hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ベイズ潜在木構造生成過程による脳内身体表現スローダイナミクスモデル

本研究では人間がマルチモーダルな感覚運動情報から,その骨格構造としての多リンク系表現に基づく脳内身体表現の状態空間モデルを構築する計算論を構成的に明らかにすることを目指した.この実現のためにベイズ潜在木構造生成過程に基づく脳内身体表現の確率モデルを研究した.脳内身体表現は,視覚,触覚,力覚等のマルチモーダルな感覚運動情報から形成される.本研究では,身体骨格構造のスローダイナミクスを表現する潜在的な確率過程として木構造生成過程を仮定し,感覚運動情報を潜在的な木構造からの観測情報として表現し,状態空間モデルの形成過程をモデル化した.具体的には潜在的な木構造生成過程をもったクラスタリング手法であるDPGMM-LJ(Dirichlet Process Gaussian Mixture Model with Linked Joints)を既存のクラスタリング手法であるDPGMMを拡張することで提案し,この有効性検証を行った.多リンク系の表面に配置された触覚センサから得られる時系列情報を観測とし,それらを低次元表現した身体マップを形成し,これにDPGMM-LJを適用することで,多リンク系の木構造が推論可能であることを示した.また,各関節が完全に独立に動作した場合には推定結果は低下し,一定の依存性を持った時に推定結果が改善されることから,身体骨格構造推論と身体部位の協調構造との関係性を示唆することが出来た.また,このモデルに基き,身体部位が損傷した際の動態に関する分析を行った.これにより,身体構造を学習ベースで推定する工学的モデルを新たに開発することが出来たとともに,脳内身体表現のスローダイナミクスに関して示唆を与える事ができた.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的はベイズ潜在木構造生成過程による脳内身体表現スローダイナミクスを説明するモデルを明らかにすることである.人間は自らの四肢を動かし身体をコントロールするが,このモデル表現はしばしば多リンク系として表される.この表現は人間の身体の状態を縮約的に表現する意味において妥当かつ簡便であり,ロボティクス等において伝統的に用いられてきた.同時に,人間がそのような内部モデル,つまり,脳内身体表現の状態空間モデルを構築していると考えるのも妥当であり,人間の身体行動,認知過程の分析はこの状態空間表現に基づいてなされてきた.しかし,身体運動を表現する状態空間そのものを人間がいかに獲得しているかは自明ではない.通常,身体のリンク系をグラフ構造で示した際には閉路を持たない.故に,本研究では身体のリンク構造が木構造であると仮定し,その生成過程として木構造生成過程を仮定する.潜在的な木構造が存在し,そこからの感覚情報(観測)が生成されるという生成過程に基づき,その観測からモデルの潜在変数をベイズ推論することで脳が潜在的な木構造を学習していると考え,このスローダイナミクスを明らかにすることを目指した.初年度の成果としては,A.身体地図学習のためのシミュレーション環境の構築,B.触覚情報からの多リンク系のリンク数の自動推定の実現,C.木構造のベイズ推論を行うDirichlet Process Gaussian Mixture Model with Latent Jointの提案を行った.これらを用いて,シミュレーション上で動作する胎児のモデルと見立てた多リンク系ロボットが自らの触覚情報のみから,自らの身体の木構造を推定することがある程度推定可能であることを明らかにした.この成果は査読付き国際論文誌に投稿中である.研究計画書において,27年度は(1)ベイズ潜在木構造生成過程の生成モデルの開発,に取り組むものとしていた.より具体的には,(1-1)感覚運動情報の因果性を考慮した低次元表現の形成手法の開発,(1-2)木構造生成モデルを潜在変数としたクラスタリング手法の開発,(1-3)ベイズ潜在木構造生成過程に基づく脳内身体表現推定手法の開発,を行うこととしていた.これらに関して概ね完成を見ることができた.(1-3)についてはさらなる検討を行う必要があるが,概ね基礎的な成果を得ることが出来たと考えている.本研究では人間がマルチモーダルな感覚運動情報から,その骨格構造としての多リンク系表現に基づく脳内身体表現の状態空間モデルを構築する計算論を構成的に明らかにすることを目指した.この実現のためにベイズ潜在木構造生成過程に基づく脳内身体表現の確率モデルを研究した.脳内身体表現は,視覚,触覚,力覚等のマルチモーダルな感覚運動情報から形成される.本研究では,身体骨格構造のスローダイナミクスを表現する潜在的な確率過程として木構造生成過程を仮定し,感覚運動情報を潜在的な木構造からの観測情報として表現し,状態空間モデルの形成過程をモデル化した.具体的には潜在的な木構造生成過程をもったクラスタリング手法であるDPGMM-LJ(Dirichlet Process Gaussian Mixture Model with Linked Joints)を既存のクラスタリング手法であるDPGMMを拡張することで提案し,この有効性検証を行った.多リンク系の表面に配置された触覚センサから得られる時系列情報を観測とし,それらを低次元表現した身体マップを形成し,これにDPGMM-LJを適用することで,多リンク系の木構造が推論可能であることを示した.また,各関節が完全に独立に動作した場合には推定結果は低下し,一定の依存性を持った時に推定結果が改善されることから,身体骨格構造推論と身体部位の協調構造との関係性を示唆することが出来た.また,このモデルに基き,身体部位が損傷した際の動態に関する分析を行った.

これにより,身体構造を学習ベースで推定する工学的モデルを新たに開発することが出来たとともに,脳内身体表現のスローダイナミクスに関して示唆を与える事ができた.研究計画に示した通り,28年度は(2)エージェントシミュレータを用いたベイズ潜在木構造生成過程の有効性検証,(3)ヒューマノイドロボットを用いた脳内身体表現獲得実験,に取り組んでいく.また,新学術領域の会議等を通じて,(4)視覚情報や自己受容感覚との統合,(5)幻肢痛の構成論的モデル化,といった研究課題に関しても,その必要性が認識されるに至ったため,これらに関しても並行して取り組んでいく.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
小学生を対象とした遊びを交えた運動介入の身体活動量と健康・体力への長期的効果

今年度は1011月に身体活動量の測定および体力・運動能力、生活・運動習慣等調査を実施した。研究成果として学会発表を行った。概要は以下の通りである。【目的】小学校高学年を対象に遊びを交えた運動介入を実施し、将来の身体活動量に及ぼす影響について検討することである。【方法】福井県内の小学校(10校)の5年生223名(介入群134名、対照群89名)を対象とし、介入群には課内での休み時間を利用して10分間の遊びを交えた運動を週2回1年間実施した。まず、両群において5年次と中学1年次(2年後)での平日および土日の総運動量(時間)の相関分析を行い。次に介入群と対照群の小学5年次から中学1年次(2年後)の平日および土日の総運動量(時間)の変化量(差)の比較をするためにt-testを行った。(p<0.05)。【結果】まず、相関分析では、両群とも小学5年次と中学1年次(2年後)の平日および土日の総運動量(時間)において有意な正の相関が認められた。次に、総運動量(時間)の変化量においては、山間部では、介入群の方か対照群より小学5年次から中学1年次(2年後)の平日の総運動量(時間)の変化量が有意に多かったが、土日の総運動量(時間)の変化量に有意差は見られなかった。都市部では、両群の間で平日および土日の総運動量(時間)の変化量に有意差は見られなかった。【結論】山間部における平日の総運動量(時間)の介入効果として余暇時間を利用した自発的な運動量(時間)の増加が考えられる。このことから、児童に就学時において早い時期から楽しく行える運動を導入すれば、その後の運動習慣獲得につながると考えられる。今後、エリアによる介入の影響を検討し、さらに、多面的副次的に介入効果を検証したい。身体活動量測定データにおいて予想以上に欠損データが多く、集計解析に難航している。4年間の追跡調査結果から、身体活動量、体力・運動能力を従属変数、運動介入、生活・運動習慣関連因子を説明変数とした多変量解析モデル(重回帰分析)を作成し、運動介入の身体活動量および体力・運動能力に及ぼす効果を検証する。本研究は小学5年生を対象に遊びを交えた運動介入を1年間実施し、中学までの発育発達段階において、身体活動や身体機能にどのように影響を及ぼすかを縦断的(5年間)に研究することである。子どもの身体活動の特徴は間欠的かつ歩行以外の高強度な運動が多い。また身体活動が体力のどの要素(有酸素系、神経系、筋系など)に影響を与えるかは、性、年齢によって異なる。このことを踏まえ、3軸加速度計を用いて、歩行と歩行以外の活動を区別して10秒単位で身体活動量を把握し、発育発達段階において身体活動を構成する内容(歩行と歩行以外)が体力のどの要素に影響を与えるかをきめ細かく検証する。小学時の遊びを交えた運動介入効果が明らかになれば、健康教育や健康政策に資すると考える。今年度は研究対象者設定に際し、福井県内10校(都市部3校、山間部7校)を研究対象校として介入校4校、対照校6校を抽出し、研究対象者を介入群106名、対照群158名、計264名とした。対象者(児童)の保護者に対してインフォームドコンセントを得て、12月にベースライン調査測定として3軸加速度計を用いた身体活動量測定(7日間)および生活・運動習慣等調査(体格:身長・体重・座高,朝食の有無,睡眠時間,テレビ視聴時間,家庭・学校・地域での運動実施状況,運動意欲など)を行い、体力・運動能力においては6月に実施した全国体力・運動能力測定の8種目データ(握力, 50m走,ボール投げ,上体起こし, 20mシャトルラン,反復横とび,立ち幅とび,長座体前屈)を用いた。運動介入(10分間の遊びを交えた運動を週2回)は1月から開始し、2月(冬季)に2回目の身体活動量測定を行った。データについては入力・集計を行った。解析までは至らなかったが、介入開始から3ヵ月が経過し、介入群においてはベースライン時に比べ運動意欲の変化(向上)が伺えた。小学5年生を対象に遊びを交えた運動介入を1年間実施し、中学生までの発育発達段階において身体活動や身体機能にどのように影響を及ぼすか縦断的に研究することである。今年度は4月、6月、8月、12月(計4回)に身体活動量を測定した。データ解析は2014年に実施した体力・運動能力測定結果および生活・運動習慣調査データを用いた。運動・スポーツクラブ加入有無では、男子において「加入者」より「未加入者」が反復横とび、20mシャトルラン、50m走、立ち幅とび、ボール投げが有意に高かった。女子においては「加入者」より「未加入者」が上体起こし、反復横とび、20mシャトルラン、50m走、立ち幅とび、ボール投げが有意に高かった。朝食有無では男子において「毎日食べない」より「毎日食べる」が身体活動量が有意に多く、長座体前屈が有意に高かった。睡眠時間では、男子において「6時間未満」より「8時間以上」が反復横とび、50m走が有意に高かった。テレビ視聴時間では男子において「2時間以上3時間未満」より「1時間以上2時間未満」が上体起こしが有意に高かった。

過去の運動意識(小学校入学前は運動遊びや体を動かすことが好きであったか)では、男子において「嫌いだった」より「好きだった」が長座体前屈、反復横とびが有意に高かった。女子においては「嫌いだった」より「好きだった」が反復横とび、ボール投げが有意に高かった。男女とも運動・スポーツクラブ加入者は未加入者より体力・運動能力が有意に高かった。また、男子においては朝食を毎日食べる者は身体活動量が多く、朝食を毎日食べる・睡眠時間が長い・テレビ視聴時間が短い者は体力・運動能力が高いことが示唆された。さらに、小学校入学前の運動遊びや体を動かすことが好きであった者は体力・運動能力が高いことが示唆され、子どもの体力向上には幼児期からの運動への動機づけの必要性が示唆された。年4回分の身体活動量測定データにおいて欠損データが少なくなく、採用条件をクリアできるデータをチェックしながら集計を進めており、解析までは至らなかった。今年度は10月11月(1回)に身体活動量を測定した。研究成果として、学会発表を行った。概要は以下の通りである。【目的】幼児期の運動やスポーツに対する態度・意欲と現在の生活状況が小学生高学年の身体活動に及ぼす影響について検討した。【方法】福井県内小学校(10校)の5年生257名(男子121名、女子136名)を対象とし、2014年に実施した生活・運動習慣調査結果(文科省)を用いた。分析は、以下項目(運動やスポーツをすることは得意か否か・好きか否か、小学入学前および小学1・2年生のころは運動遊びや体を動かすことが得意だったか否か・好きだったか否か、現在において何をしても楽しいか否か、食事が楽しいか否か、よく眠れるか否か、家族と話すのが好きか否か、友達と話すのが好きか否か)の2群と平日および土日の総運動時間において性別にt検定を行った(p<0.05)。【結果】男子では「小学入学前のころ運動遊びや体を動かすことが得意だった者・好きだった者」、「食事が楽しい者」の方が「不得意だった者・嫌いだった者」「食事が楽しくない者」より土日の総運動時間が有意に長かった。また、「家族と話すのが好きな者」の方が「好きではない者」より平日の総運動時間が有意に長かった。女子では「小学1・2年生のころは運動遊びや体を動かすことが得意だった者・好きだった者」、「何をしても楽しい者」、「友達と話すのが楽しい者」の方が「不得意だった者・嫌いだった者」、「何をしても楽しくない者」、「友達と話すのが楽しくない者」より土日および平日の総運動時間とも有意に長かった。【結論】幼児期の運動に対する態度・意欲と現在の生活状況が、小学生高学年の身体活動に影響を及ぼすことが示唆された。今回の結果から、幼児期からの体育教育、食育およびコミュニケーション能力が重要と考える。身体活動量測定データにおいて欠損データが少なくなく、採用条件をクリアできるデータをチェックし精査して集計解析を進めており、結果をまとめるには至らなかった。今年度は1011月に身体活動量の測定および体力・運動能力、生活・運動習慣等調査を実施した。研究成果として学会発表を行った。【目的】小学校高学年(5年次)生を対象に遊びを交えた運動介入を実施し、将来の身体活動量に及ぼす影響について検討することである。【方法】平成26年に福井県内小学校(10校)の5年生264名(介入群155名、対照群109名)を対象として、介入群には課内での休み時間を利用して10分間の遊びを交えた運動を週2回1年間実施した。
記号間距離を同時に最適化する差分進化プログラミング手法の開発

連続空間を対象とする最適化手法である差分進化(Differential evolution: DE)を構造的表現を扱えるように拡張した,新たな木構造最適化手法の開発を行った.まず,組合せ的な解空間を持つ構造最適化問題において,解を構成する要素となる記号間に近傍構造を付与する方法を提案した.次に,近傍構造と木構造プログラムを相互に進化させるモデルを構築し,関数同定問題およびブール代数合成問題を対象として評価実験を行った.実験結果より,提案手法では記号間の近傍構造と木構造プログラムを相互に進化させることが可能となり,良好な性能を示すことを確認した.本研究では,連続空間を対象とする最適化手法Differential evolution(DE)を構造的表現を扱えるように拡張した,新たな木構造最適化手法である差分進化プログラミングの開発を目的とする.平成26年度はDEのアルゴリズムを拡張し,グラフ表現を扱えるように拡張したTree Based DEを提案した.提案手法では,各個体は木構造のノードに格納される関数記号に対応するシンボルベクトルを遺伝子として持ち,差分操作と交叉により木構造最適化を行う.また,関数記号の近傍構造と個体の遺伝子を相互に最適化するための進化モデルとして,近傍構造を個体の遺伝子に組み込み,木構造と共に進化させるアルゴリズムを構築した.各個体はシンボルベクトルに加え,使用する関数記号の近傍構造を決定するための距離行列を持つ.各個体は自身の距離行列をもとに無向グラフ上で記号間の距離を定義し,その距離を利用して差分ベクトルを生成し突然変異を行うことが可能となる.代表的なベンチマーク問題である関数同定問題およびパリティ問題を対象とし,提案したTree Based DEの探索性能を検証した.使用される関数記号が異なる両問題に対し,通常のGenetic Programming(GP)と比べ,少ない個体数で安定した探索性能が得られることを示した.そのため,記号間の距離は特徴の異なる両問題に対して最適化され,離散変数空間での差分操作が有効に機能していると考えられる.今後は,冗長なノードを抑えるための工夫や距離行列に対する遺伝操作について検討する必要がある.本課題の全体構想は,連続空間を対象とする最適化手法Differential evolution(DE)を構造的表現を扱えるように拡張した,新たな木構造最適化手法である差分進化プログラミングの開発することである.平成27年度は新たな進化モデルとして,記号の近傍構造を定義するための情報を遺伝子とする個体集団と,木構造を表現する遺伝子を持つ個体集団を,互いに互いに影響を与えながら進化させる共進化型モデルを構築した.提案モデルでは,近傍構造を定義するための個体群にはGAを適用し,木構造を表現する個体群に対してはTree DEを適用した.Tree DEでは各親個体が子個体を生成する際に,近傍構造の集団から1つの個体が割り当てられ,その個体より定義される記号間の距離を利用して木構造におけるDEの差分操作を行う.近傍構造を定義する個体の適応度は生成された木構造プログラムの適応度の和で計算される.そのため,近傍構造を定義する個体は,木構造を表現する個体群にとって有効な記号間の距離を定義するように進化し,Tree DEでは適する近傍構造を利用して木構造プログラムを最適化することが可能となる.評価実験の結果,提案した共進化型モデルは,関数近似問題や論理関数の合成問題において通常のTreeDEよりも良好な探索性能を示すことを確認した.これらの成果を論文誌(ICIC Express Letters)に投稿した.連続空間を対象とする最適化手法である差分進化(Differential evolution: DE)を構造的表現を扱えるように拡張した,新たな木構造最適化手法の開発を行った.まず,組合せ的な解空間を持つ構造最適化問題において,解を構成する要素となる記号間に近傍構造を付与する方法を提案した.次に,近傍構造と木構造プログラムを相互に進化させるモデルを構築し,関数同定問題およびブール代数合成問題を対象として評価実験を行った.実験結果より,提案手法では記号間の近傍構造と木構造プログラムを相互に進化させることが可能となり,良好な性能を示すことを確認した.平成26年度では,無向グラフによる記号間の近傍構造の決定方法を考案した.また,DEで記号間距離と木構造を同時に最適化する方法として,近傍構造を個体の遺伝子に組み込み,両者を同時に進化させるモデルを構築した.構築した木構造最適化手法の探索性能の検証として,関数同定問題およびパリティ問題を対象としてGPとの比較を行い有効性を示した.これらの成果は国際会議で発表している.以上のことから順調に進展していると考える.進化的計算平成26年度は,新たな進化モデルとして,記号の近傍構造を遺伝子に持つ集団と木構造の個体集団を互いに評価するモデル(共進化型モデル)や,近傍構造と個体集団のペアを複数用意し,それらを並列に進化させるモデル(島モデル型)などの構築を予定している.また,使用される関数記号の種類や数が異なる場合でも,有用な木構造を獲得できるか検証するために,マルチエージェントシステムにおけるエージェント学習や分類問題などを対象とした実験を行う予定である.当初の予定より,消耗品,図書の購入額を抑えることができたため,次年度使用額が生じた.これらは次年度で同様の使途において計画的に執行する予定である.概ね当初の計画通りであり,主に国際会議への参加旅費,研究成果の論文投稿に要する費用に充てる.旅費については現時点で中国にて開催の国際会議における口頭発表を2件予定している.
改良型レーザーカッターによるアミロイド物質の生体構造と機能解析

アミロイド物質の構造と伝播性の解析のために、画期的なレーザーマイクロダイセクター(ALMD)を使用して、アミロイド沈着の時間的、部位的微小空間を切り取り、プロテオーム解析とマウスを用いた伝播性解析を目指した研究を行った。1マウス肝臓アミロイド線維分画のプロテオーム解析ではアミロイド関連蛋白質として脂質代謝関連分子が集積することを示した。2ALMDで採取した試料を用いたプロテオーム解析では検出感度が十分でなく詳細な解析には改善が必要であった。3切り出した切片によるアミロイドーシス誘発に成功したが、より詳細な解析が今後の課題である。3ALMDを用いて患者微量沈着アミロイドの同定に成功した。アミロイド物質の構造と機能の解析のために、画期的なレーザーマイクロダイセクター(ALMD)を駆使して、マウスとヒトアミロイドーシスにおける、アミロイド沈着の時間的、部位的微小空間を切り取り、プロテオーム解析とマウスを用いた伝播性解析に焦点を当てた研究を行なう。研究システムは1AApoAIIアミロイドーシス、2実験的AAアミロイドーシス、3神経変性疾患や全身性アミロイドーシス患者組織、である。平成26年度は以下のような研究実績を得た。1.マウスAApoAIIアミロイドーシスでのプロテオーム解析、2.アミロイドーシス患者組織のプロテオーム解析、3. ALMDを中心機器としたダイレクトバイオロジーの立ち上げと第1回研究発表会の開催。1.ではマウスにAApoAIIアミロイド線維10 μgを静注してアミロイド沈着を誘発し、0, 2, 4, 7, 12ヶ月後に屠殺して肝臓を採取し、凍結試料と組織切片を作成した。凍結組織からアミロイド線維分画を抽出するとともに、組織切片のアミロイド沈着部位の周囲を超微細レーザーで焼き切リ、アミロイド沈着部位のみを採取して、信州大学の最新型ナノフローLC/MS/MS解析システムを用いた網羅的プロテオーム解析をおこなった。その結果、アミロイド沈着に伴い増加するアミロイドーシス関連蛋白質としてApolipoprotein E (ApoE), Clusterin, Vitronectin, CD81を同定した, 2.家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)患者肝臓のドミノ移植を受け、アミロイド沈着を発症した患者組織から、ALMDを用いてアミロイド線維蛋白質を抽出し、質量分析を行った結果、FAP患者に由来する変異型TTR蛋白質の沈着であることを明らかにした(論文投稿中)。3.東京都産業技術研究センターで第1回ダイレクトバイオロジー研究会を開催した。アミロイド物質の構造と機能と伝播性の解析のために、画期的なレーザーマイクロダイセクター(ALMD)を使用して、マウスとヒトアミロイドーシスにおける、アミロイド沈着の時間的、部位的微小空間を切り取り、プロテオーム解析とマウスを用いた伝播性解析に焦点を当てた研究を行なうことを目的とする。解析対象は、1AApoAIIアミロイドーシス、2実験的AAアミロイドーシス、3神経変性疾患や全身性アミロイドーシス患者組織、である。平成27年度は以下のような研究実績を得た。1.マウスAApoAIIアミロイドーシスでのプロテオーム解析ではマウスにAApoAIIアミロイド線維10 μgを静注してアミロイド沈着を誘発し、継時的に屠殺して肝臓を採取し、凍結試料と組織切片を作成した。凍結組織からアミロイド線維分画を抽出するとともに、組織切片のアミロイド沈着部位の周囲を超微細レーザーで焼き切リ、アミロイド沈着部位のみを採取して網羅的プロテオーム解析をおこなった。アミロイド沈着に特異的なアミロイドーシス関連蛋白質としてApolipoprotein E (ApoE), Clusterin, Vitronectin, CD81を同定した。それぞれの蛋白質のアミロドーシスの進行に伴う量的変動等を解析した。2.家族性アミロイドポリニューロパチー患者肝臓のドミノ移植を受けた患者の胃及び十二指腸のバイオプシー実施し、移植後14ヶ月で非常に微細なアミロイド沈着を観察した。アミロイド沈着を認めた患者組織切片から、ALMDを用いてアミロイド線維蛋白質を抽出し、質量分析を行った。その結果、FAP患者に由来する変異型TTR蛋白質の沈着であることを明らかにし、移植後2年では正常(wild)型のTTRも沈着することを明らかにした(Yoshinaga T, et al J Path: Clin Res 2016.)。研究分担者の八谷の開発した画期的なレーザーマイクロダイセクター(ALMD)は、改良が継続されている。ALMDは研究分担者の矢崎や研究代表者の樋口の研究グループをはじめとして、アミロドーシスの沈着蛋白質の同定に頻繁に利用されるようになり、利用頻度が顕著に増大しているため、新たな装置の製作が進行している。矢崎は平成27年度に、ALMDを用いて一般のレーザーダイセッションでは不可能であったごく微小な組織切片上のアミロイド沈着からアミロイド線維の抽出に成功した。FAP患者肝臓のドミノ移植を受けた後、世界で最も短期間(移植後14ヶ月)でFAP患者肝臓由来の変異型TTRでまず沈着し、さらにその線維にwild typeのTTRがわずかづつであるが沈着することを世界で初めて直接的に示すとこができたのは予想以上の成果であった(Yoshinaga T, et al J Path: Clin Res 2016.)。

また、研究代表者は平成26年度にAApoAIIアミロイドが沈着したマウス肝臓の生化学的に分離したアミロイド線維分画と、とALMDで切り取ったアミロイド沈着領域の網羅的プロテオーム解析を行い、アミロイド沈着に特異的な関連蛋白質として同定したApoE, Clusterin, Vitronectin, CD81の詳細な量的変動や脂肪沈着との関連を解析した。その結果、ApoEはアミロイド線維分画中の量が急激に増大するが、血中濃度は急激に減少した。一方、血中のClusterin濃度は上昇することが明らかになった。これらは当初の計画以上の成果ということができ、その成果は学会等で発表した。一方で、パラフィン組織切片からのプロテオーム解析の感度向上に関しては、まだ改善されておらず、凍結組織を用いた解析も十分でない等、27年度に計画した研究の推進が十分に実施できなかったことが反省点である。アミロイド物質の構造と機能と伝播性の解析のために、画期的なレーザーマイクロダイセクター(ALMD)を使用して、マウスとヒトアミロイドーシスにおける、アミロイド沈着の時間的、部位的微小空間を切り取り、プロテオーム解析とマウスを用いた伝播性解析に焦点を当てた研究を行なう。平成28年度は研究分担者である八谷の移動に伴い、メイン装置であるALMDも移設された。移動及び調節のためALMDが使用できなかったことと、研究代表者の管理業務の多忙のために、研究の進捗が遅れたが、以下のような研究実績を得た。1マウスAApoAIIアミロイドーシスでの肝臓アミロイド線維分画のプロテオーム解析ではアミロイド沈着に特異的なアミロイド関連蛋白質としてApolipoprotein E (ApoE), Clusterin, Vitronectin, CD81を同定した。これらの蛋白質の比率はアミロドーシスの進行に関わらず一定であったが、血液中濃度は、ApoA-IIとApoEは減少し、Clusterinは増加した。またアミロイド沈着部位に脂肪の沈着が認められた。2家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)患者では肝移植療法は極めて有効な治療法であるが、移植後にアミロイド沈着による眼症状を発症することが大きな問題となっている。肝移植後10年経過後に片眼摘出されたFAP患者の眼内・眼外組織に沈着したアミロイド蛋白質をレーザーマイクロダイセッションを用いて部位選択的に抽出し、質量分析を用いて、沈着したTTRの変異型と野生型の比率を解析した。眼内組織には変異型TTR(>80%)が沈着するのに対し、外眼組織(外眼筋)では野生型が優位(>71%)であり、眼内と眼外組織では、異なった分子病態でアミロイド線維が構成されることが明らかになった。(Yoshinaga T, et al. Amyloid 2017)。移動及び調節のためALMDが比較的長期間使用できなかったことと、研究代表者の大学での管理業務が極めて多忙のために、研究の進捗が遅れた。現在は八谷の移動先で新たにもう一台のALMDが稼働している。
ランダム行列に基づく自由確率論と作用素環の研究

最近25年, D.Voiculescuが開拓した自由確率論は,非可換確率論の一つとして大きな発展を遂げた.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論の研究を行った.関連して,代数的確率論,作用素論,作用素環,量子情報理論についても研究した.自由確率論における主要な成果は,自由エントロピーと自由エントロピー次元の新しい定式化,対数ソボレフ不等式と輸送コスト不等式の自由確率版の導出などである.最近25年, D.Voiculescuが開拓した自由確率論は,非可換確率論の一つとして大きな発展を遂げた.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論の研究を行った.関連して,代数的確率論,作用素論,作用素環,量子情報理論についても研究した.自由確率論における主要な成果は,自由エントロピーと自由エントロピー次元の新しい定式化,対数ソボレフ不等式と輸送コスト不等式の自由確率版の導出などである.最近20年,D.Voiculescuが開拓した自由確率論は,非可換確率論の一つとして大きな発展を遂げた.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論,代数的確率論,作用素環を研究した.最近の成果として,(1)日合は,多変数の非可換確率変数に対して自由圧力関数を定義し,そのLegendre変換によって多変数の新しい自由エントロピーを導入した.これは,多変数の自由エントロピーに対するVoiculescuの2通りの方法(行列近似の方法と非可換Hilbert変換の方法)に加えて,第3の方法を提起するものである.一般にはLegendre変換を使う自由エントロピーはVoiculescuの自由エントロピーと必ずしも一致しないが,両者が一致する場合を考察し,またLegendre変換による定義を上手く修正すると,Voiculescuの自由エントロピーと常に等しくなるようにできることを示した.(2)日合・Petz・植田は,最近の注目すべき話題である自由エントロピーと自由情報量を用いた対数Sobolev不等式や輸送コスト不等式の自由確率類似について,以前に開発したランダム行列に対する大偏差原理を基礎とするランダム行列近似による古典確率から自由確率への近接の方法を用いて,系統的な研究を行った.1変数の場合には,自由対数Sobolev不等式と自由輸送コスト不等式のいずれも既に完全な結果が得られているが,多変数の場合は,まだ不完全な結果しか得られていない.日合・植田は,自由輸送コスト不等式について,現段階で知られた方法で証明可能な最良の結果を得た.(3)ゲージ不変C*-系において,通常のスピン系における結果を拡張して,平行移動不変な平衡状態を記述するKMS条件,Gibbs条件,変分原理の同値性を示し,extremalな平衡状態のエントロピー密度を巨視的一様性と関連して考察した.(4)小澤は,観測過程における普遍的な不確定性原理の新しい定式化に成功した,また幸崎は,不確定性原理と関連する行列トレース不等式を証明した.(5)植田は,幾何学群論で有用なHNN拡張の構成法をvon Neumann環に適用し,それによってできるvon Neumann環のモジュラー理論,因子性,超積などについて考察した.最近20年,D.Voiculescuが開拓した自由確率論は,非可換確率論の一つとして大きな発展を遂げた.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論の研究を行った.関連して,代数的確率論,作用素論,作用素環についても研究した.最近の成果として,(1)日合・Petz・植田は,ランダム行列モデルによる近似の方法とユニタリ・ランダム行列の経験固有値分布に対する大偏差原理を用いて,サークル上の確率測度に対する自由対数Sobolev不等式を証明した.この不等式は相対自由Fisher情報量と相対自由エントロピーの大小関係を与える.(2)日合・植田は,C*-確率空間の枠組みで,多変数の自己共役(またユニタリ)非可換確率変数のトレース分布に対する自由確率論的な輸送コスト不等式を証明した.この不等式は,ポテンシャルが自由独立性と適当な凸性の条件を満たすとき,Wasserstein距離と相対自由エントロピーの平方根の大小関係を与える.(3)日合・Petzは,2個の独立でユニタリ不変なランダム射影行列について,それらの任意の多項式の固有値分布に対する大偏差原理を証明した.この結果は,2個の自己共役射影によって生成される普遍C*-環上のトレース状態からなる空間上で定式化され,大偏差原理のレイト関数は2個の射影に対する自由エントロピーと一致する.(4)尾畑は,グラフに関係した漸近スペクトル解析を研究し,ツリー上の量子ウォークの理論が,量子分解の手法を使って,より一般のグラフに対しても成立することを示した.(5)小澤は,量子観測と量子情報に関する種々の問題を考察した.例えば,エンタングル状態における部分系の量子相関に関連して,量子完全相関の概念を導入し,その観点から量子観測理論を研究した.

(6)幸崎は,ヒルベルト空間上で稠密な定義域をもつ正の自己共役作用素の組で,定義域の共通部分がゼロである面白い例をフーリエ解析などの手法を用いて多数構成した.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論の研究を行った.関連して,代数的確率論,作用素論,作用素環についても研究した.平成19年度の成果は以下の通りである.(1)日合・植田は自己共役作用素に対するVoiculescuのマイクロ状態を用いた自由工ントロピーの射影作用素に対する修正版を導入し,その基本性質を調べた.2つの射影作用素の自由エントロピーとVoiculescuのliberation理論における相互自由フィッシャー情報量の間の一種の対数ソボレフ不等式を示した.(2)日合・植田は上記(1)の射影作用素に対する定義を一般化して自己共役作用素の自由エントロピーに対する軌道アプローチを研究し,軌道アプローチによる自由エントロピー(次元)と通常の自由エントロピー(次元)の間に成立する関係式を与えた.軌道アプローチによる自由エントロピーはVoiculescuのliberation理論における相互自由情報量のマイクロ状態を用いた定式化としての意義がある.(2)尾畑はグラフに関係した調和解析・スペクトル解析を研究し,連結グラフのQ-行列が正定値になるパラメータの集合がグラフのある種の拡張で不変であることを示した.また,尾畑・洞は量子分解の方法によるグラフに関係した漸近スペクトル解析に関する一連の研究をまとめたテキストをシュプリンガー社から出版した.(3)小澤は集合論のブール値モデルの量子版として,フォン・ノイマン環の射影束で表現される量子論理に基づく集合論のモデルを構築し,ZFC集合論からその量子版への転送定理を確立した.さらに,量子力学における観測命題が量子モデルにおける実数に対する命題によって表現できることを示した.(4)幸崎は行列・作用素の平均の研究において自然に現れる多くの正定値関数が無限分解可能の性質をもつことをアダマール因数分解定理を基礎とする複素関数論の方法を用いて示した.自由確率変数の漸近モデルであるランダム行列や,自由確率論に固有なエントロピーである自由エントロピーを基に,自由確率論の研究を行った.関連して,作用素論,作用素環,量子情報理論についても研究した.平成20年度の成果は以下の通りである.(1)日合・植田は自己共役作用素に対するVoiculescuのマイクロ状態を用いた自由エントロピーの射影作用素に対する修正版を導入し,その基本性質を調べた.2つの射影作用素の自由エントロピーとVoiculescuのliberation理論における相互自由フィッシャー情報量の間の一種の対数ソボレフ不等式を示した.上記の射影作用素に対する定義を一般化した自己共役作用素の軌道アプローチによる自由エントロピー(次元)と通常の自由エントロピー(次元)の間に成立する関係式を与えた.(2)日合とPetz(研究協力者)は量子共分散と量子フィッシャー情報量との関係を考察し,不確定性原理と関連して知られていた不等式を一般化した.正定値行列のなす多様体上に行列の種々の平均と関連して定義されるリーマン計量についての測地最短距離や測地最短曲線の公式を与えた. (3)洞と尾畑は成長する正規グラフの隣接行列の漸近スペクトル分布を量子確率論的手法で求めた.尾畑はJiとの共同研究で,生成・消滅微分の概念をフォック空間作用素に導入し,白色ノイズの微分を調べた.
トランスポゾンによる高等植物遺伝子の発現制御

高等植物において、フェニルアラニンを出発物質とするフェニルプロパノイド生合成系は、アントシアニン類などの色素、フィトアレキシンなどの植物病原体に対する防御物質など多数の生理活性物質の生合成経路であり、この経路の産生物質は、植物由来の医薬品としても古くから注目されている。一方、可動遺伝子は転移、挿入、欠失、逆位など種々のDNA再編成を引き起こし、遺伝子の発現を調節しうる遺伝因子の総称である。本研究では有用生理活性物質の生合成系遺伝子の調節のパラダイムとしてアントシアニン系色素の生合成系遺伝子の発現を調節する可動遺伝因子に注目し、アサガオ、マルバアサガオやサツキなど各種の紋り花の品種より、新しい可動遺伝因子を探索し、その構造解析を行わんとするものである。(1)紋りアサガオの一系統のアントシアニン色素生合成系遺伝子の一つDFR遺伝子中にトウモロコシの転移因子Spm類縁の新しい転移因子が存在することを見いだした。(2)紋り花のアルバアサガオより高分子DNAを高収量で得る技術を確立し、種々のアントシアニン色素生合成系遺伝子のcDNAなどをプロ-ブとして構造解析を行ったところ、一系統のマルバアサガオのDFR遺伝子内にDNA再編成が起こっていると考えられる結果を得た。(3)野外で育成しているサツキ、ツツジなどの新芽や若葉より高分子DNAを抽出することは、はなはだ困難であったが、ツツジにおいて花より高分子DNAを高収量で得る技術を確立した。
マイクロ流体デバイス内における流動現象解明と設計への応用

今年度も引き続きマイクロ空間における3次元3成分の流速度分布計測システムの開発を行った。3次元2成分(x, y, z, u, v)に加え、3成分目の面外成分(w)が時間方向に運続する画像の相関係数の追跡により面外速度と相関係数の線形な関係があることをシミュレーションにより確認し、これを実際の実験に応用した。内径95μmのFEP樹脂(水と屈折率がほぼ同じ)製のマイクロチューブ内の流れを、1.0μmの蛍光粒子トレーサーと作動流体の水を用いて可視化した。面外成分の(w)を計測するため、マイクロチューブを10°傾けて実験を行った。結果、相関係数の変動から算出した面外成分(w)のプロファイルと理論解であるハーゲンポアズイユの式から得られる速度プロファイルに良好な一致が観測できた。よって、今回提案した相関係数変動追跡法(Correlation Tracking Method)がマイクロ空間の3次元速度計測に有効であることが確認された。また、昨年度までに開発されたマイクロ空間内での液/液界面を利用したフラーレンC_<60>結晶合成システムにおいて得られた、ロッド状のC_<60>単結晶の光学特性の解明を行った。単結晶をフォトルミネッセンス分光・ラマン分光を用いて測定した結果、マイクロ空間で合成されたC_<60>結晶の発光は貧溶媒分子であるアルコール分子の種類に強く依存し、これらが結晶格子中に混入していることに起因することが強く示唆された。今後、液/液界面を用いて金属ナノ粒子とのハイブリッド材料を合成することで光学特性をはじめとする新たな機能化への展望が開かれると考える。小生が既往の研究で行った溶媒抽出マイクロ流体デバイス内の高時間分解計測において、油水界面において3次元的な流動が観測されていた。界面付近の流動様式は抽出する金属錯体の物質輸送・分子拡散と密接な関係があるため、デバイス設計上のこれらの流動構造を解明することは必須となる。今年度は、従来報告例が無かった微小空間の3次元流速分布計測システムの開発と精度検証を行い、微小空間の多次元計測のための基盤技術開発に重点をおいて研究を遂行した。具体的には、蛍光顕微鏡用対物レンズの上部にピエゾアクチュエーターを搭載し、流れに対して垂直方向に焦点位置をスキャンすることで垂直位置成分(z)を取得した。一方工学的なシステムとして光源にNd:YAG CWレーザーを用いた。試料中の蛍光粒子が励起されその励起光のみを60倍NA0.9の水浸対物レンズと550nm以下の光をほぼカットする光学フィルターを通じて高速度カメラで6000frame/sで撮影した。流れを可視化するためトレーサーとして蛍光粒子を用いた。システムの精度を検証するため理論的に速度場が分かっているマイクロチューブをテストセクションとして用いた。作動流体には、水を用いた。ピエゾアクチュエーターは外部信号に追従して変位するため、function generatorからの信号によりコントロールした。上記の開発したシステムを内径95μmのマイクロチューブ内3次元速度分布計測に応用した。空間分解能は5.4x2.7x0.27μmである。結果、計測値は円管層流の理論解であるHagen-Poisseuilleの式と良好な一致を示したことを確認した。今回のテストセクションであるマイクロチューブ流れは垂直速度成分をほとんど持たないため面外速度成分の計測精度評価には最適ではないが、次年度以降対象を3次元性の強い微小流動に変え、さらに精度を検証していく予定である。今年度も引き続きマイクロ空間における3次元3成分の流速度分布計測システムの開発に従事した。昨年度達成した、3次元2成分(x, y, z, u, v)に加え、面外成分(w)の計測粘度向上を行った。時間方向に連続する両像の相関係数の追跡により面外速度と相関係数の線形な関係があることをシミュレーションにより確認し、現在実験に応用し始めた段階である。具体的には、斜めに一定角度で固定されたマイクロチューブ内に蛍光微粒子を流した。流動を高速度カメラで撮影しパラメータをシミュレーションと同様に設定して面外成分(w)を算出する。シミュレーションと傾向が一致するかどうかを検討し、一致しない場合はさらに要因を考察し再実験を行った。現在解析中であるが、定性的には実験とシミュレーションの傾向の一致を確認している。また、昨年度までに得られた知見であるマイクロ空間内での液/液界面の安定性を利用してフラーレンC_<60>結晶の合成場を設計することに応用した。結果、針状、ロッド状、チューブ状、樹状、球状、星型などの多様な形態を持つフラーレン結晶の結晶多形現象のスクリーニングとバルク形状が制御されたアモルファス薄膜の合成に成功した。さちにマイクロ空間において合成されたフラーレンC_<60>結晶はアルコール溶媒との溶媒和物を形成し、これが発光特性に大きく関わってくることが示唆された。今後磁性や生体適合性などの新たな機能化に挑む予定である。

内径95μmのFEP樹脂(水と屈折率がほぼ同じ)製のマイクロチューブ内の流れを、1.0μmの蛍光粒子トレーサーと作動流体の水を用いて可視化した。面外成分の(w)を計測するため、マイクロチューブを10°傾けて実験を行った。結果、相関係数の変動から算出した面外成分(w)のプロファイルと理論解であるハーゲンポアズイユの式から得られる速度プロファイルに良好な一致が観測できた。よって、今回提案した相関係数変動追跡法(Correlation Tracking Method)がマイクロ空間の3次元速度計測に有効であることが確認された。また、昨年度までに開発されたマイクロ空間内での液/液界面を利用したフラーレンC_<60>結晶合成システムにおいて得られた、ロッド状のC_<60>単結晶の光学特性の解明を行った。単結晶をフォトルミネッセンス分光・ラマン分光を用いて測定した結果、マイクロ空間で合成されたC_<60>結晶の発光は貧溶媒分子であるアルコール分子の種類に強く依存し、これらが結晶格子中に混入していることに起因することが強く示唆された。今後、液/液界面を用いて金属ナノ粒子とのハイブリッド材料を合成することで光学特性をはじめとする新たな機能化への展望が開かれると考える。
カプセル型内視鏡を体外から駆動する共鳴駆動型超音波モータの開発

カプセル型内視鏡のエネルギー問題を解決する共鳴駆動型超音波モータの開発を行った。本研究ではモータの要素技術であるコイル型モータの原理解明のための有限要素解析と駆動実験、共鳴駆動型超音波モータの基礎的な要素モデルによる水中駆動実験を行った。本研究の成果により、本モータを実用化するための基本的なデータを取得することができた。本年度は、共鳴駆動型超音波モータの水中駆動実験を行った。超音波を受信する共振版を大、中、小の3サイズを作成し、振動源からの距離を変化させて回転数を計測した。共振板(小)においては、距離が2 mmの時の回転速度が4000 rpmまで上昇しており、他の共振板よりも高速で回転した。しかし、距離が4 mmの時には3000 rpm、6 mmの時には2000 rpmと、距離を離していった場合には回転速度が大きく低下していくことが分かった。また、起動トルクにおいても距離が2 mmの時に他の共振板よりも大きい値となったが、回転速度と同様に、距離が増すごとに大きく値が低下していくことが分かった。共振板(中)においては、距離が2 mmの時の回転速度は2500 rpmとなっており、共振板(小)より小さい値となった。しかし、距離を離していった際の低下は共振板(小)に比べ少なくなっている。また、起動トルクにおいても同様の傾向が見られた。共振板(大)においては、他の共振板に比べ回転速度は高くないが、距離を離していった際の速度低下は少ないことが分かった。今後は、周波数を変化させた場合の回転数の変化について検討を行なっていくとともに、トルク性能の向上に関する研究を行う。また、動物実験による機能確認,安全性の確認を継続するとともに,実用化へのトランスレーショナル・リサーチへ移行していく.カプセル型内視鏡のエネルギー問題を解決する共鳴駆動型超音波モータの開発を行った。本年度は,共鳴駆動型超音波モータの基盤要素となるコイル型モータの原理解明と基礎的な特性の測定に注力した.<コイル型モータの駆動原理について>コイル型モータは回転方向が進行波の進行方向と同一方向に回転することが観測されており,一般的な進行波型超音波モータの回転挙動と一致しない.駆動原理はこれまで未解明の部分が多く,本研究では有限要素法により導波路を超音波振動が伝播した際のコイルの変形解析を行った.SUS304製の外径0.8mm,内径0.7mmのコイルモデルをANSYSで生成し,26.8kHzの振動を伝搬させてシミュレーションを行ったところ,コイル表面の観測ポイントは振動伝搬の方向(順方向)へ回転することが確認され,実際の現象と一致した.これは,振動が本条件においてはガイド波の一種であるLamb波として,さらにそのモードの中でもSymmetric modeが支配的になっていることが示唆された.<コイル型モータの駆動特性>上記シミュレーションで使用したコイルの実機を作成し,同条件で駆動実験を行った.ローターとステータの間のクリアランスは0.015mmが最適であり,その時の回転数は5,250rpmであった.また,クリアランスが0.005mm以下の場合は回転しなかった.また,導波路が屈曲した場合での駆動,水中での駆動も確認した.耐久性に関しては課題が残り,150分間の回転テストにおいて,ステータ表面上に摩耗が見られ,ステータ外径も変化したため,徐々に回転数も低下した.本課題に関しては,材質の変更や表面コーティング等の対策が必要と考えられる.<超音波振動に共鳴するステータの開発>超音波振動に共鳴するステータの開発については,既に評価は行っているものの,安定したデータを取得するにはまだ実験装置の改良の余地がある.今後,超音波振動の定量化を行っていき,データの安定化につとめ,研究を加速させていく予定である.超音波と共振する共鳴板はモード解析によってシミュレーションを行い,3タイプの共鳴板をワイヤ放電を用いて設計・製作し,すでに目的を達成している.回転数の評価については,現在進行中である.<配列型振動子を用いた集束超音波プローブの開発>数10kHzの超音波を収束させるには,大型のプローブが必要なこと,また収束をさせなくても十分な出力が得られたことから,研究の方針を転換し,収束させるためのプローブの開発は行わないこととした.<超音波振動に共鳴するステータの開発>カプセル型内視鏡外殻を共鳴板としたときのシミュレーションと解析を行い,最適形状の探索を行う.目標エネルギー変換効率:1%を目指す.<カプセル型内視鏡の開発>カメラ機能レスの原理確認モデル(1自由度)の開発を行うとともに,水中および生体(動物)内での駆動確認実験を行う水中を伝搬する超音波強度の測定装置を購入し,共鳴現象の定量化を行い,データの安定化を測る.また,原理確認モデルの製作費に資金を使用する.
生理活性及び機能性を有する重水素標識化合物の位置選択的合成

本研究で得られた成果は下記のようにまとめることができる。1.ブロモフェノール類を10%NaOD中ラネーCu-Al合金で処理すれば対応する重水素標識フェノール類を高収率かつ高同位純度で得ることができた。なおNi-Al合金を用いると重水素標識シクロヘキサンが生成することを明らかにした。2.ブロモ安息香酸類を先の手法で重水化し、19種類の重水素標識安息香酸を系統的に合成することに成功した。3.重水素標識サルチル酸及びアスピリンを合成し、それぞれの生理活性について検討した。たとえば重水素標識サルチル酸は細胞の異常分裂を示すことが明らかとなった。4.含ハロゲン脂肪酸及び不飽和酸の重水中ラネー合金で処理する還元反応を利用することにより、部分的に重水素標識脂肪酸を合成しそれらの生成経路を明らかにした。5.ブロモチオフェンカルボン酸の還元的重水素標識法において、ラネーCu-Al合金を用いるとチオフェン環の解裂反応は進行しないが、ラネーNi-Al合金の場合には対応する合金重水素標識脂肪酸が生成することを見いだした。6.上記の方法よって得られた部分的及び完全重水素標識脂肪酸のコルベ電解反応及び交差コルベ電解反応の応用で、より長鎖の重水素標識脂肪酸及びアルカンが得られることを明らかにした。なお、本電解反応には超音波照射が有効であることを見いだした。本研究担当者らは重水素標識安息香酸及びフェノ-ルの合成を対応する臭素化体の重水中での還元的脱臭素化反応により容易に行えることを明らかにして来た。この手法を基本的な手段として、重水素標識サリチリ酸、アニリン、ナフタリン、チオフェンの位置選択的合成を検討すると共に、重水素標識脂肪族化合物の選択的合成法の開発研究に着手して、以下に述べる成果を挙げた。まず、種々の臭素化サリチル酸の位置選択的合成法を確立した。それらを10%NaOD中ラネ-/CuーAl合金で処理することにより、それぞれ対応する重水素化体が高収率かつ高同位体純度で生成することを明らかにした。さらに、重水素標識サリチル酸より容易に対応するアスピリンが合成できる方法を確立した。また、上記のアルカリ水溶液に可溶な酸又はフェノ-ル類と異なって、臭素化されたナフタレン、アニリン及びチオフェンなどのアルカリ水溶液に不溶性物質の場合には、溶剤としてテトラヒドロフランやジオキサンを用いることによって、先に述べた方法が対応する重水素標識化合物の合成に適応されることを明らかにした。これらの研究過程において、ラネ-/NiーAl合金を用いると、HーD交換反応が併発し同位体純度が極めて低下することを見いだした。臭素化脂肪酸類や不飽和脂肪酸類もまた上述の方法によって容易に対応する重水素標識脂肪酸を合成し、またこのようにして得られた重水素標識脂肪酸のコルベ電解反応により対応する脂肪族化合物が合成できることを明らかにした。さらに、重水素標識ジカルボン酸のモノエステルのコルベ電解反応により、より高級なジカルボン酸が得られることを見いだした。現在、このようにして得られた種々の重水素標識有機酸の^1HーNMR、^2HーNMR, ^<13>CーNMRやMssなどの各種スペクトル及び抗黴性などの生理活性について検討している。現在まで本担当研究者らは、重水素標識化合物の位置選択的合成を高純度で行う方法の開発研究の一環として、重水素標識フェノ-ル、安息香酸サルチル酸、多酸フェノ-ル、アニリン、ナフタリンなどの芳香族化合物の重水化反応に成功している。本年度においては、主として重水素標識化合物の位置選択的合成法開発を行い以下に述べる成果を挙げたので報告する。1.まず、容易に還元的開裂反応が起こり対応する脂肪族化合物を与えることが知られているチオフェン類の還元反応を種々の条件下に検討した結果、アルカリ水溶液中Cu-A1合金を用いるとチオフェン環の開発は起こらず、還元的脱臭素化反応が移行した。一方、Ni-S1合金を使用すると期待した脂肪族化合物が生成することを明らかにした。