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次世代電子陽子コライダーにおけるヒッグス粒子の研究

将来の電子陽子衝突型加速器(コライダー)におけるヒッグス粒子に関する物理研究の可能性を検討した。CERNの陽子陽子衝突装置LHC(ラージハドロンコライダー)の陽子ビーム(7TeV)に新しく付設する加速器(低電力消費型のERL)の60GeVの電子ビームを衝突させるLHeCにおいて、ヒッグスとbクォークの結合定数を1%以下の精度で測定できることがわかった。またヒッグスが見えない新粒子へ崩壊する分岐比(消失モード)も5%の上限値まで感度があることがわかった(いずれも統計誤差のみ)。これらは高輝度LHCでの精度と肩を並べるか上回る精度であり、LHCとの同時実験によって物理の相補性が増すことが示された。計画中の新しい電子陽子衝突型加速器LHeCでの物理ポテンシャルをヒッグス粒子測定に関してシミュレーションにより研究するのが本研究の研究目的である。新たに60GeVの電子加速器を建設し、現存のLHC加速器の7TeV陽子ビームと衝突させる。今年度はヒッグスのbクォーク対への崩壊からHbb結合定数を測定する精度の研究を進めた。想定される測定器の様々な分解能に対してDelphesシミュレータを用いた測定器シミュレーションを行い、標準模型プロセスからのバックグラウンドに対して信号を最適化する事象選択方法を研究した。2週に1度のビデオ会議でリバプール大学、Wits大学の研究者と議論を進めた。大学院生を2度にわたりCERNに派遣し、現地研究者との議論を行わせた。6月に行われたLHeCワークショップでは大学院生が口頭発表を行い、10シグマ以上の統計有意度で信号を確立できることを示した。10月以降は新しいチャンネルであるヒッグスのinvisible decay(測定されない粒子への崩壊)の研究も始めた。初期の結果が卒業論文としてまとめられ、消失モードへの崩壊分岐比が12%以上である場合、統計有意度2シグマで検知できることが示された。当初のターゲットであるHbbモードについて、測定器の分解能依存性はほぼ調べられ、設計チームにフィードバックすることができた。また、新しいチャンネルであるヒッグスの消失崩壊の研究に着手することもできた。研究2年目にあたる本年度は、将来の電子陽子衝突実験におけるヒッグス物理研究のうち、従来から進めてきたHbb結合定数の精密測定に加え、前年度から研究を開始したヒッグスの不可視粒子モードへの崩壊に力を入れて研究を行った。大学院生を2度にわたりCERNに派遣し、現地の研究者とも議論し隔週のテレビ会議で進捗報告・議論を行った。機械学習アルゴリズムの一つ、BDTを用いることによって感度が若干向上することもわかった。結果は日本物理学会の秋季大会で報告した他、1月にCERNで行われたFCC物理ワークショップでも発表された。FCCワークショップではLHeCよりさらに将来のFuture Circular Collider(周長100kmのリングを建設し、陽子ビームを50TeVまで加速する計画)を用いた電子陽子散乱実験(FCC-he)まで研究のスコープを広げた結果を発表した。国際ワーキンググループでは、その他にHcc(チャームクォーク)結合定数の測定、Higgsが2つの新粒子に崩壊しさらに4つのbクォークに崩壊するモード、あるいはFCC-heにおけるダブルヒッグス生成など多岐にわたる研究が進められている。11月に米国SLACで行われたHiggs結合定数測定の国際ワークショップでも共同研究者によって結果が発表された。また、4月に行われたDIS国際会議に研究協力者を派遣し、将来の深非弾性散乱実験計画の最新動向について情報収集を行った。昨年度まではリバプール大学、南アフリカWits大学、東工大の3者で行っていたTV会議にも、トルコ・中国・ドイツからの研究者が加わるようになりさらに国際性が増した。新しく着手したヒッグスの不可視崩壊モードの研究が大きく進展し、国際ワーキンググループで多岐にわたるチャンネルで研究が進展した。さらにLHC(7TeV陽子ビーム)と電子加速器の衝突を行うLHeC計画のみならず、さらに将来に計画があるFCCの50TeV陽子ビームと電子を衝突させるFCC-heに研究の幅を広げることができた。最終年度にも国際共同研究は発展し、新しく中国の北京大学・浙江大学の研究者やコロンビアの研究者も隔週テレビ会議に参加するようになった。そのため、全地域のメンバーが参加できるよう、会議の開始時間を2時間遅らせた(日本時間21時、夏は20時)。研究協力者である東工大の大学院生がメインモードであるHbb結合定数測定に機械学習のBDTアルゴリズムを適用する研究に着手した。変数カットによる古典的な手法に比べ、若干の感度改善が見られることがわかり、日本物理学会で発表を行った。更なる改善へ向けて機械学習パラメータの最適化を行っている。8月に北京で行われた素粒子原子核国際会議(PANIC)において、本課題の研究代表者がLHeC/FCC-heグループを代表して研究開発活動の全般について紹介を行った。そのプロシーディングはarXivへ投稿され、オープンアクセスジャーナルに掲載されている。9月にはCERNにおいてLHeCワークショップが行われ、研究協力者とともに出席し情報収集・議論を行った。3年間にわたる研究期間を通じ、研究グループの国際化と強化、およびCERNへ提出する技術レポート(CDR)を執筆するための各結合定数の測定感度について見積りを終えることができた。今後は、4月に神戸で行われるDIS国際会議、および6月にフランスのオルセーで行われるLHeC/FCC-heワークショップでで国際研究グループが一同に集まる機会があるので、今後の研究発展の方向性を詳細に議論する予定である。

将来の電子陽子衝突型加速器(コライダー)におけるヒッグス粒子に関する物理研究の可能性を検討した。CERNの陽子陽子衝突装置LHC(ラージハドロンコライダー)の陽子ビーム(7TeV)に新しく付設する加速器(低電力消費型のERL)の60GeVの電子ビームを衝突させるLHeCにおいて、ヒッグスとbクォークの結合定数を1%以下の精度で測定できることがわかった。またヒッグスが見えない新粒子へ崩壊する分岐比(消失モード)も5%の上限値まで感度があることがわかった(いずれも統計誤差のみ)。これらは高輝度LHCでの精度と肩を並べるか上回る精度であり、LHCとの同時実験によって物理の相補性が増すことが示された。Hbbモードに関しては最終的な予想測定精度を求めるためにシミュレーションの微調整を行う。消失崩壊モードに関してはさらに事象選択の最適化を目指す。2週に1度のビデオ会議を継続し、他機関の研究者との議論を深める。必要に応じCERNへ渡航し、現地の研究者と議論を行う。所定の2年が経過したが、H29年度にもDIS国際会議やLHeCワークショップが開催されるため、残りの研究経費を用いて海外渡航を行い議論を行う。国際ワーキンググループではCERN所長に提出する技術レポートの執筆に入るため、その作業に加わる。素粒子実験2015年度東京工業大学物理学科学士論文河口怜志「電子陽子コライダーLHeCにおけるヒッグス粒子消失崩壊モード測定の研究」平成29年2月に予定されていた電子陽子衝突実験に関する国際会議が、平成29年6月(暫定)に延期されたため、助成金を次年度に使用して参加することにした。各種国際会議での発表、CERNでの研究打ち合わせ等の旅費を主な使用用途とする。
新たな花色制御技術の開発を目指したアシル化キナ酸生合成に関わる遺伝子の解析

本研究では、花の青色発現機構の1つである、アントシアニンとコピグメントとの分子間会合(コピグメンテーション)を人為的に制御するため、花色に関与するアシル化キナ酸生合成遺伝子の単離と解析を行った。まずチコリ、アーティチョーク、アジサイおよびキクを材料に用いて、アントシアニン色素と分子会合することにより発色を担う、アシル化キナ酸やフラボノイド類を明らかにした。また、アーティチョーク、キク、アジサイからアシル化キナ酸生合成に関与すると考えられるシキミ酸/キナ酸ヒドロキシシナモイル基転移酵素(HCT)遺伝子およびキナ酸ヒドロキシシナモイル基転移酵素(HQT)遺伝子のホモログを単離した。アントシアニンと助色素(コピグメント)との分子間会合(コピグメンテーション)は、花の青色発現機構の1つである。これを遺伝子組換えにより人為的に制御することができれば、アントシアニン本体の構造を改変することでは成し得なかった、青色の花色発現を可能にできる。青色発現に有効なコピグメント物質の特定と、その生合成に関与する酵素遺伝子を単離・解析して、花色に関与する遺伝子を特定するとともに、最終的には、植物への遺伝子組換えを行って花色への影響を明らかにすることを目指す。平成25年度においては、アジサイなどから単離したキナ酸エステル生合成に関与すると考えられる遺伝子クローンをキクにおいて発現させるために必要となる基礎データの収集を行った。はじめに、形質転換実験に用いるキクの舌状花弁に蓄積しているコピグメントを明らかにするために、内在性のキナ酸エステル類の分析を行った。その結果、多様な系統や品種の舌状花弁において、クロロゲン酸とジカフェオイルキナ酸と考えられる二種類のキナ酸エステル類が蓄積していることが明らかになった。また異種植物種由来のキナ酸エステル類生合成関連遺伝子の導入により影響を受けると考えられる、キク花弁にて発現している遺伝子についての配列情報をEST情報を解析して得た。現在、異種植物種由来の遺伝子の組換えタンパク質を用いた機能の解析、およびキクへ導入するための準備に取り組んでいる。材料とするアジサイ、アーティチョーク,チコリなどの花弁の色の測定とアシル化キナ酸類の生合成を担うと考えられるHCT ,HQT,C3'Hをコードすると考えられるcDNAクローンの単離を進めた。次年度以降もクローニングと機能の解析を継続し、遺伝子の同定を目指す。また、アントシアニンの色調を変化させるアシル化キナ酸などの有機酸エステルの検索を行うために、アジサイ、アーティチョーク、チコリーなどに含まれているアシル化キナ酸類などがデルフィニジン配糖体に与えるコピグメンテーション効果の解析も進めた。チコリ青色花弁に蓄積している主要アントシアニンをデルフィニジン3,5-ジ-マロニルグルコシドであることを確認し、蓄積が報告されていたアシル化キナ酸である3-パラ-クマロイルキナ酸の蓄積は認められず、エスクリン(6,7-ジヒドロクマリン6-グルコシド)と考えられる化合物が大量に蓄積することを明らかにした。そこでチコリからのアシル化キナ生合成遺伝子のクローン化は中止した。次に、アーティチョーク青色花弁に蓄積するアントシアニンは、シアニジン3-マロニルグルコシド5-グルコシドであり、主要コピグメントはアピゲニン7-ルチノシドとアピゲニン7-グルクロン酸であると推定された。また、アシル化キナ酸としてクロロゲン酸(3-カフェイルキナ酸)の蓄積が認められた。アントシアニンとの相互作用により花色に影響を与えるとされるクロロゲン酸類などのアシル化キナ酸生合成に関与する酵素遺伝子を解析するために、アーティチョークの花弁で発現している、HCT(ヒドロキシ桂皮酸-CoA:シキミ酸/キナ酸ヒドロキシシナモイル基転移酵素)遺伝子を1クローン、HQT(ヒドロキシ桂皮酸-CoA:キナ酸ヒドロキシシナモイル基転移酵素)を3クローンを得て、クローンの解析と異種植物種導入プラスミドの構築に用いた。また、遺伝子導入の対象とした様々なクロロゲン酸類を蓄積するキク品種「大平」から、舌状花弁にて発現しているHCT遺伝子を1つ、HQT遺伝子を1つクローン化した。

さらに、アジサイ赤色花弁にて発色を担うアントシアニンを解析し、これまで青、紫、赤色のアジサイで報告されているデルフィニジン3-グルコシドとは異なる組成で赤色発現が起きていることを明らかにした。そしてアジサイ青色花品種「マリンブルー」のがく片にて発現しているアシル基転移酵素をコードすると考えられる遺伝子のクローン化を行い、HCT/HQTと相同性の高いcDNAクローンを得ることに成功した。花き園芸学計画では最終年度にはアシル化キナ酸生合成に関与する酵素遺伝子を導入した組換え体の解析を行うとしたが、得られた遺伝子候補の導入が最終年度になる。また、得られた候補遺伝子の組換え酵素による解析についても最終年度も引き続き行うこととなったため、計画に対する達成度はやや遅れている。コピグメント物質の生合成に関与する候補クローンの単離やコピグメンテーション効果の解析などは、おおむね順調に進展している。しかしながら、新たな青色発現に有効なコピグメントの特定にはいたっていない。また、今後得られたクローンの機能解析するため、入手が遅れたアシルCoAを用いてキナ酸と有機酸とのアシル化酵素反応の系と反応産物の分析系を早期に確立する必要がある。アシル化キナ酸生合成に関与すると考えられる遺伝子クローンの解析および形質転換体作出による機能解析については、解析対象とする遺伝子を絞り、生合成への関与と花色改変の知見がより多く得られるよう研究を進める。機能既知のアシル化キナ酸生合成に関与する酵素遺伝子を組換えタンパク質による酵素反応のモデルに用いる。この結果を参考に、平成24年度に得られた遺伝子クローンの組換えタンパク質を用いて、遺伝子産物の酵素活性を確認する。さらに、コピグメンテーション効果の解析も引き続き行い、青色発現に有効なコピグメントの生合成に関与するHCT/HQTやC3'Hホモログのクローン化を試みる。実験の結果アシル化キナ酸生合成に関わると考えられた遺伝子クローンは、花弁での外来遺伝子の発現に有効であることが解っているプロモーター、翻訳エンハンサー、およびターミネーターを用いてバイナリーベクターを構築して、キクなどへ遺伝子導入を開始したい。次年度使用額7,851円は研究費を効率的に使用したことによる残額である。次年度使用額については、翌年度分として請求した助成金と合わせて遺伝子工学実験などの消耗品など研究計画遂行のために使用する。予定額よりも安く納品された消耗品などがあったため28,922円の残額が生じた。繰越金は遺伝子工学実験などの消耗品費として使用する。
加藤周一の思想史研究――手稿ノートの分析を中心に

本研究の目的は、戦後日本を代表する国際的知識人加藤周一の「知の世界」を解明することにあり、21世紀の国際化時代を生きる日本の知識人の生きる指針を学び取ることにあった。その基礎作業として、加藤の著作を精読することを続け、加藤が遺した厖大な「手稿ノート」を読むこととした。そして加藤の思想と行動の原点と考えられる戦時中に書かれた8冊のノートをーこれを「青春ノート」と名づけたがーデジタルアーカイヴ化して公開した。そして蔵書の整理を図書館の協力のもとに進め、立命館大学図書館内に「加藤周一文庫」として開設させた。これによって学外の研究者のみならず、一般市民が利用できることとなったのは大きな成果である。本研究の平成26年度の研究目的は加藤周一の「知の世界」はいかに形成されたかを解明することにあった。そのための第一歩の作業として、加藤が著した半生記『羊の歌』『続羊の歌』を精読するところから始めた。三回の研究会を開いて、小関研究員、鷲巣研究員の報告、質疑、討論を行なって、各研究員の問題意識を確認し、問題意識の共有を図りながら、研究目的を遂行した。研究会を通して明らかになってきたことは、通説とは違って、加藤は早くから日本文化(文学・美術中心)を研究対象にしたことが理解できた。フランス留学はきわめて大きな影響を加藤に与えたが、フランスの留学先はパリ大学医学部やパスツール研究所やキュリー研究所であった。ところが、加藤は医学を本格的に学ぶことは最初から意図しておらず、フランス文学、フランス文化を学ぶことさえ目的とはしていなかったと理解できる。そうではなくて、日本文化をより深く理解するため、海外の文学研究者と同じ土俵の上で議論ができることを目指し、日本文化研究のための方法をフランス文学やフランス文化から会得しようとしたのであった。フランス留学の成果とされる「雑種文化論」でさえ、フランスで初めてつかんだ見解ではなく、日本でおおよその見当をつけ、フランス文化を見る過程で確信をもった、あるいは再確認した見解である、と考えられる。また加藤の著作活動をはじめとする文学者としての活動の原点は、戦争中の戦争体験にあるだけではなく、敗戦直後の体験に根ざしていることも了解できたが、これも新たな発見である。すなわち、知識人、大衆の別を問わず、日本人のものの考え方に超越的思考がなく、「いま・ここ」主義が強くあることをすでにつかんでいる。『羊の歌』を精しく読むことによって発見できた数々の事実や見解は、鷲巣研究員が刊行する『『羊の歌』を精読する』(岩波書店、2015年刊行予定)で世に問うことになる。昨年度は『羊の歌』を精読しながら、加藤の生涯をたどりながら、「知の世界」の形成について概要をつかみながら、各研究員の問題意識を確認した。本年度はその延長上に、いくつかの主題の研究会を催した。ひとつはフランス留学で得たフランス的なものの考え方とジャン=ポール・サルトルとの比較検討である(加國研究員担当)。加藤がサルトルの知識人論に大きな影響を受けていることを確認した。そして対象の全体的理解という視点も、サルトルだけではないが、サルトルに負うところが大きいと思われる。この全体的理解という方法は、加藤が編集長としてかかわった平凡社の「大百科事典」編集における加藤の果たした役割に現れているに違いない、と判断して、その実際を確認するために、加藤の片腕として編集長補佐を務めた龍澤武氏を招聘して、「百科辞典編集における加藤周一」という報告を受けた。加藤の百科辞典編集の根底には啓蒙精神があることが確認された。すなわち、いかに理解させるか、という動機が強くあった。このいかに伝えるかという問題意識は、とりわけテレビ番組における「話し言葉」の問題として表れている、という指摘を桜井研究員から受けて、テレビ番組における実際の加藤の「話し言葉」を確認し、分析した。そこには「書き言葉」とは異なる表現があった。一方、加藤の17歳から22歳にわたって綴られた「青春ノート」8冊を読むだけではなく、これをデジタルアーカイブ化することによって、加藤の思想の原点を知ることを目指した。このデジタルアーカイブ化は、思いのほか、時間と労力がかかる作業であったが、28年4月に開設する「加藤周一文庫」の目玉商品として、研究者のみならず、一般の読者にも公開することとした。この「青春ノート」を精読したが、加藤は早くも、20歳前後で、生涯にわたる主題「日本人のものの考え方」に強い関心を示し、反戦の姿勢をもったことを確認した。本年度には加藤自身が「蓄積の時代」と呼んでいるブリティッシュ・コロンビア大学で、加藤の研究がどのように進んでいたかを図書館蔵書から確認する予定であった。しかし、「加藤周一文庫」を28年4月に開設することとなり、研究チームが素材としている「青春ノート」をデジタルアーカイブ化することが焦眉の急となり、この作業に忙殺されることとなり、ブリティッシュ・コロンビア大学に調査研究に行くことができなかった。そのために日本文学史研究の基礎作業が行われないままに時間を費やした。同じく、加藤がフランスに行った時代が、フランス第四共和政の時代であったが、この時代にフランス留学をしたことは加藤に大きな影響を与えたと思われるが、その研究を担当した渡辺研究員が副総長の仕事に多大の時間を費やすこととなり、フランスへの調査研究をすることができなかった。主としてこの二つの調査研究が進まなかったことが遅れる要因となった。

本研究の目的は、戦後日本を代表する国際的知識人加藤周一の「知の世界」を解明し、加藤の「知」のあり方から21世紀の国際化時代を生きる日本の知識人の生きる指針を学び取ることにあった。そのために加藤の多岐にわたる著作をさまざまな視点から深く読み解くこと、加藤が遺した二万冊の蔵書と1万頁を超える厖大な「手稿ノート」が幸いにも立命館大学図書館に寄贈されたことを受け、蔵書類と手稿ノート類を整理し、公開して誰にでも利用することができるようにすることを目指した。蔵書類については図書館の協力のもとに、加藤周一文庫として2016年4月に開設した。研究目的の第一である加藤の著作を深く読み解くことについては、さまざまな視点からの研究会を重ね、公開講演会を開いた。研究会はのべ十数回に及び、加藤周一文庫を開設するにあたり記念講演会を2016年5月に開き(講師は作家大江健三郎氏、加藤の息女であるソーニャ・カトー氏)、また今後の活動につなげるために加藤周一記念講演会を毎年一回催すこととして、その第1回講演会を2016年11月に催した(講師は樋口陽一氏)。研究目的第二の「手稿ノート」の公開については、まず「手稿ノート」の全体にわたる「データベース作り」に取り組んだ。これを完成させて、加藤理解にとって不可欠な「手稿ノート」を選び出し、これらをデジタルアーカイヴ化した。そして加藤が17歳から22歳まで書き綴った8冊の「青春ノート」をデジタルアーカイヴ化して公開することとした。このデジタルアーカイヴの特徴は、キーワード検索が可能なシステムとして構築し、これをADEACというプラットホームに搭載したことにある。しかし、デジタルアーカイヴ化されたノートをパソコン上で見るのは、実物を見られるという利点もあるが、非常に読みにくいという弱点もある。それを補うため「青春ノート」の刊行を目指し、目下、その編集を進めている。本研究の目的は、戦後日本を代表する国際的知識人加藤周一の「知の世界」を解明することにあり、21世紀の国際化時代を生きる日本の知識人の生きる指針を学び取ることにあった。その基礎作業として、加藤の著作を精読することを続け、加藤が遺した厖大な「手稿ノート」を読むこととした。そして加藤の思想と行動の原点と考えられる戦時中に書かれた8冊のノートをーこれを「青春ノート」と名づけたがーデジタルアーカイヴ化して公開した。そして蔵書の整理を図書館の協力のもとに進め、立命館大学図書館内に「加藤周一文庫」として開設させた。これによって学外の研究者のみならず、一般市民が利用できることとなったのは大きな成果である。研究目的の達成度が「やや遅れている」と判断する理由は五つある。第一の理由は、研究初年度ということもあり、各研究院の日程が予想外にタイトであり、当初予定した二ヶ月に一回の研究会開催が実行できずに、三回の研究会開催に留まったことによる。第二の理由は、加藤周一研究はアカデミーの世界では未開拓の領域であり、研究のよりどころになる必読文献などがなく、各研究員が各自の方向性をつかむのに難儀したことによる。第三の理由は、加藤自らがいう「蓄積の時代」のカナダUBC(ブリティッシュコロンビア大学)における研究に関する調査が行うことができなかったことによる。
時変計量経済モデルを用いた為替レート予測に関する研究

本年度,本研究課題の分析を進めていくために不可欠な時変計量経済モデルに基づく統計的推論に関する理論研究を行ったのは,研究代表者の伊藤と研究分担者の和田である.特に,和田は,伊藤がこれまで展開した状態空間モデルを単純な線形回帰にモデルに帰着させてモデルの統計的推測を行うというアイデアについて,以下のように展開した.(1)状態空間モデルで扱える典型的なARモデルの時変パラメータ版について,本研究課題の接近をとる場合の一般化最小自乗推定値(GLS estimates)が,よく知られた逐次推定型の推定方式であるカルマン・スムーザーと同一となることを確認した.(2)さらに最尤推定に基づくカルマン・スムーザーの推定値がしばしば抱えるPile Up問題が本研究で採用されるGLS推定では大幅に軽減されることをシミュレーションによって示した.一方で伊藤は,時変計量経済モデルをGLS推定を行う場合に最重要となる,モデルをデータに当てはめた後に得られる残差から共分散構造を精度良く計算するためのRプログラムの作成を行った.このプログラムを作成する過程で,上記(2)で行われたシミュレーションを実施する際に避けて通れない複数演算コアを有するコンピュータ上で並行計算を行うための基本的な実行枠組みを構築できた.また研究分担者である野田は,前年度に引き続き,外国為替市場におけるドル建て為替レート,長期利子率,短期利子率,国債利回り,株価指数,物価指数などのデータを収集・整理し昨年度のデータセットの拡充した.時変計量経済モデルに基づいた統計的推論の方法開発を2018年度に行った和田と伊藤は,「研究実績の概要」の項に示した(1)と(2)に集中する形で研究を遂行することができた.このことにより,具体的には,以下のことが明らかになった.(a)最尤推定を使わないやり方で,状態空間モデルに帰着しうる,時変パラメータを持つ大抵の時系列モデルも,統計的推測が可能となる.(b)線形モデルのGLS推定という形で係数パラメータの時間的変化を捉えたときの統計的推測を行うための統計量をブートストラップ法他のシミュレーション的技法で得る場合,モデルの線形性ゆえに最尤法を用いる場合と比べて簡単に実装が可能となる.実際,推定されたパラメータに関してブートストラップ法に基づく検定を行うためにためのコンピュータプログラムは統計言語Rで伊藤が書き下している.当該コンピュータ・プログラムは複数演算コアを有するコンピュータで並行計算を行うように設計されているために,演算コア数が大きく同時に主記憶容量が大きいコンピュータを使用すれば,外国為替レートに関連するデータの種類・サンプルサイズがどれだけ大きくても,実証分析に対応しうる枠組みが得られる.また,実証分析のデータ・セットの拡充を担当する野田も順調に必要データセットの作成を続けている.以上各点で,外国為替の予測を実行し既存研究の成果に対する優位性を示すという当初も目的の実現にむけての,本研究の達成度は概ね良好であると判断される.研究代表者である伊藤は研究分担者である和田および野田と共に先進各国(日本,アメリカ,イギリス,ドイツ,フランス,カナダ,イタリア)の外国為替市場におけるドル建て為替直物レートならびに先物為替レート,長期利子率,短期利子率,国債利回り,株価指数,物価指数などのデータを用いてより詳細な計量分析を行うための具体的なモデルをいくつか作成する.また既存の為替レート予測モデルのうち定評があるものを選び出し予測モデルの性能比較を行ない結果を論文の形にまとめ研究成果物とする.その際伊藤は,上記「現在までの達成度」の理由の部分で示した統計的分析枠組みが現在いうところのビッグデータに対応しうることに鑑み,近年注目を集める機械学習モデルも視野に入れた形の改良も同時に行ない,研究成果物に加えることする.研究成果物については論文の形にまとめたうえで,国内外の学会などで報告して,専門家による評価を仰ぎ国際的な学術雑誌に公刊をめざす.まず,研究代表者である伊藤は,本研究課題の分析を進めていくための時変計量経済モデルに基づいた統計的推論の方法開発を行なった.具体的には,(1)ベクトル誤差修正モデルの共和分関係によって捉える外国為替市場間の連動性そのものの時間変化を捉えるモデルを構築すると同時に,そのモデルの確率論的な特性の複雑差を鑑み採用した残差ブートストラップ法による統計的推論を行う際の検証手順を確立した,(2)新たに確立した統計的推論の方法を計量分析で用いるためのプログラミングパッケージの作成をR言語で行い,様々な試験データを用いて想定される性能を達成できているかの動作確認を繰り返した.これにより,時変ベクトル誤差修正モデルにもとづいた分析の枠組を用いて,外国為替市場間の連動性の通時的変化を明示的に考慮した場合,為替レートの予測精度にどのような影響を及ぼすかを明らかにする基礎が築かれた.次に,研究分担者である和田および野田は,それぞれの所属機関が導入しているBloomberg Database,EnCorr Analyzer/Ibbotson,Nikkei NEEDS Financial QUEST,Thomson Reuters Datastreamより,先進各国(日本,アメリカ,イギリス,ドイツ,フランス,カナダ,イタリア)の外国為替市場におけるドル建て為替レート,長期利子率,短期利子率,国債利回り,株価指数,物価指数などのデータを収集し,データの基礎的な統計的性質を確認したのちに(1)で確立した時変ベクトル誤差修正モデルに基づいた統計的推論を行うためのデータセットを作成した.時変計量経済モデルに基づいた統計的推論の方法開発を担当する伊藤は,前項「研究実績の概要」に示した2点を中心に検証を進めた.

具体的には,Ito, Noda and Wada (2016)で開発された非ベイズ時変ベクトル誤差修正モデルに基づき,パラメータの時間的変化を捉えるための検定統計量をブートストラップ法を使って定式した.また,そうした検定を実施するためのコンピュータプログラムを統計言語Rで書き下した.以上のように本研究課題における検証を行う際に必要な検定統計量の開発を完了できた.次に,実証分析を担当する和田および野田は,Bloomberg Database,EnCorr Analyzer/Ibbotson,Nikkei NEEDS Financial QUEST,Thomson Reuters Datastreamより,先進各国(日本,アメリカ,イギリス,ドイツ,フランス,カナダ,イタリア)の外国為替市場におけるドル建て為替レート,長期利子率,短期利子率,国債利回り,株価指数,物価指数などのデータを収集して次年度以降に行う計量分析に用いるデータセットの作成を完了させた.以上2点の中間的作業を完了できた点からも,現在までの達成度は概ね良好であると判断している.本年度,本研究課題の分析を進めていくために不可欠な時変計量経済モデルに基づく統計的推論に関する理論研究を行ったのは,研究代表者の伊藤と研究分担者の和田である.特に,和田は,伊藤がこれまで展開した状態空間モデルを単純な線形回帰にモデルに帰着させてモデルの統計的推測を行うというアイデアについて,以下のように展開した.(1)状態空間モデルで扱える典型的なARモデルの時変パラメータ版について,本研究課題の接近をとる場合の一般化最小自乗推定値(GLS estimates)が,よく知られた逐次推定型の推定方式であるカルマン・スムーザーと同一となることを確認した.(2)さらに最尤推定に基づくカルマン・スムーザーの推定値がしばしば抱えるPile Up問題が本研究で採用されるGLS推定では大幅に軽減されることをシミュレーションによって示した.一方で伊藤は,時変計量経済モデルをGLS推定を行う場合に最重要となる,モデルをデータに当てはめた後に得られる残差から共分散構造を精度良く計算するためのRプログラムの作成を行った.このプログラムを作成する過程で,上記(2)で行われたシミュレーションを実施する際に避けて通れない複数演算コアを有するコンピュータ上で並行計算を行うための基本的な実行枠組みを構築できた.また研究分担者である野田は,前年度に引き続き,外国為替市場におけるドル建て為替レート,長期利子率,短期利子率,国債利回り,株価指数,物価指数などのデータを収集・整理し昨年度のデータセットの拡充した.時変計量経済モデルに基づいた統計的推論の方法開発を2018年度に行った和田と伊藤は,「研究実績の概要」の項に示した(1)と(2)に集中する形で研究を遂行することができた.このことにより,具体的には,以下のことが明らかになった.(a)最尤推定を使わないやり方で,状態空間モデルに帰着しうる,時変パラメータを持つ大抵の時系列モデルも,統計的推測が可能となる.
子宮内膜癌の筋層浸潤と子宮腺筋症のMRIによる鑑別〜angiogenesisの観点から

子宮内膜癌の筋層浸潤診断におけるMRIの有用性は確立、している。しかしT2強調画像で子宮の3層構造が不明瞭化している症例にあっては、癌の内向性発育とその他の要因による変化を区別することは時に困難である。本研究では119例の病理組織学的に診断の確定した子宮内膜癌症例のMR所見を遡及的に検討し、junctional zoneが拡大・不明瞭化した31例に対し造影早期のjunctional zoneの増強効果と病理組織所見、腫瘍の血管新生の程度を反映すると思われる細動脈密度と対比した。組織学的癌浸潤群では器質的異常を認めなかった群、腺筋症群に比べjunctional zoneの漿膜側筋層に対する細動脈密度比が有意に低かった。これを反映して器質的異常を認めなかった群、腺筋症群は造影早期のjunctional zoneの増強効果が良好、癌浸潤群は不良な傾向にあった。但し腺筋症と癌の併存する2例では造影良好群と不良群に1例ずつ分かれた。正常の子宮筋層は内膜間質に比べhypervascularな組織であり、癌組織の血管新生にも関わらず癌化した内膜間質よりなお細動脈密度が高いことから、dynamic MRIにより癌浸潤部はむしろ造影不良域として描出される。一方、子宮腺筋症では異所性内膜間質の細動脈密度が正常子宮筋層並に増加しており、造影早期における病変と健常部とのcontrastは不良である。したがってホルモン環境や子宮収縮など非器質的要因または子宮腺筋症によるjunctional zoneの拡大と癌浸潤によるそれとはdynamic MRIにより鑑別可能である。しかし少数ながら腺筋症を発生母地とする内膜癌や腺筋症病巣に沿って筋層浸潤を示す内向型癌があり、こうした症例ではでは両者の混合割合により細動脈密度比が変化することからdynamic MRIによる鑑別には限界がある。T2強調MR画像でjunctional zone(以下JZ)の拡大・不明瞭化した子宮内膜癌症例でのdynamic contrast study(以下Dyn)のJZの増強効果と病理組織所見との相関を探り、視覚的評価のみで癌浸潤を鑑別可能か否かを調べた。119例の子宮内膜癌症例中、JZが拡大・不明瞭化した31例に対し造影早期のJZの増強効果(良好・中間・不良の視覚的分類、漿膜側筋層(以下OM)とJZの信号強度比)を検討し、病理組織所見(JZ拡大部の組織診断、OMとJZの細動脈密度比)と対比した。JZ/OMの信号強度比と細動脈密度比は緩やかな正の相関を示した。視覚的評価での増強不良群は良好群に比べJZ/OMの信号強度比が有意に低かったが、両者と中間群の有意差はなかった。組織学的癌浸潤群では器質的異常を認めなかった群、腺筋症群に比べJZのOMに対する細動脈密度比が有意に低かった。腺筋症群は細動脈密度比にばらつきが大きく他群と有意差を認めなかった。器質的異常を認めなかった群、腺筋症群は造影良好群、癌浸潤群は造影不良群に分類される傾向にあったが、各々11%、33%、20%が中間群に属した。また腺筋症と癌の併存する2例では良好群と不良群に1例ずつ分かれた。癌浸潤により拡大したJZではOMに比べ細動脈密度が著しく低下しており造影早期相で造影良好なOMと明瞭なコントラストを成し、視覚的に鑑別可能である。しかし未知の要因により両者の細動脈密度差の少ない癌浸潤例が一部存在すること、腺筋症と癌浸潤の併存例では両者の割合により細動脈密度比が変化することからDynによる鑑別には限界がある。

しかし少数ながら腺筋症を発生母地とする内膜癌や腺筋症病巣に沿って筋層浸潤を示す内向型癌があり、こうした症例ではでは両者の混合割合により細動脈密度比が変化することからdynamic MRIによる鑑別には限界がある。
変分法的アプローチによる非線形楕円型方程式と拡散方程式の研究

平成26年度は3次元閉Riemann多様体上におけるWillmore汎関数の研究および主要部がPucci作用素であり冪乗型の非線型反応項を伴う完全非線型楕円型方程式に関する研究を行った.Willmore汎関数に関する研究では,前年度までに得られていたWillmore汎関数の展開公式を利用することにより,多様体のRicci曲率とscalar曲率がある種の不等式を満たすとき,曲面積一定という制約条件を与えた下,種数が1かつWillmore汎関数の臨界点となる曲面(Willmore type曲面)の存在を示した.また,Morse理論を用いることにより,Ricci曲率とsaclar曲率の間に課した不等式を,scalar曲率がMorse関数であり,その臨界点においてRicci曲率の3つの固有値がそれぞれ相異なるという条件の下でも,種数が1であるWillmore type曲面の存在を示した.更に,Riemann多様体のBetti数とscalar曲率の臨界点の情報を組み合わせることにより,種数が1であるWillmore type曲面の多重存在性に関する結果も得られた.一方,Pucci作用素が主要部であり,冪乗型の非線型反応項を伴う完全非線型楕円型方程式に対しては,主要部がLaplacianである場合と異なり臨界点理論が使えない.そのため新しい解析方法が必要となるが,本研究ではLeray-Schauderの写像度を用いるための適切な関数空間を発見した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は非腺形光学の分野において現れる連立非線形シュレディンガー方程式系に対する定在波解の性質および完全非線形楕円型方程式に関する固有値問題について研究を行った.連立非線形シュレディンガー方程式系に関しては,2つ以上の制限条件の下,エネルギー汎関数を最小化する列の取り得る挙動を明らかにした.この最小化列の挙動の分類は基底状態解の軌道安定性と深く関わっており,今回得られた結果により基底状態解の安定性を示すことができた,このことは,先行研究のコンピュータを用いた数値計算の結果を厳密な数学的議論により正当化できたと言える.これは本研究の大きな目的の1つであった.またさらに本研究では,1次元,2次元,3次元における最小化列の挙動の本質的な差異を考察することができた.これらのことを踏まえると本研究は意義深いものであり,重要なものになったと言える。.完全非線形楕円型方程式の固有値問題に関しては,前年度から続けている研究であり,今年度はディリクレ境界条件だけではなく,ノイマン境界条件やロバン境界条件を含むような一般的な境界条件下において固有値,固有関数の列を構成した.また,高次元のときは対称性を課した下で,上で見つけた以外の固有値,固有関数がないことも示した.さらに第一固有値に関する様々な特徴付けをすることにも成功している.完全非線形楕円型作用素は,最適制御等の分野において現れ固有値問題を解析することは,非線形項を含んだ方程式を考察する上で大変重要な役割を果たすと思われる.実際,プッチ作用素等に関しては既に先行研究において固有値問題は重要な役割を果たしている.このことを鑑みれば本研究の結果は意義があるものである.平成25年度は以下の3つのテーマに関して研究を行った:(1)非線形Kirchhoff型方程式の定常問題の解析.(2)完全非線形楕円型作用素に対する固有値問題の解析.(3)3次元Riemann多様体上におけるWillmore汎関数の解析.(1)非線形Kirchhoff型方程式の特徴の1つとして非局所効果があり,解析をより困難なものにしている.このような非線形Kirchhoff型方程式の定常問題を考え,主に次の2つのことについて研究を行った:(i)凝集解(spike解)の存在, (ii)最小エネルギー解の存在.先行研究と比べるとより一般的な状況下において解の存在を示し,証明方法も先行研究とは異なる.ここで用いた議論は非線形Kirchhoff型方程式に対して新たな見方を提供するものであり,大変重要なものである.(2)完全非線形楕円型作用素の固有値に関する特徴付けとその性質について考察をした.ここでは,主固有値だけではなく,一般の固有値に関しても優解,劣解を使った特徴付けを行った.また,解の符号に応じて外力の符号も変化するような方程式の可解性についても固有値を用いて議論した.一般にこのような方程式に対して可解ではあるものの一意性が成立しない例も発見し,これらの結果を意義深いものにしている.(3)3次元Riemann多様体に埋め込まれたClifford torusと曲面積を保つMöbius変換により球面へと退化させたCliffordtorusのWillmore汎関数の値を,曲面積が0の近傍において展開し第一次の係数を決定した.この展開は,曲面積一定の下, Willmore汎関数のtorus型の臨界点を見つけるときに重要な役割を果たす展開である.平成26年度は3次元閉Riemann多様体上におけるWillmore汎関数の研究および主要部がPucci作用素であり冪乗型の非線型反応項を伴う完全非線型楕円型方程式に関する研究を行った.

Willmore汎関数に関する研究では,前年度までに得られていたWillmore汎関数の展開公式を利用することにより,多様体のRicci曲率とscalar曲率がある種の不等式を満たすとき,曲面積一定という制約条件を与えた下,種数が1かつWillmore汎関数の臨界点となる曲面(Willmore type曲面)の存在を示した.また,Morse理論を用いることにより,Ricci曲率とsaclar曲率の間に課した不等式を,scalar曲率がMorse関数であり,その臨界点においてRicci曲率の3つの固有値がそれぞれ相異なるという条件の下でも,種数が1であるWillmore type曲面の存在を示した.更に,Riemann多様体のBetti数とscalar曲率の臨界点の情報を組み合わせることにより,種数が1であるWillmore type曲面の多重存在性に関する結果も得られた.一方,Pucci作用素が主要部であり,冪乗型の非線型反応項を伴う完全非線型楕円型方程式に対しては,主要部がLaplacianである場合と異なり臨界点理論が使えない.そのため新しい解析方法が必要となるが,本研究ではLeray-Schauderの写像度を用いるための適切な関数空間を発見した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本来は連立非線形シュレディンガー方程式系の特異摂動問題に関して考察する予定であったが,第2年目の研究課題であった非線形光学の分野において現れる異なる連立非線形シュレディンガー方程式系に関する解析が思いの他に進展した.その分,特異摂動問題に関する研究は進展しなかったが,第2年目の課題を終えることができたため研究は順調に進展しているとして良い.非線形Kirchhoff型方程式に関しては,当初の計画以上の成果を得ることができた.一方,連立非線形Schrodinger方程式系に関しては計画よりも遅れている.その代わりに解析方法として共通点のある(Lyapunov-Schmidt reduction method) Riemann多様体上のWillmore汎関数の解析を大いに進展させることができた.これらの観点より上の自己評価を下している.まずは非局所的な効果を持つ非線形キルヒホフ方程式に対する特異摂動問題について研究を行う.はじめに定数係数の場合の最小エネルギー解の存在,その構造,性質を研究し,次に特異摂動問題について解析を行う.次に,上の問題と平行して幕乗型非線形項を持つPucci作用素に関する方程式の解析を行う.そのために,まず外力項付きPucci作用素の方程式の解析を行い,写像度の理論を用いて非線形方程式の解を構成する.さらに本来第一目に計画をしていた連立非線形シュレディンガー方程式系に関する特異摂動問題に移る,この問題の場合も上と同様で,まずは定数係数の場合の解構造が重要となるため,このことについて解析を行う.その後に,凝集解の構成に移りたいと考えている.まずは, Riemann多様体上のWMmore汎関数における解析を完成させたいと考えている.曲面積一定という制約条件の下でWillmore汎関数の臨界点となる曲面を見つけるため, Lyapunov-Schimitd reduction methodとClifford toursのエネルギー展開式, Morse理論等を用いて解析を行う.
ミオシン連関制御に於るアクチンの役割:Ca依存性滑り運動に於る検討

研究代表者らの手により粘菌フィザルム・ミオシンはCa^<2+>を結合することにより活性が抑制されというユニ-クな性質が明らかにされたが、このCalcium inhibitionはミオシンがリン酸化を受けている必要のあることが判明した。そして粘菌ミオシンは2重制御を受けるのであるが、どちらの制御が優位に立つか?そしてこの優劣を決定するものがアクチンの役割ではないか?という考えが生まれ、本研究が開始された。ミオシンはリン酸化型で精製される。これに外因性フォスファタ-ゼで処理による脱リン酸化をほどこすと、アクチン活性化ATPase活性がCa^<2+>の有無にかかわらず失われた。一方、コントロ-ルミオシン(リン酸化型)の活性はCa^<2+>の上昇とともに低下してCalcium inhibitionを示す。しかし脱リン酸ミオシンでもアクチンを多量に与えるとコントロ-ルと同様のCalcium inhibitionを受けた。このことにより2重支配の優劣を決定する因子はアクチン濃度であると結論できる。一方、ミオシン固定化ガラス板を用いたMotility assayでは、アクチン線維がATPを使用し移動するのはリン酸化型ミオシンと相互作用する場合のみであり、アクチン線維は脱リン酸化型ミオシン上は移動しなかった。しかし車軸藻節間細胞のアクチン・ケ-ブルを用いたmotility assayでは、リン酸化型も脱リン酸化型も同様に動き、Calcium inhibitionも同様にみられた。以上よりガラス板法はアクチンの少ない時のATPase測定に、節間細胞法はアクチンの多い時のATPase測定に相当すると結論した。
授業実践能力の向上を図る科学教育実践支援システムの開発

本研究は科学系の授業を題材に,その実践に関わる問題を明らかにすると共に,授業実践能力の向上を図る支援システムを開発し,今後の科学教育支援の在り方について現場の教師を含む実践レベルから議論を高めていくことを目的とした。研究成果は以下の3つに大別できる。(1)教員養成系の学生を対象にした支援システムに関する研究(8編)1)大学生・教育実習生の授業実践能力を高めるための研究(1)教育実習生の反省的理科授業実践能力の向上を図るビデオ・リソースの開発(2)小学校教育実習生の理科授業観察能力に関する継続的検討:ワークシートの基礎的分析等2)レンズの性質を理解するためのコンピューターシミュレーション等(2)現職の教師を対象にした支援システムに関する研究(9編)1)中学校理科教師に対する支援活動の在り方について(支援ホームページの作成・運用と教師への調査の結果から)2)安全な理科指導のための教師技能向上支援3)授業実践支援のためのインターネット利用に関する研究4)(1)学習成果に現れる個人差をカリキュラムづくりに反映させる視点(じっくりと学習する必要のある子どもに対する支援のあり方を中心に)等(3)視能訓練士養成における支援システムに関する研究(3編)1)レンズの性質を理解するためのコンピューターシミュレーション2)補助教材としての3D画像等これらの研究成果は,日本科学教育学会,日本理科教育学会等を中心に,各分担者の所属する学会で発表するとともに,この研究のためにご協力いただいた教育現場において利用され,さらに改良を続けるための試行錯誤が続けられている。本研究は、科学系の授業を題材に、その実践に関わる問題点を明らかにすると共に、授業実践能力の向上を図る支援システムを開発し、今後の科学教育支援の在り方について現場の教師を含む実践レベルから議論を高めていくことを目的としている。今年度本研究では、まず学生を研究補佐員として多数協力させると共に、附属学校教師を中心とする現場教師を研究支援者として参加させ、研究の組織ネットワークを形成した。そして、授業実践能力に関わる要因を明らかにすると共に、その評価枠組みを構築しながら、科学系授業実践能力向上のための支援システムのサンプルとして、大学生による小学校理科ビデオ番組制作、教育実習生のための理科授業観察ワークシートを開発し、その利用可能性を検討した。また、教育実習生の実習授業及び研究授業・研究協議を題材とした、クラスルーム・ビデオスタディの試験的な試みも行われ、多角的にその実用性が検討された。さらに、視能訓練士養成におけるコンピューターを利用した教育システムの開発として、コンピューターを利用したレンズ、プリズムの原理に関する学習システムの開発やコンピューターを利用した視力検査方法の開発と検査技術の育成も行われている。こうした研究成果は、日本科学教育学会、日本理科教育学会等様々なところで発表され、直接的・間接的に関わる様々な領域の科学教育研究者と情報交換が行われた。成果の一部は既に雑誌論文として発表されている。現在、コンピュータや分析機器を用いた、統計指標を含む系統的なデータ収集と分析が行われており、支援システムに最適な教材・教具のサンプル開発と併せて、来年度早々にその成果は発表予定である。本研究は,科学系の授業を題材に,その実践に関わる問題を明らかにすると共に,授業実践能力の向上を図る支援システムを開発し,今後の科学教育支援の在り方について現場の教師を含む実践レベルから議論を高めていくことを目的とした。(1)教員養成系の学生を対象にした支援システムに関する研究(8編)1)大学生・教育実習生の授業実践能力を高めるための研究(1)教育実習生の反省的理科授業実践能力の向上を図るビデオ・リソースの開発(2)小学校教育実習生の理科授業観察能力に関する継続的検討:ワークシートの基礎的分析等2)レンズの性質を理解するためのコンピューターシミュレーション等(2)現職の教師を対象にした支援システムに関する研究(9編)1)中学校理科教師に対する支援活動の在り方について(支援ホームページの作成・運用と教師への調査の結果から)2)安全な理科指導のための教師技能向上支援3)授業実践支援のためのインターネット利用に関する研究4)

(1)学習成果に現れる個人差をカリキュラムづくりに反映させる視点(じっくりと学習する必要のある子どもに対する支援のあり方を中心に)等(3)視能訓練士養成における支援システムに関する研究(3編)1)レンズの性質を理解するためのコンピューターシミュレーション2)補助教材としての3D画像等これらの研究成果は,日本科学教育学会,日本理科教育学会等を中心に,各分担者の所属する学会で発表するとともに,この研究のためにご協力いただいた教育現場において利用され,さらに改良を続けるための試行錯誤が続けられている。
計算機シミュレーションによるチャネルロドプシンの構造と機能の解析

本研究では、オプトジェネティクスにおいて、重要なツールとなるタンパク質ChRの3つの分子特性、1)イオン選択性、2)反応キネティクス、3)光吸収波長制御を計算機シミュレーションにより解析し、工学的応用からの要請に応じた分子設計へと役立てることを目的とした。(成果1)ChRの機能において、タンパク質内外を出入りする大量の水分子が重要な役割を果たす。それら水分子を計算精度よく取り扱うためには、量子化学的効果を計算に取り込む必要がある。しかし、水分子のダイナミクスにおいて理論的枠組みが存在しなかった。そこで本研究は、量子力学計算と古典力学計算を組み合わせたQM/MM法を発展させ、Size-Consistent Multipartitioning (SCMP) QM/MM法を開発した。これにより溶媒効果を初めて、量子力学的精度で取り込むことに成功した。同手法は、汎用性が高く様々な系や物理量の算出に応用が可能である。最初の応用として、水の赤外分光スペクトル計算に適用し、溶媒の量子力学的効果の重要性を実証した。(成果2)イオン選択性に重要な寄与を示すアミノ酸残基を特定し、それら変異体を作成して、陽イオンチャネルであるChRから陰イオンチャネルを生み出すことに成功した。この変異型ChRは、オプトジェネティクスにおいて神経シグナルのブッロッカーとして今後の利用に期待を集めている。また、ChRの活性部位の構造が類似タンパク質と比較して非常に柔軟性に富んでいることを発見し、特定のアミノ酸残基置換が活性部位のダイナミクスを通して、吸収波長を変化させることを解明した。当初3年を予定していた本研究は、研究遂行者の異動により1年2ヶ月で終了した。そのため、最終目標である開発した新しい手法を、ChRに適用するには至らなかったが、順調な研究の推移から今後の更なる展開が期待できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、光駆動型陽イオンチャネル膜タンパク質ChRの基底状態の構造の精製、および反応中間体の構造と機能を、計算機シミュレーションを用いて解析し、そのイオンチャネル機能のメカニズムを解明することを目的とする。2014年度は、以下の2点を計画した。1.様々なChR変異体の基底状態の構造精製と解析、2.溶媒効果を正確に再現する計算手法の開発1.ドイツの2つの実験グループと共同で行った。実験グループから提供された情報をもとに、ChRの90番目のグルタミン酸をリシン、およびアルギニン置き換えた2つの変異体を作成し、3D-RISM計算によりイオン親和性の計算を実行した。その結果、2つの変異体において、タンパク質内部の陽イオンの親和性が低下し、代わりに陰イオンの親和性が増加していることを示す結果を得られた。これは、これら2つの変異体が陰イオンチャネルとして機能するという実験的な結果をサポートするものである。これら一連の変異による人工的な光駆動陰イオンチャネルは、国際雑誌Scienceにて発表された。2.研究員がドイツのカールスルーエ工科大学理論研究グループを訪問して、彼らの協力のもと遂行した。具体的には、分子動力学計算ソフトGROMACSへの量子力学的(QM)計算法手法SCC-DFTBの実装した後、研究員が提唱しているQM手法の対象領域の再定義法を組み込んだ。その後、開発した手法を簡単な系(水)に応用し、その実用性の評価も行なった。この手法により溶媒をQMで扱いながら動力学計算を行なうことが可能になり、水和効果を初めて量子力学的精度で取り込むことに成功した。一連の結果は、国際雑誌J. Chem. Theor. Comput.にて報告され、一連の手順、および開発された手法はSize-Consistent Multipartitioning (SCMP)法と命名した。

初年度は、本研究の最終目的である"ChRの導電状態の構造モデリングとその機能の解析“を行なうために必要な計算手法の開発と、タンパク質の参照構造の作成を目標としていた。それらが、達成され2本の論文として発表されていることから研究は現在まで順調に進行していると評価する。27年度が最終年度であるため、記入しない。初年度に作成した新しい計算手法は、前述のように水を含むタンパク質の構造精製のために作成されたが、非常に汎用性が高いことが判明した。具体的には、溶媒構造の決定の他に、赤外分光スペクトル計算、溶媒和自由エネルギー、自己拡散係数計算にも応用でき、溶媒効果を非常に高精度で扱える可能性がある。したがって、次年度は、当初予定していたChRの吸収波長計算の遂行と同時に、手法の応用可能性も探ることを予定している。