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骨破壊疾患の保護的療法に関する基礎的研究

本研究において,ヒト骨芽細胞においてlysophosphatidic acid (LPA)はPLCの活性化,IP_3誘導性細胞内カルシウム濃度の上昇を介しIL-6およびIL-8産生を促進させた.一方,マウスストローマ細胞においてmTOR kinaseの活性化はosteoprotegerin (OPG)産生の制御因子として重要であること,さらにマウス骨芽細胞様細胞においてNF_<-KB>の核内移行の抑制によるNGF産生を明らかにした.これらの骨代謝制御因子に対しキーとなるシグナルカスケードが明らかにされれば,これらの因子を制御する手段により,骨疾患に対する新たな治療の構築に繋がるものと考えている.本研究において,ヒト骨芽細胞においてlysophosphatidic acid (LPA)はPLCの活性化,IP_3誘導性細胞内カルシウム濃度の上昇を介しIL-6およびIL-8産生を促進させた.一方,マウスストローマ細胞においてmTOR kinaseの活性化はosteoprotegerin (OPG)産生の制御因子として重要であること,さらにマウス骨芽細胞様細胞においてNF_<-KB>の核内移行の抑制によるNGF産生を明らかにした.これらの骨代謝制御因子に対しキーとなるシグナルカスケードが明らかにされれば,これらの因子を制御する手段により,骨疾患に対する新たな治療の構築に繋がるものと考えている.研究課題(B)「ヒト培養骨芽細胞の分化・増殖に対するLysophosphatidyl acid (LPA)の新規な作用」において、骨芽細胞および破骨細胞に対するprostaglandin (PG)E_2の作用については数多く報告されているが、アラキドン酸合成経路から同時に産生されるLPAの骨芽細胞に対する作用については、殆ど報告されていない。そこで本研究において、骨芽細胞に対するLPAの生理作用およびその作用機構について検討したところ、LPAはヒト骨芽細胞においてIL-6およびIL-8産生を促進することが明らかとなった。またその作用機構としてLPA1受容体に作用し、phospholipase Cおよびinositol 1,4,5-triphosphate (IP_3)誘導性細胞内カルシウム濃度上昇を介してこれらの産生を促進していることを示唆した。炎症性サイトカインであるIL-6およびIL-8は骨代謝において強力な骨吸収促進因子であり、今後、LPAの骨吸収に対する生理作用についても探求する必要があると考えている。以上に関する研究内容をArchs. Oral. Biol. 53,2008,207-213.にて報告した。ヒト培養骨芽細胞の分化・増殖に対する炎症性サイトカインの新規な作用: IL-1βによるヒト骨芽細胞の増殖促進とVK_2の抑制機構ヒト骨芽細胞においてIL-1βに応答する骨芽細胞としない骨芽細胞があることを見いだした.ヒト骨肉腫由来骨芽細胞株SaOS-2およびHOS細胞はIL-1βによる細胞増殖促進は認められなかったが,ヒト骨芽細胞SaM-1およびヒト骨肉腫由来骨芽細胞株MG-63細胞はIL-1βにより細胞増殖が促進された.この応答の違いは, IL-1R1の発現の違いに差が生じている一方で,骨芽細胞のphenotypeであるosteocalcin (OSCAL)の遺伝子発現にも違いが生じておりさらにIL-1βによりOSCALの遺伝子発現は抑制された.そこでOSCALとIL-1βによる細胞増殖促進作用との関連性について検討したところ, OSCALおよびGla化されたOSCAL(Gla-OSCAL)の添加はIL-1βによる作用に効果を示さなかったが, γ-carboxylaseの阻害作用を示すvitamin K_2 (VK_2)存在下ではIL-1βによる細胞増殖促進が抑制された。また, IL-1βによりGla-OSCAL産生は抑制され,この作用はVK_2により拮抗された.以上の知見よりヒト骨芽細胞においてOSCALのGla化の抑制がIL-1βの細胞増殖促進作用に関与している事が示唆された.現在これらの結果をまとめて,投稿準備中である.「ヒト培養骨芽細胞の分化・増殖に対する炎症性サイトカインの新規な作用:IL-1βによるヒト骨芽細胞の増殖促進とVK_2の抑制機構」OSCALとIL-1βによる細胞増殖促進作用との関連性について検討したところ,γ-carboxylaseの阻害作用を示すvitamin K_2(VK_2)存在下ではIL-1βによる細胞増殖促進が抑制された。また,IL-1βによりGla-OSCAL産生は抑制され,この作用はVK_2により拮抗された.以上の知見よりヒト骨芽細胞においてOSCALのGla化の抑制がIL-1βの細胞増殖促進作用に関与している事が示唆された.現在これらの結果をまとめて,投稿準備中である.また,ヒト骨芽細胞の増殖に関する補足的研究として,マウスストローマ細胞を用いmammaliantarget of rapamycin(mTOR)とosteoprotegerin(OPG)産生との関連性について検討した.mTOR阻害剤であるRapamycinは細胞増殖およびアポトーシスに影響ない濃度においてOPG産生を促進させたが,RANKL産生には影響を及ぼさなかった.これらの知見よりOPG産生にはmTORの活性化が必要であることが示唆された.またマウス骨芽細胞様細胞を用い,NGF産生とNF-KBとの関連性について検討したところ,NF-κBの適度な核内移行の抑制はNGF産生を促進させる事が示唆された.これらの知見はヒト骨芽細胞における分化・増殖に関わる新たなターゲット因子の模索として重要であると考えている.
シロイヌナズナのフェノール性異物配糖体の輸送機構の解析

植物は有害な化学物質にさらされると、糖を付けるなどの修飾反応を行ってから輸送/蓄積し、その毒性を回避します。本研究では、モデル植物であるシロイヌナズナがフェノール性の異物であるナフトールにさらされたときに働く糖転移(配糖化)酵素およびアシル化酵素を同定して、その役割を解析しました。また、植物ではほとんど知られていない、糖が結合した異物を細胞の外に排出する仕組みを解析し、関与する輸送体の候補を見つけるととともに、この異物代謝における配糖化酵素の役割分担を明らかにしました。本年度は、昨年度に引き続きAtPMaT2の多様な基質に対する酵素学的な解析を行い、異物代謝に寄与しうること示した。さらに、昨年度作出したAtMaT2遺伝子発現抑制株の解析を行った。しかし、それらの抑制株では目的の遺伝子抑制が起きていなかったため、再度、作出し直すとともに、AtPMaT1破壊株に対するAtPMaT2強発現株、および遺伝子発現抑制株の作出を行った。その結果、すべての組換え体を得ることができた。AtPMaT1破壊株に対するAtPMaT2強発現株にナフトール投与したところ、マロニル化物の蓄積が回復したことから、AtPMaT1の異物代謝機能をAtPMaT2が相補可能であること、すなわち、AtPMaT2も異物代謝に関与しうることが明らかとなった。興味深いことに、AtPMaT1破壊株を親株としてAtPMaT2遺伝子の発現を改変した植物では、発芽直後の生育に異常が認められた。シロイヌナズナの根由来の膜ベシクルを調整し、配糖体輸送活性の調査を試みたが、輸送活性が得られなかった。また、根特異的に発現するABC輸送体遺伝子の破壊株13種の解析を行った結果、ナフトール配糖体の放出に関与するものが得られなかったため、阻害剤実験による輸送体機能の検討を進めた。その結果、バナジン酸による配糖体の細胞外輸送に対する阻害が認められた一方で、ABC輸送体の特異的阻害剤では顕著な抑制効果を示すものは見いだされなかった。その結果から、別の輸送体の関与が示唆されたため、それらのうち根で発現するものを選抜し、遺伝子破壊株の種子を入手して、遺伝子破壊状況の確認を行った。現在、これら破壊株におけるナフトール代謝物の輸送活性の検討を行っている。本研究は、シロイヌナズナの解毒代謝において、フェノール性異物(ナフトール)が配糖化およびマロニル化を受けて細胞内に蓄積される一方、一部が配糖体として外部に放出される現象の代謝反応・輸送機構の解明を目的とした。まず、異物代謝に関与するマロニル化酵素AtPMaT1のホモログであるAtPMaT2を解析した。AtPMaT2は、AtPMaT1と比べてより幅広い基質にマロニル化活性を示した。AtPMaT2の高発現はAtPMaT1遺伝子破壊株のマロニル化代謝を相補したことから、AtPMaT2は、AtPMaT1と同様に異物代謝能力を持つことが明らかになった。しかし、AtPMaT2を破壊したシロイヌナズナは生育できなかったことから、本来は生育に必須な何らかの機能を担うことが示唆された。次に、異物代謝に関与することが報告されている配糖化酵素UGT72B1がナフトールに対する配糖化活性を示したことから、シロイヌナズナのUGT72B1破壊株にナフトールを投与した。その結果、破壊株では配糖体が放出されなくなった一方で、細胞内のナフトール配糖体およびマロニル化物の蓄積量は野生株と同等であった。以上から、UGT72B1は細胞外に放出される配糖体の代謝に関与し、細胞内で蓄積される配糖体の代謝は別の酵素によることが示唆され、同じ物質の同じ修飾反応による解毒代謝にいくつかの経路が存在するという興味深い現象が明らかになった。これら代謝物の輸送について、各種輸送阻害剤による検討と、根で特異的に発現する輸送体遺伝子の破壊株に対する投与実験による解析を行った結果、MATEトランスポーターであるRHS2破壊株において、野生株と比較して有意に配糖体の放出が減少したことから、この輸送体が配糖体の放出に寄与することが示唆された。さらに、配糖体の放出現象を応用した物質変換系の可能性について検討した。これまでに、シロイヌナズナのマロニル化酵素AtPMAaT1がフェノール性異物の代謝に関わることを明らかにした。本研究では、まず、AtPMaT1と同様の酵素活性を示したマロニル化酵素AtPMaT2について、その酵素学的な解析を行い、AtPMaT1と比較してより幅広い基質に対してマロニル化活性を示すことを明らかにした。また、AtPMaT

2遺伝子破壊株を入手して自家交配によるホモ個体の取得を試みたが、3回の自家交配を繰返しても得ることができなかったため、遺伝子発現抑制株および強発現株を用いた機能解析を行うこととしてその作出を行い、それぞれ組換え株を得た。また、AtPMaT1破壊株に対するAtPMaT2強発現株(相補株)、および発現抑制株の作出を行った。これらの変異株の代謝比較により、異物代謝反応と輸送・蓄積機構との関連性がより明確になると期待される。輸送機構の解析においては、シロイヌナズナの根の培養方法を確立し、膜ベシクルを用いた輸送実験系の構築を進めたが、詳細な条件の確立には至っていない。一方、物質輸送に関わることが期待されたシロイヌナズナの根特異的に発現する輸送体遺伝子の破壊株13種の種子を入手して、それぞれの幼植物体を用いたナフトール投与実験を行い、輸送体欠損によるナフトール代謝蓄積に対する影響の有無を調査した。その結果、テストした株の中にナフトール代謝物の蓄積に影響が認められた変異体が存在した。現在、ナフトール代謝物の輸送活性について、阻害剤実験による検討を進めている。同時に、種々の植物に対するナフトール投与試験を行い、マロニル配糖体以外としてナフトールを蓄積した植物を確認したため、その修飾機構についても解析を進める。植物の異物代謝における修飾反応と代謝物の輸送機構の関係性について明らかにする上で重要なマロニル化酵素について、反応性の解析を行うとともに、種々の組換え株の作出を終了した。その結果、AtMaT2はAtMaT1の異物代謝能を相補可能であることが示された。さらに、それらマロニル化酵素遺伝子の2重変異株では、葉の形状に異常が認められたものが存在し、マロニル化酵素が異物代謝のみならず形態形成へも影響する可能性が示唆された。輸送系の解析では、膜ベシクルによる輸送実験系がまだ機能していないため、阻害剤実験および輸送体の遺伝子破壊株の解析を進めている。以上のように、異物代謝機能に関わる酵素の本来の機能を示唆する興味深い結果が得られており、おおむね順調であるといえる。植物の異物代謝における修飾反応と代謝物の輸送機構の関係性について明らかにする上で重要なマロニル化酵素について、反応性の解析を行うとともに、種々の組換え株を作出した。今後、マロニル化酵素の異物代謝/通常代謝に与える影響について解析を行う。輸送系の解析では、膜ベシクルによる輸送実験系の構築を試みるとともに、予定より先行して輸送体破壊株を取得して、解析を進めている。以上から、おおむね予定通りに進行しているといえる。おおむね予定通りに研究を推進する。まずは、阻害剤投与実験と、輸送体遺伝子破壊株における異物(ナフトール)代謝活性の解析を引き続き行い、詳細な輸送機能の解析を行う。あわせて、引き続きシロイヌナズナの根由来の膜ベシクルによる輸送系の確立に取り組むが、うまくいかない場合には、上記の破壊株の解析を中心とする。また、本研究の鍵であるマロニル化酵素遺伝子の二重変異株において、興味深い表現型を示したので、その代謝物の解析により、マロニル化酵素の生体内での役割を追究し、異物代謝の機能との違いを検討する。マロニルグルコシド形成以外のナフトール代謝が認められた植物について、その酵素遺伝子の取得を試みる。さらに、異物配糖体排出機構を利用した物質生産の可能性について、栽培規模を大きくして検証を行う。
糖尿病網膜症の血管新生に関与する糖タンパク質の同定と作用機序解析

糖尿病網膜症は、糖尿病患者に高頻度で認められる特有な合併症である細小血管症の1つであり、その失明に直結するイベントとして血管新生がある。本研究で我々は、N-アセチルガラクトサミン転移酵素(GalNAc-T)ファミリーに注目して、糖尿病網膜症における血管新生の成因・発展、または改善に関与する新規因子の同定、ならびにそれらの血管新生に対する作用機序の解明を目指している。【糖尿病モデル血管内皮細胞の構築】入手したヒト網膜毛細血管内皮細胞を、高グルコース濃度下で培養することで、糖尿病モデル血管内皮細胞の構築を試みた。糖尿病モデルの指標因子として、酸化ストレスにより生じるチオレドキシン(TXNIP)を用い、その発現量が、通常グルコース濃度条件下に比べ、高グルコース濃度条件下で有意に亢進した時点の値とした。その結果、高グルコース濃度条件下で4日間培養した細胞に、4.2倍のTXNIP発現量が示され、以後、これらの細胞を糖尿病モデル血管内皮細胞とした。構築した糖尿病モデル血管内皮細胞を用いて、GalNAc-Tファミリーの発現変動を解析した。GalNAc-Tファミリー(GALNT1-14、GALNTL1-6)全20種類についてプライマーを設計し、Real-time PCR解析に用いた。その結果、コントロール細胞(通常グルコース濃度)と比べ、GALNATL2に有意な発現亢進が認められた。また、有意な転写レベルの亢進が認められたGALNTL2に対する抗体を用いて、ウェスタンブロッティングによるタンパク質発現量の変動を解析した。内部標準タンパク質として、β-tublineを用いた。その結果、6日間培養した高濃度グルコース細胞に、コントロール細胞と比べ、1.2倍の発現亢進が認められた。以上の結果より、糖尿病網膜症におけるGALNTL2の関与が見出された。
ミクロ領域における塑性発熱を考慮した熱・構造連成マルチスケール解析手法の開発

塑性発熱を考慮した熱・構造連成マルチスケール解析手法の開発を行い,本年度は異種材料界面での熱伝達などを考慮した3次元マルチスケール解析手法を開発した.古典的な塑性力学において塑性散逸エネルギーと評価される,塑性変形に伴うエネルギー損失が全て熱エネルギーに変換されるものと仮定して,塑性発熱に関する力学モデルを構築し,一般的な数学的均質化法の手続きに従って塑性発熱を考慮した2変数境界値問題を導出した.このような定式化を行うことで,弾塑性体に対する構造解析と非定常熱伝導解析とがエネルギー保存則を介して関連づけられ,「塑性発熱を考慮した熱・構造連成問題」を設定することが可能となった.この支配方程式を有限要素法により解析するプログラムを作成し,このような連成問題における時間項の取扱いについての検討を行うとともに,エネルギー収支や数値解の収束性の観点から作成した数値解析プログラム及び解析アルゴリズムの妥当性を確認した.さらに,ミクロ構造内部に存在する異種材料界面において,なんらかの「接触熱抵抗」が存在するものと仮定した物理モデルを構築し,マルチスケール解析の枠組みに組み入れることによって,ユニットセルの大きさに依存して巨視的な材料特性が変化する「寸法効果」を再現することが可能となった.塑性発熱を考慮した熱・構造連成マルチスケール解析手法の開発を目的として,本年度は通常の連続体力学(シングルスケール)の枠組みで基礎的な検討を行った.古典的な塑性力学において塑性散逸エネルギーと評価される,塑性変形に伴うエネルギー損失が全て熱エネルギーに変換されるものと仮定して,塑性発熱に関する力学モデルの定式化を行った.このような定式化を行うことで,弾塑性体に対する構造解析と非定常熱伝導解析とがエネルギー保存則を介して関連づけられ,「塑性発熱を考慮した熱・構造連成問題」を設定することが可能となった.この支配方程式を有限要素法により解析するプログラムを作成し,このような連成問題における時間項の取扱いについての検討を行うとともに,エネルギー収支や数値解の収束性の観点から作成した数値解析プログラム及び解析アルゴリズムの妥当性を確認した.さらに,従来の連続体力学の枠組みで構築した支配方程式に対して,一般的な均質化法の手続きに従ってミクロスケール・マクロスケールを導入し,その2変数を関連づけるパラメータの極限操作により「塑性発熱を考慮したマルチスケール境界値問題」を導出した.形式的なマルチスケール問題の導出は終了し定常問題に対するマルチスケール連成問題の定式化は完成したものの,ミクロスケールとマクロスケールでの時間項(時間積分)の取扱いに関して不明瞭な点が多く,非定常問題に対する定式化に関して詳細な検討を行っている.塑性発熱を考慮した熱・構造連成マルチスケール解析手法の開発を行い,本年度は異種材料界面での熱伝達などを考慮した3次元マルチスケール解析手法を開発した.古典的な塑性力学において塑性散逸エネルギーと評価される,塑性変形に伴うエネルギー損失が全て熱エネルギーに変換されるものと仮定して,塑性発熱に関する力学モデルを構築し,一般的な数学的均質化法の手続きに従って塑性発熱を考慮した2変数境界値問題を導出した.このような定式化を行うことで,弾塑性体に対する構造解析と非定常熱伝導解析とがエネルギー保存則を介して関連づけられ,「塑性発熱を考慮した熱・構造連成問題」を設定することが可能となった.この支配方程式を有限要素法により解析するプログラムを作成し,このような連成問題における時間項の取扱いについての検討を行うとともに,エネルギー収支や数値解の収束性の観点から作成した数値解析プログラム及び解析アルゴリズムの妥当性を確認した.さらに,ミクロ構造内部に存在する異種材料界面において,なんらかの「接触熱抵抗」が存在するものと仮定した物理モデルを構築し,マルチスケール解析の枠組みに組み入れることによって,ユニットセルの大きさに依存して巨視的な材料特性が変化する「寸法効果」を再現することが可能となった.
イトヨの優良バイオマーカーを利用した内分泌撹乱作用評価系の構築

環境ホルモンの生物影響評価は、女性ホルモン様作用検出においては研究が進展しているが、男性ホルモン様作用に関しては立ち後れている。それは、化学物質の持つ男性ホルモン作用を評価するツールの開発が遅遅として進んでいないためである。イトヨはその特殊な生物学的特徴から、男性ホルモンおよび女性ホルモン作用の両方を効果的に検出するバイオマーカーを備えている。本研究課題では、それらバイオマーカーを定量するための測定系の構築ならびに曝露試験法の開発を実施した。平成18年度は、男性ホルモンバイオマーカーであるスピギンの超高感度測定系の開発を行い、正確かつ鋭敏な測定系を確立した。また、女性ホルモンバイオマーカーであるビテロゲニンの精製ならびに抗体作成を行った。平成19年度には、特異抗体を用いたビテロゲニンの化学発光測定系を確立した。本測定法は、発光検出系の導入により極めて感度の高い測定系となった。また、イトヨ個体を用いて曝露試験を実施する際の曝露条件(曝露日数および曝露水温)の検討も行った。その結果、合成男性ホルモンであるMT0.1,1および10μg/Lの濃度曝露では3日間の曝露で十分な生物学的評価が実施可能であると裏付けられた。さらに曝露試験時の水温影響についても5,10および15°Cでの曝露を実施し、スピギンmRNA濃度変化を解析したところ、15°Cが最も高感度にホルモン作用を発現させることが明らかとなった。以上本研究課題では、イトヨの優良バイオマーカーを用いた環境ホルモン影響評価法を開発し、極めて実用性の高い測定法ならびに曝露試験法を確立した。トゲウオ科魚類の仲間であるイトヨが繁殖期に営巣することは広く知られており、その際,雄がアンドロゲンの刺激により営巣のための接着タンパク「スピギン」を腎臓で特異的に産生することが近年明らかとなった。通常はスピギンを合成しない雌においても、外因性アンドロゲンにより極めて容易に腎臓での合成が誘導される。そのため、イトヨ雌を用いたアンドロゲン様物質の作用評価は非常に有効であると考えられる。イトヨではスピギンに加えて、ビテロゲニンもエストロゲン様作用のバイオマーカーとして利用可能であることから、雌雄両方を用いて化学物質のもつエストロゲンおよびアンドロゲン様作用を同時に、同じ試験環境(曝露環境)で評価することができる唯一の脊椎動物である。本課題では、イトヨを用いた新たな内分泌かく乱作用評価系の構築・運用を目的に、研究を推進している。平成18年度では、イトヨビテロゲニンの精製を行い、少なくとも2種類のビテロゲニンが存在することを明らかにした。現在、精製ビテロゲニンに対する特異抗体を作製中であり、平成19年度においては化学発光免疫測定法(CLIA)を用いたビテロゲニン測定系を確立する。また、スピギンmRNA測定のためのリアルタイム定量RT-PCR測定系を確立した。バイオマーカーであるスピギンとともに、内部対照遺伝子としてRibosomal protein L8(L8)mRNAを同時測定し、L8 mRNA量による補正を行うことで高感度かつ高精度なスピギンmRNA測定系を確立した。さらに、曝露試験法の条件設定を行った。平成18年度は、曝露期間についての検討を行い、10^<-1>10^1μg/Lのメチルテストステロン曝露では、わずか3日間の曝露においてもスピギンmRNA濃度の有意な上昇が認められ、これまで生物曝露試験で広く用いられている21日間から、大幅な曝露期間の短縮化も可能であることを見いだした。昨年度、イトヨのスピギンおよびビテロゲニン測定系の整備を実施し、化学物質の持つ性ホルモン作用をバイオマーカーを用いて評価するための準備を行った。本年度は、それらバイオマーカーを用いて実際に化学物質の性ホルモン作用評価を実施するにあたって必須である「曝露試験法」の整備を目指し、評価において最適な曝露条件(曝露日数および曝露水温)を見いだした。

まず、評価に必要な曝露日数について検討を行った。合成男性ホルモンであるメチルテストステロン(MT)を0.1、1および10μg/Lの濃度で曝露を行ったところ(水温15°C)、特に1および10μg/L曝露において、曝露後3日目で有意なスピギンmRNA濃度の上昇が認められた。7日間の曝露では、全ての曝露濃度群においてスピギンmRNA濃度の顕著な増加を検出できた。このことから、MT0.110μg/Lの濃度範囲では3日間の曝露で十分な生物学的評価が実施可能であると裏付けられた。さらに曝露試験時の水温影響についても調査した。イトヨは冷水性魚であるため20°C以下の水温で健全な生育が可能であるが、当該試験における最適水温については不明であるため、5、10および15°Cでの曝露を実施し、スピギンmRNA濃度変化を解析した。MT曝露濃度は前述同様0.1、1および10μg/Lとした。その結果、曝露水温15°Cでは、上記曝露試験と同様、活発なスピギンmRNA発現が確認されたが、曝露水温の低下に伴いスピギンmRNA濃度は減少し、5°Cの曝露では、スピギン遺伝子転写誘導に対するMTの効果を明瞭には検出できなかった。このことは、冷水性魚であるイトヨにおいても、基本的な細胞活性は外界温に強く依存していることが明らかとなった。以上の結果から、イトヨを用いて化学物質のもつ性ホルモン作用を明らかにするin vivo試験法条件として、曝露期間7日間、曝露水温15°Cを提唱した。
授業中の教師の「待つ」行為を手がかりとした実践知の獲得と刷新に関する研究

2018年度の研究としては,秋田大学教育文化学部附属小学校の協力を得ながら,継続的に授業参観を行い,可能な場面では映像記録や教師への聞き取り調査を行った。教師の時間感覚に関する研究としては,日本教育心理学会第60回総会において,研究発表「教育実習生と実習指導教員の授業認知の比較:教師の待ちや時間感覚に着目して」を行った。この研究では,教育実習期間に指導担当の現職教師と教育実習生をペアとして,お互いの授業を参観し,その後授業における時間に関わることについて,気づいたことを自由に話していただく形でインタビューを行った。インタビューを行う際,それぞれが授業観察時にウェアラブルカメラで撮影した映像を刺激材料として用いた。各自の発言から見えてきたことは,ある場面において,指導教員と教育実習生の場面の捉え方,評価の仕方が異なる。これはある意味で当然生じることが予想されたが,正反対の捉え方をしている場合(例えば,テンポが早い/遅い,など)もあった。さらに,現職教師の授業の捉え方については,その全てを実習の中で実習生に伝えることは難しく,実習生の立場からは,指導教員の授業の捉え方そのものが,非常に示唆に富むことがわかった。また,複数の教員への聞き取りを基に,時間をキーにした「授業記録ノートPAD」を開発した。このPADは,授業観察の視点を授業記録時に意識化することを目指し,必要な要素を盛り込んだものである。具体的には,授業における経過時間を意識できるようにするとともに,授業観察時の視点をあらかじめ明記させるような形式を採っている。このノートPADを利用することで,授業観察の際にどのような見えの変化が生じるか,について,今後データを収集していきたいと考えている。現在までの進捗状況は,昨年度に引き続き「やや遅れている」と言わざるを得ない。当初計画していた研究方法は,教育現場における実践のデータ収集が必須であり,また教師や教育実習生に対する聞き取り調査は多くの場合,長い時間を必要とすることが多く,昨今の学校現場における勤務の状況から,負担を強いることはできる限り避ける必要がある。参加した学会では,本研究と同様に,附属学校や実習生を対象とする研究を行っている研究者からアドバイスをもらうことができ,可能な範囲でデータ収集を行う今後の方向を定めることができた。既にとった映像・音声データをもとにした分析は今後可能であるので,丁寧な分析を通じた研究のまとめを今後行っていきたい。また,データ収集の難しさと関わって,調査対象が近隣の小学校が主となったため,出張旅費の使用額は当初よりかなり少なくなっている。上記のような進捗状況から,当初2018年度が最終年度であったが,延長申請を行い,受理していただいたので,1年間研究期間を延長して従事することとした。研究期間の1年延長を認めていただいたので,当初の研究目的に立ち返り,必要なデータ収集と分析を行う。当初の研究課題として,授業における教師の待機行動がいかに生起するか,またそのことと教師の省察がどのような関係を持っているか,さらには,待機行動を,教師の実践知の一つと位置づけたとき,それがどのように獲得され,また更新されていくのかを挙げていた。これらのうち,省察が教師の行動にいかなる影響を及ぼすかという点に,特に着目することとしたい。そのことは,若手教師や教育実習生のような立場の者が,経験教師からいかにして学ぶか,という点を明らかにすることにもつながる。このことを明らかにしていくため,「総合的な学習の時間」(総合学習)を手がかりにしたい。総合学習では,子どもが自ら考え,自ら課題を定め探究していく活動が位置づけられるため,そのような学習を行う際,思考する時間を確保する等の待機行動が見られると考えられる。そのような視点から,実践知の獲得について整理していきたい。初年度の研究成果について,研究実施計画において述べた2つの項目に即して述べる。まず,1「授業中の教師の「待つ」行為に関する実践研究」については,熟練教師(教職経験年数20年以上)の国語科の授業をビデオカメラ及びICレコーダで記録し,その発話記録の作成を行った。その発話記録をもとにしたインタビュー及び,授業中での「待つ」行為そのものの計測については,2年目以降の課題となる。また同時に,教育実習生による実習授業にも着目し,その記録も行っている。小学校の協力を得ながら,経験教師と教育実習生の授業をビデオカメラ及びICレコーダで記録するとともに,そこでの教師の授業認知を明らかにするため,ウェアラブルカメラを装着することによる「視線データ」の収集も行った。このデータは教師の主観に関わる情報を得られることが期待でき,授業中の待つ行為をはじめとする教授行動の認知に関して,熟練教師と実習生の比較を行い,それらについては日本教師学学会第18回大会において2件の口頭発表を行った。一方,2「実践の省察に関する先行研究(モデル)の整理」については,教師の非言語行動に関する実践研究を中心に先行研究の整理を継続して行っている。これまでの整理において,教育実践の省察に関しては,省察のベースにするデータがどのようなものであるかに拠るところが大きく,それによって省察の方法は分類できるとの見通しを持っている。この先行研究の整理により,教授行動,授業認知及び実践の省察の関係性を明らかにしていきたい。当初の予定より若干遅れていると判断した理由としては,研究成果の発表等が予定通りできていない点があげられる。これは,データの収集は進んでいるものの,その分析に時間を要していることと,分析に必要な調査対象者へのインタビューが十分でないことがあげられる。今後の推進方策にも関わり,可能なデータ収集の方法やICTの活用についても検討を進める必要がある。

今年度は主に実践研究に取り組んだ。教育実習の実施期間に,教育実習生とその指導教員を対象とした実践研究を行った。その内容は,教育実習生と指導教員が相互に授業を参観するとともに,その上で,本研究のテーマとなっている教師の待機行動や授業中の時間感覚などについて,インタビューを行った。授業参観時には「主観カメラ」の着用をお願いし,その収録映像をインタビューを行う際の刺激として視聴しながら,インタビューを実施した。その映像を刺激として用いることについて,授業参観時に授業のどこを見ていたか,あるいは見ていなかったか,また見ながら聞いていたことや考えていたことについても想起してもらった。研究の成果として,日本教育方法学会,日本教師学学会の各年次大会において口頭発表を行い,また2018年度の日本教育心理学会の年次大会におけるポスター発表を申請している。これまでの口頭発表を通じて,教育実習生と指導教員が同一の授業に対して認識している時間感覚は相当に異なるものであることが明らかになった。しかも,その認識の違いは,多くの場合共有されないままになっていることも明らかになった。このことは,教育実習という場において,本テーマが取り上げている授業に対する認知が,それほど重要な位置を占めていないともいえるし,あるいはそのような学びの場が確保されていないとみることもできる。これらの実践研究及び発表を通じて,今後の研究課題が新たに立ち上がってきた。それは,授業者が授業中の待機行動や沈黙の状態がどの程度生じたかについて,授業後に簡便に確認できるようなしくみの必要性である。つまり,待機や時間などについて,授業者が自らの行為を可視化できるシステム,しかもそれはできるだけ簡便で,かつ速やかにフィードバック可能なものであることが求められる。本研究が対象として,教師あるいは教育実習生の授業認知は,実際の教育現場における実践のデータ収集が必要であることと,また授業認知に関しては,一定の時間を確保した上での聞き取り調査が中心となっている。このような実践的なデータの収集は,想定していたよりも時間を要しており,学校現場への負担をかけない形で実施することを優先し,性急なデータ収集を控えることにより,当初計画よりは進捗状況がやや遅れている。またそのことと連動して,研究成果の発信についても当初計画よりやや遅れており,そのことが,学会等における研究成果の発表の機会の現象につながっており,使用する旅費等の額に反映されている部分もある。2018年度の研究としては,秋田大学教育文化学部附属小学校の協力を得ながら,継続的に授業参観を行い,可能な場面では映像記録や教師への聞き取り調査を行った。教師の時間感覚に関する研究としては,日本教育心理学会第60回総会において,研究発表「教育実習生と実習指導教員の授業認知の比較:教師の待ちや時間感覚に着目して」を行った。
エマージングウイルスの出芽機構の解析とその抗ウイルス戦略への応用

昨年度、申請者はエマージングウイルスの出芽機構を詳細に解析し、ウイルス出芽に関わる宿主因子またウイルス側の因子を同定した。その結果を受けて、本年度、申請者は米国スクリプス研究所にてウイルス出芽阻害薬の探索と更に詳細なウイルス出芽解析を進めた。申請者らはラッサウイルス(LASV)のZタンパク質のC末端側にレポータータンパク質であるGaussia Luciferaseを付加することによってウイルス様粒子(Virus likeparticles,VLP)を簡便に検出する系を立ち上げ、この系がハイスループットスクリーニング(HTS)に用いることができることを示した。実際申請者は、この系を用いてLASVの出芽過程を特異的に阻害する化合物(16G1)を一種類同定した。興味深いことに16G1はリンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)のZタンパク質による出芽、さらにエボラウイルスVP40タンパク質による出芽を阻害するにも関わらず、LCMV・LASVと同じアレナウイルス科のタカラビウイルス(TACV)のZタンパク質による出芽を阻害しなかった。LCMVのZタンパク質、エボラウイルスのVP40タンパク質はLASVのZタンパク質と同様に出芽に必須であるL(late)ドメインを保有するのに対し、TACVのZタンパク質はLドメインを保有しない。このことよりこの化合物(16G1)はLドメインもしくはMultiVesicularBody(MVB)経路特異的に出芽を阻害する事が示唆された。このHTSの系で更なる化合物ライブラリーを用いる事によって、より効率的にウイルス出芽を阻害する化合物の同定が期待される。本年度、申請者はラッサウイルス(LASV)、マールブルグウイルス(MARV)、ヒトT細胞白血病ウイルス(HTLV-1)の出芽に関する研究を遂行した。1、LASVはZの細胞内単独発現でウイルス様粒子(VLP)を作製する。Zは出芽に必須なLドメインとしてPTAPとPPPYの2つを保有する。PTAPは宿主因子であるTsg101と結合し出芽を誘導する。一方、PPPYと結合し機能する宿主因子は報告されていない。そこで申請者は数種類のユビキチンリガーゼ(E3)のWWドメインを用い、Zとの結合をGST-pull down assayにて解析した。その結果、用いた全てのE3のWWドメインはPPPYのみならずPTAP依存的に結合した。しかし、これらのWWドメインはVLP出芽に抑制的に働かなかった。また、Zの出芽は脂質ラフト依存的であることをMβCD処理、Membrane Flotation assayにて確認した。さらにZの3-10番目のアミノ酸欠損体、K32のアラニン置換体が出芽を抑制することも見出した。2、MARVはVP40の細胞内単独発現でVLPを作製する。VP40はLドメインとしてPPPYのみを保有する。申請者はNedd4.1がVP40のPPPY依存的に結合し、出芽を制御していることを見出し、またその制御はユビキチンリガーゼ活性以外の未知の機構によるものであることを見出した。Nedd4.1はWWドメインを4つ保有するが、その内の1番目のWWドメインがMARV VP40との結合に最も重要であることも明らかとした。さらに宿主因子Vps4B、AP3δもVP40の出芽に関与していることを明らかとした。これらの結果は現在論文に投稿中である。3、HTLV-1に関してはVps4A、Vps4BさらにAIP1/Alixが出芽を制御していることを見出し、Virology Journalに受理されている。今回報告したLASV、MARV、HTLV-1は全てMVB経路を用いて出芽していることが示唆された。出芽に必須な宿主側の因子も数種類同定した。ウイルスタンパク質と宿主因子との結合解析を更に進めることによって、ウイルス出芽を標的とした新規抗ウイルス薬の開発に大きく貢献すると考えられる。
EU統合過程における、各種の法接近の手法の比較分析

本年度は、以下の点から、EU統合過程における各種の法接近の手法の比較分析を行った。第1に、国際裁判管轄および外国判決の承認執行に関するブリュッセル条約について、同条約の外国判決承認要件である公序要件の機能が、欧州人権条約6条1項でも規定されている、基本的人権としての公正な裁判を受ける権利との関係で解釈されることで、消極的に安全弁として作用するという伝統的な側面のみならず、積極的に欧州レベルでの手続保障の調和を求めるという面が生じているのではないかという点を検討した。この関係で、トランスセクシャルの婚姻する権利とEU法との関係についての欧州司法裁判所の判決も検討した。第2に、付随的に、国際私法といわゆる公法の直接適用との関係を検討した。その際、ブリュッセル条約の適用範囲を画定する「民事事件」の概念についての裁判例も参考としながら、両者の役割分担について考察した。以上の検討を、研究発表欄記載の論文として公表した。なお、昨年度に登録パートナーシップとの関係で検討した相互承認原則について、EU法におけるこの原則の広がりをふまえて、国際私法の観点からの検討も加えて、その位置づけを探ることは、残された課題である。本年度は、ヨーロッパ契約法の将来に関するEU委員会の2001年と2003年の報告を素材として取り上げて、EU統合過程における各種の法接近の手法の比較分析を行った。契約法に関する共同体法の現状は、包括的なものではなく、問題毎に各種の派生法(主に指令)が散在している。2001年委員会報告報告は、分野ごとの調和の方法によっている、契約法に関する共同体法の現状について、各国法の併存が域内市場の作用に悪影響を及ぼしているのではないか、調和されている部分についても、各国毎に統一的な運用が確保されていないのではないかとする。このような現状認識にもとづいて、将来の選択肢として報告が注目するのは、統一的なヨーロッパ契約法典の作成である。しかしながら、ECの権限の観点からすると、そのような一般的な契約法典を作成する権限がECに存在するかは、最近のEC裁判所のタバコ広告指令判決からすると、疑わしいことが指摘できる。また、ヨーロッパ契約法典の妥当形式に関しても、いまだ不明確な点が存在する。各国法を置き換えずにそれと併存する法典の場合でも、契約当事者がその適用を合意してはじめて適用されるのか、それとも当事者が合意で排除しなければデフォルトルールとして適用されるのか、このいずれかが問題となる。前者の場合には、各国法の併存状態は変わりがなく、併存する各国法にもう一つ選択肢を追加するにすぎないので、域内市場への影響という点で意味がない。後者の場合、何が純粋国内事案で、何がヨーロッパ的事案で、何がそれを超えて国際的な事案であるのか、という微妙な区別が問題となる。このように、契約法に関して包括的な法典作成という形で実質法レベルでの法接近をはかるのは、現状では疑問の余地があり、契約準拠法に関するローマ条約などの抵触法の統一で十分ではないのか、というのが、以上の検討から得られた一応の結論である。本年度は、2つの観点から、EU統合過程における各種の法接近の手法の比較分析を行った。第1に、氏名の変更とEU市民権に関する、EC裁判所の2003年10月2日先決裁定(Case C-148/02, Carlos Garcia Avello v.Belgian State)を検討した。この事件では、ベルギーとスペインの重国籍者について、EU市民権とそれに基づく国籍差別禁止の原則の適用により結果として、スペインで行われた氏名の変更をベルギーにおいて承認することが求められたと見ることができる。この先決裁定は、最近のEC裁判所の法人に関する1999年以降の、Centros, Ueberseering, Inspire Artの3事件と同様に、相互承認原則が物の自由移動の分野においてもEU法において拡大適用されてきている一連の流れの中に位置づけられる。第2に、この相互承認原則について、EU法だけでなくより一般的に検討するために、同性登録パートナーシップに関する比較国際私法について検討した。この問題を取り上げたのは、登録パートナーシップに関して登録地国法の適用という形で、いわば相互承認原則の適用が比較国際私法において有力に主張されているごとによる。検討の結果、上記の現象が確認され、次年度においては、相互承認原則がどのような場面において用いられるべきであるかの検討を引き続き行い、翻って、EUにおいてどのような法接近手法がどのような場面で用いられるべきかについて、検討を行う予定である。

なお、昨年度に登録パートナーシップとの関係で検討した相互承認原則について、EU法におけるこの原則の広がりをふまえて、国際私法の観点からの検討も加えて、その位置づけを探ることは、残された課題である。
生物情報を解明するための統計数学的基礎理論とその応用

バイオインフォマティクス、医薬学分野等の情報解析における統計数学的基礎理論の研究を行った。特に、逐次選択実験問題について考察し、臨床試験における2つの処置法の適用計画において期待効果が最大になるような手法を開発した。また、2標本問題における推測において重要な役割を果す統計量が非心分布に従うことが多く、特に奇数自由度を持つ非心カイ2乗分布のパーセント点の近似式を解析的に導出し、カイ2乗検定の検出力と非心度の観点からも非心カイ2乗分布の近似の良さを数値的に評価した。さらに正規性の条件を課さないで、非心t統計量の分布のパーセント点の高次近似式を導出し、様々な分布の下でその近似式の精確性を数値的に確認した。最近、バイオインフォマティクス、医薬学分野等の情報解析における理論的基礎として統計数学がますます重要になってきている。たとえば、通常の統計的検定においては仮説を棄却、受容の2通りの決定を下すため、データが臨界値の近傍に落ちた場合の判断、あるいはデータが外れ値を含む場合の過誤の問題等が起こり、いくつかの考えられる決定の中から適切な1つを選ぶ多重決定理論はその問題を解決する方法の1つで、判断の誤りは極力避けねばならないような医薬学分野での応用に極めて有用になる。そこで、本研究では、多重決定問題について適当な損失関数を導入して適切な信頼方式を構成し、その応用についても考える。また、逐次選択実験において漸近的に有効な割り当て方式を求め、その逐次臨床試行における処理の割り当てへの応用についても考える。次に、非正則推測において、独自の情報不等式を導出して、それによる最適な推測方式を求め、理論的見地のみなならず、数値的見地からもその評価について検討する。さらに、生物情報の解析については、統計的解析の観点からはまだ未開拓な部分が多く、統計解析の理論的基礎の構築とその応用を目指すバイオインフォマティクス、医薬学分野等の情報解析における統計数学的基礎理論の研究を行った。本研究課題の下で、バイオインフォマティクス、医薬学分野等の情報解析における統計数学的基礎理論の研究を行った。特に、正則条件が必ずしも成り立たないような非正則な場合に、母数の推定量の良さを評価するために、情報量の概念が有用である。本研究において、従来の文献を参照して、これまでに提案されてきた情報量の性質について調べた上で、全変動による情報量を提案し、これによって推定量の情報量損失を測るとともに情報量損失を漸近的に起こさないような推定量を漸近有効推定量と呼び、そのような推定量を見つけた。また、漸近有効性の概念は高次まで拡張可能であることも分かった。そして、この情報量を用いることによって、推定量の一致性の収束の最大のオーダーを得ることができることを示した。次に、有限マルコフ連鎖の推移確率の推定において、有限ステップを観測し、ある状態からある状態に移る回数から成るベクトルは多項分布に従うと見なされるので、推移確率の推定について考えた。そして、初期成功確率をもつ従属ベルヌーイ確率変数の和の分布を2状態マルコフ連鎖によって決定される一般2項分布として捉え、帰納的にその分布を求められることを示した上で、その正規近似、Edgeworth近似を求めた。本研究では、Cornish-Fisher展開を用いて一般2項分布のパーセント近似を求め、区間推定の観点から初期成功確率の下側限界および信頼区間を求めた。さらに、推定論において重要な概念である推定量のミニマックス性、許容性について研究し、特に未知の平均、分散をもつ正規分布からの無作為標本に基づく不偏分散から成る線形推定量の許容性に関する結果を得た。まず、逐次選択実験問題について考察した。臨床試験において2つの処置法の適用計画において、N人の対象者からn人を選んで1つの処置法を適用し、その結果によって残りの(N-n)人に対する処置法を選択する。このとき、問題として、「(i)nをどのように選ぶか、そして(ii)臨床試験の仕方をどうのように決めるか」が考えられ、期待効果が最大になるような手法の開発に努めた。実際には、同じ成功確率をもつBernoulli分布に従う2つ独立な確率変数列を考え、ミニマックスルールの構築を試みた。また、2標本問題における推定、検定において重要な役割を果す統計量が非心分布に従うことが多いが、そのパーセント点を解析的に求めることは必ずしも容易でない。そこで、奇数自由度をもつ非心カイ2乗分布のパーセント点の近似式を解析的に導出した。そして、カイ2乗検定の検出力と非心度の観点からも非心カイ2乗分布の近似の良さを数値的に評価した。さらに、正則条件が必ずしも成り立たないような場合の非正則推定に焦点を当てて、情報量の概念とその役割について考えた。

実際に、いくつかの情報量等を導入して相互関係について検討するとともに、それに基づいた推定量の一致性、(漸近)効率等について考察した。次に、統計的推定において、1母数、2母数指数型分布族の場合に、統計量の分布に条件を課して、不偏推定量を求める方法による一様最小分散不偏推定量の構成について考えた。本研究課題の下で、バイオインフォマティクス、医薬学分野等の情報解析における統計数学的基礎理論の研究を行った。特に、2標本問題において、従来は正規性の仮定の下で非心t統計量が区間推定、検定で重要な役割を果してきたが、正規性の仮定を無くした際の非心t統計量の分布はあまり論じられてこなかった。一般には、母集団分布が正規分布であるという保証はなく、非正規性の下で非心t統計量に基づく推測は極めて重要である。本研究において、独立同分布で6次のモーメントをもつ非退化連続型確率変数列の場合に非心t統計量の分布のパーセント点の高次の近似式をCornish-Fisher展開を用いて求め、非心度の漸近下側限界、漸近信頼区間も求めた。その近似式の利点はモーメントが分かれば、電卓で計算可能なもので極めて利便性が高いことである。次に、ガンマ分布、指数分布、両側指数分布等で数値計算等によってその精確性について検討した。その結果、第1次近似は必ずしも良くないが、2次まで近似すれば標本の大きさが25以上で小数点以下2桁位まで合うことが分かりその精確性も確認された。また、すでに導出されている正規性の仮定の下での高次近似式との比較も行ったが、本研究の近似式は非正規性の下で考えているため少し悪くなるものの十分利用に耐えられるものであることも確認された。今後、より高次の近似式の導出が求められる。そして一般に、本研究のアプローチで、非正規性の下での様々な統計量の分布の高次近似への道が開かれたと考えられる。本研究課題の下で、バイオンフォマァティクス、医薬学分野等の情報解析における統計数学的基礎理論の研究を行った。特に、臨床統計データ解析においてしばしば現れる切断分布のような非正則分布の場合にその母数に関して統計量が持つ情報量損失を考えることは重要で、そのような場合に高次まで情報量損失を起こさないような統計量を見っけることを考えた。まず、未知の母数θをもつ母集団分布からの大きさnの無作為標本に基づく統計量の(θに関する)情報量は元の情報量を超えないことは知られている。そしてそれらの情報量の差はその統計量の情報量損失として評価されている。通常は、分布が滑らかであるような正則条件を課した正則な場合を論じ、情報量としてFisher情報量を用いて情報量損失について考えることが多い。しかし、正則条件が必ずしも成り立たないような非正則な分布族の場合にはFisher情報量は使えないので、Akahira(1996)において導入された一般化情報量を用いた。ここで統計量の一般化情報量は分布の非正則性に依存する。従来、密度の台が区間であるときに、区間の両端点において密度の値は等しく、また両端点における密度の微分係数の和が0であるという条件を仮定して、極値統計量と漸近補助統計量の組から成る統計量の2次の漸近一般化情報量損失がo(1)となることは示されていた。しかし、その条件は制約的なので上記の条件を課さない一般の場合に拡張することが期待されていた。
表面波モードに着目した鉄道既設の漏洩同軸ケーブルによる降雨量検知のための研究

本研究は新幹線軌道沿線などに並列に設置されている移動体通信用アンテナである漏洩同軸ケーブル(LCX)にパルス波を送受信し,LCX各点での受信信号のゆらぎから豪雨を高密度に線状モニタリングすることを提案し,その有効性をより実証するものである.LCX極近傍に電磁エネルギーが集中する「表面波モード」に着目し,LCX表面に付着した水滴によるアシテナゲインの変化に伴う信号のゆらぎを捉えることを試みた.外部からの電磁波が遮蔽される室内型人工降雨装置(京都大学防災研究所「雨水流出実験装置」)においてさまざまな降雨強度,LCX間隔の条件で降雨実験を行い,降雨強度と信号のゆらぎとの間には高い線形相関があることを確認した.本成果により信号のゆらぎから豪雨をリアルタイムに検知できることを実験的に示した.次に屋外で実降雨実験を行った.受信信号には高レベルの高周波雑音が重畳されていたため,まず,離散ウェーブレット変換により高周波成分を除去し,低周波領域に残った豪雨由来の不連続点を抽出した.ただし,雑音由来の不連続点も同時に抽出されたため,「信号のゆらぎの大きさの閾値判定による大きな衝撃性雑音の検出」,「Lipschitz-Holder指数による連続性雑音のエッジの検出」,「パーセンタイルを用いた外れ値判定による小さな衝撃性雑音の検出」の3段階で構成される不要不連続点排除アルゴリズムを構築した.アルゴリズムを信号に適用した結果,1分間降雨強度約30mm/h以上の豪雨をリアルタイムに検知できることを示した.以上の成果より,漏洩同軸ケーブルを用いた豪雨検知技術の基礎を確立できたと考えられる.既設の漏洩同軸ケーブルにより,通常の気象レーダーでは使われることのない周波数帯により,豪雨を検知する技術の基礎を確立できた.これは,未だかつて全く提案されていない技術であることもさることながら,物理的,水文学的にも革新的な発展を齎すものと考えている.本研究の実降雨実験は,モデルタイプの短い漏洩同軸ケーブルを用いて実施した.今後の実適用するためには,実際に社会に敷設されでいる,無線通信用の漏洩同軸ケーブルを用いて降雨を長期にモニタリングする必要があると考えている.そのモニタリングの結果,さらにアルゴリズムをアップデートして,より確実に豪雨を検知するロバスト性を高める必要がある.本研究は新幹線軌道沿線などに並列に設置されている移動体通信用アンテナである漏洩同軸ケーブル(LCX)にパルス波を送受信し,LCX各点での受信信号のゆらぎから豪雨を高密度に線状モニタリングすることを提案し,その有効性をより実証するものである.LCX極近傍に電磁エネルギーが集中する「表面波モード」に着目し,LCX表面に付着した水滴によるアンテナゲインの変化に伴う信号のゆらぎを捉えることを試みた.外部からの電磁波が遮蔽される室内型人工降雨装置(京都大学防災研究所「雨水流出実験装置」)においてさまざまな降雨強度,LCX間隔の条件で降雨実験を行うことにした.まず,人工降雨水の水質と実降雨の電気的性質との違いを調べるため,日本各地の降水サンプルを取得した.その結果,人工降雨水は,実降雨水と近い性質をもつことを確認した.また,表面波モードの動作確認実験を行った結果,LCX表面近傍には,理論通りそのモードが形成されていることを確認した.以上を確認した上で人工降雨装置を用いて実験を行った結果,降雨強度と信号のゆらぎとの間には高い線形相関があることを確認した.本成果により信号のゆらぎから豪雨をリアルタイムに検知できることを実験的に示した.本研究は新幹線軌道沿線などに並列に設置されている移動体通信用アンテナである漏洩同軸ケーブル(LCX)にパルス波を送受信し,LCX各点での受信信号のゆらぎから豪雨を高密度に線状モニタリングすることを提案し,その有効性をより実証するものである.LCX極近傍に電磁エネルギーが集中する「表面波モード」に着目し,LCX表面に付着した水滴によるアシテナゲインの変化に伴う信号のゆらぎを捉えることを試みた.外部からの電磁波が遮蔽される室内型人工降雨装置(京都大学防災研究所「雨水流出実験装置」)においてさまざまな降雨強度,LCX間隔の条件で降雨実験を行い,降雨強度と信号のゆらぎとの間には高い線形相関があることを確認した.本成果により信号のゆらぎから豪雨をリアルタイムに検知できることを実験的に示した.次に屋外で実降雨実験を行った.受信信号には高レベルの高周波雑音が重畳されていたため,まず,離散ウェーブレット変換により高周波成分を除去し,低周波領域に残った豪雨由来の不連続点を抽出した.ただし,雑音由来の不連続点も同時に抽出されたため,「信号のゆらぎの大きさの閾値判定による大きな衝撃性雑音の検出」,「Lipschitz-Holder指数による連続性雑音のエッジの検出」,「パーセンタイルを用いた外れ値判定による小さな衝撃性雑音の検出」の3段階で構成される不要不連続点排除アルゴリズムを構築した.アルゴリズムを信号に適用した結果,1分間降雨強度約30mm/h以上の豪雨をリアルタイムに検知できることを示した.以上の成果より,漏洩同軸ケーブルを用いた豪雨検知技術の基礎を確立できたと考えられる.既設の漏洩同軸ケーブルにより,通常の気象レーダーでは使われることのない周波数帯により,豪雨を検知する技術の基礎を確立できた.これは,未だかつて全く提案されていない技術であることもさることながら,物理的,水文学的にも革新的な発展を齎すものと考えている.本研究の実降雨実験は,モデルタイプの短い漏洩同軸ケーブルを用いて実施した.今後の実適用するためには,実際に社会に敷設されでいる,無線通信用の漏洩同軸ケーブルを用いて降雨を長期にモニタリングする必要があると考えている.