hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピン分解STMとARPESによる表面スピンナノ物性の研究

波数空間のスピン偏極電子状態分布を測定するために、世界最高性能のエネルギー分解能1.7meVを有するレーザー光を使用した3次元方向スピン角度分解光電子分光装置を完成した。これと既存のスピン分解走査トンネル顕微鏡表面を用いた表面局所電子磁気構造の直接観察を併用して、(1)スピン偏極したトポロジカル物質の表面状態の分布の解明、(2)スピン偏極電子状態からの光電子のスピン制御法の確立、(3)窒化鉄原子層の波動関数の性質と磁性の解明、および(4)鉄超薄膜とその上のマンガン薄膜の成長と磁性の解明、を行った。スピン角度分解光電子分光(SARPES)装置の建設・整備とその運用、トポロジカル絶縁体(TI)の時間分解ARPES測定、および既設走査トンネル顕微鏡(STM)にスピン分解機能(SR)を付加し、新たな表面ナノ磁性体の開発・測定を行った。SRSTMでは、探針清浄化機構と鉄の蒸着器を設置した。これにより、鉄被覆探針を利用したSR観察を可能とした。この装置を用いて、Fe薄膜のスピン偏極表面状態、1-2原子層の窒化鉄超薄膜およびGePt化合物薄膜の成長と局所電子状態の研究を行った。Fe薄膜ではナノ構造に依存したスピン分裂エネルギーの分布、単層窒化鉄膜では新たなナノ超構造と表面からの距離に依存する3d電子状態の検出とスピン偏極状態をみいだした。また、GePt化合物では超薄膜作製方法を確立した後、その表面超構造に依存した局所電子状態と、そのナノ構造依存性を観察した。さらに、観察した各系の構造・局所電子状態の解析を進めている。SARPES装置は、最新の角度分解光電子分光装置に自作の電子スピン検出装置を組み合わせて建設した。この装置には、既設の試料冷却装置を用いる計画であったが、それを用いたのでは、目標とするエネルギー分解能が達成できないことが判明したので計画を変更し、新規の高性能試料冷却装置を設置した。この装置は、予定どうりに完成させることができ、レーザー光を光源として目標としたエネルギー分解能1meVでのSARPES測定を達成した。この装置を用いて、ビスマス表面のラシュバスピン偏極状態について従来の研究と比較し、励起光エネルギーに依存した偏極光電子放出の機構を議論している。また、Ptが吸着し1次元電子状態が実現しているGe表面において、ラシュバ効果によりスピン偏極したバンドを新たにみいだし、解析を進めている。さらに、TIでは、バルク絶縁体・金属点に伴う電子緩和機構の変化をみいだした。SR-STM装置を整備しつつ用いて、以下のような成果を得た。Cu(001)表面上の単原子層窒化鉄Fe2Nにおいて、表面鉄原子の軌道に選択的なトンネル現象を観察した。従来、探針ー表面間の距離Lに依存するSTM像の大きな変化は観察されていなかったが、この系ではそれが生じている。鉄の3d状態とsp状態の軌道の広がりが異なるために、トンネル電流への3d状態への寄与がLに依存することを理論計算との比較により明らかにした。これは、表面局所電子状態を軌道選択的に測定する手法の開拓ともなった。また、単原子層窒化鉄Fe2Nは表面全体に均一に作製する方法がないために、マクロな測定ができなかった。本研究で、その方法を確立することによりXMCDによるマクロスピン状態測定を行い、窒化鉄で期待される高い磁気モーメント測定に成功した。これは、応用が期待されるこの物質の詳細な物性を測定する基盤を確立したと言える。Cu(001)面では、スピンスパイラル構造が期待できる良質のfccFe-Mn単結晶2層薄膜を作製する方法を確立した。これは、今後の局所スピン構造研究へと発展させる基盤となる。レーザーSARPES装置では、Cu(111)清浄表面において、ラシュバ型スピン分裂始状態から単純に期待されるスピン配向であることを明らかにした。これにより、従来の低分解能で測定された結果を否定し、スピン軌道相互作用に起因する電子物性の誤解を解き、正確な理解へと導いた。また、波数空間での表面スピン構造に興味が持たれているワイルセミメタルTaAsへき開表面では、特徴的なスピン偏極表面バンドを観察し、その波数依存した3次元スピン偏極の向きが理論の予想とよい一致をみた。これにより、ワイルセミメタル表面のスピン偏極電子状態の理解が大きく進展した。SR-STM装置を整備しつつ用いて、Cu(001)、Cu(111)およびPt(111)表面上に磁性体を作製し表面局所電子状態を測定した。Cu(001)面では、スピンスパイラル構造が期待できるfccマンガン薄膜をfcc鉄薄膜の上に作製した。良質の単結晶薄膜を作製する方法を確立し、マンガン表面での超構造を調べた。Cu(001)とCu(111)面では、単原子および数原子層の窒化鉄薄膜作製方法を確立した。その中の単層Fe2N/Cu(001)では、探針ー表面間距離に依存した軌道選択的トンネル現象をみいだした。また、窒化鉄組成と膜厚に依存した局所電子スピン状態変化を観察した。さらに、これら試料のマクロな磁性をXMCDを用いて調べた。Pt面では、CePt合金原子層を作製する方法を確立した。これらの研究のため、金属蒸着装置を既設装置に付加し、故障した制御装置を修理して研究を遂行した。

レーザーSARPES装置は、当初の目標よりも測定試料温度が高かったので改造し、より低温での測定を実現した後、いくつかの系で実験を行った。Cu(111)清浄表面では、理論計算とも整合する表面金属バンドのラシュバスピン分裂を観察した。ワイルセミメタルへき開表面では、特徴的なスピン偏極表面バンドを観察し、理論計算とよい一致をみた。3次元トポロジカル絶縁体へき開表面とシリコン基板上のビスマス薄膜における表面ラシュバ型スピン分裂バンドでは、入射レーザー光の偏光に依存した放出電子スピン方向の回転が観察され、それを解析した。また、Pt吸着Ge(001)表面での表面擬1次元バンドのスピン偏極を測定した。これらの測定の途中で、高電子分光装置では装置内で放電が起こり、一度分解して整備を行った。また、励起レーザー光光源も何度か発信しなくなり、その都度修理を行ってきた。スピン分解走査トンネル顕微鏡を用いて、Cu(001)およびCu(111)表面上の単結晶窒化鉄数原子層薄膜とCu(001)表面上のfcc強磁性Feー反強磁性Mnの2層薄膜磁性体を対象として研究を行なった。Cu(001)表面では、3原子層までのFe4N組成膜において、走査トンネル分光による局所電子状態測定と軟X線磁気円2色性測定によるマクロ磁化測定の結果を用いて、電子状態と磁性の膜厚依存性を調べた。また、Fe2N組成単原子層薄膜上の点欠陥のある系において、マクロな磁性と点欠陥周囲の局所電子状態との関係を議論した。Fe-Mnの2層膜では、室温蒸着時の表面での原子混合のために、Mn蒸着量が3原子層まででは、表面組成と超構造が段階的に変化することを明らかにした。純粋なMn膜は4原子層から成長し表面磁性に依存する超構造を観測した。スピン角度分解光電子分光(SARPES)では、スピン軌道相互作用に起因した表面スピン偏極状態に注目し、Bi2S3(111)表面、Ag(111)表面、Bi(111)表面、Biが吸着したCu(111)、Ag(111)およびInSb(110)表面、Pbが吸着したGe(111)表面のスピン偏極バンド構造を調べた。ここでは、表面状態を形成する空間反転対称性の異なる波動関数の複素係数が、直線偏光励起によって放出された光電子のスピン方向を決めることを用いて、光電子がもつスピン方向の入射光偏光方向依存性測定の結果から、スピンを含めた表面電子状態に関する詳細な情報を得た。また、光電子スピン方向の円偏光依存性や電子エネルギー依存性も光電子放出過程の始終状態を考慮した同様の解析で理解できることを明らかにした。研究協力者が開発したエネルギー11eVのフェムト秒パルスレーザー高調波が利用できるようになり、レーザー光源からSARPES装置まで光を導入するビームラインを設計し組み立てた。波数空間のスピン偏極電子状態分布を測定するために、世界最高性能のエネルギー分解能1.7meVを有するレーザー光を使用した3次元方向スピン角度分解光電子分光装置を完成した。これと既存のスピン分解走査トンネル顕微鏡表面を用いた表面局所電子磁気構造の直接観察を併用して、(1)スピン偏極したトポロジカル物質の表面状態の分布の解明、(2)スピン偏極電子状態からの光電子のスピン制御法の確立、(3)窒化鉄原子層の波動関数の性質と磁性の解明、および(4)鉄超薄膜とその上のマンガン薄膜の成長と磁性の解明、を行った。
日本産ラン科植物を使った菌従属栄養性進化の総合的解析

ラン科の複数のグループを材料に、植物の菌従属栄養性進化にともなう形質進化の実体を研究した。その結果、進化過程において独立栄養と菌従属栄養の中間段階が存在すること、菌従属栄養性は多数の形質のさまざまな形質状態が組み合わさった進化の結果として獲得されること、菌従属栄養植物の種類ごとに栄養摂取に関わる形質の組み合わせの異なること等を解明した。従来、植物の独立栄養性から菌従属栄養性への進化は、ワンステップの単純な事象として理解されてきたが、進化のパタンとプロセスが多様で複雑であることが明らかになった。ラン科シュンラン属において無葉緑性が1回進化したこと、無葉緑性のマヤランとサガミランは単系統群となり、両種の姉妹群には普通葉を生じるナギランが、これらに対する外群としてシュンランが位置すること、無葉緑性の進化に伴い菌根菌パートナーがシフトすることを、これまでに明らかにした。本属における無葉緑性の進化とそれにリンクする共生菌相の進化は、菌従属栄養性への進化と関連すると考えられるものの検証されていない。そこで植物と菌の間で炭素および窒素安定同位体比の異なる特性を用いて、上記シュンラン属4種の菌従属栄養性の程度を評価した。解析の結果、シュンラン属4種の栄養器官を構成する炭素と窒素の一部は、菌に由来していることが明らかになった。なかでも無葉緑性のマヤランとサガミランの菌従属栄養性の程度が高かった。シュンランとナギランについては、菌従属栄養性の程度が典型的な独立栄養植物種と同等の値を示すものからマヤランやサガミランと同等の値を示すものまで、個体によりばらつきが大きかった。この結果は、シュンランとナギランにおいて、生活史のステージや自生環境によって菌類従属栄養性の程度が変化することを示唆する。以上の結果から、シュンラン属においては普通葉を生じる種において既に菌従属栄養性を有し、この形質が前適応となり、生活史を通じてより菌類に栄養を依存するマヤランとサガミランが進化したと推定される。これまでの申請者らによる炭素ならびに窒素安定同位体分別値を用いた解析により、ラン科シュンラン属(Cymbidium)の無葉緑植物マヤラン(C.macrorhizon)とサガミラン(C.nipponicum)が、炭素と窒素資源を菌から得る菌従属栄養植物であることを明らかにした.しかし、これらの果実は緑色を呈することから、光合成能力を備えている可能性がある、22年度は、果実の光合成能力を検証するため、上記の2種に加え外群として独立栄養種のシュンランC.goeringiiを用いて、葉と果実の形態形質、クロロフィル蛍光および炭素安定同位体比を調査した。果実表面を見ると、3種とも気孔が存在し、そのサイズには葵と有意差がみられないものの、密度は葉の約5%と低下していた。また、果実の縦断切片における柔細胞の長径は葉の約5倍であり、葉緑体の密度も果実で大きく低下していた。一方で、葉緑体の厚さには有意差が認められなかった。ついでクロロフィル蛍光を測定したところ、葉に対して〓果は約60%の値を示した。以上の結果からこれら3種の果実は、葉と比べてレベルが低いものの、光合成を行っていると解釈された。したがって、菌従属栄養種においても、当熟期には果実での炭素同化を行う種の存在することが示された。菌従属栄養レベルと生育立地の光環境が多様化したラン科シュンラン属内の分岐群(ヘツカラン:強光・独立栄養;シュンランとナギラン:弱光・部分的菌従属栄養;マヤラン:弱光・無葉・菌従属栄養)を用いて、植物の菌従属栄養性の進化に随伴する光合成機能の変化を検証した。普通葉を欠くマヤラン以外の種について、葉の光合成量子収率と電子伝達速度を比較したところ、強光環境に生育するヘツカランは弱光環境に生育するシュンランより光合成活性が有意に高いが、同じく弱光に生育するナギランはシュンランより活性が有意に低かった。シュンラン属の葉は、弱光環境に進出し菌従属栄養レベルが高くなるとともに、光合成機能が低下することが示された。次に、果実の量子収率と電子伝達速度を比較したところ、弱光環境に生育するシュンラン、ナギラン、マヤランの果実は、シュンランの葉の63%の光合成活性を示した。強光環境に生育するヘツカランの果実は、シュンラン、ナギラン、マヤランの果実に比べて活性が高かったが、ヘツカランの葉に対しては65%の活性を示した。4種の果実の解剖形質を比較したところ、気孔密度が低く、CO_2拡散経路となる細胞間隙が未発達な点において、種間で共通していた。既往の果実の光合成に関する知見と併せ考察すると、シュンラン属の果実の光合成は、大気CO_2を同化する栄養摂取にではなく、呼吸で生成したCO_2の再固定に機能していると考えられる。

したがって、菌従属栄養性のマヤランにおいても、果実に光合成能力が維持されている事が示された。以上の結果から、植物の菌従属栄養性進化において、従属栄養レベルの上昇に伴い、葉では光合成機能が低下する反面、果実においては機能が維持される進化パターンが見出された。これは、栄養摂取における葉と果実の役割の違いを反映していると考えられる。
炎症を背景としたEBV陽性リンパ腫モデルの研究

1.Epstein-Barr virus(EBV)感染と炎症の共同作用によるリンパ腫発生モデルとして、EBVにより自律増殖能を獲得したBリンパ球系細胞株(Lymphoblastoid cell line ; LCL)を、キサンチンとキサンチンオキシダーゼによる活性酸素発生系で繰り返し処理したところ、軟寒天でのコロニー形成能の獲得がみられ、クローンの分離、樹立が可能であった。2.得られたコロニー形成クローン3クローンと親株のLCLを対象として、細胞周期及びそのチェックポイント(p53およびpRB経路)に関与する遺伝子(2者に加え、サイクリン、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン依存性キナーゼインヒビター;CDKNs)の発現変動、変異の有無を検討した。(1)蛋白レベルでの発現変動をウエスタンブロットで検討したところ、一部クローンでサイクリンA及びCDK2の発現変化を認めたが、コロニー形成クローンに共通の発現変動は同定できなかった。(2)p53,pRB,p15,p16,p21のがん抑制遺伝子に関し、遺伝子近傍のマイクロサテライトマーカーを用いたLOH解析でheterozygous deletionの可能性を、またPCRによりhomozygous deletionの有無を検討したが、特定のdeletionの確認には至らなかった。(3)点突然変異が多く知られているp53について、変異のホットスポット領域を含むエクソン5-8で、direct sequencingにより変異の有無を検索したが、特に変異の誘導の検出には至らなかった。3.既に樹立してあった膿胸リンパ腫由来細胞株2株について、上記2と同様の検討を加えた。(1)細胞周期に関与する蛋白の発現レベルを検討したが、共通した発現パターンは認めなかった。(2)がん抑制遺伝子について、特定のdeletionの確認には至らなかった。(2)p53の点突然変異の有無を検索したが、特に変異の検出には至らなかった。2.得られたコロニー形成クローン3クローンと親株のLCLを対象として、細胞周期及びそのチェックポイント(p53およびpRB経路)に関与する遺伝子(2者に加え、サイクリン、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン依存性キナーゼインヒビター; CDKNs)の発現変動、及び変異の有無を検討した。(1)蛋白レベルでの発現変動をウエスタンブロットで検討したところ、一部クローンでサイクリンA及びCDK2の発現変化を認めたが、コロニー形成クローンに共通する発現変動の同定には至らなかった。(2)点突然変異が多く報告されているp53については、変異のホットスポット領域を含むエクソン5-8について、direct sequencingにより変異の有無を検索したが、特に変異の誘導の検出には至らなかった。1.Epstein-Barr virus(EBV)により自律増殖能を獲得したBリンパ球系細胞株(Lymphoblastoid cell line ; LCL)を、キサンチンとキサンチンオキシダーゼによる活性酸素発生系で繰り返し処理して得られたコロニー形成クローンについて、p53,pRB, p15,p16,p21のがん抑制遺伝子に関し、遺伝子近傍のマイクロサテライトマーカーを用いたLOH解析でheterozygous deletionの可能性を、またPCRによりhomozygous deletionの有無を検討したが、特定のdeletionの確認には至らなかった。2.既に樹立してあった膿胸リンパ腫由来細胞株2株について、以下の遺伝子変化及び発現レベルを検討した。

(1)上記1.で検討したがん抑制遺伝子について、そのheterozygousあるいはhomozygous deletionの有無を検討したが、特定のdeletionの確認には至らなかった。(2)点突然変異が多く報告されているp53については、変異のホットスポット領域を含むエクソン5-8について、direct sequencingにより変異の有無を検索したが、特に変異の検出には至らなかった。(3)細胞周期及びそのチェックポイント(p53およびpRB経路)に関与する遺伝子(p53およびpRBの2者に加え、サイクリン、サイクリン依存性キナーゼ、サイクリン依存性キナーゼインヒビター)産物(蛋白)の発現レベルをウエスタンブロットで検討したが、2株に共通した発現パターンは認められなかった。
ポリケタイド関連化合物の生合成系リデザインによる新規生体機能分子の創製

本研究課題では、ポリケタイド系天然物の生合成マシナリーをリデザインして潜在的生物活性ポリケタイドを創製することを目的とする。具体的には、1数ある天然物生合成酵素の機能解析の中でも最難関の課題の一つとして位置づけられている骨格構築酵素PKS(-NRPS)の反応制御機構の解明と自在な機能制御、2修飾酵素の精密機能解析とそれを利用したポリケタイド鎖の構造多様化、3生合成システムの人為的再構築による複雑骨格多官能性分子の酵素合成の実現に取り組む。昨年度までの3年間で、1と2について検討した。実験開始以降、PKS-NRPSのような12 kbpを超えるサイズの遺伝子を麹菌へと導入する際には、1遺伝子の導入効率が悪いこと、2遺伝子の導入位置の制御が困難であること、が問題点として浮かび上がってきたため、2年目にはCRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ CRISPR-Associated Proteins 9)システムによるゲノム編集技術を利用した遺伝子導入法を確立し、3年目にはin vivoでのドメイン交換に成功した。これにより、新たに浮かび上がってきた課題を解決するための技術的基盤を構築するに至った。また、本手法を他起源由来の生合成酵素(チトクロームP450、転移酵素、環化酵素など)の機能解析に応用することで、特徴的な化学反応を触媒する環化酵素や修飾酵素の機能解析に成功した。PKS-NRPSは、炭素鎖の伸長と修飾を厳密に制御する複数の機能単位(=ドメイン)から構成される多機能性酵素であり、その複雑な多段階反応の解析には、1個々のドメインの機能解析、2ドメイン間の相互作用の解明が必要不可欠であり、これにはドメイン交換実験が有効である。麹菌異種発現系を用いれば、生成した化合物の化学構造からドメインを交換した場合の機能の変化を類推することができる。しかしながら、初年度の検討により、所期の代謝産物を生産する形質転換体のスクリーニングが本実験を進める上でボトルネックとなることがわかってきた。この問題を解決するため、ゲノム編集技術を利用した遺伝子導入法を検討し(A02班との共同研究)、導入効率の改善やin vivoでのドメイン交換に成功した。また、本手法を他起源由来の骨格構築酵素遺伝子や修飾酵素遺伝子の機能解析に応用することで、糸状菌由来のアブシジン酸生合成における特異な環化酵素とチトクロームP450、子嚢菌由来のジテルペン・リボソーマルペプチド生合成における環化酵素・チトクロームP450(A02、A03班との共同研究)などに成功した。当初は想定していなかった問題が生じたために骨格構築酵素PKS-NRPSの機能解析では若干の遅れがあるが、1ゲノム編集技術を利用した遺伝子導入法を確立したこと(論文投稿中)、2in vivoでのドメイン交換に成功したこと、3構造多様化へ向けた他起源由来の天然物生合成酵素遺伝子の機能解析では着実に研究成果が得られていること(昨年度:7報の原著論文が受理)、4他班との共同研究が成果として結実していることなど(昨年度:4報の共著論文が受理)から、本研究は概ね順調に進展しているものと判断している。昨年度の検討から、CRISPR/Cas9システムのもう一つの特徴である任意の位置での遺伝子切断と遺伝子導入を応用することで、既に構築した形質転換体のもつPKS-NRPS遺伝子に対するin situでのドメイン交換が実施可能であることがわかった。本手法の特徴は、機能しているPKS-NRPSのドメインを麹菌内で交換するため、代謝産物生産株のスクリーニングが不要であることが挙げられる。従って、ドメイン交換のための部品を準備するだけで、網羅的なドメイン交換実験が行える準備が整った。昨年度の後半から予備的な検討を進めており、本年度は、端緒となる実験データが得られたドメインに注目して実験を進める予定である。併せて、部品となり得るPKS-NRPSの機能解析や対象としたドメインのクローニングを進める。また、上述した遺伝子導入法は、他起源由来の生合成酵素(チトクロームP450、転移酵素、環化酵素など)の機能解析を迅速に行う上でも効果的であることがわかってきた。これまでの3年間で積極的に共同研究を行ってきたが、本年度は他班との連携をより強化して、興味深い化学反応を触媒する生合成酵素遺伝子の機能解析を積極的に進める予定である。本年度は主に1と2について検討した。骨格構築酵素を構成する複数の機能単位(=ドメイン)によって触媒される多段階反応を明らかにするための第一段階として、PKS-NRPSの末端に位置する切り出しドメインに着目したドメイン交換実験を行った。連結部位が酵素活性に与える影響を調べるために3つの連結パターンでドメインを交換した6種類のキメラ酵素遺伝子を作成し、麹菌へと導入した。生産量は異なるものの、6種の内5種類のキメラ酵素が新たな代謝産物を生産していた。その代謝産物を単離・構造決定したところ、野生型酵素と同一のポリケタイド鎖をもつ化合物であることがわかった。

これより、切り出しドメインの交換が他ドメインの機能に影響を与えないことがわかると同時に、ポリケタイド鎖に対する切り出しドメインの基質許容性の一端を解明することができた。また、jawsamycinの生合成において繰り返し型PKS、独立したKRドメイン及びラジカルSAM酵素の3種の酵素により生合成される特異なポリシクロプロパン骨格の構築機構について検討し、ラジカルSAM酵素による位置及び立体選択的なポリシクロプロパン化のメカニズムを明らかにした。PKS-NRPSは、炭素鎖の伸長と修飾を厳密に制御する複数の機能単位(=ドメイン)から構成される多機能性酵素であり、その複雑な多段階反応の解析には、1個々のドメインの機能解析、2ドメイン間の相互作用の解明が必要不可欠であり、これにはドメイン交換実験が有効である。麹菌異種発現系を用いれば、生成した化合物の化学構造からドメインを交換した場合の機能の変化を類推することができる。しかしながら、「ドメインの交換により構造改変したポリケタイド鎖を切り出しドメインが受容できるか否か?」という点については不明であった。そのため、本研究の最初の課題は切り出しドメインの基質許容性の解明にあると考えられた。そこで本年度は、鎖長とメチル基の置換様式が異なるポリケタイド鎖を受容する2種の切り出しドメインを互いに交換したキメラ酵素の機能解析を通して、切り出しドメインの機能解析を試みた。生産した化合物の構造と生産量から、ドメインの連結様式により切り出し活性が変化する一方、切り出しドメインの交換が他ドメインの機能に影響を与えないことを明らかにした。これにより、PKS部のドメイン交換を行うための基礎的知見を得ることができた。また、ポリオレフィン構造をもつポリケタイド鎖に対する特異なポリシクロプロパン化を触媒するラジカルSAM酵素などの解析にも成功した。以上のことから、本研究は概ね順調に進展しているものと判断した。本研究課題では、ポリケタイド系天然物の生合成マシナリーをリデザインして潜在的生物活性ポリケタイドを創製することを目的とする。具体的には、1数ある天然物生合成酵素の機能解析の中でも最難関の課題の一つとして位置づけられている骨格構築酵素PKS(-NRPS)の反応制御機構の解明と自在な機能制御、2修飾酵素の精密機能解析とそれを利用したポリケタイド鎖の構造多様化、3生合成システムの人為的再構築による複雑骨格多官能性分子の酵素合成の実現に取り組む。本年度は主に1と2について検討した。昨年度のドメイン交換実験の過程で、所期の代謝産物を生産する形質転換体のスクリーニングがドメイン交換実験を行う上でのボトルネックの一つとなることがわかってきた。これは、PKS-NRPSのような12kbpを超えるサイズの遺伝子を麹菌へと導入する際には、1遺伝子の導入効率が悪いこと、2遺伝子の導入位置の制御が困難であることに原因があると考えた。
自律神経活動を指標とした女性の健康状態に食生活改善が及ぼす効果の検証

月経周期に伴う自律神経活動と食事の変動を明らかにするため、月経周期が安定した女性の卵胞期および黄体期に、24時間心電図、食事摂取状況、食行動、不快症状、睡眠状況を測定した。その結果、卵胞期と比較して黄体期のたんぱく質・脂質摂取量が有意に高く、全睡眠時間が有意に長く、覚醒回数が有意に多かった。交感神経活動は黄体期が有意に高かったが、月経周期に伴って変動した食事などの指標で調整すると変動は有意ではなくなった。またランダム化比較試験の結果、夕食のエネルギー割合を増やすと、夜間睡眠時交感神経活動が高くなった。以上の結果から、食事が月経周期に伴う自律神経活動の変動を抑える要因となる可能性が示された。月経周期のうち卵胞期、黄体期後期において、食事と睡眠状況を同時に測定し、月経周期に伴う各指標の変動を明らかにすること、さらに食事と睡眠の変動の関連を検討することを目的とした。月経周期の安定した女子大学生25人(平均年齢20.9±0.6歳、平均BMI 20.6±1.7kg/m2)が研究に参加した。測定は月経周期のうち、卵胞期と黄体期後期の各期で食事記録、睡眠状況、エネルギー消費量、食行動に関する質問票、月経周期に伴う不快症状の質問票の測定を連続した3日間(平日2日、休日1日)ずつ行った。月経周期を特定するため、測定開始最低1ヶ月前から測定終了まで毎日基礎体温を測定し、排卵日検査薬によって排卵の有無も確認した。また、同意が得られた16人を対象に卵胞期、黄体期の各1日ずつ24時間心電図を測定した。24時間心電図のR-R間隔から自律神経活動指標のLF/HF(交感神経活動)と%HF(副交感神経活動)を算出した。その結果、食品群別摂取量のうち、その他の野菜は卵胞期より黄体期で有意に低値を示し、間食のエネルギー割合および間食の炭水化物摂取量が卵胞期より黄体期で有意に高値を示した。睡眠状況では覚醒エピソードが卵胞期より黄体期で有意に高値を示した。夜間睡眠時の自律神経活動に有意な変動はみられなかった。卵胞期から黄体期への変化量の関連をみると、平日の菓子類によるエネルギー摂取量は間食エネルギー割合と有意に相関し、間食エネルギー割合は平均覚醒エピソードと有意に相関した。夜9時以降に間食を摂取している者が比較的多く見られたため、睡眠直前の間食の摂取による交感神経活動の上昇や、体温の上昇が睡眠の質に影響を与えた可能性が考えられる。夕食のエネルギー量の違いが夜間睡眠状況に及ぼす影響を、卵巣ホルモン濃度の影響を考慮したうえで検討することを目的としたランダム化比較試験を行った。女子大学生24名を無作為に就寝前のエネルギー摂取割合が高い群(HNI群)と低い群(LNI群)に振り分け,夜間睡眠状況,血液性状を測定した。実験食は両群ともに朝・昼・夕食を提供し,測定当日の3食のエネルギー割合は,HNI群が1:1:2,LNI群が1:2:1とし,両群の1日の総エネルギー摂取量は等価とした。夕食摂取前に心拍計を装着し,指定施設で23時に就寝し、翌朝採血を行った。心電図R-R間隔をもとに心拍変動の周波数解析を行い,総スペクトル密度(TP),低周波数成分(LF),高周波数成分(HF)を求め,TPに占めるHFの割合(%HF)を副交感神経活動指標,LF/HFを交感神経活動指標として用いた。これらの指標は睡眠開始時刻から3時間および全睡眠時間における平均値を算出した。また,対象者を卵胞期に測定した者と黄体期測定した者に分類した層別解析を行った。その結果、入眠後3時間の%HFはHNI群がLNI群と比較して有意に低値を示し,LF/HFはHNI群がLNI群と比較して有意に高値を示した。総睡眠時間ではHNI群の%HFがLNI群と比較して有意に低値を示した。層別解析では,黄体期に測定した者における入眠後3時間および総睡眠時間の%HFは、HNI群がLNI群と比較して有意に低値を示したが、卵胞期に測定した者においてはHNI群とLNI群の%HFに有意差がみられなかった。すなわち、一日の総エネルギー摂取量に占める夕食のエネルギー割合が高い食事は低い食事に比べて,睡眠中の交感神経活動の低下および副交感神経活動の上昇を抑制することが示された。さらにこの関連は,特に黄体期において顕著である可能性が示された。初年度に卵胞期と黄体期における夜間の睡眠状況および食事の変動について観察研究を行い、黄体期に睡眠の質が下がる可能性および就寝前の間食が睡眠状況に影響する可能性が示された。2年目は初年度の成果をもとに仮説を設定し、就寝前のエネルギー摂取量が夜間睡眠状況に与える短期的な影響をランダム化比較試験により明らかにした。いずれも当初計画通りの進展状況である。初年度の研究結果を受け、女性ホルモンの分泌量と夜間睡眠時自律神経活動の変動を一月経周期にわたって測定し、食事、睡眠、身体活動を考慮した上で関連を検討した。月経周期の安定した女子大学生を対象とし、一月経周期にわたって、唾液採取を毎日、夜間睡眠時心拍変動、睡眠状況、食事記録、身体活動量を914日測定した。夜間睡眠時心拍変動測定日には、夕食に規定食を提供し、摂取時間帯も指定した。

測定期間中は毎日25時までに就寝し、5時間以上の睡眠を取ることを依頼した。唾液中女性ホルモン濃度(エストラジオール、プロゲステロン)はEnzyme Immunoassay(EIA)法を用いて測定し、5日間の移動平均を用いた。夜間睡眠時心拍変動のデータから心拍数、R波とR波の間隔の標準偏差(RRSD)を求めた。解析には卵胞期および黄体中期の各期の平均値を用いた。統計処理にはIBM SPSS Statistics ver.23を用い、統計的有意水準を5%とした。各指標の卵胞期と黄体中期の比較は対応のあるt検定またはWilcoxonの符号付き順位和検定を行った。その結果、エストラジオールおよびプロゲステロンともに卵胞期に比べて黄体中期で有意に高値を示した。夜間睡眠時のRRSDは卵胞期に比べて黄体中期で有意に低値を示し、心拍数は有意に高値を示した。卵胞期と黄体中期の変化量において、プロゲステロンと心拍数は正の相関を示し、RRSDは負の相関を示した。エストラジオールとプロゲステロンの交互作用と心拍数は正の相関を示し、RRSDは負の相関を示した。すなわち、食事や睡眠の月経周期に伴う変動とは独立して、夜間睡眠時の自律神経活動指標は女性ホルモンと関連して変動することが示された。月経周期に伴う自律神経活動と食事の変動を明らかにするため、月経周期が安定した女性の卵胞期および黄体期に、24時間心電図、食事摂取状況、食行動、不快症状、睡眠状況を測定した。その結果、卵胞期と比較して黄体期のたんぱく質・脂質摂取量が有意に高く、全睡眠時間が有意に長く、覚醒回数が有意に多かった。交感神経活動は黄体期が有意に高かったが、月経周期に伴って変動した食事などの指標で調整すると変動は有意ではなくなった。またランダム化比較試験の結果、夕食のエネルギー割合を増やすと、夜間睡眠時交感神経活動が高くなった。以上の結果から、食事が月経周期に伴う自律神経活動の変動を抑える要因となる可能性が示された。卵胞期と黄体期における夜間の睡眠状況および食事の変動が明らかになり、黄体期に睡眠の質が下がる可能性および就寝前の間食が睡眠状況に影響する可能性が示された。2年目は1年目の観察研究結果から仮説を設定し、食生活改善が夜間睡眠状況に及ぼす影響を介入試験によって明らかにすることを計画していたが、そのための仮説設定および準備が整えられた。平成27年度の介入研究では、黄体期に測定した者の方が、卵胞期に測定した者と比べて、夕食のエネルギー割合が高いことによって副交感神経活動が抑制されやすいことが示唆されたが、同一の対象者の卵胞期と黄体期の比較や、月経周期内で連続した調査はされていない。さらに、食事をコントロールした上で、月経周期に伴う女性ホルモンの分泌量と睡眠中の自律神経の変動を同時に調査した研究は不足している。そこで、睡眠時自律神経活動および、女性ホルモン分泌量を非侵襲的に測定し、月経周期に伴う変動を明らかにする。同一対象者で、一月経周期間、唾液中の女性ホルモン(エストラジオールとプロゲステロン)の濃度と夜間睡眠時自律神経活動および睡眠状況を測定し、その変動の関連を調査する。具体的には、毎朝の基礎体温計測と月経開始3日目以降毎朝の唾液採取を行う。また、卵胞中期からは起床直後の尿を使った排卵日検査を約7日間行う。さらに、月経期、卵胞前期に各1回、卵胞中期排卵まで35回、黄体前・中・後期に各1回、合計810回、日中の身体活動計測および夜間睡眠時自律神経活動の計測を行う。このとき夕食は規定食を提供し、さらに朝、昼、間食も含めた1日の食事調査を行う。
全身麻酔薬の中枢神経系に対する脳保護作用の分子機序の解析

全身麻酔薬の中には中枢神経系における保護効果を示すと報告されている薬剤があるが、その機序の詳細は解明されていない。C6グリア細胞において、全身麻酔薬が神経栄養因子、神経障害因子に及ぼす影響を検討した結果、静脈麻酔薬midazolam、dexmedetomidineがinterleukin (IL)-1βによるIL-6遊離を抑制することを見いだした。その分子機序として、midazolamはIL-1βによるSTAT3のリン酸化抑制を介して、IL-6遊離を抑制することを明らかにした。interleukin (IL)-6は中枢神経系において炎症性疾患のみならず、脳虚血や頭部外傷を含む急性疾患、神経変性疾患のような慢性疾患両者においてグリア細胞から産生され、多くの場合、急性疾患時には神経細胞保護、慢性疾患においては病態の悪化を促進すると考えられている。Dexmedetomidineは免疫系に影響を及ぼすことが知られており、血中のIL-6レベルをpropofolやmidazolamよりも抑制することが報告されている。これまでに、我々は培養グリア細胞においてIL-1βがIκB、p38 MAP kinase、SAPK/JNKの活性化を介してIL-6遊離を促進することを報告した。今回、DexmedetomidineがIL-1βによるIL-6産生に及ぼす影響とその機序を検討した。結論)グリア細胞において、DexmedetomidineはIL-1βによるIL-6の遊離を抑制するが、その作用はα2受容体を介していないことが示唆された。しかし、その作用点は明らかにできなかった。Dexmedetomidineは中枢神経系の免疫にも影響を及ぼす可能性がある。中枢神経系においてIL-6は神経細胞、アストロサイトにおいて産生され、炎症反応のみならず、神経保護作用において重要な役割を担っている。末梢型ベンゾジアゼピン受容体は免疫系の制御因子として機能していることが知られている。我々はこれまでにグリア細胞において、IL-1βがIκB/NFκB pathway、p38 MAPkinase、SAPK/JNK、p44/p42 MAPkinase、STAT3を活性化することを明らかとしてきた。また、IL-1βによるIL-6遊離にはp38 MAP kinaseの活性化が関与していることが報告されている。今回、C6グリア細胞において、IL-1βによるIL-6遊離に対してベンゾジアゼピンの一つであるミダゾラムの影響およびその作用機序を検討し以下の結果を得た。1.ミダゾラムはIL-1βによるIL-6の遊離を抑制した。2. IL-1βによるIL-6の遊離はSP600125 (SAPK/JNK阻害剤)、JAK阻害剤によって抑制されたが、PD98059 (MEK 1/2阻害剤)には影響を受けなかった。3.ミダゾラムはIL-1βによるIκB、p38 MAP kinase、SAPK/JNKのリン酸化には影響を及ぼさなかったが、STAT3のリン酸化を抑制した。以上より、グリア細胞においてIL-1βはp38 MAP kinaseに加えて、IκB/NFκB pathway、SAPK/JNK、STAT3の活性化を介してIL-6の遊離を促進し、ミダゾラムはIL-1βによるSTAT3の活性を抑制することにより、IL-6の遊離を抑制することが示唆された。ミダゾラムは、中枢神経保護作用を有すると報告されており、その作用は炎症性サイトカインの抑制を介している可能性が示唆された。静脈麻酔薬がFGF-2によるGDNFの遊離に及ぼす影響を検討する。他の静脈麻酔薬がIL-1βによるIL-6遊離に与える影響と機序を検討し、ミダゾラムと比較検討する予定前年度から継続した研究であったため、今年度の使用額は、予定より少なくなったので、これを次年度使用予定。今回請求する研究費と合わせて、培養細胞実験、蛋白質解析および遺伝子発現解析等の検討に要する消耗費および試薬に充てられる。一部は、学会発表、論文投稿に関わる費用に充てられる。培養細胞実験、蛋白質解析および遺伝子発現解析等の検討に要する消耗費および試薬に充てられる。
父親の育児参加で子どもの事故を防げるか：ランダム化比較試験

本研究の目的は父親の育児参加によって乳幼児の事故を予防できるかをランダム化比較試験により検証することである。東京都における2つの産科で生まれた子どもの両親を対象にランダムに父親の育児参加を促すDVDとそれとは無関係のDVDを配布し事故の状況を質問紙で生後18か月まで追跡し把握した(N=548世帯)。その結果生後3ヶ月において介入群は対照群に比べて平日に子どもと過ごす時間が長かったが休日で差はなかった。事故の発生割合は統計的に有意差がなかった(p=0.36)。本研究から介入に用いたDVDは平日における父親の3ヶ月児への育児参加時間を長くする効果があるが、事故予防の効果はないことが分かった。これまでの出生コホートでの研究から、父親の育児参加が事故予防に効果的であることが示されてきた(Fujiwara et al, Int J Epidemiol, 2010)。しかしながら、父親の育児参加を高めることにより子どもの事故を予防できるかどうかを、ランダム化比較試験による検証はまだなされていない。本研究は、父親の育児参加を促す教材を作成し、父親の育児参加を高める介入をすることにより、父親の育児参加が事故予防に効果があるかどうかを検証することを目的として実施した。調査対象は国立成育医療研究センター病院および医療法人社団飯野病院で生まれた児の両親(目標N=1500名)とし、産後の入院期間中にリサーチコーディネーターまたは研究補助員が産科病棟スタッフに参加基準をみたす母親の病室を訪問し研究説明を行い、書面による同意を得た。同意が得られた世帯に研究IDを付与し、父親育児に関するDVDを視聴する群(介入群)、赤ちゃんの泣き(虐待予防)に関するDVDを視聴する群(対照群)の割り付けを行った(割り付けは中央登録によるブロック化ランダム表を用いた)。介入群には事故予防のために父親の育児参加を促すDVD「お父さん、出番です」を、対照群には厚労省作成の虐待予防のためのDVD「赤ちゃんが泣きやまないを生後2週以内に送付した。出産時に質問紙により属性等を把握した。アウトカムである事故の状況について生後3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月、18ヶ月まで質問紙で調査した。本年度は、当初の計画において想定していた2つの産科病棟において、調査の同意が得られ、250名程度の同意が得られた。同意が得られた方への生後3か月以降の追跡調査も順調に進んでおり、追跡率も70%は超えている。リクルートにおいて、特別に問題はおきていない。参加者のリクルートにおいて、リクルーターが病棟を訪問した時点で病室にいないなどの理由で接触できず、参加者確保にやや難航している。接触できれば、参加率は高いので、接触できるようにする工夫が必要である。また、産後の基礎情報についての祖解析からは、職場のソーシャルキャピタルが高い父親は、育児参加の意欲が高いことが明らかになった。これまでのコホート研究で、父親が育児参加をより積極的にしている場合、1歳半にいたるまでの1年間に発生する事故が約10%、特に子どもと散歩をしている場合には25%、予防していることを実証的に明らかにしてきた(Fujiwara et al, 2010)。しかしながら、未知の交絡因子が影響している可能性もありその因果関係は定かでない。それを検証するには、父親の育児参加を促す介入で子どもの事故が予防できるか、を検証する必要がある。よって本研究の目的は、父親の育児参加によって乳幼児の事故を予防できるかどうかをランダム化比較試験により検証することである。方法は、2つの産科で生まれた子どもの両親を対象に、ランダムに父親の育児参加を促すDVDとそれとは無関係のDVDを配布し、生後18か月まで追跡し事故の状況を質問紙および医療機関との連携で把握することで父親の育児参加の子どもの事故予防効果を検証した。1500組を目標参加者数とした。平成29年3月末現在、410名の母親の同意を得ることができた。ベースラインのデータにおいて父親の育児参加の意図と職場のソーシャルキャピタルが高い場合に父親の育児参加の意図が高いという関連がみられた。今後の解析において、職場のソーシャルキャピタルがきちんとランダムに割り付けられているかを確認する必要があることが確認された。また、参加者を目標数に近づけるために来年度も継続する必要が明らかとなった。ランダム化比較試験の参加者が当初の想定より集まりにくかったため。これまでのコホート研究で、父親が育児参加をより積極的にしている場合、1歳半にいたるまでの1年間に発生する事故が約10%、特に子どもと散歩をしている場合には25%、予防していることを実証的に明らかにしてきた(Fujiwaraetal,2010)。最終的に、548世帯の参加を得た。

父親の育児参加を促すDVDを視聴させた介入群は、対照群に比べて平日における子どもと過ごす時間が長かった(107.3分vs 91.5分、片側検定でp=0.049)。休日の子どもと過ごす時間に差はなかった。また、事故の発生割合は介入群で20.9%、対照群で17.4%であり、統計的に有意な違いはなかった(p=0.36)。本研究の結果から、介入に用いたDVDは平日における父親の育児参加の時間を長くする効果があることが分かった。産後すぐにDVDを視聴させるだけで父親の育児参加を促すことをランダム化比較試験で示すことができたことは意義のあることだろう。本研究の目的は父親の育児参加によって乳幼児の事故を予防できるかをランダム化比較試験により検証することである。東京都における2つの産科で生まれた子どもの両親を対象にランダムに父親の育児参加を促すDVDとそれとは無関係のDVDを配布し事故の状況を質問紙で生後18か月まで追跡し把握した(N=548世帯)。その結果生後3ヶ月において介入群は対照群に比べて平日に子どもと過ごす時間が長かったが休日で差はなかった。事故の発生割合は統計的に有意差がなかった(p=0.36)。本研究から介入に用いたDVDは平日における父親の3ヶ月児への育児参加時間を長くする効果があるが、事故予防の効果はないことが分かった。本年度は最終年度のため、少なくとも前半の9月までに大幅な参加者の確保をめざして、リクルーターを常駐させ、参加者の確保に努める。後半は順次解析し、論文化する。参加者の募集方法を工夫し、より参加しやすいよう工夫した。公衆衛生学、疫学(社会疫学、ライフコース疫学)参加者のリクルート開始までやや難航し、リクルーターの人件費が生じる期間が当初の予定より短かったため。ランダム化比較試験の参加者が想定より集まらなかったため。平成28年度はリクルーターの人件費を厚くし、参加者のリクルートに努めるために繰越額を使用するものとする。調査参加者のリクルートのための人件費、データ入力、学会発表等に使用する。
量子アニーリングの統計物理

本研究は量子力学的な確率遷移効果を用いて組合せ最適化問題におけるコスト関数の局所最小からの脱出をはかることにより、高精度の近似解を高速に求める方法である「量子アニーリング」の数理的基礎の整備を行うことを目的とし、平成13、14年度の2年間に渡って実施された。得られた成果は主に次の3つである。○P体スピングラス相互作用+P体強磁性相互作用+横磁場を有するスピン系を用いた誤り訂正符合の定式化○混合正規分布推定問題に対する非加法的統計力学を用いた確定的アニーリングEMアルゴリズムの性能評価○非加法的統計力学により拡張された確定的アニーリングEMアルゴリズムの巡回セールスマン問題への応用第1の成果に関しては、既に研究代表者により得られていた画像修復問題に関する結果[J. Inoue, Physical ReviewEvol.63, pp.046114-1046114-10 (2001)]の自然な拡張であり、画像修復の系がランダム磁場イジングモデルで記述されるのに対し、上記符号系はP体スピングラスである。本研究ではこの系に対し、横磁場・温度の誤り率に及ぼす影響の相図をスピングラスの統計力学的解析により描くことができた。しかし、この系はレプリカ対称性が破れており、この対称性を破る解の再構成は現在継続中である。第2の成果に関しては、周辺尤度関数の局所最大からの脱出プロセスがあからさまに観測できる例として確定的アニーリングEMアルゴリズムの混合分布推定問題を扱い、このアルゴリズムをTsallisの非加法的統計力学を用いて拡張し、その性能、とくにアルゴリズムのダイナミックスに関する性能評価を数値実験及び解析計算により行い、その有効性を確かめた。この確定的アニーリングEMアルゴリズムの中に量子効果を入れる試みは[Tanaka:私信]により良好な効果が得られないと報告されているが、量子力学的トンネル現象が直接に観測できる例として、今後もその可能性を探っていく必要があると思われる。その意味で第2の成果で得られた解析的性能評価の方法を用いて量子効果を用いた確定的アニーリングEMアルゴリズムの性能評価を引き続き行うことは重要であると考える。第3の成果に関しては第2の成果で得られたアルゴリズムをより現実的な組合せ最適化問題である「巡回セールスマン問題」へ応用し、その有効性を数値実験により確かめることができた。なお、第2、3の成果に関連する研究は文部科学省科研費特定領域研究「画像修復アルゴリズムの動的側面に関する統計力学的性能評価」として継統して研究を遂行して行くことになる。本研究は量子力学的な確率遷移効果を用いて組合せ最適化問題におけるコスト関数の局所最小からの脱出をはかり、高精度な近似解を高速に求めるツールである「量子アニーリング」の数理的基礎の整備を最終目的として行われている。今年度はベイズ統計のフレームワークでの画像修復の問題に対し、量子揺らぎが、ハイパーパラメータの推定誤差を抑える役割を果たすという、研究代表者によって得られた結果[J.Inoue,Physical ReviewE 63 pp.046114-1-046114-10(2001)]に対し、EMアルゴリズム、ボルツマンマシン学習法を用いた周辺尤度最大化法による推定値を、同一の数理モデルに対して導出することにより、その有効性を比較することができた。また、この「古典系」でのハイパーパラメータ推定についてのアルゴリズムを「ダイナミックス」として捉えることができたことから、次年度以降の課題である、量子系でのダイナミックス解析に対する、ある程度の素地を固めることができたと考える。また、このハイパーパラメータ推定のダイナミックスを研究する過程で生まれた「副産物」として、混合ガウス分布の平均値推定問題に対し、一般的に用いられているEMアルゴリズムを、非加法的統計力学を用いて拡張することに成功し、この方法は従来の方法と比べて、推定精度を向上させることを数値計算によって確かめることができた。この結果のより詳細吟味は、次年度以降、情報幾何学を用いた分析に基づいて行っていく。さらに、上述のベイズ統計を用いた画像修復問題の他に、巡回セールス問題に対して、量子力学的状態遷移項がコスト関数の最適化に与える影響を調べる目的で、平均場モデルを用いた詳細な解析を実行中であり、次年度中にはある程度の結果が出るものと予想される。また、この解析解の妥当性をチェックする目的で、量子モンテカルロ法に基づく計算機シミュレーションを予定しており、この目的でワークステーションを購入し、これを来年度から本格的に用いて研究を進めて行く予定である。

本研究ではこの系に対し、横磁場・温度の誤り率に及ぼす影響の相図をスピングラスの統計力学的解析により描くことができた。しかし、この系はレプリカ対称性が破れており、この対称性を破る解の再構成は現在継続中である。第2の成果に関しては、周辺尤度関数の局所最大からの脱出プロセスがあからさまに観測できる例として確定的アニーリングEMアルゴリズムの混合分布推定問題を扱い、このアルゴリズムをTsallisの非加法的統計力学を用いて拡張し、その性能、とくにアルゴリズムのダイナミックスに関する性能評価を数値実験及び解析計算により行い、その有効性を確かめた。この確定的アニーリングEMアルゴリズムの中に量子効果を入れる試みは[Tanaka:私信]により良好な効果が得られないと報告されているが、量子力学的トンネル現象が直接に観測できる例として、今後もその可能性を探っていく必要があると思われる。その意味で第2の成果で得られた解析的性能評価の方法を用いて量子効果を用いた確定的アニーリングEMアルゴリズムの性能評価を引き続き行うことは重要であると考える。第3の成果に関しては第2の成果で得られたアルゴリズムをより現実的な組合せ最適化問題である「巡回セールスマン問題」へ応用し、その有効性を数値実験により確かめることができた。なお、第2、3の成果に関連する研究は文部科学省科研費特定領域研究「画像修復アルゴリズムの動的側面に関する統計力学的性能評価」として継統して研究を遂行して行くことになる。
うつ病の回避行動と長期的な報酬予測をターゲットとした新しい治療法に関する研究

本年度は,行動活性化療法に関する尺度の整備と介入に対する予備実験を実施した。研究2として,非社会的場面における回避行動の特徴を考慮した行動活性化療法の効果について,予備的研究を実施した。本研究では,大学生の中から抑うつ傾向者で回避行動の頻度が高い者を分析対象者とするために,抑うつ症状を測定するBDI-IIの得点が14点以上で,非社会的場面における回避行動の合計得点が平均++0.5SD(40.46点)以上の者を分析対象者とした。これまでに非社会的場面における回避行動では,比較的難しい課題から介入できることが申請者の研究から示唆された。そこで,実験群では比較的難しい課題から介入を実施し,比較群ではこれまでの行動活性化療法と同様に比較的簡単な課題から介入を実施した。そして,回避行動を変容させることで,各群での抑うつ症状の変化に違いがあるかを検討した。実験の結果,各群では回避行動の頻度が減少し,回避行動に代わる行動の頻度が増加した。次に,各群における回避行動の変化の比較では,群間比較での効果量はd=0.93であることが示された。さらに,抑うつ症状についても群問比較での効果量はd=0.67であった。このことから,実験群では比較的難しい課題から介入を実施したが,非社会的場面における回避行動が減少し,回避行動の変化を促進させることができ,抑うつ症状の変化にも効果があることが明らかになった。本研究の結果は,比較的難しい課題からでも行動活性化療法を実施することができることを明らかにしたものであり,これまでの簡単な課題から実施する行動活性化療法よりも介入にかかる期間を短縮できる可能性を示唆するものである。本年度は,調査研究として尺度の整備を実施し,介入研究では,抑うつ症状の低減に向けた回避行動の特徴を考慮した介入法の提案をした。調査研究と介入研究は,予想される結果が得られたことから,おおむね順調に進展していると評価した。本研究の結果から,非社会的場面における回避行動に対しては,難しい課題から介入を実施することで,介入回数が少なく,かつ治療効果が高い介入プログラムを構築できることが示唆された。しかしながら,介入プログラムは構築されていない。今後は介入プログラムを構築するために,これまでの介入法と比較して有効性を示す必要がある。本年度は,長期的な結果を予測した行動選択と回避行動の関連を明らかにするために,調査研究と実験研究を実施した。調査研究では,抑うつ気分以外の要因として,長期的な結果を予測した行動選択が,社会的場面における回避行動と非社会的場面における回避行動に影響を与える要因であるかを検討した。本研究の結果,抑うつ気分と長期的な結果を予測した行動選択は,非社会的場面からの回避行動に有意な影響を与えることが明らかになった。その一方で,社会的場面における回避行動には,抑うつ気分のみが有意な影響を与えることが示された。実験研究では調査研究から示された問題点を解決するために,長期的な結果を予測した行動選択を操作することによって,非社会的場面における回避行動が変化するかを検討した。これまで,回避行動を変容させる時には,簡単な課題から取り組むように介入を実施してきた。しかしながら,長期的な結果を予測した行動選択は,課題が難しく結果が明瞭な状況で活性化することが明らかになっている。そのために,長期的な結果を予測した行動選択を操作するために,課題が難しく結果が明瞭な回避行動に取り組む群を実験群とし,簡単な課題を取り組む群を比較群とした。そして,行動活性化療法の介入を実施し1週間で回避行動と回避行動に代わる行動の変化について検討した。その結果,実験群と比較群では,取り組む課題の難易度に有意な差があるにも関わらず,実験群は比較群と同様の介入効果が示された。以上の結果から,非社会的場面における回避行動に対しては,長期的な結果を予測した行動選択を操作することで,難しい課題からでも介入を実施することができることが明らかになった。簡単な課題から取り組むよりも,介入期間を短縮することができることが示唆された。