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生態系保護に着目した国有地管理法制と住民参加のありかたに関する研究

1.平成11年度に引き続き、第二次世界大戦以降の合衆国国有地管理法制度に関する立法資料の収集を行った。とくに1976年制定の連邦土地政策管理法および国有地管理法に関する単行本、学術雑誌論文、政府機関報告書、連邦議会議事録、連邦議会委員会報告書、および重要な連邦最高裁判所判決とその評釈論文などの収集と分析に尽力した。なお、北海道大学法学部において本研究の中間報告を行った。2.合衆国国有地管理の重要なキーワードとなっている生態系管理に関し、基本的な文献・資料を収集し、概念の理論的枠組み、関連行政機関の具体的活動状況、および残された課題等の把握に努めた。また、北海道大学大学院柿沢宏昭助教授の著書『エコシステムマネジメント』(平成12年7月出版)をふまえ、現段階での研究成果を北海学園大学公法研究会において発表し(平成12年11月2日)、多数の出席者から有意義な批評をいただいた。この研究成果は、研究機関における総合環境応用講義(平成13年後期)および法学部市民公開講座(平成13年11月)においても発表することが確定している。3.文献・資料は、国内の複数の大学に赴き収集したほか、合衆国の政府機関・研究者に依頼文を送付し郵便により取り寄せた。また合衆国内の研究者に対する電話インタビューも行い、各方面から多大なご教示をいただいた。さらに平成12年9月1325日には合衆国国家公文書記録管理局を訪問し、関連資料の発見と収集に努めた。不足資料については、平成13年6-9月に合衆国東部に赴き収集する。4.研究成果は、研究機関発行の論文集「法学研究」において発表する。さらに、これを発表済みの研究成果(第二次世界大戦以前の合衆国国有地管理の制度史的研究)とあわせてまとめ、北海学園大学法学部公法研究会および北海道大学法学部公法研究会などで公表し、批評をあおぐことを考える。第一に、第二次世界大戦以降の合衆国国有地管理法制度に関する立法資料の収集に努めた。とくに戦後の合衆国国有地管理政策の大きな転換を示す、1976年連邦土地政策管理法(Federal Land Policy and Management Act)と国有林管理法(National Forest Management Act)の二つに着目し、これらに関する単行本・学術雑誌論文・政府機関報告書・連邦議会議事録・連邦議会委員会報告書などを収集した。この収集活動は、平成12年度も継続する予定である。第二に、合衆国ワシントン大学において、合衆国の国有林管理に関する詳細な文献資料を収集した。また、合衆国ワシントン州・オレゴン州内の複数の国有林管理事務所(農務省森林局)を訪問し、森林管理官へのインタビューを行うとともに国有林管理の実際を視察した。さらに、現在合衆国で大きな社会問題になっているコロンビア川のサケ保護をめぐる問題(国有地管理における生態系保護の問題)に関しては、インディアン保護区でサケを捕獲する先住民、河川生物学者、およびダムを設置している合衆国陸軍工兵局の職員にインタビューを行うとともに、裁判資料を含む関係資料・文献の収集に努めた。第三に、生態系保護に着目した国有地管理および住民参加の現状を知る目的で合衆国マサチューセッツ州・マサチューセッツ大学を訪問し、森林管理・野生生物管理・河川管理・住民参加などを専門とする複数の研究者にインタビューを試み、多大なご教示をいただいた。また、生態系管理を提唱する各種の住民団体を訪問し、合衆国国有地上の森林・河川・野生生物の管理に関し、同州内では実際どのように住民参加が行われているのかを調査した。
クリスタリン遺伝子の組織特異的発現に関わる因子の解析

研究計画では、クリスタリン遺伝子の水晶体細胞における組織特異的発現に必要なDNA調節領域に特異的に結合する因子の同定を目的としていた。1.DNAがタンパク質と結合して複合体を形成すると、アクリルアミドゲル上で移動度がDNA断片の泳動よりも遅くなることを利用したゲル移動度シフト法で調べたところ、ニワトリ水晶体細胞の核抽出物ではDNA-タンパク質複合体が検出されたが、脳やHeLa細胞の核抽出物では検出されなかった。従って、水晶体細胞の核の中には、クリスタリン遺伝子のDNA調節領域に特異的に結合する因子が存在することが言える。2.次にこの因子を同定するために、ニワトリ水晶体細胞の核抽出物を電気泳動して分離した後、ニトロセルロース膜に固定し、同位元素で標識されたクリスタリン遺伝子のDNA調節領域にをプローブとして、調節領域に特異的に結合する因子の同定を行った。その結果、105kdと61kdタンパク質が検出された。105kdのタンパク質はほかの組織でも検出され、調節領域以外のDNAとも結合するので、61kdタンパク質が調節領域に特異的に結合する因子として同定された。3.ニワトリ水晶体細胞の核抽出物をクリスタリン遺伝子とともに、細胞に導入して、遺伝子の発現が高められるかどうかを検討する予定であったが、水晶体細胞の核抽出物を多量に調製することが出来ず、断念して、次の方法でこの因子のクローニングに着手した。発現ヘクターλgt11でcDNAライブラリーを作製して、調節領域DNAのプローブと結合する融合タンパク質を産出するプラークを拾う方法である。この方法で得られたクローンは、水晶体細胞でのみ特異的に発現され、転写産物の長さは2kbであり、61kdタンパク質をコードするに充分の長さである。今後、このクローンの機能を検討していく予定である。
高齢者の認知機能の低下防止とライフスタイルとの関連に関する老年心理学的研究

高齢者の高次脳機能を維持するための効果的な方法としては、読書や文通や日記をつけることなどを先行研究に見出すことができる。本研究は、高齢者の認知的活動の程度および情報通信機器の使用の程度が高次脳機能の維持に及ぼす影響を検討することを目的として実施された。住民検診に参加した健常高齢者274名を対象者とした。対象者の同意のもとに、認知症のスクリーング検査としてMMSEを、前頭葉機能を測定する検査としてStroop課題、D-CAT(数字抹消検査)、言語流暢性検査を、前頭葉・側頭葉機能を測定する検査としてウェクスラー記憶検査(WMS-R)の論理的記憶課題を、頭頂葉機能を測定する検査としてMoneyの道路図検査を個別で実施した。また、日常生活における認知的な活動状況および情報通信機器の使用状況については、住民検診実施前にあらかじめ配布されていた質問票の中で、参加者の日常生活状況を尋ねる質問として測定された。認知的活動状況および情報通信機器の使用状況が高齢者の高次脳機能検査の結果と関連しているかを年齢、性別、教育歴で補正した重回帰分析により検討した。認知的活動状況が高まるとStroop課題と論理的記憶課題の遂行成績を向上させることが明らかとなった。また、情報通信機器の使用状況が高まるとD-CATとMoney道路図検査の遂行成績が向上することが明らかとなった。本研究の結果からは、認知的な活動に従事しているとエピソード記憶および実行機能の低下を減衰させ、情報通信機器を使用していると視空間機能および注意機能の低下を減衰させることが示唆される。この結果は、高齢者のライフスタイルのあり方が認知機能の維持に影響を与えることを示した従来の見解に一致するものである。今後の研究では、活動的なライフスタイルと認知機能の低下防止とに関わる因果関係を解明することで、豊かな高齢期を送るための方策を検討したい。

今後の研究では、活動的なライフスタイルと認知機能の低下防止とに関わる因果関係を解明することで、豊かな高齢期を送るための方策を検討したい。本研究の目的は、高齢者のライフスタイル、中でも特に情報通信機器の使用が、認知機能の維持やwell-beingに及ぼす影響を検討することであった。文通が認知機能の維持に有効であることが知られている。本研究では、文通では認知機能の維持に効果があるのに、携帯メールの使用では効果がないのかを実験的に検討した。具体的には、継続的に携帯メールを実験者と行う高齢者群と文通を行う高齢者群とを設定し、それぞれの群の高齢者の認知機能や生きがい感がどのように変動していくのかを1年間定期的に測定した。大学生と定期的に文通(文通群)やメールの交換(メール群)をしたところ、文通群の高齢者では半年後にPGCモラールスケールの得点が有意に上昇したが、メール群ではPGCモラールスケールの得点に変化が見られなかった。また、IADL得点や認知機能検査(言語流暢性検査、注意検査)の得点は、両群において介入前後で変動しなかった。住民検診に参加した健常高齢者532名を対象者として、認知的活動状況および情報通信機器の使用状況が高齢者の高次脳機能検査の結果と関連しているかを年齢、性別、教育歴で補正した重回帰分析により検討した。本年度に採取したデータを前年度のデータに追加して分析したところ、前年度と同様の傾向が確認された。認知的活動状況が高まるとStroop課題と論理的記憶課題の遂行成績を向上させることが明らかとなった。また、情報通信機器の使用状況が高まるとD-CATとMoney道路図検査の遂行成績が向上することが明らかとなった。本研究の結果からは、認知的な活動に従事しているとエピソード記憶および実行機能の低下を減衰させ、情報通信機器を使用していると視空間機能および注意機能の低下を減衰させることが示唆される。この結果は、高齢者のライフスタイルのあり方が認知機能の維持に影響を与えることを示した従来の見解に一致するものである。
抗炎症性食因子と作用機構に基づくそれら因子の化学的類型化

抗炎症性と密接に関連する細胞レベルの実験系であるNO産生抑制およびO_2産生抑制試験系を用いて植物性食素材(福井県特産農作物を中心に約20種)のスクリーニング試験を実施した。その結果、ナツメをはじめとする11種を注目すべき種として選択できた。次いで、これら高活性の素材より順次有効成分の精製・単離を試み、これまで9種の化合物を同定することに成功した。一方、近年、食素材由来のNO産生抑制成分に関する研究展開は活発である。なかでも、普遍的抗酸化性食素材成分として知られるフラボノイドへの関心は高い。本研究では、そこで、酸化ストレスをも含む各種ストレスへの応答機構の一つであるMAPK情報伝達経路に着目し、抗炎症性フラボノイド関連化合物の本経路に与える影響について解析し、フラバノール型、フラボン・フラバノン・フラバノン型、およびイソフラボン・カルコン型化合物群にはそれぞれ異なった作用ポイントがあることを見いだした。現在、クマリン型やテルペノイド型化合物を含め、より詳細な活性発現機構を解析中である。抗炎症作用に関連するスーパーオキシド(0_2-)や一酸化窒素(NO)などのラジカル産生を抑制する植物性食素材や含まれる抑制因子の化学的究明を行った。地域性を鑑み、特に福井県特産野菜・果物を対象に広く活性素材のスクリーニング試験を行ったところ、ニンニク、ある種のメロン、サトイモ地上部(ズイキ)などに強力なNO産生抑制活性が、また、面白いことに、サトイモ根茎部やチリメンシソには顕著な0_2^-産生抑制活性が確認できた。県内特産以外の素材についても検討し、ホウレンソウやミツバなどがラジカル産生に抑制的であることが確認できた。現在、これら素材中の活性成分の精製・単離を実施しているところである。さらにまた、県内から多量に供給されているナツメの実(抗炎症・鎮静性生薬として利用)について精査したところ強力なNO産生作用があったので、活性成分の精製・単離を試みた。その結果、一活性成分の単離に成功し、トリテルペン・3-0-trans-p-coumaroy1-alphitolic acidであると同定できた。ナツメには類似の成分が多数含まれており、現在、これらの成分の化学的解明を継続中である。一方、これら抗炎症性食因子の作用機序を、特に、近年注目されているMAPキナーゼ(MAPK)経路における作用性の側面から解析しつつある。本年度には、各種フラボノイドにつき検討し、細胞系での基礎的解析法を確立できた。各種フラボノイドのなかでは、クリシンとルテオリンが特に強いNO産生抑制活性をもっていることが判明した。現在、MAPK経路におけるこれら化合物の作用点がフラボノイド系列として統一視できるか否かを調べているところである。本研究代表者らは多様な生活習慣病の予防に期待できる食品成分を開発してゆくために、抗炎症活性を有する植物性食素材成分の開発(in vitro系ではNOやO_2^-などのラジカル産生の抑制効果を検討する)とその作用機序の解明を行っている。本年度では、ホウレンソウよりジテルペンジアルコールをNO産生抑制成分として、また、木田チリメンソウよりガラクトシルグリセロ脂質を0_2^-産性抑制成分として単離・同定した。いずれも既知成分であったが、前者では、ホウレンソウ中の存在およびそのNO産生抑制活性が本研究により初めて明らにされた。一方、後者では、そのO_2^-産生抑制活性は知られていたが、シソ類での存在が示されたのは本研究が初めてである。一方、マクロファージにおける炎症系モデルとしてLPS刺激によるNO産生経路が知られ、その主要シグナル伝達系であるMAPK経路が注目されている。したがって、各種NO産生抑制性食素材成分が、本系において、MAPK経路中のどこで作用するかについて興味がもたれる。昨年度から、この点について、多彩な抗炎症性フラボノイドについて検討しつつある。本点を実験的に証明するためにNO産生抑制におけるそれぞれのIC50値が必要であったので、多様なフラボノイド関連成分について、まずはそれぞれのIC50値を測定することとした。この過程で、フラボノイド類の構造-活性相関に関して興味ある結果が得られた。すなわち、細胞レベルの系においては、(1)食素材中での存在形態である配糖体では対応するアグリコンに比し極端に活性が低い、

(2)一般にフラボン類はフラバノン、フラボノールあるいはイソフラボン類に比し活性が強い、(3)B環の水酸基の増加は活性を低める傾向にある、などである。各種フラボノイド関連成分のIC50値がえられたので、この濃度に基づいて、MAPK経路に与える影響を探りつつある。本研究代表者らは多様な生活習慣病の予防に期待できる食品成分を開発してゆくために、抗炎症活性を有する植物性食素材成分の開発(NOやO_2^-などのラジカル産生抑制効果をin vitroで検討)とその作用機序の解明を行っている。本年度では、1,3-ジアシルグリセロール(ホウレンソウ)、ペルセノンC(アボカド)を、またナツメよりp-クマロイルアルフィトール酸(CAA、従前ナツメより単離)の関連成分3種を、新たにNO産生抑制物質として単離・同定した。これらNO産生抑制成分は炎症に関連するiNOSやCOX-2タンパク質の産生を抑制することをin vitroで確認した。一方、マクロファージにおける炎症系モデルとしてLPS刺激によるNO産生におけるシグナル伝達系・MAPK経路が注目されている。したがって、各種NO産生抑制性食素材成分が、本系において、MAPK経路中のどこで作用するかについて興味がもたれる。そこで、多様な抗炎症性フラボノイド関連成分についてMAPK経路に与える影響を探ったところ、微細な炭素骨格(または酸素官能基の位置やカルボニルの有無)によってMAPK系における作用ポイントが異なることが判明した。すなわち、フラボノイドC環が開環したカルコンやフラバノール型化合物(EGCGなど)ではERKやJNKなどのMAPKsの活性化を抑制するに対し、フラボンタイプ化合物ではiNOSやCOX-2の転写因子の活性化段階を阻害することが示された。また、フラボン型のそれとは炭素骨格を異にするゲニステインでは転写因子の不活化とともに、翻訳段階も阻害している可能性が示唆された。なお、先にあげたトリテルペノイドCAAでは、MAPKsや活性化や転写段階の抑制ではなく、その後の過程を制御(mRNAの安定化阻害/翻訳阻害/タンパク分解促進?)する可能性が示唆されている。
外胚葉異形成症における歯胚形成異常の原因解析:Ta翻訳産物の関連分子の探索

伴性無汗型外胚葉異形成症(Ectodermal dysplasia, anhidrotic : EDA)は、150以上の臨床症状を伴う遺伝性疾患であるが、主にまばらな頭髪、汗腺の欠失による発汗不能、歯の欠失、の3症状によって特徴づけられる。EDAにおける歯の欠失には、数歯より全歯まで変異があり、さらに歯の形やサイズの異常を伴うことが多い。本研究では歯の発生機構の解明の一環として、マウスにおける原因遺伝子Taの翻訳産物の機能を解析した。(1)シグナルパスウェイ下流にあると考えられる遺伝子の検討EGFレセプター、β-カテニン、E-カドヘリン、P-カドヘリン、c-Metの5つをEda/Taの翻訳産物のシグナルパスウェイ下流にある関連分子の候補とし、これらの歯胚における発現パターンを調べた。解析は、Ta欠損動物(=EDA疾患モデル動物)であるTabbyマウスと野生型マウスを用い、市販抗体による免疫染色とDIGプローブによるin situ hybridizationで行なった。帽状期以降で変化のあるものも見られたが、Tabby特有の形態を成す帽状期以前の段階で、はっきりとした差のあるものは、結局みつからなかった(一部はDevelop.Biol.216:521-534(1999)にて発表)(2)培養下でのレスキュー実験胎齢14日の正常マウスから下顎第1臼歯を摘出してTrowell型の培養を14-21日行い、その間、Taを特異的に翻訳阻害できるアンチセンスDNAを加えた。これによって歯胚の咬頭形成が阻害されたので、EGF,TGF-α,KGF,FGF,HGF,NGFをアンチセンス存在下の歯胚培養系に加え、レスキュー実験を行った。EGFで若干のレスキューが認められたが、間接的なレスキューとも考えられた。伴性無汗型外胚葉異形成症(Ectodermal dysplasia,anhidrotic : EDA)は、150以上の臨床症状を伴う遺伝性疾患であるが、主にまばらな頭髪、汗腺の欠失による発汗不能、歯の欠失、の3症状によって特徴づけられる。EDAにおける歯の欠失には、数歯による全歯まで変異があり、さらに歯の形やサイズの異常を伴うことが多い。(1)シグナルパスウェイ下流にあると考えられる遺伝子の検討EGFレセプター、β-カテニン、E-カドヘリン、P-カドヘリン、c-Metの5つをEda/Taの翻訳産物のシグナルパスウェイ下流にある関連分子の候補とし、こられの歯胚における発現パターンを調べた。解析は、Ta欠損動物、(=EDA疾患モデル動物)であるTabbyマウスと野生型マウスを用い、市販抗体による免疫染色とDIGプローブによるin situ hybridizationで行なった。帽状期以降で変化のあるものも見られたが、Tabby特有の形態を成す帽状期以前の段階で、はっきりとした差のあるものは、現時点では見つかっていない(一部はDevelop.Biol.216:521-534(1999)にて発表)。現在、さらに候補を増やして探索を継続している。(2)培養下でのレスキュー実験胎齢14日の正常マウスから下顎第1臼歯を摘出してTrowell型の培養を14-21日を行い、その間、Taを特異的に翻訳阻害できるアンチセンスDNAを加えた。EGFで若干のレスキューが認められたが、間接的なレスキューとも考えられ検証中である。

これによって歯胚の咬頭形成が阻害されたので、EGF,TGF-α,KGF,FGF,HGF,NGFをアンチセンス存在下の歯胚培養系に加え、レスキュー実験を行った。EGFで若干のレスキューが認められたが、間接的なレスキューとも考えられた。
機械翻訳・通信機能を利用した語学教育CAIシステムの開発

従来から学校教育における語学教育は、構文、知識偏重とも言われる教育が、中学、高校と継続的に行われてきた。しかしながら、昨今は、コミュニケーション中心に実用的な語学教育を目的とした指導法がとられ始めてきた。一方、パソコンによる機械翻訳の技術は十分実用化の段階にきている。とりわけ、日常会話や短文の翻訳には精度は高く違和感なく利用できる。本研究は、このような社会的な背景や技術的な動向を踏まえ、従来のCAIシステムに機械翻訳機能及び通信機能を付加することによって、より柔軟で広範囲な解答を可能にする語学教育CAIシステムの構築を目的としてきた。本研究は2年計画で進められてきたが、2年間にわたり次のような作業を行ってきた。1.ネットワークの構築を行い、開発環境及びCAIシステムの基盤を構成した。また、回答文を学習者自身が評価し、確定する機能を作成した。2.翻訳ソフトと教材プログラムとのインターフェースの構築を行った。教材ソフトに翻訳エンジンを埋め込むことにより、教材で提示された日本文に対する英語文をタイプインすれば、その翻訳が提示される。学習者は2つの日本文を評価し、英作文を確定する。3.2種類の評価用英語教材を作成した。約30分の日常会話用教材及び工業英語教材を作成した。英作文だけでなく、ヒントとして英語音声の再生機能も付加した。本システムの開発によって、従来のような前もって予想解答を準備する必要がないために教材の作成が容易になる。学習者の多様な解答に対応できる。積極的な学習への参加を誘発できる。と言った特徴を持った語学教育CAIシステムを構築することができた。従来から学校教育において、中学、高校と継続的に行われてきた構文、知識偏重の教育から、昨今は、コミュニケーション中心に実用的な語学教育を目指した指導法がとられてきている。とりわけ、日常会話における翻訳の精度は高く、何ら違和感なく利用できる。同じく、短文の翻訳においても十分実用化出来るまでの精度になっている。本研究は、このような社会的な背景や技術的な動向を踏まえ、従来のCAIシステムに機械翻訳機能及び通信機能を付加した、より柔軟で広範囲な解答が出来る語学教育CAIシステムの構築を目的としている。本研究は2年計画で進められているが、初年度である本年は次のような作業を行ってきた。1)学習者パソコンをサーバ機を中心にネットワークで構成した。本研究開発のベースと成るものであって、このネットワーク上で教材作成等の作業をおこなっている。2)2種類の語学教材を開発した約30分の日常会話用教材及び工業英語教材を作成した。工業英語にはヒントとして、音声再生によって、英語音声が聞き取れる。3)翻訳用の辞書の整備現在、上記の教材で利用する翻訳用の辞書の改訂を行っている。次年度においては、次の2項目の作業を完了することによって、目的とする研究開発を終了する予定である。1)翻訳ソフトと教材とのインターフェースの構築を行う。2)実用化に向けての総合的な評価試験を行う。本研究は2年計画で進められてきたが,最終年度である本年では次のような作業を行ってきた。

1.翻訳ソフトと教材プログラムとのインターフェースの構築を行った。教材ソフトに翻訳エンジンを埋め込むことにより、教材で提示された日本文に対する英語文をタイプインすれば、その翻訳が提示される。学習者は2つの日本文を評価し、英作文を確定する。2.2種類の評価用英語教材を作成した。約30分の日常会話用教材及び工業英語教材を作成した。英作文だけでなく、ヒントとして英語音声の再生機能も付加した。従って、前年度に開発したネットワークの構築、自己評価機能等の仕組みにより、従来のような前もって予想解答を準備する必要がないために教材の作成が容易になる。学習者の多様な解答に対応できる。積極的な学習への参加を誘発できる。と言った特徴を持った語学教育CAIシステムを構築することができた。
複合積層化合物を利用したナノスケール磁気傾斜機能材料の開発と物性

本研究においては、格子不整合を有する複合積層化合物(RS)_<1.2>(TS_2)_2(R=La,Ce,T=Cr,Nb)を用いて原子層単位の磁気秩序に関する基礎研究を行い、ナノスケール磁気傾斜機能材料の開発の可能性を探索した。昨年度合成した化合物群(RS)_<1.2>[M_X(TiS_2)_2](M=Mn,Fe,Co,Ni)に引き続き、本年度は(RS)_<1.2>(CrS_2)_2および(RS)_<1.2>[M_X(NbS_2)_2](M=Fe,R=La,Ce)の化合物群を新たに合成し、その磁気的性質をSQUID磁束計を用いて測定した。(RS)_<1.2>(CrS_2)_2の磁気的性質は11A離れたCr層のみに起因し、70Kおよび30Kでの逐次相転移を示した。これは2次元三角格子反強磁性体とみなすことができ、フェリ磁性構造から120度反強磁性構造への相転移と考えられた。一方(CeS)_<1.2>(CrS_2)_2においてはCeの磁性が新たに加わり、5.5KでCe層の磁気秩序が観測された。これらの磁気秩序は独立に形成されるが層間の相互作用はかなり大きく昨年度得られた(RS)_<1.2>[M_X(TiS_2)_2]とは大きく異なる性質を示した。(RS)_<1.2>[M_X(NbS_2)_2](M=Fe,R=La,Ce)は全く新しい化合物である。(LaS)_<1.2>[Fe_X(NbS_2)_2]においてFeは超格子構造を形成し、NbS_2層間で規則正しい配置をしている。この物質の磁気秩序は17A離れたFe層のみに起因し、やはり20Kと12Kで二つの磁気秩序を示した。この物質は2次元三角格子反強磁性体であり、磁化容易軸が積層方向を向いているため非常に強いスピンのフラストレーションを示す化合物であり、二つの磁気転移は部分秩序状態からフェリ磁性状態への逐次相転移と考えられた。さらに(CeS)_<1.2>[Fe_X(NbS_2)_2]においてはCe層の磁気秩序が3Kに独立に観測された。これらの結果から、物質の種類を変化させることにより相互作用の強さと磁化の方向を制御した傾斜材料の開発の可能性が考えられる。
癌関連遺伝子におけるヒストン修飾異常に着目した腎細胞癌バイオマーカーの基礎研究

細胞癌において重要な遺伝子変異はVHL-HIF経路の活性化につながるもののみならず、エピジェネシスの変化をもたらすものであることが複数の報告で示されている。これらエピジェネティクスを制御する遺伝子群の変異がもたらす腎細胞癌の進行・進展のメカニズムを明らかにするため、まず複数の腎癌細胞株でVHL-HIF経路に関係する癌関連遺伝子のヒストン修飾解析をクロマチン免疫沈降(ChIP)でおこなった。本研究ではプローブ先端位置の微妙な設定等、手技が煩雑となるペンシル型のソニケーターではなく、バス型のソニケーターを用いたChIPプロトコールを確立した。当初はクロマチンの十分な断片化ができず難渋したが、クロスリンク条件やチューブの材質を工夫することで300bpを中心とする断片化が可能となった。腎癌細胞株はVHL遺伝性変異があるもの、wild typeのものを用いた。VHL-HIF経路の最上流に位置する転写因子であり、かつ主要なドライバー遺伝子であることが示唆されているHIF-2の解析をおこなった。解析対象とするプロモーター領域のヒストン修飾は、遺伝子発現を活性化するH3K4me3、H3K9ac、また発現を抑制するH3K9me3、H3K27me3とした。転写開始点を基準として-2kbp、+0.5kbp、+1kbp、+83kbpにターゲットのシークエンスを設定し、プロダクトサイズ100-150bp程度のPCRプライマーを設計した。その結果、HIF-2αを発現する細胞株では、活性修飾であるH3K4me3やH3K9acが、転写開始点近傍を結合のピークとし、-2kbpや+83kbpで著しく結合が下がることが示された。またHIF-2αを比較的強く発現している細胞株では、H3K27me3修飾が低下し、H3K4me3修飾がH3K9ac修飾よりも有意であることも明らかとなった。腎癌細胞株においてHIF-2αのプロモーター領域のヒストン修飾解析を初めておこない、活性化修飾が陽性であることが示された。また遺伝子発現の強さには、H3K27me3やH3K4me3修飾が関与している可能性も示唆された。HIF-2αのmRNA発現レベルは、ハウスキーピングジーンであるにもかからず腎細胞癌株間では多様であることが知られていたが、そのメカニズムの一端を明らかとすることで、これからの研究への扉を開いた感がある。VHL-HIF経路の最上流に位置するもう1つの転写因子であり、パッセンジャー遺伝子であることが示唆されているHIF-1αに対して、同様のプロモーターヒストン修飾解析をおこなう。また各修飾に関わる酵素の阻害剤(ヒストンメチル化酵素阻害剤、脱メチル化酵素阻害剤等)、また修飾に関わる酵素特異的なsiRNAを用いてさらなる検討をおこないHIFαのエピジェネシスのメカニズムを解明する。またHIFαにより転写活性される癌関連遺伝子は多種存在するが、CXCR4ならびにCXCR7を次の解析の対象とする。これらの癌の転移・進行にかかわるケモカインレセプターは、mTORシグナル経路を介して腎細胞癌の治療耐性に関与している可能性、さらには腎細胞癌患者の予後と関連し、分子標的治療薬の効果予測マーカーとなりうる可能性が示唆されている。またオンラインの癌マイクロアレイデータベースの複数のデータセットにおいて臨床的な腎細胞癌検体での有意な発現亢進が示されている。しかしながら細胞株のオンラインマイクロアレイデータベースであるCancer Cell Line Encyclopedia (CCLE)では、VHL変異の有無だけでは説明困難な発現レベルの多様性があり、ヒストン修飾による発現調節がなされている可能性が予測されている。

またHIF-2αを比較的強く発現している細胞株では、H3K27me3修飾が低下し、H3K4me3修飾がH3K9ac修飾よりも有意であることも明らかとなった。腎癌細胞株においてHIF-2αのプロモーター領域のヒストン修飾解析を初めておこない、活性化修飾が陽性であることが示された。また遺伝子発現の強さには、H3K27me3やH3K4me3修飾が関与している可能性も示唆された。HIF-2αのmRNA発現レベルは、ハウスキーピングジーンであるにもかからず腎細胞癌株間では多様であることが知られていたが、そのメカニズムの一端を明らかとすることで、これからの研究への扉を開いた感がある。VHL-HIF経路の最上流に位置するもう1つの転写因子であり、パッセンジャー遺伝子であることが示唆されているHIF-1αに対して、同様のプロモーターヒストン修飾解析をおこなう。また各修飾に関わる酵素の阻害剤(ヒストンメチル化酵素阻害剤、脱メチル化酵素阻害剤等)、また修飾に関わる酵素特異的なsiRNAを用いてさらなる検討をおこないHIFαのエピジェネシスのメカニズムを解明する。またHIFαにより転写活性される癌関連遺伝子は多種存在するが、CXCR4ならびにCXCR7を次の解析の対象とする。これらの癌の転移・進行にかかわるケモカインレセプターは、mTORシグナル経路を介して腎細胞癌の治療耐性に関与している可能性、さらには腎細胞癌患者の予後と関連し、分子標的治療薬の効果予測マーカーとなりうる可能性が示唆されている。またオンラインの癌マイクロアレイデータベースの複数のデータセットにおいて臨床的な腎細胞癌検体での有意な発現亢進が示されている。しかしながら細胞株のオンラインマイクロアレイデータベースであるCancer Cell Line Encyclopedia (CCLE)では、VHL変異の有無だけでは説明困難な発現レベルの多様性があり、ヒストン修飾による発現調節がなされている可能性が予測されている。
Webからの数式情報・図形情報の獲得および利用に関する研究

平成20年度においては、Webページ上の数式を検索するための手法についての研究を進めた。数式はあらゆる学問分野において、重要な要素の記述に用いられている。しかし、数式を対象とした検索に関する研究は不十分ではない。従来のテキスト検索技術であるTF-IDF等では単語の出現頻度に基づいているため、数式の構造(例えばsinを含んだ積分式においてsinが積分記号の内側か外側かなど)を反映した検索が困難であつた。この研究ではテキストではなくMathML (Mathematical Markup Language)を利用して、数式の構造を反映した検索を実現するシステムを構築した。また、検索結果を提示するにあたっては、対象の重要度に応じたランキングを行うことが不可欠である。数式の検索者が求める数式の性質として、「単純な数式」および「指定した条件が分かりやすく表れた数式」の二つを仮定し、そのような性質を満たす数式を上位にするランキング手法を考案し実装した。The Wolfram Functions Siteより収集した約8,OOO個の数式を用いて検索の実験を行ったところ、設計した問い合わせ言語を正しく認識し結果を出力することを確認した。また、提案したランキング手法を比較し、数式における適切なランキングについての考察も行った。2005年現在のWebページは100億以上と言われており、膨大なコンテンツが存在するが、このWebから数式情報や図形情報を検索することは容易ではない。例えば「sin2θ+cos2θ=1」の証明方法についてYahoo!やGoogleなどの検索エンジンで調べるためには、関連するキーワード(「三角関数、公式」など)を人間が想起して入力する必要がある。また平面幾何の推論で用いられる図形情報の検索(例えば「sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ」の証明で用いる図形を検索するなど)は現状では非常に困難である。本研究課題では、数式情報や図形情報をWebから獲得して幾何推論に利用する知的システムの構築を目標とする。本年度においては、上記の目標を達成するための第一歩として、検索語データの取得および分析に関する研究を主として行った。Yahoo!やGoogle等の検索エンジンに入力される検索語データは、検索エンジン会社のキーワード広告等のビジネスと密接に結びついているため、入手が困難である。検索データを公開しているサイトとしてSearchSpyがあげられる。このサイトから検索データを定期的に取得し、分析を行った。頻度による分析では、1998年のSilversteinらによるAltaVistaの検索語分析と比べて、MyspaceやEbayなどのサイトを訪れるためだけのナビゲーショナルな目的での検索が増えていることがわかった。また、複数の検索語の相関係数や、時事ニュースに対応した検索回数の盛り上がりに注目した分析も行った。また、検索語データ等の時系列データを扱うための手法として、話題検出と追跡(Topic Detection and Tracking)に関する実験も行なった。平成19年度においては、図形情報の甲でもグラフ構造に注目し、Webにおける表現形式やその視覚化手法、動的に変化するグラフ構造の獲得、表現および利用などについての検討を進めるとともに、試作システムの実装を行った。グラフ構造を視覚化するための既存のツールとして、Graphviz,Prefuse,JUNGなどがあるが、これらのツールの多くは静的なグラフ構造の表現および操作(頂点や辺の移動・変形)を対象としている。時間を追って動的に変化するグラフ構造に対応した視覚化ツールとして、Stanford大が開発したSoNIAというツールがある。このツールは与えられた動的グラフのアニメーションを生成するものである。静的なグラフに対しては、(交差点を少なくするなどの)見やすいグラフ描画の基準が研究されてきているが、動的グラフに対してはそのような基準の研究は不十分であった。動的グラフの見やすさの指標として「次数の高い頂点を中央にレイアウトする」「辺の長さの差異を最小化する」「頂点のレイアウトを均一にする」「各頂点の移動量を均一にする」の4つに注目し、これらの指標を重視した動的グラフを生成できるようSoNIAの改良を行った。この改良版の動的グラフ、従来のSoNIAによる動的グラフとを表示させ、被験者実験によって見易さを判定できるようにした。実験の際に被験者に注目させる対象として、次数が最大の頂点、次数が最小の頂点、グラフ全体の構造の3種類を設定し、それぞれについて密度の異なる5種類の動的データに対して被験者実験を行なった。実験の結果、いくつかの指標間に競合関係があることが確認できた。
緑内障術後中心視野消失 (wipe-out)における軸索内分子生物学的機構の解明

本研究の目的は、末期緑内障手術後(特に、線維柱帯切除後)の視野消失(wipe-out)の分子生物学的機序の解明である。wipe-outを生じた症例に関し検討すると、多くが術前残存中心視野が線維柱帯切除術後、低眼圧症などを契機に消失する。しかしながら、OCT上は視神経変性、網膜神経節細胞変性は生じていないという特徴を持つ。一方で末期緑内障に対し術後低眼圧を生じずらい線維柱帯切開術を行った症例に関しては術後wipe-outを生じた症例は皆無であった。これらは術後低眼圧がwipe-outに寄与していることを示唆している。また、wipe-outを生じた症例は、術前眼圧が50mmHg以上と高値であった。つまり眼圧の急激な変動が網膜ー視神経ー外側膝状体へのシグナル伝達に何らかの悪影響を来し、更に伝達の休止状態を引き起こしているのではないかと考えられた。wipe-outの分子生物学的機序解明のため、その動物モデルの作成及び網膜・視神経軸索内分子生物学的変化を捉えることを試みた。wipe-out類似動物モデルは、アルゴンレーザー誘導高眼圧ラット緑内障モデル(眼圧50mmHg以上を5週間維持)を作成後、前房内に34Gキャピラリーカニューラを挿入し結膜下に固定する。術中、前房消失予防として低分子粘弾性物質を前房内に少量投与する。コントロール群は、高眼圧ラット緑内障モデルとする。網膜・視神経軸索内分子生物学的変化に関しては軸索流という点に注目し、輸送関連蛋白であるMotor proteins(kinesin,Dynein,Myosin)の生化学的変化を検討しているが、有意な変化は得られていない。この結果は、wipe-outに関し蛋白の発現変化より、機能障害、例えば他の蛋白への相互作用障害等が関わっていることが示唆された。
抑うつ状態の予測－遂行－評価に知覚が及ぼす影響

本研究は日常生活で重要な役割を担っている高次脳機能に刺激入力ー知覚段階が与える影響に関する知見を得ることを目的とした.健常者を対象とした知覚に関する基礎検討ならびに抑うつ尺度と電気生理学的指標,パフォーマンスとの関係性検討をおこなった.その主な成果として,抑うつ状態では刺激入力ー知覚がその後の処理に影響を与えることが示唆された.これは誤判断における脳内制御に一部影響を与えるものの,刺激の入力値が修飾されることによって高次行動を維持しているものと考えられた.本研究は人間の高次行動に関し,『予測ー遂行ー評価』の機能連携という視座から検討することを特徴としている.これまで,各段階に対応する事象関連脳電位としてSPN,ERN,fERNを取り上げ,TMSとの同時計測による検討を実施・報告をおこなった(Takeuchi et al. 2010 (ICCN),竹内ら2013(日本臨床神経生理学会)).本研究では機能連携に影響を与える変数として刺激入力ー知覚段階を捉え,健常者と抑うつ状態にある被験者を1. ERG,2. TMS-EEG,3. ERPを指標とした差異検討を掲げている.平成26年度は実施計画に従って,倫理申請と被験者スクリーニングをおこなった.本研究の第1実験であるERG実験の報告として,スクリーニングには自己抑うつ尺度(self-depression scale; SDS)を用いた.スクリーニング対象者は大学生とし,スクリーニングの総回答数は196件であった.このうち,回答の不備や重複者等を除外した有効回答数は181件(ERG実験参加希望者:49名,非参加希望者:132名)であった.スクリーニングの結果,SDS平均点は40.7(±7.6)であった.また,実験参加への可否による群間差を検討したところ,両群間に差異は認められなかった(t(179)=0.36, n.s.).当初,平成26年度は第1実験を開始する予定であったが,より広範な対象をスクリーニングすることを優先した.この結果,実験参加希望者と非参加希望者との間に群間差の無い対象者を募ることができた.本研究では『予測ー遂行ー評価』の機能連携に影響を与える変数として刺激入力ー知覚段階を捉え,健常者と抑うつ状態にある被験者を1. ERG,2. TMS-EEG,3. ERPを指標とした差異検討を掲げている.本年度も昨年度同様,191名を対象としたうつ性自己評価式尺度(self-rating depression scale; SDS)によるスクリーニングをおこなった.その結果を受け,本年度のスクリーニング対象者,かつ実験参加の希望があった者から19名を対象にPattern reversal ERG検討を実施した.実験条件は,コントラスト条件をMichelsonコントラスト比に基づいた8条件(98.44%, 83.59%, 60.94%, 37.50%, 19.53%, 8.59%, 3.13%, 1.56%)とし,刺激呈示条件を左眼呈示・右眼呈示条件とした.また,Pattern reversalは11.5rpsとした.ERG指標は,コントラスト比条件ごとのFFT処理によって得られた刺激に同期した周波数成分である11-12Hz,23HzのRMS値(μV)を線形回帰処理した傾き(以下,ERG-slope)とした(Bubl et al. 2010).心理指標には,実験開始直前に実施したSDSを用いた.尚,SDS回答に不備のあった1名を解析から除外し,18名を対象に検討をおこなった.その結果,右眼条件におけるERG-slopeとSDSにおいて有意な相関関係が認められた(r=-0.54, p<.05).本結果は抑うつ状態が知覚入力段階において影響を与えることを示唆している.本年度実施したERG実験では,抑うつ状態が知覚入力段階に影響を与えることを示す結果が得られた.また本研究に先立って実施されたTMS-EEG実験でも健常者において知覚段階における影響が示唆されている.したがって,進捗状況は概ね順調であるといえる.これらの結果を受け,研究目的達成のために,平成28年度も早期に最終検討に向けた実験を開始することが重要である.本研究では『予測ー遂行ー評価』の機能連携を解明するために刺激入力ー知覚段階を機能連携に影響を与える変数として捉え,健常者と抑うつ状態にある被験者を対象に1. ERG,2. TMS-EEG,3. ERPを指標とした差異検討を掲げた.

これまでの検討では,事前に実施したスクリーニングから抽出した19名を対象にPattern reversal ERG検討を実施し,右眼条件のERP周波数成分(11-12Hz,23HzのRMS値)と自己評価式抑うつ尺度(SDS)との間に有意な相関関係を報告した.本年度はTMS-EEGの検討を予定していたが,Croarkin et al. (2014), Lewis at al(2016)に参考とすべき知見が得られていることから,ERGによる精査ならびに,ERPによる検討を優先し,以下の2実験を実施した.ERG・ERP両実験は感覚刺激入力と知覚との差異を検討することを目的として,同一実験内の2課題として遂行した.尚,対象は健常な男子大学生17名とした.ERG検討は昨年度のプロトコルに基づき設定,コントラスト条件はMichelsonコントラスト比の差異による5条件とした.解析対象としたERG指標はコントラスト条件ごとのFFT処理によって得られた刺激に同期した周波数とその同相成分のRMS値(μV)を線形回帰した傾き(ERG-slope)とした.心理指標は実験開始直前に実施したSDS・BDIを用いた.ERP検討はStair Case法を用いた主観的コントラスト判断を要するFlanker課題とし,各被験者はコントラスト判断の正誤に関するフィードバックを受けた.検討対象のERP成分はエラー関連電位とした.本研究は日常生活で重要な役割を担っている高次脳機能に刺激入力ー知覚段階が与える影響に関する知見を得ることを目的とした.健常者を対象とした知覚に関する基礎検討ならびに抑うつ尺度と電気生理学的指標,パフォーマンスとの関係性検討をおこなった.その主な成果として,抑うつ状態では刺激入力ー知覚がその後の処理に影響を与えることが示唆された.これは誤判断における脳内制御に一部影響を与えるものの,刺激の入力値が修飾されることによって高次行動を維持しているものと考えられた.平成26年度は倫理申請,被験者スクリーニングを実施後,速やかにERG実験を開始する予定であった.倫理申請後におこなったスクリーニングにおいて,実験参加望群と非参加群のSDS得点に差異が認められたため,規模を拡大してスクリーニングを複数回実施した.この結果,有効回答数は181件(ERG実験参加希望者:49名,非参加希望者:132名)にのぼり,両群間での差異は認められず,ERG実験での対象被験者に関する妥当性を得ることができた.また,本研究に先立って実施されたTMS-EEG実験では,健常者において知覚段階における影響が示された.したがって,実験計画当初ではERG実験を開始する予定であったものの,概ね順調であるといえる.しかしながら研究目的達成のためには,平成27年度は早期にERG実験を開始し,続く検討の準備を進めることが重要である.平成27年度はERG実験を実施し,抑うつ状態による知覚入力段階への影響が示された.また本研究に先立って実施されたTMS-EEG実験でも健常者において知覚段階における影響が示唆されている.以上の結果から,最終年度である平成28年度は最終実験を実施する.これら検討を進めるにあたって,申請時に示した研究体制に基づいて該当分野の研究者と随時議論のうえ,研究を推進していくものとする.生理心理学精神生理学平成26年度のスクリーニング結果を受け,平成27年度は実験参加希望者を対象として早期に実験1のERG実験を実施することとする.その結果を受け,平成27-28年度に予定している第2実験のTMS-EEG実験,第3実験のERP実験を実施する.特に第2-第3実験では実験制御においてリアルタイム性が要求されるため,実験1のERG実験と並行して,準備と予備検討をすすめることとする.これら検討を進めるにあたって,申請時に示した研究体制に基づいて該当分野の研究者と随時議論のうえ,研究を推進していくものとする.平成27年度は実験に必要な環境整備と実験遂行を優先したため,国内学会への参加を取りやめた.この結果,次年度使用額が発生した.当該部分を除いては,昨年度に再検討した使用計画に基づいて研究費を使用した.平成26年度はスクリーニングの対象範囲を広げたため,スクリーニングに続く実験に要する設備機器の購入は,必要最小限の範囲に止めた.また,被験者謝金が発生していないために次年度使用額が生じた.
物質循環促進型垂下養殖施設の自律運用管理を通した環境再生型漁業の創成

本研究は、垂下養殖施設自体に上下混合促進機能を付与することにより、環境再生と安定生産を両立可能な、物質循環促進型の垂下養殖施設を開発することを目的とし、平成30年度は、漁業関係者が、自ら貧酸素水塊の動きを捉えて、先手を打って対処するための貧酸素水塊の警戒レベル診断アプリの開発を行った。アプリの開発では、水温や溶存酸素濃度が非定常的に変動する実海域におけるホタテガイ稚貝の環境耐性を評価するため、ホタテガイ0齢貝を対象に、貧酸素耐性実験、水温変動耐性実験を実施した。貧酸素耐性実験では、馴致水温を3段階にコントロールした20L水槽内に供試貝を収容後、混合比の異なるO2N2混合ガスを曝露した。貧酸素状況下における0齢貝の致死時間をKaplan-Meier法より推定したところ、0齢貝のDO濃度が0.5mg/l、1.4mg/lの全ての実験区、及びDO濃度が2.2mg/lで高水温の実験区では連続暴露144時間でほぼ全滅し、その他の実験区においては10%致死まで至らなかった。水温変動耐性実験では、20L水槽内に供試貝を収容後、水温段階ごとに浮遊珪藻(Chaetoceros gracilis、初期の細胞密度1.8×104細胞/ml)を給餌し、摂餌速度を計測した。続いて、実験水槽内の水温を一定の上昇率(0.050.28°C/min、3段階)で昇温後、最高水温で3時間以上維持した環境下における摂餌速度を計測した。本実験では、非定常過程における稚貝の摂餌量を、定常過程で推定された摂餌速度曲線もとに算定される摂餌量で除した摂餌効率で評価したところ、水温上昇率が0.19°C/min以下の水温急変では1.0に漸近したが0.28°C/minでは1.4程度を維持しており、水温急変現象が稚貝へ与えるストレスが懸念された。当初の計画では、平成30年度に水質条件が非定常的に変化する実海域の貧酸素耐性を、恒温下の様々な水温条件で実施した単位時間当たりの貧酸素ストレスを時間積算することにより評価する方法(積算ストレス度)を採用する計画であったが、ホタテガイ稚貝の濾水量が水温の上昇速度に強く依存することが、平成30年度に実施した室内実験より確認された。このため、ホタテガイ養殖海域を調査対象海域として、水温の長期観測時系列データ(1日1回定時観測された30年間日別水温データ)、および単年度の時間別多層水温時系列データより水温急変現象の変動特性を時系列解析し、ホタテガイ養殖海域に発生する水温変動幅や変動周期を調べた。具体的には各データセットを月別波形データに再編し、代表波法を適用して水温の不規則変動波形を解析した。最大日別水温の時系列解析より、ホタテガイ養殖海域の表層部では、初夏から秋季にかけて59日周期で3°C14°C程度の水温変動が認められた。さらに、時間別水温時系列からも、同程度(3°C12°C)の水温変動が認められたが、変動周期は水深に依存して大きく変化し、水深20m以深では、潮汐の半日周期と符合しながら3時間程度で全振幅に相当する急激な水温急変が生じていた。このため、積算ストレス度の適用限界を解明するための追加実験(溶存酸素濃度を段階的に変化させながら、各貧酸素区における水温上昇率を変化させた場合の貧酸素耐性を調べる)を実施し、貧酸素耐性の評価の精度を向上する必要性が生じた。平成31年度は、先ず、ホタテガイ0齢貝を対象に、実験水槽内にO2N2混合ガスを曝露してDO濃度を段階的に変化させながら、各DO濃度区に対して水温上昇率を変化させて、0齢貝の摂餌効率(呼吸効率)や、致死時間を調べ、積算ストレス度の精度向上を図る。その上で、ホタテガイ稚貝の貧酸素耐性を、水質条件の非定常性も反映可能な積算ストレス度で評価し、上下混合動態予測モデルとハイブリッド解析することにより、当該域でモニタリングされた水質観測データを入力すると、貧酸素水塊の挙動やホタテガイの斃死リスク(警戒レベル)をタブレット末端上で可視化表示可能な診断アプリを開発する。診断アプリを、当該漁場を利用する漁業関係者に提供し、利便性の向上を図る。続いて、警戒レベルに応じて、水質監視体制や、監視地点数、監視頻度を決定し、養殖作業時期・工程に応じた施設の運用管理に反映させるための実施手順を確立する。最後に、貧酸素水塊に順応した施設の運用管理を通して、垂下養殖施設による物質循環促進効果が推定され、物質循環促進型垂下養殖施設のテーパ比の最適化や、診断アプリの精度向上に反映させるための実施手順を確立し、施設の自律的な運用管理により、水産業と環境再生が連関した環境再生型漁業の実現を目指す。二枚貝の垂下養殖で使用される丸カゴの代表径を連続的に変化させながら垂下方向に連結し、施設の外形をテーパ型に形成することにより、施設後流域に上下混合流が発生するメカニズムおよび混合特性について水理模型実験を実施して解明した。

亜臨界レイノルズ数領域に垂下した施設の実用上の適応範囲を考慮して、テーパ比を0.050.2、施設長手方向と鉛直方向のなす傾斜角を020°まで変化させたところ、テーパ比が0.15付近で上下混合流の流速振幅はピークをとり、主流流速の0.6倍程度まで発達した。さらに、流速振幅は傾斜角0.1rad付近で最小値をとり上下混合も停滞した。テーパ施設の後流域における渦の吐出に伴う変動流速は、単一周波数をピークとしたワイドバンドなスペクトル分布をとり、テーパ径によらず長手方向にストローハル数で0.19程度を維持した。すなわち、テーパ施設の後流域ではテーパ径に応じてカルマン渦の発生周期がスパン方向に変化し、これに応じて主流と直交する流速の水平成分もスパン方向にシアー流を形成し、シアー流に駆動された非対称型の一対の渦列が施設背後にスパン方向に発生した。施設背後の左側の渦列は反時計周り、右側の渦列は時計周りに回転し、これら鉛直渦に駆動される形で、渦列を縫うようにスネーク状の上昇流が発生し、渦列の左右外縁には下降流が形成された。左右の渦列の配置間隔は、後流逆流域の後端でゼロに漸近し上下混合流も減衰することから、渦列の形成特性をもとにテーパ施設の上下混合促進機能を定量化できた。続いて、鉛直循環式二層流振動流水槽を用いて密度差0.231.17kg/m3の範囲内で定常二層流を形成後、密度躍層を貫いてテーパ施設を配置し、上下混合流の形成状況を注入トレーサ法より解析することにより密度勾配に応じで最適テーパ比が増加することなどが確認された。交付申請書に記載した平成28年度の主要な研究項目は、テーパ型垂下養殖施設における鉛直混合促進条件の解明である。当該年度に実施した研究では、丸カゴの代表径を連続的に変化させながら垂下方向に連結することや、流れにより施設が傾斜することを想定し、テーパ比を段階的に変化させたテーパ型施設模型を形成し、トレーサ粒子を拡散させた水槽の観測部に下方が凸になるように垂下し、主流流速や施設の傾斜角を段階的に変化させながら一様流を作用し、低密度PIV法を用いて施設模型周辺の流れ場を可視化解析し、上下混合促進効果の発生機構や効果を最大化するための施設の諸条件を解明できた。続いて、水槽観測部に二層流を形成後、顕著な上下混合流が認められたテーパ型施設模型を、躍層を貫いて設置し、注入トレーサ法により、主流流速、密度勾配、施設の躍層貫入深度を段階的に変化させながら施設模型周辺の流れ場を可視化解析し、成層強度低減効果の発現に関わるパラメータを抽出できた。成層条件および施設の複列配置に対する検討は、当初の計画どおり次年度も引き続き実施する予定であり、研究は概ね順調に進展している。テーパ円柱型の外形を有する垂下養殖施設については、平成28年度に定常流場における上下混合流の形成機構を解明した。平成29年度は、実海域で作用する波浪や潮流に伴う非定常流場に適用範囲を拡張し、水理模型実験を実施して上下混合流の形成機構を解明した。鉛直循環式二層流振動流水槽内に養殖施設のテーパ型模型を垂下し、振動流の周期を612秒、流速振幅を0.0316.7cm/sまで段階的に変化させ、低密度PIV法を用いて物体周辺の流れ場を可視化解析した。その結果、流速振幅の増加に伴い後流域の流れパターンは、双子渦の発生、伸長、カルマン渦へと変化し、テーパ円柱型施設では後流渦の発達過程が長手方向に変化することで、施設近傍で主流速度と同程度まで増加する上下混合流の流向が周期内で逆転し、これらの流れパターンは主流速度/(主流加速度×円柱径)1/2で評価された。垂下養殖施設による自律運用管理サイクルを駆動するために必要となる、上下混合動態予測モデルを開発した。能取湖をモデルケースとして、西網走漁業協同組合より20112017年における湖内水質調査データを入手し、水温躍層が発達する7月上旬9月上旬と、青潮を誘発する9月中旬10月上旬に大別した上で、フル3次元流動場解析モデルと生態系モデルを用いて貧酸素水塊の動態と養殖施設による物質循環促進効果を推定可能な上下混合動態予測モデルを開発した。