hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
民主化後の地方自治の制度設計と政党政治の影響に関する研究：中東欧を中心に

本研究は,民主化を経験して間もない国家で,中央政府や広域自治体がより狭域の地方政府との政府間関係をどのように設計するのか,また国家間で政府間関係の制度設計になぜ違いが生じるのかを,政党政治の影響に着目して解明することを目的とするものである。具体的には,長年にわたって同一国家を構成し,民主化や地方制度改革が同時並行的に実施された,理想的な比較分析の対象である中東欧のチェコとスロヴァキアを主な研究対象として,1中央政府と基礎自治体間,2広域自治体新設後の中央政府と多層化された地方政府間,3広域自治体と基礎自治体の地方政府間の3つの政府間関係の制度設計を分析し,前述の問いを解き明かす。
分散する不斉一な育種栽培試験データのグリッド技術による仮想統合・利用環境の創出

本研究は、各地の試験場等でばらばらに管理され死蔵されがちな育種栽培試験データを,現場における日常業務の範囲で簡単に仮想統合し全国の関係者間での共有を可能にし、さらに気象データベースなどと自動的に連携させる分散協調型のデータ仮想統合・利用環境の研究開発を目的とした。1.育種栽培試験データ共有基盤ソフトウエアの開発:各地の農業試験場等で異なる形式で表計算シートに保存されるデータを分析し、水稲を例に標準データ形式を定義した。そして試験場間の不斉一性を、それぞれに定義したXMLスタイルシートで定義した標準形式に変換し、データベースに自動的に登録し共有化するシステムを開発した。利用者は、簡単に日常的なデータ形式でそのままデータベースに登録可能である。また、複数の年次、複数の試験場にまたがった作物データを自由に統合し利用できる。2.気象データ・作物データ統合ツールの構築:別途開発した気象仲介ソフトウエアMetBrokerを利用して、利用者が作物データベースより選択した作物データの試験場や年次に対応した気象データを半自動的に抽出し作物データと統合するツールを開発した。3.これまでにサンプルデータとして収集したイネ品種・系統の栽培試験データ15万件についてシステムを試験運用し、十分に実用的な動作が行えることを確認した。4.利用者マニュアルの整備:開発したシステムの導入・運用のためのマニュアルおよび、利用者がシステムを利用するためのマニュアルを英文および和文で整備した。以上、栽培試験データとそれに対応する時期・場所の気象データが極めて簡便に統合できるようになり、多数の品種・系統について多様な地点データを用いた生育モデルのパラメータ推定や、遺伝子型×環境交互作用を解析し品種や系統の適応性をより詳細に理解するなどのデータマイニングにおいて必要とするデータを簡便に提供する基盤が完成した。本研究は、各地の試験場等でばらばらに管理され死蔵されがちな育種栽培試験データを,現場における日常業務の範囲で簡単に仮想統合し全国の関係者間での共有を可能にし、さらに気象データベースなどと自動的に連携させて、全国レベル・長期間のデータを対象にしたデータマイニングや作物モデルの演算を容易に可能にする分散協調型のデータ仮想統合・利用環境の研究開発を目的にしている。本年度は、まず育種栽培試験データのうち、水稲栽培試験およびダイズ栽培試験データ特性について情報科学的側面からの分析整理を行い、水稲に関して10カ所程度の試験場の総計5000レコード程度をサンプルデータとして収集した。また、収集データについて、データの多様性・不斉一性を分析すると同時に、観測項目名などの関わる同義語の整理や測定単位の分析整理を行った。次に、データの分析結果に合わせて育種栽培試験データ共有基盤ソフトウエアの設計を行った。まず、調査した育種栽培試験データの特性に基づき、不斉一な育種栽培試験データを統一的に取り扱うためのXMLタグ、同義語・類型語関連付け構造化(オントロジー)ならびに、場所毎のデータベース特性を記述するメタデータベースの設計を行い、一部実装を開始した。また、オントロジーおよびメタデータベースを自動解釈して、不斉一な栽培試験データを斉一に見せかける仮想統合化ミドルウエアならびにデータ格納するデータベースを設計し、当面中央管理型データベースとして実装した。さらに、データベースの育種栽培試験データを入力・修正・削除するインタフェースは日常的に利用している表計算ソフトとしてシステム全体を設計し、分散データがほぼ斉一の場合に対応した実装を行って、サンプルデータで実運用には耐えることを確認した。1.育種栽培試験データ共有基盤

ソフトウエアの開発:(1)表計算シートで保存されるデータの不斉一性を吸収するためにXSLT(XML文書の構造を別の形式に変形するための変換ルールを記述するもの)を導入した。そのため、昨年度に開発した表計算ソフトで分散管理されるデータをネットワーク上で仮想統合できるサーバ・アプリケーション(以下AP)におけるデータ交換を全てXML統一化し、ダウンロードはSpreadSheetXML形式とした。また、共有データベースのカラムの種類は標準スキーマとして準備した。その結果、数シートにまたがるデータなども対応可能になった。また、カラムの新規追加や属性の変更もスキーマの変更とEJB(DBMSの抽象化)の修正のみで迅速に対応可能となった。XMLの妥当性は標準スキーマに基づき簡単にチェックし異常値を排除できる。(2)APの検索設定画面など利用者インタフェースをより簡便なものに改良し、使い勝手が大幅に向上した。2.仮想統合化データと連携するデータマイニングツールの構築(1)栽培データと気象データを連携させるためのプログラムとAPを統合した。関連して、試験地の緯度・経度情報を保存するテーブルを準備し、それらの情報を追加するインタフェースを付加した。気象データの獲得はこれまでに開発した気象データ仲介ミドルウエアMetBrokerを利用した。(2)以上により、栽培試験データとそれに対応する時期・場所の気象データが極めて簡便に統合できるようになり、生育モデルのパラメータ推定や、遺伝子型×環境交互作用を解析し品種や系統の適応性をより詳細に理解するためのデータマイニングモデルなどが必要とするデータを簡便に提供する基盤がほぼ完成した。本研究は、各地の試験場等でばらばらに管理され死蔵されがちな育種栽培試験データを,現場における日常業務の範囲で簡単に仮想統合し全国の関係者間での共有を可能にし、さらに気象データベースなどと自動的に連携させて、全国レベル・長期間のデータを対象にしたデータマイニングや作物モデルの演算を容易に可能にする分散協調型のデータ仮想統合・利用環境の研究開発を目的にしている。1.育種栽培試験データ共有基盤ソフトウエアの開発:前年度、表計算シートで保存されるデータの不斉一性を吸収するために導入したXSLT(XML文書の構造を別の形式に変形するための変換ルールを記述するもの)の設計を一部見直し、より高速にデータ交換ができるようにした。そして、これまでにサンプルデータとして収集したイネ品種・系統の栽培試験データ15万件についてシステムを試験運用し、十分に実用的な動作が行えることを確認した。2.仮想統合化データと連携するデータマイニングツールの構築
始原生殖細胞の移植による生殖腺系列キメラ鶏の性

ニワトリにおいて始原生殖細胞(primordial germ cells:PGCs)の移植により生殖腺系列キメラ鶏が作出されている。ドナー胚とレシピエント胚が異性の場合(異性胚間移植)にレシピエント胚の生殖腺に卵精巣様の異常が生じる。そこで、白色レグホンジュリア系を用いて、PGCsの異性胚間移植を行い、雄特異的遺伝子SOX9、雌特異的遺伝子FOXL2遺伝子の発現量について検討を行った。PGCsの移植による生殖腺系列キメラ鶏の10日目胚で雄のPGCsを雌に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのFOXL2発現量は減少傾向にあったことからPGCsは生殖腺の発達に関与しているのかもしれない。発生初期胚での鶏始原生殖細胞(primordial germ cells: PGCs)の移植により生殖腺系列キメラ鶏が作出されている。ドナー胚とレシピエント胚の性が異なった場合の移植(異性胚間移植)で生殖腺の発達について検討している。ニワトリでは発生初期stage12-13にPGCsが生殖腺に移住、定着するために発生初期胚の胚周縁静脈の血中に現れる。そこで、受精卵をstage12-13まで孵卵を行ない、ドナー胚の胚周縁静脈から血液(含PGCs)を採取し、同stageのレシピエント胚の胚周縁静脈へとドナー胚由来のPGCsを移植することにより生殖腺系列キメラ鶏を作出した。ドナー胚とレシピエント胚の性が異なった異性胚間移植により孵化直前の生殖腺から卵精巣様の異常が確認した。また、孵卵10日目胚の左右の生殖腺からRNAを抽出し、サブトラクション法を用いて雄の右側生殖腺と雌の右側生殖腺、雄の左側生殖腺と雌の左側生殖腺の遺伝子発現を比較検討した。雄特有、雌特有の遺伝子発現が得られた。そこで、ドナー胚とレシピエント胚の性が異なった異性胚間移植により生殖腺の異常を検討するために雄特有、雌特有の遺伝子に着目して、異性胚間移植をした生殖腺系列キメラ鶏での遺伝子発現を検討している。ニワトリにおいて発生初期胚の段階で始原生殖細胞(Primordial germ cells:PGCs)移植により生殖腺系列キメラ鶏が作出されている。ドナー胚とレシピエント胚の性が異なる移植(異性胚間移植)の場合、生殖腺に卵精巣様の異常が確認されている。そこで、PGCsと生殖腺の発達の関連について検討している。ニワトリのPGCsは発生初期に生殖半月に現れ、stage12-15において胚周縁静脈の血流にのり、胚内に入り、stage 26で生殖腺に定住する。そこで、白色レグホンジュリアの受精卵をstage12-15まで孵卵を行ない、ドナー胚の胚周縁静脈からガラスマイクロピペットより血液(含PGCs)を採取し、同stageのレシピエント胚は卵殻に直径1cmの窓を開け、窓を介して胚周縁動脈へドナー胚由来のPGCsを移植した。窓はテープにより塞ぎ孵卵を継続した。ドナーは胚、レシピエントは血液からDNAを抽出し、CHD領域をPCR法によって増幅することにより雌雄判別を行なった。孵卵10日目に生殖腺系列キメラ胚の生殖腺を摘出しTotal RNAを抽出し逆転写酵素によりcDNA合成を行ない雄特異的遺伝子SOX9、雌特異的遺伝子FOXL2遺伝子の発現量とサブトラクション法によって雄個体と雌から雄に移植した生殖腺系列キメラ個体、雌個体と雄から雌に移植した生殖腺系列キメラ個体との遺伝子発現の相違を検討した。PGCsの移植による生殖腺キメラではSOX9、FOXL2の遺伝子発現変化に有意差は認められなかった(P>0.05)。サブトラクション法においても明確な相違は確認されなかった。しかし、異性胚間移植の生殖腺に卵精巣様の異常は約30%という報告であり、個体別では遺伝子発現に変動が見られている、この1年間の供試胚数が少ないためキメラ作成を継続し、供試胚数を増やす必要がある。新棟へ研究室の引っ越しがあり、初年度の前半まで研究室の機能が停止していたことが原因で、2年目の本年度も遅れ気味ではあった。しかし、その遅れも徐々に回復している。ドナー胚とレシピエント胚が異性の場合(異性胚間移植)にレシピエント胚の生殖腺に卵精巣様の異常が確認されている。PGCsは発生初期のstage 12-15において胚周縁静脈の血液中に現れ、胚内に入り生殖腺に定着する。そこで、白色レグホンジュリア系の受精卵を37.5°C、湿度60-70%の条件下でstage12-15まで孵卵を行なった。ドナー胚はシャーレに割卵しガラスマイクロピペットを用いて、胚周縁静脈より血液(含PGCs)を採取した。レシピエント胚は同stageまで孵卵を行ない卵殻に直径1cmの窓を開け、窓を介して胚周縁静脈から血液を抜き、同部位にドナー胚由来のPGCsを移植する。卵殻のは窓はテープにより塞ぎ孵卵を継続した。ドナーは胚組織から、レシピエントは血液からDNAを抽出しCHD領域をPCR法により増幅し雌雄判別を行なった。孵卵10日目の生殖腺系列キメラ鶏の生殖腺を摘出し、total RNAを抽出し逆転写酵素によりcDNAを合成した。

雄→雌への移植胚の生殖腺は雌と雌→雄への移植胚の生殖腺は雄とサブトラクション法によって遺伝子発現を比較した。また、雄特異的遺伝子SOX9、雌特異的遺伝子FOXL2遺伝子の発現量についても検討を行った。PGCsの移植による生殖腺系列キメラ鶏の10日目胚ではサブトラクション法による遺伝子発現の相違は見られなかった。雌のPGCsを雄に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのSOX9の発現量は無処理の雄に比べ、減少傾向にあった(P>0.05)。また、雄のPGCsを雌に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのFOXL2発現量も減少傾向にあった(P>0.05)。1年目に新棟への研究室の引っ越しがあり、前半は研究室の機能が停止した。2年目は遅れも回復傾向にあったが、3年目は予定していた実験内容の条件検討に時間を有したため遅れ気味である。ニワトリにおいて始原生殖細胞(primordial germ cells:PGCs)の移植により生殖腺系列キメラ鶏が作出されている。ドナー胚とレシピエント胚が異性の場合(異性胚間移植)にレシピエント胚の生殖腺に卵精巣様の異常が約30%の割合で生じている。そこで、白色レグホンジュリア系の受精卵を37.5°C、湿度60-70%の条件下でstage12-15まで孵卵を行なった。ドナー胚からガラスマイクロピペットを用いて、胚周縁静脈より血液(含PGCs)を採取した。レシピエント胚は同stageまで孵卵を行ない卵殻に直径1cmの窓を開け、窓を介して胚周縁静脈から血液を抜き、同部位にドナー胚由来のPGCsを移植した。孵卵10日目の生殖腺系列キメラ鶏の生殖腺を摘出し、total RNAを抽出し逆転写酵素によりcDNAを合成した。雄特異的遺伝子SOX9、雌特異的遺伝子FOXL2遺伝子の発現量についても検討を行った。PGCsの移植による生殖腺系列キメラ鶏の10日目胚で雌のPGCsを雄に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのSOX9の発現量は無処理の雄に比べて有意な変化は認められなかった(P>0.05)。雄のPGCsを雌に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのFOXL2発現量は減少傾向にあった(P>0.05)。しかし、操作胚の左側生殖腺で40%、右側生殖腺で16%の個体がFOXL2発現を極端に低い値が観察された。サブトラクション法においては新たな遺伝子の発現は認められなかった。前述したように生殖腺系列キメラ鶏の約30%に卵精巣様の異常があったと報告されていることから、PGCsはFOXL2遺伝子発現の減少に関係すると考えられる。ドナー胚とレシピエント胚が異性の場合(異性胚間移植)にレシピエント胚の生殖腺に卵精巣様の異常が生じる。そこで、白色レグホンジュリア系を用いて、PGCsの異性胚間移植を行い、雄特異的遺伝子SOX9、雌特異的遺伝子FOXL2遺伝子の発現量について検討を行った。PGCsの移植による生殖腺系列キメラ鶏の10日目胚で雄のPGCsを雌に移植した生殖腺系列キメラ鶏胚でのFOXL2発現量は減少傾向にあったことからPGCsは生殖腺の発達に関与しているのかもしれない。今年度の始めに研究室が新棟への引っ越しがあり、夏過ぎまで研究室が機能しなかったために予定の実験計画より遅れを生じている。
癌細胞の薬剤耐性獲得におけるFA PatHwayの関与と臨床的意義の解明

平成30年度は、ビノレルビンに対する耐性化メカニズムに関して、論文化された内容に沿って、さらなる臨床的解析を行い、有意な結果を得た。我々は、昨年度までの研究の結果、肺癌細胞株において、ビノレルビン長期投与による、薬剤耐性化株を作成した。それらの網羅的遺伝子発現解析から、標的となる経路、遺伝子を見出し、ABCB1とFocal Adhesion経路の活性化が高度耐性化のメカニズムであることをin vitro実験により証明した。さらに、ABCB1阻害剤やDasatinibやSaracatinbといった臨床応用されているSrcfamily kinase(SFK)阻害剤を使用して、耐性化の克服が可能であることを実験的に証明した。しかし、約60例のビノレルビンを術後補助療法に使用した肺癌切除例の解析では、pSFK発現量による群別に、無病生存期間、生存期間の違いは見られなかった。今年度は、これらの臨床的検討をさらに深めることとした。昨年度in vitro実験でSFKの中でも、cSrcとFynのknockdownによる耐性化克服の程度に相違が確認できた点から、SFKの中でもさらに個々の分子に絞った解析が必要と考えられた。特にFynのknockdownによる耐性化克服は著明であった。そのため、同一のコホートを用いた免疫染色をリン酸化Fyn及びABCB1の発現量で群分けし、臨床的予後解析を行った。その結果、ABCB1高発現群、pFyn高発現群で有意に予後不良となり、ビノレルビン耐性機序に関する仮説が臨床的にも裏付けられた。平成29年度は、ビノレルビンに対する耐性化メカニズムに関して、さらなる解析を行い、論文発表することができた。我々は、前年までの研究の結果、肺癌細胞株においてビノレルビン長期投与による、薬剤耐性化株を2株作成した。それらの網羅的遺伝子発現解析から、標的となるPathway、遺伝子を見出し、実際にABCB1とFocal Adhesion経路であるIntegrin-Src FamilyKinase(SFK)経路が耐性化のメカニズムであることをin vitro実験により証明した。今年度は、さらにDasatinibやSaracatinibといったSFKを標的とした既に製薬化されている薬剤を使用して、この経路の阻害が、耐性化克服に有効であることを特に細胞外基質I型コラーゲンでコーティングされたdishを用いることで示した。またSFKsの中でも発現量の多い、c-SrcとFynに関して区別して、発現量を解析およびsiRNAによるKnockdown実験を施行し、特にFynにおいて、顕著な効果を確認した。この解析を追加することで、結果をCancer Medicineに発表することができた。肺癌の臨床で高頻度に使用される薬剤であるビノレルビン耐性化のメカニズムを発見、論文発表を行うことができた。また製薬化済みの薬剤を用いた耐性化克服も可能であることを示すことができ、臨床応用の実現性が高まった。我々の臨床データを用いた検討で、ビノレルビンを術後補助療法として使用した肺癌切除症例に対するSFKリン酸化発現の程度による両群の予後に違いが認められなかった点は、今後の検討課題である。臨床的予後の相違を確認できなかった点をさらに検討する。臨床検体を使用して、pSFK発現の免疫染色を行い、その発現量を定量したが、有意な結果は得られなかった。in vitro実験で確認できたようにcSrcとFynのknockdownによる耐性化克服の程度に相違が見られた点からも、SFKの中でもさらに個々の分子に絞った解析が必要と考えられた。そのため、同一のコホートを用いた免疫染色をFynに限定した発現量解析を行い、予後などの臨床情報を比較する予定である。
超多次元信号重畳による水中音波伝搬時間の精密計測に関する研究

本研究の目的は,浅海域における水中音波伝搬時間の精密測定法を確立させることである.水中を伝搬する音波は,反射,吸収,屈折,散乱といった複雑な振る舞いをするために,特に伝搬経路が複雑になる浅海域ではマルチパスの影響が避けられない.従来行われてきた水中音波伝搬時間の測定は,繰り返し測定などを行うことにより高いSN比を達成してきたが,浅海域では繰り返し測定の間にマルチパス環境が頻繁に変化してしまうという問題があった.これに対し,本研究は浅海域における頻繁なマルチパス環境の変化にも対応するために一対の素子で一度に複数の測定を行う.具体的には,複数の信号を一つの信号に重畳させることで,一対の素子で一回の送受信あたり複数回分の音波伝搬時間計測を行い,計測結果を解析する.さらに,実浅海域において提案手法の有効性を確認すべく実験を行い,浅海域における海洋現象について調査を行う.以上の目的に対して解決すべき点は,浅海域における水中音波伝搬時間の精密測定システムの確立をすることである.そこで,理論的に実証されている直交信号分割多重無線通信方式を水中音響計測に拡張する.複数の計測用の信号を一つの信号に重畳させることで,一対の素子で一回の送受信あたり複数回分の音波伝搬時間計測を行う手法を提案し,その有効性をシミュレーションにより確認した.さらに,音波伝搬時間計測を行う事でマルチパス環境の変化に対応した水中音響通信方式を併せて提案し,その有効性をシミュレーションにより確認した.本研究の目的は,浅海域における水中音波伝搬時間の精密測定法を確立させることである.水中を伝搬する音波は,反射,吸収,屈折,散乱といった複雑な振る舞いをするために,特に伝搬経路が複雑になる浅海域ではマルチパスの影響が避けられない.従来行われてきた水中音波伝搬時間の測定は,繰り返し測定などを行うことにより高いSN比を達成してきたが,浅海域では繰り返し測定の間にマルチパス環境が頻繁に変化してしまうという問題があった.これに対し,本研究は浅海域における頻繁なマルチパス環境の変化にも対応するために一対の素子で一度に複数の測定を行う.具体的には,複数の信号を一つの信号に重畳させることで,一対の素子で一回の送受信あたり複数回分の音波伝搬時間計測を行い,計測結果を解析する.さらに,実浅海域において提案手法の有効性を確認すべく実験を行い,浅海域における海洋現象について調査を行う.以上の目的に対して解決すべき点は,浅海域における水中音波伝搬時間の精密測定システムの確立をすることである.そこで,理論的に実証されている直交信号分割多重無線通信方式を水中音響計測に拡張する.複数の計測用の信号を一つの信号に重畳させることで,一対の素子で一回の送受信あたり複数回分の音波伝搬時間計測を行う手法を提案し,その有効性をシミュレーションにより確認した.さらに,音波伝搬時間計測を行う事でマルチパス環境の変化に対応した水中音響通信方式を併せて提案し,その有効性をシミュレーションにより確認した.
輸血後紅皮症(術後紅皮症)の成因に関する研究

本年は新たに得られた輸血後紅皮症5例について前年と同様の検索、すなわち病変部に分布するリンパ球の性格ずけについて検索をすすめるとともに、新たにこれら病変部における組織球糸細胞の特性についても検索した。同時に真の移植片対宿主反応を示す皮膚10例を得、この病変部を構成する諸細胞の性格づけをも行った。すべて単クローン抗体および多クローン抗体による免疫組織学的手技によって検索した。結果として輸血後紅皮症における病変部リンパ球の性質は昨年度の報告をうらずけるものであった。すなわちT8に属するリンパ球が大半であり、移植片対宿主反応における病変とほとんど変わらなかった。移植片対宿主反応の皮膚については、T8陽性リンパ球が主であることを知ったがこれ以外に(1)マクロファージの関与が非常に高いこと、(2)Naturalkiller細胞はほとんど出現しないこと、(3)上皮にDQ、DR抗原の発現がつよいこと、などの所見をえた。以上、我々が輸血後紅皮症および移植片対宿主反応の皮膚の解析から得た結果は、前者が後者と同一の疾患であることを強く示唆するものである。しかしこれは決定的な確証であると断言することには多少難点がある。今回の方法ではしかし今得ることのできる最大限のものを得ていると考えられ、さらに深い解明には新しい方法の開発が必要である。本年度は術後紅皮症9症例について,その病変部に浸潤するリンパ球のサブセットおよびHLA型をしらべた.病変部に浸潤するリンパ球は,サブセットの上ではT8に属するものが大半であることを認めた.光顕的にこの浸潤リンパ球は真皮上層から上皮にかけて分布しているのであり,この免疫学的な, T8が主であるという所見および光顕所見は真のGVHDと区別のつかない,同一とも言いうる所見であることを確認した.以上の確認は9症例中7症例において言えることで,残り2例の変化はGVHDとは異る非特異的なものであった.表皮内に存在する抗原提示細胞であるLangerhans細胞についても同様の検索を行った.Langerhans細胞は9例中8例に認められなかった.このこともGVHD変化と同一のものであった.一方これらリンパ球のHLA型を調べたところ,我々のもちいたHLA型特異抗体による免疫組織学的同定という方法論では宿主と異るHLAをもつものは認められなかった.この点に関しては方法論的になお問題があり,型特異抗体をふやすこと,技術の精度を増すことなどさらに検索を深めることが必要であると考えられる.以上を要約して,本年度の検索は輸血後紅皮症が真のGVHDであることを強く示唆する所見をえたが,確定するにはいたらなかった.本年は新たに得られた輸血後紅皮症5例について前年と同様の検索、すなわち病変部に分布するリンパ球の性格ずけについて検索をすすめるとともに、新たにこれら病変部における組織球糸細胞の特性についても検索した。
化学的電荷注入による結晶表層電子機能開拓

電荷注入の手法として接触型ドーピングという機能設計を提案した。界面では、電荷注入のみが起こる場合と、分子性錯体が形成される場合がある。単成分母体結晶の場合、蒸気圧の低い接触物質との界面では電子のやり取りのみが起こるが、酸化還元電位の差から電荷注入が起こらないと予想される場合でも伝導度が増加することが見出された。母体結晶が中性基底状態のTCNQ錯体の場合、TTF蒸気との接触で表面にナノサイズのTTF-TCNQ針状結晶が高秩序に配列した薄膜が形成されることを見出した。母体結晶が分離積層構造のアニオンラジカル塩の場合、強力な受容体と接触させることで絶縁体状態にホールが注入されることを見出した。本研究では有機結晶の電子機能化のための電荷注入の手法として、異種分子結晶を接触させ、界面での酸化還元反応を利用する新しい機能設計方法を提案している。界面での電子のやり取りの結果、単純に電荷注入のみが起こる場合と、さらに分子性錯体が形成される場合があるが、導電性の界面(表層)が形成される点は共通である。本研究では母体結晶として、π共役系分子等の単結晶を対象とし、接触物質としては電子注入能力の高い電子供与体結晶、電子引抜き能力の高い電子受容体結晶を用い、母体結晶の電子状態によって、どのような機構で結晶表層の電子状態変調、界面構造変化が起こるかを明らかにする。また、半導体ー半導体または半導体ー金属ヘテロ接合を利用したデバイスの構築も視野に入れる。上記目的のために本研究計画では以下の6種の母体結晶群を対象に3種の化学的電荷注入の実験を行う。母体結晶(i):電子供与体または電子受容体単成分結晶。(ii):電子供与体(または電子受容体)が充分弱い中性基底状態の電荷移動錯体。(iii):イオン性基底状態の電荷移動錯体。(iv):カチオンまたはアニオンラジカル塩結晶。(v):有機・無機ハイブリッド金属ハロゲン化物半導体。(vi):水素結合分子錯体。ドーピング実験A:母体結晶、接触物質ともに単結晶状態、B:母体結晶は単結晶で接触物質は粉末(あるいは蒸気接触)、C:母体結晶、接触物質を磨砕混合。26年度は(i)、(ii)、(iv)(vi)について実験を着手したが、特に(i)、(ii)については、ACの3種の接触実験を行い、(i)の場合は界面での純粋な電子のやり取りのみが起こる系を確立し、接触によって変化する電子状態の解明を、(ii)の場合は高秩序で薄膜が形成される組み合わせを見いだし、表面薄膜形成機構の解明を、電気物性、AFM、ラマン散乱測定によって行った。26年度にスタートした本研究では、有機結晶の電子機能化のための電荷注入の手法として、異種分子結晶を接触させ、界面での酸化還元反応を利用する接触型ドーピングという新しい機能設計方法を提案している。本研究では母体結晶として、酸化還元特性を持つπ共役系分子の単結晶を対象とし、接触物質としては電子注入能力の高い電子供与体結晶、電子引抜き能力の高い電子受容体結晶を用い、母体結晶の電子状態によって、どのような機構で結晶表層の電子状態変調、界面構造変化が起こるかを明らかにすることを目的としている。上記目的のために以下の6種の母体結晶群を対象に3種の化学的電荷注入の実験を当初計画した。母体結晶(i)電子供与体または電子受容体単成分結晶。(ii)電子供与体(または電子受容体)が充分弱い中性基底状態の電荷移動錯体。(iii)イオン性基底状態の電荷移動錯体。(iv)カチオンまたはアニオンラジカル塩結晶。(v)有機・無機ハイブリッド金属ハロゲン化物半導体。(vi)水素結合分子錯体。27年度は母体結晶(i)、(ii)、(iv)について集中的に実験を行った。母体結晶によってドーピング実験ACの3種を使い分け、(i)については界面での純粋な電子のやり取りのみが起こる系について輸送特性と電子構造や接触状態の詳細を調べ、(ii)について、高秩序で薄膜が形成される組み合わせでの表面薄膜形成機構の解明を、(iv)については分離積層構造のアニオンラジカル塩へ初めてのホールドーピング実験を行った。母体結晶(i)については強力なアクセプタであるF2TCNQ結晶を母体としてイオン化エネルギーの異なる種々のドナーをドーピング実験Aで接触させることで、どのような条件で界面の金属様の電気伝導の温度依存が実現されるかを調べた。これらの組み合わせでは接触界面で電荷移動錯体が形成される兆候は一切示されず、接触界面での導電性発現が純粋に接触面での電荷注入に起因していることが示唆された。それぞれのドナー結晶に注入されたホールとF2TCNQに注入された電子のどちらが優勢キャリアであるか調べるために熱電能の測定を行い、ホールが優勢キャリアであることが示された。しかし、金属様の輸送特性の出現とイオン化エネルギーとの相関が見られないことから、接触表面をAFMで詳細に調べたところ、表面の粗さとの相関が見出されている。また、TIPS-ペンタセンや金属ポルフィリン化合物を母体結晶とした実験も行い、基本的な輸送特性について明らかにした。

母体結晶(ii)については、多様な中性交互積層TCNQ錯体を対象に、接触物質としてTTFを選び、ドーピング実験Bにより母体結晶表面にTTF-TCNQの薄膜形成実験を行った。繊維状結晶の成長方向は、母体の交互積層方向に沿っており、母体結晶中の電荷移動相互作用の働く方向に沿って、表層の構造崩壊とTTF-TCNQナノ結晶成長が起こるという機構を提案している。また、クロラニル錯体を母体としてTTFを接触させることで表層に中性ーイオン性転移を示すTTF-クロラニル結晶薄膜の作成も試みている。母体結晶(iv)については、TCNQアニオンラジカル塩を対象に、強力なアクセプタであるF4TCNQの接触(手法A,B,C)実験を行い、ホールドーピングを試みた。その結果、導電性の向上と相転移(パイエルス絶縁体→モット絶縁体)が不明瞭になることが見出された。本研究では、電荷注入の手法として接触型ドーピングという新しい機能設計方法を提案している。接触による界面での電子のやり取りの結果、電荷注入のみが起こる場合と、分子性錯体が形成される場合がある。母体結晶として、π共役系分子の単結晶とし、接触によってどのような電子状態変調、界面構造変化が起こるかを調べることを目的としている。28年度は以下の3種の母体結晶群、(i)電子受容体単成分結晶、(ii)電子供与体が弱い中性基底状態の電荷移動錯体、(iii)アニオンラジカル塩結晶を対象に、ドーピング実験A:母体結晶、接触物質ともに単結晶状態、B:接触物質は粉末(あるいは蒸気)を行った。(i)については蒸気圧が充分低い組み合わせ、つまり界面での純粋な電子のやり取りのみが起こる系について輸送特性と電子構造や接触状態の詳細を調べた。母体結晶をTCNQ誘導体に固定し、接触物質に電子供与性が異なる数種のドナー単結晶を用いた結果、電子供与性が弱くキャリアドープが起こらないと予想される組み合わせでも伝導度の増加とバンド的な伝導挙動が現れることが見出された。母体結晶(ii)については、電子供与性は相対的に弱いが、幅広い酸化還元電位を持つ多環芳香族炭化水素を用い、中性の基底状態をもつTCNQ錯体を母体結晶として、TTF蒸気と接触させることで単結晶表面にTTF-TCNQ錯体結晶が成長する系について詳細に調べた。生成するTTF-TCNQ錯体はナノサイズの針状結晶となるが、母体結晶中の芳香族炭化水素の電子供与性が弱まるに従って、高秩序に針状結晶が配列した薄膜が形成されることが分かった。(iii)については分離積層構造のTCNQアニオンラジカル塩にF4TCNQを接触させることで、Peierls型の絶縁体状態に初めてのホールドーピングを行った。その結果、Mott絶縁体への転移が抑えられることが見出された。電荷注入の手法として接触型ドーピングという機能設計を提案した。界面では、電荷注入のみが起こる場合と、分子性錯体が形成される場合がある。単成分母体結晶の場合、蒸気圧の低い接触物質との界面では電子のやり取りのみが起こるが、酸化還元電位の差から電荷注入が起こらないと予想される場合でも伝導度が増加することが見出された。母体結晶が中性基底状態のTCNQ錯体の場合、TTF蒸気との接触で表面にナノサイズのTTF-TCNQ針状結晶が高秩序に配列した薄膜が形成されることを見出した。
ミツバチの生殖虫生産に縁者びいきはあるのか?

セイヨウミツバチの女王は複数の雄と交尾し、コロニー内には複数の父親由来のワーカーが共存している。ミツバチで女王のいない無王群をつくると、ワーカーは変成王台をつくり若いブルードを女王に育てようとする。変成王台は複数できても、一番早く羽化した女王が他の変性王台の女王候補を殺してしまう。本研究では、変成王台中の女王候補とそれに給餌するワーカーの遺伝的類縁関係を、DNAフィンガープリント法を用い解析し、縁者びいきの存在を明らかにすることを目的に実験を行った。5つの無王群(コロニーAE)をつくり、各変成王台ごとに女王候補の幼虫に給餌していたワーカーを採集した。十分なサンプル数が得られた後、各変性王台の女王候補を採集した。それぞれの個体サンプルからDNAを抽出したあと、制限酵素HaeIIIでDNAを分解し、電気泳動後ナイロンメンブレンにトランスファーし、ツヤクシケアリから得られたDNA断片を^<32>Pで標識しハイブリダイズさせ、オートラジオグラフィーを行いDNAフィンガープリントを得た。個体間のバンド共有率を解析したところ、ある変成王台の女王候補とそれに給餌していたワーカー間の血縁が他と比べ有意に近いという傾向は、一つのコロニーを除いてみられなかった。しかしながら、同じ変成王台の女王候補に給餌しているワーラーどうしは、他と比べ有意に血縁が近い傾向があった。以上のことから、ワーカーは自分とより血縁の近い女王ブルードを識別して選択的に世話をすることはできないが、血縁の近いワーカーどうしは同じ王台の世話をする可能性が示唆された。女王生産における縁者びいきの存在を支持する証拠は得られなかったが、ワーカー間の共同においては縁者びいきはありえるかもしれない。
Ｘｅｎｏｎ吸入下Ｄｕａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ肺換気ＣＴを用いた気腫合併肺線維症の検討

CPFE 25例、気腫非合併IPF (IPF alone) 25例、気腫型COPD 30例を対象に、Xe-CTを用いて吸気時の肺内のXeガス3D画像、潅流血液量画像を作成し、視覚的、定量的に評価した。Xe分布は、COPDで巣状、広範囲な欠損、IPFで不均一な欠損を認めた。CPFEでは、PE部の欠損が明らかとなり、IP部との鑑別が可能であった。Xe取り込み率は、COPDに比べてIPF、CPFEで有意に高値であった。CPFEにおけるPE部は、換気・血流欠損の一致を認め、IP部は比較的保たれていた。Xe取り込み率とFEV1%、%FEV1は有意な正の相関、%RV、RV/TLCは負の相関を認めた。これまでに我々は,非放射性Xenon (Xe)吸入によるDual Energy肺換気CT (DECT)を用いて,気腫合併肺線維症(CPFE)の気腫部および線維化部の分布・局在を解析し,呼吸機能との相関性を明らかにする目的で,現在までに気腫型COPD (COPD) 30例,気腫非合併慢性線維化型間質性肺炎(IP alone)25例,CPFE 25例,健常者5例を解析した.その結果,DECTは,CPFEにおける気腫部と線維化部の鑑別を可能とし,Xe分布率は閉塞性換気障害と強く相関することを確認し得た.この研究内容は,第4回呼吸機能イメージング研究会学術集会ポスターセッション優秀演題cum laudeawardを受賞.現在,これらの結果を海外英文雑誌に投稿中である.さらに我々は,様々な既存肺に合併した原発性肺癌患者の術前後の呼吸機能検査所見ならびに非放射性Xenon吸入による肺換気CT (Xe-DECT)所見を対比し,Xe-DECTの有用性を検討した.その結果,術前後の%FEV1およびXe換気率は有意な相関関係を認めたことより,肺癌術後予測呼吸機能を検討する上で,術前後の経時的なXe-DECT所見は有用であった.これらの結果は,2013年Asian Paciffic Society of Respirology (APSR)にて発表し,APSR2013 Awardを受賞した.CPFE 25例、気腫非合併IPF (IPF alone) 25例、気腫型COPD 30例を対象に、Xe-CTを用いて吸気時の肺内のXeガス3D画像、潅流血液量画像を作成し、視覚的、定量的に評価した。目的:非放射性Xenon吸入によるDual Energy肺換気CT (Xe-CT)を用いて、気腫合併肺線維症(CPFE)の気腫(PE)部及び間質性肺炎(IP)部の分布・局在を解析し、呼吸機能との相関性を明らかにする。対象および方法:CPFE 18例、気腫非合併IP (IP) 20例、肺気腫(PE) 13例を対象。35%Xeガスを最大努力吸気で1回吸入させ撮影。肺内Xeガス画像,造影剤の潅流血液量画像を作成し、両者を比較して換気ー血流の関係を評価する。結果:CPFEでは、上葉のPE部の欠損が明らかで、下葉は比較的保たれ、線維化が混在する病型と両肺のXe分布が全体的に低下するもののまだらなXe分布を呈する病型の主に2パターンに分類することができた。このXe取り込み率は、PEに比べてIP、CPFEに比べてIPで有意に高値であった。CPFEにおけるPE部は、換気・血流欠損の一致を認め、IP部は換気・血流は比較的保たれていた。Xe取り込み率と閉塞性換気障害のパラメーターとは有意な相関を認めた。結語:CPFEのXe取り込み像は、主に2型に分類でき,CPFEにおけるPE部とIP部の鑑別を可能とした。またXe取り込み率は閉塞性換気障害と強く相関した。研究経過:肺気腫単独例、肺線維症単独例、気腫合併肺線維症(combined pulmonary fibrosis and Emphysema; CPFE)例の画像所見を非放射性Xenon (Xe)吸入によるDual Energy肺換気CTを用いて3D画像を作成し、肺気腫および肺線維症の局在・分布を視覚的に明らかにすることにより、CPFEの新たな画像的特徴を見出した。また、Xe分布率を定量化することにより、呼吸機能上の各種パラメーターとの相関性を検討し、同時に潅流血液画像を評価することにより、換気・血流分布を明らかにした。具体的にはCPFE 25例、気腫非合併IPF (IPF alone) 25例、肺気腫30例の患者に、Xe-CTを用いて吸気、呼気時の肺内のXeガス3D画像、潅流血液量画像を作成し、視覚的、定量的に評価することが可能であった。

Xe分布は、肺気腫で巣状、広範囲な欠損、IPFで不均一な欠損を認めた。CPFEでは、PE部の欠損が明らかとなり、IP部との鑑別が可能であった。Xe取り込み率は、CPFE/IPF alone/肺気腫= 72.2 ±15.1% / 82.2 ±14.7% /51.7 ±20.6%で、肺気腫に比べてIPF、CPFEで有意に高値であった。CPFEにおけるPE部は、換気・血流欠損の一致を認め,IP部は、換気・血流は比較的保たれていた。Xe取り込み率とFEV1%、%FEV1は有意な正の相関、%RV、RV/TLCは負の相関を認めた。Xe-CTは、CPFEにおけるPE部とIP部の鑑別を可能とし、Xe取り込み率は閉塞性換気障害と強く相関していた。さらに、CPFEに原発性肺癌が高頻度で合併することが知られており、その発癌機序の解明のため、局所で生じているこれらの微細な組織構造をより詳細に理解するために、病理形態免疫学的特徴とも比較検討を行い、発癌母地として気腫に線維化が加わった病変がMMP7強陽性であることを突き止めた。医歯薬学現在までに画像解析は順調に進んでいるものの,病理学的検討が少々遅れている.当初の研究計画通り、画像解析は順調に進んでいるが、病理学的検討が若干予定よりも遅れている。適切な検体採取が多少困難なこともあり、検討症例が増えない。最終年度である今年は,病理形態学ならびに免疫組織学的検討に力を入れていく予定である.実際に2014年日本呼吸器学会,アメリカ胸部学会では,『CPFE/UIPおよびIPFの肺癌発生母地に関する臨床病理学的検討』を発表する予定であり,これまでの研究内容をさらに発展させることが可能であると考える.当初の研究計画通り、画像解析は順調に進んでいる。今後は病理学的検討をさらに発展させることと、現在までに得られた結果を英文雑誌に報告する必要がある。当初、予定していたほど病理検体を確保することができず、研究試薬において未使用額が発生した。本年度は現時点で可能な範囲で病理形態学および免疫組織化学的検討を行う予定である。最終年度の今年は,繰越金額ならびに平成26年度に交付される助成金110万円に対して、病理形態学および免疫組織化学的検討の際に発生する試薬購入費に40万円の使用が必要である。さらに症例を登録するため,Xeno吸入下dual-energy肺換気CT使用時のXenon購入費として40万円が必要である.また、成果発表のため海外学会参加費、旅費等に30万円を使用する予定である。解析ソフトの購入や学会参加費。また、H24年度は予定していたほどの検体が採取できず、研究試薬において未使用額が発生した。
生殖系列の分子機構に関する基礎研究

生殖系列の維持は、生物にとって最も基本的なものであるが故に、関与する生物機能の多様性は他の生物現象に比較して、類を見い出しがたいほど多用かつ高度である。分子生物学や細胞生物学の最近の急速な進歩により、これらの機構に関する多くの未解決の基礎生物学的問題に新しいアプローチを試みることが可能となった。同時に、応用生物学分野では、現有遺伝子資源を様々な基礎生物学的手法と組み合わせて、トランスジェニック動物作出、胚操作による人工動物の作出、遺伝子レベルの分子外科学的方法の開発、全胚培養技術の確立などに関する研究が盛んとなった。このような背景のもとで、昭和63年度に、文部省科学研究費補助金・重点領域研究・「生殖系列の分子機構に関する基礎研究」が発足し、生殖細胞・受精・着床と胎盤形成・初期発生の4主要項目について活発な研究が開始された。その結果、平成3年度までの4年間で、生殖系列に関する数多くの重要な研究成果が得られた。本研究では、重点領域研究「生殖系列」のこれまでの4年間の研究成果をとりまとめ、国の内外の研究者が閲覧可能な書物を作成し、生殖系列に関する研究分野の発展に貢献することを目的としていた。本年度は、この目的を達成するため、以下のような方法で研究成果のとりまとめを行い、「研究成果とりまとめ報告書」、「生殖系列ニュースレター集」、「生殖系列国際シンポジウムプロシーデイング総集編」の3種類の印刷物を作成した。1)「研究成果とりまとめ報告書」については、本重点領研究の全ての計画班員・公募班員について研究成果の報告書を日本語・英語の双方で作成し、また、論文などの研究発表業績のリストも各班員ごとに作成した。2)「研究成果とりまとめ報告書」においては、閲覧者が本重点領域研究の研究成果をよりよく活用できるよう、各研究項目に10個以内のキーワードを設定し、巻末にキーワードから本文を索引できるようにした。3)上記の報告書以外に、本重点領研究において発行していた、ニュースレター(全16号、各研究班員が論文形式でそれぞれの研究を紹介したもの)を合本したものを作成し(「生殖系列ニュースレター集」)、4年間の研究成果の詳細を検討しやすくした。4)本重点領域主催で開催された計3回の国際シンポジウムのプローシーデイング3冊を合本し(「生殖系列国際シンポジウムプロシーデイング総集編」)、生殖系列研究の国内外の最新の研究動向を総覧できる書物を作成した。
新指導要領実施に向けた高校の探究学習の再構築と学校改革

高校の探究学習について初年度の2018年度は、1高校の探究学習への見学・訪問、2探究学習の指導場面の観察、3探究学習を行っている高校の研究部の教師へのインタビュー、4高校の教員主催の研究会で探究学習に関する話題提供を行った。1名古屋市内のA高校、B高校の探究学習の発表会、東京都内のC高校、D高校の公開研究会を訪問した。そのほかに、A高校で行われたSSHのコンクールを見学した。高校生の探究の水準が上がり、数学の計算やwebページ作成、企業や地域との連携など、さまざまな内容の研究が行われていること、一方で、教師や生徒の多忙、過活動、報告書作成の負担が課題になっていることがわかった。2探究学習の指導場面の観察からは、生徒はテーマ設定に多くの時間が必要であること、一人の教員対多くの生徒という構造での指導が困難であること、テーマを意識化する過程で生徒同士の話し合いが援けとなる可能性もあることがわかった。3高校の研究部を担当する教諭各2名に、新指導要領の実施や、探究学習の指導体制構築に関するインタビューを2件、依頼を1件行った。インタビューからは、今回の学習指導要領の内容を把握し、高校で行っている現在の教育実践と照らし合わせて、学校の方向性を捉えなおす試みを、学校の歴史と照らし合わせて行っていることが理解できた。42019年3月に高校の教員主催の研究会で探究学習に関する話題提供を行った。「総合的な探究の時間」も、エリート校は高大接続の関係から行うが、普通校、困難校は形式的な実施になるのではという意見が多く、普通校、困難校での実施が課題となることがわかった。インタビューの依頼と実施が順調に行えていること、高校での探究学習の見学や調査が実施できているため。1,インタビューの引き続きの実施と依頼の継続2019年度は、新指導要領実施に向けた節目に当たる。第一に「総合的な探究の時間」が移行期間でありながら全面実施となり、すべての高校が探究活動を行うことが必須になるからである。第二に、教科における探究科目の教科書が作成中であり、教科書の発行を契機に学習方法の議論が本格化すると思われる。高校での実施内容や対応の状況に向けて、引き続きインタビューを行いたい。2,受験産業が高校に提供するシステムの内容、国立大学の推薦入試の要件と探究学習の関係の検討高校における「総合的な学習の時間」のこれまでの低調な状況を考えると高校における探究的な学習の経験やカリキュラム作成の技術はまだ十分ではない。その隙間に入り込むように、ベネッセやリクルート、河合塾などは「主体的・対話的で深い学び」支援、探究学習に用いるポートフォリオ、多面的学習評価の実施などに対するさまざまなソフトウェアを作成し、それを模擬試験と結びつけたクラウドサービスを構築し、4割の高校がすでにそれを導入する状況となっている。「高校生のための学びの基礎診断」で認定された試験も上記の会社が作成したものである。また、探究学習の成果を応募するさまざまなコンクールが実施されており、国立大学の推薦入試のために用いる例も多く、探究学習の実施が難関大学への別ルートになりつつある。以上の状況は、各高校や教師、生徒が自身の生活の切実な課題からテーマを設定し、課題の解決を試みるという、教育活動としての探究から乖離しつつあるように思われる。しかしまだ、状況把握、調査は十分ではない。そこで、受験産業が提供するソフトウェアとシステム、国立大学の推薦入試の要件と探究学習の成果の関連、に関して情報を収集し状況把握と課題の抽出も行いたい。

第二に、教科における探究科目の教科書が作成中であり、教科書の発行を契機に学習方法の議論が本格化すると思われる。高校での実施内容や対応の状況に向けて、引き続きインタビューを行いたい。2,受験産業が高校に提供するシステムの内容、国立大学の推薦入試の要件と探究学習の関係の検討高校における「総合的な学習の時間」のこれまでの低調な状況を考えると高校における探究的な学習の経験やカリキュラム作成の技術はまだ十分ではない。その隙間に入り込むように、ベネッセやリクルート、河合塾などは「主体的・対話的で深い学び」支援、探究学習に用いるポートフォリオ、多面的学習評価の実施などに対するさまざまなソフトウェアを作成し、それを模擬試験と結びつけたクラウドサービスを構築し、4割の高校がすでにそれを導入する状況となっている。「高校生のための学びの基礎診断」で認定された試験も上記の会社が作成したものである。また、探究学習の成果を応募するさまざまなコンクールが実施されており、国立大学の推薦入試のために用いる例も多く、探究学習の実施が難関大学への別ルートになりつつある。以上の状況は、各高校や教師、生徒が自身の生活の切実な課題からテーマを設定し、課題の解決を試みるという、教育活動としての探究から乖離しつつあるように思われる。しかしまだ、状況把握、調査は十分ではない。そこで、受験産業が提供するソフトウェアとシステム、国立大学の推薦入試の要件と探究学習の成果の関連、に関して情報を収集し状況把握と課題の抽出も行いたい。海外(オランダなど)での学校調査を実施できなかったため(2019年度実施予定)
河川水質環境の制御最適化に関する研究

河川の水質環境を保全するために必要な汚濁負荷制御に関する最適化モデルについて考究し,線形計画法の枠組みの中で処理できる決定論的最適化モデルと確率論的ロバスト最適化モデルを創築して,それらの有効性を検証した.得られた成果は以下のように要約できる.(1)河川の水理学的,水質工学的ダイナミックスを考慮に入れ,河川に与えられた水質環境基準(BOD及びDO基準)を達成するという制約条件下で許容される汚濁負荷量(BOD負荷量)の最大量と流路に沿った汚濁量の適正配分が推定可能な最適化モデルを構築した.(2)流れ及び水質因子の輸送(移流・分散)を等式制約条件として導入するには,基礎微分方程式を有限要素法で離散・近似し,最適化モデルの汎用性を高めた.(3)任意に分合流するネットワーク状の河川にも適用可能な決定論的な最適化モデルの構築に成功し,このモデルによればきわめて良好に複数の汚濁源からの汚濁負荷量の総量とその最適配分が求まることが明らかとなった.(4)河川流量,水深,流水断面積,水温,風速,塩分濃度といった数理モデルに含まれるパラメータの不確実性が解に反映される確率論的最適化モデル(ロバスト最適化モデル)を構築し,単一流路河川への適用の結果,モデルは意志決定者の意図を的確に反映する解を与え,河川の水質管理を行う際の代替案作成に,従来の確率計画モデルよりも優れて有効なものとなることが明かとなった.河川の水質環境を保全するために必要な汚濁負荷制御に関する最適化モデルについて考究し,線形計画法の枠組みの中で処理できる決定論的最適化モデルと確率論的ロバスト最適化モデルを創築して,それらの有効性を検証した.得られた成果は以下のように要約できる.(1)河川の水理学的,水質工学的ダイナミックスを考慮に入れ,河川に与えられた水質環境基準(BOD及びDO基準)を達成するという制約条件下で許容される汚濁負荷量(BOD負荷量)の最大量と流路に沿った汚濁量の適正配分が推定可能な最適化モデルを構築した.(2)流れ及び水質因子の輸送(移流・分散)を等式制約条件として導入するには,基礎微分方程式を有限要素法で離散・近似し,最適化モデルの汎用性を高めた.(3)任意に分合流するネットワーク状の河川にも適用可能な決定論的な最適化モデルの構築に成功し,このモデルによればきわめて良好に複数の汚濁源からの汚濁負荷量の総量とその最適配分が求まることが明らかとなった.(4)河川流量,水深,流水断面積,水温,風速,塩分濃度といった数理モデルに含まれるパラメータの不確実性が解に反映される確率論的最適化モデル(ロバスト最適化モデル)を構築し,単一流路河川への適用の結果,モデルは意志決定者の意図を的確に反映する解を与え,河川の水質管理を行う際の代替案作成に,従来の確率計画モデルよりも優れて有効なものとなることが明かとなった.理論的な裏付けをもって河川における水質環境基準を達成するには,水質ダイナミックスを考慮に入れ,許容できる汚濁負荷量の総量と流路に沿った汚濁量の適正配分が推定可能な最適化モデルを構築することが基本的に重要なこととなる.本研究の最終目的はネットワーク状に複雑に連結した河川網における水質制御問題を取り扱うことであるが,本年度の研究では,このような任意の河川網を取り扱う際の基本となる単一河川流路について,定常の流れ場を考慮に入れた水質環境の最適制御モデルの基本形を構築し,その有効性を検証した.水質因子の移流に寄与する水理環境を水質環境場に組み入れるために定常漸変流モデルを組み立て,これと生物化学的酸素要求量(BOD)及び溶存酸素(DO)に関する移流・分散式モデルを連成させて水質ダイナミックスを表現し(水質ダイナミックス・モデルの定式化には,制御最適化モデルの汎用性を高める観点から,有限要素法を導入した),これらにさらに環境基準等の条件を付加して,問題の制約条件とした.そして河川全体に対する汚濁負荷総量を最大にし,その最適配分をも推定できるような目的関数のもとで,線形計画の手法により許容汚濁負荷量の最適解が求まる制御最適化モデルを構築した.モデルを一般性のある仮想的な単一河川流路に適用し,種々の条件下でその解性状を精査したところ,きわめて良好に複数の汚濁源からの汚濁負荷量の総量とその最適配分が求まることが明らかとなった.理論的な背景に依拠して河川における水質環境基準を達成するには,水質ダイナミックスを考慮に入れ,許容できる汚濁負荷量の総量と流路に沿った汚濁量の適性配分が推定可能な最適化モデルを構築することが基本的に重要なこととなる.本研究の最終目的はネットワーク状に複雑に連結した河川網における水質制御問題を取り扱うことであるが,昨年度の研究では,このような任意の河川網を取り扱う際の基本となる単一河川流路について,線形計画法による定常の流れ場を考慮に入れた水質環境(生物化学的酸素要求量(BOD),溶存酸素(DO))の最適制御モデルの基本形を構築し,その有効性を検証した.本年度は,この基本形を拡張して,任意に分合流する河川網において,任意の数及び位置に汚濁負荷源がある場合の,最適制御モデルの構築を試み,モデル性状の精査とその適用性の検証を行った.すなわち,水質因子の移流輸送に寄与する水理環境を水質環境場に組み入れるための定常漸