hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
回路シミュレータを用いたセラミック半導体設計に関する研究

各種モータがコンピュータにより制御されるようになった今日では,モータで発生するサージノイズや高周波ノイズを効率よく吸収し,機器の誤動作や破壊を未然に防ぐことが重要である.特に直流モータにおいてはブラシ-整流子片でインダクタンスのキックオフ等にともなうノイズの発生が問題となり,これらを除去するためにバリスタが用いられる場合が多い.特にSrTiO_3系セラミックバリスタは,比較的電圧-電流特性の非直線性(α係数)が大きく,静電容量も大きいため,サージ吸収のみならず高周波ノイズの吸収にも優れた特性を示す.このため,各種携帯機器等の静電気対策としては勿論のこと,直流モータ等のノイズ対策としても広く用いられる.しかしながら,大きな静電容量は時としてモータのインダクタンスとともに共振現象などを引き起こすことがある.このため,使用するモータの特性に応じたバリスタ特性の最適化が望まれる.本研究ではバリスタ表面から内部への酸素濃度勾配などを模擬でき,かつ非線形をも考慮した等価回路を作製し,バリスタを表面から研削し,誘電特性,電圧-電流特性を実測し,cut and tryにより計算値と比較することにより,等価回路モデルの各パラメータ値を求めた.また,決定されたバリスタの等価回路モデルは,実際のサンプルのバリスタと誘電特性,電圧-電流特性などの電気的特性が極めて良く一致することを示した.さらに,この等価回路から直流モータの整流子の短絡,開放に伴うノイズがバリスタによりどの様に吸収されているのかを解析した結果,ノイズ電流は表面から内部の導体層へ向かい,ここを通って再び表面へ向かうものが全体の80%程度と大きいこと,表面近傍を流れる電流も全体の11%程度と比較的大きくなっていることが判明した.これらのことから,等価回路モデルを用いると,ノイズの吸収機構とともに,表面から内部に向かう各部の特性の変化とノイズ吸収特性への効果が明らかとなり,本成果は今後のバリスクの最適化に極めて有用であると思われる.本研究においては、初年度の研究計画に焼成条件の違いによるセラミック半導体の電気特性の差異、および粒形状の変化の実測、さらにこれら作製条件の違いによりノイズ吸収性がどの様に変化するか明らかにすることを挙げた。本研究においては、SrTiO3系セラミックバリスタを研究対象として取り上げ、はじめに焼成温度の違いが電気的特性にどの様な差異をもたらすか検証した。その結果、焼成温度を上げると、バリスタの非線形性を表す指針であるα係数の値が大きくなること、また、電流が急激に増加を始める電圧値が高くなることを明らかにした。その他、バリスタの特徴を表す誘電特性の内、静電容量についてみると、焼成温度の増加により低周波数側の静電容量が減少することが分かった。また、誘電正接は通常作製したサンプルでは110MHz付近にピークを持つが、焼成温度の増加につれこのピークの値が高周波数側へシフトすることも分かった。また、作製したサンプルを表面から研磨することにより、サンプルのどの部分でノイズ吸収が主として成されているのか検討した。サンプルに種々のノイズ波形を印加し、オシロスコープで観測した結果、研削量を増やすにつれノイズの吸収特性が低下する傾向が見られた。また、同時にα係数の変化も測定し、これらの結果からバリスタのノイズ吸収は主として表面層において成されているのではないかと考えた。これらの結果を基に、詳細な等価回路を構成し、ノイズ吸収の様子をシミュレーションの面からも解析する予定である。各種モータがコンピュータにより制御されるようになった今日では,モータで発生するサージノイズや高周波ノイズを効率よく吸収し,機器の誤動作や破壊を未然に防ぐことが重要である.特に直流モータにおいてはブラシ-整流子片でインダクタンスのキックオフ等にともなうノイズの発生が問題となり,これらを除去するためにバリスタが用いられる場合が多い.特にSrTiO_3系セラミックバリスタは,比較的電圧-電流特性の非直線性(α係数)が大きく,静電容量も大きいため,サージ吸収のみならず高周波ノイズの吸収にも優れた特性を示す.このため,各種携帯機器等の静電気対策としては勿論のこと,直流モータ等のノイズ対策としても広く用いられる.しかしながら,大きな静電容量は時としてモータのインダクタンスとともに共振現象などを引き起こすことがある.このため,使用するモータの特性に応じたバリスタ特性の最適化が望まれる.本研究ではバリスタ表面から内部への酸素濃度勾配などを模擬でき,かつ非線形をも考慮した等価回路を作製し,バリスタを表面から研削し,誘電特性,電圧-電流特性を実測し,cut and tryにより計算値と比較することにより,等価回路モデルの各パラメータ値を求めた.また,決定されたバリスタの等価回路モデルは,実際のサンプルのバリスタと誘電特性,電圧-電流特性などの電気的特性が極めて良く一致することを示した.さらに,この等価回路から直流モータの整流子の短絡,開放に伴うノイズがバリスタによりどの様に吸収されているのかを解析した結果,ノイズ電流は表面から内部の導体層へ向かい,ここを通って再び表面へ向かうものが全体の80%程度と大きいこと,表面近傍を流れる電流も全体の11%程度と比較的大きくなっていることが判明した.これらのことから,等価回路モデルを用いると,ノイズの吸収機構とともに,表面から内部に向かう各部の特性の変化とノイズ吸収特性への効果が明らかとなり,本成果は今後のバリスクの最適化に極めて有用であると思われる.
農業における住民参加型地理情報システムの構築に関する実践的研究

本研究では、農業における地理情報システムを活用・普及させるために住民参加型GISの構築・更新手順のマニュアルを作成した。また、平成21年度から23年度の文部科学省の委託研究、「衛星データを利用したコメの成育モニタリンシステム」の研究成果を活用して、衛星画像から推定した圃場別のSPAD値とタンパク値を本研究で更新した農業GISを活用し協力農家の圃場に取り込んだ。本研究は、「農業GISを活用・普及させるために、住民参加型GISの概念を現場に導入し地域の事情がわかっている農協の部会等と協力し、農家と農協などが自から管理・運営できる農業GISを構築するための組織化の方法を解明すること」を目的としている。今年度は、このテーマに興味を示した山形県舟形町のコメ卸、新潟県胎内市、沖縄県JAおきなわにヒアリング調査を実施した。その結果、(1)舟形町のコメ卸と協力し携帯用GPSを活用したポジショニングデータによる簡易GISの構築(2)胎内市管内のJA中条がGISを営農指導に利用できるために、農業GISの保有者である退胎内市と鈴木研究室の間で「営農支援プログラムに係る地籍関係データの使用に関する協定書」を締結することにより、市のGISをJAに利用できるための実証研究を実施した。また、ベトナムのハノイ農業大学のDr.Binhとの間で(3)圃場ポリゴンデータの作成について提携した。(1)は、小地域のGISの構築には携帯GPSの活用が可能であると判断しその実用可能性についての実証研究であり、3地域の圃場で簡易GISを構築した。(2)は、大部分の市町村の農業委員会で所有しているGISを、現地の営農指導等に利用するために、GIS所有者の市町村と第3者機関との間に「GISデータの利用に関する協定」を結ぶことにより可能なのかについてのケーススタディであり、平成22年3月現在、協定書原案を作成したところである。また、(3)は、利用できるGISが存在せず、新たにGISデータを作成するためのケーススタディであり、秋田県大潟村の衛星画像を用いたポリゴンデータの作成をハノイ農業大学に依頼した。ハノイ農業大学からは作成したGISデータが届き、データをチェックしたところ、精度には問題がないと判断できた。今年度はGISの変更作業を効率化するために、(1)GIS上で圃場を管理するための方法と(2)GIS上での圃場管理のために共通key(共通項目)を設定する方法について明らかにした。(1)はGIS上で大字毎に圃場を振り分けることで、一枚の地図上で管理する場合に比べて検索速度の向上及び管理が容易になることを示した。(2)はこれまでの「地名地番」をkey項目とする方法では作業効率が悪いことを確認したので、ポリゴンデータと共済組合台帳の共通項目として新しく独立した共通key番号(管理番号)を設定することが重要であることを明らかにした。また、JA等がGISを構築・普及するための基本的な考え方を整理した。具体的は、まず、GISをJA独自で開発するか、農業委員会、水土里ネットなどの他機関のGISを利用するかを決定する。GISをJA独自で開発する場合には(1)ベースマップとして字切図か衛星画像(航空写真)のどちらかを選択する。(2)ポリゴンデータの作成を外注する。(3)JA内に設置した組織(農民参加型GIS)でポリゴンデータと共済組合台帳、及び、生産履歴データとのマッチングを行う。他の機関のGISを利用する場合には、(4)GIS関連データの共同利用に関する協定書を関連機関と結ぶ。(5)現地(JA内)に設置した組織(農民参加型GIS)で更新作業を行う。次に、(2)ポリゴンデータ作成を外注するために、ベトナムハノイ農業大学の協力を得て、字切り図(会津坂下町)と衛星画像(UK-DMC)をベースマップとした圃場ポリゴンデータの作成を依頼した。その結果、ハノイ農業大学作成のSHAPファイルは適正に作られていることが確認され、JAなどの利用者側にとって、経費が削減できる可能性が示された。また、(4)GIS関連データの共同利用に関する協定書については、JA中条の利用を想定し、胎内市と東京農業大学鈴木研究室の間で農業GISについて協定書のひな形作成した。今年度は、以下の研究を実施した。住民参加型地理情報システムの構築・更新手順のマニュアル作成。JA山形おきたま吉島地区の圃場ポリゴンデータの修正。修正したGISの圃場に衛星画像の解析結果のインポート。具体的には、前年度までに整理した住民参加型地理情報システムの構築・更新手順(1ベースマップとして字切図か衛星画像(航空写真)のどちらかを選択する。2ポリゴンデータの作成・更新作業を外注する。3JA内に設置した組織でポリゴンデータと共済組合台帳、及び、生産履歴データとのマッチング作業を行う)のマニュアルを作成した。

また前年度、購入した衛星画像を現況図として、JA山形おきたま吉島地区の圃場ポリゴンデータの修正を外注した。次に、この修正したポリゴンデータに、平成21年度から23年度の宇宙利用促進調整委託費で開発した「衛星データを利用した農民参加型営農支援システムの構築(研究代表者東京農業大学鈴木充夫」の研究成果である衛星画像から推定したSPAD値とタンパク値を協力農家の圃場に取り込んだ。本研究の成果は、平成21年度から23年度の宇宙利用促進調整委託費で開発した「衛星データを利用したコメの成育モニタリング」の普及の妨げの一つになっていた精度の高い農業GISを、効率的に低コストで開発するための一つの方向を示したものであり、今後の、衛星画像などのIT技術を農業現場に普及するための農業GIS構築のkeyになるものと考えられる。本課題に対して、JA山形おきたまのGIS構築、更新を通してポリゴンデータの作成は、現地の農家やJAでは技術的、コスト的に難しいことが確認できた。その結果、東京農大の姉妹校であるハノイ農業大学の協力を得てポリゴンデータ作成の実証試験を行った。その結果、ハノイ農業大学の作成したポリゴンデータは、十分利用に耐えうる精度であることが確認できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度は、2年間かけて明らかにしたGISの普及を実現するために、(1)平成23年度に示したポリゴンデータと共済組合台帳の共通項目をJA山形おきたま管内の吉島地区のGISを対象に設定し、更新作業の効率化を図る。(2)(現地)JAに設置した組織(農民参加型GIS)でポリゴンデータと共済組合台帳とのマッチングを実施する。(3)住民参加型GISのマニュアルを作成する。
時空構造によらない絃理論

絃理論を特定の時空構造によらない形に定式化にすることによって、重力および素粒子の基本的相互作用の統一理論を構成することを目的に研究を始めた。そのため、現在与えられている絃理論の数学的に不明な点の整備、初期宇宙における真空構造、共形場形式の理論の対称性を非質量殻上で表現する問題等を具体的テ-マとして以下のような成果をあげることが出来た。1.光円錐ゲ-ジにおける絃の場の理論において、ロ-レンツ異常項相殺の機構を、S-マトリックスの計算、BRST演算との対応関係の解析等の方法で分析した。(論文1、2、3)2.現在提唱されている時空構造によらない絃模型(Φ^3模型)の数学的に不明な点を解明し、その一般座標変換不変性の証明を中点時間処方を用いて行った。(論文4、5、8、9、10)3.初期宇宙の真空構造を解明するため、アインシュタイン理論に立ち帰って、作用積分をゼロにするインスタントンによって引き起こされる位相変化を伴う相転位に取り組んだ。そのため、準古典近似にかわってボルン・オッペンハイマ-法の有効性を提唱した。(論文6)4.径路積分に基づいた絃理論と絃の場の理論との関係をより明確に把握するために、“絃そのものを生成・消滅させる演算子"という概念を研究し、径路積分のやり方でWeyl変換不変性を要求することが、絃の場の理論の運動方程式と等価であることを証明した。更に絃の場の理論の持つBRST対称性が、実際の絃の散乱振幅にどの様に反映しているかを調べた。(論文11、12、13)5.二次元重力理論に現われるVirasoro代数が非臨界次元の絃理論においてどのように解釈されるべきかを研究した。(論文14)6.本研究の付随的成果として、二次元QCDの代数化(論文7)及び光円錐ゲ-ジの場の理論の総合報告(図書1)である。光円錐ケ-ジで絃の場の理論を取り扱うことは、絃の物理的モ-ドだけを取り出して計算するため、直観的理解を助けるだけでなく数学的簡素化も可能で便利である。しかし、ロ-レンツ共変性に関しては自明な処方になっていないため、別な証明が必要である。吉川はこのロ-レンツ共変性を二つの方法で証明した。その一つは、摂動論による散乱振巾が実際にロ-レンツ不変であることを示したことで、各過程のモジュライ空間の境界でロ-レンツ異常項が相殺していることを確認した。一方、開絃と閉絃が共存しているとき絃の作用積分はロ-レンツ異常項をもつことが知られているが、経路積分の測度も異常項をもつことを証明し、その両者が相殺して全体でロ-レンツ不変になっていることを示した。摂動論の不変性はこのことに起因することが確かめられた。窪田は、絃の場の理論のもつ対称性を一般的に検討するために、二つの方法を用いて研究した。第一に、理論の対称性をポリヤコフの方法の枠組の中で定式化するため、その対称性をoffーshell散乱振巾から抽出する一般的方法を開発した。ポリヤコフの方法の中に“絃を生成・消滅させる演算子"という概念を導入し、これらの演算子がワイル不変であることを要求し、絃の運動方程式を導いた。

得られた方程式から絃理論の対称性が読み取れる。第二には、絃理論のもつ対称性をグリ-ン関数の言葉で表現し直すことである。絃の生成・消滅演算子を導入したおかげで、対称性に伴う保存則は一本の方程式にまとめられる。この方程式を分解していくと、例えば一般相対論における一般座標変換不変性に対応する方程式等を得ることが出来るし、絃理論特有の高いスピン状態の粒子に関係した保存則も系統的に導くことができる。この研究は、絃理論を特定の時空構造に依らない形に形式化することに依って、時空構造と粒子の相互作用を統一的に取り扱える理論の構築を目的として、それに関連する基本的な諸問題を検討するものである。(1)本年度は先ず昨年からの継続する課題として、光円錐ゲ-ジにおける絃の場の理論のロ-レンツ異常項相殺の問題を完了した。光円錐ゲ-ジに於ける作用積分の不変性を破る成分は、径路積分に現れる開絃場の積分測度の異常項に依って相殺されることを証明した(論文1)。さらにこの相殺機構は、本質的には共変的な絃理論においてBRST不変性が保たれる条件と同一であること、ロ-レンツ変換演算子がBRST演算子の役割をしている事を論じた(論文2)。(2)絃理論の真空解を求める手始めとして、アインシュタイン重力理論において時空の量子的位相遷移の問題に取り組んだ。なかでも江口・ハンソン型のインスタントンに注目し、場の理論におけるボルン・オッペンハイマ-法の定式化を導入しその物理的効果を論じた(論文3)。(3)径路積分の方法を用いて絃理論の持つ隠れた対称性の研究を行った。昨年度“絃そのものを生成・消滅させる演算子"の有効性を示したが、これを用いてBRST変換を施した時のグリ-ン関数の振舞いを調べ、その結果無限種類のウヲ-ド恒等式を導いた(論文4)。(4)また、同様の方法を用いて非臨界絃模型も研究し、ウィルソンの繰り込み群の停留点にヴィラソロ構造が現われることを明示し、それをタ-ゲット空間でのヴィラソロ構造に書き換えことが可能であること、また後者がマトリクス模型のヴィラソロ代数と同定すべきものであることを主張した(論文5)。(3)絃理論を見習って2次元QCDの代数化による拡張を提唱した(論文6)。光円錐ゲ-ジの絃の場の理論のまとめを行った(図書1)。
先住民族の土地の権利と国家主権の相克-国際人権法における多文化主義の可能性と限界

2008年度は、まず、昨年度に引き続き先住民族の土地に対する権利について研究をおこない、論文を神戸法学年報第24巻(2009年3月発刊予定)に提出した。本研究の検討から、米州における先住民族の土地に対する権利に関して、次のような発展が認められた。第1に、米州宣言議長草案でIACHR草案では承認されなかった先住民族の自決権が規定され、作業部会第11会合まで当該条項は維持されたまま審議が進められていること。第2に、Awas Tingni事件判決以降、米州人権裁判所は先住民族の土地に対する集団的財産権を承認し、土地の境界画定及び権原付与を命令する実行が確立しており、先住民族の土地での資源開発許可についても他の国際及び地城的人権条約実施監視機関より厳しい基準を設定している。このような発展が米州で可能となった背景として、90年代の経済成長にもかかわらず貧富の差が拡大した結果、反ネオ・リベラリズムを掲げる先住民族組織が、2000年代のラテンアメリカの多くの国家及び地方政治においてますます発言力を強めていることがある。しかしこのような規範面での発展にも関わらず、実際には先住民族の土地に対する権原付与はラテンアメリカの多くの国でおこなわれておらず、米州人権裁判所による権原付与命令も完全履行された例は存在していないことを指摘した。次に、国連宣言における先住民族の土地に対する権利を中心として研究をおこない、講座国際人権法第4巻(2009年8月頃発刊予定)に提出した。ILO第169号条約と比較した場合の国連宣言の特微としては、自決権の挿入及び先住民族の定義の欠如に加えて、第1に、過去に占有していたが先住民族の説明を受けた上での事前の自由な同意なくして剥奪された伝統的土地等について、「返還」を含む救済を受ける権利が認められたこと、第2に、土地と天然資源の権利が分けて規定されておらず、土地に対する権利については、現に排他的に占有しているか否かで権利内容が区別されることなく、所有・使用・開発・管理の権利という包括的な権利が認められていること。また伝統的土地に存在する天然資源について、国家に所有権が帰属している場合に別段の考慮がなされることなく、土地と同じく包括的な権利が認められている。第3に、国連宣言第29条自体は開発計画の承認に先立つ関連先住民族との協議を義務づけているだけではあるが、第28条が先住民族の伝統的土地及び資源に関して、説明を受けた上での事前の自由な同意なく損害を被った場合に補償を受ける権利を規定しているため、両条項を合わせて読むと事前の同意までが要求される結果となっていること、を指摘した。本年度は、2001年8月米州人権裁判所によるアワス・ティグニ事件判決を中心とレて、先住民族の土地に対する権利に関する米州人権裁判所および委員会の実行を検討した。当該研究の意義は、米州人権制度の実行が他の国際及び地域的人権制度の実行に先んじており、前者の実行の分析を通じて後者の発展の方向性を考える一助となりうることがある。アワス・ティグニ事件判決は、法的拘束力をもつ判決を下す国際裁判所が初めて、個人の人権を規定する米州人権条約の財産権条項に基づき、先住民族の土地に対する集団的財産権の保障を承認するという発展的解釈をおこなったものとして注目されている。本件以前の国際及び地域的人権条約の個人通報制度における実行でも、個人の人権に基づく先住民族集団の保護か認められるようになっていたが、同時に主権国家の自国領域の排他的管轄権にも最大限の考慮が払われていた。その結果、先住民族に与えられる保護の具体的内容は、彼(女)遠の伝統的土地に対する所有権の承認までは至らず、土地に影響を与える決定への効果的参加の確保にとどめられてきた。アワス・ティグニ事件判決では、協議を行わずコンセッションを付与した事実も違反認定の対象となっているものの、それ以前の問題として、そもそも先住民族の土地に対する権利を登記や権利付与という形で公的に承認してこなかったこと、またその前提として共同体の土地の境界画定を怠ってきたこと自体を条約違反として認定した点で、新たな一歩を踏み出したと評価できる。また判決を受けて2003年にニカラグア議会は大西洋岸の先住民族の土地の境界画定と法的権利付与のための規則及び手続きを定めた新法を制定するなど、判決の履行に向けた動きが現実に存在しており、現実に与えたインパクトを今後も研究する予定である。本年度の研究成果の公表は、「米州における先住民族の土地に対する権利」を神戸法学年報24号に投稿予定、また「『先住民族の権利に関する国運宣言』の意義と課題」を信山社発刊予定の講座国際人権法第4巻に掲載される予定である。

このような発展が米州で可能となった背景として、90年代の経済成長にもかかわらず貧富の差が拡大した結果、反ネオ・リベラリズムを掲げる先住民族組織が、2000年代のラテンアメリカの多くの国家及び地方政治においてますます発言力を強めていることがある。しかしこのような規範面での発展にも関わらず、実際には先住民族の土地に対する権原付与はラテンアメリカの多くの国でおこなわれておらず、米州人権裁判所による権原付与命令も完全履行された例は存在していないことを指摘した。次に、国連宣言における先住民族の土地に対する権利を中心として研究をおこない、講座国際人権法第4巻(2009年8月頃発刊予定)に提出した。ILO第169号条約と比較した場合の国連宣言の特微としては、自決権の挿入及び先住民族の定義の欠如に加えて、第1に、過去に占有していたが先住民族の説明を受けた上での事前の自由な同意なくして剥奪された伝統的土地等について、「返還」を含む救済を受ける権利が認められたこと、第2に、土地と天然資源の権利が分けて規定されておらず、土地に対する権利については、現に排他的に占有しているか否かで権利内容が区別されることなく、所有・使用・開発・管理の権利という包括的な権利が認められていること。また伝統的土地に存在する天然資源について、国家に所有権が帰属している場合に別段の考慮がなされることなく、土地と同じく包括的な権利が認められている。第3に、国連宣言第29条自体は開発計画の承認に先立つ関連先住民族との協議を義務づけているだけではあるが、第28条が先住民族の伝統的土地及び資源に関して、説明を受けた上での事前の自由な同意なく損害を被った場合に補償を受ける権利を規定しているため、両条項を合わせて読むと事前の同意までが要求される結果となっていること、を指摘した。
深層学習に基づいた動画像認識と拡張現実による人工知能手術支援システムの開発

外科手術には三次元的な空間認識が重要である。これまでに、術野カメラを用いたコンピュータビジョンにより歯を画像認識して、マーカーを用いずに画像情報により、CT画像と患者位置の空間的対応関係を求める処理を行う拡張現実技術の開発を行ってきた。現在の仕様では、CTや口腔内スキャナの三次元画像から、手動で歯の領域を分割(セグメンテーションというコンピュータ処理)する必要がある。そこで、近年、注目を集めている深層学習に基づいた人工知能技術の導入が有用と考えた。本課題では、人工知能が自動で取得したデータから認識・理解し、歯の領域を自動セグメンテーションして、CT画像と患者位置のレジストレーションを行う。
キラリティと開殻性を併せ持つ新規非線形光学物質の理論設計

これまでに申請者は、らせん構造を有する縮環有機系において、両端にラジカル電子を有する構造を導入し、ラジカル軌道同士が相互作用するような位置関係にある場合において、分子内パンケーキ結合が形成しうることを明らかとしてきた。こうした分子内パンケーキ結合系においては開殻性を有することが期待される。開殻性を有する分子系は、通常の閉殻系に比べて高い非線形光学(NLO)物性を示すことが、すでに理論的に予測されている。そこで本研究では、先行研究おいて分子内パンケーキ結合を有することが明らかとなっている分子系と、これらに対応する閉殻系において、両端の環のπ平面積層方向の三次NLO物性を算出し、らせん構造を有する縮環有機系における三次NLO物性の設計指針の提案を目指した。計算の結果、開殻系は対応する閉殻系に比べてそれぞれ2ー43倍程度大きな三次NLO物性を有することがわかった。以上のように本研究では、らせん構造を用いた新たな分子内パンケーキ結合系を提案し、これらの分子系において、両端部位やらせん部位の修飾により、開殻性と非対称性を制御し、高効率なNLO物性が得られる分子構造を具体的に提案することに成功した。また申請者は同時期に、アルカリ土類金属逆サンドイッチ錯体における三次NLO物性についての物質設計指針の提案も行った。モデル系には、アルカリ土類金属として2族のCaとMgを、有機配位子として炭化水素の四員環、八員環を用いた。電子状態についての詳細な解析の結果、サイズの大きな反芳香族炭化水素環と高周期アルカリ土類金属からなる逆サンドイッチ金属錯体においては、大きな三次NLO物性を実現すると期待される条件である中間的な開殻性と大きなジラジカル間距離を同時に実現していることがわかった。こうした結果を元に三次NLO物性についての具体的な物質設計指針の提案に成功した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
免疫系担当細胞の発生・分化に関与するリンホカイン及びその受容体の解析

マウスIL-5レセプタ-α鎖(IL-5結合分子)cDNAをプロ-ブに、プラ-クハイブリダイゼイション法により、ヒト好酸球cDNAライブラリ-よりヒトIL-5レセプタ-α鎖のcDNAを単離しその全構造の決定をした。ヒトIL-5レセプタ-α鎖も膜貫通型のものと可溶性型の2種類あり、そのいづれもメッセ-ジが好酸球で発現していることが確かめられた。リコンビナントヒトIL-5レセプタ-α鎖はマウスのα鎖とよく類似しており(アミノ酸レベルで約60%の類似性あり)、細胞質外トメイン、膜貫通部分、および細胞質内ドメインより構成されていた。細胞質外ドメインには4コのシスティン残基モチ-フWS×WSモチ-フがそれぞれ保存されており、サイトカインレセプタ-に共通の構造をしていた。細胞質内ドメインは比較的短かく、チロシンキナ-ゼドメインやキナ-ゼのカタリティックドメインは存在せず、α鎖単独ではIL-5シグナルが伝わらないことを予測させた。このcDNAをCOS細胞に発現させると比較的高い親和性でIL-5と結合する分子が発現した。又IL-3依存性FDC-P1にヒトIL-5レセプタ-α鎖を発現させるとヒトIL-5に応答性を獲得しDNA合成を示した。このことよりヒトIL-5レセプタ-α鎖もマウスIL-5セレプタ-β鎖(Alc2B)と会合し、IL-5に応答性を付与させうると考えられ、ヒトα鎖もヒトβ鎖と会合し機能的IL-5レセプタ-を構築していると予測された。リコンビナントIL-5α鎖の分子量は約60〓であった。今後はヒトIL-5レセプタ-β鎖の同定とそのシグナル伝達の解析が必須と思われる。
リン脂質分解酵素ホスホリパーゼD(PLD)の生理的役割の解析

上皮増殖因子(EGF)受容体(EGFR)から、細胞運動に重要なラッフル膜形成に至るシグナル伝津メカニズムは不明である。EGFRはその活性化に伴い、細胞質領域の5つのチロシン残基(Y)が自己リン酸化され、下流シグナルを伝達する。そこでこれら5つのYに変異を導入したEGFRを用いてラッフル膜形成に必要なYの同定を試みた結果、992番目のY(Y992)がラッフル膜形成に必要であった。また、リン酸化Y992(pY992)を認識して結合する分子として同定されているホスホリパーゼCγ1(PLCγ1)のEGF刺激によるラッフル膜形成への関与について解析した。内在性PLCγ1の細胞内局在を解析したところ、EGF刺激によりPLCγ1は、pY992依存的に形成されたラッフル膜にEGFRと共局在した。EGF刺激によるラッフル膜形成は、ドミナントネガティブPLCγ1変異体PLCγ1およびPLC活性阻害剤のいずれによっても阻害された。以上の結果から、PLCγ1はEGF刺激によるラッフル膜形成に関与することが明らかとなった。また、EGF刺激を介したラッフル膜形成において中心的役割を果たすことが報告されている低分子量GTP結合蛋白質のRac1がpY992およびPLCγ1によって仲介される経路においても役割を果たすかについて解析した。EGF刺激によるRac1の活性化は、PLC活性阻害剤により阻害された。また、ドミナントネガティブRac1変異体によってpY992依存性ラッフル膜形成は阻害された。以上の結果からRac1変異体の活性化は、pY922およびPLCγ1によって仲介されるラッフル膜形成シグナリングにおいても役割を果たすことが明らかとなった。また、EGFRの自己リン酸化を介さない、CrkIIが仲介するEGF依存性ラッフル膜形成シグナリングについても同様に解析したところ、この経路においてもRac1の活性化が必要であることが明らかとなった。
非線形・非平衡パターン形成現象に対する構成的な動力学手法の確立

本年度は河川の流路形態の変化を示すモデリングを主題とした。この現象の精密なモデル化に成功すれば、物質移動による境界の動的変化を伴う流体現象を解析する基礎モデルとなる。なぜなら、風紋・海流砂礫移動に伴う海岸線の移動などの物質移動を伴う地形形成現象に対して直接応用が可能となるばかりか、河川の動力学において重要な役割を担っている物理過程に個々特別な過程を追加する形で多様なパターン形成現象に対応可能となるからである。この様な理由から、第一に物質移動を伴う流体系の雛型である河川流路形態遷移現象のモデル化を行った。モデルは鉛直方向に平均化を及ぼした2次元流体方程式と現象論的な浸食・堆積のダイナミクスが結合したシステムである。蛇行流から網状流へと遷移を再現するモデルの構築を目指して、現象論的方程式の改良を行った。具体的には水深方向に平均化した速度場のダイナミクス(2次元Navier-Stokes方程式)と流れに伴う侵食・堆積の現象論的ダイナミクスをシミュレーションによって試行錯誤を行い、最適なダイナミクスを選択した。このモデルをベースとした数値実験を行い、単一のモデルで川底の傾斜の増大に伴い直線-蛇行-網状という河川の典型的な三形態を再現する事に成功した。シミュレーションによって、形態変化の定量的な特徴付けを試みた。たとえば、屈曲度の時間変化や傾斜に伴う変化などの統計量を導出した。本年度は河川の蛇行を主眼においたモデル化を行った。ただし、この現象の精密なモデル化に成功すれば、物質移動による境界の動的変化を伴う流体現象を解析する基礎モデルとなる。例えば、化学反応ダイナミクスを導入すれば、鍾乳石形成などの現象に対しても同様なモデル化が可能となる。この様な理由から、第一に物質移動を伴う流体系の雛型である河川のモデル化を行った。具体的には、水深方向に平均化した速度場のダイナミクス(2次元Navier-Stokes方程式)と流れに伴う侵食・堆積の現象論的ダイナミクスを結合させたモデルを導入した。このモデルを元にして、現在、蛇行形成過程の物理的機構や蛇行のオーダーパラメータ(秩序変数)・無次元パラメータを明らかにするべく大規模シミュレーションを行っている。これらの研究成果は日本物理学会や京都大学数理解析研究所研究会等において発表した。この現象の精密なモデル化に成功すれば、物質移動にょる境界の動的変化を伴う流体現象を解析する基礎モデルとなる。蛇行流から網状流へと遷移を再現するモデルの構築を行った。具体的には水深方向に平均化した速度場のダイナミクス(2次元Navier-Stokes方程式)と流れに伴う侵食・堆積の現象論的ダイナミクスを結合させたモデルを導入した。このモデリングにより網状流の形成には掃流と浮遊流との比率が重要な役割を担うことが明らかになった。土砂流動の主要因が掃流である場合には網状化が推進され、浮遊土砂が主要因であれば蛇行流路が形成される事を明らかにした。このモデルを元にした蛇行形成過程の物理的機構や蛇行のオーダーパラメータ(秩序変数)・無次元パラメータを明らかにするべく大規模シミュレーションを行った。これらの研究成果を日本物理学会や京大数理解析研究所研究会、同基礎物理学研究所等において発表した。

具体的には水深方向に平均化した速度場のダイナミクス(2次元Navier-Stokes方程式)と流れに伴う侵食・堆積の現象論的ダイナミクスをシミュレーションによって試行錯誤を行い、最適なダイナミクスを選択した。このモデルをベースとした数値実験を行い、単一のモデルで川底の傾斜の増大に伴い直線-蛇行-網状という河川の典型的な三形態を再現する事に成功した。シミュレーションによって、形態変化の定量的な特徴付けを試みた。たとえば、屈曲度の時間変化や傾斜に伴う変化などの統計量を導出した。
音声発達の臨界期を制御する神経メカニズムの解明

本研究はキンカチョウの歌学習をモデルとして用い、音声発達の臨界期の神経メカニズムを明らかにすることを目的とした。特に、この時期の聴覚経験が脳内の神経回路形成にどの様な影響を与えるのか、電気生理学的手法を用いて明らかにした。その結果、終脳の聴覚関連領域になる神経細胞の一部が覚えた歌に特異的な聴覚応答を示すようになること、この特異的な聴覚応答は、聴覚関連領域のGABA抑制性伝達を阻害することにより小さくなることが明らかになった。つまり幼少期の聴覚経験により、聴覚関連領域内の抑制性回路が補充されることにより親の歌に対する記憶の形成であることが考えられた。昨年度の研究においてキンカチョウの大脳聴覚連合野の神経細胞では親鳥の歌を聴く、と言う聴覚経験を得ることにより、親鳥の歌に選択的な聴覚応答が見られるようになることが明らかになった。ここからこの領域に親鳥の歌の記憶が形成されること、つまり聴覚経験依存的な可塑性が見られることが示唆された。そこで本年度はこの聴覚連合野の聴覚応答についてさらに詳しい解析を行った。まず、慢性記録法を用いることによりこの領域の神経細胞に見られる聴覚経験依存的な聴覚応答の可塑的変化(長期的可塑)の詳しい解析を行った。この方法を用いることにより、親の歌を聴く経験の前後1ヶ月以上に渡り記録を行うことが可能となった。その結果、聴覚連合野の神経細胞は特定の成鳥の歌を聴き続けることにより、この歌に対する選択制を獲得することが明らかとなった。さらに、覚醒下と睡眠下、親鳥との接触の有無など動物の状態の違いに依存した聴覚応答の可塑的変化(短期的可塑性)も見られることが分かった。さらに昨年度には新たにウィルスベクターを用いた薬理遺伝学的手法の確立に成功したが、本年度はこの手法を応用し、鳥の歌を聴いている時の聴覚連合野の活動を制御することでこの領域の歌学習における役割を明らかにする研究を行った。実験はほぼ終了しているがデータの解析が途中であり、成果については検討を行っている。加えて、上記で見られた可塑性に抑制性神経細胞が関わっているのか、抑制性神経機構の発達による臨界期の決定という本研究課題の研究仮説を確かめるため、この大脳聴覚関連領域における抑制性神経細胞の発達、それにおける聴覚経験の影響などを免疫組織学的に調べる研究を開始した。また、電気生理学的研究においても、慢性記録で見られた聴覚応答の短期的可塑性に抑制性入力が関わるのかどうか、薬理学的研究を行うための実験系の確立、予備実験を開始した。本年度はキンカチョウの歌学習に伴う抑制性細胞の可塑的変化を明らかにすることにより、臨界期を制御する神経メカニズムを明らかにするため、感覚運動領域である終脳HVC核、特にその中の抑制性神経細胞に注目し研究を行う予定であったが、その後に発表された論文(Sanes DH, Woolley SM、Neuron2011)の内容を検証した結果、当初の研究計画を変更し1)HVC核に入力する大脳聴覚連合野における聴覚応答を明らかにすること、さらに来年度以降、この領域の歌学習における役割を明らかにするため2)脳内の特定の領域における神経活動を制御する方法の開発を行った。聴覚連合野の神経細胞はこれまでの研究から、学習した親の歌を聞かせることによりcFOSの発現が観察されるなど歌学習によって記憶が形成される領域と考えられているが、神経生理学的報告はなく、学習臨界期の形成に関わる報告もない。そこで本年度はまず、この領域の神経細胞に学習した歌の記憶と考えられる親の歌に対する選択的な聴覚応答があるかどうか調べたところ、数日間だけ父親の歌を聴いただけの雛鳥のでも、聴覚連合野の限られた領域に父親の歌に特異的な聴覚反応が見られるようになることが明らかになった。また来年度にはこの領域の神経活動の歌学習における役割を明らかにするための研究を行う予定であるが、その為には直接、神経細胞の活動を制御できるシステムが有用である。そこでウィルスベクターを用いて、特定の脳内の領域にインベルメクチン作動性Clチャンネルを発現させ薬理学的に可逆的に神経活動を抑制することシステムをキンカチョウにおいて確立した。系の確立は領域の役割が明らかになっている運動神経核、RA核において行ったが、インベルメクチンの投与により可逆的に神経活動の変化、またそれによる行動の変化が起きることがそれぞれin vitro、in vivoで確認された。本年度は研究最終年度に当たるため、キンカチョウ終脳の聴覚関連領域における幼少期の聴覚経験の影響をまとめ、論文として投稿できるよう必要なデータを取得した。初年度からの研究により、幼少期に親の歌を聴く、という聴覚経験により終脳聴覚関連領域の中でも背内側部の神経細胞が聞いた親の歌に特異的なch聴覚応答を見せることが明らかになった。

さらに、この領域に慢性電極を植え、親の歌を聴き、歌を学習している長期間に渡り、この領域の神経細胞の聴覚応答を調べた。聴覚関連領域には発火頻度、発火の波形のちがう2種類の神経細胞、BS細胞、NS細胞があることが明らかになった。さらに親の歌を聴くという聴覚経験がないと、どちらの種類の神経細胞も様々なトリの歌に反応するが、親の歌を聴いて数日10日後には一部のBS細胞のみが親の歌のみに特異的に聴覚応答を示すようになることが明らかになった。これらのことは、幼少期に親の歌を聴く、という聴覚経験により聴覚関連領域の神経回路が再編成されたことが考えられた。さらに、この聴覚関連領域における神経回路編成を詳しく調べるため、この領域にGABA受容体の阻害剤であるGabazineを局所投与し、GABA抑制性機構の役割を調べた。その結果、Gabazieを投与すると、親の歌に選択的に聴覚応答を示す神経細胞は、他の歌にも反応するように、つまり選択性が下がることが明らかになった。一方で、選択制のないBS細胞、NS細胞ではGabazineを投与しても聴覚応答に変化は見られなかった。これらのことから、キンカチョウでは幼少期の聴覚経験に依存して、終脳聴覚関連領域のGABA抑制性機構が修飾されることで、この領域の神経回路が成熟し、親の歌の記憶が形成されると考えられた。また、聴覚領域における音声情報処理機構についても解析を行った。神経生物学本研究計画は研究初年度であった昨年度に当初の研究計画を変更し、研究の標的を大脳聴覚連合野に絞った。当初の目的の脳内領域と異なり、これまでの研究報告の少ない領域であったため、その聴覚応答、歌学習における役割などその基本的な研究から行う必要があったが、本年度はさらに慢性電極による電気生理学的手法、昨年度に確立した薬理遺伝学的手法など新たな手法を導入することにより、臨界期に行われる可塑性を見出すことが出来た。これまでの研究が少ないことから当初の研究計画により基礎的な研究が多くなっているが、実質的な内容としては新たな発見につながる成果が多く、今後の発展が期待できる。また、多くの手法を使い、多岐的な研究を行っているため、今後、研究発表を行う際にはより多くの成果が出ると期待できる。つまり結果としては概ね順調に進んでいると考えられる。本年度は当初の研究計画を変更し、研究の標的を大脳聴覚連合野に絞り研究を行った。当初の目的の脳内領域と異なり、これまで、研究報告の少ない領域であったため、その聴覚応答、歌学習における役割などその基本的な研究から行う必要があったが、本年度の研究において雛鳥において聴覚学習を行うことにより、学習した歌に対する聴覚応答が見られるようになることが明らかになった。つまり学習臨界期の感覚刺激に伴い脳内のどの領域に、どの様な変化が見られるか、という臨界期可塑性の原点となるべき現象を見出すことが出来た。さらにこの可塑性の学習における役割を明らかにするための手法として、ウィルスベクターを用いたインベルメクチン作動性Clチャンネルの発現による神経活動の可逆的抑制の系をキンカチョウにおいて始めて確立できた。この系の本研究に対する応用は来年度行う予定であるが、有用な方法であるため研究の目的達成に大いに役立つことが期待される。これらの結果はともに来年度、学会発表を行う予定になっている。2014年度は本研究計画の最終年度に当たる。
ホヤ胚の内胚葉分化と中胚葉誘導における分子機構の解明

転写因子が発生においてきわめて重要な働きを行うことは自明であるが、特定の動物で転写因子について網羅的かつ統合的な研究が行われている例はほとんど無い。ホヤは脊索動物でありながら脊椎動物よりもはるかに単純なゲノム構造を持ち、そのドラフト配列は決定されている。このことを利用して昨年度までにホヤのゲノムにコードされる転写因子遺伝子を網羅的に同定した。16年度はその情報をもとにそれらの遺伝子の胚発生における発現パターンをホールマントin situハイブリダイゼーション法によって可能な限り網羅的に明らかにした。それによれば、ホヤ胚ではほぼすべての割球の発生運命の決定が行われる110細胞期までに胚性の発現を開始する遺伝子は65個しかないことが明らかとなった。すなわち、この65個の転写因子遺伝子の昨日および相互の関係を明らかにしていくことによってホヤ胚における各割球の運命決定メカニズムの骨格を明らかにすることができることが明らかとなった。同時に、600あまりの転写因子遺伝子のcDNAクローンの塩基配列を決定し、オルターナティブスプライシングフォームを含めた遺伝子の一次構造を正確に同定した。こうした基礎的な情報に基づいて、筋肉細胞の発生運命決定にきわめて重要な働きをもつ転写因子であるCi-machol遺伝子について解析を進め、その下流で初期原腸期胚までに発現を始める転写因子遺伝子を網羅的に同定した。特に筋肉細胞は自律的に分化し細胞間相互作用を必要としないことが知られているので、下流遺伝子として同定された遺伝子が直接筋肉細胞における構造遺伝子の発現に関与している可能性もある。また、Ci-machol遺伝子の下流遺伝子であるCi-Tbx6bは筋肉細胞の分化に必須であることも明らかにし、筋肉細胞分化における遺伝子カスケードの大枠をとらえることに成功した。1.ユウレイボヤ(Ciona savignyi)の卵を遠心して生じる四種類の卵片のうち、黒卵片と名付けられた卵片には筋分化決定因子や、内胚葉分化あるいは原腸陥入にかかわる因子が含まれている。一方、赤卵片と名付けられた卵片にはこれらの因子は含まれない。これまでに黒卵片に局在する因子を包括的に明らかにするため、二つの卵片から未増幅のcDNAプラスミドライブラリーを作製し、合計3000程度のEST解析を行ってきた。これをさらに発展させ、合計27,000のESTを得た。詳細は現在解析中であるが、両者の比較により、どちらかの卵片に有意に局在する決定因子の候補遺伝子をいくつか得つつある。2.私たちの研究グループはカタユウレイボヤ(Ciona intestinalis)のドラフトゲノム配列およびESTを公開したので、それに伴い、ホヤのゲノム内に含まれる既知の転写因子およびシグナリング分子の相同遺伝子を本研究において網羅的に同定した。脊椎動物で知られている基本的な遺伝子はほとんどホヤゲノム内に存在するが、パラログの数はホヤゲノムにおいては非常に少ないことが明らかとなった。このことは発生における遺伝子ネットワークの解明という点において、ホヤ胚の優位性を示すものである。現在、これらの遺伝子について網羅的に発現パターンを調べている。実際に、発現パターンから、内胚葉の決定に関わる母性β-catenin遺伝子の下流であると考えられるいくつかの遺伝子について機能解析を同時に進めているところである。このことにより、ホヤ初期発生において、特にβ-cateninの下流で働く遺伝子群についてそのネットワークを明らかにしつつある。ユウレイボヤ(Ciona savignyi)胚において母性β-cateninの下流で働くFGFであるFgf9/16/20は間充織を誘導する。しかし、この誘導を受けた後に予定間充織細胞がどのような過程を経て特殊化されるのかという問題については全く明らかとされていなかった。そこで、本研究においてはこの点について研究を進め、誘導を受けた後に予定間充織細胞においてbHLH型の転写因子をコードするTwist-like1遣伝子が発現し、この遺伝子が間充織細胞の分化に必要かつ十分な役割をもつことを明らかにした。間充織細胞は110細胞期胚のA7.6,B7.7、B8.5と呼ばれる3つの割球対から生じるが、Twist-like1はいずれの系譜の間充織細胞においても必須の役割を担っていた。一方で、これらのそれぞれの系譜ではTwist-like1を発現するまでに働く遺伝子群、また、Twist-like1の下流の遺伝子群がおのおの異なっていることも併せて明らかにした。また、幼生の体幹腹側細胞(TVC)は成体の心臓の原基であるとされている細胞であるが、その分化機構はこれまで全くわかっていなかった。そこで、この細胞系譜で発現する遺伝子をスクリーニングし、発生運命の決定が起こる時期に特異的に発現するbHLH型転写因子をコードするMesp遺伝子を同定した。この遺伝子の機能を阻害するとTVCは分化しないことを明らかにし、Mesp遺伝子がこの細胞の分化に必須の役割をもつことを突き止めた。またDiIラベリングを用いた細胞系譜追跡によって、ユウレイボヤにおいてTVCが成体の心臓の原基であることを実際に証明し、Mesp遺伝子の機能阻害によって成体の心臓の分化も阻害されることも明らかにした。さらに、Mesp遺伝子の下流において脊椎動物で心臓形成に重要とされているHand遺伝子、Nkx遺伝子などが働くことも併せて明らかにした。Mesp遺伝子はマウスなど脊椎動物を用いた研究でも心臓を含む中胚葉形成の初期過程において働くことが知られており、本研究ではMesp遺伝子に始まる心臓形成の分子機構がホヤから哺乳類まで脊髄動物で広く保存されている可能性を示した。

転写因子が発生においてきわめて重要な働きを行うことは自明であるが、特定の動物で転写因子について網羅的かつ統合的な研究が行われている例はほとんど無い。ホヤは脊索動物でありながら脊椎動物よりもはるかに単純なゲノム構造を持ち、そのドラフト配列は決定されている。このことを利用して昨年度までにホヤのゲノムにコードされる転写因子遺伝子を網羅的に同定した。16年度はその情報をもとにそれらの遺伝子の胚発生における発現パターンをホールマントin situハイブリダイゼーション法によって可能な限り網羅的に明らかにした。それによれば、ホヤ胚ではほぼすべての割球の発生運命の決定が行われる110細胞期までに胚性の発現を開始する遺伝子は65個しかないことが明らかとなった。すなわち、この65個の転写因子遺伝子の昨日および相互の関係を明らかにしていくことによってホヤ胚における各割球の運命決定メカニズムの骨格を明らかにすることができることが明らかとなった。同時に、600あまりの転写因子遺伝子のcDNAクローンの塩基配列を決定し、オルターナティブスプライシングフォームを含めた遺伝子の一次構造を正確に同定した。こうした基礎的な情報に基づいて、筋肉細胞の発生運命決定にきわめて重要な働きをもつ転写因子であるCi-machol遺伝子について解析を進め、その下流で初期原腸期胚までに発現を始める転写因子遺伝子を網羅的に同定した。特に筋肉細胞は自律的に分化し細胞間相互作用を必要としないことが知られているので、下流遺伝子として同定された遺伝子が直接筋肉細胞における構造遺伝子の発現に関与している可能性もある。また、Ci-machol遺伝子の下流遺伝子であるCi-Tbx6bは筋肉細胞の分化に必須であることも明らかにし、筋肉細胞分化における遺伝子カスケードの大枠をとらえることに成功した。
遺伝的アルゴリズムの最適化問題への適用に関する基礎研究

本研究は平成5年度の単年度計画で,柔らかい最適化手法として近年注目される遺伝的アルゴリズムに関する新しいテーマに取り組むものであり,今年度内で,複雑な系の最適化に遺伝的な解法を適用する上での問題点を明らかにし,拡張した解探索アルゴリズムの提案を行うことを目的としていた.1年間の研究活動による本研究の成果は以下のとおりである.大規模で複雑なシステムの最適化では一般に,システム性能を解析的に求めることは困難で,シミュレーションあるいは実際の動作を通した性能評価が必要である.本研究ではまず,これら現実の最適化問題の特徴を考察し,(1)観測される評価量に雑音(たとえばシミュレーションの乱数による評価量の変分など)が含まれること,(2)評価に時間がかかるため計算資源の有効な配分が性能向上の鍵となること,の2点を重要な問題点として指摘した.次に上記の性質を扱うため,(i)評価量の誤差,および,(ii)探索空間上での評価量の分布,をダイナミックに推定しながら探索過程を制御し,限られた時間の中で効率的に良い解を求める適応的な探索法を開発した.また代表的なベンチマーク問題を用いて従来の方法との性能比較を行い,雑音のある探索問題における提案手法の優位性を示した.本研究の成果である新手法は,統計学の逐次決定理論を応用しており,遺伝的アルゴリズムだけではなく一般の生成検査法(Generate and Test Method)においても適用可能である.また本研究のもう1つの成果として,遺伝的アルゴリズムが行う超平面上での探索処理に関して有用な知見が得られたことがあげられ,今後の研究指針として役立てる予定である.本研究は平成5年度の単年度計画で,柔らかい最適化手法として近年注目される遺伝的アルゴリズムに関する新しいテーマに取り組むものであり,今年度内で,複雑な系の最適化に遺伝的な解法を適用する上での問題点を明らかにし,拡張した解探索アルゴリズムの提案を行うことを目的としていた.1年間の研究活動による本研究の成果は以下のとおりである.大規模で複雑なシステムの最適化では一般に,システム性能を解析的に求めることは困難で,シミュレーションあるいは実際の動作を通した性能評価が必要である.本研究ではまず,これら現実の最適化問題の特徴を考察し,(1)観測される評価量に雑音(たとえばシミュレーションの乱数による評価量の変分など)が含まれること,(2)評価に時間がかかるため計算資源の有効な配分が性能向上の鍵となること,の2点を重要な問題点として指摘した.次に上記の性質を扱うため,(i)評価量の誤差,および,(ii)探索空間上での評価量の分布,をダイナミックに推定しながら探索過程を制御し,限られた時間の中で効率的に良い解を求める適応的な探索法を開発した.また代表的なベンチマーク問題を用いて従来の方法との性能比較を行い,雑音のある探索問題における提案手法の優位性を示した.本研究の成果である新手法は,統計学の逐次決定理論を応用しており,遺伝的アルゴリズムだけではなく一般の生成検査法(Generate and Test Method)においても適用可能である.また本研究のもう1つの成果として,遺伝的アルゴリズムが行う超平面上での探索処理に関して有用な知見が得られたことがあげられ,今後の研究指針として役立てる予定である.
アフラトキシン生産阻害物質を用いたアフラトキシン生産調節機構の解析

カビ毒であるアフラトキシンは天然物質で最強の発ガン性を有し、アフラトキシン生産菌の感染による農作物のアフラトキシン汚染は食の安全性にとって極めて深刻な問題である。しかし、現在効果的なアフラトキシン汚染防除法は無い。防除法の開発にはアフラトキシンの生産機構の詳細を解明することが重要であるが、二次代謝であるアフラトキシン生産を開始させる一次代謝での調節機構は不明である。本研究ではアフラトキシン生産菌の一次代謝調節系に作用しアフラトキシン生産を特異的に阻害する薬剤アフラスタチンA(AsA)の作用機構解析をとおして、アフラトキシン生産調節機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする。昨年度までにAsAはAspergillus parasiticusの炭素代謝系、特にグルコース代謝を大きく変化させることを見出した。本年度、種々のラベルAsAを作製し、AsAの標的分子の同定を試みる過程で、AsAの添加によりA. parasiticusの内在性ビオチン酵素量が大きく減少する現象が見られた。そこで、ビオチン酵素代謝系の鍵酵素であるビオチンをアポプロテインに結合させるビオチンアポプロテインリガーゼ(BPL)に対するAsAの阻害活性を調べることにした。基質を大腸菌大量発現系で調製し、A. parasiticusの菌体抽出液を粗酵素液として酵素反応を行ったところ、AsAは5μg/mlでBPL活性を阻害した。ビオチン酵素にはアフラトキシン生合成の原料となるマロニルCoAを生成するアセチルCoAカルボキシラーゼ(ACC)が含まれ、AsAはBPLの阻害により活性型ACCを減少させ、マロニルCoAの供給を停止することによりアフラトキシン生産を阻害する機構が示唆された。現在、BPLをコードする遺伝子をA. parasiticusから取得し、大腸菌での発現酵素を用いてAsAの阻害活性を調べている。アフラトキシンはカビが作る強力な発癌物質である。アフラトキシンによる穀物汚染は世界的に深刻な問題であり、その汚染防御法の確立が急がれている。アフラトキシンは二次代謝産物として生産され、その生産を特異的に阻害する薬剤は、選択性の高い汚染防除剤として有望である。アフラスタチンはアフラトキシン生産経路の未知のアフラトキシン生産調節機構に作用する薬剤である。本研究では、アフラスタチンの作用点を分子レベルで解明し生産調節機構に関する基礎知見を得ることを目的とする。アフラスタチンはAspergillus parasiticusのアフラトキシン生産を0.5μg/mlの濃度で完全に抑制し、その際菌の成育にはほとんど影響を与えない。アフラトキシン生合成遺伝子およびその調節遺伝子であるaflRの発現を調べたところアフラスタチンはaflRの発現を抑制することが判明した。また、アフラスタチンの添加によりA. parasiticusの炭素代謝系が劇的に変化し、培地中へのエタノール蓄積およびグルコース代謝の促進が見られた。これらの事実はアフラトキシンの生産に直接関与する一次代謝調節系がアフラスタチンによって影響を受けていることを示唆した。また、フォトアフィニティーラベルビオチン化アフラスタチンを用いてアフラスタチンと結合するタンパク質を探索を行う過程で、アフラスタチンの添加によりA. parasiticusの持つ数種のビオチン結合タンパク質量が減少し、アフラスタチンとビオチン量との関連性が示唆された。今後、アフラスタチンの作用とビオチン生合成等との関係を明らかにし、またRI等のラベルアフラスタチンを調製しアフラスタチンのターゲット分子の同定を行う予定である。