hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
富栄養化にかかわる急速な水質浄化が水生微生物群集におよぼす影響

水圏生態系における定常性保全機構は生物学的過程によって主な支配を受けていると見なして差し支えない。そして、人類の利益が関与する過程を除けば、水圏生態系における定常性保全機構を構成する諸過程は微生物によって概ね制御されている。本研究は、水圏生態系が貧栄養化の影響を受けた場合に、その影響により環境諸要因の定常振動振幅が同一湖沼標式内において可逆的に変動する様式を、茨城県つくば市内洞峰公園の洞峰沼において水質浄化システム「バイオフィルタ-システム」を稼動させた際の事例において追究した結果である。洞峰沼の水中に溶存する湖沼型決定要因である栄養塩濃度は、水質浄化システムの稼動により急激な増減を示したが、その定常振動振幅は中栄養型範囲内でのみ可逆的に変動した。そして、植物プランクトン優占種の出現様式は、水質浄化システムの稼動の有無に関係無い季節変動をしていたが、その生物量は水質浄化システムの稼動によって概ね半量に抑えられた。特に、Microcystisのような藍藻類の生物量は十分の一にまで低下して、夏季ブル-ムを形成するには至っていない。そして、水質浄化システムの稼動の有無に関係なく、植物プランクトンの固体群成長速度は同様な様式で季節変動をしていた。また、それらの固体群成長には、沼水中のアンモニア塩が制限要因であることが統計的に明らかになった。以上の結果から、水圏生態系が中栄養型湖沼標式の範囲において富栄養可や貧栄養化の急速な影響を受けても、その生態系を構成している微生物群集が優占種内での微細な交替などの環境適応を迅速に行なって系の恒常性を保とうとすることが明らかになった。その結果として、沼生態系構造は破壊されることなく、環境諸要因は中栄養型範囲内で可逆的な増減振動を繰り返すことが示された。富栄養化による湖沼生態系の破壊はよく知られているが、いったん富栄養化した生態系が栄養塩除去システムの稼働により急速な貧栄養化のストレスを受けた場合の生態系が受ける影響は殆ど知られていない。本研究において、経済的にも栄養塩除去の可能なシステムを目指して試験研究「バイオフィルターシステム実証試験が行われた洞峰沼において、沼水中における急速な栄養塩濃度の低下が其処に生息している単細胞藻類と細菌類に及ぼす影響を追求した。そして、洞峰沼中の栄養塩濃度を急速に低下させた前後の年度に、現場における浮遊性および付着性の藻類と細菌類の個体群生長速度を物質環境制御装置を用いて擬似現場的に測定することに成功した。洞峰沼は、本来は中準位の中栄養型で指標される沼の一つであったが、ホテイアオイを用いた「バイオフィルターシステム」の稼働によって数週間以内の期間に低準位の中栄養型で指標される湖沼型に移行することが明らかになった。この環境変化の結果として、夏季の植物プランクトンブルームの発生は抑えられた。このブルーム発生抑制作用の機構を解明するために、藻類や細菌類の生長速度と環境要因との関係に関する生態学的解析を行なった。そして、洞峰沼における植物プランクトンの個体群成長速度には、物理化学的環境要因のうちアンモニア塩と燐酸塩とが統計的に有意な影響を与えていることが判明した。上記の植物プランクトンブルームの発生抑制機構の解析に続いて、浮遊性と付着性の細菌群集や付着性単細胞藻類に及ぼす環境要因の影響などを現在解析中である。水圏生態系が富栄養化や貧栄養化の影響を受けると、その生態系を構成している環境諸要因は直ちに反応して系の恒常性を保とうとする。

この影響が充分には大きくない場合、それら諸要因の変動における定常振動の振幅は特定範囲内で可逆的に増大したり縮小したりするだけであるから、生態系構造は破壊されることはなく、同じ潮沼型生態系が保持されることになる。水圏生態系が富栄養化と貧栄養化との影響を受け、しかも、その影響により環境諸要因の定常振動振幅が同一湖沼標式内において可逆的に変動する様式を、茨城県つくば市内洞峰公園の洞峰沼において水質浄化システム「バイオフィルタ-システム」を稼働させた際の事例を研究した。沼水中に溶存する湖沼型決定要因である栄養塩濃度は、水質浄化システムの稼働により急激な増減を示したが、その定常振動振幅は中栄養型範囲内でのみ可逆的に変動した。水質浄化システムの稼働の有無に関係なく微生物(藻類、細菌類)の個体群成長速度は季節変動していたが、生物量は水質浄化システムの稼働によって概ね半量に抑えられた。特に、Microcystisのような藍藻類の生物量は十分の一にまで低下して、夏季ブル-ムを形成するには至っていない。また、植物プランクトンの基礎生産と個体群成長速度には、沼水中のアンモニア塩が制限要因であることが明らかになった。植物プランクトンの優占種は付着藻類の優占種としても出現した。基礎生産速度はクロロフィル濃度と類似した季節的変動を示し、洞峰沼の貧栄養化によって変動は減少していた。溶存態有機物濃度が1mgC/1付近に成長最適栄養濃度を有する貧栄養細菌と、溶存態有機物濃度が5mgC/1付近に成長最適栄養濃度を有する中栄養細菌とが洞峰沼に生息していた。また、付着細菌はバクテリオプランクトンと同一の細菌群集から構成され変動していることが明らかとなった。
マクロファージのNO合成酵素及びサイトカイン遺伝子の発現抑制性寄生虫因子の研究

マンソン裂頭条虫擬充尾虫の分泌・排泄物質(ES物質)がマウスのマクロファージの一酸化窒素合成酵素(iNOS)、TNF-αやケモカインの遺伝子発現を抑制する機序について検討した。1.C3H/HeJとC3H/HeNマウスのTNF-αおよびIL-1の遺伝子発現に対するESの抑制効果の比較から、ESによるTNF-αの抑制は、TLR4より下流で作用していると推察された。2.この抑制に、マクロファージが産生する抑制因子であるprostaglandin E2,IL-10,SLPI(secretory leukocyte protease inhibitor)の関与は認められなかった。3.ESの前処置によって、TNF-αmRNAのstabilityの低下は認められなかった。4.ESによってNF-κBの核への移行やκB elementへの結合低下が認められないかgel shift assayを用いて検討したが、抑制は認められず、ESによるTNF-αの発現抑制の機序にNF-κBは関与していないことが示唆された。5.マクロファージの細胞株J774.1とRAW264.7においても、ESの前添加によってNOの産生が抑制され、TNF-α、IP-10の遺伝子発現も抑制された。そして、これらの細胞株が、遺伝子発現抑制の機序の解明に有用であることが明らかになった。6.RAW264.7cellにMAPK阻害剤であるPD98059やSB203580を添加するとTNF-αの遺伝子発現が抑制されるが、ESを前添加した群ではさらに顕著に抑制した。このことから、ESによるTNF-αの遺伝子発現の抑制にMAPKが関与している可能性が示唆された。7.ESをtypsin15μg/mlまたはprotease K0.1U/mlで処理することによって抑制活性はほとんど消失し、抑制因子は蛋白性因子であると推察された。我々は、マンソン裂頭条虫擬充尾虫の培養上清(ES)中にICRマウスおよびC57BI/6マウスの腹腔マクロファージの一酸化窒素合成酵素、ケモカインおよびTNF-αの遺伝子発現を抑制する因子が存在することを報告してきた。最近マウスのLPSのレセプターはToll like receptor 4(TLR4)であることが見いだされ、LPS低応答性のC3H/HeJはTLR4の細胞質内ドメインの1アミノ酸の変異によることが明らかになった。そこで、C3H/HeNおよびC3H/HeJの腹腔マクロファージを回収し、擬充尾虫のESを前添加し20時間培養後、LPSで刺激すると、C3H/HeNマウスではNorthern BlotによってTNF-α,chemokine(KC,JE)の遺伝子発現が抑制されたが、IL-1とIP-10については全く抑制が認められなかった。一方、C3H/HeJマウスではC3H/HeNマウスに比べてLPSによるTNF-α,KC,JEの遺伝子発現は低かったが、ESの前添加によってこれらの遺伝子発現はさらに抑制した。しかし、IL-1とIP-10の遺伝子発現は認められなかった。TLR4からのシグナル伝達では、NF-kBの活性化による遺伝子発現が最も考えられているが、IL-1はその遺伝子発現にNF-IL6を必要とすると報告されており、またIP-10はLPSで誘導されるIFN-βによって発現するとの報告があり、ESによる遺伝子発現の抑制はNF-kBの抑制であることが示唆された。今回、さらにマクロファージ細胞株J774.1のNO産生への影響について検討した。J774.1は、腹腔マクロファージと異なり、LPS単独添加でnitriteを産生する。

ESを5μg/ml加えて20時間培養した後に、培養液を交換しLPS10ng/mlで刺激した場合には、nitrite産生は約90%抑制され、ES中の抑制因子精製のassay系として有用であると考えられた。マンソン裂頭条虫擬充尾虫の分泌・排泄物質(ES物質)がマウスのマクロファージの一酸化窒素合成酵素(iNOS)、TNF-αやケモカインの遺伝子発現を抑制する機序について検討した。1.C3H/HeJとC3H/HeNマウスのTNF-αおよびIL-1の遺伝子発現に対するESの抑制効果の比較から、ESによるTNF-αの抑制は、TLR4より下流で作用していると推察された。2.この抑制に、マクロファージが産生する抑制因子であるprostaglandin E2,IL-10,SLPI(secretory leukocyte protease inhibitor)の関与は認められなかった。3.ESの前処置によって、TNF-αmRNAのstabilityの低下は認められなかった。4.ESによってNF-κBの核への移行やκB elementへの結合低下が認められないかgel shift assayを用いて検討したが、抑制は認められず、ESによるTNF-αの発現抑制の機序にNF-κBは関与していないことが示唆された。5.マクロファージの細胞株J774.1とRAW264.7においても、ESの前添加によってNOの産生が抑制され、TNF-α、IP-10の遺伝子発現も抑制された。そして、これらの細胞株が、遺伝子発現抑制の機序の解明に有用であることが明らかになった。6.RAW264.7 cellにMAPK阻害剤であるPD98059やSB203580を添加するとTNF-αの遺伝子発現が抑制されるが、ESを前添加した群ではさらに顕著に抑制した。このことから、ESによるTNF-αの遺伝子発現の抑制にMAPKが関与している可能性が示唆された。7.ESをtypsin 15μg/mlまたはprotease K0.1U/mlで処理することによって抑制活性はほとんど消失し、抑制因子は蛋白性因子であると推察された。
C^3のMoishezonコンパクト化について

本研究ではC^3をZariski稠密に含む3次元非射影的非特異Moishezon空間Xの構造について詳しく考察した.Y:=X-C^3。をC^3の境界とする.そのとき,次を得た:(1)Yは非射影的かつ非正規Moishezon曲面である.また,境界因子Yはnefの時とnot-nefの時の二つの場合が生じる事が例によって示すことができる.そして,最終的に次が分かった.これらの結果は現在準備中である.Fano-index r=1の時はその例さえも知られていない.また,Yがnot-nefの時もその構造は殆ど分かっていないので今後の課題として更に研究を進めて行く予定である.本研究ではC^3をZariski稠密に含む3次元非射影的非特異Moishezon空間Xの構造について詳しく考察した.Y:=X-C^3。をC^3の境界とする.そのとき,次を得た:(1)Yは非射影的かつ非正規Moishezon曲面である.また,境界因子Yはnefの時とnot-nefの時の二つの場合が生じる事が例によって示すことができる.そして,最終的に次が分かった.これらの結果は現在準備中である.Fano-index r=1の時はその例さえも知られていない.また,Yがnot-nefの時もその構造は殆ど分かっていないので今後の課題として更に研究を進めて行く予定である.
肥満と過食のメカニズム－精神神経機能の変容の観点から肥満症の診断と治療を目指す

臨床研究では肥満症患者を対象とする2件の臨床研究を行った。減量に対する動機づけに関するアンケート研究被験者56例の解析では、減量に対する意欲はいずれの被験者も高く、また、医療従事者への信頼度も高かった。男性に比べ女性では、よりネガティブなボディイメージを持ち、より自分を我慢強いと認識していた。また、50歳以上の患者に比べ50歳未満の患者において、より社会的偏見を感じており、より多くの患者で身内を亡くすなどのトラウマティックな経験を有していた。減量成否に関連する回答の違いは認められなかった。初回回答時の体重が重いほど、減量目標(初回体重ー目標体重)が大きいほど、3年後の減量幅は大きかった。神経心理学的検査による認知機能の評価研究は被験者数が7例と少なく充分な解析結果が現時点では得られていない。これらの結果からは減量に重要な精神心理学的背景は明らかにすることが出来なかったが、被験者の減量意欲が高いことは明らかとなったことから、より減量に効果的なアプローチを包括的に行うことを目指し、平成28年8月より、申請者の所属する腎臓内分泌代謝内科に加え、食養管理室およびスポーツ医学総合センター・スポーツクリニックと共同で肥満症治療チームを発足した。平成29年4月からはスポーツ医学総合センター・ストレス外来も加わり、認知行動療法を活用した心理的支援も行える体制作りとなった。基礎研究では肥満関連動物モデル(遺伝子改変動物を含む)を作製し、代謝関連の基礎データを蓄積した。行動解析の系も野生型マウスでの検討を行った。Pyruvate carboxylase (Pcx)を、摂食亢進ペプチドであるAgRPニューロンCreマウスによりコンディショナルにノックアウトしたPcxΔAgRPマウスの解析では体重や摂食量に差は認められないが、耐糖能の改善およびインスリン感受性が良好である可能性が認められた。29年度が最終年度であるため、記入しない。肥満症において内科治療単独で長期間にわたる減量効果を得ることは非常に困難である。その主な理由は、エネルギー消費を上回る摂食行動を修正することが困難なためである。そこで、本研究の基礎研究では、肥満小で認められる過食に繋がる精神神経機能の変容とそのメカニズムについて、肥満関連病態モデルマウスを中心とした病態モデルマウスを用いて、特に、肥満の形成および治療過程におけるマイクログリアの役割を重点的に検討し、治療介入による代謝状況および高次中枢神経系機能の評価を行っている。臨床研究では、肥満症患者の体重増加および減量経過と、減量に対する動機づけ、食行動についてのアンケートを行い、病態形成過程と心理社会的状況についての徴取を行っている。さらに、同肥満症患者に神経心理学的検査を減量治療経過中行い、食行動に影響を及ぼす高次中枢神経系機能の状況および可逆性について評価を行っている。平成27年度5月から12月の8ヶ月間は産休および育児のための研究中断期間ということであったが、4月および9-12月の研究再開準備期間を実験環境のセットアップに充てることが出来たため、1月から3月の3ヶ月間は基礎検討データの蓄積に当たることが出来た。【臨床研究】1外来肥満症患者を対象に、減量に対する動機づけに関するアンケートを行っている。ここまでの解析では、減量の動機は肥満合併症の改善が最も多く、次にパフォーマンスの改善が多かった。減量成功群の減量意欲の大きさには、減量に成功した後に目標が明確にあること、減量に対する期待が大きいこと、趣味があること、が相関していた。さらに、同じアンケートを同じ患者群に3ヵ月毎に行ったところ、徐々に食べることへの罪悪感が増え、減量が自分のためではなく周囲の人のためである、と考えるようになるという結果が得られた。経過とともに空腹感の制御およびモチベーションの維持が困難で、周囲のサポートをより必要とすると考えられた。2外来肥満症患者に当科オリジナル認知機能検査のエントリーを募集中である。【基礎研究】1報酬価値評価系の確立:マウス個体での食べ物の報酬価値を評価する行動解析(progressive ratio)を野生型マウスで検討している。2空腹感制御機構解析モデルの確立:脂肪からの離脱の検討のため絶食再摂食、sucroseからの離脱の検討のため、Two-bottle preferencetestを行い、マウスの代謝パラメーターの評価および脳内の変化を解析している。3肥満症脳内変化のメカニズム解析:19週間高脂肪食負荷を行ったマウスと正常食を負荷したマウスの視床下部および海馬マイクロアレイを行ったところ、視床下部だけでなく、海馬においても炎症系のpathwayに変化が認められていた。【臨床研究】1当科の肥満症患者を対象に、減量に対する動機づけに関するアンケートを質問紙により行っている。初診時の回答内容と体重減少率に相関するものはなかった。初診患者のうち通院継続群では、全例で5%以上の減量を達成した。最大減量率が得られたのは6か月から9か月の間でその後は緩やかに体重増加を認めた。アンケートを同一患者に3ヵ月毎に行ったところ、徐々に食べることへの罪悪感が増え、減量が自分のためではなく周囲の人のためである、と考えるようになるという結果が得られ、経過とともに空腹感の制御およびモチベーションの維持が困難で、周囲のサポートをより必要とするようになっていると考えられた。1年以上の時間経過を経ても目標体重や減量意欲には変化は質問紙上認められなかった。さらに、アンケート自由回答では、肥満教室や運動療法についてのサポートを希望する声を聴取した。

2上記同様、肥満症患者を対象に、既存の神経心理学的検査を組み合わせた当科オリジナルの認知機能検査を行っている。31、2を踏まえ平成28年8月に肥満症減量チームを発足した。【基礎研究】今年度は、肥満病態解明に繋がると考えている、高脂肪食誘発肥満モデルマウス、Foxo1, 3a,4ΔDATマウス、PcxΔAgRPマウスの繁殖や作製に時間を要し、解析対象となるモデルマウスを共同研究者の施設へ搬出するところまでは至らなかった。PcxΔAgRPマウスについては基礎検討が進んでおり、体重や摂食量に差は認められないが、耐糖能の改善傾向およびインスリン感受性が良好である可能性が認められている。高脂肪食誘発肥満モデルマウスについては、高脂肪食負荷の期間を変えたタイムコースを、サンプリング週齢を揃えたものを含め用意し、解析を行っている。小動物用麻酔装置は前述のマウスに摂食行動への作用があるペプチドの脳室内投与を行う際に使用している。臨床研究では、本研究計画により平成28年8月より肥満症治療チーム(食養課、スポーツクリニックおよび当科)が発足し、診療にあたっている。肥満患者を対象とした二つの研究計画のうち、アンケートについては終了間近であり、結果をまとめている。認知機能検査については平成29年3月31日現在、エントリー数は6例(50例を予定)で、うち、2名に半年後の再評価を行ったところである。平成28年8月に、当科、スポーツクリニック、および食養課共同で、肥満症減量チームを発足した。ここに、平成29年度からは認知行動療法の監修および実践者として、臨床心理士の指導も加わることとなり、症例ごとに個別に対応している。平成29年3月31日現在、対象患者は延べ40人となっている。今後は、肥満教室を設立し、集団療法も開始していく予定である。これら臨床研究の計画については当初の予定より進んでいる。基礎研究については、肥満症関連モデルマウスの作製と基礎データを得ている。具体的には、高脂肪食誘発肥満モデルマウスのサンプリングがほぼ終了している。海馬および視床下部のマイクロアレイ解析の結果から得られた情報のうち、炎症系の変化に注目し、解析を行っている。Foxo1, 3a,4ΔDATマウスの繁殖効率が著しく不良のため、基礎的データが充分蓄積できていない。いずれの検討も、論文化可能なデータ蓄積は得られておらず、満足する成果が得られているとは言えない。本研究計画はすべての計画を申請者一人で行っており、平成28年度は基礎研究時間の十分な確保が難しかった。また、対象となる肥満モデルマウスの繁殖効率が当初の予定より不良である、などが原因として考えられた。臨床研究では肥満症患者を対象とする2件の臨床研究を行った。減量に対する動機づけに関するアンケート研究被験者
難治性精神疾患における抗NMDA受容体抗体と脳神経線維構造の関連について

平成29年度は、まず、MRI撮影体制を構築するために、当院放射線医学教室や、当院MRI室との連携が必要であった。当院の、3T MRIは、当科以外にも、いくつもの診療科が使用しているため、頻回の撮影を行うことは、時間的制約があり困難である。また、研究目的で、緊急の撮影を行うことは困難である。そのため、当院神経免疫外来通院中で、すでに抗NR1、NR2抗体陽性であることがわかっている難治性精神疾患患者だけでなく、精神症状の出現に免疫学的異常が想定されるNPSLE患者、橋本脳症患者、神経ベーチェット病患者を対象に加え、慢性期における、MRIを撮影することとした。これにより、対象患者の全体的機能を修正版Rankin scaleで評価し、全体的な神経線維の平均拡散能との相関を検討した。平成30年度は、症例のリクルートをさらに継続し、同時に、MRI解析を開始している。現在、MRIは20例撮影している。3年間で50例を予定しているので、若干の遅れがあるが、MRIの画像解析も並行して開始している。継続して対象患者をリクルートする予定である。平成31年度も、引き続き、対象患者のリクルートおよびMRI撮影を継続する。また、最終年度であるので、同時に結果の整理を行い、随時学会発表、論文作成を行っていく予定である。これにより、対象患者の全体的機能を修正版Rankin scaleで評価し、全体的な神経線維の平均拡散能との相関を検討する。現在、MRIは7例で撮影している。3年間で50例を予定しているので、若干の遅れがあるが、初年度はMRI撮影体制の確立に時間がかかったため、許容範囲と考えている。H30年度も、引き続き、対象患者のリクルートおよびMRI撮影を継続する。また、同時に結果の整理を行い、随時学会発表、論文作成に入る予定である。物品費については、PCが、低価格で高性能のものを購入したため、予算の差額が生じた。その他については、新規患者から、抗NR1、抗NR2抗体を測定する件数が少なかったため。また、現在対象者がまだ少数であるため、費用が掛からなかった。未使用分は、来年度に持ち越し、対象患者の抗体測定費用に充当する。
超高感度テラヘルツヘテロダインＣＴおよび分光イメージングの実現

我々は、ダイナミックレンジ10桁を有する光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムの開発に成功した。発生側と同じ光注入型テラヘルツパラメトリック発生器を検出側に配し、検出するテラヘルツ波を種光として用いてアイドラー光(近赤外光)をLiNbO3結晶内で発生させ、それを近赤外検出器で観察する手法により、信号対雑音比10桁(100dB)という極めて高いダイナミックレンジを達成した。テラヘルツ分光イメージングシステムに関して、is-TPGの赤外光検出器を高感度フォトディテクタに変更し、さらに角度位相整合条件を満たすべく、フォトディテクタを最適位置へとステージ制御することで、さらに高いダイナミックレンジを有するテラヘルツ分光イメージングシステムを構築した。これにより広い帯域においてダイナミックレンジ10桁を実現し、更なる厚手の遮蔽物越しでの試薬ターゲットの画像抽出を可能とした。また、テラヘルツ波の多波長発振化およびCCDカメラを用いた近赤外光検出により、ワンパルスでのテラヘルツ分光を実現し、測定時間を大幅に短縮するとともに、分光イメージングの高速化に成功した。テラヘルツ3D-CTシステムに関して、低周波化is-TPGの導入を図り、吸収係数の大きいターゲットの3D-CTを実現した。また、解像度を向上させるための光学系の再設計および画像処理プログラムの最適化を進めた。特に、テラヘルツ波用レンズ設計の見直し、サンプル通過後のテラヘルツ波の屈折を補正する機構、およびサンプルの輪郭を強調させる画像解析技術等を導入した。テラヘルツ波検出の更なる高感度化および分光器としての広帯域化を図った。高感度化については光注入に無関係に、テラヘルツパラメトリック発生により生じる背景ノイズ光の除去が重要であり、空間フィルターの導入により12桁の高感度化を得た。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではまず、テラヘルツ分光/イメージングシステムを高いレベルで実現し、従来不可能であった、厚手の郵便物や小包等に隠された禁止薬物の検出や、病院や薬局で処方される薬の間違いを包装上から検出すること、などを可能にする。さらに、従来透過イメージングが困難であった複雑な構造のプラスチック製品やセラミクス製品などの欠陥検査へ供するテラヘルツヘテロダインCTを実現する。なお、これらの分光・イメージング技術に対するニーズは、申請者らが共同研究を進めてきた多数の企業、税関研究所、警察研究所、などからの要請が大きく、世界的にも重要な課題であることを確認しており、それらを解決し得る新たな技術を日本から発信する意義は大きい。研究期間内に明らかにする項目は、1光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムを用いた超高感度テラヘルツ分光イメージングシステムの実現2光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムを用いた超高感度テラヘルツヘテロダインCTシステムの実現3光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムの1THz以下の低周波域への拡大、および4上記システムの各種応用に対する実用性能評価および基盤技術の醸成、である。特に、項目3において、理化学研究所の南出、林研究員に参加を要請し、1THz以下の領域における光注入型テラヘルツパラメトリック発生器の開発を目的としている。1THz以下の帯域では、紙、ビニール、プラスチック、セラミクス、衣類、試薬、錠剤、など本研究で対象とする測定ターゲット中に含まれる様々な物質の透過率が高くなる。低周波化にともなう、空間分解能低下とのトレードオフの問題はあるものの、特に禁止薬物や処方薬などをターゲットとする分光検査においては、イメージング性能よりも分光性能が重要となるため、低周波域への拡大は有意義である。我々は今年度、近赤外検出素子であるフォトディテクターあるいはCCDカメラを用いて、ダイナミックレンジ10桁(SN比10桁)の性能を有する光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムの開発に成功した。このシステムの検出方式はコヒーレントなテラヘルツ波のみに感度を有するため、測定ターゲット中を直線的に透過した成分のみを計測し、散乱光は計測しないという、理想的な高精細イメージングが可能となる。本研究では、この方式の長所を活用した透過型CTおよび分光イメージングを実現し、例えば、プラスチック製品やセラミクス製品内部の欠陥検査、小包や厚手の郵便物内に隠された禁止薬物や爆薬検出、調剤薬局での処方箋ミス検出、などの社会的ニーズに応え得るシステムを実現するための基盤技術開発を進めた。今年度は、名古屋大学において、透過型テラヘルツヘテロダインCTを構築し、プラスチック製品などの内部構造の画像化を達成した。理化学研究所においては、従来の0.6THzを超える0.4THzの低周波域におけるテラヘルツ波パラメトリック発生に成功した。名古屋大学においては従来の2.8THzを大幅に超える4.7THzまでの発生に成功しており、理化学研究所の成果と併せて0.4THz4.7THzという超広帯域化に成功した。この成果も、テラヘルツ波CTの性能向上に大きく寄与するものと期待される。我々の独自方式である光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器(is-TPG)は波長可変の単色テラヘルツ波光源であり、フーリエ変換を介さずに直接的に周波数スペクトルを得ることが出来る。近年の技術革新によりその出力はピークパワーで50kWを超えており、世界トップレベルの高出力光源である。

また、本方式において、同様の原理を用いることで超高感度なテラヘルツ波検出も可能であり、is-TPGを発生、検出に用いることでダイナミックレンジ10桁を有するテラヘルツ波分光器を実現した。検出エリアもTHz-TDSに比べて大きいことや、フーリエ変換を介さないことからターゲット中のテラヘルツ波の散乱、多重反射、回折などに強いシステムの構築に成功し、遮蔽物下の禁止薬物や試薬類の検査に適した分光イメージングを実現した。超高感度テラヘルツ分光システムに特化した光注入型テラヘルツパラメトリック発生検出システムを立ち上げ、励起光強度および光注入光強度を増大し、高出力、高感度化を図った。また、遮蔽物越しの薬物分光検出技術を確立し、厚いターゲットの分光等を行った。特に、関税中央研究所、科学警察研究所、国際郵便局、などからの要請の大きい、厚手のEMS(Express Mail System)封筒に隠された禁止薬物の透過分光イメージングの性能を確立した。次いで、ヘテロダインCTの光学設計および基本動作確認、特に、コヒーレント成分の検出性能の確認を進めた。また、本方式の課題として高いレーザーエネルギーが必要であるといった点が挙げられるが、産業応用を考えた場合、レーザー増幅器などを必要としない簡便な装置が望まれ、テラヘルツ波発生の高効率化が必須である。名大と理研との共同研究により、数十ピコ秒程度の超短パルスレーザーを用いてテラヘルツ波発生効率を向上させることにも成功した。光注入型THz波パラメトリック発生及び検出を用いたテラヘルツ分光イメージングシステムの高出力化と高感度化を達成し、10桁(100 dB)のダイナミックレンジを得ることができた。そのシステムを用いた分光イメージングシステムを構築し、分厚い遮蔽物越しでの試薬の識別に世界に先駆けて成功し、実用レベルを達成した。実際に分光イメージングで用いたサンプルは、3種類の試薬粉末をプラスチック製の袋に封入し、厚紙のEMS封筒2枚、段ボール2枚、気泡緩衝材4枚で遮蔽した(名古屋税関職員監修の下、遮蔽物およびサンプルを準備した)。この際の遮蔽物の厚みは約23 mmもあり、2003年の報告で用いた約0.1 mmの薄い封筒よりも格段に分厚い。次に、テラヘルツ波の周波数を1.41.9 THzの範囲で変化させ、12枚のマルチスペクトル画像を測定し、予め測定した各試薬の指紋スペクトルを用いて、主成分分析法により、各試薬の空間分布と濃度の抽出に成功した。次に、3D-CTに関して、1.5 THzといった比較的高周波に中心周波数を持つ高出力波長可変光源である光注入型THz波パラメトリック発生器(is-TPG)を用いて3D-CTシステムの構築及び、プラスチックなどソフトマテリアルサンプルの3D-CT計測を行い、内部欠陥の観察等が可能であることを確認した。テラヘルツ波の産業応用を目指して,我々は,長年に渡り非線形光学結晶であるMgO:LiNbO3を用いた光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器(is-TPG)の研究開発を行ってきた.
不登校者のための通信ネットワークを用いた学習支援システムの開発

研究代表者が所属するカリキュラム開発研究センターでは,通信ネットワークを用いた教材データベースの流通,全国各地の学校との双方向通信による教育実験,衛星通信による教師教育の研究等を進めてきた。これらの通信ネットワークを用いた実験から,学校と学習者の通信ネットワークが現在の教育の社会的な問題の解決への適用が可能になってきた。一方,現代の教育課題として"いじめ"をはじめ各種の要因による不登校者への,学校をはじめ教育研究者による具体的な学習の支援研究がなされていないのが現状で,不登校者の学校教師による日常的な支援は不可能な状態である。このため,これを支援する新しい教育システムの確立が必要とされる。そこで,現在まで研究を進めてきた通信ネットワークおよび教材等のデータベースを用いた,不登校者に対する新しい学習の支援システムの研究開発を行った。本年度は,以下のような研究を実施した。(1)教室と保健室を結んだ遠隔授業参加システムを利用した実践遠隔カメラ制御ができるTV会議システムを用いて,校内LANによる在籍教室と保健室を結び,実際に保健室登校を行なっている生徒数名を対象に,遠隔授業参加の授業実践を行なった。(2)家庭とメンタルフレンドを結ぶ遠隔教育相談システムの開発と実践TV会議システムを用いて,不登校生徒の家庭とメンタルフレンドがいる大学研究室を結び,定期的・長期的な教育相談ができるようにし,実際に不登校生徒2名に対して実践を行った。学校への復帰までには至らなかったが,対人関係形成および学習意欲向上に効果が認められた。(3)教材データベースシステム開発とそれを用いた学習支援の開発カリキュラム開発研究センターの保有する教材・素材データを利用し,オブジェクトデータベースを用いた教材データベースシステムを開発し,個別学習用のパソコン端末によりアクセスできるようにした。個別教材作成用課題素材を,特に小学校算数について約11,000問整備した。一方,現代の教育課題として“いじめ"をはじめ各種の要因による不登校者への,学校をはじめ教育研究者による具体的な学習の支援研究がなされていないのが現状で,不登校者の学校教師による日常的な支援は不可能な状態である。本年度は3年計画の初年度として,研究用のネットワーク利用環境の整備を中心に行なった。(1)学習環境として通信ネットワークと不登校者の学習特性の関係の調査研究不登校者を調査し,その学習者特性の分類に対応した通信ネットワークの利用方法を検討した。(2)教室と特別教室の通信ネットワークの開発(教室の授業に参加できない者)校内LANを用いて,在籍教室と個人的な学習・共同学習ができる特別教室とを双方向の情報流通を用いた学習が可能なシステムの基本設計を行なった。(3)適応指導教室からの通信ネットワークを利用した学習環境の開発適応指導教室にいる学習者がネットワークを利用できる環境と,学習のための教材ソフト整備に関する検討を行なった。(4)ネットワークを用いた教材提供システムとの連携による学習支援カリキュラム開発研究センターの教材・素材データベースを利用した学習方法の検討の行なった。研究代表者が所属するカリキュラム開発研究センターでは、通信ネットワークを用いた教材データベースの流通、全国各地の学校との双方向通信による教育実験、衛星通信による教師教育の研究等を進めてきた。

これらの通信ネットワークを用いた実験から、学校と学習者の通信ネットワークが現在の教育の社会的な問題の解決への適用が可能になってきた。一方、現代の教育課題として"いじめ"をはじめ各種の要因による不登校者への、学校をはじめ教育研究者による具体的な学習の支援研究がなされていないのが現状で、不登校者の学校教師による日常的な支援は不可能な状態である。このため、これを支援する新しい教育システムの確立が必要とされる。そこで、現在まで研究を進めてきた通信ネットワークおよび教材等のデータベースを用いた、不登校者に対する新しい学習の支援システムの研究開発を行う。本年度は、以下のような研究を実施した。(1)教室と特別教室(保健室)を結んだ遠隔授業参加システムを利用した実践。校内LANによる在籍教室と保健室とを、遠隔カメラ制御ができるテレビ会議システムを用いて、実際に保健室登校を行っている生徒数名を対象に、遠隔授業参加の授業実践(数学、社会、美術等)を行った。本開発システムだけによる成果ではないと思われるが、そのうち1名は、原学級での学習に復帰できたことは特筆に値する。(2)適応指導教室からの通信ネットワークを利用した学習環境の開発適応指導教室にいる学習者および相談員等が、ネットワークを利用して教育相談・学習相談ができるように、簡易テレビ会議システムを県教育センター相談部およびいくつかの適応指導教室に設置し、組織化を図った。(3)教材データベースシステム開発とそれを用いた学習支援の開発カリキュラム開発研究センターの保有する教材・素材データを利用し、オプジェクトデータベースを用いた教材データベースシステムを開発し、個別学習用のパソコン端末によりアクセスできるようにした。研究代表者が所属するカリキュラム開発研究センターでは,通信ネットワークを用いた教材データベースの流通,全国各地の学校との双方向通信による教育実験,衛星通信による教師教育の研究等を進めてきた。これらの通信ネットワークを用いた実験から,学校と学習者の通信ネットワークが現在の教育の社会的な問題の解決への適用が可能になってきた。一方,現代の教育課題として"いじめ"をはじめ各種の要因による不登校者への,学校をはじめ教育研究者による具体的な学習の支援研究がなされていないのが現状で,不登校者の学校教師による日常的な支援は不可能な状態である。このため,これを支援する新しい教育システムの確立が必要とされる。そこで,現在まで研究を進めてきた通信ネットワークおよび教材等のデータベースを用いた,不登校者に対する新しい学習の支援システムの研究開発を行った。本年度は,以下のような研究を実施した。
高精度電波観測による突発的電波新星の起源解明

那須観測所におけるモニター体制の整備に関しては当初よりも遅れが出たものの、後処理等の整備については当初予定を上回る成果を得ることができた。高感度・高精度VLBI観測システムについては予定通り整備が進んだ。実際に突発現象への対応を想定し、ある領域内に存在する多くの候補天体を観測するための試験を重ねるとともに、2010年に発生した活動銀河中心核天体における突発的なバースト現象に国内VLBI観測網として対応するという実績を作ることができた。本研究の目的は、早稲田大学の那須パルサー観測所(以後、那須観測所)で繰り返し行っている広域サーベイによって見つかりだした「電波領域において突発的に輝く天体(以後、電波トランジェント)」の正体解明に向け、主に国内の電波天文用観測網を利用することで、トランジェント現象の起源天体及び天体物理学的性質を探ることである。特に那須観測所の広域サーベイによって電波トランジェントが検出された後、数時間以内に天文観測装置の中で最も高い位置決定精度を持つ超長基線電波干渉計(VLBI)を用いて観測することで、対応天体の同定が期待できる。本年度は那須観測所において広域サーベイをより感度良く実施するため、ナイキストレートでデータをサンプリングできるA/Dサンプラーを導入する。現在試験を行い観測システムに組み込む準備をしているところであるが、実際の観測に導入できればさらに高感度での定常観測の実施が見込めるため、今まで検出された電波トランジェントよりも数倍暗いものまで検出できる可能性がある。この天体の一様等方分布を仮定すれと、強度が今までの1/2の天体まで検出できれば検出数が約2.8倍に増えることも期待できる。検出機会が増えることにより、統計的な議論が有意になるだけでなく他の観測所(国内VLBI観測網や他の波長における観測装置など)を用いた追観測の機会が増え、この天体の起源に迫れる可能性が高くなるはずである。試験中のサンプリング装置及び今後導入予定の記録装置をセットにした試験を出来る限り早く済ませ、新年度中旬頃までに定常観測への導入することを目指す。本研究の目的は、早稲田大学の那須パルサー観測所(以後、那須観測所)で繰り返し行っている広域サーベイによりて見つかりだした「電波領域において突発的に輝く天体(以後、電波トランジェント)」の正体解明に向け、主に国内の電波天文用観測網を利用することで、トランジェント現象の起源天体及び天体物理学的性質を探ることである。本年度は那須観測所において広域サーベイをより感度良く実施するため、高感度観測システム(新A/Pサンプラー及び大容量データストレージ)の導入準備を行った。本装置を那須観測所の観測システムに組み込むことにより高感度な定常観測可能となるため、今まで検出された電波トランジェントよりも数倍暗いものまで検出できる可能性がある。電波トランジェントの一様等方分布を仮定すると、強度が今までの1/2程度の天体まで検出できれば検出数が約2.8倍に増えることも期待できる。検出機会が増えることにより統計的に有意にな議論が可能になるだけでなく、他の観測所(国内VLBI観測網や他の波長における観測装置など)を用いた追観測の機会が増え、この天体の起源に迫れる可能性が高くなるはずである。加えて2011年度は高感度観測システムの導入及び追観測網の構築と併せて進めている速報システムにとって非常に重要となる、「検出信号の信頼度評価手法」及び、「天体強度の高精度評価法」について論文化することができた。両論文とも最近受理された(Aoki et al.2012in press, Tanaka et al. 2012 in press)。那須観測所に設置予定の新観測装置については様々な要因によって性能出しが当初より遅れ、未だ本観測には至れていない。しかしながら「取得データの自動解析システム(Tanaka et al. 2012)」や、突発現象検出時における自動発信システムの「検出データ信頼度評価システム(Aoki et al. 2012)」については現観測システムにおける定常運用が進められており、突発現象のモニター体制自体の整備は予定通り進んでいる。実際に突発現象への対応を想定し試験的に短時間のスナップショット観測である領域内の多くの候補天体を観測するという試験を重ねた。

本試験観測により実際の観測における性能評価が進むとともに、改善点の洗い出しを行なうこともできた。また2010年に発生した活動銀河中心核天体の大フレアに対し、突発現象に国内VLBI観測網として対応するという実績を作ることができていたのだが、その観測結果の論文(Niinuma et al. 2012)も査読雑誌に受理された。また多角的視点から電波トランジェントの起源解明を目指し、重力波の研究者との共同研究を始めており、重力波研究者によるセミナーも開催した。高感度観測システムを2011年度中に観測所へ導入予定であったが、大震災及び観測所敷地内における放射能汚染の影響により、試験観測等を含めた作業に遅れが生じている。24年度が最終年度であるため、記入しない。遅れていた新観測システムの導入を2012年度早々に済ませ本観測に向けて動き出す予定である。試験観測、定常観測への準備と並行し、共同研究者等が論文化することのできた「信頼度評価システム」及び「高精度強度評価システム」を電波トランジェント検出時速報システムに組冷込む。VLBIによる追観測に向け、高感度VLBIシステムの立ち上げ、及び光結合VLBIシステムの再立ち上げも併せて行っていく。
天然変性タンパク質の折り畳みに伴う水和状態と構造揺らぎの変化

天然変性タンパク質は標的分子との結合に伴い、不規則に揺らぐ構造から高次の立体構造に折り畳まれる。結合折り畳みでは、構造の揺らぎが標的分子の認識に重要な役割を担う。また生理的な溶液条件下では、タンパク質構造の安定性や揺らぎは水和水に著しく影響を受けるほか、標的分子結合に伴い結合部位では脱水和が起こる。変性構造の水和状態や、結合折り畳みにおける水和状態の変化を理解することは、天然変性タンパク質の機能発現を理解するための重要な構造基盤となる。本研究では、結合折り畳み時のタンパク質の構造揺らぎと水和状態の変化を、中性子非弾性散乱によって解明することを目的とした。スタフィロコッカルヌクレアーゼ(SNase)の欠損変異体は、生理的条件下で非天然構造を取り、標的分子との結合により折り畳むなどの特徴を持ち、結合折り畳みに伴う動的構造変化や水和状態の変化など、天然変性タンパク質研究の優れたモデル系である。溶液中の野生型と変異体の中性子非弾性散乱データの解析を行ったところ、変異体の方がより強い準弾性散乱が観測された。準弾性散乱の解析により、蛋白質の折り畳みにより、40psの構造揺らぎがより狭い空間に制限されるようになることが示された。またポリペプチドが大きく揺らいだ天然変性状態での水和状態や、結合に誘導される折り畳みによる水和状態の変化を調べることは、天然変性タンパク質の動的構造の理解に重要であると考えられる。本年度の研究の結果、変性構造では、その大きな揺らぎのために折り畳み状態で形成されているような水和構造が壊れており、変性構造の水和水は天然構造の水和水より運動性が高いことが分かった。以上の結果より、IDPの折り畳みにより構造の揺らぎは空間的に小さくなり、その変化が水和水の揺らぎとカップルしていることが示唆される。準弾性散乱の解析により、変異体の方がより広い構造空間を揺らいでいることが示された。まず折り畳まっている野生型の水和状態を調べたところ、タンパク質表面に水和水のネットワーク構造が見られ、この水和水ネットワークの揺らぎがタンパク質の揺らぎを制御していることが分かった。現在、変異体にはこのような水和構造が失われていることを示唆するデータを得ている。今後、野生型と変異体の水和状態を詳細に調べ、天然変性タンパク質における水和と揺らぎの関係性を調べる。
難治性血液腫瘍疾患に対する新規治療法の開発と新規細胞死機序の解析

Rhabdoid腫瘍におけるdepsipeptideの細胞死誘導機序にオートファジーが関与し、AIFの核からミトコンドリアへの偏移が関与すること、depsipeptide耐性化にERKシグナルが関与することを報告した。マウス骨肉腫好転移株を樹立し、zoledronic acidやCPT11で肺転移を抑制でき、invasionも抑制されることを見出した。小児AML新規予後不良因子としてBAALC exon5、新規予後良好因子としてCEBPA変異を同定した。抗癌剤による細胞死は、近年アポトーシス以外の細胞死が注目されている。抗癌剤(doxorubicin)投与後の心筋症マウスモデルにおいて、G-CSFをdoxorubicin投与直後から投与すると、心筋の細胞死が抑制され、特にミトコンドリア機能障害(膜電位低下、呼吸鎖complex IV酸素消費能低下)が軽減されることを報告した。(Am J Physiol Heart Circ Physiol 296:H823-H832, 2009)心筋の細胞死はtunnel色陰性であり、アポトーシス以外の細胞死と考えれ、G-CSF投与により、in vitro, in vivo共にdoxorubicin投与による細胞死が抑制された。また、抗酸化剤であるEUK8もマウス心筋症を改善した。(Circ J 73:2125-2134, 2009)緑茶に含まれるカテキンが、慢性骨髄性白血病細胞株にカスパーゼ非依存性アポトーシスを誘導することを報告した。(Cancer Sci 100:349-356. 2009)小児急性骨髄性白血病(AML)患者検体の解析で、t(8;21)症例のうち、c-kit変異があっても、AML-ETO9aを有する症例の予後は、c-kit変異のない症例の予後と有意差がないことを見出した(未発表データ)。CPT11投与により、マウス骨肉腫転移が抑制され、in vitroの系において、invasionが抑制されることを見出した。(1) BAALC発現量;AML99 104例(M3とDown症候群は除外、normal karyotypeは29例)を対象とした。診断時の骨髄サンプルから抽出作成したcDNAを使用し、Real time RT-PCRにて解析を行った。BAALCの発現量を示す分散図をFAB分類別で見ると、M0, M1では高発現、M4, M5では、低発現の傾向を示し、これは、成人AMLの報告例と相関した結果であった。M2のBAALC高発現は、小児で特徴的であった。またnormal karyotype 29例について、BAALC高発現群と低発現群でOS及びEFSを検討したが、小児では両群に有意差を認めなかった。(2) BAALCisoform ; BAALC低発現を示した全8例および高発現群の18例はいずれも1-6-8のisoformパターンのみを示したが、高発現群のうちの3例では、1-6-8以外にエクソン5を含む1-5-6-8 isoformが同定された。この3例は、いずれもBAALC高発現群に属し、2例がM4, 1例がM5aであった。臨床的には再発2例、寛解導入療法開始後day2に頭蓋内出血で死亡1例と全例死亡の転帰を示した。また3症例ともFLT3-ITDを認めなかった。したがって、小児AML(normal karyotype)で、エクソン5を含むisoform (BAALC高発現群)の予後不良因子としての意義が示唆された(3) CEBPA変異;normalkaryotype 49例中4例(8.2%)に、新規のCEBPA変異を同定した。FAB分類上、M1とM2各2例であった。M1の2例は、C末側のDNA binding domainであるbZIP内のin-frame insertion (c.1074_1075insAGA及びc.1092_1093insCAC)であり、M2の1例は、N末側の遺伝子欠失(c.214_224delCCCCGCACGCG)、もう1例はN末側とC末側の両方に遺伝子変異(c.212_213insCとc.720_721insCGCACC)を認めた。これらはいずれもFLT3-ITDを共発現せず、長期寛解を維持しており、小児においてもCEBPA変異は、予後良好因子であることが示唆された。また、新規細胞死の機序の探索としては、免疫不全マウス(NOGマウス)にPhlALL細胞を移植した系において、TKIを投与後、in vivoにおいてオートファジー細胞の同定に成功しており、今後、その機序の探索を行う。
スピングラス理論の最適化問題への展開による近似手法の典型評価法の確立

本課題はスピングラス理論を組合せ最適化問題のみならず、問題に対する近似アルゴリズムの典型(平均)近似精度の解析に展開することを目的としている。より具体的には、ランダムに与えられる組合せ最適化問題に対する貪欲法、確率伝搬法、線形計画緩和の典型近似性能を平均場近似を用いることで解析的に導出し、それらの典型性能比較を可能とする。これにより、情報科学、ネットワーク理論、統計力学に関わる最適化問題の典型的な困難さへの数理的理解を深化させることを目指した。本年度は本研究課題の最終年度であるため、研究成果全体の総括を行う。(1)最小頂点被覆問題のランダム化として、従来よりも広いクラスのランダムグラフにおいて上記3アルゴリズムの典型性能比較を実施した。その結果、先行研究で多用されるランダムグラフでの典型性能の大小関係とは異なるランダムグラフが存在することを見出し、大小関係の分類を行った。本成果は国際論文誌に発表されている。また、最大カバー問題における上記3アルゴリズムの典型性能比較により、確率伝搬法の優位性を解析的に示し、同等の最悪近似性能をもつ貪欲法と線形計画緩和が異なる典型近似性能をもつことを明らかにした(現在論文準備中)。これらの成果は、典型近似性能が最悪近似性能と同等に重要であり、また系統的な解析を要することを示唆している。(2)最適化問題と統計的推論問題の類似性に着目し、統計力学的手法による集団検査法におけるブーリアン圧縮センシングの効率的近似アルゴリズム提案とその典型性能解析を行った。これにより、従来法よりも効率的な手法提案という実用面と典型性能評価という理論面の両面での進展を実現した(現在論文準備中)。(3)線形計画緩和を用いた数値計算により最適化問題の典型的な困難さとグラフ構造の相関を数値的に評価した(現在論文準備中)。28年度が最終年度であるため、記入しない。報告者は本年度主に3個のテーマに対して研究を進めた。第一に、統計力学的手法を用いた最適化問題に対する近似手法の典型性能評価である。昨年度は特定のランダムグラフ上に定義された最小頂点被覆問題に対する線形緩和法を解析した。本年度はこの結果を(1)多体相互作用を含む場合と(2)任意の次数分布で定義されたランダムグラフの場合へ拡張した。結果として、(1)の場合においても統計力学的解析により線形緩和法の典型近似性能が正しく見積られることを明らかにした。(2)では、貪欲法と線形緩和法という2つの近似手法の典型性能の悪化が起こる転移点とレプリカ対称性の破れる転移点の大小関係が3つの場合に分類されることを示した。以上の結果は、近似手法の統計力学的な典型性能評価の適用範囲を広げ、その転移とグラフ構造やレプリカ対称性の破れとの関連を明らかにした意義をもつ。第二に、代表的な統計的推論である集団検査法の統計力学的解析を行った。多数の製品から少数の不良品を検出するために必要な検査回数を減らす方策を集団検査法と呼ぶ。報告者はその近似手法の一種であるブーリアン圧縮センシングを確率伝搬法によって実装した。さらに、その典型的な性能を一部拡張したレプリカ対称キャビティ法を用いて解析した。その結果、製品数が十分多い場合、ブーリアン圧縮センシングでは全不良品の検出に必要な検査回数が従来手法の半分となることを示した。第三に、最小頂点被覆問題に対する線形緩和法の近似性能と反復回数(実行時間)の関係をレアイベント・サンプリングの手法を用いて数値的に研究した。線形緩和法により真の最適値が得られたか否かで各問題を簡単/困難に分類し、それらの問題での頻度分布間の距離を測定した。結果として、典型的に問題が簡単な状況では2つの頻度分布が区別できない一方で、典型的に問題が困難な状況ではそれらが区別されることが示唆された。統計力学を用いた線形緩和法の典型性能評価に関しては、適用する最適化問題の拡張や任意の次数分布をもつランダムグラフにおける解析などを行い、その有効範囲を広げることができたと考えている。本課題については現在論文を投稿中である。さらに、集団検査法におけるブーリアン圧縮センシングに対して確率伝搬法を用いた近似手法を提案し、その典型性能を統計力学的に解析する、といった統計力学的なアプローチに基づいた新たな近似手法の典型性能解析を行うことができた。本課題については現在投稿論文を執筆中である。線形緩和法の反復回数に関するレアイベント・サンプリングによる研究は、今後グラフ構造と問題の難易度の相関を調べることを目標としており、近似手法の典型性能とグラフ構造の関係を明らかにすることが期待される。本研究はオルデンブルグ大学(ドイツ)のA. K. Hartmann教授との国際共同研究である。以上から、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。その結果、先行研究で多用される

ランダムグラフでの典型性能の大小関係とは異なるランダムグラフが存在することを見出し、大小関係の分類を行った。本成果は国際論文誌に発表されている。また、最大カバー問題における上記3アルゴリズムの典型性能比較により、確率伝搬法の優位性を解析的に示し、同等の最悪近似性能をもつ貪欲法と線形計画緩和が異なる典型近似性能をもつことを明らかにした(現在論文準備中)。これらの成果は、典型近似性能が最悪近似性能と同等に重要であり、また系統的な解析を要することを示唆している。(2)最適化問題と統計的推論問題の類似性に着目し、統計力学的手法による集団検査法におけるブーリアン圧縮センシングの効率的近似アルゴリズム提案とその典型性能解析を行った。これにより、従来法よりも効率的な手法提案という実用面と典型性能評価という理論面の両面での進展を実現した(現在論文準備中)。(3)線形計画緩和を用いた数値計算により最適化問題の典型的な困難さとグラフ構造の相関を数値的に評価した(現在論文準備中)。統計力学を用いた半正定値計画緩和の典型性能評価については、イタリアのグループが論文を出版したため、課題の内容を一部を変更する予定である。一方で、線形緩和法のレアイベント・サンプリングに関する研究をより推し進め、グラフ構造と近似手法の近似精度の相関を検証することを目標とする。また、コミュニティ検出のような最適化問題として定式化可能な課題についても、統計力学的アプローチによる近似手法の提案と典型性能評価を推進していく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。