hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
理論限界に迫る高効率な相互結合網

本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法を追究するため、下記3つのアプローチで研究を実施した。(1)単方向リンクを用いたネットワーク構成法を提案し、従来の双方向リンクに比べてアプリケーション性能が平均30%向上することを明らかにした。(2)小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催し、低遅延ネットワークの設計に直結する小直径グラフとその構成法を広く一般から募集した。(3)グラフデータベース「Graph Bank」を創設し、有用なグラフを蓄積・検索可能として研究成果の社会還元を図った。本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法(トポロジ)を追究している。ネットワークトポロジはグラフとしてモデル化され、グラフの直径が小さいほど通信遅延も小さくなる。本研究では、(1)単方向リンクに基づく超低遅延ネットワークトポロジの提案、および(2)グラフ探索による小直径トポロジの発見、という2つのアプローチで通信遅延の理論的下限に迫りつつある。1.単方向リンクの利用任意のノード数・次数(ポート数)で直径の小さい有向グラフの作り方が知られている。この有向グラフをネットワークトポロジとして利用するために、単方向リンクを用いたネットワーク構成法を提案し、その上で実行されるアプリケーション性能をシミュレーションで評価した。この成果は現在、国際会議に投稿中である。2.グラフ探索による直径削減与えられたノード数・次数で直径の小さい無向グラフを探す問題はOrder/Degree問題と呼ばれるが、その効率的な解法については研究が進んでいなかった。これに対し我々は、小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催し、直径の小さいグラフとその構成法を広く一般から募集した。究極の目標は、あらゆる頂点数・次数の組合せに対し最小の直径・平均距離をもつグラフのカタログを作り、相互結合網の設計者に提供することである。2015年のコンペには284件の有効投稿があり、優れた解の作者3チーム7名を国際会議CANDAR'15で表彰した。本コンペは次年度以降も継続的に実施する予定である。このほか、実装上の制約を逆手に取り、マシンルーム内のラック配置とケーブル長の上限を考慮したトポロジ最適化手法を提案した。この成果は平成28年度の国際会議に採録された。1.単方向リンクの利用当初の研究計画ではルーティングが困難になることが予想されたが、詳細な検討の結果、既存のルーティング手法を用いてもシミュレーションによる性能評価は可能であることが明らかになった。また、単方向リンクの利用よりもグラフ探索による直径削減の方が技術的に有望であることもわかった。そのため、単方向リンクを用いるアプローチに関してはシミュレーション評価結果の論文投稿をもって一旦完結し、後述のグラフ探索による直径削減に注力することとした。2.グラフ探索による直径削減当初の研究計画では我々の手で小直径グラフ探索手法を開発する予定だったが、それだけではアイディアの幅が限られると考え、これをOrder/Degree問題として再定義し、オープンサイエンスの俎上に載せる方針に転換した。この新方針に基づき、前述の小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催したところ、予想を上回る多分野の参加者から多様なアイディアを得ることができた。本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法を追究している。本研究では、下記3つのアプローチで通信遅延の理論的下限に迫った。1.単方向リンクの利用:任意のノード数・次数(ポート数)で直径の小さい有向グラフの作り方が知られている。2.グラフ探索による直径削減:与えられたノード数・次数で直径の小さい無向グラフを探す問題はOrder/Degree問題と呼ばれるが、その効率的な解法については研究が進んでいなかった。2016年のコンペには131件の有効投稿があり、優れた解の作者7名を国際会議CANDAR'16で表彰した。このほか、ケーブルの物理的配置を陽に考慮したトポロジ最適化手法を提案し、現実的な条件においても理論限界に近い低遅延ネットワークを構築できる見通しを得た。3.非正則グラフの活用:これまでの検討ではグラフの次数(各ネットワークスイッチに接続されるケーブル数)は均一であるという前提を置いていたが、次数を不均一にすることができれば、同じノード数をもつグラフの直径をさらに削減できることが明らかになった。そこで、このような非正則グラフに基づくネットワーク設計を提案し、有効性を検証した。1.単方向リンクの利用:単方向リンクを用いるアプローチに関しては、シミュレーション評価結果の論文投稿をもって一旦完結した。2.グラフ探索による直径削減:平成27年度に引き続き、小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催した。これにより、予想を上回る多分野の参加者から多様なアイディアを得ることができた。また、研究が当初の計画より速く進展したことを踏まえ、ケーブルの物理的制約を踏まえた新たなアプローチの探求に注力した。具体的には、マシンルーム内の配線上の制約を陽に考慮した長さ制限付き格子グラフの理論的解析および最適化手法を提案した。

3.非正則グラフの活用:我々はさらに、伝統的なネットワーク設計の前提を覆すことで通信遅延のさらなる削減を探求した。伝統的な直接網は各ネットワークスイッチに接続されるケーブル数が同じ、すなわち正則グラフとなるように設計される。この前提を覆し、スイッチごとに異なる数のケーブルを接続することで、同一規模(ノード数)のネットワークであっても直径をさらに小さくできることを明らかにした。この知見を踏まえ、非正則グラフに基づく相互結合網の構成手法を提案した。本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法を追究してきた。具体的には、下記3つのアプローチで通信遅延の理論的下限に迫るとともに、その成果の社会還元に努めた。1.単方向リンクの利用:任意のノード数・次数(ポート数)で直径の小さい有向グラフの作り方が知られている。この有向グラフをネットワークトポロジとして利用するために、単方向リンクを用いたネットワーク構成法を提案し、その上で実行されるアプリケーション性能をシミュレーションで評価した。この成果は大規模計算機分野の著名な国際会議IEEE CLUSTER 2017に採択された。2.グラフ探索による直径削減:与えられたノード数・次数で直径の小さい無向グラフを探す問題はOrder/Degree問題と呼ばれるが、その効率的な解法については研究が進んでいなかった。これに対し我々は、小直径グラフ探索コンペ「Graph Golf」を開催し、直径の小さいグラフとその構成法を広く一般から募集した。2017年のコンペには269件の有効応募があり、優れた解の作者5名を国際会議CANDAR'17で表彰した。本コンペは次年度以降も継続的に実施する予定である。3.グラフデータベース「Graph Bank」の創設:「Graph Golf」ではOrder/Degree問題の解を収集したが、この他にも、工学的に有用であっても理論的研究例がないグラフ問題が存在する。このような知の空隙を埋めるため、さまざまなグラフを網羅的に蓄積し、性質や特徴量を用いて有用なグラフを検索できるサービスとして「Graph Bank」を創設した。本サービスは本研究の終了後も知的基盤として存続し、本研究を通じて得られた知見を幅広い分野の理論家・実務家に提供する。本研究は、次世代のスーパーコンピュータにおいてノード間の通信遅延を理論的下限に到達させることを目指し、それを実現する高効率なネットワーク構成法を追究するため、下記3つのアプローチで研究を実施した。(1)単方向リンクを用いたネットワーク構成法を提案し、従来の双方向リンクに比べてアプリケーション性能が平均30%向上することを明らかにした。
立体選択的ヒドロ官能基化反応の開発

原子効率の高い直接的ヒドロ官能基化反応の開発を目的とした研究を行い,以下の成果を得た.(1)窒素隣接アルキルC-H結合のアルケンへの直接付加反応:3位にアミド基をもつ2-アルキルアミノピリジン誘導体の窒素隣接アルキルC-H結合が,カチオン性イリジウム触媒によって切断されアルケンへ効率よく付加する触媒反応を開発した.また,類似の反応系を用いて,N-メチルC-H結合をアルケンにより連続的にアルキル化するα-置換アミンの新しい合成法を見出した.一方,ヒドロキソイリジウム触媒存在下,尿素誘導体に含まれるN-メチルC-H結合がアルケンによって直接アルキル化される反応も見出した.同様の反応系は,尿素に組み込まれたインドリン誘導体sp3 C-H結合のアルキル化へと展開した.(2)イリジウム触媒による芳香族C-H結合活性化反応:触媒量のヒドロキソイリジウム錯体存在下,N-スルホニルベンズアミドのオルト位C-H結合が,穏和な条件下でアルキンに付加することを明らかにした.一方,N-スルホニルベンズアミドのオルト位C-H結合は,共役ジエンにも位置選択的に付加することがわかった.この反応では,C-H結合切断とIr-H結合の共役ジエンへの付加により生じる中間体のπ-アリルイリジウム錯体の単離同定にも成功した.さらに,キラルカチオン性イリジウム触媒を用いて,芳香族C-H結合の不飽和糖への立体選択的付加反応やアルケンの異性化を伴う不斉付加反応も開発した.(3)イリジウム触媒によるアルケニルアミドの分子内酸化的環化反応:イリジウム触媒および水素受容体としてのメチルビニルケトン存在下,アルケニルアミドの分子内付加脱離反応が進行し,不飽和γラクタムが高い収率で得られることを明らかにした.以上の成果は,学術誌(査読付き,13件)に掲載された.平成29年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,遷移金属触媒を使った炭素,窒素および酸素原子の付加を伴うアルケンの立体選択的ヒドロ官能基化反応の開発を目的とし,特に,不斉合成反応への展開を視野に入れた反応開発を行った.(1)イリジウム触媒を用いた芳香族化合物のビニルエーテルによるC-H活性化を伴う分岐型選択的アルキル化反応:ピリジル基などのイミン型配向基をもつ芳香環のビニルエーテルによるオルト位選択的アルキル化反応が,カチオン性イリジウム触媒によって効率よく進行することを見つけた.反応は分岐型選択的に進行し,対応するベンジルエーテルが高い収率で得られた.また,独自に開発したキラルジエン配位子を使うとエナンチオ選択的な反応も可能だが,その選択性は中程度であった.一方,N-スルホニルベンズアミドのビニルエーテルによる同様のアルキル化反応がヒドロキソイリジウム触媒によって進むことを明らかにした.この反応では,キラルジエン配位子を用いた不斉反応に成功し,高いエナンチオ選択性で目的のアルキル化体が得られた.N-スルホニルアミド部位は様々な官能基に変換できることから,本反応はC-H結合活性化を利用したより一般的な分子変換法といえる.(2)イリジウム触媒による分子間ヒドロアシル化反応:ヒドロキソイリジウム錯体が,サリチルアルデヒド類によるビシクロアルケン類のヒドロアシル化反応に有効な触媒であることを明らかにした.また,キラルジエン配位子を用いた不斉ヒドロアシル化反応も行った.(3)イリジウム触媒によるアルケニルカルボン酸の分子内環化反応によるラクトンの不斉合成:イリジウム/キラルビスホスフィン触媒存在下,アルケニルカルボン酸の分子内付加反応が進行しγラクトンが高いエナンチオ選択性で得られることを明らかにした.研究計画に対する成果を示す.(1)炭素ー水素結合の付加:C-H活性化を伴う不斉ヒドロアリール化反応に関しては,分岐型選択的な新しい反応の開発と不斉反応への展開まで行っており,期待以上の成果が得られた.さらに,新たな反応開発と実用的な反応への展開を引き続き行う.(2)窒素ー水素結合の付加:本反応に関しては,分子内不斉ヒドロアミド化反応が独自に開発したキラルジエン配位子をもつイリジウム触媒によって効率よく進行することが明らかになりつつあり,今後論文投稿に必要なデータを集めているところである.引き続き研究を行っていく.(3)酸素ー水素結合の付加:分子内の環化反応による新しい不斉ラクトン化を開発した.分子間反応へと展開していく予定である.以上の研究成果の一部は学術雑誌に投稿し受理されている(計8報).また,それらの論文の中で4報が,当該分野の最新の研究を紹介するSynfactsに選ばれた.また,研究成果の一部は学会で9件発表した.以上のように,おおむね当初の計画通りに研究が進んだと判断した.直接的ヒドロ官能基化反応は,反応全体として酸化還元を伴わないため原子効率に優れており,廃棄物の少ないクリーンな環境調和型の反応である.本研究では,遷移金属触媒を使った炭素,窒素および酸素原子の付加を伴うアルケンの立体選択的ヒドロ官能基化反応の開発を目的とし,特に,不斉合成反応への展開を視野に入れた反応開発を行った.(1)C-H活性化を伴う不斉ヒドロアリール化とヒドロアルキル化

反応:N-H結合をもつアゾール基が置換した芳香環のビニルエーテルによるオルト位選択的アルキル化反応が,ヒドロキソイリジウム触媒によって効率よく進行することを見つけた.本反応にはビスホスフィン配位子が必要であり,キラルビスホスフィン配位子を使ってエナンチオ選択的な反応を実現した.配向基として一般的に優れている2-ピリジル基が同一芳香環上にあった場合でも,アゾールが選択的に配向基として働く特異的な位置選択性を明らかにした.一方,3位にカルボニル基をもつ2-アルキルアミノピリジン誘導体のC(sp3)-H結合活性化を経るアルキル化反応がカチオン性イリジウム触媒によって効率よく進むことを明らかにした.(2)イリジウム触媒による重水によるアルケンのH/D交換反応:触媒量のヒドロキソイリジウム錯体とベンズアミド存在下,末端アルケンやメチリデン基の重水によるH/D交換反応が効率よく進行することを見つけた.この反応系は,他の官能基やベンゼン環状のC-H結合を変換することなく,アルケン部分のみを選択的にH/D交換する優れた方法である.また,D源として重水を用いる反応系である.(3)イリジウム触媒によるアルケニルアミドの分子内環化反応によるラクタムの不斉合成:イリジウム/キラルジエン触媒および触媒量のアミン存在下,アルケニルアミドの分子内付加反応が進行しγラクタムが高いエナンチオ選択性で得られることを明らかにした.研究計画に対する成果を示す.(1)炭素ー水素結合の付加:C-H活性化を伴う不斉ヒドロアリール化反応に関しては,新たな配向基としてアゾールが利用できることを明らかにし,C-H活性化を伴う不斉反応における触媒系の一般性を広げることができた.本研究成果は学術雑誌に掲載されており,当該分野の最新の研究を紹介するSynfactsにも選ばれている.一方,イリジウム触媒を用いたC(sp3)-H結合活性化を経る効率的アルキル化反応も開発した.(2)窒素ー水素結合の付加:本反応に関しては,分子内不斉ヒドロアミド化反応が独自に開発したキラルジエン配位子をもつイリジウム触媒によって効率よく進行することを明らかにした.本研究成果は学術雑誌に掲載された.その他,関連する研究の成果として,1)アルケンのH/D交換反応,2)イミン類の不斉シクロプロピル化反応が学術雑誌に掲載された.また,最近の研究をまとめた総説も学術雑誌に掲載された.また,研究成果の一部は学会で12件発表した.また,招待講演4件では研究成果の一部を講演した.以上のように,当初の計画通りに研究が進んだと判断した.原子効率の高い直接的ヒドロ官能基化反応の開発を目的とした研究を行い,以下の成果を得た.(1)窒素隣接アルキルC-H結合のアルケンへの直接付加反応:3位にアミド基をもつ2-アルキルアミノピリジン誘導体の窒素隣接アルキルC-H結合が,カチオン性イリジウム触媒によって切断されアルケンへ効率よく付加する触媒反応を開発した.また,類似の反応系を用いて,N-メチルC-H結合をアルケンにより連続的にアルキル化するα-置換アミンの新しい合成法を見出した.一方,ヒドロキソイリジウム触媒存在下,尿素誘導体に含まれるN-メチルC-H結合がアルケンによって直接アルキル化される反応も見出した.同様の反応系は,尿素に組み込まれたインドリン誘導体sp3 C-H結合のアルキル化へと展開した.(2)イリジウム触媒による芳香族C-H結合活性化反応:触媒量のヒドロキソイリジウム錯体存在下,N-スルホニルベンズアミドのオルト位C-H結合が,穏和な条件下でアルキンに付加することを明らかにした.
近世民衆の識字能力に関する実証的研究

近世初期の民衆の識字率の推定のため、人別帳に記された花押に注目し、史料の収集を行った。その結果、長崎(石本家文書)及び京都(六日町文書)に該当の文書を確認し、そのデータを現在解析中である。すでに解析がすすんでいる長崎の場合、17世紀初期において商人の町であった平戸町において、商家の当主の識字率は9割を越えていた。また、その「息子」においては約3割の識字率であった。しかし「息子」に関しては年齢を考慮するとさらに向上すると思われる。また、金左衛門家(石本新兵衛家頭)のように、1634年、35年、37年と時を追って「息子」たちが識字能力を獲得していくさまが確認できる事例も発見された。加えて、「下人」に分類される使用人の中にも多くの識字能力を持つものがおり、当時の商人町の識字率の高さが実証されよう。さらに、戸数と人口の変化をみると、1634年に「家持ち」26戸、「借家」26戸、人口310人であったのが、1659年には、「家持ち」25戸、「借家」51戸と借家層が増加しているが総人口は310人と変化がない。これは、商家に一括して登録されていた使用人の家族が、それぞれ独立した所帯として登録されたためで、家族制度の変化を顕著に表している事例として注目される。今後の課題として、第一に長崎の場合一例もない女子の識字能力をどう考えるか、また第二に識字能力をどこで身につけたかを推定すること、さらに第三にこれから解析を進める京都の事例と比較してそれぞれの地域性を見いだすことができるかどうかなどの点があげられ、研究を進める予定である。
ＨＭＧＢ１－バソプレシン連関を機軸とした敗血症性ショックのメカニズムの解明

敗血症性ショック患者では、他の原因のショック患者と比べて血漿バソプレシン値が有意に低いことが報告されており、バソプレシンの相対的欠乏状態は敗血症性ショックの主病態の一つと考えられている。しかしながら、バソプレシン欠乏に至る機序はわかっていない。今回我々は、敗血症の際に白血球や壊死細胞から放出される核内タンパク質HMGB1がバソプレシン欠乏の原因因子である可能性について報告する。エンドトキシン血症の早期には、血圧の低下とバソプレシン値の上昇を認めたが、HMGB1の血中濃度を高めると、血圧が低いにも関わらずバソプレシンが上昇しなかった。これに伴い、腎集合管ではアクアポリン2の発現が減少した。HMGB1(high mobility group box 1 protein)は敗血症における"死の因子"として注目を集めている。我々はこれまでに、HMGB1がエンドトキシン血症や播種性血管内凝固症候群の増悪因子として働くことを報告してきた。しかしながら、HMGB1が単体で炎症や凝固を活性化する作用は強くなく、エンドトキシン非存在下においては、HMGB1を大量に投与しても致死的でないことから、エンドトキシン血症の病態においてのみ病的に働く、未知のHMGB1の作用点があるだろうと推察された。本研究では、我々の作業仮説【エンドトキシン血症⇒HMGB1上昇⇒バソプレシン低下⇒ショック】が、敗血症性ショックの基盤となっている可能性について検証する。平成24年度は、HMGB1が血漿バソプレシン値の低下を引き起こすか、ショックの誘発因子となりうるか、についてラットを用いて検討した。エンドトキシンのみを投与したラットと比較して、エンドトキシン投与後にHMGB1を投与したラットでは、平均血圧の低下の程度が約22%大きく、HMGB1がショックの誘発因子となっている可能性が示唆された。また、HMGB1を投与したラットは血圧値が低いにも関わらず、血漿バソプレシン値の上昇が小さい傾向にあり、ショックに伴うバソプレシン値の上昇をHMGB1が抑制している可能性が示唆された。現在、ラットのn数を増やしているところで、観察された現象が統計学的に有意なものであるか検討中である。HMGB1 (high mobility group box 1 protein)は敗血症における“死の因子"として注目を集めている。平成24年度は、HMGB1が血漿バソプレシン値の低下とショックの誘発因子となりうるか、ラットを用いて検討したところ、エンドトキシンのみを投与したラットと比較して、エンドトキシン投与後にHMGB1を投与したラットでは、平均血圧の低下の程度が約22%大きく、HMGB1がショックの誘発因子となっている可能性が示唆された。また、HMGB1を投与したラットは血圧値が低いにも関わらず、血漿バソプレシン値の上昇が小さく、ショックに伴うバソプレシン値の上昇をHMGB1が抑制している可能性が示唆された。この結果を踏まえ、平成25年度は、HMGB1を抑制すればバソプレシン欠乏性エンドトキシンショックを防ぐことができるか検証した。HMGB1を抑制する薬剤としては、遺伝子組換え型トロンボモジュリン製剤(rTM)を用いた。rTMを投与したラットは、HMGB1投与に伴うバソプレシン欠乏状態が軽い傾向にあったが、有意な差ではなかった。また、エンドトキシン投与に伴う血圧低下をHMGB1は遷延化する傾向にあり、rTMはそれを軽減する傾向を示したが、こちらも有意差を認めなかった。平成26年度は、HMGB1ヘテロ欠損マウスを使用し、遺伝学的アプローチで解析を進める予定である。HMGB1は敗血症における“死の因子"として注目を集めている。本研究では、作業仮説【エンドトキシン血症⇒HMGB1上昇⇒バソプレシン低下⇒ショック】が、敗血症性ショックの基盤となっている可能性について検証した。HMGB1を単体で投与したラットは血圧が低下することもなく、バソプレシン値の上昇も認められなかったが、エンドトキシンを単体で投与したラットは血圧が低下し、バソプレシン値の上昇を認めた。エンドトキシンとHMGB1の両者を投与したラットでは、血圧が低下しているにも関わらず、バソプレシン値が低く、HMGB1がバソプレシン分泌を抑制している可能性が示唆された。

腎臓の組織検査においては、HMGB1を投与したラットでは、バソプレシンのターゲットである集合管上皮細胞のアクアポリン2の発現が低下しており、HMGB1がバソプレシン低下を引き起こしていることを示す間接的証拠と考えられた。次に、エンドトキシン血症におけるHMGB1の役割を解析するため、HMGB1欠損マウスを解析した。HMGB1ホモ欠損マウスは生後間もなく死亡してしまうため、本実験ではヘテロ欠損マウスを用いた。HMGB1ヘテロ欠損マウスは、ベースラインでのHMGB1の発現が低下しているものの、エンドトキシン血症誘発後にはHMGB1の発現が誘導され、野生型と同程度のエンドトキシンショックの病態を示した。ヘテロ欠損マウスを用いてHMGB1の役割を詳細に検討することは困難だと考えられた。本研究の過程で、HMGB1の酸化還元状態がHMGB1の活性に影響していることが新たに判明した。HMGB1単体では活性が弱い場合があること、HMGB1の血中濃度が高くても重症とは限らないこと、などと関係していると考えられる。今後、HMGB1の酸化還元状態別にサブタイプを分けて解析する必要があると考えられ、また、効果的な治療法を開発するうえでも、酸化還元状態別にターゲッティングする必要があると考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。血栓症26年度が最終年度であるため、記入しない。エンドトキシン投与後にHMGB1を投与するタイミング、HMGB1投与後にバソプレシン測定用に採血するタイミング、バソプレシン測定のための採血方法、などの条件設定に時間を要したが、条件が決まってからは、我々の作業仮説に合致した結果が出ていて、順調に進展していると言える。今回の検討では、エンドトキシンに対する反応性の個体差が予想以上に大きく、血圧値で有意差を検出するに至らなかった。平成24年度の研究内容をラットのn数を増やして継続解析するとともに、新たな課題として、HMGB1を抑える薬剤(遺伝子組換え型トロンボモジュリン製剤)を投与することによってバソプレシン欠乏性ショックの病態を改善できるかどうか検討する。平成26年度はアプローチの方法を修正し、HMGB1ヘテロ欠損マウスを用いることで、バソプレシン欠乏性ショックの病態におけるHMGB1の重要性を遺伝学的に検討する予定である。現在、HMGB1ヘテロ欠損マウスの繁殖に成功し、実験準備は整っている。
発達期視覚野細胞におけるシナプス・ゲインの適正化機構

活動したシナプスに特異的に起こる可塑的変化による個々のシナプスの強化・減弱は機能的な神経回路形成の基盤と想定され、それに関する多くの研究が報告されている。一方、多数のシナプスからの入力に応じてシナプス後細胞がその活動電位発生頻度のダイナミック・レンジ内で適切に出力するためには、個々のシナプス結合に強弱を付けるだけでなく、そのゲインを全般的に調節する機構が必要と考えられる。例えば、皮質細胞への興奮性入力レベルが高い場合に有効な信号を出力するには、出力レベルが飽和しないように興奮性シナプスの強さを全般的に低下させるか抑制性シナプスの強さを上げる必要がある。この神経回路の活動レベルを適正化するようなシナプス・ゲインのスケーリングが実際の脳で起きているかを検討する目的で、飼育環境を変えることにより視覚野全体の活動レベルを操作した動物を用いて、皮質細胞の活動レベルがシナプス伝達の発達に及ぼす影響を調べた。正常の視覚環境で飼育した感受性期群、成熟群、生後直後から成熟するまで暗室飼育した群の3群のラットを使用した。それぞれのラットから視覚野切片標本を作成し、2/3層錐体細胞からホールセルパッチクランプ記録を行った。薬理学的に興奮性シナプス伝達を遮断した状態で、4層の電気刺激により誘発される抑制性シナプス後電流(IPSC)およびTTX存在下で微小抑制性シナプス後電流(mIPSC)を記録、解析した。mIPSCの平均振幅は、正常視覚環境で飼育した感受性期群と成熟群の間で有意な差はなかったが、暗室で成熟するとその振幅は有意に増大した。また、4層刺激により誘発されるIPSCの振幅には群間で有意な差は見られなかった。暗室飼育に伴い抑制性シナプスの量子サイズの増大したことから、視覚野細胞の出力レベルの適正化は、抑制性シナプスではなく興奮性シナプスのゲインを調節することにより行われる可能性が示唆された。
ノックアウト技法によるコンドロイチン6硫酸の機能解析

cDNAクローニングされたマウスのコンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼをプローブとして、コンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼのゲノムDNAをクローニングし、ノックアウトコンストラクトを作成した。ES細胞への遺伝子導入を経て、キメラマウスの作成、さらにノックアウトマウスの作成へと進んだ。コンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼのゲノムDNAに欠失を生じたノックアウトマウスは誕生し、生殖能も正常であった。このノックアウトマウスがコンドロイチン-6-スルフォトランスフエラーゼを欠失していることは酵素活性の測定によって確認した。すなわち、コンドロイチン6硫酸はマウスの発生、生殖には関与しないことが明らかになった。引き続いてノックアウトマウスの表現形について解析を続け、免疫能に異常がある可能性が現れ、解析を続けている。コンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼとホモロジーのあるcDNAをマウスで見出し、解析したところ、N-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼであることが判明した。さらに、この酵素のヒトcDNAも単離した。N-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼは-6-スルフォシアリルルウィス抗原すなわちL-セレクチンのリガンド合成に関与することが明らかになった。またN-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼcDNAとフコシルトランスフェラーゼVIIを血管内皮細胞に共にトランスフェクトして発現させるとL-セレクチンを有する細胞との接着性が得られた。N-アセチルグルコサミン-6-硫酸を有する複合糖質の生理的意義を確立するため、再びゲノムDNAを単離し、ノックアウトマウスの作成を進めている。マウスのコンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼをcDNAクローニングし、引き続いてそのゲノムDNAをクローニングした。マウスコンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼは472アミノ酸から成り、ニワトリの酵素と71%のホモロジーを示した。酵素cDNAをCOS-7細胞にトランスフェクトすると、コンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼの活性が発現した。この酵素に伴うケラタン硫酸スルフォトランスフェラーゼ活性は、主活性の3%であった。酵素のmRNAは、脾臓、肺、眼に強く発現し、in situハイブリダイゼイゼイションで脾臓と骨髄に於いての発現部位はストローマ細胞であることが判明した。FISH法により、マウスのコンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼ遺伝子の存在部位は第9染色体上にあることが判明した。マウスコンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼ遺伝子を基に、ネオマイシンとジフテリア毒素の2つの耐性を利用したコントラストを作成し、D3ES細胞に導入し、相同性遺伝子組換えを起こしたクローンを選別した。マウス胚盤胞に注入し、キメラマウス作成、交配により、コンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼ遺伝子ノックアウトマウスを作成した。このことは、マウスの発生にとってコンドロイチン6-スルフォトランスフェラーゼは不必要であることを示す。しかし、ことに免疫系を中心に、ノックアウトマウスが異常を示す可能性があり、この点を検討中である。このノックアウトマウスがコンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼを欠失していることは酵素活性の測定によって確認した。

コンドロイチン-6-スルフォトランスフェラーゼとホモロジーのあるcDNAをマウスで見出し、解析したところ、N-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼであることが判明した。さらに、この酵素のヒトcDNAも単離した。N-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼは6-スルフォシアリルルウィス抗原すなわちL-セレクチンのリガンド合成に関与することが明らかになった。またN-アセチルグルコサミン-6-スルフォトランスフェラーゼcDNAとフコシルトランスフェラーゼVIIを血管内皮細胞に共にトランスフェクトして発現させるとL-セレクチンを有する細胞との接着性が得られた。N-アセチルグルコサミン-6-硫酸を有する複合糖質の生理的意義を確立するため、再びゲノムDNAを単離し、ノックアウトマウスの作成を進めている。
トマス・リ-ドとデイビッド・ヒュームの自然主義哲学の比較研究

本年度の研究成果は、二度にわたり口頭発表を行った。「トマス・リ-ドのヒューム批判」(イギリス哲学会中四国研究例会)では、リ-ドの観念説批判を検討し、彼の批判の射程が、1個の科学的仮説としての観念の説というよりも、むしろ、そうした説の前提としている知識観そのものにある事を明らかにした。つまり、彼によれば、我々の知識は様々な原理に依拠して成立しているが、このような原理は、デカルトに典型的に見られるような、絶対確実性を持ちそこから全ての知識が導かれるといった種のものではない。これらもまた一種の科学的仮説ととらえるべきものなのである。この点において、リ-ドは徹底した自然主義的認識論の立場に立つものであり、ヒュームと通底するのである。しかし、また、両者には、因果関係、特に人間の行為に関わるそれをどう理解するかという点で大きく相違する事を明らかにした。以上の事を念頭において、「因果関係の実在性について」(京都科学哲学コロキュウム)では、以上のような問題を取り扱っている現代の因果論について、諸説を検討した。この点に関して、積極的な結論は見い出し得ていないが、自分としては行為の概念を中心に据えた因果関係の実在論が組み立て得るのではないかという感触を得ている。そこで今後の課題としては、必ずしも明確に提示されているとはいえない、リ-ドの因果論を取り出し、それをこのような現代的な文脈で両評価することを試みたい。なお、論文化に向けて、口頭発表した内容を現在再検討中である。
高密度欠陥の導入による生体用超弾性チタン合金の組織変化と超弾性異方性の制御

本研究の目的は、新Niフリー生体用形状記憶合金、特にTiNbAl合金に99%もの強冷間圧延や超急冷という高密度・高エネルギーの格子欠陥を導入する強加工熱処理を行い、微視組織、欠陥および機械的性質の関係を明らかにすることである。第一に、マルテンサイト変態温度が低くβ相が安定なTi-26Nb-3Alを用い、集合組織と超弾性について調べた。その結果、真歪みが3以上で加工集合組織が発達すること、溶体化処理後の結晶粒径は500mm程度と粗大であるが、冷間加工により圧延方向に針状に伸びることがわかった。および、再結晶集合組織も冷間圧延率と強く依存し、冷間圧延率が90&以下の時には{001}_β<110>_β型再結晶集合組織であるが、それ以上で{112}_β<110>_β型に変化していた。この{001}_β<110>_β集合組織は{112}_β<110>_β集合組織より等方的であり、実用的により有効な集合組織である。さらに,安定な相がα"単相およびα"+β二相であるTiNbAl合金についても同様の研究を行った。その結果、α"+β合金では、{112}_β<110>_β型の加工集合組織と{111}_β<110>_β型の再結晶集合組織が、α"合金の場合は{223}_α"<302>_α"型加工集合組織と{011}_α"<311>_α"型再結晶集合組織が発達することがわかった。これらをまとめると、TiNbAl合金の集合組織とそれによる超弾性異方性は、合金の安定相の種類に依存するといえる。類似の結果が冷間線材加工についても得られた。また、Ti-24Nb-3Al合金について液体超急冷法を用いたが明瞭な集合組織や結晶粒微細化効果は認められなかった。以上を総括し、適切な強加工熱処理を選択することでチタン合金の組織と集合組織と超弾性特性を制御できることを明らかにした。本研究では、申請者らが見出した新生体用超弾性チタン合金に高エネルギー・高密度の欠陥を導入し、加工熱処理を行い、組織と欠陥の状態の変化、及びこれらと相変態・超弾性・機械的性質との関係を明らかにすることを目的としている。本年度は、特に冷間圧延加工による集合組織形成過程を明らかにし、又、集合組織と超弾性特性との関係の解明に力を入れた。集合組織については、マクロ的に集合組織を解析するた為にX線極点図、及びミクロ的にはSEM-EBSPにより解析を行った。合金としては変態温度が比較的低く、加工後も安定した超弾性を示すTi-26Nb-3Alを選んだ。その結果、加工集合組織形成は、真歪み量で3程度の時に急速に進行することがわかった。又、元の結晶粒はβTiによく見られる500μm-1mm程度の粗大な結晶粒であったが、加工と共に加工方向に伸長し、微細化して行く様相が確認できた。微細化は、加工による転位組織形成と関係があると考えている。更に、加工率を変えた材料に熱処理を行い、再結晶挙動に及ぼす加工率の影響を調べた。

その結果、再結晶挙動も加工率と関係し、加工率により異なるタイプの集合組織が発達することがわかった。但し、加工率が真歪みで3より高い場合は、従来報告されている集合組織と同じであった。又、再結晶後の結晶粒径は、真歪みと大きく関係し、真歪みが大きいほど直線的に減少することが明らかとなった。超弾性特性については、集合組織から予想される超弾性挙動と実際の超弾性変形挙動に良い相関があり、本合金の超弾性挙動が加工率を変えることで制御可能であることも明らかにした。Niアレルギーの危険性があるTiNi形状記憶・超弾性の代替として、本研究では、申請者らが見出したNiを含まない新生体用超弾性チタン合金に高エネルギー・高密度欠陥を導入し、加工熱処理し、組織、欠陥、特性の相関を明らかにすることを目的としている。本年はTiNbAl合金の集合組織の形成条件に注目し、室温でβ相、β+α"相、α"相を示す各種組成のTiNbAl合金において、集合組織に及ぼす圧延率の影響を明らかにした。各合金を圧延率20%99%の冷間圧延を施した。さらに溶体化処理を行い、圧延材及び溶体化材について室温でX線回折測定とX線極点図測定、及び後方散乱電子線回折パターン(EBSD)法による集合組織解析を行った。その結果、β+α"相では圧延集合組織は{112}.<110>.、再結晶集合組織は{111}.<112>.であった。α"相では圧延集合組織は{223}.<302>.、再結晶集合組織は{011}.<311>.であった。β相であるTi-26mol%Nb-3mol%Alにおいて再結晶集合組織は圧延率90%では{001}.<110>.、99%では{112}.<110>.と異なることがわかった。この二つの結晶方位を比較すると,{001}.<110>.は{112}.<110>.よりも異方性の影響が少なく、変態歪みと弾性歪みを考慮した場合に圧延面内においてはどの方位においてもほぼ均一な可逆歪みを得られる実用的な結晶方位であり、加工熱処理により、このように実用的に有効な組織制御が可能であることを明らかにした。また、これら種々の組織をもつTiNbAl合金の内部摩擦についても明らかにした。本研究ではNiを含まない新生体用超弾性チタン台金、特にTiNbAl合金に対し高エネルギー・高密度欠陥を導入し、加工熱処理し、組織、欠陥、特性の相関を明らかにすることを目的としている。本年は伸線加工に注目し、室温でβ相となるTi-24mol%Nb-3mol%Al合金に冷間溝ロール加工で最終伸線加工率約90%としたワイヤを作製し、圧延材及び873Kから1173Kまでの溶体化材について集合組織解析を行い、超弾性特性との関連性を明らかにした。その結果、圧延ままでは線材方向(RD方向)に伸びた<102>_β繊維集合組織が形成すること、溶体化熱処理温度873Kでは一次再結晶するが加工ままと同様の繊維集合組織を保つことを明らかにした。一方、溶体化熱処理温度が973K以上では二次再結晶し、その集合組織はRD方向に伸びた<110>_β繊維集合組織であることを明らかにした。α"マルテンサイト相とβ母相の格子対応と格子定数から、<102>_β繊維集合組織では最大引張格子変形2.6%、最大圧縮格子変形2.1%と、引張・圧縮共に2%以上の格子変形が発生でき、引張と圧縮の両方の格子変形が必要な曲げなどの超弾性変形に適した組織が形成できる。一方、<110>_β繊維集合組繊では最大引張格子変形は3.0%と大きいが最大圧縮格子変形は0.8%と小さく、圧縮が関与する変形には不適切である。
動物卵成熟における卵成熟促進因子の形成・活性化機構

動物卵成熟における卵成熟促進因子(MPF)の形成・活性化機構を明らかにすることを目的に、以下の2点について調べた。1)キンギョサイクリンの合成開始機構mRNAの翻訳開始によるキンギョサイクリンの合成機構を探るため、ビオチン標識RNAアフィニティー精製法で得た、キンギョサイクリンBmRNA結合蛋白質のアミノ酸配列の決定を試みた。しかし、N末の化学的修飾と思われる理由のため、配列は決定できなかった。今後、これら蛋白質を蛋白質分解酵素で限定分解し、得られたペプチド断片のアミノ酸配列を決定する予定である。2)アカガエルにおけるMPF形成・活性化機構新規に作成したアカガエルサイクリンB1とB2に対する抗体とすでに作製済みのcdc2に対する抗体を用い、アカガエル卵成熟過程におけるcdc2、サイクリンB1、B2蛋白質の挙動を調べた。サイクリンB1、B2ともに末成熟卵には存在せず、卵核胞崩壊前に出現した。出現したサイクリンB1、B2は末成熟卵ですでに存在するcdc2と結合してMPFを形成した。cdc2とサイクリンBの複合体形成と同時に、cdc2は35kDから34kDに変化し、それと同時にMPF活性も上昇した。34kD cdc2のスレオニンに^<32>Pリン酸の取り込みが見られたことから、この分子量変化はスレオニンリン酸によるものと推測された。また、34kD cdc2は新規に作成した161番目のスレオニン(T161)がリン酸化されたcdc2を認識する抗体で認識された。以上のことから、アカガエル卵成熟においては、キンギョと同様、サイクリンBの合成、cdc2との複合体形成、T161リン酸化を経て、MPFは形成、活性化されると考えられる。
薬剤関連顎骨壊死に対する亜鉛イオンを用いた新規治療法の開発

薬剤関連顎骨壊死(medication-related osteonecrosis of the jaw; MRONJ)は発症すると難治性であり臨床上大きな問題となっている。現在までに詳細な病態生理は解明されていないものの、これまでの基礎的・臨床的研究の結果、骨芽細胞機能抑制とそれに伴うRANKL産生低下、破骨細胞分化抑制による骨吸収抑制、血管新生抑制による顎骨・口腔粘膜上皮への栄養供給の遮断など、正常骨における骨リモデリング阻害や口腔粘膜上皮のターンオーバーが破綻した状態であることが指摘されている。生体内微量元素の1つである亜鉛は必須微量元素としてヒト体内に存在し、骨芽細胞を活性化し分化を促進することで骨量の増大をもたらす事が報告されている。さらに近年、亜鉛の創傷治癒促進作用に関するin vitro、in vivoにおける研究成果が報告されている。種々の疾患における根本的治療を考慮した際、病因へのアプローチが不可欠となるが、MRONJにおいては骨芽細胞分化の回復と口腔粘膜上皮におけるターンオーバーの回復が重要であり、亜鉛の骨芽細胞分化促進作用および粘膜上皮の創傷治癒促進作用はこれらの問題点に対応できるものであると考えられる。そこで本研究ではMRONJの根本的治療を目的として亜鉛イオンを応用することで、新たなMRONJ治療を構築する事を目指す。本年度はin vitro MRONJ骨モデルおよび歯肉モデルの作製および解析を行った。in vitro MRONJ骨モデル、歯肉モデルともに48時間の継続的な圧縮負荷を加えるとともにビスフォスフォネート(BP;ゾレドロン酸)の添加を行った。MTTアッセイによる細胞生存率の検索の結果、10μM以上のBP添加により細胞生存率が著明に低下することが確認された。以上の結果を踏まえ、現在10μM以下のBP添加および圧縮負荷添加が骨芽細胞および歯肉線維芽細胞の分化マーカー発現のmRNA発現、タンパク発現を測定している。in vitro MRONJ骨・歯肉モデルに対する亜鉛イオン投与により、骨芽細胞分化の回復と口腔粘膜上皮におけるターンオーバーの回復が確認されるか評価する。測定項目は細胞生存率、各種分化マーカー発現ならびにタンパク発現などを予定している。実験機材の変更などにより、次年度使用額が生じた。当初の実験予定に大きな変更はなく、本年度分の助成金と合わせて使用予定である。
CT画像を用いた頭蓋縫合及び恥骨結合の評価による年齢推定法の検討

死体の個人識別のために、年齢推定は重要であり、骨の観察は古くから年齢推定の手段として用いられてきた。しかし、骨の観察による年齢推定の確実な手段は、特に成人死体においては現在も確立されていない。法医学領域でCTの導入が進んでいるが、CT画像を用いた人類学的な骨の評価は現在研究が進められている分野である。本研究では、恥骨結合をCTで観察し、恥骨結合面の中央で、左右恥骨が平行になる部分が加齢に伴い増加する傾向にあることを示した。直線回帰分析による年齢推定式を求めたが、従来法より優れたものではなかった。また、通常の法医解剖では観察が困難である口蓋縫合の観察も試みた。1.恥骨結合面を用いた年齢推定現在、恥骨を用いた年齢推定法で広く用いられているのは、恥骨結合面の形態を肉眼的に観察するSuchey-Brooks法である。これは恥骨結合面の凹凸等の形態を観察して評価するものであり、これまで定量的な評価法については定まった方法がない。今回、CT画像を用いて、冠状断及び軸位断画像で恥骨結合面を構成する要素をCT画面上で計測し、加齢との相関関係を調査した。加齢に従って、結合面での恥骨の形態が変化することが示された。また、恥骨結合における軟部組織の厚さについても、加齢に従って減少する傾向が示された。これらの結果を英文論文として発表した。従来法と比較して優れた結果は得られなかったものの、定量的な方法で恥骨結合面を評価した報告は今までになく、有意義であったと思われる。また、観察する過程において、高齢者では恥骨結合の軟骨内に石灰化が認められる場合があることも分かった。中年以降の年齢推定は一般に困難であるとされているが、軟部組織の石灰化の更なる観察によって、比較的高齢者の年齢推定に応用可能性があることも示唆された。米軍における戦死者身元究明施設であるDPAAは、主に第二次世界大戦や朝鮮戦争、ベトナム戦争における戦死者を扱っており、世界でも有数の現代人骨の鑑定機関である。現代日本人の身元識別を行う我々法医学と目的が非常に近い。今回、DPAAを視察し、死亡時年齢の推定、性別推定などについて研修を行った。また、現代日本で扱うことが少ないアフリカ系、コーカソイド系の鑑定についても研修を行った。死体の個人識別のために、年齢推定は法医学において重要であり、恥骨結合面の観察は古くから年齢推定の手段として用いられてきた。恥骨結合面の観察は、肉眼での形態観察で行われてきた。しかし、恥骨結合面の観察のためには軟部組織の除去が必要であるが、近年の法医学領域へのCTの普及にともない、CT画像を用いることでより軟部組織を除去することなく骨の情報が得られるようになってきている。これはコストの大幅な削減になることに加え、情報の保存や再評価にも非常に有益であると考えられる。3次元CT画像を用いて骨の形態を評価する試みはあるものの、用いる画像処理ソフトの関数により得られる三次元画像には差が生じることが問題となる。今回我々は、司法解剖前に撮影された年齢性別既知の死後CT画像199例を用いて、恥骨結合面正中を通過する冠状断面及び軸位断面の任意断面像を作成し、恥骨結合を構成する要素をCT画像上で計測し、計測値と加齢との相関関係を調査した。加齢に従って、結合面での恥骨の形態が変化することが定量的に示された。恥骨結合面を用いた年齢推定の方法冠状断及び軸位断いずれにおいても、左右の恥骨が上下、あるいは前後方向に平行に位置する部分の長さが加齢に伴って増加することが示された。また、左右の恥骨結合面の間の軟部組織の幅が、加齢に伴って減少することも示された。CT画像を用いることにより立体構造を保った状態での観察が可能になり、軟部組織の幅の変化などを新たに評価することが可能になるなど、従来は観察できなかった部分が新たに評価できる可能性が示された。今回得られた結果は恥骨結合を用いた年齢推定に従来広く用いられているSuchey-Brooks法と比較して、推定される年齢幅は優位なものではなかったものの、その他の方法と組み合わせることで有用であると考えられる。恥骨結合を用いての年齢推定については論文を公表することができた。おおむね順調に進展していると考えられる。法医学口蓋縫合での年齢推定を予定しており、これを推進したい。また、長管骨の画像データを用いた個人識別の手法についても検討していきたい。今年度は主に画像処理の環境を作るために研究費を使用した。画像処理専用の端末と、サブモニターの設置である。

計測後の画像を処理するソフトウェアの整備がまだできていないため、その分の予算が次年度使用額として計上されている。画像、統計学的データを処理するための端末やソフトウェアの整備に充てる計画である。
超弦理論を活用した現実的な動的非平衡現象へのアプローチ

超弦理論に基づいて提案されたゲージ・重力対応を用いれば、量子色力学(QCD)におけるクォーク・グルーオンプラズマなどのダイナミクスを古典重力理論によって簡単に解析することが可能となる。この対応関係に基づいて場の理論における動的現象の諸性質を解明することを目標として、1.AdS時空で運動する点粒子と弦の運動が示すカオス性について、2.摂動伝搬の非線型効果と特異点形成の2つの課題について研究を行った。前者については、この系においてはカオス的振る舞いが発生してその強度は系の温度に関係していること、後者については、この系では衝撃波形成現象が抑制されるという良い性質が存在することが判明した。初年度には課題1)動的な重力現象に関する研究と素粒子理論への応用、課題2)摂動伝搬の非線型効果と特異点形成に取り組むことを計画していた。課題1については、ブラックホール時空上で振動する膜上物体の運動についてまず解析を行った。カオス性の強度はリアプノフ指数によって特徴づけられ、それを求めるには二つの異なる運動の差を数値化するための距離指標を適切に導入する必要がある。この距離指標の導入法が非自明であることが、この系のカオス性を解析する際の障害となることが当研究中に判明した。この困難を解決するため、当初注目していた系を単純化し、ブラックホール周辺で運動する点粒子の振る舞いについてまず研究することにした。その結果、この点粒子の運動にはブラックホール重力の効果でカオス性が生じ、そのリアプノフ指数はブラックホールの表面重力によって上限づけられることが判明した。このような上限は場の理論における量子カオスについても存在するという予想が近年提案されており、それと一致する結果が得られたことになる。課題2については、本研究で注目していた膜状物体の運動に注目する代わりに、重力場と複数のスカラー場を伴う最も一般的な理論における衝撃波形成に関して研究を行った。この理論には張力を持った膜状物体の運動を記述するDBI模型も含まれるため、この理論に関して調査することで、本来のターゲットであった膜状物体に関する情報も得られると期待される。この最も一般的な理論について解析した結果、膜状物体の運動については衝撃波形成が起こらない一方で、ラグランジアンに何らかの修正が加えられた場合には一般に衝撃波形成が起こることが判明した。したがって、本研究で注目する膜状物体の運動においては、衝撃波形成のような特異な現象は起こらず比較的良い性質を示すということが結論づけられた。本研究計画で当初予定していたのは課題1)動的な重力現象に関する研究と素粒子理論への応用、課題2)摂動伝搬の非線型効果と特異点形成であった。課題1については、現在までの進捗状況の項目でも記述した通り、本来注目する予定であったAdS時空における膜状物体の運動ではなく、その代わりにブラックホール周辺の点粒子の運動について解析を行うこととなった。この研究は、本来予定していた研究を遂行するための準備研究に位置づけられる。また、この研究の結果として、近年提案された量子カオスにおけるリアプノフ指数への上限を古典重力理論において再現することに成功した。この結果に基づき、本来注目していた系について同様の解析を行ってゲージ・重力対応に基づいた解釈を適用することで、重力理論およびゲージ理論におけるカオス現象の関係を今後より明確化していくことができると期待される。課題2については、本来注目する予定であった膜状物体の運動に注目する代わりに、それを含むようなより一般的な理論に関して研究を行うように方針を変更した。その結果、より一般的な枠組みの中で特異点形成に関する性質を明らかにすることができた。したがって、当初期待していたよりもより大きな成果が得られたと考えることができる。以上に記述した通り、当初の研究計画には修正を加えることが必要となったものの、本来期待していたものと関連するかそれ以上の成果が得られた。また、次年度に研究を継続することでこれらの成果をさらに発展させられると期待される。これらの点を踏まえ、初年度の研究の進捗状況については「(2)おおむね順調に進展している」と判断する。今年度中に下記2件の研究を行い論文として発表した。・反ド・ジッター(AdS)時空で運動する弦のカオスの普遍性:場の理論とゲージ・重力対応におけるカオス現象の研究において、これらの系におけるカオス強度の指標、すなわちリアプノフ指数には系の温度だけで決まる普遍的な上限値が存在すると予言された。ゲージ・重力対応に基づけば、有限温度の場の理論に対応するものはブラックホールを伴う古典重力理論となる。この対応関係に基づいて上記の予言を検証するため、初年度にブラックホール地平面近傍における粒子軌道のカオスを解析し、その結果として上記の予言が成立することの傍証を得た。本年度は、この研究をAdSブラックホール時空中で運動する弦の場合へと拡張することを試みた。ゲージ・重力対応に基づけば、この系は有限温度の媒質中に置かれたクォーク・反クォーク対とそれらをつなぐグルーオンの力線であると解釈される。この系において、弦がブラックホールに十分近づく場合にはその運動にカオス的振る舞いが発生し、その強度の指標となるリアプノフ指数はブラックホール温度よりも小さい値を取ることが示された。これらの結果は、場の理論の立場から予言されていたカオス強度上限の予想を支持する結果となっていると同時に、ブラックホール地平面の古典カオスと場の理論におけるカオスとの間に対応関係が成立することの状況証拠となっている。