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奄美における文化の伝承・創生のメディア的展開とアイデンティティ形成に関する研究

(a)〈文化媒介者〉に関する実証面の研究成果として、喜界島・奄美大島の主要な島唄・八月踊りの伝承が、集落ではなく、ミッションをもった文化媒介者=広義の地域メディア事業によって伝承されていることを調査し論考にまとめた。また〈メディア媒介的展開〉にかかわる資料面での成果として、奄美群島における唄の伝承にかかわる公民館講座の一覧・受講者数の推移・奄美歌謡の年表、そして奄美の文化メディア史を作表した。(b)理論構築面での研究成果としては、文化媒介者、地域メディアの総過程、表出の螺旋などのキー概念をつくることで、既存の地域メディア理論を超える新しい地域メディア研究のパラダイムを提起した。研究実施計画にもとづき以下の1回の調査打合せ全員ミィーティング、及び2回の現地調査を実施した。1、研究実施の内容:(1)研究打合せは、計画通り7月に奄美民俗文化研究を専門とする共同研究者の所属先である沖縄県立芸術大学において実施し、奄美のうた文化の現状や研究蓄積について検討を行った(7月21日23日)。また、奄美のうた文化との比較のため、那覇や他地区の音楽関係店やコミュニティFMを訪ね、沖縄のうた文化についての取材を行った。(2)現地調査第1回目は、鹿児島市と奄美大島において、島唄・8月踊り関係者と奄美歌謡関係者への現地調査を実施した(8月12日19日/研究代表者加藤・共同研究者寺岡)。(3)現地調査第2回目も、鹿児島市と奄美大島を対象に実施した(3月8日18日/研究代表者加藤・共同研究者寺岡)。2、研究の成果:(1)奄美の島唄に関して、奄美島唄の楽譜開発者や島唄教室運営者など「文化媒介者」へのインタビュー取材を通じてその実践内容やミッションを明らかにしてきた。(2)各集落の伝統的な民俗文化のひとつである8月踊りうたが、現在では「文化媒介者」によって主宰される「教室」や「発表ステージ」という〈メディア的な展開〉を経る形で伝承・創生されることを発見・確認することができた。(3)奄美の歌謡(新民謡)文化の担い手である地元レーベル社主、作詞家、作曲家など代表的な「文化媒介者」4名にインタピューにすることで、島唄と平行して展開されて奄美固有の歌謡文化の流れを発掘整理することができた。4奄美アイデンティティの表出の場でもある「日本復帰60周年」の事業が、従来以上に地元メディアのメディアイベントとして展開されている様を発見することで、メディアに媒介されたローカル・アイデンティティ形成のプロセスを実証的に研究することができた。研究実施計画にもとづき以下の調査打合せと現地調査を実施した。〈研究活動のスケジュール〉研究打合せ1:加藤(研究代表者)・寺岡(研究分担者):6月26日(奄美)、3月2日(奈良女子大学)/研究打合せ2:久万田(研究分担者):8月1日(中京大学)/現地調査:5月8日12日(加藤:奄美大島)/現地調査:6月26日30日(加藤・寺岡:奄美大島)/現地調査:8月13日21日(加藤・寺岡:徳之島・鹿児島市)/現地調査:12月17日21日(加藤:奄美大島)/現地調査:3月10日19日(加藤・寺岡:奄美大島)〈研究活動の内容〉研究打合せでは、それぞれの専門の立場から、奄美のうた文化の現状と情報の交換、そして、最終報告に向けての構想の検討・執筆内容の検討を繰り返した。最終報告は、『奄美の地域メディアとうた文化』(仮)として上程を予定し執筆が進んでいる。現地調査では、徳之島2回の予定を、徳之島の調査が夏に進んだことと、奄美大島での調査でやり残したことが多いことから奄美大島で3回実施した。奄美民謡大賞大会や奄美紅白歌合戦、さらに笠利の朝花節大会など、奄美の代表的な音楽イベントの取材を済ますことができた。〈研究の成果〉徳之島の調査は、初回であるので、島唄関係者・新民謡関係者・音楽関係者、さらにラジオ関係者・インターネット関係者など、文化とメディアにかかわる全域を調査対象とした。また各歴史・郷土資料館などもまわり、奄美大島とは全く異なる風土・気質・文化への理解を深めた。奄美大島の調査では、各大会での観客の世代や雰囲気の違いを理解することができた。また奄美大島の全公民館講座の一覧表を作成することができた。また各地の代表的な島唄・新民謡講座の講師(教室主宰)の方々の取材をすることで、文化伝承の実態、その担い手(文化媒介者)のライフストーリーやミッションを理解・整理することができた。研究実施計画にもとづき、群島の2島を対象にした現地研究調査を実施した。1、研究実施の内容:未調査であった沖永良部、与論島のフィールド調査を実施した。沖永良部島(9月・11月・3月)・与論島(2月)、奄美大島(5月、7月、9月、11月)である。両島で、主なうた文化関係者(島唄教室講師、島唄楽譜発行者、行政関係者、ライブハウス経営者)、メディア事業関係者といった〈文化媒介者〉への網羅的な取材を終了することができた。群島全域の取材が年度末までかかっために、当初予定していたうた文化をめぐる公開ワークショップは行わず、奄美研究のブログを立ち上げることで研究成果の地域への公開に代替した。2、研究の成果:

(1)一連の取材により、これまで継続して作成してきた奄美群島における〈文化メディア史〉年表や、公民館講座一覧表(4年間の講座と受講者数)を完成されることができた。(2)奄美を起点にしながら、地域のメディア研究、地域の文化研究をめぐる方法論的な考察を論考にまとめることができた。(3)奄美のうた文化のメディア的展開の背景となる奄美群島全域のメディアの総過程(俯瞰図)のうちの歴史・印刷メディアに関して論考をまとめた。3、新規に得られた知見:奄美群島の文化的アイデンティティがひとつではなく、沖永良部島・与論島では沖縄に強いアイデンティティがあり、奄美の地域アイデンティティが多層性をもっていることが改めて確認された。島唄などのうた文化も、徳之島までの島唄とは異なり、沖縄島唄の系譜に近いものとなっている。ポピュラー音楽や音楽イベントも、沖縄と連携したテーマで展開されている。この文化・メディアにおける奄美の多層性という構造は、予想を遥かに超えたものであり、奄美の文化・メディア・アイデンティティを考えるうえで、当初の説明フレームを補足しなければならない地域特性であった。(a)〈文化媒介者〉に関する実証面の研究成果として、喜界島・奄美大島の主要な島唄・八月踊りの伝承が、集落ではなく、ミッションをもった文化媒介者=広義の地域メディア事業によって伝承されていることを調査し論考にまとめた。また〈メディア媒介的展開〉にかかわる資料面での成果として、奄美群島における唄の伝承にかかわる公民館講座の一覧・受講者数の推移・奄美歌謡の年表、そして奄美の文化メディア史を作表した。(b)理論構築面での研究成果としては、文化媒介者、地域メディアの総過程、表出の螺旋などのキー概念をつくることで、既存の地域メディア理論を超える新しい地域メディア研究のパラダイムを提起した。「研究の目的」の達成に関しては、順調に推移していると評価できる。本研究は、実証に基づく(仮)理論構築と、(仮)理論に基づく更なる実証の深化というプロセスに基づいて順調に進んでいる。現在、理論は、「地域メディアの総過程論」、「拡張地域メディア論(文化媒介論)」として仮構築できる段階に達している。〈地域メディアの総過程論〉は、ある地理敵空間における全メディア事業の配置を網羅して、情報流・人コミュニケーションの相関図を描く試みである。奄美大島に関しては、ほぼ調査を終えており、まとめの執筆に入っている。徳之島は、まだ概要把握段階であり、再度の調査が必要である。沖永良部島・与論島は最終年度である27年度に調査を予定している。〈拡張地域メディア論〉も、実証にもとづく検証が進んでいる。新聞・テレビ・ラジオといった業種ではなく、文化を媒介する事業(者)を地域メディアとして捉える理論的視野により、民俗文化や大衆文化のメディア的展開(文化の伝承と創生=文化変容)を理解できるようになってきている。同時に、その文化変容のプロセスなかで、共同体機制(集落準拠)と都市的文化との相克が、島唄・八月踊・新民謡それぞれで同時に起こっていることも理解することができた。実証調査を踏まえた、〈文化のメディア的展開〉のモデル化、つまり地域文化の伝統の固持とメディア的展開との相克の汎用モデル化が、明示的になりつつある段階に達している。〈文化媒介者〉の資料整備として、26年度調査で、奄美大島の全公民館講座のなかの「島唄・八月踊・新民謡」講座の一覧表と過去4年間の受講者数表を作成することができた。
バイオマス由来物質の触媒的Ｃ－Ｈカップリングによる共役系材料の創製

穀物系のバイオマスから大量に得られるC6ユニットのグルコースを簡単な化学変換により誘導できるフルフラールを原材料として,共役系の拡張した有機機能材料を創製することをめざした。フルフラールのアルデヒドがもつ炭素原子をC1ユニットの足がかりとしてヘテロ芳香族環骨格形成および,フラン環3位や5位のCーHカップリングにより炭素ー炭素結合や炭素ーヘテロ原子結合,炭素ー金属結合を形成することにより,π共役系が拡張した有機物質へと変換する合成手法を開発した。バイオマスから得られたグルコースを変換することにより得られるフルフラールに着目し,その触媒的CーHカップリング反応を中心とする炭素ー炭素結合,炭素ーヘテロ原子結合を生成する化学変換反応を利用することにより,π共役系が拡張した有機化合物を合成し,発光材料をはじめとする有機機能材料の創製をめざした。目標達成のため,フルフラールのホルミル基を有効にヘテロ芳香族骨格へと変換する縮合反応の確立をめざした。フルフラールに対して,アミノ酸の一種であるシステインおよびセリンを用いて縮合反応したところ,フラン骨格とチアゾール,フラン骨格とオキサゾールをもつ二環性の化合物が得られた。この化合物に対して,種々の遷移金属によるカップリング反応をおこなったところさらなるπ共役系が拡張された生成物が得られた。フラン環に対しては臭素化の後にアリールホウ素反応剤とのパラジウム触媒によるカップリング反応,アゾール環に対してはC-Hカップリング反応を銀塩を添加剤として用いる方法が有効であることがわかった。得られた化合物について,紫外・可視吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した。その結果,それぞれの波長は,共役系の拡張や芳香環上の置換基の電子効果により大きく異なることがわかった。また,蛍光に関してはいくつかの化合物において非常に強い発光を示すことが明らかとなった。フルフラールは,酸素原子を環骨格内に含む5員環のヘテロ芳香族化合物でありフラン環2位にホルミル基(アルデヒド)を有する。フルフラールのアルデヒドがもつ炭素原子をC1ユニットの足がかりとしてヘテロ芳香族環骨格形成および,フラン環3位や5位のCーHカップリングにより炭素ー炭素結合や炭素ーヘテロ原子結合,炭素ー金属結合を形成することにより,π共役系が拡張した有機物質へと変換する合成手法を開発し,バイオマスを原材料とした化学変換による簡便かつ効率的なな有機機能材料創製法の確立をめざした。さらには,得られた有機化合物を,発光材料としての応用をめざし,合物性評価,機能評価をおこない,さらにはリン光材料としての利用が期待できる,イリジウムなどの金属錯体の合成を視野に,3位官能基化を検討した。フルフラールに対して,2-アミノフェノールまたは2-アミノチオフェールを反応させることによりヘテロ芳香族骨格の構築をおこなった。縮合反応を酸化剤の存在下におこなうことでベンゾオキサゾール環,ベンゾチアゾール環骨格を形成させた。続いて,アミノ酸エステルのセリン,システインとの縮合によるオキサゾリン,チアゾリン骨格形成をめざす。反応条件を検討することにより一挙にオキサゾール,チアゾール骨格まで変換した。得られた二環性化合物のハロゲン化ークロスカップリングおよびCーHカップリングにより共役系の拡張をおこない,得られた化合物の物性評価をおこなった。さらにフラン環3位の官能基化を検討し,ハロゲンダンス法による臭素化が達成できた。今後の展開として,3位に導入された臭素を足掛かりに,金属錯体化への展開が期待される。フルフラールに対して種々のアミノフェノール(アルコール),アミノチオフェノール(チオール)との反応により縮合してヘテロ芳香環を形成する方法を順調に確立できた。また得られたフランとアゾールからなる骨格に対して,官能基変換も成功している。またフラン環3位の官能基化については,化学量論量のイリジウムを用いることでC-H結合が活性され炭素ー金属結合を形成できることまで明らかとなっていて,触媒反応まで展開する準備が着実にできている。有機合成化学フラン環3位の官能基化について本格的に条件検討に着手する予定である。さらには,得られたπ共役系化合物の詳細な物性についての評価も開始していく予定である。研究が計画通りに進まない場合を想定して,問題解決のための種々の条件検討に用いる消耗品を予定していたが,予想外に最適条件を見いだすことができたため,薬品,溶剤,シリカゲル,ガラス器具等に要する研究費が必要でなくなった。今後,条件最適化において困難が予想されるフラン環3位の官能基化反応を遂行するための消耗品購入に充てる予定である。
量子揺らぎを非摂動論的に取り込んだ古典動力学に基づくWKB法と鞍点法の研究

1.本研究は、発散も持たない漸近解析理論を発展させて、理論物理学の実際の問題に適用することを目的とする。漸近解析理論は、微分方程式に対して用いられるとき、WKB法として具体化される。また、それが積分表示に対して用いられるとき、鞍点法として具体化される。WKB法における発散とは、微分方程式の転回点において、WKB解が発散して破綻することを言う。鞍点法における発散とは、複数の鞍点が衝突するときに、漸近評価が発散して破綻することを言う。漸近解析理論は数理科学全般で極めて重要な手法として用いられてきたが、これらの発散が有用性を厳しく制限してきた。2.我々自身の先行研究によって、微分方程式に対するWKB法からこの発散を除去した「発散を持たないWKB法」を構築することが既に成功していた。鍵となったのは、量子揺らぎを非摂動論的に取り込んだ古典動力学を用いることであった。本研究は、この微分方程式に対する発散を持たないWKB法を積分に対する鞍点法に翻訳する作業から開始した。3.翻訳作業のために、鞍点法における大域的解析の精密な記述を可能にする枠組みをグラフ理論を全面的に利用することにより構築した。その結果は第1論文として既に出版した。4.それを用いて、発散を持たないWKB法のうちで最も原始的なcubic WKB法を積分に対する鞍点法に翻訳することに成功した。この新しい鞍点法は完全には発散も持たないようにはならなかった。しかし、翻訳の過程で鞍点法から発散を除去するための鍵は積分変数の選択を最適化することにあることがわかった。この結果は第2論文として既に出版した。5.さらに、積分変数の選択を改良した「最小敏感性の原理に基づく鞍点法」を構築した。この鞍点法は実際に発散を持たない鞍点法となった。つまり、この研究の目的の重要な部分が成就された。この結果はこれから第3論文として公表予定である。既に、Phys.Rev.Lett.88(2002)170404とAnn.Phys.312(2004)177-267において成果を発表した「量子揺らぎを非摂動論的に取り込んだ古典力学に基づくWKB法」を「量子揺らぎを非摂動論的に取り込んだ古典力学に基づく鞍点法」へ発展させる研究を実行した。この研究は着実に成功を収めて、現時点では、新しい鞍点法の定式化が終わり、さらに、いかなる鞍点法にとっても試金石となる適用例であるAiry関数に対する適用を行なった。この適用の結果として、複数の鞍点が接近している場合においても、新しい鞍点法は発散を持たないことが確認された。ここまでの成果を公表するために、現在、論文を執筆中である。新しい鞍点法は、その内部で道具として、従来の鞍点法を用いる。ただし、従来の鞍点法を用いる状況としては、大変に込み入った状況を正確に扱わなければならない。そのために、まず、従来の鞍点法の大域的解析学の側面を完全に正確に記述するために、グラフ理論を全面的に用いて、従来の鞍点法を再構成した。この研究成果は、"A graph theoretic reformulation of traditional steepest descent method"という論文として公表予定である。さらに、このように再構成した従来の鞍点法を内部で道具として用いる我々の新しい鞍点法は、"The theory of divergence-freesteepestdescent"という論文として公表予定である。この1年間はこれら2つの論文を執筆することに注力した。

それぞれ150ページほどの論文であり、執筆には時間がかかったが、後1ヶ月以内に執筆が完了する予定である。いましばらく、お待ちいただきたい。一般的な漸近解析の問題として、与えられた積分に対して鞍点法を適用するとき、実際に鞍点を求める操作をおこなう前に、積分変数を選択する自由度が存在する。従来、この積分変数の選択の違いが鞍点法の結果に対して与える影響は系統的に調査されたことがなかった。我々はこの調査を実行した。我々は、積分変数を適切に選択した後に、良く知られている鞍点法の計算を行うことにより、鞍点法の結果を劇的に改良できることを実証した。適切な積分変数の選択の結果として、鞍点法によって得られた漸近的な表式の精度が劇的に良くなった。さらに重要なことこととして、従来の鞍点法を直接適用すると2つの鞍点が接近することにより漸近的な表式が発散する火面(caustics)の問題において、我々はその発散を完全に除去することに成功した。これらの結果は、2つの論文"A graph theoretic reformulation of traditional saddle point method"と"The Cubic saddle point method"として、Ann.Phys.(N.Y)に既に投稿している。適切な積分変数の選択の結果として鞍点法によって得られた漸近的な表式の精度が劇的に良くなった。今年度の研究ではパラメータが複素平面を動くときに上述の発散が発生しないことを確かめた。この結果は、論文"Zero expected error steepest descent method: expandedscheme (twin-cubic steepest descent method and higher extensions)"として、Ann. Phys.(N.Y.)に既に投稿している。
ゲノムＤＮＡのメチル化模様継承を調節する酵素の構造生物学的分子基盤研究

ゲノムDNAのシトシン塩基のメチル化は遺伝子発現を抑制するエピジェネティックな機構である。DNA複製直後の新生鎖上のシトシンは非メチル化状態であるヘミメチル化DNAとなっている。Dnmt1はヘミメチル化DNAを認識し完全なメチル化状態へと修復する。我々はマウスDnmt1のX線結晶構造解析に成功し、その構造情報をもとに基質複合体の結晶構造解析に取り組み、基質複合体の調製に成功した。また完全長Dnmt1の結晶構造解析にも取り組み、約3.8Åでの結晶構造解析に成功した。平成23年度に維持メチル化反応の中心的存在であるマウス由来Dnmt1のX線結晶構造解析により、Dnmt1は多段階的な構造変化を伴う調節機構により維持メチル化反応を行っていることを明らかにし論文に報告した(Takeshita, K., et. al., (2011) Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。この研究結果を基盤とし、基質であるヘミメチル化DNAを結合した状態の構造解析を行い、Dnmt1のヘミメチル化DNAの認識特異性をX線結晶構造解析により明らかにすることを本研究課題の目的とした。平成24年度までに様々な長さのヘミメチル化合成DNAとの複合体形成に成功していたが、他の研究グループによって、Dnmt1のDNA結合部分とヘミメチル化合成DNAとの複合体結晶構造が報告された(Song, J. et al. Science, 2012)。この報告では我々が先に結晶構造から提唱していたヘミメチル化DNAの結合に重要なアミノ酸残基が結合特異性に重要であったことも記されているが、Dnmt1の一部分とヘミメチル化DNAとの複合体であるため、多段階的な構造変化を伴う調節機構まで理解できる報告ではなかった。従って、我々は出来る限り完全長に近いDnmt1とヘミメチル化DNAとの複合体の構造決定を進めるために、前年度から行っているさらに、多段階的な構造変化を伴う調節機構により維持メチル化反応の詳細を明らかにするために、完全長のDnmt1の結晶構造解析に取り組み、結晶化に成功し現在分解能で構造を決定することに成功しており、さらなる分解能向上を試みている。最終的には完全長Dnmt1を用いて基質複合体の結晶構造を明らかにすることで維持メチル化反応を明らかにする。平成23年に維持メチル化反応の中心的存在であるマウス由来Dnmt1のX線結晶構造解析により、Dnmt1は多段階的な構造変化を伴う調節機構により維持メチル化反応を行っていること明らかにした(Takeshita, K., et. al., (2011) Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。よって基質であるヘミメチル化DNAの複合体構造解析を行い、Dnmt1のヘミメチル化DNAの認識特異性を明らかにする。平成24年度から本年度にかけてDnmt1とメチル基を導入するシトシン塩基を5-fluoro-deoxycytosineに置換した共有結合性基質を用い複合体を調製した。複合体試料を用いて約2000条件の結晶化スクリーニングを行い、微小な結晶を確認した。その結晶を大型放射光施設Spring-8にて回折実験を行ったところ蛋白質結晶と思われる回折点を得ることは出来なかった。その理由として、結晶が微小であるため回折強度が弱く回折点を観測できなかったものと考えられられる。一方でDnmt1の触媒中心はRFTSドメインに塞がれておりヘミメチル化DNAが結合するためには、このRFTSドメインが触媒中心から遊離する必要がある。そのメカニズムの候補としてUhrf1(Np95)が考えられた。そして本年度にUhrf1(Np95)のヘミメチル化DNA認識ドメイン(SRA)とRFTSとの相互作用によってRFTSがDnmt1の触媒ポケットから放り出され、基質DNAが近づけることができるようになることを示し、またSRAはRFTSと相互作用することによりヘミメチル化DNAを放すことを示す研究成果を共著として報告した(Berkyurek A.C., Suetake I., Arita K., Takeshita K., et al (2014) J. Biol. Chem.)。様々な長さのヘミメチル化

合成DNAを基質として用い、Wild-typeのDnmt1や触媒中心のシステイン残基をグリシンへ変異したCG変異体を用いて、複合体形成実験を重ね、最終的にDnmt1がメチル化するシトシン塩基を5-fluoro-deoxycytosineに置換した共有結合性基質の20bpの合成DNA基質との複合体形成に成功した。さらに、多段階的な構造変化を伴う調節機構により維持メチル化反応の詳細を明らかにするために、完全長のDnmt1の結晶構造解析に取り組み、結晶化に成功し現在4Å分解能で構造を決定することに成功しており、さらなる分解能向上を試みている。最終的には完全長Dnmt1を用いて基質複合体の結晶構造を明らかにすることで維持メチル化反応を明らかにする。Dnmt1の多段階的な構造変化を伴うメチル化模様維持反応の調節機構を明らかにするために、291-1620残基と共有結合性基質との複合体形成および結晶化スクリーニングの段階に到達し、さらに難易度の高い2種類の完全長Dnmt1(ヒト由来Dnmt1,マウス卵母細胞由来Dnmt1)の結晶化スクリーニングおよび分解能改善に着手出来ており、おおむね順調に進展できていると思われる。平成24年度の研究成果で得られた291-1620残基のDnmt1と共有結合性ヘミメチル化DNAの複合体の結晶化スクリーニングを続ける。さらにヒト由来の完全長Dnmt1の結晶化スクリーニングを進める。マウス卵母細胞由来Dnmt1は分解能改善を目指す。これらの結晶化スクリーニングや結晶化のために十分な結晶化試料の調製と高純度精製を行う必要があり、結晶化スクリーニングと並行してこれらの試料調製法の最適化も進める。できるたけ早急に結晶化を成功させ、X線回折実験を行い、構造決定へと進める。これらの実験を複合的に進めることで、Dnmt1が触媒する維持メチル化反応の全貌を明らかにするよう研究を進める。平成23年度の研究成果で得られた複合体の結晶化スクリーニングを進める。結晶化のために十分な結晶化試料の調製と高純度精製を行う必要があり、結晶化スクリーニングと並行してこれらの試料調製法の最適化も進める。結晶が得られない場合は、基質DNAの長さや配列の異なる合成DNAを使って複合体を形成させ、結晶化スクリーニングを行う。得られた結晶はX線回折実験を行い、構造決定へと進める。また、完全長Dnmt1の結晶構造決定ならびに複合体構造解析の実験も同様に進めることで、Dnmt1が触媒する維持メチル化反応の全貌を明らかにするよう研究を進める。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。主に、消耗品としてDnmt1の大量発現系である昆虫細胞の培地や血清の購入および合成DNAのや結晶化スクリーニング試薬の購入に充てる。必要に応じてプラスチック製品(ピペットチップやバッファー容器)の購入に充てる。
骨格筋量増加に向けた朝食のタンパク質摂取の重要性と体内時計の関与に関する研究

本研究では筋量増加に向けた朝食でのタンパク質摂取の重要性について、体内時計を中心にその作用機構を解明することを目的に協働筋切除による筋肥大モデルマウスを用いて検討する。昨年度までにマウスを1日2食(活動期初期の食餌を朝食、後期の食餌を夕食とした)の制限給餌下で飼育し、骨格筋の肥大を協働筋切除モデルで評価した場合、朝食に多くのタンパク質を摂取しているマウスでは均等に摂取したマウスや夕食に多く摂取したマウスに比べて筋肥大が促進され、このような作用は時計遺伝子の一つであるClockに変異の入ったClock mutantマウスではみられないことがわかった。本年度では、昨年度に実施していた血中、筋中のアミノ酸レベルの日内変動に加え、骨格筋機能に関わる遺伝子発現の日内変動について検討した。その結果、一部の筋分化関連遺伝子において、朝食にタンパク質を多く摂取しているマウスでは活動期の中期にピークを示す日内変動がみられたが、夕食にタンパク質を多く摂取しているマウスでは、そのような変動はみられず、発現量も低い傾向を示した。時計遺伝子の発現パターンには大きな違いは認められなかった。さらに、オートファジーのマーカーの一つであるLC3B-IIのタンパク質レベルについて検討を実施したところ、LC3B-IIレベルは肥大させた筋肉において増加し、夕食に多くのタンパク質を摂取しているマウスでは、朝食に摂取しているマウスに比べてその増加が抑制されており、オートファジーの抑制の可能性がみられた。筋分化関連遺伝子の発現パターンやオートファジーマーカーの差異など、1日の中でのタンパク質摂取配分による生理応答の違いについて捉え始めることができているため。平成31年度では、1日の中でのタンパク質の摂取配分による筋分化やオートファジーへの影響と体内時計(時計遺伝子)との関連を詳細に調べ、摂取パターンによる影響の分子機構を把握することを目標とする。骨格筋の増強に重要な栄養素であるタンパク質の摂取と筋機能に関する研究では、これまで1日の合計タンパク質摂取量に焦点が集まっており、1日3回(朝・昼・夕食)の各食事におけるタンパク質の摂取量についてはほとんど考慮されていなかった。近年、1日3食の中でのタンパク質の摂取配分が骨格筋機能に影響する可能性を示した報告がなされており、摂取量の少ない朝食での摂取量の増加が効果的である可能性が示されている。しかしながら、その作用機構については明らかとなっていない。体内時計は様々な生理機能に1日約24時間の周期をもたらし、栄養素の吸収や代謝などにも概日リズムが存在することが知られている。そこで、筋量増加に向けた朝食でのタンパク質摂取の重要性について、体内時計を中心にその作用機構を解明することを目的に過負荷による筋肥大モデルマウスを用いて検討した。マウスを1日2食(活動期初期の食餌を朝食、後期の食餌を夕食とした)の制限給餌下で飼育した。1日の総タンパク質摂取量は一定に設定し、朝食に多くのタンパク質を摂取する群と均等に摂取する群、夕食に多く摂取する群の3群に分け、飼育したところ、過負荷による足底筋の筋重量の増加は朝食に多くのタンパク質を摂取しているマウスでは他の群に比べ有意に大きかった。各群の活動量には差はなかった。このような摂取パターンによる筋肥大への影響の差異は時計遺伝子Clockに変異の入ったClock mutantマウスでは認められなかったことから、体内時計の関与が示唆された。次に、アミノ酸の吸収や骨格筋への取り込みに着目し、血中および筋中の遊離アミノ酸を測定したところ、血中および筋中ともに多くのアミノ酸においてタンパク質の摂取時に増加したが、摂取時刻による差は認められなかった。今後、筋合成に着もし分析を行っていく予定である。平成29年度に予定していたClock mutantマウスでの検討およびアミノ酸分析を予定通り進んでいるため。

平成30年度では、経時的に採取したサンプルを用いて筋合成の日内変動の測定およびDNAマイクロアレイを用いたトランスクリプトーム解析を実施し、タンパク質の摂取パターンによる骨格筋の生理応答への影響をより詳細に把握することに努める。平成31年度では、1日の中でのタンパク質の摂取配分による筋分化やオートファジーへの影響と体内時計(時計遺伝子)との関連を詳細に調べ、摂取パターンによる影響の分子機構を把握することを目標とする。PCRキットの購入、DNA抽出試薬の購入を次年度に繰り越したため、次年度使用額が生じた。DNAマイクロアレイに関わる一部の試薬を次年度に繰り越したため、次年度使用額が生じた。
岩盤不連続面の形状的、力学的特性とその流動機構に関する研究

1.不連続面を有する円柱試験体を用いて、かみ合った場合とかみ合わない場合の不連続面の透水実験を行った。その結果は以下の通りである。(1)動水勾配が約10で層流から乱流に還移し、また、抱束圧が大きくなるほど乱流への移行が速くなる。(2)レ-ザ-変位計を用いた不連続面の凹凸の計測システムを確立した。(3)計測した凹凸のデ-タから垂直応力による閉合モデルを作製し、実験結果とよく一致することを確かめた。2.せん断と透水を同時に行うことのできる実験装置を作製し、それを用いた基礎的実験と、凹凸の計測結果より透水モデルの作製を行った。(1)平行平板モデルを仮定した差分法による解析によって、放射流における透水係数の評価が可能となった。(2)垂直応力が0.2.1.5MPaでは、せん断変位が約5mmまでは透水係数は約1桁増加するが、その後ほとんど同じ値をとる。これは、透水量が極めて多く、注水側管の摩擦損失の影響を受けたためと考えられる。垂直応力20MPaでは、3個の試験体で実験を行った。その結果、全てのケ-スにおいてせん断変位が約10mmまでで透水係数は約2桁増加した。その後、急激に減少する場合があったが、これは凹凸の破壊にともなって発生したグ-ジによって透水経路が閉塞したためと考えられる。(3)バ-トンらの提案するモデルとの比較を行いよい一致がみられた。(4)凹凸の計測結果から応力-透水モデルを作製し、不連続面がかみ合った場合とかみ合わない場合の垂直鋼性-透水特性モデルのシミュレ-ションを行った。その結果、低い応力下では実測値とよい一致を示し、高い応力下では実測値より低い鋼性を示した。これは、接触点のヤング率が増加するためと考えられる。なお、せん断を受けたモデルは実験結果と一致しなかったので今後の課題とした。1.不連続面を有する円柱試験体を用いてかみ合った不連続面の基礎的透水実験を行なった。(1)動水勾配が約10付近での層流から乱流への遷移、すき間幅が小さいときの遷移状況、拘束圧、間隙圧の透水性に及ぼす基本的特性を調べた。(2)不連続面の凹凸の平面的な分布をレーザー変位計を用いて非接触で計測して、モデル解析のデータとした。(3)かみ合った不連続面のすき間幅は約0.3mmであり、垂直応力による閉合モデルを作成し、実験結果とよく合致することを確認した。2.透水とせん断を同時に行なえるせん断容器を作製し、花崗岩の試験体を用いて実験を行い、この同時計測に成功した。その成果は以下の通りである。(1)試験体は120×100×80mmで、中央両側に深さ10mm、幅1mmのスリットを入れる。圧裂によって再現性の高い不連続面を作成する手順およびせん断中の不連続面のダイレタンシーを局部的に画像解析で計測する手順を確立した。(2)せん断中に放射流で透水させ、容器をオーバーフローした水量を電子天秤-

パソコンのシステムで高精度に計測することによって広い範囲の透水性に対応できた。(3)せん断変位0の状態で垂直応力が20MPa程度になると、透水性が約2桁低下する。(4)垂直応力が約1MPa以下では、花崗岩は凹凸を乗り上げるダイレタンシーを生じて、せん断変位約0.1mmで最大値を示し、透水性も急増する。その後せん断変位の増加によっても透水性はあまり変化しない。(5)垂直応力が約20MPaでは、凹凸が切断されて、それによるダイレタンシーを生じる。透水性はせん断変位5mmまでの間で急激に増大する。せん断変位が20mmになると破砕粒子が粘土化され、透水性は極めて低下する。などの興味ある結果が得られた。(6)微小差圧計は、この実験中の試験体の入力側、出力側の正しい圧力を設定するのに使用し、実験精度を高めた。3.来年度は放射流透水試験結果の整理方法および透水モデルの作製を進める。昨年度成功を収めた不連続面を有する試験体を用いたせん断-透水同時計測実験を引続き行い、その結果の整理および透水モデルの作製を行った。その結果は以下の通りである。(1)平行平板モデルを仮定し差分法による解析により放射流における透水係数の評価が可能となった。(2)垂直応力一定でせん断中に、画像解析により得られた不連続面近傍の挙動は、変位計により得られたせん断箱間の挙動によく一致する。(3)せん断変位0の状態で垂直応力を増加させると、透水係数は指数的に減少していくが、インタクトな岩に比べてその値は極めて大きい。(4)垂直応力が0.2、1.5Mpaでは、せん断変位が約5mmまでは透水係数は約1桁増加するが、その後ほとんど一定の値をとる。これは、透水量が極めて多く、注水側管の摩擦損失の影響を受けたためと考えられる。垂直応力20Mpaにおいては、3個の試験体で実験を行った。その結果、すべてのケ-スにおいてせん断変位が約10mmまでで透水係数の約2桁の増加がみられた。その後、急激に減少するケ-スがあったが、それは凹凸の破壊にともない発生したグ-ジによって透水経路が閉塞したためと考えられる。(5)本実験で得られた結果および透水係数の決定法の妥当性を評価するため、バ-トンらの提案する透水モデルとの比較を行い、よい一致を見た。(6)非接触型レ-ザ-変位計を用いて不連続面の凹凸を測定し、その結果から応力-透水特性モデルの検討を行い、不連続面がかみ合った場合とかみ合わない場合の垂直剛性-垂直変位等のシミュレ-ションを行った。その結果、低い応力下では実測値とよい一致を示し、高い応力下実測値より低い剛性を示した。特に、せん断変位を受けたモデルは、ダイレタンシ-の他に凹凸の損傷も大きな影響を及ぼすため、実験結果と一致するモデルは得られなかった。このモデルは今後の課題としたい。
磁気圈の電磁環境及び粒子環境の変動に関する研究

太陽風と地球磁気圏との相互作用の結果、磁気圏尾部に蓄えられた電磁エネルギ-が、磁気圏サブスト-ムの時に解放され、極域で様々な擾乱を引き起こしている。極域オ-ロラ帯の電磁エネルギ-や高エネルギ-荷電粒子が、いかにして内部磁気圏まで流入し、電磁気環境や粒子環境の変動をもたらしているかを解明する為に、極域カスプ領域・中低緯度及びその磁気共役点のオ-ストラリア中央部での汎世界規模の同時観測研究を行い、以下の研究成果が得られた。1)光学観測:極域カスプ領域のスピッツベルゲン島やカナダで高緯度オ-ロラのダイナミックの観測研究する、一方、低緯度に位置する母子里観測所でオ-ロラ全天並びに4波長揮天分光器と磁力計による低緯度オ-ロラの観測から、通常の大きさの磁気嵐でも低緯度オ-ロラが検出できることが検証された。従って、太陽風中のエネルギ-が深部磁気圏まで侵入し、低緯度電離圏・大気圏の粒子及び電磁環境を変動させていることが世界で初めて定量的に明らかにされた。2)粒子観測:イメ-シングリオメ-タによる電離層吸収の2次元画面観測からオ-ロラの発生領域と深い関係にあり、オ-ロラの動きに同期して空間・時間変動することが検証された。従って、天候に左右されないオ-ロラダイナミックスの研究で重要な観測装置であることが判った。3)グロ-バル地磁気観測:210度磁気子午面多点観測からL=1.6の内部磁気圏に外部からの電磁エネルギ-が補足され易い特別な領域が存在していることが世界的に初めて発見された。又、サブスト-ムに伴う電磁場変動に南北両半球の非対称性が見い出され、磁気圏深部でも複雑な機構になっていることが明らかにされた。4)プラズマ波動観測:母子里とバ-ズビルでの共役観測から磁気嵐中の高エネルギ-粒子の侵入と波動の発生の因果関係が明らかにされた。太陽風と磁気圏との相互作用の結果、磁気圏尾に蓄えられた電磁エネルギ-が、磁気圏サブスト-ム(オ-ロラ嵐)の時に解放され、極域で様々の擾乱を引き起す。極域オ-ロラ帯の電磁エネルギ-や高エネルギ-荷電粒子が、いかにして磁気圏深部(内部磁気圏)まで流入し、電磁環境(プラズマ波動やULF磁波の発生、電場の侵入や磁場変動)や粒子環境(高エネルギ-粒子の流入、大気中への散乱降下の光励起)の変動をもたらすかを解明する為に、本年度は以下の研究成果を上げた。(1)光学検出装置の制作;降下荷電粒子による励起光の光学観測する為の高感度オ-ロラTV装置を設備備品として3式購入し、附属母子里観測所に設置し光学予備実験を行った。又、得られた光学観測デ-タの画像改善処理をする為のソフト開発研究を行ない、低輝度の大気発光現象まで検出することが可能になった。(2)電磁波動並びに磁場変動観測装置の制作;磁気圏深部まで流入した電磁エネルギ-変動と高エネルギ-荷電粒子変動を検出する為のデジタル磁場計測装置とイメ-ジングリオメ-タ・デ-タ集積並びに解析装置を設備備品として購入し、附属母子里観測所で予備観測実験を実施した。

(3)海外・国内における総合地上観測の予備実験;本年度に製作された上記観測装置を母子里観測所に設置する一方、国際学術研究で行っているスピッツベルゲン島とオ-ストラリアで行っている光学・地磁気変動、イメ-ジングリオメ-タ観測とを組み合わせた組織的な地上観測の予備実験を行ない、貴重な観測テ-ダを取得し、多くの知見を得た。(4)地球空間環境モデリングの国際会議での研究打合せ;グロ-バルに発生する現象の相互関係の定量化のために、海外の他研究機関の観測装置との感度の統一化、取得デ-タ形式の規格化、更に観測方法・期間等の研究打合せと成果発表の国際会議に出席し多くの知見を得た。太陽風と磁気圏との相互作用の結果、磁気圏尾部に蓄えられた電磁エネルギ-が、磁気圏サブスト-ムの時に解放され、極域で様々な擾乱を引き起す。極域オ-ロラ帯の電磁エネルギ-や高エネルギ-荷電粒子が、いかにして内部磁気圏まで流入し、電磁環境や粒子環境の変動をもたらしているのかを解明する為に、極域カスプ領域、中低緯度及びその共役点のオ-ストラリア中央部で汎世界規模の同時観測研究を行なった。又、太陽地球環境研究所(豊川)と母子里観測所とを電話回線でリンクし、観測デ-タの伝送や解析を効率的に行いうる様にし、自らのデ-タと全地球的規模で得られた観測デ-タとの対比を速やかに行い、現象の相互作用関係の定量的な検討を行うことにより磁気圏環境の変動の解明及びその予測への手掛かりを得ることができた。特に、2年度目の本年度には以下のデ-タ伝送収集処理に焦点を合わせた研究を実施した。(1)研究所及び母子里観測所間の観測デ-タ伝送システムの確立;初年度に備品として製作し、母子里に設置された光学検出装置、電磁波動並びに磁場変動観測装置により得られた観測デ-タの解析を効率的に行い、且つ、母子里の磁気共役点であるオ-ストラリアのバ-ズビルや他の地球的規模で得られた観測デ-タとの対比を速やかにする為に研究所と母子里観測所とを通信回線でリンクし、観測デ-タを処理できる伝送システムを設備備品費で購入し、稼動解析の為のソフト開発を実施した。(2)母子里での総合本観測と他観測点との総合デ-タ解析;初年度に製作した観測装置を用いた磁気圏深部での粒子及び電磁環境の変動機構解明の為の総合観測を、国際学術研究による210度磁気子午線沿の多点とスピィッベルゲンでの粒子電磁力変動観測と同時に実施した。これらの多観測点で得られたデ-タの相互関係について定量化を行い、総合解析研究の結果、磁気圏環境変動の機構解明の多くの手懸が得られた。
ミクロ炉物理による原子炉安全研究

原子炉の安全解析においては、いわゆる「反応度係数」や「動特性パラメータ」と呼ばれる物理量を正確に評価することが求められており、中でもドップラー反応度の評価は、反応度事故の予測精度に決定的に重要な役割を果たす。ドップラー反応度は、温度上昇に伴う重核種のドップラー効果と、燃料内の温度変化の積として求められるが、いずれも場所依存の関数であるため、評価に当たっては燃料内の断面積と温度の場所依存性を両方とも正確に扱う必要がある。ところが、従来の計算法では近似的にこれらを平均化して扱っているのが現状であり、安全マージンが正確に評価されているとは言いがたい。そこで、「原子力計算法高度化のためのミクロ炉物理の研究」を実施し、モデル化を極力排除して直接的に扱う「ミクロ炉物理」に基づくドップラー反応度解析法の検証を目的として、ドップラー効果の評価精度と、燃料内温度詳細分布の効果の両方について検討を行った。これらの研究を行う過程で、さらに関連する2つの課題が明らかとなった。ひとつは、「ミクロ炉物理」で必然的に必要となる大規模計算を現実的な計算時間に収める問題、他方は軽水炉の起動前検査の制御棒反応度測定手法として最近注目を集め、米国では既に実用化されている「動的制御棒価値測定法」の検証である。後者は、ドップラー反応度には直接関わりはないが、原子炉の安全性向上に関する重要なテーマであり、かつ原子炉の空間動特性を計算によって実験値を補正する方式であることから、動特性計算式の精度評価に関わる問題を含んでいる。本研究においては、1)自己遮蔽効果の空間分布を考慮した過渡解析、2)「ミクロ炉物理」詳細計算の並列化に関する検討、3)動的制御棒価値測定法の補正に対する理論的研究、の3つに関する研究を実施し、「ミクロ炉物理」に基づく詳細計算の実用性を検証した。1.ミクロ炉物理計算法の開発妥当な計算時間で3次元を取り扱える方法を開発した。この手法を用いた計算は従来用いられてきた通常のCCCP法の計算結果と増倍率で0.01%以内、出力分布誤差RMSで0.1%以内の精度で一致し、また、23集合体以上の大きな体系では従来のCCCP法とCMR (Coarse Mesh Rebalance)加速法を組み合わせた計算よりも高速であることが示された。また、モンテカルロ計算コードとの比較によって、UO2・MOXの集合体が隣接するような体系ではCCCP法のサブドメインを4×4セル以上の大きさとすることが必要であり、この条件を用いて2次元のC5G7MOX Benchmark問題を解いた場合参照解からのずれは増倍率で0.2%、出力分布RMSで0.36%程度であり、出力分布誤差についてはベンチマーク参加者の中でも比較的精度の良い結果を与えることがわかった。2.実験による過渡計算法の精度評価本年度は、空間依存動特性解析コード検証実験の予備実験を実施した。まず、購入した小型BF3計数管を近畿大学原子炉内に設置し、波高分布、計数率及び多チャンネルスケーラによる時系列データの測定を行い、機器の性能に関する確認を行った。次に、外乱等の実験条件設定のための確認実験を行い、臨界状態からのシム安全棒挿入を局所的外乱条件として選定した。来年度は、これら測定系と実験条件により空間依存過渡応答データを取得し、解析コードの検証を実施する予定である。(1)ミクロ過渡計算による従来の過渡計算法の妥当性評価昨年度の研究により開発した多群計算法により、過渡計算における冷温待機時、高温待機時、高温運転時の過渡現象で発生する種々の温度分布に対応するドップラー反応度を計算した。

燃料ペレット内に種々の温度分布を設定した場合と、従来手法である燃料ペレット内の温度を実効温度とするドップラー反応度を計算し、従来の方式の精度評価を実施した。燃料ペレット内を径方向に等体積で7領域に分割し、ペレット内に温度分布を設定した場合と、燃料ペレット内が一定の温度であるとする平均温度で計算した結果を比較した。その結果、モンテカルロ計算における統計誤差の範囲内で一致する結果がえられることがわかった。(2)計算の並列化ミクロ炉物理的な効果を取り扱う過渡計算は多大な計算時間を要する。その計算時間の短縮を図るため、これまで並列化されていなかった計算コードを並列化し、計算時間の短縮を図った。計算コードにMPIルーチンを組み込み、エネルギー群ごとに計算に使用するCPUを別とするようなアルゴリズムで並列化を施した。その結果エネルギー数が7群の計算で1つのCPUでの計算速度に比べて6倍以上という計算速度の向上が得られ、概ね計算台数に比例した計算速度の向上が達成できた。(3)実験による過渡特性データの取得と解析近畿大学原子炉において、制御棒の連続挿入による中性子束の過渡応答を炉内に設置した中性子検出器を用いて測定した。さらに測定した中性子束の過渡応答の時系列データを解析し、当該制御棒の反応度価値ストローク曲線を作成し、動的制御棒価値測定法における空間依存性について数値解析と比較した。1)自己遮蔽効果の空間分布を考慮した過渡解析これまでの「ミクロ炉物理」詳細計算においては、マルチバンド法を使用し自己遮蔽の空間分布を取り扱いピンセルや格子計算の動特性計算が行われてきた。しかし計算時間が膨大であるため、本研究では精度を維持したまま計算時間を短縮することを試みた。過渡計算コードの断面積手法にStoker-Weiss法の適用を行ったところ、計算時間は約半分に低減したが、U238の捕獲断面積(57群)に対する自己遮蔽効果の空間、エネルギー分布はマルチバンド法と良く一致し、Stoker-Weiss法の適用が有効であることが確認できた。2)「ミクロ炉物理」詳細計算の並列化に関する検討「ミクロ炉物理」詳細計算コードに対して、MPIによる並列計算機能を組み込んだ。ここで採用した並列化手法はエネルギー群ごとに別のCPUに処理を割り当てるというものである。並列計算に使用できる計算機が7台(7CPU)であったため、7台での並列計算を実施した結果、計算結果には収束判定程度の差異は見られるものの、体系の違いによらず計算時間のトータルで6倍以上の高速化が図れた。3)動的制御棒価値測定法の補正に対する理論的研究軽水炉の起動前検査の制御棒反応度測定手法として最近注目を集めている「動的制御棒価値測定法」の検証を実施した。残念ながら、今回の研究対象とした近大炉の実験では、空間動特性を正確に取り扱うことのメリットを明示するような結果は得られなかったが、逆に言えば、従来から使われてきた動特性方程式でかなり早い反応度変化まで追うことができるという確証が得られ、従来法の精度のよさを追認する結果となった。
歩行における感覚情報に基づく位相調節とその神経機構の解明

本研究では,歩行運動における脚運動の位相調整機能,つまり,複数の脚動作の時間的な調整を実現している神経機構の解明を目的としている.そこで,2つのベルトが左右平行に配置された左右分離型トレッドミルを用いて,左右非対称な歩行環境に適応するための運動指令の調節に着目した.歩行運動の調整を行う神経機構について計測データの解析と数理モデルを用いたシミュレーションから検討した.脊髄の歩行運動制御には運動の時間的構造を作る階層と,その時間的構造に従ってどの筋を使用するかという空間的構造を決定する階層があると考えられている.平成30年度は,これまでに実施したラットの左右分離型トレッドミル上での後肢2脚歩行実験の運動計測に基づいて,ラットの神経筋骨格モデルを用いた数値シミュレーションを行った.神経制御モデルとして,時間的構造を生み出す振動子を左右後脚に割り当て,空間的構造を決定する仕組みとして筋シナジー仮説に基づいて複数基本パターンの線形結合で運動神経の活動を表現した.取得した計測データから支持脚相終了時の後肢に運動学的特徴が見られたので,その特徴を捉える感覚フィードバックモデルを神経制御モデルに導入した.このフィードバックに基づいて神経制御モデルの時間的要素に関わる振動子の位相を調整することで,計測データと同様の運動が再現された.また,今年度新たに計測した同課題中のラット後肢の筋活動データとシミュレーション結果を比較すると,筋活動パターンの調整に同様の傾向が見られた.さらに,脊髄内の神経細胞集団が感覚刺激に対してどのように応答し,それが位相調整にどのように反映されているのかを調べるために,複数の神経細胞モデルを用いた脊髄神経ネットワークモデルを用いて数値シミュレーションを行った.その結果,先行研究の動物実験で示された位相依存応答と同様の振る舞いがモデルからも再現されることを確認した.本研究では,歩行環境の急激な変化に対応するために瞬時に実行される運動指令の調節と,変化した環境下で長期間歩行し続けることによる運動指令の緩やかな調整を行う神経機構の解明を目的としている.そこで,2つのベルトが左右平行に配置された左右分離型トレッドミルを用いて,左右非対称な歩行環境へと変化した直後の反射的なすばやい運動調整とその後に見られる学習的なゆっくりとした運動調整について調べた.平成28年度はハーネスによって上体を支えられた健常なラットを対象に左右分離型トレッドミル上で後肢2脚歩行実験を行い,その時の左右の後肢の運動を計測した.1歩行周期中の立脚相の割合や左右脚運動間のタイミングの違い(相対位相)を調べたところ,ヒトを対象とした先行研究において示されている結果と同様な傾向が見受けられた.更に,歩行1周期ごとに正規化した股関節角,膝関節角,足関節角について特異値分解による解析を行った.左右対称な通常のトレッドミル歩行時と左右分離型トレッドミル歩行時の比較を行ったところ,運動の時間モードに違いが見られた.時間モードに対して,タイムウィンドの幅を変えずに開始点をずらして網羅的に相関係数を調べると,高い相関を示す点が存在し,時間モードの違いは位相の変化として表れているとの見解を得た.通常のトレッドミルにおいて速度を変えても時間モードの変化はほとんど見られなかったので,左右非対称な環境に特異的に表れていると考えられる.また,感覚情報に基づく運動指令の調整メカニズムについて数理的に理解をするために,神経制御モデルの構築を行い,ラットの筋骨格モデルを用いた数値シミュレーションを行っている.神経生理学的知見に基づいて脊髄レベル以下での運動生成と感覚情報に基づくすばやい応答(運動指令の位相調整)を表現した神経制御モデルの提案を行っており,計測データを再現するような結果が出つつある.特異値分解による解析から,左右分離型トレッドミルにおける運動調整は主に時間モードの変化,特に,位相の変化として表れていることが分かってきた.これは,運動指令の位相情報の調整が重要であることを示唆している.また,脊髄レベル以下を対象とした歩行の神経制御モデルを組み込んだラット神経筋骨格モデルによるシミュレーションにおいても,実際の計測データのすばやい運動調整を再現しつつある.したがって,運動計測と神経制御系の数理モデル化において,おおむね順調に進展している.本研究では,歩行環境の急激な変化に対応するために瞬時に実行される運動指令の調節と,変化した環境下で長期間歩行し続けることによる運動指令の緩やかな調整を行う神経機構の解明を目的としている.そこで,2つのベルトが左右平行に配置された左右分離型トレッドミルを用いて,左右非対称な歩行環境へと変化した直後の反射的なすばやい運動調整とその後に見られる学習的なゆっくりとした運動調整について調べた.平成29年度は,平成28年度に実施したハーネスによって上体を支えられた健常なラットを対象とした左右分離型トレッドミル上での後肢2脚歩行実験の運動解析データを基にして,神経制御モデルを構築し,ラットの筋骨格モデルを用いた数値シミュレーションを行った.具体的には,運動解析結果から左右分離型トレッドミルの速度条件に依らず,股関節が或る閾値まで伸展すると遊脚運動が開始されるという特徴が見受けられた.このような応答は先行研究においてネコを対象として行われた通常のトレッドミル歩行中の股関節屈筋への刺激応答と符合すると考えられる.そこで,股関節が或る閾値まで伸展すると屈曲運動の開始地点まで運動指令の位相を進めるような制御機構をつくり,ラットの筋骨格モデルを用いて動力学シミュレーションを行ったところ,計測の運動と同様な振る舞いが見受けられた.一方で,この制御機構を外すと,左右非対称な歩行環境に適応できなくなり,歩行が継続されなかった.したがって,このような制御機構が左右分離型トレッドミル