hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋岩盤環境における住み込み共生を介した生物多様性創出機構の解明

これらの結果は、ごく近縁な種であっても笠型の貝殻は異なる環境に適応的であることを示し、笠型化の形態進化過程を世界で初めて明らかにした成果として、国際誌に掲載済みである(Yamamori and Kato 2018, PLOS ONE)。さらにウニの巣穴に共生するハナザラについて、その幼生着底がホストのウニに誘引されることを室内実験によって明らかにした(Plankton and Benthos Research, accepted)。また、継続調査として、和歌山県白浜町の岩礁地帯のウニの巣穴約500個について、占有ウニ種の記録を毎月行っている。本調査は2017年から実施しているが、2018年2月の黒潮大蛇行に伴う海水温低下によって、生息していたウニが7割近く死滅した。水温低下からの約1年経った現在、ウニ個体群の回復は未だ約2割程度に留まっているが、この先も継続的に記録を行なうことで、ウニの変遷と個体群の回復状況の双方を観察していく。岩盤域の住み込み共生について、以下の調査に取り組み、論文投稿及び学会での発表を行った。1ニシキウズガイ科で唯一完全な笠型化を果たしたチビアシヤガイ亜科の生息環境を詳細に調査し、笠型の貝殻の適応的環境および貝殻の巻きを失う進化における軟体部の変化の過程を明らかにした(Yamamori & Kato 2018, PLOS ONE)。2和歌山県白浜町の瀬戸臨海実験所に毎月通い、ウニの巣穴の占有者の調査を行った。3巣穴二次利用するウニの巣穴に絶対的に住み込み共生する貝類ハナザラの幼生着底要因を室内実験により検証し、宿主となるウニに誘引されて着底することを明らかにした(Yamamori & Kato 2019, Planktonand Benthos Research, accepted)。さらに、沖縄県における石灰岩地および珊瑚礁における硬質基盤の住み込み生物調査において、死サンゴ下に生息するガンガゼモドキの体表から新種のエボシガイを発見した。本種はウニの殻を改変して保護的空間を作り、その中に生息するという特異な生態を持つ。ウニの殻を改変する現生の生物は深海にしか生息しないため、本種は浅海におけるウニの殻改変者として、初めての例となった(PLOS ONEに投稿中)。以上のように、本研究は当初予定していたもの(1・2)に加えて来年度実施予定であったもの(3)を先行して行うことができ、また新発見による新たな課題(4)への着手ができた。2018年度はウニの巣穴を取り巻く共生者群衆について調査を実施した。2019年度は、2018年度に発見した新種のエボシガイ(前項目4)の記載を進めるとともに、他の環境の岩盤穿孔者の調査にも着手する。最も中心となる環境は、奄美大島の泥岩帯となる。2018年度の予備調査によって、この地帯の潮間帯の岩盤穿孔者は二枚貝類に代表されること、そして、その巣穴は二枚貝類の死後、テッポウエビ類等によって二次的に利用されることがわかっている。さらに、同海岸の潮間帯上部で新種の穿孔性二枚貝を発見した。本種は穿孔性二枚貝類の中でも他に類を見ない特異な形態を持っており、その形態および系統的位置の精査は、貝類学上重要な成果となる見込みがある。また、静岡県の御前崎に代表される本州の泥岩地帯にも調査域を広げ、穿孔者と二次利用者相の調査を実施する予定を立てている。
肺癌におけるサイトケラチン8の機能と臨床的有用性に関する研究

平成14年度の研究成果として以下のことが明らかになった。1 ELISA法を用いて肺癌患者血清中サイトケラチン8を定量した結果、正常コントロール群に比較して有意に高値を示した。また病期の進行した患者群におけるサイトケラチン8は早期の患者群と比較して有意に高値を示していた。さらに血清サイトケラチン8濃度が50ng/ml以上の患者群とそれ未満の患者群を比較した結果、50ng/ml以上の群は有意に予後が不良であった。定量的RT-PCRを用いて肺癌培養細胞株でのサイトケラチン8遺伝子発現量を検討した結果、非小細胞癌株における発現量は小細胞癌株に比して有意に高値を示していた。また、培養上清中のサイトケラチン8蛋白の定量結果も同様であった。非小細胞癌株の中では扁平上皮癌株と腺癌株の間に発現量の差は認められなかった。以上の結果から肺癌患者血清中のサイトケラチン8の定量が新たな非小細胞肺癌の腫瘍マーカーとして有用である可能性が示唆された。これらの結果を論文にまとめ、Lung Cancer(38:31-38,2002)誌上に発表した。2肺癌培養細胞株において、サイトケラチン8遺伝子のAberrant splicingによると考えられる新たな蛋白を発見した。この蛋白は通常のサイトケラチン8分子が有するカスパーゼによる切断点を欠失しており、細胞のアポトーシスに対して抵抗性を与える分子ではないかと推察される。この分子は小細胞癌では発現されておらず、非小細胞癌において高い発現が認められることから、非小細胞癌において何らかの重要な役割を担っているものと考えられる。この新たな蛋白の発見については、現在論文化し、海外の医学雑誌に投稿中である。平成13年度の研究成果として以下のことが明らかになった。1、ELISA法を用いて肺癌患者血清中サイトケラチン8を定量した結果、正常コントロール群に比較して有意に高値を示した。2、定量的RT-PCRを用いて肺癌培養細胞株でのサイトケラチン8遺伝子発現量を検討した結果、非小細胞癌株における発現量は小細胞癌株に比して有意に高値を示していた。現在これらを論文としてまとめ、海外の医学雑誌に投稿中である。
3D光干渉断層法と数値流体力学を用いた冠動脈側枝狭窄の予測と専用ステントの開発

平成30年度は分岐部病変に対して薬剤溶出ステントを側枝をまたぐ形で留置し、留置後側枝に対してバルーン拡張を行った症例について側枝の数値流体力学解析(CFD)を行った。側枝拡張後のOCTデータを用いて、平成29年度に作成した血管内腔自動検出ソフトウエアを用いて血管内腔を自動トレースし、3D Slicerを用いて血管内腔をセグメンテーションした。STLで保存し、ANSYS FLUENTで解析を行ったところ、側枝入口部にステントストラットが残存していても、側枝入口部の面積が確保されていれば、入口部直後の血流速度は低下しているもののほとんど有意な圧格差は存在しない傾向であった(CFD-FFR 0.98-1.0)。前年度の研究結果からは側枝入口部をバルーン拡張した後の残存ストラットが、慢性期の入口部面積狭小化に関与することが示されたが、それを予測する残存ストラットの程度をステント留置直後のCFD-FFRから予測することは困難と考えられた。平成29年度にデータ収集予定であった、プレッシャーガイドワイヤーで測定したFFRとのバリデーションが出来ていないのが現時点における限界として挙げられる。慢性期の側枝入口部狭小化には側枝拡張後も入口部に残存ストラットが無いことが重要であるが、大きな側枝では約半分の確率でステントリンクが掛かってしまうことが問題であった。この問題を解決するため、リンクがバルーン拡張により意図的に切断できる分岐部専用の生体吸収スキャホールドを開発した。試作した生体吸収スキャホールドを側枝付きシリコンファントムの本幹に留置し、側枝をバルーン拡張してリンクが切断できていることをOCTを用いて確認した。ステント側枝のFFR測定に使用する予定であったプレッシャーガイドワイヤーが、ワイヤー断裂の事象が報告され使用できなくなった。他社製のプレッシャーガイドワイヤーを用いて試みたが、操作性に劣り、当院で検査した際に側枝から抜去する際にストラットに引っかかり側枝から抜去困難となる症例があった。このため本ワイヤーを側枝に挿入することはリスクがあると考え、現時点でプレッシャーガイドワイヤーを側枝に挿入してFFRを測定することは安全性に問題があり断念せざるを得なくなり中断していたため。ボストンサイエンティフィック社製のプレッシャーガイドワイヤーが改良され、断裂のリスクが減少し使用出来るようになったので、ワイヤーFFRとCFD-FFRの比較を行う。CFD-FFRは解析に時間が掛かるため、臨床での使用には限界がある。最近、使用可能になったQFRで代用できないか検討する。分岐部専用BRSのプロトタイプを改良し、分岐部模擬血管に留置実験を行う。平成29年度は、金属製DESを用いて治療した分岐部病変の治療後1年目のOCTデータとプレッシャーガイドワイヤー(PGW)による側枝の冠血流予備量比(FFR値)を収集し、数値流体力学解析(CFD)で求めたFFR値(CFD-FFR)と比較する予定であった。しかし、当初使用する予定であった操作性に優れるボストンサイエンティフィック社製PGWが使用できなくなった。代わりに他社製PGWで側枝のFFR測定を試みたが、本PGWを抜去する際にステントストラットに引っかかり側枝から抜去困難となる症例があった。本PGWはボストンサイエンティフィック社製に比べ操作性が劣り、ステント越しに側枝に挿入するのは、ステントを変形させてしまうリスクが高いと判断し、本PGWを用いて側枝のFFR値を測定することは断念した。このため、平成30年度に予定していた側枝入口部面積の経時変化の検討を前倒しで行うことにした。側枝入口部面積は治療直後と慢性期で比較すると平均4.8%の縮小が見られた。これらを側枝拡張を行いストラットを排除できた群、排除できなかった群、側枝拡張を行っていないが入口部をステントが覆っていない群、覆っている群の4群に分けると、それぞれ8.8%拡大(n=20)、12.5%縮小(n=17)、16.2%拡大(n=34)、7.5%縮小(n=14)となり、側枝入口部にステントストラットが残存することが面積狭小化に関与している可能性が示された。CFD-FFR値を求めるため、OCTデータから血管内腔を自動検出するソフトウエアを開発した。ボリュームレンダリングを行い、DICOMデータとして3D Slicerで読み込み解析対象となる血管内腔をセグメンテーションしSTL形式で保存する。STLを加工しANSYSFLUENTにロードする。ここまで確立し、現在、CFDを行うための条件設定などを行っている。ステント側枝のFFRを測定するのに、初使用する予定であった操作性に優れるボストンサイエンティフィック社製プレッシャーガイドワイヤーが、ワイヤー断裂の事象が報告され使用できなくなった。このため本ワイヤーを側枝に挿入することはリスクがあると考え、現時点でプレッシャーガイドワイヤーを側枝に挿入してFFRを測定することは安全性に問題があり断念せざるを得なくなったため。

側枝拡張後のOCTデータを用いて、平成29年度に作成した血管内腔自動検出ソフトウエアを用いて血管内腔を自動トレースし、3D Slicerを用いて血管内腔をセグメンテーションした。STLで保存し、ANSYS FLUENTで解析を行ったところ、側枝入口部にステントストラットが残存していても、側枝入口部の面積が確保されていれば、入口部直後の血流速度は低下しているもののほとんど有意な圧格差は存在しない傾向であった(CFD-FFR 0.98-1.0)。前年度の研究結果からは側枝入口部をバルーン拡張した後の残存ストラットが、慢性期の入口部面積狭小化に関与することが示されたが、それを予測する残存ストラットの程度をステント留置直後のCFD-FFRから予測することは困難と考えられた。平成29年度にデータ収集予定であった、プレッシャーガイドワイヤーで測定したFFRとのバリデーションが出来ていないのが現時点における限界として挙げられる。慢性期の側枝入口部狭小化には側枝拡張後も入口部に残存ストラットが無いことが重要であるが、大きな側枝では約半分の確率でステントリンクが掛かってしまうことが問題であった。この問題を解決するため、リンクがバルーン拡張により意図的に切断できる分岐部専用の生体吸収スキャホールドを開発した。試作した生体吸収スキャホールドを側枝付きシリコンファントムの本幹に留置し、側枝をバルーン拡張してリンクが切断できていることをOCTを用いて確認した。ステント側枝のFFR測定に使用する予定であったプレッシャーガイドワイヤーが、ワイヤー断裂の事象が報告され使用できなくなった。他社製のプレッシャーガイドワイヤーを用いて試みたが、操作性に劣り、当院で検査した際に側枝から抜去する際にストラットに引っかかり側枝から抜去困難となる症例があった。このため本ワイヤーを側枝に挿入することはリスクがあると考え、現時点でプレッシャーガイドワイヤーを側枝に挿入してFFRを測定することは安全性に問題があり断念せざるを得なくなり中断していたため。今年度は、CFD-FFRを算出する条件設定を確立する。現時点ではプレッシャーガイドワイヤーを側枝に入れることの安全性が確認できていないので、入口部面積変化とCFD-FFRを比較し、虚血となる側枝入口部面積のカットオフ値を求めることとする。分岐部専用BRSのプロトタイプを作成し、分岐部模擬血管に留置実験を行う。ボストンサイエンティフィック社製のプレッシャーガイドワイヤーが改良され、断裂のリスクが減少し使用出来るようになったので、ワイヤーFFRとCFD-FFRの比較を行う。CFD-FFRは解析に時間が掛かるため、臨床での使用には限界がある。最近、使用可能になったQFRで代用できないか検討する。分岐部専用BRSのプロトタイプを改良し、分岐部模擬血管に留置実験を行う。ソフトウエア使用ライセンス契約金額に変更があったため。引き続き次年度以降もソフトウエアが使用できるようにライセンス料、旅費、BRS制作費、模擬血管制作費に使用予定である。Materialize Mimicsを購入予定であったが、定価が上がり買えず、代替えとして安価な3D Slicerを使用したため。学会出張旅費とQFR使用ライセンス料に使用する予定。
英語教育と海外留学が認知・非認知能力と労働市場の成果に与える影響に関する実証分析

理解、判断、論理などの知的機能を示す「認知能力」以外の能力を示す「非認知能力」が労働市場の成果に与える影響に関する研究が米国等でなされ、近年、日本においても注目されるようになった。本研究では認知能力に加えて改善の可能性が高い非認知能力に重点を置いて(非)認知能力が「海外留学」と「英語授業強化」という国際化を推進する教育を通じてどのように変化しそれが労働市場の成果に影響を与える可能性について注目する。本研究では日本全国を対象とした調査のデータを用いて、国際化教育が(非)認知能力の向上や労働市場の成果に与える影響と、その影響の経路を識別するための推定を行う。
配向性ポリペプチドによる分子識別

機能素子としてのポリペプチドを二分子膜表面に集積し、これを媒体とする反応制御システムを構築することを目的として、長鎖ジアルキル鎖とポリペプチドから成る数種の両親媒性化合物を合成し、その機能を検討した。1.L-アスパラギン酸あるいはL-グルタミン酸のポリアミノ酸が親水部の場合、水溶液中で一重層二分子膜から成るヘリカルな超構造体が形成されることが明らかになった。発生メカニズムは詳細な電子顕微鏡観察により、前者ではミクロフィラメントのダブルヘリックスを、後者ではリボン状ラメラ集合体の形成を経由していることが確認された。また超構造体形成には、親水部ポリペプチドの高次不斉が重要であることも明らかになった。例えば重合度の小さいものやDL体からはヘリカルな構造は見出せない。2.親水部ポリペプチドがN-アミノエチルL-グルタミンから形成される場合、【Cu^(2+)】や【Ni^(2+)】,【Co^(3+)】のような金属イオンと錯体を形成し、これらのイオンに不斉を誘起することが明らかになった。この不斉は1:1錯体の形成条件下では発現しないことから、2:1以上のキレート形成によって誘起されていることが考えられる。一方、金属イオンとの錯形成によって、会合形態が著しく変化することも確かめられた。3.ポリペプチド型の両親媒性化合物のモデルとしてβ-アラニルL-グルタミン誘導体を合成した。この化合物は水中で二段階的な相転移を示し、一段階目の相転移によって光学活性が完全に逆転することがわかった。この二分子膜はメチルオレンジと容易に結合し、三種の分散状態を与えることが明らかになった。すなわち相転移温度以下では膜表面に結合したキラルなモノマーとダイマー、相転移温度以上では膜内に取り込まれたアキラルなモノマー。以上のように、ポリアミノ酸を二分子膜によって集積することにより、新しいミクロ環境が形成された。
電気光学高分子光導波路の短パルス光ポーリングによる高効率波長変換

最近、光インターコネクションや宅内・車内光通信の用途に向けて高分子光導波路の研究開発が進展している。低コスト光回路の実現のためには、導波路の簡便な作製法とファイバ等光素子の容易な実装方法が要求される。自己形成光導波路技術は3次元光導波路が簡便に作製できるだけでなく、ファイバとの特別なアライメント技術も必要ないため、特にサブミクロンオーダーのアライメント精度が要求されるシングルモード光導波路で大きなメリットがある。本研究では、上記の背景を考慮して、シングルモード自己形成光導波路作製を行った。自己形成技術でシングルモード光導波路を作製する際に留意しておくことが2点ある。1.コア形成後は約10μmの極細線が液体中に存在するため、直線導波路を保持させるよう何らかの対策を必要とする。2.波長1310nmの赤外光がシングルモード条件を満たしながら伝搬するため、屈折率の精密な制御が必要となる。本研究では、直線導波路の作製法として、コア形成前に樹脂の粘度を向上させるための「Pre-UV照射」を行った。Pre-UV照射を行うことで、樹脂の粘度が向上し、直線導波路が維持できることが明らかとなった。また、屈折率の精密制御法として、混合樹脂の混合比を調整した。そして実際に作成した自己形成光導波路にファイバから波長1310nmのレーザ光を導入させて導波路からの出射パターンを観測した。これより、出射パターンがシングルモードとなっていることが判った。これらの技術は、樹脂に色素を導入することにより、電気光学高分子を用いた電気光学効果や非線形光学効果への応用が期待できる。光通信等において、高分子導波路型光回路が注目されている。特に、光機能性色素を含有する電気光学高分子は、高非線形性、加工性に優れる等の利点を持つため、波長変換素子等への応用が期待される。高効率波長変換のためには、周期的ポーリングによる疑似位相整合を達成する必要がある。本研究では、実用化を考慮して新規合成を行った高耐熱・高非線形性電気光学高分子を用い、該樹脂を光導波路構造に用いた高効率波長変換素子の研究を行う。200°C以上の耐熱性を有するポリアリレート高分子薄膜に電子線リソグラフィ及びエッチングを行い、8ミクロン径の3次元リッジ型光導波路を直接形成する。光導波路は、2次非線形光学効果を考慮して、単一モードとなるように設計・製作した。次に、非線形色素含有ポリアリレートに2光束干渉を用いて、ND : YAGレーザ(355nm)の単一パルス光を照射させることにより、周期的に2次非線形性を消去でき、非線形回折格子を形成できることを観測した。また、レーザの光学形状や入射角を変化させることにより・サブミクロンミリメートルの範囲で周期を変化させることが明らかとなった。さらに、レーザのエネルギー密度を変化させることにより、非線形回折格子の形態をボリューム型からレリーフ型、リッジ型まで色々制御できることも明らかとなった。今後は、上記の成果を基に、実際に基本波を導入し、疑似位相整合波長変換を行っていく予定である。
ＥＳＤの視点を入れた地理教育改革に関する研究

本研究の目的は、ドイツを中心とした欧米諸国と日本の地理教育改革の歴史、カリキュラム変化、改革後の授業の変化に関する分析によって、各国の地理教育における持続可能な開発のための教育(ESD)の位置付けと地理教育改革におけるESDの役割を考察し、日本の地理教育におけるESDの教授理論を構築することである。2016年度は、ドイツとイギリス、アメリカを研究対象としたが、昨年度末に新カリキュラム(ドイツ・ラインラント=プファルツ州)に関する資料・情報を得たことから、とりわけドイツに研究の重点を置いた。ドイツでは昨年度と同様、現地での資料収集、聞き取り調査、授業見学等を実施し、とりわけラインラント=プファルツ州では新改訂の社会科学科カリキュラムにおける地理の特徴やESDの視点、地理学習を通じて育むコンピテンシーについてカリキュラム作成責任者から聞き取ることができた。またイギリスに関しては2014年版地理カリキュラムおよび地理教科書の分析から、初等教育における地理学習の特徴、環境からみたESDに関する学習の視点について検討した。アメリカに関しては、シカゴ大学実験学校を訪問し、社会科や人文科における地理的な学習について、他の研究者とともに授業の見学や、授業者・教科主任への聞き取りを実施した。本研究の成果は、国内の学会で報告するとともに、学会誌や紀要等に論文を投稿し、掲載された。加えて、日本社会科教育学会が刊行した編著本では、現場教員と共同でESDの授業実践に関する内容を執筆し、日本の地理学習に対する提案を行った。またH29年度科研費申請において、本研究の成果等をベースにした新たな研究課題が採択されたことから、今後は本研究におけるドイツに関する部分の成果をまとめた単著を刊行するとともに、より具体的なレベルで地理教育・学習におけるESDの実践のあり方を研究・提案する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。2015年度は、ドイツを中心に、地理カリキュラムやESDに関する資料・文献、地理教科書(教授書を含む)の収集およびそれらの分析・検討、現地の学校(ギムナジウム)における授業見学、教員等への聞き取り調査・意見交換を実施した。ドイツの州レベルの地理レールプラン(カリキュラム)は、ドイツ地理学会の『ドイツ地理教育スタンダード』の刊行を契機に変化しており、同スタンダードでは、ESDに対する貢献点だけでなく、ESDに関する地理的コンピテンシーや問題解決に向けた空間概念が示されていたことがわかった。また、ドイツの中でもニーダーザクセン州、ラインラント=プファルツ州、バーデン=ヴュルテンベルク州を中心に研究を進めた。これらの3州では、2015年前後からカリキュラム改訂が進むとともに、カリキュラム中にESDに対する地理教育の貢献点が明確に示されていた。地理教科書に関しては、前期中等教育の7-10学年にかけての学習内容において、ESDに関する学習のうち持続可能な開発の3つの視点(環境、経済、社会)を意識した学習内容が設定されていた。当初計画していた資料や文献(カリキュラム、地理教科書、教授書)等の多くを収集することができ、また渡独の際にカリキュラム作成者・授業実践者から、カリキュラム案や教材の提供を受けることができた。またその成果を計画通り、学会や学会誌等で発表できた。2016年度はドイツ(ラインラント=プファルツ州、バーデン=ヴュルテンベルク州)のほかに、イギリスやアメリカなどの他の欧米諸国を加え、にカリキュラムや地理教科書等の検討、各国・地域におけるESDの受容の差異や地理教育の影響について検討・考察する。

学位論文にこれらの新たな研究成果を加えて、ESDによる地理教育改革を題目とした図書の刊行を準備したいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノコンタクトの量子輸送シミュレーション

第一原理電気伝導計算手法を用いてナノコンタクトの量子輸送特性を解析した。独自に開発してきた第一原理リカージョン伝達行列法、積分方程式を用いた第一原理電気伝導計算法、非平衡グリーン関数法等の計算理論の整備を進め、量子伝導特性解析に応用し、伝導チャネルを明らかにした。また、時間依存波束拡散伝導法の開発を行い、弾道領域から拡散領域までの統一量子伝導計算を可能にした。ナノスケール系の量子輸送特性は、コンダクタンスの量子化など量子効果が顕著に現れ学術的に興味深いとともに、ナノスケールトランジスタやナノ配線材料への応用研究のために重要な研究課題である。そこで、非平衡開放系の密度汎関数理論に基づく第一原理電気伝導計算手法を主に用いてナノコンタクトの量子輸送特性を解析する。そのための方法論として独自に開発してきた第一原理リカージョン伝達行列法、積分方程式を用いた第一原理電気伝導計算法、非平衡グリーン関数法等の計算理論の整備を進め、固有チャネル分解法を通して伝導チャネルの数、チャネル透過率、原子軌道とチャネルの関係、コンタクトの構造依存性、原子細線のバンド構造との関係、原子軌道を通した共鳴トンネル的描像と一次元バンド描像、原子種依存性を明らかにする。そこで、非平衡開放系の密度汎関数理論に基づく第一原理電気伝導計算手法を用いてナノコンタクトの量子輸送特性を解析している。そのための方法論として第一原理リカージョン伝達行列法、積分方程式を用いた第一原理電気伝導計算法、非平衡グリーン関数法等の計算理論の整備も進めている。初年度の今年度は、プログラム整備、試験計算用のPCクラスタを設置し、コンパイラ、可視化ソフトウエアの導入など計算機環境を整えるとともに、上記の解析手法を用いてナノコンタクトの輸送特性のシミュレーション解析を開始した。特に、半導体や貴金属等のナノコンタクトの輸送特性について解析し、コンダクタンス、伝導チャネル数、伝導チャネルの透過率、原子軌道との関係、バイアス電圧依存性等について明らかにした。そのための方法論として第一原理リカージョン伝達行列法、積分方程式を用いた第一原理電気伝導計算法、非平衡グリーン関数法等の計算理論の整備を進めている。今年度は、試験計算用のPCクラスタの増設、シミュレーション可視化システムの整備など計算機環境の増強を行うとともに、上記の解析手法を用いてSiナノコンタクトやナノ炭素系に対する輸送特性を解析し、コンダクタンス、伝導チャネル数、伝導チャネルの透過率、原子軌道との関係、バイアス電圧依存性等について明らかにした。そこで、独自に開発してきた密度汎関数理論に基づく第一原理電気伝導計算手法を主に用いてナノコンタクトの量子輸送特性を解析してきた。第一原理リカージョン伝達行列法、積分方程式を用いた第一原理電気伝導計算法、非平衡グリーン関数法等の計算理論の整備を進めた。それらを用いて、半導体ナノコンタクトにおける伝導チャネルの数、チャネル透過率、原子軌道とチャネルの関係、原子細線のバンド構造との関係、共鳴トンネル描像と一次元バンド描像、ポテンシャルドロップ、バイアス電圧依存性、それらの細線長依存性や金属電極とのコンタクトの効果を明らかにした。また、ナノカーボン系における金属電極のコンタクトによる電子状態変化、電気伝導度の影響、多端子電極コンタクトによる電子状態変化と伝導特性変化について明らかにしつつある。さらに、時間依存拡散伝導法の開発により、弾道領域から拡散領域までの統一伝導計算を可能とし、フォノン散乱効果、不純物散乱効果を取り入れ、伝導度、平均自由行程、移動度、位相緩和長、およびそれらの温度依存性を解析可能とした。そこで、弾道領域から拡散領域までの移り変わりや、不純物散乱とフォノン散乱の競合、およびその温度依存性の解析を行った。それらを用いて、ナノコンタクトにおける伝導チャネルの数、チャネル透過率、原子軌道とチャネルの関係、原子細線のバンド構造との関係、共鳴トンネル描像と一次元バンド描像、ポテンシャルドロップ、バイアス電圧依存性、それらの細線長依存性や金属電極とのコンタクトの効果を明らかにした。また、ナノカーボン系における金属電極のコンタクトによる電子状態変化、電気伝導度の影響、多端子電極コンタクトによる電子状態変化と伝導特性変化について明らかにした。

ナノコンタクトの熱伝導特性の解析手法の整備を行い、伝導特性における形状、欠陥の効果を明らかにした。さらに、O(N)時間依存拡散伝導法の開発により、弾道領域から拡散領域までの統一伝導計算を行い、伝導度、平均自由行程、移動度、位相緩和長、およびそれらの温度依存性を解析し、不純物散乱とフォノン散乱の効果、およびその温度依存性を明らかにした。
近赤外光で誘起される回転異性化現象の解析

1,2ージアミノエタン(DAE)と1,2ーエタンジオール(EDO)の赤外光誘起回転異性化反応について下記のような実験を行い,多くの知見を得ることができた.DAEの低温アルゴンマトリック中における赤外光誘起回転異性化反応について,異性化の効率の波長依存性を調べるため,バンドパスフィルターを用いた選択的照射実験を行なった.実験はCH種とCD種について行なった.照射波長はNH_2逆対称伸縮振動バンド,CH_2対称および逆対称伸縮振動バンド,CD_2対称伸縮振動バンド(いずれもCC結合についてゴーシュ形の吸収バンド)に一致するように設定した.800cm^<-1>付近にあるゴーシュ形のNH_2縦ゆれ振動のバンドの吸収強度の減少から,反応も一次と仮定して速度定数を求めた.この定数を入射する光子数で規格化するために,光源が放射する光子数とフィルターの透過率とその光を吸収するバンドの吸収強度によって補正して異性化の相対的効率を求めた.その結果,励起される振動モードのエネルギーが大きくなるほど異性化の効率も大きくなる傾向が題られるが,特異な振動モード依存性は見られないこと,異性化のしきい値は2060cm^<-1>以下であること等が明らかとなった.EDOについて低温アルゴンマトリックス中で分子内水素結合をもつ2種類の回転異性TG^+G^-および^+G^+G -形の存在を確認した.40 00cm^<-1>から400cm^<-1>までの赤外光(H光),1650cm^<-1>から400cm^<-1>までの赤外光(L光)をそれぞれ照射して,回転異性化反応を観測した.その結果,TG^+G^<-1>形からTTT形およびTTG^-形への回転異性化はH光,L光のいずれによっても誘起されるが,G^+G^+G^+形からG^+TG^+形への回転異性化はH光のみによって誘起されることが分かった.本研究にはフーリエ変換赤外分光光度計のもつ高感度測定および高速測定機能を十分に利用することが不可欠である。そのために必要な性能を有する機種を第1年度に購入し、これと現有のマトリックス単離用クライオスタットとを組み合わせる光学系等を製作し、測定条件を整備することが当初の計画であった。しかし、研究経費の大幅削減により、フーリエ変換赤外分光光度計を当初計画通りに購入することができなくなったため、その一部をメーカーから借用し、かつクライオスタットとの結合光学系は別途の費用によって製作した。このような状況で測定をはじめ、現在装置関係は極めて好調に作動しており、以前の分散型赤外分光光度計で測定していた頃とは比較にならないぐらい良いスペクトルが短時間で得られるようになった。これはフーリエ変換型の高速走査・積算機能と検出器として高感度MCTを用いていることによるものである。また、内蔵コンピューターにより差スペクトルを容易に求めることができることも、本研究の目的には極めて有用である。低温アルゴンマトリックス中での近赤外または赤外光による回転異性化現象について、従来行なってきた以上の定量的議論が可能となるような実験を進めている。現在とくに取りあげている分子はエチレンジアミンであるが、この分子については、予測に反して近赤外光は回転異性化を誘起する効率が低いことが見出された。その原因は近赤外領域にある吸収帯の強度がいずれも極めて小さいことによるものと考えられる。マトリックス単離した状態での近赤外吸収スペクトルの測定は、これまでほとんど行なわれておらず、この点の検討が必要となってきた。エチレンジアミン以外の分子、とくに以前に研究した2-クロロエタノールについても、近赤外光が本当に回転異性化に有効かどうかの再検討を急いでいる。研究の対象として、エチレンジアミンと1,2-プロパンジオールをとりあげ、低温アルゴンマトリックス中に単離されたこれらの分子の赤外光誘起反応を詳しく調べた。とくにエチレンジアミンについては、通常の分子種のほかに2種類の重水素化物(2個のメチレン基を全部重水素化したものと2個のアミノ基を全部重水素化したもの)について同様の測定を行い、マトリックス単離した状態で出現する回転異性体が【G^+】【G^+】【G^-】,T【G^+】【G^-】,【G^+】T【G^-】の3形(N-C,C-C,C-N結合のまわりの内部回転状態をゴーシュG,トランスTで表わしている)であることを明らかにした。【G^+】【G^+】【G^-】とT【G^+】【G^-】はともに分子内水素結合を有し、気体でも最も安定な分子形であるが、低温マトリックス中での赤外光照射により、これらの2形は【G^+】T【G^-】に変化すると結論された。基準振動計算により、これら3種の回転異性体の赤外吸収スペクトルの帰属を行った(重水素化物をも含めて)。回転異性化反応を誘起するのは近赤外光か赤外光であるが、どの波数の光が有効であるかは興味ある研究課題である。そこで、赤外光源,OCLI社の円板上波数限定フィルター、球面鏡2枚を組みあわせた赤外光照射装置を製作した。

これによって、4000-1000【cm^(-1)】の赤外領域で幅20【cm^(-1)】程度に限定された波数領域の光をマトリックス試料に照射することができるようになった。エチレンジアミンのNH伸縮とCH伸縮の個々の吸収帯によって吸収される赤外光の効果を定量的に測定することができた。その結果は現在なお解析中であるが、これらの振動バンドによって吸収されたエネルギーが回転異性化反応に使われてゆく過程に関して重要な知見を与えるものと考えられる。1,2-プロパンジオールについても顕著な赤外光誘起回転異性化反応と暗所における逆反応の存在が見出され、現在解析中である。1,2ージアミノエタン(DAE)と1,2ーエタンジオール(EDO)の赤外光誘起回転異性化反応について下記のような実験を行い,多くの知見を得ることができた.DAEの低温アルゴンマトリック中における赤外光誘起回転異性化反応について,異性化の効率の波長依存性を調べるため,バンドパスフィルターを用いた選択的照射実験を行なった.実験はCH種とCD種について行なった.照射波長はNH_2逆対称伸縮振動バンド,CH_2対称および逆対称伸縮振動バンド,CD_2対称伸縮振動バンド(いずれもCC結合についてゴーシュ形の吸収バンド)に一致するように設定した.800cm^<-1>付近にあるゴーシュ形のNH_2縦ゆれ振動のバンドの吸収強度の減少から,反応も一次と仮定して速度定数を求めた.この定数を入射する光子数で規格化するために,光源が放射する光子数とフィルターの透過率とその光を吸収するバンドの吸収強度によって補正して異性化の相対的効率を求めた.その結果,励起される振動モードのエネルギーが大きくなるほど異性化の効率も大きくなる傾向が題られるが,特異な振動モード依存性は見られないこと,異性化のしきい値は2060cm^<-1>以下であること等が明らかとなった.EDOについて低温アルゴンマトリックス中で分子内水素結合をもつ2種類の回転異性TG^+G^-および^+G^+G -形の存在を確認した.40 00cm^<-1>から400cm^<-1>までの赤外光(H光),1650cm^<-1>から400cm^<-1>までの赤外光(L光)をそれぞれ照射して,回転異性化反応を観測した.その結果,TG^+G^<-1>形からTTT形およびTTG^-形への回転異性化はH光,L光のいずれによっても誘起されるが,G^+G^+G^+形からG^+TG^+形への回転異性化はH光のみによって誘起されることが分かった.
東アジア史における国家と地域社会-主として10世紀以前-

本研究の目的は,国家と社会の関係を基軸として,10世紀以前の東アジアの各時代における地域社会像を明らかにし,最終的には古代東アジア史の再構成を企図するものである。このような大きな課題を設定したため,本研究は相当に多数の研究者(20名の研究分担者と6名の研究協力者)が参加して遂行された。3年間の共同研究期間中,毎年夏期には当該問題に関して,幾つかの研究発表を中心にシンポジウムを開催し討論を行ったほか,各自が随時,学会誌などに研究成果を発表した。研究成果報告書は、全体を「一中国の国家と地域」、「二中国の辺境地域」、「三東アジア諸地域」の3部に分けて構成し、「一」には、中国内地における戦国時代から唐代に至るまでの国家・地域社会に関する問題を論じた7論文、「二」には、上古から五代までの四川・中国北辺・トゥルファン・敦煌地域の問題を扱った6論文、「三」には、渤海・新羅などの地域を考察の対象とした4論文を収録した。これらの諸論文を通して、特定の時代と特定の地域における国家と地域に関する具体的問題については、多くの新知見を得ることができた。この研究成果報告書は補訂を加え,近いうちに論文集として公刊する予定である。しかし,東アジア各時代の国家と地域社会との多様な諸関係を、どのように総合的にとらえるかの確かな成案を獲得するまでには到達しておらず、今回の共同研究の個別的な具体的成果を基礎にして、この課題に対して今後さらに検討を継続しなければならない。計画の初年度である本年度は,本研究の第一の目的,即ち,10世紀以前の東アジアの各時代・各地域における,具体的な地域社会像を明らかにするための基礎的作業として,分担研究者それぞれの専攻分野と問題関心に沿って,内外の関連する研究文献と関係史料の収集・整理に努めた。夏季には分担研究者と研究協力者の大多数が参加して,土肥義和の「九・十世紀敦煌社会の諸相-『社』関係文書を中心に-」,古瀬奈津子の「令外の官と皇帝・天皇権力-翰林院と蔵人所-」と題する口頭による研究発表などをめぐってシンポジウムを開催し,中国における地域社会の特質,君主権力・官僚制のありかたの分析を通して看取される日唐社会の類似性と相違点などについて,かなり掘り下げた討論をおこなった。一方,中村圭爾は論文「六朝史と『地域社会』」を発表し,中国の魏晋南北朝時代の地域社会をめぐる従来の研究視角と,地域社会なる概念の構成要素について検討した。それによれば,研究視角に関しては,地域社会を普遍性をもつ理念型としてとらえる視角と,地域的特性をもつ多様な個別社会の総合ととらえる視角とが併存し,したがって魏晋南北朝時代の地域社会像の解明には,まずもって研究概念としての地域社会の定義をおこなう必要があるという。無論,本研究で言うところの地域社会は後者のことであるが,全般的にこの方面に関しては情報の乏しい史料群から分析に堪える好史料を見いだし,具体的な個別の地域社会像の解明に進むことが次年度の課題である。計画の第2年度である本年度は,昨年度の基礎的作業を踏まえ,分担研究者それぞれの専攻分野と問題関心に沿って,10世紀以前の東アジアの各時代・各地域における個別具体的な地域社会像について,国家との関係に留意しながら多角的に考察することに努めると共に,引き続き内外の関連する研究文献と関係史料の収集・整理を進めた。夏季には分担研究者と研究協力者の大多数が参加して,次の研究発表を中心にシンポジウムを開催した。(1)松崎つね子「楚・秦・漢墓の変遷より秦の統一をみる-頭向・葬式・墓葬構造等を通じて」(2)古畑徹「環日本海地域間交流史の中の渤海国」(3)愛宕元「『真誥』降授者南嶽魏夫人信仰と地域性-大唐木澗魏夫人祠碑銘を手掛かりとして」(1)は墓葬方式から秦の国家統一における楚の地域性を,

(2)は中国東北地方・朝鮮・日本の交流史の中から渤海国の特徴を,(3)は道教信仰から随唐宋時代の河南地方における一地域の地域性を,それぞれ探求したものである。また,気賀沢保規・妹尾達彦・岡野誠・金子修一・高橋継男・愛宕元と,研究協力者の石見清裕・辻正博は,『月刊しにか』7巻9号(大修館書店,1996年9月)の特集企画「花の都・長安-唐代への時間旅行」にそれぞれ寄稿し,政治史・社会史・都市史・経済史・軍司史など多方面から,随唐時代の首都長安の実態について描写を加えた。このように,具体的な個別の地域社会像の解明については一定の進展をみたが,多様な地域社会像をどのように総合的にとらえるか,次年度の研究成果のとりまとめに当たっての大きな課題である。計画の最終年度である本年度は、これまでの二年間の共同研究にもとづき、研究分担者・研究協力者それぞれの専攻分野と問題関心にそって、各自が研究の成果を論文化し、研究成果報告書としてとりまとめることに努めた。一方、夏季には研究分担者・研究協力者の多くが参加して、次の研究発表を中心にシンポジウムを開催した。(1)古賀登「巴蜀古代文化探求」(2)清木場東「唐代財政支出研究の現状と課題」(1)は、中国四川地方の神話をふくむ伝存文献の分析によって、古代巴蜀文化の特徴を探求したものであり、(2)は、中国唐代における国家財政の支出の性格にあらわれる特色を摘出しようとしたものである。両報告をめぐり、国家と地域の問題を視野において、掘り下げた討論をおこなった。研究成果報告書は、3月末の完成をめざして現在作成中であるが、全体を「一中国の国家と地域」、「二中国の辺境地域」、「三東アジア諸地域」の3部構成とし、「一」には、中国内地における戦国時代から唐代に至るまでの国家・地域社会に関する問題を論じた7論文、「二」には、上古から五代までの四川・中国北辺・トゥルファン・敦煌地域の問題を扱った6論文、「三」には、渤海・新羅などの地域を考察の対象とした4論文を収録する予定である。これらの諸論文を通して、特定の時代と地域における国家と地域に関する具体的問題については、多くの新知見を得ることができたが、各時代の国家と地域社会との多様な諸関係を、どのように総合的にとらえるかの確かな成案を得るまでには至っておらず、今回の共同研究の具体的成果を基礎にして、今後さらに検討を加える課題としなければならない。
植物ロボット化による感覚行動系発達と初期的社会性の創発可能性に関する研究

ロボット化した植物群により、限られた日照面積と日照時間を最大限有効活用し光合成量を大幅に増加させるような行動決定アルゴリズムを提唱し、シミュレーションによりその効果を確認した。更に実際の植物ロボット(プラントロイド)を複数設計製作し実世界において、日向に移動する実験に成功した。また、広く感覚運動系の発達の仕組みを探求する研究を行い、ロボットの好奇心の研究、他者の意向に沿う行動や動作を行うアルゴリズムの研究、人の感覚運動系の計測結果に学びロボットアルゴリズムを考察する研究などに関し成果を得た。本研究の目的は、植物の生長高速化や高密度配置化を目指した植物ロボット化研究の取り組みを通して、感覚行動系の発達と初期的社会性の創発可能性を探ることである。植物の栽培ポットに移動機構や向きを調節する機構を組み込み、光量やCO2濃度等のセンサを取り付けてロボット化する。ロボット化された各植物が自律的に光やCO2を求めることで高密度配置になり、葉温が上昇し光合成能が低下した個体と葉温が低い日陰の個体が入れ替わる事で太陽光を空間的・時間的に有効活用できる。個の最適行動戦略と、集団としての総光合成量増大戦略は、脳神経系の発達した動物の初期的な状況のシミュレーションに相当する可能性があり、発達と知能の本質に迫るような成果をねらっている。平成25年度は、ロボット化された植物が、各種感覚情報に応じてどのように行動を行うかの仕組みに関し研究を進めた。100台程度のプラントロイドと名付けた植木鉢ロボットが、日向にいると葉温が上昇し日陰にいると葉温が下降するモデルを導入したシミュレーション環境を構築した。現在の葉温に応じて人工ポテンシャルの傾斜が正負の間を連続的に変化するようにし、各個体が葉温に応じて日向に行きたいか日陰に行きたいかを連続的に変えることで、限られた日照面積を有効に活用して光合成総量を増加できることを示した。また、感覚に基づく行動の原理の別の例として、自分が経験したことの無い感覚情報を得たいという行動指向性(好奇心)を、感覚行動系のロボットに持たせる方法を検討した。提案したアルゴリズムに基づき、ランダムに行動を選ぶよりも効率良く新奇な感覚情報を得られることを実験的に検証した。これらの研究成果は、学会発表及び書籍として発表し、平成26年度には査読付き国際会議論文(発表確定)や、査読付雑誌論文(条件付き採択確定)でも発表予定である。本研究の目的は、植物の生長高速化や高密度配置化を目指した植物ロボット化研究の取り組みを通して、感覚行動系の発達と初期的社会性の創発可能性を探る事であった。当初の計画では、ロボット化された植物を複数台を用いた実験を行い、社会性と解釈できる振る舞いが見られるかを観察することとしていたが、研究の進展に伴い、心理学的知見や経済学的知見との関連性に関しても、様々な示唆が得られそうであることがわかり、新規な情報を得ようとする好奇心の研究や、比較経済学に基づく異者間の協力などについての研究も進展した。平成26年度は、ロボット化された植物が自律的に他者を避けたり障害物を避けたりする行動ができるようにすべく、従来の明るさセンサ(太陽電池パネル)のみならずレーザ距離計を搭載し、他者を回避しつつ光を受けられる方向に移動することができることを確認した。また、感覚に基づく行動の原理の例として、自分が経験したことの無い感覚情報を得たいという行動指向性(好奇心)を、感覚行動系のロボットに持たせる方法を検討し、提案したアルゴリズムに基づき、ランダムに行動を選ぶよりも早く、新規な感覚情報を得られることを、実験的に検証した。さらに、各エージェントの得手不得手を相対化する比較経済学の理論に基づき、いずれの行動の遂行能率も劣っているエージェントでも比較優位であるような行動を選択するというような、行動選択の原理を検討し、シミュレーションにより実験を行い、その効果を確認した。これらの研究成果は、査読付き国際会議論文や、招待講演として発表し、査読付雑誌論文にも採択・掲載された。ロボティクスロボットに新奇な感覚状態を得たいという欲求として「好奇心」を研究し、新奇な感覚を得ることが期待できる行動を生成するアルゴリズムの開発などを行った。ロボット化された植物の行動原理として活用してゆくことが期待できる。平成26年度は、ロボット化された植物を複数台用意し、実環境でそれぞれの感覚に応じた行動を行う実験を繰り返し、そこから初期的社会性の創発可能性を考察する。平成25年度にはアルゴリズムの研究を中心に行っており、平成26年度にロボット化植物を何台か開発して実験を行うため、次年度使用額が生じた。平成25年度に試行錯誤したアルゴリズムを、実世界で実験的に検証するために、植木鉢ロボットを数台開発する。センサも活用する可能性のあるセンサを多種類購入する。
教育用アレアトリ-・フォーム生成システムの開発に関する研究

まず、セル・オートマトンの(1)1次元2状態3近傍の256ルール、(2)1次元2状態5近傍総和型の64ルール、(3)1次元2状態5近傍の43億ルール、(4)1次元2状態線形セルオートマトン、(5)2次元9状態5近傍線形セルオートマトンなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発し、システムの全体動作において偶然性に支配されるプロセスが表現できるか?計算機実験により確認した.同様に,カオスについて、(1)回転状カオス、網目状カオス、円環状カオス、強制系カオスなどのような面積保存型、および(2)面積変化型円環状カオス、(3)翼状カオス、(4)チョ-サとゴルビツキ-の対称型カオス、(5)ローレンツの離散型カオスなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.また、フラクタルについてもジュリア集合、マンデルブロ-集合、シェルピンスキー曲線、コッホ曲線などの描画プログラムなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.その後、対話型ヒューマン・インターフェースを実現するためのイベント処理プログラム(フォルダ作成、ファイル保存、プルダウンメニュー作成、ボタン制御、マウス制御など)の開発を行い、これを上記メイン・プログラムに組み込みシステムの完成を図った.最後に、完成したシステムにより生成されたアレアトリ-・フォームを試験的に各種デザイン業務へ適用し、その有効性を確認した.まず、セル・オートマトンの(1)1次元2状態3近傍の256ルール、(2)1次元2状態5近傍総和型の64ルール、(3)1次元2状態5近傍の43億ルール、(4)1次元2状態線形セルオートマトン、(5)2次元9状態5近傍線形セルオートマトンなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発し、システムの全体動作において偶然性に支配されるプロセスが表現できるか?計算機実験により確認した.同様に,カオスについて、(1)回転状カオス、網目状カオス、円環状カオス、強制系カオスなどのような面積保存型、および(2)面積変化型円環状カオス、(3)翼状カオス、(4)チョ-サとゴルビツキ-の対称型カオス、(5)ローレンツの離散型カオスなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.また、フラクタルについてもジュリア集合、マンデルブロ-集合、シェルピンスキー曲線、コッホ曲線などの描画プログラムなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.その後、対話型ヒューマン・インターフェースを実現するためのイベント処理プログラム(フォルダ作成、ファイル保存、プルダウンメニュー作成、ボタン制御、マウス制御など)の開発を行い、これを上記メイン・プログラムに組み込みシステムの完成を図った.最後に、完成したシステムにより生成されたアレアトリ-・フォームを試験的に各種デザイン業務へ適用し、その有効性を確認した.教育用アレアトリ-・フォーム生成システムに関する基本プログラム開発を行った.ここでは,まず,複雑系の解析・表現手法として近年注目されているセル・オートマトン,カオス,フラクタルなどの手法について,各手法の種々プロセスにおいて選択的に決定できる数学的パラメータを精査・類別化し,パラメータの定義域,値域などを規定した.また,偶然性を導入する場合に適用する確率関数,選択確率などを規定した.これらの規定に基づくプログラム開発の具体例として,セル・オートマトンの2状態3近傍の256ルール,2状態5近傍総和型の64ルール,2状態5近傍の43億ルールをプログラム化した.このとき,状態遷移関数の初期値や各プロセスで必要とされる値の決定プロセスに偶然性を導入するためランダム関数を組み込んだ.また,遷移途中からルールを次々に乗り換えることができるような乗り換えプログラムを作成した.次に,フラクタル図形の主な手法である,ジュリア集合,マンデルブロ-集合,ヒルベルト曲線,ペアノ曲線,シェルピンスキー曲線,コッホ曲線などの再帰図形,空間充填曲線を関数形式にプログラムした.同様に,カオスについては,回転状カオス,網目状カオス,円環状カオス,強制系カオスなどのような面積保存型,および面積変化型円環状カオス,翼状カオス,チョ-サとゴルビツキ-の対称型カオス,ロ-レツの離散型カオスなどを関数形式にプログラムした.上記のように関数形式に個別にプログラムされた部品を組み合わせるメイン・プログラムを構築し全体として偶然性に支配されるプロセスが実現できるか?計算機実験を行い,アレアトリ-・フォームが生成されることを確認した.まず,セル・オートマトンの(1)1次元2状態3近傍の256ルール,(2)1次元2状態5近傍総和型の64ルール,(3)1次元2状態5近傍の43億ルール,(4)1次元2状態線形セルオートマトン,(5)2次元9状態5近傍線形セルオートマトンなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発し,システムの全体動作において偶然性に支配されるプロセスが表現できるか?計算機実験により確認した.同様に,カオスについて,(1)回転状カオス,網目状カオス,円環状カオス,強制系カオスなどのような面積保存型,および(2)面積変化型円環状カオス,(3)翼状カオス,(4)チョ-サとゴルビツキ-の対称型カオス,(5)ローレンツの離散型カオスなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.

また,フラクタルについてもジュリア集合,マンデルブロ-集合,シェルピンスキー曲線,コッホ曲線などの描画プログラムなどの個別に開発された関数形式描画プログラムを総合的に組み込むメイン・システムを開発した.その後,対話型ヒューマン・インターフェースを実現するためのイベント処理プログラム(フォルダ作成,ファイル保存,プルダウンメニュー作成,ボタン制御,マウス制御など)の開発を行い,これを上記メイン・プログラムに組み込みシステムの完成を図った.最後に,完成したシステムにより生成されたアレアトリ-・フォームを試験的に各種デザイン業務へ適用し,その有効性を確認した.
発光計測技術の開発による求愛学習中のドーパミン細胞のダイナミクスと機能の解明

本研究の目的は、ショウジョウバエを用いて、求愛学習に必要なドーパミン細胞の活動のダイナミクスを観察し、学習中にどのような情報処理が行われるかを解明することである。その為には、完全に自由に行動する動物内の特定神経細胞から活動を計測するアプローチが必要となる。そこで本年度は、まず、発光プローブにもとづいた、自由行動する個体から神経活動を計測する新規の技術を開発した。発光プローブには、カルシウム感受性発光タンパク質Aequorinに蛍光タンパク質tdTomatoをつなげた、Aequorin-tdTomato (Aeq-tdTA)を用いた。Aeq-tdTAはGal4/UASシステムという遺伝学的手法を用いて、特定の神経細胞に発現させた。Aeq-tdTAが発光するために必要な基質であるセレンテラジンは、血管への注射を通して細胞に導入した。Aeq-tdTAを発現させたハエは、アリーナ内で行動させ、発光シグナルの検出には光電子増倍管を用いた。また、ハエの行動はサーモグラフィーを用いて観察した。本技術が機能するかどうかを調べる為に、まず原理証明実験を行った。そこではオスのフェロモンcVAに特異的に反応する嗅覚受容細胞にAeq-tdTAを発現させ、アリーナ内の二匹のオスの行動と神経活動を計測した。その結果、cVAはオスの体表よりもマーキング行動を通して提示される分泌物に多く含まれることが分かった。更にこの分泌物は、オスとメス双方を惹きつけ、求愛行動の場を作り出すことを見いだした。cVAは長年研究されてきたが、マーキング行動により特定のタイミングで積極的に放出され、社会的コミュニケーションに利用されていることが初めて明らかとなった。特定の神経細胞に発光バイオセンサーを発現させ、自由行動するハエからリアルタイムで神経活動を計測するシステムの開発に成功したため。また、原理証明実験を通して、従来の仮説とは異なり、cVAはオスの体表よりもマーキング行動を通して提示される分泌物に多く含まれることを見出し、更にこの分泌物はオスとメス双方を惹きつけるために、求愛行動の場を作り出すことに貢献するという新規の生物学的事象を発見できたため。なお、結果は論文として報告した。本年度は嗅覚受容細胞という末梢神経細胞を用いて実験を行ったが、来年度は確立した実験系を中枢神経細胞に適用することで、求愛学習に必要なドーパミン細胞の活動のダイナミクスを観察し、学習中にどのような情報処理が行われるかを理解することを目指す。本年度は、嗅覚受容細胞という末梢神経細胞を用いて実験を行ったが、そこで想定外の生物学的事象を発見し、学術論文も発表することが出来た。そのために、本実験系を中枢神経細胞に適用するのが来年度の予定となった。来年度の研究計画を達成するためには、発光タンパク質の基質であるセレンテラジンを効率良く中枢神経細胞に届ける技術の開発や、新規の発光タンパク質の設計が必要になる可能性がある。また、その場合、遺伝子改変動物の新規作成が必要となる。