hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
下痢原因細菌の多種類の病原因子の同時迅速鑑別検出法の開発

本研究では、問題の多い下痢原因細菌の病原因子を指標にして、(1)同時、(2)迅速、(3)鑑別検出法の開発をめざし、次のような成果を挙げた。2.上記の抗体固定法を用いて、代表的な下痢原因菌(コレラ菌、毒素原性大腸菌、腸炎ビブリオ)を用いて、簡易、迅速、鑑別検出を可能にする系を実際に開発した。3.さらに、上記(1)を改良した。つまりポリマー表面にフェノール基を導入し、抗体のうちの疎水性の強いFc部分をポリマー表面に向かわせ(1)と同様に化学結合させることでFab部分を抗原との反応により与りやすくさせる方法を確立した。これにより検出感度を大きく上げることができた。これらの手法は、多くの病原菌の検出に応用できると思われ、広く検出・診断法に応用されてゆく可能性が期待される。2.腸炎ビブリオの病原因子である耐熱性溶血毒(TDH)およびその類似毒素(TRH)に対して特異的に反応するmonoclonal抗体を作成し、これをNylon小片に化学的に結合(固定)させた。3.この両小片を一本のステックにセットし、未知検体(TDHかTRHのいずれかを含む)、抗TDH/TRH共通polyclonal抗体(ウサギ)、アルカリホスファターゼ標識抗ウサギ抗体、発色基質を順次反応させ、小片状の着色の有無でいずれかの毒素が検体中に存在するかを肉眼判定できる系を確立した。サンプル入手から結果判定までの全過程は一時間で完了した。従って、病原因子を迅速に同時識別検出するためのモデル系を開発することができた。4.この系を動物実験系(腸炎ビブリオをchallengeしてウサギ結紮腸管ループ内貯留液を得、この液中のTDH/TRHの有無を判定)および旅行者下痢症の下痢便を用いた実用試験を実施し、予備的であるがpromisingな成績を得た。下痢原因菌のうち今回は腸炎ビブリオの病原因子であるTDHとその免疫学的類似毒素(TRH)の簡易迅速検出法の開発を試みた。高分子化合物(たとえばナイロン)表面に抗体をPolyethyrene imineとMaleic anhydride methylvinyl ether copolymerとを用いて化学結合させる方法を前年度に確立したので、これを用いて、TDHとTDHを迅速にしかも簡単に鑑別検出するシステムを開発した。この系は、ELISA法を基礎とするものであるが、抗体を化学結合で固定したため、反応物が支持体から遊離するなどで感度が低下するのを避けることができ、反応時間を15分に短縮(普通1時間)出来、しかも感度が上がったため、肉眼で結果を判定できるようになった。また、1つのホールダーに複数の抗体(今回はTDH、TDH,及びTDH/TRHに特異的に反応するモノクローナル抗体を用いた)を結合させたスリップを用意したので、1度の検査で、TDHとTRHの同時鑑別検出が可能となった。試験的に本検出キットを作成し,分離菌102株について本法を応用したところ、DNAプローブ法で得られた結果と良く一致した。さらに下痢患者便60検体につき、下痢便中のTDH/TRHの直接鑑別検出を試みたところ、感度88、9%特異性92、0%で良好な結果であった。これらの結果から本研究で開発した技術は、他の毒素の迅速な鑑別検出法としても応用できるものと思われ、現在CTやLTの検出に応用中である。本研究では、問題の多い下痢原因細菌の病原因子を指標にして、(1)同時、(2)迅速、(3)鑑別検出法の開発をめざして研究を行い、次のような成果を挙げた。1.上記の抗体固定法を用いて、代表的な下痢原因菌である(コレラ菌、毒素原性大腸菌の類似するエンテロトキシン)を標的にして、簡易、迅速、鑑別検出を可能にする系を実際に開発した。2.さらに、この抗体固定法を改良した。つまりポリマー表面にフェノール基を導入し、抗体のうちの疎水性の強いFc部をポリマー表面に向かわせ(1)と同様に化学結合させることでFab部分を抗原との反応により与りやすくさせる方法を確立した。
高温押し出し加工による超伝導セラミックスの高密度線材化技術の研究

本年度の研究では、Y系およびBi系の酸化物超伝導セラミックス粉末、ならびにその常圧焼結体に高温押し出し加工技術を適用し、押し出し前後の結晶相の安定性、押し出し加工中の物質移動、押し出された焼結体の密度と粒子の配向などを調査した。また高温押し出し加工と近い実験条件下での高温圧縮試験を行い、緻密化と粒子配向に与える変形の効果を、より定量的に把握することも同時に試みた。得られた成果は以下の通りである。1.本研究で取り扱った超伝導セラミックスは、粉体および焼結体共に800°C程停の予熱で比較的簡単に押し出し加工することが可能であり、得られた焼結体中に割れを発生することは殆んどなかった。2.金属モ-ルド中に充填した超伝導セラミックスは、予熱並びに押し出し中に還元される傾向があった。この還元作用の影響は特にY系で大きく、超伝導特性のないテトラゴナル相の生成を招き易いことが分った。そして金属モ-ルドの材質の選択には充分な注意が必要であることが指摘された。3.高温押し出し加工によって、超伝導セラミックスの伝導容易面のC面は押し出し方向と平行に配向する傾向が認められた。しかしその配向度は高温圧縮試験成果に比較して1桁低いものであった。その原因としては、C面は押し出し加工の初期の圧縮過程で、いったん圧縮軸と垂直方向に配向し、それがダイスで絞られる過程で、圧縮軸と平向方向に配向し直すからであろうと考えられた。4.粒子配向が進んだBi系超伝導セラミックスの伝導特性は、著しい異方性が現われることを見出した。
非可換確率論における情報幾何学的方法の探究

非可換確率論における情報幾何学的方法の確立を目指し,以下の研究を行った.1)繰り込み群の情報幾何構造の研究,2)量子撹乱パラメタの情報幾何構造の研究,3)Finsler情報幾何構造の研究,4)量子単調計量の平坦化可能性の研究,5)適応的量子パラメタ推定理論の実験的検証,6)量子局所漸近正規性の研究,7)Chentsovの定理の拡張,8)サンドイッチ型量子Renyi相対エントロピーが誘導する情報幾何構造の研究.情報幾何学は,確率分布空間が有する自然な微分幾何構造の研究にその起源を持つ,リーマン計量に関して互いに双対な2つのアファイン接続を有する多様体を研究する分野のことである.本研究の目的は,情報幾何学および量子情報理論の諸分野における断片的研究成果を統合・発展させ,「非可換確率論における情報幾何学的方法」とでも呼ぶべき一般的方法論の体系化をめざすと共に,量子情報科学における新しい問題を発掘し,それらに応用していくことにある本年度は,1)繰り込み群の情報幾何,および,2)量子撹乱パラメタの情報幾何の研究を行った.1)では,繰り込み方程式の不動点が情報幾何学的にどのような意味を有するかを検討した.特に,厳密な繰り込みが可能な1次元Isingスピン系およびダイヤモンド・フラクタル系の繰り込みを確率分布空間の力学系として捉えようと試みたが,埋め込み方法が単純すぎたためか,現段階ではまだ意味のある結果は得られていない,今後,系の対称性をより反映させた埋め込み方法を考案して研究を進める必要があると思われる.一方2)では,2準位量子系の1パラメタおよび2パラメタ・モデルの推定問題を、残りの自由度を撹乱パラメタとして見なす観点から研究した,その結果,撹乱パラメタ存在下での最適推定量の存在とe-平行ベクトル場の積分多様体の存在が深く関係していることが明らかとなった.今後,3準位以上の量子系に同様の解析を拡張し,e-平行ベクトル場の可積分性との関連を詳しく研究していく情報幾何学は,確率分布空間が有する自然な微分幾何構造の研究にその起源を持つ,Riemann計量に関して互いに双対な2つのアファイン接続を有する多様体を研究する分野のことである.本研究の目的は,情報幾何学および量子情報理論の諸分野における断片的研究成果を統合・発展させ,「非可換確率論における情報幾何学的方法」とでも呼ぶべき一般的方法論の体系化をめざすと共に,量子情報科学における新しい問題を発掘し,それらに応用していくことにある.上述のように,情報幾何学は通常,Riemann幾何学の一般化と見なされるが,我々は本年度,Finsler幾何学的視点を援用することによってはじめてその本質が捉えられる非可換統計学的問題が存在することを明らかにした.一般化amplitude-damping量子通信路の推定問題を考える.熱浴の温度一定という条件下でdampingパラメタηを推定する問題では,最適入力が一般にηに依存することが研究代表者の先行研究で示されているが,本研究では,熱浴の温度に対応するパラメタpも同時に推定する問題を扱った.その結果,出力状態族の量子Fisher計量を最大化する入力は,接空間上のどの方向に着目するかに依存することが明らかになった.言い換えれば,一般化amplitude-damping量子通信路多様体の接空間はRiemann計量を許容せず,Finsler計量構造を有することになる.本研究では,そのFinsler計量を接バンドル上の関数として陽に与えることにも成功し,p=1/2が特異点となること,非特異点においても計量はC^<1,1>級ではあるがC^2級ではないこと,などを明らかにした.Finsler情報幾何学は研究の端緒についたばかりであり,ひな形になる先行研究も全くないので,例えばどのような接続構造が統計学的に自然な解釈を許容するのかなど,基礎的な未解決問題が山積する興味深い研究方向である.情報幾何学は,確率分布空間が有する自然な微分幾何構造の研究にその起源を持つ,Riemann計量に関して互いに双対な2つのアファイン接続を有する多様体を研究する分野のことである.本研究の目的は,情報幾何学および量子情報理論の諸分野における断片的研究成果を統合・発展させ,「非可換確率論における情報幾何学的方法」とでも呼ぶべき一般的方法論の体系化をめざすと共に,量子情報科学における新しい問題を発掘し,それらに応用していくことにある.古典情報幾何学におけるFisher計量とα-接続の絶対的重要性を確立したCentsovの定理の量子版を導くことは未だに未解決であるため,Petzの定理によって特徴づけられる量子単調計量を任意に与え,その計量に関して混合型接続と双対な指数型接続を定義するという双対幾何構造の導入手法が標準的に用いられている.これに対し本研究では,混合型接続自体を絶対視せず,与えられた量子単調計量が何らかの双対平坦構造を許容するか否かという問題を研究した.その結果,Hilbert空間が2次元の場合ではあるが,従来は捩率を有する計量の典型例と考えられていたSLD計量もRLD計量も,共に双対平坦構造を許容するという事実を証明することに成功した.そして特にSLD計量の場合,量子状態空間の4次元球面への等長埋め込みと,そこから古典確率空間へのリダクションが,双対平坦化を可能としているメカニズムであることも明らかとなった.

一方,これと並行して,量子情報科学における情報幾何学的方法の新たな展開を図るため,量子光学の実験物理学者との共同研究を行い,SLD計量が定めるCramer-Rao型下界が適応的量子推定法により達成可能であることを世界で初めて実験的に検証した.情報幾何学は,確率分布空間が有する自然な微分幾何構造の研究にその起源を持つ,Riemann計量に関して互いに双対な2つのアファイン接続を有する多様体を研究する分野のことである.本研究の目的は,情報幾何学および量子情報理論の諸分野における断片的研究成果を統合・発展させ,「非可換確率論における情報幾何学的方法」とでも呼ぶべき一般的方法論の体系化をめざすと共に,量子情報科学における新しい問題を発掘し,それらに応用していくことにある.量子状態空間上の量子統計的モデルに対する漸近的量子推定問題では,Le Cam型の局所漸近正規性が機能することにより,無限次元量子Gauss状態シフトモデルに対する推定問題と同等な問題に埋め込んで議論できることが近年明らかにされつつある.これは初め,Gutaらによって2準位量子系のi.i.d.拡張に対して指摘された事実であり,群の表現論や作用素代数的テクニックが使える非常に限定された状況でのみ証明されていた.本研究では,量子分布収束の概念を用いることにより,極めて一般的な状況下でも量子局所漸近正規性が成立することを証明した.この成功の鍵は,SLD量子情報幾何学における測地線の型をヒントに,対数尤度比の非可換拡張を,従来の常識に捕われることなく新規に導入したことにあった.この事実は,量子局所漸近正規性の成立要件において,量子情報幾何構造が本質的役割を果たすことを意味している.確率分布空間が有する自然な微分幾何構造の研究に端を発する情報幾何学は,Riemann計量に関して互いに双対な2つのアファイン接続を有する多様体を研究する分野である.本研究の目的は,情報幾何学および量子情報理論の諸分野における断片的研究成果を統合・発展させ,「非可換確率論における情報幾何学的方法」とでも呼ぶべき一般的方法論の体系化をめざすと共に,量子情報科学における新しい問題を発掘し,それらに応用していくことにある.Chentsovの定理は,確率分布空間のMarkov埋め込みに関する幾何構造の不変性を満たす古典確率空間上の計量・アファイン接続がそれぞれFisher計量・α接続に限られることを主張するものであり,Markov不変性を満たす(0,s)型テンソル場を特徴づけることで証明される.本研究ではこれを一般の(r,s)型テンソルに拡張し,Fisher計量による添え字の上げ下げに関して不変なテンソル場全体が閉じていることを証明した.本結果は古典確率分布空間におけるMarkov不変なテンソル場すべてを特徴づけるものであり,Chentsovの定理を量子確率空間へ拡張する際にも重要な視点を提供するものと期待される.引き続き本研究では,近年進展が著しい量子仮説検定理論で重要な役割を果たすサンドイッチ型量子Renyi相対エントロピーが誘導する量子状態空間の情報幾何構造を研究し,単調計量および接続構造を特徴付けることに成功した.しかし量子状態空間の大域構造との関連は未解決であり,今後も研究を継続する必要がある.なお,本年度は最終年度となるため,研究とりまとめを目的とした研究集会「数理と工学の接続と調和」を開催すると共に,「情報幾何学の基礎」と題する専門書を出版し,当該研究の成果を広く社会・国民に発信した.非可換確率論における情報幾何学的方法の確立を目指し,以下の研究を行った.1)繰り込み群の情報幾何構造の研究,2)量子撹乱
単一金属量子ドットの電子状態

本研究の目的はトンネル分光によって金属微粒子中の電子状態に関する知見を得ることにあり、・低温STMを用いた金属クラスタの研究、・微細加工による金属微粒子の研究、・関連する微細加工技術の開発の3方面から研究をすすめ、それぞれ以下の成果を得た。1.STMに関しては、基板上に原子レベルで平坦、均質なトンネルバリアを作製し、その上に1nm級の金属クラスターを成長させることを、・金クラスタ/単分子膜/金(111)基板、・金クラスター/ジチオール・チオール混合分子膜/金(111)基板、・金属クラスター/アルミナ超薄膜/NiAl(110)基板の3系で実現しSTM分光を行った。この方法で直径13nmの多数の金クラスターについて系統的な測定を行った。特にオフセット電荷の分布の測定から、オフセット電荷は0を中心に分布するが、サイズの増加とともに分布の幅が広がり、ある値を境に非中性クラスターが出現することが初めて見いだされた。2.10nm間隔の固定電極対を使った10nm-A1島電極を持つ単電子トランジスタ(SET)を作製し、島電極中の1電子離散準位の観測を行った。準位間隔の分布を調べこれがWigner分布と矛盾しないことを示した。3.ナノギャップ電極対の作製方法について直接の電子線描画法以外に、斜め蒸着法、機械破断接合(MBJ)法、メッキ法、無機レジスト法などを検討した。斜め蒸着法では10nm金コロイド粒子を島電極とするSET作製法を確立し、その動作を確認した。またMBJ法ではA1単原子接合の伝導について伝導チャンネル別の透過率を決定するとともに、その電流位相関係を決定した。4.メゾスコピック金属のトンネル分光に関しても、微小超伝導体における新しいvortex状態の確認や強磁性SET構造でのTMR増大機構、SETの圧力効果について新たな知見を得た。本研究の目的は単一金属微粒子のトンネル分光によって、エネルギー準位統計、一電子準位の量子化と巨視的秩序との関連、電子間相互作用、エネルギー緩和などの問題を調べることにある。研究は、(1)低温STMを用いた13nmの金属クラスタのトンネル分光、(2)微細加工による520nmの金属微粒子のトンネル分光、および(3)関連する微細加工技術の開発の3方面からすすめており、それぞれ以下の進捗をみた。(1)ジチオール単分子膜上の金クラスタのトンネル分光を30Kで行い、単電子トランジスタの標準理論で解析することによって、トンネル抵抗、静電容量、オフセット電荷などを決定した。オフセット電荷は0を中心に分布するが、分布の幅はクラスタのサイズと共に増大し、平均膜厚2ML以上で非中性クラスタが出現することがわかった。チオール・ジチオール混合単分子膜上に金を蒸着することによって、金クラスターのサイズおよび密度をコントロールすることができた。1電子準位の観測のために液体ヘリウム温度で測定可能な低温STM装置を本研究経費で導入した。次年度は同装置を利用した実験を開始する。(2)電子線リソグラフィーと斜め蒸着法を用いたナノギャップ作製法を考案し、その有効性を実証した。ギャップ間隔はリソグラフィーの精度にはよらず、ギャップの再現性は約2nmである。さらにこの電極間に直径20nmの金コロイド粒子をはさみ、これを島電極とするSETを作製した。今後さらに微小なクラスタを利用することによってエネルギー準位の分光を目指す。(3)メカニカルブレークジャンクション法の開発を行い、液体ヘリウム温度および希釈冷凍温度で極めて安定に動作することを確認した。

ナノ導体トンネル分光の有力な装置となりうる。本研究の目的は金属微粒子のトンネル分光によって、エネルギー準位統計、1電子準位の量子化と巨視的秩序との関連などの問題を調べることにある。研究は、・低温STMを用いた13nmの金属クラスタの研究、・微細加工による520nmの金属微粒子の研究、・関連する微細加工技術の開発の3方面からすすめている。今年度の研究概要は以下の通りである。(1)前年度にSTMを用いて基板上に密に配置したクラスターについてのトンネル分光を主に行なってきたが、クラスター間の相互作用が分光測定に影響を及ぼしている可能性があった。その影響を排除するための試料の作製方法を確立し、基板上に成長する金クラスターの密度、大きさをコントロールする事に成功した。(2)前年度後半に導入された低温超高真空トンネル分光装置に強磁場システムと可変温度機構が追加導入された。本年度の前半は試料搬送機構のトラブルの解決やクラスター作成のための試料作成室の改造等を行なった。新たな機構導入後は離散準位観測等の高精度なトンネル分光に必要な環境を整えるため、導入された装置の改良および問題点の解決等に時間を割いた。これにより系統的な研究をする準備はほぼ整った。(3)間隔を自在に調整できるナノギャップ形成法を考案し、実際にギャップに直径10nmの金微粒子を捕捉して単一電子トランジスタ動作を確認した。(4)昨年度にひき続き希釈冷凍機中で安定に動作するブレーク接合技術の開発を行い、30分にわたり接合間の変動を4pm以下に抑えることに成功した。さらにこれを利用し、超伝導原子ポイントコンタクトの基礎特性(電流電圧特性及び超伝導電流・位相関係)の研究を行った。本研究の目的はトンネル分光によって金属微粒子中の電子状態に関する知見を得ることにあり、・低温STMを用いた金属クラスタの研究、・微細加工による金属微粒子の研究、・関連する微細加工技術の開発の3方面から研究をすすめた。STMに関しては、前年度までは金クラスタ/単分子膜/金(111)基板という構造でクラスタのトンネル分光を行ってきたが、この方法では金以外のクラスタへの適応が容易ではないことや、クラスタや分子が分光測定中に動き測定結果に影響を与える等の問題があった。そこで今年度はNiAl(110)基板上に成長するAl_2O_3超薄膜を上の単分子膜/金(111)基板に置き換えることを目指した。基板上に銀、銅を蒸着したところ、1nmクラスのクラスタを主にドメイン境界上に、クラスタ間の相互作用が問題にならない程度に分散して、成長させることが可能であることを確認した。また銅クラスターについてトンネル分光を行い、直径1.3nm程度のクラスタに対してAl_2O_3超薄膜は抵抗約500MΩ、比誘電率34程度のトンネルバリアとして働くことを確認した。クラスターのサイズは蒸着量により制御可能であり、さらにトンネル分光も比較的安定に得ることがでできた。本研究課題は本年度で終了するが、この方法によって今後多様な対象への展開が可能となった。10nm間隔の固定電極対を使った10nm金クラスターSETを作製し動作を確認した。クラスタとゲート電極の結合を強めるために採用したバックゲート構造の有効性が確かめられた。
放射線再発癌の放射線感受性と周囲正常細織の耐容線量に関する基礎的臨床的研究

放射線再発癌に放射線治療を行う際の問題点として、再発癌細胞自体の内因性放射線感受性が原発癌と比べて変化しているか否かと言う点が挙げられる。この問題について当教室で以前より使用しているWHT/Htマウスの扁平上皮癌を実験材料として基礎的研究を行った。まず、マウス下腿に継代移植した扁平上皮癌にTCD50前後の放射線治療を行って再発癌を作り、soft agar assay法を用いて再発癌の内因性放射線感受性を調べたところ、再発癌細胞の放射線感受性には有意な変化を認めなかった。また、growth delay.assay;TD50 assay,TCD50 assayを用いて再発癌の放射線感受性について調べたところ、in situでは、再発癌の放射線感受性が低下する(放射線抵抗性になる)ことがわかった。そこでこれらの矛盾点を解明するために再発癌が増殖する土壌すなわち癌周囲の正常組織(tumor bed)の問題についても追加実験を行った。マウス下腿の予め照射した部分に原発癌及び再発癌の癌細胞を移植して再発癌の放射線感受性に与える腫瘍母地の影響を調べたところ、両者ともほぼ同様の増殖を示し、照射後の増殖形式にも有意差を認めなかった。以上より、放射線再発癌の放射線感受性を決定する要因としては、細胞自体の問題よりも周囲正常組織の影響がより重要であると考えられた。また、当教室で放射線治療を行った食道癌患者の再発例を対象として治療効果及び治療成績について調査研究を行ったところ、照射後1年以内に再照射した群では大出血や重篤な感染症を併発して死亡するケースが有意に多かった。
思春期における親子関係の構造とその変容に関する縦断研究-行動観察法による家族コミュニケーションの分析を中心に-

<目的>本研究プロジェクトは思春期における親子関係の構造が加齢と共にどのように変容していくのか、また親子関係におけるコミュニケーションのあり方が思春期の子どもの人格にどのような影響を及ぼしているのか検討することを目的としている。<研究I>親子関係の構造をとらえるための方法としては、Grotevant&Cooper(1986)などが提唱した個性化モデルを参考にした。このモデルは親子関係の質を独自性individualityと結合性connectednessの相互作用によって説明するものであり、集団意思決定課題に取り組む際の言語的コミュニケーションの分析を通して測定するものである。研究Iでは、予備的段階として、大学生とその両親を対象にしてその課題を実施し、三者の家族コミュミケーションの構造を探索的主成分分析と階層的クラスター分析によって検討した<研究II>中学生1年生から3年生までを対象に文章完成法を実施し、思春期の親子関係をとらえる上で、研究Iによって測定された独自性と結合性の相互作用の視点が有効であることを確認した。<研究III>研究IとIIの結果をふまえ、思春期の親子間コミュニケーションを測定するための尺度を開発した。そして、中学1年生から3年生までを対象にその尺度を用いた調査を実施した結果、尺度の因子的妥当性(独自性と結合性から構成)が確認された。また、学年と性の要因を考慮した2要因分散分析の結果、母子関係における独自性は相互に学年差があり、3年生の独自性の表出が最も高かった。性差については、母子関係における相互の結合性で女子は男子よりも高く、母親から子どもへの独自性の表出は女子の方が高く認識していた。また、親子関係における独自性と結合性は子どもの自己実現的態度や対人的積極性、自己閉鎖性などと有意に相関していた。今後もこの尺度を用いた縦断調査と行動観察法の併用を継続的に行なっていく予定である。本研究プロジェクトは思春期・青年期における親子関係の構造が加齢と共にどのように変容していくものか検討することを目的としている。親子関係の構成をとらえるための方法としては、Grotevant L Cooper(1985,1986)などによって開発された家族相互作用課題と発話分析のためのコーディングマニュアルを使用する。この課題は親子で家族旅行の計画を立てるために討議し、集団意思決定を行うものである。現時点では研究の予備的段階として、大学生とその両親を対象にしてその課題を実施し、三者の家族コミュニケーションの構造を探索的主成分分析と階層的クラスター分析によって検討した。結果として家族相互作用課題におけるコミュニケーションの機能は「浸透性」「自己表明」「分離」の3つに集約することができた。また、親子三者が示すそれらの3つのコミュニケーション機能の発言量を親子関係の特徴を表す変数としてみなし、主成分分析を行ったところ「家族分離性」「父親主導性」「青年主導性」の3つの成分を抽出した。さらにこれら3つの変数の得点をもとにして階層的クラスター分析を行ったところ4つの親子関係の類型(クラスター)が確認された。4つのクラスターは「家族分離性」得点の高低によって大きく2群に分類できた。高分離群は「父親の浸透性と青年の自己表明が顕著である親子」と「青年の浸透性と母親の自己表明が顕著な親子」とに分けられ、低分離群は「青年の浸透性と父親の自己表明が顕著な親子」と「母親の浸透性と青年の自己表明が顕著な親子」とに分けられた。この研究知見に基づいて引き続き中学生とその両親を対象に家族相互作用課題を実施し、親子関係の構造の違いを比較検討する予定である。また、縦断的に実施し、加齢に伴う関係の変化があるかどうかを検討することも残された課題である。
MOCVD法による強誘電体ナノ構造の作製とその強誘電性の評価

多結晶及び単結晶基板上においてMOCVD法による強誘電体ナノ構造の作製と評価を行うとともに,研究成果の総括を行った.以下にその概略を示す.1.単結晶及び多結晶基板上に作製したPZTナノ構造の強誘電性の観察(1)Pt/SiO_2/Si基板上に作製したPbTiO_3ナノ構造では,幅と高さをそれぞれ成長時間と成長温度により,個別に制御できた.成長温度390°Cで作製したPbTiO_3ナノ構造のサイズは,幅30-70nm及び高さ1-7nm程度であった.圧電応答顕微鏡による観察から,最小で,幅38nm,高さ1.7nm,体積1.9×10^3nm^3のPbTiO_3ナノ構造が強誘電性を有することが明らかとなった.(2)Pt/SrTiO_3基板上では,基板の結晶方位が(110)及び(111)の場合,それぞれ棒状及び三角形状のエピタキシャルPbTiO_3ナノ構造が形成された.これらのナノ構造も強誘電性を示した.多結晶基板上の場合と異なり,エピタキシャルPbTiO_3ナノ構造は,基板から大きな応力を受けて変形し,バルクとは異なる結晶構造を持つことが明らかとなった.2.研究成果の総括各種多結晶及び単結晶基板上において強誘電体ナノ構造の作製を行ったところ,現象論から予測される強誘電性が安定に存在する臨界サイズ(10^3nm^3)とほぼ同サイズのPbTiO_3ナノ構造において,強誘電性の存在を実験的に明らかにすることができた.単結晶基板上では,基板の結晶方位により,強誘電体ナノ構造の形状や方向を揃えられる可能性があることがわかった.また,基板からの応力によりバルクと異なる結晶構造を持つことが見いだされ,強誘電性のみならず,ナノ構造特有の物性が発現する可能性が示唆された.さらにこれらの強誘電体ナノ構造を成長初期核として利用することにより,強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3薄膜を400°C以下の低温で作製することに成功した.1.化学エッチングと高温アニールにより原子層レベルで表面平坦化したSTO単結晶基板上において,PZT薄膜の成長様式を調べた。その結果,PZT薄膜はSrO及びTiO_2終端最表面においてそれぞれVolmer-Waber(V-W)モード及びStranski-Krastanov(S-K)モードで成長した。したがって,STO(100)基板のSrO終端面上では,成長初期から島状構造を形成し,非常に微細な強誘電体ナノ構造の作製が可能であった。逆にTiO_2終端面上ではS-Kモードで成長するため,非常に薄く,平坦な連続膜を得ることができた。また,表面平坦化したSTO基板上では,原子層ステップを持つSRO下部電極を得ることができた。SRO下部電極上ではPZT薄膜はS-Kモードで成長するとともに,膜厚30nmという非常に薄い場合においても非常に良好な強誘電性を示すことが明らかとなった。2.Pt/SiO_2/Si基板上では,PZTはV-Wモードで成長し,成長温度により強誘電体ナノ構造の配向性や高さを制御できた。また,成長温度の低温化にも取り組み,395°Cという低温で強誘電性を持つPZTナノ構造を得ることができた。さらに,395°Cという低温作製時においてもこのPZTナノ構造をシードとして用いることで,16-17μC/cm^2の残留分極値を持つPZT連続膜が得られた。多結晶及び単結晶基板上においてMOCVD法による強誘電体ナノ構造の作製と評価を行うとともに,研究成果の総括を行った.以下にその概略を示す.1.単結晶及び多結晶基板上に作製したPZTナノ構造の強誘電性の観察(1)Pt/SiO_2/Si基板上に作製したPbTiO_3ナノ構造では,幅と高さをそれぞれ成長時間と成長温度により,個別に制御できた.成長温度390°Cで作製したPbTiO_3ナノ構造のサイズは,幅30-70nm及び高さ1-7nm程度であった.圧電応答顕微鏡による観察から,最小で,幅38nm,高さ1.7nm,体積1.9×10^3nm^3のPbTiO_3ナノ構造が強誘電性を有することが明らかとなった.(2)Pt/SrTiO_3基板上では,基板の結晶方位が(110)及び(111)の場合,それぞれ棒状及び三角形状のエピタキシャルPbTiO_3ナノ構造が形成された.これらのナノ構造も強誘電性を示した.多結晶基板上の場合と異なり,エピタキシャルPbTiO_3ナノ構造は,基板から大きな応力を受けて変形し,バルクとは異なる結晶構造を持つことが明らかとなった.2.研究成果の総括各種多結晶及び単結晶基板上において強誘電体ナノ構造の作製を行ったところ,現象論から予測される強誘電性が安定に存在する臨界サイズ(10^3nm^3)とほぼ同サイズのPbTiO_3ナノ構造において,強誘電性の存在を実験的に明らかにすることができた.単結晶基板上では,基板の結晶方位により,強誘電体ナノ構造の形状や方向を揃えられる可能性があることがわかった.

また,基板からの応力によりバルクと異なる結晶構造を持つことが見いだされ,強誘電性のみならず,ナノ構造特有の物性が発現する可能性が示唆された.さらにこれらの強誘電体ナノ構造を成長初期核として利用することにより,強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3薄膜を400°C以下の低温で作製することに成功した.
競泳のCFD解析

競泳選手が速く泳げることを目的に、数値流体力学(CFD)を用いた、ストロークの非定常解析法、および、けのび状態の全身に加わる流体力の解析法の開発/検証を行い、解析法の有効性を示した。本研究のビジョンは、「工学的シミュレーションにより、速く泳げる泳ぎ方(姿勢、ストローク、およびキック)を開発する」ことである。本研究のコンセプトは、流体力学を用いて競泳競技を解析することである。流体力学の解析法としては、計算流体力学(Computational Fluid Dynamics:以下CFDと呼ぶ)を用いる。最終的には開発した解析法を用いて、速く泳げる泳ぎ方(姿勢、ストローク、キック)をシミュレートすることを目指す。平成18年度は、人体形状の取り扱いに関する研究と、CFD解析手法の研究の二つを行なった。人体形状については、まず、手部について着目した。これは、推進力に占める手部が生み出す推進力の割合が高いからである。手部の形状を測定することを目的として、手部の石膏模型を作成し、その形状を三次元スキャナーで読み込み、デジタルデータとして取得した。なお、手の持ち主は、既存の研究で回流水槽の試験での被験者である。平成19年度では、このデジタルデータを基にCFD解析を行い、回流水槽の試験結果と比較し、CFD解析の精度を検証する予定である。なお、この水槽試験において、手部は非定常運動するため、CFDの非定常計算の検証が可能となる。また、人体形状の取り扱いとして、人の関節の位置と角度を指定すると、骨格が指定条件どおりに動き、骨格に追随する形で人体表面(皮膚)が変形するシステムを導入した。この変形する人体表面をCFD計算で扱うために、CFD計算手法の一つであるOverset法のフィジビリティスタディを行なった。その結果、任意の格子が重合しても計算可能な手法があることが判明した。平成19年度は、この手法を開発することとする。本研究のビジョンは,「工学的シミュレーションにより,速く泳げる泳ぎ方を開発すること」であり,流体力学を用いて競泳競技を解析することをコンセプトとする研究である。流体力学の解析法としては,計算流体力学(Computational Fluid Dynamics:以下CFDと呼ぶ)を用いて,粘性(渦)を考慮した非定常現象を解析する。最終的には開発した解析法を用いて,速く泳げる泳ぎ方をシミュレートすることを目指す。平成18年度は,人体形状の取り扱いに関する研究と,CFD解析手法の研究の二つを行なった。人体形状については,まず,手部について着目した。これは,推進力に占める手部が生み出す推進力の割合が高いからである。手部の形状を測定することを目的として,手部の石膏模型を作成し,その形状を三次元スキャナーで読み込み,デジタルデータとして取得した。なお,手の持ち主は,既存の研究で回流水槽の試験での被験者である。平成19年度は,このデジタルデータを基にCFD解析を行い,回流水槽の試験結果と比較し,CFD解析の精度を検証した。その結果,CFDにより手の周りの非定常の流れを高い精度で計算できることが確認できた。平成20年度は,手だけではなく腕や体も含めた体に加わる流体力をシミュレートし,泳ぎ方を評価できるようにする。シミュレーション手法として,オーバーセット法を開発する。また,結果を取りまとめ,論文発表を行うこととする。日本人は体格的に欧米の選手に劣ることが多く、特に、自由形の短距離のレースのように泳速が速い競技種目では身長が高い方が相対的に造波抵抗が小さいので、身長が比較的低い日本人には不利である。このような状況において、日本人競泳選手が、世界の舞台で今後も活躍しつづけるためには、世界に先駆けて、より良い泳ぎ方を開発し続ける必要がある。そのためには、選手とコーチの日々の練習および創意工夫に加え、工学的アプローチで抵抗および推進のメカニズムを理解しながら、フォームを改良することが重要となってくる。そこで、本年度の研究では、数値流体力学(CFD)を用いて「けのび」状態の競泳選手に加わる流体力を解析するシステムを開発した。まず、3次元人体形状データから、人体周りの空間を非構造格子で分割する手法を示した。境界層を十分な解像度で計算するために、薄いプリズム形状の計算格子を用いることが重要な点である。次に、水面の変形(造波抵抗)を計算可能なCFDの開発を行った。非構造格子上で自由表面の変形を計算する方法がキーポイントである。開発した解析システムを用いて、無限水深中および水面近傍を「けのび」状態で前進する競泳選手の解析を行った。流場の可視化により、後頭部、背中、胸において大規模な剥離が発生している等、人体周りの流場の特徴を明らかにすることができた。また、抵抗成分の分離を行った結果、圧力抵抗が摩擦抵抗の56倍と大きく、抵抗の大部分を占めることが明らかになった。更に、異なる潜水深度における造波抵抗を計算可能であることを示し、本システムの有効性を示した。
可変シワ構造による表面摩擦機能の拡張

本課題の最終目的は、摩擦界面の一方の表面上に凹凸構造を可逆的に発生させることで、摩擦力を大きくかつ必要な時に変化させる、という新しい技術拡張のコンセプトの実証である。第1目標として、この可逆的変形が可能な凹凸構造である自己組織化シワ構造表面を活用し、この可変構造において摩擦設計の指標である、荷重や相手材の性質が、一般的にどのように影響するのかを科学的に解明する。また第2目標は、人間が握るグリップ等への具体応用を想定し、特にシワ構造と特に手指を意識した柔軟物質や樹脂等とのグリップ特性に対する凹凸構造変化の影響を調査・解明し、摩擦制御機能の拡張性を示すことである。2年目である平成30年度は、以下について研究を行った。(1)これまでに開発していた織布をゴム表面に埋め込んで作製した摩擦可変な表面部材について、その多用な実用化に向けてはその初期評価のためにさえ大面積化が必要である。しかし、これまでに報告した、数センチ角の面積に対応できる方法をそのまま大面積(10センチ角程度以上)に適応すると、次の問題が発生することが分かった。織布に含浸する未硬化ゴムの粘度が高いため、圧縮によってその余剰分を排出することが、面積が大きくなると困難になるという問題である。その解決のため、作成方法を2段階に分けることを検討し、10センチ角以上の試料の作製に成功した。柔らかい基板で粘性流体を排出することが難しいことを理論的にも確認したので、硬い基板を用いて、圧縮し、未硬化ゴム流体を排出することで、排出状態が均一な大面積試料を作成できた。この手法によると、曲面基板にも摩擦可変構造形成が作成できる利点もあることも分かった。(2)人間が握るグリップ等への具体応用を想定し、摩擦が変わるグリップのプロトタイプデザインを行った。ひずみを印加する仕組みを中心にプロトタイプを作成した。研究開始時に予定していた、これまでに作成していたシワ構造の摩擦機能の実用化に向けた問題を把握し、上述のように成果を得ているため。開発中の部材では、これまでの部材になかった新しい機能である「部材自体の摩擦機能を変化させる」ことができるため、この新機能を活用し、これまでの部材表面の機能を拡張することで、新たな産業応用展開を見込んでいる。そのため、今後も、実用化を視野に入れて、新規な材料系への適用も見据えて、実際の活用シーンを反映した摩擦機能の評価を継続するとともに、その部材の作製法についても着目し、新たな課題の把握し、継続して最適化を図っていく予定である。初年度である平成29年度は、以下の2項目について研究を行い、成果を得た。(1)これまでに開発していた織布をゴム表面に埋め込んで作製した摩擦可変な表面部材について、その荷重が大きい場合の摩擦挙動が不明であったため、詳細に調査した。その結果、凹凸構造のあるシワ状態では、低荷重ではガラス表面との摩擦係数が0.1から0,3と低いのに対し、高荷重になると1近くにまで増える挙動を確認した。この原因は、凹凸構造が垂直荷重により潰されて平坦になり、接触面積が増加することによることを示した。この挙動は、摩擦係数が荷重に大きく依存する新しい機能として、ゴム部材の摩擦機能を拡張できるものである。(2)これまで開発していたものから発展させ、ゴムと硬い微粒子を組み合わせて作製した、新しい表面形状可変部材を提案し、その形状変化により付着力を制御できることを見出した。微粒子をゴム表面に埋め込んだだけの構造であり作製が簡単であり、部材に延伸ひずみを加えるだけで、凹凸が可逆的に発生する。この系は、これまでの開発した織布とゴムの複合材と合わせて、ゴム部材のトライボロジー機能を拡張できる新しい部材として期待できる。研究開始時に予定していた、これまでに作成していたシワ構造の摩擦機能の評価(荷重依存性)を行い、上述のように成果を得た。また、新しい可変なシワ構造を生み出せる系を、当初は予期していなかったが、新たに発見し、その付着力の制御性を確認できた。

(1)これまでに開発していた織布をゴム表面に埋め込んで作製した摩擦可変な表面部材について、その多用な実用化に向けてはその初期評価のためにさえ大面積化が必要である。しかし、これまでに報告した、数センチ角の面積に対応できる方法をそのまま大面積(10センチ角程度以上)に適応すると、次の問題が発生することが分かった。織布に含浸する未硬化ゴムの粘度が高いため、圧縮によってその余剰分を排出することが、面積が大きくなると困難になるという問題である。その解決のため、作成方法を2段階に分けることを検討し、10センチ角以上の試料の作製に成功した。柔らかい基板で粘性流体を排出することが難しいことを理論的にも確認したので、硬い基板を用いて、圧縮し、未硬化ゴム流体を排出することで、排出状態が均一な大面積試料を作成できた。この手法によると、曲面基板にも摩擦可変構造形成が作成できる利点もあることも分かった。(2)人間が握るグリップ等への具体応用を想定し、摩擦が変わるグリップのプロトタイプデザインを行った。ひずみを印加する仕組みを中心にプロトタイプを作成した。研究開始時に予定していた、これまでに作成していたシワ構造の摩擦機能の実用化に向けた問題を把握し、上述のように成果を得ているため。開発中の部材では、これまでの部材になかった新しい機能である「部材自体の摩擦機能を変化させる」ことができるため、この新機能を活用し、これまでの部材表面の機能を拡張することで、新たな産業応用展開を見込んでいる。そのため、今後も、実用化を視野に入れて、実際の活用シーンを反映した摩擦機能の評価を継続するとともに、その部材の作製法についても着目し、最適化を図っていく予定である。そのため、今後も、実用化を視野に入れて、新規な材料系への適用も見据えて、実際の活用シーンを反映した摩擦機能の評価を継続するとともに、その部材の作製法についても着目し、新たな課題の把握し、継続して最適化を図っていく予定である。
マウス多能性胚細胞・生殖細胞の発生プログラム制御に関する研究

マウス初期胚に存在する多能性細胞から、始原生殖細胞,精原細胞、卵母細胞に至る一連の細胞系譜の発生過程を、全遺伝子発現プロファイル、DNAメチル化プロファイル、および細胞核構造の変化やX染色体活性変化を指標として包括的に捉え直し、各発生ステージで機能する遺伝子群を網羅するとともに、それぞれの指標が大規模な変動を示すステップ、すなわち発生プログラムの転換点を同定した。また、この細胞系譜で働く遺伝子のエピジェネティック制御に関与すると考えられる生殖細胞特異的なDNA低メチル化領域を発見した。発生プログラム転換に寄与する遺伝子の同定、機能解析を変異マウス等を利用して行い、Vps52遺伝子が多能性胚細胞から原始外胚葉への転換に必須の遺伝子であることを突き止めた。以上の研究遂行に必要な新規技術の開発、幹細胞および遺伝子改変マウス等の研究リソースの開発を行ない、さらに、これらの技術、研究リソースを活用した領域内の有機的連携研究を実施した。哺乳類生殖系列細胞は、初期胚に存在する多能性細胞から派生し、ゲノムの再プログラム化というエピジェネテイックなゲノム再編や減数分裂を経た後に、配偶子となり次世代へと遺伝情報を伝えていく。本研究では、この細胞系譜に属する内部細胞塊、エピブラストなどの胚性未分化細胞、始原生殖細胞(PGC)の発生過程における全遺伝子の発現プロファイル動態の解析や、細胞核構造の変化やX染色体活性を指標としたゲノム再プログラム化過程の解析を行う。また、発生プログラムの転換点の詳細な解析を通じて、そのエピジェネティック制御機構の解明を試みる。変異体等を利用し、発生過程で特徴的に変動する遺伝子群の機能解析を行ない、さらに得られた知見を統合してin vitroでの発生イベントの再現を行っていくことを目的とする。この世代サイクルにおけるゲノムの維持、再編、多様化という生物学的に重要な現象の解明は発生分化、再生、老化という基本的命題に対する理解や生殖細胞、胚性幹細胞の特質解明とその操作技術の発展に貢献すると考えられる。本研究では、これまで得られた、胚性未分化細胞、始原生殖細胞(PGC)全発生過程における全遺伝子の発現プロファイルの知見を発展させ、発生の転換点のより詳細な解析、発生プログラム制御機構の解析を行い、さらにin vitroでの発生イベントの再現を試みる。今年度は、関連する各種細胞タイプを特徴づける遺伝子群を同定するとともに、in vitroでPGC様細胞を高効率で誘導する系の確立を行った。哺乳類♀におけるX染色体不活性化・再活性化は大規模エピジェネテイック制御の象徴的な例であり、細胞分化ステータスと密接な関係がある。今年度は、胚発生過程のどの時点で不活性化、再活性化が起きるかを特定するための実験技術の開発を行なった。また、微量細胞からのDNAメチル化解析技術の開発に着手した。内部細胞塊、エピブラストなどの胚性未分化細胞、始原生殖細胞(PGC)の発生過程では、遺伝子発現やエピジェネティックステータスの大規模な変動が生じる。本研究では、この発生プログラムの転換点の詳細な解析を通じて、その制御機構の解明を試みている。これまで、遺伝子発現プロファイルの解析を行ったが、今年度はその制御に関与すると考えられるDNAメチル化解析技術の確立を行った。胚性細胞、PGCは得られる細胞数が少ないため、既存の技術の微量化を試み、既存の手法の約1/100の材料の解析が可能とする方法を確立した。各種の胚由来幹細胞等の比較を行ったところ、各細胞タイプが特徴的なメチル化パターンを持つこと、実際に差次的にメチル化を受けているDNA領域の特定に成功した。また、いままでゲノムレベルで解析されていなかったPGCゲノムのメチル化プロファイルの取得に成功し、PGCゲノムが他と大きく異なるエピジェネティック状態にあることを見出した。また、この解析の過程でX染色体の分節的重複を示す比較的広いゲノム領域が、PGCやGS(Germline Stem)細胞で低メチル化状態にあり、さらにこの領域には生殖細胞に特異的な発現を示す遺伝子が集中していることも明らかとなった。このことは、領域単位のDNAメチル化状態が遺伝子発現制御に関与することを示唆するものと思われる。また、ES細胞の分化誘導を行い、PGC特異的レポーターを発現する細胞の単離、性状解析も行った。この細胞は親株であるES細胞とは異なる発現プロファイルを持ち、多くのPGCマーカー遺伝子を発現していたが、胚から単離したPGCとは異なっていた。現在は、そのDNAメチル化プロファイルの解析を試みている。

内部細胞塊、エピブラストなどの胚性未分化細胞、始原生殖細胞(PGC)の発生過程では、遺伝子発現やエピジェネティックステータスの大規模な変動が生じる。本研究では、この発生プログラムの転換点の詳細な解析を通じて、その制御機構の解明を試みている。遺伝子発現プロファイルの解析を行ったところ、生殖隆起に到達した後の始原生殖細胞は、それ以前と大きく異なる遺伝子発現プロファイルを示し、また雌雄の細胞間でも数千単位の遺伝子において差次的発現が認められた。またその分化過程において特に著しい発現変動を示す、「発生の変曲点」とも呼ぶべきステージを特定した。その制御には様々なエピジェネティック制御が関与すると考えられるが、その一つであるDNAメチル化の解析を行った。胚性細胞、PGCは得られる細胞数が少ないため、既存の技術の微量化を試み、既存の手法の約1/500の材料の解析が可能となるように技術の改善を行い、実際に各種の胚由来幹細胞、PGC等の比較を行った。その結果、各細胞タイプが特徴的なメチル化パターンを持つことが示され、それを元に差次的にメチル化を受けているDNA領域の特定に成功した。PGCゲノムのメチル化プロファイルの取得にも成功し、PGCゲノムが他と大きく異なるエピジェネティック状態にあることを見出した。また、この解析の過程で分節的重複を示す比較的広いゲノム領域が、連続して生殖細胞細胞特異的に低メチル化状態にあり、この領域には生殖細胞に特異的な発現を示す遺伝子が集中していることが明らかとなった。このことは、生殖細胞ゲノムは体細胞と大きくことなるDNAメチル化状態を持ち、それにより広範囲のゲノム領域単位の発現制御を行っていることが示唆された。また、ES細胞の分化誘導により得られたPGC様の細胞を解析したところ、胚から単離したPGCとは大きく異なるDNAメチル化プロファイルを示すことが明らかとなった。哺乳類生殖系列細胞は、初期胚に存在する多能性細胞から派生し、ゲノムの再プログラム化というエピジェネテイックなゲノム再編や減数分裂を経た後に、配偶子となり次世代へと遺伝情報を伝えていく。この世代サイクルにおけるゲノムの維持、再編、多様化という生物学的に重要な現象の解明を目指し、これまで、内部細胞塊、エピブラストなどの胚性未分化細胞、始原生殖細胞(PGC)の発生過程における全遺伝子の発現プロファイル動態の解析を実施してきた。今年度はその発現制御に関わる、哺乳類における代表的なエピジェネティック修飾であるゲノムDNAのメチル化パターンを微量細胞で解析する技術の確立を行い、これを用いて発生過程におけるエピゲノム動態の変化を追究することを行った。具体的には胚性幹細胞(ES細胞)や胚性生殖細胞(EG細胞)等の胚あるいは生殖細胞由来の幹細胞に加えて、胎生10.5日から17.5日までの胚から単離した始原生殖細胞を対象として、マウス7番染色体とX染色体上のほぼすべてのCCGGサイトのメチル化状態の解析を行った。
情報統計力学のポートフォリオ最適化問題への適用

近年,ポートフォリオ最適化問題において,情報統計力学に基づいた解析は学際領域の多くの研究者に注目されている.先行研究において収益率が各々独立同一分布に従う場合の最小投資リスクについて解析されてきたが,銘柄間の収益率に相関が含まれている場合の最小投資リスクに対して十分な議論がされていない.そこで我々はレプリカ解析,適応TAP方程式,ランダム行列積分公式の3つの解析法を組み合せて,相関が含まれている場合のポートフォリオ最適化問題を解析する.さらに相関構造を扱えるようにこれらの解析手法を拡張する.近年,数理ファイナンス分野とは異なる研究領域で開発された情報統計力学の解析手法を用いて,ポートフォリオ最適化問題が活発に議論されている.この先行研究として,Cilibertiらはレプリカ解析を用いて絶対偏差モデルや期待ショートフォールモデルの最小投資リスクの典型的な振る舞いを解析し,Pafkaらは収益率の分散共分散行列の漸近固有値分布の解析を通して銘柄間の相関構造を特徴づけた.しかしながらこれらの既存研究では,各銘柄の収益率が各々独立に同一分布に従うことを仮定しており,現実の証券市場を十分に特徴づけているとは言えない.そこで本研究では,銘柄間に含まれる相関を考慮に入れて解析手法を拡張し,より実効的な最適化手法の構築を行うことにした.さらに最小投資リスクとなる投資戦略で定義される統計量(集中投資度:投資先が集中・分散しているかどうかを測る指標)を導き,レプリカ解析,ランダム行列の積分公式や適応TAP方程式などを用いて,その統計量の性質を調べることにした.本研究の成果として,ランダム行列理論を用いて,投資行動に影響の出る各銘柄の収益率間に含まれる相関構造を明らかにした.次にランダム行列アンサンブルの積分公式を用いて,既存研究の手法を拡張した.また適応TAP方程式を用いて,最適解の求解アルゴリズムを導出した.これらにより,最小投資リスクとその投資戦略が満たす集中投資度の典型的な振る舞いを解析することができた.具体的には,ランダム長方行列の各成分の分散値が均一ではないランダム行列の漸近固有値分布を評価し,その理論結果を用いて分散値が異なる銘柄群のポートフォリオ最適化問題を解析した.さらにランダム行列積分公式を用いて銘柄間の相関行列と分散共分散行列から導出される最小投資リスクや集中投資度の関係を議論した.近年,ポートフォリオ最適化問題において,情報統計力学に基づいた解析は学際領域の多くの研究者に注目されている.先行研究において収益率が各々独立同一分布に従う場合の最小投資リスクについて解析されてきたが,銘柄間の収益率に相関が含まれている場合の最小投資リスクに対して十分な議論がされていない.そこで我々はレプリカ解析,適応TAP方程式,ランダム行列積分公式の3つの解析法を組み合せて,相関が含まれている場合のポートフォリオ最適化問題を解析する.さらに相関構造を扱えるようにこれらの解析手法を拡張する.近年,金融工学とは異なる研究分野である「情報統計力学」を用いてポートフォリオ最適化問題の解析が活発に行われている.本年度では申請した研究目的である「トレンドやカップリングなどの収益率間に含まれる相関を考慮に入れて既存手法を改良し,より実効的な最適化手法の構築を目指す」ための要素研究として,以下の4点について調査分析を行った(該当期間にて継続的に行った研究も含める).(1)空売り規制付きポートフォリオ最適化問題の情報統計力学:ポートフォリオ最適化問題の最適解の統計的な振る舞いにおける空売り規制の影響について解析を行った.(2)分散が異なる資産群に対するポートフォリオ最適化問題の情報統計力学:各銘柄の分散値が異なることによる最適解に与える影響を解析的に調べた.(3)各成分の分散値が異なるランダム行列の漸近固有値分布:最適解のリスクと分散投資達成度が収益率を成分とする収益率行列の固有値分布で表されることから,ランダム行列の固有値分布についての基礎研究を行った.(4)収益率が相互に影響する銘柄群と複数の制約条件を持つポートフォリオ最適化問題の情報統計力学:(3)の結果を用いて最適解の振る舞いについて詳細に調べた.また制約条件による効果についても調べた.以上が初年度の実績であり,これらをまとめて学術誌に投稿している.申請書に示した「(2)各資産の収益率間に含まれる相関の特徴づけをし,(3)ランダム行列理論を用いてこれらを理論的に整備する.特にランダム行列アンサンブルの積分公式の導出を行う際に必要とされる仮定が正しいかどうかを数値実験を用いて検証する.(4)次にランダム行列アンサンブルの積分公式を用いて,既存手法で得られたレプリカ解析を拡張する.またレプリカ解析の性能評価に匹敵することが期待される適応TAP方程式を用いて,最適解の求解アルゴリズムを導出する.」という内容に沿って概ね順当に遂行されている.ちなみに(2),(3),(4)は研究実績の概要で取り上げた以下の項目,(2)分散が異なる資産群に対するポートフォリオ最適化問題の情報統計力学,(3)各成分の分散値が異なるランダム行列の漸近固有値分布,(4)収益率が相互に影響する銘柄群と複数の制約条件を持つポートフォリオ最適化問題の情報統計力学,のことである.前年度の結果を踏まえて,平成25年度は理論解析の妥当性(実際の企業データに適用して手法脳有効性などを検証する)などを確認していく.申請書通りに研究費を使用し,研究を遂行していく.具体的には,平成25年度では,前年度の理論解析の結果をまとめ,学術誌に投稿する.その際英文校閲代や別刷り代などの論文作成に研究費の一部を使用する.

さらに理論解析が正しいかどうかを確認するために,実際に帝国データバンクから得られる企業情報を基に構成されたポートフォリオ最適化問題の最適解の振る舞いを解析する.そのためには企業情報のデータ(他業種,多期間)を購入する予定である.