hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳癌悪性転化の予防・治療を標的とする革新的核酸医薬の創出

本研究では、ヒトEphA2アンチセンスRNA(AS)に関して次のことを明らかにした。1.ヒトEphA2 ASの同定、発現。2.ヒトEphA2 AS発現を抑制するセンスデオキシヌクレオチド(seODN)の設計と同mRNAに対する作用効果及び作用領域。3.ヒトEphA2 ASの乳癌培養細胞を用いた生理的機能。以上の結果から、ヒトEphA2 ASは限定された領域を介して同mRNAを安定化させ、細胞増殖及び細胞遊走に関与することを示唆した。更に、ヒトEphA2 AS及び同mRNAを標的とするmiRNAを同定し、上記seODNとの併用による相乗効果の可能性を提示した。1.ヒトEphA2アンチセンス(AS)RNAのノーザンブロッティング:EphA2 AS RNAはポリA鎖を有し、全長1.9 kb長及び5 kb長と推定され、前者が大部分であることが示された。2. 5'RACE及び3'RACE:ポリA鎖を除くと、全長990 b長及び1282 b長の3'端が異なる2種類のEphA2 AS RNAが存在することが示唆された。また、1282 b長のEphA2 AS RNAは、同mRNAとは異なるスプライシングを有していた。EphA2 AS RNAの5'端は、同mRNA 3'UTR中の3589番目の塩基に位置した。この結果をRT-PCR法により検証したところ、3881番目の塩基まで増幅可能であったので、この差異は発現頻度が低い5kb長EphA2 AS RNAの5'端に由来すると考えられた。3.細胞遊走アッセイ系におけるヒトEphA2 AS RNA発現抑制:申請時点で確認していたEphA2 AS RNA発現を抑制するオリゴ(seODN)は、その発現を45%まで抑制した。しかしながら、上記EphA2 AS RNAの同定結果から、このseODNは少数(低発現)のEphA2 AS RNAに対するものであると考えられた。そこで、同定した大部分のEphA2 AS RNAに対し、その発現を抑制するseODNを再設計した。その結果、EphA2 AS RNAの発現を20%まで抑制する効率のよいseODNが得られた。現在、この効果の再現性を検討している。4.ヒト乳癌患者由来の癌組織を用いたEphA2 mRNA及び同AS RNA発現解析:臨床検体19症例を解析し、EphA2 AS RNAと同mRNAには正の相関関係が認められた。以上の結果から、臨床検体でEphA2 AS RNAと同mRNA間における正の相関関係を確認し、ヒトEphA2 AS RNAを同定し、その発現を抑制するより効率のよい核酸シーズとなりうるseODNを設計した。ヒトEphA2 AS RNAに関して、臨床検体における発現、培養細胞を用いた同定と機能解析を計画し、「研究実績の概要」に示した4項目を行った。これらの中で追加実験が生じたのは、機能解析に関する1項目となる。これは、ヒトEphA2 AS RNAの同定結果から、申請時点で確認していたヒトEphA2 AS RNAの発現を抑制するseODNより更に効果のよいseODNが予想されたために、seODN再設計及びその効果検討実験を行ったことに起因する。その結果、培養細胞におけるseODNを用いたEphA2 AS RNAの機能解析が遅れた。しかしながら、これは実験をステップバイステップで進め、少しずつ軌道修正をしながら研究を進捗させていく論理的思考の結果である。さらに、今回の軌道修正は、標的の発現を抑制するseODNという核酸医薬シーズの核となるものであり、より効果の高く質の良い創薬シーズになることの期待が高いと考えられる。臨床検体の解析に関しては、当初の予定である設定臨床数20症例にほぼ達することができ、ヒトEphA2 AS RNAと同mRNA間における正の相関関係を確認することができた。しかしながら、乳癌のサブタイプに分類して検討したところ、実験群によっては症例数が統計解析するには不十分であることがわかった。そのため、解析症例数を増やして、臨床研究を継続する予定である。検体の臨床データに関しては、未知の状態、かつ無作為に行っているため、これは不可避の結果である。臨床研究の症例数を増やすことに関しては、軽微な変更であるために、所属機関の倫理委員会において迅速審査で対応可能であるため、速やかに検体の採取、解析と進むことができると考えられる。以上のことから、おおむね順調に研究計画が遂行されていると判断する。1.ヒトEphA2アンチセンス(AS) RNAの同mRNAに対する作用の検討:EphA2 AS RNA及び同mRNAの二次構造上で一本鎖領域を推測し、更にmRNAに関しては種間で保存されている領域をEphA2 AS RNAと同mRNAが相互作用する領域候補とした。この領域配列からなるセンスオリゴデオキシヌクレオチド(seODN)を作製した。seODNはEphA2 AS RNAと二本鎖を形成する結果、RNase Hによる選択的分解の結果、EphA2 AS RNAの同mRNA制御効果の検討が期待できた。また、乳癌培養細胞2種でEphA2 AS RNAを強制発現させた。これら2つの実験において、EphA2 mRNA発現に影響は認められなかった。

2.ヒトEphA2 AS RNA及び同mRNAを標的とするmiRNAの探索:EphA2 AS RNA及び同mRNAを標的とするmiRNAをmiRNA標的検索ウェブサイトで検索した。その結果、miR-126, miR-335, miR-4267がEphA2 AS RNA及び同mRNAを標的とすることが推測された。これら3種のmiRNAに関して、EphA2 AS RNA又は/及び同mRNAとの相互作用をルシフェラーゼレポーターアッセイ法によって検証している。更に、これら3種のmiRNAに関してAntimiRによりそれらの機能を抑制すると、EphA2 AS RNA及び同mRNAの発現量が増大した。また、miRNAの機能部位のみを強制発現させると、特にmiR-335に関して、ヒトEphA2 AS RNA及び同mRNAの発現量を減少させた。研究期間1年目に同定したヒトEphA2 AS RNAは、同mRNAの3'UTRに重複して存在していた。5'UTRやプロモーター領域に重複して存在する場合はエピジェネティックな作用を示し、3'UTRと重複する場合は転写後性調節に関与する傾向がある。しかしながら、上記の結果は、3'UTRと重複するにも関わらず、転写後性調節に関与しないことが考えられた。これはネガティブながらも、学術的に一つの知見を提供すると考えられる。一方、核酸医薬シーズとして、ヒトEphA2 AS RNA及び同mRNAを標的とするmiRNAを新規に3種同定し、検証を重ねつつある。その中でも特にmiR-335の機能部位(seed領域)を乳癌培養細胞内に導入させると、ヒトEphA2 AS RNA及び同mRNAの発現を劇的に減少させた。これは、miR-335機能部位が核酸医薬シーズとして有力な候補として考えられることを意味する。EphA2 mRNAのみを標的とすることがこれまでに知られているmiRNAとの比較検証が必要であるが、今後の研究の推進方策において後述する。臨床検体の解析に関しては、当初の予定である設定臨床数20症例を完了した。しかしながら、乳癌のサブタイプに分類して検討したところ、実験群、特に転移が認められる患者由来の症例数が統計解析するには不十分であることがわかった。単純に解析症例数を増やすことでは時間がかかるため、解析母集団を転移が認められる場合とし、臨床研究を新規申請している。また、関連遺伝子発現として前述miRNAについても解析予定としている。関与因子が追加されて計画とは異なっているが、ネットワークという枠で因子間の機能を捉えつつある状況にある。以上のことから、核酸医薬シーズ創出という観点で推進されていると判断する。昨年度報告書では、EphA2アンチセンスRNA(AS)過剰発現及びEphA2 ASと結合してその機能を抑制するセンスデオキシヌクレオチド(seODN)導入は、EphA2 mRNA発現に対して影響がないと報告した。しかしながらその後、核酸細胞内導入試薬を高効率、低毒性のものに変更して改善したところ、EphA2 AS過剰発現によって同mRNAの発現量が増大した。更にLNA化することで安定化させたseODNを用いてEphA2 AS抑制を検証したところ、特定のseODNを用いた時にのみ、EphA2 AS及び同mRNAの発現を減少させた。更に、この特定のseODN領域に関して、変異型EphA2 ASを作製して過剰発現させたところ、同mRNAに対する発現減少は見られなくなった。
情報キュレーションマップ構築手法の検討と高度情報アクセスタスクへの応用

本課題は、キュレーションマップを構築する手法を考察するとともに、現実的で複雑な質問応答を想定し、世界史論述問題等の高度情報アクセスタスクへの応用を検討する。本年度は、(H30-1)「情報キュレーションマップの精緻化手法の検討(第2期)」、(H30-2)「情報要約への応用(第2期)」を計画どおり検討した。(H30-1)では、平成29年度に導入した、文章の過剰な断片化を抑制する手法について、引き続き検討し、定量評価をするとともに、平成29年度までに基本部分の実装を行っていた情報キュレーションマップ可視化システムに同手法を組み込み、可視化システムを完成させた。同システムでは、利用者の与える検索質問に対し、検索されたWeb文書を、キュレーションマップに基づき、「まとめ回答」を順位付けして示すとともに、まとめ回答に張られたリンクにより「詳細回答」へ至る俯瞰的な可視化が行える。ある「詳細回答」文書を選択すると、それを「まとめ回答」と再解釈して、より詳細な観点に切り分け、再帰的により詳細な文書を得ることもできる。(H30-2)については、情報キュレーションの観点から、異種情報源の混成活用に焦点を置き、次の部分課題を検討した。平成29年度に検討した、世界史用語集の語釈文の活用における、見出し語を語釈文に適切に埋め込み整形する手法について、機械学習に用いる特徴量の精緻化ならびに擬似訓練事例の自動獲得の観点から精度向上を行うことを検討した。さらに論述記述の骨組みを与える情報源として、ある国における重要イベントについて年代を追って記した「各国史」を「まとめ回答」として活用する方法を提案した。具体的には、問題に記された要求に照合する各国史の記述を「まとめ回答」としてイベントオントロジーの整合性の観点から抽出し、それを検索質問として、教科書の記述を検索し論述記述の素材となる文を得る手法を検討した。本課題では、キュレーションマップを構築する手法を考察するとともに、現実的で複雑な質問応答を想定し、世界史の論述問題等の高度情報アクセスタスクへの応用を検討する。本年度は、(H28-1)「ネットワーク構造の縮約手法の検討」, (H28-2)「情報の編纂と俯瞰的可視化への応用(第1期)」が計画されていた。(H28-1)については、ノードとリンクを取捨選択する手法を検討した。具体的には、類似するノード群をまとめ、代表ノードを提示する手法を検討した。ノード間の類似度として、被リンク構造の類似度と内容関連度の両者を考慮する手法を提案した。(H28-2)については、平成29年度実施予定の(H29-2)「情報の編纂と俯瞰的可視化への応用(第2期)」を前倒しで検討しつつ、一般のnon-factoid型質問応答タスクを想定し、キュレーションマップに基づき、「まとめ回答」を順位付けして示すとともに、まとめ回答から始めて、リンクをたどることにより次第に「詳細回答」へ至る俯瞰的な可視化が行えるデモシステムを実装した。さらに、来年度実施予定の(H29-3)「情報要約への応用(第1期)」を前倒しで検討した。同課題で扱う正解情報の整備として、世界史論述問題については、人間作成の模範解答と、教科書等の知識源との間の対応付けを精密に記したコーパスを整備した。多言語情報要約を想定して、複数のトピックにわたって日中英のツィートを収録し、感情分析等の情報を付与したコーパスを整備した。また、知識源から問題に関連する文群を取り出す際の再現率向上をめざし、問題文には明示されていないが、解答するにあたって非常に重要な重要語句を見出す手法について検討を行い、有効性について論じた。さらに論述問題の解答に対する評価に関して、歴史分野で必要となる時間的・空間的な一貫性を考慮した評価法を提案し、有効性について論じた。「研究実績の概要」に記したとおり、交付申請書に記載し、本年度に予定していた部分課題H28-1、ならびに、H28-2について、いずれも検討した。更に、平成29年度実施予定のH29-2、H29-3についても検討した。H28-1については、ほぼ計画通りに研究を遂行し、その内容は研究協力者の修士論文として取りまとめられているところであるが、一部、学会等で発表未定の部分があるので、今後検討したい。H28-2についても、ほぼ計画通りに研究を遂行し、デモシステムの実装を行った。さらに、平成29年度実施予定の(H29-2)「情報の編纂と俯瞰的可視化への応用(第2期)」を、H28-2の検討に合わせて、前倒しで検討した。また、(H29-3)「情報要約への応用(第1期)」についても前倒しで検討し、同課題で扱う世界史の論述問題の自動解答に向けて、基礎的検討を開始した。本年度は、(H29-1)「情報キュレーションマップの精緻化手法の検討(第1期)」、(H29-2)「情報の編纂と俯瞰的可視化への応用(第2期)」、(H29-3)「情報要約への応用(第1期)」を計画どおり検討した。(H29-2)では、平成28年度に前倒しして実施していたデモシステムの実装について、引き続き検討した。

これは、一般のWeb検索や質問応答を想定し、キュレーションマップに基づき、「まとめ回答」を順位付けして示すとともに、まとめ回答に張られたリンクにより「詳細回答」へ至る俯瞰的な可視化が行える。まとめ回答を観点毎に動的に切り分け、各観点の文章からその「詳細回答」となる文書へのリンクを自動的に張る。文章の過剰な断片化が観察されたため、(H29-1)ではその抑制手法の検討を行った.最小セグメントから始め、リンク構造が類似するセグメントを漸進的に併合しセグメントを拡張する手法に対し、最小セグメントの再選定、リンク構造の類似判定条件の改善、セグメント併合条件の改善を行うと、適切なセグメントが得られた。(H29-3)については、次の部分課題を検討するとともに、世界史論述問題解答器をオープンソースとして公開をした。知識源から問題に関連する文群を取り出す際の再現率向上をめざし、深層学習を用いた非明示的な関連用語の推定手法を提案し、有効性について論じた。また、解答の際の知識源の一つである世界史用語集の語釈文の活用をめざし、見出し語を語釈文に適切に埋め込み整形する手法について検討した。さらに論述問題の解答に対する自動評価に関して、情報整合性(時間的・地理的整合性)に注目した評価尺度を検討し、有効性について論じた。「研究実績の概要」に記したとおり、交付申請書に記載し、本年度に予定していた部分課題H29-1、H29-2、H29-3について、いずれも検討した。H29-1については、ほぼ計画通りに研究を遂行し、その内容は研究協力者の卒業論文として取りまとめられているところであるが、一部、学会等で発表未定の部分があるので、今後検討したい。H29-2についても、ほぼ計画通りに研究を遂行し、デモシステムの実装・改善を行った。H29-3についても、ほぼ計画通りに研究を遂行し、その成果を査読付き国際会議論文3編、査読なし国際会議論文2編、学会大会論文2編として公表した。本課題は、キュレーションマップを構築する手法を考察するとともに、現実的で複雑な質問応答を想定し、世界史論述問題等の高度情報アクセスタスクへの応用を検討する。本年度は、(H30-1)「情報キュレーションマップの精緻化手法の検討(第2期)」、(H30-2)「情報要約への応用(第2期)」を計画どおり検討した。(H30-1)では、平成29年度に導入した、文章の過剰な断片化を抑制する手法について、引き続き検討し、定量評価をするとともに、平成29年度までに基本部分の実装を行っていた情報キュレーションマップ可視化システムに同手法を組み込み、可視化システムを完成させた。同システムでは、利用者の与える検索質問に対し、検索されたWeb文書を、キュレーションマップに基づき、「まとめ回答」を順位付けして示すとともに、まとめ回答に張られたリンクにより「詳細回答」へ至る俯瞰的な可視化が行える。ある「詳細回答」文書を選択すると、それを「まとめ回答」と再解釈して、より詳細な観点に切り分け、再帰的により詳細な文書を得ることもできる。(H30-2)については、情報キュレーションの観点から、異種情報源の混成活用に焦点を置き、次の部分課題を検討した。平成29年度に検討した、世界史用語集の語釈文の活用における、見出し語を語釈文に適切に埋め込み整形する手法について、機械学習に用いる特徴量の精緻化ならびに擬似訓練事例の自動獲得の観点から精度向上を行うことを検討した。さらに論述記述の骨組みを与える情報源として、ある国における重要イベントについて年代を追って記した「各国史」を「まとめ回答」として活用する方法を提案した。
多様大規模化する生命科学データのための柔軟な統計解析手法の開発

本研究では、以下の三つを目標に、生体生命情報学や獣医畜産分野における、柔軟で高精度な統計解析手法を提案し、その応用例を示した。目標[1]「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」、[2]「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」、[3]「高速な統計解析手法の提案」。[1]と[3]では、各種オミックスにおける高速な検定や統合解析を提案し、診断マーカー検出への応用研究を行った。[2]では、乳牛を中心として、分子レベル(乳成分や各種オミックス等)、個体レベル(診療記録等)、集団(農場)レベルのデータを基に大規模な統計解析例を提示した。本研究の3つの研究テーマのうち、2つのテーマ、つまり、「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」(特に、オミックスデータの個別の解析手法やオミックスデータを統合解析する手法の提案)と「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」(例えば、農畜産データの統計解析))について、以下の10件の研究を主に行った。[オミックスデータの統計解析]: 1.前年度に引き続き、特徴的な遺伝子発現パターンを高速、かつ、効率的に検出する統計手法の提案を検討中である。関連するレビュー論文が学術雑誌に採択された。2. 1.などに関連した統計手法を提案しアルツハイマー病の超早期診断へ向けて、2編の論文を執筆中。関連する解説論文が出版された。3.前年度に引き続き、時系列で観測された遺伝子発現量に基づき、遺伝子選択を行うための回帰モデルを提案した。今年度は更に、メタボロームの時系列データへの適用を試みた。現在、論文を執筆中である。4.前年度からの継続で、低次偏相関係数とオミックスデータを用いた代謝パスウェイ推定法を提案した。関連する論文が掲載された。[農畜産データの統計解析について]:前年度からの引き続きで、5.乳牛の分娩事故のリスク要因を特定するための回帰モデルの研究、6.乳牛の健康管理のデータに関する研究、7.長イモの種イモ自動(高速)切断機械のためのモデリング研究を行った。これらに関連する論文を執筆中である。今年度新たに、以下の3つの研究を行った。8.乳牛の繁殖成績を評価するための仮説検定を適用し、関連する論文が学術雑誌に掲載された。9.細菌の共通配列の良さを評価するための仮説検定を考えた。論文を投稿中。10.乳牛の受胎率への影響因子を評価するために回帰モデルの適用を考えた。論文を投稿準備中である。本研究の3つの研究テーマのうち、2つのテーマ、つまり、「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」(特に、オミックスデータの個別の解析手法やオミックスデータを統合解析する手法の提案)と「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」(例えば、農畜産データの統計解析))について、以下の7つの研究を主に行った。[オミックスデータの統計解析]:(1)特徴的な遺伝子発現パターンを高速、かつ、効率的に検出する統計手法の提案を検討中である。関連するレビュー論文を学術雑誌に投稿中である。(2)時系列で観測された遺伝子発現量、代謝産物に対する高速なt-検定の提案を検討中である。一部の成果を学会にて発表した。(3)時系列で観測された遺伝子発現量に基づき、遺伝子選択を行うための回帰モデルを提案した。学会にて発表済み。(4)前年度からの継続で、低次偏相関係数とオミックスデータを用いた代謝パスウェイ推定法を提案した。論文を投稿中である。[農畜産データの統計解析について]:(5)乳牛の分娩事故のリスク要因を特定するために、延べ120万頭のデータに回帰モデルを適用した。この結果をまとめた論文を執筆中である。(6)乳牛の健康管理のデータ(18年間の延べ5万頭分)に主成分分析を適用し、経時的な健康変化を調べた。結果を考察し、論文を執筆中である。(7)長イモの種イモ自動(高速)切断機械のためのベイズモデルを構築した。現在、特許出願中である。また、この統計モデルの論文を執筆中である。この統計モデルについて、学会にて発表済みである。平成26年度は、本研究の3つの研究テーマのうち、2つのテーマ、つまり、「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」(特に、オミックスデータの解析手法の提案)と「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」(例えば、農畜産データの統計解析)について、以下の9件の研究を主に行った。[オミックスデータの統計解析]:(1)前年度に引き続き、特徴的な遺伝子発現パターンを高速、かつ、効率的に検出する統計手法を提案し、実データに適用中である。(2)(1)に関連した統計手法を提案し、microRNAやメタボロームデータに基づいた疾患の高精度な診断・診断マーカーの検出を検討中である。(3)前年度に引き続き、時系列で観測された遺伝子発現量に基づき、遺伝子選択を行うための回帰モデルを提案し、生物統計学分野の学術雑誌に投稿中である。[農畜産データの統計解析について]:前年度からの引き続きで、(4)乳牛の分娩事故や(5)健康管理のデータの解析に関する研究、

(6)長イモの形状モデリングの研究を継続中である。また、(7)乳牛の受胎率データへの回帰モデルの適用と(8)細菌の参照配列の研究について、関連する論文がそれぞれ学術雑誌に掲載された。今年度新たに、(9)乳成分から乳牛の疾病を判定する回帰モデルの適用を考えた。関連する論文を獣医学分野の学術雑誌に投稿中である。本研究の目標は3つある。[A]「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」(各種オミックスデータの統計解析手法の提案)、[B]「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」(獣医畜産データの統計解析)、[C]「高速な統計解析手法(検定等)の提案」である。今年度は、前年度に引き続き、また、新たに、以下の9件の研究を行った。[A, C]:(1)遺伝子の特徴的な発現パターンを高速・効率的に検出する仮説検定を提案し、実データに適用した(論文投稿準備中)。(2) (1)に関連した統計手法を提案し、遺伝子発現やメタボロームデータに基づいた、疾患(アルツハイマー病等)の高精度な診断マーカー検出法を提案した(論文3編を投稿・執筆中)。(3)時系列遺伝子発現データに基づいて遺伝子選択を行うための回帰モデルを提案した(Kayano et al., Biostatistics 2016)。[B]:(4)乳牛の健康管理や、(5)分娩事故、(6)診療記録と乳成分、(7)受胎率、(8)長芋の形状、(9)その他、乳牛や馬、犬や植物のデータ解析を行い、8編の論文が採択された(Kayano and Kida, Journal of Dairy Science 2015等)。研究期間全体として、[A, C]では、各種オミックスにおける交互作用を捉えるための高速な検定や統合解析、診断マーカー検出への応用を提案した。[B]では、乳牛を中心として、集団(農場等)レベルの情報を考慮した個体レベルのデータ(診療記録や農作物の形状等)と分子レベルのデータ(乳成分や血液成分、各種オミックス等)を用いて、獣医畜産分野における広範囲な研究を行った。本研究により、バイオインフォマティクスや獣医畜産分野における、柔軟で高精度な統計解析手法の例を提示出来たと考えている。本研究では、以下の三つを目標に、生体生命情報学や獣医畜産分野における、柔軟で高精度な統計解析手法を提案し、その応用例を示した。目標[1]「多種多様大規模生命科学データのための柔軟な統計解析手法の構築」、[2]「動植物の分子・個体・集団レベルのシステム解明を目指す統計解析手法の構築」、[3]「高速な統計解析手法の提案」。[1]と[3]では、各種オミックスにおける高速な検定や統合解析を提案し、診断マーカー検出への応用研究を行った。[2]では、乳牛を中心として、分子レベル(乳成分や各種オミックス等)、個体レベル(診療記録等)、集団(農場)レベルのデータを基に大規模な統計解析例を提示した。「研究実績の概要」に挙げたように、本研究の3つのテーマのうち2つについて、9件の研究を行った。それぞれの研究では、手法の提案や実データへの適用がおおむね終了している。
オンチップ学習回路装備・完全電圧モード動作ニューラルネットワークLSIの試作研究

ニューラルネットワークは、新しいコンピューティングパラダイムの旗手として、そのLSIチップへのハードウェア化が盛んに研究されている。本研究は、単体でニューロンの機能をもつ新しい高機能トランジスタ・ニューロンMOSFETを用いて、独自のアーキテクチャーのアナログニューラルネットワークLSIを開発するものである。特に一切のス-パバイザー・コンピュタ-無しに、すべてオンチップで自己学習できるチップの実現を狙うものである。定常消費電力ゼロで優れた重み更新の線形性をもつ、シナプスとしては理想的な特性をもつセルを新しく開発、これを用いて自己学習機能内蔵のニューラルネットワークLSIを設計・試作し、その基本動作を確認した。上記シナプス回路をマトリクス状に配置し、その直行する2辺の上に、ニューロンセルを配置。各ニューロンセルの出力には、教師信号とニューロンの出力を比較し、学習規則に応じて高電圧パルスを発生する学習制御回路を設けた。パルスの加えられた信号線の直行する位置にあるシナプスに於いてのみ、加重値の更新が行われ、Hebb則の学習が実行される。特に工夫をこらしたのは、誤差の逆伝播である。隠れ層ニューロンの応答誤差を3値の変数でデジタル化し、ニューロンMOSのフローティングゲート技術を用いて誤差逆伝播学習則のオンチップ化に成功した。ニューロン出力の2値化、微分関数の窓関数近似等、ハードウェア化のために学習アルゴリズムの思い切った簡略化を行い「ハードウェアバックプロパゲーション」と呼ぶ新しい学習アルゴリズムも開発した。簡略化にもかかわらず、オリジナルバックプロパゲーションと同等の学習性能をもつことを実証したばかりか、ある種の問題に対しては、オリジナル学習則よりも汎化能力において優れていることを見いだした。これらの研究により、ニューロンMOSを用いた自己学習機能搭載のニューラルネットワークチップの基礎技術を確立することができた。ニューラルネットワークのハードウェアに、自己学習機能を付与する際に鍵となる、最も重要なのがシナプス回路である。本年度の研究における最大の成果は、理想的な特性を持つ新しいシナプス回路を考案し、実際の試作によりその特性を確かめたこと、さらに、このシナプス回路を組み込んだ自己学習回路の動作に関し、テスト回路の試作並びにシミュレーションにより最適化を行い、これにより、次年度に試作する自己学習ニューラルネットワークLSI設計に関する基本的な方針を確立したことにある。シナプスとは、ニューロン間の結合の強度(加重値)を決める素子で、ネットワークが望ましい応答をするように、加重値を適宜変更・修正する過程が学習であるといわれる。これまで我々は、2個のνMOSと4個の通常のMOSを用いた6トランジスタのシナプスセルを提案し、「定常消費電力ゼロ」、「5V単一電源で正と負の両極性加重値の表現可」、「ハードウェア自己学習対応」という優れた特性が得られることを示してきた。しかしながら、加重値の更新に関し、重大な問題があった。これは、フローティングゲートメモリを応用するシナプスの基本的な問題で、その解決には、世界で多くの研究者がとりくんでいるが、いずれも本質的な解決には至っていない。本研究では、従来の6トランジスタセルにたった1つのMOSトランジスタをつけ加えることで、これを見事に解決した。つまり、フローティングにすでに蓄積されている電荷を回路のソースフォロワ動作で読み出し、その値をトンネルゲート部にフィードバックすることにより、フローティングゲート中の電荷量と無関係に、加重値を常に一定量だけ更新できるようにできたのである。これにより、学習に際してのネットワークの収束性が飛躍的に改善された。さらに新しく開発したハードウェア自己学習に特化した学習アルゴリズムも、様々な問題に対し、従来のバックプロパゲーションアルゴリズムよりも優れていることが分かり、自己学習ニューラルネットワーク実現の基礎が確立された。

ニューラルネットワークは、新しいコンピューティングパラダイムの旗手として、そのLSIチップへのハードウェア化が盛んに研究されている。本研究は、単体でニューロンの機能をもつ新しい高機能トランジスタ・ニューロンMOSFETを用いて、独自のアーキテクチャーのアナログニューラルネットワークLSIを開発するものである。特に一切のス-パバイザー・コンピュータ無しに、すべてオンチップで自己学習できるチップの実現を狙うものである。本年度は、昨年度開発した定常消費電力ゼロで優れた重み更新の線形性をもつ、シナプスとしては理想的な特性を持つセルを用いて、自己学習機能内蔵のニューラルネットワークLSIを設計・試作し、その基本動作を確認した。上記シナプス回路をマトリクス状に配置し、その直交する2辺の上に、ニューロセルを置いた。各ニューロンセルの出力には、教師信号とニューロンの出力を比較し、学習規則に応じて高電圧パルスを発生する学習制御回路を設置。パルスの加えられた信号線の直交する位置にあるシナプスに於いてのみ、加重値の更新が行われ、Hebb則の学習が実行される。特に工夫をこらしたのは、誤差の逆伝播である。隠れ層ニューロンの応答誤差を3値の変数でデジタル化し、ニューロンMOSのフローティングゲート技術を用いて誤差逆伝播学習則のオンチップ化に成功した。ニューロン出力の2値化、微分関数の窓関数近似等、ハードウェア化のために学習アルゴリズムの思い切った簡略化を行い「ハードウェアバックプロパゲーション」と呼ぶ新しい学習アルゴリズムを開発した。簡略化にもかかわらず、オリジナルバックプロパゲーションと同等の学習性能をもつことを実証した。また、ある種の問題に対しては、オリジナル学習則よりも凡化能力において優れていることを見い出した。これらの研究により、ニューロンMOSを用いた自己学習機能搭載のニューラルネットワークチップの基礎技術を確立することができた。
極限高速吸収分光を用いた分子内プロトン移動におけるコヒーレント核運動の観測

10-ヒドロキシベンゾキノリン(10-HBQ)の分子内プロトン移動についての実験を進めた。10フェムト秒パルスを用いた二色ポンプ・プローブ分光の結果、反応に関与する励起状態の吸収および誘導放出信号には振動コヒーレンスに由来するビートが観測された。このビート信号には4つの低波数成分が含まれているが、これらが分子のコヒーレント振動に直接対応するものであるかどうかは自明ではない。この点を明らかにするために、まずビート信号の励起波長依存性の実験を行った。吸収スペクトルの短波長側(360nm)と長波長側(385nm)を光励起した場合のビート信号を高い時間分解能(27fs)で観測し比較した。フーリエ解析の結果、励起波長の違いに依らず低波数成分は4つであり、それらの周波数は一致していた。この結果は各低波数振動の倍音系列がコヒーレントに光励起された場合に相当し、ビート信号として観測される低波数成分は10-HBQ分子のコヒーレント分子振動に直接対応しているといえる。特に最も低波数のモード(242cm^<-1>)は他の3モードに比べ位相緩和が速いことから反応による分子構造変化(反応座標)との関係が興味深い。そこで電子基底状態分子のラマンデータおよび密度汎関数法による計算との比較をもとに帰属を試み、242cm^<-1>モードは基底状態において243cm^<-1>に観測される全対称振動に対応するモードであると一意に帰属することができた。この242cm^<-1>モードの振動形(核の動き)はOH基全体がN原子側に大きく変位するとともに、分子全体が反応サイト(-OH N-部分)に向けて面内で変形している。この核の動きは酸素・窒素原子間の距離を近づけるもので、プロトン移動をより容易にする動きといえる。この意味で、10-HBQのプロトン移動反応で観測されたコヒーレント核運動は反応座標との相関の強い振動モードと考えられる。化学反応におけるコヒーレント核運動の研究には反応性が高く、かつ系にコヒーレンスが残っているサブピコ秒時間スケールで反応が進む系が適している。このため、代表的な超高速反応として知られるプロトン移動に着目し、まずヒドロキシ置換フラボン、ベンゾキノリン、アントラキノン類について定常吸収および蛍光スペクトルを測定し、これらの分子の反応性を検討した。この結果、なかでも10-ヒドロキシベンゾキノリン(10-HBQ)が10000cm^<-1>にも達する大きなストークスシフトを示し高い反応性をもつことを確認した。この10-HBQの反応ダイナミクスを調べるためにサブピコ秒の時間分解能で過渡吸収スペクトルを測定し、この分子が光励起後100フェムト秒以下で励起状態プロトン移動を起こしてエノール体からケト体へと変化することがわかった。また、反応に関与する励起状態の吸収が400600nm、基底状態への誘導放出が600800nmの波長領域に観測されることもわかった。これらの基礎的データをふまえ、反応におけるコヒーレンスを明らかにするために極短パルスを用いた紫外励起二色ポンプ・プローブ吸収分光を行った。2530フェムト秒という極限的に高い時間分解能で10-HBQの反応ダイナミクスを測定した結果、励起状態吸収、誘導放出の双方で、反応する励起状態での振動コヒーレンスを反映したビート信号が明瞭に観測された。このビート信号のフーリエ解析の結果、ビート信号には約240、390、550、690cm^<-1>の振動数の成分が含まれていることがわかった。したがって、プロトン移動反応においてこれら複数の低波数振動がコヒーレントに誘起されていると考えられる。今後、ラマン散乱測定や量子化学計算による研究も組み合わせて、観測された低波数振動と反応座標との関係についての詳細を調べる予定である。

この242cm^<-1>モードの振動形(核の動き)はOH基全体がN原子側に大きく変位するとともに、分子全体が反応サイト(-OH N-部分)に向けて面内で変形している。この核の動きは酸素・窒素原子間の距離を近づけるもので、プロトン移動をより容易にする動きといえる。この意味で、10-HBQのプロトン移動反応で観測されたコヒーレント核運動は反応座標との相関の強い振動モードと考えられる。
プライマリ-ケアにおける専門科への「振分け」システムの開発

今回患者の訴えや徴候をもとに、専門科への患者振り分け論理を作成し、コンピュ-タ上で稼働できるようにすることを試みた。実際の、受診科案内、診療所での本システムの使用を通じて評価を行い以下の結果を求めた。1)患者のセルフケアとしての評価は、診療所の患者を対象としたアンケ-ト調査で行った。その結果、患者全員が本システムの出力結果を受診の有無の参考にするとしたため、本システムは患者セルフケアシステムとして使えると考えた。また、そのためにはシステムの使用方法を簡便にする必要があることを指摘した。2)専門科への振り分け機能の評価は、東海大学医学部付属病院の受診科案内の窓口でおこなった。その結果、現時点で調査対象とした患者の70%を妥当な診療科へ振り分ける事が可能な事を求めた。3)病診連携の支援としての検討は一診療所では紹介患者数が少ない事より行わなかった。しかし、診療所の医師より自分の専門外の疾患を見る場合の支援、病院の外来医師、診療科等の情報入手に本システムを使用したいとの意見を得た。本システムはデ-タベ-スシステムであるので、これらの要望に対応する事は可能である事を示した。4)本システムの応用として在宅医療、保健婦活動の支援などを提案した。その場合、音声合成ボ-ドを使用してプッシュホンによる音声応答システムを構築すると有効である事を提案した。患者を専門家へ振り分ける基準として、米国医師会(AMA)の発行の“Family Medical Guide"に記載されているdiagnostic symptom chartを参考にした。チャ-トの英文での入力作業は完成した。ファイル容量として200MBとなった。このデ-タを使い、NECーPC98RL上にMUMPS言語を用いて振り分け外来支援システムを構築した。各診断論理は、MUMPSのグロ-バル変数として一連の番号をつけ、質問内容、答が“YES"または“NO"の時のそれぞれの次の質問番号を記録している。使用者は試作システムが画面に表示する質問に答えていく。この過程は問診結果として記録される。最後に最適と思われる診療料が表示される。診療科名は、東海病院固有のものと、一般的なものの2種類を表示するようにし、将来的に本システムを診療所から病院へ患者を紹介する場合の支援システムにもなるように配慮した。現在、日本語化を進めつつある。検討会を実施したところ、今後の課題として、(1)診断ロジックの検証のため、推定病名に至るすべてのル-トをコンピュ-タによりリストしチェックすること、(2)質問の入り口が99と多いため、この分類を行う、キ-ワ-ドにより該当する質問へ行けるようにする、の2点が上げられた。本年度の研究は、おおむね順調に進行できた、本年度は診断論理のフロ-を実際の診療現場での使用に耐えるように、その質問の表現形式に修正を加えた。その詳細を以下に示す。1)平成元年度作成した英文の設問の日本語化を行った。2)デ-タベ-ス上の最終振り分けを診療科をすべて決定し、大学病院以外の医院等で標榜科目との対応付けを行った。3)マン・マシンインタ-フェ-スを改良し、カ-ソルとリタ-ンキ-のみでシステムの操作ができるように設定した。4)デ-タベ-ス上の振り分け過程を検討し、論理的な矛盾の有無を検討した。5)実際の設問を選択するために、99の質問を年齢、性別、身体部位で分類し設問を選択す論理を検討した。以上の設定をおえて、3年2月18日より5日間、東海大学医学部附属病院の受診科案内において、本システムのテストを行った。現在、その結果を解析中であるが、今までに以下のことが判明したので報告する。1)実際の運用では、99の質的を選択する部分が難しく、ここをあやまったため不適切な質問が選択されてしまう場合があった。2)診療科の医師よりは、設問の選択が不適切な場合があることが指摘され、実際の振り分け外来に本システムを使用するためにはまだまだ改良が必要であることのコメントを受けた。

一方、患者自身のセルフメディケアシステムとして本システムを使用することについては、肯定的な意見を多く受けた。平成3年度は、これらの点を考慮してシステムの改良を行いたい。本年度の研究は、おおむね順調に進行できた。本年度は本システムの評価を行う事を重点に研究を遂行した。その内容を以下に示す。1)本システムの、患者のセルフケアとしての評価は、伊勢原市の一診療所の待合い室をお借りして、そこの患者を対象としたアンケ-ト調査で行った。その結果、調査対象とした患者全員が本システムの出力結果を受診の有無の参考にするとした。このことより、本システムは患者セルフケアシステムとして使えることが可能であると考えた。また、そのためには、システムの使用方法を簡便にする必要があることを指摘した。2)病診連携の支援としての検討は一診療所では紹介患者数が少ない事より行わなかった。しかし、診療所の医師より要望として、自分の専門外の疾患を見る場合の支援、病院の専門科医師の診療日、診療科等の情報入手に本システムを使用したいとの意見を得た。本システムはデ-タベ-スシステムであるので、これらの要望に対応する事は充分可能であると考えた。3)本システムの評価を通じ、本システムの今後の応用分野として在宅医療の支援、保健婦活動の支援などが有効である事を堤案した。それらのシステムを構築する場合、本システムと音声合成ボ-ドを使用してプッシュホンによる音声応答システムを構築すると有用と考えられる事を示した。
日本古辞書の翻刻階層モデルの構築に関する人文情報学的研究

本研究は、日本古辞書の多様性・複雑性に対応できる翻刻階層モデルの構築によって、奈良時代から伝存する良質な日本の古写本古辞書文献資料を電子化し、さらにそのオープンアクセスを実現するための基礎研究である。特にこれまでの古写本翻刻の先行研究における漠然とした文字同定の包摂問題や、異なる古辞書の連携などの課題を解決することを研究目的とする。高山寺本『篆隷万象名義』を中心資料として、天治本『新撰字鏡』、図書寮本・観智院本『類聚名義抄』を同時に視野に入れ、『篆隷万象名義』の掲出字と対応する部分も研究対象とする。上記の目的を達成するために、[(1)古辞書電子テキストの校勘作業][(2)字書の項目構造化による本文記述]を基に、[(3)古辞書翻刻階層モデルの構築]へ至るまで三つの作業を段階的に進める。当年度は[(2)字書の項目構造化による本文記述]を中心に、本文構造化記述をおこなった。構造化記述は、基本的にはTEI (Text Encoding Initiative) P5を用いて、『篆隷万象名義』の原本画像と、掲出字全体を解読した先行研究を照合した上で、翻刻揺れのある掲出字に古写本古辞書翻刻階層モデルを適応させ、階層翻刻作業をおこなった。この際に、UCS (Universal Coded Character SetいわゆるUnicode)にすら含まれていない掲出字が1145字も出現したことから、UCS提案をおこなうための基礎資料を作成した。研究進捗に応じ、研究分担者(李媛)が1年間で10件もの発表をおこなっており、順調に進展しているといえる。先行研究における漠然な文字同定の事実上の包摂範囲を明示し、古辞書翻刻階層モデルを精練させる。古辞書翻刻階層モデルによる電子テキスト記述に関するガイドラインの作成とデータの公開をおこなう。当年度は、(1)古辞書電子テキストの校勘作業を主たるテーマとした。『篆隷万象名義』の原本と近世写本、各種の覆製本・諸家の翻刻を参照して校訂本文の精度を高めた。その成果を2017年10月の第117回訓点語学会研究にて発表した。また、『篆隷万象名義』の本文研究に関する論考二本が「Journal of the Graduate School of Letters」Volume 13と「東亞文獻研究」第20輯に掲載された。そして、電子テキスト化による『新撰字鏡』・『類聚名義抄』に関する内容研究や辞書項目構造記述についての考察の成果を2017年12月の人文科学とコンピュータシンポジウム2017にて発表した。(2)字書の項目構造化による本文記述につき、2018年3月の東洋学へのコンピュータ利用第29回研究セミナーで、公開済みの高山寺本篆隷万象名義全文テキストに基づき、掲出字を対象に、古辞書翻刻階層モデルを適応し、原本玉篇の対応部分を記述し、一部の字例のデータセットを提示した。研究進捗に応じ、研究分担者(李媛)が半年間で5本の論文を発表しており、順調に進展しているといえる。この際に、UCS (Universal Coded Character Set

いわゆるUnicode)にすら含まれていない掲出字が1145字も出現したことから、UCS提案をおこなうための基礎資料を作成した。研究進捗に応じ、研究分担者(李媛)が1年間で10件もの発表をおこなっており、順調に進展しているといえる。本文構造化記述を行い、反切中心となる部分を抽出し、玉篇系字書音韻データを整備する。モデル構築の第一段階、『万象名義』の翻刻に揺れのある掲出字の階層翻刻作業を行う。すなわち、原本『玉篇』残巻と対応しない部分の『万象名義』の原本画像と、掲出字全体を解読した先行研究を照合した上で、その照合した結果に基づき、約2,000字の翻刻揺れのある掲出字に古写本古辞書翻刻階層モデルを適応させ、階層翻刻作業を行う。次に、モデル構築の第二段階、『新撰字鏡』・『類聚名義抄』まで範囲を広げ、階層翻刻作業を行い、問題点を洗い出す。具体的には、拡大した調査範囲に対し、それぞれ階層翻刻作業を行い、これらの古辞書間の異体項目の連携を実現するために、必要となるオプション(補助的階層)を追加して、古写本古辞書の多様性に適応する理論を検討し、汎用性の高い翻刻階層モデルにするために修正を加える。さらに、先行研究における漠然な文字同定の事実上の包摂範囲を明示し、古辞書翻刻階層モデルを精練させる。古辞書翻刻階層モデルによる電子テキスト記述に関するガイドラインの作成とデータの公開をおこなう。先行研究における漠然な文字同定の事実上の包摂範囲を明示し、古辞書翻刻階層モデルを精練させる。
20種類のアミノ酸は生命進化の必然の帰結か? : 単純化遺伝暗号表を用いた実験的検証

私の研究の目標はトリプトファンを含まないバクテリオファージMS2の作成である。実験の手順は1.MS2を構成するタンパク質の遺伝子全体にランダムな変異を導入して変異遺伝子ライブラリを作成、2.どのような遺伝子配列に対してもトリプトファンを導入しないような翻訳系である「単純化遺伝暗号表」を用いて、ライブラリの遺伝子と産物のタンパク質が対応づいた形で翻訳、3.産物のタンパク質の活性を指標にして、活性を持つ変異体タンパク質および遺伝子を特定、4.トリプトファンを含まないMS2ファージを再構築、のステップからなる。今回は、3.の達成のために必要な課題の1つを達成した。セレクションに用いる成熟タンパク質、コートタンパク質、複製タンパク質の遺伝子を大腸菌用のベクターに導入し、発現を確認した。今回の大腸菌での発現は、それぞれのタンパク質のセレクションの系を構築する予備実験のために、大量のタンパク質を生産する目的で必要不可欠のステップである。また、2.に関して、単純化遺伝暗号表を記述した論文を投稿中である。本研究に用いるトリプトファンを含まない系を中心に、あるアミノ酸が別のアミノ酸に置き換わる現象を、アミノ酸組成分析、立体構造解析などの手法を用いて様々な側面から示している。また、単純化遺伝暗号表は、普遍遺伝暗号表と同等の翻訳効率と正確性を有していることも明らかになった。当初はMS2ファージの進化実験の成果をとりまとめる予定であったが、研究機関の時間的な制約を考慮して遺伝暗号表に限った話題で執筆・投稿を行っている。21年度の実績として、タンパク質翻訳系の活性タンパク質合成能の確認、およびタンパク質翻訳系のスケールアップ、およびマルチウェルプレートの1wellあたり1分子の変異体遺伝子が含まれるように希釈・増幅する系の確立、の3点を実現したことがあげられる。MS2を構成するタンパク質にランダムな変異を加えて膨大なパターンの変異体ライブラリを作成し、トリプトファンをタンパク質中に導入しない翻訳系「単純化遺伝暗号表」によって翻訳・選択する。申請書提出時にはこの「単純化遺伝暗号表」が、活性を持つタンパク質を合成することができるかどうかが明らかではなかった。MS2タンパク質の選択には活性を指標に実験を行う必要があるため、私は活性の確認を最優先した。その結果、単純化遺伝暗号表と普遍遺伝暗号表では、作成されるタンパク質の活性の間には差がないことを確認した。次に、「単純化遺伝暗号表」のスケールアップを行った。当初「単純化遺伝暗号表」は30μlの反応系でしか実現されておらず、数少ない活性タンパク質の検出のためにはスケールアップが求められた。私はこれまでの100倍のスケールである3mlの「単純化遺伝暗号表」の系を実現した。最後に、マルチウェルプレートの1wellあたり1分子の変異体遺伝子が含まれるように希釈・増幅する系の確立を行った。条件検討の結果、試験管当たり平均3.2分子の鋳型DNAを特異的に増幅する条件に到達した。私の研究の目標はトリプトファンを含まないファージMS2の作成である。実験の手順は1.MS2を構成するタンパク質の遺伝子全体にランダムな変異を導入して変異遺伝子ライブラリを作成、2.どのような遺伝子配列に対してもトリプトファンを導入しないような翻訳系である「単純化遺伝暗号表」を用いて、ライブラリの遺伝子と産物のタンパク質が対応ついた形で翻訳、3.産物のタンパク質の活性を指標にして、活性を持つ変異体タンパク質および遺伝子を特定、4.トリプトファンを含まないMS2ファージを再構築、のステップからなる。本研究の特色かつ、実験結果を大きく左右するのは、2.に用いる単純化遺伝暗号表であるが、この単純化遺伝暗号表がトリプトファンをアラニンに変えて翻訳することは、今回の報告まで定量的に示されていなかった。今回私は、単純化遺伝暗号表中でタンパク質のトリプトファンがアラニンに置き換わることを定量的に示すことを目的として、アミノ酸組成分析を行った。実験には、トリプトファンの含有量が多く、組成の挙動の観察に適しているモデルタンパク質を用いて行った。その結果、タンパク質に8個含まれるトリプトファンの定量値は普遍遺伝暗号表を用いて翻訳したタンパク質で7.2個、単純化遺伝暗号表を用いて翻訳したタンパク質で0個となり、翻訳されたタンパク質にトリプトファンがまったく含まれないことが示された。さらに、異なる系のアミノ酸組成分析を用いて普遍遺伝暗号表を用いて翻訳したタンパク質の組成と単純化遺伝暗号表を用いて翻訳したタンパク質の組成を比較したところ、前者から後者にかけてアラニンのみが顕著に変化しており、その変化は8.1個の増加であった。したがって、この単純化遺伝暗号表はトリプトファンをアラニンに変換することが示されたといえる。今回の研究で、MS2ファージを作成するための系の性質の確からしさが確認され、研究目標を実現するための基盤が整った。

セレクションに用いる成熟タンパク質、コートタンパク質、複製タンパク質の遺伝子を大腸菌用のベクターに導入し、発現を確認した。今回の大腸菌での発現は、それぞれのタンパク質のセレクションの系を構築する予備実験のために、大量のタンパク質を生産する目的で必要不可欠のステップである。また、2.に関して、単純化遺伝暗号表を記述した論文を投稿中である。本研究に用いるトリプトファンを含まない系を中心に、あるアミノ酸が別のアミノ酸に置き換わる現象を、アミノ酸組成分析、立体構造解析などの手法を用いて様々な側面から示している。また、単純化遺伝暗号表は、普遍遺伝暗号表と同等の翻訳効率と正確性を有していることも明らかになった。当初はMS2ファージの進化実験の成果をとりまとめる予定であったが、研究機関の時間的な制約を考慮して遺伝暗号表に限った話題で執筆・投稿を行っている。
鋼コンクリート複合構造の力学特性解析法確立に関する研究

(1)鋼桁を鉄筋コンクリート橋脚に剛結する形式の複合構造の力学挙動を解析する有限要素プログラムを開発した。このプログラムは、コンクリートの構成則として、ひずみ軟化を考慮し、等方性材料として破壊基準をモールクーロン則、混合硬化としてもので、コンクリートと鉄筋の付着およびコンクリートと鋼板の付着をより厳密に取り扱うために、既往のモデルをもとに開発した、付着特性をバネで表現する付着要素を組み込んだものである。特に、コンクリートと鋼板の付着要素は、すべりおよび剥離を考慮できるようにした。このプログラムは、対象とした複合構造以外にも用いることができる。(2)開発した有限要素プログラムによる解析結果と載荷実験の結果と対比した結果、このプログラムによれば、大変形領域まで精度よく力学挙動を追跡できることが示された。(3)開発した有限要素プログラムを用い、実橋の挙動解析を重ねた結果、接合に特別の工夫をしない限り、上部構造からの荷重の大部分は接合部近傍に伝達され、横方向には分散しないことが明らかとなった。また、横桁にダイヤフラムを設け、そのダイヤフラムにフランジを付ければ、荷重は横方向へ効果的に分散伝達されることも明らかとなった。(4)解析結果を基に、より簡便に接合部の力学挙動を解明し、設計に結びつけることができるストラット・タイモデルを開発した。(1)一般鋼材とコンクリートとの付着特性に関する既往の文献を調査した結果、付着強度は摩擦係数によって整理するのが便利であり、かぶりの影響は側圧に換算して、これを表すことが可能であって、その力学特性は鋼板とコンクリートの接触問題として定式化できることが判明した。(2)スタッドジベルに関し、これを溶植した鋼材をコンクリートに埋め込んだ供試体につき載荷実験を行った結果、本研究の準備となる研究で得たスタッドジベルの解析プログラムは十分な精度でその挙動を予測できるが、これを全体構造の解析に用いるには、単純化する必要が認められた。単純化の一つの方法として、一端を鋼板に他端をコンクリートに固定した梁要素とし、その曲げ剛性を前述の解析プログラムであらかじめ求めておく方法が有望であるが、なお検討が必要である。(3)鋼コンクリート接合部において、コンクリートの挙動を的確に表現し得る構成則について検討を重ねた結果、鋼板とコンクリートを完全付着とし、相互の剥離を考慮しない場合、分散ひび割れモデルを用いてひずみ軟化を考慮し、等方性材料として破壊基準をモールクーロン則、混合硬化とすれば、満足できる程度に接合部の挙動を推定できることが明らかとなった。しかし、この定式化では、鋼板とコンクリートのすべりならびに剥離を考慮できず、大変形領域では精度が劣るので、より厳密な定式化の検討が必要である。(1)穴あき鋼板が伝達し得るせん断力について既往の文献を調査した結果、終局せん断力は、穴の面積およびコンクリート強度に概ね比例すること、このことを仮定した場合、実験値は穴径が小さい場合やや大きく、大きい場合やや小さい傾向があること、実験値の回帰曲線を0.7倍すれば、終局せん断力を安全側に評価できることが明らかになった。(2)鋼桁を鉄筋コンクリート橋脚に剛結する形式の複合構造について、小型供試体を用いた載荷実験の結果と有限要素解析を対比した結果、鋼板とコンクリートを完全付着とし、相互の剥離を考慮しない場合、コンクリートの構成則として、分散ひび割れモデルを用いてひずみ軟化を考慮し、等方性材料として破壊基準をモールクーロン則、混合硬化とすれば、満足できる程度に接合部の挙動を推定できるが、大変形領域での精度を向上させるには、鋼板とコンクリートのすべりならびに剥離を考慮する必要があることが明らかとなった。(3)コンクリートと鉄筋の付着およびコンクリートと鋼板の付着をより厳密に取り扱うため、既往のモデルをもとに、付着特性をバネで表現する付着要素の開発を行った。(4)これらのモデルを組み込んで解析を行った結果、大変形領域の解析精度が向上することが示された。しかし、繰り返し荷重の影響を考慮するには、若干の修正が必要であることも示された。