hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音楽演奏学習促進を目的とする初心者用合奏支援システムの研究

従来から光るキーボードなどが存在し,次に弾くべき音を常時提示する支援が行われている.しかしこのような支援手法では,楽譜を読む力が育成されず,またフレーズ単位での音楽的なまとまりを意識しにくくなるという弊害がある.そこでまず被験者実験を実施し,ある楽曲の演奏練習を行っている際,学習者がどのような行動をとるかについての分析を行った.その結果,学習者は練習過程でしばしば演奏を停止するが,その際停止箇所以前に誤りがあった場合だけではなく,停止箇所の数音先に困難を感じて停止している場合も多いという事実を見いだした.そこで,Family Ensembleで考案した演奏位置追跡アルゴリズムを応用・改造し,演奏停止時に,停止箇所を楽譜上で見いだすと共に,その停止箇所以前に誤りがあったか無かったかを判定できるようにした.そのうえで,誤りがあった場合は停止箇所までのフレーズの模範演奏映像を提示し,誤りが無かった場合は停止箇所以降のフレーズの模範演奏映像を提示するシステムを考案・実装した.またこのシステムでは,誤りの有無にかかわらず,学習者が演奏を継続している間は模範映像を提示しないことにより,読譜学習を妨げないよう配慮した.現在このシステムを用いた評価実験を実施し,その有効性を確認しつつある.このほか,ブロックを並べることにより作曲を行う音楽学習支援システムや,「離鍵」動作に注目した音楽表現の構築プロセスの分析研究等を実施した.本年度は,前年度までに構築した演奏初心者の親が初学者の子どもと容易にピアノ連弾できるようにするシステム"Family Ensemble"の学習効果と使い勝手を向上させるために,以下の2点についての研究を実施した.1)ピアノ演奏支援システムを構築する際,正しい音高列やリズムの手本を表示する機能が一般に必要になる.しかし,この手本表示は学習効果に及ぼす影響が大きく,提示方法によっては学習を阻害する可能性もあるため,慎重なデザインが不可欠である.そこで,現在の類似システムで最も多く採用されている「常時次の1音の手本を示す」提示手段に加え,「常時次の1音からフレーズの最後までの手本を示す」「演奏停止時のみ次の1音の手本を示す」「演奏停止時のみ停止箇所からフレーズ最後までの手本を示す」の,合計4種類の提示方法を比較した.この結果,次の1音のみでなく,フレーズの最後までのまとまりを提示した方が演奏学習上良い効果を得られる可能性が高いことが示唆された.2)Family Ensembleシステムで使用する楽譜データを作成するには,メロディの音高列を数値的に入力する必要がある.しかしながら,楽器演奏学習の初心者にとって,あるメロディがどのような音高列で構成されているかを求めることは容易ではない.そこで,歌唱によってメロディを誰でも簡便かつ高精度に数値データとして入力可能とするツールを研究開発した.従来の鼻歌入力システムは,音の区切りを精度良く認識するために,利用者に特殊な歌唱方法を要求する.このため歌いづらいという問題があった.
腸管樹状細胞によるTGF-b依存性クラススイッチ誘導機構の解明

TGF-βは、IgA抗体とIgG2b抗体の生産に必須のサイトカインである。申請者の予備的検討から、小腸のリンパ節ではIgAに、盲腸のリンパ節ではIgG2bに偏向したクラススイッチ(CSR;抗体生産に必須の遺伝子組換え反応)が誘導される。本研究では、これらのリンパ節間で異なるTGF-β依存性CSR誘導機構の解明を目的とする。この目的のため、申請者はCSR誘導に重要である腸管樹状細胞に着目し、同細胞の機能や制御機構の解析をおこない、その免疫学的意義を明らかにする。
腫瘍細胞内グルタチオンと放射線感受性

1.細胞内グルタチオンの放射線効果における作用機序に関する研究:物理化学的ターゲットラジカル反応における細胞内グルタチオン(GSH)と酸素との拮抗モデルを提出した.本モデルがDUAレベルの実験結果を満足することを確認した.本モデルを用いた計算機シミュレーションにより,細胞内GSH,酸素および低酸素細胞放射線増感剤misonidazole(MISO)の反応係数を求め,それぞれ0.02, 10.0, 0.4の値を得た.2.低酸素細胞放射線増感剤に関する研究: C3H/HeマウスのNFSa腫瘍を用いて,放射線照射によるGSH合成阻害剤buthionine sulfoximine(BSO)とMISOの併用効果を調べた.低酸素細胞を含むNFSa腫瘍では, BSOを併用することにより, MISOの放射線増感効果を更に高め,その併用効果は相乗的であることを確認した.例えば, 0.5mmol/kgのMISOの増感率は1.44であるが, 5mmole/kgのBSOを照射前6時間間隔で4回併用することにより, 1.93の増感率を得られる.3.正常組織に関する研究: BSO5mmol/kg投与後のC3H/Heマウスの種々臓器のGSH量の変化を高速液体クロマトグラフィー法で測定した.特に肝,膵,腎臓内のGSH量は投与後10時間までに約20%まで減少,約20時間後には正常値に回復した. ICRマウス下肢の皮膚反応を指標にして,正常組織の放射線照射によるBSOとMISOの併用効果を調べた.低酸素状態の皮膚に対して, BSOとMISOの放射線照射における併用効果は相乗的であった.一方,空気吸収下における下肢皮膚には低酸素状態の細胞が部分的に存在することを確認した.4.グルタチオン研究の総括:グルタチオンの研究を総括して,時に放射線効果におけるグルタチオン効果の総説を報告した.1.細胞内グルタチオンの放射線効果における作用機序に関する研究:物理化学的ターゲットラジカル反応における細胞内グルタチオン(GSH)と酸素との拮抗モデルを提出した.本モデルがDUAレベルの実験結果を満足することを確認した.本モデルを用いた計算機シミュレーションにより,細胞内GSH,酸素および低酸素細胞放射線増感剤misonidazole(MISO)の反応係数を求め,それぞれ0.02, 10.0, 0.4の値を得た.2.低酸素細胞放射線増感剤に関する研究: C3H/HeマウスのNFSa腫瘍を用いて,放射線照射によるGSH合成阻害剤buthionine sulfoximine(BSO)とMISOの併用効果を調べた.低酸素細胞を含むNFSa腫瘍では, BSOを併用することにより, MISOの放射線増感効果を更に高め,その併用効果は相乗的であることを確認した.例えば, 0.5mmol/kgのMISOの増感率は1.44であるが, 5mmole/kgのBSOを照射前6時間間隔で4回併用することにより, 1.93の増感率を得られる.3.正常組織に関する研究: BSO5mmol/kg投与後のC3H/Heマウスの種々臓器のGSH量の変化を高速液体クロマトグラフィー法で測定した.特に肝,膵,腎臓内のGSH量は投与後10時間までに約20%まで減少,約20時間後には正常値に回復した. ICRマウス下肢の皮膚反応を指標にして,正常組織の放射線照射によるBSOとMISOの併用効果を調べた.低酸素状態の皮膚に対して, BSOとMISOの放射線照射における併用効果は相乗的であった.一方,空気吸収下における下肢皮膚には低酸素状態の細胞が部分的に存在することを確認した.4.グルタチオン研究の総括:グルタチオンの研究を総括して,時に放射線効果におけるグルタチオン効果の総説を報告した.C3HlHeマウスのNFSa腫瘍を用いて、放射線照射によるグルタチオン合成阻害剤buthionine sultoximine(BSO)と低酸素細胞増感剤misonida30le(MISO)の併用効果を調べた。低酸素細胞を含むNFSa腫瘍では、BSOを併用することにより、MISOの放射線増感効果を更に高め、その併用効果は相乗的であることを確認した。例えば、0.5mmol/kgのMISOの増感率は1.49であるが、5mmo/1kgのBSOを照射前6時間間隔で4回併用することにより、1.89の増感率を得ることができた。2.マウス皮膚(in vivo)における研究ICRマウス下肢の皮膚反応を指標にして、正常組織の放射線照射によるBSOとMISOの併用効果を調べた。酸素呼吸下、空気呼吸下および下肢Clamp5分後に放射線を照射して、その早期皮膚反応を観察した。低酸素状態の皮膚に対して、BSOとMISOの併用効果は相乗的であり、MISOの低投与量においても酸素吸入時と同程度に増感されることを確認した。空気呼吸下における下肢皮膚には低酸素状態の細胞が部分的に存在することを確認した。3.細胞内グルタチオンの作用機序における検討化学的ターゲットラジカル反応における細胞内グルタチオンと酸素との拮抗モデルを提出した。本モデルがDNAレベルの実験結果を満足することを確認した。本モデルを用いた計算機シミュレーションにより、細胞内グルタチオン、酸素およびMISOの反応係数(K値)を求め、それぞれ、0.02,10.0,0.4の値を得た。BSOおよびMISOの併用効果を新しい手法であるmicronucleiの出現率で研究中である。
ガス分子を介した新しい生体制御機構の学際的アプローチによる解明と医学への応用

ガス分子の受容体探索は、それ自体の技術的困難と、異なるガス分子と受容体が構成する複雑なフィードバックが交錯する代謝システムの系統的解析が困難であったために未開の領域であった。本プロジェクトではメタボロームと分子質量イメージングなどの最新の質量分析技術と計算機科学による予測生物学的アプローチを駆使してこの問題を解決し、新しい酸素センシング機構やストレス応答で変動するCO, NO, H2Sを介した細胞機能制御機構を発見し、それらが構成する複雑かつ精妙なガス分子感受性代謝システム制御機構の存在が示唆された。生体高分子の隙間に浸透し、低分子を認識して部位特異的に結合しその機能を調節できるガス分子による生体制御の生物学(Gas Biology)の推進を目指し、ガス分子の生成・受容・分配に関わる標的分子を同定し、これらの分子機能の人為的制御法を確立することにより、幹細胞生物学や病原微生物統御などの基礎医学研究を物理化学、情報工学などとの連携により学際的アポローチで推進することを目的として研究を推進した。CE-MS、CE-TOFMSを駆使した網羅的代謝解析技術の応用により、結核菌がヒトや大腸菌とは異なるクエン酸回路を持ち、α-ketoglutarateが脱水素反応を起こさず脱炭酸反応によりsuccinic semialdehydeを生成する酵素を有することを証明し、この酵素を標的とした感染症統御戦略の可能性を提示した。また神経・血管作動性ガスであるCOの新しい生物作用と標的分子が本年度の研究で明らかにされた。第一に脳微小循環血流の調節ガス分子であるNOの局所の濃度が血管内皮細胞、神経細胞に発現しているCO生成酵素であるhemeoxygenase-2により制御され、COがNO synthaseのhemeに結合することにより血管収縮作用を発揮していることを明らかにした。また第二に細胞がCOに暴露されると含硫アミノ酸の代謝変動が起こること、その標的分子がcysteine合成の律速段階を触媒するheme含有酵素であるcystathionine βsynthaseであることが明らかにされ、本酵素の遺伝子欠損マウスを用いてCOのストレス応答の消失を検証した。後者は情報・計算機科学の支援により、大量の代謝物定量的解析データのグループ間の比較を視覚的に支援するUser interfaceであるdifferential metabolomics displayが開発・応用されて可能となった。平成18年度は網羅的代謝解析技術と大量データ処理に資する情報処理技術を駆使して効率的なガス分子の受容システムの探索を進めた。そのための基盤技術としてdifferential metabolomics display(DMD)を確立しCE-MSによる生体試料を用いたメタボローム解析の効率化を果たした。DM)法により以下のガス分子センシング機構の探索とメカニズム解析を推進した。まずヒト赤血球が低酸素を感知して解糖系の活性化を行う機構として、ヘモグロビンがセンサーとなり、低酸素に呼応してT-state構造が安定化し細胞膜上のBandIIIに結合することを契機として律速酵素PFK、GAPDHが活性化してglucoseの酸化が起こることを細胞代謝モデルで予測をし、CE-MSによる代謝物変動パターンが予測と一致すること、また^<13>C-glucoseを用いたpulse-chase解析によってglucoseのlactateへの酸化が1分で約2倍に活性化し、ペントース燐酸回路などへの流速が低下することが示された。また生体内の重要な酸素感受性転写調節因子であるHIF-1のconditional KO mouseを創出し、T-cellでKOした個体ではリンパ球の活性化依存性アポトーシスが抑制されることにより炎症が遷延することが明らかになった。また肝細胞特異的なKO mouseでは肝臓のmitochondrial biogenesisの増加による酸素消費の増加が証明され、現在そのメカニズムを解析中である。また上記の情報技術を用いて探索したストレス誘導性ガスであるCOの新規受容体候補分子であるcystathionine β-synthaseは生体内で実際にCOを受容し、homcysteineからcystathionineへの生合成速度を低下させ、glutathione代謝制御に関与することを明らかにした。平成19年度は網羅的代謝解析技術と大量データ処理に資する情報処理技術を駆使して効率的なガス分子の受容システムの探索を進めた。ヒト赤血球が低酸素を感知して解糖系の活性化を行う機構として律速酵素PFK、GAPDHが活性化してglucoseの酸化が起こること、この際Glucose 6-Pが低下することによりpentose phosphate shuntに抑制がかかることをCE-MSにより明らかにした。また上記の情報技術を用いて探索したストレス誘導性ガスであるCOの新規受容体候補分子としてcystathionine β-synthaseを同定し、acetaminophen肝障害におけるCO増加、培養細胞でのCO処理によって本酵素が阻害されること、この阻害によってmethionine cycleの代謝流速が増加することにより各種の蛋白質のarginine残基にメチル化が促進することが明らかになった。さらにメチル化を受けた蛋白質を質量分析により同定し、複数の解糖系酵素が探索された。

一方、CO処理を受けた細胞はglucose利用が解糖系からpentose phosphate shuntに変化することが13C-glucoseを用いた網羅的代謝解析により解明された。低酸素時にはHIF-1を介したglucose transporterの発現増加、糖系酵素発現増加が起こり乳酸の増加が起こるが、低酸素でCO生成酵素であるhemeoxygenase-1が発現するとpentose phosphate shuntへの代謝シフトが起こることが癌組織などで起こることが明らかになった。酸素センサーと目されるcytochrome oxidaseのプロトン駆出機構を詳細に検討し、プロトン駆出自身がミトコンドリアの量的制御に関わる可能性を示唆する新知見を得たため、引き続き検討を要する。平成20年度は網羅的代謝解析技術と大量データ処理に資する情報処理技術を駆使して効率的なガス分子の受容システムの探索を進める一方、ナノビーズ技術を用いたガス結合能を有する生体高分子の系統的探索を実施した。その結果、解糖系の中間酵素であるGAPDHやprostaglandin水解酵素などheme bindingmotifを持だない酵素に可逆的にヘムが結合し、COが配位することによって酵素反応が抑制されることが示唆された。ガスのような極小分子でもそのレセプター蛋白質を系統的に探索する手法が初めて確立した。ストレス誘導性ガスであるCOの新規受容体候補分子としてcystathionine β-synthase(CBS)を同定したが、COが複数の代謝経路をmulticentricに抑制することによって代謝システムを精妙に制御していることが明らかになった。一方、CO生成酵素であるhemeoxygenase-2は基質である分子状酸素の濃度が低下するとCOの生成が追随して低下するため、酸素センサーと目される酵素である。脳はCOの生成が豊富な臓器の一つであるが、heme oxygenase-2とCBSを豊富に発現する小脳では、神経細胞がCOの生成源となり、astrocyteがCBSを発現して同酵素から生成されるH2Sを制御することを示唆する知見を得た。CBSのノックアウトマウスの新生児小脳スライスを用いた実験ではCOの消長に対する血管反応感受性を喪失するが、H2Sの外因性添加はK+channelの調節を介した血管拡張作用を発揮したことから、COが局所のneirovascular unitの代謝を制御して脳微小血管のトーヌスを調節するガスメディエータであることが初めて示された。その他酸素センサー分子であるHIF-1が低酸素を感知して核だけでなくミトコンドリアにも結合することが示された。本年度は以下の成果を挙げ一部を論文として報告した。
免疫担当細胞におけるCD83の機能と皮膚疾患との関連

CD83の生体内での機能を明らかにするため、CD83ノックアウトマウスを使用した。CD83ノックアウトマウス由来の細胞におけるMHC class II分子の発現量を検討したところ、CD83ノックアウトマウス由来抗原提示細胞ではCD83の膜表面での発現が低下しており、CD83欠損B細胞では野生型マウス由来B細胞に比べて約50%の減少が認められた。CD23やCD86の発現低下も認められた。しかしながら、細胞内のMHC class IIの発現量は野生型マウスと同等かむしろ亢進していた。抗原受容体刺激やLPSによる活性化刺激時のMHC class IIの発現増強も細胞表面では低下していたが、細胞内では正常ないし増強していた。さらに、CD83欠損B細胞を野生型マウスに移入してもMHC class IIの発現には変化がみられず、野生型B細胞をCD83欠損マウスに移入しても同様であった。MHC class IIの膜表面でのターンオーバーを検討したところ、野生型B細胞に比べCD83欠損B細胞ではターンオーバーの亢進が認められたため、このようにCD83はMHC class IIの細胞表面での安定性に関与していることが示唆された。このような制御機構がCD83による胸腺のポジテイブセレクションに関与していると考えられた。CD83ノックアウトマウスでは、CD4陽性T細胞の数が減少しているため、CD83ノックアウトマウス由来の細胞におけるMHC class II分子の発現量を検討した。CD83ノックアウトマウス由来抗原提示細胞ではCD83の膜表面での発現が低下しており、B細胞では約50%の減少が認められた。また、CD23の発現レベルの低下も認められた。一方MHC class I分子やCD19、CD20、CD21、CD22など他のB細胞表面マーカーの発現は正常であった。また活性化刺激時のMHC class IIの発現増強やCD86の発現も減少していることが明らかになった。これは刺激の種類に依存しておらず、CD83欠損細胞でも細胞内シグナル伝達は正常であった。このようにCD83はB細胞をはじめとする抗原提示細胞においてMHC class IIおよびCD86やCD23など関連分子の膜表面への発現に重要な役割をもつことが示された。
反応性プラズマプロセスにより作製した窒化スズ薄膜の結晶構造解析

金属スズをターゲットとし,窒素をスパッタガスとした反応性高周波スパッタリング法を用いて,窒化スズ薄膜の作製を行い,その結晶構造を評価するとともに,構造が膜の諸特性に与える影響について考察を行った.窒化スズ薄膜の成膜には,平行平板型の高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いた.結晶構造解析には薄膜X線回析装置を用い,室温におけるvan der Pauw法によって電気的特性の評価を行った.また,X線光電子分光分析により,膜の組成と化学結合状態分析を行った.高周波出力50175W,成膜圧力0.271.3Paの範囲内では,すべての条件で六万晶系の結晶構造を持つ結晶性窒化スズを成膜できた.X線回析実験の結果から,成膜中の圧力が低いほど,すなわち平均自由行程が長いほど,また高周波出力が大きいほど、回析ピークの半値幅は狭くなり,膜の周期的構造の乱れが少なくなることがわかった.どの試料においても,XPSによる組成分析の結果,Sn/N原子数比は約1.0であり,Sn3d5/2,N1s各光電子ピークの化学シフト量は,それぞれ+1.6eV,-1.9eVであった.一方,膜のキャリア密度は平均自由行程15mm,高周波出力125Wで極小を示した.基板表面での拡散距離,膜に損傷を与えるイオン衝撃,また未窒化スズの含有量などが影響していると考えられる.これらを制御することにより,さらに良質な結晶性を有する窒化スズ薄膜の作製が可能になる.金属スズをターゲットとし,窒素をスパッタガスとした反応性高周波スパッタリング法を用いて,窒化スズ薄膜の作製を行い,その結晶構造を評価するとともに,構造が膜の諸特性に与える影響について考察を行った.窒化スズ薄膜の成膜には,平行平板型の高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いた.結晶構造解析には薄膜X線回析装置を用い,室温におけるvan der Pauw法によって電気的特性の評価を行った.また,X線光電子分光分析により,膜の組成と化学結合状態分析を行った.高周波出力50175W,成膜圧力0.271.3Paの範囲内では,すべての条件で六万晶系の結晶構造を持つ結晶性窒化スズを成膜できた.X線回析実験の結果から,成膜中の圧力が低いほど,すなわち平均自由行程が長いほど,また高周波出力が大きいほど、回析ピークの半値幅は狭くなり,膜の周期的構造の乱れが少なくなることがわかった.どの試料においても,XPSによる組成分析の結果,Sn/N原子数比は約1.0であり,Sn3d5/2,N1s各光電子ピークの化学シフト量は,それぞれ+1.6eV,-1.9eVであった.一方,膜のキャリア密度は平均自由行程15mm,高周波出力125Wで極小を示した.基板表面での拡散距離,膜に損傷を与えるイオン衝撃,また未窒化スズの含有量などが影響していると考えられる.これらを制御することにより,さらに良質な結晶性を有する窒化スズ薄膜の作製が可能になる.
成長できる人口血管の開発に関する基礎的研究

幼小児期に人工血管の植え込み術を受けると、その人工血管は患児の成長に合せて成長してゆき、大人になった時に成長は止まり、以後は安定した形態を維持するという「成長できる人工血管」を作るための基礎的研究を行い、それい基づいて成長のメカニズムを理論的に解析した。次にその結果をもとに新しい型の「成長できる人工血管」を設計、作成し、動物実験を行って、設計通りに成長した。また最終年度では特に長期例における人工血管の安全性について検討を行った。以下にその方法および結果について述べる。人工血管の素材として、ヒト大伏在静脈および超極細ポリエステル繊維製メッシュチューブを用いた。前者は静脈癖手術時に採取したもののうち、比較的壁構造の良好なものを用い、これを浸速圧および超音波によって内在するすべての細胞を破壊したあと、親水性架橋剤によって固定処理した。このとき架橋条件を変えることによって、材料の架橋率を制御し、生体内での劣化程度をコントロールして人工血管の成長速度を調節した。後者の超極細ポリエステル繊維製メッシュチューブは前者より太いものを用い、前者の外側を覆うように二重の管として植え込む。このようにすることで、前者が徐々に成長し、膨んで太くなってきて、後者の内側に至り、それと同じ内径となった時にこれ以上膨らむことを阻止できる。このため「成長」はこの時点で停止する。超極細ポリエステル繊維は生体親和性に優れており、生体内で安定した血管壁の骨組みとして役立ち、さらにそれは生体内で劣化しないため、永久に人工血管の太さを維持できる。前者の静脈癖は植え込み後1年半程度で消去するようなモデルをこの度は考えたが、親水性架橋剤によって架橋されているため、細胞親和性が高く、宿主細胞が壁内部に次第に侵入し、それらがコラーゲナーゼを出して古い構築を分解するとともに、宿主細胞自身が新しく成長する血管壁を形成していった。小児、乳児の心臓大血管手術が今日では安全に行われるようになったが、現在の人工血管は患児の成長に合せては成長してくれない。従って患児はある程度成長した時期により太い人工血管へ取り換える再手術、再々手術を余儀なくされている。そこで成長できる人工血管の必要性が強い。本研究では成長可能な人工血管作成のための基礎実験として、成長がある時点で停止することが安全上重要であると考えて、成長しきった安定期における人工血管の安全性維持のためにポリエステルメッシュチューブを採用し、その有用性を検討した。これを最初に生体内で劣化吸収可能な糸でからめて網目の数や幅を減少させておき、植え込み時のサイズを小さくおさえておけば、植え込み後次第に糸が吸収されて、もとのサイズのメッシュチューブにもどってゆくことによって新生血管壁も大きくなり、人工血管は成長してゆくことが期待できる。具体的動物実験としては、1.3mm×1.3mmという網目の荒いポリエステルメッシュで内径8mm、長さ5.7cmの管を作り、その内腔に合うシリコーンチューブを捜入し、成犬皮下組織内に20日間入れていた後に採取し、シリコーンチューブを抜去することでポリエステルメッシュを枠組みとし、結合組織で肉付けをした人工血管を作成した。55頭の成犬胸部下行大動脈を5.5cmにわたり切除し、ここに作成した人工血管を植え込み、植え込み直後より850日に至るまでの試料を得た。採取した試料の肉眼的観察では、全例安定した血管壁形成がみられ、動脈瘤形成や破綻等の異常状態は認められなかった。光顕的観察では新生血管壁の形成は急速であり、早期に平滑筋細胞や内皮細胞が出現し、安定した像がみられた。

ポリエステルメッシュは新生血管壁内でその枠組みとしての役目をはたしていた。以上の結果、最終段階での成長できる人工血管の安全性が確認されて、生成可能な人工血管は理論的には作成可能であることが証明された。患児の発育、成長に合わせて、次第に太くなり成長してゆく特性をもつ人工血管の開発を行った。本年は3年計画の最終年度にあたるため、成長できる人工血管の長期間経過における変化の観察から、その安全性を中心として検討を行った。また血管壁のたどる経過の観察から、石灰化などの退行性変性にも特に注目し検討した。人工血管の素材としては、ヒト大伏在静脈および超極細ポリエステル繊維製メッシュチューブを用いた。前者は静脈瘤手術時に採取したもののうち、比較的壁構造の良好なものを用い、これを浸透圧および超音波によって内在するすべての細胞を破壊したあと、親水性架橋剤によって固定処理した。このとき架橋条件を変えることによって、材料の架橋率を制御し、生体内での劣化程度をコントロールして人工血管の成長速度を調節した。後者のポリエステル繊維製メッシュチューブは前者より太いものを用い、前者の外側を覆うように二重の管として植え込んだ。このようにすることで、前者が徐々に成長し、膨んで太くなってきて、後者の内側に至り、それと同じ内径となった時に成長が停止する。超極細ポリエステル繊維は生体親和性に優れており、生体内で安定した血管壁の骨組みとして役立ち、さらにそれは劣化しないため、永久に人工血管の太さを維持できるように設計した。前者は親水性架橋剤で処理されているため、細胞親和性が良好で、宿主細胞が壁内部に多数侵入した。実験結果では、植え込み2年後には完全に人工血管は成長し、それ以後太さの変化を示さず、破裂例はみられなかった。血管壁の光学顕微鏡による検査では、植え込まれた静脈片は1年半で完全に消失し、代って宿主細胞による新しい血管壁が形成されていた。壁には石灰化などの退行性変化は全く認められなかった。以上の結果、作成した人工血管は肉眼レベルでも顕微鏡レベルでみても安全であることが確認された。
ゲノム修復とiPS細胞技術を併用した先天性食細胞異常症に対する遺伝子治療法の開発

重症先天性好中球減少症由来iPS細胞の遺伝子編集実験と並行し、若年性骨髄単球性白血病患者(JMML)由来のiPS細胞を用いて遺伝子編集実験を行った。JMML患者からはPTPN11遺伝子変異を有するiPS細胞と野生型遺伝子のiPS細胞が樹立され、変異iPS細胞の方が明らかに高いCD34陽性細胞産生能を示した。ジンクフィンガーヌクレアーゼを用いた相同組換えにより、変異iPS細胞におけるPTPN11変異の修復と野生型iPS細胞へのPTPN11変異の導入を行った。その結果、PTPN11変異を有するiPSCはOSBP2変異も共存していたが、PTPN11変異自体が造血異常に寄与していることが判明した。CompoZrカスタムZFNを用いて該当遺伝子の変異部位特異的なZFNプラスミドの設計を行い、健常人由来細胞からゲノムDNAを抽出し、ZFNによる切断部位挟んで上流・下流にそれぞれ800bpの領域をホモロジーアームとして、それを含む領域をサブクローニングした。次いで、両側のホモロジーアーム内に、mutagenesis法を用いて2か所ずつ塩基置換を行った。U937とA549細胞株を用いて、ヌクレオフェクション法によりeGFP配列を挿入したプラスミドを核内導入し、24時間後に蛍光が確認された。さらに、ドナープラスミドへピューロマイシン耐性遺伝子配列を挿入し、A549細胞のゲノムDNA上に遺伝子変異が適切に導入されることが確認できた。iPS細胞からCD34陽性CD45陽性の造血幹細胞を得るため、先天性食細胞異常症患者よりも細胞増殖能が高いと考えられる若年性骨髄単球性白血病患者の末梢血T細胞を用いた。若年性骨髄単球性白血病患者の末梢血T細胞にOct3/4, Sox2,Klf4,c-MycのcDNAをセンダイウイルスによりtransfectし、iPS細胞を作製した。次いで、iPSコロニーをAGM-S3細胞上でBMP4、VEGF、SCF、TPOを同時に添加することにより、常に大量のCD34陽性CD45陽性CD38陰性細胞を得る培養方式を確立した。該当遺伝子の変異部位特異的なZFNプラスミドの設計を行い、ZFNによる切断部位挟んで上流・下流にそれぞれ800bpの領域をホモロジーアームとして、それを含む領域をサブクローニングし、両側のホモロジーアーム内に、mutagenesis法を用いて2か所ずつ塩基置換を行った。そして、ヌクレオフェクション法によりeGFP配列やピューロマイシン耐性遺伝子配列を挿入したプラスミドの核内導入が確認できた。若年性骨髄単球性白血病患者の末梢血T細胞からiPS細胞を作製し、AGM-S3細胞上でBMP4、VEGF、SCF、TPOを同時に添加することにより、常に大量のCD34陽性CD45陽性CD38陰性細胞を得る培養方式を確立できた。これらの結果から、本研究課題はおおむね順調に進捗している。2)A549細胞株を用いてZFNによる遺伝子改変の検討を行った。ピューロマイシン添加培養液で培養開始後、約2週間でA549細胞のコロニーが形成された。各コロニー細胞から抽出したゲノムDNAを用いたPCR法を行った結果、A549細胞の適切な遺伝子座位でドナープラスミド配列への置換が確認された。3)昨年度樹立したPTPN11変異を有する若年性骨髄単球性白血病(JMML)患者由来のiPS細胞を用いてgene editingを検討した。MEF上で維持・培養したiPS細胞をReproFF2培地へ移しMEF非存在下で培養した。約1週間後に、iPSコロニーを回収し、TrypLE Selectを用いて処理を行った後に、ヌクレオフェクション法でドナーベクターとZFN発現ベクターを同時に核内導入し、1日培養後にピューロマイシンを添加し培養した。2週間後に形成された各コロニー細胞から抽出したゲノムDNAを用いてPCR法を行った結果、該当遺伝子の適切な座位でドナープラスミド配列への置換が確認された。1)ELANE変異を有するSCN患者の末梢血T細胞からiPS細胞を作製した。2)A549細胞株を用いてZFNによる遺伝子改変を検討した結果、適切な遺伝子座位でドナープラスミド配列への置換が確認できた。3)iPS細胞から造血幹細胞への分化においてもgene editingが可能かを検討するため、細胞増殖能が高いJMML患者由来のPTPN11変異を有するiPS細胞を用いた。樹立したJMML-iPS細胞をMEF上からReproFF2培地へ移しMEF非存在下で培養したところ、該当遺伝子の適切な座位でドナープラスミド配列への置換が確認できた。重症先天性好中球減少症(SCN)-iPS細胞の遺伝子編集実験と並行して、より高いCD34陽性細胞産生能が期待できるPTPN11c.G226A変異を有する若年性骨髄単球性白血病(JMML)患者由来のiPS細胞を用いて実験を行った。この患者からはPTPN11変異を有するiPS細胞と野生型PTPN11遺伝子を有するiPS細胞が樹立されたが、ヒト胚性幹細胞に特異的な種々のマーカーの発現や3胚葉分化能に差は認められなかった。マウスAGM-S3間質細胞上でBMP

4、VEGFおよびSCF/TPOを添加した培養系でCD34陽性細胞数とCD34陽性CD45陽性細胞数を比較したところ、PTPN11変異遺伝子を持つiPS細胞の方が明らかに高値を示した。JMML患者から樹立された野生型PTPN11遺伝子を有する2つのiPSCクローンの造血分化能は、健常者から樹立されたiPSCクローンと同程度であった。次に、PTPN11変異遺伝子を持つJMML患者由来のiPSCの全エクソームシークエンスを行ったところ、細胞増殖と生存に必須と報告されているOSBP2c.C389T変異が認められた。PTPN11変異を有するJMML iPSCはこのOSBP2変異を有し、PTPN11変異を持たないJMML iPSCのOSBP2遺伝子は野生型であった。そこで、ZFNを用いた相同組換えアプローチにより、PTPN11変異の修復と導入を行った。PTPN11遺伝子とOSBP2遺伝子の両者に変異を持つiPSCにおいてPTPN11変異を修復したところ、2つの遺伝子が野生型のJMML iPSCと同レベルまでCD34陽性細胞産生は減少した。一方、2つの遺伝子が野生型のJMML iPSCへPTPN11変異を導入したところ、CD34陽性細胞産生は増加し、PTPN11遺伝子とOSBP2遺伝子の両者に変異を持つiPSCに匹敵するレベルに達した。重症先天性好中球減少症由来iPS細胞の遺伝子編集実験と並行し、若年性骨髄単球性白血病患者(JMML)由来のiPS細胞を用いて遺伝子編集実験を行った。JMML患者からはPTPN11遺伝子変異を有するiPS細胞と野生型遺伝子のiPS細胞が樹立され、変異iPS細胞の方が明らかに高いCD34陽性細胞産生能を示した。ジンクフィンガーヌクレアーゼを用いた相同組換えにより、変異iPS細胞におけるPTPN11変異の修復と野生型iPS細胞へのPTPN11変異の導入を行った。その結果、PTPN11変異を有するiPSCはOSBP2変異も共存していたが、PTPN11変異自体が造血異常に寄与していることが判明した。平成28年度は以下の研究を遂行する。1)iPS細胞は、MEF細胞上で集塊を作って増殖するが、ヌクレオフェクション法を用いて核内導入を行うためには、単細胞状態にしなければならない。そこで、単細胞化したiPS細胞へのZFN発現プラスミド、eGFPプラスミドの核内導入実験を行う。導入実験では、ヌクレオフェクションの条件や試薬の組み合わせを工夫しながら、増殖に影響せずに導入効率を保つ条件を検討する予定である。2)平成27年度の研究成果を踏まえ、慢性肉芽腫症(CGD)患者の末梢血T細胞からiPS細胞を作製し、AGM細胞と共培養し、BMP4、VEGF、SCFやTPO等を添加し、CD34陽性細胞が産生される培養系を樹立する。産生されたCD34陽性細胞におけるCD45, CD38, CD33, c-kitなどの表面マーカーをフローサイトメトリーで解析するするとともに、メチルセルロース法によりコロニー形成能を検討する。平成29年度は以下の研究を遂行する。1)SCN患者の末梢血T細胞から樹立したiPS細胞を用いて、ELANE
光により制御された電子正孔多体系の物性と機能

本研究は、電子正孔多体系の解析を必要とするため、コンピューターによる長時間のジョブを実行する必要がある。本補助金により購入したワークステション(ヒューレットパッカード社、Model712/80)上で数式処理システムMathematica(Wolfram Resarch社)とFortranを走らせることにより、以下の研究成果を得ることができた。(1)2本の位相差を持つ光ビームを接合した半導体に入射した場合に生ずる光ジョセフソン効果の解析を行い、DCジョセフソン効果のみならずACジョセフソン効果も生ずることが理論的に明らかにされた。(2)緩和現象も含んだ半導体光ブロッホ方程式を数値的に解くことにより、光章動現象における多体効果を明らかにした。もっとも顕著な結果として、電子正孔系におけるクーロン引力を無視した場合には位相緩和によって光章動が生じない場合でも、クーロン引力によって生じた巨視的コヒーレンスにより振動的光過渡応答が生ずることが理論的に見いだされた。
希少放線菌の複雑な形態分化を支える分子基盤の解明

希少放線菌の一種であるアクチノプラネスは、菌糸状に生育したのち運動性胞子を多数内包する胞子嚢を形成するという複雑な形態分化を行うバクテリアである。胞子嚢は湿潤した環境下で開裂し、飛び出した胞子は好ましい環境まで遊走したのち発芽する。本研究では、本菌の複雑な形態分化を支える分子基盤を多方面から解析し、「細胞の休眠と覚醒」や「細胞運動の制御」という生命現象の根源的な課題に新たな知見を得ることができた。希少放線菌Actinoplanes missouriensisは、菌糸状に生育したのち運動性胞子を多数内包する胞子嚢を形成するという極めて複雑な形態分化を行うバクテリアである。本研究の目的は、A. missouriensisの複雑な形態分化を支える分子基盤を解明し、「細胞の休眠と覚醒」や「細胞運動の制御」という生命現象の根源的な課題に新たな知見をもたらすとともに、「微生物学」の新たな研究領域を切り拓くことである。小課題(1)「胞子嚢・胞子形成に関わる遺伝子群の同定とその発現制御機構の解明」では、胞子嚢内の胞子成熟に関わる多機能性転写活性化因子TcrAに関して、細胞内でのTcrA結合部位の網羅的解析を進めるとともに、リン酸リレーに関しても候補タンパク質の解析を進めた。一方、不適切なタイミングでの胞子嚢形成を抑制すると考えられる多機能性転写抑制因子BldDに関して、標的遺伝子群を網羅的に同定した。小課題(2)「胞子嚢マトリックスの分子実体の解明とその機能および生産制御機構の解明」では、胞子嚢マトリックスタンパク質の機能解析を遺伝子破壊により行うとともに、spore sheathを大量に調製する方法を確立した。小課題(3)「胞子嚢開裂の分子メカニズムの解明」では、胞子嚢開裂時のトランスクリプトームを経時的に解析し胞子嚢開裂に重要だと考えられる因子を見出すとともに、胞子嚢特異的に発現しているプロテアーゼについて遺伝子破壊によりその機能解析を進めた。一方、新たに胞子嚢開裂に異常がある変異株の取得に成功した。小課題(4)「運動性胞子の運動性・走化性および運動停止の分子メカニズムの解明」では、トラッキング顕微鏡を用いた運動の詳細な解析を行うとともに、テザーリング細胞観察系を立ちあげた。本年度の主要な研究成果を小課題ごとに以下にまとめる。小課題(1)「胞子嚢・胞子形成に関わる遺伝子群の同定とその発現制御機構の解明」では、胞子嚢内の胞子成熟に関わる多機能性転写活性化因子TcrAの細胞内での結合部位をバイオインフォマティックス的手法により絞り込み、競合的ゲルシフトアッセイにより確認するという手法で、合計42箇所同定した。また、ssgMがA. missouriensisの胞子嚢形成に必須な遺伝子であることを明らかにした。さらに、AMIS_76070が正常な形の胞子嚢の形成に必要であることを明らかにした。小課題(2)「胞子嚢マトリックスの分子実体の解明とその機能および生産制御機構の解明」では、遺伝子破壊による胞子嚢マトリックスタンパク質の機能解析を継続して行ったが、一遺伝子破壊では表現型は得られなかった。小課題(3)「胞子嚢開裂の分子メカニズムの解明」では、胞子嚢開裂時のdRNAseq解析を行い、胞子嚢開裂時に発現する遺伝子のプロモーター配列を明らかにした。また、昨年度取得した胞子嚢開裂に異常がある変異株の解析より、胞子嚢の開裂に重要な遺伝子を一つ同定した。小課題(4)「運動性胞子の運動性・走化性および運動停止の分子メカニズムの解明」では、胞子べん毛の回転の停止に必要なタンパク質FtgAが走化性の発揮にも必要であることを示した。TcrA結合部位の網羅的解析など、当初とは違う手法により研究を進めた課題や、解析が難航して一時ペンディングにした課題もあるが、想定以外の方向に研究が展開できた課題もあり、全体として「おおむね順調に進展している」と自己評価した。小課題(1)「胞子嚢・胞子形成に関わる遺伝子群の同定とその発現制御機構の解明」、小課題(3)「胞子嚢開裂の分子メカニズムの解明」では、鍵転写因子TcrAおよびそのリン酸化に関わると考えられるHisキナーゼHhkAに関して、両遺伝子破壊株のトランスクリプトーム解析と胞子嚢形成時および胞子嚢開裂期の経時的トランスクリプトーム解析の結果を総合的に解析し、TcrAがリン酸化を受けないでも活性化する標的遺伝子群とリン酸化を受けたのちに活性化する遺伝子群が存在することを示すなど、遺伝子発現制御の全体像を明らかにした。

また、胞子嚢形成に必須であることを見出した2つの因子、SsgB(SsgMから改称)とAMIS_76070産物(AsfRと命名)が相互作用することを明らかにした。さらに、AsfRをリン酸化するキナーゼAsfKを見出した。小課題(4)「運動性胞子の運動性・走化性および運動停止の分子メカニズムの解明」では、胞子べん毛の回転の停止に必要なタンパク質FtgAがべん毛基部の構成因子と相互作用することを明らかにした。一方、べん毛繊維のアセンブリーに必要なタンパク質として同定していたチオレドキシンTrxAがFliWと相互作用することを見出し、その機能に重要なアミノ酸残基を特定するなど、TrxAの機能解析が大いに進展した。希少放線菌の一種であるアクチノプラネスは、菌糸状に生育したのち運動性胞子を多数内包する胞子嚢を形成するという複雑な形態分化を行うバクテリアである。胞子嚢は湿潤した環境下で開裂し、飛び出した胞子は好ましい環境まで遊走したのち発芽する。本研究では、本菌の複雑な形態分化を支える分子基盤を多方面から解析し、「細胞の休眠と覚醒」や「細胞運動の制御」という生命現象の根源的な課題に新たな知見を得ることができた。大部分の実験は計画通り順調に遂行することができた。TcrA結合部位の網羅的解析など、やや進行が遅れている課題もあるが、胞子嚢開裂に異常がある変異株の取得に成功するなど、当初の計画以上の成果も得られており、全体として、「おおむね順当に進展している」と自己評価した。基本的に当初計画通りに研究を遂行するが、平成28年度は本研究課題の最終年度であるため、順調に進展している課題に重点をおき、これまでの成果を論文にまとめて投稿することを目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。応用微生物学新たに取得した胞子嚢開裂に異常がある変異株の解析を進めるという戦略の追加はあるが、基本的に当初計画通りに研究を遂行する。
基礎科学的立場からの地震予知手法の検討と新手法への展望

本研究の目的は,過去30年間に蓄積された地震予知研究の成果を踏まえ,新しい視点から地震予知研究のあり方や予知手法を検討し,地震予知研究に新しい展望を開くことである。1962年に地震予知計画研究グループによりいわゆる「ブループリント」(正式名称:地震予知-現状とその推進計画)が出され,これが発端となってわが国の地震予知は,測地学審議会の建議に基づく国家事業として1965年から遂行されることとなった。第6次地震予知計画は本年度で終了するが,その進捗状況の報告は1992年に提出されている。本研究は,地震予知計画の発端となったいわゆるブループリントと第6次地震予知計画の進捗状況の報告書を基礎資料として,地震予知研究の現状を3つの部会に分かれて深く検討し,次のような展望を得た。第1の部会は観測方法およびデータに関する検討を行った。少なくとも1020km規模の不均一な歪場の時間的変動の検出が急務であり,そのためには稠密なGPS連続観測が効果的である,との結論を得た。第2の部会はデータ解析・室内実験・理論に関して検討した。地震破壊核の成長過程に関する近年の実験的・理論的研究の進歩にはめざましいものがあるものの,地震の場への適用,前兆現象の発現機構等に関してはなお一層の努力が必要である。第3の部会は,とくに報告されている前兆現象の客観的評価基準が論じられた。この客観的基準を構築するためにも前兆現象の発現機構の解明を意図する目的的多項目総合観測と基礎研究の推進がもっとも重要である,との結論を得た。このような展望をより明確にし,新しいブループリントを目指して,「地震予知研究公開シンポジウム」を1994年6月に開催する。
マウス生殖細胞における自然突然変異の特異性の解析

生殖細胞における自然突然変異の特性を理解する目的でlacZ遺伝子を導入されたマウスを用い以下の点を明らかにした。(1)減数分裂を始める前の幼若期(17-19日令)及び減数分裂の盛んな2ヵ月令で睾丸を摘出し自然突然変異頻度と変異の分子型を解析した。その結果両者は質的にも量的にもほとんど差異は認められなかった。このことから減数分裂に伴う突然変異増加はないものと考えられる。また睾丸の自然突然変異の分子形を体細胞組織での自然突然変異のそれと比較するとDNAポリメラーゼのスリップに由来すると考えられる欠失型変異頻度が少ないことが分かった。これは生殖細胞ではミスマッチ修復機能が高く、それに関連する変異が少なくなっていることを示唆している。いろいろな型の突然変異の中で欠失変異は遺伝情報の大きな乱れにつながることが多いので、生殖細胞で欠失型変異が少なく抑えられていることはゲノム保護のため有効な戦略と思われる。(2)生殖細胞におけるミスマッチ修復の重要性を確認するためにミスマッチ修復に関与しているMlh-1遺伝子を欠損させたマウスを導入しMutaマウスとの交配によりMlh-1(-/-)・lacZ(+/+)マウスを作成し、そのマウスの幼若期(17-19日令)及び成熟期(2カ月令)での睾丸の自然突然変異を調べた。その結果、2つの時期のいずれにおいてもスリップに由来すると思われる欠失型変異の出現が大幅に増加した。このことは生殖細胞ではミスマッチ修復活性がスリップ型変異の抑制に働いていることを示している。ただし、同じスリップ型変異でも挿入型変異の増加は見出されなかったので、両者は区別されているものと考えられる。生殖細胞に於ける自然突然変異の特異性を理解する目的のもとに平成13年度は以下のことを明らかにした。(1)大腸菌のlacZ遺伝子を導入されたMutaマウス雄を用い、1520日令に於ける睾丸での自然突然変異頻度を調べた所(5.71±1.35)×10^<-5>であり、成熟し減数分裂の盛んな10週令マウスでの値(6.95±0.94)×10^<-5>と同じレベルであった。また1520日令のマウス3匹から61個の突然変異体を分離し、そのDNA塩基配列を決めた所、70%がCpG配列部位でのG:C→A:T変異であり、他の30%は何らかの塩基置換であった。欠失型変異と挿入型変異は1例も見いだせなかった。この特性も成熟した睾丸での特性と類似している。以上のことは精原細胞と減数分裂後の細胞での自然突然変異とが類似したものであり、減数分裂のプロセスでは特定の突然変異が増加することはないことを示唆している。(2)突然変異生成の抑制に重要な役割を果たすことが知られているミスマッチ修復が生殖細胞で働いているかどうかを明らかにすべく、Mlh1遺伝子欠損マウスを本学野田哲生教授より譲り受け、これをMutaマウスとかけ合わせを行い、雑種第2代まで作成し、その中からMlh1(-/-)lacZ(+/+)マウスを選別した。平成14年度はこのマウスの1520日令での睾丸の自然突然変異特性を解析する予定である。生殖細胞における自然突然変異の特異性を明らかにするために平成14年度は以下のことを調べた。

(1)DNAミスマッチ修復に関与する遺伝子のひとつであるMlh1遺伝子を欠損したlacZトランスジェニックマウスでは減数分裂が始まる前の幼若期(1519日令)の睾丸でも成長して(2ヵ月令)細胞分化の進んでいる睾丸でも野性型のものより1420倍高い自然突然変異頻度を示した。(2)上記で見出された変異体についてDNAの塩基配列の変化を調べるとくり返し配列部位でのDNAポリメラーゼのスリップに由来すると思われる欠失変異頻度が約50%に達し、野性型の値(5%以下)より明らかに高かった。これらの事は、生殖細胞での欠失型突然変異生成がミスマッチ修復系によって低く抑えられていること、しかもそのことは精原細胞のレベルでも、それが分化し始めても大きな変化はないことを示している。また、これまでに調査した野性型マウスのさまざまな臓器で見出される自然突然変異解析の結果をまとめてみるとスリップ型欠失変異頻度は睾丸では3/103、体細胞組織では47/467であり、この値は睾丸で有意に低く(P=0.0196)、生殖細胞の特異性を示すものである。生殖細胞での欠失型変異が他の体細胞組織に比較してより低く抑えられていることは、欠失型変異が塩基置換変異などと比べ遺伝子への影響が大きいことを考え合わせると、生殖細胞の特異性として合理的であると思われる。すなわち、生殖細胞ではゲノム維持機構が体細胞より高く保たれていることを示唆している。
松崎慊堂の漢籍享受と漢籍出版に関する研究

松崎慊堂は江戸後期の儒者・文人であり、近世思想史・近世政治史・江戸漢詩史などの分野において重要な功績を残した重要人物である。彼は生涯を通じて漢籍を愛読し、文集や日記において自分の読書生活を余すところなく記載している。これらの資料は慊堂個人の読書興味のみならず、江戸後期の漢籍享受の実態と変遷を記す貴重なものである。本研究は、松崎慊堂に関する資料を蒐集・整理する上で、慊堂の漢籍享受の様相を検討し、江戸漢学史・江戸漢文学史におけるその意義を解明する。また、慊堂が関与した漢籍出版の事情を明らかにし、近世出版史・日中交流史におけるその意義を検討する。
大規模ネットワークシステムに対するレトロフィット制御理論の構築

本研究では,社会インフラシステムなどに代表される,段階的に増改築されていくネットワークシステムに対して,その持続的発展を可能にするシステム制御理論の構築を行う.より具体的には,申請者がこれまでに開発してきた,コントローラレトロフィット手法(コントローラの分散的な増改築手法)に関する理論を基盤として,分散制御系を構成するコントローラやサブシステムを局所的に改変・拡張することによって,安定性や可制御性など,大局的なシステム特性や制御性能を段階的に改善するためのレトロフィット制御理論を構築することを目指している.本年度では,電力システムなどに代表される大規模システムが将来的に進化的な発展をしていくことを前提にして,レトロフィット制御理論をもとに設計された局所コントローラの制御性能が,システムの将来な変動に対してどの程度ロバストに保持されるのかについて,定量的な指標を導入しその数値的な解析を行った.この解析により,制御の対象とするサブシステム以外のサブシステム群の変化に対して,どの程度局所制御器の設計を分離して考えられるか,すなわち,制御器設計の局所化に対する定量的な評価を与えている.この局所化可能性指標は注目しているサブシステムのモデル情報のみから評価可能であるという特長ももつ.この解析に加えて,レトロフィット制御理論を活用し,太陽光発電が導入された電力システムに対して系統安定度を向上する新たなプラグイン型制御技術の開発を行っている.当初計画していた制御系のレトロフィット問題の定式化やその解析がおおよそ完了している.また,本年度の成果である制御器設計の局所化に対する定量解析は,レトロフィットの繰り返しによるシステム特性の変動解析を行うための基礎となっている.したがって,当初の計画に沿っておおむね順調に研究が進展しているといえる.来年度以降では,当初の計画通りに,レトロフィットの繰り返しによるシステム特性の変化の解析と最適なレトロフィットスキームの開発を目指す.特に,平成30年度におけるシステム特性の変動解析の基礎である制御器設計の局所化に対する定量解析を設計論に展開することによって,所望の分散制御系を実現するためのレトロフィットスキームを開発する.同時に,一連の成果をレトロフィット制御に関する基礎理論として順次整理していく.本研究では,社会インフラシステムなどに代表される,段階的に増改築されていくネットワークシステムに対して,その持続的発展を可能にするシステム制御理論の構築を行う.より具体的には,申請者がこれまでに開発してきた,コントローラレトロフィット手法(コントローラの分散的な増改築手法)に関する理論を基盤として,分散制御系を構成するコントローラやサブシステムを局所的に改変・拡張することによって,安定性や可制御性など,大局的なシステム特性や制御性能を段階的に改善するためのレトロフィット制御理論を構築することを目指している.本年度では,電力システムなどに代表される大規模システムが将来的に進化的な発展をしていくことを前提にして,レトロフィット制御理論をもとに設計された局所コントローラの制御性能が,システムの将来な変動に対してどの程度ロバストに保持されるのかについて,定量的な指標を導入しその数値的な解析を行った.この解析により,制御の対象とするサブシステム以外のサブシステム群の変化に対して,どの程度局所制御器の設計を分離して考えられるか,すなわち,制御器設計の局所化に対する定量的な評価を与えている.この局所化可能性指標は注目しているサブシステムのモデル情報のみから評価可能であるという特長ももつ.この解析に加えて,レトロフィット制御理論を活用し,太陽光発電が導入された電力システムに対して系統安定度を向上する新たなプラグイン型制御技術の開発を行っている.当初計画していた制御系のレトロフィット問題の定式化やその解析がおおよそ完了している.また,本年度の成果である制御器設計の局所化に対する定量解析は,レトロフィットの繰り返しによるシステム特性の変動解析を行うための基礎となっている.したがって,当初の計画に沿っておおむね順調に研究が進展しているといえる.来年度以降では,当初の計画通りに,レトロフィットの繰り返しによるシステム特性の変化の解析と最適なレトロフィットスキームの開発を目指す.特に,平成30年度におけるシステム特性の変動解析の基礎である制御器設計の局所化に対する定量解析を設計論に展開することによって,所望の分散制御系を実現するためのレトロフィットスキームを開発する.同時に,一連の成果をレトロフィット制御に関する基礎理論として順次整理していく.当初購入予定であったネットワーク理論や最適化などの関連図書について,研究室として所持している文献で現状までの研究を行うことができたため.次年度以降では,より深く先端的な理論を用いる必要が生じる可能性が高く,最先端の文献購入費用に充てる予定である.