hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
病原細菌IpaHファミリーエフェクターの包括的機能解析

本研究では赤痢菌エフェクターであるIpaHファミリータンパクの包括的機能解析を行った。IpaH0722は赤痢菌感染時のファゴソーム破壊により誘導されるPKCーNF-kB経路を自身の有するE3リガーゼ活性依存的に阻害することが明らかとなった。その抑制機構を解析したところ、シグナル因子であるTRAF2を標的とし、ユビキチン化、プロテアソーム分解へと導くことでNF-kB活性化を抑制することが示された。一方、IpaH5はI型インターフェロン活性化を抑制していることが明らかとなった。IpaH5は宿主標的Xと結合しユビキチン化修飾、プロテアソーム分解へと導くことでそのシグナルを抑制することを明らかにした。赤痢菌は感染において自然免疫応答による攻撃を看過するのではなく、III型分泌装置より一群のエフェクターを宿主細胞内に分泌することで抵抗する。赤痢菌のエフェクターであるIpaHファミリータンパクはE3リガーゼ活性を有し、自然免疫応答抑制に寄与する。IpaHファミリータンパクは赤痢菌感染により活性化される様々なシグナル伝達経路の因子を標的とし、そのE3リガーゼ活性により標的分子のユビキチン化修飾し、シグナル伝達を撹乱すると推測される。転写因子活性測定により、各IpaHタンパクの作用するシグナル伝達経路の特定を試みた。この結果、IpaHファミリーのうち、IpaH0722は自身のE3リガーゼ活性依存的にNF-κB活性化を抑制していることが明らかとなった。そこでIpaH0722の赤痢菌感染時のNF-κB抑制機構の解明を行った。赤痢菌は宿主細胞内へと侵入後、ファゴソーム膜に包まれるが、菌はこれを速やかに破壊し、細胞質中へと離脱、分裂、増殖し、隣接細胞へ感染を拡大していく。この際、破壊されたファゴソーム膜に含まれるジアシルグリセロール(DAG)が細胞内でDAMPsとして働き、DAG受容体であるプロテインキナーゼC(PKC)の活性化を介し、NF-κB活性化を誘導することを明らかにした。IpaH0722はこの赤痢菌感染時のDAG-PKC依存的なNF-κB経路を特異的に抑制することから、DAG-PKC-NF-κB経路におけるIpaH0722標的因子を探索したところ、下流のシグナル因子TRAF2との結合、ユビキチン化、プロテアソーム分解への誘導が確認された。以上より、IpaH0722-TRAF2間の相互作用が赤痢菌感染時のファゴソーム破壊によるDAG-PKC-NF-κB活性化を阻害、炎症反応を抑制することが示された(Ashida et al. PLos Pathogens 2013)。赤痢菌が感染を成立させるためには、さまざまな生体防御反応と対峙する必要がある。生体側は感染初期に菌の侵入を感知、増殖を阻止する自然免疫系を発動することで、菌の感染を効果的に阻止する。しかしながら、赤痢菌はこれらの自然免疫応答による攻撃を看過するのではなく、III型分泌装置より一群のエフェクターを宿主細胞内に分泌することで抵抗する。赤痢菌のエフェクターであるIpaHファミリータンパクはE3ユビキチンリガーゼ活性を有し、自然免疫応答抑制に寄与する。E3リガーゼ活性を有することから、IpaHファミリータンパクは赤痢菌感染により活性化される様々なシグナル伝達経路の因子を標的とし、そのE3リガーゼ活性により標的分子のユビキチン化修飾し、シグナル伝達を撹乱すると推測される。病原細菌感染において細胞質中で菌体より遊離された二本鎖DNAや環状ジヌクレオチドは宿主のDNAセンサーに認識され、I型インターフェロン産生誘導により菌の感染を妨げる。赤痢菌感染においてもI型インターフェロン産生が誘導され、菌の細胞内増殖を阻害することが確認された。そこで赤痢菌感染におけるDNA認識センサーを探索したところ、宿主のSTING分子が重要な役割を担うことを明らかにした。STINGノックダウン細胞を用いた赤痢菌感染実験ではコントロール細胞に比べ、細胞内菌数の有意な増加が認められ、またI型インターフェロンシグナルの減少が認められた。赤痢菌感染時の転写因子活性測定により、IpaHタンパクがI型インターフェロン産生経路に寄与するかを確認した。この結果、IpaHファミリーのうち、IpaH5が自身のE3リガーゼ活性依存的にI型インターフェロン活性化を抑制していることが明らかとなった。

赤痢菌感染において宿主のSTING分子が中心的な役割を担い、I型インターフェロン産生を誘導する。これに対し赤痢菌はエフェクターを分泌し、これに抵抗する。赤痢菌感染時の転写因子活性測定の結果、IpaHファミリーのうち、IpaH5が自身のE3リガーゼ活性依存的にI型インターフェロン活性化を抑制していることが明らかとなった。IpaH5のI型インターフェロン抑制機構を解析したところ、IpaH5はそのI型インターフェロンシグナル分子であるXと結合しユビキチン化修飾することを見出した。IpaH5によるユビキチン化されたXはプロテアソームによるタンパク分解へと導かれ、I型インターフェロン産生が抑制される。これにより菌に対する宿主免疫応答が抑制され、この間に菌は感染を拡大するといった新たな自然免疫抑制機構を明らかにした。本研究では赤痢菌エフェクターであるIpaHファミリータンパクの包括的機能解析を行った。IpaH0722は赤痢菌感染時のファゴソーム破壊により誘導されるPKCーNF-kB経路を自身の有するE3リガーゼ活性依存的に阻害することが明らかとなった。その抑制機構を解析したところ、シグナル因子であるTRAF2を標的とし、ユビキチン化、プロテアソーム分解へと導くことでNF-kB活性化を抑制することが示された。一方、IpaH5はI型インターフェロン活性化を抑制していることが明らかとなった。IpaH5は宿主標的Xと結合しユビキチン化修飾、プロテアソーム分解へと導くことでそのシグナルを抑制することを明らかにした。本研究では、赤痢菌エフェクターIpaHファミリータンパクの包括的機能解析を目的としている。平成26年度は新たに赤痢菌感染においてI型インターフェロン産生誘導が生体防御機構として重要であることを明らかにした。これに対し赤痢菌はIpaHファミリータンパクの一つであるIpaH5を分泌し、赤痢菌感染時のI型インターフェロン産生を抑制するといった新たな感染戦略を見いだした。平成26年度は未だ機能未知であったIpaH5の表現型を明らかにすることができたことから、当初の予定通り順調に研究は進捗していると考えられる。細菌学相互に高い相同性を有するIpaHファミリータンパクであるが、その細胞内局在、宿主標的因子、標的細胞が異なることから、その感染における役割は各々異なると考えられる。今後はその表現型が明らかとなったIpaH5の宿主標的因子の同定および作用機序を明らかにし、その感染機構を解明する。また未だ機能解析がなされていない他のIpaHファミリータンパクの個々の機能解析を進めると同時に、その包括的な解析を試みる。一つの病原細菌が複数のIpaHファミリータンパクを有するという事実から、その各々の機能は相互に影響を与え、相乗的な効果を示すことが考えられるため、IpaHファミリータンパクが形成する「IpaHネットワーク」を包括的に理解することは真の感染現象の解明につながると考えられる。IpaHファミリータンパクの個々の機能解析により得られる知見の蓄積を元にそれらの感染における相互作用を明らかにすることを目的とする。平成25年度はIpaHファミリータンパクの一つであるIpaH0722が赤痢菌感染時の特徴的な感染現象であるファゴソーム膜の破壊に伴うNF-κB活性化を標的とすることを見いだし、その自然免疫抑制機構を明らかにした。
ゲーム遂行における行動の階層的脳内表現と臨床応用

ゲームは古くから人々に楽しまれてきた。読み・予測が当たり外れ、認知や動作の空間性等は、ゲームの楽しさの重要な要因である。本研究では、サルの神経細胞活動記録より、背側運動前野が潜在的にとりうる行動の多重的な予測に、補足眼野がよい/悪い出来事の予測および予測と結果の差に関与することを示唆する結果を得た。また、"楽しみ""空間""予測"を備えた障害者用の訓練ゲーム及び文字入力デバイスを開発した。代表者・坂本は、迷路ゲーム遂行中のサル背側運動前野の活動を解析した。その結果、背側運動前野の神経細胞は、行動の複雑な側面から単純な側面まで、行う可能性のある行動を並列多重に表現している予備的な結果を得た。また、脳信号を有効に活用するには、神経活動の持つ信号を多元的に評価する必要がある。本年度は、前頭前野神経細胞活動における神経発火揺らぎを検討した。理論計算からは、神経回路の力学状態が動的に遷移する際に発火揺らぎが上昇することが示唆された。それに対応するように、前頭前野における行動指令直前に発火揺らぎが上昇することが確認された。このことは、神経活動実験データから、直接、脳内神経回路の力学的状態を評価する端緒となる。一方、分担者・橘は、茨城県立医療大学付属病院における理学療法臨床業務の中で,口頭でのコミュニケーションが可能であるが四肢に麻痺による運動機能制限がある脳性まひ児を対象として,日常生活における携帯電話やリモコンなどのボタン操作やゲーム機のジョイスティック操作の状況(電話やテレビゲームなど)を聞き取り,訓練場面にて既製品を用いて操作能力の評価を行った.また,訓練場面や日常生活でのアクティビティ(主にスポーツ場面>において,脳性まひ児には視空間認知能力に特異的な発達障害がある可能性が示唆される知見を得た.これらの結果をもとに,研究費で購入したタッチパネル式PCを用いて視覚運動協調トレーニングが可能なゲームプログラムの企画・作成に取り組んだ.代表者・坂本は、迷路ゲーム遂行中のサル前頭前野・背側運動前野の活動を解析した。前頭前野の神経活動については、前年度につづき、迷路のゴール表現の遷移前に見られる発火ゆらぎの解析を並行して解析した。その結果、サドル・ノード分岐、熊手型分岐、ホップ分岐のいずれでも発火ゆらぎは見られることが明らかとなった。また、そのようなゴール表現の自発的な変化を神経回路のアトラクタ再構成によってモデル化した。一方、背側運動前野の神経活動は、行う可能性のある行動を並列多重に表現していることが昨年度の結果より明らかとなったが、それらは、カーソルの方向やカーソルの経路など認知的なものであり、腕の動きなど運動に直接関わるものは少ないことが明らかとなった。一方、分担者・橘は、脳性まひ児等がパソコン・インターネットを試用できるよう大型のキーボードの開発を進めている。脳性まひ児の空間認知・行動能力を考慮すると、キー配置は単なる格子状ではなく、対軸から放射状、つまり、自己中心座標(エゴ・セントリック・マップ)に従った配置が望ましいという結論にいたった。また、キーボード操作のような離散的・無負荷な運動に加え、連続的かつ環境と相互作用し、かつ、環境との間にグローバル・エントレインメント(脳・神経系-筋・骨格系-環境の間にリミットサイクルが形成されている状況)が形成されるような訓練機器の有効性について検討し、試作を進めている。平成24年度は、主に以下の二点につき、研究を推進した。日常生活では、物体に対し何らかの一連の操作を加えることが多いが、そのような機能は認知症患者等で損なわれることがある。物体に対し一連の操作を行うモデル課題として新奇課題・形操作課題を考案し、ニホンザル2頭に対し訓練を施した。訓練には2年足らずを要したが、成績がある基準に達したので、そのパフォーマンスを解析した。特に、サルが操作順序を事前に計画しているかが行動に反映されているかどうかに着目し、解析を行った。課題で要求される操作は最短で2手であるが、3手以上かかった試行における反応時間を解析したところ、1手目で最短手操作ではない操作を行った後の2手目の反応時間は有意に伸びず、また、2手目でリカバリー操作を行うことはほとんどないことが判明した。このことは予め計画した2手操作を一気に行っていることを強く示唆している。一方、生物の運動は神経系→筋・骨格系→環境→神経系...というループの中での安定な状態(グローバル・エントレインメント(以下GE))であるという考えが近年提唱されている。この考えをリハビリテーションに応用し、障害者が新たなGEを発見することで機能を回復するという新たな訓練法の確立を目指し、新奇ヒト用オール漕ぎ課題を考案した。課題デバイスでは、オール漕ぎ軌道制限の有無やオールへの負荷の有無がコントロールでき、一定リズムでオールを漕ぐには、被験者は新たな体の使い方を発見せねばならない。ここでは健常被験者を用い、運動の加速度変化と角躍度の分布を検討した。

トレーニングの結果、不安定な周期動作が滑らかな持続性の高い安定性動作へと変化する事例が観測された。一方で、予め安定性の高い周期動作を有している場合には、外部介入がある間だけ異種のGRが現れるが、介入措置が解除されると元の様相への戻ることが観測された。サルの神経生理学的な研究では、創造的に行動を計画する前頭前野と、リスクに備え多重に行動を準備する背側運動前野という予想以上に対称的・相補的な機能分化が明らかになってきたこと。臨床面では、当初の計画が発展し、左右上肢と環境との間のグローバル・エントレインメントを利用した訓練機器や、・四肢不自由患者の空間認識能力も考慮したコンピュータ・インターフェースの開発が進んでいること。これらが理由である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、動物の疾患モデルの開発などが問題となるであろうが、本研究期間および予算規模の範囲外であると思われる。技術的には、インターフェースの小型化が問題であるが、現在、ポータブル型を開発中である。
イオン電流モデルによる心筋細胞興奮・伝導のシミュレーション

近年,致死性不整脈の原因究明を目的に,心筋組織における興奮伝搬過程を対象とした多くの生理実験が進められている.こうした興奮伝搬過程は極めて非線形かつ動的な現象であり,その本質を解明するためには、イオン電流など生理学的知見に基づく単一細胞モデルを基にした心筋構造モデルとして再構成し,計算機シミュレーションにより実験的に得られる現象を解析する,生理工学的アプローチが有用と考えられる.我々はこうした立場から,これまで,興奮伝搬に最も関与する活動電位立上り部分の改良を行い,生理実験データを定量的に再構成できる単一細胞モデルを提案した.さらに,この単一細胞モデルを用いて1次元および2次元細胞ネットワークモデルを構成し,実験結果と同様の異方向性(心筋組織における興奮伝搬方向に依存した伝搬特性の変化)を定性的に表現できる2次元興奮伝搬モデルを提案した.本研究では,心筋組織の複雑な3次元構造が興奮伝搬特性,特に活動電位最大立上り速度(V^^.max)に及ぼす影響を調べるために,単一細胞モデルに基づく細胞ネットワークモデルを3次元に拡張し,V^^.maxの定量的特性に着目して3次元興奮伝搬過程のシミュレーション解析を行った.その結果,1つの細胞が他の10個の細胞と結合した3次元10接続モデルは,接続細胞数などのモデル構造が実験結果とよく一致し,生理実験により得られた興奮伝搬過程のV^^.を定量的に表現できることがわかった.すなわち,我々が提案した一連のモデルにより,単一細胞レベルから多細胞標本(心筋組織)に至るV^^.maxを,定量的かつ統一的に説明することが可能となり,本モデルし生体内における興奮伝搬過程の解析に不可欠なものと言える.今後,本モデルを用いて異常興奮伝搬現象,抗不整脈薬投与などに対応したシミュレーションを行うことにより,不整脈の原因究明および治療法の確立に大きく貢献できるものと考える.近年,致死性不整脈の原因究明を目的に,心筋組織における興奮伝搬過程を対象とした多くの生理実験が進められている.こうした興奮伝搬過程は極めて非線形かつ動的な現象であり,その本質を解明するためには、イオン電流など生理学的知見に基づく単一細胞モデルを基にした心筋構造モデルとして再構成し,計算機シミュレーションにより実験的に得られる現象を解析する,生理工学的アプローチが有用と考えられる.我々はこうした立場から,これまで,興奮伝搬に最も関与する活動電位立上り部分の改良を行い,生理実験データを定量的に再構成できる単一細胞モデルを提案した.さらに,この単一細胞モデルを用いて1次元および2次元細胞ネットワークモデルを構成し,実験結果と同様の異方向性(心筋組織における興奮伝搬方向に依存した伝搬特性の変化)を定性的に表現できる2次元興奮伝搬モデルを提案した.本研究では,心筋組織の複雑な3次元構造が興奮伝搬特性,特に活動電位最大立上り速度(V^^.max)に及ぼす影響を調べるために,単一細胞モデルに基づく細胞ネットワークモデルを3次元に拡張し,V^^.maxの定量的特性に着目して3次元興奮伝搬過程のシミュレーション解析を行った.その結果,1つの細胞が他の10個の細胞と結合した3次元10接続モデルは,接続細胞数などのモデル構造が実験結果とよく一致し,生理実験により得られた興奮伝搬過程のV^^.を定量的に表現できることがわかった.すなわち,我々が提案した一連のモデルにより,単一細胞レベルから多細胞標本(心筋組織)に至るV^^.maxを,定量的かつ統一的に説明することが可能となり,本モデルし生体内における興奮伝搬過程の解析に不可欠なものと言える.今後,本モデルを用いて異常興奮伝搬現象,抗不整脈薬投与などに対応したシミュレーションを行うことにより,不整脈の原因究明および治療法の確立に大きく貢献できるものと考える.
成人Ｔ細胞白血病・リンパ腫患者における免疫反応パターンの解析

TARCがATLLの皮膚病変形成に役割を担っていると考えた。20症例の成人T細胞性白血病・リンパ腫(ATLL)について、臨床データと血清、病変部皮膚、リンパ節生検を行ったものに関しては病変リンパ節を集積した。男性11例、女性9例であり、年齢中央値は69歳、罹病期間は中央値36か月であった。急性型2例、リンパ腫型1例、慢性型4例、くすぶり型13例であった。血清LDH値は中央値234 IU/l、可溶性IL-2受容体は中央値979 U/mlであった。皮膚病変の体表に占める割合は中央値7%であった。比較のために健常人、HTLV-Iキャリア、菌状息肉症患者、アトピー性皮膚炎患者の血清を使用した。病型分類と血清TARC値については高値のものは慢性型やくすぶり型でみられる傾向があったが、統計学的に有意な差は認められなかった。また年齢、性別、罹病期間、治療法、予後、免疫組織化学やフローサイトメトリーでのCD4陽性細胞の割合、血清LDH値や可溶性IL-2受容体値、血清Ca値と血清TARC値との相関関係も認めなかった。皮膚病変の種類と血清TARC値については相関関係がみられなかったが、皮膚病変面積の体表に占める割合が10%以上の群と10%未満の群に分けると、10%以上の群で統計学的に有意な差を持って血清TARC値が高値であった。以上のことからATLL患者の一部においてはTh2型の免疫反応を呈しており、血清TARC値と皮膚病変の広がりとの間に相関関係がみられたことから、TARCがATLLの皮膚病変形成に何らかの役割を担っていると考えた。当初1020症例を目標としていたが、現時点で20症例の成人T細胞白血病・リンパ腫(adult T-cell leukemia/lymphoma; ATLL)について、臨床データと血清、病変リンパ節(表在リンパ節病変を認めたもの)、病変部皮膚についての検体を集積した。臨床的にATLLは下山らの分類によって急性型、リンパ腫型、慢性型、くすぶり型の4型に分けられるが、今回集積した症例は急性型2例、リンパ腫型1例、慢性型4例、くすぶり型13例であった。保存した血清中のサイトカイン濃度を測定キットを用いて手順通りにELISA法で定量した。今回Th2細胞が産生するThymus and activation-regulated chemokine (TARC/CCL17)について解析を行った。それぞれのサンプルはduplicateで測定し、平均値を解析に使用した。血清TARC濃度は健常人18例と比較して統計学的に有意に上昇していた。一方、特に急性期で免疫反応が典型的なTh2型とされているアトピー性皮膚炎よりは低値であった。TARCは一般的に450 pg/ml以上で高値と判定されるが、ATLL患者で高値のものは20例中9例であった。一方健常人では0例、アトピー性皮膚炎では9例中9例であった。また臨床的な情報と併せて解析した。皮膚病変について、紅斑、丘疹、腫瘤といった皮膚病変の型と血清TARCの間に相関関係はみられなかった。しかし皮膚病変の体表面積における割合が10%未満の群と10%以上の群を比較すると10%以上の群において血清TARC値が有意に高値であった。このことからATLL患者の少なくとも一部においてはTh2型の免疫反応を呈しており、血清TARCはATLLの皮膚病変の形成に何らかの役割を担っていると考えた。集積した皮膚、リンパ節検体は3.5%パラホルムアルデヒド固定後、パラフィン包埋し、6μm切片をヘマトキシリン&エオジン染色、各種免疫組織化学的解析を行い診断を行った。またヘパリン採血したサンプルを用いてフローサイトメトリーによる診断を行った。また別の採血管の血液サンプルを遠心分離し、血清を採取した。また血清TARC値の測定と臨床データとの解析を行い、ATLL患者での上昇と皮膚病変の範囲との相関を見出した。引き続き臨床情報、検体の集積を目指すとともに検体の解析を進めていく。保存した血清中のサイトカイン濃度を測定キットを用いて手順通りにELISA法で定量する。測定するサイトカインはTh1細胞が産生するIFN-γ、TNF-α、Th2細胞が産生するIL-4、IL-5、Th17細胞が産生するIL-17、Treg細胞が産生するIL-10を計画している。それぞれのサンプルはduplicateで測定し、平均値を解析に使用する。そのほか、免疫組織化学的解析、フローサイトメトリーでの情報の解析を行っていく。また検体採取とともに収集した臨床情報とサンプルの測定結果を統計学的に解析する。

年齢、性別、発症年齢、下山らの分類による病型分類、皮膚病変の性状(紅斑、丘疹、結節、腫瘤、紫斑など)や分布、経過、転帰、おこなった治療とそれに対する反応といった情報や、病勢を反映するとされるLDH値、Ca値、可溶性IL-2受容体といった検査データのデータベースを完成させ、多角的に免疫反応のプロフィールとの相関関係を検討し、明らかにする。検体の解析に必要な抗体をはじめとした試薬、ELISAキット、情報を統計学的に解析するためのソフトウェアの購入を計画している。また上記研究成果は本年10月にトルコ(イスタンブール)で開催される第22回欧州皮膚科・性病学会議で発表予定であり、その旅費としての使用も計画している。
共鳴Ｘ線散乱による分子性巨大磁気抵抗の解明

フタロシアニン分子系伝導体で観測される巨大磁気抵抗効果の機構解明が本研究の目的である。X線吸収スペクトルが分子(π軌道)の電子数に敏感であるエネルギー領域を見出した。そして、電荷秩序の検出を目指して共鳴X線回折を試みた。また、伝導性π電子と局在性d電子の分子内相互作用が500K以上の強力な強磁性的相互作用である事を明らかにした。これより、局在スピンの磁気秩序が伝導電子の電荷秩序の安定性を制御している事が分かった。局在スピン濃度を調整して、希薄なスピン濃度領域で巨大磁気抵抗を観測した。これは、従来のマンガン酸化物モデルでは説明できず、新しい電子状態が生じている事を指摘した。フタロシアニン分子性伝導体においては、巨大磁気抵抗効果が観測される。この機構を明らかにする事が本研究の目的である。まず、フタロシアニン分子の価数の影響を精査するために、鉄吸収端近傍においてX線吸収スペクトルを測定した。その結果、吸収端から10eVほど高いエネルギー領域で違いを見出した。また、フタロシアニン分子についている配位子が異なるもの(CN基、Br基、Cl基)についても測定し、吸収端近傍で違いを見出した。千葉大学の藤川研究室との共同研究によって、配位子依存性の違いを再現することに成功した。また、吸収端から10eVほど離れた領域の違いについては、分子構造に起因するものなのか、それとも、分子価数の違いによって励起電子の分子内の散乱が異なるためなのかは、より詳細に調べていく必要がある。次に、鉄の吸収端にX線エネルギーを合わせた、共鳴X線回折の実験を行った。電荷秩序に起因して逆格子c*方向の波数が半整数となる領域において、散漫散乱が観測される。その波数領域にSDD検出を設置して、入射X線のエネルギーを変えながらX線回折の信号を測定した。その結果、共鳴X線スペクトルにおいて、鉄の吸収端直上のエネルギー領域に窪み構造があることを見出した。この窪み構造は、上記の分子価数の違いで吸収スペクトルに変化が現れるエネルギー領域に近かった。この窪み構造が分子の価数によるものであるか、もしくは、試料の吸収や蛍光等によるものかは、今後さらに詳細な検証が必要である。フタロシアニン分子性伝導体において、巨大磁気抵抗効果が観測される。電気伝導を担うパイ電子系が電子相関によって電荷秩序を起こすが、この電荷秩序が磁場によって融解する事が機構として考えられる。まず電荷秩序を明らかにするために、昨年度より共鳴X線回折を試みている。吸収端の直上に特異な構造を見いだしたが、この構造と分子の電荷との関係について調べている。測定信号が弱いため、さらに積算等による信号の精度向上と試料の大型化がさらに必要である。また、分子の電荷は分子内振動モードに影響することがある。そこで、分子内振動モードを精査するために、フタロシアニン分子の分子性結晶および、フタロシアニン分子を有機溶媒に溶かした溶液のラマン散乱を測定した。フタロシアニン分子の骨格が極めて強固であるため分子内振動モードの変化は小さく、種々の錯体を作成して今後詳細を精査していく必要がある。電荷秩序は磁場によって融解すると考えられるが、分子内におけるパイ電子系と局在d電子スピン系の間の相互作用が重要な役割を果たす。しかし、この分子内相互作用の特性はこれまで十分分かっていなかった。そのため相互作用を磁化で実験的に求める事を試みるが、分子間相互作用の影響が問題となる。そこで局在スピンを有する分子間距離を大きく離すために、局在スピン濃度が極めて低い分子性結晶を電解法で作成している。フタロシアニン分子性伝導体では巨大磁気抵抗効果が観測される。この機構を解明する上で、電子相関により電荷秩序を起こし分子の価数が不均一になるのを明らかにする事が重要である。これを確かめるため共鳴X線回折による検出を試みてきた。鉄の吸収端の直上で分子電荷の違いによるスペクトルの差異を見い出した。しかし、測定信号が弱いため明確な結論を得るに至っていない。この実験と同時平行で、分子電荷を検出する他の方法も探っている。電子は分子内の化学結合にも寄与するため、分子電荷(最高占有分子軌道に存在する電子数)によって結合の強さも変化する。そこで、分子価数が既知であるフタロシアン分子の標準物質において分子内振動をラマン散乱の測定で調べた。その結果、波数1530cm-1付近のモードが分子電荷の差異に対して変化する事を見いだした。このモードは、分子のピロールリング部が主に振動するモードであるが、最高占有分子軌道はピロールリング部分に存在しており、理論的にも妥当である。次年度は、巨大磁気抵抗効果を示すフタロシアニン分子性伝導体でこのモードの温度依存性を精査し、電荷秩序を微視的に解明する予定である。また、機構解明をする上で、伝導電子(π電子)と局在スピン(d電子)の分子内相互作用の知見も必要不可欠である。そこで、フタロシアニン分子を有機溶媒に溶かしハロゲンを加えて分子を酸化して、π電子とd電子スピンが存在する状態で溶液の磁化を測定した。その結果、ハロゲン添加量に比例して磁化が単調に増加し飽和していく事が分かった。

この磁化の傾向とCurie定数の値から、π電子とd電子の間に強力な強磁性的相互作用(分子的フント結合)がある事が分かった。フタロシアニン分子性伝導体では巨大磁気抵抗効果が観測される。この機構を解明する上で、電子相関により引き起こされる電荷秩序を明らかにする事は重要である。昨年度までの研究で、波数1530cm-1付近の分子内モードが分子電荷の差異に対して変化する事を見出していた。そこで、このモードの温度変化を精査した。その結果、50K以下でわずかではあるが、このモードが非対称になる事を見出した。これは電荷秩序により分子電荷が弱く不均一的になっている事を示唆していると思われる。次に、巨大磁気抵抗効果の効率を向上させる事を目指した。磁場で局在スピンの反強磁性状態を崩す事で巨大磁気抵抗効果を生じさせている。そこで、局在スピンの反強磁性状態を少し弱める事を目的として、局在スピンの濃度を減らす事を試みた。具体的には、局在スピンはフタロシアニン分子の中心にある鉄原子が主に担っているので、鉄以外の他の遷移金属原子に置換する事を行った(コバルト原子の場合は局在スピンをもたない)。実験の結果、興味深い事がいくつか分かった。1つ目は、希薄する事で巨大磁気抵抗効果の効率を向上できた事である。具体的には、9テスラで電気抵抗が3桁近く減少するようになった。2つ目は、より低温にすると正の磁気抵抗が明確に観測されるようになった事である。低温になるほど反強磁性を磁場で崩しにくくなるので、磁場によって電荷秩序を安定化させる効果が優位になった結果であると考えられる。3つ目は、局在スピンが7%程度の希薄濃度までの広い濃度領域で、巨大磁気抵抗が観測された事である。従来の考え方では、局在スピン濃度が50%を切れば、反強磁性秩序が電荷秩序に影響する効果がなくなるはずであり、新しい電子状態が生じていると考えられる。この局在スピン濃度の巨大磁気抵抗効果への影響と、分子内相互作用に関して得た知見は、27年度中にそれぞれ論文として発表した。フタロシアニン分子系伝導体で観測される巨大磁気抵抗効果の機構解明が本研究の目的である。X線吸収スペクトルが分子(π軌道)の電子数に敏感であるエネルギー領域を見出した。そして、電荷秩序の検出を目指して共鳴X線回折を試みた。また、伝導性π電子と局在性d電子の分子内相互作用が500K以上の強力な強磁性的相互作用である事を明らかにした。これより、局在スピンの磁気秩序が伝導電子の電荷秩序の安定性を制御している事が分かった。局在スピン濃度を調整して、希薄なスピン濃度領域で巨大磁気抵抗を観測した。これは、従来のマンガン酸化物モデルでは説明できず、新しい電子状態が生じている事を指摘した。機構解明の鍵となる、電荷秩序に敏感であると考えられる分子内振動モードを見いだす事ができ、研究の更なる進展が見込めるため。27年度が最終年度であるため、記入しない。物性物理学新たに見いだした分子内振動モードをプローブとして用いて、機構解明の鍵となる電荷秩序の検出をラマン散乱の測定を通じて、次年度も引き続き進めていく。当初予定していた実験を確実に進められたため当初予定していた実験を確実に進められたため27年度が最終年度であるため、記入しない。
マウス胚前後軸形成に於けるWntの発現制御機構の解析

Wnt3,Wnt3aは原条領域で発現する分泌因子であり、Wnt3-/-胚では前方臓側内胚葉が存在するが原条が形成されないことが知られている。Wnt3はNodalシグナルを受けて発現することから、Wnt3発現はNodalシグナルを担う転写因子によって直接制御されている可能性が考えられる。また、Wnt3aの発現はWnt3発現が消失する頃から開始し、原条領域には持続的にWntシグナルが供給され中胚葉が生み出される。このようなNoda1を頂点とする胚後方化カスケードの全体像を明らかにするために、本年度はWnt3及びWnt3aの発現制御領域の解析に取り組んだ。Wnt3及びWnt3aの発現制御領域の解析は、以下のようにトランスジェニックマウス法によって行った。それぞれのプロモーター領域もしくはhspプロモーター下に1acZを置き、rVistaによる種間相同領域(ECR)を参考にしてゲノム領域を連結した様々なコンストラクトを作成した。過排卵処理した♀B6C3F1から受精卵を採取し、前核にこれらのコンストラクトを注入した。E6.75もしくはE7.75で胚を回収し、X-Ga1染色でエンハンサー活性を評価した。その結果、Wnt3については原条領域で活性を有する約6kbpのゲノム断片と胚後方の臓側内胚様でエンハンサー活性を有するゲノム断片を得た。Wnt3は、原条領域の発現に先立って胚後方内胚様で発現することから、エンハンサーも分離して存在していると考えられる。腕3aについては原条領域全体でエンハンサー活性を持つゲノム領域を約1kbpまで絞ることが出来た。さらに、原条領域の後部で活性を担う領域も見いだし、Wnt3の原条領域における発現は入れ子に制御されていることが示唆された。Wntは原条領域で発現する分泌因子であり、Wnt3-/-胚では前方臓側内胚葉が存在するが原条が形成されないことが知られている。Nodalを頂点とする胚後方化カスケードの全体像を明らかにするために、本年度はWnt3の発現制御領域の解析に取り組んだ。Wnt3の発現制御領域の解析は、以下のようにトランスジェニックマウス法によって行った。Wnt3を含むマウスBACを購入し大腸菌内相同組換えによってlacZをエクソン1に挿入した。過排卵処理した♀B6C3F1から受精卵を採取し、前核にlacZを挿入したBACを微量注入しすることでトランジェニックのラインを樹立した。このラインから得られた胚のX-gal染色は、Wnt3の原条領域の発現を忠実に反映することを確認した。次いで、rVistaでWnt3のゲノム領域を種間で比較し、種を超えて保存されているゲノム領域を含むようにBACから5カ所のゲノム断片を回収した。それぞれのゲノム断片をWnt3 promoter-lacZに連結させたコンストラクトを作製し、トランスジェニックマウス法によるtransientアッセイを行うことで、原条領域でエンハンサー活性を有するゲノム断片を同定した。ゲノム上、Wnt3はWnt9bに隣接しクラスターを形成している。Wnt9bの原条における発現をwhole-mount in situ hybridizationによって調査したところ発現は認められず、」Wnt3の原条域エンハンサーを共有していないことが明らかになった。
レジスタンストレーニング支援のための運動機能評価システムの開発

本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,トレーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を目的とする.本申請研究において表面筋電図(EMG)と筋音図(MMG)を評価指標として,高齢者の運動機能評価を行った.その結果,筋音図の周波数スペクトルが加齢により低周波化すること,筋疲労過程でMMGがEMGよりも顕著に変化することから,加齢による速筋線維の選択的減少をMMGが反映していると推測した.高齢者の健康の維持・増進を図るために適度なレジスタンストレーニングの重要性が示唆されている.しかし,筋機能の低下した高齢者がレジスタンストレーニングを行うには,各個人の健康状態や運動能力を考慮した上での最適なトレーニングプログラム設定および機器選択が必要となる.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,筋の詳細な筋機能情報を獲得することにより,レーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を目標としている.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,トレーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を目的とする.本申請研究において表面筋電図(EMG)と筋音図(MMG)を評価指標として,高齢者の運動機能評価を行った.その結果,筋音図の周波数スペクトルが加齢により低周波化すること,筋疲労過程でMMGがEMGよりも顕著に変化することから,加齢による速筋線維の選択的減少をMMGが反映していると推測した.高齢者の健康の維持・増進を図るために適度なレジスタンストレーニングの重要性が示唆されている.しかし,筋機能の低下した高齢者がレジスタンストレーニングを行うには,各個人の健康状態や運動能力を考慮した上での最適なトレーニングプログラム設定および機器選択が必要となる.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,筋の詳細な筋機能情報を獲得することにより,レーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を最終目標としている.本年度は,その前段階として筋機能情報の獲得手法について検討を行った.筋機能の評価指標として,筋電図以外に筋収縮時の機械的振動である筋音図がある.筋音図は,運動単位の活動レベル推定に有効であるとされているが,対象とする筋以外から混入する振動に十分な注意を要するといった計測の問題点もある.そこで,筋音図に混入する外部振動の影響について検討を行った.等尺性収縮時の筋力と筋音図の関係を調べたところ発揮筋力が大きくなるに従い,筋音図スペクトルの10Hz15Hz成分が急激に増加する傾向が半数の被験者で認められた.この周波数帯のパワーと等尺性振戦のパワーの変化傾向は類似していた.これより,等尺性振戦が筋音図信号に混入している可能性が推測された.今後,筋音図から等尺性振戦を除去する手法について検討を行うとともに,若年者と高齢者の筋活動の相違点について調査を進める.高齢者の健康の維持・増進を図るために適度なレジスタンストレーニングの重要性が示唆されている.しかし,筋機能の低下した高齢者がレジスタンストレーニングを行うには,各個人の健康状態や運動能力を考慮した上での最適なトレーニングプログラム設定および機器選択が必要となる.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,筋の詳細な筋機能情報を獲得することにより,レーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を最終目標としている.本年度は,若年者と高齢者の筋活動の相違点について調査を進めた.大腿四頭筋(外側広筋)の中程度(50%MVC)の等尺性収縮において,筋電図の振幅量および中央周波数は,若年者群と高齢者群で差は認められなかった.しかし,筋音図の振幅量および中央周波数は,若年者群よりも高齢者群で低下した.これは,加齢による筋萎縮および速筋線維の選択的減少を反映した結果であると推測され,非侵襲敵な筋組成の推定において,筋音図が有効であることが示唆された.今後,筋電図および筋音図の諸特性から運動負荷レベル毎の筋活動度や疲労度を推定し,訓練者にその情報をフィードバックする筋機能評価システムの開発を進める.高齢者の健康の維持・増進を図るために適度なレジスタンストレーニングの重要性が示唆されている.しかし,筋機能の低下した高齢者がレジスタンストレーニングを行うには,各個人の健康状態や運動能力を考慮した上での最適なトレーニングプログラム設定および機器選択が必要となる.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,筋の詳細な筋機能情報を獲得することにより,レーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を最終目標としている.本年度は,(1)静的運動時における大腿四頭筋の筋疲労特性,(2)動的な繰り返し運動時の運動リズムと筋活動の関係,について調査を進めた.(1)に関して,筋音図の振幅および周波数特性は,若年者よりも高齢者の方が疲労による変化が顕著であった.特に,低周波成分(10Hz15Hz成分)の顕著な増加が認められた.

この結果は,加齢による速筋線維の選択的減少を反映していることに加え,等尺性振戦の混入が顕著になったとも推測した.(2)に関しては,動的運動時における筋電図計測のための最適な電極位置を見つけ出すことに成功した.つまり,動的運動であっても神経筋支配帯の影響を受けない筋電図の計測が可能となった.しかし,加速度計による筋音図の計測では,関節運動による振動成分の影響が大きく,筋自体の振動信号を獲得することが困難であった.今後,計測用のセンサーの種類,および測定手法について検討を行う必要がある.高齢者の健康の維持・増進を図るために適度なレジスタンストレーニングの重要性が示唆されている.しかし,筋機能の低下した高齢者がレジスタンストレーニングを行うには,各個人の健康状態や運動能力を考慮した上での最適なトレーニングプログラム設定および機器選択が必要となる.本研究では,高齢者の運動能力に配慮したレジスタンストレーニング手法の確立を支援すべく,筋の詳細な筋機能情報を獲得することにより,レーニング時の筋活動状況や筋疲労状況を的確に把握し,その情報を定量値として訓練者にフィードバックする"運動機能評価システム"の開発を最終目標としている.本年度は,(1)加齢に伴う筋萎縮や選択的な速筋線維の減少といった筋量の減少が筋力および筋持久力に及ぼす影響と筋活動様式との因果関係の解明,(2)運動負荷レベル毎の筋活動度や疲労度の推定と,情報をフィードバックする筋機能評価システムの開発,について研究を行った.(1)に関して,筋力と筋音図の周波数特性は,若年者群よりも高齢者群で低周波化し,持久力(疲労)に関しても若年者よりも高齢者の方が周波数領域での変化が顕著であった.この結果は,加齢による速筋線維の選択的減少を反映していることに加え,関節運動による振戦の混入が顕著になったと推測した.(2)に関して,筋電図および筋音図の振幅および周波数情報と持続時間との回帰分析を行い,発揮筋力毎の筋疲労の閾値推定を試みた.筋電図の振幅と周波数,および筋線維伝導速度から閾値を推定することができた.ただし,筋音図による疲労閾値の推定は,関節運動による外乱的な振動成分の影響が大きく,困難であった.
キメラ細菌の作製による病原細菌の宿主特異性決定機構の解析

本研究の目的は、病原性細菌の宿主特異性の決定機構を遺伝子レベルで解析することにある。この目的を達成するために、ヒトにのみ感染するパラ百日咳菌と広範な哺乳動物種を宿主とする気管支敗血症菌を融合させて、ヒト以外の実験動物に感染するキメラ細菌の作製を試みた。パラ百日咳菌と気管支敗血症菌にトランスポゾンを用いてゲノムのランダムな位置に薬剤耐性遺伝子(それぞれゲンタマイシンとテトラサイクリン耐性遺伝子)を挿入したトランスポゾンライブラリーを作製した。それぞれのライブラリーから任意に分離したシングルクローンを融合実験に供した。基本的に、ライソゾームを用いてスフェロプラスト化した菌をポリエチレングリコールで融合するプロトコールで、各試薬の濃度や反応時間を変えて最適条件を探索した。得られた条件で融合実験を繰り返した結果、出発剤量の菌数の約0.01%程度の菌数の割合で、ふたつの薬剤に対しての耐性菌が分離できた。これらは目的の融合細菌であることが予想された。これらを3代まで継代したところ、6割程度の分離菌が継代後も生残した。これらをそれぞれの菌種特異的な遺伝子を標的にしたPCRと、パルスフィールド電気泳動でゲノム構造を調べたところ、いずれもゲノムが混合されることが推測できる結果を得ることができた。寒天培地上でのコロニー形状は、分離株によって異なっており、菌の性状も異なることが期待できた。これらの結果は、細菌細胞の融合技術に関して貴重な情報を提供すると考えられる。当初の予想では、融合細菌の候補株が得られるまでに相当期間の予備実験が必要であると思われたが、実際には一定の割合で融合候補株がつねに回収でき、それを基準に条件検討ができたために予想よりも早期にプロトコールを確立することができた。一方、得られた融合候補株の解析に関しては、当初の予想よりも短いゲノム領域で組み換えが生じているらしいことが判り、そのため詳細な検討が必要であることが判った。その結果、多数の融合候補株のゲノム構造解析(次世代シークエンサーによらない)に手間取り、これに予想以上の期間を要しているため、全体的には当初の計画通りの進捗状況となった。これまでの成果により、融合細菌の作製プロトコールはある程度確立した。今後は例数を上げて、できるだけ融合候補株を集め、これらのゲノム構造を次世代シークエンサーによって解明する。それらの結果を総合して、キメラ細菌の作製プロトコールの確立とその性状の解明を目指す。本年度は予想よりもきわめて順調に融合細菌候補が得られ、既存資材で基本的な研究の遂行が可能であった。一方で融合細菌のゲノム構造解析には詳細な検討が必要であることが判明したため、以後の解析を中断して本年度と次年度で融合細菌候補を多数分離することとした。このため本年度の支出額を大幅に抑える結果となった。次年度は得られた融合細菌候補の全てを詳細なゲノム解析が可能な次世代シークエンサーに供試する予定である。このため本年度の未使用分は次世代シークエンサー使用料に当てる。
生物生産システムのエネルギー分析

1.地域エネルギー需要構造調査およびその結果のモデルのための探索的データ解析手法の開発[分担者大橋靖雄(東大・医)、奥野忠一、芳賀敏郎(東京理科大・工)、田口東、志村健一(山梨大・工)、正法地考雄(広島大・総合科学)、袴田共之(国立公害研)、協力者・宇田川武俊、岩元明久(農業環境技研)]昨年度より継続して島根県隠岐郡を対象とし、布施村について村全体としてのエネルギー需要構造調査を予備調査、面接による本調査、補完調査の3段階で実施した。また、隠岐郡全体としてのエネルギー供給実態等について間き取り調査を行った。それらの調査結果を分析集計し、昨年度までに調査した町村での結果とあわせて解析を進めて報告した。なお過去6ヶ年の調査データを統一ファイルとして整備しつつ、ファイル管理・集計・検索システムの検討を行った。2.生物生産システムにおけるエネルギー収支の実験的・統計的解析に関する研究[分担者岩城英夫(筑波大・生物科学系)、内嶋善兵衛(農業環境技研)、大久保忠旦(東大・附属牧場)、鹿子嶋力(福井県立短大・農)、松中昭一、堀尾尚志(神戸大・農)、片岡洋一、昆誠一、河本綏雄(東京理科大・工)]隠岐郡の調査への協力テーマとして、隠岐島における森林のエネルギー分析、隠岐郡における使用化学肥料・農薬エネルギーの分伏、隠岐郡知夫村での畜産物生産におけるエネルギー消費の分析などが行われた。森林資源については、その分布、蓄積量、利用可能量が把握でき、種々のケースについての収獲量の年次変化の予測が検討された。また、隠岐郡を一つのまとまった生態系としてその圏域でのエネルギー収支の実態がそれぞれの側面から明らかにされた。個別テーマとしては、自然植生の純1次生産力への気候暖化の影響評価、小水力発電システムの評価、多毛作農業でのエネルギー消費調査がとりあげられ、その成果が報告された。
空間構造の地震応答制御のための複数ＴＭＤを用いた設計法の高度化

1.地震応答制御のための簡易な初期変位付与型TMDの構築:複数個のTMDを自由度が大きい構造物に適用する場合、空間配置が課題となる。初期変位付与型TMDの場合は初期変位によるばね力により非制御モードが励起されることから、この点を考慮した空間配置が求められる。そこで非制御モードの励起に着目した空間配置評価式を提案し、アーチモデルを用いて検討した結果、通常のTMDと異なる結果となり、評価式の有効性が確認された。一方で空間構造のように多数のモードが励起する構造物における実用化を考えた場合、必要とされる精度から適用範囲に限界が存在する。今後はTMDに限らず、新たに提案した逆対称モード制御法など、簡易で実用化しやすい方法も開発を進める。2.ロバストTMD最適設計法の開発:分散型TMD最適設計法を単層ラチスドームに適用した結果、約半数程度のTMDで均等配置と同程度の応答低減が可能であることが分かった。但し、応答低減量が改善されるTMD設置数には上限が存在し、入力の方向性の影響が強い設計解が最適解となった。多方向入力の考慮など各種不確定性に対するロバスト性の確保が課題となる。3.吊り天井の耐震安全性検討のためのTMD設計法と斜行ケーブルで構成された新しい吊り天井の開発:これまでの研究により、斜行ケーブル吊り天井において最も重要な課題であるケーブル配置に関して、グランドストラクチャ法を準用した手法を開発し、小ユニット天井での効果を確認している。本年度は多様な形状の天井、屋根面へも適用可能なプログラムを開発した。地震応答解析の結果、通常のブレース補強の天井に比較して、応答変位が大幅に低減することが確かめられた。さらに既設の吊り天井に対する耐震補強にプログラムを適用した結果、部材応力が大幅に低減することが分かった。ケーブルを用いた耐震補強は施工的にも有利であり、実用化に向けた検討を開始する。1.地震応答制御のための簡易な初期変位付与型TMDの構築既に提案したインパルス外力に対する設計式に基づき、観測地震動に対する制振効果を確認した。その結果、通常のTMDとアクティブ制振の中間の制振効果を有するが、質量が小さい場合も初期変位を増加させることにより、同程度の制振効果を有することが分かった。また、同調比に異なる2個のTMDを用いることにより、初期変位解放条件式を満足する任意の時刻でTMD初期変位を解放することが可能となる。その場合に、制振効果が最も大きくなる、またはTMD初期変位が最も小さくなる2個のTMDの同調比の設定を調べ、その理由を確認した。次に、TMD power flowを用いることにより、2個のTMDの同調比の設定が制振効果に与える影響を考察した。現在、多自由度系の構造モデルを対象とした場合において、TMDの空間配置が制振効果に与える影響を検討している。2.ロバストTMD最適設計法の開発不確定性を有する構造最適化問題に対して、変動領域が矩形領域と与えられる場合に順序統計量から最悪応答値を見積る方法をこれまでに提案した。これをより一般化し、変動領域が凸集合として与えられる場合への拡張を行った。このような場合にも、地震時の最悪応答値を与えられた精度で予測可能である。3.吊り天井の耐震安全性検討のためのTMD設計法と斜行ケーブルで構成された新しい吊り天井の開発斜行ケーブル型吊り天井の開発に関して、水平荷重を対象として、トラスの位相最適化に用いられる手法の一つであるグランドストラクチャ法の考え方に基づき、応答抑制効果の高いケーブル配置法を提案した。さらに、3次元モデルを用いた地震応答解析により応答性状を確認するとともに、特にケーブルの張力が消失した場合における応答性状を調べた。研究成果全般については、当初想定した計画以上の成果を出しているが、研究成果を踏まえて今後の研究の方向性に関して若干見直すべき箇所が生じた点を考慮して、全体的に「おおむね順調に進展している。」という評価とした。1.地震応答制御のための簡易な初期変位付与型TMDの構築:初期変位付与型TMDを空間構造のような自由度が大きい構造物に適用する場合、TMDの空間配置が課題となる。そこで最初に3自由度系の簡易モデルを用いて、TMDの空間配置が制振効果に与える影響を検討した。その結果、以下のことが確かめられた。1)制御モードの節以外の箇所であれば空間配置に依存せずに対象モードを制御可能である。2)TMD初期変位によるばね力により非制御モードが励起されるため、T非制御モードの成分が小さい箇所に設置する必要がある。3)TMDの個数を増やして初期変位によるばね力の和が0となるようにすることで非制御モードの励起を抑えることができる。さらに、自由振動応答理論解を用いて、非制御モードの励起に着目した初期変位付与型TMDの空間配置評価式を提案した。2.ロバストTMD最適設計法の開発:停止規則に順序統計量を利用したRandom Searchと局所探索法を組み合わせることにより、事前に割り当てられた精度を確率的に満たすことが保証されたTMD最適設計法を、単層ラチスドームに適用し、既往の研究よりも高い制振効果を示すことを確認した。さらに重層構造の応答低減システムとして床スラブ質量をTMD質量として利用するTMD床制振システムの設計法を提案し、有効性を確認した。

3.吊り天井の耐震安全性検討のためのTMD設計法と斜行ケーブルで構成された新しい吊り天井の開発:斜行ケーブル吊り天井単体ではなく、構造体の振動性状を考慮した地震応答性状を検討した。その結果、従来の吊り天井で課題となる構造体との共振による応答増幅が生じにくいことが分かった。さらに山形屋根体育館に取り付けた二次元モデルを用いた地震応答解析の結果、従来の吊り天井と比較して、応答変位が小さく、且つ天井構成部材への局部的な応力集中が生じにくいことが分かった。研究全体については、当初想定した計画以上の成果を出している。一方でこれまでの研究成果を踏まえて、今後の研究の方向性に関して若干見直すべき箇所が生じた点を考慮して、全体的に「おおむね順調に進展している。」という評価結果を選択した。1.地震応答制御のための簡易な初期変位付与型TMDの構築:複数個のTMDを自由度が大きい構造物に適用する場合、空間配置が課題となる。初期変位付与型TMDの場合は初期変位によるばね力により非制御モードが励起されることから、この点を考慮した空間配置が求められる。そこで非制御モードの励起に着目した空間配置評価式を提案し、アーチモデルを用いて検討した結果、通常のTMDと異なる結果となり、評価式の有効性が確認された。一方で空間構造のように多数のモードが励起する構造物における実用化を考えた場合、必要とされる精度から適用範囲に限界が存在する。今後はTMDに限らず、新たに提案した逆対称モード制御法など、簡易で実用化しやすい方法も開発を進める。2.ロバストTMD最適設計法の開発:分散型TMD最適設計法を単層ラチスドームに適用した結果、約半数程度のTMDで均等配置と同程度の応答低減が可能であることが分かった。但し、応答低減量が改善されるTMD設置数には上限が存在し、入力の方向性の影響が強い設計解が最適解となった。多方向入力の考慮など各種不確定性に対するロバスト性の確保が課題となる。3.吊り天井の耐震安全性検討のためのTMD設計法と斜行ケーブルで構成された新しい吊り天井の開発:これまでの研究により、斜行ケーブル吊り天井において最も重要な課題であるケーブル配置に関して、グランドストラクチャ法を準用した手法を開発し、小ユニット天井での効果を確認している。本年度は多様な形状の天井、屋根面へも適用可能なプログラムを開発した。地震応答解析の結果、通常のブレース補強の天井に比較して、応答変位が大幅に低減することが確かめられた。さらに既設の吊り天井に対する耐震補強にプログラムを適用した結果、部材応力が大幅に低減することが分かった。ケーブルを用いた耐震補強は施工的にも有利であり、実用化に向けた検討を開始する。本研究課題「空間構造の地震応答制御のための複数TMDを用いた設計法の高度化」の研究の大枠については順調に研究が進展しており、特に変更が必要な箇所はない。但し、初期変位付与型TMDに関する研究のうち、「エネルギー回生システム等を用いた簡易な初期変位付与型TMDシステムの構築」については、連携研究者の制振装置メーカーとスタディーした結果、現状ではコスト、周辺装置の精度などの問題で、早期の実用化には困難が伴うことが分かった。