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集中瞑想および洞察瞑想が感情調整に与える効果とその神経基盤の解明

マインドフルネスとは、今この瞬間の経験に受容的な注意でありのままに気づくことである。この能力を高めるための実践法は、特定の対象に意図的に注意を集中する集中瞑想と、経験に対して抑制することなくありのままに気づいている洞察瞑想の2種類の瞑想技法から構成されている。近年、この実践法が人々のウェルビーイングの改善・向上に貢献することが多くの研究で示されている一方で、対象者によってはネガティブな経験を抑制してしまうことで有害事象が生じる事例も示されている。そこで、安全かつ効果的な実践法の適用・開発のために、マインドフルネスの中核的な機能を育む洞察瞑想の心理・神経基盤を解明することが求められている。本年度は、瞑想未経験者72名を対象として、昨年度に開発した介入用教示を用いて、集中瞑想と洞察瞑想の30分の短期介入が、妨害刺激の対処方法に与える影響の違いを検討した。実験では、妨害刺激としての表情顔の中央に呈示された文字の向きを解答する弁別課題を用いた。その後、弁別課題時に呈示した顔と呈示しなかった顔を用いて選好度判断課題を実施した。その結果、対照群では表情顔に対する単純接触効果が見られなかった。しかし集中瞑想群と洞察瞑想群では単純接触効果が見られた。さらに集中瞑想群でのみ介入後のリラックス状態と単純接触効果の間に有意な正の相関が見られた。これらの結果は、統制群では弁別課題で呈示された顔を抑制したために、呈示顔の魅力度が低下したことを示している。また集中瞑想や洞察瞑想の短期介入が、注意制御機能や情動調整機能に影響を与えることを示すとともに、洞察瞑想が集中瞑想による選択的注意を強めることとは異なる心理メカニズムに影響を与えていることを示している。これによって、従来確認されていなかった、瞑想未経験者でも洞察瞑想による情動調整を実施できるということの傍証をえることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。マインドフルネス瞑想は、注意の訓練によって感情調整能力を高めるための瞑想法で、集中力を高める集中瞑想と、観察力や平静さを高める洞察瞑想の2種類の瞑想技法が含まれている。近年、この瞑想法によって心身の健康が高まることが示されるととともに、集中瞑想と洞察瞑想の教示法・実施順序・実施時間などの影響因子を組み合わせた様々な心理療法の開発が進められている。しかし、これらの瞑想技法の作用機序や神経基盤はまだあまり解明されておらず、安全かつ効果的な心理療法を開発するためにも、その解明が求められている。本研究では、瞑想実践者を対象として、fMRIを用いて、集中瞑想および洞察瞑想の作用機序や神経基盤を解明することを目的としている。2016年度は、瞑想実践者の集中瞑想時および洞察瞑想時の脳領域間の活動の関係である機能的結合性を検討した。その結果、集中瞑想時には、腹側線条体とセーリエンスネットワーク領域との結合性が上昇するとともに、腹側線条体とデフォルトモードネットワーク(DMN)内の現在の自己参照に関わる内側前頭前野などとの結合性が低下した。これらの結果は、集中瞑想時に、注意制御関連脳領域がDMN領域への関与を高めていることを示唆している。一方、洞察瞑想時には、被殻とDMN内の過去や未来の自己参照に関わる海馬や脳梁膨大後部皮質などとの結合性が低下した。特に、右被殻と右脳梁膨大後部皮質との結合性の低下は、洞察瞑想後にも持続していた。これらの結果は、洞察瞑想時に、感情的記憶関連脳領域がDMN領域における関与を低下させていることを示唆している。本実験は論文にとりまとめて、現在英文科学誌に投稿中である。2016年度は、瞑想実践者を対象としたfMRIデータの取得および解析を実施し、集中瞑想と洞察瞑想の神経基盤に関する知見をえることができた。さらに、それらの知見をとりまとめて英文科学誌への投稿作業まで進むことができた。これらのことから、本研究は、当初の予定どおり、おおむね順調に進展していると考えられる。マインドフルネス瞑想は、今この瞬間に生じている経験に気づき、反応したり判断したりすることなく、注意をとどめるための瞑想法で、集中力を高める集中瞑想と、観察力を高める洞察瞑想の2種類の瞑想技法から構成されている。近年、この瞑想法によって心身の健康や幸福感が高まることが示されるなかで、2種類の瞑想技法を組み合わせた、様々な心理療法の開発が進められている。そこで、安全かつ効果的な心理療法を開発するために、2種類の瞑想技法の神経基盤や作用機序の解明が求められている。本研究では、fMRIおよび認知課題を用いて、2種類の瞑想技法の神経基盤や作用機序を解明することを目的としている。本年度は、1つ目に、神経基盤の解明研究を継続して実施した。研究では、瞑想実践者の集中瞑想時および洞察瞑想時の機能的結合性を検討するための追加データを取得した。その結果、集中瞑想時に腹側線条体と視覚野・脳梁膨大後部皮質との間の結合性が増加する一方で、洞察瞑想時にこの結合性が減少した。これらの結果により、集中瞑想では意図的な注意制御の関与が高まる一方で、洞察瞑想では意図的な注意制御や自伝的な記憶の関与が低下するという仮説を支持することができた。2つ目に、作用機序の解明研究を実施した。

研究では、初めに、30分の介入インストラクションを開発した。その上で、非瞑想実践者に対する集中瞑想と洞察瞑想の短期介入が、表情への注意バイアスに与える影響を検討した。その結果、対照群では怒り顔に対して注意バイアスが生じていたが、洞察瞑想群では笑顔に対して注意バイアスが生じた。これに対して、集中瞑想群では注意バイアスが生じなかった。これらの結果は、マインドフルネス瞑想の中でも、洞察瞑想が、笑顔に対する注意バイアスを通じて、幸福感に影響を与えている可能性を示唆している。本年度は、瞑想実践者を対象としたfMRIデータの追加取得および追加解析を実施し、集中瞑想と洞察瞑想の神経基盤に関する、より整合性のとれた知見を得ることができた。さらに、それらの知見をとりまとめて、英文科学誌への投稿・査読作業まで進むことができた。また、介入研究のための日本語版の短期介入インストラクションを開発し、認知課題を用いることで、集中瞑想と洞察瞑想の作用機序に関する知見を得ることができた。これらのことから、本研究は、集中瞑想と洞察瞑想の神経基盤および作用機序を解明するという当初の予定どおり、おおむね順調に進展していると考えられる。マインドフルネスとは、今この瞬間の経験に受容的な注意でありのままに気づくことである。この能力を高めるための実践法は、特定の対象に意図的に注意を集中する集中瞑想と、経験に対して抑制することなくありのままに気づいている洞察瞑想の2種類の瞑想技法から構成されている。近年、この実践法が人々のウェルビーイングの改善・向上に貢献することが多くの研究で示されている一方で、対象者によってはネガティブな経験を抑制してしまうことで有害事象が生じる事例も示されている。そこで、安全かつ効果的な実践法の適用・開発のために、マインドフルネスの中核的な機能を育む洞察瞑想の心理・神経基盤を解明することが求められている。本年度は、瞑想未経験者72名を対象として、昨年度に開発した介入用教示を用いて、集中瞑想と洞察瞑想の30分の短期介入が、妨害刺激の対処方法に与える影響の違いを検討した。実験では、妨害刺激としての表情顔の中央に呈示された文字の向きを解答する弁別課題を用いた。その後、弁別課題時に呈示した顔と呈示しなかった顔を用いて選好度判断課題を実施した。その結果、対照群では表情顔に対する単純接触効果が見られなかった。しかし集中瞑想群と洞察瞑想群では単純接触効果が見られた。さらに集中瞑想群でのみ介入後のリラックス状態と単純接触効果の間に有意な正の相関が見られた。これらの結果は、統制群では弁別課題で呈示された顔を抑制したために、呈示顔の魅力度が低下したことを示している。また集中瞑想や洞察瞑想の短期介入が、注意制御機能や情動調整機能に影響を与えることを示すとともに、洞察瞑想が集中瞑想による選択的注意を強めることとは異なる心理メカニズムに影響を与えていることを示している。これによって、従来確認されていなかった、瞑想未経験者でも洞察瞑想による情動調整を実施できるということの傍証をえることができた。今後は、集中瞑想と洞察瞑想が感情調整能力に与える影響を検討するために、感情的記憶関連脳領域をターゲットとした認知課題を用いて、集中瞑想および洞察瞑想の作用機序や神経基盤の解明を進めていく予定である。今後は、神経基盤の解明研究に関しては、fMRIと新たな認知課題を用いて、瞑想実践者を対象として、集中瞑想と洞察瞑想が感情調整能力に与える影響を検討する予定である。
多成分退化型反応拡散系によるパターンの制御

生物の発生過程における形態形成の数理モデルは,従来,ゆっくり拡散する活性因子と速く拡散する抑制因子との競合の結果としてパターンが自発的に形成されるという考えに基づき構成されてきた.しかし,活性因子が細胞膜に固定された受容体である場合,これは拡散しない.そこで,近年提唱された非拡散性の活性因子と拡散性の抑制因子からなるモデルについて,定常解の存在,安定性を中心に数学的に厳密な解析を行った.その結果,定常解には,活性因子が第一種不連続性をもつものと連続なものの二種類があり,連続な定常解は不安定であって,不連続な定常解が安定となり,さらに,不連続な定常解は無限に多く存在することが判明した.生物の発生段階で起る形態形成は二つ以上の拡散性物質の分布に現れる空間的非自明な構造(パターン)によって制御されていると唱えたのがTuringであるが,それが正しいかどうかは,まだ確定していない.本研究課題の目標は,より生物学的に妥当性のある説明がTuringの考えを修正することで可能であるかどうかを数学的に検証することにある.すべての成分が拡散する系に関しては,特に二成分系の場合に,膨大な研究の蓄積があり,生成されるパターンの構造についてのある程度系統的な知見がある.空間的に一様な環境では,パターンは(初期値と)領域の幾何学によって定まるが,生物にとっては,それは受け身な形態形成と解釈されよう.生物学的には,小さな空間的不均一性を手がかりに形態形成が始まると考えるのが普通である.また,受容体に特定の物質が結合すると,細胞内の変化が引き起されるということは生物学的には確立された事実であるが,受容体は拡散しないため,Turing的な見方とは整合性が悪い.以上のような状況を踏まえて,本研究課題では,(i)不拡散種と拡散種の比率により生成されるパターンに(安定性を含めて)どのような違いが生じるか,(ii)空間的不均一性がパターンにどのような影響を与えるか,の二点に焦点を絞って考察する.本年度は,初年度にあたるため,(i)を中心に準備的研究を行った.まず,一つの拡散種と三つの不拡散種から成る退化反応拡散系の空間一次元定常解の構成とその安定性に関する研究を行った.解の構成法に関しては,これまでに得られてきた結果を整理して投稿した論文が掲載予定である.また,安定性を調べる方法をある程度確立することができた.これらは,Heidelberg大学のMarciniak-Czochra教授の研究グループとの共同研究として推進している.今年度は,受容体ー結合基反応に基づくヒドラのパターン形成の(三成分)モデルを準定常近似して二成分系に単純化したもののダイナミクスを調べた.定常解は,単純化する前の系も単純化した系も同じものとなるので,定常解の安定性/不安定性を詳しく調べた.ハイデルベルグ大学のMarciniak-Czochra教授,Haerting氏との共同研究において,第一種の不連続性をもつ(空間一次元)の定常解は,連続体をなすが,それらはいずれも安定であることを証明した.ただし,安定性は,一様位相よりも弱い位相で測っている.さらに,定数定常解からの分岐として得られる連続な定常解は,不安定であることをハルビン工業大学の李英氏らとの共同研究の中で示した.二種のうちの一種だけが拡散するこの系は,二種の物質がともに拡散する古典的な反応拡散系とは異なり,定数定常解およびその近傍にある非定数定常解は,波数の大きな摂動に対して不安定であり,波数が小さい摂動に対しては安定であることを明かにした.この知見は,非定常解の長時間挙動を理解するうえで,重要な手がかりを与えるものであることを強調しておきたい.中国とヨーロッパの7大学に在籍する数理生物学者を訪れ,これらの結果を報告するとともに貴重な意見を寄せていただいた.それを踏まえて,不連続解の安定性に関する結果を論文としてまとめて投稿し,掲載が決まった.さらに,定数定常解からの分岐解として得られる連続定常解の不安定性に関する結果をまとめている.第1種の不連続性を有する定常解の安定性を厳密に証明することができ,その論文は掲載が決定している.さらに,連続な定常解の不安定性の性質が分かったので,安定多様体,不安定多様体を構成できる可能性がでてきた.このように,非定常解の大域的振舞いを知るうえでの基本要素が次第にはっきりしてきたのは大きな収穫である.ヒドラの形態形成の数理モデルとして周知のGiererとMeinhardtによる活性因子ー抑制因子系とMarciniak-Czochraによる受容体ー結合子モデルは,全く異なる観点から提唱されたものである.本研究は,両者の数学的構造の違いを明かにし,モデルをつくる上での参考に供することを目的としている.活性因子ー抑制因子系は,二つの生化学物質がいずれも拡散することを前提にしており,Turingの拡散誘導不安定化によるパターン形成の具体例を与えている.ただし,これは数理モデルの具体例であって,具体的な生物現象を説明するものではない.細胞集団におけるパターン形成よりは,一つの細胞内での自発的構造形成のモデルとして有効である可能性があるため,数学的理論を深化する必要がある.

本研究では,活性ー抑制因子系の係数を制御する機構を附加することで,領域の幾何学的情報で決まっていたパターンを空間的不均一性を手がかりにパターンが形成されるように修正したモデルを構成した.他方,受容体ー結合子モデルは,拡散性物質(結合子)と非拡散性物質(受容体)が共存するため,拡散方程式と常微分方程式との連立方程式となる.今年度は,反応拡散系の一つの典型例として知られているFitzHugh-Nagumo方程式系のパラメータを適当に選ぶことで,これまでに提唱されていたモデルの定性的性質を,この参照系でも実現できることを明かにした.これにより,定常解の集合の構造と非定常解の長時間挙動に関する詳細な研究の大きな手がかりがつかめた.以上の成果は,二篇の論文として発表され,また五回の口頭発表として専門家に提示された.退化型反応拡散系の定常解の構成と安定性の判定に関しては,目標を達したと判断できる.しかし,空間的不均一性を含むモデルについては,定常解の構成自体が未解決である.本研究は,生物の発生過程における形態形成のモデルとしてMarciniak-Czochraが提唱した拡散性物質と非拡散性物質からなる反応系(以下MCモデルと呼ぶ)に現れるパターンの選択の機序を解明することを目的に行ってきた.MCモデルでは,すべての成分が拡散する標準的な反応拡散系とは異なり,非拡散成分が第一種不連続性を有する定常解が無限に多く存在し,それらはすべて安定であることが判明した.従って初期条件と時間が無限に経過したのちの極限として現れるパターンとの関係も非常に複雑であると考えられる.そこで,極限パターンの特徴である不連続点の個数と初期条件との関係の解明などを当面の目標とした.MCモデルは非線型性がやや複雑なので,参照系として,より精密な解析が可能と思われるFitzHugh-Nagumo方程式系をとりあげ,定常解の集合の大域的な構造を調べた.パラメータの適当な範囲内では,定数定常解から分岐する連続な定常解の枝をすべて決定することができた.これらはいずれも不安定であることも示した.さらに,分岐点の近傍で,分岐解の安定多様体と不安定多様体を構成した.現在は,これらの情報に基づいて,定数定常解の近くから出発する解がどのような振る舞いをして定数定常解の近傍から離れていくかを考察し,数値解の大域的挙動と比較している.一方,本研究のもう一つの主題である,空間的不均一性の導入によりパターンがどのような影響を受けるかという問題について,スパイク状定常解をもつ空間的非等方的かつ非一様な単独の反応拡散方程式に対し,位置決め函数を導入し,スパイクは,位置決め函数の臨界点にのみ現れることを示した.変数係数のFitzHugh-Nagumo方程式の場合,不連続性をもつ定常解の構成そのものが新しい問題であり,本研究はその端緒についたところである.生物の発生過程における形態形成の数理モデルは,従来,ゆっくり拡散する活性因子と速く拡散する抑制因子との競合の結果としてパターンが自発的に形成されるという考えに基づき構成されてきた.しかし,活性因子が細胞膜に固定された受容体である場合,これは拡散しない.そこで,近年提唱された非拡散性の活性因子と拡散性の抑制因子からなるモデルについて,定常解の存在,安定性を中心に数学的に厳密な解析を行った.その結果,定常解には,活性因子が第一種不連続性をもつものと連続なものの二種類があり,連続な定常解は不安定であって,不連続な定常解が安定となり,さらに,不連続な定常解は無限に多く存在することが判明した.本年度は,準備の年と位置づけて,これまでに散発的に計算したり,考察した結果を整理することに充て,解の存在に関する結果を論文にまとめて投稿し,安定性に関する論文を準備した.
CREBとその転写共役因子CRTCによる動脈硬化発症・進展抑制機序の解析

AngIIやTNFα等の動脈硬化惹起因子がCREBを活性化することが報告されている。GLP-1受容体作動薬は抗動脈硬化的に作用することが指摘されているが、この一部はcAMP-CREB経路を介した作用である。つまりCREBは動脈化促進と抑制のどちらにも働く可能性がある。マウスを用いてCREBのco-factorであるCRTCの組織別発現パターンを解析し、CRTCが血管組織において強く発現していることを確認した。そこで血管組織においてCREBの転写活性調節におけるCRTCの役割を明らかにすることで、動脈硬化症におけるCREBの位置づけを明らかにすることができるのではないかと考えている。
新生児ECMOに続発する循環不全及び臓器障害の病態に閑する研究

平成9年度及び10年度に体重34kgの雑種幼犬、それぞれ4頭を用い、ECMO回路によるVA-bypass施行(ECMO:E群)及び、これにエンドトキシン投与を加えた時(エンドトキシン:Ex群)の、血中サイトカインの動態につき検討を行った。上行大動脈及び右房に送脱血管を挿入し、VA-bypassを100ml/kg/min.の流量にて開始した。状態の安定した60分後、エンドトキシン(055B5Westphal:5mg/kg)を静注し、更に約210分各種パラメターを計測した。赤血球数は、E群・Ex群とも、3.5時間の潅流の間、変動は見られなかった。白血球は、E群で変動を見なかったが、Ex群で、前値に比し、軽度の減少が見られた(前値11500±2650/後値9876±1642)。血小板数は、両群で軽度の低下が見られた(E群前値42.3万±5.62万/後値36.1±6.03万;Ex群前値46.0万±7.38万/後値19.9万±8.37万)。ヘモグロビン値・遊離ヘモグロビン値は、両群とも変動が見られなかった。動脈血pHは、E群で変動を見なかったが、Ex群で低下が見られた。心拍数は両群間に差はなかったが、最高血圧はEx群で低下が見られた。肺動脈血流量は、E群で変動を見なかったがEx群で低下が見られた。動脈血中乳酸値は、E群で変動を見なかったがEx群で上昇が見られた。血中サイトカインのうち、IL-1βはE群で変動を見なかったが、Ex群で、一過性の上昇が見られた。IL-6は、Ex群で上昇傾向が見られたが、有意ではなかった。TNF a・PAFは、両群で有意な変動を見なかった。血漿アドレナリンは、E群で変動を見なかったが、Ex群で一過性の上昇が見られた。血漿ノルアドレナリン・ドーパミンも同様であった。以上よりECMO施行及びこれにエンドトキシン投与を加えた際の血中サイトカン動態に及ぼす影響を検討したが、ECMOの施行自体は、むしろ、サイトカインの産生抑制及び血中よりの除去に促進的に働き、このため、その血中値の変動は少なく、臓器障害の発生への関与は否定的であった。体重34kgの雑種幼犬4頭を用い、VA-bypass施行前後の、血中サイトカインの動態につき検討を行った。静脈ライン作成後、気管内挿入による全身麻酔を行った。次いで、総頚動脈よりAラインを挿入し、持続的に動脈圧を測定した。胸骨正中切開を加え、肺動脈に心拍出量測定のため超音波血流計を装着するとともに、左房にカテーテルを挿入した。

測定のため動脈より採血後、上行大動脈及び右房に送脱血管を挿入し、VA-bypassを100ml/kg/min.の流量にて開始した。60分行った後、L-NMMA(1mg/kg)を静注し、更に約60分各種パラメターを計測した。動脈血pHは開始後60分で低下傾向を示し、L-NMMA投与後その低下は進行した。Base ExcessもpHと同様の傾向を示した。動脈圧はL-NMMA投与直後に、一過性の最高血圧の上昇がみられた。心拍出量は、VA-bypass開始後60分で漸減傾向を示したが、L-NMMA投与後、その低下は顕著となった。心筋血流量・腎動脈血流量も同様の傾向がみられた。一方、血中のサイトカイン(TNFアルファー、IL-1アルファー、PAF)の変動は軽微で、IL-6のみがVA-bypass開始後60分で漸減傾向を示し、L-NMMA投与後、その低下は顕著となった。以上よりVA-bypass前後のサイトカインの変動を検討したが、現在の条件では、その変動は少なく、またL-NMMA投与も生体に障害的に働くことが示唆された。次年度では、当初、予定していたエンドトキシン投与による影響や更に高流量でVA-bypassを行った際の影響につき検討の予定である。体重34kgの雑種幼犬4頭を用い、VA-bypass施行及びエンドトキシン投与時の、血中サイトカインの動態につき検討を行った。静脈ライン作成後、気管内挿管による全身麻酔を行った。次いで、総頚動脈よりAラインを挿入し、持続的に動脈圧を測定した。胸骨正中切開を加え、肺動脈に心拍出量測定のため超音波血流計を装着するとともに、左房にカテーテルを挿入した。60分行った後、エンドトキシン(5mg/kg)を静注し、更に約60分各種パラメターを計測した。動脈血pHは開始後60分で低下傾向を示し、エンドトキシン投与後その低下は進行した。動脈圧はエンドトキシン投与直後より低下がみられた。心拍出量は、VA-bypass開始後60分で漸減傾向を示したが、エンドトキシン投与後、その低下は顕著となった。一方、血中のサイトカイン(TNFアルファー、IL-1アルファー、PAF)の変動は軽微で、エンドトキシン投与後、TNFアルファー・IL-1アルファーの一過性の上昇が見られたが、IL-6は低値のまま推移した。一方、エンドトキシン投与によりカテコーラミンは上昇した。以上よりVA-bypass施行及びエンドトキシン投与の血中サイトカイン動態に及ぼす影響を検討したが、現在の急性実験では、その変動は少なく、臓器障害の発生への関与は否定的であった。またエンドトキシン投与は生体に障害的に働くが、サイトカインへの影響よりも循環障害自身やカテコーラミンの影響が大きいものと思われた。
メモリーB細胞活性化制御の分子機構解明

体内に侵入した病原体に対して活性化された成熟B細胞は、抗体産生細胞やメモリーB細胞に分化する。病原体による再刺激により、メモリーB細胞はきわめて迅速にIgGやIgEクラスの大量の高親和性抗体を産生する抗体産生細胞に分化する。しかし、2次免疫後、きわめて迅速かつ大量に特異抗体が産生される分子機構は不明である。CD22は共受容体としてIgMを含むBCR(IgM-BCR)やIgD-BCRシグナルを負に制御するが、IgG-BCRシグナルを負に制御しないことから、IgG陽性細胞はIgM/IgD陽性ナイーブB細胞に比べ活性化しやすいと考えられる。そこで本研究ではIgG陽性メモリーB細胞が2次免疫により迅速かつ多量のIgG抗体産生を誘導する分子機構解明を目的とし、CD22による制御の有無によりIgG陽性細胞がIgM/IgD陽性ナイーブB細胞より活性化されやすいかを詳細に検討するために、ニトロフェノール抗原特異的な可変領域を持つμあるいはγIgH鎖遺伝子を導入したIgMあるいはIgGトランスジェニック(Tg)マウスを作製した。フローサイトメーターによりそれぞれのIgH鎖遺伝子の発現を確認した。現在さらにCD22欠損マウスと交配中である。IgGとは異なるエフェクター活性化能を持つIgEやIgAについても、同一抗原特異性を持ったそれぞれのクラスのIg-BCR細胞を構築し、CD22による制御の有無を検討した。その結果、IgE-BCRはIgG-BCRと同様にCD22の負の制御を受けにくいが、IgA-BCRはIgM-BCRと同様にCD22による負の制御を受けることが明らかとなった。
ものづくりのスマート化に寄与する究極的プラズマ接合プロセスの確立

ものづくりのスマート化に寄与する究極的プラズマ接合プロセスの確立にあたり,本年度は昨年度に構築した数値解析モデルをさらに発展させることで,昨年度対象としたガスメタルアーク溶接よりも複雑なサブマージアーク溶接のモデル化とその溶接現象のメカニズムの解明を試みた.サブマージアーク溶接はフラックスと呼ばれる粉体中でアークプラズマが維持され,溶接が行われることが特徴である.これを再現するため,本数値解析モデルでは粉体を表現する計算手法であるDEMと溶融金属のような連続体を表現する計算手法であるISPH法を用いた連成計算モデルをサブマージアーク溶接現象に適用した.この数値解析は被溶接材料とフラックスを粒子で表現する必要があり,多くの粒子数を用いることから計算負荷が大きい.そこで昨年度導入したCUDA言語を用いてグラフィックボード上での計算を実現するため,計算機を購入した.一方でこの連成計算モデルは,大きな密度変化を伴うアークプラズマを取り扱うことができない.そこで本研究では,有限体積法によって支配方程式を離散化し,SIMPLE法によって解く格子法を用いてアークプラズマ熱源を解くことで,被溶接材料表面における熱流束を求めて熱源として利用した.数値解析の結果,被溶接材料が溶融した溶融池と,フラックスが溶融したスラグの形成過程を同時にシミュレートすることができた.この数値解析によって得られた被溶接材料の溶込みの深さは実際の溶込みと同等であり,妥当な計算結果が得られた.またフラックスやスラグと被溶接材料の熱流束に注目すると,熱源通過後にフラックスから被溶接材料への入熱が確認でき,フラックスはこの溶接プロセスにおいてサブ熱源としてはたらくことが明らかとなった.一方スラグと被溶接材料間の入熱は小さく,被溶接材料表面をガス等による冷却から保護していることが明らかとなった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度の前半はこれまでの研究で構築したSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法を用いた溶融金属の数値解析モデルを応用し,一般的な溶接法であるGMA(Gas Metal Arc)溶接における,溶融した電極の輸送現象の数値解析モデルの構築を行った.このモデルでは,溶融した金属にはたらく駆動力として,重力,ローレンツ力,表面張力,気流とのせん断力,気流から受ける圧力を考慮した.特に気流とのせん断力および気流から受ける圧力は溶融した金属の位置や形状によって力の作用の有無や力の作用する方向が変化するため,これらを個別に考慮することは困難であった.そこでこれらの駆動力をまとめて1つの抗力とし,独自のモデル化を行った.計算の結果,溶融した金属が固体の電極先端で液滴を形成し,ローレンツ力や重力,表面張力によって電極先端から離脱する様子がシミュレートできた.この液滴の形成と電極先端からの離脱はおおよそ周期的に起こっており,プロジェクト移行と呼ばれる移行形態に近い液滴の輸送現象が再現できた.また,液柱がまとまって形成された液滴の直径や輸送速度等が実験と計算でよく一致し,本研究で構築した数値計算モデルの妥当性を示した.これらの研究成果は,2件の国際学会で口頭発表を行った.また国際誌に論文を1本投稿し,掲載された.昨年度後半は上記の計算モデルの高速化を行いながら,実験装置の設計を行った.装置は現在作製中であり,出来次第,制御用のソフトウェアを組み込んで実験を行う予定である.昨年度はプラズマによる金属の溶融現象のモデル化と妥当性の検証,そして実験装置の設計製作を行った.新たに構築したSPH法を用いたアークプラズマ中の電極の溶融現象の数値演算モデルは,これまでの研究で培った数値演算モデルを応用して作成した.シミュレーションの結果,実際の溶融金属液滴の成長・離脱過程を再現することができた.また,電極が溶けて伸びた液柱の長さや,液柱がまとまって形成された液滴の直径などの計算結果は実験観察から得られた測定結果とよく一致した.この研究成果から,今後溶融した金属の形状に合わせて熱源であるプラズマを解く数値演算モデルを導入する必要があるものの,本研究の目的である熱プラズマによる材料の溶融,接合現象をシミュレーション可能な数値演算モデルの基礎の構築が完了したといえる.これらの結果は2017年9月にドイツのハノーファーで開催されたV International Conference on Particle-based Methods. Fundamentals and Applications PARTICLES2017および2017年11月に仙台で開催されたFourteenth International Conference on Flow Dynamicsにおいて口頭発表を行い,粒子法の専門家達と有意義なディスカッションを行うことができた.また,国際誌のJournal of Flow Control, Measurement & Visualizationに掲載された.実験装置の作製にやや遅れがみられるものの,上記の通り数値解析モデルの構築に成功しており,全体の進捗はおおむね順調であると考えている.ものづくりのスマート化に寄与する究極的プラズマ接合プロセスの確立にあたり,本年度は昨年度に構築した数値解析モデルをさらに発展させることで,昨年度対象としたガスメタルアーク溶接よりも複雑なサブマージアーク溶接のモデル化とその溶接現象のメカニズムの解明を試みた.サブマージアーク溶接はフラックスと呼ばれる粉体中でアークプラズマが維持され,溶接が行われることが特徴である.これを再現するため,本数値解析モデルでは粉体を表現する計算手法であるDEMと溶融金属のような連続体を表現する計算手法であるISPH法を用いた連成計算モデルをサブマージアーク溶接現象に適用した.

この数値解析は被溶接材料とフラックスを粒子で表現する必要があり,多くの粒子数を用いることから計算負荷が大きい.そこで昨年度導入したCUDA言語を用いてグラフィックボード上での計算を実現するため,計算機を購入した.一方でこの連成計算モデルは,大きな密度変化を伴うアークプラズマを取り扱うことができない.そこで本研究では,有限体積法によって支配方程式を離散化し,SIMPLE法によって解く格子法を用いてアークプラズマ熱源を解くことで,被溶接材料表面における熱流束を求めて熱源として利用した.数値解析の結果,被溶接材料が溶融した溶融池と,フラックスが溶融したスラグの形成過程を同時にシミュレートすることができた.この数値解析によって得られた被溶接材料の溶込みの深さは実際の溶込みと同等であり,妥当な計算結果が得られた.またフラックスやスラグと被溶接材料の熱流束に注目すると,熱源通過後にフラックスから被溶接材料への入熱が確認でき,フラックスはこの溶接プロセスにおいてサブ熱源としてはたらくことが明らかとなった.一方スラグと被溶接材料間の入熱は小さく,被溶接材料表面をガス等による冷却から保護していることが明らかとなった.本年度は前年度に引き続き実験観察を試み,接合面がわからないほどの完全な接合を達成できる新溶接プロセスの開発を行う.そして,制御パラメータとなる電流値や電源波形の他,通電時間や加圧力等を変えながら溶接を行うことで,各パラメータが接合部の強度に与える影響を調査する.この調査結果から,最も接合強度が高くなる最適な溶接条件の選定を行う.また数値演算モデルにおいては,前年度に構築した粒子法の解析モデルに格子法によるプラズマの解析モデルを組み合わせ,被溶接材料間の微小空間に形成されるプラズマの影響を考慮した統合数値演算モデルを構築する.数値解析モデルの完成後,材料や溶接雰囲気の物性値を変更し,本研究で構築した統合モデルを用いた仮想実験によるプラズマの設計を行う.仮想実験の結果は同条件の実験結果と比較することで,統合モデルの精度を確認する.また,モデルの精度と解析にかかった時間の両方を考慮し,溶接シミュレータとしての性能を評価する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
フーバー政権期における国務省の極東政策と日米関係、1929〜1932年

当初の予定であった政治外交史の枠組みを遙かに超え、未開拓地である情報史の分野に踏み込んだ本研究であるが、本年ではもっぱら内外の学会報告を通じての「発信」に専念した。具体的には、7月のオーストラリア・アジア学会(於:Australia National University)を最初に、9月のイギリス・東アジア学会(於:Leeds University)、および国際史研究会(於:University of East Anglia)、そして日本国際政治学会の日本外交史部会(於:淡路夢舞台国際会議場)である。今年の4月には、アメリカ・アジア学会の年次大会(於:シカゴ)での報告も予定されている。こうした研究発表の機会を通して、各分野の専門家から多くの貴重なフィードバックや情報を得ることができたのみならず、現地での資料調査も行えたことは有意義であった。豪英への出張では、両国の公文書館に立ち寄り、オーストラリアとイギリスの通信諜報に関する情報を入手することができた。とりわけ前者は、情報量が少なく(公刊されている研究は、周知している範囲では皆無)、今後さらに追跡調査を行いたいと考える。他方、イギリスにおける情報に関する資料は豊富であるが、その内容の一部がアメリカの一次資料における記述と食い違いがあるため、両者の整合性を追求する作業が待たれる。なお、本年度におけるもう一つの重要な研究実績は、カナダの公文書館を訪れ、資料調査を行ったことである。同国の情報機関は、英米との協力を得て設置されたため、英米間のリンクとなっている点がとりわけ興味深い。この資料を精査した上で、近いうちに論文として公刊する予定である。このように本年度は、公刊した論文・著作が一つもない年であったが、内外において精力的に研究を発信し、資料調査を行った。なお、新聞媒体では何本か同研究に関連する記事を掲載した上、某出版社との出版計画も順調に進んでおり、来年度中には原稿を完成させる見込となっている。本年度の研究は、外交史料館を中心とした国内資料の収集に専念した。その背景には、昨年発見した一次資料がある。従来の理解とは異なり、日本政府が米国と遜色のない外交暗号解読能力を保持していたことが外交電文より明らかとなったのである。調査の結果、日本政府は1920年代後半から広範囲に渡って米国の外交電信を傍受し、解読していた事実が判明した。従って、本研究が考察するフーバー政権期の日米関係に関しても、この新しい事実を踏まえて、政策決定への影響を再検証する必要が生じた。つまり、本来は政治外交史のアプローチが主であった研究に、新たに情報史(intelligence history)という側面が加わったのである。さらに、米国も1931年に諜報機関に大幅な組織替えがあり(Black Chamberの閉鎖、及びMI-8の発足)、新組織がどこまで日本の外交暗号を解読していたかについては不明な部分が多い。情報という要素を本研究におけるもう一つの軸にすることにより、課題である1930年の日米関係の考察において、より立体的かつ整合性のもつ分析・検証を行えると考える。上述した日本の新資料をもとに、本年度での実績として、同志社大学、京都大学、およびハーバード大学でそれぞれ研究報告を行った。来年度では、アメリカ外交史学会(SHAFR)で報告を行うことがすでに決まっている。活字としての公表では、『外交フォーラム』の他、『朝日新聞』と『産経新聞』の文化欄に研究を紹介した。出版社との話も進み、来年には単著としての公表に関しても目処が立った。昨年度の新史料の発見によって、研究は当初予想することができなかった方向へと進んだ。そこで、本年度は、「情報」という観点から、より網羅的な史料収集活動を行った。具体的には、米国立公文書館、および米国家安全保障局史料館でのリサーチである。とりわけ後者の史料館は利用者が少ない上、情報関係史料が豊富にあるため、本研究にとって欠かすことのできない史料を多数入手することができた。国内では、情報公開法を利用した史料収集作業を行った。その結果、外務省から戦前期における日本の暗号解読の実態を綴った報告書が見つかった。このように、史料面からは大変有意義な一年であったが、膨大な量であるため、まだ完全には精査できていないのが現状である。最終的には、1930年代において暗号解読によってもたらされた情報が日米両国の政策決定にどのような影響を与えたのかを解明したいと考える。その上で、ブラック・チェンバーが閉鎖され、その代わりに陸軍省が中心となってMI-8が立ち上げられたフーバー政権期は一つの重要な鍵となる。その他の研究実績としては、5月の日本アメリカ学会、6月の米国外交史学会(SHAFR)、そして9月の南カリフォルニア大学(ジャーパン・スタディーズ・セミナー)でそれぞれ報告を行った。特に米国では、本研究に対する関心は極めて高く、何人かの編集者から論文投稿の依頼を受けた。英文での活字公表は重要であると考えているので、それを来年度の目標にしたい。最後に、本研究は来年が最終年度となるが、同年度中に単著として研究成果を公表したいと考える(出版社はすでに確定済みである)。

具体的には、7月のオーストラリア・アジア学会(於:Australia National University)を最初に、9月のイギリス・東アジア学会(於:Leeds University)、および国際史研究会(於:University of East Anglia)、そして日本国際政治学会の日本外交史部会(於:淡路夢舞台国際会議場)である。今年の4月には、アメリカ・アジア学会の年次大会(於:シカゴ)での報告も予定されている。こうした研究発表の機会を通して、各分野の専門家から多くの貴重なフィードバックや情報を得ることができたのみならず、現地での資料調査も行えたことは有意義であった。豪英への出張では、両国の公文書館に立ち寄り、オーストラリアとイギリスの通信諜報に関する情報を入手することができた。とりわけ前者は、情報量が少なく(公刊されている研究は、周知している範囲では皆無)、今後さらに追跡調査を行いたいと考える。他方、イギリスにおける情報に関する資料は豊富であるが、その内容の一部がアメリカの一次資料における記述と食い違いがあるため、両者の整合性を追求する作業が待たれる。なお、本年度におけるもう一つの重要な研究実績は、カナダの公文書館を訪れ、資料調査を行ったことである。同国の情報機関は、英米との協力を得て設置されたため、英米間のリンクとなっている点がとりわけ興味深い。この資料を精査した上で、近いうちに論文として公刊する予定である。このように本年度は、公刊した論文・著作が一つもない年であったが、内外において精力的に研究を発信し、資料調査を行った。なお、新聞媒体では何本か同研究に関連する記事を掲載した上、某出版社との出版計画も順調に進んでおり、来年度中には原稿を完成させる見込となっている。
日中戦争と現代中国との歴史的継承に関する研究

1研究会への参加重点領域研究113「現代中国の構造変動」のA05班「現代中国における歴史的連続と不連続」の一員として研究会に出席し、日本、中国の学者から多くの知見を得た。また、96年6月8日の研究会では「抗日戦争と現代中国」と題して報告を行った。2資料の収集と論文の発表近代中国の対外認識、抗日戦争及び現代中国の政治、社会に関する文献の収集をに努めるとともに下記のような研究発表を行った。(1)「第二次世界大戦と抗日根拠地」において、毛沢東の思想や抗日根拠地の社会と人民共和国との歴史的連続性とその位置づけについて問題提起を行った。(2)「近現代中国の対外認識-日本観を中心に」において、康有為、孫文から毛沢東、小平にいたる近現代中国の指導者たちの日本観の特徴を分析した。以上により、本研究にかかわる研究の大枠と問題の所在を明確化した。3今後の方針これまでの考察と収集した資料によって、「日中戦争と現代中国との歴史的継承」についての研究を進める。
骨代謝バランス調節機構におけるpHセンサーの役割

骨量は骨形成と骨吸収のバランスにより調節され、ホルモンなど細胞外の要因に強い影響を受けることが知られている。ホルモンなどと同様に、骨代謝バランスにおいて細胞外のpH(H+濃度)も重要な役割を担うと考えられる。細胞外の低pH環境を感知するGタンパク質共役型(GPCR)受容体ファミリー(OGR1、TDAG8、GPR4)は骨芽細胞、破骨細胞に発現することを、我々はマウス骨髄からの初代培養細胞を用いてすでに明らかにしている。いっぽうで、組織のレベルでの解析は遅れている。そもそも細胞内でシグナルを増幅する受容体であるGPCRはmRNA、タンパク質の発現量が低く、またGPCRを正しく認識する抗体はほとんど作製が困難であるからである。そこで、マウス脛骨組織の骨芽細胞と破骨細胞におけるpH受容体の発現を、高感度プローブを用いたin situハイブリダイゼーションを用いて明らかにすることを試みた。しかし、ポジティブコントロールの組織と比べて骨組織独特の問題によりきれいな結果を得ることはできなかった。組織発現解析に関しては引き続き技術の確立を行い、組織における発現細胞の同定を試みる。pH受容体ノックアウトマウスを用い、pH受容体は疾患に伴うアシドーシスや炎症局所の酸性化をいち早く感知するセンサーとして骨代謝調節に関わることを明らかにすることを目的とし、将来的には既存薬とは異なる作用機序の新しい治療薬の開発につながることが期待される。29年度に行った組織解析における技術的な問題を解決できないためと30年度に計画された骨代謝マーカーの測定に十分なn数が準備できなかったため。マウスの飼育数を増やしn数の必要な実験の準備を行うのと並行して、細胞培養を中心とした31年度の研究を進める予定である。ホルモンなどと同様に、骨代謝バランスにおいて細胞外のpH(H+濃度)もまた重要な役割を担うと考えられる。細胞外の低pH環境を感知するGタンパク質共役型受容体ファミリー(OGR1、TDAG8、GPR4)は骨芽細胞、破骨細胞に発現することを、我々はマウス骨髄からの初代培養細胞を用いてすでに明らかにしている。いっぽうで、組織のレベルからの機能解析は遅れている。Gタンパク質共役型受容体は細胞内でシグナルを増幅する受容体であることからmRNA、タンパク質の発現量が低く、またGPCRを正しく認識する抗体はほとんど作製が困難であるからである。そこで、わたしは細胞外pH環境を感知するGタンパク質共役型受容体(GPCR)を介した骨代謝調節の作用点であるマウス組織の骨芽細胞と破骨細胞におけるpH受容体の発現を、高感度プローブを用いたin situハイブリダイゼーションを用いて明らかにすることを試みた。近年、骨に埋もれていて機能が未解明であった骨細胞がセンサー機能をもつことが明らかにされ、骨代謝バランスの調節は骨芽細胞破骨細胞だけではなく骨細胞の機能も考える必要がある。組織を用いた受容体の発現分布を調べることによって、pH受容体をもつ新しい細胞の発見にもつながることが期待される。pH受容体ノックアウトマウスを用い、pH受容体は疾患に伴うアシドーシスや炎症局所の酸性化をいち早く感知するセンサーとして骨代謝調節に関わることを明らかにすることを目的とし、将来的には新しい治療薬の開発につながることが期待される。平成29年度は所属研究機関の都合により所属研究室を異動となった。このため、4月から8月までは研究を予定通り進めることができたが、9月から1月までは研究室の引っ越し準備作業、引っ越し、新しい研究環境のセットアップ作業のために研究を進めることができなかった。しかしながら研究を一時中断せざるをえなかったこの期間においても、本研究のツールとして重要であるpH受容体ノックアウトマウスを維持することができた。このため、平成29年度2月以降はマウスを増やし、マウスを用いた実験を準備中である。また、平成29年度に計画していた研究も2月より再開することができた。

pH受容体(OGR1、TDAG8、GPR4)のmRNAをパラフィン切片上で認識する高感度プローブを用いて、骨組織上での分布を調べた。高感度プローブのため、非特異的な結合も見られる可能性があるため、所持しているノックアウトマウスの組織をネガティブコントロールとして用いた。また、ポジティブコントロールとしては、これまでの研究で用いてきた肺組織を用いた。上記の理由により、計画した組織の解析が一部しか終了していないので、平成30年度も当初より計画していた培養実験に加えて、組織解析を継続する。マウスの飼育数を増やしn数の必要な実験の準備を行うのと並行して、細胞培養を中心とした31年度の研究を進める予定である。平成29年度は所属研究機関の都合により所属研究室を異動となった。このため、4月から8月までは研究を予定通り進めることができたが、9月から1月までは研究室の引っ越し準備作業、引っ越し、新しい研究環境のセットアップ作業のためにほとんど研究を進めることができなかった。このため、研究に用いるpH受容体ノックアウトマウスの維持に必要な支出などを除いては、29年度後半には試薬などを購入することがほとんがなかったため、次年度への繰り越しが生じた。29年度と30年度の人件費については群馬大学男女共同参画推進室による研究活動支援制度によりサポートいただいており使用しないで済んでいる。29年度に生じた組織解析と実験飼育動物の繁殖の問題により研究が遅れており、とくに高額な組織解析の試薬の購入を次年度に繰り越したため。
非圧縮粘性流の漸近形状と入力データの相関についての数学解析

3次元全空間上の非圧縮Navier-Stokes方程式の初期値問題に対する時間可解性を弱Lebesgue空間において考察した。同空間においては、有界台を持つ滑らかな関数全体が稠密でなく、Stokes半群の強連続性が一般には成立しないことが知られている。この半群の強連続性の欠落が、同方程式の時間局所解の構成を困難なものとしている。そのため、時間局所解を用いた同方程式の解の正則性の議論も不可能である。特に、スケール不変なクラスに属する外力がある場合には、大きなデータに対する時間局所解や、積分方程式を満たす解の正則性などは完全には解決されていない。本研究ではまず、初期値のもつ空間特異性に着目し、Stokes半群が強連続になる関数空間をStokes作用素の定義域を用いて特徴づけた。また、時間局所解を構成するために外力の空間特異性に着目した必要条件を明らかにした。これらの初期値及び外力の特異性を制御することで、同方程式の時間局所解およびその正則性を得ることができた。研究方法としては、まず、Duhamel項に対するMeyer-Yamazaki型評価の導入し、初期時刻での挙動を精密に調べた。また外力の影響により従来のFujita-Katoの方法に修正を加え、時間局所解を構成した。得られた局所解の正則性も用いながら、時間大域解の正則性を得た。また、応用として、同方程式の積分方程式の解は、データの空間特異性がなければ一意であることも明らかにした。3次元ナビエ・ストークス方程式の解の正則性や一意性は基本的な問題であるにもかかわらず未だ解決されていない。本研究により局所解の構成や解の一意性について、データの特異性の影響を明らかにできたことは意義深いと言える。1.ナビエ・ストークス方程式の解の一意性に関しては、初期値の持つ特異性が重要な影響を与える。解の一意性が成り立つクラスについて時間正則性の制限の緩和をめざす。2.同方程式の長時間挙動について、外力の影響を考察する。二次元全空間における非圧縮ナビエ・ストークス方程式の解の漸近系の導出を行った。同問題については、Fujigaki-Miyakawa(2001)などの一連の先行研究により初期値における適切なモーメント有限条件や遠方の各点減衰を課した上で導出されている。その際、解の一次漸近系に現れる主要部は初期値の一次モーメントを用いて表現されることが知られている。本研究では、初期値にいかなるモーメント条件を課すことなく、Fujigaki-Miyakawaで得られたものと同等の漸近系を導出することを試みた。実際二次元全空間において、非圧縮条件によって流れ函数の構造が必然的に備わるような初期条件に対し、その積分平均だけを用いて解の一次漸近展開を導出した。また、Okabe-Tsutsui(2016)による、重み付きHardy空間における同方程式の可解性と時間減衰評価を援用することで、同方程式の解の二次漸近展開を導出した。また、上記の初期値に対するストークス流がHardy空間に属することと、漸近系の主要部に現れる函数もHardy空間に属することから、ナビエ・ストークス方程式の解の漸近展開をHardy空間のノルムに関して導出できることが期待できる。Hardy空間のノルムについて漸近展開を導出する際には、ルベーグ空間とは異なり平行移動の取り扱いに困難が生じるが、これは主要部に現れる函数が急減少函数であることから解決され、Hardy空間のノルムに関して、同方程式の解の高次漸近展開を導出した。非圧縮ナビエ・ストークス方程式の漸近展開については、これまで初期値の高次モーメントが有限であることや、空間遠方での各点減衰が要求されていた。本研究によって、初期値のモーメントや各点減衰は、漸近系の導出に対し必要不可欠なものとは言えないという新しい視点を与えることに成功した。したがって、解の空間遠方の減衰やエネルギー時間減衰の速さなどを初期値の遠方の減衰ではなく、定性的な構造により解析が可能になった点は意義深いと言える。

また、応用として、同方程式の積分方程式の解は、データの空間特異性がなければ一意であることも明らかにした。3次元ナビエ・ストークス方程式の解の正則性や一意性は基本的な問題であるにもかかわらず未だ解決されていない。本研究により局所解の構成や解の一意性について、データの特異性の影響を明らかにできたことは意義深いと言える。非圧縮ナビエ・ストークス方程式の解の形状や時間大域的挙動について、解や解の主要部の定性的な性質を抽出できる関数空間の設定とそのノルムにおける解の挙動と漸近展開を考察することが課題である。また、外力のナビエ・ストークス方程式の解に対する影響を考察していく。特にスケール不変な空間に属する場合の、局所可解性と一意性について考察を行っていく。1.ナビエ・ストークス方程式の解の一意性に関しては、初期値の持つ特異性が重要な影響を与える。解の一意性が成り立つクラスについて時間正則性の制限の緩和をめざす。2.同方程式の長時間挙動について、外力の影響を考察する。次年度の海外出張、海外からの講演者招聘等に使用するため出張予定の変更の為。次年度の出張旅費として使用する。