hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
器官の「数」はいかに進化するのか?～昆虫の生殖器・交尾器を材料に～

個体あたりの器官の「数」は動物の種類によって,そして器官の種類によって異なる.器官の数の進化の背景となる要因・機構に関して,昆虫類の雌雄生殖器・交尾器の形態を材料に,事例集約と実験観察をおこなった.特に詳細なデータが収集できた射精口の数の進化に関しては,少なくとも昆虫の7目において進化的変化が生じていることが記録され,分岐・退化・左右融合というこれまでに知られていた機構のほか,機能自体が近接する器官間で転移する現象が発見された.個体あたりの器官の「数」は動物の種類によって,そして器官の種類によって異なる.器官の数の進化の背景となる要因・機構に関して,昆虫類の雌雄生殖器・交尾器の形態を材料に,事例集約と実験観察をおこなった.特に詳細なデータが収集できた射精口の数の進化に関しては,少なくとも昆虫の7目において進化的変化が生じていることが記録され,分岐・退化・左右融合というこれまでに知られていた機構のほか,機能自体が近接する器官間で転移する現象が発見された.個体あたりの器官の「数」は動物の種類によって,そして器官の種類によって異なる,器官の数の進化は,どのような理由で?どのような機構で?そしてどのようなタイムスケールで生じるのだろうか?昆虫類の雌雄生殖器・交尾器の形態は,このような器官の数の進化の原因・機構・時間スケールの研究に格好の材料であり,本研究は昆虫類全般を対象とした「数の進化」の事例集約と整理を主目標の一つとしている.今年度は不完全変態昆虫では蜻蛉目・紡脚目・半翅目(一部),完全変態昆虫では膜翅目(オスのみ)・双翅目(一部)やトビケラ類の一部について,文献調査をおこない,紡脚目・ヨコバイ類・ナガカメムシ類・ヒメトビケラ類・ショウジョウバエ類・ヒロクチバエ類・アリ類・ヒラタハバチ類などについて,実物標本に基づく文献記載情報の再検討をおこなった。ショウジョウバエ類の研究の結果,交尾器パーツの数の変化に,交尾時のオスによるメスへの創傷行動が関与している可能性が示され,誌上および学会講演にて発表した。このような創傷行動は,メスが生涯に一回しか交尾をおこなわないと考えられているクロヤマアリ(膜翅目)においても生じていることが本年度の研究において発見された。様々な配偶様式を持つ,多くの昆虫のグループにおいて,このような現象が生じているものと思われ,現在,昆虫類全般を網羅的に検討する準備を進めている。ヨコバイ類を用いた研究では,オス交尾器パーツの数の変化に対応した,精子形態の共進化が示唆された。この問題については,20-21年度により詳細な調査をおこなう。個体あたりの器官の「数」は動物の種類によって,そして器官の種類によって異なる.器官の数の進化は,どのような理由で?どのような機構で?そしてどのようなタイムスケールで生じるのだろうか?昆虫類の雌雄生殖器・交尾器の形態は,このような器官の数の進化の原因・機構・時間スケールの研究に格好の材料であり,本研究は昆虫類全般を対象とした「数の進化」の事例集約と整理を主目標の一つとしている.今年度は研究代表者の異動にともない、研究計画に一部軽微な変更(優先順序の変更)を迫られたが、主に次に挙げるような成果を得た。1.昆虫類で最も原始的な形態を留めるとされるイシノミ類、及び次に原始的な形態を留めるとされるシミ類について、文献および実物資料に基づいて、交尾器形態の再検討をおこなった。両者の間には、実質的な射精口の数に差異があるものと考えられ、今後、機能解析をおこなう。2.交尾器パーツ数の進化的変化に関わる事象として交尾時のオスによるメスへの創傷行動が関与しているものと考え、前年度から継続して研究を継続している。創傷行動の意義に関しては、双翅目昆虫を材料に実験的研究を進めている。その他、鱗翅目や毛翅目の一部で、新たに創傷が生じている事例、またはそれが強く示唆される事例を発見し、発表の準備を進めている。3.その他、文献調査および実物の検討による情報収集を、半翅目(一部),鞘翅目(一部)、鱗翅目(一部)を中心に実施した。来年度はこれまでの調査が不十分である績翅目、鞘翅目、鱗翅目、長翅・脈翅系各目について、データを集め、昆虫類全体を俯瞰できる状況の確立を目指す予定である。個体あたりの器官の「数」は動物の種類によって,そして器官の種類によって異なる.器官の数の進化は,どのような理由で?どのような機構で?そしてどのようなタイムスケールで生じるのだろうか?昆虫類の雌雄生殖器・交尾器の形態は,このような器官の数の進化の原因・機構・時間スケールの研究に格好の材料であり,本研究は昆虫類全般を対象とした「数の進化」の事例集約と整理を主目標の一つとしている.今年度は主に次に挙げるような成果を得た。1.モデル生物として重要であり、ゲノム情報の蓄積が進んでいるキイロショウジョウバエ種亜群(Drosophila melanogaster species subgroup)の既記載種9種について、交尾器パーツ数進化を詳細に分析した。結果、このグループにおいては、オスのaedeagusに付属する2対の突起のうち、オス腹側の一対が分離-融合の変化を少なくとも2回生じ、その形態変化に対応して、メス交尾器も相関して進化していることが明らかとなった。本グループ内では、種間交雑が可能なペアがあり、異種間の交尾では、交尾時にオス交尾器がメス交尾器に与える創傷の程度が大きくなることも明らかとなった。

2.3年度の事業を通し、特にオスの精子流路にあたる形質の交尾器パーツの数の変化について、文献および標本の検討を行ってきた。今年度は絶翅目・鞘翅目、鱗翅目、長翅目について特に検討をおこなった。これにより、竹節虫目・績翅目・半翅目・鱗翅目のそれぞれ一部については、今後標本の検討による確認をおこなう必要を残したものの「昆虫類全体を俯瞰する」という当初の目的をほぼ達成できた。
ブロッキングのない気候場からのブロッキング励起可能性：形成メカニズムの考察

冬季ブロッキングと気候場形成・変動との関係についての調査を行った.具体的には,大気再解析データを用いて,既存のブロッキング指標を用い,太平洋域での(1)ブロッキング日を抽出し,それぞれでの大気循環場を調べ,次に(2)ブロッキングの多く発生した年と少なく発生した年を分けることで,気候場の形成と変動について,ブロッキングとの関係を調査した.調査の結果,(1)と(2)の両方で,ブロッキングの発生と北極からの寒気の中緯度への放出,および中緯度のストームトラック活動に関係があり,ブロッキングに近い場所での寒気の流出が強くなるということと,ブロッキングに伴って対流圏上層のジオポテンシャル高度(気圧)場のシグナルが北半球中高緯度に経度方向に広く(グローバルに)分布することがわかった.また,(1)と(2)でのシグナルのパターンは似ていることがわかった.初年度は,メカニズムを明らかにするための統計・力学解析を進める準備段階として,複数の大気再解析データセット利用の準備を行った.そして,これまで単一であったブロッキング指標について,異なる理論から構築された別のブロッキング指標を用意し,発生場所(性質)の異なるブロッキングを検出する準備を整えた.数値実験に関して,共同研究者と協力して,現実的な海洋変動を与えた大気大循環モデルを長期積分し,再解析データと同様な統計・力学解析を行うための約30年程度の長期積分結果を得た.さらに,同じ大気大循環モデルを使って,地形(大陸)を取り去った理想的な環境での実験設定の構築も行った.計画段階で,再解析データを用いたデータ解析を初年度2年目で時間をかけて行う予定だったため.初年度は特に,複数の再解析データと大気大循環モデルの30年程度の積分結果を出力し,ブロッキング指数を2つ用いる準備を整えることができた.また,これから数値実験で用いる大気大循環モデルの計算環境の構築ができた.これらは計画の後半まで利用可能であることも上記区分を選択した根拠となっている.本年度に引き続き,データ解析を継続する.特に今後は,すでに準備した再解析・モデル長期積分出力データの統計・力学解析に重点を入れ,ブロッキングと気候場との関係について,メカニズムを明らかにする研究を進める.データ解析でのメカニズム仮説に基づき,現実的理想化数値実験のデザインを決定していく.冬季ブロッキングと気候場形成・変動との関係についての調査を行った.具体的には,大気再解析データを用いて,既存のブロッキング指標を用い,太平洋域での(1)ブロッキング日を抽出し,それぞれでの大気循環場を調べ,次に(2)ブロッキングの多く発生した年と少なく発生した年を分けることで,気候場の形成と変動について,ブロッキングとの関係を調査した.調査の結果,(1)と(2)の両方で,ブロッキングの発生と北極からの寒気の中緯度への放出,および中緯度のストームトラック活動に関係があり,ブロッキングに近い場所での寒気の流出が強くなるということと,ブロッキングに伴って対流圏上層のジオポテンシャル高度(気圧)場のシグナルが北半球中高緯度に経度方向に広く(グローバルに)分布することがわかった.また,(1)と(2)でのシグナルのパターンは似ていることがわかった.初年度は,メカニズムを明らかにするための統計・力学解析を進める準備段階として,複数の大気再解析データセット利用の準備を行った.そして,これまで単一であったブロッキング指標について,異なる理論から構築された別のブロッキング指標を用意し,発生場所(性質)の異なるブロッキングを検出する準備を整えた.数値実験に関して,共同研究者と協力して,現実的な海洋変動を与えた大気大循環モデルを長期積分し,再解析データと同様な統計・力学解析を行うための約30年程度の長期積分結果を得た.さらに,同じ大気大循環モデルを使って,地形(大陸)を取り去った理想的な環境での実験設定の構築も行った.計画段階で,再解析データを用いたデータ解析を初年度2年目で時間をかけて行う予定だったため.初年度は特に,複数の再解析データと大気大循環モデルの30年程度の積分結果を出力し,ブロッキング指数を2つ用いる準備を整えることができた.また,これから数値実験で用いる大気大循環モデルの計算環境の構築ができた.これらは計画の後半まで利用可能であることも上記区分を選択した根拠となっている.本年度に引き続き,データ解析を継続する.特に今後は,すでに準備した再解析・モデル長期積分出力データの統計・力学解析に重点を入れ,ブロッキングと気候場との関係について,メカニズムを明らかにする研究を進める.データ解析でのメカニズム仮説に基づき,現実的理想化数値実験のデザインを決定していく.参加予定であった国内学会や国内出張が,震災の影響で中止となり,予定より旅費の利用が少なくなったため,やや残額が生じた.次年度での旅費の一部に充てる予定である.
乳酸菌細胞表層提示システムの開発とバイオマスからのポリ乳酸原料生産への応用

1.研究目的化石資源の枯渇、地球温暖化を背景として、再生可能なバイオマス資源から生産できるプラスチックであるポリ乳酸が注目を集めている。ポリ乳酸の原料として従来のL-乳酸に加え、D-乳酸が、ポリ乳酸の高機能化のために注目されている。また、乳酸生産の原料としては、食料と競合しない木質系バイオマスの利用が期待されている。本研究では、木質系バイオマスから効率的にD-乳酸を生産する手法の開発を目的とした。2.研究方法既存のD-乳酸生産菌は遺伝子操作が困難であるため、バイオマス資化能の付与が難しい。そこで遺伝子操作が容易なD,L-乳酸生産菌であるLactobacillus plantarumのL-lactate dehydrogenase遺伝子を欠損させることで、遺伝子操作が可能なD-乳酸生産菌(ΔldhL1株)の創生を行った。次にΔldhL1株にバイオマス資可能の付与を試みた。木質バイオマスの主要成分であるセルロースを利用するため、創生したΔldhL1株にエンドグルカナーゼの発現を試みた。3・研究成果ΔldhL1株を用いてグルコースからの発酵実験を行った。その結果、本株は99.6%と非常に高い光学純度のD-乳酸を生産することが明らかとなった。また親株同様遺伝子操作が可能であることも明らかとなり、遺伝子操作が可能なD-乳酸生産株の取得に成功した。次に、本株にエンドグルカナーゼを発現させたところ、従来報告のないセロトリオース以上の鎖長を持つ、セロヘキサオースまでのセロオリゴ糖からのD-乳酸生産に成功した。更にβ-グルコシダーゼ(BGL)を添加することで、β-グルカンからのD-乳酸生産に成功した。今後はBGLを共発現させることや、乳酸菌の細胞表層に酵素を提示することで、セルロースからのより効率的なD-乳酸生産が期待できる。
脊髄損傷および末梢神経損傷性疼痛における脊髄内痛覚情報伝達機序の解明

脊髄損傷ラットモデルおよび末梢神経損傷モデル(坐骨神経切断)を作成して,それぞれにおける疼痛行動の評価(足振り行動,熱や機械的刺激に対する痛覚過敏,触刺激に対するアロディニア)を行った後,脊髄後根神経節および脊髄後角におけるシクロオキシゲナーゼー1およびシクロオキシゲナーゼー2(以下,COX-1およびCOX-2)タンパクの発現性について,Western blot法により解析した.また,疼痛部位におけるプロスタグランジンE_1およびI_2(以下,PGE_2およびPGI_2)を酵素免疫法(enzyme immunoassay)にて定量し,神経損傷によるこれらのメディエータの疼痛への関与について検討した.加えて,一酸化窒素(以下,NO)の定量を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて定量化し,NO合成酵素(以下,NOS)阻害薬であるL-NMMAの潅流によるNO合成阻害状態により,PGE_1およびPGI_2産生への影響を検討した.疼痛行動評価:脊髄損傷5日後より,また末梢神経損傷4日後より,足底への機械的刺激に対する明らかな痛覚過敏(逃避閾値の低下)が認められ,10日後には,その程度は一定となった.痛覚過敏状態は1ヶ月間以上にわたり持続した.PGおよびCOXの発現性:脊髄損傷モデルにおいては,COX-1,COX-2ともに,正常ラットにおける発現性は少ないが,脊髄損傷3日後に認められるようになり,5日後では,明らかな発現の増加が認められた.とくに,脊髄半切上部において,COX-2タンパクの発現の増加が著しかった.末梢神経損傷モデルでは,疼痛出現に伴い,損傷側のPGE_1およびPGI_2の産生増加,NO産生増加,そしてCOX-1およびCOX-2タンパク発現の増加が確認できた.L-NMMAの潅流により,NO産生が抑制されるとともに,COX-2タンパクの発現性が抑制された.脊髄損傷では,損傷レベルにおけるCOXの発現増加と,それによるPGの産生増加が脊髄レベルにおける疼痛機序に関与し,末梢神経損傷では,NOがCOX-2タンパクの発現性に影響を与え,その結果,PGの産生を促進し,疼痛程度をさらに増強させていることを示唆するものであると考えられた.脊髄損傷ラットモデルおよび末梢神経損傷モデル(坐骨神経切断)を作成して,それぞれにおける疼痛行動の評価(足振り行動,熱や機械的刺激に対する痛覚過敏,触刺激に対するアロディニア)を行った後,脊髄後根神経節および脊髄後角におけるシクロオキシゲナーゼー1およびシクロオキシゲナーゼー2(以下,COX-1およびCOX-2)タンパクの発現性について,Western blot法により解析した.また,疼痛部位におけるプロスタグランジンE_1およびI_2(以下,PGE_2およびPGI_2)を酵素免疫法(enzyme immunoassay)にて定量し,神経損傷によるこれらのメディエータの疼痛への関与について検討した.加えて,一酸化窒素(以下,NO)の定量を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて定量化し,NO合成酵素(以下,NOS)阻害薬であるL-NMMAの潅流によるNO合成阻害状態により,PGE_1およびPGI_2産生への影響を検討した.疼痛行動評価:脊髄損傷5日後より,また末梢神経損傷4日後より,足底への機械的刺激に対する明らかな痛覚過敏(逃避閾値の低下)が認められ,10日後には,その程度は一定となった.痛覚過敏状態は1ヶ月間以上にわたり持続した.PGおよびCOXの発現性:脊髄損傷モデルにおいては,COX-1,COX-2ともに,正常ラットにおける発現性は少ないが,脊髄損傷3日後に認められるようになり,5日後では,明らかな発現の増加が認められた.とくに,脊髄半切上部において,COX-2タンパクの発現の増加が著しかった.末梢神経損傷モデルでは,疼痛出現に伴い,損傷側のPGE_1およびPGI_2の産生増加,NO産生増加,そしてCOX-1およびCOX-2タンパク発現の増加が確認できた.L-NMMAの潅流により,NO産生が抑制されるとともに,COX-2タンパクの発現性が抑制された.脊髄損傷では,損傷レベルにおけるCOXの発現増加と,それによるPGの産生増加が脊髄レベルにおける疼痛機序に関与し,末梢神経損傷では,NOがCOX-2タンパクの発現性に影響を与え,その結果,PGの産生を促進し,疼痛程度をさらに増強させていることを示唆するものであると考えられた.1.脊髄損傷モデル,末梢神経損傷モデルChristensenらによる方法に従い,ラット第11-12脊椎椎弓切除後,第1腰髄神経根入力頭側部に脊髄の半切を行い,脊髄損傷モデルを作製した.末梢神経損傷モデルは,Bennettによるラット-側坐骨神経結紮により作製した.2.疼痛行動の評価脊髄損傷5日後より,両側の足底への機械的刺激に対する明らかな痛覚過敏(逃避閾値の低下)が認められ,10日後には,その程度が一定となった.痛覚過敏状態は1ヶ月以上にわたり継続して観察された.末梢神経損傷モデルにおいては,損傷4日後より,損傷側の足底の機械的痛覚過敏が出現し,30日間にわたり持続した.3.脊髄後角におけるCOX-1,COX-2の発現性の評価Western blot法により,COX-1およびCOX-2のタンパク発現性を検討した.

その結果,脊髄損傷モデルでは,COX-1,COX-2ともに,正常ラットにおける発現は認められないが,脊髄損傷3日後には認められるようになり,5日後では,明らかな発現の増加が認められた.とくに,脊髄半切上部において,COX-2タンパクの発現の増加が著しかった.末梢神経損傷モデルでは,COX-2の発現が,損傷側の脊髄後角および後根神経節にて著しく増加した.COX-1は,顕著な変化を捉えられなかった.ラット末梢神経損傷モデル(坐骨神経切断)を作成して,そのモデルにおける疼痛行動の評価(足振り行動,熱や機械的刺激に対する痛覚過敏,触刺激に対するアロディニア)を行った後,脊髄後根神経節におけるシクロオキシゲナーゼ-1およびシクロオキシゲナーゼ-2(COX-1およびCOX-2)タンパクの発現性について,Western blot法により解析した.また,疼痛部位におけるプロスタグランジンE_1およびI_2を酵素免疫法(enzyme immunoassay)にて定量し,神経損傷によるこれらのメディエータの疼痛への関与について検討した.加えて,一酸化窒素の定量を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて定量化し,一酸化窒素合成酵素(NOS)阻害薬であるL-NMMAの潅流による一酸化窒素合成阻害状態により,プロスタグランジンE_1およびI_2産生への影響を検討した.その結果,疼痛出現に伴い,プロスタグランジンE_1およびI_2産生増加,一酸化窒素産生増加,そしてCOX-1およびCOX-2タンパク発現の増加が確認できた.L-NMMAの潅流により,一酸化窒素産生が抑制されるとともに,COX-2タンパクの発現性が抑制された.これらの結果は,末梢神経損傷時に産生される一酸化窒素が,COX-2タンパクの発現性に影響を与え,その結果,プロスタグランジンE_1およびI_2の産生を促進し,疼痛程度をさらに増強させていることを示唆するものであると考えられた.脊髄損傷,末梢神経損傷時に,疼痛関連システムの作動性を評価するために,プロスタグランジン系と一酸化窒素系の作動状況の評価およびその相互作用について検討した.神経損傷時には,同時に炎症反応が生じ,いわゆるchemical mediator soupといわれる病態を形成する.そのなかで,プロスタグランジンE2とI2の産生とその合成酵素であるシクロオキシゲナーゼ-1および-2(それぞれCOX-1,COX-2)の発現性を検討したところ,プロスタグランジンE2とI2(それぞれPGE2,PGI2)の産生増加が認められ,また,COX-1およびCOX-2の両酵素タンパクの発現増加(Western blot法)が認められた.また,COX-2の発現性は,一酸化窒素合成酵素(NOS)により抑制された.一酸化窒素(NO)も増加を認め,NOSにて完全に抑制された.末梢神経切断にて,PGE2, PGI2およびNO産生は部分的に抑制された.このように,プロスタグランジン系とNO系には密接な相互作用が存在することが示唆された.
間欠噴霧燃焼の初期燃焼誘発乱流が混合および化学反応促進に及ぼす効果

本研究は、ディーゼル機関において燃焼初期の予混合燃焼による急激な熱膨張によって生じる誘発乱流が,燃焼後期までの燃料と空気の微視混合および燃焼生成物であるすすや窒素酸化物の生成に対して及ぼす影響を明らかにするため,エンジン内の多次元数値シミュレーションおよび高速度撮影による火炎の可視化観察を実施した.得られた成果の概要を以下に示す.1.直接噴射式ディーゼル期間のノズル噴孔径や噴射圧力を変更して噴射率を制御した際の燃焼室内の流動や燃焼生成物を多次元数値シミュレーションによって予測した.その結果,初期の噴射率を上げて初期熱発生率を高めるとそれによって誘発される乱れが強まり,噴射終了後も乱れエネルギーは強く,そのためすすの酸化反応が促進されることが予測できた.2.噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の微細多噴孔ノズルおよび噴孔面積が同一のd=0.14mm,噴孔数5のノズルを用いて,ノズル径が燃焼および排気特性に及ぼす影響を実験的に調査し,さらに高速度撮影による火炎の可視化観察を行った.その結果,d=0.08mmの微細噴孔ノズルを用いた実験によれは,同一総噴孔面積であるd=0.14mmの場合に比較して窒素酸化物濃度が低く排気煙濃度が高い.この理由は,噴孔径が小さいほど着火遅れが短く初期熱発生率が低くなり燃焼ガス温度が低下することと,着火後に噴射された燃料・空気の混合が悪くなったためと推察された.さらに,可視化観察の結果,噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の火炎は燃焼室周囲への広がりが弱く,スワールによるサーマルピンチを生じやすく,拡散燃焼期の火炎が燃焼室中心に固まることからも裏付けられた.本研究は、ディーゼル機関において燃焼初期の予混合燃焼による急激な熱膨張によって生じる誘発乱流が,燃焼後期までの燃料と空気の微視混合および燃焼生成物であるすすや窒素酸化物の生成に対して及ぼす影響を明らかにするため,エンジン内の多次元数値シミュレーションおよび高速度撮影による火炎の可視化観察を実施した.得られた成果の概要を以下に示す.1.直接噴射式ディーゼル期間のノズル噴孔径や噴射圧力を変更して噴射率を制御した際の燃焼室内の流動や燃焼生成物を多次元数値シミュレーションによって予測した.その結果,初期の噴射率を上げて初期熱発生率を高めるとそれによって誘発される乱れが強まり,噴射終了後も乱れエネルギーは強く,そのためすすの酸化反応が促進されることが予測できた.2.噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の微細多噴孔ノズルおよび噴孔面積が同一のd=0.14mm,噴孔数5のノズルを用いて,ノズル径が燃焼および排気特性に及ぼす影響を実験的に調査し,さらに高速度撮影による火炎の可視化観察を行った.その結果,d=0.08mmの微細噴孔ノズルを用いた実験によれは,同一総噴孔面積であるd=0.14mmの場合に比較して窒素酸化物濃度が低く排気煙濃度が高い.この理由は,噴孔径が小さいほど着火遅れが短く初期熱発生率が低くなり燃焼ガス温度が低下することと,着火後に噴射された燃料・空気の混合が悪くなったためと推察された.さらに,可視化観察の結果,噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の火炎は燃焼室周囲への広がりが弱く,スワールによるサーマルピンチを生じやすく,拡散燃焼期の火炎が燃焼室中心に固まることからも裏付けられた.本研究は,ディーゼル機関において燃焼初期の予混合燃焼による急激な熱膨張によって生じる誘発乱流が,燃焼後期までの燃料と空気の微視混合および燃焼生成物であるすすや窒素酸化物の生成に対して及ぼす影響を明らかにすることを目的に数値シミュレーションおよび実験を実施した.当該年度で得られた研究成果を以下にまとめる.1.既有の直接噴射式ディーゼル機関用の多次元数値シミュレーションコードにおける燃焼モデルを実機関での急激な初期燃焼が表現できるように改良し,これによって,噴口径や噴射圧力を変更して噴射率を制御したさいの流動や燃焼をシミュレートした.その結果,噴口径や噴射圧力を変更して燃焼中の乱れ運動エネルギーk/Cm^2(k:乱れの運動エネルギー,Cm:平均ピストン速度)の計算セル毎の時間経過を調べた結果,初期燃焼によって誘発される乱れが強いほど,噴射終了後も乱れエネルギーは強く,そのためスートの酸化反応が促進することが予測できた.2.噴孔径d=0.08mmの微細多噴孔ノズルを試作し,ノズル径が燃焼および排気特性に及ぼす影響を実験的に調査した.その結果,d=0.08mmの微細噴孔ノズルを用いた実験によれば,同一総噴孔面積であるd=0.14mmの場合に比較して窒素酸化物濃度が低く排気煙濃度が高い.この理由は,噴孔径が小さいほど着火遅れが短く初期熱発生率が低くなり燃焼ガス温度が低下することと,着火後に噴射された燃料・空気の混合が悪くなったためと推察された.したがって,初期燃焼はある程度強い方が良いと言える.3.吸気終了直後および上死点付近に分けて噴射した2段分割早期燃料噴射によって初期燃焼の影響を実験的に調査した結果,2段分割早期燃料噴射によって,超低NOx濃度のまま燃費向上の見込みがあることや,通常のディーゼル燃焼ではほとんど排出されないアルデヒド類の排出濃度が高いことが明らかになった.本研究は,ディーゼル機関において燃焼初期の予混合燃焼による急激な熱膨張によって生じる誘発乱流が,燃焼後期までの燃料と空気の微視混合および燃焼生成物であるすすや窒素酸化物の生成に対して及ぼす影響を明らかにするため,高速度撮影による火炎の可視化観察を実施した.当該年度で得られた研究成果を以下にまとめる.

1.噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の微細多噴孔ノズルおよび噴孔面積が同一のd=0.14mm,噴孔数5のノズルを用いて,ノズル径が燃焼および排気特性に及ぼす影響を実験的に調査し,さらに高速度撮影による火炎の可視化観察を行った.その結果,d=0.08mmの微細噴孔ノズルを用いた実験によれば,同一総噴孔面積であるd=0.14mmの場合に比較して窒素酸化物濃度が低く排気煙濃度が高い.この理由は,噴孔径が小さいほど着火遅れが短く初期熱発生率が低くなり燃焼ガス温度が低下することと,着火後に噴射された燃料・空気の混合が悪くなったためと推察された.2.以上の点は,可視化観察の結果,噴孔径d=0.08mm,噴孔数14の火炎は燃焼室周囲への広がりが弱く,スワールによるサーマルピンチを生じやすく,拡散燃焼期の火炎が燃焼室中心に固まることからも裏付けられた.このようになるのは,噴霧の貫徹力が弱いことに加え,初期燃焼の熱発生率が低く熱膨張が弱いため火炎が広がらない.このため拡散燃焼期の燃料が高温で粘性の高い火炎に阻まれて燃焼室中心に閉じこめられることなどが原因と推測される.
クローン病患者の生物学的治療選択を支援するディシジョン・エイドの開発

本研究の目的は、生物学的治療選択に臨むクローン病患者と医療者の意思決定を支援するために臨床に場で活用できるディシジョン・エイドを開発することである。今年度はその第一段階として、クローン病患者の診療に携わる日本の消化器専門医の治療選択の意思決定についての認識や影響要因を明らかにするために、先行研究をもとに調査項目の選定と回答方法を検討し、調査票を作成した。研究倫理委員会からの承認を得た後、上記の対象者の登録モニターを有する専門業者へ委託して全国規模のオンライン調査を実施した。当初計画していた対象者数に近い回答データが得られた。得られた回答データを統計学的に分析した結果、クローン病患者の診療に携わる日本の消化器専門医の治療の決定方法とその影響要因、Shared decision makingの認知度や重要性の認識、Shared decision makingが適すると考える治療選択、Shared decision making実施の阻害要因について明らかになった。この研究成果は、第二段階で行う日本の臨床現場で活用できるディシジョン・エイドの開発において活かすことができる有用な知見である。今後は、上記のオンライン調査から得られたデータを引き続き詳細に分析し、その成果をまとめ、学会や論文等で発表する計画である。また、第二段階のディシジョン・エイド原案の作成に向け、その適用範囲の明確化や運営委員会のメンバーの選定と組織化、満たすべき基準などについて検討し、準備を進めていく計画である。当初の計画通り、第一段階のクローン病患者を診療する消化器専門医を対象とした治療選択の意思決定についてのオンライン調査を実施することができた。調査で得られたデータを統計学的に分析した結果、今後のディシジョン・エイドの開発に向けた有用な知見が得られたため、研究はおおむね順調に進展している。第一段階で実施したオンライン調査で得られたデータについて、より詳細に分析を行い、研究成果をまとめていく。第二段階のディシジョン・エイドの開発に向け、その適用範囲の明確化や運営委員会のメンバーの選定と組織化、満たすべき基準などについて検討していく計画である。オンライン調査の専門業者への委託費用が、当初計画していたよりも調査項目数が減ったこと、回答者数も減ったことにより見積額より少額で実施できた。次年度はオンライン調査の結果をまとめ、学会発表や論文投稿を計画している。そのために必要となる英文校正費、学会への参加費と旅費、オープンアクセスのための論文掲載費として助成金を使用する計画である。
水熱酸化法とフェントン型促進酸化による有機塩素化合物分解の反応機構の解明と応用

本研究は、酸化銅(I)触媒を用いた水熱酸化法による難分解性有機塩素化合物の処理における触媒作用と反応機構の解明を目的としている。滞留時間を正確に制御可能なフロー式の水熱酸化反応装置を作製してクロロフェノールの分解を行い、酸化活性種であるヒドロキシラジカルの半定量や反応の経時変化を測定した。その結果、触媒によるフェントン型反応が水熱条件で加速され、温度166°C付近でラジカル生成量が最大になることを見出すとともに、分解率は10秒で98%に達する、シュウ酸が中間体として生成し完全分解を阻害することなどを明らかにした。昨年度の研究で、酸化銅(I)がクロロフェノールの水熱酸化における触媒として高活性であることを見出した。そこで、平成25年度の研究では、(1)酸化銅(I)触媒を用いた際の反応機構の解明、(2)分解生成物の分析と反応速度の解析、(3)最適な反応条件の探索、の3点について研究を実施した。その結果、以下に述べる結果を得た。(1)安息香酸をプローブに用い、ヒドロキシ安息香酸の生成量の経時変化を観測したところ、反応温度100200°Cでヒドロキシラジカルの生成量が大幅に増えることが分かり、触媒に含まれる銅イオンによるフェントン型反応が水熱酸化促進に寄与していることを確認した。また、安息香酸の分解は擬二次反応式に従うことを明らかにした。(2)クロロフェノールの水熱酸化分解において全有機炭素量(TOC)の経時変化を測定したところ、反応開始後約10秒で急激にTOCが減少し、その後一定になることが分かった。HPLCによる分析から主な分解生成物はシュウ酸であり、この分解がTOC減少の律速になっていることを明らかにした。(3)1 mMのクロロフェノール含有水に対し、酸化剤である過酸化水素の濃度と、触媒である酸化銅(I)の濃度の最適値を探索した。その結果、過酸化水素の最適量は完全酸化に要する化学量論量とほぼ一致する14 mMであり、触媒の最適量は39μM(式量濃度)であることを明らかにした。過酸化水素や触媒を過剰に加えると分解効率が低下するのは、過酸化水素や触媒自体によるヒドロキシラジカルの補足が生じることが原因であると考えられた。研究計画に従い、平成24年度では(1)水熱酸化反応装置の製作、(2)安息香酸をヒドロキシラジカルのプローブに用いた反応機構の解明、(3)Cuイオンの価数が反応性に及ぼす影響、の3点について研究を実施した。その結果の以下に述べる結果を得た。(1)まずフロー式の水熱酸化反応装置を作製した。設備備品として購入したHPLCポンプを反応溶液の送液用に使用し、配管やバルブなども本助成金の支援により購入した。自作した反応器の内容積は1 mlであり、送液流量を変えることで反応溶液の滞留時間を制御できるようにした。(2)本研究では独自に開発したCu担持酸化チタン触媒を用いることで有機塩素化合物の水熱酸化分解を促進させる。その反応機構は、触媒に含まれるCuイオンと過酸化水素のフェントン型反応が水熱条件で加速され、ヒドロキシラジカルが多量に生じることによるものと推測される。そこで、安息香酸がヒドロキシラジカルを補足しサリチル酸を定量的に生成することを利用して、ヒドロキシラジカルの生成量を調査した。その結果、反応温度200°C付近でサリチル酸生成量が大幅に増加することを見出した。これは、触媒活性が最大となる温度と一致している。(3)最後に、Cuイオンの価数の違いが反応性に及ぼす影響を調査した。酸化銅(I)と酸化銅(II)を用いてクロロフェノールの水熱酸化分解に及ぼす触媒効果を調べたところ、酸化銅(II)の方が高い活性を示すことを見出した。以上の結果から、触媒作用のメカニズムがフェントン型反応によるものであることがほぼ確実となった。最終年度では、反応時間を精密に制御可能な流通式水熱反応装置を作製し、133200°C、10 MPaの条件で酸化銅(I)触媒を用いた4ークロロフェノールの水熱酸化分解の実験を行った。クロロフェノール、過酸化水素、分解生成物の濃度変化をHPLCで分析した結果、以下の知見を得た。(1)クロロフェノールの分解速度は、触媒あり、反応温度166°Cの条件で最大となり、反応時間10秒で98%に達する。この反応温度はヒドロキシラジカルの生成量が最大になる温度(昨年度の研究成果)と一致した。(2)分解生成物であるシュウ酸の生成量も反応温度166°Cで最大であり、シュウ酸濃度は反応開始後約5秒で最大に達したのち急激に減少する。一方、無触媒条件ではシュウ酸は反応開始後約10秒で最大に達した。(3)過酸化水素の分解速度を詳細に解析した結果、触媒によって生じるフェントン型反応の反応

速度定数は温度にほとんど依存しないことが明らかとなった。(4)以上の結果をもとに、クロロフェノールの分解反応スキームの提案を行った。工業物理化学本研究の目的は、分解処理が困難な有機ハロゲン化合物およびそれらを含む廃液等に対し、水熱酸化法をベースに独自に開発したフェントン型触媒を用いて酸化分解を促進させ、反応温度を大幅に下げて処理を可能にすることである。これにより、処理における省エネルギー化や省資源化を実現できると考えている。これまでの研究で、(1)反応装置の製作、(2)触媒使用時の有機ハロゲン化合物の水熱酸化分解における反応機構の解明、(3)多様な有機塩素化合物の高度処理の実現、(4)酸化銅(I)が高活性触媒であることを発見、(5)分解反応の速度論的解析、(6)最適反応条件の決定、の6点について十分な成果を得ることができた。以上のことから、ほぼ当初計画通り進展していると判断した。本研究は、分解処理が困難な有機ハロゲン化合物およびそれらを含む廃液等に対し、水熱酸化法をベースに独自に開発したフェントン触媒または酸化チタン光触媒を用いることで酸化分解を促進させ、反応温度を大幅に下げて処理を可能にすることを目的としている。特に今回は、反応機構の解明、触媒材料の改良、実用性を考慮した実験装置の製作と評価などを期間内に実現することを目指している。この目的を達成するため、平成24年度の研究実施計画では、(1)反応機構の解明、(2)反応装置の製作、(3)各種有機塩素化合物の処理、の3点を計画していた。上に述べたとおり、(1)と(2)についてはほぼ目的を達成したといえる。特に、反応機構が事前に想定していた通り、触媒に含まれるCuイオンと過酸化水素のフェントン型反応によることが確実になったことは大きな成果であった。また、(3)についても、有機塩素化合物として新たにクロロフェノールを用いて水熱酸化分解を行い、本技術によって高度処理が可能であることを実証できた。平成26年度は、これまでの研究成果を集約し、実用化へ向けた検討に着手する。現実稼働に近い固定床型反応器の試作と評価、反応方式を固定床型へ変更することに伴う触媒の改良、多様な有機ハロゲン化合物への応用などを計画している。また、酸化銅以外の新たな高活性触媒の探索も計画している。具体的には、Cuと同じ第4周期遷移金属を中心に、V、Cr、Mn、Ni、Coなどの酸化物を取り上げ、水熱酸化法によるクロロフェノールの分解率を指標として、それらの活性を評価、比較する。ほぼ計画通り研究が進行しているので、今後も当初計画に沿って研究を進める予定である。具体的には、平成25年度に、反応物や中間体などの経時変化を詳細に分析し、反応機構の速度論的解析を試みる。さらに、触媒性能の向上を目指して、既に高活性であることが判明しているCu以外の金属をドープすることを検討する。平成26年度には、前年度までの成果を集約し実用化へ向けた検討に着手する。試薬購入費が当初の見積もりより少なく済んだため、若干の繰越金が発生した。繰越金を使用して学会発表や論文発表の回数を増やすことを計画している。該当なし
音場制御と音源分離を用いた双方向音仮想現実感システム

マイクロホンアレーを用いた音声分離のための非線形ビームフォーミングの研究を中心に研究を行った。本来は複雑な数理的表現を伴う非線形ビームフォーミングを、パターン認識で用いられるカーネルを用いて表現することにより、その幾何学的構造が明確になり、従来の線形ビームフォーマと同じ枠組みでさまざまな評価尺度での最適化が実現できる。現時点では、過去に研究がおこなわれてきたスペクトルサブトラクション型の非線形ビームフォーマのカーネル表現が実現しており、従来は複雑な繰り返し最適化が必要であった最小二乗誤差規範適応の最適化の解析的な計算と、統計的尺度を用いた教師なし適応を実現した。これにより、従来のマイクロホン素子の数に限定されるマイクロホンアレーの限界を緩和することができ、様々な場面へマイクロホンアレー信号処理を適用する可能性が広まった。教師ありおよび教師なし適応手法ぞれぞれが別々の国際会議での発表が終了および決定しており、また2件の原著論文を執筆中である。また、この枠組みを今後様々な非線形構造へ適用する研究が今後も続き、マルチチャネル音響信号処理の新しい方向性を切り開いたと言える。また、前年度から研究を続けている独立成分分析を用いて空間的情報を時間方向に量子化する新しいステレオオーディオ符号化について、誤差を最小にするベクトルの傾きを分析する新しい規範を提案し、これから国際的な発表を準備している。この枠組みは、符号化以外にも、ユーザ側による能動的なオーディオ編集や、頑健な立体音響再生へ拡張する研究を進めている。本研究は、区間情報を保持した音の再現とその高品質な収録を統合し、双方向性のある仮想音現実感システムの構築を目指すものである。本年度の研究では、まず本研究の土台となる双方向音声高品質再生・収録の基本枠組を完成させ、国際会議EUSIPCO2007にて発表した。ユーザに提示するための音声をマルチチャネル音場再現により高臨場感再現を行い、また同時にその制御において、出力される音声がユーザ音声収録のためのマイクロホンに混入しないよう制御する。また、独立成分分析と呼ばれる統計的距離尺度に基づく音源分離処理により、制御誤差の抑圧と雑音除去を行う。これにより、高品質音声収録と仮想音場再現を同時に達成することができる。音の伝送に関連し、マルチチャネルのオーディオデータを単一チャネルと同等の情報量に圧縮するための新しい符号化手法を提案した。複数チャネルの信号系列のうちその主たる単一チャネル成分を、上述の音源分離と同様に独立成分分析により抽出する。またこのように圧縮された単一チャネル成分のマルチチャネルへの最適な復元は、圧縮プロセスの逆システムとして簡単に得られ、従来の多チャネルオーディオ符号化よりも損失の少ない信号圧縮が実現できる。この成果は国際会議WASPAA2007にて発表した。また、関連技術として、マルチチャネル音場再現の問題点である音響環境の変化に対する脆弱性を解決するため、温度変化に対するシステムの補正に関する研究を行った。従来手法は計算時間がかかりすぎるという問題があった。そこで、伝達関数系列を区間分割し、各区間ごとに処理してその処理を統合することにより、計算コストの軽減を実現した。その成果を論文誌に投稿し、採録が決定した。
ＰＲＬ／ＭａｇＥｘ複合体による酸化ストレス応答

本研究はがん転移に関わるPRL蛋白質について、その酸化ストレス応答の制御機構と、その意義を追究するものである。平成24年度においては、酸化されたPRLがどのようにして還元されるのか、その仕組みを明らかにすることに取り組んだ。非還元状態下でのSDS-PAGEを行うことによってPRLの酸化修飾状態を検出したところ、細胞内において酸化されたPRLが速やかに還元されることを見出した。阻害剤を用いて細胞内における代表的な還元システムであるチオレドキシン系ならびにグルタチオン系のそれぞれを抑制したところ、チオレドキシン系の阻害剤DNCB (TrxRの阻害を介してチオレドキシン系を抑制)によって酸化型PRLの還元が抑制された。細胞質においてTrxRの下流で働くチオレドキシン関連因子の組換えタンパク質を発現、精製し、in vitroで酸化型PRLに対する還元活性を直接測定したところ、チオレドキシン関連因子の1つであるTRP32が特異的に酸化型PRLを還元することを突き止めた。実際、TRP32のノックダウンによって、細胞内における酸化型PRLの還元が有意に遅延した。また、さらにドメイン欠失変異体などを用いた解析を行った結果、TRP32のC末端側に位置する機能未知ドメイン(DUF1000ドメイン)に酸化型PRLが直接結合することが、TRP32による酸化型PRLの特異的還元にとって重要な役割を果たしていることも併せて突き止めている。一般的に細胞質内で酸化された蛋白質はチオレドキシン等の働きによって非特異的に還元されると考えられており、TRP32がPRLのレドックス状態を特異的に制御するという発見はユニークなものである。またこれらの実験結果はTRP32がPRLを還元状態に維持することでPRLの分子機能を制御し、がん転移などに関わっている可能性をも示唆している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はがん転移に関わるPRL蛋白質について、MagExとのレドックス依存的な複合体形成を介して制御されるシグナル伝達機構の解明と、その酸化ストレス応答の意義を解明するものである。平成23年度においては、活性酸素ではなく、より生理的な酸化ストレス状況下での実験を行った。PRLを安定発現する細胞株を各種条件下で培養し、Akt/mTOR経路の活性化状態をこのシグナル伝達経路の代表的なエフェクター分子であるS6Kのリン酸化を指標にして解析した。その結果、定常状態においてはPRL安定発現株におけるS6Kのリン酸化状態の亢進は確認できなかったが、低酸素状態においてPRL安定発現株ではS6Kのリン酸化状態が高いまま維持されていた。また、PRLと結合し、Akt/mTOR経路を抑制するMg^<2+>排出蛋白質MagExについて、RNA干渉法によってその発現を抑制し、PRL安定発現株と同様に低酸素下で培養したところ、やはりAkt/mTOR経路の活性が保持されていた。実際のがん転移巣の形成時においては、低酸素状態など各種ストレス下での増殖が必要と考えられており、上記実験結果はPRLがMagExによるMg^<2+>の排出を直接結合することによって阻害し、Akt/mTOR経路を低酸素状態下でも高く維持することによってがん転移を促進しているというモデルが想起される。実際、マウス転移モデル実験において、Akt/mTOR経路の著名な阻害剤であるラパマイシンを投与したマウス群においては、PRL安定発現株における転移巣の増大が顕著に阻害されており、一方でAkt/mTOR経路と並ぶ増殖シグナル経路であるMAPK経路の阻害剤であるPD98059投与群では、コントロール群と比較して有意な差は見受けられなかった。

またこれらの実験結果はTRP32がPRLを還元状態に維持することでPRLの分子機能を制御し、がん転移などに関わっている可能性をも示唆している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究成果より、ストレス環境のひとつである低酸素状態下においても、PRL安定発現株が高いAkt/mTOR活性を維持しており、そのことがPRLによるがん転移能亢進に繋がっていることを示唆する実験結果が得られた。また、PRL発現株におけるがん転移について、著名なmTOR阻害剤でありその誘導体が臨床応用されているラパマイシンが阻害効果を示すことも明らかにしており、今後臨床的な側面での発展も期待できる。引き続きPRLの酸化ががん転移時に果たす役割について解明するべく、個体レベルでの実験を中心に研究を進める。加えて、PRLが本来果たしている生理的機能を明らかにするべく、PRL遺伝子が単一である線虫におけるPRLの変異体株を用いた解析を行う。
マウス小脳顆粒細胞の移動・細胞内構造分化の極性決定を制御する分子機構の解析

中枢神経系回路網の形成には、個々のニューロンが移動して配置し、情報伝達の方向に従って樹状突起や軸索を配向して細胞極性を獲得することが不可欠である。小脳皮質ニューロンの顆粒細胞は、発生中方向転換しながら大規模に細胞移動したのち、特徴的な軸索と樹状突起を分化させる。顆粒細胞の極性形成を制御する分子の候補として、形態形成因子Wntおよびホメオボックス遺伝子Pax6の機能に注目した。Wntシグナル因子のうち、Wnt7bおよび受容体Frizzled、細胞内伝達因子Dishevelledが大脳と小脳皮質の特定の層で特異的に強い発現を示した。FrizzledとDishevelledには後シナプス膜に特異的なPDZ領域が存在し、シナプスにおいて機能する可能性がある。そこでこれらのタンパク質の細胞内局在を多重標識免疫蛍光法で解析したが、シナプスにおける局在は確かめられなかった。またこれらの分子を培養した顆粒細胞に強制発現させたが、形態分化に対する影響は見られなかった。一方Pax6は顆粒細胞の極性化に重要な働きを持つことが明らかになった。Pax6変異動物の顆粒細胞は軸索束を形成せず、正しい細胞移動が起らない。培養したPax6変異顆粒細胞は種々の顆粒細胞分化マーカーを正常に発現するが、成長円錐の運動性と軸索形成が昂進しており、細胞骨格制御系に異常がある事が示唆された。これらの異常は顆粒細胞自身のPax6発現の欠如によって起こることが、以下2つの実験で明らかになった。-(1)Pax6変異細胞の形態異常はPax6の強制発現によって回復するが、野生型顆粒細胞との混合培養では回復しなかった。(2)Pax6の転写活性を抑制するドミナントネガティブ変異分子をレトロウィルスを用いて野生型の脳に強制発現させると、感染した顆粒細胞の形態分化と移動が選択的に阻害された。-即ち、Pax6が顆粒細胞の形態と移動の極性を司る内在性調節因子である事が示された。今後はPax6の下流で制御される細胞骨格編成機構を明らかにし、顆粒細胞の内在性極性化因子の探索を進める。中枢神経系ニューロンは、各々が占める位置と方向性を厳密に規定されており、誕生後組織内を遊走して配置し、軸索や樹状突起などの機能構造を分化して、回路網を形成する。小脳皮質の介在ニューロンである顆粒細胞は、小脳表層(EGL)で誕生し、軸索を小脳表面に平行に伸展しながら配行した後、極性を90度転換して小脳深部の内顆粒層に移動する。この遊走方向の転換は、顆粒細胞に内在する遺伝的プログラムに制御されると考えられているが、その分子的実体は明らかでない。本研究は顆粒細胞の遊走方向と形態極性を制御する分子機構の解明を目的とし、本年度はホメオボックス型転写因子Pax6に焦点を当てて解析を行った。移動前の未分化な顆粒細胞にはPax6が発現しており、Pax6変異動物では小脳に著しい形態異常が起こることが報告されている。顆粒細胞の分化におけるPax6の機能を知る目的で、EGLの未分化な顆粒細胞の形態をPax6変異動物と野生型で比較解析した。その結果、Pax6変異動物では顆粒細胞の軸索束(平行線維)が形成されず、軸索に沿った遊走が起らないためにEGLが肥厚し、分葉化が阻害されることが示唆された。さらに顆粒細胞の形態分化と移動能をEGLの微少片培養系を用いて解析した。TAG-1,Tau,MAP2等の発現から、Pax6変異顆粒細胞では、軸索形成は起るが伸長が阻害される結果、移動能に顕著な異常が見られること、またこれらの表現型は、Pax6の強制発現で回復することが明らかになった。以上の結果から、Pax6が顆粒細胞の形態分化と遊走に重要な役割を持つことが示唆された。

-(1)Pax6変異細胞の形態異常はPax6の強制発現によって回復するが、野生型顆粒細胞との混合培養では回復しなかった。(2)Pax6の転写活性を抑制するドミナントネガティブ変異分子をレトロウィルスを用いて野生型の脳に強制発現させると、感染した顆粒細胞の形態分化と移動が選択的に阻害された。-即ち、Pax6が顆粒細胞の形態と移動の極性を司る内在性調節因子である事が示された。今後はPax6の下流で制御される細胞骨格編成機構を明らかにし、顆粒細胞の内在性極性化因子の探索を進める。
社交不安障害患者のための視線を標的としたエクスポージャープログラムの開発

我々は(1)安静期、(2)黙読期、(3)音読期の3つの段階を設定し、スピーチによる自律神経系への影響を検討した。また、実験協力者に黙読後と音読後に主観的評価(覚醒度、快不快度、気分)へ回答してもらった。その結果,交感神経反応に対する心臓交感神経指数が、黙読期よりも音読期に有意に高かった。対照的に、副交感神経反応に対する心臓迷走神経指標は、安静時よりも音読期の方が有意に高かった。心臓交感神経指数および心臓迷走神経指数の両方において、安静期と黙読期との間に有意差はなかった。また主観的評価の結果では、覚醒度が、黙読期の後よりも、音読期の後の方が有意に高かった。これらの結果から、黙読中の心理的負荷は交感神経系の活性化には効果がないことが示唆された。交感神経反応は音読期で活性化された。また、音読期における副交感神経反応は、安静期に比べて活性化していた。声を出して読むことは、安静期および黙読中よりも実験協力者に呼吸を促すこと(すなわち呼気)を要求することによって副交感神経系を適切に活性化するために必要である。心臓迷走神経指数の増加は、呼気中に副交感神経系を活性化することから生じる可能性が高い。スピーチ課題では実験協力者は能動的対処を行うことが求められたが、それは呼気の間に交感神経系と副交感神経系の両方を活性化することとなったと推察される。本研究では、SAD患者の治療にもちいるエクスポージャープログラムの開発を目的としている。すでにエクスポージャーに仮想現実場面は作成しており、その信頼性、妥当性は検証ずみである。2018年度は協力者である大学生へ社交不安障害傾向の程度をスクリーニングし、実験を行ってきたが、未だ十分な人数を確保するに至っていない。社交不安障害傾向のある大学生を協力者とし、引き続き仮想現実での対人場面における視線停留点を測定し、相手を見ているか否か、見ていない場合はその旨をフィードバックする。また,その間の不安の程度を測定するために、心電図を測定し自律神経機能を解析する。(理由)2018年度では、健常大学生を協力者として、仮想現実での対人場面において、視線停留点のフィードバックを行うことで、社会不安障害特有の回避行動(安全確保行動)を減少させることが可能か、またその際に十分に不安が惹起されているのかを、質問紙を用いた主観的評価と生理反応を測定することによる客観的評価を行う予定であった。しかしながら、社会不安障害傾向のある大学生に十分な人数協力を得ることができなかった。(使用計画)当初の研究計画に従い、次年度(2019年度)では、協力者を広く募り、実験協力に同意を得た大学生に対し、仮想現実での対人場面において、視線停留点のフィードバックを行うことで、社会不安障害特有の回避行動(安全確保行動)を減少させることが可能か否かを検討する予定である。
非線形メッシュフリー法による空間膜構造物の仮想創成システムに関する研究

一般に膜構造物の設計には、形状解析、応力解析、そして裁断解析の3つの解析が必要であるが、従来これらの解析には有限要素法が用いられてきた。しかしながら、複雑な形状に対するメッシュ分割の手間、或いは歪んだメッシュの際に得られる応力の不連続性、精度劣化の問題は、形状、応力解析における有限要素法の問題点となっている。また裁断解析の際には、再び新たなメッシュ分析を実施している。このように従来のシステムはメッシュ分割の大いに依存している。この背景のもと、本研究の目的は、従来のシステムと比べ精度、効率性においてより優れた、非線形メッシュフリー法による空間膜構造物の仮想創成システムを開発することである。平成11年度における実績は次の通りである。(1)前年度開発した測地線探索アルゴリズムを拡張し、種々の実用的な構造物(曲率の反転する構造、不連続面を含む構造)への応用も可能にした。(2)新たにケーブル補強膜構造物の解析手法を提案した。本解析手法により、ケーブルのすべり摩擦を考慮した解析が可能になった。しかしながら、複雑な形状に対するメッシュ分割の手間、或は歪んだメッシュの際に得られる応力の不連続性、精度劣化の問題は、形状、応力解析における有限要素法の問題点となっている。また裁断解析の際には、再び新たなメッシュ分割を実施している。このように従来のシステムはメッシュ分割に大いに依存している。平成10年度における実績は次の通りである。(1)空間膜構造のための幾何学的非線形メッシュフリー法の定式化(・Galerkin法に基づく基礎定式化、表面力の評価(内圧、風、雪荷重等)、膜面の幾何学的な拘束(ケーブル、支柱等)・自由(移動)境界処理)を行い、解析プログラム開発した。(2)非線形メッシュフリー感度解析手法(・最急降下法に基づく形状、応力最適化手法・測地線(裁断線)の決定アルゴリズム)を開発した。(3)入出力ファイル構造のVRML化VRML化されたデータの仮想現実感に基づく3次元表示システムを関発した。また裁断解析の際には、再び新たなメッシュ分類を実施している。(2)新たにケーブル補強膜構造物の解析手法を提案した、本解析手法により、ケーブルのすべり摩擦を考慮した解析が可能になった。