hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体積保存条件付き放物型および双曲型偏微分方程式の数理解析

本研究では、平面と接触する膜の挙動を表す方程式を扱った。方程式中に退化作用素、デルタ測度や非局所的な項が現れるのが特徴で、流体のモデルと連成させることにより平面上の液滴の運動や血管内の血流など様々な現象をモデル化できる。方程式の一般形はχ_<u>0>αU_<tt>+βu_t=Δu-γχ_ε'(u)+χ_<u>0>λとなる。ここで、χは特性関数、χ_εはその平滑化、λは体積の拘束に由来する非局所的な項である。問題の解析は、数値計算と理論解析という二つの方法で行った。膜の数値計算では、20年度の間得られた解析的な結果をもとに、主なツールとして変分原理に基づく離散勾配流法を適用した。これは、時間差分空間微分型汎関数の最小化問題を、発展方程式の近似解として構成するものである。流体との連成を考えるとき、流体の体積保存を考慮したエネルギーの均衡が不可欠になるため、これまでの計算はコストの高い陰的スキームに限られていた。しかし、本研究では制約条件つき離散勾配流を用いることにより、連成問題を陽的に解く安定なスキームを構成できることを発見し、心臓や血管の中の血流、平面上の液滴の運動、流体を詰めた弾性体の殻の衝突など、膜と流体の連成問題の解析を可能にする手法を確立した。理論解析では、非局所的な項をもつ放物型自由境界問題(α=0)に対し、一意のヘルダー連続な弱解の存在を示され、結果をまとめた論文はIndiana University Mathematics Journalに掲載された。証明では正則化した問題に対し離散勾配流法を用いて解の存在と一様な評価を得て、もとの問題の解を構成した。現在は、上記の方程式で平滑化をなくした問題u_t=Δu-γχ_<u>0>'(u)+χ_<u>0>λについていくつかの結果が得られつつある。その一つは、Γ-収束性を用いて放物型自由境界問題に対するgeneralized minimizing movementを構成するものである。さらに、phase-field法の近似において自由境界上のmonotonicity formulaを導くことにより、幾何学的測度論の手法によるベクトル型問題の解の精密な構成が可能であると思われる。これまで、体積保存条件付き発展問題を代表する平面上の水滴の挙動という現象のモデル方程式を中心に研究を進めてきた。ここで、χは特性関数、χ_1はその平滑化、λは体積の拘束に由来する非局所的な項であり、複雑な非局所的な項をもつ放物型自由境界問題になっている。この問題に対し、一意のヘルダー連続な弱解の存在を示し、結果をまとめた論文はIndiana University Mathematics Journalにアクセプトされている。証明では、正則化した問題に対し離散勾配流法という時間を離散する変分法を用いて解の存在と一様な評価を得た上で正則化パラメータの極限をとり、もとの問題の解を構成する。Subdifferentialを使った手法と異なって、数値計算で直接応用できる構成となっており、水滴の運動を数値実験でも再現できた。現在は、上記の方程式で平滑化をなくした問題u_1=Δu-γχ_<u>0>'(u)+χ_<u>0>λに取り組んでいる。この場合、非局所的な特徴のため粘性解の理論の応用が難しいと思われる。そこで、二つのアプローチを同時に進めている:幾何学的測度論を用いた手法(ここで、平滑化された問題に対しHarnack不等式と比較原理を使って一様のLipschitz評価を導き、自由境界を含む解の性質が得られると期待される。)Г-収束性を用いた手法(ここで、generalized minimizing movementが構成できると思われる。)計画書で言及されている他の応用について述べる。津波の場合は、専門家の意見でKybernetikaで提案された解法では不十分であるという指摘が出ているので、流体の運動を計算しない表面だけの十分正確なモデルを目指して、上式に似たモデルをさらに精査する予定である。一方、心臓や血管の中の血流などの膜と流体の連成解析が数値計算の方面で研究室の規模で行われ、進歩を見せている。

流体との連成を考えるとき、流体の体積保存を考慮したエネルギーの均衡が不可欠になるため、これまでの計算はコストの高い陰的スキームに限られていた。しかし、本研究では制約条件つき離散勾配流を用いることにより、連成問題を陽的に解く安定なスキームを構成できることを発見し、心臓や血管の中の血流、平面上の液滴の運動、流体を詰めた弾性体の殻の衝突など、膜と流体の連成問題の解析を可能にする手法を確立した。理論解析では、非局所的な項をもつ放物型自由境界問題(α=0)に対し、一意のヘルダー連続な弱解の存在を示され、結果をまとめた論文はIndiana University Mathematics Journalに掲載された。証明では正則化した問題に対し離散勾配流法を用いて解の存在と一様な評価を得て、もとの問題の解を構成した。現在は、上記の方程式で平滑化をなくした問題u_t=Δu-γχ_<u>0>'(u)+χ_<u>0>λについていくつかの結果が得られつつある。その一つは、Γ-収束性を用いて放物型自由境界問題に対するgeneralized minimizing movementを構成するものである。さらに、phase-field法の近似において自由境界上のmonotonicity formulaを導くことにより、幾何学的測度論の手法によるベクトル型問題の解の精密な構成が可能であると思われる。
超伝導線路を用いたパルス形成回路の研究

本研究の目的は、サージ進行時の減衰が常伝導線路に比べると著しく小さくなる超伝導線路をパルス電圧形成回路に応用することである。今年度は、回路設計の指針確立と低電圧領域での動作実証を主たる目的として研究を実施した。以下に得られた主な結果を記す。1.内部発生急峻波サージ電圧のマグネット巻線への伝搬特性に対するシミュレーション実験を行い、内部電圧分布特性の定性・定量的検討を行った。2.超伝導マグネット内部のサージ伝搬特性は導体温度に著しく影響を受ける。特に液体ヘリウム温度(4.2K)においては減衰率は殆どゼロにまで低下し、超伝導機器内ではサージ伝搬時の減衰が著しく抑制されることを明らかにした。また、サージ伝搬速度も常温時の約25%に増大することを確認した。3.分布定数回路にもとづくサージ解析シミュレーションモデルを構築し、サージ伝搬特性に対する回路パラメータの影響を定量的に検討した。その結果、サージ減衰は導体抵抗に、またサージ伝搬速度はキャパシタンスやインダクタンスに影響を受けやすいことがわかった。4.線路両端におけるサージ反射率を100%とし、サージ反射の繰り返しによるパルス形成を試みたが、この場合、サージ入力時の損失が大きくなり、接続負荷を高速で切り替えることによって反射率を制御する必要があることが判明した。
病的疲労の遺伝子発現プロファイリングと診断への応用

ストレスを起因とする疲労の蔓延化は、作業能力の低下による経済的損失にとどまらず、過労死やうつ病による自殺など社会問題と密接に関連するため、疲労を客観的に評価し病的疲労を検出するバイオ・メデイカル技術の確立は急務の課題である。本研究では、神経・免疫・内分泌系の複雑な生体反応をストレス関連遺伝子の発現変化として網羅的に捉えるストレス評価用DNAチップを用いて、半年以上原因不明の疲労感に苦しむ慢性疲労症候群(CFS)患者11名の末梢血白血球におけるストレス反応を網羅的に解析し、CFSの遺伝子発現プロファイルを同定した。インフォームドコンセントの得られたCFS患者11名および患者と性・年齢の一致した健常者11名の抹消血よりPAXgene Blood RNA System(キアゲン)を用いてTotal RNAを抽出し、T7-based RNA増幅法により増幅後、Cy3あるいはCy5で蛍光ラベルしたプローブDNAの競合ハイブリダイゼーション法によってチップ解析を行った。蛍光画像を数値データへと変換し、GeneSpring ver.7(Silicon Genetics)を用いて階層型クラスター解析を行った。また、統計学的な有意差検定を行い、健常者と比較してCFS患者で共通に有意変動する遺伝子群の同定に成功した。これらの遺伝子群の発現について、TaqManプローブを用いた定量PCR解析を行った結果、チップ解析の結果と一致した。また、CFS患者で共通に変動する遺伝子群は、先に同定した健常人の精神的ストレスによって変動する遺伝子群(Neuroscience letters,381,57-62,2005)と全く異なるプロファイルを示した。現在、運動ストレスによる身体的疲労の遺伝子発現プロファイルの同定を進めており、これらの発現情報を元に"疲労の程度"を評価するシステムの基盤を確立していく予定である。
Ca結合蛋白,オステオポンチンの骨系統疾患の診断・治療への応用

オステオポンチン(以下OPNと略)は骨形成における骨芽細胞、破骨細胞の動員や、Ca代謝に関与する蛋白質で、母乳中に多量に存在する。申請者らは、成長過程の乳児や、骨粗鬆症をはじめとする種々の骨系統疾患でOPが何らかの役割をしており、この測定は特定の疾患、特に骨粗鬆症の診断、病態の把握に有用であるという作業仮説をたて、以下の結果を得た。(1)母乳OPNを精製し、そのN末端アミノ酸配列から、OPNと判定した。(2)OPNは燐酸を多量に含むため、アルカリホスファターゼによる脱燐酸化がOPNの精製、抗体作製に有効だった。(3)抗母乳ONP抗体は精製抗原と沈降反応を呈する抗体であり、nativeおよび分解産物とも良好に反応した。(5)血清のOPNの同定を抗母乳OPN抗体で行ったが、母乳OPNと同一の物質の存在は否定的であった。母乳OPNは分子の性格としては、骨や結石に存在するオステオポンチンに一致するが、従来その存在が示唆されていた血清のオステオポンチンは、明らかに母乳のOPNと異なる性格の物質である可能性が明らかになった。すなわち、血清中のものは一部抗原性を共有するものの、分子量の点また抗体との反応性も大きく異なる。従来、動物におけるOPNは血清と母乳での同一と考えられているが、これは誤りであると考えられる。今後この物質の性格の検索、由来、機能を検索する必要がある。[方法](1)イオン交換クロマトグラフィー及びクエン酸バリウム吸着法を駆使し、人母乳からOPを精製した.(2)この精製母乳OPをウサギに免役し、抗体を作製した.(3)母乳OPに対する抗体を用いて、血清中のOPの同定を行った.[結果](1)精製母乳OPは電気泳動上(SDS-PAGE)、78万の幅広いバンドと分解産物と思われる23万の分子から構成されていた.この2つのバンドはイオン交換クロマトグラフィーで分離できたが、78万のバンドはnativeのOPであることが判明した.(2)OPは燐酸を多量に含むため、抗原性が低く、ウサギへの免疫にはアルカリホスファターゼ処理で脱燐酸を要した.(3)抗母乳OP抗体は精製抗原と沈降反応を呈する抗体であり、nativeおよび分解産物とも良好に反応した.(4)この抗体を用いて、母乳OPの測定酵素抗体法(ELISA)を確立した.(5)血清のOPの同定を抗母乳OP抗体で行ったが、沈降反応は認められず母乳OPと同一の物質の存在は否定的であった.しかし、母乳OPと抗体の反応系を阻害する物質があることを見出し、現在この物質を免疫学的交差反応性物質として精製中である.[考察と今後の計画]母乳OPは分子の性格としては、骨や結石に存在するオステオポンチンに一致するが、従来その存在が示唆されていた血清のオステオポンチンは、明らかに母乳のOPと異なる性格の物質である可能性が明らかになった.すなわち、血清中のものは一部抗原性を共通するものの、分子量の点また抗体との反応性も大きく異なる.今後この物質の性格の検索、由来、機能を検索する予定である.オステオポンチン(以下OPと略)は骨形成における骨芽細胞、破骨細胞の動員や、Ca代謝に関与する蛋白質で、母乳中に多量に存在する.申請者らは、成長過程の乳児や、骨粗鬆症をはじめとする種々の骨系統疾患でOPが何らかの役割をしており、この測定は特定の疾患、特に骨粗鬆症の診断、病態の把握に有用であるという作業仮説をたて、血清中のOP値の変化を検索することを目的として血液やミルク中のOPを測定する方法の開発を試みた.[結果](1)母乳OPを精製し、そのN末端アミノ酸配列をしらべ、OPと判定した。(2)OPは燐酸を多量に含むため、アルカリホスファターゼによる脱燐酸化がOPの精製、抗体作製に有効だった.

(3)抗母乳OP抗体は精製抗原と沈降反応を呈する抗体であり、nativeおよび分解産物とも良好に反応した.(4)この抗体を用いて、母乳OPの測定酵素抗体法(ELISA)を確立した.(5)血清のOPの同定を抗母体OP抗体で行ったが、沈降反応は認められず母乳OPと同一の物質の存在は否定的であった.しかし、母乳OPと検査の反応系を阻害する物質があることから、何らかの関連物質であることは明らかである。[考察]母乳OPは分子の性格としては、骨や結石に存在するオステオポンチンに一致するが、従来その存在が示唆されていた血清のオステオポンチンは、明らかに母乳のOPと異なる性格の物質である可能性が明らかになった.すなわち、血清中のものは一部抗原性を共通するものの、分子量の点また抗体との反応性も大きく異なる.従来、動物におけるOPは血清と母乳での同一と考えられているが、これは誤りであると考えられている.今後この物質の生活の検索、由来、機能を検索する必要がある.
冷媒利用に向けた八イドレートスラリーの平衡・輸送物性測定と実用性評価

潜熱蓄熱材料として包接水和物(ハイドレート)に着目し、種々の純粋・混合ハイドレートの平衡・熱物性を測定した。また、それらのハイドレートスラリーの流動抵抗を測定し、冷媒としての実用性を評価した。その結果、条件によっては、通常のガスや氷などと比較して、ハイドレートスラリーがエネルギー的に有利な冷媒となり得ることがわかった。計測システムの構築:オンラインプロセス粘度計(ビスコテック(株),MIVI7000,本研究費により購入)およびスラリーポンプに、自作のクラスレートハイドレート(CH)スラリー調製槽を流通(閉鎖)系として結合させ、CHスラリーの粘性・流動性の計測システムを構築した。スラリー調製槽は、回転翼撹拌式とした。また、スラリー中の結晶粒子径は、サンプリング後に顕微鏡で観察することで測定可能である。完成した計測システムを利用して、粘性既知の試料(水や水飴)を用いた装置の校正を行い、その後臭化テトラブチルアンモニウム(TBAB,後述)をゲストとするCHスラリーについて測定を開始した。CHスラリーの選定:精密相平衡測定(圧力-温度線図)ならびにCH中のゲスト分子の占有性の測定(顕微ラマン分光法による)と、それに基づく理論的な生成熱の推算結果を踏まえ、冷媒として最適なCH系として数種類のHFCガスを選定した(研究成果、雑誌論文[1,2])。また、TBARハイドレートは、その生成に際して履歴効果(一度生成させると二回目以降に生成しやすくなる)を持つことを顕微ラマン分光法によって確認した(研究成果、雑誌論文[3])。さらに、TBABハイドレートスラリー調製に対する種々の撹拌翼・条件の効果を検討し、より流動性に優れたスラリーの調製に有用な情報を入手した(研究成果、学会発表[1,2])。今年度に得られた情報は、CHスラリー調製にフィードバックし、高効率のスラリー調製の一助とする。研究の全体構想として、蓄熱効率の高いハイドレート系を選定し、それらのスラリーを冷媒として循環させる省エネルギー・高効率な技術の確立がある。その中で本研究の主目的は、ハイドレートスラリーを実験対象とし、冷媒として利用する上で必要となる平衡・輸送物性に関する情報を収集することである。本年度実施した概要は、以下の通りである。TBAB水和物スラリーにおける圧力損失の測定:本研究課題において、前年度に購入したプロセス用オンライン粘度計およびスラリーポンプと、自作のクラスレートハイドレート(CH)スラリー調製槽を流通(閉鎖)系として結合させた、CHスラリーの流動性の計測システムのさらなる高精度化を行った。計測装置を用いて、臭化テトラブチルアンモニウム(TBAB,後述)をゲストとするCHスラリーについて、精密な粘性測定、ならびに円管内流動時の圧力損失の測定を実施した。その結果、冷水や氷水冷媒と比較して、低動力条件で高密度な熱利用が可能であることを見出した。なお、選定した数種のHFC系ガスハイドレートを用いて、CHスラリーの粘性・圧損の測定を行うため、計測システムを高圧測定用(<5MPa)へと拡張する予定であったが、予算の都合上、今後の研究課題へと持ち越した。CHスラリーの選定:潜熱蓄熱型冷媒として相応しいCHゲスト分子の探索を行った。精密相平衡測定(圧力-温度線図)ならびにCH中のゲスト分子の占有性の測定(顕微ラマン分光法による)と、それに基づく理論的な生成熱の推算結果に基づいて、冷媒として最適なCH系を選定した。相平衡測定ならびに顕微ラマン分光分析は、研究協力者の菅原が主に担当した。上述のTBABハイドレートは生成熱が大きく、比較的軽量で安価であり、毒性・腐食性がないなどの潜熱型蓄熱材の条件を満たしている。本年度は、数種のHFC類の混合系からCHを調製すると、各HFC単体のCHにおける安定性を上回る混合ハイドレートが生成することを見出した。すなわち、HFC単体で用いるよりもはるかに穏和な条件でHFC混合冷媒をCH化し、潜熱蓄熱型冷媒として利用できる可能性を見出した。
高齢者のためのリラクセーションプログラム構築と高齢指導者の養成

加齢とともにストレスに対する適応力やストレスからの回復力は低下し、ストレス反応が増大しやすく、病気にかかりやすくなる。高齢者にとってストレスに対応する能力を高めることは重要であり、リラクセーション法は高齢者のストレス反応を緩和する方法として推奨されている。そこで、本研究では地域に在住する高齢者を対象にストレス反応の軽減を目的としたリラクセーションプログラムの介入を行い、その効果を副交感神経活動および交感神経活動、心理的なストレス状態から評価を行う。結果を踏まえ、高齢者のためのリラクセーションプログラムを構築し、リラクセーションプログラムを実施する高齢指導者を養成し、自主活動化することを目指す。
Air Irrigation：乾燥地の大気由来の未利用水資源で実現する節水農業

乾燥地は世界の総陸地面積の約41%をも占め,20億人以上が水利用に関する問題群に晒されている.加えて,近い将来に起こり得る水不足の危機的状況も警鐘されており,今後のさらなる水利用の高度化・最適化の推進は人類共通の喫緊課題である.とくに,水資源の最大の使用量(約3分の2)を占める農業分野では,革新的な水利用効率の向上や未利用水資源の活用による節水の実現が切望される.これらを背景に、研究対象地域においては、夜間大気由来の水蒸気凝結による葉の濡れ(葉面結露)を観察され,濡れが続く日中にかけて葉が萎れず(気孔が閉じず)に光合成も活発であること、また、作物生産の基幹プロセスである光合成を維持して水利用効率を向上させる潜在的優位性を持つ可能性が本課題参加研究者の既往知見として示唆された.研究2年目になる当該年度では,前年度の結果に基づき、Air Irrigation効果による灌水量削減の可能性を圃場スケールで検討した.現地渡航については年度内に2回果たし(2018年6月と9月)、トウモロコシの植栽された実験圃場で本格的に観測体制を整えるとともに、渡航時に集中観測を実施した。圃場に設置されている自動気象ステーションでは、気温・相対湿度・風向・風速・日射量・正味放射量・降水量・下向き赤外放射量を常時観測されており、それらのデータを取得・解析した。一方、集中観測としては葉濡れセンサー・二酸化炭素濃度センサー・水ポテンシャルセンサーを用いることにより、植物生体量の日変化を重点観測・解析した。その結果を得て、葉面結露がトウモロコシのガス交換に及ぼす影響について明らかにした。さらに、群落レベルにおける葉面結露の発生・消長過程および群落上・群落内葉近傍の空気の水蒸気動態を明らかにするための微気象モデルのプロトタイプを完成した。現地で観測を実施するに当たり、データ取得環境の面で困難も多く(気象観測・リモートセンシングデータの扱い)、研究の進捗に影響を及ぼす可能性があり、その点に注意を払いながら研究を進めていく必要がある。今後については、データ積み重ねのために現地渡航・実験を繰り返して実施するとともに,必要(研究の進捗)に応じて追試験を行い,研究全体の目標達成に向けて対処する.また,Air Irrigationの効果を,リモートセンシング技術(GPS・LANDSAT)を用いて,より広域レベルまでスケールアップして提示する.ただし,日本国外を研究対象としており制約もあり得るため,様々な状況に応じて対象域(甘粛省)を変更することも念頭に入れる.研究初年度では,先ず申請者らが維持してきた蘭州市郊外の実験圃場のメンテナンスとして,気象・水文環境のモニタリングシステムにおける老朽化したデータロガーおよびセンサ類を更新した.この気象・水文環境システムの観測データは,以下の事項に共通して関わるため,これらの更新作業は優先して行う必要があったためである.作物個体レベルにおいて葉面結露による葉の濡れが作物水分動態・光合成に及ぼす影響を調べるために,現地試験圃場で容易に利用可能な新たな計測システムが必要になる.そこで,茎内流量センサを内蔵した通気型個体チャンバシステムの製作に着手し,チャンバのガス収支(水蒸気,CO2)によって蒸発散速度(葉の濡れの蒸発速度+蒸散速度)と光合成速度を,茎内流量によって蒸散速度をオンサイト・リアルタイムで計測できるシステム構成について検討した.さらに,このチャンバシステムを,葉面結露が無い昼間の作物に適用することで,チャンバの水蒸気収支および茎内流量センサで得た蒸散速度の値を比較検証し,チャンバシステムによる計測値の妥当性についての検討に着手した.個体チャンバシステムを葉面結露が発生している作物に適用し,葉面結露による葉の濡れの発生・消長に伴う作物個体の水関係要素の日変化を,環境の蒸散要求度と関連付けて明らかにするための準備を行った。AirIrrigation効果を群落レベルで検討するためには,葉面結露の発生およびその基となる大気(群落上,群落内葉近傍)の水蒸気動態とそのメカニズムを解明する必要がある.そこで,現地実験圃場の気象・水文環境データに基づいて,水蒸気の供給要素である群落の蒸散速度と土壌面の蒸発速度の動態を評価した.さらに,多層の大気を想定した独自の微気象モデルのプロトタイプを構築し,群落上・群落内葉近傍の大気水蒸気と葉面結露の発生・消長を解析する手法について検討した.研究初年度において,先ず申請者らが維持してきた蘭州市郊外の実験圃場のメンテナンスとして,気象・水文環境のモニタリングシステムにおける老朽化したデータロガーおよびセンサ類を更新したが,更新時期が少し遅れたために,茎内流量センサを内蔵した通気型個体チャンバシステムの製作も若干であるが遅れ気味である。また、現地実験圃場の気象・水文環境データに基づいた,群落の蒸散速度と土壌面の蒸発速度の動態評価にも同様である。さらに,多層の大気を想定した独自の微気象モデルはプロトタイプを構築した段階であり,群落上・群落内葉近傍の大気水蒸気と葉面結露の発生・消長を解析する手法について検討するに留まっている状況である。ただし,以上は今年度の現地調査・研究遂行で十分にその遅れを取り戻すことができる範囲である。乾燥地は世界の総陸地面積の約41%をも占め,20億人以上が水利用に関する問題群に晒されている.加えて,近い将来に起こり得る水不足の危機的状況も警鐘されており,今後のさらなる水利用の高度化・最適化の推進は人類共通の喫緊課題である.

とくに,水資源の最大の使用量(約3分の2)を占める農業分野では,革新的な水利用効率の向上や未利用水資源の活用による節水の実現が切望される.これらを背景に、研究対象地域においては、夜間大気由来の水蒸気凝結による葉の濡れ(葉面結露)を観察され,濡れが続く日中にかけて葉が萎れず(気孔が閉じず)に光合成も活発であること、また、作物生産の基幹プロセスである光合成を維持して水利用効率を向上させる潜在的優位性を持つ可能性が本課題参加研究者の既往知見として示唆された.研究2年目になる当該年度では,前年度の結果に基づき、Air Irrigation効果による灌水量削減の可能性を圃場スケールで検討した.現地渡航については年度内に2回果たし(2018年6月と9月)、トウモロコシの植栽された実験圃場で本格的に観測体制を整えるとともに、渡航時に集中観測を実施した。圃場に設置されている自動気象ステーションでは、気温・相対湿度・風向・風速・日射量・正味放射量・降水量・下向き赤外放射量を常時観測されており、それらのデータを取得・解析した。一方、集中観測としては葉濡れセンサー・二酸化炭素濃度センサー・水ポテンシャルセンサーを用いることにより、植物生体量の日変化を重点観測・解析した。その結果を得て、葉面結露がトウモロコシのガス交換に及ぼす影響について明らかにした。さらに、群落レベルにおける葉面結露の発生・消長過程および群落上・群落内葉近傍の空気の水蒸気動態を明らかにするための微気象モデルのプロトタイプを完成した。現地で観測を実施するに当たり、データ取得環境の面で困難も多く(気象観測・リモートセンシングデータの扱い)、研究の進捗に影響を及ぼす可能性があり、その点に注意を払いながら研究を進めていく必要がある。研究2年目になる平成30年度では,Air Irrigation効果による灌水量削減の可能性を圃場スケールで提示することを目指す。さらに,Air Irrigation効果を広域レベルで評価するための準備も開始する.具体的な計画・方法は以下の通りである。葉面結露の有無による作物への影響を解明するために,夜間に作物周辺を微加温して葉面結露が発生しない作物サンプルを準備する.その作物と葉面結露が発生し濡れた通常の作物を対象に,作物個体の水関係(蒸散速度,気孔開度,水ポテンシャル,膨圧など)の日変化を個体チャンバおよびSPACに基づく独自の植物ー環境系水輸送モデルを使って評価する。さらに同様の個体に対して光合成速度の日変化を調べる.その結果に基づいて,葉面結露が作物個体レベルの水利用効率の日変化に及ぼすAir Irrigation効果を明らかにする。群落レベルにおける葉面結露の発生・消長プロセスおよび大気(群落上,群落内葉近傍の空気)の水蒸気動態を微気象多層モデルによって比較的長期間(栽培期間である4月下旬10月上旬を目途)に渡って評価する.この葉面結露動態の長期データと葉面結露に対する作物個体レベルの水関係・水利用効率の応答特性を統合し,葉面結露が群落レベルの水関係と水利用効率に及ぼす影響を栽培期間を通して評価する.葉面
悪性骨・軟部腫瘍におけるブロモデオキシウリジンを用いた化学療法の効果判定法

現在、術前化学療法の効果判定は切除標本の病理組織学的評価によってなされている。しかし、壊死に陥っている細胞の判定は細胞や核の形態など一定の基準をもとになされるが、病理学者の経験によるところがあり、病理学者が異なればその判定も異なる可能性がある。また、化学療法により細胞や核の形態は壊死になっていなくても、早晩壊死に陥ってしまったり、休止期の状態になっている細胞は生細胞と見なされるため化学療法の効果を正しく反映しないことになる。そのため腫瘍性に増殖している生細胞とそうでない細胞を明確に区別する客観的な方法が求められている。我々は悪性骨・軟部腫瘍の臨床材料を用いて、これまでの脳腫瘍、頭頚部腫瘍の治療に放射線増感剤として生体内へ投与されていたチミジンの同族体のブロモデオキシウリジン(bromodeoxyuridine,BrdU)に対するモノクローナル抗体をリヨウした新しい化学療法の効果判定法についての研究を行っている。これまで、実際の臨床材料から得られた組織片に対し、どのようなBrdU濃度で接触させれば安定した染色が得られるかなどの基礎データを得るために、腸管の切除組織片を陽性対照として検討した。その結果、軟部腫瘍の場合は培養液に1時間、37°C、5%CO_2の条件下で無菌的に培養し取り込ませる条件は一定にした場合、組織片1gに対し、100ug/mlのBrdUが含まれるようにした場合が必要十分な濃度であることが判明した。しかしながら、骨腫瘍の場合はBrdUの取り込みが一定せず、条件設定に難渋している。現在は、軟部腫瘍に関しては症例を集めながら化学療法の効果との関係を評価し、骨腫瘍に対して至適条件を検討中である。
表面力・共振ずり測定法による固体潤滑評価法の確立

省資源、低環境負荷おける摩擦・潤滑の理解と制御の重要性が高まっている。申請者らは独自開発した共振ずり測定法を用いて、液体を介した摩擦・潤滑の分子レベルでの理解の成果を挙げてきた。本申請では、本手法を固体潤滑の研究に適用するための高度化、および評価を行った。バネ部分の設計の改良、動きの実測により物理モデル解析パラメータ決定精度を向上し、パラメータから摩擦力、せん断振幅・速度を評価する手段を提案した。本手法を高分子ハイドロゲルと石英球間の摩擦評価に適用し、ゲルの摩擦は、従来は評価されていなかった接触部の弾性変形の寄与が主であり、ゲルを用いた潤滑材料の設計に重要な要素であることを明らかにした。申請者等が開発してきた共振ずり測定法は、空気中で表面が離れた状態(摩擦力なし)での共振カーブ(空気中分離)、および雲母表面が接触して滑りが無い状態での共振カーブ(雲母接触)を基準として、固体表面間に液体が存在する状態での共振カーブを解析し、液体ナノ薄膜の物性、摩擦・潤滑特性を定量評価できる。本申請研究では、共振ずり測定法により、固体潤滑(高粘度潤滑剤、高分子・無機材料固体など)の評価を可能とするための装置・測定法の高度化を行うことを目的としている。本年度は、上記の基準ピークの強度と周波数が、表面の交換や装置の組み直しなどの操作をしても再現できるように、設計の改良を行った。これまでの装置では、下表面を固定しているバネが、表面に垂直方向の力を測定するために設計された水平板バネであるため、表面に平行方向に働く摩擦力の測定に適していない。そこで、表面力と摩擦力のどちらにも対応できる、水平板バネと垂直板バネを組み合わせた改良型バネの設計と製作を行った。製作した改良型バネの水平、垂直それぞれのバネ定数を実測し、摩擦力を測定するための垂直板バネにはひずみゲージを取り付けて摩擦力を直接測定可能とした。製作したバネを用いて、雲母接触状態の共振カーブを測定し、従来のバネと同様の結果が得られることを確認した。また、光学顕微鏡による接触面観察を行うため設備を整え、現有のカメラによる顕微鏡像の記録、解析を開始した。本年度は、下表面の固定に用いてきた水平バネに代わり、H25年度に新たに製作した水平バネと垂直バネを組み合わせた改良型バネを用いた測定を実施した。この改良型バネでは、摩擦力による応答は垂直バネの変位を測定することで得られる。通常の共振ずり測定において測定される上表面を固定した垂直バネの変位に加えて、上表面の変位、下表面を固定した垂直バネの変位、さらにこれらの位相をレーザー変位計により測定し、ロックインアンプを介してLabVIEWプログラムにより取得した。これにより、表面が離れている状態、および表面が接触した状態、それぞれにおいて、各部の変位の相関と位相差の標準的な値を実験的に決定することができた。これらの値を共振カーブの物理モデル解析に用いることで、パラメータの決定精度を向上させることができた。また、得られたパラメータより摩擦力、せん断振幅、せん断速度を計算する方法を提案した。また、表面力・共振ずり測定装置と光学顕微鏡を組み合わせたシステムを構築し、固体表面間の接着力測定と接触面の同時観察の実験を開始した。昨年度までに、計画に従って装置の改良、動作確認、共振カーブデータの物理モデル解析の精度向上のためのパラメータの実測、摩擦力・せん断振振幅・せん断速度を求める方法の提案を進めてきた。本年度は、具体的に固体材料表面の摩擦評価を実施した。具体的には、高分子ハイドロゲルの一つで、非常に高い機械的強度をもつことから様々な応用が期待されているDN (ダブルネットワーク)ゲルと、石英球間の摩擦を共振ずり測定法により評価した。高分子ハイドロゲルは非常に低い摩擦を示すものがあることが知られているが、従来の摩擦力測定は、元来、ゲルが壊れ易いために、応力集中による破壊を避ける平面同士での測定に限られ、摩擦力の大小は表面間の相互作用力が引力か斥力かによって説明されていた。ただし、実際の潤滑材料として用いる場合に考慮する必要がある接触部の変形の寄与については調べられていなかった。共振ずり測定法、および得られた共振カーブの解析より、DNゲルと石英球の摩擦には、DNゲルの接触変形、特に弾性項の寄与が支配的であることが明らかとなった。

また、水の添加による潤滑性向上についても確認できた。本研究により、ゲルの摩擦を理解するためには弾性変形の効果を考える必要があり、潤滑材料の設計において重要な要素とであることを示すことができた。省資源、低環境負荷おける摩擦・潤滑の理解と制御の重要性が高まっている。申請者らは独自開発した共振ずり測定法を用いて、液体を介した摩擦・潤滑の分子レベルでの理解の成果を挙げてきた。本申請では、本手法を固体潤滑の研究に適用するための高度化、および評価を行った。バネ部分の設計の改良、動きの実測により物理モデル解析パラメータ決定精度を向上し、パラメータから摩擦力、せん断振幅・速度を評価する手段を提案した。本手法を高分子ハイドロゲルと石英球間の摩擦評価に適用し、ゲルの摩擦は、従来は評価されていなかった接触部の弾性変形の寄与が主であり、ゲルを用いた潤滑材料の設計に重要な要素であることを明らかにした。当初の計画通りに光学顕微鏡と表面力・共振ずり測定装置を組み合わせたシステムを構築し、実験を開始した。また、製作した改良型バネを用いて、装置各部の変位と位相の測定を実施することで、物理モデル解析によるパラメータ決定精度を向上することが出来た。界面科学今後は、研究計画に従って、雰囲気制御環境下での測定を行うための装置整備を進め、接着力・摩擦力評価を実施する。本年度は、高速度カメラの導入を予定していたが、現状の測定の範囲では、現有のカメラにより必要な情報の取得ができたため、現有の設備で実験を進めた。今後、実施する評価対象に合わせて最適な仕様のカメラを選定、導入、測定を進める。水平板バネと垂直板バネを組み合わせた改良型バネは、当初の計画通りに設計・製作し、テスト測定を行い、予想通りのシグナルが得られることを確認できたので、順調に進展していると考えている。高速度カメラの導入を予定していたが、現状の測定の範囲では、現有のカメラにより必要な情報の取得ができたため、現有の設備で実験を進めた。今後は、研究計画に従って、高速度カメラを導入し摩擦中の固体接触界面の観察を可能とし、雰囲気制御のための機構の導入・設置を行う。導入を検討していた高速度カメラについて、本研究の遂行に対して適切な性能と価格の機種を、最近、発売された機種も含めてより広く対象を拡げて検討を進めたため、導入が次年度にずれこんだ。そのため、次年度使用額が生じた。導入を予定している高速度カメラについて、機種選定の候補の絞り込み、テストを進めて、はやい時期に導入して、使用を開始する。
言語変化と複雑適応体系ー英語の多義語の発達を史的データと脳の機能から探る

科研費基盤研究(C)を平成17-30年度に得て、語彙拡散による英語史上の音韻、形態、統語、意味、語彙変化の研究を、複雑適応体系に内在する基本原理(淘汰、自己組織化、相転移、曖昧性と頑強性、ネットワーク)の観点から統合した。本研究では英語の多義語の歴史的発達を、Historical Thesaurus of Oxford English Dictionary, Early English Books Online, WordNetからの膨大なデータと、光トポグラフィーを用いた脳の機能実験に基づき明らかにする。
計時と予測の神経機構の探究

時間経過をモニターし、次に起こる出来事のタイミングを予測することは行動の制御と密接に関わり、日常生活に不可欠である。本研究では行動課題を訓練したサルの大脳基底核と小脳から神経活動を記録し、その脳内メカニズムの一端を明らかにした。また、ヒトやサルを対象とした様々な行動実験を行い、瞳孔径と内的時間の関係、リズム知覚の脳内機構、同期運動の種間差などについて検討を行った。これらの研究を通して、人の「こころの時間」の理解を目指す本新学術領域に、神経科学的な観点から貢献することができた。計時と予測に関係した神経機構を主にサルを用いて調べている。本研究では、これまでの研究をさらに発展させるべく、2種類の行動課題を用いた実験を中心に進めている。第一の課題では、一定の時間間隔で現れる視聴覚刺激の不意の欠落を検出させる(欠落オドボール課題)。これには試行ごとに異なる刺激間隔を学習し、次に現れる刺激のタイミングを予測し、欠落に対して予測誤差の信号を生成する必要がある。これまでに小脳歯状核に刺激提示の時間間隔をコードするニューロン群を見いだしており、本研究では小脳皮質と運動性視床の神経活動を解析することで予測信号の生成メカニズムの解明を目指す。また、第二の課題では、手がかり刺激の提示後、一定の経過時間の後に自発的に眼球運動を行わせる。この課題の際に、漸増する準備活動が基底核(線条体)および小脳核(歯状核)でみられるが、両部位の神経活動を比較検討するとともに、その生成機構を探る。さらに、計時と予測に関した行動課題を健常人と神経変性症患者で調べることを予定している。初年度のH25年度は、複数の実験を並行して行えるよう、これまでの研究を継続しつつ、実験室の整備を進めた。現在、研究協力者の大学院生2名がそれぞれ小脳核と視床からの記録実験を行っている。小脳核に関しては、H25年度後半から刺激実験を開始した。視床に関しては、2頭からの記録実験を開始し、現在マッピングを行っている。また、時間再現課題に関しては、小脳核と線条体の記録を進めている。漸増する神経活動の時間経過について2頭目からのデータを収集している。主にサルを用いて計時と予測に関係した神経機構を2種類の行動課題を用いた実験で調べている。第一の行動課題では、一定の時間間隔で現れる視聴覚刺激の不意の欠落を検出させるが(欠落オドボール課題)、これには試行ごとに異なる刺激間隔を学習し、次に現れる刺激のタイミングを予測し、欠落に対して予測誤差の信号を生成する必要がある。これまでに刺激の時間間隔によって応答を変化させるニューロン群を小脳歯状核に見いだしており、本研究ではこれらを記録しながら微量の薬剤を投与しりことで、小脳における時間情報の生成機構を調べている。また、小脳の投射先である運動性視床の神経活動を解析することにより、これらの信号がどのように行動の制御に利用されているか調査している。さらに、計時と予測に関した行動課題を健常人と神経変性症患者で調べることを行っている。2年目となるH26年度は、上記の複数の実験を進めた。欠落オドボール課題を用いた研究では、研究協力者の大学院生2名が小脳核と視床からそれぞれ記録実験を行っており、その成果を国内外の学会で発表した。H27年度には別の学生が線条体からの記録を行う予定で準備を開始している。また、時間再現課題に関しては、漸増する神経活動の時間経過について小脳核と線条体の記録実験がほぼ終わり、まとめの段階にある。また、これらの研究を飛躍的に発展させることができる可能性のある分子ツールの導入への準備を行っており、H27年度中にはこれを試行することができると期待している。前年度に引き続き、感覚予測と計時の神経機構をそれぞれ欠落オドボール課題と時間生成課題を訓練したサルで調べている。3年目となる平成27年度は、とくに前者で多くの進展があった。以前行った小脳の不活化実験により、欠落オドボールの検出には複数のメカニズムがあることが示唆されていたが、これを心理物理実験で明らかにし、英文論文として発表した(Ohmae & Tanaka, Scientific Reports)。また、小脳核から単一ニューロンを記録しながら微量のGABA拮抗薬、AMPA/NMDA拮抗薬を注入する実験を博士課程の大学院生が行い、刺激間隔に応じた活動変化は小脳皮質経由であることを明らかにしつつある。この実験は平成28年度前半まで継続する。また、同大学院生が小脳核の電気刺激実験を行い、その結果を論文にまとめている。さらに、修士課程の大学院生が同課題中の線条体の神経活動を調べ、刺激間隔に応じて漸増する一過性の活動を発見した。一部のニューロンは刺激欠落をボタン押しで答えさせた場合にのみ応答し、効果器による選択性を示した。今後、さらにデータを集める必要がある。時間生成課題に関しては、線条体の薬物投与実験を論文にまとめ、現在revision中である。今後はすでにデータの集まっている小脳核と線条体の神経活動について論文作成を急ぐ必要がある。

また、平成27年度に進学した博士課程学生が生成時間と瞳孔径が逆相関することを発見し、現在論文作成中である。また、計時の際の線条体の局所場電位解析を進めている。さらに、これらの研究を飛躍的に発展させることができる可能性のある分子ツールの導入に向けて、準備を進めている。上述のように、欠落オドボール課題を用いた実験では様々な発見があった。また、昨年度は手技の確立に時間がかかっていた薬剤注入実験も順調に進んでいる。さらに、線条体から新規の神経活動を記録することに成功し、その詳細な特性を調べている。ただし、論文作成に向けて最終段階にあった運動性視床の実験に関しては、学生の休学などの影響で停滞している。計時に関した研究では、現在投稿中の論文と、準備中の論文がある。H27年度の追加支援によって調達することができた多チャンネル増幅器を用いた集合電位記録や、現在準備を進めている光遺伝学的手法を組み合わせた研究を進めていく予定である。このように、メインの実験データが着実に蓄積されつつあり、今後の論文業績も見込まれ、研究は順調に進展していると考えている。感覚予測と計時の神経機構をそれぞれ欠落オドボール課題と時間生成課題を訓練したサルで調べている。4年目となる平成28年度は、前年度までに得られた結果の一部を論文として発表し、また、さらに実験を継続することで新たな発見があった。オドボール課題を用いた研究では、小脳核の電気刺激によって欠落検出を促進することを英文論文として発表した(Uematsu et al., 2017)。同大学院生とともに行った小脳核の薬理実験についても現在、論文作成中である。また、修士課程の学生が同じ課題で線条体の神経活動を調べており、平成28年度に国際学会で発表した。時間生成課題を用いた研究に関しては、線条体の薬理実験と小脳核の神経活動について論文を発表した(Kunimatsu & Tanaka, 2016; Ohmae et al., 2017)。現在、線条体と小脳の神経活動と不活化効果を比較した論文を作成中である。また、博士課程学生が同課題を用いて計時と瞳孔径の相関を見出して論文発表した(Suzuki et al., 2016)。また、同学生が線条体のLFPと計時の相関を発見し、国際学会で発表している。さらに、これらの研究を飛躍的に発展させる可能性のある分子ツールの導入を進めており、現在、視床の光刺激を行っている。また、新たな実験として、同期運動に関した行動実験や、ノルアドレナリンの経口投与による計時変化の解析を行い、いずれに関しても論文投稿中である。また、軌道予測のタイミングに関した行動実験に関しても、すでにデータ解析を終えて論文作成に着手している。少しずつ研究成果が原著論文の形になってきている。小脳核の薬理実験に関しても十分なデータが得られ、論文作成にまでこぎつけることができた。平成27年度の追加支援によって調達することができた多チャンネル増幅器を用いた集合電位記録に関しても、生成する時間長と低周波数帯域のパワーが相関することを新たに発見することができ、学会発表を行っている。オドボール課題に応答する線条体の神経活動についても、定量的な解析に足るデータが集積しつつあり、これについても学会発表を行った。光遺伝学的手法を組み合わせた研究も少しずつであはあるが進展がみられる。
介入による消化器癌周術期高齢者機能の改善と機能低下に影響するバイオマーカー探索

消化器癌術前、退院時、6カ月時にCGA(ADL、栄養、精神機能、社会的要因)の評価を行った。昨年の評価では、経時的に抑うつ状態を表すGDS15、栄養指標であるMNAの悪化を認めていた。抑うつ状態については傾向にばらつきが多い特徴が見られた。癌手術の後遺症として摂食状況の悪化が挙げられるため、栄養に関するスコアは著明に悪化していた。胃切除術後は経口摂取が低下することが後遺症として知られており、この影響と思われた。本年、さらに症例(n=40)の集積および解析を進めた。上記結果に加えて新しい知見を得た。患者背景において、潜在的に不適切な処方(PIMs)がされている症例は63%であった。術後合併症は全gradeで27%、うちClavien-DindoIIIa以上は7%であった。術後せん妄を認めた症例は15名(38%)であった高齢者機能評価に関して、BADL、IADLは経時的に統計学的な差は認めないものの、ADLが悪化する症例は歩行、階段昇降が低下、買い物、服薬の管理、食事の自宅、洗濯の能力が低下していることがわかった。錯乱スコア(NEECHAM)、認知機能検査(MMSE、CDRーJ)は経時的に有意に悪化を認めなかったが、認知機能が術後に低下している症例は7/40例であった。さらに術後合併症の有無によるADLの低下に差を認めるかどうか検討した。SSIの有無でADLの低下に差は認めなかった。しかし、全合併症の有無でADLを比較すると、退院時のBADLは合併症がある症例で有意に低下していた。これは退院前にてんかんを発症した症例を認め、この影響が考えられた。さらに、術式別の高齢者機能評価の差、高齢者機能評価低下症例の詳細な解析を行う予定である。症例集積は順調に進んでいる。周術期における高齢者機能評価を前向きに行った報告はない。本年中にこれを報告する予定である。これにより、手術による高齢者機能の悪化の有無、詳細、術式ごとの機能評価の推移、フレイル症例に対する手術の影響が明らかとなる。また、通常外科医師が行う術前評価と高齢者機能の解離を確認し、通常外科医師が高齢者に対して行う術前評価の問題点を抽出する。さらに周術期の認知症の悪化につながるバイオマーカーの測定も進んでおり、近日中に解析する予定である。今後はバイオマーカーの解析を行い、周術期に認知症を来す予測因子の抽出を行う。また、老年内科、認知症専門医師の介入による有効性を評価する。平成30年3月末時点での登録症例数は21例であった。このうち術前・退院時データは21例、術後6カ月のデータは8例集積された。症例はすべて胃癌であった。現時点で、術後死亡例は認めなかった。1人暮らししており日常生活をすべて一人で行うのは困難であるという理由で、リハビリ病院に転院した患者を2人認めたが、他は全て自宅へ退院した。BADL・IADLに関して、すべての症例は術前ほぼ満点であった。術後は変化なくADLは維持されていた。抑うつ状態を表すGDS15は、退院時に8/20例、6カ月後には3/8例で上昇(悪化)していた。栄養状態を示すMNAは退院時に17/20例、6カ月後に5/6例で上昇(悪化)を認めた。錯乱状態スケールであるMEECHAMスコアは術前4/21例で混乱・錯乱はないもののその危険が高い水準(25-26点)であり、残りの17例は正常な機能状態(27-30点)であった。術後せん妄は4/21例に発生しており、そのうち2例は術前NEECHAMスコアが25-26点であった。認知症スクリーニングテストであるMMSEにおいて、術前にカットオフ値である21点以下であった症例は6例であったが、手術によるスコアの変化は見られなかった。退院時カットオフ値以下の症例は7例であった。以上より、術前ADL・精神機能スコアがよい症例は術後もスコアが維持されていることがわかった。胃癌手術の後遺症として摂食状況の悪化が挙げられるため、栄養に関するスコアは著明に悪化していた。さらに、これらの症例に関して、認知症やアルツハイマー病の予測バイオマーカーとされるIL-6・アディポネクチン・レジスチンを測定した。30例程度集積した時点で、術前後CGAや手術成績とこれらのバイオマーカーとの相関を解析する。症例集積はやや少ないものの、データ欠損はほとんどなく集積している。バイオマーカーとなりうる項目の測定も進んでいる。

患者背景において、潜在的に不適切な処方(PIMs)がされている症例は63%であった。術後合併症は全gradeで27%、うちClavien-DindoIIIa以上は7%であった。術後せん妄を認めた症例は15名(38%)であった高齢者機能評価に関して、BADL、IADLは経時的に統計学的な差は認めないものの、ADLが悪化する症例は歩行、階段昇降が低下、買い物、服薬の管理、食事の自宅、洗濯の能力が低下していることがわかった。錯乱スコア(NEECHAM)、認知機能検査(MMSE、CDRーJ)は経時的に有意に悪化を認めなかったが、認知機能が術後に低下している症例は7/40例であった。さらに術後合併症の有無によるADLの低下に差を認めるかどうか検討した。SSIの有無でADLの低下に差は認めなかった。しかし、全合併症の有無でADLを比較すると、退院時のBADLは合併症がある症例で有意に低下していた。これは退院前にてんかんを発症した症例を認め、この影響が考えられた。さらに、術式別の高齢者機能評価の差、高齢者機能評価低下症例の詳細な解析を行う予定である。症例集積は順調に進んでいる。周術期における高齢者機能評価を前向きに行った報告はない。本年中にこれを報告する予定である。これにより、手術による高齢者機能の悪化の有無、詳細、術式ごとの機能評価の推移、フレイル症例に対する手術の影響が明らかとなる。また、通常外科医師が行う術前評価と高齢者機能の解離を確認し、通常外科医師が高齢者に対して行う術前評価の問題点を抽出する。さらに周術期の認知症の悪化につながるバイオマーカーの測定も進んでおり、近日中に解析する予定である。引き続き症例集積を進める。30症例集積した時点で一度解析し、術後認知症発生・悪化に関するバイオマーカー予測が可能か検討する。症例集積は若干少なかったため、IL-6・アディポネクチン・レジスチン測定にかかる費用が予定より少ない。平成30年度に使用する予定である。今後はバイオマーカーの解析を行い、周術期に認知症を来す予測因子の抽出を行う。また、老年内科、認知症専門医師の介入による有効性を評価する。症例集積がやや少なかったため、IL-6・アディポネクチン・レジスチン測定にかかる費用が予定より少なかった。初年度の症例集積の遅れを本年度中に取り戻す事は出来たが、せん妄を予測するためのバイオマーカー測定など研究に必要な資金の一部、成果の発表、論文作成などにかかる経費が未使用となった。引き続き行うバイオマーカー測定、成果発表・論文投稿に使用する。
ロードプライシングによる交通環境改善効果と評価に関する研究

1.ロードプライシングの社会的合意自動車交通問題の深刻度を考慮して大阪都市圏をケーススタディに設定し、社会的合意の検討を行った。その結果、ロードプライシングの政策内容を提示する際にあわせて賦課金の使途を明示すると、賛成率が75%まで上昇し、パッケージアプローチの有効性が示された。また住民アンケート調査よりロードプライシングの賛否意識と環境重視の意識との関連性を構造モデル化した。その結果、環境の意識が高まるほど、ロードプライシングの合意度が高まることが明らかとなった。2.ロードプライシング実施時の自動車交通量の予測ロードプライシングの代替案を規制地域,賦課金額,規制対象車種を変化させて作成し,四段階推定法に基づいて自動車交通量の予測を行った。分担交通量予測に関しては、所要時間、賦課金額、通勤距離等を説明要因として非集計ロジットモデルを通勤・業務目的別に構築し、平成2年度PT調査データを用いてゾーン毎の転換率を適用することでロードプライシング実施後の交通量を算出した。3.ロードプライシングの効果の算出先の自動車交通量予測を用いてロードプライシングの効果を推定した。その結果、賦課金の上昇に応じて収入が増え、窒素酸化物削減量も大きくなることが分かった。また、業務車両を規制対象から除くと収益は大きく減るが窒素酸化物削減量はあまり変化しない。これは、業務車両はロードプライシング実施によっても公共交通機関への転換率が低いためと考えられるが、窒素酸化物排出量に応じた負担とするために一般車よりも高い賦課金を課した場合には両者の負担を500円とした場合と窒素酸化物削減量が近い値となることが分かった。公共交通整備の財源確保の観点から収入の増大をはかるには全車種を対象にすべきであり、大気汚染改善の観点からは、汚染物質排出レベルに応じた賦課金体系が必要である。今年度は、大阪都市圏内の住民を対象にアンケート調査を行って、ロードプライシングの代替案の作成の方向性とロードプライシング実施時における通勤交通手段転換モデルを二項ロジットモデルを用いて構築した。まず前者については、パッケージアプローチによるロードプライシングの賛否意識の変化特性を探ったところ、ロードプライシングについては約半数の賛成が得られた。さらに、非賛成派に賦課金からの収入を公共交通機関の補助、バイパス道路の整備、自転車・歩行車道の整備等の交通環境整備に使うことを示すと、半数程度が賛成派に転じ、全体で約75%が賛成派となり、住民の受容可能性は十分にあることが判明した。また、社交目的において、賦課金提示による賛成率の上昇効果が特に大きく現れ、代替案の作成時には政策目標に応じて特に規制対象車種を考慮しなければならないことが明らかとなった。次に後者については、通勤交通手段の転換要因としてドライバーにとってトレードオフの関係にある賦課金額と時間短縮効果とさらに個人の暮らし向きを導入した。パラメーターの推定結果はどの変数についても有意となり、転換確率の50%タイル値をとると315円になることがわかった。来年度はパーソントリップ調査および道路交通センサスのデータをもとに大阪都市圏の交通流動特性を把握した後、構築した非集計モデルをもとにして道路交通環境改善予測をおこない、さらにNOxの改善効果予測、賦課金の収入の算定をおこなってロードプライシングの総合評価を行う予定である。1.ロードプライシング実施時の自動車交通量の予測(研究実施計画1))大阪都市圏を対象にしたロードプライシングの代替案を作成した。規制地域に関してはJR大阪環状線内と都心2区の2パターンを設定した。賦課金額は200円、500円、800円の3パターンを、自動車利用目的は業務車両を除く場合と全車種対象を設定し、それぞれの代替案の効果を比較した。本研究では、四段階推定法に基づいて自動車交通量の予測を行った。

分担交通量予測に関しては、目的地までの所要時間、ロードプライシングによる賦課金額、目的地までの自動車利用時の通勤距離等を説明要因として非集計ロジットモデルを通勤・業務目的別に分けて分析した。さらに、平成2年度PT調査データを用いてゾーンごとの転換確率を適用することでロードプライシング実施後の交通量を求めた。2.ロードプライシングの効果の算出(研究実施計画2),3),4))先の自動車交通量予測を用いてロードプライシングの効果を推定した。その結果、賦課金の上昇に応じて収益が増え、NOx削減量も大きくなることが分かった。また、業務車両を規制対象から除くと収益は大きく減るがNOx削減量はあまり変化しないことが分かった。これは、業務車両はロードプライシング実施によっても公共交通機関への転換率が小さいためと考えられるが、NOx排出量に応じた負担とするために一般車よりも高い賦課金を課した場合には(一般車200円、業務車両500円)両者の負担を500円とした場合とNOx削減量が近い値となることが分かった。公共交通整備の財源確保の観点から収益の増大を図るには全車種を対象とすべきであり、大気汚染改善の観点からは、汚染物質排出レベル等に応じた賦課金体系が必要である。