hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マッチングの組合せ論とその応用

本研究では,グラフのマッチングと呼ばれる組合せ論的対象を中心に,数え上げ組合せ論の手法を用いて研究を進め,組合せ論に関連するいくつか研究成果を得ました.直接マッチングに関連する研究成果としては,既約ピタゴラス数をマッチング数と呼ばれる不変量で実現するようなグラフの三つ組の構成について,ある条件の下ではただ一組しかないことを示しました.また,直接マッチングには関連しない周辺分野においては,ヤング図形の組合せ論的性質に関していくつかの研究成果を得ました.平成25年度は,実施研究計画にある通り,計算機による数値実験を行うと同時に,マッチングにより定義される不変量に着目した理論的な考察を中心に研究を進めた.具体的には次の結果を得た:マッチング数もしくはHosoya indexという名前で呼ばれるグラフの不変量はそのグラフの中の(完全とは限らない)マッチングの総数として定義される.特に,毛虫グラフと呼ばれる特別な木グラフのクラスを考えると,マッチング数は連分多項式などと密接に関連しており大変興味深い.マッチング数を考えるとピタゴラス数になるような毛虫グラフの三つ組について考察した.ピタゴラス数が与えられた時に,拡張ユークリッド互除法から得られるデータを元に毛虫グラフを構成し,その毛虫グラフのコピーを2つ作り,芯と呼ばれるグラフの三つ組に貼り合わせることで,マッチング数が与えられたピタゴラス数になるような毛虫グラフの三つ組を構成できることが知られている.既約ピタゴラス数を脚の長さの比により2つのクラスにうまく分類すると,マッチング数がピタゴラス数になるようなグラフを構成する際に必要となる芯を,それぞれのクラスにおいて共通に取ることができることが知られており具体的に与えられている.共通の芯を用いて,マッチング数が既約ピタゴラス数になるような毛虫グラフ達を構成することを考えた時,芯となりうるグラフの三つ組の唯一性を示すことができた.また,さらに,毛虫グラフを貼り合わせるという仮定を外し,毛虫グラフとは限らない一般のグラフを貼り合わせるという条件に置き換え,一般化した設定にしても,芯の候補の唯一性は変わらないという結果を得た.この結果により,ある種の対称性を持ったグラフのマッチング数でピタゴラス数を表そうとすると,そのグラフの形状は限られたものであるという事がわかる.平成26年度は,重み付き母関数についての研究を中心に研究を進めた.特に,ヤング図形上の集合値半標準盤およびreverse plane partitionsの重み付き母関数に関して研究に進展があった.これらの重み付き母関数は,シューア多項式のK理論版であると思うことができる様な多項式であり,それぞれGrothendieck多項式, dual Grothendieck多項式と呼ばれている.シューア多項式にはその無限和に関する公式として, Cauchy formulaと呼ばれるものがよく知られている. Grothendieck多項式に対する同様の公式をLascouxと成瀬が与えている.この公式は重み付き母関数に対する等式であるので,重みを保存する全単射の存在を示唆するが,その全単射を与えるためのアルゴリズムを構成し証明を与えることができた.このアルゴリズムは, bumpingとslidingというよく知られたアルゴリズムを組み合わせることで構成される.また,平成26年度には京都大学数理解析研究所で組合せ論的表現論と表現論的組合せ論に関する研究集会を開催した.この研究集会では,国内外の研究者による講演が行われ,最新の研究動向についての情報収集を行うことができた.当該年度では,小圏を用いた数え上げ組合せ論的対象の研究を進めた.特に代数的組合せ論の分野で広く研究されているassociation schemeの圏論的視点からの拡張であるschemoidについて研究を行った.特に, schemoidの構造をもつ小圏を与えられた半順序集合から構成する方法を与えるということ,及び, schemoidの構造を保存するような関手のなす圏についての研究を行い成果をえた.我々が半順序集合から構成した小圏およびそのschemoid構造は,元となる半順序集合の組合せ論的構造を多く反映しており, schemoidから構成されるschemoid algebraという環も組合せ論的な情報を多く含んでいる.例えば, Coxeter群のBruhat orderによる半順序集合から構成した場合そのschemoid algebraはnilCoxeter algebraになり, Matroidのflatsのなす半順序集合から構成した場合そのschemoid algebraはnilMoebius algebraと呼ぶべきものとなる.本研究課題の主たる対象は完全二分木とマッチングの対応であるが,完全二分木は自然に半順序集合だと思うことができる.従って,当該年度に得られた構成を,完全二分木に対しても適用することで,完全二分木の組合せ論的情報を持った代数を構成し,その代数の構造から完全二分木を研究することが考えられる.完全二分木に対する応用については次年度以降の課題とする.半順序集合からschemoid構造を持つ小圏の構成法を与えられた.この構成法は完全二分木の研究に対する新しい手法であり,次年度以降の成果が期待できる.本研究の目的は,完全マッチングの組合せ論的性質について,数え上げ組合せ論の視点から研究を進め,完全マッチングや完全ではないマッチングの重み付き母関数や,一対一対応に関連する研究対象,さらにはそれらと関連する研究分野について貢献をすることです.本研究で得られた知見や数学的技術の結果,いくつかの数え上げ組合せ論に関連する定理を得ました.まず,既約ピタゴラス数をマッチング数として与えるグラフの三つ組の構成についての結果を得ました.既約ピタゴラス数の族をマッチング数として実現するようなグラフの三つ組の族は,一般には色々考えることができますが,ある種の統一的な方法で構成される三つ組の族についてのみ考えると,そのようなグラフの族は一組しかありえないということを証明しました.

また,ヤング盤の母関数の一つであるGrothendieck多項式と呼ばれる函数には, Cauchy formulaと呼ばれる無限和に関する公式がすでに知られていました.この公式に対し,既に知られていた全単射を用いることで,組合せ論的な別証明を与えられることを指摘しました.また, Virasoro代数の不確定特異点における不確定共形ブロックに関連する等式についての共同研究を行いました.その式が数え上げによる解釈を持っているということを手がかりに,ヤング図形およびヤング盤の数え上げ組合せ論的性質に着目した議論を行いました.一方で,オークション函数の多項式表示についての共同研究を行い,いくつかの結果を得ました.本研究では,グラフのマッチングと呼ばれる組合せ論的対象を中心に,数え上げ組合せ論の手法を用いて研究を進め,組合せ論に関連するいくつか研究成果を得ました.直接マッチングに関連する研究成果としては,既約ピタゴラス数をマッチング数と呼ばれる不変量で実現するようなグラフの三つ組の構成について,ある条件の下ではただ一組しかないことを示しました.また,直接マッチングには関連しない周辺分野においては,ヤング図形の組合せ論的性質に関していくつかの研究成果を得ました.平成26年度は,論文という形ではまだ公表できていないものの,ヤング図形上の集合値半標準盤およびreverse plane partitionsの重み付き母関数に関して研究に進展があった.特に,古典的なアルゴリズムを組み合わせ新しいアルゴリズムを構成することで, Grothendieck多項式に対するCauchy formulaにbijective proofを与えているが,その研究の中で重み付き母関数の取り扱いに関する知見を得た.当該年度で得られた成果は,ある条件を満たす半順序集合からschemoid構造をもつ小圏を構成する構成法である.この成果を,半順序集合の特別な場合としての完全二分木に対して応用することはまだできていない.具体的な完全二分木に対し当該年度で得られた成果を応用することを試みる.また,研究計画最終年度となるので,前年度までに得られた成果を論文としてまとめることも進める.数え上げ組合せ論平成27年度は,平成26年度に得られた成果を論文という形で公表できるよう準備を進める.また,アルゴリズムの構成に用いた方針は, dual Cauchy formulaのK理論版に対しても応用できる可能性がある.それに関しても証明を与えることも目標とする.また,同様の対応が二分木上のナンバリングに関しても成り立たないか計算機実験等により確認をする.平成25年度の研究計画では,グラフの不変量の満たす恒等式に着目し,完全マッチングの観点からその組合せ論的解釈を与えることを目標に,計算機実験を行うことを主たる予定としていた.
免疫-神経シグナル切り替えのピボット:脳血管内皮細胞

免疫系の信号は脳に伝えられ、感染時の発熱、痛み、食欲不振などの神経内分泌症状を引き起こす。このような反応を引き起こすサイトカインは複数知られているが、複数存在することの生理的意義は不明であった。一方、私達はこれまでに免疫系信号(サイトカイン)から神経系信号(プロスタグランジン)の切り換えの場は脳血管内皮細胞であることを示してきた。本実験では次の2つの仮説を検証した。(1)複数のサイトカインは相乗的に作用する。(2)この相乗作用は脳血管内皮細胞で起こる。仮説(1)の検証:マウスの脳室にインターロイキン-1β(IL-1β)とインターロイキン-6(IL-6)を同時に投与すると、それぞれを単独で投与したときに起こる発熱を足し合わせたよりも強い発熱が見られた。またこの相乗効果はIL-1βconvertingenzyme(ICE)ノックアウトマウスやIL-6ノックアウトマウスでより顕著であった。仮説(2)の検証:脳血管内皮細胞でのプロスタグランジン合成の律速酵素であるシクロオキシゲナーゼ-2(COX-2)の誘導にも、IL-1βとIL-6の相乗効果が認められた。さらに、これらサイトカインはそれぞれ単独でIL-1β1型受容体、IL-6受容体の両方を脳血管内皮細胞に誘導する。すなわち、脳血管内皮細胞では複数のサイトカインそれ自身と他のサイトカインの受容体を相互誘導することで、おたがいの作用を増強していることが明らかとなった。以上の結果から、複数のサイトカインが脳血管内皮細胞で相互作用して、免疫系から脳への情報伝達が実現していることが示された。
BMIを用いた脳活動と行動の因果解析による意思決定プロセスの解明

本研究ではサルの神経活動を計測し、複数領域間の関係性に基づく解析によって脳の情報ネットワーク構造を抽出し、意思決定といった脳の内部プロセスを解明することを目指している。本年度は研究の最終年度として、サルの広い領域から神経活動を同時計測し、その情報ネットワーク状態を教師なしで解析する方法を提案し検証実験によりその有効性を示した。従来の神経活動解析は特定の脳部位について外的に設定された特定の状況や事象と関連する活動を解析する個別機能研究が主流であり、システム全体の内部ダイナミクスは対象外であった。一方、皮質表面に多数の電極を配置するECoGは、高時間解像度での多点同時計測に適した最近の手法であり、そのデータから多数の脳部位の活動連関すなわちネットワーク構造の時間変化を抽出する解析法を実現すれば、脳のシステム全体の内部ダイナミクスの理解に大きく寄与すると考えられる。本研究では、複数領域の相関や因果関係を表現した関係性行列の時系列データに対して混合ディリクレ過程と無限関係モデルを組み合わせた解析を行うダイナミックネットワークマイニングを提案し、神経活動データに内在する情報構造を教師なしに抽出できることを示した。この検証のためサルに麻酔投与実験を行い、脳全体の関係性が麻酔とともに変化し麻酔から回復すると麻酔前と同じ関係性へと復帰すること、視覚野内の活動の因果関係において覚醒開眼時に見られる関係性構造が閉眼麻酔時にも再現することを発見した。本研究は神経活動解析において、従来とは異なる大規模データからの内在構造の抽出というアプローチを提唱し、多点同時計測データからネットワーク構造の時間変化を抽出する新たな解析法の開発を行い、その有効性を示したものである。これは,従来の仮説検証型と相補的な構造発見型という新しい神経科学のアプローチを提示し、その実現への端緒を開くものといえる。本研究ではサルの神経活動を計測し、因果関係に基づく解析を行うことで、複数の脳部位の間の関係を記述し意思決定のプロセスを解明することを目指している。初年度の研究として、まず複数頭のサルの前頭皮質から複数電極によって神経活動を計測しその基本的な性質を確かめた。また神経活動の因果パターンが課題遂行中の各時間帯においてどのように変化するのかを解析した。従来の神経活動計測は、神経細胞の発火を計測する限られた領域から高いS/N比、高時間解像度で計測する方法か、functionalMRIのように全脳をカバーする広い領域から低い時間解像度で計測する方法、あるいは脳波のように低いS/N比ではあるが広い領域をカバーしつつ、高時間解像度で計測する方法しかなかった。これに対し、本研究では理化学研究所との共同研究の下、硬膜下に複数電極を配置して電位を計測するECoGとよばれる新しい計測方法を用いた。これは比較的高いS/N比を保ちながら、広範囲から高時間解像度で神経活動を計測できるという点で、複数の脳部位の間のダイナミックな神経活動の変化を捉える本研究の目的に合致している。そのような神経活動の関係性を解析するため、データの間の関係性を記述する方法として統計的因果指標のひとつであるGranger Causalityを用い、これを時間窓とともに適用することを提案した。これによりある2つの脳部位の間の因果関係すなわち方向をもった関連の強さの時間変化を記述することが可能となった。実験者がサルにエサを与えるという課題を行い、その際の神経活動を計測・解析したところ、「課題開始」「手を伸ばす」「エサを食べる」といった課題中のイベントに従って、特定の因果関係のパターンが繰り返し生じていることを確かめた。さらにこのパターンは数日の実験を通じて、安定していることがわかった。今後はこれらの解析を押し進め、サルの持つ社会性について解析を行っていく予定である。
口腔粘膜疾患における培養口腔粘膜とT.Bリンパ球との免疫応答反応の解析

口腔粘膜疾患の病態を解明するために、口腔内病変部の口腔粘膜細胞の培養系の確立をまずはじめに試みた。採取した口腔粘膜材料を細切し、ディパーゼIIおよびトリプシンで処理し粘膜上皮細胞を分離した。培養液は10%FBS添加DMEMを用いた。これら口腔粘膜細胞とマイトマイシンCで処理をしたNIH3T3細胞を栄養細胞として共培養したところ、約10日間程度のの培養が可能となり、口腔粘膜細胞の細胞数も増大した。この培養系に同一人から採取した末梢血リンパ球を添加しさらに12日間培養し、リンパ球の活性化が引き起こされるかどうか解析した。そのため一定期間培養後リンパ球を回収し、PI染色およびモノクローナル抗体を作用させフローサイトメーターで測定した。対照として同様に、健康人(手術時の材料)にも実施し比較検討した。現在までのところ扁平苔癬患者3例、健康人2例に対し実施したが、扁平苔癬においてはリンパ球の核DNA量の増加が認められ、さらにHLAクラスII抗原およびCD23抗原の発現量が著明に増大しており、病変局所において免疫応答反応性が亢進していることが考えられた。このことより、病変部の口腔粘膜細胞上にはリンパ球を活性化させる何らかの抗原物質が存在している可能性が示唆された。現在さらに症例数を増やし、また細胞接着分子(ICAM-1,LFA-1など)に関してもその発現量の変化を測定し、細胞接着分子の口腔粘膜疾患への関与についても解析を続けているところである。
核酸塩基を利用した超微細可逆性光記録材料の設計と開発に関する研究

チミン,ウラシルなどのピリミジン塩基は紫外線照射により可逆的にシクロブタン型フォトダイマーを生成することが知られている.この反応をフットレジストとして利用し,高感度,高解像度のフォトレジストを設計,開発することに成功した.本研究はピリミジン塩基の可逆的光反応を利用して,分子レベルでの超微細,可逆的光記録材料の設計,開発を目的とした.本研究では,ピリミジン塩基による可逆的な光二量化反応をLB膜で行なう光記録材料として応用する為に,長鎖アルキル基を有するピリミジン化合物を合成した.ピリミジン塩基としては,チミン, 6-シアノウラシル,オロチン酸を用いた.それらの化合物について溶液中および,フィルム状態での光二量化反応及び光開裂反応を,二量化反応には280nm,開裂反応には250nmの光を陽射して溶液の紫外線部における250nm300nm付近の特性吸収の吸光度を測定することで反応を検討した.その結果, 1-ドデシルチミンは透明なフィルムが得られ,非常に高い光反応性と共に,可逆的反応に対する非常に高い耐久性を有することが確認された.また,オロチン酸誘導体は水溶性であるが,界面活性剤(SDS)を臨界ミセル濃度(CMC)以上加えた混合ミセルの形成された水溶液中で反応性が極端に向上することも確認された.LB膜の累積膜における光反応を行なうには至らなかったが,累積膜の可能性をはπ-A曲線より得られた.一方6-シアノウラシル誘導体は高感度であり光可性も見られた.以上の研究成果により,長鎖を有するピリミジン化合物はLB膜への累積が可能であり,光反応性は高感度であり,繰り返しの光可逆反応に耐久性を示す有望な分子レベルえの光記録材料であることが明らかとなり,実用に向けこの開発研究は急務であろう.チミン,ウラシルなどのピリミジン塩基は紫外線照射により可逆的にシクロブタン型フォトダイマーを生成することが知られている.この反応をフットレジストとして利用し,高感度,高解像度のフォトレジストを設計,開発することに成功した.本研究はピリミジン塩基の可逆的光反応を利用して,分子レベルでの超微細,可逆的光記録材料の設計,開発を目的とした.本研究では,ピリミジン塩基による可逆的な光二量化反応をLB膜で行なう光記録材料として応用する為に,長鎖アルキル基を有するピリミジン化合物を合成した.ピリミジン塩基としては,チミン, 6-シアノウラシル,オロチン酸を用いた.それらの化合物について溶液中および,フィルム状態での光二量化反応及び光開裂反応を,二量化反応には280nm,開裂反応には250nmの光を陽射して溶液の紫外線部における250nm300nm付近の特性吸収の吸光度を測定することで反応を検討した.その結果, 1-ドデシルチミンは透明なフィルムが得られ,非常に高い光反応性と共に,可逆的反応に対する非常に高い耐久性を有することが確認された.また,オロチン酸誘導体は水溶性であるが,界面活性剤(SDS)を臨界ミセル濃度(CMC)以上加えた混合ミセルの形成された水溶液中で反応性が極端に向上することも確認された.LB膜の累積膜における光反応を行なうには至らなかったが,累積膜の可能性をはπ-A曲線より得られた.一方6-シアノウラシル誘導体は高感度であり光可性も見られた.以上の研究成果により,長鎖を有するピリミジン化合物はLB膜への累積が可能であり,光反応性は高感度であり,繰り返しの光可逆反応に耐久性を示す有望な分子レベルえの光記録材料であることが明らかとなり,実用に向けこの開発研究は急務であろう.
健康・機能性食品の各国状況比較と対応国内関連企業の海外展開戦略に関する調査研究

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。まずはアジア圏の関連業界への理解を深めるために、アジア圏最大の関連製品の展示会であるCPhIChina(2015/6/24-6/26、上海、アジア圏、特に中国関連の健康・機能性食品に関する展示会)の視察を行った。関連企業のブースで英語、日本語の話せる担当者複数名にインタビューを行ったところ、中国国内で機能性表示、効果効能を表示する規制は許可制であり、規制・基準よりも当局のネットワーク・人間関係が重要であるとの意見が大多数であった。このため、調査対象地域を、比較的規制・基準が明確な中国本土→香港に変更を行うこととした。また、韓国・延世大学校の健康・機能性食品開発研究者との打ち合わせ、ネットワーク構築(2015/7/10-13先方来札、2016/2/20ソウル訪問)を行った。延世大学校のKim, Tack Joong教授(http://web.yonsei.ac.kr/pharm/)は、NASAと共同研究によって健康食品を開発し、韓国において効果効能を表示(あるいはそれを類推させるマーケティングを行い)した飲料を発売している。今後も交流を図り、情報交換を行う予定である。加えて、研究・イノベーション学会での研究報告(2015/10/10)を行ったところ、日本と各国のGMP制度設計の違いについて質問があった。最後に分担研究者が転属のため、担当部分を担当できなくなったため、代替案として日米の関連業界誌のテキストマイニングによりキーワード分析を予備的に研究することにした。このデータ収集準備のため、健康産業流通新聞3年間のバックナンバーを購入、PDF化し、熟読した。なお、本進捗については、2016年3月17日に東工大において第1回班会議を実施し、2015年度の報告と2016年度の研究の方針について議論を行った。最終年度開催予定のプロダクトデザインワークショップに関しては、分担研究者の変更で担当者が不在となってしまったため、現時点では開催未定とした。3年度目までに開催の可否を判断する。開催しなかった場合の代替案として日米の関連業界誌のテキストマイニングによりキーワード分析を予備的に研究を開始することにした。昨年度に引き続き、健康食品関連の米国関係者の訪問・インタビュー・視察調査に関して、研究協力者の一般社団法人日本健康食品規格協会池田先生に紹介を依頼し、2017年2月にアメリカ健康食品の業界団体であるCouncil for Responsible NutritionのVice President, Science & International AffairsであるJames C Griffiths博士にアポイントメントが取れた。2017年9月にボルチモアで開催されるNatural Products Expoにあわせて訪問する予定である。延世大学校のKim, Tack Joong教授(http://web.yonsei.ac.kr/pharm/)とも、2016年7月に協働でワークショップを開催し、情報交換・交流を行なった。また、今まで取りまとめた成果について3月に日本薬学会でポスター発表を行なった。具体的には中国、ヨーロッパ、アメリカ、韓国、シンガポールの健康食品・機能性食品の関連規制を調査・研究して、また今各国の関連市場で販売されている商品の製品特性を調査して、日本企業に各国の関連市場に適応して、参入できる方策を提示した。2016年度は、班会議を3回開催し、2016年度末にアナハイムで開催されたNatural Products Expoに東工大から視察訪問するように、研究分担者との連携もスムーズである。米国訪問先に苦慮していたが、研究協力者の支援により解決した。また、2016年度末に日本薬学会でポスター発表した成果を論文にまとめつつあり、2017年5月中には投稿予定であり、概ね計画通りに研究が進捗しているかと思われる。昨年度に引き続き、健康食品関連の米国関係者の訪問・インタビュー・視察調査に関して、研究協力者の一般社団法人日本健康食品規格協会池田先生からの紹介の紹介により、アメリカ健康食品の業界団体であるCouncil for Responsible NutritionのVice President, Science & International AffairsであるJames C Griffiths博士に9月に訪問し、インタビューを行った。合わせてボルチモアで開催されるNatural Products Expoにあわせて視察・調査を行った。また、延世大学校のKim, Tack Joong教授(http://web.yonsei.ac.kr/pharm/)とも、2017年8月に協働でワークショップを開催し、情報交換・交流を行なった。また、今まで取りまとめた成果について3月に日本MOT学会でポスター発表を行なった。2017年度は、班会議を2回開催した。2018年度は、最終年度であることから、国際シンポジウムを9月14日に北海道大学で開催する予定である。あわせて、本申請の計画にあるプロダクトデザインワークショップを2018/9/15-16で開催する企画を進めている。また、2016年度末、2017年度に関係各学会で成果を発表し、論文にまとめつつあり、2018年には投稿予定であり、概ね計画通りに研究が進捗しているかと思われる。米国関係者に関しては、班会議参加者内ではつてがないため、追って研究協力者の一般社団法人日本健康食品規格協会池田先生のご相談することとした。韓国に関しては、荒戸先生がMinistry Of Food And. Drug Safety (MFDS、韓国のPMDA)に3月まで在籍している方をご紹介できるとのことで随時状況を整理する。テキストマイニングを用いた定量的比較

分析研究を行うための日米の関連業界誌の少なくとも3年間分の新聞記事テキストデータの提供して研究に供したいと考えている。交渉に関しては、健康産業流通新聞、健康産業新聞、健康ジャーナルはリバネス岡崎様が先方の担当者に打診する予定である。予備的に、健康産業流通新聞3年間分の資料をOCRで取り込み後、テキスト化を行うことも視野に入れる。ニュートリション・ビジネス・ジャーナル、ニュートリション・ビジネス・ジャーナル等、アメリカの関連業界紙に関しては、池田秀子先生にご相談して照会先をご紹介いただく方向で調整を行う。7月に第2回の班会議を北海道大学で開催し、年度末の訪米予定に向けた訪問先・日程調整を行う予定である。今まで研究成果を論文にまとめるとともに、James C Griffiths博士へのインタビュー調査内容について、現在作成しているところである。先方には6月中に送付し、9月の訪問インタビュー調査に備える予定である。また、アジア圏に関して現地調査先を英語で調査が行えるフィリピンを加える予定で、8月に2週間ほどの現地調査を計画している。班会議については、9月の米国訪問前に1回、その後1回開催する予定である。なお、延世大学校のKim, Tack Joong教授(http://web.yonsei.ac.kr/pharm/)とは、今年度も北海道大学にて217/8/4-6についてワークショップを開催する予定である。今まで研究成果を論文にまとめるとともに、知財の取扱の変更や制度や規制の主な変更点を洗い直しを行う。別途、投稿中の論文もあり、順次成果の報告を行っていく。なお、延世大学校のKim, Tack Joong教授(http://web.yonsei.ac.kr/pharm/)とは、北海道大学にて2018/9/15-16についてワークショップを開催する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
熱分析によるバイオマス成分の簡易評価法の開発とその応用

市販の微結晶性セルロースを標準試料として、熱分析の測定条件を定めると共に、ハンドプレスによって直径約4.5 mmの錠剤型に成型することで安定した測定データを得る事を可能にし、ヒノキ、ススキ等リグノセルロースの酵素糖化の為の前処理試料およびセルロースナノファイバー(CNF)試料に関する熱分析の基盤データを整備した。最終的に、熱分解速度曲線からバイオマスの組成や状態を推測する事で、発酵性糖生成の為の前処理法やCNF調製法を選択する際の判断基準になる可能性を示した。平成26年度は、当初の研究計画に沿って(1)分離精製試薬およびその混合物を対象にした熱分析および標準条件の検討、(2)各種植物バイオマスを原料にした前処理物およびセルロースナノファイバー(CNF)の熱分析による基盤データの整備、の2つのサブテーマを実施した。セルロースの標品としてAvicel PH-101を選択し、種々条件を検討した結果、試料量:約5 mg、昇温速度10 °C/min、測定温度範囲:40550°C、雰囲気:窒素(約100 ml/min)、リファレンス:α-Al2O3を標準の測定条件とした。さらに試料の形状について検討した結果、ハンドプレスによって直径約4.5 mmの錠剤型に成型することで安定した測定データを得る事が可能になった。特にバイオマスで多く確認される綿状の不定形試料や、低密度で嵩高い試料において効果を発揮した。リグノセルロース前処理試料の熱分析を行った結果、ヘミセルロースの減少に伴って熱分解重量減少速度曲線(以下、DTG曲線)のピークトップが、約340350°C付近で無処理物よりも鋭くなり、微結晶セルロースの熱分解挙動と類似した。酵素糖化性が大きく増加したヒノキの前処理試料について熱分析を行った結果、共通点は、DTGピーク温度の低下のみであったが、大きく二つの種類に分類された。一つは精製セルロースの熱分解挙動に近似したオルガノソルブ処理試料であり、熱分析がセルロース精製度の目安になる可能性を示した。もう一つは、熱分解が大きく低温側にシフトすると共に、吸熱反応の低下が確認されたボールミル粉砕処理試料およびアルカリ-過酸化水素処理試料であり、へミセルロースおよびリグニンの変性の影響が示唆される。さらに、蜜柑搾汁残渣およびコットンから種々条件で調製したCNFの熱分析を実施し、CNFに関して、セルロース純度や結晶化度と共に熱分解温度の基盤データを整備した。平成26年度は、セルロースの標品としてAvicel PH-101を選択し、標準の測定条件を定めると共に、試料の形状について検討した結果、ハンドプレスによって直径約4.5 mmの錠剤型に成型することで安定した測定データを得る事が可能になった。次に、Avicel PH-101や、ヒノキ、ススキ等リグノセルロースの酵素糖化の為の前処理試料を用いて熱分析に関する基盤データ蓄積すると共に、柑橘類内皮やコットン、ヒノキからセルロースナノファイバー(CNF)を調製し、それらの熱分析に関する基盤データも蓄積した。平成27年度は、整備した基盤データのDTG曲線を用いて、SplitGaussian法による分離、Levenberg-Marquardt法によるカーブフィッティングを行い、個々のピークに分離し、試料の組成変化等について予測可能と示唆される基盤データを構築した。それらのデータを整備していく過程において、ミスカンサス属の品種による前処理の効果の違いや、酵素糖化に対するボールミル処理の効果について、熱分析結果から推察できる可能性を示した。さらに、柑橘類内皮に共通して特徴的なペクチンおよびセルロースの熱分解に由来するDTG曲線の形状を明らかにすると共に、DTG曲線が柑橘系果皮等のペクチン系多糖を含むセルロース試料からCNFを調製する際の目安になる事を示した。また、ヒノキのオルガノソルブ処理試料の熱分析結果から、酵素糖化との相関を明らかにすると共に、Wise酸化試料の熱分析結果から、DTGピークを単一且つ鋭くしながら、低温領域の熱分解温度を僅かに起こす事で、ヘミセルロースを一部残しながらセルロースの純度を高め、CNF生成用の試料として調製可能になる事を示した。DTG曲線から、バイオマスの種類を推測できると共に、発酵性糖生成の為の前処理法やCNF調製法を選択する際の判断基準になると期待される。平成26年度の研究計画に予定していた(1)分離精製試薬およびその混合物を対象にした熱分析および標準条件の検討、(2)各種植物バイオマスを原料にした前処理物およびセルロースナノファイバー(CNF)の熱分析による基盤データの整備、の2つのサブテーマを実施し、計画通り標準条件を決定し、基盤データを整備することが出来た為。農学当初の研究計画にしたがって、(1)前年度で得られたデータ群を基にしたデータマイニング、(2)食品廃棄物や植物バイオマス等の複合的なバイオマスの熱分析を基に選定した手法による発酵性糖生成およびCNF単離処理について検討する。ただし、(1)および(2)を精度よく実施する為に、各種バイオマスの熱分析データを随時追加する可能性がある。

次年度使用額が発生した理由を下記に示す。(1)平成26年度は国内学会および国内講演が予定より増え、予定していた国際学会での発表を取りやめ、平成27年度に繰り越した為。(2)平成26年度に異動した新しい所属先で、無料で拝借できる機器類があり、研究計画で予定した物品費より低く抑えることが出来た為。平成27年度は、前年度と同様、消耗品を中心とした物品費が必要である。また、最終年度で研究成果を発表する機会が増えることが予想される為、国際学会および国内学会の参加費および旅費、論文発表における英文校正費および論文掲載費を当初の研究計画より増額計上する予定であり、前年度の繰り越し額を増額分に充足し、使用する。
原索動物ホヤ類におけるアロ認識機構の解明

原索動物ホヤ類は雌雄同体で、自家受精する自家和合種と、自家受精しない自家不和合種が存在する。自家不和合種であるカタユウレイボヤ等のホヤでは、どのようにして自己非自己認識(アロ認識)を行い、自家受精を回避しているのか、その解明が本研究の目的である。本研究により、カタユウレイボヤのアロ認識分子(卵側v-Themis-A, -B, -B2と精子側s-Themis-A, -B, -B2)が同定された。生化学的、遺伝学的解析から、3ペアの卵側リガンド分子を精子側レセプターが認識し全て自己分子と認識すると、精子へのCa2+流入が起こり、卵膜から離脱して自家受精を防いでいることが判明した。上記研究課題について交付申請書に従って研究を行い、当該年度の予定をほぼ完了したので報告する。カタユウレイボヤの受精においては、卵側因子v-Themis-A/Bと、精子側因子s-Themis-A/Bが、アロ認識候補分子であることを報告しているが、そのアレルの数や局在性については不明である。そこでまず、カタユウレイボヤ約100個体のゲノムDNAを抽出し、各個体におけるThemisのアレル解析を行った。A遺伝子座においては、少なくとも16種類のアレルが存在し、B遺伝子座においては,少なくとも7種類のアレルが存在することが示された。また、v-Themisに対するアレル特異的抗体を作製し、v-Themis-Aが卵黄膜にアレル特異的に局在することを証明した。AB両遺伝子のs-Thelnisに関しては、それぞれに特異的な抗体を作製し、免疫染色を行なった。その結果、s-Themisに関しては、A,Bいずれも精子頭部の先端及び鞭毛の付け根、鞭毛全体に存在していることが示された。このことは、両者が共局在している可能性を示唆している。s-Themisは、その構造からカルシウムチャネルと考えられ、精子細胞内へのカルシウム流入を制御していると考えられる。そこで、イオノマイシンを用いて人為的に細胞内カルシウム濃度を上昇させたところ、s-Themisの局在が変化することが示された。同様の局在変化は、自己卵に結合した精子においても観察された。これらのことは、自他認識シグナルが精子細胞内でのカルシウム濃度変化やs-Themisの挙動変化を引き起こすことを示唆している。今後はこの点について詳細に解析する一方で、アレル特異的なタンパク質間相互作用についても検討する予定である。上記研究課題について当初の計画に従って研究を行ったので、平成22年度の成果を報告する。カタユウレイボヤの受精における自家不和合性には、精子側因子としてPKD1様カチオンチャネル(s-テミス)と、卵側因子として黄膜上のフィブリノーゲン様分子(v-テミス)が重要な役割を果たすことをすでに報告した。このペアは第2染色体の遺伝子座Aと、第7染色体の遺伝子座Bに存在し、両方のアレルにおいて自己であると精子側で識別されると、精子が卵黄膜から離脱して受精が阻害される。そこで、本研究では、(1)テミス分子のアレルの多様性とその共進化についてまず解析を行なった。AとBの遺伝子座位では進化速度に違いがみられたが、精子側と卵側の因子の多型には共進化の傾向が確認された。(2)遺伝子座Bにはs/v-テミス-Bが2ペア存在する可能性が指摘されていたが、ゲノムのミスアノーテーションによる可能性も考えられていた。そこで今回、遺伝子座Bのゲノム配列を決定しなおしたところ、そこには確かに2ペアのs/v-テミス-B(様因子)が存在することが初めて確認された。卵黄膜上にもこの2種類のv-テミス-Bが共存していたことから、このアロ認識因子を新規因子としてs/v-テミス-Cと命名した。s/v-テミス-Cも多型に富み,そのハプロタイプに関する知見も得た。(3)精子細胞内での自己認識シグナルに関しては今まで不明であったが、精子が自己の卵黄膜に結合した時のみ、細胞内カルシウム濃度が急激に上昇することを明らかにした。これはs-テミスがカルシウムチャンネルとして機能している可能性を示唆している。カタユウレイボヤの受精における自家不和合性には、精子側因子としてPKD1様カチオンチャネル(s-テミス)、また卵側因子として黄膜上のフィブリノーゲン様分子(v-テミス)が重要な役割を果たすことを報告している。この分子ペアは第2染色体の遺伝子座Aと、第7染色体の遺伝子座Bに存在し、精子側で両アレルが自己と識別されるとCa^

<2+>流入がおこり、精子が卵黄膜から離脱するか運動性を停止させ、受精が阻害される。平成23年度は次のことを検討し、新知見が得られた。(1)s-テミス-Aとs-テミス-Bの局在性を免疫染色法で解析した。両者とも精子頭部先端と尾部に共局在することが示された。また、Ca^<2+>イオノフォア処理すると、細胞膜表面上のテミスは消失するが、細胞内ドメインは消失しないことから、自己シグナルが働き精子細胞内Ca^<2+>濃度の上昇がおこると、s-テミスの細胞外領域がタンパク分解される可能性が示された。自己と認識されると解離する現象を説明しうるもので興味深い。(2)v-テミスとs-テミスのタンパク質間の結合を、生化学的および分子生物学的方法を用いて解析したが、現在のところ特異的結合は確認されておらず、糖鎖等の関わりを今後検討する必要がある。(3)新規アロ認識分子s/v-テミス-Cも発見され、それが多型にとみ、卵黄膜に存在していることが示された。この分子がアロ認識に関わるか否かを遺伝学的に検討している。(4)カタユウレイボヤ卵は酸処理すると自家受精可能になり、酸抽出物で精子を前処理すると受精が阻害される。v-テミスは酸処理で遊離されないことから、酸処理で卵黄膜から遊離する成分もアロ認識に関わる可能性がある。この酸処理抽出液の主成分は、v-Themis-like proteinと名付けた多型の見られないタンパク質で、今回そのクローニングと構造解析を行った。現在機能解析を進めている。本研究課題について当初計画に従い実験を行い、ほぼ終了したので報告する。(1)Themis分子のアロ認識における役割の解明:s-Themis-A/Bとv-Themis-A/Bのアレル特異的なタンパク質間相互作用を組換え体を用いて解析したが、多形領域のみの発現では分子間相互作用は確認されなかった。今後、広範囲での発現や糖鎖を付加する実験が必要である。(2)s/v-Themis-A/B以外のThemis分子の探索:s/v-Themis-A遺伝子の近傍にs/v-Themis-A2遺伝子が、またs/v-Themis-B遺伝子の近傍にs/v-Themis-B2遺伝子の存在が確認されたが、A2に関しては偽遺伝子であることがわかった。それに対して、B2遺伝子は発現されており多形もある。また卵黄膜にv-Themis-B2タンパク質が発現していることもLC/MS/MSで確認した。次に、これら3ペアのThemisが自家不和合に関わるか否かを遺伝学的に解析した。その結果、s/v-Themis-A, B, B2の三者が確かに自家不和合性に関与すること、またAに関しては、その関わりが弱いことが示された。次いで、これらの遺伝子をTALEN法で破壊したところ、そのホヤは自家和合性を獲得することが示された。これはs/v-Themis-A, B, B2が確かに自家不和合性に関わることを決定的に示す結果である。(3)他のホヤにおけるThemisホモログの探索とアロ認証機構:Themisのホモログが他のホヤにも存在するか否かを解析した。その結果、自家和合種であるPhallusiaには見られないが、不和合性を示すユウレイボヤやマボヤにはその遺伝子が確認された。また、マボヤの卵黄膜にv-Themis遺伝子が発現していることも確認された。今後、これらの個体間での多形解析と分子間相互作用の解析を行う予定である。
学習者コーパスによる英語ＣＥＦＲレベル基準特性の特定と活用に関する総合的研究

本科研の目的は日本人英語学習者の英語力に関する到達指標の提案およびそのレベル別言語材料の科学的な整備である。これを行うことで、シラバス開発、教科書・教材・タスク開発、テスト開発などに資する一貫した英語資料を提供できる。指標に関してはCEFR-JというCEFR準拠の英語汎用枠に基づいた。言語材料配当は、CEFR準拠教科書コーパス・学習者コーパスを独自に構築し、500以上の文法事項、テキスト特性、エラー特性に関してコーパス解析と機械学習の手法を用いて調査し、文法、テキスト、エラーの各プロファイルとして整備した。平成24年3月に公開したCEFR-Jに準拠した参照レベル記述(レベルごとの言語項目を選定する作業)を行うために、2年目に以下の2種類のコーパス・データを整備した。2)CEFRレベル別教材コーパスの整備:特に欧州で使用されている英語教材を収集し、CEFRレベル別・技能別にコーパス化。テキスト選定とPDF・テキスト化、かつコーパス・マークアップ(構造化)の基準を定め,XML正形式化を行った。公開会議を4回実施。9月には中間報告の国際シンポジウムを会津大学で開催し,Batia Laufer教授(Haifa大学),Paula Battery博士(Cambridge大学)を招いて,我々のプロジェクトの中間発表を行い,講評および討論を行った。さらに,コーパス・データからCEFRレベル別の基準特性を抽出するさまざまな方法に関しても1年間を通じてさまざまな方法論の検討を行った。特に単純な分類木から複雑なアンサンブル学習のようなものまでを検討し,複数の機械学習の手法を比較評価するなどの実験も行っている。これらの結果も国際的なコーパス言語学の学会や言語テスト学会などで発表を行った。CEFR-Jのwebsiteはhttp://www.cefr-j.orgで公開しており、会議の配布資料などもダウンロードできるように整備している。平成24年3月に公開したCEFR-Jに準拠した参照レベル記述(レベルごとの言語項目を選定する作業)を行うために、以下の2種類のコーパス・データを整備した。2 CEFRレベル別教材コーパスの整備:特に欧州で使用されている英語教材を収集し、CEFRレベル別・技能別にコーパス化を開始。1に関しては、年度内でほぼCEFRレベル別のサブコーパス作成を終えた。2に関しては、テキストの選定とPDF・テキスト化を中心に行い、かつコーパスデータ整理の際のマークアップ(構造化)の基準を定めた。電子化自体の作業は次年度にかけて継続中である。さらに公開会議を3回実施。「CEFRの概略」、「CEFRレベルのテキスト分類の可能性」、および「分類テキスト特徴の抽出と機会学習について」について講師の講演および研究メンバーの進捗状況の報告を行った。今年度はCEFRレベル別の基準特性を抽出するために,インプットにあたる欧州で使用されているコースブックのコーパスとアウトプットにあたる学習者の英作文・英会話の2種類の学習者コーパスの整備がほぼ完了し,そこからさまざまな言語特徴を抽出することを試みた。言語特徴は大別すると,文法特性とテキスト特性の2種類に分け,文法特性に関しては中学・高校で扱う英文法項目をリスト化し,それらに関する抽出式を東京外国語大学佐野研究室で作成した抽出式を改変して作成した。またテキスト特性に関しては,語彙プロファイル(BNC20000語リストなどを利用),語彙密度,語彙多様性,流暢性,複雑性などの指標を多変量で抽出した。これらをもとに,多変量解析を行い,CEFRレベルを判別する有効な特徴を抽出する方法として,サポートベクターマシン,決定木,ランダムフォレストなどのアンサンブル学習を比較してその判別制度などを比べると同時に,使用特徴の重みづけスコアなどを参考に,基準特性として有効に機能する言語特徴群を特定するということを試みた。さらに,個別研究では各分担者が個別の言語特徴で有効に基準特性として利用できそうなものをよりマクロな分析を行ってその中間結果を報告した。それにはテキスト構造,メタ談話マーカー,語用論的能力に関するもの,関係節を含む名詞句内部構造,などが含まれる。最終年度は文法事項の検索式を精度を上げて,これらの最終的なデータだしを行い,特徴群の統計データをすべて公開する予定である。さらに,CEFR-Jの活用レベルに応じたインベントリーの提案を行い,広く利用に供したい。ヨーロッパ言語共通参照枠(CEFR)は世界的に普及してきている外国語教育の汎用枠である。その中心はレベルと技能別のCAN-DOディスクリプタ(能力記述子)である。これを日本の英語教育に適用すべく、ABレベルをさらに細分化し各下位レベルにCEFR準拠のCAN-DOディスクリプタを新規に作成し、その順序性に関して統計的に妥当性検証をしたものがCEFR-J(2012年3月一般公開)である。今回の科研では、CEFR-Jレベルに該当する言語材料のレベル別配当を決める一連の作業、すなわち参照レベル記述(Reference Level Description: RLD)を行い、CEFR-Jの具体的な活用に資する言語資料整備を行った。具体的には、CEFR-Jのレベルを示す特徴となりうる文法特性(Grammar Profile),テキスト特性(Text Profile),エラー特性(Error Profile)を調査した。文法特性に関しては約500の文法事項の抽出式を品詞タグと正規表現で作成し、CEFRレベル別教科書および学習者コーパスから頻度を自動抽出した。

テキスト特性に関しては、流暢性、複雑性、語彙難易度などの複数のテキスト特徴の頻度を、教科書コーパスで使用されている英文分析を行い、CEFRレベル別にその特徴量を求めた。エラーに関しては、正例を対応付けした日本人英語学習者の英作文コーパスから自動でエラータグ付与をしたデータを利用し、エラー頻度とレベルの関係を考察した。それぞれのデータは対象となる言語特徴の頻度を抽出した後、それらを正規化し、サポート・ベクター・マシンやランダム・フォレストなどの機械学習の手法を用いてレベル判別に寄与する言語特徴の割り出しとその重み付けを行った。最終成果シンポジウムを2016年3月に開催し、CEFRの作成に関わったBrian North氏を招きRLDの成果を発表し、その統一のとれた成果物と資料の公表で高い評価を得た。本科研の目的は日本人英語学習者の英語力に関する到達指標の提案およびそのレベル別言語材料の科学的な整備である。これを行うことで、シラバス開発、教科書・教材・タスク開発、テスト開発などに資する一貫した英語資料を提供できる。指標に関してはCEFR-JというCEFR準拠の英語汎用枠に基づいた。言語材料配当は、CEFR準拠教科書コーパス・学習者コーパスを独自に構築し、500以上の文法事項、テキスト特性、エラー特性に関してコーパス解析と機械学習の手法を用いて調査し、文法、テキスト、エラーの各プロファイルとして整備した。コーパス構築も最初の2年でほぼ終わり,今年度はデータ分析をテスト的に繰り返しながら,課題をつぶしてきた。その意味で最終年度に本格的なデータ出しを行えるように順調にコーパス整備が行われてきたといえる。また統計手法に関する比較も複数行ってきたので,最終年度には東工大チームに委託して,どのような機械学習の手法が最も効果的かを判断してもらう予定。こちらもほぼ予定通りに進んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。外国語教育2015年度は最終年度になるので,整備してきたインプット&アウトプット・コーパスからさまざまな言語特徴抽出を試み,それらによるCEFR-Jレベル別インベントリーの作成までこぎつけたい。大別すると,文法特性によるCEFR-J Grammar Profile,テキスト特性によるCEFR-J Text Profileの2種類のインベントリーを構築。これによる包括的なCEFR-Jレベル別文法・語彙体系を作りたい。それを教科書作成,教材開発,言語テストなどの基礎材料として公開する。研究者向けには詳細な統計データを付けたデータベース形式で,その後のさまざまな分析を多面的に行えるようなデータとして公開する。教科書会社,教材開発会社にはよりわかりやすいCEFR-Jレベルごとの文法項目一式のリストを可能であれば実際の例文などと一緒に提示したい。教員用にはタスク開発に便利なように,CEFR-JのCAN-DOとリンクできる語彙・文法項目の整理をできるだけ行ったタスク開発キットのようなものを提案できればと考えている。
熱音響エンジンにおける進行波型自励振動の発生メカニズムの解明

ループ管型の熱音響エンジンにおいて,スタックの空隙率等に着目して,境界層理論を応用した準1次元モデルによる数値計算を実施した.まず,臨界温度比の特定には慣習的に用いられてきたパラメータωτだけでなく,空隙率や壁厚等が重要であることが明らかになった.実験との比較から,ωτ=2付近まで境界層理論が有効であることが示された.これを受け,空隙率等と進行波発生の関係を調べた結果,スタックの壁厚が一定の場合は空隙率が小さい程,空隙率が一定の場合は壁厚が薄い程,進行波が発生しやすいことが明らかになった.一方,空隙率0.5辺りを境として,より低い空隙率に対しては,これらの傾向が反転することも明らかになった.ループ管型の熱音響エンジンにおいて,スタックの空隙率等に着目して,境界層理論を応用した準1次元モデルによる数値計算を実施した.まず,臨界温度比の特定には慣習的に用いられてきたパラメータωτだけでなく,空隙率や壁厚等が重要であることが明らかになった.実験との比較から,ωτ=2付近まで境界層理論が有効であることが示された.これを受け,空隙率等と進行波発生の関係を調べた結果,スタックの壁厚が一定の場合は空隙率が小さい程,空隙率が一定の場合は壁厚が薄い程,進行波が発生しやすいことが明らかになった.一方,空隙率0.5辺りを境として,より低い空隙率に対しては,これらの傾向が反転することも明らかになった.実用化が期待されるループ管型の熱音響エンジンにおいて,進行波を含む熱音響自励振動が発生するメカニズムを明らかにするため,これまで重要視されてこなかった管内に挿入されるスタックの空隙率や壁厚に着目し,数値シミュレーションを実施した.数値シミュレーションは,境界層理論に基づいて準一次元に帰着させた方程式を熱交換器やスタックが管内に挿入された各種不連続量を伴うループ管に応用することにより実施した.従来,熱交換器とスタックは,急峻な温度勾配の形成と温度勾配下での濡れぶち長さを局所的に増大させることにより臨界温度比を低く抑える目的で管内に挿入されてきたが,伝熱促進以外の影響については余り議論されてこなかった.本研究により,先ず,熱交換器およびスタックの挿入に起因する局所的な空隙率の低下と,定在波・進行波を問わない自励振動そのものの発生を決定付ける臨界温度比との関係が明らかになった.既存の実験結果との比較も含め,その詳細をまとめた学術論文が平成25年度末に出版された.これにより,臨界曲線の特定には,これまで慣習的に用いられてきたパラメータである水力半径に対する境界層の代表厚さの比であるいわゆるωτだけでなく,スタックの空隙率や壁厚が重要であることが明らかになった.また,いかなる空隙率や壁厚のスタックにおいても,高温側の熱交換器後方のいわゆるバッファチューブにおける温度勾配を緩やかにすることにより,臨界温度比を低く抑えられることも分かった.また,先行実験との比較から,我々の準一次元モデルの適用範囲が非常に広く,上述のωτが2付近まで有効であることが分かり,複雑な細管理論を使わずとも,各臨界曲線における最低温度比付近まで境界層理論が有効であることが示された意義は非常に大きい.これにより,引き続き研究を進める進行波の発生メカニズムの解明に我々の準一次元モデルが有効であることが十分期待される.ループ管型の熱音響エンジンにおいて,進行波を含む自励振動が発生するメカニズムを明らかにするため,従来,臨界温度比を低く抑える目的で管内に挿入され,伝熱促進以外の影響について余り議論されてこなかったスタックの空隙率等に着目して,境界層理論を応用した準1次元モデルによる数値シミュレーションを実施した.まず,スタックの挿入に起因する局所的な空隙率の低下と,定在波・進行波を問わない自励振動そのものの発生を決定付ける臨界温度比との関係を明らかにした.これにより,これまで慣習的に用いられてきた水力半径に対する境界層の代表厚さの比であるいわゆるωτだけでなく,スタックの空隙率,空隙率を決定付ける壁厚やセル数等が,臨界曲線の特定に重要であることが分かった.また,先行実験との比較から,我々の準一次元モデルの適用範囲が非常に広く,上述のωτが2付近まで有効であることが分かり,各臨界曲線における最低温度比付近まで境界層理論が有効であることが示された意義は非常に大きい.これを受け,本年度は,重要性が明らかとなった空隙率,壁厚やセル数と進行波の関係について詳細に調べた.数値シミュレーションを実施した結果,本モデルが有効ないわゆる右の分枝における進行波の発生には,壁厚が一定の場合は空隙率が小さい程,空隙率が一定の場合は壁厚が薄い程,有利であることが明らかになった.しかしながら,空隙率0.5辺りを境として,より低い空隙率に対しては,これらの傾向が反転することも明らかになった.一方,セル数が一定の場合,進行波の発生に有利な条件は空隙率0.30.4となり,臨界温度比が低くなる空隙率0.40.6と必ずしも一致しないことが明らかになった.この様に,非線形性とは無関係に進行波の発生に有利な条件が明らかになった意義は大きい.非線形性と進行波の関係については,導入した実験的手法と合わせて,引き続き研究を進める.