hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気を用いたセンチネルリンパ節同定による食道癌リンパ節郭清縮小の研究

胸部食道癌におけるセンチネルリンパ節の同定には主にRadioisotopと色素を用いた方法が行われているが放射線被爆の他、核医学検査室を有する施設以外では使用できないこと、手術中の投与ができないことといった問題がある。これらの問題点を解決するため、磁性体と教室で新たに開発した磁気センサーを用い、(1)胸部食道癌において磁性体を用いたセンチネルリンパ節同定が可能かどうか、(2)胸部食道癌においてセンチネルリンパ節理論にもとづく縮小手術が可能かどうか、また(3)MRIを用いた術前リンパ節マッピングが可能かどうか検討した。TracerとしてMRI用肝臓造影剤ferumoxides注射液を使用し、上部消化管内視鏡下に食道静脈瘤硬化療法用穿刺針を用い、ferumoxides注射液を腫瘍周囲の粘膜下層に注入した.術前MRIを撮影しリンパ節マッピングを行った。また、手術終了後に郭清した全リンパ節のferumoxidesの磁力を、磁気センサーにてexvivoで測定し、病理組織学的リンパ節転移の有無を検討した.その結果、センチネルリンパ節は,1例あたり1個から27個であり、平均9.3個と多くの症例で多数個であった。磁性体を用いた新しいセンチネルリンパ節同定法は胸部食道癌患者に有用であり,Radioisotopeや色素を使わずにセンチネルリンパ節を同定できた。また胸部食道癌のセンチネルリンパ節は,頸部,反回神経,胸腔内,胃噴門周囲と広範囲に分布することが多く,センチネルリンパ節理論による縮小手術は難しいと考えられた。MRIを用いた術前リンパ節マッピングは腫瘍からのリンパ流を詳細に検出できた。胸部食道癌における磁性体を用いた新センチネルリンパ節の同定法の有用性を示し、将来的展望を十分に得た。【研究目的】胸部食堂癌患者おいて,センチネルリンパ節理論は未だcontroversialである.当科で開発した磁性体を用いた新センチネルリンパ節診断法にて,この理論の適用の可能性を検討した.【研究1】胸部食道癌手術患者に内視鏡下に25G食道静脈瘤硬化療法用穿束針を用いて,MRI用肝臓造影剤フェルモキシデス注射液(以下磁性体)を腫瘍周囲の粘膜下層に注入し,その後頸胸部のMRIを撮影しリンパ節が造影されるか否かを検討したところ,75%の症例で磁性体による効果が認められたリンパ節が描出され,磁性体を用いたMRI lympathic mappingが可能であることが明らかとなった.【研究2】上記と同様に術前に腫瘍周囲の粘膜下層に磁性体注入し,当科で開発した簡易型高感度磁力測定器を用いて郭清した全リンパ節の磁力をex vivoにて測定した.転移陽性リンパ節と磁力との関係からcut off値を設定し,センチネルリンパ節の分布を検討した.その結果,センチネルリンパ節は1例あたり平均9.3個(127個)であった.センチネルリンパ節は,病変部位にかかわらず頸胸腹に広範に分布することが多く,一定の傾向は認めなかった.【まとめ】以上の研究により磁性体を用いたlymphatic mappingが可能であることが明らかとなったが,本法においてはセンチネルリンパ節が広範に分布することが多く,本法を扁いたセンチネルリンパ節理論による縮小手術は現状では難しいと考えられた.今後はRI法との比較を行い両者の優位性を検討する予定である.胸部食道癌におけるセンチネルリンパ節の同定には主にRadioisotopと色素を用いた方法が行われている.

Radioisotopeの検出感度は良好であるが放射線被爆の他、核医学検査室を有する施設以外では使用できないこと、手術中の投与ができないことといった問題がある.また色素法は簡便に施行できるものの,炭粉沈着により胸腔内での識別が困難であるなどの難点がある.これらの問題点を解決するため、磁性体という新しいリンパ指向性物質を用いたセンチネルリンパ節同定法を検討した.TracerとしてMRI用肝臓造影剤ferumoxides注射液を使用し、上部消化管内視鏡下に食道静脈瘤硬化療法用穿刺針を用い、ferumoxides注射液を腫瘍周囲の粘膜下層に注入した.手術終了後に郭清した全リンパ節のferumoxidesの磁力を、磁気センサーにてex vivoで測定した.また,病理組織学的リンパ節転移の有無を検討した.センチネルリンパ節と同定したリンパ節の辺縁洞にはferumoxides粒子の取り込みと、Macrophageに貪食されている像を認め,組織学的にもferumoxides陽性が裏付けられた.センチネルリンパ節は,1例あたり1個から27個であり、平均9.3個と多くの症例で多数個であった.磁性体を用いた新しいセンチネルリンパ節同定法は胸部食道癌患者に有用であり,Radioisotopeや色素を使わずにセンチネルリンパ節を同定できた.また胸部食道癌のセンチネルリンパ節は,頸部,反回神経,胸腔内,胃噴門周囲と広範囲に分布することが多く,センチネルリンパ節理論による縮小手術は難しいと考えられた.
亜鉛シグナルを標的にした新規肥満細胞スタビライザーによるアレルギー性疾患の克服

本研究では、新規開発中の遊離亜鉛イオンキレーターIPZ-010を用いて、肥満細胞を標的とした家畜やヒトのアレルギー疾患の新たな治療戦略の基盤を構築した。具体的には、きわめて短時間にしかも再現性良く作製可能な、肥満細胞が病態発生に関与する術後腸麻痺モデルをアレルギーモデルの代替モデルとして用いて解析し、結果、IPZ-010は経口投与と皮下投与の両者において、肥満細胞に作用して術後腸麻痺による消化管炎症を抑制すること、すなわちアレルギー疾患の新たな治療薬のシードとなることを明らかにした。本年度は、術後腸麻痺モデルマウスを用いて、新規Zn^<2+>キレーターIPZ-010の効果について検討した。その結果、IPZ-010(30mg/kg、術前1時間、術後2、4時間皮下投与)の投与により、術後腸麻痺による回腸炎症部のマクロファージと好中球浸潤が有意に抑制される成績を得た。さらに、経口投与による効果について解析したところ、経口投与によっても皮下投与とほぼ同等の炎症抑制作用を示した。次に、IPZの皮下投与によって術後腸麻痺による消化管輸送能低下に対する効果について解析した。経口投与後1時間での蛍光ラベル生理食塩水は対照群では回腸末端部まで輸送されていたのに対して、腸摩擦の処置をした群では投与した腸内容物は空腸上部までしか輸送さえていなかった。すなわち、小腸摩擦処置により顕著な消化管輸送能低下を示した。これに対して、腸麻痺の処置前、処置後にIPZを皮下投与した群においては、消化管内容物は回腸中部まで輸送されており、有意な消化管輸送能の改善が認められた。一方、Zn^<2+>シグナルは肥満細胞でのサイトカイン分泌に影響する可能性が示唆されているが、他の炎症・免疫担当細胞の炎症応答におけるZn^<2+>シグナルの関与については全く明らかではない。そこで、RAW264.7マクロファージ細胞を用いてLPS刺激によるサイトカイン産生に対するIPZ-010の効果について解析したところ、IPZ-010はマクロファージの炎症応答に対して有意な効果を示さなかった。以上、初年度の成績から新規Zn^<2+>キレーターIPZ-010は経口投与、皮下投与いずれにお入れも肥満細胞が関与すると考えられる術後腸麻痺の炎症を軽減させることが明らかになった。今後、Zn^<2+>キレーターIPZ-010の作用機序について肥満細胞をはじめ、炎症応答細胞での効果を解析すると共に、アレルギー性腸炎に対する効果についてさらに解析を行う。本研究は、生命維持に必須の微量元素である亜鉛(Zn^<2+>)に着目し、新規開発中の生体内易代謝性の選択的低分子Zn^<2+>キレーターを武器に、様々な病態に重要な役割を担う肥満細胞の脱顆粒や分泌抑制による、家畜やヒトのアレルギーや炎症性疾患の新たな治療戦略の基盤を構築することを目指すことにある。本研究では、実際のアレルギー疾患モデルを使わずに、きわめて短時間にしかも再現性良く病態モデルとして作製可能な肥満細胞が関与する術後腸麻痺モデルを利用し、新たに開発された低分子Zn^<2+>キレーターIPZ-010のin vivoでの有用性を明らかにする。最終年度の2年目は、IPZ-010の術後腸麻痺抑制作用をさらに詳細に解析するとともにその抑制作用機序についての解析を進めた。IPZ-010投与により、術後腸麻痺によるIL-1βやIL-6などのサイトカインmRNA発現は有意に抑制された。また、他のZn^<2+>キレーターであるTPENや肥満細胞安定化剤であるケトチフェンによっても術後腸麻痺が緩和されることを見いだした。これらの成績からZn^<2+>シグナルの抑制の標的細胞が肥満細胞である可能性が高いことが示唆された。そこで、IPZ-010投与による術後腸麻痺改善作用機序について検討したところ、IPZ-010処置群においては炎症部位でのSTAT3のリン酸化が有意に亢進している成績を得た。すなわち、Zn^<2+>を遮断することにより何らかの細胞内情報伝達系を介してSTAT3がリン酸化され、これによって炎症に深く関与するNF-κBの転写活性を抑制する可能性が考えられた。以上の成績から、術後腸麻痺モデルを用いてアレルギー応答に重要な肥満細胞に作用する薬物をアッセイすることが可能であること、Zn^<2+>キレーターが皮下投与でも経口投与でもほぼ同等の作用し、新規の抗アレルギー剤として有用であることが示唆された。
非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果の解明とモデル化に関する研究

本研究では非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果を明らかにし,その予測モデルを構築するために,対向流層流拡散火炎の数値計算と,高温希釈ガスを巻き込む乱流浮き上がり非予混合火炎の実験を行った.数値計算結果から,既燃ガスの希釈により着火遅れは短くなるが,過度の希釈は着火を遅らせること,希釈率の時間変化は着火遅れに強い影響を及ぼすことがわかった.さらに実験結果から,希釈ガスの巻き込みに起因する濃度低下により浮き上がり高さは高くなること,温度上昇により浮き上がり高さは低くなることを明らかにした.これら巻き込みに起因する現象を再現するモデルを構築し,良好な結果を得た.本研究では,既燃ガス希釈の影響を考慮できる非定常修正フレームレット着火モデルの構築のために,既燃ガスにより希釈された酸化剤と燃料を用いた対抗流の着火計算と,既燃ガスを模擬した高温低酸素空気中の噴流浮き上がり火炎の実験を行う.1.数値的研究:本年度では,プロパンを燃料とした対抗流の着火計算用プログラムを作成した.しかし,計算が収束せず,未だ解を得られていない.このため,研究計画書の「研究が当初計画通りに進まないときの対応」のとおり,平成27年度では,汎用ソフトウェアを用いた計算に切り替える.2.実験的研究:高温低酸素空気中の噴流浮き上がり火炎の実験装置を作成した.実験計画書の図5に示したとおり,ヒーター付ノズルと側面ヒーターからなる予熱装置を作成し,中央に同軸バーナーを設置した.計画では浮き上がり火炎を耐熱ガラスにて囲う予定であったが,壁面の影響が強いため断念した.代わりに,実験装置全体をフードで囲うことで外部からの擾乱を防止している.浮き上がり火炎の形成には成功し,浮き上がり高さに対する燃料濃度の影響を調べた.この結果,燃料濃度が低下するに従い,浮き上がり高さは高くなること,得られた浮き上がり高さを予混合モデルにより整理できることを示した.さらに,模擬既燃ガスの温度測定を行い,500°C程度まで模擬既燃ガスを昇温できることを確認した.ただし,温度分布が一定でないため,今後側面ヒーターの出力調整などにより,実験条件の高精度化を図る予定である.本研究では,既燃ガス希釈の影響を考慮できる非定常修正フレームレット着火モデルの構築のために,既燃ガスにより希釈された酸化剤と燃料を用いた対向流の着火計算と,高温低酸素ガスに噴射される噴流浮き上がり火炎の実験を行う.1.数値的研究:本年度では,メタンを燃料とした対向流の着火計算を行った.着火計算には汎用ソフトウェアであるAnsys Fluentを用いた.反応機構としては,現在最もよく用いられているGRI3.0を用いた.Fluentを用いた着火計算には成功したが計算時間が極めて長い.そこで計算時間の短縮のために,素反応数の少ないskeletal反応機構を用いた着火計算を実施し,精度を確認中である.2.実験的研究:昨年度作成した高温低酸素空気中の噴流浮き上がり火炎の実験装置(実験計画書図5参照)を用いて,浮き上がり高さに対する周囲の模擬既燃ガス温度の影響を調査した.この結果,模擬既燃ガス温度の上昇により浮き上がり高さは低くなること,模擬既燃ガス温度が異なる場合でも,浮き上がり高さを修正予混合モデルにより整理できることを示した.一方,模擬既燃ガスの温度を500°C以上に上げることができなかったため,これに代わる実験装置として,高温既燃ガスが炉内で循環する小型燃焼炉を作成した.燃料はプロパンとした.本年度では,作成した燃焼炉を用いて予備実験を行った.この結果,炉内に充満する既燃ガスの酸素濃度は3%から6%であること,その温度は1000°Cから1100°Cとなること,炉内の温度分布,目視による観察,および窒素酸化物の排出特性から,炉内には浮き上がり火炎が形成されている可能性が極めて高いことが明らかとなった.1.数値的研究:昨年度の検討から着火計算を汎用のソフトウェアを用いた二次元計算に切り替えた.当初の予定ではフリーウェアであるOpenFOAMを用いる予定であったが,収束性が極めて悪かったため,市販のソフトウェアであるAnsys Fluentを用いることとした.市販のソフトウェアによる計算に切り替えることで対向流の着火計算を行うことができた.2.実験的研究:実験装置を新たに作成することで,さらに温度の高い既燃ガス中における浮き上がり火炎を形成することができた.数値的研究で遅れが生じているものの,計算自体には成功していることから,この影響は小さく平成28年度に当初の予定通りの計算を終了できると考えられる.よって,現在までの達成度として,おおむね順調に進展していると評価している.本研究では非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果を明らかにし,その効果の予測モデルを構築するために,対向流層流拡散火炎の数値計算と,高温希釈ガスを巻き込む乱流浮き上がり非予混合火炎の実験を行った.着火計算は対向流バーナーを模擬した軸対象二次元平面において行われた.計算には,汎用流体解析ソフトFluentを用いた.燃料は温度300 Kのメタンとした.計算負荷低減のために,使用する反応機構としてskeletal反応機構を検討したが,予測精度の点からGRI3.0を用いた.計算結果から,既燃ガスの希釈により着火遅れは短くなるが,過度の希釈は着火を遅らせることがわかった.また,噴流火炎における既燃ガス希釈を模擬して,酸化剤の希釈率を時間経過に従い低下させた.

この結果,濃度の低下が速くなるほど着火遅れは長くなり,希釈率の時間変化が着火遅れに強い影響を及ぼすことがわかった.実験には,燃料,酸化剤,および周囲ガスからなる同軸三重管ノズルを用いた.燃料には窒素により希釈されたプロパンを用い,酸化剤は常温の空気とした.また,周囲ガスは高温既燃ガスを模擬しており,窒素または二酸化炭素により希釈された高温低酸素ガスである.ただし,周囲ガス流速の均一性を保つために,周囲ガスの温度を560 Kに制限した.1000 K程度の高温既燃ガスの内部循環が発生する小型燃焼炉を検討したが,浮き上がり高さの測定精度が低いため,使用を断念した.現在周囲ガスの予熱には電気ヒーターを用いているが,予備バーナーによる高温既燃ガスの生成装置が必要と考えられる.実験の結果,低酸素濃度の周囲ガスの巻き込みによる希釈効果により浮き上がり高さは高くなること,周囲ガスの温度の上昇により浮き上がり高さは低くなることを明らかにした.これらの希釈効果に基づく現象を再現するためのモデルを構築した.この結果,良好な予測精度が得られた.本研究では非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果を明らかにし,その予測モデルを構築するために,対向流層流拡散火炎の数値計算と,高温希釈ガスを巻き込む乱流浮き上がり非予混合火炎の実験を行った.数値計算結果から,既燃ガスの希釈により着火遅れは短くなるが,過度の希釈は着火を遅らせること,希釈率の時間変化は着火遅れに強い影響を及ぼすことがわかった.さらに実験結果から,希釈ガスの巻き込みに起因する濃度低下により浮き上がり高さは高くなること,温度上昇により浮き上がり高さは低くなることを明らかにした.これら巻き込みに起因する現象を再現するモデルを構築し,良好な結果を得た.数値的研究に関しては,作成したプログラムに収束性の問題が生じた.しかし,本研究で対象とした着火計算が収束性の極めて悪い計算であることは,研究開始時点から予測されていた.このため,予定どおり汎用ソフトウェアによる計算に切り替える.また,実験的研究においては,平成26年度中に実験装置を組み上げることができた.また,浮き上がり火炎の形成にも成功しており,平成27年度に計画していた非燃焼場における温度分布測定を前倒しで行っている.ただし,ヒーターから噴出される模擬既燃ガスの温度の空間的ばらつきが大きい.この点においても計画開始時点で予測されており,側面ヒーターの出力と断熱材の厚みを変えることで現在調整中である.以上のように,数値的研究において幾つかの問題点は生じているものの,実験的研究においては平成27年度の計画を前倒しで進めている.発生している問題は研究開始時点の予測の範囲内であり,研究自体はおおむね順調に進展していると考えている.1.数値的研究:現在の対向流の着火計算を継続する.この際,計算時間の短縮のため,用いる反応機構をGRI3.0からskeletal反応機構に切り替える.これにより扱う素反応の数は300から30程度となり,大幅な計算時間の短縮が期待できる.反応機構の切り替えののち,本研究の目的である希釈進行効果の影響を明らかにする.ノズルから噴射される燃料濃度と酸素濃度を時間変化させ,着火させる.これらの計算から得られた着火遅れ時間と濃度の関係から着火遅れ時間に対する希釈率変動の影響を明らかにする.2.実験的研究:高温既燃ガス中における着火現象を再現するための燃焼炉を本年度にて作成した.
刺激に応答する物質輸送システムの開発に関する研究

本年度は熱を刺激源とする物質輸送システムの構築に関する研究を集中的に行なった。異なる環構造をもつフクラウン化コレステロ-ルを数種類合成した、これらの化合物は高温域(7100°C)でコレステリック液晶相を示した。しかし、二種類を適当に混合することにより室温領域でもコレステリック液晶相を示す系を見い出した。次にこれらの液晶系をポリマ-(ペルプレン)と混合して製膜することにより、高分子1液晶複合膜を作製した。複合膜系でもこれらの混合膜を用いてアルカリ金属イオンの膜透過速度を評価した。15-クラウン-5をもつコレステロ-ルと18-クラウン-6をもつコレステロ-ルを混合した複合膜系では、イオン透過速度はK^+>Na^+>Cs^+の順であった。これに対し、15-クラウン-5をもつコレステロ-ルと15-クラウン-5とコレステロ-ルの間にエチレン鎖をもつ化合物を混合した複合膜系ては、イオン透過速度はNa^+>K^+>Cs^+の順となった。この結果はクラウン環と金属イオンの相互作用を通して膜透過が起こることを支持する。温度変化より算出したイオン透過速度の活性化エネルギ-は27-48kJ mol^<-1>であった。イオンがキャリヤ-機構で透過する場合は高い活性化エネルギ-値(90-120kJ mol^<-1>)をもつのが普通である。また、クラウン化コレステロ-ルを通常のコレステロ-ルエステルと混合した系ではイオン透過は全く認められなかった。以上の結果は、本複合膜におけるイオン透過がチャンネル機構に近いメカニズムで起こることを示す。すわわち、液晶相の構造を利用してクラウン環を配列することにより、有効なイオンの通り道を構築できることが明らかとなった。
摂食に応答する代謝調節因子による糖代謝調節機構の解明と新規肥満糖尿病治療への応用

食べ物を口にするという私たちが日常生活で行うことは、体内で大きな変化を引き起こす。私たちはこれらの現象の中でも、食べることにより腸の中の細菌が大幅に変化することに注目し、特に免疫がいかにその変化に反応するかということを研究してきた。本研究では食べることに対する正常の反応、また肥満・糖尿病などの異常な状態でその反応がいかに不調となるかを明らかにすることにより、新たな肥満・糖尿病の治療につなげたいと考えている。
新空調システムの設計評価法の確立

温風暖房の歴史は古く13世紀に実現している.一方冷房の技術は,それ程古くはなく1920年代にアメリカの映画館,デパート,事務所建築に使用されてから約80年の成長を遂げている程度である.ごく最近になっての特徴は,建築と融合したシステムの登場である.ただ一つ床暖房だけは建築融合システムであり1906年にイギリスで提案された古い歴史をもっている.しかし適用空間は特殊なものであった.建築融合システムにおいては,設計の初期段階から建築家との綿密な打ち合わせが必要となるし,設備を付帯設備と云っていた時代には到底不可能な空間創りが可能となる.室内負荷の減少,改善も図れるので,室内環境も良くなっている.融合建築の登場の理由は,最近の設計におけるコンピュータ技術の発展,建築家による大空間,ガラス建築などの新しい空間作りへの対応,建築計画原論的発想の躯体への仕掛け作りなどが原因ではなかろうか.設備的対応と建築計画原論的対応の両者が必要になってきているのである.そこで本研究では,新しい空調システムの設計に対して如何に効率よく対処すべきかについて幅広く検討した.電力平準化にとって重要な深夜電力利用の観点と室内環境の改良につながる躯体蓄熱冷房システムの設計法についての研究,天井付設コイル・冷却パネルによる自然冷却効果の研究,タスク空調の性能評価,種々の新しい窓システムに対する設計値の提案,アースチューブと自然通風を併用した空調システム,空調システムの最適運転法に関する研究,建築・空調システムを総合したシミュレーション法に関する研究,コミッショニングを意識した設計法に関する研究,ベクトル線図を利用した設計計画法に関する研究,空調システムの信頼性評価法などについて研究を行った.温風暖房の歴史は古く13世紀に実現している.一方冷房の技術は,それ程古くはなく1920年代にアメリカの映画館,デパート,事務所建築に使用されてから約80年の成長を遂げている程度である.ごく最近になっての特徴は,建築と融合したシステムの登場である.ただ一つ床暖房だけは建築融合システムであり1906年にイギリスで提案された古い歴史をもっている.しかし適用空間は特殊なものであった.建築融合システムにおいては,設計の初期段階から建築家との綿密な打ち合わせが必要となるし,設備を付帯設備と云っていた時代には到底不可能な空間創りが可能となる.室内負荷の減少,改善も図れるので,室内環境も良くなっている.融合建築の登場の理由は,最近の設計におけるコンピュータ技術の発展,建築家による大空間,ガラス建築などの新しい空間作りへの対応,建築計画原論的発想の躯体への仕掛け作りなどが原因ではなかろうか.設備的対応と建築計画原論的対応の両者が必要になってきているのである.そこで本研究では,新しい空調システムの設計に対して如何に効率よく対処すべきかについて幅広く検討した.電力平準化にとって重要な深夜電力利用の観点と室内環境の改良につながる躯体蓄熱冷房システムの設計法についての研究,天井付設コイル・冷却パネルによる自然冷却効果の研究,タスク空調の性能評価,種々の新しい窓システムに対する設計値の提案,アースチューブと自然通風を併用した空調システム,空調システムの最適運転法に関する研究,建築・空調システムを総合したシミュレーション法に関する研究,コミッショニングを意識した設計法に関する研究,ベクトル線図を利用した設計計画法に関する研究,空調システムの信頼性評価法などについて研究を行った.大型事務所ビルの実測を行った.中央監視室で回収しているビルコンデータを用いた熱源システムの運転特性,CGS機械室の換気冷房特性の計測を行い,居住域のインテリア系統にペアダクトシステムを採用している空調システムの特性を把握するために空調機室内で,温湿度,風速の自動計測を行い,ペリメータ部のエアバリア特性と空調能力特性,居室の上下温度分布,室内気流特性,輻射環境特性を測定した.他にもガラスで作られた階段室の居室に与える煙突効果の影響,エントランスホールの人員変動と温熱環境特性を調査した.その他に,1)窓廻りシステムの性能検証を理論的にまた実験的に検討した.エアフローウインドウについては通過風量の有効性や室内環境への効果や夏期と冬期の特異な関係を調べ,プッシュプルタイプにおいては,プッシュ量とプル量の相互関係について重点的に検討した.2)躯体蓄熱システムの検討,3)ふく射冷暖房システムの検討も行った.本年度は,新たに躯体蓄熱に関する実測を行ったのでその解析を中心に研究した.躯体蓄熱空調システムは、水・氷蓄熱システムの補完的役割を果たし、電力平準化に寄与するとともに経済的にも大きな効果を発揮するものである。躯体蓄熱空調システムは、蓄熱槽容量の削減、空調機容量の削減、蓄熱量の拡大、放射効果による快適性の向上など様々な可能性を秘めているが、躯体に蓄熱させるので、熱制御性がパッシブ化せざるを得ない。本研究では、Mビルについての解析を行ったが、以前に基本実測は行われており、今回はさらに精度を向上させた実測及び解析を行うことにより、正確な蓄放熱量の把握を行いかつその妥当性を確認することを第1の目的とした。そのほか広範な実測調査により、建物の使い方による影響の把握、室内の熱的快適性の評価も行なった。主なテーマは、1)躯体、家具類の蓄放熱性能の把握,2)天井の漏気性の把握,3)天井空間の熱収支の把握,4)室内の熱収支の把握,5)室内の熱的快適性の把握,などである.研究分担者とは幾度かの検討会を開催し,多角的に討論を行った.
シアン化合物中毒に対する新たな全合成解毒剤に関する研究

本研究ではシアン化物中毒に対する新たな解毒剤(イミダゾール・シクロデキストリン;以下FeIIIPIm3CD)の有効性を検討した。培養細胞(マウス線維芽細胞)および実験動物(マウス)のいずれにおいても、FeIIIPIm3CDはシアン化カリウムに対して良好な解毒効果を有しており、この解毒効果は既存の解毒剤(コバルト製剤)と比較してもより効果が高いことが明らかとなった。本研究の目的は青酸化合物中毒に対する新たな解毒薬として開発された水溶性ポルフィリンとシクロデキストリン二量体から成るイミダゾール・シクロデキストリン(FeIIIPIm3CD)のin vitro、in vivoにおける効果を明らかにすることである。(1)シアン化カリウム(KCN)に対するFeIIIPIm3CDの解毒効果をマウス線維芽細胞株におけるチトクローム活性と細胞生存率で評価した結果、FeIIIPIm3CDはKCNに対して用量依存的な解毒効果を示した。更に、KCNと等モルのFeIIIPIm3CDを細胞に添加すると、対照(培地のみ)のチトクローム活性、細胞生存率と有意差を認めなかった。(2)100%致死量のKCNを胃管から強制投与する中毒マウス(BALB/c)モデルを作成した。前投与実験として中毒マウスモデルに対してKCNと等モル量のFeIIIPIm3CD、ヒドロキソコバラミン(OHCbl:既存の解毒剤)、0.9%生理食塩水をKCN投与直前に経静脈投与した。後投与実験としてKCN投与後に呼吸停止を確認した直後に上記解毒剤をKCNの倍モル量を経静脈投与した。中毒マウスの24時間生存率は前・後投与実験共にOHCblと同等で生理食塩水より有意に良好であった。FeIIIPIm3CDを投与された中毒マウスの呼吸様式はOHCbl、生理食塩水より良好であった。(3)SDラットの動脈血液にFeIIIPIm3CD、OHCblを添加した結果、動脈血液中カルボキシヘモグロビン(CO-Hb)濃度、メトヘモグロビン(Met-Hb)濃度に与える緩衝作用はFeIIIPIm3CDがOHCblより有意に小さかった。以上のようにFeIIIPIm3CDはIn vitro、in vivoにおいてKCNに対して良好な解毒作用を有していることが確認された。背景:シアン化合物は強力な毒性を有しており、迅速な解毒剤治療が求められる。我々はシアン化合物中毒に対する新たな解毒剤としてシクロデキストリン二量体と水溶性鉄ポルフィリンからなるイミダゾール・シクロデキストリン(ImCD)を開発した。目的:シアン化合物中毒に対するImCDの有効性を検討すること。方法(1)In vitroにおける解毒剤の評価方法の確立:マウス線維芽細胞株(NIH-3T3)を用いて、シアン化カリウム(KCN)、既存の解毒剤(ヒドロキソコバラミン:OHcb)を共に、シアン化水素の酸解離定数であるpH9.20に調節した直後に同時添加し、MTTアッセイにてチトクロームcオキシターゼ活性を評価し、用量依存的な解毒効果が得られるか否かを検討した。(2)In vitroにおけるImCDの効果:NIH-3T3に対しpH9.20に調節したKCNとImCDを等モルで同時添加し、MTTアッセイを施行した。(2)In vivoにおけるImCDの効果:LD100量のKCNを経口投与したBALB/cマウスに対して、ImCD、Sodium Nitrite(SN群)を経静脈的に前投与もしくは呼吸停止直後に後投与し、24時間生存率をそれぞれ生理食塩水(Saline群)と比較した。結果:(1)OHcbの用量依存的にチトクローム活性の改善が認められた。(2)ImCDの用量依存的にNIH-3T3のチトクローム活性の改善が認められた。(2)前投与、後投与共に、ImCD群はSN群、Saline群より有意に24時間生存率を改善した。結語:ImCDはシアン化合物中毒に対して有効である可能性が示された。In vitroの研究において、ImCDは細胞生存率を改善することを確認している。また、in vivoの研究において、ImCDはシアン中毒BALB/cマウスの生存率の改善が確認されており、概ね順調に進んでいると考えている。平成24年度はIn vivoの研究を中心に行う予定である。シアン中毒SDラットにImCDを経静脈的に投与し、血圧、呼吸、血液生化学検査などの生理学的パラメーターがどのように変化するかを生理食塩群と比較して検討する。さらに、病理組織学的検討も追加検討する予定である。平成23年度に残額が発生した理由:シアン化合物を扱うin vitroの実験ではシアン化水素が発生するため、複数の細胞培養器が必要である。そのため細胞培養器を新たに購入予定であったが、研究室内で代用が可能であったため残額が発生した。すでに実験可能な設備は整っており、大型機器の購入予定はない。主にラットや試薬類などの消耗品を購入する予定である。

平成23年度の残額(759,676円)は病理組織学検査(主に免疫染色)に必要な試薬およびラット血中シアン濃度測定に使用する試薬などの消耗品に使用する予定である。
建物情報モデリングによるデジタル環境設計ツールの開発

建物情報モデリング(BIM)の国際標準仕様であるIndustry Foundation Classes(IFC)に基づいて、建築意匠・設備設計が一体となる建築デジタル環境設計手法を提案した。まず、学生150名を対象として建物使用者・居住者がどのような建築情報を求めているのかをアンケート調査を行い、安全性・安心性、経済性が最も重要視されていることが確認した。次に3次元CADソフトArchiCADを用いて建築のIFCデータを作成し、建物を構成する全ての要素、住所、建物、階情報、建物部位・部材(部屋、壁、スラブ、窓、ドアなど)を解析した。そしてASHRAEの負荷計算方法を参照したで空調負荷計算用建物のIFC情報を解析し、デジタル空調負荷計算ツールを構築した。Accessで作成された建材データベース、外部気象データなどとの連携により、空調負荷、年間エネルギー消費量、環境負荷及び省エネルギー計算を行った。今後では、建材環境性能データベースの改善・充実をしながら、開発した環境設計ツールを更に改良する予定である。建築設計において各専門間のコラボレーション、特に意匠設計、設備設計の連携に着目し、建物の設計において、建物情報モデリング(Building Information Modeling、略称BIM)により、デジタル環境設計ツールを開発する。サスティナブルデザインへのニーズに応え、より効率的、より高品質な設計の実現を目指している。そこで、本研究では、CADアプリケーションに依存しない、建物情報モデリング(BIM)の国際標準仕様であるIFC(Industry Foundation Classes)規格を活用し、建築意匠・設備設計が一体となったデジタル環境設計手法を提案する。空調負荷、エネルギー消費量、CO_2排出量など環境影響評価指標の自動計算などを実現し、建築分野におけるCO_2排出削減を目的とする。昨年では、3次元CADソフトを利用し、IFC形式で建築モデルを構築した。そして、IFC2x3バージョンの仕様に基づいて、建築3D図面から建物部位、部材(部屋・壁・窓・扉・柱・梁・屋根・スラブ等)の長さ、面積、体積、及び壁の方位、部材情報などを抽出し、手間をかけずにワンボタンで建築材料の自動集計ができた。また、建材価格テータ、工事歩掛データ、建材製造時のエネルギー原単位及びCO_2排出量等の環境性能データを整理し、建材環境性能データベースを構築した。さらに、プログラミングによりIFC形式の建築デジタル図形データと建材環境性能データベースをリンクさせ、建築部位、部材と建材環境性能データベースの連携ができた。その他に、空調負荷計算用建物情報を解析し、デジタル空調負荷計算ツールのコンセプトを提案した。今後は、建物所在地の気象データと連携し、汎用性のある空調負荷自動計算ツールの開発を目標としている。そこで、本研究では、CADアプリケーションに依存しない、建物情報モデリング(BIM)の国際標準仕様であるIFC (Industry Foundation Classes)規格を活用し、建築意匠・設備設計が一体となったデジタル環境設計手法を提案する。空調負荷、エネルギー消費量、省エネルギー評価、CO_2排出量など環境影響評価指標の自動計算などを実現し、建築分野におけるCO_2排出削減を目的とする。昨年には大学生を150名対象として施主が求めているBIM情報の需要をアンケート調査し、住宅の購入価額、年間光熱費などが最も重視されていることがわかった。また、調査結果を踏まえ、建築基礎情報の整備、建材価格などのデータベースの改善を行った。さらに、地域の気象データベースと連携し、建築省エネルギー評価指標PALの自動計算ツールを開発した。今後は、建築設計のBIM情報、建材データベースとの連携により、空調負荷計算、省エネギー評価及び環境評価を行い、多機能の統合をを目標としている。建築設計における各専門間のコラボレーション、特に意匠・設備設計の連携に着目し、建物情報モデリング(Building Information Modeling、略称BIM)の技術を活用してデジタル環境設計ツールの開発を目標としている。より効率的、より高品質な設計の実現を目指している。そこで、CADアプリケーションに依存しない、BIMの国際標準仕様であるIFC (Industry Foundation Classes)規格に基づいて、部位、部材の情報を解析して意匠・設備設計が一体となったデジタル環境設計手法を提案する。空調負荷、エネルギー消費量、CO_2排出量など環境評価指標の自動計算を実現し、建築分野におけるCO_2排出量の削減に貢献する。

昨年度では、空調負荷計算ツールを改善し、空調の年間エネルギー消費量、電力消費によるCO_2排出量の計算などを含め、デジタル環境設計ツールを構築した。出力されたIFCテキストファイルから省エネルギー評価指標PAL計算用建築情報を抽出し、地域の気象データベースとの連携により、PALの自動計算ツールを改良した。また、既存の調査データなどに基づいて、開発した環境評価ツールの有効性を検証した。今後では、モデルチェッカーなどを利用して、BIMモデルの整合性を確認すると同時に、建築BIMデータの建材環境性能データベースの改善・充実をしながら、本研究で開発した環境設計ツールを改良し、汎用性のあるツールとして公開する予定である。
アーバスキュラー菌根共生系から根粒共生系への進化基盤の解明

マメ科植物ミヤコグサの分子遺伝解析から、根粒の発生制御に複数の茎頂メリステム(SAM)の制御因子が関わっていることを示した。根粒とSAMに共通する発生制御基盤があること等を明らかにし、「根粒」の進化モデルを提唱した。また自己組織的な反応拡散ダイナミクスが、SAMの発生・維持に重要であることを示した。アーバスキュラー菌根菌(AM菌)とアツギケカビ類のゲノムを解読した。共生菌はキナーゼ様遺伝子を多様化させており、共生に必要なシグナル伝達経路の存在が示唆された。AM菌と植物のトランスクリプトーム解析から、両者は脂肪酸やリン酸などの代謝産物を補うことで共生状態を維持していることが示唆された。(2)マメ科のモデル植物ミヤコグサにおいて、改変蛍光タンパク質とライブセルイメージングによるカルシウムイメージング技術を確立した。この技術を用いて、根粒共生時に根毛細胞内で誘導されるカルシウム振動の検出に成功した。(3)根粒形成の全身制御に関わるKLAVIER(KLV)は、植物のシュートで機能するHAR1と相互作用しうる受容体型キナーゼであることを見いだした。KLVは根粒形成のみならず茎頂メリステム(SAM)の維持にも関わっていたが、同様の機能は、ミヤコグサのCLV2様遺伝子にも保持されていることを見いだした。根粒形成の全身制御に関わるHAR1,KLV,CLV2受容体は、それぞれシロイヌナズナのSAMの維持に関わるCLV1,RPK2,CLV2と最も高い相同性を示し、マメ科植物はSAMの発生ネットワークを根粒共生系にリクルートした可能性が示唆された。そこで、根粒の進化的起源と考えられるSAMの自己組織的でダイナミックな振舞いを理解するために、WUS-CLV相互制御ダイナミクス、SAMの空間的な制約、細胞分裂を取り込んだ、二次元細胞格子による数理モデルを構築し、シミュレーション解析を行った。その結果、本モデルはシロイヌナズナの野生型、wus、clv変異体等の表現型や、SAMに外科的処置を施した時の再生過程などをよく再現できることが分かった。アーバスキュラー菌、根粒菌と植物の両方向から遺伝子ネットワークの相互作用を解析するため、HiSeq2000を用いてそれぞれの共生時におけるミヤコグサのトランスクリプトーム解析を行った。共生初期に変動する遺伝子は根粒で284遺伝子、菌根で330遺伝子同定し、その中で共通しているのは11遺伝子と非常に少ないことがわかった。また菌根においてはミヤコグサゲノムにマップされなかったリードを集め、Trinityを用いることでde novo transcriptome assemblyを行いAM菌のトランスクリプトを明らかにした。200 bp以上のcontigは76,697個あり、BLASTXやGC含有率からAM菌由来の26,253のcontigを同定できた。菌根共生シグナル分子に応答したカルシウム振動の解析を行った。菌根菌胞子浸出液処理によりカルシウム振動の誘導はみることができなかったため、菌根菌の共生シグナル分子であると考えられるMyc-LCOを大阪府立大学秋山康紀博士より分与していただき、この分子への応答反応を解析したところ、カルシウム振動の誘導を確認できた。根粒非着生でかつ茎頂メリステム(SAM)に異常示すミヤコグサ新奇変異体を単離し、分子遺伝学的な解析を行った。この変異体では根粒原基形成と根粒菌感染プロセスの両過程に異常がみられることを明らかにした。ポジショナルクローニングにより原因遺伝子を特定したところ、他の植物において報告されているSAM形成に関わる遺伝子のオルソログがこの変異体の原因遺伝子であることを突き止めた。マメ科植物に形成される根粒数は、根粒菌の感染によってCLE遺伝子が誘導され、HAR1-KLVシグナル経路が活性化されることにより負に遠距離制御されている。この制御機構に関する数理モデルを構築した。AM菌Rhizophagus irregularis DAOM197198のゲノム配列を国際コンソーシアムとの連携で解読し、約90Mbのドラフト配列を得た。これまでの予想に反して同一生体内の遺伝子多型が少なく、またゲノムサイズも大きく見積もられた。AM菌のゲノム解読と並行して、信州大山田明義准教授らの協力を得てAM菌より古い起源の菌類であるEndogone pisiformisとSclerocystis pubescensについて、ゲノムサイズを調べた。AM菌のRNA-seq解析からは、外生菌糸と内生菌糸では糖・脂質・アミノ酸代謝関連遺伝子の発現が異なることが示された。また、非菌根植物であるルピナスとミヤコグサの菌根共生変異体のRNA-seqデータを取得した。植物体内のカルシウムイオン濃度を測定するカルシウムイメージング技術を確立し、多くの共生変異体における共生応答反応を明らかにした。ミヤコグサのtricot変異体の原因

遺伝子を特定し、根粒と茎頂メリステムの制御に共通した新規機構が存在することが示唆された。また、細胞レベルでの詳細なオーキシン応答パターンと根粒形成の正および負の制御因子との相互作用を調べ、根粒の初期発生におけるオーキシンの作用点を明らかにした。複数のミヤコグサWOX遺伝子の機能解析を行い根粒形成における影響を調べた。マメ科植物と根粒菌の共生の進化機構を理解するために、adaptive dynamicsに基づく数理モデルを構築し、理論解析および数値解析を行った。その結果、(i)全く共生関係が進化しない、(ii)強固な共生関係が進化、(iii)中間的な強さの共生関係が進化、(iv)窒素固定菌と無効根粒菌とが共存、の大きく4種類の場合が出現することがわかり、さらに個体あたりの根粒数の制限は、ぼったくり菌の感染から身を守る上で重要であることを見いだした。1植物共生菌のゲノム解析:共生関連遺伝子を同定するため、アーバスキュラー菌根菌(AM菌)より分岐年代の古いEndogonales目のSphaerocreas pubescenes (共生性)とEndogone pisiformis(腐生性)のドラフトゲノム配列49.6 Mbと59.7 Mbをそれぞれ決定した。これらのゲノムからRNA-seqを用いて遺伝子を予測し、他の真菌の遺伝子群の比較解析を行った結果、AM菌と同様に共生性のS. pubescebesはprotein-protein相互作用やシグナル伝達に関わる遺伝子を多くコードしている共通性が見いだされた。また、S. pubescebesはAM菌とは異なり、caspaseドメインを持つペプチド分解酵素の遺伝子数が増加していた。外生菌根菌のホンシメジのゲノムに関しては、現在PacBioを用いて解読を進めている。2菌根形成に関わる宿主植物の転写因子の解析:AM共生特異的に誘導される8つの転写因子の発現抑制個体を作出し、AM共生が不全な個体がいくつか得られた。その転写因子のターゲット遺伝子を同定するためRNA-seq解析を行っている。3糖修飾を受けたCLEペプチドの分子同定から、根粒形成と茎頂メリステム形成の制御系の分子レベルでの共通性が示された。4窒素固定細菌である根粒菌とマメ科植物との共生関係がどのように進化するのかを適応力学を用いて理論的解析を行った。その結果、共生関係の進化は窒素固定によるcostとbenefitのバランスに決定的に依存すること、および両者の効果が拮抗する条件において、窒素固定をしない「ぼったくり菌」が広く出現することが分かった。・一分子シーケンサーを用いて、アーバスキュラー菌根菌(AM菌)より分岐年代が古いアツギケカビ目の2種、Sphaerocreas pubescensとEndogone pisiformisのドラフトゲノム配列を決定した。両菌種ともチロシンキナーゼ様遺伝子が多様化しており、AM菌と共通した特徴を示した。・ミヤコグサのRNA-seq解析から、菌根形成過程で発現変動するミヤコグサの8つの転写因子について、その下流遺伝子候補をDEX誘導系で特定した。
数理モデリングと解析による生命と生態における複雑現象の解明

本研究の目的は、数理モデルによる環境・生態・生命における複雑な現象を個体群の視点から把握し,その本質的仕組みを明らかにすることにある。昆虫の媒介に広まる伝染病の問題や生命の発生仕組みを理解するために、適格な数理モデルを構築し、数値・厳密解析を通じて解明を行った。◉細胞の非対称分裂におけるパターン形成の解明:たった一つの受精卵から始まった我々の体は様々な細胞によって複雑な仕組みに構成されている.一つの細胞から様々な機能とサイズをもつ細胞に多様化されるメカニズムの一つが細胞の非対称分裂過程である,細胞が異なる2つの娘細胞に分裂する過程では,母細胞中て様々な化学物質の非対称局在かみられる.つまり,細胞はロバストな空間非一様パターンをシグナルとして受け取り,的確な時間に的確なサイズと機能を持つように分裂を行う.この仕組みを非対称分裂に関わる重要な化学物質のダイナミクスを記述する数理モテルを構築し,細胞内の自己組織化現象の仕組みを理論的に検証した.その結果、細胞膜で作られる極性パターンに関連タンパク質の総量が細胞のサイズと関連して極めて重要な役割を果たす事を突き止めた.◉昆虫を媒介する伝染病の空間的制御を議論した研究については、二つの論文として国際雑誌に出版された.(抄録なし)たった一つの受精卵から始まった我々の体は様々な細胞によって複雑な仕組みに構成されている.一つの細胞から様々な機能とサイズをもつ細胞に多様化されるメカニズムの一つが細胞の非対称分裂過程である.細胞が異なる2つの娘細胞に分裂する過程では,母細胞中で様々な化学物質の非対称局在がみられる.つまり,細胞はロバストな空間非一様パターンをシグナルとして受け取り,的確な時間に的確なサイズと機能を持つように分裂を行う.この仕組みをより統合的理解し,中核となる仕組みを明らかにするために,非対称分裂に関わる重要な化学物質のダイナミクスを記述する数理モデルを構築し,細胞内の自己組織化現象の仕組みを実験と共同で検証した.本研究における分子生物学の研究は現在とても注目を浴びている分野の一つである.しかしながら,現在知られている実験結果は断片的な情報であり,それを基に,細胞の非対称分裂過程を全体図で理解する事が非常に重要である.今回の研究は,現在知られている実験データをもとに細胞膜上で蛋白質が非対称に分布する過程を数理モデルで構築した.特に,非対称分裂中に起きる細胞膜でのcortical flowの影響を,細胞の極性形成モデルでは今まで全く使用された事のない数理的アイデアを使ってモデルに構築することができた.これによって,cortical flowが非対称分裂に与える影響をより正確に見る事ができ,flowと細胞内化学物質の非対称分布過程の相互作用がどう起きているのか一層詳しく理解する事ができた.さらに,生命の形態形成の仕組みが2つの化学物質の反応と拡散によって起きうる事を示したTuring理論を多細胞の組織レベルではなく一つの細胞内で考察できたのは,非常に興味深い,また驚きの結果である.本研究の目的は、数理モデルによる環境・生態・生命における複雑な現象を個体群の視点から把握し,その本質的仕組みを明らかにすることにある。◉細胞の非対称分裂におけるパターン形成の解明:たった一つの受精卵から始まった我々の体は様々な細胞によって複雑な仕組みに構成されている.一つの細胞から様々な機能とサイズをもつ細胞に多様化されるメカニズムの一つが細胞の非対称分裂過程である,細胞が異なる2つの娘細胞に分裂する過程では,母細胞中て様々な化学物質の非対称局在かみられる.つまり,細胞はロバストな空間非一様パターンをシグナルとして受け取り,的確な時間に的確なサイズと機能を持つように分裂を行う.この仕組みを非対称分裂に関わる重要な化学物質のダイナミクスを記述する数理モテルを構築し,細胞内の自己組織化現象の仕組みを理論的に検証した.その結果、細胞膜で作られる極性パターンに関連タンパク質の総量が細胞のサイズと関連して極めて重要な役割を果たす事を突き止めた.◉昆虫を媒介する伝染病の空間的制御を議論した研究については、二つの論文として国際雑誌に出版された.2011年度から始めた,細胞の非対称分裂に関する研究は順調に結果を得られて,もう少しで結果をまとめたあと,論文作成に入る予定である.他の遺伝子発現とパターン形成の研究は,Oxford大学の研究テームと共同研究を通じて今年2つの論文が出版される予定である.○引き続き,細胞の非対称分裂の研究を実験系と連携して進めていく.○今年からは新たなProjectとしてshort-rangeシグナル伝達仕組みでlong-rangeパターンを形成する数理的仕組みについて研究を開始する,○Vector昆虫によって広まる伝染病の抑制に関連する最新のtransgenic technologyを,数理モデリングを通じて最適コストを満たすコントロール成功政策を議論する.(抄録なし)
Tsallisの非加法的統計力学に基づくカタストロフを含む複雑系の研究

研究課題「Tsallisの非加法的統計力学に基づくカタストロフを含む複雑系の研究」に関して、平成1516年度の2年度間に、当初研究計画をほぼ予定通りに遂行した。まずはじめに、カタストロフを含む複雑系としてインターネットを取り上げ、Ping実験を実施し、パケットの旅行時間の時系列の統計的性質を調べた。旅行時間とその急激な変化が起きる転移点に関して、地震現象において知られているGutenberg-Richter則とOmori則が成立することを見い出した。次に、地震現象の解析を展開した。その研究の初期の段階で、余震における事象間相関を研究した。その結果、エイジングとスケーリンングという現象が存在すること、従って余震がグラスダイナミックスによって支配されているということを発見した。次に、二つの連続する地震の空間的距離および時間間隔がともにTsallis統計によってよく説明出来ることを見い出した。この結果を更に深く理解するために、「地震ネットワーク」という概念を提出した。これは、地震データの時系列を時間発展するランダムグラフに写像するものである。この地震ネットワークのトポロジカルな性質を研究した。その結果、それがsmall-worldネットワークであること、またscale-freeネットワークでもあることを見い出した。更に、有向グラフの立場から、地震のネットワーク上の周期の統計性を調べ、それがスケール不変であることも見い出した。これらの応用的研究に加えて、Tsallisの非加法的統計力学に対する基礎研究においてもいくつかの重要な成果が得られた。まず、最大Tsallisエントロピー原理が最小相互エントロピー原理と無矛盾でるという要請から、非加法的統計力学における期待値の定義がq-期待値でなければならないことを証明した。また長距離相互作用をする非加法的系の熱力学について、これまでに数値解析により示唆されていた熱力学的スケーリング則を数学的に導出した。更に、1905年のEinsteinのブラウン運動の理論を拡張して、異常拡散現象を記述するfractionalなFokker-Planck方程式が如何に自然に導かれるかを示した。研究課題「Tsallisの非加法的統計力学に基づくカタストロフを含む複雑系の研究」に関して、本年度はおもにインターネットの複雑な挙動の統計力学的解析をおこなった.まず、Ping実験を実施し、パケットの旅行時間の時系列を取った.各閾値に対して、それよりも長時間の旅行時間をもつ状態を「渋滞状態」それ以下を「sparse状態」と定義し、「sparse状態」の時間間隔の統計的振る舞いを調べた。その結果、時系列がすべてTsallis統計に従う種々の定常状態間を遷移することを見い出した。次に、「sparse状態」の時間間隔時系列が、地震現象において広く知られているGutenberg-Richter則とOmori則に従うことを発見した。このことは、インターネットが地震現象や株価変動と同様の挙動を呈することを示しており、これら3つの複雑系がすべてTsallisの非加法的統計力学と深く関わっていることを示唆している。従って、地震現象を非加法的統計力学という新しい視点から研究することになった。そこで、南カリフォルニアおよび日本での地震データに基づき、2つの連続する地震の空間的距離の統計性を調べた。その結果、極めて大きな相関係数値をもって、データがTsallis統計に従うことが分かった。以上を、合計4編の論文として学術専門誌上で発表した。本年度は、カタストロフを含む複雑系以外にも、統計力学の基礎的問題に関する理論的研究をおこなう機会があった。

一つは隠れたゲージ変換構造を用いて量子力学の原理からミクロカノニカル集団を導出するというものであり、もう一つは任意の与えられた分布関数によって最適化される一般化されたエントロピーの構成である。これらも、2編の論文として出版した。本年度は計画の最終年度であるが、研究課題に関して重要な進展が得られた。まずカタストロフを含む複雑系の現象として地震活動に着目し、新しい視点から研究を展開した。地震データを時間発展する有向ランダムグラフに写像し、そのトポロジカルな性質を解析した。頂点間の分離度および周期が共にスケール不変な統計法則に従うことを見出した。これらはイベント間相関の長距離性と周期の予測不可能性を意味する。昨年度に得られた結果である結合度分布のベキ則性とあわせて、地震活動の複雑性の定量化に成功したことになる。またこれらの結論は、先に得られている地震活動の時空的複雑性とTsallisの非加法的統計力学との密接な関連について重要な視点を与え、今後の展開に繋がるものである。一方Tsallisの非加法的統計力学自体に関する理論的基礎研究についてもいくつかの結果が得られた。それらのうち特に重要なものは以下の3つである:1)長距離相互作用系の熱力学において数値的に発見されたスケーリング則を、熱力学におけるEulerおよびGibbs-Duhem関係式にあらわれる諸変数の定義を拡張することにより理論的に導出できたこと、2)非加法的統計力学を特徴付ける分布関数はTsallisエントロピーからでもRenyiエントロピーからでも導かれるために生じる困難を解決し、非加法的統計力学ではTsallisエントロピーを用いなければならないことを示したこと、および3)Tsallisの非加法的統計力学が基礎とするq-期待値という概念が何故必要なのかを証明したこと。これらのうち特に3)では、物理量に対する通常の期待値の定義を用いた理論形式とq-期待値を用いた理論形式とを比較し、それらが最小相互エントロピー原理の無矛盾性に関するShore-Johnsonの定理を満たすか否かを調べることにより、q-期待値を用いなければならないことを示した。