hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Feasibleな計算量クラスの数理論理学的手法による研究

本研究の主な目的は,極めて少ない計算資源で計算できる関数族についての性質を,数理論理学,特に機能的関数論あるいは算術の証明論やモデル論の手法を用いて解析することであった.これについて主に次の2点において研究成果を得た.計算の複雑さを測る尺度として論理回路がしばしば用いられる.ここでは特にある関数を計算する回路の素子の数が入力の多項式程度で押さえられるものを現実的に計算可能なものとする.通常,このような回路に更に制限を加えて新たな計算量クラスを作るわけであるが,特に回路の深さ,すなわち入力から出力に至る経路に現れる阻止の数の最大値を制限すると,より強い意味で計算可能な関数族が得られる.これまでは特にこれが入力の長さの対数多項式で押さえられるものについての研究が主であったが,本研究ではこれをより強く制限し,iterated logarithmの多項式で押さえられるものを考えた.これに関して,このような計算量クラスの再帰的定義による特徴づけを与え,更にこれらのクラスはすでに知られているグラフ到達可能性問題の計算量の下限についての結果を用いると分離が可能なことが明らかになった.一方,計算量クラスと密接な関係がある限定算術と呼ばれる弱い算術の理論では,ある命題がそこで証明可能かどうかが,主要な問題となる.これに関して多項式時間計算可能なクラスに対応するある種の2階算術理論においては,除算を定義する論理式が証明可能でないことを示した.これは従来これに関して知られているいくつかの結果の改良であり,またここで用いた手法は更に弱い算術のモデルに関する新たな問題を示唆している.本年度は以下の2点について成果を得た.1.深さの上限が入力の対数の繰り返しになるような回路で計算できる関数の族を定義し,これに対する弱い算術の体系が,弱い数学的帰納法を用いて公理化されることを示した.このような回路は,対数の繰り返しの回数によって階層を構成するが,計算量理論においてすでに得られているグラフ到達可能性問題の下界を用いて,この階層が分離されることがわかる.このことから上で定義した算術体系の証明能力が異なることが示される.またパリティ関数の下界性の証明を用いると,異なる部分における分離が導かれるので,このことからも体系の分離を示すことが可能である.2.Cloteと竹内によって定義された二階算術の体系T^<pol>は多項式時間で決定可能な述語を定義できるが,同様の関数は定義できないことが知られている.竹内はこのような具体的な関数として,除算がとれることを証明している.この証明は証明論におけるカット除去定理を用いた複雑なものであるが,これに対して,ある種の1階算術のモデルはT^<pol>のモデルに拡張できることを示し,これを用いてT^<pol>では2の冪乗以外の自然数による除算が定義できないことを証明した.これは上述の竹内による定理の拡張になっており,また一階算術の独立性に関するJohannsenの定理の拡張にもなっている.本研究の主な目的は,極めて少ない計算資源で計算できる関数族についての性質を,数理論理学,特に機能的関数論あるいは算術の証明論やモデル論の手法を用いて解析することであった.これについて主に次の2点において研究成果を得た.計算の複雑さを測る尺度として論理回路がしばしば用いられる.ここでは特にある関数を計算する回路の素子の数が入力の多項式程度で押さえられるものを現実的に計算可能なものとする.通常,このような回路に更に制限を加えて新たな計算量クラスを作るわけであるが,特に回路の深さ,すなわち入力から出力に至る経路に現れる阻止の数の最大値を制限すると,より強い意味で計算可能な関数族が得られる.これまでは特にこれが入力の長さの対数多項式で押さえられるものについての研究が主であったが,本研究ではこれをより強く制限し,iterated logarithmの多項式で押さえられるものを考えた.これに関して,このような計算量クラスの再帰的定義による特徴づけを与え,更にこれらのクラスはすでに知られているグラフ到達可能性問題の計算量の下限についての結果を用いると分離が可能なことが明らかになった.一方,計算量クラスと密接な関係がある限定算術と呼ばれる弱い算術の理論では,ある命題がそこで証明可能かどうかが,主要な問題となる.これに関して多項式時間計算可能なクラスに対応するある種の2階算術理論においては,除算を定義する論理式が証明可能でないことを示した.これは従来これに関して知られているいくつかの結果の改良であり,またここで用いた手法は更に弱い算術のモデルに関する新たな問題を示唆している.
包括的な顎顔面形態および顎口腔機能の統合的解析システムの開発

顎変形症患者に対して撮影したComputedTomography(CT)データから顎顔面骨格,顔面軟組織,咽頭気道および咀嚼筋をパーソナルコンピュータ上で再構築し,三次元(3D)的な術前後の顎顔面形態を総合的に分析することを可能にした。また、作成した形態画像はインターネット上に無料で公開されているソフトウエアに取り込むことで、チェアーサイドにおいて容易に表示することが可能であった。そのため、患者にとっても分かり易く、医師とのコミュニケーションツールになると思われた。本研究の目的は顎顔面形態を三次元的に分析・診断できるシステムを構築することである。これに下顎頭の形熊と関節腔隙の三次元解析を加えることで顎顔面骨格と顎関節の形態の関係を明らかにすることである。さらにCTより立体構築した鼻咽頭気道形態画像を用いて有限要素解析による上気道通気障害を評価することができるシステムを構築することである。解析結果により顎顔面骨格、咀嚼筋、口蓋、気道の三次元標準テータベースを構築し、標準形態を提示することで形態異常のある患者(顎変形症患者)から得られた値と標準形の顎顔面形態を比較することで患者の顎顔面形態の異常を正確に把握することができるものと思われる。これにより、より正確な診断と治療計画を立案できるものと思われる。また、顎矯正手術が顎関節や咀嚼筋、気道形態に与える影響を詳細に把握することで下顎の移動にともなう変化を正確にとらえることでエビテンスを治療者側にも治療を受ける患者にも正確に提示され、安全で確実な治療につながるものと思われる。現在、症例を増やしつつ、検討中である。本研究成果の具体的な内容については、顎変形症患者に対して撮影したComputed Tomography(CT)データから顎顔面骨格,顔面軟組織,鼻咽頭気道および咀嚼筋をパーソナルコンピュータ上の仮想空間内で再構築し,三次元(3D)的な術前後の顎顔面形態を総合的に分析することを作成可能にしたことが挙げられる。さらに、非接触型三次元計測装置を用いて計測した歯列模型データを必要な場合に応じて組み込むことをも出来るようにした。本研究の意義について、まず、歯科金属充填物や矯正用ブラケットによる歯列領域のアーチファクトがCTにおける短所のひとつであるが、非接触型三次元形状計測装置で撮影した歯列画像を組み入れたことで、顎顔面形態の相互関係を解析することが可能になった。さらに、情報工学分野の画像処理技術を用いることで、術前後における高い精度の顎顔面形態の頭部3D-CT像を、同一座標系で再構築し、種々の変化を解析することが出来た。そのため、本解析システムは今までにない診断、分析法になるものと考えられ、口腔領域の他の分野における形態解析にも発展することができ、日常臨床に応用することが可能であると思われる。また、作成した形態画像はインターネット上に無料で公開されているソフトウエアに取り込むことで、チェアーサイドにおいて容易に表示することが可能である。そのため、本研究で作成したシステムは、研究面だけではなく、歯科医にとっても患者にとっても分かり易いコミュニケーションツールになると思われる。本研究成果の具体的な内容については、顎変形症患者に対して撮影したComputed Tomography (CT)データから顎顔面骨格,顔面軟組織,鼻咽頭気道および咀嚼筋をパーソナルコンピュータ上の仮想空間内で再構築し,三次元(3D)的な術前後の顎顔面形態を総合的に分析することを作成可能にしたことが挙げられる。さらに、情報工学分野の画像処理技術を用いることで、術前後における高い精度の顎顔面形態の頭部3D-CT像を、同一座標系で再構築し、顎顔面骨格、顔面軟組織、咀嚼筋、咽頭気道に関する種々の変化を三次元的に解析することが出来た。
非加熱ワンポットプロセスによる二次電池用多孔質複合粒子の直接合成

本研究では、原料粉体界面に圧縮・摩擦作用に基づく局所的特異場を適用することにより、リチウムイオン二次電池正極材料用多孔質複合粒子の非加熱でのワンポット合成を試みた。その結果、リン酸鉄リチウムナノ粒子とカーボンから構成される多孔質複合粒子の大気圧下非加熱での合成に成功した。また同様の手法をリチウム・ニッケル・マンガンから成るスピネル系材料の合成にも適用できることを示した。これらの材料より作製されたコインセルは、いずれも良好な電池特性を示した。ワンポットプロセスによってリチウムイオン二次電池正極材料となる多孔質複合粒子を直接合成できれば、画期的な省エネルギー製造プロセスが実現する。申請者らは、原料粉体界面への圧縮・摩擦作用に基づく局所反応場を利用して、陽イオンを二種類含む複合酸化物ナノ粒子の非加熱合成に成功している。本研究では、近年注目されている陰イオン骨格がリンと酸素の二種類のイオンから成るリチウム系材料にこの方法を適用し、まずナノ粒子の直接合成を試みる。次に原料粉体へカーボンナノ粒子を添加し、目的物質のナノ粒子合成に加え、多孔質正極材料の構成単位となる多孔質ネットワーク構造複合粒子の形成までをワンポットで実現する製造技術を開発することを目的としている。本年度は、ワンポットによるナノ粒子の非加熱プロセス、並びに多孔質複合粒子の直接合成プロセスを解析するための粉体処理装置の試作を行った。装置としては、原料粉体に作用する機械的作用(圧縮力、せん断力)、さらには処理雰囲気をそれぞれ制御可能な構造を持つ装置を立案し、その試作を行った。次に、この装置を用いて、リチウムイオン二次電池の正極材料として研究の進んでいるリン酸鉄リチウムナノ粒子の合成を試みた。出発原料には、工業的に汎用されている炭酸リチウム粉体、シュウ酸鉄粉体、並びにリン酸二水素アンモニウム粉体を使用した。その結果、処理容器に一定の処理時間毎に粉体を添加して繰り返し処理することにより、外部加熱を施さずに機械的処理を行うだけで、リン酸鉄リチウムナノ粒子を合成することに成功した。以上の結果を基に、ナノ粒子の合成プロセスについて考察を行った。外部加熱を必要としないワンポットプロセスによって、リチウムイオン二次電池正極材料を構成する多孔質複合粒子を直接合成できれば、画期的な省エネルギー製造プロセスが実現する。申請者らは、原料粉体界面への圧縮・摩擦的作用に基づく局所的特異場を利用して、これまでに陽イオンを二種類含む複合酸化物ナノ粒子の非加熱合成に成功している。そこで本研究では、近年注目されている陰イオン骨格がリンと酸素の二種類のイオンから成るリチウム系材料にこの方法を適用した。平成24年度には、正極材料としてリン酸鉄リチウムナノ粒子をモデル材料に選定し、原料粉体として、炭酸リチウム粉体、シュウ酸鉄粉体、並びにリン酸二水素アンモニウム粉体を使用した。その結果、これらの粉体を、外部加熱を施さずに機械的処理を行うことにより、リン酸鉄リチウムナノ粒子を合成することに成功した。そこで平成25年度には、本方法によるナノ粒子の合成に及ぼす諸条件を基礎的に検討するために、既に合成実績のあるランタン・マンガン系の複合酸化物を用いて、原料粉体の種類、並びに処理エネルギーなどが合成プロセスに及ぼす影響を検討した。その結果、原料種によって合成プロセスは大きく影響されること、また処理エネルギーが大きいほど、合成は短時間で進むことなどを明らかにした。そして、これらの結果を踏まえ、リン酸鉄リチウムナノ粒子の合成実験を行った。その結果、炭酸リチウムの代わりにリン酸リチウム粉体を使用することにより、短時間でナノ粒子を合成できることを示した。さらに、これらの原料粉体にカーボンナノ粒子を微量添加することにより、リン酸鉄リチウムナノ粒子の合成と同時に、合成されたナノ粒子とカーボンとが複合化した多孔質複合粒子の合成に成功した。得られた複合粒子からコインセルを試作し、充放電特性等の評価を行った。そこで本研究では、近年注目されている陰イオン骨格がリンと酸素の二種類のイオンから成るリチウム系材料を対象として、原料粉体界面への圧縮・摩擦的作用に基づく局所的特異場を適用することにより、非加熱による多孔質複合粒子の作製を試みた。平成24年度には、正極材料としてリン酸鉄リチウムナノ粒子を選定し、原料粉体として、炭酸リチウム、シュウ酸鉄、並びにリン酸二水素アンモニウムを使用した。その結果、外部加熱を施さずに原料粉体の機械的処理のみにより、リン酸鉄リチウムナノ粒子の合成に成功した。そこで平成25年度には、本法によるナノ粒子の合成に及ぼす諸条件の影響を基礎的に検討するために、既に合成実績のあるランタン・マンガン系の複合酸化物を対象として、原料粉体の種類、処理エネルギーなどが合成プロセスに及ぼす影響を検討した。その結果、原料粉体によって合成プロセスは大きく影響されること、また処理エネルギーが大きいほど、合成は短時間で進むことなどを明らかにした。

これらの知見を踏まえ、炭酸リチウムの代わりにリン酸リチウム粉体を使用することにより、短時間でリン酸鉄リチウムナノ粒子を合成できた。さらに、原料粉体にカーボンナノ粒子を微量添加することにより、ナノ粒子の合成と同時に、合成されたナノ粒子とカーボンが複合化した多孔質複合粒子の合成に成功した。平成26年度は、リン酸リチウム粉体を用いた大気圧下の処理により、放電容量が高く、サイクル特性も良好なリン酸鉄リチウムの多孔質複合粒子の合成に成功した。また、このプロセスを他の活物質の合成にも適用した結果、スピネル系の材料において良好な電池特性を示す多孔質複合粒子を作製することができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。微粒子工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の計画である実験装置の試作と、それを用いてリン酸鉄リチウムナノ粒子の非加熱合成に成功しており、研究の目的は予定通り進展していると判断されるため、おおむね順調に進展していると自己評価した。本年度の計画であるリン酸鉄リチウムナノ粒子の短時間での合成実験に成功している。さらに、リン酸鉄リチウム合成に使用する三種類の原料粉体にカーボンナノ粒子を微量添加することにより、リン酸鉄リチウムナノ粒子の合成とともに、合成されたナノ粒子とカーボンとが複合化した多孔質複合粒子の合成に成功している。また得られた複合粒子からコインセルを試作して、充放電特性等の評価を行うことにより、複合粒子特性との関係を解析している。以上の結果は、本年度の計画を満足するものであることから、おおむね順調に進展していると自己評価した。平成24年度の成果に基づき、リン酸鉄リチウムナノ粒子の非加熱合成のメカニズムについて解析を行う。さらに合成されたナノ粒子を構成単位とする多孔質複合粒子の作製と、その構造形成メカニズムについて解析を行う。得られた複合粒子からコインセルを作製して、電池特性を評価する。平成25年度の研究成果に基づき、各種プロセス条件がリン酸鉄リチウム複合粒子の組成、並びに構造に及ぼす影響を検討する。また得られた複合粒子から実際に正極を作製することにより、電池特性と複合粒子特性との関係を明らかにする。さらに、本研究で提案した複合粒子作製方法を、他のリチウム系材料にも適用し、正極材料のワンポット製造プロセス基盤技術の確立を目指す。平成24年度は、これまでの研究成果を踏まえて実験検討を行ったため、当初予定していた原料粉体の種類、処理雰囲気などについても十分絞り込んだ条件で合成実験に成功した。そこで、当該助成金が生じたものと思われる。翌年度は、この助成金も活用して、本研究の中で最も困難と思われる多孔質複合粒子の合成とそのメカニズムの解析に関する研究を進める予定である。平成25年度は、既に研究が進んでいるランタン・マンガン系の複合酸化物ナノ粒子の合成実験をモデル事例として検討を進めた。
健忘型軽度認知障害からアルツハイマー型認知症への進行予測に関する研究

アルツハイマー型認知症患者および軽度認知障害患者のうち、2年以上経過観察することのできた患者の検査データについて解析した。CDR0.5では初診時のVSRADは2.29±1.39であるが、2年経過後に2.71±1.53と大きな値となった。CDR1、CDR2においても同様となり、海馬傍回の萎縮は年々進行した。また、MMSEの計算と想起は、経過とともに得点が低下した。さらに、CDR0.5からCDR1に移行した群と移行しなかった群のVSRADは移行群の方が初診時に有意に高い値であった。以上のことから、VSRADは軽度認知障害からアルツハイマー型認知症へ移行するための予測因子になる可能性が示唆された。これまでに開発した認知機能データベースに登録されたアルツハイマー型認知症患者および軽度認知障害患者のうち、2年以上に渡って経過観察することのできた患者を対象に、昨年に引き続き検査データの経時変化について検討した。本研究の対象は物忘れを主訴としてクリニックを受診し、2年間にわたって追跡調査をすることのできた174名である。なお、全ての対象者にMMSEおよびCDRを実施している。CDR0.5では初診時のVSRADは2.29±1.39であるが、2年経過後に2.71±1.53とVSRADは大きな値となった。CDR1では初診時VSRADは2.76±1.65であるが、2年経過後には3.28±1.84に、CDR2では初診時VSRADは3.01±2.04であるが、2年経過後には3.60±2.17となった。どの認知症重症度においても海馬傍回の萎縮は年々進行していることが示された。また、MMSEのサブ項目である計算の項目は、年数の経過とともに得点が低下することが示された。さらに、初診時CDR0.5であった66名のうち、2年経過後に25名はCDR1に移行した.CDR0.5からCDR1に移行した群と移行しなかった群のVSRADについて比較すると、非移行群に比べて移行群の方が初診時においてVSRADの値が有意に高くなった。これらのことから、VSRADは軽度認知障害からアルツハイマー型認知症へ移行するための予測パラメータになる可能性を示している。今後、長期間追跡されたVSRADデータを蓄積することにより、高い予測パラメータになるものと考えられる。また、MMSEなどの認知機能検査結果と比較検討することで、より精度の高い予測パラメータを見つけることができるものと考えられる。これまでに開発した認知機能データベースに登録されたアルツハイマー型認知症患者および軽度認知障害患者のうち、2年以上に渡って経過観察することのできた患者を対象に検査データの経時変化について検討した。また、MMSE合計得点は、CDR0.5で23.9±6.6、CDR1で19.2±6.2、CDR2で11.4±3.8であった。次に、CDR0.5におけるMMSE下位項目の正答率は低い方から順に、計算(56.9%)、図形(73.3%)、想起(78.8%)、書字(84.4%)、時の見当識(74.7%)であった。MMSEと海馬傍回萎縮の程度の相関係数は-0.450となり、有意な負の相関が認められた。また,MMSEと脳萎縮領域の割合の相関係数は-0.569となり、有意な負の相関が認められた。これらのことから、脳萎縮の割合とMMSE下位項目の計算、想起に着目することで認知症の早期診断が可能になるものと考えられた。さらに、VSRADは軽度認知障害からアルツハイマー型認知症へ移行するための予測パラメータになる可能性が示された。これまでに開発した認知機能データベースに登録された認知症患者および軽度認知障害患者のうち、2年以上に渡って経過観察をすることのできた患者を対象に、脳萎縮についての経時変化について検討した。

対象は物忘れを主訴としてクリニックを受診し、認知機能データベースに登録され、2年以上に渡って脳萎縮を追跡調査することのできた168名である。初診時におけるCDR別VSRADでは、CDR0.5で2.285±1.392、CDR1で2.764±1.649、CDR2で3.010±2.040、CDR3で3.817±1.935であり、認知症の症状が進行するにしたがってVSRADは高い値となった。また、非移行群(CDR0.5→0.5)に比べて移行群(CDR0.5→1)の方が初診の段階においてVSRADの値が有意に高くなった(p<0.05)。しかし、移行群については2年経過後のVSRADについても有意に高い値となった(p<0.05)。なお、CDR1については、非移行群(CDR1→1)と移行群(CDR1→2)を比較しても初診時のVSRADに有意な差は認められなかった。このことから、初診時のVSRADに着目するとこで、軽度認知障害から短期間のうちにアルツハイマー型認知症へ移行する患者を予測できる可能性があるものと考えられ、認知症への移行予測として高い予測パラメータになるものと考えらた。今後、データベースに蓄積されるデータがさらに増えれば、より高い予測パラメータになるものと考えらた。現在までに、研究の目的に対して概ね順調に研究は進んでいるものと考えられる。これまでの2年間において、(1)既に撮像されたMRI画像、認知機能検査結果や臨床経過などの医療情報データについて、医療情報データベースとして管理、整備することができた、(2)認知機能検査結果などについて時系列のデータ解析を行い、アルツハイマー型認知症へ進行する群と進行しない群の相違を明らかにできたこと、(3)アルツハイマー型認知症へ進行する群と進行しない群の相違点をもとに、健忘型軽度認知障害の早期診断および発症前診断が可能な因子を抽出できたこと、(4)健忘型軽度認知障害の適切な診断を促すことを支援するためのシステム開発に着手できたこと、が主な理由である。現在までに研究の目的に対して概ね順調に研究は進展しているものと考えられる。2年間の研究計画の1年目において、(1)これまでに追跡してきた健忘型軽度認知害患者の臨床経過やMRI画像の形態学的変化、認知機能検査の経時的変化について時系列のデータ解析を行い、アルツハイマー型認知症へ進行する群と進行しない群の相違を明らかにできたこと、(2)アルツハイマー型認知症へ進行する群と進行しない群の相違点から、健忘型軽度認知障害の早期診断および発症前診断が可能な因子を抽出できたこと、が主な理由である。今後、健忘型軽度認知障害からアルツハイマー型認知症への進行予測およびアルツハイマー型認知症の予後予測について、医師や医療従事者、さらには患者へ客観的に提示することが可能なシステムを開発するとともに、本研究において開発したシステムが臨床で使用することが可能かどうか医学的観点から評価を行う予定である。なお、健忘型軽度認知障害に対して適切な診断を促すシステムの開発およびアルツハイマー型認知症への進行予測および予後予測システムの開発については、医学的な観点からシステムの評価を行い、不備な点を改良するだけではなく、医師および医療従事者が使いやすいシステムになるよう人間工学的な観点での検討を行う予定である。今年度は時系列データ解析用計算機および時系列データ解析関連図書の購入を行わなかった。これは、VSRADの時系列データ解析を中心に実施し、他のパラメータについては解析が進まなかったためである。時系列データ解析用計算機および時系列データ解析関連図書ついては次年度に購入し、脳形状の特徴や認知機能検査のサブ項目などの詳細な時系列解析を実施する予定である。
韓国の「多文化主義」政策と言語政策・外国語教育の関連・展望の研究

本研究は、現代韓国における外国人住民の増加に対応して制定・施行されている一連の外国人政策(「多文化主義」政策)と、言語政策との関係・課題・展望を分析するものである。その際、1言語政策過程の歴史的分析(法律・制度の理念と成立経緯の整理)、2在韓外国人の数・構成の変遷・実態と「多文化主義」政策の整合性の検討、3在韓外国人の社会編成・階層移動に関連する言語政策の役割・諸条件・展望の考察ーを中心に研究を進め、今日の韓国で立案・推進されている「多文化主義」政策の背景にある歴史的・社会構造的要因、同政策と言語政策動向の関連および問題点・課題を明らかにすることに努めた。・韓国の「多文化主義」政策および外国人住民に対する教育事情に関する先行研究の調査を行う。言語政策、外国語教育、社会言語学を中心としつつ、法制度、政策過程、国際関係、言語政策などを踏まえて調査を行った。また、日本・韓国・中国の資料の収集、研究者へのヒアリングも行った。・先行研究の調査およびヒアリングの結果、本研究の推進にあたって、台湾や香港などの状況との比較検討すること、ならびに海外居住コリアンに関する調査を含めることの重要性を認識するに至った。この点については、本研究の基本的な方向性と展開について述べた論稿を公刊し、そのなかで言及したほか、研究計画・手法を若干見直し、可能な限りこの観点を取り込むことにした。・韓国をはじめとする関係諸国で「多文化主義」政策に関する現地資料の収集を行うとともに、エスニックタウン訪問・聞き取り調査などを実施した。韓国以外にもタイ、香港、英国などに研究協力者および拠点を求め、比較研究ならびに国際的展開を推進すべく努めた。次年度以降の現地調査の下準備も行い、特に中国調査に関して、研究協力者との関係構築・拡大を含め、用意を行った。・成果公開の面では、本研究の基本的な方向性と展開について述べた英文論稿を公刊したほか、学会・国際会議などで本研究内容について報告する機会を得た。また2014年度以降の学会、国際会議での発表申請を行い、採択されて準備段階にあるものが数件ある。このほか、2014年中に公刊予定の書籍のなかで本研究について触れる予定であり、その準備を行った。・前年度に引き続き、文献研究、訪問調査、専門家へのヒアリングを行った。韓国調査においては、前年度に引き続き「多文化主義」政策の形成過程に関する調査を行うとともに、外国人集住地域に対する訪問調査に力を注いだ。韓国移民の主要な送り出し国の一つである中国については、朝鮮族を含む中国人に関連して韓国・朝鮮語を含む外国語教育環境・意識についての現地視察および専門家ヒアリングを行った。・初年度の成果を踏まえて、台湾、香港、英国などの状況との比較検討、海外居住コリアンに関する調査を含め、訪問調査や専門家との研究協議を実施した。・韓国の「多文化主義」政策に関連して「言語権」に関する現状調査も行い、成果の一部について研究発表も行った。・この段階で得られた知見を整理し、本研究の中間成果や展望について関連学会・国際会議などで報告した。また、新聞寄稿などを通じて、広く一般向けの発信を行うよう心がけた。韓国調査においては、前年度と同様、「多文化主義」の形成過程に関する調査を行うとともに、外国人集住地区に対する訪問調査を随時実施した。・韓国の「多文化主義」政策に関連して「言語権」に関する現況調査も行い、成果の一部について研究発表を行った。・本研究の成果および今後の展望について、国際会議での発表を行った。研究発表はほぼ計画通りに進んでいる。研究協力者として内諾を得ていた研究者に事故があったため、最終的な成果まとめに至っていないが、研究計画を一部見直し、研究をさらに深めていく予定である。・本研究は、現代韓国において外国人住民の増加に対応して制定・施行されている一連の政策(「多文化主義」政策)と、言語政策との関係・課題・展望を分析するものである。言語政策、外国語教育、社会言語学を中心としつつ、法政策、政策過程、国際関係などを踏まえて調査を行った。・また、初年度における先行研究の検討と関係者ヒアリングの結果、諸外国の事例との比較および海外居住コリアンに関する調査を含めることの重要性を認識するに至った。この点については、本研究の基本的な方向性と展望を述べた論稿を公刊し、そのなかで言及したほか、本研究全体の計画を若干見直し、可能な限りこの観点を取り込むことにした。・本年度は、在韓外国人の社会編成・階層移動に関連する言語政策の役割・諸条件・展望の考察を中心に研究を進め、今日の韓国で立案・推進されている「多文化主義」政策の背景にある歴史的・社会構造的要因の検討を主に行った。また、前年度に引き続き、文献調査、訪問調査、専門家へのヒアリングを行った。韓国および在外コリアン居住地域においては、韓国の「多文化主義」政策に関連して、言語権に関する現況調査も実施した。韓国以外にも、タイ、シンガポール、モンゴル、英国、カナダ、米国などに研究協力者および拠点を求め、比較研究および国際的展開を推進すべく努めた。・本年度はまた、研究の進展として、米軍政期における言語的多様性の問題を検討した。本研究の成果および今後の展望について、国際会議で発表する準備を行った。

その際、1言語政策過程の歴史的分析(法律・制度の理念と成立経緯の整理)、2在韓外国人の数・構成の変遷・実態と「多文化主義」政策の整合性の検討、3在韓外国人の社会編成・階層移動に関連する言語政策の役割・諸条件・展望の考察ーを中心に研究を進め、今日の韓国で立案・推進されている「多文化主義」政策の背景にある歴史的・社会構造的要因、同政策と言語政策動向の関連および問題点・課題を明らかにすることに努めた。研究発表は当初予定より早めに進んでいる。ただ、研究協力を依頼する予定であった研究者に事故があり、一部調査がやや遅れている。全体的にみれば、おおむね順調といえる。初年度の研究のなかで諸外国の状況との比較検討を行うこと、海外居住コリアンに関する調査を含めることの重要性を認識するに至った。その後、さらなる構想も得られつつあり、最終成果にできるだけ反映させたい。言語政策初年度の研究のなかで、台湾や香港などの状況との比較検討をすること、海外居住コリアンに関する調査を含めることの重要性を認識するに至った。この点については、研究計画・手法を発展的に見直していく。校務増大などにより出張日程の調整などにやや苦心したが、研究協力者の協力などもあって遅れは最小限にとどまっている。支出削減に努め、予算の有効活用に努めたため。支出縮減に努め、予算の有効活用を図ったため。予算を有効に活用し、成果公開を積極的に行っていく。初年度の研究のなかで、台湾や香港などの状況との比較検討すること、ならびに海外居住コリアンに関する調査を含めることの重要性を認識するに至った。予算を有効に活用し、研究成果の公開などを積極的に行っていく。・校務事情により、外国調査、国際会議報告などの出張に制約が生じたため(国際会議報告については、日程および発表場所を変更して実施することになったが、その結果、予算に余裕が生じた)。・また、旅費の縮減に努め、予算の有効活用を図ったため。・次年度使用額が生じた理由の一つに支出縮減(節約)があるため、その予算を有効に活用して研究成果の公開などをより積極的に進めていきたい。
雛鳥の学習システムにおける脳内ドーパミン系の機能

平成15年度、本研究は、ニワトリ雛鳥の大脳基底核LPOのニューロンが、予期される報酬の「時間的近さ(遅延)」を符号化していることを明らかにした。昨年度、二者択一局面において、LPO破壊が衝動的選択を引き起こすことを報告した。具体的には、LPOを破壊された雛鳥は、得られる餌の量によらず、直ちに得られる餌ばかりを選択するようになった。このことは、LPOが報酬の「時間的近さ(遅延)」の予期に基づき、選択行動を制御していることを示唆する。そこで、LPOの単一ニューロン活動記録を行い、実際に「報酬の遅延の予期」を符号化しているかを検証した。以下に本年度の実験概要と結果を述べる。(1)3種の色手がかりに、「遅延」と「量」が異なる3つの報酬条件を連合させ、雛鳥に弁別学習させた。各色手がかりの総当りによる二者択一テストの結果、雛鳥の報酬に対する価値は「直ちに得られる大報酬」>「直ちに得られる小報酬」>「遅れて得られる大報酬」の順位であった。(2)色手がかり提示後、一定遅延の後に現れる餌を与えなかったとき、雛が何秒間待ち続けるかを計測した。結果、雛鳥の待ち時間は、報酬の価値ではなく、遅延の長さに相関していた。(1)(2)より、雛は色手がかりから予期される「報酬の価値」から餌を選択し、予期される「遅延」から待ち時間を決めることがわかった。(3)色手がかり提示時のLPOニューロンの活動を解析した。結果、手がかり提示直後、短潜時(500ms以内)で応答するニューロン、及び、手がかり提示期、遅延期、餌の出現にかけて応答し続けるニューロンが見出された。特に前者には、予期される「遅延」、予期される「餌の量」に相関した応答を示すという2種のニューロンが存在した。以上より、LPOが、餌の「時間的近さ(遅延)」の予期に基づき行動を制御することが、単一ニューロンのレベルからも示された。以上をまとめた論文を現在作成中である。2002年度、本研究はニワトリ雛鳥の大脳基底核LPOが衝動的選択行動の制御に関わることを発見し、「(1)Izawa et al.2002、(2)Izawa etal.2003」を中心に4報の論文に発表した。以下に本年度の研究成果をまとめた。(1)報酬と予告刺激の提示位置及び時刻を分離した課題を用い、LPO破壊の効果を再検証した。しかし、LPO破壊は同課題の遂行を阻害しなかった。LPO破壊は嫌悪刺激を用いた回避課題の遂行も阻害しなかった。これらは、LPOが単一の連合記憶に基づく行動発現に関与しないことを示唆する。(2)"量"と"遅延"の異なる2つの報酬から1つを選ぶという"二者択一課題"を開発し、LPO破壊が選択行動に及ぼす影響を調べた。雛鳥に"直ちに得られる小報酬"と"遅れて得られる大報酬"との選択を迫った。対照群は、大報酬に伴う遅延がより長い場合、直ちに得られる小報酬を選んだ。一方、破壊群は、大報酬に伴う遅延の長さによらず、直ちに得られる小報酬ばかりを選んだ(衝動的選択)。さらに、この衝動的選択を示した雛鳥は、大報酬に遅延が伴わない場合、小報酬より大報酬を選んだ。つまり、報酬"量"の予期に基づいた選択は正常であったが、直ちに得られるのか否かという報酬の"近接"の予期に基づく選択が阻害されたのである。このことは、LPOが報酬の"近接"の予期を担い、衝動的選択の制御に関わることを示す。次年度は、報酬の"近接"の程度を符号化するLPOニューロン群の記録を試みる予定である。

(3)色手がかり提示時のLPOニューロンの活動を解析した。結果、手がかり提示直後、短潜時(500ms以内)で応答するニューロン、及び、手がかり提示期、遅延期、餌の出現にかけて応答し続けるニューロンが見出された。特に前者には、予期される「遅延」、予期される「餌の量」に相関した応答を示すという2種のニューロンが存在した。以上より、LPOが、餌の「時間的近さ(遅延)」の予期に基づき行動を制御することが、単一ニューロンのレベルからも示された。以上をまとめた論文を現在作成中である。
ロボットにおける運動優位特性とその獲得に関する基礎研究

本研究ではヒト型や多脚式のロボットなどこれまで運動優位特性を持たなかったロボットに対して,「利き」を与えることによる動作行動の有効性を明らかにすることを目標とする.このために動作パターンのモーションキャプチャによる計測,運動優位特性の定量的な解析,「非利き部位」に対する動作習得アルゴリズムの検討,さらに,実ロボットによる動作適用への影響と検証を段階的に進める.本年度は,前年度に引き続き,5放射相称形状の小型ヒトデ型5脚ロボットの優位進行方向に対する脚関節位相差および歩容パターンを遺伝アルゴリズムにより獲得した.また,各脚6モジュール,全5脚から構成されるクモヒトデ型モジュールロボットに関して,セルオートマトン格子のセルとして、ロボットモジュールをとらえることで優位動作ルールの獲得を行った.セルの接続構成とルールテーブルの違いに対して脚非連携モデル、脚連携モデル、共進化モデル3つの制御モデルの検討を行い,有効な動作ルールテーブルの検証を行った.また沖縄のカチャーシーを題材に,踊り手が観察者に対して特定の印象を与えるために創作した舞踏動作から運動特性を抽出し,与える印象と受ける印象とで,運動特性に違いがあるか比較し,印象と運動特性との関連性の調査を進めた.踊り手がイメージする明るいイメージの踊り及び暗いイメージの踊りに関して,その印象に関連する運動特性は,手先軌道から抽出した動作パターンにより,その特徴の一端を知る事ができた.本研究ではヒト型や多脚式のロボットなどこれまで運動優位特性を持たなかったロボットに対して,「利き」を与えることによる動作行動の有効性を明らかにすることを目標とする.このために動作パターンのモーションキャプチャによる計測,運動優位特性の定量的な解析,「非利き部位」に対する動作習得アルゴリズムの検討,さらに,実ロボットによる動作適応への影響と検証を段階的に進める.本年度は,上記の考察に対応可能な実験ロボットとして,5放射相称形状のヒトデ型5脚ロボット,6放射相称形状の6脚ロボットの開発を行った.また所有するモジュール型ロボットの連結による多自由度ロボットとして蛇型ロボットを加え,身体性豊かな実験ロボットのバリエーションを作成し,これに対し各ロボットに対し最適動作行動獲得のための手法の検討を行った.脚関節位相差および歩容パターンを遺伝アルゴリズムにより最適化することにより,それぞれ身体性における最適動作を獲得した.更に,多脚ロボットでの足の破損に伴う動作変動をプロットし,動作性能に関する考察をおこなった.モジュール群の相互作用関連では,ルーチンの割当最適化を行い,免疫型アルゴリズムでの適用を行い,また,モジュールユニットの汎化に伴い,セルオートマトン開発環境に関する提案を行った.利き腕であるリーディングアームのナビゲーションの差異,脚ロボットの非対称性などから進行方向の偏向が生じることに関して,シミュレータを製作し実験考察を進めた.本研究ではヒト型や多脚式のロボットなどこれまで運動優位特性を持たなかったロボットに対して,「利き」を与えることによる動作行動の有効性を明らかにすることを目標とする.このために動作パターンのモーションキャプチャによる計測,運動優位特性の定量的な解析,「非利き部位」に対する動作習得アルゴリズムの検討,さらに,実ロボットによる動作適用への影響と検証を段階的に進める.本年度は,前年度に引き続き,5放射相称形状の小型ヒトデ型5脚ロボットの優位進行方向に対する脚関節位相差および歩容パターンを遺伝アルゴリズムにより獲得した.また,各脚6モジュール,全5脚から構成されるクモヒトデ型モジュールロボットに関して,セルオートマトン格子のセルとして、ロボットモジュールをとらえることで優位動作ルールの獲得を行った.セルの接続構成とルールテーブルの違いに対して脚非連携モデル、脚連携モデル、共進化モデル3つの制御モデルの検討を行い,有効な動作ルールテーブルの検証を行った.また沖縄のカチャーシーを題材に,踊り手が観察者に対して特定の印象を与えるために創作した舞踏動作から運動特性を抽出し,与える印象と受ける印象とで,運動特性に違いがあるか比較し,印象と運動特性との関連性の調査を進めた.踊り手がイメージする明るいイメージの踊り及び暗いイメージの踊りに関して,その印象に関連する運動特性は,手先軌道から抽出した動作パターンにより,その特徴の一端を知る事ができた.
細菌／導電性ポリマ複合体の作製と電気的・光学的情報取得デバイスへの応用

この研究では細菌の多様な性質を調べるため,細菌を導電性ポリマに組み込んで電気的,光学的に検討する方法を開発した。導電性ポリマは陽電荷を持つため,重合時,電荷補償のために負電荷を有する物質を取り込む。細菌は通常負に帯電しているので,細菌を組み込んだ導電性ポリマ膜は容易に作製できる。この研究では,導電性ポリマを細菌固定のための捕捉材として利用するだけでなく,導電性を利用して電極材料としての活用も期待した。研究成果は以下に要約される。1)細菌/ポリピロール膜の作製と評価2)細菌/PEDOT膜の作製と評価3)細菌/導電性ポリマ膜の応用4)光学デバイスの作製と評価1)細菌/PEDOT複合膜の作製条件に関する検討細菌(大腸菌,緑膿菌など)をドープした導電性高分子膜(PPy, PEDOT)をITO電極上に作製した。細菌が生存できる条件に保つため,細菌分散液のpHを中性近傍に保つ必要があるが,これにより導電性高分子膜の成長速度が遅くなる。このため,膜合成条件の最適化を検討した。その結果,PPyでpH4以上,PEDOTで7付近での合成に成功し,細菌を生きたままで膜中に固定することに成功した。細菌の生存率と電位変化の関係を検討したところ,大腸菌ではほぼ100%の生存が確認できた。これに対して,緑膿菌では生存率が電位サイクルにより低下し,30回でほぼ20%にまで低下した。この点に関して更に検討を加えたところ,負電位に掃引すると生存率の低下が起こることが判明した。ただし,正側への電位サイクルでは,生存率はほとんど減少せず,細菌は安定であった。細菌の活性度を測定するため,電気化学的に酸素の消費量を測定したところ,30分以内に溶存酸素の大半のが細菌により消費されることが分かり,ドープされ後にも細菌は活発に活動できることが分かった。2)細菌/PEDOT膜ー顕微分光デバイスの作製金ナノ粒子ーポリアニリン複合体コロイドを作製し,細菌と結合させて金ナノ粒子からの散乱光を観測した。顕微鏡下において,10細菌/mL以下までの細菌が計測できることが判明した。このため,本法は高感度なかつ簡便な細菌検出法として機能することが分かった。1)細菌デバイスの高感度化と分析化学的応用前年度までの研究で,開発したナノ粒子コンポジット(複合粒子)を細菌に吸着させた時の散乱スペクトルと顕微鏡像の関係から,このコンポジットが多数の菌ナノ粒子を内包しており,強力な散乱光を放出することが分かっている。27年度の研究ではこのコンポジットに細菌を添加して細菌検出デバイスとしての評価を行った。E. coli O157の抗体を導入したナノコンポジットはこの細菌に極めて高い感度を示し,10細菌/mLまで定量が可能であった。また,このコンポジットはO111,O26に対して4倍以上の選択性を有した。さらにこのコンポジットの実用性を確認する目的で,散乱光モニタデバイスを試作した。このシステムでは1001,000,000細菌/mLの範囲で良い直線性が得られ,実際に,O157の定量が可能であることが分かった。次に電気化学デバイスも作製した。このデバイスでは細菌に内在するユビキノン,メナキノンの定量が可能であり,この量により細菌の定量が可能であった。今年度は特に酸化還元細菌として知られているS. oneidensisの酸化還元挙動をこの電気化学デバイスを用いて検討した。その結果,DOが0に近くなると細菌はユビキノンからメナキノンに生産をシフトさせることが分かった。また,高感度な細菌定量を目的として,細菌によるMTT色素の還元反応を検討した。この反応により試作した電気化学デバイスでは,1001,000,000細菌までの定量が1時間の反応時間で可能となった。いずれの手法も2年間にわたって,基礎検討から実用的なデバイス開発までを行い,迅速かつ高感度な定量法の開発に成功し,十分な成果が得られたものと考えている。1)細菌/ポリピロール膜の作製と評価2)細菌/PEDOT膜の作製と評価3)細菌/導電性ポリマ膜の応用4)光学デバイスの作製と評価PEDOT/細菌膜の作製に成功し,細菌を生存させたままでドープすることに成功した。また,ポリマコロイドの作製にも成功し,当初計画以上の選択性,感度を得ることに成功した。分析化学細菌/導電成膜の光学測定の検討を今後積極的に進めてゆく。細菌のドープ膜の開発に当初計画よりも効率的に進行し,試薬などの消耗品の使用が大幅に削減できた。この効率化は補助者の雇用により実現できたため,人件費は増大した。また,成果発表に対して,国外から国内開催の国際学会に変更したために,旅費が少なくなった。このような変動により,全体的に余剰が発生した。主に人件費に使用したい。
シリコン引上単結晶酸素濃度分布(半径方向)のシミュレーション

1.研究目的:Si引上単結晶の半径方向酸素濃度分布シミュレーション確立2.研究概要:・簡単化した矩形形状に引き続き・実際の複雑な形状での解析を行った。(1)研究方針:従来から解析の少ない本文や研究で、Si融液と高純度石英るつぼとの反応による酸素の導入-融液内流れ-融液自由表面を通(SiO)蒸発-融液中の酸素移流拡散-単結晶への酸素導入(偏析)という一連の過程をシミュレート、半径方向の酸素濃度分布を求め、実測値に合う条件を見出した(2)基礎方程式:上記一連の過程を基礎式で表し、初期条件と境界条件を入れてシミュレーションを実行。なお、Navier Stokesの式など複雑な編微分方程式を簡単に記述でき、高ベクトル化率の解法ライブラリを使用して計算効率を向上DEQSOL(Differential Equation Solver Language,日立で開発した編微分方程式記述言語)を用いた。当工学部Sun Work Station最上位機種Enterprise 10000を使用して計算。(3)差公法解析:簡単化した矩形形状(平坦な成長面、矩形るつぼ形状)で差分法による解析を行った。酸素濃度は、結晶中心部が高く、周辺部で低下計算値はその傾向を説明でき、実測値と一致した。(4)有限要素法:続いて、実際の複雑な形状(凸型成長面、円弧部分を持ったるつぼ)での有限要素法を利用した解析を実行した。この複雑な形状でも、計算値は実測値を定量的に説明できた。(5)Si結晶格子像:関連する単結晶Si結晶格子像、結晶欠陥像の3次元コンピュータグラフィックスを制作した。また、Si単結晶の共有結合状態をグラフィックス化、理解の容易な可視化ができた。3.主要成果:学術論文8編、学会発表は、米国Electrochem.Soc.2件、応用物理学会3件、Asia国際結晶成長会議1件、機械学会1件、化学工学会1件、計22件を報告した。関連著書(共著)2編を執筆した。1.研究目的:引上単結晶の半径方向酸素濃度分布シミュレーション確立2.研究概要:・簡単化した矩形形状引き続き・実際の複雑な形状での解析を行っている。(1)研究方針:従来から解析の少ない本分野研究で、融液内流れ-融液自由表面を通した酸素(SiO)の蒸発-融液中の酸素拡散-単結晶への酸素導入(偏析)という一連過程をシミュレートし、単結晶の半径方向酸素濃度分布を求め、実測値とFittingできる要因を明確にする。(2)基礎方程式:上記一連過程を基礎式で表わし初期条件と境界条件を入れてシミュレーションを実行している。なおNavier Stokesの式など複雑な偏微分方程式を簡単に記述でき、ベクトル化率の高い解法ライブラリを使用して計算効率向上できるDEQSOL(Differntial Equation Solver Language,日立で開発した偏微分方程式記述言語)を用いた。東京大学大型計算機センター日立SupercomputerおよびSun Work Station最上位機種Enterprise 10,000を利用している。(2)差分法解析:簡単化した矩形形状(平坦な成長面、矩形ルツボ形状)で差分法による解析を行った。酸素濃度は、結晶中心部が高く、周辺部で低下、計算値はその傾向を説明でき、約1%で一致することが認められた。(3)有限要素法

解析:続いて、実際の複雑な形状(凸型成長面、円弧部分を持ったルツボ)での有限要素法を利用した解析を実行している。複雑な形状のため、メッシュ分割が最初の課題である。解決しながら、進行する。3.主要成果:学会発表は、応用物理学会で2件、同東北支部大会で2件、化学工学会で1件、米国ECS学会で2件報告した。また、関連した論文発表3編、図書1編を発表している。1.研究目的:引上単結晶の半径方向酸素濃度分布シミュレーション確立2.研究概要:・簡単化した矩形形状引き続き・実際の複雑な形状での解析を行っている。(1)研究方針:従来から解析の少ない本分野研究で、Si融液と高純度石英るつぼとの反応による酸素の導入-融液内流れ-融液自由表面を通した酸素(SiO)の蒸発-融液中の酸素拡散-単結晶への酸素導入(偏析)という一連過程をシミュレートし、単結晶半径方向酸素濃度分布を求め、実測値とFittingできる要因明確化。(2)基礎方程式:上記一連過程を基礎式で表わし初期条件と境界条件を入れてシミュレーションを実行している。なおNavier Stokesの式など複雑な偏微分方程式を簡単に記述でき、ベクトル化率の高い解析ライブラリを使用して計算効率向上できるDEQSOL(Differntial Equation Solvor Language,日立で開発した偏微分方程式記述言語)を用いた。当工学部のSun Work Station最上位機種Enterprise 10,000を利用している。(3)差分法解析:簡単化した矩形形状(平坦な成長面、矩形ルツボ形状)で差分法による解析を行った。酸素濃度は、結晶中心部が高く、周辺部で低下、計算値はその傾向を説明でき、約1%で一致することが認められた。(4)有限要素法解析:続いて、実際の複雑な形状(凸型成長面、円弧部分を持ったルツボ)での有限要素法を利用した解析を実行した。この複雑な形状の場合も、計算値は実測値の傾向を定量的に説明できた。(5)Si結晶格子像:関連する単結晶Si結晶格子像、結晶欠陥像の3次元コンピュータグラフィックスを制作した。3.主要成果:学会発表は、米国Electrochem.Soc.で1件、応用物理学会で1件、同東北支部大会で1件、機械学会で1件報告した。また、関連した論文発表3編を発表している。1.研究目的:引上単結晶の半径方向酸素濃度分布シミュレーション確立2.研究概要:・簡単化した矩形形状引き続き・実際の複雑な形状での解析を行った。(1)研究方針:従来から解析の少ない本分野研究で、Si融液と高純度石英るつぼとの反応による酸素の導入-融液内流れ-融液自由表面を通した酸素(SiO)蒸発-融液中の酸素拡散-単結晶への酸素導入(偏析)という一連過程をシミュレート、半径方向酸素濃度分布を求め実測値とFittingした。(2)基礎方程式:上記一連過程を基礎式で表わし初期条件と境界条件を入れてシミュレーション実行。
無細胞たんぱく質合成系を用いた基板支持生体模倣膜の構築

本研究では、ベシクルフュージョンにより支持脂質膜を形成し、膜タンパク質の無細胞合成を用いて支持膜へのタンパク質導入が可能であるかを検討した。その結果、どの条件においても正しく折りたたまれた状態の膜タンパク質を支持膜中に存在させることはできなかった。また、支持脂質膜の性質は膜タンパク質の機能等に関わるため、支持膜の性質も研究対象にしていた。そこで、支持膜の分子密度と支持膜形成機構について研究を行った。その結果、支持膜の脂質分子密度がpHに応じて変化する現象を発見した。また、ベシクル開裂過程において膜欠陥が形成され、欠陥により支持膜形成が誘発される機構を発見した。OmpA176を精製し、バルク溶液中でのフォールディング条件を検討した。その結果、界面活性剤存在下でフォールディングを確認した。そこで界面活性剤を用いて、基板支持脂質膜にOmpA176をフォールディングさせる条件を検討した。実験手順や界面活性剤の種類および濃度等を変えて実験を行ったが、最適な条件を見つけることができなかった。これらの結果から、界面活性剤の添加は望ましくないという結論に至った。フォールディングが起こらないことに加え、界面活性剤の影響のため、表面上の膜構造が一様にならない場合が数多く観察されたからである。そこで、界面活性剤を用いない条件を検討することにした。平成24年度は、膜タンパク質を固定化する脂質膜を作製し、その性質を明らかにすることを計画していたのでこれに取り組んだ。基板支持脂質膜については、無細胞タンパク質合成溶液とともに37°Cで加熱できることを確認した。固定化ベシクル系については、ビオチン-ストレプトアビジン系を用いてベシクルを架橋し、この架橋化ベシクルをガラス表面に結合させる方法を検討した。平成25年度から膜タンパク質の使用を予定していたが、この計画を前倒しし、バクテリオロドプシンについて検討を行った。その結果、この系は本研究目的を達成するためにはあまり適切ではないことが分かった。そこで、モデル膜タンパク質をouter membrane protein Aの膜貫通ドメイン(OmpA176)に変更した。次に、基板支持脂質膜上でOmpA176の無細胞合成を行った。無細胞合成反応の時間を2時間から一晩、脂質の種類をDOPC、DMPCと変えて実験を行ったが、いずれの条件においてもOmpA176が多数膜に吸着するものの、正しくフォールディングしないことが分かった。そこで基本に立ち返り、バルク溶液中でベシクルとともにOmpA176の無細胞合成を行った。界面活性剤なし、Triton X-100の添加、およびオクチルグルコシドの添加、の3条件で合成を行い、Tritonの存在下でフォールディングが起こることを確認した。そこで、基板支持脂質膜および固定化ベシクル上に、Tritonを添加した合成溶液を滴下してOmpA176の合成を試みたが、脂質膜が比較的安定に存在できる低濃度のTritonでは、膜タンパク質はフォールディングを引き起こさないことが分かった。そこで詳細な検討のため、OmpA176を精製した。界面活性剤が存在しないベシクル溶液中では、今のところ精製したタンパク質のフォールディングは確認されていない。無細胞合成系を用いて支持脂質膜への膜タンパク質の取り込みを試みた。その結果、その疎水的性質から無細胞合成された膜タンパク質は支持膜に到達する前に凝集してしまい、支持膜中ではフォールディングしないことが分かった。DNA濃度等のパラメーターを変化させるなどの様々な実験を行ったが、フォールディングに適した実験条件を見い出すことはできなかった。本研究では、膜タンパク質の取り込みに適した固定化膜系を開発するため、固定化膜の性質に関する研究も予定していた。この研究項目において、固体表面ー膜相互作用によって支持膜の分子密度が変化することを明らかにした。具体的には、ガラスおよび酸化シリコン表面に作製されたDOTAP支持膜の分子密度がpH上昇に伴って減少することを明らかにした。分子密度変化は、拡散定数のpH依存性、膜面積変化の直接的観察、石英振動子測定におけるエネルギー損失項の変化によって証明された。膜タンパク質の性質や機能は脂質充填密度に大きく左右されるにも関わらず、支持膜の分子密度に注目した研究はこれまでに行われていない。従って、分子密度と表面相互作用との相関を初めて明らかにした本研究は非常に重要である。また、ベシクルが開裂し支持膜を生じる機構のうち、膜欠陥形成によって誘発される開裂機構を発見した。欠陥孔の生成確率は塩濃度、pH、ベシクルの電荷に依存していた。具体的には、高塩濃度および負に帯電したベシクルに対して膜欠陥孔がより多く生成した。また欠陥孔形成メカニズムも明らかにした。現在、膜タンパク質を含む脂質膜を固体表面に固定化し、タンパク質を介した物質輸送の測定が試みられているが、そのような系では膜欠陥含有率の低減が必須である。