧テストポイント導入の評価を行った。その結果、チップ面積および信号遅延の増加は十分無視でき、EBテストシステムによる可観測性は配線ネット数で約1/3に向上し、その有効性が明らかになった。
運動指令および体性感覚入力が脊髄反射回路の可塑的変化に及ぼす影響について

平成28年度は、まずヒトを対象に、下行性運動指令として運動イメージを用いることで、運動指令に応じた体性感覚入力が脊髄反射回路活動に及ぼす影響について検討を行った。脊髄反射回路は、H反射を指標としIa相反抑制回路、Iaシナプス前抑制回路の活動を測定した。次に、体性感覚入力が脊髄反射回路活動に及ぼす影響を明らかにするために、ラットを用いて末梢からの感覚シグナルを人為的に操作するための実験手法を検討した。運動イメージに応じた体性感覚は、イメージする関節運動が入力される感覚シグナルと一致する場合にはH反射の増大およびIaシナプス前抑制の減少、相反する場合にはH反射の減少およびIaシナプス前抑制の増大が認められ、イメージする関節運動方向に依存した変化が見られた。これらの結果から、運動指令に応じて、Iaシナプス前抑制は運動出力を高める方向に働いたり、弱める方向に働いたりすることが明らかになった。さらに、ラットを対象とした実験結果より、光遺伝学的手法を用いることで体性感覚ニューロンである脊髄後根神経節細胞(DRG細胞)の活動を光刺激によって誘因可能であることが確認された。今後、本実験モデルを用いることで、体性感覚情報が運動制御に果たす役割が明らかになることが期待される。本研究課題を通して、脊髄反射回路の可塑的変化には、1運動指令に伴う上位中枢からの下行性入力が重要であること、2上位中枢から生み出される運動指令に応じて脊髄反射回路の活動は変化すること、3実施する運動課題の課題特性が脊髄反射回路の活動変化に関与していること、以上3点が明らかとなった。本研究結果から、脊髄反射回路は末梢感覚器からの入力によって反射的に駆動する単純な回路ではなく、運動に応じてその活動をダイナミックに変化させることで随意運動の制御に関与していることが示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は,意識的な運動指令や運動に伴う体性感覚入力など運動制御に関与する要素が,脊髄反射回路の可塑的な変化に及ぼす影響に関して,運動イメージや体性感覚入力刺激を用いた介入を行い,介入前後での脊髄反射回路の活動性変化を確認することである.平成26年度は,運動イメージによる介入実験の実験プログラム,プロトコルの作成と並行して,持続的な体性感覚入力刺激が脊髄反射回路に及ぼす影響について検討を行った.脊髄反射回路は,主動作筋の活動時に拮抗筋の活動を抑制すると考えられているIa相反抑制回路および,伸張反射のgainをコントロールしていると考えられているシナプス前抑制回路の測定を行った.末梢神経に特定の刺激パターンで繰り返し電気刺激を加え,刺激前後でのIa相反抑制量,シナプス前抑制量および経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いて大脳皮質運動野を条件刺激した際のヒラメ筋H反射振幅の変化量の測定を行った.結果,電気刺激後に,Ia相反抑制量およびTMS条件刺激によるヒラメ筋H反射振幅の変化量に増大を認め,持続的な感覚入力によってIa相反抑制回路を構成するIa抑制性介在ニューロンに可塑的変化が生じることが示唆された.さらに,上記実験に加えて,脊髄反射回路の働きの強さと実際の運動パフォーマンス能力との関係生について検討を行った.Ia相反抑制量,シナプス前抑制量と律動性関節運動時の運動パフォーマンス能力について相関分析を行った結果,運動パフォーマンス能力とシナプス前抑制量との間に相関関係を認め,パフォーマンス能力が高い程,シナプス前抑制量が大きいことが示された.現在は,これらの実験結果をもとに,異なる運動速度で律動性関節運動を実施した前後における脊髄反射回路の活動性変化について計測を行っている.平成27年度は、運動トレーニングに伴う脊髄反射回路の活動性変化について検討を行った。脊髄反射回路は、Ia相反抑制回路、Iaシナプス前抑制回路の活動を測定した。運動課題として律動性関節運動課題を用い、運動スキルや運動課題速度など運動課題特性が、脊髄反射回路の活動性変化に及ぼす影響について検討を行った。結果として、Ia相反抑制は、運動速度が速い条件で運動を行った直後にその抑制量の増大を認められた一方、Iaシナプス前抑制は、運動速度に関係なく運動スキルを伴う課題後において抑制量の増大が認められた。したがって、Ia相反抑制回路の活動性変化には課題の運動速度が深く関与していること、Iaシナプス前抑制回路の変化は課題運動速度に依存せず、運動スキルを必要とする課題を行うこと自体が関与していることが示唆された。また、運動スキル課題後におけるシナプス前抑制の変化は、シナプス前抑制回路を構成する介在ニューロンの活動性が皮質脊髄路からの下行性入力によって変化することが関与していることが示唆された。さらに、上記実験に加えて、下行性運動指令が脊髄反射回路の活動性変化に及ぼす影響を明らかにするため、被験者に運動イメージトレーニングを行わせ、そのトレーニング前後において脊髄反射回路の活動性変化について検討した。現在までの実験結果より、イメージトレーニングによって運動イメージ時の脊髄運動ニューロン興奮性およびIaシナプス前抑制量に増大が認められている。現在は、これらの結果をもとに、運動イメージ中の脊髄反射回路の活動が、下行性運動指令の内容(イメージする運動の内容)に応じて変化するのかについて確認するための検証実験を行っている。本研究の目的は、意識的な運動指令や運動に伴う体性感覚入力など運動制御に関与する要素が、脊髄反射回路の可塑的な変化に及ぼす影響に関して明らかにすることである。

本研究課題は、実験1:運動イメージトレーニングによる介入を行った場合、実験2:Paired associative stimulation (PAS法)を用いて人工的にスパイクタイミング依存的可塑性を引き起こした場合、実験3:運動イメージトレーニングに感覚入力刺激を組み合わせた場合、実験4:実際に反復運動を実施した場合、以上4条件による介入実験から成り立っている。平成27年度は、実験4に関する実験を実施し、運動トレーニングにおける運動課題の課題特性が脊髄反射回路の活動変化に及ぼす影響について検討を行った。また、実験1に関する実験を実施し、運動イメージトレーニングが脊髄反射回路の活動変化に及ぼす影響について検討を行った。現在は、実験1から得られた結果をもとに、下行性運動指令の内容(イメージする運動の内容)に応じて脊髄反射回路の活動が変化するのかについて検証実験を実施している。また、実験3に関しての予備実験の準備を進めている。以上の結果を踏まえ、27年度予定していた実験内容を順調に達成することができていると考える。平成28年度は、まずヒトを対象に、下行性運動指令として運動イメージを用いることで、運動指令に応じた体性感覚入力が脊髄反射回路活動に及ぼす影響について検討を行った。脊髄反射回路は、H反射を指標としIa相反抑制回路、Iaシナプス前抑制回路の活動を測定した。次に、体性感覚入力が脊髄反射回路活動に及ぼす影響を明らかにするために、ラットを用いて末梢からの感覚シグナルを人為的に操作するための実験手法を検討した。運動イメージに応じた体性感覚は、イメージする関節運動が入力される感覚シグナルと一致する場合にはH反射の増大およびIaシナプス前抑制の減少、相反する場合にはH反射の減少およびIaシナプス前抑制の増大が認められ、イメージする関節運動方向に依存した変化が見られた。これらの結果から、運動指令に応じて、Iaシナプス前抑制は運動出力を高める方向に働いたり、弱める方向に働いたりすることが明らかになった。さらに、ラットを対象とした実験結果より、光遺伝学的手法を用いることで体性感覚ニューロンである脊髄後根神経節細胞(DRG細胞)の活動を光刺激によって誘因可能であることが確認された。今後、本実験モデルを用いることで、体性感覚情報が運動制御に果たす役割が明らかになることが期待される。本研究課題を通して、脊髄反射回路の可塑的変化には、1運動指令に伴う上位中枢からの下行性入力が重要であること、2上位中枢から生み出される運動指令に応じて脊髄反射回路の活動は変化すること、3実施する運動課題の課題特性が脊髄反射回路の活動変化に関与していること、以上3点が明らかとなった。本研究結果から、脊髄反射回路は末梢感覚器からの入力によって反射的に駆動する単純な回路ではなく、運動に応じてその活動をダイナミックに変化させることで随意運動の制御に関与していることが示唆された。本研究の目的は,意識的な運動指令や運動に伴う体性感覚入力など運動制御に関与する要素が,脊髄反射回路の可塑的な変化に及ぼす影響に関して明らかにすることである.
古筆切をはじめとする散佚歌集関連資料の総合的調査・研究

当該研究は、散秩歌集に関する資料を発掘・調査・考察・集成して、古典和歌研究の発展を促すことを目的としている。そのための研究計画、及び研究成果は次のとおりである。1.全国各地に伝わる学界未知の古筆資料を調査・収集・整理して散侠歌集切の発見に努めること。2.従来の学界において存在が忘れられ、あるいは重要性が看過されてきた散侠歌集関連資料の再発掘・再評価に努めること。→石水博物館蔵手鑑など24点の古筆手鑑類を調査・撮影した。また天理大学附属天理図書館などにおいて関連する古典籍等を閲覧した。その結果「11研究発表」欄に掲げた成果以外にも、例えば『歌苑抄』『歌枕名寄』『新浜木綿集』『六花抄注』『厳宝准后集』その他に関する新たな知見を得ることができた。これらについては今後より深い考察を加えた上、逐次公表していく予定である。3.そうして得られた諸資料の意義等に関して、学術的価値が認められた場合には論文等の形で逐次発表していくこと。→『具平親王集』『良玉集』『源氏物語歌集』『松吟和歌集』といった、散佚歌集及び関連資料についての成果が得られたので、各々論文として発表した。その一部については「11.研究発表」欄を参照のこと。4.拙稿「散佚歌集切集成本文篇」(『調査研究報告』23号,2002年ll月)の増補、及び索引作成を行うこと。研究成果報告書に「散侠歌集切集成増訂第一版」として収めた。またこの「増訂第一版」のみを別刷として、大学等機関及び個人研究者に配布した。索引についてはウェブ上での公開を検討している。5.既刊古筆資料のデータベース化、准びその一般公開に向けたモデルの構築とデータの点検。→国文学研究資料館HPにおいて「古筆切所収情報データベース」の公開を開始した。6.複製本・影印本として刊行されている諸歌集の古写本類の筆者(含・伝称)一覧の作成を作成すること。→現在作成中である。→現在作成中である。本年度までの研究において、まず俊恵の家集『林葉和歌集』の散佚した異本の残欠本(宮内庁書陵部蔵)を見出したので、和歌文学会2004年度7月例会で口頭発表した。また源承撰の散佚私撰集『類聚歌苑』の残欠本(天理大学附属天理図書館蔵)、平安時代中期頃に成立し、『拾遺集』『新古今集』『大鏡』ほかの出典となった可能性のある伝藤原為家筆『道真集』断簡(国文学研究資料館ほか蔵)、散佚した西園寺公経の家集の一部である伝慈円筆『公経集』断簡(金沢市立中村記念館ほか蔵)、内容未詳ながらも興味深い問題を孕む伝光厳院筆六条切・伝光明院筆天龍寺切・伝後光厳院兵庫切の各未詳私撰集断簡(出光美術館ほか蔵)、平安時代後期に成立した藤原顕仲撰の散佚私撰集『良玉集』の真名序、などについて考察し、<11.研究発表>欄のとおりに論文化した。ほか東京国立博物館寄託・個人蔵手鑑『浜千鳥』、京都国立博物館蔵手鑑『翰墨場』及び『新撰類林抄』残欠本、石水博物館蔵手鑑4種、妙法院蔵伝慈円筆

未詳私家集断簡、内藤記念くすり博物館大同薬室文庫蔵『歌枕名寄』残欠本ほか、京都大学附属図書館蔵『本朝書籍目録』ほか、藪本家蔵手鑑8種、上時国家蔵手鑑などについて実地に閲覧し、古筆切や古典籍の書誌・内容調査を行った。その結果、藤原資経筆『歌苑抄』断簡のツレ1葉、伝光厳院筆六条切のツレ2葉、伝宗尊親王筆『如意宝集』のツレ1葉、伝後宇多院筆松木切(伏見院詠草か)のツレ1葉、西園寺実兼筆『実兼集』のツレ1葉など、散侠歌集研究に資する新出資料を少なからず見出すことができた。それ以外にも内容未詳の断簡は多く存しているので、今後も引き続き調査・研究していく所存である。なお本年度の研究活動に際しては、鶴見大学非常勤講師の石澤一志氏、大東文化大学大学院生の中村健太郎氏に、研究協力者として当該研究への参加と、京都国立博物館・京都大学附属図書館などにおいての資料調査を依頼した。本年度までの研究において、彰考館文庫蔵「本朝書籍目録」(通行本とは異なる書目や注記を有し、特に散佚文献研究に役立つ)、及び各所に蔵される伝増運筆『野守鏡』断簡(存在のまったく知られなかった異本)の資料的価値を確認し得たので、<11.研究発表>欄のとおりに論文化した。一方、陽明文庫蔵『本朝書籍目録』、龍谷大学大宮図書館蔵『懐中抄』及び未詳歌書類、成田山霊光蔵手鑑、天理大学附属天理図書館蔵『源氏物語』巣守巻関連資料ほか、岐阜県図書館及び椙山女学園大学附属図書館蔵売立目録類、神宮文庫蔵古筆切ほか、香川大学附属図書館神原文庫蔵手鑑及び模写手鑑ほか、香川県立図書館蔵各種目録類などについて実地に閲覧し、古筆切や古典籍の書誌・内容・所在調査を行った。その結果、成田山霊光館蔵手鑑からは伝慈円筆物語歌集断簡(『源氏物語』の散佚した巣守巻の作中歌を伝える資料)や伝増運筆『野守鏡』断簡(前述)を、神宮文庫蔵古筆切の中からは伝二条為宗筆『現存和歌六帖』断簡(現存本の散佚部分)を、岐阜県図書館蔵売立目録類からは伝宗尊親王筆『如意宝集』断簡(新出本文)を、それぞれ見出すことができた。いずれも散佚歌集研究に大いに役立つ資料である。また香川県立図書館における閲覧によって学界未紹介の古筆切の存在も明らかとなった。本年度最大の成果は、国文学研究資料館HPにおいて「古筆切所収情報データベース」の試験公開を開始したことである。これは研究代表者が本年度までに交付を受けてきた3種の科学研究費補助金によって、継続的に構築してきたデータベースを、誰もが使えるようにしたものである。『古筆切提要』(1984年)以後に影印刊行された古筆切類約1万1千件の所収情報が収められており、月200300件のアクセスがある。本データベースによって古筆切の研究状況はより活性化するに違いない。なお本年度の研究活動に際しては、鶴見大学非常勤講師の石澤一志氏に、研究協力者として当該研究への参加と、神宮徴古館・神宮文庫などにおいての資料調査を依頼した。本年度までの研究において、伝宗尊親王筆『如意宝集』(平安中期の散佚私撰集)の新出断簡一葉、及び伝慈円/藤原為家筆『源氏集』断簡(散侠巣守巻の和歌を伝える)、鶴見大学図書館蔵「源氏物語系図巣守三位本」(巣守巻の従来知られていなかった粗筋・登場人物を伝える)などの資料的価値を確認し得たので、<11.研究発表>欄のとおりに論文化した。一方、北野天満宮蔵の未詳歌書類、内藤記念くすり博物館大同薬室文庫蔵の古筆資料、林原美術館蔵の池田光政筆「古筆臨模聚成」四巻、蓬左文庫蔵の書籍目録類、愛知教育大学附属図書館蔵『六花抄注』、天理大学附属天理図書館蔵の未詳歌書類、東北大学附属図書館狩野文庫蔵の書籍目録類、神宮文庫蔵の未詳歌書類、などについて実地に閲覧し、古筆切や古典籍の書誌・内容・所在調査を行った。
KDPとDKDPの高圧下における構造解析とラマン分光

強誘電体KH_2PO_4(略称KDP)と重水素置換したKD_2PO_4(DKDP)について、6GPaに至る圧力下で単結晶X線構造解析を実施した。格子定数と酸素の原子座標からHあるいはDを除く各原子間距離と角度が圧力の関数として得られた。正方晶の格子定数a、cの両者に異常(折れ曲がり)が見られた圧力Pc(KDPで2.7GPa、DKDPで4.2GPa)を境に構造変化の様子に違いが得られた。1.oーPc領域圧力の増加とともに、(i)PO_4四面体同志を結ぶ水素結合の長さRoーoはほぼ直線的に減少する、(ii)PO_4自身は縮まない、(iii)PO_4は4回の回映軸のまわりに回転する。その結果、水素結合距離の減少の割合はa軸の縮みから予想される値にくらべて小さくなっている。2.Pc以上の領域(i)Roーoは一転して増加に転じる、(ii)PO_4は縮み始める、(iii)PO_4の回転は依然として続く。この場合、a軸の縮みは(ii)と(iii)に吸収されることになる。得られた結果中、最も興味のもたれるのはPcにおける水素結合ののびである。PcにおけるRoーo値はKDP、DKDPともに松下・松原によってH(D)がO......Oの間の中心に来ると計算された値にほとんど一致する。従来の水素結合の概念を越える新しい知見が得られた。なお、水素結合と両端のPO_4四面体の間には挙動に関し密接な相関のあることが明らかになった。最近、この型の結晶における強誘電惟の起源についてはPO_4双極子の秩序・無秩序転移との見方があり、今回の相関はこの問題について重要な貢献をすると思われる。水素を直接みる中性子回析実験や誘電率測定も考えている。ラマン分光については準備が整い、高圧下、1Kまでの低温領域での実験を開始する段階に来てる。
集成材等を使用した近代木橋の動的パフォーマンスと性能設計法の開発に関する研究

本研究は,近代木橋の動的挙動と特性評価に基づき,性能設計法の適用とその具体的な性能規定を開発することを目的として,3年間に渡り実施した。本研究の遂行で明らかになった事項は,以下のようである。1.近代木橋の架設実績に関する全国47都道府県から700橋のデータを収集し,構造,形式,樹種などの要因分析から,わが国の近代木橋の実態を定量的に把握することが出来た。2.近代木車道橋の7橋に対する実橋実験データの収集によって,応答加速度,速度,振動変位などの動的挙動を明確にした。さらに,近代木橋の車両走行性や歩行者の振動感覚に基づく使用性等の実態が明らかになった。このことから,近代木橋の実橋データを基に,固有振動数,固有振動モード,減衰定数,動的増幅率など近代木橋の振動特性の実態が定量的に明らかになった。また,近代木橋の動的挙動や振動特性値と鋼橋やRC, PC橋梁の一般的な橋梁との比較検討によって,振動の観点から近代木橋の構造剛性のレベルが明らかになった。3.車両走行に相似した繰返し動的荷重による継手を有する,あるいは有しない構造用集成材の実験によって,集成材の動的影響と疲労強度が明らかにする予定であったが,疲労試験機の故障から,集成材の疲労挙動と強度の定量評価は行えなかった。4.3次元の走行車両による近代木橋の完全なる3次元動的応答解析法を世界で初めて定式化し,動的応答の定量的評価,動的増幅率や衝撃係数を動的応答係数とした設計係数の性能規定を明らかにした。この解析結果と実験結果の整合性から近代木橋の具体的な設計法に検討を加えた。5.以上の動的挙動の特性評価に基づいて,総合的かつ統一的な動的パフォーマンスを明らかにすると共に,近代木橋に適した性能設計法と具体的な性能規定の一部を開発することができた。平成11年度は,研究計画・方法に基づき,集成材等を使用した近代木橋の架設実績のデータ収集と要因分析,近代木車道橋の3橋に対する実橋実験の実施,実験と解析に基づく近代木車道橋の動的パフォーマンスの実態把握,および走行車両による近代木橋の3次元動的応答解析の定式化を検討した。その結果,下記に示すように,近代木橋に対する貴重な知見と成果が得られた。1.我が国における約700橋の近代木橋に関して,架設年,歩道橋・車道橋,構造形式,支間長,設計条件,など各要因別データを収集すると共に,橋梁工学的観点から要因分析を行い,構造剛性や性能を検討した。2.平成11年7月,設計活荷重がTL-20で設計された愛媛県広田村の「神の森大橋」(下路式2ヒンジアーチ橋),奈良県黒滝村の「粟飯戸橋」(下路式タイドアーチ橋),および設計活荷重がTL-25Aで設計された宮崎県小林市の「杉の木橋」(下路式2ヒンジアーチ橋)の3橋の近代木車道橋の静的・動的な実橋実験を実施した。実験データの分析と共に3次元構造解析を行い,実験と解析の両面から静的・動的特性,構造剛性,設計係数の検証を行い,近代木橋の設計法,構造特性,構造剛性評価等に貴重な成果が得られた。3.近代木橋の動的パフォーマンスの実態把握と鋼橋梁やコンクリート系橋梁との構造特性や振動特性の比較を論究した。

その結果,鉛直曲げ1次の固有振動数から評価すると,近代木橋は他橋梁と同等の剛性を有しており,強度や安全性にも遜色が無く,近代木橋の発展に対する工学的に極めて有意な知見が得られた。4.4径間連続プレストレス木床版橋(木のかけはし)を対象に,走行車両による3次元動的応答解析を実施し,動的応答特性を評価すると共に,設計衝撃係数に検討を加えてより合理的な設計係数の評価ができた。平成12年度は,研究計画・方法に基づき,集成材等を使用した近代木橋の架設実績のデータ収集と要因分析,近代木車道橋の3橋に対する実橋実験の実施,実験と解析に基づく近代木車道橋の動的パフォーマンスの実態把握,および走行車両による近代木橋の3次元動的応答解析の定式化を検討した。その結果,下記に示すように,近代木橋に対する貴重な知見と成果が得られた。1.我が国における約700橋の近代木橋に関して,架設年,歩道橋・車道橋,構造形式,支間長,設計条件などのデータを各自冶体に依頼して再度収集して要因分析を行い,構造剛性や性能を検討した。2.平成12年7月に群馬県の「おおさる橋」(中路式2ヒンジアーチ橋),平成12年12月に石川県の「柴垣の橋」(トラス歩道橋)の近代木橋の静的・動的な実橋実験を実施した。さらに,平成12年3月に実施した「金峰2000年橋」の実験データも含めた3橋のデータ分析を行うと共に,3次元構造解析を行い,実験と解析の両面から静的・動的特性,構造剛性,設計係数の検証から,近代木橋の設計法,構造特性,構造剛性評価、静的安全性、振動特性等に貴重な成果が得られた。3.4径間連続プレストレス木床版橋(木のかけはし),中路式アーチ橋(神の森大橋),上路式アーチ橋(杉の木橋,金峰2000年橋)を対象に,走行車両による3次元動的応答解析を実施し,動的応答特性を評価すると共に,木橋に対するより合理的な設計衝撃係数に検討を加えた。4.動的荷重による大断面集成材の動的影響評価は,世界的にまったく研究されていない。そこで,大断面集成材の疲労挙動と強度の基本的な性状を把握するため、3本の供試体を用いて疲労試験を行った。現在,その疲労試験のデータを基に、集成材の疲労性状,疲労限界,強度などに検討を加えている。平成13年度は,研究計画・方法に基づき,集成材等を使用した近代木橋の2橋に対する実橋実験の実施実験と解析に基づく近代木車道橋の動的パフォーマンスの実態把握,および走行車両による近代木橋の3次元動的応答解析の定式化を検討した。1.平成13年8月に,近代木車道橋である「坊中橋」(秋田県),「百目石橋」(秋田県)に対するダンプトラック車2台を用いた静的および動的な実橋実験を実施した。現在、その実験データを分析すると共に,3次元構造解析モデルを作成し,解析結果を実験結果の整合性を検討している。そして,実験と解析の両面から静的・動的特性,構造剛性,設計係数の検証を行い,近代木橋の設計法,構造特性,構造剛性評価等に検討を加えている。2.木橋の動的パフォーマンスの実態把握と鋼橋梁やコンクリート系橋梁との構造特性や振動特性の比較を論究した。3.近代木車道橋である「神の森橋」「杉の木橋」「金峰2000年橋」,「木のかけはし」,「みどり橋」を対象に,走行車両による3次元動的応答解析を実施し,動的応答特性を評価すると共に,設計衝撃係数に検討を加えてより合理的な設計係数の評価ができた。
複雑系空間経済学の構築と発展

以下の五つの研究課題を相補的に関連させながら、理論と実証分析の両面から研究を推敲し、以下の成果を得た。(1)一般的基礎理論:空間経済学を複雑系の視点から再構築した。特に、内生的成長理論との融合として、知識外部性の影響下での生産とR&D活動の集積、イノベーションの速度、経済成長の相互連関の分析、および、知識創造・伝播に繋がるコミュニケーションの「場」の形成メカニズムの定式化を行った。企業組織論との融合としては、交通・通信技術の発展、企業のグローバルな組織展開、世界経済の空間構造の変化の相互連関を分析し、さらに、経営戦略的観点の基づく「産業クラスター理論」の空間経済学的基礎を与えた。実証面では、産業集積度や個々の経済集積の空間範囲を検出する情報量基準の開発を行った。(2)産業集積のミクロ分析:IT産業等を対象に、集積と産官学連関の実際と研究開発活動の相互連関、および、集積と地域活性化との関連について実証研究を行った。(3)都市システム:開発したモデルを用いて、与件の変化に伴う都市システムの発展過程や、輸送の規模の経済下での経済立地と輸送技術の相互連関、さらに、経済発展に伴う、都市化、出生率、所得分布や格差の推移の相互連関について分析した。また、日本の製造業について集積を検出し、都市の産業構造と人口規模の関係を明らかにした。(4)国際地域システム:開発したモデルを用いて、産業の空洞化メカニズム、輸送密度の経済の影響下での貿易パターンと国際輸送網の相互連関、および、先進・途上国間での知識・技術のスピルオーバーに基づく、国際地域システムにおける雁行形態的産業発展過程等を説明した。(5)経済立地と交通・通信システム:交通経済学との融合により、輸送技術が経済活動の空間分布に依存して決まるメカニズムを明らかにし、さらに、都市空間における次善の料金政策の効果との連関等も分析した。また、交通整備水準と地域経済との関係に関するデータベースを構築し、交通整備の社会的便益の計測、交通施設整備財源の国際比較等を行った。(A)一般的基礎理論藤田・田渕と森は、空間経済システムの複雑系としての視点を中心に据えて、「新しい空間経済学」の基礎理論の再構築を始めた。特に、集積の理論と内生的成長理論を融合・発展させることで、集積とイノベーションのスピード・経済成長との関連を解明するとともに、集積と経済成長が地域間に及ぼす厚生経済学的な含意を明らかにした。(B)産業集積のミクロ分析石川は、1960年代以降における先進諸国内人口移動の動きをまとめ、その要因分析を試みた。小長谷は、ソフト系IT産業の集積実態分析を、大阪を対象に行った。(C)都市システム田渕と曽は、都市の誕生や消滅過程を分析し、都市規模により発農段階が異なることを示した。また、離散選択モデルと融合し、人口集積や地域間賃金格差のメカニズムを明らかにした。森は、日本について経済立地におけるパターン形成に関する実証分析を行い、産業・人口の空間分布が単純かつ安定的な構造で特徴づけられることを明らかにした。(D)国際地域システム森は、輸送密度の経済を導入した貿易モデルを構築し、生産技術・消費に起因する集積の経済が無くとも、輸送ハブ形成に伴う産業集積が起こりうることを明らかにした。(E)経済立地と交通・通信システム

黒田は、複数交通モード間の空間的配分を考慮した都市の最適土地利用を検討し、独占的鉄道会社の価格付けは都市規模に依存しない場合があること、独占的競争下では均衡価格は都市規模に応じて減少することなどを明らかにした。中川は、全国を網羅した主要交通網データベースを構築、および、期待一般化費用計算・都市内交通トリップシミュレーションのためのプログラム開発を行い、これらを、LRTシステムや駐車課金制等の交通施策評価に応用した。文は、都市空間における交通トリップ発生と分布を記述するモデルを構築し、混雑外部性の空間分布を分析した。また、混雑の経済損失を軽減する政策手段として、ロードプライシングの効果を分析した。高橋は、経済活動の地理的分布が、個々の経済で採用される輸送技術に及ぼす影響を分析し、均衡における輸送費の水準が、輸送技術の規模の経済性、消費における代替の弾力性等の要因に左右されることを示した。(A)一般的基礎理論藤田、田渕と森は、空間経済システムの複雑系としての視点を中心に捉えて、「新しい空間経済学」の基礎理論の再構築を推し進めた。特に、集積の理論と内生的成長理論を融合させることで、集積とイノベーションのスピード・経済成長との関連をより深く研究するとともに、集積とイノベーションの関連について産業クラスターの観点から基礎理論を進展させた。(B)産業集積のミクロ分析石川は、東京大都市圏における分散型オフィスでの業務内容とオフィス立地の特色を明らかにした。小長谷は、ソフト系IT産業と都市再生との関連について、アメリカ・東京・大阪について実証分析を行った。さらに森は、産業集積度測度を新たに開発し、19802000年における日本のデータを用い、人口・人的資本・産業の空間分布にみられる自己組織化・パターン形成に関する実証分析を行った。(C)都市システム田渕と曽は、解析的に解ける経済地理モデルを用いて、たくさんの都市がある場合、個人の地域選好にばらつきがある場合、複数の産業がある場合のそれぞれについて、dynamicsの安定性を含む詳細な解析を行った。(D)国際地域システム高橋は、国際貿易と産業立地の非効率性、および経済活動の地理的分布パターンと一国の厚生について研究を行うとともに世界的な生産・貿易のパターンは何によって決まるかを解明した。(E)経済立地と交通・通信システム黒田は、複数交通モード間の空間的配分を考慮した都市の最適土地利用の研究を推し進めた。中川は、都市活動の空間分布を表す各種統計資料と、都市における人と物の空間移動を表す交通調査データを用いて、それらの相互関係を実証的に分析するとともに、モデル構築を行うことによって各種の都市・交通施策の評価分析を行った。文は、昨年度に行った単一中心都市モデルを拡張し、非単一中心都市における交通需要の空間的分布と混雑の状況を記述するモデルを開発し、シミュレーションにより、混雑料金政策の効果を分析した。高橋は、いわゆる「新しい経済地理学」の理論に明示的に輸送セクターを導入し、その含意を調べた。輸送セクターの存在によって、経済活動の地理的分布が固定化される可能性や、与件のわずかな変化が地理的分布の非連続的変化をもたらす可能性が生じることを明らかにした。(A)一般的基礎理論藤田、田渕と森を中心に、空間経済システムの複雑系として捉え、「新しい空間経済学」の基礎理論の拡張を進めた。
メタゲノム資源からの新規微生物探索とその代謝経路予測による環境浄化システムの解明

環境メタゲノム資源から、連続塩基・アミノ酸組成に基づく一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を基に、環境中の微生物叢のための生物系統推定ソフトウェア、地球環境改善に役立つ新規微生物ゲノムの検出手法、ならびに、それらが持つ環境浄化システムに関与する有用遺伝子候補の探索手法を開発した。新規性の高いゲノム断片配列を微生物ゲノム別に再構成するための手法が開発でき、環境が保有する環境浄化システムを構成する微生物や代謝遺伝子セットの全体像が把握でき、様々な微生物が持つ環境浄化システムの全体像把握に向けた情報学的スクリーニング法としての活用も期待できる。メタゲノム解析により、全地球レベルでの生物生態系の把握を目標にした大規模解析も可能になってきた。メタゲノム配列データは新規性の高い微生物種が優占種となる場合も多く、既知微生物配列との配列相同性検索では、新規微生物種の存在を検出することが困難である。一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を用いて、連続塩基頻度のみに着目することでゲノム断片配列の大半を生物種ごとに高精度に分類できる知見を基に、既知微生物を対象にしたBLSOM解析結果にメタゲノム配列を照合することで、生物系統が推定できる手法を開発してきた。本手法を組み込んだソフトウェアを公開した。しかし、300塩基以上のメタゲノム配列を想定した手法であり、次世代シーケンサから産出される大量の短いメタゲノム配列(100300塩基程度)に対しては、照合の際の正規化に伴うエラーが生じやすく、生物系統推定の精度が低下する。今年度は、短いメタゲノム配列に対しても高精度な生物系統推定法の確立を目指し、照合用として作成する既知生物ゲノムを対象にしたBLSOM解析の分解能の向上に向けた連続塩基配列組成計算法の開発を行った。照合用BLSOM解析での断片化サイズを短くすることが可能となり、大量の短いメタゲノム配列に対する生物系統推定の精度向上が可能となった。さらに、有用遺伝子探索のためのタンパク質機能推定システムの開発として、データベースに登録された全タンパク質を対象に2連続アミノ酸頻度を用いた大規模BLSOMをスーパーコンピュータで作成し、大量な機能未知タンパク質の機能推定を行った。植物由来の2次代謝関連酵素タンパク質を対象に、作成した大規模BLSOMへマップすることで、タンパク質の機能推定が可能なことを検証した。機能未知タンパク質への機能推定をシステマティックに行うことが可能であり、環境メタゲノム資源からの有用遺伝子探索に有用である。メタゲノム解析により、全地球レベルでの生物生態系の把握を目標にした大規模解析が行われている。メタゲノム配列データは新規性の高い微生物種が優占種となる場合も多く、既知微生物配列との配列相同性検索では、新規微生物種の存在を検出することが困難な場合も多い。ゲノム配列断片の連続塩基組成のみで高精度に分類可能な一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を用いて、メタゲノム配列を対象にした生物系統推定手法の確立、ならびに、次世代シークエンサー由来の配列断片に対する生物系統推定精度の向上に向けた改良を行った。これらの成果を組み込んだソフトウェアPEMSを公開した。PEMSは、公開されている全既生物ゲノムを対象にした大規模BLSOM解析結果を用いて、メタゲノム配列を照合し、配列ごとの生物系統推定、ならびに、その集約結果を取得できる。参照用の大規模BLSOM解析結果については、最新の情報を反映できるよう、更新も行った。共同研究にて、PEMSを活用して、未公開のメタゲノム配列を対象にした生物系統推定結果から微生物群集構造の比較を行い、論文発表も行った。また、有用遺伝子探索のためのタンパク質機能推定法として、配列相同性検索を補完する異なった原理による推定法として、連続アミノ酸組成に基づくBLSOMに着目した機能推定法の開発・改良を行い、タンパク質機能推定のためのWebシステムを構築した。本システムは、機能既知なアミノ酸配列セットを対象に3つの異なる解析条件で作成したBLSOM解析結果に、利用者にアミノ酸配列を照合し、各々の推定結果を元に判定する多重判定方式で、推定結果を取得することができ、大量なタンパク質アミノ酸配列に対しても簡便に機能推定が可能である。これらを組み合わせることで、メタゲノム配列データから効率的な知識発見に必要な生物系統推定、有用遺伝子探索、ならびに、代謝経路予測が可能となった。取得されたメタゲノム配列データは新規性の高い微生物種が優占種となる場合も多く、既知微生物配列との配列相同性検索では、新規微生物種の存在を検出することが困難である。特に次世代シーケンサから産出される大量の短いメタゲノム配列データに対してはより困難となる。取得されたメタゲノム配列情報のみを使用し、環境特異的な微生物群集の構造を検出するために、着目するメタゲノム配列と各配列について1塩基組成や2連続塩基組成を保持して作成したランダム配列を混合させた一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)解析を開発した。次世代シーケンサ