hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖鎖合成と生体イメージングを基盤とする糖鎖の生物機能解析

また,αマンノシル化反応において,4位の保護基がグリコシル化の立体選択性に影響を与えることも見出した.これらの知見を利用し,上記のコアフコース含有12糖,バイセクティンググルコサミン含有8糖,ジシアリルモチーフの骨格構築を達成した.さらに,コアフコース含有12糖およびジシアリルモチーフに関してはその脱保護にも成功した.上記に加えて,コアフコースの機能解析のために,コアフコースを形成する糖転移酵素であるFUT8の阻害剤の開発も行った.酵素反応を測定するアッセイ系を構築して,約33000化合物に対してハイスループットスクリーニングを行った結果,8個の阻害剤を得,その中から,ファーマフォコアの同定に至った.さらに構造活性相関を進めることで,現在までに数μM程度でこの酵素を阻害する化合物を得ている.上記で合成した糖鎖や糖転移酵素の阻害剤を用いて糖鎖の機能解析も進めている.前年度までに確立したPETイメージングを用いた動物個体に対する分泌タンパク質の動態解析に加え,膜タンパク質の糖鎖機能を解析するシステムを構築した.26年度が最終年度であるため、記入しない。天然物有機化学26年度が最終年度であるため、記入しない。細菌由来複合糖質とアスパラギン結合型糖タンパク質糖鎖の合成研究ともに順調に進行している。また生物活性解析やイメージング研究も順調である。上記1の課題について、ある病原菌を新たなターゲットに加え、解析を進めており、その構造決定に成功した。5について、新しい癌治療の標的として期待される糖鎖の合成研究を行い、その合成に成功した。細菌細胞壁ペプチドグリカンフラグメントの合成研究を行い、4糖ペプチドフラグメントライブラリの構築に成功し、それらを用いた蛋白因子との相互作用解析は予定通りである。寄生菌由来リポ多糖は、急性炎症を引き起こさないが慢性炎症シグナルを誘導するという新しい事実を明らかにした。これらの他にもペプチドグリカンフラグメントとリポペプチド複合体の合成、赤痢アメーバ由来の免疫増強イノシトールリン脂質などの合成研究をも順調に進行している。アスパラギン結合型(N-結合型)糖タンパク質糖鎖の合成研究については、コアフコース含有糖鎖やバイセクティングGlcNAc構造含有糖鎖、マウス成体脳の新型N-結合型糖鎖にの合成を進めており、完成に向けて中間体の合成は順調に進んでいる。バイオイメージング研究についてはすでに多くの成果が得られており、より効率的な標識法の開発に成功した。これにより一層のイメージング研究を進めることが容易になった。当初計画に従って研究を推進するとともに大きな進展が得られたものについては新たな課題を追加する。具体的には、上記1に関しては、病原菌由来リガンドについて解析を進め、病体との相関を調べる。2に関しては、蛍光標識プローブを用いる解析では相互作用解析が難しかったので、光親和性標識体を用いた解析を実施する。3のリピドA合成については、寄生菌由来化合物の合成は完了したので、新たな標的を加え、さらに共生菌由来リピドAの構造解析を進める。
カーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットによる再生医療用ゲルの開発

再生医療用の細胞増殖足場材としての応用を目的として,先端素材であるカーボンナノチューブ/アルギン酸ゲルを調製した.このゲルは表面をカルボキシル基で親水化した単層カーボンナノチューブをアルギン酸ナリトウムの水溶液中に均一分散させ,ヘキサメチレンジアミンの活性化エステルを架橋剤としてゲル化させたもので,生成したゲルを水洗した後に凍結乾燥させて多孔体構造を変化させることなく,ゲルの強度を向上させルことが明らかとなった.また,線維芽細胞を用いた細胞生存率試験でも細胞毒性は認められず,ラットの皮下に埋入した後の病理組織学的所見においても,経時的に貧食されて減少する傾向が観察され,45週で埋入片はほぼ消失した.この所見から,創製したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは再生医療用足場材として,良好な連通構造を有し,細胞毒性もなく,組織親和性も優れていることが明らかとなった.さらにこのナノコンポジットゲル多孔質体を生体組織と類似したイオン濃度を有する疑似体液に浸漬したところ,浸漬3日後で表面にアパタイト様微細結晶の析出が観察された.生成した微細結晶を粉末エックス線回折で分析したところ,析出結晶は炭酸アパタイトの微細葉片状結晶であることがわかった.このことからも,本研究で開発したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは生体内での骨誘導能材料としての機能発揮にも有用であることが示唆された.再生医療用の細胞増殖足場材としての応用を目的として,先端素材であるカーボンナノチューブ/アルギン酸ゲルを調製した.このゲルは表面をカルボキシル基で親水化した単層カーボンナノチューブをアルギン酸ナリトウムの水溶液中に均一分散させ,ヘキサメチレンジアミンの活性化エステルを架橋剤としてゲル化させたもので,生成したゲルを水洗した後に凍結乾燥させて多孔体構造を変化させることなく,ゲルの強度を向上させルことが明らかとなった.また,線維芽細胞を用いた細胞生存率試験でも細胞毒性は認められず,ラットの皮下に埋入した後の病理組織学的所見においても,経時的に貧食されて減少する傾向が観察され,45週で埋入片はほぼ消失した.この所見から,創製したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは再生医療用足場材として,良好な連通構造を有し,細胞毒性もなく,組織親和性も優れていることが明らかとなった.さらにこのナノコンポジットゲル多孔質体を生体組織と類似したイオン濃度を有する疑似体液に浸漬したところ,浸漬3日後で表面にアパタイト様微細結晶の析出が観察された.生成した微細結晶を粉末エックス線回折で分析したところ,析出結晶は炭酸アパタイトの微細葉片状結晶であることがわかった.このことからも,本研究で開発したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは生体内での骨誘導能材料としての機能発揮にも有用であることが示唆された.再生医療用scaffoldとしての応用を目的として,カーボンナノチューブ(CNTs)で機能化したアルギン酸ゲルを調製した.アルギン酸ゲルは創傷面被覆材やDDS基材として広く臨床応用されているが,生体内でscaffoldとして用いる際にその強度不足が問題となっている.そこで,本研究ではアルギン酸とCNTs共存下でゲル化させることによって,CNTsを架橋ポイントとして強度向上をはかることに加えて,CNTs表面のカルボン酸およびその修飾官能基に各種の薬剤や生理活性物質を結合させることによって,機能化scaffoldを創製することを目的としている.アルギン酸塩を脂肪族ジアミンと活性エステル化剤を用いてCaフリーの条件でゲル化させた.この際に強酸で表面処理して水溶性に改質したCNTsを分散させて,アルジネート/CNTsナノコンポジットゲルを調製した.このゲルはCNTs未配合ゲルに比べてゲル化が速く,ゲルの強度も向上した.このゲルを凍結乾燥したナノコンポジットscaffoldは細胞毒性も見られず,ラット皮下に埋入した場合も組織為害性を示さなかった.このことから,調製したナノコンポジットゲルはscaffold材料としての有用であることが明らかとなったが,さらにCNTs表面の官能基を利用してヘパリンなどの生理活性物質を結合させた場合についての徐放性や生体適合性について検討を続ける.再生医療用scaffoldへの応用を目的として,カーボンナノチューブとアルギン酸からなるナノコンポジットゲルを調製し,その基本物性と,細胞毒性および組織適合性を評価した.調製したナノコンポジットゲルはカーボンナノチューブの導入によってゲル化時間が短縮し,加圧圧縮試験による物性評価でも未導入のゲルに比べて,物性の向上が顕著であった.また,カーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルを凍結乾燥すると,連続性のある細孔が豊富な特徴的な構造が形成されており,細胞の定着に有効な組織構造であることが確認された.こうして調製したナノコンポジットゲルは骨芽細胞に対して細胞毒性を示さず,ラット皮下への埋入試験の結果からも組織への為害性は認められなかった.これらの知見から,カーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは再生医療用scaffold材料としてきわめて有用な素材であることが明らかとなった.本ゲルに導入したカーボンナノチューブは表層をカルボキシル化して水溶性に改質したものであり,このカルボキシル基を介して各種のタンパクや薬剤を担持できることから,scaffoldのみならず,DDSとしての発展も期待できることが示唆された.

再生医療用の細胞増殖足場材としての応用を目的として,先端素材であるカーボンナノチューブ/アルギン酸ゲルを調製した.このゲルは表面をカルボキシル基で親水化した単層カーボンナノチューブをアルギン酸ナトリウムの水溶液中に均一分散させ,ヘキサメチレンジアミンの活性化エステルを架橋剤としてゲル化させたもので,生成したゲルを水洗した後に凍結乾燥させて多孔質体を調製した.本研究の結果から,カーボンナノチューブの導入はコンポジットゲルの多孔体構造を変化させることなく,ゲルの強度を向上させルことが明らかとなった.また,線維芽細胞を用いた細胞生存率試験でも細胞毒性は認められず,ラットの皮下に埋入した後の病理組織学的所見においても,経時的に貧食されて減少する傾向が観察され,45週で埋入片はほぼ消失した.この所見から,創製したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは再生医療用足場材として,良好な連通構造を有し,細胞毒性もなく,組織親和性も優れていることが明らかとなった。さらにこのナノコンポジットゲル多孔質体を生体組織と類似したイオン濃度を有する疑似体液に浸漬したところ,浸漬3日後で表面にアパタイト様微細結晶の析出が観察された。生成した微細結晶を粉末エックス線回折で分析したところ,析出結晶は炭酸アパタイトの微細葉片状結晶であることがわかった。このことからも,本研究で開発したカーボンナノチューブ/アルギン酸ナノコンポジットゲルは生体内での骨誘導能材料としての機能発揮にも有用であることが示唆された。
超微量安定同位体測定を応用した動態解析・トレーサビリティ分析システムの開発

精米工場や農業試験場等の協力により素性の確かな試料を1100試料収集し、炭素・窒素・酸素安定同位体比(δ^<13>C・δ^<15>N・δ^<18>O)を測定した。緯度に対してδ^<18>Oをプロットすると、緯度が高くなるにつれてδ^<18>Oは低くなる傾向が得られた。日本全国の水のδ^<18>Oが報告されており、緯度・高度など地理的条件によって日本国内でもδ^<18>Oが変動する。本研究結果から、コメのδ^<18>Oが生育水のδ^<18>Oと正の相関が得られたことから、水の変動を保存していると考えられる。また、国産米8試料(新潟・長野・島根・沖縄)について、生育水とともに収集し、コメについては、脂肪酸を抽出し、分子レベルのδDを測定した。コメと生育水を比較したところ、正の相関関係が得られ、コメのδDが水の水素同位体比を反映することが分かった。水のδDは、地理的条件を反映することが報告されており,δDが地域性の違いを判別するツールとして有用である可能性を見出した。牛肉については、国産20試料、豪州産21試料および米国産17試料を収集し、δ^<13>C・δ^<15>N・δ^<18>O解析を行った。δ^<13>Cは、米国産(-12.6‰)が国産(-19.3‰)および豪州産(-22.1‰)よりも高い値を示した。米国での餌に占めるトウモロコシの割合が高いことが推測され、給餌内容の違いが各国の牛肉のδ^<13>Cの違いを反映していると考えられる。δ^<18>Oは、豪州産(+17.2‰)が日本産(+10.4‰)および米国産(+10.8‰)よりも高い値を示した。牛が利用している水資源のδ^<18>Oが異なることが反映されていると考えられる。以上より、炭素・窒素・酸素・水素安定同位体比について、総合的に評価することで、農水産物の産地特定の可能性が見出された。安定同位体比解析は、DNA判別や微量無機元素測定などの他の技術と相補的に利用すれば、強力な産地判別技術になる可能性がある。農協および米穀店の協力を得て、2004-2006年産の精米(コシヒカリ)について105試料を収集し、炭素・窒素同位体比を測定した。炭素同位体比は、国産は-27.7-26.0‰、カリフォルニア産は-25.6-25.3‰であり、国産よりもアメリカ産は大きい値を示した。窒素同位体比は、有機栽培米で+3.1+8.0‰、特別栽培米で+2.3+5.2‰、普通栽培米は+0.3+3.2‰となり、窒素同位体比は産地よりも栽培法に依存し、農薬使用量が少なくなるにつれて窒素同位体比が高くなることが分かった。酸素同位体比は生育水や気象変動を反映することから、地理的情報が得られるため、14の異なる栽培地域(アメリカ・オーストラリア・日本)の試料について炭素・窒素・酸素同位体比と炭素・窒素量を測定した。測定値は、37.240.0%(C量),0.91.4%(N量),-27.1-25.8‰(δ^<13>C),+0.4+9.0‰(δ^<15>N)+18.9+22.9‰(δ^<18>O)であった。このデータを、元素量及び同位体比に基づく五角形レーダープロットで展開した結果、五角形の形状からも、アメリカ産は、日本産に比べて酸素同位体比が高く、オーストラリア産では窒素同位体比が高い値を示した。また、日本産でも異なる地域で異なる分布を示した。上記で視覚化した地域の偏差が具体的に何の変化を表しているのか、その因果関係を明らかにする必要がある。そこで、本年度は重水および重窒素標識尿素を用いてカイワレダイコンを栽培したところ、窒素・水素同位体比ともにグルタミン酸・アラニンが尿素や水の同位体比の影響を反映しやすいことが分かった。更に、カイワレダイコン中の脂肪酸への重水の影響を分子レベル水素同位体比分析により評価したところ、栽培水中の重水素含有量の増加に対して、脂肪酸の水素同位体比の変動は正の相関性が見られた。以上より、試料全体の安定同位体比の五角形ダイヤグラムでの視覚化と、アミノ酸・脂肪酸の窒素・水素同位体比を把握することにより、地域性の違いをトレースする有効性が確認された。本研究結果から、コメのδ^<18>

Oが生育水のδ^<18>Oと正の相関が得られたことから、水の変動を保存していると考えられる。また、国産米8試料(新潟・長野・島根・沖縄)について、生育水とともに収集し、コメについては、脂肪酸を抽出し、分子レベルのδDを測定した。コメと生育水を比較したところ、正の相関関係が得られ、コメのδDが水の水素同位体比を反映することが分かった。水のδDは、地理的条件を反映することが報告されており,δDが地域性の違いを判別するツールとして有用である可能性を見出した。牛肉については、国産20試料、豪州産21試料および米国産17試料を収集し、δ^<13>C・δ^<15>N・δ^<18>O解析を行った。δ^<13>Cは、米国産(-12.6‰)が国産(-19.3‰)および豪州産(-22.1‰)よりも高い値を示した。米国での餌に占めるトウモロコシの割合が高いことが推測され、給餌内容の違いが各国の牛肉のδ^<13>Cの違いを反映していると考えられる。δ^<18>Oは、豪州産(+17.2‰)が日本産(+10.4‰)および米国産(+10.8‰)よりも高い値を示した。牛が利用している水資源のδ^<18>Oが異なることが反映されていると考えられる。以上より、炭素・窒素・酸素・水素安定同位体比について、総合的に評価することで、農水産物の産地特定の可能性が見出された。安定同位体比解析は、DNA判別や微量無機元素測定などの他の技術と相補的に利用すれば、強力な産地判別技術になる可能性がある。
HIV-1タンパク質の細胞内ダイナミクス制御機構の解明

HIV感染症の成立には宿主タンパク質とHIVタンパク質間の機能的相互作用が必要である。今回我々は、サイトカインシグナル抑制因子であるSOCS1がHIV-1 Gagに結合し、Gagの細胞内輸送とウイルス粒子形成を促進することを見出した。SOCS1はGagのユビキチン化を促進し、Gagと微小管の相互作用を促進することでGagの細胞内輸送とHIV粒子産生を促進することが明らかとなった。これらの結果はGagの細胞内輸送を阻害する新たなAIDS/HIV治療法の開発に結びつくことが期待される。HIV-1感染症の成立には宿主タンパク質とHIV-1タンパク質問の相互作用が必須であり、そのものがウイルスの増殖・生活環、および病原性発現機構に重要な役割を果たす。本研究課題では、生体に近い高次の細胞培養システム、生細胞内分子リアルタイム可視化等による細胞内超微細構造観察、タンパク質翻訳後修飾をモニターするプロテオーム技術などの先端技術の活用することにより、HIV-宿主細胞因子の有機的相互作用の全貌を明らかにする。具体的には細胞極性や細胞運動を有する組織、細胞培養系を構築し、HIV-1タンパク質と相互作用または翻訳後修飾する宿主因子を同定後、当該因子のウイルス複製や病原性発現における影響について考察する。同時に、HIV-1タンパク質の細胞内ダイナミクス制御機構を解明することにより、HIV-1複製サイクルにおける宿主-ウイルス相互作用の分子基盤を明らかにし、その関連因子群を標的とした新規のエイズ治療薬の開発を目指す。HIV-1複製や病原性に関与する宿主因子の同定を行うため、ヒト全長cDNAライブラリーと無細胞蛋白質合成用いた、ハイスループット蛋白質間相互作用アッセイを実施した。その結果、HIV-1蛋白質を翻訳後修飾する宿主因子を複数同定した。同定された宿主因子については、実際にウイルス複製、特に細胞内トラフィックに関与するエフェクター因子であるかどうかについてバリデーションを行い、現時点で3つの有力の宿主因子を同定済みである。今後は、細胞株またはヒト末梢CD4+細胞を用いたin vitro感染系において、ウイルス複製や病原性発現における当該因子の影響についてより詳細に考察する。また、ウイルスタンパク質の翻訳後修飾を直接モニターすることができる、特異的マーカーを作成し、精度in vivo細胞分子イメージングを中心とした生理学的解析を行うことにより、細胞内におけるHIV-1蛋白質の機能的動態について詳細に考察する。HIV-1感染症の成立には宿主タンパク質とHIV-1タンパク質間の相互作用が必須であり、そのものがウイルスの増殖・生活環、および原性発機に重な役割を果たす。本研究課題では、生体に近い高次の細胞培養システム、生細胞内分子リアルタイム可視化等による細胞内超微細構造観察、タンパク質翻訳後修飾をモニターするプロテオーム技術などめ先端技術の活用することにより、HIV-宿主細胞因子の有機的相互作用の全貌を明らかにする。本年度はHIV-1の粒子タンパク質であるGagにタンデムアフィニティータグ(TAPタグ)を融合したGagタンパク質を細胞内に発現し、経時的に細胞内の局在を考察した後に細胞を回収し、アフィニディーカラムを用いたGag結合タンパク質複合体の生化学的な精製と質量分析系を用いてその構成タンパク質の同定を行った。その結果、Gagタンパク質と結合する因子を新たに30種類以上同定した。次に機能的な相互作用をもつ因子の絞り込みを行うため、HIV感染細胞における細胞内局在、タンパク質発現、CoralHue Fluo-chase法を用いた細胞内相互作用のリアルタイム定量化を行い、Gagタンパク質の細胞膜への輸送に関与する3因子を同定した。また、ヒト全長cDNAライブラリーを鋳型とした無細胞タンパク質合成系を用いたヒトキナーゼライブラリーを作製し、アルファスクリーン法によりHIV Gagをリン酸化するキナーゼを新規に同定した。今後は本宿主因子群の阻害実験を行い、新たなエイズ治療薬の分子標的となりうるかについて検討を行う。HIV感染症の成立には、ウイルス-宿主タンパク質問の機能的相互作用のダイナミズムがウイルスの増殖や病原性発現機構に重要な役割を果たす。我々はHIV-1 Gagタンパク質が感染細胞内において宿主微小管に局在していることを見出し、宿主微小管ネットワークの安定性がGagの細胞内輸送やウイルス複製に関与するかについて検討した。HIV-1の分子クローンであるpNL4-3をSOCS1とともに各種細胞株に導入し、各種微小管重合阻害剤(ノコダゾール、コルヒチン、ビンブラスチン)で処理した後、上清中に放出されたウイルス粒子量を検討した。その結果、アクチン重合阻害剤やエンドソーム輸送阻害剤はSOCS1によるGagタンパク質の輸送やウイルス様粒子形成に特に影響しなかったが、微小管重合阻害剤はウイルス粒子形成を顕著に抑制した。次に微小管の安定性の関与を調べるために、微小管重合阻害タンパク質であるStathminをHIV-1感染細胞に導入後、ウイルス粒子形成能を検討した。その結果、Stathmin発現はHIV-1粒子形成促進を用量依存的に抑制した。以上より、宿主細胞の微小管安定性がGagタンパク質の細胞内輸送やその後の粒子形成に重要な役割を果たす事が示唆された。

次にGagおよび関連タンパク質のユビキチン化が、ウイルス粒子形成に関与するかどうかを確認するため、C末端の2つのグリシンを欠如させた、ユビキチン優勢喪失変異体(myc-UbΔGG)を作製したところ、このユビキチン変異体はGagの細胞内輸送や粒子形成が顕著に抑制した。Gagタンパク質ユビキチン化が、そのユビキチン化部位に結合する未知の機能因子を介して、Gagの細胞内輸送に制御することが示唆された。
照射中の監視追従可能なライナック定位手術的照射用高精度画像誘導照射法の開発

定位放射線治療では、これまで患者の動きを抑えるために頭蓋骨にフレームをボルトによって装着するなどしていたが、患者の負担が大きい。我々は、固定精度を損なうこと無く、光学的に直接頭部3点の動きをフィードバックすることで、病巣の座標を計算し、安全に治療可能な装置を開発した。基礎実験にて、精度と安全性を確認したのち、ボランティアによる実験をおこなった。その結果、十分実用可能なことを確認し今後のより広範囲な応用への期待が持たれた。頭蓋上3点の位置座標と先に得た3次元CTデータより頭蓋内病変の位置、頭蓋の傾きを正確に求める目的で、点の動きを3次元座標として得るために、動きの少ない3点(両耳珠および鼻背)に注目し検出点とした。自動検出することでより定量性、客観性を高め、病巣の移動距離自体を求めることができる。検出点座標を得るために、アクティブ探索パターン認識法を用いた動き検出アルゴリズムを採用したソフトウェアを開発した。3台のUSBカメラを患者の頭部の周辺に設置し画像中から頭部の動きを検出するもの立体視可能性を検証した。室内の照明具合により検出点が不安定となることが確認されたので、赤外線カメラと赤外線光源を使用した。さらに、可視光遮断するフィルターをカメラレンズ部に貼り付けることによって、可視光の影響を受けることのない赤外線撮影を実現した。可視光撮影では、照度変化によって誤差が発生しているのに対し、赤外線撮影では、マーカーの動きに近い平均誤差1mm未満の追跡が可能であった。カメラと動態ファントムを用いた実験と、ボランティアによる臨床条件での実験をおこなった。鼻、両耳に対して3台のカメラを同時稼働させてリアルタイムマッチングを行った結果、平均フレームレートは8.5Fpsとなった。10分間の実験の結果、患者の鼻と右耳に放射線治療の許容誤差である2mm以上の動きが見られた。患者に動きが発生してから、すぐにX線照射を中止するためには、人間の反応速度を考慮して、5FPS以上のフレームレートがあれば問題ないと考えるが、今後、動体追跡照射を見据えて、さらに計算時間を短縮する必要がある。今年度は、前年度に開発した赤外線撮影法の有効性を検証し、さらに詳細にボランティアによる実験を行なった。実際の照明の変化やノイズのある放射線治療装置に取り付けた状態でアクティブ探索パターン認識法を用いた動き検出アルゴリズムを採用したソフトウェアと、3台のUSBカメラを患者の頭部の周辺に設置し画像中から頭部の動きを検出する実験を行い、我々のシステムの実際の臨床環境での堅牢性を確認した。さらに過酷な条件での動作を確認するためにボランティアには故意に頭部を動かすようにさせた。この実験においての評価は定量的な評価に加えて、視覚的に評価を併用した。カメラは頭上の足側に配置し、フレームレートは最大10fpsとした。安定した解析のために50フレームを加算して評価した。ガントリーの回転によってガントリーヘッドの位置が移動し、部屋の照明による影が患者頭部に生じ、検出対象部での光度は20から270luxに変化した。検出誤差は平均で0.24mm(耳)、0.68mm(鼻)であった。一方、赤外線光源とフィルターを使わない場合は誤差が大きく、我々の方法の有効性が確認された。α7mmの誤差は640x480(VGA)画像では1ピクセルに相当し、この精度は臨床的に定位放射線治療に要求される水準を満たし、我々のシステムは実際に臨床に適応できる精度を達成したと思われる。計算速度においてもテンプレートマッチングはフレームレート8.5で実現可能であった。定位手術的照射は1回で脳転移などを治療し効果が高いが、全身状態が不良な患者に対しての負担がある。本研究は、高精度かつQOLの高い定位手術的照射を実現するために、患者の頭部を複数方向から、カメラ映像化し、簡便に3次元的な動きをリアルタイムで検出し、動きに連動した照射ビームの制御を可能とするシステム開発を目的とする。主に頭部疾患をターゲットとするが、体幹部治療への応用研究も可能である。精度は臨床的に定位放射線治療に要求される水準を満たし、我々のシステムは実際に臨床に適応できる精度を達成したと思われる。計算速度においてもテンプレートマッチングは通常のパソコンで十分実現可能なものであった。24年度が最終年度であるため、記入しない。予定どおり研究計画にそって実行する。
トランジェニックマウスを用いたカルモジュリン遺伝子の神経特異的な発現の解析

ラットCaMIIIの-877から+103までの領域は培養細胞において十分高いプロモーター活性を示した。CaMIIIの-410近傍にはCaMIIで種を超えて高く保存されている34bpの塩基配列(H3領域)が含まれている。我々はCaMIIIの-877から+102までの下流にレポーター遺伝子lacZをつなぎ、この領域の組織特異的なプロモーター活性をトランスジェニックマウスを用いて検討した。組織切片における導入遺伝子の発現をベータガラクトシダーゼの活性によって、また内在性のCaMIIIの発現部位をin situハイブリダイゼーション法を用いて発生段階を追って比較分析した。脊髄においては、胎児13.5日目では腹側領域の前角における発現は強く、その他、後根神経節や三叉神経節、交感神経節においても発現が認められた。成体の時期の脊髄では前角の運動ニューロンや後角の小さい細胞を含めたほとんどのニューロンで発現が認められた。小脳では、新生時期から生後9日目には導入遺伝子はPurkinjie細胞において強い発現が認められ、内顆粒層では弱い発現であった。成体マウスになるとPurkinje細胞と共に顆粒細胞層においても発現が増強された。大脳では生後2日目には海馬と大脳皮質の錘体細胞において発現が検出された。さらに9日目には海馬のCA1からCA3の錘体細胞と歯状回の顆粒細胞に1acZの発現が限局しており、その分布が成体に至るまで継続して検出された。以上の神経系における導入遺伝子の発現は、内在性のマウスCaMIIIの発現と良い一致が見られた。これらの結果よりラットCaMIIIの-877から+103までのプロモーター領域が神経系特異的な発現を制御していることが明らかとなった。我々はこれまでにCaMIIの中枢神経系にける発現を再現するためには、CaMIIの-294から+68までの領域のみならずさらに上流にあるH3領域が必要であることを予想していた。本研究結果は、CaM遺伝子群の神経系における発現の「H3領域」の必要性を示した。
粗大ごみ生成の社会・文化要因の比較研究

本年度(平成10年度)の研究は,まず昨年度末に鹿児島市の環境局より提供を受けた粗大ごみの収集記録を整理し,コンピュータに入力した。鹿児島市は人口約55万であり,全市を旧市街と南部の谷山地区の2地区に分けて粗大ごみの収集を行っている。北部の旧市街の収集については平成9年4月から12月までの9ヶ月分,谷山地区では平成9年6月から10年1月までの8ヶ月分の収集記録の提供を受けた。宮崎市(人口約30万)粗大ごみ収集件数は平成6年度12ヶ月で2,638品目であったが,人口が宮崎市の2倍に満たない鹿児島市の粗大ごみ収集件数は提供を受けた記録では30,328品目であり,12ヶ月では40,000品目を超えると思われる。人口あたりでいうと、鹿児島市の世帯は宮崎市に比べて約8倍の量の粗大ごみを排出している。この違いのひとつの原因は鹿児島市の粗大ごみ収集品目が宮崎市に比べて多いことが上げられる。特に、宮崎市では粗大ごみとして収集していないテレビ,ステレオ,電子レンジ自転車など比較的小型の品目も収集していることが、収集件数を多くしている原因と考えられる。鹿児島市の組大ごみ収集件数が予想をはるかに越えて多かったことから、本年度のデータ分析の予定がずれ込んだ。収集記録はすべてデータベース化が終わり、また住宅地図を元にした土地利用の分類及び粗大ごみ発生地点の地図上の特定は終了した。市内全域の住宅地図をデジタイザーで地理情報システムに入力して空間データベースを構築している。谷山地区全域及び旧市内の一部は完了したが、旧市内北部については現在作業中である。本年度(平成9年度)の研究ではまず宮崎のデータ分析を昨年度の研究で構築した空間データべ-スに字界・水面などのデータを追加修正し字レべルの281地区を単位として粗大ゴミ生成の要因を分析した。粗大ゴミの生成量と一番相関があるのは人口であることは容易に推測されたが8年度報告でも指摘しておいたようにその相関の仕方が微妙に違うグループが確認された。利用可能な空間の量が粗大ゴミの生成と関係があるとの仮定に元づき人口密度・世帯密度と粗大ゴミ生成の関係を調べた。人口・世帯数の影響をコントロールするために粗大ゴミ発生の実数の代わりにそれを世帯数で割った粗大ゴミ発生率を分析に使った。この結果、地区ごとの単純世帯密度(世帯数/総面積)はある程度粗大ゴミ発生率と負の相関を持っていることがわかった。しかしこれ以上に粗大ゴミ発生と明確な傾向を示したのは(1)住宅地内での世帯密度と(2)1世帯当たりの「その他」地域の面積であった。このことは利用可能な身近な空間また周辺を含めた居住空間が粗大ゴミの生成に関係するということができる。本年度研究の2つめの課題は比較のための都市を選定しデータを収集することにあった。そのためには粗大ゴミの収集形態が似ている都市を探すことが重要であった。宮崎市の環境業務課に協力を得て幾つかの都市の収集形態を検討したが宮崎市のように粗大ゴミを個別収集している自治体はなく唯一鹿児島市が概ね似た収集形態を取っていた。鹿児島市の環境局との交渉の結果鹿児島市旧市街地区は平成8年4月から12月まで、市南部の谷山地区については8年度6月から9年1月までの収集記録を分析のための提供を受けた。現在収集データの入力を行っいる。収集品目については宮崎市と鹿児島市では達いがありこれをどう処理し有為な比較分析をするかが平成10年度の研究の課題となる。
…セキュリティポリシーの策定・実施・更新に関する社会工学的研究

本研究課題では、主に、自治体を対象としてセキュリティポリシーの策定・運用・更新について、検討を行った。県レベルの自治体では、セキュリティポリシーの策定は進んできていることと、その一方でポリシーの運用と更新については、検討すべき点が多く存在することを考慮して、主に、セキュリティポリシーの運用と更新の問題を検討した。運用面の調査としては、実際の自治体のセキュリティポリシーの実施状況についてのアンケート調査とその分析をもとにして、、自治体のセキュリティポリシー実施手順についての提言書を作成した。また、セキュリティポリシーの実施をシステム側から支えるものとして、webベースの事務文書作成システムの実証実験を開始した。同時に、シンクライアントを利用した事務処理ソフトの利用方法の実証実験も開始した。本研究課題では、セキュリティポリシーの適切な実施を支える技術の一つとして、電子透かしやステガノグラフィに応用する事を目的とした、系列生成方法及び系列応用方法の検討を行った。その結果、零相関系列及び零相関配列と、疑似白色雑音系列、疑似白色雑音配列について、いくつかの新しい系列・配列生成方法を考案し、論文や国際学会に発表した。3値零相関範囲系列をステガノグラフィや電子透かしや、生体認証時などの2次元の位置決めに応用することを考慮して、系列の2次元化(配列)を行い、3値ゼロ相関配列の生成方法を発表した。3値ゼロ相関範囲系列について、単一のアダマール行列ではなく、2つのアダマール行列から生成する方法も考案し、論文発表を行った。
スピンコートの数理

スピンコート現象に熱対流を考慮したモデルに対する数理解析を行った。平行平板内を占める回転流体運動にコリオリ力・遠心力・表面張力・重力・熱対流の効果を考慮したモデルを構築した。このモデル問題に対する、時間局所可解性について研究を進めた。特に、圧力項の評価について、以前の研究結果よりも更に精密な議論を行い、得られた解の数学的厳密性を深く考察した。熱対流効果を考慮したモデルの数理科学的考察は、「不安定性」定理の獲得に至るための大事な一歩である。ドイツ・ダルムシュタット工科大学のM.Hieber教授、M.Geissert准教授、L.von Below大学院生らとともに、平行平板内を占める回転流体運動にコリオリカ・遠心力・表面張力・重力・熱対流の効果を考慮したモデルを構築した。線形化問題の解について、より詳しい評価を与えることができたので、それを用いて非線形の問題に対する解の存在時間に対する既存の結果の改良できた。熱対流効果を考慮したモデルの数理科学的考察は、「不安定性」定理の獲得に至るための大事なファーストステップである。本研究の主要な目的である「解の一意存在定理」の証明には、近年発展してきた最大正則性の理論を適切に改良して応用した。即ち、ラプラス変換を行って同値のレゾルベント方程式を解く事を試みた。レゾルベント問題の線形化モデルを解くにあたって自由境界を固定化する必要があるが、将来の研究で蒸発効果を考慮したモデル扱うために、半澤変換を用いて平行平板領域に固定した。更に、線形の問題ではあるが、圧力項の評価を詳細に導くため、領域の分割を行わずに解を構成するという工夫が必要となった。主要な数学的道具は、フーリエ掛算作用素の理論である。様々な関数空間におけるフーリエ掛け算作用素、ニュートンポリゴンの方法、作用素の補間定理などを応用して「ある程度の滑らかさを有する時間局所解の一意存在定理」を示した。本研究によって、スピンコート現象の数学的解明における道筋を、関数解析学的アプローチによってある程度見通すことができるようになった。回転流体運動を記述する物理パラメーター(液体の粘性・表面張力等)や回転速度は状況に応じて異なる値を取るが、それらを同時を扱って議論することができる数学的道具を揃えることができた。すなわち、滑らかな時間局所解の存在定理が得られるかどうかを比較的簡単な計算により判別する手法が開発できた。また、より実践的な熱対流の効果を考慮した複雑なモデル問題に対する、滑らかな時間局所解の存在を証明した。これらは数値実験の数学的正当性を議論するのに必要な数学研究である。現象を記述する偏微分方程式の妥当性を、数値実験と実際の物理実験の比較によって検討することを可能にし、モデリングの精度を上げる効果があるため、本研究の果たす研究意義は大きい。また、単純化したモデル問題(流体運動を記述するナヴィエ・ストークス方程式やオイラー方程式)における、特殊な構造を持った初期値に対する滑らかな解の存在定理と、それらを議論するのに適切な枠組みでの解の一意性定理を獲得した。この研究成果は、初期値に小ささを仮定しないで滑らかな時間大域解の一意存在定理を証明した初めての結果である。また流体運動を記述する方程式の非線型構造を、特殊な解の一意存在および安定性等で議論して表現にしておく点において、独創的かつ斬新な結果である。流体運動における圧力の果たす役割を逆説的に明確にした点も、本研究の特長である。申請書に記載した計画のうち、主目的である純粋数学による研究活動は方針通り順調に進展している。ただし、数値実験・物理実験等との比較とそれによるモデルの精密化は未だ行えていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。回転流体モデルに対して、更に蒸発・潜熱の影響を組み込んだ、より複雑なモデル、更には粘性係数が変化する非ニュートン流体の回転運動モデルについての数理解析を行う。それらのより複雑なモデル問題に対する数理解析的解決を目指す。より多くの影響を考慮した実験結果に近いモデルを考察することにより、スピンコート現象の背後に潜む不安定性のメカニズムを詳細に追う。特に、液体表面の熱分布の不均一性が不安定性を引き起こすとの理論が物理学者らによって提唱されているが、その説を数理解析学的立場から検証する。得られた解と実際の現象との比較も行う。
熱帯高木の水利用深度の特定；一斉開花への参加頻度と開花順序の決定機構の解明

開花頻度は9.640.86回/10年と樹種によって大きく異なり、各種の開花頻度は連続的に変化した。また、高頻度開花樹種は低頻度開花樹種に比べて群集中での開花が1ヶ月以上早いことも確認できた。表層の土壌水の酸素安定同位体比がより大きく経時変動し、開花頻度が高い樹種でも経時変動が大きくなる傾向が認められたことから、吸水深度と一斉開花への参加頻度や開花順序との関係に関する仮説が裏付けられる可能性が示唆された。東南アジア熱帯雨林に特有な現象として知られている一斉開花(不定期な間隔で起こる群集レベルでの同調した開花)の有力な気象トリガーは、短期間の乾燥であることが報告されている。一方、長期観察より、一斉開花への参加頻度や樹木群集の中での開花順序が樹種によって異なりそうであることが見えてきたものの、その要因は解明されていない。乾燥した期間が続くと、表層土壌だけでなく徐々に深い土壌の乾燥も進むと予測されることから、樹種による根のはり方の違いが利用できる水の深度の違いをもたらし、乾燥への感受性の種間差を生じる結果、一斉開花への参加頻度や開花順序を決定しているという仮説を検証することを試みた。まず、18年間におよぶ273個体・55種を含むフェノロジーデータから、樹種ごとの開花頻度を算出したところ、開花頻度は9.64回/10年から0.86回/10年と樹種によって大きく異なり、有意な種間差が認められた。次に、高頻度低頻度に参加するフタバガキ科4種を選定し、根元から先端方向へたどりながら手作業で掘りすすめたところ、樹種によって根系形態の差異が認められたものの、直根の形態を手作業で調べることは難しく、根系形態のみから水利用深度の種間差を考察することはできなかった。そこで、対象個体の近くの深さ別土壌と対象個体の材コアを採集し、水を真空蒸留法で抽出した後、水の酸素安定同位体比を測定したところ、土壌水の酸素安定同位体比の範囲内に材からの水の酸素安定同位体比の値が収まらない個体や、土壌プロファイルが概ねS字型の複雑な形となったため、表層から深層までの複数地点の吸水深度が推定されるなど、湿潤熱帯林では降水の影響によって土壌プロファイルが複雑に変化し、土壌プロファイルに基づく吸水深度の推定は難しいことが分かった。東南アジア熱帯雨林に特有な現象として知られている一斉開花(不定期な間隔で起こる群集レベルでの同調した開花・結実)の有力な気象トリガーは、短期間の乾燥であることが報告されている。乾燥した期間が続くと、表層土壌だけでなく徐々に深い土壌の乾燥が進むと予測されることから、樹種による根のはり方の違いが利用できる水の深度の違いをもたらし、乾燥への感受性の種間差を生じる結果、一斉開花への参加頻度や開花順序を決定しているという仮説を検証することを試みた。初年度に実施した、ある一時点における深さ別土壌と対象個体の材コアを採集して水の酸素安定同位体比を分析するスナップショット的な方法では、うまく吸水深度が推定できなかったことから、2年目は時系列変化を利用した吸水深度推定(連続測定方法)を試みた。その結果、表層の土壌ほど水の酸素安定同位体比が大きく変動し、一部の樹種ではその変動に呼応するような大きな変動が見られたことから、浅い土壌からより水を吸水している樹種の存在が示唆された。吸水深度と一斉開花への参加頻度や開花順序との関係を検証するにはさらなるデータが必要である。一斉開花の参加頻度や開花順序に関しては解析が完了し、野外観察からの示唆を数値化することができたが、その参加頻度や開花順序を決定するメカニズムの検証にはまだ至っていない。ただ、平成26年度の結果を踏まえて、湿潤熱帯における高木種の吸水深度を推定するための別の手法を検討中である(今後の研究の推進方策を参照)。

森林生態学湿潤熱帯林ではスナップショット的な土壌プロファイルに基づく樹木の吸水深度推定は難しかったことから、高頻度低頻度に一斉開花に参加するフタバガキ科を対象に、材からの水の連続的な酸素同位体比の変動パターンを、13地点からの連続的な深度別土壌水の酸素同位体比変動パターン(深さ10cm100cmまで)と比較し、両パターンの同調性から吸水深度を推定する方法を試みる。合わせて、複数の吸水源がある場合に、得られたサンプルの安定同位体比が各吸水源に依存する割合として、もっともらしい範囲を算出するIsoSourceモデルを用いた吸水深度推定も実施する。スナップショット的な土壌プロファイルに基づく樹木の吸水深度推定が難しそうであることが判明したため、当初予定していた抽出・分析を途中で打ち切ったため、抽出・分析にかかる費用が減少したため。その分、次年度に追加での試料採集のための旅費や、試料の抽出・分析に関する費用として使用する計画である。
離散曲線の変形とその応用

昨年度にひきつづき離散微分幾何の立場から離散曲線やその離散的変形を考察した。成果は次の二点である。その一(曲線短縮流の離散化):曲線短縮流は平面曲線の時間発展で、その法線速度が曲率であるため平均曲率流の1次元版として知られており、可積分系と非可積分系の中間地点に位置するような偏微分方程式である。曲線短縮流の初期値問題を数値的に解く際には、数値的不安定現象を回避するためにいろいろな非自明な接線速度を導入することが推奨されている。今年度の研究では、従来の数値スキームに比べてシンプルな離散的接線速度を提案し、曲線短縮流の数値シミュレーションを行った。現在、収束の議論などについて研究を継続中である。その二(平面離散弾性曲線の構成):速さ1の平面弾性曲線を離散化したものとして、頂点間の距離が一定の平面離散弾性曲線が知られている。今年度の研究では、その離散曲率がみたす常差分方程式の解を楕円テータ関数によって表示して、平面離散弾性曲線を数値的に構成した。平面離散弾性曲線の座標成分を明示的に楕円テータ関数で書き下すことが今後の研究課題である。また、昨年度までの研究成果であるミンコフスキー平面内の曲線の等長変形(井ノ口順一と梶原健司と丸野健一と太田泰広と朴炯基の各氏との共同研究)および渦糸方程式の離散化と明示公式(廣瀬三平と井ノ口順一と梶原健司と太田泰広の各氏との共同研究)をそれぞれ論文にまとめた。まもなく出版予定である。本研究の目的は離散曲線の変形理論の構築とその応用である。とくに変形の整合性を保証するために離散可積分系理論を基盤におき、差分幾何(離散微分幾何)の立場から離散曲線の離散的変形を考察する。変形の離散化にあたってはすべての場合に通用するような汎用的な離散化手法はなくそれぞれの場合に応じて個別の工夫が必要となる。本年度は渦糸の運動に焦点を当て、渦糸方程式の離散化に取り組んだ。渦糸方程式は渦糸の運動の最小限のエッセンスを抽出した方程式であり、橋本変換を介して非線形シュレディンガー方程式と等価であることが知られている。渦糸方程式の半離散化(渦糸は離散化するが運動は離散化しない)については可積分系理論の視点に立った複数の先行研究があり基本的な結果が知られているが、離散化(渦糸も運動も離散化する)については研究事例自体がほとんどなく基本的な性質が満足にわかっていない状態であった。研究代表者は、廣瀬三平・井ノ口順一・梶原健司・太田泰広の各氏と共同で次のような成果を得た。(1)離散渦糸方程式:離散非線形シュレディンガー方程式によって可積分性が保障されるような空間離散曲線の離散的運動を2種類定式化し相互の関係を調べた。(2)明示公式:それら2つの離散渦糸方程式に対して行列式およびパフィアンをもちいて無限個の厳密解を構成した。現在はこれらの成果を整理して論文を執筆中である。また「昨年度来の研究成果(平面離散曲線の等角変形と離散バーガース階層)」および「曲線と曲面の差分幾何についての概説」をそれぞれ論文として出版した。研究が当初の計画どおりに進展したため。初年度にひきつづき離散微分幾何・離散可積分系の立場から離散曲線のいくつかの変形を考察した。その一(ミンコフスキー平面内の離散曲線の変形):ソリトン方程式の代表例であるmodified KdV方程式はその非線形項の符号によってふたつのタイプに分かれ、ひとつはfocusing型(あるいはmKdV+方程式)、もうひとつはdefocusing型(あるいはmKdV-方程式)と呼ばれている。曲線の変形理論の観点からは、前者はたとえばユークリッド平面内の曲線の等長変形を記述し、後者はたとえばミンコフスキー平面内の曲線の等長変形を記述する。本年度は梶原健司氏らとの共同研究で次のことがわかった。(1)ミンコフスキー平面内の空間的離散曲線の離散的等長変形は離散mKdV-方程式によって記述される。(2)これをミウラ変換することによって等積中心アフィン平面内の離散曲線の離散的等積変形が誘導される。(3)これらの変形はそれぞれタウ関数を用いて明示的に構成することができる。その二(離散非固有アフィン球面の表現公式):アフィン球面は固有なものと非固有なものに分かれ、これらはそれぞれユークリッド幾何学における通常の球面および平面のアフィン微分幾何学的な類似物として知られているが、可積分系の観点からはそれぞれツィツェイカ方程式およびリウヴィル方程式で記述される曲面である。本年度は小林真平氏との共同研究で次のことがわかった。(1)アフィン計量が不定値であるような非固有アフィン球面に対して、ループ群の分解理論を援用して表現公式を導出した。(2)そのことを離散化し、離散非固有アフィン球面の表現公式を得た。(3)これらの表現公式はふたつの平面(離散)曲線から(離散)非固有アフィン球面が構成されることを述べており、この表現公式を用いて特異点の観点から興味深いと思われるようないくつかの例を与えた。昨年度にひきつづき離散微分幾何の立場から曲線や離散曲線の変形を考察した。

その一(曲線短縮方程式の半離散化):昨年度までの研究では、曲線の変形のうち可積分なものに主眼をおいて研究を進めてきたが、今年度は曲線の非可積分な変形公式として知られている曲線短縮方程式の半離散化(曲線は離散化するが変形は連続的に行うもの)を考察した。これまでの離散微分幾何の研究で培った離散曲線の理論を適用することで、半離散曲線短縮方程式を導出した。曲線短縮方程式の解としては例えばグリムリーパーと呼ばれる進行波解が知られているが、今後は半離散曲線短縮方程式のグリムリーパー解を構成すること、および離散曲線短縮方程式の導出とその進行波解の構成、などを目指して研究を進める予定である。その二(離散アフィン球面の構成):空間離散曲線の離散的変形として離散不定値アフィン球面が構成できることを示した。今後は、明示公式の導出(離散ツィツェイカ方程式の多重ソリトン解を用いて離散不定値アフィン球面の位置ベクトル成分をすべて明示的に書き下すこと)が研究課題となる。以上のほかには、昨年度来の研究成果を共同研究者らと共に論文にまとめ、出版した。以下に出版論文の内容をのべる。等積中心アフィン幾何における平面曲線の変形ではKdV方程式を用いた等積変形が代表的だが、一方で、中心アフィン幾何における平面曲線の変形ではdefocusing型のmKdV方程式を用いた変形が自然に登場する。当該論文ではこれらの変形を定式化し、両変形を結ぶミウラ変換も導出した。さらにKdV方程式による等積変形の明示公式も求めた。研究が当初の計画どおりに進展したため。昨年度にひきつづき離散微分幾何の立場から離散曲線やその離散的変形を考察した。成果は次の二点である。その一(曲線短縮流の離散化):曲線短縮流は平面曲線の時間発展で、その法線速度が曲率であるため平均曲率流の1次元版として知られており、可積分系と非可積分系の中間地点に位置するような偏微分方程式である。曲線短縮流の初期値問題を数値的に解く際には、数値的不安定現象を回避するためにいろいろな非自明な接線速度を導入することが推奨されている。今年度の研究では、従来の数値スキームに比べてシンプルな離散的接線速度を提案し、曲線短縮流の数値シミュレーションを行った。現在、収束の議論などについて研究を継続中である。その二(平面離散弾性曲線の構成):速さ1の平面弾性曲線を離散化したものとして、頂点間の距離が一定の平面離散弾性曲線が知られている。今年度の研究では、その離散曲率がみたす常差分方程式の解を楕円テータ関数によって表示して、平面離散弾性曲線を数値的に構成した。平面離散弾性曲線の座標成分を明示的に楕円テータ関数で書き下すことが今後の研究課題である。また、昨年度までの研究成果であるミンコフスキー平面内の曲線の等長変形(井ノ口順一と梶原健司と丸野健一と太田泰広と朴炯基の各氏との共同研究)および渦糸方程式の離散化と明示公式(廣瀬三平と井ノ口順一と梶原健司と太田泰広の各氏との共同研究)をそれぞれ論文にまとめた。まもなく出版予定である。本年度の研究成果を基礎として渦糸を中心により広範囲の物理現象に対する演出可能な離散モデルの構築を目指す。本年度の研究成果を基盤として以下のことに取り組む。(1)等積中心アフィン幾何と中心アフィン幾何においてそれぞれ離散曲線の変形を調べ、ミウラ変換による対応を明らかにしたうえで明示公式を構成する。(2)アフィン計量が定値であるような非固有アフィン球面の表現公式の導出とその離散化、および最適化理論への応用を目指す。
都市型水害軽減を目的とした屋上貯留を含む総合的流出抑制手法に関する研究

本研究では,屋上貯留の流出抑制効果を評価可能なモデルを構築した.水・熱循環結合モデルにより,保水性セラミックスを屋上に敷設した場合の表面温度などの温度変化及び保水性セラミックス中の水分移動を計算し,実測値と整合する結果が得られた.10m四方程度のスケールを一つの部材として考えた場合の熱収支に関する適切なパラメータを設定することができたと言える.これにより,保水性セラミックスを広範囲に敷設した場合に環境影響を適切かつ定量的に評価できる.今後,水平方向の排水なども考慮したモデル更新を行うとともにパラメータケーススタディを継続し,より精度の高いモデルを構築することで,環境影響評価の精度を高めていく.1)都市流出モデルの構築と適用方法に関する検討を行った.具体的には流出計算の高精度化を図るため,集中型モデルに改良を施し,分布型のモデリングを行った.これにより,水文データの空間分布をより詳細に考慮できるようになった.2)構築した流出モデルは水循環解析の共通プラットフォームであるCommonMP上にて動作可能となるようにプログラムを開発した.3)降雨データ及びパラメータの時空間分解能が流出計算に与える影響を検証した.降雨特性と流出モデルの分解能が流出計算に与える影響を定量的に評価することが可能となった.4)雨水貯留対策の1つとして提案している屋上貯留の効果を検証するべく,実証実験を行った.メンテナンスフリーで管理できる新素材セラミックスを都心部のビルの屋上に敷設し雨水流出抑制効果を検証した(実証実験は継続中).各種気象条件の違いとセラミックスによる屋上貯留の熱環境緩和効果の関係を検証するため,上述の観測サイトにて継続的な実証実験を行った(実証実験は継続中).観測サイトは1級河川神田川流域内のビル屋上であり,表面温度,表面から50cmまでの気温鉛直分布,日射量,熱流量と風向風速,雨量等を観測している.5)上述の4項目に関連して,雨水の有効利用に関して,新たに雨水循環散水による瓦屋根の表面温度変化に関する検証実験を行った.循環散水により積雪地帯の屋根面の表面温度を管理することで,屋根面への積雪防止効果がどの程度見込めるかの検証を行った.本研究では,屋上貯留の流出抑制効果を評価可能なモデルを構築した.水・熱循環結合モデルにより,保水性セラミックスを屋上に敷設した場合の表面温度などの温度変化及び保水性セラミックス中の水分移動を計算し,実測値と整合する結果が得られた.10m四方程度のスケールを一つの部材として考えた場合の熱収支に関する適切なパラメータを設定することができたと言える.これにより,保水性セラミックスを広範囲に敷設した場合に環境影響を適切かつ定量的に評価できる.今後,水平方向の排水なども考慮したモデル更新を行うとともにパラメータケーススタディを継続し,より精度の高いモデルを構築することで,環境影響評価の精度を高めていく.1)都市流出モデルの構築と適用方法に関する検討を行った.具体的には流出計算の高精度化を図るため,集中型のモデルを分布型モデルに適用可能なモデルに改良を施した.これにより,水文データの空間分布をより詳細に考慮できるようになった.2)構築した流出モデルは水循環解析の共通プラットフォームであるCommonMP上にて動作可能にするため,簡易的に流出計算を行えるようプログラムを開発した.3)降雨データ及びパラメータの時空間分解能が流出計算に与える影響を検証した.その結果,時空間分解能の異なる計算を複数ケースを行うことで,入力データ及び,パラメータの分解能が流出計算に与える影響を定量的に評価することが可能となった.4)雨水貯留対策の一つである屋上貯留をメンテナンスフリーで行える新素材であるセラミックスのヒートアイランド緩和効果,雨水流出抑制効果を実験で検証した.その結果,屋上に芝を敷設した場合とセラミックスを敷設した場合,何も敷設しない場合をそれぞれ比較することで,新素材であるメンテナンスフリーのセラミックスには屋上貯留効果と熱環境緩和効果があることがわかった.5)地表面温度・気温の違いによる熱環境緩和効果を検証するため,研究フィールドの選定を行った.複数の候補地で模擬観測を行い,次年度の観測フィールドとして最適な地点を選定した.その結果,屋上貯留の実証実験を行なっている1級河川神田川流域内の広範囲において,温度計による点的な地表面温度・気温の計測及び,サーモグラフィーによる面的な観測を行う事で洪水流出抑制効果と熱環境緩和効果の相互関係を見出す事が可能であるという検証結果を得た.「雨水流出抑制」及び「ヒートアイランド緩和」の効果インパクトを評価するため,「保水性セラミックス」を森ビル所有の東京都内事務所ビル(SVAX TTビル)の屋上に敷設し,実証試験を実施した.また,評価解析・シミュレーションにより費用対効果などの調査と評価検証を行った.実証試験では,2010年8月1日2015年3月31日の屋上コンクリート表面温度の測定結果において,保水セラミックスを敷設した場合,敷設なしのコンクリート表面に比べて最大で約24°Cの温度低減効果が認められた.降雨直後においては,毎日給水している芝生よりも保水セラミックスを敷設した場合の温度が低くなる傾向を示し,10日間程度は芝生よりも優れた温度低減効果を示した.また,雨水流出抑制量の実績では1年間(2010年8月2011年7月)の総降雨量1,277mmに対して,保水性セラミックスの雨水貯留量は301432mmに達し,貯留率は23.633.8%であることが明らかになった.