hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘテロジィニアスネットワークコンピュータを用いた超並列計算

初年度に構築を行ったヘテロジィニアス並列計算機環境を用いて、今年度では以下の研究を遂行した。実用問題として、100万自由度を越える大規模かつ複雑形状問題を対象とし、また膨大な解析時間を要する非線形問題である、弾塑性構造解析の並列計算を実現した。ヘテロジィニアス並列計算機では、個々のプロセッサの計算能力に大きく差が生じる可能性があり、並列効率に大きく影響を与えるプロセッサ間での負荷分散の均一化が困難となり得るため、同様の問題を含んでいる複雑形状問題に対し、プロセッサ間での負荷分散の均一化に有効な手段であることが実証されている。本研究代表者らが開発した動的負荷分散手法の採用を行い、高い並列パフォーマンスを実現した。また従来の単一機種を用いた並列有限要素解析コードで同様の解析を行い、計算時間、並列効率の結果を比較し、機種依存性を評価した。上述の動的負荷分散手法および、専用並列計算機に対し通信速度が顕著に遅い、ネットワーク利用の仮想並列計算機において有効な手段であることが実証されている。本研究代表者らが開発した通信データ量を大幅に削減し得る、データ分散管理手法の導入により、機種依存性が極めて低い事を確認した。さらに、インターネット等のコンピュータネットワークを用いて、遠隔地に設置されている計算機を含む、使用可能なあらゆる計算機を同時に使用し、大規模並列計算を行った。他大学を含む全国の大型計算機センター等の使用可能な計算機を、ヘテロジィニアス並列計算機に組み込み、実際に大規模有限要素解析を実現した。あらかじめ使用する計算機環境を特定せず、異機種計算機を結合したヘテロジィニアスコンピューティングを含む、いかなる並列計算機環境においても、高い並列効率のもとでの大規模解析を実現する並列有限要素解析コードの開発を目的とし、初年度では以下の研究を遂行した。パーソナルコンピュータ(DEC Alpha 21164、2CPU)を購入し、現有設備である、ワークステーション(Sun Ultra Sparc 1/200MHz.HP PA9000/735)およびパーソナルコンピュータ(Intel Pentium 200MHz等)で構成されているコンピュータネットワークに加え、現在世界市場のシェアの多くを占める、主要ワークステーションおよびパーソナルコンピュータを含んだ、ヘテロジィニアス並列計算機環境を構築し、今日並列計算用通信ライブラリの標準となっている、汎用ライブラリであるPVM(Parallel Virtual Machine)およびMPI(Message Passing Interface)を実装した。既に本研究代表者らにより開発済の、超並列計算機、およびネットワーククラスタ型仮想並列計算機のための、領域分割法を用いた並列有限要素解析コードを基とし、ハードウェア依存部分を削除し、高効率を実現できる並列有限要素解析コードの開発を行った。新しい計算機環境への移植の際には、PVMまたはMPIを備えていることが条件となるが、将来的にはこれらの汎用並列ライブラリが存続する保証はされ得ないので、これらの利用についても、並列処理に必要最低限となる通信部分のみの利用に留め、依存率を極力低く保つことにより、柔軟性を備えたシステムの構築を実現した。
コンセプトマップを用いたアセスメント教育プログラムの構築 ‐看護知識の構造化‐

本研究の目的は、関連図を用いて学生の専門知識を構造化させ、アセスメント能力の向上を図る新規のアセスメント教育プログラムを構築することである。本研究では、認知心理学領域の学習理論を取り入れ、看護学生の有する専門知識に着目し、看護過程の展開において関連図を用いて思考させることで、アセスメントにおける知識の効果的な活用や知識の構造化を図る。平成28年度は、関連図を用いた能動的学習によるアセスメント教育プログラムを考案し、アセスメント能力・知識構造の評価基準を策定し、倫理委員会による承認を得て教育介入を実施した。教育介入の参加学生は4年制大学看護学専攻学生で、看護過程に関する講義の受講生80名であり、研究参加への同意を示した49名を分析対象とした。介入の内容は、紙上患者事例を提示し、個々にアセスメントおよび関連図を作成するよう教示した。アセスメントの際はグループワークを取り入れ理解度の向上を図った。講義期間の中間で関連図作成に関する演習を実施した。講義の中間および終了時にアセスメント内容および関連図の提出を求め、アセスメント能力および知識構造の指標とした。平成29年度は、対象学生のアセスメント内容の特徴や教育介入前後の相違について分析を行い、平成30年度はさらに精査するとともに、知識構造とアセスメント能力の関連について検討した。また、前助成事業での研究結果も含む、関連図を用いたアセスメント教育方法の効果に関して論文発表および学会発表を行った。今後は、関連図を用いた新規の教育方法の、学生のアセスメント能力向上や知識の構造化への有効性を検討する。新規に考案した教育介入の効果の指標となる、学生のアセスメント内容に関して分析を行ったが、研究代表者は平成29年度末から30年度9月まで短期留学により研究活動に遅滞が生じた。より多角的な視点からの分析が必要であり、分析作業が完了していないため、やや遅れていると判断した。今後は参加者のアセスメント能力および知識構造に関してさらに詳細な分析を行う。その上で、関連図に関する教育介入前後のアセスメント能力を比較し、本研究で実施した教育介入の効果を検証する。また、アセスメント課題の記載内容と関連図課題の内容との関連を検証し、アセスメント能力と知識構造の関連について検証する。近年、看護職者にはより高度な思考力が求められており、看護基礎教育においても学生の思考能力の向上を目指し教育方法の工夫がなされている。しかし、看護学生は疾患や治療等について知識は有しているものの、知識の活用方法が修得できていないため、臨地実習においてもアセスメントが不充分になっているとの報告もある。そこで本研究では、看護学生の有する専門知識に着目し、看護過程の展開において関連図を用いて思考させることで、アセスメントにおける知識の効果的な活用や知識の構造化を図る。平成28年度は、認知心理学領域の学習理論を取り入れ、関連図を用いた能動的学習によるアセスメント教育プログラムを考案し、アセスメント能力・知識構造の評価基準を策定した。その上で、倫理委員会による承認を得て下記の教育介入を実施した。(1)参加者: 4年制大学看護学専攻学生で、看護過程に関する講義の受講生80名を対象に教育介入を実施した。研究の趣旨を説明し、参加の意向を提示した49名の学生のみを分析対象とした。(2)教育介入の内容:紙上患者事例を提示し、個々にアセスメントおよび関連図を作成するよう教示した。(3)アセスメント能力および知識構造の評価:アセスメント内容は関連図に関する演習前後に2回、関連図は講義期間終了時に提出を求め、アセスメント能力および知識構造の指標とした。今後は、対象学生のアセスメント内容の特徴や推移、知識構造とアセスメント能力の関係を詳細に分析することで、学生のアセスメント能力向上や知識の構造化における、関連図を用いた新規の教育方法の有効性を検討する。教育介入の実施は、学生のカリキュラムに沿って平成28年度後半に計画通りに実施できた。教育介入の効果の指標となる学生のアセスメント内容に関するデータは収集できたが、分析作業が完了していないため、やや遅れていると判断した。そこで本研究では、看護学生の有する専門知識に着目し、認知心理学領域の学習理論を取り入れ、看護過程の展開において関連図を用いて思考させることで、アセスメントにおける知識の効果的な活用や知識の構造化を図る。教育介入の参加学生は4年制大学看護学専攻学生で、看護過程に関する講義の受講生80名であり、研究参加への同意を示した学生のみを分析対象とした。

介入の内容は、紙上患者事例を提示し、個々にアセスメントおよび関連図を作成するよう教示した。アセスメントの際はグループワークを取り入れ理解度の向上を図った。講義期間の中間で関連図作成に関する演習を実施した。参加学生へは適宜アセスメント内容および関連図の提出を求め、アセスメント能力および知識構造の指標とした。平成29年度は、対象学生のアセスメント内容の特徴や教育介入前後の相違について、主に量的観点から分析を行った。今後は、学生のアセスメント能力をさらに精査するとともに、知識構造とアセスメント能力の関連について明らかにし、学生のアセスメント能力向上や知識の構造化における、関連図を用いた新規の教育方法の有効性を検討する。新規に考案した教育介入の効果の指標となる、学生のアセスメント内容に関して分析を行ったが、より多角的な視点からの分析の必要性が見いだされ、分析作業が完了していないため、やや遅れていると判断した。本研究の目的は、関連図を用いて学生の専門知識を構造化させ、アセスメント能力の向上を図る新規のアセスメント教育プログラムを構築することである。本研究では、認知心理学領域の学習理論を取り入れ、看護学生の有する専門知識に着目し、看護過程の展開において関連図を用いて思考させることで、アセスメントにおける知識の効果的な活用や知識の構造化を図る。平成28年度は、関連図を用いた能動的学習によるアセスメント教育プログラムを考案し、アセスメント能力・知識構造の評価基準を策定し、倫理委員会による承認を得て教育介入を実施した。教育介入の参加学生は4年制大学看護学専攻学生で、看護過程に関する講義の受講生80名であり、研究参加への同意を示した49名を分析対象とした。講義の中間および終了時にアセスメント内容および関連図の提出を求め、アセスメント能力および知識構造の指標とした。平成29年度は、対象学生のアセスメント内容の特徴や教育介入前後の相違について分析を行い、平成30年度はさらに精査するとともに、知識構造とアセスメント能力の関連について検討した。また、前助成事業での研究結果も含む、関連図を用いたアセスメント教育方法の効果に関して論文発表および学会発表を行った。今後は、関連図を用いた新規の教育方法の、学生のアセスメント能力向上や知識の構造化への有効性を検討する。新規に考案した教育介入の効果の指標となる、学生のアセスメント内容に関して分析を行ったが、研究代表者は平成29年度末から30年度9月まで短期留学により研究活動に遅滞が生じた。より多角的な視点からの分析が必要であり、分析作業が完了していないため、やや遅れていると判断した。次年度は参加者のアセスメント能力および知識構造に関する詳細な分析を行う。その上で、関連図に関する能動的学習前後のアセスメント能力を比較し、本研究で実施した教育介入の効果を検証する。
農薬を光で見よう

本研究では、残留農薬に焦点をあて、代表者がこれまで蓄積した「半導体物性評価」の知見に基づく「光励起蛍光分光法」を発展的に展開して、簡易・迅速かつ高精度に計測できる非破壊計測技術の基礎的知見を得ることを目的としている。平成30年度は、平成29年度計画からの継続事項であった課題2「蛍光による農薬量の検出限界」として、農産物に付着した微量の農薬を検出するために、本評価方法による微量農薬の検出限界を把握する(評価項目III)ことと、課題3「高分解能蛍光分光による農薬種の特定」として、実際の農産物表面に意図的に農薬を噴霧した試料を準備し、その蛍光測定を実施することとした(評価項目IV)。計測方法は平成29年度報告と同様とした。農薬には、基礎的知見収集のため、ダコニール1000、モスピラン、スミチオンを用いた。本研究で用いた農薬の内、スミチオンは蛍光の検出限界以下であった。原液は茶褐色透明であるスミチオンは乳剤型であるために水に希釈すると白くなる。この白濁したスミチオン希釈液の蛍光測定を行なったが、原液の時と同様に検出限界以下であった。モスピランは液剤型であり、農薬有効成分自体が水に可溶である。この場合蛍光強度は濃度に比例し減少していくことがわかった。また10%希釈液が本装置における検出限界となった。水和剤であるダコニール1000は、水に希釈すると懸濁液となる。これは農薬有効成分が水に溶解せず、粒子が水中で分散している状態となる。今回の蛍光測定は石英セル中に希釈農薬を静置して行うために、徐々に農薬成分が沈降していく。石英セルの中心付近にレーザーを照射しているが、石英セル中で希釈液の濃度勾配が出来るために、蛍光強度が濃度に比例しない現象が現れた。粒子と溶剤を分離し蛍光測定を行うなどして、より詳細な検討が必要である。現在も進行中である課題2「蛍光による農薬量の検出限界」の調査については、ファイバー式の蛍光分光計測システムにHe-Cdレーザーを入射できるように改良したので、実測に移行し現行装置の検出限界であるモスピラン10%希釈液の結果を上回ることが可能か調査を進めたい。平成30年度から引き続いて、課題3「高分解能蛍光分光による農薬種の特定」として、実際の農産物表面に意図的に農薬を噴霧した試料を準備し、その蛍光測定を実施している。本測定では、農産物そのものからの蛍光(バックグラウンドノイズ)も観測される。そのような実環境下において農薬種の特定が可能かどうかを明らかにする。加えて、照射レーザー強度によっては農産物の表面を傷める可能性が考えられる。よって、前述のように農薬検出装置の要求性能を算出する上で重要な知見が得る(評価項目IV)。また、課題4「農薬検出装置の実用化に向けた農薬検出方法の検討」として、レーザービームエキスパンダー等を用い、農産物表面の広範囲にレーザーを照射し、どの程度農薬検出が可能かどうかを評価検討する。現行の農薬検出方法はレーザー光を集光し試料上に照射し、その蛍光を観測するもので、農産物の限られた部位(レーザーの集光スポット範囲)しか計測ができない。実用化に向けては、集光スポット範囲が農産物表面において可能な限り広くなるようにしなければならないと考えられるからである。加えて「農薬の蛍光ライブラリの構築」として、農薬の高分解能蛍光スペクトルのライブラリ化を目指すため、実測した蛍光スペクトルのデータベース化を行い、順次、農薬の種類を追加する。(評価項目V)。平成29年度計画は、課題1「農薬の蛍光分光スペクトル形状の把握」として、農薬試料を、半導体デバイスに用いられるシリコンウェハ基板上に噴霧し乾燥させたものを準備し、評価項目I:蛍光の有無、および評価項目II:高分解能蛍光スペクトルを取得する。また課題2「蛍光による農薬量の検出限界」として、農産物に付着した微量の農薬を検出するために、本評価方法による微量農薬の検出限界を把握する(評価項目III)こととした。計測方法として、光励起蛍光分光測定装置は農薬の蛍光測定のため、紫外励起による可視・赤外蛍光が測定できるものを用いた。励起レーザーは波長325nmのHe-Cdレーザーを使用し、レンズにより集光し試料に照射した。高分解能蛍光スペクトルを取得するために、適度に明るい焦点距離50cmの分光器を使用した。検出器は光電子増倍管を用いた。農薬には、基礎的知見収集のため、ダコニール1000、モスピラン水溶液、トレボン、スミチオン等、また展着剤のダインを用いた。本研究で用いた農薬の内、ダコニール1000、モスピラン水溶液、トレボン、ダインで蛍光があり、かつそれらのスペクトルを取得することができた。特にダコニール1000及びモスピランは比較的強い蛍光を、またダイン及びトレボンは弱い蛍光を示し、蛍光する波長は農薬ごとに異なることがわかった。比較的強い蛍光を示すダニコール1000、モスピラン水溶液を水で希釈し、本測定システムでの農薬の検出限界を調査中である。

また今後農薬に含まれる成分を農薬ごとに整理し、蛍光ピークの同定を行う。当初研究計画では、農薬試料を、半導体デバイスに用いられるシリコン(Si)ウェハ基板上に噴霧し乾燥させたものを準備し蛍光測定を行う予定であった。しかしウェハ上で農薬が乾燥するものとしないものが存在したため、平成29年度は対応策として農薬を原液のまま計測する手法に切り替えた。本研究では、残留農薬に焦点をあて、代表者がこれまで蓄積した「半導体物性評価」の知見に基づく「光励起蛍光分光法」を発展的に展開して、簡易・迅速かつ高精度に計測できる非破壊計測技術の基礎的知見を得ることを目的としている。平成30年度は、平成29年度計画からの継続事項であった課題2「蛍光による農薬量の検出限界」として、農産物に付着した微量の農薬を検出するために、本評価方法による微量農薬の検出限界を把握する(評価項目III)ことと、課題3「高分解能蛍光分光による農薬種の特定」として、実際の農産物表面に意図的に農薬を噴霧した試料を準備し、その蛍光測定を実施することとした(評価項目IV)。計測方法は平成29年度報告と同様とした。農薬には、基礎的知見収集のため、ダコニール1000、モスピラン、スミチオンを用いた。本研究で用いた農薬の内、スミチオンは蛍光の検出限界以下であった。原液は茶褐色透明であるスミチオンは乳剤型であるために水に希釈すると白くなる。この白濁したスミチオン希釈液の蛍光測定を行なったが、原液の時と同様に検出限界以下であった。モスピランは液剤型であり、農薬有効成分自体が水に可溶である。この場合蛍光強度は濃度に比例し減少していくことがわかった。また10%希釈液が本装置における検出限界となった。水和剤であるダコニール1000は、水に希釈すると懸濁液となる。これは農薬有効成分が水に溶解せず、粒子が水中で分散している状態となる。今回の蛍光測定は石英セル中に希釈農薬を静置して行うために、徐々に農薬成分が沈降していく。石英セルの中心付近にレーザーを照射しているが、石英セル中で希釈液の濃度勾配が出来るために、蛍光強度が濃度に比例しない現象が現れた。粒子と溶剤を分離し蛍光測定を行うなどして、より詳細な検討が必要である。現在も進行中である課題2「蛍光による農薬量の検出限界」の調査については、ファイバー式の蛍光分光計測システムにHe-Cdレーザーを入射できるように改良したので、実測に移行し現行装置の検出限界であるモスピラン10%希釈液の結果を上回ることが可能か調査を進めたい。現在進行中の課題2「蛍光による農薬量の検出限界」の調査については、現有の計測システムに改良を加えることとしている。具体的にはファイバー式の蛍光分光計測システムに液体セル用試料ホルダーを追加し、さらにHe-Cdレーザーを入射できるように改良し、計測および解析を進める。また課題1「農薬の蛍光分光スペクトル形状の把握」に関連して、農薬の劣化試験を行う。具体的には農薬を大気圧下で2週間程度放置し、1日ごとの蛍光分光スペクトルの取得を行い、スペクトルの変化、すなわち農薬成分の変化が起こらないかを確認する。また新たに、課題3「高分解能蛍光分光による農薬種の特定」として、実際の農産物表面に意図的に農薬を噴霧した試料を準備し、その蛍光測定を実施する。
社会的責任投資対象企業の生産性に関する研究

本研究は、社会的責任投資の中でも、特に環境問題に焦点を当てた社会的責任投資(通称エコファンドとも呼ばれる)がどのような企業に投資を行っているのかを明らかにすることを目的としている。本研究は特に、生産性に着目し、窯業土石産業に分類される企業について効率性のスコアを測定した。そして、日本の代表的なエコファンドを取り上げ、それらの投資対象となっている企業となっていない企業で効率性のスコアを比較した。その結果、エコファンドに組み込まれている企業はそうでない企業と比べ、経済パフォーマンスがよく、また経済面と環境面にバランス良く取り組んでいることが明らかとなった。社会的責任投資の進展は、金融面から企業の環境取組を促進する手段になり得るものである。しかし、どのような企業が実際にファンドに組み込まれているのかが分かりにくいという難点があり、普及を妨げているという懸念があった。本研究はこの点に着目し、社会的責任投資の対象となっている企業が、そうでない企業と比べ、生産性・効率性という観点から、どのような違いがあるかを調べることを目的とし、生産性という観点からこのファンドの性質を明らかにしようとするものである。この目的のための本研究の実施計画は、平成19年度においては、準備段階として分析のサンプルの特定及びデータ収集を実施し、平成20年度において生産性・効率性の推定を行う、というものであった。この計画を踏まえ、平成19年度の研究実績は、以下があげられる。まず第一に、社会的責任投資のファンドにはどのようなものがあるのかを整理した。第二に、どのような企業がそれらの主要なファンドの投資対象となっているのかについて調査を実施した。第三にデータ収集を実施した。今年度のデータ収集は、生産性・効率性を測定するデータのうち、主に財務データを中心に行った。これは、日経財務データ等から入手した。平成19年度の成果を踏まえ、平成20年度においては、環境報告書等を参考資料としながら環境関連のデータを収集する。平成19年度に収集した財務データとあわせて、包絡分析法による、生産性・効率性の推定作業を実施する予定である。本研究の目的は、環境配慮型投資信託に組み入れられている企業と、組み入れられていない企業のパフォーマンスを、生産性という観点から比較することである。平成20年度は、平成19年度に収集したデータをもとに、Data Envelopment Analysisという手法を用いて、効率性スコアの測定を行った。本研究では、窯業土石産業に属する企業を対象とし、インプットとして、労働者数・資本ストック・原材料、アウトプットとしては売上高のみを用いるモデルと、売上高及び温室効果ガス排出量を用いるモデルの両方を測定した。また、日本の代表的な環境配慮型投資信託をふたつとりあげ、それぞれ投資信託に組み入れられている企業と、そうでない企業について効率性スコアを比較すると、次のような結果が得られた。ふたつの環境配慮型投資信託に組み入れられている企業は、組み入れられていない企業と比べると、1.経済パフォーマンスが高い。2.温室効果ガスの削減と、売り上げの増加に関して、バランス良く取り組んでいる。これまで、環境配慮型投資信託と、従来の投資信託のパフォーマンスを比べる研究はあったが、対象企業に焦点を当てた研究がなかった。これまで環境配慮型投資信託は「分かりにくい」という不満が投資家から寄せられていたため、本研究の成果は、その情報不足解消に貢献できるものと考えられる。今後の課題としてはサンプルサイズを大きくすることが考えられる。
近傍構造と近似モデルを利用した効率的制約付き最適化手法に関する研究

「集団に基づく最適化手法」に対して,探索効率と頑健性を向上させる(1)動的パラメータ調整法の提案と(2)比較推定法を用いた効率的制約付き最適化法の提案,を行い,有効性を示した.(1)では,目的関数形状に基づく調整(1直線に沿った関数値のサンプリングを用いる方法2近接構造と近接グラフを用いる方法),探索点の分布推定に基づく調整,探索点のランク情報に基づく調整を提案した.(2)では,複数の低精度近似モデルについて比較実験し,ポテンシャルモデルを用いた比較推定法とε制約法による制約付き最適化法が効率的であることを示した.「集団に基づく最適化手法」に対して,探索効率と頑健性を向上させる(1)動的パラメータ調整法の提案と(2)比較推定法を用いた効率的制約付き最適化法の提案,を行い,有効性を示した.(1)では,目的関数形状に基づく調整(1直線に沿った関数値のサンプリングを用いる方法2近接構造と近接グラフを用いる方法),探索点の分布推定に基づく調整,探索点のランク情報に基づく調整を提案した.(2)では,複数の低精度近似モデルについて比較実験し,ポテンシャルモデルを用いた比較推定法とε制約法による制約付き最適化法が効率的であることを示した.本研究は、多峰性の目的関数や厳しい制約領域を有する最適化問題、関数(特に、目的関数)の評価コストが高い問題など直接探索法によっても最適化が困難な問題に対して、近傍構造と近傍モデルを利用した効率的かつ汎用的な最適化手法を検討することを目的としている。本年度は、上記のような最適化問題を対象に差分進化(DE)を用いた以下の研究を実施した。(1)先行研究の成果である高速かつ頑健なε制約付き最適化手法であるεDEg(数値計算によるgradientを利用した突然変異を用いるεDE)を改良したεDEagを提案した。εDEagでは、εDEgに集団の多様性維持のためにアーカイブを導入するとともに、厳しい制約領域を有する最適化問題に対応するために新たなεレベルの制御方法を採用した。この研究は、2010 IEEE Congress on Evolutionary ComputationにおいてIEEE Computational Intelligence Societyが開催した"実数値パラメータを有する制約付き最適化"に関するCompetitionおいて最優秀賞を受賞した。(2)DEは高速かつ頑健な最適化法である一方、パラメータ制御によるアルゴリズムの調整が困難な方法である。本研究は、εDEにDEのアルゴリズムパラメータ(スケーリングパラメータと交差率)に対する適応制御とεレベルの新たな制御方法を導入したεADEを提案し、テスト問題に適用し、既存の様々な最適化手法の約半分の関数評価回数で安定的に最適解の高精度近似解が得られることを示した。(3)変数間に強い関連性がある問題に対応してDEを改良した。DEは変数間に強い関連性がある問題では探索性能が低下する。そこで、回転不変性を有する交叉を提案し、確率的に回転不変交叉を用いるDE(RIDE)を提案した。この研究は、制約なし最適化問題を対象として行い、13個のテスト問題に適用し、従来のDEと探索性能を比較した。その結果、ほとんど全ての問題において、RIDEの方が従来のDEよりも有効であることが示された。本研究は,多峰性の目的関数や厳しい制約領域を有する最適化問題,関数(特に目的関数)の計算費用が高い最適化問題に対して,近傍構造と近似モデルを利用した効率的かつ汎用的な最適化手法を検討することを目的としている.本年度は上記のような最適化問題を対象に差分進化(DE)を用いた以下の研究を行った.(1)変数間に強い依存性がある問題に対してDEの探索性能が低下する問題点を解決するために,回転不変性を有する局所標本操作(Local Sampling Operation,LSO)を提案した.LSOでは,親と異なる複数の探索点を選択し,親を中心としこれらの点により張られた局所領域から1点を子として選択する.LSOの成功率を用いてDEの通常の交叉操作とLSOを確率的に採用するとともに,局所探索と大域探索の切換を行った。13個のテスト問題により関数評価回数を大きく削減できることを示した.(2)ファジィクラスタリングによる分割エントロピーを用いた探索点の分布推定法を提案した.エントロピーが非常に高ければ探索点が一様に分布し無作為探索,低ければ偏って分布し方向探索を行うパラメータ制御をした.また,基本ベクトルの選択方法として貧欲戦略であるspecies-best戦略を提案した.13個のテスト問題により標準DEに比べて関数評価回数を削減できることを示した.(3)各探索点の集団内のランク情報を用いて,探索点毎にパラメータFとCRを制御する固定的パラメータ設定法を提案し,εDEに適用した.比較的簡単な,3個のテスト問題により他手法に比べて関数評価回数を大きく削減できることを示した.(4)(2)のspecies-best戦略を用いたDE(SDE)において,種分化で用いる近傍構造によるSDEの性能比較を行った.k-平均法,k-近傍法,k-無作為法による近傍を用いた。13個のテスト問題による比較実験の結果,SDEにおいてはk-近傍法とk-無作為法がk-平均法より優れていることが示された.本研究は,多峰性の目的関数や厳しい制約領域を有する最適化問題,関数(特に目的関数)の計算費用が高い最適化問題に対して,近傍構造と近似モデルを利用した効率的かつ汎用的な最適化手法を検討することを目的としている.

本年度は上記のような最適化問題を対象に差分進化(DE)および粒子群最適化(PSO)を用いた以下の研究を行った.1目的関数の形状推定:昨年度,探索領域内に探索点の重心と最良点を結ぶ直線上の標本点における関数値の変化によって関数形状を推定するサンプリングに基づく方法を提案し,DEに適用した.今年度は,PSOに対して同方法を適用し有効性の検討を行った.また,今年度はグラフに基づく推定方法について検討した.探索点集合からなる近接グラフを構成し,隣接した探索点の関数値を比較する.隣接する全ての点よりも関数値が良好な点を谷点と推定する.谷点の数が1ならば単峰性,そうでなければ多峰性と判定する方法を提案し,その有効性を確認した.2アルゴリズムパラメータの自動調整:対象とする最適化アルゴリズムとしては,DEを採用した.DEのアルゴリズムパラメータであるスケーリングファクタFと交叉率CRについて,1の関数形状の推定に基づき,単峰性の場合は収束速度を高めるためにFを小さくCRを大きくし,多峰性の場合は局所解を避けるためにFを大きくCRを小さくする自動調整法を採用したNRDE(DE with Nest-building and Role-sharing)を提案した.3制約付き最適化の効率化:制約付き最適化の探索効率を向上するために,低精度近似モデルを用いて関数評価回数を削減する比較推定法とε制約法を統合する方法について検討した.目的関数の近似はカーネル回帰モデルを用いた低精度近似モデルを採用したεDEkrを提案し,13のベンチマーク問題で実験し,その有効性を確認した.本研究は,多峰性の目的関数や厳しい制約領域を有する最適化問題,関数の計算費用が高い最適化問題に対して,近傍構造と近似モデルを利用した効率的かつ汎用的な最適化手法を検討することを目的としている.本年度は最適化問題を対象に差分進化(DE)を用いた以下の研究を行った.(1)DEは,制御パラメータであるスケーリングファクターF,交叉率CR,集団サイズNPの値によって探索性能に大きな差が出る.昨年度FとCRについて,基本ベクトルのランク情報に基づき個体毎に値を固定的に値を設定するパラメータ設定法を提案し,DEに適用したRank-based DE(RDE)を提案した.今年度は,稜構造関数や多峰性関数などDEにおいて探索性能が低下する困難な問題を含む13個のテスト問題にRDEを適用し,標準的DEや様々の工夫をしたDE,成功でパラメータ調整を行うJADEと比較し,RDEの有効性を示した.(2)昨年度,探索点のランク情報に基づきパラメータ値を設定するεDEであるεRDEを提案した.今年度は,等式制約や制約領域が非連結な場合など探索が困難な問題を含む12個のテスト問題にεRDEを適用し,他のEAによる最適化手法と性能比較し,εRDEの有効性を示した.(3)高次元の大規模なNLP最適化問題を解くために,少数の探索点と多様性を維持するためのアーカイブを用い,ランク情報に基づきスケーリングファクターFの値を固定的に設定するDE(LMDEa)と動的に設定する(LMaDEa)を提案した.高次元のテスト関数を最適化し他手法と比較しその有効性を示した(4)前年度に引き続き種分化を用いたDEであるSDEについて検討を行った.今年度は近接グラフを用い,親と連結した個体で種を構成し最良個体を種とするSDEについて検討を行った.
海洋島における開花時期の表現型可塑性が促進する生態的種分化の解明

自然集団におけるエコタイプ間でどの程度の花粉流動があるのかを定量化するために、自然条件下で受粉した種子の交雑率を調べた。これにより現在の交配後隔離の程度を評価することができる。5サイト、サイト当たり11ー18母樹(合計74母樹)、約1300という十分な数の実生が得られた。これらの実生からDNAを抽出し、オオバシマムラサキで開発されたマイクロサテライトマーカー16座を用いて遺伝実験を行い、遺伝子型の決定まで完了することができた。次年度は、自然交配種子の交雑率を推定するための解析を進めたい。湿性型エコタイプと乾性型エコタイプの生育条件を模した栽培実験を行った。その結果、苗高は湿性型エコタイプを湿性環境で育てた場合の方が、湿性型エコタイプを乾性環境で育てた場合よりも高かった。一方で、乾性型エコタイプを乾性環境で育てた場合よりも乾性型エコタイプを湿性環境で育てた場合の方が苗高が高かった。死亡率は、湿性エコタイプを湿性環境で育てた場合より、湿性エコタイプを乾性環境で育てた場合の方が高かった。また、乾性型エコタイプの死亡率はどちらの環境でも同程度で、湿性エコタイプよりも低かった。苗への給水を止め徐々に乾燥させ、苗がしおれ始めた時の土壌水分量は湿性エコタイプの方が乾性エコタイプよりも有意に高く、湿性エコタイプの方が水分要求性が高いことが示された。開花期のずれは、乾性エコタイプでのみ開花が確認され、約半数の個体で開花した。しかし、乾性エコタイプにおいて湿性環境と乾性環境といった栽培条件によって、開花期のずれは生じていなかった。今年度、育児休暇から復帰したが、以前に比べて研究のための時間が大幅に削減され、予定していた実験および解析を完了させることができなかった。具体的には、自然交配種子の交雑率を推定するための解析に着手できなかった。また、栽培実験では、生育環境の違いが開花期のずれを生じさせるかを検討することが主目的であるが、設定した環境条件が不適切であったため十分な開花が見られなかった。今年度途中から環境を改善させ、十分な開花が見られるようになったため、開花期のずれを検討するためにもう1シーズン開花期の観察を行う必要が生じている。また、オオバシマムラサキに生じている種分化の遺伝的基盤を明らかにするために行う予定だったドラフトゲノムの取得も、質の高いDNAサンプルを得ることができず次年度に行うこととなった。自然交配種子の交雑率を推定する。栽培実験は開花時期のずれの有無をもう1年間調査する。また、オオバシマムラサキに生じている種分化の遺伝的基盤を明らかにするためのドラフトゲノムの取得を行う。海洋島の植物種は、種分化の途上にあると考えられる、局所環境に適応した生態型(エコタイプ)に分けられることが多い。海洋島である小笠原諸島のオオバシマムラサキには、湿性高木林と乾性低木林に適応したエコタイプがあり、それらの間で開花時期にずれが生じている。本研究では、エコタイプ間の交雑率を推定し、開花時期の違いによる生殖隔離の程度を明らかにすること、異なる生育条件でのエコタイプの生存と成長を比較し、生育条件に可塑的に反応して生じた開花時期のずれが生殖隔離を促進した可能性を明らかにすることを目的としている。今年度は、エコタイプ間の交雑率を推定するための自然交配種子を得ること、今後の栽培実験に用いるための種子を得ることを目的とした。自然交配種子は、5サイト、1つのサイトあたり12-18母樹から十分な数の種子を得ることができた。栽培実験に用いるための種子をつくばの実験温室で育成中の挿し木苗を用いた交配実験により作成を試みた。その結果、乾性低木林に生育するタイプは4母樹から種子を得ることができたが、湿性高木林に生育するタイプの挿し木苗の開花状況が悪く、十分な種子を得ることが出来なかった。湿性タイプは自然受粉種子を用いることで対応したい。交雑率推定のための種子は、十分数の母樹数、種子数が得られ、進捗状況は順調である。また、栽培実験に用いる種子の一部は交配実験によって得られなかったが、自然受粉種子で代用が可能である。海洋島である小笠原のオオバシマムラサキ(Callicarpa subpubescens)には、湿性林と乾性林に適応したエコタイプが確認されており、それらの間では開花時期にずれが生じている。本研究では海洋島の異なる生育環境に反応した開花時期のずれが生態的種分化を促進するかどうかをオオバシマムラサキの栽培実験によって検証することを目的としている。まず、エコタイプ間での交雑率や花粉流動を定量化するために、自然条件下で受粉した種子の遺伝子型を決定した。今年度は、昨年に採取した自然交配種子を播きだし、5サイト、11-18母樹より十分な数の実生を得た。これらの実生からDNAを抽出し、マイクロサテライトマーカーを用いて遺伝子型を決定した。さらに、各エコタイプの種子を播種し、土壌水分条件を変えて栽培し、局所適応(生残、成長の違い)や表現型可塑性(葉の毛量や開花時期)が生じるかどうかを検証した。現在、湿性環境の湿性エコタイプ(WW)、湿性環境の乾性エコタイプ(WD)、乾性環境の湿性エコタイプ(DW)、乾性環境の乾性エコタイプ(DD)の4つカテゴリーで、それぞれ48実生を育成している。

環境およびエコタイプで成長に差が生じつつあり、苗高はWW > DW = WD > DDの順であった。今後も成長・生残を追跡するとともに、水分環境の違いが開花時期のずれを引き起こすかどうかを確かめる。自然条件下で受粉した種子の交雑率の推定に必要なマイクロサテライトマーカーの開発と遺伝子型の決定を行うことができた。また、土壌水分条件を変えた乾性、湿性エコタイプの栽培実験も予定通り開始することができ、成長の差をとらえることができた。さらに一部の個体ではすでに開花も確認され、研究の進捗は順調である。育児休業のため今年度は実績なし。育児休業のため研究期間の延期を行ったが、研究材料は適切に維持されており、再開後も計画通りに研究を進められるため。自然集団におけるエコタイプ間でどの程度の花粉流動があるのかを定量化するために、自然条件下で受粉した種子の交雑率を調べた。これにより現在の交配後隔離の程度を評価することができる。5サイト、サイト当たり11ー18母樹(合計74母樹)、約1300という十分な数の実生が得られた。これらの実生からDNAを抽出し、オオバシマムラサキで開発されたマイクロサテライトマーカー16座を用いて遺伝実験を行い、遺伝子型の決定まで完了することができた。次年度は、自然交配種子の交雑率を推定するための解析を進めたい。湿性型エコタイプと乾性型エコタイプの生育条件を模した栽培実験を行った。その結果、苗高は湿性型エコタイプを湿性環境で育てた場合の方が、湿性型エコタイプを乾性環境で育てた場合よりも高かった。一方で、乾性型エコタイプを乾性環境で育てた場合よりも乾性型エコタイプを湿性環境で育てた場合の方が苗高が高かった。死亡率は、湿性エコタイプを湿性環境で育てた場合より、湿性エコタイプを乾性環境で育てた場合の方が高かった。また、乾性型エコタイプの死亡率はどちらの環境でも同程度で、湿性エコタイプよりも低かった。苗への給水を止め徐々に乾燥させ、苗がしおれ始めた時の土壌水分量は湿性エコタイプの方が乾性エコタイプよりも有意に高く、湿性エコタイプの方が水分要求性が高いことが示された。開花期のずれは、乾性エコタイプでのみ開花が確認され、約半数の個体で開花した。しかし、乾性エコタイプにおいて湿性環境と乾性環境といった栽培条件によって、開花期のずれは生じていなかった。今年度、育児休暇から復帰したが、以前に比べて研究のための時間が大幅に削減され、予定していた実験および解析を完了させることができなかった。具体的には、自然交配種子の交雑率を推定するための解析に着手できなかった。また、栽培実験では、生育環境の違いが開花期のずれを生じさせるかを検討することが主目的であるが、設定した環境条件が不適切であったため十分な開花が見られなかった。今年度途中から環境を改善させ、十分な開花が見られるようになったため、開花期のずれを検討するためにもう1シーズン開花期の観察を行う必要が生じている。また、オオバシマムラサキに生じている種分化の遺伝的基盤を明らかにするために行う予定だったドラフトゲノムの取得も、質の高いDNAサンプルを得ることができず次年度に行うこととなった。交雑率推定のための種子を発芽させ、DNA抽出を行い、遺伝子型の決定を行う。交配実験によって得られた種子を播種し、異なる水分環境での栽培実験を行う。今後は、自然交配種子に関しては得られた遺伝子型データをもとに交雑率の推定だけでなく、サイト間の遺伝子流動量の推定を行う。
地盤材料の応力・ひずみ関係における粘性効果とその工学的意義の研究

砂の変形・強度特性およびそれに及ぼす粘性効果を、精密で系統的な平面ひずみ圧縮試験・三軸圧縮試験を行うことにより実験的に研究した。具体的には、長時間に亘るクリープ載荷試験、超低速載荷試験、ひずみ速度の多数回の急速な増加と減少などの様々なひずみ履歴を任意の応力経路で与えた一連の実験を行った。また、弾性変形特性の応力状態依存性をデル化して、せん断に対する降伏と圧縮に対する降伏に対して異なる「応力経路非依存性のひずみ硬化関数」を定義した。また、Bangladeshでは日本政府の援助により多くの橋梁等の建設が行われているが、その橋梁の橋台の側面の雲母を大量に含む砂からなる堤防の洪水時の洗掘による時間遅れ崩壊が問題になっている。この問題を技術的検討するためには、この砂の変形強度特性の著しい時間依存性を明らかにする必要がある。本年度は、このの砂を用いた系統的な排水平面ひずみ圧縮試験を行って、次のことを明らかにした。1)通常の砂と比較すると、応力比せん断ひずみ関係に及ぼす拘束圧の影響が著しく、内部摩擦角は拘束圧の増加に応じて著しく低下する。2)また、通常の砂と比較すると、せん断時の圧縮性が非常に高く、膨張性(正のダイレイタンシ特性)が低い。3)クリープやひずみ速度が応力ひずみ関係に及ぼす影響などの粘性は、いわゆるアイソタツク粘性を持ち、現在の応力値は現在の非可逆ひずみとその速度により一義的に決定される。4)ひずみ速度が低いほど、せん断層の発生が遅れてむしろピーク強度が高くなり、またピーク後のせん断層の厚さが小さくなり、ひずみ軟化の程度が著しくなる。これは、非常に新しい発見である。
1-5 keV 全域でブラッグ条件を満たす高出力多層膜回折格子分光器の開発

軟X線で回折格子、硬X線で結晶によってX線分光技術が確立されている一方で、2-4 keVのギャップ領域では開発が遅れている。近年生物細胞内微量元素の内殻励起分光の需要により注目を浴びている1-5 keVのテンダーX線領域において、本研究で多層膜ミラー技術を回折格子分光器に応用した高性能分光器を開発する。高性能を生む原理は、回折格子表面に積層した多層膜が1-5 keVの全域でブラッグ条件を満たす分光器駆動方式である。テスト用回折格子基板に多層膜成膜を施して回折効率を評価し、テンダーX線分光器に多層膜回折格子が最適であることを実証する。
三叉神経節を介した上下顎骨の協調的骨代謝調節機構の解明

本研究では、三叉神経節を介する上・下顎骨の協調的な骨代謝調節機構を明らかにするために、培養骨芽細胞とラット上顎臼歯矯正力付与モデルを使用して実験を行った。その結果、三叉神経節では衛星細胞を介して周囲の神経細胞に影響を及ぼすシステムが存在し、これによって、上下顎領域の神経細胞が周囲の衛星細胞の活性化を介して協調的にsubstance Pやneurokinin Bなどの神経ペプチドを出して、骨代謝を調節していることが明らかとなった。本研究は顎顔面部の顎の発達に神経系が関与しているかを調べるために、特に顎顔面部の神経が関与する三叉神経節において産生される神経ペプチドが顎の骨代謝に関与するかどうかを明らかにすることを目的としている。平成19年度はラットを用いた動物実験では三叉神経節において知覚神経由来のニューロキンンBとそのレセプターであるNK3レセプターが存在するかどうかをそれぞれの抗体を用いた免疫組織化学法にて調べた。また、ラット頭頂骨由来骨芽細胞を用いて、知覚神経由来の神経ペプチドである、タキキニン類(サブスタンスP、ニューロキニンA、ニューロキニン)、CGRPについてレセプターの発現と、培養液への添加による骨形成促進効果について調べた。動物実験ではニューロキンンBとそのレセプターであるNK3レセプター供に、免疫組織化学によってその存在が確認された。培養細胞の実験では、タキキニン類のすべてとCGRPのレセプターの発現が確認された。また、培養液の添加ではニューロキニンBが生理的な濃度に近い10^<-10>M程度でも、骨形成の促進作用が認められた。以上の結果により、三叉神経節には以前報告されているサブスタンスPやCGRPに加え、ニューロキニンBも産生されている事が明らかとなり、そのニューロキニンBは、以前報告されているサブスタンスPの骨形成促進効果を示す濃度(10^<-7>M程度)よりもはるかに低い濃度で骨形成を促進することが明らかとなった。これらの結果より、骨代謝に影響する神経ペプチドとしてはニューロキニンBが最も可能性があることが示唆された。平成20年度は、知覚神経に存在する神経ペプチドのうちタキキニンファミリーの1つであるニューロキニンBに着目し、ラットを用いた動物実験では顎骨の末梢神経においてニューロキンンB陽性神経が存在するかどうかを、抗体を用いた免疫組織化学法にて調べた。また、ラット骨髄細胞を破骨細胞に分化させる系を用いて、ニューロキニンBの培養液への添加による破骨細胞形成促進効果について調べた。動物実験ではニューロキンンB陽性知覚神経が歯周組織で確認されたが、全神経に陽性であるPGP9.5の免疫陽性神経数と比較するとかなり少なかった。培養液へのニューロキニンBの添加ではニューロキニンBが生理的な濃度に近い10^<-10>もしくは10^<-9>M程度でも、破骨細胞形成の促進作用が認められた。以上の結果により、歯周組織には以前報告されているサブスタンスPやCGRPに加え、ニューロキニンB陽性神経も存在する事が明らかとなった。また、ニューロキニンBは、以前報告した骨形成促進効果に加え、同程度の濃度で骨吸収に関与する破骨細胞形成も促進することが明らかとなった。これらの結果より、ニューロキニンBは神経系を介して歯周組織において、骨形成、骨吸収ともに促進する、つまり、骨リモデリングを促進することが明らかとなった。平成21年度は、三叉神経節における神経細胞の働きに対して神経細胞の周囲に存在する衛星細胞がどのように係わっているかについて検索を行った。実験はラットの上顎臼歯を抜歯し三叉神経節における衛星細胞の活性化を、活性化した衛星細胞のマーカーであるglialfibrillary acidic protein(GEAP)に対する抗体を用いて経時的に免疫染色を行って調べた。また、抜歯によって傷害を受けた神経細胞のマーカーとしてATF3に対する抗体を用いた。その結果、抜歯によって経時的に三叉神経節の上顎神経領域の神経細胞にはATF3陽性神経が増加したが、その傷害をうけた神経の周囲の衛星細胞も抜歯後経時的にGEAP陽性を示した。また、三叉神経節内でも下顎神経領域の神経は障害を受けていないのでATF3陽性神経は出現しなかったが、GFAP陽性衛星細胞は上顎神経領域と同じように増加した。

以前、我々はラットの上顎の歯を抜歯すると三叉神経節においては上顎神経のみならず下顎神経にもsubstance Pのような神経ペプチドが協調的に増加することを示したが、今回の結果により、上下顎神経細胞の協調的な活性化には衛星細胞の活性化が関与していることが示された。
多様体上の幾何構造および力学的構造の研究

多様体上の力学的構造と幾何学的構造の関連に注目して研究を行ない、以下の成果を得た。1.リーマン多様体上の測地流は余接バンドル上のハミルトン力学系であり、それに対応する量子力学系としてラプラス-ベルトラミ作用素をみることができる。このとき、ラプラス-ベルトラミ作用素のスペクトルと測地流の力学的性質の関係を研究した。特に、べき零多様体上の計量の等スペクトル変形において、対応する古典および量子力学系の構造がどのように変形されているかを明らかにした。その結果、古典力学的には、ある種の力学構造が不変に保たれることが分かり、さらにそれを「量子化」することにより、作用素の変形がLax方程式で与えられることが明らかになった。2.近年種々の観点から注目されているゲージ場における力学系について、その古典力学系と量子力学系の幾何学的な定式化を試みた。まず、簡単な場合として、U(1)-ゲージ場である磁場の場合を考察し、幾何学的枠組みに基づいて、古典系の軌道の周期性と対応する量子力学系のエネルギー分布の性質の関係を明らかにした。さらに、一般の非可換ゲージ場の場合について現在考察中である。3.変分学の幾何学化という側面において、力学的構造と関連性が深いフィンスラ-構造の研究を行った。特に、複素フィンスラ-空間の典型的な例である(a,b,f)-計量の共形変換について調べ、共形的平坦性をテンソルによって特徴づけることができた。
遺伝性プリオン病の診断法の確立と新規分類・解析法の開発

我々はヒトプリオン病における髓液診断法の画期的な方法として微量の異常型プリオン蛋白をin vitroにて増幅させ、Real-time QUIC法を報告し,高い評価を得ていた。プリオン病サーベイランス委員会により収集された本邦の遣伝性プリオン病患者髄液を検体とし、我々が開発したRT-QUIC法を用いて国内プリオン病全症例の検体を解析し、従来から報告している種々の生化学的マーカーと比較検討し、遺伝性プリオン病の診断法の確立を目指し、成功しえた。さらに遺伝性プリオン病疾患群に対して新たなる治療法の開発を目指し、現在治療薬候補となる薬剤を発見した。スクリーニング中である。プリオン病は近年、MRI拡散強調画像による診断法の急速な進歩、髄液生化学マーカー診断法の開発が行われ、診断法は急速な進歩を遂げている。しかしながら今までの生化学マーカーは、急速な神経細胞変性などを反映するために、異常プリオン蛋白(PrPSc)の存在を直接証明する方法しか確定診断として認めていない。依然として病理診断のみが確定診断と認知されている。従って、治療を視野に入れた生前確定診断法は、侵襲の大きい脳生検しかない。今回、我々はPrPScのin vitro増幅法(Real-time (RT)-QUIC法)を開発し、少数例ではあるが、PrPScの試験管内増幅に成功し、国内外で高く評価されている。このRT-QUIC法を用いた国内外遺伝性プリオン病の検体を用い、従来から種々の生化学的マーカーを比較検討し、遺伝性プリオン病の診断法の確立を目指す。さらに遺伝性プリオン病に関する新たな分類・解析を目指す。1)髄液の生化学診断の全症例検討:本邦CJDサーベイランス委員会によって集積された検体を用いたプリオン病の診断法としての標準化14-3-3蛋白、タウ蛋白測定による髄液診断法の国内標準を確立させる。2)RT-QUIC法の確立:我々の開発したin vitro PrPSc増幅法を用いて確定診断法の確立を行う。多数の髄液検体を解析し、感度・特異度を決定すると共に、髄液中PrPScの濃度をRT-QUIC法により定量化し、その値とプリオン病の進行度の関連についても検討する。3)遺伝性プリオン病に関する新たな分類・解析:日本における遺伝性プリオン病に対する治療の前提にたつと経時的な臨床経過・症状・髄液検査を知ることは極めて重要である。又V180I変異の10例での検討ではRT-QUIC法陽性群と陰性群では明らかに臨床経過と髄液検査では2群間では異なる。1)髄液の生化学診断の全症例検討本邦CJDサーベイランス委員会によって集積された検体を用いたプリオン病の診断法としての標準化14-3-3蛋白、タウ蛋白測定による髄液診断法の国内標準を確立させる。現在、WB法しか普及していない14-3-3蛋白測定について定量性のあるサンドウィッチELISA法での解析を行う。特にCJDの診断に臨床情報、髄液の生化学的なマーカーを詳細に解析し、QUIC法による異常プリオン蛋白検出と比較検討に供する。我々の開発したin vitro PrPSc増幅法を用いて確定診断法の確立を行う。特に多数の髄液検体を解析し、感度・特異度を決定すると共に、髄液中PrPScの濃度をRT-QUIC法により定量化し、その値とプリオン病の進行度の関連についても検討する。しかしながら今までの生化学マーカーは、能な神経細胞変性などを反映するために異常プリオン蛋白(PrPSc)を直接証明する方法しか確定診断として認めていない。

従って、治療を視野に入れた生前確定診断法は、侵襲の大きい脳生検しかない。今回、我々はPrPScのin vitro増幅法(Real-time(RT)-QUIC法)を開発し少数例ではあるが、PrPScの試験管内増幅に成功し、国内外で高く評価されている。このRT-QUIC法を用いた国内外遺伝性プリオン病の検体を用い、従来から種々の生化学的マーカーを比較検討し、遺伝性プリオン病の診断法の確立を目指す。さらに遺伝性プリオン病に関する新たな分類・解析を目指す。1)髄液の生化学診断の全症例検討:本邦CJDサーベイランス雜会によって集積された検体を用いたプリオン病の診断法としての標準化l4-3-3蛋白・タウ量白測定による診断法の国内標準を確立させる。2)RT-QUIC法の確立:我々の関発したin vitro PrPSc増幅法を用いて確定診断法の確立を行う。多数の髄液検体をかくせきし、感度・特異度を決定すると共に、髄液中のPrPScの濃度をRT-QUIC法により定量化し、その値とプリオン病の進行度の関連についても検討する。3)遺伝性プリオン病に関する新たな分類・解析:日本における遺伝性プリオン病に対する治療の前提にたつと経時な臨床経過・症状・髄液検査をすることは極めて重要である。又V180I変異の10例での検討ではRT-QUIC法陽性群と陰性群では明らかに臨床経過と髄液検査では2群間では異なる。神経内科学平成24年度・平成25年度の目標であったタウ蛋白14-3-3-蛋白測定のELISA法の作成・確立と診断法のデータの標準化は1)タウ蛋白14-3-3-蛋白測定のELISA法の作成・確立:初年度は髄液中の14-3-3-蛋白のアッセイとして抗14-3-3抗体を4種類作成した。昨年度よりELISA系の開発を行っている。ウエスタンブロット法とELISA法との比較検討を行う。本年度ELISA系の開発に成功し、多数例での検討に入った。他施設での検討を行ってもらった。2)髄液のタウ蛋白・14-3-3蛋白測定による診断法確立のためのデータ標準化:標準化できた測定法を用いて、プリオン病の病型ごとの標準値を明らかにする。孤発性CJD、家族性CJD、硬膜移植後CJDに分類しそれぞれの病型での標準値を決定する。現在国際的な標準化に向け、他の国々との間にて標準化を始めた。3)プリオン病患者の髄液中の異常プリオン蛋白の半定量:RT-QUICをさらに利用し、髄液中のPrPScの半定量の試みを開始している。ヒト脳の異常プリオン蛋白の半定量化したサンプルを髄液と同時にアッセイをし、ある程度の定量に成功している。又希釈し、SD50の測定も成功している。これをend-pointアッセイ法として確立する。さらに髄液での有用性を検討する。4)現在まで遺伝子プリオン病に関する情報は約100症例程度あり、すでに詳細な患者情報・遺伝子検査の情報はもっているが、再度サブ解析を行う。さらに髄液検査データに基づき今まででのデータを解析する。一方でその解析に基づく遺伝子サテライト領域及び連鎖解析を行う。もしも可能であれば今まで報告されている遺伝子改変ノックインマウスの解析を同時に行う。