hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造・運動モデルに基づいた人間とロボットとの協調システムの構築

本研究は生活空間内において人間を支援するロボットの実用化に向けたより効果的な人間とロボットとの協調作業系の実現を目的として,ロボット自身,環境に存在する物体,協調作業の相手である人間の構造・運動の情報からそれぞれSelf-model,Object-model及びPartner-modelという構造・運動モデルを構築し,それらのモデルに基づく人間協調型ロボットの制御システムを提案することを目的にしている.本年度は,協調作業中においてロボットがSelf-Modelに基づいて自己衝突を回避するだけではなく,ロボットの周囲の物体の構造・運動情報から構築されるObject-modelに基づき,協調作業中における障害物回避,及び障害物回避と自己衝突回避を同時に実現する手法を提案し,実機を用いた実験を行うことによってその有効性を確認した.また,ロボットの関節可動範囲から構築したSelf-Modelに基づいて,ロボットが人間との協調作業中において関節の可動範囲限界等の問題を回避可能とする手法を提案し,実機を用いた実験を行うことによってその有効性を確認した.本研究は生活空間内において人間を支援するロボットの実用化に向けたより効果的な人間とロボットとの協調作業系の実現を目的として,ロボット自身,環境に存在する物体,協調作業の相手である人間の構造・運動の情報からそれぞれSelf-model, Object-model及びPartner-modelという構造・運動モデルを構築し,それらのモデルに基づく人間協調型ロボットの制御システムを提案することを目的にしている.本年度は,協調作業中においてロボットがどのように運動し自己衝突を回避すべきか,操作者の安全や操作性,様々な作業状態や環境の状態への適応性を考慮して,人間の動作生成手法や原理などを学習・解析することによって検討し,自己の構造・運動情報から構築されるSelf-modelを用いてそれを実現する制御系の提案を行った.また,本研究室で有する人間協調型ロボットに実装して実験を行うことによってその有効性を確認した.また,ロボットの周囲の物体の構造・運動情報から構築されるObject-modelに基づき,協調作業中における障害物回避,及び障害物回避と自己衝突回避を同時に実現する手法を提案し,計算機シミュレーションを行うことによってその有効性を確認した.さらに,提案したこれらの手法が人間協調型ロボットのみならず,様々な人間一機械協調系に適用可能であることを示すために,一例として低侵襲手術のための機器への適用を考え,計算機シミュレーションを行うことによってその適用の可能性を示した.本研究は生活空間内において人間を支援するロボットの実用化に向けたより効果的な人間とロボットとの協調作業系の実現を目的として,ロボット自身,環境に存在する物体,協調作業の相手である人間の構造・運動の情報からそれぞれSelf-model,Object-model及びPartner-modelという構造・運動モデルを構築し,それらのモデルに基づく人間協調型ロボットの制御システムを提案することを目的にしている.本年度は,協調作業中においてロボットがSelf-Modelに基づいて自己衝突を回避するだけではなく,ロボットの周囲の物体の構造・運動情報から構築されるObject-modelに基づき,協調作業中における障害物回避,及び障害物回避と自己衝突回避を同時に実現する手法を提案し,実機を用いた実験を行うことによってその有効性を確認した.また,ロボットの関節可動範囲から構築したSelf-Modelに基づいて,ロボットが人間との協調作業中において関節の可動範囲限界等の問題を回避可能とする手法を提案し,実機を用いた実験を行うことによってその有効性を確認した.
GLP-1とGIPによる協調的なインスリン分泌促進機構に関する研究

インクレチンであるGLP-1とGIPはインスリン分泌促進の点では、いずれも膵β細胞に協調的に作用する。骨の代謝では、GIPは骨芽細胞、GLP-1は甲状腺C細胞に作用と、標的細胞は違うが、いずれも骨の強化に繋がる。しかしながら、体重に関しては全く逆の作用を示す。α-グルコシダーゼ阻害薬はGLP-1やGIPの分泌動態を変えることを考えあわせると、インクレチンの生理作用の統合的な理解がインクレチン薬の理解に繋がる。GLP-1とGIPはインクレチンと総称されるが、その作用は膵β細胞に存在するGLP-1受容体やGIP受容体だけではなく、膵外において認められる組織特異的な発現様式が、これらのインクレチン作用を決定する。GIP受容体は脂肪細胞に発現し脂肪など栄養素の蓄積を促進するが、この作用はGLP-1には認められない。その結果、通常食で飼育しても、GIP受容体欠損マウスは加齢に伴う内臓脂肪や皮下脂肪の蓄積がないため、インスリン抵抗性が惹起されない。したがって、膵β細胞へのインスリン分泌需要が低いため、単離した膵島を用いた分泌実験で、グルコース濃度に応じたインスリン分泌は保持され、in vivoにおいては加齢に伴い耐糖能が改善する結果を得た。これは、野生型やGLP-1受容体欠損マウスでは、内臓脂肪の蓄積・インスリン抵抗性の増加によって、インスリンが過剰分泌することで、耐糖能が維持されているのと対照的である。また、GLP-1とGIPは膵β細胞外でも協調的に作用していることを明らかにした。すなわち、GIPが骨芽細胞に発現しているGP受容体に作用することで破骨細胞機能を抑制しているのに対し、GLP-1は甲状腺C細胞に発現しているGLP-1受容体に作用してカルシトニンを増加させることで、破骨細胞を抽制することを示した。したがって、GLP-1とGIPは異なる機序で骨を強化させる方向に働き、栄養の摂取に伴い消化管から分泌される因子であるインクレチンが、糖代謝のみならず骨代謝にも重要な役割を有していることを明らかにした。消化管ホルモンであるGIP(gastric inhibitory polypeptide)やGLP-1(glucagon-like peptide-1)は、食事摂取後に血中レベルが上昇し、それぞれ膵β細胞に発現するGIP受容体やGLP-1受容体に作用することでインスリン分泌を促進するため、インクレチンと総称される。これらは相加的にインスリン分泌を促進するため、それぞれの消化管ホルモンの分泌動態を調節することでインスリン分泌を修飾し得る。日本人2型糖尿病患都で、食事(炭水化物56.5g、蛋白質18g、脂質18g)負荷後のホルモン血中レベルを測定すると、GIP上昇のピークは30分後であるのに比し、GLP-1のピークは60分後と遅く上昇の程度も軽微であり、GIP産生細胞が上部消化管、GLP-1産生細胞が下部消化管に存在する発現様式に合致した。次に、αグルコシダーゼ阻害薬であるmiglitolを2週間投与し、再び食事負荷試験を施行したところ、GIPの分泌は著明に低下したのに対し、GLP-1は60-180分後という時間帯で上昇することを明らかにした。miglitolは二糖から単糖への分解を阻害する薬物であり、これによってGIPやGLP-1の分泌動態が変わることは、食事摂取後のインクレチンの分泌には単糖が重要であることを示している。インクレチンは膵作用においてはいずれもインスリン分泌促進であるが、膵外作用ではGIPは脂肪細胞への作用から体重を増加させGLP-1は中枢神経系などへの作用から体重減少を来し、まったく逆に働く。したがって、GLP-1シグナルのみを活性化するGLP-1受容体作動薬、GIPとGLP-1のしずれのシグナルを活性化するDPP-IV(dipeptidyl peptidase-IV)阻害薬に加え、GIPシグナルを抑制しGLP-1シグナルを活性化するαグルコシダーゼ阻害薬は、いずれもインクレチン関連薬であり、2型糖尿病のインスリン分泌障害やインスリン抵抗性を考慮した治療薬の選択が必要であることを明らかにしている。
中小病院の複合的な経営の要点と課題―東西日本の比較検証

中小病院を経営し、介護や福祉を複合的に展開する医療法人の経営の優れた要点を、全国の医療福祉生協の中から200床未満の病院を運営する法人のデータを使い、その収益性の構造を経営戦略と組織管理の2つの側面から分析した。経営戦略面では、収益性は病床規模や病床利用率と相関があり、介護比率が高くなるにつれ、医療機能を高く保つことは却って収益性を悪化させることが判明した。組織管理の面では、人件費率、委託費率が低く、職員のやりがいやモチベーションを高く保ち、満足度を高めている法人、看護師の離職率が低い法人ほど、収益性が高い傾向にあった。このように2面から考えることが有効であることが確認された。当初計画のアンケート調査については、診療データと組み合わせたものが獲得しにくいと判断し、昨年から日本医療福祉生活協同組合連合会(医療生協)から提供された全国の200床以下の病院を運営する法人(いずれも医療のほかに介護福祉施設を複合的に経営する中小医療法人に該当)についての財務データ、診療データにもとづき、その収益性の特色を分析し、経営の特色についての研究を開始している。また同時並行的に、昨年にひきつづき、運営法人の専務理事にインタビューを追加で行っている。今回の研究は、「収益性」「資金調達」「人材マネジメント」「優位性の築き方」について焦点を絞っているが、収益性の要因分析については、夏までの成果を日本医療・病院管理学会(9月)において一般演題として発表した。さらに、「人材マネジメント」については、職員意識調査と収益性の関係について分析し、聖マリア医学会(12月)において発表した。現在はひきつづき分析の深度を高めながら、論文を作成中である。ただ、研究テーマの副題となっている、「東西日本の比較検証」については、あらためて研究計画を練り直す必要がある、また、上記データ分析とは別途行ってきた、教材用のケースライティングについても、候補の取材を進めており、執筆中である。民間の中小の医療機関で介護、福祉事業を複合的に経営する医療法人を全国でピックアップして、その「すぐれた経営の要点と課題」を、ミクロ的な事例研究をもとに、経営学的な見地から、東西の比較を行いながら明らかにするのが目的である。当初、個別に日本の東西からカテゴリーを決めて医療法人をピックアップして、アンケート調査をする予定であったが、予備調査を開始した段階で、各医療機関から「分析可能な標準化された財務データや診療情報を集める」のが難しいと判断した。そこで、日本医療福祉生活協同組合連合会の協力を得て、全国の約200の医療生協の中から、200床以下の病院を持ち、介護、福祉事業を複合的に行っている約40の地区医療生協のデータを入手することができたので、その分析を開始している。今回の研究テーマは、「人材マネジメント」「財務、収益性」「優位性の築き方」等に絞っているが、データ分析に先だって、6件の地区医療生協の実務代表者に会って、経営の実情をインタビューして回った。地域包括ケアへの流れの中で、在宅療養支援病院の役割が一層注目されてきている現在、その中核的な役割を期待されている、複合型経営の中小病院に絞っての実態の研究は、極めて数が少ない。また、全国の比較データ分析とは別に、200床以下の中小病院については、ケーススタディー用の教材を5ケースを目標に作成を続けている。現在、東京都で2、名古屋で1、兵庫県で1、福岡県で2程度の予定である。こちらは、介護、リハ、救急、DPC、訪問看護、など中小病院にとって重要なテーマにそって選んでいる。中小複合型医療機関の「すぐれた経営の要点と課題」について、インタビューに基づいて仮説を構築、アンケート調査と公開データによる検証を試みた。しかし、幅広い内容のデータをもとにした分析とするために、初年度途中から日本医療福祉生協連合会本部の協力を得て、医療福祉生協の中から複合的な経営で、200床未満の病床をもつ全国の38の生協法人データを得て、これを基に研究を進めた。まず「すぐれた経営」の指標として、主としてに2010年2011年の収益性を用いて、その指標と、財務や診療の指標との相関をみながら、何がその要因をなっているのかを分析した。その結果、大きく分けて2つの軸が考えられた。一つは、経営戦略的な要素である病床規模や病床利用率であった。これは地域における診療機能の選択の結果が大きく反映されていると考えられる。もうひとつは、経営管理的な要素であり、人件費率、生産性などの組織管理面で優れた経営をしている生協法人は収益性が高いということである。また38件すべてのデータではないものの、職員満足度の高さ、看護師の離職率の低さは、収益性との相関が認められた。

結局、経営としての優位性の築き方は、診療報酬に直結する経営戦略の選択(収入面)と、人材の活用面でオペレーションの巧みさ(コスト面)との2面あり、双方優れている場合には継続的な優位性を築くことができ、事業の成長スピードも速いことがわかった。ただ、今回の研究は収益性との相関関係から、経営戦略と組織管理の2面の要因があるという所までの、短期的なデータにもとづく仮説的な結論しかえられておらず、双方の因果関係についてより深く実証するところまではいっていない。また、東西日本の比較は別途マクロ的な診療圏の病床利用率の分析に留まった。今後は、この研究を継続し、より長期のデータの実証的分析を行っていく予定であり、すでに着手している。経営学2年目の前半は、1収益性の分析2人材マネジメントとして職員満足度と収益性の関係、という2つのテーマについてデータ分析を行い、それぞれ、日本病院・医療管理学会、聖マリア医学会において発表した。また、データ提供元であり、多くのインタビューに応じていただいた、日本医療福祉生活協同組合連合会では専務会議において、研究成果の発表をかねた講演を行った。しかしながら、その後、平成26年に入ってから取り組んでいる論文作成には本年度中の完成を目指しているが、さらに分析を進める必要があり、急ぐ必要がある。また、ケーススタディー用の教材としての、個別病院のケースライティングも、個別の取材は進んでいるが、完成までにまだ時間を要する見込みである。1年目の大きな課題は、医療法人のピックアップとアンケート調査の実施準備であった。色々な医療法人へのインタビューやアンケート依頼を開始してみた所、標準化されたデータを期限内に必要数集めることは、実際は困難で、研究は行き詰まりかけた。しかし、交渉に時間がかかったものの、さいわい日本医療福祉生活協同組合連合会の協力を得ることができたので、全国に散らばる中小病院グループの、標準化された経営データと、ある程度踏み込んだ診療データを入手することができた。さらに、サンプルの地区医療生協へのインタビューへの協力も問題なく得られた。これらは当初目的としていた、いわゆる医療法人のデータではない。しかしながら、医療生協は地区の医療や介護に深く関わっており、診療所しかない所をのぞくと、ほぼ全部が複合的な経営の中小病院といえる。また、特色的な組合員活動は在宅医療を重視する「地域包括ケア」の実施について研究する上で、極めて示唆に富んでいる。また、組合員からの出資金は、医療機関にとっての資金調達の方法として、これも極めて興味深い。複合的な経営の中小医療法人の経営のために、医療福祉生協の経営を研究することは、今回のテーマに合致し、大変意義がある。研究目的の達成に向かって、研究はおおむね順調に進展している。データによる収益性の分析のみにこだわらず、当初の計画の大枠である「経営の特色」としての「優位性の構造」について考察を深めて、その全体像を明らかにする方針で臨む予定である。特に、平成26年4月の診療報酬改定によって道筋があきらかになった、「地域包括ケア」への取り組みを一つの軸として取り組む予定である。また、遅れている「東西の比較検証」についてはあらためて東西の経営環境について前提条件を考察し、たとえば、福岡県と千葉県の事情を比較するなど、対象を絞るとともに、マクロ像だけでなく、個別のケースを中心に実証研究をする予定である。
金正日体制期における経済アクターとしての軍とその活動-「北朝鮮型軍民転換」前史-

○研究目的: 2000年代以降、北朝鮮においては「経済的アクターとしての軍の位相向上」という政策的手法が公然化することとなったが、斯様な動きが表面化する以前の時期におけるその動向、すなわち当該時期の軍による経済活動への関与がいかなるものであったのかについて、その背景も含めて調査することにより、「軍の経済活動」という事象をより長期的な眼目の中で理解することを目指す。○研究方法:交付決定から平成29年度中の期間を用いて、1990年代中葉2000年代初頭の一次資料(主に朝鮮労働党機関紙『労働新聞』および北朝鮮発行の定期刊行物・書籍)の精査を行った。また資料収集および関連研究の動向把握を目的として、平成30年1月に韓国・ソウルにて資料収集・調査を実施した。○研究成果:「国防建設と経済建設の並進路線」(1962年12月)において軍需産業優先の方針が(防衛力の向上に籍口し、全般的経済への悪影響を甘受する形で)提示されて以降、公的文献上では産業連関における軍需産業の位置付けや経済アクターとしての軍の役割・活動ぶりについての記述はきわめて抑制的なものであり続けたが、大規模工事への労働力としての軍隊の動員の事例は例外的に大きく取り上げられてきたことが明らかとなった。また、特に1990年代の経済状況の悪化以降、それらの工事が一種の公共事業的性格を帯びたものとして位置付けられるに至ったこと、この過程で彼らに対するリソース流入の傾向が次第に明確化していったことが(同様の工事に従事した他のアクターとの比較から)判明した。さらに、政治イデオロギーとしての「先軍政治」の登場と軌を一にして「模範的働き手(経済浮揚の直接的担当者)としての軍」とのナラティヴが増加するとともに、「モデル単位を創造し一般化する」との伝統的な政策手法の中に軍の関連部門が包摂され、(リソースを優先投資された)軍の関連単位がモデル化される事例が増加したことが看取され、それらの過程で近年の「北朝鮮型軍民転換」(体制転換や軍の現代化・軍縮の結果としての余剰兵力の吸収ではなく「リソース逓減という条件下での軍隊の維持」を強く意識して行われる軍民転換)の「素地」が形成されたことが浮き彫りとなった。
現代英語を中心とした受動構文および関連構文の理論言語学的言究

本研究においては、現代英語の受動構文を中心に、日本語、古英語などの受動構文および関連する構文の特性、相互関係などについて、一般言語理論、記述言語学な立場から分析が行われた。受動構文の研究においては、GB理論などの言語理論の理論的側面の研究、動詞の意味特性、文の情報構造などの意味論的側面の研究、語用論的、文化的側面の研究などが、予想以上に複雑に絡み合っていることが明らかになってきた。本研究では,現代英語の受動構文を中心に,日本語,古・中期英語,古高ドイツ語などの受動構文および関連する構文を広く研究し,それらの特質,相互関係などを一般言語理論の立場から分析することを目指している.そのためには,一般言語理論そのものを研究することも不可欠であり,理論的研究にも意を注いでいる.神尾は,代表者として予計の執行等の取りまとめを行い,また研究面では,受動文によって表わされる情報の性質を探るための手がかりとして,英語の代名詞と情報構造の関係を研究し,論文を執筆した(裏面参照).安井は,本研究の実務面の担当者として,連絡,調整を行う一方,受動文に重要な関わりを持つ英語の総称文について考察を加えた(裏面参照).鈴木は,従来からの研究テーマである副詞の特徴をさらに探る一方,受動文と深い関わりを持つ前置詞残置を理論的に説明すべく,最近のGB理論を検討している(裏面参照).また,小野塚は,時制と受動文との関係を調べるため,現在時制による未来表現について考察し,斎藤(武)は,言語文化論的立場から英語の一側面を考察した. (それぞれ裏面参照)鷲尾と斎藤(衛)は, GB理論の立場から受動文に関わる統語理論の詳細な検討を進め,鷲尾は日本語の受動文についておよび受動文に関わる変形について詳しく研究した(裏面参照).また斎藤は特に一般言語理論における受動構文の位置づけを検討している.藤原および新保は,それぞれ古英語および古高ドイツ語における受動文の資料収集につとめ充分な量の資料収集および整理を終えた.昭和63年度には,これらの諸研究をまとめた研究報告書の出版を予定している.本研究においては、現代英語の受動構文を中心に、日本語、古英語などの受動構文および関連する構文の特性、相互関係などについて、一般言語理論、記述言語学な立場から分析が行われた。昭和63年度においては、昭和62年度の研究をさらに押し進め、一応のまとめを目指した。最終的には、昭和62年度-昭和63年度の2年間に渡る研究の成果の一部を、『受動構文の研究』(vi+114pp)〔所収論文は以下の7編:受け身と普遍性と有標性(原口庄輔)、制御と受動可能性(鈴木英一)、受動態の成立に関わる意味論的・語用論的因子(安井泉)、Front-wheel-drive cars outhandle allothers in snow conditionsにおける"outhandle"について(小野塚裕視)、知覚動詞の受動文について(藤本滋之)、"False Passive"について...Bierce(1909)が提起する問題(斎藤武生)、A Semantic and Pragmatic Analysis of Japanese Passive(Akio KAMIO)〕というタイトルの研究成果報告書としてまとめた。昭和62年度の研究代表者神尾昭雄が昭和63年4月に独協大学に転出したため、昭和63年度の研究代表者が斎藤武生と交替なった。研究分担者のうち、新保雅弘がフンボルト財団奨学研究員として、鷲尾龍一がMIT客員研究員として海外に出張となり、斎藤衛がコネティカット大学に転出したため、新たに藤本滋之講師を研究分担者として迎えた。このような必要最小限の移動はあったものの、研究は、滞りなく進められた。安井泉は、今年度も昨年度と同様、研究の実務面の担当者として、連絡、調整を行った。
RNA/DNAハイブリッド特異的結合リガンドの創製と小分子RNA解析

本研究は、『マイクロRNA(miRNA)を標的とする核酸結合リガンドを創製、これをベースにPCR増幅を不要とするmiRNA解析法を開発すること』を目的とする。具体的には、miRNAと相補的な塩基配列を有する脱塩基部位含有プローブRNA(あるいはDNA)をハイブリダイゼーションさせることで、RNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)を形成、形成したRNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)を蛍光性リガンドで検出するもので、核酸プローブ中に脱塩基部位を設けることで、標的RNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)の特異的かつ高感度検出が可能になると期待できる。昨年度までに、蛍光性ジアミノピラジン誘導体(アミロライド)をmiRNA検出に適用しうることを見出していたが(励起380nm、検出414nm)、本年度は、アミロライドをベースとして蛍光応答特性の改良を進めた。その結果、疎水場感受性色素(DBD)をジアミノピラジン骨格に連結することで、長波長検出(550nm)に対応した蛍光性リガンドを開発することに成功した。1et-7aを標的とした場合、0.22pmol(1.2ng)のmiRNA検出が可能であり、既存のノーザンブロッティング法とほぼ同程度の検出感度(ng)を有している。今後、さらにリガンドの改良を進めることで、PCR増幅を不要とするmiRNA解析法になりうると期待できる。具体的には、miRNAと相補的な塩基配列を有する脱塩基部位(AP site)含有プローブRNA(DNA)をハイブリダイゼーションさせることで、RNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)を形成、形成したRNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)を蛍光性リガンドで検出するもので、核酸プローブ中にAP siteを設けることで、標的RNA/RNA二重鎖(RNA/DNAハイブリッド)の特異的かつ高感度検出が可能になると期待できる。平成21年度は、RNAプローブを利用することで、蛍光性ピラジン誘導体(アミロライド)が優れた検出機能を発現しうることを見出した。アミロライドとモデルRNA二重鎖(5'-UUUUCCUUC UXU UCCUUCCCC-3'/3'-AAAAGGAAG AUA AGGAAGGGG-5',X=AP site)との相互作用を蛍光滴定法により評価した。その結果、アミロライドがAP site含有RNA二重鎖と特異的に結合すること、また、結合に伴って蛍光強度が増大することがわかった。結合親和力(解離定数)は、9.5nMに達しており、DNA二重鎖(740nM)と比較して、RNA二重鎖では結合親和力が飛躍的に増大した。これは、RNA二重鎖がピッチ間隔の短いA型構造をとるため、B型構造をとるDNA二重鎖と比べて隣接塩基とのスタッキングがより効果的に寄与するためと考えられ、結合エネルギーの熱力学的解析の結果もこれを支持している。また、1et-7aを標的とした場合、63fmol(0.38ng)のmiRNA検出が可能であり、現在、さらにリガンドの検出機能の改良を進めている。
心血管ホメオスターシスとその破綻における機能性脂質の役割

S1Pは、内皮細胞・骨髄由来細胞のS1P2などを介して腫瘍血管新生などの血管形成を制御し、マクロファージのS1P2を介して粥状動脈硬化を促進し、さらに複数の受容体を介して血管バリア機能を調節する。また、心臓では、線維化や肥大といったリモデリングに関与する。ホスファチジルイノシトールを産生するPI3Kの2型受容体が新しい機構で血管新生に関与することを見出した。これらの結果は機能性脂質が新規な治療標的となることを示唆する。1. S1P2KOマウスでは、エバンスブルー漏出法により、VEGFによる皮下組織血管透過性が変化していた。リポポリサッカライド(LPS)吸入誘発刺激において、肺水腫が増悪していた。同様に、血小板活性化因子投与による血管透過性の変化も観察された。2. S1P2KOマウス(ApoE遺伝子欠損:高コレステロール食を負荷)において、大動脈の粥状動脈硬化巣面積減少、マクロファージ浸潤低下(Mac3免疫染色)および内膜への平滑筋細胞の遊走促進(α平滑筋アクチン染色)が観察された。マクロファージの遺伝子発現において、スキャベンジャー受容体mRNAの低下、ABCA1トランスポーター発現増加が観察された。酸化LDL取り込みが低下し、HDL存在下でのコレステロール汲みだしが亢進していた。3. S1P2受容体KOマウスでは、虚血肢の血流回復が亢進していることを見出した。抗CD31免疫染色による微小血管数の増加と、血管壁α平滑筋型アクチン免疫染色の増加、すなわち血管成熟促進が見られた。4. PI3K-C2αの発生期血管新生における役割の解析:1)妊娠の各時期において、内皮特異的(EC)-KO-/-マウスと+/+マウスの大動脈、大静脈などの大血管と、脳、肺、腎などの微小血管の免疫染色により、(EC)-KO-マウスでは微小血管の分岐と成熟の著しい異常が観察された。同様に、周皮細胞集積が低下していた。これらの変化は、全身型KO-マウスと同様であり、内皮細胞のPI3K-C2αが血管新生に必須であることが示された。全身型ヘテロKO-マウスでは、皮下に移植したマトリゲル内の新生血管においても、数と成熟の低下が観察された。本年度は、脂質メディエータースフィンゴシン-1-リン酸(S1P)のマクロファージによる変性リポ蛋白のどん食・処理と内皮の抗炎症機能におけるS1P_2の役割ならびにS1PR2の薬理学的遮断の粥状動脈硬化におよぼす効果、および血管新生モデルである虚血後血管新生におけるS1PR2の役割についての解明に取り組んだ。また、PI3KクラスIIa酵素の血管形成における役割についての解明に取り組んだ。その結果、S1PはマクロファージにおいてはS1PR2受容体に作用し、単球の内膜下への遊走促進、マクロファージにおけるRho-Rhoキナーゼ-NF-kBを介した酸化LDL取り込み促進、コレステロール汲みだし抑制、サイトカイン産生促進、内皮細胞においてはRho-Rhoキナーゼ-PTEN-Akt抑制を介したeNOS抑制、の各作用を及ぼし、粥状動脈硬化を促進した。野生型マウスにS1PR2選択的遮断薬JTE-K1を長期投与すると、プラーク面積が減少し、マクロファージの酸化LDL取り込みが低下した。この結果より、S1PR2遮断薬は炎症抑制により顕著な抗動脈硬化作用を及ぼすことが期待される。S1PR2の虚血後血管新生促進作用には、骨髄由来細胞、虚血局所におけるサイトカイン産生が関与していることを見出した。PI3KクラスIIa酵素の血管形成作用に、低分子GタンパクRhoが関与していることを突き止めた。来年度は、動脈硬化については、ヒトマクロファージにおけるS1PR2の機能、虚血後血管新生については骨髄由来細胞が血管新生に関与する機構、PI3Kについてはがん血管新生における役割の解明に取り掛かる予定である。本年度は、以下の研究に取り組んだ。動脈硬化におけるS1Pシグナル系の機能に関してはヒトマクロファージにおけるコレステロールの汲み出し能に及ぼす作用ならびにSIPを産生する主要酵素スフィンゴシンキナーゼー1(SphK1)の役割について、肥大・心筋線維化におけるS1Pシグナル系の役割に関してはS1P作用を媒介するパラクリンシグナル機構について、PI3K-C2αの生後における血管新生における役割に関してはPI3K-C2αの虚血後血管新生における役割とその機構、の探索・解明に取り組んだ。その結果、以下の結果が得られた。主としてS1P2を発現するマクロファージでは、S1P2遮断薬によるS1P2抑制がコレステロール汲み出しを促進した。また、マウスApoE欠損粥状動脈硬化モデルにおいて全身のSphK1活性亢進は動脈硬化病変の進展に影響することを示唆する成績を得つつある。

α平滑筋アクチンプロモーター下にS1P1を過剰発現するトランスジェニック(TG)マウスでは線維化を伴う心肥大を呈するが、その機構としてアンギオテンシンII(AngII)のパラクリン作用が必須であること、AngIIは線維芽細胞が産生しTGマウスではこれが亢進していること、これにはアンギオテンシン変換酵素発現亢進が関与していること、AngIIの下流でさらに別のパラクリン因子が関与していることが明らかになった。PI3K-C2αのコンディショナル欠失マウスで虚血後血管新生が亢進した。VEGF作用を比較したところ、血管内皮細胞全体でのVEGF受容体活性化には差異が見られなかった。これらの結果は、S1Pシグナル系とPI3K-C2α系が心臓・血管ホメオスターシスに関わり、新たな治療標的となる可能性を示唆する。
腹部大動脈瘤の遺伝子治療開発に関する基礎的研究

平成10年度は、ヒトAAA壁を培養し、MMPsとTIMP-1の発現を検討した。その結果、MMP-1とMMP-9の発現はAAA群で対照群より有意に亢進していた(P<0.01)。また、TIMP-1の発現はAAA群で対照群より亢進していた。そこで、TIMP-1遺伝子導入してMMP産生を抑制する実験に先立ち、薬理学的にMMPを抑制するとされるDoxycyclineの効果を検討した。その結果、Doxycycline非投与群に比し、Doxycycline投与群でMMP-9は容量依存性に抑制された。一方、TIMP-1の濃度はDoxycyclineに左右されず、DoxycyclineはTIMP-1を介さずに、MMPを抑制すると考えられた。平成11,12年度は、ヒトAAA壁を用いて、動脈壁のエラスチン代謝に関与するMMP-2、MMP-9、TIMP-1の発現を検討した。45mm以下のものを小径の動脈瘤、45mmより大きいものを中・大径の動脈瘤と定義した。その結果、タンパク、mRNAレベルにおいて、MMP-2は小径瘤で、MMP-9は小径瘤、中・大径瘤でそれぞれ対照より有意に高かった。AAA、特に中・大径の動脈瘤において、MMP-2はMMP-9と有意な相関を認めた。一方、TIMP-1はMMP-9とMMP-2とに有意な相関があった。したがって、動脈瘤がさらに成長する上で、MMP-2とMMP-9とは協調して作用している可能性が考えられた。また、TIMP-1はエラスチン代謝におけるMMP-2とMMP-9を抑制し、動脈瘤の拡大及び破裂を防いでいる可能性が示唆された。腹部大動脈瘤(AAA)の病態において、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の過剰産生による動脈壁の破壊が重視されている。本研究では、MMPの特異的抑制物質であるtissue inhibitors of metalloproteinase(TIMP)を強制発現させてMMPを抑制し、AAAの進展を阻止する治療法の開発を目的としている。本年度は、まず最初に組織培養で瘤壁のMMPの産生能とTIMPの産生能を評価した。AAA31例と非動脈瘤患者の剖検例7例より腎動脈下腹部大動脈の動脈壁を切除して、48時間組織培養したした培地を回収し、MMP-1,MMP-9,TIMP-1の濃度をELISA法で測定した。その結果、MMP-1とMMP-9の産生能はAAA群で対照群より有意に亢進していた(P<0.01)。また、TIMPの遺伝子を導入する前の状態で、すでに瘤壁のTIMP-1の産生能は亢進していることが確認された。そこで、瘤壁でのMMP産生の抑制実験として、TIMP-1遺伝子導入に先立ち、薬理学的にMMPを抑制するとされるDoxycyclineの効果を検討した。一方、TIMP-1の濃度はDoxycyclineに左右されず、DoxycyclineはTIMPを介さずに、MMPを抑制すると考えられた。しかしながら、AAA瘤壁でのMMPの産生能は、Doxycyclineにより抑制されても依然として非動脈瘤患者の動脈壁に比し、著しく亢進しており、これだけで瘤の進展を抑制するものとは考えがたい。以上の研究成果を踏まえ、現在さらにTIMP-1の発現を遺伝子導入により促進して、直接MMPを抑制する実験が進行中である。

本年度はラットの動脈瘤モデルを作成する予定であったが、準備段階において、「TIMP遺伝子の導入だけで本当に動脈瘤の拡大が防げるのか?」という疑問が生じた。そこで本年度はAAAだけでなく、閉塞性動脈性疾患(AOD)も検討し、腹部大動脈の壁におけるMMPー2,9、TIMP-1をcompetitivePCR法によりmRNAレベルで検証した。その結果、AAAではMMP-2とMMP-9のmRNAはAODや対照群に比べ有意に増加していなかったが、高値を認めた。AAAにおいてTIMP-1はAODに比べ低値であった。45mm以下のものを小径の動脈瘤、45mmより大きいものを大径の動脈瘤と定義すると、小径のAAAにおけるMMP-2の発現が、大径のAAAと対照群に比べ有意に増加していた(p<0.05)。AAAにおいて瘤径とMMP-2、MMP-9、TIMP-1の発現とに相関はなかった。対照群においてMMP-9とTIMP-1に有意な相関を認めたが、AODとAAAに相関はなかった。したがってMMP-9とTIMP-1との不均衡が動脈瘤の形成に関与しているものと思われた。つまりTIMP-1が何らかの原因で増加しないことが、動脈瘤の形成に関与している可能性が示唆された。また動脈瘤形成の初期の段階において、MMP-2が重要な役割を果たしているものと思われた。しかしながら動脈瘤がさらに成長する上で、MMP-2とMMP-9とは独立して作用している可能性が考えられた。本年度は、ヒトAAA壁を用いて、動脈壁のエラスチン代謝に関与するMMP-2、MMP-9、TIMP-1の発現を再検討し、大動脈瘤の発生機序を検討した。45mm以下のものを小径の動脈瘤、45mmより大きいものを中・大径の動脈瘤と定義した。タンパク、mRNAレベルにおいて、MMP-2は小径瘤で、MMP-9は小径瘤、中・大径瘤でそれぞれ対照より有意に高かった。AAA、特に中・大径の動脈瘤において、MMP-2はMMP-9と有意な相関を認めた。一方、TIMP-1はMMP-9とMMP-2とに有意な相関があった。したがって、動脈瘤がさらに成長する上で、MMP-2とMMP-9とは協調して作用している可能性が考えられた。また、TIMP-1はエラスチン代謝におけるMMP-2とMMP-9を抑制し、動脈瘤の拡大及び破裂を防いでいる可能性が示唆された。一方、in vivoへ応用する準備として、ブタ膵エラスターゼtype1によるラットの動脈瘤モデルを作製した。現在、有効な動脈瘤作製にあたって、エラスターゼの投与方法、至適エラスターゼ濃度とその暴露時間の検討も行っている。
場の発散とその幾何

次の2つからなる:(1)Hermitian Hurwitzの間に双対定理がなりたつ。これにより(P)-型の時空間と(q-1,p)-型空間のDirac型の方程式の解の間に1対1対応がなりたつ。この同型写像は特に(1,3)空間と(2,2)空間のDirac型の方程式の解の対応を定める。この事実をもとにして、(2,2)空間についてPennese理論を適用するとPenroseの基本定理の簡単な証明がえられる。(2)上のDirac型の方程式の解に大してWeyI型の方程式が対応され、分解定理が示せる。Riemann-Hilbert問題を解くことにより、発散に確定特異点を対応できる。これに対して留数定理を示すことにより、特異類がえられる。これをもとにしてアノマリーの幾何が示される。
ナノ多孔体中ヘリウム原子膜の摩擦研究

本研究は水晶マイクロバランス(QCM)法を用いて、ナノ多孔体中に吸着したヘリウム原子膜の界面摩擦とスリップ現象の研究を行うことを目的としている。平成17年度は本研究課題の最終年度として、以下の研究実績を得た。(1)ポーラスゴールドQCMを用いて、ポーラスゴールド中に満たされた液体^4Heの超流動転移の研究を行った。超流動状態は、界面摩擦がゼロの状況でのスリップ現象の研究を可能にする。その結果、ポーラスゴールド中では、超流動転移温度がバルクの場合より6mK下がった。超流動密度の臨界指数ζは0.72±0.03で、過去に測定されたバルクの液体^4Heの値0.6705±0.0006と同程度となった。(2)電気通信大学の鈴木(勝)グループとの共同研究により、QCM法によりポーラスゴールド中のヘリウム原子膜のスリップ現象の測定を行った。低温において、^4He膜とポーラスゴールド間の界面摩擦が小さくなることが明らかになった。また、スリップ現象の面密度依存性を明らかにした。(3)QCMのさらなる高感度化を目指し、早稲田大学の黒田グループとの共同研究によりナノポーラスシリカを付着したQCMの製作に取り組んだ。すでに、直径40Åの1次元細孔を持つナノポーラスシリカ膜でコーティングされたQCMの作製に成功し、極低温環境での動作テストを行った。今後、本技術を用いて、スリップ現象の精密測定や次元性の影響を調べる研究などに利用できると期待される。研究成果(1)、(2)については、日本物理学会、国際低温物理会議(LT24)において、口頭及びボスターにおいて学会発表を行った。研究初年度の平成16年は、まず新規に本研究に必要なQCM測定システムを立ち上げた。本測定システムの特徴は、極低温環境下での測定に有利に周波数モジュレーション(FM)法を用いた点にあり、励起パワーを1nW以下に抑え、オーバートーン発振よる柔軟な周波数を可変した測定ができる。又、2つのQCMの同時測定ができるように工夫を施し、in-situ環境下での2つのQCMの直接比較、効率的なデータ収集ができるようになった。このQCM測定システムは、研究室に既存の3Heクライオスタットシステムとの組み合わせることにより、最低温度0.5Kの測定が可能になった。本研究に用いるナノ多孔体試料として、まず初めにRFスパッター法によるポーラスゴールド電極(細孔径40nm、空隙率70%)の作製を行った。RFスパッター法を用いた方法は、従来のイオンビームスパッターを利用した方法に比べ、試料作製にかかる時間を大幅に時間短縮(2日→20分)し、本研究に費やされる時間コストを大幅にカットできたと考えている。現在、電気通信大学の鈴木(勝)グループとの共同研究により、ポーラスゴールド中のヘリウム原子膜のスリップ現象の測定が進行し、近い将来、研究成果が期待される。また、QCMのさらなる高感度化を目指しており、ナノポーラスシリカを付着したQCMの製作に取り組んでいる。
グルジア語における複文の構造とモダリティ

昨年度の研究の成果をふまえ、グルジア語の関係節や条件節の構造・意味について研究を進めた。5月には、スウェーデンのマルメ大学で行われた国際シンポジウム"Language, History and Cultural Identities in the Caucasus"において、関係節についての研究発表を行なった。これは、何種類かあるグルジア語の関係節のうち、一つが常に制限的関係節として機能することを指摘し、ほかのタイプの関係節とそのふるまいを比較したものである。その研究内容は、まだ論文のかたちにしていないので、なるべく早く論文として発表したい。9月に発刊されたTokyo University Linguistic Papers第24号には、グルジア語のある種の条件文についての分析を論文として発表した。完了形の述語を含む条件節が独自の時制を持たない場合、常に、表される仮定の事態に対する話しての「それが起こるのは望ましくない」という含意があることを論じたものである。日本語やスペイン語などでも同様の現象が報告されており、条件文そのものの存在意義についての示唆を含む、通言語的にも非常に興味深い現象であると思われる。また、8月には、約1ヶ月、グルジアに渡航し、首都トビリシ市や東部のカヘティ地方などでフィールドワークを行なった。グルジア語のみならず、話者の数が少なく、近い将来に消滅が危ぶまれているバツビ語の貴重な資料を得ることができたのは大きな成果であった。また、近年グルジアで出版されている研究書や学術誌なども入手した。現代グルジア語の統語法・語用論について、これまでは主に、条件文と関係節を中心として分析を進めてきた。条件文については、条件節の接続詞によって区別される2つのタイプ、さらに条件節の述語動詞が直説法であるか接続法であるかというそれぞれの下位区分を含めて、4つの種類の条件文の機能の違いという観点から考察を深め、小規模なセミナーなどで発表する機会を持った。また、とくに関係節についての現時点での研究の成果をまとめ、2004年11月21日に富山大学で開催された日本言語学会第129回大会において、「現代グルジア語の二種類の関係節」と題して研究発表を行った。これは、関係節の形成の方法によって、制限的関係節、あるいは非制限的関係節として機能するかどうかに関して違いが見られることを指摘したものである。これらの研究の内容を、論文として発表するために、現在、準備を進めているところである。17年度中に発表されるよう、海外の学術誌などへの投稿を予定している。平成16年9月にはグルジア、トビリシ市に赴き、現地においてグルジア語を母語とする話者を対象に調査を行ったほか、書籍や文献資料を収集したり、現地や欧米の研究者たちと意見を交換する機会を得た。今後は条件文や関係節以外のタイプの複文についても考察の対象を広げ、さまざまなタイプの複文あるいは名詞化を比較して、グルジア語の複文の統語論全体を射程とした考察を深めていきたいと考えている。
CMC-Magnetiteを用いた温熱療法時の脳腫瘍内動態の検討

我々は磁性微粒子であるmagnetiteを用いた悪性脳腫瘍に対する種々の温熱療法を開発し、腫瘍細胞内取り込み効率を上げるため正電荷脂質包埋magnetite(magnetite cationic liposome、MCL)を用いる方法で有効な抗腫瘍効果を確認している。今回更に高い温熱効果を得る為に、増粘剤として薬剤にも使用されているcarboxymethylcellulose(CMC)とmagnetiteとを混和調整した性状の異なる2種類のCMC-magnetiteを使用し、温熱処理を行った後の腫瘍内の組織学的変化を観察した。CMC-magnetiteの調整はCarboxymethylcellulose(CMC)の4%分散液とmagnetiteを混和し凍結乾燥ののち吸水させて作製し、magnetite(Fe_3O_4濃度を3050mg/mlに調整した。T9ラットグリオーマ細胞を脳内に注入後8日目にrat脳腫瘍内にCMC-magnetite40μlを注入注入(刺入)は脳定位装置を用いて施行した。注入(刺入)後24時間より高周波磁場発生装置のコイル(内径25cm長さ25cm)中心部にラットを静置し、88.9kHz/384Oeの磁界条件内で腫瘍内のmagnetiteを1日1回30分間、計3日間発熱処理した。最終磁場処理24時間後に脳摘出し組織染色を施行した。その結果、CMC-magnetiteは腫瘍内に拡散し、磁場処理を重ねるたびに拡散が進行していくことが明らかになった。また、CMC-magnetiteのウサギ正常脳内での発熱はmagnetite3.3mg刺入時に中心部で50°C以上、頭蓋表面の頭皮温で44°C以上が得られることが確認されており、他の製剤では獲得し得ない高い温熱効果が期待できる。
造血幹細胞の可塑性を誘導する環境因子の同定と再生医療への応用

脂肪組織は骨髄と同様、非常に緻密な血管網の構築がなされており、また脂肪組織に存在する間葉系細胞の亜分画は、もちろん脂肪細胞に分化するものの、その他血管内皮細胞や骨格筋細胞や神経細胞などへの分化能を有することがしめされている。しかし、実際に脂肪組織内に存在する際にはこれらの幹細胞は種々の臓器細胞への分化は抑制されており、この脂肪組織中には通常は幹細胞の可塑性を抑制する分子が存在する可能性が示唆される。そこで幹細胞の可塑性の制御を解析する上で、脂肪組織はいい材料となると考えられ脂肪組織の試験管内維持培養系の確立を試みた。その結果、予想しないことに、我々の培養系では脂肪組織から非常に豊富にbeatingする心筋細胞が分化することが判明した。これら心筋細胞はα-sarcomeric proteinやNkh2.5など心筋特異的な細胞骨格分子や転写因子を発現しており、これら培養した心筋細胞が実際、心筋梗塞モデルラットの心臓へ生着し、心筋虚血を改善させることが可能であることが判明した。今回の研究期間ではまだ明らかにすることができなかったが、今後いかなる細胞分画が心筋細胞に分化しうるのか、そして脂肪組織の培養系ではいかなる分子が脂肪組織内のおそらく幹細胞分画と考えられる細胞を心筋細胞へと分化転換させるのかを解明したい。また、前述したように体内に存在する脂肪組織内では心筋細胞に分化を抑制する分子が存在することが予想され、本分子を明確にすることで、この分子の機能抑制により間葉系幹細胞を心筋細胞へ容易に分化させることのできる培養系を樹立し、心筋梗塞など重傷の心疾患に対する新規の治療概念を確立したい。造血幹細胞は自己複製を営み、種々の成熟した血液細胞を産生するばかりでなく、多様な分化能力を持ち、心筋細胞や肝細胞に分化すると相次いで報告されている。さらに骨髄間葉系幹細胞分画から神経細胞や血管内皮細胞なども試験管内で分化誘導されるとの報告もなされている。またマウスやヒトにおいて骨髄移植をうけたレシピエントの種々の組織には骨髄由来の細胞が分化し、種々の組織細胞に組み込まれていることが証明されている。これらを統合すると、骨髄の造血幹細胞や間葉系幹細胞は種々の臓器で、組織特有の環境因子の影響を受け、胎児期と同様に組織特異的細胞への分化が誘導されるということになる。そこで本研究では、骨髄幹細胞がいかなる細胞環境、環境因子により組織特異的細胞への分化が誘導されるのかについて分子機序を明らかにし、本機序を応用することにより、再生医療法の開発を行なうことを目的とする。我々は以前より造血幹細胞の生態学的適所の形成には、幹細胞の周囲に血管網の形成が誘導されることを報告してきており、幹細胞と血管内皮細胞との細胞間相互作用が種々の組織において幹細胞の分化誘導に機能するものと考えてきた。今回、骨髄や胎児肝と同様、緻密な血管網を有する脂肪組織に注目し、その間葉系幹細胞からの血管内皮細胞と脂肪細胞の分化について検討した。本研究過程で、脂肪細胞への分化に機能するリガンド依存性核内転写因子であるPPARγは間葉系幹細胞および、血管内皮細胞、脂肪細胞に発現しており、そのPPARγのリガンド、PGJ2の刺激により骨髄由来間葉系幹細胞から内皮細胞と脂肪細胞の両者が効率よく分化することが明らかとなった。間葉系幹細胞から脂肪分化の分岐点に血管内皮細胞の分化の経路が存在することは興味深く、今後本現象につきいかなる分子機序が存在するのかを解析するとともに、間葉系幹細胞を用いた血管再生治療への応用につき検討する。
免疫チェックポイント阻害剤併用がんペプチド療法におけるバイオマーカーの探索

今回、我々は固形癌(食道癌、胃癌、大腸癌、肝癌、膵癌、乳癌)に対する新規アジュバント2種類を組み合わせた次世代のペプチドワクチン療法を開発した。旧来のIFAをアジュバントとして用いてきたペプチドワクチン療法の検体と比較・検討することは、全く新しい取り組みであり、負の免疫応答の制御を行うことにより、新しいがんペプチドワクチン療法の開発に繋げて行く。がん局所微小環境に着目し、免疫チェックポイント阻害分子であるLAG3をブロックして免疫疲弊を防ぐLAG3-Igをアジュバントに用いた新規がんペプチドワクチンを現在までに17症例の固形癌患者(食道癌、胃癌、大腸癌、肝癌、膵癌、乳癌)に投与し、安全性を確認するとともに、各種免疫学的解析を進行中である。従来のIFAを用いたペプチドワクチンと比較し、PD-1, TIM-3, Tregなど各種の分子やELISPOT assay, TCRレパトワ解析を測定して、次世代型の負の免疫応答の制御を行うことにより、固形癌患者における負の免疫病態を解明し、免疫チェックポイント阻害剤との併用も視野に入れて、がん局所微小環境における負の免疫応答の制御を行うことにより、新しいがんペプチドワクチン療法の開発に繋げて行く。固形癌に対するペプチドワクチン投与は当初の計画通り順調に施行できた。現在、これらのflowcytemetry, ELISPOT assay, immunohistochemistryに関して、検体を集積し、解析を進めている段階であり、概ね順調に経過していると考える。切除標本、血液検体による解析を続行し、免疫チェックポイント阻害関連アジュバントを用いたペプチドワクチン療法におけるバイオマーカーの探索を目指す。今までに、regulatory Tcell、MDSCのflow cytometryは予備実験で行っており、良好な染色判定ができ、測定可能であることが確認されている。研究代表者(鈴木)、研究分担者(硲、友近、恒富)および研究協力者(研究助手:佐野、兼安)が固形癌(食道癌、胃癌、大腸癌、肝癌、膵癌、乳癌)に対するこれまでのペプチドワクチン療法と新規ペプチドワクチン療法を比較することにより、各種バイオマーカー(詳細は前ページに記載)探索として、免疫染色、flowcytometry、ELISPOTならびにTCRレパトワ解析を行い、ペプチドワクチンの有効・無効のバイオマーカーを探索・同定する。
非定常不規則境界を有する高Reynolds数乱流場へのLES法の適用

現地計測等で容易に得られる自由水面上の流速時系列データを用いて水面下の流れを予測できるかどうかを数値実験により検討した。先ず参照計算と呼ばれる通常の直接数値計算を行い、そこから得られた水表面上の連続時系列データを"観測"データとみなし、そのデータを様々な形で与える、主計算を別途実行し、両者の結果を比較した。[i]乱流の誤差過敏性のためたとえ初期条件が"完全"でも、水表面データと数値予測で生み出される水面下流れがいずれ整合しなくなること、[ii]多くの開水路流では水面下の流れの大半は水面の挙動に関係なく底面近傍の現象で決まること、が瞬時レベルでの水表面データからの水面下流れの予測可能性を非常に困難にしていることが確認された。不透過境界(粘着壁及び滑り面)が乱れに及ぼす影響は非常に重要で、これまで多くの研究者によって検討がなされてきたにもかかわらず、共通の見解は未だ得られていない。研究代表者は特に境界のブロッキング効果に注目し、完全発達流れ場中の粘着面及び滑り面近傍のDNS/LESデータを調べることで、ブロッキング効果が及ぶ領域のスケーリングについて考察した。粘着面近傍ではブロッキング効果も確かに粘性スケールで整理できる可能性が非常に高いこと、一方すべり面近傍では利用可能なデータが限られているためなお不明な点はあるものの、ブロッキング効果が及ぶ領域は水深のような外部スケールでうまく整理される可能性が示された。自由水面や粗面といった非定常不規則境界を有する高Reynolds数乱流場は工学や地球物理学で取り扱われる応用場に遍在する。本研究は信頼性の高い乱流予測法であるLES[Large-Eddy Simulation]法を用いてそのような流れ場の予測法を提案するもので、研究初年度である本年度は、1.時々刻々と変形する自由水面を追跡する手法のLS[Level Set]法と、2.乱流予測法であるLES法、に関する研究を同時並行で進めた。1.LS法については、従来用いられてきた古典的な方法だけでなく、気液界面での不連続量を高精度に捉えるBoundary-Condition-Capturing法や、体積/質量保存性や気液界面の運動の捕獲精度を飛躍的に向上するParticle LS法についても検討し、有用性を確認した。次にLS法の応用例として、構築された手法を河床に凹部形状を有する開水路乱流場に適用した。実験結果との比較により、大きく変形する水面形状を精度良く追跡できることを概ね確認した。乱流モデルには二方程式k-omegaモデルを利用し、気液界面を密度成層流の極端な場合と捉えて界面近傍の乱れの減衰効果を反映することで、基本的な乱流統計量も精度良く予測できることも確かめた。2.LES法については、モデルに必要な係数を流れ場の状態に応じて動的に算出するダイナミック型モデルの中から、特に有用性が高いと考えられるものを選出し、いくつかの流れ場において比較評価を行っている。平行平板間流れや正方ダクト流ではモデルの予測結果に極端な差異は見られないが、渦粘性型モデルにエネルギー散逸を担わせ、スケール相似則に基づくBardina型モデルで逆カスケードを表現する、混合型のモデルがいずれのケースにおいても良好な結果を与えることを確認した。本研究は信頼性の高い乱流予測法であるLES[Large-Eddy Simulation]法を用いてそのような流れ場の予測法を提案するもので、第2年度である本年度は、昨年度開発、精度検証したLESコードの複断面開水路乱流への応用、気液二相乱流のモデリングに関する研究を進めた。1.汎用性の高いサブグリッドスケール応力モデルである、ダイナミック2パラメータモデルを用いて、複断面開水路乱流のLESを行い、対応する実験計測結果、及び過去のLES計算結果との比較検討を行った。今回得られた結果は実験結果に観られる主要な特徴を非常に良好に再現し、従来のLES結果から大きく改善されている。この理由は、より信頼性の高いモデルを採用したこと、用いた数値計算法の高精度化、より高い空間解像度、が考えられる。2.気液二相乱流のモデリングについては、浮力項の乱流エネルギー(渦粘性モデル)/Reynolds応力(応力方程式モデル)輸送方程式中のモデリング再考察し、またその効果をより詳細に考察した。この方法の利点は、自由水面乱流で水面効果のモデリング手法として採用されてきた従来の方法に比べて、汎用性が広く、物理的な根拠も明確な点にある。気液界面での不連続な密度分布の取り扱いに改善の余地が残されている。

不透過境界(粘着壁及び滑り面)が乱れに及ぼす影響は非常に重要で、これまで多くの研究者によって検討がなされてきたにもかかわらず、共通の見解は未だ得られていない。研究代表者は特に境界のブロッキング効果に注目し、完全発達流れ場中の粘着面及び滑り面近傍のDNS/LESデータを調べることで、ブロッキング効果が及ぶ領域のスケーリングについて考察した。粘着面近傍ではブロッキング効果も確かに粘性スケールで整理できる可能性が非常に高いこと、一方すべり面近傍では利用可能なデータが限られているためなお不明な点はあるものの、ブロッキング効果が及ぶ領域は水深のような外部スケールでうまく整理される可能性が示された。