hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重複受精を制御する雌性配偶子膜局在因子の同定

卵細胞膜を特異的にGFPで標識したシロイヌナズナ形質転換体(EC-PM-GFP)を作出し、雌ずい組織を回収した。回収した雌ずい組織から界面活性剤に可溶性の画分を抽出し、GFP抗体による免疫沈降を行った。比較対象として野生型でも同様の実験を行った。これらの精製タンパク質に対してプロテオーム解析を行った結果、形質転換体において特異的なタンパク質が同定され、その中にはGFPも含まれていた。この結果より、本研究で行った方法では卵細胞を単離することなく、雌ずい組織を材料として、卵細胞特異的なタンパク質を単離できることが示された。被子植物は、2個の精細胞(雄性配偶子)が卵細胞と中央細胞(共に雌性配偶子)とそれぞれ融合する「重複受精」を行う。受精はすなわち雌雄配偶子の相互作用であり、配偶子細胞膜上に存在する因子によって制御されると考えられる。現在までに配偶子膜局在型受精因子は3例報告があるが、雌性側の膜局在型受精因子はまだ発見されていない。本研究では、植物卵細胞膜プロテオーム解析で同定された候補因子について逆遺伝学的および形態学的な機能評価を行い、重複受精制御機構の解明を目的としている。本研究で解析対象となった因子のシロイヌナズナ遺伝子破壊株を入手し、種子稔性を調査したところ、稔性が低下した変異体を見出した。この変異体を、種子形成に異常を示す変異体としてasf (abnormal seed formation)と名付けた。ただし、asf変異体でのT-DNA挿入位置を調査した結果、データーベース上で登録されている遺伝子が破壊されたものではないことが判明した。現在、稔性低下をもたらす真の原因遺伝子を追究中である。asf変異体において詳細な形態解析を行った結果、asf変異体では雄性側の機能欠失により稔性が低下していることが明らかになった。花粉管伸長をアニリンブルー染色で解析した結果、受粉後の花粉管伸長の過程で花粉管が雌ずいの途中で伸長を停止すること、さらに珠柄ガイダンスに異常を示し、受精に至らないことが判明した。このような表現型はこれまでに報告が無いため、今後は原因遺伝子を突き止め、新規の生殖制御因子として論文発表を目指す。また、本研究では重複受精の制御因子を新規に発見することを目的としているため、新たに配偶子プロテオーム解析を行い、新規受精因子の候補を同定した。今後はこれらの候補因子の機能解析を行う。現在までに配偶子膜局在型受精因子は雄性配偶子側で2つ発見されているが、雌性配偶子の膜局在型受精因子は見つかっていない。本研究では、植物卵細胞膜プロテオーム解析で同定された候補因子について逆遺伝学的および形態学的な機能評価を行い、重複受精制御機構の解明を目的として着手した。本研究で解析対象となったタンパク質をコードする遺伝子の遺伝子破壊株を入手し、種子稔性を調査した結果、稔性が低下した変異体を見出した。この変異体をasf (abnormal seed formation)と名付けた。asf変異体におけるT-DNA挿入位置を確認したところ、データベース上にアノテートされた遺伝子が破壊されたものではないことが判明した。しかし表現型を調査した結果、花粉管の伸長およびガイダンスに異常が認められ、新規の表現型であった。平成26年度は名古屋大学との共同研究として、asf変異体の全ゲノムシークエンスを行い、T-DNAが挿入されて破壊された遺伝子領域部分を同定した。その結果、2カ所にT-DNAが挿入されていることが判明した。そのうち一つは配列から、分泌系のタンパク質ファミリーに属する因子であった。なおかつ、同ファミリーには受精に関わる因子として報告されているものもあり、asfの表現型との関連性が興味深い。現在、各遺伝子についての破壊株を再度入手し、表現型調査を行った後、遺伝子機能調査を行う予定である。被子植物の有性生殖は、まず花粉が柱頭に受粉することから始まる。受粉した花粉は花粉管を発芽し、雌ずいの中を伸長していく。花粉管はやがて胚珠に引き寄せられて胚のうに進入し、花粉管を破裂して2つの精細胞を放出する。2つの精細胞はそれぞれ胚のう内にある卵細胞または中央細胞と受精し(重複受精)、受精した卵細胞は胚に、中央細胞は胚乳に発達して次世代の種子が形成される。本研究では平成26年度までに種子が発達しないシロイヌナズナ変異体asf(abnormal seed formation)を見出し、この変異体では2遺伝子座が破壊されていることを解析していた。平成27年度ではこの2因子それぞれの遺伝子破壊株を入手してcas-1、cas-2と名付け、表現型を解析した。どちらの変異体も種子発達率の低下を示したが、その程度はasfの種子形成率に比べて高く、asfの表現型がcas-1とcas-2の二重破壊に起因することを示唆した。cas-1についてはこれまでに機能解析研究が報告されていたが、有性生殖現象との関連性については報告がなかった。そこで当該年度はcas-1のノックアウト変異体について、配偶体形成や受精における影響を解析した。

さらにgenomic cas-1とGFPを融合した遺伝子カセットを導入して形質転換体を得、cas-1の配偶体組織における局在や発現パターンを解析している。現在これらの形態観察結果をまとめている。また、当該年度においては花粉管ガイダンスに関する研究も平行して行い、現在研究論文を作製中である。asf変異体で破壊されている遺伝子座を同定するまでに時間を要したため、研究開始3年目にしては当初の期待より遅れてしまったが、遺伝子座の同定以降は順調に進んでいる。さらに、関連研究として花粉管の動態解析について研究成果をまとめているところのなので、H28年度には学術論文を発表できる予定である。被子植物の重複受精は配偶子細胞膜上に存在する分子によって制御されるが、現在までに同定された配偶子膜局在型の受精因子は精細胞特異的なタンパク質のみであり、雌性側の受精因子はまだ発見されていない。本研究では、シロイヌナズナの卵細胞膜タンパク質を精製してプロテオーム解析を行い、新規の雌性側受精因子の探索を目指した。以前に申請者が作製した、卵細胞膜を特異的にGFPで標識したマーカーラインpDD45::AtPIP-GFPを用いた(Igawa et al. 2013)。成熟し、かつ未受精の卵細胞を得るため、開花前日に除雄し、翌日雌ずい組織を回収した。回収した雌ずい組織(約0.1g相当)を界面活性剤を含むバッファー中で潰し、遠心後に得られた可溶性画分を、GFP抗体による免疫沈降に用いた。比較として野生型の雌ずいから同様にタンパク質抽出と免疫沈降を行った。これらの精製タンパク質についてプロテオーム解析を行った。その結果、pDD45::AtPIP-GFPに特異的なタンパク質が複数同定され、その中にはAtPIPとGFPが含まれていた。この結果から、本研究で行った方法によって卵細胞で特異的に発現させた膜タンパク質が雌ずい組織から回収可能であることを示した。本方法は、被子植物卵細胞のタンパク質精製において、胚珠組織から卵細胞を回収するプロセスを省略できるという点で大きな利点を持ち、本方法開発についての論文を学術誌に投稿中である。さらに、同定タンパク質のうち推定膜貫通領域を持つ候補因子について遺伝子破壊株を入手して稔性を調査した。しかしながら、一因子のみで受精に直接関与すると思われるものはなかった。しかし、本研究で確立された精製方法は既知の雄性受精因子との相互作用タンパク質を同定する目的にも適用でき、今後の研究展開に繋がる成果となった。卵細胞膜を特異的にGFPで標識したシロイヌナズナ形質転換体(EC-PM-GFP)を作出し、雌ずい組織を回収した。回収した雌ずい組織から界面活性剤に可溶性の画分を抽出し、GFP抗体による免疫沈降を行った。比較対象として野生型でも同様の実験を行った。これらの精製タンパク質に対してプロテオーム解析を行った結果、形質転換体において特異的なタンパク質が同定され、その中にはGFPも含まれていた。この結果より、本研究で行った方法では卵細胞を単離することなく、雌ずい組織を材料として、卵細胞特異的なタンパク質を単離できることが示された。本研究では卵細胞膜に存在する重複受精因子を発見することを最終目的としている。今回、上記のような経緯から花粉管に関与する表現型を示す変異体の調査に研究内容がシフトしつつあるが、新規の表現型のため追究する意義がある。
アーク放電型プラズマジェットのアフターグローを利用した壁面触媒性に関する基礎研究

低圧力条件下においてマイクロ空気プラズマジェットを発生させたところ、大気圧条件下では発現しない陽電極周りに黄緑色のアフターグローが観測された。このアフターグローは一様気流中では均一であるが、電極のごく近傍で発光パターンに特徴的な差異が見られた。本研究課題では、このアフターグローに着目し、その発光の物理化学メカニズムを詳細な分光計測により明らかにし、さらに、その知見をもとに壁面触媒性に関連するアフターグローと固体表面の干渉について検討した。以下に主な得られた結果を示す。1.低圧マイクロ空気プラズマジェットのアフターグローの分光計測より、(1)空気の構成化学種であるN_2,N_2^+のスペクトル、Nと0原子線および波長580nm近傍に最大値を持つ連続スペクトルが明瞭に観測された。(2)アフターグローの黄緑色の発光は、連続スペクトルの強度が強い波長範囲の色に対応していることがわかった。(3)窒素原子線を用いたボルツマンプロットから電子的励起温度は約5,0007,000Kであり、あまり測定位置に依存しないことがわかった。(4)連続スペクトルを黒体輻射関数と仮定すると、その色温度は約5,000Kであった。(5)スペクトルマッチング法によりN_2 2+とN_2^+ 1-バンドに対する振動温度と回転温度を推定したところ、その温度値は測定位置に依存することがわかった。2.アフターグローと新たに製作した炭素被覆型陽極固体表面の干渉実験から、炭素被覆型陽極を使用した場合、通常の銅製陽極を使用した場合に比べて、アフターグローの発光領域が減少し、異なるスペクトル分布を示すことがわかった。
公立学校における外国籍教員の実態と課題の解明

本研究は、3つの方法によって公立学校に任用されている外国籍教員の実態と課題の解明を行った。まず、都道府県政令指定都市教育委員会宛の郵送調査及び一部教委への訪問調査の結果、全国に257人が任用されていること、任用方式と給与等級に多様性があることが判明した。次に、12自治体の外国籍教員(一部日本国籍取得を含む)に聞き取り調査を行った結果、教員志望の契機や任用までの状況、他の教職員や子ども、保護者との関係で世代による違いが見られるが、全体として外国籍教員の存在やその職について日本社会や学校内で十分に理解が及んでいないことが明らかになった。最後に、外国籍教員に関する日本政府の対応等を整理分析した。本研究は、これまでほとんど先行研究のなかった外国籍教員の実態と課題の解明を目的としている。2年目(最終年度)にあたる今年度は、1)前年度実施した全国自治体郵送調査のデータ確認作業と教育委員会訪問調査の継続、2)外国籍(ルーツ)教員の聞き取り調査の継続、3)研究成果の発表と社会的還元、報告書の作成を行った。1)については、回答のあった教育委員会に回答内容の確認と成果発表でのデータ使用の了承を行い、堺市及び兵庫県教育委員会に訪問調査を実施した。その結果、回答データの正確さを確保でき、任用実態を5タイプに分類することができた。2)としては、前年度は聞き取りに協力を得られる該当者を探しあててインタビューをしていったのに対して、今年度は国籍・地域・年齢・校種等の偏りを排し、具体的な分析軸に応じた対象者を選んで聞き取りを行った。その結果、19人に聞き取りをした(外国籍(ルーツ)教員15人、アイヌ出身教員1人、関係者3人)。地域としては三重県や福岡県など近畿以外を含み、また参考データとして北海道のアイヌ出身で初めて校長になった方の話を聞くことができたことは大変貴重な成果であった。3)としては、学会発表を2回(異文化間教育学会と日本教育行政学会)し、本研究の協力者及び関心を抱く関係者を集めた研究成果の報告&交流会を行った。特に後者については、関東から中国地方に及ぶ広範囲の地域から80人の参加者があり、本研究成果の社会的還元として大きな評価を得た。外国籍(ルーツ)教員がふだんは孤立している状況であることから、集える機会を提供したことの意義は大きい。最後に以上のデータを分析し、任用実態や募集要項の多様性、歴史的背景、管理職登用の問題、外国籍教員のコーホート分析、教育実践の特徴、被教育経験との関係、教員文化、名のり、同僚や管理職との関係に着目した論考を執筆し、報告書としてまとめた。5月6日に研究組織を立ち上げ、計11人のメンバーによる調査と年間5回の研究会及び講師を招いての学習会を開催して調査研究を進めた。まず、先行研究の収集整理と公立学校における外国籍教員に関する戦後の日本政府/教育行政側の見解と運動側の要望等の流れを整理し、全員で共有することを図った。そして、全国自治体郵送調査班と外国籍(もしくはルーツのある)教員への聞き取り調査班に分かれ、それぞれの調査計画を確定して調査を実施した。都道府県政令指定都市教育委員会を対象とした郵送調査は、10月に実施し結果を分析した。その結果、全国に外国籍教員が250人いることが判明した。その内訳も含めて実態把握できたことは、91%という高い回収率とともに画期的なことだといえる。この回答を踏まえて、大阪府・大阪市・京都市・川崎市・北海道の各教育委員会に訪問調査を実施し、外国籍教員の採用や実態についてのより詳細な聞き取りを行った。また、外国籍教員の位置づけについての教育政策の裏づけとして、国会での議論等の第1次資料の収集も行った。田中宏氏を講師に呼んで学習会も行った。教員インタビューについては、まず該当する教員を特定する作業を進めながら、関東班と関西班に分かれて聞き取り調査を行った。その結果、40人の聞き取りを行うことができた。関西班23人、関東班12人、それに周辺インタビューとして日本人教員4人とアイヌ出身教員1人である。生い立ち、教員志望動機、採用試験受験状況、採用後の手続き対応等、教育活動、外国籍教員の身分に対する認識等を聞き取り、録音したデータはすべて文字化して共有できるようにした。対象者の世代、国籍、校種などは多様となるよう配慮した。このように量的にも質的にも広範な対象への聞き取り調査が実施されたことはなく、収集したデータは貴重な成果である。まず、全国自治体郵送調査については、当初計画通り実施できただけでなく、回収率が91%と、予想以上の結果となった。また、当初計画では想定していなかったが、5教委に対して訪問調査を実施した。

というのも、郵送調査では回答への協力を得て回収率を上げるためにはあまり詳細な内容の調査票を作成することはできなかったが、外国籍教員の身分や書類上の手続き等が相当煩雑な内容を含んでいるため、訪問して担当者に直接聞き取る方法がぜひとも必要だと判断されたからである。その結果、外国籍教員という立場をめぐる複雑な状況の実際を知ることができ、理解を深めるとともに教員への聞き取りにおいても有益な情報となった。次に、当該教員への聞き取り調査は、初年度はインタビュー対象者を特定する作業に時間がかかると思われたため、パイロット的に関西を中心に15人程度と想定していたが、共同研究するメンバーの精力的な調査や調査協力者からの紹介等があって、当初予定の2.5倍の聞き取りを行うことができたのみならず、関東地域での聞き取り調査が予想外に順調に進んだ。また、外国籍ではないが教員のエスニシティの多様性という観点から貴重な証言となるアイヌ出身教員への聞き取りをできたことも、当初計画にはなかったが貴重な機会であった。また、外国籍教員数の過去の数字の特定や、教育政策の裏づけとしての国会での議論等の第1次資料の収集は当初予定にはなかったが、精力的に進めるメンバーの協力があって可能となった。以上、研究は順調に進めることができただけでなく、当初の計画以上に進展した。ただし、次年度のための予備調査として外国籍教員の勤務する学校の管理職への聞き取りを行う予定だったが、当事者インタビューに手を取られて動けるメンバーがいず、その点のみ反省が残る。今年度は最終年度であり、次のように進める予定である。1.昨年度の聞き取り調査の整理をして対象者の偏りを補正するための調査計画を立てて、外国籍(ルーツのある)教員20人程度の聞き取りを行う。その際、関西及び関東圏以外の地域を含めるよう考慮する。2.昨年度の聞き取り対象者の中から5人を選抜し、その教員のかつての、または現在の勤務校の管理職と同僚教員への聞き取り調査を実施する。3.昨年の郵送調査の回答のあった教委のうち、回答内容によってさらなる訪問調査が必要だと判断される教委への訪問調査を行う。4.2014年2月か3月に、公立学校における外国籍教員に関するシンポジウムを実施する。これは、我々の調査で知り得た内容を広く還元してともに協議するためと、各地で孤立しがちな外国籍教員が集える場を提供するためである。5.本研究の成果を論文等にまとめ報告書を作成し、関係機関や関係者に送付する。なお、その報告書をもとに出版計画を立てる。なお、今年度はこれまでの研究成果をまとめて学会等で発表し、広く意見を聴取してさらなる研究に反映させていく予定である。現在決まっているのは、異文化間教育学会第34回大会のケースパネルでの発表(6月9日於;日本大学)であるが、他に日本教育社会学会と教育行政学会が予定されている。次年度使用額が生じたのは、関東方面の教育委員会への訪問調査を予定していたが、先方の都合により実施できなかったためである。したがって、これについては次年度に実施する予定である。次年度の研究費使用計画は、関東地域の外国籍教員及び周辺教員への聞き取りのための旅費や謝礼と、関西での定例研究会への出張旅費として25万円を担当の研究分担者に配分している。また、昨年度におこなった郵送調査の回答にもとづき詳細について聞き取るための訪問調査費用として、担当の研究分担者に10万円を配分している。
リソソーム内加水分解酵素の分解メカニズム解明と新規リソソーム病治療戦略の開発

リソソーム病は、リソソーム内加水分解酵素の遺伝的欠損または機能異常によって引き起こされる先天性代謝異常症である。現在のところ、主に体外から酵素を補う酵素補充療法が実施されているものの、生涯にわたる定期的な酵素の補充により生じる莫大な医療費、中和抗体の産生による副作用、頻回の通院による患者や家族の負担などが問題点として残されている。我々は、補充した酵素の分解を遅延させることができれば、酵素補充療法の治療効果が延長し、上述の問題点を解決できるのではないかと考えた。そこで、本研究では、リソソーム内加水分解酵素の分解メカニズムを解明し、これをもとに酵素分解抑制による新規リソソーム病治療戦略の開発を行うことを目的とした。我々は、これまでに、リソソーム酸性化阻害剤曝露によって代表的なリソソーム内加水分解酵素カテプシンDの成熟体の発現量が顕著に低下することを発見している。そこで、本研究では、リソソーム酸性化阻害剤を曝露した細胞を成熟カテプシンD分解促進モデル細胞として用いた。本年度は、まず、成熟カテプシンDライブイメージング系を構築した。また、リソソーム酸性化阻害剤曝露による成熟カテプシンD分解に寄与し得る細胞内分解経路を絞り込んだ。成熟カテプシンDライブイメージング系の構築に予想以上の時間を費やし、成熟カテプシンD分解メカニズムの詳細を明らかにすることができなかったため。本年度に構築した成熟カテプシンDライブイメージング系を用いてリソソーム酸性化阻害剤曝露後の成熟カテプシンD消失箇所を特定する。また、本年度に絞り込んだ細胞内分解経路に着目し、成熟カテプシンD分解メカニズムの詳細を明らかにする。
リボソーム品質管理機構に関わる大腸菌Lonプロテアーゼの活性調節機構

Lonプロテアーゼはポリリン酸と複合体を形成することによってリボソームタンパク質を効率よく分解する。最初に57種類存在するリボソームタンパク質のうち、Lonプロテアーゼ-ポリリン酸複合体の基質となるものの同定を行った。大腸菌より調整したリボソームから高濃度の塩化リチウムによりリボソームタンパク質を抽出し、陽イオン交換クロマトグラフィーにより分離した。それぞれのリボソームタンパク質について、Lonプロテアーゼ-ポリリン酸複合体による分解を調べた結果、これまでに明らかとなっているS2,L9,L13のほかに、L1,L3,L6,L24などがLonプロテアーゼ-ポリリン酸複合体により分解されることが明らかとなった。次にLonプロテアーゼにおけるポリリン酸結合領域の決定を行った結果、784アミノ酸からなるLonプロテアーゼのうち、272番目から350番目の領域にポリリン酸が結合することが明らかとなった。この領域は比較的親水性に富んではいるものの、これまでに知られているポリリン酸結合モチーフの配列はみられなかった。次に電子顕微鏡によるLonプロテアーゼ-ポリリン酸複合体の構造解析を行った。一般的によく行われるネガティブ染色法ではうまく染まらなかったため、白金を用いた低角度回転蒸着法により観察を行った。その結果、Lonプロテアーゼがリング状に重合した巨大な複合体と考えられる像が得られた。このリング状の構造がLonプロテアーゼの基質特異性の変化に重要であると思われた。
各種味溶液摂取時のサルの表情と大脳皮質前頭弁蓋部のニューロン成動

サルの大脳皮質味覚野を含む前頭弁蓋部からニューロン活動を慢性実験で記録し、味溶液摂取に伴う活動変化を調べた。この際、サルの表情の変化と咬節等の筋電図も併せて記録した。61年度は受動的に口腔に投与した四基本味液と水に対する前頭弁蓋部皮質ニューロン活動を調べた。ニューロンは全ての溶液の投与時に一過性に応答するON型、咀嚼・吸啜など口腔運動に伴って活動するMO型の各ニューロンと味溶液によって応答の変化する味覚ニューロンに分類できた。前2型のなかには口唇や口腔内に受容野をもつ触ニューロンがあった。触ニューロンは1ー2野と3野の第1次体性感覚野、PrCOに多く、味覚ニューロンは1ー2野、味覚野、OFOなどに存在した。MO型は前頭弁蓋部皮質に広く分布していた。咀嚼時にはON型ニューロンと味覚ニューロンは抑制された。62年度は食塩水と水の弁別GO/NOGOタスクをサルに学習させ、反応時間や正答率が濃度依存性であることを見出すと共に、前頭弁蓋部良質ニューロン活動を記録してサルの表情とニューロンの活動をビデオに収録した。ニューロン型としては、食塩/水の手掛かり刺激に非選択的(A型)あるいは選択的に応答するもまの(B型)、報酬(ショ糖)や罰(キニーネ)に応答する(R/P型)などがあった。A型はタスク実行に特異的な注意ニューロン、R/P型は、酬や罰といった心理的要因に関連するものと考えられ、B型とA型やR/P型の一部は味覚ニューロンと考えた。注意・報酬/罰に関係するニューロンはPrCOに、味覚ニューロンは1ー2野と味覚野に多かった。63年度はもっと多くの味溶液を刺激として使用できる味覚マッチング・トウ・サンプル・タスクを開発した。前年度の食塩/水弁別Go/NoGoタスクよりも長いトレーニング期間を要した。本タスクの開発によりサル前頭弁蓋部皮質ニューロンの働きを解明できるものと確信する。サル用に水と食塩の弁別go-no goタスクを開発した。このタスクでは、水と食塩水(0.03M,0.1M,0.3M)がランダムにサルの口腔内に入り、食塩水であればサルはレバーを押し(go)報酬としてショ糖をもらい、水のときはレバーを押さない(no go)。また罰としてキニーネを用いた。味刺激の投与はMSXマイクロコンピュータで制御した。学習の成立したサル2頭を用い、大脳皮質前頭弁蓋部付近よりニューロン活動を記録すると共に咬筋の筋電図を記録し、サルの表情と共にビデトカメラを介してテープに記録した。用いた3基本味のうち、サルはキニーネに対してgapingなどの得異的な拒否的表情を呈したが、水や他の液に対しては主に摂水を行ない、溶液に対し特異な表情はみられなかった。1頭のサルは飲み口をなめる動作をするものもあったが、味刺激特異性はなかった。咬筋活動はこれらの行動に対して異ることはなかった。大脳皮質ニューロンの活動パターンは、数種類に分類できた。大部分のものは、レバー押しの前後に放電数が増加し、食塩の濃度の増減と共にに放電数が変化した。少数のものは逆に水や食塩により放電数の減少が生じ、時間の経過と共に放電数が増加した。

また、報酬や罰刺激に応答するものも数例みられた。1頭のサルについて、慢性に電極を咬筋,顎二腹筋,大頬筋,口輪筋に装着し、四基本味や水の摂取時、固型飼料やサツマイモ小片の摂取時の筋電図活動とサルの表情をビデオに記録し解析した。キニーネに対するgaping時に顎二腹筋と大頬筋が特異的に活動した。咀しゃく時には主として咬筋と顎二腹筋が活動し、側方への咀しゃく運動時には口輪筋も活動した。口輪筋は吸啜時にのみ特異的に活動することはなかった。ミニコンピュータによる行動ならびに神経生理データの解析プログラムを作成し,昨年度水と食塩の弁別GO-NOGOタスク中のサルの大脳皮質前頭弁蓋・島皮質ニューロンから記録したデータを解析した.2頭のサルから弁別行動に関連あるユニット156個を見出した.水や食塩のキュー刺激で活動の増大するもの26個,キュー刺激・報酬のショ糖・罰のキニーネなど液のいかんに拘らず活動の増えるもの74個,液の種類によって活動が異なるもの33個(このうちショ糖で増大するものが31個と最も多い),レバー押しの開始時や期間中に活動するもの8個,タスクトライアルの間で増加するもの15個があった.キュー刺激のみに応答するものやタスクトライアル間で活動の増加するものはアテンションに関与したニューロンであり,液のいかんに拘らずそのオンセットで増大するものは触ニューロンであり,液の種類によって活動の異なる33個が味覚に関係すると考えられる.ただし大部分はショ糖に応答しているので,これらのニューロンの一部は甘味ではなくて報酬に応答している可能性もある.一方, NIH基準を満足するようなモンキー・チェアーを作成し,毎日ケージから2頭のサルをモンキー・チェアーに移して座らせ,正規の飲み口から水を飲ませる訓練を行った.試行錯誤で行っているためこの訓練に23ケ月を費やした.現在,レバーを押して水を飲む訓練を行っているところで目的とした四基本味と水の弁別学習を行わせるところまでにはいたっていない.最終年度には四基本味と水の弁別学習をサルに行わせつつ,その大脳皮質前頭弁蓋部からタスク関連のニューロン活動を記録できるように訓練を行っている.また,サルの弁別行動を制御するためのマイクロコンピュータのソフトも一部開発を行った.前年度は、水と食塩水の弁別GO/NOGOタスク時のサルの前頭弁蓋部ニューロン活動を記録した。しかし、弁別すべき味刺激は食塩しかなく、報酬/罰として用いたショ糖やキニーネは味としてサルが認識しているのか、報酬/罰という心理的要因として受容しているのかは判らない。従って、四味刺激を含む多くの味刺激と弁別できるようなタスクの開発が必要となる。本年度は多数の味刺激の弁別を動物に行わせることのできる味覚(遅延)マッチング・トウ・サンプル・タスクを開発した。すなわち、飲み口をくわえたサルの前面にグリーンのライトを点灯し、サルがレバーを押すと第1の味刺激が与えられ、なおレバーを押し続けるとある遅延時間をおいて第2の味刺激が与えられる。なおレバーを押しているとランプが赤色に変わり、サルはレバーを離して2つの手掛かり刺激が同じでおればイエスのキーを押し、異なっていればノーのキーを押す。イエスであれノーであれ正解の時は報酬を与えて強化した。実際にはニホンザルを1頭用いて、先ず水と食塩水の弁別を学習させたのち、レバー離しと手掛かり刺激の関連付け、レバー離しと手掛かり刺激1と2の関連づけを行い、さらにイエスのレバーを押させて報酬をやる、またノーのレバーを押さえる訓練を行った。イエスとノーがそれぞれ確実にできるようになったのち、イエスとノーを交互に行わせ、最終的に完全にランダムに与えた。
遺伝子治療による関節不動化に伴う関節拘縮予防法の開発

整形外科治療において関節固定後に生ずる関節拘縮は解決すべき大きな問題である。関節不動化に伴う関節拘縮の原因として関節内の線維性滑膜組織の増殖が特徴的であると報告されている。そこで我々は、細胞増殖活性化転写因子であるE2Fに対するおとり(デコイ)遺伝子を導入し、滑膜細胞を主要とする関節内構成体細胞の増殖を抑制させることにより関節拘縮の予防をめざす研究を行ってきた。関節拘縮のモデルとしてWisterラットを用いWilson (Clin Orthop 1988)らの方法に倣い、膝関節過屈曲位(約150度)での軟鋼線ワイヤーによる締結固定による関節不動化モデルを作成し、固定後1,2,3,4週後の膝関節矢状断面組織のHE染色による観察により、同関節固定モデルが再現性良く滑膜細胞の増殖、細胞外基質の増生による関節癒着を形成することを確認した。In vitroでの遺伝子導入の実験として、cell lineのラット線維芽細胞(3Y1-B、NRK)およびラット初代滑膜細胞を用いてHVJ-envelopeベクターを用いた蛍光標識オリゴヌクレオチドの導入を行いその導入効率を半定量化し、in vitroでの遺伝子導入の至適条件を決定した。In vivoにおいて、ラット膝関節内にHVJ-envelopeベクターを用いた蛍光標識オリゴヌクレオチドを関節腔内注入法を用いて導入を行い、滑膜組織の切片を作成し、滑膜表層組織に高率に遺伝子導入され、その他の組織(軟骨、半月板、靭帯)には関節内注入だけではほとんど遺伝子導入されないことを確認した。現在、不動化モデルラット膝関節内にE2Fデコイ遺伝子を導入し、関節内滑膜組織の増殖抑制、細胞外基質産生抑制の程度を分子生物学的、形態学的手法により解析中である。そこで我々は、細胞増殖活性化転写因子であるE2Fに対するおとり(デコイ)遺伝子を導入し、滑膜細胞を主要とする関節内構成体細胞の増殖を抑制させることにより関節拘縮の予防をめざす研究を進行中である。現在までに(1)関節拘縮のモデルとしてWisterラットを用いWilson(Clin Orthop 1988)らの方法に倣い、膝関節過屈曲位(約150度)での軟鋼線ワイヤーによる締結固定による関節不動化モデルを作成。固定後1,2,3,4週間後の膝関節矢状断面組織のHE染色による観察により、同関節固定モデルが再現性良く滑膜細胞の増殖、細胞外基質の増生による関節癒着を形成することを確認した。(2)in vitroでの遺伝子導入の実験として、まずcell lineのラット線維芽細胞(3Y1-B、NRK)を用いてHVJ-envelopeベクターを用いた蛍光標識オリゴヌクレオチドの導入を行いその導入効率を半定量化し、in vitroでの遺伝子導入の至適条件を決定した。さらに、ラット膝関節滑膜組織より滑膜細胞の初代培養細胞を作成し、同様にHVJ-envelopeベクターを用いて蛍光標識オリゴヌクレオチドの培養滑膜細胞内へのtransfectionの至適条件を決定した。現在、in vivoでラット膝関節内への遺伝子導入の至適条件をin vitroの場合と同様に蛍光標識オリゴヌクレオチドを用いて検討中である。このin vivoでの至適遺伝子導入方法の確立の後に、不動化モデルラット膝関節内にE2Fデコイ遺伝子を導入し、分子生物学的、形態学的手法により関節内滑膜組織の増殖抑制、細胞外基質産生抑制を検討する予定である。

そこで我々は、細胞増殖活性化転写因子であるE2Fに対するおとり(デコイ)遺伝子を導入し、滑膜細胞を主要とする関節内構成体細胞の増殖を抑制させることにより関節拘縮の予防をめざす研究を行ってきた。関節拘縮のモデルとしてWisterラットを用いWilson(Clin Orthop 1988)らの方法に倣い、膝関節過屈曲位(約150度)での軟鋼線ワイヤーによる締結固定による関節不動化モデルを作成し、固定後1,2,3,4週後の膝関節矢状断面組織のHE染色による観察により、同関節固定モデルが再現性良く滑膜細胞の増殖、細胞外基質の増生による関節癒着を形成することを確認した。In vitroでの遺伝子導入の実験として、cell lineのラット線維芽細胞(3Yl-B、NRK)およびラット初代滑膜細胞を用いてHVJ-envelopeベクターを用いた蛍光標識オリゴヌクレオチドの導入を行いその導入効率を半定量化し、in vitroでの遺伝子導入の至適条件を決定した。In vivoにおいて、ラット膝関節内にHVJ-envelopeベクターを用いた蛍光標識オリゴヌクレオチドを関節腔内注入法を用いて導入を行い、滑膜組織の切片を作成し、滑膜表層組織に高率に遺伝子導入され、その他の組織(軟骨、半月板、靭帯)には関節内注入だけではほとんど遺伝子導入されないことを確認した。現在、不動化モデルラット膝関節内にE2Fデコイ遺伝子を導入し、関節内滑膜組織の増殖抑制、細胞外基質産生抑制の程度を分子生物学的、形態学的手法により解析中である。
ウェイイング行列の構成・分類とその応用

平成14年度の研究成果検索可能計画を論じたものであり、2因子交互作用から高々3個の未知効果が検索でき、主効果と共に推定可能な、より改良したいわゆるMEP.3計画を構成している。ある多項式で決まる位相空間でのホモとピーのタイプを3次元の場合を特徴づけた。平成15年度の研究成果論文「立体折り紙」では、平面の図形から立体図形を作る研究で、ここでは正方形から無限個の立体図形をいくつかの非同値な系列に分類し、さらに立体図形を構成できない平面図形について論じている。平成16年度の研究成果正方形二面体の片面だけにハサミを入れる特別な場合について、その凸展開図すべてを求めた研究である。正方形二面体の両面にハサミを入れる一般の場合について、その凸展開図すべてを求めた研究である。検索計画に関するものであり、従来のMEP.3を改良したものである。その内容を含む要因実験に関する専門書を外国人とともに著作した。著書「統計学入門」では、ウエイイング行列を用いた実験計画法の応用例を記載している。1.大森はウェイイング行列W(n,κ)において、1≦κ≦n≦20の完全分類と、いまだ存在・不存在が不明なW(23,16)の、ある特殊な内部構造を持つ場合について、精力的に構成中である。なお、ウェイイング行列に関連する分野の研究集会「実験計画法、符号理論、グラフ理論、数式認識等における諸問題」を開催し、広い知見を得て、今後の研究に役立った。2.白倉は検索可能計画について、特に主効果推定の効率を従来の計画より、より改良したものを構成した。その中でウェイイング行列を用いて具体例を提示している。これらは論文として出版された。また、ある連結グラフの数え上げについても論文を仕上げた。3.平田はある多項式で決まる位相空間でのホモトピーの性質を研究し、論文としてまとめた。これらは組合せの問題の一面を持っており、ウェイイング行列との関連の研究は今後の課題である。1.大森はウェイイング行列W(n, k)において,1≦k≦n≦20の完全分類と,いまだ存在・不存在が不明なW(23,16)を構成するために,ある特殊な内部構造を持つ場合について精力的に実行している.2.白倉は検索可能計画について,特に主効果推定の効率を従来の計画より,より改良したMEP.3計画を構成した。これらの成果は研究集会や学会で発表されている3.平田は立方体の十字形展開図から,同型を除く85通りの凸多面体が,かつ,それだけである事を示した。これらは組合わせの問題の一面をもっており,ウェイイング行列との関連は今後の課題である.1.大森はウェイイング行列W(n, k)において、研究の主目的である、nが20以下の場合の完全分類と、いまだ存在・不存在が不明な、W(23,16)を構成するために、ある特殊な内部構造を持つ場合について精力的に研究したが、その成果はまだ上がっていない。京都大学の大型計算機を利用し、現在も研究中である。しかし、ウェイイング行列や関連あるアダマール行列を扱った教科書的な本を出版した。2.白倉は検索可能計画について、2因子交互作用から高々3個の未知効果が検索でき、主効果と共に推定可能な、より改良したいわゆるMEP.3計画を構成した。そのことは、要因計画で大切な結果であり、二人の外国人と共に要因計画に関する専門書を出版した。3.平田は正方形二面体の凸展開図に関する研究を行った。では正方形二面体の片面だけにハサミを入れる特別な場合について、その凸展開図すべてを求めた研究である.では正方形二面体の両面にハサミを入れる一般の場合について、その凸展開図すべてを求めた研究である。
サンプリングによる乱れを受けた自然地盤試料の変形・強度特性の合理的補正法の開発

地盤の特性を評価する際,地盤から各種サンプリング法によって採取された試料を用いて室内試験を行い,地盤の特性の評価が行われている。しかし地盤から試料を採取する際には試料が地盤内で受けていた応力が解放され,また試料採取の際に加えられるいわゆる乱れのため,採取された試料の特性は,その試料が地盤の中にあるときの特性と異なってしまうことが多い。この応力解放と乱れの影響は,土粒子間に固結力のはたらいていない試料よりも,はたらいている試料の方がより深刻であるとされている。そこでこの研究では実験的な手法によって粒子間に固結力のはたらいている試料におよぼす応力解放とサンプリングの影響について研究した。この研究課題の申請書に記入した研究目的は次の通りである。「室内試験から得られる自然地盤の応力ひずみ強度特性は,サンプリングによる乱れと応力解放のため,サンプリング前の特性とかなり異なっている。またサンプリングされた試料の試験結果からサンプリング前の特性を推定する方法もいろいろと提案はされているが,確固たる実験的/理論的な裏づけをもった推定法は未だに確立されていない。そこでこの研究では,自然地盤と同等な特性をもつ再構成粘土を準備し,この粘土を試料とする一連の三軸試験を行い,サンプリングの影響を受けていない状態の応力ひずみ強度特性と影響を受けた状態の特性の比較を行い,実験的な裏づけを持った合理的な応力ひずみ強度特性の推定法の確立を目指す。」この目的の達成のために,一昨年度から3ヶ年の予定で研究を進めており,一昨年度と昨年度に達成した研究実績の概要は次の通りである。1.再構成粘土にセメントを添加することにより,自然地盤から採取される構造を持った粘土と同じような特性を示す粘土の作成法を確立した。この方法によって作成した試料が構造を持った自然粘土と同等な特性を持っていることを確認するために,定ひずみ速度圧密試験,一軸圧縮試験,および三軸圧縮試験を行った。2.三軸試験器を用いたサンプリングのシミュレーション試験を行い,サンプリングにともなう乱れや応力解放の影響によって,構造を持った粘土が本来有していた変形強度特性が変化してしまうことを明らかにした。また,応力解放や乱れが試料の特性に与えた悪影響を取り除くために再圧密法が行われることがあるが,構造を持った粘土の場合,再圧密法を適用しても試料本来の特性が得られないことも明らかにした。本研究課題の目的は三つである。第一は自然地盤と同等な「構造」を持つ地盤試料の人工的作成法の開発であり,第二は地盤試料の異方弾性特性や先進的な弾塑性モデルで必要とされる各種パラメーターを測定することのできる精密三軸試験装置の開発であり,第三のそして最終的な目的は上記の人工試料と三軸装置を用いてサンプリングのシミュレーション試験を行い,自然粘土の異方弾性特性や弾塑性特性に及ぼすサンプリングの影響を明らかにするとともに,サンプリングされた試料の力学試験結果から,サンプリングの影響のない力学特性の推定法を提案することである。平成24年度は上記三つの目的のうち,構造を持つ地盤試料の人工的作成法の開発と精密三軸試験装置の開発を行っている。自然地盤の構造の実態は土粒子間の固結力であるとされている。そこで第一の目的を達成するためにセメント添加粘土の予圧密試料を作成して定ひずみ速度圧密試験を行い,構造を持つ自然地盤試料と同じような挙動が得られるか否かについて調べた。この実験よりセメントの添加によって構造を持つ地盤試料の特徴的な圧密挙動が再現できることが明らかになった。具体的にはe-logp'面上におけるセメント添加粘土の圧縮線が無添加粘土の圧縮線よりも右側に移動する挙動と,圧密圧力の増加に伴ってセメント添加粘土の圧縮線が無添加粘土の圧縮線に収束する挙動である。またすでに述べたとおり平成24年度は三軸試験装置の開発も行っている。具体的には異方弾性特性を測定するために既存の三軸試験装置にLVDT,ギャップセンサー,ベンダーエレメントなどを取り付けるとともに,装置を制御するためのコンピュータープログラムの開発などである。自然地盤の粘土は粒子間に固結力(セメンテーション)を持つ物も多いが,この固結力を持つ粘土におよぼす試料採取(サンプリング)に伴う応力解放や乱れの影響を調べた研究は少ない。そこで本研究ではこの固結力を持つ粘土におよぼす応力解放や乱れの影響を調べることを目的とした。この研究では,はじめに,一連の定ひずみ速度圧密試験,一軸圧縮試験,三軸圧縮試験を行い,均一性の高い固結力を持つ粘土を人工的に作成する方法について研究した。その結果,セメントを添加した予圧密粘土を試料とすることにより,均一性の高い固結力を持つ粘土を人工的に作成できることを確認した。次にこのセメント添加粘土を試料とする三軸試験器を用いたサンプリングに伴う応力解放と乱れのシミュレーション実験を行った。

行った実験はK0圧密非排水せん断試験,応力解放のシミュレーション試験,乱れと応力解放のシミュレーション試験,再圧縮法のシミュレーション試験,SHANSEP法のシミュレーション試験である。これらの実験結果から,乱れや応力解放によって試料の特性が変化してしまうものの,乱れや応力解放を受けた試料に対してSHANSEP法を適用することにより,サンプリング前の試料の本来の特性を再現することができる可能性があることを明らかにした。また固結力を有する粘土の力学特性は過圧密と関連させて考察されることが多いことから2014年度にはセメンテーションを有しない過圧密粘土の研究も行っている。地盤工学この研究では研究目的を達成するために次の三つの実験シリーズの実施を計画している。(1)構造を持った自然粘土と同様な挙動を示す室内再構成粘土の作製法を確立する。(2)サンプリングにともなう応力解放と乱れが,粘土の中大ひずみ域ににおける変形特性に与える影響と強度におよぼす影響を明らかにする。(3)サンプリングにともなう応力解放と乱れが粘土の微小ひずみ域の変形特性におよぼす影響明らかにする。これら三つの実験シリーズの内,(1)と(2)についてはほぼ予定通り実験を進めているが,(3)については当初の予定より遅れている。そのため現在までの達成度の評価を「やや遅れている」とした。研究計画では平成24年度の終了時点で,人工自然地盤試料の作成方法を確立するとともに,三軸試験装置を完成させ,少なくとも予備実験を終了させる予定であった。それに対して平成25年の4月の時点では,三軸試験装置が完成していないため,自己評価は(3)のやや遅れているとした。この遅れの主たる理由は,平成24年度においては学生の就職担当教員として,就職指導にかなりの時間を割かなければならなかったためである。これまでの研究により,応力解放と乱れの影響が,構造を持たない粘土と構造を持つ粘土で著しく異なることが実験的に明らになった。すなわち構造を持たない粘土の力学特性は,有効応力状態と間隙比によってほぼ決まっており,乱れや応力解放によって間隙比や有効応力状態が変化するために,力学特性も変化してしまう。したがって構造を持たない粘土では,カムクレイモデルなど,有効応力と間隙比と力学特性を結びつけるフレームワークにもとづいて,ある程度,サンプリング前の試料の特性を推定することが可能であると思われる。それに対して構造を持った粘土の力学特性は,間隙比や有効応力の強い影響を受けるのはもちろんであるが,これまでの研究から,これら以外の要因の影響も受けていることが明らかである。そのため,構造を持たない粘土については,有効応力と間隙比のみのフレームワークでは,サンプリング前の試料の特性を推定するのは難しい。そこで,今後,この研究では,これまでの行ってきた実験結果とこれから行う実験結果などを参照しながら,構造を持った粘土の力学特性を支配している現時点では明らかとはなっていないパラメーターの探索を行うとともに,構造を持った粘土の力学的挙動を理解するためのフレームワークの構築を行い,構築したフレームワークにもとづいて,応力解放と乱れを受けた試料の本来の力学特性を推定するための手法の開発を試みる予定である。
概日時計発振系におけるMAPキナーゼのリン酸化リズムの役割

脊椎動物の網膜・松果体・視交叉上核は概日時計システムの中枢として機能しており、概日時計は単一細胞内で時計遺伝子の転写・翻訳を介した負のフィードバックループを基本骨格として発振している。最近、時計蛋白質のリン酸化などの翻訳後修飾が時計発振に重要な役割を果たしていることが示唆されているが、この点に関しての研究はあまり進んでいない。私は、時計組織においてMAPキナーゼ活性が日周変動すること、さらにMAPキナーゼの活性変動が概日リズムの形成に極めて重要な役割を果たしていることを見出していた(J. Neurosci.,20:986,2000;J. Biol. Chem.,275:37078,2000)。そこで、概日時計発振系におけるMAPキナーゼのターゲット分子を同定しようと試みた。その結果、MAPキナーゼが哺乳類培養細胞においてマウスCryptochrome(mCRY1およびmCRY2)と結合すること、およびMAPキナーゼがmCRY1およびmCRY2をin vitroでリン酸化することを見出した。さらに、このリン酸化mCRYをトリプシン処理し、得られたペプチド断片を質量分析に供することにより、mCRY1のSer247およびmCRY2のSer265/Ser557がリン酸化されることを明らかにした。次に、リン酸化によるmCRYの機能調節の可能性を検討するため、各リン酸化部位のAsp置換体(リン酸化状態を模倣する変異体)を作製した。その結果、野生型mCRY1およびmCRY2はmBMAL1:mCLOCKを介した転写活性化を強く抑制するのに対して、mCRY1(Ser247Asp)変異体およびmCRY2(Ser265Asp)変異体の転写抑制能は、それぞれ野生型に比べて低下することを見出した。以上の結果から、MAPキナーゼはmCRY1のSer247およびmCRY2のSer265をリン酸化し、その機能を制御していると考えられた。
広視野Ｘ線観測による重力波源の同定と相対論的ジェットの研究

データ解析によるガンマ線バースト(GRB)の研究と金沢大学超小型衛星に搭載する広視野X線撮像検出器の開発を行った。(1)データ解析:赤方偏移が測定されている短時間GRBの残光放射について、X線と可視光・近赤外線帯域を合わせた多波長エネルギースペクトルを作成した。スペクトルフィッティングを行い、バースト毎にX線の吸収と可視光・近赤外線の減光量を系統的に計算した。吸収量と減光量の相関関係から、短時間GRBの周辺環境が天の川銀河と類似していることを示した。このことは短時間GRBが星形成領域とは異なる領域で発生するという理論的な予想を支持する初めての観測的事実である。また、重力波源の性質の理解という重要課題に対して貢献する成果であり、本研究の当初の目的を達成できたと判断できる。(2)検出器開発:昨年度構築した真空チャンバとX線発生装置を組み合わせたシステムを用いて、フライトモデルと同等のシリコンストリップ検出器と高利得アナログ集積回路が実装されたプリフライトモデルの動作試験及び性能評価を行った。さらに、フライトモデルの筐体設計に向けた熱真空試験を行い、検出器の性能が最大限活かせる温度まで受動的に冷却できる筐体の熱設計を行った。大学衛星の相乗り公募の機会が提供されていないことから、衛星の打ち上げまでを実現することはできなかったが、検出器のフライトモデル開発において、十分な成果を挙げることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ガンマ線バーストのデータ解析とX線撮像検出器および人工衛星の開発を行った。データ解析では、Swift衛星のデータを用いて明るいバーストに対し光子フラックスの時間変動について系統的に解析を行った。100ミリ秒以上の時間スケールにおいて、光子フラックスが増加する時間間隔の分布はバーストの前後半で変化がないことを示した。これは理論的な数値シミュレーションの予想を一部否定しており、相対論的ジェットの中心エンジンや親星内部の伝搬について、新たな知見が得られた。以上の成果は日本天文学会2017年春季年会において報告し、筆頭著者として投稿した論文は出版済みである。計画では他の人工衛星のデータも使用することを予定していたが、本解析の性質上それは適さないと判断した。X線撮像検出器の開発はプロトタイプモデル(PM)の動作試験と性能評価を実施した。検出器の波高応答性やエネルギー分解能等の基本性能を評価し、PMが正常に動作していることを確認した。この成果は日本天文学会2017年秋季年会において報告した。その後、機械式冷凍機を用いた熱真空チャンバを自作し、衛星軌道上における検出器の熱環境の検討を行った。理論的な計算モデルと実験結果を比較することで、温度環境を定量的に理解した。また、X線発生装置をチャンバに導入し、金属ターゲットの特性X線を利用することで、真空下で複数の単色X線を発生させるシステムを構築した。PMを用いて真空下で初のX線計測を行い、システムが正常に機能していることを実証した。これにより、検出器の性能評価として重要な数keV帯域のエネルギー校正をより高精度に行うことが可能となった。以上の熱真空実験環境の構築と真空下でのX線計測における成果は、日本天文学会2018年春季年会において報告した。データ解析は当初の計画を遂行できた。装置開発ではX線撮像検出器フライトモデルの設計・製造を完了させ、動作試験の着手に至っている。当初の計画では衛星本体との噛み合わせ試験も本年度の実施内容に含まれているが、衛星本体の開発が遅れているため達成できていない。これは本研究の範囲外に因るところであり、本研究課題の進捗状況としてはおおむね順調であると判断した。データ解析では、これまで注目してきたガンマ線バーストの初期放射だけではなく、残光と呼ばれる現象も含め、ガンマ線バーストの光子フラックスとスペクトルの解析を行う。装置開発では、X線撮像検出器のフライトモデルの地上試験を完了して結果をまとめる。
車両の衝突により損傷を受けた跨道橋鋼桁の安全性評価基準と対処法

衝突によって損傷した2橋梁をもとに橋梁モデルを作成し,有限要素解析で検討した.2橋の損傷パターンは相異なるものである.まず橋梁の損傷状況を再現し,損傷した鋼桁およびウェブパネルの耐荷力を求め,無損傷の場合と比較した.衝突による損傷で,耐荷性能は変化する.鋼桁,ウェブパネルともに,耐荷力は必ずしも低下せず,増加することもあった.安全性を脅かすのは耐荷力の低下であるが,設計時の安全率に比すれば低下の度合いは大きくなく,桁下の走行車両の衝突により,直ちに橋梁の安全性が脅かされることはないと判断される.ただし,支承部の損傷や主桁に亀裂が生じた場合は,別途,慎重な検討が必要である.実際に車両衝突により損傷した鋼橋を参考にして,鋼桁モデルを作成した.衝突箇所では鉛直方向に100mm以上,水平方向に50mm程度と,かなり大きく変形している.ここでは,垂直補剛材間のウェブを鋼板パネルと呼ぶが,主たる損傷は連続する2枚の鋼板パネルに生じている.そこで,まずこの主たる損傷区間(2枚のパネル)の両端に同じ大きさの集中荷重を作用させ,鋼桁の力学挙動を検討した.この検討では,鋼桁全体をシェル要素でモデル化し,3次元非線形有限要素解析を実施した.材料非線形と幾何学的非線形の両方を考慮に入れた複合非線形解析を採用している.損傷を受けていない健全な状態の鋼桁モデルも併せて作成して解析し,比較検討した.両者の解析結果を比べると,損傷により剛性低下は早く始まるものの,耐荷力の低下は1%程度に留まった.次いで損傷した鋼板パネルの両端に集中荷重を作用させた.損傷の大きな鋼板パネルが2枚あることから,2枚の鋼板パネルを検討対象とした.鋼板パネルの耐荷力は,曲げ応力とせん断応力の組み合わせに左右される.荷重条件によって,曲げ応力が卓越する場合,せん断応力が卓越する場合がある.このことに鑑み,ここでは曲げ応力が卓越する荷重条件,せん断応力が卓越する条件を考慮した.後者では,符号の異なるせん断応力が作用する場合も考慮するため,2組の荷重条件を採用した.鋼板パネルを対象とした検討でも,鋼桁の場合と同様,シェル要素でモデル化した上で,3次元複合非線形有限要素解析を実施した.また,損傷がない鋼板パネルの解析も行い,比較検討した.いずれの荷重条件においても,損傷により,鋼板パネルの変形モードに違いが現れる.しかしながら,損傷が及ぼす耐荷力への影響は小さく,損傷により耐荷力がむしろ大きくなる場合もあった.耐荷力の増加は,衝突による変形と荷重による変形が相殺することに起因すると考えられる.衝突による損傷が,鋼板パネルの耐荷力に及ぼす影響を検討することができた車両衝突による実際の損傷を参考にして,鋼橋モデルを作成した.平成27年度の検討対象とは異なった橋で,衝突箇所の水平変位は186mmとなっており,より大きく変形している.この変形はウェブの面外変形に伴うものであり,これ以外にも,垂直補剛材の座屈や溶接接合部亀裂,横支材と垂直補剛材接合部の破壊などの損傷が生じている.垂直補剛材との接合部が破壊した横支材の中に,主桁下フランジに挟まれたものがあった.その状態を参考にして,3次元複合非線形有限要素解析を行うことで,衝突荷重を推定した.これにより,衝突後の変形状態を有限要素解析で再現することが可能になった.この結果をもとに,無損傷鋼桁,衝突により損傷した鋼桁,損傷を1.5倍にした鋼桁の耐荷力を3次元複合非線形有限要素解析で算定した.解析に際しては,損傷域外側の2点に同じ大きさの集中荷重を作用させた.解析の結果,衝突により耐荷力は8.1%低下しており,損傷が1.5倍になると10.1%低下することが判明した.設計時には1.7の安全率が取られていることを考えれば,衝突による損傷はかなりのものであるが,直ちに交通規制を行う必要はないと判断される.ちなみに,衝突による水平変位はスパンの1/144,1.5倍の損傷では1/95となっている.衝突による変形が鋼板パネル(垂直補剛材間のウェブ)の耐荷力に及ぼす影響についても,検討した.鋼板パネル両端の垂直補剛材に集中荷重を作用させ,曲げ応力の影響が支配的な場合とせん断応力の影響が支配的な場合を対象とした.検討の結果,衝突による変形によって,耐荷力がむしろ増加することもあった.これは,衝突による変形と荷重による変形のモードが異なることに起因すると考えているが,同様の現象をひずみ硬化で説明している研究もあり,さらに検討していく予定である.実際の衝突による損傷のみならず,より大きな損傷を受けた場合の影響についても,検討することができた.車両衝突によって損傷した鋼橋モデルを作成した.平成28年度の検討対象とは異なった橋で,衝突箇所の残留水平変位は最大で69mmである.これはスパンの1/544に過ぎず,比較的小さい.しかしながら,下フランジが局部的に曲げ上げられ,最大で122mmの残留鉛直変位が生じていた.この局所変形は,鉄道橋で確認されている最大値より大きい.また,垂直補剛材の座屈も見られた.まず,衝突荷重の同定を試みた.顕著な変形箇所が複数あること,下フランジが突き上げられていること,下フランジに残るこすれによる損傷,当該跨道橋と橋下道路の位置関係などから,複数の荷重が下フランジにある角度を持って作用したと推察された.その上で,実橋で計測された残留変形が得られる荷重を推定した.