hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
収縮中の骨格筋細いフィラメントとATP加水分解中のミオシン頭部のX線解析

[1]カエル骨格筋収縮中の細いフィラメントの構造変化の解析シンクロトロン放射光を用いた等尺収縮時の骨格筋のX線回析実験によってアクチンフィラメントのスペーシングの変化の精密解析と中角領域(約13A)までのアクチン層線反射強度の変化を精密測定し収縮中の細いフィラメントの構造解析を行った。前者の解析から収縮中0.2-0.3%のアクチンフィラメントの伸びを発見し、この伸びが弾性的に起こっていることを証明した。この結果は従来の筋収縮モデルに重大な再考を迫るものであった。一方、後者においては得られた高分解能の回析データから収縮中の細いフィラメントの構造変化のモデル計算を行った。構成蛋白の結晶データを使って細いフィラメントの構造変化を解析した。収縮中アクチンモノマーのサブドメイン2がフィラメントの内側へ、サブドメイン1と4が中心から数A離れる方向に移動していた。また制御蛋白トロポミオシンは方位角方向に約5Aサブドメイン3と4から離れる方向へ移動し、カルシウム制御の立体障害説で考えられていた動きより小さくアクチンの構造変化に伴った変化と考えられる。[2]ATP加水分解中のミオシン頭部の構造変化とアクトミオシン単体複合体の構造X線溶液散乱法でミオシン頭部がATPを加水分解しているときのグローバルな分子構造の変化を測定した。慣性半径において約3A、分子最大長で約10Aの減少があった。散乱曲線の変化をミオシン頭部の結晶データを使って活性時の構造変化を解析した。その結果、分子の中央を境にして尾部が約45A上下に、水平面内で約20A動く変化であった。さらにヌクレオチドアナログを使った実験から、このような変化はATP加水分解中のミオシンADP.Pi状態で起こり、Piを放出したミオシンADP状態で少し戻り、さらにADPを放出したときもとに戻ることが明らかとなった。このことはミオシンの化学反応サイクルと構造変化のカップリングを強く示唆している。エネルギー変換の最小単位であるアクチンモノマーとミオシン頭部の1:1複合体の調製に成功し、その溶液構造をX線散乱法で調べた。その結果アクチンモノマーはミオシン頭部の触媒ドメインの先端に結合し、両者の重心間距離は約75Aであった。両分子の結晶データを使って複合体の溶液構造が決定された。今後ATP存在下での構造変化の研究と複合体の結晶化への道を拓いた。1)カエル骨格筋収縮中の細いフィラメントの構造変化細いアクチンフィラメント由来の反射のスペーシングが精密に測定された。その結果、収縮中0.2-0.3%位長くなっていることが判った。これは収縮中にアクチンフィラメントが2-3nm伸びていることに対応する(Wakabayashi et al.,Biophys.J.,67,2422(1994))。同様に、太いフィラメント反射の変化も測定したところ同程度伸びていることが明らかとなった。特に、アクチンフィラメントの伸びはらせんのねじれと関係していた。従来の筋収縮モデルでは両フィラメントは伸びないとの前提があった。

我々の結果はこれを否定するもので、筋収縮のクロスブリッジモデルに重大な再考を迫るものである(M.Irving,Nature(News&Views),374,14(1995))。収縮中のカエル骨格筋から60-12Å領域の中角領域のX線回折像をシンクロトロン放射光で記録した。現在アクチン由来の中角領域の層線反射の強度データを測定している。アトミックデータを利用した解析が本申請で購入したグラフィックワークステーションで本格的に行える段階となった。2)ATP加水分解中のミオシン頭部の構造変化ミオシン頭部の結晶解析の結果、今のところα-炭素の座標だけが使えるようになっている。これを使ってATP加水分解中の構造変化を解析している。現在のところ分子内部の構造変化までは明らかに出来ていないが、分子全体のコンフォーメーションの変化はかなり正確に示されてきている(Sugimoto et al.,Biophys.J.68,(1995)in press)。またATP加水分解中間状態のアナログであるADP.AIFやADP.BeFを作用させた時の変化も測定されている。[1]カエル骨格筋収縮中の細いフィラメントの構造変化前年度までにシンクロトロン放射光を用いた等尺収縮時の骨格筋のX線回折実験によるアクチンフィラメントのスペーシングの精密測定と中角領域まで(13A)のアクチン層線反射強度の精密測定が完了した。前者の解析から0.2-0.3%のアクチンフィラメントの伸びを発見し、従来の筋収縮モデルに再考を迫った。今年度は後者の回折データを使って具体的なモデル計算を行った。その結果、収縮中の電子密度の変化は細いフィラメント内部にあり、ミオシン頭部の結合を直接示唆するような変化はなかった。このことから、収縮中のミオシン頭部の相互作用を受けることによって細いフィラメントの内部構造が変化していることが明らかとなった。さらに結晶データを使って、この構造変化をフィラメントのアクチンモノマーのドメイン構造を変えることで解析した。その結果、弛緩状態に比べて収縮中ではアクチンモノマーのサブドメイン2がフィラメント内側へ、サブドメイン1と4が中心から数A離れる方向に移動した。トロポミオシンは方位角方向へ約5A、サブドメイン3と4から離れる方向へ移動し、カルシウム制御の立体障害説と言うよりむしろアクチンの構造変化に伴った変化と考えられる。[2]ATP加水分解中のミオシン頭部の構造変化ミオシン頭部がATPを加水分解しているときグローバルな分子構造の変化が起こるかどうかをX線溶液散乱法で調べてきた。慣性半径において約3Aの減少を観測してきたが、さらに散乱カーブを結晶データを使ったモデル計算フィティングにより活性時の構造変化を精密解析した。その結果、分子の中央付近で曲がるような変形で、分子の長袖を含む面からはずれる方向に12°、その平面内で10°傾くような変化であり分子の尾部を約20A動く変化に相当した。またADP.AlF_4やADP.BeF_2アナログを作用させたときの構造はATP加水分解中に相当していた。またADPを作用させたときはATPに比べると変化は小さく約1/2であった。
放射線誘発性口内炎に対する唾液の防護効果:口腔粘膜上皮細胞DNA=重鎖切断の検討

放射線誘発性口内炎は口腔粘膜上皮細胞の致死障害に由来し、分子レベルではDNAの二重鎖切断が関与している。ヒト歯肉を用いた上皮細胞浮遊液を作製し、これを正常ヒト唾液を添加した群と非添加群に分け、両群に放射線を照射し、直後のDNA二重鎖切断を定量比較することで唾液の放射線誘発性口内炎に対する防護効果を検討した。(方法)1.健康成人の埋伏智歯抜去後の歯牙に付着した歯肉より得られた粘膜上皮を用いて分散細胞浮遊液を作製した。2.健康ボランティアより自家製唾液吸引カップを用いて顎下腺唾液を採取した。3.上記分散細胞浮遊液の細胞数をコールターカウンター(今回購入)を用いて計測した。10×10^4個/mlの細胞を4群に分けた。4.それぞれを未処置群、唾液添加群、放射線照射群、唾液添加後放射線照射群、として後者の二群のみに15Gyの放射線照射を行った。5.照射後の各群をロ-メルトアガロースと混合してゲルブロックを作製した。6.同ブロックをプロテナーゼKで50°C24時間インキュベートし、ブロック中はDNAのみとした。7.インキュベート後のゲルブロックを用いたパルスフィールドゲル電気泳動を24時間行った。8.泳動終了後のゲルプレートをエチジュウムブロマイド染色し、紫外線による励起光をデンシトメーターで測定し、原点のintact DNAと移動した二重鎖切断DNAの比率をもとめ、唾液添加群と非添加群の両群間で比較した。(結果)現段階では両群間の明らかな差は認められず、さらに未処置群のDNAのうちの約60%に二重鎖切断が見られたが、唾液のみを添加した群は約50%であった。これは放射線照射前の細胞処理操作ですでに、DNA degradationが起きていることを示しているが、唾液はこのDNA障害でさえも防護することを示唆しており、今後、さらに前処理操作の習熟と放射線の線量依存性の変化等を検討してゆく予定である。
日本とフィンランドにおける発達障がい児の生活リズム作りのための健康増進要因の解析

本研究では、フィンランドと日本における小児の睡眠、疲労を中心とした行動ライフスタイルの実態を把握し、比較検討行っている。平成30年度も引き続き、日本およびフィンランドにおいて、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任に対し、学校の様子、健康支援に対する取り組み、睡眠実態などを中心にインタビュー及び質問紙調査を行った。日本では、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭へのインタビューと質問紙調査の個別配布及び中学校での全体調査を行うことができた。フィンランドでは、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任へのインタビュー実施と昨年度の調査実施協力校に対し結果報告を行った。さらに、今までは、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭を中心とした聴取であったが、今年度は、支援学校での授業参与観察と教員や校内支援スタッフである作業療法士に対し、学校における療育支援の様子や子ども達の様子についてインタビューを実施できた。加えて発達障害関連の協会における思春期・学校担当職員、睡眠研究に精通した言語聴覚士、睡眠研究を実施している医師などへのインタビューも実現し、幅広い分野での生活リズム実態情報を把握した。現在まで、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭を中心とした聴取であったが、今年度は、支援学校での授業参与観察と教員や校内支援スタッフである作業療法士に対し、学校における療育支援の様子や子ども達の様子についてインタビューを実施できた。加えて発達障害関連の協会における思春期・学校担当職員、睡眠研究に精通した言語聴覚士、睡眠研究を実施している医師など専門家へのインタビューも実現し、幅広い分野での生活リズム実態情報を把握することができた。日本においては個人、学校への調査に関する入力作業、及び解析をすすめ、実施前に伝えていた希望者への結果フィードバックを行う。また、インタビューについて専門家への対象拡大も試みる。フィンランドでは、子ども、保護者および専門家へのインタビューを引き続き実施する。結果集約を行い、学会発表、論文作成を行う予定である。フィンランドでは、学習成績においてOECDによる学力テスト(PISA)が2000年に開始されて以来、好成績維持が報告されている。また、効果的な教育実践研究報告や多様な価値観を受け入れる教育観がある。いじめに対する防止プログラムも普及し、支援教育に対する評価も高い。しかし、睡眠実態については、研究報告がみられるものの生活リズムや疲労、ヘルスプロモーションにおける本格的な学術研究は報告されていない。フィンランドにおいて就学前の子育て支援対応は充実しているが、学童期以降の生活リズムの予防教育については個々の教育現場で個々の教師によって実施されており、予防モデルとして構築されていない現状がある。日本においては、発達障がいに対する支援教育は進展しつつあるが、生活リズムに着目した検証報告はまだ少ない。本研究では、日本とフィンランドにおける発達障がい児の生活リズム作りに必要な要因について解析を行い、双方の国における生活リズム作りのポイントを明確化し、健康増進のための予防モデルを構築することが目的である。平成28年度は、日本とフィンランドにおける発達障がい児の生活リズムおよび健康教育、行政等に関する情報収集を行った。フィンランドでは、教育現場における参与観察を行い、教員、保護者へのインタビュー調査、懇談を通して学校教育における生活リズム形成に要する課題を検討した。一方、日本では、近年教育現場で睡眠を中心とした生活リズムに対する関心が高まっている。文献資料による情報収集、さらに教員、保護者へのインタビュー調査を行い、データ収集を進めた。インタビュー調査から、日本とフィンランドの発達障がい児の生活リズムの予防実践に必要な健康増進要因には、生活リズムに関する睡眠・疲労を中心とした生活習慣と環境実態の相違があることが確認され、問題抽出が重要であることが明らかになった。平成28年度は、インタビュー調査および文献資料等による情報収集を進めており、睡眠、疲労を調査するインタビュー調査から、日本とフィンランドの発達障がい児の生活リズムの予防実践に必要な健康増進要因には、生活リズムに関する睡眠・疲労を中心とした生活習慣と環境実態の問題抽出が重要であることが確認できた。フィンランドにおける質問紙調査は、調査対象の教育機関が属する自治体に対し依頼申請を行う必要があり、申請後、昨年度末になり許可が出た。そのため、質問紙調査については、平成29年度に予定している。質問紙調査が予定より遅れているため、研究達成度は「やや遅れている」と評価した。本研究では,フィンランドにおける小児の睡眠・疲労の実態を把握し,日本との比較を行い,環境による睡眠・疲労の相違を明らかにすることを目的としている。フィンランドでは、効果的な教育実践研究報告や多様な価値観を受けいる教育観がある。また、特別支援教育も柔軟な対応が行われている。しかし、睡眠実態においては、平成29年度の教員インタビューから、大学機関による調査が昨今開始されている現状がある。学童期から思春期児童の保護者および学童期思春期の子供に対し,健康意識のインタビューや質問紙実施により状況把握を行う。季節による日照時間の変動による影響や対処と小児の睡眠・疲労と発達の関連性について実態を把握することを試みる。平成29年度は、平成28年度に引き続き、日本とフィンランドにおける発達障がい児の生活リズムおよび健康教育について、フィンランドでは、保護者、教員、日本では、保護者を中心に、インタビューを行った。教育現場は、今年度より、学習指導要領が新たに作成されており、その指導要領に対する取組み、健康支援に対する取り組みについて、3つの異なる自治体の教育現場において、養護教諭、特別支援教員に対して、インタビューによる情報収集、授業の参与観察を行った。そこで、支援教育への支援体制が異なることが明らかとなった。個人に対して、研究意図を説明の上、同意を得たのち、質問紙回答および睡眠表記録を依頼し、実施している。

さらに、フィンランドでは、小学校での調査実施の自治体による許可が出たため、2校の小学校で質問紙を実施し、200程度の回答を得て、調査結果についての入力を行った。平成28年度に予定していた学校における質問紙調査が平成29年度でフィンランドでは実施することができた。しかし、日本においては、熊本地震の影響で、県内の学校依頼は、現在まで依頼は続けいているが、許可が出ていない。今後、県内も実施については依頼を続け、県外も検討する。個人に対して、質問紙回答、睡眠表記入依頼は、日本、フィンランドで実施できつつあるが、まだ数を重ねる必要がある。本研究では、フィンランドと日本における小児の睡眠、疲労を中心とした行動ライフスタイルの実態を把握し、比較検討行っている。平成30年度も引き続き、日本およびフィンランドにおいて、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任に対し、学校の様子、健康支援に対する取り組み、睡眠実態などを中心にインタビュー及び質問紙調査を行った。日本では、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭へのインタビューと質問紙調査の個別配布及び中学校での全体調査を行うことができた。フィンランドでは、子ども、保護者、学校内設置特別支援学級担任へのインタビュー実施と昨年度の調査実施協力校に対し結果報告を行った。さらに、今までは、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭を中心とした聴取であったが、今年度は、支援学校での授業参与観察と教員や校内支援スタッフである作業療法士に対し、学校における療育支援の様子や子ども達の様子についてインタビューを実施できた。加えて発達障害関連の協会における思春期・学校担当職員、睡眠研究に精通した言語聴覚士、睡眠研究を実施している医師などへのインタビューも実現し、幅広い分野での生活リズム実態情報を把握した。現在まで、学校内設置特別支援学級担任、養護教諭を中心とした聴取であったが、今年度は、支援学校での授業参与観察と教員や校内支援スタッフである作業療法士に対し、学校における療育支援の様子や子ども達の様子についてインタビューを実施できた。加えて発達障害関連の協会における思春期・学校担当職員、睡眠研究に精通した言語聴覚士、睡眠研究を実施している医師など専門家へのインタビューも実現し、幅広い分野での生活リズム実態情報を把握することができた。引き続き、日本とフィンランドにおいて、インタビュー調査および文献資料等による情報収集を行う。今年度、双方の地域での質問紙調査実施に向け、準備を進める。併せて、インタビュー調査対象者リクルートを募り、ルート拡大を図る。日本での学校単位での実施依頼を試み、また引き続き個人に対して、質問紙回答、睡眠表記入依頼は、日本、フィンランドで実施依頼を続け、対象者拡大を図る。
うつ病患者の家族に対する看護支援プログラムの有効性の検証

本研究の目的は、うつ病患者の家族に対して、体験を聴くことに重きをおいた個別面接形式の看護支援プログラムを実施し、家族への介入効果を検証することである。平成30年度は、A県内の大学病院、私立病院の精神科外来およびクリニックにて、研究対象者のサンプリングならびに介入の実施を行った。本研究では介入(個別面接)の忠実性がとりわけ重大となる。介入方法(個別面接の方法)のプロトコルは、平成28ー29年度(研究活動スタート支援)に作成を完了していた。平成30年度にて、研究者以外の看護師が介入を実施したが、その際に、面接前に研究の趣旨やプロトコルの説明を十分に行い、また、面接内容の録音データの確認を行うことで、忠実性が順守されていることを確認した。さらに、介入を行った看護師との定期的な会議により、介入における課題についても検討を行っている。一方、介入を行う看護師が、予定していた人数よりも少ないために、研究対象者も予定よりも少ない人数にしか行うことができていない現状である。平成30年度末時点で、研究対象者予定数の約半数であるため、次年度も引き続き、研究対象者のサンプリングと介入の実施がメインとなる。また、研究対象者の面接内容について、研究対象者から同意を得ることができた場合には、逐語録にしている。この逐語録をデータとして、質的分析を進めている段階である。当初は、研究協力施設に勤務している看護師に、本研究の介入の協力を得ることで、研究対象者数を増やしていく計画であった。しかし、大学病院や私立病院では、看護師の外来業務で、非常に多忙な状況があり、本研究の協力を得ることは不可能であった。その結果、本研究に協力可能な看護師を公募しているも、この募集に労を費やしていることが、研究の進捗の遅れに最も影響していると考える。令和元年度も、引き続き、研究対象者をサンプリングし、介入の継続とデータ収集を行う。また、面接内容のデータが蓄積されてきているため、質的分析も進める。データ保存、解析のためのパソコンの購入費用を予算として計上していたが、今年度は購入不要であったため支出が抑えられた。また、研究対象者への謝品、質的分析におけるスーパーヴァイズにかかる講師への謝礼などの、人件費・謝金の支出についても、当初の予定を下回ったため、差額が生じた。当初計画していた研究協力者数が、今年度下回ったため、次年度に介入する対象者を増やす必要がある。それゆえ、生じた差額は人件費および謝金に充てたいと考えている。
低VE血症を招くVE乳腺移行亢進機序の基礎的解明－周産期病リスク低減を目指して－

乳牛は分娩前後に様々な疾病に罹りやすく、その治療費や損失は酪農経営を悪化させます。この原因として、免疫や代謝機能に重要な栄養素ビタミンEが、分娩前後に欠乏することが考えられます。本研究では、ウシのビタミンE欠乏がなぜ起きるのかについて検討しました。その結果、ビタミンE欠乏に関与する可能性がある遺伝子がウシの乳腺において見出されました。今後、この遺伝子をターゲットにして、ビタミンE欠乏そして疾病から乳牛を守る研究への発展が期待できます。【目的】乳腺は妊娠末期から血中ビタミンE(VE)を初乳へ多量移行させる。母体はVEを多量に失う結果、周産期疾病の発症リスクが高まる。申請者はウシ乳腺において、VE特異的輸送タンパクαTTPの発現を新規に見出した。このαTTPの乳腺における発現特性とVE移行能の関連性を精査することにより、リスクファクターとなるVE乳腺移行メカニズムの亢進機序を解明することを目的とした。【成果】1,Transwell Insertと経上皮電気抵抗(TEER)測定装置を用いたウシ乳腺上皮細胞(BMEC)培養条件下で、VEを想定した蛍光物質Fluoresceinを用いた細胞間隙透過実験により物理的に有効なバリア機能を示すTEER値を明らかにし、intactな単層バリア機能と極性を併せ持つin vitroウシ乳腺モデルの構築に成功した。2,内分泌ホルモン添加実験において、平板培養と構築した培養乳腺モデルを比較すると、ホルモン刺激に対するαTTP発現の反応性が明らかに異なっており、極性の重要性が示唆された他、αTTP発現は妊娠末期に増加するEstradiolの直接的な影響を強く受けることが明らかとなった。3,予算計上通りに自動生検装置を整備し、かつ当研究所の専門スタッフによるバイオプシーチームを結成することで、乳牛からの低侵襲的、連続的かつ高精度な乳腺組織サンプリング法および周産期試験法の確立に成功した。【意義と重要性】新たに構築したin vitroウシ乳腺モデルにより、in vivoに近い状態において乳腺に発現するαTTPが内分泌制御を受けるという新知見を得られた。また今回確立した乳腺バイオプシーを用いた周産期試験法は国内での実施例がほとんどなく、この実験から得られるデータは周産期疾病発症の機序のみならず、哺乳類における初乳合成機序を解き明かす上で極めて有意義なものになると期待できる。母体はVEを多量に失う結果、周産期疾病の発症リスクが高まると考えられる。申請者はウシ乳腺において、VE特異的輸送タンパクαTTPの発現を新規に見出しており、本年度は、昨年度構築したin vitroウシ乳腺モデルおよび確立した乳腺バイオプシー法を駆使して、このαTTPの乳腺における発現特性について精査することを目的とした。【26年度成果】1ウシ乳腺上皮細胞におけるαTTPの発現が催乳性ホルモン刺激分化誘導により経日的に増加したことから、αTTP発現が内分泌的制御を受けて、乳腺機能分化と関連することが示唆された。2低侵襲的かつ連続的な乳腺バイオプシー法により周産期乳牛から得た乳腺組織を用いて、αTTP発現の解析を行った結果、クローズアップ期から分娩・初乳分泌期、そして泌乳最盛期にかけてαTTPの発現が漸減する個体と、分娩・初乳分泌期に発現が一過的に亢進する個体の2群に分類された。分娩・初乳分泌期の血中VE濃度の低下レベルには明瞭な群間差は確認できなかったが、特に分娩・初乳分泌期に発現が一過的に亢進する群では、分娩後不良になる傾向が強かった。in vivoにおいて乳腺におけるαTTPの発現はホルモンおよび栄養素バランスにより、複雑に制御されている可能性があり、疾病リスクとの関連性について、更なる包括的な検討が必要である。【期間全体成果および意義、重要性】新たに構築したin vitroウシ乳腺モデルおよび乳腺バイオプシーを用いた周産期試験法により、乳腺におけるαTTPの発現特性に関する新規知見が得られた。この知見は周産期疾病リスクの分子メカニズムの解明につながり、効果的な周産期疾病予防法の開発に寄与するだけでなく、哺乳類の初乳合成機序を解き明かす上で極めて有意義なものになると期待できる。農学(獣医学・動物生産科学)intactな単層バリア機能と極性を併せ持つin vitroウシ乳腺モデルの構築に成功し、有効な単層バリア機能を示すTEER値を決定した。また前倒しで実施した内分泌ホルモン添加実験により、BMECにおけるαTTP発現の内分泌制御に関するデータも予定より早く得られている。年度を跨いで実施中であるRNAi法を用いたαTTPの機能解析や乳腺バイオプシーを用いた周産期試験も当初の予定通り進行していることから、本研究はおおむね順調に進展していると判断している。今後の推進方策は以下の通りである。

1,BMECのαTTP発現をRNAi法により抑制し、本年度新規構築した培養モデルを駆使してVE移行能を解析し、乳腺移行量の低下が起こるかどうかについて調べる。これにより、VE乳腺移行におけるαTTPの機能的役割を明らかにできる。2,同様に本年度確立した乳腺バイオプシーを用いた周産期試験を継続して実施し、十分な供試頭数を確保した上で、周産期の乳腺組織におけるαTTP発現特性に関するデータを収集する。以上、in vitro実験とin vivo実験を両立させ、周産期疾病のリスクファクターとなるVE乳腺移行メカニズムの亢進機序の解明に向けた基礎的知見を得る。入札制度導入による業者間の価格競争もあり、本年度購入した生検装置をはじめ高額試薬についても予定額より低価格で購入可能となった。また、業者が行う低価格キャンペーンを積極的に活用して試薬等を購入し、コスト削減に努めたことで、研究の効率性を高めることに成功した。予定していた次年度の研究予算は、申請した研究計画を遂行するための試薬・理化学機器の購入に使用し、予定通りの研究を推進する。そして、積極的なコスト削減により生じた繰越金は、本年度得られた結果を基にした更なる実験仮説を検証する発展的な研究に用いる試薬・理化学機器の購入に使用し、当初の研究達成度を上回る結果を出し、より高い業績を得たいと考えている。
小学校理科における情報器機利用がもたらす児童の視点固着による授業改善の研究

○研究目的...本研究は、初めて実験器具をもちいて問題の解決に取り組む4年生に、自己の予想を検証する事が可能な現象を、自らが情報器機を利用して記録し、考察していくという方法を取り入れることで、解決過程において大切な一貫した視点を固着させ、見通しをもって結論に至るという学習が可能になることを明らかにしようとするものである。○研究方法...理科学習の解決過程((1)予想の記述(2)予想とその検証のための実験方法との関係記述(3)予想と実験結果の考察の記述(4)結論と評価記述及び発表の工夫)の中に実験における現象の撮影と撮影記録の編集作業を加え、自己の予想から結論に至るまでの撮影記録の内容と子どもの思考記述・視点固着度の関連性について検証・評価を行った。○研究成果...4年生にとって自分の予想が検証可能となる現象を情報器機を利用して記録し、考察していくという手法を授業に取り入れることにより、自己の予想に始まる実験方法の組み立て、実験現象、結果の整理、考察・結論に至る一連の解決過程において、子どもたちの記述から実験を見通す視点の固着がどこ過程においても見出され、問題解決に至る高い関連性と有効性が認められた。また、器機利用による記録の再現性は、グループ内や全体の討議場面において確証・反証の根拠となり、子どもたちの思考をより深め、さらに新たな課題を見出すことにもつながっていくことが認められた。以上のように、情報器機を活用した理科授業の改善は、子どもに問題解決における一貫した視点固着をもたらし、見通しをもってその解決に至る学習を助けるものであることを示すことができた。
感圧センサによる点字読み取り手法の確立

我々は点字を指でなぞっただけで読み上げてくれる装置を作ることを目指しています。その要素技術の一つとして、本研究では、圧力を検知するセンサを指先にとりつけて点字をなぞったときの信号を処理し、点の配置をコンピュータ上で正確に処理する手法を確立します。
種子散布の適応価に関する定量的研究

種子散布によってもたらされる適合度をいくつかの散布モードを持つ樹種について評価することに成功した。1)風散布種子をもつ樹種風散布樹種数種について、その散布パターンのメカニスティックなモデルを作成し、その適応的意義を論じるとともに、散布距離および種子生産数とセーフサイトの頻度との関係を解析した。セーフサイト頻度の低い種ほど、遠くに多量の種子を散布させてそれを補完する。2)動物散布種子をもつ樹種鳥散布種子をもつハリギリについて、種子の休眠と鳥によるパルプ除去の影響を明らかにした。鳥によって種子外部のパルプを取り除かれた種子は遠くに運ばれて速やかに発芽するが(空間的散布)、パルプを消化されなかった種子は休眠に入り徐々に発芽する(時間的散布)。また、ほ乳類によって散布されるトチノキでは、いわゆる方向性散布の検証を行った結果、齧歯類によって種子の到達範囲は広がるものの、方向性については否定された。3)散布に関する理論的研究種子散布に対する資源配分について進化的に安定な戦略が理論的に導かれた。植物が種子を散布することにより得る適応価を定量的に解析するため、以下のような研究に着手した。1)種子トラップによる散布パターンの把握2)散布後の種子・実生の生残過程の追跡3)動物による種子散布距離の測定と散布先の環境条件の評価これらのデータは現在解析中であり、今後報告としてまめとめられる予定である。これまでの解析から次のような結果が得られる見込みである。1)種子散布によってセーフサイトに到達する可能性が高くなり、散布距離は散布後の生残率と逆相関を持つ。2)同種の樹木の周辺での高い死亡率を避ける効果は、温帯でもかなりの種に見られる。3)動物による指向性散布は、否定的な1事例(トチノキ)が得られた。今年度の成果として公表されたものの多くは、種子散布に至る前の段階での種子生産の年変動や種子サイズと種子・実生の生残に関する結果である。種子生産の年次変動については、風媒、風散布のシデ属4種について、1)種子生産が大きな変動をもち、種内・種間で同調する、2)種子生産の変動を説明する仮説として受粉効率仮説と捕食者飽食仮説が同時に成り立っていることが明らかになった。種子サイズと実生の生残率は正の相関を持ち、大きな種子ほど生存率は高いが、逆に親1個体あたりの種子数とトレードオフの関係にある。このことは、種子散布距離との関係でさらに解析を進めたい。来年度の計画としては、これらの研究を継続するとともに、得られたデータの解析を進め、種子散布によって増加する適応度を定量的に評価する。1)平成9年度の計画の継続(A)種子トラップによる観測昨年設定した種子トラップによる観測を継続した。(B)マーカーを用いた散布実験の設定昨年マークした種子の二次散布を追跡し、方向性を解析した。(C)被食除去実験の設定金網を用いた、被食除去実験の継続と昨年の実験結果の解析を行った。2)発芽率・生存率の測定種子トラップを設置した場所のとなりに発芽率・実生生存率推定用のコドラートを設定し、種子が散布された場所の、セーフサイトとしての有効性を評価した。(B)烏・風散布種子の分布パターンの解析すでに得られ始めている、風散布・鳥散布データの解析をおこなった。(C)マーカーを用いた散布実験の設定昨年マークした種子の二次散布を追跡し、方向性を解析した。(D)被食除去実験の設定金網を用いtOH除去実験の継続と昨年の実験結果の解析を行った。(E)発芽率・生存率の測定発芽率からセーフサイトとしての有効性を評価した。2)研究の総括これまでの結果をとりまとめた。
分子シャペロン機能を有するシャトル型プロテアソーム活性化因子の同定と構造機能解析

真核生物のプロテアソームは、自発的に形成されるのではなく、アッセンブリーシャペロンの介助を受けて段階的に形成される。一方、古細菌のプロテアソームはサブユニットの自発的集合により形成される。最近、ゲノム解析からプロテアソームアッセンブリーシャペロンの古細菌ホモログとしてPbaBが見出された。しかし、古細菌のプロテアソーム形成におけるアッセンブリーシャペロン様タンパク質の役割は明確ではなかった。本研究を通じて、PbaBはプロテアソーム活性因子として働くことを突き止めることができた。さらに、PbaBと20Sプロテアソームからなる超分子複合体の作動メカニズムを解明するための糸口を見出すことができた。PbaBの作動メカニズムを解明するために、本タンパク質が基質タンパク質を捕捉する際の分子間相互作用様式をNMR分光法および中性子小角散乱法を利用して明らかにすることを試みた。Pyrococcus furiosus由来PbaBおよびモデル基質として天然変性タンパク質であるα-synucleinを用いた。重水素標識を利用した逆コントラストマッチング中性子小角散乱法によって、PbaBの4量体と複合体を形成しているα-synucleinの溶液散乱を選択的に観測し、その構造情報を得ることに成功した。その結果、PbaBに捕捉されるに際してα-synucleinの慣性半径は単独の状態と比べ有意に小さくなることが明かになった。また、α-synucleinは分子の一部に僅かながらαへリックス構造を有しているが、PbaBの結合に伴い、この構造が崩れることも見出した。一方、NMR解析により、α-synucleinは主にN末端付近の残基(37-42番目)を介してPbaBに結合していることが明かとなった。興味深いことに、α-synuclein上のPbaB結合部位は、分子中で僅かにαへリックスを形成している領域と一致していた。このように中性子小角散乱とNMR分光法の連携を通じて、PbaBとの結合に伴うα-synucleinの構造変化を捉えることができた。本研究を通じて確立した手法は、PbaBの機能発現メカニズムの解明をもたらすばかりでなく、複合体を形成している天然変性タンパク質の構造情報を取得するためのアプローチ法としても広く有用である。以上の成果は、学術雑誌[J. Appl. Crystallography, 47,430-435 (2014) ]に掲載された。(1)PbaBのシャペロン活性とプロテアソーム分解促進機能の解明: PbaBがATP非依存的に9残基からなるモデルペプチド基質および140残基の天然変性タンパク質α-シヌクレインのプロテアソーム分解を促進することを明らかにした。また、その活性化促進は20Sプロテアソームとの結合モチーフであるC末端部分を介して担われていることを示した。さらに、PbaBはシャペロン活性(変性タンパク質の凝集阻害能)を有し、その機能はやはりC末端部分に担われていることを突き止めた。(2)PbaBのシャトル型プロテアソーム活性化機能の実証:基質タンパク質との結合を契機にPbaBがプロテアソームに高親和性を獲得するのか否かを検討した。PbaBとの結合が確認されたα-シヌクレインをモデル基質タンパク質として、その基質存在下および非存在下におけるPbaBと20Sプロテアソーム(不活性型)とのプルダウンアッセイを行った。その結果、少なくともα-シヌクレインのPbaBへの結合は、PbaBと20Sプロテアソームの相互作用に対して影響を及ぼさないことが明らかとなった。(3)プロテアソーム活性化因子PbaBの作動メカニズムの解明: X線結晶構造および電子顕微鏡解析により、PbaBはホモ4量体構造を形成しており、触手のように伸びたC末端部分を介して成熟型20Sプロテアソームに結合することを見出した。以上の結果に基づき、一部のC末端を介して20Sプロテアソームの両端に結合したPbaBが、残りのサブユニットのC末端部分で変性タンパク質を捕捉し、プロテアソームへ導くことによりその分解を促進するというモデルを提唱した。本研究の遂行を通じて、PbaBはアッセンブリーシャペロンではなく、プロテアソームの活性化因子として機能していることを明らかにした。さらに多角的な構造機能解析を行い、PbaBの作動メカニズムの実体解明に迫ることができた。本研究成果は、2013年3月21日付けのアメリカの科学雑誌PLoS ONEに掲載された[Kumoi et al. (2013) PLoSONE, 8, e60294]。当初の予想を越えて、PbaBはプロテアソームと結合した状態でも基質を分解へ導く仕組みを有することが示唆された。

この新規なメカニズムに関しては今後より詳細な検討を行う予定である。平成25年度に研究実施予定であったX線結晶構造および電子顕微鏡解析は既に完了している。以上、総合的に判断して極めて順調に研究は進展している。【プロテアソーム活性化因子PbaBの作動メカニズムの解明】PbaBの作動メカニズムを解明するために、Pyrococcus furiosus由来のPbaBおよびプロテアソームを用いて、NMR分光法、中性子小角散乱法などの多面的な動的高次構造解析を展開する。PbaBの4次構造のダイナミクスおよび基質タンパク質や20Sプロテアソームとの動的相互作用は、超高磁場NMR分光法、中性子小角散乱法により明らかにする。具体的には、分子科学研究所に設置されている超高磁場920Mz NMRを活用することで、PbaBと変性タンパク質との相互作用の実体を原子レベルで明らかにする。一方、中性子小角散乱計測を通じて、重水素化したPbaBを用いて基質タンパク質およびプロテアソームとの結合・解離に伴うPbaBの高次構造ダイナミクスを明らかにする。in silico分子シミュレーション解析は、本機構の大規模計算機を利用し、実験と理論の相互補完を図る。該当なし
概複素幾何における崩壊現象の研究

リーマン幾何における崩壊現象の研究でも,平坦なリーマン多様体をモデルとする比較定理が基本的な役割を果たした.そのため今年度も,申請書において挙げた研究目的のうちの一つ、ネイエンハイステンソルのノルムが幾らでも小さくなる偏極概ケーラー構造を許容するコンパクト多様体の構造定理を確立すること,に努力を集中した.Voisinによる小平予想に対する反例が現れ,この問題に対して当初立てていた予想がそのままの形では,成り立たないことが分かった.すなわち,上のような多様体が,射影代数多様体と微分同相になるとは,限らない.しかし、Voisinの例と双有理型同値なケーラー多様体で,射影代数多様体の微小変形となっているものがとれる.現在,予想される構造定理の定式化を,鋭意,模索中であるが,双有理型同値の概複素構造版が現れるのであれば,当初のアプローチ(概複素直線束の正則に十分近い切断から写像を構成すること)の拡張が有効であると考えている.このように,最終的な解決には,至らなかったが,コンパクト概複素多様体上の十分正な概複素直線束に値をもつ形式に対するDirac作用素の固有値とその分布に対し次のことを示した.1)固有値は,0に近い値をもつグループ(これらの固有値に属する固有切断が,正則に十分近い切断)と,直線束の曲率から定まるある値以上のグループに,分かれる.2)0に近い値をもつグループに属する固有値を,上からネイエンハイステンソルのノルムで評価した.リーマン幾何における崩壊現象の研究でも,平坦なリーマン多様体をモデルとする比較定理が基本的な役割を果たした.そのため.今年度は,申請書において挙げた研究目的のうちの一つ,ネイエンハイステンソルのノルムが幾らでも小さくなる偏極概ケーラー構造を許容するコンパクト多様体の構造定理を確立すること,に努力を集中し,現在,次の形の定理が成り立つであろうと考えている.:『コンパクト概複素多様体上の概複素エルミート直線束が,充分に正で(概複素直線束の全空間の)ネイエンハイステンソルのノルムが充分小さければ,それは,射影代数多様体上の正則直線束と微分同相になる』証明は,与えられた多様体上で,概複素構造を,積分可能なものへ逐次近似してゆくことによる.そのために,まず,概複素直線束の正則に近い切断を,多数構成する.この切断のうち,直線束の全空間の次元個をJ-正則にするような概複素構造を測度0の集合を除いたところで構成し,それら全てを軟化・平均化することにより,次の概複素構造を定義してゆく.定理の定式化および証明の中で,概ケーラー構造に固執しない方が自然であるという認識に達した.すなわち,固定したシンプレクティック構造と両立する概複素構造のみを考えるのではなく,そこから少しずれたものも考えて行く方が良い.なお,定理のなかで,「充分正』,『充分小さい』としたが,どの様な量に対して「充分』であればよいのか,どの程度が最善なのか,まだ改善と検討の余地がある.現在の形でも,コンパクトケーラー多様体の複素構造の変形への応用が考えられるが,目的である概複素構造の崩壊現象の研究の立場からは,まだ不十分である.定量的な改良や,底空間を固定し偏極を様々に動かした場合の考察は,次年度の課題としたい.リーマン幾何における崩壊現象の研究でも,平坦なリーマン多様体をモデルとする比較定理が基本的な役割を果たした.そのため今年度も,申請書において挙げた研究目的のうちの一つ、ネイエンハイステンソルのノルムが幾らでも小さくなる偏極概ケーラー構造を許容するコンパクト多様体の構造定理を確立すること,に努力を集中した.Voisinによる小平予想に対する反例が現れ,この問題に対して当初立てていた予想がそのままの形では,成り立たないことが分かった.すなわち,上のような多様体が,射影代数多様体と微分同相になるとは,限らない.しかし、Voisinの例と双有理型同値なケーラー多様体で,射影代数多様体の微小変形となっているものがとれる.現在,予想される構造定理の定式化を,鋭意,模索中であるが,双有理型同値の概複素構造版が現れるのであれば,当初のアプローチ(概複素直線束の正則に十分近い切断から写像を構成すること)の拡張が有効であると考えている.このように,最終的な解決には,至らなかったが,コンパクト概複素多様体上の十分正な概複素直線束に値をもつ形式に対するDirac作用素の固有値とその分布に対し次のことを示した.1)固有値は,0に近い値をもつグループ(これらの固有値に属する固有切断が,正則に十分近い切断)と,直線束の曲率から定まるある値以上のグループに,分かれる.2)0に近い値をもつグループに属する固有値を,上からネイエンハイステンソルのノルムで評価した.
メカトロニクスと医用ナビゲーションシステムの統合による超音波自動撮像システム

本研究課題では,メカトロニクス技術とナビゲーション技術を統合することで,超音波診断装置を簡便な3Dモダリティとしての活用や画像ガイド下治療を実現する基盤技術について取り組んだ.メカトロニクス側としては,極めて軽量な空気圧アクチュエータを採用したプローブ走査機構を開発した.ナビゲーション側については,既存の2D超音波からリアルタイムに3Dボリュームを構築・可視化するアルゴリズムを開発した.統合システムにより,自動撮像および,治療デバイスに対する撮像断面の自動追従を実現した.超音波診断装置の技術的課題として,撮像するためには手でプローブを把持・走査しなければならないことが挙げられる.これは,検査技師の負担となっているだけでなく,プローブ位置が定量的でないために,画像取得の再現性や複数に分けて取得した画像の統合ができない原因となっている.そのため,定量的な撮像断面位置の自動制御が実現すれば,CTやMRIの様に定量的な位置情報に基づいた撮像位置の指定や,術具等にプローブを自動追従させることによる自動超音波ナビゲーションへの応用などが期待される.そこで,メカトロニクスと医用ナビゲーションシステムの統合による超音波自動撮像システムの実現を目的とする.平成25年度には,(1)ロボットによる撮像断面の定量的位置決め制御に関する検討,(2)複数回にわけて取得された画像統合による3次元ボリュームの自動撮像技術の検討, (3)超音波ガイド下穿刺のための撮像断面の位置制御について,検討・開発・評価を実施した.昨年度に継続して,二次元超音波プローブを用いた三次元ボリュームの再構築および手術ナビゲーションについて追加検討・評価を実施した.三次元ボリュームの再構築に関しては,超音波画像の取り込みと画像の位置情報を統合することで,ボリュームを構築するものである.また,断層像の厚みを考慮せずに統合すると多数の欠損が含まれ得るが,ガウス関数で表現した重みを用いることで欠損を減らしつつ断層面に近い画素の寄与度が高くなるアルゴリズムを提案した.また,評価手法として,二次元プローブで画像を取得した際の位置情報を用いて,構築したボリュームをリスライスすることで,生の超音波画像とリスライス画像を直接比較する手法を考案した.また,以上の成果を原著論文2篇,国際会議1篇,国内学会2篇の発表を行った.本年度は本研究課題の最終年度として,開発したシステムの評価結果をまとめ,得られた成果の国内外における発表に注力した.昨年度の段階では,超音波2Dプローブを用いたボリューム構築技術は確立したが,その処理速度に問題があり,ロボットによる画像を取得後,数分間かけて構築し,その後,画面上にボリュームレンダリングするというプロセスであった.これは,術中利用を考慮した場合,不十分であった.そこで,市販のワークステーションで大規模な並列処理が可能となるGPGPUに着目し,画像取得ごとにボリューム構築とボリュームレンダリングを実現するアルゴリズム・ソフトウェア実装を実施した.本実装では,超音波の撮像周期である20fps程度でボリューム構築からレンダリングまで可能であり,超音波画像を取りこぼすことなくボリューム構築が可能であった.学術発表として,国内学会3件,国際会議4件を発表した.また,最新の結果については現在論文投稿すべく結果をまとめている段階である.本研究課題では,メカトロニクス技術とナビゲーション技術を統合することで,超音波診断装置を簡便な3Dモダリティとしての活用や画像ガイド下治療を実現する基盤技術について取り組んだ.メカトロニクス側としては,極めて軽量な空気圧アクチュエータを採用したプローブ走査機構を開発した.ナビゲーション側については,既存の2D超音波からリアルタイムに3Dボリュームを構築・可視化するアルゴリズムを開発した.統合システムにより,自動撮像および,治療デバイスに対する撮像断面の自動追従を実現した.ロボットを用いてボリュームを構築しナビゲーションに応用するというコンセプトがおおむね達成できている.また,原著論文の形で認められる成果が挙げられており順調と言えるコンピュータ外科学今年度は本課題の最終年度であるが,術中ナビゲーション時における体動への対応を主たる課題として考えている.一方,定量的にファントムを水中で動かすことは困難であることから,昨年末に水中で駆動可能なXYステージを開発した.これを用いて,臓器ファントムや豚肝臓等の生体資料を用いて体動を模擬した動きに対する追従等について検討する.平成25年度は,(1)ロボットによる撮像断面の定量的位置決め制御に関する検討,(2)複数回にわけて取得された画像統合による3次元ボリュームの自動撮像技術の検討, (3)超音波ガイド下穿刺のための撮像断面の位置制御について,検討・開発・評価を実施し,一部,平成26年度以降の計画を含んでいるため当初の計画よりも進展していると言える.一方,ハードウェアの改良について検討中であり,平成25年度に終了することはできなかったため,引き続き検討していく.研究代表者の異動に伴いシステムを更新・改良等を実施することが困難であった.本年度はハードウェアの再設計を含めた改良を重点的に,下記研究項目について実施する予定である.(1)プローブ走査ロボットのための空気圧アクチュエータの高精度制御に関する検討(継続):継続して,ロボットの応答性・制御性の向上を目的としたハード・ソフトの改良について検討する.(2)並列化によるロボット制御性の向上:現在,A/D,D/A変換ボードを搭載した一台のワークステーションで全てのアクチュエータの制御を行っており応答性やシステムの安定性に課題がある.そこで,(1)と同時に各アクチュエータをマイクロプロセッサで制御する制御コントローラを開発し,機能のモジュール化・並列化を実施する.

(3)ロボット・ナビゲーション統合ソフトウェアの構築:平成25年度に開発した穿刺ナビゲーションやボリューム構築システムのソフトウェアの改良を行う.コアとなるアルゴリズムだけでなくソフトウェア全体の安定性や,ロボット制御部との通信などについて見直す予定である.最終年度であることから,詳細なまとめに入る予定である.一方,異動に伴い保有する装置が前職と異なる環境であることから,残額を有効に用いて本研究課題に即した研究・開発を実施する予定である.軽量かつ高牽引力を有する空気圧アクチュエータの特性を活かしつつ,より応答性の高い機構の検討・設計を慎重に行っており開発・製作にまで至っていないため,機構試作費用を執行できなかった.継続して,ロボット部の設計を行っており,十分な検討の上,平成26年度中に試作する予定である.
震源特性を考慮して作成した強震動を受ける大阪平野の木造建物の地震被害予測

研究成果は以下のようにまとめることができる。1大阪北部の岩盤上で観測された加速度時刻歴波形記録を基に、強震動と地盤震動特性を評価した。2確率増幅率の技法を利用して、SH波に対して地表面上の強震動を作成した。3 SH波を対象として、不整形地盤の地震応答解析にRiccati Methodを導入し、地震動を評価した。4観測地震記録に基づく地震動を規定する非定常パラメータを使用して、ランダム入力地震動モデルの作成することを示した。5木造建物の復元力モデルとその地震被害モードの関係を、典型的な実測地震動を用いて検討した。6履歴型とスリップ型を複合した復元力特性と、柱頭・柱脚に非線形回転バネを有するの軸組木造建物の地震応答特性と示した。7壁率のみで規定される水平剛性と非構造部材の剛性の関係を明らかにし、建物全体としての水平剛性を評価することができた。8 Maxwell型の非線形粘性ダンパーの場合に、構造物系の最適地震応答制御について評価した。今後はこのシステムを木造建物にも応用することが確認できた。9壁の配置によっては、木造建物の捩れ振動が生ずることから、捩れを伴わないような壁の配置および捩れ振動を抑制するような設計に関する基礎資料を得ることができた。10種々の入力地震動レベルに対する木造建物の応答解析結果から、地震時の被害予測に繋げることができることを示した。平成11年度は、本研究課題に関連して以下の研究を実施した。震源特性を考慮した強震動の作成に関して(1)大阪平野の岩盤上で観測された時刻歴波形記録を出来る限り多く収集し、これらの各種スペクトルを求め、震源パラメータについて検討した。(2)岩盤上および堆積地盤上の時刻歴波形記録と、(1)で検討したデータに基づき、伝播経路と対応する周辺の地盤震動特性評価のための予備的検討を実施した。(3)震源近傍の地震動評価として、断層の運動力学的モデルの検討と断層面上でのアイソクロンによる評価法と確率論を導入した評価法に基づく波形の生成過程について検討した。(4)上町断層、生駒断層および有馬高槻構造線等の大阪平野内に存在する活断層に基づき、強震動波形の作成を試みた。強震動による木造建物の地震被害予測に関して(5)作成した強震動波形が建物に対する地震動入力として妥当かどうかの検討を行った。同時に、木造建物特性と関連する地震動を規定するパラメータの検討を行い、確率論的および確定的な地震動による建物の耐震安全性評価法に立脚した地震信頼性解析を実施した。(6)木造建物の被害シミュレーション法確立のために、既往の研究資料と木造建物の復元力と動力学特性に関する資料を収集し、木造骨組みの内、特にその接合部に関する復元力特性モデルの適切な選択と壁材の耐震性について検討を加えた。平成12年度は、本研究課題に関連して以下の研究を実施した。1震源特性を考慮した強震動の作成に関して(1)大阪平野北部の岩盤上で観測された加速度時刻歴波形記録を基に、各種スペクトルから震源パラメータに関する情報を導入して地盤震動特性評価のための予備的検討を実施した。さらに、大阪平野で被害地震を考慮するために、活断層である上町断層、生駒断層を仮定した強震動について再検討した。(2)震源近傍の地震動評価として、断層の運動力学的モデルの検討と断層面上での評価法に基づく波形の生成過程について論じた。一方、建物被害とも関係するディレクティビティ効果についても考察をした。2強震動による木造建物の地震被害予測に関して(1)木造建物の地震被害想定として、既往の研究資料を基に、木造建物の復元力と動力学特性を求め、木造建物の実験結果を解析的にシミュレートする事に成功した。特に、木造骨組みについては、その接合部に関する復元力特性モデルの適切な選択と壁材の耐震性についても検討を加えた。(2)地震被害と密接に関係する木造建物の復元カモデルと被害モードについて、実測地震波形による検討を実施した。

結論的には、履歴型とスリップ型の復元力モデルのコンビネーションがより良い結果となることを確認した。(3)建物の耐震安全性評価法に立脚し、上町断層による地表面の想定地震動による非線形構造物の地震信頼性解析法の再確認と、今後の汎用性について検討した。平成13年度は本研究課題の最終年度であり、以下の研究を実施した。1震源特性を考慮した強震動の作成に関して(1)大阪平野北部の岩盤上で観測された加速度時刻歴波形記録を基に、各種スペクトルから震源パラメータに関する情報を導入した地盤震動特性評価として、SH波の下方垂直入力による確率増幅率を用いて地表面の地震動を求めた。(2)SH波を対象として、不整形地盤の地震応答解析にRiccati Methodを導入し、地震動を評価した。(3)観測地震記録に基づく地震動を規定する非定常パラメータを求め、それをランダム入力地震動モデルの作成のために利用できることを示した。2強震動による木造建物の地震被害予測に関して(1)軸組木造住宅の復元力特性として、振動実験結果を再現できる履歴型とスリップ型を複合させたモデルの提案し、建物の柱頭・柱脚に回転バネを導入したモデルの地震応答特性について示した。(2)壁率のみで規定される水平剛性と非構造部材の剛性の関係を明らかにし、本来の建物全体の水平剛性を評価することができた。(3)各種の粘性ダンパーを有する構造物地震応答計算結果から、最適地震応答制御について評価し、今後木造建物にも応用することが確認できた。(4)壁の配置により、木造建物の捩れ振動が生ずることから、捩れを伴わないような壁の配置および捻れを抑制するような設計に関する基礎資料を得ることができた。(5)入力地震動レベルに応じた応答解析結果を地震時の被害と対応付けることにより、その予測に繋げることができる。