hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
協力努力の連合様式と協力の進化動態とをつなぐ一般的法則性の理論的解明

以上の結果は、協力への投資量が利益に変わるプロセスの違いに注目することで、実際の野外でみられる形質の進化の起源について説明できる可能性を示している。本年度は、協力努力の連合様式と協力レベルの多型の出現可能性についての学術論文を発表するとともに、新たにスタートさせたBristol大学のJohn McNamara氏、Andrew Higginson氏との協力時の意思決定様式の進化についての研究でも成果を上げ、国内外の学会で成果を報告するとともに、現在学術論文についても執筆を進め、投稿直前の段階である。また、John McNamara氏、Andrew Higginson氏とは、さらにこれまでの研究テーマを発展させ、協力の意思決定が行われるメカニズムの違いが、実際に協力的相互作用を持つグループという協力の基盤の形成にもたらす影響についても、現在共著者と相談をしながら研究を進めている段階である。さらに、本年度は、イギリスのブリストル大学、スウェーデンのストックホルム大学、台湾の国立東華大学で行われた学術シンポジウムに参加して発表するなど、国際的な学術交流を進めるとともに、研究分野についての情報収集を積極的に行った。特にストックホルム大学については、来年度も再度訪問し、研究テーマについてより議論を深める予定である。このように、当初の計画での初年度の成果は十分達成されているだけでなく、成果を受けてより発展的なテーマでの共同研究をスタートがするなど、予定以上に研究が進捗しているといえる。以上のことから、本研究課題については、当初の計画以上に進展していると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。来年度については、現在執筆中の協力における意思決定様式の進化についての学術論文について共著者と相談しつつ執筆を進め、早い時期に投稿する予定である。今後の研究については、協力様式について2つの側面に注目して研究を進める予定である。一つは、連合様式が協力の進化動態に及ぼす影響について、更なる解析を行う。協力関係における二つの連合様式、すなわち「投資の連合」と「効果の連合」が同時に作用する場合における協力の進化動態を、解析的手法とシミュレーションを用いて解析する。連続的スノードリフト・ゲームの枠組みに適応的ダイナミクスの解析手法を適用することで解析し、二つの連合様式が同時に作用する状況下での協力レベルの多型の出現条件を解明する予定である。もう一つは、John McNamara氏、Andrew Higginson氏と共同で進めつつある新たな研究テーマである。協力の意思決定は、これまで相手の協力への投資量に注目したものが多かったが、実際の生物では投資量だけでなく、周囲の個体数に応じて協力時の振る舞いを変える例がしばしば報告されている。こうした、個体数に対する応答は、そもそも力的相互作用の基板となるグループの形成を行うかどうか、という部分の進化まで含めて、包括的に解析する必要がある。
広帯域超音波による生体機能物質と溶媒の相互作用に関する特性評価の実験的研究

アルコールと水の混合溶媒におけるアミンのプロトン転移反応を超音波吸収法により調べた。また、プロパノールとの混合溶媒、尿素水溶液における反応の速度論的諸量との比較検討により、メタノール及び尿素は水構造を破壊し、エタノールは水構造をそのままに保ち、プロパノールは水構造を形成することを明かにした。さらに、プロトン転移反応が液体構造特性評価のためのプローブとして有効に利用できることを明確に示した。種々のヌクレオチド水溶液の超音波吸収を広帯域にわたって測定し、プロトン転移反応とグリコシド結合の周りの回転運動に基づく緩和を観測した。特に後者の反応について詳しく調べ、リン酸基の回転速度に及ぼす効果を調べた。またさらに、大きなリン酸基は逆に回転速度が減少することが明らかになった。プロトン転移反応の同位体効果を調べる目的で、種々のアミンの重水中における超音波吸収測定を行った。その結果緩和の原因がアミンのプロトン転移反応によることを明かにし、速度論的諸量を決定した。その結果を軽水中の値と比較検討したところ、明確な同位体効果を見出した。また、プロトン転移反応による緩和現象に加え、分子会合解離反応による緩和現象も見出した。環状アミン水溶液の超音波吸収を測定し、緩和現象を見出した。その原因がこれらアミンのプロトン転移反応によるものであることを明かにした。非電解質を含むシクロデキストリン水溶液の超音波緩和の原因が非電解質とシクロデキストリンの複合体形成反応によるものであることを明らかにし、速度論的、熱力学的諸量を決定した。その結果ゲストの疎水性は複合体形成に重要な要因になっていることが判明した。1.シクロデキストリン(ホスト)は環状化合物で、その空洞内に他の分子(ゲスト)を取りこみ複合体を形成する特異な性質を有する。この機能は生体における酵素類似モデルとして注目され、特性評価が進められている。しかしながら、物理化学的に重要な複合体形成に関する速度論的研究は反応が迅速に進行しているために測定手段が限られ系統的にはほとんどなされていない。ゲスト分子に構造の簡単なアルコールを選びホストゲスト複合体形成反応を広帯域の超音波を利用した緩和法により調べた。その結果、ゲストが空洞内に進入する速度はホストとゲストの性質に依存しないが、空洞内からゲストが離れる速度はゲストの疎水性の増大とともに小さくなり、またホストの空洞径が小さいほど小さくなることを見出した。また複合体形成反応には溶媒である水分子が密接に関与し、反応の体積変化がかなり小さくなっていることも明らかにした。2.環状アミンの多くは生体関連物質の一部をなし、その水溶液の動的特性の解明は生命現象とも関連して重要である。本研究では超音波吸収測定のための3MHz基本振動数のxカット水晶振動子を利用した共鳴セルを開発し、実用化した。その装置をも利用して、イミダゾール及びピラゾール水溶液の超音波吸収を測定し、超音波緩和現象を見出した。その原因はアミノ基と溶媒分子が関与したプロトン転移反応であることを明らかにし、速度論的熱力学的諸量を決定した。得られた速度定数は反応が拡散律速で進行していることを示した。また反応の体積変化もプロトン転移反応とし妥当な範囲内にあった。これらの結果を他のアミン水溶液の場合と比較検討し、分子構造とプロトン転移反応の関連を調べた。環状アミンの特異的分子構造と疎水性により拡散律速反応がかなり増大することが判明した。1. α-シクロデキストリンをホストとし、プロパノール及びエタノールをゲストとする複合体形成崩壊反応を超音波緩和法を用いて調べた。その反応の速度論的、熱力学的諸量を決定し、すでに報告されているβ-シクトデキストリンとの結果と比較検討を行った。その結果、複合体形成過程速度は空洞の大きさにさほど依存しないが、崩壊過程は大きく依存することが明らかになった。

この依存性が複合体の安定性を支配していることになる。また、ゲストが空洞に取り込まれるとき、内部の水分子が放出されることも解明した。2.プロピルアミンのプロトン転位反応の速度を超音波緩和法によりアルコール水混合溶媒中で測定し、水構造と転位反応の関連を検討した。その結果、メタノールを含む系では、拡散律速反応は減少し、エタノールを含む場合にはそれほど変化せず、プロパノールを含む時は増大することが明らかになり、アルコールの及ぼす水構造変化とプロトン転位反応が密接に関連していることを解明した。これらの関連はアルコールの特定の濃度から出現することから、水構造変化がアルコールの構造に応じて濃度に依存して変化することを確かめた。3.核酸関連物質であるAMP、ADP水溶液の超音波吸収測定により、それらの中性溶液で10MHz付近で観測される緩和現象が分子間プロトン転位反応によるものであることを明らかにし、その速度論的諸量を決定した。さらに、pH12付近ではグリコシド結合の回りのシン-アンチ回転異性体反応が関与した緩和現象のみが存在することを明らかにした。この回転運動はリン酸基の増大とともに加速される結果が得られ、ヌクレオチドの糖と塩基間の相互作用により説明された。1.種々のアミン重水溶液の超音波吸収を測定し、プロトン転位反応の速度論的熱力学的諸量を決定した。それらの結果を軽水の場合と比較検討し、同位体効果を調べた。プロピルアミン、ブチルアミンでは拡散律速反応は水構造の発達により加速されるが、エチルアミン、ペンチルアミンでは減速される結果となった。これらの同位体効果を反応半径とステリック効果により説明した。また疎水基の大きいアミンでは会合解離反応に基づく緩和も観測し、その同位体効果も検討した結果、重水中ではさらに小さな会合体が形成されることが判明した。さらに会合解離反応の速度論的諸量も求めた。2.ヌクレオチド、ATP,ADP,AMP及びGMP水溶液の超音波緩和の原因がグリコシド結合の回りの回転異性化反応に基づくことを明らかにし、その反応速度定数、エネルギー等を決定した。この回転運動はリン酸基と塩基の相互作用とリン酸基の大きさに関連することが速度論的に解明された。3.βシクロデキストリン(ホスト)とエーテル又はエステル(ゲスト)を含む水溶液の超音波吸収の測定より、その緩和の原因が複合体形成崩壊によるものであることを明らかにしゲストの分子構造とホストの機能との関連を調べた。その結果、複合体の安定性はホストからゲストが放出される速度によってほとんど決まることが判明した。しかしながら、これらの非電解質の親水基もホスト分子の縁に存在する水酸基と相互作用をしており、その大きさは反応の体積変化に反映されることか明らかになった。1.アミン重水溶液の超音波緩和現象のまとめを行うために、ペンチルアミンの重水溶液について測定を行い、プロトン転位反応とイオン化していないアミン分子の会合解離反応の速度論的熱力学的諸量を決定した。また会合体の存在を明らかにする目的でNMRのケミカルシフトを決定し、臨界ミセル濃度に対応する濃度を求め、超音波吸収測定結果と一致することが分かった。
微小き裂伝ぱ則に基づく繰返し硬化・軟化型材の低サイクル疲労寿命評価

1.本年度は繰返し硬化挙動を示すSUS304材を用いて二段二重ひずみ振幅下の疲労試験を行いMiner則の成立について検討した。特に、ひずみ振幅切換後の二段目のき裂伝ぱ挙動を中心に観察し、き裂伝ぱ速度におよぼすひずみ振幅履歴の依存性を検討した結果、一定ひずみ振幅下疲労試験では認められなかったき裂伝ぱ速度におよぼすひずみ振幅の影響が認められた。特にひずみ振幅大→小に切り換えた場合、き裂伝ぱ速度に大きな履歴の影響が現れるのが確認された。予定したランダムひずみ振幅下の疲労試験は今年度中には実施できなかったが、現在パソコンを用いてランダムひずみ振幅下の疲労試験が可能なシステムを構築中である。2.Rainflow法を適用して繰返し特性を考慮した微小き裂伝ぱ則および破断寿命予測評価式は、現在ではまだ導出できていない。しかし、繰返し硬化・軟化挙動を示す材料を用いて疲労寿命をき裂伝ぱの立場から検討した結果、一定振幅下の場合には繰返し途中で軟化および硬化挙動を示す材料でも、破断寿命の1/2の繰返し数の材料特性(応力ーひずみ関係)を用いることにより、繰返しに安定な材料と同様の取扱で疲労寿命をき裂伝ぱの立場から説明できることを示した。3.パソコンおよび画像処理装置を利用した自動き裂追尾装置の開発を完成し、同装置を用いてSUS304材の主き裂および主き裂先端近傍の分布き裂の発生・伝ぱ挙動さらにはき裂先端近傍の組織変化量を測定した。その結果、き裂成長の追跡が効率化されたばかりではなく、き裂先端部の組織変化、微小分布き裂の発生・成長の情報を自動的に収集して統計学的に処理することが可能になった。今後、同装置利用により、微小き裂発生・伝ぱ挙動を統計学的立場から解析しうる道が開かれるものと期待される。繰返しに対して安定なS45C材を用い,平滑材の低サイクル疲労寿命を微小き裂の発生,伝ぱの立場から評価する一連の研究を数年来展開している.本研究では繰返し硬化を示すSUS304材および軟化を示すWT80材, SCM435H材を取り上げ,これまでのS45C材について確立した寿命評価法がこの種の繰返し硬化・軟化型材の場合に適用しうるか否かについて検討した.一定ひずみ振幅下および二段二重ひずみ振幅下の疲労試験を実施した.疲労試験と並行して画像処理を利用した自動き裂追尾解析装置の試作を行った.得られた結果を要約すると以下のようになる.(1)各材ともに微小き裂は寿命のごく初期に発生し,疲労寿命の大部分はき裂伝ぱ寿命で占められる.(2) WT80材およびSCM435H材の場合,各ひずみレベルの場合ともに寿命の約10%で軟化が飽和する.一方SUS304材では寿命のごく初期に急激な硬化を示し,その後全寿命を通じて漸時硬化する傾向を示す.(3)各材の各ひずみレベルの場合ともに破断の50%での微小き裂伝ぱ速度を採用して微小き裂伝ぱ則を導くと, S45C材の場合と同様疲労寿命を微小き裂伝ぱの立場から評価できる.(4)変動ひずみ下の場合にも基本的には定ひずみ下の場合と同様に取り扱える.(5)き裂発生パターンや伝ぱ形態に組織の影響-例えばSUS304材におけるマルテンサイト変態-が認められたが,それらのき裂伝ぱ速度に及ぼす影響は認められなかった.

(6)画像処理装置を用い,本年度は主として微小分布き裂を統計的に処理する手法を開発した.1.本年度は繰返し硬化挙動を示すSUS304材を用いて二段二重ひずみ振幅下の疲労試験を行いMiner則の成立について検討した。特に、ひずみ振幅切換後の二段目のき裂伝ぱ挙動を中心に観察し、き裂伝ぱ速度におよぼすひずみ振幅履歴の依存性を検討した結果、一定ひずみ振幅下疲労試験では認められなかったき裂伝ぱ速度におよぼすひずみ振幅の影響が認められた。特にひずみ振幅大→小に切り換えた場合、き裂伝ぱ速度に大きな履歴の影響が現れるのが確認された。予定したランダムひずみ振幅下の疲労試験は今年度中には実施できなかったが、現在パソコンを用いてランダムひずみ振幅下の疲労試験が可能なシステムを構築中である。2.Rainflow法を適用して繰返し特性を考慮した微小き裂伝ぱ則および破断寿命予測評価式は、現在ではまだ導出できていない。しかし、繰返し硬化・軟化挙動を示す材料を用いて疲労寿命をき裂伝ぱの立場から検討した結果、一定振幅下の場合には繰返し途中で軟化および硬化挙動を示す材料でも、破断寿命の1/2の繰返し数の材料特性(応力-ひずみ関係)を用いることにより、繰返しに安定な材料と同様の取扱で疲労寿命をき裂伝ぱの立場から説明できることを示した。3.バソコンおよび画像処理装置を利用した自動き裂追尾装置の開発を完成し、同装置を用いてSUS304材の主き裂および主き裂先端近傍の分布き裂の発生・伝ぱ挙動さらにはき裂先端近傍の組織変化量を測定した。その結果、き裂成長の追跡が効率化されたばかりではなく、き裂先端部の組織変化、微小分布き裂の発生・成長の情報を自動的に収集して統計学的に処理することが可能になった。今後、同装置利用により、微小き裂発生・伝ぱ挙動を統計学的立場から解析しうる道が開かれるものと期待される。
蛋白質が主導する膜形態変化の分子シミュレーション研究

細胞融合、分裂などの生体膜形態変化は関連蛋白質によって引き起こされる。蛋白質-生体膜複合体の粗視化分子シミュレーションモデルを構築し、それによって膜形態変化過程を調べることが本研究の目的である。蛋白質には多谷モデル、脂質膜には野口モデルを用い、さらに蛋白質-脂質間相互作用には排除体積と疎水性相互作用を考慮に入れた。このモデルによって、ベシクル形成、ベシクル融合、2成分膜ベシクルの相分離、ベシクル出芽などをシミュレーションし、分子機構を調べた。初年度の今年は、蛋白質が主導する膜形態変化のシミュレーションを実現するための、道具(粗視化シミュレーションモデル)作りを進めた。膜融合を主導するSNAREやインフルエンザヘマグルチニンの構造変化は、かなりの大規模であり、通常の分子動力学シミュレーションでは現時点で到底不可能である。そこで、アミノ酸を一つのビーズで表す粗視化モデルによる構造変化シミュレーションを行う。基本となるのは、我々の研究室で岡崎らが開発した多谷モデルであるが、特にヘマグルチニンの構造変化に適用するためには拡張が必要であった。分子全体の構造変化を、いくつかのヒンジ運動などに分解し、その各々について多谷構造をもつようなモデルを考案し、準備計算を行った。技術的に少しの課題は残っているが、概ね準備は整った。脂質二重膜の粗視化シミュレーションモデルとして、MarrinkモデルとBrownらのモデルと両方の実装を進めている。前者は相互作用点を、全原子から1/4程度に間引いたもの、後者は1/8程度に間引いたものといえる。またMarrinkモデルには、溶媒分子が(粗視化されて)陽に含まれているが、Brownらのモデルでは溶媒は陽に含まれていない。ターゲットとする膜形態変化に応じて、両方のモデルが必要と考えている。蛋白質と脂質分子との相互作用については、疎水粒子同士の単純な引力と一般的な近距離の斥力項を用いている。蛋白質-脂質複合系の粗視化モデルシミュレーションが実現するまでにはもう少し時間が掛かる。1)脂質膜の粗視化モデルのテストシミュレーション:Brownらの粗視化脂質膜シミュレーションモデルをコード化し、2重膜の基礎的物性のテスト計算を行った。Brownらが論文で報告しているものと概ね同じ物性が観察できた。しかし、膜の曲げ弾性が大きく、ベシクルを実現するには想定していた以上の脂質分子を必要とすることが明らかになった。2)蛋白質-脂質膜間相互作用の粗視化モデルの構築:排除体積項の他に、脂質分子の疎水的尾部と蛋白質の膜貫通領域との間に疎水性相互作用に起因する引力を設けた。Brownらの脂質膜の粗視化モデルにこれを組み込んでテストシミュレーションを行ったところ、脂質分子が不適切にフリップしてしまう現象が発生した。種々解析を行って調べた結果、フリップの原因は、Brownらのモデルのもつ引力相互作用が物理的に不自然な点を含んでいることが原因だと結論した。別の粗視化モデルに移行することにした。3)被膜ウイルスの糖蛋白質の構造変化シミュレーション:われわれが提案した粗視化蛋白質モデルである多谷モデルを用いて、被膜ウイルスが宿主に感染する際に主要な役割をする糖タンパク質の構造変化シミュレーションを行った。ここでは実験的に構造情報が精度よく得られている水泡性ヘルペスの糖蛋白質3量体を例にとってシミュレーションを行った。これまで融合前構造から融合後構造までの変化は、3量体が一旦解離してから構造変化し再集合すると考えられてきたが、シミュレーションは一旦解離することなく構造変化が完了することが可能であることを示唆している。細胞膜はさまざまな脂質成分と膜蛋白質を含む複合系であり、膜融合、膜分裂、Lipid raft形成等、生命活動に必須の多様な形態変化を起こす。本研究では、シミュレーションによって、vesicle形成、2成分vesicleにおけるlipid raft形成、それに及ぼす膜蛋白質の影響を分析した。また2成分脂質vesicleのbudding過程を観察した。シミュレーション研究において、通常の全原子モデルが適用できる時空間スケールは、膜の形態変化のスケールよりもはるかに小さい。そこで、粗視化分子モデルがよく利用される。本研究では、まず幾つかの粗視化生体膜モデルを検討し準備的シミュレーションを行った結果、野口モデルを採用することにした。蛋白質は従来から開発してきた1アミノ酸を1個の粒子とする郷モデルを用いた。さらに、新たに考案したモデルでは、複数成分の脂質からなる系を容易に記述することが出来る。このモデルによりlipid raft形成、vesicleのbuddingシミュレーションを行った。脂質2成分間の分離度がある程度以上強いときには、2成分脂質のみでlipid raftが自発的に形成した。分離度が弱いために2成分脂質のみではlipid raftが形成しない場合にも、膜貫通蛋白質を加えると、膜蛋白質-脂質間の疎水性相互作用によってlipid raftを形成し得ることがわかった。膜貫通型でない膜蛋白質ではその効果は弱かった。脂質2成分間の分離度が非常に強いときには、2成分脂質vesicleは自発的にbuddingした。
サイバーフィジカルシステムのためのアーキテクチャ指向ソフトウェア開発支援環境

本研究の目的は,ネットワーク接続された組込みデバイス,スマートデバイス等からなるサイバーフィジカルシステム(以下,CPS)のソフトウェア開発を支援するための工学的基盤を確立することである.本研究では,この目的を達成するために,研究を開始した2016年度より,次の三つの重点項目,すなわち,(a)プロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,(b)開発支援ツールの統合方式の確立,(c)CPSソフトウェアの形式検証手法の確立,を設定している.2018年度においては,前年度までに行った調査研究,および,PBR(Policy Based Reconfiguration)パターンを用いたプロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,ソフトウェア開発支援のためのフレームワーク整備等の成果を洗練し,CPSアプリケーションに対する適用評価を行ってきた.具体的な成果は次の通りである.重点項目(a)および(b)については,IoTアプリケーションを対象に,PBRパターンのメタレベル適用を試み,CPSアプリケーションの振舞いに変化を与えるコンテキストを階層的に整理すした.すなわち,コンテキストを,(1)ベースコンテキスト,(2)コンテキストとアプリケーションの振舞いの対応関係を変化させるメタコンテキスト,という階層に分割してとらえることで,CPSを取り巻く複雑な状況柔軟に適用可能な形に洗練した.さらに,それに適合するCPSアプリケーションの開発支援フレームワークについての検討を行った.重点項目(c)については,前年度に行ったMVCパターンに基づく形式仕様記述のための枠組みを改版し,自動販売機ソフトウェアを対象とした仕様記述への適用評価を行った.本研究の目的は,ネットワーク接続された組込みデバイスからなるサイバーフィジカルシステム(以下,CPS)のソフトウェア開発を統合的に支援するための工学的基盤を確立することである.本研究では,この目的を達成するために,三つの重点研究項目,すなわち,(a)プロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,(b)開発支援ツールの統合方式の確立,(c)CPSソフトウェアの形式検証手法の確立を設定している.これら課題のうち,(a)では,CPSソフトウェアのアーキテクチャ設計に関する先行研究を調査するとともに,コンテキストアウェアネスを考慮した組込みシステムのためのソフトウェアアーキテクチャを定義した.組込みシステムはその構成要素であるセンサより取り入れる外界の状況やシステム自身の内部状態に応じてその振舞いを変化させるのが一般的であり,アーキテクチャ定義は本研究の対象であるCPSアプリケーション開発を支援するための共通構造であると言える.(b)では,CPSソフトウェア開発支援に関する先行研究を調査するとともに,(a)で定義したアーキテクチャに基づくアプリケーションフレームワークについて考察した.このフレームワークは,CPSアプリケーションのための開発プロセス,すなわち,モデル変換やプログラムコード生成の方法や開発に関する制約を規定するもので,開発支援ツールを構築する基盤として位置付けることができる.(c)では,組込みシステムの形式検証に関する研究動向について調査するとともに,CPSにおける並列事象を簡便に取り扱うことのできる形式仕様記述法と,MVCスタイルに基づいてCPSのアーキテクチャを記述する仕様テンプレートについて検討した.これらの成果は,CPSのアーキテクチャやそれに基づく支援ツール開発のプロセスを曖昧性なく記述するための基礎となるものと位置づけることができる.研究の重点課題として設定した(a)プロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,(b)開発支援ツールの統合方式の確立,(c)CPSソフトウェアの形式検証手法の確立の三つについて,以下,それぞれに進捗状況を評価する.(a)では,コンテキストアウェアネスを考慮した組込みシステムのためのソフトウェアアーキテクチャを定義した.アーキテクチャ定義が開発プロセスに及ぼす影響を明確化することで,開発プロセスを統合したアーキテクチャにつながると考えており,この課題はおおむね順調に進展しているものと評価している.(b)では,(a)のソフトウェアアーキテクチャに基づくアプリケーションフレームワークについて考察した.アプリケーションフレームワークの設計は,モデル変換系やソースコードの自動生成系など,アーキテクチャに基づく開発プロセスの自動化ツールを統合する方式を確立することにつながり,この課題はおおむね順調に進展しているものと評価している.(c)では,CPSアプリケーションの設計検証において問題になる並列事象の記述を簡便に行う記法とともに,CPSを含む組込みシステムのための仕様記述テンプレートについて検討した.これら記法およびテンプレートは,システムの構成要素数の増大に伴って組み合わせ爆発的に増大する要素間の相互作用数を抑制する手段となることから,CPSのためのスケーラブルな検証方法に向けて研究が順調に進展しているものと評価している.三つの課題を通じ,関連する先行研究の調査も行ったが,この分野の研究や技術開発の進展は早く,平成29年度以降においても研究動向の調査は継続して行う必要がある.本研究の目的は,ネットワーク接続された組込みデバイス,スマートデバイス等からなるサイバーフィジカルシステム(以下,CPS)のソフトウェア開発を支援するための工学的基盤を確立することである.本研究では,この目的を達成するために,研究を開始した2016年度より,次の三つの重点項目,すなわち,(a)プロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,(b)開発支援ツールの統合方式の確立,(c)CPSソフトウェアの形式検証手法の確立,を設定している.2017年度においては,前年度に行った調査研究の成果に基づいて,それぞれに以下の通り具体的なモデル,手法についての検討を行った.課題(a)では,CPSソフトウェアやスマートデバイスアプリケーションにおいて重要な概念である,コンテキストアウェアネスを自己適用の問題と捉え,アスペクト指向に基づくモジュール分割指針としてのソフトウェアアーキテクチャパターンであるPBR(Policy Based Reconfiguration)パターンとして定式化した.

ソフトウェアアーキテクチャは,ソフトウェアの構造だけでなくそれを開発するプロセスも同時に規定することから,PBRパターンの定式化により,これに基づくソフトウェアの開発支援の枠組みを整備することができた.課題(b)では,(a)と連携してPBRパターンを定式化するとともに,PBRパターンに基づくソフトウェアの開発を支援するツール,特にソースコード生成ツール等の実現方式について検討を行った.課題(c)では,並行動作する自律プロセスの集合として実現されるCPSにおいて,非同期事象に起因する故障を避ける簡便な仕様記述方式について引き続き検討した.またMVCアーキテクチャパターンに基づくモジュール分割を前提とした仕様記述方式とそれを前提とする検証技術についての検討を行った.重点研究項目として設定した(a)プロセス統合型アーキテクチャモデルの定式化,(b)開発支援ツール統合方式の確立,(c)CPSソフトウェアの形式検証手法の確立の三つについて,以下,それぞれに進捗状況を評価する.課題(a)では,前年度までに定義したコンテキストアウェアネスを考慮した組込みシステムのためのソフトウェアアーキテクチャを,自己適用ソフトウェアの構造定義の問題ととらえ,PBR(Policy Based Reconfiguration)パターンとして一般化,抽象化した.このパターンにより,CPSをはじめとするソフトウェアの開発プロセスを説明することもできることから,実証評価を通じて洗練することで,プロセス統合型アーキテクチャと捉えることができるようになるものと評価している.課題(b)では,前年度までの調査を踏まえ,(a)と連携してPBRパターンの定式化を行うとともに,PBRパターンに基づくソフトウェア開発を支援する環境の要素として,ソースコード生成ツールの実現方法について検討した.この結果は,ツールの実現方法の定式化・一般化の基礎を与えるものと評価している.課題(c)では,CPSアプリケーションの検証において重要な課題である並行事象の取り扱いについて,前年度に引き続き仕様記述の観点から検討を行った.また,CPSのための普遍的なアーキテクチャパターンであるMVCパターンに基づくモジュール分割を前提として形式仕様記述方式についての検討を行った.この結果をPBRパターンを前提に拡張することで,CPSを対象とした実用的で統合的な検証技術の確立につながると評価している.本研究の目的は,ネットワーク接続された組込みデバイス,スマートデバイス等からなるサイバーフィジカルシステム(以下,CPS)のソフトウェア開発を支援するための工学的基盤を確立することである.
地表面の乾燥化は雨を強めるのか？高分解能観測による水蒸気輸送の実態解明

都市化・森林伐採・耕作地化などによって、雨の降り方はどのように変わるのか?この問いに答えるためには、雲がどのような条件で良く発達するのかを理解する必要がある。都市化・森林伐採(植林)では、蒸発が減り(増え)、気温が上がる(下がる)。蒸発による水蒸気増加・気温上昇は、どちらも深い対流のエネルギー源となりうる。これが問いを難しくしている。本研究では、地表面状態の変化による降水システムなどへの影響を明らかにするために、マルチスケールの水蒸気輸送・土地利用変化による降水システムとその水蒸気輸送への影響を、観測と数値実験から調べる。
国際知財取引・技術拡散の阻害要因と情報通信・輸送技術の高度化の実証分析

本研究では、国家間・地域間の円滑な取引の阻害要因である貿易コストに関して様々な視点から研究を行った。価格データを用いた際に生じるバイアスの存在を確認し、特に市場ごとの価格付けについて、貿易コストが先行研究で考慮されていないケースでは過小評価されていることを明らかにした。市場取引の変動と貿易コストの関係については、重力モデルを用いて地域間取引と貿易コストの関係を推定した。変動が大きい日次データでも、通常の国際貿易で用いられる重力モデルによる推定が可能であることが明らかになり、生産地と需要地それぞれにおける貿易コストの負担割合についても明らかにした。本研究は、技術革新の成果を社会で享受するために、財や情報の空間的な移動にかかるコストに焦点をあて、その原因や社会厚生への影響を分析するものである。それらコストを総称して貿易コストと呼ぶ。貿易コストの測定には、貿易コストデータを入手する方法があるが、データの入手可能性の問題から、財取引データや財価格データを用いて推定する方法が多く行われている。本研究はこれまでの財価格データを用いた研究の問題点を指摘し、正しい推定によりこれまでに考えられていたよりも貿易コストが大きいことを明らかにした。具体的には、これまでの研究では産地価格を利用していないものが多く、実際の財の移動と価格差が対応していないという問題があった。また、供給を行わないという選択肢が選択されることで、供給が行われているケースのデータのみ用いた測定の場合、貿易コストの影響が過小に評価されるという問題も存在する。そして、各市場において設定する価格が市場ごとで異なっている場合には、価格差が単なる貿易コストだけでなく、市場構造などを通じたマークアップの違いも含むという問題がある。これらの問題を考慮するために、産地価格がわかるデータを用い、供給の選択行動を明示的にモデル化し、市場ごとの価格付けの違いを取り込んだフレームワークを開発した。生産者は貿易コストの増加を価格にすべて転嫁せず、高い生産性の生産者のみ貿易コストの高い市場に供給する事が明らかになった。これにより、正確に貿易コストを推定でき、これまで考えられていたよりも貿易コストが大きい事を実証的に示した。また、情報の移動については、その影響を外部の研究開発の利用と生産性の関係から分析を行った。外部研究開発を利用している生産者は高い生産性を持つことが示され、高い生産性の生産者のみ移動のコストをカバーできる点が明らかにされた。これまでの研究をすすめ、各市場の特性を取り込んだモデルの開発を行っているが、実証分析で取扱い可能な形での定式化がまだ完了しておらず、実証分析に進むことが出来ていない為。地域間取引の阻害要因を明らかにするためグラビティモデルを用いて貿易コストの推定を行った。特に、日次データを用いて変動の大きい取引について、地理的な阻害要因が年次データなどを用いた長期的な貿易の決定要因の分析とどの程度異なるか検証を行った。日次データを用いる際の重要な問題として、取引が行われないケースが非常に多いという点と、日々の経済ショックに直面する事から生じる分散不均一性の処理という点がある。これらに対して望ましい計量経済学的処理をした結果、日次データを用いたケースについても地理的な貿易障壁は非常に高い事が明らかにされ、また、可変的な貿易コストのみならず固定費用の形式での貿易コストの存在も確認された。この研究は、データの入手可能性から困難であった取引量の変動が大きいケースについても、基本的な貿易モデルが機能し、重要な貿易決定要因を明らかにしている点で重要である。単に長期的な趨勢についてだけでなく、日次的な需要と供給の意思決定において、地理的な障壁が地域間取引を抑制しているという結果は、インフラ等の整備がいまだ不十分であり、より高度な道路交通・情報通信システムの導入が、社会厚生を大きく改善する可能性がある点を示唆している。また、本研究は貿易コストの推定について価格データのみならず取引数量データを用いる事の有益性を示している。取引量についての情報は一般に入手困難な事から、先行研究でも価格データのみを用いた分析が行われるケースがあるが、本研究で利用可能な取引量データを用いる事により、より詳細な貿易コストに関する分析が可能である。新しい推定方法をもちいて新たな研究成果を得ているため。国際的な資本財取引についての分析も行う予定ではあったが、その点については現在データ整形中である。本研究では、国家間・地域間取引の阻害要因である貿易コストが、取引量の変動が大きい日次取引データを用いて推定した。年次データのような集計されたデータ等とは異なり、日次データでは取引が行われない(ゼロ貿易)のケースが多く観測される。そういった状況下での貿易コストの役割を検証した。これまでの研究では日常的な取引の変動がいかに貿易コストに影響を受けているかについてはデータの入手制約から研究がそれほど行われていない。国際貿易の基本推定モデルである重力モデルを用いて推定を行ない、貿易コストを表す代理変数として重要な市場間の物理的距離が阻害要因となっていることを確認した。また、貿易コストの負担割合についても供給側・需要側の負担割合を計測し、どういった政策が貿易コストの削減に必要か議論した。また、政策的にもたらされる貿易コストについても、日本におけるセーフガードの影響を、需要関数や価格関数を用いて推定した。セーフガードにより、輸入財価格のみならず国内財価格も上昇するが、輸入財により偏向して上昇しており、国内財に対しては政策による増加率はマイナスであることが明らかになった。

すなわち、セーフガードにより需要が輸入財に偏向し、数量割当下で輸出が可能となる生産者に対してのみ便益が生じていたことを示した。これは、輸入制限政策が、輸入と国内生産者の利害対立のみならず海外生産者間での対立を生じさせている事を明らかにしている。本研究では、国家間・地域間の円滑な取引の阻害要因である貿易コストに関して様々な視点から研究を行った。価格データを用いた際に生じるバイアスの存在を確認し、特に市場ごとの価格付けについて、貿易コストが先行研究で考慮されていないケースでは過小評価されていることを明らかにした。市場取引の変動と貿易コストの関係については、重力モデルを用いて地域間取引と貿易コストの関係を推定した。変動が大きい日次データでも、通常の国際貿易で用いられる重力モデルによる推定が可能であることが明らかになり、生産地と需要地それぞれにおける貿易コストの負担割合についても明らかにした。モデルの一般化と同時に、データの特性を利用して、一般化されていないモデルであっても目的となる仮説を検証可能な形に修正する事を予定している。これにより、より焦点が絞られた研究を行うことができる。これまで入手できていないデータについては、現在入手中であり、それらを実証分析に用いることが出来る形に成形する予定である。モデルの一般化については、近年行われている空間経済のフレームワークを考慮し、解析的な形式だけでなく、数値計算集約的な形で分析できることを試みる。今年度の研究を踏まえ、変動が大きい取引データを用いて、変動要因そのものの分析を行う予定である。これにより、地域間での経済ショックの波及を捉えることができると考えられる。また、国際的な資本財取引についてはデータ整形を行い、基本的な貿易モデルを適用する。国際経済学新規モデルの開発が遅れたため、海外学会報告を今年度は行っていない。また、モデルの開発と同時にデータの入手を行っていたが、データの入手についても2015年度は開始していないため、次年度使用額が発生した。本年度後期に研究成果を得たため海外学会報告を行っていないため。新たなデータの入手を開始し、すでに入手している大規模データと整合的な形で成形する予定である。また、モデルをより限定された形で開発し、実証分析を可能化し、学会報告等を行う予定である。本年度の研究成果および来年度の研究について成果報告を行う。
ダウン症候群精神遅滞発症に関するＣｂｒ１の評価

本課題では、ダウン症(DS)責任領域内遺伝子:Cbr1の過剰発現がDSマウスモデル:Ts1Cjeの異常表現型に及ぼす影響について、Cbr1のみを正常発現レベルに戻したTs1Cje/Cbr1(+/+/-)マウスを作製し解析を行った。今回の解析から、Cbr1の発現量亢進は、Ts1Cjeマウスで見られる低体重や多動、脳室拡大といった異常に直接的には関与しない可能性が考えられるが、その他学習機能低下や酸化ストレスの増加などの異常への関与については未知であり、今後解析を継続していく必要がある。1、ダウン症モデルマウス:Ts1CjeマウスとCbr1遺伝子へテロマウスを交配し、Ts1Cjeマウス、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス、野生型マウスのこれら3群について記憶学習に関連するとされる行動試験を試行した。これら行動試験ではTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの記憶学習機能の改善傾向はないが、個体差が大きく統計処理に十分なデータを得ることができなかった。2、Ts1Cjeマウスで見られる成体神経新生の障害について、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスを用いて変化の有無を調べたが、少なくとも改善の傾向は見られなかった。3、過酸化ストレスのマーカー抗体を用いてTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス脳での変化を調べたが、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス脳では少なくとも改善が見られないことがわかった。しかし、予想と異なる結果が得られているため、さらなるデータの蓄積と検証を行う必要があると判断した。4、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの体重をTs1Cjeマウスと比較したが、Ts1Cjeと同様に体重減少の傾向が見られた。さらにTs1Cje-Cbr1( +/+/-)マウスの脳室拡大の検討を行うためMRIの撮像を行ったが、改善は見られなかった。5、Ts1Cjeマウスでみられる新規環境下における行動異常(行動量増加)についてTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスでの変化を調べた。改善傾向は見られなかった。今回の解析から、Cbr1の発現量亢進はTs1で見られる低体重や多動、脳室拡大といった異常に直接的には関与しない可能性が考えられた。その他学習機能低下や酸化ストレスの増加などの異常への関与については未だ興味深い結果が得られる可能性が残されており、今後も解析を継続していく必要があると考えている。1、ダウン症モデルマウス:Ts1CjeマウスとCbr1遺伝子へテロマウスを交配し、Ts1Cjeマウス、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス、野生型マウスのこれら3群について記憶学習に関連するとされる行動試験:Y-mazetest, Object Recognition testを試行した。現在までのところ、これら行動試験ではTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの記憶学習機能の改善傾向はないが、個体差が大きく統計処理に十分なデータを確保するため引き続き検証を行う。2、Ts1Cjeマウスで見られる成体神経新生の障害について、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスを用いて変化の有無を調べたが、予備的な実験では改善の傾向は見られなかった。平成25年度にデータの蓄積を行い再検討する。3、過酸化ストレスのマーカーである13-HPODE(HEL), 4-HNEを認識する抗体を用いてTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス脳での変化を調べた。結果、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス脳ではより脂質過酸化が悪化している可能性がみられたが、さらなる検証のためデータの蓄積を行う必要がある。さらにTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの脳室拡大の検討を行うためMRIの撮像を行った。データの解析を慎重に行っている。改善傾向は見られていないが、個体差によるデータのバラツキが見られるため更に数を増やして検証する必要がある。平成24年度計画していた実験について、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)

マウスではTs1Cjeマウスで見られた行動学的、生化学的、形態学的に異常は改善されない傾向にあるが、さらに数を増やして検証する必要がある。この結果の検証に向けたデータの蓄積については、マウスの準備をすでに進めている。初年度に引き続き、当該年度においても行動学的、形態学的、生化学的解析についてデータの蓄積を行う。行動試験においては各マウスの個体差によるデータのバラツキが見られるため、慎重に検証を行う必要がある。神経新生の変化についてはデータの蓄積を目標とし、得られた結果の再現性を確認する。また脂質過酸化の検証では、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの脳内で悪化傾向にあるとの結果を慎重に確認する。1、次年度に使用する予定の繰り越し研究費(90000円)がある。平成24年度中に購入した試薬、消耗品が当初計画より安価に入手できたためである。2、Ts1Cje-Cbr1(+/+/-)マウスの行動学的、生化学的、形態学的解析を、Ts1Cjeマウスと比較しながら引き続き行う。これらマウスの維持を行うと共に、記憶学習等に関する行動試験を行う。BrdUを投与しマウス脳スライスを作製し免疫組織学的解析により、神経新生の変化について調べる。また酸化ストレスのマーカーである13-HPODE(HEL), 4-HNEの抗体を用いてTs1Cje-Cbr1(+/+/-)マウス脳での悪化の検証を行う。
電子エネルギー構造を自在に制御したナノ結晶集積膜の作製と光デバイスへの応用

半導体ナノ粒子やナノシートなどのナノ結晶は、そのサイズや形状に依存して特異な光機能性を示すことから、光エネルギー変換材料への応用が試みられている。デバイス応用に際して、それらは主にスピンコートなどにより、マトリクス中に均一に分散した状態で用いられる。本研究では交互吸着法を用いて、これらナノ結晶を配列よく積層し、ナノオーダーでのエネルギー傾斜構造を構築することにより、高効率な光エネルギー変換材料の開発を行った。本年度の研究ではまず、効率的な光エネルギー変換を達成するため、バルク材料において高い光活性を示し、環境調和型の半導体材料として注目されているCu_2ZnSnS_4(CZTS)のナノ粒子化を試みた。各金属酢酸塩と硫黄粉末を、オレイルアミン中、240°C以上で加熱撹拌することで、ケステライト型結晶構造を有する、5-7nmのCZTSナノ粒子を合成することができた。このように合成したCZTSナノ粒子と、チタニアナノシートとを交互吸着法を用いて配列させることにより、膜内部に連続的なエネルギー傾斜構造を構築した。この交互積層膜を光活性層として、電子・正孔の輸送層や電極を取り付けることで、薄膜太陽電池を作製したところ、傾斜構造を構築していない場合と比較して、短絡電流値、開放端電圧値ともに倍以上の特性が発現することがわかった。このことはCZTS粒子/チタニアナノシートが形成する多層の電荷分離界面が、CZTS中に光生成したキャリアの取り出しを促進するためであると考えられる。以上のように、本研究で得られた知見は、半導体ナノ粒子の太陽電池など、光デバイスへの応用において、非常に有用なものである。高品質な粒子を作製し、さらにそれらの物質をうまく配列(組織化)させ、電子的・エネルギー的な相互作用を最大限に引き出すことができれば、材料の特性の向上や新しい機能の発現につながることを示した。半導体粒子はそのサイズが10nm以下になると、粒径や形状に依存して特異な光機能性を示すことから、これを利用した光エネルギー変換素子の開発が活発に行われている。デバイス応用に際してそれら半導体ナノ粒子は、例えばスピンコート法などにより、マトリクス中に均一に分散した状態で用いられてきた。一方で、ナノ粒子の配列や積層構造を制御することで、粒子どうしの集団的な相互作用を発現させれば、分散系にはない新たな機能やナノ粒子の特性を見いだすことができると期待される。そこで、本研究では交互吸着法と呼ばれる手法を用いて、静電的な相互作用により、半導体ナノ粒子を一層ずつ配列制御しながら積層した。これにより膜内部に、これまでの材料にはないナノメートルレベルでのエネルギー傾斜構造を構築した。このような傾斜構造は、層状複水酸化物を単層に剥離したナノシートと粒径の異なる硫化カドミウムナノ粒子とを、透明電極基板上に交互吸着法により積層することで作製した。電極に対してより大きい粒子を積層した電極では、ナノ粒子内で光生成した励起子が、電極へのエネルギー傾斜により効率的に電荷分離することで、電極側からこれとは反対の向きへの傾斜構造を作製した場合と比較して、光-電気変換をおよそ2倍程度高効率化することができた。本研究により確立される交互積層膜の設計指針は、自在なナノ積層薄膜作製法を明らかするとともに、高効率での光の利用を可能にする。従来型の複合材料は、複数の物質を単に混ぜることで機能を補うという設計指針により開発されてきたが、このように物質をうまく配列させ、それらの電子的・エネルギー的な相互作用を最大限に引き出すことができれば、これまでにはない新しい機能が発現するということを明らかにした。
結晶間構造一致を利用した高性能ナノ光触媒材料の創製

無機結晶の非古典的な成長機構として知られるOriented Aggregationは、単一で起こることが稀である。先行研究では、出発原料の溶出速度を制御することで本機構が進行し、良質な結晶が得られることを見いだした。そこで、本機構を任意に駆動させるための設計指針の構築に向けた研究を行った。結晶の核形成速度を考慮し、速度論的に反応性を制御することで、本機構の単一駆動によるNiMoO4-0.75H2Oナノワイヤーの合成に成功した。本ナノワイヤーは、従来のNiMoO4水和物微粒子より高いキャパシタ特性を示した。当該年度では、超高結晶性の二元系酸化物半導体合成の鍵となる、結晶間構造一致(Oriented Aggregation機構)を選択的に引き起こすための条件検討を行った。具体的には、Ag2Mo2O7における先行研究のように、出発原料の溶解度を利用する手法だけでなく、均一溶液からOriented Aggregation機構を選択的に引き起こすことを主眼とした。その結果、次世代のスーパーキャパシタとして注目されているNiMoO4の水和物の中でも、報告例の少ないNiMoO4・0.75H2Oのナノワイヤー構造体を結晶間構造一致により合成し、本物質がAg2Mo2O7と同様、極めて高い結晶性を有していることを高分解能電子顕微鏡像より明らかにした。高品位なナノサイズの無機結晶を得るための指針として、Oriented Aggregation機構(OA機構)を「汎用的に」単一駆動させるための条件を調査した。先行研究では、核形成速度の速いモノクリニック相のAg2Mo2O7をOA機構で結晶化させるには、出発原料の溶解度を制御することが重要であることを明らかにした。本研究では、次世代のスーパーキャパシタとして注目されているNiMoO4の水和物の中でも、報告例の少ないNiMoO4-0.75H2Oの核形成速度が著しく遅いことに着目し、OA機構による結晶化を検討した。その結果、合成温度を低下させるとOA機構により結晶化が起こることがわかった。つまり、OA機構を単一駆動させるには、目的物の成長速度の見極めと、それに伴う速度論的制御が重要であるとの結論に至った。得られたNiMoO4-0.75H2OはAg2Mo2O7と同様、極めて高い結晶性を有しており、従来のNiMoO4の水和物よりも高いキャパシタ特性を示した。Ag2Mo2O7は核形成速度が著しく早いため、MoO3を用いてモリブデンイオンの反応系中への溶出速度を下げることで均一なサイズの一次粒子形成を促進し、Oriented Aggregationを引き起こすことができた。一方、NiMoO4・nH2Oは通常、水熱条件(> 150°C)下、高温・高圧で合成されるため、核形成速度はAg2Mo2O7に比べて遅いと判断した。汎用的に用いられている、水への溶解度の高い(NH4)6Mo7O24とNi(NO3)2を用い、100°C以下、常圧で合成することで、Oriented Aggregation機構により結晶成長が起こり、良質な結晶性のNiMoO4・0.75H2Oナノワイヤーを合成することに成功した。核形成速度を制御し、一次粒子のサイズ分布を小さくすることがOriented Aggregation機構による超高結晶性の二元系酸化物合成に重要であることが明らかとなり、均一溶液中においても結晶間構造一致を選択的に引き起こすための具体的な方針についての目処が付いた。無機化学ナノサイズのMnMoO4に関する合成例は少ないため、(1)硝酸マンガンと酸化モリブデンを用いた懸濁系、および(2)硝酸マンガンとモリブデン酸アンモニウムを用いた均一溶液をそれぞれ還流し、Oriented Aggregation機構を経由した超高結晶性のMnMoO4ナノワイヤーを合成する。得られたナノワイヤーを用い、光触媒反応を検討する。購入物品の納品は3月に行われたが、支払が4月(次年度)に行われたため。当該経費の執行は完了しているため、次年度に請求した助成金を研究計画にしたがって執行する。
嗅覚の後天的発達可能性の探索及び嗅覚障害併発疾患の新規治療法開発研究

近年、我が国では認知症の治療効果をはじめとして、匂いの持つ機能性(嗅ぐことによって心身に与えられる影響)に注目が集まっています。しかし、特に脳に対する機能性についてメディア等で広く知られている状態にも関わらず、匂いが脳のどのような部位に作用するかや、個々人の体質によって効果に差があるのかははっきりと分かっていません。そこで、脳機能イメージング技術を用いて匂いが脳のどのような場所に影響を与えるかを可視化しました。さらに匂いによく触れる機会がある人について、匂いが脳に与える影響が異なることも観察しました。この結果を活かし、匂いによる機能性がより有益かつ効果的に利用される為の一助となれば幸いです。fNIRS等における追加試験により、一定の傾向が得られた為、結果について「脳の特定の場所の活動を賦活又は抑制する経鼻的脳機能調整剤」として2013年8月21日に特許出願を行った。この結果は少数例ながら、脳の原始的な機能活性の短期的な調整を、匂いだけである程度調整可能と思われるという点で重要であると考えている。これまでの結果から、仮説として匂いの脳機能への影響は、1前頭前野近傍部刺激型、2側頭部近傍刺激型、3側頭部近傍鎮静型、4混合型、5弱影響型のように分類できると仮説づけた。さらに、来年度ポータブルfNIRSの導入を行うことを検討している。また昨年開発の匂い曝露装置の耐久性とソフトウェア上の問題で、fMRIに使用前に改良または代案を検討することを余儀なくされた為、現在は島津製作所製FF-2020S付属の定量的なガスチャンバーをfNIRS、fMRIに応用できないかを検討している。(現在はfMRIの設備入れ替えに伴い、実験が行えない為休止しているが、6月程度に再開する予定である。)最終的に、fNIRS、fMRIの両技術を用いて、「香りを職業として扱う人々(調香師、香道家、アロマセラピスト等)」と「一般の健常成人者」との間に脳の活性部位が著しく異なるところがあるかを調査することを来年度の目標としている。尚、課題として既にfNRISの実験上で、順序効果(匂い提示時の前後の匂いの影響)が、現在のモデルでは避けられないのではないかという指摘があった為、これをクリアする為に単一試験を繰り返すかどうかについて検討している。交付決定額の関係上、研究に使用する装置について自己開発を行うこととし本年においては主たる装置の開発を中心的な研究内容とした。装置の制御系としてStandard MIDI Fileが簡便であったため採用した。装置は形状上、1)コンプレッサー部(エアー放出部)、2)エアー分岐部、3)匂い物質チャンバー部、4)エアー制御弁部、5)エアー合流部、6)酸素マスク装着部、の6部位を作成した。また制御系が正常に作動しているかを検討する為のLEDライト部も設けた。3)部位における匂い物質チャンバーは6チャンネルとし、内1チャンネルを匂いのフラッシングに用いることとした。尚、装置の基盤等については既存部品をなるべく使用することとした。また制御ソフトウェアは今のところ信号の手動制御による制御を採用した簡便なものを用いているが、来年度以降に制御系の見直しを行う。作成した装置について予備調査を行い本装置が本課題の実施に問題なく使用できるかどうかを検討した。(同時に脳表層部に対する匂いの効果を検討した。)使用機材としてfMRIの検討前に、使用が比較的容易で時間的制約を受けづらいfNIRS(機能的光トポグラフィー)装置を採用し、データを収集した。データ収集のプロトコルとしては、fMRI実験と同様にブロックデザインを採用し、匂い吸入直後から30秒の間の脳活動の変化について検討した。結果として、5種の香料についてそれぞれが脳活動に有意に影響を及ぼした。部位としては特に前頭眼窩野がその特徴的な部位であることを示した。これらの研究結果に伴う次年度の課題としてチャンバーに匂いが付着する可能性と、エアー流路におけるテフロンチューブの長さによって、匂いが嗅覚受容器に到達するまでに若干のタイムラグが生じること等が判明した。次年度はこれらの問題点の解決をすると共に、fMRIにおける脳深部の脳活動変化を検討する。近赤外分光分析(島津製作所製fNIRS: functional near-infrared spectroscopy)および単極脳波計(フューテックエレクトロニクス製FM-929)を用いて、健常一般職成人対象者群(一般職群)と匂いを職業上頻繁に利用する健常成人対象者群(芳香職群)とで匂いに対する反応性に変化があるか否かについて検討した。結果としてfNIRS上では、一般職群が匂いに対しては前頭前野近傍部の反応性が顕著に賦活される傾向にあるのに対して、芳香職群では側頭部の反応性が有意に賦活されていた。機能的には前頭前野近傍部は多くの匂いによって賦活される一般的な部位であり、側頭部の活動性の賦活は陳述記憶や情緒・感情と密接な関わりがある。このことから、匂いに慣れ親しむという経験は、匂い刺激を受けた場合の脳の反応性に影響を与え、特に匂いの知識によってバイアスがかかる可能性を強く示唆するものと考えられる。以上より、脳が匂いの環境要因によって、後天的に変化する可能性が強いことを示唆したものと考えられる。これまでの検討で、以下の点が明らかになった。1:匂いの脳内における反応性には再現性があり、同様の匂いによる反応部位は予測可能である。