hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代数体上に定義された代数多様体の標準的高さとその周辺

高さとは、代数体上に定義された代数多様体の点(より一般には部分代数多様体)の算術的な「大きさ,複雑さ」を測る量と考えられる.代数多様体が「良い」自己写像を持つときには,その写像に関して良く振る舞う高さが存在することがある.このような高さを標準的高さという.例えば,代数体上に定義されたアーベル多様体の算術的性質を調べるときに基本的なNeron-Tateの高さは,アーベル多様体のn倍射に関してよく振る舞う標準的高さである.当該研究では,標準的高さ関数の構成,および,代数多様体の有理点の自己写像に関する算術的性質を以下の場合に調べた.代数多様体が複数の「良い」射を持つ場合,アフィン平面の多項式自己同型,代数多様体の射の「良い」列,正の位相エントロピーをもつ代数曲面の自己同型.さらに,Joseph H. Silverman氏と共同で,射影空間の二つの射に付随する標準的高さ関数が一致するときに,二つの射が深く関係していることを示した高さとは、代数体上に定義された代数多様体の点(より一般には部分代数多様体)の算術的な「大きさ,複雑さ」を測る量と考えられる.代数多様体が「良い」自己写像を持つときには,その写像に関して良く振る舞う高さが存在することがある.このような高さを標準的高さという.例えば,代数体上に定義されたアーベル多様体の算術的性質を調べるときに基本的なNeron-Tateの高さは,アーベル多様体のn倍射に関してよく振る舞う標準的高さである.当該研究では,標準的高さ関数の構成,および,代数多様体の有理点の自己写像に関する算術的性質を以下の場合に調べた.代数多様体が複数の「良い」射を持つ場合,アフィン平面の多項式自己同型,代数多様体の射の「良い」列,正の位相エントロピーをもつ代数曲面の自己同型.さらに,Joseph H. Silverman氏と共同で,射影空間の二つの射に付随する標準的高さ関数が一致するときに,二つの射が深く関係していることを示した今年度は,アフィン空間のregularな己同型に関する大域的,および局所的な標準的高さの研究を進め一疋の結果を得た.この内容を,2006年12月の東京大学の複素解析幾何セミナー,および2007年1月の東京理科大の談話会で講演する機会を得た.この結果を現在プレプリントにまとめている.また,J.H.Silverman氏と共同で,射影空間の射に関する標準的高さをより力学系の観点から研究した.この内容の一部を,2006年10月の京都大学の談話会で講演する機会を得た.さらに,東京大学の吉川謙一氏と,3次曲面に付随する解析的トーションについて議論をすることができた.この他,2005年度の研究結果を,2006年5月にパリのJussieu数学研究所のアラケロフ幾何のセミナーで「Projective morphisms havingi dentical canonical heights」という題目で講演した(J.H.Silverman氏との共同研究).また,2006年6月にバルセロナの数学研究センター(CRM)のアラケロフ幾何のセミナーで「Surface automorphisms and height functions」という題目で講演した.今年度に雑誌に掲載された論文2編はいずれも,2004年度にプレプリントとして書きあげたものである.特に,論文「Canonical heights, invariant currents, and dynamicaleigensystems of morphisms for line bundles」については,2002年頃から研究をはじめ,前半部の内容を2003年1月に九州大学の代数幾何の研究集会で講演している.今年度に掲載予定が決まった論文2編はいずれも2005年度にプレプリントとして書いたものである.今年度に雑誌に掲載された論文3編は,主に2005年(一編は2005年の秋から2006年の春にかけて)プレプリントとして書いた.アフィン空間のregularな自己同型に関する大域的,および局所的な標準的高さ関数の研究を進めた.また,射影空間の二つの射の可換性と,アフィン空間の二つの自己同型の可性について,それぞれ,射影空間の射に関する標準的高サトアフィン空間のregularな自己同型に関する標準的高さの応用として,射の次数,定義体,および片側の射を固定したときに,もう一方の射の有限性が得られるかどうかを考えた.これらは,論文にまとめる途中である、また,東京大学の吉川謙一氏共同で2つの楕円J関数の差とBorcherdsのΦ関数の関係について,楕円曲線のから得らK3曲面を考えることで,研究をすすめることができた.こちらも論文にまとめる途中である.標準的高さについて, 2008年8月5日(火)8日(金)に盛岡駅前アイーナで行われた代数学シンポジウムにおいて,「代数多様体のに関する標準的高さ関数」という題目で講演する機会を得た.また, 2008年10月27日(月)28日(火)にトロント大学学でのminiwork shop on p-adic dynamicsでは, Silverman氏と研究に関して議論することができた.
ラテックス粒子標識による高感度in situ分子雑種法の開発

In situ分子雑種法に、蛍光ラテックス粒子(ビーズ)標識を利用する試みの成否は、ラテックス粒子の大きさで決まると考えられた。細胞表面のIgA-Rcレセプターの証明に用いた500Åの大きさのラテックス粒子は、DNAの螺旋や20Åのオーダーの溝には大きすぎる。In situ法では、変性染色体DNAにビオチン標識した遺伝子プローブを分子雑種させるが、このとき、ビオチン標識塩基はDNAプローブの上に20個に1つの割合、すなわち60Å間隔で存在する。ビオチンと塩基は5-10Åのカプラー部を介して結合しているので、ビオチン自体はDNAの溝の外にはみ出している。従って、60Å間隔のビオチンをアビジンで囲んだFITC標識したビーズで証明することになる。この際、50Å=0.05μmの粒子であれば結合が可能な筈である。しかし、現実には、この大きさのビーズでも、10Åの分子サイズをもつFITC-アビジンに比して、検出感度は好転しなかった。原因は、結合したビーズの水洗時の脱落と、背景への沈着、弱い蛍光強度にあった。さらに小さいビーズ(10Å)を用いても同様で、粒子はFITCそのものの大きさに接近し、蛍光強度からいってFITCそのものを用いる方がよいこととなり、今回の試みは、その発想自体に矛盾をはらむこととなった。結合数の定量の点からもビーズが有利と考えられた。以上から、今回の試験研究はin situ分子雑種法の原理的な側面を解明したに終り、この結果を論文とする方向で、研究のまとめを図った。途中から、通常のin situ法によるラットのエリトロポイエチン・レセプターの証明と、in situ法に影響を与える標本中のDNAの空気中での酸化の研究を加えて発表し、研究を終了した。1)当初から,研究成果を実用に結びつけるポイントは粒子の大きさであると考えられた.DNAのビオチン等による標識部位,FITCとの比較,遺伝子定量性,染色体の大きさ,検出感度,染色中の脱落などに影響するためである.IgA-Fcレセプターに用いた500AのビーズはDNAのらせん(20A)や溝のペース(10A)に比して大き過ぎる.in situ法では変性染色体DNAに,ビオチン等で標識した遺伝子プローブを分子雑種させる.標識塩基はDNAプローブの上に20に1つの割合,60A間隔で存在する.ビオチンと塩基とは5-10A程度のカプラー部を介して結合しているので,ビオチン自体は溝の外にはみ出していると考えてよい.従って60A間隔のビオチン等をマイクロスフェールで証明することになる.この意味で50A=0.05μmの粒子で実施が可能で,FITC(10A)との比較,遺伝子定量性,染色体の大きさ,検出感度,脱落の危険性などでも問題がないと考えられた.しかし,検出感度は決して好転しなかった.2)ビオチン等の標識部位は,マイクロスフェール標識アビジン,あるいは,標識物質に対する抗体で検出するものであるが,前記の問題は解決しなかった.理由は,単一ビーズ体積内に入る色素粒子数は限定され,これが交代を会して結合するFITCの数に及ばないためと考えられた.また,染色体上でのラテックス・ビーズ標識抗体の適用には,標本の表面処理,抗体の濃度,染色時間,洗浄,励起波長,蛍光観察などの様々の他の条件の検討も必要であると考えられた.In situ分子雑種法に,蛍光ラテックス粒子(ビーズ)標識を利用する試みの成否は,ラテックス粒子の大きさで決まると考えられた.

細胞表面のIgA-Rcレセプターの証明に用いた500Åの大きさのラテックス粒子は,DNAの螺旋や20Åのオーダーの溝には大き過ぎる.In situ法では,変性染色体DNAにビオチン標識した遺伝子プローブを分子雑種させるが,このとき,ビオチン標識塩基はDNAプローブの上に20個に1つの割合,すなわち60Å間隔で存在する.ビオチンと塩基は5-10Åのカプラー部を介して結合しているので,ビオチン自体はDNAの溝の外にはみ出している.従って,60Å間隔のビオチンをアビシンで囲んだFITC標識したビーズで証明することになる.このさい,50Å=0.05μmの粒子であれば結合が可能な筈である.しかし,現実には,この大きさのビーズでも,10Åの分子サイズをもつFITC-アビジンに比して,検出感度は好転しなかった.原因は,結合したビーズの水洗時の脱落と,背景への沈着,弱い蛍光強度にあった.さらに小さいビーズ(10Å)を用いても同様で,粒子はFITCそのものの大きさに接近し,蛍光強度からいってFITCそのものを用いる方がよいこととなり,今回の試みは,その発想自体に矛盾をはらむこととなった.結合数の定量の点からもビーズが有利と考えられた.以上から,今回の試験研究はin situ分子雑種法の原理的な側面を解明したに終り,この結果を論文とする方向で,研究のまとめを図った.途中から,通常のin situ法によるラットのエリトロポイエチン・レセプターの証明と,in situ法に影響を与える標本中のDNAの空気中での酸化の研究を加えて発表し研究を終了した.
自由意志論におけるリバタリアニズムの擁護

平成29年度は、論文を二本投稿し、発表を一回行った。自由意志論において、私の研究テーマであるリバタリアニズムを擁護するためには、選択可能性についての1両立性の問い(選択可能性と非決定論が両立するのか)、2必要性の問い(選択可能性が自由概念にとって必要なのか)、3存在の問い(私たちは実際に選択可能性を持っているのか)の三つの問題が答えられなければならないと考えている。28年度において「両立性の問い」に関して発表したものを、今年度には『科学哲学』へと投稿した。査読審査を通過し、問い1に対して一本の論文の形で答えられたと考えている。私の問い1に対する答えの要点となったのは、「自由が専ら私たちの合理性とコントロールを向上させる」という自由意志論のドグマを捨てるべきであるという主張である。むしろ、様々に選択肢が開かれている私たちは、それゆえに最も合理的な行為を出来ないかもしれない。ある意味で選択可能性は合理的な行為をコントロールしながら為すという私たちの能力を弱めるものとして理解されるべきなのではないか。このような新たな自由理解を打つ出す形で1の問いへと応答した。残り一本の論文と発表は問いの3に関係するものである。『哲学・科学史』に投稿した論文では現代版行為者因果説を扱い、世界に選択可能性が存在することを説明しようとする一つの試みを批判的に検討した。また、発表では、トマス・ネーゲルの自由についての論考を取り扱い、存在の問いそれ自体についてどのような形で理解されるべきなのかについて検討した。今年度以降は2の問いについて積極的に研究していく所存である。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度においては、論文を1本掲載し、研究発表を1回行った。またその研究発表の内容は論文として現在審査中の状況にある。昨年度の研究においては、選択可能性が自由な行為に必要とされる合理性やコントロールを損なうのであり、自由と選択可能性が両立しないという問題を取り上げた。選択可能性は、私たちが未来において様々に行為する可能性を与えるものとして理解される。しかしそのような行為の選択肢には不合理な行為が含まれてしまうことになる。また、どちらを選択するかを行為の直前まで決められないのであれば、行為者は自らの行為をコントロール出来ていないと論難されることになる。私はこの問題の背景に、「自由が専ら合理性やコントロールを向上させる」という自由論におけるドグマを見て取り、それを論駁した。選択可能性が存在することは行為者の合理性やコントロールを損うことになるという上で見た反論は、このドグマを前提として成り立っている。しかし私は、ドグマに基づく自由理解は、すなわち自由が常に行為者にとって望ましいものであるという理解は不適切であると論じた。そのことは、このドグマは自由概念の記述的側面から見て適切ではないという点を通じて論じられた。そして研究を更に、適切な自由理解がいかなるものかへと進めた。私は、自由の一側面たる選択可能性は、自由の他の側面である行為者の合理性やコントロールを弱めるのだと論じた。私たちは選択可能性を持つゆえに、未来に様々に行為を為せる可能性がもたらされる。しかしそのこと同時に、私たちが望み通りの行為を為せない可能性を与えることにもなる。私たちはアクラシア的に行為をしてしまうかもしれない。しかしそのリスクも含めて私たちの選択可能性、および自由は理解されているのである。今年度はこの議論を踏まえて選択可能性を積極的に説明する理論構築を試みる予定である。研究は順調に進んでいっていると言ってよい。研究テーマであるリバタリアニズムの擁護にとって中心となる問題が二つ存在する。一つは選択可能性が私たちの自由概念にとって必要であるかという「必要性の問題」であり、もう一つは選択可能性が実際に存在しているのかという「存在の問題」である。昨年度以前においては、必要性の問題に精力的に取り組んでいた。そこでの研究では、選択可能性が私たちの自由概念にとって必要であることを、従来考えられてきた道徳的責任概念との関係から論じるのではなく、努力などの別の概念を通して論じてきた。この点について論じた論文は、昨年度の5月に雑誌『哲学の探求43号』に掲載された。また昨年度は存在の問題にも取り組んだ。存在の問題にとって重要なことは、なにより非決定論下における選択可能性によって開かれる行為が、自由な行為とみなすに値するものであることを示すことにある。非決定論が自由な行為を可能にすることが明らかになれば、残された課題は、その非決定論がどのような形で実現されているかについての理論を立てるというものになる。昨年度は選択可能性が開く行為が自由な行為とみなすに値しないことを示す「運論証」と呼ばれる議論を扱い、その論証の否定を試みた。この研究の成果は日本科学哲学会において発表され、論文の形にしたものが現在『科学哲学』での査読審査を受けている状態にある。以上から、昨年度はリバタリアニズムの包括的な擁護について重要な「必要性の問題」と「存在の問題」にそれぞれ一定の成果を出すことができたと言える。

自由意志論において、私の研究テーマであるリバタリアニズムを擁護するためには、選択可能性についての1両立性の問い(選択可能性と非決定論が両立するのか)、2必要性の問い(選択可能性が自由概念にとって必要なのか)、3存在の問い(私たちは実際に選択可能性を持っているのか)の三つの問題が答えられなければならないと考えている。28年度において「両立性の問い」に関して発表したものを、今年度には『科学哲学』へと投稿した。査読審査を通過し、問い1に対して一本の論文の形で答えられたと考えている。私の問い1に対する答えの要点となったのは、「自由が専ら私たちの合理性とコントロールを向上させる」という自由意志論のドグマを捨てるべきであるという主張である。むしろ、様々に選択肢が開かれている私たちは、それゆえに最も合理的な行為を出来ないかもしれない。ある意味で選択可能性は合理的な行為をコントロールしながら為すという私たちの能力を弱めるものとして理解されるべきなのではないか。このような新たな自由理解を打つ出す形で1の問いへと応答した。残り一本の論文と発表は問いの3に関係するものである。『哲学・科学史』に投稿した論文では現代版行為者因果説を扱い、世界に選択可能性が存在することを説明しようとする一つの試みを批判的に検討した。また、発表では、トマス・ネーゲルの自由についての論考を取り扱い、存在の問いそれ自体についてどのような形で理解されるべきなのかについて検討した。今年度以降は2の問いについて積極的に研究していく所存である。現在までの研究経過にも書いたように、当初の研究目的を達成するために現在積み残されている課題は、非決定論下において選択可能性がいかに存在しているかについて論じることである。現在、リバタリアニズムにとって有力な立場は三つ存在している。「出来事因果説」、「行為者因果説」、「非因果説」である。今年度はそれぞれの立場を検討し、最終的にリバタリアニズムの包括的な擁護を目指したい。有力だと思われるのは「行為者因果説」と「非因果説」の二つの立場である。しかし、この両方の立場には現在の自然科学的世界観と調停することができないように思われるという問題がある。この問題の解決のためには、自由意志論の範囲を超えて、反自然主義的な哲学的立場を検討する必要がある。具体的には心の哲学、行為の哲学を含める広い観点から両立場を検討することになる。そのため、今年度はより広範な文献の調査が必要であると思われる。特に、行為の哲学については昨年度から調査を進めてきたが、心の哲学については手薄になっているのが現状である。更に、それぞれの立場は、私が昨年度拒否した自由論のドグマを前提にしてしまった議論を展開している。よって、私の議論に繋げる形でそれぞれの立場を洗練させるという課題も残されていると言える。これらの課題を乗り越えることができれば、自由意志論において劣勢に立たされているリバタリアニズムを、従来とは異なる装いのもとで擁護することができることになる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
組織後方超散乱音波信号の実時間解析に基づく非浸襲的心臓組織性状診断システムの開発

本研究は非侵襲的かつ実時間解析に基づく超音波心筋組織性状診断のために種々の異なる心筋標本を対象に有用な音響学的パラメータの抽出ならびに自動診断アルゴリズムの開発を目的とした.我々は組織からの後方散乱信号より臨床応用可能ないくつかの超音波診断指標の開発に成功した.超音波データは自作の信号収集システム(サンプリング周波数100MHz,分解能8ビットにてA/D変換)を用いて収録後,計算機にて解析を行った.I.インテグレイテッド・バックスキャッター(IB):組織からの後方散乱信号のパワースペクトルの面積を発信超音波のパワースペクトルで補正して算出(dB)した指標. I-1: IBは梗塞発症3日目より健常心筋に比し増大を示す鋭敏な指標であることが明らかとなった.I-2:(心内膜側IB-心外膜側IB)は貫壁性梗塞心筋や健常心筋では負の値を示したのに対し,非貫壁性梗塞心筋においては有意な高値を示し非貫壁性梗塞の診断に有用であることが示された.I-3:超音波入射角度のIBに及ぼす影響は梗塞心筋の方が健常心筋に比し大きいが,入射角30度までの範囲においては梗塞心筋のIBは健常心筋に比し有意に大きいことが明らかとなった. II.周波数依存性減衰係数(FDA):中心周波数の異なる3本の超音波を用いて後方散乱信号よりFDAの算出法を開発し,臨床応用可能とした. III.境界自動検出アルゴリズム:F1=(m1-m2)/(s1+s2)(m=mean,s=SD)を非貫壁性梗塞心筋からのRF信号に用いてF1の変曲点より心外膜,心内膜および健常と梗塞部の境界を自動検出し得た.IV.テクスチャ解析:超音波RF信号収集後,探触子から一定の距離の面を再構成し,その面内の平均強度で各信号を規格化することにより超音波発信強度に依存しない新たなテクスチャ解析を用いて健常心筋,貫壁性梗塞心筋および散在性梗塞心筋を鑑別し得た.本研究は非侵襲的かつ実時間解析に基づく超音波心筋組織性状診断のために種々の異なる心筋標本を対象に有用な音響学的パラメータの抽出ならびに自動診断アルゴリズムの開発を目的とした.我々は組織からの後方散乱信号より臨床応用可能ないくつかの超音波診断指標の開発に成功した.超音波データは自作の信号収集システム(サンプリング周波数100MHz,分解能8ビットにてA/D変換)を用いて収録後,計算機にて解析を行った.I.インテグレイテッド・バックスキャッター(IB):組織からの後方散乱信号のパワースペクトルの面積を発信超音波のパワースペクトルで補正して算出(dB)した指標. I-1: IBは梗塞発症3日目より健常心筋に比し増大を示す鋭敏な指標であることが明らかとなった.I-2:(心内膜側IB-心外膜側IB)は貫壁性梗塞心筋や健常心筋では負の値を示したのに対し,非貫壁性梗塞心筋においては有意な高値を示し非貫壁性梗塞の診断に有用であることが示された.I-3:超音波入射角度のIBに及ぼす影響は梗塞心筋の方が健常心筋に比し大きいが,入射角30度までの範囲においては梗塞心筋のIBは健常心筋に比し有意に大きいことが明らかとなった. II.周波数依存性減衰係数(FDA):中心周波数の異なる3本の超音波を用いて後方散乱信号よりFDAの算出法を開発し,臨床応用可能とした. III.境界自動検出アルゴリズム:F1=(m1-m2)/(s1+s2)(m=mean,s=SD)を非貫壁性梗塞心筋からのRF信号に用いてF1の変曲点より心外膜,心内膜および健常と梗塞部の境界を自動検出し得た.IV.テクスチャ解析:超音波RF信号収集後,探触子から一定の距離の面を再構成し,その面内の平均強度で各信号を規格化することにより超音波発信強度に依存しない新たなテクスチャ解析を用いて健常心筋,貫壁性梗塞心筋および散在性梗塞心筋を鑑別し得た.1.周波数依存性減衰特性による組織性状診断:超音波が組織を透過する際に高周波域が特に減衰する性質を利用して、この減衰の程度から組織性状を推定するものである。梗塞心筋における周波数依存性減衰傾向はコラーゲン線維の増生を未だ認めない1週目までは健常心筋と有意な差を認めないもののコラーゲン線維の増生とともに増大傾向を示し、組織コラーゲン含量を鋭敏に反映する指標であることが示された。既に、我々は後方散乱信号より周波数依存性減衰係数を推定する理論を有するが、肝臓などの大きな組織と異なり心筋壁厚の制約などのため透過信号から得られた値と若干の差が認められ、今後さらに精度よく本指標を抽出するための研究を続ける予定である。2.インテグレイテッド・バックスキャターによる組織性状診断:超音波後方散乱エネルギー強度の定量的指標であるインテグレイテッド・バックスキャターを用いることにより未だコラーゲン線維の増生を認めない急性梗塞心筋と健常心筋とを鑑別し得、梗塞早期の微細な組織変化をも反映するパラメータであることが示された。さらに梗塞発症後4週目まで経時的に増大傾向を示すことも明らかとなった。今後、本指標が心内膜下梗塞などの心筋壁内の一部に限局する病的組織の検出に有用であるか否かにつき検討する予定である。

また血液とほぼ音響インピーダンスの等しい生理食塩水と梗塞心筋組織との界面エコーすなわちspecular echoのインテグレイテッド・バックスキャターの角度依存特性は健常心筋よりも有意に大きく、梗塞心筋の心筋内組織性状変化のみならず心筋表面性状の変化をも鋭敏に抽出しうる有用な指標であることが明らかとなった。さらに、昭和61年度までにin vivo用超音波RF信号収集装置が完成したので今後、動物あるいはヒトの拍動心より得たRF信号に上記あるいは新たなパラメータを応用し非侵襲的心臓組織性状診断法の開発を行う予定である。
機械学習と機械発見による生物情報の概念形成

本研究は,塩基配列やアミノ酸配列等の配列データに対して,その中の機能部位や機能領域を予測できるシステムを構築するための体系的な方式を研究し,実用的な領域予測システムを実働化することを目的とする.この目的を達成するために,我々は以下の項目に力点をおいて研究を展開した.(1)領域予測問題の抽象化と定式化.(2)領域予測アルゴリズムの開発.(3)上記アルゴリズムの理論的基礎.(4)計算機実験による上記アルゴリズムの評価.まず,文字列情報の中の特定の機能部位を同定する問題を,文字列の長さを保存する関数のクラスの学習問題として定式化した.そして,その関数の学習アルゴリズムとして,重み付き投票アルゴリズム(WM)を拡張したアルゴリズム(WM^*)を開発した.WMは,複数の予測アルゴリズムを統合して,よりよい精度で予測が行えることを指向するものであり,プールの中の各予測アルゴリズムに予測を投票させ,その投票結果によって全体的な判断を下すものである.我々の拡張によるWM^*は,おのおのの予測アルゴリズムが投票を棄権することを認めるものである.このことにより,直観的には,各予測アルゴリズムは自信のない予測については棄権によって発言権の低下を防ぐことができると期待される.実際に我々は,WM^*による予測の方がWMによる予測よりも原理的に優れていることを理論的に証明した.さらに,このWM^*を組み込んだ領域予測システムHAKKEのプロトタイプを作成し,アミノ酸配列データからのαヘリックス部位の同定問題と,膜貫通部位の同定問題に対する計算機実験によって,この優位性を検証することに成功した.この理論的解析および計算機実験の結果から,我々の提案するWM^*アルゴリズムは複数の戦略を統合する予測アルゴリズムとして従来のWMよりも優れていることが確認できた.本研究は,塩基配列やアミノ酸配列等の配列データに対して,その中の機能部位や機能領域を予測できるシステムを構築するための体系的な方式を研究し,実用的な領域予測システムを実働化することを目的とする.この目的を達成するために,我々は以下の項目に力点をおいて研究を展開した.(1)領域予測問題の抽象化と定式化.(2)領域予測アルゴリズムの開発.(3)上記アルゴリズムの理論的基礎.(4)計算機実験による上記アルゴリズムの評価.まず,文字列情報の中の特定の機能部位を同定する問題を,文字列の長さを保存する関数のクラスの学習問題として定式化した.そして,その関数の学習アルゴリズムとして,重み付き投票アルゴリズム(WM)を拡張したアルゴリズム(WM^*)を開発した.WMは,複数の予測アルゴリズムを統合して,よりよい精度で予測が行えることを指向するものであり,プールの中の各予測アルゴリズムに予測を投票させ,その投票結果によって全体的な判断を下すものである.我々の拡張によるWM^*は,おのおのの予測アルゴリズムが投票を棄権することを認めるものである.このことにより,直観的には,各予測アルゴリズムは自信のない予測については棄権によって発言権の低下を防ぐことができると期待される.実際に我々は,WM^*による予測の方がWMによる予測よりも原理的に優れていることを理論的に証明した.さらに,このWM^*を組み込んだ領域予測システムHAKKEのプロトタイプを作成し,アミノ酸配列データからのαヘリックス部位の同定問題と,膜貫通部位の同定問題に対する計算機実験によって,この優位性を検証することに成功した.この理論的解析および計算機実験の結果から,我々の提案するWM^*アルゴリズムは複数の戦略を統合する予測アルゴリズムとして従来のWMよりも優れていることが確認できた.
小児がんと神経発達のクロストークの解明と新規治療法の開発

発達障害を伴う先天性奇形症候群はしばしば悪性腫瘍を高率に合併する。その要因としてRAS、PTPN11、NSD1およびXPAなど細胞増殖シグナルやDNAの修復に関与する分子が次々と単離されている。すなわち、これらの分子の生理機能の破綻は造腫瘍性のみならず、中枢神経系の発達にも影響を与えていることが明らかとなり、発達障害と腫瘍発生の分子病態にはクロストークが介在することが推測されている。しかし、発達障害と腫瘍発生の双方に関与するpathwayは十分に解明されていない。そこで、本研究では、革新的ゲノム解析技術を駆使して、発達障害と腫瘍発生の双方に関与する分子病態を解明し、腫瘍のみならず発達障害も視野に入れた新規薬物治療開発のための分子基盤を構築する。広汎性発達障害に神経芽腫を併発した4歳男児、自閉症スペクトラムにEwing肉腫を併発した12歳男子の正常検体と腫瘍細胞を用いて、エクソーム解析を行い、腫瘍と発達障害のクロストークの解明を試みた。症例1(神経芽腫)では、腫瘍細胞特異的なsomatic変異は初発検体で5個、再発検体で32個検出された。初発、再発腫瘍で共通する変異はALK変異のみであった。本症例特有のgermline変異は約300個検出されたが、家族性のミオクローヌス癲癇の原因遺伝子と考えられるCSMD2の変異が含まれていた。興味深いことに、腫瘍検体においてこの遺伝子の欠失が確認され、その機能喪失が腫瘍化に関与している可能性が示された。症例2(Ewing肉腫)では、悪性黒色腫で検出されたがん抑制遺伝子、体細胞変異を見出した。Grmline変異として、神経の分化に関与する遺伝子の変異と神経系で強く発現する転写因子の変異を検出した。これらの変異は腫瘍の発生と発達障害の両方に関連する可能性が示唆された。広汎性発達障害と自閉症に神経芽腫、Ewing肉腫を発症した患者検体の解析を行い、候補となる遺伝子異常を検出することができたため。さらに症例を集積して、一連のゲノム解析を進める。候補標的遺伝子として同定された機能獲得型変異遺伝子群については、これらをNIH3T3あるいはc-mycを発現させたラットの初代培養系にレトロウィルスを用いて遺伝子導入し、in vitroにおけるコロニー形成能の解析、細胞増殖能の検討を行う。さらにはヌードマウスにおける可植性の解析を行うことにより、造腫瘍性について検討する。また、機能喪失型標的遺伝子の候補については、目的の遺伝子の不活化を有する培養細胞株にこれらの遺伝子を強制発現させることにより、造腫瘍能に及ぼす影響を解析する。同様の解析を神経幹細胞用いた系でも検証し、当該遺伝子の神経分化における役割を検討する。

2018年度に研究協力施設である埼玉県立小児医療センターの臨床検体(横紋筋肉腫症例1例、神経芽腫症例2例、骨肉腫2例)を解析する予定であったが、埼玉県立小児医療センターにおける本研究の倫理審査が滞り、検体の解析が行えなかった。2019年前半には倫理委員会に承認される予定であり、承認後に検体の送付、解析を行うこととなっている。このため当該検体の解析費用528,660円(エクソーム解析:1検体あたり10万円X5人分=計500,00円とDNA抽出試薬28,660円)を繰り越すこととなった。
MMP-3転写調節部位遺伝子多型からみた顎関節症の予後に関する分子遺伝学的研究

MMP-3遺伝子のプロモーター領域の多型(5A/6A)と関節疾患感受性との関連性を明らかにすることを目的として遺伝子多型解析を検討した.まず,本年度は遺伝子多型解析に先立ち,本研究計画に対して岡山大学歯学部倫理委員会の承認を得る必要があった.そのため,平成13年11月から岡山大学歯学部倫理委員会の承認を受けた後,岡山大学歯学部附属病院第一補綴科に顎関節部の疼痛,機能障害を主訴に来院し,本研究の趣旨を文書にて説明し自発的同意の得られた被検者から一律3mlの血液採取を行った.平成14年1月30日現在での被検者数は,男性18名,女性26名の計44名であり,これら被検者の血液よりDNAの抽出を行った.このDNA抽出に関する手法は確立し得た.その結果,現在集積された被検者数では,遺伝子多型と関節疾患感受性との間に統計学的に有為な関連性を見いだすことはできなかった.しかしながら,現段階では被検者数が少なくtype II errorが生じている可能性があり,今後も被検者数の継続的蓄積が必要となると考えられた.MMP-3遺伝子のプロモーター領域の多型(5A/6A)と関節疾患感受性との関連性を明らかにすることを目的として遺伝子多型解析を検討した.まず,本年度は遺伝子多型解析に先立ち,本研究計画に対して岡山大学歯学部倫理委員会の承認を得る必要があった.そのため,平成13年11月から岡山大学歯学部倫理委員会の承認を受けた後,岡山大学歯学部附属病院第一補綴科に顎関節部の疼痛,機能障害を主訴に来院し,本研究の趣旨を文書にて説明し自発的同意の得られた被検者から一律3mlの血液採取を行った.平成14年1月30日現在での被検者数は,男性18名,女性26名の計44名であり,これら被検者の血液よりDNAの抽出を行った.このDNA抽出に関する手法は確立し得た.その結果,現在集積された被検者数では,遺伝子多型と関節疾患感受性との間に統計学的に有為な関連性を見いだすことはできなかった.しかしながら,現段階では被検者数が少なくtype II errorが生じている可能性があり,今後も被検者数の継続的蓄積が必要となると考えられた.
性分化疾患における包括的ゲノム解析

[研究目的]性分化疾患(DSD: Disorders of sexdevelopment)は、出生時の外性器異常、思春期発来異常および不妊の原因など多彩な臨床症状を招く病態である。本症は、単一遺伝子疾患および多因子疾患として発症する。本研究の目的は、DSD症例の検体を用いて網羅的遺伝子解析を行うことにより、DSD疾患発症に関与する遺伝子を同定、ヒトの性分化機構を明らかにすることである。「研究成果」MAP3K1遺伝子機能亢進変異は、精巣形成不全による46,XY DSDの発症原因として報告され、これまで15種類の塩基置換が発症遺伝子変異として登録されている。しかし、これら塩基置換の機能解析はほとんどされておらず、数種類の塩基置換のみが1つのグループにより機能解析されているのみである。特別研究員は、46,XY DSD患者のMAP3K1遺伝子の変異スクリーニングを行い、兄弟例よりナンセンス随伴性スプライス変更を呈するMAP3K1遺伝子の塩基置換を同定した。また、3例からヘテロ接合性のミスセンス変異を同定し、現在は機能解析を進めている。この成果は、科学論文雑誌に発表する予定である。上記の研究の他に特別研究員は、ARの機能を反映するバイオマーカーの同定、NR5A1遺伝子変異の同定された46,XX精巣性DSDの臨床像、胎児発達遅延を伴う46,XY性分化疾患患者におけるMIRAGE症候群の同定についての論文報告にも参加した。当該年度は、3例の46,XY性分化疾患患者より、MAP3K1遺伝子の塩基置換を新たに同定した。しかし、MAP3K1遺伝子の塩基置換の機能解析が遅れている。その理由として、MAP3K1のコーディング領域が長いことから、GFP発現ベクターへの導入および変異体の作成に時間がかかったこと、汎用の試薬を使用した形質転換効率が悪く、形質転換方法を変更したことがあげられる。現在、この問題は解決済みであることから、今後は機能解析を進め、論文化を目指す。まずはMAP3K1遺伝子の塩基置換についての機能解析を完了させ、46,XY性分化疾患の疾患発症原因がMAP3K1遺伝子の変異であるのか否かを明確にする。これにより、MAP3K1遺伝子がヒトの性分化過程でどのような役割であるかを考察し、論文として発表する。上記が終わり次第、性分化疾患患者における網羅的メチル化解析のデータを精査し、成分か疾患におけるエピゲノム制御について、考察する予定である。今年度は、既報の遺伝子変異が認められなかった46,XY性分化疾患(DSD)患者119例を対象にして、GATA4遺伝子の変異スクリーニングに取り組んだ。その結果、患者5例で2種類の塩基置換を同定した。機能解析の結果、4症例に同定されたp.P407Qは感受性多型であること、1例に同定されたp.R265Cは疾患発症へ影響のない塩基置換である可能性を見出した。重要な点として、心疾患の伴わない46,XY DSD患者において、GATA4変異による疾患発症は稀であることを明らかとした。この成果は、英文科学雑誌への掲載された。上記の研究の他に、NR5A1遺伝子変異を同定した46,XX精巣性/卵精巣性DSDの1家系についての臨床像と、思春期早発症例に同定したPROKR2遺伝子の機能亢進変異について、共著者として論文報告に参加した。また、46,XY DSDの同胞例で同定したMAP3K1変異については、ナンセンス変異と推測される塩基置換が、スプライシングの変更を引き起こし、機能獲得変異となることを見出した。この成果は、現在論文執筆中である。さらに、包括的メチル化解析については、実験が終了し、現在結果の解析中である。特別研究員は性差研究の一環として、東京大学大学院・農学生命科学研究科・加藤久典研究室との共同研究を開始した。特記すべき成果として、約13000人の日本人ゲノムデータを用いたGWAS解析により、性差に関わるSNPを同定している。46,XY DSD患者より同定したGATA4の塩基置換についての研究が、英文科学雑誌へ掲載された。また、46,XY DSDの同胞例のMAP3K1変異についての研究は、現在論文作成中である。さらに、特別研究員は、本研究課題で得た成果を、幾つかの論文の共著者として発表している。以上により、本研究課題はおおむね順調に進展していると考えられる。

また、3例からヘテロ接合性のミスセンス変異を同定し、現在は機能解析を進めている。この成果は、科学論文雑誌に発表する予定である。上記の研究の他に特別研究員は、ARの機能を反映するバイオマーカーの同定、NR5A1遺伝子変異の同定された46,XX精巣性DSDの臨床像、胎児発達遅延を伴う46,XY性分化疾患患者におけるMIRAGE症候群の同定についての論文報告にも参加した。当該年度は、3例の46,XY性分化疾患患者より、MAP3K1遺伝子の塩基置換を新たに同定した。しかし、MAP3K1遺伝子の塩基置換の機能解析が遅れている。その理由として、MAP3K1のコーディング領域が長いことから、GFP発現ベクターへの導入および変異体の作成に時間がかかったこと、汎用の試薬を使用した形質転換効率が悪く、形質転換方法を変更したことがあげられる。現在、この問題は解決済みであることから、今後は機能解析を進め、論文化を目指す。今後は、今までに引き続き、原因不明の性分化疾患患者における包括的なゲノム解析を施行することにより、発症原因と性分化機構の解明を目指す。さらに、性差研究の一環として、健常日本人のゲノムデータを用いたGWAS解析から、性差に関わるSNPの同定を試みる。まずはMAP3K1遺伝子の塩基置換についての機能解析を完了させ、46,XY性分化疾患の疾患発症原因がMAP3K1遺伝子の変異であるのか否かを明確にする。これにより、MAP3K1遺伝子がヒトの性分化過程でどのような役割であるかを考察し、論文として発表する。上記が終わり次第、性分化疾患患者における網羅的メチル化解析のデータを精査し、成分か疾患におけるエピゲノム制御について、考察する予定である。
マングローブのトリテルペノイド合成をとりまく耐塩性制御ネットワークの解明

本研究は、塩ストレス負荷時にマングローブで増加するトリテルペノイドという脂質成分が新規に膜成分として塩分に対する防御機能を担っているのではないかとの仮説を検証した。トリテルペノイドはマングローブの種類を問わず塩濃度に応じて増加し、しかも真水にもどすことによりもとの濃度にもどるという可逆的な調節をうけていることが明らかになった。また、酵母の膜のテルペノイド濃度が上がると塩存在下での増殖能が影響されることから、この脂質成分が膜成分として塩耐機能をもっていることが示された。さらに、塩ストレス負荷後の緊急の耐塩機構と連携しながらマングローブにおいて長期的な防御機構として機能している可能性も示唆された。本年度は塩ストレス負荷後のマングローブ植物における遺伝子発現のトランスクリプトーム解析を行い、塩ストレス応答の時系列的な流れを明らかにすることを目的として、ヤエヤマヒルギで発現している遺伝子のカタログ作りとトリテルペノイド合成遺伝子のプロモーター領域のDNA塩基配列の決定を行った。まず、メヒルギで発現している遺伝子のcDNAを合成し、次世代シーケンサー(Illumina)による塩基配列の決定と配列のアセンブル及びアノテーションを行った。4.79Gbpの配列のアセンブルを行い、71409本のトランスクリプト(平均長811bp)のDNA塩基配列情報を取得した。これらのうち約70%についてはNCBIのタンパク質データベースとの相同性比較により機能を推定することが可能であった。また、ヤエヤマヒルギに塩ストレスを負荷し、根から経日的にcDNAを調製し、ギガシーケンサーでDNA塩基配列を決定した。次いで、メヒルギのトリテルペノイド合成遺伝子(KcMS)及び植物ステロール合成遺伝子(KcCAS)のプロモーター領域の塩基配列をGenomeWalker Universal Kitを用いて決定した。KcMSについては内部配列を含む849bpのプロモーター領域の塩基配列を決定した。この領域には、植物ホルモンであるアブシジン酸応答性に関与するABREやジベレリン応答性のGAREの他に代表的なコンセンサス配列であるCAAT-box, CGTA-motif, G-Box等のシスエレメントが含まれていた。KcCASについては867bpのプロモーター領域の配列を決定した。この配列には、GAREエレメントやCAAT-box等のシスエレメントが含まれていた。本年度は沖縄産のマングローブでも比較的耐塩性が高いヤエヤマヒルギの苗木を塩処理し、1、3、6、30日後のmRNA発現変化をギガシーケンサーにより計測し、塩ストレス負荷後の遺伝子発現のプロファイリングを行った。発現遺伝子の機能については24年度の成果に基づいた。テルペンをとりまく以下の脂質代謝経路に焦点を絞り解析した。ステロール代謝系においては塩分負荷により、メバロン酸経路の律速酵素であるHMG-CoA reductaseを始めとしてオキシドスクワレンに至る初期反応に係る酵素遺伝子の発現が3日目に上昇し、以降30日目に向けて低下していく傾向にあった。リン脂質及び中性脂肪合成についてもこれと類似した傾向が認められた。トリテルペノイド合成酵素及び植物ステロール合成酵素は、発現量はすくないものの30日後に高い傾向が認められた。マングリン、DREB1(dehydration-responsive element-binding protein)は1日目に急激に増加し、その後は減少した。一連の抗酸化酵素群(GPX、APX、SOD、GR、MDHR)は概して3日後に増加し、その後減少していく傾向にあった。浸透圧調節物質であるグリシンベタインやプロリン合成にかかる当該遺伝子がヤエヤマヒルギでは特定されておらず、塩ストレス負荷後の変動は解析できなかった。今後は、個々の遺伝子(コンティグ)についてより詳細な解析を行い、リアルタイムPCR法による追認を試みる計画である。熱帯・亜熱帯の汽水域に生育するマングローブ植物は耐塩性の強い植物であり、独自の耐塩性機構を発達させてきたと考えられている。これまでに我々は長期の塩ストレスを負荷したマングローブ植物の根においてトリテルペノイド濃度が上昇していることを見出しており、トリテルペノイドが長期的な耐塩性形質の獲得に寄与する可能性を示してきた。本研究ではマングローブ植物の耐塩性形質におけるトリテルペノイドの機能を明らかにすることを目的として、塩ストレスに応答したトリテルペノイド合成制御について解析を行った。自然界のマングローブ植物は沿岸部(すなわち塩濃度が高い場所)に生育する種ほど根におけるトリテルペノイド量が高いこと、さらにはトリテルペノイド合成遺伝子の発現量とトリテルペノイド濃度は共に塩濃度に比例して変化することを明らかにした(Basyuni M. et al., 2012, Aquatic Botany)。また我々は以前より、トリテルペノイドは植物ステロールに代わる膜脂質として機能することで耐塩性形質の獲得に寄与している可能性を指摘している。

具体的には、トリテルペノイドが植物自体の膜構造を変化させることで、耐塩性形質を作り上げていると想定している。本研究においては、この仮説を検証するため出芽酵母を用いた評価系にてトリテルペノイドが耐塩性形質に及ぼす影響を検討した。トリテルペノイド合成遺伝子を出芽酵母で発現させ、細胞内トリテルペノイド濃度を上昇させた場合には塩ストレス耐性は低下すること、及びそれら酵母の細胞膜画分にはトリテルペノイドが含まれていることが確認された。一方では、トリテルペノイド含有培地で生育した出芽酵母の塩ストレス耐性が上昇することが確認された。本研究により、トリテルペノイドが細胞膜の構造脂質として機能しているとする仮説を支持する成果を得ることに初めて成功した。マングローブ植物におけるトリテルペノイドの機能とそれを取り巻く耐塩性制御ネットワークを明らかとすることが本研究の最大の目的である。特に、トリテルペノイドは細胞膜構造脂質として機能することで植物自体の構造を変化させ、長期の耐塩応答に関与していることを明らかにすることを目的としている。初年度は、マングローブ植物の根におけるトリテルペノイド量及びその合成遺伝子発現の変化が塩ストレスに応答した定量的な変化であることを明らかにした。さらに、出芽酵母を用いた評価によってトリテルペノイドが細胞膜の構造脂質として耐塩性に寄与しているとした我々の仮説を支持する証拠を初めて得ることに成功した。これらの研究結果はトリテルペノイドが耐塩性制御のネットワークに組み込まれて機能していることを強く支持するものであり、今後の課題となる「耐塩性制御ネットワークの解明」の基本的な知見を固めたことが出来たと我々は考えている。さらに次年度はネットワーク解明のための遺伝子配列のカタログ作り及び塩ストレス負荷後の経日的な遺伝子発現データおよびテルペノイド合成酵素のプロモーター領域の塩基配列の決定を終えた。最終年度はこれらの解析と検証を行い、マングローブ植物におけるトリテルペノイドの機能とそれを取り巻く耐塩性制御ネットワークを明らかにできる見通しがついたと判断している。以上のような理由から、総合的な自己評価としては「おおむね順調に進展している」とした。現在までに申請者等は、マングローブ植物の根におけるトリテルペノイド量及びその合成遺伝子発現の変化が塩ストレスに応答した定量的な変化であることを明らかにしている。さらには出芽酵母を用いた評価によって、トリテルペノイドが細胞膜の構造脂質として耐塩性に寄与しているとした我々の仮説を支持する証拠を初めて得ることに成功したと判断している。
土砂氾濫危険範囲の指定法に関する研究

土砂災害の軽減対策として,予め氾濫危険地域を指定して居住を制限したり,避難態勢をとったりするソフト対策が注目されているが,本研究はその基礎となる危険範囲指定の手法を確立することを目的に行ったものである.すなわち,氾濫の原因となる土砂流出量の予測に関して,浸透流シミュレーションによる崩壊発生時刻および発生場所の予測法,崩壊土砂が渓流を堰止めて天然ダムを形成する場合のダムの形状,規模,その決壊による土石流規模の予測手法についての研究を行い,従来の渓床堆積土砂の流出量予測手法と合わせて,より的確な総合的な予測手法を提示した.流出土砂の規模および性質が予測されたとき,これが人間の居住空間にどのように氾濫・堆積し,どのような災害をひき起すかといったことがらの予測法の確立は本研究の主目的であった.これに関しては,まず,流出土砂の性質として,石礫を主体とする場合と,微細砂を主体とする泥流状のものとに注目し,それぞれの場合の氾濫・堆積シミュレーションの方法およびそれにもとづく危険度別危険範囲の指定法を示した.この手法の適用性については,岐阜県洞谷で起こった土石流およびコロンビアのネバドーデル・ルイス火山の噴火に伴って発生した巨大泥流について実証している.土砂災害は土石流,泥流の一次的な通過および堆積によってのみもたらされるものではなく,それらの堆積の後続流あるいは新たな洪水による浸食と二次堆積によってもたらされるものも重要であるので,その数値シミュレーションによる予測手法も新しく開発した.さらに,土石流は先端部に石礫を多く含み,後続部では泥流的性質を持っている.このことが土石流の破壊力や堆積物中の粒度ぶんぷを決定する重要な要因となっているので,新たに,堆積過程における粒度分布の変化についても数値シミュレーション法を開発した.土砂災害の軽減対策として,予め氾濫危険地域を指定して居住を制限したり,避難態勢をとったりするソフト対策が注目されているが,本研究はその基礎となる危険範囲指定の手法を確立することを目的に行ったものである.すなわち,氾濫の原因となる土砂流出量の予測に関して,浸透流シミュレーションによる崩壊発生時刻および発生場所の予測法,崩壊土砂が渓流を堰止めて天然ダムを形成する場合のダムの形状,規模,その決壊による土石流規模の予測手法についての研究を行い,従来の渓床堆積土砂の流出量予測手法と合わせて,より的確な総合的な予測手法を提示した.流出土砂の規模および性質が予測されたとき,これが人間の居住空間にどのように氾濫・堆積し,どのような災害をひき起すかといったことがらの予測法の確立は本研究の主目的であった.これに関しては,まず,流出土砂の性質として,石礫を主体とする場合と,微細砂を主体とする泥流状のものとに注目し,それぞれの場合の氾濫・堆積シミュレーションの方法およびそれにもとづく危険度別危険範囲の指定法を示した.この手法の適用性については,岐阜県洞谷で起こった土石流およびコロンビアのネバドーデル・ルイス火山の噴火に伴って発生した巨大泥流について実証している.土砂災害は土石流,泥流の一次的な通過および堆積によってのみもたらされるものではなく,それらの堆積の後続流あるいは新たな洪水による浸食と二次堆積によってもたらされるものも重要であるので,その数値シミュレーションによる予測手法も新しく開発した.さらに,土石流は先端部に石礫を多く含み,後続部では泥流的性質を持っている.このことが土石流の破壊力や堆積物中の粒度ぶんぷを決定する重要な要因となっているので,新たに,堆積過程における粒度分布の変化についても数値シミュレーション法を開発した.土砂災害の軽減対策として、予め氾濫危険地域を指定して居住を制限したり、避難態勢をとったりするソフト対策が注目されているが、本研究は土砂災害の二大原因となっている斜面崩壊と土石流に関して、危険範囲を指定する手法を確立することを目的としている。崩壊土氾濫危険範囲の指定法に関しては、浸透流シミュレーションに基づく崩壊予知法を下谷観測流域に適用して、本手法の流出流量予知の面から見た適用性に関する確認を行った後、木津川上流域で、昭和57年の台風10号に伴う降雨で流域内に崩壊および土石流を発生した堂ケ谷に適用して、崩壊可能斜面の抽出および崩壊時刻の予測可能性についての実証的研究を行った。さらに、崩壊規模の決定に関しては、表層土の厚さの分布が重要であるとの観点から、土層厚の変化する場での浸透流による崩壊発生に関する実験的研究を行ない、層厚の小さい部分で崩壊発生することを見出した。土石流氾濫危険範囲の指定法に関しては渓床堆積物の流動化および流域内で発生した崩壊土による天然ダム泥壊による土石流の規模予測を前記流域内の流出流量予測手法を結びつけた解析によって行う方法を考案している。さらに、与えられた規模と性質を持つ土石流が任意の複雑な地形条件の場へ流出して堆積する過程および一旦堆積した土石流が後続の洪水流によって侵食され、さらに下流部に堆積する過程と、それぞれの過程における堆積範囲の予測手法を提示した。とくに土石流の堆積過程と堆積範囲予測に関しては、コロンビアのネバド・テル・ルイス火山の噴火に伴って発生した巨大泥流について数値シミュレーションを行ない、組粒子・細粒子別の堆積範囲と堆積厚さ、および泥流による家屋の全壊範囲の予測が十分の精度で行えることを確認している。
エージェント概念に基づいた長時間トランザクション・モデルの研究

長時間トランザクション処理にエージェントを導入し、複数の関連する処理内容を効率的に実行できる枠組みを構築することが目的である。この目的に対して、1)長時間トランザクションを効率良く実行可能とする枠組み、2)トランザクション処理の実行性能向上のための機構という2つ課題を捉えた。長時間トランザクション処理の枠組み・機構では、三階層モデルを提案した。三階層モデルでは、最上位置を長時間トランザクション層、中位層をトランザクション層、そして最下位層をアクション層とし、長時間トランザクションは階層的にそれぞれの層にて実行管理、実行制御される。しかし、階層モデルでは上位層の実行が下位層の実行に強く依存し、下位層における実行失敗、実行停止、実行中断などによって上位層が効率的に実行されないという問題が指摘されている。これに対処する観点から、各層にはその役割に応じたエージェントを配置し、エージェントの自律的な振舞いによって様々な現象に適切に対処可能な機構を構成した。一方、トランザクション処理の実行性能向上では、トランザクション間の更新・参照関係の下に漸進的にデータを共有することにより、並列性を導入する手法について検討・実験した。また、漸進的処理におけるデータ共有の更新・参照関係を保証するための同期問題、及び高速なデータ更新・参照のためのアクセス制御問題に対処した。一つのデータを二つのプロセスで更新・参照する関係は形式的に生産者・消費者問題と捉えることができるが、共有するデータ・サイズが大きい場合、一般には更新プロセスが終了しないと、参照プロセスは実行開始できない。しかし、配列データは逐次的に更新され、極端な場合更新された配列要素は即時的に利用可能であり、漸進処理を適用して並列実行により効率を向上させることができる。長時間トランザクションを処理するために、1)長時間トランザクション層、トランザクション層、アクション層から成る階層構造の導入2)各層にそれぞれの役割を担ったmanager,executor,actorというエージェントの配置という枠組みを提案した。長時間トランザクションはトランザクションの順序付き集合であると捉え、関連するが個々独立に実行可能な処理をトランザクションとし、トランザクションは複数の独立、また関連する単一処理から成るとし、これをアクションと定義して、3階層によるモデルを構成した。これら3階層には長時間トランザクション層にmanager、トランザクション層にはexecutor、アクション層にactorを配置する。managerはwork-flowを管理してトランザクションの効率的な実行を制御し、executorはtask-flowを管理してアクションの効率的な実行を制御する。基本的に、トランザクションは逐次実行され、work-flowはexecutor間の実行関係を表す。また、アクションは並行実行され、task-flowはactor間の制御関係を表す。このような枠組みを想定し、実際に効率よく管理・制御すること必要で、以下の研究項目について検討した。1)manager,executor,actorの構造、機能2)manager,executor,actor間の通信形態3)managerが扱うwork-flowの表現構造4)executorが扱うtask-flowの表現構造長時間トランザクション処理にエージェントを導入し、複数の関連する処理内容を効率的に実行できる枠組みを構築することが目的である。長時間トランザクションの概念はデータベース処理の応用拡大とともに、複雑で関連した要求を統一的に、かつ一貫して処理・管理することを目的として提案され、今日までそのモデル、方法が提案されている。本研究課題では、従来提案されたモデルの特徴、視点を踏まえ、長時間トランザクションを成す単一の処理要求であるトランザクション間の依存問題、トランザクション失敗時の補償問題を、エージェント指向アプローチを用いて解決するというアプローチを提案している。エージェントの自律性によって依存問題に対し、エージェント間のデレゲーション機構によって補償問題に対処できる枠組みを明らかにした。また、トランザクションの構成関係に従ってエージェントを差別化することにより(エージェントに対する役割の付与)、長時間トランザクションを統制的に扱うことを可能とし、ワーク・フロー、タスク・グラフという処理手順のシナリオを定義・利用することによって、一貫した実行制御を実現する。