hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スーパー抗原産生黄色ブドウ球菌によるT細胞刺激が表皮内で誘導されるための条件

皮膚での細菌感染は,その菌数が10^7cfu/cm^2以上の場合には膿性病変を作るが,それ以下はコロナイゼーションとされる。さまざまな皮膚病変では黄色ブドウ球菌(黄ブ菌)感染が起こりやすく,膿痂疹のみならずコロナイゼーションも生じやすい。黄ブ菌のT細胞刺激因子には,菌体成分と外毒素がある.何よりも強力なT細胞刺激因子は外毒素としてのスーパー抗原であり,TSST-1,SEA,SEB,SEC13,SED,SEEの8種の外毒素を産生する。こうした強力なT細胞刺激性因子を産生する黄ブ菌が皮膚表面にコロナイゼーションすることは,T細胞が媒介するADの病状を実質的に増悪させるであろうことを容易に想像させる.表皮中のランゲルハンス細胞は一般の抗原同様,スーパー抗原に対しても抗原提示細胞となりうる。さらに重要なのはケラチノサイトであり,T細胞の産生するインターフェロン-γによりMHCクラスII分子を表出した場合,スーパー抗原に限って有効な抗原提示細胞となる。またスーパー抗原はケラチノサイトのTNFα産生を促し,接着分子であるCD54の発現を促進させる。実際に,皮膚にコロナイゼーションした黄ブ菌がスーパー抗原を放出し,クラスII陽性ケラチノサイトを抗原提示細胞としてT細胞を刺激するであるかを検討したのが本研究である.黄ブ菌はスーパー抗原以外にもα-毒素などの細胞傷害性毒素を放出し,ケラチノサイトのスーパー抗原提示能を損なわせる。α-毒素に対する各細胞の感受性は,ケラチノサイト>単球>B細胞>T細胞の順であり,ケラチノサイトは極めてα-毒素による障害を受けやすい細胞である。つまり黄ブ菌はT細胞刺激という点において相反する2つの毒素,スーパー抗原とα-毒素を放出する。つまり黄ブ菌の産生するスーパー抗原に対してT細胞が反応するためには,ケラチノサイトが細胞傷害性毒素に曝されずにスーパー抗原と接触する必要がある。α-毒素の失活度はスーパー抗原に比べ著しく高い。よってα-毒素は放出されると表皮内で比較的早く失活してしまい,ケラチノサイトはスーパー抗原のみに曝されうる。皮膚でのコロナイゼーションは,T細胞刺激という観点からは,こうした至適条件をつくっているのかもしれない。主要組織適合抗原複合体(MHC)クラスII分子を表出したケラチノサイトをスーパー抗原提示細胞として用い、黄色ブドウ球菌をマイトマイシンC(MMC)処理したもの、あるいは黄色ブドウ球菌の培養上清をスーパー抗原ソースとして、T細胞増殖反応を検討した。その結果、培養上清の場合はT細胞増殖がみられたものの、MMC処理黄色ブドウ球菌では反応が認められなかった。しかしリゾチーム添加により黄色ブドウ球菌でも反応性がみられたため、黄色ブドウ球菌はスーパー抗原以外の細胞障害性毒素を放出することにより、ケラチノサイトの抗原提示能を損なわせてしまうものと考えられた。こうした毒素の中ではα-毒素が細胞障害性物質として挙げられるため、α-毒素のケラチノサイトへの影響を検討した。α-毒素はケラチノサイトを障害させ、そのDNA合成,バイアビリティを著しく低下させた。α-毒素の感受性は、ケラチノサイト>単球>β細胞>T細胞の順であり、ケラチノサイトはα-毒素に対し著しく細胞障害を受けた。

α-毒素の失活度は,スーパー抗原のそれに比較して高く、表皮という環境でクラスII陽性ケラチノサイトの存在下で、スーパー抗原に対するT細胞増殖反応が起こる可能性は示唆された。マイトマイシンC(MMC)処理黄色ブドウ球菌をスーパー抗原ソースとして用い、T細胞がMHCクラスII陽性ケラチノサイトを抗原提示細胞として、増殖反応を示すことを既に明らかにしている。しかしこの場合、リゾチーム添加によりMMC処理黄色ブドウ球菌の細胞傷害性を抑制しなければ、T細胞の増殖反応は起こらない。この細胞傷害毒性は、黄色ブドウ球菌の産生するメートキシンに依る。すなわち黄色ブドウ球菌によるT細胞増殖は、ケラチノサイトがα-トキシンから保護される状況下で、同菌が産生するスーパー抗原に曝される条件が必要となることが明らかとなった。黄色ブドウ球菌が皮膚にコロナイゼーションした場合、表皮ケラチノサイトを抗原提示細胞としてT細胞を刺激し得る。これは同菌がスーパー抗原を放出するためであるが、黄色ブドウ球菌は同時にケラチノサイトを傷害するα-毒素をも放出する。スーパー抗原をα-毒素の活性の失活度を検討したところ、α-毒素の活性はスーパー抗原の活性と比べて著しく、培養液中で低下することが判明した。確かにケラチノサイトはα-毒素に対して高い感受性を有しているが、皮膚での黄色ブドウ球菌のコロナイゼーションは、このα-毒素の失活を亢進させる効果を持ち、従ってケラチノサイトはin vivoにおいてスーパー抗原提示を行い得ると考えた。
歯周病原性細菌の産生するプロテアーゼの高次構造形成と輸送機構に関する研究

Arg-gingipain (Rgp)とLys-gingipain (Kgp)は歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalis (P.g.)が産生する主要なシステインプロテアーゼである。精製酵素によるin vitroの実験から、両酵素は個別に、あるいは相互に協力しながら、宿主蛋白質の分解や宿主細胞の傷害を引き起こし、歯周病に関連するさまざまな病態を生み出すと考えられている。しかし、それらの酵素の輸送機構あるいは局在部位に関する情報は非常に少ない。大腸菌での発現においては活性型酵素が得られなかったため、本研究期間ではP.g.菌体内で安定に維持できるプラスミドpYKP028を用い、Kgpの発現を試みた。昨年度構築した2種類のうちカルボキシ末端側の血球凝集素ドメインをほとんど欠いた遺伝子を発現ベクターに挿入し、大腸菌との接合伝達によりP.g.に導入した。テトラサイクリンにより菌株を選別したところ、いくつかのクローンが得られた。培養上清、菌体内の両方にKgp活性が存在し、ウエスタンプロット解析にても確認された。すなわち、リコンビナントKgpは野生型におけるKgpと同じように分泌型と膜結合型が存在することが明らかとされた。また、Kgpはヘムの取り込みに関与しており、その欠損変異株ではP.gの特徴の一つである黒色色素産生能を失うことが知られている。そこで、血液寒天培地にて培養したところ、黒色色素産生能が回復していることが示された。同時に、Kgpと血球凝集素ドメインを全て含んだkgpの全遺伝子を含んだ領域もpYKP028に挿入し、同じようにP.g.に導入した。ところが、こちらはKgpの発現が認められなかった。現在この理由は解明されていないが、今後メッセンジャーレベルでの解析を試みる予定である。Arg-gingipain(RgP)とLys-gingipain(Kgp)は歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalis(P.g.)が産生する主要なシステインプロテアーゼである。また、両酵素は本菌が歯周ポケットで発育増殖するための生存戦略、すなわち、共凝集・接着・血球凝集、ヘモグロビン結合アミノ酸およびヘム獲得などの機構において、必須の役割を果たしていることが明らかにされている。しかし、それらの酵素の輸送機構に関しては全く解明されていない。一般的に用いられる大腸菌で発現させることを試みたが、活性型を発現させることはできなかった。そこで、今年度はP.g.菌体内で安定に維持できるプラスミドpYKP028を用い、Kgpを発現するためのベクターの構築を行った。まず、Kgp遺伝子のプロテアーゼ活性をすべて含んだ領域(KpnI fragment)をpYKP028のKpnI部位に挿入し、これを発現ベクターとした。それと同時に、Kgpと血球凝集素ドメインをもつkgpの全遺伝子を含んだ領域もpYKP028に挿入するために、1カ所アミノ酸は変えずに制限酵素KpnIの切断部位をなくすmutationを行った。現在、構築したベクターをエレクトロポレーション法でKgp欠損変異株へ導入する実験を行っている。今までエレクトロポレーション法は用いられていないので、導入株が採取できない場合にはpYKP028に組み込まれているmobilization geneを用いて、接合伝達でプラスミドをP.g.菌体内へ導入する。そして、テトラサイクリンをマーカーとしてKgp遺伝子の導入された菌株を選別してくる予定である。
ホーレンソウの光化学系I反応中心複合体の解体および再構成

ホウレンソウから得られる光化学系I粒子をエーテル抽出することによりほとんどのアンテナクロロフィルが取り除かれ,またP700あたり約2分子存在するvitamin K_1もほぼ完全に抽出されることが明らかになった.もしこのVK_1が系Iの電子受容体A_1であるとすると,この標品ではP700からの電子はA_1より先には行かないはずである.本研究ではこの点について検討し,世界に先駆けて以下の新知見を得た.(1)flashによる励起後, P700からA_0に伝達された電子は速やかに(T_<1/2>=40nsec)P700に戻る.同時にP700の三重項状態の生成が認められた.(2)VK_1再添加によりA_0から電子はVK_1に伝達され, P700の速い再還元はみられなくなった.(3)A_1によると考えられているEPR signalはVK_1抽出と共にみられなくなった.(4)しかし,励起光として連続光を用いると電子はA_1より先に伝達されることが明らかとなった. VK_1をP700当り2,1,0個含む系I標品を用いてその電子伝達効率を10Kでの閃光照射によるP^+,center A^-,B^-の蓄積効率から推定したところ, VK_1=0のときにも安定な電荷分離がおきるが,その効率はVK_1=1 or 2のときに比べて約1/500であった.(5)VK_1(A_1)のない系I標品で見られるA_0からP700への電子逆行に対する波長依存性の測定から, A_0は690, 430nm付近に吸収を持つchl-aのモノマーであると推定された.(6)VK_1(A_1)のない系I標品はP700-A_0の酸化還元状態によってその収率が変化するケイ光が観察される.ピコ秒-ナノ秒領域でのケイ光スペクトル変化を90Kで測定した結果,この蛍光(F700)の寿命はA_0^-からP^+への電子逆行速度(t_<1/2>=約60nsec)にほぼ一致し,したがってこれはA_0^-/P700^+の電荷再結合に伴なって発生する,いわゆる遅延ケイ光であることがわかった. (7)以上からVK_1はA_1であると考えられるが, A_1部位のbypass electron flow(flow rateはA_1がある時の約1/500)があるものと推定された.ホウレンソウから得られる光化学系I粒子をエーテル抽出することによりほとんどのアンテナクロロフィルが取り除かれ,またP700あたり約2分子存在するvitamin K_1もほぼ完全に抽出されることが明らかになった.もしこのVK_1が系Iの電子受容体A_1であるとすると,この標品ではP700からの電子はA_1より先には行かないはずである.本研究ではこの点について検討し,世界に先駆けて以下の新知見を得た.(1)flashによる励起後, P700からA_0に伝達された電子は速やかに(T_<1/2>=40nsec)P700に戻る.同時にP700の三重項状態の生成が認められた.(2)VK_1再添加によりA_0から電子はVK_1に伝達され, P700の速い再還元はみられなくなった.(3)A_1によると考えられているEPR signalはVK_1抽出と共にみられなくなった.(4)しかし,励起光として連続光を用いると電子はA_1より先に伝達されることが明らかとなった. VK_1をP700当り2,1,0個含む系I標品を用いてその電子伝達効率を10Kでの閃光照射によるP^+,center A^-,B^-の蓄積効率から推定したところ, VK_1=0のときにも安定な電荷分離がおきるが,その効率はVK_1=1 or 2のときに比べて約1/500であった.(5)VK_1(A_1)のない系I標品で見られるA_0からP700への電子逆行に対する波長依存性の測定から, A_0は690, 430nm付近に吸収を持つchl-aのモノマーであると推定された.(6)VK_1(A_1)のない系I標品はP700-A_0の酸化還元状態によってその収率が変化するケイ光が観察される.ピコ秒-ナノ秒領域でのケイ光スペクトル変化を90Kで測定した結果,この蛍光(F700)の寿命はA_0^-からP^+への電子逆行速度(t_<1/2>=約60nsec)にほぼ一致し,したがってこれはA_0^-/P700^+の電荷再結合に伴なって発生する,いわゆる遅延ケイ光であることがわかった. (7)以上からVK_1はA_1であると考えられるが, A_1部位のbypass electron flow(flow rateはA_1がある時の約1/500)があるものと推定された.筆者は光化学系I反応中心が色素的に著しく濃縮された粒子(P700濃縮粒子)を用いてその構造解析を行なっている。今年度は光化学系I初期電荷分離に関与する分子に対して最近提起された幾つかの疑問点について検討した。1筆者の糸1分画は約8分子のantennachl-

aに対しP700が1分子存在しており、低温(77K)での吸収スペクトルではP700の吸収が肩として認められる。そこで、この肩からP700及び【P700^+】の絶対吸収スペクトルをcurveanalysisにより得ることを試みた。その結果、【P700^゚】の還元型はchl-aのdimerからなること、また、その酸化型のpositive chargeはこの3つのchl-aのうち1方に偏って存在していることが示唆された。2エーテル処理後得られるP700濃縮粒子はvit.【K_1】を全く含まないので、もしvit.【K_1】か【A_1】であるとするとP700からの電子は【A_1】より先には行かないはずである。そこでこの可能性を調べた結果(1)flashによる励起後、光酸化されたP700は速やかに(【T_(1/2)】=40nsec)再還元される。同時にP【700^T】の生成が認められた。(2)vit.【K_1】再添加によりこの速い再還元はみられなくなる。(3)【A_1】によると考えられているEPR signalはvit.【K_1】抽出と共にみられなくなる。(4)しかし、励起光として連続光を用いると電子は【A_1】より先に伝達される、等が明らかとなった。以上からvit.【K_1】は【A_1】であると考えられるが、【A_1】部位のbypass electron flow(rateは【A_1】がある時の約1/100)があるものと推定された。3系Iの初期電子受容体【A_(o0)】670nm付近に吸収を持つchl-aのmonomerであると考えられてきた。vit.【K_1】(【A_1】)のない系I分画で見られるfast decay(上記2-(1))は【A_0】よりP【700^+】への電子の逆行によるものと考えられるので、その波長特性を調べたところ【A_0】は690nm付近に吸収を持つchl-aであることを示す結果を得た。従って、chl-a-670は真の【A_0】ではない可能性が示唆された。
フェーズフィールド法を用いたコンドリュールメルト結晶化過程の理論的解明

始原的な隕石に含まれるコンドリュールは,加熱溶融したmmサイズのケイ酸塩ダストが急冷凝固して形成したと考えられているが,その凝固組織形成の素過程は解明されていなかった。本研究では,ケイ酸塩メルト内における鉱物形成ダイナミクスの物理モデルに基づき,凝固組織の形成過程を理論的に明らかにした。棒状カンラン石組織は急冷凝固に伴う固液界面不安定化により形成し得る。天然組織に見られる棒状カンラン石の幅を再現するためには,従来の考えよりも2桁ほど速く冷却する必要があることを示した。また,斑状組織カンラン石の再成長層に見られる直線的組成累帯構造の成因は,このような急冷凝固によって説明可能であることを示した。昨年度に開発したMg-Feオリビン系のフェーズフィールド計算プログラムを用いて,コンドリュールメルト凝固の数値計算を実施した。昨年度から取り組んでいる一方向凝固の計算を継続して行ない,より広い凝固条件(バルクメルト組成,冷却速度)に対して,コンドリュールに見られるオリビンバー状の凝固組織を再現し,バー状組織の間隔を求めた。数値計算速度の都合上,計算が実施できたのは比較的急冷条件の場合のみであった。本結果を,合金凝固の分野で知られている経験的な関係式を用いて徐冷条件へと外挿することにより,オリビンバー組織形成の冷却速度条件を10 K/s程度以上であると推測した。これは,従来の電気炉ベースの再現実験から得られている推定値より2桁程度大きな値である。この結果は,コンドリュールの加熱が,従来の考えより遥かに短い時間で完結した可能性を示唆している。この成果は,国際学術誌Icarusに投稿中である。なお,昨年度開発したオリビン成長速度異方性モデルについては,国際学術誌Journal of Crystal Growthに掲載された。前年度までの課題として,計算コストの問題により,計算領域をコンドリュールメルト全体ではなく局所部分に限定したという点が挙げられていた。この課題に対して,GPGPU(Graphics Processing Unitsによる汎目的計算)を採用することで解決を試みた。現在の進捗状況はテストプログラムの検証中という段階ではあるが,従来のコードの10倍近いパフォーマンスが得られている。これにより,メルト全体の計算が可能になり,オリビンリムの形成からオリビンバーの形成までを統一的に計算できるようになるだろう。始原的な隕石に多く含まれるコンドリュールは,初期太陽系における固体物質進化の鍵を握っている。コンドリュールに見られる棒状カンラン石組織は,加熱溶融したコンドリュールが急冷凝固することで形成したと考えられているが,その素過程はほとんど解明されていない。本研究では,ケイ酸塩メルト内における鉱物形成ダイナミクスをフェーズフィールド法に基づいてモデル化し,GPUを用いた数値計算を行なうことで,棒状カンラン石組織の形成初期過程を再現することに成功した。多成分系メルト内でカンラン石結晶が成長する際,元素分配に伴って液相の化学組成に勾配が生じ,その結果固液界面形状が不安定化して多数の棒状カンラン石が平行に成長した。棒状カンラン石の平均間隔は冷却速度に依存しており,その傾向を外挿することで,コンドリュールに見られる棒状カンラン石組織の形成条件を推定した。その結果は,コンドリュール再現実験に基づく推定よりも2桁ほど速く冷却した可能性を示した。本成果は,棒状カンラン石組織の初期形成過程を理論的に再現した初めての成果である。また,斑状組織カンラン石のovergrowth層に見られる直線的組成累帯構造の成因は,上記で示したような急冷結晶化によって説明可能であることを初めて示した。本研究の意義は,従来実験的研究によって得られていたコンドリュールの冷却速度条件を理論的に導出できることを初めて示したことにより,コンドリュールメルト結晶化過程を実験的研究と理論的研究の両面から探求する足掛かりを築いた点である。主に,Mg-Feオリビン(フォルステライトMg2SiO4とファヤライトFe2SiO4の固溶体)のフェーズフィールド計算コードの開発を行なった。偏析(元素分配)過程に注目し,以下の過程は取り扱わなかった:結晶化潜熱の解放(リカレッセンス,熱伝導による潜熱の排除)。取り組んだ課題は以下の通り;(i)初期凝固過程におけるオリビン内累帯構造の形成と冷却速度の関係,(ii)多次元計算に向けたオリビン各結晶面ごとの成長速度異方性モデルの検討,(iii)界面不安定によるオリビンバーの形成と冷却速度の関係。各課題について以下に述べる。(i)多成分系フェーズフィールド計算コードの開発の第一歩として,空間一次元問題(平坦界面の一方向凝固)を行なった。

その結果,オリビン結晶内の化学組成勾配(初期トランジェント)と冷却速度の間に相関があることを見出し,組成勾配と冷却速度を関係付ける解析的表式を導出した。(ii)PBC理論によって理論的に得られているオリビン成長速度異方性をフェーズフィールド法に導入する手法を検討した。本研究で新しく導入された異方性関数により,結晶の成長形(kinetic Wulff shape)を再現できることが分かった。(iii)一方向凝固の空間二次元問題の計算を行ない,界面不安定によりリムからオリビンバーが生じる様子を再現した。バーの幅と冷却速度の関係を見出したことから,コンドリュール形成時の冷却速度を評価できる可能性がある。まとめ:初年度は,計算コストの問題により,コンドリュールメルト全体ではなく局所部分の計算に留め,凝固初期の基礎過程について研究を行なった。数値計算のコアとなる熱力学的・結晶学的モデルの作成は完了したため,今後は計算速度の向上,メルト全体計算が課題となる。【達成事項】オリビンバーの幅と冷却速度の関係を数値計算結果に基づいて考察し,それを用いてコンドリュール形成時の冷却速度を推測した本成果は,多成分コンドリュールメルト凝固の分野における初めての理論的成果である。これまで実験主体であったこの分野に対し,新たな視点から従来の実験結果を検証することが可能となった意義は大きい。また,多大な計算コストを要するコンドリュールメルト全体計算についても,GPGPU技術の採用により,実施の目処がついた。オリビンリム形成からオリビンバー形成の一連の過程を統一的に調べることが可能となるだろう。【未達成事項】凝固の熱的過程(結晶化潜熱の解放,熱伝導)は,現時点では計算コードに組み込んでいないが,GPGPUの採用によりメルト全体計算の目処がついたことにより,解決されると期待できる。また,ガスジェット浮遊炉を用いた多成分メルトの結晶化実験は実現していない。本実験は,数値計算との比較を行なう上で重要なテーマであるが,研究代表者の東北大学における任期満了に伴う異動の準備,及び,実験装置保有者である塚本勝男教授の定年退職が重なり,実施には至らなかった。Websiteによる研究成果発表はまだ実現しておらず,現在準備中である。【まとめ】以上を踏まえると,理論的課題については順調にプログラム開発が進行しており,また,成果が学術誌にも掲載されたことを鑑みると,ほぼ予定通りの達成度であると言える。実験的課題については,数値計算との比較を行なう上で重要なテーマであるため,来年度に取り組む予定である。達成項目:単なる数値計算法の開発だけではなく,それを通じて,初期凝固過程に関して新しい知見を得るに至った点は評価できる。これらはコンドリュールの分野のみならず,合金凝固の分野においても有用な知見である。オリビンの成長形を再現しうる新しい異方性関数を提案した意義は大きい。これにより,正多面体のような対称性の高い成長形のみならず,任意の成長形を持つ結晶のフェーズフィールド計算が可能となった。バーの幅と冷却速度の関係を導出した成果は,コンドリュール形成時の冷却速度を推測する上で極めて重要である。
振動方程式の特性行列の同定と感度解析に関する研究

起振力と振動応答の関係を表す伝達関数から振動方程式の特性行列(剛性行列,質量行列,減衰行列)を同定する新しい方法を提案した。新たに提案した方法は,伝達関数の実験値と計算値の差の2来和を最小にするように特性行列を順次修正して行き,伝達関数の一致の状態を見て繰り返し計算を終了させる方法である。まず,提案した方法の精度を確認するために,片特梁および両端自由梁の振動実験を行ない伝達関数を計測して,特性行列の同定計算を行なった。その結果,構造の振動特性を十分に含む伝連関数を用いて同定計算を行なえば,伝達関数に含まれる実験誤差が多小大きくなっても提案した方法で比較的精度良く特性行列が同定できることが確められた。なお,構造の特性を十分に含まない伝達関数を用いて計算を行なった場合には,同定計算に用いた伝達関数の特徴は良く表わすが,真の特性を表わし得ない特性行列を同定する場合があるので注意が必要である。次に,実験的に同定した減衰行列を例にして,比例減衰の仮定が成り立つか否かについて調らべた。その結果,同定した減衰行列に関しては,比列減衰の仮定を適用することはできないことがわかった。しかし,計算される伝達関数におよぼす減衰行列の違いの影響はあまり大きくないので,比例減衰の仮定は実用上特に問題にならないことがわかった。さらに,実験的あるいは理論的に同定した部分構造の特性行列を合成して全体構造の特性を推定することを試みた。その結果,各部分構造の伝達関数は良く一致する特性行列が同定できていたにもかかわらず,それらを合成して求めた全体構造の伝達関数の計算値と実験結果には差が生じた。これは,特性行列の同定誤差の影響が,他の特性行列と合成したときに複雑に増幅されて現れるためと考えられる。したがって,ここで試みた方法を実用化するに当ってはさらに同定精度を向上させる必要のあることが明らかになった。起振力と振動応答の関係を表す伝達関数から振動方程式の特性行列(剛性行列、質量行列、減衰行列)を同定する新しい方法を提案した。新たに提案した方法は、伝達関数の実験値と計算値の誤差の2束和を最小にするように特性行列を順次修正して行き、伝達関数の一致の状態を見て繰り返し計算を終了させる方法であり、解析に要する計算容量も非常に小さくてすみ、また計算アルゴリズムも簡単である。その方法の精度を検討するために、片特梁を例にして4自由度の振動モデルにモデル化して特性行列を求めて、数値実験により伝達関数を計算した。そして、その伝達関数から特性行列を同定して、先に伝達関数の計算に用いた特性行列と比較検討し、また同定された特性行列の性質についても調べた。なお、計算に用いた伝達関数は数値実験で求めたものであり実験誤差は全く含まれていない。単点を起振したときの伝達関数のみを用いて特性行列の対称性を考慮しないで同定計算をする場合のように、同定計算に用いる伝達関数に振動系に関する十分な情報が含まれていないにもかかわらず多くの特性を得ようとするときには、計算に用いた伝達関数は良く表すが、物理的に明らかに間違った特性行列を同定する場合があるので注意が必要である。なお、このことはいままでに提案されている他の同定法にも共通した一般的な問題点である。しかし、多点を起振したときの伝達関数を用いて特性行列の対称性を考慮して計算したときには、同定計算に用いる伝達関数の周波数範囲をかなり狭くした場合でも精度よく特性行列が同定できた。

このことから、提案した計算法は解析に用いる伝達関数に実験誤差などが含まれていない場合には、これまでに提案されている方法と同程度の精度を有することが確認でき、特性行列の同定計算に当たっては、振動系に関する十分な情報が含まれている伝達関数を用いて計算することが重要であることが明らかになった。起振力と振動応答の関係を表す伝達関数から振動方程式の特性行列(剛性行列,質量行列,減衰行列)を同定する新しい方法を提案した。新たに提案した方法は,伝達関数の実験値の差の2乗和を最小にするように特性行列を順次修正して行き,伝達関数の一致の状態を見て繰り返し計算を終了させる方法である。まず,提案した方法の精度を確認するために,片持梁および両端自由梁の振動実験を行ない伝達関数を計測して,特性行列の同定計算を行なった。その結果,構造の振動特性を十分に含む伝達関数を用いて同定計算を行なえば,伝達関数に含まれる実験誤差が多小大きくなっても提案した方法で比較的精度良く特性行列が同定できることが確められた。なお,構造の特性を十分に含まない伝達関数を用いて計算を行なった場合には,同定計算に用いた伝達関数の特徴は良く表わすが,真の特性を表わし得ない特性行列を同定する場合があるので注意が必要である.次に,実験的に同定した減衰行列を例にして,比例減衰の仮定が成り立つか否かについて調らべた。その結果,同定した減衰行列に関しては,比列減衰の仮定を適用することはできないことがわかった。しかし,計算される伝達関数におよぼす減衰行列の違いの影響はあまり大きくないので,比例減衰の仮定は実用上特に問題にならないことがわかった。さらに,実験的あるいは理論的に同定した部分構造の特性行列を合成して全体構造の特性を推定することを試みた。その結果,各部分構造の伝達関数は良く一致する特性行列が同定できていたにもかかわらず,それらを合成して求めた全体構造の伝達関数の計算値と実験結果には差が生じた。これは,特性行列の同定誤差の影響が他の特性行列と合成したときに複雑に増幅されて現れるためと考えられる。したがって,ここで試みた方法を実用化するに当ってはさらに同定精度を向上させる必要のあることが明らかになった。
タウ蛋白のリン酸化・脱リン酸化酵素複合体を介する痴呆脳神経細胞変性の病態解析

アルツハイマー型認知症(AD)や前頭側頭型認知症(FTD)では病態背景にタウ蛋白代謝異常が存在する。その下流で疾患進行に伴いシナプス変性を含む進行性機能障害を示しながら脳の広汎な神経細胞死に至る機序を明らかにするため、タウの機能調節に関与するリン酸化酵素(PKN・PKC・PKAなど)・脱リン酸化酵素(PP2B・PP2Aなど)と活性複合体を形成する巨大蛋白分子Centrosomal and Golgi PKN anchoring protein(CG-NAP)の培養ニューロンおよび脳内の分子局在を検討すると共に、タウ遺伝子異常などを持つ家族性認知症家系の病態病理を解析した。免疫組織化学法による解析の結果、初代培養ラット神経細胞、成体マウス・ラット脳組織、あるいは対照老人・AD・FTD患者の脳組織において、CG-NAPは神経細胞に限局して存在し、神経細胞内部では明らかな中心体局在を示さず、細胞体および神経突起近位部の細胞質に分布していた。また、ADでは老人斑内外の変性神経突起や神経細胞内原線維変化に、FTDでは腫大した変性神経細胞体に同分子は蓄積することを明らかにした。さらにPKCやPKN等の下流にあり細胞内蛋白合成に関与するp70 S6 kinaseがニューロン細胞質に粗大顆粒状に分布し、AD患者脳組織で老人斑や細胞内タングルなど特徴病理構造に蓄積することを発見した。家族性認知症に関する検討の結果、受容体型蛋白リン酸化酵素やスフィンゴ脂質合成関連酵素の遺伝子異常が示唆される認知症患者脳で広汎な神経細胞死とそれに先行するグリア細胞の炎症性活性化を明らかにした。また、FTD及びパーキンソニズムを臨床的特徴とする家族性認知症家系では、タウ遺伝子異常を発見すると共に前頭葉・側頭葉皮質と共に黒質・淡蒼球・視床下核など出力部を中心とする基底核回路系に強い神経・グリア細胞の変性を明らかにした。アルツハイマー病(AD)や前頭側頭型認知症ではタウ蛋白代謝異常が病態背景に存在し、タウ蛋白代謝異常とその下流にある神経細胞死との関連を明らかにする目的でタウの機能調節に関与するリン酸化酵素(PKC・PKNなど)・脱リン酸化酵素(PP2Aなど)と複合体を形成する巨大蛋白分子Centrosomal and Golgi PKN anchoring protein(CG-NAP)の脳内局在を解析した。まず、CG-NAPの種々の部位に対するリコンビナント蛋白を合成、家兎を免疫してラット・マウスなど実験動物のCG-NAPを認識する特異抗体を作製し、高感度免疫組織化学法を用いて実験動物の脳内分布あるいは培養細胞内局在を観察した。その結果、上皮性培養細胞内部ではCG-NAPは主として中心体に分布していたが、脳組織では神経細胞の細胞質をはじめとする細胞体・樹状突起近位部・軸索近位部に微細顆粒状の局在を認めた。免疫反応性はほぼ神経細胞に限局しており、アストロサイトやミクログリアなどのグリア細胞には、ほとんど分布していなかった。これらの結果からCG-NAPは、成体ラット・マウス脳組織内部ではほぼニューロン特異的に分布しており、細胞内部では種々の細胞内輸送に関連している可能性が示された。今後は、リン酸化酵素・脱リン酸化酵素や細胞内輸送関連分子との関係を、また認知症脳組織における病態変化を検討する予定である。さらに、PKCやPKN等の下流にあり細胞内蛋白合成に関与するp70 S6kinaseがニューロン細胞質に粗大顆粒状に分布し、AD患者脳組織で老人斑や細胞内タングルなど特徴病理構造に蓄積することを明らかにした。また、受容体型蛋白リン酸化酵素やスフィンゴ脂質合成

関連酵素の遣伝子異常が示唆される認知症患者脳で広汎な神経細胞死とそれに先行するグリア細胞の炎症性活性化を明らかにした。アルツハイマー型認知症(AD)や前頭側頭型認知症(FTD)では病態背景にタウ蛋白代謝異常が存在し、疾患進行に伴いシナプス変性を含む進行性機能障害を示しながら脳の広汎な神経細胞死に至る。このようなタウ蛋白代謝異常とその下流の神経細胞変性との関連を明らかにするため、タウ分子の機能調節に関与するリン酸化酵素(PKN・PKC・PKAなど)・脱リン酸化酵素(PP2B・PP2Aなど)と活性複合体を形成する巨大蛋白分子Centrosomal and Golgi PKN anchoring protein (CG-NAP)の培養ニューロンおよび脳内の分子局在を検討した。初代培養神経細胞では上皮性培養細胞と異なり、CG-NAPは明らかな中心体局在を示さず細胞体(細胞質)および神経突起近位部に分布していた。そこで、ADあるいはFTDの認知症患者脳組織におけるCG-NAP局在を高感度免疫組織化学法により解析した。その結果ヒト脳組織でCG-NAPは、血管やアストロサイト・ミクログリア・乏突起膠細胞に染色されず、成体マウス・ラット脳組織と同様に脳内各部位でニューロンに限局して免疫反応性が存在し、その分布は主として細胞体の細胞質、樹状突起あるいは神経軸索の近位部に観察された。また、ADでは老人斑内外の変性神経突起や神経細胞内原線維変化(タングル)に、FTDでは腫大した変性神経細胞に蓄積を認めた。さらに認知症発症に先行するパーキンソニズムを臨床的特徴とする家族性早発性認知症家系を解析し、遺伝子異常を発見すると共に17同胞のうち発症した3名の患者脳組織の表現型変動を明らかにした。タウ遺伝子エクソン10でCからTへの塩基変異、コドン301プロリンからセリンへのアミノ酸置換を発見し、前頭葉・側頭葉皮質と共に黒質・淡蒼球・視床下核など出力部を中心とする基底核回路系に強い神経・グリア細胞の変性を認めた。
術中高度眼圧上昇による網膜障害に対する治療薬の検討

まず第一段階として、成熟家兎に対して麻酔下で角膜から前房内に24ゲージテフロン針を刺入固定し、ヘパリン加生理食塩水をつないで水銀柱にて加圧し多結果、130mmHgに加圧するのが十分な虚血状態を得られる条件であることを確認した。さらに加圧持続時間を30分、60分、90分の3通りに設定して、その後30mmHgに圧をもどして、その間の網膜電位図(ERG)変化を記録した。ERGは反応の大きさのみではなく、振幅が最大になるまでの時間に相当する頂点潜時というパラメーターを考慮できるように、ERG波形がシャープになる明順応下の反応を測定した。その結果、130mmHg加圧すなわち虚血状態の時間が長いほど、虚血解除後のERG振幅及び頂点潜時の回復が遅延するという結果を得た。この結果をもとに、デキストロメトロファンをはじめとする抗虚血製剤を静注し、各虚血時間ごとのERG反応の回復速度の相違を確認すべく実験を施行した。現在までのところ、明順応下ERGに関しては有意な回復速度の差を得ていないが、暗順応下ERG反応に関しては差があるという結果が得られている。したがって今後は、明順応下と暗順応下の虚血に対する反応の相違に着目し、本法にさらに改良と検討を加えて実験を継続する。また、家兎眼に生理的食塩水のみの灌流下とデキストロメトルファン加生理食塩水灌流下の2通りで術中高眼圧状態を持続して硝子体手術を行い、術中、術翌日、術1週後のERGを測定し、その後眼球摘出して組織を検討した。まだ対象数が少ないため結果として発表できないが、今後継続して行う予定である。
水中に常在する気泡核のサイズ分布則に潜む核形成原理の探求

日常生活で用いられる流動中の水道水を微視的に観察すると,肉眼ではまず捉えられない非常に小さな気泡(気泡核)が多数混在している.また,気泡核のサイズと気泡核の個数の関係(気泡核のサイズ分布)には,べき乗則と呼ばれる分布則が成り立つことが知られているが,この分布則に隠された気泡核の形成原理は解明されていない.本研究では,水中の代表的な不純物が気泡核のサイズ分布に及ぼす影響を計測により評価するとともに,この計測結果を模擬し得る気泡核形成モデルを,分子動力学シミュレーションと呼ばれる微視的な計算手法を援用したうえで構築する.これにより,気泡核の分布則に反映される気泡核の形成原理を明らかにする.日常生活で用いられる流動中の水道水を微視的に観察すると,肉眼ではまず捉えられない非常に小さな気泡(気泡核)が多数混在している.また,気泡核のサイズと気泡核の個数の関係(気泡核のサイズ分布)には,べき乗則と呼ばれる分布則が成り立つことが知られているが,この分布則に隠された気泡核の形成原理は解明されていない.本研究では,水中の代表的な不純物が気泡核のサイズ分布に及ぼす影響を計測により評価するとともに,この計測結果を模擬し得る気泡核形成モデルを,分子動力学シミュレーションと呼ばれる微視的な計算手法を援用したうえで構築する.これにより,気泡核の分布則に反映される気泡核の形成原理を明らかにする.
線形行列不等式に基づく構造系と制御系の統合最適設計法の構築と実用化

先端情報機器に要求される諸性能の向上を目指し、スマート構造を利用した知的構造物における形状と制御の統合最適化方法を、非線形最適化法と線形行列不等式に基づいて構築した。スマート化構造物には、それ自身にセンサー/アクチュエータ機能を有しており、構造形状を含めた機構設計と制御系設計を融合する意義は大きく、高性能化を達成できることを明らかにした。本研究では、制御性を考慮した構造設計および同時最適設計の両面から適切な問題設定について考察し、達成される性能および両者の得失を評価した。また、フレキシブルリンク機構を対象とし、スマート構造を導入した機構と制御の最適化を図り、達成される高速位置決めと振動制御の性能評価および検証を行った。統合設計における構造系の設計変数としては、対象とする構造の形状、寸法とした。制御方法は、周波数領域および時間領域の設計を包括的に扱うことができる線形行列不等式に基づく方法を採用した。すなわち、制御性能の指標として、システム方程式における外乱から制御量までのH_2ノルム、さらにロバスト安定性に関しては伝達関数行列のH_∞ノルムを採用し、要求される諸性能を線形行列不等式により統合的に記述する。そして、構造系に要求される小型化・軽量化を最適化問題の中に導入する。構造系と制御系の各特性、および統合系としての諸性能を用いて、統合最適化問題を定義する。この問題を、逐次二次計画法とLMIソルバーを結合したアルゴリズムにより解き、最適な構造系と制御系と同時に決定する手法を提案・構築した。そして、動的シミュレーションおよび実験により、提案したモデル化手法と統合設計法の有効性を実証した。本研究では、先端情報機器に要求される諸性能を達成すべき新しい統合最適設計法を提案・開発し、簡易モデルに対するシミュレーションおよび実験を行い、本手法の有効性を検証した。すなわち、制御性能の指標として、システム方程式における外乱から制御量までのH_2ノルム、閉ループ系の極配置、さらにロバスト安定性に関しては伝達関数行列のH_∞ノルムを採用し、要求される諸性能を線形行列不等式を用いて統合的に記述する。構造系と制御系の各特性、および統合系としての諸性能を用いて、最適化問題を記述する。ここで定義した最適化問題を、逐次二次計画法とLMIソルバーを結合したアルゴリズムにより解き、最適な構造系と制御系と同時に決定する手法を提案・構築した。さらに本研究では、非線形性を有する柔軟で多体の時変構造物をモード座標に基づいてモデル化する手法、およびスケジューリング制御系および構造系の統合設計法を開発した。本手法では、スケジューリング制御系を構成するための設計点と構造系の形状を統合的に最適化することにより、運動制御性能と振動制御性能を同時に向上させることを可能にしている。そして、動的シミュレーションおよび実験により、提案したモデル化手法と統合設計法の有効性を実証している。
総力戦体制下の育児雑誌に見る「母子保健」思想：『愛育』誌と『愛育新聞』誌を中心に

本研究は、総力戦体制下に「恩賜財団愛育会」〔1934(昭和9)年3月設立〕が、母子保健事業組織として発行した『愛育』誌及び『愛育新聞』誌の掲載記事を取りあげ、それらに見られる「母子保健」思想が内包する歴史的特質の抽出・分析を試みるものである。平成28年度(1年目)は、『愛育』及び『愛育新聞』に掲載された記事や愛育会発行の単行本の収集を進めた。また、研究代表者が『愛育新聞』の誌面調査を行い、“『愛育新聞』総目次"を作成して、国立国会図書館及び同誌を所蔵する公立図書館・大学図書館などに寄贈する形で研究成果の公表も行った。さらに、収集した単行本などの一部を使用して、研究分担者が愛育隣保館館長の廣瀬興に関する学会発表(口頭発表)も行った。平成29年度(2年目)は、同会の母子保健事業を支えた愛育研究所保健部の状況にあえて焦点を当て、同部部長の斎藤文雄が執筆した著書・論文を収集する一方、関連文献を集めることにより、総力戦体制下の母子保健事業をめぐる政策や小児科医師の動向などの把握にも努めた。斎藤に注目したのは、彼が保健部による諸活動を指導し、全体を統括する立場にあったとの仮説によるものである。収集した斎藤文雄執筆の文献については、研究代表者が、その論調の変化などを追うため時系列に従って整理し、“著作目録"としてまとめた上、国立国会図書館・公立図書館・大学図書館などに寄贈する形で研究成果の公表をした。また、研究分担者は、愛育会が総力戦体制下に発行した育児書2冊を取りあげ、両者に見られる思想的変化を研究ノートとしてまとめた。平成30年度(3年目)は、前述した研究を踏まえ、研究代表者が、総力戦体制下に重視された乳児栄養について保健部による調査・研究過程を整理・分析し、「母子保健」思想が内包する歴史的特質を検討した。その研究成果は、同研究代表者が論文にまとめ投稿することにより公表した。平成30年度(3年目)は、総力戦体制下における愛育会の育児における科学性を重視した思想に基づく活動や主張を捉え、「母子保健」思想の歴史的特質について検討し、研究目的は達成できた。その研究過程において、平成29年(2年目)からは、愛育会の母子保健事業を支えた愛育研究所保健部部長、斎藤文雄の視点から「母子保健」思想を捉えることとした。そのため斎藤の論調の変化を分析するために、『斎藤文雄著作目録(戦前・戦中編)』を作成した。しかし、総力戦体制下の「母子保健」思想の評価は、戦後における斎藤の論調の変化にも目を向けて慎重に行なう必要がある。そこで、研究を精緻に達成するために補助事業期間を延長し、同目録の戦後編(斎藤文雄が逝去した1964年まで)を作成することとした。現在は、戦後に斎藤文雄が執筆した著書・論文を収集し、時系列に整理しつつある。補助事業期間を延長した4年目は、戦後に斎藤文雄が執筆した著書・論文を収集しつつ、それらを時系列に整理し、新たに『斎藤文雄著作目録の戦後編(斎藤文雄が逝去した1964年まで)』を作成する。そして、平成29年度(2年目)に作成した『斎藤文雄著作目録(戦前・戦中編)』と統合し、『斎藤文雄著作目録(戦前・戦中・戦後編)』を完成させる。完成した著作目録は、国立国会図書館・公立図書館・大学図書館などに寄贈し研究成果の公表を行う予定である。本研究は、総力戦体制下に「恩賜財団愛育会」〔1934(昭和9)年3月設立〕が、母子保健事業組織として発行した『愛育』誌及び、『愛育新聞』誌の掲載記事を取りあげ、それらにみられる「母子保健」思想が内包する歴史的特質の抽出・分析を試みるものである。平成28年度(1年目)は、『愛育』及び『愛育新聞』に掲載された「母子保健」関連記事、愛育会発行の単行本の収集を進めるとともに、その一部を使用して研究分担者が学会発表(口頭発表)も行った。収集した史料は、どれも愛育会がどのような思想により母子保健活動を展開していたのかを知ることができる貴重なものである。しかし、そのうちの『愛育新聞』は、当時、消耗品として扱われていたためか、現在では僅かに数ヵ所の図書館に点在するのみで、散逸してしまっているものもあった。そこで、愛育会の「母子保健」思想を分析するために、点在している『愛育新聞』を収集し、“『愛育新聞』総目次"を作成した。完成した冊子は、「社会福祉法人恩賜財団愛育会愛育研究所」、「国立国会図書館」、愛育会と関係の深い「東京大学医学部図書館」、「金沢大学医学部図書館」、「東北大学附属図書館医学部分館」、「岡山大学附属図書館」、「伊勢原市立図書館」「函館市中央図書館」、現在『愛育新聞』を所蔵している「早稲田大学中央図書館」、「大阪府立中央図書館」、その他、「千葉大学附属図書館」、「日本福祉大学附属図書館」、「中部学院大学附属図書館」の13ヵ所に寄贈し、研究成果の公表も行った。また、研究分担者は、幼児教育史学会第12回大会で「廣瀬興の育児思想ー総力戦体制下を中心に」も口頭発表している。平成28年度(1年目)は、国立国会図書館のNDL-OPAC及び同デジタルライブラリーなどを積極的に活用し、研究分担者と協力して、史料調査・収集、研究成果の公表を行った。

その結果、同年度の目標はほぼ達成し、研究成果を学会発表や“『愛育新聞』総目次"の発行などの形で公表することができた。しかし、前述のように公開されている史料はごく一部であり、本研究の目的である愛育会の「母子保健」思想を分析するにはまだ十分とは言えない。また、同年度(1年目)の史料の整理によって、愛育会による母子保健事業は、民間組織の一活動としてではなく、国策である総力戦体制を合理的に推し進めるために、重要な役割を担っていたことが明らかとなった。そこで平成29年度(2年目)以降は、「母子保健」の他、「総力戦体制」及び「国家総動員法」等の政策と愛育会との関連も視野に入れ、同会では具体的にどのような母子保健活動が行われていたのかを整理する必要がある。本研究は、総力戦体制下に「恩賜財団愛育会」〔1934(昭和9)年3月設立〕が、母子保健事業組織として発行した『愛育』誌及び『愛育新聞』誌の掲載記事を取りあげ、それらに見られる「母子保健」思想が内包する歴史的特質の抽出・分析を試みるものである。平成28年度(1年目)は、『愛育』及び『愛育新聞』に掲載された記事、愛育会発行の単行本の収集を進めた。また、研究代表者が『愛育新聞』の誌面調査を行い、“『愛育新聞』総目次"を作成して、国立国会図書館及び同誌を所蔵する公立図書館・大学図書館などに寄贈する形で研究成果の公表も行っている。さらに、収集した単行本などの一部を使用して、研究分担者が愛育隣保館館長の廣瀬興に関する学会発表(口頭発表)も行った。平成29年度(2年目)は、そうした前年度の成果に加える形で、同会の「母子保健」事業を支えた愛育研究所保健部の状況にあえて焦点を当て、同部部長・附属施設愛育医院院長の斎藤文雄が執筆した著書・論文を収集する一方、関連文献を集めることにより、総力戦体制下の保健事業をめぐる政策や小児科医師の動向などの把握にも努めた。斎藤に注目したのは、彼が部長・院長として保健部による諸活動を指導し、全体を統括する立場にあったとの仮説によるものである。収集した斎藤文雄執筆の文献については、研究代表者が、その論調の変化などを追うため時系列に従って整理し、“著作目録"としてまとめた上、国立国会図書館・公立図書館・大学図書館などに寄贈する形で研究成果の公表をしている。また、研究分担者は、愛育会が総力戦体制下に発行した育児書2冊を取りあげ、両者に見られる思想的変化を研究ノートとしてまとめた。平成29年度(2年目)は、愛育会の一次史料を所蔵する日本子ども家庭総合研究所図書室の閉鎖が継続された影響から、研究計画の一部に修正を加える形で進めた。具体的には、そうした予期しない出来事への対応策として、上記のように、愛育会の「母子保健」事業を支えた愛育研究所保健部の状況へとあえて焦点を当て、同部部長・附属施設愛育医院院長の斎藤文雄を中心人物に据えて、彼の著作をたどる形で、同会の論調をまとめる方向性を探った。平成28年度(1年目)は、『愛育』及び『愛育新聞』に掲載された記事や愛育会発行の単行本の収集を進めた。また、研究代表者が『愛育新聞』の誌面調査を行い、“『愛育新聞』総目次"を作成して、国立国会図書館及び同誌を所蔵する公立図書館・大学図書館などに寄贈する形で研究成果の公表も行った。
河川観測レーダによる河川水位予測システムに関する研究

河川に関する防災情報を充実させるためには、設置が容易な機器を用いて密な観測網を構築することが重要である。これを実現するために、本研究では、河川水位および河川流量をリアルタイムで観測可能な河川観測レーダの開発を行った。レーダの利点は離れた位置から河川観測が行えることであり、今後、実用化に向けてシステムの小型化と低コスト化を進めていく予定である。平成24年度はマイクロ波レーダによる河川観測のアルゴリズムについて基礎的検討を行うとともに、河川水位の予測手法について調査した。アルゴリズムについては、荒川での観測データを用い、パターンマッチングにより水位の算出を行った。その結果、河川ではレーダの平均受信電力に時間的な変動が生じるため、算出した水位にばらつきが生じることが判明した。平均受信電力の変動の原因としては、堤防等により水面への風の作用が不均一であったことが考えられる。このようなばらつきはあるものの、パターンマッチングの一致度が高く、水位計と同等の結果が得られたデータも存在するため、原理的には本研究の水位観測手法が適用できると考えられる。アルゴリズムを改良し、ノイズ除去を行ったところ、水位の推定精度を向上することができた。河川水位の予測手法については、既往の計算手法についてレビューを行い、レーダによる観測データを活用する推定法について調査した。複雑な予測モデルは多数の入力パラメータを必要とするため、できるだけ簡便なモデルを用い、観測データをフィードバックして予測精度を向上させる手法が実用的と考えられる。平成24年度の研究から、高精度に水位を計測するにはハードとソフトの両面からの改良が重要であることがわかった。平成25年度は河川観測に適したレーダを作成して河川観測を行うとともに、ドップラースペクトルを用いたノイズ除去法について検討を行う予定である。本研究の目的は、河川水位および河川流量を観測可能なレーダを開発し、そのデータを基に河川水位予測を行うことである。これを実現するために、平成25年度は観測アルゴリズムの改良および河川観測レーダの設計を行った。海の潮位観測においては、水面の高さによる受信電力分布の違いから水位を算出し、潮位計と同等の結果が得られた(特許取得済み)。この技術を河川観測に応用する予定であったが、実際に河川で観測されたレーダデータを解析したところ、海に比べてノイズが大きく、理論通りの受信電力分布が得られないケースが多く存在した。このような場合、従来の観測アルゴリズムでは十分な精度で河川水位を観測することができない。そこで、観測アルゴリズムの改良を行うとともに、新たにインターフェロメトリを用いた観測手法についても検討を行った。観測アルゴリズムの改良については、ノイズによる受信電力の歪みを想定してパターンマッチングを行うように工夫した。インターフェロメトリは、現在、合成開口レーダに用いられている技術であるが、これを河川観測に応用する手法について検討を行った。また、新しく開発する河川観測レーダでインターフェロメトリ処理ができるように、ハードウェアの設計変更を行った。改良されたパターンマッチングとインターフェロメトリの2つの手法を用いることで、安定かつ高精度の観測が実現できると考えている。平成26年度は、実際の河川観測でこれらの適用性を検証するとともに、観測データを用いた河川水位予測手法について検討を進める予定である。これを実現するために、本研究では、河川観測に適したレーダの検討および観測アルゴリズムの開発を行った。この技術を河川観測に応用したが、実際に河川で観測されたレーダデータを解析したところ、海に比べてノイズが大きく、理論通りの受信電力分布が得られないケースが多く存在した。そこで、新しい技術としてインターフェロメトリを用いた観測手法について検討を行った。インターフェロメトリは、現在、合成開口レーダに用いられている技術であり、受信したマイクロ波の位相の差から高さ情報を算出する技術である。これを河川観測に応用するために、ハードウェアの設計とソフトウェアの開発を行い、実際に相模川を対象に現地観測を行った。河川の水面は常に変動しているため、そこから散乱されたマイクロ波にも変動が認められた。これらの変動を考慮したマイクロ波の位相差を算出するアルゴリズムを開発したが、それだけでは安定した結果が得られなかった。そこで、従来の受信電力分布を用いたアルゴリズムを改良し、ノイズによる受信電力分布の歪みを想定してパターンマッチングを行うように工夫した。これら2つの観測手法を組み合わせることで、従来よりも安定した河川観測が可能となった。今後、河川観測レーダの小型化および低コスト化を進めることで、より高密度の河川観測が実現できると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。工学26年度が最終年度であるため、記入しない。既存のレーダによる荒川での観測から、河川におけるレーダ信号の特性を知ることができ、平成25年度以降の研究推進の目処がついた。

平成25年度に河川観測レーダを製作する予定であったが、検討により従来と同等の仕様では十分な精度が得られないことが判明した。そこで、平成25年度に新しいレーダの設計を行い、平成26年度上期に製作することにした。平成26年度中に現地観測を実施できる予定であるため、計画に大きな変更はない。26年度が最終年度であるため、記入しない。河川観測用レーダを新たに設計・制作し、相模川において長期観測を実施する。レーダの観測結果を水位計およびH-Q曲線の結果と比較することにより精度検証を行う。平成25年度の設計を基に河川観測レーダを製作し、現地観測を実施する。これまで検討した2つの手法について精度検証を行い、新しい河川観測技術を提案する。既存のレーダによる荒川での観測から、河川では海洋に比べてノイズが大きいため、河川観測にはSN比がより高い高性能なレーダが必要であると判断された。そこで、予定していた高速データ収録装置の購入を中止した。その費用は次年度の直接経費と合わせて高性能なレーダの制作に使用する。河川におけるレーダデータを解析したところ、従来と同等の仕様では十分な精度が得られないことが判明した。そこで、平成25年度分と平成26年度分の研究費を合わせて高性能のレーダを製作することにした。平成25年度の設計を基に河川観測レーダを製作する。