hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無蛋白質培養系における分化誘導と分裂制御の研究

無蛋白質培養系における自律的分裂能の起原を求める上で、成長因子の自己分泌が分裂を促進するかどうかを明白にする必要がある。細胞は内在的に自律分裂能を有しているという仮設を提出したが、これを実験的に証明する目的で培養上清を新しい培養系に加えたところ、完全無蛋白質培養細胞は細胞の種類に関係なく分裂が抑制された。すなわち自己分泌される蛋白質因子は分裂を促進するどころか制限的に作用することが明らかとなった。次に種々の成長因子が分裂を促進すると仮定して、分裂シグナルを核に伝達する機構である蛋白質燐酸化酵素を阻害して外因性のシグナルが無蛋白質培養細胞で作用しているかどうかを確認したところ、血清を添加する場合にのみ細胞分裂を阻害し、無血清状態では分裂を促進してしまうという結果を得た。すなわち完全無蛋白質培養の自律的分裂能は自己分泌型成長因子に依存しないのである。これからの結果から自律分裂能を制御する機構はカルモジュリンであると仮定を行ない、カルモジュリンの阻害剤によって分裂の停止が特異的に生じることをあきらかにした。複数の阻害剤によって、阻害剤の強さと分裂抑止に必要な濃度が平行することが証明された。しかしながら免疫電気泳動で蛋白質を培養液に含む場合と無蛋白質培養との差を示そうとしたところ、細胞質内の差異は証明されなかった。一方核蛋白質を分解してカルモジュリンに対する免疫ブロットを行なうと無蛋白質培養細胞において大量のカルモジュリンを証明した。すなわち無蛋白質培養でみられる自律分裂能は核内のカルモジュリンによるものであると証明できた。無蛋白質培養系における自律的増殖能の起源を求める上で,成長因子の自己分泌が分裂を促進しているがどうかを明白にしなければならない。そこで千木良は細胞は内在的に自律的な分裂を行なう機構を先験的に有しているという仮説を立てた(裏面参照)。この仮説が正しいか否かを立証するために,成長因子の作用を細胞内で阻害するアルカロイド(蛋白質リン酸化酵素阻害剤)を培養系に導入して,分裂が阻害されるかどうかを検討した。この結果,無蛋白質培養細胞では上記の薬物によって分裂が阻害されない事実が判明した。次にこれら細胞の分裂を特異的に阻害する薬物を求め,カルモジュリン阻害剤によって特異的な分裂阻害が起こることを知った。しかも同薬剤は成長因子要求株では分裂の阻害を引きおこさなかった。カルモジュリン阻害剤の作用機序を調べるために,抗カルモジュリン単クロ-ン抗体を用いて免疫電気泳動を行なうこと,無蛋白質培養細胞では細胞質内の遊離カルモジュリンが少なく,膜や他の不溶な蛋白質に結合したカルモジュリンが有意に増加していた。この事実は従来まったく知られていなかった自律的細胞分裂がカルモジュリンを介する内在的な機構によることを示している。無蛋白質培養細胞はリン酸化酵素阻害剤によって分裂が阻害されないことから,他の薬物のスクリ-ニングを開始し,寄生虫症治療剤の一部がこれら細胞に対して特異的な分裂阻害を引き起こすことを明白にした。さらにこれら薬剤の作用機序を解折中である。無蛋白質培養系における自律的分裂能の起原を求める上で,成長因子の自己分泌が分裂を促進するかどうかを明白にする必要がある。細胞は内在的に自律分裂能を有しているという仮説を提出したが、これを実験的に証明する目的で培養上清を新しい培養系に加えたところ,完全無蛋白質培養細胞は細胞の種類に関係なく分裂が抑制された。すなわち自己分必される蛋白質因子は分裂を促進するどころか制限的に作用することが明らかとなった。次に種々の成長因子が分裂を促進すると仮定して,分裂シグナルを核に伝達する機構である蛋白質燐酸化酵素を阻害して外因性のシグナルが無蛋白質培養細胞で作用しているかどうかを確認したところ,血清を添加する場合にのみ細胞分裂を阻害し,無血清状態では分裂を促進してしまうという結果を得た。

すなわち完全無蛋白質培養の自律的分裂能は自己分泌型成長因子に依存しないのである。これらの結果から自律分裂能を制御する機構はカルモジュリンであるとの仮定を行ない,カルモジュリンの阻害剤によって分裂の停止が特異的に生じることをあきらかにした。複数の阻害剤によって,阻害剤の強さと分裂抑止に必要な濃度が平行することが証明された。しかしならが免疫電気泳動で蛋白質を培養液に含む場合と無蛋白質培養との差を示そうとしたところ,細胞質内の差異は証明されなかった。一方核蛋白質を分離してカルモジュリンに対する免疫ブロットを行なうと無蛋白質培養細胞において大量のカルモジュリンを証明した。すなわち無蛋白質培養でみられる自律分裂能は核内のカルモジュリンによるものであると証明できた。
交通振動を積極的に利用した微動計測による地下構造探査手法の開拓

本研究課題では、低コストで汎用性の高い地盤探査手法である常時微動計測を行うにあたり、通常はノイズ成分として扱われることの多い交通振動(鉄道・道路交通)を積極的に信号源として利用する方法を確立することを目指している。平成30年度の研究実績としては、まず現象の確認と情報収集から始め、名古屋市千種区にある名古屋大学東山キャンパスをフィールドとして調査を行った。この場所は、幹線道路と地下鉄が敷地を横切っており、交通振動源をふんだんに利用することが可能であるためである。常時微動計を用いて道路交通および地下鉄の列車走行にともなう振動を計測し、近年微動探査において採用実績が増えつつある地震波干渉法を用いて、列車走行振動をもとに擬似加振記録を作成することに成功した。また、計算機シミュレーションにより交通振動を模擬した常時微動を生成し、従来の微動探査手法で用いられてきたSPAC法やCCA法による分散曲線の推定性能についての検討を行った。これらの結果は、日本建築学会大会2018年大会において発表している。本研究課題は、平成30年度から令和2年度までの3か年の計画となっている。平成30年度は、まず現象の確認と情報収集から始めることとしていた。すなわち、既往の研究や常時微動データの分析手法の調査、名古屋大学東山キャンパスでの交通振動の計測と地震波干渉法を用いた分析、計算機上でのシミュレーションによる地下構造と常時微動の特性の比較などである。これらの結果を受けて、令和元年度には各種交通振動の計測や、必要に応じて車両走行実験などを行うこととしている。さらに、令和2年度には各種交通振動の計測結果を用いて地下構造の推定を行う予定である。平成30年度は、名古屋大学東山キャンパスでの道路交通および地下鉄の列車走行に起因する交通振動を計測し、地震波干渉法により擬似加振記録を作成した。また、計算機上での常時微動シミュレーションを行った。これらの成果により、令和元年度に計画している検討事項に着手する準備がととのったものと考え、進捗状況として「おおむね順調に進展している」と判断した。平成30年度には、名古屋大学東山キャンパスでの交通振動の計測と分析ならびに計算機上での常時微動シミュレーションを行った。令和元年度には、まず、引き続きこれらの結果の分析を継続して行う。特に、地下鉄の列車走行による振動をもとに擬似加振記録を作成することに成功したが、列車走行中以外の振動、すなわち道路交通振動をもととして擬似加振記録を作成することも可能であると考えられる。これについては、令和元年度の検討事項とする。また、道路交通・高架の鉄道・地表の鉄道などによる交通振動を計測し、地震波干渉法に基づく分析により擬似加振記録を作成することを考える。さらに、計算機上での常時微動シミュレーションについても、平成30年度に引き続いて検討を進める。これらの予備検討の結果を総合して、令和2年度には実際に交通振動の計測と地震波干渉法に基づく解析方法による地下構造推定の手順を構築することを目指す。また、円形微動アレイなど他手法による推定結果と比較検討することを考える。

これについては、令和元年度の検討事項とする。また、道路交通・高架の鉄道・地表の鉄道などによる交通振動を計測し、地震波干渉法に基づく分析により擬似加振記録を作成することを考える。さらに、計算機上での常時微動シミュレーションについても、平成30年度に引き続いて検討を進める。これらの予備検討の結果を総合して、令和2年度には実際に交通振動の計測と地震波干渉法に基づく解析方法による地下構造推定の手順を構築することを目指す。また、円形微動アレイなど他手法による推定結果と比較検討することを考える。
補体レクチン経路に関与するセリンプロテアーゼと新たな低分子蛋白の機能解析

血清中のマンノース結合レクチン(MBL)はレクチン経路を介して補体系を活性化する。ヒトMBLには古典的経路の成分C1r, C1sと構造類似の二種類のセリンプロテアーゼMASP(MASP-1とMASP-2)が結合しており、MBL-MASPが糖鎖に結合するとC4、C2,C3がMASPにより限定分解される。MBLには更にMASP-2のスプライシングバリアントである低分子量蛋白(sMAP)が結合している。本研究は古典的経路との比較の観点からレクチン経路の活性化機構の解明を目的とし、以下のような主な成果を得た。1)ヒト血清よりMASP-1とMASP-2を分離精製した。各々を解析して、sMAPがMASP-1画分にあること、MASP-1にC3とC2分解活性が、MASP-2にC4とC2分解活性があり、C1r, C1sの阻害作用があるC1インヒビターが両MASPの活性も阻害することを示した。2)多様なサイズのオリゴマーであるMBLのうち、三量体画分にはMASP-1とsMAPが含まれているが、更に高分子量のMBLオリゴマー画分にはMASP-2と新たに同定されたMASP-3が含まれていることを明らかにした。3)MBLにはMASP, sMAPが、一方C1qにはC1r, C1sが結合した複合体がヒト血清中に存在して、MBL-C1r-C1sやC1q-MASP-sMAPの複合体はないことを示した。4)ヒト血清レクチンのficolin/P35にMASP-1,MASP-2, sMAPが結合しており、その複合体が補体系を活性するレクチン経路の存在を明らかにした。ヒトMBLには古典的経路の成分であるC1r,C1sと構造類似の二種類のセリンプロテアーゼMASP(MASP-1とMASP-2)が結合しており、MBL-MASPが糖鎖に結合するとC4,C2,C3が限定分解を受ける。最近MBLにはMASP-2のスプライシングバリアントである低分子量蛋白(sMAP)が結合していることが判明した。本研究は古典的経路との比較の観点からレクチン経路の活性化機構の解明を目的とし、本年度は以下の成果を得た。1)ヒト血清より、各種のアフィニティ-クロマトを順次用いて精製を行い、MASP-1とMASP-2を得た。sMAPはMASP-1画分に回収された。MASP-1にC3とC2分解活性が、MASP-2にC4とC2分解活性があり、これらの活性はC1インヒビター(C1INH)で阻害された。また、C1INHとMASP-1,C1INHとMASP-2は1:1の複合体を形成することがわかった。2)ヒト血清より得られたMBLは様々なサイズのオリゴマーの形態をしている。これらを蔗糖密度勾配法で分画したところMBLの三量体画分が得られた。このMBL画分にはMASP-1とsMAPがあり、C3分解活性はあったが、C4分解活性はなかった。これは、MBLをMonoQで分画して得られた結果と一致した。従って、少なくともMBLの三量体にはMASP-1とsMAPが結合しているが、MASP-2はないことが明らかとなった。

3)報告者らが以前ヒト血清よりMBLの精製の過程で発見したN-アセチルグルコサミン結合性レクチンのficolin/P35にMASP-1,MASP-2,sMAPが結合しており、複合体がレクチン経路を活性化することが明らかとなった。本課題ではレクチン経路に関与するセリンプロテアーゼと低分子量蛋白のsMAPについて研究を行ってきた。平成12年度は以下の成果を得た。1)MBLにはMASP,sMAPが,一方C1qにはC1r,C1sが結合した複合体がヒト血清中にあることを明らかにした。このことから、以前より議論となっていたMBL-C1r,C1s複合体の存在は否定された。2)MBLのオリゴマーの一つの3量体(MBL-I)にはMASP-1とsMAPが結合している。sMAPの機能として、MBL-IとMASP-1の複合体形成への関与が推定されていた。そこで、MASP-1とsMAPを外したMBL-Iを調製してMASP-1との結合性を検討したところ、sMAPがなくても両成分は結合しsMAPの存在でもこの結合性は増大しないことがわかった。3)ヒト血清ficolin/P35-MASP複合体をレクチン成分ficolin/P35とMASP,sMAPとに2分画する方法を開発した。これらの成分とMBL-MASP複合体より分離して得られたMBLとMASP,sMAPを用いたところ、対応するレクチンとMASP,sMAPの他に、対応の異なる組み合わせでも再構成され互換性があることがわかった。4)3)に関連して、ヒト血清より単離したficolin/P35にはリコンビナントのMASP-1,MASP-2,sMAPが各々単独で結合することが明らかとなった。
高齢者骨折の危険因子に関する研究-骨塩量及び易転倒性を中心として-

鳥取県の某町の住民で、平成5年度の老人保健法にもとづく基本健康診査の受診者のうち、受診時に60歳以上であった者のなかから、192名を抽出し、転倒による骨折予防を目的に踵骨塩量、運動機能、生活活動度調査、転倒調査を行った。運動機能については、年齢との相関が高かった項目として、男性では椅子立ち上がり時間、握力、視力、重心動揺距離、上腕三頭筋筋力、女性では椅子立ち上がり時間、速歩歩数、大腿四頭筋筋力、速歩歩行速度、FUNCTIONAL REACH、通常歩行歩数、上腕三頭筋筋力があった。年齢を従属変数とした重回帰分析を行った。その結果、男性では椅子立ち上がり時間、握力が、女性では通常歩行の歩数及び上腕三頭筋筋力がモデルとして採用された。踵骨骨量は、男女とも中齢に従い減少する傾向が明らかであった。年齢との相関係数は男性で-0. 406、女性で-0. 751と女性が高かった。高齢になるにつれ外出の頻度が低下するなど、活動性が低下してくることが認められた。転倒は、男性では18%、女性では33%が過去1年間に転倒していた。加齢と共に転倒回数が増加する傾向が見られた。また、男性に頻回転倒者が多い傾向が認められた。転倒回数を従属変数として、性、年齢、運動機能、日常生活活動度との関連を明らかにする目的で重回帰分析を行った結果、男性では重心動揺面積と眼鏡の使用、過去の転倒によるけがの既往とが転倒回数と関連があると認められた。女性では眼鏡の試用が関連していた。観察期間中1例の大腿骨頸部骨折が発生した。現在対象集団を約3倍に増やし観察を継続しているので、今後、転倒・骨折のリスクをより詳細に検討できると考えている。高齢者の骨折、特に大腿骨頚部骨折が増加傾向にある。また、寝たきりの原因の第2位が骨折といわれており、公衆衛生学上の重要な課題となりつつある。高齢者の骨折の最大の危険因子は骨塩量であるが、骨塩量で補正しても、年齢とともに大腿骨頚部骨折の頻度は高くなることが知られている。また、高齢者の大腿骨頚部骨折の原因の80%が転倒であり、骨折予防には、転倒の防止が重要と思われる。高齢者の骨塩量の測定及び易転倒性の要因を調べるために本研究を行った。方法及び結果1.鳥取県N町の60代の住民を無作為に40名選出し、踵骨骨塩量をSXA法で測定した。この対象者は、過去及び現在の運動歴、三日間思いだし法による食事調査、一般健康審査を実施し、生活習慣の変化と健康状態の変化を調べる別の研究の対象者でもあるため、骨塩量と運動、食事の関係を解析中である。鳥取県の某町の住民で、平成5年度の老人保健法にもとづく基本健康診査の受診者のうち、受診時に60歳以上であった192名を対象として抽出し、転倒による骨折予防を目的に、踵骨骨塩量、運動機能、生活活動度調査、転倒調査を行った。平成7年度は、平成6年度に行った転倒カレンダーの回収を行い、同じく平成6年度に実施した踵骨塩量、運動機能、生活活動度調査の結果と併せて解析を行った。

各調査結果と年齢との関係、転倒の頻度に影響を及ぼす要因を解析した結果、運動機能については、年齢との相関が高かった項目として、男性では椅子立ち上がり時間、握力、視力、重心動揺距離、上腕三頭筋筋力、女性では椅子立ち上がり時間、速歩歩数、大腿四頭筋筋力、速歩歩行速度、FUNCTIONAL REACH、通常歩行歩数、上腕三頭筋筋力があった。また、年齢を従属変数とした重回帰分析を行い、男性では椅子立ち上がり時間、握力が、女性では、通常歩行の歩数及び上腕三頭筋筋力がモデルとして採用された。踵骨骨量は男女とも加齢に従い、減少する傾向が明らかであった。年齢との相関係数は男性で-0.406、女性で-0.751と女性が高かった。高齢になるにつれ、外出の頻度が低下するなど、活動性が低下してくることが認められた。転倒は、男性では18%、女性では33%が過去1年間に転倒していた。加齢と共に転倒回数が増加する傾向が見られた。また、男性に頻回転倒者が多い傾向が認められた。転倒回数を従属変数として、性、年齢、運動機能、日常生活活動度との関連を明らかにする目的で重回帰分析を行った結果、男性では重心動揺面積と眼鏡の使用、過去の転倒によるけがの既往とが転倒回数と関連があると認められた。女性では、眼鏡の使用が関連していた。観察期間中1例の大腿骨頚部骨折が発生した。現在対象集団を約3倍に増やし、観察を継続しているので、今後、転倒・骨折のリスクをより詳細に検討できると考えている。
バイオ燃料電池駆動型エネルギー自立式Anammox MECシステムの開発

嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセスの都市下水処理への適用を促進するためには、前段の部分硝化(NH4+をNO2-まで酸化する)プロセスの安定化・高効率化が重要となる。そこで本研究では、前段に有機物除去を担うバイオ燃料電池(MFC)を設け、MFCで発生する電圧を用いて後段の生物電解セル(MEC)のアノード電極電位を制御することで、アンモニア酸化細菌(AOB)がアノード電極を電子受容体としてNH4+をNO2-まで酸化し、Anammox細菌が生成されたNO2-とNH4+を窒素ガス(N2)へ変換する、新規MFC駆動型部分硝化(PN)-Anammox生物電解セル(MEC)システムを開発する。本研究は、前段に設けたバイオ燃料電池で発生する電圧を用いて後段の生物電解セルのアノード電極電位を制御することにより、Anammox細菌が生成されたNO2-とNH4+を窒素ガス(N2)へ変換する新規部分硝化(PN)-Anammox生物電解セル(MEC)システムを開発するものである。学術的問いが明確であり、研究方法が具体的かつ適切で、研究計画との整合性がとれている。研究計画と研究体制(役割分担)も明確であり、研究遂行能力についても、これまでの研究実績ならびに研究環境、準備状況を見れば、十分可能であると判断できる。下水処理への応用を目的とした嫌気性アンモニア酸化プロセスの問題点と課題解決に向けて検討すべき内容が具体的に示されており、研究成果が期待できる。
火山噴火に伴う乾燥粉体流(火砕流等)の特質と災害

火砕流・低温粉体流の流動メカニズムのモデルを調べるため、流動化現象の実験を行った。材料は標準MSおよび入戸火砕流堆積物を使用し、充分均一に流動化し得る出発槽と流走樋と賞速部から成る。高橋による実験では、高速ビデオカメラを使い、流速の時間に対する変化が、土石流を含むグレインフローの一般則と合致することを確かめた嘉田・鎌田の実験では、全区間にガスを送ると斜面の勾配に特有の一定の加速度を示すことがわかった。桜島火山では19671985年に6回小型火砕流の発生を確認した。その多くは西側斜面を流下した。北海道駒ヶ岳、桜島などの先史火砕流の野外調査を行った。低温粉体流(岩層流)の例として白山火山、岩平火山の例を調査した。また宇井は岩層流堆積物の特徴を総括し、火砕流・土石流堆積物と比較した。昨年度行った浅間火山鎌原岩層流の発掘調査の資料の整理を行った。詳しいスケッチに基づいて堆積物の粒度分析を行ったが、粒度の中央値や分散は火口からの距離によらずほぼ一定であることがわかった。この点は火砕流堆積物と同様である。本質岩塊は火口に最も近い3点のみ50%を超えるが、遠い地点では急に賞少し30%以下となる。堆積物の厚さも14mとほぼ一定で、火口から6Km以上はなれた地点では十分攪拌された状態で流走したと考えられる。このため大型ブロックの運搬も容易であったと思われる。日本の第四紀火砕流のカタログを作製した。既存の文献の検索および未公表の資料に基づいたもので、総数約300代を越えた。小型の火砕流が多いが、地質時代のものは規模不明なものも多く、発現頻度、極値などを定量化するにはやや不十分であった。
含フッ素ブロック,およびスターポリマーから発現するナノポーラス構造の制御

アニオンリビング重合法を駆使することで、従来困難とされていた含フッ素ブロックコポリマー、およびスターポリマーの精密合成法を確立した。得られたポリマーフィルムを超臨界二酸化炭素処理することによって、フィルム表面にフッ素成分が高濃度に濃縮し、優れた撥水性、撥油性を示す表面の形成に成功した。さらに、超臨界二酸化炭素処理中に発現するナノ構造の相転移について検討し、ナノポーラス構造体のサイズや形状制御に最適な処理条件を見いだした。アニオンリビング重合法を用いることで,様々な種類の含フッ素ブロック共重合体の精密合成を行った.これまでの知見に基づき,含フッ素ポリマーセグメントにはポリ(メタクリル酸2-パーフルオロオクチルエチル)(FMA)を用いた.一方の非フッ素ポリマーセグメントには,従来のポリスチレンに加え,ポリイソプレン,ポリ(メタクリル酸メチル)を用いた.これらのポリマーセグメントは,いずれも汎用のポリマーとして広く用いられており諸物性がよく知られており,ガラス転移温度,相溶化パラメータが互いに大きく異なることを考慮した.これらのポリマーは,分子量,セグメント比を変えることで,発現するナノポーラス構造との関係を系統的,かつ詳細に調べることに有意である.さらに新しい展開として,特徴的なミクロ相分離構造の発現を期待し,従来非常に困難であった,ポリスチレンとポリ(メタクリル酸エステル)から構成される,構造が厳密に制御されたエグザクト・グラフトコポリマー,およびマルチブロックコポリマーの新規合成法の開発を試みた.その特徴は,高反応性のベンジルブロミド基,またはα-フェニルアクリロイル基を分子鎖中に位置選択的かつ定量的に導入することである.そして,枝,あるいは側鎖導入と高反応性基の導入に,繰り返し反応を適用することで,枝数,ブロック数を段階的に増加させることに初めて成功した.これらの研究成果はすでに高分子学会での発表し,学術論文として出版されている.昨年度に引き続き,アニオンリビング重合法を用いることで,様々な種類の含フッ素ブロック共重合体,およびヘテロアームスターポリマーの精密合成を行った.含フッ素ポリマーセグメントにはポリ(メタクリル酸島パーフルオロオクチルエチル)に加え,溶解性の高さと取り扱いの容易さを考慮し,ポリ(メタクリル酸2-パーフルオロブチルエチル)を用いた.一方の非フッ素ポリマーセグメントには,ポリスチレン,ポリ(メタクリル酸メチル)を用いた.これらのポリマーセグメントは,いずれも汎用のポリマーとして広く用いられており諸物性がよく知られており,ガラス転移温度,相溶化パラメータが互いに大きく異なることを考慮した.さらに,新規セグメントとして,優れたレドックス特性を示すポリ(メタクリル酸フェロセニルメチル)を採用し,これを含むスターポリマー合成を行った.合成されたポリマーは,いずれも設計通りの分子量と狭い分子量分布,望み通りのセグメント比を有しており,発現するナノポーラス構造との関係を系統的,かつ詳細に調べることに最適である.また,従来非常に困難であった,ポリスチレンとポリ(メタクリル酸エステル)から構成される構造が厳密に制御されたエグザクト・グラフトコポリマー,およびマルチブロックコポリマーの新規合成法の開発に成功した.高反応性のベンジルブロミド基,またはα-フェニルアクリロイル基を分子鎖末端,あるいは分子鎖中に中に定量的かつ,位置選択的に導入し,これを末端官能基化ABブロック共重合体のリビングポリマーと定量的に反応させることで,枝,あるいは側鎖を望みの位置に導入することが可能となった.この反応の最大の特徴は,繰り返し行うことによって枝数,ブロック数を段階的に増加させ得ることにある.得られたエグザクト・グラフトコポリマー,およびマルチブロックコポリマーは,特徴的なミクロ相分離構造を発現し,ナノポーラス構造体の形成に新たな展開が期待される.アニオンリビング重合法を用いることで、一次構造の明確な含フッ素ブロックコポリマーの精密合成に成功した。得られたポリマーフィルムの超臨界二酸化炭素処理を行った後、表面及び内部構造について検討した。XPS測定の結果よりフィルム表面にPFMAが濃縮し、撥水撥油性表面が形成されていることが示された。続いて、イオンエッチングにより表面の含フッ素セグメント層を除去したフィルム表面のSEM観察を行った結果、Si基板では15MPa、KBr板では20MPaで超臨界二酸化炭素処理を行った場合に、最も明確なナノポーラス構造が形成されることを見いだした。次に、機能性分子として、青色LEDへの応用が期待されるフルオレン誘導体を合成し、上記で製作したナノポーラス中への封止を試みた。まず、ナノポーラス構造を形成したフィルムへのフルオレン誘導体の浸漬を試みたが、ナノポーラス構造内壁のフッ素部分と機能分子のフッ素部分同士の親和力が期待したよりも低いため、封止は困難であることがわかった。一方、ブロックコポリマーの製膜時にフルオレン誘導体を共存させることで、含フッ素セグメントに機能分子を閉じ込めることに成功した。しかしながら、超臨界二酸化炭素処理の途中に機能分子の流出が観察され、さらに強固な分子間相互作用を導入することが必要であると考えている。

一方、新たな材料開発への展開を期待し、不溶性セグメントである含フッ素ポリマーを含むABCD型miktoarmスターポリマーを合成するための新しい概念に基づく方法論を展開した。すなわち、可溶性セグメントを導入したリビングブロックコポリマーと官能基化試薬を開発することで、従来困難であった様々な形態の含フッ素ポリマーへの道筋を切り開いた。さらにまた、フルオレン誘導体を含むブロックコポリマーとフラーレン誘導体から構成される超分子複合薄膜を用いた不揮発性メモリデバイスへの基礎的知見を得ることに成功し、機能材料開発への応用が期待される。
成長ホルモン放出ペプチドおよび成長ホルモン放出ホルモン受容体の発現調節機構の解析

1、GHRH受容体遺伝子発現調節機構の解析(1) GHRH受容体遺伝子5'上流配列デリーション実験により、翻訳開始点より、130から310塩基上流領域が、下垂体特異的発現に重要であることを明らかにした。この領域には成長ホルモン産生細胞に特異的な転写因子であるPit-1のコンセンサス様配列が2箇所存在した。また、2.2Kから1.4Kの領域にはサプレッサーの存在が推測された。(2) Foot Print法で、上記Pit-1コンセンサス様配列のうち、1箇所にPit-1が結合することを明らかにした。(3) Mobility Shift法で、上記Pit-1コンセンサス様配列のうち、2箇所にPit-1が結合するが、その結合親和性が大きく異なることを明らかにした。Foot Print法で、1箇所にしかPit-1が結合しなかったのは、親和性の差によると考えられた。(4)上記Pit-1結合配列にMutationを加え、GHRH受容体遺伝子のPit-1結合性と、転写促進能が平行することをMobility Shift法、一過性発現実験で確認した。(5)各種ホルモンのGHRH受容体遺伝子発現に及ぼす効果を一過性発現実験で検討し、エストロジェン、デキサメサゾンが発現を抑制することを見い出した。さらに、その作用発揮に重要な上流領域を明らかにした。2、GHRP受容体遺伝子発現調節機構の解析(1)ヒトゲノムライブラリーから、GHRP受容体遺伝子5'上流配列をクローニングし、塩基配列の決定を行なった。さらに、5'RACE法で転写開始点を推測した。(2) 5'上流配列の機能解析を行い、-734から-608の領域が転写活性化に必要であることを明らかにした。上流配列にはPit-1コンセンサス様配列が存在するが、GHRH受容体遺伝発現とは異なりPit-1は明確な転写促進効果を示さなかった。成長ホルモン(GH)の産生分泌は視床下部ホルモンであるGHRHによって促進される。このGHRHの作用はGHRH量によってのみ規定されるわけでなく、GHRH受容体(GHRHR)によっても修飾される。このことは、ヒトにおいてGHRHR変異による成長障害例が報告されていることからも明らかである。一方、GHRHR数の変化によってもGHの産生分泌は影響を受けることが想像されるが、その主たる調節点であるGHRHRの発現調節機構については全く不明であった。これを明らかにする目的で、私どもは、ヒトGHRHR遺伝子の5′上流配列をクローニングし、RNase Protection Assayにより転写開始点を決定した。その結果、GHRHR遺伝子プロモーターには典型的なTATAboxはみられないこと、エンハンサー領域には、GH、PRL産生細胞に特異的な転写因子でGH発現を促進するPit-1の結合エレメント様塩基配列が10、CREが1つ、さらにhalf siteのERE,GREが存在することが明らかになった。また、mobility shift assay、foot print実験において、実際に、Pit-1蛋白がこれらのPit-1結合エレメント様塩基配列へ結合することが認められた。ルシフェラーゼアッセイによる5′上流配列の機能解析を行ったところ、GHRHRの遺伝子発現はGHを産生するGH_3細胞では活性化されるが、対照のCos細胞では活性化されないこと、しかし、Pit-1を同時に発現させると、Cos細胞においても活性化されることを見い出した。この組織特異的発現に必須である領域は、GHRHR

遺伝子の5′上流配列のデ-リーション実験より、転写開始点から上流約150塩基の、最も近位のPit-1結合エレメントを含む領域であることが明らかになった。これらの成績は、Pit-1結合エレメントが実際に機能し、GHRHRの組織特異的発現を規定していることを示しており、Pit-1によって、GHだけでなく、GHRHR発現も連動して調節される合目的的なGH産生放出促進機構の存在が示唆させた。1、GHRH受容体遺伝子の発現調節機構の解析9年度に行なった下垂体特異的発現調節機構の解析に続き、GHRH受容体遺伝子5'上流配列をもつレポーター遺伝子をGH3細胞にトランスフェクトし、各種ホルモン刺激のGHRH受容体遺伝子発現に及ぼす効果を検討した。その結果、エストロジェン、デキサメサゾンがその発現を抑制することを見い出した。5'上流配列デリーションレポーター遺伝子を用いて解析したところ、それらのホルモン応答領域にエストロジェン反応性エレメント、グルココルチコイド反応性エレメントのコンセンサス配列は見いだせず、どのような機構により抑制するのか興味がもたれる。現在、エストロジェンおよびグルココルチコイド受容体がその領域に実際に結合するか、FootPrint法、Mobillty Shift法を用いて調べている。一方、それらの領域にほかの蛋白が結合し、エストロジェンおよびグルココルチコイドの作用を仲介する可能性を考え、その領域に結合する蛋白の同定をも試みている。2、GHRP受容体遺伝子の発現調節機構の解析GHRP受容体遺伝子5'上流配列のクローニングを終了し、本年度は、転写開始点から上流1.2Kの塩基配列を決定した。5'RACE法にて転写開始点を検討し、翻訳開始点から453塩基上流が主たる転写開始点であると推測した。また、5'非翻訳領域にはイントロンが存在することを明らかにした。ルシフェラーゼを用いた機能解析実験で、下垂体細胞において発現すること、翻訳開始点から-734から-608塩基上流の領域が、その発現に重要であることを明らかにした。GHRH受容体遺伝子発現とは異なり、Pit-1の関与については現在のところ明確ではない。
任意の話者性・感情表現・発話様式によるテキスト音声合成の実現

本研究では,任意の話者性・感情表現・発話様式によるテキスト音声合成システムの実現を目標に,平均声と話者適応/スタイル適応技術を組み合わせた新たな音声合成方式の検討を行っている.昨年度は隠れセミマルコフモデルという通常の隠れマルコフモデルを拡張した統計モデルの枠組みを利用することで,スペクトルと基本周波数と音韻継続長という音声の3つの特徴量を同時に変換することが可能な話者適応アルゴリズムを開発し,その有効性を示した.しかし,上記の実験に用いた話者適応アルゴリズムは,最尤線形回帰という隠れマルコフモデルの出力分布の平均ベクトルをアフィン変換するだけの非常に単純な手法であり,より緻密で適切なモデル変換を頑健に行うためには話者適応アルゴリズムの改善が必要である.そこで本年度は,話者適応アルゴリズムの変換精度を向上させることを目的に,様々な話者適応アルゴリズムを隠れセミマルコフモデルの枠組みにおいて再定式化し,音声合成システムへ導入することで昨年度提案した手法との比較検討を行った.新たに検討したモデル適応アルゴリズムとしては,隠れセミマルコフモデルの出力分布の平均ベクトルだけでなく共分散行列も変換を行う制約付き最尤線形回帰や,変換パラメータの推定に最尤推定ではなく事後確率最大化推定を導入することでより少量のデータでも頑健に変換パラメータを推定できるように拡張した事後確率最大化線形回帰などを導入し,比較検討を行った。またこれらの制約付き線形回帰と事後確率最大化線形回帰を組み合わせた新たな話者適応アルゴリズムの開発も行い,話者適応のより一段の精度向上が図れたことを実験結果から確認した.さらにこれらの線形回帰によるモデル変換後に,データサンプルのある分布に対し事後確率最大化推定を行う手法も導入し,話者適応により変換された分布が利用可能なデータ量の増加に従い最尤推定の結果に漸近的に近づいていくことも確認した.この手法により、統一の枠組みで様々なデータ量に適したモデルを作成できる.また,これらの話者適応アルゴリズムを話者の変換ではなく,音声のスタイルの変換に利用するスタイル適応にも応用し,その有効性を検討した.スタイルを伴った音声の適応では基本周波数や音韻継続長が重要な役割を担っていることからこれらのモデル適応アルゴリズムの大きな効果が確認された.与えられた任意のテキストに対応する音声を生成する技術はテキスト音声合成と呼ばれ,自然性の高い合成音声が現在生成可能となりつつある.しかし合成音声の話者の声質や感情表現は非常に限定されたものであり.多様さに欠けたものが多い.この問題に対し,本研究では,合成音声の声質や合成音声の感情表現や発話様式を自由に変更することが可能な、「モデル適応手法を用いた音声合成方式平均声に基づく音声合成方式」という新たな枠組みによる音声合成方式を実現することを目標に数学的な理論およびその理論に基づく実システムの構築について検討している.本年度は主に多様な感情表現や発話様式を伴う音声を合成することを実現するための研究、および、新たな合成音声の感情表現や発話様式をごく少量のサンプルデータをもとに通常の発話スタイルの音声から変換することで容易に実現するための研究、およびその変換に用いられるモデル適応手法の数学的な問題点について解決し、本システムにより適したモデル適応アルゴリズムを実現することで合成音声の品質をさらに向上させることについて重点的に研究を行った。具体的には、隠れマルコフモデル(HMM)を用いて音声の声質・韻律の特徴量を音声データからモデル化することでHMMの学習に用いた音声の感情表現と発話様式とほぼ同様なスタイルを擁する合成音声を生成可能であることを示した。また最尤線形回帰というモデル適応アルゴリズムを用いることで数分程度のごく少量の目標スタイルのサンプル音声をもとに通常の読み上げスタイルの合成音声を目標のスタイルに変換可能であることも示した。これにより新たな感情表現や発話様式を非常に容易に実現することが可能になると考えられる。また従来の最尤線形回帰アルゴリズムは合成音声のテンポやリズムに相当する音韻継続長を変換することが理論的に不可能であったが、隠れセミマルコフモデル(HSMM)に基づいて最尤線形回帰アルゴリズムを導出することで、合成音声の声質や声の高さのみならずテンポやリズムも変換可能なモデル適応アルゴリズムを実現し、その有効性を示した。

またこれらの制約付き線形回帰と事後確率最大化線形回帰を組み合わせた新たな話者適応アルゴリズムの開発も行い,話者適応のより一段の精度向上が図れたことを実験結果から確認した.さらにこれらの線形回帰によるモデル変換後に,データサンプルのある分布に対し事後確率最大化推定を行う手法も導入し,話者適応により変換された分布が利用可能なデータ量の増加に従い最尤推定の結果に漸近的に近づいていくことも確認した.この手法により、統一の枠組みで様々なデータ量に適したモデルを作成できる.また,これらの話者適応アルゴリズムを話者の変換ではなく,音声のスタイルの変換に利用するスタイル適応にも応用し,その有効性を検討した.スタイルを伴った音声の適応では基本周波数や音韻継続長が重要な役割を担っていることからこれらのモデル適応アルゴリズムの大きな効果が確認された.
共結晶化による製剤物性向上を目的とした医薬品情報からの共結晶探索法の研究

医薬品創薬,製剤物性の向上を目的に,医薬品テキストデータ(Dry)と物理化学的データ(Wet)を組み合わせた,DWH型ビッグデータから共結晶化シード化合物探索法の開発と共結晶化メカニズム解析および物性変化の実験的検証を行う。また、メカノケミカル合成法における共結晶の晶析速度の解析を行う。創薬探索法の新しい手法として応用例を示すことで,新薬開発やケモメトリックス,ケモインフォマティクス分野の進歩に貢献する。医薬品創製においては,候補化合物の溶解性の低さなどの物理化学特性がしばしば製剤化の断念につながり,このことが医薬品開発の遅れの一因になっている。この問題の解決法の1つに,医薬品候補化合物の共結晶化による溶解性の改善やバイオアベイラビリティーの向上が提案されている。共結晶は2つ以上の化合物が水素結合ネットワークを形成することにより,物理化学的特性が変化することが知られている。しかし,主薬が共結晶化可能であるかどうか,良好な組み合わせについては未解明な点が多く,膨大な主薬原末と有機溶媒を用いた非効率的なスクリーニングが現状である。本報告者は,この問題を解決するために,共結晶の水素結合ネットワーク形成による結晶格子変化や物理化学的特性変化を分光や熱分析などのWetデータおよび医薬品情報に基づくDryデータを組み合わせたWet Dry Hybridデータセットを構築し,機械学習による詳細な物理化学情報の抽出および共結晶候補化合物の探索法の検討を行った。当該年度に実施した研究の成果について,医薬品情報を医薬品結晶の分光スペクトルと物理化学的物性としてデータセットとし,機械学習であるケモメトリックス・ケモインフォマティクスを試み,その学習モデルに基づく予測性および予測モデルから相関解析の因子の特定を目的としていた。その結果,医薬品スペクトルに基づく物性値との相関性を見出し,それらの相互作用メカニズムを明らかにできた。また薬物間の相互作用解析に分子動力学シミュレーションを応用することで相関性に関する解析を補足的に特定することができた。また,教師なし型ビッグデータ解析を医薬品情報データセットのデータノイズの排除に応用した。この方法に基づき,予測精度が向上していることを確認できたために,当初の目的はおおよそ達成できたと考えられる。またWetデータにおいては、医薬品結晶擬似多形のラマンスペクトルと熱分析の測定結果のデータセットに対して回帰ベクトル相関マッピング法を適応した。結晶擬似多形のラマンスペクトルと熱分析の回帰モデルを構築することによって、水分子との水素結合ネットワーク形成における結晶構造の変化を評価できた。これらの方法は簡便に共結晶を評価することができ、共結晶候補化合物スクリーニング法の基礎研究としての知見を示すことができた。また、積分球アタッチメントを用いた紫外可視吸光相対吸光分光器と機械学習によるモデル配合直打錠の定量予測を行い日本薬学会第139年会(千葉)にて報告した。紫外可視吸光相対吸光スペクトルから構築されたモデルに基づき、回帰ベクトルの重要性を報告した。共結晶化に伴って白色結晶から有色結晶へと変化する化合物(インドメタシン系共結晶)も多く報告されており、従来の評価方法である熱分析、X線回折法ではない、共結晶探索における新たな指針となることが示唆された。機械学習の学習モデルに基づく予測性および予測モデルから相関解析の因子の特定を応用できることを示した。本研究課題の今後の推進方策としては,独自の自然言語処理を組み合わせた医薬品情報のデータセットの構築およびノイズデータの排除方法をDry Wet Hybridデータセットに応用することである。ケモインフォマティクスおよびケモメトリックスに基づく予測精度の向上をデータセットの拡張により挑戦している。自然言語処理のデータとしては米国食品医薬品局(Food and Drug Administration)の公開する英文の医薬品添付文書を基に形態素解析を行い、データセットとして採用する。形態素解析後のデータを頻出度関数による正規化処理と教師なしデータマイニングによって次元を削減し、Dryデータセットの一部とする。特定の医薬品分子が共結晶化可能であるかどうか,良好な組み合わせについては未解明な点がまだまだ多いが,次元削減によって大型計算機を用いないin silicoスクリーニング法を検討している。本報告者のこれまでの研究成果と情報工学と医薬品結晶の専門的見識に基づく,幅広い医薬品分子に応用できる共結晶化スクリーニング法の可能性を追求していく予定である。スクリーニングに伴い予測した共結晶を結合剤,賦形剤,崩壊剤,滑沢剤を組み合わせた実処方に近い共結晶直打モデル錠剤を作製する。ボックス・ベーンケン実験計画法に基づき各処方設計を行う。モデル錠剤に高湿度下保存や熱による試験を行い,主薬のみの場合との製剤物性の変化について各種分析法(熱分析,粉末X線回折,赤外分光,テラヘルツ分光,溶解速度試験)を用いてと反応速度論的評価について報告する。また,共結晶の報告に伴って規則的な分子配列をもたない複合体である共アモルファスも近年多く報告されており,併せて検討していく方針である。

この問題の解決法の1つに,医薬品候補化合物の共結晶化による溶解性の改善やバイオアベイラビリティーの向上が提案されている。共結晶は2つ以上の化合物が水素結合ネットワークを形成することにより,物理化学的特性が変化することが知られている。しかし,主薬が共結晶化可能であるかどうか,良好な組み合わせについては未解明な点が多く,膨大な主薬原末と有機溶媒を用いた非効率的なスクリーニングが現状である。本報告者は,この問題を解決するために,共結晶の水素結合ネットワーク形成による結晶格子変化や物理化学的特性変化を分光や熱分析などのWetデータおよび医薬品情報に基づくDryデータを組み合わせたWet Dry Hybridデータセットを構築し,機械学習による詳細な物理化学情報の抽出および共結晶候補化合物の探索法の検討を行った。当該年度に実施した研究の成果について,医薬品情報を医薬品結晶の分光スペクトルと物理化学的物性としてデータセットとし,機械学習であるケモメトリックス・ケモインフォマティクスを試み,その学習モデルに基づく予測性および予測モデルから相関解析の因子の特定を目的としていた。その結果,医薬品スペクトルに基づく物性値との相関性を見出し,それらの相互作用メカニズムを明らかにできた。また薬物間の相互作用解析に分子動力学シミュレーションを応用することで相関性に関する解析を補足的に特定することができた。また,教師なし型ビッグデータ解析を医薬品情報データセットのデータノイズの排除に応用した。この方法に基づき,予測精度が向上していることを確認できたために,当初の目的はおおよそ達成できたと考えられる。またWetデータにおいては、医薬品結晶擬似多形のラマンスペクトルと熱分析の測定結果のデータセットに対して回帰ベクトル相関マッピング法を適応した。結晶擬似多形のラマンスペクトルと熱分析の回帰モデルを構築することによって、水分子との水素結合ネットワーク形成における結晶構造の変化を評価できた。これらの方法は簡便に共結晶を評価することができ、共結晶候補化合物スクリーニング法の基礎研究としての知見を示すことができた。また、積分球アタッチメントを用いた紫外可視吸光相対吸光分光器と機械学習によるモデル配合直打錠の定量予測を行い日本薬学会第139年会(千葉)にて報告した。紫外可視吸光相対吸光スペクトルから構築されたモデルに基づき、回帰ベクトルの重要性を報告した。共結晶化に伴って白色結晶から有色結晶へと変化する化合物(インドメタシン系共結晶)も多く報告されており、従来の評価方法である熱分析、X線回折法ではない、共結晶探索における新たな指針となることが示唆された。機械学習の学習モデルに基づく予測性および予測モデルから相関解析の因子の特定を応用できることを示した。本研究課題の今後の推進方策としては,独自の自然言語処理を組み合わせた医薬品情報のデータセットの構築およびノイズデータの排除方法をDry Wet Hybridデータセットに応用することである。
インフルエンザウイルスNA蛋白質の抗原性変化におけるADCC依存性防御抗体の役割

インフルエンザウイルスのノイラミニダーゼ(NA)蛋白質に対する抗体の機能解析は、NA蛋白質の酵素活性部位周辺を認識し、その酵素活性を阻害する活性(Neuraminidase inhibition; NI活性)をもつ抗体について行われてきた。NI活性をもつ抗体による感染阻害から逃れるために、NA蛋白質の活性部位周辺にはアミノ酸変異が生じている。しかしながら、活性部位から離れた「側面領域」にもアミノ酸変異が高度に蓄積された領域がある。この領域にアミノ酸変異が生じる理由は不明であった。本研究では、インフルエンザウイルス感染患者からNA蛋白質に対するモノクローナル抗体を7種類作製し、それらの性状解析を行った。まず、抗体の認識部位を同定するため、さまざまな分離株に対する反応性をもとに変異ウイルスを作製し、抗体の結合性を検証したところ、NA側面のアミノ酸変異により抗体の結合が消失した。このことから、本研究の抗体がNA蛋白質の側面部位を認識していることが分かった。次に、NI活性を持つかどうかと、マウスを致死的なウイルス感染から防御できるかどうかを検証した結果、一部の抗体はNI活性を示さなかったものの、Fc受容体を介した免疫細胞の活性化によりウイルス感染からマウスを防御できることが明らかとなった。また、感染患者の血清を調べることで、NA側面部位に対する抗体が感染により誘導されること、およびNA蛋白質側面の抗原性が変化していることも明らかにした。以上の結果から、NA蛋白質の側面領域を認識し、NI活性を持たない抗体も免疫細胞を活性化することで生体での感染を防御することがわかった。また、NA蛋白質側面のアミノ酸変異の蓄積も感染防御活性を持つ抗体の選択圧により引き起こされていることが示唆された。当初予定していた解析は全て順調に完了した。今回解析を完了したNA蛋白質を認識するヒトモノクローナル抗体の他に、NA蛋白質を認識するヒトモノクローナル抗体を数種類得ている。それらの抗体を解析することで、NA蛋白質を認識するヒト抗体の性状をより詳しく理解していきたい。
難解複雑な制約を伴う非平滑準凸最適化への高効率高速算法《不動点理論に基づく解決》

経済学、工学、経営科学等の分野に於いては、準凸関数と呼ばれる、よく研究されている凸関数の範疇にない目的関数についての最適化問題が扱われている。本研究は、この準凸関数最適化のうち、難解複雑な制約をも表現することのできる不動点制約付き問題を、より高速に、理論的収束保証を付して解くことが可能な算法の実現を目指す。【イ)不動点制約付き準凸最適化算法の開発】本年度は、初年度の研究に於いて難解複雑な制約を伴う非平滑準凸最適化に対する問題解決の突破口として立案した、Krasnosel'skii-Mann型不動点近似法に基づく最適化算法について、1算法の構成、2収束性の理論解析、3計算機による数値的検証を行い、これらを論文として纏め、論文誌に投稿した。同時に収束性の理論解析も行い、算法がその許容誤差を任意に設定して近似解を求めるための十分条件、および算法が最適解へ収束する点列を生成する、すなわち実際に難解複雑な制約を伴う非平滑準凸最適化問題を解くための十分条件を提示した。【ロ)算法の現実的工学的応用に於ける問題解決】提案手法のCobb-Douglas生産効率問題への適用と検証を行った。本研究課題の成果たる提案手法は、このCobb-Douglas生産効率問題について、従来手法と比較して非常に効率的に良い解を得ること可能なことを確認できた。【ハ)その他】本研究は、平成30年度を以って終了した科学研究費助成事業『大規模かつ複雑なネットワーク上の資源を高速に割り当てるための分散型不動点劣勾配法(課題番号: JP15K04763)』に引き続き、受入研究者を研究代表者とする科学研究費助成事業『確率的不動点最適化アルゴリズムとアンサンブル学習への応用(課題番号: JP 18K11184)』と相互に発展し展開すべく共同研究を遂行している。この成果は、論文誌への投稿や国際会議での発表のみならず、受入研究者ウェブサイト上でPythonによる実装を公開し、当該分野全体での研究の深化に貢献するとともに、広く社会へ還元し活用できるべく作業を進めた。収束性の理論解析結果については、論文として現在投稿中であり、並行して収束率等を含むさらなる詳細な解析も引き続き遂行している。【ロ)算法の現実的工学的応用に於ける問題解決】難解複雑な制約下に於いて準凸関数を最適化する、Cobb-Douglas生産効率問題[Section 6, Y.Hu, et al. (2015)]は、ある生産活動について、算法を適用し、その性能評価を実施した。この評価は、既存の研究に於いて行われたものよりもより詳細な検証も含み、提案手法の性能検討のみならず、準凸最適化に関する新たな課題や応用事例の発見にも繋がった。【ハ)その他】科学研究費助成事業『確率的不動点最適化アルゴリズムとアンサンブル学習への応用(課題番号: JP 18K11184)』について、本年度に於いてもいくつかの研究に関して技術協力等を行い、またその過程に於いて準凸最適化算法の新たな応用事例について模索した。以上より、本年度に於いては本研究課題に対する一つの解決策の提案に成功し、さらに当初の計画を超える研究の深化への着手を進めている。今後の研究は、現在までの研究に於いて開発に成功した、Krasnosel'skii-Mann型不動点近似アルゴリズムに基づく不動点制約付き準凸最適化アルゴリズムに対し、その理論的および実験的性能の精査、並列計算を用いた高効率高速化拡張の提案、およびさらなる難解複雑な制約に対応したアルゴリズムの開発を実施し、本研究の最終的な完成を目指すべく推進する。上記実現のため、引き続き(1)アルゴリズムの具体的設計、(2)その数学的収束性の解析、(3)計算機実験による性能評価、の3つを順に遂行し、手法のさらなる改良と深化を図る。(1)においては、現在までの研究で得られた不動点制約付き準凸最適化アルゴリズムに、既存の分散・並列型最適化アルゴリズムを吟味した上で、それらの手法を組み込み、より高性能高機能なアルゴリズムを構築する。加えて、(1)で設計したアルゴリズムに対し、(2)および(3)による多角的検証を行うことで、理論的解析及び実験的評価を堅固に付したアルゴリズムの提示を目指す。この研究方策は、現在までの研究で得られた不動点制約付き準凸最適化アルゴリズムについて、数学的および計算機科学的観点から、計算の効率化および高速化に関する試行および検証を行い、継続的な改良および本研究の最終的な成果の総括を図るものである。そのために研究は、理論解析及び計算機実験の両面から多角的に考察し、遂行する。成果は、国内外での学会発表および学術論文誌への論文投稿による公表にとどまらず、受入機関および申請者ウェブサイトにおいても広く利用可能とすべく積極的に公開する。

さらに、研究成果たるアルゴリズムは研究者のみならず、一般の計算機技術者や数理最適化に関する応用事業等で幅広く活用できるよう、ソースコードリポジトリ等を用いて再利用可能な形で提供し、本研究の成果が我が国および世界の産業発展に寄与すべく貢献する。経済学、工学、経営科学等の分野に於いては、準凸関数と呼ばれる、よく研究されている凸関数の範疇にない目的関数についての最適化問題が扱われている。本研究は、この準凸関数最適化のうち、難解複雑な制約をも表現することのできる不動点制約付き問題を、より高速に、理論的収束保証を付して解くことが可能な算法の実現を目指す。【イ)不動点制約付き準凸最適化算法の開発】難解複雑な制約を伴う非平滑準凸最適化問題に対する問題解決の突破口として、不動点近似算法の一つであるKrasnosel'skii-Mann型不動点近似算法に基づく最適化算法の開発に成功した。本研究では、算法の具体的な提案のみならず、数学的収束性の解析と証明、および計算機実験における詳細な性能評価も完了し、既存手法では解くことのできない最適化問題に対しても効率的に解を求めることが可能であることを確認した。【ロ)算法の現実的工学的応用に於ける問題解決】受入研究者との共同研究として、サポートベクトルマシン学習に関する確率的算法の研究を行った。研究では、サポートベクトルマシン学習のための確率的勾配降下法[S.S-Shwartz, et al. (2011)]を拡張し、制約なし最適化における効率的な算法として知られている三項間共役勾配法に基づく新しい算法を提案、およびその性能を具体的なデータセットを用いたサポートベクトルマシン学習実験に基づき詳細に評価した。【ハ)その他】「イ)不動点制約付き準凸最適化算法の開発」および「ロ)算法の現実的工学的応用に於ける問題解決」の研究を遂行する上で得られた知見より、数理最適化に関する新たな研究の発展を図ることについても遂行している。この算法は、単純な制約を伴う準凸最適化問題に対する既存の準劣勾配法[K.C.Kiwiel (2001); Y.Hu, et al. (2016)]に、非拡大写像の不動点を反復的計算により求めるKrasnosel'skii-Mann型不動点近似法を組み込むことで、難解複雑な制約をも表現できる非拡大写像の不動点集合上に於ける準凸最適化算法の構築を実現した。成果については、同年度中の各種国際会議や研究会に於いて発表と議論を行い、その深化を図った。現在、これらの発表と議論に基づき、成果を論文として纏めており、近日中に投稿すべく作業を遂行している。【ロ)算法の現実的工学的応用に於ける問題解決】受入研究者との共同研究として、サポートベクトルマシン学習に関する確率的算法の研究を行い、その成果を論文として投稿し、受理された。この成果は、「イ)不動点制約付き準凸最適化算法の開発」で述べた準凸最適化算法の具体的現実的かつ工学的な応用事例として、本研究全体の意義と重要性を示す鍵となることが期待される。【ハ)その他】研究を遂行する上で得られた知見より、数理最適化に関する新たな研究の発展を図ることも遂行している。