hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
剣道難聴を予防するための基礎的研究

剣道における聴力障害の一因と考えられる剣道騒音と聴力疲労の関係について、聴力検査等により検討したが、明確にすることができなかった。剣道具の安全対策研究から、伝統的な剣道具(面)の構造は打撃力の緩衝性を高めることが再認識された。また、道場の音響環境(残響時間)について検討したところ、体育館と比較して伝統的な道場の残響時間は短くなることから、建物構造(天井や壁および窓等)についての詳細な検討が必要と考える。<剣道騒音と聴力疲労の関係について>1.目的:剣道騒音が剣道難聴の一因であろうことは、これまでの研究成果から十分推測されるが、聴力変動を評価する測定機器の性能やヒトの日常生活における生理学的変動なども影響して明確に証明することができなかった。そこで、本研究は、一般的なオージオメータ・OAEによる聴力検査に加えて、聴性脳幹反応(ABR)の検査を行い、蝸牛神経を含む脳幹聴覚路に由来する電位反応から、神経および脳幹の機能についての生理的変動や剣道稽古の影響を明らかにした。2.方法:聴力検査として、リオン社製のオージオメータ・OAEおよび誘発反応検査装置(Audera)による聴性脳幹反応(ABR)装置を使用した。刺激音圧は、75dB, 55dB、35dBの3種類とした。1)被験者は、年齢19歳から23歳で聴力の正常な本学剣道部有段者(初段4段)学生(男子4名、女子3名、計7名)を対象とし、日常生活における聴力機能の生理的変動について検討した。2)通常の稽古(1時間30分)の前後に検査を行い稽古の影響を検討した。3.結果:1)聴力検査;被験者によっても異なるが各周波数帯域で520dBの個人内変動を有している。また、剣道稽古の聴力への影響は、被験者によって異なり、聴覚機能が向上、低下および変化しない場合と、結果は様々であり、因果関係について明確に証明することはできなかった。2)聴性脳幹反応(ABR)検査:両耳への各刺激音圧に対する波間潜時は、8回にわたる検査結果から、数値にバラつきが認められ、個人内変動を有していた。剣道稽古後の応答は、IV波間潜時に遅延が生じる者が、数人認められた。35dB音圧においては、IIIV波間潜時の遅延する傾向も見られたが、特にIIII波間潜時に遅延する傾向の者が多く、下部脳幹部の聴覚伝道路およびその近傍への影響が示唆された。【目的】剣道難聴の発生原因として打撃振動が考えられることから、打撃力や振動を緩衝するような「面」の改良・開発研究は急務である。本研究では、剣道の打撃力特性を明らかにするとともに、面を装着した際に頭顔部に密着する内輪上部「いせ」と面布団との構造によって生じた面布団前上部の形状が、打撃力の分布やその緩衝性にいかなる影響があるかを明らかにするものである。【方法】<実験1>竹刀による打撃時の振動特性について:これまで実施・蓄積してきた剣道選手の打撃力波形を詳細に分析し、振動特性を明らかにした。<実験2>面の安全性を高めるための開発研究(「いせ」の効果について):1)試験材料:内輪および布団の芯材を変えることなく、「いせ」があるものと無い面材料を製作し比較した。布団は8mmミシン刺しである。2)打撃力分析:自製の打撃力測定装置一式(キスラー社製センサー9067型)を使用し、作成した双頭型打撃測定用ヘッド{(前頭部(内輪部)と頭頂部(布団部)を分離してある}に各種面を装着し、打撃力発生器により打撃(重量:520gのカーボンシナイ使用、打撃強度約100kgf)した際に生じる打撃力(Fz:垂直分力、Fy:前後方向分力)について面の内輪部(前頭部)と布団部(頭頂部)への打撃力分布や振動特性を明らかにした。【結果】(1)打撃力の作用時間は、技能・年齢:性・部位によって異なっているが、概ね29ミリ秒の範囲にある。波形は2峰性が多く、作用開始から0.332.74ミリ秒の棘波が認められ、剣道難聴発生周波数域および剣道騒音周波数域との関連が示唆された。(2)竹刀の打撃角度が大きくなるにしたがい、打撃力は、前頭部の内輪上部に加わる割合が高くなり、「いせ」の高い材料は打撃力の緩衝性が高くなった。(3)面打撃の緩衝性を高めるためには、面布団だけでなく、面の内輪上部「いせ」やその芯材についても考慮する必要がある。<目的>剣道難聴を予防するための環境対策として、剣道を実施する道場等の環境騒音を低減させることが重要と考え、代表的な剣道場や体育館などの音響環境(残響音)の実態調査を行い、適正な道場の建物構造・材料などについて検討するための基礎的資料を収集することを目的とした。<方法

>1)音響環境調査;剣道場および体育館の一隅にスピーカー(Victor)を配置(2m×2m×1.5m)し、片壁に向かって雑音発生器(リオン社製SF-06)により雑音を発生させる。他の3箇所隅(2m×2m)及び中央部に精密騒音計(リオン社製NA-27)をセット(高さ1.5m)し、発生した音からの反響音の各周波数毎(500Hz5kHz)の残響時間を測定する。調査は、道場等の窓や扉を閉鎖した場合と、解放した場合を測定した。2)調査対象となる場所:京都武徳殿、京都武道センター、筑波大学剣道場、東海大学剣道場、東京農工大学剣道場、東京芸術大学体育館、東京農工大学体育館等である。<結果>1)全調査対象の残響時間(閉鎖時)は、5kHzで1.052.15秒、4kHzは1.282.46秒、3kHzは1.452.7秒、2kHzは1.553.04秒、1kHzは1.33.7秒、800Hzは1.553.71秒、そして500Hzは1.424.1秒となり、周波数が高いほど残響時間は短くなっていた。一方、解放時の残響時間は、5kHzで0.851.86秒、4kHzは1.002.12秒、3kHzは1.272.41秒、2kHzは1.382.89秒、1kHzは1.303.16秒、800Hzは1.363.24秒、そして500Hzでは1.332.99秒であり、閉鎖時と同様、周波数が高いほど残響時間は短くなり、開放時の残響時間は、閉鎖時と比較して1623%低下することが明らかになった。2)伝統的な構造の道場に比較して体育館の場合には、各周波数における残響時間が長くなっていた。これは建物構造つまり天井が高く室内容積も大きいことが一因と考えられるが、壁や天井の材質等も関連するものと考えられ、今後さらなる検討が必要と考える。
歯周疾患が全身に及ぼす影響の疫学的研究

本研究は、わが国において歯周疾患が全身の健康に及ぼす影響を研究している研究者が一同に集い、情報交換し、疫学理論に基づいて因果関係を明らかにすることを目的としている。研究期間において、以下の研究成果があった。1)分析疫学新潟市高齢者コホート集団(600名)に対し78歳時の追跡調査を行い,歯周病と血液マーカー,栄養摂取,生活習慣などとの関連を解析した結果,血清ビタミンC,カルシウム,アルブミンレベルが歯周破壊進行に影響することが示唆された(宮崎が担当)。高齢者を対象に咀嚼習慣とアディポネクチンおよびレプチンとの関連性を調べた。早食いをせず、噛む回数を多くすることは、これらホルモンの動態とリンクしていた(竹原と安細が担当)。歯周疾患をもった者の血液所見と喫煙習慣との関係を分析した結果、今後歯周病をスクリーニングする際にはCRP値も考慮した方が良いという結論が得られた(中垣が担当)。住民検診受診者を対象にして、歯周病がメタボリックシンドロームと関連しており、歯周病患者では肥満に関連したアディポサイトカインのうちレジスチンが高い可能性を指摘した。(山下と齋藤が担当)。2)実験疫学歯周病菌Pgによる感染が、LDL-Cholの上昇に関与する可能性が示唆された。その機序として、歯周感染によって産生されたTNF-αやIL-6がHMG-CoA還元酵素遺伝子の発現量を増加させることで、コレステロール合成を促進する可能性が考えられた。(西村が担当)。細菌内毒素を歯肉溝に塗布し、歯周炎を惹起したラットモデルにおいて、脳・心臓・腎臓および肝臓の酸化ダメージが起きることを示した(渡邊、山本、友藤が担当)。唾液タンパク質スタセリン上の最小結合部位ペプチドは、F.nucleatum菌体表層タンパク質のporinタンパク質FomAと結合し、この菌体表層タンパク質と粘膜アジュバントコレラトキシンをマウスに同時経鼻投与したとき、粘膜部だけでなく全身系において抗原特異的免疫応答が誘導されることを証明した(雫石が担当)。(西村が担当)。本研究は,わが国において歯周疾患が全身の健康に及ぼす影響を研究している研究者が一同に集い,情報交換し,疫学理論に基づいて因果関係を明らかにすることを目的としている。平成17年度には,以下の研究成果があった。1)記述疫学高齢者集団での調査により,歯周病罹患者は健常者に比較して末梢血中のアルブミン,総コレステロール,無機リンの濃度が低く,GOT, GPT,免疫グロブリン,リウマチ因子のレベルが高いことを明らかにした(宮崎が担当)。高齢者に対する調査より,口腔乾燥・舌痛を持つ者は,健常者に比較して唾液中のストレスホルモン濃度が高いことがわかり,口腔疾患とストレスとの関連性を示唆した(竹原,安細が担当)。住民検診受診者を対象にして,歯周病罹患者は健常者よりも血中のレジスチン(脂肪細胞が分泌するインスリン作用の低下を誘導するホルモン)濃度が上昇していることがわかった(山下,齋藤が担当)。歯周病患者における調査により,歯周感染によって血清総コレステロールとLDL-コレステロールが上昇することを明らかにした(西村が担当)。2)分析疫学

人間ドック受診者を対象とした後ろ向き研究により,歯周病のない者が2年後に歯周病になった場合,2年後に末梢血中のCRP値が有意に高値になることが明らかになった(中垣が担当)。3)実験疫学細菌内毒素を歯肉溝に塗布し,歯周炎を惹起したラットモデルにおいて,肝臓の脂肪変性が起こっていることを明らかにした(渡邊,山本,友藤が担当)。Fusobacterium nucleatum菌体表層タンパクがスタセリンと結合することを示し,誤嚥性肺炎の発症初期において呼吸器粘膜のスタセリンが細菌の初期定着に関与する可能性を示唆した(雫石が担当)。IL-6によって培養肝細胞におけるコレステロール合成の律速酵素,HMG-CoA還元酵素の遺伝子発現が上昇することを示し、炎症に伴って血中コレステロール濃度が上昇するメカニズムの一端を明らかにした(西村が担当)。本研究は、わが国において歯周疾患が全身の健康に及ぼす影響を研究している研究者が一同に集い、情報交換し、疫学理論に基づいて因果関係を明らかにすることを目的としている。平成18年度には、以下の研究成果があった。1)分析疫学(後ろ向きコホート研究)高齢者集団において歯周病の進行と全身の健康状態との関連を検討したところ、アタッチメントロスと血中のアルブミン濃度との間に負の相関があるかも知れないことが分かった(宮崎が担当)。2)分析疫学(前向きコホート研究)高齢者を対象に咀嚼習慣とアディポネクチンおよびレプチンとの関連性を調べた。早食いをせず、噛む回数を多くすることは、これらホルモンの動態とリンクしていた(竹原と安細が担当)。歯周疾患をもった者の血液所見と喫煙習慣との関係を分析した結果、今後歯周病をスクリーニングする際にはCRP値と歯周疾患も考慮した方が良いという結論が得られた(中垣が担当)。住民検診受診者を対象にして、歯周病がメタボリックシンドロームと関連しており、歯周病患者では肥満に関連したアディポサイトカインのうちレジスチンが高い可能性を指摘した。(山下と齋藤が担当)。3)実験疫学(介入研究)歯周病菌Pgによる感染が、LDL-Cholの上昇に関与する可能性が示唆された。その機序として、歯周感染によって産生されたTNF-・やIL-6がHMG-CoA還元酵素遺伝子の発現量を増加させることで、コレステロール合成を促進する可能性が考えられた。(西村が担当)。4)実験疫学(介入研究)細菌内毒素を歯肉溝に塗布し、歯周炎を惹起したラットモデルにおいて、脳・心臓・腎臓および肝臓の酸化ダメージが起きることを示した(渡邊、山本、友藤が担当)。唾液タンパク質スタセリン上の最小結合部位ペプチドは、F.nucleatum菌体表層タンパク質のporinタンパク質FomAと結合し、この菌体表層タンパク質と粘膜アジュバントコレラトキシンをマウスに同時経鼻投与したとき、粘膜部だけでなく全身系において抗原特異的免疫応答が誘導されることを証明した(雫石が担当)。
高信頼性・超細径レーザ治療内視鏡の構築

誘電体内装金属中空ファイバを搭載した医療用赤外レーザ治療装置は、歯科治療、審美用に幅広く普及している。しかし、これまでは、体外患部の治療に限られていた。本研究では、中空ファイバと内視鏡を組み合わせ、生体に有効な各種レーザを用い、血管・体内にも挿入でき、1本のファイバに幾つかのレーザ光を通し、生体組織の蒸散や切開及び止血を効率よく低侵襲に行うことが可能なレーザ内視鏡の開発を目的として、以下の研究を行った。1.多波長レーザ光伝送用中空ファイバの開発ガラス細管の内面に銀薄膜およびポリマー薄膜の2層を内装した中空光ファイバの伝送効率を改善するため、内装ポリマーのコーティング法の検討を行い、送液系をループさせることで均一なポリマー膜厚の成膜に成功した。各波長の役割を照明・指示・止血・切開等分離させ、医療用高機能レーザ光中空ファイバを実現した。2.超柔軟な生体適合性高信頼中空ファイバの開発ガラス母材をポリカーボネイトチューブ(PC)に置き換え、超柔軟で安全な中空ファイバの製作を行った。PCチューブの線引き条件(電気炉温度、線引き速度)を明らかにし、長さ1mのPC中空ファイバを実現した。3.高機能出射マイクロ素子の開発体内の狭い空間内でレーザ光を効率よく照射するため、先端形状が異なる石英シーリングキャップを製作し、集光、拡散、側方照射に適した形状について検討を行った。4.レーザーカテーテルの構築と評価内視鏡に中空ファイバを実装し、画像をモニタしながら、Er:YAGレーザ光をモデル結石へ照射し、破砕可能なことを明らかにした。また治療で想定される形態に曲げた時のEr:YAGレーザ光伝送特性の測定を行った。これまで,中空ファイバを搭載した医療用レーザ治療装置は本質的には,体外の患部でのみレーザ光を照射・治療する用途に限られていた.本研究は,レーザカテーテルと内視鏡とを組み合わせ,生体に最も有効な各種のレーザを用い,血管・体内にも挿入でき,1本のファイバに幾つかのレーザ光を通し,生体組織の蒸散や切開及び止血を低襲侵で,効率的に行うことが可能なレーザ内視鏡の開発を目的として,以下の研究を行った.1.超細径Er:YAGレーザ用中空光ファイバの伝送効率の改善レーザカテーテルの細径化(直径300μm-100μm)を目的とし,中空ファイバの細径化による損失上昇を低減するために,内装するポリマー薄膜の形成条件の最適化及び銀薄膜表面の平滑化を図り,従来法の見直しを行った.その結果,製作法の改善と成膜条件の最適化を測ることにより,伝送効率の改善を行った.2.超柔軟性を有する超低損失中空ファイバの製作超柔軟性を有し,生体に対して安全なポリカーボネイト(PC)を中空ファイバ母材として選択し,線引き条件(温度・速度)の検討を行い,長さ50m,種々の内径(320μm700μm)を持つPCチューブの製作技術を確立した.また低損失化が達成されない要因を追及し,チューブの径変動と分った.線引き条件の最適化により径変動を3μm以下に抑えることに成功し,長さ1m程度で超柔軟性を有する低損失中空ファイバを実現した.3.各種固体レーザによる軟組織の蒸散チェコ工科大学と共同のもと,生体医療光学において研究・開発が進められており,波長が2μm帯にある,Tm:YAGレーザ用の中空ファイバの設計・製作を行った.

各種の腎結石に対し,生理食塩水中でEr:YAGレーザを用い結石破砕の実験を行い,その基本特性を調査し破砕に必要なレーザ閾値について明らかにした.これまで、中空ファイバを搭載した医療用レーザ治療装置は、本質的には、体外の患部のみレーザ光を照射・治療する用途に限られてきた。本研究は、レーザーカテーテルと内視鏡とを組み合わせ、生体に最も有効な各種のレーザを用い、血管・体内にも挿入でき、1本のファイバに幾つかのレーザ光を通し、生体組織の蒸散や切開及び止血を低侵襲で、効率的に行うことが可能なレーザ内視鏡の開発を目的として、以下の研究を行った。1.内視鏡を用いた伝送実験内視鏡(全長940mm、最大外径2.7mm)の鉗子口(内径1.2mm)に中空ファイバ(内径0.7mm、長さ1m)を挿入し、内視鏡を曲げた時のファイバ伝送特性の評価を行った。Er:YAGレーザ光(照射エネルギー100mJ/pulse、繰り返し周波数10Hz、パルス幅350μs)を入射し、直線状態で1.4dB、曲げ状態(曲げ角度135°、曲げ半径0.9cm)で1.7dBと実用的であることを明らかにした。2.レーザーカテーテルの構築とその超細径化極細カテーテルに中空ファイバ(内径0.7mm、長さ1m)を挿入し、画像観察下での緑色ガイド光照射実験を行った。直線で11dB、曲げ状態(曲げ角度180°、曲げ半径0.8cm)で14dBであったが、白色ライトと緑色ガイド光を照射した際、画像に映った対象物及びガイド光の照射位置の識別は十分可能であった。超細径中空ファイバ(内径0.32mm、長さ1m)の場合、Er:YAGレーザ光の伝送損失は、直線で1.9dB、急峻な曲げで1dB程度損失上昇するが、十分実用的であることを明らかにした。3.高機能出射マイクロ素子の開発ファイバからの出射光を効率的に制御するために、ファイバ出射端の封止を行うと同時に、レーザ光の収束、発散を効率的に行うためのマイクロ光素子の開発を行った。医療用赤外レーザからの出力光を高効率に伝送する媒体としては、機械的・光学的特性から考えると、中空ファイバが最も安定な伝送媒体であると認められてきている。中でも申請者等の発明である誘電体内装金属中空ファイバを搭載した医療用レーザ治療装置は、歯科治療、審美用に幅広く普及している。しかしながら、これまでの装置は本質的には、体外の患部でのみレーザ光を照射・治療する用途に限られていた。本研究では、中空ファイバと内視鏡とを組み合わせ、生体に最も有効な各種のレーザを用い、血管・体内にも挿入でき、1本のファイバに幾つかのレーザ光を通し、生体の組織の蒸散や切開及び止血を低侵襲で、しかも効率的に行うことが可能なレーザ内視鏡を開発することを目的として、以下の研究を行った。1.内視鏡を用いた伝送実験内視鏡の鉗子孔に中空ファイバを挿入し、内視鏡の画像をモニタしながら、結石破砕治療のモデル結石(活性アルミナ)へ、Er:YAGレーザ光を照射し、破砕可能なことを明らかにした。また結石破砕治療で想定される形態に内視鏡を曲げた時のEr:YAGレーザ光伝送特性の測定を行った。2.レーザーカテーテルの構築とその超細径化細径カテーテル用の内径0.32mm、外径0.5mm程度、長さ2mの低損失細径中空ファイバを実現した。3.高機能出射マイクロ素子の開発体内の小さな空間内で、ファイバからの出射光を効率的に制御するために、ファイバ出射端の封止を行うと同時に、レーザ光の収束・発散を効率的に行うためのマイクロ光素子の製作を行った。4.超柔軟性を有する長尺細径中空ファイバの製作技術の確立超柔軟性を有するポリカーボネート(PC)チューブ母材の製作法について検討を行い、外径変動が市販のガラスキャピラリーチューブと同程度で、内径0.7mm、長さ2m程度のPCファイバを実現した。
脳損傷に誘発される成熟神経回路網の再構築における可塑転機の研究

可塑転機はnetwork plasticityとneuronal plasticityのsynergicな作用で起こることが明らかになった。この作用によりsilent synapseの活性化、シナプス伝達機能の修飾がおこり大脳の機能回復は既存の神経ネツトワークを動員して安定したシステム回路をreorganizationされた結果完成されるものと考えられる。ラツトを用いた実験的脳損傷モデルで増強現象を再現することができるために、このモデルを用いて共焦点レーザー顕微鏡及び放射活性DAGで取り込み機構を薬理学的手法や免疫組織染色によりに調べた結果、増強現象はprotein kinase C (PKC)の活性に強く関係することが明らかになった。PKCの活性化に連携するphosphoinositide turnover (PI turnover)をポジトロンCTをもちいたヒト脳損傷症例を対象とする臨床研究では可塑転機にはPI trunoverをそのまま反映するPIturnover dependent ^<11>C-DAG uptakeとPIturnoverに取り込まれずに11C-DAGがそのまま細胞膜に貯留するPIturnover non-dependent ^<11>C-DAG uptakeの両者の関与が示唆された。亜急性期の可塑転機は後者のメカニズムに基づくものであることが分かった。これらが出現する領域は皮質連合野の前頭前野に頻度が多いことがわかった。以上より成熟脳における機能回復はnetwork-plasticityとneuronal plasticityの両者が寄与し、全脳的な修復をするためには前頭前野が最適なreoraganizationを誘導するシステムが存在することが明らかになった。従来の脳損傷後の回復機構の研究は病巣部位および周辺部位に重点が置かれていたが、PETをもちいた研究では代償的回路形成に関係する増強現象は多数の連合野を始めとする領域に存在することが明らかになった。そこで損傷により活性化されたネットワークから共通のmulti-centricシグナルを調べ安定したシステム回路をPETにより検索し、実験的手法から可塑的領域や可塑転機のメカニズムを調べた。本年度の結果(1)ラットを用いた実験的脳損傷モデル及びLTP inductionで増強現象を再現し、共焦点レーザー顕微鏡及び放射活性DAGで取り込み機構を薬理学的に調べた結果、増強現象はprotein kinase Cの活性に強く関係することが明らかになった。そこで海馬スライスを用い64channel rccording法によりLTP現象が生じた部位とprotein kinase C(PKC gamma)の活性領域を免疫組織染色により検討した結果、PKC gammaの活性化がentorhinal cortexに強く見られた。すなわちdentate gyrus(DG)にLTPを加えた後に5分後では見られなかったが30分後にentorhinal cortexにPKCの活性上昇が見られた。これらの結果から電気生理学的な方法論と分子生物学的な接点が見つかった。今後はこの方法を駆使し、増強現象と代償的回路形成の誘導をBDNFやNGF, NT3を用い電気現象との関連を見いだす。(2)多くの脳損傷のPET症例から安定したシステム回路をPET画像解析により検索した結果、右脳の前頭前野に安定した回路の存在が示唆された。今後は上述の動物実験の結果をあわせて統合した研究に進める予定である。この作用によりsilent synapseの活性化、シナプス伝達機能の修飾がおこり大脳の機能回復は既存の神経ネットワークを動員して安定したシステム回路をreorganizationされた結果完成されるものと考えられる。ラットを用いた実験的脳損傷モデルで増強現象を再現することができるために、このモデルを用いて共焦点レーザー顕微鏡及び放射活性DAGで取り込み機構を薬理学的手法や免疫組織染色によりに調べた結果、増強現象はprotein kinase C(PKC)の活性に強く関係することが明らかになった。

PKCの活性化に連携するphosphoinositide turnover(PI turnover)をポジトロンCTをもちいたヒト脳損傷症例を対象とする臨床研究では、可塑転機にはPI turnoverをそのまま反映するPI turnover dependent ^<11>C-DAG uptakeとPI turnoverに取り込まれずに^<11>C-DAGがそのまま細胞膜に貯留するPIturnover non-dependent ^<11>C-DAG uptakeの両者の関与が示唆された。亜急性期の可塑転機は後者のメカニズムに基づくものであることが分かった。これらが出現する領域は皮質連合野の前頭前野に頻度が多いことがわかった。以上より成熟脳における機能回復はnetwork plasticityとneuronal plasticityの両者が寄与し、全脳的な修復をするためには前頭前野が最適なreoraganizationを誘導するシステムが存在することが明らかになった。
内発的動機アンダーマイニング効果の脳内機構

内発的動機の脳内メカニズムの解明にはこれまで全く着手されていなかった。本研究では自発的に楽しむことのできる課題を開発し、課題の成績に応じて金銭報酬が貰えることを約束して課題を行ったグループ(報酬群)と、そのような約束なしに課題を行ったグループ(対照群)とに分け、課題を行っている最中の脳活動を計測した。その結果、成績に応じた金銭報酬が内発的動機を低下させる際の脳活動の様子を捉えることに成功した。fMRI研究に用いる内発的動機づけ課題として、ストップウォッチ課題を考案した。具体的には、モニター上にストップウォッチが現れ、自動的にスタートする。そして、一定の時間(例えば5秒ジャスト)で押しボタンを押してストップウォッチを止めて貰う。0.05秒以内の誤差でストップウォッチを止めることができたら成功とし、ポイントを加算する。刺激や行動はできるだけ保ったまま、動機づけをできるだけ除去したコントロール課題も導入した。コントロール課題ではストップウォッチが自動的にスタートした後一定時間後に適当な誤差を含んで自動的に止まる。そしてストップウォッチが止まるのを確認してから、押しボタンをできるだげ早く押して貰う。二つのうちのどちらの課題かは試行毎に手がかりを呈示し、その順序は疑似ランダムとする。そして内発的動機が失われず、かつf MRIでの解析に必要な試行数を満たすパラメータ(刺激呈示時間、試行内エポック、試行数、セッション数)を確定した。また、被験者を外的報酬群と統制群に分けて、内発的動機づけのレベルの操作による影響も調べる。外的報酬群では、第1セッショシの直前に、成功数に応じて、金銭報酬が得られることを教示し、その報酬を第1セッシヨン終了直後に与えた。そして第2セッションでは金銭報酬は得られないことを直前に教示するが、統制群では金銭報酬が得られることは、第1セッション前には一切教示しないこととした。内発的動機を測定するための手続きとして、第1セッション後にMRIスキャナの外に一旦出て貰い、そこで3分間の自由な待ち時間を設定し、実験に用いた課題も自由に遊べるようにしたところ、外的報酬群では、第1セッション後の内発的動機の有意な低下を確認することができた。このことは、内発的動機アンダーマイニング効果をMRIスキャナ内で再現し、脳活動を調べる準備が整ったことを意味する。大学生男女28名の実験参加者を、課題の成績に応じて金銭報酬が貰えることを約束して課題を行ったグループ(報酬群)と、そのような約束なしに課題を行ったグループ(対照群)とに分け、自発的に楽しむことのできるストップウォッチ課題と、成功/失敗のないウォッチストップ課題とを行って貰った。課題に取り組んでいる最中に、金銭報酬を貰う前と貰った後とで脳活動がどのように異なるかを、磁気共鳴画像撮影装置(MRI)を用いた脳機能イメージング法で調べた。報酬群、対照群とも、金銭報酬を実際に貰う前には、課題を行っている最中に前頭葉と大脳基底核とが連動して活動した。金銭報酬を貰った直後の3分間の自由時間に、対照群は、実験に用いた課題を自発的に頻繁に行ったのに対し、報酬群は、同じ自由時間に、この課題を自発的に行うことはほとんどなかった。この行動の違いは、成績に応じた金銭報酬を獲得するために課題をこなした報酬群では、課題の遂行自体を楽しむ内発的動機が低下した(アンダーマイニング効果)ことを示している。続いて金銭報酬がもはや得られないことを明示した条件で課題を遂行しているときには、前頭葉と大脳基底核の連動した脳活動が、報酬群では著しく低下したのに対し、対照群ではそのような脳活動の低下は見られなかった。この研究成果は、脳内の認知処理の中枢である前頭葉と価値計算の中枢である大脳基底核とが協同することによって、内発的動機が支えられていることを示唆すると同時に、行動実験でしか認められていなかった内発的動機のアンダーマイニング効果の実在性を脳科学的に強く示唆する。本研究成果は、2010年11月15日、米国科学アカデミー紀要に掲載された。昨年度、内発的動機とその金銭報酬による低減が、前頭前野外側部と線条体前部との協同によって起こることを見出したことを受けて、内発的動機の源となる自己決定感の神経基盤の解明へと、更に研究を進めるべく、自己決定感を制御した上で、内発的動機づけの変容を調べるための実験課題を考案し、行動実験を行った、実験課題としては、昨年度、内発的動機の神経基盤を調べるのに適していることが明らかになったストップウォッチ課題に、自己決定感の影響を調べられるように変更を加えて用いる。具体的には、モニター上に2つのストップウォッチが現れ、どちらかを選択する(自己選択条件)。すると選んだストップウォッチだけが中央に現れ、スタートする,一定の時間(例えば5秒ジャスト)で押しボタンを押してストップウォッチを止めて貰う。表示された2つのストップウォッチのうち一方が、勝手に選ばれてしまうコントロール条件(強制選択条件)も導入した。

この条件では、強制的に選ばれたストップウォッチが中央に現れ、スタートする。一定の時間(例えば5秒ジャスト)で押しボタンを押してストップウォッチを止めて貰った。この条件でも0.05秒以内の誤差でストップウォッチを止めることができたら成功とし、ポイントを加算した。二つのうちのどちらの条件かは試行毎に手がかりを呈示し、その順序は疑似ランダムとした。事後的に、自己選択条件と強制選択条件のどちらが好ましかったかを尋ねたところ、9割以上の被験者が自己選択条件をより好ましいと答えた。このことは、自己選択条件で強制選択条件よりも、自己決定感が実際に高まり、内発的動機もそれに伴って高まったことが示唆された。
ウイルスを自己崩壊に導く新規抗RSウイルス薬の開発

RSウイルスは乳幼児、高齢者、免疫低下者に重い下気道感染症を引き起こす場合がある。ところが迅速診断キットはあるものの、未だ有効なワクチンや治療薬が存在しない。そこで本研究では、新規抗RSウイルス薬を開発することを目的とした。これまでの研究で、ウイルス自身のPタンパク質由来ペプチド「P断片」に非常に強い抗ウイルス作用があることを見出した。また、Pタンパク質は通常ウイルス複製酵素Lをウイルス遺伝子まで運ぶ働きをしているが、機能解析の結果、P断片は正常型Pを標的とし複製酵素Lを強力に阻害していることを明らかにした。これまではプラスミドを培養細胞へトランスフェクションする実験で、かつウイルスのミニゲノム実験系を用いたものであった。そこでP断片に見出した抗ウイルス活性が、実際にウイルス感染を阻止するか調べるため、初年度はP断片の大量精製法を確立することにした。精製を容易にするためP断片のC末端側にタンデムアフィニティータグ(TAPタグ)を付加し、これを発現する組換えバキュロウイルスを作製した。SF21昆虫細胞へ感染させ、細胞内で発現したP断片をIgGセファロースへ吸着させた。そしてTEVプロテアーゼでタグを切断しP断片を遊離させた。回収したサンプルをニッケルアガロースと混合し、サンプル中に含まれるTEVプロテアーゼ(Hisタグ付)を除去し最終精製品を得た。P断片をSDS-PAGE(CBB染色)で解析した場合の純度は95%以上で、収量は細胞培養1Lあたり約1 mgの「mgオーダー」の大量精製に成功した。立案した計画に沿って、組み換えバキュロウイルスを作製し「P断片」の大量精製法を確立することができた。また国際および国内学会で成果を報告することが出来た。大量精製した「P断片」を用い、培養細胞系でのRSウイルス感染実験を行い阻害薬としての有効性を検証する。培養細胞にはRSウイルスでよく利用されるHEp-2細胞(ヒト咽頭癌由来)を用いる。理由:当初、ゲル濾過用カラムを購入する予定だったが、それを使用しない精製法を確立でき不要になったため購入しなかった。またタンパク質精製試薬の購入費が少なくて済んだため。使用計画:ウイルス感染実験に向けて新鮮なタンパク質を実験ごとに大量精製する必要がある。そのための培養細胞の維持、タンパク質の精製に必要な試薬購入に充てる計画である。また論文投稿に必要な経費に使用する計画である。
光学活性テルペン類の立体配置と生物活性

1.研究目的:メントールはナマコやメダカやマウスにおいて麻酔効果があることが報告されている。そこで、他の動物種においても、メントールを用いた麻酔作用を見いだせるのではないかと考えた。特に、両生類のイモリと爬虫類のカメの麻酔薬については、イモリではMS-222(トリカインメタンスルホン酸)が、カメではケタミンが用いられているが、使用結果は極めて不規則と記されていので、安価な食品添加物として多く用いられているl-メントールを用いた麻酔薬の作成を行なうことを目的に実験を行った。2.研究方法:メントールを用いた麻酔と覚醒までの時間(1)20°C25°Cの純水500mLを加えた水槽に各動物種(アカハライモリとクサガメ)を1匹入れる。(2)メントール溶液(メントール1.56g/50%エタノール100mL)を各量滴下する。(3)アカハライモリとクサガメの麻酔作用の確認は、自分たちで決めた判断(動物種が反転した状態)に基づいて観察者3名の目視で判断する。麻酔状態を確認後、動物種を純水に戻し起き上がるまでの時間を覚醒時間とした。3.研究成果:(1)両生類(アカハライモリ)と爬虫類(クサガメ)に対するdl-メントールの麻酔作用アカハライモリにおいてメントール濃度を上げる(0.25mM)とdl-メントールの麻酔作用での特異性はなかったが、クサガメでは濃度を上げても(0.25mM)l-メントールのみ麻酔作用があった。この結果より、アカハライモリではメントールを用いた麻酔作用にdl-メントールの特異性は見られなかったが、クサガメではl-メントールのみ麻酔作用が発現することが分かった。(2)メントールを用いた麻酔と覚醒までの時間の相関アカハライモリとクサガメの麻酔と覚醒までの時間をt-検定した結果、l-メントールを用いた濃度と麻酔・覚醒までの時間とdl-メントールのラセミ体を用いた濃度と麻酔・覚醒までの時間には有意差があったが、d-メントールを用いた濃度と麻酔・覚醒までの時間では有意差はなかった。これらの結果より、l-メントールを用いて、アカハライモリとクサガメの麻酔薬をつくる可能性を見出した。
ユビキチン化によって活性が制御される蛋白質のスクリーニングと機能解析

蛋白質の合成と分解のバランスの制御は、細胞機能を維持するために重要である。このため蛋白質分解系の機能が破綻すると、細胞機能に異常を生じる。例えばガンや免疫疾患をはじめとした様々な病態が、蛋白質分解系の一つであるユビキチン系の機能が低下すると生じる。ユビキチン系は、真核生物に普遍的に存在する蛋白質分解系である。このシステムは、分解すべき蛋白質(標的蛋白質)にユビキチン分子を共有結合(ユビキチン化)することによって、分解のシグナルを提示する。ここで、標的蛋白質の識別とユビキチン化を行う本体が、ユビキチンリガーゼである。細胞内には複数種のユビキチンリガーゼがあり、それぞれが特有の標的蛋白質のユビキチン化を担当している。この中で、ユビキチンリガーゼSCF(Skp1、Cdc53、F-box蛋白質からなる複合体;以下SCFと記載)は、酵母からヒトまで高度に保存されており、細胞分裂周期、発生・分化・転写制御など、細胞増殖の重要な側面の制御に関わることがわかってきた。したがって、SCFによる細胞機能制御を明らかにすることは、細胞増殖を総合的に理解する上で必須である。このためには、まずSCFによるユビキチン化の標的蛋白質を明らかにし、次にその標的蛋白質がどのようなシグナルでユビキチン化されるのかについて明らかにする必要があるが、ユビキチン化の標的タンパク質についてはほとんど明らかにされていない。本研究で、私はSCFの標的蛋白質を系統的に同定するための実験系の開発に成功した。この系を用いて、出芽酵母のSCFの新規な標的蛋白質を明らかにし、機能解析を行った。ユビキチン化に依存した制御蛋白質の分解は、細胞機能を正常に保つために必須である。特に、細胞内には複数種類のユビキチンリガーゼが存在し、それぞれが、様々な細胞増殖の過程を制御している。実際、ユビキチン化の異常は癌をはじめとした様々な疾患をもたらすことがわかっている。ユビキチンリガーゼの細胞機能制御の全体像を把握するためには、ユビキチン化の標的蛋白質を網羅的に同定することが不可欠である。しかしながら、標的蛋白質は不安定であり、その同定は極めて困難である。本研究は、ユビキチン化の標的蛋白質を明らかにするための実験系の構築を試みた。すでに標的蛋白質であることがわかっている蛋白質をモデル蛋白質として用いた。その結果、標的蛋白質を検出するための条件を見い出した。この条件を用いて、標的蛋白質の網羅的同定を試みた。非特異的なシグナルを与えるクローンを多く生じたので、これらを除去するための実験系を工夫した。タンパク質の合成と分解のバランスの制御は、細胞機能を正常に維持するために必要である。そのためにタンパク質分解系の機能の異常は、ヒトでは様々な疾患の原因となりている。SCFユビキチンリガーゼは、出芽酵母からヒトまで広く保存されたユビキチンリガーゼで、特定の制御タンパク質の特異的な分解に関与している。これまで、SCFユビキチンリガーゼは、発生、分化、細胞分裂、形態形成、免疫応答、転写制御などに関与する事がわかっているが、これらの過程で、ユビキチン化により分解される制御タンパク質はほとんどわかっていない。筆者は、出芽酵母SCFユビキチンリガーゼであるSCF/CDC4によってユビキチン化されるタンパク質を同定(Usf1およびUsf2)したので、これらの機能解析を行った。Usf1は転写因子である。G1期に同調した細胞では、SCF/CDC4に依存してユビキチン化され分解されるが、G2/M期に同調した細胞では安定化されている。この理由を、(1)Cdc4の局在性、および(2)Usf1をユビキチン化に導くシグナルの観点から考察を行った。その結果、Usf1の核移行と核内でのリン酸化が、Usf1のユビキチン化と分解を制御する事を明らかにした。また、安定化フォームのUsf1を作製し、野生株で過剰生産すると、野生株の増殖が阻害されることから、SCF/CDC4によるUsf1の分解は細胞機能に重要であることが示唆された。Usf2はカルシウムシグナリングの制御因子である。カルシウム存在下では安定であるが、非存在下では不安定であり、SCF/CDC4によってユビキチン化されることを明らかにした。

したがって、SCFによる細胞機能制御を明らかにすることは、細胞増殖を総合的に理解する上で必須である。このためには、まずSCFによるユビキチン化の標的蛋白質を明らかにし、次にその標的蛋白質がどのようなシグナルでユビキチン化されるのかについて明らかにする必要があるが、ユビキチン化の標的タンパク質についてはほとんど明らかにされていない。本研究で、私はSCFの標的蛋白質を系統的に同定するための実験系の開発に成功した。この系を用いて、出芽酵母のSCFの新規な標的蛋白質を明らかにし、機能解析を行った。
ビフィズス菌-ホスト腸管における細胞間相互作用の分子基盤の包括的理解

ビフィズス菌は、整腸作用、免疫賦活、感染防御を通じてホストの健康に貢献すると考えられている。しかしその腸管定着および免疫刺激の分子メカニズムは未だ明らかにされていない。我々は、これまでに本菌がもつ環境適応と細胞接着に関わると推定される遺伝子について破壊株コレクションを作成した。本研究では、これらの破壊株コレクションを用いることで、ビフィズス菌の宿主への定着および免疫刺激のメカニズムの解明に取り組み、ビフィズス菌-ヒト共生システムを細胞接着と免疫刺激のメカニズムの統合的理解を目指した。ビフィズス菌には、複数の二成分制御系(TCS)調節遺伝子が存在している。本菌は、これらを用い様々な環境に適応していると考えられる。Bifidobacterium longum NCC2705株の場合、9セットのTCSを有していた。今回は、これらのうちレスポンスレグレーたを系統的に遺伝子破壊株のコレクションを作成した。また、腸管とビフィズス菌のインターラクションに重要な役割を有すると考えられる、菌体表層の細胞外多糖(EPS)生産系の遺伝子破壊株を取得し腸内環境の定着機構について解析した。今回は、これらのうちレスポンスレギュレータ遺伝子を系統的に破壊したコレクションを作成した。現在までに7つのRRの破壊株を取得している。これらを用いて、酸素耐性(体外)、低pH耐性(胃)、胆汁酸耐性(十二指腸>小腸>大腸)低栄養(大腸)、高浸透圧(大腸下部)の環境をミミックした培養条件で、生育させたところ、それそれのTCSが、どの県境に対応しているかの関係づけをすることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、これまでに本菌がもつ環境適応と細胞接着に関わると推定される遺伝子について破壊株コレクションを作成してきた。本研究では、これらの破壊株コレクションを用いたビフィズス菌の宿主への定着および免疫刺激のメカニズムの解明に取り組むことで、ビフィズス菌-ヒト共生システムを細胞接着と免疫刺激のメカニズムの統合的理解を目指す。今年度は、このうちBifidobacterium longum 105-Aの有する。莢膜多糖の合成系となる。プライミング酵素cpsD遺伝子に注目し、その変異株を作成し、子脳解析を行った。B. longum 105-A株は、特徴的な莢膜構造を有していた。ΔcpsD変変異株は、莢膜多糖を失雨と同時に多量の繊毛様構造が見出された。本株は、酸耐性、胆汁酸耐性を示したが、ΔcpsD変異株はこれらの耐性が著しく低下していた。腸管上皮細胞のモデルに対し、B. longum 105-A株は接着性を示さなかったが、ΔcpsD変異株は強い細胞吸着性を示した。また、マウスマクロファージRAW 264.7細胞の貪食に対し、B. longum 105-A株は抵抗性を示したが、ΔcpsD変異株は効率良く貪食された。以上のことから、B. longum 105-Aの莢膜多糖(CPS)は、ビフィズス菌の大腸への移行、腸管への定着、免疫系に対する寛容などを決定していると考えた。今年度は、変異株の作成から動物細胞との相互作用までの一連の実験を達成することができた。本研究に用いるツールは、我々がこれまでに開発してきたビフィズス菌の温度感受性プラスミド、GoldenGate法を改良した多遺伝子結合法、プロモーターの最適化法を組み合わせ、ダブルクロスオーバーによる遺伝子破壊を高効率で行う方法を構築した。これを用いて、ビフィズス菌における高効率の遺伝子破壊系を構築した。また、腸管とビフィズス菌のインターラクションに重要な役割を有すると考えられる、菌体表層の細胞外多糖(EPS)生産系の遺伝子破壊株を取得した。これらを用いて、腸内環境の定着機構について解析した。

Bifidobacterium longum NCC2705株の場合、9セットのTCSを有していた。今回は、これらのうちレスポンスレギュレータ遺伝子を系統的に破壊したコレクションを作成した。現在までに7つのRRの破壊株を取得している。これらを用いて、酸素耐性(体外)、低pH耐性(胃)、胆汁酸耐性(十二指腸>小腸>大腸)低栄養(大腸)、高浸透圧(大腸下部)の環境をミミックした培養条件で、生育させたところ、それそれのTCSが、どの県境に対応しているかの関係づけをすることができた。また、莢膜多糖(CPS)生産系の遺伝子破壊株については、B.longum 105-Aが有する特異的なEPS構造を生産させる鍵となる、プライマーゼcpsD遺伝子の破壊株を作成したところ、この変異株は、完全に表層の多糖層を失い、凝集性が高まり、酸、胆汁酸に対する耐性が低下した。また、Caco-2細胞への接着性が高まり、マクロファージに取り込まれやすくなることを明らかにした。またCPS層が消失した、ΔcpsD下部では、多糖層の代わりに繊毛が出現していることが観察された。これらの事から、B.longum生産する菌体外多糖は、従来考えられていた細胞への接着に寄与するという説は否定され、むしろ、胃から小腸にかけて、腸管への接着を妨げ、大腸への移送させ、その後、大腸の低栄養状態において、繊毛を発現させ、大腸表層に定着すると考えられた。ビフィズス菌は、整腸作用、免疫賦活、感染防御を通じてホストの健康に貢献すると考えられている。しかしその腸管定着および免疫刺激の分子メカニズムは未だ明らかにされていない。我々は、これまでに本菌がもつ環境適応と細胞接着に関わると推定される遺伝子について破壊株コレクションを作成した。本研究では、これらの破壊株コレクションを用いることで、ビフィズス菌の宿主への定着および免疫刺激のメカニズムの解明に取り組み、ビフィズス菌-ヒト共生システムを細胞接着と免疫刺激のメカニズムの統合的理解を目指した。ビフィズス菌には、複数の二成分制御系(TCS)調節遺伝子が存在している。本菌は、これらを用い様々な環境に適応していると考えられる。今回は、これらのうちレスポンスレグレーたを系統的に遺伝子破壊株のコレクションを作成した。また、腸管とビフィズス菌のインターラクションに重要な役割を有すると考えられる、菌体表層の細胞外多糖(EPS)生産系の遺伝子破壊株を取得し腸内環境の定着機構について解析した。
環境政策と技術進歩の要因に関する研究:日本、米国、欧州、中国、インドの国際比較

技術進歩は、環境問題による制約から生活水準の低下を守る重要な要素であると考えられる。周到な準備のもとに良く設計された環境規制は、技術進歩の加速を促すと考えられるが、逆にそうでないものは、技術進歩を抑制する結果となる。本研究では、複数の国のデータを用いて環境に対する技術進歩を計測し、その影響について分析を行った。本研究を通して、市場や政策のシグナルに誘発されるメカニズムや各要因の相対的な大きさに関する理解を進めることができる。環境政策の策定の仕方いかんで技術革新が促進されたり阻害されたりすることを強調したのは、Porter and van der Linde (1995, Journal of Economic Perspectives)である。産業構造の転換を導き出し環境問題の長期的解決の下地をつくるという目的に対して、どのような制度が望ましいかは議論がいまも分かれている。本研究での理論モデルは、動学計画法に技術投資や技術開発の学習効果を取り入れて動的に費用が減少というものを取り組むものである。実証面では、本研究者らは、これまでエネルギー産業や鉄鋼業など製造業や農林業に対して、また日本・米国・中国・インドを対象に環境政策の技術進歩への影響について分析を行ってきた.本研究では、日本・米国・欧州・中国・インドでのミクロデータを拡張し、そして世界の国レベルのマクロデータを用いて、政策と市場のシグナルの技術進歩へのインセンティブについて解明する。技術進歩は,環境問題による制約から生活水準の低下を守る重要な要素であると考えられる.周到な準備のもとに良く設計された環境規制は,技術進歩の加速を促すと考えられるが,逆にそうでないものは,技術進歩を抑制する結果となる.本研究では、複数の国のデータを用いて環境に対する技術進歩を計測し、その影響について分析を行った。本研究を通して,市場や政策のシグナルに誘発されるメカニズムや各要因の相対的な大きさに関する理解を進めることができる.環境政策の策定の仕方いかんで技術革新が促進されたり阻害されたりすることを強調したのは,Porter and van der Linde (1995, Journal of Economic Perspectives)である.産業構造の転換を導き出し環境問題の長期的解決の下地をつくるという目的に対して,どのような制度が望ましいかは議論がいまも分かれている.本研究での理論モデルは,動学計画法に技術投資や技術開発の学習効果(Learning by doing)を取り入れて動的に費用が減少というものを取り組むものである.将来技術の実用化とその普及についての評価やシナリオについてサーベイを行う.このデータをこれまで構築したミクロデータと融合させることで将来シナリオを考慮した新しいデータベースを構築した.予算などの面でサーベイが行えなかったため,各国のカウンターパートまたは本研究者がこれまで蓄積している政府発表の政府予測値を用いてシナリオを構築する準備を行った.ミクロデータを用いて,これまで開発した理論モデルに一致した実証を行えるためにモデルの推定を行った.
道具の重心の視点からのこぎり挽きの技能修得を支援する教材教具の開発と検証

のこぎりの重心を意識して切断作業を行うことによって、のこぎり挽きの技能の向上を目指した教材開発を行った。教材の概要は以下の通り。ライフソー両刃250(岡田金属)にプラスチック製の刃先カバーを装着し、首の部分に口開35mmのスプリングクランプ(TRUSCO)を取り付ける。スプリングクランプの取っ手に加速度センサプログラマー(ヴイストン株式会社)をねじ止めした5mm厚のシナベニヤ性アタッチメントをかぶせ、のこぎりの傾きに応じてLEDが点灯するようにプログラムを作成した。上記の教材を使用したのこぎり挽きの指導を平成26年11月に行った。対象生徒は第1学年200名であり、そのうち、172名に指導前後のアンケートを実施した。寸法と角度に関する正確さをある程度意識して作業している生徒が40%前後から80%を越えるようになった。また、切断後、部品検査をする生徒が22%から87%となった。そして、のこぎりを使って木材を正確に切断できると思う生徒は22%から69%に上昇した。両刃のこぎりの機能と操作方法への関心はそれぞれ、67%、64%から93%と83%に上昇した。公開授業を見学した参観者からは以下の意見をいただいた。・直感的にのこぎりの傾きを判断できて、楽しく切断の練習及び切断作業を行っていた。・情報の計測・制御の学習と関連して指導が可能である。・ある程度練習した後は外さないと、最後まで手元のLEDに注意が傾いてしまう。以上の結果より、本研究で開発した教材はのこぎり挽きの技能の習得及び道具への興味・関心を高めるために効果的であったと考えられる。
固気液三相界面における濡れの物理モデル構築に関する研究

本研究では、濡れの物理現象の本質的理解と、動的濡れ挙動を表現する物理モデルの構築を行う。一切の工学的仮定なしに濡れの動的挙動を表現する物理モデルの構築に向けて、まずは、固体壁近傍におけるナノスケールの電気二重層による電気ポテンシャルを、分子動力学法を用いて評価する。そして、これを固液界面張力としてマクロスケールでの界面追跡法に組み込む。また本物理モデルに、界面再構成法を加え、さらにエネルギー方程式をカップリングすることで、沸騰や凝縮といった相変化問題に適用可能となる。これらについて、スーパーコンピュータを用いた数値シミュレーションにより、モデル評価を行う。
変換群論におけるG多様体と不動点多様体の特性数に関する研究

1.GをコンパクトLie群とするとき,可微分G多様体に対するcut-and-paste(ドイツ語ではSchneiden und Kleben)と呼ばれる操作によって,G多様体のSK群SK_*(G)が得られる。このSK群の代数的構造の解明と,そこに各種の特性数がどのように関わっているかを探った。とくにGが位数2の巡回群Z_2の場合について考察した。結果として特性数、としてはオイラー標数のみを扱うこととなった。m次元閉Z_2多様体によって代表されるSK_*(Z_2)の元が,それより低い次元の2つの閉Z_2多様体の積多様体によって代表されるための必要十分条件をオイラー標数に関する条件として求めた。2.GをコンパクトLie群とし,MをコンパクトG多様体とする。Gの閉部分群Hに対して,その作用の不動点多様体をM^Hで表す。いろんな閉部分群Hに対してM^Hのオイラー標数_x(M^H)の間には合同関係(arithmetic congruence)が成立する。M^Hの次元が零,すなわちM^Hが有限個の孤立した点の集合であれば,M^Hのオイラー標数はM^Hの点の個数を表す。このことから次の結果が得られた:Gが可換で,Mが奇数次元の閉G多様体,不動点多様体M^Gの次元が零のとき,M^Gは偶数個の孤立点の集合である。またこのとき,Gの閉部分群Hで,G/Hが位数2の巡回群となるものが存在するが,このようなHの存在がGに対して一意的であれば,M^Gの点を2点ずつ対にし,それらの2点における法表現はHの表現として互いに同型となるようにできることもわかった。GをコンパクトLie群とするとき,可微分G多様体に対するcut-and-paste(ドイツ語ではSchneiden und Kleben)と呼ばれる操作によって,G多様体のSK群SK_*(G)が得られる。このSK群の各元は閉Z_2多様体によって代表される。このSK群の代数的構造の解明と,そこに各種の特性数がどのように関わっているかを探ることが本研究課題の目的であった。本年度はとくにGが位数2の巡回群Z_2の場合について考察した。結果として特性数としてはオイラー標数のみを扱うこととなった。m次元閉Z_2多様体によって代表されるSK_*(Z_2)の元が,それより低い次元の2つの閉Z_2多様体の積多様体によって代表されるための必要十分条件を求めた。このことは既に奇数位数アーベル群Gに対して得ていた結果の,Z_2への拡張および更なる深化である。奇数位数アーベル群の場合は,不動点多様体の法表現の複雑さにより,整数で割れるための条件であったが,位数2の巡回群Z_2の場合は一般にSK_*(Z_2)の元で割れるための条件を求めることができた。さらに各研究分担者により,これらの周辺問題に対する多くの関連成果も得られた。1.GをコンパクトLie群とし,MをコンパクトG多様体とする。いろんな閉部分群Hに対してM^Hのオイラー標数x(M^H)の間には合同関係(arithmetic congruence)が成立する。このことから次の結果が得られた:Gがコンパクト可換Lie群で,Mが奇数次元の閉G多様体,不動点多様体M^Gの次元が零のとき,M^Gは偶数個の孤立点の集合である。

またこのとき,Mの次元が奇数であることより,Gの閉部分群Hで,G/Hが位数2の巡回群となるものが存在することがわかる。このようなHの存在がGに対して一意的であれば,M^Gの点を2点ずつ対にし,それらの2点における法表現はHの表現として互いに同型となるようにできることもわかった。さらにこのことよりGが位数2または4の巡回群であれば,これら2つの法表現はGの表現としても互いに同型になる。2.GをコンパクトLie群とし,VをGの線形(直交)表現とするとき,その単位球面をSVで表す。Uをもう1つの表現とするとき,同変写像:SV→SUの存在・非存在に関する問題は古典的なBorsuk-Ulamの定理に端を発する問題である。Gが可換の場合は多くの結果が得られているが,非可換の場合は得られた結果は少ない。本研究ではGが非可換の場合にも研究の対象を広げ,同変K理論における表現の特性類を援用する方法による今後の研究の見通しが得られた。