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分子解離における量子もつれ原子ペア生成ともつれの破れ

本研究の目的は、分子解離により量子もつれ原子ペアが生成するか、それとも量子もつれが解離途上で破れるかを解明することにある。代表者の理論予測によれば、H2の光解離により、量子もつれH(2p)ペアが生成するはずであり、そのことは、2p原子ペアが放出するLyman-α光子ペアの角度相関測定により検証できる。そこで、H2, D2,およびHD分子について、その光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を、高精度で測定し、その解析から2p原子ペア状態を特定し、その状態がもつれているか、どうかを明らかにすることを目論んだ。入射光は、エネルギー33.66eVの直線偏光である。またLyman-α光子ペア放出の断面積絶対値を入射光子エネルギーの関数として測定することも試みた。この実験は、1光子吸収により生じる水素分子二電子励起状態を特定するために、必要である。研究期間内において、上記三つの分子について、Lyman-α光子ペアの角度相関関数を、二つの検出器の様々な配置において、測定することに成功した。その角度相関関数は、自明な対称性を示しており、このことは実験装置の角度応答性が平坦であることを保証している。最終年度(平成30年度)においては、装置の改良により、入射光軸に直交する面以外の領域にまで、相関測定の角度範囲を広げることに成功した。実験と並行して、実験で得られたLyman-α光子ペアの角度相関関数を理論的に再現する試みが続けられた。平成30年度にいたって、それに成功し、水素分子の光解離により生成する2p原子ペアが、もつれ状態にあることを明確にした。本研究の目的は、分子解離により量子もつれ原子ペアが生成するか、それとも量子もつれが破れるかを解明することにある。代表者の理論予測によれば、水素分子の光解離により、量子もつれ2p原子ペアが生成し、もつれ原子ペア生成は、2p原子ペアが放出するLyman-α光子ペアの角度相関測定により、検証できる。27年度においては、原子核の交換対称性が、もつれ原子ペア生成に与える影響を解明するために、HDとH2の光励起に起因するLyman-α光子ペアの角度相関関数を測定した。H2の波動関数は原子核の交換対称性を満足する必要があるが、HDの波動関数はそれを満足する必要はない。あわせてD2についても実験を行なった。D2の波動関数も、H2と同じく、原子核の交換対称性を満足する必要がある。ただし陽子がフェルミオンであるのに対し、重陽子はボゾンであるので、H2とD2では交換対称性が異なる。二つの光子検出器の対向配置に加えて、非対向配置においても角度相関を測定した。都合三つの配置における角度相関関数を、三つの水素分子に対して、これまでよりも広い角度範囲で、測定することができた。励起光としては、光子エネルギー33.66eVの直線偏光を用いた。さらに、H2, HD, D2に対してLyman-α光子ペア生成の断面積を入射光子エネルギーの関数として、30-40eVの領域にて測定した。これらの結果により、2p原子ペア生成の前駆体となる水素分子二電子励起状態の議論を大きく前進させることができた。三種類の水素分子(H2, HD, D2)に対し、これまでよりも広い角度範囲において、Lyman-α光子ペアの角度相関関数を測定した。また、Lyman-α光子ペア生成の断面積を入射光子エネルギーの関数として測定した。これらにより2p原子ペア生成に至る光励起過程の議論を大きく前進させることができた。代表者の理論予測によれば、水素分子の光解離により、量子もつれ2p原子ペアが生成し、そのもつれ原子ペア生成は、2p原子ペアが放出するLyman-α光子ペアの角度相関測定により、検証できる。27年度においては、原子核の交換対称性が、もつれ原子ペア生成に与える影響を解明するために、H2, D2,及びHDを対象として、光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を測定した。入射光子エネルギーは、33.66eVであった。当初の予想に反し、これら三つの分子に対する角度相関関数が実験誤差以内で一致した。原子ペアの状態は、周辺の水素ガス分子との相互作用や微弱な漏れ電場の影響を受けやすい。そこで、28年度においては、水素ガス圧力と漏れ電場が角度相関測定に与える影響を詳細に調べた。さらに、27年度における測定では、データ点の数が、十分ではなかったので、より狭い角度刻みで角度相関測定を行なった。その結果として、H2, D2,及びHDの光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を高い精度で測定できた。また、パラ水素分子実験の準備として、パラ水素の純度を測定する方法を確立した。水素分子の光解離に由来するLyman-α光子放出断面積を入射光子エネルギーの関数として、一電子励起状態領域にて測定した。エネルギー分解能を上げることにより、回転線を分離することができる。その同定と強度解析からパラ水素の純度を求める方法を確立した。水素分子(H2, D2,及びHD)について、光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を測定した。

この結果は、水素ガス圧力及びもれ電場に起因する副次効果の影響を受けていないことを実験的に確認した。また十分な数のデータ点を有している。このように、Lyman-α光子ペアの角度相関関数を高精度で測定することができた。これにより、分子解離により生成する原子ペアの状態解明に向け、研究を大きく前進させることができた。本研究の目的は、分子解離により量子もつれ原子ペアが生成するか、それとも量子もつれが解離の途上で破れるかを解明することにある。代表者の理論予測によれば、水素分子の光解離により、量子もつれH(2p)原子ペアが生成し、そのもつれ原子ペア生成は、2p原子ペアが放出するLyman-α光子ペアの角度相関測定により検証できる。27年度ー28年度において水素分子(H2, D2,及びHD)の光解離に起因するLyman-α光子ペアの角度相関関数を高い精度で測定することに成功した。入射光子エネルギーは、33.66eVであった。29年度においては、補足的な測定を行なうとともに、それらの実験データから、原子ペア状態を推測する方法を新たに開発した。この考察のなかで、角度相関関数の一般的な解析的表現を導くことに成功した。新方法により、実験で得られた角度相関関数を解析し、2p原子ペア状態を絞ることができた。ただし、それまでの実験装置では、二つの光子検出器が、光軸に直交する面内に置かれており、その面における角度相関関数が測定できるだけであり、その面以外の角度領域における角度相関関数は未知のままであった。そのことが原因で、原子ペア状態を特定する精度に限界が生じた。ところがその後、光軸直交面以外の領域でも、角度相関測定を可能にする着想を得た。それに基づき、装置を改良した。それに合わせて同時計数システムにも改良を加え、効率的に角度相関関数を測定できるようにした。新装置のテストを行ない、光軸直交面以外でのLyman-α光子ペアの角度相関測定に道を開いた。水素分子(H2, D2,及びHD)について、光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を高い精度で測定した。入射光子エネルギーは33.66eVであった。その注意深い解析から2p原子ペア状態を絞ることができ、光解離によりもつれ原子ペアが生成することをおおむね実証できた。本研究の目的は、分子解離により量子もつれ原子ペアが生成するか、それとも量子もつれが解離途上で破れるかを解明することにある。代表者の理論予測によれば、H2の光解離により、量子もつれH(2p)ペアが生成するはずであり、そのことは、2p原子ペアが放出するLyman-α光子ペアの角度相関測定により検証できる。そこで、H2, D2,およびHD分子について、その光解離に由来するLyman-α光子ペアの角度相関関数を、高精度で測定し、その解析から2p原子ペア状態を特定し、その状態がもつれているか、どうかを明らかにすることを目論んだ。入射光は、エネルギー33.66eVの直線偏光である。またLyman-α光子ペア放出の断面積絶対値を入射光子エネルギーの関数として測定することも試みた。この実験は、1光子吸収により生じる水素分子二電子励起状態を特定するために、必要である。研究期間内において、上記三つの分子について、Lyman-α光子ペアの角度相関関数を、二つの検出器の様々な配置において、測定することに成功した。その角度相関関数は、自明な対称性を示しており、このことは実験装置の角度応答性が平坦であることを保証している。
高分子コロイド系におけるナノ構造形成に関する計算科学的研究

高分子コロイド分散系は、高分子系・生体などにおいて普遍的に存在する物質であり、その性質を明らかにすることは基礎科学・工学的応用の両面において重要である。また、系の電解質濃度を変化させることにより、コロイド粒子は凝集してクラスターを形成(ゲル化)する事が知られている。本研究では、このような高分子コロイド系のナノ構造形成、およびその動的性質に関連した問題について、計算機シミュレーションの立場から明らかにした。具体的には、以下の二点に関して計算科学的研究を行った。(1)表面・界面を含むクーロン粒子系に適した、高速化分子動力学計算手法の開発を行った。本研究により、比較的粒子数の多い系における計算を行う事が容易となった。また、本計算手法を高分子電解質ブラシ系の問題に適用し、その構造形成、特に電解質濃度依存性およびブラシ層のグラフト密度依存性に関して数値的に明らかにした。(2)溶液中のソフトマテリアルにおけるクーロン多体効果について明らかにするため、荷電コロイド粒子系における分子動力学シミュレーションを行った。特に、荷電表面・界面における対イオン凝集現象、およびその粒子サイズ依存性(排除体積効果)に関して、定量的に明らかにした。平成13年度において本研究代表者は、高分子コロイド系におけるナノ構造形成に関する研究を行い、以下のような成果を挙げた。(1)強相関ソフトマテリアル系における対イオン凝集現象:本研究においては、溶液中のソフトマテリアルにおけるクーロン遮蔽効果について明らかにするため、荷電コロイド粒子系におけるモンテカルロ・シミュレーション解析を行った。その結果、クーロン強結合系においては、コロイド粒子表面に対イオンが集中する"対イオン凝集現象"が起こっていることが確認された。(2)強相関ソフトマテリアル系における電荷反転現象:電荷を帯びた物体表面における遮蔽電荷密度のプロファイルは、表面からの距離に関しては単調ではなく、振動しながら減衰している事が明らかとなった。またこのような遮蔽効果は、電荷の大きさのみならず、溶液中のイオン半径に強く依存することを見いだした。この結果は、従来幅広く用いられているPoisson-Boltzmann理論に基づく連続体解析が、クーロン強結合系においては良い近似ではなく、分子論的描像に基づく理論的取り扱いが不可欠であることを示唆している。(3)荷電コロイド系における有効相互作用:近年、溶液中の荷電コロイド系における相互作用の性質に関して、様々な観点から関心が持たれている。本研究では計算機シミュレーションにより、溶液中における荷電コロイド粒子系、及びその電気二重層の振る舞いに関して数値的に明らかにした。
低コスト・高効率な新規ナノ開口基板作製法の開発とDNA結合蛋白質研究への応用

ナノ開口基板は100 nm程度の穴がアレイ状に並んだガラス基板で、高濃度蛍光標識生体分子の蛍光1分子イメージングを可能とする。ナノ開口基板作製手法を確立し、これまでにDNA相同組換えの中間体で、十字型構造をしたHolliday構造DNAの分岐点移動を担うモーター蛋白質であるRuvBについて、蛍光標識RuvB蛋白質を作製し、その機能解析を行う中で、RuvAとRuvBがHolliday構造DNAと結合する際において、RuvBのATPとの結合だけでなく、ATP加水分解が安定したRuvA-RuvB-Holliday構造DNA複合体形成を促進することを示唆する結果をえられた。しかしながら、ナノ開口基板を用いた解析を汎用性の高い研究手法とするためには、安価で効率より作製する必要があり、昨年度までにCharacter Projection法と呼ばれる高速でナノ加工を可能とする手法を用いて、コストの面では5分の1程度に抑え、作製枚数については従来の10倍程度まで向上させることに成功し、安価で効率よくナノ開口基板を作製する手法を確立した。今年度は新たに確立した作製手法で作製したナノ開口基板を用いて、蛍光標識Holliday構造DNAをナノ開口基板に固定し、その構造変化をHolliday構造DNA末端に付加した蛍光色素の強度変化を指標に観察することに成功した。また、Holliday構造DNA特異的DNA結合蛋白質であるRuvAについても蛍光標識RuvAの作製にも成功し、これまでに生化学的解析により、RuvA-RuvB-Holliday構造DNA複合体形成におけるRuvAの詳細な機能解析を行うことができた。現在では、RuvAやRuvBを加えることで、Holliday構造DNAの構造変化にどのような影響を与えるのかをHolliday構造DNAに結合した蛍光色素の強度変化を指標にして、解析中である。ナノ開口基板は高濃度蛍光標識生体分子の蛍光1分子イメージングを可能とするガラス基板です。これまでにナノ開口基板作製手法を確立し、蛍光標識RuvB蛋白質の機能解析を行いました。しかしながら、ナノ開口基板を用いた解析を汎用性の高い研究手法とするためには、安価で効率より作製する必要があります。また、本研究計画で解析対象としているRuvA/RuvB/RuvC蛋白質はDNA相同組換えの中間体で、十字型構造をしたHolliday構造DNAの分岐点移動や切断を担う蛋白質です。今年度はCharacter Projection法と呼ばれる高速でナノ加工を可能とする手法を用いて、安価で効率よくナノ開口基板を作製する手法を確立しました。以前の私自身の作製手法に比べて、使用するガラス基板をカバーガラス型の石英基板から直径10cmのウェハ型の石英基板を用いて、基盤作製後、必要なサイズに基板を切断する手法を新たに加えることで、コストの面では5分の1程度に抑え、1日あたりの作製枚数については従来の10倍程度まで向上しました。また、作製したナノ開口基板を用いた解析を行うために蛍光標識RuvAの作製しました。ナノ開口基板上での解析を行う前にその活性を物理化学的手法で解析しました。その結果、これまでの生化学的手法で得られなかったRuvAとRuvBとの結合解離について、興味深い結果が得られました。基質であるHolliday構造DNA非存在下では、RuvAとRuvBの結合速度は分オーダーの非常に遅い反応ですが、Holliday構造DNA存在下ではその結合速度が秒オーダーに大きく促進する結果が得られました。平成28年度の研究計画はCharacter Projection法を用いた安価で効率のいいナノ開口基板作製手法の確立ですが、平成28年度中に確立しました。また、作製したナノ開口基板を用いた解析を行うために蛍光標識RuvAの作製を行いました。その活性を物理化学的手法で解析しました。基質であるHolliday構造DNA非存在下では、RuvAとRuvBの結合速度は非常に遅いですが、Holliday構造DNA存在下ではその結合速度が大きく促進する結果が得られました。この結果につきましては、この2、3ヶ月で論文投稿に進めることができる状態です。DNA相同組換えは損傷を受けたDNAを修復し、ゲノム構造維持に関与するだけでなく、種に遺伝的多様性を与えることが知られている。Holliday構造DNAはDNA相同組換え中間体である十字型構造をしたDNAであり、このDNAの形成と解消がDNA相同組換えに於いて重要である。本研究計画で解析対象としているRuvA/RuvB/RuvCタンパク質がHolliday構造DNAの解消を担うタンパク質である。蛍光1分子イメージングはこのようなタンパク質の機能解析を行う上で非常に強力な研究手法の一つであるが、RuvA/RuvB/RuvCにおいては100 nM以上の濃度で実験を進める必要があり、本研究では高濃度の蛍光標識生体分子の1分子イメージングを可能とするナノ開口基板を用いて、研究を進めている。昨年度はCharacter Projection法と呼ばれる高速でナノ加工を可能とする手法を用いて、安価で効率よくナノ開口基板を作製する手法を確立した。また、作製したナノ開口基板を用いた解析を行うために蛍光標識RuvAの作製し、その活性を物理化学的手法で解析し、これまでの生化学的手法で得られなかったRuvAとRuvBとの結合解離について、新たな結果が得られた。昨年度から引き続いて、蛍光標識RuvAとRuvBタンパク質を用いて機能解析を行っており、今年度は、RuvBについて新たな結果が得られた。

RuvBとRuvAとの相互作用についてはマグネシウムイオン存在下において、RuvA-RuvB複合体がマグネシウムイオン非存在下に比べて安定しているという結果が得られた。また、RuvBの構造がRuvAと相互作用した後に変化していることを示唆する結果も得られ、Holliday構造DNA上でのRuvA-RuvB複合体形成過程を詳細にすることができた。平成28年度にCharacter Projection法を用いた安価で効率のいいナノ開口基板作製手法を確立した。また、作製したナノ開口基板を用いた解析を行うために蛍光標識RuvAの作製を行った。その活性を物理化学的手法で解析し、これまでの生化学的手法で得られなかったRuvAとRuvBとの結合解離について、興味深い結果が得られた。基質であるHolliday構造DNA非存在下では、RuvAとRuvBの結合速度は非常に遅いが、Holliday構造DNA存在下ではその結合速度が大きく促進する結果が得られ、今年度は特にRuvBの機能解析を進め、RuvAとRuvBの複合体を形成する過程において、マグネシウムイオンにより、RuvA-RuvB複合体が安定することを示唆する結果を得た。また、この過程において、RuvBはRuvAと相互作用した後に構造変化を起こしていることを示唆する結果も得た。ナノ開口基板は100 nm程度の穴がアレイ状に並んだガラス基板で、高濃度蛍光標識生体分子の蛍光1分子イメージングを可能とする。ナノ開口基板作製手法を確立し、これまでにDNA相同組換えの中間体で、十字型構造をしたHolliday構造DNAの分岐点移動を担うモーター蛋白質であるRuvBについて、蛍光標識RuvB蛋白質を作製し、その機能解析を行う中で、RuvAとRuvBがHolliday構造DNAと結合する際において、RuvBのATPとの結合だけでなく、ATP加水分解が安定したRuvA-RuvB-Holliday構造DNA複合体形成を促進することを示唆する結果をえられた。しかしながら、ナノ開口基板を用いた解析を汎用性の高い研究手法とするためには、安価で効率より作製する必要があり、昨年度までにCharacter Projection法と呼ばれる高速でナノ加工を可能とする手法を用いて、コストの面では5分の1程度に抑え、作製枚数については従来の10倍程度まで向上させることに成功し、安価で効率よくナノ開口基板を作製する手法を確立した。今年度は新たに確立した作製手法で作製したナノ開口基板を用いて、蛍光標識Holliday構造DNAをナノ開口基板に固定し、その構造変化をHolliday構造DNA末端に付加した蛍光色素の強度変化を指標に観察することに成功した。また、Holliday構造DNA特異的DNA結合蛋白質であるRuvAについても蛍光標識RuvAの作製にも成功し、これまでに生化学的解析により、RuvA-RuvB-Holliday構造DNA複合体形成におけるRuvAの詳細な機能解析を行うことができた。
転写因子GATA3の新規パートナー分子、ZNF131の解析

ZNF131はBTB Znフィンガーファミリータンパク質のひとつである。転写因子GATA3は、T細胞分化やT細胞機能の種々の過程に非常に重要である。ZNF131をGATA3結合タンパク質のひとつとして見出した。ZNF131は、胸腺において、ダブルポジティブへの分化に伴う細胞増殖に重要である。ZNF131は、T細胞受容体刺激による末梢T細胞の増殖に必須である。B細胞の分化過程において、pro B細胞での細胞増殖および遺伝子再構成に重要である。ZNF131はcdkインヒビターp21(cdkn1a)の発現を抑制し、癌抑制遺伝子p53によるp21の誘導に拮抗する。ZNF131に対する抗体作成については、ペプチドを抗原として作成を試みたが良い抗体は作成できなかった。全長のタンパク質を大腸菌および293T細胞で量産するためのプラスミドを作成し、大腸菌での量産が可能となったところである。また抗体作成と並行して、ZNF131遺伝子を含むBacにタグを導入し、Bacトランスジェニックマウスの作成を進めている。トランスジェニックマウス作成用のBacクローンの作成を進めている。Mb1-Creマウスと交配したマウスによるB細胞分化課程におけるZNF131の機能解析を開始している。PreBCRを発現する過程で必須であり、さらにそれ以前の分化過程においても重要であることを示唆するデータを得ている。B細胞分化過程において、細胞増殖が関与する過程で必要であるという仮説を立て、解析を進めている。ZNF131についてのこれまでの成果を論文にまとめたものを投稿中である。これまでおこなってきたT細胞分化および成熟T細胞の機能におけるZNF131の役割について、論文を発表した。さらに計画していたようにB細胞の分化過程におけるZNF131の役割につての解析を進めた。B細胞の初期分化においてもZNF131は必須であった。pre pro B細胞の過程でZNF131を欠失するとproB細胞の過程で分化はほぼ完全に停止する。proB細胞の過程では、Ig heavy chainの遺伝子再構成と強い細胞増殖が見られる。ZNF131の欠失では、細胞増殖の抑制が認められ、これはT細胞に対する影響と酷似する。一方、T細胞では見られなかった事象として、遺伝子再構成の効率の減弱が見られた。これは、pro B細胞における細胞増殖の抑制に伴い、間接的に発生したという仮説を立てている。一方、ZNF131と細胞増殖との関係については、T細胞の場合と同様、ZNF131が細胞周期制御因子p21の転写抑制作用を持つと考えられた。ZNF131のp21プロモーターでの制御領域の解析をより詳細におこなった結果、癌抑制遺伝子p53の制御領域と重複している可能性が示唆され、ZNF131とp53との関係を解析することが重要な課題のひとつとなるにいたった。T細胞でのZNF131の機能については、論文を発表した。またB細胞での機能に関して、特にB細胞の初期分化過程での機能について、研究がかなり進展し、新たな課題も出てきた。B細胞に関する研究内容の発表準備をおこなっている。BTB Znフィンガーファミリーに属するZNF131は、T細胞の分化や機能発現に重要であり、また種々の組織の発生過程で重要な機能を持つ転写因子GATA3と相互作用するタンパク質として同定し、コンディショナルノックアウトマウスの作成を行った。胸腺におけるT細胞の分化において、GATA3と同様の機能を担うこと、成熟T細胞では、活性化に伴う細胞増殖の誘導やサイトカインや初期応答遺伝子の誘導に必須であることを明らかにした。B細胞においては、その分化過程で、pre-pro B細胞からpro B細胞への分化とpro B細胞の増殖に必須であり、免疫グロブリン重鎖の遺伝子再構成にも関与することを明らかにした。T細胞とB細胞に共通に認められるZNF131の機能として、細胞増殖の制御があり、細胞周期の進行を抑制するp21(cdkn1a)の発現をZNF131が抑制することが示唆された。p21誘導因子として非常に重要な転写因子に、癌抑制遺伝子であるp53がある。細胞の癌化の抑制(老化の誘導もその一つ)においてp53はp21の誘導を介して細胞増殖を停止させる。ZNF131は、p53と競合することでp21の発現を抑制する可能性が考えられた。このメカニズムの解析は継続して行っている。線維芽細胞で欠失させると、細胞増殖は徐々に抑制されたが、作用点は不明である。抗体の作成は何度か試みたが、良い抗体が得られず、継続している。培養細胞に過剰発現させた場合には、ZNF131のBTBドメインとGATA3の転写活性化ドメインが結合に重要であることを示せたが、良い抗体が得られていないことから、内在性のZNF131とGATA3との結合は示せていない。

抗体作成が喫緊の課題であるが、それがまだ達成されていない。抗体は、ZNF131タンパク質の種々の解析、その分布、免疫沈降によるパートナー分子の探索、クロマチン免疫沈降による染色体上の分布解析、細胞内局在とその変化など多くの解析のために必須である。全長タンパク質の大腸菌での量産の目処はついている。できれば哺乳動物細胞での量産を確立したいが時間がかかるようであれば大腸菌で量産、精製したタンパク質を用いて抗体作成を開始する。27年度の計画に含めたB細胞の分化過程における機能解析は、前倒しで開始した。ZNF131欠失により末梢B細胞は完全に消失することから、ZNF131はB細胞分化に必須である。これまでの解析から、preBCRを発現し、そのシグナルによる増殖を伴う分化過程で必須であること、またこの過程より前の分化段階でも必要である可能性が示唆された。造血幹細胞からB前駆細胞への過程におけるZNF131の機能の解析を開始した。末梢T細胞および胎児由来線維芽細胞を用いたZNF131の細胞生物学的解析(細胞増殖、細胞死、シグナル伝達、ストレス応答など)については、あまり進んでおらず、27年度に精力的に進める考えである。細胞周期制御因子であるp21に関して、癌抑制遺伝子p53の重要な標的遺伝子であり、p53はp21の転写を活性化する。ZNF131は逆にp21の転写を抑制することを解明したが、さらにp53とZNF131の制御領域が重複している可能性が示唆され、そのため、このふたつのタンパク質がどのような相互作用を持っているのかを詳細に検討する必要がある。またp53が非常に重要な癌抑制遺伝子であることから、ZNF131と細胞癌化や細胞老化との関連が重要な研究テーマとして提起された。ZNF131のリンパ球における機能に関して、T細胞活性化への関与など重要な課題が残っているが、同時に癌化、老化といった事象での機能の解析も進めていきたい。免疫学T細胞の分化や機能の多くに関与する多面的機能を持つ転写因子GATA3の作用機序の解明を目的として、GATA3と相互作用する分子群の探索からZNF131を同定した。したがってGATA3とZNF131が、T細胞分化過程でどのように相互作用するのか、染色体上での相互作用の解析、細胞内局在における関係、GATA3・ZNF131それぞれのパートナー分子群がどのような関係にあるのか、様々な分化過程のT細胞において解析を進めるために抗体作成およびBacトランスジェニックマウス作成を急がなければならない。ZNF131はT細胞受容体シグナルに必須であり、リンパ球における細胞増殖制御に関与している可能性があり、作業仮説として解析を進めているが、細胞内代謝制御のメタボローム解析をおこなうことで、新しい視点から作業仮説の正否にせまれるのではないかということを検討中である。当初の研究計画には加えていないが、メタボローム解析から得られる情報は、GATA3とZNF131の機能解析を大きく前進させる可能性があると考えている。論文投稿費用(その他に含まれる)が予想より高額となり、その分、物品費で調整をはかったが、若干の余剰が生じた。
リスクとベネフィットを定量的に統合評価する臨床試験のデザインに関する統計学的研究

本研究は、様々な疾患を持つ患者に対して、最も有効で安全な治療法を追及するための適切な臨床試験デザインの方法論を提示することを目標とし、治療方法の有効性および安全性を正確かつ精度良く検定し得る評価方法を確立した。具体的には、従来ほど多くの被験者を必要としないで、従来よりも短期間で、有効性(ベネフィット)と安全性(毒性・リスク)のバランスを定量的に反映させて、それらを同時に正確に評価する検定方法を確立した。従来の臨床試験デザインでは有効性および安全性を正確かつ精度良く検定する際に、複数のエンドポイントを設定することになり検定の多重性という問題のために長い試験期間や多くの被験者を必要とした。本研究は、この問題を改善し従来よりも短期間で、しかも従来ほど多くの被験者を必要としないで、正確に有効性(ベネフィット)と安全性(毒性・リスク)の両方をそれらのバランスに基づいて統合し同時に評価する検定方法を確立することである。その際、バランスを定量化する方法、一つの検定結果を出すための成分の統合方法が重要な課題となる。治療法の有効性を有効率(割合)で、安全性を副作用の発現率(割合)で評価する場合、リスクとベネフィットの定量的なバランスを勘案し、医学的重大さを加味する新しい評価方法を確立するために、研究代表者らの、平成18-19年度の「医学的な重要性を加味した臨床試験のデザインと評価方法に関する統計学的研究」の研究成果の適用ができるように、sphericityの性質を本研究に応用することを検討した。複数のエンドポイントが割合である場合の検定の多重性の調整に関する文献調査を行った。有効性と安全性の変数のタイプがイベント発現までの時間の組合せの場合、前研究の成果が応用できる。これまでの成果を中間発表として国際学会で発表し、本研究について海外の研究者と意見交換および情報収集を行った。リスクとベネフィットの定量的なバランスについては従来まったく考えられていないので、医学分野での見解を調査するために、関連する治療やQOLの分野の文献調査、医学専門家(医師など)との会合、医学系関連学会において情報収集し、検定統計量の構築・分析と解析プログラムの開発を行った。本研究は、既存の方法がとりあげなかった、有効性(ベネフィット)と安全性(毒性・リスク)の両方をそれらのバランスに基づいて、統合し同時に評価する検定方法を確立することである。昨年度に考案した検定統計量についての解析プログラムを改訂してsimulationを行い、リスクとベネフィットの定量的なバランスの与え方を変化させて、第1種の過誤や検出力の改善について考察し、検定統計量の挙動を分析した。その結果、リスクとベネフィットの重みに比例して重大なエンドポイント(EP)の結果が反映されるとは限らないことがわかった。意味がある定量的な相対的重みには上限があると考えられた。検定統計量の改良のために、研究代表者らの、平成18-19年の医学的な重要性を加味した臨床試験のデザインと評価方法に関する研究の応用として、イベントを発現した被験者の割合という見方から、オッズ比として取り扱うことを検討した。合成EPとしては有効率と毒性発現率についての治療群の間でのオッズ比を、ベネフィットとリスクのバランスを反映して合成することを検討した。割合のまま取り扱う場合も検討した。割合の推定値の分散は割合の大きさに依存するので、医学的バランスを取り入れた統計量の帰無仮説下の分布の分位点を定めるのは難しい。そこで、分散を式により計算する代わりにブートストラップ法を応用することについて検討を開始した。これまでの知見を国内学会や国際学会で発表し、本研究について国内や海外の研究者と意見交換した。リスクとベネフィットの定量的なバランスを考えるための方法としては、基本情報としてその治療領域や治療法などに関する文献のシステマティックレビューやメタアナリシスを行うことが有用であると考えられた。本研究は、既存の方法がとりあげなかった、有効性(ベネフィット)と安全性(毒性・リスク)の両方をそれらのバランスに基づいて統合し、同時に評価する検定方法を確立することである。その際、バランスを定量化する方法および一つの検定結果を出すための成分の統合方法が重要な課題となる。昨年度から引き続いてブートストラップ法を応用することについて検討を行った。帰無仮説下の状況を作ってブートストラップ法を用いて検定統計量の分布を見ることが通常多くなされているが、本研究における帰無仮説下の状況としては無限個数が想定され、代表的な帰無仮説について検討を行った。解析プログラムを作成して小規模のsimulationにより検定統計量の挙動を分析した。一方、帰無仮説の検定に信頼区間を応用することも検討した。1変量の割合の差の場合についてのブートストラップ法を応用した信頼区間の構成に関する先行研究を、本研究における2変量の割合の差の場合に拡張することを検討した。

理論展開を行い、解析プログラムを作成して小規模のsimulationにより第1種の過誤や検出力について考察し、2変量の信頼領域を利用した帰無仮説の検定の挙動を分析した。提案する方法により、リスクとベネフィットの定量的なバランスには単調性の自然な仮定のみを必要とし、従来法よりもバランスの与え方に柔軟性を持たせることが可能になった。小規模の仮想データを用いて、医学的見解を反映させたようなリスクとベネフィットの定量的なバランスに関する情報を与え、本方法の挙動のテストを行った。これまでの知見を国内学会や国際学会で発表し、本研究について国内や海外の研究者と意見交換した。
データ欠損状況下におけるアセットマネジメント政策の科学的アプローチ

平成27年度の主な研究成果として,1)コピュラを用いた2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルの開発,2)連続量を用いた劣化ハザードモデルの開発,があげられる.両者ともに社会基盤施設のアセットマネジメントにおける劣化過程の定量化のための確率モデルであり,点検データを用いて統計的に劣化過程を予測するという考え方に基づいている.2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルでは,施設の劣化過程が故障の有無の2値状態で観測されている状況を考える.本モデルの特徴は,施設の劣化速度,劣化加速度の2種類の異質性を推定している点にある.その際,2種類の異質性パラメータのペアが一意に決定されないという問題があった.これに対して,コピュラを用いて異質性パラメータの同時分布を同時に推定することにより,その問題を解決した.2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルを用いることにより,施設の劣化過程をより高精度に推定することができる.さらに,異質性パラメータの同時分布を推定することにより,ある施設群の維持管理問題を考えたとき,ある将来時点でどの程度の数量の施設を更新する必要があるかを定量化することができ,維持管理計画策定に対しても重要な情報を提供できるようになった.連続量を用いた劣化ハザードモデルでは,施設の劣化状況が連続量として観測されている状況を考える.従来,このような連続量は離散化されたのちに,マルコフ劣化モデルなどの推定に用いられていたが,本研究では,連続量を直接用いた劣化予測を可能とした.これにより,観測値の離散化に伴う情報の欠落やバイアスの発生を避けることが可能となり,劣化過程をより詳細に記述できるようになった.さらに,ハザードモデルの枠組みでモデルを定式化することにより,連続量指標の将来時点での分布や余寿命分布など,社会基盤施設管理者の意思決定やインフラ会計に対して有用な知見を提供できるようになった.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。平成26年度の主な研究成果として,【研究1】コピュラ関数を用いたデータ補完手法と多元的劣化過程モデルの開発,【研究2】健全度判定基準変更を考慮した隠れマルコフ劣化モデルの開発,があげられる.両者とも,社会基盤施設のアセットマネジメントにおける劣化過程の定量化のための劣化予測モデルであり,点検データを用いて統計的に劣化過程を予測するという考え方に基づいている.【研究1】の研究内容は以下の通りである.社会基盤施設の劣化過程が,複数種類の劣化事象(例えば,舗装であれば,ひび割れ,わだち掘れ,平坦性,など)により多元的に評価される場合も少なくない.さらに,個々の劣化事象内でも,評価単位(地域や路線単位)で劣化過程には異質性が存在する.本研究では,劣化評価の多元性と劣化過程の異質性に着目し,個々の劣化事象の劣化過程を,ベンチマーキングモデルと評価単位間の異質性パラメータとで構成される比例ハザードモデルで表現し,複数種類の劣化事象間の異質性の相関構造を,コピュラ関数を用いた同時分布で表現する多元的劣化過程モデルを開発した.【研究2】の研究内容は以下の通りである.本研究では,社会基盤施設の点検データが離散的な健全度で観測されている場合を考える.離散的健全度に関しては,社会基盤施設の供用開始以降,供用状況下において途中でその判定基準が変更される事例も少なくない.このような場合,判定基準変更前後の点検データを統合的に用いて,高精度な劣化予測を行うことが望ましい.本研究では,判定基準変更前後の点検データから1つの劣化過程を予測するための統計的方法論を開発した.具体的には,隠れマルコフ劣化モデルを定式化し,判定基準変更前後の双方の点検データを用いて,全ての時刻に亘り基準変更後の健全度で劣化過程を予測するための方法論を提案した.平成27年度の主な研究成果として,1)コピュラを用いた2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルの開発,2)連続量を用いた劣化ハザードモデルの開発,があげられる.両者ともに社会基盤施設のアセットマネジメントにおける劣化過程の定量化のための確率モデルであり,点検データを用いて統計的に劣化過程を予測するという考え方に基づいている.2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルでは,施設の劣化過程が故障の有無の2値状態で観測されている状況を考える.本モデルの特徴は,施設の劣化速度,劣化加速度の2種類の異質性を推定している点にある.その際,2種類の異質性パラメータのペアが一意に決定されないという問題があった.これに対して,コピュラを用いて異質性パラメータの同時分布を同時に推定することにより,その問題を解決した.2次元混合ワイブル劣化ハザードモデルを用いることにより,施設の劣化過程をより高精度に推定することができる.さらに,異質性パラメータの同時分布を推定することにより,ある施設群の維持管理問題を考えたとき,ある将来時点でどの程度の数量の施設を更新する必要があるかを定量化することができ,維持管理計画策定に対しても重要な情報を提供できるようになった.連続量を用いた劣化ハザードモデルでは,施設の劣化状況が連続量として観測されている状況を考える.従来,このような連続量は離散化されたのちに,マルコフ劣化モデルなどの推定に用いられていたが,本研究では,連続量を直接用いた劣化予測を可能とした.これにより,観測値の離散化に伴う情報の欠落やバイアスの発生を避けることが可能となり,劣化過程をより詳細に記述できるようになった.さらに,ハザードモデルの枠組みでモデルを定式化することにより,連続量指標の将来時点での分布や余寿命分布など,社会基盤施設管理者の意思決定やインフラ会計に対して有用な知見を提供できるようになった.

平成26年度の研究は当初の計画以上の進展があった.その理由として,特別研究員の申請時点で計画していた3つの研究課題のうち,2つの研究(コピュラ関数を用いたデータ補完手法の開発,データ欠損を考慮した隠れマルコフ劣化モデルの開発)に関して,統計モデルの定式化,モデル推定手法の開発,適用事例を通じた実務への適用を完了したことに加え,査読付きジャーナルへ1編ずつ論文を投稿した点があげられる.さらに,コピュラ関数に関する手法においては,当初予定していたデータ補完という役割のみならず,社会基盤施設の多元的劣化過程(複数の劣化管理指標が同時に時間的推移を行うこと)を定量的に表現することが可能となった点が,「(1)当初の計画以上に進展している。」と自己評価する理由としてあげる.また,隠れマルコフ劣化モデルに関しても,当初,高速道路舗装への適用に限定した研究を予定していたが,健全度判定基準の変更という,より実務的ニーズの高い問題へも適用できるように理論を拡張した点も,「(1)当初の計画以上に進展している。」と自己評価する理由としてあげることができる.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。今後の研究の推進方策として,第1に,特別研究員の申請時点で計画していた3つの研究課題の最後の1課題「「【3】選択バイアス型データ欠損」を補完する手法」の開発に着手することがあげられる.これに関して,申請者は,現段階で,方法論の定式化手法を複数の候補の中から検討している.また,適用対象に関しては,当初の予定から変更せず,高速道路上の落下物データを予定している.第2に,平成26年度に開発した方法論の実務への実装があげられる.平成26年度に開発した2種類の方法論は,ともに,高速道路管理会社との共同研究による成果であるため,分析対象とした道路区間のインフラ管理問題には,すでに,当該研究の知見が活用されている.一方,これらの研究成果(劣化予測モデルや劣化評価手法)の有用性をより高めるためには,適用事例(適用するインフラの種類,数,地域)を拡大し,方法論の逐次改善を目指してゆく.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
アジアの越境大気汚染をめぐるガバナンス─「緩やかな」制度間相互作用を中心に─

条約のない環境協力群の相乗効果はどのような過程から生まれるのか。本研究ではこのような協力の多いアジアで越境性大気汚染協力(ASEANヘイズ協定、EANET、南アジアマレ宣言等)を選び、ネットワーク分析という関係分析方法を用いて部分的に明らかにした。それぞれの協力枠組み内では、従来のアジアの地域研究にあるフォーラムとして協力枠組みを捉える方法とともに、これまで明らかにされなかった交渉への参加アクターの関係と特徴(交渉内での各国の発言の積極性や仲裁力、連合、孤立など)が可視化された。これらは交渉全体の進展とも関連し、類似の協力枠組みとの共存をもたらしていることが明らかになった。本研究の目的は、アジアの越境大気汚染問題を巡って形成されたネットワーク群の相互作用がもたらす「緩やかな」制度の効果を理論と実証の両面から解明することにある。特に、これまでの研究で事例分析してきた「東アジア酸性雨モニタリングネットワーク」、「南アジア・マレ宣言」、「東南アジア煙害協定」などで構成される「アジア太平洋大気環境共同フォーラム」の対象となる東、東南、南アジアの取り組みにある、1自発的なアクターの協力、2国際規範の共有、3合意形成の過程を、ネットワークの形成・変容の分析から解明する。当該年度内に実施した研究内容は、京都・東京にて、当該研究に関連するシンポジウム、研究打ち合わせ会合に赴き、国内外の研究者や専門家との聞き取り調査、資料収集、研究情報交流、研究報告を実施した。タイで開催された越境大気汚染の政府間交渉では、本研究の実証部分にあたるデータ収集のための聞き取り調査とアンケートの配布と回収を行った。インドも同様である。これらの分析を集約し、助言と追加の資料収集、並びに、研究成果報告のために、イギリスとカナダに赴いた。カナダではアメリカ国際政治学会(ISA)にて関連する研究報告を実施した。この間、当該テーマについての論文を執筆した。特にこれまでの研究で事例分析してきた「アジア太平洋大気環境共同フォーラム」を構成する東・東南・南アジアの取り組みにある、1自発的な政治アクターの協力、2国際規範の共有、3合意形成の過程を、ネットワークの形成・変容の分析から解明する。日本環境省、オランダ東アジア研究所等にて、東アジアの環境外交と環境管理に関する資料を収集、関係者とのインタビュー並びに研究関連情報の交換を行った。事例の調査に加え、地球と地域レベルの大気汚染の問題の最新の国際交渉動向を追い、関係者とのインタビューを行うために、タイ・バンコク、ミャンマー・ヤンゴン、スイス・ジュネーブに赴いた。台湾の高雄にて東アジア研究の学術会議に出席し、アジア的な国際関係論を追究する研究者との学術的な交流も深めた。この間、アジアの越境大気汚染群のネットワークに対して、ネットワーク分析を使用するための調査のうち1つの調査が終了し、もう1つは現在調査中である。同様の調査を次年度も引き続き行う。本年度に執筆した論文のうち、理論部分と事例分析の部分は、地球環境システムガバナンスの国際会議、アメリカ国際政治学会(ISA)にて論文報告を実施した。これらは現地でのコメントを反映していくつか修正した後に、ピア・レビュー付きの国際ジャーナルへ投稿される。また、現在、計画通り、アジアの環境ガバナンスに関する別の論文を執筆中である。本研究では、「アジア太平洋大気環境協働フォーラム」を構成する取り組みにある、1自発的な政治アクターの協力、2国際規範の共有、3合意形成の過程を、ネットワークの形成・変容の分析から明らかにする。調査と分析から解明されたことは、まず、大気汚染問題というイシューによってネットワーク化した政府、国際機関、科学者、その他研究者といった異なるアクターが相互のつながりを深め、活動文書(Instrument)に合意したことである。その過程で、アクターのつながりは、2つの方向があった。一方で、「東アジア酸性雨モニタリングネットワーク」でのハブとなる中心アクター(事務局、ネットワークセンター、日本)が調停役として、交渉参加への障害を持つアクター(インドネシア、マレーシア、韓国)の孤立を防ぐ役割を果たした。ハブ以外に、議長国としての十分な役割を果たしていたのはモンゴル、フィリピンであった。加えて、リソース・パーソンが議論の橋渡しに貢献していた。これらは後に、全参加国による活動文書の合意・署名へと結びついた。他方、非協力の構図も解明された。先述のマレーシア、インドネシア、韓国、そして中国の位置である。ネットワーク内でアクターが孤立すると、交渉の固定化、合意への障害をもたらす。そのため、共通の努力が制限されてしまう。これがまさに現在の東アジアの大気汚染協力枠組みが抱える協力への課題である。この点はこれまで推論で指摘されてきたが、量的研究はなかったもので、本研究から初めて実証された。

ネットワークの協力・非協力の構図を示すことは、今後の学術的な環境交渉研究の進展にも、東アジアの協力の政策提言へも大きく貢献することとなる。分析結果や関連研究は日本国際政治学会やアメリカ国際政治学会で論文報告された。学会での議論をあわせて論文を修正しており、現在は日本語・英文論文ともに投稿の最終段階にある。国際環境政治学、国際関係論、国際政治学、国際環境政策学予定していた調査・分析、国際学会での研究報告、論文の執筆がすべてほぼ滞りなく行われたため。論文は一部今年度関連のものも執筆しているので予定よりも進んでいる部分も一方である。他方、一部アンケートの未回収分については、今年度も積極的に協力を要請し、可能な限り分析に組み込む予定である。理論部分の問題の改善に学会報告でのコメントやそれまでの国際研究者交流、国際情報交換が役立っており、おおむね順調に進展している。実証部分の研究がさらに進めば計画当初よりも順調に進むであろう。今年度は研究計画の最終年度に当たるため、現在審査中、修正中、執筆中の論文を進めるための努力を継続することが第一の方策である。第二には、分析の継続のためのアンケートの回収を終えること、第三には、関連する研究論文の執筆や学会報告を滞りなく実施したい。研究調査や国際会議での研究交流の過程で、国内外の研究者からの関心も高まっていることが分かっており、また、研究者交流を継続したい旨の連絡も受けている。引き続き、積極的に研究活動を継続したい。全体的には、研究を遂行するとともに、関連機関や研究者との情報交流や研究者交流を深めることが重要であると考える。次年度はネットワーク分析の進展とその結果の比較が次年度の主な作業の一つとなろう。2つ目の事例分析に必要な分析資料の回収がうまくいくように関係者に今後も働きかける予定である。また、これまでよりも広く、世界レベルで関係者との関係を密にしていきたい。さらに、これまでの理論部分の論文とともに、本研究の結果を複数の国際ジャーナルに投稿する。そのため、関連作業、ならびに、論文投稿に向けて、関連研究者との密接な情報交換が必要となろう。昨年度にすでに申請済みの書類の事務処理が遅れており、現在執行中のため。昨年度ですでに使用し、申請済みのため、該当しない。該当なし。
骨髄微小環境(ニッチ)による造血幹細胞プールの再生機構

造血幹細胞は骨髄のニッチと呼ばれる特別な微小環境に接着し維持されます。我々をはじめとした近年の研究で、骨髄に特異的な間葉系幹細胞であるCAR細胞や血管内皮細胞が、サイトカインのCXCL12やSCFの産生を介して造血幹細胞を維持し健常時におけるニッチを形成していることが明らかとなってきました。一方で、同種造血幹細胞移植では、移植された少数の造血幹細胞が骨髄のニッチに生着し急速に数を増やして造血幹細胞プールを再生しますが、そのメカニズムの多くが不明です。そこで本研究では、骨髄再構築で造血幹細胞がニッチに局在し、ニッチが造血幹細胞を増幅するメカニズムを解明することを目指します。
ブロック離岸堤の安全性評価と耐波信頼性設計に関する研究

この研究は実験水槽での模型実験を通じて離岸堤ブロックの安定性の信頼性解析を可能ならしめるための基礎的な検討を行ったものである.研究は1/30のスロープ上に設置した法面勾配4/3の堤体(堤脚水深27. 5cm,堤高40cm)を用いて行った.堤体は2027gの砕石(比重2. 7)を積み上げてつくった.この堤体に規則波を1ケースあたり1540分作用させ斜面の変形を水槽側面に設置したビデオカメラで記録した.実験に用いた波は予備実験を参考にして周期1. 0sと1. 4sの2種類,波高は520cmの範囲でともに8種類変えた.いくつかのケースについては同じ条件で繰り返し実験を行い法面変形の不確定性を測定した.上記の砕石はハドソン式によればほぼ7cmの波に対して安定である.実験の結果,静水面を境にしてそれより上では斜面がほぼsinで近似できる凹型に浸食され,下では斜面とほぼ平行に体積し,両者の面積はほぼ等しくなった.法面の浸食の大きさを初期状態からの法面の変形面積Sで評価すると,Sは作用した波の数の増加とともに大きくなるがその割合は徐々に減少し,それ以上変形しない限界の値が存在する.この研究ではSがS=c_0+c_1EXP(-c_2n), (nは作用させた波の数)で近似できることを示し,ケースごとに定数c_0, c_1, c_2を決めて波高の関数として定式化した.さらにこの研究では変形の面積ばかりでなく変形の形状も法面に作用する波の数の関係として定式化した.この結果と,堤体に作用する不規則波の波高の確率分布としてレーリー確率分布とを結びつけて,1ストームでの堤体の期待変形量の計算方式を示し,いくつかの例について期待変形量を示した.この研究では当初レベル2法による耐波信頼性解析を計画していたが作用波の確率特性と堤体法面の変形量が結合できたので,近似的に堤体の変形許容量を破損関係とするレベル3法による信頼性解析を可能とすることができた.この研究は実験水槽での模型実験を通じて離岸堤ブロックの安定性の信頼性解析を可能ならしめるための基礎的な検討を行ったものである.研究は1/30のスロープ上に設置した法面勾配4/3の堤体(堤脚水深27. 5cm,堤高40cm)を用いて行った.堤体は2027gの砕石(比重2. 7)を積み上げてつくった.この堤体に規則波を1ケースあたり1540分作用させ斜面の変形を水槽側面に設置したビデオカメラで記録した.実験に用いた波は予備実験を参考にして周期1. 0sと1. 4sの2種類,波高は520cmの範囲でともに8種類変えた.いくつかのケースについては同じ条件で繰り返し実験を行い法面変形の不確定性を測定した.上記の砕石はハドソン式によればほぼ7cmの波に対して安定である.実験の結果,静水面を境にしてそれより上では斜面がほぼsinで近似できる凹型に浸食され,下では斜面とほぼ平行に体積し,両者の面積はほぼ等しくなった.法面の浸食の大きさを初期状態からの法面の変形面積Sで評価すると,Sは作用した波の数の増加とともに大きくなるがその割合は徐々に減少し,それ以上変形しない限界の値が存在する.この研究ではSがS=c_0+c_1EXP(-c_2n), (nは作用させた波の数)で近似できることを示し,ケースごとに定数c_0, c_1, c_2を決めて波高の関数として定式化した.さらにこの研究では変形の面積ばかりでなく変形の形状も法面に作用する波の数の関係として定式化した.この結果と,堤体に作用する不規則波の波高の確率分布としてレーリー確率分布とを結びつけて,1ストームでの堤体の期待変形量の計算方式を示し,いくつかの例について期待変形量を示した.この研究では当初レベル2法による耐波信頼性解析を計画していたが作用波の確率特性と堤体法面の変形量が結合できたので,近似的に堤体の変形許容量を破損関係とするレベル3法による信頼性解析を可能とすることができた.この研究は実験水槽での模型実験を通じて、離岸堤のブロックの安定性の信頼性解析解析を可能ならしめるための基礎的な検討を行うものであり,透過波高を評価関数として消波ブロック層,マウンド形状等の基本変数の経年変化特性等も評価することを目指す.同じ実験を繰り返し行うことにより個々の基本変数の統計学的な特性を明らかにし,すべての基本変数により構成される破損曲面を決定してレベル2の構造信頼性解析を可能ならしめ,合理的な海中構造物設計基準の設計に資する事を目指すもので,この研究の特色はブロック離岸堤の破損に関する実験を繰り返し行い,破損モードを明らかにすること,環境基本変数のみならず構造基本変数の確率特性をもとに破損関数を明らかにして,離岸堤に対してレベル2の信頼性解析を可能とする事,さらに基本変数の時間変化が評価関数に及ぼすウエートの大きさも明らかにすること,などである.本年度は実験水槽内で不規則波を用いた長時間の離岸堤の機能低下に関する模型実験を実施している.実験は堤体前後での波高の測定,ビデオ装置による堤体の形状の変化,ブロックの飛散等を記録し,解析を行っている.(現在も実験中).

この研究の大きな特色は長時間の実験を繰り返し実施する必用のあることで,どの程度統計学的に有為な平均値,分散値を求め得るかは,実験の繰り返し回数にかかっており,非常に手間と暇がかかることが問題点である.この研究は実験水槽での模型実験を通じて離岸堤ブロックの安定性の信頼性解析を可能ならしめるための基礎的な検討を行ったものである.研究は1/30のスロープ上に設置した法面勾配4/3の堤体(堤脚水深27.5cm,堤高40cm)を用いて行った.堤体は2027gの砕石(比重2.7)を積み上げてつくった.この堤体に規則波を1ケースあたり1540分作用させ斜面の変形を水槽側面に設置したビデオカメラで記録した.実験に用いた波は予備実験を参考にして周期1.0sと1.4sの2種類,波高は520cmの範囲でともに8種類変えた.いくつかのケースについては同じ条件で繰り返し実験を行い法面変形の不確定性を測定した.上記の砕石はハドソン式によればほぼ7cmの波に対して安定である.実験の結果,静水面を境にしてそれより上では斜面がほぼsinで近似出来る凹型に浸食され,下では斜面とほぼ平行に体積し,両者の面積はほぼ等しくなった.法面の浸食の大きさを初期状態からの法面の変形面積Sで評価すると,Sは作用した波の数の増加とともに大きくなるがその割合は徐々に減少し,それ以上変形しない限界の値が存在する.この研究ではSがS=c_0+c_1EXP(-c_2),(nは作用させた波の数)で近似できることを示し,ケースごとに定数c_0,c_1,c_2を決めて波高の関数として定式化した.さらにこの研究では変形の面積ばかりでなく変形の形状も法面に作用する波の数の関数として定式化した.この結果と,堤体に作用する不規則波の波高の確率分布としてレーリー確率分布とを結びつけて,1ストームでの堤体の期待変形量の計算方式を示し,いくつかの例について期待変形量を示した.この研究では当初レベル2法による耐波信頼性解析を計画していたが作用波の確率特性と堤体法面の変形量が結合できたので,近似的に堤体の変形許容量を破損関数とするレベル3法による信頼性解析を可能とすることができた.