hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミツバチをもちいた嗅覚記憶形成過程の脳内ダイナミクスの解明

本研究は、学習訓練中(記憶が形成されている過程)に脳内でどのようなことが起こっているかを明らかにすることを目的にミツバチ脳のニューロンであるPE1ニューロンの神経活動と記憶の関係を調べた。匂い学習をしながらミツバチのPE1の自発的な活動(自発発火)を記録したところ、PE1の活動度は約5秒周期で増減する振動現象がみつかり、記憶が成立する直前に振動周期が長くなり、PE1の活動が抑えられていることが示唆された。さらに神経間の情報伝達様式を調べたところ、学習によるPE1の神経抑制は、直接的な抑制性入力というよりも他の細胞が抑制されることによる、間接的な神経抑制が支配的かもしれない可能性を見つけた。記憶・学習の神経メカニズムについて多くのことが明らかになってきが、学習訓練中(記憶が形成されている過程)に脳内にどのようなことが「起こっているか」を直接観察した例はほとんどない。そこで、本研究では記憶が形成される過程での神経メカニズムを解明するためのよいモデルになると期待される、ミツバチ脳の同定ニューロンであるPE1ニューロンを用いて記憶の形成過程の神経活動を電気生理学的に直接観察することを目的としている。今年度は、ミツバチで利用されている吻伸展反応を利用した匂い学習をしながら、同時にPE1の電気生理実験を行い、学習の成立時期と神経応答との相関を明らかにすることを目標とした。電気生理実験と平行して、データ取得および解析のためのコンピュータプログラムをmatlabで自作した。自作したプログラムを使って、データを取得した全個体のスパイク列を、学習成立訓練を基準に、記憶形成前、形成直前、形成直後、形成後にわけてパワースペクトルを計算した。当初の仮説通り、記憶形成直前で神経発火の数が減少する傾向を見出した。しかし、プログラム作成に予想以上に時間がかかり当初予定していたデータの例数を確保できず、結論を得るまでには至らなかったため、次年度も実験の継続が必要である。その一方で、執筆を担当した、行動学を志す学生やすでに行動学に従事している研究者に向けた行動学の総合辞典「行動生物学辞典」が出版され、動物行動学の啓蒙活動においては一定の成果を得たと考えている。記憶・学習の神経メカニズムについては多くのことが明らかになってきたが、学習訓練による脳内変化のうち「何が起こったか」については多くの知見があるのに対し、学習訓練中(記憶が形成されている過程)に「何が起こっているか」を直接観察した例はほとんどなく、記憶が形成されている過程での神経メカニズムはわかっていない。本研究では、匂い学習で神経可塑性を示す、ミツバチの脳の同定ニューロンであるPE1に着目して、学習訓練中のミツバチPE1の自発的な活動を記録することで、記憶形成過程での脳神経ダイナミクスを明らかにすることを目指している。学習訓練中のミツバチPE1の自発的な活動(自発発火)を慢性的に長時間記録した。PE1の自発発火の発火パターンは2-3発の神経スパイクが短時間にまとまってバースト状に発火する特徴があり、詳細に観察するとそれらはひとつの興奮性シナプス電位に重畳していた。すなわち、PE1のバースト発火は興奮性シナプス1発の入力によって引き起こされていることを示唆している。詳しく発火パターンを観察したところ、PE1の神経活動度が周期的に増減する振動現象が見られたので、振動周波数に着目して周波数解析を行った。PE1の全神経スパイクを対象にした周波数解析では特徴的な周波数は見られなかったが、バースト発火をひとつにまとめて周波数解析したところ約0.1Hzに明確なピークが見られた。このことは興奮性シナプス入力の入力強度が約10秒を周期に増減していることを意味するものである。興味深いことに振動周波数のピークは記憶成立直前では低周波側にシフトしていた。以上のような成果をまとめ、2014年度は国際神経行動学会でのワークショップによる講演および一般発表を行った。また、英語著書(分担執筆)を1報執筆し、2015年6月に発刊予定である。記憶・学習の神経メカニズムについて多くのことが明らかになってきたが、学習訓練中(記憶が形成されている過程)に脳内にどのようなことが起こっているかを直接観察した例はほとんどない。そこで、本研究では、ミツバチ脳の同定ニューロンであるPE1ニューロンに着目して記憶の形成過程の神経ダイナミクスを明らかにすることを目的とした。匂い学習をしながらPE1の自発的な活動(自発発火)を長時間記録した結果、PE1は2、3発の神経スパイクが短時間に発火するバースト発火をし、そのバーストは興奮性シナプス1発の入力によって引き起こされていることが示唆された。さらに、PE1の神経活動度に周期的に増減する振動現象が見られたので、周波数解析を行ったところ、約0.1Hzに明確なピークが見られた。興味深いことに振動周波数のピークは記憶成立直前に低周波側にシフトしていた。このことは、記憶が成立する直前にPE1が強い抑制性の入力を受けることを示唆している。次に、PE1への抑制性入力の特性を推定するために、イオン型および代謝型GABA受容体に対する抗体染色を行った。PE1の入力部位と思われる領域にはシグナルが検出されなかったが、その一方でPE1に興奮性入力を与えているキノコ体のケニオン細胞ではシグナルが検出された。しかもイオン型、代謝型両方のGABA受容体のシグナルが検出された。つまり、PE1の神経抑制は、直接的な抑制入力よりも、むしろケニオン細胞を介した間接的な神経抑制が支配的なのかもしれない。

これを示すためには綿密な研究がさらに必要である。これらの成果をまとめ、国内外の学会で研究成果を発表した。また、英語著書、解説文などを執筆した。さらに、高校・大学生や一般向けに執筆した「研究者が教える動物実験」、「行動生物学辞典」、「昆虫と自然」の出版など行動学の啓蒙活動においても一定の成果を得たと考えている。本研究は、学習訓練中(記憶が形成されている過程)に脳内でどのようなことが起こっているかを明らかにすることを目的にミツバチ脳のニューロンであるPE1ニューロンの神経活動と記憶の関係を調べた。匂い学習をしながらミツバチのPE1の自発的な活動(自発発火)を記録したところ、PE1の活動度は約5秒周期で増減する振動現象がみつかり、記憶が成立する直前に振動周期が長くなり、PE1の活動が抑えられていることが示唆された。さらに神経間の情報伝達様式を調べたところ、学習によるPE1の神経抑制は、直接的な抑制性入力というよりも他の細胞が抑制されることによる、間接的な神経抑制が支配的かもしれない可能性を見つけた。電気生理学的なデータの解析は順調に進んでいる。その一方で、薬理実験については以下の理由で遅れている。本研究計画の柱のひとつであるGABAを介在するシナプスを対象にした薬理学実験を行うためには、まずPE1のGABAシグナル受容部位を特定することが必要だと考え、GABA受容体の抗体染色を行うために抗体作製を外注した。2タイプある受容体のうち、神経活動を速やかに抑制するイオン型の受容体よりも、ゆっくりと持続的な抑制効果がありグルタミン酸シナプス系では神経可塑性に関連している代謝型の受容体を最初の対象にして、代謝型GABA受容体の抗体作製を委託業者に外注した。しかし、抗体作製に予想以上の時間がかかり、抗体ができあがったのが、12月下旬であった。抗体入手後直ちに、これまで私が用いてきたプロトールに沿って抗体染色を行ったが、染色結果が芳しくなく、染色条件の検討を余儀なくされた。神経行動学電気生理学と薬理実験をまとめて初めて本研究計画は完成するので、現在問題のある抗体染色の良好な染色結果を得るための染色条件を早急に確立し、PE1のGABA受容部位を特定する。抗体染色に用いるブロッキング液、希釈倍率、シグナルの増感法などを徹底的に試す。これまでの結果では1次抗体の組織浸透に問題があるようなので、特に界面活性剤に注力し、組織への浸透度を上げる工夫をする予定である。電気生理学に関しては、順調に進展しているのでこの調子で解析を進める予定である。特に興奮性シナプスに重畳しているバースト状神経スパイクに着目し、解析結果で得られた周波数のシフトが神経スパイク列でどのように反映されていのかを分析していく予定である。また、確率的に発生する抑制性シナプス電位との関連についても並行して分析していく予定である。また、研究の進行具合によっては抗体染色によるPE1のGABA受容部位の特定を待たずに、GABAの薬理実験を開始することも考えている。実験の遂行には問題なかったが、コンピュータのプログラム作成に時間がかかった。当初は、神経スパイクの発火頻度をヒストグラムにしたデータを解析の対象にしていたが、神経スパイク列そのもの、いわゆる生データも対象にすべきという結論に達した。
R-spondin-LGR5-APC軸を標的とした脳腫瘍根絶技術の開発

膠芽腫は成人脳腫瘍の中で最も罹患率が高い、極めて予後不良な悪性腫瘍である。本研究では膠芽腫幹細胞および微小環境との相互作用を標的とした新規脳腫瘍根絶技術の開発を目指した。我々は膠芽腫幹細胞のWntシグナル制御におけるR-spondin-LGR5-APC軸の重要性を見出した。さらに、R-sponidin/Wnt刺激が、Axin1のT160リン酸化修飾を促進することにより、Wntシグナルを活性化することを見出した。従って、Axin1 T160リン酸化を阻害する特異性の高い新規治療法の開発が期待される。本研究は、膠芽腫幹細胞におけるR-spondin-LGR5-APC軸によるWntシグナル活性化の分子機構を明らかにすることにより、膠芽腫幹細胞および微小環境との相互作用を標的とした新規脳腫瘍根絶技術の開発を目指す。部位特異的なタンパク質リン酸化修飾の生物学的意義は、点変異導入ノックインマウスを作製することにより個体レベルで解析することができる。Axin1 T160A非リン酸化変異体マウスからWntシグナル抑制状態の表現型を、Axin1 T160D疑似リン酸化変異体マウスからWntシグナル亢進状態の表現型を見出すことができる。CRISPR/Cas9システムを用いてAxin1 T160点変異ノックインマウスの作製を試みた結果、Axin1 T160A変異が導入された個体を得た。その一方で、Axin1 T160D変異体を得ることは出来なかった。R-spondin-LGR5-APC軸の下流として、Axin1 160番目のスレオニン残基のリン酸化修飾を見出すことが出来たため、より正確に治療標的としての有効性を評価することができる。ゲノム編集技術により点変異導入ノックインマウスを短期間で作製することが出来たため、個体レベルの実験を進めることができる。Axin1 T160A非リン酸化変異体マウスは正常に発生し、見かけ上明らかな表現型は見出されなかった。そのため今後は膠芽腫モデルマウスと掛け合わせることにより、膠芽腫幹細胞におけるR-spondin-LGR5-APC軸の治療標的としての有効性を評価する。ゲノム編集技術により点変異導入ノックインマウスを短時間で作製することが出来たため、個体レベルの解析を進めている。しかし、Axin1 T160A非リン酸化変異体マウスは正常に発生し、見かけ上明らかな表現型は見出されなかった。そのため、今後は膠芽腫モデルマウスと掛け合わせを行う。近年、悪性腫瘍に対する免疫療法が有望視されている。悪性黒色腫においてはWntシグナル活性化が腫瘍細胞の免疫逃避を促進することが知られているが、膠芽腫のWntシグナルと免疫逃避の関連性は明らかにされていない。Axin1 T160点変異導入ノックインマウスと膠芽腫モデルマウスとを掛け合わせることにより、膠芽腫幹細胞におけるR-spondin-LGR5-APC軸の治療標的としての有効性を評価する。さらに、Wntシグナルと免疫逃避との関連性を解析し、膠芽腫に対する免疫療法の有効性を検討する。

さらに、R-sponidin/Wnt刺激が、Axin1のT160リン酸化修飾を促進することにより、Wntシグナルを活性化することを見出した。従って、Axin1 T160リン酸化を阻害する特異性の高い新規治療法の開発が期待される。今後はAxin1 T160A変異導入マウスの表現型の解析を進める。さらに、膠芽腫モデルマウスと掛け合わせることにより、膠芽腫幹細胞におけるR-spondin-LGR5-APC軸の治療標的としての有効性を評価する。近年、悪性腫瘍に対する免疫療法が有望視されている。実際に膠芽腫患者に対しても免疫チェックポイント阻害薬の治験が精力的に進められている。悪性黒色腫においてはWntシグナル活性化が腫瘍細胞の免疫逃避を促進することが知られているが、膠芽腫のWntシグナルと免疫逃避の関連性は明らかにされていない。そのため、今後はAxin1 T160D変異体マウスと膠芽腫モデルマウスを掛け合わせることにより、膠芽腫幹細胞におけるR-spondin-LGR5-APC軸の治療標的としての有効性を評価すると共に、Wntシグナルと免疫逃避の関連性を解析し、膠芽腫に対する免疫療法の有効性を検討する。腫瘍生物学R-spondin-LGR5-APC軸の下流として、Axin1 160番目のスレオニン残基のリン酸化修飾を新たに同定したことから、一部計画を変更して点変異導入ノックインマウス作製を行ったため未使用額が生じた。マウス個体レベル解析を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい
教育的コミュニケーションの言語論的研究―後期ウィトゲンシュタインをてがかりに

本研究はウィトゲンシュタイン(Ludwig Wittgenstein : 1889-1951)の後期哲学をてがかりに、「教育的コミュニケーション」に関する基礎理論の構築を目指すものである。本年度はロンドン大学教育研究所(Institute of Education, University of London)に研究指導委託の形で半年間(2009年6月12月)在籍し、ウィトゲンシュタイン研究に従事した。報告者はウィトゲンシュタイン研究の本場であるイギリスで研究に従事することによって、下記の成果を得ることができた。第一に、イギリスウィトゲンシュタイン協会(British Wittgenstein Society)への参加を通じて、最新の研究成果を把握することができた。現在のイギリスにおいては、いわゆる「最晩年期」ウィトゲンシュタインの思索を「第三のウィトゲンシュタイン」として取り出し、前期/後期哲学という従来の二分法的観点に変更を迫る潮流が、Daniele Moyal-Sharrock氏を中心に形成されている。教育学研究におけるウィトゲンシュタイン受容・解釈がいまだ旧来の二分法的対立図式に依拠しており、最晩年期ウィトゲンシュタインに関する研究が手つかずのままであるという現状を鑑みた場合、今後哲学における最新の研究成果を取り入れることを通じて得られる教育学的意義は非常に大きなものとならざるをえないであろう。報告者はこうした観点から、教育的コミュニケーションにおける言語の問題のとらえ直しを試みる論文を執筆中である。第二に、教育学における代表的なウィトゲンシュタイン研究者であるPaul Standish氏に師事することを通じて、博士論文執筆に際しての具体的かっ批判的なアドバイスを受けることができた。とりわけ報告者が考察の主軸に据えているウィトゲンシュタイン哲学における自我論の解釈をめぐっては、その解釈のいわば日本独自性が明らかとなり、イギリスにおける主要な解釈との相違点が明らかとなった。その成果の一部は『近代教育フォーラム』第18号(2009年)に掲載されている。これらの成果をもとに、今後は博士論文を早急に完成させることを第一の目標に、研究に従事する予定である。本研究はウィトゲンシュタイン〔Ludwig Wittgenstein 1889-1951〕の後期哲学をてがかりとした、「教育的コミュニケーション」に関する基礎理論の構築を目的としている。本年度は以下のような問題意識の下、上記の目的を遂行するための具体的な方法論の提示を行った。数あるコミュニケーションのなかで、あるものを特に「教育的」コミュニケーションとして抽出するためには、当の「教育」もしくは「教育的」といった概念の意味内容に関する一定の理解が必要不可欠である。しかし、1980年代、とりわけ社会学の領域から教育の自明性に対する疑義が発せられて以降、「教育」とは何かという問いに答えることは困難に、あるいはこの問いを引き受けること自体が教育学にとっての重要な課題にさえなっている。このような学問状況の下でなおも「教育的コミュニケーション」理論の構築を行う際に取り組むべき課題として、本年度は次の二つを設定し、それぞれ翻訳と論文執筆および学会発表とを通じて応答を試みた。すなわち、(1)教育学と他の諸学問分野との関連性の解明、(2)「教育」あるいは「子ども」といった教育に関わる諸概念を相対化するための方法論の提示、である。第一の課題への取り組みを通じて、教育学を広義の学問連関において相対的に位置づける必要性の認識とともに、この要求への人間学的あるいは哲学的な観点からの示唆を確認することができた。また、第二の課題に関しては、従来の教育学的諸解釈においては言及されることのなかったウィトゲンシュタイン「言語ゲーム」論の方法論的側面に焦点を当て、これを教育に関わる諸概念についての、我々の日常的な前理解を浮き彫りにするための方法論として再定位した。以上、本年度の研究成果および意義としては、「教育的コミュニケーション」理論を最も基礎的なレベルから構築する際の前段階的準備作業を遂行し、さらにその具体的な方法論を提示したことが挙げられる。本研究はウィトゲンシュタイン(Ludwig Wittgenstein:1889-1951)の後期哲学をてがかりとした、「教育的コミュニケーション」の基礎理論の構築を目的としたものである。本年度は論文執筆と学会発表を通じて、ウィトゲンシュタイン哲学に関する次の二点の教育学的解釈の提示を試みた。ウィトゲンシュタインの後期哲学は、教える者と学ぶ者の視点をともに含んでいる点に特徴がある。この特徴に注目することによって、(1)教える者という他者が、学ぶ者の自我の成立に際して果たす役割、および(2)教える者の意図を超えた伝達という、広義の「教育」に含まれる側面の解明、という二点に関する考察が可能となる。本年度はまず、ウィトゲンシュタインの言語ゲーム論が持つ方法論的側面についての考察を論文「教育の「日常性」についての言語論的考察」にて概括した後、学会発表を通じてウィトゲンシュタイン哲学全体の持つ上記の教育学的意義について研究を進めた。INPE(国際教育哲学会)京都大会での研究発表においては、いわゆる「ウィトゲンシュタインのパラドクス」を、教える者の教育に際しての不安に起因するものとして位置づけ、この不安を回避するために教える者によって設定される図式が、必然的にパラドクスに陥る性質のものであることを指摘した。次に教育哲学会第51回大会での研究発表においては、従来の先行研究が主に教える者の視点に依拠した子どもの「他者性」を問題としていたのに対し、ウィトゲンシュタイン哲学に含まれる教える者、学ぶ者双方の視点からなされる教育記述を追跡することにより、「教育」と呼ばれる事象のより詳細な分析が可能になるのだという解釈を提示した。

以上、本年度の研究成果および意義としては、教育学における先行研究の成果を踏まえつつ、それらを総合するより広い視野の下、より立体的な「教育的コミュニケーション」理論の構築を可能にする視点をウィトゲンシュタイン哲学から析出したことが挙げられる。本研究はウィトゲンシュタイン(Ludwig Wittgenstein : 1889-1951)の後期哲学をてがかりに、「教育的コミュニケーション」に関する基礎理論の構築を目指すものである。本年度はロンドン大学教育研究所(Institute of Education, University of London)に研究指導委託の形で半年間(2009年6月12月)在籍し、ウィトゲンシュタイン研究に従事した。報告者はウィトゲンシュタイン研究の本場であるイギリスで研究に従事することによって、下記の成果を得ることができた。第一に、イギリスウィトゲンシュタイン協会(British Wittgenstein Society)への参加を通じて、最新の研究成果を把握することができた。現在のイギリスにおいては、いわゆる「最晩年期」ウィトゲンシュタインの思索を「第三のウィトゲンシュタイン」として取り出し、前期/後期哲学という従来の二分法的観点に変更を迫る潮流が、Daniele Moyal-Sharrock氏を中心に形成されている。教育学研究におけるウィトゲンシュタイン受容・解釈がいまだ旧来の二分法的対立図式に依拠しており、最晩年期ウィトゲンシュタインに関する研究が手つかずのままであるという現状を鑑みた場合、今後哲学における最新の研究成果を取り入れることを通じて得られる教育学的意義は非常に大きなものとならざるをえないであろう。報告者はこうした観点から、教育的コミュニケーションにおける言語の問題のとらえ直しを試みる論文を執筆中である。第二に、教育学における代表的なウィトゲンシュタイン研究者であるPaul Standish氏に師事することを通じて、博士論文執筆に際しての具体的かっ批判的なアドバイスを受けることができた。とりわけ報告者が考察の主軸に据えているウィトゲンシュタイン哲学における自我論の解釈をめぐっては、その解釈のいわば日本独自性が明らかとなり、イギリスにおける主要な解釈との相違点が明らかとなった。その成果の一部は『近代教育フォーラム』第18号(2009年)に掲載されている。これらの成果をもとに、今後は博士論文を早急に完成させることを第一の目標に、研究に従事する予定である。
配列制御ルテニウム錯体担持ポリペプチドの合成と固体光電気化学素子への応用

速い電荷移動が発現できる構造規則性高分子系の設計を目的として、前年度の計算結果、合成法を参考に、αヘリックスおよびβシート構造を有するポリペプチド側鎖にトリスビピリジルRU錯体(Ru(bpy)3^<2+>)を静電吸着させた高分子膜を調製、その電気化学挙動、光電特性を検討した。また、成膜時に電場を印加することで電極上での高分子自体の配向性を制御することができるため、より速い電荷移動系の設計を目的として、電場配向処理を施した系に関しても検討した。側鎖にRu錯体を静電吸着したポリペプチドの電荷移動および光電特性調製した膜がαヘリックス・βシート構造をとることはCDスペクトルより確認した。膜中での電荷移動挙動は電気化学系における見かけの拡散係数より評価し、構造規則性を持たない系と比較検討した。構造規則性を持たない系に比べαヘリックス系では約1桁高い拡散係数(1×10^<-9>cm^2/scc)が認められた。また、静電吸着量を増やすことでその差は大きくなり20倍以上大きな拡散係数が得られた。βシート系においてもαヘリックス系より小さいものの高い拡散係数を示したことから、構造規則性、それに伴う側鎖配列規則性が優れた電荷移動特性の発現を導くことが明らかとなった。光電特性もこの結果を受け、α-ヘリックス系がもっとも高い値を示した。電荷移動および光電特性に及ぼす電場配向効果電場配向処理を施すことでαヘリックス系の拡散係数は約1.5倍また光電流は3倍以上大きな値が得られた。電場配向によりポリペプチド主鎖が膜厚方向に並ぶことで、電荷移動に対し有利な経路が形成され、不活性であったRu(bpy)3^<>2+サイトをも電荷ホッピング可能となるため電荷量・拡散係数の増大を導くことが考えられる。以上電場配向処理により光電特性が向上することが明らかにされ、電場配向処理を施したαヘリックス系が最も優れた光電特性を有することが示された。α-ヘリックス構造を有するポリペプチドの側鎖配列規則性に着目し、側鎖間での速やかな電子移動発現が期待できるルテニウム錯体ペンダントポリペプチドの合成を、コンピュータ分子モデリングを参考にしながら試みた。側鎖にルテニウム錯体をペンダントしたポリペプチドの分子モデル設計ポリペブチドとしてポリグルタミン酸誘導体を選択し、そのα-ヘリックス3周期あたりの構造を分子モデル支援ソフト(CAChe MOPAC)を用いて視覚化した。ルテニウム錯体としてトリスビピリジル錯体(Ru (bpy)_3^<2+>)を用い、エステル結合でペンダントした高分子の場合、最近接錯体間中心距離は8.9Åと計算された。ルテニウム錯体を球状分子として考えた場合の分子半径は4.9Åであるため、錯体が100%導入された状態の高分子構造はかなり密な構造となるが、電子移動には有利であることが推測できる。さらに、主鎖からのアルキル鎖長や導入率をかえた場合の分子間距離についても検討を行い、長いアルキル鎖長を導入することで錯体間距離を調節できることが明らかとなった。側鎖にルテニウム錯体をペンダントしたポリペプチドの合成上記の計算に基づき、相当する高分子の合成を行った。導入率は現在のところ約20%、50%程度となっており、高分子反応で錯体を導入する際の錯体の立体障害が低導入率の原因として考えられる。側鎖アルキル鎖長等をかえることで、導入率の改善が期待できる。得られた高分子は、同濃度の錯体分散膜に比較して低い蛍光強度を示しており、分散系等に比べ速い電荷移動またはエネルギー移動が期待できるものと考えられる。
音響放射圧による超流動液体中のヘリウム結晶の移動と制御

我々は超音波を用いるとヘリウム4結晶を自由に成長、融解、核生成できることを発見した。これは音響放射圧によるものと考えている。超音波パルスによって生成する準安定状態の超流動ヘリウム4中の結晶核生成を系統的に調べた。2msecの超音波の存在下で到達できた準安定液体の臨界過加圧量の温度依存性は、低温おいては超音波強度が増すにつれて過加圧量が減少するが、高温では超音波の影響が見られなくなった。この温度依存性は我々がこれまでに調べたバルクの結晶表面への音響放射圧の効果と矛盾しないものである。また熱の影響を調べるために熱パルスによる核生成実験もあわせて行った。また音響放射圧を利用して、結晶中に制御して負結晶を生成できることを見出した。その負結晶の移動様式と形態を系統的に調べた。ラフニング転移より高温のbcc固体では負結晶の形は球形であった。その運動は重力で真上に上昇していくものであり、その形態にも運動にも全く異方性は無かった。hcp固体ではラフニング転移に以下において形態が一変し、上面にはc-ファセットが現われ下面は滑らかな曲面になった。負結晶の移動に伴って上面が融解し下面が結晶化するわけであるが、上面では移動速度の遅いファセット面が広がり下面では移動速度の速いラフ面が広がったと考えれば説明がつく。言わば結晶の成長形と融解系を半分ずつくっ付けたようなものであり、負結晶の運動様式と深く結びついた形態である。また負結晶は真上には上昇せず、このファセットに平行な斜め上方に移動して行った。ファセット面は非常に易動度が小さいので、負結晶の形態と運動は異方的なものとなった。また0.9K以下で上昇速度が減少した。これはa-ファセットが側面に出現したためであると考えている。温度を下げるにしたがって負結晶の形態と運動が逐次的に異方性を増していく様子が観測できた。我々は超音波を用いるとその方向に応じてヘリウム4結晶を自由に成長、融解、核生成できることを発見した。放射圧とは超音波が表面で反射したとき、音波の運動量が表面に渡されて力を受けるというものである。物体を非接触で動かす力としては昔から良く知られていたが、これが結晶成長のような一次相席移を駆動するかどうかなどは全く知られていなかった。低温で結晶成長係数が大きくなる固体ヘリウム4で始めて明らかになった。この音響放射圧を用いて超流動ヘリウム中の固体ヘリウムの運動を調べるのが本研究の目的である。この音響放射圧を用いると過加圧下で存在する準安定状態の超流動ヘリウム4中に固体核を制御して生成することにも可能となった。固体核は高い確率で超音波発振子上に生成した。この固体を更に成長させると重さに耐えかねて超流動ヘリウム中を"自由"落下していった。重力を利用して試料室上部に生成したヘリウム4結晶が下方に移動して行ったことになる。そのときの落下の加速度は約0.1Gであった。核生成用、落下中、底面へ衝突した結晶の大変形などの現象を高速度カメラを用いて撮影した。その運動様式には結晶の界面易動度の異方性を反映して、液滴の運動などの等方的な場合と比較して特異な形態が現われた。粘性の無い液体中での落下現象というのはこれまでに研究されたことが無く、ダランベールの背理などの流体力学の基本的問題と絡んで非常に興味深い我々は超音波を用いるとヘリウム4結晶を自由に成長、融解、核生成できることを発見した。
光刺激で段階的に構造が変わる分子のデザイン・合成・分子マシンへの応用

多段階にマクロスケールの運動が可能な分子マシンの構築に向け,本年度はまず,その駆動要素となる一分子で段階的に分子構造を変化させることが可能な有機分子のデザインと新規合成法の開発に取り組んだ.その結果,高温の濃硫酸中で分子を脱水縮環させるという極めて簡便な合成方法で,分子の酸化状態に依存して光吸収波長が近赤外領域で二段階に変化するキノジメタン系分子を開発することに成功した.本分子は市販の化合物を濃硫酸中で加熱攪拌することで,ワンポットかつ中程度の収率(30%)で合成が可能である.また,高いモル吸光係数(約10万)と近赤外色素としては中程度の蛍光量子収率(約5%)を有しており,近赤外色素として優れた光物性を有していることがわかった.さらに、本化合物は空気中でも安定な酸化型分子種であるラジカルカチオン(一電子酸化種)とジカチオン(二電子酸化種)を形成することもわかった.そこで,電気化学的な酸化により酸化型分子種を生成させてその物性を調べた結果,発色が二段階に変化するエレクトロクロミズム特性を示すことがわかった.また,本分子の高い安定性を生かし,有機半導体素子と光電変換素子にも応用し,有機電子デバイスとしても有用であることを明らかにした.本研究は学術論文にまとめ米国化学会のJournal of the American Chemical Society誌に速報として発表した.このように本年度の研究により,多段階変化する分子マシンの開発に向けて有望な分子を得ることができた.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
中世禅宗寺院における農業知識に関する研究―抄物史料の活用を通して―

中世後期の社会経済において五山系禅宗寺院は幕府財政や荘園支配などに大きな役割を果たしたことが知られるが、その基礎の一つとなる農業知識がいかに禅宗寺院において形成・伝達されたか、その様相と構造を考察した。禅宗寺院においては儒学・漢学の講義が多く行われたが、その中で副次的に数学や医学などの科学的知識や文学や芸能などの実用的知識が伝達されており、そうした知識の中に農業や本草の知識も含まれることを明らかにした。本研究は、中世禅宗寺院領の展開の背景の一つとして、荘園における生産活動、とくに農業についての知識を禅僧がいかに共有・蓄積していたかを明らかにしようとするものである。具体的には、禅宗寺院内で行われた漢籍・禅籍の講義の筆録である抄物を中心として、典籍の受容の様相を広く追うことによって、禅僧の知識形成の過程を考察するものである。本年度は、昨年度に行った抄物の所在状況の把握を踏まえて、いくつかの大学・図書館等の機関の所蔵する抄物史料の調査(閲覧・デジタル撮影)を行った。また、京都・島根・佐賀における禅宗寺院の所蔵史料について、他の科研等の研究グループと合同で史料調査(目録作成・デジタル撮影)を行った。また本年度は、農書と隣接する史料である本草書・医書についても、他の科研等の研究グループと合同で史料調査(目録作成・デジタル撮影)を行い、禅僧の植物に関する知識の形成について研究する端緒をつけた。日本中世においては農書に相当する典籍が撰述されることはなかったとされるが、中世における本草書・医書の伝来や抄物への引用などを通して、これらがいかに受容されたかを考えることは、農業や農作物に関する知識がどのように共有・蓄積されてゆくかを示す一つの徴証として、新たな知見がもたらされるものと期待される。なお、撮影した史料のうち所蔵者の承諾が得られたものについては、順次、史料編纂所図書室において写真帳もしくはボーンデジタルなどの形で閲覧公開に供している。本年度においては、その基礎的作業として、禅宗寺院内で行われた漢籍・禅籍の講義の筆録である抄物史料の所在状況の把握につとめ、その日本史史料としての研究資源化に向けた検討を行った。また、この作業をうけて、京都および関東近郊における禅宗寺院や、大学等の機関が所蔵する禅籍・抄物の史料調査を行った。とくに京都市内の禅宗寺院については、これまでに調査の行われていない寺院について他の科研等の研究グループと合同で調査(目録作成)を行った。本年度の調査・研究のなかで特記すべきものとして、東北大学附属図書館狩野文庫所蔵『中叟和尚偈』の調査・研究が挙げられる。同書は室町期の東福寺僧、中叟良鑑の偈頌集で、東福寺正光庵旧蔵のものである。当該期の東福寺周辺の様々な僧俗へ与えた画賛や道号頌が含まれており、比較的史料の少ない応永・永享期の東福寺の様相を示す史料として重要である。とくに、禅宗寺院において経営面を司る東班僧に関する記述が見られることが注目され、たとえば備中国上原郷の荘主として下向した納所永広の道号が本書から判明する。そのことにより永広と備中国現地との関わりを明らかにし、東班僧が荘園現地においてどのような知識・情報を得ていたかという点について考察した。この点については別掲の論文を発表している。なお、同書には中叟良鑑と山名時煕との関わりを示す記述も多く含まれており、荘園経営の知識形成にあたって、禅宗寺院と大名クラスの勢力との関わりがどのような意味を持っていたのか、新たな知見をもたらすものと期待される。この点については本年度は口頭報告を1回行った段階だが、次年度以降も引き続き研究を深めたいと考えている。具体的には、禅宗寺院内で行われた漢籍・禅籍の講義に着目し、その講義記録である「抄物」を史料として活用して典籍受容の様相を広く追うことによって、禅僧の知識形成の過程を考察するものである。本年度は、昨年度までに行った調査で得られた知見を踏まえて、京都・中国・九州・北陸・関東地方の寺院・機関の所蔵する史料について、抄物・禅籍を中心に、関連史料の調査(閲覧・目録作成・デジタル撮影)を行った。これらの調査のうち数件は他の科研等の研究グループとの合同で行い、農書に隣接する典籍である医書・本草書の調査も行っている。また、禅宗寺院に留まらず、真言・日蓮宗寺院などにおける知識伝達関係史料の調査も行った。なお、撮影史料のうち所蔵者の承諾が得られたものについては、順次、史料編纂所図書室において写真帳もしくはボーンデジタルの形で閲覧公開に供している。本年度の研究においては、とくに足利学校とその周辺で行われた知識伝達に着目し、中世後期に常総地域で活動した禅僧大蟲宗岑の語録『大蟲岑和尚語集』を分析することで、足利学校で学んだ禅僧・連歌師・医師らのネットワークが存在していたことを明らかにした。

また、禅宗寺院を中心とした室町期の寺院の中央・地方の関係について分析し、当該期の本末関係の再構築と幕府の寺領政策が密接に関わっていることを考察した。これらは農業知識の伝達の場となるものであると位置づけられる。一般向けの成果公開としては、東京大学史料編纂所編『日本史の森をゆく』(中公新書)に抄物からみた農業知識についての小文を執筆したほか、足利学校や禅宗寺院についての講演を行い、また東国の禅宗寺院に関する展覧会への協力も行った。本研究は、中世禅宗寺院領の展開の背景の一つとして、荘園における生産活動、とくに農業についての知識を禅僧がいかに共有・蓄積していたかを明らかにしようとするものである。具体的には、禅宗寺院内で行われた漢籍・禅籍の講義に着目し、その講義記録である「抄物」を史料として活用して典籍受容の様相を広く追うことによって、禅僧の知識形成の過程を考察するものである。本年度は、昨年度までに行った調査で得られた知見を踏まえて、関東近県の寺院を中心に、抄物・禅籍をはじめとする関連史料の調査(閲覧・目録作成・デジタル撮影)を行った。これらの調査のうち数件は他の科研等の研究グループとの合同で行い、農書に隣接する典籍である医書・本草書の調査への参加や、絵画・彫刻等についての調査の見学も行っている。また、前年に引き続き、禅宗寺院に留まらず、日蓮宗寺院や神社など隣接する寺社における知識伝達関係史料の調査も行った。こうした過程において、本年度後半、新たな知識伝達関係史料の所在を確認した。なお、撮影史料のうち所蔵者の承諾が得られたものについては、順次、史料編纂所図書室において写真帳もしくはボーンデジタルの形で閲覧公開に供している。本年度の研究においては、中世禅宗寺院における儒学学習が日本の儒学受容のなかでいかなる位置を占めるかを考察し、この時期のあらたな儒学の潮流である宋学そのものの受容とともに、これに付随して学ばれた農学や数学などの実学的な知識が大きな意味を持っていたことを明らかにした。本年度に予定していた調査研究についてはおおむね当初の予定通り遂行したが、本年度後半、調査を進める過程において、中国地方の禅宗寺院にあらたな知識伝達史料が存在することを確認した。このため、調査計画を見直し、関係史料の調査を行ったうえで、当該史料の詳細な調査を次年度に行うこととした。これに伴って、最終年度である本年度に予定していた研究成果報告書の作成についても次年度に行うこととした。研究期間を延長した本年度においては、前年度後半に新たに得た知見をもとに、岡山県の禅宗寺院における知識関連史料の調査を行った。また、禅宗寺院にとどまらず、顕密系寺院における知識伝達関連史料の調査も行い、禅宗寺院におけるあり方との比較を行った。さらに、史料編纂所の所蔵する禅宗関係史料(『文明明応年間関東禅林詩文等抄録』ほか15点)についてデジタル化を行い、画像を所蔵史料目録データベースから公開した。
ネパールにおける家畜の起源と系統に関する研究(調査総括)

ネパール在来家畜とその野生種に関する第一次調査を,昭和61年8月1日から昭和62年1月17日までの期間について実施し,昭和62年度にその調査総括を行い,以下の成績をえた.1.ソル・クンブおよびタライ地域で,ヤク78頭,ウシ41頭,それらの雑種23頭の血液を採取し,電気泳動法によって血液蛋白質の遺伝的変異を検討した結果,ヤクの遺伝的変異は非常に低く(H^^ー=0.0057),ウシのそれは,他のアジア諸国在来牛と同程度で,両者間の雑種が最も高い変異性を示した.ヤクとウシとの間の遺伝的距離は0.2(根井の方法)であり,この値は他種動物の亜種間の距離に等しい.2.タライ地域でゾウ10頭の採血を行い,同様の方法によって血液蛋白質の多型を検索し,インド,スリランカおよびタイの結果と比較したところ,ネパールのゾウは南インドおよびタイのそれらと遺伝的に近縁であることが明らかになった.3.タライ地域とカトマンズ盆地でヤギ約30頭の採血を行い,同じく血液蛋白質の変異を検索したところ,これらネパール低地の山羊にはTf^B遺伝子の頻度が高く,同じ傾向を示すインド山羊の遺伝子が,かなり多量に流入していると推定される.4.等電点電気泳動法によって識別されるミルク蛋作質の変異を標識にして,ヤクからウシへの遺伝子流入の可能性,ネパール在来牛の遺伝的分化,ヤクとウシの遺伝的分化を検討した.110試料(ヤク37,ウシ32,それらの雑種41)の分析の結果,ヤクからウシへの広範な遺伝子流入は認められなかった.主成分分析の結果,ネパール在来牛の地域集団間にはある程度の遺伝的分化が存在し,またヤクとウシとは明瞭に区別しうるほど,互いに分化しており,ヤクーウシ間にはヨーロッパ系牛ーインド系牛間の約1.6倍程度の分化が存在すると推定された.5.チベット系ロバの遺伝的変異性,ならびにウマからのロバの遺伝的分化を定量するため,血液蛋白質を支配する23遺伝子座位の変異を電気的泳動法によって調査した結果,集団内の遺伝的変異は,Ppoly=21.7%,H.ニD4ー.ニD4=5.48.2%,ウマからの遺伝的距離は約D=0.2と推定された.6.ネパール在来水牛(沼沢型),ムラー水牛(河川型,乳用)およびそれらの交雑種の雌雄頭蓋骨31標本の30部位を計測し,多変量解析を行った.その結果,雄では上記3集団は第一主成分(46.5%)によって明瞭に判別され,交雑種は在来水牛とムラー水牛の中間を占めた.一方雌ではどの主成分でも判別されず,三者の頭蓋の形態は非常に類似していることが明らかにされた.7.ヤクの雌の頭蓋標本を収集し,他のアジア在来牛5集団と比較した結果,ヤクの頭蓋はこれらアジア在来牛とは非常に異なった形態であることが明らかになった.8.タライ地域で在来鶏35羽の16部位を計測し,体重を測定した.これらの計測値をもとにして主成分分析を行った結果,雄とも同じ南アジアのスリランカとバングラデシュ在来鶏の加間的な体型を示すことが明らかにされた.またカトマンズ盆地,タライおよびソル・クンブ地域の在来鶏593羽の羽色などの外形質を記録し,それらを支配する遺伝子の頻度を求めたところ,I,S,B遺伝子の頻度が低く,eのそれが高いというアジア在来鶏に共通した特徴を示したが,1方また,e^+とid遺伝子頻度が,タライ地域に比して,ソル・クンブ地方が格段に高いという明瞭な地理的勾配の存在することが明らかとなった.9.タライ地域で赤色野鶏6羽(雌雄各3羽)を採集し,5羽から採血を行い,4羽を計測し,2羽を剥製標本にした.これらの標本形態学的検索の結果,ネパールの赤色野鶏の亜種差はGallus gallus murghiと同定された.10.シェルパ社会のヤクーウシ雑豊生産過程を,社会人類学的に分析した結果,雄の雑種は不妊で役畜として利用されるだけであるが,雌の14代雑種は乳用あるいは役用として利用され,それ以降の雑種は普通のウシとして取り扱われ交配されるので,広範囲ではないが,ヤク遺伝子がこれらの雑種を通じてウシ側へ流入していると考えられる.ネパール在来家畜とその野生種に関する第一次調査を,昭和61年8月1日から昭和62年1月17日までの期間について実施し,昭和62年度にその調査総括を行い,以下の成績をえた.1.ソル・クンブおよびタライ地域で,ヤク78頭,ウシ41頭,それらの雑種23頭の血液を採取し,電気泳動法によって血液蛋白質の遺伝的変異を検討した結果,ヤクの遺伝的変異は非常に低く(H^^ー=0.0057),ウシのそれは,他のアジア諸国在来牛と同程度で,両者間の雑種が最も高い変異性を示した.ヤクとウシとの間の遺伝的距離は0.2(根井の方法)であり,この値は他種動物の亜種間の距離に等しい.2.タライ地域でゾウ10頭の採血を行い,同様の方法によって血液蛋白質の多型を検索し,インド,スリランカおよびタイの結果と比較したところ,ネパールのゾウは南インドおよびタイのそれらと遺伝的に近縁であることが明らかになった.

3.タライ地域とカトマンズ盆地でヤギ約30頭の採血を行い,同じく血液蛋白質の変異を検索したところ,これらネパール低地の山羊にはTf^B遺伝子の頻度が高く,同じ傾向を示すインド山羊の遺伝子が,かなり多量に流入していると推定される.4.等電点電気泳動法によって識別されるミルク蛋作質の変異を標識にして,ヤクからウシへの遺伝子流入の可能性,ネパール在来牛の遺伝的分化,ヤクとウシの遺伝的分化を検討した.110試料(ヤク37,ウシ32,それらの雑種41)の分析の結果,ヤクからウシへの広範な遺伝子流入は認められなかった.主成分分析の結果,ネパール在来牛の地域集団間にはある程度の遺伝的分化が存在し,またヤクとウシとは明瞭に区別しうるほど,互いに分化しており,ヤクーウシ間にはヨーロッパ系牛ーインド系牛間の約1.6倍程度の分化が存在すると推定された.5.チベット系ロバの遺伝的変異性,ならびにウマからのロバの遺伝的分化を定量するため,血液蛋白質を支配する23遺伝子座位の変異を電気的泳動法によって調査した結果,集団内の遺伝的変異は,Ppoly=21.7%,H.ニD4ー.ニD4=5.48.2%,ウマからの遺伝的距離は約D=0.2と推定された.6.ネパール在来水牛(沼沢型),ムラー水牛(河川型,乳用)およびそれらの交雑種の雌雄頭蓋骨31標本の30部位を計測し,多変量解析を行った.その結果,雄では上記3集団は第一主成分(46.5%)によって明瞭に判別され,交雑種は在来水牛とムラー水牛の中間を占めた.一方雌ではどの主成分でも判別されず,三者の頭蓋の形態は非常に類似していることが明らかにされた.7.ヤクの雌の頭蓋標本を収集し,他のアジア在来牛5集団と比較した結果,ヤクの頭蓋はこれらアジア在来牛とは非常に異なった形態であることが明らかになった.8.タライ地域で在来鶏35羽の16部位を計測し,体重を測定した.これらの計測値をもとにして主成分分析を行った結果,雄とも同じ南アジアのスリランカとバングラデシュ在来鶏の加間的な体型を示すことが明らかにされた.またカトマンズ盆地,タライおよびソル・クンブ地域の在来鶏593羽の羽色などの外形質を記録し,それらを支配する遺伝子の頻度を求めたところ,I,S,B遺伝子の頻度が低く,eのそれが高いというアジア在来鶏に共通した特徴を示したが,1方また,e^+とid遺伝子頻度が,タライ地域に比して,ソル・クンブ地方が格段に高いという明瞭な地理的勾配の存在することが明らかとなった.9.タライ地域で赤色野鶏6羽(雌雄各3羽)を採集し,5羽から採血を行い,4羽を計測し,2羽を剥製標本にした.これらの標本形態学的検索の結果,ネパールの赤色野鶏の亜種差はGallus gallus murghiと同定された.10.シェルパ社会のヤクーウシ雑豊生産過程を,社会人類学的に分析した結果,雄の雑種は不妊で役畜として利用されるだけであるが,雌の14代雑種は乳用あるいは役用として利用され,それ以降の雑種は普通のウシとして取り扱われ交配されるので,広範囲ではないが,ヤク遺伝子がこれらの雑種を通じてウシ側へ流入していると考えられる.
自動反応経路探索を用いるハイブリッド触媒系の機構解明と反応性決定因子の抽出

ハイブリッド触媒系は、複数の触媒活性種が複雑に作用し合うため、効率的設計のためには計算化学による反応機構の解析が不可欠である。このような未知の反応経路の解析に有用なのが、自動的に反応経路を探索する技術である。本研究では、自動探索技術の一つであるGlobal Reaction Route Mapping (GRRM)を用い、本新学術領域内/外で開発されている触媒反応の機構解明を目指している。本年度特に着目した反応の一つが、金井らのグループ(A01計画班)が開発したプロトン移動による不斉アレンの触媒的合成反応である。この反応では、銅触媒の配位子をチューニングすることで、主生成物アレンと副生成物エンインの選択比や、アレンのエナンチオ過剰率が大きく変化することが実験的に見出されていた。我々は、GRRM法を用いて選択性を決める段階であるプロトン移動における遷移状態を調べることで、配位子が銅まわりに作る空間の広さによって、選択性が制御されていることを明らかにした。また、GRRM法で得た結果を機械学習によって自動的に解析する方法の確立も課題としている。GRRM法には、自動的に様々な反応経路を探索できるという利点があるものの、得られる反応経路の数が多過ぎるため、解析が困難であるという問題点があった。そこで、GRRM法で探索した多数の反応経路を自動的に解析するため、機械学習の一つであるk-means++法を用いた反応経路の自動分類システムを構築した。実際に本システムは、山中らのグループ(A02公募研究)の行った計算の解析に適用し、解析の加速に貢献した。領域内で研究が進められている複数の反応の理論的機構解明を同時に行っているが、当初の計画以上に早く機構を明らかにできたものもあれば、機構解明の後に理論的触媒設計の足掛かりが得られ、当初の計画以上の進展があったものもある。逆に、計画時には予期していなかった計算上問題により、進捗状況の芳しくないものもあるため、一概には言えないが、全体的にはおおむね順調に進展していると言える。金井ら(A01公募班)の反応の解析において、良い選択性を示す触媒と示さない触媒の両方の計算データを比較することで、選択性の鍵を見出すに至った。そこで、様々な触媒の構造・電子状態・触媒能(素反応の活性化エネルギー)の情報を収集すれば、前述のような比較解析に利用できるだけでなく、実験データを予測する機械学習モデルにおける目的変数にも利用できると考えた。このデータを全自動で計算・収集するプログラムを作成し、データ収集を行う。具体的には、化合物データベースPubChemから特定のキーワードを持つ化合物の構造式記述子を取得、そこから、XYZ座標への変換や構造最適化用入力ファイルの作成を全自動で行うプログラムを作成する。更に、金属への配位構造や金属錯体を触媒とする素反応の反応経路を探索するための入力ファイルを自動作成するシステムも構築する。本年度はハイブリッド触媒系設計の足掛かりとして、反応経路自動探索(Global Reaction Route Mapping: GRRM)を用いた種々の反応の機構解明に取り組んだ。初めに着目したのは、相間移動触媒を用いたアミノ化による不斉四級炭素の構築における立体選択性発現機構である。本研究で着目した相間移動触媒は、触媒中心となる二つのアミンの間にアルキル鎖があるため、触媒自体が柔軟に構造変化し、多数のコンフォメーションを取る可能性がある。そこでGRRMの一つである非調和下方歪追跡法(Anharmonic downward distortion following: ADDF)を用い、触媒のコンフォメーションを網羅的に探索したところ、多数のコンフォマーが得られたが、ほとんどのコンフォマーは触媒内の立体反発により安定に存在せず、一つのコンフォマーだけが安定に存在することが分かった。さらに触媒の安定なコンフォマーと反応物の会合体の構造を調べることで、生成物の立体選択性が反応前駆体の安定性によって決まっていることが分かった。着目した反応二つ目は不斉トリアゾリウム塩を用いる開環付加反応である。本反応では、反応物にアジリジンのラセミ体を用いると、S体だけが反応し、R体は未反応のまま回収されることが実験的に明らかにされている。そこで、この理由を明らかにするために、GRRMのもう一つの方法である人工力誘起反応法(Artificial force induced reaction: AFIR)を用いて、触媒と二つの反応物(オキシインドールとアジリジン)の安定構造、及び、それらの間の炭素ー炭素結合生成段階の遷移状態を網羅的に調べた。その結果、アジリジンと触媒の会合体形成による安定化エネルギーがS体・R体で大きく異なり、R体は触媒との立体反発が大きく、会合体を形成しにくいことが分かった。複数の反応の理論的機構解明を同時に行っているが、当初の計画以上に早く機構を明らかにできたものもあれば、機構解明の後に理論的触媒設計の足掛かりが得られ、当初の計画以上の進展があったものもある。

本年度特に着目した反応の一つが、金井らのグループ(A01計画班)が開発したプロトン移動による不斉アレンの触媒的合成反応である。この反応では、銅触媒の配位子をチューニングすることで、主生成物アレンと副生成物エンインの選択比や、アレンのエナンチオ過剰率が大きく変化することが実験的に見出されていた。我々は、GRRM法を用いて選択性を決める段階であるプロトン移動における遷移状態を調べることで、配位子が銅まわりに作る空間の広さによって、選択性が制御されていることを明らかにした。また、GRRM法で得た結果を機械学習によって自動的に解析する方法の確立も課題としている。GRRM法には、自動的に様々な反応経路を探索できるという利点があるものの、得られる反応経路の数が多過ぎるため、解析が困難であるという問題点があった。そこで、GRRM法で探索した多数の反応経路を自動的に解析するため、機械学習の一つであるk-means++法を用いた反応経路の自動分類システムを構築した。実際に本システムは、山中らのグループ(A02公募研究)の行った計算の解析に適用し、解析の加速に貢献した。領域内で研究が進められている複数の反応の理論的機構解明を同時に行っているが、当初の計画以上に早く機構を明らかにできたものもあれば、機構解明の後に理論的触媒設計の足掛かりが得られ、当初の計画以上の進展があったものもある。逆に、計画時には予期していなかった計算上問題により、進捗状況の芳しくないものもあるため、一概には言えないが、全体的にはおおむね順調に進展していると言える。反応経路自動探索による触媒反応の機構解析を行うことで、反応性や選択性を決める鍵を効率的に抽出することは可能になりつつある。この情報を元に、鍵となる段階の遷移状態を様々な触媒に対して求めれば、理論的触媒スクリーニングも可能になり、従来よりも高効率な触媒設計が可能になると期待できる。しかし、遷移状態の計算は(反応経路自動探索を用いたとしても)容易な計算ではないため、高速な理論的触媒スクリーニングの実現には未だ到達していない。そこで、反応性や選択性を決める鍵を(遷移状態よりも簡便に計算できるパラメタとして)数値化し、このパラメタのスクリーニングによって望む活性を持つ触媒を理論的に見つけることを目指す。金井ら(A01公募班)の反応の解析において、良い選択性を示す触媒と示さない触媒の両方の計算データを比較することで、選択性の鍵を見出すに至った。そこで、様々な触媒の構造・電子状態・触媒能(素反応の活性化エネルギー)の情報を収集すれば、前述のような比較解析に利用できるだけでなく、実験データを予測する機械学習モデルにおける目的変数にも利用できると考えた。このデータを全自動で計算・収集するプログラムを作成し、データ収集を行う。具体的には、化合物データベースPubChemから特定のキーワードを持つ化合物の構造式記述子を取得、そこから、XYZ座標への変換や構造最適化用入力ファイルの作成を全自動で行うプログラムを作成する。更に、金属への配位構造や金属錯体を触媒とする素反応の反応経路を探索するための入力ファイルを自動作成するシステムも構築する。