hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マゼラン星雲内の分子雲の掃天観測

本研究はチリのラス・カンパナス天文台に移設した名古屋大学「なんてん」望遠鏡を用い、大・小マゼラン銀河内の分子雲の掃天観測を行ない、銀河ごとの物理環境の違いが分子雲形成および星・星団形成にどのような影響を与えているかを観測的に明らかにすることを目的としている。我々は一昨年度までに行った第一期掃天観測により、大マゼラン銀河中に100個を越える分子雲を検出し、巨大星団との相関から分子雲の形成と散逸が数百万年程度の短時間で起きていること等多くの観測成果を得ている。それらの成果をさらに発展させるため、4倍の積分時間をかけて高感度の詳細観測を行った。これまでに大マゼラン銀河全体の56%に相当する20平方度の高感度観測が終了している。高感度観測により1万太陽質量程度の分子雲まで検出することが可能となり、直径3千光年ほどの巨大な空洞であるスーパージャイアントシェル(以下SGS)に付随する比較的小質量の分子雲が新たに見つかってきた。中でも大マゼラン銀河中で最大のSGSであるLMC4領域では、第一期観測では検出されなかった12個の分子雲も含め、計18個の分子雲が検出された。このうち17個はシェル境界に沿って分布し、1個だけがシェルの内部に存在する。内部に存在する分子雲はシェルの中心方向から彗星状に延びており、分子雲が膨張シェルと相互作用していることを示唆している。また、LMC4領域で検出された分子ガスの約50%は隣接するSGS LMC5との間に挟まれた領域に集中しており、これは2つの膨張するSGSによりガスが効率的に掃き集められた結果であると考えられる。また、18個の分子雲のうち11個にHII領域、8個に巨大星団が付随しているが、それらは分子雲中でシェルの中心に近い側に位置する傾向が見られた。このことは膨張シェルによるガスの圧縮で星・星団形成が誘発されていることを初めて観測的に示したものである。第一期掃天観測に続き、大マゼラン銀河に対し4倍の積分時間をかけて行った高感度の詳細観測が、25平方度の範囲について終了した。高感度観測により1万太陽質量程度の分子雲まで検出することが可能となり、230個あまりの分子雲が検出された。そのうち3点以上で検出された分子雲168個について分子雲の物理諸量が求められた。その結果、大マゼラン銀河の質量関数のべき指数が我々の銀河系の値-1.5よりもやや大きめの-1.9でよくフィットできることが明らかになった。この原因としては、大マゼラン銀河では銀河系よりも星団形成が活発に起きており、星団からの強い紫外光により巨大分子雲が銀河系内よりも早く破壊され、相対的に小質量の分子雲に分裂・散逸しているためである可能性が考えられる。小マゼラン銀河に対しても、メイン・バーの北東と南西、そしてWing部のN84領域の約0.9平方度(807点)にわたる領域のマッピング観測を行った。その結果、21個の分子雲を検出した。特に、Wing部のN84でTR^*0.36Kという小マゼラン銀河内で最も高いアンテナ温度が初めて検出された事は特筆に値する。観測した領域の分子ガスの全質量は約400万太陽質量、一酸化炭素電波強度と水素分子柱密度の比であるX-factorは、銀河系の約10分の1に相当する2.5×10^21cm^-2(K km/s)^-1と見積もられた。
試料回転を行っている固体中の同種核2スピン系が運動している場合のNMRスペクトル

試料回転下にある固体中の同種核2スピン系がn個のサイト間をジャンプしている場合に、NMRスペクトルがどのように変化するかを計算するために、数値積分法を用いてマスター方程式を積分する理論を完成させた。その理論に基づいてNMRスペクトルを計算するプログラムを作成し大型計算機上で実行させたが、スピン系が2サイト間ジャンプあるいは3サイト間ジャンプをしている場合までは実用的な計算時間に収めることができた。最初に、off magic angleで回転している^<13>C-^<13>C2スピン系が、その結合方向に垂直な軸の周りにジャンプ運動を行っている場合のNMRスペクトルを計算した。運動モデルはそのまま試料回転軸をmagic angleとし、rotational resonance条件のもとで現れる粉末パターンが運動速度とともにどのように変化するかも計算した。さらに^<13>C-^<13>C2スピン系の一方のスピンが正四面体の中心に位置し、もう一方が3つの頂点を飛び移っている場合の計算も行った。計算の結果、同種核2スピン系のNMRスペクトルは、系がどのような運動を行っているかをよく反映することがわかった。そしてこの系のNMRスペクトルを解析すれば固体状態の物質中に存在する分子運動のみならず、分子の配座変換を直接検出できることを示した。しかし、スピン系が4サイト以上のポテンシャル最小位置間をジャンプしている場合を計算しようとすると、本研究で用いた数値積分法では膨大な計算時間を必要とすることも判明した。
RHEEDによるインプロセス表面形状解析に関する基礎的研究

大規模集積回路(LSI)製造技術における創成面の計測・評価手法として,工程中にインプロセスで,直径数10μmのスポット径内での創成面の結晶構造の解析が可能なRHEED(反射高速エネルギ電子線回折)がある.RHEEDによって,成膜工程中に,創成面の結晶構造の解析や1原子層オーダでの成膜量の測定が行われている.RHEEDでは,従来より,観察されるRHEED像の「ストリーク」と呼ばれる線が,表面形状によって変化することが知られており,成膜工程中の創成面の幾何形状の評価手法としても期待できる.しかし,表面形状とRHEED像の関係は必ずしも明確化されておらず,RHEED像と表面の形状の関係は十分には解析されていない.そこで本研究では,RHEED像と表面の形状の解明の基礎的第1段階として,RHEED像と表面形状の関係を実験的に体系化することによって,両者の間の関係を解析することを目的とした.具体的には,表面形状の異なった多種類の試料に対するRHEED観察像を画像処理によってパソコン上でデータベース化するとともに,パターン・マッチング手法によって表面形状の相違に対するRHEED像の相違を整理体系化し,別手法によって測定した同一試料の表面幾何形状と比較することで解析を進めた.表面幾何形状とRHEED像の間になんらかの関係性が存在することが明らかとなったが,十分な解析にはいたっていない.大規模集積回路(LSI)製造技術における創成面の計測・評価手法として,工程中にインプロセスで,直径数10μmのスポット径内での創成面の結晶構造の解析が可能なRHEED(反射高速エネルギ電子線回折)がある.RHEEDによって,成膜工程中に,創成面の結晶構造の解析や1原子層オーダでの成膜量の測定が行われている.RHEEDでは,従来より,観察されるRHEED像の「ストリーク」と呼ばれる線が,表面形状によって変化することが知られており,成膜工程中の創成面の幾何形状の評価手法としても期待できる.しかし,表面形状とRHEED像の関係は必ずしも明確化されておらず,RHEED像と表面の形状の関係は十分には解析されていない.そこで本研究では,RHEED像と表面の形状の解明の基礎的第1段階として,RHEED像と表面形状の関係を実験的に体系化することによって,両者の間の関係を解析することを目的とした.具体的には,表面形状の異なった多種類の試料に対するRHEED観察像を画像処理によってパソコン上でデータベース化するとともに,パターン・マッチング手法によって表面形状の相違に対するRHEED像の相違を整理体系化し,別手法によって測定した同一試料の表面幾何形状と比較することで解析を進めた.表面幾何形状とRHEED像の間になんらかの関係性が存在することが明らかとなったが,十分な解析にはいたっていない.
バイオLCオシレータの開発

本研究では新しいバイオセンサー原理であるバイオLCオシレータを提案することを目的としている。本年度は分子認識素子としてグルコース脱水素酵素(GDH)を用いた。同酵素が電極との直接電子移動が可能であることに注目し、ナノメートルサイズの粒子から構成されるケッチェンブラックを用いた酵素電極をアノードとした酵素燃料電池を構築し、この酵素電池をバリキャップダイオード(VCD)に接続することで、起電力に基づきVCDのキャパシタンスが変化し、VCDのキャパシタンスによって発振する電波の周波数が変化するLCオシレータを設計した。その結果、グルコース濃度の増加とともに、酵素燃料電池の起電力が増加し、その結果、VCDのキャパシタンスが減少、これに伴い発振周波数の増加が観察された。さらに試料中のグルコース濃度と受信部側での送信されてくる電波の周波数の相関を観察したところ、グルコース濃度の増加とともに、周波数が増加し、受信する周波数に基づき、グルコース濃度を計測できることが示された。この結果は、本研究で提案しているバイオLCオシレータの原理が検証されたばかりでなく、これまでに報告のない外部の電源・エネルギ源を必要とせず、血液中のグルコースによって起動、測定、さらに送信する自立型のワイヤレスグルコースセンサ開発の可能性を示している。本研究の成果は、今後の医療機器開発に新しい知見を与えるばかりでなく、全く新しいバイオデバイスの原理を提唱するものである。分子認識素子のしてFAD補酵素とし、かつチトクロムCを電子伝達サブユニットに有するグルコース脱水素酵素(以下GDH)を用いたバイオLCオシレータを構築・評価した。同酵素は電極との直接電子移動が行えることが我々のこれまでの研究から明らかとなっている。アノード・カソードにサノカーボン材料を用いることで、固定されたGDHの酵素反応により基質グルコースは脱水素化され、カソードにおいてはビルビン酸化酵素によって酸素を還元することで、生じた起電力を両電極間に備えたキャパシタにチャージポンプによって昇圧しながら充電、さらに放電されている様子が確認された。このアノード・カソード間の起電力は基質であるグルコースの濃度に依存する。一方バリキャップダイオード(VCD)は、そこに印加される電圧によってキャパシタンスが変化する。そこで、アノード・カソード間の起電力を反映するようにVCDを接続したところ、VCDの容量がグルコース濃度に応じて変化することが観察された。さらに、VCDを備えた共振回路はキャパシタの放電により起動し、放電の間に電磁波が発振されることが確認された。この電磁波の送信が受信機側において確認された。また、この送信・受信頻度はキャパシタの充放電頻度に依存することから、共振回路からの送受信はグルコース濃度との相関が示された。この周波数はVCDを含め、接続されているキャパシタの容量に依存することから、今後、ここで観察される周波数とグルコース濃度との相関を検討することでバイオLCオシレータの原理に基づく新しいバイオデバイスの設計を試みる。
Saccharomyces属酵母の種形成における性分化遺伝子進化の組織的研究

本研究では、Saccharomyces属酵母における種の形成機構の解明について、性的細胞認識を支配する性分化遺伝子群の進化の面からアプローチする。遺伝子発現制御の観点から捉えると、性分化遺伝子ファミリーは3つの階層から成るヒエラルキーを形成する。最下層には、性的細胞認識に関わる性的凝集素や性フェロモン及びそのレセプターなどの構造遺伝子群があり、その上層にはこれらの構造遺伝子の発現を制御している接合型遺伝子がある。さらに、最上層には接合型の転換を支配するホモタリズム遺伝子がある。これらの調節順位のヒエラルキーと各階層に属する性分化遺伝子の進化速度との間の相関関係を明らかにすることを目指す。つまり、性分化遺伝子ファミリーに関して、進化の過程での選択圧を測定して数値化する。性分化遺伝子ファミリーの進化的階層性が段階的性的細胞認識のシフトをもたらし、生殖隔離へと至ると考えている。平成15・16年度の2年間にわたる研究により、次に記す3項目の研究成果を得たので、ここに公表する。第一に、S.naganishiiからα接合型が分泌する性フェロモン(αフェロモン)の構造遺伝子を単離し、パン酵母S.cerevisiaeのそれとの比較解析を行った。その結果、コード領域はほぼ同じような構造を示したが、発現調節領域には種多様性が生じていることが明らかとなった。第二に、S.paradoxusのホモタリック基準株からホモタリズム遺伝子を単離し、その構造をS.cerevisiaeのそれと比較解析した。その結果、コード領域と発現調節領域が共進化していることが明らかとなった。第三に、S.naganishiiにおいてGA L遺伝子群の染色体上配置を調べたところ、これまでに研究されている他の出芽酵母の場合とは異なって、GAL10遺伝子がクラスターからはずれて転座していることが明らかとなった。本研究では、Saccharomyces属酵母における種の形成機構について、性的細胞認識を支配する性分化遺伝子群の進化の面から明らかにする。遺伝子発現制御の観点から見ると、性分化遺伝子ファミリーは3つの階層のヒエラルキーを形成する。最下層には、実際に性的細胞認識に関与する性的凝集素や性フェロモン及びそのレセプターなどの構造遺伝子群があり、その上の階層にはこれらの構造遺伝子の発現を制御することで性を表現する接合型遺伝子がある。さらに、最上層には接合型の転換を支配しているホモタリズム遺伝子が君臨する。これらの調節順位のヒエラルキーと各階層に属する性分化遺伝子の進化速度との間に密接な相関関係があるのかどうかを明らかにする。その上で、性分化遺伝子ファミリーの進化的階層性が性的細胞認識のシフトをもたらし、性的隔離へと至る機構を解明する。平成15年度は、上記の研究を推進するための基礎として、接合型遺伝子の進化のプロファイルを捉えた。現在記載されている23種のSaccharomyces属酵母の基準株から染色体DNAを調製し、パン酵母S.cerevisiaeのMAT a遺伝子のDNA塩基配列をもとに設計したプライマーでPCR増幅を試みた。この実験により取得される情報は、PCR産物が得られる種はS.cerevisiaeに近縁な系統関係にあることを示す。さらに、得られたPCR産物に関しては、そのDNA断片の塩基配列を決定し、進化速度を求めた。実際には、得られたDNA断片に関して、遺伝子としての機能を検定する必要があるが、以上の解析を通して接合型遺伝子の進化のプロファイルを組織的に明らかにすることができた。また、PCR産物が得られない種に関しては、生理学的な面、例えば胞子形成能の欠如などとの関連を調べている。

本研究では、Saccharomyces属酵母における種の形成機構について、性的細胞認識を支配する性分化遺伝子群の進化の面から明らかにする。遺伝子発現制御の観点から見ると、性分化遺伝子ファミリーは3つの階層のヒエラルキーを形成する。最下層には、実際に性的細胞認識に関与する性的凝集素や性フェロモン及びそのレセプターなどの構造遺伝子群があり、その上の階層にはこれらの構造遺伝子の発現を制御することで性を表現する接合型遺伝子がある。さらに、最上層には接合型の転換を支配しているホモタリズム遺伝子が君臨する。これらの調節順位のヒエラルキーと各階層に属する性分化遺伝子の進化速度との間に密接な相関関係があるのかどうかを明らかにする。つまり、性分化遺伝子ファミリーに関して、進化の過程での選択圧を測定して数値化する。その上で、性分化遺伝子ファミリーの進化的階層性が性的細胞認識のシフトをもたらし、性的隔離へと至る機構を解明する。平成15・16年度の2年間にわたる研究により、次に記す3項目の研究成果を得たので、ここに公表する。第一に、S.naganishiiからα接合型が分泌する性フェロモン(αフェロモン)の構造遺伝子を単離し、パン酵母S.cerevisiaeのそれとの比較解析を行った。その結果、コード領域はほぼ同じような構造を示したが、発現調節領域には種多様性が生じていることが明らかとなった。第二に、S.paradoxusのホモタリック基準株からホモタリズム遺伝子を単離し、その構造をS.cerevisiaeのそれと比較解析した。その結果、コード領域と発現調節領域が共進化していることが明らかとなった。第三に、S.naganishiiにおいてGAL遺伝子群の染色体上配置を調べたところ、これまでに研究されている他の出芽酵母の場合とは異なって、GALIO遺伝子がクラスターからはずれて転座していることが明らかとなった。
新補酵素ピロロキノリンキノン(PQQ)の発酵生産

新補酵素ピロロキノリンキノン(PQQ)の発酵生産法について研究を行い、PQQの供給法として発酵法が最適な方法であることを示すとともに、PQQ生成量を向上させることができた。PQQはほとんどすべての微生物によってその培地中に生成蓄積されるが、なかでもメタノール資化性菌のいくつかが著量のPQQを生成することが明らかになった。良好なPQQ生産菌を見出すとともに、これを用いてPQQの生成条件の検討を行った結果、培地1ml中に最高約100マイクログラムのPQQが生産されるようになった。他のビタミンや補酵素の発酵法と比較しても収率的にもきわめて良好といえる。PQQの生産には無機元素のうち、マグネシウムが深く関係していて、マグネシウムの培地中の濃度を工夫することでPQQの生産性が向上した。PQQの培地中からの単離、精製法についても検討した。培養後、細胞を除去して得られる培養液に直接イオン交換体を加えPQQを吸着させるか、または、イオン交換カラムに通すことによってPQQのみを特異的に単離することができた。PQQの脱着には塩化カリウムによって行うのが好ましく、溶出液中のPQQは、飽和塩化カリウム存在下で、pHを2に調節することで、粗結晶として得ることができ再結晶を12度くり返えすことによって、純度の高いPQQとすることができた。PQQの簡便で正確な酵素定量法を開発した。大腸菌の細胞膜をEDTA処理することで、含まれるグルコース脱水素酵素を完全にアポ酵素に転換したのち、外から加えられたPQQの量に対応して酵素活性が発現することを利用することで、高い再現性のある方法として広く利用できることを示した。本法を用いて、種々な生物試料中のPQQを測定した。
表層吸引溶脱法の拡張による節水型除塩技術の確立

本研究では,申請者が開発した表層吸引溶脱法に基づく節水型除塩装置を圃場での使用に耐えうるようスケールアップするとともに,実際の圃場における複雑な塩類集積の様々な状況に適用可能な運転制御プロセスを開発することで,節水的な除塩システムを確立する.まず,土壌の水分塩分の挙動を解析できるシミュレーションモデルを用いて,スケールアップした装置の最適運転条件を探索し,設計諸元を決定する.ついで,可変圧力制御システムを開発して,装置の効率的な運転制御法を確立する.開発した装置を圃場に適用して性能評価を行い,実用的な節水型除塩方法を確立する.本研究では,申請者が開発した表層吸引溶脱法に基づく節水型除塩装置を圃場での使用に耐えうるようスケールアップするとともに,実際の圃場における複雑な塩類集積の様々な状況に適用可能な運転制御プロセスを開発することで,節水的な除塩システムを確立する.まず,土壌の水分塩分の挙動を解析できるシミュレーションモデルを用いて,スケールアップした装置の最適運転条件を探索し,設計諸元を決定する.ついで,可変圧力制御システムを開発して,装置の効率的な運転制御法を確立する.開発した装置を圃場に適用して性能評価を行い,実用的な節水型除塩方法を確立する.
弾性表面波からの放射圧を用いた細胞接着の力学的特性の解明

iPS細胞を用いた再生医療などが注目される中,細胞の大量培養技術への期待が高まっており,手作業に頼っていた細胞の培養,剥離,回収,パターニングといった作業を自動化する必要がある.これまでに,培養基材に適切な固有振動モードを励振することで,酵素フリーで基材から細胞を剥離する手法や,回収・再播種を伴わない連続的な増殖培養を可能にする手法を開発した.また,培養チャンバから細胞懸濁液を回収する方法や細胞をパターニングする方法なども具現化した.しかし,細胞剥離メカニズムなどは不明であった.こうした手法を細胞培養のための基盤技術とするために,本国際共同研究では,弾性表面波(SAW)デバイスから発生する音響放射圧を培養ディッシュに対して領域選択的に照射することによって,プローブ等を必要とせずに非接触で細胞接着の力学的特性を明らかにすることを目的としている.2018年度は,細胞の接着に関する力学特性を明らかにするために,音響放射圧の局所的な照射によって,細胞培養面の微小な領域から細胞を剥離できることを確認した.すなわち,国際共同研究先で製作を予定している弾性表面波(SAW)デバイスではなく、先鋭な超音波ーホーンを有するランジュバン型振動子を用いて細胞培養ディッシュ下方から集束した音響放射圧を培養細胞に照射する装置を製作し、代表的な接着性細胞であるマウス由来筋芽細胞株C2C12を微小な領域で剥離できることを明らかにした.また,SAWデバイスを用いることによって,より微小な領域への超音波照射が可能となるため,Focused SAWデバイスを設計し,国際共同研究先の研究室がこれを試作し,イースト菌を用いて局所的に超音波照射が可能であることを確認した.本国際共同研究では当初計画において,研究全体を以下の3つのフェーズに分けた.(1)力学特性測定装置の設計・製作と実験条件の決定(@慶應義塾大学),(2) SAWデバイスの開発と培養ディッシュへの放射圧の透過実験(@UC San Diego), (3)細胞接着の力学特性の測定(@UC San Diego,慶應義塾大学).2018年度は,このうち主に(1)に関する成果が得られた.また,2019年度にUC San Diegoに滞在して実施する予定の(2)のためのSAWデバイスの設計を行い,滞在予定研究室の学生の協力によってデバイスの有効性を確かめた.以上のように,本国際共同研究の現在までの進捗は順調に推移していると判断している.「現在までの進捗状況」で述べたように,当初計画の(1)(3)に実行に向けて順調に推移している.当初,自身がUC San Diegoで行う予定であったSAWデバイスの製作がすでに滞在予定研究室の協力によって実施されているため,6月中旬に渡米後,本デバイスを用いて培養ディッシュに印加される音響放射圧の分布や強度を明らかにする実験に取り掛かる予定である.特に,細胞に印加される音響放射圧の定量は本国際共同研究の最も重要なポイントであるため,海外共同研究者であるJames Friend教授のSAWデバイスや音響放射圧の理論計算に関する豊富な経験や知見を元に実験計画や実施方法を決定する.具体的には以下の通りである.911月:実験装置の組み立てと実施123月:実験データの整理と成果発表の準備内定年度:2017iPS細胞を用いた再生医療などが注目される中,細胞の大量培養技術への期待が高まっており,手作業に頼っていた細胞の培養,剥離,回収,パターニングといった作業を自動化する必要がある.これまでに,培養基材に適切な固有振動モードを励振することで,酵素フリーで基材から細胞を剥離する手法や,回収・再播種を伴わない連続的な増殖培養を可能にする手法を開発した.また,培養チャンバから細胞懸濁液を回収する方法や細胞をパターニングする方法なども具現化した.しかし,細胞剥離メカニズムなどは不明であった.こうした手法を細胞培養のための基盤技術とするために,本国際共同研究では,弾性表面波(SAW)デバイスから発生する音響放射圧を培養ディッシュに対して領域選択的に照射することによって,プローブ等を必要とせずに非接触で細胞接着の力学的特性を明らかにすることを目的としている.2018年度は,細胞の接着に関する力学特性を明らかにするために,音響放射圧の局所的な照射によって,細胞培養面の微小な領域から細胞を剥離できることを確認した.すなわち,国際共同研究先で製作を予定している弾性表面波(SAW)デバイスではなく、先鋭な超音波ーホーンを有するランジュバン型振動子を用いて細胞培養ディッシュ下方から集束した音響放射圧を培養細胞に照射する装置を製作し、代表的な接着性細胞であるマウス由来筋芽細胞株C2C12を微小な領域で剥離できることを明らかにした.また,SAWデバイスを用いることによって,より微小な領域への超音波照射が可能となるため,Focused SAWデバイスを設計し,国際共同研究先の研究室がこれを試作し,イースト菌を用いて局所的に超音波照射が可能であることを確認した.本国際共同研究では当初計画において,研究全体を以下の3つのフェーズに分けた.(1)力学特性測定装置の設計・製作と実験条件の決定(@慶應義塾大学),(2) SAWデバイスの開発と培養ディッシュへの放射圧の透過実験(@UC San Diego), (3)細胞接着の力学特性の測定(@UC San Diego,慶應義塾大学).2018年度は,このうち主に(1)に関する成果が得られた.

また,2019年度にUC San Diegoに滞在して実施する予定の(2)のためのSAWデバイスの設計を行い,滞在予定研究室の学生の協力によってデバイスの有効性を確かめた.以上のように,本国際共同研究の現在までの進捗は順調に推移していると判断している.「現在までの進捗状況」で述べたように,当初計画の(1)(3)に実行に向けて順調に推移している.当初,自身がUC San Diegoで行う予定であったSAWデバイスの製作がすでに滞在予定研究室の協力によって実施されているため,6月中旬に渡米後,本デバイスを用いて培養ディッシュに印加される音響放射圧の分布や強度を明らかにする実験に取り掛かる予定である.特に,細胞に印加される音響放射圧の定量は本国際共同研究の最も重要なポイントであるため,海外共同研究者であるJames Friend教授のSAWデバイスや音響放射圧の理論計算に関する豊富な経験や知見を元に実験計画や実施方法を決定する.具体的には以下の通りである.911月:実験装置の組み立てと実施123月:実験データの整理と成果発表の準備
細胞シート工学を応用した前十字靭帯損傷の修復、再生に関する研究

前十字靭帯(以下ACL)由来積層可細胞シートの作成、および吸収糸メッシュとの組み合わせによる立体的再生ACLの作成に成功した。また、免疫組織学的検査、real time PCRの結果よりTenomodulin(以下TnmD)が、ACLにおいて特異的マーカーとして使用されうること、またACL細胞シートがACLとしてのphenotypeを維持していることを確認した。また膝関節内の滑膜組織にもTnmDが発現していることからACL再生におけるcell sourceとなりえることが示唆された。ACL損傷膝を放置すると半月板、軟骨の損傷が続発し最終的に外傷性膝関節症に至る。通常治療には自家腱を用いたACL再建手術が行われるが、ドナーサイトの疼痛、筋力低下、再々建時のドナー選択など解決すべき問題も多い。よってドナー採取を要しない再生医療のACL不全膝治療への応用が望まれる。本研究の目的はACL不全膝における細胞シート工学を応用した治療の可能性を検討することである。ACL再建術の際、郭清された損傷ACLを患者本人の承諾を得て採取し、酵素的に単離した後に温度応答性培養皿上に播種した。2週間程度の培養によりコンフルエントとなった細胞は温度変化のみで、酵素的処理を行わずに、細胞シートとして回収することが確認された。下面にのみ接着性を持つ特性を利用し、上から直接重ね合わせることで積層化し3次元構造にすることが可能であった。また、ブタACL損傷モデル、及びLeeds-Keio人工靭帯に被覆し、1週間器官培養を行った積層化細胞シートは良好な接着性を呈していることが確認された。このことから、損傷ACLに被覆して修復機転を働かせる、または関節内に露出すると関節炎を惹起するため、近年使用が限定的となっているLeeds-keio人工靭帯に被覆して再建術に使用する、などの臨床応用の可能性が示唆された。次年度以降はACL細胞シート、および系代された細胞から作成されたACL細胞シートが靭帯としての細胞特性を保持しているか、免疫組織学的、Real Time PCRを用いて評価していく予定である。初年度はACL再建術の際、郭清されたACL由来細胞から温度応答性培養皿を用いて細胞シートを作成し、その接着性を利用して3次元構造にすることに成功した。本年度は臨床応用時のcell sourceを鑑みて近年stem cellとしての機能が注目されている滑膜由来細胞からも温度応答性培養皿を用いて細胞シートを作成することを試み、成功した。また腱、靭帯固有に発現する糖タンパクであるTenomodulinが健常ヒトACLに発現し、損傷ACLの損傷部位では発現が弱いこと、ACL細胞シートと滑膜由来細胞シートにもTenomodulinが発現していることが、免疫組織学的染色およびReal Time PCRを用いた実験にて証明された。このことからACL細胞シートに加えて細胞成分を多量に含む滑膜由来細胞シートが靭帯の再生医療に使用し得る再生組織である可能性が示唆された。次年度はポリエステル、ポリ乳酸配合メッシュ素材とACL細胞シート、滑膜由来細胞シートとの適合性を組織学的に検討し、評価していく予定である。次年度は臨床応用時のcell sourceを鑑みて近年stem cellとしての機能が注目されている滑膜由来細胞からも温度応答性培養皿を用いて細胞シートを作成することを試み、成功した。本年度はポリエステル、ポリ乳酸配合メッシュ素材、吸収糸メッシュ素材とACL細胞シート、滑膜由来細胞シートとの適合性を組織学的に検討し、評価した。各メッシュ素材と積層化細胞シートはフィブリン糊を介在させることにより接着が可能で、直接巻き上げて両端を縫合することで移植に充分なボリュームの組織工学的靭帯を作成することに成功した。

これらの結果より、ACL細胞シートに加えて細胞成分を多量に含む滑膜由来細胞シートが靭帯の再生医療に使用可能で、既に臨床使用されているメッシュ素材と組み合わせることにより作成し得た組織工学的靭帯は臨床応用を鑑みたうえで意義深いと考えられた。
円偏光光電子回折による新しい3次元構造解析

本研究の目的は、「元素ごとの、変換を必要としない直接的な3次元の構造解析法」を新たに開発する事である。ここで用いる原理は、「円偏光X線を試料に照射して、出てくる内殻光電子の2次元的な放出角度分布パターン(光電子回折パターン)の中の前方散乱ピーク位置を測定し、円偏光の極性を左右に変えたときのピーク位置のずれか原子の結合方向と結合距離を直接解析する」というものである。円偏光励起の光電子については、研究が始まったのが最近であり、まだ十分に理解されていないことが多い。そこで、円偏光を励起光源とした種々の光電子分光の実験をSi (100)面において行った。数百eVの運動エネルギーでのSi2p内殻光電子円偏光励起光電子回折の実験に引き続き、偏光の影響をみるために、同じ系での楕円偏光励起光電子回折を行った。次に、始状態の影響を調べるために、価電子を始状態とした円偏光軟X線光電子の測定を、数百eVの運動エネルギーで行った。さらに、数十eVの運動エネルギーでも行い、厳密な計算と比較して円偏光励起光電子分光について理解を深めた。Siについての円偏光光電子回折の実験では、結晶内の光電子の多重散乱の効果が大きいので、もっと単純に議論できる系として、米国のALSでW (110)上の酸素吸着系について実験を行い、解析した。これらの全ての議論により、円偏光光電子回折の理論的な基礎を確立し、新しい3次元構造解析法を開発した。ここで用いる原理は、「円偏光X線を試料に照射して、出てくる内殻光電子の2次元的な放出角度分布パターン(光電子回折パターン)の中の前方散乱ピークの位置を測定し、円偏光の極性を左右に変えたときのピーク位置のずれから原子の結合方向と結合距離を直接解析する」というものであるが、これは我々が新しく発見した物である。円偏光光電子回折法では、左右の円偏光の時の観察される前方散乱のピーク位置から3次元の原子位置が直接もとめられるはずである。しかし、まだ測定例が少ないので、さらに多くの測定を行い、この方法を確立させる必要がある。平成7年度は、W(110)上に酸素を吸着した系を用いて研究を進めた。この試料は、酸素の吸着量によってp2x1、1x1等ができる。そのうちの1x1の試料について実験を行った。この表面の構造は判っていなかったが、XPS光電子回折を用いて解析を行い、構造を決めた。さらに、その試料に円偏光を当てて、第1層のW原子から出るW4f光電子の酸素原子による前方散乱のピーク位置を、2次元的に測定した。この系では、一回散乱が主になるので、理論的な比較が容易になる。測定は、米国バークレーのALS放射光施設で行った。試料に対する光の入射角は垂直に固定し、角度分解型の分析器を回転して測定を繰り返し、極角依存性を測定した。励起源の円偏光は偏向電磁石からの放射光の上下の部分を用いた。結果は、ほぼ予想されたようにピークが回転しているのが観測された。そのピークは、いくつかのm値のピークが重なったように見え、その最大位置は、予想された回転位置と非常に良く一致した。従って、今までと異なる一回散乱の系でも我々の理論が良い一致を示したことは、本研究目的にとって大きな成果である。

ここで用いる原理は、「円偏光X線を試料に照射して、出てくる内殻光電子の2次元的な放出角度分布パターン(光電子回折パターン)の中の前方散乱ピークの位置を測定し、円偏光の極性を左右に変えたときのピーク位置のずれから原子の結合方向と結合距離を直接解析する」というもである。本年度の円偏光X線の実験は、マシンタイム中にデータの出るところまでいかなかったので、昨年度に行ったW(110)上の酸素吸着系の実験データの解析、円偏光軟X線による価電子光電子の測定、および来年度から始まるSPring-8での円偏光実験のための準備を行った。W(110)上の酸素吸着系の実験データの解析においては、球面波の多重散乱を考慮した計算を行い、実験結果と比較することにより、吸着位置を正確に求めた。光電子の干渉の影響で、前方散乱のピーク位置から求めた位置と異なる位置が結論されたが、本研究テーマの原理が妥当であるとする前年度の結論には影響は無かった。円偏光軟X線による価電子光電子の測定をPF BL28Aにおいて行い、理論計算と比較することにより角度分布についての特徴的な選択則を確かめ、価電子の研究にとって新しい強力な方法になりうることを見出した。SPring-8での円偏光ビームラインの立ち上げは、平成9年11月の実験開始に向けて順調に進んでいる。
ヒト免疫グロブリン遺伝子群の分子進化学的解析

1.ヒトVH遺伝子群の進化の過程を明らかにする目的で、37個の機能的VH断片のアミノ酸配列を用い、neighbour-joining法によって系統樹を作成した。その結果、ヒトVHファミリーは祖先型の遺伝子より先ずI、II、IIIの3つのグループに分岐し、その後IよりVH1、VH5、VH7が、IIよりVH2、VH4、VH6が、IIIよりVH3のファミリーがそれぞれ形成されたことが明らかになった。2.最近の重複により生じた遺伝子断片の間で、コーディング領域の同義座位とイントロンの間での塩基配列の置換率を比較した。その結果、V3-60PとV3-62Pの間で、コーディング領域に対してイントロンの塩基置換率が有意に低いことを見い出した。他のVH断片との置換率の比較で、V3-62PはV3-60Pと分岐した後V3-43をドナーとする遺伝子変換を受けたことを強く示唆する結果を得た。同様の遺伝子変換のさらに顕著な例が、V4-28/V4-55P、V4-4/V4-59、V4-4b/v4-55Pの間で見い出された。3.15番、16番染色体に転座したVH断片に塩基配列を14番染色体上のVH断片と比較した。その結果14番染色体上のV3-11^-V3-16P及びV2-26のVH断片と16番染色体上のVF3-11^-VF3-16P及びVF2-26が同じ順序で高い相同性を示すことが判明した。14番染色体から16番染色体へのの転座は約2000万年前と算出された。一方、15番染色体上のV54断片は14番染色体上のV1-18と95%の相同性を有していた。V54とV1-18の分岐年代は約1500万年前と計算され、16番染色体への転座の過程でV1-18を含む一部の領域が15番染色体へ転座した可能性が示唆された。
注視した微小領域に対する瞳孔反応の特性解明とユーザインタフェースへの適用

多人数による多様な提示環境・注視条件による定量的実験により下記を実証した.【総合的な結果】●一点注視型画面分割インタフェースがシースルーHMD、プラズマディスプレイ、明るい環境にて動作する●3分割インタフェースにて発光面積が1/729まで注視点の特定が可能【認識アルゴリズムに関する結果】●人や条件に関係なく瞳孔径の判断開始を0.683(s)遅らせればよい●光り始めによる影響による最初の1領域の除外はしなくてもよい【最も効率のよい認識方法】●それぞれの発光領域での瞳孔径の平均と、それ以外の瞳孔径の平均の差を求め、最も差が大きい領域を注視領域とする【注視に対する集中力が低下したときの瞳孔反応への影響】●2次タスクを行ったとき瞳孔径の平均値が上昇する現象がある●負荷が高い場合は瞳孔反応も縮小する場合がある【背景とシースルーHMD内の画面の特定】●輝度が小さくなるにつれて瞳孔反応に差があらわれる●輝度を10%未満にすると、背景を注視したときに瞳孔が反応しなくなり、「見ていない」ときを瞳孔反応から推定できる可能性がある最適な分割数である3分割インタフェースを実現する方法として画面の横軸と縦軸を交互に3つずつ分割・選択していく方法を考案した。次に、瞳孔反応を用いた画面分割インタフェースを実現するために、多人数による多様な提示環境・注視条件による定量的な評価を行った。まず、定性的な結果として、以下のことを確認した。・一点注視型画面分割インタフェースがシースルーHMD、プラズマディスプレイ、明るい環境にて動作することを確認・3分割インタフェースにて発光面積が1/729まで注視点の特定が可能また定量的な結果として、以下のことが分かった。・人や条件に関係なく瞳孔径の判断開始を0.683(s)遅らせればよい・光り始めによる影響による最初の1領域の除外はしなくてもよい・多様な提示環境・注視条件のなかから、よい条件を検討この定量的な分析結果をもとに、効率のよいアルゴリズムについて検討した。その結果、それぞれの発光領域での瞳孔径の平均と、それ以外の瞳孔径の平均の差を求め、最も差が大きい領域を注視領域と推定するアルゴリズムが、効率がよいことがわかった。最後に、ウェアラブル環境で考えられる領域の選択に関する問題について、注視に対する集中力が低下したときの瞳孔反応への影響について以下のことを確認した。・2次タスクを行ったとき瞳孔径の平均値が上昇する現象がある・負荷が高い場合は瞳孔反応も縮小する場合があるまた、背景とシースルーHMD内の画面のどちらかを見ていたか注視先を特定する必要がある問題について、以下のことを示した。・輝度が小さくなるにつれて瞳孔反応に差があらわれる・輝度を10%未満にすると、背景を注視したときに瞳孔が反応しなくなり、「見ていない」ときを瞳孔反応から推定できる可能性がある多人数による多様な提示環境・注視条件による定量的実験により下記を実証した.【総合的な結果】●一点注視型画面分割インタフェースがシースルーHMD、プラズマディスプレイ、明るい環境にて動作する●3分割インタフェースにて発光面積が1/729まで注視点の特定が可能【認識アルゴリズムに関する結果】●人や条件に関係なく瞳孔径の判断開始を0.683(s)遅らせればよい●光り始めによる影響による最初の1領域の除外はしなくてもよい【最も効率のよい認識方法】●それぞれの発光領域での瞳孔径の平均と、それ以外の瞳孔径の平均の差を求め、最も差が大きい領域を注視領域とする【注視に対する集中力が低下したときの瞳孔反応への影響】●2次タスクを行ったとき瞳孔径の平均値が上昇する現象がある●負荷が高い場合は瞳孔反応も縮小する場合がある【背景とシースルーHMD内の画面の特定】●輝度が小さくなるにつれて瞳孔反応に差があらわれる●輝度を10%未満にすると、背景を注視したときに瞳孔が反応しなくなり、「見ていない」ときを瞳孔反応から推定できる可能性がある
アフリカツメガエル予定外胚葉における周質誘導の伝達速度

ツメガエル胚神経組織の特異的マーカーを検索・作製する事が本研究の第一の目的であった。マーカーとして市販の抗ニューロフィラメント・抗MBP・抗FGAPを用い免疫組織化学を行った。これらの抗体はその抗原の発現時期が遅い事、組織の一部としか反応せず全体的でない事等本研究遂行に不適切であった。有効なマーカーを得るため抗原としてツメガエル胚(st.48)の脳と脊髄をBalb/cに脾内注入した。その後3回腹腔内に追加免疫を行い最終免疫3日後、ポリエチレングリコールを用いた通常の方法で脾リンパ球とミエローマを細胞融合させ、96ウェルのプレート2枚でHAT選択を行った。その結果、全てのウェルにコロニーを認め、ELISA法によりそのうち26ウェルが陽性である事を確認した。免疫組織化学よりそのうち一つのウェルが興味深い抗体を産生していた。この抗体の特性は(1)カルノア固定後通常のパラフィン切片法でも胚の神経組織(CNS+PNS)の特異的マーカーとなり得る。(2)初期神経胚の神経域で発現している抗原と反応する。確認できている段階では神経管はもちろん神経板も陽性である。(3)ほぼ神経組織全体と反応する。以上の様にこの抗体は従来のものより有利な点を持っており、今後の誘導刺激の伝達速度の実測は非常に容易になったと考えられる。反面困難な点もあって、この抗体を産生するハイブリドーマはかなり不安定でクローニング中に抗体産生をやめる場合があり、完全に確立された状態ではない。現時点で4回クローニングを行っている。クローニングを繰り返すにつれ陰性になるクローンの比率は小さくなって来ており確実に安定化の傾向にあるが、生じるクローンの全てが陽性になる必要がある。この様に現在ハイブリドーマの確立を行っている状況である。補助金はハイブリドーマ作製・免疫組織化学・ELISA・抗体の購入に使用された。
ルテニウム錯体触媒を用いるカルコゲン元素化合物の新規変換反応の開発

硫黄、セレンなどカルコゲン元素を含む化合物は、遷移金属化合物と容易に反応し、多種多様な錯体を形成することが知られている。一方、触媒反応への展開を考えた場合、金属に配位したカルコゲン原子化合物は、比較的安定であり反応性に乏しく、また触媒毒として作用することが予想されたため、その開発は遅れていた。我々はこれまで、ルテニウム錯体の接触化学について詳細な検討を行っており、最近、新規チオラート架橋異種複核錯体(Cp_2Ti(μ-SR)_2RuClCp^*)の合成に成功し報告した。本錯体の生成は、ルテニウム錯体がカルコゲン元素化合物の新規変換反応を開発する上で高活性触媒と成り得る可能性を示しており、本研究では、以下に示すルテニウム錯体触媒の特性を活かしたカルコゲン元素化合物の新規変換反応の開発を行った。1)ルテニウム錯体触媒を用いるジスルフィド類のオレフィンへの付加反応: Cp^*RuCl(cod)[Cp^*:pentamethylcyclo-pentadienyl,cod:1,5-cyclooctadiene]触媒存在下、ジスルフィド類の2-ノルボルネンへの付加反応が良好に進行し、対応する付加物であるvicinal-ジチオエーテルが高収率かつ高立体選択的(exo100%)に得られた。オレフィンとしては、2-ノルボルネン以外にも、エチレン、ビニルシラン、アリルアルコール、スチレン、アクリル酸メチル等の官能基を有する種々の末端オレフィンが適用可能であった。さらに、本反応の鍵中間体と考えられる[Cp^*RuCl(μ-SPh)]_2錯体の単離および単結晶X線構造解析に成功し、その反応性および触媒活性を明らかにした。2)ルテニウム錯体触媒を用いるチオール類のS-アリル化反応:我々は最近、π-アリルルテニウム錯体の接触化学について詳細な検討を行っており、本研究では、ルテニウム錯体触媒を用いる芳香族ならびに脂肪族チオール類の一般的な接触的アリル化反応の開発に成功した。アリル化剤としては、炭酸アリル類以外にもアリルアルコール自体が適用可能であり、さらに本S-アリル化反応の位置および立体選択性について詳細な検討を行った。
ES/iPS細胞におけるメカニカルストレスによるオルガネラ制御と細胞代謝・分化

ヒトES細胞から腎尿細管細胞への分化誘導法の確立し、その分化過程におけるメカニカルストレスの意義を明らかにすることを目指した。尿細管細胞への分化の指標としては、KSPを用いた。GSK3β阻害薬を用いて中間中胚葉への分化誘導を促進させ、その後EGFを含む低血清培地により上皮化を促進したところ、KSP陽性細胞を約5%程度得ることに成功した。一方、メカニカルストレスの細胞分化に与える影響を検討するため、ヒト近位尿細管細胞であるHKC-8を用いて条件検討を行ったが、十分なメカニカルストレスを与えるには至っておらず、今後更なる検討を行う予定である。ヒトES/iPS細胞から腎臓細胞への分化誘導の既報がないため、ヒトES細胞からの分化誘導法の確立を目指し、Kidney- specific protein (KSP)を指標として検討した。中胚葉への分化を促進し、低血清培地により上皮化を促進した後に複数の増殖因子を含む培地で培養した。その過程において、KSPを含む腎発生関連遺伝子を半定量PCR法で評価した結果、後腎間葉マーカーであるPAX2発現は上昇し、ネフロン前駆細胞に発現するSix2発現は低下した。複数の増殖因子を含む培地に交換すると、Six2発現は一旦上昇し、その後低下した。KSP発現はSix2が低下したところより上昇し、10日目まで培養したところ有意な上昇を認め、FACS解析においては、約5%のKSP陽性細胞が得られた。さらに、得られたKSP陽性細胞を3次元培養することにより管状構造を認めた。これらの結果より、腎発生関連遺伝子の発現が腎発生過程と類似した誘導法を見出すことができた。一方、メカニカルストレスが細胞分化に与える影響を検討するため、ヒト近位尿細管細胞株であるHKC-8を用いて検討を行った。細胞伸展装置を用いて連続刺激(10往復/60秒)、休止時間2秒間、伸展長10%で24時間の伸展刺激を与えた。半定量PCRにおいて、E-cadherinは伸展刺激後に発現が減少したが、α-SMA、Vimentinの発現には有意差を認めなかった。E-cadherin上流のSnail1の発現変化も認めなかったことより、伸展刺激により細胞接着が緩慢になったためにE-cadherinのみ発現の減少があったと考察した。以上の結果より、ヒトES細胞から腎尿細管細胞への分化誘導法が確立できた一方、メカニカルストレスの条件は改善の必要があり、今後もさらに本研究を推進していく所存である。
単離平滑筋細胞のall-or-none収縮と反応の閾値発生機構の解明

モルモット盲腸紐から単離した平滑筋細胞はアセチルコリン(ACh)によりall-or-none収縮を示す。このall-or-none収縮の閾値発生機構をより詳細に解明するには細胞内情報伝達機構を詳細に検討する必要がある。そこで、黄色ブドウ球菌の産生する外毒素であるalpha-トキシンで受容体機能を残したまま細胞膜をpermeablizeした平滑筋細胞を作製した。permeabilizeした殆どの細胞は外液Ca^<2+>濃度を増加させることにより0.6muMCa^<2+>でall-or-none収縮を示し、0.3-0.6muMにCa^<2+>に対する閾値が存在すると考えられた。この事より単離細胞は僅かなCa^<2+>の上昇により収縮が発生し最大に達する事が示された。また、Ca^<2+>収縮においてAChやGTPを共存させると収縮を発生させるのに必要なCa^<2+>の閾値濃度が低下した事より、AChによる受容体刺激によりG蛋白質に関連したCa^<2+>感受性の増大が示唆された。そこでCa^<2+>のみでは収縮を示さずCa^<2+>感受性増大時にのみ収縮を示す0.2muMCa^<2+>一定条件下、ACh濃度を増加させると0.3muM或いは1muMAChでall-or-none収縮を示した。このAChの閾値濃度はインタクトな細胞がall-or-none収縮を示す閾値濃度と一致した。また、同様にGTPによってもall-or-none収縮を示した。この事よりAChやGTP刺激によりCa^<2+>感受性がall-or-none的に上昇することが示唆された。以上の結果と今迄得られた知見から、単離細胞のAChによるall-or-none収縮においては、AChが濃度依存的に受容体に結合し、その結果として生じる刺激によりCa^<2+>感受性がall-or-none的に増大し、かつCaストアからのCa^<2+>放出や細胞外からのCa^<2+>流入が生じ細胞内Ca^<2+>濃度が静止レベル(0.2muM未満)より僅かに上昇し(0.3-0.6muM)、閾値に達しall-or-none収縮を示すと考えられる。
情報通信におけるインテリジェント・ディペンダビリティ・マネジメントモデルの開発

平成16年度の主な成果として,確率モデルによるコンピュータウィルスの挙動解析,統計的不正検知アルゴリズムの開発,チェックポイント生成アルゴリズムの開発を行った.(1)確率モデルによるコンピュータウイルスの挙動解析確率モデルによるコンピュータウイルスの挙動解析では,連続時間マルコフ連鎖を使ったウイルス増殖のモデル化を行った.特に,ウイルス増殖における確率的事象に着目して,ウイルスの増殖能力を定量的に評価する尺度の導出を行った.また,現存するウイルス感染数のデータを用いて提案した尺度を算出し,ウイルスに関する特徴分析を行った.この結果は平成16年度に出版された学術雑誌で発表された.(2)統計的不正検知アルゴリズムの開発統計的不正検知アルゴリズムの開発では,サーバの利用状況(プロファイル)を常に監視して,DoSアタックなどの異常を検知するためのモデルを構築した.異常を検知する技術として,ベイジアンネットワークを導入することで,従来の統計的な手法よりも多くのデータを矛盾なく利用することが可能となり,検知の精度が向上した.この結果を平成16年度8月に開催された国際会議で発表した.(3)チェックポイント生成アルゴリズムの開発リアルタイム制御が必要なアプリケーションに対するチェックポイントアルゴリズムを新たに提案した.提案されたアルゴリズムは動的計画法に基づいており,従来のアルゴリズムと比較してどのような環境でも安定して解を算出することができる.この結果を平成17年度8月に開催される国際ワークショップで発表する予定である.その他にも本研究に関連するものでは,ソフトウェアシステムの信頼性を向上させるための予防保全手続きの一種であるソフトウェアレジュビネーションに関する研究と,ソフトウェア開発工程で利用されるソフトウェア信頼度成長モデルに関する研究がある.これらの成果も学術雑誌や国際会議で発表を行った.本年度の主な成果として,確率的なハザード推論モデルの構築と強化学習による確率制御モデルの開発を行った.ハザード推論では不正アクセス検知に着目して,サーバの利用状況(プロファイル)を常に監視して,DoSアタックなどの異常を検知するためのモデルを構築した.異常を検知する技術として,ベイジアンネットワークを導入することで,従来の統計的な手法よりも多くのデータを矛盾なく利用することが可能となり,検知の精度が向上した.尚,これらの研究の一部を来年度広島で開催される国際会議で発表する予定である.次に,強化学習による確率制御モデルの開発ではチェックポイントと節電制御(パワーマネジメント)に対する制御モデルの開発を行った.従来の確率を基礎とした制御モデルに対して,マルコフ決定過程を用いた再定式化を行うことで,強化学習が適用可能なモデルの記述を行った.強化学習に基づいた制御モデルを用いることで,障害発生確率やアクセス状況が変化する環境に対してもチェックポイントにかかるオーバーヘッドを短くするチェックポイント配置や消費電力を最小にするパワーマネジメントが実現できた.また,シミュレーション上で比較することで強化学習を用いた制御が有効であることを検証した.これらの結果をとりまとめた上でチェックポイントに関する結果を本年度3月に開催された国際会議で,パワーマネジメントに関する成果を学術雑誌に発表した.その他にも本研究に関連するものでは,ソフトウェアシステムの信頼性を向上させるための予防保全手続きの一種であるソフトウェアレジュビネーションに関する研究と,ソフトウェア開発工程で利用されるソフトウェア信頼度成長モデルに関する研究がある.これらの成果も学術雑誌や国際会議で発表を行った.平成16年度の主な成果として,確率モデルによるコンピュータウィルスの挙動解析,統計的不正検知アルゴリズムの開発,チェックポイント生成アルゴリズムの開発を行った.(1)確率モデルによるコンピュータウイルスの挙動解析確率モデルによるコンピュータウイルスの挙動解析では,連続時間マルコフ連鎖を使ったウイルス増殖のモデル化を行った.特に,ウイルス増殖における確率的事象に着目して,ウイルスの増殖能力を定量的に評価する尺度の導出を行った.また,現存するウイルス感染数のデータを用いて提案した尺度を算出し,ウイルスに関する特徴分析を行った.この結果は平成16年度に出版された学術雑誌で発表された.(2)統計的不正検知アルゴリズムの開発統計的不正検知アルゴリズムの開発では,サーバの利用状況(プロファイル)を常に監視して,DoSアタックなどの異常を検知するためのモデルを構築した.異常を検知する技術として,ベイジアンネットワークを導入することで,従来の統計的な手法よりも多くのデータを矛盾なく利用することが可能となり,検知の精度が向上した.この結果を平成16年度8月に開催された国際会議で発表した.(3)チェックポイント生成アルゴリズムの開発リアルタイム制御が必要なアプリケーションに対するチェックポイントアルゴリズムを新たに提案した.提案されたアルゴリズムは動的計画法に基づいており,従来のアルゴリズムと比較してどのような環境でも安定して解を算出することができる.この結果を平成17年度8月に開催される国際ワークショップで発表する予定である.その他にも本研究に関連するものでは,ソフトウェアシステムの信頼性を向上させるための予防保全手続きの一種であるソフトウェアレジュビネーションに関する研究と,ソフトウェア開発工程で利用されるソフトウェア信頼度成長モデルに関する研究がある.これらの成果も学術雑誌や国際会議で発表を行った.