hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自動車の排気音を用いたリアソナーの開発

本研究の目的は、自動車の消音管(マフラー)から出る排気音を用いて、自動車の後方にある障害物を検知するためのリアソナーを実現することにある。(1)可聴音域での定在波を用いた距離推定に関して、基本的な性能とその様々な応用の可能性を検討した。(2)スピーカ、対象物とマイクロホンの幾何学的配置による推定誤差や、観測雑音と測定系の影響による誤差を低減する方法を開発した。また、(3)最小探知距離よりも短い距離を測定するための方法も提案した。すでに今年度までに、可聴音域での定在波を用いた距離推定については、送信音としてインパルス音、(振幅が一様、位相がランダムな)帯域雑音、白色雑音について有用性を確認している。今年度は以下のような成果が得られた。1.リニアチャープ信号を送信音とした場合についても、同じ原理により距離推定が可能であることを理論的および実験的に示した(英慎平他、電気学会論文誌C,129巻,pp.2027-2033)。これにより、リニアチャープ信号であれば、ほぼリアルタイムに距離推定が可能であり、マイコンへの実装も可能と思われる。3.最終的な目標が実音場への応用であることを考慮して、予備実験を多数回行った。そのため、マイクロホンアンプ、ワークステーションなどをフル活用した。また、観測データの採取、データ整理などでは、アルバイトが大いに活躍してくれた。現在、音声や環境音でも距離推定ができないか確かめている段階であり、さらに提案手法をマイコンに実装できないか試作中である。以上の成果を踏まえて、平成22年度以降の自動車の排気音を用いたリアソナーの開発につなげたい。すでに昨年度までに、可聴音域での定在波を用いた距離推定については、様々な送信音が採用可能であることを確認している。また、スピーカ、対象物とマイクロホンの幾何学的配置による推定誤差を低減する方法についても提案している。1.本推定法は観測信号にフーリエ変換を2度施す簡単な手法であり、その原理について解説した(中迫他、システム/制御/情報、54巻、pp.314-319)。提案手法は自己相関関数やケプストラムと手順が似ているため、それら手法との類似点や相違点について検討した(中迫他、騒音制御、34巻、pp.186-194)。これにより、既存の自己相関関数やケプストラムなどを改良しても、距離推定が可能であり、マイコンへの実装も可能と思われる。2.提案手法の分解能は送信信号の帯域幅によって決まり、近距離を測定するためには帯域幅を広くする必要があった。この問題点を改善するために、マイクロホンを2本用いることによって0mの距離まで推定可能にした(K.Kawanishi et al., Proc. of ISCIT2010(pp.164-169))。また、マイクロホンを2本用いることにより対象物(話者)の位置の推定も可能となった(中山他、電気学会論文誌C,130巻、pp.19942000)。3.最終的な目標が実音場への応用であることを考慮して、屋内外での実験を多数回行った。そのため、昨年度購入した機器類や今年度購入したノートパソコンなどをフル活用した。以上の成果を踏まえて、最終の平成23年度における自動車の排気音を用いたリアソナーの開発につなげたい。すでに昨年度までに、可聴音域での定在波を用いた距離推定については、基本的な性能は確認できており、スピーカ、対象物とマイクロホンの幾何学的配置による推定誤差を低減する方法についても開発した。また、最小探知距離よりも短い距離を測定するための方法も提案している。1.本推定法は観測信号にフーリエ変換を2度施す簡単な手法であるが、実音場では観測雑音と測定系の影響により距離が正しく測定できない場合がある。

そこで、いくつかの対策法を提案し良好な結果を得た(M.Nakayama et. al., IEICE Trans. Fundamentals, Vol.E94-A,pp.1638-1646.中山他、電子情報通信学会論文誌A,第J94巻,pp.676-679.中山他,電気学会論文誌C,131巻,pp.1864-1870)。2.提案手法は音を使って対象物までの距離を測定する方法であるが、簡易な立体音場システム(中山他,電子情報通信学会論文誌A,第J94巻pp.313-322)あるいは遠隔会議システム(M.Nakayama et al., Proc.of INTER-NOISE 2011(CD-ROM収録のpp.1-6))の構築への応用の可能性を示した。いずれも本手法を用いて人間までの距離を求めている。3.提案手法では、送信波と対象物からの反射波の干渉を利用しているが、通常は音源あるいはマイクロホンからも反射が起こる(多重反射)。多重反射の起こっている観測音に提案手法を適用すると、音源までの距離を求めることもできることを示した(N.Nakasako et al., Proc. Of INTER-NOISE2011(CD-ROM収録のpp.1-6))。4.最終的な目標が実音場への応用であることを考慮して、屋内外での実験を多数回行った。そのため、昨年度以前に購入した機器やパソコンなどをフル活用した。また、観測データの採取、データ整理などでは、アルバイトが大いに活躍してくれた。
ドイツにおける外国人職業研修制度の実際

平成6年度から3年計画で進めてきた本研究は、2つの課題を中心に進めた。前半は,ドイツの教育制度の内容及び職業教育制度の実際と、その特徴を分析することである。そこでは、技術教育を中心とする中世以来のマイスター制度の仕組みを現在も今尚維持している姿を認める事ができる。教育制度がそのマイスター制度を維持する基盤となっており,後継者不足に悩む日本とは比較にならない強いシステムが構築されている。大学教育もやはりこのマイスター制度と結びついており,職業上の棲み分けが行われ相互依存の関係となっている。テーマの第2は,そのシステムに外国人職業教育がどのように行われているか,である。基本的にドイツにすんでいる外国人はドイツ人と同じ環境のもとで職業教育を受けている。しかも,それと同時に政府海外援助(ODA)の一環として外国人研修者の受け入れと、ドイツ人職業指導者の送り出しとを行なっている。その際、上に述べたドイツの職業教育制度が大きい役割を演じているのである。初年度であった平成6年は、ドイツ職業教育一般の組織と運営の方法について、職業教育の基盤となっている二元制教育(Duales System)について研究した。そのために、ドイツ語による図書・資料を広く収集し、また岩井本人がこれまで研究発表してきたものをまとめた。次に、この二元制教育上もっとも必要とされている、時代の変化・技術進歩への対応の方法について、1987年の金属・鉄鋼・電子(エレクトロニクス)職種のカリキュラム改訂に的をしぼって研究した。このため、ドイツ職業教育研究所(ベルリン市)発行の資料を集めた。本年度に本研究テーマに関連して研究発表したものは、口頭発表が3回、そのほか論文1、さらに3月末脱稿のもの1、の合計5点である。口頭発表は以下の通り。(1)1994年4月桜美林大学産業研究所定例研究会「ドイツの職業教育と資格制度の構造」(2)1994年10月経営行動研究会第13回研究部会「ドイツのME化と職業教育上の対応」(3)1995年1月韓国商業教育学会(於ソウル市)「ME化とドイツ商工業職業教育」第2年度であった平成7年は、初年度に行なったドイツ職業教育制度全般にわたる研究の上に、そのより具体的な関連性を、ドイツの大学教育制度と結びつけて研究、整理し、後半期、外国人を対象とした職業研修制度の問題に視点を拡大した。研究は、まずドイツに滞在する外国人青年(男・女)の教育環境の問題(例えば、ドイツ語、家族、住居等)を、職業学校・企業において研究し、さらに具体的な業種別の職種養成の状況を明らかにした。また、現在は、ドイツの海外援助(ODA)と人材教育との問題も視野に置いている。今年度本研究テーマに関連して研究発表したものは、口頭発表2回、論文3、提出済論文(発行予定1996年4月)1、である。口頭発表分は、以下の通り。(1)1995年8月「ドイツのME化と商業職種教育」日本商業教育学会第6回全国大会(於、北海道情報大学)(2)1995年11月「ドイツにおける人材教育と海外援助」日本国際開発学会第2回全国大会(於、東洋大学)最終年度であった平成8年度は、過去2カ年の研究活動で行なった口頭発表、学術論文の整理と補足研究、さらに新たな研究テーマとすべき環境問題へのアプローチを行なった。まず平成8年4月に「ドイツにおける外国人職業教育の実際」について論文を経営行動研究学会誌『経営行動』に発表し、次いで8月にドイツの職業教育と関連したテーマである「ドイツにおける環境政策と企業の役割」について、中国・大連市企業家協会主催(桜美林大学共催)のシンポジウムで口頭発表を行なった。さらに、平成9年2月に、経営行動研究学会中部部会(於中京大学)において「ドイツ企業の環境管理と人材養成」のテーマで口頭発表を行なった。ドイツにおいては、外国人に対する職業研修もドイツ人と同じシステムの中で行なっている。短期の研修制度は職業研修センターが中心となって行なっているが、指導の人材その他はほぼドイツ全体の職業教育システムに組み込まれているといえる。今後の日本のシステムにとっても重要な課題の1つであろうと考えられる。
アフリカツメガエル幼生尾部をモデルとした再生制御機構の解明

アフリカツメガエルの幼生尾部の再生をモデルとして用い、器官再生を制御するしくみを明らかにすることを目的とし、以下の研究をおこなった。1.BrdUを用いて増殖細胞の標識をおこなったところ、幼生尾部切断後、脊髄、脊索、筋肉、表皮の各組織の細胞が増殖することがわかった。さらに、形態学的観察と予備的な細胞系譜解析から、アフリカツメガエル幼生尾部では、脊髄、脊索、筋肉それぞれに由来する細胞がそれぞれの組織を再形成することが示唆された。2.尾部発生過程と、再生過程とで遺伝子発現パターンを比較したところ、多くの遺伝子が共通に発現していたが、BMPアンタゴニストであるchordin, nogginは再生過程で発現せず、脊髄や体節のパターン化に関与するXshh, Xdelta-1の発現パターンも両者で異なることが明らかになった。3.Xwnt-5aは再生芽の先端で、Xsfrp-2は基部で発現する。Xsfrp-2はXwnt-5aに対して阻害的に作用し、再生芽内に先端から基部にかけてのXwnt-5a活性の濃度勾配が存在すると考えられた。幼生尾部の背側切れ込み部分に異所的にXwnt-5aを発現するアニマルキャップを移植したところ、異所的な尾部が形成された。そこで、Xwnt-5aは尾部再生過程の前後軸に沿ったパターン化過程で主導的な役割を担うと推定された。4.再生芽cDNA由来のマクロアレイ(11520 clones)を新たに作成し、再生過程において一過的に発現上昇する遺伝子のスクリーニングをおこなったところ、胚期cDNAアレイによって同定されているもの以外に、新たに8種類の遺伝子を同定した。アフリカツメガエル幼生の尾部をモデルとして、再生現象を制御するしくみを明らかにすることを目的としている。平成14年度は、細胞生物学的、分子生物学的な方法を試み、以下の成果を得た。1)尾部切断後どのような細胞が増殖し、再生体を形成するか、BrdUを用いた増殖細胞の標識をおこなったところ、表皮、筋肉、脊索、脊髄、間充織すべての細胞種での増殖が観察された。特に、筋肉細胞の増殖が頻繁に観察され、再生芽形成の主要な細胞供給源になっている可能性が示唆された。今後細胞標識等により、詳細に解析する予定である。2)トランスジェニック法を用いて、尾部の筋肉や、脊索の細胞で外来遺伝子を安定して発現させることに成功した。これら遺伝子は再生過程でも発現し、再生過程における遺伝子操作実験が可能になった。また、テトラサイクリンによる発現誘導システムとトランスジェニックとを組み合わせ、再生時特異的な発現誘導を試み、期待できる結果を得ている。3)胚由来cDNAアレイを用いて単離された遺伝子4種について、切片in situハイブリダイゼーション法により、発現を詳細に解析したところ、これらのうち3種の遺伝子が再生芽間充織で発現することを確認した。また、それぞれの発現が時間的、領域的に少しずつ異なることから、一見均一な再生芽間充織細胞を分類する糸口がつかめたと考えられる。4)胚由来のcDNAに加え、再生尾部由来のcDNAライブラリーの作製をおこない、クローンの単離をおこなった。各クローンのインサートを増幅、cDNAアレイを作製する予定である。アフリカツメガエルの幼生尾部の再生をモデルとして用い、器官再生を制御するしくみを明らかにすることを目的とし、本年度は以下の研究をおこなった。1.幼生尾部切断後増殖し、再生芽を形成する細胞の由来と、その分化運命を検証する目的で、GFPあるいはDsRed2を発現するDNAコンストラクトを幼生尾部に注入し、エレクトロポーレーションをおこなった。その結果、脊髄、脊索、筋肉の各組織の細胞を選択的に蛍光標識することができた。

また、尾部切断後、脊髄、脊索由来の細胞は再生尾部の脊髄、脊索にそれぞれ分化することがわかった。筋肉細胞を標織した場合は、再生過程で蛍光が消失し、追跡することができなかった。2.トランスジェニック個体を作成し、幼生の再生時期に特異的に遺伝子発現させるシステムの開発をめざした。テトラサイクリンにより誘導するシステムとHSPプロモーターを用いたシステムについて検討したところ、どちらの方法でも一定頻度のトランスジェニック個体において遺伝子発現を誘導することができた。しかし、いずれの場合も非誘導条件における発現の漏れが避けられず、さらに改良する必要がある。3.すでに尾部再生過程で発現上昇することを見いだした遺伝子約10種について、dsRNAi法により再生過程におけるその機能阻害を試みた。その結果、2個の遺伝子について再生の阻害効果を示唆する結果が得られた。4.再生芽cDNA由来のマクロアレイ(11520 clones)を新たに作成し、再生過程において一過的に発現上昇する遺伝子のスクリーニングをおこなったところ、胚期cDNAアレイによって同定されているもの以外に、新たに8種類の遺伝子を同定した。
流域の水環境制御に向けての用排水管理システムに関する研究

まず用排水管理システムへの知識工学的アプローチに関しては、技術者の用水改修の計画原案作成過程における検討の進め方をシミュレーションできるシステムを試作した。このシステムは技術者がまず用水の現況を診断・評価し、その結果に基づいて改修計画の原案を定めていく過程を追跡できる。また、種々の技術者の聞き取りなどから、エキスパートシステムとしてのプログラムを作成し、農業用水と農業開発の原案を作成する段階をモデル化した。次に水環境と流域開発の関係に関しては、水利の近代化という視点の下に、流域的な水管理秩序の形成過程を理論的に整理し、深刻化する環境問題とのかかわりにおいて将来の流域開発の方向を検討した。用排水路の水辺環境の分析に関しては、現地事例調査をもとに、水辺環境形成の経済的側面を中心に分析を進めた。また流域の開発が進んだ関東平野での低平水田地帯を対象として、農村地域整備に伴う洪水処理について検討し、新規宅地開発、既存集落整備、農地の圃場整備を含む計画に対して、それぞれが総調節容量の約1/13、2/13、10/13程度を分担すべきであることを示した。用排水の流れの動的解析に関しては、Preissmann Schemeに内部境界条件を適用することにより、解析可能な流れの範囲を広げ、また内部境界条件の計算時の安定性を高める方法を考案し、非定常流解析プログラムに組み込んだ。貯水池の濁水・水質解析に関しては、農業専用ダムを対象に、流入河川水の水質、貯水池内での物質の水平・鉛直分布を測定し、多数のデータを収集し整理した。特に、流入河川水の水質に関しては、水質タンクモデルで高い精度で現象を再現できることが確認された。本年は初年度のため体形的にとりまとめた成果はないが、各課題において着実な研究の進展を見た。各課題毎の進捗状況は以下の通りである。(1)水環境と流域開発の関係(志村分担)我国における灌漑システムの開発・近代化過程を整理し、それを通じて、灌漑排水システムが流域の水環形成に与える影響についての考察を進めた。(2)用排水管理システムへの知識工学的アプロ-チ(中村分担)環境評価などには数量化が困難な要素が多いが、知識工学用言語を用いて文章論理として計算プログラムに取り込みうる。本年度は地域的な農業用水管理者の評価行動を解析し、水量シミュレ-ションも可能なことを確認した。(3)用排水の動的解析・貯水池の濁水解析(久保分担)用排水の動的解析に関しては、水路における流水特性の解析、低平地の洪水排水シミュレ-ションを実行し、流水環境の基礎的モデルがほぼ構築された。貯水池の濁水解析では、貯砂ダムによる堆砂防除、貯水池の濁水流入シミュレ-ションなどについて研究を進めた。(4)貯留型用排水システムの解析・水辺環境の分析(後藤分担)水辺空間として重要な位置を占める用排水システムの貯留施設に関する解析を研究課題として追加した。発表論文において、貯留施設の有効性、適切規模、管理手法などが検討された。水辺環境に関する研究では、現地での実態調査と水質浄化機能の基礎実験を二つの柱としている。前者については、数箇所の事例地区を選び、予備調査、資料収集を始めた。実験については、装置の据付け、実験器具や試薬の購入とそれらを用いた予備実験を始めたところで、来年度に本格的な実験を行う。水環境と流域の関係を探るため、安濃ダムと阿木ダムを事例として、ダム湖への流入負荷を検討した。ダム湖への流入負荷の大部分は洪水時に流入することが知られているが、洪水時の調査は洪水をとらえる時機が難しく調査例は少ない。今年度は、秋季の台風等の影響で、中小規模の洪水が多発したため、2回にわたって調査することができた。

調査項目の主たるものは、水温、濁質、溶存酸素、化学的酸素要求量、全リン全窒素等である。これらの調査を通じ、従来までの流入流量と流入負荷との関係を一対一の対応で表わすLQ式による推定では、誤差が大きくなることが判明した。流入負荷を精度よく再現するため、水質タンクモデルを用いた。この結果、LQ式では表現できないヒステリシスが再現され、実測結果とよい一致をみた。実測結果と水質タンクモデルによる流入負荷量の時系列は、数値シミュレ-ションの入力デ-タとして用いられた。シミュレ-ションは電中研で実用化された富栄養化モデルを用いて行なった。その結果、湖内の水質変化をおおむね再現することができたが、全リンの消長に関してはよい結果が得られなかった。これは、来年度の課題としたい。用排水管理システムへの知識工学的アプロ-チに関しては用排水管理の現場において蓄積された経験を収集整理し、それを知識工学的に処理し実際の水管理に汚用するプログラムをプロログ言語を用いて作成した。このプログラムでは、実際の現象を操作者の想像している現象とが、同時並行的にシミュレ-ションできる。このモデルにより、水管理操作における改善余地を推定し、水資源の有効利用と、管理労力節減に向けての方策を提示した。用排水の動的解析に関しては、Preissmann Schemeを改良し、流れが水理学的に縁が切れる場合でも同様の手続きで実行できる様にした。先ず用排水管理システムへの知識工学的アプローチに関しては、技術者の用水改修の計画原案作成過程における検討の進め方をシミュレーションできるシステムを試作した。このシステムは技術者がまず用水の現況を診断、評価し、その結果に基づいて改修計画の原案を定めていく課程を追跡できる。また、種々の技術者の聞き取りなどから、エキスパートシステムとしてのプログラムを作成し、農業用水の農業開発の原案を作成する段階をモデル化した。次に水環境と流域開発の関係に関しては、水利の近代化という視点の下に、流域的な水管理秩序の形成過程を理論的に整理し、深刻化する環境問題とのかかわりにおいて将来の流域開発の方向を検討した。用排水路の水辺環境の分析に関しては、現地事例調査を下に、水辺環境形成の経済的側面を中心に分析を進めた。用排水の流れの動的解析に関しては、Preissmann Schemeの欠点である射流での不安定性を克服するため、射流部分に内部境界条件を用いた。これにより、射流部分は計算する必要がなくなり、この計算法による解析可能な流れの範囲を著しく拡大できた。同時に、内部境界条件の計算の安定性を高める方法を考案し、これを非定常流解析プログラムに組み込んだ。この結果、安定性が向上し、内部境界条件を同時に多数用いても互いに干渉することがなくなった。貯水池の濁水・水質解析に関しては、農業専用ダムを対象に、流入河川水の水質、貯水池内での濁質の水平・鉛直分布を測定し、多数のデータを収集し、整理した。今回は特に一斉調査を3回行い、各調査毎の貯水池内の状況の変化をを詳細に把握することができた。また、流入河川水の水質に関しては、水質タンクモデルで高い精度で現象を再現できることが確認された。
植物と咀嚼性昆虫における防御と適応の有機化学

ハスモンヨトウにおける窒素代謝とvolicitinの関係を明らかにした.グルタミン酸のグルタミンへの変換とvolicitin生合成の関連を検討したところ,15N-ラベル体アンモニアを用いた代謝物トレース実験とLCMS, LCMS-IT-TOF,及びGCMS分析により,餌中のグルタミン酸がアンモニアを取り込んでグルタミンとなって,volicitin生合成に利用されることが明らかになった.15N-NMR測定から,このグルタミン酸-グルタミンの変換にはグルタミン合成酵素が関わることが示唆された.腸管組織におけるこの反応は,これまであまり注目されていなかったが,グルタミン酸を効率よく体内に吸収する重要な経路であることが示唆された.この細胞内で生成するグルタミンがvolicitinとなって細胞外へ移動することで,細胞内のグルタミン濃度の上昇を抑え,結果としてグルタミン酸の吸収とアンモニアの解毒,窒素の効率的吸収と再利用が達成されるものと考えられる.鱗翅目幼虫がvolicitinを積極的に生合成している一つの理由として,このような新規の窒素代謝メカニズムを明らかにした.これまでvolicitin類が報告されていたのは,ごく一部の実験用昆虫からがほとんどであった.そこで,野外から採集された,10科22種の鱗翅目幼虫を対象にvolicitin類のスクリーニングを行った.その結果,新たに8科11種よりvolicitin類を同定した.これらの幼虫が持つvolicitin類縁体8種の組成パターンを整理したところ,進化系統樹とvolicitin組成に一定の相関が見られた.Volicitin類は比較的大型で広食性幼虫に見られ,種の分化とともに類縁体が多様化した可能性が示唆された.上述(1)の窒素代謝におけるvolicitinの生理機能と照らし合わせると,幼虫が窒素栄養価の低い植物を餌として利用する際に,その効率的吸収を目指してvolicitin類縁体を介した窒素代謝を開拓し,より広食性になるにつれて,その解毒代謝酵素によりvolicitin類の多様化が進んだことが示唆された.1)トウモロコシに揮発成分を放出させる鱗翅目昆虫由来エリシターの生合成食害された植物は、鱗翅目昆虫幼虫の唾液に含まれるvolicitin [N-(17-hydroxylinolenoyl)-L-glutamine]を受容し、揮発成分を放出することで天敵の寄生蜂に手がかりを与える。幼虫が何故volicitinをもつのかを明らかにする目的で、ハスモンヨトウにおけるvolicitin生合成機構を検討した。終齢幼虫から取り出した腸管組織を用いて、volicitinのin vitro生合成を確認した。さらに中腸細胞から調整したミクロソーム画分を用いた場合でも前駆体の合成が見られたことから、腸管細胞に存在する幼虫由来酵素によって前駆体物質が生合成されることを明らかにした。従来の腸内共生細菌生合成説とは全く異なるモデルが提唱された。また、この幼虫由来酵素のグルタミンに対する基質特異性を確認した。幼虫体内におけるグルタミン分布の詳細な分析を行った結果、幼虫腸管内では大部分のグルタミンがvolicitin類縁体として存在することを明らかにした。以上から、volicitinは積極的に合成され、幼虫体内のグルタミン代謝に重要な役割を持つことが示唆された。2)鱗翅目昆虫に食害されたトウモロコシが放出する生物微弱発光(バイオフォトン)オオタバコガ幼虫に食害されたトゥモロコシからフォトンが放出されることを発見した。植物は病原菌の侵入に対して発光することが知られており、フォトンは植物の抵抗反応に何らかの関係があると考えられている。本研究では、食害に対するトウモロコシのフォトン発光メカニズムの解明を試みた。人工的な機械傷で発光は見られず、機械傷に幼虫唾液を処理することで発光が再現された。熱処理した唾液でも活性があることから、酵素ではなく唾液虫の低分子エリシターが関与している可能性が示唆された。1)植物の防御反応を誘導する鱗翅目昆虫エリシターの生合成と代謝食害を受けたトウモロコシやワタは、幼虫唾液中に含まれるvolicitinを受容して様々な揮発成分を放出し、天敵である寄生蜂に宿主探索の手掛かりを与える。幼虫自身に不利に働く化合物volicitinの幼虫体内における役割を探るため、その生合成メカニズムの全体像を放射性同位体を用いて検討した。^<14>C-グルタミン及び^<14>C-リノレン酸を与えたハスモンヨトウ幼虫の断面を経時的にオートラジオグラフィーで解析し、グルタミンはほぼ全量が30分以内に腸管から吸収されるのに対し、リノレン酸は食後2時間近く経ってから一部が吸収されることを明らかにした。また、リノレン酸は吸収とほぼ同時にvolicitinに取り込まれ始めたが、グルタミンは吸収後6時間経ってもvolicitinに取り込まれなかった。このことから、volicitinは脂肪酸代謝に何らかの関係があると考え、リノレン酸の代謝とvolicitinの生合成・代謝経路の概要を明らかにした。その結果、腸管内リノレン酸量を上回るvolicitin類縁体が生合成され、腸管に分泌後、加水分解され再びリノレン酸部位は体内に吸収されるとの、全く新しい脂肪酸代謝経路を発見した。2)ハスモンヨトウにおけるvolicitin生合成と窒素代謝4種の鱗翅目昆虫から同定したvolicitin類縁体が全てグルタミン縮合物であったことから、グルタミンの代謝とvolicitinの関係に注目した。^<15>

N-塩化アンモニウムを用いた摂食実験から、グルタミンが有毒なアンモニアの同化によって合成され、そのグルタミンがvolicitinに取り込まれること、また、アンモニアの添加によって幼虫体内のvolicitin量が増加することを明らかにした。Volicitinがアンモニア解毒にも何らかの寄与をしていると考えられる。ハスモンヨトウにおける窒素代謝とvolicitinの関係を明らかにした.グルタミン酸のグルタミンへの変換とvolicitin生合成の関連を検討したところ,15N-ラベル体アンモニアを用いた代謝物トレース実験とLCMS, LCMS-IT-TOF,及びGCMS分析により,餌中のグルタミン酸がアンモニアを取り込んでグルタミンとなって,volicitin生合成に利用されることが明らかになった.15N-NMR測定から,このグルタミン酸-グルタミンの変換にはグルタミン合成酵素が関わることが示唆された.腸管組織におけるこの反応は,これまであまり注目されていなかったが,グルタミン酸を効率よく体内に吸収する重要な経路であることが示唆された.この細胞内で生成するグルタミンがvolicitinとなって細胞外へ移動することで,細胞内のグルタミン濃度の上昇を抑え,結果としてグルタミン酸の吸収とアンモニアの解毒,窒素の効率的吸収と再利用が達成されるものと考えられる.鱗翅目幼虫がvolicitinを積極的に生合成している一つの理由として,このような新規の窒素代謝メカニズムを明らかにした.これまでvolicitin類が報告されていたのは,ごく一部の実験用昆虫からがほとんどであった.そこで,野外から採集された,10科22種の鱗翅目幼虫を対象にvolicitin類のスクリーニングを行った.その結果,新たに8科11種よりvolicitin類を同定した.これらの幼虫が持つvolicitin類縁体8種の組成パターンを整理したところ,進化系統樹とvolicitin組成に一定の相関が見られた.Volicitin類は比較的大型で広食性幼虫に見られ,種の分化とともに類縁体が多様化した可能性が示唆された.上述(1)の窒素代謝におけるvolicitinの生理機能と照らし合わせると,幼虫が窒素栄養価の低い植物を餌として利用する際に,その効率的吸収を目指してvolicitin類縁体を介した窒素代謝を開拓し,より広食性になるにつれて,その解毒代謝酵素によりvolicitin類の多様化が進んだことが示唆された.
昆虫飛行の流体構造連成解析モデリングとその実験的検証

平成19年度において,以下の研究を実施した;1翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルの数値流体構造連成シミュレーションに基づく検証前年度提案した本モデルの検証を行った.検証にあたっては,本モデルにハナアブの実データに基づく寸法,運動パラメータ等を与え,前年度開発した本シミュレータを用いて,数値的に行った.その結果,本モデルにより,ハナアブの自重を支えるのに十分な揚力が発生することを確認した.また今後,MEMS技術による本モデルの実装に備え,静電場との連成も解析できるように本シミュレータを拡張し,2次元の範囲で検証を行った.2翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルのスケール拡大模型実験に基づく検証本モデルの妥当性を実験的に検証するため,前年度開発した本実験装置による実験を行った.その結果,従来モデルと同程度の揚力の発生を本モデルにおいても確認できた.従って,本モデルが従来モデルを抱合する新しい昆虫飛行原理の力学モデルである可能性が実験的にも示された.一方,流体と構造の力学的相似則の違いを厳密に考慮する必要性が課題として生じたため,その理論構築を行ったところ,流体構造連成現象の力学的相似則を世界に先駆けて開発することができた.以上の研究成果を現在3つの査読付国際ジャーナル誌,3つの査読付国内ジャーナル誌に投稿中である.本研究においては昆虫飛行の流体構造連成解析モデリングとその実験的検証を行う.平成17年度においては,以下の研究を実施した;1翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルの提案従来の昆虫飛行モデルにおいては,剛体翼が能動的に並進・回転運動するものであった.一方,ハエ目の解剖学的研究から翼基部がねじりに対する高いコンプライアンスを有することが明らかにされている.そこでハエ目を主な対象として,従来の昆虫飛行モデルを拡張し,流体構造連成に基づく翼基部の受動的回転を考慮した新しい昆虫飛行モデルを提案した.2上記モデルの妥当性を数値的に検証するためのシミュレータの開発上記モデルを数値的に検証するためのシミュレータを開発した.解析手法に流体と構造の方程式を同時に解く一体型解法を利用しているため,昆虫飛行のような羽と周囲流の強い相互作用も安定して解くことが可能である.また有限要素法に基づくため,上記モデルのシミュレータ内での表現の自由度が高く,様々なタイプの昆虫飛行をシミュレートできる.平成17年度においては,本シミュレータを用いることで,Dickinsonらのスケール拡大模型実験との比較に基づき,揚力や翼の運動の基本的妥当性を2次元の範囲で確認し,本モデルが昆虫飛行を合理的に説明できるモデルである可能性を示すことができた.3上記モデルの妥当性を実験的に検証するためのスケール拡大模型実験装置の開発上記モデルの妥当性を実験的に検証するためのスケール拡大模型実験装置の開発を行った.本装置は基本的にはDickinsonらのスケール拡大模型実験装置を拡張し上記モデルに対応して翼を弾性翼としたものである.本研究においては昆虫飛行の流体構造連成解析モデリングとその実験的検証を行う.平成18年度においては,以下の研究を実施した;1翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルの提案前年度提案した流体構造連成に基づく翼基部の受動的回転を考慮した昆虫飛行モデルを3次元に拡張した.2上記モデルの妥当性を数値的に検証するためのシミュレータの開発上記モデルを数値的に検証するための前年度開発したシミュレータを3次元に拡張した.解析手法に流体と構造の方程式を同時に解く一体型解法を利用しているため,昆虫飛行のような羽と周囲流の強い相互作用も安定して解くことが可能である.3上記モデルの妥当性を実験的に検証するためのスケール拡大模型実験装置の開発上記モデルの妥当性を実験的に検証するためのスケール拡大模型実験装置の開発を行った.本装置は基本的にはDickinsonらのスケール拡大模型実験装置を拡張し上記モデルに対応して翼を弾性翼としたものである.本年度は前年度開発した実験装置の問題点の改良(翼弾性変形および揚力の測定方法の高精度化)を行った.平成19年度において,以下の研究を実施した;1翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルの数値流体構造連成シミュレーションに基づく検証前年度提案した本モデルの検証を行った.検証にあたっては,本モデルにハナアブの実データに基づく寸法,運動パラメータ等を与え,前年度開発した本シミュレータを用いて,数値的に行った.その結果,本モデルにより,ハナアブの自重を支えるのに十分な揚力が発生することを確認した.また今後,MEMS技術による本モデルの実装に備え,静電場との連成も解析できるように本シミュレータを拡張し,2次元の範囲で検証を行った.2翼の受動的回転を考慮した昆虫飛行の流体構造連成モデルのスケール拡大模型実験に基づく検証本モデルの妥当性を実験的に検証するため,前年度開発した本実験装置による実験を行った.その結果,従来モデルと同程度の揚力の発生を本モデルにおいても確認できた.従って,本モデルが従来モデルを抱合する新しい昆虫飛行原理の力学モデルである可能性が実験的にも示された.一方,流体と構造の力学的相似則の違いを厳密に考慮する必要性が課題として生じたため,その理論構築を行ったところ,流体構造連成現象の力学的相似則を世界に先駆けて開発することができた.以上の研究成果を現在3つの査読付国際ジャーナル誌,3つの査読付国内ジャーナル誌に投稿中である.
インターネット品質情報共有環境の研究

本研究では、個々のインターネットユーザが体験する実アプリケーションのサービス品質(QoS)を計測・収集し、整理・体系化することにより、すべてのユーザがその情報を共有することを可能にする新たな仕組み(インターネット品質情報共有環境)及び、その仕組みを利用したQoSの制御、管理を実現することを目的とし、次の結果を得た。(1)インターネットに複薮のミラーサーバがある環境において、クライアント側からプローブ用ファイルを定期的にダウンロードし、その際のQoSデータを取得してデータベース化し、その統計データをサーバ選択に利用する方法が有効であることを明らかにした。本技術は、コンテンツ配信ネットワークにおいて利用者に待ち時間のストレスなくコンテンツを提供するための高度コンテンツ配信制御技術への適用が考えられる。(2)VoIPネットワークにおいて、音声品質を適性に維持するため、VoIP呼生起時にエンド・エンドでプローブフローを生成し、パケット損失率を測定し、その値に基づいて、アドミッションコントロールを行う方式、及び、定期的に擬似呼を発生させて音声擬似信号を伝送し、その音声品質(MOS)を音声品質客観測定法を用いて測定し、その結果をアドミッションコントロールのパラメータに反映させる方式を提案し、これにより、接続されたVoIP呼のパケット損失率と音声品質を制御可能であることを示した。本技術は、VPNやISPのネットワークにおいて、VoIPにサービスレベルアグリーメントを適用する際の基本技術になる。本研究の開始に当たって、インターネット品質情報のビジネス的な観点からの位置付け、意義等を明確化するため、インターネット事業で近年注目されているサービス・レベル・アグリーメント(SLA)の現状と動向等を調査した。具体的には、インターネット接続サービスや、エクストラネットで採用されているSLAの内容と評価尺度を調査し、SLAの課題やISPとASPの連携の重要性を明確化した。また、品質情報の共有の意義、インターネット品質情報共有環境の要求条件を明らかにした。次に、SLAを維持する上で空き帯域管理が重要であることから、空き帯域測定法の検討を開始した。その結果、実際のアプリケーション品質に影響を与えないように空き帯域を測定するため、試験トラヒックをTCPで送出する方法と低優先としてUDPにより送出する方法が有効であることがわかった。インターネット品質を検討する上で、代表的なアプリケーションとして、WWWを用いたファイルのダウンロードを取り上げた。その際のアプリケーションレベルの品質としてダウンロード時間を考える。インターネット上に同一のファイルを有する複数のサーバがある場合、ダウンロード時間の最も短いサーバを選択することができれば都合が良い。このような観点から、サーバとクライアント間の往復遅延やスループットの測定方法、それらの測定結果と実際のダウンロード時間との関係等を実際の測定データに基づいて分析した。この中で、異常データを除いたり、測定に用いるデータ単位をそろえることにより、測定結果の精度を(向上させることができた。この結果、ツールを用いて定期的に品質情報を計測し、その情報をサービス利用者が共有し、さらに動的な品質測定と組み合わせることにより、最適なサーバを選択できる可能性を明らかにした。次に今後成長が期待されるインターネット電話のアプリケーションを取り上げた。このようなサービスを提供する場合、音声品質の維持が課題になる。音声品質を計測する手段として、音声品質客観測定器の利用の可能性に注目し、それを検証するための実験を開始した。(1)インターネットに複数のミラーサーバがある環境において、クライアント側からプローブ用ファイルを定期的にダウンロードし、その際のQoSデータを取得してデータベース化し、その統計データをサーバ選択に利用する方法が有効であることを明らかにした。

(2)VoIPネットワークにおいて、音声品質を適性に維持するため、VoIP呼生起時にエンド・エンドでプローブフローを生成し、パケット損失率を測定し、その値に基づいて、アドミッションコントロールを行う方式を提案し、これにより、接続されたVoIP呼のパケット損失率と音声品質を制御可能であることを示した。本技術は、VPNやISPのネットワークにおいて、VoIPにサービスレベルアグリーメントを適用する際の基本技術になる。
中国海門市における肝がんの生活環境要因に関する研究

中国海門市における肝がん発生に関する宿主要因(がん遺伝子・がん抑制遺伝子など)と環境要因(HBV/HCV感染、AFB_1汚染食品摂取、当該地域のクリーク水・溜池水などの飲用、喫煙・飲酒歴など)の関与及びそれら諸要因の交互作用について諸観点から調べ、肝がん発生予防に資する。【研究対象・材料と方法】1)クリーク水・溜池水などからMCsの検出を行った。2)食品(とうもろこし、ピ-ナッツなど)を採取して、AFB_1及びその他のマイコトキシンの分析を行った。3)パラフィンブロック標本を利用した肝がん病理学的研究、MCsの検索及びがん遺伝子・がん抑制遺伝子分析を行った。4)肝がん症例群と性・年齢を1:1でマッチさせ、地域住民から無作為抽出した対照群に対して、既往歴・家族歴、AFB_1汚染食品摂取状況、飲料水の種類と飲料状況、喫煙・飲酒歴などに関する面接調査を行い、データの集計には単変量ないし多変量解析を行った。さらに、肝がん症例群と対照群より血液を採取し、血漿・血清部分を利用してHBV/HCVのマーカー及びサブタイプ、AFB_1アルブミンアダクト、セレニウムなどの微量元素、抗酸化物質、脂肪酸組成、TNF_α活性、神経分化誘導因子などの分析を行った。【結果と考察】これまでに飲料水及び環境中のMCsの定性・定量法を開発し、当該地域のクリーク水・溜池水などからMCsを検出した。食品の化学分析では、とうもろこし、ピ-ナッツなどにAFB_1及びその他のマイコトキシン(フモニシンなど)を検出した。当該地域の肝がんパラフィンブロック標本を利用した研究により、AFB_1関連肝がんに特異的なp53変異を見い出した。症例対照研究(184ペア)では、対照群と比較して症例群に肝疾患既往歴や家族歴があるものが多かったが、AFB_1汚染食品摂取状況については両群間に差異を認めなかった。クリーク水・溜池水などの摂取頻度・摂取期間にも両群間に差異を検出できなかった。症例群に喫煙歴及び飲酒歴が多かったが、その差異は統計学的に有意ではなかった。AFB_1アルブミンアダクトの陽性率は、対照群と比較して症例群に高かったが、統計学的に有意ではなかった。HBV/HCVの血清マーカー及びサブタイプを調べたところ、当該地域にはHCV関連肝がんもあるが、HBV関連のものがメインであった。中国海門市における肝がん発生に関する宿主要因(がん遺伝子・がん抑制遺伝子、アルデヒド脱水素酵素[以下、ALDH2]遺伝子及びCYP2E1遺伝子多型など)と環境要因(HBV/C型肝炎ウイルス[以下、HCV]感染、AFB_

1汚染食品摂取、当該地域のクリーク水・溜池水などの飲用、喫煙・飲酒歴など)の関与及びそれら諸要因の交互作用について、環境生態学、分子生物学、腫瘍病理学、疫学などの諸観点から調べ、肝がん発生予防に資する。【研究対象・材料と方法】1)クリーク水・溜池水などからMCsの検出を行った。2)MC-LRを用いた中期発がん動物実験を行い、肝がんプロモーター作用の有無を検証した。3)食品(とうもろこし、ピ-ナッツなど)を採取して、AFB_1及びその他のマイコトキシンの分析を行った。4)パラフィンブロック標本を利用した肝がん病理学的研究、MCsの検索及びがんん遺伝子・がん抑制遺伝子分析を行った。5)肝がん症例群と性・年齢を1 : 1でマッチさせ、地域住民から無作為抽出した対照群に対して、既往症・家族歴、AFB_1汚染食品摂取状況、飲料水の種類と飲料状況、喫煙・飲酒歴などに関する面接調査を行い、データの集計には単変量ないし多変量解析を行った。さらに、肝がん症例群と対照群より血液を採取し、血漿・血清部分を利用してHBV/HCVのマーカー及びサブタイプ、AFB_1アルブミンアダクト、セレニウムなどの微量元素、抗酸化物質、脂肪酸組成、TNFα活性、神経分化誘導因子などの分析を行った。末梢リンパ球を用いて宿主要因(ALDH2遺伝子及びCYP2E1遺伝子多型など)の解析を試みた。【結果と考察】これまでに飲料水及び環境中のMCsの定性・定量法を開発し、当該地域のクリーク水・溜池水などからMCsを検出した。中期発がん動物実験により、MC-LRに肝がんプロモーター作用があることを示した。食品の化学分析では、とうもろこし、ピ-ナッツなどにAFB_1及びその他のマイコトキシン(フモニシンなど)を検出した。当該地域の肝がんパラフィンブロック標本を利用した研究により、AFB_1関連肝がんに特異的なp53変異を見い出した。症例対照研究(184ペア)では、対照群と比較して症例群に肝疾患既往歴や家族歴があるものが多かったが、AFB_1汚染食品摂取状況については両群間に差異を認めなかった。クリーク水・溜池水などの摂取頻度・摂取期間にも両群間に差異を検出できなかった。症例群に喫煙歴及び飲酒歴が多かったが、その差異は統計学的に有意ではなかった。末梢リンパ球を用いてALDH2及びCYP2E1遺伝子多型に関しても両群間に差異を認めなかった。AFB_1アルブモンアダクトの陽性率は、対照群と比較して症例群に高かったが、統計学的に有意ではなかった。TNFαレベルは症例群が高く、肝発がんプロモーションへの関与が示唆された。HBV/HCVの血清マーカー及びサブタイプを調べたところ、当該地域にはHCV関連肝がんもあるが、HBV関連のものがメインであることが確認された。以上のように、当該地域の肝がんの第一義的予防戦略は、HBV母児垂直感染及び乳児期水平感染をブロックすることにあると言えよう。本研究で肝がん発生にAFB_1などのマイコトキシンが関与していることが示唆されたが、飲料水中のマイクロシスチンの影響を明らかにするためには一層の研究の継続が必要であろう。
核内RNAウイルスと宿主DNA損傷の相互作用解析

宿主ゲノムDNAは、生命活動の中枢であり、遺伝情報の基盤である。ゲノムDNAは、DNAウイルス感染により損傷を受けることが報告されている。しかし、RNAウイルス感染におけるDNA損傷については、ほとんど研究が進んでいなかった。本研究では、核に持続感染するRNAウイルス、ボルナ病ウイルス(BDV)とDNA損傷およびその修復機構(DDR)との関連を検討した。BDVの転写・複製の場には、DNA損傷マーカーやDDR関連分子が集積した。DDR関連分子の阻害剤により、BDVの転写・複製バランスが変化した。これらのことから、BDVはDDRと相互作用し、自身の転写・複製を制御していることが示唆された。ゲノムDNAは、常に様々な要因により損傷を受けている。その要因の一つに、ウイルス感染がある。ウイルス感染とDNA損傷については、がんウイルスを中心にDNAウイルスで活発に行われてきた。しかし、RNAウイルス感染におけるDNA損傷については、ほとんど研究が進んでいない。ボルナ病ウイルス(BDV)は、細胞核に持続感染するRNAウイルスである。核に持続的にウイルスが存在することで、宿主ゲノムにDNA損傷を引き起こしたり、逆にDNA修復機構(DNA damage response: DDR)を利用して持続感染している可能性が考えられる。そこで、本研究では、核内RNAウイルスのモデルとしてBDVを用いて、BDV感染におけるDNA損傷およびDDRの役割を明らかにすることを目的とする。本研究において、核内RNAウイルスと宿主DNA損傷の相互作用について以下の結果を得た。1)BDV感染が感染細胞にDNA損傷を引き起こすか、コメットアッセイやDNA損傷マーカーであるリン酸化ヒストンH2AXの免疫染色、ウエスタンブロッティングにより解析した。その結果、BDV感染、非感染で細胞のDNA損傷の程度に差はなかった。このことから、BDVは感染細胞のゲノムに損傷を与えないか、与えても迅速に修復している可能性が考えられた。2)逆に、DNA損傷時(UV照射、X線照射、過酸化水素添加)に、BDVの転写・複製効率の変化がないかリアルタイムRT-PCRなどを用いて検討した。その結果、BDVの転写・複製バランスが変化することが明らかとなった。このことから、BDVがDDRを利用して、自身の転写・複製バランスを制御する可能性が示唆された。このように本研究は、核内RNAウイルスと宿主DNA損傷の相互作用について、おおむね順調な成果をあげることができた。そこで本研究では、核内RNAウイルス感染におけるDNA損傷およびDDRについて、BDVをモデルウイルスとして検討することを目的とした。(1)BDV感染は感染細胞で宿主DNA損傷を積極的に誘導はしないことが明らかとなった。(2)逆にDNA損傷誘導時には、持続感染しているBDVの転写・複製バランスが変化した。(3)阻害剤によるスクリーニングにより、この転写・複製バランスをDDRの特定の経路の因子が制御する可能性が示唆された。(4)BDVは核内にウイルスリボタンパク質複合体(RNP)による構造物(vSPOT)を形成する。生理条件下で、わずかに存在するDNA損傷部位にvSPOTが局在することが多いことを見出した。(5)得られた結果から、「生理条件下で存在するDNA損傷部位にvSPOTが形成され、DDR分子によりその転写・複製バランスが制御される」という仮説を提唱出来た。このように本研究は、核内RNAウイルスと宿主DNA損傷の相互作用について、当初の予定以上の成果をあげることが出来た。ウイルス学平成25年度の研究計画では、2つの小課題を提案していた。1つは、BDVが宿主のDNA損傷およびDDRに与える影響の検討である。本年度の結果から、BDV感染細胞と非感染細胞では、DNA損傷の程度に変化はなかった。このことから、BDV感染のDNA毒性はあったとしても、その病態には関与していないことが考えられた。以上の通り、検討課題について一定の結論を得ることが出来、本小課題は計画通り進展していると考えられた。もう1つは、逆に、宿主細胞のDNA損傷およびDDRがBDV感染に与える影響の検討である。本年度は、複数のDNA損傷刺激により、BDVの転写・複製バランスが変化することを見出した。

このような宿主細胞のDDRとBDV感染の相互作用を見出せたことは、次年度の研究の基盤となる必須の知見である。以上のことより、本小課題についてもおおむね順調に進展していると判断した。全体として、当初の計画より若干の変更点はあるが、大きな方向性に変化はなく、2つの小課題達成に向けて順調に進展していると考えられる。平成25年度に得られた結果をもとにして、宿主DDRとBDV転写・複製バランスの制御についての作業仮説をたて、検証する。具体的には、宿主DNA損傷およびDDRがBDVに与える影響の分子機構と、インフルエンザウイルスのような核に侵入するRNAウイルスや、核内で活動するレトロトランスポゾンなども、同様に宿主DNA損傷やDDRにより制御されるかの検討、の2つの小課題について進める。1)宿主DNA損傷およびDDRがBDVに与える影響の分子機構:BDVの転写・複製バランスを制御するDDR因子を過剰発現やsiRNAによるノックダウンを用いて探索する。得られた分子とBDVのウイルス分子との相互作用を検討し、両者がどのように相互作用しているかを明らかにする。2)インフルエンザウイルスやレトロトランスポゾンとDDRとの相互作用解析:BDV以外にも核内で活動するRNA分子は存在する。その代表例が、RNAウイルスであるインフルエンザウイルスや、レトロトランスポゾンである。1)で見出したDDR因子が、これらの生活環にも影響を与えるかを検討する。
医療・創薬を目指す循環系マルチスケール力学シミュレータの構築

本研究では,血管系の精密な形態学,材料特性および力学のモデルに基づき,ヒト循環器系の多重スケールにおける循環機能を総合的に評価できる循環系マルチスケール力学シミュレータを構築して,計画通り下記のような成果が得られた.A.循環器全身血管系の形状・力学特性モデルのデータベース化VHP画像に基づき,統一的手法で循環器全身血管の幾何学モデルと計算格子生成を行えるシステムを構築し,全身動脈・静脈血管系(計377本)の幾何学形状及び力学特性を網羅するデータベース化を行なった.B.循環器血管系全身力学モデルの開発MRIやCTなどの医用画像を基に,循環器全身血管系の0-1次元モデル及び大きな動脈・静脈血管系の3次元モデルを構築し,循環器マルチスケールシミュレータのプラットフォームの開発を施した.また循環器血管系の各部位の血圧や血流の生理学的データと比較し,その妥当性を確認できた.C.生理学的モデルの開発循環器系の血液循環に関わる血流の動的調節モデル,体勢変化や機能・病的変化を制御する交感神経系モデルを統合する循環器系の生理学モデルを開発した.また軽度な下半身の運動や立ち上がりによる血圧の変化等について実験結果と比較し本モデルの有効性を検証した.これは、当初計画以上の成果である.D.循環器統合シミュレータの開発循環器血管系全身の低高次元連成と生理学的モデルを統合し,循環器統合マルチスケールシミュレータのプラットフォームの開発を施行した.左心室疾患、腎動脈狭窄、加齢などの臨床問題へ応用し,生理学的データとの比較・検討を通して本循環器統合シミュレータの有効性を確認できた.とくに循環器全身血管系の圧力波の伝播・反射を再現できる1次元モデルとの連成の有無は,腹部大動脈付近に振動ずり応力に顕著な相違をもたらすことが分かった.これは循環器統合マルチスケールシミュレータの重要性を示唆する.本研究では,血管系の精密な形態学,材料特性および力学のモデルに基づき,ヒト循環器系の多重スケールにおける循環機能を総合的に評価できる循環系マルチスケール力学シミュレータを構築して,計画通り下記のような成果が得られた.A.循環器全身血管系の形状・力学特性モデルのデータベース化VHP画像に基づき,統一的手法で循環器全身血管の幾何学モデルと計算格子生成を行えるシステムを構築し,全身動脈・静脈血管系(計377本)の幾何学形状及び力学特性を網羅するデータベース化を行なった.B.循環器血管系全身力学モデルの開発MRIやCTなどの医用画像を基に,循環器全身血管系の0-1次元モデル及び大きな動脈・静脈血管系の3次元モデルを構築し,循環器マルチスケールシミュレータのプラットフォームの開発を施した.また循環器血管系の各部位の血圧や血流の生理学的データと比較し,その妥当性を確認できた.C.生理学的モデルの開発循環器系の血液循環に関わる血流の動的調節モデル,体勢変化や機能・病的変化を制御する交感神経系モデルを統合する循環器系の生理学モデルを開発した.また軽度な下半身の運動や立ち上がりによる血圧の変化等について実験結果と比較し本モデルの有効性を検証した.これは、当初計画以上の成果である.D.循環器統合シミュレータの開発循環器血管系全身の低高次元連成と生理学的モデルを統合し,循環器統合マルチスケールシミュレータのプラットフォームの開発を施行した.左心室疾患、腎動脈狭窄、加齢などの臨床問題へ応用し,生理学的データとの比較・検討を通して本循環器統合シミュレータの有効性を確認できた.とくに循環器全身血管系の圧力波の伝播・反射を再現できる1次元モデルとの連成の有無は,腹部大動脈付近に振動ずり応力に顕著な相違をもたらすことが分かった.これは循環器統合マルチスケールシミュレータの重要性を示唆する.平成17年度は循環器血管系の形態学モデル,力学特性モデル及びマルチスケール力学モデルの開発を最大な目標として研究を実施した.A.循環器血管系の形態学モデリング医用画像の取り込み血管領域の抽出等を総括した血管再構築手法と既存システムを整理・ルーチン化を行い,循環器血管系幾何学モデルの再構築システムとの一体化に成功した.Visible Human Projectの医用画像を使用し動脈血管167本と静脈血管117本の計283本の全身動脈・静脈血管系の3次元形態学モデルと計算力学モデルを構築した.又本全身血管系のプロトタイプモデルを基に,理化学研究所で撮影されたMRIやCT画像を用いて患者個別モデルへの拡張手法の開発をも行った.B.循環器血管系の材料特性モデリング主に文献より血管壁の力学的特性データを収集しデータベースを作成した.更に血管壁の伸展性と内圧との相関,いわゆる血管を1次元モデルとして考える時の管法則を,動脈・静脈血管系の力学的特性の相違を考慮したモデリングに関しても検討を行った.C.循環器血管系の力学モデリング動脈・静脈血管系のプロトタイプモデルを用い全身0次元血行力学モデルの構築を行った.動脈や静脈から心臓の房室や弁に至るまで循環系ループを再現出来る閉じた集中係数モデルを開発した.心臓から各血管レベルまでの血流速度や圧力を含めた循環系グローバルな機能解析ができるようになった.更に3次元血行力学モデルとカップリングさせ,圧力損失等によるフィードバックを考慮した大動脈や左心室の双方向血行力学モデルを開発した.又交感神経系モデルと末梢血管抵抗モデルからなる生理学モデルの開発にも成功した.全身0次元モデルと連成させ心拍数や動脈や静脈血圧などの自動調節機能を再現出来るようになり,静止時や運動時,健康心や病変心における左心室や大動脈内の血流動態や機能を評価することが可能となった.平成18年度は循環器血管系の形態学モデル及び力学特性モデルのデータベース化とマルチスケール血行力学モデルの応用を最大な目標として研究を実施した.