hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海馬神経細胞の形態制御におけるRac1活性化因子Dock4の機能解析

神経ネットワークは、その構成単位である神経細胞が軸索と樹状突起を伸ばし、シナプス接続を行うことで形成される。この神経細胞の発達期における形態形成の異常は、神経発達障害や精神疾患と深く関わっており、神経細胞の形態形成のメカニズムを分子レベルで解明していくことは、これらの疾患発症の原因の究明、新しい治療法の確立に大きな意味を持つと考えられる。本研究ではRhoファミリーGタンパク質Rac1の活性化因子であるDock4に焦点を当て、神経細胞の形態形成における機能について調べていくことを目的としている。私は昨年度までに、Dock4が海馬に強く発現しており、シナプス形成の行われる発達後期にその発現量が増加すること、まだシナプス後部構造体の樹状突起スパインに局在していることを発見した。培養神経細胞におけるshRNAを用いたノックダウン実験から、Dock4が正常なスパイン形成に必要であることも明らかにした。さらに、結合分子のスクリーニングから、アクチン骨格制御分子であるcortactinを同定し、Dock4とcortactinの結合もスパイン形成に重要であることを明らかにした。本年度はさらに海馬神経細胞におけるDock4の分子機構の解明を進めた。その結果、Dock4はcortactinと結合することによってスパインへと局在化し、スパインの成熟や維持に関わっていることを明らかにした。さらにDock4は、これまでに結合分子として知られていたELMO2と複合体を形成することでRac1に対する機能的な活性化因子として働き、ELMO2-Dock4複合体としてスパイン形成を制御していることも明らかにした。以上の研究は、発達期の海馬神経細胞において、Rac1による細胞骨格制御を介した形態形成の新たな分子機構を解明したものである。近年DOCK4遺伝子が自閉症や統合失調症の感受性遺伝子である可能性が指摘されており、本研究はこれらの疾患の原因究明につながる可能性があると考えられる。神経ネットワークは、神経細胞が軸索と樹状突起を伸ばし、ターゲット細胞とシナプス接続を行うことで形成され、外界からの刺激に応答して活動依存的に変化し、調節されている。この神経ネットワークの形態形成時の異常、変性は、神経発達障害や神経変性疾患と深く関わっており、形態形成のメカニズムを分子レベルで解明していくことは、これらの疾患発症の原因の究明、新しい治療法の確立に大きな意味を持つと考えられる。本研究ではrhoファミリーGタンパク質Raclの活性化因子であるDock4に焦点を当て、神経細胞の形態形成における機能について調べていくことを目的としている。我々はこれまでに、Dock4が海馬に強く発現しており、シナプス形成の行われる発達後期に発現量が増加することを発見した。また、スクリーニングを行い、アクチン骨格制御因子であるCortactinと結合することを明らかにし、Dock4とCortactinがシナプス後部構造体の樹状突起スパインに共局在していることも明らかにした。本年度は、海馬神経細胞にshRNAを導入しDock4のノックダウンを行ったところ、スパイン形成が抑制された。ここにshRNA耐性のDock4を戻すことで、スパイン形成は回復したが、Rac1を活性化できない変異体ではスパイン形成は抑制されたままであった。このこどから、Dock4によるRac1活性化がスパイン形成に重要であることが示唆された。また、Cortactinとの結合領域を欠損した変異体を戻したところ、フィロポディアの数が増加し、この変異体はスパインへ局在できないこともわかった。このことから、Dock4はCortactinと結合することでスパインへ局在化し、スパインの成熟に関わっていることも示唆された。さらに、海馬神経細胞にMDA刺激を行うと、Dock4はCortactinとの結合を維持したまま、スパインへの局在が失われた。このことから、Dock4は神経活動依存的に局在を変化させており、神経ネットワークの変化にも関与していることが示唆された。

以上の研究は、発達期の海馬神経細胞において、Rac1による細胞骨格制御を介した形態形成の新たな分子機構を解明したものである。近年DOCK4遺伝子が自閉症や統合失調症の感受性遺伝子である可能性が指摘されており、本研究はこれらの疾患の原因究明につながる可能性があると考えられる。培養海馬神経細胞を用い、樹状突起スパイン形成におけるDock4の必要性と制御メカニズムを明らかにした。またDock4とCortactinについて、上流のNMDA刺激によって結合を維持したまま局在を変化させることを示した。神経細胞でのDock4によるRac1の活性調節について、NMDAを含めた上流からの制御機構を明らかにしていく。
身体運動情報処理についての比較認知科学研究

生物の身体情報はヒトにとってもヒト以外の種にとっても重要なコミュニケーションメディアであり、その知覚情報処理は我々の知覚システムにとって重要な意味をもつ。本研究では、ロコモーションや身体制約が異なる種間で、生物の身体およびその動きの情報の検出や解釈に関わる知覚特性を比較した。ヒト、ヒト以外の霊長類および鳥類を対象とした行動実験の結果、身体情報の知覚情報処理過程に共通性が見られる一方、時空間的な知覚的統合の程度や身体の生体力学的制約に対する感受性、生物運動パターンの違いに応じた反応特性に種間での相違も見られ、社会的視知覚に生物普遍的な側面と種固有性の両面があることが示唆された。本研究の目的は、生物の視覚的なコミュニケーションを支える身体とその動きの知覚メカニズムを明らかにすることである。地上性の動物であり二足歩行をおこなうヒトと、それ以外の環境で生活するヒト以外の動物とでは、互いに異なる生活環境下に特化した、異なる身体制約を有している。本研究では、そのような動物種間において、視知覚認識がどのように異なっているのかを検討することで、種間の社会的知覚の生物普遍的な側面と、種固有性を明らかにし、視知覚認識の系統発生過程を問うことを目的としている。計画の初年度である本年度は、第一に、ヒトおよびヒト以外の動物における視知覚実験をおこなうための実験環境の構築をおこなった。ヒト以外の動物における行動学習実験をおこなうためのオペラントボックスの製作、汎用のマイクロコンピュータシステムであるArduinoを用いた報酬呈示装置の開発、マルチメディアAPIを利用した視知覚実験制御プログラムの開発、視線追跡装置の制御プログラムの開発、および、ヒト用実験ブースの製作および実験制御プログラムの開発をおこなった。第二に、ヒト以外の動物における身体情報の重要性を検討するため、ヒトを対象とした認知研究でもちいられる潜在連合テストと類似した手続きを用いて、身体形状情報からの個体認識を問う視覚弁別研究をおこなった。6個体の新世界ザルを対象とした実験から得られたデータを解析した結果、顔および頭部の視覚情報が得られない場合においても、頭部以下の身体形状情報によって既知個体を識別することができることを示した。この結果は、顔以外の身体に関わる視覚情報も顔同様に他者認識過程において重要であることを示したヒトを対象とした先行研究の結果と一致し、ヒトとヒト以外の動物との間で、他者認識に関わる知覚情報処理のメカニズムが共有されていることを示唆している。本年度は、第一に、異なる身体制約を有する2種間において、身体運動の可動域にもとづく身体視知覚上の制約が共有されているか否かを検討した。身体運動の可動域を超えた変異を関節部に加えられたヒト身体全体の刺激画像を用い、オマキザルを対象としておこなわれた視覚弁別実験をヒトを対象としておこない、2種間の結果を比較した。フサオマキザルの弁別成績には生体力学的制約の違反の有無による有意な差は見られなかったのに対し、ヒトでは、生体力学的制約に違反しない身体姿勢と違反のある身体姿勢の視覚弁別が違反のない身体姿勢同士の弁別に比べて容易であった。この結果は、身体姿勢の生体力学的制約についての知覚過程に種固有性があることを示唆している。第二に、顔や頭部の視覚情報が得られない場合においても頭部以下の身体形状情報によって既知個体を識別することができることを示したオマキザルの研究と同じ視覚刺激を用いて、ヒト実験参加者を対象にサルの顔画像刺激と身体画像のアイデンティティを識別する実験をおこなった。刺激の被写体として使用されている個体を熟知しないヒト参加者は、毛色や画像サイズ、等の局所的な画像情報を手がかりとして個体の頭部写真と頭部の視覚情報を消去した身体写真のマッチングをおこなうことはできなかった。この結果は、局所的な画像特徴のみによっては同一個体の頭部刺激と頭部情報を消去した身体刺激をマッチングさせることは困難であることを示し、オマキザルによる頭部と頭部以外の身体画像の連合が、画像中に含まれる局所的な手がかりの共通性ではなく身体画像から抽出された個体性の認識に基づいていることを示唆している。本年度は、生物運動の視覚弁別に関する比較認知研究をおこなった。生物にとって、同種・異種動物の身体運動の情報は、個体の生存や社会行動を制御する上で必要不可欠な情報である。このような運動情報に基づいた同種他種の検出、識別能は、ヒトに限らず多くの動物にとって等しく適応的な価値を持つと考えられる一方、過去の比較研究においては、ヒト以外の動物は必ずしもヒトのように運動情報のみから生物身体を容易に表象できるわけではないことが指摘されてきた。この点について検討を加えるため、本研究では、動画像に対してフィルタ処理をおこなった生物運動刺激を用い、セキセイインコによる生物運動刺激の知覚弁別においてどのような視覚情報が手がかりとなっているのかを検討した。第一の実験ではブラー処理をおこなった生物運動刺激を、第二の実験では刺激画像のドット密度を制限するドットノイズによって自然画像を変調させた刺激を用い、視覚弁別実験をおこなった。第三の実験では、ピクセルの配置をランダム化した画像をもちいて上記の視覚弁別課題においてどのような課題解決方略がとられていたかを確認するための統制実験をおこなった。実験の結果、自然画像を用いた視覚弁別において、画像のフィルタ処理の程度が上がるにつれて弁別成績は低下したものの学習された視覚弁別は比較的頑健であること、生物刺激の被写体が同種であるか異種であるかは視覚弁別成績に影響しないこと、弁別刺激が動画像であるかその中の1フレームを切り出した静止画像であるかは弁別成績に顕著な影響を及ぼさないことを示した。

これらの結果は、比較認知研究においてフィルタ処理をおこなった生物運動刺激を用いることの有効性を示す一方、同様の刺激を用いたヒトを対象とした実験の結果とは異なり、セキセイインコは生物運動刺激を視覚弁別する際に刺激に含まれる動的な視覚特徴に大きくは依存しないこと示唆している。前年までに構築した実験環境を利用して比較認知研究をすすめている。これまでに実施した研究の一部を学会での研究報告として発表した。ヒト以外の動物を対象とした比較認知実験についてその学習訓練及びその後の行動実験をおこなうために、想定していたよりやや長期の時間が必要であった。また、研究成果の論文としての公表にも遅れがある。次年度、研究の実施および成果の公表をさらに進める。本年度は、ヒトとヒト以外の種との間の視覚的運動情報処理の同異に関する研究成果を論文としてまとめ、学術誌に発表した。また生物運動情報の視知覚認識に関する種普遍性と特異性についてさらに明らかにするため、昨年度に引き続き比較研究をおこなった。第一に、視覚弁別実験によって、生物運動知覚において重要な視覚情報の時空間統合特性をヒトとセキセイインコで比較した。光点刺激要素間の空間距離と呈示時間条件を操作しながら複数光点の変化の同期・非同期の視覚弁別課題を課し、弁別成績を比較した。実験の結果、セキセイインコはヒトに比べて高時間周波数、短時間インターバルでの光点呈示時の弁別成績が相対的に高い一方、空間間隔の増大に対して弁別成績の低下が顕著であることが示された。第二に、異なる生物運動パターンに対するセキセイインコの行動反応を調べた。ヒトを対象とした先行研究において検出感度が異なることが示されている異なる相互作用意図を含んだ2パターンの生物運動刺激を呈示し、対象個体の刺激に対する近接や呈示時の対象個体自身の運動反応量を記録した。結果、静止画像呈示時に比べ動画刺激呈示時の運動反応が増大する傾向がみられたものの、刺激の運動パターンの違いによる反応の差異は見られなかった。第三に、異なる身体運動パターンを持つ脅威対象・非脅威対象の生物運動刺激呈示時のセキセイインコの身体運動反応を調べた。生物運動刺激および2種類の統制刺激(静止画像・画素変化量の等しい動画像)を呈示した際の刺激への近接時間、運動反応を測定した。結果、脅威対象の生物運動に対する反応は統制刺激に対する反応と差異がなかった一方、対象個体と類似の運動パターンをもつ非脅威対象の生物運動に対する運動反応量は増加する傾向が見られた。これらの結果は、生物運動の視知覚認識に種固有の視知覚特性、運動の制約が関与していることを示唆している。生物の身体情報はヒトにとってもヒト以外の種にとっても重要なコミュニケーションメディアであり、その知覚情報処理は我々の知覚システムにとって重要な意味をもつ。本研究では、ロコモーションや身体制約が異なる種間で、生物の身体およびその動きの情報の検出や解釈に関わる知覚特性を比較した。
食品成分摂取により増加する小腸上皮内リンパ球サブセットの特性・機能の解析

小腸上皮内リンパ球(IEL)において、食品抗原の経口摂取により制御性T細胞が誘導される可能性を検討した。まず、制御性T細胞のマスター遺伝子であるFoxp3の発現変化を解析した。卵白アルブミン(OVA)特異的T細胞レセプター(TCR)を発現するDO11.10マウスに、20%卵白タンパク質含有食(EW食)あるいは20%カゼインを含む対照食(CN食)を3日間摂取させ、IELにおけるFoxp3の発現をフローサイトメトリーにより解析した。EW食を3日間摂取させることで、全IELに対するCD4+Foxp3+IELの割合は7.4倍に増加した。また、粘膜固有層(LP)に存在するCD4+T細胞においてもFoxp3+細胞の割合は2.7倍に増加したが、パイエル板、腸間膜リンパ節、脾臓では1.4倍程度と増加率は低かった。この時、各組織のCD4+T細胞で活性化マーカーであるCD69の発現が上昇していたことから、いずれの組織においても経口摂取抗原の認識は行われていたと考えられる。次に、特異抗原摂取によりCD4+IELにおいて制御性T細胞機能が亢進しているかについて、in vitro実験により検討した。無処理のDO11.10マウスの脾臓由来CD4+T細胞を抗原刺激する際に、EW食あるいはCN食を3日間摂取したDO11.10マウス由来のCD4+IELを添加した場合の増殖応答の変化を解析した。その結果、3日間EW食を摂取したマウス由来のCD4+IELおよびLP由来CD4+T細胞を添加した場合に、T細胞の抗原特異的増殖を抑制する効果が認められた。この抑制効果は、抗TGF-β中和抗体の添加により低下した。しかし、培養上清中のTGF-βはEW食により変化しなかったことから、抑制効果には膜型TGF-βの関与が示唆された。食品成分の作用を強く受けると考えられる腸管免疫系を構成する各細胞の機能、機能発揮に重要な分子や作用メカニズムは十分に明らかにされていない。本研究では、腸管免疫系を構成する細胞のうち、小腸上皮内リンパ球(IEL)に注目した。IELは上皮細胞間に存在するT細胞群であり、細胞表面分子の発現パターンの違いにより主に5つのサブセットに分けられる。各サブセットは独自の分化経路、生理機能をもつものと考えられている。これまでに、卵白食摂取によって卵白アルブミン(OVA)特異的T細胞レセプタートランスジェニックマウス由来のIELでは、CD4^+CD8^- IELサブセットの数が増大すること、CD4^+CD8^-IELでは他のIELサブセットと比較してIL-10遺伝子の発現が著しく高いことを明らかにしている。in vitroでのIELのT細胞増殖抑制効果を検討したところ、卵白食摂取群由来IELでより強い抑制効果が観察されたことから、食品抗原摂取によりIELのT細胞応答に対する抑制機能が亢進していることが確認された。また、卵白食摂取マウス由来IELの移入により、デキストラン硫酸ナトリウム誘導腸炎(DSS腸炎)モデルにおいて腸炎症の抑制が観察されている。この炎症抑制に対するCD4^+CD8^-IELの関与を明らかにするため、BALB/cマウスを用いたDSS腸炎モデルにおいて、卵白食摂取群由来の全IEL、あるいは全IELからCD4^+CD8^- IELを除いたもの(CD8α^+ IEL画分)を移入した場合の腸炎抑制効果を比較検討した。その結果、CD4^+CD8^- IELを含む全IELを移入した場合に、より強い炎症抑制効果が認められた。このことから、食品抗原摂取で誘導されるIELのDSS誘導型大腸炎に対する抑制効果亢進は、CD4^+CD8^- IELが担っていることが示唆された。卵白アルブミン特異的T細胞レセプタートランスジェニックマウス(DO11.10マウス)に卵白タンパク質を含む食餌を摂取させた場合、小腸上皮内リンパ球(IEL)においてCD4^+D8^- IELサブセットの数が増大することを明らかにしている。本研究では、CD4^+IELが他の腸管免疫系CD4^+T細胞とどのような性質の違いを有するのかを明らかにすることを目的として、BALB/cマウスからIEL、粘膜固有層リンパ球(LPL)、パイエル板(PP)、腸管膜リンパ節(MLN)、脾臓(SPL)のCD4^+T細胞を調製し、DNAマイクロアレイ解析により網羅的な遺伝子発現解析を行った。クラスター解析により遺伝子発現パターンの類似性を調べたところ、CD4^+IELとCD4^+LPLの遺伝子発現の類似性が高く、CD4^+PP、CD4^+MLN、CD4^+SPLとは異なることが明らかとなった。そこでCD4^+IELとCD4^+LPLで共通して発現が高かった遺伝子を探索したところ、細胞傷害活性に関係するグランザイムA、Bの非常に高い発現、および炎症性サイトカインであるIL-17、IL-22の高い発現が確認され、常に抗原に曝されている腸管において外来抗原に応答している可能性が考えられた。またこれらの遺伝子群はin vitroで活性化させたCD4^+SPLでは発現が弱いものが多かった。

IELとLPLは腸管環境下で活性化されていると考えられているが、これらの遺伝子発現は活性化された状態を示しているだけではないことが明らかとなった。免疫の制御に関わるIL-10、CTLA-4、制御性T細胞の誘導に関与するICOSの発現も高かった。一方、CD4^+IELではCD4^+LPLと比較して、炎症性サイトカインであるIL-1β、ケモカイン、アポトーシス誘導に関与するFasLの発現が顕著に高いことなどの違いが認められた。小腸上皮内リンパ球(IEL)において、食品抗原の経口摂取により制御性T細胞が誘導される可能性を検討した。まず、制御性T細胞のマスター遺伝子であるFoxp3の発現変化を解析した。卵白アルブミン(OVA)特異的T細胞レセプター(TCR)を発現するDO11.10マウスに、20%卵白タンパク質含有食(EW食)あるいは20%カゼインを含む対照食(CN食)を3日間摂取させ、IELにおけるFoxp3の発現をフローサイトメトリーにより解析した。EW食を3日間摂取させることで、全IELに対するCD4+Foxp3+IELの割合は7.4倍に増加した。また、粘膜固有層(LP)に存在するCD4+T細胞においてもFoxp3+細胞の割合は2.7倍に増加したが、パイエル板、腸間膜リンパ節、脾臓では1.4倍程度と増加率は低かった。この時、各組織のCD4+T細胞で活性化マーカーであるCD69の発現が上昇していたことから、いずれの組織においても経口摂取抗原の認識は行われていたと考えられる。次に、特異抗原摂取によりCD4+IELにおいて制御性T細胞機能が亢進しているかについて、in vitro実験により検討した。無処理のDO11.10マウスの脾臓由来CD4+T細胞を抗原刺激する際に、EW食あるいはCN食を3日間摂取したDO11.10マウス由来のCD4+IELを添加した場合の増殖応答の変化を解析した。その結果、3日間EW食を摂取したマウス由来のCD4+IELおよびLP由来CD4+T細胞を添加した場合に、T細胞の抗原特異的増殖を抑制する効果が認められた。この抑制効果は、抗TGF-β中和抗体の添加により低下した。しかし、培養上清中のTGF-βはEW食により変化しなかったことから、抑制効果には膜型TGF-βの関与が示唆された。
脊椎動物の筋骨格系の形態進化に見る制約と方向性

進化上、筋-骨格結合が変化した際、発生過程のどの部分が変化したものなのかについて解析をさらに進めた。前年度までに、他の羊膜類の胸筋と異なり、カメの胸筋が腱前駆細胞を介在させず腹甲の真皮に結合したのち、その真皮中で発生、成長する腹甲骨格へ二次的に付着すること、真皮と結合する筋芽細胞がFat1プロトカドヘリンを細胞膜に持つ真皮細胞に沿って移動するという、特異な現象を見出した。2018年度の組織学的観察および遺伝子発現解析では、羊膜類および両生類の舌筋も同様の発生過程で舌粘膜との結合を樹立することを確認した。つまり、多くの場合、筋-骨格結合の新規パターンは腱前駆細胞との相互作用の解除とFat1を介した筋芽細胞移動を伴って獲得されたものであり、それは四肢動物の初期進化までに成立していたらしい。同時に、骨格筋の分化過程のうち筋-骨格結合や筋膜の分化に注目した精密観察と、異所的な筋前駆細胞がどうふるまうかを調べる実験を通し、発生上の揺らぎの大きさを左右する要因、発生機構のどこが動かし難くどこが揺らぎやすいかを探る研究を進めた。前者については、円口類を含む脊椎動物胚を対象にし、主に鰓下筋群と外眼筋および結合する腱の発生過程を解析、遺伝子発現や細胞系譜、分化タイミングについて個々の筋の差異を突き止めつつある。後者については、ニワトリ胚で胸骨を除去した場合に、胸筋の筋芽細胞がどのようにふるまうかを調べる実験を展開した。最初に体壁葉を交換移植することで胸骨原基の発生を抑える実験を行なったが、腱前駆細胞の発生は抑えることができなかったため、筋前駆細胞を含んだ前肢芽を腹部レベルに移植することで、腱前駆細胞を含まない異所的な胚環境に筋芽細胞が置かれる実験系を新たに確立した。発生学的視点で見る「形態の進化的傾向」についての理解は、前年度に引き続き確実に進展している。発生上の「揺らぎ」の実体の解明については、発生過程の精密観察により遺伝子発現や細胞系譜についてのデータを揃えつつある。また、2018年度は、四肢筋の発生と進化について現時点でのわれわれの理解とこれからの課題についてまとめた総説論文を発表した。来年度以降は、これを基礎として研究を進める。2018年度に確立したニワトリ前肢移植実験を本格的に展開し、腱前駆細胞のない異所的な胚環境に置かれた胸筋の筋芽細胞がどのようにふるまい、分化するかについてのデータを集める。これまでの研究により、カメ胚では胸筋の筋芽細胞は腹部レベル(他の羊膜類では胸骨ではなく腹直筋が発生するレベル)の外側体壁へ移動し真皮との結合を樹立するが、上記のニワトリ胚の移植実験はそれと同じような胚環境をつくり出す、一種の擾乱であり、カメへ至る系統で胸筋の真皮性結合が樹立されるようになった進化的変化との対応関係を検証できると期待している。また、胚発生における筋-骨格結合の成立過程における揺らぎを検出すべく、ニワトリ胚を中心にし、筋芽細胞の分化、分布、遺伝子発現の経時的変化に関するデータを集める。特に鰓下筋群と前肢筋群について、個々の筋ごとの発生タイミングの違いに注目し、先に発生する筋と後から発生する筋とで形態形成の可塑性に差異がないかを探る。これらMMP筋において筋芽細胞が個々の筋へ分かれる過程では、筋-骨格結合を介在する腱前駆細胞に加え、非体節由来の筋結合組織(筋周膜等)の分化、分布の影響も大きいと予想される。2019年度は、これら非体節由来間葉の分化、分布、遺伝子発現の経時的変化および血管系との関連性に関するデータも集める。一方で、筋骨格系における進化的傾向を理解するため、脊椎動物において「進化可能だったパターン」を把握し、それがどのような系統で出現しえたのかを明らかにすることも必要である。この目的のため、唯一系統的位置が解明されていないデボン紀の脊椎動物化石種について高解像度三次元形態観察を行い、進化的傾向の全容の俯瞰と理解を目指す。カメの進化において生じた筋-骨格結合関係の変化に注目した。カメでは胸筋の近位部が胸骨の外側ではなく、皮骨性腹甲の内側に付着する。組織学的検索を行ったところ、胸筋がその分化段階で真皮の内側と結合を形成し、腹甲の成長、真皮の縮退にともなって二次的に胸筋と腹甲が接することが分かった。また、腱前駆細胞に発現するScxはここには発現しない(ニワトリやマウスでは胸筋原基と胸骨原基の間にScx発現細胞が認められる)。真皮内側に結合する筋としては哺乳類において胸筋の一部から進化した皮幹筋があるが、先行研究によると、皮幹筋原基が真皮と結合する過程にFat1が関与する。カメ胚におけるFat1遺伝子の発現を解析したところ、胸筋と真皮が結合を形成する領域でFat1発現が観察され、Scx発現が欠如しFat1発現が見られる点でマウス皮幹筋の発生と類似性を持つことが判明した。さらに、舌筋原基が舌内部に入り込んで舌粘膜(真皮相当)内側と結合する際にも、Scxを発現せずFat1を発現する細胞が結合を介在しているらしいという予察的な観察結果をマウス胚から得ている。

以上より、現時点では、カメの胸筋は腱前駆細胞との相互作用から解除されて真皮の内側と結合を形成するに至ったものと推測される。このことは、筋の発生機構上は筋-骨格結合の「切り離し」も進化可能であることを考慮する必要性を示唆している。カメの進化において変化の大きかった四肢筋の発生と組織構築については、予想外のデータが得られ、おおむね順調に研究を進めることができていると考える。進化上、筋-骨格結合が変化した際、発生過程のどの部分が変化したものなのかについて解析をさらに進めた。前年度までに、他の羊膜類の胸筋と異なり、カメの胸筋が腱前駆細胞を介在させず腹甲の真皮に結合したのち、その真皮中で発生、成長する腹甲骨格へ二次的に付着すること、真皮と結合する筋芽細胞がFat1プロトカドヘリンを細胞膜に持つ真皮細胞に沿って移動するという、特異な現象を見出した。2018年度の組織学的観察および遺伝子発現解析では、羊膜類および両生類の舌筋も同様の発生過程で舌粘膜との結合を樹立することを確認した。つまり、多くの場合、筋-骨格結合の新規パターンは腱前駆細胞との相互作用の解除とFat1を介した筋芽細胞移動を伴って獲得されたものであり、それは四肢動物の初期進化までに成立していたらしい。同時に、骨格筋の分化過程のうち筋-骨格結合や筋膜の分化に注目した精密観察と、異所的な筋前駆細胞がどうふるまうかを調べる実験を通し、発生上の揺らぎの大きさを左右する要因、発生機構のどこが動かし難くどこが揺らぎやすいかを探る研究を進めた。前者については、円口類を含む脊椎動物胚を対象にし、主に鰓下筋群と外眼筋および結合する腱の発生過程を解析、遺伝子発現や細胞系譜、分化タイミングについて個々の筋の差異を突き止めつつある。後者については、ニワトリ胚で胸骨を除去した場合に、胸筋の筋芽細胞がどのようにふるまうかを調べる実験を展開した。最初に体壁葉を交換移植することで胸骨原基の発生を抑える実験を行なったが、腱前駆細胞の発生は抑えることができなかったため、筋前駆細胞を含んだ前肢芽を腹部レベルに移植することで、腱前駆細胞を含まない異所的な胚環境に筋芽細胞が置かれる実験系を新たに確立した。発生学的視点で見る「形態の進化的傾向」についての理解は、前年度に引き続き確実に進展している。発生上の「揺らぎ」の実体の解明については、発生過程の精密観察により遺伝子発現や細胞系譜についてのデータを揃えつつある。また、2018年度は、四肢筋の発生と進化について現時点でのわれわれの理解とこれからの課題についてまとめた総説論文を発表した。来年度以降は、これを基礎として研究を進める。カメのような非モデル動物において、遺伝子の改変や、実験発生学的手法を用いることは容易ではない。また、たんなる遺伝子の機能解析に陥ることのない、進化的文脈における表現型模写実験、もしくはそれと同等の操作が以下に可能か、今後検討する必要がある。ニワトリにおける骨格原基の除去実験がいまのところ唯一可能な実験かも知れない。いずれにせよ、今後の展開は、脊椎動物の進化発生学における本質的な意義に関わることであり、概念的、方法論的な考察を含め、じっくりと取り組んでゆきたい。2018年度に確立したニワトリ前肢移植実験を本格的に展開し、腱前駆細胞のない異所的な胚環境に置かれた胸筋の筋芽細胞がどのようにふるまい、分化するかについてのデータを集める。これまでの研究により、カメ胚では胸筋の筋芽細胞は腹部レベル(他の羊膜類では胸骨ではなく腹直筋が発生するレベル)の外側体壁へ移動し真皮との結合を樹立するが、上記のニワトリ胚の移植実験はそれと同じような胚環境をつくり出す、一種の擾乱であり、カメへ至る系統で胸筋の真皮性結合が樹立されるようになった進化的変化との対応関係を検証できると期待している。
曲率線展開法に基づくCFRP成形技術の開発と応用

本研究では自由曲面を最大主曲率方向に沿った短冊群と、最小主曲率方向に沿った短冊群に改良型曲率線展開法を用いて展開し、これらの短冊群を交互に積層あるいは編込みこむことにより展開前の形状を復元する方法を考案した。改良型曲率線展開法では、パッチを形成する4本の曲率線を平面に等長展開し互いに直交するように最適化計算により接続している。そこでCFRP成形の際に,各層毎の炭素繊維シート形状の計算に改良型曲率線展開法を利用し、交互に2種類の展開図を適用して積層させていくことで新しいCFRP成形手法を開発した。この技術をペーパークラフト、シートメタル、プラスチックによる建築モデル、CFRPに適用した。1)曲面にフェアリング操作を対話形式で適用しながら曲率線が滑らかになるようなシステムを構築した。また、曲率線をなるべく均等に配置し、その密度を対話形式で制御するアルゴリズムを構築した。2)4本の曲率線で囲まれている曲率線パッチの各曲率線を、その曲率線の測地線曲率を用いて等長展開し、4つの各頂点角度が90度からの誤差が最小となるように接続して展開図(曲率線quad)を求めた。次にこれらの曲率線quadを最小主曲率線に沿って並べてmax.principal strip,最大主曲率線に沿って並べてmin.principalstripを生成し、これらのstripを交互に重ねる方法あるいは編みこむことによって三次元形状を精度良く復元することに成功した。また、N角形に拡張し、臍点や境界線が含まれる曲率線パッチにも対応できるようにした。3)VaRTM成形システムを整備した上で、GFRP板の成形試作を行い、樹脂含浸、硬化が出来ることを確認した。また、GFRPと同様にしてカーボンクロスにおいても成形できることを確認した。さらに、曲率線に対応した基材の切削方法あるいはプリフォームの製作方法についての調査を行った。4)積層材の強度特性を検討するために、繊維の不連続層を有するロービングクロス成形品の強度低下特性について試験材を製作し強度試験を実施した。5)自動車のフード曲面データを基に、抜き勾配やフランジ等、成形性を考慮した3Dプリンタ用のSTLデータを基に3Dプリンタで雄型を作成し、VaRTM用の雌型を製作した。この型を用いて、通常のカーボンクロスにおける成形性を確認した。6)国交省が規定する、直径165mm重さ4.5kgの歩行者頭部ダミーをフード曲面に衝突させる、歩行者頭部保護基準の衝突試験をFEM解析によって再現させるため、FEMソフトの購入や自動車の解析モデルの準備等を行った。当初の計画通りに研究を進めているため。1)カーボンクロスに曲率線展開法を適用して、最大主曲率線と最小主曲率線に沿ったシートを交互に4枚重ね、局所的な強度低下を防ぐために層ごとに曲率線の位置をずらしてフード曲面を成形した。今後は切込みが必要である厚いクロス材を用いて成形する予定である。2)クロス材を引張方向や引張方向に垂直の方向に切込みの入った試験片など、異なる方向に切込みの入った試験片を4枚重ねたダンベル状の試験片を作成し、引張試験を行った。この実験により、切込みがCFRP成形物に及ぼす影響と切込みが直交していることの優位性を確認した。また、切込み同士のずらす量を大きくすることで引張強度が大きくなり、切込みをずらすことの有効性を実証することができた。3)クロス材を4枚重ねた短冊状の試験片を作成し、曲げ試験を行った。その際、2)と同様に試験片に切込みを入れ、曲げ変形における、切込みがCFRPに及ぼす影響を調べた。曲げ試験においても切込みをずらすことの有効性が示された。4)歩行者頭部ダミーを模したボールとCFRPフード曲面の衝突試験のシミュレーションを、FEM解析を用いて再現した。応力集中が炭素繊維の配向性と一致する結果が得られ、今後は実際の衝突試験にさらに近い解析ができるよう改善する。5)海技研ウェブページに公開のマリンプロペラのデータから、クロス材を2枚重ねてCFRPプロペラ曲面を作成した。今後は、1)と同様に、切込みが必要な厚いクロス材を用いて成形し、曲げ試験や水中での性能試験を行うことによって評価する。6)曲率線展開法において、曲率線間の距離を把握し、曲率線が密集する部分の曲率線の計算を止めることで曲率線密度を制御する方法を確立した。さらに、曲面の中で可展面に近い部分に関して、曲率線を削除することで、切込みの量を減らすことに成功した。今後は、得られた展開図を用いて、型無しでの曲面成形を試みる。1)剛性の高い繊維基材であるノンクリンプ織物に対して、切込みを入れずにGFRPフード曲面を成形した場合では、繊維に大きくシワが発生することを確認した。提案手法による成形品と比較することで、提案する成形手法の有効性を実証した。2)曲率線展開法において平面展開図のストリップ数は変えずに、展開図を組み立てた際の3次元形状の復元精度を向上させる展開図の生成手法を開発した。本手法は、まず生成される2種類のストリップ数が可能な限り少なくなるような曲率線の配置を決定した後で、各方向のストリップの展開形状を計算する際に、ストリップ数に影響しない方向の曲率線(最大主曲率方向のストリップでは最小主曲率方向の曲率線、逆もまた同様)を増やすことで実現した。

3)本研究における提案手法を用いてCFRP翼を成形し、別途製作した金属製ボスに取り付けることによりCFRPプロペラ模型を製作した。また成形したCFRPプロペラ模型は、海上技術安全研究所が所有する大型キャビテーション水槽を用いて試験を行い、特性の計測および水槽中における挙動の観察を実施した。4)VaRTM法の成形コストの削減および製作時間の短縮を図るために、曲率線展開法を用いた、設計形状のメス型を必要としない新たなCFRP成形手法を開発した。また提案手法を用いて実際にCFRPボート曲面を成形することで、提案手法の妥当性を確認した。5)曲率線展開法を用いて作製されたCFRPシェル構造(ボンネット形状)を対象に、衝突シミュレーションモデルを構築した。繊維の配置により異なる破壊基準を導入することで、衝突時の破壊挙動まで解析が可能である。主応力方向については繊維による強化が有効であるが、切り込み部や繊維の端部などの繊維強化が困難な箇所が脆弱であることが確認できた。本研究では自由曲面を最大主曲率方向に沿った短冊群と、最小主曲率方向に沿った短冊群に改良型曲率線展開法を用いて展開し、これらの短冊群を交互に積層あるいは編込みこむことにより展開前の形状を復元する方法を考案した。改良型曲率線展開法では、パッチを形成する4本の曲率線を平面に等長展開し互いに直交するように最適化計算により接続している。そこでCFRP成形の際に,各層毎の炭素繊維シート形状の計算に改良型曲率線展開法を利用し、交互に2種類の展開図を適用して積層させていくことで新しいCFRP成形手法を開発した。この技術をペーパークラフト、シートメタル、プラスチックによる建築モデル、CFRPに適用した。H27年度の研究に関しては、おおむね順調に進展したため、当初の推進方策を今後も推進したい。H28年度の研究に関しては、おおむね順調に進展したため、当初の推進方策を今後も推進したい。29年度が最終年度であるため、記入しない。形状処理工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
車両応答計測を利用した一般ユーザー参加型の世界の道路台帳整備

維持管理費が限られる中,路面性状を把握して効率的に管理・運用することが不可欠である.これまで車両応答型簡易路面性状検査システムを開発してきたが,データ処理が複雑,特定の試験条件が規定されるなどの理由で広く利用されてはいなかった.スマートフォンを利用したり,アルゴリズムを改良することで,試験条件緩和を図った.スタンドアロンの解析ソフトも作成し,専門知識を持たない道路管理者や一般ユーザーでもどこでも簡単に路面性状把握できるシステムを構築した.路面性状を把握して効率的に管理・運用することが不可欠である.研究代表者らは車両応答型簡易路面性状検査システム(VIMS)を開発してきたが,特定の試験条件(走行速度,センサ位置等)が規定されるなどの理由で広く利用されてはいない.簡易なシステムが求められる.近年急速に開発が進むスマートフォンやクラウド技術を利用し,簡単に路面性状把握できるシステム構築を目的とした.平成23年度はシステム構築に向けた要素研究を行った.まず,VIMSで前提としていた計測条件を緩和するため,走行速度の違いのキャリブレーション方法を改良した.定速走行が前提であったが,評価区間ごとに平均走行速度を算出し,それに応じた路面性状推定を行うことで任意速度での自由走行データを用いて路面状態を判断できるようになった.次に,スマートフォンを利用して,加速度,角速度,動画,GPSデータを同時に取得するアプリを開発した.これらを利用して国内外で試験走行をすることで,自由走行からの路面性状評価とスマートフォン計測アプリの評価を行った.データをクラウド上に保存する仕組みも構築した.平成24年度はまず走行速度キャリブレーションの簡易化に取り組んだ.これまでは1km程度のコースを複数走行速度で試験走行を繰り返す必要があり時間と手間がかかっていた.これをシミュレーションベースの手法に修正することで走行試験の必要性をなくした.次に,センサ設置位置によって計測車両応答が異なるという問題を解決するため,これまで加速度計測を利用していたものを角速度計測利用に改めた.これにより設置位置に左右されることなく路面性状を評価することが可能となった.高速道路の試験走行を実施し,開発した手法により路面性状を簡易に評価できることを確認した.ケニアをはじめ海外での実測・評価も行った.維持管理費が限られる中,路面性状を把握して効率的に管理・運用することが不可欠である.これまで車両応答型簡易路面性状検査システムを開発してきたが,データ処理が複雑,特定の試験条件が規定されるなどの理由で広く利用されてはいなかった.スマートフォンを利用したり,アルゴリズムを改良することで,試験条件緩和を図った.スタンドアロンの解析ソフトも作成し,専門知識を持たない道路管理者や一般ユーザーでもどこでも簡単に路面性状把握できるシステムを構築した.道路の維持管理費が限られる中,路面性状を把握して効率的に管理・運用することが不可欠である.研究代表者らは車両応答型簡易路面性状検査システム(VIMS)を開発してきたが,データ処理が複雑,特定の試験条件(走行速度,センサ位置等)が規定されるなどの理由で広く利用されてはいない.より簡易で誰でも利用できるシステムが求められる.一方,センサ搭載のスマートフォンやクラウドコンピューティング技術が普及し,計測やデータ管理が容易になっている.これら技術を利用し,また試験条件緩和に向けた研究を進めることで,専門知識を持たない道路管理者や一般ユーザでもどこでも自らの車で簡単に路面性状把握できるシステムを構築する.実現すれば世界の道路路面性状を分散的効率的に把握できる.平成23年度はシステム構築に向けた要素研究を行った.まず,VIMSで前提としていた計測条件を緩和するため,走行速度の違いのキャリブレーション方法を改良した.これまでは定速走行が前提であったが,評価区間ごとに平均走行速度を算出し,それに応じた路面性状推定を行うことで任意速度での自由走行データを用いて路面状態を判断できるようになった.更に,一般車が普通走行する場合複数の走行レーンのいずれを走行するかにより,推定される路面性状も異なるため,高精度GPSを用いて走行レーンの違いを認識できるか評価を行った.追い越しなどで走行レーンが変化する場合にGPSデータからこれを検知できることを確認した.次に,スマートフォンを利用して,加速度,角速度,動画,GPSデータを同時に取得するアプリを開発した.これらを利用して国内外で試験走行をすることで,自由走行からの路面性状評価とスマートフォン計測アプリの評価を行った.当初の計画では平成23年度は次の3項目を予定していた.1)VIMSの計測条件の緩和,2)加速度および緯度経度計測アプリの開発,3)クラウドデータ処理システムの構築.1)は,一般車両の走行データは,様々な走行条件(車両,速度,センサ位置の違い)における車両応答を含むため,これら走行条件の違いを適切にキャリブレーションし路面性状把握することを予定していた.特に,速度の違いに着目し,任意速度の自由走行データを分析する手法を提案し,国内外の実道路の走行データを用いて手法の妥当性を示した.予め1つの路線を4,5の異なる速度で定速走行し,車両応答を収録・分析しておけば,それを用いて任意速度の応答をキャリブレーションできることが明らかになった.一方で,車両の違い,センサ位置の違いについては結論を得るには至らなかった.2)はIphoneを利用して,加速度,角速度,GPS情報,動画を同時収録可能なシステムを構築した.当初想定をしていた計測精度,サンプリング時間精度は実現できなかったものの,車両応答が大きな10Hz程度までの成分については計測可能なことを明らかにした.

3)はスマートフォンからのデータを受け取り,路面性状に変換するデータ処理をサーバー上に実装する予定でいたが,今年度はデータを転送し,サーバー上に保存する機能のみ実現した.データ処理はサーバーからPCにダウンロードした上で実行している.今後は,平成23年度に完了しなかった課題および新たに明らかとなった問題を解決するとともに,当初の予定通り,クラウドデータ処理システムの構築と試験運用を行う.まず,VIMS計測条件緩和の中で,センサ位置について検討を行う.これまで加速度応答を利用して路面性状推定を行なってきたが,加速度はセンサ設置位置により応答が異なる.一方で角速度は車両内の設置位置によらず一定であると考えられる.角速度を利用して社内の任意位置で応答を計測し,路面性状推定を行う.次に,23年度の研究から,車両応答には大きな非線形性があり,路面性状が特に劣悪な道路や,30km/h以下の低速で走行した場合,100km/h超の高速で走行した場合にその影響が無視できないことがわかってきた.そこで,車両の非線形性をシミュレーションと実測データの比較を通じて行う.より現実に近い非線形モデルを構築し,非線形性も考慮した上で計測条件の違いを補正する.また,大きな車両応答の原因が,ポットホールなど舗装の問題であることと,ジョイントなど構造物の問題であることがあるが,これらを区別するために,スマートフォンアプリの動画撮影機能を利用し,画像解析から車両応答の原因を究明することとを試みる.更に,構築してきたスマートフォン,サーバーの仕組みを活用し,多くの走行データを集め,統計的に分析を行う.車両の非線形性解析,およびセンサ位置の検討のため,実道路での走行試験を予定している.多量の応答データ,動画データが含まれることから,大容量外部記憶装置の開発を予定している.また,MATLABCoder, Compilerなどの開発ツールを購入し,Webサーバー上でのデータ処理を簡易に実現する.さらにケニア/タンザニアで,長距離に渡り路面性状調査をする機会が得られたため,開発しているシステムを用いた計測を行う.計測と国際学会発表のための旅費支出を予定している.その他,サーバー維持管理費などのための通信費の支出も計上している.
微小ホール素子を用いた磁束のダイナミクスの研究

本年度は主に、ホール素子移動機構の改良を行った。特に、試料からホール素子までの距離が測定分解能を決定するので、試料表面上を表面に平行に移動する自由度とは別に、試料からホール素子までの距離を測定しながら変えることができるように改良した装置を作製した。現在、この現象に関しては大きく分けて2つのモデルが考えられている。第1は異方性の大きい超伝導体において期待される異方性に依存した磁束系の次元交差によるもの。第2はマッチング効果によるもの。第1の機構は最近の中性子小角散乱の実験により磁束の層間の相関がピーク磁場付近で大きく変化していることが示されたことにより支持されている。また第2の機構はYangらによるBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>単結晶での規則正しい転位のネットワークの発見が裏づけとなっている。これら異方性の大きい超伝導体におけるピーク効果の起因を知るには、Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>のアニール雰囲気によるピーク磁場の変化が転位密度の変化ではなく異方性の変化を反映しているのではないか、また、Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+y>にもBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>と同様の転位のネットワークがあるのか等を総合的に検討し判断する必要がある。現在、これらを確認する実験が進行中である。
監視作業におけるヒューマンエラー防止に有効な積極的休息法としての身体活動

本研究では,心身の状態を回復させることによるヒューマンエラーを減少させるための「積極的休息」に着目し,その中でも身体活動を伴う積極的休息の効果を検討した。結果として,監視作業における積極的休息法としての身体活動は,心身の状態を回復させる手段として有効であり,監視時のヒューマンエラー防止に発展する可能性が高いことが示唆された。原子力や交通(航空・鉄道)分野の事故防止には,事故の徴候を見落とさないようにしっかりと監視をすることが重要であり,これによって早期発見が可能となり,事故を未然に防ぐことができる。しかし,現実には監視をしているにも関わらず,事故(アクシデント)や事故の兆候ともいえるヒヤリ・ハッと(インシデント)が少なからず発生している。この監視におけるアクシデントおよびインシデントの原因を分析すると,ヒューマンエラーが最も多いことが指摘されている現状がある(稲垣,2008)。また,ほとんど発生しない事故やその徴候を監視することは単調な(飽きが問題となる)作業であるため,監視中の作業従事者に眠気や倦怠感が生じることが多く,現場における大きな課題のひとつとして指摘されている(Phillips,2000)。そこで,本研究では単調な監視作業中に発生する眠気(覚醒水準の低下)や倦怠感などをコンピュータシミュレーション課題を用いて生じさせた。次に,悪化した心身の状態(眠気や倦怠感など)を回復させることによるヒューマンエラーを減少させるための「積極的休息」に着目し,その中でも身体活動を伴う積極的休息の効果を検討した。結果として,監視作業における積極的休息法としての身体活動は,低下した心理的および生理的覚醒水準を回復させる手段として有効であり,監視時のヒューマンエラー防止に発展する可能性が高いことが示唆された。監視作業におけるヒューマンエラーを防止するために有効な積極的休息について検討するために,積極的休息に関連する学会や監視作業の被験者であるライフセービング関係の学会およびイベントに参加し,監視や積極的休息の情報を収集した。成果として,積極的休息に関する最新の知見および現場で監視をおこなっているライフセーバーからの生の声を聞くことによって実践での応用可能な介入条件を決定するための有益な助言の獲得があげられる。また,平成25年度に監視実験を実施するための準備として,タブレット端末を購入し,心身の状態の変化を測定するツールの動作確認をおこなった。これによって,実践場面でも紙とペンがなくても心身の状態を記録することができる環境が整った。さらに,被験者の確保および実験課題の作成をおこない予備実験として,どの程度監視作業を繰り返すとヒューマンエラーが発生するか確認し,実験の作業時間編成を確定した。先にも述べたように,積極的休息技法については,先行研究およびライフセーバーへのヒアリングを基に決定したものを,被験者に対して事前(実験前)に指導を実施することができた。このことによって,本実験(平成25年度予定)の準備が整ったため,今後は,被験者の体調などを考慮しつつ,日程調整をおこない本実験を実施することが可能となった。平成24年度は,本研究の目的を達成するために必要な環境をおおむね整えることができた。特に,現場のライフセーバーの意見を基に積極的休息技法を決めることができたため,実験環境において発見される知見が実践場面で役立つ可能性が高いと考えられる。このことは,実践での応用可能性を重視する本研究の目的を達成するために重要であるといえる。また,予備実験を通じて,本実験を実施するためのツールおよび被験者の確保ができたため,平成24年度までの研究計画はおおむね達成したと考えられる。平成25年度は,長時間の監視作業を通して起こりうるヒューマンエラーの防止に積極的休息がどの程度効果があるかについて実験をおこなう。また,実験によって得られたデータを多面的に解析し,実践場面で有益な積極的休息につながるような知見を得るように努める。また,本研究で得られた知見をさまざまな形式でアウトプットできるようにする。特に,実践場面で活動している人々に有益な知識およびスキルが提供できるように心がける。研究費は実験および解析,成果報告をおこなうための消耗品にあてる。また,データ処理および成果発表のための研究資料整理のための謝金等や成果を報告するための旅費に活用する。
ダイナミックインシュレーション技術を適用した開口部の実用化に関する研究

本研究は、通気の効果により断熱性能を向上させる技術として知られるDynamic Insulation技術を取り上げ、主に窓部に適用した際の断熱性能や快適性、結露発生リスク、年間負荷削減効果を検証したものである。本技術は1970年代頃から北欧やイギリスなどの寒冷地で行われてきた研究であったが、当時の建物は気密性能が悪く十分な効果が得られなかった。近年気密性能が向上したため、DI技術の黎明期と言える。過去の研究例は壁体に適用した事例が多く、窓部に関する知見が少ないため、本研究は窓部に適用した内容となる。まず本技術を適用した窓(DI窓)のプロトタイプを用いた実験により、DI窓の通気量が断熱性能へ与える影響を示した。次にDI窓の通気量変化が室内環境に与える影響を検証するため、DI窓を設置した住宅でサーマルマネキンを用いた温熱快適性検証を、また数値解析による感度分析を示した。また、通気時に問題となる内窓の室内側表面の低温化による湿害リスクの評価を示した。最後に、通気効果により向上した断熱性能が年間の負荷削減効果として、どの程度寄与できるのかを数値解析により示した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本技術は1970年頃よりイギリスや北欧などの寒冷地の省エネ技術として知られてきた、ダイナミックインシュレーション技術を建築部位に適用した際の性能検証を行い、これまでに断熱性能の検証を行ってきた。ダイナミックインシュレーション技術とは、住宅の室内外差圧を駆動力として、熱損失と逆方向の移流を発生させ、熱損失の一部を回収するという技術である。本年度の研究では、住宅建材の中で最も断熱性能が悪い窓部にこの技術を適用させ、その性能を検証した。検討した性能は、断熱性能、防露性能、快適性である。断熱性能の検討内容は、室内外温度を制御することの出来る試験室による実験と、実際の住宅に取り付けた実在住宅実験を行った。ダイナミックインシュレーション窓の断熱性能は通気量に依存する。このため、その関係性をJISに基づく熱箱試験法により検証し、また実際の住宅にダイナミックインシュレーション技術を適用した窓を取り付け実際に利用した時の断熱性能の評価を行った。防露性能の検討内容は、各地域ごとの湿害リスク評価を行った。結露を評価するために必要な任意の部位の絶対湿度と温度は、通気をしていれば熱抵抗値や透湿抵抗値から算出することは難しいため、実験に基づく無次元指標を用いた指標を提案した。この無次元指標は、室内外の温湿度差を分母に、任意点と湿害の温湿度差を分子に持ち、同様の形状で同様の通気量の際に有効な指標である。防露性能の検討ではこの指標を用いて、日本各地の異なる気候の湿害リスクを評価し、ダイナミックインシュレーション窓の適用可能地域や運用方法の検証した。快適性の検討は、人体のように発熱し表面温度の制御をするサーマルマネキンを用いた実験を行った。実在住宅にこのマネキンを配置して、外気導入による室内の冷却効果を等価温度という指標で評価した。これら検討により、一般的な窓と比べて高い優位性を証明することができた。本技術を適用した窓のプロトタイプを用いた実験により、窓を通気する給気量が断熱性能へ与える影響をまとめた。断熱性能、すなわち熱貫流率、は通気を行えば行うほど良いというわけではなく、ある程度の流量からは定数となる。この理由は熱貫流率の計算に通気の効果が及ばないサッシ部分やフレーム部分の熱伝導が挙げられる。しかしながら、一般的なリビングの必要換気量程度で0.8W/m2K程度となることから通気の効果による断熱性能の向上は大きい。CFDを用いた窓の給気量変化が室内の温度場・流れ場に与える影響を検証した。本技術は外気を導入するため、室内の温度場・流れ場に影響を与えないと断言できない。このため、CFDと実験による窓の給気量変化が室内の温度場・流れ場に影響を与える度合いをCRIをいう指標を用いて検証を行った。日中の熱取得を促す方向に窓は機能し、日中であれば室内よりも高い温度で室内に導入されることが実験から分かった。この結果をCFDの境界条件として室内の温度場・流れ場を検証したところ、夜間の窓近辺において下降流が発生することが確認できた。