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小中一貫教育の総合的研究

拡大し法制化が進められている小中一貫教育のメリット、デメリットについて、1発達心理学、2教育課程論および、3教育制度論および政策論の立場から総合的な研究を行った。1では、小中一貫校と非一貫校の児童・生徒を対象に、同一条件で比較したアンケート調査を行った。一貫校において、特に小学校段階で精神的健康、コンピテンスなどにおいてネガテイブな結果が検証された。(1)自治体事例調査小中一貫教育を導入している京都市、広島県呉市をチームで訪問調査し、市当局、教育委員会、代表的な小中一貫校の関係者、地域住民、保護者等に聞き取り調査を行った。それにより、それぞれの実態及び問題点を検証した。呉市は全国初の小中一貫教育導入自治体であり、京都市も2003年度から教育特区として小中一貫教育を導入し、大規模統廃合を伴う小中一貫校を設置している。呉中央学園は、モデルカリキュラムの作成、いじめ撲滅運動などを行うモデル校であるが、学校に合わない生徒の転校なども見られる。京都市は、4・3・2制と5・4制が学校によって混在し、特に5・4制を導入している、もしくは敷地などの問題から導入しようとしているケースで問題点が明らかになっている。また収集したカリキュラムの分析も開始している。加えて、品川区などの小中一貫校の問題点、13年度に連続した中学生の自殺など、やつくば市のケースなども共同で検証した。(2)アンケート調査14年度から開始する、小中一貫教育校と一般の小中学校の児童生徒を対象とした学年縦断アンケート調査に向けて、研究会において研究課題を共有化した後で、アンケート票の作成、対象自治体の選定を行った。14年度5月から予備調査に入る予定である。(3)海外訪問調査3月に、アメリカのサンディエゴ市を訪問し、K8スクール(キンダーガーテンから8年生までを収容した地域の公立学校)の実態を明らかにした。さらに、大規模統廃合計画を公表したサンディエゴ教教育委員会関係者一教育長、教育委員、校長と面談し、統廃合の実態及びその後の小中一貫校(K8スクール)の実態を明らかにした。平成25年度において、以下の3グループの調査研究を行った。1施設一体型小中一貫校と施設が分かれた一般の小学校と中学校の児童、生徒(4,5,6年生および中1,2,3(一貫校の場合は7,8,9年生)を対象にアンケートによる縦断調査を行った。現在データ入力がほぼ終了し、結果の分析途中である。調査対象には全国の施設一体型校10校を含む。対象児童・生徒数は、各4500名程度である。25年度は初年度であり、26年度に2回目のアンケート調査を行う予定である。今回の調査の分析結果は、心理学関係の学会および教育方法関係の学会で報告予定である。2海外の小中一貫校を対象とした比較調査、平成25年度においては、カリフォルニア州サンデイエゴ市のK8学校、日本では小中一貫校に該当する公立バーナード小学校のプログラムの調査、および、イリノイ州シカゴ市とミシガン州デトロイト市の学校統廃合の状況とK8、K12、K14といった日本の小中一貫校モデルに近い学校体系の学校について調査研究を行った。サンデイエゴ市のK8学校は、公立小学校が地域の要求に応じて、荒れた大規模な中学校を避けて小学校敷地に中学校教室を併設して行うタイプのものがほとんどであった。バーナード小学校は、統廃合計画の中で生まれた例外的な学校であり、特色であるアジア言語プログラムを拡大させた。3国内の小中一貫教育を導入した自治体の訪問調査として、広島県呉市、京都府京都市、東京都八王子市、茨城県つくば市の小中一貫校の訪問調査を行った。心理学チームを中心に、小中一貫校と非一貫校の児童・生徒を対象とした大規模アンケート調査(約8000名対象)を2013年に実施したが、2014年度前半はその分析を中心的に行った。これは、小4中3までを対象に、精神的健康、適応感を中心にした内容のアンケート調査である。結果として、一貫校において小学校の児童にネガテイブな傾向が見られたが、中学校で一貫校と非一貫校の差は見られなかった。その結果に関して研究チーム全員で検討を行った。思春期の中学生と同一空間に小学生が置かれることによる心理的なプレッシャーや自信の喪失、リーダー性を発揮できない、といった点、または統廃合の直後であるため、心理的混乱が見られるのでは、といった仮説が出された。国際比較研究チームは、主にアメリカのシカゴ市における小中一貫校の実態を調査した。近隣学校の90%以上が、K8学校・PK8学校といった小中一貫の学校に再編されている実態が明らかになった。その多くは貧困地域に位置し、再編で大規模、過密な学校になっている。それに対して、全市から入試選抜を行う高度な教育プログラムを持つ小学校も新設されたが、これらはK5学校、K6学校といった初等教育に集中化した学校になっている。また人数も全校200人程度の小規模校になっている。市全体の公教育の序列的再編に小中一貫校が位置づけられていることが明らかになった。

教育課程論研究チームは、品川区の小中一貫校(分離型)を対象に調査研究を行った。前年までの呉市の教育課程と比較研究を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。教育課程論26年度が最終年度であるため、記入しない。アンケート調査について、ほぼ予定通りにアンケート票の作成ができたのに加え、複数の自治体で多くの対象ケースを選定できる可能性が出現した。海外訪問調査については、教育行政関係者や学校関係者との聞き取りにより、K8スクールの実態、及びサンディエゴの統廃合計画と実態について詳細に検証することができた。特にこの点が計画以上であった。1アンケート調査に関しては、調査初年度としては、北海道から九州に及ぶ全国の自治体の小中学校を対象とし、対象児童生徒、各4500名程度の大規模調査を行うことができた。現在分析を行っており、当初の計画以上の大規模調査となっている。2海外の小中一貫校を対象とした比較調査については、初年度に調査を行ったサンデイエゴ市のバーナード小学校について再度調査を行うことができた。2012年度の大規模統廃合計画がコミュニティの反対により阻止され、小学校では同校のみが中学校と統合されることになったが、マグネットスクールでもある同校はそれをプログラム(アジア言語プログラム)の発展に結びつけた例外的なケースである。シカゴ市及びデトロイト市の学校統廃合と小中一貫校の関係はそれとは異なっている。校舎を統合し、コスト削減する目的でK8、K12学校以外に、コミュニティカレッジまでを統合したk14学校もみられた。また、大規模統廃合の結果、コミュニティの荒廃が進んでいるケースも見られた。特に貧困地域の閉校が進められそこには学力テスト結果との相関関係も見られた。統廃合の方途として小中一貫校の導入が用いられるという点で、2都市のK8、K12学校は、日本の小中一貫校と共通する特徴が見られた。日本における小中一貫校のモデルについて、これまで明確なケースを特定することができなかったが、これらのモデルの発見と分析は研究を進める上で非常に大きな意味を持つと思われる。3日本国内の小中一貫教育を行っている自治体調査については、カリキュラム分析のグループが積極的に調査研究を行った。初年度に引き続き広島県呉市の呉中央学園および近隣自治体の調査を進めた。小中一貫教育の教育的効果について、実証的な研究が必ず塩行われていないにもかかわらず、制度化が進められている状況において、重要な意義を持つ研究せいかになることが予想される。今年度は、小中一貫教育アンケート調査を行う。小中一貫教育校と一般の小中学校の児童・生徒を対象とした縦断的調査の初年度である。昨年度作成したアンケート票により、東京、大阪、佐賀及びその他の自治体の児童を対象とした予備調査を行い分析を行う。また、海外訪問調査は、米国サンディエゴ市に引き続き英国の小中一貫教育も対象に調査を行う予定である。サンディエゴ市の教育行政関係者を日本に招へいし、研究会において報告・インタビューを依頼することも予定している。日本の自治体調査は、継続して京都、大阪、新潟県三条市などのケースを調査研究する。平成26年について以下のような推進方策を予定している。
Rett症候群の病態解明と新規治療法開発の基礎的・臨床的研究

レット症候群(RTT)は多彩な症状を示すが、病態は不明で有効な治療法はない。モデル動物、ES細胞、iPS細胞を用いて、病態解明、新規治療法開発を行つた。RTT患者4例にグレリンを投与し、ジストニア、振戦の錐体外路徴候、自律神経症状への効果が認められた。遺伝子解明では、HDAC8、STXBP1遺伝子変異の患者を同定した。モデル動物、ES細胞を用いた心臓、肺の分子基盤、電気生理、微細構造研究で、MeCP2はTbx5を制御し、刺激伝道や情報の受け渡しをする介在版の未熟な形態、不整脈の原因を証明した。肺組織では2型肺胞上皮細胞が減少し、MeCP2は、脳幹における遺伝子発現制御に関わる可能性が示された。・レット症候群(RTT)は発達障害の代表疾患で、自閉傾向、知的障害、突然死など多彩な症状を示すが病態は不明で有効な治療法は無い。原因遺伝子として、MECP2遺伝子が発見されたが、約1割の典型例で遺伝子は発見されていない。次世代シーケンサを用いた遺伝子解析によりSHANK3遺伝子変異が原因遺伝子の一つである事を報告した。(Am J Med GenetPart A, 2015)。現在、フォロー中のRTT患者70人のうち、MECP2変異のない残り8人についても両親を含めた解析を進め、新たな遺伝子変異を発見したので報告予定である。・ヒトRTT患者のiPS細胞の樹立:典型的なRTTのphenotypeを示すT158M患者および最も軽症で有意語を話すR133CでのiPS細胞の確立を開始した。現在、1例で確立し、更に4例でのiPS細胞樹立を進めている。近いうちに基礎研究で応用予定である。・モデル動物のES細胞を用いたRTT患者の突然死の病態解明:6および8週目のRTTモデルマウスにおいて、心臓の生理機能や構造の維持に関わる転写因子、構造分子、チャネル分子などを解析し、30種類の遺伝子のうち4遺伝子がRTTモデルマウスの心臓で高くなる傾向が認められ、6遺伝子の発現が低くなる傾向を認めたMeCP2欠損により心臓における遺伝子発現が変化し、MeCP2は成体マウスの心臓で遺伝子発現制御に関わる可能性が示された。心エコーによる心機能評価では、QT延長などの不整脈が認められ、RTTモデルマウスの心臓では、コントロールのマウスに比較して、心臓の構造や機能を保つ幾つかの遺伝子の発現が有為に変化する遺伝子が認められ報告した(Scientific Reports 2015。・グレリンによる治験を4例で開始し、神経症状の改善が確認され、治療薬開発を進めている。4つのオリジナルな研究を計画に盛り込み申請したが、SHANK3遺伝子が、レット症候群(RTT)の原因遺伝子であることを初めて証明し報告した。更に、HDAC8遺伝子異常により、RTT様の症状を示す事を発見し、報告準備中である。更に、1例のヒトRTT患者さんからiPS細胞の樹立も確立できた。現在、新たに4例で樹立の準備中である。RTTの突然死の原因は不明であったが、モデル動物を用いて調べ、MECP2遺伝子が心臓の発生、分化に重要な役割を果たしている事を証明した。有効な治療法のないヒトRTT4例において、グレリンの有効性を証明し、新規治療の可能性を示し、特許を取得した。レット症候群(RTT)は発達障害の代表疾患であり、知的障害、成長障害、自律神経障害、睡眠障害、突然死など多彩な症状を示すが病態は不明で有効な治療法はない。本研究では以下の3点に取り組み幾つかの新知見が得られた。1.典型的なRTTでは、Methyl CpG binding protein2 (MECP2)の変異が8割に認められる、非典型例ではFOXG1, CDKL5遺伝子が原因遺伝子である事が報告されているが、その割合は1%以下にも満たず、残りの原因遺伝は不明である。我々は、新たにHDAC8、STXBP1遺伝子のdenovo変異で本症が発症する事を明らかにした。2.RTT児・者は対照の同年代の女性に比べて生命予後が悪く、早く死亡する事がオーストラリア、米国から報告されている。毎年、RTT児・者の1.2%が亡くなり、26%は予期せぬ突然死である。その原因は不明であるが、その一つに、誤嚥性肺炎、肺炎などが報告されているが、詳細な機序は不明である。われわれは誤嚥性肺炎、呼吸器感染症の発症メカニズムをモデル動物を用いて解明した。3.更に、RTTでは未だ症状の根治、症状改善の有効な治療法は確立されていない。諸外国で基礎-臨床研究を元に新規治療法の開発にしのぎを削られているが、未だヒトのRTTで有効な治療法レット症候群は確立されていない。われわれは、本邦で発見され、成長ホルモン分泌促進、食欲亢進、自律神経の調整に働くグレリンが有効であるという仮説を立てて4人の成人のRTT患者に投与した。全例、重篤な副反応もなく、全員で便秘の改善、食欲増加が道められた。一人は2年以上、他の一人は1年間にわたり、難治の錐体外路症状である、ジストニア、振戦の著明な改善、および血管運動反射を認めた1人の患者で改善が認められた。グレリンは安全に投与でき、新たな治療法として役立つ可能性が判明した。

典型例レット症候群(RTT)の原因遺伝子は、MECP2)の変異が8割、非典型例ではFOXG1, CDKL5遺伝子が原因遺伝子である事が報告されているが、残りの約15%の原因遺伝は不明であった。我々は、新たにSHANK3、HDAC8、STXBP1遺伝子のdenovo変異で本症が発症する事を明らかにした。SHANK3は既に論文として報告し、HDAC8、STXBP1も投稿中である。2.RTT児・者が、誤嚥性肺炎、肺炎をおこしやすく、突然死に繋がる機序の解明をモデル動物を用いて分子生物学的、病理学的、神経伝達免疫病理を用いて解明し、サブスタンスPなどが関与している事を明らかにし、現在投稿しRevise中である。3.同時にRTTの新規治療法開発を進めており、パイロット研究として、4人の成人のRTT患者に3μg/kg/日を投与3日間静脈投与し、維持療法として3週間ごとに2日間連続で投与した。全例、重篤な副反応もなく、全員で便秘の改善、食欲増加が道められた。一人は2年以上、他の一人は1年間にわたり、難治の錐体外路症状である、ジストニア、振戦の著明な改善、および血管運動反射を認めた1人の患者で改善が認められた。グレリンは安全に投与でき、新たな治療法として役立つ可能性が判明した。グレリンによる新規治療法開発は、国際特許も申請し、既に公開された。また、最新号の海外のRTT研究ニュースでも取り上げられている。ヒトのRTT患者さんの6名で、京都大学との共同研究で、典型例RTTの原因遺伝子のT158M、軽症例のR133C、R306CのiPS細胞を既に作成し、今後のRTTの病態解明、グレリンでの中枢神経系での治療効果判定の基礎が確立できた。レット症候群(RTT)は多彩な症状を示すが、病態は不明で有効な治療法はない。モデル動物、ES細胞、iPS細胞を用いて、病態解明、新規治療法開発を行つた。RTT患者4例にグレリンを投与し、ジストニア、振戦の錐体外路徴候、自律神経症状への効果が認められた。遺伝子解明では、HDAC8、STXBP1遺伝子変異の患者を同定した。モデル動物、ES細胞を用いた心臓、肺の分子基盤、電気生理、微細構造研究で、MeCP2はTbx5を制御し、刺激伝道や情報の受け渡しをする介在版の未熟な形態、不整脈の原因を証明した。肺組織では2型肺胞上皮細胞が減少し、MeCP2は、脳幹における遺伝子発現制御に関わる可能性が示された。レット症候群(RTT)は発達障害病態解明の鍵となる疾患で、知的障害、成長障害、自律神経障害、睡眠障害、肺炎、突然死など多彩な症状を示すが病態は不明で未だ有効な治療法はない。本研究では、モデル動物、ES細胞、iPS細胞、およびRTT患者のiPS細胞を用いて、基礎的・臨床的に1.病態解明、2.バイオマーカー確立、3.新規治療法開発を行つた。既にヒトRTTのiPS細胞は、Methyl CpG binding protein2遺伝子のT158M変異患者3例(典型例)、およびR133C遺伝子変異患者3名(軽症例)で確立し、病態解明の基盤形成を開始した。現在治療法の無いRTT患児・者でのグレリンへの有効性に関する臨床的研究を開始し、ジストニア、振戦などの錐体外路徴候、自律神経症状への効果は認められたが機序が不明の為、基礎研究を行い、トランスレーショナルリサーチへの基盤研究を展開中である。レット症候群における原因不明群の遺伝子解明では、HDAC8遺伝子変異でおこった、世界初のRTT患者を発見し報告した。更に、STXBP
超対称性理論におけるフレーバーの構造の解明

高エネルギー実験で得られたデータを基に、素粒子間の相互作用を解明し、素粒子標準模型を超えた基礎理論を探索する研究を遂行した。主な成果は以下の通りである。3つのゲージ結合定数が非常に高いエネルギースケールで一致することが判明して以来、超対称大統一理論は標準模型を超える物理の有力な候補として精力的に研究されてきた。一方で、ハドロン電気双極子能率実験が超対称模型においてCP対称性を破るスカラークォークの世代混合を厳しく制限していることが最近指摘された。我々はこの現状を鑑み、ハドロン電気双極子能率が超対称大統一理論に与える制限を調べた。右巻きニュートリノを持つ超対称大統一理論では、現在の実験は既に右巻きニュートリノの質量に上限を与えていることを示した。また、大統一対称性及び超対称性が共に余剰次元の端で破れる模型においては、予言されるハドロン電気双極子能率の大きさが実験の上限値付近であることを示した。総ての標準模型の粒子が余剰次元を伝播する模型では、最も軽い第一励起粒子はある種のパリティ対称性により安定であり、ダークマターの良い候補となる。我々は第二励起粒子が、このダークマターの関わる物理現象に甚大な影響を及ぼすことを初めて指摘し、予言されるダークマターの消滅断面積と現在の残存量を再評価した。消滅断面積は第一励起粒子のみ考慮に入れた場合に比べ増大するため、WMAPの観測結果と一致するダークマターの質量も大きくなることを示した。また、現在の宇宙においても、閾値異常により対消滅断面精が著しく増大することを示した。超対称性理論(SUSY)におけるフレーバーの構造の解明を目標に掲げ、フェルミオンとそのスカラーパートナー(スフェルミオン)の質量・混合角の構造を探究する研究を行った。具体的には、フェルミオンの質量階層性を実現する模型の構築、スフェルミオンの世代混合によって引き起こされるフレーバーを変える過程の解析、alignment機構(フェルミオン質量の謎とSUSYフレーバー問題を同時に解決する機構)の持つ性質の調査を行った。おもな成果は以下の通りである。左手型トップスクォーク-チャームスクォーク間のCPを破る世代混合が、水銀原子の電気双極子モーメントの実験から厳しく制限されていることを示した。チャージノとアップタイプスクォークを媒介する過程からストレンジクォークの双極子モーメント演算子が生じ、この演算子により水銀原子の電気双極子モーメントが発生するからである。スクォークの第二-第三世代間の混合はb→s遷移を引き起こすため、現在進行中であるBメソン系におけるCPの破れの実験からさらなる知見が得られる。さらに、左手型スクォークの大きな世代混合からの寄与により、B→φKsのCP非対称が標準理論の予言から大きくずれ得ること示した。b→sγ、水銀原子の電気双極子モーメント等の実験から課される制限も同時に回避することが出来る。また、SUSYフレーバー問題の解としてalignment機構を考えた場合には、小林益川行列と異なる位相を持つ左手型スクォークの世代混合が現れることを見て具体的にalignmentを実現する模型を考察した。以上の特徴は、右手型スクォークに大きな世代混合が生じる超対称大統一理論とは対照的な性質である。超対称粒子の探索とその粒子の質量・混合角の決定は素粒子物理学における最も重要な課題のひとつである。私の研究は理論・実験両者の接点となっており、双方の分野の進展に甚大な寄与をしている。
閉曲面上のグラフにおける因子問題の研究

以下に本年度の研究成果について列挙する。1)平面の三角形分割Gにおける三角形Tは、G-Tが2つ以上の連結成分を持つとき分離三角形と呼ばれる。ハミルトンサイクルを持たない1-toughな平面の三角形分割についてはChvatal, Nishizekiらによって議論されてきたが、それと関連してOzeki-Zamfirescuの論文で「ハミルトンサイクルを持たない1-toughな平面の三角形分割で、どの2つの分離三角形も頂点を共有しないものは存在するか」という問題が提起された。本研究においては、この問題が肯定的に解決された。2)Thomassenが提起した「4-連結ライングラフはハミルトンサイクルを持つ」という未解決予想についてはこれまでに広く研究がなされてきた。この予想の部分的解決として、Kaiser-Vranaによって「5-連結で最小次数6以上のライングラフはハミルトンサイクルを持つ」という定理が示されている。本研究ではこの定理を2-因子へと拡張し、任意のkに対して「5-連結で最小次数6以上のライングラフは頂点数が十分に大きければ成分数kの2-因子を持つ」という定理を示した。3)性質Pを持つグラフGとその頂点部分集合Xについて、G-Xが性質Pを持つときXをP-安定的と呼ぶ。本研究では、完全マッチングやtoughnessに関するいくつかの性質Pに対し、Gが閉曲面上の5-連結三角形分割の時、P-安定的な頂点集合X_1, ... , X_kが互いに十分距離が離れているならばX_1 \cup ... \cup X_kもP-安定的となることを示した。本年度の研究では、特に閉曲面上の三角形分割について多くの知見が得られた。特に上記研究実績の概要における3)に関しては、対象となるグラフや性質を変えても同様の知見が得られることが予想され、今後の研究の広がりが期待できる。前年度の研究成果と合わせて、本研究は順調に進展していると言える。前年度・本年度とも着実に研究成果が得られており、基本的なアプローチは変えずに研究に取り組む。研究実績の概要における3)に関しては、上述のように今後の研究の広がりが期待できるため、特に力を入れて更なる知見の解明に努める。1)次数列が3,3,3,1,1,1であるグラフをnetと呼び、netにおける次数1の頂点を端点と呼ぶ。1993年にBroersmaは「頂点数がnの2-連結クローフリーグラフGにおいて、任意のinduced netのどの端点も次数が(n-2)/3以上であればGはハミルトンサイクル(=成分数1の2-因子)を持つ」と予想したが、その予想が肯定的に解決された。2)グラフGとマッチングMに対して、Mを含むようなGの完全マッチングが存在する時、Mは拡張的(extendable)であるという。マッチングのextendabilityに関する研究は古くから行われており、多くの研究成果があるが、それらのほとんどは拡張する辺の本数が元となるグラフの不変量によって制限されている。一方、「Gがグラフの族Xに含まれるならば、ある定数dに対して、Gにおける距離がd以上離れたマッチングが拡張的となる」という性質を満たすグラフの族Xを求める研究が近年進展している。これは拡張する辺の本数に上限がないという点で既存のマッチング拡張の研究と一線を画す、新しい切り口での研究となっている。本研究では、閉曲面に埋め込まれた3-連結3-正則2部グラフが、その最大の面の大きさをdとすることで、上記のXに含まれることが示された。fullereneグラフ全体の族は上記のXに含まれないことが示されており、本研究で得られた成果はその対照的な結果となっているため興味深い。またその差異の本質的な起因は明らかではなく、今後の研究の進展につながり得る研究成果である。ハミルトンサイクルの研究はグラフ理論における中心的話題であり、その中で20年来未解決だった予想が肯定的に解決されたという点で、上記1)の結果は重要な意味を持つ。また、上記2)の結果では閉曲面に埋め込み可能な3-連結3-正則2部グラフのマッチング拡張性が明らかになったが、これまでに得られていたfullereneグラフに関する知見やcyclic connectivityの高いグラフにおける知見と対照的な結果であり、興味深いとともに今後の研究の進展につながり得る成果が得られた。

本研究では、完全マッチングやtoughnessに関するいくつかの性質Pに対し、Gが閉曲面上の5-連結三角形分割の時、P-安定的な頂点集合X_1, ... , X_kが互いに十分距離が離れているならばX_1 \cup ... \cup X_kもP-安定的となることを示した。本年度の研究では、特に閉曲面上の三角形分割について多くの知見が得られた。特に上記研究実績の概要における3)に関しては、対象となるグラフや性質を変えても同様の知見が得られることが予想され、今後の研究の広がりが期待できる。前年度の研究成果と合わせて、本研究は順調に進展していると言える。本研究は順調に進捗しており、次年度以降も本年度と同様のアプローチで研究を進める予定である。前年度・本年度とも着実に研究成果が得られており、基本的なアプローチは変えずに研究に取り組む。研究実績の概要における3)に関しては、上述のように今後の研究の広がりが期待できるため、特に力を入れて更なる知見の解明に努める。国外の研究者との共同研究を計画していたが、先方のスケジュールの都合でその共同研究が実施できなかったため、次年度使用額が生じた。次年度において、国外の研究者の招聘に使用する計画となっている。
多階層モデルによる超巨大ブラックホールと銀河核ガス円盤の共進化過程の解明

申請者がこれまで構築してきた銀河核円盤と超大質量ブラックホール成長のモデルを検証するために、アーカイブデータおよび最新のALMA観測で得られた近傍銀河に対する銀河中心領域の物理状態を理論モデルと比較した。本理論に基づくと、降着率の低い活動銀河核の周りには幾何学的に薄い遮蔽構造が存在することが予想されるが、低光度の活動銀河核NGC1097に対して、ALMAによる高分解能観測をしたところ、幾何学的に薄いガス円盤の存在を明らかにした(泉ほか2017:採録済)。また、この理論モデルを遠方クェーサーの観測結果と比較することで、超大質量ブラックホールの種となるブラックホールの質量や成長時期・過程について調べた(池田ほか2017:採録済)。さらに、パーセクスケールの電波ジェットに対する強い吸収から、超大質量ブラックホール周辺の物質構造を探る研究をスタートさせ、生まれたばかりの若い電波ジェットを持つ3C84に対して、解析を行っている(輪島、川勝、紀:再投稿準備中)。加えて、ジェット軸上のガス雲との相互作用についての新しい発見から、銀河中心領域のガス雲の素性を調べる研究も行った(紀、輪島、川勝ほか2018:採録済み)。また、これまで構築した理論モデルに、降着円盤および銀河核ガス円盤からの輻射の効果を考慮することで、銀河核円盤の幾何学構造とブラックホールへのガス降着率に与える影響について調べた。結果として、幾何学構造はブラックホール質量、活動銀河核の光度、ガス円盤の密度に強く依存することが分かった。これらの理論予想と観測との比較検討を行っており、現在学術論文にまとめているところである。申請者らがこれまで構築した銀河核ガス円盤のモデルに、降着円盤および銀河核ガス円盤からの輻射を考慮することで、銀河核ガス円盤の幾何学構造とブラックホールへのガス降着率へ与える影響について調べた。その結果、銀河核ガス円盤の幾何学構造は、ブラックホール質量、活動銀河核の光度、ガス円盤の密度に強く依存することが分かった(川勝、和田2017投稿準備中)。また、アーカイブデータやALMA観測で得られた近傍銀河(NGC1068, NGC1097, NGC3227, NGC4051, NGC7469他10天体)に対する銀河核ガス円盤の物理状態と理論モデルを比較することにより、次のことを明らかにした。具体的には、まず我々はALMA等を用いた高密度ガストレーサーであるHCN分子輝線の観測から、銀河核ガス円盤の質量を推定した。そして、銀河核ガス円盤の質量が銀河中心の活動性と正の相関を持つことが観測的に初めて明らかになった。この相関は、母銀河スケールでのガス観測では見られないものであり、銀河核ガス円盤とブラックホールの成長機構に関連があることを示している。また、文献データから、降着率の高い活動銀河核に付随する銀河核ガス円盤は幾何学的に厚く、逆に降着率の低い活動銀河核に付随する銀河核ガス円盤は薄いという示唆も得た。これらの結果は、我々の理論モデルで予言されているように、銀河核ガス円盤の重力不安定性がブラックホールへの物質降着を左右する鍵となっていることを示唆するものである(泉、川勝、河野, 2016:採択済)。理論モデルと比較する対象である近傍銀河の高分解能観測については、着実に成果を挙げている。一方で、輻射の効果を取り入れた理論モデルの構築および計算結果は得られているが、モデルの信憑性を確認する作業に少し時間がかかり、当初の計画よりやや遅れている。さらに、パーセクスケールの電波ジェットに対する強い吸収から、超大質量ブラックホール周辺の物質構造を探る研究をスタートさせ、生まれたばかりの若い電波ジェットを持つ3C84に対して、解析を行っている(川勝、輪島、紀:投稿準備中)。輻射の効果を取り入れた理論モデルの拡張に関する研究は当初よりもやや遅れているが、最終年度に実施予定であった電波ジェットの吸収を用いて、中心核構造を探る研究は予想より早く成果が出ており、全体としては順調に進んでいる。

本理論に基づくと、降着率の低い活動銀河核の周りには幾何学的に薄い遮蔽構造が存在することが予想されるが、低光度の活動銀河核NGC1097に対して、ALMAによる高分解能観測をしたところ、幾何学的に薄いガス円盤の存在を明らかにした(泉ほか2017:採録済)。また、この理論モデルを遠方クェーサーの観測結果と比較することで、超大質量ブラックホールの種となるブラックホールの質量や成長時期・過程について調べた(池田ほか2017:採録済)。さらに、パーセクスケールの電波ジェットに対する強い吸収から、超大質量ブラックホール周辺の物質構造を探る研究をスタートさせ、生まれたばかりの若い電波ジェットを持つ3C84に対して、解析を行っている(輪島、川勝、紀:再投稿準備中)。加えて、ジェット軸上のガス雲との相互作用についての新しい発見から、銀河中心領域のガス雲の素性を調べる研究も行った(紀、輪島、川勝ほか2018:採録済み)。また、これまで構築した理論モデルに、降着円盤および銀河核ガス円盤からの輻射の効果を考慮することで、銀河核円盤の幾何学構造とブラックホールへのガス降着率に与える影響について調べた。結果として、幾何学構造はブラックホール質量、活動銀河核の光度、ガス円盤の密度に強く依存することが分かった。これらの理論予想と観測との比較検討を行っており、現在学術論文にまとめているところである。輻射の効果を取り入れた理論モデルの信憑性を確認し、銀河核ガス円盤の幾何学的構造とブラックホール成長率の関係についての研究を今年度早い時期に論文としてまとめる。その後、ブラックホール近傍からの膨大な輻射が本当にブラックホール成長を抑制する効果として働くのか、ブラックホール成長率と銀河核ガス円盤からのアウトフロー率の関係を数値計算により系統的に調べる。理論研究と同時に、モデル予言を検証するために、ALMAを始めとする観測結果との比較を行っていく。輻射の効果を取り入れた理論論文の投稿を急ぐとともに、コンパクトな電波ジェットを用いて、大質量ブラックホール周辺の物質構造を探る研究の土台を確立する。当初は研究課題に関する初期成果(理論モデル)を学会で発表する予定であったが、前述したようにモデルおよび計算結果の確認に時間がかかり、予定していた九州大学で開催された日本天文学会での発表に間に合わなかった。(理由)校務により当初予定した研究会への参加がかなわなかったため。(使用計画)研究課題に関する国際会議(ウィーン:オーストリア)への参加費の一部に使用する予定である。年度当初に、共同研究者との研究打合せの旅費の一部に使用する予定である。
移動レジームの動態に着目した社会階層と雇用・生活リスクの融合的研究

「グローバルな変動→移動レジーム(人のライフコースに沿った社会移動イベントー就職、転職、労働市場からの退出/再参入、引退等ーを組織化する制度的配置)の変容→社会階層と雇用・生活リスク分布の変動」という一連のメカニズムに着目して、正規雇用者と非正規雇用者の格差が歴史的な背景を有していること、パート労働法・労働者派遣法の改正が既存の不平等を法制化する役割を果たしたこと、人々の教育選択や職業選択に社会制度が多元的な影響を及ぼしていることなどが明らかになった。本年度は各班がそれぞれの研究活動を推進するとともに、3回の全体会議(内1回は村田学術振興財団研究助成によるものである)を開催して研究成果に関する情報交換を行い、全体的な方向性と成果を確認した。具体的な研究成果としては、現代日本社会における雇用・生活リスクが特定の社会集団(非正規雇用者や失業者、女性等)に偏在していることを統計データにより確認し、なぜそのような偏在が生じているのかについて理論的な検討をした。その成果として、次のような社会的メカニズムが明らかになった。戦後日本社会においてホワイトカラーとブルーカラーの身分格差が解消される過程で非正規雇用者の問題は顕在化されず、正規雇用者だけが日本型雇用福祉レジームの庇護下に置かれるようになった。このレジームと男性稼ぎ主モデルが高度経済成長期に確立し、それなりの安定したシステムが維持された。その後グローバリゼーションや新自由主義などのグローバルな変動が生じたが、その変動はこのシステム全体に影響を及ぼしたわけではなく、労働市場の周辺部分に大きな影響をもたらす一方で、中核部分にはあまり影響をもたらさなかった。このことは従来の日本型移動レジームの変容をもたらし、急速に変動する現実とそれに対応しない制度の間にギャップを生みだした。そして、そのギャップに非正規雇用者が陥っている。従来の研究では正規雇用者と非正規雇用者の格差が指摘されてきたが、なぜそのような格差が生じるのかについて説得的な説明はあまりなされてこなかった。上記の議論はこの説明を提示するものであり、研究プロジェクトメンバー間の議論から生まれた重要な研究成果である。本年度は、前年度の研究成果を基にして、各班がそれぞれの研究課題を探究するとともに、2回の全体会合を開催して、各班の研究成果を共有したり、研究プロジェクト全体の方向性を確認したりした。具体的な研究成果としては次のようなものがあげられる。(1)理論班では、雇用・生活リスクが特定の社会階層に偏って存在することを踏まえた上で、労働市場における制度や政策がリスクの偏りを緩和する可能性について理論的に検討した。またリスクが個人ではなく家計に影響する可能性を検討するために、離婚リスクと学歴階層との関連とその時代的変化を検討した。(2)東アジア社会比較班では、理論班の議論を踏まえて、国際比較により積極的労働市場政策が失業リスクに関する不安の階層性と生活への負の影響を緩和することを明らかにした。また国際比較により、マクロ水準の制度編成がミクロな水準の階層移動や不平等に及ぼす影響について分析を進めた。(3)計量歴史社会学班では、雇用の流動化政策に基づく社会的不平等や排除の顕在化に対する再規制の過程をおもに分析した。具体的にはパート法改正(2008年)と派遣法改正(2012年)を対象に検討した。その結果、これらの改正が企業別シチズンシップに内在する不平等生成メカニズムを法制化(制度化)する役割を果たしてしまっていることが明らかになった。また戦後の大企業を中心とした長期雇用慣行の成立過程をパネルデータを用いて分析し、中小企業に従事するプルーカラー層のみが仕事に対する不満が離職行動につながることを明らかにした。本年度は最終年度なので、理論班、東アジア社会比較班、計量歴史社会学班の研究を深化させるとともに、英文報告書作成に向けた研究活動を推進した。具体的には、移動レジームを生み出す社会制度と個人の意思決定の相互連関を理論的に把握するとともに、歴史的に戦後日本企業における労使の権力関係の変化が日本型移動レジームを変容させたことを解明した。これらの知見を地位達成過程の分析に適用して、人々の地位達成過程に社会制度が及ぼす影響を分析した。第1に、地位達成の出発点である教育機会の不平等の趨勢を分析し、日本では相対リスク回避仮説の説明力が弱いことを明らかにした。第2に、地位達成過程の背後にはさまざまなリスクが存在する。とりわけ失業リスクが人々の生活に及ぼす影響は大きい。この問題について移民労働者に着目して、2000年代後半以降、世界的に起こった経済危機と移民の失業との関係が移民政策や労働市場構造といった制度によってどのような影響を受けたのか計量的に分析した。また、日本企業における雇用慣行が、外国人従業員に高い地位達成への道としての同化か水平的・垂直的に限定された地位達成かの選択を要求する機能を有していることが示唆された。さらに、失業不安がいかに形成されるのかを国際比較によって分析する作業も行った。

第3に、日本型移動レジームにおける上方移動の機会や構造的要因の影響について論じるために、非正規雇用から正規雇用への移動を分析した。その結果、上方移動は労働市場の機会構造に大きく規定されていること、またライフコースの早期段階でしか発生しないこと、それゆえ30歳を越えた正規雇用への移動は極めて限定的であることが明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。社会学26年度が最終年度であるため、記入しない。各研究メンバーが自分の研究を深化させるとともに、その研究を研究プロジェクト全体の中に適切に位置付けていて、メンバー間の連携がうまくいっている。このためメンバー間のコミュニケーションがスムーズに進み、書籍、論文、学会報告等で活発に成果を公表することができた。本年度は研究プロジェクトの中間年であることもあり、研究会メンバーが各自の研究テーマをより深く探究するとともに、班別活動も研究会全体の活動も充実してきた。研究成果も書籍、論文、国内外の学会報告等で広く公表された。今年度の研究成果を踏まえた上で、さらに分析のための理論枠組を整備する。その枠組を用いて移動レジームの変容と社会階層と雇用・生活リスク分布の変動との連関を戦後日本の歴史的変遷に沿ってさらに詳細に分析するとともに、東アジア社会を対象とした比較分析も推進する。平成26年度は研究プロジェクトの最終年度なので、プロジェクト全体として研究成果を取りまとめる予定である。当初の目的では、英文図書と一般市民向けの日本語図書を刊行する準備をすることになっていた。しかし優れた研究成果があがってきているので、まずは世界にそれらを問うために英文の研究成果報告書を作成し、プロジェクト終了後に、報告書に基づいて英文図書を刊行することにした。一般向け日本語図書は英文図書を刊行してから刊行する予定である。平成25年2月の全体会合の際に参加を予定していた2名の海外共同研究者が家庭の事情等により参加できなくなった。このため直接経費次年度使用額411,072円が生じた。これについては平成25年度請求額とあわせて会合や国内外の学会報告のための旅費に使用する予定である。海外研究協力者のHyunjoon Parkが所属機関の規則等により日本での研究会に参加できなくなったため、旅費を計画通りに支出できなくなった。このため次年度使用額が生じた。英文の研究成果報告書を作成するための翻訳・校閲料に使用する予定である。
小径線維ニューロパチーにおける革新的な評価法の確立と新たな診断マーカーの探索

小径線維ニューロパチー(SFN)は、糖尿病、トランスサイレチン型家族性アミロイドポリニューロパチー(ATTR-FAP)など様々な末梢神経障害に関与しており、早期治療のためにも小径線維障害を早期から正確に検出することが重要である。本研究では、SFNの早期診断および病態評価に有用なバイオマーカーの探索を行った。ATTR-FAPでは早期より皮神経脱落が認められ、無症候の時期においても認められた。皮神経脱落は罹病期間や末梢神経障害のパラメーターと相関した。以上より、皮膚生検は、SFNの早期診断および病態評価法として有用であり、臨床試験のバイオマーカーとして応用できる可能性が示された。家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)や糖尿病は、小径線維ニューロパチー(SFN)で発症することが多いが、小径線維の異常を客観的、定量的に捉えることは困難である。本研究では、SFNの最適な客観的、定量的評価法の確立と新たな早期診断、予後予測マーカーの探索を目的とする。計画初年度である平成27年度は、FAP24例、FAP未発症キャリア9例、医原性アミロイドニューパチー(ドミノ肝移植セカンドレシピエント) 5例、糖尿病5例、その他のニューロパチー10例、健常人10例にて、生検皮膚組織を用いた表皮内神経線維密度の解析、神経生理学的評価、末梢神経の画像解析および生化学的検査を網羅的に行った。その結果、表皮内神経密度は、健常人に比べ、FAP、医原性アミロイドニューパチー、糖尿病、および他の小径線維障害優位のニューロパチーでは有意に減少を認めた。FAPにおいては、トランスサイレチンの変異型において、表皮内神経密度の減少に差を認めるとともに、罹病期間、感覚障害の重症度、神経伝導検査および温痛覚閾値異常と相関を認めていた。また、FAP未発症キャリアや耐糖能異常など疾患の未発症の時期からも減少しており、表皮内神経密度はこれらの疾患において、早期診断のマーカーになりうることがわかった。また、MR-neurographyによる末梢神経のイメージング法の最適な検査条件の検討を行い、健常人とくらべ、FAPにおいては、末梢神経の輝度、大きさに変化を認めることがわかった。計画初年度である平成27年度は、表皮内神経密度が、小径線維ニューロパチーの早期診断および病態評価のマーカーとして有用であることが明らかになってきた。また、神経生理学的検査および画像検査を組み合わせることにより、客観的、定量的な評価法、診断法を確立できつつある。研究はおおむね当初の計画通りに進行している。トランスサイレチン型アミロイドーシス(TTR-FAP)や糖尿病性ニューロパチーのみならず、様々な疾患に小径線維ニューロパチー(SFN)が関与している。しかしながら、小径線維障害を客観的、定量的に捉えることは困難なため、SFNを早期診断することは容易でない。本研究では、発症早期からのSFNの最適な客観的、定量的評価法の確立と新たな早期診断、予後予測マーカーの探索を目的とする。研究計画2年目である平成28年度は、皮膚生検組織を用いた表皮内神経線維密度の解析とともに、汗腺周囲神経線維密度、末梢神経の画像解析を中心に行った。表皮内神経線維密度の解析でが、TTR-FAPでは経時的に減少することが明らかとなった。特にTTR-FAP未発症キャリアにおいても経時的に減少を認めることから、SFNの早期診断マーカーのみならず病態マーカーとしても有用であることが考えられた。また、汗腺周囲神経線維密度も健常者に比べ減少していることが明らかとなった。MR-neurographyを用いた末梢神経イメージングでは、本症では特に末梢神経近位部での肥厚が明らかとなった。表皮内神経線維密度が早期診断および病態評価法に有用なバイオマーカーとして期待できる結果が得られ、欧文原著として報告できた。これらの病理学的解析、生理学的解析、画像解析を駆使した検査アルゴリズムの作成ができつつある。本研究は、発症早期からの小径線維ニューロパチー(SFN)の最適な客観的および定量的評価法の確立と新たな早期診断、予後予測マーカーの探索を行うことを目的として行った。本年度は、TTR-FAP患者を中心に、これまで確立した早期診断法の比較検討を行った。今回の検討では、自律神経機能検査、神経生理検査、画像検査等の検査異常に先立ち、生検皮膚組織を用いた表皮内神経線維の障害が出現することが明らかになり、表皮内神経線維密度の評価は、SFNの最適な早期診断法として臨床応用できる可能性が示唆された。その他、老人性全身性アミロイドーシス(SSA)患者を対象して検討を行ったところ、SSA患者においても皮神経脱落を認めることを明らかにし、SFNを引き起こす可能性があることを明らかにした。また、TTR-FAP患者等のSFN患者におけるMR-neurographyを用いた末梢神経障害の検討では、坐骨神経のみならず、後根神経節や神経叢等さらに近位部においても発症早期から、神経肥厚や高信号病変などの画像異常を認めることが明らかとなった。さらに、血清および髄液中におけるバイオマーカーとなりうる候補蛋白と前述の検査法との比較検討を行い、早期診断に有用なバイオマーカー候補の選択をすることができた。

小径線維ニューロパチー(SFN)は、糖尿病、トランスサイレチン型家族性アミロイドポリニューロパチー(ATTR-FAP)など様々な末梢神経障害に関与しており、早期治療のためにも小径線維障害を早期から正確に検出することが重要である。本研究では、SFNの早期診断および病態評価に有用なバイオマーカーの探索を行った。ATTR-FAPでは早期より皮神経脱落が認められ、無症候の時期においても認められた。皮神経脱落は罹病期間や末梢神経障害のパラメーターと相関した。以上より、皮膚生検は、SFNの早期診断および病態評価法として有用であり、臨床試験のバイオマーカーとして応用できる可能性が示された。次年度は、前年度の計画を継続して行うと同時に、更に研究を発展させ、最適なSFNの客観的、定量的な評価法の確立を行うとともに、新規の早期診断、予後予測マーカーを同定する。また、小径線維の神経障害および神経再生についての病理学的解析を行い、SFNの進行様式および病期に応じた病態を明らかにする予定である。次年度は、研究計画の最終年度であり、前年度までの研究を発展させる。特に、これまで採取した患者検体を用いて新たな病理学的指標、生化学的指標の探索を行うとともに、MR-neurographyを様々な病期の患者にて評価し、客観性、定量性により優れたバイオマーカーの検証を行う方針である。病態検査学、アミロイドーシスSFNの早期診断における生化学的指標の検索、同定の為のプロテオミクス解析の最適な条件設定を行っている過程であるため、本年度の質量分析装置関連費用の一部が未使用であったため。次年度に行う免疫組織学的解析用の各種抗体、プロテオミクス解析用の質量分析関連消耗品(チップ、カラム、スライドなど)の購入を次年度に繰り越したため。平成27年度は、更に症例数を増やし、LC-MS/MS法を中心とした生化学的解析を行う。また、小径線維障害および神経再生を中心とした病期毎の病態解析を行うために研究費を用いる。最終年度は、症例数を増やすとともに新規のバイオマーカー同定のため、免疫組織学的解析用の抗体および生化学的解析用の試薬などの購入を行う。また、当初の計画に沿い、次年度請求額と合わせて使用する。
不均質異方性メタマテリアルの構成理論に関する研究

本研究は、回路的手法に基づく異方性メタマテリアルの媒質構成理論を確立し、電磁波の反射・散乱を広帯域かつ低損失に抑制する透明マント媒質の実現法を提案するものである。前年度、微小領域に分割した異方性媒質の等価回路として、2次元T型回路の直交するxおよびy方向のポートを磁気的に結合させたポート結合型2次元T型回路を提案し、その妥当性と同時に物理的意味を理論的に論じた。本年度は、得られた回路理論の妥当性を数値的および実験的に検証した。まず、提案するポート結合型2次元T型回路に対して回路シミュレーションを行った。有限個の等価回路を配列して構成した2次元異方性媒質中を伝搬するTE波の電圧振幅および位相分布を回路シミュレータにより計算した。分布から得られたΓ-XおよびΓ-M方向の伝搬波の分散特性はこれらの方向に無限周期を仮定した理論値とよく一致し、本等価回路の妥当性が数値的に示された。次に、本等価回路の動作を実験的に検証した。88×88セルの周期構造で構成された異方性媒質試作し、これを0.5から20GHzの点波源により励振した場合の媒質中の電磁波の振幅および位相を近傍電磁界測定により観測した。測定より得られた分散特性は理論的および数値的に得られた分散特性とよく一致し、等価回路の妥当性が実験的にも確認された。さらに、本等価回路を用いて透明マント媒質を設計し、その動作を数値的に検証した。線形、2次、1/2次、双曲線型等の各種の座標変換で得られるTE波に対して円筒物体を隠す透明マント媒質を提案した等価回路を用いて構成し、その動作を回路シミュレーションにより検証した。いずれの座標変換に対しても本回路の妥当性が確認されると共に、オクターブ以上の非常に広帯域にわたって透明化動作が可能であることを示した。なお、検討したこれらの変換の中では同じ離散化セル数であれば1/2次変換が最も反射散乱を抑えることが可能であることもわかった。本年度は、まず2次元T型およびΠ型の2種類の回路に対して実効的な透磁率テンソルの非対角成分を回路素子値で制御することができるかどうか検討した。これらの回路に対して回路方程式とマクスウェル方程式との対応関係を理論的に計算した。いずれの回路構成においても、マクスウェル方程式との対称性を保つことは可能であり、対角成分は回路素子値により任意に決定することが可能であることがわかったが、非対角成分を非零とすることは不可能であることがわかった。次に、2次元T型回路の直交するxおよびy方向のポートを磁気的に結合させた、ポート結合型2次元T型回路を提案した。同様な回路方程式とマクスウェル方程式との対応関係より、本提案回路は、非対角項ポート間を、ポート間の相互インダクタンスMにより独立に表わすことが可能であることを理論的に示すことができた。さらに、上記理論では、TEモードの2次元伝搬波に対して、マクスウェル方程式の電界と磁界を回路の電圧と電流に対応させたものであるが、これと双対となる対応関係、すなわちマクスウェル方程式の電界と磁界を回路の電流と電圧に対応させる関係を与えることで、TMモードの2次元伝搬波に対しても本回路は記述できることを示した。この場合にはMは誘電率テンソルの非対角成分を表わすことになる。得られた等価回路に対してBloch-Floquetの周期境界条件を与え、この単位ユニットを無限に2次元に配列したメタマテリアルの分散関係式およびインピーダンスを解析的に求めた。平成22年度では、得られた回路理論の妥当性をマイクロ波帯において検証する。2次元平面回路上に金属円筒を不可視とする透明マント媒質を設計し、実証実験を行う予定である。

線形、2次、1/2次、双曲線型等の各種の座標変換で得られるTE波に対して円筒物体を隠す透明マント媒質を提案した等価回路を用いて構成し、その動作を回路シミュレーションにより検証した。いずれの座標変換に対しても本回路の妥当性が確認されると共に、オクターブ以上の非常に広帯域にわたって透明化動作が可能であることを示した。なお、検討したこれらの変換の中では同じ離散化セル数であれば1/2次変換が最も反射散乱を抑えることが可能であることもわかった。
動脈硬化の発症進展好発部位の血流とLDL透過の連関の計算流体力学的解析

昨年度開発したLGA法(格子気体オートマトン法)に基づく血流シミュレーションプログラムは、プログラム化は容易であるが、LGAの微視的力学過程に含まれる確率的な機構が原因で、モンテカルロ法のように多数回シミュレーションを反復して計算結果を平均する必要があるために、記憶容量と計算時間がかなり必要となる欠点があった。そこで、本年度はLGA法よりも高速な方法として注目されているLBE法(格子ボルツマン法)に基づく血流シミュレーションプログラムの開発に着手した。LBE法は粒子間の相関を無視して格子気体の平均的挙動を記述する格子ボルツマン方程式を数値的に解く計算法であり、平均操作が不要なので高速性が期待される。作成したプログラムを2次元平板間の流れ場でテストし、最近出回っている高速度(100MHz以上)のパソコンなら実施可能と評価された。一方、計算結果の正当性の検証用の血管流路モデルとして、動脈硬化の好発部位の一つである大動脈・腎動脈分岐部の境界適合型産標系による幾何学的モデルを構成し、市販パッケージソフトウエアの差分法プログラムにより腎動脈血流の数値流体力学的解析を行い比較検討用の基礎的データを取得した。LGA法とLBE法がまだ3次元の複雑な形状の流路を扱えるレベルには達していないので、計算結果の本格的な比較は実施できなかった。また、血管壁を通じての物質移動を取り扱うプログラムの開発までには至らなかったが、格子気体法は粒子モデルに基づいているので血管壁を透過しない流体粒子に血管壁を透過し得る粒子が混在する系としてモデル化することにより血管壁の物質透過を取り扱えると期待される。単純な衝突規則と並進規則に従う多数の仮想的な粒子から成る格子気体(Lattice Gas)の巨視的運動がNavier-Stokes方程式に従うことが知られている。このことを逆に使って格子気体の個々の粒子の運動を追跡し、その局所的平均速度を流体速度として求める流れ場の数値計算法が格子気体法(Lattice Gas Method)である。粒子モデルなので物質移動のある流れの数値計算に向いていると考えられる。今年度は先ず格子気体法による流れ場の数値計算プログラムを作成した。ただし今年度利用できるコンピュータの計算能力に制約があるので、2次元流路用のプログラムとし、プログラムのテストを兼ねて2次元ポアズユ流と分岐流の場合の計算を行った。その結果、粒子性のゆらぎによる計算誤差が大きく、計算誤差を減らすには格子点数を増やすか、長時間計算して時間平均を取るかであるが、何れにしろ計算時間が極めて長くなり汎用コンピュータでは数十時間掛かると見積られた。そこで、次に、格子気体の粒子の集団平均速度を記述する格子ボルツマン方程式(Lattice Boltzmann Equation)を数値的に解くLB法に基づくプログラムを作成し、同一の流路モデルでシミュレーションを実施した結果、LG法の数百分の1の時間で実行できることが判明した。これにより、LB法を用いれば、3次元モデルでもEWSで計算が可能と推定された。作成したプログラムを2次元平板間の流れ場でテストし、最近出回っている100MHz以上のパソコンなら実施可能と評価された。一方、計算結果の正当性の検証用の血管流路モデルとして、動脈硬化の好発部位の一つである大動脈・腎動脈分岐部の境界適合型座標系による幾何学的モデルを構成し、市販パッケージソフトウエアの差分法プログラムにより腎動脈血流の数値

流体力学的解析を行い比較検討用の基礎的データを取得した。LGA法とLBE法がまだ3次元の複雑な形状の流路を扱えるレベルには達していないので、計算結果の本格的な比較は実施できなかった。また、血管壁を通じての物質移動を取り扱うプログラムの開発までには至らなかったが、格子気体法は粒子モデルに基づいているので血管壁を透過しない流体粒子に血管壁を透過し得る粒子の混在する系としてモデル化することにより血管壁の物質透過を取り扱えると期待される。