hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造物から発生する空力音のメカニズムの解明とその予測手法の構築

橋の高欄やベランダの手すりなどの平板列から発生する空力音のうち,約1kHz以上の高音域で生じるエッジトーンは,耳障りな音となることから騒音問題となる場合が多い.この現象を対象に,低騒音風洞において実験条件を変えて行った種々の実験結果より,平板前縁のエッジのフィードバックが励振部となり,下流側の平板列が共鳴部となる発生メカニズムが想定された.また,その対策手法としては,励振部の形状を変化させることが有効であることが分かった.一方で,諸元の異なる平板列模型を用いた実験や乱れの強い風の中に模型を置いた実験ではエッジトーンの発生が見られず,平板列による空力音の発生の検証のためには,実スケール模型による実験および現場の風況調査が必要であることが示唆された.次に,実際に神奈川県内の道路橋において,強風時に高欄から発生している空力音の実測を行い周波数解析を行ったところ,高欄を構成する平板列の厚さ,幅,間隔の諸元より,上記発生メカニズムによるものと推測された.圧力測定器のセンサー部とアンプ部を分離した装置について,チューブ長による変動圧力の伝達特性の影響を調べ,直方体模型を対象に表面変動圧力の測定を行い,高周波数成分まで測定できることを確認し,より詳細な空力音の発生源の解明に有用であることを示した.また,超音波風速計による実風速の測定を行い,周辺の構造物や自らの作る乱れにより,空力音や構造付属物の振動による音の発生に影響を与える高周波数成分が大きいことが分かった.構造物を構成する基本的部材である円柱および角柱,矩形柱から発生する空力音についても,これまでの成果を合わせて取りまとめ,その特性について整理した.まず,平板列を対象として低騒音風洞を用いた空力音の測定を行った.一定の範囲の迎角で高風速時に空力音が発生したが,発生周波数や音圧レベルについては,平板列の形状や枚数,風速によって異なった傾向を示した.平板列の枚数については67枚以上の時に空力音が発生した.また,上流側前縁部にカバーをつけ断面形状をわずかに変化させることで,空力音の特性が大きく変化し,前縁部が発生メカニズムに重要であることが示唆された.模型の風速が増加するにしたがい,階段状に空力音の周波数が増加していくことが確認され,そのまま風速を上げると,空力音の発生がいったん止まったのち,再度,空力音が発生するような特性を持つことが分かった.さらに,平板列まわりの風速分布の測定を行い,前縁下流側で大きな風速変動が生じていること,隣接平板前縁部への再付着は見られないこと等が分かった.2つのマイクロホンによる空間相関を用いた平板列内の音響モードの測定では,下流側では平板間で交互に音圧の正負が入れ替わる明確な音響モードを示すのに対して,上流側は,そのような明確な音響モードが現れないことが分かった.次に,半球ドーム型の圧力模型を製作し風洞実験を行い,模型の表面変動圧力の測定と空力音の測定を行った.この中で,従来の変動圧力のチューブ補正の検討を行ったが,本研究が対象とする空力音の周波数範囲では補正が難しいことが確認された.そこで,圧力測定器のセンサー部とアンプ部を分離させて,チューブによる位相変化の影響を受けないシステムの検討,構築を行い,その性能の検証を行った.橋の高欄やベランダの手すりなどの平板列から発生する空力音のうち,約1kHz以上の高音域で生じるエッジトーンは,耳障りな音となることから騒音問題となる場合が多い.この現象を対象に,低騒音風洞において実験条件を変えて行った種々の実験結果より,平板前縁のエッジのフィードバックが励振部となり,下流側の平板列が共鳴部となる発生メカニズムが想定された.また,その対策手法としては,励振部の形状を変化させることが有効であることが分かった.一方で,諸元の異なる平板列模型を用いた実験や乱れの強い風の中に模型を置いた実験ではエッジトーンの発生が見られず,平板列による空力音の発生の検証のためには,実スケール模型による実験および現場の風況調査が必要であることが示唆された.次に,実際に神奈川県内の道路橋において,強風時に高欄から発生している空力音の実測を行い周波数解析を行ったところ,高欄を構成する平板列の厚さ,幅,間隔の諸元より,上記発生メカニズムによるものと推測された.圧力測定器のセンサー部とアンプ部を分離した装置について,チューブ長による変動圧力の伝達特性の影響を調べ,直方体模型を対象に表面変動圧力の測定を行い,高周波数成分まで測定できることを確認し,より詳細な空力音の発生源の解明に有用であることを示した.また,超音波風速計による実風速の測定を行い,周辺の構造物や自らの作る乱れにより,空力音や構造付属物の振動による音の発生に影響を与える高周波数成分が大きいことが分かった.構造物を構成する基本的部材である円柱および角柱,矩形柱から発生する空力音についても,これまでの成果を合わせて取りまとめ,その特性について整理した.
全天Ｘ線観測装置・多波長同時観測を用いたブラックホール超臨界降着流の研究

全天X線監視装置(MAXI)に搭載されているGas Slit Camera (GSC)は、2-10 keVのエネルギーバンドで全天観測装置において過去最高の感度を誇り、これを用いた無バイアスX線天体カタログは、2 keV以下をカバーするROSATカタログや10 keV以上をカバーしたSwiftカタログと相補的で、独自の科学的価値をもつ。銀河系内のX線天体は星の終末を迎えた天体が多く、天の川銀河形成史を研究する上で非常に重要な対象である。銀河面カタログの作成はこういった研究の根幹をなす。しかし、銀河面を含む低銀緯領域は、明るい天体の数密度が大きく天体混入の影響がより厳しくなること、銀河面リッヂX線放射(GRXE)を考慮する必要があることから、解析が困難であった。私は前年度までにGRXEを銀河バルジ放射、銀河円盤放射の重ね合わせでモデル化すること、MAXIの位置応答関数を精度よく再現することで、上記の問題点を克服することに成功した。本年度はこれらを用いて銀河面X線天体カタログの作成を行った。その結果、天体混入の激しい銀河中心部分を除く銀河円盤部において計214天体を6.5 σ以上の有意度で発見した。さらに、一時期だけ明るいが7年積分では背景光に埋もれてしまう天体もくまなく探査するために、7年積分画像に加えて1/5年画像も同様に解析し、追加で7天体を発見した。これら221天体のすべてについて他のカタログを用いた同定作業を行ったところ、81%の天体について対応天体を同定することができた。このような結果を論文としてまとめ、ApJSに出版した。また、この内容をもとに博士論文をまとめ、京都大学にて博士号を取得した。29年度が最終年度であるため、記入しない。ブラックホール(BH)への質量降着流の物理の研究に最適な天体は、恒星質量BH (3から10太陽質量)と伴星が連星系をなす、銀河系内ブラックホールX線連星(以下BH連星)である。多くのBH連星は急激な質量降着によって突発的な増光を起こすことが知られている。特に光度の高い状態(HSS)では、しばしば高電離したガスによる降着円盤風が観測される。降着円盤風は、質量降着率と同程度の質量放出率を担うと考えられ、降着円盤全体の力学や、周辺環境への影響を理解する上で重要である。しかし、円盤風がどのような条件で効率良く生成されるかという基本問題はまだよく分かっていない。我々は2015年2月、「すざく」およびNuSTARを用いて、HSSにある4U 1630-47を計3回にわたって観測した。この結果、2006年の観測時より高い光度におけるHSSスペクトルの入手に成功した。3回の観測中における光度変化はわずか1.3倍程度であったにもかかわらず、円盤風によって引き起こされる鉄吸収線の強度は大きく減少していた。一般に硬X線の光度が増加するにしたがって鉄吸収線の強度は小さくなることが知られているが、我々の光電離プラズマのシミュレーションにより、観測された変化は硬X線の増加のみでは説明できないことが分かった。さらに理論的な考察を行ったところ、円盤風の密度や放出半径はコンプトン温度との関係が非常に強いことが判明した。コンプトン温度は、X線スペクトルの形状によって決定されるパラメータであり、円盤風の放出過程と密接に関係している非常に重要なものであるが、今までの研究では無視されてきていた。私はコンプトン温度を含めた円盤風の理論を初めて提唱するべく、現在論文を執筆中である。私は観測されたデータについてイギリスの共同研究者Chris Doneと議論するために、6月から7月にかけて一ヶ月間イギリスのDurham大学に滞在した。この滞在は非常に有意義で、この滞在中に論文の方向性を定性的に決定することができた。しかし、日本に帰国した後に定量的な評価を行う中で、様々な問題に直面した。具体的には、シミュレーションの方法を変えるだけで大きく結果が変わってしまい、論文の方向性を大きく変更することを余儀なくされた。この問題はすでに解決済みであるが、この結果投稿前の論文を三回書き直すこととなり、大きな時間的なロスを生じさせてしまった。全天を常時X線観測しているMAXIに搭載されているGas Slit Camera (GSC)は、2-10 keVのエネルギーバンドで全天観測装置において過去最高の感度を誇り、これを用いた無バイアスX線天体カタログは、2 keV以下をカバーするROSATカタログや10 keV以上をカバーしたSwiftカタログと相補的で、独自の科学的価値をもつ。このように様々な研究に応用される天体カタログの作成は、MAXIチームにおける最重要ミッションの一つである。現在の仕様されている天体の応答関数は実際のデータとのずれが大きく、明るい天体が込み合っている銀河中心付近では個々の天体を区別することが困難であった。これを解決するためには、応答関数を作成するシミュレーションの仕様を変更し、より実際のデータに近づけることが必要不可欠であった。GSCのスリット幅や、ガスが光子を捉える際の平均自由行程などを考慮した応答関数になる。

私はこのような様々な事情を考慮した応答関数を作成し実データと比較することで、実際の観測データに忠実なシミュレーションを作成した。現在はこの応答関数を用いて実際の観測データをフィッティングし、天体検出を行っている。これらの結果をカタログとしてまとめ、MAXI 7year catalogとして出版する。次年度はこれらの結果に前年度の結果をまとめ、二本の主著論文を伴った博士論文を作成する。応答関数の作成のためにGSCの検出器上で実際のデータとの比較・校正を行ったが、検出器ごとに性質が違うことや、そもそもデータが不足している場所もあり、それらの対処のために多くの議論の時間が必要であった。また、私はカタログ作成のために必須であったシミュレーションの仕様変更を行ったが、これは困難を極めた。複雑な構造を持つプログラムの仕様を変更するたびに多くのバグが発生し、それらの対処に追われた。全天X線監視装置(MAXI)に搭載されているGas Slit Camera (GSC)は、2-10 keVのエネルギーバンドで全天観測装置において過去最高の感度を誇り、これを用いた無バイアスX線天体カタログは、2 keV以下をカバーするROSATカタログや10 keV以上をカバーしたSwiftカタログと相補的で、独自の科学的価値をもつ。銀河系内のX線天体は星の終末を迎えた天体が多く、天の川銀河形成史を研究する上で非常に重要な対象である。銀河面カタログの作成はこういった研究の根幹をなす。しかし、銀河面を含む低銀緯領域は、明るい天体の数密度が大きく天体混入の影響がより厳しくなること、銀河面リッヂX線放射(GRXE)を考慮する必要があることから、解析が困難であった。私は前年度までにGRXEを銀河バルジ放射、銀河円盤放射の重ね合わせでモデル化すること、MAXIの位置応答関数を精度よく再現することで、上記の問題点を克服することに成功した。本年度はこれらを用いて銀河面X線天体カタログの作成を行った。その結果、天体混入の激しい銀河中心部分を除く銀河円盤部において計214天体を6.5 σ以上の有意度で発見した。さらに、一時期だけ明るいが7年積分では背景光に埋もれてしまう天体もくまなく探査するために、7年積分画像に加えて1/5年画像も同様に解析し、追加で7天体を発見した。これら221天体のすべてについて他のカタログを用いた同定作業を行ったところ、81%の天体について対応天体を同定することができた。このような結果を論文としてまとめ、ApJSに出版した。また、この内容をもとに博士論文をまとめ、京都大学にて博士号を取得した。次年度の早い段階で現在執筆中の論文を投稿する。また、同時に進めているMAXIの過去三年間のデータを用いたカタログの作成を行う。MAXIとは、常時全天をX線観測する装置であり、これに搭載されているGas Slit Camera (GSC)は、2-10 keVのエネルギーバンドで全天観測装置において過去最高の感度を誇る。これを用いた無バイアスX線天体カタログは、2 keV以下をカバーするROSATカタログや10 keV以上をカバーしたSwiftカタログと相補的で、独自の科学的価値をもつ。
非線形制御系の安全性確保に向けた新しい解析的検証手法の開発とその展開

非線形制御系の安全性向上に向け,制御性能を解析的に評価するための手法を開発し,その有効性を車両運動制御系評価への適用によって検証した.特に,「制御方式」と「制御アルゴリズム」の性能を区別して評価する点が本研究の特徴である.可制御領域の大きさを評価指標とした開発手法により,車両の4輪操舵制御方式と直接ヨーモーメント制御方式に対する制御アルゴリズムの性能を評価した.その結果,これらの制御アルゴリズムが制御方式の性能を十分には引き出してはいないことを明らかにした.本研究の目的は,制御系の性能保証のための新しい解析的手法を開発し,実際的な非線形制御系への適用例からその有用性を評価することである.そのため,新たなアプローチとして上限と加減をもつ区間の演算である区間解析を制御系の性能補償に適用し,制御系の性能が補償できるシステムパラメタの範囲を区間解析の逆問題として求めることを検討した.逆問題は順問題を繰り返し解くことにより解くことができることに着目し,bisection法を応用したアルゴリズムを開発した.昨年度までの検討で区間解析の逆問題を解くアルゴリズムの開発およびアルゴリズムの性能を検証するため,例題的な簡単な線形制御系の性能が補償できるパラメタの範囲を求めるための具体的な適用を試みた.その結果,開発したアルゴリズムは計算効率の面で問題があり,パラメタ数が多くなると指数関数的に計算時間が長くなるという問題があることがわかり,変動パラメタの数が多くなる実際的な複雑システムへの適用は困難であることが判明した.また,リアプノフ関数によって安定性を保証できるパラメタの範囲を求めることも試みたが,得られた結果は非常の保守的で実際的な応用には適さないことがわかった.そこで,新たな方法として非線形システムの安定な原点から出発する逆時間トラジェクトリを最大化することにより,順時間システムが利用可能範囲の入力を用いて安定な原点に復帰できる領域を性能保証の指標とする手法を考案した.この範囲外の点からはいかなる入力を用いても安定な原点に復帰できないので,このようなグリッド上の点で囲まれた領域は制御系の性能を補償できる指標となりうる.以上の研究成果の一端は,1件の国際学会発表として発表した.本研究の目的は,制御系の性能保証のための新しい解析的手法を開発し,実際的な非線形制御系への適用例からその有用性を評価することである.そのため,新たなアプローチとして,上限と下限をもつ区間の演算である区間解析を制御系の性能保証に適用し,制御系の安定性が保証できるシステムパラメタの変動範囲を区間解析の逆問題として求めることを検討している.求められたシステムパラメタの範囲であれば,どのようなパラメタ変動でも制御システムの性能が保証できることになる.平成24年度は区間解析の逆問題を解くアルゴリズムの開発,及びその制御系検証への具体的適用方法を検討した.まず,システムの安定性を保証できるパラメタの許容変動範囲を区間解析の逆問題として解くアルゴリズムを検討した.一般に逆問題は順問題を繰り返し解くことによって解くことができることに注目し,一種のbisection methodによって許容できるパラメタの範囲を徐々に絞っていくアルゴリズムを考案し,線形システムにおける簡単な例題に適用した.線形システムの安定性はその固有値で決定されることから,固有値が安定な範囲内で変動することを保証できるパラメタの範囲を,考案したアルゴリズムで求めた.その結果,計算効率の面では問題があるものの,考案したアルゴリズムで区間解析の逆問題を解くことができ,パラメタが変動する線形システムの性能保証に適用できることがわかった.さらに,この手法を非線形システムに適用すべく,非線形システムの安定性保証に用いられるリアプノフ関数に着目し,アルゴリズムの改良を行っている.本研究の目的は,制御系の性能保証のための新しい解析的手法を開発し,実際的な非線形制御系への適用例からその有効性を評価することである.そのため,新たなアプローチとして区間解析手法を制御系の性能保証に適用し,性能低下が許容できるようなシステムパラメタの変動範囲を区間解析の逆問題として求める方法の開発を行った.このようなシステムパラメタの範囲が理論的に求まれば,その範囲内のパラメタ変動に対しては制御系の性能が保証できることになる.逆問題を解く手法として,区間解析の逆問題をbisection法によって解くアルゴリズムを開発し,簡単な例題に適用してその有効性を検討した結果,開発したアルゴリズムはパラメタ数が多くなると指数関数的に計算時間が増加し,実際的な問題への適用は実用的ではないことが判明した.そこで,新たな方法として非線形システムの安定な平衡点から出発する逆時間トラジェクトリの終端値ノルムを最大化することにより,順時間システムの可制御領域を求めるアルゴリズムを考案し,この可制御領域の大きさで性能を保証する方法を考案した.この領域外からはいかなる入力を用いても安定な平衡点に復帰できないことが理論的に示せることから,この領域の大きさを制御系の性能を保証できる評価基準とすることができる.さらにこの手法を車両運動制御系の性能保証に適用し,種々の制御方式(使用する制御入力の組み合わせ)の性能比較を行った.その結果,前輪や後輪の舵角制御より左右輪のトルク差による直接モーメント制御が効果的であることを理論的に明らかにした.本研究の目的は,制御系の性能保証のための新しい解析的手法を開発し,実用的な非線形制御系への適用例からその有用性を評価することである.

平成27年度はシステムの可制御領域によって制御系の性能を保証できる範囲を特定する手法を開発した.可制御領域の外部からはどのような入力を用いても安定な平衡点に戻ることはできず,可制御領域内であればたとえシステムが不安定な状態でも最適入力を用いることによって安定な平衡点に戻ることができるという意味で,可制御領域の大きさが制御系の性能を保証できる能力を示すことになる.非線形制御系の可制御領域を求める数値計算手法として,安定な平衡点から出発する逆時間トラジェクトリの終端値ノルムを最大化する非線形最適制御に基づく手法を考案し,その実用性・有効性を検討した.この手法を用いて,従来は明確に区別されていなかった制御方式(どの入力チャンネルを制御に用いるか)と制御アルゴリズム(与えられた入力チャンネルの制御入力をどのように決定するか)の制御性能の違いを理論的に明らかにした.具体的には車両運動制御系を対象とし,前輪舵角入力に加えて後輪舵角を入力として用いる制御方式,前輪舵角に加えて左右輪の前後力差によるモーメントを入力として用いる方式などの各種制御方式の理論的な制御限界を求め,それぞれの制御方式が車両運動性能の向上に及ぼす影響を検証した.非線形制御系の安全性向上に向け,制御性能を解析的に評価するための手法を開発し,その有効性を車両運動制御系評価への適用によって検証した.特に,「制御方式」と「制御アルゴリズム」の性能を区別して評価する点が本研究の特徴である.可制御領域の大きさを評価指標とした開発手法により,車両の4輪操舵制御方式と直接ヨーモーメント制御方式に対する制御アルゴリズムの性能を評価した.その結果,これらの制御アルゴリズムが制御方式の性能を十分には引き出してはいないことを明らかにした.平成26年度は研究代表者の体調不良による検査及び入院・手術により本研究の達成度がやや遅れているという結果になった.補助事業期間延長承認平成27年3月20日機械力学・制御【研究実績の概要】で述べたように,逆時間トラジェクトリにもとづく可制御領域の計算法が確立した.この方法は可制御領域の境界を,状態平面の安定平衡点(原点)を始点とするグリッド上でシステムの逆時間トラジェクトリの終端値ノルムを最大化する点として求めるという一種の最適化問題として解くものであり,非常に広い範囲のシステムに適用可能である.当初の予定どおり,車両運動制御系の性能保証を目的として,種々の制御アルゴリズムの性能を本手法によって比較検討する.具体的には舵角制御のアルゴリズムとして前輪比例後輪操舵,ヨーレイト比例後輪操舵,横すべり角ゼロ化後輪操舵などの各種操舵アルゴリズムの性能比較,直接ヨーモーメント制御も横すべり角ゼロ化制御,ヨーレイトモデル追従制御などの各種制御アルゴリズムの性能比較を解析的・統一的な見地から行い,解析的に各制御則の限界性能を検討する.「研究実績の概要」で述べたように,考案した区間解析の逆解法アルゴリズムは計算効率の面で問題があることがわかったため,新たな方法として非線形システムの安定な原点から出発する「逆時間トラジェクトリ」を最大化することにより,順時間システムが利用可能範囲の入力を用いて安定な原点に復帰できる領域を求める手法を考案した.この方法は非線形システムの安定な原点から放射状のグリッドを作成し,この放射状グリッド上で原点から到達できる逆時間システムの距離を最大化するような制御入力を求めるものである.
吸入水素の心筋虚血再灌流における予防効果とその関連メカニズムの解明

本年度は吸入水素の心筋保護作用を確認するために、SD系ラットに3%水素を1時間吸入させた単離心筋細胞を用いて、虚血再灌流時に発生する酸化ストレスに対する細胞内カルシウム動態とミトコンドリア脱分極に関する調査を行った。1共焦点顕微鏡のステージ上で100μMの過酸化水素の灌流を行い、吸入水素による前処置を行った心筋細胞は非処置細胞と比較すると有意な細胞内カルシウムイオン濃度の減少を認めた。更に、10mMカフェイン灌流による小胞体からのカルシウム動員の影響を調べたところ、水素前処置を行った心筋細胞では有意な細胞内カルシウムイオン濃度の減少を認めた。これらをまとめると、吸入水素は虚血再灌流時に心筋細胞内のカルシウム動態に影響を与え、その機序の一つとして小胞体からの流入を抑制することを示唆していた。2ミトコンドリアの脱分極は細胞死の最終ステージ反応で、ミトコンドリア膜透過性遷移孔の開口により膜電位が減少することを表している、その結果、ミトコンドリアは機能不全に陥り、虚血再灌流障害が完成する。TMRE染色を行った単離心筋細胞を用いて共焦点顕微鏡上でレーザー照射を行い、ミトコンドリア膜透過性遷移孔の開口時間を評価した。水素吸入の前処置を行った心筋細胞は有意に膜透過性遷移孔開口に至る時間を延長させ、酸化ストレスに対してミトコンドリア機能が保持されることが示された。また、細胞内カルシウムイオン濃度はミトコンドリア膜透過性遷移孔の開口はカルシウムイオンもそのトリガーとなるため、吸入水素による細胞内カルシウム動態の変化も寄与しているものと考えられた。水素吸入装置とチャンバーの作成に時間を要したため実験を開始するのに遅れが生じたが、ラット心筋細胞の単離も順調に行えており、その後は順調にプロトコールを実施しており、サンプル数の獲得も行えている。心筋内の水素濃度を測定するシステムを導入を予定しているため、その導入過程では多少の遅れが生じることが予想されるかもしれない。現状では3%吸入水素はラット単離心筋細胞において虚血再灌流時に発生する酸化ストレス反応に対して、プレコンディショニング効果を有することを示すことができており、今後は細胞内の保護カスケードの発現や貪食機能に関するメカニズムを提示することを考えている。更に、心筋水素濃度を測定することにより、最適なプレコンディショニング効果を得られる吸入濃度を探求することを予定している。当初予定していた水素マイクロセンサーの購入せずに、実験計画を変更して吸入水素の効果発現に関する実験を積み重ねることを優先したので、本年度の支出額が低くなってしまった。次年度に持ち越した助成金は吸入水素の心筋虚血再灌流障害への関係性を明確にするために、心筋内の残存水素濃度を測定するマイクロセンサーと保護効果に関するタンパク発現に関係する特異抗体を購入することで使用する予定である。また、研究計画を予定どおり遂行することにより、当初の計画どおりの支出を行うことを見込んでいる。
ウィリス動脈輪閉塞症における血管内膜肥厚の発生機序に関する実験的研究

ウィリス動脈輪閉塞症(以下本疾患)の病因を解析する目的で、培養血管平滑筋細胞(SMC)を用い、各種成長因子に対する反応性に関して検討した。対照の正常SMCではPDGF単独で強い増殖活性を示し、EGF,IGF-1とのsynergic効果は殆ど見られない。これに対し、本疾患患者からのSMCではPDGFに対する増殖活性が有意に低下していた(EGF,IGF-1とのsynergic効果は見られた)。basicFGFに対する反応性も同様に有意に低下していた。次に、膜受容体の差異についてassayをしたところ、^<125>I-PDGFのspecific bindingも低下していた。V-maxは正常細胞の約1/2の値を示した。細胞当たりのレセプター数にも差がみられ、本疾患SMCでは、正常細胞(11.9x10^4)の約1/3であることが判明した。しかし、Kd値(平均値;99.7)は、正常細胞と有意差はなかった。これらの結果は、本疾患患者SMCのPDGFに対する反応性の低下はPDGF receptor数の低下にその原因があることを示している。そこで、^<125>I-PDGFのprocessingについて調べた。degradation(/cell)もまた本疾患SMCでは有意に低下していた。しかし各receptorにおけるinternalizationやdegradationは両者間で有意差は観察されなかった。PDGF receptorのdown-regulationは本疾患SMCでは有意に亢進していた。これらの結果はPDGF receptorのrecyclingが不十分であるか、または細胞内のpoolが減少していることを示している。一方、本疾患患者SMCの染色体は、G-bandingによる分析結果では異常が見出せなかった。DNA多型性(RFLP)を利用した染色体異常部位の検討も始めたが、これまでのところ異常が見つかっていない。今後のさらなる検討が期待される。血管内皮細胞株については現在まで2細胞株を樹立し、その特性について正常細胞との比較検討を開始した。ウィリス動脈輪閉塞症(モヤモヤ病;以下本疾患)の病因を解析する目的で、培養血管平滑筋細胞を用い、各種成長因子に対する反応性に関して検討した。対照の正常平滑筋細胞ではPDGF単独で強い増殖活性を示し、EGF、IGF-1とのsynergic効果は殆ど見られない。これに対し、本疾患患者からの平滑筋細胞ではPDGFに対する増殖活性が有意に低下していた(しかしEGF、IGF-1とのsynergic効果は見られた)。basicFGFに対する反応性もほぼ同様で、本疾患患者からの平滑筋細胞では細胞増殖に対する反応性が有意に低下していた。次に、膜受容体の差異についてradio-receptor assayをしたところ、^<125>1-PDGFspecific bindingも低下していた。V-maxは106±42.8であり、正常細胞の約1/2の値を示した。細胞1個当りのレセプター数にも差がみられ、本疾患患者からの平滑筋細胞では4.7x10^4であり、正常細胞(11.9x10^4)の約1/3であることが判明した。しかし、Kd値は30-160の範囲(平均値;99.7)に分布し正常細胞のKd値(平均値;147)と有意差はなかった。これらの結果は本疾患患者の平滑筋細胞のPDGFに対する反応性の低下はPDGFreceptor数が低下したことに起因していることを示している。

degradation(細胞当りの)もまた本疾患平滑筋細胞では有意に低下していた。しかし、各receptorにおけるinternalizationやdegradationは両者の間で差は観察されなかった。PDGFreceptorのdown-regulationは本疾患平滑筋細胞では有意に亢進していたが、これらの結果はPDGFreceptorのrecyclingが不十分であるか、または細胞内のpoolが減少していることを示している。ウィリス動脈輪閉塞症(以下本疾患)の病因を解析する目的で、培養血管平滑筋細胞(SMC)を用い、TGF-βに対する反応性を検討した。対照の正常SMCではTGF-β(1ng/ml)で増殖活性が抑制されるのに対し、本疾患患者かよのSMCでは増殖活性が有意に促進された(EGF,IGF-1とのsynergic効果は見られた)。basicFGFに対する反応性も同様に有意に低下していた。この作用期序については現在検討中である。次に、細胞老化に伴う本疾患患者SMCの生物学的特性を調べたところ、PDGFによるDNA合成促進活性は生涯を通して正常細胞より低下していた。これらの結果は血管細胞の機能変化が本疾患における内膜肥厚の進展のメカニズムに関与していることを示唆している。一方、本疾患患者SMCの染色体は、G-bandingによる分析結果では異常が見出せなかった。DNA多型性(RFLP)を利用した染色体異常部位の検討も始めたが、これまでのところ異常がみつかっていない。今後のさらなる検討が期待される。本疾患のgenetic analysisの一環として、HLAのtypingを試みた。A,B,C,DR,DQ座について検討したところ、30検体のうち5検体にある種のハプロタイプ(A24-B52-CwX-DR15-DR6が観察された。血管内皮細胞株の樹立については、本疾患が小児期に多発するため適当な資料の入手が困難であるために、細胞株の樹立が遅れ、現在までにやっと2細胞株を樹立した。その特性について現在正常細胞との比較検討を開始したところである。
港湾・海運・通商政策評価のための国際物流業行動モデルと貿易予測モデルの開発

本研究では,(1)物流業の輸送サービス生産構造と運賃の決定メカニズムを考慮した多地域応用一般均衡モデルの構築,(2)船社の寄港スケジュールを考慮した荷主の港湾選択行動モデルの構築,(3)積み替え拠点における規模の経済を考慮した輸送ネットワーク配分モデルの構築を行った.(1)では船舶の大型化の影響や内航海運市場開放の影響について,特に各地域の生産や地域間の交易の変化に注目して推計できた.(2)では新規寄港曜日の違いが需要に与える影響や寄港や利用に対するインセンティブの廃止の影響を推計できた.(3)では船舶の大型化や燃料費の上昇が積み替え輸送の増加をもたらすメカニズムを表現できた.平成23年度に,国際物流業としての船社の行動のモデル化を行った上で,それらを組み込んだSCGEモデルの構築を行ったが,平成24年度はそのモデルを拡張する形で,運賃外生モデルと運賃内生モデルの2通りのモデルを構築した.物流業もほかの産業と同様の生産関数を持つと仮定して定式化を行っている.生産関数としてはCobb-Douglas関数とCES関数の2通りの関数を用いてそれぞれモデルを構築した.ただ,平成24年度には,モデルの各種パラメータの特定および推定を行うことを目標としていたが,データの入手が進まなかったため,データ入手の容易な国内を対象に運賃外生で生産関数がCobb-Douglas関数であるモデルのみ適用を行い,その有効性を検証した.本研究の特徴的な想定として,各地域に港湾が1つずつ存在し,対象地域全体に物流業が1つ存在する状況を想定した.また,通常のSCGEモデルと同様に各地域にそれぞれ複数の産業,家計,政府が存在するものと想定した.産業数は40,地域数は47としたが,計算時間は実用的な範囲内に収まった.適用例としては,何らかの政策または技術革新による運賃低下が各地域各産業および家計にもたらす影響の推計を行った.特区などにより地域や品目を限定した形での規制緩和による運賃低下は,特定地域に恩恵がもたらされる可能性があるものの,国全体には負の経済的影響を与えることが示された.一方,国全体で運賃が低下する場合には,国全体の生産額や所得は増加する結果となっている.平成23年度と平成24年度に構築してきた,物流業をほかの産業と同様の生産関数を持つ形で定式化した多地域応用一般均衡モデルの改良を行った.各地域に地域間貨物の通過点である港湾が1つずつ存在し,対象地域全体に物流業が1つ存在する状況を想定した.モデルの改良においては,特に物流業の表現方法,物理量である地域間輸送量と金額で表現される地域間交易額の関係付けに重点を置いて改良を進めた.生産関数としてはパラメータ推定の容易なCobb-Douglas関数を採用した.構築したモデルをデータの充実している国内都道府県間の取引・流動に対して適用し,再現性や感度を確認しながらパラメータの推定方法および値の妥当性を確認した後,日米欧州アジアの多国間においてモデルを適用した.具体的には,関税政策変化,港湾整備に伴う輸送費用の低下および輸送容量の増加,国際物流業の合併による生産性向上,船舶の大型化による効率性向上,海運業に対する税制の変更,船員の国籍自由化,内航海運の市場開放といった政策や市場環境の変化を想定してモデルを適用し,結果の考察を行った.また,地域間輸送において,複数の輸送経路が利用される状況を想定して,積み替えを考慮した貨物量配分モデルと,荷主の港湾選択モデルの2つのモデルを構築し,それらの結果を多地域応用一般均衡モデルの入力として利用するためのモデル間の想定の整合性の検討を行った.以上,別々に構築した3つのモデルは,それぞれ妥当な精度が得られている.各モデルの出力結果を他モデルに入力し,その結果をさらに元のモデルにフィードバックする形で繰り返し計算を行い,モデルの挙動を確認した.現実的なパラメータの下では,常に結果が収束することが確認された.本研究では,(1)物流業の輸送サービス生産構造と運賃の決定メカニズムを考慮した多地域応用一般均衡モデルの構築,(2)船社の寄港スケジュールを考慮した荷主の港湾選択行動モデルの構築,(3)積み替え拠点における規模の経済を考慮した輸送ネットワーク配分モデルの構築を行った.(1)では船舶の大型化の影響や内航海運市場開放の影響について,特に各地域の生産や地域間の交易の変化に注目して推計できた.(2)では新規寄港曜日の違いが需要に与える影響や寄港や利用に対するインセンティブの廃止の影響を推計できた.(3)では船舶の大型化や燃料費の上昇が積み替え輸送の増加をもたらすメカニズムを表現できた.国際物流業の特徴的な点を考慮すべく検討を行った。船社のサービス生産に必要な資本費用は比較的大きく、損益分岐点を大きく下回っても操業を停止するには至らない。また、船舶の建造には多大な日数を要し、短期的に供給量を増加させることが困難である。以上の特徴は、短期的には現実が多地域応用一般均衡(SCGE)体系が想定する均衡状態とはかけ離れていることを意味する。しかし、長期的な視点では、現実には国際物流業が常に発展しながら存在することから判断して、SCGE体系と整合していると考えられる。短期的な視点と長期的な視点の両面を考慮したモデル化の方法について検討を行った。国際物流業としての船社の行動のモデル化を行った上で,それらを組み込んだSCGEモデルの構築を行った。国際物流業の行動表現方法にはCobb-Douglas型関数やCES型関数をはじめ、様々な関数型の候補が考えられるため、それぞれの関数型に応じた表現手法および必要なデータを検討し、まずは計算の簡便さからCobb-Douglas型関数を採用した。

国際物流業の生産要素投入構造を産業連関表および有価証券報告書から推計した。同時に、世界各地域間の輸送実績および運賃に関するデータを文献調査により把握した。本研究の特徴的な想定として、各地域に港湾が1つずつ存在し、対象地域全体に海運業が1つずつ存在する状況を想定した。また,通常のSCGEモデルと同様に各地域にそれぞれ複数の産業,家計,政府が存在するものと想定した。地域間産業連関表が存在すれば、パラメータのキャリブレーションを行うことができ、モデルの適用も可能であることが確認できた。モデルの構築およびその精緻化については概ね計画通りに進んでいる.しかし,モデルの各種パラメータの設定や推定に必要なデータの入手が計画通りに進んでいないため,モデルの適用や検証は一部のモデルについてしか行うことができていない.ただ,必要なデータ等については,今後ヒアリング等で入手できることが期待できるため,深刻な問題はないと考えている.国際物流業のモデル化における短期的な視点と長期的な視点の両面を考慮する方法については結論を得る予定であったが、結論を得るに至っていない。これは実務者へのヒアリング調査が思うように進まなかったことに原因があると考えている。モデルの構築は行うことができたが、計画に記した精緻化を進めるところまでは至っていない。上記の問題はあるものの、いずれも深刻な問題ではなく、全体としては順調に進展していると考えられる。作成したモデルのさらなる精緻化およびパラメータの特定および推定を行う.これまで構築した国際物流業の行動モデルのSCGE体系との整合性をさらに検討した上で,最終的に最も適切と考える国際物流業の行動を取り込んだSCGEモデルを提案する.入手可能なデータのみからパラメータ推定が可能かどうかを再び検討し,不可能な場合はパラメータの推定方法を検討する.既存の統計のみで不十分な部分について,さらなるヒアリング調査を行い,必要データを入手する.関税政策変化,港湾整備に伴う輸送費用の低下および輸送容量の増加,国際物流業の合併による生産性向上,船舶の大型化による効率性向上,海運業に対する税制の変更,船員の国籍自由化,内航海運の市場開放など,政策や状況・環境変化のモデル上での表現方法を検討する.特にここ最近の国際物流業の変化と貿易の変化の因果関係を明確に示すことができる適用例を示すことにより,本課題で開発したモデルの有用性を示す.また,その適用例をもとに今後の港湾政策について提言を行う.作成したモデルの精緻化およびパラメータの特定を行う。初年度に構築した国際物流業の行動モデルのSCGE体系との整合性をさらに検討した上で、最終的に最も適切と考える国際物流業の行動を取り込んだSCGEモデルを提案する。入手可能なデータのみからパラメータ推定が可能かどうかを検討し、不可能な場合はパラメータの推定方法を検討する。おそらく既存の統計のみでは不十分であり、追加データが必要なことが予想されるため、さらなるヒアリング調査を行い、必要データを入手する。
脳機能画像法による難聴の評価

脳機能画像法による聴皮質の観察に基づいて難聴を客観的に評価することを目的に、語音弁別能が低下している内耳性難聴患者の単語聴取における脳活動をポジトロン断層法により観察した。内耳性難聴患者5名を対象にあらかじめ予備検査として単語の聞き取り検査を行い、弁別が良好であった単語と弁別が不良であった単語に分けた。このような患者が1)何も聞いていない状態、2)弁別しやすい単語を右耳から聞いている状態、3)弁別にくい単語を右耳から聞いている状態、4)弁別しやすい単語を左耳から聞いている状態、5)弁別にくい単語を左耳から聞いている状態の5条件下での脳血流をPET(GE Advance)を用いて計測し、有意な賦活部位を統計学的解析(SPM96)により同定した。その結果、弁別が良好な単語を聞いているときには刺激耳に関わらず両側の聴覚連合野、ブローカ野、右半球のブローカ相同領域、左の角回に強い賦活を認めた。これらの結果は我々が以前に報告した人工内耳患者でのものと同様の結果であり、内耳性難聴患者では中枢へ入力される情報が不十分であるために、聴覚連合野だけでなく、運動性言語野を含めた様々な領域を働かせ認知にあたっているものと推察される。左角回の活動は認知できたことを反映するものと思われる。一方、弁別不良な単語を聞いているときには、聴覚連合野の活動は刺激耳の反対側のみで見られ、また左角回の活動は認めなかった。内耳での情報処理が不十分であるため同側の聴覚連合野を活動させるには至らず、結果として不良な単語認知につながったものと推察される。このように単語を認知しやすい場合と認知が難しい場合には脳活動のパターンに明瞭な違いが見られ、内耳性難聴者における単語の認知の相違を脳機能画像によって客観的に示すことが出来た。局所の解剖構造を観察するだけではその本質が捉えられない病態がある。例えば難聴児の言語発達が遅れている場合、患児の脳がどの様に言語を処理しているかが重要であるが、単純な脳のMRIではそれに関する情報は得られない。このような問題を克服するために解剖学的構造に生理的機能を対応させて画像として表示するのが機能画像検査である。本研究の目的は機能画像のなかでも特にポジトロン断層法(PET)と脳磁図により難聴の客観的評価を行うことにある。難聴者のPET検査により中枢聴覚機構について多くの知見が得られた。内耳性難聴者で語音弁別能が低下している症例で弁別しやすい単語を聴取している状態と弁別しにくい単語を聴取している状態を比較すると、後者で右の側頭葉聴覚野の賦活が低いことがわかった。内耳性難聴による語音弁別の低下は、語音信号の歪みにより右半球聴覚連合野における語音の音響分析機構が充分に機能できないことによって引き起こされる可能性がある。言語習得後失聴者が人工内耳を使用して言語を聞くと、たとえ失聴期間が30年以上でも側頭葉は強く賦活され、一旦言語を獲得すれば、その後に高度難聴になっても側頭葉の神経回路は長期間保たれる事がわかった。人工内耳手術が行われ始めた当初は失聴期間が10年を超える例では装用効果が疑問視されていたが、脳機能画像により長期の失聴者でも充分効果が期待できるという根拠が得られた。また人工内耳使用小児では、日常生活で聴覚を用いるか視覚的手段を用いるかによって読話で後頭葉が活動する例と側頭葉が活動する例があり、同じ言語習得前失聴児でも全く異なる脳の使い方でコミュニケーションをしている事が明らかになった。今後、我々が感覚器障害の診療を行う際には、常にその中枢処理機構も含めた全体像を捉えるという観点が重要になるものと考える。
マイクロ流路内での非ニュートン流体脈動流に関する研究

H17年度では研究対象をより実機に近づけ,Lab-on-a-Chipやμ-TASを念頭とした蠕動運動型マイクロポンプと血液などの試薬を効率良く混合する受動型マイクロミキサーの開発を行った.前者は従来の加圧式ポンプと異なり,流路外部から流体の輸送を生成・制御が可能で,省スペースと低コスト化が期待される.そこで前年度に開発した数値解析コードにImmersed Boundary法を適用し,流路壁面が蠕動運動すなわち進行波状に変化する系について計算を行い,その振幅,振動数,波長,壁面形状が生成される脈動流に与える影響について検討を行った.その結果,主流方向断面の時間平均流速は正弦波振幅の2乗に比例し,壁面正弦波速度に対して非線形的に増加すること,波速度が大きい場合,主流部と壁近傍部間で主流方向速度に位相差が見られ,この特性は検討した範囲内では振幅に対する依存性が少ないこと,また流路両壁が同位相で変動する場合に流体の輸送量が極めて小さいことが分かった.マイクロミキサーの開発では,ブロック挿入型と溝付設型流路についてマイクロPIVによる流れ場計測実験と高感度CCDカメラによる濃度場計測実験,および3次元数値解析を行い,流路内の流動と混合特性について検討を行った.流路は前年度に用いたElectron Beam(電子線)製のマスクの変わりに写真板を用いたエマルジョンマスクを,さらにマスクアライナーを使用して2段構造のものを製作した.また,マイクロ蛍光粒子とRhodamine Bを活用した2種類の測定法により2流体の混合性能評価実験を行った.その結果,ブロック挿入型では流路アスペクト比(AR)が小さい場合では有効であるがARが大きくなると性能が著しく劣化すること,溝付設流路では高ARの流路でも有効であること,鉤形溝付設流路では非軸対称溝の方が軸対称溝よりもスパン方向の流体の輸送量が大きく性能が高いこと,溝幅による性能への影響が小さいこと,そして鉤形溝よりも傾斜溝の方が高い混合性能が得られることが分かった.初年度であるH16年度では,マイクロチャネル内を流れる脈動流における非ニュートン流体の流動特性に関する実験計測に向けて,マイクロPIV計測システムの立ち上げと脈動流の生成系の構築,およびマイクロチャネルの製作を行った.チャネルはPDMSを材料として製作し,ストレートチャネルおよびバックステップを伴うチャネルについて定常流れでRe=1100の範囲内での計測を行った.これにより得られた結果を解析解と比較することにより,マイクロPIVシステムの精度を検証するとともに,システムの更なる改良を行った.最終的には,100200μmの大きさのチャネルでは解析解との誤差は数%以下という精度を確立するまでに至った.また,独自に数値解析コードの開発も行い,非構造格子に基づいた3次元層流流れについて数値解析が行える段階に至った.コードの妥当性は,理論値や他の研究の実験値と比較するいっぽうで,前述の定常マイクロチャネル内バックステップ流れの測定から得られた3次元速度場やステップから剥離した流れの再付着点位置とも比較することで確認を行った.これらは良好な一致を示し,マイクロ効果や非ニュートン流体に関するモデルを導入する前段階までコードが完成されたといえる.脈動流はマイクロシリンジポンプの駆動をステップおよび正弦波形状に変化させることにより高い時間分解能で生成し,ストレートとバックステップチャネルについて実験を行い,流れ場の計測を行った.実験した脈動流の周波数は0.10.5Hzであり,Womersley数に直すとWo<0.2であることから,一般に粘性支配の流れであり,圧力波と流れの間および主流方向断面内の各位置間で位相差が存在しないとされている.これに基づいて算出した理論値との比較において,速度場は定性的にはよい一致を示したが,実験では位相のずれおよび振幅の減少なる現象が観測され,その原因を特定する必要がある.これらの結果は第42回日本伝熱シンポジウムで発表する予定である.現在は,実際に非ニュートン流体(界面活性剤など)を用いて定常・脈動流に関するマイクロPIV計測を行う予定である.H17年度では研究対象をより実機に近づけ,Lab-on-a-Chipやμ-TASを念頭とした蠕動運動型マイクロポンプと血液などの試薬を効率良く混合する受動型マイクロミキサーの開発を行った.前者は従来の加圧式ポンプと異なり,流路外部から流体の輸送を生成・制御が可能で,省スペースと低コスト化が期待される.そこで前年度に開発した数値解析コードにImmersed Boundary法を適用し,流路壁面が蠕動運動すなわち進行波状に変化する系について計算を行い,その振幅,振動数,波長,壁面形状が生成される脈動流に与える影響について検討を行った.その結果,主流方向断面の時間平均流速は正弦波振幅の2乗に比例し,壁面正弦波速度に対して非線形的に増加すること,波速度が大きい場合,主流部と壁近傍部間で主流方向速度に位相差が見られ,この特性は検討した範囲内では振幅に対する依存性が少ないこと,また流路両壁が同位相で変動する場合に流体の輸送量が極めて小さいことが分かった.マイクロミキサーの開発では,ブロック挿入型と溝付設型流路についてマイクロPIVによる流れ場計測実験と高感度CCDカメラによる濃度場計測実験,および3次元数値解析を行い,流路内の流動と混合特性について検討を行った.流路は前年度に用いたElectron Beam(電子線)製のマスクの変わりに写真板を用いたエマルジョンマスクを,さらにマスクアライナーを使用して2段構造のものを製作した.

また,マイクロ蛍光粒子とRhodamine Bを活用した2種類の測定法により2流体の混合性能評価実験を行った.その結果,ブロック挿入型では流路アスペクト比(AR)が小さい場合では有効であるがARが大きくなると性能が著しく劣化すること,溝付設流路では高ARの流路でも有効であること,鉤形溝付設流路では非軸対称溝の方が軸対称溝よりもスパン方向の流体の輸送量が大きく性能が高いこと,溝幅による性能への影響が小さいこと,そして鉤形溝よりも傾斜溝の方が高い混合性能が得られることが分かった.
混み合った環境下における拡散性の揺らぎと間欠的探索

主要な結果は以下の4点である。(1)一分子計測実験においてよく用いられる時間平均二乗変位(TMSD)を, 2階のテンソル量に拡張した。このTMSDテンソルの相関関数を用いて,拡散性の「大きさ揺らぎ」と「方向揺らぎ」を同時検出する手法を提案した。(2)このテンソル時系列解析手法を, 4つの高分子モデルに適用した。その結果,これらのモデルが互いに異なる拡散性揺らぎを示すことが分かった。(3)拡散係数が2状態間で揺らぐランジュバン方程式の解析を行った。(4) 15種類のブラウン粒子(マクロ分子)から構成される粗視化細胞質モデルにおける拡散性の低減理論を構築した。平成27年度は拡散性が揺らぐランジュバン系の理論的研究を中心に進めた。特に、拡散係数が2状態間で(非マルコフ的に)揺らぐ場合の解析が終了した。具体的には、時間平均二乗変位(TMSD)の相対標準偏差(RSD)を用いることで、拡散性の揺らぎが軌道時系列データから特徴づけられることを示した(実際、平均2乗変位では不十分であり、RSDのような高次モーメントが必要であることが分かった)。これらの結果は混み合った系における拡散現象の実験データを解析する上で非常に有用であると考えている。また、以上の解析を遂行するために、2状態更新理論の枠組みを構築したが、この理論は多方面の応用が期待できると考えている。以上の結果はPhysical Review E誌に投稿中である。また、関連する内容として剛体棒状ポリマーの研究も行った。剛体棒状ポリマーの拡散係数は方向によって異るため、回転運動に伴なって拡散係数が揺らぐ。この系の場合、上記のRSD解析が有効ではないことが分かった。この問題は、TMSDをテンソル量として定義し、上記のRSD解析を一般化することで解決した。すなわち、TMSDを元に4階テンソル量を定義し、この4階テンソルに適当なコントラクションを行うことで、必要な情報を得ることができる。特に重要な結果として、並進運動の軌道時系列データだけから、回転緩和の時定数が実験的に決定できることを指摘した。これらの結果は現在投稿準備中である。当初は数値実験(粗視化細胞質モデル)を主体とした研究を先に遂行する予定であったが、実際には理論解析(拡散性が揺らぐランジュバン系)が先行することになった。この理論解析は当初の予定通り完成し、現在国際ジャーナルに投稿中である。さらに、高分子モデル(剛体棒状ポリマー)の理論解析から、当初予想していなかった興味深い成果も得られている(並進運動の軌道時系列データだけから、回転緩和の時定数が実験的に決定できること)。また、粗視化細胞質モデルの数値実験の準備も順調に進めており、全般的な進捗状況としてはおおむね順調であると判断できる。平成28年度は「拡散性揺らぎに関する新しい時系列解析手法の開発」と「高分子モデルにおける拡散性揺らぎの数理解析」を中心に進めた。主要な結果は以下の2点である:1一分子計測実験や分子動力学計算などにおいて時間平均二乗変位(TMSD)が広く用いられているが、本研究ではこのTMSDを2階のテンソル量に拡張した。このTMSDテンソルの相関関数(4階テンソル)を用いることで「拡散性の大きさの揺らぎ」と「拡散方向の揺らぎ」を同時に検出できる手法を提案した(従来の方法では「拡散性の大きさの揺らぎ」しか検出できなかった)。特に、これまで「拡散方向の揺らぎ」を調べるには、分子の方向を観測する必要があるため、高度な技術が必要であった。しかし、今回提案した時系列解析手法では、並進運動の時系列データのみから「拡散方向の揺らぎ」を調べることができる点が特徴である。2上記のテンソル時系列解析手法を用いて、基本的な高分子モデルである、ラウスモデル、ジムモデル、レプテーションモデル、剛体棒の重心運動の拡散性揺らぎを調べた。その結果、これらのモデルの重心運動が互いに異なる拡散性揺らぎを示すことが分かった。この点において、本研究課題で提案したテンソル時系列解析手法は、従来から用いられてきた指標である「ergodicity breakingパラメータ」や「非ガウスパラメータ」より優れている。というのも、上記の4つの高分子モデルの拡散性揺らぎは、これらのパラメータでは明確に区別できないからである。全般的な進捗状況としてはおおむね順調であると判断する。理由は次の通りである:1本研究課題を進める中で、従来から用いられてきた「拡散性揺らぎの時系列解析手法」が不十分であることを認識し、新たな手法(TMSDテンソルを用いた時系列解析手法)を開発する必要性が生じた。これは、計画段階では予定していなかったテーマであるが、今後の研究にも重要な役割をはたすはずである。2剛体ブラウン粒子系(粗視化細胞質モデル)の数値実験に関しては、本年度は数値プログラムの改良と基本的な性質(拡散性の低減等)の確認作業を行った。平成29年度は「粗視化された細胞質の数理モデルの理論解析」を中心に進めた。粗視化細胞質モデルとして、15種類のブラウン粒子(マクロ分子)から構成される多分散性のコロイドモデルを用いた。主要な結果は以下の2点である。1まず、サイズが異なるブラウン粒子系(多分散性のコロイドサスペンション)において、排除体積効果による拡散係数の低減を理論的に扱った(粒子間相互作用は剛体芯相互作用とした)。