hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝臓外科において手術侵襲を軽減する手術手技の開発

手術中動脈血中ケトレ体比(AKBR)を測定し,手術侵襲の程度を測定してみたが,すでに,報告してきた如く多くの手術手技により、AKBRが低下するが,丁寧な操作によりそれが軽度ですむこと,手術時間,出血量が少ないほど、侵襲度が低いことなど常識的には当然と考えられる結果となった。計画の初期に準備した体外循環を用いる肝切除術(Veno-venous bypassによる手術)は,現在,教室で行っていて生体肝移殖術でのドナー肝の摘出の手術を用いると、殆んどの症例でBypassを必要とせず安全にかつ、侵襲度を少なく切除可能となってきている。その内容は、考案した生理食塩水を滴下しながら行う双極メスの健用とCUSAの健用によるところが大である。一方、経門脈的投与の研究は,実際には患者さんに異物を入れることになり、informed concentを得ても術後の評判が悪く多くの症例には実施できていない。また、T_3は注射等調整がむつかしく安定した、力価のものが得がたく、内服可能な人にのみ実施中である。動物実験においては、より広範囲の肝切除が可能となるように下大静脈,肝静脈もともに切除し、人工血量により置換する方法を考案し、実験を開始している。この際も必ずしも、active veno-veno bypassを必要とせず、passive bypassにより充分AKBRの低下を阻止できている。
複雑液体における構造形成の大規模シミュレーション

高分子の構造形成機構を分子レベルで解明するため、我々は1本当り20個のセグメントから成る100本の短い高分子鎖の分子動力学(MD)シミュレーションを行った。鎖状高分子のモデルとして、最も単純な内部構造を持つポリメチレン鎖を用い、分子力場として、DREIDINGポテンシャルを使った。また、メチレン(CH_2)は、一つの質点として扱った。先ず高温(700K)でランダムは配位を作り、次にそれを様々な温度に冷却した。局所配向秩序を調べるため、我々は「クラスタ」の概念を以下のように導入した。つまり、2本の鎖が互いに隣接し、かつ同じ方向を向いているとき、それらは同じクラスタに属するとした。シミュレーションで得られたデータから、このように定義されたクラスタを抽出し、グラフィック・ワークステーションで可視化を行うことにより、また、大域的配向秩序パラメタの時間変化を調べることにより、以下の新しい結果を得た。1.高温(700K)でランダム状態にある高分子鎖を冷却することによって、配向秩序構造が形成される。また、得られた構造は、六方充填構造である。2.局所配向秩序クラスタは、段階的に成長する。3.大域的配向秩序構造の形成も、クラスタの成長に関連して段階的に進行する。今後は、絡み合いの存在する長い高分子鎖の場合に、どのような構造形成過程が見られるかを調べる。また、結晶成長面に高分子鎖が取り込まれて結晶成長する過程のMDシミュレーションも行うつもりである。
超塑性セラミックス粉末を用いる固体酸化物型燃料電池用電解質-電極の一体成形加工

傾斜機能を持ち合わせた超塑性セラミック薄膜の成型に注力した。昨年までに選定した分散剤(溶媒)によって一般の顔料系インクと同等あるいは本研究のにおける塗布条件に適する分散性を有する配合を調査し、インクジェットヘッドから独自に配合した超塑性セラミック顔料インクが塗布が可能であろう条件を見出せた。また、塗布するための被接合材の選定・調査を新たに追加した。インクジェットヘッドによるインク塗布とその後の接合実験において高温状態での超塑性セラミック薄膜の挙動の安定化を両立する被接合材の選定をし、選定条件を見出せた。超塑性セラミックを1450°C(1723K)以上で超塑性変形させるために昨年度に選定・設計した、高温発熱体ユニット及び成形のための高温圧縮用SiC(炭化珪素)製冶具を組み合わせた。本年度においては高温ユニット中で高精度な短軸圧縮が可能となるように再設計し、高温温度センサ、圧縮型ロードセルによる成形時の応力測定機能のPCへの統合を追加し、そのための機構を再検討した。当初の実施計画においては"中間材とZrO_2系セラミックス"また"中間材と白金"の接合を実施し、良好な接合条件が確定した時点で"ZrO_2系セラミックス-中間材-白金"の接合(同時・あるいは2段階)を実行する予定であったが、中間材とZrO_2系セラミックスを連続的な特性とする傾斜機能を有するセラミック薄膜の成型に手間取り、また接合装置の改修においては高温中での高精度な短軸圧縮の再設計が進まず、当初の計画全体を達成することができなかった。しかしながら、本研究成果の一部は、日本高専学会誌論文特集号,第12巻2号に投稿するなど、一定の成果を得た。まず、残留応力を抑制する傾斜材料とするため、セラミック薄膜も独自に開発することを研究内容に追加した。インクジェット技術の応用を考え、既存の(1)インクジェットヘッドから塗布が可能な粒径(ここでいう粒径は結晶粒径ではなく焼結体とする前段階の"顆粒状態"での粒径)であること(2)焼結性を考慮しジルコニア粉末に東ソー製TZ-3YBジルコニア/アルミナ複合材粉末にTZ-3Y20ABを選択した。また、一般的に用いられているようなインクジェットプリンターのインクジェットヘッドからセラミックス粉末を塗布するために溶液状態にするために分散剤(溶媒)の選定をした。一般の顔料系インクの分散剤(溶媒)はH_2O等であるが、ジルコニア粉末は密度が高く沈殿を極力抑制するために、エチルアルコール系、エチレングリコール系、ポリカルボン酸アンモニウム系を分散剤として検討し、その配合を調査した。最適な配合は未だ得られていないが、インクジェットヘッドから塗布が可能であろう条件は見出せた。TZ-3YB及びTZ-3Y20ABは1450°C(1723K)以上で超塑性変形するため、一体成形のために大気中で1550°C(1823K)に約30minで到達する高温発熱体ユニット及びその周辺機器を選定した。また、成形のための高温圧縮のためにSiC(炭化珪素)製圧縮冶具を設計した。この高温発熱体ユニットと圧縮冶具を組み合わせることで接合と成形を同時に加工が可能になると考えられる。現在はまだ、高温ユニットの性能のみ確認できたが、その他温度センサー、圧縮型ロードセルによる成形時の応力測定機能を追加し、昇温と圧縮成形を自動で制御を行なうほうが加工条件を細かく調整できることが分かり、そのための機構を検討する必要性を見出せた。
TCA回路の部分阻害がエネルギー代謝に及ぼす影響の検討

現代のエネルギー代謝疾患の増加は、ヒトのエネルギー代謝システムが近代のエネルギー需給バランスの急激な逆転に適応できなかった結果である。TCA回路は高い効率を有する洗練されたシステムではあるが、細菌などの下等生物細胞ではこれに依存しないエネルギー産生経路も発達している。クエン酸合成酵素(CS)遺伝子ノックアウト(KO)マウスを作成・解析し、同回路阻害による各エネルギー代謝経路への影響の検討し、同回路を補佐する代替エネルギー供給経路の検索、代謝疾患の病態生理との関係の検討を行った。本KOマウスはホモ欠損マウスが胎生致死であったが、ヘテロ欠損マウスについてはCS酵素活性が半分であることが判明した。エネルギー産生の低下したマウスにおいて基礎代謝、代謝性疾患の感受性、危険因子の発生、動脈硬化惹起性にもたらされる影響は、ライフスタイルと生活習慣病において重要な知見をもたらすと期待される。ヘテロマウスを基礎状態ならびに高糖高脂肪食で長期間飼育したところ、耐糖能・脂質・ケトン・乳酸・アミノ酸などのエネルギー代謝経路に様々な修飾が加わっていることが判明した。また肝・筋・脂肪などの組織のエネルギー代謝関連遺伝子の発現にも影響を及ぼしていることが示された。今後は、本マウスを利用して、胎内致死に至る前のホモ欠損マウス、および野生型マウス胎児よりそれぞれ胎児繊維芽細胞(MEF)を得て、エネルギー産生能、ATP, ATP/AMP比、解糖系、脂肪酸酸化系の活性、インスリンシグナル、エネルギー代謝関連酵素ならびにその支配転写因子の発現量、細胞分裂速度、細胞分裂可能な回数、酸化ストレスならびに老化の指標を比較する。これらを通して同回路修飾を標的にした創薬や遺伝子治療による代謝疾患の抜本的治療法開発など、本研究を端緒にした多くの可能性が開けるはずである。TCA回路は高い効率性を有する洗練されたシステムではあるが、細菌などの下等生物細胞においては、必ずしもこれに依存しない嫌気的発酵などのエネルギー産生経路も発達している。一般に高等生物ほどTCA回路への依存度が高まり、ヒトでTCA回路構成酵素群の欠損症が極めて稀で、大部分は胎生致死と思われることからTCA回路が哺乳類生存に極めて重要であることが予想される。しかし実はこれまで、同回路が哺乳動物において、真に必須経路であるかどうかは証明されていなかった。今回、ヘテロ欠損マウスは完成し、ホモ欠損マウスは予想通り胎生致死であることが判明した。このこと自体、生物学の根本的課題として大きなインパクトを有すると考えられる。解析対象のヘテロKOマウスにおいて、目的遺伝子の発現阻害は転写・翻訳・機能レベルで確認できた。その表現形解析を通して、各種生理的・病的状態のエネルギー代謝における、TCA回路の意義解明を実施している。現在胎内死亡時期が確定され、さらに他のエネルギー代謝関連遺伝子ノックアウトマウスとのダブルノックアウトマウス・プロジェクトも進行中であり、同回路の部分阻害による各エネルギー代謝経路への影響の検討、同回路を補佐する代替エネルギー供給経路の検索、代謝疾患の病態生理との関係の検討を行っている。

本KOマウスはホモ欠損マウスが胎生致死であったが、ヘテロ欠損マウスについてはCS酵素活性が半分であることが判明した。エネルギー産生の低下したマウスにおいて基礎代謝、代謝性疾患の感受性、危険因子の発生、動脈硬化惹起性にもたらされる影響は、ライフスタイルと生活習慣病において重要な知見をもたらすと期待される。ヘテロマウスを基礎状態ならびに高糖高脂肪食で長期間飼育したところ、耐糖能・脂質・ケトン・乳酸・アミノ酸などのエネルギー代謝経路に様々な修飾が加わっていることが判明した。また肝・筋・脂肪などの組織のエネルギー代謝関連遺伝子の発現にも影響を及ぼしていることが示された。今後は、本マウスを利用して、胎内致死に至る前のホモ欠損マウス、および野生型マウス胎児よりそれぞれ胎児繊維芽細胞(MEF)を得て、エネルギー産生能、ATP,ATP/AMP比、解糖系、脂肪酸酸化系の活性、インスリンシグナル、エネルギー代謝関連酵素ならびにその支配転写因子の発現量、細胞分裂速度、細胞分裂可能な回数、酸化ストレスならびに老化の指標を比較する。これらを通して同回路修飾を標的にした創薬や遺伝子治療による代謝疾患の抜本的治療法開発など、本研究を端緒にした多くの可能性が開けるはずである。
確率微分方程式の高次弱近似を可能にする数値解法とその数理ファイナンスへの応用

数理ファイナンスなど様々な分野において確率微分方程式の計算の高速化が必要となっている。楠岡が提案した高次弱近似手法(楠岡近似)は理論上これを実現するものであり、研究代表者と二宮(祥一)はこれを実行するためのアルゴリズム(NNアルゴリズム)を構築した(2009)。本研究ではその理論研究と数値実験を行った。理論研究により、NNアルゴリズムの中で用いられる確率変数の分散共分散行列の満たすべき条件式の数を減らせる可能性を発見した。また、NNアルゴリズムの中で用いられている積分手法の拡張可能性を証明した。また、数値実験により楠岡近似の適用範囲の拡大を行った。更に、実務における楠岡近似の普及を念頭にソフトウェアライブラリを作成、公開した。本研究の目的は確率微分方程式(SDE)の高次弱近似による数値計算の高速化とソフトウェアライブラリの提供であるが、研究を進めるにあたり、その先の実務への応用を視野に入れた。研究代表者は、楠岡によって提案された高次弱近似手法(楠岡近似)の枠組みを実現するアルゴリズム(NNアルゴリズムと呼ぶ)を既に(二宮--二宮, 2009)発見していた。このアルゴリズムと二宮(祥一)--Victoirによるアルゴリズム(NVアルゴリズムと呼ぶ)は、いかなるベクトル場であってもSDEを決定するベクトル場さえ与えれば近似を正しく実現するという特徴があるため、汎用のソフトウェアライブラリを作ることができる。平成23年度にそのNNアルゴリズムを含む全3種類のアルゴリズムのライブラリ化を行ったが、平成24年度はそのライブラリの改良とアルゴリズムの拡張を目的として以下に述べる実績を上げた。平成23年度に作成したライブラリにおいては、NNアルゴリズムを用いる際は必ず高次Runge--Kutta法が適用されていた。NNアルゴリズムは高次Runge--Kutta法を適用することでいかなる問題に対しても計算が実行できるという汎用性と頑健性を持つためである。しかしSDEによってはそれを定めるベクトル場の積分が陽に求まる場合がある。そこで平成24年度は、与えられた問題によっては高次Runge--Kutta法を経由せずに計算を実行できるようライブラリを改良した。平成23年度に、本来の楠岡近似の適用対象外であったバリアー型オプションへの楠岡近似の適用を目的として、killing functionを用いた計算を行った。そこで得られた結果は精度が非常に高いところでの議論であるため、結論を述べるには更なる計算が必要であると考え、平成24年度はその計算データを集めることを目的に一様分布列を変えるなどの方法で大量の計算を行った。確率微分方程式の高次弱近似による数値計算の高速化が本研究の主要な目的である.研究代表者は既に楠岡によって提案された高次弱近似手法(楠岡近似と呼ぶ)の2次のアルゴリズム(KNNアルゴリズムと呼ぶ)を構築していたが、その普及と改良、またその為に必要な理論研究と数値実験が平成23年度の目的であった.以下では実施計画に沿った順に実績を報告する.KNNアルゴリズムにおいて、抜き出したODEに対して陽的Runge--Kutta法を用いてきた.しかしモデルによっては陰的Runge--Kutta法を用いることにより計算速度の高速化の可能性があるのではないかと考え、まずはその適用可能性の証明を平成23年度に行った.楠岡近似の、KNNアルゴリズムよりも高次の(すなわち2次よりも高次の)アルゴリズムの構築を念頭にした理論研究においては、確率変数の共分散行列の満たすべき条件式(連立方程式)の冗長性を23年度に発見した.これにより条件式は大幅に減らせることにはなるが、最終的には連立方程式が解を持つために必要な次元を求めなくてはならない.その判定には膨大な計算時間がかかることも分かった.楠岡近似はもともとリプシッツ連続な関数をその適用対象としている.その適用範囲をバリアー型オプションにまで広げるため、本研究においてkilling functionによって境界条件に対するhitting probabilityを与えることで楠岡近似をバリアー型オプションの価格計算に適用した.その結果,単純なモデルにおいてはヨーロッパ型に適用した場合とほぼ同じオーダーの近似を達成した.KNNアルゴリズム、NVアルゴリズム(楠岡近似に対する2次のアルゴリズム)、1次弱近似のEuler--丸山法を盛り込んだライブラリの作成、公開、発表を行い実務家や研究者からの非常に大きな需要を確信することができた.以下、研究実施計画に沿って達成度を説明する.結論から言うと、1.の数値計算以外に関しては計画通りまたはそれ以上の達成度と言える.1.一般的なRunge--Kutta法の適用可能性についての証明は完成したが、数値計算を行うまでに至っていない.2.高次弱近似の為の確率変数に関する理論研究においては、ベクトル場の特徴などから共分散行列の満たすべき条件式の数を大幅に減らせることがわかった.これにより、更に高次の弱近似を目的とした確率変数の満たすべき分散共分散行列の構築の可能性も出てきたことになる.

これが実際に可能となれば、楠岡近似の3次の弱近似アルゴリズムの開発の達成となる.3. 1次元のバリアー型オプションに対するKNNアルゴリズムの適用の数値計算を行い、予想以上の精度を達成する結果を得た.4. KNNアルゴルリズムと、その他2種類の弱近似(NVアルゴリズムとEuler--丸山法)の数値計算ライブラリを作成し、ドキュメンドと共に公開した.KNNアルゴリズムのライブラリの公開の際、実務や研究における需要があるという手応えを感じたため、今後は以下のような方針での研究の推進を考えている.KNNアルゴリズムでは、ODEの抜き出しの際に扱うベクトル場が複雑な形をしていることから、Runge--Kutta法の適用を前提としている.しかし数値計算における大きな問題は、モデルが少し複雑になるとRunge--Kutta法による近似にかかる時間が莫大になることである.近似精度が同じ2次であるNVアルゴリズムでは比較にならないほどの差が出る.これまで研究代表者は楠岡近似の利点である「モデルに依存しないアルゴリズム」ということに的を絞ってきたが、計算時間の問題は実務家にとって非常に大きなものであるため、今後のKNNアルゴリズムの更なる普及の観点から、Runge--Kutta法を回避できるモデルにも着目していく必要があると考える.最近、Friz--Bayet--LoeffenによるNVアルゴリズムを対象とした閉形式解法の手法がNNアルゴリズムにも適用できることを二宮(祥一)・久保により発見された.この手法が適用できる場合, NNアルゴリズムにおいてRunge--Kutta法を回避できることになる.このようなモデルを扱えるライブラリの開発を進め、更に実務家や研究者等が自らそのようなモデルを発見した場合に即座に計算が行える環境を整えていきたい.バリアー型オプションに関する研究において、1次元のモデルに対して楠岡近似を用いた数値実験を行ったが、予想を越える近似精度が出た.その原因はモデルの単純性とhitting probabilityの近似精度であると思われる.今後は数値実験をさまざまなモデルに対して行うことで,楠岡近似の適用可能性と方法を探りたい.23年度に行ったライブラリの発表は所属機関で行うこととなったため、旅費は使用せずに済んだ.また、数値計算を行った時期が年度末に近かったため、年度内の物品の購入を控えたことにより未使用分が発生した. 23年度のライブラリの発表の結果、楠岡近似の実用化の必要性を強く感じたため、24年度は上で述べたような数値実験と理論研究に重きを置き、23年度未使用分の直接経費と次年度の直接経費は、主に膨大な数値計算において平行してプログラムを回すためのPCの購入と、書籍の購入に充てる予定である.
国語科読書指導における〈理解〉の深化に資する形成的評価に関する実証的研究

本研究は、国語科読書指導における効果的な教育評価のあり方を実証的に明らかにすることを目指したものである。まず、理論的な枠組みを設定するために、米国における理解するための方法に関連する書籍を訳出・分析した。この検討により、児童に理解方略の使用にかかる責任を段階的に委譲する指導モデルが有効であると考えられていること、理解するための方法と理解の成果を区別して、児童たちが表現することができるようにすることが、自立した読者へと成長していくうえで重要であると考えられていることを明らかにした。次に、こうした知見をもとに、検証授業(小学3年生対象)を実施した。実践を進めるうえで、一人ひとりの児童との対話を通した形成的評価を行っていくことにより、児童の読んだ作品についての理解についての記述量が増え、その内実も表面的な理解からより深い理解を示すものへと変化することができるようになることが明らかになった。この際、児童自身が自分の使った理解するための方法を特定するとともに、理解するための方法を用いることがどのような理解の成果をもたらすことになったのかを分けて発言させたり記述させたりすることが有効であると考えられた。最後に、実施した検証授業での発話記録や児童の記述をもとに、理解するための方法の使用の効用について分析した。この分析において、継続的に上述のように理解するための方法と理解の成果を分けて発言したり記述したりするように指導したことにより、児童たちは自分たちの読書行為において理解構築パフォーマンスの内実を特定したり、理解の成果の内実をより具体的に説明することができるようになっていることが明らかになった。と同時に、連続的な理解構築パフォーマンスを適切に特定することが難しい場面が多く見られた。このことから、今後は対象学年に応じた分析のあり方について、教師の関わり方を含めてより明らかにしていきたい。
位相を意識した日本語使用を促す学習支援システムの研究

社会で用いられている言語にはさまざまな変種があるが,日本語学習者が教室で接する日本語の種類は,中立的で限定的であることが多い。本研究は,場面や効果を考えて上手に日本語のバリエーションが使える学習者の育成を大目標に,学習支援システムを作成した。3つの言語行動「確認する」「意向を訊く」「申し出る」について,動画の視聴,短い会話形式の練習,表現選択の課題,口調・音調の適切性判断課題を盛り込んだ。また,役割語の使用例動画も提示した。本研究は,日本語学習者が日本語の種々の位相を意識し,場面や効果を考えてスピーチレベルや表現を選択使用することができるよう支援することを大きな目的としている。具体的には,日本語学習者用教材に多く見られる中立的で限定的な言語バリエーションの枠に入らない例も提供して学習リソースを豊富化することと,伝達のスキルおよびストラテジーに配慮して,特に音声面の実現に力点を置いている。それに加えて,伝達スキルや役割語の使用に関する評価調査を行うことも,研究目的の1つとしている。平成22年度は,システムの基盤作りと,役割語などの言語バリエーションに対する評価調査の実施を中心に研究を行った。1つめのシステムの基盤作りでは,コースウェアに盛り込む内容を中心に検討を行った。これまでほとんど教材化されていない役割語の使用に絞ってリソースを準備しても,学習者のレディネスと乖離するおそれがあるため,学習内容の配置については慎重に検討する必要がある。学習内容すべてを決定したわけではないが,入り口としては,学習者に馴染みのある依頼や指示などの機能を持つ会話で,従来型の仕事や勉学の場面から,これまであまり例がなく,役割語の使用可能性のあるトランプ遊びの場面まで広がりを持たせてみることとした。言語バリエーションに対する評価調査は,小規模な予備調査を実施してみたところ,学習者も日本人も,文字データや音声刺激だけではイメージがまちまちになることがわかった。よって,調査を実施するために,その刺激となる会話についての検討を行い,教材リソースと併せてビデオ映像を作成した。結果的に,本格的な調査の実施は23年度に持ち越すこととなり,研究成果発表も来年度以降のこととなった。社会で用いられている言語には,さまざまな位相に対応した変種があるが,外国語として学ぶ場合,学習者が接する言語バリエーションは,中立的で限定的であることが多い。本研究は,日本語学習者が日本語の種々の位相を意識し,場面や効果を考えてスピーチレベルや表現を選択使用することができるよう支援することを大きな目的とし,以下の3点を具体的な目標としている。1.社会的位相に即した適切な表現選択のためのリソースの豊富化2.伝達のスキルおよびストラテジーに配慮したリソースの作成3.伝達スキルや役割語の使用に関する評価調査平成23年度は,1については,2つの場面で「意向を訊く」「希望を言う」および「確認する」という3つの言語行動に焦点を当て,社会的位相の違いによるバリエーションを提示・練習するためのコンテンツを作成した。このコンテンツについては,ウェブ上での公開について協力いただくNPO法人科学協力学際センターのホームページに合わせて,プラットフォームの差し替え等を行っており,近々公開する予定である。2と3については,東日本大震災の影響で,ビデオクリップの編集に予想外の時間がかかってしまい,調査やコンテンツ作成に着手することができなかった。これについては,24年度に実施できるよう研究計画を改変した。本研究に関連しての研究発表としては,シンガポール国立大学で行われた教材に関するシンポジウムにおいて,現在の学習者に合せた日本語教材の開発について,本研究で考えているあり方を基調に論じた。最終年度の今年度は,社会的位相に即した適切な表現選択のためのリソースの豊富化を中心に教材開発を実施した。昨年度作成した「意向を訊く」「希望を言う」「確認する」という言語行動に「申し出る」を加え,豊富化を図ったが,教材の利用者である学習者から「希望を言う」は練習がしにくいという指摘があったので,リソースの豊富さよりも,位相を意識した日本語使用を促すことを重視して,「申し出る」「確認する」「意向を訊く」という3つに絞った展開とすることとした。相手との関係や場面を踏まえて,適切な言語表現(主にスピーチレベル)を選択・表出する力を養うためのリソースと発話練習,適否判断練習を作成した。一部は現在ウェブからアクセス可能であるが,昨年のデータとの調整を行っているため,全体が稼動するのは,5月半ばの予定である。なお,9月末には東北大学で開催されるワークショップで実演・発表する。もう1つの眼目である伝達スキルや役割語の使用に関する評価調査については,調査用の映像の作成が難しく,調査に至らなかった。

特に「りきみ」や「空気すすり」などの音声的な技巧に関しては,自然で明示的な映像データを得るのが大変難しい。会議や発表など,実際の場面での映像を集めた上で,プロの演技者を得る必要があろう。一方,発話者本人の位相とは異なる役割語が使用されたリソースについては,3つの映像を作成した。この映像は,ウェブ上で公開するが,3つでは不十分であり,調査は今後の課題である。東日本大震災の影響で,「役割語」などの伝達スキルやストラテジーを用いたコンテンツ部分についてのビデオクリップ編集に予想以上の時間がかかってしまったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画では「役割語」など,これまで学習者にあまり提供されてこなかったタイプのリソースについては,学習者に対して評価調査を行い,その結果を踏まえて教材化する手順で考えていたが,計画が遅れたため,こうした中立的でない言語リソースについても,まずウェブに載せられる形にした上で,ウェブを利用して評価調査を実施することを検討している。
エキソソームを用いたアルツハイマー病の早期診断法の開発と予防法の確立

超高齢社会の到来によりアルツハイマー病が急増しており、現在、進行が軽度な時期からの治療の開始が重要と考えられている。本研究では三重大学医学部附属病院を受診した軽度のアルツハイマー病患者を対象とし、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動法(2D-DIGE法)を用いて、アルツハイマー病患者血漿中で発現量が減少した5種類のタンパク質と増加した2種類のタンパク質を同定した。また、血漿エキソソームを用いたバイオマーカーの探索においては、検診にも応用可能な少量の血液からゲル濾過カラムクロマトグラフィーを用いてエキソソームの回収を行い、タンパク質の同定を行った。アルツハイマー病(AD)は、認知症の原因の約7割を占める神経変性疾患であり、今後も患者数は増加すると予想されている。しかし、ADの根治的治療法は確立されていないため、早期発見が重要である。本研究では、低侵襲で検診にも利用可能な血液や尿を利用した診断法を確立するため、AD患者の血漿を用いてプロテオミクス解析を行い、ADの診断に利用できるバイオマーカー候補の探索を行う。本年度は、三重大学附属病院を受診した軽度AD患者(55-81歳、男性2名、女性7名)と健康診断を受診した健常者(55-69歳、男性2名、女性8名)の血漿を用いてタンパク質の発現量変動を蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動(2D-DIGE)法により解析し、MALDI-TOF/TOF/MSを使用した質量分析法によってタンパク質を同定した。その結果、健常者と比較して有意に発現量が増加したスポットは58個あり、減少したスポットは49個であった。これらのスポットから8種類のタンパク質の同定に成功した。発現量が増加したタンパク質はフィブリノーゲンγ鎖、アポリポプロテインA-IVであり、発現量が減少したタンパク質はプラスミノーゲン、アファミン、キニノーゲン-1、α-2-HS-グリコプロテイン、補体C1、アポリポプロテインA-Iであった。これらのタンパク質のうち、α-2-HS-グリコプロテイン、アポリポプロテインA-I、フィブリノーゲンγ鎖、アポリポプロテインA-IVは、ADの脳脊髄液中の変動と同様の傾向を示していた。従って、これらの血漿中タンパク質の発現量の変動がADの早期診断バイオマーカーとして利用できる可能性が示された。超高齢社会の到来により認知症の患者は2025年には700万人(高齢者の約5人に1人)まで増加すると予想されている。その中で、アルツハイマー病(AD)は、認知症の原因の約7割を占める進行性の神経変性疾患である。臨床的にADと診断された時には既に症状が進行しているため、ADを早期に発見し進行を遅らせることは非常に重要である。ADの診断にはPETやMRIが利用されているが、高額であるため早期のスクリーニング的手法としては不向きである。そこで低侵襲で簡便に利用できる血液や尿のバイオマーカーを利用した早期診断法が必要である。直径40-100nmの微小な小胞体であるエキソソームは神経細胞間の情報伝達に関わると報告されている。さらに疾患に関連する細胞から放出されたエキソソームは血液や尿など全身にも存在していることから、血液中のエキソソームに含まれるタンパク質にはADの進行と関係しているものがあると考えられる。本年度は、三重大学附属病院を受診した軽度AD患者と健康診断を受診した健常者の血漿からエキソソーム画分を回収した。次いで、エキソソーム画分からタンパク質を抽出し、それらの発現変動量を2D-DIGE(蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動)法により解析し、MALDI-TOF/TOF/MS(マトリクス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計)によってタンパク質を同定した。その結果、同定されたタンパク質のうち2つは、補体経路の調節に関与していた。ADでは補体経路の活性化が報告されていることから、エキソソーム中のこの2つのタンパク質の発現量の変化はADと関連し、バイオマーカーとして利用できる可能性がある。27年度は、三重大学附属病院を受診した軽度AD患者10名とJA三重厚生連いなべ総合病院健診センターを受診した健常者10名の血液からエキソソームを単離し、タンパク質を抽出した。その後、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動を行い、軽度AD患者と健常者で有意に変動しているタンパク質スポットについて解析ソフト(DyCyder)を用いて解析した。その結果、電気泳動像が不鮮明な軽度AD患者1名を除き、軽度AD患者群でコントロール群に比べ発現量が増加したスポットは118個であり、減少したスポットは105個であった。これらのスポットのタンパク質を同定するため、二次元電気泳動後のゲルをCBB染色液で処理し、飛行時間型質量分析計で解析可能なスポットについて解析を行い、エキソソーム中のタンパク質を同定した。さらに、エキソソームの膜に特異的な抗体を用いて、ウェスタンブロッテング法にてエキソソーム画分を確認した。超高齢社会の到来により認知症患者が増加し、2025年には約700万人(65歳以上高齢者の5人に1人)が認知症になると予測されている。認知症の原因の約68割がアルツハイマー病によるものであり、アルツハイマー病患者の急増は、大きな社会問題となっている。

アルツハイマー病の治療は薬物療法による進行の抑制が主であるため、進行が軽度な時期から治療を開始することが必須である。従って、アルツハイマー病を早期段階で診断することが非常に重要である。本年度の研究では三重大学医学部附属病院を受診した患者のうち、FAST(Functional Assessment Staging of Alzheimer's Disease)スケールにおいて、ステージ4(日常生活ではほぼ介助なしで生活可能)と診断された軽度のアルツハイマー病患者を対象とした。その結果、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動法(2D-DIGE法)を用いて、アルツハイマー病患者血漿中で健常者と比較して発現量が減少した5種類のタンパク質と増加した2種類のタンパク質を同定した。また、血漿エキソソームを用いたバイオマーカーの探索においては、検診にも応用可能な少量の血液からエキソソームを精製する方法として、ゲル濾過カラムクロマトグラフィーを用いてエキソソームの回収を行った。分画したフラクションに対してエキソソームの膜表面マーカーとして知られるCD9の抗体によるウェスタンブロットを行った結果、フラクション35に特異的反応が認められた。さらに、電子顕微鏡を用いて、フラクション35画分にエキソソームが存在していることも確認した。ゲル濾過カラムクロマトグラフィー方法を用いることにより、少量(約12ml)の血液からエキソソームを分離し、エキソソーム中の含まれるタンパク質の同定を行った。超高齢社会の到来によりアルツハイマー病が急増しており、現在、進行が軽度な時期からの治療の開始が重要と考えられている。本研究では三重大学医学部附属病院を受診した軽度のアルツハイマー病患者を対象とし、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動法(2D-DIGE法)を用いて、アルツハイマー病患者血漿中で発現量が減少した5種類のタンパク質と増加した2種類のタンパク質を同定した。また、血漿エキソソームを用いたバイオマーカーの探索においては、検診にも応用可能な少量の血液からゲル濾過カラムクロマトグラフィーを用いてエキソソームの回収を行い、タンパク質の同定を行った。本年度は、三重大学附属病院を受診したAD患者の中からFAST stage 4(軽度)の患者に対して採血を行った。患者と健常者の血液から血漿を分離し、タンパク質を単離・精製した。その後、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動を行い、AD患者で増加または減少しているタンパク質の同定に成功した。また、エキソソーム分離キットを用いてエキソソームを回収後、二次元電気泳動を行ったが、血漿タンパク質の混入が認められたので、現在ゲル濾過法を用いてエキソソームの回収を行っている。さらに、新たに軽度認知障害(MCI)患者の血液の採取を始めた。今後、効率的なエキソソーム抽出法を確立し、ウェスタンブロッテング法や電子顕微鏡を用いてエキソソーム画分中のエキソソームを確認する。また、エキソソームの回収量を増加させ、酸化損傷タンパク質やmiRNAの発現量解析を行う。AD患者と健常者の採血を引き続き行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。予防医学今後は、ゲル濾過法によって回収したエキソソームからタンパク質を抽出し、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動(2D-DIGE)を行い、AD患者で増加または減少しているタンパク質の同定を行う。同時に、MCI患者の血漿やエキソソームからタンパク質を抽出し、2D-DIGEによりタンパク質の変動を解析する。
デザイナブルプロテオミクスによるガン免疫賦活ペプチドの設計

ペプチドは、タンパク質の一部でありながら構造が単純で、合成が容易で、機能性分子として幅広い応用が期待されている。本研究では、ペプチドの機能を網羅的に解析できるペプチドチップシステムと計算科学的手法を組み合わせ、新規機能性ペプチドの設計手法、デザイナブルプロテオミクスの確立を目的とし、以下の研究成果を得た。1)ペプチドチップの作製とエピトープ解析による新規機能性ペプチドの発見高血圧に関与するAngiotensin IIペプチドを標的とし、その受容体配列中からリガンドに最も強く結合するペプチドドメインVVIVIYを発見し、ラット大動脈血管を用いて降圧効果を確認した。また、細胞を用いでペプチドの効果を網羅的にアッセイする技術を確立し、デスシグナル分子であるFas ligand配列中から、細胞死誘導ペプチドCNNLPを発見した。2)計算科学手法による機能性ペプチドのデザイナブルプロテオミクス(1)ペプチド探索モデルの作成・・・MHCクラスII分子に結合しやすいペプチドを探索するHMMモデルを開発し、ペプチドの結合・非結合を90%以上の精度で推定するモデルが構築した。このモデルは、癌免疫ペプチドの1次スクリーニングに利用できる。(2)細胞死ペプチドのデザイン・・・細胞死誘導ペプチドCNNLPの1残基置換ペプチドチップデータを知識情報処理手法で解析した結果、N末端から3残基までが重要で、特にN末端のアミノ酸残基は小さめでバリン、スレオニンがよいという知識が得られた。(3)変異リパーゼのデザイン・・・リパーゼの活性に関与する4残基について、1残基置換変異体の基質特異性に関するデータを入手し、特異性が変化した17クローンの配列データを知識情報処理手法で解析した。解析結果に基づき、活性が変化する新規の変異体のデザインを行い、新規のリパーゼ変異体があることを突き止めた。3)ガン免疫賦活ワクチンペプチドの開発を目指したHSP70結合配列の探索ガン抗原はHSP70を介してHLAに提示される。HSP70自体もガン抗原の候補なので、HSP70に結合しやすいHSP70上のペプチド配列の探索を行った。その結果、VMTALIKRNなど十数個の候補ペプチドが探索できた。本研究では、1枚のチップ上で数千種類ものペプチドの機能を網羅的に解析できるペプチドチップシステムを確立し、そのデータを用いて計算科学的に解析し、新規な機能性ペプチドを設計するための手法、デザイナブルプロテオミクスを確立することを目的とし、下記の二つの検討を行った。1)ペプチドチップの作製と既知のレセプターエピトープ解析による性能評価(1)ペプチドVVIVIYの発見体内における昇圧分子を標的化し、その機能を阻害することで降圧効果を与えるペプチドドラッグの設計を行った。具体的には、高血圧に深く関与するAngiotensin IIペプチドを標的とし、その受容体配列中からリガンドに最も強く結合するペプチドドメインVVIVIYを発見した。ラットを用いたバイオアッセイにより、このペプチドの降圧効果を確認した。(2)細胞アッセイ法の開発と細胞死ペプチドの発見解析ペプチドチップシステムを改良し、細胞に対するペプチドの効果を網羅的にアッセイする技術を確立した。

これを用いて、細胞死のシグナル分子であるFas ligand配列中から、特異的にガン細胞を殺すペプチドCNNLPを発見した。2)ペプチド間相互作用の解析VVIVIYの配列のうち、1残基を他のアミノ酸に置換したペプチドを解析した結果、(1)1残基目および2残基目に嵩高いアミノ酸残基があるほうが良い、(2)陽電荷をもつアミノ酸残基が含まれたほうが良い、という二つの知識を解明することができた。また、MHCクラスII分子に結合しやすいペプチドを探索するHMMモデルを開発し、結合・非結合が示された既存のデータベースから、ROCカーブのAUC値が90%以上を示す精度の高いモデルが構築できた。このモデルを使えば、癌免疫ペプチドの1次スクリーニングに利用できる。今後は、確立されたシステムを用いて、免疫賦活に関与するペプチドのデザインを行う。ペプチドは、タンパク質の一部でありながら構造が単純で、合成が容易で、機能性分子として幅広い応用が期待されている。本研究では、チップ上でペプチドの機能を網羅的に解析できるペプチドチップシステムの結果を計算科学的に解析し、新規な機能性ペプチドを設計するための手法、デザイナブルプロテオミクスを確立することを目的とする。昨年度に引き続き下記の二つの検討を行った。1)情報処理的手法による機能性ペプチドのデザイナブルプロテオミクス(1)細胞死ペプチドのデザイン・・・昨年度発見した細胞死誘導ペプチドCNNLPの1残基置換ペプチドチップを作成し、アッセイした結果を知識情報処理手法で解析した結果、N末端から3残基までが重要で、特にN末端のアミノ酸残基は小さめで官能基の立体配置が似通っているバリン、スレオニンがよいという知識が得られた。(2)変異リパーゼのデザイン・・・新たにリパーゼの活性に関与する4残基について、1残基置換変異体の基質特異性に関するデータを入手し、特異性が変化した17クローンの配列データを知識情報処理手法で解析した。その結果、226番目の残基の疎水度が高い方が良く、117番目と167番目のアミノ酸残基の大きさは凸凹の関係になっていることが重要であるという知識が得られた。この結果に基づき、活性が変化する新規の変異体のデザインを行い、wetの実験では漏れていた変異体があることを突き止めた。2)ガン免疫賦活ワクチンペプチドの開発を目指したHSP70結合配列の探索ガン抗原はガン細胞で特異的に、あるいは多量に発現しているタンパク質の中のペプチドのうちHLAに提示されやすいペプチドであるといわれている。提示はHSP70を介して行われ、HSP70自体もガン細胞で多く発現するタンパク質であるので、HSP70に結合しやすいHSP70上のペプチド配列の探索を行った。その結果、VMTALIKRNなど十数個の候補ペプチドが探索できた。今後は、これら候補ペプチドとHSP70の複合体を形成させ、CTLの活性化試験を行い、in vivoでの免疫賦活効果の検証を行う。
新規元素－πハイブリッド系材料の開発

現在、有機電子デバイスの開発が世界的に激しい競争の中で進んでいる。特に、これらデバイスの中で機能する材料の創出が重要であり、新しいアイデアに基づく材料分子設計が求められている。本研究は、無機元素とπ電子系との電子的な相互作用を利用した高性能の有機電子デバイス材料を創出することを目的として、新規な元素ーπハイブリッド系材料の合成を検討した。特に、ゲルマニウム、アンチモン、ビスマスなどの元素とπ電子系のハイブリッドの共役系骨格およびポリマーを合成するとともに、それらの応用も検討した。以下に、主な研究実績をまとめる。1.スピロ縮環型のジチエノゲルモールの置換基効果を検討し、電子供与性置換基の導入によって、ペロブスカイト太陽電池のキャリア輸送材料への応用の可能性を示した。また、ゲルマニウムーホウ素のハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの合成に成功し、そのセンシング特性を明らかにした。2.新規な架橋ビアリール型π電子系として、15族の重原子であるアンチモン、ビスマスで架橋したビピリジルの合成に始めて成功した。さらに合成した架橋ビピリジルを配位子とする銅錯体を合成し、その結晶構造を明らかにするとともに、有機EL素子の発光層として利用が可能であることを明らかにした。また、これまで合成されてきた架橋ビアリールは、対称型のものがほとんどであったが、非対称型のピリジノチエノゲルモールの合成に成功した。非対称性のドナーアクセプター構造を反映して、光電荷移動が観測されたほか、ブレンステッド酸・ルイス酸と相互作用して、光学特性が変化するなど、センシング材料としての応用の可能性が明らかになった。3.ジチエノゲルモールのゲルマニウム上の置換基効果について検討し、光エネルギー移動に関する知見を得た。ほぼ、当初の予定通りに進行している。当初計画で予定していたもののうちでは、合成に至っていないものもあるが、一方で、ゲルマニウムーホウ素のハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの合成に成功するなど、当初の計画を発展させたテーマも取り扱っている。また、有機電子デバイス材料としてもペロブスカイト太陽電池や有機EL素子への応用を検討するなど、概ね順調に進展していると判断できる。これまでの成果をもとに、さらに、新しい材料合成に向けて検討を進めるとともに、材料としての可能性を明らかにするため、素子化にも取り組み、高性能な有機電子デバイス材料として評価する。1.スピロ型の元素架橋π電子系の新しい展開として、これらのポリマー化、オリゴマー化を検討する。例えば、銅との錯体ポリマーの合成を計画している。また、ペロブスカイト太陽電池の材料として、分子構造のチューニングを行い、高性能化を目指す。2.ハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの応用展開として、置換基効果、サイズ効果を検討するほか、主鎖骨格の誘導体化を行い、最適構造を探索する。3.あまり検討されていない元素として、スズのπ電子系への導入による材料展開を行う。4.これまで合成した新規化合物で、有望なものに関しては、有機電子デバイス材料としての評価を継続して行う。特に、ジチエノシロール、ゲルモールなどを含む元素ーπ電子系のハイブリッドのポリマーを合成するとともに、新規な元素ーπ電子系のハイブリッド系の創出にも取り組んだ。以下に具体的な内容を示す。1.新しいジチエノゲルモール系の反応試剤として、ジリチオジチエノゲルモールの合成法を確立し、その反応挙動を明らかにした。求電子剤との反応でジチエノゲルモールのゲルマニウム上に、新たな置換基を導入することができた。また、スピロ(ジチエノゲルモールジピリジノゲルモール)に各種の置換基を導入し、光触媒機能を検証した。また、ジチエノシロール、ゲルモール、ジシラノビチオフェン、ジシロキサノビチオフェンとホウ素、銅との組み合わせによる新しいポリマーの合成に成功した。2.カゴ状のゲルマセスキオキサンの合成を検討し、条件の最適化を行った。これまで合成したアニリンの誘導基以外の新しい置換基として、トリフェニルアミン基の導入に成功した。3.ビスマス架橋π電子系の合成に取り組み、収率は低いながら、合成に成功し、光学特性を評価することができた。4.その他、ホウ素を含む新しいπ共役系の構築、ケイ素含有π電子系化合物の変換反応に関して、有用な知見を得る事に成功した。当初予定していたガリウムを含むπ共役環状化合物の合成には、まだ成功していないが、一方で、新しいケイ素含有π共役系の変換反応を検討するなど、概ね順調に進展している。

1.スピロ縮環型のジチエノゲルモールの置換基効果を検討し、電子供与性置換基の導入によって、ペロブスカイト太陽電池のキャリア輸送材料への応用の可能性を示した。また、ゲルマニウムーホウ素のハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの合成に成功し、そのセンシング特性を明らかにした。2.新規な架橋ビアリール型π電子系として、15族の重原子であるアンチモン、ビスマスで架橋したビピリジルの合成に始めて成功した。さらに合成した架橋ビピリジルを配位子とする銅錯体を合成し、その結晶構造を明らかにするとともに、有機EL素子の発光層として利用が可能であることを明らかにした。また、これまで合成されてきた架橋ビアリールは、対称型のものがほとんどであったが、非対称型のピリジノチエノゲルモールの合成に成功した。非対称性のドナーアクセプター構造を反映して、光電荷移動が観測されたほか、ブレンステッド酸・ルイス酸と相互作用して、光学特性が変化するなど、センシング材料としての応用の可能性が明らかになった。3.ジチエノゲルモールのゲルマニウム上の置換基効果について検討し、光エネルギー移動に関する知見を得た。ほぼ、当初の予定通りに進行している。当初計画で予定していたもののうちでは、合成に至っていないものもあるが、一方で、ゲルマニウムーホウ素のハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの合成に成功するなど、当初の計画を発展させたテーマも取り扱っている。また、有機電子デバイス材料としてもペロブスカイト太陽電池や有機EL素子への応用を検討するなど、概ね順調に進展していると判断できる。H29年度の成果をもとに、研究を進める。H30年度は、具体的に以下のような計画を立てている。1.シリコン/ゲルマニウム架橋のスピロ縮環型などのドナーアクセプター分子の展開として、置換基効果やオリゴマー化・ポリマー化の利用による増感特性・光電子機能の効率化を図る。2.ゲルマニウムーホウ素などの異種元素のハイブリッド化を進め、新しい材料創出に取り組む。3.新規な元素系として、ゲルマセスキオキサンカゴ状物質、ビスマスーπ電子系ハイブリッドの構築に継続して取り組む。4.合成に成功した化合物を利用した素子作成・評価を検討する。これまでの成果をもとに、さらに、新しい材料合成に向けて検討を進めるとともに、材料としての可能性を明らかにするため、素子化にも取り組み、高性能な有機電子デバイス材料として評価する。1.スピロ型の元素架橋π電子系の新しい展開として、これらのポリマー化、オリゴマー化を検討する。例えば、銅との錯体ポリマーの合成を計画している。また、ペロブスカイト太陽電池の材料として、分子構造のチューニングを行い、高性能化を目指す。2.ハイブリッド共役型スピロ環状オリゴマーの応用展開として、置換基効果、サイズ効果を検討するほか、主鎖骨格の誘導体化を行い、最適構造を探索する。3.あまり検討されていない元素として、スズのπ電子系への導入による材料展開を行う。
都市の形態と景観

本年度は、各自の研究に加えて、4回の研究会を開催した。その研究目標を、都市景観の「形成・維持・変容」を<制度・文化接触・思想>と関連づけて把握することに設定した。<制度>としてはワクフをとりあげた。「形成・維持」におけるワクフの役割について、ヤズドの事例(岩武・京大大学院)・イスタンブルの事例(応地)の報告をもとに研究した。<文化接触>と都市景観の「変容」については、坂本および他班の森川・臼田によるイスタンブル・カイロ・テヘラン・カルカッタの事例報告をもとに研究し、前三者の都市では19世紀後半のオースマンによるパリ改造が、近代化過程における「変容」の共通モデルとなっていることが確認された。<思想>と都市景観の「形成」については、他4班と合同して「アジアの都城ーその思想と形態」シンポジュームを開催した。東アジア(中国・日本)、東南アジア、南アジア、西アジアの各文化圏において、共通課題をいかに具体化できるかについて研究討論をおこなった。当班からは、南アジアについて応地が報告した。その結果、東・東南・南アジアにおいては「都城の思想と形態」に関する明確なモデルが存在するのに対して、西アジアイスラーム世界におけるその欠落が鮮やかに浮かび上がった。「都城」論からする今回の照射は、従来の西洋都市との対比におけるイスラーム圏都市論とは異なった新たな研究視覚を提供する。これは、来年度にひき継がれるべき重要な研究課題である。そのほかの本年度の活動としては、宗教都市の「形成」の比較を、他班の嶋本によるイランのゴムの事例報告と天理市の現地調査をもとに研究し、巡礼と都市「形成」との関連についての知見を得た。10月に開催された“Urbanization in Islam"国際シンポジュームでは、堀が報告をおこなうとともに、坂本・応地がディスカッサントとして参加した。
小孔の衝撃押し広げによる無排土地下空間構築技術の実用展開

粘土や砂等の比較的間隙比の大きい地層の中に直径10cm程度の小孔を掘削した後,その内壁に衝撃荷重を作用させて小孔を押し広げることにより,直径1m10m程度の地下空間を構築する技術の開発研究を行った.この技術を用いると,地盤の押し広げにより空間を構築するため,排土を行うことなく短時間に地下空間を構築することができるのみならず,衝撃載荷により坑壁周辺に土を集中して圧縮させるため,安定した坑壁を構築する効果が期待される.初年度の研究では,土中における衝撃波の基本的な伝播特性を調べ,小孔の衝撃押し広げを表現する数値計算手法を構築した.2年目は,前年度に引き続き,土中における衝撃波の伝播・減衰特性と土の種類や密度,含水比との関係について定量的な把握を行うための実験を行うと共に,初期の小孔径が拡張後の空洞径に与える影響について実験により検討を行った.さらに,衝撃波による土の圧縮現象を超高速カメラで撮影し,衝撃波の伝播に伴う土の圧縮現象の可視化技術の確立を図った.この結果,下記が明らかになった.・土中を伝わる衝撃波の減衰は,土の圧縮に起因する内部減衰と2次元伝播に起因する幾何減衰の両者からなり,内部減衰は圧縮性の高い土で大きい.・爆薬量を一定として,初期の小孔径を変化させた場合,拡張後の空洞径は,初期の小孔径により異なるが,衝撃拡張により圧縮された土の部分の体積は,初期の小孔径の影響をあまり受けない.このことは,初期の小孔径と爆薬量により拡張後の空洞径を制御し得る可能性があることを意味する.・爆薬による土の圧縮現象は,10^<-4>秒送りの超高速カメラで撮影することが可能ではあるが,爆破で発生するガスの影響で圧縮中盤以降の挙動を撮影することは困難であり,新たな技術開発を要する.これらの研究成果をまとめ,この技術の実用化に関する報告書を作成した.粘土や砂等の比較的間隙比の大きい地層の中に直径10cm程度の小孔を掘削した後,その内壁に衝撃荷重を作用させて小孔を押し広げることにより,直径1m10m程度の地下空間を構築する技術の開発研究を行った.この技術を用いると,地盤の押し広げにより空間を構築するため,排土を行うことなく短時間に地下空間を構築することができるのみならず,衝撃載荷により坑壁周辺に土を集中して圧縮させるため,安定した坑壁を構築する効果が期待される.初年度の研究では,土中における衝撃波の基本的な伝播特性を調べ,小孔の衝撃押し広げを表現する数値計算手法を構築した.2年目は,前年度に引き続き,土中における衝撃波の伝播・減衰特性と土の種類や密度,含水比との関係について定量的な把握を行うための実験を行うと共に,初期の小孔径が拡張後の空洞径に与える影響について実験により検討を行った.さらに,衝撃波による土の圧縮現象を超高速カメラで撮影し,衝撃波の伝播に伴う土の圧縮現象の可視化技術の確立を図った.この結果,下記が明らかになった.・土中を伝わる衝撃波の減衰は,土の圧縮に起因する内部減衰と2次元伝播に起因する幾何減衰の両者からなり,内部減衰は圧縮性の高い土で大きい.・爆薬量を一定として,初期の小孔径を変化させた場合,拡張後の空洞径は,初期の小孔径により異なるが,衝撃拡張により圧縮された土の部分の体積は,初期の小孔径の影響をあまり受けない.このことは,初期の小孔径と爆薬量により拡張後の空洞径を制御し得る可能性があることを意味する.・爆薬による土の圧縮現象は,10^<-4>秒送りの超高速カメラで撮影することが可能ではあるが,爆破で発生するガスの影響で圧縮中盤以降の挙動を撮影することは困難であり,新たな技術開発を要する.これらの研究成果をまとめ,この技術の実用化に関する報告書を作成した.粘土や砂層等の比較的間隙比の大きい地層の中に直径10cm程度の小孔を掘削した後,その内壁に衝撃荷重を作用させて小孔を押し広げることにより,直径1m10m程度の地下空間に拡張する技術の開発研究を行った.平成16年度の研究内容と成果は下記の通りである.(1)衝撃載荷現象の数値シミュレーション手法の開発土が純粋衝撃荷重を受けた際の挙動について理論的な考察とそれに基づく数値シミュレーション手法の開発を行った.ここでは衝撃速度が波頭の伝播速度より大きな衝撃載荷(初期の粒子速度として60007000m/sec程度を想定する)現象をも表現することのできる数値計算手法を開発した.この計算手法を用いて,地盤内に設けた小孔内に衝撃荷重を加えた際の地盤内の挙動について,地盤特性や荷重条件との関係で検討を行うとともに,後述の実験結果をうまく表現し得ることを確認した.(2)室内実験による衝撃波による土の圧縮現象の解明衝撃波による土の圧縮現象を解明するための室内実験を熊本大学・衝撃・極限環境研究センターで実施した.実験では,衝撃波による土の圧縮現象を超高速カメラで撮影する実験と土中における衝撃波の伝播挙動を計測する実験を行った.この実験により衝撃波を利用して土中に空洞を構築し得ることを示すとともに,結果の詳細な分析に基づき前述の数値計算の基礎となる理論の改良を行った.(3)現場実験による実用性の検証現場実験を行い,この技術の実現可能性を検討した.