hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
装飾義手の外観に把持機能を備えた軽量・低コストの電動義手の開発

2018年度は,湾曲型空気圧人工筋を用いた5指義手を研究した.湾曲型空気圧人工筋は,ゴムチューブを伸縮性の異なる2種類の布で挟み込む構造であり,ポリウレタンチューブから人工筋に空気を送り込むと,人工筋は高伸縮の布と低伸縮の布の特性の違いにより一方向に湾曲する.義手の各指にこの湾曲型空気圧人工筋を内蔵し,人工筋の動きに追従可能とするために,各関節を二重関節とした.駆動ユニットには,小型CO2ボンベ,電磁バルブが内蔵されており,コントロールスイッチを押すことでソレノイドバルブが開き,空気が人工筋に送られる.以上のように,湾曲型空気圧人工筋を指の骨格兼アクチュエータとして用いることで軽量化(255g)し,柔軟な把持と自然な動作を実現した.把持力の評価を行った結果,本義手は握力把持で8.5Nを発揮できることが示された.1名の前腕欠損者による上肢機能評価テストの結果,12種の抽象物体を把持操作でき,様々な日用品も把持可能であることが示された.また,義手の操作インタフェースに用いるため,距離センサアレイを用いた前腕形状の変化に基づき,手の動作を推定する手法を検討した.距離センサアレイを前腕に装着した状態で,手の7動作を行い,10個の距離センサの値と手の動作の関係をSVRで機械学習した.3名の参加者による手の動作推定実験の結果,関節角度レベルで手の動作(手関節屈曲伸展,指の閉じ開き,前腕回内回外)を高精度に推定できることを示した.平成28年度は受動的把持機構と電動回内外機構を備えた装飾義手の開発,および距離センサアレイを用いたユーザの動作意図を検出するセンシング手法の開発を行った.1.受動的把持機構と電動回内外機構を備えた装飾義手の開発受動的把持機構と電動回内外機構を備えた装飾義手の開発を行った.市販装飾義手の内部骨格を3次元スキャンしたモデルを基に義手を設計し,MP関節,PIP関節にバネ機構を実装した.これにより,装飾義手の外観を維持したまま,日用品などを把持することができ,外力に対しても自然な姿勢をとることが可能となった.また,手首にサーボモータによる回内外機構を実装することにより,欠損ユーザが一般に困難な回内外動作を可能とした.これにより,ユーザの意図によって把持が行い易い姿勢や手としての自然な姿勢をとることができる.また,3Dプリンタを用いて製作を行うことで,手のリアルな外観の再現と機能性を両立しつつ,装飾義手同様の軽量さ(500g)を実現した.2.距離センサアレイを用いたユーザの動作意図を検出するセンシング手法の開発電動義手の操作用インタフェースへの応用のため,ユーザの動作意図を検出するセンシング手法の開発を行った.距離センサ10個をアレイ状に配置し,前腕に容易に装着可能な距離センサアレイを開発した.距離センサアレイは手の動作に応じた前腕の形状変化を計測することが可能であある.距離センサアレイで計測した前腕形状変化に基いて,手の7種類の動作を高い精度で認識できることを示した.これらの研究成果は,国際会議1件,国内会議2件で発表した.平成28年度の研究計画の1)能動的な把持と受動的な動作を軽量・低コストで実現する指機構の開発,2)手に酷似した外観を備え,指機構と親和性の高いシリコングローブの開発,3)使用者の操作意図を検出するセンシング手法の開発,4)電動義手を容易に装着可能とするサポータソケットの開発,のうち,1)-3)項目は達成でき,研究成果の発表も3件行っているため,おおむね順調に進展していると考えられる.平成29年度は1)空気圧人工筋により駆動する5指義手,2)距離センサアレイを用いた動作意図のセンシング方法,3)上腕装飾義手,の3項目について重点的に研究を行った.1)空気圧人工筋により駆動する5指義手湾曲型空気圧人工筋を骨格に用いて5指義手を駆動する方式を検討した.湾曲型空気圧人工筋は伸縮率の異なる布でゴムチューブを挟み込む構造を持ち,空気圧により湾曲する性質を持つ.これを義手の骨格に用いることで,自然な指の開閉動作を実現した.人工筋により様々な形状の日用品を柔軟に把持可能であり,電動モータを用いる場合と比べて軽量(ハンドのみで約250g)となった.前腕切断者によるユーザ評価を行った結果,様々な日用品を把持でき,良好な結果を得た.2)距離センサアレイを用いた動作意図のセンシング方法距離センサアレイを用いて前腕の形状変化を計測し,動作意図を検出する手法を検討した.サポートベクトル回帰(SVR)を用いて,新たに開発した距離センサアレイによって得られた前腕形状から関節角度レベルで手の動作意図を推定する手法を開発した.3)上腕装飾義手上腕切断者に対応するため,上腕装飾義手を開発した.市販の装飾義手の骨格を3Dスキャンした3D形状データを基に,受動的に可動する装飾ハンドおよび肘関節,ユーザが実際に装着するために必要な肩装具も開発した.実際に装着できるレベルまで開発し,上腕義手ユーザによる評価を行った.研究計画における研究項目は以下の6つである.

1)能動的な把持と受動的な動作を軽量・低コストで実現する指機構,2)手に酷似した外観を備え,指機構と親和性の高いシリコングローブの開発,3)使用者の操作意図を検出するセンシング手法の開発,4)電動義手を容易に装着可能とするサポータソケットの開発,5)上腕切断にも適用可能な肘継ぎ手の開発,6)使用評価に基づく義手のブラッシュアップ.このうち,4)以外を除く項目に関しては,研究が順調に進んでいるため,おおむね順調に進展しているといえる.2018年度は,湾曲型空気圧人工筋を用いた5指義手を研究した.湾曲型空気圧人工筋は,ゴムチューブを伸縮性の異なる2種類の布で挟み込む構造であり,ポリウレタンチューブから人工筋に空気を送り込むと,人工筋は高伸縮の布と低伸縮の布の特性の違いにより一方向に湾曲する.義手の各指にこの湾曲型空気圧人工筋を内蔵し,人工筋の動きに追従可能とするために,各関節を二重関節とした.駆動ユニットには,小型CO2ボンベ,電磁バルブが内蔵されており,コントロールスイッチを押すことでソレノイドバルブが開き,空気が人工筋に送られる.以上のように,湾曲型空気圧人工筋を指の骨格兼アクチュエータとして用いることで軽量化(255g)し,柔軟な把持と自然な動作を実現した.把持力の評価を行った結果,本義手は握力把持で8.5Nを発揮できることが示された.1名の前腕欠損者による上肢機能評価テストの結果,12種の抽象物体を把持操作でき,様々な日用品も把持可能であることが示された.また,義手の操作インタフェースに用いるため,距離センサアレイを用いた前腕形状の変化に基づき,手の動作を推定する手法を検討した.距離センサアレイを前腕に装着した状態で,手の7動作を行い,10個の距離センサの値と手の動作の関係をSVRで機械学習した.3名の参加者による手の動作推定実験の結果,関節角度レベルで手の動作(手関節屈曲伸展,指の閉じ開き,前腕回内回外)を高精度に推定できることを示した.今後は指の開閉機構について重点的に検討を行う予定である.具体的には,電動モータではなく,空気圧アクチュエータを用いてより軽量で自然な動作を行える装飾義手の開発を行う.また,3Dプリンタによる樹脂ソケットと布製のサポータを組み合わせた現状のソケットにも改良を行う.さらに,上肢欠損者への肘継ぎ手,肩装具の開発も行う.上記の研究項目の4)電動義手を容易に装着可能とするサポータソケットの開発,については研究が遅れているので,ソケット形状を自動生成する方向で研究に取り組んでいく.その他の項目については,ブラッシュアップを継続していく.平成28年度の使用額でも十分な成果が得られたため,平成29年度の義手の試作に使用する材料費のため繰り越した.(理由)平成29年度は計画していた国際会議に参加しなかったため,次年度に繰り越した.(使用計画)国際会議に採択されたため,旅費に使用する予定である.平成29年度の義手の試作に使用する材料費に使用する予定である.
接着継手・構造の界面破壊力学に基づく強度評価法の確立

軽量化・低振動性および剛性向上を目的として、航空機をはじめ、車輌・自動車・電機などの各種分野で構造接着技術の利用が進められている。特に最近の地球環境問題から軽量化が迫られている自動車ボデーではアルミボデー化とともに構造接着の利用が注目をあつめている。構造接着の適用を図るためには、接着構造の強度・安全性の実験・研究の蓄積とともに強度評価法の確立が重要な課題となっている。しかし、有機系接着剤と金属との全ったく異なる材料が接合された接着継手の強度評価には、いわゆる界面の問題や界面端の応力特異性の問題などのため困難を伴ない、定量的評価法は確立していないのが現状である。本研究は接着継手を界面の問題としてとらえ、最近進展の著しい界面破壊力学を用いて接着継手・構造の定量的な強度評価手法を確立することを目的とする。本研究で得られた主たる成果として以下の点が挙げられる。(1).自動車車体用の軟鋼板・アルミ合金の各種接着継手の疲労試験を行ない、疲労強度に及ぼす各種因子の影響を明らかにした。また、自動車ボデー用材料の各種接合継手の疲労試験の結果をとりまとめ、データ集として出版した。(2).接着継手の応力が高精度・効率的に解析できる境界要素法弾性解析システムを確立した。(3).接着継手の被着体表面にディンプルないし溝加工を施すと疲労強度が著しく向上することを実験および解析により明らかにした。(4).従来、定量的評価が困難であった接着継手の疲労強度を界面破壊力学に基づき評価し、定量的かつ統一的に評価・予測できることを明らかにした。特に最近の地球環境問題から軽量化が迫られている自動車ボディではアルミボディ化とともに構造接着の利用が注目をあつめている。従来は負荷の小さい内外装部品などには接着が使われていたが、軽量化のためには負荷の大きい構造部材への構造接着の適用を図る必要がある。そのためには、接着構造の強度・安全性の実験・研究の蓄積とともに強度評価法の確立が重要な課題となっている。本研究は接着継手を界面の問題としてとらえ、最近進展の著しい界面破壊力学を用いて接着継手・構造の定量的な強度評価手法を確立することを目的とするものである。本年度は、鋼板の各種接着継手の疲労強度試験が完了し、疲労強度に及ぼす被着体および接着剤厚さの影響などを明らかにした。また、境界要素法による接着継手の解析も進め、界面き裂の応力拡大係数の系統的な解析も行った。接着継手の疲労強度を接着界面を伝播する疲労き裂の伝播抵抗として把え、界面き裂の応力拡大係数により、疲労強度を整理すると、試験片タイプ・被着体厚さ・接着剤厚さが異なるデータを統一的に評価できることを見出した。これにより界面破壊力学が接着継手の疲労強度の定量的評価に極めて有力な手法である見通しが得られた。今後さらにアルミ合金板や表面処理鋼板などの接着継手の実験および評価を行う予定である。併せて界面の疲労き裂伝播のクライテリオンも明らかにする。本研究は接着継手を界面の問題としてとらえ、最近の進展の著しい界面破壊力学を用いて接着継手・構造の定量的な強度評価手法の確立を目的とする。本年度は自動車車体用の軟鋼板・表面処理鋼板・鋼張力鋼板およびアルミニウム合金などの各種の接着継手の疲労強度データをとりまとめ、資料集を作成するとともに接着継手の疲労強度に及ぼす材料、接着剤、板厚、試験片形状の影響を明らかにした。また従来のスポット

溶接継手と比較して、接着を自動車車体に適用する際のメリットなどを自動車技術会軽量化接合構造専門委員会(委員長結城良治)の共同研究としてとりまとめた。さらに本年度は自動車のアルミボデーによる軽量化の動向に伴ない、アルミ合金接着継手の疲労試験およびその界面き裂の応力拡大係数の解析を重点的に行ない、アルミ合金接着継手の疲労強度も界面破壊力学により統一的かつ定量的に評価できることを確認した。また接着継手の疲労強度の向上をねらいとして、被着体表面の接着端近くにディンプルないし溝加工を施す方法を提案し、疲労試験を行ないディンプル加工により疲労寿命が著しく向上することを実証するとともに、その界面き裂のBEM解析によりディンプルのクラックアシスト効果を定量的に解析した。以上の研究により従来定量的な評価が困難であった接着継手の疲労強度が、接着界面を伝播する疲労き裂の伝播過程とみなし、界面破壊力学に基づき評価することにより、定量的かつ統一的に評価・予測できることを明らかにした。
体の左右差を生み出す仕組みの進化

ウニ胚の原腸に生える繊毛の機能を解析対象にして、左右軸決定因子であるnodalの発現を正確に偏らせる仕組みに迫る。そのために、ウニ胚でCRISPR-Cas9法を用いた遺伝子ノックアウト技術を確立し、繊毛の形成に関わる遺伝子をノックアウトした系統を作成する。その系統を用いて、繊毛のウニ胚左右軸形成への関与を明らかにする。さらに、生体内でNodal分子の挙動を可視化する技術を確立し、Nodal分子の移動経路や移動するタイミングを解明する。本研究で得られる結論と、他の後口動物で報告されている左右軸決定メカニズムを比較することで、後口動物では左右軸形成メカニズムがどのように進化してきたのかを議論する。
静的・動的分子構造解析を基盤とした転写サイクル制御機構研究

細胞シグナルはタンパク質の化学修飾を情報伝達手段とし、核内で転写制御情報に変換される。この分子機構を明らかにするため、我々は、転写因子-DNA高次複合体について、X線回折実験による静的構造解析に加え分子シミュレーションによる動的分子構造解析を行い生化学実験で検証した。その結果、転写因子の天然変性領域の化学修飾が、その転写因子にDNA結合抑制型のコンフォーマー(T)の形成を誘導することで転写を抑制すること、一方、エンハンサー上では協調的に結合するパートナー転写因子によって、T以外のコンフォーマー(R)が選択的にDNA上にリクルートされ、化学修飾による影響が打ち消されることを見出した。本研究では、分子構造レベルでエンハンソソーム形成機構を解析し、細胞シグナル依存的な転写制御機構の解析と基本原理の解明を目指し、分子動力学などの計算科学による解析(中村らとの共同研究)のほか、バイオインフォマティックスの手法を取り入れ(松本らとの共同研究)、多角的な研究を行っている。TCRαエンハンサー上に形成されるエンハンソソームの形成機構の全容を分子構造レベルで解明することを目指し、TCRαエンハンサー上に形成される(Runx1)2-DNA複合体の高分解構造(分解能2.6 Å)を得た。これまでに解明した複合体構造と組み合わせ、LEF1-(Runx1-CBFβ)2-Ets1-DNA七者複合体のモデルを構築した。このモデルから、エンハンソソーム形成において、転写因子間のアロステリック制御やタンパク質間相互作用による制御など、異なる相互作用様式が協調活性に関わっていることが明らかになりつつある。表面プラズモン共鳴法を用いて、Ets1の天然変性領域のリン酸化がEts1自身のDNA結合に与える影響を速度論的に解析した。Ets1の分子構造に基づいたアミノ酸変異導入実験により、天然変性領域の疎水性アミノ酸、およびDNA結合ドメインの塩基性アミノ酸が、リン酸化によるEts1の活性制御に重要であることを明らかにした。上記2)に関連して、DNA非結合状態のリン酸化Ets1の分子構造をX線結晶解析によって明らかにしたが、リン酸化部位の電子密度は観測されなかった。これは、リン酸化された領域の構造が結晶中で揺らいでいるためと考えられたため、中村らと共同で、分子動力学計算による解析に着手した。転写因子および転写関連タンパク質のアミノ酸変異が遺伝性疾患を引き起こすメカニズムについて、分子構造面から解析した(松本らとの共同研究)。本研究では、分子構造レベルでエンハンソソーム形成機構を解析し、細胞シグナル依存的な転写制御機構の解析と基本原理の解明を目指し、分子動力学等の計算科学による解析(中村らとの共同研究)のほか、バイオインフォマティックスの手法を取り入れ(松本らとの共同研究)、多角的に研究を行っている。1)TCRαエンハンサー上に形成されるエンハンソソーム中には、二分子のRunx1がDNAに隣接して協調的に結合し、エンハンソソームのコアを形成している。この二分子のRunx1間の協調的DNA結合活性は、Runx1のDNA結合ドメイン(Runtドメイン)のN末端側の天然変性領域を介して発揮されることを我々は明らかにした。このRuntドメインのN末端の天然変性領域を含めてRunx1-Runx1-DNA三者複合体の結晶化を行い、予備的な回折実験を完了した。2)Ets1の天然変性領域のリン酸化がEts1自身のDNA結合活性を抑制する機構を調べるため、中村らと共同で、計算による分子シミュレーションを行った。その結果、リン酸化を受けた天然変性領域が、Ets1のDNA結合面と相互作用することでDNAと競合し、DNA結合を抑制していることが示唆された。3)酸化ストレス応答遺伝子群の発現を制御する転写因子Nrf2は、小Mafタンパク質群をはじめとしたbZIP型転写因子とヘテロ2量体を形成して抗酸化剤応答領域(ARE)に結合して転写を活性化する。H26年度は、天然型のARE配列に形成されるNrf2-MafG-DNA複合体の高分解X線結晶構造を決定した(投稿準備中)。4)転写因子および転写関連タンパク質のアミノ酸変異が遺伝性疾患を引き起こすメカニズムについて、分子構造面から解析した(松本らとの共同研究)。本研究では、エンハンソソーム形成機構を分子構造レベルで解析することで、細胞シグナル依存的な転写制御の基本原理の解明を目指している。分子動力学等の計算科学による解析(中村らとの共同研究)のほか、バイオインフォマティックスの手法を取り入れ(松本らとの共同研究)、多角的に研究を行っている。具体的には次の通りである。1) TCRαエンハンサー上に形成されるエンハンソソームの形成制御におけるRunx1の天然変性領域の化学修飾による効果を調べるため、同エンハンソソーム中に含まれるRunx1/CBFβ-Runx1/CBFβ-DNA5者複合体の結晶化を行い、予備的な回折データを得た。2)酸化ストレス応答遺伝子群の発現を制御する転写因子Nrf2-MafGヘテロ2量体による抗酸化剤応答領域(ARE)の認識機構を調べるため、変異型Nrf2-MafG-DNA複合体の高分解構造を決定した。得られた構造情報は、Nrf2を標的とした創薬の基盤としても有用である。3)転写因子Ets1の天然変性領域のリン酸化により、Ets1自身のDNA結合活性が強く抑制される機構を調べるため、中村らの協力の下、マルチカノニカル分子動力学法による分子シミュレーションを行った。

得られた結果に基づき、リン酸化による制御の破綻が予想される変異型Ets1を作製し、DNA結合におけるリン酸化の影響についてキネティックス解析を行うことでシミュレーションの結果を検証している。従来の構造解析手法では解析不能であった、シグナル依存的なEts1の天然変性領域の化学修飾による転写制御の分子機構の一旦が明らかになった。4)転写因子および転写関連タンパク質のアミノ酸変異が遺伝性疾患を引き起こすメカニズムについて、分子構造面から解析し報告した(松本らとの共同研究)。新学術領域研究における使命の一つである異分野融合として、中村班との共同研究による「分子構造解析と計算科学との融合」、および松本班との共同研究による「分子構造解析と疾患の遺伝学との融合」を試みてきた。「分子構造解析と計算科学との融合」研究では、得られた成果をすでに論文投稿中であるほか、現在さらに別の成果についても投稿準備中である。「分子構造解析と疾患の遺伝学との融合」研究でもすでに複数の論文報告を行っている。エンハンソソームの構造解析でも、タンパク質-DNA複合体の結晶化実験が順調に進行し分子構造情報が得られてきている。Nrf2-MafG-DNA複合体の構造解析についてはまもなく論文投稿の予定であり、概ね順調に進展しているといえる。本研究は、エンハンソソーム形成機構を分子構造レベルで明らかにすることを通して、細胞シグナル依存的な転写制御の基本原理の解明を目指している。分子動力学等の計算科学による解析(中村らとの共同研究)のほか、バイオインフォマティックスの手法を取り入れ(松本らとの共同研究)、多角的に研究を行っている。1)細胞核内では、DNAはヌクレオソームを形成して存在している。TCRαエンハンサー上に形成されるエンハンソソームについて、我々は実験モデルを組み合わせることにより、LEF1-(Runx1-CBFβ)2-Ets1-DNA七者複合体の分子構造をすでに明らかにしている。このモデルによれば、ヌクレオソームに対して、TCRαエンハンソソームはヒストン八量体と立体的に干渉するため相互作用することは難しいと予想された。これを実験的に検証するため、TCRαエンハンサーを含むヌクレオソームに対して、Runx1, Ets1, LEF1などが、単独あるいは複数で、どのように相互作用するのかをインビトロで解析した。その結果、ヒストン8量体とTCRαエンハンソソームとは、互いにDNAに対して拮抗的に結合することを見出した。2) Ets1の天然変性領域のリン酸化がEts1自身のDNA結合活性を抑制する機構が、リン酸化を受けた天然変性領域とEts1のDNA結合面との相互作用による競合阻害であることを、中村らと共同研究による分子シミュレーションにより明らかにした。これを実験的に検証するため、Ets1の天然変性領域を中心に半網羅的なアミノ酸置換実験を行い、シミュレーションモデルを確かめた。3)転写因子および転写関連タンパク質のアミノ酸変異が遺伝性疾患を引き起こすメカニズムについて、分子構造面から解析した(松本らとの共同研究)。本研究では、分子構造レベルでエンハンソソーム形成機構を解析し、細胞シグナル依存的な転写制御機構の解析と基本原理の解明を目指している。
風紋の動態・形態特性からさぐる砂丘列の地形

斜面に発達する風紋を鳥取砂丘で精査した結果,風紋の限界進行傾斜角は降りで-17度,登りで+24度であることが判明した。また進行傾斜角に応じた風紋の断面形態を徹底的に計測した結果,形態特性は4種類に分類され,降り坂では波長6cmほどの短い風紋が,登坂では波長12cmほどの長い風紋が観察されることを明らかにした。いっぽう横列砂丘の風上側斜面の傾斜角を地形図の計測により調べた結果, 7度を中心にして4度10度の傾斜角を持つ横列砂丘が多いことが判明した。平成21年度は,鳥取砂丘で斜面に発達する風紋の形態特性を徹底的に調べた。8月12月にかけて312地点でアクリル板を砂面に差し込み風紋の断面形態を書き写す方法で,計684個の風紋縦断面形を得た。同時に「斜而傾斜角」と「風紋の進行傾斜角」も計測した。その結果,まず風紋の登坂降坂限界傾斜角に関しては2008年の予備調査と同一の結果が得られた。つまり,登坂において風紋の進行傾斜角の最大値は+24。であり,降坂の限界傾斜角は-17°であった。さらに,9月までの調査結果では24度以上の急斜面において,登坂の進行限界傾斜角は57度で限界を示した。この原因は不明であるが,2008年の計測結果も同様であった。次に風紋の進行傾斜角と断面形態に関して詳細に解析した結果,i)風紋は進行傾斜角が-17°-9°,-9°0°の降坂斜面,0°15°,15°24°の登坂斜面で,それぞれ異なる断面形態を示した。ii)半数近くの風紋の断面形には,3つの傾斜変換点が認められ,風上1,風上2,風下1,風下2に4区分される。iii)進行傾斜角が降坂から登坂へと大きくなるにしたがって,風紋の平均波長は7cmから11cmへと増大する。その大半は風上1区間の増加による。iv)限界傾斜角付近の風紋構成斜面の絶対角度は,降坂・登坂ともに約32°となる。これは砂丘砂の安息角に相当する。つまり風紋は限界傾斜角に近づくと,その斜面角度が安息角に到達し,限界傾斜角以上では斜面が不安定となり維持できず消滅していると推察される。平成21年度にはSharp(1963)などによって風紋の研究が盛んにされたKelso Dunesを訪ね,ペディメント地域に忽然と現われる比高200mにおよぶ巨大な砂丘を歩いた。砂丘列の斜面は確かに7度であったが,予想に反して縦列砂丘であることが判明した。7度の斜面には傾斜方向にクレストをもつ横列の小亀砂丘列がいくつも形成されていた。大縮尺地形図の読図・計測により,横列砂丘風上側斜面の傾斜角頻度分布を求めた。調査対象地域は,鳥取砂丘(鳥取),庄内砂丘(山形),大原砂丘(久米島,沖縄),アメリカ合衆国Great Sand Dunes (CO), Kelso Dunes (CA), Imperial Sand Dunes (CA)の6箇所であった。その結果,横列砂丘風上側斜面の傾斜角は4度10度が多く出現し,7度前後にモードがあることが明らかになった。2次元断面風洞(幅9cm,深さ70cm,長さ210cm)実験装置を自作し,片側面をアクリル板にすることで,模擬砂丘列の断面変形を観察できるようにした。中央粒径0.2mmの豊浦標準砂を用いて砂丘列を風洞内につくり,風速を約7.0m/sとして,無給砂で実験を行った。砂丘列の初期形態として,風下側斜面の傾斜角は32度とし,風上側斜面を32度,24度,16度,8度の4Caseに変えた。各Caseで,5分20分ごとに実験を中断し,通算70分110分間の砂丘列断面形態の変化を計測した。その実験の結果,32度のCaseでは砂丘列がふたつの列に変形し,時間と共に低平化した。24度・16度のCaseでは,砂丘列は風食を受けながら一旦低下し,その後砂丘列稜線の下流上方への成長が認められ,断面形態は直線的な風上側斜面(傾斜角4度9度)を示した。8度のCaseでは風上側斜面の上流部と頭頂部が風食を受け,上に凸の曲線を示した。横列砂丘の風上側斜面は7度を示すものが最も卓越するが,この傾斜角では砂丘列の風下側に飛砂が効率的に堆積する流体場が生まれ,砂丘列が高さを増すと考えられる。

傾斜可変型風洞において風洞の傾斜角を降りの-14°,-7°,水平の0°,登りの7°,14°,21°に調整し,傾斜角ごとに一定の風速で20分間の実験を実施して,形成された風紋の波長を調べた。その結果,-14度で6cmほどの波長は傾斜とともに長くなり,+14度では12cmほどになった。これは野外の観察結果と一致した。風紋に関しては,小型傾斜可変型風洞実験で,風速6.0m/sの一定条件にもと傾斜を変えた実験を行った結果,降坂する風紋の波長は6cmであったのに対して,登坂する風紋の波長は9cmと長くなることが明らかにされた。風紋の波長決定要因として従来指摘されてきた「風速」・「風の継続時間」のほかに「傾斜」が新たな要素としてあげられることが指摘できた点は極めて重要である。砂丘列に関しては,2つのテーマが実施された。ひとつは,星型砂丘を風洞実験で模擬する風向変動実験,もうひとつは横列砂丘風上側斜面の形態特性を探る2次元断面風洞実験である。前者では,4本峰を有するピラミッド型砂丘の模擬に成功し,その発達段階が明らかになった。5本峰のヒトデ型砂丘の模擬は残された課題である。後者では,風上側斜面形状が「直線型」と「上に凸型」の2つのタイプが再現され両者は風上側からの給砂状況により異なることが明らかになった。アメリカ中西部の乾燥地域にある大規模な内陸砂丘と鳥取砂丘・内灘砂丘の砂丘砂に関して,薄片を作成することで,鉱物組成を調べた。大陸の内陸砂丘はSediment Maturityが高く,石英粒子に富むと考えられがちであるが,一概にそうとも言えない実態が明らかになった。鳥取砂丘のボーリングコア8試料の宇宙線生成核種分析を通して,鳥取砂丘の成立史に2つの新たな知見を加えた。ひとつは,千代川流域の平均削剥速度は,砂丘形成以前にはやや速く(ca.0.15mm/yr),砂丘の形成が始まってからはむしろ遅い(ca.0.1mm/yr)状態を保っていること。もうひとつは,砂丘が形成される以前の海食台堆積物の堆積年代が,53万年前(ただし,誤差範囲は広く120万年前2万年前)と得られたことである。仮に53万年前(MIS13)であるとすると,鳥取砂丘が最初に成立する可能性は,MIS11まで遡ることが可能となる。MIS5までであった砂丘の始まりに,一石を投じたといえよう。
イオン液体を包括させた高分子イオンゲルアクチュエタ材料の開発

イオン液体を高分子網目中に閉じ込めた「イオンゲル」を電解質に用い、両面に電極を装着することで高分子アクチュエータに適用してきた。イオンゲルの作製法として、網目高分子をイオン液体中で合成する「その場重合法」、高分子のゾルゲル転移を利用した「ゾルゲル法」を見出した。さらに種々の炭素材料を電極に用いアクチュエータ特性(変位量、変位速度、周波数依存性、繰り返し特定など)を検討した結果、炭素電極は、表面積が大きく、電子伝導性が高く、アスペクト比の大きな形状を持つことが望まれることを見出した。これはこのアクチュエータの動作原理とイオンゲル/炭素電極界面に形成される電気二重層の充放電現象が密接に係わっているためである。カーボンナノチューブは上記特性を満足するが高価である。カーボンナノチューブと安価で非常に表面積の広い活性炭を併用することにより、比較的特性の優れたアクチュエータを創製することができた。今年度はアクチュエータの動作原理の検討に特に力点を置いた。電解質であるイオン液体構造を変化させた結果、イオン伝導度が高いイオン液体を含むイオンゲルアクチュエータが、大きな変位を示すことを明らかにした。またイオン液体を構成するイオンのサイズに関わらず、全て陽極方向に変位する現象を見出した。これに対応して、電極/電解質界面に形成される電気二重層容量が常にカチオン分極の場合の方が大きいことを見出した。アクチュエータの駆動力は、この電気二重層容量の違いが界面の状態を陽極側、陰極側で相違させることに起因すると考察した。さらに、新しいイオンゲルの作製法として、イオン液体に対して親和性のあるセグメントと親和性のないセグメントからなるABA型ブロック共重合体を合成してイオンゲル化を検討した結果、イオン液体が親和性のあるセグメントに選択的に相溶した海島構造を形成し、熱可塑性弾性体として得られることを見出した。我々はイオン液体を高分子網目に閉じ込めた「イオンゲル」を電解質に用い、両端に電極を張り付けることで電場応答性高分子型アクチュエータに適用してきた。本年度は種々の炭素材料を電極に用い、アクチュエータ特性を検討した。炭素材料は活性炭(AC)、50nmの微細孔を有するインバースオパール型炭素(OC)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、気相成長炭素繊維(VGCF)の4種類を用いた。イオンゲル膜はイミダゾリウム系イオン液体とポリフッ化ビニリデンを加熱溶解、基板に塗布することで作成した。SEM観察とXRD測定から、本研究で用いたACとOCは粒状でアスペクト比が小さく、黒鉛構造が少ないことを明らかにした。これに対してMWCNTとVGCFはアスペクト比が大きく、黒鉛構造が発達していることを確認した。黒鉛構造が発達していることは、電気伝導度が高いことを示唆する。どの炭素電極を用いた場合も、±1.5Vの連続矩形波電圧を印加すると、陽極方向へ一意的に屈曲し、電気伝導度が大きい炭素電極が高速応答できることを明らかにした。また、低周波数で電位を変化させた場合、表面積の大きいAC、OCアクチュエータがより大きな変位を示した。これはより効果的に電気二重層に電荷が充電されるためであると考えられる。逆に高速掃引時ではAC、OCアクチュエータの変位量が劇的に低下した。電気伝導度が低いために高速で掃引するとアクチュエータ末端まで効果的に電位が印加されないためであると考えられる。MWCNTアクチュエータは10000サイクル時に初期の70%程度に変位量が低下したのに対し、AC、OCアクチュエータは30%程度まで低下した。これはアスペクト比が大きい炭素材料の方が、屈曲を重ねる度に炭素粒子同士の接触抵抗が増大するためであると考えられる。

さらに、新しいイオンゲルの作製法として、イオン液体に対して親和性のあるセグメントと親和性のないセグメントからなるABA型ブロック共重合体を合成してイオンゲル化を検討した結果、イオン液体が親和性のあるセグメントに選択的に相溶した海島構造を形成し、熱可塑性弾性体として得られることを見出した。
初期密度揺らぎの非ガウス総計性から探る初期宇宙モデルの研究

インフラトンの正体を探る上で揺らぎのNon-gaussianity(非線形性)を多くのインフレーションモデルに関して詳細に計算することが急務であり、これには非線形な宇宙論的摂動論が鍵となる。そこで全てのインフレーションモデルで適用でき、より詳細な高次非線形効果を得ることができる非線形の宇宙論的摂動論の構築を目指す。この研究目的に関して昨年度、私と向山氏(東大IPMU准教授)、佐々木氏(京大基研教授)との共同研究として、長波長展開二次までの一般解を用いた初期密度揺らぎの発展を支配する基礎方程式を発見した。この結果はJCAP(2010)に掲載され、重力で基本となるFull非線形効果が扱える世界的にも重要な業績である。これは適切な変数を定義し、それが従う単純な2階微分方程式を導出することができた。従来宇宙のホライズンを超えた、長波長揺らぎの成長は超波長展開の最低次に対応したδN-formalism (Sasaki & Stewart 96)が知られており、現在世界中の研究者がこの有用な定式化を用いて、より一般的なインフレーションモデルが示すNon-gaussianity量を計算し、将来的な観測との比較のため準備をすすめている。しかし、実際は展開の次のオーダーで時間発展を伴い、場合によってはその効果で揺らぎの振幅やその非ガウス統計性が増大するという結果がある。この研究はこの従来のδNという手法を超えた画期的な成果であり、共著者にδNの定式化をまとめた佐々木氏が加わったことで、世界的にも非常に有用な定式化をしたことになる。本年度は、この定式化のさらなる一般化や、並行してこの定式化を用いた宇宙論への具体的な応用についても研究しており、一定の成果がでている。この研究目的に関して昨年度、私と向山氏(東大IPMU准教授)の共同研究において、長波長展開二次までの一般解を導出し、それを用いた初期密度揺らぎの発展を議論しまとめた。その結果を佐々木氏(京大基研教授)に紹介したところ、共同研究として論文にまとめあげることができた。この研究は我々の論文(JCAP 09)をベースにしており、非線形において適切な変数を定義し、それが従う単純な2階微分方程式を導出することができた。これは、観測量にかかる長波長モードの初期密度揺らぎに着目し、長波長展開を用いたより一般的なインフレーションモデルに適用可能な手法である。宇宙のホライズンを超えた、長波長揺らぎの成長はこの近似の最低次に対応し、世界中の多くの研究者が現在用いているδN-formalism(Sasaki & Stewart 96)という手法に対応するが、実際は展開の次のオーダーで時間発展を伴い、場合によってはその効果で揺らぎの振幅やその非ガウス統計性が増大するという結果がある。論文はまだきちんと投稿できていないが、ほぼ原稿は出来上がっており、最終段階にきており、早急に投稿したいと考えている。

そこで全てのインフレーションモデルで適用でき、より詳細な高次非線形効果を得ることができる非線形の宇宙論的摂動論の構築を目指す。この研究目的に関して昨年度、私と向山氏(東大IPMU准教授)、佐々木氏(京大基研教授)との共同研究として、長波長展開二次までの一般解を用いた初期密度揺らぎの発展を支配する基礎方程式を発見した。この結果はJCAP(2010)に掲載され、重力で基本となるFull非線形効果が扱える世界的にも重要な業績である。これは適切な変数を定義し、それが従う単純な2階微分方程式を導出することができた。従来宇宙のホライズンを超えた、長波長揺らぎの成長は超波長展開の最低次に対応したδN-formalism(Sasaki&Stewart 96)が知られており、現在世界中の研究者がこの有用な定式化を用いて、より一般的なインフレーションモデルが示すNon-gaussianity量を計算し、将来的な観測との比較のため準備をすすめている。しかし、実際は展開の次のオーダーで時間発展を伴い、場合によってはその効果で揺らぎの振幅やその非ガウス統計性が増大するという結果がある。この研究はこの従来のδNという手法を超えた画期的な成果であり、共著者にδNの定式化をまとめた佐々木氏が加わったことで、世界的にも非常に有用な定式化をしたことになる。本年度は、この定式化のさらなる一般化や、並行してこの定式化を用いた宇宙論への具体的な応用についても研究しており、一定の成果がでている。
新規時間分解拡散法の開発とタンパク質構造・分子間相互作用検出への応用

タンパク質の反応機構を分子論的に明らかにするために必須である構造変化や分子間相互用変化を時間分解で検出できる、時間分解回転拡散計測法を、実験手法として確立することを試みた。このために、これまで発展させてきた時間分解並進拡散法と比較する目的で、いくつかのタンパク質反応に伴う拡散係数測定を行った。その結果、EL222と呼ばれるタンパク質とDNAとの結合過程を時間分解で検出することに成功し、このタンパク質がDNAの配列を認識する機構を明らかにした。これは特異的なDNA配列認識の分子メカニズムを明らかにした興味深い結果である。また古くから多くの興味がもたれていた植物の持つ赤色センサータンパク質フィトクロムの反応スキームを明らかにしたほか、光強度を見分けることのできる光センタータンパク質を見出した。また、回転拡散計測法の確立のために、蛍光色素導入で構造が変化しないタンパク質とその部位を円二色性測定などを用いて決定した。こうして得られた情報を基にして、蛍光色素をタンパク質に導入し、変性剤で変性させつつ蛍光の偏光測定を用いて偏光解消速度をピコ秒からナノ秒の時間スケールで検討した。その結果、円二色性分光では2状態的な変性過程を取ると考えられていたタンパク質においても、部位特異的に異なった変性過程を示すものがあることを見出した。これはこれまでの知見を覆すもので非常に興味深い知見であるため、さらに詳しく調べている。また、部位によっては予想していた回転拡散運動の減少ではなく、偏光解消速度の増加が観測された。これは、その部位における揺らぎ運動が促進されたためと解釈した。その促進速度は、構造を取りにくい部位の動きが速いことが分かった。部位依存的なこの揺らぎ促進効果は、タンパク質の安定性の議論に大きな役目を果たすと期待されるため、構造と揺らぎとの相関を検討している。計画通り、タンパク質への蛍光色素の導入に成功している。また偏光解消速度の測定にも成功し、幾つかの光センサータンパク質において、タンパク質間相互作用を時間分解で観測することにも成功している。その他にも、予想外なタンパク質の機能(非線形な光強度センサ)を発見したり、DNA認識メカニズムを明らかにできた。順調に進展しているので、本年度に引き続いて、拡散係数の時間分解測定と、蛍光偏光解消実験を進める。特に、タンパク質を変性させたときのサイト依存的な動きに注目して研究を進める。揺らぎと構造変化過程の相関を明らかにする。タンパク質の反応機構を分子論的に明らかにするために必須である構造変化や分子間相互用変化を時間分解で検出できる時間分解回転拡散計測法を実験手法として確立することを試みた。このために、まず相補的な手法として用いることができるように、これまで発展させてきた時間分解並進拡散法と比較するため、いくつかのタンパク質反応に伴う拡散係数測定を行った。その結果、いくつかの光センタータンパク質の反応について、円二色性などでは検出できない構造変化も拡散係数変化として検出できることが明らかとなった。また、回転拡散計測法の確立のために、いくつかのタンパク質を検討し、色素導入で構造が変化しないタンパク質とその部位を円二色性測定などを用いて決定した。こうして得られた情報を基にして、蛍光色素をタンパク質に導入し、蛍光の偏光測定を用いて偏光解消速度をピコ秒からナノ秒の時間スケールで測定した。その結果、天然状態ではタンパク質全体の回転に対応する偏光解消速度が得られたが、タンパク質の変性剤を溶液に加えると、予想していた回転拡散運動の減少ではなく、偏光解消速度の増加が観測された。しかもその促進速度は、タンパク質の部位によって異なり、構造を取りにくい部位の動きが速いことが分かった。部位依存的なこの揺らぎ促進を見出したことは、タンパク質の安定性の議論に大きな役目を果たすと期待される。

その促進速度は、構造を取りにくい部位の動きが速いことが分かった。部位依存的なこの揺らぎ促進効果は、タンパク質の安定性の議論に大きな役目を果たすと期待されるため、構造と揺らぎとの相関を検討している。計画通り、タンパク質への蛍光色素の導入に成功している。また偏光解消速度の測定にも成功し、幾つかの光センサータンパク質において、タンパク質間相互作用を時間分解で観測することにも成功している。その他にも、予想外なタンパク質の機能(非線形な光強度センサ)を発見したり、DNA認識メカニズムを明らかにできた。順調に進展しているので、本年度に引き続いて、蛍光偏光解消の速度測定を進める。特に、タンパク質を変性させたときの、部位依存的な動きに注目して研究を進める。順調に進展しているので、本年度に引き続いて、拡散係数の時間分解測定と、蛍光偏光解消実験を進める。特に、タンパク質を変性させたときのサイト依存的な動きに注目して研究を進める。揺らぎと構造変化過程の相関を明らかにする。
鳥類をモデルとした糖代謝異常および糖毒性発症機序の解析

ニワトリを始めとする鳥類は、空腹時であっても300mg/dl以上の高血糖を維持しているにもかかわらず、循環系、神経系の障害といった糖毒性が発生しない。本研究では、まず、鳥類の血糖値が高いことに関しては、積極的に高いレベルにコントロールしているのか否かについて検討した。ニワトリに血中グルコース負荷試験を行い、グルコース消失速度を調べたところ、上昇した血糖値は極めて速やかに投与前のレベルに回復することが判明した。このことは、充分な制御がかかった上で高血糖を維持していることを意味する。しかしながら、哺乳動物でインスリンの作用に不可欠な4型グルコース輸送体の存在が骨格筋および脂肪組織において検出することができなかった。また、インスリン刺激後に骨格筋におけるインスリン受容体の自己リン酸化やIRS1-4のチロシンリン酸化を調べたが、いずれも応答は認められなかった。従って、ニワトリの血糖降下機序が、哺乳動物とは本質的に異なることが示唆された。次に、哺乳動物の糖尿病時に糖毒性による障害を受ける血管系について、電気生理学的解析を行った。ニワトリ前腸間膜動脈縦走平滑筋は、ATPを神経伝達物質としたプリン作動性神経の強い支配を受けており、哺乳動物とは異なる非常にゆっくりとした脱分極反応が記録された。また、ニワトリ前腸間膜動脈輪走平滑筋については、プリン作動性神経と内皮細胞の相互作用によって、ゆっくりとした過分極反応が誘発されることが明らかになった。さらに、ニワトリの血管系の神経支配は、成長に伴って変化することも明らかにした。これらの結果は、ニワトリの血管系が哺乳動物とは異なる神経支配を受けていることを示唆している。このことは、ニワトリの血管系が糖毒性による障害を受けないことと考えあわせると、非常に興味深い知見と言える。本研究では、鳥類の血糖値が高いことに関しては、積極的に高いレベルにコントロールしているのか、インスリンの作用不全の結果として高くなっているのかはっきりさせ、鳥類を新しい糖尿病モデル動物として確立することを目指すとともに、汎用されている齧歯類の糖尿病モデル動物と比較しながら、なぜ鳥類の組織、細胞には糖毒性が発生しないのかを明らかにすることを目的とした。ニワトリの血糖値が高いことに関して、骨格筋を始めとする末梢臓器のインスリン応答性が低く、血糖値を下げる機序が機能していない可能性と、積極的に高血糖を維持している可能性が考えられるが、血中グルコース負荷試験を行い、グルコース消失速度を調べたところ、上昇した血糖値は極めて速やかに投与前のレベルに回復することが判明した。しかしながら、哺乳動物でインスリンの作用に不可欠な4型グルコース輸送体(GLUT4)の存在が骨格筋および脂肪組織に存在するか否か、ウエスタンブロット法で調べたところ、両組織において検出することができなかった。また、インスリン刺激後に骨格筋におけるインスリン受容体の自己リン酸化、IRS1-4のチロシンリン酸化、PI3-kinaseの活性化、MAP kinaseの活性化を調べたが、いずれも応答は認められなかった。ニワトリをはじめとする鳥類は、空腹時であっても300mg/dl以上の高血糖を維持しているにも関わらず、循環系、神経系の障害,といった糖毒性が発生しない。

本研究では、.鳥類の血糖値が高いことに関しては、積極的に高いレベルにコントロールしているのか、インスリンの作用不全の結果として高くなっているのかはっきりさせ、鳥類を新しい糖尿病モデルとして確立することを目指すとともに、汎用されている齧歯類の糖尿病モデル動物と比較しなが.ら、なぜ鳥類の組織、細胞には糖毒性が発生しないのかを明らかにすることを目的とした。本年度は、哺乳動物の糖尿病時に糖毒性による障害を受げる血管系について、解析を行った。腸管に血液を供給する役割を持つ腸間膜動脈について、その神経支配を電気生理学的に調べた。ニワトリ前腸間膜動脈縦走平滑筋は、ATPを神経伝達物質としたプリン作動性神経の強い支配を受けており、哺乳動物とは異なる非常にゆっくりとした脱分極反応が記録された。さらに、その情報伝達には代謝型受容体であるP2Y受容体が関与していることが明らかになった。また、ニワトリ前腸間膜動脈輪走平滑筋については、プリン作動性神経と内皮細胞の相互作用によって、ゆっくりとした過分極反応が誘発されることが明らかになった。これらの結果は、ニワトリの血管系が哺乳動物とは異なる神経支配を受けていることを示唆している。このことは、ニワトリの血管系が糖毒性による障害を受けないことと考えあわせると、非常に興味深い知見と言える。ニワトリをはじめとする鳥類は、空腹時であっても300mg/d1以上の高血糖を維持しているにも関わらず、循環系、神経系の障害といった糖毒性が発生しない。本研究では、鳥類の血糖値が高いことに関しては、積極的に高いレベルにコントロールしているのか、インスリンの作用不全の結果として高くなっているのかはっきりさせ、鳥類を新しい糖尿病モデルとして確立することを目指すとともに、汎用されている齧歯類の糖尿病モデル動物と比較しながら、なぜ鳥類の組織、細胞には糖毒性が発生しないのかを明らかにすることを目的とした。本年度は、昨年度に引き続き、哺乳動物の糖尿病時に糖毒性による障害を受ける血管系について、解析を行った。腸管に血液を供給する役割を持つ腸間膜動脈について、その神経支配を電気生理学的仁調べた。昨年度までに、成熟ニワトリの前腸間膜動脈縦走平滑筋は、1)ATPを神経伝達物質としたプリン作動性神経の強い支配を受けていること、2)代謝型受容体であるP2Y受容体を介して哺乳動物とは異なる非常にゆっくりとした脱分極反応が引き起こされることを明らかにしてきた。これに対して、若齢ニワトリでは、抑制性反応(過分極反応)が主に記録された。その情報伝達にはATPが関与しているが、受容体はイオンチャネル型受容体であるP2X受容体であることが明らかになった。これらの結果は、ニワトリの血管系の神経支配は、成長に伴って変化することを示している。このようなダイナミックな神経支配の変化は哺乳動物では見られない。このことは、ニワトリが、哺乳動物とは異なり、糖毒性による障害を受けないことと考えあわせると、非常に興味深い知見と言える。
数理科学における逆問題の数学解析と数値解法の確立

直接視ることができない対象の内部の物理的な性質を境界における観測などの利用できるデータから決定したり、結果から原因を推定するという逆問題の研究が数理科学や工業現場において多様な形で現れてきており、その数学解析とそれに基づいた数値解析手法の開発が最近益々重要になってきている。その理由としては、逆問題の応用上の重要性とあいまって、計算機や観測機器が近年飛躍的に向上してきたことがある。そのために従来型の数値解法の改良が強く期待されている。しかし、数値解法の開発や品質保証のためには逆問題自体の数学も遂行されなくてはならないが、あまり成果が挙がっていないのが現状である。例えばプラントなどの内部の状態を適切に評価・制御して効率的かつ経済的な施設の運営に結びつけるような産業界における逆問題には本質的な不安定性があり、合理的かつ有効な数値解法のためには、従来型の手法をあてはめることは危険である。言い換えれば、良好な数値解を得るためには、もとの逆問題に安定性の度合いにみあった精度を保証する数値解法を選ぶ必要がある。そこで対象となっている個々の逆問題に対して一意性や安定性などの数学解析の研究がまず必要である。本研究ではそのような逆問題の数学解析の成果とそれに立脚した有効な数値解法が開発された。数学解析の手法としても偏微分方程式論や関数論など知識を駆使した多彩な成果が得られた。さらに本研究成果に関して産業界との連携が深まり、特許の出願が成された。直接視ることができない対象の内部の物理的な性質を境界における観測などの利用できるデータから決定したり、結果から原因を推定するという逆問題が最近ますます重要になり実用面からも数学解析ならびに数値解析への要請が年々増してきている。本研究計画ではそのような要請に充分に答えるために数学者ならびに数値計算の研究者を交えて応用逆問題の共同研究を行うものであり、そのような目的を達成するために研究計画を実施した。主要なものは以下のとおりである。(1)ワークショップ『応用逆問題に対する数学解析と数値解法』を平成16年1月19日から1月21日まで東京大学大学院数理科学研究科にて本研究費で開催し海外からも専門家を招聘し分担者とともに逆問題の数学解析の新たな知見ならびに新たな解析手法の開発に向けて討論を行った。(2)ブレーメン大学のラーシュ氏を招聘し、ウェイブレット法の逆問題への適用について研究を行った。(3)境界積分法の逆問題への適用ならびに逆散乱法に関する研究連絡のために代表者がドイツへ出張した。(4)ウイチタ州立大学のイサコフ教授、アイオワ州立大学のイマヌヴィロフ教授ならびにビゼルト理科大学のベラスエド教授を招聘し、双曲型方程式に関する逆問題の数学解析についてサーベイを依頼した。(5)当該分野の知見をまとめた書籍を購入し、研究分担者ならびに研究協力者に配布した。応用逆問題として、偏微分方程式に含まれる未知量の決定問題ならびに偏微分方程式が成り立っている領域形状の決定問題を取り上げた。これらの逆問題に共通する特質として不安定性をあげることができるが、これは、決定すべき原因に関して、利用可能な観測データが限定されていることに起因するものである。この不安定性を克服してより精度の高い数値解析手法の開発が強く望まれている。そのためには、今まで以上に逆問題の数学解析的研究が必要であるが、本研究計画ではまずそのような解析を行った。また応用逆問題に対するより有効な数値解析手法の開発のためには数学解析の成果を数学だけにとらわれることはなく広い視野で活用することが必要不可欠である。本研究計画では、上記の2つの逆問題に対してそのような研究に関してこのような理論と計算の連携の下に研究を遂行した。さらに、応用逆問題の成果は実社会において重大な役割をしめることも多く(例:工業施設の耐用年限の非破壊検査による査定)、考察している逆問題に対して、どの程度の精度まで数値計算できるのか等について明らかにし、必要ならば別の逆問題手法を導入しなくてはならない。

そのような目的をもって逆問題固有の数学解析と固有の数値解析手法の開発も行った。本研究計画の代表者・分担者はいずれも逆問題の理論面、計算面に携わってきた専門家であり、逆問題固有の考察に関するエキスパートであるので所期の目標を満足すべき程度達成しているものと判断している。直接的な観測が不可能な対象の内部の物理的な性質を、利用できる境界における観測データから決定するという問題は広く逆問題とよばれる問題で、数理科学においてさまざまな形で現れてきており、その数学解析とそれに基づいた数値解析手法の開発が最近ますます要求されるようになってきている。このような傾向の背景には逆問題の応用上の重要性とあいまって、計算機や観測機器が近年になって飛躍的に向上してきたことを挙げることができる。そのため従来型の数値解法の改良が強く期待されている。しかしながら数値解法の開発や品質保証のためには逆問題自体の数学解析も遂行されなくてはならないが、あまり成果が挙げられていないのが現状である。とりわけ工業施設の耐用年限の非破壊検査による査定や地質探査などに直結している本研究計画で扱う数理科学における応用逆問題には本質的な不安定性があり、合理的かつ有効な数値解法のためには、従来型の手法をあてはめることは危険である。言い換えれば良好な再構成のためにはもとの逆問題の安定性の度合いに見合った数値手法を注意深く選ぶ必要がある。そこで対象となっている個々の逆問題について一意性や安定性などの数学解析の研究がまず必要である。さらにその知見を直ちに活用して、有効な数値解法を確立しなくてはならない。本研究組織によってそのような研究計画遂行のために平成17年度も引き続き逆問題の数学解析に関する成果を新たに確立し、簡便な数値解法を提案した。また、逆問題研究の国際的な広がりを考慮して、本研究計画遂行にあたっては海外の研究者も招聘して最新の結果のサーベイならびに共同研究も行った。
前立腺における核内レセプターの研究 ―新規レセプターがアンチアンドロゲン抵抗性に及ぼす影響について―

ラット前立腺ライブラリーよりアンドロゲンレセプター(AR)関連遺伝子を探索中にヒトSRAと78.2%の塩基配列の相同性をもったcDNAを得た。SRAは蛋白に翻訳されずRNAとしてステロイドレセプターによる転写を促進する共役因子として報告されたが、我々がクローニングしたcDNAはORFやKozakの配列を含む開始コドンを有しており、その蛋白(SRAPと命名した)としての機能につき検討した。まず、SRAPの共発現によりAR, GR, PPARγの活性がリガンド依存性に上昇した。GST pull-down assayによりARのAF2+DBDとSRAPの結合をin vitroで示すと共に、mammalian two-hybrid assayを用いてARのAF2+DBDとSRAPの結合をin vivoで示した。GFPとSRAPの融合蛋白はHeLa細胞でin vivo translationされこのfusion proteinのcDNAに変異を導入すると共役因子としての活性が消失した。これらの事によりSRAPはSRAとはことなり蛋白として機能する新しい核内レセプター共役因子であることが示された。更にSRAPをHeLacellや前立腺癌細胞に導入するとアンチアンドロゲンであるflutamide存在下でもAR活性は維持された。これらの事より、SRAPはステロイドレセプター共役因子蛋白でありARの活性化にかかわっている。前立腺の増殖に関わる新規核内レセプターを単離する目的で、ラット前立腺より作成したライブラリーをスクリーニングしたところ、20の陽性プラークが得られたがこれらはいずれもアンドロゲンレセプターかPPARγであった。これらの中にアンドロゲンレセプター(AR)のgeneとtandemに結合した新しい遺伝子を見い出した。このクローンは893のヌクレオチドよりなり227番目のヌクレオチドに開始コドンを持つ146個のアミノ酸よりなる蛋白質をコードしていた。この蛋白質は新しい核内レセプター共役因子でありアジドロゲンレセプター(AR)、グルココルチコイドレセプター(GR)、PPARγによる転写活性をリガンド依存的に増強した。またGST pull-down assayを行うとARとの結合が認められた。この共役因子蛋白とGFP(green fluorescent protein)との融合蛋白質の発現ベクターを作成し、HeLa細胞にAR, reporter geneと共に遺伝子導入すると、核内に強い蛍光の集積を認めこの蛋白は核内に移行する事が確認された。現在以上の結果を論文にまとめ投稿中である。これらのことより、SRAPはステロイドレセプター共役因子蛋白であり、ARの活性化にかかわっている。