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阿毘達磨倶舎論と瑜伽師地論の比較的研究

私の本研究は,世親が『阿毘達磨倶舎論』(以下『倶舎論』)を執筆するにあたって,どの程度『瑜伽師地論』(以下『瑜伽論)』に依存していたかを,この両文献を比較検討することによって解明することである,しかし『倶舎論』は,長大かつ複雑なテキストであるため,衆賢による『倶舎論』反駁書たる『順正理論』を利用しつつ,以下のように本研究を進めることとした.正統派有部の立場に立つ世親の批判者・衆賢は,『順正理論』において世親の有部正統説からの逸脱を指摘するとき,世親のことを「経主」と呼んでいる.従って,まず『順正理論』をコンピューター検索して「経主」の用例を収集し,次には,『倶舎論』において,衆賢の批判対象となっている箇所を特定した.さらに,衆賢による世親批判の趣旨と,その根拠を正確に理解した.そして最後に,『瑜伽師地論』をコンピューター検索して,関連箇所を探した.合わせて『倶舎論』の第一、第二、第三章を調べた.それから『倶舎論』のサンスクリットテキストと『瑜伽師地論』の漢訳を入力した,その次に,結果を分析して,研究レポートの序章を書いた.最後に,出版するためにこの研究全体についてのレポートを作成した.私の本研究は,世親が『阿毘達磨倶舎論』(以下『倶舎論』)を執筆するにあたって,どの程度『瑜伽師地論』(以下『瑜伽論)』に依存していたかを,この両文献を比較検討することによって解明することである,しかし『倶舎論』は,長大かつ複雑なテキストであるため,衆賢による『倶舎論』反駁書たる『順正理論』を利用しつつ,以下のように本研究を進めることとした.正統派有部の立場に立つ世親の批判者・衆賢は,『順正理論』において世親の有部正統説からの逸脱を指摘するとき,世親のことを「経主」と呼んでいる.従って,まず『順正理論』をコンピューター検索して「経主」の用例を収集し,次には,『倶舎論』において,衆賢の批判対象となっている箇所を特定した.さらに,衆賢による世親批判の趣旨と,その根拠を正確に理解した.そして最後に,『瑜伽師地論』をコンピューター検索して,関連箇所を探した.合わせて『倶舎論』の第一、第二、第三章を調べた.それから『倶舎論』のサンスクリットテキストと『瑜伽師地論』の漢訳を入力した,その次に,結果を分析して,研究レポートの序章を書いた.最後に,出版するためにこの研究全体についてのレポートを作成した.私が本研究において意図するところは,世親が『阿毘達磨倶舎論』(以下『倶舎論』)を執筆するにあたって,どの程度『瑜伽師地論』(以下『瑜伽論)』に依存していたかを,この両文献を比較検討することによって解明することである.しかし『倶舎論』は,長大かつ複雑なテキストであるため,衆賢による『倶舎論』反駁書たる『順正理論』を利用しつつ,以下のように本研究を進めることとした.正統派有部の立場に立つ世親の批判者・衆賢は,『順正理輪』において世親の有部正統説からの逸脱を指摘するとき,世親のことを「経主」と呼んでいる.従って,まず『順正理輪』をコンピューター検索して「経主」の用例を収集し,次には,『倶舎論』において,衆賢の批判対象となっている箇所を特定する.さらに,衆賢による世親批判の趣旨と,その根拠を正確に理解する.そして最後に,『瑜伽師地論』をコンピューター検索して,関連箇所を探す.この最後の部分が,本研究において最も慎重を要するところである.というのも,同じ玄奘訳ではあっても諸文献の間で訳語は微妙に異なっており,どのような言葉・表現を検索すれば所期の結果を得ることかできるかは,必ずしも自明ではないからである.とは言え,研究が進展し,経験を重ねるにつれて,適切な検索語を選定することもより容易になりつつある.現段階において,私は『倶舎論』の第一章および第三章について上記の手続きを完了した.私は,世親が正統有部説から逸脱する31の論点のうち,25事例について何らかの対応箇所を『瑜伽論』中に見出しており,これは世親が『瑜伽論』に大きく依存していたことを示すのに十分な比率であると思われる.しかも,それらの対応箇所のうちには,対応関係の非常に明白なものも含まれているのである.本研究は,『倶舎論』執筆段階での世親の思想内容を明らかにするとともに,最近利用可能になった仏教文献のコンピューター検索を駆使して研究を行うという二つの側面において,有益な成果をもたらしつつあり,現段階での研究の進展状況は満足すべきものであると考えている.私の本研究は,世親が『阿毘達磨倶舎論』(以下『倶舎論』)を執筆するにあたって,どの程度『瑜伽師地論』(以下『瑜伽論)』に依存していたかを,この両文献を比較検討することによって解明することである.しかし『倶舎論』は,長大かつ複雑なテキストであるため,衆賢による『倶舎論』反駁書たる『順正理論』を利用しつつ,以下のように本研究を進めることとした,正統派有部の立場に立つ世親の批判者・衆賢は,『順正理論』において世親の有部正統説からの逸脱を指摘するとき,世親のことを「経主」と呼んでいる.

従って,まず『順正理論』をコンピューター検索して「経主」の用例を収集し,次には,『倶舎論』において,衆賢の批判対象となっている箇所を特定した.さらに,衆賢による世親批判の趣旨と,その根拠を正確に理解した.そして最後に,『瑜伽師地論』をコンピューター検索して,関連箇所を探した.平成12年度に『倶舎論』の第二章と『瑜伽論』との比較を完了した.第二章における関連箇所は,非常に多いために、今回の研究はここで一応終了している.合わせて『倶舎論』の第一、第二、第三章を調べた.それから『倶舎論』のサンスクリットテキストと『瑜伽師地論』の漢訳を入力した.その次に,結果を分析して,研究レポートの序章を書いた.最後に,出版するためにこの研究全体についてのレポートを作成した.
アムルビシンによる薬剤耐性化機構の解析

アムルビシンにより耐性を誘導した肺がん細胞株では、EGFRのリガンドであるアンフィレグリンの遺伝子の発現が亢進していることが明らかとなった。アンフィレグリンはアムルビシンに対する感受性を低下させる一方で、アムルビシン耐性株のアンフィレグリンの発現をsiRNAによりノックダウンすると、アムルビシンに対する感受性が回復した。セツキシマブにもsiRNAと同様の効果を認めた。新規抗がん剤であるアムルビシンによる薬剤耐性化機構について解析を行うため、アムルビシンの投与により誘導される遺伝子を網羅的に解析し、候補遺伝子を絞り込む作業を行った。実験にはアムルビシンが生体内でカルボニルレダクターゼにより変換され生成される活性代謝物であるアムルビシノールを用いた。まず、非小細胞肺がん細胞株H520および小細胞肺がん株H1688にアムルビシノールの段階希釈液を投与し、腫瘍増殖抑制試験を行い、それぞれの50%発育阻害濃度を求めた。続いてそれぞれの細胞株を50%阻害濃度で24時間暴露したのち、tRNAを回収してcRNAを精製し、CELI社のwhole human genome microarray解析で、数万個の遺伝子の発現を網羅的に解析した。これに引き続いて、Thomson Reuters社が開発したMetaCoreというパスウェイ解析ソフトを使用して、非暴露群に比較して数倍以上の発現の変化が見られた遺伝子の中から、薬剤の代謝、排泄、DNA修復機構、アポトーシス、細胞生存シグナルといった薬剤耐性と関係する分子機構上で作用する遺伝子を絞り込む作業を行った。これにより絞り込まれた遺伝子のvalidationを行うため、半年間かけてstep up法によりアムルビシン耐性肺がん細胞株の樹立に取り組んでいる。このような手法で薬剤耐性や感受性に関わる遺伝子を探索することは他に類がなく、抗がん剤治療の治療効果を予測する新規バイオマーカーの発見として期待される他、既存の抗がん剤をより有効に活用することによる治療成績の向上や、耐性の少ない新規抗がん剤の開発などにも寄与していくことが期待される。当該年度は予定通り、アムルビシンによる肺がんの耐性化の機序を明らかにするため、アムルビシン投与によって誘導される耐性遺伝子を同定し、その遺伝子発現度と抗がん剤治療の臨床的な効果との相関について、下記の解析を行った。すなわち、1)アムルビシン投与により誘導される候補遺伝子の網羅的解析と2)アムルビシン耐性遺伝子の発現と薬剤感受性との相関解析である。まず、肺癌細胞株(DMS-53とH520)を使用して、step wise法にてアムルビシンの濃度を段階的に増加させてアムルビシン耐性株を作成し、total RNAを回収して発現の変化した遺伝子をmicroarrayにより網羅的に解析を行った。その結果、amphiregulinの発現が両細胞株で上昇していることを明らかにした。amphiregulinは上皮系増殖因子で上皮細胞、線維芽細胞、免疫細胞での増殖、アポトーシス、遊走に関わっている。耐性株において、このamphiregulinの遺伝子発現をsiRNAによりノックダウンしたところ、アムルビシンの感受性が回復し、耐性株を培養した培養液を正常細胞株に投与したところ、薬剤の感受性が低下することを確認した。アムルビシンは日本人のがんによる死亡原因の1位を占める肺がんに対するキードラッグの1つであり、特に肺がんの15%を占める小細胞肺がんのセカンドライン以降の治療においては、従来の抗がん剤より高い抗腫瘍効果が報告されている。しかしながら、進展型小細胞肺がんの生存期間中央値は2012年度のASCOでの報告でも18ヶ月と未だ極めて予後不良の疾患であり、長期生存を妨げている一因として薬剤耐性が考えられる。薬剤耐性の克服は喫緊の課題であると考えられ、今回アムルビシンの耐性に関わる遺伝子の発現を明らかとし、治療標的となり得ることを示した我々の研究は大きな意義を持つ。また、がん患者の生存期間の延長に大きく寄与していくものと期待される重要な結果である。アムルビシンはアントラサイクリン系の抗がん剤であり、肺がんに対して高い抗腫瘍効果を示す。特に小細胞肺がんにおいて、セカンドライン以降の化学療法のキードラッグとなっているが、小細胞肺がんは未だ予後不良の疾患であり、長期生存を妨げている一因としてアムルビシンが誘導する抗がん剤に対する薬剤耐性の可能性が考えられる。しかしながら、アムルビシンの耐性化機序については未だ不明な点が多い。今回の研究は、アムルビシンの耐性化機構を解明し、その治療法を確立することである。まず、アムルビシンの代謝産物であるアムルビシノールを長期間曝露することで、アムルビシノール耐性肺がん細胞株(H520、DMS53)を樹立した。その結果、アムルビシノール耐性化前の細胞に比べて、アムルビシノール耐性株ではEGFRのリガンドであるアンフィレグリンの遺伝子の発現が亢進していることが明らかとなった。アンフィレグリンはアムルビシノールの刺激により培地中に産生され、アムルビシンに対する感受性を低下させた。一方、アムルビシノール耐性株におけるアンフィレグリンの発現をsiRNAによりノックダウンすると、アムルビシノールに対する感受性が回復した。セツキシマブにもsiRNAと同様にアムルビシノール耐性株のアムルビシノールに対する感受性を改善する効果があり、アムルビシノール耐性株の皮下移植マウスモデルでも、セツキシマブは高い抗腫瘍効果を示した。以上より、アムルビシンの耐性化にアンフィレグリンが関与しており、セツキシマブがアムルビシンに対する耐性化の有望な治療薬になりうる可能性が示唆された。

アムルビシンにより耐性を誘導した肺がん細胞株では、EGFRのリガンドであるアンフィレグリンの遺伝子の発現が亢進していることが明らかとなった。アンフィレグリンはアムルビシンに対する感受性を低下させる一方で、アムルビシン耐性株のアンフィレグリンの発現をsiRNAによりノックダウンすると、アムルビシンに対する感受性が回復した。セツキシマブにもsiRNAと同様の効果を認めた。研究計画書に予定していた1)肺癌細胞株におけるアムルビシン耐性遺伝子の発現を網羅的に解析する実験、2)組織型の異なる肺癌細胞株での候補遺伝子の発現をqRT-PCR法により明らかにする実験、3)候補遺伝子の発現量をアムルビシノールで増加させるかsiRNAで減少させて、その発現量の変化が薬剤感受性に与える影響を明らかにする実験は上記研究実績の概要に記載した通り、既に終了している。呼吸器内科研究計画書に記載した4)候補遺伝子の発現をsiRNAでノックアウトした細胞株をマウスに皮下移植して担癌マウスモデルを作成してin vivoで候補遺伝子の発現と薬剤感受性と関係を明らかにする実験、5)ヒト癌組織の免疫染色によって候補遺伝子の発現度を評価し、抗癌剤に対する反応性、治療効果との間の相関性を検討する実験を今年度に実施するため、院内の規定の書類を準備している。アムルビシン耐性遺伝子の網羅的解析は申請書の記載通り終了している。候補遺伝子の評価の為の薬剤耐性株の樹立も半分以上の工程が終了しており、今年度の前半中に評価実験が行える予定である。現在作成中のアムルビシン耐性肺がん細胞株を使用して、候補遺伝子の発現の有無を確認する。続いて、申請書に記載した通り、候補遺伝子をsiRNAなどでノックダウンし、アムルビシンを含めた複数の抗がん剤で候補遺伝子と薬剤感受性の相関関係を調べる。さらに、生体における候補遺伝子と薬剤耐性との関係を調べるため、薬剤耐性株の担がんマウスモデルを作成し、腫瘍増殖抑制試験を行う。同時に候補遺伝子のノックダウンも行い、薬剤感受性との相関関係を調べる。本研究では、最終的にヒト組織検体を用いて候補遺伝子の免疫染色を行い、薬剤感受性との関係も調べていく予定である。そのためにin vitroとin vivoのデータが集積した時点で学内倫理審査委員会に諮り臨床検体を用いた実験に移行していく予定である。
アイデンティティに基づく学習動機づけの形成支援に関する研究

平成28年度から実施している高校生を対象とした質問紙調査が3年目となり,第1コホートの高校1年時から3年時までの縦断データが揃うとともに,第2・第3コホートを合わせた横断データも蓄積できていることにより,協力校におけるカリキュラム(学科・類型)による学習への動機づけ等の違いや同一学科にみるコホート差など,多角的な分析が可能になった。特徴的な結果としては,アイデンティティに基づく学習動機づけ(学習意欲の質)を測定する4項目の簡易な質問紙について,3年間の時間的な安定性(信頼性)とともに,年次進行に伴う変化の傾向を捉えている(3年次における進路選択との関係など)ことから妥当性についても確認された。一方で,当初の計画にはなかった性別による違いが無視できない程度に見られることがわかり,有名大学や将来の収入を重視する「外発的目標」が3年間一貫して男子の方が有意に高いこと,そして3年次において女子の「模索」的な学習意欲(不安や不本意感を抱きながらも模索を続けて学習に取り組み続ける姿勢)に有意な低下(学年と性別の交互作用)が認められた。この点については,他の質問項目やカリキュラムの選択状況さらには進路決定状況との関連も予想されるため,追加の分析を行う中で要因を見極める必要があると考えられる。また,大学生を対象とした教職科目の講義における調査を継続的に実施し,学期当初と学期末のそれぞれにおいて,アイデンティティ発達尺度得点と学習意欲得点(課題への価値希求及び価値評定)の間に中程度の有意な相関が見られた。また,授業通信を活用した学生との双方向的な意見交換とともに,講義内容及び将来の職業に関わる態度を測定する質問紙を開発し,計4項目のうち2項目について有意な変容が認められ,その変容とアイデンティティ及び学習意欲(課題への価値づけ)との間に一部関連が見られた。高校生対象の調査については,3年間の縦断調査が計画に沿って進められ,データの蓄積は順調に進展している。また,その分析結果から,学年進行による変容の傾向や生徒一人ひとりに着目した変容パターンの分布の特徴なども明らかになりつつあり,アイデンティティ形成と学習意欲の質との関連から,アイデンティティに基づく学習動機づけの理論化に必要なエビデンスが得られてきている。ただし,分析段階で当初の計画に入っていなかった性別による効果を無視できない結果が見られたため,関連指標を追加した上で,さらなる分析による精査が必要な状況となっている。この点については,当初計画以上に調査が進展しているという見方もできなくはないが,性別によるキャリア選択の違いや過去の進学実績等の違いといった情報を踏まえて,当初計画に含めておくべき要因であったとも言えるため,進捗状況の区分としては「おおむね順調に進展している」と判断した。なお,この追加の分析等を行うために,研究期間を1年間延長することとなっている。また,大学生対象の調査については,アイデンティティ発達と学習意欲との関係が学期内の縦断調査結果の分析により明確に見えてきたこと,加えて,対象となった講義の内容に関する態度変容との関連についても一部認められる結果が得られており,アイデンティティに基づく学習動機づけの形成を支援する授業実践のあり方など,発展的な研究に向けた知見を研究成果としてまとめることができる見通しであり,進捗状況の区分としては「おおむね順調に進展している」と判断した。研究期間を1年間延長し,特に高校生対象の調査を継続するとともに,これまでに蓄積したデータについても関連指標を追加した上で,さらなる分析による精査を行う。具体的には,アイデンティティ形成に関係の深い進路決定状況やキャリア発達に関する指標を取り上げ,学習意欲の質及びその変容プロセスとの関係について,性別による効果に留意しながら分析を進めたい。なお,追加の指標を研究に使用する上では,個人情報保護を含む研究倫理の観点から対象校に丁寧な説明を行うとともに,研究代表者の所属機関が変更になったことから,研究倫理審査等の必要な手続きについても慎重かつ迅速に進めることに留意する。その上で,研究成果をまとめ論文化することに取り組む。また,大学生対象の調査結果についても,アイデンティティ発達と学習意欲の質の関係を中心に引き続き分析を進めた上で,上記の高校生対象の調査結果の追加分析と合わせて,理論の精緻化を行うこととする。その際,高校生と同様に性別による影響を考慮する必要があるかどうか,対象学部や授業科目の特性を踏まえて検討しながら,アイデンティティに基づく学習動機づけについて高校生と大学生で可能な限り理論的に整合する一貫した説明を目指すこととする。これらの調査結果をもとに,自律的動機づけ形成のデュアルプロセスモデルのさらなる精緻化を図るとともに,昨今の高大接続改革及びそれに伴う高校と大学それぞれでの授業改善等の取組等,最新の社会的動向を踏まえたニーズに留意しながら,授業実践や教材開発に資する具体的な提言や教育的示唆を引き出すことを目指して研究を進める。平成28年度は,identity-based motivationおよび内容同質性に関する文献研究を進めるとともに,予備調査として「アイデンティティに関わる学習場面のエピソード」を自由記述等により収集し,学習内容との関係の質に着目した類型化を試みた。文献研究においては,アイデンティティと学習動機づけの関係をめぐる研究史の概観,時間軸と空間軸から見たアイデンティティ概念と関連概念との接点,アイデンティティに基づく学習動機づけの形成過程と学校教育実践への示唆,アイデンティティに基づく学習動機づけのさらなる可能性と今後の展望についてまとめた。アイデンティティに関わる学習場面のエピソードについては,大学生を対象としてこれまでの経験についての回顧法による調査を行い,46の具体的なエピソードの回答を得て,アイデンティティ及びキャリア発達に関する諸概念との関連からカテゴリー化を行った。加えて,平成29年度に予定していた質問紙調査項目の開発について,フィールドとしている高校側のニーズと一致したことから,その一部を前倒しで実施した。

学校教育現場における時間的制約を考慮した少数の項目で学習意欲の質を測定し,その個人差を類型化して示すための分析を行った。具体的には,自己決定理論における目標内容理論やアイデンティティ研究に関する知見を参考に,外発的目標に基づく生徒像,内発的目標に基づく生徒像,モラトリアム志向的な生徒像,探索志向的な生徒像の4つについて180字程度で表現し,それぞれの生徒像にどの程度当てはまるかを5段階で回答させ,そのプロフィールに基づいてクラスター分析により類型化した。平成28年度に計画していた文献研究及びエピソード収集の調査を遂行できたとともに,平成29年度に計画していた質問紙調査項目の開発について,その一部を前倒しで実施し,その成果について発表することができたため,当初計画以上に進展していると判断した。平成28年度に平成29年度の計画の一部を前倒しにして実施した質問紙調査の開発について,フィールドとしている高校側のニーズを踏まえ,継続調査を行った。学校教育現場における時間的制約を考慮した少数の項目で学習意欲の質を測定するため,自己決定理論における目標内容理論やアイデンティティ研究に関する知見を参考に,外発的目標に基づく生徒像,内発的目標に基づく生徒像,モラトリアム志向的な生徒像,探索志向的な生徒像の4つについて180字程度で表現し,それぞれの生徒像にどの程度当てはまるかを5段階で回答させ,そのプロフィールに基づいてクラスター分析により6つの類型を抽出した。その結果,内発的目標(自己の成長や社会への貢献)と外発的目標(有名大学進学や将来の高収入)の両方が高い「両目標志向」群と,内発的目標のみが高い「内発目標志向」群が,全般的に適応的な指標との正の関連が認められ,特に内発目標志向がより適応的であるという結果は先行研究とも整合することから,少ない項目であっても測定の妥当性が確認されたと言える。また,2年度間の縦断調査が実現しており,上記の類型間の移行プロセスについてデータが蓄積されつつあり,特定の類型から別の特定の類型への移行の多寡から,一定程度の移行パタンを抽出することが可能であり,特にモラトリアム志向や探索志向が内発・外発的目標との組合せにおいてどのような発達的プロセスが生じるのかについて,平成30年度に計画している協力校の各種プログラム参加経験の効果等と合わせた検証を行うための準備が整った。また,内容同質性の観点に基づく教材(学習の手引き等の資料)については,協力校のニーズを踏まえて,平成29年度は学年通信へのコラムの執筆・掲載を行うとともに,既存の公表されている教材の中から協力校のスクール・アイデンティティに沿ったものを選定する形で,その開発が進められた。平成28年度に一部前倒しをしていた質問紙尺度の開発については,平成29年度も継続してデータが収集されており,1学年320名で,28年度の1年生,29年度の1年生と2年生,延べ960名分の縦断データの蓄積がなされている。
ショ糖応用後の歯垢の深さの違いにおけるpHおよびミネラルの変化について

今回の研究では、ショ糖応用後の歯垢内pHおよびミネラル濃度の変化について検討した。pHについては、歯垢表層部は内層部に比べて、pHの低下が速く、元のpHに戻るのが速いこと、最低pHは表層部の方が内層部と比べて低いことが明らかになった。ミネラル濃度については、歯垢内リン濃度は、歯垢表層は内層よりも高いこと、またシュクロース応用前後で比較すると歯垢表層の方が内層と比較してシュクロース応用後のリン濃度の低下が大きいことが明らかとなった。エナメル質の脱灰と再石灰化のプロセスは、それに隣接する歯垢内の環境に強く影響される。近年の研究では、歯垢内部とエナメル質との境界部の重要性が認識されるようになり、歯垢も2次元的(単体)ではなくその表層、内層といった厚みを考慮して3次元的に捉えられるようになってきた。加藤らが開発した歯垢堆積装置を用いた歯垢中ミネラルや細菌の層別分析法が確立されたことにより、歯垢表層と内層では、ミネラルや細菌の分布が異なることが明らかにされ、歯垢のより詳細な情報が求められるようになってきた。これまでの研究では、シュクロース応用後の歯垢内pHの変化については、歯垢を単体として検討してきたものしかなく、表層部、内層部におけるpHの変化を検討した研究はない。平成19年度の研究では、in vivoにおいて歯垢堆積装置を付けたクラスプを被験者の上顎右側臼歯部に装着し、歯垢堆積装置の表層部、内層部に100μmの微小pH電極を2本挿入し、10%シュクロースを2分間応用後の歯垢表層部および内層部におけるpHの変化を同時にモニタリングした。その結果、歯垢表層部は内層部に比べて、pHの低下が速く、元のpHに戻るのが速いこと、最低pHは表層部の方が内層部と比べて低いことが明らかになった。この結果より、歯垢表層と比較して歯垢内層では、シュクロースの浸透が遅くまたその量も少なくなること、一方で歯垢表層の方が歯垢内層と比べて唾液の影響を強く受けるため拡散が速いことが考えられた。これまでの研究では、シュクロース応用後の歯垢内ミネラルの変化については、歯垢を単体として検討してきたものしかなく、表層部、内層部におけるミネラルの変化を検討した研究はない。平成20年度の研究では、in vivoにおいて歯垢堆積装置を被験者の上顎右側臼歯部2個に装着し、7日間の歯垢堆積期間の後、歯垢堆積装置を1個撤去、その後10%シュクロースを2分間応用し、30分経過したところでもう一方の歯垢堆積装置を撤去し、シュクロース応用前後の歯垢表層および内層におけるリン濃度を計測した。その結果、歯垢内リン濃度は、歯垢表層は内層よりも高いこと、またシュクロース応用前後で比較すると歯垢表層の方が内層と比較してシュクロース応用後のリン濃度の低下が大きいことが明らかとなった。この結果より歯垢表層と比較して内層ではショ糖が浸透しにくく、その結果pHが低下しにくいため、ミネラルの溶出が少ないことが考えられた。
鯨骨を用いたサツマハオリムシの生態学

ハオリムシ類は,深海の熱水/湧水/鯨骨域等,硫化水素に富んだ環境に生息する多毛類である.口や消化管を欠き,体内に共生させる硫黄細菌が硫化水素を利用して作り出す有機物に完全に栄養依存する.この一般に有毒である硫化水素を,硫黄細菌との共生というかたちで利用する生存戦略は,生物の極限環境に対する適応や細胞内共生の進化を探るうえで興味深い.我々はこれまでの研究で,鯨骨が腐敗して発生する硫化水素を用いた飼育系で良好な飼育と繁殖に成功した,本研究では1)成長に及ぼす環境要因の解明と2)飼育下での幼生獲得と着底初期幼生の生態解明を目的とし,本年度は主に目的1に関連する研究を行った.先行研究ではハオリムシ類の成長は周辺の硫化水素濃度に影響を受けると推測されているが,実際に関係が示された例はない.また,ハオリムシの付着した鯨骨の周辺の硫化水素濃度はよく分かっていない.さらに,環境変化に伴うハオリムシ類の行動について,これまで全く知見がなかった.以上から,本年度は鯨骨周辺の環境の把握およびそれに伴うハオリムシの行動を明らかにするため,飼育環境下の鯨骨周辺の硫化水素濃度測定と共に,鯨骨付着サツマハオリムシの行動解析を行った.鯨骨表面の硫化水素濃度分布は局所的に変化する事を明らかにした.これは同一の鯨骨上の異なる部位という微小環境間でも成長速度に差を生じる可能性を示唆する.また鯨骨は極めて低いDO環境に置かれない限り,局所的に硫化水素濃度の高い,極めて湧水域に近い生息環境を形成することを明らかにした.さらに,鯨骨付着サツマハオリムシの鰓の出入行動には,DOだけでなく硫化水素濃度も関係している可能性が高く,環境中の硫化水素濃度が成長だけでなく行動にも影響を与える事を示唆する.これらはハオリムシ類の生存にとって重要な,硫化水素の濃度を敏感に感じ取り行動に反映させる能力を有力に示す初めての結果である.目的1,2共に使用する予定だった新たなサツマハオリムシ付着鯨骨(ハンドリングを良くするために断片化して設置した骨)が,調査機器の故障で回収できなかったため,当初予定していた実験を実施できなかった.今後は,本年度に回収できなかったサツマハオリムシ付着鯨骨の回収を最優先に行う.4月に予定されている調査航海で回収する予定である.回収後,目的1については本年度の成果を鑑み,DOコントロール水槽を用いて環境をコントロール,骨表面の硫化水素濃度を詳細に測定,成長との関係を明らかにする.目的2については,回収した鯨骨に付着する幼生を採集,また実験室内での採卵,発生実験を行い,幼生を採集,初期生活史を明らかにする.ハオリムシ類は,深海の熱水/湧水/鯨骨域等,硫化水素に富んだ環境に生息する多毛類である.口や消化管を欠き,体内に共生させる硫黄細菌が硫化水素を利用して作り出す有機物に完全に栄養依存する.この一般に有毒である硫化水素を,硫黄細菌との共生というかたちで利用する生存戦略は,生物の極限環境に対する適応や細胞内共生の進化を探るうえで興味深い.我々はこれまでの研究で,鯨骨が腐敗して発生する硫化水素を用いた飼育系で良好な飼育と繁殖に成功した,本研究では1)成長に及ぼす環境要因の解明と2)飼育下での幼生獲得と着底初期幼生の生態解明を目的とし,本年度は主に目的1に関連する研究を行った.先行研究ではハオリムシ類の成長は周辺の硫化水素濃度に影響を受けると推測されているが,実際に関係が示された例はない.また,ハオリムシの付着した鯨骨の周辺の硫化水素濃度はよく分かっていない.さらに,環境変化に伴うハオリムシ類の行動について,これまで全く知見がなかった.以上から,本年度は鯨骨周辺の環境の把握およびそれに伴うハオリムシの行動を明らかにするため,飼育環境下の鯨骨周辺の硫化水素濃度測定と共に,鯨骨付着サツマハオリムシの行動解析を行った.鯨骨表面の硫化水素濃度分布は局所的に変化する事を明らかにした.これは同一の鯨骨上の異なる部位という微小環境間でも成長速度に差を生じる可能性を示唆する.また鯨骨は極めて低いDO環境に置かれない限り,局所的に硫化水素濃度の高い,極めて湧水域に近い生息環境を形成することを明らかにした.さらに,鯨骨付着サツマハオリムシの鰓の出入行動には,DOだけでなく硫化水素濃度も関係している可能性が高く,環境中の硫化水素濃度が成長だけでなく行動にも影響を与える事を示唆する.これらはハオリムシ類の生存にとって重要な,硫化水素の濃度を敏感に感じ取り行動に反映させる能力を有力に示す初めての結果である.目的1,2共に使用する予定だった新たなサツマハオリムシ付着鯨骨(ハンドリングを良くするために断片化して設置した骨)が,調査機器の故障で回収できなかったため,当初予定していた実験を実施できなかった.今後は,本年度に回収できなかったサツマハオリムシ付着鯨骨の回収を最優先に行う.4月に予定されている調査航海で回収する予定である.回収後,目的1については本年度の成果を鑑み,DOコントロール水槽を用いて環境をコントロール,骨表面の硫化水素濃度を詳細に測定,成長との関係を明らかにする.目的2については,回収した鯨骨に付着する幼生を採集,また実験室内での採卵,発生実験を行い,幼生を採集,初期生活史を明らかにする.
コンバイン脱穀部内の風選メカニズムの理論的解明と選別制御への応用

本研究は,穀物の収穫作業機として開発されたコンバインの脱穀部,中でも回収,調整など次工程に大きく影響を及ぼす風選別部を対象とし,選別対象物である籾や藁の物理的特性や選別風の流れ特性を実験により検証し,風選別メカニズムを流体力学的に解析した.また,数値流体力学(CFD)による選別風シミュレーションと個別要素法(DEM)による籾や藁の飛行シミュレーションを行い選別制御に必要なプログラム開発を行った.本研究は,穀物の収穫作業機として開発されたコンバインの脱穀部,中でも回収,調整など次工程に大きく影響を及ぼす風選別部を対象とし,選別対象物である籾や藁の物理的特性や選別風の流れ特性を実験により検証し,風選別メカニズムを流体力学的に解析した.また,数値流体力学(CFD)による選別風シミュレーションと個別要素法(DEM)による籾や藁の飛行シミュレーションを行い選別制御に必要なプログラム開発を行った.平成18年度は,2次元平面から3次元空間,単粒から群粒へと研究対象を拡張し,それらの現象を解明するため,現有の選別用唐箕を用いて,複数の条件下で風選別実験を実施した.その際,新規購入した高速度カメラ(Photron・EASTCAM1024PCI)を用いて,2方向からの撮影が可能となった.その結果、以下なような知見が得られた。1.選別風を受ける籾・藁の混合群,籾群,藁群の飛散現象を高速度カメラで撮影し,撮影した画像を用いた画像処理システムを新たに構築し,各群粒の飛散範囲の把握が可能となった.2.流体の測定方法として採用されるPIV解析により,選別風を受ける籾・藁の混合群,籾群,藁群の飛散速度の測定を行った.空隙率を算出し,穀粒群に作用する抗力を計算する際に必要な補正係数を導出した.3.1,2の撮影時には,選別用唐箕の正面および側面からも同時に撮影し,2方向からの現象を把握することができた.側面方向から撮影した画像を用いて穀粒群の飛散軌跡やPIV解析による飛散速度を測定し,空間的な現象を把握できた.今後,シミュレーション結果との比較検証を行い,3次元の飛行シミュレーションの改良を行う.4.レーザードップラ流速計,PIV解析を用いて,穀粒群を通過する選別風の風速測定を実施した.穀粒流下量の違いによる風速,風向,乱流構造を明らかにした.平成19年度は,平成18年度にPIVやレーザードップラ流速計を用いて収集した籾群,藁群の飛行速度や選別風速の時系列データをもとに算出した平均飛行速度や乱れ強さ,スペクトル解析から流体力学的により詳細に解析し,粒子間や粒子-気流間の相互作用について検証した.その結果,様々な風速条件下での籾群の飛散状態や藁群の飛行特性および籾群を通過した選別風のエネルギー損失など解明し,選別精度向上に必要な様々な条件を明らかにした.さらに,乱流モデル(k-εモデル)を導入してFVMによる選別風の数値シミュレーションを実施した.その結果,従前の層流モデルよりも精度よく選別風の再現ができた.また,複雑な形状を持つ脱穀部への適応性も確認できた.次に,個別要素法(DEM)を用いて一定風速条件下での籾群,藁群のそれぞれの飛行シミュレーションを実施した.円要素を結合し,実際の籾や藁の形状モデルを構築し,計算を行ったところ,その妥当性を確認できた.今後は,FVMにより再現した風速場において,DEMによる飛行シミュレーションをリンクさせ,様々な条件下での飛行シミュレーションを可能にする必要がある.以上の成果は,一部を農業環境工学関連5学会2007年合同大会(東京),第62回農業機械学会九州支部例会(鹿児島),農業機械学会代67回年次大会(宮崎)で発表するとともに,農業機械学会誌へも投稿し70(1),70(3)に掲載および掲載決定となっている.平成20年度は,選別制御に向けて数値計算プログラムの改良およびその妥当性の検証するため実測値との比較検討を行った。・まず,選別風の風速分布について有限体積法(FVM)による数値シミュレーションを進めてきた。乱流モデル(k-εモデル)を導入し,主流域については,実測値と比較的良く一致した。選別部機構全体の開発改良について有効な情報を寄与するには,壁面近傍の結果に課題が残っているが,本研究が対象とした風速場については良好な解析が可能となった。また,壁面近傍の課題については壁関数の検討や計算領域分割を工夫することで改善が期待できる。次に,籾や藁などの被選別物群の飛行シミュレーションについては,個別要素法(DEM)を用いて計算を行っている。籾の形状モデルは,円要素のみで構成し,藁の形状モデルは,円要素と線要素の組み合わせに改良した。これにより,計算の効率化が進み,風速変化に伴う飛行軌跡の傾向は妥当な結果を得ることができたが,実測値と比較すると改善の必要があった。また,飛行速度は,籾は実測よりやや低く,藁は実測よりもやや高い結果となった。姿勢変化に伴う揚力・抗力係数の導入,計算粒子数の増加が必要である。個別要素法の計算例としては,円要素(3次元場合は球要素)を対象としたものが多いが,本研究のように楕円形や長方形などにも円要素および線要素を組み合わせることでモデル化し,計算が可能となったことは重要な成果であり,拡張個別要素の計算例として有用な事例となった。
偶蹄類フェロモン分子群の同定と受容メカニズムの解明

脊椎動物において、7回膜貫通型タンパク質である鋤鼻1型受容体(vomeronasal receptors; V1Rs)は遺伝子ファミリーを形成しており、フェロモンやカイロモンのような社会シグナルの受容に関与すると考えられている。従って、様々な動物種のV1Rsのリガンド分子の同定は、それらのフェロモンやカイロモンの同定につながることが予想される。本研究ではV1Rsを培養細胞に機能発現させるアッセイ系を確立することで、様々な種のV1Rsのリガンド探索を目的とした。鋤鼻神経細胞では、V1RsはGαiにカップリングし、Gβγを介してPLCβを活性化すると考えらえているが、このシグナル伝達をHEK293細胞で再現したカルシウムイメージング系を確立することができた。また、マウスを用いたバイオアッセイで、雄マウス尿からHEK293細胞で非特異的な応答を引き起こさないV1Rリガンドの精製条件を確立し、応答するV1Rクレードまでは同定できた。新規のV1Rsリガンド分子の同定には至っていないものの、今後はこれらの手法を用いることで、各種V1Rやその他のGαiカップリングするオーファンGPCRのリガンド同定への応用が期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。動物界において、フェロモンは行動や生理の制御に重要な役割を担っている。昆虫類では多くのフェロモンが同定されているが、哺乳類ではバイオアッセイが困難なことから、フェロモン同定の成功例は少ない。そこで本研究では、生体を用いるのではなく、「フェロモン受容体候補分子のリガンド探索」というアプローチをとることとした。哺乳類のフェロモン受容体候補は、2タイプ(V1R, V2R)の7回膜貫通型受容体ファミリーから構成されると推測されており、V1R遺伝子はほとんどの哺乳類がもっている。本研究では特に、産業的に重要なウシ、ヤギ、ヒツジなどの偶蹄類のV1Rのリガンド分子群の同定を目的としている。当該年度は、マウスのV1Rをモデルとし、V1RをHEK293細胞で機能発現させ、カルシウムイメージングを用いてリガンドをスクリーニングする検定系の確立を目的とした。まず、V1RをHEK293細胞に強制発現させた際に細胞膜へ移行するかを調べた。8種のマウスV1Rの膜移行を免疫染色法により確かめたところ、そのうちの1種は非常に効率的に膜移行することが認められた。このV1RとGα15をHEK293細胞で供発現させてカルシウムイメージングを行ったところ、リガンド候補成分のエストロゲン硫酸塩に対する明確なカルシウム応答が認められた。また、V1RとPLCβ2の共発現によっても、エストロゲン硫酸塩に対するカルシウム応答が認められた。前者は百日咳毒素に影響を受けず、後者はカルシウム応答が消失した。この結果と先行研究による知見により、後者はGi2を介してGβγによってPLCβ2を活性化するというシグナル伝達経路であると考えられ、鋤鼻神経におけるシグナリングを再現していると推定される。また、ヤギのV1Rでは、8種中3種のV1RがHEK293細胞で効率的に膜移行することが認められたので、これらのV1RもHEK293細胞に発現させることによる機能解析が可能だと考えられる。脊椎動物において、7回膜貫通型タンパク質である鋤鼻1型受容体(vomeronasal receptor; V1R)は遺伝子ファミリーを形成しており、フェロモンの受容に関与すると考えられている。従って、様々な動物種のV1Rのリガンド分子の同定は、それぞれの動物種のフェロモンの同定につながることが予想さる。本研究ではV1Rを培養細胞に機能発現させたアッセイ系を用いることで、産業的に重要なウシ、ヤギ、ヒツジなどの偶蹄類をはじめ、様々な種のV1Rのリガンド探索を行う。当該年度は、cAMPの検出系を利用したアッセイ方法を確立した。V1Rが抑制性のGタンパク質(Gi)にカップリングすることが推定されることから、cAMP上昇を抑制する効果を検出する系によりV1Rのリガンド応答を検出できると考えた。HEK293細胞にV1Rf3を発現させ、エストロゲン硫酸塩を添加し、その後フォルスコリンを添加した際のcAMPの産生を調べたところ、エストロゲン硫酸塩の濃度依存的に、cAMP上昇の抑制が認められた。この系は、昨年度に確立したカルシウムイメージングの系よりも高感度かつハイスループットであり、今後様々なV1Rのリガンド探索に利用することができると考えられる。様々な種のV1RをHEK293細胞に発現させて細胞膜への移行を調べたところ、マーモセットで6種中1種、ヒトで5種中0種、ヤギで22種中6種、マウスで8種中1種のV1Rが効率的に膜移行することが認められている。マウスにおいて効率的に膜移行したV1Rf3はカルシウムイメージングとcAMPアッセイのどちらでも応答が認められたため、上記のうち膜移行したV1Rは機能解析が可能だと考えられる。

本研究ではV1Rsを培養細胞に機能発現させるアッセイ系を確立することで、様々な種のV1Rsのリガンド探索を目的とした。鋤鼻神経細胞では、V1RsはGαiにカップリングし、Gβγを介してPLCβを活性化すると考えらえているが、このシグナル伝達をHEK293細胞で再現したカルシウムイメージング系を確立することができた。また、マウスを用いたバイオアッセイで、雄マウス尿からHEK293細胞で非特異的な応答を引き起こさないV1Rリガンドの精製条件を確立し、応答するV1Rクレードまでは同定できた。新規のV1Rsリガンド分子の同定には至っていないものの、今後はこれらの手法を用いることで、各種V1Rやその他のGαiカップリングするオーファンGPCRのリガンド同定への応用が期待される。これまでにカルシウムイメージングとcAMP検出系を用いたV1Rのアッセイ系の確立と、種々の哺乳類のV1Rのクローニングと膜移行の評価が行われている。次年度にそれぞれの動物の尿などからV1Rリガンド分子群の同定に向けて準備が進んでいることから、おおむね順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。これまでにクローニングしたV1Rに加え、偶蹄類のヤギ、ウシではゲノム上のすべてのV1Rをクローニングする。そして、カルシウムイメージングまたはcAMP検出系を用いることで、それぞれの動物において、尿や皮脂中のV1Rリガンド分子群を同定する。マウスのV1RをHEK293細胞で発現させ、効率的に細胞膜に移行した場合には、リガンドに応答してカルシウム応答を検出する系を確立することができた。従って、次年度以降にヤギ、ヒツジ、ウシなどのV1Rのカルシウムイメージングを行う基盤形成ができたことになり、おおむね順調に進展していると言える。ヤギゲノム情報をもとに、ヤギのV1Rを網羅的にクローニングし、HEK293細胞に発現させてカルシウムイメージングを行う。リガンドとしては、申請者がヤギの生殖中枢を刺激するフェロモン分子として同定した4-ethyloctana1や、その類縁化合物を用いて、ヤギV1Rのリガンド分子群を探索し、フェロモン候補成分を同定する。
早期肝細胞癌における間質浸潤の解析

高分化型早期肝細胞癌(肝癌)にみられる特有な間質浸潤様式streak patternに着目し、その特異性と出現頻度を明らかにし、間質中に存在する癌細胞の増殖能を調べることを本年度の研究計画とした。また、間質浸潤によって門脈域が消失するが、その様相と減少率をあわせ検討した。多数の肝癌症例の内から20例の小肝癌(径3cm以下)の手術例を選び研究の対象とした。高分化型正索状の形態を示す癌細胞の肝硬変線維性隔壁を場とする間質浸潤streak patternは、高い特異性をもって小型の早期肝癌結節に出現した。これら癌細胞は正常肝細胞の有するreticulin frameをしばしば欠き、診断上有用な所見とみなされた。換言すればこのような特徴を有する肝細胞索が間質内に存在した場合には悪性性格が強く示唆されることとなる。AgNOR計量による増殖能の検討では、個々の症例間の差が大であったが、同一症例においては、癌実質と硬変部との中間の値を示し、かつ夫々の間に有意差を認めた。即ち間質内へ浸潤した癌細胞の増殖能は、癌実質内よりも抑制される傾向のあることが明らかにされた。門脈域にも同様な浸潤が生じ、線維成分と共に胆管、動脈、門脈のtriadが崩壊消失する。その減少率は腫瘍径と平行する。また門脈域の残存率は最高で50%に及ばなかった。門脈域の数と、triad崩壊の様相は高分化型肝癌診断上の1指標となることが示された。これからの検討課題として、間質内癌細胞の機能特性があり、結合織分解酵素と間質浸潤の関連につき免疫組織化学的解析を計画しつつある。
バラスト振動変形挙動評価技術と地震防災・減災機能を強化する鉄道安全技術の構築

波動方程式の解が移流方程式に深いつながりがあることから,移流拡散方程式は弾性体問題や波動現象を解析するうえで重要かつファンダメンタルな微分方程式である.さらに,連続体力学の分野において常に眼目されているNavier-Stokes方程式が連立の移流拡散方程式系とみなせることからも,移流拡散方程式の求解は,連続体力学における諸問題の解明に欠くことができない.近年,計算機による数値解析が盛んにおこなわれており,移流拡散方程式に対するそれも例外ではない.また,微視現象を捕えんとするマルチスケール法の観点から弾性体解析や流体解析等が見直されているが,先にも述べたようにそれらマルチスケール数値解析の礎となるべき移流拡散方程式の求解で直面する諸問題(数値不安定性問題や微視構造の解明など)の解決には至っていない.この行き詰まりに対し,有限要素法における安定化法(SUPG法等)が,マルチスケール変分法(VMS: Variational multiscale method)と密接な関連性にあることが吉報となっている.当該年度では,有限要素近似に用いられる気泡関数要素とマルチスケール変分法の関係性を明らかにし,数値実験により気泡関数要素を用いた有限要素近似の優れた数値安定性と数値解析精度を検証した.このなかで,マルチスケール関数を新たに導入することで,Guermond (1999)が提唱したBubnov-Galerkin法の近似方程式に気泡関数の人工粘性項のみを付加する曖昧模糊なアプローチがどういうわけか数値安定性に優れていた理由が判明した.さらに,Guermondが使った人工粘性係数は,本研究で提案したマルチスケール関数をSUPG法の安定化パラメータとリンクさせることにより,試行錯誤のパラメータではなく,マルチスケール関数に最適な風上(上流)型の人工粘性の値を反映させることが可能となった.弾性体モデリングによってバラストの動的挙動を精緻に掌握するには,弾性体の振動問題,つまり波動問題に対する高精度な数値解析手法の研究開発は避けられない.波動方程式の解は移流方程式と密接に関わっているため,弾性体解析の高精度化は果たして移流方程式に対する数値解析手法の高精度化に帰着する.さらに,弾性体モデリングの範疇においてバラストの微視的メカニズムを表現するためには,弾性体マルチスケール解析を要する.本研究では弾性体に基づくバラスト数理モデリングの数値解析手法が有限要素法に基づいているため,移流方程式に対するマルチスケール有限要素解析も高精度かつ数値安定性(不連続問題における衝撃捕獲能力も含む)に優れた方法を開発する必要がある.当該年度では,有限要素近似に用いられる気泡関数要素とマルチスケール変分法の関係を明らかにし,優れた数値安定性と数値解析精度を検証することができた.この研究成果は,弾性体問題におけるマルチスケール解析の進展に一助すると言っても過言ではない.これまでの研究開発においてバラスト道床抵抗力を向上させる理論的支柱となるバラスト数理モデリングおよびその数値解析手法を概ね確立することができた.また,ハード的対策技術として,高強度人工ブロックを用い,それをバラスト内に点在させるだけで、地震時および常時列車載荷重における鉄道安全性を施すバラスト軌道の耐震性最適強化技術を概ね確立した.ここで,バラスト内に混入する高強度人工ブロックの最適な基礎形状を弾性体解析により検証した.今後の研究推進方策として,OpenAI Gym等を用いた深層強化学習により,バラスト解析のさらなる可能性を探求したい.また,高強度人工ブロック技術のさらなる形状最適化および製造コストダウンを実現するために,コンピュータビジョン向けライブラリであるOpenCVの機械学習に基づいた画像処理によるアプローチ具体的には「構造解析」,「計算幾何」,「モーション解析と物体追跡」,「パターン認識」,「カメラキャリブレーションと3次元再構成」等も探求したい.地震時変形挙動時の「道床横抵抗力」と列車衝撃荷重時の「道床縦抵抗力」に対する定量的推定では、3次元的な砕石および砕石集合体の振動・波動特性と微視的な応力・ひずみ分布を解明することのできるバラスト内の波動の伝播解析により、砕石集合体内部への振動および衝撃波の伝達特性に対するバラスト数理モデルと高精度な数値解析手法が求められる。平成28年度の研究成果としては、NURBSや高次の有限要素近似に基づく数値解析手法を前提とし、それらに親和性の高いバラスト数理モデルの開発を行った。この開発したバラスト数理モデルでは、固気液(個体・気体・液体)連成問題における表面張力の数値解析で用いられるCSF(Continuum Surface Force)モデルに基づいているため、角ばった形状のバラスト砕石からなる道床部の荷重を稜角部の応力集中と、多点接触による応力分散により路盤が許容しうるレベルまで効率よく低減させて路盤に伝える道床縦抵抗力まで評価することができる。このCSFモデルに基づいたバラスト数理モデルではバラスト表面力を体積力に変換することができるため、従来のバラスト数値解析における煩雑なバラスト表面力の煩雑な計算を回避することができる。これによって、平成29年度からは、地震時変形挙動時の「道床横抵抗力」と列車衝撃荷重時の「道床縦抵抗力」に対する定量的推定と、3次元的な砕石および砕石集合体の振動・波動特性と微視的な応力・ひずみ分布を解明することのできるバラスト内の波動の伝播解析を行うことができる。

平成28年度中、3ヶ月間の病気休暇を取らざるを得なかったため、研究開発の進捗が予定より遅れて学会発表や論文投稿の機会を逸してしまったが、角ばった形状のバラスト砕石からなる道床部の荷重を稜角部の応力集中と、多点接触による応力分散により路盤が許容しうるレベルまで効率よく低減させて路盤に伝える道床縦抵抗力まで評価することができるバラスト数理モデルを開発することができた。研究背景として,単粒度砕石の集合(バラスト地盤全体)としての力学的材料特性や応答のメカニズムは理論的に解明されていない.一方,バラスト地盤解析に対する既往のアプローチとして,本来ミリメートル単位のスケールで不均一形状であるバラスト砕石ひとつひとつを全て一様な球体(円形)粒子とする幾何モデリングにより,このような粒子間群にシンプルなバネ力学を基軸とする衝突回転接触など幾つかの力学的自由度を持たせた運動系集合をバラスト地盤と模し,その局所的かつ大域的挙動を追尾する粒子法やDEM(個別要素法/離散要素法)による古典的手法もバラスト地盤解析の一候補として想起されうるが,本研究課題の目的は,バラスト地盤を強化する安定化構造体の最適形状寸法の発見と評価,つまり球体(円形)ではない構造体をも対象にしているため,粒子法やDEMによるアプローチを本研究開発の手法にあてがうことは難しい.本年度の研究開発では,安定化構造体として直方体(四角形)形状の高強度人工ブロックであるモモコキューブ(R)を用い、基礎地盤を構成する単粒度砕石の表面接触力がもたらす局所的な回転運動(微極性の回転モーメント)が、それら集合体としての基礎地盤に及ぼす力学的材料特性とそのメカニズムを表現することを能わすバラスト粒状体地盤モデルを構築した.この数理モデルの評価には有限要素シミュレーションによる数値解析結果と,大型三軸試験等による実証データとの定性的比較において有意義な整合性を見出すに至った.また,これまでの鉄道の単粒度砕石に関する研究では,「軌道破壊現象」と高強度人工ブロックを投入した混合軌道の「沈下抑制効果」のメカニズムが理論解明できず,実用化への重要な技術課題となっていたが,本年度の研究開発成果により,バラスト地盤解析およびバラスト地盤強化技術の進展へ繋がる重要な第一歩を踏みしめることができた.昨年度は体調不良と3ヶ月間の病気休暇のため,当該研究開発に充当する時間を確保することができず,当初の年度計画を下回る成果に甘んじてしまったが,今年度はそれを挽回するため,バラスト地盤の力学的挙動を整合性をもって表現・追従することができる新たな数理モデルの構築に日夜没頭した.果たして,本年度取り組んだこの数理モデリングにより,新たなバラスト粒状体地盤モデルを構築することができた.このバラスト粒状体地盤モデルの発想は,高強度人工ブロック(安定化構造体)の表面形状曲率を考慮した面積力を体積力に変換することを起源とする.このモデル評価において,有限要素シミュレーション結果と,大型三軸試験等による実証データとのあいだに整合性を見出すことができた.たとえば,円形ブロックではバラスト地盤の抵抗力を高めることはほとんどできないが(このことにより粒子法やDEMによるアプローチが不都合である理由が明瞭になった),四角形ブロックではバラスト粒状体の局所的な回転モーメント力の組み合わせによってバラスト粒状体集合の地盤全体に生ずる載荷抵抗力を高めていることが分かった.