hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
東北地方に自生するイワテヤマナシの保全とその利用に関する研究

【フィールド調査(イワテヤマナシは自生種それとも導入種?)】未調査地域の青森県、秋田県の全市町村、山形県北部での調査が終了した。秋田県にて95個体、青森県で80個体のナシ属植物が見つかった。岩手県と比べて青森県、秋田県ではナシ属の出現頻度は低かった。またニホンナシの在来系統と思われる大果系ナシやイワテヤマナシとニホンナシとの雑種と思われる果実を有する個体(逸出型)は多く見つかったが、イワテヤマナシの野生個体(果実直径が3cm以下、有蒂、山中または放牧地に自生)はほとんど確認できなかった。北東北のほぼ全域にわたるナシ属探索が終了し、合計840本が見つかった。白神山系ではナシ属植物は全く見つからなかった。奥羽山系では街道沿いや人家の周辺、畑の縁などで現存していたが野生個体はなかった。北上山系ではイワテヤマナシの群落こそ見つからなかったが北は階上岳より南は早池峰山までの高地で野生個体が見つかった。北上山系の高地で現存する野生個体は自生種である可能性が高い。【保全事業】探索で見つかったナシ約550本を野生ナシジーンバンクとして神戸大学にて保存した。また保存後に現地で伐採された個体の返還事業として岩手県九戸村、遠野市にて苗木を植裁した。【DNA分析によるイワテヤマナシの起源】世界のナシ属植物の葉緑体DNAのrps16-trnQとaccD-psaI遺伝子間領域における欠失変異の有無を調査し3タイプ(A, B, C)のゲノムを識別するDNAマーカーを作製した。収集個体の320個体中の約2割とアオナシ、マメナシ類はA型のゲノムタイプであり原始型だった。収集個体の他の約8割とニホンナシ栽培品種のほとんどはB型だった。セイヨウナシ、アフリカ、中央アジア、ロシア由来のC型は収集系統では数個体のみ見つかった。この結果は約8割のイワテヤマナシ収集個体はニホンナシとの雑種であり、残りの2割に真のイワテヤマナシが含まれる可能性を示す。また岩手県全域から抽出した58個体を用いて5種類の核SSRマーカーにより個体識別と系統学的解析を行った。遺伝的多様性が大きく、ほとんどの個体が実生繁殖であることが確認された。今後は北上山系由来の集団数を増やして、集団遺伝学的手法(STRUCTURE解析)により真のイワテヤマナシを推定し起源を明らかにしたい。【芳香性物質の同定】果実に芳香を持つイワテヤマナシ収集個体のうち、ナツナシ、サネナシ、系統番号i830の3系統の果実の香気寄与成分を官能試験、TenaX-TAカラム濃縮法を用いたGC-O分析、AEDA法、GC-MS分析により香りの特徴づけと成分を同定した。ナツナシは官能試験では甘く爽やかな香りであり、ethyl 2-methylbutyrateが最も寄与度が高かった。またサネナシは官能的には強い甘さを持っておりethyl 2-methylbutyrateとethylhexanoateの寄与度が最も高かった。i830系統ではグリーンな花様の甘さを持つ高沸点の未同定物質とethyl 2-methylbutyrateが最も高かった。ナツナシとサネナシには共通の寄与度の高い成分が多く、2系統の香りは似ていることが明らかになった。またethyl 2-methylbutyrateはニホンナシ`幸水'では比較的寄与度が高かったが、セイヨウナシ`ラフランス'ではほとんど寄与しておらずアジアのナシに特徴的な成分かも知れない。今後はより多くの収集系統の香気成分を調べて分類し、イワテヤマナシに特徴的な香気成分を明らかにする予定である。

収集個体の320個体中の約2割とアオナシ、マメナシ類はA型のゲノムタイプであり原始型だった。収集個体の他の約8割とニホンナシ栽培品種のほとんどはB型だった。セイヨウナシ、アフリカ、中央アジア、ロシア由来のC型は収集系統では数個体のみ見つかった。この結果は約8割のイワテヤマナシ収集個体はニホンナシとの雑種であり、残りの2割に真のイワテヤマナシが含まれる可能性を示す。また岩手県全域から抽出した58個体を用いて5種類の核SSRマーカーにより個体識別と系統学的解析を行った。遺伝的多様性が大きく、ほとんどの個体が実生繁殖であることが確認された。今後は北上山系由来の集団数を増やして、集団遺伝学的手法(STRUCTURE解析)により真のイワテヤマナシを推定し起源を明らかにしたい。【芳香性物質の同定】果実に芳香を持つイワテヤマナシ収集個体のうち、ナツナシ、サネナシ、系統番号i830の3系統の果実の香気寄与成分を官能試験、TenaX-TAカラム濃縮法を用いたGC-O分析、AEDA法、GC-MS分析により香りの特徴づけと成分を同定した。ナツナシは官能試験では甘く爽やかな香りであり、ethyl 2-methylbutyrateが最も寄与度が高かった。またサネナシは官能的には強い甘さを持っておりethyl 2-methylbutyrateとethylhexanoateの寄与度が最も高かった。i830系統ではグリーンな花様の甘さを持つ高沸点の未同定物質とethyl 2-methylbutyrateが最も高かった。ナツナシとサネナシには共通の寄与度の高い成分が多く、2系統の香りは似ていることが明らかになった。またethyl 2-methylbutyrateはニホンナシ`幸水'では比較的寄与度が高かったが、セイヨウナシ`ラフランス'ではほとんど寄与しておらずアジアのナシに特徴的な成分かも知れない。今後はより多くの収集系統の香気成分を調べて分類し、イワテヤマナシに特徴的な香気成分を明らかにする予定である。フィールド調査(イワテヤマナシは自生種それとも導入種?)研究分担者の大阪市立大学植松千代美講師のグループと東北地方におけるイワテヤマナシの分布調査を青森県、秋田県にわたって6月、8月、9月の合計3回行った。これまでに青森県下北半島と秋田県白神山系、鳥海山付近を除く全市町村にわたる調査が完了した。その結果イワテヤマナシは北上山系の北端、青森県南西部の階上岳を境にした北部地域ではごく僅かしか存在しないことがわかってきた。また秋田県では山間部ではほとんど存在していないことも分かった。これらの結果はイワテヤマナシの分布の中心が北上山系に限られる可能性が高いことを示している。北上山系で多く現存していたことからイワテヤマナシは自生種である可能性を示唆した。また果実の形態形質の比較からも北上山系の高地に存在するナシは小果で萼が宿存しておりイワテヤマナシの特徴を持つ個体が多くみつかった。しかし青森県、秋田県で見つかったナシの果実は大果系で萼の宿存が見られない個体が多く明らかに差異があった。DNA分析による青森県、秋田県由来のナシの系統関係ニホンナシグループとセイヨウナシやその他のナシグループを識別する2種類の葉緑体DNAマーカーの作成を行った。PCR法により岩手県、青森県、秋田県由来の収集系統のDNAタイプを調査した。その結果、全収集系統中、約8割の個体がニホンナシ型の葉緑体DNA構造を持つことが明らかとなり、イワテヤマナシとニホンナシの雑種が多く含まれていることが示唆された。
アメリカの世界戦略と文化外交に関する学際的研究

本研究は冷戦期を中心にアメリカの文化外交の実態を学際的に解明することを目的とし、特に1940年代から70年代にかけて米国国務省が民間人や民間機関、ハリウッド映画産業や航空機産業などの企業と緊密な連携を保ちつつ、日本を含むアジア地域で積極的な文化外交を展開した実態を3年間を通じて明らかにした。本研究が特に注目したのは文化外交の政策的内容よりも実践レベルにおける当事者の意識・行動とその調整・抵抗といった変容のプロセスである。第二次大戦後、戦略的重要性を高めたアラスカ・ハワイの州昇格の際にアメリカ政府が製作した広報映画の分析も研究成果のひとつであるが、太平洋地域における植民地統治と文化的影響に関する幅広い研究を進めたことも本プロジェクトの学術的貢献としてあげられる。特にサイパンとパラオ共和国における実地調査を通じて、スペイン・ドイツ・日本・アメリカによる統治が現地に残した文化とアイデンティティにおける多層な影響力をポストコロニアルの視点から理解し、文化外交が一国の国益を超えた文化混淆をもたらす実態を長い歴史的スパンで、またローカルな文化実践との関連で捉えることができた。初年度の研究成果の第一は,米国とアジアとの文化融合をめぐる研究を海外から招聘した講師を含めて推進したことである。ハワイ大学の吉原真理氏による"AVoiceofOne'sOwn:AsiansandAsianAmericamsinClassicalMusicandtheQuestionofAuthenticity"と題する報告(5月)では,米国で活躍するアジア系音楽家の聞き取り調査の結果を中心に,西洋古典音楽における文化的要素の影響と変容に関する検討を行い,ミシガン州立大学の清水さゆり氏による報告「戦間期の日米野球交流と民間団体の役割」(7月)では,特に外交史としての野球交流における官民の担い手の多層性が明らかになった。アメリカ文化外交をめぐる学際的連携は本科研の重要課題であるが,研究分担者である吉見と土屋がそれぞれ関わっている科研プロジェクトと合同で,平成19年12月に国際シンポジウム「冷戦期アジア太平洋における文化外交」を東京大学で開催したことが,実績の第二として挙げられる。特に本研究を中心とするセッション「アメリカ文化外交と大衆文化,開発援助」では,海外共同研究者であるミシガン大学のペニー,ヴォン,エシェンによる冷戦期の文化使節としてのジャズ音楽家の役割についての報告,研究分担者である梅崎と矢口がそれぞれアメリカの平和部隊の位置づけ,サイパン島の歴史モニュメントに関する最新状況の報告を行ない,代表者の能登路が司会を,分担者の谷川がコメントを担当した。また研究分担者である藤田は米国の文化情報政策とアジアからの反応に関するセッションでコメントを行なった。海外調査については,能登路が米国で冷戦期の核防衛に関する調査を行ない,矢口,谷川が文化外交の地域社会への影響について,それぞれ米国,中国において資料調査を行なった。(769字)本研究はアメリカ文化外交をめぐる学際的連携拡大を目指して平成19年度に開始されたが、平成20年度は歴史的にも地域的にも範囲を大幅に広げる方向でプロジェクトが進展した。植民地・占領体制を通じた文化接触がもたらすローカルな共同体の言説・歴史認識へのインパクトに関する考察も本研究の主要テーマのひとつであり、昨年度は第二次大戦前後の南洋研究についても関連文献研究を進め、3月中旬には太平洋をめぐる政治・文化・移動の歴史と現在をテーマとしたシンポジウムを東京大学で実施して、アメリカから招聘したマリアナ諸島研究の第一人者であるキース・カマチョ教授を中心にサイパンにおけるフィールドワークを行ない、現地の研究者、教育関係者や博物館関係者を交えた公開シンポジウムや意見交換の機会を得て、新たな研究者ネットワークを広げることができた。アメリカの政治・文化的な影響のみならず、歴史的にスペイン、ドイツ、日本の支配を受け、現在も周辺の太平洋諸島およびアジア諸地域を背景とする多民族社会を構成し、重層的な文化アイデンティティを有するマリアナ諸島の状況は、歴史学、人類学、社会学など諸分野の知見を動員しつつ文化外交が一国の国益を超えた文化創造の装置として機能する実態を捉える本研究に多大の示唆をもたらすものであることを確認した。そして今後、文化外交のグローバルな展開およびローカルなレベルにおける主体的なエイジェンシー機能にも注目しながら、事例研究を文化外交研究の理論的な貢献につなげていくための基盤を築くことが出来た。主として冷戦期以降のアメリカ合衆国の文化外交を対象とする本プロジェクトの最終年度は数次の研究会において第二次大戦中の米国政府・軍部の情報管理をめぐる歴史的教訓の考察から冷戦期以降の米国の航空業の文化的側面、スターバックスを事例とする文化の越境とローカルな変容に関する問題など、多角的な検討がなされた。

さらに、昨年度実施した太平洋研究セミナーおよびサイパン調査旅行の次の段階として、パラオにおける日本委任統治時代からアメリカ管理下の時期を経て現代にいたる政治文化の変遷の研究を進めた。平成22年2月には、長期のパラオ在住経験をもつ大阪大学の三田貴氏の参加協力を得て、科研メンバーである能登路雅子、矢口祐人、梅崎透、およびミクロネシア研究者のグレッグ・ドボルザーク氏のチームによる「南太平洋における日米の文化戦略に関する調査」をパラオ共和国において実施し、政府関係者や現地古老の聞き取り調査や関連施設の視察を集中的に行なった。安全保障や経済援助とならび、周辺地域文化的影響力が交錯する実態の解明を通じて、アメリカの文化外交を相対的に捉える視点が得られたのも収穫のひとつである。最終報告書には南洋群島に関する2年間の調査研究の成果のほかに、冷戦初期の米国政府によるプロパガンダ映画に描かれたアラスカとハワイについての分析(土屋由香)、1950年代のフォークナーの文化特使としての訪日の意味(藤田文子)、第二次大戦中から戦後にかけた政治的混乱期の中国を舞台とするアメリカ映画産業と政府の連携(谷川建司)など、個別の研究課題に関する論文も掲載される。本プロジェクトは年度毎に扱うテーマや研究ネットワークに広がりを見せたが、今後さらに文化外交分野において解明すべき多くの課題が発見されたことも重要な成果であった。
無限表現型フロベニウス多元環の研究

体上有限次元な多元環の表現についての研究を行った。特に本研究では対称多元環の研究を中心に,リペタティブ多元環によって得られるフロベニウス多元環と対称多元環の構造およびそれらの表現圏の研究を行った。得られた主な研究成果は二点である。第一は,対象多元環の構成法を発見し,新たな対象多元環のクラスを発見できたことである。これまで有限群環を除けば,対称多元環を構成する方法はほとんど知られていななったといってよい。実際,フロベニウス多元環の先駆者である中山正,東屋五郎は,多元環の対称性は基礎体に依存する性質なのだろうと予想して,対称多元環の構造決定は困難な問題と見ていた。私達の方法は任意に与えられた基礎体から構成するもので,まず基礎体の拡大体を構成し,有向サイクルを含まない任意の有限クイバーとその拡大体から多元環を構成し,その多元環のホッホシルト拡大環を構成すればよいというものである。さらに拡大環が対称になるための判定条件として基礎体とその拡大体のみに関するものを発見した。第二の成果は,リペタティブ多元環から得られる有限次元対称多元環を決定できたことである。対称多元環とリペタティブ多元環の重要さを鑑み,表現論の基本的な定理を与えたといえる。さらに,リペタティブ多元環から有限次元多元環を得る際の自己同型を決定した。この研究には,代表者によるsocle変形理論と,第一の成果が基礎になっている。体上有限次元のフロベニウス多元環の表現圏について、その代数的構造を研究するにあたり、フロベニウス多元環のうち特に重要な対称多元環を構成する研究を行った。本研究で研究対象としたのは、多元環から、その双対加群によるホッホシルト拡大環で、とくに2-コサイタルを用いる方法である。このような拡大環がつねにフロベニウスとなることは代表者の研究によって知られていたが、本研究ではさらに、どんな造伝的多元環からでも、分解しない対称、多元環を構成する方法を発見した。主研究結果は次のように述べられる。基礎体Kの有限次拡大体Lと、Lにおける2-コサイクルα:L×L→Lをとる。このとき、有向サイクルをもたない任意のクイバーQのpath algebra LQ(遺伝多元環になる)が対称的で分解しないホッホシルト拡大環を有するような2-コサイクルα:LQ×LQ→Hoin(LQ,K)を構成した。これにより、対称的なフロベニウス多元環を、2-コサイクルを用いて具体的に構成することができるようになった。次年度は、これらを含めた多元環の表現圏の研究へ進める予定である。体K上有限次元の多元環の表現論における未解決問題の一つである次の問題に焦点を絞った。問題:2つのフロベニウス多元環A,Bについて、AとBが安定同値(stable equivalence)のとき、Aが対称多元環ならBも対称的になるか?本研究では、多元環の、双対加群によるホッホシルト拡大環が常にフロベニウスになることに注目し、上記問題の反例を構成することに成功した。ただし、この例における体は基礎体Kが代数的閉体ではないので、Kが代数的閉体に限定されると上記問題の成否は不明のままである。今後の課題として研究を継続する。
ゼロ金利下での政府支出は有用か-DSGEモデルを用いた理論分析と日米の実証分析

平成30年度は、前年に引き続き、国債のデフォルトを導入したニューケインシジアン型のDSGEモデルにおける最適財政・金融政策についての研究を進めた。まず、家計の効用関数に基づく厚生損失関数を厳密な形で導出し、厚生損失関数に国債の利回りに関するギャップが現れることを示した。続いて、Okano and Inagaki (2018,Revison Requested by IJCB)、Okano and Hamano (2018, MD)で用いられたような国債の利回りギャップを含まないアドホックな厚生損失関数を最小化した場合と、厳密に導かれた国債の利回りギャップを含む厚生損失関数を最小化した場合でどのように最適な財政・金融政策が異なるかを分析した。そして、得られた最適な財政・金融政策を、Leeper (1991)などで示された非常にシンプルなルール(テイラールールとBohnルール)によって近似した。具体的には、グリッドサーチによって厚生損失関数を最小化するようなテイラールールとBohnルールの係数を求めた。FTPLの文脈では、この政策ルールの反応係数によって、金融政策と財政政策のレジーム(activeかpassiveか)が分かれることになるが、デフォルトリスクが存在する場合の財政・金融政策のレジームの特徴について明らかにしたことが本研究の貢献である。これらの分析結果を、国内の学会で1回、海外の学会で5回発表した。特に、平成30年10月にプラハで開催された26th Eurasia Business and Economics Society (EBES) ConferenceではBest Papar賞を受賞した。平成28年度は、主にデフォルトを考慮した場合の最適財政政策についての分析を行った。ゼロ金利下での最適財政政策ではなく、デフォルトを考慮した場合の財政政策の研究を行った理由は2つである。第一に、現在の日本はゼロ金利で通常の金融政策が無効になっているだけでなく、巨額の政府債務によって財政政策の余地も限られている。そのため、先行研究のように財政危機(デフォルト)を考慮せずに自由に財政政策の規模を選択できるという状況は想定できないだろうという政策実務的な観点に立った理由である。第二に、単純にゼロ金利を導入した場合の最適財政政策についてはある程度先行研究で示されているため、より国際的に価値の高い研究にするためには追加的にデフォルトの可能性も含めて分析を行う必要があるという学術的な理由である。成果物としては、を公開した。また、同論文を国内外の学会・セミナーにて計11回報告した。さらに、同時並行して、この論文のモデルをデフォルトを起こした諸外国のデータを用いて推定を行った。こちらの成果は平成29年度に公表していく予定である。当初の計画とは異なる研究に思えるかもしれないが、実際はより先を見据えた研究であり、順番が逆になっているだけである。既にデータは集まり推定の結果も出ているために、おおむね順調と判断して構わないと思われる。平成29年度は、前年に引き続き、デフォルトを考慮した場合の財政政策の分析を行った。まず、国債のデフォルトを導入した小国開放経済型のDSGEモデルを構築し、インドネシアのデータを用いて推定した。その結果、インドネシアが対外債務のデフォルトをした19982002年において、モデルから予測されるデフォルト率も大きく上昇しており、モデルが現実を説明する上で一定の妥当性があることが示された。この成果を、2017年度日本応用経済学会春季大会(久留米大学)にて報告した。次に、国債のデフォルトを導入したニューケインジアン型のDSGEモデルにおける最適財政・金融政策について考察した。特に、昨今日本において再び脚光を浴びている「物価水準の財政理論(Fiscal Theory of Price Level : FTPL)」との関連性を重視し、デフォルトを考慮する場合としない場合の最適政策の違いについて分析を行った。結果として、デフォルトを考慮した場合、金融政策はよりPassive(物価変動に対して金利を強く反応させる)に、財政政策はよりactive(政府債務の変動に対して税を弱く反応させる)に運営されるべきであることが示された。この結果を、Pan Pacific Conference in Economic Research (Hawaii Tokai International College)にて報告した。国債のデフォルトを導入したモデルによる研究は順調に進んでいる一方、ゼロ金利制約は技術的な問題もあり導入できていない。

特に、平成30年10月にプラハで開催された26th Eurasia Business and Economics Society (EBES) ConferenceではBest Papar賞を受賞した。引き続き国債のデフォルトを導入したモデルによる最適財政・金融政策について研究していくことにしたい。その後でゼロ金利制約を導入し、ゼロ金利とデフォルトの両方を含むモデルにおける最適財政政策について分析を行っていく予定である。本研究は元来ゼロ金利下での最適財政政策について分析しようとするものであったが、ゼロ金利制約とデフォルトのリスクを両方モデルに導入することは現時点では難しいので、まずはデフォルトのリスクが存在する場合の望ましい財政政策について焦点を絞り、成果を出すことに集中したい。PCの購入を予定していたが、求めるものが品切れになっていたため購入できなかった。研究計画にやや遅れが出たため。主に国際学会報告の旅費としたい。
自閉症児における学習能力の基底にある記憶機能特性に関する基礎研究

本年度は,昨年度からの研究を継続して進めた。被験者として自閉症児3名を対象として,記憶更新過程を反映する電位である事象関連電位P3を指標とした検査を実施した。聴覚刺激によるオドボール条件と刺激欠落条件,視覚刺激によるオドボール条件と刺激欠落条件の4刺激呈示条件について,能動的弁別反応を負荷する課題条件と受動的無課題条件の2課題条件のもとで検査を実施することとした。対象児のうち1名については,聴覚刺激による実験のみの実施となった。自閉症児は共通して,聴覚刺激に対して,課題条件ではP3の出現が認められたが,無課題条件ではP3は出現しなかった。一方,視覚刺激に対しては,健常者では無課題条件でP3が出現しないにも関わらず,自閉症児ではP3が出現した。これらのことから,自閉症児における感覚モダリテイと課題関連性の関係は,健常者とは異なるパタンを示すことが推察された。自閉症児を対象とした検査と並行して,健常者ならびに知的障害を有する児童(知的障害児とする)を対象として,聴覚刺激を用いたオドボール条件による事象関連電位の測定を実施した。知的障害児におけるP3の出現パタンは,自閉症児よりも健常者に近い傾向を示した。但し,P3の頂点潜時は健常者に比べると遅延する傾向が見られた。このことより,自閉症児は,自閉症を伴わない知的障害児とも異なる特異的な記憶更新過程を有していることが推察された。経験の蓄積を実現する記憶システムの心理学的役割とそれに関与する神経・生理学的基盤に関して明らかにすることは,障害児の治療教育の基盤的知見となる。本研究の目的は,脳器質障害が想定されかつ発達的な問題を有し,特異的な記憶機能を示すことが多い自閉症児を対象とし,彼らの記憶システムの構成について検討することである。本研究は,基本的には個別事例研究として進める。今年度は1年目であり,被験者として自閉症児5名を選定した。各児とも,本人あるいは両親及び関係者に対して研究主旨を説明したうえで了承を受け,出生後に外傷等による脳器質損傷を受けた履歴がなく,実験者の教示に対応できる程度の簡単な言語的コミニュケーションが可能であるという基準に合致した。但し,うち1名については,検査開始後にてんかんの初発がみられ,検査を中断した。自閉症児に対しては,生育歴の聴取,脳波検査,聴覚情報処理の初期過程を検査するために聴性脳幹誘発反応を測定した。1名については筋緊張の亢進により脳波計測が困難なため検査を中断した。残り3名について,記憶更新過程を反映する電位である事象関連電位P3を指標とした検査を実施した。また並行して,健常者を対象とした実験を行い,記憶機能を検査する上で敏感性の高い検査方法について検討を実施し,継続している。より安定した事象関連電位P3波形の出現を得るために刺激提示頻度と刺激反応様式を操作した実験方法について,現在検討中である。
脳虚血時に発生する選択的神経細胞死の分子機構の究明-細胞死に際し見られる遺伝子発現の意義とアポトーシスの関与について-

近年、脳虚血にともなって発生する選択的神経細胞死にアポトーシスが関与する事が報告されている。アポトーシスの指標として部分欠失を生じたDNAを組織切片上で認識するTUNEL法が広く用いられている。本研究ではマウス中大脳動脈閉塞モデルにおいて、神経細胞が死滅するまでの間に細胞内に発生する生化学的変化のうち、細胞核DNA分解と細胞骨格タンパク質である微小管結合タンパク質2(MAP2)の崩壊に注目し、その経時的変化をTUNEL法及び免疫組織化学染色法を用いて検討した。中大脳動脈閉塞1-2時間後より虚血領域の一部にMAP2の免疫反応の低下した領域を認め、閉塞6時間後には線条体全体での、12時間後には皮質を含む虚血領域全体でのMAP2の分解、脱落を認めた。一方、TUNEL法で認識される核DNAの分解は中大脳動脈閉塞6時間後に線条体の一部の領域に認め、12時間後には皮質でも検出可能となり、24時間後から4日後にかけて虚血領域すなわち梗塞に陥った領域で顕著に認められた。すなわち本モデルでは細胞骨格タンパク質の分解が核DNAの分解に常に先行する事が明らかとなった。また血液脳関門障害に起因する血清アルブミンの漏出はMAP2の脱落より遅れるものの、TUNEL法で検出される核DNAの障害よりは先行する事も明らかとなった。さらにアポトーシス抑制遺伝子bcl-2を脳内で過剰発現させたトランスジェニックマウスとそのコントロールマウスであるlitter mateに中大脳動脈閉塞を施行し、発生する梗塞サイズの比較を行ったが、両群間に有意な差異を認めなかった。今回の検討からマウス中大脳動脈閉塞により発生する脳梗塞、神経細胞死におけるアポトーシスの関与は明らかとならなかった。TUNEL法は核DNAの欠失を検出する方法であり、アポトーシスのみならず壊死による細胞死に際しても陽性となりうるため、本法をアポトーシスの評価に用いるには他の細胞内生化学的マーカーとの詳細な検討、比較が必要と考えられる。今後さらに虚血再灌流モデルや他の動物種(ラット、砂ネズミ)における検討も必要と考えられた。
移動エージェントと群知能を用いた群ロボットの効率的な制御の研究

PSOを用いる群ロボット制御のアルゴリズムの確認のために使用したレゴマインドストームに替えて,Raspberry Pi3を搭載するロボットを開発した。Raspberry Pi3にはLinuxオペレーティングシステムが搭載されているので,われわれの移動ソフトウェアエージェントのパッケージが動作するはずと考えていたが,超小型コンピュータであることと,Linuxオペレーティングシステムの種類が異なることから,2つのチームで新たに移動ソフトウェアエージェントのパッケージをPythonとC++で実装することにした。Pythonチームは利便性を,C++チームは実行効率性を追求することにした。それぞれ4台と3台のロボットをプロトタイプとして設計し製作した。ハードウェアとしては前年度に製作したプロトタイプを改良することで,提案する群ロボット制御のアルゴリズムを実装できるロボットを製作できた。現状のロボットは,タミヤ製のトラック&ホイールセットと4速パワーギヤボックスを採用し,携帯機器の充電用のバッテリと単三電池を搭載し,制御はRaspberry Pi3 Model Bで行い,これにコンパスモジュール(HMC5883L),GPS受信機(GYSFDMAXB),モータドライバ(TA7291P)を接続しているが,目的とする耐久性や性能を考えると非力であることは否めない。制御アルゴリズムの確認のためのプロトタイプとしても目的は達成できたが,研究プロジェクトとしての最終目的達成のためにはもう少し実用的なロボットを平成31年度に製作しなければならない。今年度の成果としては,権威ある学術誌への投稿に加えて,権威ある国際会議において,3編の論文を発表した。当初の計画では,前年度に開発したエージェントプラットフォームに拡張性や効率面で問題があったため,新たに製作した。そのために,ソフトウェアの開発が若干遅れた。ロボットの設計製作は予定どおりに進めることができたが, 7台のロボットを試作して群ロボットとして実験を行うと満足できる成果が出ない。現状の筐体とモータ,ギヤボックスでは不整地走行の実験ができない。基本アルゴリズムの確認はできているので,平成31年度は,自動走行車としての小型群ロボットの製作に全力を尽くしたい。総合的に判断すると,おおむね順調に進展しているとしてよいと考えている。提案するロボットを再設計し製作する。各種センサの搭載とセンサからの情報を移動ソフトウェアエージェントで利用できることは確認できているので,平成31年度は,不整地での協働作業のための新しいロボットハードウェアの製作を中心にして,アルゴリズムも再検討する。加速度センサを用いて斜面を判定し,1台では走行が難しいと判断した場合は,近隣のロボットを呼んで連結するアルゴリズムを考案しなければならない。複数(2台から3台)のロボットを連結して制御するアルゴリズムを開発しなければならない。アルゴリズムの開発と並行して,連結するための機構の開発も行う。不整地走行した場合,1台のロボットでは転倒する可能性があるので,安定性を確保するための連結を考えているが,実際に作成しつつ検討しなければならない。どのように安定性を確保しつつ柔軟な疎結合を達成できるかが最大の課題である。4台のレゴマインドストームを使用して,PSOを用いる群ロボット制御のアルゴリズムを確認した。多数のセンサを搭載することと移動ソフトウェアエージェントのパッケージを移植することを考えて,Raspberry Pi3の拡張版であるBrick Pi 3を制御用の小型コンピュータとして採用した。Brick Pi3にはLinuxオペレーティングシステムが搭載されているので,われわれの移動ソフトウェアエージェントのパッケージが動作することは確認できるはずであり,実際に動作することを確認した。平面上に障害物を配置して,迂回経路の生成とそれに沿った移動により目標物を発見できることを確認した。当初7台のレゴマインドストームを準備する予定であったが,平成30年度で開発する予定のロボットのプロトタイプの設計と製作を前倒しで行うこととし,レゴマインドストームの使用を中止した。これは研究予算の節約のためである(レゴマインドストームは高価なので,目的のためにロボットを自作したほうが研究予算を有効利用できると判断した)。現在8台のプロトタイプの設計と製作を行った。試行錯誤の結果,提案する群ロボット制御のアルゴリズムを実装できるロボットを製作できた。ロボットの筐体はタミヤ製のトラック&ホイールセットと4速パワーギヤボックスを採用し,携帯機器の充電用のバッテリと単三電池を搭載し,制御はRaspberry Pi3 Model Bで行い,これにコンパスモジュール(HMC5883L),GPS受信機(GYSFDMAXB),モータドライバ(TA7291P)を接続した。制御アルゴリズムの実装のためにPython言語を用いてエージェントプラットフォームを製作した。これまでの成果として,権威ある国際会議において,2編の論文を発表した。また海外での招待講演を行った。当初の計画では,既存のエージェントプラットフォームを使用する予定であったが,今後の発展を考慮して新たに製作したために,ソフトウェアの開発が若干遅れた。その一方平成30年度に計画していたロボットの設計製作を前倒しで行うことができたので,ハードウェア製作については,計画よりも若干進展している。もっとも8台のロボットを試作して満足のいくものは1台だけであるが,平成30年度は,そのモデルを8台揃えて実機によるアルゴリズムの確認と評価を行いたい。それらを総合的に判断すると,おおむね順調に進展しているとしてよいと考える。

Pythonチームは利便性を,C++チームは実行効率性を追求することにした。それぞれ4台と3台のロボットをプロトタイプとして設計し製作した。ハードウェアとしては前年度に製作したプロトタイプを改良することで,提案する群ロボット制御のアルゴリズムを実装できるロボットを製作できた。現状のロボットは,タミヤ製のトラック&ホイールセットと4速パワーギヤボックスを採用し,携帯機器の充電用のバッテリと単三電池を搭載し,制御はRaspberry Pi3 Model Bで行い,これにコンパスモジュール(HMC5883L),GPS受信機(GYSFDMAXB),モータドライバ(TA7291P)を接続しているが,目的とする耐久性や性能を考えると非力であることは否めない。制御アルゴリズムの確認のためのプロトタイプとしても目的は達成できたが,研究プロジェクトとしての最終目的達成のためにはもう少し実用的なロボットを平成31年度に製作しなければならない。今年度の成果としては,権威ある学術誌への投稿に加えて,権威ある国際会議において,3編の論文を発表した。当初の計画では,前年度に開発したエージェントプラットフォームに拡張性や効率面で問題があったため,新たに製作した。そのために,ソフトウェアの開発が若干遅れた。ロボットの設計製作は予定どおりに進めることができたが, 7台のロボットを試作して群ロボットとして実験を行うと満足できる成果が出ない。現状の筐体とモータ,ギヤボックスでは不整地走行の実験ができない。基本アルゴリズムの確認はできているので,平成31年度は,自動走行車としての小型群ロボットの製作に全力を尽くしたい。総合的に判断すると,おおむね順調に進展しているとしてよいと考えている。提案するロボットのプロトタイプを再設計し製作する。各種センサの搭載とセンサからの情報を移動ソフトウェアエージェントで利用できることを確認する。平成29年度は、廉価に製造できることに重点を置いて,市販の無限軌道を装備した市販の車体を利用したが,安価に製作しすぎたので,再設計と再製作する必要がある。不整地での協働作業のためのアルゴリズムを設計する。加速度センサを用いて斜面を判定し,1台では走行が難しいと判断した場合は,近隣のロボットを呼んで連結するアルゴリズムを考案しなければならない。複数(2台から3台)のロボットを連結して制御するアルゴリズムの開発には時間がかかると考えている。アルゴリズムの開発と並行して,連結するための機構の開発も行う。
量子チューリング機械の停止問題に関する研究

量子チューリング機械の停止問題に関する数理科学的研究を行なった結果、次の研究成果を得た。1.量子Turing機械の局所遷移関数の特徴付けを与え、準備、測定、停止のためのプロトコルを考察した。停止qビットを付加しない新しい停止プロトコルのもとで、計算を乱さずに停止を確認できることを証明した。2.量子Turing機械の停止問題を解決するために、Deutschの提案したHalting protocolを精密化して、量子計算完了を確認するためのHalting flagの測定が状態を乱すにもかかわらず、計算結果の確率分布を乱さないことを証明した。3.Halting flagをもたない一般の量子Turing機械に対して、経路に即した計算確率というものを新たに定義し、任意の量子Turing機械に対して、多項式時間のオーバーヘッドでその計算確率を再現し、適正なHalting flagをもつ量子Turing機械が構成できることとを示した。4.以上の、結果を利用して、これまでいくつかの文献で唱えられたことに反して、適正なHalting flagをもつ万能量子Turing機械が構成できることを示した。量子計算機の理論的考察を数理科学的方法で厳密に行なうため,次の研究成果を得た.1. BernsteinとVaziraniによって与えられた量子Turing機械の数学的定義は,各ステップごとにヘッドが移動するという仮定が含まれていたが,その仮定をしない一般の量子Turing機械の数学的定義を得た.2.そのために,局所遷移関数から導かれる作用素がユニタリ作用素になるための条件を求めることに成功した.3. Yaoによって与えられた量子回路の定義を数学的に異論のない形に厳密化し,一様量子回路族の概念を定式化した.4.量子Turing機械と一様量子回路族の計算量的同等性を証明した.そのために,モンテカルロ型およびラスベガス型それぞれのアルゴリズムに対応した量子Turing機械と一様量子回路族の計算量クラスを定式化して,それらの関係を明らかにした.量子チューリング機械の停止問題を解決するために,次のことを明らかにした.1.量子Turing機械による計算プロトコルを提案して,停止フラグを利用する停止の手続ぎ厳密に定式化した.2.この停止の手続きに従う停止型機械は,停止フラグの測定が量子非破壊測定になることを証明した.3.それにもとづき,停止型の機械の計算出力の確率分布が停止フラグの測定によって変化しないことを証明した.量子チューリング機械の停止問題に関する数理科学的研究を行なった結果、次の研究成果を得た。
哺乳類細胞の遺伝暗号拡張によるタンパク質翻訳後修飾の細胞機能解明

タンパク質の翻訳後修飾は複数残基上に起こりうる。従来の遺伝暗号拡張法による非天然型アミノ酸導入系では、せいぜい1-2残基しか置換することができない。従って、タンパク質中の複数残基を非天然型アミノ酸に置換する技術が求められていた。一般的に非天然型アミノ酸はUAG終止コドンに割り当てるが、ペプチド鎖解離因子との競合により、導入効率が低い。そこで大腸菌において、ペプチド鎖解離因子RF-1を除去する条件を探索し、2つの条件を見出した。1つはUAG終止コドンを持つ7つの必須遺伝子の終止コドンを同義置換すること、もう1つはUAGコドンを翻訳するtRNAであった。従って、わずか9つの点突然変異により、大腸菌のUAGコドンをセンスコドンへ再定義することができた。この株はRFzero株と命名した。RF-1が欠損してもUAGがセンスコドンとして翻訳されるため、UAG終止コドンを持っているおよそ300の遺伝子群の多くが発現し、C末端にペプチド配列が付加されながらも、機能を維持したものと考えている。RFzero株を用いることで、3-置換チロシン、硫酸化チロシン、アセチルリジン、保護されたリジンやモノメチルリジン残基などを複数個所導入する事が可能になる。また、アジド基やアルキン基を導入する事で、様々な化学修飾を施す事ができるため、糖鎖や脂質修飾の再現なども期待される。もう1つの論文では、本研究初年度に報告した、哺乳類細胞において効率的に非天然型アミノ酸を導入する技術が、ヒト培養細胞中における未知のタンパク質間相互作用の発見に役立った。従って、大腸菌・ヒト培養細胞のいずれにおいても、最も実用的な系を完成させたと考えている。当研究では、ヒト培養細胞において、タンパク質へ部位特異的に非天然型アミノ酸を導入することにより、タンパク質翻訳後修飾をタンパク質翻訳時に導入し、翻訳後修飾の機能解析における有用なツールの開発を目的としている。特にアルギニンのシトルリン化をメインテーマとし、アセチルリジン、ニトロチロシン、スルホチロシン修飾の導入も目指している。まず、ヒト細胞において、アセチルリジンを導入する系の開発に成功して発表した。方法として、Methanosarcina mazei由来のtRNA^<Pyl>と、アセチルリジン特異的に改変されたピロリジルtRNA合成酵素ペアをヒト細胞に移植した。真核細胞の遺伝暗号拡張による翻訳後修飾導入法は、今回の成功をきっかけとして急激に発展して行くと思われる。次に、マイナーな翻訳後修飾である3-ヨード-L-チロシンの導入系の評価と応用を行った。ヨードチロシン特異的なチロシルtRNA合成酵素変異体を使用したところ、チロシンはヨードチロシンの4%以下しか導入されなかった。このシステムを用いることで、他のチロシンアナログも導入可能になると考えている。最後にシトルリンの導入系については、独立直交系のtRNA^<Arg>・ArgRS系の開発に取り組んでいる。アルギニル化反応系に関しては、分裂酵母のみ独自の進化を遂げている。そのため分裂酵母のtRNA^<Arg>・ArgRSを大腸菌に移植し、シトルリン特異的なArgRS変異体の開発を目指している。分裂酵母のtRNA^<Arg>はアンバーサプレッサーに改変すると、内在性アミノアシルtRNA合成酵素によってアミノアシル化されてしまったが、tRNA^<Arg>を塩基置換し、内在性酵素に認識されない改変体を得た。アミノアシルtRNA合成酵素のtRNA認識を改変して遺伝暗号を拡張した報告は未だなく、直交系tRNA^<Arg>の開発は重要な一歩であると考えている。当該年度における研究では、昆虫の培養細胞において、タンパク質へ非天然型アミノ酸を部位特異的導入することに、世界で初めて成功した。この成果により、大腸菌、酵母、哺乳類培養細胞に続いて、有用なタンパク質発現系であるショウジョウバエ培養細胞を利用できるようになった。同時に、非天然型アミノ酸を導入するための遺伝子セットを、高等真核細胞において、染色体に組み込むことに、世界で初めて成功した。ステーブル株の作製は、タンパク質の大量生産や、細胞を使った機能解析のために欠かせない技術であり、当研究テーマにおいても重要な位置を占めている。開発した昆虫細胞における発現系を用い、翻訳後修飾でもあるヨードチロシン、アジドチロシン、アジドフェニルアラニンをヒトインターロイキン8へ部位特異的に導入した。アジドフェニルアラニンのアジド基を選択的かつ効率的にビオチン化し、また蛍光基を付加することもできた。原理的には糖鎖や脂質を付加することもできる。アジドフェニルアラニンは、光によって活性化してクロスリンクする性質も持ち合わせる。組み換え発現したインターロイキン8は、リン酸化、糖鎖修飾を受けており、タンパク質翻訳後修飾の機能解析のために、光クロスリンカーを導入するという技術面での目標は一部達成したと言える。哺乳類細胞における非天然型アミノ酸導入法による、翻訳後修飾の再現には昨年度に成功したが、複数の修飾状態が混在してしまう問題点も明らかになった。従って、哺乳類とは異なるメカニズムを有する昆虫細胞発現系を用いたタンパク質調製法が役立つと思われる。

一般的に非天然型アミノ酸はUAG終止コドンに割り当てるが、ペプチド鎖解離因子との競合により、導入効率が低い。そこで大腸菌において、ペプチド鎖解離因子RF-1を除去する条件を探索し、2つの条件を見出した。1つはUAG終止コドンを持つ7つの必須遺伝子の終止コドンを同義置換すること、もう1つはUAGコドンを翻訳するtRNAであった。従って、わずか9つの点突然変異により、大腸菌のUAGコドンをセンスコドンへ再定義することができた。この株はRFzero株と命名した。RF-1が欠損してもUAGがセンスコドンとして翻訳されるため、UAG終止コドンを持っているおよそ300の遺伝子群の多くが発現し、C末端にペプチド配列が付加されながらも、機能を維持したものと考えている。RFzero株を用いることで、3-置換チロシン、硫酸化チロシン、アセチルリジン、保護されたリジンやモノメチルリジン残基などを複数個所導入する事が可能になる。また、アジド基やアルキン基を導入する事で、様々な化学修飾を施す事ができるため、糖鎖や脂質修飾の再現なども期待される。もう1つの論文では、本研究初年度に報告した、哺乳類細胞において効率的に非天然型アミノ酸を導入する技術が、ヒト培養細胞中における未知のタンパク質間相互作用の発見に役立った。従って、大腸菌・ヒト培養細胞のいずれにおいても、最も実用的な系を完成させたと考えている。
サケ類における母川刷込関連脳領域の解明：嗅神経一次投射領域の神経解剖学的解析

サケ属魚類の母川刷込関連脳領域を解明するため蛍光トレーサーを用いた神経解剖学的手法により,嗅神経一次投射領域を可視化し,嗅球における嗅細胞の軸索の投射部位を明らかにした。嗅細胞の細胞型の同定のために嗅覚指標タンパクとグルタチオンS-トランスフェラーゼπを細胞マーカーとした免疫組織化学的手法により線毛性嗅細胞と微絨毛性嗅細胞を識別できた。併せてニオイ受容関連二次メッセンジャーカスケードに関わる嗅覚型Gタンパクαサブユニット(Gαolf)の共焦点レーザー顕微鏡観察による免疫組織化学的解析を行い,サケ属魚類ではじめて同分子の嗅神経系における発現を確認した。本研究は,研究実施計画に沿って,サケ類の母川刷込に強く関わる脳領域を明らかにするために,サケ類の降河時および母川遡上時の各嗅板からの嗅細胞軸索を可視化することにより,嗅球における嗅神経一次投射領域を神経解剖学的に解析し,その詳細な脳地図の作成を目指すものである。前年度に浮上後まもなく降海し,遡上は産卵期に近いシロザケ(Oncorhynchus keta)幼稚魚を用い,カルボシアニン系蛍光色素の一種である1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindo carbocyanin perchrorate (DiI)により死後標識により母川刷込時に形成されている嗅神経系の神経回路を可視化できたことから,2年目である本年度は,シロザケに比べおよそ1年間長く河川に留まり,翌年の幼魚期に降河するサクラマス(O. masou)の解析に着手した。サクラマスの母川刷込時と推定される銀化変態が5月に盛期になることから、その前後を含む3月から6月のサクラマス幼魚孵化場個体について月1回採集を行った。DiIによる嗅神経一次投射領域の分析に先立ち,銀化変態に伴う嗅神経系の発達に関する情報がこれまでに無いことから,嗅房中の嗅板数の計数,嗅細胞数および嗅上皮表面における嗅細胞の密度を走査型および透過型電子顕微鏡を用いて分析した。片側嗅板数は11枚から16枚へと増加し,シロザケ嗅房より23倍であることが明らかとなった。嗅房の発達に伴い嗅細胞数も増加していたが,密度については大きな変化が認められなかった。本研究は,研究実施計画に沿って,サケ類の母川刷込に強く関わる脳領域を明らかにするために,サケ類の降河時および母川遡上時の各嗅板からの嗅細胞軸索を可視化することにより,嗅神経一次投射領域を神経解剖学的に解析し,その詳細な脳地図の作成を目指すものである。最終年度である今年度は,シロザケ(Oncorhynchus keta)の降海前幼稚魚および外洋索餌回遊中の未成熟成魚を用いて,サケ属魚類の嗅細胞分子マーカーとして有用な嗅覚指標タンパク(olfactory marker protein: OMP)とグルタチオンS-トランスフェラーゼπ(GST)およびニオイ受容関連二次メッセンジャーカスケードに関わる嗅覚型Gタンパクαサブユニット(Gαolf)に関する嗅神経系でのタンパク発現を共焦点レーザー顕微鏡観察による免疫組織化学的解析を行った。その結果,幼稚魚においてGST,OMPが嗅上皮の嗅細胞と基底下の嗅神経束で局在が認められ,GST免疫陽性嗅細胞は核周辺部の位置が高いものと低いもの双方が確認されたが,OMP免疫陽性嗅細胞は核周辺部の位置が高いものが中心に観察された。これは嗅細胞の細胞型の違いまたは嗅細胞の成熟度の違いによるものと考えられた。嗅上皮自由表面上の線毛と樹状突起先端にGαolf免疫陽性反応が認められ,サケ科魚類では初めて確認された。未成熟成魚は幼稚魚と比べ,両嗅細胞分子マーカーの免疫陽性反応を示す嗅細胞の密度が低かった。これは嗅房の発達・大型化に伴い、嗅上皮構成細胞(含む非嗅細胞)が増加することに起因していると考えられた。本研究助成の期間は終了するが,現在,嗅球側へのこれらの分子を含有する投射軸索の可視化を行っており,サケ類の嗅神経一次投射領域の詳細をまとめる予定である。

初年度である本年度は,浮上後まもなく降海し,遡上は産卵期に近いシロザケを用い,母川刷込時にすでに形成されている嗅神経系の神経回路を明らかにすることを目的として,シロザケ幼稚魚の嗅神経系一次投射領域を,カルボシアニン系蛍光色素の一種である1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindo carbocyanin perchrorate (DiI)により死後標識し,共焦点レーザー顕微鏡を用いて神経解剖学的に解析した。その結果,共焦点レーザー顕微鏡による観察では,嗅球のDiI標識終末部位は吻側正中側部,背側外側部,外側部,腹側外側部の4領域に大別できた。嗅神経束の背側部からDiIを挿入した場合,上述の4領域のうち腹側外側部に蛍光は認められなかった。嗅球内の各DiI標識終末部位では,明瞭な糸球体構造は確認されなかった。本研究によって,シロザケ幼稚魚の嗅神経一次投射領域が明瞭に可視化され,4領域に大別することができた。これらの投射領域は,ニジマス成魚での嗅神経指標分子の免疫組織か学的解析により報告されている領域と対応していた(Riddle and Oakley 1992)。また,DiI標識終末部位において糸球体構造が確認されなかったことから,サケ属魚類では,嗅神経軸索末端にマウス(Mus musculus)やゼブラフィッシュ(Danio rerio)のような明瞭な糸球体を形成せずに僧帽細胞樹状突起とシナプス結合している可能性が示された。今年度着手したサクラマスについては、本研究を進める上で平行して行っていたより基礎的なテーマを担当していた学生が転出し、本課題においてもサクラマスの嗅神経系の基礎的知見の集積を行うことが必要となったため、少々遅れが生じている。解析の主力となる共焦点レーザー顕微鏡および未包埋未凍結用振動式新鮮切片作製装置が当初、2011年夏の導入を予定していたが、実際に導入されたのは12月末で実働開始が2012年の入ってからだったため、稚魚期のみの観察に留まっている。遅れているサクラマスの解析を終え、最終年度については、シロザケの比較と、より詳細な投射領域の解析、並びに嗅細胞の種類を特定する分子マーカーを用いた、細胞種レベルの投射状態を明らかにし、まとめる準備を行う。機器の導入による2011年度に予定した事項を早急にクリアし,研究計画通りに2012年度の内容を実施する予定である。13万円強の次年度への使用を行う研究費は、遅れている解析に用いる試薬類の予算であり、次年度に速やかに使用する予定である。次年度は本研究の2年目にあたるので備品類の購入は予定しておらず,試薬類を中心とした消耗品購入のために平成23年度の経費と合わせて研究費を使用する予定である。また、6月2327日にスウェーデンストックホルムで開催される嗅覚味覚国際シンポジウム(ISOT2012)に参加・これまでの研究成果を発表し世界第一線の研究者との情報交換を行うために旅費を使用する予定である。
ナノ材料による水素貯蔵システムの熱工学的課題の解決

研究最終年度にあたる本年度は,昨年度に引き続き,(1)伝熱促進が水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応速度へ及ぼす影響を検討し,(2)実際に粒子充填層内ヘナノ材料を添加し,伝熱促進効果が得られるかについて検討した.(2)について詳しく説明すると,(理論上の)熱伝導率が1200W/mKと非常に大きいカーボンナノチューブ(CNT)を用い,これを粒子充填層(モデル実験としてガラスビーズを用いた)へ添加した.単純に粒子とCNTを混合させるだけでは粒子間隙や壁面近傍の空隙にCNTを配置できず嵩高くなるだけであるため,いったんCNTを液中に分散させ,この混合液とガラスビーズを混ぜて乾燥させる手法により複合化を行った.CNT添加量と有効熱伝導率・壁面の熱伝達係数を温度応答計測により求めた.この結果,粒子径0.1mmの粒子充填層にCNTを約7vol.%添加することで約0.31W/mKから約0.67W/mKまで2倍程度有効熱伝導率を促進できた.さらに,先ほどよりも10倍直径が大きい粒子径1.0mmの粒子を用いて検討したところ,粒子径01mmの場合と同じ添加量であるにもかかわらず有効熱伝導率を約4倍に促進できた.これは,充填層に用いる粒子サイズが大きい場合,空隙のサイズも大きくなるため,CNTによる伝熱促進がより効果的であったためである.ここで,CNT添加量が比較的少ない場合,有効熱伝導率はほとんど変化しなかったが,約2.5vol.%以上で大きく向上がみられた.よってこの点においてCNTの伝熱促進効果が表れ始めたと考えられる.同様に充填層一容器内壁問の熱伝達係数についても検討したところ,何も添加しない場合,100W/m^2K程度であったが,有効熱伝導率の場合と同様に,CNT添加量が約2.5vol.%以上で効果があらわれ始め,結果として数倍から10倍程度以上に向上できた.研究初年度に当たる本年度は、充填層-伝熱面間の接触熱抵抗がどの程度反応性に影響を与えるのかを見極めるため、まずは、充填層内で生じる現象をできるだけ詳細に考慮した解析プログラムを作成し、その妥当性を示すとともに、実験装置の製作を行い、水素吸蔵合金充填層による水素吸収・放出特性を調べた。以下、その概略を示す。1.伝熱学的検討充填層内部の化学反応およびガス流動、熱移動などの移動現象、さらに水素吸収反応に伴う水素吸蔵合金粒子の膨張を考慮に入れた熱解析プログラムを作成し、既往の実験データと比較して、粒子膨張を考慮することにより、高精度の性能予測ができることを示した。さらに、充填層-伝熱面間の接触熱抵抗を含む総括伝熱係数、充填層内の有効熱伝導率、充填層のガス透過率などのパラメータが、反応速度へ与える影響について検討した結果、総括伝熱係数や有効熱伝導率の増加により反応速度が向上することがわかったが、一方,透過率に関しては、反応速度にほとんど影響しないことがわかった。充填層内の空隙の存在が伝熱速度を低下させる主な原因であるので、今後、実験では熱伝導促進用ナノ材料を充填層内に用いることから、空隙が減少して透過率の低下を招くと予想される。しかし、物質移動の影響がほとんどないという解析結果は、実際にナノ材料を充填層内へ導入する際の制約が少ないことを表している。2.材料学的検討水素吸蔵合金として最も一般的なLaNi_5により評価するため、同心二重円筒型反応器を用いた実験装置を製作し、まずは粒子のみの水素吸蔵・放出特性を調べた。今後は、上述の熱解析により得られた知見を基に、カーボンナノチューブなどの熱伝導促進体を用いて伝熱速度向上を検討する予定である。研究最終年度にあたる本年度は,昨年度に引き続き,(1)伝熱促進が水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応速度へ及ぼす影響を検討し,(2)実際に粒子充填層内ヘナノ材料を添加し,伝熱促進効果が得られるかについて検討した.(2)について詳しく説明すると,(理論上の)熱伝導率が1200W/mKと非常に大きいカーボンナノチューブ(CNT)を用い,これを粒子充填層(モデル実験としてガラスビーズを用いた)へ添加した.単純に粒子とCNTを混合させるだけでは粒子間隙や壁面近傍の空隙にCNTを配置できず嵩高くなるだけであるため,いったんCNTを液中に分散させ,この混合液とガラスビーズを混ぜて乾燥させる手法により複合化を行った.CNT添加量と有効熱伝導率・壁面の熱伝達係数を温度応答計測により求めた.この結果,粒子径0.1mmの粒子充填層にCNTを約7vol.%添加することで約0.31W/mKから約0.67W/mKまで2倍程度有効熱伝導率を促進できた.さらに,先ほどよりも10倍直径が大きい粒子径1.0mmの粒子を用いて検討したところ,粒子径01mmの場合と同じ添加量であるにもかかわらず有効熱伝導率を約4倍に促進できた.これは,充填層に用いる粒子サイズが大きい場合,空隙のサイズも大きくなるため,CNTによる伝熱促進がより効果的であったためである.