hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
眼球運動と経済的意思決定：アイトラッキングを使った実験研究

本研究では、視線を測定(アイトラッキング)し、意思決定者がどこに注意(attention)を向けているかを観察し、人が意思決定にいたる「過程」のモデル化を行った。これは、意思決定の「結果」だけに着目してきた従前の経済学と本質的に異なるアプローチである。この観察に特に意義があるのは、限定合理性を前提として、複数属性の選択肢を比較する意思決定を分析するときである。こうした特徴をとらえつつ、人が「迷う」選択過程を再現するために、濃淡の異なる複数の色を比較検討させる実験課題を用いた。データをもとにDrift-diffusionモデルを複数属性に拡大応用し、選択過程のモデル化にある程度成功した。アイトラッキングを用いた経済実験を平成25年11月に行った。実験に用いた刺激課題は被験者本人の選好とは無関係な「グレーの濃淡」を比較してもらうというものである(服部光氏との共同研究)。このような正解がある問題を解くとき、被験者は見比べながら選択に至る。このプロセスをモデル化したものに、drift-diffusionが知られており、われわれはまずそのモデルを用いて、データフィッティングを行った。実験では、灰色の4つの四角形がPCモニターの上下左右に均等配置で表示される(各四角形のグレーの明るさは異なっている)。左側に表示された四角形のペアと右側のペアを比べ、左右どちらのペアが全体的に明るいかを推定する課題であり、正解するごとに謝金を追加した。現データでは、被験者は、平均11.5秒かけて左右のどちらかを選び、その間に26.3回も視点を移していることがわかった。この視線データをもとに、drift-diffusionモデルのパラメータを推定したところ、明るい灰色の四角形を見るほどそちら側(たとえば、左側にその四角があれば左)を選びたくなり、暗い四角を見るほどその四角形とは反対側のペアを選びたくなるという"気持ち"の時間変化を再現できた。この実験課題の新規性は、選択肢に複数の属性(2つの四角の色)があることと、客観的な正解があることによって、その正解を当てるために属性を統合する過程が必要となる点である。そして、結果の新規性は、「反対側を選びたくなる気持ち」を負のパラメータで表すことに成功した点にある。以上の結果を、服部氏が、実験社会科学カンファレンス(高知工科大学:平成25年12月22日)に発表した。アイトラッキングでえられた眼球運動のデータの分析を引き続き行った。実験に用いた選択課題は、実験被験者の選好とは関係なく客観的な「正解」があるもので、観察不可能な選好に依拠することなく、選択の過程を客観的に分析できる特長があった。具体的には、濃淡の異なる色を4種類(左右に2つずつ)をモニターに提示し、左の2つの色と右の2つの色を見比べて、より明るいほうの組を選ぶという課題である。客観的な正解(より明るい色)を当てることができれば、謝金がもらえるため、被験者は4つの色を見比べて迷いながら選択に至る。この見比べて迷う過程をアイトラッキングで分析したのである。このデータをもとに、drift-diffusionモデルという選択過程モデルのパラメータを推定し、さらに、ジャックナイフ的にモデルの予測能力を確かめた。当初の仮説であった「不正解の選択肢を凝視すればするほど、その選択肢を選ばなくなる」と整合的な結果が得られたのが新規性ある研究成果といえる。ただし、予測能力が60%程度と必ずしも高くない点が課題として残っていた。そこで引き続き行ったデータ分析では、アイトラッキングデータが外生的に与えられたものであるというモデルの前提を変えて、眼球運動も顕示された(revealed)選択過程基準であるとした。すなわち、見比べて迷うといっても、そこには「迷い方」あるいは「吟味の仕方」の一定の原型(モデル)があり、その原型に対して、外生変数である4つの色が入力されると、行為の結果として、迷いながら見比べるという意思決定過程が出力されると考えた。このモデルのシミュレーションを行いつつ、現在は、検証実験デザインを考案している。これらの結果を、平成26年6月にハワイ大学で開かれたEconomics Science Associationの世界大会で報告した。平成28年7月に時間選好を測る実験においてアイトラッキングを使い、選択に影響を与える要素とその影響力を分析した。時間選好は、将来と現在とを天秤にかけるような選択において人の意思決定を形作るものであり、現在バイアスという非合理的な時間選好を持つ人は、現在の自分の厚生を歪んだ形で重要視しながら将来を軽視してしまうため、過少貯蓄や肥満・依存症に悩むことになる。しかしながら、現在と将来の時間差および、現在と将来の厚生水準といった諸要素のうち、なにを歪んだ形で重視(軽視)しているのかは全くわかっていない。また、経済学の学問的特徴も、そうした意思決定者の「注意」よりも「選択結果」に着目する傾向があり、分析はすすんでいなかった。そこで、研究代表者は、眼球運動が意思決定における注意と相関があることに着目し、時間選好を計測する課題においてアイトラッキングを現在バイアス原因の究明に利用した。実験結果が示唆するのは、人は待たされる期間の長さを勘案するのではなく、現在と将来の厚生水準の差が待つに値するものかどうかを見比べて意思決定していることである。このことは、時間選好がこれまで考えられてきたような割引関数で表せられるというよりも、追加的に待たされること自体に、その長さとは相関しない固定的費用があるという見方を支持している。

なお、眼球運動を顕示された選好の一部とみなす意思決定モデルの構築を目指したが、シミュレーションの結果、アイトラッキングの誤差が大きく、モデルの同定が困難であることがわかった。この結果もあわせて研究論文として査読誌への投稿に向けて最終的な準備中である。本研究では、視線を測定(アイトラッキング)し、意思決定者がどこに注意(attention)を向けているかを観察し、人が意思決定にいたる「過程」のモデル化を行った。これは、意思決定の「結果」だけに着目してきた従前の経済学と本質的に異なるアプローチである。この観察に特に意義があるのは、限定合理性を前提として、複数属性の選択肢を比較する意思決定を分析するときである。こうした特徴をとらえつつ、人が「迷う」選択過程を再現するために、濃淡の異なる複数の色を比較検討させる実験課題を用いた。データをもとにDrift-diffusionモデルを複数属性に拡大応用し、選択過程のモデル化にある程度成功した。研究実績の概要に記したように、当初の仮説はすでに示しているので、その先のモデルを研究しつつある。眼球運動を外生的なデータとして、意思決定過程に入力するのではなく、意思決定と並行した選択過程の出力結果として扱うモデルをシミュレーションした点が、当初計画よりも広がりを持って進行している。同時に、当初計画にはなかった実験デザインと追加実験が必要になった点もあるが、おおむね順調な進展だといえる。実験経済学意思決定過程(特に迷うという過程)のモデル化は、経済学分野ではまだ研究が進んでいないため、ある程度のデータ説明力をもった形で新しいモデルを提案できることの意義は大きい。そのため、今後はデータ説明力やモデルの予測力だけにとらわれずに、汎用性のポテンシャルのあるモデルを考案する予定である。意思決定と眼球運動を関連づける適切な実験方法をみつけることが平成25年度の主な研究目標であり、前述したグレーの濃淡を判別させる方法をとることで、意思決定と眼球運動が関連づけられたデータを得ることができた。当初計画では、眼球運動を外生変数として扱い、その意思決定モデルの予測力を高めるための実験をする予定であったが、学会発表における討論から新たな着想を得て、眼球運動を内生変数として扱うことにし、追加的な実験デザインを考案する必要が生じた。そこで、実験データ採取を次年度にもできるように使用計画も若干変更した。今後は、モデルの精度を上げ、意思決定過程をさらに分析する。特に、迷うこと、あるいは、なぜ人は迷わなければいけないのかについて理論的な説明ができるような新しいモデルを設計し、その妥当性を別の実験によって判定する。追加実験として、1人あたり2500円程度を見込み、30名分のデータ採取を計画している。
蛋白質分泌生産系を用いる血栓及び血栓溶解剤結合性単鎖2価抗体の生産と機能改良

B.brevisを宿主として生産が試みられた抗体断片単鎖Fv、Fab'、単鎖Fab'のすべてについて培地中への分泌が認められた。Fab'の生産量は培養液1リットル当り最大100mgに達した。培養液より精製されたFab′は親抗体とほぼ等しいヒトウロキナーゼ結合能を有していた。細菌を宿主とした生産量として100mg/lという値は、これまでに報告された他の多くの抗体生産の例の中で比較的高い値である。本研究結果が単純なフラスコ培養によるものであることを考慮すると、B.brevisを宿主とした抗体生産系の実用化は有望と考えられる。しかし、細菌による抗体の生産効率は用いる抗体遺伝子によって大きく変動することがわかっているので、他の系との比較を今後系統的に行ってゆく必要がある。Fab'に比べて単鎖Fv、単鎖Fab'断片の生産量が低かった理由は不明であるが、これらの断片の構造が不安定であるため、培地中に存在する微量のプロテアーゼにより分解された可能性が高い。リンカーペプチドの長さとアミノ酸配列を至適化することにより、これらの断片の構造を安定化し、効率的な生産を達成してゆく計画である。一方、Bacillus brevisを宿主とする系については分泌ベクターに用いるシグナルペプチドの系統的改変、培養液中のプロテアーゼインヒビターの解析、プロテインジスルフィド結合形成酵素遺伝子の解析、高分泌変異株の分離等の研究が進展した。また研究分担者の垣沼、岩佐は融合ハイブリドーマ法により生産した二重特異性抗体断片に単鎖ウロキナーゼを結合させ、その血栓溶解能の解析を行い、医薬としての実用化のための重要な成績を得た。またヒトにおける抗原活性を弱めるためヒト・マウスキメラ抗体を作製した。これらの成果を基礎として、残された課題を完全に達成してゆく計画である。抗ウロキナーゼ抗体遺伝子のFab断片L鎖及びH鎖に相当する部分をPCR法により増幅し、B.brevisベクターに挿入した。このベクターを導入したB.brevisにおいてFabのL鎖及びH鎖がそれぞれ独立に分泌され、培養液中で会合してFab断片を形成することを確認した。Fab断片の蓄積量は培養液1リットル当り100mgに達した。培養液中のFab断片を精製し、その抗原に対する結合定数が元の抗ウロキナーゼ抗体と等しいことを確認した。次に単鎖Fab断片の生産を行うため、FabのL鎖及びH鎖が正しい配置をとるようにL鎖のC末端とH鎖のN末端を連結するリンカーペプチドのデザインを行い、それをコードする合成DNAをL鎖及びH鎖遺伝子と連結してB.brevisベクターに挿入した。このベクターを導入したB.brevisにおいては培養液1リットル当り数mgの単鎖Fab断片の分泌が観察された。B.brevisにおけるFab断片の分泌量は単純なフラスコ培養の結果としては、大腸菌等の他の系における結果より優れているが、B.brevisにおける他の蛋白質の分泌量と比べた場合まだ改善の余地があると考えられる。分泌ベクターの改変等、マグロ成長ホルモン等の他の蛋白質の分泌量の改善に有効であった方法を現在試みつつある。単鎖Fab断片の分泌量は期待された量よりはるかに少ないものであり、その原因の解明が必要である。現在リンカーペプチドの長さやアミノ酸配列を変化させ、その影響を系統的に調べつつある。一方分泌された、抗体蛋白質の折りたたみ過程の促進のために利用することを目的として、B.brevisのS-S結合酸化還元酵素遺伝子を単離した。またヒトPDIのB.brevisによる生産を行った。さらに血栓溶解能測定系の改良を目的としてStreptovericiliumの抗血液凝固因子を単離精製した。

B. brevisを宿主として生産が試みられた抗体断片単鎖Fv、Fab′、単鎖Fab′のすべてについて培地中への分泌が認められた。Fab′の生産量は培養液1リットル当り最大100mgに達した。培養液より精製されたFab′は親抗体とほぼ等しいヒトウロキナーゼ結合能を有していた。細菌を宿主とした生産量として100mg/1という値は、これまでに報告された他の多くの抗体生産の例の中で比較的高い値である。本研究結果が単純なフラスコ培養によるものであることを考慮すると、B. brevisを宿主とした抗体生産系の実用化は有望と考えられる。しかし、細菌による抗体の生産効率は用いる抗体遺伝子によって大きく変動することがわかっているので、他の系との比較を今後系統的に行ってゆく必要がある。Fab′に比べて単鎖Fv、単鎖Fab′断片の生産量が低かった理由は不明であるが、これらの断片の構造が不安定であるため、培地中に存在する微量のプロテアーゼにより分解された可能性が高い。リンカーペプチドの長さとアミノ酸配列を至適化することにより、これらの断片の構造を安定化し、効率的な生産を達成してゆく計画である。一方、Bacillus brevisを宿主とする系については分泌ベクターに用いるシグナルペプチドの系統的改変、培養液中のプロテアーゼインヒビターの解析、プロテインジスルフィド結合形成酵素遺伝子の解析、高分泌変異株の分離等の研究が進展した。また研究分担者の垣沼、岩佐は融合ハイブリドーマ法により生産した二重特異性抗体断片に単鎖ウロキナーゼを結合させ、その血栓溶解能の解析を行い、医業としての実用化のための重要な成績を得た。またヒトにおける抗原活性を弱めるためヒト・マウスキメラ抗体を作製した。これらの成果を基礎として、残された課題を完全に達成してゆく計画である。
機能性脂質ドメイン(ラフト)におけるコレステロールとタンパク質の相互作用の解析

我々はプロテアーゼによる限定分解と化学修飾を施して無毒化したPFOタンパク質が、ラフトを検出するプローブとして利用できる事を見出した。さらにPFOタンパク質中の約110アミノ酸からなる部位(D4)が、ラフト中のコレステロールへの選択的な結合能を有する事が分かった。これまでD4は、大腸菌で大量発現させ、菌体破砕後の可溶性画分から調製していた。今回不溶性画分から大量に調製する方法を確立した。TritonX-100で洗浄し、グアニジンで可溶化し、ここにアルギニンを加えた。これを透析してグアニジン濃度を下げる事でリフォールディングを行った。得られたD4は従来の方法で調製したものと同様のCDスペクトルを与えた。^<13>C,^<15>N2重標識したD4を同様の手法で調製し、現在3重共鳴NMR法による共鳴線の帰属を進行させているところである。次に膜環境を模した状態における構造解析を行う為に、D4をミセルに取り込ませる事を試みた。各種のdetergentを試みた結果、DPCが最も良好な結果を与えた。この状態におけるCDスペクトルは、水中におけるものとは少し異なっていた。さらにより膜の環境に近づける為に、コレステロール含有のリポソームを調製し、そこにD4を取り込ませた。この状態のCDスペクトルも、水中におけるものとは少し異なっていた。今後はこの系に転移交差飽和法を適用する事によって、D4とコレステロール及びD4と脂質の相互作用様式を同定できると考えられる。タンパク質とリガンドの複合体の構造決定及び水素結合の同定手法の開発等も行なったが、これらの技術は、今後膜結合に伴うPFOタンパク質の構造変化及びコレステロール・脂質との結合様式の原子レベルの分解能での解明に利用できる。
アミノ酸配列単純化法を用いた蛋白質のフォールディング・溶解度を定量的に調べる研究

天然蛋白質の配列は、その立体構造を決定する視点から、「雑音」となる様々な情報を含む。そこで、我々は以前、仔牛膵臓トリプシン阻害蛋白質(BPTI)の構造及び活性を変えずに、雑音となる情報の冗長性を除いた単純化アミノ酸配列の作製が可能であると実験的に示した。「単純化配列」とは、構造安定性への寄与が小さい残基位置をスペーサー役のアラニンに置き換えた配列を示す。本研究課題では、単純化酸配列からなる蛋白質と天然配列から成る蛋白質の比較から、蛋白質の構造形成・構造安定性及び溶解性の分子機構を、定量的に解明することを目指して研究を進め、以下の成果を得た。1.配列を単純化した6種類のBPTI変異体(BPTI-[5,55],-21,-22,-26,-27)のDSC測定を行い、変生に伴うエンタルピー差(ΔH_<vH>及びΔH_<cal>)、エントロピー差(ΔS)、変性温度(Tm)と熱容量差(ΔCp)を求め、単純化配列からなる蛋白質の熱力学を初めて明らかにした(長岡技術大学・城所俊一博士と共同研究)。2.BPTI-21に2つの変異を導入したダブル変異体(BPTI-21/A14V・A38G)の安定性がBPTI-21より10°C以上高いことを明らかにした。現在、それぞれの単独変異の安定化への寄与を調べるため、BPTI-21/A14V及び-21/A38G(シングル変異体)を構築し、解析中である。3.蛋白質の溶解度を向上させる一般的な方法の開発。我々は、BPTI-22のN末及びC末に10残基程度の短い親水性配列を付加することで、溶解度が最大で5倍向上することを明らかにした。溶解度を向上させることで、従来の1/8の時間でNMR(HSQC)が測定可能になり、SN比、ピーク形態が共に改善された。この手法は、対象蛋白質の配列を変えないため、一般的な方法となることが期待される。(東京大学・桑島邦博博士との共同研究)研究実績:天然蛋白質の配列は、その立体構造を決定するためという視点からは「雑音」となる様々な情報を含む。そこで我々は以前、仔牛膵臓トリプシン阻害蛋白質(BPTI)の構造及び活性を変えずに、そのフォールドを決定する上では雑音となる、情報の冗長性を除いた単純化アミノ酸配列(以下、単純化法と略)の存在を実験的に示した。「単純化配列」とは、構造安定性への寄与が小さい位置にある残基を全てスペーサー役として用いられるアラニン残基に置き換えた配列を指す。我々は、単純化配列からなる蛋白質の物性を研究することで、アミノ酸配列とその物性との相関が明確に検証できるという考えを基に、理論的及び実験的手法を用いて、タンパク質の構造形成反応・構造安定性及び溶解性の分子機構の研究を進め、以下の成果を得た。1.配列を単純化した4種類のBPTI変異体の大量発現系と精製法を確立した。また、CDの変性曲線の熱力学解析を行い、van'tHoffの変性エンタルピー(H)、エントロピー(S)、変性温度(Tm)を求めた。その結果、単純化BPTI変異体が2状態変性していることを明らかにした。2.従来の研究でアラニンスキャニング法を用いて作製されたアラニン置換BPTI変異体の安定性を分子動力学シミュレーション(MD)を用いて調べ、14種類の変異体の計算を終了している。MD計算には、MDGrape-2専用計算機上でAMBER6.0を実行した。平成17年度中には、全43種類のアラニン置換BPTI変異体におけるGibbsの自由エネルギーを計算し、PS.Kimらの実験結果と比較する。3.22個のアラニンを含むBPTI-22変異体を用い、溶解度を向上させる一般的な方法を開発した。溶解度向上法とは、タンパク質のN末及びC末に3から10残基程度の短い親水性の配列タグを付加する方法である。現在までの研究で、BPTI-22の溶解度を最大で4.8倍向上させている。今後この方法を発展させると同時に、理論モデルから予測される効果との比較を行う。

2.BPTI-21に2つの変異を導入したダブル変異体(BPTI-21/A14V・A38G)の安定性がBPTI-21より10°C以上高いことを明らかにした。現在、それぞれの単独変異の安定化への寄与を調べるため、BPTI-21/A14V及び-21/A38G(シングル変異体)を構築し、解析中である。3.蛋白質の溶解度を向上させる一般的な方法の開発。我々は、BPTI-22のN末及びC末に10残基程度の短い親水性配列を付加することで、溶解度が最大で5倍向上することを明らかにした。溶解度を向上させることで、従来の1/8の時間でNMR(HSQC)が測定可能になり、SN比、ピーク形態が共に改善された。この手法は、対象蛋白質の配列を変えないため、一般的な方法となることが期待される。(東京大学・桑島邦博博士との共同研究)
バクテロイデス・ジンジバリス特異的Tクロ-ン細胞の歯周炎発症機序に関わる役割

フィッシャ-系ラット腹腔にホルマリン処理したバクテロイデス・ジンジバリス(Bg)を免疫した。2週間後に脾臓細胞より限界希釈法に従ってクロ-ニングを行い、8種類のT細胞クロ-ンを得た。限界希釈を用いた分析の結果、この免疫法ではTヘルパ-系(W3/13+,W3/25+,OX8ー)の誘導が強く、Bg特異的T細胞の存在は、CD4陽性細胞では5千個に1個、CD8陽性細胞では1万8千個に1個の割合でみられた。現在までに得られたT細胞クロ-ンの膜表面マ-カ-を、フロ-サイトメ-タを使って分析した結果、すべてのクロ-ンでW3/13+,W3/25+,OX8ー,OX22ーであり、また、IL2レセプタ-(OX39)、Ia抗原(OX6)の発現がみられた。いずれのクロ-ンもBgに高い反応性を示し、プレボテ-ラ・インテルメディア、アクチトバチルス・アクチノマイセテムコミタンス、ボリネラ・レクタ、フゾバクテリウム・ヌクレアトゥム、ストレプトコッカス・サンギスとは全く反応しなかった。クロ-ンのサイトカイン産上の面では、IFNーγの産生は認められたが、IL2の産生は認められなかった。一方、抗体産生系では、クロ-ンの存在下で有意に抗Bg抗体(IgG)の産生が増強されることがわかった。このことより、得られたT細胞クロ-ンは、膜マ-カ-ではTヘルパ-系であり、OX22抗原の発現が認められないことから、メモリ-タイプの細胞であると考えられる。しかし、サイトカイン産生および抗体産生系への効果から、マウスでいわれるようなTh1、Th2といったカテゴリ-には属さないと思われる。今後は、これらの細胞クロ-ンが、歯周炎発症の病理過程で宿主の免疫応答をどの様にコントロ-ルしているのかを検索していく必要がある。2週間後に脾臓細胞より限界希釈法に従い,T細胞のクロ-ニングを試みてきた。予備実験の結果,この免疫法ではTヘルパ-系(CD3+,CD4+,CD8-)の誘導が強かった。限界希釈を用いた分析によれば,免疫したラットの脾臓における,Bg特異的T細胞の存在は,CD4陽性T細胞が5×10^3,CD8陽性T細胞が2×10^4の細胞に1個の割合でみられた。興味あることにCD8陽性T細胞の出現頻度が高かった。この点については後に述べる抗体産生の抑制現象を説明するかもしれない。現在までに得られた8つのTクロ-ン細胞は,CD4+,CD8-,CD45R-,の膜マ-カ-を有するものであった。いずれもBgに高い反応性を示し,バクテロイデス・インテルメディウス,アクチノバチルス・アクチノマイセテムコミタンスとは交叉反応は認められなかった。また,ILー2の産生は認められなかった。このことより,得られたTクロ-ンは膜マ-カ-ではTヘルパ-系であり,CD45R抗原の発現状況及びILー2産生の面からTh2タイプの細胞であると予想される。

しかし,抗体産生のヘルパ-活性はイミノグロブリン,特異抗体の両面において抑制的に働いており,Th2タイプとは確定しがたい。今後これらのクロ-ンT細胞が抗体産生の面でどのような関わりをもつか検討する必要がある。フィッシャ-系ラット腹腔にホルマリン処理したバクテロイデス・ジンジバリス(Bg)を免疫した。2週間後に脾臓細胞より限界希釈法に従ってクロ-ニングを行い、8種類のT細胞クロ-ンを得た。限界希釈を用いた分析の結果、この免疫法ではTヘルパ-系(W3/13+,W3/25+,OX8-)の誘導が強く、Bg特異的T細胞の存在は、CD4陽性細胞では5千個に1個、CD8陽性細胞では1万8千個に1個の割合でみられた。現在までに得られたT細胞クロ-ンの膜表面マ-カ-を、フロ-サイトメ-タ-を使って分析した結果、すべてのクロ-ンでW3/13+,W3/25+,OX8-,OX22-であり、また、IL2レセプタ-(OX39)、Ia抗原(OX6)の発現がみられた。いずれのクロ-ンもBgに高い反応性を示し、プレボテ-ラ・インテルメディア、アクチノバチルス・アクチノマイセテムコミタンス、ボリネラ・レクタ、フゾバクテリウム・ヌクレアトゥム、ストレプトコッカス・サンギスとは全く反応しなかった。クロ-ンのサイトカイン産生の面では、IFNーγの産生は認められたが、IL2の産生は認められなかった。一方、抗体産生系では、クロ-ンの存在下で有意に抗Bg抗体(IgG)の産生が増強されることがわかった。このことより、得られたT細胞クロ-ンは、膜マ-カ-ではTへルパ-系であり、OX22抗原の発現が認められないことから、メモリ-タイプの細胞であると考えられる。しかし、サイトカイン産生および抗体産生系への効果から、マウスでいわれているようなTh1、Th2といったカテゴリ-には属さないと思われる。今後は、これらのT細胞クロ-ンが、歯周炎発症の病理過程で宿主の免疫応答をどの様にコントロ-ルしているのかを検索していく必要がある。
熱フィラメントアシストスパッタ法によるカーバイン複合簿膜の物性評価と制御

熱フィラメントアシストスパッタ法により作製したカーバイン複合薄膜について各種の評価を行った。薄膜はグラファイト板をターゲットに用い,直流マグネトロンスパッタリングにより堆積させた。スパッタガスには純アルゴンを用いた。タングステンフィラメントを基板とターゲットの間に設置し,フィラメント温度を熱電子が放出される程度の高温に保つことにより結晶性炭素薄膜が得られた。熱フィラメントアシスト法はダイヤモンドの気相成長法で広く用いられており,熱電子により励起された水素原子が大きな役割を果たしていることが知られている。しかしながら,本研究において開発した方法は原料にも雰囲気にも水素を一切用いないことがダイヤモンドの気相成長と大きく異なっており,本研究の特徴となっている。走査電子顕微鏡による観察の結果,薄膜は通常見られる結晶粒の集合体として構成されている部分と,柱状の炭素結晶により構成されている部分とが存在することがわかった。この柱状構造はさらに細い繊維状の結晶が束になって形成されている。透過電子顕微鏡による評価の結果,繊維状の炭素結晶は太さが数10nm程度であり,いわゆるカーボンナノチューブに近い太さであるが,ナノチューブとは異なり中空ではないことが示された。この部分について制限視野電子線回折を測定した結果,一次元結晶特有の縞状の回折パターンが得られた。この薄膜について顕微ラマン分光法により,結晶結合の評価を行った。主要な結合はグラファイト結合であるが,部分的にsp結合からのラマン光も検出された。このことから,作製した薄膜にはカーバイン相が含まれていることが確かめられた。
農用ロボットビークルのマシンビジョンによる確率的ナビゲーション

トラクタやコンバイン、田植機など、農業で用いられる車両のナビゲーションをGPSコンパスとマシンビジョンによって行うことを目的とした。GPSコンパスはRTK-GPSと比較して測位精度が劣るためステレオマシンビジョンによって得られる作物との相対距離を用いて確率的フィルタリング処理により誤差を減らすアルゴリズムを開発した。具体的な作業として田植えを想定し、シミュレーションと実際の実験により本手法の有効性を検討した。本年度は,シミュレーションによるアルゴリズムの検証と,基本システムの構築を行った。シミュレーション:汎用計測制御ソフトウェアである,LabVIEWとMatlabを用い,ビークル制御のシミュレーションを行った。シミュレーションには,ビークルの動的モデルや仮想的なGPSセンサー,GPSコンパス,ジャイロセンサー,画像センサーが組み込まれている。農作業としては,田植を想定した。田植においては,隣接苗列との間隔を正確に保つことと,畦と平行に田植えを行うことが,非常に高い精度(<10cm,<1°)で要求される。本実験においては,精度の低いGPSセンサーをセンサーフュージョン手法によって,補正することを試みた。これにより,従来画像センサーだけでは大きく進路が蛇行するといった問題や,精度の低いGPSでは,苗列の間隔を正確に保つことができないといった問題を解決できた。基本システムの構築:基本システムとして,GPSコンパスとMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサーを用いたIMU(Inertia Measurement Unit),2つのカメラからなるステレオビジョンシステムを同一のフレームに取り付けたものを作成した。また,既存の設備である高精度なRTK(Real-Time Kinematic)-GPSを2台同一のフレームに設置し,参照用のデータが計測できるようにした。マシンビジョンによって農地内の対象物とシステムとの相対位置を検出するためには,正確にフレームとカメラの位置関係および回転角度を調べる必要がある。そこで,トータルステーションと写真測量ソフトウェアを用い,キャリブレーションを行った。また,同期信号生成用のGPSを用い,GPS信号にロックした1Hzと10MHzの信号を生成した。この基準信号を分割して,カメラに供給することで,正確にカメラとGPSの同期がとれるようになった。本年度は昨年構築した基本システムを用いて屋外実験を行い,動作確認および,アルゴリズムの検証を行った。田植機の自動走行を想定し,前行程で移植した苗列との距離を一定に保ちつつ,平行な経路を維持する事を目的とした。1)ステレオビジョンシステムの位置精度評価:一般的にステレオビジョンシステムにおいては,左右カメラのマッチングに時間がかかる。しかし,今回対象とする田植え作業では苗の位置のみがわかれば良い。そのため,まず二値化を行い,左右の画像から,面積や幅,高さを用いて類似度を計算し,その重心位置から視差を求め,奥行き距離を求めた。位置精度を測定したところ,横方向のRMS誤差は16.1mm,最大で34.3mmであった。2)DGPSの位置精度評価:静止状態および,走行状態においてDGPSの精度評価を行った。参照データとしてRTK-GPSを用いた。その結果,誤差の平均は時間によって変化することがわかった。位置のRMS誤差は静止状態においては位置のRMS誤差は1.53m,標準偏差は0.276mとなった。また直進走行時においては位置のRMS誤差は0.76m,標準偏差は0.44mとなった。3)GPSコンパスの方位精度評価:静止状態,直線走行,円旋回の3条件でGPSコンパスの精度評価を行った。静止状態ではRMS誤差は0.24°,標準偏差は0.15°であった。直線ではRMS誤差は0.5°,標準偏差は0.4°であった。円旋回では,出力に時間遅れが見られたため,RMS誤差が6.5°と大きくなった。4)ポジショニングの精度評価:車両を走行させながら,カメラで地上を撮影し,疑似苗列とカメラの距離を連続的に計測した。その結果,横方向の誤差はRMS誤差で68.2mmとなった。5)シミュレーションによるアルゴリズムの検証:カルマンフィルターを組み込んだ走行アルゴリズムにより,前行程で走行軌跡が湾曲した場合でもその情報を記録しておくことで次工程では修正を行い,直線走行を行うことができることが確認された。
AAVベクター及びRNAi技術を用いたVEGF抑制による眼内新生血管抑制の試み

1.研究開始当初の背景抗VEGF抗体が加齢性黄斑変性症に対し臨床的に非常に有用であることが近年わかり脚光を浴びているが、様々な臨床治験で眼内炎の発症率が年に1%程度あること、また月1回の投与で十分な効果があるか否か不明なことより、継続的発現が可能な遺伝子治療が期待される。AAVには各サブタイプが知られているが、近年type5、8などのタイプが網膜への遺伝子導入効率が高いとの報告がされている。今回、我々はtype5、type8にマーカー遺伝子であるEGFP(enhanced green fluoresein protein)を組み込んだベクターを作製し、マウスの網膜に対し遺伝子導入を行い比較を行った。またVEGFのレセプターであるflt-1の可溶性flt-1を組み込んだAAVベクターを作製し(AAV-slt-1)、脈絡膜新生血管(CNV)モデルに対し脈絡膜新生血管抑制の効果を検討した。今回脈絡膜に対し導入効率のよい8型を使用した。2.研究の目的脈絡膜新生血管(CNV)モデルに対し脈絡膜新生血管抑制の効果を検討することにより、CNVモデルに対する遺伝子治療の確立を目的とした。3.研究の方法7週齢C57BL/6Jマウスにレーザー照射を行ったCNVモデルに対しAAV-sflt-1(n=11)またはコントロールとしてAAV-LacZ(n=12)を網膜下に注入した。2週間後蛍光造影剤を心臓より還流し、フラットマウント作製し、新生血管部位の面積を計測し血管新生抑制効果を比較検討した。4.研究成果CNVモデルに対しAAV-sflt-1またはコントロールとしてAAV-LacZを網膜下に注入した。その結果、新生血管の部位はAAC-1acZ注入群が1470±1000μm_3に対し、AAV-sflt-1注入群は555±304μm_3と有為に血管新生抑制効果を認め、平均62.3%の減少を示した。結論として、AAV type8は網膜に高率に遺伝子導入が可能であり、高発現が可能であった。また、AAV-sflt-1は脈絡膜新生血管に対し抑制効果を認めた。AAV type5、8ともに網膜下注入に対し病理学的所見では特に炎症を認めなかった。脈絡膜新生血管を伴う疾患に対し、抗新生血管を狙った遺伝子治療は有用であると考えられた。1,AAVベクターを使用する実験である。現在AAVベクターは1型から12型までのタイプがあるが、網膜への遺伝子導入を長期で行われた実験は行われていないため、タイプ別にマーカー遺伝子を組み込んだAAVベクターを網膜へ注入し、発現期間と発現強度を調べた。2,AAVベクターにVEGFのレセプターであるs-flt-1を組み込んだウイルスベクターを作製した。3,AAVベクターにVEGFのsiRNAを発現するウイルスベクターを作製中である。4,眼内新生血管モデルである脈絡膜新生血管モデルを作製することに成功した。
発達期小脳におけるミクログリア依存的シナプス刈り込み機構の解明

小脳登上線維シナプス刈り込みへミクログリアが関与するか、関与するならばどのような機序であるかを明らかにする研究を行った。ミクログリアを枯渇させる薬剤または活性化を抑制する薬剤を小脳皮質に投与したマウスや、脳内のミクログリアが減少した遺伝子改変マウスを用いた実験から、登上線維が正常に1本化するためには生後2週目にミクログリアが存在することが必要であることを明らかにした。作用機序に関して、ミクログリアが不要な登上線維を貪食していないことを示唆する結果を得たほか、一本化に重要であることが既に報告されているシナプスの機能に作用することによって登上線維シナプスの発達を制御することを示唆する結果を得た。小脳登上線維シナプス刈り込みへのミクログリアの関与を検討するため、発達期の小脳皮質からミクログリアを欠落/不活性化させる操作を行い、刈り込みがどのように影響されるかを調べた。まず、生後6日目にクロドロン酸内包リポソームを小脳皮質に注入する実験を行った。その結果、クロドロン酸投与マウスでは、2本以上の登上線維が入力するプルキンエ細胞の割合がコントロールマウスよりも有意に高いという結果を得た。クロドロン酸投与によるミクログリアの除去は抗Iba1抗体を用いた免疫染色により確かめた。次に、ミクログリアの活性化を抑制するミノサイクリンを生後7-11日目に皮下注射する実験を行い、クロドロン酸投与実験同様に、刈り込みが障害されるという結果を得た。一方、クロドロン酸とミノサイクリンの投与を生後11日目以降で行った場合には刈り込みは正常であった。このことから、ミクログリアは生後6-10日目頃の刈り込みに選択的に必要であることが示唆される。ガラスキャピラリーを用いたクロドロン酸投与による脳損傷やミノサイクリンのブロードな薬理作用などが結果に影響する可能性を検討するため、ミクログリアの分化・維持に必須のcsf1rをIba1発現細胞で欠損する遺伝子改変マウス(Csf1r-cKO)を新たに作成して解析した。Iba1-creマウスは新潟大学・﨑村教授と阿部先生から分与して頂いた。Csf1r-cKOマウスでも登上線維シナプスの刈り込みに異常が認められた。刈り込みの異常は、生後12-14日目で既に顕著であり、生後2か月まで持続することも確かめた。上記3つの実験によって、ミクログリアが登上線維シナプスの刈り込みに必要であるという結果を得ることができた。これらの成果は、新学術領域研究「グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態」第2回夏の(国際)ワークショップおよび第38回日本神経科学大会で報告した。27年度には、登上線維シナプス刈り込みに対するミクログリアの必要性を複数の実験手法を用いて多角的に検討し、ミクログリアの必要性および関与の臨界期を明らかにすることができた。さらに、新潟大学・﨑村教授と阿部先生の協力を得て、ミクログリアを欠損する遺伝子改変マウスの作成も完了し電気生理学解析も実施した。さらに、ミクログリアがどのようなメカニズムで登上線維シナプスの刈り込みに寄与するのかを検討するため、作成したミクログリア欠損マウスを用いて登上線維シナプス伝達以外の興奮性シナプスおよび抑制性シナプスに変調がないかどうかの解析も行い結果が得られつつある。ゆえに、本研究課題はおおむね順調に進展している。小脳登上線維シナプス刈り込みへミクログリアが関与するかを検討するため、年度27年度には、ミクログリアを枯渇させる薬剤を発達期の小脳皮質に投与したり、新潟大学・﨑村教授、阿部先生の協力のもと、ミクログリアの分化と維持に必須であることが知られているCsf1rをミクログリア/マクロファージで特異的に欠損した遺伝子改変マウス(Csf1rcKO)を作成し、シナプス刈り込みに異常が認められるかを電気生理学的に解析した。その結果、正常なシナプス刈り込みには生後2週目のミクログリアの存在が必要であることが分かった。平成28年度には、ミクログリアがどのような機構でシナプス刈り込みに寄与するのかを検討した。ミクログリアは不要な構造物を貪食により除去する作用があるため、先ず、不要な登上線維を貪食する可能性につて検証した。順行性トレーサーであるビオチン化デキストランアミンをイソフルラン麻酔下の生後6-7日目の野生型マウスの下オリーブ核に注入し、登上線維を可視化した。併せて、抗Iba1抗体でミクログリアを可視化し、共焦点レーザー顕微鏡を用いて両者の位置関係を3次元的に詳細に解析した。これまでのところ、生後2週目において、登上線維を内包したミクログリアは観察されておらず、ミクログリアによる登上線維の貪食は殆どないと予想している。ミクログリアは貪食作用以外にも、様々な生理活性物質の産生・放出を介してシナプス機能に影響する可能性がある。この点を検証するため、先行研究によって登上線維シナプスの刈り込みに影響を与えることが報告されているシナプス機能について、Csf1r-cKOマウスとコントロールマウスで電気生理学的に比較検討した。その結果、Csf1r-cKOでは刈り込みに重要ないくつかのシナプス機能が変化していることを示すデータを得ることができた。

ミクログリアを枯渇させる薬剤または活性化を抑制する薬剤を小脳皮質に投与したマウスや、脳内のミクログリアが減少した遺伝子改変マウスを用いた実験から、登上線維が正常に1本化するためには生後2週目にミクログリアが存在することが必要であることを明らかにした。作用機序に関して、ミクログリアが不要な登上線維を貪食していないことを示唆する結果を得たほか、一本化に重要であることが既に報告されているシナプスの機能に作用することによって登上線維シナプスの発達を制御することを示唆する結果を得た。28年度は引き続き、ミクログリアがどのようなメカニズムで登上線維のシナプス刈り込みに影響を与えるのかを検討する。刈り込みが進行している発達時期の登上線維シナプスとミクログリアの形態を詳細に解析し、相互作用を形態学的に検討する。ミクログリアは貪食能を有するため、不要な登上線維シナプスを貪食することによって刈り込みに寄与する可能性が考えられる。そこで、刈り込み期に登上線維の一部を内包するミクログリアが認められるか否かについて特に着目して解析を行う。また、ミクログリアは脳内の不要な構造を貪食する以外にも、様々な生理活性物の産生と放出を介して周囲の細胞に影響を与えることが知られているので、ミクログリアが貪食以外の作用によって刈り込みに寄与する可能性も念頭においた解析も進めたい。初年度に作成したミクログリア欠損マウスを用いて、ミクログリア欠損によって登上線維シナプスを含む小脳皮質の回路発達がどのように変化しているかを電気生理学的に解析する実験をさらに推し進める。ミクログリア欠損によって機能が変化するシナプスが同定された場合には、そのシナプスの発達に関与するというという報告のある分子についてミクログリア特異的に欠損させるマウスを作成したり、候補分子をレスキューする実験を行う。神経科学
遺伝子配列ビッグデータを用いた「タケノコ状進化」の解明

研究課題で掲げた「タケノコ状進化の解明」を実現するために,初年度では新たな系統解析手法「Graph Splitting (GS)法」を開発した.GS法は,まずペアワイズアライメントに基づいて配列類似性グラフを構築し,次にそのグラフを再帰的に分割することで系統樹を得るーつまり部分配列の類似関係を進化情報に変換する方法である.そして,進化シミュレーションに基づく性能検証を行い,GS法が従来手法を凌駕する性能を持つことを示した.2年目にあたる本年度では1) GS法のさらに詳細な評価,2) GS法の実データ解析への適用,3) GS法を用いた既存手法の性能改善,をそれぞれ試みた.まず,配列長や遺伝子数などのパラメータをより細かく変化させた大規模シミュレーションを行い,(a)各パラメータを変えてもGS系統樹が依然として最良な推定系統樹であること,(b)グラフ密度を指標として用いることでGS法と従来法を使い分けるべき条件を判別できること,(c)新たに考案した統計スコアによって系統樹の各枝の信頼性が担保できること,(d) GS法は従来法と比較して最速の手法であること,(e)これまで系統解析が困難とされてきた諸条件(Long branch attarctionなど)に対してGS法が最も頑健であること,を示すことができた.次に実データへの適用例として,TIMバレルスーパーファミリーの系統解析を行ったところ,GS法によって最も確からしい系統樹が推定され,さらにピリミジン代謝の初期進化に関する新規知見が得られた.最後に,GS系統樹をガイドツリーとして用いると,既存の多重配列アライメントや系統解析手法の性能が向上することがシミュレーション解析によって示された.以上の結果より,「タケノコ状進化」の問題に取り組む上でGS法が極めて有用であることが改めて示された.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。研究課題で掲げた「タケノコ状進化の解明」を従来手法を用いることで達成することは困難である.そこで,まず初めにネットワーク解析の技術をベースとした新たな進化解析手法「Graph Splitting (GS)法」を考案し,実装した.GS法はpairwise alignmentに基づいた配列類似性グラフをまず構築し,次にそのグラフを再帰的に分割することで系統樹を得るという二段階の解析過程からなる.このように部分配列の類似関係に着目することで,より遠縁な遺伝子群の系統樹再構築が可能になると考えている.GS法の性能を検証するために,まず進化シミュレーション(人工的なアミノ酸配列群を様々な条件下で繰り返し生成し,次に一連の手法で系統樹を再構築し,最後にモデル系統樹からのトポロジー距離を算出)に基づいてGS法と主要な従来手法の性能比較を行った.その結果,配列距離が遠い場合はGS法が圧倒的に良い精度を示すことが示された.またLong branch attractionやBiased taxon samplingなど一般的に系統解析が困難とされる問題についてもGS法は頑健なパフォーマンスを示すことが明らかになった.また,GS法の計算速度について比較したところ,主要な従来法のなかで最も高速な方法(近隣結合法; NJ法)と遜色ない計算速度を示すことが明らかになった.次に,実データ解析におけるGS法の有用性の検証を行った.適用例として,他のタンパク質ファミリーと比べ配列距離が顕著に遠いTIMバレルタンパク質群を選び,系統解析を行ったところ,高い内部枝支持率を持つGS系統樹が得られた.タンパク質三次構造の比較解析結果に鑑みて,このGS系統樹は他系統樹よりも確からしい系統関係を示唆するものであった.この結果はGS法が「タケノコ状進化」に取り組む上で有用であることを示すものである.本研究課題は「タケノコ状進化の解明」を目指し,新規手法の構築(1年目),現実のデータを用いた検証(2年目),より高次な進化学上の難題への挑戦(3年目)という計画に従って進める予定となっている.その最初の年度である本年度のより具体的な年次計画は,1) 4-7月:手法の構築,2) 8-11月:進化シミュレーションデータや転写因子などの系統学において典型的な解析対象となっている遺伝子配列群のデータを用いた手法の精度検証,3) 12-3月:論文執筆,であった.現在までに,まず新規に考案した系統解析手法(GS法)について,従来手法と比較して最高レベルの精度と計算速度を両立した実装を実現している.また,転写因子よりもさらに解析困難とされていた複数の実データ(TIMバレル等のスーパーファミリータンパク質のデータ)へGS法を適用することで様々な状況における性能評価を行い,GS法がそのような場面においても有用であることを示している.さらに一連の成果をまとめた投稿論文をほぼ書き上げており,これらは当初の研究計画を大きく上回る成果である.また,学会発表も積極的に行い,その発表内容は最優秀口頭発表賞(JSBi2015)やポスター賞(BIO UT 2015)を受賞するなど高く評価されている.そのため「当初の計画以上に進展している」と自己評価する.研究課題で掲げた「タケノコ状進化の解明」を実現するために,初年度では新たな系統解析手法「Graph Splitting (GS)法」を開発した.GS法は,まずペアワイズアライメントに基づいて配列類似性グラフを構築し,次にそのグラフを再帰的に分割することで系統樹を得るーつまり部分配列の類似関係を進化情報に変換する方法である.そして,進化シミュレーションに基づく性能検証を行い,GS法が従来手法を凌駕する性能を持つことを示した.2年目にあたる本年度では

1) GS法のさらに詳細な評価,2) GS法の実データ解析への適用,3) GS法を用いた既存手法の性能改善,をそれぞれ試みた.まず,配列長や遺伝子数などのパラメータをより細かく変化させた大規模シミュレーションを行い,(a)各パラメータを変えてもGS系統樹が依然として最良な推定系統樹であること,(b)グラフ密度を指標として用いることでGS法と従来法を使い分けるべき条件を判別できること,(c)新たに考案した統計スコアによって系統樹の各枝の信頼性が担保できること,(d) GS法は従来法と比較して最速の手法であること,(e)これまで系統解析が困難とされてきた諸条件(Long branch attarctionなど)に対してGS法が最も頑健であること,を示すことができた.次に実データへの適用例として,TIMバレルスーパーファミリーの系統解析を行ったところ,GS法によって最も確からしい系統樹が推定され,さらにピリミジン代謝の初期進化に関する新規知見が得られた.最後に,GS系統樹をガイドツリーとして用いると,既存の多重配列アライメントや系統解析手法の性能が向上することがシミュレーション解析によって示された.以上の結果より,「タケノコ状進化」の問題に取り組む上でGS法が極めて有用であることが改めて示された.まず,平成28年度(2年目)では,「現実のデータを用いた検証」ということで,レクチン,膜タンパク質,ロドプシン,核酸結合タンパク質といった進化学上興味深いが,系統解析が困難だった遺伝子ファミリーの解析にGS法を順次適用していく.例えば,レクチンが特異的に認識して結合する糖鎖は自己,非自己を認識する足場となる重要な因子であるため,ここでレクチンの進化過程を明らかにする事が出来れば,将来的に病原菌の創薬ターゲットの探索の加速や,あるいは癌転移の抑制方法の開発といった幅広い分野への応用が期待される.さらに,ゲノム情報からの新規遺伝子予測やメタゲノムデータの利用を進めていく事で,異なるファミリー間をつなぐような遺伝子群の発見を目指す.次に平成29年度(3年目)では,「より高次な進化学上の問題への適用」ということで,ウイルスと真核生物から網羅的にポリメラーゼ等のタンパク質配列を取得しGS法を適用する.特にネットワーク解析を応用する事で複雑な遺伝子の進化プロセスの中から垂直伝播経路を水平伝播経路と分けて抽出し,その系統関係を明らかにしながら,ウイルスの起源や真核生物との進化的な関係,水平伝播による遺伝子の交換,病原性の起源といった問題について議論する.さらにウイルスと真核生物の間で行った議論が,ファージとバクテリアなどの間でも成立するのかという問題について考察し,また宿主域の進化的な変遷や,ファージとウイルスの祖先ゲノムなどについて議論を進める.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
石灰安定処理による建設汚泥の寒冷地における道路材料への有効利用に関する研究

建設汚泥は建設廃棄物の中でも有効利用の割合の低い廃棄物のひとつであり,種々の利用法が提案されているが,高価であることや利用量が限られていることなどにより,盛土材料などの低位の利用にとどまっているのが現状である。これらの軟弱な地盤材料を石灰で安定処理して,道路の凍上抑制層などのより付加価値の高い材料として利用するための検討を行った。一般的に用いられている石灰安定処理工法は,石灰添加後,で直ちに締固めて養生する方法(締固め養生)であるが,ここでは,石灰を混合した後,そのまま放置し(放置養生),所定の日数経過後に締固める方法を用いた。この方法により,安定処理土をストックすることができるため,定置型プラントで処理は可能となり,建設汚泥の有効利用が拡大することが期待される。そこで,養生方法を変えた安定処理土について,一軸圧縮試験および凍上試験を行い以下の結果を得た。1)一軸圧縮強さは養生日数に比例して増加し,石灰添加率7%,放置日数7日の場合の増加する割合が最も顕著である。2)放置日数と一軸圧縮強さの関係では,養生日数の少ない場合は,一軸圧縮強さの違いは見られないが,養生日数が長くとなると,放置日数7日をピークとして一軸圧縮強さが減少し,90日養生では強度の低下が著しい。3)変形係数は養生日数に比例して増加する。一軸圧縮強さとの関係では試料の初期含水比が大きいほど変形係数は大きくなるが,放置日数との関係はみられない。4)凍上量は,石灰添加率の増加や養生日数の延長に伴い減少し,特に混合養生が一般的な締固め養生よりも顕著に凍上抑制効果が現れた。これは,毛管力の減少によるものである。石灰安定処理土は石灰を混合して消化反応が終了した後,直ちに締固めて養生する方法(締固め養生と称す)が一般的であり,養生による強度増加が顕著である。しかし,この養生方法で凍上を抑制するにはCBRで100を越える強度が必要である。一方,石灰を混合した後,そのまま養生し,所定の日数経過後に締固める方法(混合養生)は,強度の発現効果は劣るが凍上抑制にとっては有効であることがこれまでの研究で判っている。また,建設汚泥の地盤材料への有効利用を考えるとき,後者のほうが定置型プラントで処理することができ,有効な方法である。そこで,本年度は混合養生により石灰安定処理した建設汚泥の物理的性質や強度特性の変化を検討した。石灰は生石灰を用い,混合率は重量比で3,5,10%である。コンシステンシー限界の変化を見ると,石灰混合率の増加および混合養生の日数は増大とともに液性限界は低下し,塑性限界が上昇してくる。その結果,塑性指数が減少し,土のハンドリングよくなってくる結果を得た。また,耐水性団粒の試験では,細粒分の含有率は石灰混合率および混合養生日数の増加に伴い減少し,団粒が徐々に形成されていくことが確認でき,これが凍上抑制に対して効果があることが判った。一軸圧縮試験では,石灰混合率が3,5%では,混合養生日数の増加に伴いわずかではあるが,一軸圧縮強度が増加していく傾向が見られた。しかし,10%混合では養生日数が7日を越えると強度低下が著しかった。そのため,強度の面よりみると,石灰混合率が大きい場合の混合養生では,早期に地盤材料と利用することが適当であるとの結果を得た。

建設汚泥は建設廃棄物の中でも有効利用の割合の低い廃棄物のひとつであり,種々の利用法が提案されているが,高価であることや利用量が限られていることなどにより,盛土材料などの低位の利用にとどまっているのが現状である。軟弱な粘性土を石灰安定処理することにより,凍上抑制の効果があることが知られているが,そのためにはCBRで100を越える強度が必要である。しかし,養生方法を変えることにより,すなわち,これまで一般的に用いられている直ちに締固めて養生する方法(締固め養生と称す)より,石灰を混合した後,そのまま養生し,所定の日数経過後に締固める方法(混合養生)の方が,強度の発現効果は劣るが凍上抑制にとっては有効であることがこれまでの研究で判っている。さらに,混合養生では石灰混合の養生日数が調整できるため,定置型プラントで処理することができる利点がある。本年度の研究では,建設汚泥と類似の粒度分布を有する木節粘土を用いて養生方法の違いによる強度特性の変化を検討し,以下の結果を得た。石灰は生石灰を用い,混合率は重量比で3,5,7%である。1)石灰添加率3%では養生方法の違いによる強度の差はほとんどみられないが,添加率が増加するに従い強度の差が大きくなる。また,混合養生では石灰添加率が増大しても,強度の増加の程度は少ないが,締固め養生では強度は著しく増加する。2)変形係数は養生日数が長くなるに従い増大し,石灰添加率の増加により大きくなる傾向を示す.3)石灰添加による含水比の減少は締固め養生で顕著であるが,混合養生では養生日数が長くなっても含水比はほとんど変化しない。石灰安定処理した土は凍上抑制の効果があることが知られており,軟弱な建設汚泥を非凍上性に改良することにより,付加価値の高い有効利用が可能である。これまでの研究では,一般的に用いられている石灰添加後,直ちに締固めて養生する方法(締固め養生と称す)より,石灰を混合した後,そのまま養生し,所定の日数経過後に締固める方法(放置養生)の方が,強度の発現効果は劣るが凍上抑制にとっては有効であることが判っている。さらに,放置養生では石灰混合の養生日数が調整できるため,定置型プラントで処理することができる利点がある。本年度の研究では,建設汚泥と類似の粒度分布を有する木節粘土を用いて養生方法の違いによる強度特性および凍上特性を検討し,以下の結果を得た。石灰は生石灰を用い,混合率は重量比で3,5,7%,初期含水比は最適含水比より湿潤側の40,45,50%である。石灰安定処理土の一軸圧縮特性に関する試験結果は以下のとおりである。1)石灰添加率の少ない場合は,養生方法の違いによる一軸圧縮強さの差はほとんどみられないが,添加率が増加するに従い一軸圧縮強さの差が大きくなる。また,放置養生では石灰添加率が増大しても,強度の増加の程度は少ないが,締固め養生では一軸圧縮強さは養生日数に比例して著しく増加する。2)一軸圧縮強さと変形係数の関係は養生方法により異なる結果を得た。3)初期含水比の違いでは,初期含水比が低いほど一軸圧縮強さは大きく,養生日数が長くなるほど,養生方法の違いが顕著となる。4)凍上率は石灰添加率5%付近で最大となるが,さらに,添加率が増加すると減少する。また,養生日数が長くなると凍上速度が減少し,凍上抑制には養生日数の影響が大きい。