hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域の教育力向上を目指した教員養成及び教員研修のためのカリキュラム開発

本研究では日本国内およびアメリカにおける理科教員養成のあり方について、特色を持つプログラムの大学の取組みを取り上げ、その特質を分析しつつ、地域における教育力を向上させる制度について検討した。また、現職教員の資質向上を目指すためのカリキュラムとして、物理・化学・生物・地学の領域ごとの研修プログラムを開発し、それらを用いた実践を行い、その効果について明らかにした。本研究では、教員の資質向上をはかる生涯・継続的な理科カリキュラム開発ならびに、北海道の地域性を活かしたネットワーク構築の形成を目指すものである。本年は研究の初年度にあたり、主に以下の3点について研究を行った。(1)海外における教員養成大学のカリキュラム調査アメリカのニューヨーク州ニューヨーク大学バッファロー校ならびにイリノイ州イリノイ州立大学を訪問し、それぞれの大学における教員養成システムについて資料収集ならびに担当教員へのインタビューを実施した。アメリカの大学ではそれぞれの大学ごとに、また学部・コースごとに教員免許を取得するためのプログラムが設定・開講されていること。大学では免許更新のためのプログラムが設定・用意されていることも明らかとなった。(2)現職教員研修プログラムの開発・試行中学校の理科教員や小学校で理科を指導する教員を対象として、それぞれの不得意領域を補填するための研修プログラムを開発し、4回試行した。研修に参加できる教員が少ないという問題点があったが、内容面では学校現場における実践的な教材の活用について提供できる機会となることが参加者の反応から明らかとなった。(3)エネルギー・環境教育実験観察教材の開発理科の新しいカリキュラムにおいて重要視されるエネルギーや環境といった領域に関しての具体的な教材や授業カリキュラムの開発を行った。その一部については具体的に教材を用いた授業を試行したり、研究会で紹介することができた。本年は研究の2年目にあたり、主に以下の4点について研究を行った。(1)海外における教員養成大学のカリキュラム調査昨年度に続き、アリゾナ州における教員養成制度およびNSFがすすめるGK-12プログラムの実際についてアリゾナ州立大学を訪問し、その実態について資料収集および担当者へのインタビュー調査を行った。また、イリノイ州立大学において開催された教育に関する環太平洋国際会議で成果発表を行うと同時に、参加した諸国の教育関係者と教員養成制度について情報交換を行った。(2)小・中学校における理科実験観察教材の開発学習指導要領の改訂を受け、小・中学校の理科に追加される内容に関する実験観察に関する教材開発を行った。(3)教員・協力者ネットワークの基礎構築旭川市の教員研究会、旭山動物園における教育研究会、石狩川治水学習館などの教育関連のグループや施設を中核として、理科教育に関わる研究者・協力者などのグループの基礎構築をはじめた。(4)現職教員研修プログラムのための資料作成科学的な能力・技能を育成するための資料をアメリカの情報を基に翻訳作業を行った。本研究では、教員の資質向上をはかる生涯・継続的な理科カリキュラム開発ならびに、地域性を活かした教員養成および教員研修プログラムの開発を目指すものである。本年は研究の最終年にあたり、主に以下の3点の研究ならびに研究の総括を行った。1.国内における教員養成に関する独自プログラムと海外における教員養成制度の融合国内3か所の教員養成大学・教育学部における教員の資質向上に関する取組により、さまざまな成果があげられていることがわかった。また、アメリカでの教員養成では免許の更新制が基本となっており、現職教員の研修プログラムが拡充されていること、またプログラムの多様性が顕著になっていることがあきらかとなった。しかしながら、その一方で教員の確保、免許更新に課題も見受けられることがわかった。2.小・中学校教員を対象とした理科実験観察研修プログラムの開発学習指導要領の改訂を受け、小・中学校の理科に新たに追加される教育内容に関する実験観察に関する教材開発を行い、それらを用いた効果的な研修プログラムを開発、実施した。参加した教員から授業での活用が期待できるとの反応を得た。3.教員・協力者ネットワークの基礎構築旭川市の教員研究会、旭山動物園における教育研究会、石狩川治水学習館などの教育関連のグループや施設を中核とした理科授業活用グループを通して、各種の研修プログラムを実施した。以上の3点に加え、研究の総括として、地域におけるそれぞれの素材や地理環境、地域施設を活用することによって、魅力ある教員養成プログラムを編成すること、また、地域社会における施設と連携した生涯的な研修制度や連携制度を構築することが継続的に、かつ発展的に教員養成を行っていくことが可能になると考えられる。
未分化/未分類肉腫　新規分子標的治療研究

Undifferentiated pleomorphic sarcoma (UPS)に対して分子標的治療ターゲットなるシグナル分子を同定しており、これらの機能と下流分子を明らかとし、US増殖・浸潤の分子標的治療を確立するために研究を行っている。HDAC阻害剤(LBH589)は濃度依存性にUPS細胞株の増殖を抑制し、そのIC50は6-13nMと高い有効性を示し、in vivoにおいても高い腫瘍増殖抑制効果を認めた。マイクロアレイで同定したLBH589で発現変化する遺伝子の中から、FOS-like antigen 1 (FOSL1)がUPSの増殖を制御する遺伝子であることを見出し、RNAiによるFOSL1のknockdownでは細胞増殖能は有意に低下し、逆にlentivirusを使用したoverexpressionでは細胞増殖能は増加することが示された。さらに、FOSL1のknockdownでがん抑制遺伝子であるp21の発現上昇がみられた。さらに薬剤による制御がしやすい他の遺伝子の解析を行った結果、Neurotensin Receptor 1(NTSR1)に着目した。NTSR1は神経ペプチドの1種であるNeurotensin(NTS)の3種類の受容体のうちの1つであり,癌細胞の移動,浸潤,転移に関与する可能性が報告されている.RT-PCRおよび抗NTSR1抗体を用いたWestern blottingにて,mRNAおよびタンパクレベルでLBH589濃度依存性にNTSR1の発現減弱を認めた.siRNAによるNTSR1のknockdownではUPS細胞株の増殖能は有意に低下し,Scratch assayにおいて移動能,Migration assayにおいて浸潤能を有意に抑制した.今後研究を発展させ、臨床応用につなげたいと考えている。分子標的を同定し、阻害剤を用いた増殖抑制効果を確認している。また、現在動物実験も進行しており、有望な結果が得られつつある。起源細胞のひとつであると推察されているヒト間葉系幹細胞でプロテオーム解析/マイクロアレイの結果得られた発現変化する蛋白質/遺伝子をexpression vectorを用いて強制発現して細胞増殖能をWST assayで評価する。細胞移動・浸潤能をin vitroにおいてWound healing assay, Membrane assayを使用して評価する。上記研究で得られた遺伝子のノックダウンによるUS細胞増殖能への効果のin vivoでの検討を行う。上記すべての因子の発現や活性を臨床検体と臨床経過を検討することにより肺転移・化学療法の効果・予後予測に応用するための統計学的解析を行う。未分化多型肉腫(undifferentiated pleomorphic sarcoma; UPS)は50歳代以降に好発する悪性軟部腫瘍てあり外科的切除か放射線治療が原則とされる。有効な化学療法は確立されておらす切除不能例や転移例は治療困難となるため新たな化学療法薬剤の開発か望まれる。HDACs(histone deacetylaces)はヒストンの脱アセチル化を介してエピジェネティックに遺伝子発現を制御している。UPSにおけるHDACsの発現とHDAC阻害剤の効果を検討した。【方法・結果】4種のヒトUPS細胞株を使用した。4種の細胞株においてclass1 HDACsの発現上昇を認め、患者臨床検体でも周囲筋組織と比較して発現上昇していた。すでに臨床使用されているHDAC阻害剤(LBH589)は濃度依存性に細胞増殖を抑制し、IC50は6-13nMであった。LBH589処理後のFACSによる細胞周期解析て&#12441;はG2/M細胞群の増加とアポトーシス細胞増加を認めた。Western blotではγH2AX及びapoptosis促進タンパク質の増加と抗apoptosisタンパク質の減少を認めた。LBH589はin vitroにおいて他の細胞株と比較しても遜色ない抗腫瘍効果を呈した。薬物治療抵抗性の腫瘍であるUPSの治療に際し、LBH589は有用な治療標的となる可能性がある。LBH489の効果は予想通り低濃度で有効であった。下流の分子メカニズムの解析を現在行っている。

分子標的を同定し、阻害剤を用いた増殖抑制効果を確認している。また、現在動物実験も進行しており、有望な結果が得られつつある。off-target遺伝子をマイクロアレイで同定した。これら分子をUSで発現変化させて細胞増殖・浸潤能を検討する。また他の分子標的治療についても検討を行う。起源細胞のひとつであると推察されているヒト間葉系幹細胞でプロテオーム解析/マイクロアレイの結果得られた発現変化する蛋白質/遺伝子をexpression vectorを用いて強制発現して細胞増殖能をWST assayで評価する。細胞移動・浸潤能をin vitroにおいてWound healing assay, Membrane assayを使用して評価する。上記研究で得られた遺伝子のノックダウンによるUS細胞増殖能への効果のin vivoでの検討を行う。上記すべての因子の発現や活性を臨床検体と臨床経過を検討することにより肺転移・化学療法の効果・予後予測に応用するための統計学的解析を行う。予定していた細胞増殖評価系実験で使用する薬剤が予定より安かったので次年度に持ち越しとした。実験費用に余裕があった。次年度の実験に使用する。
街区レベルGHGインベントリに基づく低炭素都市政策の数量的評価手法と中国への応用

低炭素都市計画や都市政策を評価する際には都市の温室効果ガス(U-GHG)を(1)街区レベルで推定することが望ましい。また、国レベルと違って、(2)統計データへの依存が少なく簡素な方法で推定し、(3)政策決定者や市民に分かりやすい結果を出すことが望ましい。特に(2)に関しては、統計データが不十分で排出量削減が急務となっている新興国にとってもたいへん重要であり、世界的に関心を集めている。本研究は日本現行のU-GHG排出量推定方法を検証したうえ、その経験を生かしながら、以上の3点を満たす新しい推定方法を開発し、さらに二酸化炭素排出量世界一の中国の低炭素都市計画・政策評価への応用を試みた。低炭素都市計画や都市政策を評価する際には都市の温室効果ガス(U-GHG)を(1)街区レベルで推定することが必要である。本研究は日本現行のU-GHG排出量推定方法を検証したうえで、その経験を活かしながら、以上の3点を満たす新しい推定方法を開発し、さらに中国の低炭素都市計画・政策評価への応用を試みることを目的とする。26年度は次のことを中心に研究調査を行った。(1)日本、欧米、中国および国際組織の現行のU-GHGインベントリの推定方法、世界主要都市の計算例を調査し、そのレビューを行った。(2)大分県レベルの推定方法について詳しく調べ、新しい年度のGHG排出量を自ら再計算し、このことを通じて、より深く理解できたと同時に問題点についても分析した。また、日本の推定方法を活かした北京市のGHGインベントリ計算もほぼ完成している。(3)上述は都市や地域のGHG排出総量およびその内訳を計算するものであり、低炭素都市計画や都市政策を評価する際には市街地レベルの排出量およびその分布を明らかにする必要がある。そのために、地元別府市を対象として、地理情報システムの構築を行い、これからの研究準備を整えた。27年度は次のことを中心に研究調査を行った。(1)中国の都市レベル、地域レベルのGHGインベントリ推定の現状について、論文や資料を詳しく調べ、レビューをおこない、国際学会でその成果を発表した。(3)低炭素を含め、中国の環境都市の現状、評価方法について総合的な手法を検討し、論文発表を行った。27年度の研究計画通り、日本のU-GHGインベントリ手法の実証および市街地レベルのU-GHGの空間分布について研究を行ってきたが、成果を発表できるのは28年度の予定である。一方、28年度予定だった一部の研究内容を前倒しで実施し、成果を発表することができた。28年度は次のことを中心に研究調査を行った。(2)大分県を例として、日本のU-GHGインベントリ手法の実証および市街地レベルのU-GHGの空間分布について研究を続け、その成果をまとめ、国際有力誌への投稿を計画している。これはU-GHGインベントリ手法の新たな提案になり、今後この分野への貢献になると考えている。現在までに北京市等において調査やデータ分析を行ってきたが、研究目的を達成するためには首都レベルだけでなく、地方都市レベルにおいてもその手法が応用できるかを検証し、推定方法の精度や妥当性を高める必要がある。地方都市レベルの研究は予想以上に困難であり、進み方を考え直す必要があるため、当初の計画より遅れている。

特に(2)に関しては、統計データが不十分で排出量削減が急務となっている新興国にとってもたいへん重要であり、世界的に関心を集めている。本研究は日本現行のU-GHG排出量推定方法を検証したうえで、その経験を活かしながら、以上の3点を満たす新しい推定方法を開発し、さらに中国の低炭素都市計画・政策評価への応用を試みることを目的とする。平成29年度は次のことを中心に研究調査を行った。(2)平成28年度において北京市のGHGインベントリーを作ることができたが、研究目的を達成するためには平成29年度は、首都レベルだけでなく、地方都市レベルにおいてもその手法が応用できるかを検証し、推定方法の精度や妥当性を高める必要があった。この研究背景および日本のU-GHGインベントリー手法の検証に基づく中国地方都市レベルへの応用を目指し、研究調査を行った。低炭素都市計画や都市政策を評価する際には都市の温室効果ガス(U-GHG)を(1)街区レベルで推定することが望ましい。また、国レベルと違って、(2)統計データへの依存が少なく簡素な方法で推定し、(3)政策決定者や市民に分かりやすい結果を出すことが望ましい。本研究は日本現行のU-GHG排出量推定方法を検証したうえ、その経験を生かしながら、以上の3点を満たす新しい推定方法を開発し、さらに二酸化炭素排出量世界一の中国の低炭素都市計画・政策評価への応用を試みた。平成26年の研究実施計画にあげた内容通りに研究を実施したので、おおむね予定したとおりに進展していると考えている。今までの研究をまとめ、学会発表や学会誌への投稿を行うとともに、主に次のことについて取り組む。(1)引き続き大分県を例としたU-GHGインベントリ手法の検証、可視化を行う。(2)中国のU-GHGインベントリ手法開発について、北京以外の中規模都市についてもさらに適用方法を研究する。中国の地方都市レベルの温室効果ガスインベントリについて、日本を含め、世界各国の経験を踏まえながら研究していきたいと考えている。具体的には、浙江省、杭州市および杭州市の区、あるいは江蘇省、蘇州市および蘇州市の区を対象に、北京について用いた研究手法を応用し、検証する。その後、研究成果を取りまとめ、国際誌に投稿する予定である。工学今年度の研究をまとめ、学会発表や学会誌への投稿を行うとともに、主に次のことについて取り組む。(1)大分県を例として、按分法と積み上げ法の両方でGHGインベントリを計算し、その整合性や問題点を明らかにする。(2)市街地レベルのU-GHGの空間分布の可視化について研究を行う。予定通りに研究を行ったが、少量の金額(13,000円ほど)が残った。本研究は統計データに依存しない簡易な方法で、温室効果ガスを街区レベルで推定できる手法の確立を目的としている。現在までに北京市等において調査やデータ分析を行ってきたが、研究目的を達成するためには首都レベルだけでなく、地方都市レベルにおいてもその手法が応用できるかを検証し、推定方法の精度や妥当性を高める必要がある。地方都市における調査を予定していたが、遂行することができなかったため、調査に関する費用や、調査に伴うデータ分析の費用などが残ってしまった。今年度の書籍・資料代として利用する。
DAA治療によるHCV排除後の肝細胞における、可逆的および不可逆的肝障害の解析

HCVの治療効果はDAAにより飛躍的に高まった。HCV排除の目的は慢性肝疾患と全身状態の改善と、肝発がん予防である。しかし、HCVの長期間にわたる持続感染による肝炎による細胞障害、組織障害の分子機構と治療によるその可逆性についてはよくわかっていない。本研究ではHCV感染モデルを用いて、HCV感染肝障害の微細構造変化および遺伝子発現変化を解析し、DAA治療によるウイルス排除後の肝障害改善に資する基盤的研究を実施する。ウイルス培養系において、未感染細胞、感染細胞、排除後細胞を区別できる実験系を構築するためにスイッチング発現系を利用する。平成29年度にはRFP遺伝子の下流にGFP遺伝子を配置したレポーターカセット遺伝子をHuh751細胞に導入して選択培養とソーティングにより、約50%の細胞がRFP陽性となるHuh751-RG細胞株を樹立した。さらにCreを発現する組み換えHCV(HCV-Cre)を構築した。HCV-CreをHuh751-RG細胞に感染することにより遺伝子組み換えがおこり、GFP発現細胞を確認できた。今年度はHuh751-RG細胞をさらに単クローン化した。単クローン細胞ではすべての細胞でRFPを発現した。この単クローン細胞にHCV-Creを感染させると、様々な割合でGFP発現細胞が観察された。そこから、感染細胞あるいは非感染細胞に分離して培養を継続することにより、GFP発現細胞のみでHCV感染が確認され、RFP発現細胞では極めて低いHCV感染が確認できた。さらに、HCV感染した細胞を抗ウイルス薬で処理してHCVを排除した。薬物処理停止後2週間以上経過してもHCVは検出されなかった。以上の実験により、HCV未感染細胞、HCV感染細胞、HCV感染後排除細胞を樹立できた。次年度はこれらの細胞のオルガネラ変化、遺伝子およびタンパク発現変化について解析を進める。昨年度作成した細胞をさらに改良でき、未感染、感染、感染後の細胞を作成できた。来年度はこの細胞系の解析を進めるまず、HCV感染による肝細胞の微細構造変化を解析する。これまで、HCVキャリア患者の肝組織像を解析すると微細構造変化を観察したので、培養細胞で同様の現象を解析する.また、感染細胞をDAAで治療することによりウイルスを排除する。このウイルス排除細胞での細胞内微細構造変化の持続あるいは消失について検討する.これは臨床におけるSVR後の肝障害の持続やHCCの発症の基礎検討につながる。また、微細構造変化だけでなく、遺伝子発現プロファイルについても解析を実施する。C型肝炎ウイルス(HCV)の治療は近年DAAが開発された。DAAにより治療効果は飛躍的に高まったが、ウイルス排除の目的はHCV持続感染による慢性肝疾患と全身状態の改善と、肝発がん予防である。本研究ではHCV感染モデルを用いて、HCV持続感染による肝障害の微細構造変化および遺伝子発現変化について解析し、DAA治療によるウイルス排除後の肝障害改善に資する基盤的研究を実施する。このために、新規HCV感染モデルの構築を行っている。ウイルス培養系において、HCV未感染細胞、HCV感染細胞、HCV排除細胞を区別できる実験系を構築するためにCre-loxPによるスイッチング発現系を利用する。感染レポーターカセットとしてloxp配列にはさまれた、RFP遺伝子の下流にGFP遺伝子を配置した。このレポーターカセット遺伝子をHuh751細胞にトランスフェクションして薬剤選択培養とソーティングにより、FACS解析で約50%の細胞がRFP陽性となるHuh751-RG細胞株を樹立した。Huh751-RG細胞のHCV感受性は親株と同等であった。レポーター発現の異なる細胞のソーティングすることにより、感染細胞と非感染細胞の分離を試みている。29年度研究計画のHCVレポーター細胞、Cre発現ウイルスを開発でき実際に遺伝子組み換えがおこり、レポーター遺伝子発現の変化が観察できた。30年度以降はこの実験系を用いて、HCV感染前後の細胞内変化を観察できる。

そこから、感染細胞あるいは非感染細胞に分離して培養を継続することにより、GFP発現細胞のみでHCV感染が確認され、RFP発現細胞では極めて低いHCV感染が確認できた。さらに、HCV感染した細胞を抗ウイルス薬で処理してHCVを排除した。薬物処理停止後2週間以上経過してもHCVは検出されなかった。以上の実験により、HCV未感染細胞、HCV感染細胞、HCV感染後排除細胞を樹立できた。次年度はこれらの細胞のオルガネラ変化、遺伝子およびタンパク発現変化について解析を進める。昨年度作成した細胞をさらに改良でき、未感染、感染、感染後の細胞を作成できた。来年度はこの細胞系の解析を進めるまず、HCV感染による肝細胞の微細構造変化を解析する。これまで、HCVキャリア患者の肝組織像を解析すると微細構造変化を観察したので、培養細胞で同様の現象を解析する.また、感染細胞をDAAで治療することによりウイルスを排除する。このウイルス排除細胞での細胞内微細構造変化の持続あるいは消失について検討する.これは臨床におけるSVR後の肝障害の持続やHCCの発症の基礎検討につながる。また、微細構造変化だけでなく、遺伝子発現プロファイルについても解析を実施する。まず、HCV感染による肝細胞の微細構造変化を解析する。今年度予定していた感染細胞の解析ができなかったため、29年度の使用額が予定よりも少なくなった。細胞の解析は30年度に実施する予定である。今年度は細胞のクローニング作業のため、遺伝子発現解析までいたらなかった。細胞は今年度完成したので来年度遺伝子発現などの解析作業に研究費を使用する予定
セレンタンパク質生合成における活性型セレン特異的反応の解明

グラム陰性偏性嫌気性細菌Geobacter sulfurreducens由来のExtHは、2つのロダネーゼホモロジードメイン(RHOD)を有する機能未知タンパク質である。ロダネーゼとは、硫黄(S)転移酵素の一種で、チオ硫酸塩からシアン化物にS原子を転移する反応を触媒する酵素である。ExtHは、これら生物種問わず広く存在するユビキタスなロダネーゼと10%程度の低いアミノ酸配列相同性しか示さず、ExtH近縁ホモログはGeobacter属細菌にのみ高く保存されている。また、extH遺伝子は、当研究室で同定されたユニークなマルチヘム含有セレノタンパク質multiheme-containingselenoprotein (MHSEP)遺伝子(extKL)とオペロン(extHIJKLMNOPQS)を形成している。pColdIにextHを挿入した発現用ベクターを大腸菌BL21(DE3)株に導入した。IPTG添加とコールドショックによりextHの発現誘導を行ったところ、可溶性画分と不溶性画分の両方にExtHの存在が認められた。酵素活性は、ExtHが触媒する基質チオ硫酸(S2O32-)からCN-への硫黄転移反応により生成するSCN-を、鉄(III)イオンを用いて呈色させる方法にて測定した。可溶性画分と不溶性画分に約50%ずつの活性が認められた。可溶性画分からの本酵素のアフィニティー精製を試みたがカラムに非吸着であったため、不溶性画分の本酵素をCHAPSにより可溶化して精製を行った。得られた精製酵素の至適pHは8.5、至適温度は55°Cであり、40°C、1 hの熱処理では約90%の活性を保持していた。S2O32-に対するKmは9.5 mM、Vmaxは370 micromol/min/mgであった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。TrxR3610をコードする遺伝子をクローニングしたベクターをE. coli BL21(DE3)に導入し、発現させたタンパク質をNi-NTAカラムを用いて精製した。精製したTrxR3610の吸収スペクトルを測定した結果、FADに由来する375 nmと450 nm付近にピークが認められ、本精製酵素がFADを保持していることが示された。TrxR活性は、DTNBを基質として酵素依存的に生成されるTNBの吸光変化を波長412 nmで測定した。この反応系を用いて、至適温度、至適pH、熱安定性を求めた結果、TrxR3610の至適温度は35°C、至適pHは8.0であった。また活性は50°Cまで維持された。次に、TrxR3610と同様にTrxR976をコードする遺伝子をクローニングしたベクター(pCold_trxR976)をE. coli BL21(DE3)に導入し、TrxR976タンパク質の精製を試みた。しかし、発現させたTrxR976は大部分が不溶化してしまったため、タンパク質精製のために可溶化条件の検討を行った。可溶化条件を検討した結果、E. coliのtrxR欠損株にpCold_trxR976を導入した際に最も可溶化した。本菌をソルビトール・ベタインLB培地にて培養し、発現させたタンパク質をNi-NTAカラムを用いて精製した。精製酵素のスペクトル解析ではFADに由来するピークが認められたにも関わらず、上記のDTNB法ではTrxR活性を示さなかった。以上の結果より、TrxR3610はTrxRとして機能する一方、TrxR976はTrxRとしての機能を持たないことが示された。細菌における新規のセレンタンパク質生合成因子の可能性が示唆されるTrxRホモログTrxR3610について諸性質を解明すると共に,もう一方のホモログであるTrx976は従来のTrxRでは無いことが示唆される結果を得た。本成果は,不明な点の多い細菌のセレンタンパク質生合成因子に関して重要な示唆を与えることから,研究はおおむね順調に進展していると考える。Pseudomonas sp. F2a株由来のTrxAとTrxRをHisタグ融合タンパク質として精製した。また、TrxAの活性中心であるWCxxCモチーフに変異を導入し、変異型TrxA (C33A、C36A、およびC33A/C36A)を作製・精製した。精製したタンパク質を用いて、亜セレン酸を基質とする還元活性を調べた。野生型では還元活性が示される一方で、変異型では野生型と比較して著しい活性の低下が認められた。また、セレン酸、亜硫酸、チオ硫酸を基質とした還元活性測定では、TrxAは活性を示さなかった。これらの結果から、TrxAは亜セレン酸に特異的な活性を有することが明らかとなり、この反応には二つのCys残基が重要であると示された。次に、TrxAの亜セレン酸還元過程における反応中間体の存在および化学形態を調べるために、TrxAと亜セレン酸との反応産物をESI-MSにより解析した。その結果、野生型では、タンパク質単体のピークに加えて、反応中間体と思われるピーク(TrxA + 97 Da)が検出された。一方で、変異型ではC36Aのみにセレン単体(TrxA + 78 Da)が結合した反応中間体と推測されるピークが検出された。

これらの結果から、野生型では活性中心の二つのCys残基にセレン(79.0 Da)と酸素(16.0 Da)を結合した化学形態を形成していることが示唆された。さらに、亜セレン酸と反応させたTrxAの酸化還元状態を調べるために、チオール修飾剤を利用したゲルシフトアッセイを行った。その結果、TrxAは亜セレン酸との反応前後で活性中心である二つのCys残基を消費していることが示された。以上の結果より、TrxAは活性中心にある二つのCys残基の内、まずCys33が亜セレン酸に対して作用することで反応が進行し、次にCys36がCys33に結合したセレンに特異的に攻撃し、TrxA-亜セレン酸中間体を介して安定的にSelDへとHSe-を供給することが示唆された。細菌のセレンタンパク質生合成における、チオレドキシンが介する亜セレン酸還元の詳細な機構を初めて明らかにしており、活性型セレンの特異的経路の解明に大きく寄与する成果を得ていることから、研究はおおむね順調に進展していると考える。グラム陰性偏性嫌気性細菌Geobacter sulfurreducens由来のExtHは、2つのロダネーゼホモロジードメイン(RHOD)を有する機能未知タンパク質である。ロダネーゼとは、硫黄(S)転移酵素の一種で、チオ硫酸塩からシアン化物にS原子を転移する反応を触媒する酵素である。ExtHは、これら生物種問わず広く存在するユビキタスなロダネーゼと10%程度の低いアミノ酸配列相同性しか示さず、ExtH近縁ホモログはGeobacter属細菌にのみ高く保存されている。また、extH遺伝子は、当研究室で同定されたユニークなマルチヘム含有セレノタンパク質multiheme-containingselenoprotein (MHSEP)遺伝子(extKL)とオペロン(extHIJKLMNOPQS)を形成している。pColdIにextHを挿入した発現用ベクターを大腸菌BL21(DE3)株に導入した。IPTG添加とコールドショックによりextHの発現誘導を行ったところ、可溶性画分と不溶性画分の両方にExtHの存在が認められた。酵素活性は、ExtHが触媒する基質チオ硫酸(S2O32-)からCN-への硫黄転移反応により生成するSCN-を、鉄(III)イオンを用いて呈色させる方法にて測定した。可溶性画分と不溶性画分に約50%ずつの活性が認められた。可溶性画分からの本酵素のアフィニティー精製を試みたがカラムに非吸着であったため、不溶性画分の本酵素をCHAPSにより可溶化して精製を行った。得られた精製酵素の至適pHは8.5、至適温度は55°Cであり、40°C、1 hの熱処理では約90%の活性を保持していた。S2O32-に対するKmは9.5 mM、Vmaxは370 micromol/min/mgであった。申請時の計画の通り,セレンタンパク質生合成因子の発現解析を行う予定である。また,2016年度の結果を踏まえて,TrxRの更に詳細な構造機能解析も行う予定である。申請書の計画に沿って最終年度の研究を遂行するとともに、最近新たな知見を得た、G. sulfurreducensの亜セレン酸還元経路について、新奇経路の解明を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
海馬の空間記憶・学習能力を指標とした咀嚼筋の活性化によるストレス減弱効果

本研究は咀嚼器官と脳機能との関連性を明確にすることにある。本研究期間では、咀嚼器官を活性化することによりストレス性に減弱する長期増強現象(Long Term Potentiation : LTP)を回復させることを報告した。さらにその口腔器官から大脳へのネットワークのメカニズムに海馬のヒスタミン受容体が関与している可能性を報告した。本年度は、研究計画の実験1と実験2に該当する、モリス水迷路を用いた行動生理学的検討と海馬スライスを用いた電気生理学的検討に従事した。設備や技術面では、ほほ問題は見当たらず実験の開始時期はスムーズであった。現在の進行状況としては、モリス水迷路の実験において、実験群を拘束ストレス群と拘束ストレス負荷中に木の棒を咬ませストレスの発散の手段を与えた群に分け、各条件終了後、モリス水迷路にて海馬の空間記憶を指標に噛む行為のストレス減弱効果について検討中である。行動実験であるため、ラットの個体差や周辺環境の安定の困難性から多量の実験動物を必要とすることもあり、進行状況は計画通りとは言い難いが、ストレス群に比べ、ストレス発散の手段を与えた群は、学習効果が高いという傾向が得られた。さらに各群の脳を摘出し、脳切片を作成後、免疫組織学的手法にて、Fosタンパクの発現量を比較し検討しているところである。行動実験にて確実に噛むことのストレスの減弱効果が確認できたら、電気生理的実験に取り掛かる予定である。研究目的でも示したように、全身の一器官としての口腔機能の重要性を歯科の立場から立証するためには、ストレスによって低下した空間学習能力が噛むことで回復するという現象を確認し、ネットワークを解明していくことが重要である。20年度の課題となる、咀嚼器官から高次脳への入力系の解明の手がかりとして、ヒスタミンをターゲットとして、今後実験を進めるにあたりヒスタミンの投与量、投与法などの予備実験を同時に進めた。本研究の目的は咀嚼器官と高次脳機能とのクロストークの科学的根拠の解明である。行動生理学・電気生理学的に咀嚼器官の活性化によるストレス軽減の現象をとらえ、その現象に対する口腔と高次脳とのネットワーク、メカニズムを検証し、斬新の一器官としての口腔機能の重要性を歯科の立場から立証する。本年度は、研究計画では実験3と実験4に該当する咀嚼器官から入力系の検証に従事した。また、19年度に計画通りに遂行できなかった課題についても実験を行った。2年間の成果としては、行動実験において設備、環境、実験の施工状況に関して問題はなかったが論文となるような先進的なデータがなかった。一方、電気生理的実験に関しては、咀嚼器官の活性化はストレス減弱効果の立証と咀嚼器官からの入力経路の解明の手掛かりとなる可能性が示唆される結果を報告することができた。咀嚼器官の活性化は拘束ストレスにより減弱する海馬CA1領域の長期増強(LTP)を回復させることが考えられ、その回復はグリシンを投与することによってストレス群でも観察できたことからNMDA受容体が関与しているであろうと考察した。実験4に該当する神経ヒスタミンの実験において、ヒスタミンH1受容体のアンタゴニストであるpyrilamineを用いることで咀嚼器官の活性化によるストレス減弱効果はヒスタミンが関与する可能性が示唆され現在、論文を投稿中である。これらの結果は更なる詳細なメカニズムの検討を重ねる必要はあるが、先駆的な実験系のため大変意義のあるデータでる。
サルコペニア高齢者の骨格筋毎の容積特性ならびに有酸素運動による適応効果の検証

本研究の目的はサルコペニア高齢者の骨格筋容積の特徴を調査すること(1),有酸素運動による効果を検証すること(2)である.研究1ではサルコペニア高齢者15名(S群)および非サルコペニア高齢者16名(NS群)を対象として, MRIを用いて大腿部の筋容積を測定した.研究2では81名の高齢者を運動群と対照群に割り付け, 12週間の介入効果を検証した.研究1の結果,伸筋群ではS群はNS群に比べ,外側広筋(VL),中間広筋(VI),内側広筋(VM),半腱様筋(ST),長内転筋及び短内転筋(AL+AB)が有意に低値を示した.研究2では,運動群のみ筋量増加が認められた.若年者、サルコペニア高齢者ならびに非サルコペニア高齢者を対象にMRIとCT測定を実施し、骨格筋容積を定量化する予定である。現在、若年者の測定が完了し解析段階に入っている。また、約800名の高齢者に対し、部位別多周波生体電気インピーダンス分光法(S-BIS)を用いた筋量測定ならびに身体機能バッテリーテストを実施し、サルコペニア該当者のスクリーニングを行う。すでに調査依頼を郵送し、測定を行う準備が完了している。実際に参加する人数は、これまでのリクルート率から計算すると約400名であると予想されるため、その中からサルコペニア高齢者を抽出する。先行研究を基に、約15%がサルコペニアに該当すると予測し、該当者に郵送にて運動介入研究の参加依頼を行う。同意の得られた40名に対し、介入を実施し、そのうちの10名にMRIとCT撮像を実施する(体幹部および下肢)。また、介入参加者の性と年齢でマッチングさせた非サルコペニア高齢者80名との比較を行う。なお、MRIの撮像に関してはそのうちの10名に協力を依頼する。その後、抽出されたサルコペニア高齢者を対象に、運動グループ、観察グループに分けて6か月間の介入を行う。運動介入グループには週当たり180分のステップ昇降運動とスロージョギングによる有酸素運動を実施。心音を用いた運動負荷試験に基づく運動処方を個別に作成し、定めた運動強度で教室と自宅での運動を行う。両群ともに介入前後に検査を実施し、各筋の容積変化をMRI画像を基に算出する。調査フィールドである町役場とは綿密に連絡を取っており、今後滞りなく測定や運動教室が展開できる予定である。本研究は,サルコペニア高齢者を対象にCT・MRIによる下肢筋群の筋毎の容積を定量化し,筋萎縮の特徴を検討した.サルコペニア高齢者は非サルコペニア高齢者に比べ,外側広筋(VL),中間広筋(VI),内側広筋(VM)の容積が有意に低く(P < 0.05),大腿直筋(RF)は低い傾向を示した(P = 0.054).大腿四頭筋全体の面積に対する各筋の占める割合では,いずれの部位にも有意差を認めなかった.また,軽強度の有酸素運動(スロージョギング)による介入研究を行い,サルコペニア高齢者および非サルコペニア高齢者への身体機能及び筋肥大効果について無作為化比較試験により検討した. 12週の介入後,運動群でのみ身体機能と筋量の有意な増加が認められ,その効果量はサルコペニアの有無に関係なく同様であった.本研究の結果より,サルコペニアでは大腿四頭筋は各筋一様に萎縮することが明らかとなり,軽強度のスロージョギングはサルコペニアの予防改善に有効であることが示唆された.本研究の目的はサルコペニア高齢者の骨格筋容積の特徴を調査すること(1),有酸素運動による効果を検証すること(2)である.研究1ではサルコペニア高齢者15名(S群)および非サルコペニア高齢者16名(NS群)を対象として, MRIを用いて大腿部の筋容積を測定した.研究2では81名の高齢者を運動群と対照群に割り付け, 12週間の介入効果を検証した.研究1の結果,伸筋群ではS群はNS群に比べ,外側広筋(VL),中間広筋(VI),内側広筋(VM),半腱様筋(ST),長内転筋及び短内転筋(AL+AB)が有意に低値を示した.研究2では,運動群のみ筋量増加が認められた.サルコペニア該当者の抽出測定が27年度に実施することとなり、募集開始時期がやや遅れている。現在、段階的に募集を実施しており、5月末の対象者には連絡済みである。その後9月まで400名を目標に段階的に募集を行う。27年度が最終年度であるため、記入しない。応用健康科学若年者、サルコペニア高齢者、非サルコペニア高齢者の骨格筋容積の比較を行う。また、サルコペニア高齢者に対して有酸素運動による介入を行い、筋肥大効果を検証する予定である。また本年度はMRIデータを解析する予定であるが、解析には多くの時間と正確な解析技術が求められるため、2名の技術者で各データ2回以上の解析を実施し、妥当性と信頼性の高い解析を行う予定である。
細胞のガン化とその悪性化のシグナル伝達とがん細胞に特徴的なエネルギー代謝系の構築

申請者らは、悪性度の高いがん細胞で、II型ヘキソキナーゼが多量に発現しているという事実をつきとめることに成功した。しかし、がん細胞で「どのようにして」II型ヘキソキナーゼが多量に発現するようになるのかは未だ明らかでない。そこで、本研究では、がん細胞におけるII型ヘキソキナーゼの転写亢進機構の解明に向けた研究を行った。得られた知見は以下の通り。1.まず、どのような条件下で、II型ヘキソキナーゼの転写レベルが亢進するようになるのか、条件の検索を行った。その結果、がん細胞を腹腔内で増殖させるか、あるいはシャーレ中で培養するかという培養条件の変化だけで、II型ヘキソキナーゼの転写レベルの顕著な変動が起こることを見いだした。また、やはりがん細胞で高い転写レベルを示すことが知られている1型の糖輸送担体についても解析を行ったところ、細胞の増殖条件に応じて、その転写レベルも、著しく変動することが明らかになった。2.次いで、このような変化をもたらす要因を明らかにするために、低酸素と血清応答性因子の関与の可能性を検討した。その結果、1型の糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルに対し、低酸素はほとんど影響しなかったが、血清刺激によって、これらの転写レベルが特異的かつ顕著に亢進することを見いだした。これらの実験結果から、がん細胞では、その増殖条件の変動に伴って、1型糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルが劇的に変動し、特徴的な糖代謝経路が形成されることならびにその形成を支配している主たる要因が血清応答性因子であることを結論した。申請者らは,がん細胞で営まれているエネルギー代謝系のキャラクタリゼーションと,これをターゲットとした抗がん剤の開発研究に従事している.これまでの研究で,がん細胞ではII型ヘキソキナーゼと,1型グルコース輸送担体が,その特徴的な糖代謝系の構築に寄与していることを見いだしてきた.本研究では,糖代謝を司るこれら2つの遺伝子の協調的発現の普遍性について,1)正常細胞をウイルスで形質転換した場合,2)正常細胞を血清刺激した場合および3)がん細胞の培養条件を変化させた場合の3通りの場合に関して,検討を加えた.その結果,正常細胞をがん化させた場合には,1型グルコース輸送担体の転写が亢進する場合と,しない場合とがあることが報告されていたが,1型グルコース輸送担体の転写が亢進する場合には,必ず,II型ヘキソキナーゼの転写も亢進していることが明らかになった.また,正常細胞を血清で刺激した場合には,II型ヘキソキナーゼと1型グルコース輸送担体の転写の協調的な亢進が観察され,他のヘキソキナーゼアイソザイムではこのような変化は観察されなかった.更に,がん細胞を,嫌気的条件に曝すと,発現していたII型ヘキソキナーゼと1型グルコース輸送担体の転写が,更に劇的な亢進を遂げることを見いだした.この場合にも,転写の亢進は,他のヘキソキナーゼでは観察されなかった.以上の結果から,II型ヘキソキナーゼと1型グルコース輸送担体は,細胞のがん化のシグナルおよびその悪性化のシグナルに呼応して,転写を亢進し,がん細胞に特徴的な糖代謝系を構築していることが結論された.代表研究者らは、これまでの研究で1)がん細胞ではII型ヘキソキナーゼ転写レベルが顕著に亢進していること、2)II型ヘキソキナーゼの転写レベルの亢進は1型の糖輸送担体の転写レベルの亢進と協調的であること、および3)これらの転写亢進が、がん細胞の培養条件の変化だけによってももたらされることを見いだしてきた。

本研究では、何がこのような協調的な転写レベルの変動をもたらすのかを明らかにするために、酸素濃度(低酸素)と血清刺激の効果について検討した。まず、AH130細胞での1型の糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルに対する低酸素の影響について検討したところ、転写レベルの亢進はほとんど認められなかった。そこで次に、細胞を血清刺激した場合の変化について検討した。その結果、血清刺激開始24時間後に、1型の糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルが、顕著に亢進することを見いだした。このような変化は、1型の糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルに特異的であり、他の糖輸送担体やヘキソキナーゼアイソザイムでは認められなかった。これらの結果に基づき、代表研究者らが見いだしたがん細胞の培養条件の変動に伴う1型の糖輸送担体とII型ヘキソキナーゼの転写レベルの劇的な亢進が、血清応答性因子をメディエーターとして引き起こされていることを結論した。
先進的な高階書き換え理論に基づく遅延評価関数型プログラムの検証

本研究では、定理自動証明や代数的仕様記述の分野で用いられてきた書き換えシステムに基づく検証手法を、プログラムおよびプログラミング言語の性質を証明するために適した方向へ拡張し、ソフトウェアの信頼性を向上させる技術として役立てることを目的としている。具体的には、研究代表者らが近年開発を進めている新しい高階書き換え理論に基づいて、主に遅延評価の関数型プログラムの性質を可能な限り自動で検証するための枠組みを構築することを目指す。
超臨界および亜臨界+炭化水素+アルコール系の高温高圧相平衡に関する研究

多成分系相平衡側定が可能となる流通型の測定装置を新規に作製し、高温高圧水を含む系の相平衡測定を行った。本測定装置ならびに操作手順の妥当性を確認するために、現在までに報告されている548,573Kにおける水+2-プロパノール系および573K,20.0MPaにおける水+ヘキサン+ヘキサデカン系の測定を行った。本測定結果は文献値を再現しており、本測定装置ならびに操作手順が高温高圧水を含む多成分系相平衡測定に妥当であることが確認された。水+アルコール系の気液平衡測定結果より、温度一定下においてアルコール分子の炭素原子数を大きくすると、気相ならびに液相線は低圧側へシフトすることが示された。これは、アルコールの分子量が増加することにより、凝縮性が強くなったためであると考えられる。水+炭化水素+アルコール系の測定において、炭化水素分子ならびにアルコール分子の炭素原子数を変化させた場合の相挙動について検討した。炭化水素分子をデカンからヘキサンに変えた場合、2相領域は小さくなり、アルコール分子を2-プロパノールから2-ブタノールに変えた場合、タイラインの傾きに変化がみられた。これは、水と炭化水素、アルコール分子の溶解性が影響していると考えられる。SRK状態方程式の引力項に指数型混合則を適用した相関モデルにより、得られた測定データの相関を行った。相関結果は、水+アルコール、水+炭化水素+炭化水素、水+炭化水素+アルコール系のすべての系において測定データを再現することができた。量子化学計算であるCOSMO-RS法をGE型混合則に適用し、実測値によるデータフィッティングを必要としない新たな相平衡推算手法を提案した。本推算手法を用いて、高温高圧水を含む多成分系の相平衡推算を行ったところ、推算結果は相挙動を大略を再現することが示された。
廃棄物埋立処分場での水みち流れの生成と汚染物質移動に与える影響

本研究では、廃棄物埋立処分場での水移動・溶質移動で重要な役割を果たす水みち流れを検討対象とした。主な検討結果は以下である。1.模擬廃棄物層の透水性と流出応答特性粒子とフィルムでなる模擬廃棄物層による検討で、フィルムが混在すると透水係数は体積含水率の影響を受けやすくなり、また流出応答が遅くなること、体積含水率と透水係数の関係にヒステリシスがあること、無水分状態で混合したときには透水係数測定値のバラつきが大きくなることが明らかとなった。2.水みち流れによる汚染物質の移動不飽和粒子層中の水みち流れについては、水みち形成の有無は重力と毛管力を比較することで判断できること、汚染物質移動は水みち中の移流が主であること、水みちのフラクタル次元は空隙が大きいほど小さいことが明らかとなった。さらに、廃棄物層中の大きな面が流れに対する障害面になるときは、毛管力により面の陰の部分にも溶質が浸透し、浸透範囲は空隙が小さいほど、面が鉛直に近いほど大きいこと、各水みちは濃度変化が異なり、それにより流出位置により濃度変化が異なり、全体の流出水濃度時間変化は、見かけ上非対称になることが明らかとなった。3.「水みち侵入モデル」によるシミュレーションの可能性重力と毛管力の複合力で水みちが形成される「水みち侵入モデル」は、上記(2)のようなフラクタルな水みち流れを再現できた。また、障害面のあるときの流れについても、面の陰の部分への浸透をある程度再現できた。しかし、このモデルでは面に沿った流れを考慮していないため、後者では浸透範囲は実験よりも小さくなった。本研究では、廃棄物埋立処分場での水移動で重要な役割を果たす水みち流れを検討対象とした。本年度の具体的目的とその成果は以下である。1.模擬廃棄物層の透水性と流出応答特性の検討模擬廃棄物は、粒子状物質とフィルム状物質の混合物とした。実験により、フィルム状物質の混在により透水性、流出応答がどのように影響されるかを検討した。また、多数回の測定での結果のバラつきも検討した。その結果、フィルム状物質が混在すると透水係数は体積含水率の影響を受けやすく、また流出応答が遅くなることが明らかとなった。これは層中の水の連続がフィルム状物質によって寸断されるためと考えられた。また、その他に、体積含水率と透水係数の関係にヒステリシスがあること、無水分状態で混合したときには透水性測定のバラつきが大きくなることも明らかとなった。2.水みち流れによる汚染物質の広がりの検討実験により、不飽和粒子層中に水みち流れが生じたときの汚染物質の広がりを検討した。また、水みち流れの形状をフラクタル次元で評価した。その結果、水みち流れ生成の有無は空隙中での重力と毛管力の影響を比較することで判断できること、汚染物質の広がりは水みち流れの中の移流が主要因であり拡散の効果は相対的には小さいこと、水みちのフラクタル次元は空隙が大きくなるほど小さくなることが明らかとなった。本年度は、水みち流れの検討を粒子層で行った。次年度は、その方法を模擬廃棄物層に適用して、より実際の廃棄物に近い状態で水みち流れの影響を検討する予定である。本年度は、焼却灰中にフィルム状物質が混在する廃棄物を想定し、大きな面が流れに対する障害となる不飽和層での実験と、「水みち浸入モデル」によるシミュレーションを行った。その結果は以下である。1.障害面が存在する不飽和層での実験(1)障害面が存在するとき、毛管力による水平方向移流により面の陰の部分にも溶質が浸透する。浸透範囲は、粒子間空隙が小さいほど、面が鉛直に近いほど大きい。

(2)障害面により形成される水みちはそれぞれ濃度変化が異なり、そのため流出位置により濃度変化が異なる。(3)水みち毎の濃度変化の差は、各水みちと非可動水との接触条件の差によると考えられる。粒子間の空隙が小さいと水みち同志が接触し、濃度が均一化され、この差は小さくなる。(4)水みち毎に流出量・濃度の時間変化が異なることにより、全体の流出水濃度変化は、見かけ上非対称になる。2.「水みち侵入モデル」によるシミュレーション(1)重力と毛管力の複合力で水みちが形成される「水みち侵入モデル」は、面の陰の部分への浸透を再現できる。しかし、このモデルでは面に沿った流れを考慮していないため、浸透範囲は実験よりも小さくなる。(2)シミュレーション結果によると、空隙が小さいとき、流量が大きいときに、非可動水の比率が小さくなる。
好奇心駆動型の知的な多スウォームの探索方法による動的システムの知識獲得

平成24年度において、第一に、好奇心駆動型の知的な多スウォーム探索法のベースとする多スウォーム探索のMPSOIW(Multiple Particle Swarm Optimizers with Inertia Weight)方法の有用性を調べるため、多目的最適化に適用した。得られた計算機実験の結果より、探索コストと各粒子群の間の協調動作を配慮せず、その高い探索性能が検証できた。第二に、探索環境の変化を感知可能なセンサーに関して、計算コストの要因を考慮しない状態で変動中の最適解を精度よく推定するために、平均値推定手法ではなく確率的推定手法を用いた方が予測誤差は小さいことを判明した。これによって、少ない探索で最適解を見出すことができる。第三に、動的な探索環境の下でLoevensteinの提唱した好奇心発生の仮説に対し、環境変化を感知可能なセンサーの導入で工学的に説明することが可能である。第四に、擬似動的な探索環境の条件下で知的な多スウォーム探索システムを構築し、その実行性と整合性の検証を行った。H22年度においては、あるタスク達成の最適な群行動を実施するための好奇心駆動型の知的な多スウォームの探索方法について、その構成のアルゴリズムの開発と実験認証を行った。実施した研究の成果としては、第一に、すでに提案したの進化的粒子群最適化(Evolutionary Particle Swarm Optimization)の手法に基づいて、三つのオリジナル粒子群最適化器、即ち単純なPSO、CPSOとPSOIWに対してそれぞれのパラメータ選択を実施した。最良のパラメータを有する、これらの最良の最適化器の探索性能を比較し、PSOIWの方が他の最適化器により顕著な収束性と高い解精度を有することが判明された。第二に、考案の好奇心駆動型の知的な多スウォームの探索方法は、各粒子群の間の協調行動や計算コストなどを考慮しない前提で、最良の最適化器の利用や並列探索、ハイブリッド探索(粒子群探索+局在化ランダム探索(Localized Random Search))および拡散的好奇心の導入との統合方式を採用した。その有効性と探索効果については、一式の多次元のベンチマック問題を解く計算機実験を行い、当該アルゴリズムの潜在的な特徴および探索性能の検証を行った。得られた実験結果により、静的な最適化問題を解く場合では、効率よく最良解が求められることを確認できた。以上の研究で、確立した好奇心駆動型の知的多スウォームの探索方法を更に拡張し、その上で、得られる動的な最適化問題の情報を統合・集約し、協調性と知的性の持つ多スウォームの探索が実現可能である。H23年度においては、段階的にあるタスク達成のため、知的な群探索の根幹である最適化器の最適化(メタ最適化)、即ち単純なPSO、PSOIWとCPSOのパラメータ推定に関して、論文発表を通じてその推定メカニズムや特徴などを明確し、進化的計算によるモデル決定の方法(Evolutionary Particle Swarm Optimization)を確立した。最良の最適化器の設計ヒントを明確することで、単一の粒子群探索の性能向上が確認された。その上で、探索コストや各粒子群の間の協調行動などを配慮せず、多スウォームの冗長探索とハイブリッド探索を重点的に検討した。多スウォーム探索に局在化ランダム探索を融合したハイブリッド探索の並列的な実施により、更なる高い探索性能を得ることを検討した。その検証例として、改良型のマルチ慣性重み付き粒子群最適化器(MPSOIWα)を用いて、動的な加重和手法の枠組みで多目的最適化問題を解く計算機実験を行った。得られた実験結果の比較により、高い解精度と解分布などの特徴を有することが判明された。これに従って、提案してきた多スウォーム探索の有意性と実用性を明らかにした。この研究成果に対し、国際エンジンニア協会(IAENG)主催の国際会議IMECS2G12の発表で話題になってベスト論文賞を受賞した。その一方で、知的な多スウォーム探索システムの構築については、可変の探索環境の下でLoewensteinの提唱した好奇心発生の仮設を工学的な方法で如何に実現するかを検討した。この場合、動作協調のための探索システム全体の稼動性と妥当性に対して、ある特定な環境の下で計算機実験を通じて検証する必要があることを確認した。または、感知可能なセンサー付き多スウォーム探索システムの構成については、平均値推定法の利用試行を行った。変動の探索環境において変動中の最適解の空間位置をより高く推定するために、確率的推定法の導入が不可欠であることを結論した。

第四に、擬似動的な探索環境の条件下で知的な多スウォーム探索システムを構築し、その実行性と整合性の検証を行った。知的な多スウォーム探索システムを構築することについては、主な問題点と検討事項を部分的に議論・検証したが、システム全体としての情報処理や稼動状況などの整合性と妥当性は十分な検討をする必要があるからである。多様な探索状況を想定した上で、知的な多スウォーム探索システムに対して、その情報処理や稼動状況などを重点的に調べ、不都合の箇所を解消する。