hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メカニカルストレス誘発性変形性関節症におけるIL-1、TLRシグナルの重要性

2)三次元培養軟骨モデルとメカニカルストレスの影響:組織学的検討とともに、三次元培養組織を力学負荷下で培養するため、力学負荷培養装置(CLS、テクノビュー)を用いて、繰返し力学負荷(40kPa、0.5Hzで3時間)を加えた。力学負荷終了後6時間で、負荷群と非負荷群の培養上清中のPGE2濃度を測定し、組織のCol-IIの発現をreal time PCRにて評価した。軟骨分化因子であるBMP2の添加によりCol-IIの発現は増加した。組織学的にはコラーゲンスキャフォールド内の細胞は周囲に基質を有し、軟骨細胞様の形態を呈していた。力学負荷による細胞変化として、ヘテロクロマチンの増加が見られた。またメカニカルストレスにより、培養上清中のPGE2とADAMTS4の発現は有意に増加した。三次元での軟骨細胞実験には大量の細胞が必要であり、また周囲の基質が重要視される。今回使用した方法は、細胞にはATDC5を周囲基質にはコラーゲンスキャフォールドを用いることで再現性の高い研究が可能となった。細胞形態、力学負荷による反応から生体軟骨の組織変性を反映する実験モデルとして有用であると考えられた。3)メカニカルストレスとIL-1レセプターシグナルの関連:上記のモデルを使用し、メカニカルストレスをかけることで、IL-1レセプター発現の上昇を認めた。メカニカルストレスとIL-1Rを介したシグナル伝達よる複合的な作用が関与している可能性が推察された。三次元培養軟骨モデルの作成においては、一定の目標を達成することができたと考えている。IL-1シグナルに着目したメカニカルストレスとの関連について実験を重ねており、さらに検討を続ける予定である。1)ATDC5を用いた三次元培養軟骨モデルの構築とメカニカルストレスの影響:昨年度に作成した三次元軟骨モデルを使用した。Alginate beads培養を行い、コラーゲンスキャフォールド(アテロコラーゲンスポンジMIGHTY, KOKEN)に細胞を播種させた。そこに力学負荷培養装置(CLS、テクノビュー)を用いて、繰返し力学負荷(40kPa、0.5Hzで3時間)を加え、培養上清中のPGE2とreal-time PCRにてADAMTS4の発現が有意に増加した。2)メカニカルストレスとIL-1Rシグナル、TRPV4との関連:上記のモデルにメカニカルストレスをかけることで、IL-1Rの有意な発現上昇を認めた。また微量のIL-1βを添加して力学負荷をかけると、添加のみでは上昇しない濃度でADAMTS4とIL-1Rの有意な発現の上昇を認めた。さらにメカノレセプターであるTRPV4との関連を検討するために、TRPV4 agonistであるGSK1016790A(GSK)とantagonistであるHC-067047(HC)を添加して、それぞれの発現の関連性を検討した。ADAMTS4はGSK刺激により抑制され、ADAMTS4とIL-1RはHC刺激によりさらに上昇を認めた。ATDC5においてメカニカルストレスによりTRPV4を介してADAMTS4およびIL-1Rの発現が亢進した。3) IL-1R KOマウスを用いたOAモデルの作成:OAモデルとしてマウスのDMMモデルを使用する。8週齢雄のIL-1R KOマウスにDMMモデルを作成した。術後8週時に病理組織学的検討を行い、OAの程度をスコアリングしWTと比較する予定である。三次元培養軟骨モデルの作成し、IL-1シグナルとメカニカルストレスとの関連について、TRPV4に着目し実験を重ねており、さらに検討を続ける予定である。1)ATDC5を用いた三次元培養軟骨モデルの構築とメカニカルストレスの影響:Alginate beads培養を行って軟骨へ分化させたATDC5細胞を、コラーゲンスキャフォールド(アテロコラーゲンスポンジMIGHTY, KOKEN)に播種させた三次元培養軟骨モデルを作成した。そこに力学負荷培養装置(CLS、テクノビュー)を用いて、繰返し力学負荷(40kPa、0.5Hzで3時間)を加え、負荷終了後6時間で、real-time PCRにてADAMTS4、MMP-3、IL-6の発現が有意に増加した。2)メカニカルストレスとIL-1Rシグナル、TRPV4との関連:1)のモデルにメカニカルストレスをかけることで、IL-1Rの発現の有意な発現上昇を認めた。また0.01pg/mlの微量のIL-1βを添加して力学負荷をかけると、ADAMTS4とIL-1Rの有意な発現の上昇を認めた。0.01pg/mlのIL-1β添加のみでは上昇を認めなかった。さらにメカノレセプターであるTRPV4との関連を検討した。ADAMTS4とIL-1Rの発現はTRPV4 agonistより抑制され、TRPV4 antagonistによりさらに上昇を認めた。ATDC5においてメカニカルストレスによりTRPV4を介してADAMTS4およびIL-1Rの発現に影響を与えた。3) IL-1RKOマウスを用いたOAモデルの作成:OAモデルとしてマウスのDMMモデルを使用した。8週齢雄のIL-1R KOマウスにDMMモデルを作成し、WTと比較した。術後8週時に病理組織学的検討を行い、OARSI scoreにてIL-1R KOマウスで変性が抑制された。以上より、軟骨細胞表面のIL-1Rの発現が圧縮力学ストレスにより刺激され、続いて起こるIL-1感受性の増大がOAの病因に影響していると考えられた。

1)KOマウスを用いたOAモデルの作成OAモデルとしてマウスのDMMモデルを使用する。8週齢雄のIL-1αβKO、IL-1R KO、MyD88 KOマウスにDMMモデルを作製し、術後8週時に病理組織学的検討を行い、OAの程度をスコアリングし比較する。2)メカニカルストレスのケミカルシグナルへの変換点の検討今回作成した三次元軟骨モデルにメカニカルストレスを加え、IL-1R、TLR4の下流で働く分子であるIRAK4、TRF、TRIF、MyD88などを、siRNAの手法でそれらの分子の発現を減弱させた場合、MMP-3、ADAM-TS4の発現がどう変化するかをチェックし、dominantなシグナルを絞り込む。またMAPKs(p38、JNK、ERK)に関して、特異的インヒビターを加えた後MMP-3、ADAMTS4の発現を測定し、どのMAPKsを使用しているかを同定する。1)KOマウスを用いたOAモデルの作成IL-1R KOでのOAモデルの作成を行っているが、作成数がまだ少なく今後も継続予定である。またIL-1αβKO、MyD88 KOマウスでのOAモデルの作成も検討予定である。2)メカニカルストレスのケミカルシグナルへの変換点の検討今回の検討で、メカニカルストレスに微量なIL-1シグナルが加わることが、catabolicに影響し、さらにTRPV4が関与していると考えられた。今後は三次元軟骨モデルにメカニカルストレスを加え、IL-1R、TLR4の下流で働く分子であるIRAK4、TRF、TRIF、MyD88などを、siRNAの手法でそれらの分子の発現を減弱させた場合、MMP-3、ADAMTS4の発現の変化を確認しし、dominantなシグナルを絞り込む。またさらにTRPV4 agonist、antagonistを使用し、IL-1Rシグナルとの関連を追及していく。整形外科膝関節関節リウマチ三次元培養軟骨モデルの確立とメカニカルストレスの影響についての検討においては、試薬購入やスキャフォールドの使用で予定よりも支出を抑えることができた。今後のKOマウスの購入や、siRNAを含めた試薬購入に使用できると考えられる。H28年度の使用額については予定の範囲での使用となった。H27年度で試薬購入やスキャフォールドの使用で予定よりも支出を抑えることができた分については、今後のKOマウスの飼育、繁殖(最後に一括支払いの予定)、siRNAを含めた試薬購入に使用できると考えられる。OA(DMM)モデルを作成のためのIL-1αβKO、IL-1R KO、MyD88 KOマウスの購入とマウスの繁殖、維持。軟骨細胞の三次元培養ならびにIL-1シグナルの解析のためPCR用のプライマー、試薬購入、タンパクレベルの分析のためウェスタンブロットまたはELISAのための抗体の購入または作製、研究結果を海外学会で発表するための渡航費等を予定している。OA(DMM)モデルを作成のためのIL-1R KOマウスの繁殖、維持。
持久走前における適切なウォーミングアップの開発

本研究の目的は長距離走における競技力向上のために適したウォーミングアップ(W-up)強度や手順を明らかにすることであった.実験は持続できなくなるまで行う最大下走運動を主運動として,W-upの有無や強度の変化,スタティックストレッチの組み合わせ,ウィンドスプリントの組み合わせの3実験を行った.結果として,ウォーミングアップの有無や強度の変化,またはストレッチの有無によってパフォーマンスは変化しなかった.しかし,W-upとウィンドスプリント双方を行った場合は有意にパフォーマンスが低下し,長距離走前においてはW-up不足よりも過剰なW-upがパフォーマンス阻害要因になることが示された.本研究の目的は長距離走における競技力向上のために適したウォーミングアップ(W-up)強度や手順を明らかにすることであった.実験は持続できなくなるまで行う最大下走運動を主運動として,W-upの有無や強度の変化,スタティックストレッチの組み合わせ,ウィンドスプリントの組み合わせの3実験を行った.結果として,ウォーミングアップの有無や強度の変化,またはストレッチの有無によってパフォーマンスは変化しなかった.しかし,W-upとウィンドスプリント双方を行った場合は有意にパフォーマンスが低下し,長距離走前においてはW-up不足よりも過剰なW-upがパフォーマンス阻害要因になることが示された.本研究では最大下の強度である5000m走のパフォーマンスを向上させるような至適ウォーミングアップ(W-up)について検討した.被験者は日常的に長距離走のトレーニングを行っている男子大学生7名とした.W-up,主運動共にトレッドミル上における走運動とした.また,W-upと主運動の速度は予め行われた漸増運動負荷試験の結果から算出した.被験者らはW_up無し,60%,70,80%VO2maxそれぞれで15分間のW-up,という4つのW-up条件を行った.W--up無し条件以外は,W-upが終了5分後に主運動を開始した.主運動は90%VO2max強度において持続不能となるまで行い,持続時間をパフォーマンスとして評価した.持続時間については一元配置分散分析によって統計処理を行った.各条件の走行持続時間は,W-up無しで13分06秒3±3分21秒9,60%VO2maxで15分12秒0±5分08秒8,70%VO2maxで14分14秒6±3分44秒9,80%VO2maxで12分49秒6±4分22秒0であり,各条件間に有意差は認められなかった.各被験者内で主運動持続時間が最長を記録した条件は,W-up無しが1名,60%VO2maxが3名,70%VO2maxが2名,80%VO2maxが1名であった.先行研究では,最大または超最大運動になる800mや1500m走のパフォーマンスを向上させるためには少なくとも乳酸閾値(LT)強度以上でのW-upが推奨されている.本研究における被験者のLTは79.2±3.4%VO2maxであった.したがって,最大または超最大運動で推奨されているW-upが最適であったならば,80%VO2maxのW-upが適していることが示唆されて然るべきである.しかし,本研究の結果からは80%VO2maxのW-upが最適とは言えない.ウォーミングアップ(W-up)は主運動のパフォーマンスに好影響を及ぼす.しかし,運動前におけるスタティックストレッチは腱の弾性を低下させ,パフォーマンス低下につながるとする報告が散見される.これらの報告はジャンプやスプリントのような瞬発的な運動や最大運動(100%VO2max)で検討されており,W-upやスタティックストレッチが最大下運動のパフォーマンスに及ぼす影響は明らかではない.本研究では,5000m走を想定した90%VO2max強度の走運動において,W-upやストレッチがパフォーマンスに及ぼす影響を検討した.被験者は日常的に長距離走のトレーニングを行っている男子大学生7名とした.条件はウォーミングアップ・ストレッチ共に無し,70%VO2maxで15分間のW-up,スタティックストレッチのみ,70%VO2maxで15分間のW-up後にスタティックストレッチ,という4つとし,それぞれの処置の5分後に90%VO2maxでの走運動を継続できなくなるまで行った.被験者らはすべての条件をランダムな順序で実施した.なお,スタティックストレッチは股関節屈曲筋群,股関節伸展筋群,膝関節屈曲筋群,膝関節伸展筋群,足関節底屈筋群の5筋群それぞれを自分自身で伸張させるものとした.また,90%VO2maxの走運動持続時間をパフォーマンスとして評価した.結果として,被験者内で運動持続時間が最長となった条件は,CONが1名,WUが1名,STが2名,W+Sが3名であったが,運動持続時間は条件間で差が認められなかった.昨年度の成果において,W-upの有無や強度の違いによって本研究と同強度の主運動パフォーマンスは影響を受けないことを報告したが,ストレッチの有無についてもパフォーマンスは変化しないことが明らかとなった.したがって,90%VO2max強度の走運動パフォーマンスはW-upやストレッチの有無によって変化しないと言える.ウォーミングアップ(W-up)は主運動のパフォーマンスに好影響を及ぼすと考えられている.我々はW-up無しと60,70,80%VO2maxでそれぞれ15分間の走運動によるW-upと90%VO2max強度の走運動パフォーマンスを比較したところ,条件間に有意差は認められないことを報告した.

また,実際の競技現場ではW-upにスタティックストレッチングを取り入れることが多いことから,70%VO2maxで15分間のW-upと一つの筋群に対して20秒間のストレッチを,W-up・ストレッチともに無し,どちらか一方,ともに有りの4条件で比較したところ,これらについても主運動のパフォーマンスに有意差は認められなかった.これらの先行研究と我々のデータをもとに,競技現場ではW-up中に比較的走速度を上げて短い距離を走る「ウィンドスプリント(WS)」を取り入れている競技者が多いことから,W-upとWSのが90%VO2max強度の走運動パフォーマンスに及ぼす影響ついて比較・検討を行った.被験者は日常的に長距離のトレーニングを行っている男子大学生7名とした.条件は70%VO2maxで15分間のW-upと110%VO2maxで30秒を3回繰り返すWSのどちらか一方と,ともにありの3条件であった.それぞれの前処置後に90%VO2max強度で運動が持続できなくなるまで行い,その持続時間をパフォーマンスとして評価した.被験者らはすべての条件をランダムな順序で実施した.結果として,W-upのみに対してW-upとWSの両方を実施した条件では有意に運動持続時間が短かった.しかし,W-upのみとWSのみや,WSのみとW-upとWSの両方の間には有意差は認められなかった.これらの結果から,持久走前においてはW-up不足でのパフォーマンス低下はあまり起こらず,行い過ぎでパフォーマンス低下が生じることが示唆された.26年度が最終年度であるため、記入しない。トレーニング科学26年度が最終年度であるため、記入しない。十分な予備実験を行った後,本実験も年度内に終えることが出来た.結果については仮説通りではなかったが,新たな知見を得ることが出来た.主な結果となるデータについては学会発表も行うことができた.平成24年度,平成25年度共に計画していた実験を遂行することができている.得られた結果は仮説と異なる部分もあったが,複数の学会で成果を発表しており,陸上競技の競技会でも研究結果を還元する機会が得られた.しかしながら,学術誌に論文として投稿段階にあり,いまだ成果の掲載には至っていないため,その点については今年度さらに進める必要がある.26年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り研究を進める予定である.ただ,2012年度の結果が仮説通りではなかったため,実験プロトコルについては細部の変更は有り得る.2012年度の結果を踏まえ,さらに予備実験を行った上で詳細を決定する.また,2012年度の結果については論文化を進める.当初計画では平成26年度はウォーミングアップによって遅発性筋痛を抑制することができるか否かについて検討する予定であった.平成24年度,平成25年度と同様に比較的鍛錬された被験者において複数の条件を行わせる計画であったが,これまでの実験では被験者に遅発性筋痛はほとんど起きておらず,同様の対象に複数条件を行っても意図する成果は得られないと考えられる.したがって,これまでの実験とは方法を変えて,非鍛錬者を群に分けた上で,各群に種々のウォーミングアップ(ウォーミングアップ無しも含む)を行わせて,そのときのパフォーマンスと後の遅発性筋痛の推移を検討する,というように小幅な計画変更を行う予定である.26年度が最終年度であるため、記入しない。
エネルギー代謝調節ネットワークにおけるボンベシン様ペプチド系の作用機序

脂肪酸は、体内のエネルギー状態を脳に伝えるメディエーターとして重要である。ボンベシン様ペプチド系がこの調節に関与しているのかについて、ボンベシン様ペプチド第三受容体(BRS-3)欠損マウスを用いて調べた。BRS-3欠損マウスの脳内、血中、臓器内での各種脂肪酸含量を測定した。30週齢で肥満を呈している欠損マウスでは、脂肪酸(パルミチン酸、オレイン酸など)濃度は血中では増加しているにもかかわらず、脳では逆た低下していた。また、長鎖脂肪酸の一つであるオレイン酸を脳室内投与すると摂食量は抑制されるが、欠損マウスではオレイン酸の摂食抑制作用が減少していた。一方、オクタノン酸の脳室内投与では、野生型・欠損マウス共に摂食量に変化は見られなかった。さらに神経細胞活性化の指標となるcFosの発現変化を観察したところ、正常マウスではオレイン酸投与時に視床下部の細胞が活性化されるが、欠損マウスでは活性化がみられなかった。また、In situ hybridization法を用いて弓状核のBRS-3発現細胞の解析を行ったところ、BRS-3発現細胞は主要な摂食促進ペプチドであるNPYやAgRP、また摂食抑制ペプチドであるCARTやPOMCのどれもほとんど発現していなかった。さらに弓状核から細胞を単離し、脂肪酸に対する反応をカルシウムイメージング法によって調べたが、BRS-3欠損マウスから単離した細胞でも、正常マウスの細胞と同様に脂肪酸に対する反応が観察された。今後は、BRS-3発現細胞に着目して実験を行う必要があると考えられた。以上のことから、BRS-3は脂肪酸による摂食量の調節に関わっており、その作用部位は弓状核であることが示唆された。この結果は、未だ不明な点が多い脂肪酸の作用機序の一端を明らかにしたもので、メタボリックシンドロームの発症機序に関連する可能性がある点でも重要であると考えられた。体内のエネルギー状態を脳に伝えるメディエーターとして、近年、脂肪酸の重要性が指摘されている。ボンベシン様ペプチド系が脂肪酸による調節に関与しているのか、していればそれはどのような働きかについて、BRS-3欠損マウスを用いて調べた。まず、BRS-3欠損マウスの脳内、血中、臓器内での各種脂肪酸含量を測定した。その結果、30週齢の肥満を呈している欠損マウスでは、血中脂肪酸(パルミチン酸、オレイン酸など)濃度が増加しているにもかかわらず、視床下部を中心とした脳における脂肪酸含量は逆に低下していることが明らかになった。また、長鎖脂肪酸の一つであるオレイン酸を脳室内投与すると摂食量を抑制することが知られているが、この現象がBRS-3欠損マウスでも同様に起こるのかについて調べた。オレイン酸を脳室内投与したときの摂食量変化を野生型マウスと比較したところ、欠損マウスではオレイン酸の摂食抑制作用が減少していることが明らかになった。さらにcFosの発現変化を観察したところ、オレイン酸投与時に視床下部の細胞が活性化されることを確認できた。正常マウスと欠損マウスにおけるその活性化の程度の違いについて、定量的な解析を行っている。欠損マウスでは、脂肪酸による調節機構がどのように影響を受けているかについて、今後in vitroの系で調べていく予定である。脂肪酸は体内のエネルギー状態を脳に伝達するという重要な役割を担っていることが近年明らかになりつつある。ボンベシン様

ペプチド系は摂食・肥満調節に重要であることが知られていたが、本研究ではその受容体の一つであるBRS-3が脂肪酸による摂食・肥満の調節に関わっているかについて調べた。前年度に脂肪酸脳室内投与により、視床下部弓状核ニューロンが活性化されることを見いだした。今年度はこの活性化の程度をBRS-3欠損マウスと正常マウスで比較したところ、欠損マウスでは脂肪酸投与により活性化された細胞数はvehicle投与時とほぼ同程度であり、増加していないことがわかった。In situ hybridization法を用いて、弓状核のBRS-3発現細胞の解析を行ったところ、これらの細胞は弓状核における主要な摂食促進ペプチドであるNPYとAgRP、また摂食抑制ペプチドであるCARTとPOMCのどれもほとんど発現していないことが示された。さらに弓状核から細胞を単離し、脂肪酸に対する反応をカルシウムイメージング法によって調べた。その結果、BRS-3欠損マウスから単離した細胞でも、正常マウスの細胞と同様に脂肪酸に対する反応が観察された。以上のことから、ボンベシン様ペプチド受容体の一つであるBRS-3は脂肪酸による摂食量の調節に関わっており、その作用部位は弓状核であることが示唆された。この結果は、未だ不明な点が多い脂肪酸の作用機序の一端を明らかにしたものであり、メタボリックシンドロームの発症機序に関連する可能性があるという点でも重要である。
局所構造の非線形動力学

1.非線形媒質における局所構造、2.非線形動力学のシミュレーション、3.局所構造のダイナミックス、について以下の成果を得た。(1)結晶成長や反応拡散系に対するモデルとして幾何学的模型を考察し、可積分系について明らかにするとともに、新しい厳密解を見出した。(2)異方性がある光ファイバー中の電場振幅を記述する結合した非線形シュレディンガー方程式を提出し、2つの偏光成分が結合したソリトンの存在を示した。(3)イオン波ソリトンが反射電極前面に存在するシース領域を、トンネル効果的に時間おくれるしに通過することを発見した。(4)多次元の離散型方程式について、特異性閉じ込め理論を発展させ、可積分性との関係を示した。(5)反応拡散系におけるターゲットパターンの波長は、ペースメーカーの径を変化させることにより制御できることを、実験とシミュレーションを用いて示した。(6)力学系におけるクラスター構造形成は、系のカオスとしての性質と密接に関係しており、カオスが存在することによって構造が維持されることを示した。(7)磁気音波加速の機構を基に、太陽高エネルギー粒子の基本的性質を説明しうる理論的モデルを提出した。(8)地球磁場や太陽磁場の発生機構をシミュレーション手法を用いて考察し、回転球殻中において対流運動から双極子磁場の発達することを示した。(9)双線形形式を用いると、ソリトン方程式の可積分性を保ちながら容易に差分方程式に変換できることを示した。1)私達、維野,市川によって見出されたソリトン方程式が、非圧縮性流作の渦系に対する局所誘導近似の方程式に等価であることを示し、ソリトンの衝突過程に対する表式を逆散乱法に基づいて構築した。2)磁気中性面における非線形挙動を磁気流体シミュレ-ション及び粒子シミュレ-ション手法を用いて研究した。その結果、駆動型磁気リコネクションの異常発展にはプラズマの圧縮性が重要な働きをすること、イオンが異常加熱すること、及び磁気中性面に新しいタイプの不安定モ-ドが成長して異常抵抗を生み磁気リコネクションをトリガ-することが明らかになった。3)周期的境界条件では可積分系、周期的境界条件ではカオス的振舞をする、ロトカ・ボルテラ差分方程式系を発見した。4)分散曲線の変曲点近傍での平面波の周期的な変調は非線形シュレディンガ-方程式の場合と異なり、乱雑な挙動を示すことを見出した。また、容器の共鳴的な加振によって生成される水面波に対する方程式の周期解について調べ、ホモクリニック分岐、対称性の破れ分岐、周期倍分岐などの分岐が起ることを示した。5)反応拡散系を表す非線形偏微分方程式の計算機シミュレ-ションを行い、ペ-スメ-カ-により2次元同心円状(タ-ゲット)パタ-ンがよく制御され実験結果を裏付けること、カオス媒質中でもタ-ゲットパタ-ンが形成可能であること、を示した。6)プラズマにおける不安定性の発展と非線形構造の発生を調べるため、電子二流体不安定性において、高周波モ-ドと低周波モ-ドの非線形相互作用を記述する方程式系を寄出し、ソリトン解や周期解を求めた。以上は研究実績の一部であり、実験、理論、シミュレ-ション、により非線形動力学の興味深い成果が集積されている。1)イオン波ソリトンとイオンシースとの相互作用に関する実験的研究を行ない、シース領域におけるソリトンの振舞いを明らかにした。2)高次孤を波解を求める2種類の摂動法を提案し、プラズマ中のイオン高波と水の波に適用した。2種類の解の比較から、摂動計算の適用限界をそれらの解自身から知ることができることを示した。3)非線形シュレディンガー方程式に対する3次の分散項の効果を周期的境界条件の下で数値的に調べた。3次の分散項のために解がカオス的になることが見出された。また、水を入れた容器の共鳴的加振により効起される水面波の挙動を記述する方程式を導き、その安定な周期解が、加振振幅、加振周期のどのような値で現われるかを詳しく調べた。4)3次形式で書かれる非線形波動

方程式の解を考案し、これまでのソリトン方程式では見られないソリトンの分裂・融合が起こり得る可能性のあることを示した。また、同様の解の挙動が相対論的に拡張された戸田方程式においても存在することを明らかにした。5)不安定なプラズマにおける非線形構造の発生を系統的に調べるため、電子二流体不安定性を例してとり、その非線形発展を解析的・数値的に調べた。6)ソリトン方程式の可積分性を保存するような養分スキームの構成が直接法によって研究された。この養分スキームは、ソリトン方程式の初期値問題を数値的に積分するのに非常に有効であることがわかった。7)保存系における構造形成のかんたんなモデルとして、大域結合をもつ結合マップ格子を考え、そこでのクラスター構造の形成、相空問構造および生成・消滅のダイナミックスを調べた。8)計算機シミュレーションの手法を用いて、回転する球穀中の流体の熱対流運動の非線形動力等の研究を行なった。1.非線形媒質における局所構造、2.非線形動力学のシミュレーション、3.局所構造のダイナミックスについて以下の成果を得た。(1)結晶成長や反応拡散系に対するモデルとして幾何学的模型を考察し、可積分系との関係を明らかにするとともに、新しい厳密解を見出した。(2)プラズマとマイクロ波の相互作用に関して、時間空間におけるイオン波エコー、大振幅イオン波(航跡場)の励起を実験的に検証した。(3)プラズマ中の高次元イオン波を考察し、2次元非線形シュレディンガー方程式を導いた。そして、その方程式はリコネクションを示す新しい解を持つことを示した。(4)反応拡散系におけるターゲットパターンの波長は、ペースメーカーの〓を変化させることによって制御できることを、実験とシミュレーションによって示した。(5)保存力学系におけるクラスター構造形成は、系のカオスとしての性質と密接に関係しており、カオスが存在することによって構造が維持されていることを示した。(6)2種類のイオンが存在するプラズマ中での磁気音波を調べ、高調波モードと低調波モードのおのおのに対するKaV方程式を導いた。(7)地球磁場や太陽磁場の発生機構をシミュレーション手法を用いて考察し、回転球殻中において対流運動から双極子磁場の発達することを示した。(8)双線形形式を用い、可積分性を保ちながら養分化できることを示した。
ライフサイクルコストを考慮したコンクリート構造物のメンテナンスシステムの研究

コンクリート構造物は社会基盤の重要な一翼を担うものであり、所要の期間その機能を保持しなければならない。このためには、構造物のメンテナンスが不可欠と考えられるようになった。構造物の建設される環境において地球資源の有効活用や環境への負荷を低減するためには、適宜点検を実施し適切の管理運営を実施して施設の延伸を図ることが得策であり、今後構造物のメンテナンスの重要性は今後益々高まると考えられる。メンテナンスを有効に実施するためには、構造物の時間軸を考慮した性能の変化を把握する必要があり、さらに、ミニマムのコスト(LCC)の概念を導入する必要がある。前者に関しては鉄筋腐食を念頭において、セメントを構成する鉱物の水和反応モデルを構築し時間の経過による物性の変化を解析により算定する手法に関して考察し、さらに、鉄筋腐食とひび割れ発生(ひび割れ幅)の予測方法を考案した。これらの成果などを参考として、後者のLCCのモデルを構築することとした。所要コストとしては、初期投資(建設)費用、維持管理のための費用、撤去、更新費用などである。今回対象としている構造物としては、塩分環境にある鉄筋コンクリート構造物である。LCCのモデル構築に当たっては、鉄筋の腐食によるひび割れ発生と破壊確率、LCCの現在価値の換算方法、信頼性理論の基づく期待費用最小の理論からの最適な補修時期の定め方などを考慮した。LCC算定におけるパラメーターの感度解析から、かぶり、資本の利率、再劣化係数、断面減少許容割合などがLCCに大きな影響があることが明らかとなった。さらに、LCC算定において劣化予測に必要なデータと各費用を入力することによって、対象構造物の評価を迅速に算定し効率的にコスト管理を行うシステムを開発することとした。すなわち、エキスパートシステムを応用して初心者が容易に最適補修時期と補修工法を選定するシステムを構築した。PCの入力画面に、劣化予測パラメーター、補修工法のコスト、資本の利率などをインプットすることにより、LCCの数値や経年による支出、補修工法比較などの数値や図面を短時間でアウトプットできるシステムである。コンクリート構造物は社会基盤を支える重要な施設であり、今後とも施設を適切に維持するための必要性は論を待たない。さらに、地球資源の有効利用や環境保護のためには、新設や既存の施設をできるだけすくないエネルギー消費により永く活用することが大切となる。メンテンナンスを有効に実施するためには、構造物の時間軸を考慮した挙動を把握する必要があり、さらに、これらをもとにミニマムコストの要因を精査して適切な維持管理方策を採用する必要がある。今年度は、前者に関しては(1)コンクリートの特性を決定づけるセメントの硬化過程を取り上げ、(2)現実のコンクリート構造物での寿命推定の大きな一要因である中性化に関して検討を行なった。(1)についてはセメントを構成する鉱物の水和反応モデルを構築し、時間の経過による硬化過程を新たな算定法を提示して数値解析的・実験的に検討した。(2)では、中性化に関して実験及びモデル解析を実施して、性能限界の一つと考えられる中性化による鉄筋腐食とひび割れの発生に関して議論を進め、検討結果より所定のひび割れ幅に達する腐食量を提示することが出来た。後者のミニマムコストに関しては、RC桟橋の上部工を取り上げて塩害による鉄筋腐食による性能低下を対象とした。コストとしては、(初期建設費+維持管理費+破壊損失期待費用)を基本とし、補修工法として断面修復工法を取り上げ、ライフサイクルコストの算定フローを構築した。

本フローに基づきコンクリートのかぶり、塩化物の浸透、腐食速度などのバラツキを考慮し、ミニマムコストとするための許容ひび割れ幅((2)の成果より、腐食量との関係を利用)と補修間隔との関係などを提示した。既存の施設が所要の期間その機能を保持し有効に公共の用に活用されるためには、構造物のメンテナンスが不可欠である。構造物の建設後に供用される環境において性能の変化を生ずるときに、性能変化を最小限にとどめる有効は方策は、適切の管理運営が行なわれることである。従来は、構造物の性能低下に対して撤去・再構築の方法が取られる例も多くみられたが、環境への負荷を低減するために可能な限り既設施設の廃棄を避ける、資源の有効利用の観点からも既設施設の長期間の活用を前提とする、などから、構造物のメンテナンスの重要性は益々高まるものと考えられる。構造物を所用期間、活用するためには供用期間における所要コストを考慮する必要がある。これらは、初期投資健設)費用、維持管理のための費用、撤去、更新費用などである。今回対象としている構造物は、塩分環境にある鉄筋コンクリート床版であり、機能低下は鉄筋の腐食によるひび割れ発生と破壊確率の増大である。このために、構造物の性能を分類化し耐久性(時間の経過による性能変化)との関係を明確とするとともに、ライフサイクルコストの現在価値への換算方法を設定した。次に信頼性理論の基づく期待費用最小の理論から最適な補修時期を求めた。このとき、コンクリートの拡散係数、限界塩化物イオン量、かぶり、腐食速度などを要因として、腐食ひび割れ幅を補修時期の判定の指標とした。次に、ライフサイクルコスト算定における、パラメーターの感度解析を実施して、パラメーターの影響を評価した。これにより、割引率、かぶり、コンクリートの拡散係数がライフサイクルコストに及ぽす影響が顕著であることが明らかになった。コンクリート構造物は従来はメンテナンスフリーと考えられてきたが、各種の原因(塩害、アルカリ骨材反応、中性化、凍害など)によって劣化を生じ所要の期間その機能を保持し有効に公共の用に活用されるためには、構造物のメンテナンスが不可欠と考えられるようになった。構造物の建設後に供用される環境において性能の変化を生ずるときに、性能変化を最小限にとどめる有効な方策は、適宜点検を実施し適切の管理運営を実施することである。従来は、コンクリート構造物の性能低下に対しては、機能更新による性能強化、撤去などの方法が取られる例も多くみられたが、環境への負荷を低減するために可能な限り既設施設の撤去を避け、資源の有効利用の観点からも既設施設の長期間の活用を前提とすることが必要であり、構造物のメンテナンスの重要性は今後益々高まると考えられる。
脳卒中リハビリの高治療効率プログラム(FITプログラム)の最適化と帰結検証

日本の脳卒中リハビリテーションが効率よく、また効果的に行えるための根拠付けを臨床的に行うことを目的として研究を行った。脳卒中患者に対し、我々が提唱したFull-timeintegrated treatment (FIT) programを継銃的に行い、そのFIT programがなぜ従来型のリハビリテーションより効果的なのか、訓練頻度がポイントなのか、訓錬環境が劾果を高めているのか、その要因を検討した。2001年からの通算で、脳卒中全入院患者2293名中、FIT programを施行したのが1893名、、その中で、発症から8日から90日の間に入院してきて、在院日数が8日以上の患者は1764名であった。さらに再発、転科するような疾患の発生、併存症などの症例を除き、1109名が残った。このうら、6m廊下を中心とした2F病椋(enriched environment)の入院患者が684名、病椋と理学療法訓練室の隣接しない3F病棟(ordinary environment)入院患者が425名であった。例数が増えたため典型的患者に絞っての比較が可能となった。平均在院日数は2Fが66.1日、3Fが66.3日と有意差は無かったが、FIM運動項目利得は2Fの19.2に較べて3Fが16.1と有意に低かった。利得を在院日数で除したFIM劾率も2Fの0.31に較べ3Fに0.25と有意に低かった。予備的検証結果と同様に、enriched environmentとordinary environmentはFIT programを行う場合にFIMの伸びに影響を与えると思われた。FIM運動項目効率は病棟単位のリハビリチームの能力の指標としても用い得る。その際、特殊な患者のデータ(外れ値)をどう処理すべきか、在院日数、FIM利得、FIM劾率の上下を除外する方法を検討したところ、FIM効率による除外が最も良好なデータ散布状態をもたらした。藤田保健衛生大学七栗サナトリウムの回復期リハビリテーション病棟に入院しFIT programを受けた脳卒中片麻痺患者を対象とした。平成13年4月からの総数は1445名となった。2つの入院病棟、病室と訓練室が廊下を挟んで向かい合う回復期リハビリテーション病棟(2F病棟:enriched environmental condition相当)と、理学療法には病棟に隣接しない訓練室を用いる回復期リハビリテーション病棟(3F病棟:ordinary environmental condition相当)のoutcomeを比較した。3F病棟の患者には回復期病棟として廊下幅改築をする以前の患者データも含めた。入退院時に、初発・再発、併存症の程度、ADL評価法FIM、脳卒中機能評価法Stroke Impairment Assessment Set(SIAS)、高次脳機能などを評価した。2F群(900名)はFIM運動項目の改善が17.3点、平均在院日数が67.4日、FIM運動項目効率(改善を在院日数で除したもの)は0.27、3F群(545名)は順に19.2点、69.9日、0.19であった。在院日数には有意差を認めなかったがFIMには有意差を認めた。FIT programの訓練量の側面が在院日数短縮と強く関連し、環境要因の側面がFIM改善に強く関連することが裏付けられた。サブ・グループとして麻痺手の強制使用群(非麻痺側を1時間抑制し、その間は麻痺側を使わなければならないようにする群)20名と対照群(FIT program)との比較では麻痺改善に明らかな差は得られなかったが上肢Brunnstrom stage 5の患者で強制使用群が良好である可能性があった。

日本の脳卒中リハビリテーションが効率よく、また効果的に行えるための根拠付けを臨床的に行うことを目的して研究を行った。脳卒中患者に対し、我々が提唱したFull-timeintegrated treatment (FIT) programを継続的に行い、そのFIT programがなぜ従来型のリハビリテーションより効果的なのか、訓練頻度がポイントなのか、訓練環境が効果を高めているのか、その要因を検討した。2001年からの通算で、脳卒中全入院患者2293名中、FIT programを施行したのが1893名、その中で、発症から8日から90日の間に入院してきて、在院日数が8日以上の患者は1764名であった。さらに再発、転科するような疾患の発生、併存症などの症例を除き、1109名が残った。このうち、6m廊下を中心とした2F病棟(enriched environment)の入院患者が684名、病棟と理学療法訓練室の隣接しない3F病棟(ordinary environment)入院患者が425名であった。例数が増えたため典型的患者に絞っての比較が可能となった。平均在院日数は2Fが66.1日、3Fが66.3日と有意差は無かったが、FIM運動項目利得は2Fの19.2に較べて3Fが16.1と有意に低かった。利得を在院日数で除したFIM効率も2Fの0.31に較べ3Fは0.25と有意に低かった。予備的検証結果と同様に、enriched environmentとordinary environmentはFIT programを行う場合にFIMの伸びに影響を与えると思われた。FIM運動項目効率は病棟単位のリハビリチームの能力の指標としても用い得る。その際、特殊な患者のデータ(外れ値)をどう処理すべきか、在院日数、FIM利得、FIM効率の上下を除外する方法を検討したところ、FIM効率による除外が最も良好なデータ散布状態をもたらした。
脳のカルシウム/カルモデュリン/キナーゼ/キナーゼ・カスケード

脳には、カルシウム/カルモデュリン依存性の多機能性蛋白質燐酸化酵素(CaMキナーゼ)としてCaMキナーゼI、II、IVの3種類の酵素が知られており、このうちCaMキナーゼIVとIは上流のカルシウム/カルモデュリン依存性の蛋白質燐酸化酵素(CaMキナーゼキナーゼ)によって燐酸化され、活性化されることが明らかになっている。本研究課題ではこのカルシウム/カルモデュリン/キナーゼ/キナーゼ・カスケードを研究し、次のような成果を上げた。CaMキナーゼIVがCaMキナーゼキナーゼによって燐酸化される部位を燐酸化ペプチドの解析によりN末端から196番目のスレオニンであることを明らかにした。CaMキナーゼカスケードの上流酵素、CaMキナーゼキナーゼの性質を組み換え酵素(CaMキナーゼキナーゼα)を用いて検討し、CaMキナーゼIのスレオニン177とCaMキナーゼIVのスレオニン196を特異的に燐酸化する基質特異性が極めて厳密なプロテインキナーゼであることを明らかにした。CaMキナーゼキナーゼのアイソフォーム(CaMキナーゼキナーゼβ)のcDNAをラットの小脳からクローニング、しαアイソフォームと比較検討した。βアイソフォームの特異抗体を調製して脳内部位分布を調べ、αアイソフォームの分布と比較した。CaMキナーゼIVはカルシウム/カルモデュリンとインキュベートするとCaMキナーゼキナーゼ低感受性型酵素に転換されることを見出し、CaMキナーゼカスケードの新しい制御機構の可能性を示した。
遺伝子疾患モデル動物（ゼブラフィッシュ）の知覚・学習機能の解明

ゼブラフィッシュは、知覚・学習機能を含む生物医学動物モデルとして確立されている。しかし、行動指標を用いた聴覚閾値や、知覚可能な最大点滅頻度、知覚可能な最小コントラスト等の基本的な知覚機能が十分解明されていない。本研究では、新たに開発した実験装置を用いて、ゼブラフィッシュの点滅光の知覚はヒトと同程度であり、コントラスト感度は金魚よりも低く、聴力は、生理反応を利用した測定で得られた値より良いという結果が得られた。また、脳機能の一つの指標である学習の柔軟性は、生後420日付近を境として急激に低下することが見いだされた。本研究は、知覚・学習に関連する行動遺伝学や薬物効果等の研究に応用可能な、ゲノム配列が決定されているセブラフィッシュの自動化された行動訓練方法・装置開発を行うことを目的とした。25年度の当初の計画では、聴覚特性実験装置の開発を主として行うことを計画していたが、これに加えて、視覚特性測定実験装置のうち、臨界融合周波数(CFF)測定装置および2種の訓練方法(Go/Go、Go/No Go課題)、Go/Go課題を用いた学習の可塑性測定装置の開発を完了した。ただし、水槽上部からのスピーカーによる音提示で十分聴覚弁別訓練が可能であることが実証されたことから、聴覚測定用の水中スピーカーの開発は、他の課題が完了した後、行うこととした。これまで得られた聴覚特性結果は、当初予想していたように、1000Hz周辺が感度が高く、高周波数になるほど感度が下がる傾向が得られている。また、臨界融合周波数測定訓練を、Go/No GoおよびGo/Go課題で実施したところ、両課題とも同様な臨界融合周波数が得られ、ヒトよりも高い感度を持っていることが示されている。今回の実験で得られたゼブラフィッシュの臨界融合周波数は、輝度が75mcdでGo/Go課題で70Hzから80Hz、Go/Go課題で70Hzから75Hzであった。Go/Go課題による連続逆転弁別訓練を用いた学習の可塑性実験では、比較的早く課題を学習できる個体と、時間を要する個体が見られ、加齢との関連を検討中である。26年度は、コントラスト感度測定装置の開発と、訓練・測定方法の開発を主として行うことを目的としていた。コントラスト感度測定実験はTFTモニターでは得られない高コントラスト比が得られる有機EL液晶モニターを利用した弁別実験システムの開発を完了し、Go/Go課題による現在訓練を開始している。これに加えて、すでに装置および訓練方法の開発が完了している聴覚特性測定実験(オーディオグラム測定)、視覚特性測定実験(臨界融合周波数(CFF)測定)、および学習の可塑性実験(連続弁別逆転)の実施を続け、遺伝的疾患を持つミュータントの視覚・聴覚疾患の評価基準およびアルツハイマーモデルの行動指標である学習の可塑性の行動評価基準、並びに、薬物効果の行動評価基準を提供出来るように、データ数の増加を図っている。学習の可塑性については、日本行動分析学会第32回年次大会で発表された。Go/No Go課題を用いた聴力測定は、800Hz前後をピークとし、1000Hzを超える周波数帯域の感度が、1000Hz以下の感度に比べて低いという結果を得ている。この結果については、2013年度の日本行動分析学会で発表し、現在、新たなRW固体のデータを追加しつつある。光融合周波数の測定は、Go/No GoおよびGo/Go課題の両課題で実施可能であることが確かめられた。刺激間(点滅光と非点滅光間)の干渉がないGo/No Go課題の方がより正確なデータを得られることから、Go/No Go課題で実施することにした。20cd/m2近傍でヒトと同程度の60Hzが知覚可能であるという結果を得ている。この結果については、2013年の国際行動分析学会で発表し、現在、新たなRW固体のデータを追加しつつある。色刺激1を正刺激、色刺激2を負刺激とする学習が形成された後、正刺激と負刺激を入れ替える逆転弁別を3回、さまざまな日齢の個体に実施し、3回目の逆転直後のセッション内での学習の速さを比較したところ、孵化後460日前後を境として、急激に学習の速度が低下することが確かめられた。これは、学習の柔軟性の低下が加齢に従って徐々に進行するというのではなく、一定の日齢を超えると急激に進行するということを示している。この結果については、2014年度の日本行動分析学会で発表し、現在、新たなRW固体のデータを追加しつつある。コントラスト感度の測定は、知覚可能な空間周波数を確定するため、コントラストを最大とし、空間周波数を様々に変化させ、弁別が可能な周波数を見いだす検証実験を実施している。当初の目的である聴力測定および臨界光融合周波数の測定の2点については、方法の検証が完了し、RWタイプの個体を随時追加しながら測定をデータを得つつある。3番目の目体のコントラスト感度の測定については、知覚可能な空間周波数を探し出す作業を行っており、これが完了すれば、本測定に移行できる状況である。4番目の学習の柔軟性実験については、ほぼ概略を得る程度のデータはすでに取得済みである。

聴力測定実験では、観察ゲートを通過すると、音提示試行あるいは無音試行のどちらかが開始され、音提示試行において反応ゲートを通過すると強化され、無音試行で反応ゲートを通過するとタイムアウトが提示されるGo/No Go課題でゼブラフィッシュを訓練した。最大音圧での正答率が75%を超えた次の試行から音圧を-2dBずつ減少していき、正答率が75%を連続20セッション超えなかった場合、その直前の音圧を閾値とした。特定の周波数での閾値測定を終了した時点で、周波数を変化させた。ゼブラフィッシュの聴力のピークは、800Hz前後であり、1000Hz以下の周波数の感度は急激な低下はない一方、1000Hzを超えると急激に感度が低下することが確かめられた。相対的に高域への感度が低く、低域周波数への感度が高い他の魚種の聴力曲線の形と類似した聴力曲線が得られている。Go/No Go課題を用いたゼブラフィッシュの光臨界融合周波数(CFF)は、光の輝度の増加に直線的に比例するのではなく、輝度の対数に比例するヒトや他の動物で確認されているフェリーポーターの法則(Ferry-Porter law)が当てはまることが確かめられ、種を超えた普遍性が認められた。光臨界融合周波数(CFF)は、ヒトとの比較では、ほぼ同等かそれ以上である結果が得られている。同時弁別課題を用いた色刺激を弁別刺激とした連続逆転弁別実験における学習の柔軟性は、孵化後500日前後で急激に低下することが確かめられた。脳の老化との関連性の検討が望まれる。同時弁別課題を用いたコントラスト感度測定実験において、ゼブラフィッシュは縞模様の弁別が困難である事が示されたが、高コントラスト下では、弁別が可能であることが示された。聴力測定実験では、1000Hz以下の周波数の聴力に比べて、1000Hzを超える周波数の聴力は低いという結果が得られ、他の魚類に近い結果が得られている。光臨界融合周波数(CFF)測定実験では、ヒトのCFFより高い値が得られている。学習の可塑性実験では、老齢個体は逆転弁別課題での学習に時間がかかる一方、若齢個体は学習が速く、加齢に伴い、学習の可塑性が変化することが確かめられた。コントラスト感度測定実験では、データを引き続き収集中である。最終年度である本年度は、主として理研ワイルドタイプのゼブラフィッシュの聴力曲線を得る測定方法とコントラスト感度を測定する方法を精査し、学習の達成基準の変更を行った。これまで用いていたヒトやラットや鳥類で用いられる弁別基準である正答率75%では、ゼブラフィッシュの場合、訓練が長期化し、なかなか有効なデータが得られないという問題をかかえていた。本年度は、Go/No Go課題を用いた純音検出課題では、純音提示中の反応比と、無音時の反応比の比であるオッズ比を計算し、0.1%水準で純音提示時の反応比が有意に大きくなった時点で純音の検出がなされているとする達成基準が妥当かどうか検討した。このオッズ比による基準を満たした場合、信号検出理論の刺激への敏感度や正反応率に相当するノンパラメトリックな指標であるA'が0.75を超え、基準として妥当であり、また、比較的早期に訓練が終了することを確かめた。Go/Go課題を用いたコントラスト感度測定実験では、正刺激への反応が負刺激への反応に比べて2項検定において5%水準で有意に多いセッションが3回連続するか、1%水準で有意に多くなったときに、弁別できているとする基準に変更したところ、データ収集の生産性が高まった。
タンパク質の機能発現における水素結合の役割に関するクライオ１分子観察による研究

応募課題の目的は、タンパク質の活性化における水素結合の役割を研究することにある。そのモデル系として、光活性化酵素(OaPAC, Oscillatoria acuminata Photoactivated adenylyl cyclase)のクライオ1分子観察をおこなう。OaPACは酵素反応に関わる水素結合を光でコントロールできる分子であり、水素結合とタンパク質活性との関わりを研究するのに最適な研究対象である。
超臨界流体中に噴射した燃料の混合気形成特性に関する研究

定容容器内の超臨界雰囲気(雰囲気温度,圧力が燃料の臨界圧力,温度を越えた状態)中に液体燃料を噴射した場合の噴霧内の混合気形成過程を測定するため,2波長レーザ吸収散乱法を使用し,噴霧中の液相の影画像(波長532nm)と液相+蒸気相の影画像(波長266nm)を撮影した.これらの影画像を解析して噴霧特性,混合気特性を求めた.超臨界雰囲気中への液体燃料の噴射,混合気形成が行われる例としてディーゼル機関,直噴ガソリン機関を取り上げ,それらの機関の燃料噴射システム,機関燃焼室内の燃料噴射時期の雰囲気温度,圧力の条件を採用した.また2波長レーザ吸収散乱法の試験燃料として,軽油およびガソリンと密度,動粘度,沸点などの物性値が近い,それぞれジメチルナフタレン,キシレンを使用した.液体燃料の微粒化過程さらには混合気形成過程に影響を及ぼすパラメータとして,噴射ノズルの噴孔径,噴孔L/D,噴射圧力を変化させるとともに,従来型の単段噴射と噴射段数が2段のスプリット噴射を比較した.混合気特性におよぼすこれらパラメータの影響をまとめると以下のようである.噴孔径を小さくすると,ザウタ平均粒径が小さくなり燃料の蒸発が促進されることと,雰囲気導入質量が小さくなるため,蒸気相当量比が高くなる.噴射圧力を高くするとザウタ平均が小さくなり燃料の蒸発が促進されるが,雰囲気導入質量が大きくなるため,それらの結果として蒸気相当量比がやや低くなる,スプリット噴射と単段噴射を比較すると,2段目噴射までは,スプリット噴射の方がザウタ平均粒径は小さく,噴霧中の燃料の蒸発割合は大きく,雰囲気導入質量は少ない.その結果,蒸気相当量比はスプリット噴射の方が高い.2段目噴射により,ザウタ平均粒径はスプリット噴射の方が単段噴射より大きく,蒸発割合は小さく,雰囲気導入質量は同程度になる.その結果,蒸気相当量比は単段噴射より低くなる.定容容器内の超臨界雰囲気(雰囲気温度,圧力が燃料の臨界圧力,温度を越えた状態)中に液体燃料を噴射した場合の噴霧内の混合気形成過程を測定するため,2波長レーザ吸収散乱法を使用し,噴霧中の液相の影画像(波長532nm)と液相+蒸気相の影画像(波長266nm)を撮影した.これらの影画像を解析して噴霧特性,混合気特性を求めた.超臨界雰囲気中への液体燃料の噴射,混合気形成が行われる例としてディーゼル機関,直噴ガソリン機関を取り上げ,それらの機関の燃料噴射システム,機関燃焼室内の燃料噴射時期の雰囲気温度,圧力の条件を採用した.また2波長レーザ吸収散乱法の試験燃料として,軽油およびガソリンと密度,動粘度,沸点などの物性値が近い,それぞれジメチルナフタレン,キシレンを使用した.液体燃料の微粒化過程さらには混合気形成過程に影響を及ぼすパラメータとして,噴射ノズルの噴孔径,噴孔L/D,噴射圧力を変化させるとともに,従来型の単段噴射と噴射段数が2段のスプリット噴射を比較した.混合気特性におよぼすこれらパラメータの影響をまとめると以下のようである.噴孔径を小さくすると,ザウタ平均粒径が小さくなり燃料の蒸発が促進されることと,雰囲気導入質量が小さくなるため,蒸気相当量比が高くなる.噴射圧力を高くするとザウタ平均が小さくなり燃料の蒸発が促進されるが,雰囲気導入質量が大きくなるため,それらの結果として蒸気相当量比がやや低くなる,スプリット噴射と単段噴射を比較すると,2段目噴射までは,スプリット噴射の方がザウタ平均粒径は小さく,噴霧中の燃料の蒸発割合は大きく,雰囲気導入質量は少ない.その結果,蒸気相当量比はスプリット噴射の方が高い.2段目噴射により,ザウタ平均粒径はスプリット噴射の方が単段噴射より大きく,蒸発割合は小さく,雰囲気導入質量は同程度になる.その結果,蒸気相当量比は単段噴射より低くなる.燃料の混合気形成過程の測定法である二波長レーザ吸収散乱(LAS:Laser Absorption Scattering)法の試験燃料を探索した.LAS法では,ある波長域で燃料が入射光を強く吸収するが,別の波長では吸収しない,という吸光特性を有する試験燃料が必要となる.またLAS法の光源としてNd:YAGレーザを使用するため,入射光を吸収する波長と吸収しない波長として,Nd:YAGレーザの紫外光266nmと可視光532nmを使用することになる.燃料として軽油,ガソリンをとりあげ,これらの物性値に近い単一成分燃料の紫外から可視波長域までの吸収スペクトルを,分光器を用いて常温常圧下で測定した.試験した燃料の中から,ジメチルナフタレン,パラキシレンを,それぞれ軽油,ガソリンを模擬したLAS法の試験燃料として選定した.次にジメチルナフタレン,パラキシレンの紫外波長域での吸収スペクトルを,高温高圧吸収セルおよび分光器を用いて詳しく測定し,紫外光266nmでのモル吸光係数を求めた.次に光源であるNd:YAGレーザ,2台のCCDカメラ,レンズ,ミラー群からなるLAS法の光学系を構築した.このLAS法の光学系を用いて,コモンレール式噴射装置から高温高圧容器中の超臨界(燃料の臨界圧力,温度を越えた)雰囲気中に噴射したジメチルナフタレン噴霧,パラキシレン噴霧の吸光度画像を撮影した.吸光度画像をLAS法の画像解析プログラムで処理して,蒸気相と液相の濃度分布,混合気温度分布,噴霧のザウタ平均粒径などを求めた.