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強風下における砕波気液界面を通しての運動量およびスカラの輸送機構の実験的解明

風波水槽実験により,高風速下においては気液界面を通しての熱および物質の輸送の風速依存性は通常の風速域と異なり,それらの輸送量が急増することを明らかにした.また、通常の風速域において,物質移動に及ぼす吹送距離の影響が小さいことを明らかにした.さらに,これらの運動量,熱,物質輸送実験を通して提案した運動量・熱輸送モデルを用いて,台風直下における運動量および熱の輸送量の推定を行い,これらの運動量・熱輸送モデルが台風強度の予測に及ぼす影響について検討を行った.その結果,新規提案の運動量・熱輸送モデルを使用した場合には,従来のモデルを使用した場合よりも,予測値が観測値により近づくことが明らかになった.本研究は,流動場の複雑さゆえに既往研究では全く取り扱われてこなかった強風下での激しい砕波を伴う風波気液界面を通しての運動量,熱および物質の輸送機構の解明と各々の輸送量の評価を流体工学の立場から風波乱流水槽を用いた室内実験をとおして行うことを目的とする.平成25年度の研究実施概要を以下に示す.(1)大型風波乱流水槽および高速風洞水槽の整備とフラックスの計測手法の確立:台風直下の高風速をも含む広い風速帯に対して物質および熱の輸送実験を行うために,京都大学工学研究科のシステムシミュレーションラボに設置済みの高速風洞水槽を用いて,流速,CO2濃度,飛散液滴の測定など,物質のフラックスの計測技術を確立した.また,風が接してからの下流方向距離である吹送距離の影響を調べスケールの異なる室内と海洋との間の相似性を検討する第1段階の研究として,吹送距離が50m以上と比較的長い海洋上での風波と同じスペクトル形状を有する非線形波の再現に成功した.(2)強風下でのCO2フラックス測定:高風速風洞水槽を使用し,砕波を伴う高風速領域において風波気液界面を通してのCO2の輸送速度の測定を行った.その結果,風速35m/s以上の高風速域においては,激しい砕波の影響によりCO2輸送速度は急激に増加することを明らかにした.(3)大気海洋結合モデルによる台風直下の運動量輸送シミュレーション:台風シミュレーションのための高速風波水槽を用いて得られたTakagaki et al.(2012, GRL)の提案した台風直下における運動量輸送モデルと既存の大気海洋間の運動量輸送モデルの比較・検証を行った.その結果,台風の強度は運動量輸送モデルに強く依存すること,および台風の強度は運動量輸送モデルとしてTakagaki et al.(2012, GRL)のモデルを使用した場合に,より強くなることが明らかとなった.平成26年度の研究実施概要を以下に示す.(1)高風速時の造波作成手法の確立,および,吹送距離が長い状態におけるCO2フラックス測定:台風直下の高風速(40m/s)をも含む広い風速帯に対して運動量,物質および熱の輸送実験を行うため,京都大学工学研究科のシステムシミュレーションラボに設置済みの造波装置を取り付けた高速風洞水槽を用いて,吹送距離が約50mと長い海洋上での風波と同じスペクトル形状を有する非線形波の再現手法を確立した.また,大型風波水槽に取り付けたもう1つの造波装置を使用して,低風速の状態において吹送距離が1km以上と非常に長い海洋上での風波気液界面を通してのCO2フラックスの測定を行った.その結果,吹送距離が10m程度の場合と吹送距離が1km以上の場合では,風波気液界面を通してのCO2フラックスは変化しないことが明らかになった.(2)強風下での熱フラックスの測定:高風速風洞水槽を使用し,砕波を伴う高風速領域において風波気液界面を通しての熱の輸送機構の解明を試みた.その結果,風波気液界面を通してのCO2フラックスと同様に,風速20m/sを超える高風速域においては,顕熱輸送係数,潜熱輸送係数およびエンタルピ輸送係数の風速依存性が風速20m/s以下の通常の風速域と異なることが明らかになった.(3)高風速域における物質輸送シミュレーション: Iwanoet al. (2013, Tellus B)の提案した台風直下における物質輸送モデルを用いて,高風速域におけるCO2輸送量の推定を行い,全球規模での大気海洋間におけるCO2輸送量との比較を行った.その結果,高風速域におけるCO2輸送量は全球規模での大気海洋間におけるCO2輸送量に比べてわずかであり,台風などの熱帯性低気圧か全大気海洋間の炭素収支に及ぼす影響は現状では小さいことが明らかになった.大型風波水槽におけるCO2フラックス測定実験や高速風波水槽における熱フラックス測定実験は順調に実施された.一方で,平成26年9月までにループ法の開発を行った結果,不規則波造波装置の造波板から発生する雑音が想定以上にループ法を用いた造波に影響することがわかり,雑音の影響しない実験条件の選定のために5ヶ月間を要した.以上より,研究はおおむね順調に進展した.本研究は,流動場の複雑さゆえに既往研究ではまったく取り扱われてこなかった強風下での激しい砕波を伴う風波気液界面を通しての運動量,熱および物質の輸送機構を解明することを目的とする.平成27年度の研究実施概要を以下に示す.(1)高風速下かつ長吹送距離における運動量フラックスの測定:昨年度作成した不規則波造波装置を現有の高速風洞水槽に取り付け,高風速下かつ吹送距離が約50mと長い海洋上での風波の再現実験を実施した.

具体的には,台風下を模した高風速下かつ長吹送距離の状態において,水位変動測定および運動量フラックス測定を実施した.その結果,長吹送距離の状態であっても,短吹送距離の状態と同様に抗力係数が高風速域で一定値を取ること,局所平衡則が破綻すること,粗度長さは風波形状を用いてよく相関されることを明らかにした.(2)大気海洋結合モデルによる台風直下の運動量・熱輸送シミュレーション:平成24年および平成26年度に提案した台風直下における運動量・熱輸送モデルを用いて,台風直下における運動量・熱輸送量の推定を行い,これらの運動量・熱輸送モデルが台風強度の予測に及ぼす影響について検討を行った.具体的には,平成26年11月に発生した台風30号(Haiyen,T1330),および米国において甚大な被害をもたらした平成17年8月に発生したハリケーン・カトリーナに関して予測計算を行った.モデルとしては,これまで台風予測計算で使用されている従来の運動量・熱輸送モデルと本研究において提案された新規の運動量・熱輸送モデルを使用し,両モデル間で台風の強度予測に及ぼす影響を比較検討した.その結果,新規の運動量・熱輸送モデルを使用した場合には,台風強度のピークが観測値により近づくことが明らかになった.これは,新規の運動量・熱輸送モデルを用いることにより,台風の強度の予測精度が向上することを意味している.風波水槽実験により,高風速下においては気液界面を通しての熱および物質の輸送の風速依存性は通常の風速域と異なり,それらの輸送量が急増することを明らかにした.また、通常の風速域において,物質移動に及ぼす吹送距離の影響が小さいことを明らかにした.さらに,これらの運動量,熱,物質輸送実験を通して提案した運動量・熱輸送モデルを用いて,台風直下における運動量および熱の輸送量の推定を行い,これらの運動量・熱輸送モデルが台風強度の予測に及ぼす影響について検討を行った.その結果,新規提案の運動量・熱輸送モデルを使用した場合には,従来のモデルを使用した場合よりも,予測値が観測値により近づくことが明らかになった.本年度は,高速風洞水槽においてCO2輸送量の測定手法を確立し,さらにCO2輸送速度の風速依存性を明らかにすることができた.さらに,造波装置を用いて吹送距離が50m以上と比較的長い海洋上での風波と同じスペクトル形状を有する非線形波の再現に成功した.以上より,本年度は研究がおおむね順調に進展した.平成27年度は,強風下での激しい砕波を伴う風波気液界面を通しての運動量,熱および物質の輸送機構に関する研究を実施する.概要は以下のとおりである.(1)高風速下かつ吹送距離が長い状態における運動量フラックスの測定:平成26年に作成した不規則波造波装置を現有の高速風洞水槽に取り付け,高風速下かつ吹送距離が約50mと長い海洋上での風波の再現実験を行い,台風下における運動量フラックスの測定実験を行う.(2)大気海洋結合モデルによる台風直下の運動量・熱輸送シミュレーション:平成24年度および平成26年度に提案した台風直下における運動量・熱輸送モデルを用いて,台風直下における運動量・熱輸送量の推定を行い,これらの運動量・熱輸送モデルが台風強度の予測に及ぼす影響について検討する.27年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学本年度は,強風下での激しい砕波を伴う風波気液界面を通しての運動量,熱および物質の輸送機構に関する研究を実施する.概要は以下の通りである.
炎症性腸疾患の腸管上皮再生におけるヘパラン硫酸の役割の解明

ヘパラン硫酸の生成に必須の酵素であるEXT1を小腸及び大腸上皮細胞のみでノックアウトするコンディショナルノックアウトマウスを作成した。この腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスではFGFシグナルやWntシグナルの障害などにより、粘膜再生に異常をきたす可能性が考えられ、EXT1コンディショナルマウス及び野生型マウスを用いて上皮再生の状態の評価を行った。まず小腸上皮障害モデルである放射線腸炎において腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウス及び野生型マウスで腸管上皮障害の評価を行った。腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスは、放射線全身照射後の死亡率が有意に高く、放射線照射4日後のcrypt数も有意に減少していた。ヘパラン硫酸の欠失した腸管上皮細胞では野生型の腸管上皮に比べて放射線照射後のβcateninが減少しており、Wnt target遺伝子の発現が、遺伝子レベルでも、蛋白レベルでも低下していた。腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウス及び野生型マウスの腸管上皮でWnt3aのbinding assayを行ったところ、野生型マウスの腸上皮の方が有意に結合能が高かった。以上より、腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスではWntシグナルが障害されることにより、放射線による上皮障害後の再生が遅延している可能性が示唆された。さらに、大腸上皮障害モデルである、dextran sulfatesodium (DSS)投与による腸炎モデルを用いて腸炎誘発後の回復期における上皮再生における検討を加えている。腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスと野生型マウスの2群に3%DSSを5日間自由飲水にて投与した。その後、通常水に変更してさらに5日間観察した後に屠殺し、組織学的に腸炎の検索を行っている。観察期間中の体重変化、血便スコア、大腸の組織学的評価を現在検討中である。ヘパラン硫酸の生成に必須の酵素であるEXT1を小腸および大腸上皮細胞のみでノックアウトするコンディショナルノックアウトマウスを作成した。この腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスではFGFシグナルやWntシグナルの障害などにより、粘膜再生に異常をきたす可能性が考えられたため、EXT1コンディショナルマウス及び野生型マウスを用いて小腸および大腸の腸管上皮障害モデルを各々作成し、その回復期における上皮再生の状態の評価を行った。まず小腸上皮障害モデルである放射線腸炎において腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウス及び野生型マウスで腸管上皮障害の評価を行うこととした。マウスに放射線を8Gy全身照射したところ、腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスは、放射線照射後の体重減少率が有意に大きく、放射線照射4日後のcrypt数も有意に減少していた。さらに12Gyの放射線照射では、野生型マウスでは一時的な体重減少を認めたのみで死亡するマウスがほとんどいなかったのに対して、腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスではほぼ全てのマウスが放射線腸炎にて死亡した。今後ヘパリン投与による治療介入実験を行う予定としている。さらに、大腸上皮障害モデルである、dextran sulfatesodium(DSS)投与による腸炎モデルを用いて腸炎誘発後の回復期における上皮再生におけるヘパラン硫酸の役割について検討を加えている。具体的には8週齢のC57BL/6バックグラウンドマウスを用い、腸管上皮特異的ヘパラン硫酸欠損マウスとそのlittermateの野生型マウスの2群に3%DSSを5日間自由飲水にて投与した。腸管上皮

特異的ヘパラン硫酸欠損マウスと野生型マウスの2群に3%DSSを5日間自由飲水にて投与した。その後、通常水に変更してさらに5日間観察した後に屠殺し、組織学的に腸炎の検索を行っている。観察期間中の体重変化、血便スコア、大腸の組織学的評価を現在検討中である。
農業保護政策の現代的意義とその農業構造への作用に関する研究

1.農業保護政策の本質アメリカ,ドイツを中心とした先進諸国の農業保護政策の歴史的検討と,現段階における日本の農産物自由化問題の検討を行い,実効的な政策が採用されるために必要な条件を明らかにした.2.戦後日本の農業保護政策日本の農業保護政策の戦後における展開過程を,四つの時期にわけて分析し,それぞれの時期の特徴を明らかにした.また沖縄農業の日本復帰前後の状態を比較することによって,農業保護政策の生産刺激的効果を実証し,その農民的意義を明らかにした.3.農業保護政策の現段階現段階における農業保護政策の後退の様相と原因を,国家財政問題,食管制度改変問題,穀物貿易政策の視点から検討し,農業保護政策の後退が農民の利益に反するだけでなく,長期的には消費者の利益にも反することを明らかにして,若干の政策提言を行った.4.農業構造の変動貿易自由化の進展と農業保護政策の後退の下での農業構造変動の様相を,酪農,果樹,畑作,肉牛,稲作の主要5部門についての実態調査によって明らかにした.その結果に基づいて日本農業の担い手についての展望を試み,整備すべき条件を考慮した.5.集団的土地利用の可能性農業構造の変化に伴って重要となる施策の一つとして集団的土地利用体制の確立が挙げられるが,その現実的可能性についていくつかの事例にそくして検討した.また集団的土地利用にかかる集落機能についても新たな知見を得ることが出来た.1.農業保護政策の本質アメリカ,ドイツを中心とした先進諸国の農業保護政策の歴史的検討と,現段階における日本の農産物自由化問題の検討を行い,実効的な政策が採用されるために必要な条件を明らかにした.2.戦後日本の農業保護政策日本の農業保護政策の戦後における展開過程を,四つの時期にわけて分析し,それぞれの時期の特徴を明らかにした.また沖縄農業の日本復帰前後の状態を比較することによって,農業保護政策の生産刺激的効果を実証し,その農民的意義を明らかにした.3.農業保護政策の現段階現段階における農業保護政策の後退の様相と原因を,国家財政問題,食管制度改変問題,穀物貿易政策の視点から検討し,農業保護政策の後退が農民の利益に反するだけでなく,長期的には消費者の利益にも反することを明らかにして,若干の政策提言を行った.4.農業構造の変動貿易自由化の進展と農業保護政策の後退の下での農業構造変動の様相を,酪農,果樹,畑作,肉牛,稲作の主要5部門についての実態調査によって明らかにした.その結果に基づいて日本農業の担い手についての展望を試み,整備すべき条件を考慮した.5.集団的土地利用の可能性農業構造の変化に伴って重要となる施策の一つとして集団的土地利用体制の確立が挙げられるが,その現実的可能性についていくつかの事例にそくして検討した.また集団的土地利用にかかる集落機能についても新たな知見を得ることが出来た.1.わが国における農産物自由化問題の政策史的整理わが国における農産物自由化問題についての論争および政策措置についての経過を、年表および文献目録のかたちで整理し、考察を加えた。この問題については、輸出産業を中心とする財界からの積極推進論と、農業保護の立場からする消極論、反対論があり、政策決定もその両者に大きく影響された。この経過を一つの政策史として整理分析することによって、初年度から着手した農業保護政策の国際的類型化の研究との対比、位置づけが可能となり、わが国の農業保護政策の評価の作業が前進した。2.農業保護貿易政策の地域別主要品目別・階層別作用に関する調査、(1)貿易自由化体制下の畑作の生産力構造と国際競争力に関する調査、昭和61年8月に、北海道河西郡中札内村を対象に、研究代表者及び研究分担者10名が参加して、実態調査を実施した。同村は、北海道を代表する大規模畑作地帯に位置し、畑作物および畜産物の貿易自由化に早くから対応して生産の共同化や農協・自治体による補完的施設の整備が進み、研究課題にかかわる有益なデータを豊富に得ることが出来た。(2)貿易自由化体制下の肉牛の生産力構造と国際競争力に関する調査昭和62年1月に、鹿児島県曽於郡末吉町を対象に、研究代表者及び研究分担者12名が参加して実態調査を実施した。同町は鹿児島県を代表する黒毛和種の産地であり、またカーギル社の飼料基地の立地が予定されている志布志湾にも近く、現段階での肉牛生産の諸問題についての新たな知見が得られた。(3)その他の地域別,品目別,階層別実態調査各研究分担者において予定通り実施することが出来た。3.中間報告書の作成上記成果の一部を、第2年度の中間報告としてとりまとめた。
近代国際関係と地域システム変容の研究・東アジアを中心に

冷戦の崩壊とグローバリズムによって特徴づけられるここ四半世紀、新興国の台頭と従来の先進国の国力低下があらわとなった。のみならず、台頭した国々は、既に普遍・所与のものと思われた近代国際法に基づく秩序に対し、必ずしも積極的な態度をとらないという現実がある。現代世界はまさに、多元化・多極化の中で様々な秩序観・規範意識が交錯した状態であり、とりわけ東アジア地域はその現実が顕在化している。本研究はこのような問題意識のもと、比較政治・法制史的方法から歴史と現在を通観して、東アジアという地域における秩序の特徴とその近代史における曲折の実像を明らかにし、世界史の再構築と共存に向けた知見を示した。近現代の国際関係に関与する各国は、一見すると国際法に基づく外交関係を採り入れているにもかかわらず、実際にはその結果生まれた関係そのものに対して違和感や反発を感じていることが少なくない。のみならず、その背景にある歴史そのものが、国ごとに異なる文脈のもとで新たに解釈され、関係を悪化させる原因にもなる。当研究は、このような現実をより客観的・整合的にとらえるにはどうすれば良いのかという問題意識から出発し、とりわけ東アジアの海域を取りまく国際関係を主な対象として、世界の様々な文化圏の事例をも比較の視座に置くことにより、近代国際関係・国際法秩序と伝統的な自意識・地域秩序の摩擦の発生原因と緩和策を探ろうとしているところである。そこで、2013年4月6日には、広く世界の他地域を研究する研究者、及び諸外国の日本・東アジア研究者も招いて研究集会を開催し(2012・2013年分の科研費は主にこの研究会の開催のために用いた)、比較の視座から東アジアという地域の歴史的問題点を探るとともに、自意識・秩序観の深刻なズレが拡大再生産されている実情をどのように歴史記述化・分析概念化するのかという困難な課題を共有したうえで、各自研究を推進してきた。その成果を踏まえ、昨年末からは新たな基盤(A)研究「多極化する世界への文際的歴史像の探求」(代表・大沼保昭)をスターさせるに至り、今後当研究は大型科研のサブ研究としての意味合いを持ちつつ最終年度を迎えることになった。しかし、既に研究会の開催を通じて共有された問題意識を踏まえて、3年間の研究をまとめの段階に持って行きたいという意欲が代表者・分担者に共有されており、最終年度の予算もこのような方向性のもとで執行してゆきたい。とくに研究代表者(平野)は、一般向けに東アジアの外交・歴史問題を説く単著を既に完成させ、今後さらに追加で単著を準備・執筆して行きたいと考えている。昨年は、中国及び韓国との外交関係悪化に伴う大きな関心が日本社会一般に生じたが、この動きは大局的にみれば、「東アジア」は未だに、階層的な国家間関係や曖昧な領域観に基づく伝統的地域秩序から近代国際秩序へ移行する揺らぎの中にあり、脆弱な自己認識に基づきナショナリズムが誘発された結果でもある。だからこそ今改めて、非西洋における伝統秩序と近代秩序の反応のあり方に関する精緻な比較研究の必要性が痛感される。そこで本研究の代表者・分担者は、アジア諸国の政治史・思想史と国際法に関する知見をもとに、視角の共有ならびに研究の深化を図ってきた。平成24年度は、アジアのみならず世界各地の同様の問題に対して関心を寄せる研究者に呼びかけ、《地域》とその歴史・近代文明との関係を如何に概念化するのかをめぐり、共通テキストを踏み台として討論を重ねる研究会を2回開催した(9月10日、於東京大学。共通テキストは羽田正『新しい世界史へー地球市民のための構想』。及び4月6日、於明治大学。共通テキストは大沼保昭『A Transcivilizational Perspective on International Law』。なお、後者が2013年度にずれ込んだのは日程調整のためである)。研究会での問題提起・討論を通じて浮き彫りになったのは、そもそも近代国際関係・国際法秩序・近代国家、そして「地域」・「歴史的秩序」といったものが、往々にして権力や学問の作為によっており、現実の多様な諸相を反映しきれないことによる政治的不安定である。ところが一方で、描かれて「発見」された側の「地域」「秩序」の側が、強者への対抗手段として近代国家と「地域」を実体化させようと欲する動きが不断に発生するという問題も指摘された。そこで、歴史記述上の作為と実体の境界線の曖昧さを自覚しながら、本年度さらなる研究を進めるという方向性が共有された。世界史において生起する秩序は永遠不変ではなく、一見すると極めて強固に見えるそれも、往々にして制度疲労や担い手の不足により弛緩しかねない。

とはいえ、新たな秩序が本当に有効・有為なものであるのか否かも自明ではない。とくに、西洋近代に由来しつつも世界全体で援用される主権国家システム・近代国際法体系と、他地域に由来し新たな秩序を目指す動きとの複雑な関係は、古くて新しい課題として存在し続けるであろう。とりわけ中国やインドをはじめ、急速に台頭する国家が示そうとする秩序とと主権国家システムの関係を整理する作業は不可欠である。そこで本研究では、中国・日本の政治史・思想史・法制史研究と国際法研究を組み合わせ、さらに比較の対象としてインド政治史研究の視点を採り入れることで、3年間の共同研究を展開してきた。ただ2013年度から、当研究のこのような方向性をさらに世界レベルへと発展させた新たな基盤研究として「多極化する世界への文際的歴史像の探求」(基盤A・大沼保昭代表)がスタートしたため、これ以後の当小型科研は上記大型科研と並行し、研究代表者・分担者が個別に成果をまとめる段階へと進み、研究者が個別に予算を執行した。このうち研究代表者(平野)は、中国近現代と西洋・日本との複雑な関係を明快に示して社会に問う単著を2013年度の後半に準備し、2014年度に出版したほか、日中関係の諸課題を分析する論考を発表した。研究分担者のうち茂木教授も、平野と共通の関心に基づき、中国中心の伝統秩序の変容に関して詳細な論考を重ねたほか、新田教授は中国中心の秩序が解体されたあとの朝鮮半島を取りまく政治外交史を新たに発見された史料から照射し直す作業を進めてきた。また中溝准教授は専門のインド社会と中国・東アジア社会との構造の違いに注目しつつ、インド政治社会史に関する豊富な成果を挙げることができた。アジア政治外交史比較研究の必要を強く感じる研究者が集う研究会を開催し、世界史全般と個別地域の関係性を鋭く問う討論を積み重ねて問題意識を強く共有するという点においては、有意義な成果を挙げているものと考える。また、そこで得られた知見を論文などとして表現するという点でも、徐々に成果を挙げ始めている。とはいえ、研究代表者・分担者それぞれに、本務たる教育活動にも追われているため、何とか落ち着いて研究を深める時間を確保する必要を感じている。比較研究の必要性に基づいて研究者のネットワークと研究会を立ち上げ、刺激に富む討論を開始していることについては順調に推移しているが、個別研究を深める時間がなかなか思い通りには確保出来ていないという問題がある。今年度も、上述の研究会形式による比較研究・問題意識深化共有の機会を、合宿・研究会形式で設定することによって、共同研究の成熟を期する計画である。また、単著などのかたちで成果を問うことができるよう作業を進める。今年度も、上述の研究会形式による比較研究・問題意識深化共有の機会を、合宿形式で設定することによって、共同研究全体の加速と成熟を期する計画である。研究会を開催する機会が、関係者多忙のため当初期待したほど持てず、書籍購入も順調に行っているとはいえなかったため。最終年度にあたって着実に執行するため、研究会開催や図書費としての利用についてなるべく早めに計画を立てることに努めたい。主に合宿形式による研究会を2回以上開催するにあたり、参加者の旅費及び宿泊費として充当する。このほか、研究に必要な図書を購入する。
針葉樹における光合成の光ストレス耐性機構―メーラー反応―に関する研究

針葉樹は環境ストレス耐性が高い。身近なところでは、マツは海岸、裸地、岩の上などでも生育できる。モミ属、トウヒ属およびマツ属の針葉樹は北半球高緯度地方に大規模な森林を形成することができる。針葉樹が過酷な環境下で生育するためには、高塩濃度、低温、乾燥や貧栄養など様々なストレスに対処しなければならない。本研究では、環境センサーとしての葉に注目し、針葉の環境ストレス耐性機構を解析する。特に、環境ストレス下で顕在化する光合成の光阻害について、その回避機構を光合成電子伝達反応のレベルで明らかにする。
高い抗酸化能を有するムクナのアルツハイマー型認知症に対する予防効果の検証

老化促進マウス(SAMP8)を、対照群、ムクナ豆粉末低投与群、ムクナ豆粉末高抗投与群の3群に分けた。ムクナ豆粉末低投与群には、ムクナ粉末を1.5g/体重kgに調製した飼料を、ムクナ豆粉末高投与群には、ムクナ粉末を15g/体重kgに調製した飼料を投与した。それぞれの飼料におけるL-DOPA含量は、0.6mg/体重kgおよび6mg/体重kgである。飼育期間は、11週齢から40週齢までである。飼育後、脳を取り出し、N-PER試薬を用いてたんぱく質を抽出、遠心後、上清を用いて、ウェスタンブロッティングを行い、タウタンパク質のリン酸化の程度を調べた。用いた抗体は、抗リン酸化タウS199,S262,T181マウスモノクローナル抗体である。その結果、タウタンパク質のセリン262,スレオニン181のリン酸化の程度には、群間で有意な差は認められなかった。しかし対照群に比べ、ムクナ豆粉末高投与群においてタウタンパク質セリン199におけるリン酸化が有意に抑制されていた。このことから、ムクナ粉末の投与は、老化によるタウタンパク質リン酸化の増加を抑制することが示唆された。ムクナ豆を用いた加工食品の調製では、ムクナ豆焙煎粉末を小麦粉に0,5,10,15,20%に添加した麺を作成した。その結果、ムクナ豆焙煎粉末の添加量の増加とともに、抗酸化能が上昇した。また、これらに重曹を添加すると中華麺になり、風味が増したが、抗酸化能は低下した。3xTgを昨年から飼育しており、ほぼ順調に生育している。また、ムクナ豆ペーストの調製実験もほぼ順調に進行している。3xTgマウスにムクナ豆を投与し、15か月齢まで飼育し、脳の組織におけるアミロイドβおよびタウタンパク質の沈着を調べ、ムクナ豆投与の影響を検討する。また、ウエスタンブロッティングを行い、タウタンパクのリン酸化を調べ、ムクナ豆投与の影響を調べる予定である。ムクナ加工品の調製では、ムクナペーストを作成し、種々の食品に加工する予定である。ムクナのアルツハイマー病予防効果を検証するために、(1)ムクナ及びその加工品のアミロイドβ42の凝集に及ぼす影響(2)ムクナを摂取した老化促進マウスの学習記憶能力に及ぼすムクナ中のL-DOPAの抗酸化作用の影響を調べた。(1)ムクナおよび加工品のアミロイドβ42の凝集に及ぼす影響:0.4M酸緩衝液pH4.0で、煮熟ムクナ抽出物を調製した。そのアミロイドβ42(Aβ42)の凝集に及ぼす影響をチオフラビンTによるAβ42凝集体生成評価法を用いて調べた。その結果、ムクナ溶液は濃度依存的にAβ42の凝集を阻害した。加工品として調製したターメリック、ローズマリー添加ペーストは、ムクナ単独ペーストよりも強い凝集阻害活性を示した。(2)老化促進マウスの学習記憶能力に及ぼすムクナ中のL-DOPAの抗酸化作用の影響:SAMP8を2群に分け、AIN76標準飼料を与える(PC)群、標準飼料にムクナ粉末を体重1Kg当たり120mg(L-DOPAとして6mg)添加して与えるムクナ群(M群)とした。試験試料投与開始週からY字迷路試験、およびStep-Through(実験を毎週14週間実施した。1)Y字迷路試験:マウスが三本のアームを間違えずに順番に侵入した場合を成功数とカウントし、空間作業記憶を評価した。ムクナを摂取したM群は、PC群に比べ進入成功回数が高くなる傾向が強く見られた。2)Step-Through試験:マウスが暗室へ移動すると0.2mAの電流が流れるためマウスは直ちに明室に移動する。再試験時に嫌悪刺激を記憶していることで生じる反応潜時の長さを判定した。実験開始から14週目迄、M群がPC群より反応潜時は長かった。1)2)からムクナのL-DOPAはSAMP8マウスの学習能力に影響を及ぼすと考えられた。ムクナはAβ42の凝集阻害活性を示し、老化促進マウスの学習能力低下を抑制することが判明した。1)ムクナ豆抽出物がアルツハイマー病の特徴および原因と考えられているアミロイドβ42の凝集を濃度依存的に阻害することを明らかにした。2)ムクナ豆を利用した調理品の開発については、ターメリックあるいはローズマリーを添加したペーストを開発した。さらに、それらの加工品のアミロイドβ42の凝集阻害活性を調べたところ、ローズマリー、ターメリック添加ムクナ豆ペーストは、いずれもムクナ豆単独ペーストよりも効果的に凝集を阻害した。3)アルツハイマー型認知症モデル動物である老化促進マウスSAMP8にムクナを摂取させたところ、ムクナ非摂取動物に比べ、自発的交替行動と受動的回避反応において高成績を収めることができた。このことから、ムクナ中の抗酸化成分として考えられるL-DOPAはドーパミン前駆物質としてだけでなく、脳内で抗酸化性物質として作用することが示唆された。以上、平成28年度の実験計画通りに実験を行い、仮説が証明されるようなデータを得ることができたので、これまでの進捗状況は順調に進展しているといえる。

加齢と共に増加する一般的なアルツハイマー病の場合、年齢依存的にtau蛋白質が蓄積していくことが知られている。そこで、tau蛋白質の凝集に対して、ムクナが阻害するかどうかをin vitroの系で調べた。ムクナ生豆及び煮豆の0.4Mリン酸バッファー(pH4.0)抽出液を用いて、tau蛋白質の凝集阻害実験を行ったところ、L-DOPAの濃度依存的な阻害がみられた。この結果から、ムクナはtau蛋白質の凝集を阻害することにより、アルツハイマー病の予防に働くことが期待された。これをin vivoで証明するために、12週齢の老化促進マウスSAMP8及びその対照動物であるSAMR1を用いて、34週齢までムクナ粉末を含む試料(低摂取群:L-DOPA0.6mg/体重1kg及び高摂取群:L-DOPA6mg/体重1kg)で23週間飼育した。試験試料投与開始週からY字迷路(自発的交替行動)試験、およびStep-Through(受動的回避反応)実験を毎週実施し、ムクナ摂取群と非摂取群で比較を行った。また、試験開始23週目に解剖し脳を摘出後、ELISA法で脳内のTotal tauおよびPhosphorylated tauを測定した。その結果、SAMP8マウスにおいてムクナ摂取群は非摂取群よりも自発的交替行動試験においては差が観られなかったが、受動的回避反応試験においては非摂取群に比べ最大反応潜時に到達する週が早い傾向にあった。受動的回避反応試験からの結果からだけではあるが、ムクナ摂取は学習能力に予防的な影響を及ぼすことが考えられた。また、タウ蛋白質のリン酸化に及ぼすムクナの影響については培養細胞を用いた更なる実験が必要と考えられた。ムクナを用いた調理品の開発では、ハンバーグと麺の調製を試みた。その結果、ハンバーグでは、ムクナペーストを牛肉に対して80%に加えたものが、最も高い評価を得た。1)ムクナの生及び煮豆がtau蛋白質の凝集を阻害することをin vitroで証明することができた。2)マウスの飼育初期段階からムクナを12週齢から34週齢まで23週間摂取させたところ、ムクナ摂取群は非摂取群に比べて受動的回避反応試験において早い段階で最大反応潜時に到達したことから、ムクナ摂取は学習能力に予防的な影響を及ぼすことが推察された。3)調理品として、ムクナペーストを用いたハンバーグを調製するレシピを開発することができた。老化促進マウス(SAMP8)を、対照群、ムクナ豆粉末低投与群、ムクナ豆粉末高抗投与群の3群に分けた。ムクナ豆粉末低投与群には、ムクナ粉末を1.5g/体重kgに調製した飼料を、ムクナ豆粉末高投与群には、ムクナ粉末を15g/体重kgに調製した飼料を投与した。それぞれの飼料におけるL-DOPA含量は、0.6mg/体重kgおよび6mg/体重kgである。飼育期間は、11週齢から40週齢までである。飼育後、脳を取り出し、N-PER試薬を用いてたんぱく質を抽出、遠心後、上清を用いて、ウェスタンブロッティングを行い、タウタンパク質のリン酸化の程度を調べた。用いた抗体は、抗リン酸化タウS199,S262,T181マウスモノクローナル抗体である。その結果、タウタンパク質のセリン262,スレオニン181のリン酸化の程度には、群間で有意な差は認められなかった。しかし対照群に比べ、ムクナ豆粉末高投与群においてタウタンパク質セリン199におけるリン酸化が有意に抑制されていた。このことから、ムクナ粉末の投与は、老化によるタウタンパク質リン酸化の増加を抑制することが示唆された。ムクナ豆を用いた加工食品の調製では、ムクナ豆焙煎粉末を小麦粉に0,5,10,15,20%に添加した麺を作成した。
転写因子のモジュール・ドメイン構成とシグナル認識

転写因子をモジュールに分解し、シグナル認識に関与しているモジュールを明らかにし、さらにそのモジュールの立体構造によって機能部位を推定することを目的に本研究を行った。(1)転写因子TAF_<II>250のモジュール境界の予測:TAF_<II>250は基本転写因子TFIIDの構成成分である。九州大学の西本らにより単離されたヒトCCG1遺伝子は細胞周期G1期進行の調節機構に関与しているが、TAF_<II>250の遺伝子と同一であることがわかっている。ヒトCCGは1,872アミノ酸残基からなる大きいタンパク質である。その機能部位を調べるために、郷らが開発した方法により、モジュール構成の予測を行った。152個のモジュールからなることが予測された。(2)ヒトCCG1遺伝子のエキソンとCCG1のモジュール境界との対応相関:西本らによりヒトCCG1遺伝子の構造が決定され、38個のエキソンに分かれていることが明らかになった。イントロンは予測されたモジュール境界とよい相関を持つこと、モジュールは機能部位ともよく対応していることがわかった。モジュール情報をもとに、さらに詳細に機能部位を調べるための道が開けた。(3)Camリプレッサー(CamR)とシトクロムP-450cam(P-450cam)とに存在する共通モジュール:P-450camは立体構造が判明しており、モジュール同定ができる。基質(カンファー)を結合するモジュールがCamRにも存在することが、アミノ酸配列の類似度から推定された。CamRはカンファーをシグナルとして、カムオペロンの転写調節を行う。CamRとP-450camはカンファーという共通のシグナルを認識するモジュールを共通に取り込んだ結果、現在の機能を獲得したに違いない。
胎盤異常に着目した独自の周産期障害モデルマウスの解析

本年度は、体調不良により数か月間研究を中断せざるを得ない状況であり、予定していた実験の多くを遂行できなかった。実験に必要な数のノックアウトマウスを維持・繁殖するのが困難であったため、in vitroの解析を中心に行った。具体的な成果を以下に示す。野生型胎盤とPKX欠損胎盤に存在するリン酸化タンパク質をプロテオミクス解析で網羅的に比較した結果、野生型胎盤で2倍以上高値を示すタンパク質が29種類、PKX欠損胎盤で2倍以上高値を示すタンパク質が57種類得られた。しかしながら、これらのタンパク質の中で、リン酸化体の存在やその機能が報告されているものはわずかであり、データベース解析によりPKXの基質等の候補タンパク質を絞り込むのは困難であった。そこでまずは、リン酸化の有無に関わらず、胎盤の構造や機能への関与が報告されているタンパク質を選び出し、その後、ウェスタンブロットにより実際に野生型胎盤とPKX欠損胎盤でリン酸化体の量に差があるかを検証し、詳細な解析に進める候補を決定することとした。現在進行中であり、来年度も継続予定である。本年度は、体調不良により数か月間研究を中断せざるを得ない状況であったため、予定していた計画に大幅な遅れが生じた。本年度に大幅な遅れが生じてしまったが、研究内容については今後も計画通りに進めていく予定である。本年度の遅れを最終年度である来年度に取り戻せなかった場合、補助事業期間の延長を申請したいと考えている。先行研究により、PKXを欠損したトロフォブラスト細胞(TB)では、野生型TBと比較してリン酸化AKTの発現が著しく亢進する事が明らかとなっている。本年度は、PKXによるAKTリン酸化制御機構の解明を目的として、TBならびに胎盤組織を用いた解析を実施した。1TBを用いたAKTアイソフォームの解析:AKT1から3のうち、どのアイソフォームのリン酸化がPKX欠損の影響を受けるかを検討した。TBにはAKT1から3の全てが発現しており、いずれも野生型とPKX欠損でトータル量に差はなかった。一方で、リン酸化体に着目すると、PKX欠損により全てのアイソフォームで発現が亢進する事が明らかとなった。2胎盤組織でのAKTリン酸化の解析:ウエスタンブロット解析ならびに免疫染色により、TBと同様に胎盤組織においても、PKX欠損によりAKTリン酸化が亢進することを明らかにした。3PKXによるAKTリン酸化制御機構の解明:AKTのリン酸化メカニズムについては盛んに研究されており、既知の制御因子が多く報告されている。PKXはプロテインキナーゼであるが、その「欠損」によりAKTのリン酸化が上昇するという結果から、PKXが直接的にAKTをリン酸化するわけではない。そこで、PKXが、a) PI3KやmTORC2といったAKTリン酸化を促進する因子の活性を増強している。または、b)脱リン酸化酵素PTEN、PP2A、PHLPPなどのAKTリン酸化を抑制する因子の活性を減弱させている。といった可能性を検証した。どの因子がPKX欠損の影響を受けるかを調べるために、TBタンパク溶液中の各因子の活性を測定したが、いずれも野生型とPKX欠損で差が認められず、PKXによるAKTリン酸化制御機構の解明に繋がる手がかりは得られなかった。必ずしも期待通りの結果は得られなかったが、計画していた研究は予定通りに遂行した。初年度にPKXによるAKTリン酸化制御機構の解明を試みたが、AKTのリン酸化に関わることが報告されている既知因子の解析からは、有用な手がかりが得られなかった。2年目は、野生型胎盤とPKX欠損胎盤に存在するリン酸化タンパク質をプロテオミクスで網羅的に比較する予定である。本解析では、PKXの直接的な基質の同定を大きな目標としていたが、AKTリン酸化に関与する情報の収集も同時に行うよう計画を修正する。本年度は、体調不良により数か月間研究を中断し、予定していた実験の多くを遂行できなかったため、研究費の大半が次年度使用となった。
動脈硬化モデル動物を用いた血管内皮細胞防御機構に関与するイオンチャネルの研究

平成18年度に確立したウサギ血管内皮細胞を用いてイオンチャネルと細胞防御機構の関係を調べた。細胞膜イオン透過性を亢進させるamphotericinBを細胞に投与し、細胞にダメージを定量的に加えるシステム(平成18年度に確立)を用いて、種々のイオン条件、及びイオンチャネル阻害剤の細胞障害に対する影響を調べた。その結果、C1-チャネル阻害剤であるNPPBやDIDSがamphotericin Bによって引き起こされる細胞障害を抑制した。また、細胞外塩素イオンをグルコン酸に置換すると、細胞障害が軽減さた。これらのことから、細胞へのC1-チャネルを抑制することが細胞防御効果をもたらすことが明らかとなった。amphotericinB以外に細胞障害を与える条件として、過酸化水素刺激による細胞障害がC1-チャネル抑制により軽減されるかどうか調べた。過酸化水素刺激の場合もamphotericinBの場合と同様にNPPBやDIDS投与、または塩素イオン置換により抑制されることが明らかとなった。このように、塩素イオン流入抑制が種々の細胞障害に対して細胞防御作用を持つことが明らかとなった。これらの研究から、塩素イオンチャネルを介する塩素イオンの流入が細胞に対してダメージを与えることが動脈硬化モデル動物における動脈硬化形成の機序に関与することが予想されたため、動脈硬化モデルウサギ(KHCウサギ)に対して、高濃度のNaClを食餌に加えて慢性的に投与する実験を行った。6ヶ月の高NaC1食投与と動脈硬化形成の関係を調べたところ、驚くべきことに、高NaC1負荷群の方が動脈硬化の形成が抑制されることが明らかとなった。この機序について、現在、研究を進めているところである。まず、血管内皮細胞を用いた生理学的・分子生物学的実験を行うために、正常ウサギ血管内皮細胞の培養技術の確立を行った。正常ウサギを安楽死させたあと大動脈を摘出し、種々の酵素条件により内皮細胞の分離を試みた。その結果、SIGMA社proteinase type XVI(0.1%)存在下で低温(4°C)12時間処理によりダメージの少ない内皮細胞を得ることができた。しかし、高脂血症自然発症ウサギ(KHCウサギ)においては、同様の処理を行っても、安定した細胞を得るに至っていない。KHCウサギの場合、大動脈には粥状硬化が形成されその結果、動脈硬化をきたしていることから、正常ウサギとは異なった酵素条件が必要であると考え条件検討を行っている。ウサギ血管内皮細胞の培養条件を検討するのと平行して、市販のヒト大動脈血管内皮細胞を用いて、障害を加えたときの細胞死のメカニズムを検討した。細胞膜イオン透過性を亢進させるイオノフォアamphotericin Bを細胞に投与し、さらに細胞外に蛍光色素を加え、イオン透過性亢進に起因する細胞膜ダメージにより細胞内へ取り込まれる蛍光色素を測定することにより細胞死を定量化するシステムをつくった。このシステムを用いて細胞障害のメカニズムを調べると、細胞外塩素イオンおよび細胞膜塩素イオンチャネルの細胞障害への関与が明らかとなった。また、現在、血管内皮細胞に対してsheer stressを定量的に与えるための装置を考案して完成をみたところである。細胞膜イオン透過性を亢進させるイオノフォアamphotericin Bを細胞に投与し、細胞にダメージを定量的に加えるシステム(平成18年度に確立)を用いて、種々のイオン条件、及びイオンチャネル阻害剤の細胞障害に対する影響を調べた。その結果、塩素イオンチャネル阻害剤であるNPPBやDIDSがamphotericin Bによって引き起こされる細胞障害を抑制した。また、細胞外塩素イオンをグルコン酸に置換すると、細胞障害が軽減された。これらのことから、細胞への塩素イオンチャネルを抑制することが細胞防御効果をもたらすことが明らかとなった。amphotericin B以外に細胞障害を与える条件として、過酸化水素刺激による細胞障害が塩素イオンチャネル抑制により軽減されるかどうか調べた。

過酸化水素刺激の場合もamphotericin Bの場合と同様にNPPBやDIDS投与、または塩素イオン置換により抑制されることが明らかとなった。このように、塩素イオン流入抑制が種々の細胞障害に対して細胞防御作用を持つことが明らかとなった。これらの研究から、塩素イオンチャネルを介する塩素イオンの流入が細胞に対してダメージを与えることが動脈硬化モデル動物における動脈硬化形成の機序に関与することが予想されたため、動脈硬化モデルウサギ(KHCウサギ)に対して、高濃度のNaClを食餌に加えて慢性的に投与する実験を行った。6ケ月の高NaCl食投与と動脈硬化形成の関係を調べたところ、驚くべきことに、高NaCl負荷群の方が動脈硬化の形成が抑制されることが明らかとなった。この機序について、現在、研究を進めているところである。
個々人の学習への没入を妨げずに学習者同士を繋ぐ学習インターフェイスの実験的検討

本研究の目的は,「学習者同士の繋がる仕組み」がポジティブに働く状況とネガティブに働く状況についての理論的整理を試みるとともに,より効果的な学習インターフェイスのあり方について検討することであった。最終年度は,前年度に開発した調査・実験システムでのデータ収集・分析を通じて,これらの検討を行った。結果,筆者らがこれまで検討を進めてきた「学習者同士の繋がる仕組み」のように,学習者の注意を惹くが,教材の内容を理解させるためには必要のない付加物(Seductive Details)は,成績下位層の学習者に対しては,学習時間の増加を媒介して成績上昇量を増加させる一方で,成績上位層に対しては,自身の学習についてのメタ認知的モニタリングの抑制を媒介して成績上昇量を抑制することが明らかとなった。すなわち,誘引性付加物の効果は,学習者の成績層によって異なっていた。ただし,誘引性付加物が自身の学習にもたらす影響についての内省報告では,このような交互作用は認められなかった。これらの結果は,学習者が誘引性付加物の影響を正しく認知できていない可能性を示唆している。したがって,より効果的な学習インターフェイスとしては,学習者が誘引性付加物の影響について理解できるようにするとともに,適切な自己調整(e.g.,誘引性付加物の表示・非表示の切替)が可能となるように,これらに関するチュートリアル教材を用意すること,あるいは,eラーニングシステム側で学習者に適切な条件を判定する仕組みが求められると考えられる。ただし,今後これらの検討をすすめるにあたっては,(1)成績層だけでは当該の学習者にとっての適切な処遇を必ずしも正確に判別できない可能性や,(2)学習者の適性や誘引性付加物の効果が時間の経過とともに変化していく可能性,(3)学習内容によって誘引性付加物の効果のあり方が異なる可能性等に留意する必要がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。eラーニングに「学習者同士の繋がる仕組み」を導入することは,日常的な学習への取りかかりの継続に効果をもつ(Sawayama & Terasawa, 2015)。一方,学習開始前に,学習量に対する効力感を十分に高く有している学習者においては,「学習者同士の繋がる仕組み」が稼働する条件では,稼働しない条件よりも,学習量が抑制されることも明らかになっている(Sawayama, Sannomiya, & Terasawa, 2016)。一見,矛盾するように思えるこの二つの事象は,「学習者同士の繋がる仕組み」が,学習への取りかかりを促す一方で,学習への深い没入を妨げている可能性を示唆している。このような背景のもと,本研究課題では,調査・実験により上述した仮説を検証するとともに,「学習者同士の繋がる仕組み」がポジティブに働く状況とネガティブに働く状況についての理論的整理を試みることを目的の一つとした。そして初年度は,この目的を達成するための調査・実験システムの開発に注力した。具体的には,「学習者同士の繋がる仕組み」を稼働させる群と稼働させない群の間で,プレテストからポストテストにかけての客観的な学習成績の向上の仕方に違いが認められるか否かや,「学習者同士の繋がる仕組み」が自身の学習に与える影響についての主観的な内省報告をデータとして得るシステムを開発した。このシステムでは,回答者は次の手順で回答を行う:(1)フェイスシート(各群共通),(2)プレテスト(各群共通),(3)学習用課題(「学習者同士の繋がる仕組み」の稼働群・非稼働群へ無作為割付),(4)ポストテスト(各群共通),(5)事後アンケート(各群共通)。開発したシステムについてはテスト試行を加え,正常に稼働することを確認した。本研究課題を遂行する上で最も懸念された事項は,調査・実験の参加者を十分に確保できるかどうかであった。とくに,主観的な内省報告を得るためには,参加者に比較的長時間にわたりeラーニングシステムを体験してもらったり,自由記述調査に丁寧に回答してもらったりする必要があるため,データ収集に困難を伴うことが予想された。検討を重ねた結果,2年目に予定していた客観的指標による仮説検証実験の一部は,1年目に予定していた主観的な内省報告を得るための調査と統合して実施できることがわかった。また,データ収集についても,オンライン調査会社のモニタープールから参加者を募ることで,十分なサンプルサイズを確保することができる目処がたった。したがって,この方向で研究計画の一部を見直した。結果,統合実施に向けてのシステム開発は初年度内に完了し,翌年度スムーズにデータ収集を行う準備が整った。ゆえに,初年度の研究計画は,おおむね順調に進展したと判断しうる。

ただし,誘引性付加物が自身の学習にもたらす影響についての内省報告では,このような交互作用は認められなかった。これらの結果は,学習者が誘引性付加物の影響を正しく認知できていない可能性を示唆している。したがって,より効果的な学習インターフェイスとしては,学習者が誘引性付加物の影響について理解できるようにするとともに,適切な自己調整(e.g.,誘引性付加物の表示・非表示の切替)が可能となるように,これらに関するチュートリアル教材を用意すること,あるいは,eラーニングシステム側で学習者に適切な条件を判定する仕組みが求められると考えられる。ただし,今後これらの検討をすすめるにあたっては,(1)成績層だけでは当該の学習者にとっての適切な処遇を必ずしも正確に判別できない可能性や,(2)学習者の適性や誘引性付加物の効果が時間の経過とともに変化していく可能性,(3)学習内容によって誘引性付加物の効果のあり方が異なる可能性等に留意する必要がある。最終年度は,開発したシステムを用いたデータ収集および分析を行う。分析においては,主観的指標である内省報告と,客観的指標である学習成績の両者から,「学習者同士の繋がる仕組み」がポジティブに働く状況とネガティブに働く状況についての理論的整理を試みる。補足的な事項として,中学生を対象とした調査を実施した結果,学校の授業と家庭学習を比較したとき,「学校の授業の方が集中できる」という生徒と,「家庭学習の方が集中できる」という生徒の両者が存在していることが示された(次年度発表予定)。これは,本研究課題が背景とする事象と同様に,他者の存在は促進要因にも抑制要因にもなりうること,またその内省としては「集中」という言葉で表現されうることを示している。今後,このような関連事象について,包括的に説明可能な理論についても情報収集を行い,より効果的な学習インターフェイスのあり方について検討を進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
提携形ゲーム理論を用いた都市内における物流共同化の実現可能性と環境改善効果の分析

本研究は、都市内における貨物輸送の共同化を実施する上での問題点・課題を明らかにした上で、物流拠点を軸とした共同輸送システムの設計、物流コスト削減・環境改善効果の予測、評価手法を提案した。そして、複数の物流事業者をプレイヤーとした提携形ゲーム理論を適用し、共同化により生ずる利得を事業者間で配分する方法、あるいは共同化を実現するための補助金額とそのもとでの各事業者の負担費用を、各事業者の環境への貢献度を考慮して算出する方法を明らかにした。本研究は、都市内における貨物輸送の共同化に着目し、物流拠点の配置計画と貨物車による配送計画モデルを用いて社会的にみて最適な共同輸送計画案を作成するとともに、複数の物流事業者(または荷主)をプレイヤーとした提携形ゲーム理論を適用し、必要に応じて公的なセクターの支援も考慮した上で、合理的な利益の配分(または費用の負担)方法の観点から共同化の実現可能性(事業者間での提携可能性)を明らかする。そして共同化の形態・規模と環境負荷の低減効果を比較し、形態・規模による環境改善効果の違いや、補助金あたりの環境改善効果を評価することを目的とする。本年度は、以下の項目について成果を得た。(1)物流共同化の典型例として「共同輸配送」を取り上げ、タイプ別(荷主主導・物流事業者主導、あるいは同業種間・異業種間)に、共同化を進める上での問題点・課題を調査し、物流拠点の整備コストに加えて、顧客情報の漏洩、緊急輸送への対応、配送時のセールス活動などの要因も考慮する必要があることを明らかにした。(2)複数の候補地点から共同輸送拠点の最適配置を決定するとともに、拠点を中心とした貨物車による配送計画を最適化するためのモデルを定式化した。この際、共同化の成果を明らかにするために、使用車種の違いによる輸送コスト、集配送時間の指定の有無、拠点立地場所の地価や建設コスト、などの要因を考慮した。(3)本学の学術データベースを活用し国内外の既存研究を体系的に収集、整理した。特に提携形ゲーム理論の適用は、電力や水資源、データ通信などネットワーク施設を有し、拠点施設が必要な問題をはじめ、物流では国際輸送の海運、空運のアライアンス(同盟)の分析がみられ、これらの既往研究のレビューを通じて、貨物車輸送の特性を踏まえた理論的なフレームワークを検討した。本研究は、都市内における貨物輸送の共同化に着目し、物流拠点の配置計画と貨物車による配送計画モデルを用いて社会的にみて最適な共同輸送計画案を作成するとともに、複数の物流事業者をプレイヤーとした提携形ゲーム理論を適用し、必要に応じて公的なセクターの支援も考慮した上で、合理的な利益の配分(または費用の負担)方法の観点から共同化の実現可能性(事業者間での提携可能性)を明らかする。(1)まず貨物車による物流拠点の配置計画について、拠点費用の有する規模の経済性と輸送ネットワークの階層性を考慮して、その最適な配置場所と箇所数を決定するシミュレーションモデルを開発し、近畿圏を対象としたケーススタディによりモデルの有効性を確認した。(2)次いで、物流拠点を軸にした共同輸送の導入前・後における、物流事業者の費用関数を定式化するとともに、提携形ゲーム理論の解概念を用いて、共同化(提携)により、利得が生まれた場合の配分額、および損失が生じた場合の公的セクターによる補助金額を、それぞれ算出する方法を示した。この際、補助金額は環境改善効果への寄与の大きさを考慮できるようにした。そして、仮想都市を想定して、費用関数を構成する変動費用と固定費用を種々変化させ、利得の配分額あるいは必要な補助金額を試算し、その有効性を示した。(3)荷主とトラック事業者へのアンケート調査の結果にもとづき、それぞれの主体からみた物流共同化、とりわけ共同輸送に向けた取り組みの課題の抽出、および共同輸送に関わる諸データの整理を行った。本研究は、都市内における貨物輸送の共同化に着目し、物流拠点を軸とした最適な共同輸送計画の作成手法を提案し、政策実験によりその環境改善、費用削減への効果を分析するととともに、複数の物流事業者をプレイヤーとした提携形ゲーム理論を適用し、共同化による事業者への費用配分問題の観点からその実現可能性を明らかにしようとするものである。(1)構築した共同輸送計画の作成手法を用いて、政策実験を実施した。本手法の特徴は、物流拠点費用の有する規模の経済性と輸送ネットワークの階層性を考慮できることにある。ここでは近畿圏を対象に、農水産品,雑工業品,軽工業品をそれぞれ個別に輸送する場合と共同輸送した場合とともに、物流拠点の立地規制と誘導の2通りの政策を実施した場合についてシミュレーションを行い、物流コスト削減、交通渋滞の緩和による環境改善の観点からそれらの政策を評価した。