hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液晶配向場を用いた導電性高分子の配向制御

前年度に実施した低分子液晶と導電性高分子の相溶性の検討結果に基づき、良好な相溶性を示すチオフェン骨格の導電性高分子とネマチック液晶の混合系を使用して実験を行なった。試料をポリイミドラビング膜付きガラス配向セルに導入し、高分子の偏光吸収スペクトルを測定した。等方相では吸収スペクトルに偏光異方性がなかったのに対して、ネマチック相では、液晶ダイレクタと入射光の偏光が平行方向のときの吸光度は垂直方向よりもはるかに大きくなり、明らかな偏光異方性を示した。この結果から、液晶配向場と高分子主鎖の配向の結合により、導電性高分子の主鎖が液晶ダイレクタと平行方向に向くことが明らかになった。さらに試料を冷却していくと、高分子主鎖が配向した状態から高分子の結晶化が始まり、その結果、液晶ダイレクタと垂直な方向に巨視的に整列した1次元フィブリル構造が得られた。原子間力顕微鏡を用いてこのフィブリル構造を観察し、10nm程度の太さのナノファイバーが1次元的に配向した状態で寄り集まってできていることを確認した。液晶溶媒を用いない系でも導電性高分子ナノファイバーの作製は可能であったが、大きな異方性比を有するナノファイバーは溶液中で絡み合ってしまうため、ナノファイバーの配向を制御する手法は実現されていなかった。ナノファイバーの特徴は1次元的な導電性高分子の高次構造にあるため、機能デバイスの作製にはナノファイバーの配向を制御する方法が必要不可欠である。本研究では機能性溶媒である低分子液晶に着目し、高分子主鎖の配向を揃えた状態で高分子の結晶化を引き起こし、液晶分子の配向を利用して高分子の高次構造(ナノファイバー構造)を制御することで、巨視的なスケールで1次元的に整列した導電性高分子ナノファイバーを得る手法を確立した。この手法を応用することで、ナノファイバーの大きな異方性を活用した電気・光学素子の構築が期待できる。導電性高分子と液晶の2成分混合系の研究例はほとんどないため、液晶配向場を用いた導電性高分子の配向制御を試みるために、まず導電性高分子と良好な相溶性を持つ液晶系の探索を行なう必要があった。そこで、主鎖分子構造や側鎖が異なる数種類の導電性高分子を用いて、低分子液晶と良好な相溶性を示す導電性高分子の探索を行なった。具体的には導電性高分子と低分子液晶(7CB, E44, ZLI4792)との2成分混合系を調製した後、調製した混合試料をカバーガラスセルに導入して高精度温度制御装置が付属した偏光顕微鏡で、温度を変化させながら等方液体相(Iso相)とネマチック相(N相)での試料の相溶性や液晶相の組織変化を観察し、さまざまな温度における導電性高分子の液晶への相溶性およびベース低分子液晶の相転移温度の変化を評価した。その結果、ポリフルオレン骨格、フルオレン-ビチオフェン骨格、およびチオフェン骨格を有する導電性高分子では、ISO相でも相溶性が低く、凝集成分が観察されたのに対して、フェニレンビニレン骨格とフェニレンエチニレン骨格を有する導電性高分子は低分子液晶分子と比較的高い相溶性を示すことがわかった。側鎖構造では、直鎖アルキル構造よりも枝分かれしたエチルヘキシル構造の側鎖を持つ導電性高分子のほうが高い相溶性を示した。相溶性の検討結果から、特にポリ(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンビニレン)(MEH-PPV)とZLI4792の混合系が良い相溶性を示すことがわかったので、このZLI4792/MEH-PPV混合系を使用して、導電性高分子の配向制御の予備実験を行なった。具体的には試料をポリイミドラビング膜付きガラス配向セルに導入し、水銀ランプで励起光を照射して戻ってくる蛍光の偏光依存性を測定した。低分子液晶の配向方向と偏光板の方向が平行になったときに導電性高分子の蛍光強度が最大になる一方、垂直になったときに蛍光強度が最小になった。このように、導電性高分子/低分子液晶混合系を用いることで、低分子液晶の配向により、導電性高分子を配向させることができることを明らかにした。

液晶溶媒を用いない系でも導電性高分子ナノファイバーの作製は可能であったが、大きな異方性比を有するナノファイバーは溶液中で絡み合ってしまうため、ナノファイバーの配向を制御する手法は実現されていなかった。ナノファイバーの特徴は1次元的な導電性高分子の高次構造にあるため、機能デバイスの作製にはナノファイバーの配向を制御する方法が必要不可欠である。本研究では機能性溶媒である低分子液晶に着目し、高分子主鎖の配向を揃えた状態で高分子の結晶化を引き起こし、液晶分子の配向を利用して高分子の高次構造(ナノファイバー構造)を制御することで、巨視的なスケールで1次元的に整列した導電性高分子ナノファイバーを得る手法を確立した。この手法を応用することで、ナノファイバーの大きな異方性を活用した電気・光学素子の構築が期待できる。
フッ化ピリミヂン系抗癌剤の代謝酵素の測定とその臨床的意義に関する検討

5-fluorouracil(5-FU)などのフッ化ピリミヂン系抗癌剤は、消化器癌に対してひろく用いられている代表的な制癌剤である。核酸合成を行うthymidylate synthase(TS)は5-FUの標的酵素であり、またdihydoropyrimidine dehydrogenase(DPD)は5-FUの主な代謝酵素であることから、TSおよびDPD活性量と5-FU対する感受性・効果との関連を推測した。従来の生化学的なTSおよびDPDの酵素活性測定法は、多量の資料を要すること・放射性同位元素をもちいてHPLCを行うこと・自動化しにくいことなどから、臨床への応用は困難であった。そこで、PCR法や術後検体の免疫組織染色をretrospectiveに行い検討した。検討項目および結果は以下のようである。1.術前内視鏡検体を用いてのcompetitivePCR法による定量化50%以上の縮小率を示した有効例は無効例に比較して、TSおよびDPDのmRNA値は有意に低値であった。また、TSmRNA高値例は低値例に比べて予後は不良な傾向が認められた。2.胃切除後の予後との関連染色程度により4段階(-、±、1+、2+)に分類したところ、分化型・低分化型いづれも、強陽性(2+)例はその予後は有意に不良であった。また、分化型では染色程度に比例して予後は不良であり、TS発現増強と予後不良との関連が示された。以上より、TSおよびDPDのフッ化ピリミヂン系抗癌剤の代謝関連酵素を定量化することは、その効果および予後を反映し、制癌剤の適正治療への有用な指標となると考えられ、臨床的にも意義あることであった。研究実績の概要5-fluorouracil(5-FU)などのフッ化ビリミヂン系抗癌剤の有効性や感受性を予測するために、その標的酵素であるthymidylate synthase(TS)および主たる代謝酵素であるdihydropyrimidine dehydrogenase(DPD)の定量化を試みた。方法としては、主に胃癌患者を対象として化学療法前に癌組織より検体を採取し、competitivePCR法によりTSおよびDPDのmRNA値を定量化した。結果は50%以上の縮小率を示した有効例は無効例に比較して、TSおよびDPDのmRNA値は有意に低値であり5-FUの効果予測に有用な指標となると考えられた。また、TSmRNA高値例は低値例に比べて予後は不良な傾向が認められ、悪性度の指標としても有用である可能性が示唆されている。しかしながら、competitivePCR法はその手技がやや煩雑であり、それを補う目的で現在はthymidylate synthase(TS)に対するポリクローナル抗体を用いた免疫組織染色も併せて検討している。以上より、TSおよびDPDなどのフッ化ビリミヂン系抗癌剤の代謝関連酵素を定量化することは、臨床的にも意義あることと考えられた。そこで今後の検討としては、TSおよびDPD遺伝子の特に制御領域での遺伝的多型性を明らかにし、それらとTSおよびDPDの発現や活性値との関連を検討する。さらに、適正な5-FU使用のモニタリングのために、尿中の5-FU代謝産物の測定も検討し、効果や副作用との関連を検討する予定である。研究実績の概要5-fluorouracil(5-Fu)などのフッ化ピリミヂン系抗癌剤の有効性や感受性を予測するために、その標的酵素であるthymidylate synthase(TS)および主たる代謝酵素であるdihydropyrimidine dehydrogenase(DPD)の定量化を試みた。

1.進行胃癌患者21例を対象として化学療法前に癌組織より検体を採取し、competitivePCR法によりTSおよびDPDのmRNA値を定量化した。結果は、50%以上の縮小率を示した有効例は無効例に比較して、TSおよびDPDのmRNA値は有意に低値であった。また、TSmRNA高値例は低値例に比べて予後は不良な傾向が認められた。2.胃癌切除例を対象としてthymidylate synthase(TS)に対するポリクローナル抗体を用いて免疫組織染色を行った。1989から1997年までの胃癌切除例76例(分化型34例、低分化型42例)を、抗TSポリクローナル抗体を用いたABC法による免疫組織染色にて、その予後を検討した。染色程度により4段階(-、士、1+、2+)に分類したところ、分化型・低分化型いづれも、強陽性(2+)例はその予後は有意に不良であった。また、分化型では染色程度に比例して予後は不良であり、TS発現増強と予後不良との関連が示された。以上より、TSおよびDPDのフッ化ピリミヂン系抗癌剤の代謝関連酵素を定量化することは、その効果および予後を反映し、制癌剤の適正治療への有用な指標となると考えられ、臨床的にも意義あることであった。
認知的反省から実践的反省へ-哲学史における反省概念の変遷とその現代的意義の解明

反省概念の変遷に関しては、フランス反省哲学の系譜をメーヌ・ド・ビランにまで遡り、反省の働きが、倫理的経験の一契機としてのみならず、音声言語の使用を可能にする条件としても捉えられている事実を明らかにした。さらに、価値の共約不可能性をめぐる議論のうちに反省概念の現代的意義を探り、自己の生を吟味する営みとしての反省は、価値基準そのものの問い直しをその具体的機能とすることを明らかにした。2010年度は、共著論文一本を公刊し、口頭発表一回を行った。共著論文「倫理に向かう哲学」では、自己の生き方や社会の在り方の吟味という意味での倫理学について論じた。特定の規範体系としての道徳と、それを外部の視点から批判的に検討し、よりよい社会と人生を実現しようとする思考の運動としての倫理を区別し、後者を、「言語表現が果たす役割」、「『問い』の機能」など様々な側面から記述した。自己とそれをとりまく状況に関する吟味が単なる自己理解に終始せず、その成果が実践へと展開するダイナミズムを、平易な言葉で説いた。認識と実践へとつなぐこの反省形態こそ、本研究の主題である「実践的反省」に他ならない。口頭発表の「価値の共約不可能性が哲学的問題であることの意味」では、何らかの選択の場面で複数の異なる価値から一つを選ぼうとするとき、それらが共通の基準に則して比較できないという事態、すなわち価値の共約不可能性を主題とした。そして、この事態に対する考え方が哲学・倫理学においてもつ意味、とりわけに自己吟味としての反省においてどのような役割を果たしうるかについて考察した。なお、8月にイタリアのヴェネチアで開催されたフランス語圏国際哲学会に出席し、Troisfontaines氏の発表を聴講し、研究の方向性に関してヒントを得たことを追記しておく。・2011年10,月、東北大学倫理学研究室発行の「モラリア」に、価値の共約不可能性に関する論文を発表した。この論文では、善き生や社会規範の根拠となる価値は相互に還元不可能であることを示し、一個人の内部でそのような根本的な価値どうしが衝突したときにどのような解決が図られうるか、について論じた。本研究の主題は、反省概念の変遷をたどり、その多義性を明らかにすることにあるが、価値をめぐる考察はこの主題と深い関わりを持つ。なぜなら、反省という言葉が指し示す知的営みのうち、主要なものの一つとして自己批判があり、これは、自分が選択・行動の根拠としている何らかの価値に対し、別の価値をオルタナティブとして立てるところに成立するからである。言い換えれば、自己批判としての反省は、自己の内部に複数の価値が存在することを条件としており、異質な価値の衝突を解決に導くプロセスは自己批判の具体的内実と重なり合うのである。本論文は、倫理の領域での共約不可能性を主題とし、また一個人内部における価値の対立に光を当てた点に、独自性があると言える。研究計画では、平成23年度に主に英語圏の研究を調査する予定であったが、本論文を準備する過程で、Th.ネーゲルとB.ウィリアムズを中心に予定通り十分な調査が実施できた。論文執筆とは別に、研究計画では,研究上のアイデアを得るためにブラウン大学のCh.ラルモアを訪問する予定になっていたが、これも実施した。さらに、フランス・トゥールーズ大学のP.モンテベッロにも面会してビラン研究に関する討議を行い、有益なアドバイスが得られた。当初24年度に計画していた「徳倫理学における反省概念の解明」ならびに「自己批判としての反省」の研究は、すでに22年度の研究成果「倫理に向かう哲学」において主題的に論じた。だがその反面、22年度の課題であった「反省哲学の源流をたどり直す作業」が不十分であったとの認識から、24年度は、その源流に位置するメーヌ・ド・ビランの反省概念を、言語的記号の獲得・使用における役割という観点から考察した。そしてその成果を、論文「声を介したコミュニケーションを可能にするものーメーヌ・ド・ビランの記号論における統覚と「モラルの力能」ー」にまとめた。コンディヤックからの影響とその批判という文脈でビランの記号論の基本構想を概観した後、個人間の声を介したコミュニケーションはいかにして可能となるのか、その可能性条件の解明において身体運動に注目することはいかなる意味を持ちうるのか、という問いを立て、一個人内部での観念の呼び戻しに限定されない記号の機能をビランの議論のうちに探った。ビランが各著作でたびたび言及する幼児の言語習得の論述を詳細に検討した結果、彼が、声によって他者に働きかけうることの認識を「モラルの力能の感知」と呼び、発声運動を原因、それに対する他者の応接を結果とする因果的認識すなわち統覚と規定していることを見出した。これに基づき、呼びかけと応答というコミュニケーションの根源的な次元の成立には、先述の統覚と反省の働きが寄与している可能性を示唆した。こうして、ビランにおいて、反省が、倫理ー厳密には当時の用語で「モラル」ーと深く関わるものと捉えられていること、つまり、認識的機能のみならず実践的機能も担っていることが明らかになった。

この成果を踏まえ、2013年3月に京都大学で開催されたフランス語圏国際哲学会では、記号使用における反省の役割を主題とするフランス語での発表を行った。本研究に時間と労力を集中して作業を進めているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究成果をこれまでよりも多様なメディアで、数多く公表する。平成22年度と23年度は論文が年1本であったが、24年度は年2本の発表を目指す。また、国際学会での研究発表を行うよう努める。
高精度分析手法と統計的手法に基づく高品質音声合成

統計的音声合成手法において、分節的特徴としては声道伝達関数の極・零周波数の高精度分析結果を、韻律的特徴についてはモデルによる制約を利用することによって、高品質音声合成を実現することを目的として研究を進めた結果、以下の成果をあげ、当初の計画を達成した。1.高精度で極、零点の情報を抽出する逐次近似ARX分析手法を開発し、既開発のターミナルアナログ合成器と組み合わせた分析合成ワークベンチを構築した。これにより流音等の高品質化を達成した。2.ターミナルアナログ・波形接続折衷型の音声合成器を開発し、高品質音声合成を実現した。3.音源波形をHMMで表現するAR-HMMモデルを用いて安定したフォルマント抽出が可能な手法を開発した。合成実験を行って、基本周波数(FO)の変更等に対して音質の劣化が小さいことを示した。4.波形接続合成において、接続部に対応する自然音声をスペクトル上で重みをかけて重ね合わせることで連続的なスペクトルが得られることを確認した。また、使用頻度による重みつきVQで合成に用いる音声コーパスを有効に削減する手法を開発した。5.HMM音声合成を構築し、話者適応に必要なデータサイズを合成音声品質の観点から調べた。10文強で十分な性能に達することが示された。6.統計的手法を用いて生成過程モデルのパラメータを推定し、FOパターンを生成した。語の係り受け情報等を用い、少数の音声データから高品質を達成した。同様の枠組みでテキストからアクセント句境界を推定する手法も開発した。さらに感情音声のFOパターン生成、音素時間長推定を行い、良好な結果を得た。7.上記と関連し、FOパターン生成過程モデルの指令を自動的に推定する手法を開発し、韻律コーパスを作成した。8.対話調音声合成のためのモーラ持続時間制御規則を作成し、音声合成実験により、その有効性を示した。統計的音声合成手法において、分節的特徴としては声道伝達関数の極・零周波数の高精度分析結果を、韻律的特徴についてモデルによる制約を利用することによって、高品質音声合成を実現することを目的とし、本年度は、以下の成果を達成した。1.音声合成用音声資料として、文章、単語、母音-子音-母音連鎖を読み上げた音声を東京方言男性話者について収録した。また対話調音声の分析用資料として模擬的な対話を行わせた音声も収集するとともに、種々の意図、感情を付与して発声した音声も収集した。2.既開発の音素HMMを用いた連続音声の音素単位区分手法を用い、上記で収集した音声合成用資料を音素単位に区分し、前後の音韻環境、基本周波数の値を付して整理格納した。また、アクセント句単位の区分を行い、データとして格納した。3.音源モデルを用いた逐次近似ARX分析により、音声から高精度に極、零点の情報を抽出する手法を開発し、既開発のマルチカスケード構造のターミナルアナログ音声合成器と組み合わせた分析合成ワークベンチを構築した。これを用いて流音の高品質化を達成した。4.子音部を波形編集方式で合成するターミナルアナログ-波形接続折衷型の音声合成器を開発し、合成手法の切替による自然性の低減が小さいことを示した。5.統計的基本周波数パターン合成において、生成過程モデルによる制約を加えることで、300文程度の小さなデータベースで、従来のルールベースに匹敵する品質を達成した。対話調音声合成のためのモーラ持続時間制御規則を作成した。これは、朗読調音声の各モーラの持続時間を、基本周波数パターンによって定義された韻律句毎に対話音声のそれに変更することを基本とする。

統計的音声合成手法において、分節的特徴としては声道伝達関数の極・零周波数の高精度分析結果を、韻律的特徴についてモデルによる制約を利用することによって、高品質音声合成を実現することを目的とし、以下の成果を達成した。1.子音部を波形編集方式で合成するターミナルアナログ・波形接続折衷型の音声合成器について、子音・母音遷移部の合成をターミナルアナログ合成により行うことにより、子音波形素片数の削減が可能なことを示した。2.声帯音源波形モデルを用いたフォルマント推定を安定に行うために、HMMによる音源モデリングに基づいた音声分析手法を開発した。3.波形編集合成において、波形素片接続部のスペクトル上の不連続性を低減するため、接続部に対応する自然音声を、スペクトル上で重みをかけて重ね合わせることを行い、実際に連続的なスペクトルが得られることを確認した。4.統計的手法(回帰木分析、重線形回帰分析)を用いてアクセント句単位で生成過程モデルのパラメータを推定し、基本周波数パターンを生成することを進めた。語の係り受け情報、先行アクセント句情報を用いることで、300文程度の音声データから、従来のルールベースに匹敵する品質を達成し得ることを聴取実験等によって示した。また、同様の統計的枠組みでテキストからアクセント句境界を高精度に推定する手法を開発した。5.生成過程モデルによる音声データのラベル付けを自動で行う手法を開発するとともに、得られた音声デタベースを用いて上記手法による基本周波数パターン生成を行い、その基本的な性能を確認した。6.音素HMMの接続による合成アルゴリズムを作成し、基本周波数のスペクトル依存性を考慮する手法を開発した。なお、作成したアルゴリズムはLPCメルケプストラム係数とそのΔ、Δ^2をパラメータとするものであるが、容易にフォルマントに関するパラメータに変更可能である。統計的音声合成手法において、分節的特徴としては声道伝達関数の極・零周波数の高精度分析結果を、韻律的特徴についてはモデルによる制約を利用することによって、高品質音声合成を実現することを目的とし、以下の成果を達成した。1.音源波形をHMMで表現するAR-HMMモデルにおいて、AR部に実極を含まないように逐次計算することで、安定したフォルマント抽出が可能になることを示した。フォルマント合成を行って、基本周波数の変更等に対して音質の劣化が小さいことを示した。2.波形接続合成において、合成での使用頻度を重みとした重みつきVQで合成に用いる音声コーパスを削減する手法を開発し、聴取実験によって、音声合成品質の劣化がほとんどなしに30%程度の削減が可能なことを示した。3.HMM音声合成で話者適応に必要な適応データのサイズを合成音声の品質の観点から調べた。その結果、1215文で十分な性能に達することが示された。4.アクセント句を単位とし、その句と先行句の言語情報、句境界の深さから基本周波数(FO)パターン生成過程モデルの指令を回帰木により推定した。推定された指令をもとにFOパターンを生成し、推定の妥当性を示した。学習用コーパスのモデルの指令は5の方法で自動的に求めた。5.FOパターン生成過程モデルの指令を自動的に推定する手法を開発した。
航海案内書の世界像

本研究は、いわゆる「大航海時代」にも重なる重要な時代である15,16世紀の時期に西アジア・イスラーム世界で作成された航海案内書に表現された世界像を探り、あわせてヨーロッパや東アジアなど他地域に見られる世界像と比較検討することによって当時の世界像の再構築を試みることを目的にしている。具体的には、16世紀初頭にオスマン朝(1299-1922年)で編纂された地中海航海案内書『キターブ・バフリエ』Kitab-iBahriyaを中心的な分析対象とした。この書物は地中海における航海情報を詳細に述べるものであるが、あわせて、当時オスマン朝において知られていた、中国・東南アジアから大西洋に至る全海域についての解説を含んでいる。本年度は、2箇年計画の最終年度として次の内容と手順で研究を行なった。1.15,16世紀のイスラーム世界における世界像に関わる文献の調査、入手及び分析。2.15,16世紀の非イスラーム世界における世界像に関わる文献を調査、入手及び分析。3.15,16世紀における世界像の総合的分析。4.『キターブ・バフリエ』韻文序に現れる世界像の内容及び位置づけの考察。今年度の研究成果の一部は、内山勝利編、『論集「世界の古典像」』(「古典学の再構築」研究成果報告集V)、2003年3月、において発表される。航海案内書は地理的な空間認識を前提にしており、その意味で単なる実用書にとどまらず、作成当時の人々の世界像を表現している。具体的には、16世紀初頭にオスマン朝(1299-1922年)で編纂された地中海航海案内書『キターブ・バフリエ』Kitab-i Baφriyaを中心的な分析対象とした。地中海のみならず、世界全体にわたる情報を提供するものであり、その意味で16世紀のイスラーム世界における世界像を伝える著作であると言えよう。オスマン朝のみならずイスラーム世界全体においても類書がまれであり、また多くの写本が作成され利用された貴重な書物である。16世紀に至るイスラーム世界における世界像の実相を明確にするためには、本書の多角的な分析が必須である。本年度は、2箇年計画の初年度として次の内容と手順で基礎的作業を行なった。1.『キターブ・バフリエ』ヒジュラ暦932年本系写本の内容分析世界の海域を解説する韻文序及び地中海を解説する本文を詳細に分析し、そこに現れる世界像を考察した。作業にあたっては、オスマン・トルコ語による原文と日本語訳のデジタル・データ化を行い、コンピューターによる分析を進めた。2.15,16世紀のイスラーム世界における世界像に関わる文献を調査し、入手のうえ分析した。3.15,16世紀の非イスラーム世界における世界像に関わる文献を調査し、入手のうえ分析した。
敗血症病態がペースメーカー細胞に及ぼす影響-遺伝子による不整脈治療戦略の構築-

敗血症病態の心房筋細胞では,活動電位の短縮が認められた。これらの変化はイオンチャネルの発現変化より,機能変化による影響が考えられ,頻脈性不整脈の発生に影響を及ぼしているものと考えられた。モルモット腹腔内に大腸菌内毒素であるリポポリサッカライド(LPS)を投与することで敗血症モデルを作成した。摘出した心臓を酵素処理し,単離心房筋標本を作製し,電気生理学的検討により次の結果を得た。1:活動電位持続時間が短縮した。2:L型カルシウムイオンチャネル電流を抑制した。3:遅延整流型カリウムチャネル電流を増大させた。また,これらの効果は同時に投与したNO合成阻害薬(L-NAME)により減弱したことより,炎症によりNOが過剰に発現した結果発生するものと結論した。さらに,チャネルタンパク発現レベルでの検討を行うためにWestern Blot, RT-PCR,免疫染色による検討を行い,次に示す結果を得た。1:L型カルシウムイオンチャネルのα1Cおよびα1Dサブユニットの発現を抑制した。2:電位依存性ナトリウムチャネルタンパクであるNaV1.5は抑制しなかった。3:遅延整流型カリウムチャネルタンパクであるKv2.1の発現を増大させた。3:心房筋内でのニトロチロシンの発現が増大した。これらの結果より,心房筋において炎症によるNOの過剰発現によりチャネル末端におけるチロシン残基のニトロチロシン化が発生し,カルシウム電流が抑制され,カリウム電流が増大することで活動電位持続時間が短縮することで,頻脈性不整脈が発生しやすい環境が形成されるものと推測された。モルモット腹腔内に大腸菌内毒素であるLPSを投与することで敗血症モデルを作成した。また,iNOSの特異的な阻害薬であるEIT hydrobromideにより同様の結果を得たことより炎症によりおこるこれらの変化にはiNOSが関与しているものと思われた。さらに,チャネルタンパク発現レベルでの検討をWestern Blot,RT-PCR,免疫染色にて行い,次に示す結果を得た。4:心房筋内でのニトロチロシンの発現が増大した。5:カリウム電流の増大はchromanol 293Bで抑制されるが,E-4031では抑制が小さいことからIKrではなく,IKsの関与が大きいものと考えられた。これらの結果より,心房筋において炎症によるNO,とくにiNOSの過剰発現によりチャネル末端におけるチロシン残基のニトロチロシン化が発生し,カルシウム電流が抑制され,さらにカリウム電流が増大することで活動電位持続時間が短縮し,相対的不応期が短縮することで,頻脈性不整脈が発生しやすい環境が形成されるものと推測された。敗血症など,全身性炎症症候群に合併する頻脈性不整脈は,しばしば治療に難渋する。今回,われわれは敗血症モデルにおける心房筋イオンチャネルの発現,機能変化について検討を行った。敗血症モデルは,リポポリサッカライドをモルモット腹腔内に投与することで作成し,投与後10時間で心臓を摘出し,心房筋において活動電位を形成するL型カルシウムチャネル,ナトリウムチャネル,遅延整流性カリウムチャネルの発現,電流の変化について観察した。敗血症モデルの心房筋においては,活動電位の持続時間が短縮した。これは主にL型カルシウムチャネル電流の抑制と遅延整流性カリウムチャネル電流の増大によるものと考えられた。これらのチャネル電流の変化はNG-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME)あるいはS-ethylisothioureaの適用により消失した。また敗血症モデル心房筋において,L型カルシウムチャネルサブユニットの発現抑制,遅延整流性カリウムチャネルの発現増大が観察されたが,カリウムチャネルはL-NAMEの適用によってもその発現増大は抑制されなかった。さらに,敗血症モデルではiNOSの発現増大が観察された。これらの結果より,敗血症病態においては活動電位の短縮が頻脈性不整脈の発生に関与しており,チャネル発現の変化とともに,過剰発現したNOによるチャネル機能の変化が関与しているものと考えられた。したがって,これらの変化を遺伝子レベルで制御することで,頻脈性不整脈の治療戦略が構築できるものと考えられた。
多波長重力波宇宙物理学の開拓

独立成分解析による重力波データ解析を低温重力波検出器KAGRAの初期運転であるiKAGRAのデータに対して行った。連続波を注入して独立成分解析の有無によって信号検出率がどのように変化するかを調べたところ、環境チャンネルの状態によるものの、おしなべて向上することがわかった。とくに環境チャンネルに擾乱が見られる時間帯では、適切な環境チャンネルを逐次的に用いて独立成分解析を繰り返すことにより、信号検出率が顕著に向上することを見いだした。宇宙論的重力波の理論研究として、インフレーション後にインフラトンの運動エネルギーが優勢になるモデルにおいて、量子的重力波が過剰生成することなく、宇宙の再加熱とダークマター生成を両立できる方策を提案した。また、同種のモデルにおいて重力波の過剰生成を避けるもう一つの方法として、ヒッグス場がスカラー曲率と正の結合定数を持っているモデルを提案した。中性子星合体がこれまでに数回しか起きていないと期待される矮小銀河の星のr-過程元素量の観測を行い、この元素の起源を探っている。2018年度の観測は竜座よりも星形成率が小さい六分儀座の星のスペクトル観測をすばる望遠鏡で行う予定であったが、マウナケア山噴火と悪天候により予定した観測が全て出来なかった。その他に中性子星合体の際に自由中性子のみからなる層が高速で飛び出してくる可能性について、流体力学的数値計算を行い調べた。その結果、最大で太陽質量の100万分の1程度が放出されることがわかり、その層が数時間の間観測可能なほどの明るさで可視光で光ることを示した。論文をThe Astrophysical Journalに発表した。もし、この光を観測できれば中性子が崩壊してできる水素原子内の電子の遷移による吸収線が観測でき、それらの波長のドップラー偏移から放出の規模についての情報が得られる。独立成分解析をさまざまな特質を持つデータチャンクについて行い、その性能を確認することができた。宇宙論的重力波、天体物理学への応用も順調に進捗している。独立成分解析を用いたKAGRAの実観測の準備を行う。KAGRAがLIGO, Virgoの第三観測期にどのような形で参加するか、未確定な部分があるため、臨機応変の対応を心がける。2018年度に出来なかった観測の再挑戦の観測提案は採択されている。この観測により、r-過程元素を供給する現象が超新星ではなく中性子星合体であることをより確実なものにすることができると期待している。理論研究では中性子星合体の際に放出される自由中性子層からの放射のスペクトルを計算し、どのような特徴を持つか調べる。まず、地面振動計などの環境チャンネルの出力を使い、そこに独立成分分析という解析手法を用い、特に重力波チャンネルに非ガウス雑音が乗法的に載っている場合、それを除去する方法を定式化した。さらに、数値シミュレーションにより、この手法を用いることで重力波信号の信号対雑音比が増加することを明らかにした。この方法を実データに適用するための、クラスタ計算機を導入した。また、KAGRAによる連続波重力波の検出を目指して、F-statisticを用いて解析パイプラインを構築するとともに、カイ二乗識別子を用いた全天連続波探査におけるライン雑音除去法を新たに提案した。中性子星合体により放出された重元素が星間物質中を拡散し混ざって行く様子をモデル化し、次世代の恒星に受け継がれて行く様子を銀河系の初期から計算して、現在銀河系ハローに生き残っていて観測されている恒星の元素組成と比較することで合体の頻度などを推定した。一方、宇宙論的重力波の研究に関しては、まずXG3理論と名付けた空間方向のみに座標変換に対する不変性を持つ理論において生成する量子的重力波の挙動を解析し、この理論が高階微分相互作用を持つにもかかわらず、こと重力波に関してはアインシュタイン重力と同等の表現をとる座標系を選べることを証明した。また、大域的相転移を起こした多成分スカラー場が宇宙膨張と共に一様化する際に放出される重力波は、インフレーション中に生成する量子的重力波とともに宇宙論的スケール不変重力波の起源を与えるが、本研究では、この場の時間発展を、インフレーション後の再加熱期の宇宙膨張と共に解き、生成する重力波のスペクトルを精細に求めると共に、再加熱温度に対する依存性を明らかにした。そして、DECIGO等の観測衛星によって熱史を決定できる条件、ならびにインフレーション起源の重力波と峻別できるための条件を明らかにした。重力波宇宙論に関する理論的な研究については、多くの共同研究者を得てさまざまな研究成果を挙げ、多数の論文を刊行し、きわめて順調に進捗している。一方、実データの解析については、博士研究員の雇用が遅れたものの、理論的準備については実行できたが、iKAGRAデータの較正手法が見直されたため、現在最新のデータの生成を待っているところであり、独立成分分析による実データの解析が未着手の状態となっており、この点に関しては遅れているといわざるを得ない。したがって、全体としては平均的な進捗状況であるといえる。前年度に引き続き重力波チャンネルに非ガウスノイズが乗法的、加法的に載っている場合について独立成分解析による信号分離に取り組み、この方法の有用性を数値シミュレーションによって明らかにし、論文を刊行した。宇宙論的重力波については、空間の変換に対してのみ共変性を持つ一般的な重力理論に基づくインフレーション宇宙論の研究に取り組み、生成する量子的重力波のスペクトルを一般的に明らかにすると共に、歪形変換によって一般相対論の場合と同様の形式で表すことができることを示した。

また、初期宇宙に生成する位相欠陥の一種であり、重力波源としてパルサータイミングによって強く制限されているコズミックストリングが、インフレーション後期に生成する場合、パルサーの制限を逃れられる一方、宇宙マイクロ波背景放射には特徴的な信号が見られることを示した。また、重力波や曲率ゆらぎを過剰生成するドメインウォールの生成を回避する一方法を提案した。天体物理における重力波に関連した研究としては、重力波源となる中性子星合体の際に自由中性子のみからなる層が高速で飛び出してくる可能性について、流体力学的数値計算を行い調べた。LIGOチームによって連星ブラックホール合体からの重力波が発見されたことにより、予想外に早く重力波の実観測時代が到来したが、2016年2月に代表者の所属先に着任したCannon准教授を分担者に加え、これに関する研究も大いに推進する体制を構築することができた。LIGOの発見したブラックホールは初期宇宙に生成した原始ブラックホールである可能性もあるが、蒸発する原始ブラックホールが銀河中のガンマ線背景放射に与える影響を解析した。また、LIGOのブラックホールイベントを使って一般相対論のテストを行ったが、矛盾する結果は得られなかった。これはKAGRAの稼働が待たれる所以となる。独立成分解析によるiKAGRAデータ解析については、データ取得と研究員雇用に時間を要したため、やや遅れているが、実観測時代を迎えた100Hz帯の重力波については、新たな分担者を得て大きく研究を進展させることができた。全体としては、おおむね順調といえる。まず、実観測時代を迎えている100Hz帯の重力波については、今年度はLIGO検出器を用いた連星中性子星合体からの重力波の発見、という非常に大きな業績を挙げることができた。LIGOチームは6種類の即時検出システムを擁しているが、このうちCannon分担者が主導者となって開発しているgstlalのみがこのイベントの即時検出に成功したのである。このイベントはGW170817と呼ばれると共に、このgstlalの功績によって世界中の電磁波観測装置にアラートが出され、世界初の電磁波対応天体すなわちガンマ線バーストGRB170817Aの発見に繋がった。これはまさに、本研究計画応募時に理想的な結果としたことであり、それが現実のものになったのである。こうした連星中性子星合体のもつ天体物理学的な意義を明らかにする一環として、竜座矮小銀河に属する星のすばる望遠鏡を用いたスペクトル観測を行い、星の大気でのr-過程元素の組成を解析した。その結果、かなり異なる量のr-過程元素を供給する中性子星合体が二回起こった兆候を捉えた。さらに理論的な研究として、中性子星合体の際に自由中性子のみからなる層が高速で飛び出してくる可能性について、流体力学的数値計算を行い調べた。その結果、最大で太陽質量の100万分の1程度が放出されることがわかり、その層が数時間の間観測可能なほどの明るさで可視光で光ることを示した。
プロトン感知性受容体刺激のアレルギー性気道炎症と線維化へ及ぼす影響に関する研究

正常ヒト気管支平滑筋細胞(BSMC)を培養し、プロトン刺激によるIL-8産生を確認し、その産生メカニズムを細胞内シグナル伝達因子を中心に検討した。pH6.3およびpH7.4に調整した培養液(D-MEM)でBSMCを3、6、12、18、24時間培養すると、PH6.3で培養したBSMCでは3時間以降で経時的に増加するIL-8の産生が蛋白レベルで確認された。IL-8 mRNAの発現もpH6.3ではpH7.4と比較して6時間後に有意に多く誘導された。BSMCに発現するプロトン感知性受容体OGR1をsiRNAを用いて減少させると細胞外酸性によって誘導されるIL-8産生は有意に抑制されたため、細胞外酸性によるBSMCからのIL-8産生はOGR1を介するプロトン刺激によるものと考えられた。プロトン刺激によるIL-8産生に関与する細胞内シグナル伝達因子を解析するため、Gq阻害薬、イシトール3リン酸(IP3)阻害薬、MEK阻害薬のプロトン刺激によるIL-8産生への効果を検討したところいずれの前処置もIL-8産生を抑制した。細胞外酸性はBSMCの細胞内Ca濃度の増加を惹起することも確認した。したがってOGR1、Gq、細胞内Caの増加とMEK、ERK1/2活性化がIL-8産生には必須であることがわかったが、PKC阻害薬、カルシニューリン阻害薬、カルモデュリンキナーゼII阻害薬のいずれもIL-8産生を抑制しなかったため、細胞内Ca増加がどのような機序でIL-8産生につながるのか現時点では不明である。プロトン刺激の対照としてTNF刺激によるBSMCからのIL-8産生に対してはNFkB阻害薬の前処置は抑制したが、Gq阻害薬、IP3阻害薬、MEK阻害薬のいずれも抑制しなかった。プロトン刺激によるIL-8産生もNFkB阻害薬によって抑制された。私たちは群馬大学生体調節研究所岡島史和教授と共同研究を進め、プロトン感知性三量体G蛋白質共役型受容体(GOCR)の1つであるOvarian cancer G protein-coupled receptor 1 (OGR1)ノックアウトマウスの卵白アルブミン(OVA)感作による喘息モデルを解析した。野生型と比較してOGR1ノックアウトマウスでは気道過敏性亢進、気道上皮の杯細胞化が減弱すること、気管支肺胞洗浄液中の好酸球数、Th2サイトカインの低下が観察されることを見出した。その機序として樹状細胞に存在するOGR1が樹状細胞の所属リンパ節への遊走に関与し、Th2型アレルギー性気道炎症の発現に重要であることを明らかにした。一方で、気道構成細胞であるヒト気管支平滑筋細胞やヒト気道上皮細胞では4種類のプロトン感知性受容体のうちOGR1が主に発現しており、気管支平滑筋細胞では細胞外環境が酸性に傾くとプロトン刺激によってOGR1が活性化し、私たちが以前に報告したIL-6のほかにConnective tissuegrowthfactor(CTGF)やIL-8が産生されることを発見した。ヒト気管支平滑筋細胞はTransforming growthfactor(TGF)-beta刺激によってもCTGFを産生するが、酸性環境下ではTGF-beta単独刺激と比較して著明にTGF-beta産生が増強された。OGR1を介するCTGF産生、IL-8産生にはGqの活性化と細胞内小胞体からのCaの動員が必要であった。これらの結果から、気管支喘息、COPDなどの炎症性呼吸器疾患において、気管支平滑筋は外界からの刺激によって、収縮、拡張し、気流制限に関与するだけではなく、OGR1を介して、細胞外プロトンを感知し、気道炎症や気道リモデリングに関与しているものと思われる。正常ヒト気管支平滑筋細胞(BSMC)を培養し、プロトン刺激によるConnective tissuegrowthfactor(CTGF)に関する検討を行った。Real time PCR法を用いて検討した結果BSMCに発現しているプロトン感知性受容体はOvarian cancer G-protein-coupled receptor 1 (OGR1)が主であった。pH 6.3およびpH 7.4の培養液でBSMCを培養すると、pH 6.3で培養したときに8時間以降でCTGFの有意な産生が確認された。CTGF産生はpHに係らずTGF-beta1刺激によって惹起されたが、細胞外pH 7.4の場合に比べてpH 6.3の場合に強く増強された。蛋白レベルでの産生に加えて、CTGF mRNA発現が細胞外pH 6.3による誘導されることも確認した。OGR1に特異的なsiRNAを用いて、BSMCのOGR1発現を選択的に抑制すると、細胞外酸性によるCTGFのmRNA発現、蛋白の産生は阻害された。したがって、細胞外酸性によるBSMCのCTGF産生はOGR1を介する刺激によって惹起されることが明らかになった。OGR1を介する細胞外プロトン刺激によるCTGF産生の細胞内メカニズムを検討する目的でGq阻害薬とイノシトール三リン酸受容体拮抗薬で前処理後、細胞外酸性によりCTGF産生を惹起するといずれの前処置によってもCTGF mRNA発現、CTGFの産生が有意に抑制された。また、すでに報告したIL-6と同様、この細胞では細胞外酸性によりCTGFを産生し、そのメカニズムとしてOGR1を介する細胞内Caの増加が関与していることが示唆された。

気管支平滑筋は細胞外酸性により細胞内Caが増加し、収縮すると同時にリモデリングや気道炎症を惹起する物質を産生しているものと思われるプロトン刺激によるOGR1を介するIL-8産生に関与する細胞内シグナル伝達因子の解析を進め、研究実績の概要に記載したいくつかの新知見を得ることができたので、研究はおおむね順調に進展していると考えている。ヒト気管支平滑筋細胞が細胞外プロトンをプロトン感知性受容体OGR1を介して産生することを実験的に証明し、気道リモデリングに重要な因子とされるTGF-beta刺激による気管支平滑筋からのCTGF産生もプロトンが増強することを確かめた。気管支喘息の重症化、難治化を考える上で気道リモデリングの形成は重要であるが、細胞外プロトンが細胞内Caを増加させ気管支平滑筋の収縮と同時に気道リモデリングを促進するCTGFを産生させることを示唆する結果を得て、この成果を論文として発表することができたので、現在までの研究の達成度はおおむね順調であると判断している。平成24年12月に研究代表者の所属する研究機関が変更になったので、福井大学で今までの研究を継続するための機器、試薬などを準備中である。気管支平滑筋細胞(BSMC)のプロトン刺激によるIL-8産生に関する細胞内シグナル伝達因子の解析を進める。特にOGR1を介する細胞内Ca増加とERK活性化との関係、プロトン刺激によるNFkB活性化の有無、細胞内Ca増加と転写因子との関連について解析を進める。また、ヒト気道上皮細胞を用いて、プロトン刺激によって変化するmRNA発現を網羅的に検討する。さらに、ヒト気道上皮細胞およびBEAS-2B細胞株を用いて、プロトン刺激によって誘導される因子のmRNA発現、蛋白発現へのプロトン感知性受容体OGR1の関与をOGR1のsiRNAによりOGR1の発現を低下させた細胞で解析する。OGR1ノックアウトマウスを用いて卵白アルブミン感作によるアレルギー性気管支喘息モデルを作成し、野生型マウスと比較する。また、ブレオマシン持続皮下注射によるマウス肺線維症モデル作成の予備実験が終了し準備が整ったので、喘息モデルと同様、肺線維症モデルにおけるOGR1の関与を検討していく。また、ヒト気管支平滑筋細胞からプロトン刺激によるIL-8産生をCTGF同様に確認したので、IL-8産生の細胞内メカニズムを詳細に検討する。すでに報告したIL-6やCTGF同様、ヒト気管支平滑筋細胞はGq、ホスホリパーゼC、イノシトール三リン酸、細胞内カルシウムの動員を介してIL-8を産生誘導すると予想される。また、IL-8産生にはMAP kinase (ERK)の活性化やNFkBの活性化も関与も示唆されるが、OGR1を介するCa依存性細胞内シグナル伝達経路とERK、NFkBとの細胞内シグナル伝達のクロストークについて研究を進める。次年度は引き続きOGR1を介するプロトン刺激によるヒト気管支平滑筋細胞からのIL-8産生に関与する細胞内シグナル伝達因子を解明するために、ヒト気管支平滑筋細胞、細胞培養液、ELISAキット、real time PCR用試薬を購入する。
網膜再生に関与するタンパク群の同定・機能解析と治療への戦略的展開

網膜生存分化因子に関連するタンパクについてスクリーニングをおこなうことを目的として、家鶏胚の網膜組織のプロテオミクス解析を行った。同定されたタンパク群は多種多様の機能を有するタンパクであった。その中でも特に発生分化に関与するファミリーの一つであるWnt14に着目した。Wnt14は網膜の中でも網膜神経節細胞に強く発現し、Wnt14を強制発現させたR28細胞では、グルタミン酸神経毒性によって誘導される細胞死に対して抵抗性を有することが判明した。さらに、Wnt14の神経保護作用はCaspase-3を介するアポトーシス・シグナル経路を抑制した。また、我々が以前に行った、緑内障モデルマウスの網膜をサンプルとして用いたプロテオミクスの結果から、緑内障性網膜神経神経障害に関連するタンパクが明らかになってきた。そのうちの1つであるPDGFR-alphaはマウスの網膜神経節細胞に局在することが確認され、PDGF-AAをラット継代型網膜神経節細胞(RGC-5)に作用させてみると、グルタミン酸誘導性網膜神経節細胞死が抑制されることが判明した。以上の結果より、PDGFR-alphaを介するシグナル系は、緑内障の主病態とされるグルタミン酸誘導性網膜神経節細胞死を抑制する機能を有し、緑内障による網膜障害に対して、神経保護効果を期待される系であることが、明らかになった。まず、網膜生存分化因子に関連するタンパクについてスクリーニングをおこなうことを目的として、家鶏胚の網膜分化が急激に進行し始める胎生7日目と11日目の前後の網膜組織を分離し、そのタンパク・サンプルを用いたプロテオミクス解析を行った。すなわち、得られたサンプルを二次元電気泳動にて展開し、各々のタンパクを銀染色によるスポットとして可視化し、発現量の変化するタンパクを、マススペストロメトリーによって同定した。同定されたタンパクは転写因子、細胞骨格成分、アポトーシス誘導因子、発生分化誘導因子と多種多様の機能を有するタンパクであったと同時に、機能未知の新規タンパクも見出された。次に、組み合わせプロテオミクス解析を行うために必要となるサンプル、すなわち網膜神経節細胞のサンプルを得るために、網膜神経節細胞の簡便で迅速な大量分離培養を確立した。具体的には、Applied Biosystem社製のFACS Ariaを用いることにより、従来のcell-sorting systemより精度の高い細胞分離が可能であることがわかり、得られた網膜神経節細胞のサンプルを用いたプロテオミクス解析を、今後行っていく予定である。また、組み合わせプロテオミクス解析終了後のタンパク機能解析を行う際に必須となる網膜培養系、すなわち鶏胚網膜組織をコラーゲンゲル内において3次元培養する手法を確立した。さらに、エレクトロポレーション法を用いて、その網膜組織に遺伝子を効率よく導入するシステムも整い、実際に、GFP遺伝子を導入してその高率な遺伝子発現も確認された。網膜生存分化因子に関連するタンパクについてスクリーニングをおこなうことを目的として、家鶏胚の胎生7日目と11日目の前後の網膜組織のプロテオミクス解析を行った。その中でも特に発生分化に関与するファミリーの一つであるWnt14に着目し、ラットの未分化網膜細胞(培養系)であるR28細胞を用いて、その機能解析を行った。まず、Wnt14は家鶏胚の網膜の免疫組織染色の結果より、網膜の中でも網膜神経節細胞に強く発現していることが分かった。さらに、Wnt14を強制発現させたR28細胞においては、血清除去やグルタミン酸神経毒性によって誘導される細胞死に対して、明らかな抵抗性を有することが判明した。さらに、強制発現したWnt14と活性型Caspase-3の免疫2重染色の結果から、Wnt14がCaspase-3の活性化を阻害すること、すなわち、Wnt14の神経保護作用はCaspase-3を介するアポトーシス・シグナル経路を抑制することによって、Wnt14はその神経保護作用を発揮していることが示唆された。
台風強度の高精度量的予測のための雲・エアロゾルプロセス解明

本年度はこの研究計画の初年度であるので、観測の準備を行うとともに、雲・エアロゾルについての試験的観測を沖縄地方で実施した。以下に各項目についての実施内容をまとめる。1.雲粒子ゾンデ、雲粒子数ゾンデ、Xバンド降雨レーダ、Kaバンド雲レーダ観測:今年度、沖縄地方では9月まで台風の通過や接近がなかったので、56月の梅雨期に沖縄地方で多降水期の上層巻雲の氷晶粒子を主に観測した。沖縄本島中部に設置したXバンド降雨レーダとKaバンド雲レーダで巻雲を観測し、その雲に雲粒子ゾンデと雲粒子数ゾンデを投入した。これにより巻雲の粒子画像を取得するとともに、雲粒子数ゾンデの改良のためのデータを取得した。2.エアロゾルの地上観測およびドローンを用いた観測:沖縄本島の恩納村の東シナ海沿岸部において、地上のエアロゾル観測を約1ヶ月にわたって実施し、沿岸部におけるエアロゾルの特性を調べた。また、エアロゾルゾンデをドローンに搭載できるように改良し、沖縄県の多良間島の沿岸部で観測実験を実施した。エアロゾルをドローンでつり下げ、様々な高度で測定した。これによりエアロゾルゾンデの大気下層における観測での問題点を明らかにした。3.波の飛沫のドローンを用いた観測:強風環境における波の飛沫は、台風に潜熱を供給する過程として注目されつつあるので、その量的データを取得するために、ドローンに雲粒子ゾンデを搭載して粒子特性の観測を目指している。今年度は雲粒子ゾンデをドローン搭載用に改良し、沖縄県の多良間島で、ドローンの飛揚実験と改良した雲粒子ゾンデをドローンにつり下げて観測する実験を実施した。風速7m/s程度の環境で、海面から12mの高さまで雲粒子ゾンデを下ろし、10分程度停留させて、波の飛沫を観測した。その結果、50cm程度の波高の場合、この高さでは10マイクロメートル程度の飛沫粒子が存在することが示された。28年度が最終年度であるため、記入しない。
無限次元精度保証付き数値計算の新展開に向けての基礎的研究

連携研究者2名との緊密な研究連絡のもと恒常的に検討を進めた。本年度得られた主な研究実績は以下の通りである。(1)3次元Navier-Stokes方程式の数値的検証法の定式化とその実装:非適合(nonconforming)有限要素法を活用したStokes作用素の固有値評価と、hypercircle methodを用いたstokes射影の構成的誤差評価を実現し、それらの結果を活用してprototypeな問題に対し3次元Navier-Stokes方程式の解に対する数値的検証例を与え、その有効性を確認した。さらに精度保証の計算効率化のためにAubin-Nitsche-trickの適用性に関する検討を行い、その実装法を定式化した。(2)非線形偏微分作用素に対する線形化逆作用素のノルム評価の改良:非線形楕円型方程式の解の数値的検証効率化に向けて、線形化逆作用素のノルム評価の改良を行い、無限次元ニュートン法よる精度保証方式の効率化を図った。(3)熱方程式の近似解に対する構成的誤差評価:空間方向・時間方向をともに有限要素法で離散化した近似スキームに対し、計算機援用型の構成的誤差評価を導出し、非線形問題への活用法を定式化した。(4)熱方程式の周期解に対する構成的誤差評価:空間方向を有限要素法で離散化し、時間方向を常微分方程式の基本解行列を用いて定式化した周期解の近似スキームに対する最良オーダーの構成的誤差を与え、数値計算例によって確認した。(5)非線形楕円型問題に対する新たな数値的検証法の定式化:線形楕円型作用素の逆作用素評価を得るために、有限次元・無限次元分割の新方式を提案し、それを用いたNewton法による非線形問題の検証定式化を与え、その有効性を数値検証例によって確認した。3次元Navier-Stokes方程式の解に対する精度保証は、これまでの検証手法ではその実現が困難と見られていた。本研究では、非適合有限要素法を用いた固有値の精度保証方式と、従来楕円型に対し用いられていたhypercircle methodをStokes問題に拡張適用することによって、3次元Navier-Stokes問題の数値的検証法の定式化に成功し、基本的な問題に関する検証例を与えた。その他の課題についても所期の目標を達成する成果を上げつつある。これまでと同じく、連携研究者2名との緊密な研究連絡のもと次の研究課題に対して恒常的に検討を進める予定である。(1)3次元Navier-Stokes方程式の検証定式化とその実現:特に、新潟大学の劉雪峰准教授と共同で、実際問題に対し実用的なレベルの精度保証方式の実現を目ざす。(2)数値的検証方式の高度化:特に、昨年度提起された線形楕円型作用素の逆作用素評価の新たな検証方式の定式化と、その応用としての非線形問題に対するNewton型検証法の効率化・高精度化とその具体的実装を目ざす。(3)発展方程式の解の検証方式:特に、周期境界条件をもつ熱方程式の解の近似スキームに対する新たな構成的誤差評価法を検討する。一方、検証方式の実用性を実証するために、非線形問題への適用例として、発展型Allen-Cahn方程式の解の数値的検証を実現する。

これまでと同じく、連携研究者2名との緊密な研究連絡のもと次の研究課題に対して恒常的に検討を進める予定である。(1)3次元Navier-Stokes方程式の検証定式化とその実現:特に、新潟大学の劉雪峰准教授と共同で、実際問題に対し実用的なレベルの精度保証方式の実現を目ざす。(2)数値的検証方式の高度化:特に、昨年度提起された線形楕円型作用素の逆作用素評価の新たな検証方式の定式化と、その応用としての非線形問題に対するNewton型検証法の効率化・高精度化とその具体的実装を目ざす。(3)発展方程式の解の検証方式:特に、周期境界条件をもつ熱方程式の解の近似スキームに対する新たな構成的誤差評価法を検討する。一方、検証方式の実用性を実証するために、非線形問題への適用例として、発展型Allen-Cahn方程式の解の数値的検証を実現する。予定していた国際会議への出席を中止したためと、手持ちのノートPCを継続して利用し、新たなPCの購入を行わなかったため次年度使用額が生じた。次年度は国際会議(ヨーロッパ)出席が2件加わるため、海外渡航費として当初予定額を大幅に超える旅費の支出が見込まれる。また、PCの買い換えも予想され、物品費の支出も増加する可能性がある。