hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋性乳酸菌を用いた養殖漁場悪化の早期発見法の開発

養殖漁場の有機汚濁(漁場環境の悪化)の程度を評価するために現在用いられている硫化物量や底生生物(ベントス)の減少などの指標は、すでに養殖漁場の環境が悪化してしまった『結果』を調べているにすぎない。実際に、和歌山県の養殖漁場では、海底のベントス数が大幅に減少し、指標とならない海域もある。漁場の悪化を早期発見し、回復のための措置(治療)を行えば、人間が手を貸さなくても環境がもともと持つ自然の浄化能力が働くことが期待でき、漁場回復の労力は従来よりも軽減されるであろう。そこで本研究では、給餌養殖による漁場悪化の予兆となる指標を開発することを目的とした。漁場悪化を早期発見するための新しい評価指標として、乳酸菌に注目した。底質での硫化水素の生成は、底質の有機酸(主に乳酸)濃度に依存していることが知られている。従って、底質で乳酸の蓄積に貢献していると考えられる乳酸菌数が悪化の始まりを早期に示すのではないかと考えた。本年度は、養殖漁場の底質の硫化物量(酸揮発性硫化物量:AVS)と乳酸菌数の経時変化とその相関を、加えて底質と乳酸菌種との関係を調べた。和歌山県田辺湾の養殖生簀設置海域における底質悪化の程度が異なるSt. RS(要注意漁場)とSt. UM(汚濁の進んだ漁場)をフィールドに選択した。St. RSのほうがSt. UMよりも年間を通じて乳酸菌数が約1桁多く検出された。St. RSではAVSと乳酸菌数に正の相関が見られたが、St. UMでは相関は見られなかった。要注意漁場であるSt. RSでは乳酸菌数と底質悪化の進行に関係が見られたため、乳酸菌は有機汚濁の兆候を早期に把握するための手法として適していると考えられた。汚濁の進んだ漁場であるSt. UMでは乳酸菌もいなくなることがわかった。分離・同定した乳酸菌種の中から指標菌候補として6種類の乳酸菌を選ぶことができた。本年度は次の3つを実施する計画を立案しており、それぞれの進捗状況は下記の通りである。1乳酸菌分離株の細菌種同定(平成30年度):予備調査で分離した未同定乳酸菌、ならびに本年度に分離した乳酸菌の同定を進め、漁場悪化の予兆を捉える指標細菌種(乳酸菌)の候補リストを充実させる。→現在、乳酸菌分離株として保存できたものは1326株あり、そのうち43%の572株の同定が終了した。同定に用いていた機器の不調によりやや遅れているが、機器の修復が終わったので、これから順次再解析を行っていく。2指標細菌種(乳酸菌)の簡単な検出方法の開発(平成30年度):予備調査で目星をつけた健全漁場の指標細菌候補乳酸菌3種と汚濁の進んだ漁場の指標細菌候補乳酸菌2種を標的とした定量検出方法の開発に着手する。→予備調査と本年度の調査で分離同定した乳酸菌種のデータをみてから指標細菌候補を最終決定しようとしたが、乳酸菌種の同定が計画通り進まなかったため、開発の着手が遅れている。3モデル養殖場(和歌山県田辺湾)における乳酸菌数・叢解析と硫化物量との関係(平成30・31年度):モデル養殖場において、乳酸菌数を培養法で、ならびに種組成の変化をAutomated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (ARISA)あるいはアンプリコンシーケンス解析によって明らかにし、乳酸菌数・種組成の変化と対応する硫化物量との関係を明らかにする。酸化還元電位(ORP)、有機炭素量(CHNアナライザー)、有機酸量(高速液体クロマトグラフィ)、硫化物量(検知管法)も測定する。→本年度は、DNA解析以外のすべての解析を終わらせた。次年度は、冷凍保存している海底の泥試料からDNAを抽出し、ARISA解析を行っていく。当初、健全漁場の指標菌候補として乳酸菌を3種類と汚濁の進んだ漁場の指標菌候補として乳酸菌を2種類選択しようと計画していた。本年度の研究結果から、汚濁の進んだ漁場には乳酸菌の存在量が少なく、かつ種類も少ないことがわかった。したがって、汚濁の進んだ漁場の指標菌候補の選択は生菌ではなく、DNAレベルでの解析結果をみてから(次年度実施予定)、慎重に選択する。健全漁場の指標菌候補としては5種類の乳酸菌を選ぶことができたため、DNAレベルでの解析結果(2019年度に実施する)と照らし合わせながら、特異的検出手法の開発に着手して行く。漁場悪化が進みすぎた海域では、乳酸菌が漁場回復の状態を示す指標として使用できるか、今後検討していきたい。

従って、底質で乳酸の蓄積に貢献していると考えられる乳酸菌数が悪化の始まりを早期に示すのではないかと考えた。本年度は、養殖漁場の底質の硫化物量(酸揮発性硫化物量:AVS)と乳酸菌数の経時変化とその相関を、加えて底質と乳酸菌種との関係を調べた。和歌山県田辺湾の養殖生簀設置海域における底質悪化の程度が異なるSt. RS(要注意漁場)とSt. UM(汚濁の進んだ漁場)をフィールドに選択した。St. RSのほうがSt. UMよりも年間を通じて乳酸菌数が約1桁多く検出された。St. RSではAVSと乳酸菌数に正の相関が見られたが、St. UMでは相関は見られなかった。要注意漁場であるSt. RSでは乳酸菌数と底質悪化の進行に関係が見られたため、乳酸菌は有機汚濁の兆候を早期に把握するための手法として適していると考えられた。汚濁の進んだ漁場であるSt. UMでは乳酸菌もいなくなることがわかった。分離・同定した乳酸菌種の中から指標菌候補として6種類の乳酸菌を選ぶことができた。本年度は次の3つを実施する計画を立案しており、それぞれの進捗状況は下記の通りである。1乳酸菌分離株の細菌種同定(平成30年度):予備調査で分離した未同定乳酸菌、ならびに本年度に分離した乳酸菌の同定を進め、漁場悪化の予兆を捉える指標細菌種(乳酸菌)の候補リストを充実させる。→現在、乳酸菌分離株として保存できたものは1326株あり、そのうち43%の572株の同定が終了した。同定に用いていた機器の不調によりやや遅れているが、機器の修復が終わったので、これから順次再解析を行っていく。2指標細菌種(乳酸菌)の簡単な検出方法の開発(平成30年度):予備調査で目星をつけた健全漁場の指標細菌候補乳酸菌3種と汚濁の進んだ漁場の指標細菌候補乳酸菌2種を標的とした定量検出方法の開発に着手する。→予備調査と本年度の調査で分離同定した乳酸菌種のデータをみてから指標細菌候補を最終決定しようとしたが、乳酸菌種の同定が計画通り進まなかったため、開発の着手が遅れている。3モデル養殖場(和歌山県田辺湾)における乳酸菌数・叢解析と硫化物量との関係(平成30・31年度):モデル養殖場において、乳酸菌数を培養法で、ならびに種組成の変化をAutomated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (ARISA)あるいはアンプリコンシーケンス解析によって明らかにし、乳酸菌数・種組成の変化と対応する硫化物量との関係を明らかにする。酸化還元電位(ORP)、有機炭素量(CHNアナライザー)、有機酸量(高速液体クロマトグラフィ)、硫化物量(検知管法)も測定する。→本年度は、DNA解析以外のすべての解析を終わらせた。次年度は、冷凍保存している海底の泥試料からDNAを抽出し、ARISA解析を行っていく。当初、健全漁場の指標菌候補として乳酸菌を3種類と汚濁の進んだ漁場の指標菌候補として乳酸菌を2種類選択しようと計画していた。本年度の研究結果から、汚濁の進んだ漁場には乳酸菌の存在量が少なく、かつ種類も少ないことがわかった。したがって、汚濁の進んだ漁場の指標菌候補の選択は生菌ではなく、DNAレベルでの解析結果をみてから(次年度実施予定)、慎重に選択する。健全漁場の指標菌候補としては5種類の乳酸菌を選ぶことができたため、DNAレベルでの解析結果(2019年度に実施する)と照らし合わせながら、特異的検出手法の開発に着手して行く。
ランダム系マイクロメカニクスの構築とその微小き裂問題への応用

1.セラミックスにおけるランダム微視構造に基づいた強度特性の解析:セラミックスにおける微視構造の影響を考慮した場合の応力拡大係数の補正係数を導出し,これを新たなランダム系力学パラメータとした.この補正係数の評価のため,微視構造のばらつきとして結晶粒ごとの剛性および粒径の変動を取り入れたき裂先端応力場に関する数値解析を行った.これより,き裂先端の結晶粒の剛性,き裂の後方と先端における結晶粒を挟む上下の結晶粒の剛性による影響が強く,粒径による影響はほとんどないことがわかった.次に,上記の解析から得られた応力分布特性より微視構造を考慮した補正係数の分布特性を求めた結果,補正係数の値はき裂長さが長いほど小さくなるが,変動幅にはほとんど差が現れないことがわかった.さらに,補正係数の分布から,き裂進展抵抗曲線基準のクライテリオンに基づいた強度分布の推定を行った.その結果,推定した強度分布は実験結果のばらつきにおける平均的な傾向についてよく表すことができた.2.金属材料におけるランダム微視構造を考慮した疲労特性の解析:金属多結晶材料のモデル化にあたっては,正六角形を基本要素として採用し,その要素の各節点をある条件のもとて移動させ,解析対象とする特定領域を不定形六角形要素で構成した.2相組織のモデル化にあたっては一様乱数を用いて各組成率に相当する割合に2相を選別した.このような要素から構成される多結晶材料に対して,粒界またはすべり線上に発生したき裂の合体による成長と個々のき裂の進展との競合により,き裂の成長特性が決定されるという解析モデルを構築した.この解析モデルを用いて,異なる微視組織を有する4種類の金属材料について,それらの切欠き材の多軸疲労における破損寿命をモンテカルロ・シミュレーションにより統計的に推定した.得られた寿命の分布幅は実験結果をよく表すことができた.本年度は,線形弾性変形をするとみなせるセラミック材料を対象に研究を行い,以下の成果を得た.1.強度設計上問題となる強度の欠陥寸法に対する依存性について,微視構造の影響を考慮し,結晶平均化応力とR曲線に基づいたモデルを考え,連続体におけるき裂解析に適用される応力拡大係数について再考した.まず,欠陥寸法が微視構造のオーダーであるとき,き裂が微視構造レベルよりも十分大きいことを前提とした応力拡大係数に基づいた通常の破壊クライテリオンを適用できないことから,結晶レベルでの応力を考えることにより,修正破壊クライテリオンを提案した.さらに,結晶粒架橋効果によって,き裂進展抵抗が変化することを考慮したR曲線モデルについて考察した.R曲線モデルとして既存のMai-Lawnのモデルを用いた場合,特異な特性が現れることから,これに代わる指数型のR曲線モデルを新たに提案し,このモデルを用いた解析を行った.この解析により,実験的に観察されている強度の欠陥寸法依存性における平均的な傾向を説明することに成功した.2.欠陥近傍の結晶粒径のばらつきおよび結晶方位の変化に伴う変形異方性の二因子に着目することによって,実験結果に認められた大きなばらつきに対する説明を試みた.結晶粒径のばらつきについては,ワイブル分布を用いて表し,解析を行った.これによって,き裂が短い場合にはき裂先端の結晶粒径の変化による影響を強く受けて強度のばらつきが大きくなるが,き裂が長くなるにつれてそのような影響は低減し,それに伴う強度のばらつきも減少することを明らかにした.また,結晶方位による変形異方性を考慮した解析においては,結晶粒径分布による影響ほど大きなばらつきが現れず,そのばらつきの変動幅にも欠陥寸法による変化はほとんど認められなかった.今後は,さらに粒径と結晶方位の両者を同時に考慮した解析を行う計画である.1.セラミックスにおけるランダム微視構造に基づいた強度特性の解析:セラミックスにおける微視構造の影響を考慮した場合の応力拡大係数の補正係数を導出し,これを新たなランダム系力学パラメータとした.この補正係数の評価のため,微視構造のばらつきとして結晶粒ごとの剛性および粒径の変動を取り入れたき裂先端応力場に関する数値解析を行った.これより,き裂先端の結晶粒の剛性,き裂の後方と先端における結晶粒を挟む上下の結晶粒の剛性による影響が強く,粒径による影響はほとんどないことがわかった.次に,上記の解析から得られた応力分布特性より微視構造を考慮した補正係数の分布特性を求めた結果,補正係数の値はき裂長さが長いほど小さくなるが,変動幅にはほとんど差が現れないことがわかった.さらに,補正係数の分布から,き裂進展抵抗曲線基準のクライテリオンに基づいた強度分布の推定を行った.その結果,推定した強度分布は実験結果のばらつきにおける平均的な傾向についてよく表すことができた.2.金属材料におけるランダム微視構造を考慮した疲労特性の解析:金属多結晶材料のモデル化にあたっては,正六角形を基本要素として採用し,その要素の各節点をある条件のもとて移動させ,解析対象とする特定領域を不定形六角形要素で構成した.2相組織のモデル化にあたっては一様乱数を用いて各組成率に相当する割合に2相を選別した.このような要素から構成される多結晶材料に対して,粒界またはすべり線上に発生したき裂の合体による成長と個々のき裂の進展との競合により,き裂の成長特性が決定されるという解析モデルを構築した.この解析モデルを用いて,異なる微視組織を有する4種類の金属材料について,それらの切欠き材の多軸疲労における破損寿命をモンテカルロ・シミュレーションにより統計的に推定した.得られた寿命の分布幅は実験結果をよく表すことができた.

1.セラミックスにおけるランダム微視構造に基づいた強度特性の解析:セラミックスにおける微視構造の影響を考慮したき裂先端応力場の解析を行い,微視構造の影響を考慮した場合の応力拡大係数の補正係数を導出した.き裂先端応力場解析から得られた応力分布特性から,微視構造を考慮した応力拡大係数の補正係数の分布特性を明らかにした.き裂進展抵抗曲線を適用したクライテリオンに基づいて,上記の補正係数の分布からセラミックスの強度分布の推定を行った.その結果,推定した強度分布は実験におけるばらつきの平均的な傾向をよく表すことができた.2.金属材料におけるランダム微視構造を考慮した疲労特性の解析:金属材料における粒界型および粒内型の微小き裂の発生と進展のモデル化を行い,その解析モデルに従って寿命評価およびき裂成長形態の推測法を提示した.まず,金属多結晶材料のモデル化にあたっては,正六角形を基本要素として採用し,その要素の各節点を移動させ,解析対象とする特定領域を不定形六角形要素で構成した.さらに,2相組織のモデル化にあたっては一様乱数を用いて各組成率に相当する割合に2相を選別した.このような要素から構成される多結晶材料に対して,粒界およびすべり線上に発生したき裂の合体による成長と個々のき裂の進展との競合により,き裂成長形態が決定されるという解析モデルを構築した.この解析モデルを適用して,異なる微視組織を有する純銅,中炭素鋼および2種類のチタン合金について,それらの切欠き材の多軸疲労に対して,き裂成長形態および破損寿命をモンテカルロ・シミュレーションにより統計的に推定した.推定された寿命の分布幅は実験結果をよく表すことができた.多軸疲労における寿命の統計的特性を検討した結果,せん断応力成分の占める割合の高い負荷モードほど,また粗結晶材ほど,寿命のばらつきが大きくなることが判明した.
新規ゴルジ体局在型ポリガラクツロナーゼが関与するペクチン生合成機構の解明

ポリガラクツロナーゼはペクチンを加水分解する酵素である。植物において、従来、ポリガラクツロナーゼは細胞壁に分泌・局在し、一度細胞壁で組み立てられたペクチンを分解していると考えられていた。特に、果実の成熟、落葉・落果、花粉の成熟等の細胞壁強度を変化させる必要がある生命現象に関わるポリガラクツロナーゼについて、広く研究がなされてきた。本研究では、従来型とは異なり、細胞内膜系であるゴルジ体に局在する新規ポリガラクツロナーゼを見出し、その酵素学的性質を明らかにした。また、シロイヌナズナゴルジ体局在型変異体の解析を行い、生体内における役割について迫った。植物細胞壁の主成分であるペクチンを分解するポリガラクツロナーゼの機能解析を行っている。現在までにバクテリアや菌類由来のポリガラクツロナーゼに関して、多数の報告があるが、高等植物由来のポリガラクツロナーゼに関しては知見が乏しい。わずかに報告があるものに関しても、可溶性の分泌型ポリガラクツローナーゼのみである。申請者らの生化学的な予備研究により、従来の分泌型では無い、膜画分局在型のポリガラクツロナーゼ活性を見いだした。本研究では、活性のみが検出されている膜結合型のポリガラクツロナーゼ分子を同定することを目的としている。高等モデル植物であるシロイヌナズナのデータベースより、ポリガラクツロナーゼ様配列を抽出し、推定膜貫通領域の有無を調べたところ、数種の配列で膜貫通領域が予測された。これらの配列にGFPを連結し、タバコ培養細胞で発現させたところ、ゴルジ体様の局在シグナルを示すポリガラクツロナーゼを発見した。また、これらのタンパク質を分裂酵母を用いて異種発現させたところ、ポリガラクツロナーゼ活性を有するタンパク質を見い出した。これらの結果は、新規のゴルジ局在型ポリガラクツロナーゼの存在を示している。現在は、これらの生理学的機能を調べるため、シロイヌナズナ当該遺伝子の変異体を解析している。植物細胞壁の主成分であるペクチンの分解に関与するポリガラクツロナーゼの機能解明について研究を進めている。ポリガラクツロナーゼはバクテリア、菌類、高等植物において広く存在している。バクテリアや菌類において、数多くの報告が成されているが、意外なことに高等植物においてはあまり良く分かっていない。申請者らの先行研究において、従来に無い新しいタイプの膜結合型ポリガラクツロナーゼの活性を見出していた。しかし、この新しいタイプの酵素をコードする遺伝子は不明であった。H26年度までの成果により、モデル植物であるシロイヌナズナにおいて、複数の膜結合型ポリガラクツロナーゼ遺伝子候補を見出しており、H27年度はこれらの候補遺伝子の機能解析を進めた。ポリガラクツロナーゼ候補タンパク質にGFPを連結した融合タンパク質をタバコ培養細胞で発現させ、その細胞内局在を観察したところ、昨年度までに明らかとなったゴルジ局在を示す酵素に加えて、液胞、細胞膜に局在を示す酵素も新たに発見された。また一部のシロイヌナズナポリガラクツロナーゼ遺伝子変異体において根の伸長に異常が見られ、膜結合型ポリガラクツロナーゼが根の伸長に関与していることが示唆された。このポリガラクツロナーゼが分子レベルでどのようにの関与しているのかについて興味が持たれるため、変異体のペクチンのサイズ、ペクチンの単糖組成等の解析を進めて行きたいと考えている。GFPを用いた細胞内局在解析、分裂酵母を宿主として生産した組換え酵素の酵素活性解析、シロイヌナズナ変異体の表現型解析により、新規な膜結合型酵素の実態とその機能が明らかになりつつあり、当初の予定通り進捗している。最終年度において特にその生理学的な役割について解析を進め、学術論文として報告する予定である。H27年度までの成果により、タバコ培養細胞を用いて、モデル植物であるシロイヌナズナ由来の、複数の膜結合型ポリガラクツロナーゼ候補の細胞内局在解析を行い、ゴルジ局在を示す酵素に加えて、液胞、細胞膜に局在を示す酵素も新たに見出した。H28年度は新たに見出した液胞局在酵素の組換え酵素を作成し、ポリガラクツロン酸を基質として、酵素活性測定を行った。複数の液胞局在型組換えポリガラクツロナーゼはポリガラクツロン酸を基質として、分解活性を示すことが明らかとなった。さらにこれらの活性が見られた液胞局在型ポリガラクツロナーゼに関して、酵素学的な諸性質を明らかにした。

特に、果実の成熟、落葉・落果、花粉の成熟等の細胞壁強度を変化させる必要がある生命現象に関わるポリガラクツロナーゼについて、広く研究がなされてきた。本研究では、従来型とは異なり、細胞内膜系であるゴルジ体に局在する新規ポリガラクツロナーゼを見出し、その酵素学的性質を明らかにした。また、シロイヌナズナゴルジ体局在型変異体の解析を行い、生体内における役割について迫った。GFPを用いた細胞内局在解析により、ゴルジ体様局在を示すポリガラクツロナーゼを見いだした。また、平行して進めていたシロイヌナズナ組換えポリガラクツロナーゼの酵素学的な特性解析も進み、酵素活性も検出できている。以上の結果より、次年度以降の研究計画にある本酵素の生理学的な機能の解析に進めると考えている。現在までに新規な膜結合型ポリガラクツロナーゼ遺伝子の同定および、その細胞内局在、酵素特性解析が狩猟しつつある。最終年度においては特にこれらの植物体内における生理学的な役割について解析を進め、学術論文として報告する予定である。糖鎖生物学次年度は新規に見いだしたゴルジ局在型ポリガラクツロナーゼの生理学的な機能解析を中心にすすめていく。残りの候補タンパク質についても、細胞内局在解析、酵素学的特性解析を進めて行く。これらの解析結果を統合し、従来とは異なるタイプのポリガラクツロナーゼが関与するペクチン合成及び分解に関する分子メカニズム、またその先にあるペクチンの生理学的な機能に迫りたい。
惑星系親星の重元素過多は惑星系誕生の原因なのか結果なのか

昨年度に、太陽表面元素組成の最新の分光学的観測値を用いて、重元素分布を空間的に一様であると仮定した場合には、日震学で得られた太陽内部の音速分布を拘束条件として、太陽モデルを作成した。重元素分布を一様とする仮定を置く代わりに、音速分布のほかに日震学で得られた密度分布をも拘束条件として使うことにより、重元素分布を決めることが出来ることになる。今年度はこの方針の下に重元素分布を決め、その結果重元素分布が太陽の外側に向かって増えているか逆に減少しているかによって、惑星親星表面の重元素過多が惑星系の原因なのか結果なのかという問いに、太陽の場合の答えを出さんとした。結果は、重元素分布を唯一的に決定するには実際上は困難であったが、確率的に高い分布としては、内側に向かって増える分布となっており、惑星系誕生の原因説を支持するものとなった。このほか、関井は韓国・慶北大学の張憲永とともに、太陽音波モードの振幅の相関を調べた。これは「音波モードの振幅に反相関がある」というRoth(2001)らの報告が正しければ、音波モードの固有振動数を求める方法に変更が必要になるからで、太陽内部の化学組成の固有振動数に対する影響というような、微小な量を考える際にはきちんと考慮しておく必要があった。今回の研究では、僅かな反相関と相関係数の非対称分布は見出したが、単純なランダム励起された減衰項つき振動子のモデルでほぼ予言できる範囲であった。引き続き詳しく調べる必要があるが、現時点で固有振動数を求める手続きを変更する必要は認められない。関井はまた、国際プロジェクトPhoebusに参加して、重力波モード・低周波の音波モードの検出方法の改善を行ない、1mHz以下の低周波音波モードの同定・周波数の決定を行なった。これらのモードが太陽中心核の構造決定にもたらす影響が現在調べられている。重力波モードに関しては、0.1mHz付近での振幅の上限が5mm/s程度であるという見積もりを得るにとどまっている。本研究は、日震学データに基づく情報を拘束条件として、進化を追うことなく、観測事実を最も忠実に再現する太陽構造を決定し、それにより、我が惑星系の親星である太陽内部の重元素分布を実証的に調べ、重元素が多いことが惑星系形成の結果なのか原因なのかを探ることを目的としている。17年度は、その第一歩として、重元素分布を空間的に一様であると仮定した場合には、日震学で得られた太陽内部の音速分布を拘束条件として、太陽モデルを作成できることを示した。スペクトル解析法の改変により、太陽表面元素組成は、これまで考えられてきたより重元素が少ないことが最近主張されるようになったが、その最新の値を使って恒星進化論に基づく太陽モデルを作成すると日震学データとは矛盾してしまうことが主張されてきた。本研究では、最新の日震学データと低重元素組成とは矛盾することなく、太陽内部モデルを作成できることを示した。但し、こうして作成されたモデルから予測されるボロンニュートリノのフラックスは、スーパーカミオカンデでの観測値と矛盾がなくなり、ニュートリノ振動を容認した場合の値とは整合性がなくなってしまう。この研究過程において、輻射層上層部での水素及びヘリウムの分布には、重力による拡散(水素が浮き、ヘリウムが沈む)によるものと解釈される特徴が見られることが確認された。この研究の副産物として、白色矮星での重力による拡散分離を考察し、DA型とDB型の白色矮星の数比が、白色矮星の表面温度系列の特定領域で突如著しく変わるという未解明の謎を、重力による元素の拡散分離と対流による混合を考慮することにより、説明可能であることを指摘した。
機能性消化管疾患における生体粘膜上皮バリア機能評価法の開発とその応用

機能性消化管障害の患者および対照者において消化管粘膜バリア機能を評価するために内視鏡下にカテーテルを挿入し,粘膜に直接プローブを接触させてアドミタンスを測定した.食道のアドミタンスは,胃や十二指腸に比べて低値であり,バリア機能が高いことが明らかとなった.24時間インピーダンス・pHモニタリングにより胃食道逆流と症状の関連,およびアドミタンスとの関連を検討した.食道及び十二指腸上皮生検組織を用いて粘膜バリア機能にかかわるタイト結合蛋白,特にクローディン(CLDN)などのmRNA発現量を定量的に検討し,食道では,CLDN1およびCLDN4が重要であることが明らかとなった.一方,これらCLDNの発現パターンが食道粘膜上皮層内で異なり,粘膜層の基底層側にはバリア機能がないことが明らかとなった.このことから,CLDN1およびCLDN4の蛋白発現そのもののみでは,バリア機能が存在するかどうかを示すことが出来ないことが明らかとなり,顆粒層側にみられる点状,ひげ状に染色されるCLDNがバリア機能に重要である可能性が考えられた.この発現とアドミタンスの関連を検討したが,食道粘膜の顆粒層のみのCLDNおよびタイト結合蛋白の抽出をすることが容易でなく,扁平上皮各層におけるさらなる発現解析が必要である.機能性ディスペプシア(FD)では,十二指腸下行脚の粘膜において肥満細胞および好酸球の浸潤が有意に多く,FDでは十二指腸下行脚においてCLDN3 mRNAの発現が有意に増加していた.タイト結合関連蛋白の細胞膜での発現局在を検討し,基底部での発現が腺窩上皮部に比べて強いことが明らかとなったが,疾患特異性を見出すことはできなかった.またCLDN4は細胞間側面にも発現がみられ,バリア機能のない部位においても発現し,蛋白発現とバリア機能は同一でないことが明らかとなった.機能性消化管障害の患者および対照者において消化管粘膜バリア機能を評価するために内視鏡下にカテーテルを挿入し,粘膜に直接プローブを接触させてアドミタンスを測定している.食道では,粘膜傷害程度に周在性があることから,4方向での測定を行いその違いの有無を検討することとしている.食道及び十二指腸上皮生検組織を用いて粘膜バリア機能にかかわるタイト結合蛋白,特にクローディン(CLDN)などのmRNA発現量をreal-time PCRで定量的に検討している.機能性ディスペプシア患者では,十二指腸下行脚の粘膜において肥満細胞および好酸球の浸潤が多いことが明らかとなった.一方,CLDNの十二指腸での発現は,疾患特異性を認める傾向があり,さらなる詳細な検討を行う予定としている.共焦点レーザー顕微鏡でそれぞれの蛋白の細胞膜と細胞質での局在を検討し,十二指腸粘膜では,CLDN3およびオクルディンの発現が頂端部細胞膜上にみられる一方でCLDN4の発現は細胞間側面に主に発現がみられることが明らかとなってきた.症例集積に努めている.機能性消化管障害の患者および対照者において食道,十二指腸のアドミタンス測定を行っている.また胃食道逆流の評価は,24時間インピーダンス・pHモニタリングによって行っている.機能性消化管障害の患者および対照者において消化管粘膜バリア機能を評価するために内視鏡下にカテーテルを挿入し,粘膜に直接プローブを接触させてアドミタンスを測定している.食道では,粘膜傷害程度に周在性があることから,4方向での測定を行いその違いの有無を検討している.食道及び十二指腸上皮生検組織を用いて粘膜バリア機能にかかわるタイト結合蛋白,特にクローディン(CLDN)などのmRNA発現量をreal-time PCRで定量的に検討している.機能性ディスペプシア患者では,十二指腸下行脚の粘膜において肥満細胞および好酸球の浸潤が多いことが明らかとなった.一方,CLDNの十二指腸での発現は,機能性ディスペプシアでCLDN3 mRNAの発現増加が観察されている.共焦点レーザー顕微鏡でそれぞれの蛋白の細胞膜での局在の違いを検討している.十二指腸粘膜では,CLDN3およびオクルディンの発現が頂端部細胞膜上にみられる一方でCLDN4の発現は細胞間側面に主に発現がみられることが明らかとなった.症例集積に努め,機能性消化管障害の患者および対照者の食道,十二指腸におけるアドミタンス測定を行っている.また胃食道逆流の評価は,24時間インピーダンス・pHモニタリングによって行っている.機能性消化管障害の患者および対照者において消化管粘膜バリア機能を評価するために内視鏡下にカテーテルを挿入し,粘膜に直接プローブを接触させてアドミタンスを測定した.食道のアドミタンスは,胃や十二指腸に比べて低値であり,バリア機能が高いことが明らかとなった.24時間インピーダンス・pHモニタリングにより胃食道逆流と症状の関連,およびアドミタンスとの関連を検討した.食道及び十二指腸上皮生検組織を用いて粘膜バリア機能にかかわるタイト結合蛋白,特にクローディン(CLDN)などのmRNA発現量を定量的に検討し,食道では,CLDN1およびCLDN4が重要であることが明らかとなった.一方,これらCLDNの発現パターンが食道粘膜上皮層内で異なり,粘膜層の基底層側にはバリア機能がないことが明らかとなった.このことから,CLDN1およびCLDN4の蛋白発現そのもののみでは,バリア機能が存在するかどうかを示すことが出来ないことが明らかとなり,顆粒層側にみられる点状,ひげ状に染色されるCLDNがバリア機能に重要である可能性が考えられた.

この発現とアドミタンスの関連を検討したが,食道粘膜の顆粒層のみのCLDNおよびタイト結合蛋白の抽出をすることが容易でなく,扁平上皮各層におけるさらなる発現解析が必要である.機能性ディスペプシア(FD)では,十二指腸下行脚の粘膜において肥満細胞および好酸球の浸潤が有意に多く,FDでは十二指腸下行脚においてCLDN3 mRNAの発現が有意に増加していた.タイト結合関連蛋白の細胞膜での発現局在を検討し,基底部での発現が腺窩上皮部に比べて強いことが明らかとなったが,疾患特異性を見出すことはできなかった.またCLDN4は細胞間側面にも発現がみられ,バリア機能のない部位においても発現し,蛋白発現とバリア機能は同一でないことが明らかとなった.食道でのアドミタンス測定では,測定値が安定しないことが明らかとなり,安定した測定値を得るために粘膜にプローブを接触する方法に工夫をこらす必要がある.安定した測定値が得られればより詳細な解析を行っていく予定である.食道のアドミタンス測定における測定値の安定化を図り,より詳細に各疾患における測定値の違いとタイト結合関連蛋白の発現および局在との相関を解析していく予定である.
近隣効果の生成メカニズムに関する社会学的研究

本研究の目的は、日本において近隣効果と地域間格差に関する体系的な研究を実施することである。平成30年度に実施した研究は以下の通りである。第1に、アメリカのハーバード大学社会学部に客員研究員として滞在することで、アメリカでの近隣効果等に関する研究の動向について情報収集を行った。(客員研究員としての滞在期間は2017年9月から2018年5月までである。)その結果、アメリカではライフコース的な研究や因果推論に関する研究が多いなどの知見を得た。第2に、本研究課題に大きく関連する「社会過程」(Social Process)に関する文献レビューを行った。社会とは時間的、空間的に異質なものであるとみなす社会過程に関する議論は、アメリカの近隣効果に関する研究では進んでいるが、日本ではまだ十分な理論的・実証的検討がなされていない。そこで本研究では、日本の社会学への「社会過程論」の応用可能性について検討した。なお、この研究は現在も進行中である。第3に、近隣効果と地域間格差に関する実証研究を進めた。まず、出身地域が地位達成に与える影響について明らかにした。2015年「社会階層と社会移動に関する全国調査」(SSM調査)を用いた計量分析により、地域が個人の階層的地位に影響していることを明らかにした。この研究成果については研究会で報告した。そして、地域が市民参加に与える影響についての英語論文の執筆にも取り組んだ。第1回SSP調査(2015年「階層と社会意識全国調査」)とマクロデータを合併したデータの計量分析より、階層と市民参加が結びついていることや都市度の低い地域と高齢化が進展した地域では市民参加が促されることなどを明らかにした。今後本論文が掲載された書籍が出版される予定である。これら3つの研究を行うことで、日本における近隣効果と地域間格差に関する研究分野に理論的・実証的貢献があったと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度に実施した研究の成果は以下の2点にまとめられる。第1に、全国調査データと官庁統計を用いることで、近隣効果と地域間格差に関する実証研究を進めた。まず、地域と市民参加の関係性について実証的に検討を行った結果、論文「市民参加を活発化させる地域とはーマルチレベル分析を用いた地域特性の効果の検討」が、査読誌『ソシオロジ』に掲載された。この論文では、第1次産業比率の高い地域で政治的な参加が活発化しやすいことや、高齢化地域で市民参加が活発化しやすいことなどを示した。とくに今後も高齢化が進展していく日本社会において地域の高齢化が市民参加を活発化させるという知見は、今後の市民参加の活発化を示唆するという意味で重要な発見である。また、出身地域が教育達成に与える影響について検討した論文「出身地域が教育達成に与える影響」が、2015年「社会階層と社会移動に関する全国調査」(SSM調査)の研究会の報告書に掲載された。この論文では、近年では豊富な教育資源や教育機会がある地域において大学進学が有利となっていることなどを明らかにした。第2に、ハーバード大学社会学研究科に客員研究員として滞在することで、近隣効果と地域間格差に関するアメリカの研究状況について情報収集を行った。その結果、アメリカのこれらの研究ではライフコース論的なアプローチをとることが多く、またパネルデータを使った分析も多いなどの知見を得た。平成29年度は近隣効果と地域間格差に関する実証研究と、アメリカのハーバード大学社会学研究科での研究滞在を実現させることができた。これらの研究に取り組む中で、平成30年度の研究に必要となるデータの整備も行うことができた。また、研究成果も2点発信することができた(査読付論文1本、報告書論文1本)。しかし、研究実施計画に記載した「地域間格差と階層意識との関連性」についての研究を計画通りに進めることができなかった。具体的にはこの研究の内容について研究会等で報告することと、論文にまとめることの両方ができなかった。そのため、評価としては「やや遅れている。」とした。

そして、地域が市民参加に与える影響についての英語論文の執筆にも取り組んだ。第1回SSP調査(2015年「階層と社会意識全国調査」)とマクロデータを合併したデータの計量分析より、階層と市民参加が結びついていることや都市度の低い地域と高齢化が進展した地域では市民参加が促されることなどを明らかにした。今後本論文が掲載された書籍が出版される予定である。これら3つの研究を行うことで、日本における近隣効果と地域間格差に関する研究分野に理論的・実証的貢献があったと考えられる。アメリカのハーバード大学社会学研究科への研究滞在は平成30年5月までである。この滞在で得た知見を踏まえて、平成30年度は、近隣効果と地域間格差に関する実証研究をさらに進めていく予定である。具体的には、全国調査データと官庁統計を用いた計量分析を行い、地域が階層意識に与える影響と、出身地域が地位達成に与える影響を明らかにしたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
誘電分光法と小角散乱による生体由来物質群の自己組織化機構

本研究は、誘電分光法や小角散乱法を中心とする分光学的手法と散乱手法を巧みに組み合わせ、生体由来の両親媒性分子が水中で示す自己組織体形成に関し、「粒子構造と粒子問相互作用ポテンシャル(静的構造)」と「溶媒ダイナミクスや自己組織体親水部への水和挙動など動的側面」の相関を解明することを主要な目的とした。本課題の基礎をなす水素結合液体ダイナミクスに関する分光学的研究では、これまで未解明であった水やアルコールの一次(分極揺らぎ)及び二次(分極率揺らぎ)動的感受率の対応関係について、誘電スペクトルに主要な寄与として現れる協同緩和の寄与を差し引くと残余の高周波成分がラマンスペクトルと相似形を示すことを見出し、確度の高い解釈を与えることが出来た。水素結合液体ダイナミクスに関するミクロ・マクロ相関の抜本的解明へ向けた重要な基礎となる成果であるといえる。生体由来及び合成の両親媒性高分子が水中で形成するナノ会合体(特にミセル)の構造、粒子間相互作用及び水和挙動を、静的構造と微視的・集団的分子ダイナミクスの双方の観点から検討した。厳密にはミセルは決して剛体球ではないが、誘電分光による水和水の実効体積評価を小角散乱の構造因子分析と組み合わせることによって、排除体積効果や系の断熱圧縮率に対する水和水の効果を定量的に説明できることを明らかにした。糖脂質ベースのマイクロエマルションに関して、系の自由エネルギー最適化に伴うミセルの棒状化や紐状化と相挙動の密接な関連を示す結果を得た。さらに、実験的静的構造因子を分析する新たな方法論の構築に取り組み、最適化された間接的逆フーリエ変換法によって、従来の液体回折法で用いられた散乱ベクトルで重みをつけた構造因子を用いずに同径分布関数を計算可能であることや、溶液中における蛋白質問空間相関に関する実空間秒像を相互作用ポテンシャルフリーに求めうることを確認した。本研究は、「水を機能性液体と捉える視点」を礎として、「両親媒性高分子・液晶・ゲルなどが高度に自己組織化された分子複雑系(生体を含む)の構造や機能性の起源」を解明することを究極的な目標としている。今年度は、超高精度の分光学的手法(誘電分光+非弾性光散乱)と散乱法(小角X線散乱)の組み合わせによって、分子ダイナミクスとナノスケールにおける空間情報の双方を詳細に分析し、水、親水性物質、疎水性物質、電解質等から成る分子複合体が示す多様な時空構造の解明を行った。(1)複数の分光器を駆使して現在可能な最高精度で測定した水の50MHz18THzの誘電スペクトル(データ供与による先駆的なTHzデータも一部含む)を分析し、サブテラヘルツ領域でのデバイ緩和からのズレと縦分極関数の対応性の発見から、誘電誘電摩擦の記憶効果やマイクロ波領域でのマルコフ性の発現などの分子機構を詳細に論じることが出来た。(2)また、これまで未解明であった水素結合液体の一次(誘電)及び二次(非弾性光散乱)の動的感受率の対応性を普遍的に説明することに成功した。(3)さらに、機能性付加した蛋白質や脂質複合体に小角散乱法の最新鋭機による測定法を適用し、絶対強度で得られた散乱曲線のGIFT法による精緻な分析から、ナノ粒子のサイズ、形状、内部構造及び、粒子間相互作用ポテンシャルの情報を得た。夏季及び冬季にオーストリアGraz大やドイツRegensburg大に渡航して海外共同研究者との議論や海外機関の先端的装置を用いた測定を積極的に行った。論文発表5件、国内招待講演3件、国際会議発表3件の成果をあげることが出来た。

(1)誘電分光・ラマン分光による水素結合性液体のダイナミクス、特に記憶効果や誘電摩擦の問題、(2)X線回折法による溶液の静的構造と誘電分光による集団的分子ダイナミクスの相関、(3)生体由来両親媒性高分子が水中で形成するナノ会合体の構造・水和・粒子間相互作用・溶媒効果の精密分析、(4)人工酸素運搬体の粒子間相互作用と機能性、(5)マイクロエマルションの相挙動とミセル構造の関わり、に関し、小角散乱法と誘電分光法を中心とした手法により、ナノメータースケールの静的構造と分子の微視的・集団的ダイナミクスの双方から詳細に検討した。さらに、(6)球状蛋白質の溶液中での平衡クラスター形成という最新の話題に対し、クラスター中の蛋白質の回転自由度及び、クラスターピークと呼ばれるサブピークを含む構造因子を粒子間相互作用モデルフリーに解釈する方法をSQ-IFT法と名付けた新手法の適用により検討中である。以下に、新規性の高い知見を簡潔に示す。[1]水素結合液体の誘電スペクトルに主要な寄与として現れる協同緩和の寄与を差し引くと残りの高周波成分が、ラマンスペクトルと相似形を示すことを発見し、水および一価アルコールで普遍的に成立する関係であることを示した。[2]50MHzから18THzの水の誘電スペクトルに関し、一般化ランジェバン方程式より導出した双極子相関記憶スペクトルの分析から、束縛回転機構によって100fs以内にほとんどの記憶が失われるが、0.5ps程度の時定数を持つ遅い記憶が、8psのタイムスケールで起こる協同緩和(水素結合網の構造組み換えのダイナミクス)を支配することを証明した。[3]二糖を親水部に持つ糖脂質系両親媒性高分子のミセル水溶液は、剛体球相互作用を仮定した場合より系統的に高い断熱圧縮率を示すことを発見し、糖脂質ミセル間に弱い近距離的引力相互作用が働く事を証明した。
湿地帯における環境汚染物質の動態ならびに汚染物質の低減化への試み

湿地における環境汚染物質の動態把握および汚染物質の低減化や回収除去法の探索の目的で,環境試料中のウラン(U)・トリウム(Th)等の放射性物質,溶存有機炭素(DOC),多環芳香族炭化水素類(PAHs)の定量に加え,酸素安定同位体比(δ^18O)等の定期的測定を行った。さらに,各種汚染物質[トリチウム(T),U,Th等の放射性物質やクロム(Cr),ヒ素(As)等の重金属]の取り込みや吸着に関するモデル実験を行った。その結果,主として,以下のような知見を得た。(1)新潟県内の降水中のREEs,Th,U濃度は冬季から春季にかけて高くなり,PAHs量は山間部において冬季に増加する傾向が見られた。またδ^18Oは梅雨期において低くなる。大気中のPAHs年平均濃度は都市部("新潟")で21ng/m^3,山間部("笠堀")で9.9ng/m^3であり,夏季と秋季においては差が顕著であった。(2)佐潟の環境水におけるδ^18Oは,他の県内の環境水に比べ,特に夏季において高いδ^18Oを示した。その原因として,周辺地下水からの影響や甲殻類のプランクトン等の生物作用に基づく同位体交換による影響が推定される。(3)海藻中のREEs,Th,U濃度は周辺海水中の濃度に比べて概して10^2-10^3倍程度濃縮しており,その濃縮係数は重希土類(HREE)の方が軽希土類(LREE)より大きい。U濃度は概して緑藻<紅藻<褐藻の順で,分析29種で最も高いU濃度を示したのは,Undaria pinnatifida(ワカメ)であった。一方,REEs,Th濃度においては,海藻門ごとの違いが明瞭に見られなかった。(4)フミン物質により,Cr(VI)が還元されることが確認され,その効果はpHの減少とともに大きくなる。フミン物質はCr(III)の錯形成にも関与しており,その効果はpH 5で最大になる。(5)T標識した物質と生態系に関連した官能基との同位体交換による基礎実験の結果,物質へのT取込みの程度を非破壊的・定量的に明らかにできることが示唆された。本研究では,(1)湿地における環境汚染物質の動態把握や起源や供給経路の解明ならびに(2)汚染物質の低減化や回収除去法の探索のため,(I)湿地で採取した環境水中の酸素安定同位体比(δ^<18>O),主要イオン,溶存有機炭素(DOC),溶存酸素(DO)等の測定,(II)汚染物質と環境浄化物質との相互作用に関するモデル実験,を行った。(1)佐潟の環境水において,涵養源となる地下水よりも高いδ^<18>Oを示した。さらに,夏季においてδ^<18>Oの増加が顕著なことから,甲殻類のプランクトン等の生物作用に基づく同位体交換による影響が大きいと推定される。(2)夏季に佐潟では,DOおよびDOCがともに高くなった。これは,水生植物等による光合成などの可能性が考えられる。(3)δ^<18>

Oとアルカリ度(HCO_3)との相関は,地下水からの涵養が大きい佐潟・鳥屋野潟で概ね高い相関が得られた。一方,δ^<18>OとTOCとの相関関係は,佐潟でのみ高い相関が得られた。これは,前述した甲殻類のプランクトンの作用が関連している可能性が考えられる。(4)降水中の微量金属元素の濃度は春季に増加した。(5)Cr(VI)のフミン物質による還元反応のモデル実験よりpHの上昇に伴いその還元能が順次低下した。一方,Cr(III)のフミン物質による錯体化反応のモデル実験では,pH5で最大となり,続いてpH4,以下pH6以上ではpHの上昇に伴い順次低下した。(6)Cr(VI)-ベントナイトにフミン物質も含めた三相系におけるCr(VI)除去の基礎実験の結果,ベントナイトのみでは除去されないCr(VI)がフミン物質の添加によって除去されうる形態に変化したことが示唆された。(7)トリチウム標識した物質と生態系に関連した官能基との同位体交換による基礎実験の結果、物質へのT取込みの程度を非破壊的・定量的に明らかにできることが示唆された。本研究は昨年度からの継続であるが,湿地とは,「川の始まりから海の浅いところまで,山地水域から湿原,湖沼,河川,人工水系を含み,干潟,藻場などの沿岸域まで,水のあるところ,水と命の出会うところの総称」という定義に基づき,測定対象を新潟県内の湖沼・河川,降水,土壌,海洋と幅広く設定して化学分析を行った。湿地における環境汚染物質の動態把握ならびに汚染物質の低減化や回収除去法の探索の目的で,1.環境試料中の酸素安定同位体比(δ^<18>O),窒素・リンの栄養塩項目(T-N,NH_4^+-N,NO_2^-N,NO_3^-N,T-P,PO_4^<3->-P),多環芳香族炭化水素類(PAHs),溶存有機炭素(DOC),クロロフィルa等の定期的測定,および2.各種汚染物質の取り込みや吸着に関するモデル実験を行った。その結果,主として以下のような知見を得た。(1)近年の大気及び降水におけるPAHs(19物質)の濃度実態を調べたところ,大気中のPAHs年平均濃度は都市部("新潟")で21ng/m^3,山間部("笠堀")で9.9ng/m^3である。特に夏季と秋季においては都市部が山間部より46倍大きい濃度を示す。また降水中のPAHs量は山間部において冬季に増加する傾向が見られた。(2)佐潟では,地点間の濃度差が顕著に見られたが,下潟から水が流出する地点でδ^<18>OをはじめpH,DOC,クロロフィルaの値が高い,下潟南側岸辺の湧き水においてT-Nが高い点が特徴的である。(3)ホテイアオイによるCr(VI)吸着除去効果は,pH4-8において見られるが,pH5で最大となりpHの増加に伴いその効果は低下する。(4)海藻に対する吸着挙動はREEs,ThおよびUでそれぞれ異なる。特にイソモクのU取り込みは,成分のアルギン酸に大きく起因する。(5)トリチウム(T)が種々の物質に与える影響の把握のため,同位体交換における各物質の反応性を解析したところ,脂環式カルボン酸の反応性は脂環式アルコールの反応性よりも高いことがわかった。
厳密な入出力ゲイン解析による切り換えシステムの解析と制御系設計に関する研究

連続、離散特性の混在するハイブリッドダイナミカルシステムは、理論面および広範な応用を有する実用面の双方から大きく注目されている。また切り換えシステムは、ハイブリッドダイナミカルシステムの表現する代表的な数理モデルとなっている。不連続な特性を活用した制御系の設計は、標準的な制御系設計の枠組みでは取り扱いが困難な問題に解を与える大きな可能性を有する。本研究では、切り換え特性を活用した制御系設計法およびその制御性能解析法を議論するとともに、これらを通信の利用を前提としたネットワーク制御系、センサーネットワークの起動、停止制御問題に適用し、その有効性を検証する。連続、離散特性の混在するハイブリッドダイナミカルシステムは、理論面および広範な応用面を有する実用面の双方から大きく注目されている。切り換えシステムは、ハイブリッドダイナミカルシステムを表現する代表的な数理モデルとなっている。本研究では、不連続な切り換え特性を積極的に採用することにより、連続な特性を持つコントローラでは実現困難な特性を有する制御系の設計法およびこれら制御系の性能解析法を議論することができている。切り換えシステムは、ハイブリッドダイナミカルシステムを表現する代表的な数理モデルの一つとなっている。本研究では、不連続な切り換え特性を積極的に活用することにより、連続な特性を持つコントローラでは実現困難な特性を有する制御系の設計法およびその制御性能の解析法を議論することができている。通信の利用を前提としたネットワーク制御系に対しては,伝達情報の変換とコントローラの切り換えを活用することにより,通信遅延、通信データの散逸がある場合でも、閉ループ系の安定性を保証する制御系の設計法を提案することができている。またその制御性能は、実際のインターネットを利用した遠隔制御実験を実施し検証することができている。大規模な無線センサーネットワークを想定した問題では、センサーの起動停止制御方策に不連続な特性を活用することで、ネットワーク全体の低消費電量化と観測データの精密さとのトレードオフを指定可能な制御系の設計法を提案することができている。連続,離散特性の混在するハイブリッドダイナミカルシステムは,理論面および広範な応用面を有する実用面の双方から大きく注目されている.切り換えシステムは,ハイブリッドダイナミカルシステムを表現する代表的な数理モデルとなっている.また,ダイナミカルシステムの入出力ゲインは,システム制御理論を展開する上でのもっとも重要な数学的ツールの一つとなっている.本研究では,厳密な入出力ゲインの評価を軸に切り換えシステムの解析および制御系設計に関する理論展開をおこなう.不連続な特性を積極的に導入し,標準的な連続な特性をもつコントローラでは実現が困難な特性を有する制御系の設計法を提案した.スイッチングコントローラを利用した制御系の安定化問題では,制御系に存在する信号の大きさに関する物理的な制限をみたしたうえでの制御系の動作を可能とすることができる.ここでは,状態空間に構成される集合の不変性を利用し,スイッチングコントローラを構成する個々のコントローラの系列を設計すると共に,具体的なコントローラの切り換え則を導出することが可能となっている.また,特定の不変集合の内部に状態変数が留まる滞留時間に注目し,制御系の性能を規定する評価関数の値を計算することが可能となっている.また不連続な特性を有する制御系の設計法を,複数の画像情報から被写体の位置,姿勢を推定するオブザーバの設計問題,センサーネットワークを構成する個々のセンサーの起動,停止制御則設計問題に展開することもできている.これら新たな制御系設計法のさらなる展開ならびに制御系の性能評価法を検討することなどが継続した課題となっている.不連続な特性を積極的に導入し、連続な特性をもつコントローラでは実現が困難な特性を有する制御系の設計法を提案することができている。通信機能の利用を前提としたネットワーク制御系や、大規模な無線センサーネットワークを想定した制御系に対する設計法を提案するとともに実験による有効性の検証もおこなうことができている。不連続な特性を積極的に導入し,標準的な連続な特性をもつコントローラでは実現が困難な特性を有する制御系の設計法を提案することができている.効率的な設計を可能とするCAD環境の充実や性能解析問題への展開が今後の課題となっている.センサーネットワークの起動、停止制御問題に関する切り換え型制御則が提案できるなど、新たな展開を考察することもできているが、構成される制御系の安定性の解析、性能の評価など理論面での残された課題がありこれらに取り組むことが必要になっている。センサーネットワークを構成する個々のセンサーの起動,停止制御則設計問題を提案した.しかしながら,より実用的なセンサーネットワークの運用には,通信機能の起動,停止がセンシング機能によりえられる情報の伝達に影響を与える.これらを含めたより一般的な問題設定のもとでの展開などを進める.該当なし次年度使用額10,021円については,物品費の一部として計上する.