hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リコンフィギュラブルグリッドコンピューティングの基礎技術に関する研究

前年度の研究成果であるFPGAを用いたタンパク質配列のホモロジー検索問題に関して、国際学会での発表を行った。具体的には、プロファイルHMMによる検索を行うHMMERの高速化に関し、様々な規模のFPGAを用いた場合の高速計算手法の検討、その実装、性能評価を行い、それぞれの場合における計算時間と必要とされるFPGA規模、メモリ量の関係を明らかにした。HMMERをFPGAグリッド上で高速に実行するために、前年度に引き続き、現在我々が所有するFPGAとは異なるハードウェア資源バランスを持つFPGAを搭載したFPGAボードとそのホストコンピュータを購入した。これにより、FPGAグリッドの全ノード数を4とした。HMMERを例題として、異なるハードウェア資源バランスを持つFPGAボード向き回路データを効率的に生成するメタ記法について検討、改良を重ね、リコンフィギュラブルグリッドコンピューティングシステムの基礎技術の研究を進めた。HMMERにおいては、どのような規模のFPGAにおいても共通に利用可能な小規模処理ユニットを構築し、それらを用いて探索空間を異なる方向にスキャンすることで、様々な規模のFPGAにおいて効率的な処理が実現可能となる。このため、処理ユニットをハードウェア記述言語で記述し、それらを用いた空間の探索をメタ記法で記述するという方針を採った。これらの研究成果を基に、構築したリコンフィギュラブルグリッドコンピューティング環境下で、HMMER問題の性能評価を行った。この研究成果に関して、国際学会への投稿の準備を進めた(今年末開催の国際学会に投稿予定)。本年度は、従来から我々が所有していたFPGAとは異なるハードウェア資源バランスを持つFPGAを搭載したFPGAボード1枚と、そのボードを装着するためのホストコンピュータ1台を購入し、従来から所有していたFPGAボードからなる2ノードと接続し、3ノードからなる小規模なリコンフィギュラブルグリッドコンピューティングシステムを実験室内に構築した。均質でないFPGAからなる分散環境下では、あるFPGAボードのために設計された回路データを、異なるハードウェア資源バランスを持つFPGAボード向けに、変換する必要がある。これを手作業で行っていたのでは、各問題毎に、この作業に膨大な時間が必要となってしまうため、この作業を半自動的に行えるようにすることが重要である。このために、まず、FPGAの持つハードウェア資源を、基本ロジックユニットとメモリの2つに分けて考え、それぞれをパラメータとして回路を記述可能な、メタなハードウェア記述法と、そのコンパイル方式の検討を行う必要がある。本年度は、タンパク質配列のホモロジー検索問題を題材として、異なるハードウェア資源バランスを持つFPGAボード向きの回路データを半自動的に効率的に生成する手法について検討を行った。タンパク質のホモロジー検索問題としては、プロファイルHMMの比較を行うHMMERを題材として選び、その高速計算手法の検討、実装、評価を行った。また、この問題における計算時問と、必要とされるFPGA規模、メモリ量の関係を明らかにした。これらの研究成果に関して、国際学会への投稿を行った。
有尾両生類求愛行動を制御する神経内分泌的基盤の解明

アカハライモリの求愛行動はプロラクチン、アンドロジェンおよびアルギニンバソトシン(AVT)がその発現に重要であるが、その作用機序は十分には理解されていない。本研究により、アンドロジェンは間脳視索前野AVT前駆体遺伝子の発現を高める作用を有することが分かった。また、イモリ脳内には以前我々が明らかにした3種類のAVT受容体サブタイプの他に、V2bタイプ受容体が発現していることを突き止めた。さらに求愛行動発現時に、大脳の内側外套、線条体、視索前野、腹側および背側視床下部でリン酸化細胞内シグナル調節キナーゼの免疫陽性反応が高まる結果を得た。本研究はアルギニンバソトシン(AVT)含有ニューロンやAVT受容体に着目し、有尾両生類アカハライモリ雄が繁殖期に雌にしめす求愛行動の発現メカニズムを解き明かすことを目的としている。平成27年度は、まず雄イモリ脳に発現するAVT前駆体遺伝子発現に対する下垂体前葉ホルモンであるプロラクチンと雄性ホルモン(アンドロジェン)の影響を観察した。プロラクチンとアンドロジェンは求愛行動発現に対してキーとなるホルモンである。ともに、行動学的解析から、AVT含有ニューロンを制御をしている可能性が高いと見積もられている。そこで、下垂体前葉および精巣除去手術を施した雄イモリを準備し、プロラクチン、テストステロンプロピオネート単独、または双方を投与し、脳内のAVT前駆体遺伝子発現をリアルタイムPCRおよびin situ hybridizationにて解析した。コントロールとして偽手術個体に生理食塩水を投与したもの、下垂体前葉および精巣除去した個体に生理食塩水を投与したものを設けた。すると、下垂体前葉および精巣を除去すると間脳視索前野でのAVT前駆体遺伝子の発現レベルが著しく低下すること、また、テストステロン投与によって、間脳視索前野での同遺伝子発現レベルが部分的に回復することが明らかになった。さらにプロラクチンは単独では同遺伝子発現への影響はあまり見られなかったが、テストステロンの効果を高める傾向が観察された。しかし、間脳視索前野以外に発現するAVT前駆体遺伝子発現に対しては、これらホルモンの影響は見られなかった。本成果は間脳視索前野のAVT含有ニューロンが主としてアンドロジェンの影響下にあり、プロラクチンはその効果を高める作用がある可能性を示した。また本成果はこれまで共同研究者によって示された行動学的な知見を裏付ける成果となる。当初予定であったイモリ求愛行動発現時の血中AVTレベルについて、実際の測定に至っていない。AVTの血中レベルの測定には抗AVT血清を用いた放射免疫測定法が利用されるが、放射性同位元素を使用せずにビオチン標識AVTを用いたELISA法の開発を目指したが、感度および測定系の安定性に欠けたため実用化に至らなかった。今後恒久的に放射性同位元素を使用せずにAVTレベルを測定することは学術的意義はあると考えられるため、AVTの標識方法を再検討し、再度ELISA法の確立を目指す。しかし、ELISA法の開発のみに時間をかけ、学術的に重要な意味を持つ求愛行動発現時の血中AVTレベルの測定をなおざりにするわけにはいかないため、放射免疫測定法による測定も並行して実施する。また、求愛行動発現時に活性化する神経細胞を前初期遺伝子であるc-fosの発現を頼りに解析しようと試みているが、現状ではまだどの神経細胞が活性化しているかを明らかにできていない。現在、抗c-fos抗体がイモリc-fosタンパク質を認識するかをWestern blot法にて解析し、市販抗体と自作抗体がイモリc-fosタンパク質を認識することを確認している。さらにこれら抗体の免疫組織化学的手法への応用について慎重に検討している段階である。やや研究に遅れが生じたが成果は十分に出せると考えている。平成28年度はアカハライモリ求愛行動に関与するAVT受容体のサブタイプの同定が主要な目的であった。これまで、イモリではAVT受容体はV1aタイプ、V1bタイプ、V2タイプの3種類のcDNAがクローニングされ、いずれも脳に発現していることを確認していた。近年、in silico解析により、下垂体後葉ホルモン受容体遺伝子に新たなファミリーの存在が示され、この受容体をV2bタイプ受容体とすること、これまでV2タイプ受容体とされていたものをV2aタイプ受容体とするよう提唱されている。今回、アカハライモリ脳でもこのV2bタイプ受容体が発現することを明らかにし、タンパク質コード領域を含むcDNAのクローニングを実施した。また、この受容体を哺乳類細胞に発現させ、ルシフェラーゼアッセイを実施したところ、50%効果濃度は約1 nMであり、AVTと十分に反応することが示された。したがって、本年度の研究より、イモリには4種類のAVT受容体が発現していることが明らかにされた。さらに、脳を部位ごとに分け、その発現を確認すると、V2bタイプ受容体は両生類の主要な脳脊髄液の産生部位と考えられている副生体に強く発現することが分かった。この発現パターンはV2aタイプ受容体と類似している。

したがって、イモリ脳には4種類のAVT受容体が発現するものの、V2aタイプおよびV2bタイプ受容体は、脳脊髄液の産生や浸透圧調節に関与するものと考えられる。この成果を受けて、4種類のAVT受容体のうち、どの受容体が求愛行動発現に関与するかの解析が必要となってくる。アカハライモリ求愛行動発現時の血液中のAVT濃度の定量について、ELISA法の系を立ち上げることを目標に取り組んできた。平成27年度にはAVTのN末端にビオチンを標識した分子を合成し、抗AVT血清との反応性を確認し、感度不足であることが明らかになったことから、平成28年度ではN末端に加えて、C末端もビオチン標識した分子を新たに合成した。しかし、現有の抗AVT血清はC末端のアミド基の存在が重要と考えられ、C末端をビオチン化したことにより、抗血清がAVTをほぼ認識しなくなった。したがって、AVTのN, C両末端をビオチン化した分子はELISA法には利用できないことが明らかになった。次年度はELISA法の立ち上げには時間を割かずに、AVTの定量は放射免疫測定法に一本化する。また、前年度同様、求愛行動発現時に活性化する神経細胞をc-fosの発現を頼りに解析しようと試みている。現在は抗イモリc-fos抗体の特異性について十分なデータが揃ってきた。また人為的に神経を活性化した場合に発現が高まるかについての検証もおろそかにせずに実施する。平成28年度研究実績の項目でも言及したが、イモリ脳内に4番目のAVT受容体となるV2bタイプ受容体の発現を確認した。主に副生体に発現することから求愛行動の発現に関与する可能性は低いと考えられるが、解析対象として脳内の詳細な発現部位の特定も行う。本研究はアルギニンバソトシン(AVT)含有ニューロンやAVT受容体に着目し、有尾両生類アカハライモリ雄が繁殖期に雌にしめす求愛行動の発現メカニズムを解き明かすことを目的としている。平成29年度は、求愛行動を制御する脳内の神経核または細胞を明らかにするため、活性化神経細胞のマーカーとして用いられる前初期遺伝子であるc-fosの発現を指標に解析を試みた。性的に発達した雄および雌をつがいにして求愛行動を示した雄の脳を採取し、脳内のc-fosの発現を解析したところ、求愛行動を発現していない個体と比較し明瞭な差を見出すことはできなかった。そこで、c-fosの発現ではなく、細胞外シグナル調節キナーゼ(ERK1/2)のリン酸化を指標に再度解析を試みた。すると、求愛行動を示した雄脳内では、大脳内側外套、線条体、視索前野、腹側および背側視床下部で強いリン酸化ERK1/2陽性反応を示す細胞が増加している様子を確認した。これらの脳領域では求愛行動の発現に際して、神経伝達物質やホルモンによる活性化が生じている可能性があり、求愛行動の制御と関わりがある可能性がある。上述の神経核にはAVT V1a受容体が発現していることをすでに突き止めており、また、視索前野ではAVT産生ニューロンの局在と近似していることを確認した。今年度の研究では直接的な証明まで至っていないが、求愛行動発現時に、AVT産生ニューロンが活性化し、脳内へのAVTの輸送量が増加し、V1a受容体を保持するニューロンにおいてERK1/2のリン酸化が促進された可能性がある。
酵母を利用したがん関連遺伝子の機能解析

細胞の増殖・分化を制御する情報伝達機構の解析は、発癌の分子機構解明に大きく寄与することが期待される。細胞の増殖・分化制御に必須の情報伝達経路の一つとして、MAPキナーゼ(MAPK)カスケードが知られている。酵母の系を利用して分離されたTAK1はMAPKKKファミリーに属し、動物細胞においてTGF-betaやIL-1等のシグナル伝達経路で機能することを明らかにしてきた。真核細胞の増殖・分化調節機構は、酵母、線虫、ショウジョウバエからヒトに至るまで保存されている。そこで、線虫をモデル動物として、TAK1の個体レベルでの機能を明らかにする目的で、線虫におけるTAK1ホモログtlk-1を分離し解析を行った。その結果、線虫のTAK1ホモログはLIT-1というMAPK様キナーゼを介して、Wntシグナル伝達系に関与していることが明らかになった。動物細胞においては、細胞外からのWntシグナルに応答して、beta-cateninが転写因子TCFと複合体を形成してDNA上の応答配列に結合し、標的遺伝子の転写を活性化する。さらに、このWntシグナル伝達系は、癌化と関連している。線虫で得られた解析から、動物細胞のWntシグナル伝達系においても、TAK1及びNLK(動物細胞のLIT-1ホモログ)が関与する可能性が考えられる。解析の結果、TAK1がNLKのキナーゼ活性を活性化すること、NLKがTCFをリン酸化すること、さらに、NLKによるTCFのリン酸化の結果、beta-catenin-TCF複合体のDNA結合活性が低下し、標的遺伝子の転写が不活性化されることが明らかとなった。このように、動物細胞においてもTAK1-NLKキナーゼカスケードが、Wntシグナル伝達系に関与することが明らかになった。動物細胞において、癌遺伝子Rasは受容体型チロシンキナーゼの下流で、MAPキナーゼキナーゼキナーゼ(MAPKKK)であるRafとMEKKを活性化し、MAPキナーゼキナーゼ(MAPKK)-MAPキナーゼ(MAPK)の活性化カスケードを介して、細胞の増殖・分化および癌化を制御している。我々は、酵母の情報伝達系の一つである三量体G蛋白質の下流で働くSTE11(MEKK相同)-STE7(MAPKK相同)-FUS3(MAPK相同)のカスケードをモデル系として、STE7の活性化型変異(STE7-P368)を分離し解析を行なった。その結果、STE7-P368が動物細胞の活性化型Rafキナーゼにより活性化されることが明らかになった。この性質を利用して、RasによるRafキナーゼの活性化を、酵母細胞を用いたin vivoの系でassayすることが可能となった。この結果は、酵母細胞内にRasによるRafキナーゼの活性化に関与する因子が存在することを示唆している。そこで、この因子を分離することを試みた結果、これが14-3-3蛋白質であることが明らかになった。実際に、14-3-3がRafキナーゼのN末端側の制御部位に結合すること、酵母細胞から調製したRafキナーゼをin vitroで活性化すること、Xenopusのcrude extractsでMAPKを活性化することが明らかになった。従って、14-3-3蛋白質はRasによるRafキナーゼの活性化に関与する因子と考えられる。さらに、この酵母におけるをMAPKカスケードをモデル系として、MEKKの活性化因子の同定、新しいMAPKKKの分離などが可能となった。MAPキナーゼ(MAPK)活性化カスケードは、酵母から動物細胞にまで至る多くのシグナル伝達系において利用されている。このMAPKカスケードは、3つの異なるプロテインキナーゼにより制御されている。すなわち、MAPKはMAPKキナーゼ(MAPKK)によるスレオニンとチロシン残基のリン酸化を受けて活性化され、さらにMAPKKはMAPKKキナーゼ(MAPKKK)によりリン酸化により活性化される。我々は、酵母のMAPKシグナル伝達系を用いて、動物細胞のMAPKKKであるRafが、酵母の中でMAPKKKとして機能し、その結果MAPKカスケードを活性化する系を構築した。そこで酵母の系を用いて、マウス血球系細胞株BAF-BO3由来のcDNAライブラリーから、酵母の中でMAPKKKとして機能する新規の遺伝子TAK1(TGF-βActivated Kinase)を分離した。TAK1はプロテインキナーゼをコードし、その触媒領域はRaf、MEKKの触媒領域と30%のアミノ酸が同一である。TGF-βの刺激により発現が誘導されるPAI-1(Plasminogen activatorinhibitor type 1)の発現系において、活性型TAK1が構成的にPAI-1の発現を引き起こし、またDominant negative TAK1がTGF-βによるPAI-1の発現を抑制すること、さらにTAK1のキナーゼ活性が、TGF-β及びBMP刺激により上昇することが明かとなった。これらの結果から、TAK1はTGF-βの下流で機能するMAPKKKであると考えられる。細胞の癌化は、細胞の増殖や分化を制御するシグナル伝達の調節が異常になることにより起こると考えられ、実際に細胞性癌遺伝子の多くはこうしたシグナル伝達系を構成する一員となっている。動物細胞において、癌遺伝子RASは受容体型チロシンキナーゼの下流で、MAPKKKであるRAFを活性化し、MAPキナーゼキナーゼ(MAPKK)-MAPキナーゼの活性化カスケードを介して、細胞の増殖・分化および癌化を制御している。

このようなMAPキナーゼ活性化カスケードは、酵母、線虫、ショウジョウバエから動物細胞にまで至る多くのシグナル伝達系において利用されている。TGF-βスーパーファミリーは、高等真実核生物の増殖、発生及び分化において重要な役割を果たしている。しかしなが、TGF-βによる細胞内シグナル伝達経路が、どのような因子により制御されているかは全く不明であった。昨年度、我々は酵母のMAPキナーゼシグナル伝達系を用いて、動物細胞における新規MAPキナーゼキナーゼキナーゼ(MAPKKK)、TAK1、を分離し、TAK1キナーゼがTGF-β-スーパーファミリーシグナル伝達経路を制御するMAPKKKであることを明らかにした。今年度は、TAK1の周囲で働く因子を同定する目的で、酵母のTwo-Hybridスクリーニング法でTAK1と結合する因子、TAB1、TAB2を分離し、解析を行った。その結果、TAB1がTAK1の活性化因子として、TGF-βシグナル伝達経路で働くことが明らかとなった。TGF-bシグナル伝達系は、癌化と関連していることから、TGF-βシグナル伝達機構の解析は、細胞の癌化の機構解明に大きく寄与することが期待される。TGF-βスーパーファミリーは、高等真核生物の増殖、発生及び分化において重要な役割を果たしている。最近、TGF-βによる細胞内シグナル伝達経路を制御する因子として、Smadsを介した経路とTAK1キナーゼを介したMAPキナーゼカスケードが同定された。これらの経路は並列に作用し、MAPキナーゼカスケードにより活性化された転写因子とSmadが相互作用することにより、転写を制御していると考えられる。Smadは直接TGF-β受容体によりリン酸化されるが、TAK1経路の場合、TAK1の上流で働く活性化因子TAB1とTGF-β受容体の間で作用する因子は明らかでなかった。そこで、ko因子の同定を試みた結果、IAP(Inhibitor of Apoptosis Protein)ファミリーの一つであるIAP3であることが明らかになった。IAP3は細胞内において、TAB1とTGF-β受容体と結合し、TGF-β経路に対し正に働く。他のIAPファミリーであるIAP1とIAP2は、TNF-α受容体結合因子TRAF1、TRAF2との結合蛋白質として同定された。従って、TAK1はTNF-α及びIL1によるシグナル伝達経路にも関与することが予想された。事実、TAK1キナーゼ活性がTNF-α、IL1により活性化されること、TAB1-TAK1がIL1シグナル伝達経路のアダプター因子TRAF6とIL1依存的に結合すること、TAK1が活性化されるとNFκBが活性化されることが明らかになった。最近、TNF-α、IL1によるシグナル伝達経路でNFκBの活性化に至る経路に関与する因子として、IκBのリン酸化酵素IKKとその活性化因子NIKが同定された。TAK1とIKK、NIKとの関係を解析した結果、TAK1によるNFκBの活性化が、dominant negativeのNIK、IKKにより抑制されること、TAK1がNIKと細胞内で結合すること、TAK1によりIKKが活性化されることが明らかになった、従って、TAK1はNIK-IKKの上流で働く因子と考えられる。
地球内核境界の構造とダイナミクス ー半球構造の成因ー

内核半球構造は少なくとも内核境界から下400kmまで及ぶ.内核東半球最上部における地震波の減衰は,内核最上部200kmに速度構造の揺らぎがあれば,説明できる可能性がある.東半球において内核表面で反射した波は,2Hzの高周波の方が1Hzより大きくなる場合がある.内核表面の形態の安定性は内核の成長速度に依存する.拡散の非等方性は外核底部における運動エネルギー,ある境界条件では磁気エネルギーにも影響を与える.内核半球構造は少なくとも内核境界から下400kmまで及ぶ.内核東半球最上部における地震波の減衰は,内核最上部200kmに速度構造の揺らぎがあれば,説明できる可能性がある.東半球において内核表面で反射した波は,2Hzの高周波の方が1Hzより大きくなる場合がある.内核表面の形態の安定性は内核の成長速度に依存する.拡散の非等方性は外核底部における運動エネルギー,ある境界条件では磁気エネルギーにも影響を与える.地球内核境界の構造とタイナミクスの解明は,地球磁場を維持するタイナモのエネルギー源や地球の熱史を理解する上で大変重要である.本研究は,地震学・地球電磁気学の分野で共同して,この課題に取り組むものである.本年度は以下の項目を遂行した.1.地震波解析.内核境界で反射するPKiKPと内核境界を回折して伝わるPKP-Cdiffのうち,どちらが解析に有効であるかを検討した.その結果,PKP-Cdiffの方がデータ収集が容易であり,地域的により広い範囲をカバーできることが分かった.きた,地殻やマントルの影響をできるだけ減らすために,内核の内部を通過するPKIKP波との走時差や振幅比を取ることが有効であることも分かった.しかしながら,PKIKP波は内核の不均質や異方性の影響を受けているので,データの解釈にはまだ検討を要することも明らかになった.2.内核成長シミュレーションを行うために用いるワークステーションを導入し,並列計算を可能とする計算機システムを構築した.また、1次元内核成長数値モデルの開発を開始した.これと並行して,数値モデル計算結果との比較・検討のために、解析的な1次元内核成長モデルを構築した.3.内核の成長および運動に関連する地球ダイナモシミュレーションに向けて,取り入れられているパラメータが適切か否かを検討するために,非等方拡散を含めた局所的なMHD計算を実施した.その結果,内核境界付近などでは,非等方性の影響が強いことを示した.地球内核境界の構造とダイナミクスの解明は,地球磁場を維持するダイナモのエネルギー源や地球の熱史を理解する上で大変重要である.本研究は,地震学・地球電磁気学の分野で共同して,この課題に取り組むものである.本年度は以下の項目を遂行した.1.地震波解析.PKP(Cdiff)とPKP(DF)またはPKP(BC)とPKP(DF)の組み合わせによる走時差と振幅比を測定した.その結果,内核の半球構造は,地震波速度構造については,すくなくとも内核境界から深さ500kmに及んでいることを確認した.また,この深さ変化が東西で定性的に異なることを見出した.しかしながら,減衰構造では東西半球の違いが内核境界から深さ250kmまでしか認められない.このような結果は,最近提唱されている内核における次数1の対流による不均質形成モデルと調和しない.また,内核境界直上(外核最下部)に全球で安定成層が存在することが支持される.テストのために導入した広帯域地震計の運用を開始した.2.内核成長シミュレーション.内核の1次元成長モデル開発を継続して行った.また,空間的に非一様に内核が冷却される場合の内核成長モデル作成・開発に向けて検討を開始した.3.地球ダイナモシミュレーション.地球ダイナモのパラメータの適否を検証するために,局所的なMHDダイナモの数値シミュレーションを継続して実施した.また,内核の半球構造がコア・ダイナミクスに及ぼしうる影響を調べるためのコード開発を開始した.地球内核境界の構造とダイナミクスの解明は,地球磁場を維持するダイナモのエネルギー源や地球の熱史を理解する上で大変重要である.本研究は,地震学・地球電磁気学の分野で共同して,この課題に取り組むものである.本年度は以下の項目を遂行した.1.地震波解析.PKP(cdiff)とPKP(DF)またはPKP(BC)とPKP(DF)の組み合わせによる走時差と振幅比を解析し,昨年度に得られた内核の速度構造と減衰構造をさらに詳しく検討した.その結果,内核のP波速度構造は,東半球において内核境界で0.5%速く,内核境界から深さ400kmで平均的な構造に一致し,西半球では内核境界で0.6%遅く,内核境界から深さ300kmで平均的な構造に一致することが分かった.一方,減衰構造は、東半球の内核境界から深さ200kmの範囲でQ値が180,深さ200kmから400kmでQ値1000となり,西半球の内核最上部400kmでQ値が約350とほぼ一定,かつ従来の値ほど高くないことが分かった.このような結果は,最近提唱されている内核における次数1の対流による不均質形成モデルと調和しない.2.内核成長シミュレーション.

これまでの内核の1次元成長モデルに対し,外核の熱力学と調和的となるように変更を加えるべく検討を加えた.また,空間的に非一様に内核が冷却される場合の定式化についても検討した.3.地球ダイナモシミュレーション.局所的なMHDダイナモの数値シミュレーションを継続して実施し,わずかな非等方性でもダイナミクスに影響を与えることが分かった.内核の半球構造がコア・ダイナミクスに及ぼす影響を調べるためのコード開発を継続した.地球内核境界の構造とダイナミクスの解明は,地球磁場を維持するダイナモのエネルギー源や地球の熱史を理解する上で大変重要である.本研究は,地震学・地球電磁気学の分野で共同して,この課題に取り組むものである.本年度は以下の項目を遂行し、研究期間の完了を迎えた.地震波解析については、日本の稠密地震観測網Hinetで観測された内核反射波PKiKPと外核反射波PcPの振幅比から内核表面における地震波反射率を推定した。これは内核東半球の表面の特性を調べることを意味する。観測の結果、地震波の周波数1Hzにおける反射率は標準モデルからの予測値に近いのに対し、2Hzの反射率は内核表面への入射角が20度以上において1Hzの反射率より二倍も大きくなることが分かった。差分法を用いた波動シミュレーションで検討したところ、内核表面に波長1.5km、高さ1.5kmもの規則的な凹凸があれば、この現象は説明できることが分かった。内核成長シミュレーションについては、外核・内核両方の熱力学的状態を満足するモデルの定式化を完了したが、十分な検討を行う時間を確保することが出来なかった。地球ダイナモシミュレーションについては、内核の半球構造がコア・ダイナミクスに及ぼす影響を調べるためのコードの開発は完了したが、テスト計算の段階で研究期間の終了を迎えた。総括として、各々が担当する分野が予想通りには進展せず、分野を超えた連携を十分に達成することが出来なかった。しかし、今回のような試みは我々にとっては初めての事であり、良い経験となった。今後はこの経験と、今までに開発したツールを活かして、この分野の研究を推進させていけることを確信している。1.地震波解析については,速度・減衰構造をさらに詳しく検討したため,さらに内核からの反射波PKiKPがなかなか検出できなかったために,予想以上に時間がかかった.2.内核成長モデルについては,中心核全体で矛盾のない熱力学モデルを構築する重要性を認識したため,再解析の必要が生じ,時間を要した.3.地球ダイナモシミュレーションについては,コードの開発完了に至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。1.地震波解析.東西半球における速度・減衰構造については,結果をまとめて論文を執筆する.内核反射波の振幅を解析し,内核境界の特性を議論する.2.内核成長モデルについて,解析が済み次第結果をまとめて論文を執筆する.3.地球ダイナモシミュレーションについて,速やかにコードを完成させて,内核の半球構造の影響を吟味する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
皆に優しい情報環境のためのキャリブレーションレス注視点計測

誰もが使いやすい入力インタフェースの一つとして、注視入力が挙げられる.しかし、既存の注視点計測では、煩雑なキャリブレーション操作が必要であるなど、広く普及するにはまだまだ課題が残されている.そこで本研究では、使用前のキャリブレーション負担を低減しつつ、注視点位置を安定して計測する手法について研究した.具体的には、注視点候補となる近赤外光源を複数利用し、ゴーグルに装着したCCDカメラで撮影した眼球画像を処理して、注視点を判別する方法を検討した.光源を一つずつ順番に点灯し、ユーザが注視しているかどうかを判断するだけなら、キャリブレーションをなくせると期待でき、全ての光源について判別していけば、どの光源を注視しているかが分かると考えた.複数光源の点灯制御と、眼球画像の処理を行うシステムを構築し、単一の光源について注視か否かの判断について検討したところ、1点のみのキャリブレーションによって、カメラ撮影方向による「ずれ」を補正すれば、判断できることがわかった.次に、複数光源を利用した方法について、全光源について処理しての注視点候補決定と、その光源についてのみ処理する注視判断の、2段階を用いることで、実用的な注視点判別を行う方法を考案した.システムを評価したところ、平均42.7%の正答率を得ることができた,システムに慣れた者では、68.1%と、従来の9点でのキャリブレーションによる方法に比べても遜色のない結果が得られたことから、本方法では、1点のみのキャリブレーションで十分であることが明らかとなった.さらに、人間の自然な注視動作では、頭部運動と眼球運動の両者が共に寄与していることを明らかにし、自然な状態で使うとのできる注視入力インタフェースとして、本研究で提案した方法が有効であることを明らかにした.誰もが使いやすい入力インタフェースの一つとして、注視入力が挙げられる.しかし、既存の注視点計測では、煩雑なキャリブレーション操作が必要であるなど、広く普及するにはまだまだ課題が残されている.そこで本研究では、使用前のキャリブレーション負担を低減しつつ、注視点位置を安定して計測する手法について研究した.具体的には、注視点候補となる近赤外光源を複数利用し、ゴーグルに装着したCCDカメラで撮影した眼球画像を処理して、注視点を判別する方法を検討した.光源を一つずつ順番に点灯し、ユーザが注視しているかどうかを判断するだけなら、キャリブレーションをなくせると期待でき、全ての光源について判別していけば、どの光源を注視しているかが分かると考えた.複数光源の点灯制御と、眼球画像の処理を行うシステムを構築し、単一の光源について注視か否かの判断について検討したところ、1点のみのキャリブレーションによって、カメラ撮影方向による「ずれ」を補正すれば、判断できることがわかった.次に、複数光源を利用した方法について、全光源について処理しての注視点候補決定と、その光源についてのみ処理する注視判断の、2段階を用いることで、実用的な注視点判別を行う方法を考案した.システムを評価したところ、平均42.7%の正答率を得ることができた,システムに慣れた者では、68.1%と、従来の9点でのキャリブレーションによる方法に比べても遜色のない結果が得られたことから、本方法では、1点のみのキャリブレーションで十分であることが明らかとなった.さらに、人間の自然な注視動作では、頭部運動と眼球運動の両者が共に寄与していることを明らかにし、自然な状態で使うとのできる注視入力インタフェースとして、本研究で提案した方法が有効であることを明らかにした.本研究では、誰にでも使いやすい入力インタフェースの実現を目指し、使用前のキャリブレーション作業を不要にしつつ注視点位置を安定して計測する手法を明らかにすることを目的としている.まず安定して眼球画像を撮影するため、超小型CCDカメラをゴーグルに取り付けた光学系を製作した.これを被験者に装着させ、眼球の強膜輪郭を抽出し、その重心を計測する画像処理プログラムを作成した.さらに比較のため、頭部から距離をおいて据え置きしたビデオカメラにより眼球画像を撮影できるようにし、同様のプログラムにて強膜領域の重心を計測し、計測分解能の比較を行った.比較実験では、被験者前面に注視領域を設け、その中に指示した点を注視した際の計測結果の分散と、設けた注視領域の大きさの比率から、実際の分解能を求めている.ゴーグルに取り付けたCCDカメラからの画像処理では、水平方向45×垂直方向37の分解能を得られた,一方、遠距離からの固定カメラの画像処理では、16×15と分解能が低くなった.これは頭部全体の細かな運動が影響した要素が大きいと考え、被験者顔面に小さなシールを貼り、この位置を合わせて追跡することで頭部運動成分をキャンセルする補正処理を加えたところ、26×19と分解能が向上したが、それでもゴーグル取り付けCCDカメラによる分解能には及ばなかった.以上より、眼球画像の安定した撮影については、超小型CCDカメラをゴーグルなどを用いてユーザ頭部に直接取り付け、可能な限り近くから撮影する方式が優れていることが分かった.更に、注視する点を表示させるディスプレイの、眼球表面での反射像も撮影できることが確認できた.実験のため作成したプログラムでは、画像処理に単純な二値化を用いたが、周囲光の影響が大きく現れた.安定した注視点計測の実用化には、この影響を除く処理も必要であることが確認された.

本研究では、高齢者やベッド上生活者など、誰にも使いやすい入力インタフェースの実現を目指し、使用前のキャリブレーションを簡略化しつつ、注視点位置を安定して計測する手法を明らかにすることを目的としている.今年度は、ゴーグルに取り付けた超小型CCDカメラと、据え置きビデオカメラの2つの撮影系について、補助照明の有効性について検討した.昨年度の問題点として、周囲の室内照明による画像処理への影響があった.そこで、具体的には、いずれの撮影系についても赤外線透過フィルタを用いることとした.さらに1)ターゲットとなる赤外線LEDを点滅させ、差分処理を用いて角膜表面での反射像(プルキニエ像)の抽出を確実にすること、2)補助照明により、眼球周辺の顔表面を照らし、天井照明が作る陰影を減少させ、瞳孔領域の抽出を確実にすること、の2点を行った.1)の方法をとることにより、従来は、計測時の照明状況に応じて二値化スレッショルドを調節しなくてはならなかった反射像抽出が、スレショルドを細かく調節しなくても、高速かつ確実に行えるようになった.比較実験を行ったところ、計測可能な注視点範囲を、左右および上方向に3.0倍に広げることができた.また2)の方法を用いることにより、画像処理が安定して行えるようになり、単純な自然光下での計測に比べ、特に上下方向において、計測可能な注視点範囲を3.04.8倍に広げることができた.なお、コンタクト装用者の場合には問題は生じなかったが、眼鏡装着者では、レンズ表面での反射が画像処理に影響するケースが見られ、更に計測方法を改良する必要がある.来年度は、複数カメラや複数ターゲットLEDを利用し、更に確実かつ安定して注視点位置を計測できる方法の研究を進めていく.本研究は、高齢者やベッド上生活者など、誰にも使いやすい入力インタフェースの実現を目指し、使用前のキャリブレーションを簡略化しつつ、注視点位置を安定して計測する手法を明らかにすることが目的である.今年度は、ターゲットとなるLED光源を複数用いて、キャリブレーション簡略化の手法を研究した.代表的な注視点計測手法である角膜反射法では、単一のLED光源を用い、角膜表面で反射したプルキニエ像の、瞳孔領域に対する相対的な位置が、眼球方向と比例することを利用している.ただし、ここで得られる値は、49点でのキャリブレーションに基づいて実際の注視点位置に対応づける必要がある.そこで、一つの光源に関して「注視しているかいないか」のみを判断させ、処理を簡略化することとした.そして、注視点の候補となる複数箇所のそれぞれに光源を設置し、これを順次点灯させ、個々の判断結果を比較することで、最終的にどの光源を注視しているかを求めることとした.これにより、キャリブレーションを簡略化しっっ、実空間内の複数箇所を選択可能な注視入力インタフェースが実現できると考えた.使用者頭部に装着したゴーグルに、超小型CCDカメラを取り付け、眼球画像を撮影し処理するシステムを開発し、本手法を検証した,問題となる周囲の照明による影響は、CCDカメラには赤外光透過フィルタを付加し、対応する波長の赤外光LEDをターゲットとして利用することで、ハードウェア的に対策し、さらに、ターゲット点灯時と消灯時の差分をとることで、ソフトウェア的にも低減を図った.試用実験から、カメラ撮影方向によるずれを補正すれば、最高68.1%の正答率で注視点の判別が可能であった.本手法では1点のみのキャリブレーションで十分であり、入力操作に際して頭部を自由に動かせることから、皆に使いやすいインタフェースとして有効であると考えられる.
EgfrとNotchシグナル間クロストークに関与するebiの機能解析

これまでの解析でebiがEgfrシグナル伝達の下流でDeltaおよびatonalの発現を制御していること、またこの調節機構としてebiがSu(H)、strowberry notch(sno)およびコリプレッサーであるSMRTERと複合体を形成して働いていることを明らかにしてきた。これによりコリプレッサーの機能調節がNotchとEgfrのシグナル伝達間クロストークに重要な役割を持つことが明らかになったことから当研究では、遺伝学的手法を用いてebiを含むコリプレッサーにより直接調節される標的因子の同定を試みた。遺伝子の過剰発現を目的としてYeast Gal4の標的配列であるUASをP因子によりランダムにゲノム中に挿入した系統が確立されている(GS系統)。GS系統を複眼特異的Gal4により複眼で過剰発現させ、ebiとの遺伝的相互作用を複眼で観察した。その結果、約5000のGS系統からebiと相互作用するものが25系統見い出されてきた。GS挿入位置の解析により25系統のうちの1つはショウジョウバエC/EBPをコードするjiingであることがあきらかになった。jiingはこれまで卵形成でEgfrと同一の細胞で機能することが報告されており、ebiの標的遺伝子としての可能性が十分考えられる。その他のGS系統についても現在2次スクリーニングとしてGS系統による過剰発現時におけるDeltaとatonalの発現の変化を指標として真の標的因子を絞り込んでいる。
組換えDNA技術を用いるプロキモシン蛋白分子の改変と再構築に関する研究

Linker insertion及びSite directed mutagenesisの手法を用いて,計画的にアミノ酸配列の一部を改変したプロキモシンを, 50種以上作成した.これらが,大腸菌内での発現により形成するinclusionbodyを抽出,可溶化三次構造の再構成をし,酸性処理によってキモシンへの活性化を行ない,凝乳活性及びプロテアーゼ活性を測定した.その結果,凝乳活性/プロテアーゼ活性(C/P比), opt.plt,耐熱性等の変化したものがいくつか得られた.例えば, 77Y→Fの変換では, 77Fは, C/P比において,野生型の2.4倍,であった.その他, 77Wは弱い活性を持っており, C/P比は野生型の0.6倍であったが, 77I, 77V, 77Tは,どれも,測定できる活性を有していなかった.このことにより,この部位には,芳香環の存在が必須であることが示唆された.また, 221K→Lの変換では, opt pHが0.5低下して, pH3.5となると同時に, C/P比も下がり,酵素の性質が,ペプシン型に近づいた.一方, 40F→Lの変換では,耐熱性が非常に減少した.さらに,他の改変部位を持つ酵素に, 40Lの変異を導入すると,その改変酵素の特徴を残しながら,熱安定性が減少した.以上のように,アミノ酸の一次配列と酵素活性との関連についての基礎的な知見と,実用的酵素改良の可能性が示された.また,より酵素学的性質を明らかにするために,再構成後のプロキモシン精製のスキームを確立し,合成ヘキサペプチドを用いた,反応速度論的解析を行った.その結果, 77Fは,野性型酵素に比べて, Kmが3倍, Kcatが0.1倍であり, 113Fは, Knが4.5倍, Kcatが3.5倍であった.それぞれの凝乳活性は, 77Fが野性型の0.2倍, 113Fが0.4倍であり,酵素の反応性及び基質特異性の変化が,明確に示された.Linker insertion及びSite directed mutagenesisの手法を用いて,計画的にアミノ酸配列の一部を改変したプロキモシンを, 50種以上作成した.これらが,大腸菌内での発現により形成するinclusionbodyを抽出,可溶化三次構造の再構成をし,酸性処理によってキモシンへの活性化を行ない,凝乳活性及びプロテアーゼ活性を測定した.その結果,凝乳活性/プロテアーゼ活性(C/P比), opt.plt,耐熱性等の変化したものがいくつか得られた.例えば, 77Y→Fの変換では, 77Fは, C/P比において,野生型の2.4倍,であった.その他, 77Wは弱い活性を持っており, C/P比は野生型の0.6倍であったが, 77I, 77V, 77Tは,どれも,測定できる活性を有していなかった.このことにより,この部位には,芳香環の存在が必須であることが示唆された.また, 221K→Lの変換では, opt pHが0.5低下して, pH3.5となると同時に, C/P比も下がり,酵素の性質が,ペプシン型に近づいた.一方, 40F→Lの変換では,耐熱性が非常に減少した.さらに,他の改変部位を持つ酵素に, 40Lの変異を導入すると,その改変酵素の特徴を残しながら,熱安定性が減少した.以上のように,アミノ酸の一次配列と酵素活性との関連についての基礎的な知見と,実用的酵素改良の可能性が示された.また,より酵素学的性質を明らかにするために,再構成後のプロキモシン精製のスキームを確立し,合成ヘキサペプチドを用いた,反応速度論的解析を行った.その結果, 77Fは,野性型酵素に比べて, Kmが3倍, Kcatが0.1倍であり, 113Fは, Knが4.5倍, Kcatが3.5倍であった.それぞれの凝乳活性は, 77Fが野性型の0.2倍, 113Fが0.4倍であり,酵素の反応性及び基質特異性の変化が,明確に示された.凝乳酵素プロキモシンは、我々が構築したtroプロモーターを用いるプロキモシンCDNA発現プラスミドにより大腸菌菌体内に全蛋白の20%以上に達する不溶性のinclusionbodyとして生産され、尿素抽出、アルカリ条件下の再生、酸性処理によって活性キモシンに変換することができる。プロキモシンcDNA中に各種制限酵素部位への捜入欠失、部位指定変異によるアミノ酸置換等を導入し、この系を用いて再生、活性化を行ない、30種類以上の改変プロキモシンを得た。その凝乳活性、プロテアーゼ活性、至適pH、熱安定性を測定することにより明らかとなった特性、構造と機能の関係を以下に示す。(1)アミノ酸捜入による改変キモシンの特性-アミノ酸捜入によって得られた改変蛋白34種のうち約半数が完全に活性を消失し、それらは立体構造上、活性中心近傍とβシート中に変異を持つものに集中していた。一方、捜入によって活性が失われないものは、分子表面に変異を有するものが多かった。

また、凝乳活性/プロテアーゼ活性(C/P値)が大きく変動しているのはクレフト形成部位及びその近傍に変異を有し、特にPro(110)-Gly(111)にSer-Argを挿入したものではC/P値が野生株の約2倍となり、凝乳酵素としての特性改善が見られた。(2)部位指定変異による改変キモシンの特性-酸性プロテアーゼのX線解析からTyr(77)はflapを形成して基質結合に関与することが示唆されていたが、Pheに変換した改変蛋白は凝乳活性を有し、この残基が直接触媒活性に関与しないことが明らかになると同時に、C/P値が2.4倍と大きく変化することからTyr(77)の水酸基が基質特異性に大きく関与することが示された。以上の結果から、プロキモシンを実際に蛋白質工学的に改良しうることが明らかになるとともに、酸性プロテアーゼの構造と機能、その特殊性の解明に新しい知見が得られたと考えられる。Site directed mutagenesisによって, Tyr77を, Thr(水酸基をもつアミノ酸)Trp(芳香環を持つアミノ酸), Val,Ile(疎水性アミノ酸)に,系統的に変換した.その結果, Trp77は,活性が非常に低下はしたものの,十分検出できる活性を有していた.凝乳活性と,酸変性ヘモグロビンに対するプロテアーゼ活性の比(c/p比)は,野性型の0.6倍であった.その他の, Thr Ile,Valに変換したものは,どれも,測定できる活性を有していなかった.このことにより,この部位には芳香環の存在が必須であることが示された.また, c/p比が上昇した改変酵素のPhe77,Phe113,及び,耐熱性が著しく減少したLeu40を組みあわれ, 2ヵ所の変異を同時に持つ酵素を作成し,その性質を調べた. 77F113Fについては,期待された基質特異性の向上はみられなかったが, 40L77F及び40L113Fといった酵素については, 77F,113Fの特徴を残しながらも,耐熱性が減少することが示された.従って, 40番目のアミノ酸をLeuに変換することで,ある特性を持った改変キモシンに,耐熱性の要素を付加することが可能になったと考えられる.凝乳酵素においては,耐熱性の〓度な減少は,実用上好ましい性質であるため,このことは,有用な酵素を得るための,重要な知見と言えよう.また,今までに得られた種々の改変酵素の性質を明らかにするため,合成基質を用いた反応速度論的解析を行った.そのためには,再構成できなかったプロキモシン蛋白や,混在してくる菌体蛋白を除き,活性化可能なプロキモシンを精製する必要があったため,精製スキームを検討し, FPLCのMono Qカラム及びSuperoseカラムを通すことにより, SDSーPAGEでシングルバンドになるまで精製できた.LeuーSerーPhe(NO_2)ーMeーAlaーLeuーOMe)を用いた反応速度論的解析の結果, 77Fは,野性型酵素に対してKwが3倍, Kcatが0.1倍, 113Fは, Kwが4.5倍, Kcatが3.5倍となり,基質特異性の変化が示された.
新たな好中球分化因子GRIF-1分子の転写調節による骨髄球系細胞分化シグナル増強

GRIF-1遺伝子を導入した細胞株を用いて、GRIF-1遺伝子の発現制御と顆粒球分化との関連性を解析したGRIF-1遺伝子を導入した前骨髄性白血病細胞株HL-60細胞を顆粒球への分化を誘導する薬物である全transレチノイン酸やDMSO存在下で培養すると、培養4日後から対照群に比べてCD11bの発現や活性酸素の産生が強く生じるようになり、顆粒球様の形態を示す細胞が増加した。また、これに伴ってGRIF-1遺伝子の発現量も増加した。また、赤白血病細胞株であるK562細胞にGRIF-1遺伝子を導入して、同様の刺激をした場合にもGRIF-1の発現が上昇した。GRIF-1遺伝子を導入した細胞を全transレチノイン酸やDMSO存在下で培養すると、対照群に比べて顆粒球分化に伴って生じることが知られているmyeloblastin遺伝子やc-myc遺伝子の発現低下が早く生じ、また、これらの遺伝子の発現はGRIF-1遺伝子の発現に伴って低下した。従って、GRIF-1遺伝子を導入すると、顆粒球への分化が促進されることが明らかになった。また、この細胞を単球様細胞に分化を誘導するphorbol myristate 13-acetate存在下で培養すると、GRIF-1遺伝子の発現量が増加したものの、単球様細胞のマーカーであるnon specific elastaseの発現は増加しなかった。以上の結果から、GRIF-1の発現の増加は顆粒球への分化の亢進と深く関わっていることが示唆された。
サルの視覚性認知、記憶の神経機構の生理心理学的検討

サル視覚連合野の下部側頭回皮質TE野は、扁桃核と海馬との投射関係から見て背側部と腹側部の二つの領域に分かれる。扁桃核は、情動や刺激の意義づけに密接に関係し、海馬は、記憶に密接に関与することから、TE野の背側部と腹側部は機能的にも異なった領野を成すと考えられる。本研究の目的は、このTE野の背側部と腹側部への視覚入力機構をWGA-HRP法と蛍光色素法を用いて検討することである。実験には8頭のニホンザルを用いた。内6頭において下部側頭回のTE野の前背側部(TEad)、後背側部(TEpd)、前腹側部(TEav)と後腹側部(TEpv)のいづれか一つの領域に5%WGA-HRP溶液を50nl注入し、後方の視覚皮質において生じた標識細胞の分布を顕微鏡を用いて観察した。結果は次のことを示した。(1)TE野は、視覚前野のV4野から直接に投射を受けるTE野後部(TEp)とV4野からの直接の投射をほとんど受けないTE野前部(TEa)に分けられた。(2)TEpdは、TEO野の背側部や前月状回腹側部のV4野から強く投射を受けたが、これとは対照的に、TEpvはTEO野腹側部や前月状回背側部と下後頭回のV4野から強く投射を受けた。(3)TEadはTEpdとTEOdから主な役射を受けると共に、TEpvから弱い投射を受けた。しかし、TEOvからTEadへの投射はほとんど無かった。一方、TEavはTEpvとTEOvから主に投射を受けたが、TEpdやTEOdからの投射はほとんど無かった。(4)蛍光色素のFast BlueとDiamidino Yellowを同一半球のTEpdとTEpvおよびTEadとTEavに二頭のサルにそれぞれ打ち分けて標識細胞の分布を見た結果は、WGA-HRP法により得た結果と良く一致した。TEO野やV4野の視野再現様式を考慮すると、TE野背側部と腹側部は、後方の視覚野からそれぞれ中心窩と傍中心窩の視覚入力を強く受けていることが示唆され、前者は扁桃核と、後者は海馬と密接な相互作用過程を持つことにより、認知と記憶の過程に関係するものと考えられる。
ニューサンス ゾーニングが土地市場と労働市場に及ぼす影響に関する研究

土地利用政策が都市化過程に及ぼす影響に関する分析について:本研究では、その分析フレームワークを新経済地理学モデル(NEGモデル)に準拠しながらも、これまでのNEGモデルとは異なるモデルによって都市化の程度が各主体の合理的行動の総体の結果として決まることを示した。特に中国の経済社会の都市化の進展を説明することを念頭に置いており、それ故、土地利用の配分を管理する政府の役割を明示的に導入し、政策効果を評価できるようにモデル化を行った。主な理論的分析結果は次の通りである。1.都市化率はいくつかのパラメーターに依存して決まるが、特に重要なのは農業財輸送費と工業財輸送費の比と都市地区と農村地区の住宅地面積比率である。双方の比ともそれが増加すると都市化率は上昇することになる。2.地域の都市面積が与えられた下では、low-skill laborの人口増加は、均衡効用水準を低下させるように働くが、一方で均衡所得税率を低下させることによって効用を増加させるように働き、この意味で最適人口規模が存在する。3.シミュレーションによる比較静学分析によれば、工業財輸送費が低下すると都市化率は上昇する。一方、農業財輸送費の低下によって都市化率は低下する。拡張されたハリス=トダロモデルの分析:農村-都市間移住に関する基本的ハリス=トダロモデルを拡張し、都市-農村間のインフラストラクチャー水準の差異が移住行動に及ぼす効果を理論的に分析した。その結果、都市のインフラストラクチャー整備の厚生に及ぼす効果は常に正であるのに対し、農村部での整備は必ずしもプラスの厚生効果をもつものではない。特に、インフラストラクチャー整備の結果、農業生産が拡大し、生産物価格が大きく低下する時は厚生水準は減少することが確認された。インフラストラクチャーが生産性だけに影響を与える基本的ハリス=トダロモデルでは、インフラストラクチャーの増加は[トダロ・パラドックス]を引き起こさないが、インフラストラクチャーが住民のアメニティにも影響を与える拡張されたモデルではそのパラドックスが生じえることが示された。開発権移転(TDR)の経済分析の視点は2つある。1つは土地利用の効率性に焦点を合わせたものである。もう1つは対象地域内の一部の地区に関して,外部性が顕著な故に開発が抑制されることから生ずる土地所有者間の分配の不公平性についてである。平成14年度はTDRの外部性規制の適用例を念頭において,TDRの供給者である開発規制地区の土地所有者(ディベロッパー)がTDR市場で独占的に行動するモデルを構築し,TDR制度を効率性と所持分配の公平性の観点から評価する分析を行った。特に環境保全の外部性の大きさがTDR制度の評価にどのように影響を与えるかを分析する。さらに開発単位面積当り必要TDR量などのTDR市場環境が効率性,公平性に関するTDR制度の機能におよぼす影響を分析する。分析は単純なモデルによる数値シミュレーションによる。その結果,TDR市場の創設はゾーニング規制の場合に比べて効率性,公平性とも大幅に改善できることが示された。特に開発規制地区の開発によって影響をうける外部性が大きい場合には,TDR制度の効率性は社会的最適に近い水準になる。TDR市場の環境に影響を与える開発権変換係数の値によって,TDR制度の効率性,公平性の水準が変化する。したがって都市政府は,この係数を適切に決定することによって,TDR制度の機能をより効果的に働かせることが可能である。