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多波長量子ドット成長による超広帯域SLD光源開発と医療OCTへの応用

本研究は、医療用光断層イメージング技術(OCT)の高性能化に寄与する光源開発を目的とし、GaAs基板上の自己組織化InAs量子ドットを用いた近赤外広帯域光源を作製した。発光中心波長を制御した多波長のQDを活性層に含有する電流注入型導波路端面発光デバイス(QD-SLD)を作製し、発光中心波長約1.2umのガウシアン形状の発光を得た。このQD-SLDを光源とするOCTセットアップを立ち上げ、実際にOCT画像を取得することに成功した。結果、多波長量子ドットによる光源を用いることで、既存のOCTを上回る光軸分解能および低ノイズな画像を様々なサンプルに対して取得可能であることを実証するに至った。本研究は、医療・生体イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)の高分解能、低ノイズ化に寄与する実用的な光源を、自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて開発することを目的とする。我々がこれまでに開発したInAs-QDの発光波長制御技術を用いて、OCTに有用なスペクトル形状が制御された近赤外広帯域光源を実用化し、医療・生体用OCTに導入することを目指す。平成25年度は3年計画の1年目にあたり、InAs-QDの発光波長制御技術およびモノリシック成長技術を用いて、生体イメージングに有用な近赤外発光を示す多波長QD成長技術の確立と、光導波路および電極加工によるSuperluminescent diode (SLD)チップ作製を中心に研究を行った。主な研究成果として、1)医療用OCTに有用な波長帯である1.05um帯と1.3um帯におけるInAs-QDの発光中心波長制御技術の確立[PSSC10,1361(2013)、JCG378,553(2013)]、2)モノリシック成長した多波長QDへの励起強度制御による発光スペクトル成形の実証[APL103,051121(2013)]、3)多波長QDを含有する基板からのSLDチップ試作[JJAP 53,04EG10(2014)]、が挙げられる。これらの成果により、提案光源の実用化に向けた要素技術が確立され、当初の計画通り順調に研究が進捗しているといえる。また、2年目に予定していたQD-SLDチップのモジュール化とOCT装置の立ち上げ、およびQD-SLDモジュールのOCTへの試験導入についても着手しており、すでに初期的なデータも得られている。本研究は、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)の高分解能、低ノイズ化に寄与する光源開発を目的とする。光源材料として、半導体ナノ結晶である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いることで、広帯域かつ近赤外波長領域で発光するInAs-QDの特長を活かした新規な光源の開発が期待される。我々はこれまでに様々なInAs-QDの発光波長制御技術の開発を行ってきており、この技術を活用して複数の中心波長を有する多波長QD群を融合させ、生体透過性の高い11.3um帯での広帯域光源の実用化を目指している。平成26年度は、3年計画の2年目にあたり、1年目に達成した多波長QDベース電流注入型発光デバイス[JJAP vol.53, 04EG10(2014)]を、より実用的な光源とするべく光ファイバー結合モジュールに仕上げた。また、このモジュールを光源とする光ファイバーベースの干渉計を組み、干渉スペクトルからサンプル内の断層像を得るSpectral-domain (SD)方式のOCTセットアップを自ら立ち上げた。立ち上げたSD-OCTシステムを用いて、カバーガラスなどの薄膜テストサンプルのOCT画像を取得し、本光源のOCT光源としての実用性を示すことに成功した[JJAP vol.54, 04DG07(2015)]。これらの成果により、提案光源の実用性が実証され、当初計画通りに提案光源開発が進捗していることが示された。また現在、上記OCTシステムを用いて、植物などの生体サンプルの断層画像取得を進めており、初期的なデータが得られている。今後は、この実験を進めることで、医療用OCT光源としての実用性を検証し、提案光源の優位性を示していく予定である。医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)の高分解能、低ノイズ化に寄与する光源開発を目的とし、半導体ナノ結晶材料である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて近赤外広帯域光源の開発を行った。GaAs基板上に自己組織的に成長するInAs-QDは、近赤外波長領域(1.21.3 um)においてサイズ分布により広帯域な発光を示すことが知られる。我々はこのInAs-QD群からの広帯域な発光中心波長を制御する技術を開発してきており、この技術を活用して、複数の中心波長を有するQD群を融合し、生体透過性の高い11.3 um帯での超広帯域な電流注入型光源デバイス(SLD光源)の開発に成功した。平成27年度は、計画最終年度にあたり、InAs-QDベースSLD光源(QD-SLD)のデバイス設計改良による更なる高帯域化と、OCT導入による分解能向上の実証に成功した[J. Appl. Phys. 119, 083107 (2016)]。具体的には、QD-SLDに対し分割電極を導入することでQDの高次準位間発光を誘起してさらなる広帯域化を実現し、利得特性評価によって160nm以上の利得帯域を確認した。

このQD-SLDを、我々が自ら立ち上げたSpectral-domain (SD)方式のOCTに導入し、テストサンプルのOCT画像取得および光軸分解能評価を行った結果、分解能4um以下が得られ、平成26年度までに得られた分解能(約8um)をさらに2倍近く向上させることに成功した。これらの成果により、当初計画通りに多波長QDを用いた超広帯域光源の開発に成功し、この光源をOCTに導入することで既存光源よりも高分解能かつ低ノイズな断層画像取得が可能であることを実証するに至った。本研究は、医療用光断層イメージング技術(OCT)の高性能化に寄与する光源開発を目的とし、GaAs基板上の自己組織化InAs量子ドットを用いた近赤外広帯域光源を作製した。発光中心波長を制御した多波長のQDを活性層に含有する電流注入型導波路端面発光デバイス(QD-SLD)を作製し、発光中心波長約1.2umのガウシアン形状の発光を得た。このQD-SLDを光源とするOCTセットアップを立ち上げ、実際にOCT画像を取得することに成功した。結果、多波長量子ドットによる光源を用いることで、既存のOCTを上回る光軸分解能および低ノイズな画像を様々なサンプルに対して取得可能であることを実証するに至った。研究実績の概要で述べた通り、平成25年度までに多波長QDを含む電流注入型光源デバイスの試作は完了しており、平成26年度はその光源デバイスを、OCT光源として利用できることを示した。QDベース光源デバイスを光ファイバーと結合したモジュールに仕上げ、自ら立ち上げたSD-OCTシステムに導入し、さらにテストサンプルのOCT画像取得まで達成している。テストサンプルの画像取得データから、提案光源の実用性を示す結果が得られており、本研究目的達成のための計画が順調に推移しているといえる。また、当初計画では、多波長QD光源のOCTシステム導入および性能評価は、平成26年度終わりから平成27年度に予定しており、現在この計画を前倒しで進めていることから、当該自己点検評価をするに至った。27年度が最終年度であるため、記入しない。半導体ナノ結晶工学、光応用平成26年度までの成果を受け、平成27年度も当初計画どおり、提案光源の実用化に向けたプロセスを推進していく。基本方針として、本提案光源を医療用OCT光源に向けた実用的なデバイスとするために必要な改善点を検証すべく、現在取り組んでいる生体サンプルのOCT画像データ取得を進める。その結果から、本提案光源の可能性や優位性などを実証していく予定である。研究実績の概要で述べたとおり、平成25年度の成果として、提案光源の実用化に必要な要素技術はすべて確立できており、計画通り研究が進捗しているといえる。さらに、当初計画では平成26年度に行う予定であった多波長QD-SLDのモジュール化とOCTへの試験導入についても前倒しで着手しているため、上記の自己評価とした。平成25年度の成果を受け、今後も当初の計画通り提案光源の実用化に向けた研究を発展させていくとともに、QD-SLDのモジュール化およびOCTシステムへの導入を加速させ、医療・生体OCTへの導入に向けた実績を積み重ねていく予定である。
プロテインCインヒビター遺伝子の発現制御機構の研究-肝および生殖臓器における転写調節機構の解析-

プロテインCインヒビター(PCI)は、主として肝臓で産生される血液凝固制御因子の活性化プロテインC(APC)に特異的な血漿阻害因子で、α1アンチトリプシンなどと相同な構造を有する血漿セリンプロテアーゼインヒビター(SERPIN)ファミリー蛋白質の1つである。また、PCIは尿中にもウロキナーゼ型プラスミノゲンアクチベーター(uPA)との複合体として存在し、尿中PCIは腎近位尿細管上皮細胞で産生されることが知られている。我々は、これまでに本奨励研究の補助の基、肝癌由来株HepG2細胞でのPCIの発現とその制御に重要な転写調節領域を解析し、PCI遺伝子の肝における発現のプロモーター領域としてはSp1結合部位が、エンハンサー領域としてはAP2結合部位が、サイレンサー領域としてはA-activator結合部位およびインターフェロン-γ反応性領域が重要であることを報告してきた。本年度は、これまでの研究をさらに発展させ、腎近位尿細管上皮細胞におけるPCIの転写調節領域をルシフェラーゼをレポーター遺伝子として解析した。その結果、そのプロモーター領域としてはSp1結合部位が、エンハンサー領域としてはAP2結合部位が重要であることが明らかになった。また、1.6kbの5'上流およびポリA付加部位を含む約15kbのヒトPCI遺伝子をマウスの受精卵に導入して作製したヒトPCI遺伝子トランスジェニックマウスでは、機能を有するヒトPCIがその血漿中に存在し、そのマウスにおけるヒトPCImRNAの組織分布がヒトにおけるそれとほぼ一致することから、本実験で使用した約15kbのヒトPCI遺伝子上には、ヒトPCIの組織分布を規定するほぼすべてのシスエレメントが含まれることが明らかになった。また、本ヒトPCI遺伝子トランスジェニックマウスを用いて作成した種々の疾患モデルマウスは、ヒトPCIのin vivoでの発現変動の解析に有用であると考えられた。プロテインCインヒビター(PCI)は、血液凝固制御因子の活性化プロテインC(APC)に特異的な血漿阻害因子で、α1アンチトリプシンなどと相同な構造を有する血漿セリンプロテアーゼインヒビター(SERPIN)ファミリー蛋白質の一つである。また、PCIは精奬中に血漿中の約40倍も高濃度に存在し、男性不妊症患者精奬中では著しく低下していること、また精子の先体にも存在し、卵との受精に関わっていることが示唆されいる。申請者は、これまでに本奨励研究の補助の基、肝癌由来株HepG2細胞でのPCIの発現とその制御に重要な転写調節領域を解析し、PCI遺伝子の肝における発現のプロモーター領域としてはSp1結合部位が、エンハンサー領域としてはAP2結合部位が重要で、これらの領域にはHepG2細胞由来のSp1およびAP2蛋白質がそれぞれ結合すること、またサイレンサー領域としてはA-activator結合部位およびインターフェロン-γ反応領域が重要で、これらの領域にはHepG2細胞由来の未知の核蛋白質が結合することを報告してきた。同時に、PCIが血小板・巨核球でも発現され、血小板リン脂質表面上でAPCを効果的に阻害すること、およびラットではPCIが男性生殖臓器(精巣や精嚢腺)で特異的に発現し、その発現がアンドロゲン依存症であることを報告した。本年度は、これまでの研究をさらに発展させ、ウシPCIcDNAのクローニングを行い、そのアミノ酸構造および組織分布を明らかにすると共に、そのプロテアーゼ阻害特性に関して検討を行った。その結果、ウシPCIは主として肝臓、腎臓および男性生殖臓器で発現され、その反応部位は、ヒト、サル、マウスおよびラットPCIではArg-Serであるのに対して、ウシPCIではLys-Serであること、およびヒトPCIがヒトプラスミンを阻害しないのに対して、ウシPCIがウシプラスミンを一過性に阻害することが明らかになった。以上の検討から、ウシPCIはウシの血液凝固系だけでなく線溶系でも機能することが示唆された。

また、本ヒトPCI遺伝子トランスジェニックマウスを用いて作成した種々の疾患モデルマウスは、ヒトPCIのin vivoでの発現変動の解析に有用であると考えられた。
高速引き込み周波数シンセサイザとその応用に関する研究

本研究では多段パルス除去回路を用いた高速周波数切り換えに適したPLL周波数シンセサイザに関して研究を行った.以下,得られた研究成果の概要を示す.1.多段パルス除去回路を用いたPLLシンセサイザは,基準周波数と出力周波数のチャネル間隔が独立に設定できるために,非常に高速な周波数切り換えが可能である.本研究ではこのシンセサイザを更に高速なものにするために,周波数切り換えの瞬間に一時的にパルスの除去量を可変にしてループ利得を大きくする方法を提案し5倍以上の高速引き込みが得られることをシミュレーションと実験により示した.2.このシンセサイザでは,多段パルス除去回路の動作周波数がシンセサイザ出力周波数と同程度であるので,実際にUHF帯での携帯電話等に適用する際には消費電力が問題になる.また,これを解決しようとプリスケーラを用いると位相雑音が増加する.従って,従来とは全く異なる形の多段パルス除去回路を提案し,位相雑音と消費電力の両方を低減できることを実験により示した.3.パルス除去回路をDPLLのディジタルVCOに適用し,広い同期範囲を持つを提案した.このDPLLは,入力周波数を測定し,その周波数に応じて自走周波数を変化させるために極めて広い同期範囲を得ることができる.また入力周波数の1サイクル以内に引き込みが完了することを実験により示した.4.パルス除去回路を用いたシンセサイザが基準周波数によらず,高分解能が得られることを利用して,測定器に適したPLL周波数シンセサイザの構成法を提案した.一般的なPLLと組み合わせることによって,高分解能,広帯域,高速シンセサイザが構成できることを示した.本研究では多段パルス除去回路を用いた高速周波数切り換えに適したPLL周波数シンセサイザに関して研究を行った.以下,得られた研究成果の概要を示す.1.多段パルス除去回路を用いたPLLシンセサイザは,基準周波数と出力周波数のチャネル間隔が独立に設定できるために,非常に高速な周波数切り換えが可能である.本研究ではこのシンセサイザを更に高速なものにするために,周波数切り換えの瞬間に一時的にパルスの除去量を可変にしてループ利得を大きくする方法を提案し5倍以上の高速引き込みが得られることをシミュレーションと実験により示した.2.このシンセサイザでは,多段パルス除去回路の動作周波数がシンセサイザ出力周波数と同程度であるので,実際にUHF帯での携帯電話等に適用する際には消費電力が問題になる.また,これを解決しようとプリスケーラを用いると位相雑音が増加する.従って,従来とは全く異なる形の多段パルス除去回路を提案し,位相雑音と消費電力の両方を低減できることを実験により示した.3.パルス除去回路をDPLLのディジタルVCOに適用し,広い同期範囲を持つを提案した.このDPLLは,入力周波数を測定し,その周波数に応じて自走周波数を変化させるために極めて広い同期範囲を得ることができる.また入力周波数の1サイクル以内に引き込みが完了することを実験により示した.4.パルス除去回路を用いたシンセサイザが基準周波数によらず,高分解能が得られることを利用して,測定器に適したPLL周波数シンセサイザの構成法を提案した.一般的なPLLと組み合わせることによって,高分解能,広帯域,高速シンセサイザが構成できることを示した.
無脊椎動物の生体結晶の微細構造とその系統発生に関する研究

無脊椎動物は、殻、内骨格、外骨格など様ざまな上皮性・非上皮性の石灰化組織(分泌物)を形成する。これらの組織は、多糖類・タンパク質の複合体からなる有機基質と、炭酸塩ないし燐酸塩鉱物で構築されている。本研究はこの生体鉱物の微細構造、及び生体結晶と有機基質の複合体からなる殻体構造について、光学・電子顕微鏡を使用して、実施されたものである。殻体形成機構を解明するために、約20種類の巻貝について殻体内表面の結晶成長を調べた。真珠構造の成長パターンは、多角形の板状体が柱状に累積する成長と、長方形の板状体が鱗片状に重なって成長する場合とがある。交差板構造の成長パターンは二枚貝のものとほぼ同じである。アラレ石と方解石とが同一領域に発達する点も二枚貝と共通している。とくに、イシダタミなどについて詳細に調べたところ、巻貝類の殻体は二枚貝類のものと共通する点も多いが、最内殻層の発達、方解石からなる透明質稜柱構造の形成、交差板構造・真珠構造の形状など、二枚貝とは異なる点がある。透過型電子顕微鏡によって、二枚貝類の生体結晶の超微細構造と研究したカリガネエガイなどアラレ石からなる交差板構造の第3次薄板は、単結晶体ではなく、(110)面を接合面とする集片双晶で、その単一の結晶面は数100100H以下であることが解明された。さらに、アラレ石からなる均質構造・真珠構造の結晶体も双晶からなることが明らかにされた。無脊椎動物の上皮性石灰化組織は、すでに下等な原生動物で分化し、それが高等な軟体動物まで受け継がれたものである。外皮としての、石灰質殻層と有機質層が生物進化の過程で分化した。前者の有機基質は糖衣と相同な物質に由来し、さらに無機物質が有機基質の中に代謝の産物として、沈着する機構が獲得されたものと考えられる。
シナプス形成を調節するテレンセファリン結合分子群の網羅的解析

終脳神経細胞特異的に発現し、樹状突起フィロポディアに局在する細胞接着分子テレンセファリンと細胞外マトリックスタンパク質ビトロネクチンが特異的に結合する。この結合を利用して、ビトロネクチンコートしたビーズを培養海馬神経細胞に撒き、激しいテレンセファリンの集積を誘導した。この際に、テレンセファリンと共に集まってくる分子をビーズと共に回収し網羅的に同定した。この中には樹状突起フィロポディアに局在する数種類のシグナル分子が含まれていた。テレンセファリンは樹状突起フィロポディアの形成と維持に係わっている。そして、樹状突起フィロポディアはスパインの前駆体と考えられており、シナプス形成における重要な働きを担うことが知られている。これまでにスパイン形成を制御する分子はよく知られていたが、フィロポディア形成に関わる分子はほとんど知られていなかった。そこで、テレンセファリンがビトロネクチンと特異的に結合することを利用して、ビトロネクチンコートしたマグネットビーズを用いてテレンセファリンを集積させ、ここに集まってくる分子を精製し質量分析器により網羅的に解析した。この結果より樹状突起フィロポディアに局在する分子を同定した。また、樹状突起フィロポディア形成において重要な働きを持つERM (Ezrin, Radixin, and Moesin)タンパク質をリン酸化するキナーゼの候補分子を得た。さらに、網羅的に分子を解析した結果からフィロポディアからスパイン形成にかけて重要なシグナルカスケードを同定した。これまでの実験で、テレンセファリン遺伝子欠損マウスはスパイン形成を促進することが解っており、そして活性化型Ezrinを培養海馬神経細胞に過剰発現させるとフィロポディア形成を促進することが解っている。そこで、スパインまたはフィロポディア形成を促進したマウスを作製し、樹状突起の形態の違いにより高次脳機能が異なり、頭が固い、柔らかい、程よいなどの行動変化を明らかにすることを目指した。このために活性化型Ezrinを発現させたトランスジェニックマウスを作製した。テレンセファリンは樹状突起フィロボディア形成を調節する細胞接着分子である。樹状突起フィロボディアはスパインの前駆体と考えられており、シナプス形成において重要な働きをしている。スパイン形成の分子機構はPSDフラクションの解析により解明されてきたが、フィロポディア形成の分子メカニズムはよく解っていない。テレンセファリンが細胞外マトリックスタンパク質ビトロネクチンと結合することを見出し、この結合を利用してフィロボディア形成に関わる分子を多く含む画分の精製法を開発した。この画分を樹状突起フィロポディア様画分と呼び、この画分に含まれるタンパク質を質量分析器により網羅的に解析した。その結果、フィロポディアの骨格となるアクチンに結合し重合などを制御する分子群21種類を見出し、さらに、アクチンの重合を制御しうるGTPaseとこの制御に関わる分子群23種類を同定した。また、テレンセファリンはERMタンパク質に結合することが解っており、ERMタンパク質はキナーゼによりリン酸化されて活性化し、テレンセファリンと結合すると同時にアクチンフィラメントとも結合し、フィロポディア形成を促進する。このキナーゼの候補として以前にERMタンパク質をリン酸化すると報告されているROCKIとMARKαを網羅的解析から見出した。また、ERMの活性化ばかりでなく非活性化するホスファターゼも見出しており、これらの協調的なERMのリン酸化制御により、テレンセファリンによるフィロポディア形成を制御していると示唆された。
染料分解活性を有するペルオキシダーゼの活性中心金属に関する研究

土壌から分散染料除去能を有するCunninghamella polymorphaを分離した。C.polymorphaは、17種類の分散染料を5日間で平均93%除去した。さらに100-300ppmのC.I.Disperse blue 60(以下DB-60)を約3日後にほぼ完全に除去し、400および500ppmのDB-60を約90%除去した。菌体破砕物中の染料濃度の変化が認められなかったことから、本菌は分散染料を分解ではなく収着によって除去していることが明らかとなった。使用済み分散染料を含む工場排水処理を本菌を用いて行った結果、休止菌体を用いた場合、透視度は6時間で21度から43度まで増加した。その浄化(透視度増加)速度は、1.7度(g-乾燥菌体重量)^<-1>h^<-1>であった。更に、本菌は分散染料を分散させるために使用されているタモール系分散剤の分解能を有することが認められた。その分解は、48時間まで直線的に進行し、96時間後には92%(0.55gL^<-1>)の分散剤を分解した。その分解初期速度は、2.71×10^<-3>gL^<-1>(g-乾燥菌体重量)^<-1>h^<-1>であった。本課題研究において、我々は、C.polymorphaが高濃度の分散染料を高効率で収着除去を行うとともに、タモール系分散剤(陰イオン界面活性剤)を分解することを明らかにした。得られた知見は、これまでに全く報告例がなく、学術的に極めて新規性が高く、今後工業的応用が期待できる。本研究では、染料分解活性を有するペルオキシダーゼを産生する新規微生物を検索し、そのペルオキシダーゼの染料分解活性、分解様式、基質特異性と活性中心金属の関係を明らかにすることを目的とした。まず、初年度(平成9年度)に染料分解菌の検索を行った。1.検索結果分散染料を含む合成培地ならびに天然培地を用い、さまざまな場所から土壌等を採取し、検索を行った結果、脱色能を有する菌株1株を分離した。同定の結果、本菌はケカビの一種であるCunninghamella polymorpha Pispekと同定された。2.染料除去能分離菌株C.polymorphaによる分散染料除去率の測定を行ったところ、アントラキノン、キノリン、アゾ、クマリン、ベンゾジフラノン、メチン系分散染料17種類を24時間で平均52%、120時間で93%の染料を培地から除去する能力があることがわかった。3.染料分解酵素C.polymorphaは、数種の分散染料を効率よく培地から除去することが明らかとなった。そこで、現在染料分解活性を調べるとともに分解に関与する酵素の検索を行っている。まず、培養上清を限外濾過により濃縮し、紫外可視分光光度計によりスペクトルの測定を行った。その結果、培養上清にはタンパク質に基づく吸収スペクトルは観察されなかった。さらに、培養上清液および菌体破砕液中の酵素活性を調べる予定である。
語の統合度と文の相関関係に関する研究－形態法の異なる言語の比較対照をとおして－

最終年度である2018年度は以下の調査研究活動をおこなった。渡辺己はスライアモン語の現地調査をカナダにて約4週間おこない,本課題に関わる研究成果を12月に国内の学会で発表した。沈はデータベース構築に向けた中国語の関連データの整備をおこなった。沈と渡辺は8月に,他の研究者も交えた研究会にて本課題に関する発表および研究討議をおこなった。特に,中国語とスライアモン語という語形成の類型的タイプとしては極端に異なる言語における語の概念,および複合とそれに類似したプロセスについて議論した。清澤はリルエット語およびハルコメレム語の現地調査をカナダにて約4週間おこない,最終的なデータ収集をおこなった。渡辺・山越・児倉は普段から会う機会も多く,本課題に関わる研究討議を重ねてきた。さらに,12月には清澤とも集まり,複統合的と言われる言語(スライアモン語・リルエット語・ハルコメレム語)と「アルタイ的」と言われる言語(シネヘン・ブリヤート語,シベ語)についてそれぞれの特徴について議論する機会を設けた。これらの活動および議論の成果の一旦は,2018年度中にすでに発表した。山越はシネヘン・ブリヤート語に関して,形態的緊密性の低い中国語との接触によって生じた動詞形態法の変化に関して5月の国際ワークショップにて発表した。児倉はシベ語について,定動詞,動名詞,分詞それぞれによって形成される節の共時的な定性と,節の定性の通時的変化について論文としてまとめた他,文の機能的な定性にかかわるモダリティがどのような形態的要素によって表されるかをシベ語とそれに関係する言語の間で比較するため,現代ウイグル語の文末詞の機能の分析を行い,研究発表を行った。さらに,山越・児倉は他1名とともにシネヘン・ブリヤート語およびシベ語を含む近隣のアルタイ諸言語の言語資料集をとりまとめ共編著として刊行した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。初年度である28年度は,本課題のメンバーが各自の担当する言語について現地調査をおこない,一次資料を収集した。海外調査は以下のようにおこなった。1.渡辺:カナダ,ブリティッシュ・コロンビア州,パウエル・リバーおよびキャンベル・リバーにおいて2週間;2.沈:中国,陝西省・山西省内の黄河中流域の各県にて,中国語中原官話および晋方言を計2週間;3.清澤:カナダ,ブリティッシュ・コロンビア州,ナナイモにおいてハルコメレム語を,マウント・カリーにおいてリルエット語をそれぞれ2週間ずつ計4週間;4.山越:モンゴル,ウランバートルにおいてモンゴル語ハルハ方言を,中国内モンゴル自治区フルンボイル市においてシネヘン・ブリヤート語,モンゴル語ホルチン方言をおよそ2週間調査。この他,モンゴル国ウランバートルで開催された国際モンゴル学会にて,本研究課題に関連するモンゴル諸語の節構造についての発表をおこなった。;5.児倉:中国,新疆ウイグル自治区イーニン市においてシベ語を2週間年度中にメールなどで連絡をとり,研究協議をする他,学会などの機会を利用し,直接会ってメンバー間の情報共有・交換をおこなった。各メンバーの現地調査における資料収集,およびその整理に関してほぼ予定通りおこなうことができており,おおむね順調に進んでいるといえる。本課題は,類型的にタイプの異なる言語の「語」の統合度および文の相関関係について調査研究するものである。そして,参加者がそれぞれ現地調査をおこなって一次資料を得て,それをもとに考察する点に大きな特徴がある。2年目にあたるH.29年度も引き続き,本課題のメンバーが各自の担当する言語について現地調査をおこない資料を収集し,得られた言語資料の分析をおこなった。H.29年度の海外調査については次のようにおこなった。1.渡辺:カナダ,ブリティッシュ・コロンビア州,パウエル・リバーおよびキャンベル・リバーにおいて6週間;2.清澤:カナダ,ブリティッシュ・コロンビア州,ダンカンにおいてハルコメレム語を1週間,マウント・カリーにおいてリルエット語をひと月,計5週間;3.山越:中国内モンゴル自治区にてシネヘン・ブリヤート語を1週間;4.児倉:中国,新疆ウイグル自治区においてシベ語を2週間。それぞれの調査では,本課題の主題になる「語」の構成およびそれらがどのように文で現れるかについてを主眼として,聞き取り(エリシテイション)および自然談話のデータ収集をおこなった。年度中にはメールなどで頻繁に連絡をとりあい,研究協議をする他,学会などの機会を利用し,直接会ってメンバー間の情報共有・交換をおこなった。特に代表者・渡辺と,「アルタイ型」言語の研究者である山越・児倉は,「アルタイ型」言語について,さまざまな機会に研究討議を重ねた。

渡辺・山越・児倉は普段から会う機会も多く,本課題に関わる研究討議を重ねてきた。さらに,12月には清澤とも集まり,複統合的と言われる言語(スライアモン語・リルエット語・ハルコメレム語)と「アルタイ的」と言われる言語(シネヘン・ブリヤート語,シベ語)についてそれぞれの特徴について議論する機会を設けた。これらの活動および議論の成果の一旦は,2018年度中にすでに発表した。山越はシネヘン・ブリヤート語に関して,形態的緊密性の低い中国語との接触によって生じた動詞形態法の変化に関して5月の国際ワークショップにて発表した。児倉はシベ語について,定動詞,動名詞,分詞それぞれによって形成される節の共時的な定性と,節の定性の通時的変化について論文としてまとめた他,文の機能的な定性にかかわるモダリティがどのような形態的要素によって表されるかをシベ語とそれに関係する言語の間で比較するため,現代ウイグル語の文末詞の機能の分析を行い,研究発表を行った。さらに,山越・児倉は他1名とともにシネヘン・ブリヤート語およびシベ語を含む近隣のアルタイ諸言語の言語資料集をとりまとめ共編著として刊行した。2年目以降は1年目に各メンバーが収集・整理した担当言語の資料,およびそこから見えてくる類型的特徴に関して,メンバー間での情報交換と共有を蜜にしていく。その他,言語類型論に関する最近の研究の収集・共有を手分けしておこなうことによって,本課題に関する学界の動向とも照らし合わせていく。現地調査については,2年度目も,各メンバーが担当言語についておこなう予定である。H.30年度は本課題の最終年度にあたる。そこで各メンバーが収集・整理した担当言語の資料,およびそこから見えてくる類型的特徴に関して,メンバー間での情報交換と共有を続ける。さらに,研究取りまとめのため,それぞれが調査してきた言語について,その類型的特徴を分析・整理し,その結果を共有し,本課題のテーマである,「語」の統合度および文中での語の機能ついて比較対照を進める。2年目と同様,言語類型論に関する最近の研究の収集・共有を手分けしておこなうことによって,本課題に関する学界の動向とも照らし合わせていく。最終年度も,各メンバーが担当する言語について現地調査をおこなう予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
Plant genetic loci controlling rhizosphere microbial community composition

根を取り巻く微生物群集の組成は根の影響を受けているが、植物体の遺伝子型の違いにより、微生物群集の違いを引き起こす可能性がどの程度かは不明である。根圏に関する微生物のコミュニティが、植物の遺伝子型に応じた多様性とその組成が明らかになれば、その情報を用いて有利な根圏組成物用作物ゲノムを育種することが可能となる。本研究で、植物の遺伝子型に関連する微生物群集の組成は、イネ種や品種の系統発生的距離と相関していないことが明らかになった。また、野生種が栽培種よりもその根圏に大きな影響を及ぼし得ることを示唆し、品種に依存するものよりも多様であった。根圏は、土壌で直接、植物の根の作用を受ける部分であり、根の作用によって他の作土部分と異なっている。根の呼吸作用、養分吸収、そして分泌物の作用により、根圏では微生物の活性が高まり、その多様性も減少していることが知られている。根圏に存在する微生物は、根の養分吸収に影響を及ぼすと同時に病原菌を抑制する。植物の育成において根圏の最適化は収穫増加に関連する。植物のどのような遺伝子座が、根圏の微生物叢の影響を受けるのであろうか。コメの近交系と染色体置換系統を用いて、栄養制限条件において、根圏微生物叢組成と相関する遺伝子の同定のための研究を進めた。2013年度は、栄養制限条件下でコメ近交系を育て、根、根圏、土壌の試料を集めた。16SリボゾームDNAを用いた次世代シークエンサーによるターゲットメタゲノム解析を開始した。標準から有意に外れた系統に関しては、2014年度にかけて、コメの根で発現している遺伝子を対象にマイクロアレイ解析および同じサンプルを用いたショットガンメタゲノムシークエンスを行い、根で発現している遺伝子と根圏微生物叢との相関解析を進めた。また、2014年度に用いる系統の作成を始めた。栄養制限条件と栄養制限なし条件の下で育てた試料に対するQTLマッピング、また、同じ試料に対して、16sリボソームRNAを用いた根圏微生物叢の解析、土壌栄養分解析、およびコメの遺伝学解析を行うための次世代シークエンサーによるメタゲノムデータのための基礎データを収集した。作物ゲノムは、品種育成栽培中に発生したボトルネックの影響を受けた遺伝背景を持っている。その狭い遺伝背景が根圏関連微生物群集の組成に制限を引き起こすかどうかも不明である。そこで、異なる遺伝背景の影響下でのイネ根圏微生物群集の微生物叢組成の多様性を調べるために、栄養の乏しい土壌で成長させた異なる遺伝背景を持つ野生種と栽培種イネの根圏微生物叢の多様性を次世代シークエンサーによるメタゲノムの手法を用いて調査した。上記の問題に答えるための最初の段階として、イネ野生種や栽培品種を栄養の乏しい土壌で成長させ、その根園微生物群集の組成を次世代シークエンサーによるメタゲノムシークエンスから得られた16S rDNAの塩基配列を使用して、根圏の微生物群集組成を土壌細菌と古細菌を含めて調べた。その結果、植物の遺伝子型に関連する微生物群集の組成は、イネ種や品種の系統発生的距離と相関していないことが明らかになった。また、得られた結果は、野生イネ種の根圏微生物群は、野生種が栽培種よりもその根圏に大きな影響を及ぼし得ることを示唆し、品種に依存するものよりも多様であった。これは、根圏微生物を選択する能力は、米の栽培化を通じて形成された可能性を示唆している。ゲノミクスサンプルの収集は、計画通り進んでおりDNAの抽出も進んでいる。メタゲノムシークエンスはいくつか行ったところである。土壌栄養塩の解析がこれからであるが、今年度遂行できる予定である。原則当初計画通りに進める予定であるが、シークエンス経費を考慮し、昨年度の結果を参考に、比較対象となるサンプルセットを絞り込みより効率よく成果に繋げる。
柔軟な両腕運動の制御および学習メカニズムに関する研究

両腕運動中は、左右の腕がお互いの腕の運動による力学的影響を補償しつつ運動制御を行う必要があるが、そのために左右の運動制御系がどのように両方の腕の情報を統合して用いているかは不明であった。そこで本研究では、「両腕運動中に一方の腕の制御過程において、もう一方の腕の運動情報がどのように統合されているか」、また「左右の制御系の間の相互作用が柔軟な両腕運動の達成にどのように貢献しているのか」について明らかにすることを目的として研究を行った。前年度までの研究成果から、「制御系の構成素子は両方の腕の運動情報を乗算的に統合している」という結果を得ているが、追加解析および追加実験により「左腕に関する素子が右腕の運動情報をより正確に表現している」という興味深い結果を得た。数理モデルを用いたシミュレーションにより、「非利き腕である左腕の方が、右腕よりも柔軟に反対側の腕の影響を補償することが可能である」という、両腕運動における左腕の優位性を示唆する意外な予測が得られた。、これを実験的に検証するために、さらに20名の右利き被験者と12名の左利き被験者を対象に、両腕到達運動中の一方の腕に、反対側の腕の運動方向に応じて変化する力場を課し、どちらの腕がより速く適応可能かを調べた(実験2)。その結果、仮説通り左腕を学習に用いた被験者が有意に高い学習成績を示した。一方、左利き被験者は右利き被験者のデータと逆の傾向を示したものの、その差は有意には至らなかった。日常的感覚としては、ビンの蓋を開けるなどといった両腕動作の際の左右の手の役割分担は、右手(利き手)の機能的優位性のみを反映した結果であると思われがちであるが、本研究の結果は、むしろ左手(非利き手)の機能的優位性を反映した結果であるという反直感的事実の存在を示唆している。平成23年度までの研究で「それぞれの腕の制御系を構成する素子において両方の腕の運動情報が乗算的に統合されている」ことを明らかにした。当初の目的では左右差に関する研究は予定されていなかったが、素子の情報表現に左右差が存在することを示唆する実験結果が得られていたことにより、今回の研究を行った。その結果、確かに素子が反対側の腕の運動を表現する際のパラメータに左右差が存在することが確認された。さらにそこから、両腕運動においては非利き腕である左腕が柔軟な適応能力を有することを示す事ができた。以上のように、平成24年度に行った左右差に関する研究は当初の目的からすると派生的であったものの、十分に興味深い結果を得る事ができたと考えている。本研究課題は平成24年度をもって終了するが、今後将来的には、fMRIなどを用いて両腕動作における乗算的情報統合の神経基盤を明らかにしていこうと考えている。本研究は、「柔軟な両腕運動は一方の腕の制御・学習過程がもう一方の腕の運動パターンに応じて切り替わることによって達成されている」という仮説の下、両腕到達運動中において一方の腕の運動学習が、他方の腕の運動パターンから影響を受ける機構を明らかにすることを目的として行われた。本年度は、以下の研究を実施した。(1)両腕到達運動中の左腕に、右腕の運動方向に応じて様々に変化する力場を課し、このような環境に左腕が適応可能であることを示すことで、「一見同一の腕運動が、もう一方の腕の運動状態に応じて切り替わる複数の脳内過程によって生成されている」可能性を示唆する結果を得た。(2)さらに、神経生理学・計算論的神経科学の先行研究(Andersen et al.,Science,1985;Rokni et al.,JNS,2003;Pouget and Sejnowski,JCN,1997)に着想を得て、「一方の腕の制御・学習過程を構成する神経素子が、他方の腕の運動に関連する信号によって乗算的干渉を受けることで、脳は両腕運動に伴う任意のダイナミクスを学習可能である」という仮説を考案し、両腕運動学習の数学的モデルを構築した。(3)このモデルを用いて、両腕を前方に動かしながら一方の腕で獲得した運動学習効果が、両腕をそれぞれ異なる方向へ動かす際にどの程度発揮されるかという、「運動学習の汎化パターン」を予測した結果、実際の心理物理実験の結果とよく一致することがわかった。これらの結果は、一方の腕の制御・学習過程を構成する神経素子が、他方の腕の運動に関連する信号によって乗算的干渉を受けながら運動学習が進むことを強く示唆しており、次年度はさらに、実際に「脳は両腕運動に伴う任意のダイナミクスを学習可能」であるかどうかについて、引き続き両腕到達運動学習パラダイムを用いて検討を行う予定である。前年度には、それぞれの腕の内部モデルを構成する素子は、左右両方の腕の運動情報を乗算的に統合していることを実験によって確かめた(平成22年度報告書参照)。今年度は、この事実から導かれる予想「乗算的統合を示す素子の活動を組み合わせることにより、脳は左右の腕の運動方向からそれぞれの腕への運動指令への任意の入出力関係を構築可能である」の実験的検証を行った。

新たに10人の被験者に対して、両腕到達運動中において、「左右それぞれの腕の運動方向から一方の腕への非線形関数となるような力学的関係(,;左腕への外力,;それぞれの腕の運動方向,;粘性行列,;手先の速度ベクトル)」が実際に学習可能かどうか検証を行ったところ、被験者は容易にこのような力場に適応を示した。さらに、被験者の行動データ(学習量)は乗算的統合を行う数理モデルの予測値と高い一致を示した。また、左右の腕の運度情報を足し算的に統合するモデルでは、結果の説明は不可能であった。以上の結果は、お互いの腕の制御系が乗算的に相互作用(干渉)し合うことによって柔軟な両腕運動が可能となっているという、一見反直感的な事実の可能性を強く示唆しており、「両腕間の干渉は柔軟な両腕運動を阻害する要因である」という従来の見方を覆す興味深い結果であると言える。以上、平成22年度および前述した23年度の結果をまとめて、4月に国際学会で発表を行った(研究発表参照)他、北米神経科学会の学会誌である、The Journal of Neuroscience誌に論文を投稿、良好な評価の下に受理され、11月に掲載された(研究発表参照)。また、これらの研究成果をまとめてプレスリリースを行った(研究発表参照)。両腕運動中は、左右の腕がお互いの腕の運動による力学的影響を補償しつつ運動制御を行う必要があるが、そのために左右の運動制御系がどのように両方の腕の情報を統合して用いているかは不明であった。そこで本研究では、「両腕運動中に一方の腕の制御過程において、もう一方の腕の運動情報がどのように統合されているか」、また「左右の制御系の間の相互作用が柔軟な両腕運動の達成にどのように貢献しているのか」について明らかにすることを目的として研究を行った。前年度までの研究成果から、「制御系の構成素子は両方の腕の運動情報を乗算的に統合している」という結果を得ているが、追加解析および追加実験により「左腕に関する素子が右腕の運動情報をより正確に表現している」という興味深い結果を得た。数理モデルを用いたシミュレーションにより、「非利き腕である左腕の方が、右腕よりも柔軟に反対側の腕の影響を補償することが可能である」という、両腕運動における左腕の優位性を示唆する意外な予測が得られた。、これを実験的に検証するために、さらに20名の右利き被験者と12名の左利き被験者を対象に、両腕到達運動中の一方の腕に、反対側の腕の運動方向に応じて変化する力場を課し、どちらの腕がより速く適応可能かを調べた(実験2)。その結果、仮説通り左腕を学習に用いた被験者が有意に高い学習成績を示した。一方、左利き被験者は右利き被験者のデータと逆の傾向を示したものの、その差は有意には至らなかった。日常的感覚としては、ビンの蓋を開けるなどといった両腕動作の際の左右の手の役割分担は、右手(利き手)の機能的優位性のみを反映した結果であると思われがちであるが、本研究の結果は、むしろ左手(非利き手)の機能的優位性を反映した結果であるという反直感的事実の存在を示唆している。平成23年度は、前年度に目標とした「乗算的統合を示す素子の活動を組み合わせることにより、脳は左右の腕の運動方向からそれぞれの腕への運動指令への任意の入出力関係を構築可能である」という仮説のの実験的検証を行った。結果、仮説を支持する実験結果を得る事ができた。さらに、予定通り年度内にこれらの結果をまとめて、The Journal of Neuroscience誌に発表する事ができた。
バクテリア光センサーの多様性理解と光による細胞制御技術の開発

我々が研究してきたLitRファミリーを中心として、広範な細菌種を対象に遺伝生化学的な解析を実施し、非光合成バクテリアがもつ光感知機構の多様性を分子レベルで包括的に理解する。これにより真核生物で利用可能なオプトジェネティックスに資する光センサーのプロトタイプを発見するとともに、多様な地球環境に適応応答するバクテリアにとっての太陽光の意義を理解する。また、放線菌やバチルス属細菌による2次代謝産物やアミノ酸ポリマーの光による生産制御系を構築し、非侵襲的かつリバーシブルな細胞制御技術を開発する。
超音波・CTを融合した3次元画像処理に基づく術中プランニング・ナビゲーション

これまで構築した3DCTシミュレーションソフトウエア解析を臨床導入し、約15例の肝切除術を施行した。これまでの3D画像支援システムを用いた手術成績を外科関連学会に発表し、論文を現在投稿し査読中である。さらに、共同研究者の張山教授にも手術に参画していただき、現在の超音波装置を術中のナビゲーションとして活用可能かを検討していただいた。確認後、平成30年度は磁気センサーを購入し、使用している超音波装置と接続し3D画像解析が可能であることを確認した。超音波装置と画像から3D画像が抽出可能であることを確認している。抽出した3D画像からさらに血管解析、肝臓解析を加えていく予定である。はじめに:我々は以前より肝区域切除術には術中超音波を用いた門脈穿刺染色法を用いてきたが、術前シミュレーション画像で予測した門脈と術中超音波で同定した門脈とが一致しているかが問題であった。GE社のLOGIQ E9 XDclear 2.0は、磁場発生装置と磁気センサーを用い、三次元位置情報を含む超音波Volume画像データの収集機能を有しており、リアルタイムに超音波連続断層画像を取得し、3D画像処理を可能とした。この装置を用い、3D超音波画像を作成し、術中ナビゲーションとして利用可能であるか検討した。また、この装置に搭載されているシェアウェーブエラストグラムを用いて、術中肝繊維化を評価した。対象と方法:対象は、2016年4月から2017年10月までに当科で施行した肝切除術症例中、門脈穿刺染色法を施行した症例とした。腫瘍と支配門脈を同定し、切除範囲と考える領域の腫瘍と支配門脈をスキャンする。3D画像を構築し術前シミュレーション画像と比較し、穿刺予定の門脈と一致するかを確認した。シェアウェーブエラストグラムの評価は、体表からの体表法と肝に直接当て測定する直接法を比較検討した。結果:症例は10例で、疾患の内訳は、HCC7例、転移性肝癌3例であった。術式は、亜区域切除8例(S8:4例、S7:2例、S6:1例、S51例)区域切除2例(前区域切除術:1例、S5-6区域切除1例)であった。全例でリアルタイム3D画像の構築は可能であった。また、3例に、シェアウェーブエラストグラムを施行した。シミュレーション画像と3D超音波画像を一致させ、ナビゲーションとして活用するためには、更なる改良が必要と考えられた。平成28年から29年度はGE社のLOGIQ E9 XDclear 2.0を用いて現状の超音波3D画像の現状と問題点を検証した。対象と方法:対象は、2016年4月から2018年2月までに当科で施行した肝切除術症例中、門脈穿刺染色法を施行した症例とした。結果:症例は10例で、疾患の内訳は、HCC10例、転移性肝癌3例であった。術式は、亜区域切除11例(S8:6例、S7:3例、S6:1例、S5 1例)区域切除2例(前区域切除術:1例、S5-6区域切除1例)であった。全例でGE社のLOGIQ E9 XDclear 2.0を用いたリアルタイム3D画像の構築は可能であった。この後、磁気センサーを購入し超音波装置と接続し独自の超音波3D画像が構築可能であるか検討を始めた。磁気センサーが購入でき、平成30年度中に超音波装置と接続し3D画像構築が可能か判断する。可能であれば手術ナビゲーションとして平成31年度から使用を始める予定である。今後は磁気センサーを購入し、これまで使用してきた超音波装置に接続し3D画像を構成可能かを判断する予定である。肝切除症例も平成29年度から順調に増加しており、手術ナビゲーションとして評価できる体制が整ってきている。また、研究会、学会でもこれまでの成果を発表している。(第24回肝血流動態機能イメージ研究会、第118回外科学会)

平成30年度に磁気センサーが購入でき、平成30年度中に超音波装置と接続は可能判断でき、今後3D画像構築が可能か実験を開始する。可能であれば手術ナビゲーションとして平成31年度から使用を始める予定である。抽出した3D画像からさらに血管解析、肝臓解析を加えていく予定である。
到着過程の確率的変動を考慮した交通容量推定方法の構築

平成19年度の成果,1)渋滞生起確率の定義,2)希望走行速度の異なる車両が混在する場合に,時間経過とともに変化する車群形成・拡散モデル,3)観測された走行速度と車群台数分布から希望走行速度分布を推定するモデル,について,実データを用いた検証を行った.具体的には,実観測による交通流データから,各交通需要レートの時に渋滞が発生した割合を算出し,この2つの値の適合状況を調べ渋滞生起確率の現状再現性を検証した.また,現実のボトルネックを対象とした観測データを用い,希望走行速度分布を推定,推定された希望走行速度の確率分布に基づいて,需要発生レートと渋滞生起確率の関係を求めた.その結果,本研究が提案する渋滞生起確率が現実の交通現象を適切に表現していること,ならびに構築したモデルがいずれも十分な妥当性を持つことを示した.本研究によって,車両挙動のバラツキを以て渋滞発生という確率現象の一部を説明することが出来たと考えられる.すなわち,1台1台のミクロな車両挙動に着目し,車両挙動の確率的なバラツキを以て交通容量(より正確には「渋滞発生時交通量」)の確率的変動を説明する新しい交通流理論を創設した.この成果により,これまでの流体力学理論が交通流とオキュパンシーという車両感知器から獲得される従前のデータとうまく調和し長く実務に利用されてきたのに対し,本研究による確率論的交通流理論では,個々の車両挙動のバラツキを取り扱うことから,AVIやプローブカーといった新しい観測・調査技術との調和が期待できる.すなわち,新しい理論に基づいた知見を活用することで,これらの観測・調査データを利用した全く新しい交通制御・運用・管理手法が生み出されることが期待される.最初に,需要発生レートと希望走行速度分布を与えた場合の定常状態を算定し,定常状態において一定時間渋滞流が継続してボトルネックを通過する確率を以て渋滞生起確率と定義した.また,車群を形成して走行する車両の車頭時間は,車群の前方を走行する車両とそれ以後を走行する車両とで異なる(前方の車頭時間が短い)との仮説を措定し,実データを用いた分析により,同仮説が正しいことを示した.続いて,希望走行速度の異なる車両が混在する場合に,時間の経過とともに変化する車群形成・拡散モデルを構築した.また,車群の形成を,希望走行速度が車両毎に異なることに起因して発生する交通現象と捉えた上で,希望走行速度分布と車群台数分布の関係に着目し,車群が含まれる一般の交通流観測に基づいてバイアスなく希望走行速度分布を推定する手法を構築した.具体的には,追い越しが制限される高速道路片側一車線区間を対象とし,希望走行速度分布,対象区間長,対象区間始点への車両到着パターンを入力値として,対象区間終点で観測される車群台数分布を算定するモデルの構築を行った.続いて,この逆問題,すなわち観測された走行速度と車群台数分布から希望走行速度分布を推定するモデルを構築,構築した逆問題モデルを東海北陸自動車道片側1車線区間の実交通流データに適用し,希望走行速度分布の推定結果を通して本推定手法の妥当性について検討した.その結果,従前の手法と比して高い妥当性を持つことを確認した.平成19年度の成果,1)渋滞生起確率の定義,2)希望走行速度の異なる車両が混在する場合に,時間経過とともに変化する車群形成・拡散モデル,3)観測された走行速度と車群台数分布から希望走行速度分布を推定するモデル,について,実データを用いた検証を行った.具体的には,実観測による交通流データから,各交通需要レートの時に渋滞が発生した割合を算出し,この2つの値の適合状況を調べ渋滞生起確率の現状再現性を検証した.また,現実のボトルネックを対象とした観測データを用い,希望走行速度分布を推定,推定された希望走行速度の確率分布に基づいて,需要発生レートと渋滞生起確率の関係を求めた.その結果,本研究が提案する渋滞生起確率が現実の交通現象を適切に表現していること,ならびに構築したモデルがいずれも十分な妥当性を持つことを示した.本研究によって,車両挙動のバラツキを以て渋滞発生という確率現象の一部を説明することが出来たと考えられる.すなわち,1台1台のミクロな車両挙動に着目し,車両挙動の確率的なバラツキを以て交通容量(より正確には「渋滞発生時交通量」)の確率的変動を説明する新しい交通流理論を創設した.この成果により,これまでの流体力学理論が交通流とオキュパンシーという車両感知器から獲得される従前のデータとうまく調和し長く実務に利用されてきたのに対し,本研究による確率論的交通流理論では,個々の車両挙動のバラツキを取り扱うことから,AVIやプローブカーといった新しい観測・調査技術との調和が期待できる.すなわち,新しい理論に基づいた知見を活用することで,これらの観測・調査データを利用した全く新しい交通制御・運用・管理手法が生み出されることが期待される.