hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝幹細胞の分化、増殖機構の解明と肝不全治療への応用

[肝前駆細胞分離とHNF-4遺伝子導入による分化誘導]MACSにて分離したhematopoietc lineage陰性細胞は、胎児肝細胞全体の約10%を占めており、lineage陽性の細胞と比較すると高度の増殖能を有し、また継代が可能であった。分離直後の肝前駆細胞は、肝細胞、胆管細胞、膵臓由来遺伝子を発現しており、多分化能を備えていた。肝前駆細胞にHNF4遺伝子を強発現させたところ、肝細胞特異的遺伝子の発現が増強し、肝細胞への分化が促進された。.[HNF-4導入肝前駆細胞の肝硬変モデルマウスへの治療効果]Dimethylnitrosamine(DMN)を腹腔内に投与することで肝硬変マウスを作成し、HNF-4を導入したGFP-トランスジェニックマウス由来の胎児肝前駆細胞を尾静注し、その治療効果を検討した。コントロール群とLacz群にはマウス生存率に有意差を認めなかったが、コントロール群とHNF-4群間において、生存率に有意の改善が認められた。宿主肝の組織学的検討よりLaczならびにHNF-4遺伝子導入細胞群ともにGFPにより発光する胎児肝前駆細胞を確認することができたが、両群間において移植細胞数に明らかな差異は認められなかった。しかしながら、肝内のHNF-4mRNAならびにApoA1 mRNAをNorthern blotにて検討したところ、HNF-4遺伝子導入細胞群において遺伝子発現の増強が確認された。[細胞外マトリックスによる肝細胞分化におけるシグナル伝達]種々の細胞外マトリックス上で培養された肝細胞において、異なる細胞形態と肝細胞特異的遺伝子の発現がみられた。DNAマイクロアレイによる検討から、Engelbreth-Holm-Swarm(EHS)gel上で培養した肝細胞において、PIP_2 phosphatase mRNAやcofilin等の細胞骨格に関連した遺伝子の発現変化が認められた。collagen上で培養した肝細胞ではPIP_2が強発現していたが、EHS gel上の細胞では発現が低下していた。EHS gel上の肝細胞ではactinが脱重合していたが、collagen上の肝細胞ではactinは重合していた。EHS gel上の肝細胞にPIP_2を添加するとactinの重合が増加する一方で、albumin mRNAの発現は低下した。反対にactinの脱重合を誘導するgelsolinを添加すると、collagen上の肝細胞でalbumin mRNAの発現は増加した。また、EHS gel上の肝細胞に対してHNF-4ならびにHNF-1 siRNAを添加すると、細胞骨格や形態に変化を認めなかったがalbumin mRNAの発現は低下した。胎生12.5日のマウス胎児肝から細胞を分離し、MACSビーズを用いて血液系の細胞を除いた後、細胞をin vitroで培養した。その細胞をHGFを含んだ培養液で7日間培養するとalbumin(肝細胞マーカー)とCK19(胆管系細胞のマーカー)を発現することが認められた。

その未熟肝胆管細胞にEIA,EIB,E3遺伝子を欠失させたアデノウイルスに、CAGプロモーター下にラットHNF-4α2遺伝子を組み込んだHNF-4アデノウイルスベクター(AdHNF-4)を感染させ、HNF-4遺伝子を導入させた。その結果、HNF-4蛋白を発現した未熟肝胆管細胞においてalbumin、PXRやapolipoprotein A1等の肝細胞特異的遺伝子の発現増加が認められた。以上の結果は、未分化肝細胞においても成熟肝細胞と同様、HNF-4遺伝子導入によって肝細胞への分化が促進されることを示している。ラット肝細胞を種々の細胞外マトリックス(コラーゲンゲル、EHSゲル)上で培養し、その遺伝子発現cDNAマイクロアレイを用いて網羅的に検討した。その結果、EHSゲル上で培養された肝細胞において、培養1日後にはCell Structureに関連した遺伝子群が誘導された後、培養3日後にはMetabolismやHomeostasisに関連した多数の遺伝子が誘導され、肝細胞への分化が促進されていた。また、コラーゲンルサンドイッチ法を用いて培養した肝細胞はRhoファミリーに関連した多くの遺伝子が誘導されていた。胎生14日のマウス胎児肝から細胞を分離し、MACSビーズを用いて血液成分およびその前駆細胞を除いた後、肝幹細胞を分離、培養した。肝幹細胞は胎児肝の約10%を占め、培養にてコロニーを形成した。培養早期の肝幹細胞は、肝細胞(albumin,・1AT, AFP)、胆管細胞(CK19)、膵内分泌細胞(Glut-2,insulin, Pdx-1,Pax4,Isl-1,Ngn3)由来の遺伝子を発現し、多分化能を備えていた。培養経過とともに、肝細胞、胆管細胞遺伝子の発現は維持されていたが、膵由来の遺伝子の発現は低下した。肝幹細胞にEIA, EIB, E3遺伝子を欠失させたアデノウイルスに、CAGプロモーター下にラットHNF-4α2遺伝子を組み込んだHNF-4アデノウイルスベクター(AdHNF-4)を感染させ、HNF-4遺伝子を導入させた。その結果、HNF-4蛋白を発現した肝幹細胞においてApoA1,ApoC3 mRNAなどの脂質代謝を制御する遺伝子や薬物代謝を制御するPXRの発現増加が認められた。以上の結果は、肝幹細胞においても成熟肝細胞と同様、HNF-4遺伝子導入によって肝細胞への分化が促進されることを示している。ラット肝細胞を細胞外マトリックス(コラーゲン、EHSゲル)上で培養し、細胞外マトリックスが肝細胞の遺伝子発現に与える影響をcDNAマイクロアレイを用いて網羅的に検討した。その結果、EHSゲル上で培養ざれた肝細胞において、PI(4,5)P2 phosphatase mRNAやcofilin mRNA等の細胞骨格に関連した遺伝子の発現変化がみられた。EHSゲル上の肝細胞ではPI(4,5)P2の発現は低下し、F-アクチンは脱重合していた。
網膜傷害時におけるミュラー細胞の脱分化制御機構の解明

視細胞変性モデル動物におけるミュラー細胞の増殖制御機構について解析を行った。視細胞変性に伴い、ミュラー細胞でNotch1および2の遺伝子発現が誘導されることを確認した。視細胞変性後に多くのミュラー細胞は増殖するが、Notch阻害剤により細胞増殖は阻害された。Notch2は蛋白レベルでの発現検出が出来たが、Notch1は検出限界以下であった。初代培養ミュラー細胞を用いてNotch1蛋白について解析した結果、プロテオソームの阻害剤によりNotch1蛋白量が増加した。これらの結果から、プロテオソーム系を介した分解によるNotch1の制御機構が、哺乳類において網膜再生阻害の要因であることが示唆された。魚類などの下等脊椎動物では、網膜のグリアであるミュラー細胞が網膜内在性の幹細胞として組織の維持、修復に関わることが知られている。特にゼブラフィッシュでは、網膜傷害後にミュラー細胞が脱分化し、神経細胞を再生して視機能が完全に回復することから、網膜再生のモデルとして研究が進められている。一方、哺乳類のミュラー細胞も網膜傷害後に増殖し、神経細胞に再分化することが報告されているが、その再生能力は極めて乏しい。細胞増殖を促進するWntシグナルを活性化することで、ミュラー細胞の増殖は亢進するが、視機能を回復するには、新生細胞の数が不十分である。哺乳類網膜の再生能が抑制されている原因および、ミュラー細胞の増殖・分化に関する詳細なメカニズムは不明であり、再生医療への応用を実現するためには、その分子基盤の解明が必須である。これまでに、マウスおよびラットに、アルキル化剤であるMNUを投与することで視細胞変性モデル動物を作製した。これらのモデル動物で、ミュラー細胞の増殖能を解析した結果、マウスでは視細胞変性後もミュラー細胞の増殖は全く見られないが、ラットではほぼ全てのミュラー細胞が細胞周期に進入することが明らかになった。さらに、マウスでミュラー細胞の増殖が起こらない分子機構および哺乳類で神経再生が抑制される分子機構を解明するために、視細胞変性モデルマウスおよびラットにおける遺伝子の発現変化を、マイクロアレイを用いて解析してAscl1とNotchシグナルに関する興味深い結果を得た。平成25年度は、初代培養ミュラー細胞を用いて、Ascl1によって制御されているNotchリガンドの同定および機能解析を行った。魚類などの下等脊椎動物では、網膜のグリアであるミュラー細胞が内在性の幹細胞として組織の維持、修復に関わることが知られている。哺乳類のミュラー細胞でも網膜傷害後に増殖し、神経細胞に再分化することが報告されているが、その再生能力は極めて乏しい。アルキル化剤の投与による視細胞変性モデル動物を作製し、ミュラー細胞の増殖能を解析した結果、ラットにおいては、ほぼ全てのミュラー細胞が細胞周期に進入し増殖するが神経再生前に細胞死を起こすことが明らかになった。ラットにおいて神経再生が抑制される分子機構を解明するために、視細胞変性モデルラットにおける遺伝子の発現変化をマイクロアレイを用いて解析した。傷害後のラット網膜においてNotchの発現が増加することが明らかになった。しかし、そのリガンドであるDelta-like(Dll)1, 3, 4およびJagged1, 2の発現変化は見られず、Notchの標的遺伝子であるHes1,5の発現にも全く変動が認められなかった。最近、ゼブラフィッシュ網膜においてミュラー細胞の脱分化と神経再生を制御する重要な因子としてAcheate-scute like 1(Ascl1)が報告されている。Ascl1は、発生期の網膜幹細胞に発現してNotchリガンドのDll1, 3, 4の転写を活性化することが報告されている。そこで、初代培養ミュラー細胞にAscl1を遺伝子導入した結果Jagged2およびDll3の発現が増加することが明らかになった。しかし、予想に反してNotchの標的遺伝子であるHes1,5の発現変化は見られなかった。現在、活性型Notchの遺伝子導入による網膜再生能の変化を検討している。医歯薬学今年度は、実験計画に基づきin vitroの系を用いてミュラー細胞の増殖制御機構を解析した。Ascl1は網膜再生に必須な因子で、網膜幹細胞に発現してNotchリガンドの転写を活性化することが報告されている(Nelson etal, Dev Dynamics, 2009)。Notchリガンドの発現がAscl1に依存するとすれば、哺乳類網膜ではAscl1の発現が不活化されているために、その下流のNotchリガンドの発現が抑制されている可能性が示唆された。そこで、成獣ラット網膜よりミュラー細胞の初代培養を行い。エレクトロポレーション法を用いてAscl1を過剰発現したミュラー細胞において特定のNotchリガンドの発現がAscl1に依存して変化することを明らかにできた。申請時の研究計画に基づき、生体内においてNotchシグナルの活性化によりマウス網膜の再生が賦活化するかを検討する。

具体的には、平成25年度に同定したNotchリガンドをエレクトロポレーション法を用いて眼球内に強制発現させた後、アルキル化剤MNUを投与して視細胞変性を誘導する。網膜変性にともなって分裂した細胞をBrdUでラベルし、その運命と視細胞への再分化を追跡する。必要に応じて、時期特異的にミュラー細胞に遺伝子を導入するための誘導系ベクターの構築も行う。さらに、Ascl1のプロモーター領域のメチル化およびヒストンの修飾の解析も行う。研究計画に基づいて、実験に必要な抗体、キット等を発注したが、海外からの輸入品のため納期に時間がかかり次年度使用額が生じた。申請時の研究計画に基づき、研究の遂行に必要な各種薬剤、試薬、抗体、消耗品、実験動物等の購入および、研究成果を発表するための出張費、論文別刷費等に使用する予定である。
中心体キナーゼＬａｔｓ２のＭ期或いはＤＮＡ損傷下における核移行後の機能解析

前年度に引き続き、核スペックルにLats2が局在する意義についての研究を行った。これまでに、Lats2が紫外線照射によりSer835をリン酸化されることで活性化すること、リン酸化されたLats2が細胞質・核小体から核スペックルに局在を移動すること、ここでPHF6をリン酸化することを明らかにした。本年度は、PHF6に関して、また、p21に関して重要な知見が得られた。PHF6は本来核小体に局在するが、Lats2のリン酸化を受けて核小体から排出され、核スペックルに局在することがわかった。Lats2をノックアウトした細胞では、PHF6のリン酸化・移動はともに見られなかったことから、これはLats2依存的な現象であると考えられる。また、p21についてであるが、p21も本来は核小体に局在すると考えられてきたが、これもLats2によってリン酸化されると核スペックルに局在することがわかった。この現象も、Lats2をノックアウトした細胞では消失し、Lats2を強制発現させた細胞で現象が回復することから、やはりLats2依存であると考えられる。さらに興味深いことに、核スペックルへと移動したp21は、その後の紫外線照射一連の分解を免れることがわかった。細胞質に局在するp21は紫外線照射により分解されるが、核スペックルへと"逃れた"p21は、分解を回避し、歳暮ぷ周期停止へ細胞を導く引き鉄になると考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初はLats2のS408のリン酸化に注目していた。しかし、p21とLats2の機能関係を探る過程で、Lats2のS835のリン酸化こそ重要であることを見出した。紫外線照射により活性化したChk1がLats2のS835をリン酸化する事で、Lats2は活性化するのである。さらにこの活性化型Lats2は他のLats2のS835をリン酸化する。すなわち、Chk1によるリン酸化を引き鉄に、Lats2の活性が爆発的に増加することを見出した。これは、DNA損傷下流でLats2が活性化するメカニズムを明らかにしたという点において非常に重要な発見となる。このS835のリン酸化を模倣しているLats2-S835D変異体を作成し、細胞に導入した所、アポトーシスが著しく亢進された。その知見をもとに実験を行うと、以下のような結果を得た。(1)p21のSer146をLats2がリン酸化する(2)Lats2はp21を不安定化する(3)Ser835リン酸化型Lats2はp21に対して強い活性を持つ(4)Ser835リン酸化型Lats2を導入するとアポトーシスが誘導される。(5)S835D-Lats2によるアポトーシスはp21の減少による。以上、これらの結果から、紫外線照射を受け活性化したLats2がp21を分解誘導し、アポトーシスが誘導されると結論付け、論文を投稿し、リバイズ実験が終わり再投稿した段階である。また、この経路をさらに発展させる発見を見出した。具体的には、Ser835リン酸化型Lats2は核内において特定部位に局在するということである。DNA損傷により活性化したLats2の局在を世界で初めて見出した。この部分に局在する因子を抽出し、Lats2とのkinase assayに供したところ、なにかしらがリン酸化されることを見出だし、質量分析により候補を10個ほどに絞るところまで進展している。今後はこの知見を更に追求するつもりである。一方、P-bodyの研究は、注目していたMyosin-9との関連を見出すことはできず、質量分析により何度か解析しいくつかの候補でLats2とP-bodyとの関連を調べたものの良い結果を得ることができず、P-body形成におけるLats2の明確な機能は同定出来ずにいる。本年度の上半期は、論文受型のための実験(リバイス実験)に時間を多く割きました。具体的な成果としては、・Lats2とp21が結合する:細胞内での結合を見た免疫沈降法、細胞外で精製タンパク質の結合を見たpull down assay法で確認。この結合には、Lats2のリン酸化状態、p21のリン酸化状態は大きく寄与しなかった。・アポトーシスに対するp21の影響:紫外線照射により細胞はアポトーシスが起こるが、p21を強制発現させることでそのアポトーシスが和らいだ。・一方で、p21を不安定化させただけではアポトーシスは起こらなかった。・NDRとp21の関連について:p21のSer146をリン酸化する因子として、NDRが報告されている。IDRは細胞周期の過程でScr146をリン酸化する。今回のDNA損傷の経路でどれほどの関与があるのかを調べた。その結果、NDRをKnock downしてもP21の安定化は見られず, DNA損傷下流ではLats2がSer146のリン酸化を担っていると考えている。・S835A変異体Lats2のドミナントデガティブ効果: p21のリン酸化抗体を用いて内在性のリン酸化を確認できる。しかし、Lats2のS835A変異体を導入するとp21のリン酸化は起こらなかった。

これは、S835A変異体Lats2がシグナル伝達経路を阻害したためと考えている。この点で私が最も重要であると考えているのは二点目で、p21をKnock downしただけではアポトーシスが起こらなかったという事実です。木論文のおおまかな概要は、「紫外線照射で活性化したLats2が、細胞死を阻害しているp21を分解誘導する事で細胞死を導く」というものです。しかし、p21の阻害だけではアポトーシスが起こりませんでした。よって私は、「細胞死を阻害しているp21を分解するだけ細胞死が起こる」ことに対して疑念を感じています。この「Lats2によるp21分解」とは別にもう一つ、「より積極的に細胞死を導く経路」をLats2が活性化していると予想しています。この手がかりをつかむべく、昨年度末からLats2の局在について昨年度から注目しています。通常、細胞質の中心体に局在すると考えられているLats2ですが、この活性型Lats2は核内に移行し、いくつものドットを形成しました。核内はそういったタンパク質が局在する部位があることは多く報告されており、Cajar body、核小体、PML bodyがその代表として知られています。この活性型Lats2がそういった核内コンパートメントに局在する可能性が高いと考え、これらのマーカーとの共局在の有無を調べた結果、Nuclcar speckleに局在することがわかりました。さらに興味深いことに、本来分解を受けるS146リン酸化型p21のタンパク質分解を阻害し、このリン酸化型p21の局在を観察すると、これもNuclear speckleに局在しました。このことから、三つの仮説にもとに研究を進めています。1. Nuclear speckleの因子にLats2がリン酸化を施す: Lats2によってリン酸化を受ける因子がNucloars pcckleに存在すると考え、Nuclear speckleを抽出し、質量分析を用いてLats2によりリン酸化される因子があるか調べました。その結果、PHF6という因子がLats2によりリン酸化を受けました。このリン酸化抗体を作成し、細胞へ与える影響などを調べています。2. Lats2によるp21へのリン酸化がNuclear speckleで起こる:リン酸化型Lats2、リン酸化型p21がどちらもNuclear spcckleに局在することから、本研究で明らかとなったリン酸化がNuclcarspcckleで起きている可能性が示唆される。3.アポトーシスへの関与: Lats2が、p21の分解だけとは別に、より積極的にアポトーシスを促進する経路に関与するという考えに基づき、Nuclear speckleでアポトーシスに関与する可能性を調べている。しかし、Nuclear speckleに局在することが報告されたアポトーシス関連因子とLats2の局在は今のところ見られていない。前年度に引き続き、核スペックルにLats2が局在する意義についての研究を行った。これまでに、Lats2が紫外線照射によりSer835をリン酸化されることで活性化すること、リン酸化されたLats2が細胞質・核小体から核スペックルに局在を移動すること、ここでPHF6をリン酸化することを明らかにした。本年度は、PHF6に関して、また、p21に関して重要な知見が得られた。PHF6は本来核小体に局在するが、Lats2のリン酸化を受けて核小体から排出され、核スペックルに局在することがわかった。
口腔扁平上皮癌における分化関連蛋白のIL-22による発現制御の解明と治療への応用

本研究では、上皮細胞を標的とするIL-22とその他のIL-10ファミリーサイトカインによるヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株における扁平上皮分化関連蛋白の発現制御機構を解析した。IL-22シグナルを培養細胞におけるリン酸化STAT3の変動にて確認した。一方、MAPKのリン酸化は、STAT3のリン酸化に先立ち発動しており、siRNAによるSTAT3の発現抑制下においてもMAPKのリン酸化は抑制されず、IL-22によるMAPKシグナルのリン酸化にはSTAT3の影響は乏しいことが示唆された。さらに、扁平上皮分化関連蛋白としてサイトケラチン1,5,10,14他のmRNA発現変化の検索を行った。IL-22刺激により腫瘍細胞におけるサイトケラチン1やinvolcrinの発現抑制が認められたものの、その他の検索因子の発現変化に有為な差は認められなかった。前処理としてsiRNAによるSTATの機能抑制を施した細胞では、この発現抑制性効果は減弱し、IL-22によるサイトケラチン1やinvolcrinの発現抑制にはSTAT3の関与が示された。しかしながら、コントロール群と比較すると完全な回復には至らず、他の因子の関与がさらに考えられた。これらの結果は、複数の扁平上皮細胞株においても確認された。また、市販のIL-22受容体に対する抗体にて通法による病理組織標本の免疫染色を行ったが、明白な陽性もしくは陰性像の判定がつかず、組織試料切片作製や免疫染色における変法が求められた。癌遺伝子治療では、癌組織のみに目的遺伝子を発現できるベクターの開発が求められる。それには、標的癌細胞への遺伝子導入効率、導入遺伝子の選択的発現や発現させる目的遺伝子の選択などが重要となる。近年同定されたinterleukin-22 (IL-22)は免疫細胞から上皮細胞への一方向性のシグナル伝達に関与するユニークなサイトカインである。本研究では、上皮細胞を標的とするIL-22とその他のIL-10ファミリーサイトカインによる扁平上皮癌の上皮における分化関連蛋白の発現制御機構を解析する。本年度の研究成果として以下のような点が明らかになった。IL-22で刺激によるヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株における扁平上皮分化関連蛋白の変化を検索するに当たり、まずは実験に用いる培養細胞株におけるIL-22受容体の発現を蛍光免疫染色にて確認した。陽性反応は細胞輪郭を縁取るように見られた。また、IL-22シグナルを培養細胞におけるリン酸化STATの変動にて確認した。そこで、扁平上皮分化関連蛋白としてサイトケラチン1,5,10,14他のmRNA発現変化を対象し、検索を行った。前処理としてsiRNAによるSTATの機能抑制を施した細胞では、この発現抑制性効果は減弱した。しかし、コントロール群と比すると完全な回復には至らず、他の因子の関与が考えられた。次年度は、サイトケラチン1やinvolcrinの発現抑制が腫瘍細胞の形質に如何なる変化をもたらすのかをsiRNA法等による因子の発現抑制や各遺伝子の恒常的あるいは調節発現を腫瘍細胞に施して検索を進めていく。
脳機能再生のための脳由来神経栄養因子生産を促進する運動負荷方法の探索

本研究は,脳由来神経栄養因子(BDNF)を,より効率的に生産させるための運動負荷方法を探索することを目的とした。健康な若年成人を対象とした。実験1では、運動負荷方法に関する実験条件を検討した。神経筋電気刺激を実施し,全身運動強度としては2METs程度の運動となることが示された。また,その前後で血中乳酸濃度の計測を行い,神経筋電気刺激により上昇することが明らかになった。実験2では,神経筋電気刺激,および随意筋収縮による等尺性運動前後,およびその最中の血清BDNF濃度およびその他の運動生理学的データを記録した。随意筋収縮の場合と神経筋電気刺激の場合とで,力積を揃えたとしても血清BDNF濃度が異なる可能性が示された。脳由来神経栄養因子(BDNF)は,神経細胞の発生や成長,維持,修復に働き,学習や記憶,さらには糖代謝などにおいても重要な働きをする。当該研究においては,BDNFを,より効率的に産生させるための負荷方法を探索することを目的として,神経筋電気刺激を使用した実験を行なった。助成期間中を通じて,健康な若年成人を対象とした。実験1では,運動負荷方法を中心とした実験条件に関する検討を行った。被験者は,安楽な椅子に坐位となり,大腿四頭筋の適切な部位に神経筋電気刺激装置の電極を貼付した。また,膝関節運動の角度を経時的に計測するために,電気角度計を大腿部および下腿部に装着した。本研究の主要な目的である随意的運動を実施した場合と,同様の運動負荷強度で筋収縮のみを実施した場合との2種類の課題を実施するための様々な環境設定を試み,予備的実験を反復した。神経筋電気刺激中に,筋出力を増加させるために,等尺性最大随意筋力(MVC)に対して相対的な値で,どの程度の運動負荷が可能かを検討した結果,MVCの10%程度が負荷を与えることが可能であることがわかった。さらに,関節運動範囲の検討をした結果から,膝関節屈曲100度から30度程度の範囲で,運動可能であった。これらの条件下で,神経筋電気刺激を実施した場合に,全身運動強度としては2METs程度の運動となることが示された。これらの結果から,実験2で行なう本実験の条件を確定することができた。近年,運動によって大脳皮質や海馬でBDNFが産生され,循環血液中に放出されることが明らかとなってきた。当該研究は,BDNFを,より効率的に産生させるための運動負荷方法を探索するための,挑戦的研究である。ヒトを対象として,いくつかの異なる方法を用いた運動負荷を実施する。運動負荷前後の血清BDNFを計測し,運動負荷の種類と,その後の血中に存在するBDNF量との関係を解析するためのデータを得る。平成24年度は,運動負荷方法を中心とした実験条件に関する検討を行った。被験者は,健康な成人とした。安楽な椅子に坐位となり,大腿四頭筋の適切な部位に神経筋電気刺激装置の電極を貼付した。これらの結果から,平成25年度に行なう本実験の条件を確定することができた。

当初の計画通り,想定していた実験条件,環境が適切かどうかを十分に確認するための予備的実験を反復した。それにより,実験条件と環境を整えることができ,本実験を開始した点においては順調に進んでいる。さらに,当初計画していなかった物質の分析も追加して行うように準備することができたため,順調に進んでいるといえる。ただし,本実験を開始してからの例数が少なく,第一段階として到達したいレベルよりもやや前段階で留まってしまっていることから,区分を2とした。平成25年度は,平成24年度に確立した方法にしたがって実験を継続する。適切なサンプル数が収集できた時点で分析結果を行ない,方法の微修正も検討しながら進めていく。被験者は自覚的にストレスを感じない安静坐位姿勢で椅子をリクライニングさせる。下腿遠位部に重りにつながったワイヤを装着させ,負荷を加えた状態で神経筋電気刺激を実施して膝関節の伸展と屈曲を反復する条件,あるいは随意的に膝関節の伸展と屈曲を反復する条件を実施する。この時の呼吸代謝データを記録すると共に,採血した血液を分析する。平成25年度の使用計画について。物品費は,実験および血液の解析に必要な消耗品を中心に購入する。旅費は,学会参加と研究打ち合わせのために使用する。人件費は,実験補助の非常勤雇用費および被験者費の支払いで使用する。その他,では論文の英文校正などの料金を含む。費目別の支出予定は以下の通である。物品費:446,081旅費:200,000人件費・謝金:500,000その他:100,000
気相分子集合体の電子束縛状態の構造とダイナミクス

本研究の目的は、(1)レーザー光電子分光法によって気相クラスター負イオンの電子構造を調べ、電子束縛のメカニズムを明らかにする、(2)気相クラスター負イオンに特有な幾何構造・電子構造を利用して、孤立分子や凝縮相では起こらないクラスター反応を見い出すことであった。1.電子構造異性体の発見[(CO_2)_nX]^-(X=H_2O, MeOH, EtOH)において、2≦n≦4のサイズ領域に限って電子構造の異なる二つの異性体が共存することを見い出した。光電子スペクトルの測定から、二つの構造異性体はCO_2^-をイオンコアとする[CO_2^-...X(CO_2)_<n-1>]構造を持つものと、C_2O_4^-をイオンコアとする[C_2O_4^-...X(CO_2)_<n-2>]構造を持つものとに帰属できた。極性分子が溶媒和によって二種類のイオンコアを安定化していることが、電子構造異性体が共存する要因であると結論された。2.新しいクラスター反応の発見凝縮相のラジカル負イオン・CO_2^-は電子移動による還元反応を起こすことが知られている。これに対して、気相の(CO_2)_n^-クラスター負イオンが全く違った反応性を持つことを見いだした。まず、質量分析法を用いて(CO_2)_n^-とCH_3Iとの反応過程を調べ、主生成物が[CO_2)_nCH_3I]^-の組成をもつ負イオン種であることを示した。さらに[CO_2CH_3I]^-の光電子スペクトルを測定し、この負イオン種が[CH_3CO_2...I]^-のような電子構造を持つ新奇な電荷共鳴錯体であることを明らかにした。この電荷共鳴錯体は、n≦6程度の小さなサイズの(CO_2)_n^-がCH_3Iを親核的に攻撃したことによって生成したと考えられる。当初の研究計画に沿って、本年度は装置の開発に重点を置いて研究を進めた。装置の主要部分であるレーザー光脱離・光電子分光計を設計・製作し、さらに、弱磁場による低速電子の閉じ込めを利用した高感度しきい電子分光装置の開発に着手した。装置の全体は、クラスター負イオン源、飛行時間型質量分析計および光電子分光計で構成されている。特に、光電子分光部には、ビーム中に極めて低濃度で存在するクラスター負イオンの光電子スペクトルを得るために、全立体角に対して約70%の捕集効率を持つ高感度の磁気ボトル型分光計を採用した。装置の開発と並行して、分子科学研究所との共同研究によって[(CO_2)_2H_2O]^-の幾何構造・電子構造に関するab initio計算を行った。この結果、(CO_2)_2^-あるいはCO_2^-をイオン核とする二種類の構造異性体が存在することなど、気相分子集合体に特有な電子束縛状態の様子が明らかになった。この計算結果は、同一の組成を持ちながら幾何構造・電子構造が極めて異なる気相分子集合体が得られる可能性を示しており、本研究を進める上で重要な成果である。これまで、余剰電子の局在状態の異なった構造異性体が共存する例は少なく、[(CO_2)_m(H_2O)_n]^-系は幾何構造・電子構造と光反応ダイナミクスとの相関を調べるために最適なモデル系のひとつといえる。

平成7年度は製作した装置を用いて実質的な測定を行う。[(CO_2)_m(H_2O)_n]^-系のように構造異性体が共存する系について、電子が局在している領域(分子あるいは分子団)の構造の違いを実験的に明らかにすると共に、光誘起反応(例えば、[(CO_2)_m(H_2O)_n]^-からのCO_3^-の生成過程)について構造とダイナミクスとの相関を明らかにする。本研究の目的は、(1)レーザー光電子分光法によって気相クラスター負イオンの電子構造を調べ、電子束縛のメカニズムを明らかにする、(2)気相クラスター負イオンに特有な幾何構造・電子構造を利用して、孤立分子や凝縮相では起こらないクラスター反応を見い出すことであった。1.電子構造異性体の発見[(CO_2)_nX]^-(X=H_2O,MeOH,EtOH)において、2≦n≦4のサイズ領域に限って電子構造の異なる二つの異性体が共存することを見い出した。光電子スペクトルの測定から、二つの構造異性体はCO_2^-をイオンコアとする[CO_2^-・・・X(CO_2)_<n-1>]構造を持つものと、C_2O_4^-をイオンコアとする[C_2O_4^-・・・X(CO_2)_<n-2>]構造を持つものとに帰属できた。極性分子が溶媒和によって二種類のイオンコアを安定化していることが、電子構造異性体が共存する要因であると結論された。2.新しいクラスター反応の発見凝縮相のラジカル負イオン・CO_2^-は電子移動による還元反応を起こすことが知られている。これに対して、気相の(CO_2)_n^-クラスター負イオンが全く違った反応性を持つことを見いだした。まず、質量分析法を用いて(CO_2)_n^-とCH_3Iとの反応過程を調べ、主成分物が[(CO_2)_nCH_3I]^-の組成をもつ負イオン種であることを示した。さらに[CO_2CH_3I]^-の光電子スペクトルを測定し、この負イオン種が[CH_3CO_2・・・I]^-のような電子構造を持つ新奇な電荷共鳴錯体であることを明らかにした。この電荷共鳴錯体は、n≦6程度の小さなサイズの(CO_2)_n^-がCH_3Iを親核的に攻撃したことによって生成したと考えられる。
高等学校におけるeラーニング用国語科教材の開発法に関する基礎的研究

本研究では、高等学校におけるeラーニング用国語科教材の開発に関する基礎的研究を行なった。研究方法としては、まず高等学校の文系科目の対面授業において、プレゼンテーションソフトを用いた場合の効果と課題を中心に検討した。その後、その結果を踏まえて、高等学校国語科用のプレゼンテーションソフトを用いた授業コンテンツを作成し高等学校の生徒を対象に実験を行なった。現在プレゼンテーションソフトを用いた授業を行なう教員の意識としては、1動画や画像資料などによる興味関心を喚起する効果、2板書時間の短縮の効果、3画面展開の工夫による授業内容の定着効果、4教室内での行動範囲が広がることによる空間把握効果などを感じていることが確認された。このうち1、3の効果をeラーニング用コンテンツに転用できる効果と判断し、実証実験を行なった。実証実験では、授業内容の定着に焦点を当て、学習者にとってコンテンツ内のどの部分が学習に役立ったかを確認していった。その結果として、同一コンテンツの画面内に小テストを組み込むことが最も効果が高いということが確認された。続いて授業コンテンツの内容を振り返る確認画面の存在、授業内容の予告画面の存在、動画等を用いた導入画面が続いた。これにより、高等学校の生徒に学習内容を定着させることを目的とする場合、インタラクティブな教材の効果が高いということが考えられるという結論が得られた。これは従来のインストラクショナルデザインの諸理論によって主張されていることであり、本研究ではここに同コンテンツ内でのテストの存在を指摘することにより、スモールステップの理論を組み合わせることの可能性を示唆することになった。
社会的問題解決における情報処理過程の発達

従来別個のものとされてきた社会的発達の研究と情報処理の研究を、本研究では社会的問題解決における情報処理という観点から統合し、その社会的情報処理の発達を検討することを目的とした。以下の諸点を検討した。1.文献的検討社会的行動における認知過程に関する文献の整理を行なった。これを基に、問題解決における情報処理過程の諸研究および諸モデルの発展に関する文献展望を行ない、次いでDodgeの社会的情報処理理論についてまとめた。さらに補遺として社会的認知理論と社会的情報理論の統合をはかったSelmanの理論をまとめた。2.実験的検討社会的情報処理査定用の刺激ビデオを作成した。そして、攻撃児、攻撃対象児、非関与児といった特性を持つ子どもの、社会的葛藤場面における社会的情報処理、および社会的行動スキルの横断的・縦断的発達の検討を行なった。攻撃児、攻撃対象児、非関与児といった子どもの特性による社会的情報処理の諸特徴は縦断研究を通して大きく変わらず、幼児期にすでに個人の社会的情報処理が社会的行動に安定的な影響をあたえておりそれが持続されることが分かった。また、縦断データの相関分析は、社会的情報処理の測度が実験的観察における行動スキルや仲間からの特性評価と関連していることを示し、子どもの社会的行動の基盤として社会的情報処理が重要な役割を持つことを見いだした。また子どもの行動理解のためには、行動-認知-環境の3者を同時に取り上げることが重要であることが示唆された。3.理論的検討本研究の結果、および従来の諸理論では社会的なメタ認知や情緒との関連の位置付けが不充分であることを踏まえ、社会的メタ認知過程と情緒制御過程を考慮した社会的情報モデルを作成した。4.研究全体を総括し、報告書を作成した。従来,社会的発達の研究と情報処理の研究は別個のものとされてきた。しかし,個人の社会的行動の基盤に,対人的な場における情報処理が関与していることは明らかである。本研究では,幼児期から児童期にかけての縦断的検討を行う。幼少期の情報処理様式は児童期にも持続されるのか,また,それは社会的行動にどのように影響するのかを見るのが必要な目的である。本年度は以下の諸点の検討を行った。1.立献的検討社会的行動における認知過程を取り上げた文献の収集と整理を行った。これを基に,社会的行動と認知過程に関する歴史的展望を行い,次いで,そのもっとも発展した理論であるDodgeの社会的情報処理研究を子どもの適応との関連からまとめた。これについては,千葉大学の紀要に報告した。さらに,この検討を通して,従来の諸理論では社会的なメタ認知や情緒との関連の位置付けが不十分であることが明らかになった。そこで,社会的メタ認知過程と情緒制御過程を考慮した社会的情報処理過程のモデルを構成した(未発表)。社会的問題解決場面と,その選択肢としての解決方略を示したビデオを,幼児用・児童用に性別に4種。この刺激ビデオ視聴の際の眼球運動の測定を行い,適切な社会的手掛り(登場人物の表情など)への注視頻度,時間,注視パタンの検討を行った。次年度には査定用ビデオを提示し,ビデオに登場する子どもの行為の意図の読取りや解釈,適切な対処方略の算出や選択を面接質問を通して個別に査定し,攻撃児,犠牲児などの個人差,年齢差による差異を比較する。従来、社会的発達の研究と情報処理の研究は別個のものとされてきた。しかし、個人の社会的行動の基盤に、対人的な場における情報処理が関与していることは明らかである。本研究は社会的情報処理の発達を検討することを目的とするが、本年度は以下の諸点を検討した。1.文献的検討昨年度

行なった社会的問題解決における情報処理過程の諸研究および諸モデルの発展として、社会的認知理論と社会的情報理論の統合をはかったSelmanの理論をまとめた。2.実験的検討社会的情報処理の縦断的検討を行なった。攻撃児、攻撃対象児、非関与児といった子どもの特性による社会的情報処理の諸特徴は縦断研究を通して大きく変わらず、幼児期にすでに個人の社会的情報処理が社会的行動に安定的な影響をあたえておりそれが持続されることが分かった。また、縦断データの相関分析は、社会的情報処理の測度が実験的観察における行動スキルや仲間からの特性評価と関連していることを示し、子どもの社会的行動の基盤として社会的情報処理が重要な役割を持つことを見いだした。また子どもの行動理解のためには、行動-認知-環境の3者を同時に取り上げることが重要であることが示唆された。3.理論的検討本研究の結果、および従来の諸理論では社会的なメタ認知や情緒との関連の位置付けが不充分であることを踏まえ、昨年度構成した社会的メタ認知過程と情緒制御過程を考慮した社会的情報処理モデルを更に修正しモデルを作成した。4.研究全体を総括し、報告書を作成した。以上本研究では、従来不十分であった社会的情報処理の発達について検討を加えたが、今後さらにより広い年齢範囲にわたる縦断的発達の検討を行なっていきたい。
過去７２万年間の気候変動情報を含むアイスコアの物理と層位および「最古の氷」の研究

以下の研究活動をすすめた。1.アイスコアの物理層位としてミリ波帯の誘電率を計測するため、広帯域で使用可能な共振器を新規製作した。また、アイスコア精密な平行面をもつ板状試料の整形を行う道具として、氷面滑面作成用ミクロトームを製作した。2.アイスコアの化学層位計測用の機器である連続融解計測装置系(CFA)の試料融解ヘッドの改良に着手し、小型融解ヘッドを試作した。今後の計測のために消費する試料を従来比で75%に抑える。CFAを用いドームふじコアの200m深400m深台の試料について連続解析を実施した。3.北大では、顕微ラマン用DPSSレーザーを整備した。これを用いて、本研究の研究対象であるドームふじアイスコア中に含まれる塩微粒子に対して種類・組成の同定作業を実施した。間氷期の氷の層位に含まれる塩微粒子では硫酸ナトリウムが大半を占めるが、氷期には、硫酸カルシウムや硝酸ナトリウムが多く出現することを見出した。4.北見工大では、アイスコアの信号形成にかかるプロセスとして、2017年度に南極地域観測隊(大野、藤田が参加)に於いて南極内陸部のドームふじ地域で実施した氷床表面約50cm深度の比表面積の解析を実施した。5.ドームふじアイスコアに関し、2017年度に南極から持ち帰ったコア試料を用いて深度2000-2400mの交流固体電気伝導度の連続計測を2018年10月までに完了した。6.研究代表者の藤田は、2018年度に第60次南極地域観測隊に参加し、南極内陸部のドームふじ地域で氷床探査用レーダを用いての約2000m厚3000m厚をもつ南極氷床の大深部からの電磁波の散乱状態を調査した。この観測は、南極観測プロジェクトとして実施したものである。氷の大深部からの電磁波散乱の有意な信号を検知し、層構造が維持されていることを確認した。今後本科研費ではアイスコアシグナルとの対比を実施する。1.今後のアイスコア研究に用いるインフラの整備をすすめ、機器調達や開発については、着実に実施した。具体的には、マイクロ波共振器を新規に製作、氷面滑面作成用ミクロトームの新規製作、連続融解計測装置系(CFA)の試料融解ヘッドを改良、顕微ラマン用DPSSレーザーの整備がある。これらのインフラを用いて、2019年度やそれ以降に当初目的とした計測を実施することができる。2.ドームふじアイスコア中に含まれる塩微粒子の同定作業が進捗した。3.「最古の氷」の分布存在状況の解明に必要なレーダ観測データを南極観測に於いて整えた。4.ドームふじアイスコアの電気的な層位を2000-2400m深の区間で完了できた。5.CFAを用いドームふじコアの200m深400m深台の試料について連続解析を実施した。6.一方、研究の推進を担うポスドク研究員の募集・雇用に関しては、2019年2月以前の段階では、研究分野の人脈を通じて適任者探しをおこなったが、その時点までに適任者を見出すことができなかった。2019年3月に公募を開始している。ポスドク研究員の適任者探しが遅れてはいるものの、研究インフラの整備を先行して実施している。進捗の進み部分と遅れ部分が相殺している状況にあると自己評価する。本研究の前半における重要な課題は、アイスコアにかかる物理的な層位と化学的な層位の情報を取得することにある。アイスコアの解析はコミュニティ研究として実施している背景がある。今後の解析においては、以下の流れをつくる必要がある。1.アイスコアの切断や整形にかかる使用プランをアイスコアコミュニティの関係者に示し、議論をすすめ最終的にはその承認を得る。2.ポスドク研究員を2名、2019年の8月10月を目途に採用し、研究を分担して遂行する人的な体制を整える。3.初年度で整えた新規の計測インフラを用いて、試験的アイスコア計測を開始する。これにより、今後実施すべき最適な計測条件を見出すほか、今後の計測のペース配分や対象を定める。4.研究調書に当初記載した達成深度区間を目安にして計測をすすめる。5.初年度までに整えたアイスコア信号を活用して信号の年代同期をすすめる。6.北大に於いては、顕微ラマンを用いて、アイスコア中に含まれる塩微粒子の種類・組成の同定作業を気候ステージ毎に観察をすすめる。塩微粒子が層位の維持や拡散にどのような役割をもっているかについての知見を深める。7.北見工大では、層位構造の初期形成の研究をすすめる。表面積雪の特徴や、表面から150m深までの物理的な層構造の発達を調査する。国立極地研究所、北大、それに北見工大の人的な環境やインフラ環境の相乗効果を発揮できるようにつとめる。

CFAを用いドームふじコアの200m深400m深台の試料について連続解析を実施した。3.北大では、顕微ラマン用DPSSレーザーを整備した。これを用いて、本研究の研究対象であるドームふじアイスコア中に含まれる塩微粒子に対して種類・組成の同定作業を実施した。間氷期の氷の層位に含まれる塩微粒子では硫酸ナトリウムが大半を占めるが、氷期には、硫酸カルシウムや硝酸ナトリウムが多く出現することを見出した。4.北見工大では、アイスコアの信号形成にかかるプロセスとして、2017年度に南極地域観測隊(大野、藤田が参加)に於いて南極内陸部のドームふじ地域で実施した氷床表面約50cm深度の比表面積の解析を実施した。5.ドームふじアイスコアに関し、2017年度に南極から持ち帰ったコア試料を用いて深度2000-2400mの交流固体電気伝導度の連続計測を2018年10月までに完了した。6.研究代表者の藤田は、2018年度に第60次南極地域観測隊に参加し、南極内陸部のドームふじ地域で氷床探査用レーダを用いての約2000m厚3000m厚をもつ南極氷床の大深部からの電磁波の散乱状態を調査した。この観測は、南極観測プロジェクトとして実施したものである。氷の大深部からの電磁波散乱の有意な信号を検知し、層構造が維持されていることを確認した。今後本科研費ではアイスコアシグナルとの対比を実施する。1.今後のアイスコア研究に用いるインフラの整備をすすめ、機器調達や開発については、着実に実施した。具体的には、マイクロ波共振器を新規に製作、氷面滑面作成用ミクロトームの新規製作、連続融解計測装置系(CFA)の試料融解ヘッドを改良、顕微ラマン用DPSSレーザーの整備がある。これらのインフラを用いて、2019年度やそれ以降に当初目的とした計測を実施することができる。2.ドームふじアイスコア中に含まれる塩微粒子の同定作業が進捗した。3.「最古の氷」の分布存在状況の解明に必要なレーダ観測データを南極観測に於いて整えた。4.ドームふじアイスコアの電気的な層位を2000-2400m深の区間で完了できた。5.CFAを用いドームふじコアの200m深400m深台の試料について連続解析を実施した。6.一方、研究の推進を担うポスドク研究員の募集・雇用に関しては、2019年2月以前の段階では、研究分野の人脈を通じて適任者探しをおこなったが、その時点までに適任者を見出すことができなかった。2019年3月に公募を開始している。ポスドク研究員の適任者探しが遅れてはいるものの、研究インフラの整備を先行して実施している。進捗の進み部分と遅れ部分が相殺している状況にあると自己評価する。本研究の前半における重要な課題は、アイスコアにかかる物理的な層位と化学的な層位の情報を取得することにある。アイスコアの解析はコミュニティ研究として実施している背景がある。今後の解析においては、以下の流れをつくる必要がある。1.アイスコアの切断や整形にかかる使用プランをアイスコアコミュニティの関係者に示し、議論をすすめ最終的にはその承認を得る。2.ポスドク研究員を2名、2019年の8月10月を目途に採用し、研究を分担して遂行する人的な体制を整える。3.初年度で整えた新規の計測インフラを用いて、試験的アイスコア計測を開始する。これにより、今後実施すべき最適な計測条件を見出すほか、今後の計測のペース配分や対象を定める。4.研究調書に当初記載した達成深度区間を目安にして計測をすすめる。
有限要素法と個別要素法のハイブリッド法による骨折解析プログラムの開発とその応用

平成27年度までの研究では,有限要素法と個別要素法の両方を独自のプログラムとしてコードを作成してきた.しかし,実用的な動的負荷問題を解くには,連続体の他にも板やシェル等,多くのタイプの有限要素が必要であり,荷重条件や接触条件にも様々な設定が必要になる.それらに対応したプログラムを全て自作することは困難で,特に信頼性確保のためのデバッグ作業に多大な時間と労力が必要になる.そこで,既に信頼性が確保され,コードも公開されている汎用の有限要素コードDYNA3Dに,独自開発の混合法(CDFP)プログラムを組み込むことで,その問題を解決した.汎用性と信頼性の高いDYNA3DをベースにしてCDFPの解析を可能としたことは,本研究における最も大きな成果である.開発したCDFP on DYNA3Dの検証のために,正方形ガラス板(200×200×6mm^3)の中央に衝撃子(先端が半径5mmの半球状の弾丸,質量55g)が速度5m/sで衝突する問題を対象とした衝撃破壊解析を行い,その精度と計算効率を検証した.個別要素と有限要素の境界が衝撃部の近くに存在すると,実際には発生しないはずの亀裂が生じるが,個別要素の領域を120×120mm^2まで広げると妥当な亀裂進展挙動を得ることができた.個別要素だけのモデルが要素数30,000個で解析時間が400秒なのに対し,混合モデルでは個別要素数10,800個で,解析時間も130秒と大幅に短縮することができた.適切な個別要素領域を設定できれば,本手法により精度良く少ない計算時間で解析できることが確認できた.頭蓋骨と等価な曲率を有する扁平骨モデルを混合モデルにより作成し,CDFP on DYNA3Dによる解析を行った.これにより,本研究で開発したプログラムを用いて三次元的な曲率を有する頭蓋骨等の骨折解析が可能なことを確認することができた.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。頭部傷害は,歩行者・自動車衝突において力学解析が必要とされる最も重要な問題の一つである.医療画像から詳細な頭部解析モデルを構築し,有限要素法で力学解析を行う技術が普及しつつあるが,これらの多くは衝突時におけるフロントガラスの破壊前までの現象が対象で,フロントガラスの破壊や頭骨骨折を伴う解析は極めて少ない.本研究では,個別要素法と有限要素法による混合法(CDFP)の計算効率を高め,車体の破壊や骨折を伴う現実的な歩行者衝突の問題に適用してその有効性を検証することを目的としている.有限要素法(FEM)は,連続体力学における最も信頼性の高い解析法であるが,多くの亀裂や分裂を伴う破壊現象においてはその連続性が失われるため,精度良い解析を行うのは極めて困難である.一方,個別要素法(DEM)は連続体を小さな粒子の集合として扱うため,亀裂や分裂を伴う破壊現象に対しても高精度の解析が可能であるが,実スケールの解析では非常に多くの要素が必要となり計算時間が膨大となる.研究分担者は,破壊が生じていない部分は有限要素法で解析し,破壊部周辺のみを個別要素法で解析するといった混合法(CDFP)を提案し,この手法をガラスの破壊解析等に応用して,破壊現象が精度良く効率的に解けることを明らかにしている.平成26年度の研究においては,個別要素法と有限要素法からなる混合法プログラム(CDFP)を,三次元問題で一般的に用いられることの多い六面体要素にも適用可能なように理論の拡張を行った.さらに,開発したプログラムを,ワークステーションにインストールし,DE/FE混合法による破壊解析が可能な計算環境を構築した.以上の開発により,頭蓋骨のような複雑な構造の三次元問題に対しても混合法プログラムが適用可能になり,頭蓋骨のモデルさえ得られれば,大規模な破壊を伴う頭骨骨折の解析を行うことが可能になった.頭部傷害は,歩行者・自動車衝突において力学解析が必要とされる最も重要な問題の一つである.医療画像から詳細な頭部解析モデルを構築し,有限要素法で力学解析を行う技術が普及しつつあるが,これらの多くは衝突時におけるフロントガラスの破壊前までの現象が対象で,フロントガラスの破壊や頭骨骨折を伴う解析は極めて少ない.本研究では,個別要素法と有限要素法による混合法(CDFP)の計算効率を高め,車体の破壊や骨折を伴う現実的な歩行者衝突の問題に適用してその有効性を検証することを目的としている.有限要素法(FEM)は,最も信頼性の高い連続体力学解析法であるが,亀裂や分裂を伴う破壊現象は連続性が失われるため,精度良い解析を行うのは困難である.一方,個別要素法(DEM)は連続体を小さな粒子の集合として扱うため,亀裂や分裂を伴う破壊に対しても高精度の解析が可能であるが,実スケールの解析では非常に多くの要素が必要となり計算時間が膨大となる.研究分担者の一人は,破壊が生じていない部分は有限要素法で解析し,破壊部周辺のみを個別要素法で解析するといった混合法(CDFP)を提案し,この手法をガラスの破壊解析等に応用して,破壊現象が精度良く効率的に解けることを明らかにしている.平成26年度の研究においては,個別要素法と有限要素法からなる混合法プログラム(CDFP)を,三次元問題で適用可能なように理論の拡張を行った.さらに,開発したプログラムを,ワークステーションにインストールし,DE/FE混合法による破壊解析が可能な計算環境を構築した.平成27年度の研究においては,CDFPの汎用性・信頼性を高めることを目的に,動的問題の解析に実績のある有限要素プログラム