hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ことば体験における学びの場の自己創出型学習モデルの構築

本研究は、学びの場の自己創出の視点から日本語学習者が実社会において他者との関わりを通して、如何にことばの知識と活用力を学んでいくのか、その詳細を分析し、新たな学びモデルを構築・提言することを目的としている。具体的には、実社会の学習体験を「学びの場」としてどのように捉え、また学習者自身が日常的社会体験の中で自らの学びをどのようにデザインし構築するか、という「学びの場の自己創出」の視点から、多様な実社会における日本語学習者を対象とし、社会文化的体験を意図的に自ら学びの場として再構築する過程を横断的かつ縦断的質的分析を行い、「ことば体験による学びモデル」として新たなモデル構築を行った。更に,このモデルに基づいた,日本語学習者の学習方略についていくつかの提言を行った。最終年度である平成30年度は、エキスパート初修外国語外国人教師を対象とし、長年の教授体験を通して自らの体験を意味づけ,自己成長として捉える転機となる体験に焦点を当てた調査研究を実施した。調査では,成長の内的過程を質的に検討するため、以下の項目に焦点を当てて実施した。(1)エキスパート外国人教員同士の授業参観による学び合いの体験教育経験豊富な外国人教員がそれぞれの授業を参観し,授業参観後に意見交換を行うミーティングに参加し、エキスパート教員同士の学び合いの参与観察を行った。(2)エキスパート外国人教員を対象とし、自身が成長と捉える転機となる体験に焦点を当て、ライフストーリー・インタビュー調査を行った。上記の一連の調査研究結果は,日本教師学学会第20回大会において,「教師としての成長における転機体験の質的分析:第二外国語熟達外国人教師のインタビューから」の題目で研究発表を行った。本研究の目的は、日本語学習者が実社会での他者との関わりを通して如何にことばの知識と活用力を学んでいくのか、学びの場の自己創出の視点からその詳細を分析し、新たな学びモデルを構築・提言することにある。現在、ことばの学習に関する研究は、教室内外での他者との関係性構築に焦点が当てられている。しかしそこでは実用性のあることばの活用力習得に関し、十分に解明されないまま単なる知識や道具としてのことばが強調される問題が存在している。実社会の学習体験を「学びの場」と捉え、学習者自身が日常的社会体験の中で自ら学びをデザインし構築するという本研究による「学びの場の自己創出」の視点からの考究は未だ例がない。そこで本研究では、多様な実社会における日本語学習者を対象とし、社会文化的体験を意図的に自ら学びの場として再構築する過程を横断的かつ縦断的質的に分析を行い、新たな学びモデルを構築し、学習方略を提言する。平成29年度は、エキスパート初修外国語教師を対象とした熟達過程における文化観の形成による相乗効果の検討に、以下の項目について実施した。(1)エキスパートの東北大学の初修外国語教員の授業参観を行った。(2)履修学生の「エキスパート教員の教員観」について、アンケート調査を行った。日本語教師学会第19回大会において発表した。調査対象者であるビジネス領域と芸術領域の熟達者の調査への協力日程の都合上、インタビュー調査が今年度の上半期に行うことで日程調整が進んでいる。日程的には,当初予定していた計画からはやや遅れが生じている。しかしながら,インタビューは深い内容のデータ収集ができており,分析をする上で支障はない。前年度に実施したインタビュー調査計画の理論的枠組みに基づき,調査項目及び方法論を引き続き調査の具体的内容に落とし込み,ビジネス領域と芸術領域の調査を実施する。予定した調査対象者との調査日程調整から,当初計画よりも実際の調査回数がやや少なかったため,当初計画の調査打ち合わせ旅費の金額との差額が生じた。今年度は調査旅費と成果発表のための経費として使用する計画である。
高出力・高ビーム品質フォトニック結晶レーザの実現に関する研究

既存の半導体レーザは高ビーム品質を保ったままでの高出力化(すなわち,高輝度化)が困難であり,レーザによる材料加工や長距離・高分解能なセンシング(LiDAR等)などへの応用が制限されている.本研究では,フォトニック結晶をレーザ共振器として利用した高出力・高ビーム品質フォトニック結晶レーザを開発することで,従来の限界を打破し,上記を含む幅広い応用への展開を可能とする新たな半導体レーザ光源の実現を目的としている.本年度は,昨年度までの検討に基づき,フォトニック結晶レーザの高出力・高ビーム品質化を実現するために,より大面積においても基本モード単一での動作を可能とし,ビーム品質を劣化させる高次モードの発振を抑制できる新たなフォトニック結晶共振器である“二重格子点フォトニック結晶共振器"を導入した大面積レーザデバイスを開発した.そして,直径500800um(従来の510倍)のデバイスサイズでの大面積コヒーレント発振を実現し,高ビーム品質かつ10W級の高出力動作(パルス駆動)の実証に成功した.さらに,デバイス裏面への反射鏡の導入による出力効率の向上と,放熱性を考慮した実装技術の検討により,連続駆動においても,7Wに迫る高出力動作に成功した.これらの成果は,従来の半導体レーザの高出力・高ビーム品質化の壁を打ち破るものとして,英学術誌Nature Materialsに掲載されるとともに,二重格子フォトニック結晶共振器がその表紙に採用された.フォトニック結晶レーザの高出力・高ビーム品質化を実現するためには,より大面積においても,ビーム品質の劣化を招く高次の共振モードの発振を抑制し,基本モードでの発振を維持することが重要となる.昨年度まで,直径500800umという従来の510倍の大面積でも単一モード発振が期待できる独自の“二重格子フォトニック結晶共振器"の設計と,その作製法の開発を行ってきた.本年度は,その結果に基づき,実際に大面積デバイスを開発し,大面積コヒーレント発振を実現し,高ビーム品質かつ10W級の高出力動作(パルス駆動)の実証に成功した.本レーザは,0.3度以下という極めて狭い拡がり角をもつビームを半導体レーザから直接出射できるという,他の半導体レーザにはないユニークな特長を有しており,コリメートレンズなどの複雑な外部光学系を必要としないコンパクトなセンシングシステムの実現に寄与するものと期待できる.さらに,デバイス裏面への反射鏡の導入による出力効率の向上と,放熱性を考慮した実装技術の検討により,連続駆動においても,7Wに迫る高出力動作に成功した.以上の成果は,従来の半導体レーザの高出力・高ビーム品質化の壁を打ち破るものとして,学術的・産業的に重要であるといえ,英学術誌Nature Materialsに掲載されるとともに,二重格子フォトニック結晶共振器がその表紙に採用された.さらに,より一層の高輝度化のための指針をも見出しつつあることから,当初の計画以上に研究が進展しているものと自己評価している.今後は,今年度までの進展を土台として,二重格子フォトニック結晶共振器の深化・最適化を軸として,より一層の高輝度化に向けて,研究を展開していく.具体的な方針として,二重格子構造において,これまで着目してきた180度方向の打ち消し合いに加えて,新たに90度回折との打ち消し合いをも利用することにより,直径1mmを超える超大面積デバイスにおける基本モード動作の実現を目指す.また,上記の検討に加えて,共振器構造の最適化のみならず,そのような大面積レーザデバイスに電流を注入する際に,基本モード動作に有利となるような意図的な面内注入分布を与えるといった,新たなアプローチについても検討する.半導体デバイスシミュレータ等を用いて,所望の電流注入分布を与えるための電極形状の設計を行い,設計した電極を実際に作製するための作製法の検討を行う.さらに,裏面反射構造の更なる詳細検討やエピ構造の最適化にも取り組み,より一層の出力効率の向上についても検討する.以上のように,これまでの検討を基礎として,それを発展させることにより,フォトニック結晶レーザの更なる高出力・高ビーム品質化を目指す.既存の半導体レーザは小型軽量・安価・高効率といった優れた特徴を有するものの,高ビーム品質を保ったままでの高出力化が困難であり,レーザによる材料加工や長距離・高分解能なセンシング(LiDAR等)などへの応用が制限されてきた.本研究では,この課題を解決しうる新たな半導体レーザとして,2次元フォトニック結晶をレーザ共振器として用いたフォトニック結晶レーザに着目する.本レーザの高出力・高ビーム品質化を図ることによって,従来の限界を打破し,上記を含む幅広い応用への展開を可能とする革新的な半導体レーザ光源の実現を目的とする.今年度の研究では,上記の目標の達成に向けて,高ビーム品質を維持しつつ発振領域の大面積化(出力は発振面積に比例)を可能とする新たなフォトニック結晶共振器である“二重格子"フォトニック結晶共振器を開発した.本共振器は,ビーム品質の劣化を招く高次の共振モードの発振を強く抑制することが可能である.詳細な理論解析により,従来のフォトニック結晶レーザに比べて510倍という極めて大きな発振面積においても,単一基本モード発振,すなわち理想的な高ビーム品質動作が期待できる共振器の設計に成功した.さらに,電子線描画や半導体結晶成長技術などを利用した微細加工プロセスの開発に取り組み,上記で設計した共振器を導入したレーザデバイスの作製に成功した.

そして,従来の約5倍の発振面積である直径500umの円形領域における大面積コヒーレント発振を実現するとともに,光の回折限界に近い高ビーム品質かつ10W級の高出力動作(室温パルス電流駆動)の実証に成功した.これは,これまでのフォトニック結晶レーザの光出力に比べて一桁程度大きい出力であり,本研究において開発した二重格子フォトニック結晶共振器の有効性を強く示す結果であるといえる.フォトニック結晶レーザの高出力・高ビーム品質化を実現するためには,より大面積においても,ビーム品質の劣化を招く高次の共振モードの発振を抑制し,基本モード単一での発振を維持することが重要となる.本年度は,これを可能とする新たな共振器として“二重格子"フォトニック結晶共振器を開発した.本共振器は,二つの格子点群を4分の1波長ずつずらして重ね合わせることで構成されており,単一格子のみからなる一般的なフォトニック結晶と比べて全く新しい構造となっている.まず,本構造について詳細な理論解析を行い,格子点空孔の大きさや高さなどを適切に設計することによって,共振器内の光の結合状態を自在に制御できることを見出した.そして,従来の510倍という極めて大きな面積においても,単一モード動作が期待できる構造の設計に成功した.続いて,電子線描画や半導体結晶成長技術などを用いた微細加工プロセスの開発に取り組み,上記のサブ波長構造を有するフォトニック結晶共振器の作製を可能とした.そして,本共振器を導入したレーザデバイスを作製し,従来の約5倍の発振面積である直径500umの円形領域における大面積コヒーレント発振を実現するとともに,光の回折限界に近い高ビーム品質かつ10W級の高出力動作(室温パルス電流駆動)を達成した.さらに,このような大面積コヒーレント動作によって,外部の光学系(レンズ等)を必要とせず,デバイスから直接,極めて狭い発散角を持つレーザ光を出射することにも成功した.これらの結果は,従来の半導体レーザの高出力・高ビーム品質化の壁を打ち破るものとして,学術的・産業的に極めて重要な成果といえる.また,レンズ無しでのLiDAR応用への展開など,本レーザならではのユニークな応用の可能性を見出すことにも成功した.以上の観点から,当初の計画以上に研究が進展しているものと自己評価している.既存の半導体レーザは高ビーム品質を保ったままでの高出力化(すなわち,高輝度化)が困難であり,レーザによる材料加工や長距離・高分解能なセンシング(LiDAR等)などへの応用が制限されている.本研究では,フォトニック結晶をレーザ共振器として利用した高出力・高ビーム品質フォトニック結晶レーザを開発することで,従来の限界を打破し,上記を含む幅広い応用への展開を可能とする新たな半導体レーザ光源の実現を目的としている.本年度は,昨年度までの検討に基づき,フォトニック結晶レーザの高出力・高ビーム品質化を実現するために,より大面積においても基本モード単一での動作を可能とし,ビーム品質を劣化させる高次モードの発振を抑制できる新たなフォトニック結晶共振器である“二重格子点フォトニック結晶共振器"を導入した大面積レーザデバイスを開発した.そして,直径500800um(従来の510倍)のデバイスサイズでの大面積コヒーレント発振を実現し,高ビーム品質かつ10W級の高出力動作(パルス駆動)の実証に成功した.さらに,デバイス裏面への反射鏡の導入による出力効率の向上と,放熱性を考慮した実装技術の検討により,連続駆動においても,7Wに迫る高出力動作に成功した.
非経口人工栄養法へのリズム学的視点の導入とその臨床応用

高カロリー輸液法や経腸栄養法などの非経口人工栄養法は、各種疾患や術後の栄養管理の面でその重要性ははかり知れない。しかし従来は、投与する栄養素の質と量にのみ関心が向けられ、回数や時刻といった投与方法の影響については、生理学的検討が全くなされていなかった。研究代表者らは、前年度の研究で、経腸栄養の1日内の投与パターンを変えると血中コルチゾールの日内リズムが大きく影響を受けることを明らかにし、生体リズムの観点から栄養投与パターンを検討する必要性を示した。そこで今年度は、中枢神経疾患のため重度の意識障害におちいり、経腸栄養を受けている患者を被験者として、コルチゾールのみならず血中代謝物や体温、尿排泄など多くの生理機能を指標として、それらの日内リズムの消長と栄養投与パターンとの関係を調べた。栄養液(エレンタール)を毎日午前8時から午後8時までの12時間に限定して投与した場合(間欠投与)には、いずれのリズムもほぼ正常に保たれていた。即ち、体温は早朝低く夕方に最高値となり、尿量も早朝に少なく夕方から夜半にかけて多くなった。一方、血中コルチゾール濃度は早朝にピークとなり夕方最低値を示した。又、栄養素の体内移行を直接反映すると思われる血中インシュリンやグルコースは、投与時間に一致して高値となった。これに対して、ほぼ同量の栄養液を一日中持続的に投与した場合(連続投与)には、尿排泄以外の全ての日内リズムは消失してしまった。しかし尿量はやはり早朝に少ないリズムが維持されていた。これらの結果から、通常の食事リズムに模した昼間の間欠投与では生体リズムは正常に保たれるが連続投与では、各種リズムの消失ないしは互いの脱同調がおこることが明らかとなり、前者の方が投与法として生理的により適当であると結論された。
次世代エレクトロニクスのための高性能縦型スピン電界効果トランジスタの開発

次世代の低消費電力集積回路における基盤技術として、スピン電界効果トランジスタが有望視されている。スピン電界効果トランジスタとは、従来のトランジスタにおけるソースとドレインが強磁性体で置き換えられたトランジスタであり、ソース、ドレインの磁化の配置(平行か反平行)によってトランジスタの電流を変化させることができる。従来の「横型構造」を有したスピン電界効果トランジスタにおける問題は、磁化の配置による電流の変調量(MR比)が最大でも1%以下と非常に小さいことであった。申請者は、2015年、従来とは異なり、試料面に対して垂直方向に流れる電流をチャネルの側面からゲート電圧を印加することによって制御する縦型スピン電界効果トランジスタを提案、実証し、これまでに報告されているMR比よりも100倍以上大きなMR比を有するスピン電界効果トランジスタを作製することに成功した。縦型スピン電界効果トランジスタの実用化に向けて、ゲート電圧による電流変調量を更に増大させ、ゲート電圧による電流変調のメカニズムを解明すること、及び、室温で縦型スピン電界効果トランジスタを実証することが必要である。前者について、ゲート電圧による電流変調量を増大させるために、500nmまでチャネル幅を微細化した縦型スピン電界効果トランジスタを作製し、130%に及ぶ電流変調を実証した。また、ゲート電圧による電流変調に関する実験結果を計算結果と比較することによって、ゲート電圧によって間接トンネル電流が変調されていることを明らかにした。また、酸化物半導体をチャネルとして用いた縦型スピン電解効果トランジスタを作製し、室温での基本的な動作実証に成功した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
カンナビノイドの睡眠調節作用の解明

本研究は,カンナビノイドの睡眠・覚醒調節に関わる新たな作用機構の解明を目的とする.3種の合成カンナビノイドcannabicyclohexanol (CCH),JWH-018,(-)-CP-55940の自発運動量抑制作用は,野生型マウスの場合と比較して睡眠覚醒障害モデル動物であるリポカリン型プロスタグランジン(PG)D合成酵素(L-PGDS)或いはアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスにおいて有意に増強された.さらに,これらカンナビノイド投与後の野生型及びL-PGDS遺伝子欠損マウスの脳波は,生理的なノンレム睡眠或いはレム睡眠の何れの脳波とも異なることが判明した.本研究は,睡眠・覚醒調節に関わる新たな作用機構として,カンナビノイドに焦点をあて,その睡眠調節作用を解明することを目的とする.本年度は,昨年度の研究で顕著な自発運動量の減少がみられた3種の合成カンナビノイド[cannabicyclohexanol (CCH),JWH-018,(-)-CP-55940]について,さらに用量依存性を調べた.各薬物を,1.0, 2.5, 5.0 mg/kgずつ野生型マウスに腹腔内投与した結果,濃度依存的に自発運動量の減少作用が認められた.次に,睡眠覚醒障害モデル動物として,リポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)或いはアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスを用いて,CCH,JWH-018,(-)-CP-55940を各々5.0 mg/kgずつ投与し,自発運動量に及ぼす作用を調べた.その結果,CCH,JWH-018の自発運動量抑制作用は,L-PGDS及びアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスにおいて有意に増強された.次に,これら合成カンナビノイドのマウスの脳波に及ぼす作用を検討した.各薬物を5.0 mg/kgずつ野生型マウスに腹腔内投与した結果,全ての化合物投与後の脳波に共通して,2-3Hz(ノンレム睡眠:デルタ波)の帯域のスペクトル強度が有意に増加した.また,CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940はそれぞれ,投与12,10及び10時間後まで有意に類似の帯域を増加させた.また,最も脳波のスペクトル強度が増加した時間は,CCHが投与34時間後であり,JWH-018及び(-)-CP-55940が投与23時間後であった.本研究は,カンナビノイドの睡眠・覚醒調節に関わる新たな作用機構の解明を目的とする.3種の合成カンナビノイドcannabicyclohexanol (CCH),JWH-018,(-)-CP-55940の自発運動量抑制作用は,野生型マウスの場合と比較して睡眠覚醒障害モデル動物であるリポカリン型プロスタグランジン(PG)D合成酵素(L-PGDS)或いはアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスにおいて有意に増強された.さらに,これらカンナビノイド投与後の野生型及びL-PGDS遺伝子欠損マウスの脳波は,生理的なノンレム睡眠或いはレム睡眠の何れの脳波とも異なることが判明した.本研究は,睡眠・覚醒調節に関わる新たな作用機構として,カンナビノイドに焦点をあて,その睡眠調節作用を解明することを目的とする.本年度は,構造が異なる5種類のカンナビノイドを選定し,マウスに対する自発運動量の変化を検討した.4種の合成カンナビノイド[cannabicyclohexanol (CCH),JWH-018,(-)-CP-55940,(+)-WIN-55212-2],及び内因性カンナビノイドのアナンダミドを暗期直前にマウスに腹腔内投与したところ,溶媒投与マウスに比べて、CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940投与マウスに,顕著な自発運動量の減少がみられた.次に,睡眠覚醒障害モデル動物として,リポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)及びアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスを用いて,CCH,JWH-018,(-)-CP-55940投与によるマウスの自発運動量に及ぼす作用を検討した.その結果,CCHを投与したアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウス2匹中2匹が死亡し,JWH-018を投与したアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウス3匹中1匹が死亡した.また,(-)-CP-55940を投与したL-PGDS遺伝子欠損マウス3匹中1匹が死亡した.一方,野生型マウスは投与後も全て生存していた.また,CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940投与後生存していた両遺伝子欠損マウスについては,いずれも野生型マウスと同様に自発運動量の減少がみられた.一部のマウスが死亡した原因の詳細は不明であるが,CCHおよびJWH-018のマウス自発運動量に及ぼす効果は、A2A受容体を介した調節の関与が示唆された。一方、(-)-CP-55940のマウス自発運動量に及ぼす効果は、PGD2を介した調節の関与が示唆された.本研究は,カンナビノイドの睡眠・覚醒調節に関わる新たな作用機構の解明を目的とする.まず,構造が異なる5種類のカンナビノイドを選定し,マウスの自発運動量に及ぼす効果を調べたた.

4種の合成カンナビノイド[cannabicyclohexanol (CCH),JWH-018,(-)-CP-55940,(+)-WIN-55212-2],及び内因性カンナビノイドのアナンダミドをマウスの行動量が活発になる暗期直前に腹腔内投与したところ,溶媒投与マウスに比べて,CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940投与マウスに,顕著な自発運動量の減少がみられた.さらに,この3種の合成カンナビノイドについて用量依存性を調べた結果,用量依存的な自発運動量の減少作用が認められた.次に,睡眠覚醒障害モデル動物として,リポカリン型プロスタグランジン(PG)D合成酵素(L-PGDS)或いはアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスを用いて,この3種の合成カンナビノイドの自発運動量に及ぼす作用を検討した結果,CCH,JWH-018の自発運動量抑制作用は,野生型マウスの場合と比較して両遺伝子欠損マウスにおいて有意に増強された.続いて,これら3種の合成カンナビノイドの野生型及びL-PGDS遺伝子欠損マウスの脳波に及ぼす作用を検討した結果,投与後の運動量抑制時の脳波はノンレム睡眠或いはレム睡眠のいずれの脳波とも異なることが判明した.投与後の脳波に共通して,2-5Hzの帯域のスペクトル強度が増加した.また,野生型マウスの場合と比較してL-PGDS遺伝子欠損マウス脳波において,上記帯域のスペクトル強度がより増強された.睡眠科学5種類のカンナビノイドについてマウスの自発運動量に及ぼす作用を検討したところ,3種類のカンナビノイド(CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940)が顕著に自発運動量を減少させた.また,この3薬物について,野生型マウスを用いて濃度依存性を調べた結果,前述の通り,濃度依存的に自発運動量の減少させることが明らかとなった.次に,睡眠覚醒障害モデル動物として,リポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)或いはアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスを用いて自発運動量に及ぼす作用を検討した結果,CCH,JWH-018の自発運動量抑制作用は,両遺伝子欠損マウスにおいて有意に増強された.次に,これら薬物の野生型マウスの脳波に及ぼす作用を検討した結果,CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940投与後の脳波に共通して,2-3Hz(ノンレム睡眠)の帯域のスペクトル強度が有意に増加した.また,投与1012時間後までと長時間にわたり,この変化が持続した.従って,これらカンナビノイドがマウスの自発運動量抑制作用と脳波に変化を及ぼす作用の発現には相関があることが示された.以上の点に関して成果があった,よって,達成度は「おおむね順調に進展している」とした.今年度は構造の異なる5種類のカンナビノイドについてマウスの自発運動量に及ぼす作用を検討し,顕著に自発運動量が減少した3種類のカンナビノイド(CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940)についてさらに詳しく検討することとした.睡眠覚醒障害モデル動物として,リポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)及びアデノシンA2A受容体遺伝子欠損マウスを用いて,CCH,JWH-018及び(-)-CP-55940投与によるマウスの自発運動量に及ぼす作用を検討し,前述の通り,3化合物とも両遺伝子欠損マウスの一部に野生型マウスと異なる作用を及ぼすことが明らかとなった.従って,これら化合物がカンナビノイドの睡眠調節機構の2カ所の作用部位に何らかの関与をしていることが示され,この点に関しては一定の成果があった.従って,達成度は「おおむね順調に進展している」とした.
マシン間協力による不正侵入被害拡散防止モデルの実現

不正侵入への対策としてIDSやIPSなどの技術が研究開発されているが、攻撃者に対して防御者が後手に回っているのが現状である。このため、侵入を完全に防ぐことは難しいという前提の下で新たな対策手法を考える必要がある。そこで、不正侵入したマシンを踏み台として攻撃に利用し難くすることで不正侵入被害の拡散を防止するための仕組みを提案した。本提案システムをシミュレーションにより実験した結果、踏み台マシンの削減効果を確かめることができた。不正侵入による被害が深刻になってきている。そのため不正侵入に対する十分なセキュリティ対策を施す必要がある。しかし、現在の不正侵入対策技術では不十分で、かつゼロデイ攻撃やプログラムコードの肥大化などの要因も重なると、より不正侵入を防ぐことが難しくなる。攻撃者は自身のマシンから直接攻撃を試みると攻撃者が特定される危険性から一般的に踏み台マシンを利用して間接的にターゲットを攻撃する。このような踏み台として利用されるマシンを減らすことによって攻撃者の特定を容易にすることができる。このとき、攻撃者は直接自分のマシンから攻撃しなければならなくなり、攻撃者特定のリスクにより攻撃活動を控えるようになる。このことを実現するために、それぞれのマシンが通信ポリシを持つと仮定し、その通信ポリシに違反した通信を相互に通知することで不正侵入されている可能性を検知するためのモデルを検討する。本研究では攻撃者が不正侵入したマシンを踏み台として利用し難くすることで、不正侵入被害の拡散を防止するための仕組みを考案する。このことを実現するためには、1)通信ポリシの定義、2)不正通信検出時の管理者への通知方法、3)通信ポリシの改竄検出・防止手法、4)シミュレーション実験による効果の確認を行う必要がある。そこで、本年度はPureP2P環境を前提とし、上記の課題に取り組み、本提案システムの有効性を示した。具体的には、1)プロトコルと宛先アドレスからなるシンプルなルールを通信ポリシとして定義、2)不正検出時の通知方法を通信ポリシ中に定義、3)分散ハッシュテーブルの仕組みを応用した改竄検知方式を導入することで、本提案モデルの具体化を行った。本モデルをシミュレーションによって実験した結果、提案モデルを導入したマシンが多ければ多いほど攻撃者が踏み台マシンを失いやすく,攻撃の幅が狭める効果が見込めることを確認した。しかし、現在の不正侵入対策技術では不十分で、かつゼロディ攻撃やプログラムコードの肥大化などの要因も重なると、より不正侵入を防ぐことが難しくなる。このことを実現するために、平成21年度はそれぞれのマシンが通信ポリシを持つと仮定し、その通信ポリシに違反した通信を相互に通知することで不正侵入されている可能性を検知するためのモデルを検討すると共に、シミュレーションにより提案モデルの有効性を示した。そこで、平成22年度は提案システムの拡張について考慮した。具体的には、1.通信ポリシ定義の拡張(通信発生時間や通信タイミングなど)2.既存のIDS等の不正侵入検知方法との組み合わたときの有効性(特に問題が発生せずに組み合わせることが可能と思われる)3.通信ポリシを攻撃者から守るための方法(クラウドコンピューティング基盤を利用した方法について提案)について検討した。
岩石中の同種及び異種鉱物粒の三次元構造・組織

熱変成を受けた花崗岩中の石英粒間の界面や粒内部および強く焼鈍しを受けたカンラン石粒の内部の微細構造・組織を明らかにすることを目的に、補助金で購入した光学顕微鏡システムを使用し、研究を進めた。変形を受けた岩石中の石英が熱変成で再構結晶する時、変形石英中に存在した流体包有物が粒界に移動し、粒界での溶解-沈殿作用を助け、粒界移動を促進した証拠を見出した。この再結晶・粒成長によって、石英中或いは石英間に幾つかの特徴的な微構造が形成されることを明らかにした。再結晶粒界およびクラック界面の特徴を観察した結果、いずれの界面も単純な平坦面ではなく、チャンネル-リッジ構造や凹地構造(流体包有物痕跡)等の複雑な構造を示すことが明らかにし、再結晶粒の成長や粒界構造及びクラックの修復にも流体が深く関わったことを示す証拠を見出した。カンラン石結晶中の転位構造についての研究では、天然および実験室内で酸化を受けたカンラン石中の転位の特徴や配列・分布の三次元観察を行った。ピクライト質玄武岩中のカンラン石を実験室で加熱酸化させて、転位構造・組織や転位密度を観察した結果、2種の転位組織を示すカンラン石が見出した変形後に焼き鈍しを受けた時に特徴的に見出される転位組職を見出し、単純な斑晶鉱物でないことを明らかにした。また、天然で酸化を受けたスコリア中の鉄に富むカンラン石巨斑晶の詳細な観察を行った。その結果、急冷によって形成されるつる巻きバネ状転位あるいは変形時の転位の増殖機構を示すようなラセン転位の交差すべりによって形成されたと考えられる特徴的な転位を見出した。カンラン石に見出される複雑な転位構造・組織が、カンラン石の形成過程や形成後の履歴を解く鍵となると思われる。本研究の目的は、異種鉱物の集合体である岩石(同種鉱物の集合体の場合もある)中の単一鉱物粒の形態を三次元画像として捕らえ、単一鉱物粒の大きさだけでなく、単一鉱物粒の形態的な特徴や同種あるいは異種鉱物粒間の界面やクラック表面の形態的特徴や差違を明らかにしようとするものである。また、上記の研究法と同様の原理を応用する事によって、鉱物の成長表面の微細組織や一部の鉱物粒内の転位の分布や流体包有物の形態あるいはその配列(分布)を三次元像として観察・可視化することも研究目的の一つとしている。本年度は購入機器の設置後、次の様な事柄についての予備的研究に着手した。造構運動によって変形された岩石中の石英が熱変成で再結晶した時の石英粒の形態と再結晶粒界の特徴、および石英-黒雲母や石英-長石間の粒界の特徴を観察した。この結果、再結晶粒の形態的特徴の概略と粒界組織の多様性が明らかになりつつある。また、同じ試料を使い岩石の破断面観察から再結晶石英粒の成長表面の微細な構造・組織の観察、再結晶石英中の流体包有物の配列や個々の流体胞有物の三次元形態の観察を行い、空間分解能1μm程度で観察可能な事を確認した。さらに天然および実験室内で酸化を受けたカンラン石中の転位の特徴や配列・分布の三次元観察を行い、ハンレイ岩、玄武岩及びマントル起源のノジュール中にあるカンラン石で転位の配列・分布あるいは転位密度に差違がある事が明らかになりつつある。なお、変成岩や剪断帯の岩石中に見られる複雑な鉱物粒の粒界(特に、同種鉱物間の粒界)の観察法の開発を目指しているが、現在試行錯誤の状態である。

本研究の目的は、異種鉱物の集合体である岩石(同種鉱物の集合体の場合も含む)中の単一鉱物粒の形態を三次元画像として捕らえ、単一鉱物粒の大きさだけでなく、単一鉱物粒の形態的な特徴や同種あるいは異種鉱物粒間の界面やクラック表面の形態的特徴や差違を明らかにしようとするものである。また、上記の研究法と同様の原理を応用する事によって、鉱物の成長表面の微細構造・組織や一部の鉱物粒内の転位の分布や流体包有物の配列(分布)を三次元像として観察・可視化することも研究目的の一つとしている。本年度は以下の様な事柄が明らかになった。変形を受けた岩石中の石英が熱変成で再結晶した時の石英粒の形態、再結晶粒界およびクラック界面の特徴を観察した結果、いずれの界面も単純な平坦面ではなくチャンネルーリッジ構造や凹地構造(流体包有物痕跡)等の複雑な構造を示すことが明らかにし、再結晶粒の成長やクラックの修復に流体が深く関わったことを示す証拠を見出した。また、同じ試料を使い再結晶石英中の流体包有物の配列や個々の流体胞有物の形態や三次元分布を明らかにした。加えて、包有物の形態を特徴づける界面は負結晶形であっても単純な平面や曲面だけでなく微少なロート状の凹み等の組織を示し、包有物の流体密度(充填率)の多様性を作り出した要因として転位やクラッキングが大きく関与した可能性を指摘した。さらに、天然および実験室内で酸化を受けたカンラン石中の転位の特徴や配列・分布の三次元観察を行った。特に、佐渡が島のピクライト質玄武岩中のカンラン石の転位組織や転位密度を観察した結果、2種の転位組織を示すカンラン石が見出され、その一つは変形後に焼き鈍しを受けた結晶に特徴的に見出される転位組織を示し、単純な斑晶鉱物でないことを明らかにした。本研究の目的は、異種鉱物の集合体である岩石中の単一鉱物粒の形態を三次元画像として捕らえ、単一鉱物粒の形態的な特徴や同種あるいは異種鉱物粒間の界面やクラック表面の形態的特徴や差違を明らかにしようとするものである。また、上記研究と同じ原理を応用する事によって、鉱物粒内の転位の分布や流体包有物の配列(分布)を三次元像として観察・可視化することも研究目的の一つとしている。本年度は以下の事柄を明らかにした。変影を受けた岩石中の石英が熱変成で再結晶する時、変形石英中に存在した流体包有物が粒界に修動し、粒界での溶解-沈殿作用を助け、粒界移動(再結晶粒の核形成から成長までのすべての過程)を促進したと考えられる(投稿準備中)。さらに、この流体は温度降下に伴う粒界移動の停止後も、界面の微細構造の形成に関わり、前年度明らかにしたような微細な粒界構造を形成や、再結晶粒の形態の多様性を生んだと考えられる。また、粒界移動の停止時期(熱履歴の違いに依存)によって、石英中或いは石英間に幾つかの特徴的な微構造を作ることを示した(岩石鉱物科学誌31巻及び投稿準備中)。カンラン石結晶中の転移組織についての研究として、自然界で酸化を受けたスコリア中の鉄に富むカンラン石巨斑晶を見出し、詳細な観察を行った。その結果、直線的な転位、転位ループ、つる巻きバネ状転位や交差すべりによって形成された特徴的な転位が見られた。転位線の方向はいずれも結晶学的に簡単な指数で表される方向を示し、転位密度もかなり低いことが明らかになった(投稿準備中)。得られた結果は、前年度行ったピクライト質玄武岩中のカンラン石やマントル起源の岩石中のカンラン石に見られる転位組織とは異なることから、その形成過程と形成後の履歴の違い知る手掛りになると思われる(投稿準備中)。
疫学的評価方法を用いた不正咬合の人類学的特徴に関する研究

不正咬合における疫学的評価方法について、現在用いられているものやこれから広く用いられる可能性のあるものについて検討を行い、これまでに我々とConsらとの共同研究によりその有用性について確認しているDental Aesthetic Index(DAI)、ならびに現在、イギリスにおいてO'brienらにより提唱されているIndex of Orthodontic Treatment Need(IOTN)の2つの方法を主に用いて不正咬合の評価を試みた。韓国、延世大学の学生(1824歳)の学生を対象として、Consらの方法に従ってDAIの評価を行った。これまでの我々の研究結果から、同じ年齢層の日本人、中国人の結果を用いて、韓国人の評価結果との比較を行った。韓国人のDAIの平均値は29.0であり、韓国人は中国人に比べて不正咬合を有しているものが有意に多く、日本人に比べて有意に少ないことが認められた。各評価項目の分布間における比較では、韓国人は日本人、中国人に比べて切歯部の叢生、上下顎前歯部における歯牙の排列不正および上下顎前歯部のOverjetにおいて分布に差が認められた。また、IOTNを用いた評価結果から、日本人と韓国人の間にはIOTN Gradeの分布に有意な差(p〈0.01)が認められた。IOTNの各診査項目における日本人と韓国人の分布についても比較を行った結果、両集団間の分布において、歯の位置異常は日本人に多く、歯の萌出阻害は韓国人に有意に多く認められた。
和牛繁殖経営における担い手構造再編の条件に関する研究

平成30年度は前年の分析結果を整理、統合するとともに、全国に点在する代表的和牛繁殖経営をとりまく技術・経営・経済環境の外部要因ともいうべき地域条件の調査を実施した。家族経営タイプの和牛繁殖経営が発展するには飼料米の活用によるソフトグレインサイレージの利用や公共牧場による周年預託生産サービスが有効であった。飼料米によるソフトグレインサイレージ(SGS)の生産には飼料米生産農家、SGS技術提供者、SGS生産業者、流通業者等が存在しなければ和牛繁殖農家にその技術は普及しないことが明らかとなった。また、公共牧場による周年預託生産サービスにおいても同様である。しかし、このようなサービス提供者の有無は地域毎に同一とは言い難く、またそれぞれの地域が創意工夫のもと実施している現状が明らかとなった。また、企業的経営タイプにおいても、酪農分野との連携では受精卵移植技術の普及・支援が必要であるか、繁殖肥育一経営タイプであれば、大量の最終生産物を流通・販売する食肉卸売業との連携が不可欠であった。経営の再編、担い手構造の再編には、このように必要な技術・経営・経済環境を提供できる地域の条件も極めて重要であり、平成30年度はその点への調査を実施し、代表的和牛繁殖経営の構造再編に必要な技術・経営・経済環境の提供状況を整理し、いかなる地域条件(連携条件、地域施策等)の整備が重要であるかを整理した。想定していた調査地へのアポ、調査の実施がスムーズに進み、想定していた仮説に基づく成果が得られたため。最終年度である平成31年(令和元年)度は、前年度までの分析により明らかになった点、不明な部分を整理し、補足調査を実施し、最終的に和牛繁殖経営における担い手構造再編のための条件を整理・理論化する。それらのプロセスはその他の農業分野の担い手構造再編にも有効な情報提供につながるものと思われる。平成2930年度に実施した代表的な和牛繁殖経営への定性調査は上述したようにその分析視点が技術・経営・経済環境の変化の外部要因ともいうべき地域条件にまで視点を広げ、解明する作業であり、地域の関連組織への網羅的調査が必要であった。今後の調査においても多くの困難をともなう事が予想される。多くの事例に対して再調査および補足調査が必要であることが想定される。今年度はそれらの補足調査に多くの時間を割くとともに、最終的にそれら事例の包括的整理を実施し、理論化を進める予定である。また、本研究によって明らかになった和牛繁殖経営における担い手構造再編のための条件の理論的整理は、その他の同様の性格を有する他分野にも有効な理論的示唆、施策メニューの検討を可能にするものと思われる。すなわち、大規模化、高品質化、マーケットイン、マニュアル化が容易には進行しない稲作をはじめとする他の分野である。これらを踏まえ、他の分野への理論的拡張、必要な施策メニューも検討する。平成29年度は主要な和牛繁殖地域である沖縄県石垣市、長崎県壱岐市、熊本県人吉市における地域の和牛繁殖生産状況、国および地域の支援内容、先進事例の実態調査を実施した。離島地域の和牛繁殖経営は家族経営が中心であり、農協等によるキャトルブリーディングステーションや増頭支援方策により、地域の家族農業型繁殖経営が存続維持されていることが明らかになった。熊本県人吉市の事例では酪農分野からの大規模和牛繁殖経営成立の条件が明らかになった。酪農経営におけるメガファーマーでの就業経営により得た大規模繁殖育成システムおよび近隣開業獣医による受精卵移植、種付け、育成までのサポートが大規模和牛繁殖経営成立の条件であることが明らかになった。離島地域と熊本では他部門への就業機会や草地の生産利用状況が大きく異なり、家族経営型の繁殖経営は離島地域で成立しやすく、逆に熊本等では他地域への就業機会も多く、大規模な和牛繁殖経営でなければ存続は難しい状況であることが明らかになった。調査を想定していた調査地域の円滑なサポートを得られ順調に調査が実施できた。

平成30年度大規模肥育経営における繁殖肥育一貫化の調査を実施し、代表的和牛肥育経営の繁殖肥育一貫化に必要な技術・経営・経済環境の提供状況を整理し、いかなる地域条件(連携条件、地域施策等)の整備が重要であるかを整理する。家族経営タイプの和牛繁殖肥育経営については各県へのアンケート調査等をもとに代表的経営を抽出するが、大規模な企業的経営タイプの事例において現在調査予定の事例としては藤沢牧場(岩手県一関市)、株式会社ノベルズ(北海道上士幌町)、株式会社きもつき大地ファーム(鹿児島県鹿屋市)、株式会社松永牧場(島根県益田市)、みらいグローバルファーム(株)(宮崎県都城市)等を予定している。最終年度である平成31年(令和元年)度は、前年度までの分析により明らかになった点、不明な部分を整理し、補足調査を実施し、最終的に和牛繁殖経営における担い手構造再編のための条件を整理・理論化する。それらのプロセスはその他の農業分野の担い手構造再編にも有効な情報提供につながるものと思われる。平成2930年度に実施した代表的な和牛繁殖経営への定性調査は上述したようにその分析視点が技術・経営・経済環境の変化の外部要因ともいうべき地域条件にまで視点を広げ、解明する作業であり、地域の関連組織への網羅的調査が必要であった。今後の調査においても多くの困難をともなう事が予想される。多くの事例に対して再調査および補足調査が必要であることが想定される。今年度はそれらの補足調査に多くの時間を割くとともに、最終的にそれら事例の包括的整理を実施し、理論化を進める予定である。また、本研究によって明らかになった和牛繁殖経営における担い手構造再編のための条件の理論的整理は、その他の同様の性格を有する他分野にも有効な理論的示唆、施策メニューの検討を可能にするものと思われる。すなわち、大規模化、高品質化、マーケットイン、マニュアル化が容易には進行しない稲作をはじめとする他の分野である。これらを踏まえ、他の分野への理論的拡張、必要な施策メニューも検討する。
モデル規範診断のための動的荷重の高精度推定に関する研究

稼働中の機械あるいは構造物に作用する動的荷重の高精度推定手法の提案,その手法を援用した異常診断手法の提案,それらの数値的及び実験的な検証を行った.1:動的荷重の推定手法の提案境界要素法を援用した推定理論と運動方程式に基づく推定理論を構築した.境界要素法による逆問題解析の場合は,領域内部の変数も未知数にして定式化した.運動方程式に基づく手法の場合は,対象物の物性値が比較的均等に分布した系では精度の良い結果が得られないことがわかったので,物理的考察に基づいた拘束を導入する手法を提案した.2:推定手法の数値的及び実験的検証一様はりを両端付近でばね支持した振動系を構築し,動的荷重の推定を行った.その結果,境界要素法を援用した手法も運動方程式に基づく手法も,外力の作用位置に関する拘束を入れると妥当な同定結果が得られることが数値的及び実験的にわかった.3:外力同定を援用した異常診断手法の提案精密診断において,初めに外力同定を利用して異常の発生位置を絞り込み,その後に,従来の推定手法を用いて異常原因を特定する手法を提案した.発生位置の絞り込みにおいては,異常を外力の付加と考える際に,初期の異常は局所的に発生しており,外力は構造物の有限要素モデルの一要素にのみ作用すると考えた.4:診断手法の数値的及び実験的検証実験装置に対応するはりを取り上げて数値的に検討したところ,異常発生位置を絞り込まない場合は異常原因の特定が困難な場合があるが,絞り込みを行い,その要素における評価関数の変化を調べることで,異常原因を特定できることがわかった.実験的には,提案手法をそのまま適用すると正しい異常原因が推定できない場合があったが,同定結果に対して感度の低い測定データを省くことで,正しい異常原因の推定ができることがわかった.稼働中の機械あるいは構造物に作用する動的荷重の高精度推定手法の提案,その手法を援用した異常診断手法の提案,それらの数値的及び実験的な検証を行った.1:動的荷重の推定手法の提案境界要素法を援用した推定理論と運動方程式に基づく推定理論を構築した.境界要素法による逆問題解析の場合は,領域内部の変数も未知数にして定式化した.運動方程式に基づく手法の場合は,対象物の物性値が比較的均等に分布した系では精度の良い結果が得られないことがわかったので,物理的考察に基づいた拘束を導入する手法を提案した.2:推定手法の数値的及び実験的検証一様はりを両端付近でばね支持した振動系を構築し,動的荷重の推定を行った.その結果,境界要素法を援用した手法も運動方程式に基づく手法も,外力の作用位置に関する拘束を入れると妥当な同定結果が得られることが数値的及び実験的にわかった.3:外力同定を援用した異常診断手法の提案精密診断において,初めに外力同定を利用して異常の発生位置を絞り込み,その後に,従来の推定手法を用いて異常原因を特定する手法を提案した.発生位置の絞り込みにおいては,異常を外力の付加と考える際に,初期の異常は局所的に発生しており,外力は構造物の有限要素モデルの一要素にのみ作用すると考えた.4:診断手法の数値的及び実験的検証実験装置に対応するはりを取り上げて数値的に検討したところ,異常発生位置を絞り込まない場合は異常原因の特定が困難な場合があるが,絞り込みを行い,その要素における評価関数の変化を調べることで,異常原因を特定できることがわかった.実験的には,提案手法をそのまま適用すると正しい異常原因が推定できない場合があったが,同定結果に対して感度の低い測定データを省くことで,正しい異常原因の推定ができることがわかった.稼働中の機械あるいは構造物に作用する動的荷重の高精度推定手法を提案するために研究を行い,本年度は以下の実績を得た.1.動的荷重の推定理論の構築と数値例による検証A.境界要素法を援用した推定理論境界要素法による順問題解析では境界上での変数の値のみで定式化が可能であるが,逆問題解析の場合は,領域内部の変数の値も未知数にした定式化が必要である.そのような定式化を新たに行い,はり構造物の逆問題解析の精度について検討した.B.運動方程式に基づく推定理論本手法は既に回転機械などを対象として提案されているが,対象物の物性値が比較的均等に分布した系では,精度の良い結果が得られないことがわかった.そこで少数の変位測定データから全自由度の変位を推定する際に,物理的考察に基づいた拘束を導入する手法を提案し,適用性を検討した.その結果,提案した手法は,荷重の作用位置の情報がある場合には有効であることがわかった.2.実験装置の製作と検証A.設計と製作当初の計画では実験装置は次年度に製作する予定であったが,数値解析を行う際に具体的なデータが必要であるので前倒しで実施した.一様均質な鋼製のはりの両端をスプリングバネで支持する装置を考え,初めに現有の計測装置等の性能から実験の仕様を策定した.その後,具体的な設計を行い,実際に製作した.B.装置の性能検証実験装置を数学的にモデル化した場合の動的挙動と実際の動的挙動を比較・検討し,実験装置の調整,解析モデルの調整を行った.ある程度の一致を見たので,実験で得られたデータを利用して数値解析を行った.

その結果,比較的薄いはりの場合には,精度の良い結果を得ることができた.昨年度は,稼働中の機械あるいは構造物に作用する動的荷重の高精度推定(外力同定)手法を提案したので,本年度はそれを援用した異常診断手法の提案と数値的及び実験的な検証を行った.1.外力同定を援用した異常診断手法の提案簡易診断で異常発生と判断された後に行う精密診断において,初めに外力同定を利用して異常の発生位置を絞り込み,その後に,従来の推定手法を用いて異常原因を特定する手法を提案した.発生位置の絞り込みにおいては,異常を外力の付加と考える際に,初期の異常は局所的に発生しており,外力は構造物の有限要素モデルの一要素にのみ作用すると考えた.次に可能性がある異常原因を数学モデルに組み込み,計算される応答と実際の応答との残差変化の特徴から異常原因を特定した.2.数値例による検証一様はりを取り上げ,提案手法の有効性を検証した.クラック,縦弾性係数の変化,密度の変化,集中荷重の付加という異常を発生させ,異常原因(種類と程度)が同定できるかどうか検討したところ,異常発生位置を絞り込まない場合は異常原因の特定が困難な場合があるが,絞り込みを行い,その要素における評価関数の変化を調べることで,異常原因を特定できることが示された.3.実験による検証昨年度に製作した実験装置を利用し,提案する診断手法の検証を行った.想定した異常原因はクラックと密度の変化(質量の付加)である.提案手法をそのまま適用すると正しい異常原因が推定できない場合があったが,同定結果に対して感度の低い測定データを省くことで,正しい異常原因の推定ができた.本年度は外力同定を援用した異常診断手法を提案し,数値的及び実験的に検証した.数値的には正しく診断ができ,実験的にも測定データの性質を考慮することで正しい診断を行うことができた.
転写因子p53による新たな代謝調節機能と代謝環境応答のエピジェネティクス制御機構

糖尿病が発癌リスクを高める一方、p53遺伝的多型が生活習慣病に関与する事実が報告され、両者を結ぶ共通の分子機序が注目されている。ゲノムワイド解析からp53下流としてグルタミン代謝に関与するPhosphate Activated Glutaminase (GLS2)を同定した。p53-GLS2経路の解析ではグルタチオンを介したp53依存的抗酸化作用とαケトグルタル酸を介した好気的エネルギー産生機構が示された。肥満マウスの脂肪組織におけるGLS2の発現増加に加え、in vitro・vivoにおける腫瘍抑制作用が確認された。GLS2はグルタミン代謝を介してp53によるROS・エネルギー代謝調節機能を担うことで、癌と生活習慣病を結ぶ分子機構に関与している可能性が示唆された。癌や生活習慣病の病態において、エピジェネティクス制御が重要な役割を果たしていることが明らかにされてきた。転写因子とコファクターは、クロマチン機能調節・核内シグナル制御を介して標的因子を調節する。実際に、PPAR-γやFOXO、HIF-α、p53など数多くの転写因子が、癌化のプロセスだけでなく細胞内外の代謝制御に関与している。この研究の特色として、癌と生活習慣病の共通分子シグナル経路に対して代謝環境応答という新たな切り口からアプローチする。具体的には、代謝環境変化時のp53転写因子複合体ネットワークの生化学的解析とゲノムワイドでのepigenetics解析を密接に結びつけて解析する。実際に、次世代型シークエンサーを用いたChIP-seqとトランスクリプトーム解析による細胞内代謝を制御するp53新規下流遺伝子の探索を試みた結果、ヒト17086遺伝子中、207遺伝子に有意な発現誘導が認められた。未報告の新規の下流遺伝子候補が多数認められた中で、興味深いものとして細胞内代謝に関与する酵素phosphate activated glutaminase(GLS2)やsulfatase、dihydropyrimidinase-like 4が見いだされた。GLS2遺伝子は、正常肝細胞・脳・膵臓などに存在し、2型糖尿病モデルで膵臓に発現が亢進しており、糖・エネルギー代謝との関わりが示唆されている。これらの結果は、GLS2/Sulfatase/DPYSL4などの細胞内代謝酵素の発現誘導を介した、転写因子p53によるCell Metabolismの制御機構という斬新な切り口で、糖尿病・内分泌代謝疾患のエピジェネティクスとp53新機能を結びつける可能性を示唆している。細胞内代謝に関与する遺伝子候補として、phosphate activated glutaminase(GLS2)、sulfatase、dihydropyrimidinase-like 4、FDXRが見いだされた。肥満マウスモデルの解析から、肥満の脂肪組織や肝臓において、p53の活性化とGLS2遺伝子の発現上昇を確認した。さらに、250人の乳癌患者とNASH患者のGEOデータベース解析から、GLS2の癌抑制機能と乳癌の予後予測因子として可能性が示された。
誘電泳動法による分子配向制御を応用した1分子トンネル電流識別法の創成

本研究では、誘電泳動法を応用した1分子電流検出法の創成を目的とした。まず、電子線描画法等のナノ加工技術を駆使し、絶縁層(SiO2)で表面を保護したAuナノ接合をフレキシブルな基板上に作製した。これを用いて、機械的破断接合(MCBJ)法により、ナノ電極間に交流電圧を加えた状態で1分子コンダクタンス測定を実施した。周波数は、1kHz1MHz、電圧振幅は01Vまで試した。また、交流電圧には直流電圧を加算し、出力電流をローパスフィルタに通すことで得られる直流成分から接合コンダクタンスを得た。その結果、高周波電界の強度や周波数に応じて、1分子コンダクタンスのばらつきが変化する傾向が観測された。その変化は、長鎖アルカンジチオールではほとんど現れず、分子長が短いπ共役系分子において顕著であった。これらの結果は、誘電泳動の原理によって、ナノ電極間にトラップされた1個の分子の配向が制御可能であることを示唆している。一方、誘電泳動制御において、過度の交流電界強度を与えると、Au電極部のエレクトロマイグレーションや分子接合における顕著な局所加熱の影響が懸念された。そこで、MCBJ法により測定されるコンダクタンスプラトーの長さから接合寿命を見積もり、その値が誘電泳動電圧によって変化するかを調べた。すると、接合寿命からその実効温度を計算したところ、その値は交流電圧の実効値に相当する電力分だけ上昇していることが確認できた。これは、1分子誘電泳動制御を実施する際、あらかじめ交流電圧の実効値から接合系の温度上昇を予測し、1分子の印加可能な交流電圧の範囲を設計可能なことを示唆した結果である。以上のように、本研究では交流電場によるナノ電極間にトラップした1分子配向制御の実証に成功した。本年度では、水中でのトンネル電流計測による1分子検出に適した電極被覆材料の選定を行った。Auブレークジャンクション素子を絶縁被覆する材料として、二酸化ケイ素及びアルミナを試した。水中における高速トンネル電流計測を室温下で実施した。トンネル電流計測には高速・高ゲイン電流アンプとデジタイザを用い、サンプリングレートは1MHzとした。溶媒には、塩基分子計測を見据えてリン酸緩衝液を選んだ。得られたデータについてノイズスペクトルを調べた結果、電流ノイズは二酸化ケイ素のほうがアルミナに比して小さいことが分かった。これは、アルミナより低い誘電率を有する二酸化ケイ素を電極表面にコートすることで、ナノ電極系のキャパシタンスがより低減できたため、電流ノイズとして顕著になる高周波域のノイズ成分が低下した結果、と解釈できる。さらに、絶縁膜の厚さを変えてそのノイズの影響を調べた結果、50ナノメートルまで膜厚を厚くすると、ノイズはその分低減できることが分かった。膜厚を厚くすることで、絶縁層のキャパシタンスが低減できたためと考えられる。また、当該ナノ電極を用いて、交流電場印可による原子サイズ接点及び単分子接合の電気伝導度計測を実施した。測定では、金MCBJ素子を用い、直流電圧に交流電圧を加算して、ブレークジャンクション測定を実施した。記録した接合を流れる電流の高周波成分はローパスフィルタを用いて除去し、直流成分だけを解析した。その結果、振幅1V、周波数100kHz以上の条件下において、金単原子鎖並びに単分子接合の形成が可能であることを明らかにした。あることを明らかにした。本年度の目標であった、水中における1分子トンネル電流計測に適したナノ電極の被覆材料の選定を達成しただけでなく、本研究の主たる目的である交流電場による1分子配向制御を達成する上で、実際に交流電圧印加時においても、単分子接合を形成し、その電気輸送特性や安定性を評価かのうであることを明らかにできた。このように、当初計画を上回るペースで研究は進捗している。