hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動からの構造復元および運動視差における総合的モデルの構築

(1)奥行き対比効果は「奥行き」表象一般のものか(その2)前年からの継続により、両眼視差定義の刺激で確認されている奥行きの対比効果が、奥行き処理上での対比なのか、両眼視差処理の途中段階で起きているのかを調べた。今回は圧縮方向の視差勾配がある場合と、剪断方向の視差勾配かおる場合を検討した。実験の結果は、奥行き知覚の決定にあたって、両眼視差が運動視差に優越することを示す。その優越については、(1)両眼視差の方が早いステージで処理されるため遅い運動視差からの影響を受けることがない(2)両眼視差刺激を主観的に垂直に調整するよう指示していることから、単に主観的奥行き感の表現において両眼視差を基準に組み立てられる、という2つの可能性が示唆された。(2)ポイント光の能動的な操作による三次元奥行き知覚に関する研究機械による物体の三次元形状の計測方法の1つにレーザー光走査による三角測量がある。これは近年作られた方法であり、人間の空間知覚能力として検討されてきたことはなかった。これを調べるため、刺激物体上にレーザー光を走査させ、それを観察者が観察して凹凸を判断する実験を行った。観察者は光源を手で能動的に振ることで光源の位置と角度の情報を得ることができる。実験の結果、人間もある程度はこの方法で奥行き構造を知覚できることがわかった。また、その構造知覚は、奥行き変化による走査光の見掛け上の速度変化成分よりも見掛け上の運動方向の変化に大きく依存することがわかった。既存の研究で人間は加速度を知覚しづらいことが知られており、これはそれを反映したものといえる。また、方位検出器でも検出可能な情報が利用されやすく、そもそもワイヤーフレーム的な線遠近法的に奥行き形状を見ていた。陰影からの奥行き形状知覚では凸面と凹面の区別が難しい。これは光源位置情報が定まらなければ凹凸が一意に定まらないという計算上の制約のためだと考えられている。今回の研究では、光源(ランプなど)を手に持ち、その位置情報を体性感覚で与えると陰影からの形状復元の手がかりとなるという仮説を立て実験を行った。この結果、陰影からの構造復元では、現状では運動視差のような身体運動情報の寄与は見つけられなかった。よって、体性感覚による光源位置情報は理論上利用可能であるものの、実際の知覚では利用が難しいことが示された。この理由は、進化の過程で、能動的に移動できる光源を利用する機会がなかったからではないかと推論される。陰影から奥行き構造を決定するには、陰影を作る光源方向が決定されている必要があり、一般的には太陽のような上方に固定された光源があるというバイアスなどがあるとされている。しかし、陰影として解釈可能な視覚刺激を運動させた場合、その動きは奥行き構造の変化とも光源の移動ともどちらでも解釈可能である。本研究では、その詳細を調べた。その結果、光源方向を固定するようなバイアスがある場合には陰影の変化は奥行き構造の変化と知覚されやすく、それがない場合には光源方向の変化と知覚されやすいことが示された。後者の場合には、物体の剛体性の仮定など、奥行き構造が不変であるというバイアスが働いているものと考えられる。運動には時間成分と空間成分があるが、昨年度は主に時間的な成分について研究した。当年度の研究では、運動からの奥行き復元の総合的モテルを検討するため、運動視差における奥行き手がかりの空間的な配置に関する問題について研究した。(1)奥行き対比効果は「奥行き」表象一般のものか。視知覚では色や輝度の対比効果など、網膜上の空間が異なる場所同士のあいだで起こる相互作用が基盤をなし、奥行き処理においても奥行きの対比効果と呼ばれる現象が存在する。しかしこの効果は両眼視差定義の奥行き刺激を空間的に別の場所に配置し、その間に奥行き対比効果が起こるかどうかについて調べた。結果、運動視差手がかり間、両眼視差手がかり間、両眼視差で運動視差を囲んだ場所には対比効果が起きるが、運動視差で両眼視差を囲んだときには対比効果が起きなかった。このことは、奥行き手がかり間の対比効果は存在するものの、両眼視差が運動視差に勝つことを示す。(2)局所的整合性と大局的運動統合の拮抗に関する研究。今回研究した新現象は、立体感を生起する円筒運動のシミュレーションを2つ並列に並べた場合でも。円筒が2つあるとは知覚されず、ジット群全体が混同されひとつの円筒として知覚される現象である。過去の研究から、運動からの構造復元に必要な情報量は特徴点の数とフレーム数により決定可能であることが示され、刺激のドット数およびフレーム数を操作した。この結果、ドット数の増加やフレーム数の増加など情報量を増やすと混同が起きにくくなるという傾向が明らかになった。(3)視覚心理学研究ツールの開発。特別研究員採用以前より継続して開発を行っている視覚心理学刺激提示ツール「Psychlops」の開発を引き続き行い、日本心理学会において「非侵襲脳活動計測実験ツール」のひとつとして話題を提供した。

実験の結果は、奥行き知覚の決定にあたって、両眼視差が運動視差に優越することを示す。その優越については、(1)両眼視差の方が早いステージで処理されるため遅い運動視差からの影響を受けることがない(2)両眼視差刺激を主観的に垂直に調整するよう指示していることから、単に主観的奥行き感の表現において両眼視差を基準に組み立てられる、という2つの可能性が示唆された。(2)ポイント光の能動的な操作による三次元奥行き知覚に関する研究機械による物体の三次元形状の計測方法の1つにレーザー光走査による三角測量がある。これは近年作られた方法であり、人間の空間知覚能力として検討されてきたことはなかった。これを調べるため、刺激物体上にレーザー光を走査させ、それを観察者が観察して凹凸を判断する実験を行った。観察者は光源を手で能動的に振ることで光源の位置と角度の情報を得ることができる。実験の結果、人間もある程度はこの方法で奥行き構造を知覚できることがわかった。また、その構造知覚は、奥行き変化による走査光の見掛け上の速度変化成分よりも見掛け上の運動方向の変化に大きく依存することがわかった。既存の研究で人間は加速度を知覚しづらいことが知られており、これはそれを反映したものといえる。また、方位検出器でも検出可能な情報が利用されやすく、そもそもワイヤーフレーム的な線遠近法的に奥行き形状を見ていた。
音声対話システムの個性化に関する基礎的研究

本研究では、ユーザが真に利用したいと思える対話システムの実現を目指し、システムを個性化するための技術について考察することを目的とする。今年度は、これまでの成果をふまえ、個性化対話を実現するための対話戦略を明らかにすることを目的に、システムによるユーザ個性の検出手法の開発、及び、対話システムの個性化方式の開発を推進した。具体的には以下の項目の研究を推進した。なお、対話ドメインとして、車内でのナビゲーション対話を取り上げ、名古屋大学車内音声対話データベースを使用した。1.システムによるユーザ個性の検出手法の開発対話データベースから抽出した「音響」「言語」「車両」などの特徴データに対して、時間的観点からの関連性の分析を与えた。特に、ユーザの個性と言い回しとの関係を統計的に特徴付けた。これらの分析をもとに、ユーザ発話から各ユーザの口癖を検出するモデルを開発した。このモデルは、複数ユーザの各発話における口癖の分布に着目して、口癖らしさを示すスコアを定め、閾値以上の口癖スコアをもつ形態素n-gramを口癖フレーズとして出力するものである。話者発話を用いて口癖検出実験を実施し、その実現性を確認した。2.システムの個性化方式の開発これまでの分析を踏まえ、ドライバの発話・行動に対するシステムの振る舞い戦略として、「あいづち」に焦点をあて、ドライバの発話中の適切なタイミングで「あいづち」を生成できるシステムの実現に取り組んだ。まず、タグ付けの安定性を備えたあいづちコーパスを調査し、文節境界や節境界、ポーズ、発話速度、ピッチ、パワーと、あいづち発生タイミングの関係を明らかにした。また、統計的手法によりあいづち生成タイミングの検出を試みた。検出実験によりその有効性を確認した。本研究では、ユーザが真に利用したいと思える音声対話システムの実現を目指し、システムを個性化するための技術について大規模データから知見を得ることを目的として研究を遂行した.ここで音声対話システムが個性化されているとは、●対話を通じてユーザの個性を抽出することができる(個性の認識)●自らの個性を形成し、対話において個性を反映した振る舞いができる(個性の表出)という機能を備えていることをいう.本研究では、「個性の認識」における特徴的現象として「口癖」に着目し、口癖を検出するためのモデルを開発した。複数ユーザの各発話における口癖の分布に着目して,口癖らしさを示すスコアを定め,あらゆる形態素n-gramに対して口癖スコアを求める方法を考案した.名古屋大学車内音声対話データベースのドライバ発話を用いて口癖検出実験を行い,本手法の有効性を確認した.一方、「個性の表出」に関する特徴的現象として「あいづち」に着目し、あいづちコーパスを作成するとともに、あいづちの出現に関して分析を与えた。話し手の発話中に打つことが可能なあいづちタイミングを網羅的に明らかにすることを試みた.まず,複数の被験者によるあいづち音声を収録し,被験者全体で統合することにより,あいづちデータを作成した.次に,文節や節,ポーズ,発話速度とあいづちタイミングとの関係についてデータ分析を与えた.分析結果に基づいて実験を実施し,あいづち挿入タイミングの推定可能性について検討した.本研究では、ユーザが真に利用したいと思える対話システムの実現を目指し、システムを個性化するための技術について考察することを目的とする。
全ゲノム・トランスクリプトームのシステム的統合解析による肝癌の非コード領域の理解

肝癌270症例の全ゲノムシークエンス(WGS)と、対応する凍結標本のうち高品質のRNAが抽出できた200症例以上のRNA-Seqを完了した。WGS解析によって体細胞点突然変異(SNV)、挿入・欠失(indel)、構造異常(SV)、コピー数変化(CNA)をそれぞれ独自の解析パイプラインにて検出した。特に、非コード領域に注目し、データベースにて登録されている非コードRNA、プロモーター領域、3'および5'-UTR領域中で、変異が集積している領域を多数同定した。その中には、すでに報告されているTERET遺伝子の上流プロモーター領域の変異が含まれていた。また、全ゲノムを500 baseの領域に区切り(bin)その中に含まれる体細胞変異の個数を集計し、周辺の前後500kb、合計1 Mbの背景的変異率を計算し、背景変異率に比べて有意に変異率が高い500kbのbin領域を100箇所以上同定し、更なるフィルタリングを行い、87箇所に変異が集積するゲノム部位を同定した。その中には、TP53、CTNNB1、およびALB遺伝子領域が含まれていた。そのうち32箇所は、遺伝子間領域にあり、周囲の遺伝子との発現との関連が見られるものもあった。3%以上の肝がんで変異が検出された領域については、Sanger法によって、体細胞変異の確認を行った。また、transcription factorとの結合が予測される領域もあり、EMSA法やluciferase法による実験も行い、その機能的意義についても確認ができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ストランド(転写方向)を加味したトランスクリプトーム解析Directional RNA-Seqを肝癌の臨床サンプルについて遂行し、lncRNAを含む肝癌トランスクリプトームの包括的プロファイルを構築する。そして、研究代表者が推進してきた肝癌の全ゲノムシークエンス(WGS)により明らかになった非コード領域を含むゲノム変異情報と統合おぽび比較解析することにより、非コード領域に焦点を絞ったがんのシステム異常の解明を図ることを目的とする。今年度、全ゲノムシークエンスを行った270例の肝癌のうち、質の高いRNAが抽出できた約200例の肝癌組織およびその非癌部肝臓のRNA-Seqを終了した。解析方法の構築のため、20例のB型肝炎関連の肝がんについて、WGSとRNA-Seqの統合・比較解析を行い、RNA splicingに影響のある体細胞変異、融合遺伝子を作り出す構造異常、ウイルスとの融合転写産物を作りだすHBVゲノムの挿入を多数同定した。この解析方法を今後、200例以上の肝がんのWGSとRNA-Seqとの統合解析に応用していく予定である。また、WGSで同定した非コード領域の変異とトランスクリプトームとの関連解析を現在行っており、癌特異的に発現するanti-sense trascriptを多数同定してきている。さらには、肝臓に特異的に大量に発現するmiRNAの周辺に体細胞変異が集積していることを見出した。データ量がきわめて多く、データ解析を行うための人材とコンピューターリソースがやや不足している。データ量が多いため、WGSにて体細胞変異が集積する非コード領域部分のトランスクリプトームへの影響の検討について、集中して解析を行っていく。
カーボンナノシステムの有機分子修飾による電子特性制御

アンジップ法で得られた半金属性単層GNRに平面有機分子を吸着させ、導電AFM法を用いて電気測定を行った。例えばhat-(CN)6という分子をを吸着させたところ、I-V曲線にプラトーがNDIを吸着させるよりも大きく発現した。また。GNR幅より大きい粒子を吸着させてもプラトーは発現しなかった。単層GNRの交差構造を作製し、電子状態を走査トンネル分光法を用いて測定したところ、交差部のみ半導体性を示した。平成26年度は2,6,10-tricyano-3,7,11-triethoxy-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene (HAT)(CN)6分子を合成した。また、得られたHAT-(CN)6分子の微粒子をグラフェンナノリボン(GNR)に吸着させた際の電気特性変化の挙動を見た。すると微粒子径がGNR幅よりも小さい場合には、ナフタレンジイミド微粒子の吸着時と同様、微粒子数にプラトー領域が比例するという結果が得られた。しかしながら、微粒子径がGNRの幅より大きい場合には半金属のままであった。また微分コンダクタンスは±1Vの幅に9個のピークを示した。これが半導体のツェナートンネル現象の際に見られる現象と非常に近いことが分かっている。これらの結果から吸着微粒子はグラフェンナノメッシュのメッシュ孔と同じ働きをし、微粒子のない部分のみに電流が流れることが分かった。また単層カーボンナノチューブ(SWNT)のアンジップに成功し非常にクオリティの高いGNRを得ることに成功した。これまで2層カーボンナノチューブ由来のもののみでアンジップに成功していたので、これで幅の違うグラフェンナノリボンの作り分けに成功したことになる。特にSWNTをアンジップした場合にはその幅が数nmになる。一般的に10nmを切るGNRは半導体性を示すことから、有機分子が半金属性、半導体性の両者に吸着した際に示す電気特性の違いが注目される。また。今年度は単層カーボンナノチューブ(SWNT)およびグラフェンナノリボン(GNR)と分子ナノ粒子複合体を作製し、電気測定を行った。このうちSWNTに関して多くの成果を得た。特にポリ酸(POM)ナノ粒子を1本のSWNTに吸着させ電気特性を測定したところ、1ナノ粒子の大きさにより整流方向が逆転するという現象を見出した。また、2I-V曲線には条件によっては負性抵抗性が確認された。ナノ粒子の大きさによって整流方向が逆転する理由を見出すためにケルビンプローブAFMにてPOM/SWNTの表面ポテンシャルを測定したところ、粒子の大きさが変化するにつれSWNTとPOM間のポテンシャルも逆転することが確認された。POMとSWNT界面ではPOM粒子の大きさにより電化移動する方向が逆になることから整流方向の逆転現象が起きると考えられる。負性抵抗は必ず大気下で観察され、酸素下、真空下では確認されなかったので水蒸気の吸着による影響であると考えられる。つまり、水分が電流と干渉してポリ酸(POM)の還元を促したためと考えられる。負性抵抗が観察されたため、この系をネットワーク化すると発振デバイスが得られるのではないかと推察され、実際にネットワークを作製し電流測定を行った。すると入力バイアスを増加させるに従い、ノイズ幅が増加することが確認した。このようなSWNTネットワークがノイズ源として利用できることは確率共鳴素子などいろいろな応用が考えられ興味深い。カーボンナノチューブ(CNT)にポリ酸(POM)を吸着させ、導電AFMで伝導測定を行ったところ、負性抵抗性を示した。また負性抵抗を示す電位は粒径によって変化することもわかった。負性抵抗はノイズ発生機のもっとも重要な基本要素であるので、カーボンナノチューブとPOMのランダムネットワーク(RNW)を作製すると、ノイズ発生デバイスになるのではないかと考え実験を進めた。実際にRNWを作製し、1mm間隔の電極間にバイアスを印加すると、0-125Vではノイズ振幅(ノイズ強度)が漸増することが分かった。また150Vを印加すると電流が不安定になり、時間ダイナミクスを呈することもわかった。それをしばらく放置すると、パルスを発生することもわかった。この発生の様子はカオス的であり、カオス特性により解析すると、このパルス発生特性はPOMとCNTの組成比によって発生条件が変化することも分かった。脳型コンピューティングに用いるパルス素子(=ニューロン発火素子)として使えると考えられ、非常に重要な結果である。一方、カーボンナノチューブをアンジップるすることによりグラフェンンナノリボンのクロス構造、Y構造の作製に成功した。クロス構造部分周辺の電気特性をSTMを用いて測定すると、クロスしない部分は金属的伝導を示したのに対し、クロス部分は半導体的挙動を示した。そこでクロス構造を用いて一本のGNRの両端にS、D電極もう一本のGNRにG電極をつけ疑似トランジスタ構造とした。すると、SG間の電流がやや流れにくく、G電極がゲート電極として働くことが予備的に得られた。

今後G電極側のGNRが如何にゲート電極として働くのか調べる必要がある。今後はY構造の電気特性にも注目し研究を進めていくことが必要である。ナノ物性本研究はSWNTおよびGNRに吸着するナノ粒子がいかに電気特性に影響を与えるかを調べるものである。本年度はHAT分子がGNRの電気特性に非常に大きく影響を与えることを見出した。ネック構造が分子吸着によっても作製可能であることが分かったこ都など非常に重要な知見を得た。このことから研究はおおむね順調に進んでいるといえる。本研究はSWNTおよびGNRに吸着するナノ粒子がいかに電気特性に影響を与えるかを調べるものである。本年はPOMがSWNTに非常に大きく影響を与えることを見出した。ノイズ源として利用できることを発見したりするなど非常に予期せぬ成果も得た。来年度はPOMについて吸着量を変更するために合成的手法によりアンカーリンクをつける予定で、先端にピレンを付与することでSWNTやGNRのπ電子と相互作用でき吸着しやすくなると思われる。実際にPOMの大きな結晶ではNDRがみられないことから、粒子の大きさを制御することが非常に重要であり、それにより本研究の最終目的をまとめることができるであろう。今後はまず予定していたHAT分子の合成およびそれをSWNTおよびGNRに吸着させた複合体の電気測定を行う予定である。また、GNRのクロスバー構造の電気特性についても測定を行うことにしている。POMについては吸着量を変更するために合成的手法によりアンカーリンクをつける予定で、先端にピレンを付与することでSWNTやGNRのπ電子と相互作用でき吸着しやすくなると思われる。実際にPOMの大きな結晶ではNDRがみられないことから、粒子の大きさを制御することが非常に重要である。今年度研究内容が既存の測定装置を用いることにより遂行可能であったため、今年度使用を考えていた備品費について使用しなかった。また備品に付随して用いる予定であった消耗品代も使用する必要がなかったため繰り越すこととした。来年度に繰り越した備品費を利用する予定である。物品費1000千円ピエゾ制御システムの購入を予定している。POMの研究を先行したために当該制御器を用いる実験と順序を入れかえたため次年度に繰り越すこととなった。旅費400千円国際会議に出席する登録料、旅費、滞在費などに計上予定である。その他198千円論文投稿料や英文校閲などに利用する予定である。
ゲージ理論と4次元トポロジー

以下は全て古田幹雄氏との共同研究である。研究代表者は、ボルディズム論を使って定義した同変$e$-不変量について更に考察を行い、同変K-理論を使っても同変e-不変量が定義されることがわかった。それによって、Seiberg-Witten理論の有限次元近似によって得られる同変写像に対する同変,e-不変量の計算がK-理論の代数的計算に帰着された。同様の考察は同変写像の族に対しても可能である。それによって、同変写像の族に対する$e$-不変量はその族のパラメータ空間のK群に値をもち、パラメータ空間がスピン多様体のときにGysin写像の像として得られることがわかった。今後の課題はその計算を上の例について実行することである。それによって1次元ベッチ数が0ではないスピン閉多様体のコホモロジー環について更に精密な結果が得られることが期待される。上の考察により、同変e-不変量を使った同変写像の非存在定理の証明とK-理論の写像度を使った証明との関係が明らかとなった。本年度は,昨年に引続き,Seiberg-Witten方程式のスピン4次元閉多様体への応用を行った.その中で,古田幹雄氏よる10/8-定理を若干改良することができた.以下は全て古田幹雄氏との共同研究の結果である.更に,スピン4元閉多様体の1次元Betti数が4で,1次元コホモロジーの元のカップ積から定まる判別式が奇数のとき,この不等式は若干よくなることもわかった.最初の不等式以外は,ある種の同変ボルディズム理論をSeiberg-Witten方程式に適用することによって得られた.その後,古田幹雄氏による10/8-定理の証明で使ったK-理論的写像度を更に拡張することによって最初の不等式を導き出すことができた.今後の研究において,1次元Betti数が0でないときにこれらの不等式を更に改良できるかどうか試みることは急務である.以下は全て古田幹雄氏との共同研究である。
幼児における身体活動量の「置き換え」効果を用いた健康づくりプログラムの有効性

本研究は、幼児における身体活動量の「置き換え」による効果の推定を用いて運動習慣の獲得を目指した健康づくりプログラムを作成し、その有効性を明らかにするものである。運動疫学的アプローチとして有用とされるISモデルによる統計解析を用いることで身体活動レベルの「置き換え」による運動能力、生活リズム等の推定値を算出することが可能となる。その推定値を身体活動指標の理由づけに活用することは、運動習慣の獲得を目指した行動変容に有用であると考える。初年度は、幼児の身体活動量におけて、座位行動(テレビ視聴など)を静的な遊び(生活活動)や動的な遊び(歩・走活動)に置き換えた際に、運動能力、足型、生活リズム、メンタルヘルス、親の育児ストレスに及ぼす効果を検証することを目的とした。初年度は、46歳の幼児129名を対象に2週間連続(入浴、就寝以外)で加速度計を用いて身体活動量を測定した。加速度計はオムロン社製Active style Proを使用し、平日と休日含め10日間測定した。また関連要因項目として運動能力測定(20m走、テニスボール投げ、立ち幅跳び、握力)、足型測定、生活リズム(腋窩体温、皮膚温7箇所、睡眠時間等の質問紙)、幼児のメンタルヘルス(THI幼児改変)、親の育児ストレス(育児不安尺度)についても測定および質問紙調査を実施した。身体活動量、運動能力測定等の電子データ化やID付与、匿名化等のデータ整理作業を進め、全てのデータ入力は完了した。今後は、分析にSPSSを利用し、統計解析を行ない、身体活動量の「置き換え」による効果の解析を進める予定である。初年度の調査実施期間は910月を予定していたが、調査対象の協力園の予定により12月まで調査がかかってしまった。そのため、分析等の作業も3か月ほど遅れている。身体活動量の「置き換え」による運動能力、足型、生活リズム、メンタルヘルス、親の育児ストレスに及ぼす効果の解析を進め、運動習慣の獲得を目指した健康プログラムを作成する。健康づくりプログラムは4回程度の介入研究を予定し、2019年11月2020年10月の1年間を介入期間とする。なお、介入期間は対象児の協力園の保育・教育課程を鑑みながら検討する。介入方法は、介入ごとに1週間連続した加速度計の測定を行い、その結果をもとに更新された身体活動指標を継続的に提示する。提示例は『テレビ視聴時間60分を公園での外遊びに置き換えると、立ち幅跳びが16cm高値を、体脂肪率が4.0%低値を示します』といった具体的な推定値と身体活動指標を個別に提示し、1年間継続的な介入プログラムを作成する。プログラム前後には、介入群と対象群ともに1年目と同様の測定を実施、比較分析し、プログラムに有効かどうかを検証する。対象は介入群と対象群それぞれ45歳の幼児30名程度を予定している。

プログラム前後には、介入群と対象群ともに1年目と同様の測定を実施、比較分析し、プログラムに有効かどうかを検証する。対象は介入群と対象群それぞれ45歳の幼児30名程度を予定している。前倒し請求(20万円)を実施している。そのため、次年度使用額は本来、次年度に使用する予定の金額である。使用計画は、活動量計の追加購入、調査補助やデータ入力に係る人件費を調整し、予定通り実施する。
副鼻腔真菌症の原因真菌とその微生物叢解析による重篤化予防と疾患制御に関する研究

副鼻腔真菌症は浸潤性と非浸潤性に大別され、疾患の重傷度や生命予後は大きく異なる。本研究の目的は、副鼻腔真菌症を微生物学的観点から解明し、重篤化の予防とエビデンスに基づいた治療戦略を提唱することである。具体的には、副鼻腔真菌症の原因真菌をribosomal RNA遺伝子解析により菌種レベルで同定すること、原因真菌の薬剤感受性の測定、薬剤耐性遺伝子を検出し、適切な抗真菌薬を検討すること、さらにその微生物叢を病態ごとに検討することである。上記の目的達成のため、複数の研究協力施設において副鼻腔真菌症として手術を行った症例の副鼻腔内容物を収集し、検討を進めている。副鼻腔真菌症診断の一般的な方法として培養検査や病理検査によって行われるが、培養検査の陽性率は3割以下と低い。一方病理検査では、真菌菌糸の確認にとどまり、菌種レベルの同定は不可能である。本検討では、ribosomal RNA遺伝子解析により手術検体から原因真菌を菌種レベルで同定し、病態や重症度との関連について検討する。これまでのところ、Aspergillusflavusまた担子菌類のSchizophyllum communeなどが同定されている。これまでの報告では、副鼻腔真菌症の原因菌としては、アスペルギルス属が多くを占めるとされていたが、その菌種レベルでの報告は少ない。また、Schizophyllum communeの報告も近年見られるようになっているが、本検討のように詳細な解析を加えているものは稀である。それゆえ、本検討では副鼻腔真菌症に関する新たな知見提供が可能となることが期待できる。副鼻腔内容物の手術検体の収集を継続して行っている。検体の培養では、発育する真菌は3割程度であり、概ねこれまでの報告と同様の結果となっている。培養陽性率を上昇させるため、培養期間を延長するなど工夫しながら行なっている。真菌菌種同定のため、収集した副鼻腔内容物から微生物DNA抽出を行い、PCR法により真菌が独自に持つribosomal RNA遺伝子領域(ITS, D1/D2)を増幅し、シークエンスにより塩基配列を決定し、真菌菌種の同定を行っている。Aspergillusflavusや担子菌類のSchizophyllum communeなどが同定されている。以上のように検体収集、DNA抽出、PCR、遺伝子解析による同定については予定通り概ね順調に進んでいる。今後は、さらに副鼻腔真菌症の副鼻腔内容物の収集を継続する。特に侵襲性副鼻腔真菌症の検体は、症例数が少なく十分数収集できていないためより力を入れて収集する。これまで通り検体の培養、病理検査、バイオマーカー検査を継続し、遺伝子解析による原因真菌の菌種レベルでの同定を進める。侵襲性アスペルギルス感染症において、抗真菌薬としてアゾール系薬は第一選択となるが、近年それに対する耐性株が報告されている。収集株のうち、培養陽性株については薬剤感受性測定も行う。また、培養陰性株も含めて検体から抽出されたDNAからアゾール系薬耐性遺伝子(CYP51)の解析によりアゾール耐性状況を確認する。これらより、副鼻腔真菌症における原因真菌の薬剤感受性およびアゾール系薬の遺伝子レベルの耐性状況を把握した上で治療戦略を検討していく予定である。また、副鼻腔真菌症の微生物叢解析についての準備も進めていく予定である。

真菌菌種同定のため、収集した副鼻腔内容物から微生物DNA抽出を行い、PCR法により真菌が独自に持つribosomal RNA遺伝子領域(ITS, D1/D2)を増幅し、シークエンスにより塩基配列を決定し、真菌菌種の同定を行っている。Aspergillusflavusや担子菌類のSchizophyllum communeなどが同定されている。以上のように検体収集、DNA抽出、PCR、遺伝子解析による同定については予定通り概ね順調に進んでいる。今後は、さらに副鼻腔真菌症の副鼻腔内容物の収集を継続する。特に侵襲性副鼻腔真菌症の検体は、症例数が少なく十分数収集できていないためより力を入れて収集する。これまで通り検体の培養、病理検査、バイオマーカー検査を継続し、遺伝子解析による原因真菌の菌種レベルでの同定を進める。侵襲性アスペルギルス感染症において、抗真菌薬としてアゾール系薬は第一選択となるが、近年それに対する耐性株が報告されている。収集株のうち、培養陽性株については薬剤感受性測定も行う。また、培養陰性株も含めて検体から抽出されたDNAからアゾール系薬耐性遺伝子(CYP51)の解析によりアゾール耐性状況を確認する。これらより、副鼻腔真菌症における原因真菌の薬剤感受性およびアゾール系薬の遺伝子レベルの耐性状況を把握した上で治療戦略を検討していく予定である。また、副鼻腔真菌症の微生物叢解析についての準備も進めていく予定である。消耗品の購入量が見込みより少なかったため。次年度に使用する見込みです。
神経膠芽腫の浸潤性増殖の機構解析

平成15-16年度基盤研究B・課題「神経膠芽腫の浸潤性増殖の機構解析」において我々は神経細胞のみならず、グリア細胞にも広くその発現が認められているイオン型グルタミン酸受容体のなかのカルシウム透過性AMPA型グルタミン酸受容体が、神経膠芽腫にも発現していることから、このチャネルを介するカルシウムの流入によって引き起こされる緩徐な細胞内カルシウムの上昇が腫瘍細胞の浸潤と増殖にどのようなメカニズムで関与しているかを解析した。平成15年度においてはグルタミン酸が実際にグリオブラストーマ細胞の増殖を促進するか、またもし事実であれば、腫瘍細胞の増殖に関与するPKB(protein kinase B, Akt)の燐酸化を促進しanti-apoptotic pathwayを活性化するかを、in vitroで解析した。その結果グルタミン酸はグリオブラストーマ細胞の増殖を促進し、さらにカルシウム不透過型AMPA受容体遺伝子であるGluR2を腫瘍細胞に強制発現させ、さらにAktの構成活性化遺伝子を組み込んだアデノウイルスを同時に感染させるとGluR2による増殖阻害が回避され、カルシウム透過型AMPA受容体遺伝子であるGluR2Q強制発現細胞にAktの優性阻害遺伝子を共発現させると腫瘍細胞の増殖は阻害された。これらの研究結果からカルシウム透過型AMPA受容体を介する細胞内カルシウムの上昇が直接に生存のカスケードであるAktの燐酸化を惹起することを証明した。さらに平成16年度はグルタミン酸受容体を発現するヒトの神経膠芽腫モデル(CGNH-89)を用いてin vivoのnude mice modelにおいて、Aktを構成的活性や優性阻害して腫瘍の増殖の変化を解析し、Aktの活性化が腫瘍の増大に直接関与することをin vivoにおいて証明した。本研究で得られた基盤的解析結果をもとに平成17-18年度基盤研究B・課題「神経膠芽腫の浸潤性増殖の機構解析」PARTIIにおいて、Akt脱リン酸化を標的に新集学的治療の開発研究が進行中である。平成15年度の神経膠芽腫の浸潤性増殖に及ぼすグルタミン酸を介するシグナル伝達機構のin vitroにおける解析結果概要。1.グルタミン酸は腫瘍細胞の増殖を促進し、逆にグルタミン酸を培養上清から除去すると細胞分裂能が低下し、アポトーシスに陥る。またグルタミン酸と同時にAMPA拮抗薬を投与するとグルタミン酸を培養上清から除去した群と同様の増殖態度を示しグルタミン酸を介する腫瘍細胞の増殖促進は腫瘍細胞が発現するカルシウム透過型AMPA受容体を介する事が示唆された。2.組み換えアデノウイルスを用いて腫瘍細胞にカルシウム不透過型(GluR2)及びカルシウム透過型(GluR2Q)遺伝子の強制発現を行い、増殖に重要な役割を果たすAkt atSer^<473>に対する燐酸化抗体(pAkt)を用いて共焦点レーザー顕微鏡にて解析した。その結果Aktの燐酸化はGluR2の強制発現で抑制され、逆にGluR2Qにより亢進した。3.さらにGluR2Q遺伝子の強制発現によるAktの燐酸化はwortmannin(0.5-5μM)やLY294002(1-100μM)等のPI3 kinaseの拮抗剤を用いても失活しないことからこのAktの活性化は従来言われているPI3kinaseには依存せず、AMPA受容体を介する新たなシグナル伝達路であることが示唆された。western blottingによるAktの燐酸化の定量解析ではGluR

2強制発現ではcontrolの50%に低下し、GluR2Q遺伝子の強制発現では200%に上昇した。4.GluR2を腫瘍細胞に強制発現させ、さらにAktの構成活性化遺伝子を組み込んだアデノウイルスを同時に感染させると腫瘍細胞の増殖阻害が回避され、さらにGluR2Q強制発現細胞にAktの優性阻害遺伝子を共発現させると腫瘍細胞の増殖は阻害された。以上より、グルタミン酸がカルシウム透過型AMPA受容体を介して直接に生存のカスケードであるAktの燐酸化を惹起することを証明した。平成16年度の神経膠芽腫の浸潤性増殖に及ぼすグルタミン酸を介するシグナル伝達機構のin vivoにおける解析結果の概要。前臨床試験に使用する疾患モデルは研究代表者が独自に樹立したCGNH-89を用いた。CGNH-89細胞はグルタミン酸受容体を発現するヒトの神経膠芽腫モデルであり10^7の細胞をヌードマウス皮下に移植すると100%のtumorigenicityを示し、3週間で腫瘍体積が2000mm^3前後に増大する。組織型はオリジナルの腫瘍を模倣し定型的な神経膠芽腫の組織像をとる。すなわち、necrosis with peudopalisading, microvascular proliferation, appearance of giant cellsを呈し、またグリア細胞のマーカーであるGFAPが陽性である。脳内移植では、2x10^5の細胞を移植すると4週間で100%腫瘍死することが知られており、またヒト腫瘍の特性を保持し、髄鞘線維やVirchow Robin腔に沿って浸潤するするため前臨床試験に使用する疾患モデルとして有用であることが判明した。このnude mice modelにおいて実際Aktを構成的活性や優性阻害して腫瘍の増殖の変化を解析した。腫瘍移植5日目に組み替えアデノウイルスをベクターとしてAktno構成活性型遺伝子(Akt-HA)優性阻害型遺伝子(Akt-AA)を投与しその増殖態度を移植23日目にコントロール群と比較検討した。その結果構成活性遺伝子組み込みアデノウイルス(Akt-HA)投与群において腫瘍の増殖元進がまた優性阻害遺伝子組み込みアデノウイルス(Akt-AA)投与群においては腫瘍の縮小が認められAktの活性化が腫瘍の増大に直接関与することをin vivoにおいて証明した。さらに病理学的解析を行うと、Akt-HA群において腫瘍内出血が高頻度に認められ、また分裂像や核・細胞比の上昇、多形性などの退形成の所見の増強が認められた。一方Akt-AA群においてはAKtの脱リン酸化の促進とアポトーシスの増加を認めた。これらの所見はヒト神経膠芽腫においてAktの脱リン酸化が治療上、分子標的療法の目標として極めて重要であることを直接証明したものと考えられる。
先端産業に用いられる新素材の健康へのリスクアセスメントに関する研究

本研究は次世代半導体に用いられる材料であるガリウム(Ga),インジウム(In)及びヒ素化合物の毒性の研究と、超電導体の材料であるイットリウム(Y)とランタン(La)の毒性の研究の二部よりなる。半導体の原料についてまず、Ga,In及び亜ヒ酸の腎尿細管細胞に与える影響を、青木とFowlerが共同研究を行った。コラゲナ-ゼ消化したラット腎臓より尿細管の断片を分離した後、腎尿細管上皮細胞を初代培養した。培養開始後、5日間で細胞はコンフレントな状態となった。この細胞に300μMのGaCl_3及びInCl_3を暴露したが、細胞からの乳酸脱水素酵素(LDH)の遊離は観察されず、これらの濃度のGa,Inは直接的な細胞毒性を有しないことが明らかとなった。それに対して10μMの亜ヒ酸はLDHの遊離を引き起こし、細胞毒性を有していた。次いで300μM Ga、10μM亜ヒ酸、及び300μM Inに細胞を24時間暴露したのち、新生タンパク質を^<35>Sメチオニンで放射標識した。これらの金属によるタンパク質の合成の変化をフロログラフィ-により調べた。その結果、Gaと亜ヒ素酸により、分子量30,000のタンパク質が特異的に誘導されていた。また、同時にヒ-トショックタンパク質の合成の増加がみとめられた。これらのタンパク質の合成の変化は、Ga、亜ヒ素酸暴露のよい指標となると思われる。また、Fowlerはアルシンガス(AsH_3)のマウス、ラット等への暴露実験を行い、毒性学的な指標の変化を調べた。米国の作業環境規準の10倍の濃度である0.5ppm AsH_3をラットへ6時間暴露しても顕著な変化は認められなかったが、規準の半分の0.025ppmを80日間暴露するとメスラットでは貧血状態が認められた。しかし、より高濃度の2,5ppmのAsH_3を暴露してもラット、及びマウスで発生学的な毒性は引き起こされないことが明らかにされた。超電導体に用いられる原料について経気道投与の影響を鈴木と平野が中心となって調べた。塩化イットリウムをラットに気管内投与し、肺組織と肺胞内洗浄液(BALF)の間のYの濃度と時間に依存した変化と、肺の炎症反応を調べた。Yの肺からの消失は非常に遅く、半減期は168日であった。200μg/ratのYを投与しても、BALFの上清のY量は5μg/1ungを超えず、これより肺胞表面液は最大5μgのYを保持することが示唆された。一方、BALF沈澱中のY量は、BALF中に回収されたマクロファ-ジの数とともに時間的、濃度依存的に変化した。透過型電子顕微鏡とX線マイクロ分析の結果はYは肺胞と細胞間組織のマクロファ-ジのリソゾ-ムと基底膜に局在していることを示唆した。BALF上清のβーグルクロニダ-ゼ(βーGlu)活性とカルシウムとリンの含量は最低投与量(10μg/rat)でも増加した。BALF上清の乳酸脱水素酵素(LDH)の量ー作用関係の比較から、1モルの塩化イットリウムの急性の肺への毒性は、約3分の1モルのカドミウム化合物や3モルの酸化亜鉛と同等であることが明らかになった。塩化ランタンを同様にラットに経気道投与すると、肺全体に保持されているLa含量は、用量の増加にともない直線的に上昇した。肺ホモジネ-ト中のLa含量は100μg/rat群から急増し、BALF上清と沈澱中のLa含量は100μg/rat群から減少し、投与したLa量が50μg/ratを越えると肺におけるLa保持の形態に変化が起きるように思われた。同時にLaの肺における半減期は244日と算定された。BALF上清のβーGlu活性、LDH活性、及びカルシウムの含量は1μg/rat投与群から、リンの含量は0,5μg/rat投与群から増加した。これらの結果から、1μg/ratの用量で肺障害が惹起されることが判明した。

その結果、Gaと亜ヒ素酸により、分子量30,000のタンパク質が特異的に誘導されていた。また、同時にヒ-トショックタンパク質の合成の増加がみとめられた。これらのタンパク質の合成の変化は、Ga、亜ヒ素酸暴露のよい指標となると思われる。また、Fowlerはアルシンガス(AsH_3)のマウス、ラット等への暴露実験を行い、毒性学的な指標の変化を調べた。米国の作業環境規準の10倍の濃度である0.5ppm AsH_3をラットへ6時間暴露しても顕著な変化は認められなかったが、規準の半分の0.025ppmを80日間暴露するとメスラットでは貧血状態が認められた。しかし、より高濃度の2,5ppmのAsH_3を暴露してもラット、及びマウスで発生学的な毒性は引き起こされないことが明らかにされた。超電導体に用いられる原料について経気道投与の影響を鈴木と平野が中心となって調べた。塩化イットリウムをラットに気管内投与し、肺組織と肺胞内洗浄液(BALF)の間のYの濃度と時間に依存した変化と、肺の炎症反応を調べた。Yの肺からの消失は非常に遅く、半減期は168日であった。200μg/ratのYを投与しても、BALFの上清のY量は5μg/1ungを超えず、これより肺胞表面液は最大5μgのYを保持することが示唆された。一方、BALF沈澱中のY量は、BALF中に回収されたマクロファ-ジの数とともに時間的、濃度依存的に変化した。透過型電子顕微鏡とX線マイクロ分析の結果はYは肺胞と細胞間組織のマクロファ-ジのリソゾ-ムと基底膜に局在していることを示唆した。BALF上清のβーグルクロニダ-ゼ(βーGlu)活性とカルシウムとリンの含量は最低投与量(10μg/rat)でも増加した。BALF上清の乳酸脱水素酵素(LDH)の量ー作用関係の比較から、1モルの塩化イットリウムの急性の肺への毒性は、約3分の1モルのカドミウム化合物や3モルの酸化亜鉛と同等であることが明らかになった。塩化ランタンを同様にラットに経気道投与すると、肺全体に保持されているLa含量は、用量の増加にともない直線的に上昇した。肺ホモジネ-ト中のLa含量は100μg/rat群から急増し、BALF上清と沈澱中のLa含量は100μg/rat群から減少し、投与したLa量が50μg/ratを越えると肺におけるLa保持の形態に変化が起きるように思われた。同時にLaの肺における半減期は244日と算定された。BALF上清のβーGlu活性、LDH活性、及びカルシウムの含量は1μg/rat投与群から、リンの含量は0,5μg/rat投与群から増加した。これらの結果から、1μg/ratの用量で肺障害が惹起されることが判明した。本年度は次世代半導体の原料の健康へのリスクアセスメントを中心として研究を行なった。まず、ガリウム(Ga)、インジウム(In)及び亜ヒ酸の腎尿細管細胞に与える影響について、青木とFowlerは共同研究を行なった。コラゲナ-ゼ消化したラット腎臓より尿細管の断片を分離した後、腎尿細管上皮細胞を初代培養した。培養開始後、5日間で細胞はコンフレントな状態となった。この細胞に300μMのGuCl_3及びInCl_3を暴露したが、細胞からの乳酸脱水素酵素(LDH)の遊離は観察されず、これらの温度のGa,Inは直接的な細胞毒性を有しないことが明らかとなった。それに対して10μMの亜ヒ酸はLDHの遊離を引き越し、細胞毒性を有していた。次いで300μMGa10μM亜ヒ酸、及び300μMInに細胞を24時間暴露したのち、新生タンパク質を^<35>Sメチオニンで放射標識した。これらの金属によるタンパク質の合成の変化をフロログウフィ-により調べた。
成人T細胞白血病の病因レトロウイルス

1.ATLウイルス(ATLV)の個体感染動態:健康ATLVキャリアの末梢リンパ球についてEBウイルス特異的B細胞トランスフォーメーション抑制値(キラーT細胞活性の表現)を測定した。その結果キャリア34人中11人にこの抑制値の低下をみた。細胞性免疫能が低下していることを示唆している。2.ATLV単クロン抗体:単クロン抗体ではじめて検出されたp34はATLV陽性細胞表面にあるが、IUdR処理で誘導されない。ATLVの遺伝子産物ではないようである。またIL-2レセプターに対する新しく追加された単クロン抗体2種は、前に報告されているTac及びHIEIとちがった抗原決定基を認識していることを明らかにした。3.ATLVのネコ細胞感染:ネコ腎由来細胞はATLV感染によって細胞融合をおこすが、この細胞内にATLVタンパクが合成されていることを認めた。4.サルのATLV様ウイルス:一匹のアフリカミドリザルに発生した白血病がATLV様ウイルスによるものであることを、白血病細胞にウイルスcDNAの検出で証明した。5.ATLV個体感染経路:ATLVキャリア母乳細胞成分をマーモセットに経口投与した結果、感染が成立した。キャリアの母親から生まれた乳児16人を追跡したところ12人が生後18ヶ月までに感染していることを証明した。ATLVキャリア男性7人中5人に精液中にATLV陽性リンパ球の存在することを認めた。6.ATLV遺伝子DNAのトランスフェクション:完全長DNAを各種細胞株にトランスフェクトしたところ2日後に各種ウイルス構造タンパクが合成されてくることを認めた。
複数の文章の比較統合を通した知識構築型の批判的読解を支援する学習環境の構築と評価

本研究では,複数の文章を読解した上で,その内容を有機的に比較吟味・統合することを通して批判的読解力を高められるように,批判的読解支援システムeJournalPlusの機能拡張を行い,その評価を行った.その結果,eJournalPlus上で複数の文章から生成した概念地図を操作し,再構成・並置しながら,文章間の関係性を整理することで,批判的読解の切り口を再度検討していることが示唆された.本研究では,複数の文章を読解した上で,その内容を有機的に比較吟味・統合することを通して批判的読解力を高められるように,批判的読解支援システムeJournalPlusの機能拡張を行い,その評価を行った.その結果,eJournalPlus上で複数の文章から生成した概念地図を操作し,再構成・並置しながら,文章間の関係性を整理することで,批判的読解の切り口を再度検討していることが示唆された.本研究の目的は,文章の適確な理解に基づき,文章中の知識や既有知識を関連づけながら,自分の意見や解釈を新たな知識として構築する能力としての批判的読解力を育成することである.とくに単一の文章ではなく,複数の文章を読解した上で,その内容を有機的に比較吟味・統合することを通して,批判的読解力を高められるように,eJournalPlusの機能拡張を行い,それを活用した学習環境を構築し,実践的に評価することを目的とする.平成21年度は,以下のような研究活動を実施し,成果を挙げた.1.本研究に関連して,最先端の研究動向,実践動向を調査するため,CSCL2009,EDUCAUSE Learning Initiative 2010に参加し,情報収集するとともに,国際的先端性を確保するため,意見交換を行った.2.研究動向を踏まえた上で,eJournalPlusの複数文章対応について仕様策定を行うとともに,機能拡張のためのシステム開発を行った.このシステムについてはMicrosoft codeplexにおいて無料で公開している.3.少人数での稼働試験を行い,動作に支障がないことを確認した.また,学習プロセスにおいてどのように統合が生じているかを検討するため,発話思考法を用いた実験を行った.現在,発話思考法によるプロセスデータの分析を行っているところである.4.国際会議CSCL2009にて本研究の内容について発表を行ったところ,内容が評価され,Best Technology Design Paper Award(最優秀技術設計研究賞)を受賞した.この会議を主催する国際学習科学会では,日本人初の受賞者となった.5.批判的読解を含むアクティブラーニングを支援する学習環境のあり方について,共著書2本にまとめて出版した.本研究の目的は,文章の適確な理解に基づき,文章中の知識や既有知識を関連づけながら,自分の意見や解釈を新たな知識として構築する能力としての批判的読解力を育成することである.その効果的な育成のために,複数の文章の構造を有機的に比較吟味・統合することを通して批判的読解力を高められるように,批判的読解支援ソフトウェアeJournalPlusの機能拡張を行うとともに,それを活用した学習環境を構築し,実践的に評価する.平成22年度は,以下のような研究活動を実施し、成果を挙げた。1.発話思考法を用いて,eJournalPlusの開発機能を活用して複数の文献を読解するプロセスが通常の読解のプロセスとどのように異なるのかを,実験的に明らかにした.その結果,eJournalPlusの概念地図を操作し,各文章の概念地図を再構成・並置しながら,文章間の関係性を整理することで,議論の切り口を再度検討していることが示唆された.2.eJournalPlusのもう1つの機能である相互コメント機能を含め、活用した実験授業を行った.その結果は現在分析中である.3.開発したソフトウェアについては,CodePlex(開発用コミュニティサイト)で国際的に公開した。これらの成果の一部は,すでに国内学会発表や著書の一部,あるいは雑誌論文としてまとめて発表した,さらにいくつか国際会議や論文誌等に投稿して公表する予定である.また,学校での活用が広がったことから,千葉県等での活用に際して指導助言を行っており,一名の先生がマイクロソフトの第3回教職員ICT活用実践コンテストで優秀賞を受賞するに至っている.
大規模詳細反応機構の革新的簡略化法の開発と燃焼シミュレーションへの応用

自動車エンジンのノッキングやガスタービンの振動燃焼の解析には化学反応方程式と流体力学方程式を同時に解く事が必要であるが、燃焼反応には数百もの化学種が関与するためにこのようなシミュレーションは不可能であった。これを可能とするために、燃焼反応の特性を損なわずに解析に必要な変数の数を大幅に減少させる方法を開発した。また反応法的式の超高速積分法も開発した。これにより、化学反応と流体現象がカップリングする現象の解析が初めて可能となった。本研究の目的は超大規模詳細反応機構に基づいた数値流体シミュレーションを実現するための革新的アルゴリズムを確立することにある。「超大規模詳細反応機構」として炭化水素燃料の燃焼反応機構を取り上げる。まず炭素数4-16のノルマルアルカンの燃焼反応機構をMiyoshiにより開発された反応機構自動生成プログラムKUCRSにより生成した。もっとも大きな反応機構であるn-C16H34(ノルマルセタン)は化学種7000、素反応28000を含む。これらの反応機構をDRG(Directed Relation Graph)法により簡略化した。この簡略化によりノルマルセタンの反応機構は1/3程度に圧縮できるが、流体シミュレーションに組み込むためにはさらなる簡略化が必要である。DRG法以外のいくつかの方法も試みたが、DRG法以上には簡略化できないことが明らかとなった。DRG法のような化学種を減らして骨格のみの反応機構を作成する簡略化法では限界があることが明らかとなったので、まったく異なる原理での簡略化法として、最大エントロピー法に基づく方法であるRCCE(Rate Controlled Constrained Equilibrium)法を開発した。本年度はとくに状態量に対する束縛条件として圧力(P)とエンタルピー(H)を用いる方法を開発した。この方法では状態量以外の束縛条件として何を選ぶかによって簡略化の精度が決まる。本研究では束縛条件として化学種の線形結合を用いているが、どのような化学種の線形結合をとるべきかをCH4からC8H18までの燃焼反応機構について系統的に検討し、分子構造に基づいて自動的に束縛条件を選定する方法を提案した。この結果、800化学種から構成される反応機構でも40程度の束縛条件により着火誘導時間などの燃焼特性が予測できることが明らかとなった、本年度は最終年度であることから、これまでに進めてきた超大規模詳細反応機構を数値流体計算とカップルさせて解く方法の実証を主として実施した。まず、前年度までに反応方程式を簡略化する方法、特にRCCE法を検討してきたが、この方法では反応条件により反応を記述する微分方程式の剛直性(Stiffness)が簡略化しない場合よりもむしろ増加することが明らかとなった。そこで反応機構の簡略化ではなく、反応方程式の高速解法の開発に方針を変更し、改良MTS法を新たに開発した。この改良MTS法は従来の標準的な反応方程式の解法であるVODE法を流体計算と組み合わせた場合に比較して1050倍程度高速であることを実証した。この方法を圧縮性流体ソルバーに組み込むことにより、従来は不可能であった反応性流体シミュレーションが可能となった。特に以下のシミュレーションを行い、本方法の有用性を実証した。1.ロケットスラスターに用いられる自己着火性燃料であるN2H4とN2O4/NO2混合気の同軸噴流燃焼シミュレーションを、独自に開発した詳細反応機構に基いて実施し、室温において着火源なしに拡散燃焼で自己着火することを初めて示した。2.密閉容器内の火炎伝播をヘプタンのような複雑な複雑な反応系(化学種400、素反応1200程度)について圧縮性流体とカップルさせて解くことに初めて成功した。これにより、音波と化学反応のカップリングを検討することが可能となり、エンドガスの自着火(ノッキング)が起こる原因、条件などについて詳細な検討を行った。3.細管中の高圧水素によってドライブされる空気中の衝撃波の着火現象の詳細な解析を実施した。水素と空気の接触面での着火現象が、境界層と衝撃波の干渉により引き起こされることなど、新規な着火機構が明らかとなった。前年度に、このためのアルゴリズムとして2段階の詳細反応機構の簡略化を行うことを提案した。すなわち(1)化学種数千程度の超大規模詳細反応機構をDRG(Directed Relation Graph)法により化学種数百程度の中規模詳細反応機構に簡略化する。この方針に基づいてノルマルアルカンの詳細反応機構をDRGにより簡略化し、圧力一定、断熱条件下でのRCCE法プログラムを開発した。今年度は圧縮性流体計算に反応を組み込む際に必要となる体積(密度)一定、断熱の場合のRCCE法アルゴリズムを構築し、プログラムを開発した。また、実用燃料のエンジン燃焼シミュレーションを行うために、イソアルカンを含むガソリン燃料の標準燃料(PRF)の反応機構について本アルゴリズムを適用した。開発した体積(密度)