hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プレストレスト鉄筋コンクリート造柱梁接合部の損傷評価モデルの構築

プレストレストコンクリート(PC)造及びプレストレスト鉄筋コンクリート(PRC)造においても,柱梁曲げ強度比が1.0の場合には鉄筋コンクリート(RC)造の場合と同様に接合部に損傷が生じ,また,RC造と同様に柱と梁の曲げ強度の比を大きくすることで接合部の強度が増すことが明らかになった。PC鋼材の断面内の位置および付着の有無が部分架構の最大耐力におよぼす影響は小さかった。PRCおよびPC造に対しても,PC鋼材の引張力は等価な軸力として扱えば柱と梁の曲げ強度の比を考慮できるRC造の接合部の曲げ終局強度計算法が適用可能で,プレストレス率の影響などは定性的には評価できることが確認された。プレストレストコンクリート(PC)及び鉄筋コンクリート(RC)との中間的な構造形式であるプレストレスト鉄筋コンクリート(PRC)造の柱梁接合部について,柱梁曲げ強度比が1に近い平面十字型部分架構について接合部及び梁の基本的な破壊性状を確認することを目的とした水平加力実験を行った。実験パラメータは柱と梁の曲げ強度の比,断面のプレストレスト量を示すプレストレス率,断面内におけるPC鋼材の位置,PC鋼材の付着の有無および構造種別の組み合わせとした。実験結果からは,軸力による拘束力があるPC及びPRC構造においても.柱梁曲げ強度比が1.0の場合にはRC造の場合と同様に接合部に損傷が生じることが明らかになった。普通鉄筋も併用されているPRC試験体では接合部に変形が集中し,部分架構の最大耐力は梁曲げ破壊となった試験体のものより小さかった。柱梁曲げ強度比を1.5程度としたPRC試験体は梁曲げ破壊となり,RC造と同様に柱と梁の曲げ強度の比を大きくすることで接合部の強度が増すことが確認された。一方,PC鋼材の断面内の位置および付着の有無は部分架構の最大耐力にほとんど影響を与えなかった。普通鉄筋のないPC造の場合には接合部に損傷が発生したものの柱梁強度比1であっても最終的には梁端のひび割れが拡大した。実験結果が示すように,PRC造の架構においても架構が梁曲げ強度を発揮するためには柱の曲げ強度を梁の曲げ強度に対して十分に大きくする必要があることが明らかにされた。柱と梁の曲げ強度の比を考慮できるRC造の接合部の曲げ終局強度計算法をPRCおよびPC造に適用したところ,適用にあたってはPC鋼材の引張力は等価な軸力として考慮すればよく,終局強度におよぼす柱梁曲げ強度比,プレストレス率の影響などは定性的には評価できることが確認された。プレストレストコンクリート(PC)及び鉄筋コンクリート(RC)との中間的な構造形式であるプレストレスト鉄筋コンクリート(PRC)造の柱梁接合部について,柱梁曲げ強度比が1に近い1/3スケールの平面十字型部分架構試験体4体を製作し,接合部及び梁の基本的な破壊性状を確認することを目的とした水平加力実験を行った。実験パラメータは柱と梁の曲げ強度の比,断面のプレストレスト量を示すプレストレス率,構造種別の組み合わせとした。実験結果より,梁および柱にプレストレスを与えたPC及びPRC構造においても柱梁曲げ強度比が1.0の場合にはRC造の場合と同様に接合部に損傷が生じることが明らかになった。このうちプレストレス率0.77のPRC試験体では接合部に変形が集中し,部分架構の最大耐力は同断面の梁を有し梁曲げ破壊となった試験体のものより小さかった。ただし,同程度の引張鋼材量のRC試験体に比べると梁曲げ強度に対する耐力の低下量は小さかった。一方,プレストレス率1.0のPC試験体では接合部に損傷が生じたものの最終的には梁端のひび割れが拡大した。また,柱梁曲げ強度比を1.5程度としたPRC試験体は梁曲げ破壊となり,RC造と同様に柱と梁の曲げ強度の比を大きくすることで接合部の強度が増すことが確認された。従って,PRC造の架構においても架構が梁曲げ強度を発揮するためには柱の曲げ強度を梁の曲げ強度に対して大きくする必要があることが明らかにされた。また,研究代表者らが提案するRC造の接合部の曲げ終局強度計算法をPRCおよびPC造に適用したところ,終局強度におよぼすプレストレス率の影響などは定性的には評価できることが確認されたが,全体的に計算値は実験値を過小評価した。RC造接合部の終局強度に関する理論の適用のためには特に終局時のPC鋼材の応力の仮定についてのさらなる検討が必要といえる。試験体のPC鋼材のひずみの測定が不良となってしまったため,終局強度時のPC鋼材のひずみの大きさについての検討などが十分にできず,強度式の構築が不十分となってしまった。

今年度の試験体ではPC鋼材に比較的コンクリートとの付着の性状がよい溝切型の異形PC鋼棒を用いたが,次年度では丸鋼の採用やアンボンドとすることなどでより付着性状が悪い場合の接合部の耐震性能を把握するための実験を行い,付着性状の影響について検討する予定としている。また,RC造の接合部の終局強度の理論を準用して他の因子がPCおよびPRC造の接合部に与える影響についてのスタディを行い,影響が大きいと推定される因子についてもあわせて実験パラメータとする予定である。さらに,終局強度計算におけるPC鋼材の応力の仮定について検討をすすめ,終局強度の推定精度の向上をはかる。また,RC造については研究代表者らが提案済みの降伏時の接合部の変形の推定方法を拡張する形でPCおよびPRC造の接合部の変形についての推定方法を検討する。試験体製作費の調整によりわずかに残額が生じている。次年度の試験体製作費とあわせて使用する予定である。
磁気表面弾性波素子における物質分析機能の研究

本研究は磁気歪効果を用いた磁気表面弾性波の外部刺激に対しての表面弾性波の変化を利用した表面物質分析機能についての研究であった。以下に素子および研究成果について述べる。1)検出媒体である磁性膜(非晶質FeSiBCr)は直流4極スパッタ法により作成され、磁気歪効果の向上のため、アルゴン気流中で熱処理が施された。2)磁性膜上に真空蒸着法により銅膜が作成され、化学エッチングにより磁性膜中に磁気歪を発生させるためのつづらおれコイルが形成された。このつづらおれコイルは本研究の特徴である磁気的励磁、受信のためである。3)磁性膜中には種々のモードを持つ磁気弾性波が発生する事が認められ、物質の付着により急激に減衰するものやまったく変化を受けない波が混在する事が明らかとなった。4)薄膜表面への付着物質の密度、粘性度により弾性波の減衰の程度が異なることを示した。この特性を用いた物質の密度、および粘性度のセンサとしての応用が可能であると思われる。5)この減衰過程を調べることにより表面物質の凝固過程のモニターとして用いる事が出来ることを示した。6)磁性膜上に付着した物質による薄膜中の弾性波の位相変化について調べた。その結果表面物質により変化を受けた弾性波の位相変化は今回用いた測定装置の検出分解能以下であり、位相変化があったとしてもごく微少であると思われる。
T細胞機能修飾による多発性硬化症の新規治療法の創生

多発性硬化症の新規治療法開発を目指して実験的自己免疫性脳脊髄膜炎マウスモデル(EAE)を用いて、以下の検討を行った。1.転写因子Xの疾患発症機構への関与の解析:転写因子XのT細胞特異的欠損マウス(KO)ではEAEが発症しなかった。そのため、主な病変部位となる腰髄の組織的解析を行った。野生型では著明な細胞浸潤が前索・側索に認められたが、KOでは細胞浸潤も炎症所見も認められなかった。活性化リンパ球の分化異常か、局所への浸潤障害が推測される。2.リンパ球のケモカインレセプターの発現および分化における転写因子Xの役割の解析:リンパ球の浸潤障害を明らかにするためにEAEを誘導した野生型およびKOの脾臓、リンパ節におけるリンパ球のケモカインレセプターの発現を解析した。神経に浸潤するT細胞はCXCR3を発現している細胞やCCR6を発現している細胞の割合が多いことが明らかにされているが、2マウス間で有意な違いは認められなかった。さらに病因T細胞と考えられているTh1やTh17の分化も解析したが、どちらのマウスでも分化しており有意な違いは認められなかった。知られている発症機構とは異なるユニークな現象が起こっていることが想定される。3.転写因子X機能阻害薬の探索:転写因子Xの機能阻害剤はEAEの治療に利用できると考えられる。すなわちEAE誘導後に転写因子Xの発現を抑制すると神経症状が速やかに改善する。現在転写因子Xの機能阻害剤をスクリーニング中である。計画していた研究(30-31年度)は以下の通りで、いずれも研究を遂行しており一部結果を得ている。1.EAE発症におけるBcl6の関与メカニズムの解析:1)EAE腰髄病変組織の解析2)CD4T細胞分化におけるBcl6の役割の解析3)EAE発症における責任細胞の解明4)細胞浸潤におけるBcl6の役割の解明2.Bcl6機能阻害剤候補の安全性・有用性の検証:1)安全性評価3.Bcl6阻害剤のスクリーニング1.EAE発症機構の解析:転写因子Xが欠損するとなぜ疾患が発症しないか、発症制御の機構を解析する。そのために野生型マウスの神経に浸潤している細胞をフローサイトメトリで解析し、特徴を明らかにするとともに、特徴となる細胞のKOでの分化を解析する。この結果はEAEのみならず自己免疫疾患での普遍的な現象と関連づけられる可能性がある。2.EAE発症責任細胞の解析:本研究で使用しているのはT細胞特異的転写因子X欠損マウスである。疾患発症に関わる責任細胞を明らかにすることを目的に、野生型マウスのCD4T細胞、CD8T細胞、両細胞をKOマウスに移入した後EAEを誘導し、どの細胞が発症に関与しているかを明らかにする。3.転写因子X阻害剤のスクリーニングと効果・安全性の検討:現在スクリーニングで数種類の阻害剤を見出している。さらに網羅的なスクリーニングを進めるとともにマウスを用いて安全性を評価し、EAEに対する発症抑制・治療効果を検討したい。しかしながら、阻害剤の可能性のある薬剤を大量に入手することは困難で多額の経費が掛かることが明らかになってきている。4.ドラッグデリバリ法を導入した新規治療法の効果:ドラッグデリバリ法を用いることで少量単回の薬剤投与でも炎症部位に有効に薬剤を届けることができるか検討する。低コスト、低負担の治療法開発に繋がる。1.EAE発症におけるBcl6の関与メカニズムの解析:1)EAE腰髄病変組織の解析2)CD4T細胞分化におけるBcl6の役割の解析3)EAE発症における責任細胞の解明4)細胞浸潤におけるBcl6の役割の解明2.Bcl

6機能阻害剤候補の安全性・有用性の検証:1)安全性評価3.Bcl6阻害剤のスクリーニング1.EAE発症機構の解析:転写因子Xが欠損するとなぜ疾患が発症しないか、発症制御の機構を解析する。そのために野生型マウスの神経に浸潤している細胞をフローサイトメトリで解析し、特徴を明らかにするとともに、特徴となる細胞のKOでの分化を解析する。この結果はEAEのみならず自己免疫疾患での普遍的な現象と関連づけられる可能性がある。2.EAE発症責任細胞の解析:本研究で使用しているのはT細胞特異的転写因子X欠損マウスである。疾患発症に関わる責任細胞を明らかにすることを目的に、野生型マウスのCD4T細胞、CD8T細胞、両細胞をKOマウスに移入した後EAEを誘導し、どの細胞が発症に関与しているかを明らかにする。3.転写因子X阻害剤のスクリーニングと効果・安全性の検討:現在スクリーニングで数種類の阻害剤を見出している。さらに網羅的なスクリーニングを進めるとともにマウスを用いて安全性を評価し、EAEに対する発症抑制・治療効果を検討したい。しかしながら、阻害剤の可能性のある薬剤を大量に入手することは困難で多額の経費が掛かることが明らかになってきている。4.ドラッグデリバリ法を導入した新規治療法の効果:ドラッグデリバリ法を用いることで少量単回の薬剤投与でも炎症部位に有効に薬剤を届けることができるか検討する。低コスト、低負担の治療法開発に繋がる。実験系の準備と輸入試薬の入手にかかる時間が調整できず、次年度に入手を予定したため。
X線散漫散乱による微細照射損傷欠陥の研究

中性子照射した銅、ニッケル、モリブデン等について照射により形成される損傷欠陥を電子顕微鏡観察により調べた。銅、ニッケル、モリブデンそれぞれについて比較的サイズの大きい複雑な形状の転位ループと微細な点状欠陥が観察された。大きなサイズの転位ループは銅、ニッケル、モリブデンのいずれの金属においても格子間原子型であることがinside-outside法により判明した。また、微細な点状欠陥は、銅の場合その欠陥の観察方向による形状変化からほとんどが積層欠陥四面体であることがわかった。モリブデンの場合、オーバフォーカスとアンダフォーカス時にボイドに特徴的なコントラストを示すのでボイドである。ニッケルの場合も微細な点状欠陥はボイドであると推定さる。中性子照射においては銅は電子顕微鏡観察可能な照射欠陥が形成されやすい金属、またニッケルは比較的形成されにくい金属とされるが5×10^<23>n/m^2程度と重照射した場合はあまり差異がない。比較的大きいサイズの転位ループのサイズは添加不純物原子の量の増加と共に減少するが微少欠陥の寸法はほとんど変化しなかった。またそれらの数密度も濃度と共にそれほど大きくは変化しなかった。比較的少ない照射量の場合は銅とニッケル中に観察される照射欠陥の数に差があった。すなわち銅に多く観察された。低照量の銅試料で電子顕微鏡で観察される照射欠陥について詳細に調べた。その結果、次のことがわかった。バルク試料を照射し研磨後観察しているので、本来同じ数密度であるはずなのに、試料のうすい部分では厚い部分より小さい欠陥がより高密度で観察された。すなわち観察されうる微細欠陥は膜厚と共に変わるのでそれも考慮して解析する必要がある。また微細欠陥はうすい部分で調べる必要がある。
乳癌遺伝子Int6による低酸素反応性因子HIF2aを介した癌化、血管新生の解明

低酸素反応性因子の1つのサブタイプであるHIF-2αの新たな機序を解明する目的で、酵母Two Hybrid法を用いた解析を行った結果、昨年はヒト心臓のcDNAライブラリーからマウス乳癌を惹起するといわれるMouse mammalian tumor virus(MMTV)のintegration siteの6番目に当たる位置をcodeしているInt6を同定した。この因子は翻訳調節を行うeIF3eとしても知られ、その乳癌の癌化に関する役割が注目されていた。本研究にてこの因子は、(1)HIF2の蛋白発現を負に調節する制御因子であること、(2)MMTVにより発現される恒常不活化型変異体Int6-ΔCは、HIF-2αの発現安定化および転写活性を上昇させること、(3)Int6のベクター型siRNAをマウス皮下に遺伝子導入したところ、正常血管の新生が惹起されること、(4)8例の乳癌サンプルからmRNAを調整しRT-PCRにてInt6のmRNA発現を見たところ、8例中7例に著明な低下が認められた。これらの結果からInt6は乳癌の癌遺伝子として低酸素反応性因子HIF-2αの直接調節因子として重要であるばかりではなく、癌化や悪性度、転移などに関わる血管新生に必須な因子であることが明らかとなってきた。Int6のsiRNAを用いた予備的なDNAアレイによる解析では、血管新生因子群の特異的な上昇パターンが認められ、Int6はいわば血管新生のマスタースイッチの一つである可能性が出てきた。今後は、さらに詳細な検討を行い、血管新生の機序を解析するとともに、Int6のsiRNAの臨床医薬としての開発も同時に進める予定である。
骨形成因子(BMP)を用いた放射線照射後の骨形成の回復

Bone morphogenetic protein-2(BMP-2)は、未分化間葉系細胞から骨芽細胞への分化を誘導し、更に骨芽細胞への分化を促進する。BMP-2をC2C12筋芽細胞に添加すると、骨芽細胞の形質が誘導され、筋への分化が抑制される。本実験では培養骨芽細胞様細胞(rat osteoblast-like cells:ROB細胞)およびC2C12細胞を用いて、エックス線照射した細胞においてBMP-2が骨芽細胞の誘導および細胞の分化を促進するかを検討した。結果として、1.ROB細胞のalkalinephosphatase(ALP)活性に、細胞を培養3日目に照射すると、5Gy以上で線量の増加に伴って活性が低下した。各照射群のALP活性はBMP-2の非添加群と添加群において有意差が見られなかった。骨様結節の形成は、4Gy以上では線量の増加に伴って結節数が低下したが、BMP-2を添加すると4および8Gy照射群の骨様結節数は非添加群に比較して有意に増加した。2.C2C12細胞においてBMP-2を添加した群では、筋管形成が抑制され、骨芽細胞としての形質を示すALP活性の増加およびosteocalcinの産生が認められた。これらのBMP-2の作用は、、4Gyおよび8Gy照射群において、非照射のコントロール群と比較して差が認められなかった。一方、BMP-2を非添加の場合には、筋管が形成された。以上の結果から、ROB細胞を照射後にBMP-2を添加すると、照射による骨様結節の形成の低下が回復することから、BMP-2は放射線照射後の骨芽細胞の骨形成の低下の改善に効果があることが示唆されいた。さらにC2C12細胞を照射してもBMP-2の添加による骨芽細胞への誘導に影響がなかったことから、8Gyまでの照射はBMP-2による骨芽細胞へ誘導を阻害しないことが示唆された。これらのことから、BMP-2は放射線照射をした組織において、骨形成の低下の改善に効果がある可能性が期待された。Bone morphogenetic protein-2(BMP-2)は、未分化間葉系細胞から骨芽細胞への分化を誘導し、さらに骨芽細胞の細胞の分化を促進する事が報告されている。本実験では培養骨芽細胞様細胞を用いて、細胞の分化におよぼす放射線の効果および放射線を照射した細胞へのBMP-2の効果を検討した。実験に用いた骨芽細胞様細胞(rat osteoblast-like cells:ROB細胞)は、新生仔ラットの頭蓋冠から酵素処理により分離して培養した。1継代目および2継代目の細胞をマルチウェルプレートに播種して培養し、4MVエックス線を照射した。コントロールには非照射の細胞を用いた。BMP-2の効果は、培養3日目に照射した細胞に、直ちにBMP-2 25ng/mlを加えて3日間培養した後に、12日目まで培養を行って検討した。結果として、1継代目と2継代目のROB細胞では放射線の感受性に違いがみられた。2継代目の細胞では、細胞を培養3日目および6日目に2Gy以上照射すると、培養12日目においてalkalinephosphatase(ALP)活性の減少と石灰化した骨様結節数の著明な減少がみられた。

一方、1継代目の細胞では、培養3日目に照射すると、5Gy以上で線量の増加に伴ってALP活性が低下した。以降のBMP-2を添加する実験は、1継代目の細胞を用いて行った。2および4Gy照射後のALP活性は、BMP-2の添加群において非添加群と比較して活性の増加がみられた。5、10、15Gy照射後のALP活性は、BMP-2の非添加群と添加群において差がみられなかった。骨様結節の形成は、4、8Gy照射後に、BMP-2の添加群において非添加群と比較して有意に増加したが、12Gy照射では添加群と非添加群に差がみられなかった。以上の結果からエックス線を照射したROB細胞にBMP-2を添加して培養すると、照射による骨様結節数の減少に対して改善がみられた。従って、放射線照射された骨において、BMPにより骨形成が改善されることが期待された。Bone morphogenetic protein-2(BMP-2)は、未分化間葉系細胞から骨芽細胞への分化を誘導し、更に骨芽細胞の分化を促進する。一方、BMP-2をC2C12筋芽細胞に添加すると、骨芽細胞の形質が誘導され、筋への分化が抑制される。本実験では培養骨芽細胞様細胞(rat osteoblast-like cells:ROB細胞)およびC2C12細胞を用いて、細胞へのエックス線照射がBMP-2の作用発現におよぼす影響を検討した。結果として、1)ROB細胞のalkalinephosphatase(ALP)活性は、細胞を培養3日目に照射すると、5Gy以上で線量の増加に伴って活性が低下した。各照射群のALP活性はBMP-2の非添加群と添加群において差がみられなかった。骨様結節の形成は、4Gy以上では線量の増加に伴って結節数が低下した。BMP-2を添加群すると、4および8Gy照射群の骨様結節数は非添加群に比較して有意に増加した。2)C2C12細胞においてBMP-2を添加した群では、筋管形成が抑制され、骨芽細胞としての形質を示すALP活性の増加およびosteocalcinの産生が認められた。これらのBMP-2の作用は、4Gyおよび8Gy照射群において、非照射のコントロール群と比較して差が認められなかった。一方、BMP-2を非添加の場合は、筋管が形成された。以上の結果から、ROB細胞を照射後にBMP-2を添加すると、照射による骨様結節の形成の低下が回復することから、BMP-2は放射線照射後の骨芽細胞の骨形成の低下の改善に効果があることが示唆された。さらに、C2C12細胞を照射してもBMP-2の添加による骨芽細胞への誘導に影響がなかったことから、8Gyまでの照射はBMP-2による骨芽細胞への誘導を阻害しないことが示唆された。これらのことから、BMP-2は放射線照射をした組織において、骨形成の低下の改善に効果がある可能性が期待された。
フォトニックバンドギャップファイバの単一モード化と極低損失化のための最適構造設計

光ファイバのクラッド領域において,フォトニック結晶と呼ばれる屈折率の異なる材料を周期的に配置した構造を導入し,フォトニックバンドギャップ(PBG)と呼ばれる光の存在できない条件を利用することで,意図的に設けられた欠陥部分であるコアに光を閉込めて光の伝送を実現する,フォトニックバンドギャップファイバ(PBGF)が注目を集めている.特に,コアをシリカとし,クラッド領域を高屈折率散乱体を周期的に配置することにより形成するソリッドコア型は,伝送帯域が周波数に対して不連続に現れることから,ファイバ増幅器ならびにファイバレーザーにおける増強自然放出光の抑圧のためのファイバ型光フィルタデバイスとしての応用が期待されている.ソリッドコアPBGFにおいて,曲げによる損失により,その性能が制限されてしまうことが懸念されている.また,ソリッドコアPBGFの曲げ特性については,まだわかっていないことも多く,理論検討が必要であった.さらに,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作の実現の間にトレードオフの関係があることも問題となっていた.そこで,本研究では,ソリッドコアPBGFにおいて,前年度の研究成果である,低曲げ損失構造条件に基づき,ヘテロクラッド構造と呼ばれる,まったく新しいクラッドの概念を提案し,その構造を用いることによって,トレードオフの関係にある,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作を両立することが可能となることを示している.さらに,クラッドのフォトニック結晶への面外伝搬光に対するPBGの形成を理解するためのモデルを提案し,それを用いることによって,ソリッドコアPBGFの曲げ特性の構造依存性を理解することが可能となることを示している.光ファイバのクラッドとしてフォトニック結晶と呼ばれる屈折率の異なる材料を周期的に配置した構造を導入し,フォトニックバンドギャップ(PBG)と呼ばれる光の存在できない条件を利用することで,その欠陥部分であるコアに光を閉込めて光の伝送を実現する,フォトニックバンドギャップファイバ(PBGF)が注目を集めている.PBGFは,全反射によって光をコアに閉込める従来型の光ファイバとは異なり,コアを空気とすることもできることから,高パワー伝送や極低損失伝送などの実現が期待されている.我々は,伝送損失の増大に寄与する表面モードの抑圧を可能とする構造パラメータの条件を見出した.また,コア周囲のシリカ表面粗さによる散乱損失を低減するため,コア形状を通常の6回対称性から3回対称性に変更し,先に見出した表面モード抑圧条件を満たす構造とすることで,極低損失伝送の実現可能性を示した.さて,コアをシリカとし,クラッド領域を高屈折率散乱体を周期的に配置することにより形成するソリッドコア型は,ファイバ型光フィルタデバイスとしての応用が期待されている.最近,従来ファイバではあり得ない,曲がりに対いて光が内側に放射するといった現象が実験によって報告されているが,このことについて理論検討が必要であった.我々は,ベクトル有限要素法(FEM)を用いて,PBGエッジがファイバの曲げにより傾きをもつことを示すことで,先に提案されていた内側放射を説明するための仮説の妥当性を示し,さらにその近似式を提案した.加えて,ソリッドコア型PBGFの曲げによって存在するクラッドモードが損失の増大を引き起こすことを示すとともに,曲げ損失を低減することが可能な構造を提案した.また,ソリッドコア型PBGFのクラッド領域において,異なる直径を有する高屈折率散乱体を適切に配置することで,ファイバ型フィルタの狭帯域化が可能となることを見出した.光ファイバのクラッドとしてフォトニック結晶と呼ばれる屈折率の異なる材料を周期的に配置した構造を導入し,フォトニックバンドギャップ(PBG)と呼ばれる光の存在できない条件を利用することで,その欠陥部分であるコアに光を閉込めて光の伝送を実現する,フォトニックバンドギャップファイバ(PBGF)が注目を集めている.特に,コアをシリカとし,クラッド領域を高屈折率散乱体を周期的に配置することにより形成するソリッドコア型は,伝送帯域が周波数に対して不連続に現れることから,ファイバ増幅器ならびにファイバレーザーにおける増強自然放出光の抑圧のためのファイバ型光フィルタデバイスとしての応用が期待されている.ソリッドコアPBGFにおいて,曲げによる損失により,その性能が制限されてしまうことが懸念されている.また,ソリッドコアPBGFの曲げ特性については,まだわかっていないことも多く,理論検討が必要であった.さらに,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作の実現の間にトレードオフの関係があることも問題となっていた.そこで,本研究では,ソリッドコアPBGFにおいて,ファイバの曲げ特性の理論解明を行い,曲げ損失を低減可能な構造の条件を導いている.さらに,ヘテロクラッド構造と呼ばれる,まったく新しいクラッドの概念を提案し,その構造を用いることによって,トレードオフの関係にある,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作を両立することが可能となることを示している.光ファイバのクラッド領域において,フォトニック結晶と呼ばれる屈折率の異なる材料を周期的に配置した構造を導入し,フォトニックバンドギャップ(PBG)と呼ばれる光の存在できない条件を利用することで,意図的に設けられた欠陥部分であるコアに光を閉込めて光の伝送を実現する,フォトニックバンドギャップファイバ(PBGF)が注目を集めている.特に,コアをシリカとし,クラッド領域を高屈折率散乱体を周期的に配置することにより形成するソリッドコア型は,伝送帯域が周波数に対して不連続に現れることから,ファイバ増幅器ならびにファイバレーザーにおける増強自然放出光の抑圧のためのファイバ型光フィルタデバイスとしての応用が期待されている.ソリッドコアPBGFにおいて,曲げによる損失により,その性能が制限されてしまうことが懸念されている.

また,ソリッドコアPBGFの曲げ特性については,まだわかっていないことも多く,理論検討が必要であった.さらに,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作の実現の間にトレードオフの関係があることも問題となっていた.そこで,本研究では,ソリッドコアPBGFにおいて,前年度の研究成果である,低曲げ損失構造条件に基づき,ヘテロクラッド構造と呼ばれる,まったく新しいクラッドの概念を提案し,その構造を用いることによって,トレードオフの関係にある,低曲げ損失,低閉込め損失,および単一モード動作を両立することが可能となることを示している.さらに,クラッドのフォトニック結晶への面外伝搬光に対するPBGの形成を理解するためのモデルを提案し,それを用いることによって,ソリッドコアPBGFの曲げ特性の構造依存性を理解することが可能となることを示している.
神経発達障害におけるシナプス病態の分子基盤解明

近年、レット症候群(RTT)病態におけるmechanistic target of rapamycin (mTOR)シグナルの重要性が指摘されている。そこで我々はMeCP2とmTORシグナルを結ぶようなMeCP2の新規機能同定を目的とし、神経系の主要細胞種におけるMeCP2相互作用因子の網羅的探索に着手した。その結果、MeCP2はmicroRNA(miRNA)マイクロプロセッサーDrosha複合体と会合することが明らかになった。さらにMeCP2欠損ニューロン、神経幹細胞においていくつかのmiRNAが共通して発現量の減少を示すことが明らかになった。同定された標的候補miRNAを海馬ニューロンに発現させたところ、異常な興奮性シナプス伝達および興奮性シナプス密度、cell size減少などのMeCP2欠損ニューロンの代表的な各種表現型が改善された。次に我々は標的miRNAの下流でmTORシグナルを負に制御する下流因子の探索・同定を試みた。その結果、標的miRNAの下流標的因子として3つの遺伝子を同定した。これらの因子はMeCP2欠損脳においてタンパク質量の増大がみられ、MeCP2と共発現させるとMeCP2の機能が消失することなどが確認された。また、我々はいくつかの機能解析実験によりmTORシグナルが実際にMeCP2の下流で機能し、興奮性シナプス伝達、cell growthを制御していることを確認している。これらの結果はMeCP2が特定のmiRNAプロセシングを介して、mTORシグナルを負に制御する因子群の発現を抑制することでmTORシグナルを正に制御すること、これらの分子メカニズムの破綻によりRett症候群の病態が引き起こされることを示唆している。26年度が最終年度であるため、記入しない。メチル化DNA結合タンパク質MeCP2は重篤なニューロン機能障害を示すRett症候群(RTT)の原因遺伝子産物である。しかしながら、MeCP2の機能不全によりRTTのようなニューロン機能障害が引き起こされる分子メカニズムについてはほとんど明らかになっていない。そこで我々は、MeCP2の新規機能同定を目的として、神経系の主要細胞種(神経幹細胞、ニューロン、アストロサイトおよびオリゴデンドロサイト)におけるMeCP2相互作用因子のプロテオミクスによる網羅的探索を行った。興味深いことに、各細胞種特異的および共通のMeCP2相互作用因子として多くのRNAプロセシングに関与するRNA結合タンパク質が同定された。この結果はMeCP2がRNA結合タンパク質を介して転写後の遺伝子機能発現を制御し得ることを示唆した。そこで、これらRNAプロセシング関連タンパクの中でも特にmiRNAのプロセシングに関与するものに着目してさらに解析した結果、MeCP2が特異的なpri-miRNAからpre-miRNAへのプロセシングに重要な役割を果たすことを明らかにした。ところでMeCP2欠損ニューロンでは、興奮性シナプス伝達の異常や細胞体収縮などの表現型が観察される。しかし我々は、このMeCP2標的miRNAを発現させるとこれらの表現型が改善されることを見出した。さらにこのMeCP2標的miRNAの機能を相補的オリゴヌクレオチドの導入により阻害すると、MeCP2欠損ニューロンの表現型が再現されることが分かった。これらの結果は、このMeCP2標的miRNAがMeCP2の下流で機能していること、また、MeCP2欠損によるRTT病態発症において重要な役割を果たす可能性を示している。シナプス形成に大きく左右される、ニューロンの発火頻度を解析する技術も習得し、それを用いて、MeCP2標的下流miRNAの機能を詳細に解析する系が立ち上がったため。シナプス形成や細胞体サイズに関わるMeCP2標的下流miRNAの標的mRNAを数種類同定できたため、今後はこれらの機能解析も推進する。
哺乳類発生過程における遺伝子発現調節機構

高等動物の発生過程は多くの遺伝子の空間的、時間的によく調節された特異的発現によって実現されいると考えられる。哺乳類の発生のメカニズムを明らかにするには、どのような遺伝子が発生過程に関与しており、それらの遺伝子の発現がどのようにコントロ-ルされているかを解明することが必要である。これらの遺伝子群の発現調節も数多くの発現調節蛋白によって行われていると考えられ、遺伝子発現調節蛋白遺伝子群の構造及び発現パタ-ンの解明及びその遺伝子産物による転写調節機構を明らかにすることによって、哺乳類発生過程の理解が大きく前進すると考えられる。我々は哺乳類発生過程に関与している遺伝子発現調節蛋白遺伝子群が生体内でどのような機能を果たしているかを明らかにするため以下の実験を行った。T7プロモ-タ-を用いた大腸菌発現ベクタ-にマウスホメオボックス遺伝子(Hox1.1,Hox3.1,Hox3.5)を組み込んだりコンビナントを作製し、合成した蛋白に対する抗体を調製した。これらの抗体を用いたアフィニティ-クロマトグラフィ-によって、マウス脊髄及び胎児クロマチンより生体内でホメオボックス遺伝子産物が結合している塩基配列を精製クロ-ン化した。遺伝子クロ-ンの解析によりこれらの配列の近傍に存在する遺伝子を同定しその構造を明らかにしたところ、そのうちの一つがショウジョウバエ遺伝子と類似性のある末知のマウス遺伝子であることが明らかになった。現在これらの遺伝子が実際にホメオボックス遺伝子産によって発現調節を受けているかどうかを調ベている。ホメオボックス遺伝子産物は、発生過程で遺伝子の発現を調節している転写調節蛋白だと考えられている。しかし哺乳類ホメオボックス遺伝子産物がどのような遺伝子の発現を調節しているかは全く明らかにされていない。本研究の目的は、この哺乳類ホメオボックス遺伝子産物が発現を調節している遺伝子を明らかにすることであり、この蛋白が特異的に結合DNA配列を哺乳類ゲノムからクロ-ン化することである。そのために以下の実験を行った。(1)T7プロモ-タ-を用いた大腸菌発現ベクタ-に、マウスホメオボックスHox1.1,Hox3.5を含むcDNAクロ-ンおよびその一部、さらにHox3.1,Hox1.3遺伝子の一部を結合したプラスミドを作製した。(2)(1)で作製したプラスミドを大腸菌に導入し、ホメオボックス遺伝子産物を合成した。さらにこの蛋白をSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動などの方法を用いて精製した。(3)(2)で精製したホメオボックス遺伝子産物でウサギを免疫し、抗血清を得た。(4)Sepnarose4Bに(2)で精製したホメオボックス遺伝子産物を結合したアフィニティ-カラムを作製し、(3)で得たウサギ抗血清から、ホメオボックス遺伝子産物に特異的に結合する抗体を精製した。これまでに27個のマウスAntennapedia型ホメオボックス遺伝子のクロ-ン化の報告があるが、我々もコスミド及びファ-ジ遺伝子ライブラリ-より、まだ報告されていない3つのホメオボックス(Hox1.8,Hox3.5,Hox3.6)を含む17個のホメオボックス遺伝子をクロ-ン化した。これらのホメオボックス遺伝子は4つのクラスタ-(Hox1,Hox2,Hox3,Hox4)を形成しており、in situハイブリダイゼ-ションなどの結果から、発生過程で、外胚葉由来の神経管や中胚葉由来のいくつかの組織で発現していること、またクラスタ-中の遺伝子の配列順序と体軸に沿った発現領域との間には相関関係があることが報告されている。我々も新たにクロ-ン化した遺伝子についてin situハイブリダイゼ-ションでその発現を調べた結果、Hox3クラスタ-についても、他のクラスタ-と同様な、クラスタ-中の配列順序と体軸に沿った発現領域との関係があることが明らかになった。T7プロモ-タ-を用いた大腸菌発現ベクタ-にマウスcDNAライブラリ-より単離したホメオボックスを含むクロ-ンcmー6(Hox1.1),cmー13(Hox3.5)及びHox3.1を含む遺伝子断片を結合したリコンビナントを作製し、合成した蛋白に対する抗体を調製した。免疫組織化学的実験によってこれらの抗体は、in situハイブリダイゼ-ションによって確認したマウス胎児での発現領域とほぼ同じ領域の核に存在する抗原を認識することが明らかになった。現在この抗体を用いて、アフィニティ-クロマトグラフィ-によって、in vivoでHox遺伝子産物が結合しているDNA断片の精製をおこなっている。これらの抗体を用いたアフィニティ-

クロマトグラフィ-によって、マウス脊髄及び胎児クロマチンより生体内でホメオボックス遺伝子産物が結合している塩基配列を精製クロ-ン化した。遺伝子クロ-ンの解析によりこれらの配列の近傍に存在する遺伝子を同定しその構造を明らかにしたところ、そのうちの一つがショウジョウバエ遺伝子と類似性のある末知のマウス遺伝子であることが明らかになった。現在これらの遺伝子が実際にホメオボックス遺伝子産によって発現調節を受けているかどうかを調ベている。
口腔癌に発現する新規バイオマーカーRCAS1の機能解析と臨床応用

RCAS1は口腔扁平上皮癌(OSCC)において発現しており,免疫組織学的に腫瘍浸潤リンパ球(TIL)にアポトーシスを誘導していることが証明されたことから,RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるという仮説をたてている.本研究では,まずin vitroでOSCC細胞におけるRCAS1の発現動態と機能について解析し,次にRCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを臨床的に検討することを目的としている.そのために,1OSCC由来細胞における膜型および分泌型RCAS1の発現動態を検索する2OSCC由来細胞が発現するRCAS1によるアポトーシス誘導能について検討する3膜型,分泌型RCAS1がどのようにアポトーシス誘導能に影響するかを検討する4OSCC患者の血清中のRCAS1値と臨床病理因子および臨床経過との関連を検索するという4項目を具体的に挙げている.初年度には1を実施する予定だった.実際には,OSCC由来細胞株であるHSC-2, HSC-3, SQUU-A, SQUU-Bを培養皿に付着させた後4日間培養を行った.膜型RCAS1の検索は付着完了時に行い,分泌型RCAS1の検索は付着完了時から1,2,3,4日後に行った.Flow cytometry法,Dot blot法,ELISA法を用いて膜型,分泌型RCAS1の発現を確認した.RCAS1は口腔扁平上皮癌(OSCC)において発現しており,免疫組織学的にTILにアポトーシスを誘導していることが証明された.ゆえに, RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるという仮説をたてている.本研究では,in vitroでOSCC細胞におけるRCAS1の発現動態と機能について解析している.次に,RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを臨床的に検討する.具体的には,1OSCC由来細胞における膜型&#8226;分泌型RCAS1の発現動態を検索する2OSCC由来細胞が発現するRCAS1によるアポトーシス誘導能について検討する3膜型および分泌型RCAS1がどのようにアポトーシス誘導能に影響するかを検討する4OSCC患者の血清中のRCAS1値と臨床病理因子および臨床経過との関連を検索するの4つである.昨年度は,HSC-2, HSC-3, SQUU-A, SQUU-Bを培養皿に付着させた後,4日間培養を行った.膜型RCAS1の検索は付着完了時に行った.分泌型RCAS1の検索を付着完了時から1,2,3,4日後に行い,Flow cytometry法で膜型RCAS1,Dot blot法,ELISA法で分泌型RCAS1の発現を確認した.今年度は,HSC-2, HSC-3, SQUU-A, SQUU-Bと白血病細胞株K562の共培養を行い,RCAS1によるアポトーシス誘導能について検討した.これは,細胞間接着により誘導される膜型RCAS1によるK562に対するアポトーシスを検索するものである.具体的にはOSCC由来細胞とK562を4日間共培養した.K562のアポトーシスの検索は,付着完了時から1,2,3,4日後にFlow cytometry法を用いて行った.結果として,すべてのOSCC由来細胞が発現する膜型RCAS1により,K562のアポトーシスが誘導された.すべてのOSCC由来細胞が発現する膜型RCAS1によりK562のアポトーシスが誘導されたことから,手技の確立がなされて安定した結果が得られているため.子宮頸部腺癌細胞株SiSoから単離された癌関連抗原であるReceptor-bindingcancerantigen expressed on SiSo cells (RCAS1)は,癌細胞膜表面に発現する膜型と癌細胞から分泌される分泌型がある.機能としては,癌周囲の活性化リンパ球にアポトーシスを誘導し,免疫監視機構から回避して癌の進展に寄与する.本研究では,まずin vitroでOSCC由来細胞株におけるRCAS1の発現や分泌,機能について解析する.次にRCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを臨床的に検討した.一昨年度は,4種類のOSCC由来細胞(HSC-2, HSC-3, SQUU-A, SQUU-B)を培養皿に付着させた後,4日間培養を行い,Flow cytometry法で膜型RCAS1,Dot blot法とELISA法で分泌型RCAS1の発現を確認した.昨年度は,OSCC由来細胞と白血病細胞株K562の4日間の共培養を行い,RCAS1のアポトーシス誘導能の程度をFlow cytometry法で測定した.これは細胞間接着による膜型RCAS1のアポトーシス能を検索するものだった.結果として,全てのOSCC細胞による膜型RCAS1によるK562のアポトーシスが確認された.研究開始から今年度まで,RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを検討するために,OSCC患者の末梢血を経時的(術前、術中、術後、定期的な経過観察時)に採取した.結果として,術前に比べて術後に分泌型RCAS1値が減少した症例が散見されたことから,RCAS1のバイオマーカーとしての可能性が示唆された.またin vitro実験系で,OSCC患者の血清中のRCAS1によりK562の増殖抑制効果を確認された.OSCC由来細胞株であるHSC-2, HSC-3, SQUU-A, SQUU-Bを培養皿に付着させた後4日間培養を行った.膜型RCAS1の検索は付着完了時に行い,分泌型RCAS1の検索は付着完了時から1,2,3,4日後に行った.

Flow cytometry法,Dot blot法,ELISA法を用いて膜型,分泌型RCAS1の発現を確認した.これは当初の計画通りの進行具合であり,また結果も今後につながるものであることから,概ね順調に進展していると考える.今後は,3膜型および分泌型RCAS1がどのようにアポトーシス誘導能に影響するかを検討する4OSCC患者の血清中のRCAS1値と臨床病理因子および臨床経過との関連を検索することである.特に分泌型RCAS1を検索するために,OSCC由来細胞にsiRNAを導入してターゲットであるRCAS1遺伝子をノックダウンして,膜型および分泌型RCAS1の発現が消失することをFlow cytometry法とELISA法で確認する.次にRCAS1の発現動態によるK562のアポトーシス誘導能への影響を確認するために以下の3群を用意して共培養を行い,膜型&#8226;分泌型RCAS1によるアポトーシスの程度をFlow cytometry法で測定する.また,RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを検討するために,OSCC患者の末梢血を経時的(術前、術中、術後、定期的な経過観察時)に採取し分泌型RCAS1値の測定を行い,臨床病理因子との相関を検討する.またin vitro実験系で,OSCC患者の血清中のRCAS1によるK562の増殖抑制効果を確認する.口腔扁平上皮癌今後の研究の予定は以下の通りである.3膜型,分泌型RCAS1がどのようにアポトーシス誘導能に影響するかを検討する:まず,OSCC由来細胞にsiRNAを導入してターゲットであるRCAS1遺伝子をノックダウンして,膜型および分泌型RCAS1の発現が消失することをFlow cytometry法とELISA法で確認する.次にRCAS1の発現動態によるK562のアポトーシス誘導能への影響を確認するために以下の3群を用意して共培養を行い,膜型,分泌型RCAS1によるアポトーシスの程度をFlow cytometry法で測定する.4OSCC患者の血清中のRCAS1値と臨床病理因子および臨床経過との関連を検索する:RCAS1がOSCCのバイオマーカーとして有用であるかを検討するために,OSCC患者の末梢血を経時的(術前、術中、術後、定期的な経過観察時)に採取し分泌型RCAS1値の測定を行い,臨床病理因子との相関を検討する.またin vitro実験系で,OSCC患者の血清中のRCAS1によるK562の増殖抑制効果を確認する.以前の研究の延長であることから,細胞株は所持しておりあたらに購入する必要がなかった.また,培養に関する器具や試薬なども有していたことによる.3膜型および分泌型RCAS1がどのようにアポトーシス誘導能に影響するかを検討する,では,今までの試薬を使用できるため,新規購入が必要となることは少ないと考える.また,4OSCC患者の血清中のRCAS1値と臨床病理因子および臨床経過との関連を検索する,では臨床標本を主に使用するために,高価な試薬,物品は不要である.今後は学会発表,論文投稿などの機会が増加することが予想されることより,使用可能と考える.
力学系理論に基づく正準型粒子群最適化の開発

最適化を行う目的関数の変数依存性、悪スケール性に起因した解探索性能の不変性の解析結果に基づき不変性を有した非線形写像最適化法を開発した。このアルゴリズムは非線形写像を利用することで決定論システムでありながら局所探索能力が向上し、不変性を有している。予備試験では非線形写像最適化法はこれまでに公表されている粒子群最適化手法よりも極めて高い探索性能を有していることを数値実験で確認した。また機械学習に用いると効率よい学習結果が得られた。電力変換システムのPWMインバータの最適化に適用し高い変換効率のインバータを設計した。本研究課題の目的は我々が提案したCD-PSO理論解析結果に基づき、優れた解探索性能を有するPSOを開発することである。これまでに我々は確率要素を排したCD-PSOを用いて動作の理論解析を行い、性能が向上するのは固有値が複素数で相空間内で回転運動を呈する場合であることを明らかにしている。更に減衰定数と回転角が果たす役割を明確にしている。これらの知見に基づき確率的要素を含んだ正準形PSO(以下CPSOと略す)を開発を目指している。確率的要素にLevy分布を用いると、極めて優れた解探索性能が得られることを明らかにするため、相空間内での動作を力学系理論を用いて解析を行った。その結果、hevy tailが大域探索に対して効果的に働くことを明らかにし、その働きを擬似的にCD-PSOに取り入れた場合にその性能が向上することも明らかにした。これらの成果は下記の国際会議で公表している。現在のところ、研究計画書に記載した研究計画に沿って、概ね順調に研究を進めている。CPSOの解探索性能を向上させる確率分布の検討に関しては、特に良好な探索結果が得られるLevy分布に関して、性能向上がhevy tailにあることを明らかにできている。また目的関数ごとの最適な構造、及びパラメータの検討に関しては多目的最適化問題のパレート解を得る際に構造が重要になる点に着目し、解析を進めている。これまでの研究成果に関しては4件の国際会議での発表、また国内口頭発表を通じて公表している。更に、確率分布と解探索性能との関係に関しては原著論文に現在まとめており、間もなく投稿予定である。以上のような状況から進捗状況は概ね順調であると言える。本年度は粒子群最適化法の有する解探索能力の不変性に着目した。目的関数の変数間依存性、悪スケール性に起因する解探索性能の不変性を解析した。その結果、目的関数が変数間依存性、悪スケール性を有している際にも解探索性能が不変となるための条件を導出することができた。特に粒子群最適化法に限定せずに広く進化計算で要求される条件をも明らかにしている。この結果を基に新たな探索アルゴリズムを付加した粒子群最適化法を提案した。これらの成果は下記の国際会議で公表した。現在まで、研究計画書に記載した研究計画以上に進展して研究を進めている。特に本年は目的関数の変数間依存性や悪スケール性などの性質に着目し、それらの性質を有する目的関数に対して不変性を有した解探索能力を持つためにはどのような方策で対処すべきかに関して解析を行った。また粒子群最適化法のみならず様々な進化計算手法におけるこれらの性質に対する方策を解析することで、解探索性能を向上させるために必要な方策を明らかにし、これらを取り入れた新たな粒子群最適化法のアルゴリズムを提案した。これまでの研究成果に関しては3件の原著論文、10件の国際会議での発表、また国内口頭発表を通じて公表している。更に現在2本の原著論文を投稿中である。当初の計画では解探索能力の不変性に関する解析は計画に無かったが、その点に着目することで解探索性能に関する知見が飛躍的に向上し計画以上の成果が得られており、非常に研究が進展していると言える。本年度は最適化を行う目的関数の変数依存性、悪スケール性に起因した解探索性能の不変性の解析結果に基づき不変性を有した新たな解探索アルゴリズムを開発した。開発したアルゴリズムは非線形写像を利用することで決定論システムでありながら大域的探索能力を保持したまま、局所探索能力を向上させ、かつ回転不変性、悪スケール性等に対する不変性を有した粒子群最適化手法に基づいた探索手法である。このアルゴリズムを非線形写像最適化法と命名した。予備試験では非線形写像最適化法は、これまでに公表されている粒子群最適化手法よりも極めて高い探索性能を有していることを数値実験により明らかにした。また非線形写像最適化法を機械学習に適用させ、効率よい学習結果が得られる事も明らかにした。また電力変換システムのPWMインバータの最適化に応用し、高い変換効率が得られる事も明らかにした。これらの成果は下記の論文、国際会議で公表している。

平成28年度は主に確率分布に着目し、研究を進めてきたが、その過程で粒子群最適化法が有する目的関数の変数間依存性、悪スケール性などが明らかになってきた。このため現在、これらの問題の解決を目指した新たな手法の開発を当初研究計画と並行して行なっている。これらの問題は系に一種の擬似勾配を導入することで解決出来る見通しが立ってきており、これにより解探索性能の飛躍的な向上が望める。提案手法の性能を数値計算実験を行い確認を本年度は行う予定である。また、実問題への適用、専用ハードウェアの設計、実装にも着手する予定である。平成27年度は確率分布に着目し、平成28年度は目的関数の変数間依存性や悪スケール性などに着目し、解探索性能の不変性を有したアルゴリズムに着目した研究を行い、様々な性質を明らかにしてきた。これらの成果を基に平成29年度はより良い解探索性能を有した粒子群最適化法について考察する。特に従来の手法では確率分布に依存した確率的手法であるため解が得られる保証が無いが、決定論的手法で解の保証ができるシステムの開発を目指す。既に平成28年度に確率論的手法を上回る解探索性能を有した決定論的粒子群最適化法を開発しており、これに不変性解析で得られた知見を取り入れる予定である。非線形工学研究計画では実験補助を計上していたが、本年度はその執行を行うことなく、当初計画通りに研究が遂行できたため。本年度は研究計画内容よりも早い進捗状況により、研究成果を公表するための旅費、また論文掲載料、英文校正等の費用が計画よりも多く必要となったため物品購入費をこれに充てた。また研究計画では実験補助を計上していたが、本年度はその執行を行うこと無く当初計画通り研究が遂行できたため。平成29年度は実問題への適用、ハードウェアの実装を予定しており、これに関連して人件費・謝金が発生する予定である。平成29年度は最終年度であり、研究成果の公表を中心に行う予定である。
濃厚飼料多給時に生ずる第一胃内pHの低下抑制-物理刺激による唾液分泌増加の可能性

反芻動物の第一・二胃内へ加えられた機械的刺激が濃厚飼料給与時の唾液分泌・前胃運動性・第一胃内消化性に与える影響が調べられた。動物は第一胃カニューレ、耳下腺カテーテル、第二胃筋電位測定用電極を装着したヒツジおよびウシを用い、飼料は維持レベルの濃厚飼料主体飼料あるいは濃厚飼料のみを1日2回に分け給与した。第一胃内消化性はVFA濃度およびナイロンバッグ法による第一胃内固形分消化率を測定した。ヒツジにおいて1日の総運動回数に有意差は見られなかったが、A型運動に占める反芻の割合が刺激を加えた条件(+Stim条件)では有意に多くなった。特に深夜から早朝にかけて反芻の回数が多くなった。B型運動は+Stim条件で減少する傾向にあった。1日の唾液分泌量は+Stim条件で多くなる傾向が見られた。経時的には採食時の増加が+Stim条件で大きかった。第一胃内pHの日内変動幅は+Stim条件で小さい傾向にあり、特に採食開始後のpH低下割合が+Stim条件より有意に小さかった。第一胃内総VFA濃度は+Stim条件で有意に高くなり、+Stim条件での第一胃内乾物消化率は乾草消化率が低い傾向、濃厚飼料消化率が高い傾向にあった。ウシにおいては1日あたりのA型胃運動は+Stim条件で増加傾向にあり、A型のうち反芻・偽反芻を伴ったA型運動の割合で増加傾向にあった。1日の唾液分泌量は+Stim条件で多くなる傾向が見られ、給餌後および夜間に+Stim条件で有意に高い値を示した。第一胃内pHは常に+Stim条件で高い値を示し、給餌前で0.4高く、採食後の低下幅も+Stim条件で小さかった。第一胃内固形分消失率には両区の間に差は見られなかった。以上のことから、濃厚飼料主体飼料給与時に加えられた第一胃内への機械的刺激は、第一・二胃内の機械受容器を刺激し、胃運動総数は変化させないものの反芻の割合を増加させ、その結果、唾液分泌量の増加・胃内pHの安定を引き起こし、最終的に前胃内発酵性の向上と消化率の向上を引き起こす可能性があることが示めされた。本年度はヒツジを用い、濃厚飼料主体給時にルーメン・ファイブ(RF)を投与しないもの(濃厚飼料-RF区)とルーメン・ファイブを投与するもの(濃厚飼料+RF区)を設定し、唾液分泌動態・反芻行動・前胃運動性・第一胃内pHを24時間にわたり連続的に測定した。動物はサフォーク系ヒツジ6頭を用い、ルーメンカニューレ、耳下腺カテーテル、第二胃筋電位測定用電極を装着した。飼料は、乾草(0.1%BW)および濃厚飼料(1.6%BW)を1日2回に分け、午前8時30分、午後4時30分に給与した。測定項目は第一・二胃運動(A型・B型)、反芻、第一胃内pH、第一胃内VFAおよび乳酸濃度、第一胃内乾物消化率であった。