hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
状態依存むだ時間系のファジィモデリングに基づく解析と制御系設計

システム自身の状態に依存してそのシステムのタイムラグ,すなわちむだ時間が変動する状態依存むだ時間系に焦点を当て,その安定性解析法・制御系設計法を構築することを目的に検討を行った.状態依存むだ時間系の一つである伝播信号の跳ね返りを利用して自己の位置制御を行う一種の自己位置制御系を対象にとり,その状態推定が,離散時間の非線形状態方程式としての近似とオブザーバの拡張設計によって精密に行えることをシミュレーションによって確認した.本研究の目的は,状態依存むだ時間系と呼ばれるある種の物理システムの解析・制御に関する手法を構築することを目的としている.具体的には,系の安定性についての判別法や系の制御法,状態推定法等を制御理論の観点から構築することが目的である.このうち平成24年度は,状態依存むだ時間系の一つである伝播信号の跳ね返りを利用して自己の位置制御を行うある種の自己位置制御系を対象にして,その近似モデルをもとにした解析法,状態推定法について考察した.伝播信号の跳ね返りを利用する自己位置制御系は,その信号の速度および送受信にかかる時間をもとに自己の現在の位置を算出するため,その推定が正確に行えないといった問題があったが,過去の系の状態を記録しておき,その情報を利用して現在の系の状態を推定するオブザーバの設計により,推定がより正確に行えることを示した.具体的には,系の安定性の判別および状態の推定が,ある種の行列不等式をもとにした未知パラメータの探索によって行えることを示し,シミュレーションによってその有効性を示した.本研究では,入出力間にある種のタイムラグを有する状態依存むだ時間系と呼ばれるある種の物理系に焦点を当て,その系の解析・制御に関する手法を構築することを目的としている.具体的には,系の安定性を評価する判別法や系の制御法,状態推定法等を制御理論の枠組みで構築することが目的である.これまでに,状態依存むだ時間系の一つである伝播信号の跳ね返りを利用して自己の位置制御を行う一種の自己位置制御系を対象にとり,それを離散時間の非線形状態方程式として近似モデル化することで,その精密な状態推定が行えることをシミュレーションによって確認した.この系においては,伝播信号の速度および跳ね返りに要する時間をもとに自己の位置検出を行うため,その位置や速度に関する状態推定が正確に行えないといった問題があった.しかし,過去の情報を記録・利用して現在の状態を推定するオブザーバの一設計法により,その推定がより正確に行えることを示した.今年度においては,これまでの成果を学術雑誌の論文としてまとめるべく,関連する文献の調査や自己位置制御系の状態推定についての調査を改めて行うとともに,論文投稿へ向けての準備を行った.システム自身の状態に依存してそのシステムのタイムラグ,すなわちむだ時間が変動する状態依存むだ時間系に焦点を当て,その安定性解析法・制御系設計法を構築することを目的に検討を行った.状態依存むだ時間系の一つである伝播信号の跳ね返りを利用して自己の位置制御を行う一種の自己位置制御系を対象にとり,その状態推定が,離散時間の非線形状態方程式としての近似とオブザーバの拡張設計によって精密に行えることをシミュレーションによって確認した.入出力間にある種のタイムラグを有する物理系として状態依存むだ時間系がある.ネットワークの輻輳制御問題や生物学における個体数変動モデル,経済学における市場価格変動モデルや材料学における結晶成長過程モデルなどは状態依存むだ時間系として記述できる典型的な例であり,その物理系の解析や制御のための方策方法の検討が求められている.本研究では,これに対して有効な解析法および制御系の設計法を開発することを目的として,今年度はその解析のための近似モデリングと数値解析手法について考察した.具体的には,従来得られた状態依存むだ時間系の近似モデルである離散時間の非線形状態方程式をファジィモデルとして再考し,その安定性解析を線形行列不等式に基づく共通リアプノフ関数の探索問題に帰着させた.いくつかの数値例を用いて,その有効性を検証した.しかし,従来研究との比較等はまだ行なっておらず,学会等で発表する段階には至っていない.このため今後は,研究を加速させ,内容をまとめ公表していく.入出力間にある種のタイムラグを有する物理系として状態依存むだ時間系がある.ネットワークの輻輳制御問題や生物学における個体数変動モデル,経済学における市場価格変動モデル,材料学における結晶成長過程モデルなどは状態依存むだ時間系として記述できる例として,それら物理系の解析や制御を目的とした手法の検討が求められている.本研究では,この状態依存むだ時間系の安定判別法や制御法,状態推定法等を制御理論の観点から構築することを目的とし,このうち,この系の一近似モデリング手法を与え,それに基づく状態推定法の有効性を数値例によって示した.具体的には,信号の跳ね返りを利用して自己の位置制御を行うある種の自己位置制御系を対象にとりあげ,その現在位置の推定法についての考察を行った.信号の速度および送受信にかかる時間をもとに自己位置を算出するため,その動作状況に依って現在位置の推定が正確に行えないといった問題があったが,過去の系の状態保存とその系の動特性を考慮したオブザーバ設計により,より正確な状態推定が行えることを数値シミュレーションにより示した.しかし,予定していた学術雑誌への論文投稿が遅れており,今後,鋭意努力してこの結果をまとめたい.制御工学,メカトロニクス交付申請書に記載した研究目的のうち,平成24年度における研究実施計画は「状態依存むだ時間系の近似モデルに対する解析を行う」というものであった.

ここでの解析とは,安定性解析を指し,その系のふるまいが安定であるか不安定であるかを特徴付ける条件を導出するというものであった.結果としては,計画通り,その安定性を線形行列不等式と呼ばれるある種の行列式によって特徴付けることができ,さらには,平成25年度の計画の一つである,状態依存むだ時間系の現在の状態を把握するためのオブザーバの一設計法も示すことが出来た.このため,達成度の区分を(2)とした.交付申請書に記載した研究目的のうち,平成25年度における研究実施計画は「状態依存むだ時間系に対するレギュレータ,オブザーバなどの一制御系設計法について考察し,その有効性を数値例によって実証する.また,得られた研究成果は国内外の学会において発表し,一連の結果をまとめて学会誌へ投稿する.」というものであった.結果としては,計画の一つである状態依存むだ時間系の現在の状態を把握するためのオブザーバの一設計法をある種の自己位置制御系を題材に示すことが出来た.しかし,学会発表は行ったものの,一連の結果はまだ学会誌へ投稿出来ていないため,達成度区分を(3)とした.学校の公務に多くの時間を割かれてしまったことが主な理由として挙げられる.とりわけ高専機構初の試みとなった「教員インターンシップ」では,学校が夏休みとなる1.5ヶ月もの間,学校から遙か遠方の民間企業にて泊まりこみで(研究とは全く関係のない)研修を受けねばならなかった.研究はおろか,夏休み明けの授業準備等も落ち着いて出来なかったため,平成23年度は実質,前半半年間および年度末程度しか研究が出来ていない.これまでの研究内容の再考および解析方法の簡単な検討程度しかできていないため,「やや遅れている」を選択した.上記のように,平成24年度においては,ある種の自己位置制御系に対する一つの安定性解析,状態推定を,線形制御理論の枠組みで行うことが出来た.しかし,その有効性はシミュレーションによってのみ検証されており,実機を用いた検証がなされていない.また,状態推定に的を絞った研究であったため,その制御法についての検討がなされていなかった.そこで今後は,その制御法および検証方法についての検討を行いたいと考えている.具体的には,まず制御法については最適制御理論を中心とした理論的考察により何らかの結果を与え,検証については超音波等を利用した簡易な実験システムを構築して検証にあたりたいと考えている.現在,一連の結果を学術雑誌にまとめるため準備中ではあるが,従来手法等との比較がまだ出来ていないこともあり,これまでの成果を論文としてまとめられるよう鋭意努力したい.まず,「次年度使用額」が0円でないのは,上記理由にも書いたとおり,「教員インターンシップ」という当初予定していなかった業務命令にて,1.5ヶ月もの間,民間企業にて研修を受けねばならなくなり,学会等への参加を見送ったためである.この予算は,余力資金として,予定している学会以外への参加費等に使用したい.今後の方策については,基本的には申請書通り,アドバンスドファジィ制御理論の観点からその制御系設計についての考察と数値例に基づいた有効性の検証を行う予定である.解析時と同様,その制御系設計問題は線形行列不等式に基づく共通リアプノフ関数の探索問題へと帰着させることができると考えられる.得られた研究成果を早急にまとめ,学会や関係諸氏に提示しコメントをもらいたい.
「新」教育基本法の立憲主義的解釈の解明

本研究の成果は、(1)民主党教育関係法案が、自公政権以上に徹底して新自由主義改革を進めるものであり、同法案と「新」教基法とが矛盾せず、また、「新」教基法の解釈により同法案を正当化できるため「新」教基法の再改正が必要とされていないこと、(2)大阪府の教育諸条例は、国の法制度改革に先立って新自由主義的に教育行政・学校組織を再編しようとするものであり、その手段として地方版教育振興基本計画が使われようとしていること、(3)「日の丸・君が代」訴訟最高裁判決は教師の思想・良心の自由に関して相当程度踏み込んだ判断を示したのに対し、教師の教育の自由に関してはほとんど判断を示していないので、教基法16条解釈の重要性がさらに増したこと等である。2006年12月に施行された「新」教育基本法の立憲主義的解釈を解明することを目的とする本研究の初年度においては、研究全体を以下のように4つに分節化して研究を行ってきた。第1は、「新」教育基本法の逐条解釈のための基礎作業として、同法の立法過程に関する資料を収集すること。第2は、2009年政権交代前における旧政権による教育改革立法(特に、変化が著しかった、教員の地位に関わる改革、特に、免許更新制度)、および、政権交代前から現政権が明らかにしてきた教育改革立法案の双方に焦点を当てて、それらを教育法的に分析すること。第3は、新教基法制定後判例の動きが著しかった生徒懲戒法制、特に、体罰判例に焦点を合わせて、その解釈論的な問題点を分析するために、裁判過程を含む研究をおこなうこと。そして、第4は、新自由主義教育改革立法の典型となっているアメリカをべースにした日米比較研究である。当初の研究計画では想定できなかった政権交代という事態が起きたために、「新」教基法に示された新自由主義的構想の行方を見極めることが課題として浮上した。初年度の研究内容の第2はその課題にも対応するものである。初年度において得られた知見は、よりエレガントな形とはなっているものの、新自由主義教育改革立法が進捗しているということ、「新」教基法と民主党提案にかかる「日本国教育基本法案」との共鳴関係が明らかになってきていること、および、旧政権および新政権の双方が推進しているこのような立法動向の立憲主義に基づく批判的吟味がますます重要になっている、ということである。研究期間2年目に当たる本年度は、2009年9月の総選挙を受けての政権交代という事態によって生まれた、「新」教基法の立憲主義的解釈の究明に関わる新しい課題に応答する研究を行なった。民主党は結党以来、国会に教育関係法を提出し続け、その数は優に20を超えている。それらを収集するとともに、新自由主義および新国家主義の徹底度という観点から、1.個々の法案の特徴、2.法案全体の特徴の経年的変化、3.民主党「日本国教育基本法案」との関係、4.「新」教基法および自公政権のもと開催された教育関係法との関係、5.「新」教基法の再改正の必要性、6.選挙マニフェストと教育関係法案の関係を分析した。その成果は、『民主党教育関係法案と選挙公約』として公表されたほか、関連学会において発表されている。それにより、新しい知見を獲得することができた。具体的には、1.民主党の教育関係法案は、2003年までの福祉国家的色彩の強い法案、2003年以降の新自由主義的法案、および政権獲得後における新自由主義をベースとしながら、福祉国家的要求を吸収する法案と大きく分けて3つの時期に区分できること、2.民主党教育関係法案は、ナショナル・ミニマム・スタンダードの縮小ないしは廃棄、および、地教教育行政の首長部局化等、自公政権以上に徹底して新自由主義改革を進めるものであること、3.民主党は「新」教基法案に対抗すべく、新自由主義的色彩と新国家主義的色彩のよりはっきりとした日本国教育基本法案を提出し、それを具体化するために教育関係法案を提出してきたものの、教育関係法案は、「新」教基法と矛盾せず、また、「新」教基法の解釈により、法案を正当化できるので、再改正は必要とはされていない等である。研究期間3年目であり最終年度にあたる本年度は、「新」教育基本法の立憲主義的解釈の解明に関わる立法・司法上の新たな二つの課題について分析・検討した。第一に、大阪府における教育関係諸条例(教育行政基本条例、府立学校条例、職員基本条例)に関する資料の収集、分析、検討である。

本研究は、「新」教育基本法法制の特徴を、行政学領域における「新しい統治理論」または経済学領域における「主人-代理人」理論に基づいて教育行政組織、行政組織-学校組織間関係、学校管理職-教職員関係を再編しようとするものとの仮説を立てているが、大阪府の諸条例は、国の法制度改革に先立ってこのような教育行政・学校組織の再編を推進する立法であると言える。その最大の特徴は、首長・議会に教育を実質的に統治(「不当な支配」)する権限を与えかねないことにあり、またその手段として、「新」教育基本法に作成主体が明記されていない地方版教育振興基本計画が使われようとしている点にある。第二に、「日の丸・君が代」訴訟に関する一連の最高裁判決(2011年5月30日-2012年1月16日)の資料の収集、分析、検討である。本研究は、「新」教育基本法の立法者意思とこれまでの日本国憲法・教育関連法の解釈を示す判例には緊張関係があるとの仮説を立てている。したがって、「新」教育基本法の立憲主義的解釈という課題にあたり、最高裁判決の新たな憲法・教育関連法解釈の分析は必須となる。分析の結果から言える特徴は、最高裁は教師の思想・良心の自由に関してある程度踏み込んだ判断を示したのに対し、教師の教育の自由に関してはほとんど判断をしていないということである。上記の大阪府の現象と合わせてみたとき、教育における「不当な支配」の現状分析とその原理な考察が、「新」教育基本法を立憲主義的に解釈するにあたって避けられない課題になっていることが分かる。
中国初期王朝形成過程の考古学的研究

〔研究目的〕中国初期王朝形成過程における「社会の質的変化」「集団の再編」の実体解明に向けて、物質文化の分析を通した通時的文化動態に着目し、地域集団が結びつく紐帯の原理、社会の統合化の過程を通じて地域間関係を明らかにし、中国初期王朝が出現した原因を明らかにすることを目的とする。以上の研究目的達成のために、a)日常土器の組成を中心に地域集団を抽出する研究、b)威信財的性格を有する器物の製作技術および威信財システムの復元・検討を通した社会の統合化を明らかにする研究、c)人類史研究における初期国家形成論の比較考古学研究、d)威信財の資源・原材料の産地と遺跡の立地・景観復元をもとに、物質文化に見られる文化動態と環境・自然地理の関係が初期王朝形成に与えた影響を明らかにする研究という4つの方向性からアプローチした。平成18年度は実地調査を中心に行った。〔調査方法〕実測・写真撮影、分光側色計を用い、通時的・器種間における土器の色調変化のデータを収集した。〔結果〕土器の型式を設定でき、各器物の詳細な年代決定が可能となった。このことから、二里頭文化期では、精製土器のカテゴリー内でも精粗の差が広がることが明らかになった。特に精製の程度が高まるものは、大・中型墓に副葬され、社会的身分を示す威信財的器物になっている。さらには、二里頭文化後半段階になるにつれて、それらの器物が二里頭文化の核心地域を越えて周辺地域へ拡散している。当初、周辺地域では副葬品として使用していないが、終末期には周辺地域でも精製度の高い土器を副葬することで社会的に高い身分を示す器物へと変化している。この動態は原材料の獲得が困難な青銅器の様相とも連動していた。つまり二里頭文化期後半から終末にかけて、二里頭文化全体の中で、それら威信財的要素をもつ器物を通じての地域間の関係が成立する威信財システムを介した社会が形成されることを明にした。
共生細菌ブフネラを収納するアブラムシ菌細胞の宿主EST解析

1.平成15年度から平成16年度にかけて得られたアブラムシ菌細胞のESTデータを、国外の複数の研究グループ(フランスINRA、アメリカ農務省、プリンストン大学、バレンシア大学など)により生産されたアブラムシ各部(頭部、触覚、唾液腺、消化管、初期胚など)のESTデータと突き合わせ、これらグループと共同でcDNAポピュレーションの詳細な解析を行った。2.Aphid Genomics ConsortiumSteering CommitteeのメンバーとしてNHGRI(National Human Genome Research Institute;米国NIH内の一機関)にエンドウヒゲナガアブラムシの全ゲノム塩基配列の決定を働きかけ、これを採択させた。その上で塩基配列決定後のgene findingやannotationを効率よく行うことが出来るよう、normalized full-length cDNA libraryを作製した。マイクロアレイ解析、FISH解析や個々の遺伝子のRNAiノックダウンなどはゲノム解析により全遺伝子の情報が得られた後に網羅的に行うのが効果的と考え、現時点で行うことは避けることとした。3.昨年度のトランスクリプトーム解析により、菌細胞特異的に著しく高発現していることが見出され、共生系を維持する上で重要な機能を担うと目されるリゾチームホモログ遺伝子について、タンパク質の発現系を構築し、得られた産物の酵素活性について検討した。さらにこのリゾチームホモログに対する抗体を作製し、より詳細な機能解析を行うための基盤を整えた。エンドウヒゲナガアブラムシ(Acyrthosiphon pisum)の無翅単為生殖虫から、共生細菌(Buchnera)を内包する「菌細胞」を外科的に単離して全RNAを抽出。これに対してキャップトラッパー法(5'端にキャップ構造を持つmRNAのみを選抜する手法)を適用することで、従来のライブラリー作製法では排除することが困難であったBuchnera由来のRNAを効果的に除き、大多数のクローンが宿主菌細胞由来の完全長cDNAである良質なcDNAライブラリーの作製に成功した。このライブラリーより、2870クローン分の5'-シングルパスシーケンシングを完了。すでに公共データベースに公開されているA.pisumのwhole bodyのESTデータ(1071クローン分。プリンストン大、米農務省による)をも含めてクラスタリングをしたのち相同性検索に基づくアノテーションを行い、各々のライブラリーでの出現クローン数を比較することで、菌細胞特異的な発現パターンを示す遺伝子の予備的なスクリーニングを行った。この結果、宿主-Buchnera間の各種アミノ酸の授受とそれに連関する代謝に関与すると思われる遺伝子群が高発現していることが示唆された。これはこれまでの生理学的研究およびBuchneraのゲノム解析により得られていた知見と一致するものと言える。さらに細胞分裂の抑制やアポトーシスの抑制に関わる複数の遺伝子が高発現していることも示唆されたが、これらは分裂をせずに肥大する菌細胞の性質との関連が期待され興味深い。またこの他に、転写因子、シグナル伝達関連など興味をひかれる遺伝子産物が多数検出された。現在、リアルタイム定量的RT-PCR法を用いたcDNA定量を行うことで、上記遺伝子群の発現レベルについて検証作業を進めている。昨年度得たアブラムシ菌細胞のESTデータを、公共データベース上の2種類のアブラムシESTデータ(ともに虫体全体に由来する)と比較し、菌細胞内転写産物ポピュレーションの傾向を解析した。その結果、(1)「アミノ酸代謝」(2)「輸送」(3)「防御反応」の3つのGO(Gene Ontology)カテゴリーに属する遺伝子の転写産物の割合が菌細胞特異的に高いとの傾向を得た。さらにリアルタイム定量的RT-PCR法を用いて、それぞれのカテゴリーに含まれる個々の遺伝子の発現レベルを菌細胞と虫体全体の間で比較したところ、カテゴリー内の遺伝子群の多くが虫体全体に比べて菌細胞で数十倍から数百倍も高発現していることが確認された。(1)のアミノ酸代謝関連では、ブフネラの合成出来ない可欠アミノ酸の合成に関わる遺伝子群やブフネラの合成可能な必須アミノ酸の利用に関わる遺伝子群がとくに高発現しており、この共生系が宿主アブラムシとブフネラの間のアミノ酸の相補的な授受を基礎として成り立っていることを如実に示した。(2)の輸送関連ではミトコンドリアや小胞の輸送系に関わる遺伝子群が高発現しており、これまで知られていなかったブフネラ-オルガネラ間の相互作用に関する重要な示唆を得た。(3)の防御反応関連では細菌の細胞壁を分解する酵素であるリゾチームをコードする遺伝子が群を抜いて高いレベルで発現しており、菌細胞内微生物フローラの制御に関わる因子としてきわめて有望な候補を得ることが出来た。EST解析については、国外の研究グループ(フランスINRA/INSA、アメリカ農務省、プリンストン大学など)とも連携してさらに詳細な分析を進めており、マイクロアレイ構築の準備が整いつつある。

マイクロアレイ解析、FISH解析や個々の遺伝子のRNAiノックダウンなどはゲノム解析により全遺伝子の情報が得られた後に網羅的に行うのが効果的と考え、現時点で行うことは避けることとした。3.昨年度のトランスクリプトーム解析により、菌細胞特異的に著しく高発現していることが見出され、共生系を維持する上で重要な機能を担うと目されるリゾチームホモログ遺伝子について、タンパク質の発現系を構築し、得られた産物の酵素活性について検討した。さらにこのリゾチームホモログに対する抗体を作製し、より詳細な機能解析を行うための基盤を整えた。
ハンセン病による神経障害の神経生理学的評価及び電気刺激を用いた治療についての研究

ハンセン病における末梢神経障害について、神経の再生メカニズムについては不明の点が多い。そこで、ハンセン病後遺症の神経障害を、神経伝達速度を用いて測定し、特異性について明らかにするとともに、総合電流刺激装置を用いた治療法により、残存している神経および筋肉を強化することで、機能改善が図られていくかを目的として研究を行った。現在までの測定において、運動・感覚障害が見られないが神経伝導速度の低下が見られる症例や、感覚低下があるものの正常な症例等興味深い結果も出ている。しかし、研究途中で測定装置に不具合が生じ、データ収集が中断している状況である。(1)ハンセン病の型及び障害の程度と神経伝達速度の関係についての解析1)日本におけるハンセン病後遺症の患者さんの中で協力していただける人の感覚神経伝達速度及び運動神経伝達速度を筋電図・誘発電位検査装置を用いての測定については、8名の測定が終了し、現在詳細に解析を行なっている最中である。2)ミャンマー連邦・ヤンゴン総合病院皮膚科特別外来においてハンセン病新規患者の神経伝達速度の測定を行うための準備として、ハンセン病の病型による神経伝達速度の基礎的なデータ収集を行うためにミャンマーへ行き、ミャンマー連邦のヤンゴン総合病院皮膚科特別外来のDr.Kyaw Kyaw及びDr.Lin Htetと共同研究打ち合わせを行い、また計測用機械のチェックを行って来た。さらに、研究を進めるための評価表・記録用紙の作成を行い、データ収集を行う環境は整備済みである。ミャンマー政府に対して共同研究申請のために必要な倫理審査申請書類の作成を共同で行い、2013年12月に審査が終了しミャンマー政府の許可が出てデータ収集を開始した。(2)ハンセン病の運動麻痺に対する総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療法の検討3)総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療方法として、母指と小指の対立に使われる母指球筋に対してEMSにより筋力増強を行って治療経過のデータ収集を行うために、伊藤超短波製「低周波治療器・干渉電流型低周波治療器組合せ理学療法機器ES360」を購入し、患者さんの協力をえて治療を開始しデータを収集している最中である。ミャンマー政府に対して共同研究申請のために必要な倫理審査申請書類の作成を共同で行い、現在審査結果を待っている最中である。(2)ハンセン病の運動麻痺に対する総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療法の検討3)総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療方法として、母指と小指の対立に使われる母指球筋に対してEMSにより筋力増強を行って治療経過のデータ収集を行うために、伊藤超短波製「低周波治療器・干渉電流型低周波治療器組合せ理学療法機器ES360」を購入し、パイロット研究として健常者で効果を判定している最中である。ハンセン病における末梢神経障害について、その程度及び神経の再生メカニズムについては不明の点が多い。我々は現在までの治療から、神経の障害の程度が低いにもかかわらず廃用性の二次的障害から筋萎縮及び運動障害を有していると考えられる症例を数多く経験してきた。そこで、ミャンマー連邦のヤンゴン総合病院皮膚科特別外来との間では共同研究を行い、ハンセン病後遺症の神経障害を神経伝達速度や筋電図を用いて測定し、他の末梢神経損傷における疾患との比較を行うことで、ハンセン病における末梢神経障害の特異性について明らかにするとともに、総合電流刺激装置(Electrical Muscle Stimulation:EMS)を用いた治療法により、残存している神経および筋肉を強化することで、機能の改善が図られていくかを科学的に解明することを目的として研究を行った。具体的には以下の2点について行った。1)ハンセン病の型及び障害の程度と神経伝達速度の関係についての解析現在までの測定において、運動障害、感覚障害ともに見られないが、閾値を下回る明らかな神経伝導速度の低下が見られる症例や、機能障害が限定的であり、その局在している支配神経の神経伝導速度は測定不能であったものの、それ以外の障害されていない神経は全て正常域である症例を経験してきている。さらに、感覚が低下しているにもかかわらずデータ上は異常がない症例や、運動機能及び感覚は低下していないのにデータを測定することが出来ない症例等興味深い検査結果も出ている。

しかし、研究途中で神経伝達速度の測定装置に不具合が生じ、現在までにデータの収集が中断している状況である。複合領域ミャンマー連邦のヤンゴン総合病院皮膚科特別外来のDr.Kyaw Kyaw及びDr.Lin Htetと共同研究打ち合わせ及び機械のチェックを行い、政府への共同研究申請のための倫理審査申請書類の作成を共同で行って、申請を行った。しかし審査結果が出たのが2013年12月であり、それからデータ収集を開始している。倫理審査を通さないとデータ収集が行えなかったため、データ収集に遅れが出ている。ミャンマー連邦のヤンゴン総合病院皮膚科特別外来のDr.Kyaw Kyaw及びDr.Lin Htetと共同研究打ち合わせ及び機械のチェックを行い、政府への共同研究申請のための倫理審査申請書類の作成を共同で行って、審査結果を待っている最中である。倫理審査を通さないとデータ収集が行えないため、まだデータの収集には至っていない。(1)ハンセン病の型及び障害の程度と神経伝達速度の関係についての解析ミャンマー連邦・ヤンゴン総合病院皮膚科特別外来においてハンセン病新規患者の神経伝達速度の測定を行う。新規患者については、病型の分類におけるデータ数を増やすことで神経伝達速度と神経障害パターンを明らかにする。さらに、治療経過におけるデータを収集することでハンセン病においての神経再生が行われるのかを検討し、神経障害メカニズムの解明をはかっていく。(2)ハンセン病の運動麻痺に対する総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療法の検討総合電流刺激装置(EMS)を用いた治療方法として、母指と小指の対立に使われる母指球筋に対してEMSにより筋力増強を行うことによる治療経過のデータ収集を複数名に行うことで、治療効果の判定を行う。また長期間にわたり定期的で集中的な治療を行うことによる治療効果の判定及び廃用性の二次的障害からの筋萎縮及び運動障害の判定も行なっていく。さらには、治療による神経の再生が行われているのかを神経生理学的手法を用いて判定していく。(1)ハンセン病の型及び障害の程度と神経伝達速度の関係についての解析1)ハンセン病後遺症の患者さんの中で協力していただける人の感覚神経伝達速度及び運動神経伝達速度を筋電図・誘発電位検査装置を用いて測定する。症例数を増やすことで、神経伝達速度と神経障害パターンとの間に一定の法則を見出すことを目的として行う。これにより正確な予後予測の判定を行うことに近づける。2)ミャンマー連邦・ヤンゴン総合病院皮膚科特別外来においてハンセン病新規患者の神経伝達速度の測定を行う。(2)ハンセン病の運動
環境変化に応答する遺伝子の同定と進化機構の解明

トラフショウジョウバエの重複アミラーゼ遺伝子発現を制御するシスエレメントを同定するためにキイロショウジョウバエでP因子仲介形質転換法用いて、アミラーゼ遺伝子のデリーションミュータントをもつトランスジェニックフライを作製した。トラフショウジョウバエの重複アミラーゼ遺伝子のひとつであるAmyl遺伝子の5'上流領域の長さが異なるデリーションミュータント系統について、アミラーゼ酵素活性を指標として遺伝子発現のパターンを調べた。アミラーゼの基質であるスターチ培地と分解産物であるグルコース培地それぞれにおける幼虫、成虫のアミラーゼ酵素活性の解析から、1)トラフショウジョウバエとキイロショウジョウバエのアミラーゼ遺伝子の発現パターンには明らかな相違があるが、5'上流約1.7kbを含むAmyl遺伝子はキイロショウジョウバエにおいてトラフショウジョウバエと同様の発現パターンを示しうる。2)トラフショウジョウバエの発現パターンの再現には、少なくとも5'上流約440bpは必要である。3)5'上流約440bpから310bpまでの約130bpの領域と約310bpから140bpまでの約170bpの領域それぞれにトラフショウジョウバエの発現パターンを特徴づけるシスエレメントが存在する。4)Amyl遺伝子の発現には少なくとも5'上流約140bpは必要である。ということが示唆された。以上より、キイロショウジョウバエはトラフショウジョウバエと同じ、または類似のトランスエレメントを持っており潜在的にはトラフショウジョウバエと同様の発現パターンを示しうるが、シスエレメントが違うため2種間で発現パターンに相違ができたと考えられる。つまり、トランスエレメントに比べるとシスエレメントは容易に変化しうるので、急速な環境への応答が必要な適応進化においてはシスエレメントの変化は極めて重要であることが示唆された。トラフショウジョウバエの重複アミラーゼ遺伝子の発現を制御するシスエレメントを同定するためにキイロショウジョウバエでP因子仲介形質転換法用いて、アミラーゼ遺伝子のデリーションミュータントをもつトランスジェニックフライを作製した。ひきつづきトランスジェニックフライ作製を行い発現調節に関わるシスエレメントを絞り込む予定である。トラフショウジョウバエの重複アミラーゼ遺伝子における種内変異の解析を行った。自然集団由来の24系統について重複アミラーゼ遺伝子の5'上流およびコーディング領域をPCRで増幅後、塩基配列を決定した。決定した塩基配列に基づき集団遺伝学的解析を行ったところ、異なる染色体上の同じ遺伝子座間の組み換え率は、同じ染色体上の異なる遺伝子座間の組み換え率より一桁高いことがわかった。その結果、コーディング領域において重複遺伝子は協調的に進化している一方で、重複遺伝子間ではそれぞれが多様化する傾向にあることがわかった。また、重複アミラーゼ遺伝子のうちの一方の5'上流領域にのみ塩基サイト間の有意な連鎖不平衡が見つかった。その領域はアミラーゼ遺伝子発現を制御するシスエレメントを含むと考えられ、有意な連鎖不平衡は塩基サイト間の相互作用の結果であることが示唆された。この結果は、今後の分子生物学的手法を用いる実験の指針となることが期待される。
麻酔薬による肝障害発生機序に関する研究

ハロセン肝障害の発生機構を明らかにする目的で以下のようにモルモットの生体レベルおよび試験管レベルの実験を行い、次の結果を得た。モルモットにハロセンを吸入させるとTBA反応物質の増加が観察され、その後肝逸脱酵素が上昇した。従ってモルモットの肝障害の発生機序は先ずハロセンのラジカル中間体による脂質過酸化がおこり、中心性の肝壊死を起こすと考えられる。モルモット肝ミクロソ-ムハ電子伝達系を検討した結果、肝障害を起こさない動物(ラット)と比べてハロセンの代謝活性が高いこと、ビタミンE活性がラットのそれと比べて低いことがわかった。ハロセンは肝ミクロソ-ムの電子伝達系で代謝される過程においてラジカル中間体を形成する。このラジカルは脂質を攻撃し脂質過酸化を起こす可能性がある。従って、モルモットの場合ハロセン肝障害を起こす原因の一つとして薬物代謝活性の高いこと、抗酸化系の違いが重要な役割を演じていると結論した。試験管内でのハロセンによるモルモット肝ミクロソ-ムの脂質過酸化はビタミンEによって抑制可能であった。これらの結果から、ハロセンを吸入させることにより発生するモルモットの胆障害はハロセンのラジカル代謝産物が原因となり、ミクロソ-ムの脂質過酸化が起こり細胞機能が破錠することが原因の一つであると結論した。モルモットはハロセン肝障害のモデル動物となりうると結論した。肝障害モデル動物の作成および脂質過酸化と肝ミクロソーム電子伝達系酵素との関係を検討する目的で研究をおこない次の結果を得た.1.モルモットにハロセンを吸入させることにより肝ミクロソームの脂質過酸化の亢進CTBA法で約数倍),肝逸脱酵素の上昇,肝組織像の脂肪滴の発生などから肝障害が発生することを確認し,ハロセン肝障害のモデル動物として使用した.同条件のもとで,ラットの肝には影響が見られず,対照の動物として使用した.2.モルモットおよびラットにハロセンを吸入させ,ミクロリームのNADPH-モトクロムP-450還元酵素, NADPH-チトクロムb_5還元酵素の活性,チトクロムP-450,チトクロムb5の濃度を比較検討したところ,モルモットのチトクロムP-450,還元酵素をのぞく電子伝達素酵素は減少した.一方ラットのそれらは高化しなかった.3.ピロガロールの自動酸化におよぼす影響から,ハロセンを吸入させたラットおよびモルモットのミクロソームの活性酵素発生の増加が試験管内で観察された.4.ハロセンの嫌気的脱ハロゲン化活性はモルモットのほうがラットより約1.5倍多かった.これらの結果から,ハロセンを吸入させることにより発生するモルモットの肝障害はハロセンのラジカル代謝産物が原因となり,ミクロソームの脂質過酵素が超り細胞機能が破綻することが原因のひとつであることが明らかになった.ラットの場合脂質過酸化が起らないのは,嫌気的脱ハロゲン化活性が低いので,抗酸化系がモルモットと異なるためと考案した.モルモットにハロセンを吸入させると肝ミクロリームの脂質過酸化が亢進することを証明し、モルモットがハロセン肝障害モデル動物となりうることを前年度明らかにした。今年度はこのモルモットの肝ミクロリーム電子伝達系および肝ミクロリームによるハロセンの嫌気代謝を検討することによって以下にのべることを明らかにした。モルモットの肝ミクロリーム電子伝達系によるハロセンの嫌気的脱ハロゲン化活性は、肝障害をおこさないラットに比較して高いことを明らかにした。ハロセンは肝ミクロリームの電子伝達系で代謝される過程において反応性の高い中間代謝産物を形成するが、この物質は肝ミクロリームの脂質を攻撃し脂質過酸化をおこす可能性がある。したがってモルモットにハロセン肝障害をおこす原因のひとつに薬物代謝活性の高いことが重要な役割を演じていると結論した。またモルモットのビタミンE濃度はラットのそれと比較して低いことを明らかにし、モルモットの抗酸化系が他の動物と異なることも肝障害の原因のひとつとなると結論した。

さらにモルモットにハロセンを吸入させ、肝逸脱酵素および脂質過酸化の指標としてTBA反応物質を経時的に測定した。その結果まず、TBA反応物質の増加が観察され、その後肝逸脱酵素が上昇した。したがってモルモットの肝障害の発生機序は先ずハロセンのラジカル中間体による脂質過酸化がおこり、中心性の肝壊死をおこすが、その場合脂質過酸化の程度はハロセンの代謝と同時に抗酸化系の量、質的な差も関与している可能性を認めた。抗酸化系の検討は今後の課題として残した。今年度までの結果から、ハロセンを吸入させることにより発生するモルモットの肝障害はハロセンのラジカル代謝産物が原因となり、ミクロソ-ムの脂質過酸化が起こり細胞機能が破綻することが原因の一つであり、モルモットはハロセン肝障害のモデル動物となりうると結論した。本年度はこのモルモットの肝ミクロソ-ムを用いた試験管内に実験を行いモルモットのビタミンE活性はラットのそれと比べて低いことを明かにし、モルモットの抗酸化系が他の動物と異なることも肝障害を起こす原因の一つとなりうると結論した。さらに、試験管内の実験で、ハロセンによる肝ミクロソ-ムの脂質過酸化をペンタンを指標として測定し、その脂質過酸化を抑制させることを試みた。その結果、15nmol/lのビタミンEで脂質過酸化は約半分に抑制されることが分かった。同じ反応系で嫌気的代謝がビタミンEはハロセンのラジカルによって開始した脂質過酸化の反応を抑制していると考察した。これらの結果とこれまでの結果から、ハロセンを吸入させることにより発生するモルモットの肝障害はハロセンのラジカル代謝産物が原因となり、ミクロソ-ムの脂質過酸化が起こり細胞機能が破綻することが原因の一つであると結論した。ラットの場合脂質過酸化が起こらないのは、嫌気的脱ハロゲン化活性が低いのと、抗酸化系がモルモットと異なるためと考えた。またハロセンによる肝ミクロソ-ムの脂質過酸化はビタミンEによって抑制可能であると結論した。さらにモルモットはハロセン肝障害のモデル動物となりうることも示した。
ピーポッドの形態と内包される金属・分子内包フラーレンの分子構造

本研究の目的は、ピーポッドを形成するナノチューブに内包される金属・分子内包フラーレンの電子密度レベルでの構造を、放射光精密構造解析によって明らかにすることであった。それによって、チューブ内での金属・分子内包フラーレン間または、チューブとの相互作用を、チューブとフラーレンの種類によって系統的に明らかにし、ピーポッドの構造形態との相関を構築をめざした。研究手法としては放射光を用いたX線粉末回折データをMEMにより解析し、フラーレン化合物の電子密度レベルでの更なる精密な構造を明らかにする。本研究では、実験法、解析法の改良と共に、様々な金属内包フラーレンの特徴ある構造を明らかにした。その中でも、金属内包フラーレンピーポッドに用いられるGd@C_<82>の構造を明らかにしたことは大きな成果である。この物質は、従来の他の金属内包フラーレンとは全く異なる構造をしており、理論計算による予測とも大きく異なっていた。そのほかにY_2@C_<82>,Y_2C_2@C_<82>等の構造を明らかにすると共に新しい理論計算の手法によりLa_2@C_<80>の特異な内包構造の起源を明らかにできたことは大きな成果である。また、実験法、解析手法は、ナノポーラス構造への分子閉じ込めの構造解明の手法へと発展させることもできた。本研究の目的は、ピーポッドを形成するナノチューブに内包される金属・分子内包フラーレンの電子密度レベルでの構造を、放射光精密構造解析によって明らかにすることである。それによって、チューブ内での金属・分子内包フラーレン間または、チューブとの相互作用を、チューブとフラーレンの種類によって系統的に明らかにし、ピーポッドの構造形態との相関を構築する。研究手法としては放射光を用いたX線粉末回析データをMEMにより解析し、フラーレン化合物の電子密度レベルでの更なる精密な構造を明らかにする。得られた結果は、ピーポッドのマテリマルデザインのとって重要な基盤的な構造物性情報となる。並列化MEMプログラムシステムの構築(A. Appl. Cryst.35(2002)282-286)により、より解析の効率を上げることができた。また、Sc_2@C_<66>の構造解析結果について、理論計算による構造予測と、我々の実験結果について異なる構造を示していることについて、構造解析の結果から、内包された金属原子の共有結合性などの原子の結合結合形態の寄与を理論計算に導入する事の必要性を明確に示し、論文発表した(Chemical Physics Letter(2003)in press)。現在、水溶性金属内包フラーレンGd@C_<82>,およびSc_3N@C_<68>の構造解明を行っている。加えて、本研究に関連して代表者が行っている解析プログラム開発の成果として、集積型金属錯体化合物の酸素分子の吸着した様子を、直接観察することに成功した。この成果は米国科学誌サイエンスに発表され、朝日新聞、中日新聞、日本経済新聞、などでも報道された。本研究の目的は、ピーポッドを形成するナノチューブに内包される金属・分子内包フラーレンの電子密度レベルでの構造を、放射光精密構造解析によって明らかにし、それによって、チューブ内での金属・分子内包フラーレン間または、チューブとの相互作用を、チューブとフラーレンの種類によって系統的に明らかにし、ピーポッドの構造形態との相関を構築することであった。ピーポッドを形成するいくつかの新規金属内包フラーレンについて放射光実験施設SPring-8を用いたX線粉末回折データをMEMにより解析し、フラーレン化合物の電子密度レベルでの更なる精密な構造を明らかにすることができた。電子密度レベルで構造を明らかにすることができたのはSc_3N@C_<68>、Gd@C_<82>Y_2C_2@C_<82>、で、本科研費で構築した並列化MEMプログラムのENIGMAを用いた電子密度解析システムを利用し、フラーレンに内包された金属からフラーレンケージの電荷移動量や結合形態の解明を行った。水溶性フラーレンGd@C_<82>の電子密度解析から、Gdのフラーレン内での位置が、理論計算とは異なる特異な位置にあること、分子として強い電子極性をもち、水溶性との深い関係があることがわかった。

この情報は、ナノチューブに入れてピーポッドを形成する際の重要な構造情報となる。また、Y_2C_2@C_<82>についても、詳細な金属内包構造が明らかになった。
脳口腔機能から小児期の歯列咬合異常を考える

今年度、本研究課題について行なった研究項目および結果を示す。1)被験児の選定と咀嚼運動パターンの解析乳歯列期と混合歯列初期で,側方交叉咬合のために早期咬合治療が必要と認められる小児20名を被験者とするので、通常の形態分析に加え下顎運動パターンを測定し、適切な被験者となりうる小児を選定中である。また、コントロールも含めた対象者の咀嚼運動パターンの解析も同時に行っているところである。2)咀嚼運動刺激前後の脳神経活動解析と脳活動の視覚化まずは、正常咬合者を対象に,咀嚼運動刺激前後の脳波誘発電位測定を行い,脳神経活動量の機能マップを作成を行っている。MRI測定から得られたT1・T2強調画像と,脳波誘発電位測定による脳神経活動のデータを合成し,咀嚼運動刺激に対する脳血流量と脳神経活動量の変化を視覚的に判断できるよう、脳表面活性化領域と内部活性化領域の3次元マッピングを作成し,ダイポール推定を行っている。3)反対咬合を有する混合歯列前期小児の習慣性開閉口運動咬合異常モデルの作製において必要となる混合歯列反対咬合児の開閉口運動の特徴を論文報告した。4)咬合異常児の治療にともなう下顎運動の機能的推移について、乳歯列期鋏状咬合の2治験例の論文報告を行なった。
津波・高波による洗堀・吸出し機構の研究と汎用的予測法の開発

1)今後30年以内に南海トラフで巨大地震の発生する確率は70%であり、レベル2の巨大津波が堤防を越流することを前提に、粘り強い堤防を整備することが要求されている。それゆえ、面的防護による防災施設計画・設計を、低コストで実施できる手段として、林や構造物による低減効果や洗堀を考慮出来る津波の浸水数値モデルを開発した[土木学会論文集B2(2009)等を参照]。また、津波による洗堀問題で、今まで検証計算から決めていた漂砂量係数を、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を指標に算定図から簡単に推定できる方法を提案し、岩沼海岸の堤防と命山周辺の洗掘予測に適用した[土木学会論文集B2(2018)等を参照]が、実験データを追加して算定図の適用範囲を広げ、今年6月のISOPE国際会議で発表予定である。さらに、CSG堤防、命山、海岸林などが存在する浜松海岸に適用した結果を今年度中に発表予定である[開発した数値モデルのプログラムとデータを“http://www.ev.u-tokai.ac.jp/yamamoto/index.htm"で公開中]。2)極浅海域の堤防や護岸は、長時間作用する高波によって前面洗掘と裏込め材の吸出しが生じ、これらによる堤体内の空洞化から破壊に至る場合が非常に多い。それゆえ、越波量と裏込め材吸出し量による堤体破壊の判定図、前面水深と入射波高による最大前面洗堀深の算定図、外力・堤体断面・裏込め材の各諸元による吸出し量算定式を提案した[土木学会論文集B2(2009,2015,2016)等を参照]。その後、CADMAS-SURFを改良して、任意断面形状の堤防・護岸に対する吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を、鉛直二次元で精度良く予測できる数値モデルを開発出来た[土木学会英語論文集(2018)等を参照]。現在は、2017年度開発した三次元数値モデルの精度向上で努力している。1)津波による洗堀の予測に際して、実測データの再現シミュレーションによって決定していた漂砂量係数を、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を指標に簡単に推定できる算定法を検討していたが、今回、実験データを大幅に追加して、広い範囲で使える算定図を公表出来た。これらの算定図と我々が開発した津波浸水・地形変化の予測数値モデルを、土堤、CGS堤防、命山、海岸林、建築物の存在する海岸に適用することで、より現実的な条件下で堤防、命山、海岸林、堀などによる多重面的防護の施設計画・設計を低コストで合理的に実施出来る方法を提案出来た。それゆえ、目標の70%を達成したと判断出来る。[WEBページ“http://www.ev.u-tokai.ac.jp/yamamoto/index.htm"で、今までの研究成果と本数値モデルのプログラムとサンプル・データを公開中]2)高波による極浅海域や砂浜上の堤体破壊は、大きな波ほど沖合で砕波することから、強い波力に対する堤体の力負けより、砕波後の波の繰返し作用による堤体前面の洗掘や裏込め材の吸出しが主原因である場合が多いことから、吸出しを考慮した堤防・護岸安定性評価法や、三面張り堤防・二面張り護岸からの裏込め材吸出し量算定モデルについて検討していたが、今回、任意外力、任意断面形状の堤防・護岸、裏込め材の任意諸元に対する、吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を予測出来る数値モデルを、土木学会英語論文集(2019)等に発表出来た。ただし、三次元数値モデルでも、コンクリート・ブロック被覆式護岸でも、精度の良い結果を得られるように改良する課題が残っているので、目標の達成率は30%程度と見なせる。1)津波防災関連では、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を変えた実験データを追加し、漂砂量係数を推定出来る算定図の信頼性をさらに高めて、現地海岸への適用例を増やす。また、構造物の天端が高いために越流水が顕著に剥離する場合は、従来の平面二次元数値モデルで対応出来ないため、この場合の洗堀量を算定出来る実験式を提案していた[土木学会論文集A1(2013)等を参照]が、CADMAS-SURFを改良して洗堀の経時変化を予測できる数値モデルの開発も試みる。2)高波防災関連では、任意外力、任意断面形状の堤防・護岸、裏込め材の任意諸元に対する、吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を精度良く予測出来る鉛直二次元数値モデルを開発できた。三次元数値モデルについては、二年前に開発していたものの、計算精度が悪かったので、堤体内の過剰間隙水圧と流速の補正実験式を組込んで、精度向上を図る。さらに、コンクリート・ブロック被覆式護岸にも適用できるように、本数値モデルの改良を試みる。

また、津波による洗堀問題で、今まで検証計算から決めていた漂砂量係数を、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を指標に算定図から簡単に推定できる方法を提案し、岩沼海岸の堤防と命山周辺の洗掘予測に適用した[土木学会論文集B2(2018)等を参照]が、実験データを追加して算定図の適用範囲を広げ、今年6月のISOPE国際会議で発表予定である。さらに、CSG堤防、命山、海岸林などが存在する浜松海岸に適用した結果を今年度中に発表予定である[開発した数値モデルのプログラムとデータを“http://www.ev.u-tokai.ac.jp/yamamoto/index.htm"で公開中]。2)極浅海域の堤防や護岸は、長時間作用する高波によって前面洗掘と裏込め材の吸出しが生じ、これらによる堤体内の空洞化から破壊に至る場合が非常に多い。それゆえ、越波量と裏込め材吸出し量による堤体破壊の判定図、前面水深と入射波高による最大前面洗堀深の算定図、外力・堤体断面・裏込め材の各諸元による吸出し量算定式を提案した[土木学会論文集B2(2009,2015,2016)等を参照]。その後、CADMAS-SURFを改良して、任意断面形状の堤防・護岸に対する吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を、鉛直二次元で精度良く予測できる数値モデルを開発出来た[土木学会英語論文集(2018)等を参照]。現在は、2017年度開発した三次元数値モデルの精度向上で努力している。1)津波による洗堀の予測に際して、実測データの再現シミュレーションによって決定していた漂砂量係数を、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を指標に簡単に推定できる算定法を検討していたが、今回、実験データを大幅に追加して、広い範囲で使える算定図を公表出来た。これらの算定図と我々が開発した津波浸水・地形変化の予測数値モデルを、土堤、CGS堤防、命山、海岸林、建築物の存在する海岸に適用することで、より現実的な条件下で堤防、命山、海岸林、堀などによる多重面的防護の施設計画・設計を低コストで合理的に実施出来る方法を提案出来た。それゆえ、目標の70%を達成したと判断出来る。[WEBページ“http://www.ev.u-tokai.ac.jp/yamamoto/index.htm"で、今までの研究成果と本数値モデルのプログラムとサンプル・データを公開中]2)高波による極浅海域や砂浜上の堤体破壊は、大きな波ほど沖合で砕波することから、強い波力に対する堤体の力負けより、砕波後の波の繰返し作用による堤体前面の洗掘や裏込め材の吸出しが主原因である場合が多いことから、吸出しを考慮した堤防・護岸安定性評価法や、三面張り堤防・二面張り護岸からの裏込め材吸出し量算定モデルについて検討していたが、今回、任意外力、任意断面形状の堤防・護岸、裏込め材の任意諸元に対する、吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を予測出来る数値モデルを、土木学会英語論文集(2019)等に発表出来た。ただし、三次元数値モデルでも、コンクリート・ブロック被覆式護岸でも、精度の良い結果を得られるように改良する課題が残っているので、目標の達成率は30%程度と見なせる。1)津波防災関連では、底質の中央粒径、均等係数、乾燥密度を変えた実験データを追加し、漂砂量係数を推定出来る算定図の信頼性をさらに高めて、現地海岸への適用例を増やす。また、構造物の天端が高いために越流水が顕著に剥離する場合は、従来の平面二次元数値モデルで対応出来ないため、この場合の洗堀量を算定出来る実験式を提案していた[土木学会論文集A1(2013)等を参照]が、CADMAS-SURFを改良して洗堀の経時変化を予測できる数値モデルの開発も試みる。2)高波防災関連では、任意外力、任意断面形状の堤防・護岸、裏込め材の任意諸元に対する、吸出し量と堤体内の空洞の経時変化を精度良く予測出来る鉛直二次元数値モデルを開発できた。
光環化付加によるベンゾトリキナン類の新規骨格構築法

複雑な多環式化合物構築のための簡便な炭素骨格変換法の確立を目的として、ナフタレン環へのアルケンの分子内[3+2]光環化付加反応をキーステップとするベンゾトリキナン骨格および関連する多環式化合物の合成を行い、以下の知見を得た。(1)1-シアノナフタレンとアルケンとをナフタレンの2位で連結した化合物1にパイレックスガラスで作成したフロー系マイクロリアクターを用いて光照射すると、分子内[2+2]光環化付加体2が高効率・高選択的に生成した。(2)単離した2に光照射すると速やかに1に光開裂した。したがって1と2は可逆的プロセスであり、フロー系を用いることにより2から1への開裂を抑制した。(3)1に通常のバッチシステムで30時間以上光照射すると、2はまったく得られず、分子内[3+2]光環化付加体3が高選択的に生成した。(4)上記反応はベンゼン、アセトニトリルいずれを用いても進行するが、2の生成にはベンゼンが、3の生成にはアセトニトリルがより優れた溶媒であった。(5)3の構造は各種スペクトルデータならびにX線構造解析によってベンゾトリキナン骨格をもつ5環系または6環系化合物であることを決定した。(6)2および3はベンゾフェノンのような三重項光増感剤を用いても進行せず、2-メチル-1,3-ブタジエンのような三重項消光剤を添加しても反応は抑制されなかった。また、1の蛍光は母体の1-シアノナフタレンの蛍光に比べて大きく分子内消光され、長波長側にエキシプレックスに由来する弱い発光が観測された。以上の結果から、この光反応は1の励起-重項状態から生じる分子内エキシプレックスを経由して、2と3を与えるものと推定した。2はこの光反応条件下で速やかに1に戻るため、長時間の照射によって最終的に3のみが生成する機構で合理的に説明された。