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高性能・高安全なバイオメトリクス認証システムの開発

本研究では,掌紋認証を例として,バイオメトリクス認証システム(生体認証システム)の性能向上と安全性の向上の両面から取り取り組んできた.具体的には,撮影時に生じる生体画像の複雑な変形を高精度に補正することで.システムの認証性能を向上させた.また,画像そのものをデータベースに登録するのではなく,画像の位相情報を登録することで,登録データに秘匿性を持たせ,システムの安全性を向上させた.本研究では,掌紋認証を例として,バイオメトリクス認証システム(生体認証システム)の性能向上と安全性の向上の両面から取り取り組んできた.具体的には,撮影時に生じる生体画像の複雑な変形を高精度に補正することで.システムの認証性能を向上させた.また,画像そのものをデータベースに登録するのではなく,画像の位相情報を登録することで,登録データに秘匿性を持たせ,システムの安全性を向上させた.平成20年度は,以下の2項目について検討した.1.位相限定相関法を用いたバイオメトリクス認証アルゴリズムの高性能化を検討した.特に,本年度は,カメラなどで取得した生体特徴画像に含まれるひずみを正確に補正することで,大幅な認証性能の向上を図った.その一例として,ひずんだ掌紋(手のひら)画像の場合,拡大縮小,回転,平行移動の補正だけでは正確に画像間の位置を合わせることができないため,認証性能も低下する問題があった.画像間のひずみは,局所的なブロックがそれぞれ異なる方向に平行移動していると考えられることに着目した.そこで,画像ピラミッドによる粗密探索と位相限定相関法を用いた局所的な画像ブロックのマッチングを組み合わせた対応点探索を用いて登録画像と入力画像の対応点を高精度に求め,その対応関係から変形パラメータを推定し,画像のひずみを補正する新しいアルゴリズムを検討した.2.広く公開され,標準的に性能評価に用いられている掌紋画像データベース(香港理工大學が公開しているPolyU PaImprint Database)およびカメラで手のひらを撮影して収集した掌紋画像データベースを用いて, 1.で検討した認証アルゴリズムの性能を評価した。特に, 1で提案したアルゴリズムに含まれるひずみ補正の有効性および従来法との性能比較などを総合的に実証した.また,他のバイオメトリクス認証(例えば,歯科X線画像など)においても同様なひずみ補正アルゴリズムが有効に活用できるかについて検討した.平成21年度は,以下の2項目について検討した.1.平成20年度に検討した高性能なバイオメトリクス認証アルゴリズムの安全性を向上させるために,画像をフーリエ変換したときに得られる位相情報を利用し,秘匿性を有する登録データの生成手法を検討した.画像の位相情報は,一見すると乱数のように一様に分布しているため,そのままでは何を表しているか読み取ることができない.ただし,逆フーリエ変換することで,元の画像の輪郭が現れてしまう問題があるため,位相情報をそのまま登録するのではなく,認証に有効な複数の局所ブロックの位相を抽出し,さらに値(位相)を量子化することで,元の画像に戻すことができないデータを生成する手法を検討した.また,位相情報を登録データとすることで,安全性を向上させるだけではなく,適切な量子化レベルに設定することで,認証性能を低下させることなく登録データの容量も削減できることを性能評価実験により実証した.2.バイオメトリクス認証の一例として掌紋認証に着目し,性能評価に用いられている標準的なデータベース(PolyU Palmprint Database)やカメラを用いて撮影した掌紋画像データベースを用いて,平成20年度および平成21年度に検討した認証アルゴリズムの性能を評価した.認証性能や処理速度だけではなく,登録データの秘匿性やデータ容量などについても評価した.また,顔などを用いたバイオメトリクス認証においても提案する認証アルゴリズムが有効に活用できるかを検討した.
真核細胞の遺伝子スイッチの揺らぎと制御の理論

真核細胞の遺伝子発現の原理を理論的に研究した。遺伝子発現の統計力学モデルを展開し、確率流を渦として表現する理論を開発して、多段階の非断熱揺らぎを含む超非断熱揺らぎの重要性を示した。ゲノム分子動力学を開発し、出芽酵母の遺伝子活性と遺伝子の核内空間配置分布との相関を示す結果を得たほか、ヒトにおけるゲノム分子動力学の方法論を開発した。胚性幹細胞の遺伝子発現パターンの揺らぎと遷移を分析して、平均場理論、数値計算により超非断熱揺らぎの効果を解析し、断熱近似を適用した際には存在しない豊富な種類の細胞状態間遷移経路の存在の示唆を得て、計算と理論を比較する枠組みを示した。25年度には、24年度の成果をまとめ、論文として公表する仕事を行った(PNAS, 2013, PLOS Comp Biol 2013など)。さらに25年度には、多段階の非断熱揺らぎを含む超非断熱揺らぎの理論を検討し、平均場理論、数値計算により、断熱近似を適用した際には存在しない豊富な種類の状態間遷移経路の存在の示唆を得た。また、この結果を胚性幹細胞シミュレーションに適用するための準備が行われた。ゲノムMDの方法を発展させるために、実験データのバイアスを除く方法を検討し、その効果を検討した。また、出芽酵母のゲノムMDにより、遺伝子活性と遺伝子の核内空間配置分布との相関を示す結果を得て、さらに分析を続けている。ゲノムMDの方法をヒトゲノムに適用するための方法を開発し、染色体テリトリーの安定性、染色体テリトリー界面の性質などについて、予備的な結果を得ている。二倍体のゲノムMDに必要な、自己無撞着的計算法について種々の検討を行い、大規模計算のための準備を行った。24年度には,代表者の他,連携研究者2名,研究協力者(国外1名),大学院生2名,雇用した研究員2名の態勢を得て,次の4つの計画をスタートさせた。(1)これまで展開してきた遺伝子発現の統計力学モデルの経路積分表示(PNAS 2003, J. Chem. Phys. 2007)をさらに発展させ,ニューヨーク州立大学のJin Wang教授との共同研究により,非断熱揺らぎを確率流の渦として表現する新手法を発展させた。(2)準備段階で計算してきたDNAループ形成のモデル(Biophys. J. 2011)をもとに,クロマチン構造変化のダイナミクスを表すモデルの構築を開始した。(3)準備段階で用意してきたゲノムMDの方法(Biophys J.2012)をさらに整備し,ゲノム立体構造の変化による遺伝子制御機構が存在する可能性を分析した。(4)現在受入中の研究費である挑戦的萌芽研究による,胚性幹細胞のコア遺伝子ネットワークの確率シミュレーションの結果を利用し,上記の(1)超非断熱揺らぎ(2)クロマチン構造ダイナミクスの2つの結果をもとに,モデルの改変による遺伝子発現シミュレーション結果への影響を概念的に整理して,計算と実験を比較するための枠組みを明らかにした。26年度には、25年度の成果をさらに拡張し、真核細胞におけるヒストン状態の変化やクロマチン構造の変化を離散的な状態変数により表現して、遺伝子の非断熱揺らぎの理論を展開した。この結果はニューヨーク州立大学のWang教授のグループとの共同研究として、投稿準備中である。また、この方法を用いて分化した細胞から多能性のある細胞へのリプログラミング過程を記述するための遺伝子スイッチング理論を開発し、非断熱揺らぎがスイッチング過程に大きな影響を与えることを示した。この結果は国際会議で報告し、http://arxiv.org/にプレプリント論文として公開したほか、学術誌への投稿準備が進んでいる。この結果に基づき、ランジュバン動力学計算およびフォッカープランク方程式の方法により、循環流とランドスケープによる分析を行い、非断熱揺らぎによって遺伝子スイッチに生じる特徴的な揺らぎの構造を解析する理論を展開した。また、出芽酵母のゲノム動力学計算について、Hi-C実験データのバイアスを除く方法を適用して計算方法を発展させ、遺伝子活性が低い遺伝子は核膜に近い場所に、活性が高い遺伝子はセントロメアからやや離れた位置で核の内側に局在する傾向をシミュレーションによって示した。さらにゲノム動力学計算の方法をヒトゲノムに適用するため、二倍体のゲノムMDに必要な自己無撞着的計算法を開発し、大規模計算を行った。染色体テリトリーの分布や相同染色体ペア間の差異について、計算結果を分析した。26年度が最終年度であるため、記入しない。理論生物物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝子スイッチの非断熱揺らぎについて、新しい理論をまとめ、PNAS誌に公開した(Zhang et al., PNAS 2013)。また、ゲノムMDについて様々な理論的検討を加え、計算法を改良している。これらの結果は、複数回の国際会議で公表された。

遺伝子スイッチの非断熱揺らぎについて、非断熱揺らぎを循環的速度流として表現する新しい理論を構築した。また、その基礎となる非断熱揺らぎの理論について、さらに深い分析を行った。一方、ゲノムMDによるクロマチン構造の研究を進め、モデルを洗練させて、クロマチン構造と遺伝子発現の相関についての分析を行う準備を整えた。また、上記の結果を総合して、遺伝子ネットワークの振る舞いが非断熱揺らぎに大きく影響を受けることを示し、真核細胞の理解への道を開拓した。複数の遺伝子を含むネットワーク回路について、循環流の方法を用いた非断熱揺らぎの理論を展開し、胚性幹細胞の中心的な遺伝子を含む多数の遺伝子のネットワークに適用して、実験と比較可能な理論に改良する。この研究は、米国の理論グループや国内の実験グループとの連携により進める。また、多段階の非断熱揺らぎの効果について、数値計算と理論的解析を進める。出芽酵母のゲノムMDを展開し、実験との比較を進める。ヒトゲノムMDを実効し、ヒトゲノム構造揺らぎについての新しい解析法を提案する。ゲノムMDの方法をさらに進展させ、実験と比較して有効な理論とするとともに、非断熱揺らぎの統計力学理論、遺伝子ネットワークシミュレーションと合わせて、真核細胞の遺伝子発現をマルチスケールで解明する研究を推進する。
核媒質中のハドロン性質におけるカイラル対称性の役割とカイラル対称性の部分的回復

本研究課題は、核媒質中のハドロンに対するカイラル対称性の役割を調べ、部分的回復を系統的に研究することを目的にし、核媒質中の中間子に対するカイラル有効理論を確立させることを目指す。本年度は、K中間子光学ポテンシャル、ハドロン構造におけるダイクォークの役割、QCD真空におけるUA(1)量子異常の役割、幅の広いS=+1共鳴状態について研究を行った。1.K中間子原子のエネルギースペクトルからK中間子光学ポテンシャルの強さを求め、強い相互作用による斥力的エネルギーシフトの起源を解明した。従来の理解では、大きな実部によりK中間子原子核状態が形成され、その準位反発により斥力シフトになると考えられてきたが、実際は、K中間子光学ポテンシャルは虚部が大きいため吸収が大きく、これが斥力シフトの起源になっていることを突き止めた。2.ダイクォーク・クォーク模型を用いて、チャームクォークを含むバリオンの質量スペクトルからダイクォークの質量を調べた。また、sクォークとud反ダイクォークとの間に対称性を仮定して、ハドロン質量スペクトルを系統的に表現できる可能性を検討し、対称性の破れに伴う質量公式を導いた。3.カイラル有効理論(線形σ模型とNJL模型)を用いて、強い相互作用の真空におけるUA(1)量子異常項の役割を調べた。UA(1)量子異常が主体的にカイラル対称性を破る可能性があることがわかり、その場合はσ中間子の質量が小さくなる。したがって、軽いσ中間子質量を説明するには、UA(1)量子異常項によるカイラル対称性の自発的破れが必要となる。4.KN散乱振幅をユニタリー化したカイラル摂動論を用いて記述し、その散乱振幅の解析的構造を調べた。その結果、1620MeV近傍に、I=0, S=+1の300MeV程度の広い幅を持つ共鳴状態の存在を見いだした。当初の予定通り、K中間子に対する媒質効果の研究に着手することができ、K中間子光学ポテンシャルの大きさやK中間子核子2体系の共鳴状態の存在可能性等、有意義な研究成果を得ることができた。また、平行して、ダイクォークの役割の研究も超対称性の導入等の進展があった。UA(1)量子異常の役割については、予定していた研究課題から発展した新たな研究テーマであり、今後の進展に期待が持てる。これらの研究成果はすでに論文発表できる段階に来ており、早急に論文を執筆して公表したいと思っている。まずは、本年度の研究成果(K中間子原子における斥力的エネルギーシフトの起源、チャームクォークを含むバリオンにおけるダイクォーク質量、カイラル対称性の自発的破れにおけるUA(1)量子異常の役割)については、早急に研究論文としてまとめる必要がある。sクォークとud反ダイクォークにおける超対称性については、既に、論文を執筆して学術雑誌に投稿し、プレプリントとしてインターネットにおいて公表中である。次年度には、引き続き、UA(1)量子異常の研究を発展させる。sクォークとud反ダイクォークにおける超対称性については、ハドロンの崩壊モードについて研究を行い、ダイクォークの存在可能性に迫りたい。K中間子光学ポテンシャルの研究については、同様な方法を用いて、反陽子原子から反陽子光学ポテンシャルの特徴を見いだしたい。特に、本年度は、η'中間子原子核の性質及びP波π中間子光学ポテンシャルの導出、また、比較対象として重いクォークを含むハドロンの構造について研究を行った。1.相対論的平均場理論を用いて、η'中間子原子核の質量スペクトルと原子核の構造について調べた。相対論的平均場理論は原子核を核子と中間子場で表現し、飽和性など核物質の基本的性質を表現できる。η'中間子が原子核中に入ったことによる原子核構造の変化も取り込むことができる。η'の深い束縛状態では原子核密度が高くなることが示された。2.π中間子核子散乱からカイラル摂動論を用いてπ中間子光学ポテンシャルの導出を行った。今まで考えられていなったP波相互作用に対する波動関数くりこみの影響を考慮した。P波に対する波動関数くりこみの影響は予想以上に大きいことがわかり、今までの理解を替えうる可能性がある。今後、パウリ効果やフェルミ運動を考慮しより詳細に検討する必要がある。この課題は次年度も継続して行う。3.ダイクォーク・クォーク模型を用いて、重いバリオンの質量スペクトルとダイクォークの質量をしらべた。重いハドロンではダイクォークが顕在化し、ダイクォークの性質を調べるのに適している。本研究では、チャームクォークを含むバリオンの励起スペクトルから、ダイクォーク質量やクォークとの相互作用を議論した。結果、ダイクォークとクォークの相互作用は従来考えられているよりも弱い可能性があることがわかった。今後、重いバリオンの励起スペクトルを系統的に調べることでこの結果の正当性を確認する。当初の予定通り、相対論的平均場理論を用いてη'中間子原子核を研究する課題は本年度実行することができた。研究成果をまとめる段階に来ている。また、π中間子光学ポテンシャルの研究について、今年度は十分な進展を見ることができ、来年度も継続して研究を行う。

重いクォークを含むハドロンについても、ダイクォーク模型を用いた研究やバック模型を用いた計算も行っており、多角的に研究を進めることができている。本研究課題は、核媒質中のハドロンに対するカイラル対称性の役割を調べ、部分的回復を系統的に研究することを目的にし、核媒質中の中間子に対するカイラル有効理論を確立させることを目指す。本年度は、K中間子光学ポテンシャル、ハドロン構造におけるダイクォークの役割、QCD真空におけるUA(1)量子異常の役割、幅の広いS=+1共鳴状態について研究を行った。1.K中間子原子のエネルギースペクトルからK中間子光学ポテンシャルの強さを求め、強い相互作用による斥力的エネルギーシフトの起源を解明した。従来の理解では、大きな実部によりK中間子原子核状態が形成され、その準位反発により斥力シフトになると考えられてきたが、実際は、K中間子光学ポテンシャルは虚部が大きいため吸収が大きく、これが斥力シフトの起源になっていることを突き止めた。2.ダイクォーク・クォーク模型を用いて、チャームクォークを含むバリオンの質量スペクトルからダイクォークの質量を調べた。また、sクォークとud反ダイクォークとの間に対称性を仮定して、ハドロン質量スペクトルを系統的に表現できる可能性を検討し、対称性の破れに伴う質量公式を導いた。3.カイラル有効理論(線形σ模型とNJL模型)を用いて、強い相互作用の真空におけるUA(1)量子異常項の役割を調べた。UA(1)量子異常が主体的にカイラル対称性を破る可能性があることがわかり、その場合はσ中間子の質量が小さくなる。したがって、軽いσ中間子質量を説明するには、UA(1)量子異常項によるカイラル対称性の自発的破れが必要となる。4.KN散乱振幅をユニタリー化したカイラル摂動論を用いて記述し、その散乱振幅の解析的構造を調べた。その結果、1620MeV近傍に、I=0, S=+1の300MeV程度の広い幅を持つ共鳴状態の存在を見いだした。当初の予定通り、K中間子に対する媒質効果の研究に着手することができ、K中間子光学ポテンシャルの大きさやK中間子核子2体系の共鳴状態の存在可能性等、有意義な研究成果を得ることができた。また、平行して、ダイクォークの役割の研究も超対称性の導入等の進展があった。UA(1)量子異常の役割については、予定していた研究課題から発展した新たな研究テーマであり、今後の進展に期待が持てる。これらの研究成果はすでに論文発表できる段階に来ており、早急に論文を執筆して公表したいと思っている。まずは、本年度の研究成果を論文として早急にまとめる必要がある。相対論的平均場理論によるη'中間子原子核の研究やK中間子と核子の共鳴状態の研究において、論文にまとめ研究成果を公開する。π中間子光学ポテンシャルの研究について、引き続き次年度も研究を継続する。次年度においては、新しくK中間子原子に研究を行い、K中間子と核子の強い相互作用の強さについて、明らかにしていきたい。まずは、本年度の研究成果(K中間子原子における斥力的エネルギーシフトの起源、チャームクォークを含むバリオンにおけるダイクォーク質量、カイラル対称性の自発的破れにおけるUA
室町期における下賜・献上・進上本の基礎的研究

室町期の15世紀について、書物の移動データベースを作成し、他の論文四編を加えた研究成果報告書を平成21年3月に制作・刊行した。本研究は、7月22日に第一回研究会を開き、研究の目的・方法をめぐって議論を重ね、その方針に基づいて、以下の研究会・打ち合わせ、調査研究を行った。(研究会・打ち合わせ)9月24日、11月3日、12月9日、3.月22日(文献調査調査者は代表者・研究分担者・研究協力者のいずれか)8月5日7日、叡山文庫・高野山大学、8月9日11日、松峯山如来寺、8月21日23日、奈良女子大学・京都大学附属図書館、9月14日17日、善通寺、9月29日30日、早稲田大学図書館、10月8日9日、刈谷市立図書館・蓬左文庫、1月27日、正宗文庫、2月2日、京都大学附属図書館、2月9日12日、松平文庫・熊本県立図書館同時に、下賜・献上・進上本のデータベースを作るための作業部会を研究代表者(前田)と研究協力者(岡暗真紀子・鹿野しのぶ・原克昭・那須陽一郎)を立ち上げ同時に、下賜・献上・進上本のデータベースを作るための作業部会を研究代表者(前田)と研究協力者(岡暗真紀子・鹿野しのぶ・原克昭・那須陽一郎)を立ち上げ、具体的な作業に入った。また、そのための基本資料(史料纂集他)と機器類(パソコン・デジカメ他)を揃えた。調査とデータベースの作業開始、さらに、研究会における研究発表が本年度の成果といえるが、今後も、必要に応じて調査を進めると共に、データベースの進捗を諮りつつ、研究を進めたいと考えている。データベースは、当初、奥書も皆書き写す予定であったが、和漢の古典的書物の下賜・献上・進上・書写依頼等といった移動の総量を記録類と奥書によって明らかにすることを第一目的とするために、奥書を書き写すことはやめ、とにかく、移動が記されているものを風潰しに押さえていくこととなった。19年度ではほぼ三分の二の作業を終える予定である。19年度の本研究は、主として調査に費やされた。以下、列挙したい。1、松峯山如来寺(研究協力者原克昭、8月2日5日)、2、熊本大学永青文庫・臼杵図書館(前田・千本・研究協力者那須、9月4日7日)3、熊本大学永青文庫(前田・那須、20年2月18日20日)、4、神戸大学(前田、20年3月9日、研究の打ち合わせ)、5、学習院大学日本語日本文学研究室(前田・千本、3月14日、なお、これ以前に、前田が数回予備調査も行っている)、6、九州大学図書館細川文庫(前田、3月25日27日)とりわけ、永青文庫・学習院大学・細川文庫の調査は、収穫が大きかったといえる。たとえば、下記論文でも明らかにしたが、永青文庫蔵の細川幽斎書写『源語秘訣』の親本が学習院大学蔵三条西家旧蔵本三条西実隆書写本であることを確認できたこと、三条西実隆が『源語秘訣』を書写した年に同様に書写された『古今和歌集』が九大細川文庫に所蔵されていたことなどは、室町期における書物がいかに書写され、かつ、移動したかの具体的な動きをじかに知らせるものであった。厳しい日程の合間を縫って、なんとか調査を終えられたことを安堵している。とはいえ、代表者ならびに分担者、研究協力者の都合により、合同で調査かつ研究会が開けなかったのは、遺憾としなければならないだろう。さらに、本研究の主要目的である室町期における書物の移動データベースの作成については、書式・分担等が決定され、代表者(前田)と研究協力者(岡崎真紀子・鹿野しのぶ・那須陽一郎.・原克昭)のデータベース班によって、作成が開始された。今のところ、進捗状況は、順調とは言いがたいので、来年度に向け、一層の奮起が必要である。最後に、総括すれば、書物の移動、および、いかなる書物が移動し、かつまた、書写されていったかのおおよその流れは、本年度の調査で茫漠とはあるが、ある程度見通しをつけることがでけた。来年度の報告書に向けて、そうした調査で得たデータを最大限に生かして生きたいと念願している。なお、調査用に、デジカメ一眼レフを購入し、実際に調査で用いた。研究の成果について、ご報告する。平成21年3月に「室町期における下賜・献上・進上本の基礎的研究」(研究成果報告書)を完成した。これについて、明星大学で二度に亙る研究会・打ち合わせ、静岡大学で研究会をもった。この報告書の眼目は、第二部「室町期における書物の移動データベース抄(15世紀分)」である。当初、本科研では、下賜・献上・進上本のみを考えていたが、それでは、室町期における古典形成、古典の伝播、古典の継承を捉えることが不可能であると判断し、とりあえず、前代に成立したと思われる書物(漢籍は原則的に外したものの)がなにかしらの理由で移動したケースを調査することに変更した。しかし、この場合、膨大な数量に達して、本科研の力量を越えてしまう。よって、やむなく、15世紀だけに限定し、これまで調査した書物の奥書類・記録その他から、移動の実態を明らかにすることに努めた。

結果的には約1800例の移動のデータをとることができた。とはいえ、その半数以上は、『実隆公記』であり、まだまだ遺漏も多く、はなはだ心許ない限りだが、このデータを見るだけでも、いかに書物、とりわけ古典的書物と思われるものが頻繁に移動を繰り返している実態が納得されると思われる。ここから、何を読み取るかは今後の課題ともいえるが、天皇の集書活動、公家の集書活動、将軍の集書活動に並んで、地方の武将・その卑官と都にすむ貴族との間の起こる書物の移動等を見れば、だいたい室町期において、古典が前代に比較して、広範に流布していった様が了解できる。問題は、14世紀後半、および、1617世紀初頭における書物の移動のデータベースが欠落していることである。これらのデータがそろうことによって、室町期の書物の移動データベースは完成し、古典形成・古典流布といった中世における古典の様相の実態が解明されるだろう。これは今後の課題としたい。
遺伝子導入を利用した新しい緑内障手術補助療法の開発

アデノウイルスベクターを用いることにより、緑内障の濾過手術後に用いる5-FUの新しいドラッグデリバリーシステムの可能性を検討した。(1)シトシンデアミナーゼ酵素・ウリジンホスホリラーゼ酵素を発現するアデノウイルスベクターを作製・濃縮した。(2)ヒト結膜下線維芽細胞を培養しin vitroにおける5-FC、5-FUの細胞増殖抑制効果、またアデノウイルス単独投与による効果を薬剤またはウイルス濃度を変えて至適量を検討した。5-FCはヒト結膜下線維芽細胞増殖に影響を与えなかったが、5-FUは濃度依存性に細胞増殖を阻害した。(3)シトシンデアミナーゼ酵素・ウリジンホスホリラーゼ酵素の遺伝子を導入し、かつ5-FCを投与した場合のヒト結膜下線維芽細胞増殖抑制効果を培養9日目まで検討した。5-FC単独投与では、細胞増殖抑制効果を示さなかったが、アデノウイルスによるシトシンデアミナーゼ酵素の過剰発現によって5-FU単独投与と同等の細胞増殖抑制効果が濃度依存性に示された。(4)過剰投与後の薬剤除去による細胞増殖能の回復が見られるかどうかを検討した。5-FC、アデノウイルスによるシトシンデアミナーゼ酵素強制発現を行い、処置後、3日目、6日目、9日目に5-FCを除去して、その後の細胞増殖を15日目まで検討した。最初の処置後、細胞増殖は抑制されたが、薬剤除去後、細胞増殖能は数日間の休止期の後、回復した。(5)マウス結膜下にβガラクトシダーゼ単独もしくは、βガラクトシダーゼとシトシンデアミナーゼを遺伝子導入したヒト結膜下線維芽細胞を移植し、点眼にて5-FCを投与して、線維芽細胞増殖能を検討した。その程度をX-galによる青色染色の程度で評価した。シトシンデアミナーゼ遺伝子導入結膜下線維芽細胞に対して、5-FCを点眼投与した場合、青色染色細胞は、処置後10日目に完全消失した。しかし、5-FC単独投与、シトシンデアミナーゼ遺伝子導入のみの場合は、処置後10日目においても、青色染色細胞が観察された。#1家兎テノン嚢下線維芽細胞を初代培養した。#2各種薬剤、アデノウイルスの上記細胞の増殖に対する抑制効果をMTS法、BrdU法にて調べた。5-フルオロシトシン(FC),シトシンデアミナーゼを発現するアデノウイルス(AxCACD)の単独投与では、高濃度アデノウイルス投与時にBrdU法で優位な増殖抑制効果を観察したが、その他の条件では細胞増殖に大きな影響を与えなかった。5-フルオロウリジン(FU)投与では、MTS法、BrdU法いずれにおいても増殖抑制効果が薬剤濃度依存性に観察された。また、5-FCとAxCACDの併用では、5-FU単独投与と同様に、濃度依存性に細胞増殖抑制効果が観察された。5-FC,AxCACD併用例において、途中5-FCを中断することで、細胞増殖の回復を得た。現在、マウス結膜下にウイルスを注入し、5-FCを点眼投与し、in vivoで細胞増殖抑制効果の有無および、角膜への毒性を検討中である。(2)ヒト結膜下線

維芽細胞を培養しin vitroにおける5-FC、5-FUの細胞増殖抑制効果、またアデノウイルス単独投与による効果を薬剤またはウイルス濃度を変えて至適量を検討した。5-FCはヒト結膜下線維芽細胞増殖に影響を与えなかったが、5-FUは濃度依存性に細胞増殖を阻害した。(3)シトシンデアミナーゼ酵素・ウリジンホスホリラーゼ酵素の遺伝子を導入し、かつ5-FCを投与した場合のヒト結膜下線維芽細胞増殖抑制効果を培養9日目まで検討した。5-FC単独投与では、細胞増殖抑制効果を示さなかったが、アデノウイルスによるシトシンデアミナーゼ酵素の過剰発現によって5-FU単独投与と同等の細胞増殖抑制効果が濃度依存性に示された。(4)過剰投与後の薬剤除去による細胞増殖能の回復が見られるかどうかを検討した。5-FC、アデノウイルスによるシトシンデアミナーゼ酵素強制発現を行い、処置後、3日目、6日目、9日目に5-FCを除去して、その後の細胞増殖を15日目まで検討した。最初の処置後、細胞増殖は抑制されたが、薬剤除去後、細胞増殖能は数日間の休止期の後、回復した。(5)マウス結膜下にβガラクトシダーゼ単独もしくは、βガラクトシダーゼとシトシンデアミナーゼを遺伝子導入したヒト結膜下線維芽細胞を移植し、点眼にて5-FCを投与して、線維芽細胞増殖能を検討した。その程度をX-galによる青色染色の程度で評価した。シトシンデアミナーゼ遺伝子導入結膜下線維芽細胞に対して、5-FCを点眼投与した場合、青色染色細胞は、処置後10日目に完全消失した。しかし、5-FC単独投与、シトシンデアミナーゼ遺伝子導入のみの場合は、処置後10日目においても、青色染色細胞が観察された。
多元化するアイデンティティと「多文化社会・日本」の構想

理論的文献やエスニック・マイノリティ当事者によるメディア発信を検討する中で、「日本人と外国人」という二項対立を乗り越え、構造的力関係を考慮しつつ多元的な帰属意識のあり方を理解する鍵概念としての「交錯」の重要性を認識した。韓国・台湾の研究者との2回の国際研究会でも、マジョリティの同質性を強調する支配的な言説がマイノリティの周縁化とつながっていることが共通主要課題の一つであることがわかった。聞き取り調査、フィールドワーク、メディア表象分析を通して、日本社会における「人種」、エスニシティ、国籍、ジェンダー、階級などが交錯する複雑な構造的力関係と多元的かつ混淆的な帰属意識を考察した。25年度は、定例研究会を5月、6月、7月、9月、12月、2月に実施し、この研究プロジェクトの中心概念である「交錯」や関連研究の検討、研究経過報告を行った。そして各自で聞き取り調査やフィールド調査をすすめ、研究成果の発表にも努めた。3月には「当事者」によるメディア表現を検討する公開研究会も開催した。5月は筑波大学の明石純一氏を招き、入管政策の変遷と最近の動向について議論したほか、静岡大学の原知章氏(分担)が「交錯」概念と「ハーフ」に対する日本人学生の見方について研究発表を行った。6月2930日には、名古屋市のウィルあいちにおいて、24年度に引き続き韓国・台湾の研究者と合同研究会を開催し、各地域における多文化社会の現状についての理解を深めた。7月は、立教大学の河合優子(研究代表)が「交錯」概念の先行研究文献について、愛知県立大学の渡会環氏(分担)が在日ブラジル人女性に関する研究経過報告を行った。9月は、大阪女学院大学の元百合子氏を招き、「交錯」概念の理解を深めるため日本における複合差別について発表をしてもらったほか、慶応義塾大学の井本由紀氏(連携)が「インターナショナル・プリスクール」に関する研究経過報告を行った。12月には、日本学術振興会特別研究員PDの徳永智子氏が、アジア系アメリカ人女子高生の帰属意識についての研究発表、テンプル大学の堀口佐知子氏(連携)が、元JETプログラム参加者を対象とした聞き取り調査に基づく研究経過報告を行った。2月には上記以外の分担および連携研究者も各自の研究経過報告を行い、研究成果の発表のための出版企画について議論した。3月27日にはドキュメンタリー映画「ハーフ」を上演し、一般参加が可能な公開研究会を行った。24年度は、主に関連概の理論的検討と当事者による文化表現の調査と検討を行い、本格的な定例研究会を9月、10月、11月、1月、3月に実施するなかで、聞き取り調査に入る前段階として本研究の理論的基盤を固めることができた。9月は「映像と多文化社会」というテーマで、日系の研究者Ayako Takamori氏に来てもらい、彼女が制作したドキュメンタリー『Portraits of Tomoyo』を検討したほか、本研究の分担研究者の一人である静岡大学の原知章氏の人類学とメディア研究の接点についての論文を検討した。10月は「日常性と多文化社会」をテーマに、日系ブラジル人監督が定住する在日ブラジル人の若者のアイデンティティを捉えたドキュメンタリー『ペルマネンシア・この国にとどまって』を検討したほか、Michael Billigの「ありふれたナショナリズム」とUlrich Beckの「ありふれたコスモポリタニズム」についての文献研究を行った。11月は「交錯と多文化社会」をテーマに、生後まもなく韓国からデンマークに養子として渡った韓国系デンマーク人監督のドキュメンタリー『女と孤児と虎』を検討し、文献はRay ChowおよびFloya Anthiasの論文を検討した。1月は「対話と多文化社会」をテーマに慶応義塾大学の塩原良和氏に来てもらい、その著著『共に生きる』を検討した。3月は本研究の理論的方向性、研究会参加メンバーの具体的な研究テーマと聞き取り調査の方向性についての議論を行った。加えて、6月22-23日には、韓国の延世大学において、"Multicultural questions in East Asia"というテーマで韓国・台湾の研究者と合同研究会を開催し、それぞれの地域における「多文化主義」の歴史と現状、多様な文化背景を持つ人々のアイデンティティについての理解を深めた。本研究は、「日本人」と「それ以外」という二項対立的な見方を超え、日本に定住もしくは永住している多様な差異を持つ市民を「日本社会を構成する市民」として捉え、その多元的なアイデンティティのあり方を探ることを目的としたものである。研究初年度に理論的研究を行う中で、「交錯」を中心的な理論的枠組に設定した。当初の計画では、統一の質問項目で聞き取り調査を実施し、データを一元化することを考えていたが、それでは多様な「交錯」を捉えきれないため、各研究者が焦点を当てる「交錯」に適切な質問項目で聞き取り調査やフィールドワークを行った。

24年度と25年度は隔月のペースで、理論的研究、映像研究のほか、メンバーおよび関連テーマの研究者を招いての研究会を開催した。24年度には、韓国の延世大学で、韓国・台湾の研究者との東アジアにおける多文化社会に関する合同研究会を実施し、25年度には「当事者」の学生や団体関係者を招き、映画『ハーフ』の上映会を含めた公開研究会も実施した。最終年度の26年度は、この研究プロジェクトの中心概念である「交錯」を軸に、研究参加者がそれぞれの関する課題の研究を進めるとともに、研究成果の発表に力を注いだ。本研究を通しての成果は、聞き取り調査やフィールドワークそしてメディア分析を通して、構造的力関係に留意しつつ日本社会の市民(日本籍か外国籍かを問わず)の多様性を浮き彫りにすることに努めたことである。この科研の研究成果を広く社会に還元するために、論文集をナカニシヤ出版から出版予定であり、そのための出版論文検討会を10月には同社の編集者を交え、2月には第二稿の検討会を実施した。27年度のできるだけ早い時期には出版をしたいと考えている。異文化コミュニケーション論25年度には、研究者によってばらつきはあるものの、聞き取り調査(フィールド調査含む)やメディア調査を開始し、研究経過報告も実施できた。24年度に引き続き、東アジア(韓国・台湾)の多文化社会状況を理解するための合同研究会を開催し、さらに「当事者」のメディア発信について検討する公開研究会も開催した。研究成果の発表ための論文集出版企画も固まりつつある。当初の予定では24年度中にすでに聞き取り調査を開始する予定であったが、全体の理論的方向性を定めることなしには、聞き取り調査の方向性を明確にすることができないため、24年度は本研究の理論的基盤を固めることに集中した。26年度にも、聞き取り調査(フィールド調査含む)とメディア分析を継続して行う。研究成果の発表を学会などで行うとともに、この研究プロジェクトの論文集の出版を予定しているため、それを目標として研究を進めていきたい。本研究は、「日本人」と「それ以外」という二項対立的な見方を超え、日本に定住もしくは永住している多様な差異を持つ市民を「日本社会を構成する市民」として捉え、その多元的なアイデンティティのあり方を探ることを目的としている。24年度に理論的研究を行う中で、「交錯intersectionality」を中心的な理論的枠組みとすることでそれが可能になるのではないかということになった。当初の研究計画では、統一の質問項目で聞き取り調査を実施し、データを一元化することを考えていたが、それでは多様な「交錯」を捉えきれない。本研究に参加する研究者は関東、関西、中部、九州から集まっており、それぞれの地域で聞き取り調査を実施するため、地域の多様性を活かしつつ、各研究者が焦点を当てる「交錯」に適切な質問項目でもって聞き取り調査を行うこととしたい。調査・分析の開始が24年度から25年度にずれこんだため、予定額との差額が生じている。26年度は調査・分析をさらにすすめ、学会発表や出版で研究成果の発表を精力的に行っていく予定である。25年度からは本格的に聞き取り調査に取り組む。聞き取り調査関連の予算の割合が高く、24年度中に聞き取り調査を開始することができなかったため、研究費を予定通りに執行できなかった。
抗アポトーシス分子アナモルシンと造血制御

サイトカインにより発現が誘導される新規の抗アポトーシス分子をクローニングし、アナモルシン(AM)と名付けた。AMのin vivoでの機能を明らかにする目的にて、AMノックアウト(KO)マウスを作製し、その表現形質を解析した。AMKOマウスは、著明な貧血を認め、妊娠後期に胎生致死となる。AMKOマウスの胎児肝は、コントロールの野生型マウスの胎児肝に比べて細胞数は約3分の1に減少しており、また、胎児肝での赤芽球系細胞のアポトーシスの亢進と成熟障害が認められ、多染性赤芽球以降の分化、成熟した赤芽球はほとんど認められなくなる。表面マーカーの検索の結果などから、胎児肝にある造血前駆細胞の絶対数は減少していない。しかし、胎児肝細胞を用いたin vitroコロニーアッセイにおいては、BFU-E、CFU-Mixなどの造血コロニーは全く形成されなかった。以上の結果から、AMは胎児肝での二次造血過程において、サイトカインによる造血シグナルに必須の分子であることが明らかとなった。次に、AMの作用機序を明らかにする目的にて、AMKOマウスと野生型マウスの胎児肝細胞から抽出したmRNAを用いて、DNAマイクロアレイ解析を行った。その結果、アポトーシスやシグナル伝達関連分子の中で、Bcl-xLとJak2の発現がAMKOマウスの胎児肝において有意に減少していることが明らかとなった。このことは、RT-PCR法によっても確認された。Bcl-xLやJak2の遺伝子欠損マウスにおいても、二次造血不全に伴う貧血がみられることから、AMの機能は、Bcl-xLやJak2を介している可能性が示唆された。AMのin vivoでの機能を明らかにする目的にて、AMノックアウト(KO)マウスを作製し、そのフェノタイプを解析した。AM KOマウスは、著明な貧血を認め、妊娠後期に胎生致死となる。AM KOマウスの胎児肝は、コントロールの野生型マウスの胎児肝に比べて細胞数は約3分の1に減少しており、また、胎児肝での赤芽球系細胞のアポトーシスの亢進と成熟障害が認められ、多染性赤芽球以降の分化、成熟した赤芽球はほとんど認められなくなる。次に、AMの作用機序を明らかにする目的にて、AM KOマウスと野生型マウスの胎児肝細胞から抽出したmRNAを用いて、DNAマイクロアレイ解析を行った。その結果、アポトーシスやシグナル伝達関連分子の中で、Bcl-xLとJak2の発現がAM KOマウスの胎児肝において有意に減少していることが明らかとなった。今後、AM欠損造血細胞に、Bcl-xLやJak2を補うことで血球のアポトーシスの回避あるいは成熟、分化が回復するかどうか検討することによって、AMとBcl-xLあるいはJak2の関係がよりはっきりすると考えられた。

AM KOマウスは、著明な貧血を認め、妊娠後期に胎生致死となる。AM KOマウスの胎児肝は、コントロールの野生型マウスの胎児肝に比べて細胞数は約3分の1に減少しており、また、胎児肝での赤芽球系細胞のアポトーシスの亢進と成熟障害が認められ、多染性赤芽球以降の分化、成熟した赤芽球はほとんど認められなくなる。表面マーカーの検索の結果などから、胎児肝にある造血前駆細胞の絶対数は減少していない。しかし、胎児肝細胞を用いたin vitroコロニーアッセイにおいては、BFU-E、CFU-Mixなどの造血コロニーは全く形成されなかった。以上の結果から、AMは胎児肝での二次造血過程において、サイトカインによる造血シグナルに必須の分子であることが明らかとなった。次に、AMの作用機序を明らかにする目的にて、AM KOマウスと野生型マウスの胎児肝細胞から抽出したmRNAを用いて、DNAマイクロアレイ解析を行った。その結果、アポトーシスやシグナル伝達関連分子の中で、Bcl-xLとJak2の発現がAM KOマウスの胎児肝において有意に減少していることが明らかとなった。このことは、RT-PCR法によっても確認された。Bcl-xLやJak2の遺伝子欠損マウスにおいても、二次造血不全に伴う貧血がみられることから、AMの機能は、Bcl-xLやJak2を介している可能性が示唆された。また、Bcl-2トランスジェニック(Tg)マウスとAMヘテロ欠損マウスとの交配によりAM KO/Bcl-2Tgマウスを作製し、AM KOマウスの致死性表現形質が回復できるかどうか検討したが、AM KO/Bcl-2Tgマウスは、AM KOマウスと変わらず、胎生致死であり、AM KOマウスにみられた致死性表現形質を救済することはできなかった。
二段階PCRを利用した超微量DNA試料からのDNA多型性分析に関する研究

ジェフリーズが高度に変異のみられるミニサテライト座位を個人識別に応用して以来、DNA型判定法が発展してきた。ただ、これらの方法は多量(μg以上)のDNAを必要とするので、DNAが変性していたり、微量であったりする法医資料では必ずしも利用できなかった。DNAポリメラーゼを用いる増幅反応(PCR)は、特定の部位のDNAを10万倍に増幅することにより、この難問を解決した。しかし、1個の精子のように極めて微量なDNAを増幅するには、容易ではなく、しばしば充分な量の増幅がみられないことがある。一方、nest PCR法はDNA増幅の感度を上げるので、種々のDNA分析に用いられている。本研究では、DNAの抽出法やPCR法を検討し、阻害物質の影響を抑えると共に、semi-nested PCR法を工夫し、HLA-DQA1 geneの増幅の感度を上げることを試みた。このsemi-nested PCR法を用いると、2ないし3pg以上のDNAがあれば充分増幅され、タイピングが可能であった。この方法は、法医資料や古代の資料のように極めて微量なDNAしかないもののタイピングに有用と考えられる。ジェフリーズによって開発されたDNAを利用した個人識別法は法医鑑識に新しい可能性を拓いた。さらに、DNAの一部分を選択的に増幅するPCRを用いた方法により、微量な試料の分析も可能になってきた。ただ、通常のPCRでは数+ngから数ng程度のDNAは必要とされている。我々はHLAクラスII領域のDNA多型を検出する方法の開発や法医学領域への応用について検討を続けてきた。本研究では2ng程度の感度とされている通常のPCRを用いたHLAクラスII領域の各遺伝子型判定法をさらに発展させ、より高感度のものとして法医鑑識分野に応用することを試みている。本年度の研究において、我々は従来HLA-DQA1遺伝子の増幅に用いられていたプライマー(DQA-ampAとDQA-ampB)のほかに、DQA-ampAの内側に20塩基よりなるプライマー(DQA-N1)を設定し、合成した。そして、DQA-ampAとDQA-ampBの組み合わせで増幅した後、DQA-N1とDQA-ampBの組み合わせでさらに増幅する二段階いわゆるsemi-nested PCRを工夫した。この二段階PCRは極めて高感度であり、精製されたヒトDNAを用いると5-10pgで充分な増幅が得られ、タイピングが可能であった。それはほぼ1コピーのゲノムDNA量であり、通常の一段階PCRの感度である2ngと比し数百分の一の量である。この方法を現在、血痕や組織片などに応用しつつある。さらに、微量な法医資料にサケ精子DNAをあらかじめ、添加してDNAを抽出することにより、高い回収率で効率よくDNAを抽出することが出来た。DNAを利用した個人識別法は、各細胞に全ての情報が含まれていることから、極めて高い精度が期待されている。とりわけDNAポリメラーゼによる増幅反応(PCR)を用いれば、微量の資料からも分析できることから、法医鑑定への応用も進められている。しかし、PCR法でも、DNAとして2ng(500個から1000個に相当する)以上必要とされることから、微量陳旧資料への応用のため、さらに感度を上げることが望まれていた。通常のPCR産物を再度同じPCR反応で増幅させることを試みても、充分効率的な増幅がみられないことから、本研究では、PCR産物の中で、さらに新しいプライマー部位をデザインし、HLA-DQA1遺伝子の二段階PCRを工夫したところ、効率的な増幅がみられ、2ないし3pg(1個の細胞に相当する)以上のDNAからタイピングを可能とすることができた。ただ、通常のPCR条件では、高感度のためHLA-DQA1遺伝子のみでなく、構造のよく似た偽遺伝子もある程度増幅してしまう。このようなことが起こると、PCR反応による増幅は問題なく起こったようにみえるが、タイピングの差異に塩基配列特異的プローブ(SSOプローブ)が増幅された偽遺伝子にも結合してしまい、正確なタイピングができないことがわかった。この現象は1回目のPCR条件を厳しくして偽遺伝子の増幅を抑えることにより克服することができた。マイクロ・マニピュレーターにより1個の精子を採取し、本法によりHLA-DQA1型のタイピングを実施したところ、他のDNAの混入もあまりなく、大半の試料で1個の精子から正確にタイピングすることができた。
生物発光による遺伝子発現のリアルタイム測定法の開発

遺伝子発現の解析は今や生物学のあらゆる局面で不可欠であるが、このリアルタイムモニターが確実に応用できれるようになれば、これまでとは次元の異なった新たな展望が期待できる。我々はこれまでシアノバクテリアの遺伝子発現のリアルタイムモニターの経験から、この方法をより幅広い生命現象に応用するためには、多くの技術的問題を解決しなければならないことを痛感している。そこでこれらの問題を検討し、汎用性のある方法を開発するため、この計画を開始した。細胞内でのレポーター遺伝子の発現が発光として得られる過程で多くの影響をうけるが、この影響を相殺するためにコントロールとなるレポーター系の開発を試みた。これは注目すべき遺伝子と基準となる遺伝子に発光は長の異なるルシフェラーゼを同時に組み込み、その発光量の比をとることで、生細胞内での多くの影響を取り除こうとするものである。このため、最近クローニングされた鉄道虫の2つのルシフェラーゼ遺伝子を利用することにした。この生物の頭部と体側には異なった波長の発光を生じる遺伝子があり、基質や発光のメカニズムは共通である。すでに鉄道虫から630nmをピークとする赤色の光と540nmをピークとする緑色の光を出す2種類のルシフェラーゼがクローニングされている。それぞれのルシフェラーゼのピーク付近の光を通す干渉フィルターを用いることで、この2種類のルシフェラーゼの発光は分離できるはずである。本研究では一つの細胞で2種類のプロモーター活性を同時に測定できる2波長測定系の作製を試みた。シアノバクテリアの時計遺伝子kaiBCのプロモーターの下流に赤色ルシフェラーゼを、大腸菌由来のtrcのプロモーターの下流に緑色ルシフェラーゼをつないでシアノバクテリアに導入し、干渉フィルターを通し生物発光を連続的に測定した。その結果、干渉フィルターによって実際に二つの波長の光を分別して測定することができた。更にどちらのルシフェラーゼをつないだ場合も、今まで私達が概日遺伝子発現のモニターにもちいてきた発光細菌のルシフェラーゼ同様に約24時間周期の振動が検出できた。これらのことから、鉄道虫のルシフェラーゼを用いることにより、同一細胞における2種類の遺伝子発現を連続的に測定できることがわかった。この試みにより、細胞内での発光量に影響を与える因子を除くことが出来、リアルタイムモニターの確実性が飛躍的に高まると期待される。今年度は細胞内でのレポーター遺伝子の発現が発光として得られる過程で多くの影響をうけるが、この影響を相殺するためにコントロールとなるレポーター系の開発を試みた。

このため、最近クローニングされた鉄道虫の2つのルシフェラーゼ遺伝子を利用することにした。この生物の頭部と体側には異なった波長の発光を生じる遺伝子があり、基質や発光のメカニズムは共通である。これらの遺伝子の供与をうけ、現在シアノバクテリアの遺伝子移入しつつある。一方発光測定装置を改良し、同一の細胞から異なった波長の光を分別して測定できるようにした。この試みが成功すれば、細胞内での発光量に影響を与える因子を除くことが出来、リアルタイムモニターの確実性が飛躍的に高まると期待される。遺伝子発現の解析は生物学のあらゆる局面で不可欠であるが、その発現の高精度の解析は容易ではない。遺伝子発現のリアルタイムモニターが確実に応用できれるようになれば、これまでとは次元の異なった展望が期待できる。我々はこれまでシアノバクテリアでの遺伝子発現のリアルタイムモニターの経験を利用して、この方法をより幅広い生命現象に応用することを目指し、汎用性のある方法を開発するため、以下の問題を検討した。1)細胞内でのレポーター遺伝子の発現が発光として得られる過程で多くの影響をうける。この影響を相殺するため、注目すべき遺伝子と基準となる遺伝子に発光波長の異なるルシフェラーゼを同時に組み込み、その発光量の比をとることで、生細胞内での多くの影響を取り除くことを企画した。このため、基質や発光のメカニズムは共通である鉄道虫の2つのルシフェラーゼ遺伝子を利用することにし、いくつかのプロモーターとの融合遺伝子を作製し、シアノバクテリアの遺伝子移入しつつある。2)GFPの利用。より感度の高い系としてGFPの導入の計画し、その準備を進めた。これは発現レベルの異なった遺伝子の解析に応用できることが期待される。3)自動発光測定装置の開発。自動測定はリアルタイムモニターには不可欠である。そこで既存の発光測定装置を改良し、同一の細胞から異なった波長の光を分別して測定できるように改良した。さらに蛍光測定のため励起光を照射できる装置を開発した。この基盤研究では我々がシアノバクテリアの概日時計の解析のために開発した生物発光によるリアルタイムモニターシステムの整備を主な目的とした。レポーター遺伝子による細胞内での遺伝子発現のモニターは非破壊的測定が可能であることから、通常の細胞固定を必要とする方法に比べ、はるかに時間分解能や感度に優れている。しかし、細胞内代謝に基づく発光を利用するため、多くの細胞代謝活性に影響され、定量的測定が難しい難点があった。そこでこの方法をより精度の高いものにするため、本年度の計画では2つの異なった波長の発光を起こす、鉄道虫のルシフェラーゼを利用することを計画した。このルシフェラーゼ遺伝子の供与をうけ、これをシアノバクテリアに導入するため、まず大腸菌由来のPtrcプロモーターに接続し、これをシアノバクテリアに導入すること試みた。
銀河宇宙線強度の長期変動より推定される太陽系磁気圈の大きさに関する研究

本研究の目的は、長期間(40年以上)にわたる銀河宇宙線強度と太陽活動度との関係を調べ、銀河宇宙線強度に影響を及ぼす太陽系磁気圈の大きさを推定する事にあった。解析では、太陽活動度の指標として太陽黒点数、銀河宇宙線強度のデータとして世界各地の中性子モニターの中から、特に長期間連続観測がなされているDeep River及びOttawaの月平均値を用いた。ある月の宇宙線強度は、宇宙線のモジュレーション理論に基づき、研究代表者によって導入された重回帰モデルにより、その月以前の太陽黒点数の1次結合で表現される。一般に、両者には11年周期の変動が存在し、太陽活動度の変化に対して宇宙線の強度変化に約1年の遅れのある逆相関関係が見い出されている。本研究は、上記のモデルにより、あらゆる遅れを含んだ相関を調べ、その中で最大の遅れを求め、その大きさから太陽系磁気圈の大きさを推定しようとするものである。最大の遅れをもとめる為に赤池の情報量基準を用いた。これは、観測値とモデルによる計算値との相関を調べるだけでは導入する回帰係数の数に制限が付かないことから、統計的に有意義な最小数の回帰係数の組を見い出す為でる。その結果、最大の遅れは約30カ月であることが明らかになった。即ち、現在観測される宇宙線強度はその約30カ月前に太陽風に乗って太陽から離れた太陽活動度に関連した磁気擾乱の影響を受けていることになる。銀河宇宙線はほぼ光速なので、宇宙線にとって太陽系磁気圈は準定常状態にあると見なしうる。従って、その擾乱は現在太陽から約210a.u.の位置に到達していることになり、それが太陽系磁気圈の大きさということになる。これはこれまでに発表されている値より若干大きな値である。現状では、衛星等による直接観測は不可能であることから、当面、本研究の結論は十分に意義のある値であると考えている。
量子ドット集積体と反応拡散アーキテクチャを組み合わせた情報処理デバイスの開拓

「生命ダイナミクスの一端を電子的に模倣するデバイスを創り出す」ための第一歩として、量子ナノ集積構造で生じる物理現象を利用して反応拡散系---化学的な複雑系---の動作を模倣することを提案した。反応拡散系とは化学反応と物質拡散が混在した非平衡-開放状態の化学系のことをいう。反応拡散系の大きな特徴は「散逸構造---巨視的な秩序を持った物質濃度パターン」を発生することにある。自然界には多くの反応拡散系が存在し、時間的・空間的な秩序とリズムをもった多種多様の散逸構造を生み出している。生命現象も自然界の反応拡散系が生み出した散逸構造の一種である。反応拡散系は非線形な化学振動子の集合体として近似モデル化できることが知られている。化学系に匹敵する反応拡散LSIを構成するために、本研究では量子ナノデバイスの一種である単電子デバイスのトンネル非線形振動子を二次元配列して電子的な反応拡散系を構成した。近接する振動子の間には、トンネル待ち時間を利用して拡散現象に似た相互作用を発生させた。この反応拡散系のダイナミクスをシミュレーション解析し、化学的な反応拡散系に類似した散逸構造が生じることを示した。すなわち、振動子ノード電位の二次元パターンが秩序ある時空間発展---自己組織化や自己複製---を呈して電子的な擬似生命体のように振る舞うことを示した。「単電子現象/量子ナノ構造」と「化学現象/反応拡散系のメカニズム」を組み合わせた新しいデバイス「量子ドット反応拡散デバイス」を提案した。反応拡散系とは、化学反応と物質拡散が混在した非平衡な化学反応系のことを言う。これは化学振動子の集合体であり、各々の化学振動子は物質拡散を介して相互に作用を及ぼし合う。反応拡散系は自然界のいたるところにあって、生き生きとしたダイナミクスを生み出す舞台となっている。生命現象に見られる形態形成や自己組織化なども反応拡散系が示す挙動の一例である。このような反応拡散系を量子ドットで模倣する方法---量子ドット反応拡散デバイスの構成方針---を提案した。すなわち、化学振動子に代えて量子ドットの単電子トンネル振動子を使用する。そして近接する量子ドット振動子の間には、トンネル待ち時間を利用して、拡散現象に類似した相互作用を発生させる。この量子ドット振動子を二次元配列した形の反応拡散デバイスを設計した。そのダイナミクスをシミュレーションで解析し、化学的な反応拡散系に類似した形態形成や自己組織化の現象が生じることを示した。さらに、量子ドット反応拡散デバイスの実現に向けて、製作方法の一指針を提案した。