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ウエストナイルウイルスの脳血管関門通過機構の解明と脳炎の治療法の開発

ウエストナイルウイルス(WNV)はアメリカ合衆国、アフリカ等広域に分布しており、ウエストナイル脳炎の致死率は高い。本研究はWNVの細胞内輸送動態を解明し、得られた基礎的知見に基づき脳炎治療法の開発の基盤を形成することを目的とした。本研究により、細胞への侵入段階においてWNVの輸送にはは少なくとも2種類の異なった細胞内輸送系が関与すること、チュブリンが輸送に関与すること、RabがWNV粒子の細胞からの放出に関与することが明らかになった。これらの結果はチュブリン、Rab等を抑制することによりWNV感染が抑制されることを示しており、今後のWNVによる脳炎の治療法の開発に寄与することが期待される。病原性の強いウエストナイルウイルス株(NY99 6-LP株)は、他の病原性の弱いウエストナイルウイルス株(Eg101株等)に比べて中枢神経系に効率よく侵入し、この現象はウエストナイルウイルスのEタンパク質によって規定されている、という仮説を立証する為に組換えウエストナイルウイルス作製を試みている。組換えウエストナイルウイルスを作出するために、米国ペンシルバニア大学のDoms教授が発表した方法を用いることを考案し(Virology 334:28, 2005)、プラスミドを供与して頂いた。使用するプラスミドは、ウエストナイルウイルス956株を基にして作製されているため、コードされている956株の構造タンパク質をコードするゲノムと、NY99 6-LPおよびEg101株の構造タンパク質のゲノムを入れ換え、さらにEタンパク質に変異を導入したプラスミドを作製する予定である。本プラスミドを用いた実験については、既に第二種仕様等拡散防止措置の大臣確認実験の承認を受けている。現在、本プラスミドをヒト腎臓由来のHEK-293T細胞に形質導入し、48時間後に細胞上清を回収し、Vero-E6細胞に接種することで感染性のある組換えウイルスが作出されているかを確認している。また、本年度は、ウエストナイルウイルスの構造タンパク質から成るウイルス様粒子を蛍光色素で標識する系を確立し、それを用いて細胞内動態を調べた。その結果、ウイルス様粒子は細胞内侵入後早期では移動速度が遅く、侵入後ある程度時間が経過すると、移動速度が速くなることを見出した。この速い移動が宿主側の微小管に依存することを薬剤による阻害実験を用いて確認し、得られた結果をまとめて、英文雑誌に投稿中である。さらに、共同実験としてウエストナイルウイルスをマウスに接種する動物実験も開始し、中枢神経系の障害機構についても知見を得ている。ウエストナイルウイルスEタンパク質の機能を検索するために、組換えウエストナイルウイルスの作製を試みた。ペンシルバニア大学のDoms教授から頂いたウエストナイルウイルス956株のウイルスゲノムをコードしているプラスミドの構造タンパク質領域を、ウエストナイルウイルスNY99 6-LP株またはE101株の構造タンパク質の遺伝子群に入れ替えたプラスミドを作製している。細胞内輸送因子であるRabファミリーに着眼して、RabのsiRNAライブラリーを導入した細胞を用いて、Rabタンパク質の抑制によるウイルス粒子放出への影響を検討した結果、Rab8bのsiRNAを用いると、ウイルス粒子の放出が抑制されることが明らかとなった。今後は、ウエストナイルウイルスの標的細胞である神経系細胞を用いて、Rab8とウイルス粒子放出の関連を検索する。また、ウエストナイルウイルスの構造タンパク質から成るウイルス様粒子を蛍光色素で標識する系を確立し、それを用いてウエストナイルウイルスの細胞内動態を調べた。更に、この速い移動が宿主側の微小管に依存することを薬剤による阻害実験を用いて確認した。これらの得られた結果は英文雑誌に報告した。さらに、共同実験としてウエストナイルウイルスをマウスに接種する動物実験を実施し、中枢神経系の障害機構についても知見を得た。ウエストナイルウイルスのEタンパク質に着眼して、細胞内でのウエストナイルウイルスの輸送動態を解明することを目的とし、以下の研究を実施した。ウイルス側因子について、ウエストナイルウイルスのEタンパク質の機能を検索するために、以下の方法で、組み換えウエストナイルウイルスを作成することを試みた。哺乳類用発現用ベクターにウイルス非構造タンパク質および、その下流にIRES配列をつなぎ、更にその下流にウイルス構造タンパク質配列をコードするプラスミド、および前述のプラスミドの非構造タンパク質の下流に蛍光タンパク質をコードし、さらにIRES配列、構造タンパク質をコードする2種類のプラスミドを作成した。ウイルス感受性細胞であるBHK細胞および遺伝子導入効率が高い293T細胞に、作成した2種類のプラスミドを個別に導入して、組み換えウエストナイルウイルスの産生をプラークアッセイ、および蛍光タンパク質の発現を用いて観察した。その結果、作成した2種類のプラスミドを導入した細胞では、両方法を用いてもウイルス産生は認められなかった。

この結果に基づいて、異なった方法(Virology 334 28, 2005)を用いて、組み換えウエストナイルウイルスを作成することを計画している。細胞側因子について、細胞内輸送因子であるRabファミリーに着眼して、RabのsiRNAライブラリーを導入した細胞を用いて、ウイルス感染への影響を検討した。293T細胞にウイルスの構造遺伝子を発現するプラスミドおよびマーカー遺伝子を同時に導入して、ウイルス様粒子を作成した。その後、RabのsiRNAを導入したVero細胞にウイルス様粒子を感染させ、マーカー遺伝子の発現を測定して、Rabの抑制によるウイルス感染への影響を検討した。以上の実験により、Rab8がウエストナイルウイルス感染に関与していることを示唆する結果が得られた。本研究は、ウエストナイルウイルスのEタンパク質に着眼して、細胞内でのウエストナイルウイルスの輸送動態を解明することを目的としている。当初、本研究ではウイルス側因子の解析として構造タンパク質の変異を有するウイルス様粒子を作成することを計画していた。しかしながら、ウイルス様粒子は感染細胞でのウイルスの増幅が起こらず、動物を用いた感染実験の際にはウイルスの存在を確認することが困難であることが予想され、新たに感染細胞内で増殖することが可能である、組み換えウイルスを作成することを計画した。平成23年度は、ウイルス非構造タンパク質および、IRES配列、構造タンパク質配列をコードするプラスミド、および前述のプラスミドに蛍光タンパク質をコードする2種類のプラスミドを作成した。作成したプラスミドを細胞に導入した結果、ウイルスの産生は認めることが出来なかったため、平成24年度は、米国ペンシルバニア大学のDoms教授から供与されたプラスミドを用いて、組み換えウエストナイルウイルスを作成する計画に着手した。本実験に必要な第二種仕様等拡散防止措置の大臣確認実験の承認の手続きも終了し、平成25年度は、この系を用いてウエストナイルウイルスのEタンパク質の変異体を有する組み換えウイルスを作成することを目指す。細胞側因子の解析については、蛍光標識したウイルス様粒子を用いて細胞内での粒子の動態を観察することに成功し、細胞内に侵入した直後は速度が1.13 ±0.71micrometer/分であるが、細胞侵入後時間が経過すると、7.24 ±4.50micrometer/分と速度が増加すること、またこの速い動きは、薬剤により抑制されることから、微小管依存性の動きであることが明らかになった。以上より達成度はおおむね順調に進展していると評価される。ウエストナイルウイルスのEタンパク質に着眼して、細胞内でのウエストナイルウイルスの輸送動態を解明することを目的としている。交付申請書に記載した、平成23年度の研究実施計画では、ウイルス側因子の解析として構造タンパク質の変異を有するウイルス様粒子を作成することを計画していた。
領域知識を制約として用いるグラフマイニング手法の実現

本研究では,化合物の構造式のようなグラフ構造データを大量に蓄積したデータベースから特徴的な部分パターンを発見するグラフマイニングにおいて,領域知識に基づいた構造的制約を導入することにより,無駄な部分パターン候補を合理的,かつ効果的に削減する手法を実現した.肝炎患者の検査履歴データに提案手法を適用した評価実験においては,従来手法では発見できなかった,肝炎の進行状況推定に有用な部分構造を現実的な実行時間内で発見できることを確認した.本研究では,化合物の構造式のようなグラフ構造データを大量に蓄積したデータベースから特徴的な部分パターンを発見するグラフマイニングにおいて,領域知識に基づいた構造的制約を導入することにより,無駄な部分パターン候補を合理的,かつ効果的に削減する手法を実現した.肝炎患者の検査履歴データに提案手法を適用した評価実験においては,従来手法では発見できなかった,肝炎の進行状況推定に有用な部分構造を現実的な実行時間内で発見できることを確認した.本研究では,グラフ構造データから有用なパターン(部分グラフ)を発見するグラフマイニングを対象に,対象領域における領域知識をパターン発見過程において制約として利用することで膨大な探索空間を合理的かつ効果的に制限し,当該領域の専門家にとってより興味深い有用なパターンを高速に発見できる手法を開発し,その有用性を実世界データにて示すことを目的としている.本年度は,当初の研究計画に従い,主に,これまで個別に検討を進めてきた指定した制約パターン(部分グラフ)を含む,もしくは含まないパターンの探索という2種類の制約に基づく探索方法を統合して扱えるグラフマイニングアルゴリズムを実現するとともに,探索中の部分グラフから構成される候補グラフがり取り得る評価値の最大値を計算し,その最大値を利用して無駄な候補生成を回避する分枝限定法をパターン探索に導入し,探索全体の効率化を図った.また,本研究で必須となる基礎技術である,対象グラフに目的とする部分グラフが含まれるか否かを判定する部分グラフ同型判定にかかるコストを削減するために,グラフを表現する行列の固有値であるグラフスペクトルを用いた部分グラフ同型判定,および2つのグラフが同一か否かを判定するグラフ同型判定手法について検討した.これら,本年度に実現したアルゴリズム,および基本技術は,無駄な候補パターンを効率的に削減し,有用なパターンを実用的な時間内に発見するために極めて重要な役割を果たすものである.加えて,それらの評価実験を通して,次年度の研究計画に結びつくさらなる改善点,検討課題を明らかにすることができた.本研究では,グラフ構造データから有用なパターン(部分グラフ)を発見するグラフマイニングを対象に,対象領域における領域知識をパターン発見過程において制約として利用することで膨大な探索空間を合理的かつ効果的に制限し,当該領域の専門家にとってより興味深い有用なパターンを高速に発見できる手法を開発し,その有用性を実世界データにて示すことを目的としている.研究期間最終年度の本年度においては,前年度に実現した指定した制約パターン(部分グラフ)を含む,もしくは含まないパターンの探索という2種類の制約に基づく探索方法を統合して扱うグラフマイニングアルゴリズムに,グラフの頂点ラベル,もしくは辺ラベルに対する制約条件の充足性を探索過程で判定する機能を追加した.また,提案アルゴリズムの実行効率を大きく左右する部分グラフ同型判定(対象グラフに目的とする部分グラフ(制約パターン)が含まれるか否かの判定)に関しては,前年度提案したグラフスペクトルに基づく近似判定法では,対象グラフと制約パターンの頂点数の差が大きい場合に判定精度が低くなるという問題があった.そのため,本年度では, 1つ以上の頂点ラベルや辺ラベルなどの組合せ等により得られるグラフの部分構造特徴を隣接行列などのグラフを表現する行列の要素に変換する関数を対象に,当該関数をグラフスペクトルによる部分グラフ同型判定の精度が向上するように最適化するアルゴリズムを提案し,大幅な判定精度の改善を実現した.また,提案アルゴリズムを実世界データである肝炎患者データに適用し,制約パターンを導入することで,制約パターンを用いない場合では発見できなかった患者の分類により有用なパターンを現実的な時間内で発見できることを確認した.
粗視化分子シミュレーションによるメゾスケール熱流動現象の解析

本研究では,散逸粒子動力学(Dissipative Particle Dynamics : DPD)法をミクロスコピックな観点から再構築し,物質・運動量輸送を再現可能な粗視化モデルをボトムアップ方式で構築する手法を検討した.まず,原子・分子群(クラスタ)の重心を粗視化粒子とみなし,クラスタの重心運動を規定する一般化Langevin方程式に基づいて粗視化粒子の運動方程式を導出した.その際, Markov近似に基づいたDPD法を拡張し,粒子運動の履歴性を考慮したnon-Markovian DPD (NMDPD)法を提案した.NMDPDの粒子間力(平均力,摩擦力,揺動力)は下層における微視的粒子の運動及び相互作用によって記述されており,ミクロスコピックな解析からボトムアップ方式でモデリングが可能である.次に, NMDPDの妥当性を検証するために, Lenriard-Jones (LJ)流体のNMDPDモデルを分子動力学(Molecular Dynamics : MD)計算によりボトムアップ方式で構築した.LJ粒子群で構成されるクラスタ間に作用する力に基づいてNMDPDにおける平均力,摩擦力,揺動力をモデリングする方法を提案した.また,揺動力の時間相関関数とクラスタ重心の速度相関関数を比較し,液体等の高密度な系においてはMarkov近似に基づいたDPDが適用できないことを示した.最後に, MD計算によるサンプリング結果に基づき,平衡及び非平衡状態におけるDPD及びNMDPDシミュレーションを行い, DPD及びNMDPD系の静的・動的特性をMD系のものと比較した. Markov近似に基づいたDPDモデルは,平衡状態における温度・拡散係数を過小評価,粘性係数を過大評価しており,揺動散逸関係が不適切であることが示された.それに対して, NMDPDモデルはMD系の温度,拡散係数,粘性係数をDPDよりも正確に再現できており,物質・運動量拡散のダイナミクスを解析する方法としてのNMDPDの可能性が示唆された.(抄録なし)分子動力学(Molecular Dynamics : hm)法に基づき,散逸粒子動力学(Dissipative Particle Dynamics : DPD)法における相互作用モデルをボトムアップ方式で構築する手法を検討した.具体的には,MDシミュレーションにおいて,複数のLennard-Jones(LJ)粒子で構成されるクラスタ間に作用する力をサンプリングし,DPDにおける保存力,散逸力,ランダム力(時間相関のない揺動力)のモデリングを行った.モデリングした3つの力を用いてDPDシミュレーションを行い,静的特性(平衡温度,動径分布関数,表面張力)及び動的特性(速度相関関数,拡散係数)をMDの計算値と比較した.その結果,液体のような密度の高い系では,DPDではMD系をうまく再現できないことが分かった.具体的には,DPDにおける平衡温度及び拡散係数は,MDにおける値よりもかなり小さくなってしまうことを確認した.DPD法は,散逸粒子の運動の特性時間は揺動力の相関時間よりも十分長く,散逸粒子の運動は過去の履歴に依存しないという仮定(Markov近似)に基づいているが,液体系では必ずしもこの仮定は成立しない.その結果,ゆらぎと散逸のバランス(揺動散逸定理)が適切にとられておらず,DPDとMI)の結果に乖離が生じるものと考えられる.上記の問題点を解決するために,新しいシミュレーション方法として,non-Markovian DPD(NMDPD)法を提案した.NMDPDでは,時間相関を持った揺動力が用いられ,散逸粒子の運動は過去の運動履歴に依存する形式となっている.NhmPDの運動方程式を一般化Langevin方程式に基づいて定式化し,運動方程式に含まれる平均力,摩擦力,揺動力をMD計算からモデリングする手法を構築した.上述のLJ系に本手法を適用し,静的・動的特性を比較した結果,NMDPDはMDにおける平衡温度,動径分布関数,拡散係数を精度よく再現できることが分かった.NMI)PDはDPDの拡張版と位置付けることができ,Markov近似が妥当ではない系における物質輸送を解析する手法として非常に有用であるといえる.本研究では,散逸粒子動力学(Dissipative Particle Dynamics : DPD)法をミクロスコピックな観点から再構築し,物質・運動量輸送を再現可能な粗視化モデルをボトムアップ方式で構築する手法を検討した.まず,原子・分子群(クラスタ)の重心を粗視化粒子とみなし,クラスタの重心運動を規定する一般化Langevin方程式に基づいて粗視化粒子の運動方程式を導出した.その際, Markov近似に基づいたDPD法を拡張し,粒子運動の履歴性を考慮したnon-Markovian DPD (NMDPD)法を提案した.NMDPDの粒子間力(平均力,摩擦力,揺動力)は下層における微視的粒子の運動及び相互作用によって記述されており,ミクロスコピックな解析からボトムアップ方式でモデリングが可能である.次に, NMDPDの妥当性を検証するために, Lenriard-Jones (LJ)流体のNMDPDモデルを分子動力学(Molecular Dynamics : MD)計算によりボトムアップ方式で構築した.LJ粒子群で構成されるクラスタ間に作用する力に基づいてNMDPDにおける平均力,摩擦力,揺動力をモデリングする方法を提案した.また,揺動力の時間相関関数とクラスタ重心の速度相関関数を比較し,液体等の高密度な系においてはMarkov近似に基づいたDPDが適用できないことを示した.

最後に, MD計算によるサンプリング結果に基づき,平衡及び非平衡状態におけるDPD及びNMDPDシミュレーションを行い, DPD及びNMDPD系の静的・動的特性をMD系のものと比較した. Markov近似に基づいたDPDモデルは,平衡状態における温度・拡散係数を過小評価,粘性係数を過大評価しており,揺動散逸関係が不適切であることが示された.それに対して, NMDPDモデルはMD系の温度,拡散係数,粘性係数をDPDよりも正確に再現できており,物質・運動量拡散のダイナミクスを解析する方法としてのNMDPDの可能性が示唆された.Markovian DPD)を構築した結果,系の静的・動的特性の再現性を飛躍的に高めることができたから.粗視化レベルや系の数密度等のパラメータを変化させ,NMDPDモデルによる静的・動的特性の再現性をさらに詳細に調査していく.また,より実用的なモデルとして,水分子の粗視化モデルをNMDPD法により構築する.(抄録なし)
島弧下マントルにおける流体/メルトによる遷移元素の移動形態

火山フロント下マントルに由来するかんらん岩捕獲岩と固体貫入したかんらん岩を用いて,それらに記録されたマントルウェッジでの流体やメルトによる改変作用を検討した。その結果,島弧下マントルでは流体やメルトによる改変が盛んであり,それに伴って遷移元素(鉄やニッケル)が運搬され,稀に資源として有用な白金族元素の濃集していることが確認された。また, H_2O流体が火山フロント下マントルでは普遍的であることも確認された。マントルウェッジにおけるスラブ由来流体による改変プロセスとそれに伴う遷移元素の移動について検討した。2009年度は,特に火山フロント下マントル物質である,ロシア,カムチャツカ弧のアパチャ下山のかんらん岩捕獲岩について集中的に解析をおこなった。岩石資料から作成した薄片について詳細な顕微鏡観察をおこない,特徴的な試料に関してEPMA, LA-ICP-MSを用いて主要元素,微量元素組成をそれぞれ決定した。観察および化学分析から,非常に還元的な状態を示唆する自然鉄やSi-Fe(-Ti)合金がかんらん岩の構成鉱物中の包有物として見出された。この発見は,これまで酸化型化的だと考えられていた島弧マントルが,局所的には非常に還元的な状態にあることを示した。これら強還元鉱物は,非常に還元的な流体が作用することによって形成されたと考えられ,かんらん岩の蛇紋岩化に伴ってさかんに還元流体が生産されるようなスラブ直上では,Feなどの遷移元素を還元層が形成されている可能性を示唆した。これら成果を,Ishimaruet al.(2009)やGoldschimidt 2009などで発表した。それに加えて,四国,三波川帯の藤原岩体についても同様の記載岩石学的,地球化学的検討をおこなった。藤原岩体には,非常にTiに富む鉱物(チタノクリノヒューマイト,イル乗メナイト,アゾプロアイト)が観察され,H_2Oを主体とするような流体では移動しにくいと考えられているTiの移動過程について検討した。この成果は,AOGS 2009年会(シンガポール),日本鉱物科学会2009年度・年会(北海道)において発表した。マントルウェッジにおいて,スラブ由来流体による島弧マントルの改変プロセスとそれに伴う遷移元素の移動プロセスの解明を目的として,2010年度は,火山前線下マントル物質であるアバチャ火山に加えて,おなじくカムチャツカ弧のシベルッチ火山に産するかんらん岩捕獲岩についても処理・解析をおこなった。また,オマーンオフィオライト底部のかんらん岩(蛇紋岩)についても,試料処理・機器分析をおこない,その結果について検討した。アバチャ火山のかんらん岩捕獲岩中に観察されていた,鉄やニッケル,硫黄に富む粘土鉱物について,新たにLA-ICP-MS分析をおこなったところ,オスミウムや白金などの白金族元素や金が非常に濃集していることが分かった。一般に,白金族元素は低温での変質作用では流体やメルトによっては移動しないことが知られている。我々が発見した粘土鉱物は,初生的には珪酸塩メルトもしくは,シリカ成分に富んだ水を主成分とする流体であると考えられるが,その流体/メルトが白金族元素にかなり濃集していたことになる。この流体/メルトがどの様な条件下で発生し周囲のマントルかんらん岩と反応しているのかを解明することは,白金族元素を含む遷移金属元素の移動・濃集過程に直結する。オマーンオフィオライト底部のかんらん岩には,地表へののし上げ時に下部変成岩から放出された水による改変が認められた(角閃石の形成や単斜輝石中の軽希土類元素の濃集など)。これについては,引き続き詳細な観察や機器分析をおこなう必要があるが,マントルウェッジの上部と下部両方の研究で得られた結果を統合して,全体の理解へ向けて検討を始めた。マントルウェッジにおいて,スラブ由来流体による島弧マントルの改変プロセスとそれに伴う遷移元素の移動プロセスの解明を目的として,これまでに引き続き,火山前線下マントル物質であるアバチャ火山とシベルッチ火山に産するかんらん岩捕獲岩について処理・解析をおこなった。また,オマーンオフィオライト底部のかんらん岩(蛇紋岩)や三波川帯の変成岩に伴う変かんらん岩体(藤原岩体)についても試料処理・機器分析をおこない,遷移元素の濃集過程について検討した。その結果は以下の通りである。アバチャ火山のかんらん岩捕獲岩中に観察されていた,鉄やニッケル,硫黄に富む粘土鉱物やそれに伴う珪酸塩鉱物と硫化鉱物の化学組成を再検討した。その粘土鉱物は白金族元素や硫黄にも非常に富んでいることから,硫黄成分に飽和していない,酸化的な珪酸塩メルトの変質物である可能性が非常に高い。この白金族元素を含む遷移元素の濃集は,これまでアバチャ火山のかんらん岩にのみ観察され普遍性は認められていない。

しかし,シベルッチ火山のかんらん岩捕獲岩中にも,アバチャ火山のかんらん岩と同様の交代作用や硫化鉱物の形成が認められることから,遷移元素の濃集が期待されるため,更なる検討が必要である。オマーンオフィオライト底部のかんらん岩には,多量の角閃石の形成が認められ,単斜輝石には軽希土類元素やSrやBaなどのLIL元素が濃集していることが確認された。遷移元素に関しては,少量の硫化鉱物の形成が認められるものの,それほど大規模な濃集は確認されなかった。しかし,藤原岩体では大規模なチタンの濃集が認められ,それにはメタンなどの炭化水素に富む流体が関与していることが分かった。
特性ばらつき隠蔽を特長とする次世代素子向け多重安定化アーキテクチャ

故障検出能力および故障情報伝搬能力を高めた高信頼基本セル群を考案し、LSI試作を通じて耐故障性、面積オーバヘッド、回路遅延が良好であることを確認した。また、基本セルが複数故障した場合の回路全体の信頼性評価手法を確立し、一部論理を自動交換して全体の信頼性を向上させる手法を考案した。さらに、8way-VLIWプロセッサを試作し、基本セルを全面導入する際に必要となる命令分解機構について、回路規模、実行効率、回路遅延の点から有効性を確認した。1.高信頼標準セルの提案と評価実施計画「正負両極性を入出力とする標準セルを使うことによりエラーに対処する従来にないアイデアに基づいた各種基本セルの組み合わせを検討する」に対し、具体的に、排他論理和とセレクタについてトランジスタレベルの評価を行い、エラー伝播回路を内部に組み込むことにより、セル内部異常を次段へ伝播、および、セルに対する入力異常を次段へ伝播のいずれの機能についても問題がないことを確認した。2.高信頼標準セルの規則的配置に基づく自己安定化演算回路の提案と評価実施計画「標準セルの具体例に依存しない自己安定化演算回路の構築手法について研究を進める」に対し、前述した、内部異常の伝播および入力異常の伝播の両機能を有する耐故障セルを基本部品とした、64ビット大小比較回路を構成し、遅延時間、回路規模、信頼性の評価を行った。従来型基本セルの3重化により構成した場合に比べて、同規模の遅延時間、回路規模を維持しつつ、大幅に信頼性を向上できる見通しを得た。3.自己安定化演算回路を合成・評価するCADシステムの提案と評価正負両極性を入出力とする標準セルによる回路と従来セルによる回路の信頼度は前者のほうが直感的には高いはずであるが,その客観的な値を効率的に見積もる手法を考案した.今後は,考案した手法を実装し,実際に信頼度を検証する予定である.また,回路の信頼度を向上させるために多数決回路を自動的に挿入する手法に利用する予定である.4.自己安定化演算回路のみからなる高信頼アーキテクチャの提案と評価実施計画「既存命令セットを自己安定化演算回路に写像するために必要な変換/分解機構」に対し、実際に、ARMアーキテクチャおよびFRVアーキテクチャの機械語命令を各々分解し、単純な演算器のみを装備するバックエンドにおいて並列実行するプロセッサ構成方式を考案し、シミュレータ上ではOSおよびアプリケーションが動作するに至っている。【1】高信頼標準セルの提案と評価:「標準セル群の物理レイアウトなど詳細な検討を行う」に対し、実際にVDEC環境を用いて耐故障セル群のレイアウトおよびLSI試作を行った。後述の第2項とともに、耐故障標準セル群が実際のLSI上でも耐故障性を示すことを確認した。【2】高信頼標準セルの規則的配置に基づく自己安定化演算回路の提案と評価:「標準セル群向け誤り訂正手法を詳細に検討する」に対し、耐故障セル群が備えるエラー伝搬回路を組み込んだ64ビット比較回路を実際に試作し、実回路においても耐故障性に優れ、面積オーバヘッドも問題とならず、故障発生時の遅延時間も良好であることを確認した。【3】自己安定化演算回路を合成・評価するCADシステムの提案と評価:「テクノロジマッピング手法の検討」を予定していたが、既存の信頼性評価手法では高信頼セルを正しく評価できないことが明らかになった。このため、耐故障セルに適用可能な信頼性評価手法の確立に取り組み、入力値を考慮した新しい信頼性評価手法を考案した。【4】自己安定化演算回路のみからなる高信頼アーキテクチャの提案と評価:ARMおよびFRV命令を単純な演算に分解およびマッピングするアーキテクチャを考案し、プログラムが動作可能なレベルのプロセッサ試作により、命令分解手法の有効性を回路規模、プログラム実行効率、遅延時間の点から確認した。【5】暗号化されたFPGAコンフィギュレーションデータの効率的な復号手法の提案:FPGAの高信頼化に取り組み、スイッチマトリックスの高信頼化、および、暗号化コンフィギュレーションのための再構成可能領域復号回路を提案した。復号に専用回路を必要としないため面積オーバヘッドが小さく、乱数を加えて、さらに安全性を高める手法を提案した。【1・2】高信頼標準セルの提案と評価および【3】回路高信頼化のためのCADシステム:本計画については、「実用回路においても耐故障性に優れることの定量的評価」、および、「CADシステムによる信頼性向上手法の開発」を融合して実施した。具体的には、(1)高信頼標準セルが複数個同時に故障した場合の回路全体の信頼性評価手法を確立し、同時に、設計回路の一部論理をCADにより自動的に交換することにより回路全体の信頼性を向上させる手法を考案した。この結果、大小比較回路以外の様々な実用回路において、耐故障標準セル群が有効であること、また、CADによる論理交換により、さらに信頼度を向上させることが可能であることを実証した。また、(2)回路の一部をLUTに置き換えたPartially-Programmable Circuits (PPCs)と名付けた回路を用いることで製造歩留まりを向上させる手法を提案した. PPCの中のいくつかのLUTの機能を変更することにより結線が冗長となる場合,その結線は故障に強いと考えられる.

その結線にいかなる故障が起こってもいくつかのLUTの内部論理の変更により回路が正常動作可能だからである.故障に強い結線を増やすために, SPFDやCSPFといった論理関数の自由度を利用して冗長な結線を回路に追加する手法を提案し.手法の有望性を確認した.【4】自己安定化演算回路のみからなる高信頼アーキテクチャ:本計画については、前年度に引さ続き、ARMお上びFRV命令を単純な演算に分解および写像するアーキテクチャに関し、メモリを用いた命令分解手法を標案・評価し有効性を確認した。また、本研究成果を発展させて、多数の演算器アレイに対しそ自己安定化演算回路のみにより実現可能な命令列を写像し、大幅な性能向上と低消費電力化を図るリニアアレイ型プロセッサを考案し、有効性を示した。
パラインフルエンザウイルスP遺伝子に見い出されたRNA Editingとその機構

生物の持つ遺伝情報はmRNAを通じて蛋白へと正確に翻訳されると考えられて来たが,近年RNA Editingという現象が見い出され,遺伝情報の伝達過程が従来考えられていた以上に豊富であることが明らかになった。我々もヒトパラインフルエンザ2型,4A型,4B型のP遺伝子にRNA Editingという現象を見い出し報告した。本年度はsimian virus41のP遺伝子を詳しく解析し,RNA Editingの存在とその機構の解明を目指した。SV41のP遺伝子のどのframeにもP蛋白をcodeできるに十分な長さのopen Redding Frame(ORF)は存在しなかった。mRNAは2種存在し,一つはP遺伝子の正確なTranseviptでありもう一つは鋳型にないGが22挿入されたmRNAで後者の方はP蛋白をcodeできる十分の長さであった。Gの挿入位置の前後のsequenceを解析してみると,パラインフルエンザウイルス遺伝子の末端に見られるPolya付加信号sequenceと非常に類似していた。この事はGの挿入がAの付加と似た機構で行なわれていることを示唆している。又P蛋白を分子進化学的に解析してみるとGの挿入付近に不規則なdeletionを想定せざるを得ず,長い進化の過程で非常にdynamicな変化が生じた事を考えさせる。細胞内ではEdited mRNAの出現率と蛋白の翻訳効率の間にギャップが存在し,posttranscriptional controlの存在が推定された。今後(+)Leader RNAーPgeneー(-)Leader RNAというminicistronを構築し,特にEditing signalの同定とその機構の解析を行う予定である生物の持つ遺伝情報はmRNAを通じて蛋白へと正確に翻訳されると考えられて来たが,近年RNA Editingという現象が見い出され,遺伝情報の伝達過程が従来考えられていた以上に豊富であることが明らかになった。今後(+)Leader RNAーPgeneー(-)Leader RNAというminicistronを構築し,特にEditing signalの同定とその機構の解析を行う予定である
霊長類大脳の物体視経路における色と形の処理経路の分離と統合のメカニズム

霊長類大脳において、色と形の視覚情報は異なる脳領域で別々に処理され、その後統合されると考えられている。本研究では、霊長類の高次視覚野における色と形の処理経路の神経基盤を明らかにすることを目指している。本年度は、以下の研究を実施した。1マカクザルの高次視覚野である第4次視覚野の脳活動が、空間的注意によって影響を受けることは知られているが、その皮質内での分布がどのようになっているのかは詳細には分かっていなかった。本研究では、カラムレベル(0.5μm)の空間分解能を持つ内因性光計測法を用いて、第4次視覚野における空間的注意による影響が複数のカラムにまたがって広範囲に分布することを明らかにした。また一方で、カラムの色や形への応答選択性には影響がないことがわかった。この広範囲にわたる脳活動への影響は、Reynoldsらによって提唱されている注意の正規化モデル(Reynolds and Heeger 2009)における正規化プール(normalization pool)に当たることが示唆された(Tanigawa et al.,Frontiersin Neural Circuits 2016)。2下側頭葉皮質と前頭前野における色の想起の神経基盤を明らかにするため、色の想起を必要とする行動課題を遂行中のニホンザルから記録された皮質脳波に対して、情報の伝播を明らかにできるグランジャー因果解析を行った。その結果、下側頭葉皮質から前頭前野へのグランジャー因果が、シータ波において顕著に上昇することが明らかになった。このことは、色の想起において、下側頭葉皮質から前頭前野への情報の伝播が、シータ波を介して行われることを示唆していた(Sasaki et al.,日本神経科学大会2016)。1ニホンザルの高次視覚野である下側頭葉皮質における神経結合の生後発達を調べる研究を行った。その結果、下側頭葉皮質では生後7日ですでに大人と同様の内在性水平軸索投射パターンが形成されていることが明らかになった。一方で、内在性水平軸索の終末ボタンの数は、生後の発達に合わせて徐々に増えていくことが分かった。以上のことから、水平軸索投射パターン形成において視覚経験は重要ではないが、終末ボタンの増加には、視覚経験が重要であることが示唆された(Wang, Tanigawa, et al., Cereb Cortex 2016)。2下側頭葉皮質と前頭前野における色の想起の神経基盤を明らかにするため、色の想起を必要とする行動課題を遂行中のニホンザルにおいて皮質脳波法を用いた実験を行った。その結果、前頭前野の一部において、色の想起に関わるシータ波(4ー8Hz)の活動が観察された。一方で、下側頭葉皮質では、そのような活動は観察されなかった。このことから、前頭前野のシータ波の活動が色の想起に重要な働きを持つことが示唆された(Tanigawa et al.;日本神経回路学会全国大会2015)。27年度には、注視課題遂行中のサルの高次視覚野から色と形の処理に関わる脳部位を内因性光計測を使って可視化し、それらの脳部位からの神経投射パターンを解剖学的に調べる予定であった。2頭のサルにおいて行動課題訓練を開始した。しかしながら行動サルから安定して内因性光計測を行うために、CCDカメラの固定装置やモンキーチェアの設計に変更を加える必要が生じたため、27年度中に内因性光計測を開始できなかった。

このことは、色の想起において、下側頭葉皮質から前頭前野への情報の伝播が、シータ波を介して行われることを示唆していた(Sasaki et al.,日本神経科学大会2016)。内因性光計測のための設備が全て整ったので、28年度には内因性光計測を開始する予定である。遅れを取り戻すため、2頭のサルからの内因性光計測を同時並行で行っていく予定である。
仮想ディジタルプラントによる次世代体験型運転教育・訓練システム

化学プラントでの人が原因となる事故を防止するために,次世代の教育訓練システムを開発した.過去の事故・ヒヤリハット情報を活用するためのシステム,プラント内リスクの同定し算定するシステムを構築するとともに,動的に変動するプラント異常挙動に対する運転支援情報を提示するシステムを構築した.また,開発したシステムを検証するために,ダイナミックシミュレータ,VRシステムからなるデジタルプラントを構築した.化学プラントでの人が原因となる事故を防止するために,次世代の教育訓練システムを開発した.過去の事故・ヒヤリハット情報を活用するためのシステム,プラント内リスクの同定し算定するシステムを構築するとともに,動的に変動するプラント異常挙動に対する運転支援情報を提示するシステムを構築した.また,開発したシステムを検証するために,ダイナミックシミュレータ,VRシステムからなるデジタルプラントを構築した.次世代体験型運転教育・訓練システムシステム設計を行った.プラント異常時の運転員対応についての教育・訓練を運転員に施すための教育・訓練システムの基本設計を行った.事故・ヒヤリハット情報の中から教育・訓練に有用な事例を選定した.事例選定に際しては,当該研究メンバーとともに企業運転員・安全管理担当者の意見を聞き,事故事例情報を整理し,各システムの開発にはどのような情報が必要であるか,また相互に利用することができるかを明確に記述した.ここで整理した内容に基づいて,システム全体の基本構造,各課題で構築するツール機能を定義した.運転教育・訓練シナリオの抽出;事故の進展解析支援を目的とし,事故情報から異常事象を抽出し,情報を整理・体系化するためのシステムを設計した.事例事象について,5W1Hに従い事象の進展を記述した.これにより,教育・訓練の目的に応じたシナリオを構成することができる.ダイナミックシミュレータを中核とするプラント運転手順教示システム;運転員の教育・訓練のためには,操作に対応した実プラント挙動・運転情報を可視化する必要がある.本年度は,実プラントを対象として,ダイナミックシミュレータを用いて,プラント内での異常挙動を解析/予測するためのシステムを設計した.システムの統合による仮想デイジタルプラント・訓練システムの構築;バーチャルリアリティ空間を作成するための環境整備が必要である.記述されたシナリオに応じて事故を再現し,教示できなくてはならない.如何にバーチャルプラント内で事故を再現し、教示を行うのか,その教育のためのシナリオの構築バーチャルプラント内で実プラントでの事故と同様の事故をバーチャルプラントでの再現できるシステムの仕様を策定し設計をした.教育用VRシステムのプロトタイプを実装した.一般に公開されているデータベース,企業から入手した事故・ヒヤリハット情報を解析した.企業,安全専門家の意見により,運転訓練の対象とすべき事故事例を選定し,選定した事故事例について,正常な操作,事故に至る操作手順を明確にし,教育・訓練シナリオを策定した.これら情報を,ダイナミックシミュレータ,仮想現実感システムと統合するためのインターフェースを開発した.教育・訓練シナリオはフローチャート形式で記述するが,ユーザがシステム入力するためのインタフェースを実装した.また,訓練シナリオをVR上に反映するためのシステムを構築した.ダイナミックシミュレータを中核とするプラント運転手順教示システム(異常進展解析・異常挙動予測システム.異常対応決定支援システム)を実装した.仮想実プラント-運転手順教示システムの双方のシミュレータを統合し,対応操作に応じた運転をDCS上から可能とした.化学プラントの一部を対象として,異常時の対応を手順をPC上で表示し,運転員の操作を支援するシステムを開発した.さらに,この情報をVR上で表示し,現場での操作を仮想実プラントに反映させるためのシステムを開発した.プラント挙動,運転員操作に応じて,仮想現実感のグラフィックス-アバター(仮想運転員)を制御する必要がある.アバター(仮想運転員)の行動,例えばバルブ操作をディジタルプラントに反映するための制御用ソフトを開発した.これにより,運転員の誤操作,回復操作によるプラント挙動をVR環境で実現することが可能となり,実際のプラントに類似した環境で教育・訓練が可能となった.対象プラントとして,実働の水素化脱硫装置(HDS)とし,ダイナミックシミュレータを構築した.HDS仮想実プラントー運転手順教示システムの双方のシミュレータを統合し,対応操作に応じた運転をDCS上から可能とした.さらに,この情報をVR上で表示し,さらにVR上の現場での操作を仮想実プラントに反映させるためのシステムを開発した.このシステム上で,異常進展シナリオをモデル化し,対応手順教示システム,教育・訓練システムを実装した.HDS仮想ディジタルプラントを構成した.HDSプラントの挙動,運転員操作に応じて,ダイナミックシミュレータ情報に基づき内部状況可視化システムを構築し,仮想ディジタルプランのグラフィックス上でその挙動を表現し,かつ制御することが可能である.内部状況可視化システムとは主に配管,反応器,蒸留塔内の温度・圧力の識別表示,加熱炉内のバーナーの炎の大きさ・色をVR環境内で表現することを指し,被訓練者が対象プラントの進展状況を把握することでプラントへの理解力向上を目的としている.加熱炉内のバーナーに関しては実プラントでも目視による点検が可能であるが,配管の色別表示は被訓練者が目視で判断することは不可能であるため,自分が行った作業がプラント全体に対してどのような影響を及ぼすのか理解することが対象プラントに対する知識の向上につながり,被訓練者の総合力向上につながる.HDSディジタルプラント制御用ソフトを開発した.これらシステムにより運転・訓練システムを開発し,その機能,教育訓練の効果を評価した.システム実装し,実用プラントの事故事例,作業支援に適用した.化学プラント運転員,保全作業員に対して,教育・訓練を施すためのシステムを実装した.運転教育・訓練シナリオの抽出;

事故の進展解析支援を目的とし,事故情報から異常事象を抽出し,情報を整理・体系化するためのシステムを実装した.ダイナミックシミュレータを中核とするプラント運転手順教示システム;運転員の教育・訓練のためには,操作に対応した実プラント挙動・運転情報を可視化する必要がある.本年度は,実プラントを対象として,ダイナミックシミュレータを用いて,プラント内での異常挙動を解析/予測するためのシステムを実装した.さらに,システムの統合による仮想ディジタルプラント,次世代運転教育・訓練システムの構築;教育・訓練のためのバーチャルリアリティ空間を構築した.シナリオに応じて事故を再現し,教示できなくてはならない.実プラントでの事故と同様の事故をバーチャルプラントでの再現するためのシステムを実装した.熱交換器チューブ交換作業教育支援装置の開発;設備保全作業研修における作業実習を支援することを目的とする装置を開発した.熱交換器チューブ交換作業を対象として試作機を開発した.タブレットPC背面のカメラで目前の機材を撮影する.撮影された写真を画像処理することにより,機材の種類を自動判別する.判別結果を基に設備および機材に関する作業手順,操作方法,安全対策等が映像,写真,文章により表示される.また,本装置の操作性能を向上するためにweb画面の設計で用いられるNE比の考え方を応用して表示画面を作成した.24年度の実施計画において,主な目的は教育用VRシステムの開発・実装を行うことをであった.事故・ヒヤリハット情報処理システム構築と運転教育・訓練シナリオの抽出のためのシステムプロトタイプを構築するととともに,仮想現実感システムと統合するためのインターフェースを開発した.また,これらをダイナミックシミュレータと統合し,教育用VRシステムの基本的な構成については実装した.これらのことより,おおむね順調に進展していると判断する.25年度が最終年度であるため、記入しない。24年度の実施計画において,主な目的は教育用VRシステム,作業支援装置の開発・実装を行うことをであった.事故・ヒヤリハット情報処理システム構築と運転教育・訓練シナリオの抽出のためのシステムを構築するととともに,仮想現実感システムと統合するためのインターフェースを開発した.また,これらをダイナミックシミュレータと統合し,教育用VRシステムを実装した.また,熱交換器チューブ交換作業支援装置を開発した.これらのことより,おおむね順調に進展していると判断する.教育用VRシステムの基本的な構成は決定し,プロトタイプを開発・実装したが,今後はこのシステムを実際に活用できるよう開発研究を継続する.プラント事故・事象を教育用VRに再現するためには,企業専門家の知見が必要であり,これらを反映したVRシステムとする.
農産物貿易政策と農業政策の最適なポリシーミックスに関する数量経済学的研究

本研究では、第1に、農産物貿易政策と農業政策のポリシーミックスの貿易効果を数量的に分析しうる空間均衡モデルを開発した。第2に、ポリシーミックスの厚生効果を数量的に分析しうる厚生尺度を開発した。第3に、TPPの交渉過程と交渉結果を分析し、低関税枠の新設が今後の我が国の主たる貿易自由化の手段になる可能性が高いことを明らかにした。第4に、脱脂粉乳を事例に我が国の最適なポリシーミックスを分析し、低関税枠の関税率と農業所得補償額の関係を明らかにした。本研究の目的は、さまざまな国際交渉が我が国農業に与える影響を緩和し、我が国農業を持続的に成長させるために、限られた予算のもとで、いかなる農産物貿易政策と農業政策をどのような水準で組み合わせて講じるべきか、という最適なポリシーミックスについて、数量経済学的に解明し、具体的提言を行うことである。今年度の主な研究成果は、次のとおりである。1.農産物貿易政策と農業政策のポリシーミックスの効果を具体的かつ数量的に分析しうる、農産物貿易の数量経済モデルを開発した。具体的には、従価関税、従量関税、関税割当、輸出補助金、生産補助金等の農産物貿易政策及び農業政策を個別具体的かつ一元的に扱いうる不完全競争下の農産物貿易の数量経済モデルを、相補性問題として数学的に定式化した。2.以上の農産物貿易の数量経済モデルを利用して数量経済分析を行うために必要な、コンピュータ・プログラムを開発した。3.文献調査及び実態調査等を行い、上記の農産物貿易の数量経済モデルを利用して数量経済分析を行うために必要な各国のポリシーミックスの動向、農産物需給の動向及び農産物市場構造の決定要因に関するデータを収集した。各国の農産物需給の動向及び農産物市場構造の決定要因については、分析に必要なデータの収集はほぼ終えることができたものの、各国の供給の価格弾力性等を具体的に計測するまでには至らなかった。一方、各国のポリシーミックスの動向分析については、当初の予定どおり、順調に遂行することができた。また、農産物貿易の数量経済モデルの開発についても、当初の予定どおり、順調に遂行することができた。そればかりか、このモデル開発については、当初の予定より早く、数量経済分析を行うために必要なコンピュータ・プログラムまで開発することができた。以上より、本研究は、おおむね順調に進展していると評価できる。1.昨年度開発した、農産物貿易政策と農業政策のポリシーミックスの効果を具体的かつ数量的に分析しうる農産物貿易の数量経済モデルを基に、実際の国際貿易のデータから各国市場の不完全競争度を具体的に計測する方法を開発した。2.昨年度開発した上記の農産物貿易の数量経済モデルを基に、各国および世界全体の経済厚生(消費者余剰、生産者余剰、関税収入、輸出補助金支出および総余剰)を具体的に計測しうる方法を開発した。また、開発の過程で、従来応用されてきた純社会的ペイオフの概念に欠陥があることを明らかにした。3.以上で開発した不完全競争度および経済厚生の計測方法を脱脂粉乳の国際貿易に適用し、各国市場の不完全競争度ならびに各国および世界全体の経済厚生を具体的に計測した。特に後者については、国際農業交渉の俎上に載っている我が国の関税割当制度が各国および世界全体の経済厚生に与える影響を具体的かつ数量的に明らかにした。各国ないし世界全体の経済厚生(消費者余剰、生産者余剰、関税収入、輸出補助金支出および総余剰)を数学的に最大化し、最適なポリシーミックスを求める方法については、開発の方向性(数学的な枠組み)は明らかにしたものの、具体的に定式化するまでには至らなかった。しかし、以上の大前提となる各国および世界全体の経済厚生の計測方法については、当初の予定どおり、順調に開発することができた。そればかりか、以上の計測方法の適用については、当初の予定より早く遂行することができ、実際の農産物貿易政策に関する厚生経済分析まで具体的に行うことができた。以上より、本研究は、おおむね順調に進展していると評価することができる。本研究の目的は、さまざまな国際交渉がわが国農業に与える影響を緩和し、わが国農業を持続的に成長させるために、限られた予算のもとで、いかなる農産物貿易政策と農業政策をどのような水準で組み合わせて講じるべきか、という最適なポリシーミックスについて、数量経済学的に解明し、具体的提言を行うことである。最適なポリシーミックスの解明に当たっては、さまざまな貿易政策と農業政策を個別具体的かつ一元的に扱い、ポリシーミックスの効果を具体的かつ数量的に分析しうる貿易モデルを開発する。また、生産者と消費者の経済厚生を具体的に計測する方法、およびそれらの経済厚生を最大化し、最適なポリシーミックスを求める方法を開発する。第1に、環太平洋経済連携協定(TPP)の交渉過程と交渉結果を分析した。その結果、特にセンシティヴ品目に関しては、貿易交渉相手国向けの低関税枠の新設が今後のわが国の主たる貿易自由化の手段になる可能性が高いこと、およびこの低関税枠の新設は、実質的には関税割当数量の拡大と見なしうることを明らかにした。

その上で、第2に、昨年度までに開発した農産物貿易政策の厚生経済分析の方法を利用して、脱脂粉乳を事例に、関税割当数量の拡大がわが国と諸外国の農産物需給および市場価格、ならびに農業生産者と消費者の経済厚生に与える影響を数量的に分析し、考察を行った。その結果、わが国において関税割当数量の拡大と合わせて農業所得補償政策を講じることの必要性、ならびに関税割当数量の拡大幅と農業所得補償額の増大幅の数量的関係性を明らかにした。本研究では、第1に、農産物貿易政策と農業政策のポリシーミックスの貿易効果を数量的に分析しうる空間均衡モデルを開発した。第2に、ポリシーミックスの厚生効果を数量的に分析しうる厚生尺度を開発した。第3に、TPPの交渉過程と交渉結果を分析し、低関税枠の新設が今後の我が国の主たる貿易自由化の手段になる可能性が高いことを明らかにした。第4に、脱脂粉乳を事例に我が国の最適なポリシーミックスを分析し、低関税枠の関税率と農業所得補償額の関係を明らかにした。まず、今年度完了することができなかった、各国の農産物需給の動向及び農産物市場構造の決定要因に関する数量経済分析を次年度初めにも完了する予定である。次に、交付申請書において次年度予定している研究計画を、着実に遂行する予定である。まず、今年度完了することができなかった、各国ないし世界全体の経済厚生を数学的に最大化し、最適なポリシーミックスを求める方法について、次年度初めにも開発を完了する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。農業経済学29年度が最終年度であるため、記入しない。
透過電子顕微鏡その場インデンテーションによる粒界強化機構の解析

Fe-Si双結晶に対して透過電子顕微鏡その場圧縮変形を行った結果、粒内をすべり運動する転位が、粒界で堆積することなく隣接粒に伝播する様子が観察された。粒界において何らかの転位反応が起こっていることが示唆された。また、刃状転位とらせん転位がそれぞれ支配的に運度する挙動を明確に区別することに成功し、易動度に対応してらせん転位支配の場合に変形応力が高くなることを定量的に明確にした。降伏点が明確に発現し、その後、流動応力が低下する挙動に対しては、降伏後は転位密度が顕著に上昇した。これらの定量的な関係は、Johnston Gilmanモデルで定式化される挙動に良く合うことを明らかにした。前年度に引き続き、Fe-3mass%Si双結晶([110]回転軸&#61523;51対称傾角粒界,方位差角約23°)を用いた局所力学解析を行った。前年度実績において明らかにした粒界と転位の特異な相互作用をさらに理解するため、マトリクス内における転位運動と力学応答との関係について調べた。bcc結晶中の転位の易動度については、刃状転位に対してらせん転位が相対的に低いことが指摘されているが、外力との関係については不明な点が多い。Fe-3mass%Si単結晶に対して、TEM in-situ変形観察を行ったところ、刃状転位が支配的に運動する変形挙動と、らせん転位が支配的に運度する挙動を明確に区別することができた。刃状転位が支配的なケースでは、試料幅約200nmを貫通する刃状転位が極めて高速度で運度する様子が観察された。一方、らせん転位が支配的なケースでは、運動速度が低い転位線が狭い間隔で分布し、粘性的に運動する様子が観察された。これら2つのケースに対応する変形応力を比較すると、刃状転位のケースがらせん転位のケースよりも低いことが定量的に示された。これらの結果は、これまで教科書的に理解されてきたbcc結晶における転位易動度と流動応力の関係を定量的に示した重要な証拠である。粒界における転位反応では、すべり面を移行する交差すべりが素過程の一つとして考えられる。交差すべりはらせん転位のみが可能であるため、刃状転位とらせん転位の易動度の差がらせん成分の長さに深く関係すると考えられ、これが交差すべりの頻度に影響すると推論されることから、転位の性格を考慮した粒界近傍の挙動を考慮することが重要であると考察した。前年度までに行ったFe-Siにおける転位挙動の解析をさらに発展させて、転位運動およびその組織の発達と力学応答の関係解明を行った。粒界における転位反応として重要な交差すべり挙動を明確化するため、らせん転位の挙動に注目する必要がある。さらに、BCCでは易動度の違いかららせん転位の挙動が支配的になるので、この点においてもらせん転位の解析は重要である。BCC結晶中では、らせん転位の移動度が刃状転位よりも低いこととそれに起因して変形応力が高くなることを前年度の成果で示した。しかし、前年度の条件では、変形の進行に伴う転位密度変化が小さい条件での結果であり、実際のバルク材料では転位組織の発達による密度増加が発生する。外力によるひずみ速度一定条件の変形では、ひずみ速度に釣り合う条件因子として転位の移動速度の他に密度が重要である。試料条件を単純化するために、初期転位密度が低いIF鋼を用いたTEMその場変形観察を行った。TEM観察と同時に得られた応力ーひずみ曲線上には降伏点が明確に発現し、その後、流動応力は低下する傾向を示した。転位組織は、らせん転位が支配的で、降伏まではわずかに転位密度が上昇し、降伏後は密度の上昇速度が高くなった。力学応答と転位組織の発達の関係を整理すると、降伏前は転位密度が低いために塑性変形でひずみを担うことができず、弾性変形が支配的になって応力も上昇するが、降伏後は転位密度の上昇に伴って移動速度が低くても変形が進行する条件に移行し、流動応力の低下につながったと考えられる。転位密度と流動応力の定量的な関係は、Johnston Gilmanモデルで定式化される挙動に良く合うことがわかった。これらの挙動は、粒界における粒界ー転位相互作用において、変形伝播のみならず、粒界転位源による転位密度変化を理解することも重要であることを示唆している。Fe-3mass%Si双結晶([110]共通回転軸Σ51対象傾角粒界,方位差角約23°)を対象とした局所力学解析において,粒界上の変形抵抗(4.9 GPa)と粒内の変形抵抗(5.0 GPa)が同程度である結果を得た。