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2つの独立したプラズマ発生源による炭化水素系プラズマ中のラジカル反応制御

平成元年度には、63年度の研究報告からの反省点を改善すべく、発光スペクトルへの残留空気の影響を解決すめため高真空排気可能な系を作製した。この系において電離電圧が大きく異なる2種類のガス(Ar,He)について実験を行い、励起方法の違いが発光スペクトルに与える影響について調べた。まず、Ar,Heガスを単独に放電する実験において、励起部では、Ar,He共に圧力増加(流量増加)すると共に発光スペクトル強度が増加し、電子温度は減少するという傾向が得られた。プラズマ内のエネルギ-尺度としての電子温度×電子密度を考えれば、実験を行った圧力領域ではほぼ一定の値となった。アフタ-グロ-部では、圧力増加と共に発光強度が減少し、電子温度も減少する傾向が得られた。しかし、Arの4p,4p'準位から準安定励起準位である4s準位への遷移による発光は、他の発光スペクトルのように圧力増加と共に減少傾向は示さず、ほぼ一定の発光強度を示している。これにより、本実験における圧力領域(1090mTorr)においては、Arの準安定準位へは一定k割合で励起が生じていることがわかった。次にAr,Heどちらかのプラズマのアフタ-グロ-中に、他方のガスを注入し励起を生ぜしめるという実験を行った。まず、Heのアフタ-グロ-中へのArガス注入による実験であるが、Ar流量増加にともない、He発光スペクトル強度が減少し、Ar発光スペトクル強度は増加した。これは、ペニング効果により説明されるが、Arアフタ-グロ-中へHeガスを流入する実験では、Arの発光スペクトルのみならず、Heの発光スペクトルも見られ、Arプラズマから、電離電圧が約9eV高いHeへのエネルギ-の移行が行なわれたものと思われる。これについては、アフタ-グロ-部の励起部からの漏れ電界の効果や、Ar準安定励起準位の関与などが考えられる。また、数Torrオ-ダの真空度においてHe,Arプラズマの電子温度、電子密度をダブル-プロ-プ法により測定した。アフタ-グロ-下部では、その上部より電子密度は、減少傾向にあるが、電子温度は上昇する傾向にある。この理由として準安定励起種同志の衝突による電離が考えられる。その他、圧力依存性や電力依存性に対する知見を得た。ついで、上記の知見を実際のプラズマ重合と結び付けるべく、Heをキャリアガス、トルエンをモノマ-ガスとして重合を行った。その結果、アフタ-グロ-領域での成膜においては、膜堆積速度は電子密度に大きく依存するが、電子温度にはあまり関係しない。しかしながら、膜の構造には電子温度が強く影響していることがわかり、プラズマ励起方式の違いにより、電子温度、電子密度を変化させることで、膜構造を制御しうることが示された。
創薬展開を指向した環状ペプチドの新規合成法の開拓研究

本研究では固ー液融合型ペプチド合成法を基盤としたオレフィンメタセシスによるラクタム型環状ペプチド合成法の開発と、Microviridin類およびその誘導体合成への応用を目的とした。申請者はまずペプチドの構造固定化の実用的合成法として、オレフィンメタセシスを利用したアミド型環状ペプチド合成法を確立した。さらにその応用として固ー液融合型ペプチド合成法を用いることとした。申請者はこれまでに複数箇所の架橋構造を有するGLP-1アナログの合成を行った。また、固ー液融合型ペプチド合成法を用いて疎水性アンカー上にペプチド鎖を伸長し、均一系においてオレフィンメタセシスを行う新たな合成法を確立した。従来の固相担体上におけるオレフィンメタセシス反応は一般的に反応効率が非常に低いのに対し、本手法を用いることで均一系においてオレフィンメタセシス反応と続くオレフィンの還元を行うことが可能となり、その反応性を飛躍的に高めることに成功している。申請者は本手法を用いたMicroviridin類の架橋部位の構築に取り組んだ。今後の展開としてはアミノ酸改変や部分構造の削除、結合様式の変更を基本戦略とした様々な誘導体も併せて合成することが求められる。それらの活性との関係を精査し、活性発現に重要な構造情報を明らかにすることで、その結果をもとに活性や選択性の発現に重要なアミノ酸残基、または配列が解明できると考えている。さらに、これと並行して生体内において容易に分解されることが問題であった抗がん活性を有するペプチドに上記の手法で架橋構造を導入した誘導体を種々合成した。その結果、大幅に代謝安定性が向上した誘導体を見出すことに成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。オレフィンメタセシス反応を用い、形式上ラクタムを構築する新規方法論を確立した。さらに本手法を用いて複数箇所の架橋構造を有するGLP-1アナログの合成を行った。従来の固相担体上におけるオレフィンメタセシス反応は一般的に反応効率が非常に低いのに対し、本手法では均一系においてオレフィンメタセシス反応と続くオレフィンの還元を行うことが可能であるため、その反応性を飛躍的に高めることに成功した。機能未知タンパク質のタンパク質ータンパク質相互作用解析の観点からの機能解明研究は非常に重要な研究課題である。これら研究では化学合成ペプチドがタンパク質ータンパク質相互作用を制御するリガンドとして有用な研究ツールとなる。申請者はまずペプチドの構造固定化の実用的合成法として、オレフィンメタセシスを利用したアミド型環状ペプチド合成法を確立することとした。固ー液融合型ペプチド合成法とは、疎水性のアンカー上にペプチド鎖を構築する手法である。疎水性アンカーは有機溶媒に可溶であるため、均一系においてオレフィンメタセシス、続くオレフィンの還元が効率的に進行することが期待される。また反応終了後は適切な溶媒を加えることでアンカーを容易に析出させることが可能である。最後に析出した生成物の洗浄後アンカーの切断を行い、所望の分子内にラクタムを有するペプチドを得るといった手法である。申請者は今年度、オレフィンメタセシス反応を用い、形式上ラクタムを構築する新規方法論を確立した。オレフィンメタセシス反応を用い、形式上ラクタムを構築する新規方法論を確立することに成功した。さらに本手法を用いて複数箇所の架橋構造を有するGLP-1アナログの合成を達成した。また、固-液融合型ペプチド合成法を用いて疎水性アンカー上にペプチド鎖を伸長し、均一系においてオレフィンメタセシスを行う新たな合成法を確立した。従来の固相担体上におけるオレフィンメタセシス反応は一般的に反応効率が非常に低いのに対し、本手法では均一系においてオレフィンメタセシス反応と続くオレフィンの還元を行うことが可能であるため、その反応性を飛躍的に高めることに成功している。今後本手法を用いた様々な生理活性ペプチドの誘導体合成が可能になると考えられる。

従来の固相担体上におけるオレフィンメタセシス反応は一般的に反応効率が非常に低いのに対し、本手法を用いることで均一系においてオレフィンメタセシス反応と続くオレフィンの還元を行うことが可能となり、その反応性を飛躍的に高めることに成功している。申請者は本手法を用いたMicroviridin類の架橋部位の構築に取り組んだ。今後の展開としてはアミノ酸改変や部分構造の削除、結合様式の変更を基本戦略とした様々な誘導体も併せて合成することが求められる。それらの活性との関係を精査し、活性発現に重要な構造情報を明らかにすることで、その結果をもとに活性や選択性の発現に重要なアミノ酸残基、または配列が解明できると考えている。さらに、これと並行して生体内において容易に分解されることが問題であった抗がん活性を有するペプチドに上記の手法で架橋構造を導入した誘導体を種々合成した。その結果、大幅に代謝安定性が向上した誘導体を見出すことに成功した。オレフィンメタセシス反応を用い、形式上ラクタムを構築する新規方法論を確立することに成功した。さらに本手法を用いて複数箇所の架橋構造を有するGLP-1アナログの合成を達成した。また、固ー液融合型ペプチド合成法を用いて疎水性アンカー上にペプチド鎖を伸長し、均一系においてオレフィンメタセシスを行う新たな合成法を確立した。従来の固相担体上におけるオレフィンメタセシス反応は一般的に反応効率が非常に低いのに対し、本手法では均一系においてオレフィンメタセシス反応と続くオレフィンの還元を行うことが可能であるため、その反応性を飛躍的に高めることに成功しており、今後本手法を用いた様々な生理活性ペプチドの誘導体合成が可能になると考えられる。開発した新規方法論を用い、様々な環状ペプチドおよびその誘導体の合成を行う。具体的にはシアノバクテリアにより産生されるMicroviridin類の合成を行う。Microviridin類は多数の分子内アミド構造やエステル構造を有する他に例を見ないユニークな構造を有する多環性ペプチドであり、従来の手法では合成が困難である。Microviridin類は肺気腫治療における標的酵素であるエラスターゼを選択的に阻害することが知られている。Microviridin類の高度に縮環した構造はファルマコフォアーとしての側鎖官能基を適切な空間に配置しうる展開性の高い構造であり、タンパク質ータンパク質相互作用を制御する一つのプラットフォームとして機能発現に関与しているのではないかと考えた。そこで固ー液融合型ペプチド合成法を基盤としたオレフィンメタセシスによる形式的ラクタム、ラクトン形成反応を用い、Microviridin類、およびその誘導体の簡便かつ効率的合成を目指す。さらに構造活性相関から機能発現機構解明に向けた研究や小分子化についても検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。それらの活性を確認し新規リード化合物の探索を行う。
超対称性と宇宙論

超重力理論の枠組みでインフレーション宇宙について研究を行った。まず、ニューインフレーションの初期値問題がプレインフレーションと呼ばれるインフレーションがニューインフレーションの前に起これば超重力理論の効果で初期値が決まり、問題が解決することを示した。このダブル・インフレーションモデルは原始ブラックホールの生成や密度揺らぎスペクトルの折れ曲がりなどを予言し、観測的に興味深い。さらに、従来困難だと思われていた我々は超重力理論でのカオティックインフレーションモデルの構築をすることに成功した。さらに、超対称性理論でのバリオン数生成、特に、アフレック・ダイン機構とそれに伴うQボール生成について調べ、Qボールの存在によって理論のパラメータが厳しく制限されることを示した。11次元の超重力理論において、重力の有効作用の量子補正が曲率の4次から始まることを利用すると、共型変換によって得られるスカラー場によってトポロジカルインフレーションが起こることを示した。揺らぎの振幅が観測に一致するためには大きな余剰次元が必要であることが示され、現在精力的に研究されている大きな余剰次元を持った宇宙論の嚆矢となった。超重力理論においてケーラーポテンシァルの高次項によらずとも適切な再加熱が実現する現実的なダブルインフレーションモデルを構築した。現在観測されている宇宙項はわれわれが縮退した真空を持つ理論の摂動的状態にあると考えれば、自然に説明できることを示した。近い将来宇宙背景輻射の全天マップが得られた際に、これを初期宇宙の揺らぎのスペクトルに還元する手法を開発した。これによって宇宙初期のインフレーション時代の素粒子現象に関する知見を背景輻射の観測データから得ることが可能になる。インフレーション宇宙モデルは標準的宇宙モデルの様々な問題(平坦性問題、地平線問題、モノポール問題等)を解決する新たな宇宙モデルの枠組として非常に魅力的なモデルである。一方、超対称性理論は素粒子の標準理論の問題である電弱スケールの輻射補正に対する安定性の問題を解決するなど非常に優れた性質を持つ理論的枠組である。そこで本年度は超重力理論の枠組で、ニュー・インフレーションモデルを作り、そのモデルが予言する再加熱温度を評価し、それがグラヴィティーノを多く作りすぎない程度に低いことを確かめた。また、ニュー・インフレーションにはインフレーションを起こすスカラー場の初期値に関する問題があるが、超重力理論の枠組ではニュー・インフレーションの前に別のインフレーション(プレ・インフレーション)が起これば超重力の効果により、スカラー場の初期値が力学的に決まり十分なインフレーションが起き、初期値問題が解決されることを示した。また、上に述べたモデルの興味深い場合として、ニュー・インフレーションが不完全で、その前に起こったプレ・インフレーションも現在の宇宙で観測される密度揺らぎを作る場合を考えた。この場合比小さなスケールで大きな密度揺らぎが予言され、自然に原始ブラックホールが作られ、それが我々の銀河ハローで観測されているMACHOとよばれるダークマターになる可能性があることを示した。また、これに関係して一般的に原始ブラックホール生成のダイナミックスについて解析を行った。さらに、ニュー・インフレーションモデルの初期値問題にたいする別の解決法としてトポロジカル・インフレーションについても議論した。超重力理論・超弦理論に現れる軽いスカラー場であるモジュライ場は宇宙論に極めて深刻な影響を与えることが知られているが、このモジュライ場を薄めるメカニズムとして熱的インフレーションを考え、様々な原始インフレーションの下、熱的インフレーションがモジュライを薄め宇宙論的に無害にすることができるかどうかを広い範囲のモジュライの質量に対して系統的に調べ、実際に熱的インフレーションがうまく機能することを示した。また、その際、熱的インフレーションの再加熱温度は極めて低く宇宙初期の元素合成に影響を与える可能性がある。

この問題を含め、一般にどこまで低い再加熱温度が我々の宇宙で許されるかを定量的に調べ再加熱温度に対する有用な制限を得ることに成功した。(川崎)前年度は原始ブラックホールを多数形成することのできる密度揺らぎのスペクトルを与えるインフレーションモデルを構築したが、本年度はその宇宙論的帰結を調べるため、こうした原始ブラックホールが蒸発する際に放出される粒子が初期宇宙の元素合成に与える影響を解析した。また、超対称性インフレーションモデルにおいては、インフレーション中にスカラー場の運動の向きが逆転するような場合がしばしば現れるが、そのような場合に得られる密度揺らぎのスペクトルを計算する処方を開発した。その結果、従来の予想を覆し、スカラー場の時間微分が消える場合にも密度揺らぎは有限な値を保つことがわかった。(横山)素粒子の標準モデルを超対称性化した理論では「Qボール」というノントポロジカル・ソリトンが存在することが知られている。Qボールは一般にバリオン数を持ち、安定であれば宇宙のダークマターと物質・反物質の非対称性の起源という宇宙論の大きな問題を一度に解決する可能性があることで注目を集めている。今年度は、このQボールの宇宙論的な生成を研究した。Qボールを作るスカラー場としてはアフレック・ダイン場を考え、インフレーション中に大きな期待値を持ったアフレック・ダイン場が振動を始めるときにQボールができるかどうかを3次元格子シミュレーションを用いて調べた。その結果、実際に大きなバリオン数を持ったQボールができることを確かめ、Qボールの持つバリオン数と初期条件の関係を明らかにした。また、Qボールが宇宙のバリオン数とダークマターの両方を説明するために要求される条件やQボールが実験によって検出される可能性を議論した。(川崎)研究課題であるインフレーション宇宙論に於ける密度揺らぎの生成について、以下のような研究を行った。従来の密度揺らぎの振幅を与える公式では、インフレーションを起こす場がスローロール近似の運動方程式を満たすと仮定されており、その仮定が満たされない場合には、揺らぎの振幅が発散してしまうが、このような場合にも適用できる正しい解析を行うことにより、より一般的な公式を与えた。また、超重力理論において一般的な初期条件から実現し得るニューインフレーションモデルを提唱した。(横山)今年度は超対称性インフレーション宇宙において非常に効率よくバリオン数を作ることができるアフレック・ダイン機構におけるQボール生成に関する詳しい研究を行った。まず、大規模な数値シミュレーションを行いアフレック・ダイン機構において実際に非常に大きなバリオン数をもったQボールが生成されることを示した。しかも、アフレック・ダイン機構で生成されたバリオン数がほとんど全てQボールに取り込まれることが分かった。このことは、もし、Qボールが安定であればバリオン数はQボールに閉じこめられ我々に「見えない」という問題が起こる。しかし、宇宙初期では周りの熱プラズマとの相互作用でQボールの1部が蒸発しバリオン数を放出する。
環境に応答する亜鉛の活性酸素による細胞死制御機能の解析

ストレスに応答し亜鉛が肝臓に蓄積する。亜鉛は必須金属で様々な生体応答の調節を行うが、蛋白質のSH基等と反応して構造変化を引き起こし障害も惹起する。従来亜鉛は毒性が低く細胞障害抑制性が強調されてきた。それは細胞や組織への亜鉛負荷はメタロチオネイン(MT)を誘導し亜鉛結合体となるためMTの細胞障害抑制作用に焦点が当てられ、亜鉛自体の機能解析が困難だった為である。亜鉛がアポトーシスを抑制し、その作用部位としてcaspase-3活性阻害である事が提唱されている一方で、脳虚血の際に過剰の亜鉛が遊離され神経細胞を障害することが報告され、亜鉛の生理的意義は細胞に対する保護作用と障害作用の両面からの解析が必要である。本研究では、MT欠損細胞等数種細胞を用い亜鉛代謝を変動させ、亜鉛と拮抗し活性酸素産生するCdを用いアポトーシス系を構築し、ミトコンドリアを介する事を示した。同時に亜鉛は用いた細胞の障害を惹起しなかった。そこで細胞内亜鉛濃度増加時の亜鉛及び腫瘍壊死因子存在下の作用を解析した。一過性細胞内亜鉛濃度の亢進した時の生体の細胞の生存がどのように変化するかを亜鉛イオノフォアー(ピリチオン)を用いて検討すると、HL-60細胞と繊維芽細胞共にある一定濃度でのみDNA断片化が観察された。より高濃度では断片化はみられなかったが、細胞生存率減少がおこる事からアポトーシスではなく壊死による細胞死と考えられる。細胞内亜鉛濃度により細胞死経路が規定されると考えられた。更に亜鉛依存的なアポトーシス誘導は未知経路の可能性が示唆され、今後検討の必要がある。活性酸素を産生して多彩な作用を示す腫瘍壊死因子はMT欠損マウス細胞より正常細胞で生存率が低下した。この細胞毒性発現に伴うMTの毒性増強作用はIkB-α、p38MAPK等に依らない事が示され、さらに情報伝達系におけるMTの作用の検討が必要である。本年度はまず細胞培養系の確立を行い増殖速度は正常マウス肝由来伊東細胞及びメタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞との間に差はなく比較実験に使用可能であった。カドミウムによる細胞死の程度はメタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞が正常マウス肝由来伊東細胞より大きく細胞の性質を維持していることが確認された。次いで亜鉛イオン、腫瘍壊死因子自体が細胞に対する影響を検討すると、亜鉛は正常マウス肝由来伊東細胞及びメタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞の増殖にたいする影響に差は認められなかった。腫瘍壊死因子(Tumor necrosis factor-α)(TNF)は正常マウス肝伊東細胞及びメタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞の増殖を抑制するが、その程度は予想より低かった。これは用いた細胞が腫瘍細胞でないためと考えられた。その程度は両細胞群共に同程度であった。腫瘍壊死因子が誘導する細胞死に対して亜鉛が促進作用を示す可能性をさぐるため亜鉛と腫瘍壊死因子を共存させると両細胞群共に細胞死はさらに進行した。メタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞の方が大きく、この細胞では相乗効果がみられた。亜鉛により修飾される細胞死はアポトーシスである可能性を検討するためアポトーシス反応であるミトコンドリアから遊離されるチトクロームCをウエタンブロッテング法で検出した。

亜鉛、TNFがチトクロームCを遊離させる能力をメタロチオネイン遺伝子欠損細胞及び正常マウス肝由来細胞で検討した。メタロチオネイン遺伝子欠損細胞で亜鉛と腫瘍壊死因子の共存でより大きなチトクロームC遊離が検出された。今後アポトーシスの系の確証と活性酸素関与等を検討する。現在用いている正常マウス肝由来伊東細胞及びメタロチオネイン遺伝子欠損マウス肝由来細胞との間で増殖速度に対して亜鉛イオン、腫瘍壊死因子の作用に差はない。しかし腫瘍壊死因子と亜鉛を共存させると細胞の生存は低下した。これは正常マウス肝由来伊東細胞で大きくこれまでの結果と異なっている。これまで使用していた腫瘍壊死因子の入手が不可となり、他種の腫瘍壊死因子を用いた事、そのため生物活性単位から重量単位による表記に伴い系内使用濃度の差による可能性が考えられた。また、今回は細胞状態評価に用いたMTT法はミトコンドリア電子伝達機能を反映するものの必ずしも細胞死を表さない場合もあり今後他方法を用いて検討する。亜鉛の作用は従来の報告では細胞保護に作用する場合が多く、上記のように細胞死を亢進する場合は見られない。そこで伊東細胞に特異的かどうか、また腫瘍壊死因子に特異的かどうかをみるため、他細胞で亜鉛自身が細胞死に対してどのように作用するか検討した。ヒト白血病細胞のHL-60にカドウミウムを添加するとアポトーシスがおこりミトコンドリアからシトクロームcの遊離がみられた。腫瘍壊死因子の場合と同じミトコンドリアを介するアポトーシスである事が示唆された。カドミウムは活性酸素産生を介して作用すると考えられている。そこで亜鉛を共存させるとシトクロームc遊離は完全に抑制された。正常マウス肝由来伊東細胞で腫瘍壊死因子による酸化的ストレスを亜鉛は増強するのに対し、HL-60ではカドミウムによる酸化的ストレスに対し亜鉛は抑制的に作用する事が示唆された。従来の実験条件で行われてきた細胞や組織への亜鉛負荷はメタロチオネインを誘導し亜鉛結合体となるためメタロチオネイン(MT)の細胞障害抑制作用に焦点が当てられ、亜鉛自体の機能解析が困難だった。また、亜鉛の有する生理的意義の解明には細胞に対する保護作用と障害作用の両面からの解析が必要である。本研究では、MT発現欠損細胞を含めた数種細胞を用いて検討した。HL-60細胞のviabilityは培地への亜鉛300uM添加で70%に低下するが、亜鉛イオノフォアーのピリチオンが1.0uM存在すると、亜鉛は20uMで同程度を示した。この時DNA断片化が顕著にみられた。亜鉛のより高濃度では断片化はみられなかったが、viability減少がおこる事からアポトーシスではなく壊死による細胞死と考えられた。繊維芽細胞では、亜鉛によるviability減少は正常繊維芽細胞よりMT発現欠損細胞で大きく亜鉛の作用を受けやすく、また、亜鉛イオノフォアー(ピリチオン)によりDNA断片化が顕著にみられた。ピリチオンの高濃度及び亜鉛共存下では断片化はみられず、壊死による細胞死と考えられた。培地への亜鉛、ピリチオン及びその両者の共存は細胞内亜鉛の増加を示す事も観察された。細胞内亜鉛濃度に依存して細胞死経路が規定されると考えられた。腫瘍壊死因子は活性酸素を産生して多彩な作用を示す事が知られるが、培地へ添加するとMT発現欠損マウス細胞より正常細胞でviabilityが低下した。腫瘍壊死因子に加えて亜鉛が共存しても同傾向であった。
人工現実感生成に貢献する触覚の脳内メカニズム

手の探索運動のコントロールと対象の知覚にかかわる感覚信号を中枢がどう処理するのかを調べた。エッヂの有無、四角、球などの特徴、垂直面、対象の材質、固定された物または可動のものなどに選択性のあるニューロンがあった。いくつかのニューロンは手が自己の体の一部に触れさせられても発火しなかった。すなわち、対象の認識においては自己と他の区別の過程が必要であることが示唆された(Iwamura et al 1995a)。体性感覚野の多くのニューロンが、サルが与えられた刺激に注意を払ったとき、興奮あるいは抑制された。すなわち、感覚野ニューロンが末梢からの刺激に受動的に応答するのみでなく、より上位の中枢からの選択的制御を受けていることが推察された(Iriki et al 1995)。視覚刺激に応じるニューロンの中に自己の手のイメージに反応し、道具使用時にその受容野が拡大するものがあった。すなわち長さ約30センチの棒の先に直交する7センチの板片のついた熊手状の道具で、手が到達しない距離にあるエサを引き寄せて取るようサルを訓練して、ニューロン活動を記録したところ、その受容野に向かう視覚刺激に加えて、棒に向かう刺激にも応答するようになることが見出された(未発表)。
肉腫における増殖・生存シグナルによる抗腫瘍免疫抑制機構の解明

がんは免疫による排除の対象であるが、腫瘍内に積極的に免疫を抑制する環境をつくり上げることで、抗腫瘍免疫から逃避している。免疫抑制性の腫瘍内微小環境の成立には、がん細胞の増殖・生存シグナルを起点とした免疫関連遺伝子の発現制御が寄与していることが、いくつかの癌腫において報告されている。しかし、肉腫においては、腫瘍内の微小環境において免疫抑制機構が働いている可能性が示されているものの、肉腫細胞の増殖・生存シグナルが腫瘍内の免疫抑制に寄与しているかどうかは不明である。本研究では、肉腫における増殖・生存シグナルによる抗腫瘍免疫抑制機構を分子レベルで解明することで、より効果的な肉腫免疫療法の実現を目指す。
ドイツのフィナンツプラッツ(資本市場)育成政策のEU諸国へのインパクト

科研1年目の研究計画書に即して当該年度末までに得られた成果は次のようなものである。ドイツで得た基礎資料の分析を通じ、ドイツの資本市場発展を調べることは次の理由から難しいことがわかった。すなわち現地でも文献が乏しく、またデータベースによる資料収集が難しい。解説の限られた文献の内容の理解には、現地の関係者から意見を聞くことが不可欠であるという技術的な問題が第一にある。さらにドイツにおける市場発展は色々な経済ないし法律以外の要因に影響されるので、そういった要因を考える必要がある(これを正面からとりあげる文献はドイツでも見出しえなかった。しかし一例をあげれば証券投資を導入するとほぼ同時に証券投資を義務教育の一貫として行う準備がなされている。わが国ではドイツよりも大衆投資が進んでいるにもかかわらずそのような動きは低調である。こういった状況を無視して資本市場発展を評価しても不十分であろう)。この二つについてさらに分析を進めなければ研究の結論を十分に論証することができない。そこで構想を4つ((1)ドイツ資本市場振興法改正の経緯、(2)投資家保護、(3)ドイツ特有の制度、(4)欧州他国の反応)に細分化し、その各々について上の二つのアプローチからの検証を試み、わが国の参考となりそうな成果が得られたものを最終的な成果として発表したいと考えている。論点としては(1)については改正のメカニズム、(2)については投資家保護の具体的必要性とその手法、(3)については上で述べた義務教育や、あるいは証券税制軽課措置のメリットデメリット(わが国への導入可能性という観点から判断)、(4)については他国の対抗的な反応(とくにEUの競争推進の理念に矛盾するもの)に対する政策方針、に重点を置く予定である。
不可逆圧縮過程における保存量の研究

情報の符号化における不可逆圧縮過程を前提にして、そこに保存量が定義できないかどうかを数値的・数学的に検証した。特に、情報理論でよく利用される行列モデルを分析したところ、復号の方法に強い制約条件を課さない限りは、一般的に保存量を構成するのは困難であることが判明した。一方、いわゆる粗視化の方法では、厳密に保存量が存在するような符号化の方法を提案することは容易だが、工学的な立場からの有効性は非常に低かった。最終的には、これに関連した計測と制御の問題について非自明な発見をできたので、その主要成果を国際学会で公表した。本研究では、深宇宙探査やゲノム情報処理などのデータマイニング諸分野での適用を想定したデータ圧縮の方法論を検証し、特定の信号検出などを目的に計測されているデータ系列の集約方法を改良したいと考えている。特に、本年度は、不可逆圧縮過程を数理的に基礎付ける「レート・歪み関数」の特性に注目し、それがデータ系列の効率的集約に及ぼす原理的な影響等について数値的・解析的に分析した。その結果、計測データが離散的な確率過程と解釈できるとき、計測時のノイズを相殺する目的で積極的に重複したデータを取得すると、まるで磁性体を加熱していった時に磁化を消失する「相転移現象」を思い起こさせるような最適圧縮率の急激な応答反応が発見された。つまり、計測システムが全体として消費できる通信資源に定量的な意味での制限があるとき、各データはその重複度に相応した不可逆圧縮過程を受けることになるが、その最適な圧縮率の値は外部ノイズの値と共に変化し、まるで磁性体の相転移を彷彿とさせる理論曲線が描けたのである。前年度までの研究では、この理論曲線は二次転移と呼ばれる連続転移にのみ対応すると予想されていたが、今回、通信資源の制限を若干緩和することによって、一次転移と呼ばれる不連続転移に対応するケースもあることが理論的に確認された。また、上記の現象を推測統計の枠組みで再考することによって、データ系列の十分統計量を記述する際に重要となる古典的指標を再発見し、それを現代的なデータマイニングの立場から再評価することにも成功した。現代の社会では、より少ない記憶領域で経済的に情報を保存するために可逆圧縮過程が広く利用されている。しかし、データ系列を完全に再現しなければならないこの可逆過程では、エントロピー限界を超える水準で情報を集約することはできない。情報理論では、完全なデータ系列の再現が困難な圧縮水準でも、距離公理を満足する自然な歪み測度を忠実度規範とした圧縮過程が議論できる。例えばJPEG、MPEG、MP3などは、人間の視覚や聴覚の感覚性、あるいは感覚情報を統合する脳の認識特性を経験的に考慮した忠実度規範を持っていると解釈できる。一方、深宇宙探査やゲノム情報処理などのデータマイニング諸分野では、データスケールが人間の扱える範囲を超えており、すでにコンピュータでの処理が常識になっている。このように、データの入力先が人間の感覚器からコンピュータに置き換わった分野では、人間の感覚・認識特性との親和性は相対的に重要ではなくなり、コンピュータでの統計的処理に適した情報集約の方法を再検討する必要がある。本研究は、古典的な情報縮約と統計的推定を現代的なデータマイニングという視点で融合させようとするのが特色である。本年度は、このようなアプローチの有効性を数学的に検証する目的で、単純なベルヌイ試行を用いた思考実験をコンピュータで実装し、十分統計量の挙動に関するマップを作成した。少ない記憶領域で経済的に情報を保存するために可逆な圧縮過程がよく利用される。ただし、データ系列を完全に再現させるという強い制約条件は、エントロピー限界を超える水準で情報を集約することを不可能にしてしまう。しかし、情報理論では、完全なデータ系列の再現が困難な圧縮水準でも、距離公理を満足する自然な歪み測度を忠実度規範とした圧縮過程が議論できる。このような考え方に基づき、最終年度は、ベルヌイ系列の十分統計量を一定水準の記憶資源から再構成する特殊な推定問題を提唱し、それを非自明な符号化の性能解析に帰着させた。この問題の厳密な立場での解析には、従来の情報理論によるアプローチだけでは不十分で、統計物理学の概念と方法が非常に有用である。課題研究全体としては、時系列の十分統計量に着目し、それを再構成させる適切な符号化問題を定式化したことが重要な成果となる。現在、この方向での研究は、新学術領域研究の課題研究にも一部継承しており、今後はアルゴリズムの数値的安定性までも考慮した推測統計の枠組を提唱したいと考えている。

情報統計力学不可逆圧縮過程が計測データの統計的性質に及ぼす影響については、当初の研究計画では必ずしも予想できなかった内容ではあるが、非常に興味深い現象を発見することができた。つまり、ある種の分散符号化の枠組みにおいて、符号化の空間的自由度に関する制約条件が緩くなった時、外部ノイズに対するデータ圧縮率の最適応答が不連続な挙動を示すことが明らかになったのである。これは磁性体を加熱していくと、ある温度で磁化を消失する現象(一次相転移)を思い起こさせる現象であり、工学的にはアドホックネットワークの研究などに応用が期待できると考えられる。本研究の目的は、深宇宙探査やゲノム情報処理などのデータマイニング諸分野で、特定の事象の検出を主目的に日々大量に蓄積されている計測データの効率的な情報集約のための方法論の確立である。特に、計測データが離散時間の確率過程、あるいは確率変数の列として解釈できるときには、そこで定義される基本的な統計量を保存させる不可逆圧縮過程による情報集約の形式を提唱できると考えている。この方法によって、もとの計測データを特徴づける統計的性質を最大限に継承させながら、同時に圧縮過程で時系列が受ける情報理論的意味での損失を最小限に抑える理想的な不可逆データ圧縮技術を開発し、広範な自然科学の諸分野に経済的なデータ管理のツールを提供できると期待している。本研究におけるデータ系列のモデルとしては、特定の確率分布に従って繰り返し生成される確率変数の集合を採用した。すると、このデータ系列の背後にある確率分布を特徴づけるパラメータを確率変数の実現値から推定する逆問題を、一般的なデータマイニングのモデルケースとして考えることができる。本年度は、データ圧縮率を固定した不可逆圧縮過程のさまざまなバリエーションを考え、パラメータの十分統計量に対する応答を数値的に検証した。これは、来年度以降に行うことになる理論的解析のための有用な基礎資料となる。今後は、本年度に得られた成果を理論的に基礎付けると共に、国際的な学術論文に掲載されるように努力していく。特に、本研究で提唱している理論的メカニズムが、どのようにして工学的な付加価値を生み出すのかについて、さまざまなユースケースを検証したい。具体的には、各センサーがアドホックネットワークを形成している場合や、外部ノイズに現実的な階層構造を仮定したモデルなどを検討している。次年度以降では、離散時間で定義された確率変数列の値を集約したときにレート・歪み関数が達成できる理想的なケースを想定し、本年度の数値的検証を踏まえて、理論的な解析を実施することになる。さらに、データ系列を独立同分布な確率変数の集合でモデル化する際、観測にかかわるノイズの効果をどのように定式化するのが最も効果的なのかについて、再度、検討をしていく必要があると考えている。当該研究費が生じた主な要因は、(1)情報収集などを目的にした国内出張の回数が少なかったこと、(2)外国出張をしなかったこと、(3)高価なソフトウェア製品の購入のタイミングを次年度に変更したことである。翌年度以降に請求する研究費と合わせた使用計画としては、主に物品費・旅費での利用を想定している。
熱帯林開発の環境影響とそれを認識する人の属性との関連性の解明及び影響予測

開発途上国(以降、途上国)の急激な森林減少は、森林周辺の住民の生活に大きな影響を与えていると考えられる。本来、森林を減少させる開発には環境影響評価が適用されるべきであるが、途上国では資金・人的制約のために一般に適用されにくく、カンボジアも例外でない。本研究の第一目的は、住民の日常生活にとって重要となる非木材林産物採取に着目し、森林減少の影響を受けやすい住民の環境社会条件を明らかにすることであった。この分析には現地行政局の二次資料を援用することで、将来的に追加的費用を抑えた評価ができるよう配慮した。第二目的は、この評価手法を用いた森林減少の影響の分布の予測マッピングとその精度検証である。本研究の意義は、追加的費用や労力をかけない森林減少の影響評価手法の開発を試みたことにある。第一の目的は達成できた。研究成果を二報の論文にまとめ、一つ目の論文は林業経済学会学生論文賞を受賞した。二つ目の論文は、査読プロセスに予想外の時間を費やし初投稿から受理まで1年かかってしまったものの、国際誌に発行することができた。また、本研究成果を九州大学主催の国際シンポジウムで招待講演の形で発表した。第二の目的は残念ながら完全には達成できなかった。二つ目の論文の結果を基に現地調査計画を立て調査を実施する予定であったが、上述の通り同論文の受理に1年の歳月を要してしまったため現地調査の計画を立てるところまでで研究期間の完了時期を迎えることになった。しかしながら、その時間を利用して別の二つの論文原稿を執筆することができ、現在投稿準備中である。この二つの原稿を執筆することにより、現地調査計画がより具体的になった。今後は他の研究費を用いて現地調査を実施したいと考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。本来、森林を減少させる開発には環境影響評価等が適用されるべきであるが、開発途上国では資金・人的制約のために一般に適用されにくく、カンボジアも例外でない。本研究の意義は、追加的費用や労力をかけない森林減少の影響評価手法の開発を試みることにある。本研究は二つの目的に分けられる。第一目的は、住民の日常生活に重要な薪炭材と木材以外の森林産物採取に着目し、森林減少の影響を受けやすい住民の環境社会条件を明らかにすることであった。この分析には現地行政局の二次的資料を援用することで、将来的に追加的費用を抑えた評価ができるよう配慮した。この目的は概ね達成できた。研究実施計画に記載したとおり、この研究成果を二つの投稿論文にまとめた。また、本研究過程を経過を日本国内の二つの学会で発表しただけでなく、カンボジア農水省森林局と日本の森林総合研究所共催の国際研究発表会で発表したことにより、現地政府へもフィードバックできた。さらに、この研究は日本森林学会の学生ポスター賞を受賞した。この研究で開発中の簡便な評価手法を用いて、途上国で森林減少の影響評価をに応用できる可能性を示せたこと、また得られた結果がカンボジア・コンポントム州の土地利用指針の策定や大規模ゴム園開発の影響評価にも応用可能であることを示したことは、同国の影響評価を進めるための重要な一歩と考える。現在そのための研究を行っている。本研究の第一目的の研究成果をまとめた二つの投稿論文が受理されるまでに予想外の時間を費やしている。現在、一つ目の論文については、投稿してから既に5ヶ月が経過したが依然査読中である。

本研究の第二目的は、同論文が受理されなくても進めることは出来るが、最終的に研究成果とするためには、同二つの論文が事前に受理されていることが前提である。このため、当初の計画よりも全体的に作業が遅れている。27年度が最終年度であるため、記入しない。上述の通り投稿論文の査読プロセスが予想以上に遅れている。そこで、第一目的の結果に基づき可能となる第二目的の研究を暫定的に進める。そして、同投稿論文が受理された時点でその内容と第二目的の研究内容との整合性を合わせるという対策を考えている。
回転法を利用した高温高粘性浮遊試料の表面張力・粘性係数計測

金属ガラスなど粘性の高い融体の表面張力及び粘性係数を無容器状態で測定する方法を確立する研究である。浮遊試料を回転させ、遠心力による形状変化を高速度カメラを用いて詳細に観察することにより、これらの物性計測法の確立を試みた。表面張力については、軸対称から非軸対称への形状変化が理論通りに起こることを確認し、遷移する回転数から表面張力を測定する方法を確立した。粘性係数については、非軸対称遷移後の形状変化の速度が粘度に依存することを実験的に明らかにし、測定の目処を得た。本研究は、浮遊させた高温融体を回転させ、変形する挙動を観察することによって試料の表面張力および粘性係数を測定する方法を構築するものである。現在、浮遊法においては、浮遊融体を振動させることによって表面張力・粘性係数を計測する手法が確立されている。この方法を用いて多くの金属融体の熱物性データが取得されている。しかし、液滴振動法では高粘性試料では原理的に振動が発生しないため、数十mPa・s程度の低粘性のものにしか適用できない。一方、回転によって変形させる方法では、粘度の高い試料に適用可能であり、金属ガラス・準結晶など高粘度の材料の熱物性測定が可能となる。特に粘性係数は、ガラス化や準安定相生成過程の研究に必要な基礎データである。浮遊液滴は、回転が無い状態では真球形状となるが、回転させると遠心力によって扁平していく。この時点では、試料は回転軸対称であるが、回転数が臨界値を超えると非軸対称(葉巻型)に形状が遷移することが理論的・実験的に確認されている。この遷移過程を詳細に捉えて粘性係数を計測する手法を確立するのが本研究の目的である。また、臨界の回転数および試料の形状から表面張力が算出できる。平成24年度は、高速で回転する高温浮遊融体の形状観察が可能となるよう、既存の静電浮遊炉に高速度カメラを設置した。また、予備実験として溶融ジルコニウムの回転実験を行い、1)試料が軸対称形状から非軸対称形状となる挙動を高速度カメラで捉えられること2)非軸対称に遷移する回転数が測定可能であり、また理論と一致することを確認した。しかし、液滴振動法では高粘性試料では原理的に振動が発生しないため、数十ミリパスカル秒程度の低粘性のものにしか適用できない。平成25年度は、前年度の低粘度試料(Zr)での表面張力測定結果を基に、より粘度の高い試料について、回転法による表面張力測定を試みた。NbNi、Zr系合金について浮遊溶融させた後、試料を回転させ、非軸対称形状に移行する回転数の計測し、この回転数から、表面張力値を算出した。いずれの試料においても、液滴振動法では測定が困難な、深い過冷却状態(粘度が高い状態)の表面張力値が測定でき、本手法の有効性が確認できた。遷移過程の観察においては、融点の低いZrCuAl系合金の観察が高速度カメラでは光量が足りないため困難であることが明らかとなったが、電極下方から背景光を導入することで対処した。本研究は、浮遊させた高温融体を回転させ、変形する挙動を観察することによって試料の表面張力及び粘性係数を計測する方法を実験的に構築するものである。現在、浮遊法においては液滴振動法によってこれらの熱物性値が計測されているが、粘性の高い試料については、液滴試料に振動を励起することが難しく、数十ミリパスカル秒程度の低い粘度の試料しか測定できない。一方、準結晶や金属ガラスなどの準安定相生成する試料は一般的に高い粘性を持つため、これらの試料を対象とした研究においては高粘性の取得が求められている。

回転による遠心力を利用して高粘性試料を変形させることは、既に実験的に確かめられているため、本研究では、これを利用して物性計測を行う。浮遊液滴を回転させていくと、ある臨界の回転数を超えると軸対称形状から非軸対称形状(葉巻型)に遷移する。この遷移点における形状変化を詳細に捉えて、粘性係数を、また臨界の回転数から表面張力を算出するのが本研究のねらいである。表面張力については、昨年度までの研究によって計測手法を確立し、Zr系金属ガラス融体の表面張力計測に成功している。今年度は、高速度カメラの観測によって臨界点における遷移過程(回線数及び試料形状の変化)の詳細観察を行った。粘度の異なる3種類の試料(Zr、NiNb合金及びZr系金属ガラス試料)について、高速度カメラによる撮像を行い、新たに制作した画像解析プログラムを用いて解析(形状データ及び回転角の取得)を行った。予想通り、非軸対称遷移後の長軸径の発達速度は、試料の粘性係数に依存して粘度が高いほど発達しにくい結果となった。また、粘度が高いほど理論的な回転数ー形状曲線からのずれが大きい結果となった。以上の結果から、回転を利用して粘性係数を計測する手法の確立に見通しが得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。高温融体熱物性計測26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の計画は、既存の静電浮遊炉へ光学系を追加して高速度カメラによって浮遊試料の観察を可能とすることであり、これを達成した。当初の予定通り、計画2年目で表面張力測定法の構築が達成された。粘性係数測定システムに関しては、試料からの発光が少なく(光量を必要とする)高速度カメラで測定が困難となる技術課題に直面したが、装置の改造でこの問題を解決している。設置した光学系を用いて高粘性材料の浮遊実験を行い、観点を付加して軸対称から非軸対称への変形挙動の高速カメラによる観察を行う。変形にかかる時間から粘性係数を算出する検討を行う。粘性係数測定法を構築するためには、非軸対称形状への移行する遷移過程の詳細観察が必要と考えているが、今年度実施した実験では、この基点を捉えることが難しく、遷移過程の詳細観察データの蓄積に若干手間取っている。平成26年度に繰り返し実験を行って、データの蓄積をはかる予定である。
特徴空間の幾何構造を利用した学習アルゴリズムの構築

機械学習が有効に働くためには入力信号間の距離を的確にとらえることが非常に重要となる.本研究課題では,情報幾何学や再生核ヒルベルト空間理論の枠組みを基本とし,空間に自然な構造を入れることによって機械学習アルゴリズムを改善する試みを行った.応用として,データ数が少ないときに類似の学習問題の結果を融合することによって学習精度の向上をはかる転移学習や,高次元中に埋め込まれた低次元構造の次元を推定する問題に適用し有効性を確認した.本研究の目的は,特徴空間の幾何学的構造の解明およびそれに基づく学習アルゴリズムの構築を行い,パターン認識やコンピュータビジョンに応用することであり,その研究の流れに沿って下記のような成果を得た.まず第1に,点と点との間の類似度を直線度を反映した幾何学量として設計し,その類似度からスペクトラルクラスタリングというクラスタリング手法によってサンプルをクラスタリングする手法を開発した.このクラスタリング手法は魚眼レンズなどから得られる歪んだ画像からでも安定した直線抽出することができるという特徴をもつ.提案手法を実画像による実験によって既存手法より優れていることを示した.この成果は国際会議CAIP2013や国内研究会等で発表した.第2に,再生核ヒルベルト空間上の曲面当てはめ問題について数値実験を行い,入力空間の計量や特徴写像の構造の関係を調べ,主成分分析と劣成分分析の関連性や,高次元になった場合にそれぞれのもつ問題点を明らかにした.具体的には,主成分分析ではpreimage問題を解くのが数値的に不安定であるのとなめらかな曲面が得られるとは限らないこと,劣成分分析ではあてはめ曲線の自由度が高すぎてどの曲線を選ぶべきかの明確な指針がないことがわかった.これらの成果は国際会議CAIP2013で発表したほか高次元データ解析に関する国際ワークショップの招待講演,国内研究会での招待講演において発表した.本研究の目的は,特徴空間の幾何学的構造の解明およびそれに基づく学習アルゴリズムの構築を行い,パターン認識やコンピュータビジョンに応用することであり,その研究の流れに沿って下記のような成果を得た.これまで,複数の情報源に共通して含まれる情報を非線形抽出する手法として用いられるカーネル正準相関分析の改良を行った.カーネル正準相関分析では,変換の自由度が高すぎるため,元の入力空間の情報とはほとんど無関係な成分が得られることがある.これを解決するために入力空間と特徴空間の間の相互情報量を最大化することにより,入力空間の情報を保持した特徴量を抽出するアルゴリズムを開発した.非線形かつ非ガウス的な確率変数の相互情報量を扱うために,最近傍識別器に基づく推定法を採用したが,非常に多数の局所最適解があることがわかったため,マルコフ連鎖モンテカルロ法の一種であるパラレルテンパリング法によってより大域的な探索を行なって解の改良を行った.その結果,人工データについてではあるが,カーネル正準相関分析ではうまく抽出できない内部構造を抽出することに成功した.これにより,現実の問題において複数のモダリティからの入力に対して入力空間の性質をより反映した共通情報を抽出することが可能になった.この結果は査読付き国際会議に採択され発表を行った.また,カーネル法では主成分分析と劣成分分析の関係が非線形の場合ほど単純ではないという昨年度までの知見に基づき,グラム行列の低次元化を入力空間の聞か構造に着目する手法について数値的な検討を開始した.本研究の目的は,特徴空間の幾何学的構造の解明およびそれに基づく学習アルゴリズムの構築を行い,パターン認識やコンピュータビジョンに応用することであり,今年度は当初の予定での最終年度としてまとめとなる下記のような成果を得た.まず,入力空間を情報幾何学で考える情報空間としてとらえ,正規分布の空間での曲指数分布当てはめについてアルゴリズムの構築と数値実験を行った.情報幾何学の空間はユークリッド空間ではなく曲がった空間であるため,一意的な射影であっても一般に繰り返し演算を必要とする.そこで,情報幾何学で基本的な拡張ピタゴラスの定理に基づき,ロバストな射影の推定法を考案した.これは,種々の機械学習の設定に応用可能であり,非負値行列分解や転移学習などの応用についても応用可能であることを示した.非負値行列分解においては,自然言語処理で用いられるトピックモデルと同等のモデルに対し,より情報幾何的に自然な定式化が存在することを示した.また,スパースな基底ベクトルの場合に数値的な不安定性が生じることが問題であったが,提案手法ではそれも回避できる.一方,転移学習は情報幾何学の基本モデルであるe-混合モデルが,最大エントロピー規準などの観点から有効であると考え,さらに柔軟なモデル化のためにノンパラメトリックな設定で推定を行う手法に拡張した.従来手法はノンパラメトリックな設定に対しては適用できないため,提案手法はその意味でも有効である.予定では最終年度であり,特徴空間の幾何学的構造について情報幾何学の観点から統一的にとらえられるという認識を得た.また,具体的に新規のアルゴリズムの構築も行うことができ,順調に進捗していると考える.ただし,国際会議の発表の都合上期間を延長した.本研究課題の目的は、特徴空間の幾何学的構造の解明およびそれに基づく学習アルゴリズムの構築を行い、パターン認識やコンピュータビジョンに応用することであり、下記のような本研究課題で得られた成果について発信を中心に活動した。まず、入力空間を情報幾何学で考える情報空間としてとらえ、指数分布族の空間での自己平行な部分多様体への射影問題として定式化し、拡張ピタゴラス定理に基づくロバストな推定アルゴリズムを構築した。これらは種々の機械学習の設定に応用可能であり、非負値行列分解や転移学習などの問題にも応用可能であることを示した。

非負値行列分解においては、自然言語処理で用いられるトピックモデルと等価なモデルに対し、より情報幾何的に自然な射影方が存在することを示した。また、従来手法はスパースな基底ベクトルの場合に数値的な不安定性が生じるという問題があったがそれも解決することができた。一方、転移学習は情報幾何学の基本モデルであるe-混合モデルが最大エントロピー規準などの観点から有効であると考え、さらに柔軟なモデル化のためにノンパラメトリックな設定で推定を行う手法に拡張した。従来手法はノンパラメトリックな設定に対しては適用できないため、提案手法はその意味でも有効である。そのほか多様体あてはめにおける局所次元推定問題についても高次テイラー展開に基づく拡張により精度の高い手法を開発でき、今後の研究に結びつく新規の課題として研究を進めた。機械学習が有効に働くためには入力信号間の距離を的確にとらえることが非常に重要となる.本研究課題では,情報幾何学や再生核ヒルベルト空間理論の枠組みを基本とし,空間に自然な構造を入れることによって機械学習アルゴリズムを改善する試みを行った.応用として,データ数が少ないときに類似の学習問題の結果を融合することによって学習精度の向上をはかる転移学習や,高次元中に埋め込まれた低次元構造の次元を推定する問題に適用し有効性を確認した.正準相関分析については国際会議での発表を行うことができ,順調に進展している.ただし,主成分分析と劣成分分析の関連についてはまだ発表まで結び付けられていない点で当初の計画以上に進んでいるとまでは言えない.研究期間を延長し,情報幾何学の国際会議で発表予定である.情報幾何的アルゴリズムは空間の構造を反映したアルゴリズムとして有望であり,さらに次の研究課題提案に向けて考察を進める予定である.機械学習研究の方向性自体は有望であると思われるので,最終年度に向けて主成分分析と劣成分分析の関連性について明らかにするよう共同研究者間の連携をより強化して研究を進めていきたい.幾何学的な解析によって既存手法に勝る直線・曲線手法を開発でき,コンピュータビジョンやパターン認識分野へも貢献できたことから,実施計画の大枠は順調に進展していると考える.ただし,カーネル法における逆問題については,主成分分析と劣成分分析でかなり数学的構造が異なること,および,preimage問題を解くだけではは必ずしもこちらの得たい情報を抽出できないという点が数値実験や理論解析によって判明した.それはそれ自体で重要な成果であると考えられるが,preimageに代わる新たな問題設定を模索するという新たな課題も生まれた.また,凸最適化アルゴリズムについてはいくつかのタイプを試みており,どのアプローチが有望であるかを見極めている段階である.情報幾何に関する国際会議が2016年度に開催されるため.主成分分析と劣成分分析の関連性についての発表ができなかった分,旅費の支出が少なくなったため.国際会議の参加費用に使用予定である.
乳房再建後における被膜拘縮発生機序の解明および制御法の開拓

人工乳房による乳房再建において、長期的にみた最も懸念され抜去の原因となる合併症は被膜拘縮である。これまで被膜拘縮に関する様々な報告はあるが、発生のメカニズムについては解明されていない。本研究は、乳房再建後の人工物周囲の被膜組織を解析する臨床研究であり、被膜形成および肥厚化に関する詳細なメカニズムの解明を試みると同時に、バイオフィルム形成に焦点をあて被膜拘縮の制御法について開拓を試みるものである。
血管・脂肪組織特異的に発現する新規分泌因子Z5の解析

血管内皮細胞由来の新規内分泌ホルモンを探索し、新規遺伝子;Z5を同定した。Z5は脂肪組織と血管に発現する分泌因子であり、肥満マウスの脂肪組織において発現量が増加する。Z5の機能を解析するために下記の研究を行なっている。1.Z5リコンビナントタンパクの精製の確立哺乳類および無細胞系でのリコンビナントタンパクの精製を行なっている。Z5の発現と粗精製に成功した。現在、爽雑蛋白の除去とスケールアップの条件検討を行なっている。精製蛋白を用いて生理活性や化学的性質を解析する予定であり、意義が大きいと考える。2.脂肪細胞、血管内皮細胞でのZ5の過剰発現系およびノックダウン系の確立脂肪細胞ヘレトロウイルスを用いてZ5遺伝子を遺伝子導入し、過剰発現細胞の作製に成功した。現在、本細胞の脂肪細胞分化への作用を解析中である。肥満時には脂肪組織においてZ5の発現量が増加していることから、本細胞を用いてインスリンシグナルや中性脂肪蓄積を解析する予定である。さらにアデノウイルスを作製することにも成功し、血管構成細胞およびマウスでの過剰発現実験を行っている。3.トランスジェニックマウス、ノックアウトマウスの構築肝臓特異的トランスジェニックマウスの作製を行い、3ラインを得た。血糖、インスリン等の代謝パラメーターを解析中である。また、高脂肪食負荷を行い、肥満に対する作用を解析する予定である。ノックアウトマウスはF1ヘテロマウスまで作製が進行した。4.apoEノックアウトマウスの血管でのZ5遺伝子の発現apoEノックアウトマウスの血管において、Z5遺伝子発現量は変化しなかった。現在、動脈硬化モデルマウスの血管において、Z5タンパクの発現制御の解析を行っている。(1)Z5リコンビナントタンパクの精製の確立大腸菌および無細胞系でのリコンビナントタンパクの精製を行なっている。現在、夾雑蛋白の除去とスケールアップの条件検討を行なっている。(2)脂肪細胞、血管内皮細胞でのZ5の過剰発現系およびノックダウン系の確立脂肪細胞ヘレトロウイルスを用いてZ5遺伝子を遺伝子導入し、過剰発現細胞の作製に成功した。(3)トランスジェニックマウス、ノックアウトマウスの構築肝臓特異的トランスジェニックマウスの作製を行い、3ラインを得た。ノックアウトマウスを現在作成中である。(4)apoEノックアウトマウスの血管でのZ5遺伝子の発現apoEノックアウトマウスの血管において、Z5遺伝子発現量は変化しなかった。