hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
建設ロボティックスにおける地盤評価システムの開発

施工中に地盤特性をリアルタイムで評価し,その結果を機械制御に応用する建設ロボットの開発を目標とし、以下の3種の課題について研究を行った.1)シールド掘進機の自動化に関する研究シールド掘進機周辺の地盤状況を自動計測し,この計測結果を利用してシールドの掘進方向制御や姿勢制御の方法を決定する技術の開発を目的とし、前年度構築したシールド掘進機の挙動計算手法の改良を試みた.ここでは,シールド掘進機の機体に作用する土圧分布がより実状を表現し得ること,ならびに掘進に伴い周辺の地価構造物に及ぼす影響を考慮することを改良の方針としたが,後者に関してはシ-ド機体の掘進に伴い周辺構造物に発生する土圧の発生挙動を考察するにとどまりこの結果を機体の堀進制御法に組み入れるまでには至らなかった.2)振動式締固め機械の自動化に関する研究振動式締固め機械の振動挙動を計測することにより,締固め対象である地盤特性を評価し,それに適した振動条件を決定する技術の開発を目的として,前年度に引き続き実物の振動ローラを用いた締固め実験を行った.この結果,振動ローラが地盤に与える締固め力は振動ローラと地盤との相互作用で大きく異なることが明らかになった.この結果を利用して前年度得られた振動ローラの最適振動数の存在理由について考察を行い,地盤特性に応じた振動ローラの制御法を提案した.3)深層地盤改良工法の自動化に関する研究深層地盤改良工法の一種である深層混合処理工法において,地中の地盤条件に応じて注入する地盤改良用薬材の量や施工方法を調整することのできる自動化改良機の開発を目的として,昨年度構築した施工中の撹拌トルクから地盤のN値を推定する手法の適用性について,現場計測結果を用いて検討を行った.その結果,粘性土に関してはバラツキが大きく,引き続き検討を要することが明らかになった.地盤を作業対象とする建設ロボットの開発に関連して,地盤特性の自動評価システムの開発とその自動制御への応用について研究を行うことを目的とし,本年度は下記の3種の課題について研究を行った。(1)シールド掘削における地盤評価システの開発に関する研究を行うため,模型のシールド掘進機を用いた室内実験を行った。実験ではシールド本体の地盤中における挙動とシールド側面に作用する土圧分布との関係を2次元模型実験を行うことにより検討し,この結果により堀進中にシールド堀進機に作用する土圧の発生機構について考察を行った。また,この実験結果に基づきシールド堀進機が地盤中を堀進する際の機体の挙動と土圧計測値から地盤特性を評価する手法を提案し,さらに評価した地盤特性を用いて,その地盤に適した機体の堀進制御を行う手法について基本的なシステムの構築を行った。(2)振動締固めにおける地盤評価システムの開発を目的とし,振動式締固め機械の振動挙動と地盤条件との関係について数値解析により考察を行った。この結果をもとに機械の振動挙動から締固め対象である地盤特性を評価し,その地盤を締固めるのに最適な振動条件を決定する手法について基本的なシステムの構築を行った。(3)深層混合処理工法における地盤評価システムの開発を目的とし,施工中の機械負荷と地盤特性との関係について理論的,ならびに数値計算による検討を行った。ここでは,深層混合機械の攪拌翼と地盤との相互作用を考察することにより,攪拌トルクや貫入抵抗と地盤特性との関係を明らかにし,この結果から攪拌翼に作用する地盤からの抵抗から地盤特性を評価する手法について基本的なシステムの構築を行った。以上,本年度は上記3種の建設機械の自動化に関して概略システムの構築を行ったが,次年度以降はこれらの機械の実用化を想定して,より詳細な検討に移っていく予定である。施工中に地盤特性をリアルタイムで評価し,その結果を機械制御に応用する建設ロボットの開発を目標とし、以下の3種の課題について研究を行った.1)シールド掘進機の自動化に関する研究シールド掘進機周辺の地盤状況を自動計測し,この計測結果を利用してシールドの掘進方向制御や姿勢制御の方法を決定する技術の開発を目的とし、前年度構築したシールド掘進機の挙動計算手法の改良を試みた.ここでは,シールド掘進機の機体に作用する土圧分布がより実状を表現し得ること,ならびに掘進に伴い周辺の地価構造物に及ぼす影響を考慮することを改良の方針としたが,後者に関してはシ-ド機体の掘進に伴い周辺構造物に発生する土圧の発生挙動を考察するにとどまりこの結果を機体の堀進制御法に組み入れるまでには至らなかった.2)振動式締固め機械の自動化に関する研究振動式締固め機械の振動挙動を計測することにより,締固め対象である地盤特性を評価し,それに適した振動条件を決定する技術の開発を目的として,前年度に引き続き実物の振動ローラを用いた締固め実験を行った.この結果,振動ローラが地盤に与える締固め力は振動ローラと地盤との相互作用で大きく異なることが明らかになった.この結果を利用して前年度得られた振動ローラの最適振動数の存在理由について考察を行い,地盤特性に応じた振動ローラの制御法を提案した.3)深層地盤改良工法の自動化に関する研究深層地盤改良工法の一種である深層混合処理工法において,地中の地盤条件に応じて注入する地盤改良用薬材の量や施工方法を調整することのできる自動化改良機の開発を目的として,昨年度構築した施工中の撹拌トルクから地盤のN値を推定する手法の適用性について,現場計測結果を用いて検討を行った.その結果,粘性土に関してはバラツキが大きく,引き続き検討を要することが明らかになった.施工中に地盤特性をリアルタイムで評価し,その結果を機械制御に応用する建設ロボットの開発を目標とし,以下の3種の課題について研究を行った.

1)シールド掘進機の自動化に関する研究シールド掘進機周辺の地盤状況を自動計測し,この計測結果を利用してシールドの掘進方向制御や姿勢制御の方法を決定する技術の開発を目的とし,模型のシールド掘進機を用いた室内実験を行うとともに,その結果を前年度構築したシールド掘進機の挙動計算手法の結果と比較し,計算手法の妥当性を検証した.この結果,機体の横滑りに起因する平行移動の影響を掘進制御用プログラムの中に組み込む必要があることが明らかになった.2)振動式締固め機械の自動化に関する研究振動式締固め機械の振動挙動を計測することにより,締固め対象である地盤特性を評価し,それに適した振動条件を決定する技術の開発を目的として,実物の振動ローラを用いた締固め実験を行った.ここでは実験により得られたデータを用い前年度開発した振動締固めにおける地盤評価手法とそれを利用した最適な振動条件の決定手法の妥当性を検討した.その結果,地盤評価手法についてはその適用性が確認されたが,最適振動数については実験数が少なく,結論が得られるまでには至っていない.3)深層地盤改良工法の自動化に関する研究深層地盤改良工法の一種である深層混合処理工法において,地中の地盤条件に応じて注入する地盤改良用薬材の量や施工方法を調整することのできる自動化改良機の開発を目的として,撹拌翼に作用するトルクの発生機構を理論的に考察することにより,施工中に撹拌トルクから地盤のN値を推定する手法を構築した.この手法の適用性を現場実験から得られたデータを用いて検証し,砂質土,粘性土いずれの地盤においても十分な地盤評価が行えることを確認した.施工中に地盤特性をリアルタイムで評価し,その結果を機械制御に応用する建設ロボットの開発を目標とし,以下の3種の課題について研究を行った.1)シールド掘進機の自動化に関する研究シールド掘進機周辺の地盤状況を自動計測し,この計測結果を利用してシールドの掘進方向制御や姿勢制御の方法を決定する技術の開発を目的とし,前年度構築したシールド掘進機の挙動計算手法の改良を試みた.ここでは,シールド掘進機の機体に作用する土圧分布がより実状を表現し得ること,ならびに掘進に伴い周辺の地下構造物に及ぼす影響を考慮することを改良の方針としたが,後者に関してはシールド機体の掘進に伴い周辺構造物に発生する土圧の発生挙動を考察するにとどまりこの結果を機体の掘進制御法に組み入れるまでには至らなかった.2)振動式締固め機械の自動化に関する研究振動式締固め機械の振動挙動を計測することにより,締固め対象である地盤特性を評価し,それに適した振動条件を決定する技術の開発を目的として,前年度に引き続き実物の振動ローラを用いた締固め実験を行った.この結果,振動ローラが地盤に与える締固め力は振動ローラと地盤との相互作用で大きく異なることが明らかになった.この結果を利用して前年度得られた振動ローラの最適振動数の存在理由について考察を行い,地盤特性に応じた振動ローラの制御法を提案した.3)深層地盤改良工法の自動化に関する研究
衛星および地理情報データを用いた流域窒素循環評価システムの開発

衛星データとGISデータを用いて、広域窒素循環モデルを開発した。さらに、このモデルを用いて、土地利用変化による流域の窒素循環への影響とリスク評価を行った。その結果、土地利用として、市街地からの影響が一番強く、次に畑地からの影響が強いことが示された。また、海域や湖に対する流域からの影響を評価した結果、市街地や農地の面積比率が高く、流域面積が大きい流域からの影響が大きいことが示された。ただし、流域面積が小さく市街地面積比率が高い都市河川流域においては、流域管理が他の流域と比較して重要であることが示された。平成24年度は、窒素循環モデルの検証として平成23年度の水質調査を引き続き実施した。また、MODISデータによる日本全域における高精度土地被覆分布を作成し、精度良く土地被覆状態が評価されていることを確認した。さらに、リモートセンシングにより評価された過去20年間の土地被覆分布とGISによりデータベース化された流域の各種環境情報(人口、流域の地形など)を空間的に統合し、統合された空間情報システムにより窒素汚濁負荷量推定モデルの開発をおこなった。昨年度までに開発された窒素汚濁負荷量推定モデルの検証を実施した。特に、点源データを考慮したことによりモデルの高精度化を行った。また、生態系における物質の循環を定量的に把握するため、農地・都市及び流域における窒素循環を評価した。さらに、収集したデータとモデルを用いて、土地利用変化による窒素循環への影響とリスク評価を行った。平成23年度は、流域における各種環境情報のデータベース化、モデル検証のための各河川の水質調査、土地被覆分布の作成に力を注ぎ、流域窒素循環モデル構築の初期的な開発を実施した。具体的には、(1)流域における各種環境情報のデータベース化において、霞ヶ浦流域における面源(各土地利用別)および点源(生活排水など)の汚濁負荷量原単位および流入汚濁負荷量算出のため、流域の各種環境情報(人口、流域の地形など)を収集し、GIS(地理情報システム)によりデータベース化をおこなった。(2)モデル検証のための各河川の水質調査においては、過去において各自治体が観測した霞ヶ浦に流れ込んでいる各河川の水質(窒素)および流量データを集めた。また、日本全域の汚濁負荷量マップ作成のために日本全域を対象として各自治体が観測した各河川の水質データも集めた。(3)土地被覆分布の作成においては、既に研究代表者により開発されている衛星リモートセンシング画像データを使用した分類手法により過去20年間の変化を考慮した霞ヶ浦流域の土地被覆分布を作成した。さらに、日本全域の土地被覆分布を評価するために広範囲観測に適したMODIS衛星データを収集した。そして、収集されたMODISデータを用いて日本全域における高精度土地被覆分布図も作成した。当初の予定通り、霞ヶ浦流域における各種環境情報のデータベース化、モデル検証のための日本全域を対象とした各河川の水質データの収集、霞ヶ浦流域の土地被覆分布の作成及び日本全域の土地被覆分布を評価するために広範囲観測に適したMODIS衛星データの収集、さらに収集されたMODISデータを用いて日本全域における高精度土地被覆分布図の作成し、精度良く土地被覆状態が評価されていることを確認した。さらに、リモートセンシングにより評価された過去20年間の土地被覆分布と収集された各種GISデータより窒素汚濁負荷量推定モデルの開発をおこなった。当初の予定通り、霞ヶ浦流域における各種環境情報のデータベース化、モデル検証のための日本全域を対象とした各河川の水質デーたの収集、霞ヶ浦流域の土地被覆分布の作成及び日本全域の土地被覆分布を評価するために広範囲観測に適したMODIS衛星データの収集、さらに収集されたMODISデータを用いて日本全域における高精度土地被覆分布図の作成に関して達成できた。(1)開発された窒素汚濁負荷量推定モデルの検証を実施する。特に、点源(生活排水など)データを考慮したことによるこのモデルの有効性を検証する。最終的には、生態系における物質の循環を定量的に把握するため、農地・都市および流域における窒素循環を評価する。(2)収集されたデータとモデルを用いて、21世紀の温暖化シミュレーションに対して、人間活動に伴うと考えられる将来の土地利用・気候変動による流域の窒素循環への影響とリスク評価を行って、河川湖沼海洋での汚染の発生要因を解明し、生態系を持続させるための人間活動のあり方を提案する。(1)モデル検証のための各河川の水質調査:窒素循環モデルの検証用として平成23年度の水質調査を引き続き実施する。(2)日本全域の土地被覆分布の作成および検証:平成23年度につづいて、MODISデータによる日本全域における高精度土地被覆分布を作成し、精度良く土地被覆状態が評価されているか検証する。(3)流域窒素循環モデルの構築:平成23年度につづいて流域窒素循環モデルの構築を開発する。

ここでは、平成23年度において、リモートセンシングにより評価された過去20年間の土地被覆分布とGISによりデータベース化された流域の各種環境情報(人口、流域の地形など)を空間的に統合し、統合された空間情報システムにより窒素汚濁負荷量推定モデルの開発をおこなう。特に、点源(生活排水など)データを考慮したことによるこのモデルの有効性を検証する。最終的には、生態系における物質の循環を定量的に把握するため、農地・都市および流域における窒素循環を評価する。(4)将来予想される気候変動と人間活動(土地変動)の影響評価:収集されたデータとモデルを用いて、21世紀の温暖化シミュレーションに対して、人間活動に伴うと考えられる将来の土地利用・気候変動による流域の窒素循環への影響とリスク評価を行って、河川湖沼海洋での汚染の発生要因を解明し、生態系を持続させるための人間活動のあり方を提案する。(1)モデル検証のための各流域での調査(水質、流量、土地被覆)として大学院生3人ほどの調査補助が必要であるため謝金が必要となる。(2)日本全域の点源データの収集及び調査の補助、そして、そのデータ(資料)整理として1名ほどが必要であるため謝金が必要となる。(3)流域窒素循環モデルの構築のために、国土数値情報の購入費用及び現地調査費用が必要である。(1)モデル検証のための各河川の水質調査について、各河川での水質、流量測定として大学院生3人ほどの調査補助が必要であるため謝金が必要となる。(2)日本全域の土地被覆分布の作成および検証について、MODISデータによる日本全域における土地被覆分布が精度よく評価されているかを検証するために、土地被覆の精度検証のための高分解能衛星画像の購入費用及び大学院生2人ほどの調査補助、そして、それのデータ(資料)整理として1名ほどが必要であるため謝金が必要となる。
マイクロ波イメージング反射計を用いたLHDでのプラズマ乱流計測

大型ヘリカル装置(LHD)において電子密度揺動が引き起こす反射面の観測のために世界初の三次元(3D)マイクロ波イメージング反射計(MIR)システムが開発された。これはプラズマに4周波数成分を持つマイクロ波を照射し、反射面での散乱波を結像光学系で二次元撮像素子(HMA)に結像するもので、周波数が半径方向(奥行き)に対応する。本システムを端部プラズマ高調波振動(EHO)の観測に適用したところ、磁力線に沿った細長い構造が観測された。今後この3D MIRシステムは乱流と閉じ込めを研究するための最も強力な計測になることが期待される。本研究の目的は、プラズマ閉じ込めを支配すると言われている乱流構造を研究するために、閉じ込めの観点から重要な深さ方向の構造も観測できる三次元マイクロ波イメージング反射計を開発し、LHD実験に適用することである。平成21年度の計画では、マイクロ波結像光学系を2次元検出器対応に改造することと、深さ(半径)方向計測のための多周波数コヒーレントマイクロ波源の開発を主に行い、LHDプラズマの計測を試みるとしていた。実際には、まずFDTDコードを用いて設計しマイクロ波結像光学系を改造した結果、2次元検出器対応となった。つぎにVバンド(50-75GHz)の4周波数コヒーレントマイクロ波源の開発をした。これは局所周波数信号に、4つの低周波数発振器信号(1つの110MHz信号をアップコンバートしてある)をアップコンバータで周波数変換し、6梯倍器でVバンドにする。これらの4周波数を方向性結合器で混合し、広帯域パワーアンプ(55-65GHz,0.5W)で増幅する。局所周波数信号も同様バンドパワーアンプで増幅するものである。対応して、4周波数分離回路の開発を行った。また110MHz位相検出回路の開発を行った。19インチラックや電源を設置し、上記の受信回路やデジタル化データ収録装置を設置した。2次元検出器(49チャンネル)から受信回路まで15mの超高周波(15GHz)同軸ケーブルを敷設し、LHDでのマイクロ波イメージング反射計計測を試みた。ただし、1周波数分の発振器が故障したために3点の深さ(半径)方向計測となった。プラズマは電磁波を反射するがそのカットオフ周波数は電子密度と磁場に依存する。LHDではプラズマ中心部の磁揚が高いので,異なる周波数のマイクロ波を入射するとその反射位置は周波数が高いほど中心に近い。さらに電子密度の変動が反射面の変動となるので,二次元検出器上に結像することで,電子密度揺動の三次元計測が可能となる。これまで我々は,HMA(Horn-Mixer-Array)と呼ばれる二次元検出器および多周波数受信機の開発を行ってきた。本年度,二次元マイクロ波検出器を世界で初めて完成させ,それを用いたマイクロ波イメージング計測器をLHDに取り付け実験した。LHDのエッジプラズマではしばしば周波数が数kHz程度の高次高調波を伴うMHDモード(Edge Harmonic Oscillation : EHO)が発生する。今回,MIRを用いて,EHOが引き起こす電子密度揺動の3次元イメージング計測に成功した。これは本研究が目指す乱流可視化の第一歩として有意義である。核融合プラズマの閉じ込めの物理は、乱流が主役を演じているとされているため、乱流観測は大変重要である。乱流は静電不安定性が生成すると言われているが、静電揺動は電子密度揺動を引き起こす。そこで本研究は、プラズマによる電磁波のカットオフ(反射)現象を利用して、電子密度揺動を可視化するMIRを開発し、それによってプラズマ乱流観測をしようとするものである。前年度までに、重要なコンポーネント(マイクロ波カメラ、光学系、送信機、受信機)のほとんどを開発し、LHDプラズマに取り付けて実験を開始した.最初に磁気計測でも確認される電磁流体力学的(MHD)不安定性を観測対象とした。LHDのプラズマエッジではEdge Harmonic Oscillation(EHO)と呼ばれるMHDモードが発生する。本年度はMIRを用いてEHOの局所的な構造の可視化に成功した。これによりEHOは磁力線に沿った細長い構造であることが明らかになった。電気雑音の6倍以上の振幅がある乱流によると思われる揺動信一号も観測されているが、乱流研究のためには感度向上と3次完スペクトル解析が必要であるが、その開発は今後の課題である。従来、ビームスプリッタとしてアクリル板を用いていたが観測に利用しているXモードの反射率が悪いという欠点があった。ビームスプリッタの改良により感度向上の可能性がる。今年度穴あき金属型ビームスプリッタの開発を開始した。丸孔から始め、細長い孔を試したが周期構造が作る干渉効果で周波数特性が乱れる。ワイヤグリッドは確かにフラットな周波数特性を持つことがわかった。しかし、ビームスプリッタが大きいため振動する。

振動しないワイヤグリッド型ビームスプリッタの開発が今後の課題である。プラズマ閉じ込めでは乱流が主役を演じているとされているが、乱流の解明は進んでいない。乱流は静電不安定性が生成すると言われているが、静電揺動は電子密度揺動を引き起こす。そこで本研究は、プラズマによる電磁波のカットオフ(反射)現象を利用して、電子密度揺動を可視化する三次元マイクロ波イメージング反射計(3DMIR)を開発し、それによってプラズマ乱流観測をしようとするものである。昨年度までに3DMIRは完成し、LHD実験に供している。本年度は、駆動機構の改良、ビームスプリッタの高性能化、3D空間スペクトル解析の高精度化などを行い改良しようとした。駆動機構の改良、ビームスプリッタの高性能化は実行した。また3D空間スペクトル解析の高精度化のための新しいアルゴリズムを考案し、1D空間スペクトル解析に応用して所期の成果を得た。しかし計算時間がかかるので3D化はまだ実行していない。本年度は、当初予定になかった周波数可変も試みた。これはLHD実験にMIRを応用した場合、いつも同じ領域しか観測していないため、実験条件に応じて広範囲のプラズマ観測領域をカバーしようとしたものである。ところがシステム変更が最小限で済むと思われた可変周波数型バンドパスフィルタを用いた方法は、精度が悪すぎて実用にならなかった。そこで、高価だがより抜本的な方法を開発する決意が生まれた。本研究のオリジナルはホーンアンテナアレイを用いる点であるが、導波管と回路基板との変換損失が欠点とされていた。新方法を試したところ、低損失化の見通しが立った。これらは、今後有力なプラズマ計測法と期待されているMIRの改良の方向として有用と思われる。当初の目的は乱流観測可能な3次元MIRの開発であった。既に、電気雑音の6倍以上の振幅がある乱流によると思われる揺動信号が得られているため、ハードウェアとしては目的を達成している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、当初の目的を大きく越えるが、世界初の乱流の可視化を目指す。そのためには、(1)さらなる感度向上のためのワイヤグリッド型ビームスプリッタの開発、(2)乱流特性を明らかにする3次元スペクトル解析の開発、(3)勧測位置同定の精密化、(4)乱流観測を行う。
プリオンの異常化を抑制する四重鎖核酸の分子設計と抑制メカニズムの解明

プリオンタンパク質の正常型から異常型への構造遷移がプリオン病の原因と考えられている。申請者等は正常型プリオンタンパク質に強く結合し、プリオンタンパク質の構造遷移を抑制できる(すなわち抗プリオン活性を有する)RNA分子、R12を得てその立体構造とプリオンタンパク質との相互作用様式を明らかにしてきた。申請者等はR12の構造情報およびプリオンタンパク質との相互作用情報を基に、より高い抗プリオン活性を有するRNA分子、R24を設計した。R24は高い抗プリオン活性を持つが、NMRスペクトルから立体構造に多型性があることがわかり、R24の立体構造の決定および抗プリオン活性を発揮するメカニズムの研究が困難であることがわかった。そこで構造解析に適したR24類似体の配列を探索した。R24の抗プリオン活性に与える影響が少ないと予想される部位に残基を付加し、高い抗プリオン活性を維持しつつも、良好なNMRスペクトルを示すR24類似体の配列を見出した。平成30年度は、29年度中に行っていたR24類似体の立体構造の解析を進行させ、十分に精密化を行い、立体構造の決定に成功した。得られた構造について、水溶液中での分子動力学シミュレーションによる構造リファインメントを行った。R24類似体は高い抗プリオン活性を持つ、核酸分子である。本研究が達成されることで、抗プリオン薬剤の創薬のための基盤の確立と、また近年注目さている核酸医薬の発展へと寄与することが期待される。NMR法によって得られた構造情報に基づき、R24類似体の立体構造をXPLOR-NIHプログラムにより決定した。さらに当初の計画にはなかったが、この構造について、AMBERによる水溶液中での分子動力学シミュレーションによる構造リファインメントを行った。これによって、より精錬された構造を得ることができた。ここまでの研究成果を学術論文に執筆中である。その反面、計画予定であった正常型プリオンタンパク質との相互作用の解析が十分に達成されていないため、やや遅れているとした。R24類似体の立体構造と、その抗プリオン活性の評価について論文として発表する。続いてR24類似体と正常型プリオンタンパク質との相互作用について、ゲルシフト法等の生化学的実験と、CD及びNMRを用いた分光学的実験によって調べて、分子レベルおよび残基レベルの相互作用の情報を得ることを目指す。得られた相互作用情報と、R24類似体の立体構造の情報を基に、複合体のモデルを構築する。R24類似体と正常型プリオンタンパク質の複合体のNMRスペクトルが解析可能なレベルで良好なものであれば、R24類似体と正常型プリオン蛋白質の複合体の立体構造の解析を行う。プリオンタンパク質の正常型から異常型への構造遷移と、それによって生じた異常型プリオンタンパク質の蓄積がプリオン病の原因と考えられている。申請者等は正常型プリオンタンパク質に強く結合するr(GGAGGAGGAGGA)配列のRNA分子、R12がプリオンタンパク質の構造遷移を抑制できること、すなわち抗プリオン活性を有することを見出した。さらにR12が抗プリオン活性を発揮するメカニズムを明らかにするために、R12とプリオンタンパク質の結合部分ペプチドとの複合体構造をNMR法によって決定した。本研究では、R12の立体構造の情報およびプリオンタンパク質との相互作用の情報を活用し、より抗プリオン活性の高いRNA分子の創製と、抗プリオン活性を発揮するメカニズムの解明を目指した。平成28年度は、R12の立体構造に基づいて設計したRNA分子、R24の構造解析のための配列の最適化と、最適化の結果得られたR24類似体の構造解析を試みた。R24は高い抗プリオン活性を有するが、立体構造に多型性があるため、抗プリオン活性を発揮するメカニズムを構造科学的に解明するのは困難であった。そこでR24の多型性を解消するために末端残基の付加や適切な部位への残基の挿入などによって配列の最適化を施した。得られたR24類似体は良好なNMRスペクトルを示し、スペクトルの解析から単一のコンフォメーションで存在することが示唆された。このR24類似体の立体構造と、プリオンタンパク質との相互作用様式の解明を目指す。平成28年度の研究計画書の予定通り、単一のコンフォメーションで存在し、立体構造と抗プリオン活性のメカニズムの解明に適したR24類似体の探索を行った。その結果、R24の適切な部位にリンカー残基を挿入することで、良好なNMRスペクトルを示すR24類似体を見出した。このR24類似体のNMRスペクトルは、その配列から予想されるNMRシグナル数と一致するため、単一のコンフォメーションとして存在することが期待された。そこでR24類似体について各種二次元NMRスペクトルを測定したところ、現在解析途中ではあるが、四重鎖構造のトポロジーが一系であることが概ね確定できた。また7割近くのプロトンの共鳴線の帰属を達成した。以上より、当該年度中に目標として設定した予定の計画は概ね達成できたとした。

申請者等はR12の構造情報およびプリオンタンパク質との相互作用情報を基に、より高い抗プリオン活性を有するRNA分子、R24を設計した。R24は高い抗プリオン活性を持つが、NMRスペクトルから立体構造に多型性があることがわかり、R24の立体構造の決定および抗プリオン活性を発揮するメカニズムの研究が困難であることがわかった。そこで平成28年度は構造解析に適したR24類似体の配列を探索した。R24の抗プリオン活性に与える影響が少ないと予想される部位に残基を付加し、高い抗プリオン活性を維持しつつも、良好なNMRスペクトルを示すR24類似体の配列を見出した。平成29年度は、28年度の研究によって得られたR24類似体についての立体構造の解析を行った。一次元および二次元NMRスペクトルの測定・解析を行い、一部のプロトンを除き共鳴線の帰属が完了した。NOESYスペクトルにおけるNOEの帰属もほぼ完了し、NOEに基づく原子間距離の情報を抽出した。またプロトン-プロトン間のカップリング定数に基づく糖のパッカリング情報も可能な限り取得した。これらのNMR情報から立体構造の計算を行い、R24類似体のプレリミナリーな立体構造を決定した。R24類似体は高い抗プリオン活性を持つ、核酸分子である。本研究が達成されることで、抗プリオン薬剤の創薬のための基盤の確立と、また近年注目さている核酸医薬の発展へと寄与することが期待される。研究計画書における平成29年度の計画では、R24類似体と正常型プリオンタンパク質との相互作用の解析にも踏み込む予定であったが、それについては達成できていない。研究計画書の時点ではR24類似体と正常型プリオンタンパク質の複合体についての解析で論文化する予定であったが、R24類似体単独の立体構造の決定のみでも論文にする価値があると判断したため、現在それについて注力している。既にR24類似体のプレリミナリーな立体構造を求めること成功している。またR24類似体の抗プリオン活性について、ヒトのプリオン病を感染させたマウスの生細胞を用いて評価した。原型となるR24より活性が幾分弱くなったものの、R12より遥かに高い抗プリオン活性が維持されていることを見出した。プリオンタンパク質の正常型から異常型への構造遷移がプリオン病の原因と考えられている。申請者等は正常型プリオンタンパク質に強く結合し、プリオンタンパク質の構造遷移を抑制できる(すなわち抗プリオン活性を有する)RNA分子、R12を得てその立体構造とプリオンタンパク質との相互作用様式を明らかにしてきた。そこで構造解析に適したR24類似体の配列を探索した。
逸脱の医療化の比較分析--日本・アメリカ・イギリス

1逸脱と医療化の国際比較の概要として、主に日本の事例を中心に、アメリカ・イギリスとの比較を行った論稿と、逸脱の医療化の理論的・歴史的考察および薬物政策・障害・心神喪失者等医療観察法などの主要テーマをとりあげた社会病理学会のシンポジウムと連携した成果を、書籍として公刊した(森田洋司・進藤雄三編『医療化のポリティクス--近代医療の地平を問う』学文社,2006)。また特に薬物に関しては研究分担者の佐藤が、日本における歴史社会学的な総合的考察を公刊した(佐藤哲彦『覚醒剤の社会史』東信堂,2006)2アルコール依存症、児童虐待、AD/HD、月経前症候群(PMS)、などに関しては、基本的にアメリカ起源の診断・対処法が日本にタイムラグを伴って導入されるが、事例による相違は認められるものの、概してアメリカほどの医療化の進展はみられず、イギリスは日本とアメリカの中間的進展を示す、という傾向が認められた。3特記すべき知見としては、1)薬物政策の国際比較を通して日本・アメリカ・イギリスに共通した「経済化」論理が指摘しうるという論点、ならびに2)心神喪失者等医療観察法の事例研究を通して、日本における精神医療の「治安的」機能の特性が見出されたという論点、さらに近年の日本における特色として、3)教育政策の文脈におけるひきこもり、不登校、AD/HDなどの児童をめぐる社会的対処法において、「医療化」が日本の治療文化を背景に教育制度・医療制度と連動してユニークな社会現象を生み出しつつある、などが挙げられる。今年度は、主に逸脱の医療化の理論的検討、事例としては多動症AD/HD、およびアルコホリズムに関して、日本とアメリカを対象に研究を進めた。またその基礎作業として、特にアメリカにおける市場原理の医療領域への浸透を、製薬企業のPR活動と薬の処方の統計とを検討した。現段階において、理論的にみて重要な点は、第一に、90年代におけるヒトゲノム計画の進展以降の医療あるいは逸脱における「遺伝子化」genetizationという説明モデルの研究領域における進展であり、第二に、これと連動した、逸脱の医療化を領域的に凌駕する全般的な「生物医療化」bio-medicalizationの進展であるということができる。研究の焦点は、「逸脱の医療化」にあるとはいえ、医療領域におけるこうした一般的動向は、70年代における「逸脱のノーマライゼイション」ともいうべき過程をより全社会的水準において展開させる潜勢力を持っており、しかもそれがいわゆる「専門家支配」professional dominanceという形式においてというより、消費者の側の選好(「消費者志向」consumerism)とそれに呼応する市場原理という形式において展開されつつあるという点において、現代における「医療化」は質的変化を遂げつつあるということができる。事例に関して現段階において指摘しうることは、日本とアメリカにおける市場原理の浸透度と、「逸脱のノーマリゼーション」における許容度の相違である。すでにある程度指摘されてきたことではあるが、日本では医療領域への市場原理の浸透には根強い抵抗感が見受けられるし、また「医療化」という対処法に対する批判的な意識が認められる。しかし、一方で市場原理の浸透と医療化への許容度の増大という側面も同時に観察され、社会学的はこうした動向と対抗動向とのバランスが実態としてどのような配置をとっているのか、そしてまたそこに両動向にどのような質的変容が見られるかどうか、その変容が日本文化社会論にとってどのような含意を持ちうるのかを、丹念に精査する点にあるというべきだろう。1逸脱の医療化の比較分析のための理論的基礎作業として、特にパーソンズ社会理論に依拠して、医療化の歴史的・社会的意義を検討した。(進藤雄三『近代性論再考--パーソンズ理論の射程』世界思想社,2006第6章)2医療化論の近年の動向を概括し、特に「生物医療化」biomedicalization概念と「遺伝子化」genetization概念とを整理した。(進藤雄三「医療化のcodificationに向けて」第21回社会病理学会大会報告,2005)

3個別領域として、アルコホリズム、AD/HD、PMS、薬物常用、CFS等に関して、日本、アメリカ、イギリスにおける実態比較のための分析および資料収集が進められている。(1)アルコホリズムとAD/HDに関しては、主に日米におけるセルフヘルプ・グループの比較と医療専門職との関わりを中心に分析を進めており、(2)PMSでは日米における教育と医療との相互関連と薬の処方という観点から資料を収集している。このうち、AD/HDに関しては、特に日本の教育政策に関する研究に重点を置いた分析を行っている。(3)薬物常用に関しては、日本・イギリス・アメリカの医療政策・司法制度との関連においての分析が進行中である。(4)また、CFS(慢性疲労症候群)に関しては、日本の企業人を対象とした疲労調査を行い、その報告書を作成中である(2006年5月刊行予定)。こうした個別領域における成果を目下編著としてまとめつつあり、社会学的医療化論のパイオニアであるコンラッドの医療社会学部会賞受賞論文の翻訳を組み入れた『医療化のポリティクス--近代医療の地平を問う』(学文社)を2006年9月に刊行する予定である。1逸脱と医療化の国際比較の概要として、主に日本の事例を中心に、アメリカ・イギリスとの比較を行った論稿と、逸脱の医療化の理論的・歴史的考察および薬物政策・障害・心神喪失者等医療観察法などの主要テーマをとりあげた社会病理学会のシンポジウムと連携した成果を、書籍として公刊した(森田洋司・進藤雄三編『医療化のポリティクスー-近代医療の地平を周う』学文社、2006)。また特に薬物に関しては研究分担者の佐藤が,日本における歴史社会学的な総合的考察を公刊した(佐藤哲彦『覚醒剤の社会史』東信堂、2006)2アルコール依存症、児童虐待、AD/HD、月経前症候群(PMS)、などに関しては、基本的にアメリカ起源の診断・対処法が日本にタイムラグを伴って導入されるが、事例による相違は認められるものの、概してアメリカほどの医療化の進展はみられず、イギリスは日本とアメリカの中間的進展を示す、という傾向が認められた。3特記すぺき知見としては、1)薬物政策の国際比較を通しで日本・アメリカ・イギリスに共通した「経済化」論理が指摘しうるという論点、ならびに2)心神喪失者等医療観察法の事例研究を通して、日本における精神医療の「治安的」機能の特性が見出されたという論点、さらに近年の日氷における特色とし七、3)教育政策の文脈におけるひきこもりぐ不登校、AD/HDなどの児童をめぐる社会的対処法において、「医療化」が日本の治療文化を背景に教育制度・医療制度と連動してユニークな社会現象を生み出しつつある、などが挙げられる。
デルターカテニンのシナプス領域における形態変化誘導に関する研究

樹状突起の形態変化を制御する蛋白質の一つであるデルターカテニン(δ-cat)の機能を解析した。培養神経細胞にδ-cat遺伝子を導入すると幼若神経細胞ではフィロポディアを誘導するが成熟した神経細胞ではこの現象はほとんど観察されない。しかし、δ-catのPDZ結合ドメインを欠損した変異体(DPDZ-BD)を導入すると成熟神経細胞でもフィロポディアを誘導することができる。そこで、本研究ではシナプスの形態変化におけるδ-catPDZ結合ドメインの役割を解析した。δ-catのshRNAを幼若神経細胞に導入した結果、細胞のフィロポディアの数が減少した。これはδ-catが神経細胞の突起伸展に重要な役割を果たしている可能性を示唆している。次に、突起伸展の様子を経時的に解析した結果、誘導されたフィロポディアはシャフトより新たに出現するものと、既存のスパインから変化するものとが観察された。δ-catのPDZ結合ドメインと結合する蛋白質を解析したところPSD-95のPDZ2と結合することが明らかとなった。また、合成ペプチド等で内在性のδ-catとPSD-95との結合を阻害するとフィロポディアが誘導された。このことからδ-catとPDZ結合部位の標的蛋白質との相互作用がδ-catの突起伸展能を制御している可能性が示唆された。神経細胞へ興奮性刺激を加えるとフィロポディアが確認され、これが神経細胞の可塑性と結びついていると考えられる。そこで、刺激によってδ-catがPDZドメインを含む分子複合体から解離しフィロポディアを誘導することができるかを調べた。成熟した培養神経細胞をDHPGで刺激したところ、δ-catとPSD-95は解離し、さらに解離の時間経過は刺激によるフィロポディアの伸展の時間経過とて一致した。このことは刺激による突起伸展が、足場蛋白質から遊離したδ-catから引き起こされている可能性を示唆している。樹状突起の形態変化を制御する蛋白質の一つであるデルタカテニンの機能を解析した。培養神経細胞にデルタカテニン遺伝子を導入すると培養初期の幼若神経細胞では多数のフィロポディアを誘導するが成熟した神経細胞ではこの現象は観察されない。しかし、デルタカテニンのPDZ結合ドメインを欠損した変異体(DPDZ-BD)を導入すると成熟神経細胞でも多数のフィロポディアを誘導することができる。そこで、本研究ではシナプスの形態変化におけるデルタカテニンPDZ結合ドメインの役割を解析した。まず有効なデルタカテニンのshRNAを作成し、幼若神経細胞に導入した。個々の細胞の内在性デルタカテニンの発現を抑制すると細胞のフィロポディアの数が減少した。このことからデルタカテニンは神経細胞の突起伸展に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。次にDPDZ-BDを成熟神経細胞に導入し、誘導されるフィロポディアの性質を解析した。突起伸展の様子を導入後18時間後から経時的に解析した結果、誘導されたフィロポディアは樹状突起のシャフトより新たに出現するものと、既存のスパインがフィロポディアに変化するものとが観察された。導入後48時間後にはフィロポディアは消失し、成熟したスパインのみが観察された。そこで、デルタカテニンのPDZ結合ドメインと結合する蛋白質を解析したところPSD-95のPDZ2ドメインと結合することが明らかとなった。

そこでデルタカテニンのPDZ結合ドメインの合成ペプチド、あるいはPSD-95のPDZ2の遺伝子を神経細胞に導入し内在性のデルタカテニンとPSD-95との結合を阻害すると新たなフィロポディアが誘導された。このことからデルタカテニンとPDZ結合部位の標的蛋白質との相互作用がデルタカテニンの突起伸展能を制御している可能性が示唆された。1.興奮性の刺激による突起伸展とデルタータテニンとの関連についての解析神経細胞へ興奮性刺激を加えるとフィロボディア様の突起の伸展が確認され、これが神経細胞の可塑性と深く結びついていると考えられている。デルタカテニンはPDZ結合モチーフでPSD・95と結合しNMDA受容体等と分子複合体を形成し、そのPDZ結合ドメインを欠損した変異体を導入すると成熟神経細胞でも多数のフィロボディアを誘導することができる。そこで、興奮性の刺激によってデルタカテニがPDZドメインを含む分子複合体から解離しフィロボディアを誘導することができるかを調べた。成熟した培養神経細胞をグルタミン酸・NMDA・DHPGで刺激したところ、いずれの場合も、デルターカテニンとPSD-95は解離した。特にDHPGによる解離の時間経過は刺激によるフィロボディアの伸展の時間経過とて一致した。このことは刺激による突起伸展が、足場蛋白質から遊離したデルターカテニンから引き起こされている可能性を示唆している。そこで、そのメカニズムを解析した。結合・解離状態を決定する因子とレてリン酸化が考えられるため各種リン酸化抗体を用いて、デルターカテニンが刺激により何らかのリン酸化を受けているかを解析した結果、セリン・スレオニンきチロシンともリン酸化が上昇していることが明らかとなった。2.神経細胞の発達過程における形態変化とデルターカテニン及び足場蛋白質との関連神経細胞の発達段階に応じてデルターカテニンのPDZ結合ドメインの標的蛋白質の発現量は上昇する。そこで、PDZ結合ドメインと足場蛋白質の親和性が発達過程で変化するか調べた。その結果成熟神経細胞ほど、親和性が増加していた。このことは、幼若神経細胞では、遊離したデルターカテニンの割合が大きいことになり、これが多くのフィロボディアを誘導する.一因となっていると考えられる。
走査型テラヘルツ近接場分光法による光誘起相転移ダイナミクスの研究

初年度は、走査型テラヘルツ近接場顕微分光法の確立とテラヘルツ全反射装置による光誘起相転移物質の評価をおこなった。以下、この2つの研究項目について具体的な研究成果を述べる。まず、現有のテラヘルツ全反射分光装置を改良し、近接場光学への拡張に適した小型で安定な測定装置を構築した。時間遅延ステージ、データ取得方法を大幅に改善し、空間マッピングで重要な測定時間の短縮や微小信号におけるSN比の改善をめざした。このために、オプティカルディレイスキャナーなどの備品を購入し、装置に組み込んだ。従来の装置に対して面積比で4分の1の大きさまで小さくすることができた(永井、田中)。次に、現有のリニアスキャナ搭載原子間力顕微鏡システムのシグナルアクセスコンソールオプションやモーターズームオプション、ステージフレームを購入し、走査型テラヘルツ近接場顕微分光法の準備実験としてAFM動作の確認と拡張への指針を得た。また、標準試料の作成に取り組んだ。Si基盤上に金属膜からなる複合膜をリソグラフィーにより作製し、上記のAFMによりその構造を確認した(田中)。光誘起相転移の実験にもちいるスピンクロスオーバー錯体のダイナミクスの実験も開始した。特に、複核スピンクロスオーバー錯体における光励起においては、照射光の波長を変えることにより自由自在に3つのスピン状態間の遷移を起こさせることに成功した。また、光照射による時間発展を詳細に測定し、相転移においてミクロ構造が現れることを示唆する結果を得た。すべての温度域で高スピン-高スピン常磁性相が安定な時複核スピンクロスオーバー錯体に対しては、熱的には得られない低スピン-高スピン中間層を数時間以上の寿命で得ることに成功した。(白井、田中)。更に、走査型テラヘルツ近接場実験の準備として、スピンクロスオーバー錯体やEDO-TTF結晶の温度誘起相転移にともなうTHzスペクトルの変化を観測した。(白井、田中)。
潜在化した偏見・ステレオタイプ的態度に関する認知社会心理学的研究

潜在化した偏見・ステレオタイプ的態度をプライミング効果の文脈から検討した。具体的には、先行する刺激語の処理が、後続する印象評定課題に及ぼす影響について検討した。主な研究目的は、第1に、潜在化した態度を明確な意識的コントロールが介在しないレベルで測定すること。第2に、先行刺激の処理過程における意識的処理の深さを操作し、その影響について検討することである。実験条件は3条件からなり、偏見関連語が呈示されない統制条件、閾値下で偏見関連語が呈示される条件、閾値上で呈示される偏見関連語がポジティブな意味の語か、ネガティブな意味の語かを判定する実験条件である。まず、潜在化した態度を測定するために、3番目の実験条件における反応時間について検討した。実験計画は、ターゲット語(偏見関連語,無関連ネガティブ語、無関連ポジティブ語)、SOA(250msec、1800msec)、プライム語(偏見関連プライム、中立プライム)、被験者の偏見レベル(高偏見、低偏見)の4要因混合モデルであった(最後の要因のみ被験者間要因)。分散分析の結果、偏見関連語は他の2水準よりも反応時間が長く、偏見関連語に対する反応の抑制が見られた。またプライム語要因の効果は、3種類のターゲット語のうちで偏見関連語においてのみ見い出され、プライム語が偏見関連プライム条件の方が中立プライム条件に比べて反応時間が短く、偏見関連語のプライミング効果が確認された。さらに、被験者の偏見レベル要因は、SOA要因との交互作用効果を示し、低偏見群では、SOAが長い条件の方が短い条件に比べて反応時間が長く、抑制プロセスが生起していることが見出された。ただし、先行する刺激語の処理が印象評定課題に及ぼす影響については、現段階では、印象評定項目全体としては一貫性のある明瞭な結果を見出せていない。今後、さらに情報を集約化した解析を進めていく予定である。
各種乱用薬物の液体クロマトグラフィー質量分析による分析方法の確立

覚せい剤(メタンフェタミン),モルヒネ,コデイン,コカインの標準品につき,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)/質量分析法(MS)の諸条件を検討した。まず,HPLCカラム,移動相等の諸条件について検討したところ,カラムはShim-pack MAYI-ODSを用い,移動相は7.5mM酢酸アンモニウム溶液と0.05%ギ酸含有アセトニトリルを用いたグラジエントを行えば,モルヒネ,コデイン,コカインの3種を30分以内に検出することが可能であった。覚せい剤に関してはMSpak GF-310 4Dを用いた方がタンパク質等不純物との分離は良好であった。しかし,Shim-packを用いた方がカラム圧の上昇が少なく,より長時間の連続使用が可能であった。イオン化法はエレクトロスプレーイオン化を用い,キャピラリー温度を260°Cとした場合最も高感度であった。MSとMS/MSを比較したところ,薬物標準品での感度はMSよりMS/MSの方が10倍程度高かった。これらの結果を基に,カラムはShim-pack,対象薬物はモルヒネ,コデイン,コカインの3種とし,MS/MSにてヒト血清中薬物の検出を行った。試料直接導入法を固相抽出法と比較したところ,試料直接導入法では抽出操作を行っていないにもかかわらず1050ng/mlと十分な感度が得られ,特に抽出操作を行わなくても試料直接導入法によって薬物が検出可能であることが判明した。実際例の分析として,コデイン服用の疑いがある死体の血清中コデインの検出を行ったところ分析可能であった。試料直接導入法では試料前処理が不要なため上記の分析時間がそのまま抽出操作を含めたトータルの分析時間となり,煩雑な操作を行わなくても短時間で薬物が検出できるという利点がある。これと選択性と高感度が得られるMS/MSとを組み合わせることにより,乱用薬物の有用な分析同定法となることが判明した。本年度は、覚せい剤(メタンフェタミン),モルヒネ,コデイン,コカインの標準品につき,これらの薬物の同時分析が可能な高速液体クロマトグラフィー(HPLC)/質量分析法(MS)の諸条件を設定した。HPLCカラム,移動相等の諸条件について検討した。カラムはShodex MSpak GF-310 4D(150mm×4.6mm), Shodex MSpak GF-310 4B(50mm×4.6mm), Wakopak WS GP-N6(150mm×4.6mm)等各種HPLCカラムを比較検討した。その結果,カラムはShodex MSpak GF-310 4Dを用い,移動相は7.5mM酢酸アンモニウム溶液と0.075%の蟻酸を含有するアセトニトリルを用いたグラジエントを行った場合に各薬剤の分離が最も良好であった。上記条件下での薬剤の保持時間は,メタンフェタミンでは18.2分,モルヒネでは22.4分,コデインでは23.1分,コカインでは25.1分であった。イオン化法は,現在HPLC/MS(/MS)で最も一般的に用いられているエレクトロスプレーイオン化(ESI)を用いた。他のMS条件では,キャピラリー温度を260°Cに設定した場合に最も感度がよく,ESIマススペクトルは全ての薬剤で[M+H]^+が

ベースピークとなり,他のピークは相対強度20%以下と小さかった。各薬剤のベースピークを用いたフルスキャンMS/MSにてスペクトルを測定した。メタンフェタミンではm/z119,モルヒネではm/z201,コデインではm/z215,コカインではm/z182がベースピークであった。前年度設定したHPLC/MS(/MS)条件と,新しく発売されたShim-Pack MAYI-ODS(10x4.6mm i. d.)を用いた分析条件を比較検討したところ,前年度使用していたShodex Mspak GF-3104Dに比べるとShim-packの方がよりカラム圧が上昇することなく連続して使用可能であった。また,分析時間も1サイクルが50分から30分に短縮された。ただし,メタンフェタミンに関してはShim-packよりMspakを用いた方が良好な分離を示した。これらの結果を基に,カラムはShim-Packを用い,対象薬物はモルヒネ,コデイン,コカインの3種とした。また,薬物標準品での感度はMSよりMS/MSの方が10倍程度高かったため,定量分析はMS/MSにより行った。試料はヒト血清を用い,特別な抽出操作を必要とせず試料をそのまま分析機器に導入できる試料直接導入法を現在一般的に用いられている固相抽出法と比較検討した。試料直接導入法では薬物を添加した血清をそのままHPLCに導入した。試料直接導入法では抽出操作を行っていないにもかかわらず1050ng/mlと十分な感度が得られた。また,薬物の回収率は5060%であった。従って,特に抽出操作を行わなくても,試料直接導入法によって血清中薬物が検出可能であることが判明した。実際例の分析として,コデイン服用の疑いがある死体の血清中コデインの検出を試みたところ分析可能であった。試料直接導入法では試料前処理が不要なため上記の分析時間がそのまま抽出操作を含めたトータルの分析時間となり,短時間で薬物を検出できるという利点がある。これと高感度を得られるMS/MSとを組み合わせることにより,乱用薬物の有用な分析法となることが確認された。