hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリア膜を介した鉄の恒常性維特に関与するABC輸送体の構造・機能解析

酸化的リン酸化反応を担う蛋白質には活性中心に鉄原子を持つものが多いことから,ミトコンドリア機能の維持のためには,ミトコンドリア膜を介した鉄の輸送が重要である.しかし,過度の鉄の蓄積はヒドロキシラジカルの生成を促し,最終的にミトコンドリア機能を失わせる.ヒトABCB6は酵母ATM1ホモログとして同定されたABC輸送体である.ABCB6の機能はごく最近になって解明され,ヘム前駆体をミトコンドリア内に取り込むことによって鉄の恒常性維持に関与していることが明らかになった.また,ミトコンドリア病の原因遺伝子の可能性も考えられる.ABCB6のC末端ABCドメイン(ABCB6-C,285残基,31kDa)については,apo型およびADP結合型とも,主鎖NMRシグナルが全体の約25%の残基について観測されないことが,昨年度までの解析によって判明していた.また,これらの残基はABCドメイン間で保存されている重要な領域に局在していることから,活性発現に重要な何らかの動的構造多形の存在が示唆されていた.この動的構造多形性を確認するために,主鎖^1H^<-15>N相関クロスピーク強度のpH依存性,温度依存性,磁場依存性の解析を行なった.解析の結果,C末端約20残基にはアミドプロトンと水との早い交換が観測されたものの,そのほかの領域では動的構造多形性の存在が明らかになった.これは,既報の古細菌ABCドメインMJ1267の^<15>N緩和解析結果とも一致しており,ABC輸送体が共通に持つ性質と結論付けられる.また,この動的構造多形性がABCドメインと膜貫通ドメインの問のシグナル伝達機構を担っている可能性も強く示唆される.以上の結果に加えて,ABCB6-Cのモデル構造の検証と精密化のために,残余双極子カップリングの測定,および選択的プロトン標識試料を用いたNOE解析,ATP結合型ABCB6-Cについても解析も行った.ミトコンドリアによるエネルギー産出機能の維持のためには,ミトコンドリア内の鉄の恒常性維持が重要である.本研究では,ミトコンドリア内の鉄の恒常性に関与する蛋白質がABC輸送体であり,FeS前駆体などのミトコンドリア膜を介しての輸送に関与している可能性が強いことに注目し,これらの蛋白質の一つであるヒトABCB6蛋白質について,主としてNMR法を用いて構造・機能解析を行うことを目的としている.ABCB6のC末端ATPaseドメイン(ABCB6-C)について安定同位体標識試料を調製し,3重共鳴NMRの手法を用いてapo型とADP結合型の主鎖NMRシグナルの帰属を行った.apo型の解析の結果,約75%の残基について主鎖NMRシグナルが帰属された.残る25%の残基はWalker A, Walker B, D-loop, Q-loop, H-motifなどのADP/ATP結合領域と,Helicalサブドメイン(膜貫通ドメインとの相互作用に寄与すると考えられている)に局在していた.さらに詳細なNMR解析を行った結果,上記ADP/ATP結合領域, Helicalサブドメイン付近に動的な構造多形が存在し,化学交換によるシグナルの著しいブロードニングが起こっていることが示唆された.ADP存在下ではアデニン環とα/βリン酸結合領域で構造の固定化が観測されたが,他の領域では「動的構造多形性」は依然として存在していた.この現象は原核生物のABCでは示されていたが,本研究によって初めて真核生物のATPaseにも存在することが明らかになった.この「動的構造多形性」は全てのABC輸送体が共通に持つ性質である可能性が強い.動的多形性がADP/ATP結合領域のみならずHelicalドメインにも存在していることから,この性質がABCドメインと膜貫通ドメインの間のシグナル伝達機構を担っている可能性が強く示唆される.酸化的リン酸化反応を担う蛋白質には活性中心に鉄原子を持つものが多いことから,ミトコンドリア機能の維持のためには,ミトコンドリア膜を介した鉄の輸送が重要である.しかし,過度の鉄の蓄積はヒドロキシラジカルの生成を促し,最終的にミトコンドリア機能を失わせる.ヒトABCB6は酵母ATM1ホモログとして同定されたABC輸送体である.ABCB6の機能はごく最近になって解明され,ヘム前駆体をミトコンドリア内に取り込むことによって鉄の恒常性維持に関与していることが明らかになった.また,ミトコンドリア病の原因遺伝子の可能性も考えられる.ABCB6のC末端ABCドメイン(ABCB6-C,285残基,31kDa)については,apo型およびADP結合型とも,主鎖NMRシグナルが全体の約25%の残基について観測されないことが,昨年度までの解析によって判明していた.また,これらの残基はABCドメイン間で保存されている重要な領域に局在していることから,活性発現に重要な何らかの動的構造多形の存在が示唆されていた.この動的構造多形性を確認するために,主鎖^1H^<-15>N相関クロスピーク強度のpH依存性,温度依存性,磁場依存性の解析を行なった.解析の結果,C末端約20残基にはアミドプロトンと水との早い交換が観測されたものの,そのほかの領域では動的構造多形性の存在が明らかになった.

これは,既報の古細菌ABCドメインMJ1267の^<15>N緩和解析結果とも一致しており,ABC輸送体が共通に持つ性質と結論付けられる.また,この動的構造多形性がABCドメインと膜貫通ドメインの問のシグナル伝達機構を担っている可能性も強く示唆される.以上の結果に加えて,ABCB6-Cのモデル構造の検証と精密化のために,残余双極子カップリングの測定,および選択的プロトン標識試料を用いたNOE解析,ATP結合型ABCB6-Cについても解析も行った.
配向をもった分子液体の個別運動と集団運動のダイナミックス

電極界面での電解質溶液の動的構造と電極反応の機構をモンテカルロシミュレーションによって解析した。電極に電圧がかかっていないときとかかっているときで電解質イオン分布が非常に大きく変化する事が見いだされた。すなわち、電圧がかかっていないとき、正イオンと負イオンは同数だけ電極に吸着し、その外側に正負イオンほぼ同数が2層程度緩く配列する。これに対して、電圧がかかっているときには、帯電した電極の対イオンが非常に強く吸着し(今の場合、正イオン)、それよりイオンの半径分だけ電極から離れた位置に負イオンが多く局在した。そしてその外側に半径分ほど離れて正イオンが多くあつまった。このような正イオンと負イオンの交互に配置する構造は初めて見いだされたもので、今後そのメカニズムの解明は興味の持たれるところである。この電解質溶液に反応体を1分子いれて、全体でモンテカルロシミュレーションをおこなった。それを基に一般化反応座標にたいして、反応体の電子移動前の状態と電子移動後の状態の自由エネルギー曲線をもとめた。その結果、反応体が中性の時の自由エネルギー曲線の曲率は荷電したときの自由エネルギー曲線の曲率の約1/20となることがわかった。電解質漿液の揺らぎが線形的であれば、この比が1になるはずであるので、電極反応では非常に大きな非線形効果が現れていることを示した・その機構を解析した結果、反応体の電極面にたいする運動(揺らぎ)が反応体の荷電状態で大きく異なっており、それが自由エネルギー曲線の形に大きく影響を与えていることが明らかになった。また、反応の種類や反応の自由エネルギーギャップに依存して、反応体の運動と電解質溶液の運動の相対的重要度が変化する事も明らかにされた。
非定常ダウンバーストシミュレータの開発とその建築物風荷重・耐風性能評価への応用

ブロア(直径0.6m)を一定速度(最大2m/s)で移動させながら指定した場所で瞬発的噴を発生させることができるダウンバーストシミュレータを完成させた。これにより,静止した状態で瞬発的噴流を発生させる「噴流ダウンバースト」,定常的な噴流が一定速度で移動する「移動ダウンバースト」,送風機が一定速度で移動しながら瞬発的な噴流を発生させる「移動・噴流ダウンバースト」を再現することが可能となった。これを用い,3種類のダウンバーストによって生じる地表面近傍の最大瞬間風速分布や建物に作用する非定常風圧の分布特性を把握した。また,それらを再現できるCFDモデルの開発を行い,詳細な分布特性を明らかにした。ダウンバースト(DB)については、わが国ではほとんど研究が行われておらず、不明な点が多い。本研究では、DB内の気流性状やDB内に置かれた建物に作用する風圧・風力の特性を明らかにするために、独自にDBシミュレータを作製した。DBは、台風等従来の設計で対象としている境界層乱流とは異なり、1)瞬発的噴流であること、および、2)親雲の移動に伴って移動することにより、強い非定常性を有する。本研究では、この非定常性が建物に作用する風圧・風力に及ぼす影響に着目し、実験並びに数値計算を行うことで、対DB設計用風荷重の提案を目的としている。平成27年度は、まずダウンバーストシミュレータの製作を行った。現有の装置(平成2223年度科研費「挑戦的萌芽研究」により作製)を改良し、上記の非定常性をそれぞれ再現できるように改良した。具体的には、送風機の吹き出し口にシャッター(開口速度最速約0.2秒)を設けることで瞬発的噴流を再現し、また、送風機を一定速度(最速約2m/s)で移動させることで実現した。DBシミュレータを用いた実験により、DB内の風速分布と時間変化を測定し、既往の観測結果と比較することで概ね適切にDBを再現できることを確認した。次に、建物模型を用いて風圧分布の時間的変化を測定した。それらの結果を境界層乱流を用いた風洞実験結果と比較したところ、建物に作用する風力はDBに対する建物位置によって向きも大きさも大きく変化し、境界層乱流中での値の1.3倍以上にもなること、境界層乱流中では屋根には上向きの風力が作用するが、DBの場合には位置によっては下向きの風力が発生するため、自重や雪荷重との組み合わせを考える上で重要となることを示した。次に、クーリングソースを用いた数値流体計算を行い、下降流の気温が流れ場や建物に作用する風圧分布に及ぼす影響を検討し、その影響の大きいことを示した。本研究は、平成2223年度の挑戦的萌芽研究「ダウンバーストシュミレータの試作と風荷重評価の試み」の成果に基づく研究であり、これまでの研究で得た数多くの知見が活かされているので、概ね予定通りに進んでいる。先の研究では、定常DBを再現する装置を試作し、その妥当性を検証したが、ダウンバーストのもつ大きな特徴は、「瞬発的噴流であること」および「親雲の移動に伴ってダウンバーストも移動すること」による非定常性である。これらの非定常性を適切に再現できるよう、本研究では装置の改良を行った。すなわち、送風機の吹き出し口にシャッターを設けることで瞬発的な噴流を再現し(シャッター速度は最速約0.2秒)、送風機自体をレール上で一定速度で移動できるようにした(最大移動速度約2m/s)。非定常ダウンバーストによる地表近傍の風速分布や建物に作用する風圧分布の時間的な変化を実験により把握することができ、対ダウンバースト設計に対して基礎的な知見を得ることができたと考えている。また、数値流体計算を試み、下降流の気温が風速分布や建物の風圧分布に少なからず影響する可能性を示した。平成27年度に送風機を一定速度(最大2m/s)で移動できるよう既存のダウンバーストシミュレーター(自作)を改良したが、平成28年度には、移動しながら指定された場所で瞬発的噴流を発生させることができるよう、さらに改良を加えた。これによって、静止した状態で瞬発的噴流を発生させる「噴流ダウンバースト」、定常的な噴流が一定速度で移動する「移動ダウンバースト」、送風機が一定速度で移動しながら瞬発的な噴流を発生させる「移動・噴流ダウンバースト」といった3種類の特性を有するダウンバーストを再現することが可能となった。なお、幾何学的縮尺率は約1/2000である。平成28年度においては、まず、上記3種類のダウンバーストによる風速場(特に最大瞬間風速に着目)の測定を熱線風速計を用いて行った。「噴流ダウンバースト」の場合、地表付近で大きな最大瞬間風速が発生し、上空へいくと急激に風速が低下するのに対して、移動を伴う場合には、地上付近の最大瞬間風速の大きさは「噴流ダウンバースト」と同程度あるいはいくらか小さいが、高さ方向変化が緩やかになる。これは、一般的な境界層乱流に比べて、「噴流ダウンバースト」の場合には低層建築物の風荷重が大きくなるが、移動を伴う場合には、高層建築物の風荷重が大きくなることを示唆している。平成28年度には、40m(幅)×40m(奥行)×20m(高さ)の大きさを有する陸屋根建築物を対象とし、3種類のダウンバーストにより生じる風圧分布の測定を行った。また、その結果に基づき、全体風力係数(抗力・横力・揚力係数)を計算した。風圧係数、風力係数

いずれも屋根高さにおける最大瞬間風速に基づく速度圧で定義されている。いずれのダウンバーストにおいても、境界層乱流による値に比べて風力係数は大きくなること、また、最大・最小ピーク風圧係数分布が大きく異なること、などが示された。2年をかけて、既存のダウンバーストシミュレーター(過去の科研費(挑戦的萌芽研究)にて試作したもの)の改良を行い、「噴流ダウンバースト」、「移動ダウンバースト」、「移動。噴流ダウンバースト」を再現するシミュレータを完成させることができた。これは当初の予定通りである。これによって、「瞬発的な噴流」と「移動」によって生じるダウンバースト特有の非定常性が風速場や建物に作用する風圧分布・風力に及ぼす影響を検討することが可能となった。本装置を用いることによって、ダウンバーストによる最大瞬間風速の分布や建物に作用する風圧分布・風力を測定することができ、ダウンバーストによる風圧・風力の特性を明らかにし、設計用風荷重を提案することが可能となった。また、現在開発中の数値シミュレーションモデルの妥当性検証用データとしても有効に活用できる。数値シミュレーションについては、OpenFOAMを利用して上記実験を再現できるようなシミュレーションモデルを開発中である。「噴流ダウンバースト」については、概ね実験結果を再現できるようになった。「移動ダウンバースト」および「移動・噴流ダウンバースト」についても、定性的には実験結果に一致する結果が得られている。境界条件などに改良の余地はあるが、今後、詳細な実験結果との比較により、モデル化を精緻化することは可能であると考える。平成27年度および28年度の2か年に亘って改良を重ね、送風機を一定速度(最大2m/s)で移動させながら指定した場所で瞬発的噴流を発生させることができるようなダウンバーストシミュレータを完成させた。これにより、静止した状態で瞬発的噴流を発生させる「噴流ダウンバースト」、定常的な噴流が一定速度で移動する「移動ダウンバースト」、送風機が一定速度で移動しながら瞬発的な噴流を発生させる「移動・噴流ダウンバースト」を再現することが可能となった。幾何学的縮尺率は約1/2000である。最大瞬間風速分布に関する実験データと既往の実測データとの比較により、概ね実際のダウンバースト気流を再現できていることを確認した。次に、このシミュレータを用いて40m(幅)×40m(奥行)×20m(高さ)の大きさを有する陸屋根建築物に作用する風圧分布の測定を行った。あわせて境界層乱流を用いた実験も行い、ダウンバーストによる風圧の大きさおよび分布は通常の耐風設計で想定しているものとは異なることを明らかにした。また、寸法を2倍にした建物模型および同じ平面形でアスペクト比を14に変化させた模型を用いて実験を行い、ダウンバーストによる風圧分布や風力に及ぼすそれらの影響を定量的に明らかにした。ダウンバーストによる風速のプロファイルと建物高さとの関係で、風圧や風力の特性も大きく変化することが示された。実験に続いてLESを用いたCFDモデルの開発を行った。「噴流ダウンバースト」および「移動・噴流ダウンバースト」について、風速分布に関する実験結果との比較を行い、CFDモデルの妥当性を検証した。その上で、建物に作用する風圧・風力の特性を詳細に把握した。
植物の葉のコメットアッセイを用いた都市大気環境質評価手法の開発とその適用可能性

本年度は、まずこれまでに得られたバンコク市街地中心部6箇所におけるポトスを用いたバイオモニタリング結果と街路形態やスカイトレインと呼ばれる高架鉄道による道路覆蓋効果及び交通流等との関係を調べるため重回帰分析を行った。7日から10日程度の短期曝露試験において遺伝子損傷度の増加速度は沿道の曝露において、対照用のストックポトスに比べて有意に高い値を与え、その値をH/W(沿道建物高/街路幅)、時間当りの交通量、速度、及び覆蓋の有無などを説明変数として十分説明できる回帰式が得られた(決定係数0.81)。また回帰式より高架構造を除いた場合の遺伝子損傷速度の減少は1520%見込めることがわかった。また、平均車速が早ければ(渋滞なくスムーズに流れれば)、影響が緩和されることも示された。さらに市街地のラーマ6世通り沿いにおける自生植物(パンヤ科ワタノキ属の高木、ミカン科アワダン属の低木、ラン科シュンラン属の草木)を用いたパッシヴモニタリング及び郊外のカセサート大学構内におけるポトスを用いたアクティヴモニタリングを実施した。郊外においても沿道環境において有意に損傷度が大きい分布が得られた。また、対照サンプルが無い自生植物については長期間の影響についての推測の域を出ないが、排気ガスが希釈される高所におけるサンプルは排出源に近いサンプルより損傷度は低かった。前年度基礎実験で用いたアイビーが現地で調達できなかったこと、染色液をより発がん性の低いものに変更したことによるプロトコールの確認、画像データの取り込みに関する確認などに手間取り、損傷度の回復に関する定量的検討が不十分で、そのモデル化には至らなかった。以上得られた結果をもとに現在論文を準備中である。今年度は、植物の葉から抽出した核に対するコメットアッセイによる遺伝子損傷度分布の特徴を把握するために、モデル植物としてアイビー(Hedera helix)を選定し、まずトルエンをモデル化学物質として暴露チャンバーテストを行った。他の物質との混合実験までには至らなかった。それは、遺伝子損傷分布の濃度依存性が予想外の結果を与えたからである。すなわち、トルエン暴露濃度が1ppm以下という極めて低濃度の暴露濃度範囲では、コントロールに対して有意な遺伝子損傷性の増大が認められたが、暴露濃度が50800ppmという高濃度暴露に対しては、遺伝子損傷性の分布の濃度依存性が認められなかった。これは、気孔を閉じるなどによる生体防御機構が働いたためと解釈できるが、植物の葉を用いたバイオアッセイとして興味深い結果である。今年度は、上記結果の再現試験に時間を費やしたため、トルエン以外の物質を試験することは出来なかったが、来年度では混合物質による複合的影響を明らかにしていきたい。いずれにせよ、バイオモニタリングとしては、極めて低濃度の環境中の汚染物質による影響を検出できる感度の高いモニタリングとして有用ではないかと考えられる。また、遺伝子損傷度分布の時間的変化から、継続的暴露による累積的影響を定量化するための評価手法を開発するため、アイビーの沿道大気環境質暴露による遺伝子損傷度分布の暴露開始からの時系列を解析した。沿道大気環境と非沿道大気環境における遺伝子損傷度の違いから、遺伝子損傷度を場所によって比較することによる相対的大気汚染度を示すことができ、アイビーによるactive monitoringの最適暴露試験期間は約1週間であった。さらに、統計的手法を用いた遺伝子損傷分布パターンの解析に着手した。チャンバー試験の結果からは、低濃度暴露領域においては、遺伝子損傷の進行と回復の速度因子を考慮するモデルを構築中である。
量子サイズ超微粒子の粒子径分布の直接測定と粒子径分布の制御方式に関する研究

本年度は前年度の研究成果を基に、逆ミセル系で調製された超微粒子の粒子径分布を顕微鏡観察によって測定し、粒子径分布の精密な制御に必要な粒子径分布を定量的に取り扱った粒子生成モデルを構築した。顕微鏡による粒子径分布の測定には粒子と逆ミセル形成に用いた界面活性剤との分離が必要で、さらに分離操作における粒子径変化の抑制が必須である。まず粒子調製後の逆ミセル溶液にチオフェノールを加えて粒子表面を被覆・保護し、沈殿した粒子を回収して溶液中の界面活性剤と分離した。沈殿は極性溶媒中に再分散できる。粒子径変化が抑制できたことを吸収スペクトルで確認し、粒子径分布を透過型電子顕微鏡で測定した。粒子生成の各過程を定量的・速度論的に評価するため、粒子径の経時変化の吸収スペクトル測定による追跡を検討した。吸収スペクトルに現れるエキシトンピークの波長と顕微鏡観察から得た粒子径との相関を検討した。その結果は既往の調製法で調製された粒子のものとほぼ一致し、Wellerらが提案した理論式で表現できた。粒子生成過程をモデル化し、粒子調製開始直後からの粒子径分布の経時変化についてのシミュレーションを行った。粒子径分布の取り扱いは一般的なポピュレーションバランスを用いた。粒子は逆ミセル内に存在するため、粒子径の分布に加え、粒子の各逆ミセルへの分布も考慮した。本研究で取り扱った金属硫化物の場合、粒子成長が非常に短時間で完了するため、粒子凝集のみを考慮した。凝集速度と粒子径の関係はへテロ凝集理論を利用し、粒子表面電位を一定とした。この関係のパラメータは平均粒子径の経時変化から求めた。シミュレーション計算で得られた粒子径分布は、電子顕微鏡観察による測定結果とよく一致した。以上の研究成果は現在投稿中である。さらに、この知見を基に高濃度の超微粒子の調製を行い論文として発表した。本年度は逆ミセル系で調製された超微粒子の粒子径分布測定を検討した。粒子径分布は基板上に固定化された粒子の顕微鏡観察で得られるが、逆ミセル系で調製された粒子の場合、界面活性剤からの分離が必要である。対象粒子は紫外可視吸収スペクトルの測定で平均粒子径が推算できる硫化カドミウム、基板はマイカとして原子間力顕微鏡による観察を行った。超微粒子の基板への固定化法として、1.基板表面を粒子と親和性の高いチオール類で修飾し、粒子を含有する逆ミセル溶液を接触させて粒子を固定化し、その後界面活性剤を洗浄する方法、2.粒子表面をチオール類で被覆してから界面活性剤と分離し、それを基板上に固定化する手法を検討した。1.についてはメルカプトシラン化合物を検討したが、修飾された基板に微小な凹凸が現れ、その上に固定化した粒子の粒子径分布の正確な評価は困難であると結論した。2.ではまず、被覆された粒子を逆ミセルから極性溶媒中へ移動させ、混入した界面活性剤の除去を他の溶媒への抽出や基板の熱処理を組み合わせて検討したが、粒子と共に界面活性剤の会合体も観察された。次に、被覆されて疎水化した超微粒子を含有する逆ミセル溶液を水面に滴下し、水面に浮かんだ粒子を基板に移す方法を検討した。界面活性剤は水に溶解し、基板上に界面活性剤の会合体はほとんど見られなかった。そして、粒子を含有するサンプルの場合は高さ1-3nmの突起が観察され、さらに突起の密度と高さはサンプルの粒子濃度と平均粒子径に対応して変化したことから、超微粒子が基板上に固定化できたと考えている。引き続きこの手法で固定化された粒子を電子顕微鏡で観察し、これを確認する。来年度は当初予定どおり、この粒子固定化手法を用いて粒子径分布を測定し、粒子調製条件との相関を調べ、平均粒子径を基にした粒子生成モデルを拡張して、粒子径分布を取り扱うことのできるモデルの構築を目指す。

この関係のパラメータは平均粒子径の経時変化から求めた。シミュレーション計算で得られた粒子径分布は、電子顕微鏡観察による測定結果とよく一致した。以上の研究成果は現在投稿中である。さらに、この知見を基に高濃度の超微粒子の調製を行い論文として発表した。
食欲・代謝中枢の単一ニューロン活動計測と調節因子同定・作用機構解析の実験法の確立

【研究結果】1.(1)自由飲水・摂食8-10週令雄性SDラットから弓状核をパンチアウトし酸素処理により神経細胞を単離し、(2)灌流下に神経細胞内Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>])を画像解析してニューロン活動をモニターし、(3)グルコース・レセプチン・オレキシンの作用を測定した後、(4)免疫染色によりPOMC・NPY神経を同定する方法を確立した。2.弓状核には、グルコース濃度の低下(8.3mMから2.8mM)に対して振動性の[Ca^<2+>]増加応答を示しNPYを含有するグルコース感受性NPY神経(GS-NPY神経)が約20%存在した。3.脂肪細胞ob遺伝子産物レプチン(10^<-14>M-10^<-9>M)は、2.8mMグルコースにより誘発されたGS-NPY神経の[Ca^<2+>]増加を抑制し、一方POMC神経に[Ca^<2+>]増加を惹起した。4.対照的に、摂食亢進作用を持つ視床下部外側野ペプチドのオレキシン(10^<-14>M-10^<-8>M)はGS-NPY神経に[Ca^<2+>]増加を惹起し、POMC神経の[Ca^<2+>]増加を抑制した。オレキシンによるGS-NPY神経の活性化はPLC・PKC・IP_3感受性Ca^<2+>遊離の阻害剤で抑制され、POMC神経の抑制はGTP結合蛋白Giの阻害剤で阻害された。5.オレキシン神経終末はNPY神経とPOMC神経に接触していた。【結論】1.食欲・代謝中枢の単一ニューロン活動計測・解析法を確立した。2.レプチンは生理的濃度でGS-NPY神経を抑制し、POMC神経を活性化し、これらはレプチンの摂食抑制ルートとして機能する。3.オレキシンはGq-PLC-PKC+IP_3を介してGS-NPY神経を活性化し、Giを介してPOMC神経を抑制し、これらはオレキシンの摂食亢進機序であると推察される。
腸管出血性大腸菌による溶血性尿毒症症候群発症の分子機構

1)溶血性尿毒症症候群(HUS)では好中球の活性化が起こっている:HUS症例、非HUS症例について血漿のサイトカインについて精査した。その結果、HUS症例では、非HUS症例より有意に血中IL-8や顆粒球エラスターゼが高値であることがわかった。好中球活性化が惹起されていることが示唆された。エンドトキシンはHUSで陰性であったことはHUSの病因を探る際の考えに新しい示唆を与えた。2)ベロ毒素が好中球を活性化することを初めて明らかにした:ベロ毒素(VT)による好中球活性化の可能性について、ヒト血液の顆粒球画分におけるサイトカイン産生、接着分子の発現を検討した。すなわち、健康成人のヘパリン加血液に、リコンビナントVT1、VT2またはLPSを加えた37°Cで4時間培養し、サイトカイン産生、接着分子発現をフローサイトメーター(FACSCalibur, Becton Dickinson)を用いて検討した。その結果、VT1やVT2は顆粒球画分CD33(dim)と単球画分CD33(dim)とCD33(bright)の蛍光強度を増加を増加させるのに対して、VT1やVT2はCD33(bright)でのCD33の蛍光強度のみを増加させた。サイトカインについてはVT1添加で、顆粒球画分で強いIL-1ra、IL-8、IL-6、TNF-α産生が認められた。やVT2でも同様の成績であった。このようjなVT1や特にVT2は全血培養で単球のみならず好中球を直接活性化していることがわかった。さらにベロ毒素に対する受容体(CD77,Gb3)が存在するかを検討したところ、顆粒球、単球画分にベロ毒素が結合することがフローサイトメーターで明らかになった。ベロ毒素に結合した好中球が標的臓器に侵入して、好中球の活性化による臓器不全が起こるという当初の考えが支持された。HUSの治療法には決定的なものはなく、この研究は新しい治療法創案に寄与するだろう。1.ベロ毒素はヒト好中球を活性化するか?好中球の活性化が腸管出血性大腸菌感染症による溶血性尿毒症症候群(HUS)の発症や進展に関与していることが示唆されたので、1)べロ毒素による好中球活性化の可能性についてフローサイトメーターを用いて、ヒト血液の顆粒球画分におけるサイトカイン産生、接着分子の発現について検討した。その結果、(1)健康成人のヘパリン加血液に、リコンビナントVT1またはLPSを加えた37°Cで4時間培養し、サイトカイン産生、接着分子発現をフローサイトメーター(FACSCalibur、Becton Dickinson)を用いて検討した。その結果、VTl(1-20μg/ml)は顆粒球画分と単球両分でのCD11bまたはCD18の発現をLPS(0.01-1μg/ml)と同時に促進した。LPSがCD33(dim)とCD33(bright)の蛍光強度を増加を増加させるのに対して、VT1はCD33(bright)でのCD33の蛍光強度のみを増加させた。サイトカインについてはVT1添加(1-20μg/ml)では顆粒球画分で強いIL-1ra、IL-8、IL-6、TNF-α産生が認められた。さらに(2)ヒト末梢血から、モノポリ緩衝液で顆粒球画分と、単球両分に分画し、10%FCS RPMI1640培地に浮遊させて同様の検討を行った。その結果、(1)とほぼ同様の結果を得た。このようにVT1は全血培養で比較的高濃度ではあるが単球のみならず好中球を直接活性化していることが示唆された。現在顆粒球にべロ毒素に対する受容体(CD77,Gb3)が存在するか,顆粒球に結合したべロ毒素の検出をフローサイトメーターで検討中である。2. HUS症例の検討岩手、帯広、秋田、近畿地区でのHUS症例、非HUS症例について血漿のサイトカインについて精査している。その結果、HUS症例では、非HUS症例より有意に血中IL-8や顆粒球エラスターゼが高値の症例であることがわかった。

サイトカインについてはVT1添加で、顆粒球画分で強いIL-1ra、IL-8、IL-6、TNF-α産生が認められた。やVT2でも同様の成績であった。このようjなVT1や特にVT2は全血培養で単球のみならず好中球を直接活性化していることがわかった。さらにベロ毒素に対する受容体(CD77,Gb3)が存在するかを検討したところ、顆粒球、単球画分にベロ毒素が結合することがフローサイトメーターで明らかになった。ベロ毒素に結合した好中球が標的臓器に侵入して、好中球の活性化による臓器不全が起こるという当初の考えが支持された。HUSの治療法には決定的なものはなく、この研究は新しい治療法創案に寄与するだろう。1)溶血性尿毒症症候群(HUS)症例の検討:HUS症例、非HUS症例について血漿のサイトカインについて精査した。その結果、HUS症例では、非HUS症例より有意に血中IL-8や顆粒球エラスターゼが高値であることがわかった。顆粒球(好中球)活性化が惹起されていることが示唆された。2)好中球の活性化がHUSの発症や進展に関与していることが示唆されたので、ベロ毒素(VT)による好中球活性化の可能性について、ヒト血液の顆粒球画分におけるサイトカイン産生、接着分子の発現を検討した。すなわち、健康成人のヘパリン加血液に、リコンビナントVT1、VT2またはLPSを加えた37°Cで4時間培養し、サイトカイン産生、接着分子発現をフローサイトメーター(FACSCalibur、Becton Dickinson)を用いて検討した。その結果、VT1やVT2は顆粒球画分と単球画分でのCD11bまたはCD18の発現をLPSと同様に促進した。特にVT2の活性が強かった。LPSがCD33(dim)とCD33(bright)の蛍光強度を増加を増加させるのに対して、VT1やVT2はCD33(bright)でのCD33の蛍光強度のみを増加させた。サイトカインについてはVT1やVT2添加で、顆粒球画分で強いIL-1ra、IL-8、IL-6、TNF-α産生が認められた。このようにVT1や特にVT2は全血培養で単球のみならず好中球を直接活性化していることが示唆された。ベロ毒素は顆粒球にも結合して活性化することを世界で初めて明らかにした。HUSの治療法には決定的なものはないが、この研究は新しい治療法創案の基礎的知見を与えた。
多人数での演習において適切なフィードバックを支援するシステムの構築

本研究では,多人数のクラスにおいて,講師が小テストを用いて学生の状況を素早く把握し効果的なフィードバックができるように支援するシステムの構築をめざした.特に,正確な学習者(誤り)モデルの構築手法の検討,講師とのインタラクションにもとづく同じ指導が必要な学生を素早く特定するインターフェイスの開発を行った.そのために,2つの視点(解答文の詳細な解析,解答の入力過程にもとづく分析)にもとづく手法を検討し,その有効性を示した.本研究の目標は,多人数での演習において適切なフィードバックを支援することであった.その中で,初年度である平成26年度には,学生の解答・講師の指示をもとに学生の誤りモデルを構築することについて検討した.学生の状況をより詳細に把握するために,記述式の小テストを課した際に,学生の解答文だけでなく解答の入力過程も収集し,これらを総合的に分析することを試みた.特に,何度も書き換えられる部分は,学生の理解が不十分であると考え,それを抽出する方法を検討した.ただし,解答の入力過程で生じる書き換えは,不十分な理解だけでなく,計算機の操作スキルの不足によっても生じる.各学生の計算機操作のスキルが異なることを考慮したうえで.これらを区別する必要がある.本研究では,解答の入力が長時間(たとえば10秒以上)にわたり停止する期間に着目した.これは,操作スキルの不足に起因する解答の書き換えは比較的短時間のうちに行われると考えたためである.また,操作スキルに差があったとしても,入力すべき回答が明らかな場合は,長時間に渡り入力が停止することは少ない,これらの停止した期間の解答を比較した結果,何度も書き換えられた部分には,講師が解答を読む際に注目する語を多く含んでいることが明らかになった.この成果は,平成27年度開催の国際会議・国内会議にて発表予定である.これを従来システムによる解答文の解析結果と組み合わせることにより,システムは,これまでのシステムと比べより詳細に,学生の誤り・理解が不十分な点をとらえることができる.本研究の目的は,多人数での演習(小テスト)において適切なフィードバックを支援することであった.その中で平成27年度には,同じフィードバックを必要としている人をまとめることを目標としていた.平成26年度は,計算機環境で小テストを実施する場合を想定し,解答の入力過程に着目し,打鍵間隔のみから学生の状況を判定できる可能性を指摘した.これをふまえ,平成27年度はより高い精度で入力過程を収集し,学生の状態をより詳細に分析できる可能性について検討した.加えて,入力された解答そのものの可視化手法についても検討し,これらの情報を融合することで,より詳細な情報を可視化することも試みた.その結果,解答の入力過程については,キーボード入力に慣れていない学生を打鍵間隔に関する簡単な閾値による判定で判別でき,その上で,入力が停滞している箇所が学生の自信がない部分と強く関連していることを明らかにした.また,解答の可視化については,ただ要約するだけでなく色・配列などにより重要な内容を適切に強調することで,講師が主要な記述を素早く把握できるようになることが示された.これらを融合することで,自信がない学生の自信がない点についてわかりやすく可視化できるだろう.なお以上の結果は,平成28年度開催の国際会議・国内会議にて発表予定である.研究実績の概要の項に記したとおり,当初の目的に対して基本的な知見を得ることはできた.しかし分析内容が,全学生一律の基準によるものにとどまっており,各個人のプロファイルを利用した分析にはいたらなかった.このため,分析の結果得られる情報の粒度が粗いものとなっている.以上より,研究の進捗の遅れはあるものの致命的ではなく,やや遅れた達成度にあるといえる.本研究の目的は,多人数で演習(小テスト)において適切なフィードバックを支援することであった.その中で平成28年度には,抽出した学生に対して行う指導を支援することを目標としていた.平成26年度に,解答の入力過程であるキーの打鍵情報から学生の状況が判断できる可能性が示されていた.これをもとに,平成27年度ではその詳細化を行い,キーの打鍵の停滞・打鍵速度の変化と学生の自信の有無との関係を明らからした.平成28年度では,これを受けて,キーの打鍵情報から推測した学生の状況と,解答文から得られる情報を融合し,講師にわかりやすく提供することをめざした.キーの打鍵情報からは,学生がとまどっている(自信がない)箇所を,数文節の精度で取得できる.また,解答文からは表現のゆらぎを考慮に入れたうえで同様の記述をしている解答群をまとめることができる.これらを併せることで,多くの学生が戸惑っている箇所の記述を表現のゆらぎを考慮してまとめることができる.その結果,多くの学生が戸惑っている内容をリアルタイムで検出できるようになった.加えて,検出した情報を講師に素早く提供するためのWebシステムを試験的に構築した.このシステムは,実際の授業での運用にはいたらなかったものの,タブレット端末を所持した教師に,多くの学生がとまどっている内容を逐次提供できるようになった.なお,以上の結果は,平成29年度開催の国際会議・国内会議にて発表予定である.本研究では,多人数のクラスにおいて,講師が小テストを用いて学生の状況を素早く把握し効果的なフィードバックができるように支援するシステムの構築をめざした.特に,正確な学習者(誤り)モデルの構築手法の検討,講師とのインタラクションにもとづく同じ指導が必要な学生を素早く特定するインターフェイスの開発を行った.

そのために,2つの視点(解答文の詳細な解析,解答の入力過程にもとづく分析)にもとづく手法を検討し,その有効性を示した.平成26年度は学生の解答・講師の指示をもとに学生の誤りモデルを構築することについて検討する予定であった.研究実績の概要の項に示したように,これまでの検討は,おもに学生の解答の入力過程について行ってきた.現時点で,講師の指示を取り込む方法の検討は十分に行われておらず,その点において十分ではない.また,広範に試用実験を行うためのシステムの安定性の向上に手間取っており,その点においても,研究計画の遅れを引き起こしている.ただし,データ(学生の解答および解答過程)の収集はプロトタイプにより行っており,それらの分析手法の検討は可能であり,一定の成果を挙げている.以上より,研究の進捗の遅れはあるものの致命的ではなく,やや遅れた達成度にあるといえる.平成28年度の予定は,フィードバック内容に応じてクラスタリングされた学生たちにそれぞれに,講師が望むフィードバックを簡単に行うことができるようにすることである.加えて,平成27年度に達成できなかった,(細かい粒度での)フィードバック内容に応じたクラスタリング手法の確立も必要である.まず,クラスタリング手法に関しては,キーの打鍵間隔の情報と,解答文の解析結果を融合することで,解析結果の粒度を細かくしてゆく.また,フィードバックを容易にする手法は,タブレット型端末を用いて解答の分析結果を閲覧すると同時に,フィードバック対象・内容を指定できるインターフェイスを開発する.この際,講師の意図を十分に反映した指定が容易にできるように,意図を汲み取る情報処理手法に重点を置き検討する予定である.教育工学平成27年度の予定は,「構築した誤りモデルをもとに,同じ指導をすべき学生をクラスタリングする」ことである.これを,平成26年度に達成できなかった「講師の指示をもとに学生の誤りモデルを構築する」ことと併せて,実施して行く必要がある.「同じ指導をすべき学生」を特定するためには,システム内の学生の誤りモデルの精度を上げるとともに,教師の意図に応じた分析ができるインターフェイスの開発が必要だと考えている.そのためには,システムがとらえている学生の状況を適切に可視化するとともに,教師の意図を正確・詳細に取り入れることができるインターフェイスを開発する必要がある.後者については,教師の利便性を考え,タブレットなどの携帯端末への実装をめざす.また,平成26年度に問題となった,システムの安定性の向上についても解決しなければならない.本年度は,まず,システムの安定性の向上を図るとともに,システムの誤りモデルの精度向上をめざす.これにより,前年度の目標を達成する.次に,システムがとらえた学生の状況を効果的に可視化する方法について検討し,最後に,教師の意図を汲むインターフェイスについて検討する予定である.これは,教師の操作は適切に提示された情報をもとに行う必要があるためである.平成27年度分については概ね予定どおり執行した.平成26年度から繰り越した分がそのまま残額になった.設備費,消耗品費,旅費については,おおむね計画どおりに執行した.
プレート沈み込み地震発生帯における地震時の断層物質の化学反応と断層滑り挙動の解明

本研究は,プレート沈み込み地震発生帯における地震時の断層物質の化学反応と断層滑り挙動の解明を目的としている.24年度は,現在の地震発生帯である南海トラフの陸上アナログである房総半島第三系付加地質帯にふたたび注目し,昨年度,南海トラフでの掘削試料について開発した手法を過去の付加体の浅部に発達する断層に対しても適用し,そこに発達する断層のすべりの特徴について議論した.断層は三浦層群西崎層発達する白子断層,保田層群,三浦層群を境する磑森断層,保田層群内に発達する江見断層を選択した.それぞれ,過去に前縁デコルマ,層序外断層,付加体内の小規模な断層として運動していたとみられている,各々の断層から試料採取を行い,研磨片を作成したのち,南海トラフ試料に対して導入されたものと同じ分析手法でビトリナイト反射率の分布を分析した.その結果,断層を中心としてビトリナイトの反射率が母岩に比べて上昇していることが確認された.特に,白子・榿森断層では断層の外側においても反射率の上昇が確認され,これは南海トラフ試料の分析結果と調和的であった.その後,昨年度に開発したビトリナイト反射率異常から断層のすべり情報をもとめる手法を同様にこの3試料に適用したところ,白子・硅森断層では非常に長時間にわたるゆっくりとしたすべりが検出された.また,江見断層については断層の内部のみビトリナイトの反射率上昇が確認されず,これは断層での発熱が周囲の母岩に伝わる前に終了をした,つまり短時間のすべりであることが示唆され,過去のこの断層を使ったすべり解析と同様な結果が得られた.以上の結果から,沈み込み地震発生帯に発達する断層のすべり挙動をまとめたところ,深部からのすべりが伝播するような断層ではその浅部においてゆっくり・大変位のすべりが記録されており,内部の小規模な断層では高速すべりが記録されていることがわかった.本研究は,プレート沈み込み地震発生帯における地震時の断層物質の化学反応と断層滑り挙動の解明を目的としている.まず,統合国際深海掘削計画(IODP)第316次研究航海によって採取された南海トラフ地震発生帯での高角逆断層(スプレー断層)の試料の分析に向け,その陸上アナログである房総半島,新第三系付加地質体に発達する断層を対象とした.野外地質調査を行い採取した断層岩および母岩について,顕微鏡観察とICP質量分析装置を用いた微量元素測定などの化学分析を行った.顕微鏡観察からは,断層岩において流れ構造が確認され,高速滑りの痕跡は見られたものの,熔融の痕跡である急冷組織や非晶質の存在は確認できなかった.また,化学分析からは断層岩においてLi,Rb,Csの顕著な減少とSr,Baの増加が検出された.この元素移動は地震時に摩擦発熱によって加熱された高温流体と断層岩との相互作用の結果であると考えられ(Ishikawa et al.,2008;Nature geoscience),この反応を満たす温度を見積もった結果,350°C以上の高温が必要であることがわかった.以上の結果をもとに,地震時にこの断層で引き起こされた滑りの速度と滑り距離,断層の温度についての数値解析を行った結果,摩擦係数や上載圧などのパラメータに幅を与えても,この断層が350°C1100°Cの温度に達するためには,高速(1m/s)で数メートルの滑りが必要であることが示唆された.研究対象とした房総半島,新第三系付加地質体は最大埋没深度が23kmと見積もられているため,本研究で得られたような高速,大変位の滑りが生じた場合には,津波発生の大きな要因になると考えられる.今後,付加体浅部断層(例えば巨大分岐断層,プレート境界断層の浅部)の津波に対する寄与を調べる上で,その滑り挙動を検討する本研究は非常に大きな意義がある.本研究は,プレート沈み込み地震発生帯における地震時の断層物質の化学反応と断層滑り挙動の解明を目的としている.本年度は,主として統合国際深海掘削計画(IODP)第316次研究航海によって採取された南海トラフ地震発生帯での高角逆断層(スプレー断層),前縁プレート境界断層のビトリナイト反射率分析結果をもとに,断層すべりに伴うビトリナイト熟成の数値解析法の確立と,それらの断層滑りパラメータの推定をおこなった.先に行われた断層近傍のビトリナイト反射率分析の結果からは,断層を中心とした反射率増加のピークが得られ,断層運動に伴う摩擦発熱によって,このようなビトリナイトの熟成が行われたと解釈されていた.そこで,この地震時の摩擦発熱とビトリナイトの熟成について,発熱と熱拡散,ビトリナイト熟成の化学反応速度論及び熟成,反射率変換関数とを組み合わせた数値モデルを作成した.このモデルを用い,測定された反射率を満足する断層すべりを逆解放的に算出した結果,これらの断層では,速度が数cm/s,変位が数十mというすべりが過去に引き起こされていたことが示唆された.また同時に,これらの滑りによる津波のシミュレーションについても実施し,高角逆断層におけるすべりについては,通常の南海トラフ地震発生帯で引き起こされるものと同等な大きさの津波が引き起こされることを確認した.これらの結果は,過去,南海トラフ地震発生帯浅部において,ゆっくりとした大規模な断層すべりが生じ,それらが津波を引き起こしたことを示唆している.このような,付加体浅部における大規模な断層すべりの痕跡は,昨年度に実施した陸上付加体に関する研究結果とも調和的であり,プレート沈み込み地震発生帯における,一般的な事象である可能性もある.現在,これらの研究成果は,Journal of Geophysical Research誌に投稿中である.

本研究は,プレート沈み込み地震発生帯における地震時の断層物質の化学反応と断層滑り挙動の解明を目的としている.24年度は,現在の地震発生帯である南海トラフの陸上アナログである房総半島第三系付加地質帯にふたたび注目し,昨年度,南海トラフでの掘削試料について開発した手法を過去の付加体の浅部に発達する断層に対しても適用し,そこに発達する断層のすべりの特徴について議論した.断層は三浦層群西崎層発達する白子断層,保田層群,三浦層群を境する磑森断層,保田層群内に発達する江見断層を選択した.それぞれ,過去に前縁デコルマ,層序外断層,付加体内の小規模な断層として運動していたとみられている,各々の断層から試料採取を行い,研磨片を作成したのち,南海トラフ試料に対して導入されたものと同じ分析手法でビトリナイト反射率の分布を分析した.その結果,断層を中心としてビトリナイトの反射率が母岩に比べて上昇していることが確認された.特に,白子・榿森断層では断層の外側においても反射率の上昇が確認され,これは南海トラフ試料の分析結果と調和的であった.その後,昨年度に開発したビトリナイト反射率異常から断層のすべり情報をもとめる手法を同様にこの3試料に適用したところ,白子・硅森断層では非常に長時間にわたるゆっくりとしたすべりが検出された.また,江見断層については断層の内部のみビトリナイトの反射率上昇が確認されず,これは断層での発熱が周囲の母岩に伝わる前に終了をした,つまり短時間のすべりであることが示唆され,過去のこの断層を使ったすべり解析と同様な結果が得られた.以上の結果から,沈み込み地震発生帯に発達する断層のすべり挙動をまとめたところ,深部からのすべりが伝播するような断層ではその浅部においてゆっくり・大変位のすべりが記録されており,内部の小規模な断層では高速すべりが記録されていることがわかった.研究の目的としていた,現在の地震発生帯における断層すべりの詳細な解析に着手し,論文の投稿を含めたその成果の公表にも目途がたったため.今後は,研究成果の公表を進めるとともに,より精度の高い断層パラメータ解析のため,断層が高速で大変位する際の力学的性質を明らかにする予定である.具体的には,回転剪断式高速摩擦試験機を用いた高速剪断時の摩擦係数の測定と,動的な断層近傍の圧力状態推定の透水係数・貯留係数等の水理特性の情報を,透水試験機を用いた測定によって得る予定である.また,付加体浅部のみならず,付加体深部,地震発生帯本体についても同様の解析を行うための予備調査も行う予定である.
計測データ・オリエンテッドなOD交通量と旅行時間の動的予測手法に関する研究

1)OD交通量とOD旅行時間の動的推定モデルの開発・カルマンフィルタをニューラルネットワークモデルで表現したモデル(NKFモデル)の作成を行い,OD交通量と旅行時間の動的推定を試みた・数ステップ前までの交通変量を取り込むよう拡張を行うとともに、マクロ交通流モデルによる交通流モデルによる交通事態の事前予測を行うようにした。・OD交通量とOD旅行時間を同時推定するようモデルの拡張を行った。2)マクロ交通流モデルのパラメータ同定・パラメータ1)制約条件付き非線形最小二乗法(NLT)とランダム探索に基づくBox Complex法(BCT)との比較を行い、BCT法がNLT法に優っていることを示した。3)フィードバック原理に基づく交通状態推定手法を応用したOD旅行時間の推定・これまでのNKFモデルによって直接的に推定する手法に代わって、マクロ交通流モデルとカルマンフィルタを組み合わせて交通状態を推定した後に,その推定値に基づいてOD旅行時間を間接的に推定する手法を新たに提案した。・提案手法によるOD旅行時間の推定精度が,NKFを利用した手法による推定精度を上回る。・カルマンフィルタとマクロ交通流モデルの利用により,渋滞のない定常的な交通状態のみでなく,混雑した交通状態も感知器データによるフィードバック作用が効果的である。4)Probe車データと車両感知器データと組み合わせた交通状態推定法・マクロ交通流モデルとカルマンフィルタを用いてProbe車データを車両感知器データと組み合わせて交通状態するための定式化を行った。・Probe車データを車両感知器データに組み合わせた場合には、マクロ交通流モデルのみによる場合より推定精度が3080%改善する。・推定精度を確保するためには5%ほどのProbe車によって1030秒間隔でデータを計測する必要がある。1)予測モデルの改良これまでの研究から抽出された問題点の解決を図るために、予測モデルの改良を行った。・OD交通量と旅行時間の同時予測法の確立:渋滞領域における旅行時間関数の信頼性が欠如していることを考慮し、OD旅行時間も未知変量とするよう定式化を行った。両者の相互依存性を考慮し、両者を同時推定するようにモデルの改良を行った。・マクロ交通流モデルの改良:瞬時旅行時間ではなく実旅行時間を予測するため、空間平均速度に関する運動方程式の導入を行って秒単位のタイムステップによる精度の高いシミュレーションの実現をはかった。方程式中の高次項に関してはこれまで多くのモデルが提案されており、それらの比較検討を行った。2)交通流シミュレーションを用いた学習データの作成法の確立本予測モデルでは、事前のモデル同定のために大量のOD交通量と旅行時間データを必要とする。モデルの初期開発段階においては、交通条件や道路条件を広範に設定する必要があり、シミュレーションデータの方がそれらの条件を制御し易い。ここでは、マクロ交通流モデルを用いて仮想的に作成するものとした。圧縮流体型のマクロ交通流モデルのパラメータ推定に関し、1)推定手法の比較、2)パラメータの交通状態依存性、3)カルマン・フィルターによる交通状態推定の有効性に関する分析を行った。推定手法に関しては、制約条件付の非線型最小自乗法とランダムサーチに基づくBox's Complex法の比較を行い、後者がほとんどのケースにおいて有効であった。交通状態に応じて時間帯ごとにパラメータを推定することによって推定誤差を減少させることができる。また、Kalmanフィルターによって観測データに基づいて交通状態の推定値をフィードバック的に補正することによってさらに推定の精度を高めることができた。1)推定モデルの改良昨年までに作成されてきたモデルにおいては、OD交通量やOD旅行時間を直接状態変量として用いてきた。道路ネットワークが大きくなりO(起点)、D(終点)の数が多くなるとODペアの数も級数的に増加し、演算時間も必然的に増加する問題を有していた。

各セグメントにおける交通状態を状態変量として再定式化を行い、OD旅行時間を段階的、間接的に推定する手法の確立を図り、定常的な交通状態のみではなく,車線閉塞に伴う交通渋滞状態も感知器データによるフィードバック作用によって,より精度良く推定することが可能であることを示した.また、カルマンフィルタを利用した交通状態の推定及び交通状態推定値に基づいたOD旅行時間を推定する際には,観測地点数が多いほど精度の高い推定結果が得られることも実証的に示した。2)個別車両の動的交通データの影響分析交通流シミュレーションソフトウェアIntegrationによって作成された仮想データを用いて個別車両のアップリンクデータと車両感知器データを組み合わせることによって交通状態を推定するために、カルマンフィルターに定式化を行うとともに、Probe車両によって交通状態の推定精度がどの程度向上するか分析を行った。車両感知器データのうち速度データの寄与が大きいこと、マクロ交通流モデルによる予測が精度向上に寄与すること、さらに5%程度のProbe車両によって大きな精度向上が期待できることを示した。3)予測モデルの感度分析マクロ交通流モデルやニューラルネットワークモデル内で用いられているいくつかのパラメータを対象として、それらが予測精度に及ぼす影響について分析を行い、交通状況に応じてパラメータを同定する手法の提案と有効性の検証を行った。