hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子アファイン展開環の有限次元表現

Jonathan Beckとの共同研究により,一般のアファイン・リー環の場合にU_qの上三角部分環の結晶基底の具体的な記述を与えた.さらにこれを用いると一般の端ウェイト加群がレベル0基本表現のテンソル積に埋め込めるという結果を証明した.これはBeckと研究代表者によって対称なアファイン・リー環の場合に得られていた事実の拡張である.さらに,U_qの結晶基底に関するセルについてのLusztigの予想を解決した.(Duke Math.に掲載された)また,量子アファイン展開環の有限次元表現について,そのq指標を計算するアルゴリズムをC言語で記述し,大型計算機で計算した.今まで計算が実行できていなかったE_8型のときも計算を実行したが,最終結果を得るまでには至らなかった.一方,箙多様体の一番簡単な場合であるR^4上のインスタントンのモジュライ空間について,その同変基本類の母関数であるネクラソフの分配関数を研究した.これは,ヤング図式に基づいた組み合わせ論的な表示式があり,数式処理のMAPLE言語を用いて大型計算機によって計算実験を行った.特に,その計算結果から分配関数が爆発公式をみたすこと,さらに爆発公式が分配関数を帰納的に決定することを予想した.そしてこの予想を実際に理論的に証明することに成功した.特に,分配関数のパラメータε_1,ε_2に関する展開の極がサイバーグ・ウィッテンのプレポテンシャルに等しいというネクラソフの予想が正しいことを証明した.(神戸大吉岡との共同研究,論文印刷中)さらにこれに引き続いて、インスタントンの数え上げとSeiberg-Wittenポテンシャルに関する連続講演を行い、講演録を発表した。その中では、数え上げの母関数の展開の種数が一の項を調べ、それが物理で予想されているものと一致していることも証明した。さらにDonaldson不変量との関連を吉岡とLothar Goettscheと共同研究した。4次元多様体の上のインスタントンのモジュライ空間を考え、その上の自然なコホモロジー類を積分するものがDonaldson不変量であるが、b_+=1のときには、不変量はリーマン計量に依存する。二つのリーマン計量に関するDonaldson不変量の差を与えるのが壁越え公式であるが、これが上のインスタントンの数え上げの母関数で書けることを証明した。(ただし階数が二のときに限る)トーリック曲面のときに、モジュライ空間へのトーラス作用を詳しく調べることにより、この結果が証明される。論文は準備中である。論文は準備中である。Jonathan Beckとの共同研究により,一般のアファイン・リー環の場合にU_q(g)の上三角部分環の結晶基底の具体的な記述を与えた.さらにこれを用いると一般の端ウェイト加群がレベル0基本表現のテンソル積に埋め込めるという結果を証明した.これはBeckと研究代表者によって対称なアファイン・リー環の場合に得られていた事実の拡張である.さらに,U_q(g)の結晶基底に関するセルについてのLusztigの予想を解決した.(Duke Math.に掲載される)

また量子アファイン展開環の有限次元表現について,そのq指標を計算するアルゴリズムをC言語で記述し,大型計算機で計算した.今まで計算が実行できていなかったE_8型のときも計算を実行したが,最終結果を得るまでには至らなかった.一方,箙多様体の一番簡単な場合であるR^4上のインスタントンのモジュライ空間について,その同変基本類の母関数であるネクラソフの分配関数を研究した.これは,ヤング図式に基づいた組み合わせ論的な表示式があり,数式処理のMAPLE言語を用いて大型計算機によって計算実験を行った.特に,その計算結果から分配関数が爆発公式をみたすこと,さらに爆発公式が分配関数を帰納的に決定することを予想した.そしてこの予想を実際に理論的に証明することに成功した.特に,分配関数のパラメータε_1,ε_2.に関する展開の極がサイバーグ・ウィッテンのプレポテンシャルに等しいというネクラソフの予想が正しいことを証明した.(神戸大吉岡との共同研究,論文投稿中)さらに分配関数には,物質場をいれた場合,5次元(K理論)の場合など,いくつかのバージョンがあり,これらについての爆発公式を上と同様のMAPLEのプログラムで実験した.理論的に証明することにも成功したものもあるが,いくつかの場合についてはできていない.2004年度は、2003年度に引き続き吉岡康太と共同でインスタントンの数え上げの問題を研究した。これは、物理学者のNekrasovによって提唱されたが、数学的にはインスタントンのモジュライ空間の同変ホモロジーの計算のことである。特に、その基本類の母関数からSeiberg-Wittenのプレポテンシャルが復元できるというNekrasovの予想を証明した。(論文[7])さらにこれに引き続いて、インスタントンの数え上げとSeiberg-Wittenポテンシャルに関する連続講演を行い、講演録を発表した。その中では、数え上げの母関数の展開の種数が一の項を調べ、それが物理で予想されているものと一致していることも証明した。(論文[8])さらにDonaldson不変量との関連を吉岡とLothar Goettscheと共同研究した。4次元多様体の上のインスタントンのモジュライ空間を考え、その上の自然なコホモロジー類を積分するものがDonaldson不変量であるが、b_+=1のときには、不変量はリーマン計量に依存する。二つのリーマン計量に関するDonaldson不変量の差を与えるのが壁越え公式であるが、これが上のインスタントンの数え上げの母関数で書けることを証明した。(ただし階数が二のときに限る)トーリック曲面のときに、モジュライ空間へのトーラス作用を詳しく調べることにより、この結果が証明される。論文は準備中である。また、量子アファイン展開環の有限次元表現のq指標を求めるプログラムを京都大学大型計算機センターのスーパーコンピュータで走らせたが、計算を完了することはできなかった。さらにアルゴリズムの改良が必要である。
有機亜鉛化合物の触媒的不斉反応の機構

「炭素-炭素結合形成」は最も基本的な有機化学反応の一つである。とくに、Grignard反応に代表される有機金属反応剤のカルボニル化合物への付加反応は普遍的合成操作といえる。光学活性アルコール類の一般的構築を可能にするその不斉反応化は有機合成化学の中心的課題であり、さらに、大量物質生産の観点からも理想的である化学的不斉増殖を目指す触媒化の開拓が強く望まれる。本研究者は、分子レベルでの合理的な錯体構造設計に基づく最高至適な反応系の構築がいかようにも可能である原理的利点をもつ有機金属化学を縦横に駆使し、高度な三次元空間認識能およびアルキル化反応促進作用をあわせもつ有機亜鉛錯体を合成、アルデヒド類の高エナンチオ選択的触媒的アルキル化をはじめて実現した。この化学的不斉増殖法においては、低い鏡像体過剰率の不斉源を用いても、高い光学純度の生成物が得られる不斉増幅現象が観測される。これまでに、本反応における不斉増殖・増幅機構を定性的に理解した。本年度では、多種多様な触媒誘導体の組み合わせによって生じる結晶性有機亜鉛化合物の構造データを独自に収集し、動的核磁気共鳴分光実験、磁気飽和移動実験、ストップト・フロー実験、反応遷移状態を簡素化したモデルのab initio分子軌道計算の結果とあわせて、反応機構を定量的に理解することができた。不斉触媒反応における触媒活性種の自己・非自己認識の重要性を指摘した。さらに、これまでに得られた研究成果を基盤に、プロスタグランジンをはじめとする有用物質の合成のための物質基盤となる種々の光学活性二級アルコールを実際に合成した。所期の目的を完全に達成することができた。本年度はこの効果に着目して設計・開発を行った光学活性DAIB-亜鉛錯体が示す高反応性と高水準の三次元空間識別能の起源を究明した。具体的には、(1)DAIB-亜鉛錯体の結晶作成・単離、(2)X線結晶回折によるDAIB-亜鉛錯体の固体状態の構造解析、(3)核磁気共鳴法および分子量測定によるDAIB-亜鉛錯体の溶液状態での構造解析、(4)速度論実験による触媒的不斉アルキル化反応の動的挙動の解明、(5)DAIB誘導体の合成およびDAIB構造と亜鉛錯体の反応性・選択性の相関関係からの反応機構の考察、(6)低温・無水無酸素条件下での測定可能なストップド・フロー装置の試作・性能評価を行うことができた。当初の研究計画はすべて達成することができた。現段階で本研究を遂行するにあたって問題となる点は全くない。

本研究者は、分子レベルでの合理的な錯体構造設計に基づく最高至適な反応系の構築がいかようにも可能である原理的利点をもつ有機金属化学を縦横に駆使し、高度な三次元空間認識能およびアルキル化反応促進作用をあわせもつ有機亜鉛錯体を合成、アルデヒド類の高エナンチオ選択的触媒的アルキル化をはじめて実現した。平成6年度は、平成5年度の計画をさらに推し進めるとともに、本不斉触媒反応において不斉源と生成物の鏡像体過剰率の間に観測される非線形現象の原因究明を含めた本触媒的不斉アルキル化反応の機構を追及した。その結果、触媒活性種となるキラルな有機亜鉛錯体間での自己、非自己認識がもたらす触媒前平衡系の熱力学が現象発現の根源であることを指摘することができた。活性種間の相互作用によって生じるホモキラル二量体とヘテロキラル二量体のX線結晶構造解析、これらの錯体の核磁気共鳴分光、蒸気圧浸透圧法を用いた分子量測定などの結果を基に、触媒平衡混合系の固相・液相での反応動的過程の理解を深め、非線形現象の定量化への基礎データを得ることができた。また、ストップト・フロー式の赤外および紫外分光装置のハード・ソフト面に改良を加えるとともに、核磁気共鳴分光にもストップト・フロー方式を展開した。触媒機構の解明のための技術的基盤も確立することができた。本研究は当初の計画通りに進行している。「炭素-炭素結合形成」は最も基本的な有機化学反応の一つである。とくに、Grignard反応に代表される有機金属反応剤のカルボニル化合物への付加反応は普遍的合成操作といえる。光学活性アルコール類の一般的構築を可能にするその不斉反応化は有機合成化学の中心的課題であり、さらに、大量物質生産の観点からも理想的である化学的不斉増殖を目指す触媒化の開拓が強く望まれる。この化学的不斉増殖法においては、低い鏡像体過剰率の不斉源を用いても、高い光学純度の生成物が得られる不斉増幅現象が観測される。これまでに、本反応における不斉増殖・増幅機構を定性的に理解した。本年度では、多種多様な触媒誘導体の組み合わせによって生じる結晶性有機亜鉛化合物の構造データを独自に収集し、動的核磁気共鳴分光実験、磁気飽和移動実験、ストップト・フロー実験、反応遷移状態を簡素化したモデルのab initio分子軌道計算の結果とあわせて、反応機構を定量的に理解することができた。不斉触媒反応における触媒活性種の自己・非自己認識の重要性を指摘した。さらに、これまでに得られた研究成果を基盤に、プロスタグランジンをはじめとする有用物質の合成のための物質基盤となる種々の光学活性二級アルコールを実際に合成した。所期の目的を完全に達成することができた。
アルツハイマー病治療の開発：食物由来のβーアミロイド蛋白抑制物質と環境療法の探索

アルツハイマー病(AD)の臨床試験では、designer drugによる副作用・症状の悪化が問題視されている。我々は、secretaseに作用する多様な活性を持った植物/食物由来のnutraceuticalsに着目した。Tannic acid(TA)/ferulicacid(FA)の様なフェノール化合物を、脳血管アミロイド症の遺伝子改変PSAPPマウスモデルに経口投与し、認知機能とAD様の病態を評価した。TA/FAの投与は、1)行動学的障害、2)脳アミロイド症、3)脳炎症反応を抑制・遅延させた。さらに、これらの化合物がβ-secretaseの蛋白発現と活性を抑制することが明らかになった。アルツハイマー病は、認知障害を主症状とする進行性の神経変性疾患である。神経病理学的には、神経原線維変性、老人斑形成、グリオーシス、神経細胞死を特徴とする。この内、老人斑の主要成分であるアミロイドβ蛋白は、アミロイド前駆体蛋白(amyloid precursor protein, APP)の段階的酵素切断により産生される。近年、アミロイドβ蛋白産生を抑制する物質として、自然物質由来のフラボノイドとして知られるポリフェノール類を用いた研究に注目が集まっている。平成22年度は、tannic acid(植物由来のポリフェノール)をアルツハイマー病の病態モデルマウス(PSAPPマウス;APPsw, PSEN1dE9)に経口投与し、認知機能障害とアルツハイマー様病態(脳アミロイド症・グリオーシス)に対する有効性を検討した。胃ゾンデを用いた経口投与は、6ヶ月齢より開始し6ヶ月間行った。Tannic acidの長期経口投与により、PSAPPマウスで観察される過活動、物体認識障害、空間認知機能障害などの行動学的障害が有意に改善した。しかし、tannic acid投与は、正常マウスの認知機能亢進には影響しなかった。さらに、tannic acidを投与したPSAPPマウスでは、脳実質・脳血管のアミロイドβ蛋白沈着および脳内アミロイドβ蛋白レベルが有意に減少した。また、tannic acid投与は、アミロイドβ蛋白沈着周囲に集簇するグリア細胞の反応(グリオーシス)も有意に抑制した。以上のtannicacidの経口投与による認知機能障害とアルツハイマー様病態の改善・軽減効果のメカニズムを明らかにする研究を平成23年度以降行う予定でいる。【研究背景】アミロイド前駆体蛋白(APP)の段階的酵素切断は、アルツハイマー病患者の脳内に蓄積するβ-アミロイド斑を構成するアミロイドβ蛋白(Aβ)の産生に必要不可欠な役割を果たしている。近年、Aβ産生を抑制する自然物質由来のポリフェノール類に対する研究に注目が集まっている。【目的・方法】タンニン酸を脳アミロイド症のモデルマウス(PSAPPマウス;APPsw,PSEN1dE9)に経口投与し、認知機能とアルツハイマー様病態を評価した。【結果】タンニン酸の6ヶ月間の経口投与は、行動学的障害(過活動、物体認識能の低下、空間認知機能障害)を改善した。一方、タンニン酸投与は、正常マウスの行動機能の亢進には影響しなかった。タンニン酸を投与したPSAPPマウスは、脳実質・脳血管のβ-アミロイド沈着の軽減そしてoligomersを含む種々のAβレベルの減少を示した。これらの効果は、β-C-terminal APP fragmentの酵素切断の低下、soluble APP-β産生量の減少、β-site APP cleaving enzyme1の蛋白発現・酵素活性の低下、そして脳炎症反応の軽減と共に起こっていた。さらに、mutant human APPを過剰発現する神経細胞様細胞をタンニン酸で処置したところ、アミロイド産生系APP酵素切断の抑制に関連してAβ産生の低下を示した。【結論】以上、これらの結果は、タンニン酸のサプリメントとしての摂取が、β-secretase活性そして脳炎症反応の抑制によるアルツハイマー病の治療に有効である可能性を示唆するものである。平成24年度以降は、新たな食物種子由来フェノール化合物(フェルラ酸)の経口投与による認知機能障害とアルツハイマー様病態の改善・軽減効果のメカニズムを明らかにする研究を行う予定でいる。これまでに有効性を明らかにしてきた食物由来フェノール化合物のコンビネーション投与による認知機能障害の改善・軽減効果への相乗効果の研究を行った。即ち、1)Aβ蛋白産生系を抑制する化合物であるフェルラ酸(β-secretase modulator)そして2)非Aβ蛋白産生系を亢進する化合物オクチルガラート(α-secretase modulator)を組み合わせた併用投与を行った。PSAPPマウスに、12ヵ月齢から3ヵ月間(15ヵ月齢まで)、胃ゾンデを用いて0.2 mL(総投与量)/mouse(20-30 mg/kg)を24時間毎に経口投与して、その効果を単独投与群そして対照群と比較検討した。

また、wild-type littermateマウスにも同様の投与を行い比較検討した。その結果、これらの化合物を併用投与すると、病態モデルマウスであるPSAPPマウスで観察される過活動、物体認識障害、空間認知機能障害などの行動学的障害が単独投与群よりも有意に改善し、相乗効果が得られた。また、単独投与群でも対照投与群と比較してこれらの行動学的障害が有意に改善し、同様の投与を行ったwild-type littermateマウス群と有意差がないレベルに改善した。これら化合物の投与は、正常マウスの認知機能亢進には影響しなかった。即ち、アルツハイマー病の治療にさらに有効となり得る研究データを集積できた。【研究背景】アルツハイマー病は、認知障害を主症状とする進行性の神経変性疾患である。神経病理学的には、老人斑形成、神経原線維変性、神経細胞変性・細胞死、シナプス障害、グリオーシスを特徴とする。この内、老人斑の主要構成成分であるアミロイドβ蛋白は、アミロイド前駆体蛋白の段階的酵素切断により産生される。近年、アミロイドβ蛋白の脳内沈着の進行は、蛋白沈着の増加と除去反応の障害により起こると考えられている。今日まで、化学的合成薬の限られた病態軽減効果・有効期間・副作用の可能性のため、安全性がより確保されている自然物由来の新たな物質の探索が待たれている。【目的・方法】本研究では、フェルラ酸(植物種子由来)に着目し、病態モデルマウス(PSAPPマウス:APPsw, PSEN1dE9)に6ヶ月間(6ヶ月齢より開始し12ヶ月齢まで)経口投与し、行動学的障害そして神経病理学的変化の軽減効果を調べた。【結果】フェルラ酸投与により、PSAPPマウスで観察される過活動、物体認識障害、空間認知機能障害などの行動学的障害が有意に改善した。一方、フェルラ酸投与は、正常マウスの認知機能亢進には影響しなかった。さらに、フェルラ酸を投与したPSAPPマウスでは、脳実質・脳血管のアミロイドβ蛋白沈着および脳内アミロイドβ蛋白レベルの有意な減少が観察された。これらの効果は、アミロイド前駆体蛋白の段階的酵素切断への干渉、アミロイドβ蛋白周囲のグリオーシスの軽減、炎症性サイトカイン(IL-1β・TNF-α)のmRNA発現の低下と関連していた。【結論】以上の結果は、フェルラ酸のサプリメントとしての摂取が、アルツハイマー病の治療に有効である可能性を示唆するものである。平成22-23年度において、タンニン酸のサプリメントとしての摂取が、β-secretase活性そして脳炎症反応の抑制によるアルツハイマー病の治療に有効であるとする研究データを集積できた。研究成果をJ Biol Chem,287(9):6912-6927,2012に掲載した。25年度が最終年度であるため、記入しない。
南米におけるアシナガバチ亜科の適応放散と高度社会性の進化

昨年度までにブラジル産巣分かれ創設タイプのアシナガバチ,Polybia paulistaのコロニー内血縁構造を分析するために必要な4種類のプライマーを準備できたため,昨年度の引き続き今年度はブラジルで採集したサンプルを分析した。本種のコロニー内メンバー間の血縁度は極めて低く,卵,幼虫,蛹,成虫それぞれの間で血縁度を計算したところ,その値は00.2で,大半は0と統計的に有意な差はなかった。このことかは,本種のコロニーが血縁関係の薄い個体で構成されていることを意味している。本種は多女王制で,複数の巣盤を作って子育てをするが,巣盤間で未成熟個体間に血縁度が異なるかを比較したところ,差は見られなかった。このことから,女王は産卵可能な巣盤にランダムに産卵することができ,特定の女王が特定の巣盤の育室に産卵する傾向はなかった。したがって,女王は特定の巣盤をなわばりのように占有することはないと言える。また,巣分かれ創設型のアシナガバチではコロニーの成長にともなって女王数が変勤する現象(cyclical oligogyny)が知られているため,コロニーを採集した際にいた卵,幼虫,蛹,成虫のそれぞれの間の血縁度が変化したかをみたが,各発達段階間の未成熟個体の血縁度は変化しておらず,本種では女王数が変動する傾向は見られなかった。以上のことから,本種は南米のこれまでに調べられている多女王制種と比べると,1)極めて低い血縁度,2)女王の特定の巣盤への産卵の欠如,3)女王数の変動の欠如の点で,明らかにコロニー内の血縁構造は異なっていた。私はこれらの結果の一部を平成14年78月に北海道大学で開かれた国際社会性昆虫学会や同年11月に立教大学で開かれた動物行動学会において発表した。
離島の災害復興における若者の社会貢献活動の研究

1質問紙調査島内の中高校生300名(高2中心)に災害の前後でボランティアに対する意識がどのように変化するについて調査した。その結果、災害の前後で高年齢ほど意識の変化が見られたことがわかった。災害の前後でボランティアの意識が高まった割合中学生28%高校生36%2聞き取り調査質問紙調査で聞き取り可と回答した20名ほどに面接での聞き取り調査を実施し、社会貢献活動の観光復興について興味関心が高いことがあきらかになった。興味関心のある活動観光復興33%被災者支援30%災害地整備20%など3アクションリサーチ具体的な社会貢献活動を高校生グループに企画させて、観光復興の一環として、島の特産品を創出する「島っこコンクール」を実施することとなった。島っこコンクール」の概要実施主体企画委員募集に応じた高校生3名および若者3名実施場所都立大島海洋国際高等学校家庭科室実施内容大島の特産となる料理やスイーツの企画および試作実施結果島内の6グループが参加し地層ロールケーキを提案した中学生が優勝「島っこコンクール」の企画運営をアクションリサーチすることにより災害復興に貢献するだけでなく、地域活性化の担い手としての意識も形成された。4考察災害直後は、がれきの片付け流入泥の撤去など具体的な作業がボランティア活動の中心で多くの若者が参加したがそれらが終了後は、意識の変化はおこなわれたものの実際に活動する機会がなかったので、有効な機会提供が意識改革を行動変容へとつながる方法として有効なことがあきらかになった。
蛍光ビーズアレイによる環境微生物群集の迅速モニタリング

本研究は、環境微生物として海洋細菌を対象とし、船上観測などフィールドでのルーチン的な使用を想定して、海水試料中に存在する多種類の海洋細菌を短時間で同時に検出する手法を蛍光ビーズアレイを用いて確立することを目的とした。検出する遺伝子マーカーは、原核微生物の系統分類に広く用いられ、塩基配列データが最も蓄積されている16S rRNA遺伝子を使った。海洋細菌の分離培養株[α-proteobacteria 2株(Erythrobacter, Sulfitobacter)、γ-proteobacteria 4株(Halomonas, Psudoalteromonas, Vibrio, Vibrio)、CFB group 3株(Cytophaga, Cytophaga, Bacteroidetes)]を用いて、特異的かつ同時的な検出が可能となる方法と条件について様々な検討を行った結果、DNAプローブよりもPNAプローブの方が強いシグナルを与えること、ターゲット核酸は、DNAよりもRNAの場合の方が特異的かつ強いシグナルが得られることが明らかとなった。最終的に、細菌のRNA抽出物をターゲットとして各種DNAプローブでの特異的な検出に成功した。但し、プローブ配列に一塩基の違いしかない場合は、交雑反応がみられるため、より定量的な検出のためには、さらに若干の検討の余地が残っている。しかしながら、今回の成果により、多種類の細菌の検出への筋道を付けることが出来たと考えられる。今後、よりプローブとビーズの種類を増やし、自然細菌群集への適用を検討することによって、本格的な多検体処理が可能となると期待される。■検出用蛍光ビーズの調整:16SrRNAをターゲットとした5種類の検出用DNAプローブ(EVB338、NON338、ALF968、CF319、GV)を作成し、それぞれ異なる蛍光ビーズに、カルボジイミドカップリング法によって結合した。■サンプルDNAの調整:培養した細菌細胞からDNAを抽出し、16S rDNAの全長(1500bp)もしくは部分断片(500bp)を、ビオチン化プライマーもしくはビオチン化dNTPによって標識しながら増幅した後、PCR産物をさらにストレプトアビジンフィコエリスリンによって蛍光標識した。■ハイブリダイゼーション:バッファー、温度、反応時間の検討を行い、TMACバッファーを用いて42°Cもしくは36°Cで反応、1520分で比較的良好な結果を得た。特に、CFB groupに特異的なCF319プローブは、高いS/N比を与え、サンプルDNA量と蛍光シグナルの間に高い相関が得られたことから、環境試料での定量が可能であると考えられる。その他のプローブ(EVB338、ALF968、GV)でも検出は可能であったが、S/N比が低く、さらに検討が必要である。特に、1500bpの長い断片のハイブリダイゼーションが弱いことは、多種類のプローブをデザインする上での制約となることから、反応系の見直しによって改善する必要がある。本年度は、様々な沿岸海域から分離、同定した海洋細菌の単離菌株を用いて検討を行うと共に、天然海水中の細菌群集の分析を試みた。単離菌株の場合は、標的DNAとして16SrDNAのPCR産物をプライマー標識法でビオチンラベルしたもの用い、天然細菌群集の場合は、抽出した全RNAを化学的標識法で蛍光ラベルしたものを用いた。マイクロビーズには、標的の配列の一部を特異的に認識するoligo-DNAをカップリング、コントロール(ダミーのoligo)を含む5種類のoligoを使用した。使用したoligo-probeのうち、1種類(CFB probe)のみが有効で、標的DNA量と検出蛍光値の間には正の相関関係が認められた。他のprobeは、ハイブリダイゼーションバッファー、温度、時間などの様々な条件を検討したが、標的DNAを検出することができなかった。相補的なoligoを標的とすると、強いシグナルが得られることから、標的DNAへのアクセスの問題と考えられた。そこで、蛍光標識とoligoをつなぐリンカーを12Cから18Cへ長くすると、検出蛍光値が上昇し、標的DNAへのアクセスが改善された。さらに強いシグナルを得るために、probe認識部位のシフト、プライマーの二重標識、PNAprobeの使用について、単離菌株のPCR産物を用いて検討すると同時に、天然細菌群集のRNA標識産物の分析を行ったが、十分な効果が確認できておらず、さらに検討が必要である。

但し、プローブ配列に一塩基の違いしかない場合は、交雑反応がみられるため、より定量的な検出のためには、さらに若干の検討の余地が残っている。しかしながら、今回の成果により、多種類の細菌の検出への筋道を付けることが出来たと考えられる。今後、よりプローブとビーズの種類を増やし、自然細菌群集への適用を検討することによって、本格的な多検体処理が可能となると期待される。
ヘテロ原子の特性を利用した複素環の合成新手法と機能開発研究

ヘテロ原子の特性を利用した複素環の新しい合成手段と機能の開発を目的に本研究を行なった。以下に、その成果をまとめると、(1)β位にオルトヘテロ原子置換フェニル基を有するビニルハライドの光反応によりベンゾフラン、ジベンゾオキセピン、ベンゾチオフェンなどの複素環化合物が得られる合成法を見い出した。さらにヘテロ原子の特性により、この環化反応が制御されることを明らかにしたこと(2)複素環への環化反応がα位の置換基効果により著しく影響を受けることを明らかにしたこと(3)pーアルコキシフェニル基により安定化されたビニルカチオンにおいてアルコキシドアニオンを求核剤として用いることにより、イプソ置換反応が起こり、イプソ付加体が高収率で単離されるという画期的な成果が得られたこと(4)その他の反応として、超原子価ヨウ素原子を有するアセチレン体と求核剤との反応が容易に起こることを見い出し、合成手段として有用であるという成果を得たことに大別される。(5)フェニル基に直結する複素芳香環に直鎖アルコキシ基とカルボキシル基を付した両親媒性化合物を合成し、気液界面上の単分子膜生成能を評価し、複素環が及ぼす分子組織化の影響についての指針を得た。以上のように、独自に開発した反応性に乏しい不飽和化合物の求核置換反応を研究対象とし、巧みに複素環合成に利用できた。更に、機能開発のための分子集合体形成に及ぼす構造因子を明らかにすることができた。このような分子レベルでの基礎的研究は、種々の機能開発には必須で、今後、機能開発を目的とした新反応の開拓を検討していく予定である。ビニルハライドの光反応によって生成するビニルラジカル,ビニルカチオンの選択的な分子内環化反応による複素環化合物の生成について,分子内のヘテロ元素(O,S)による反応挙動を明確にし,また,ビニルカチオンの求核置換反応によるビニル誘導体の合成とその光反応による複素環合成法を開発することを目的とした.1. βーアリール置換基が,オルト位にOおよびSフュニル基を有するビニルハライドの光反応によって, Oの場合は7員環のオキセピン環が, Sでは5員環のチオフェン環が生成するという顕著なヘテロ元素による反応挙動の違いを見出し,前者はビニルカチオンを,後者はビニルラジカルを中間体とすることを確証した.その相違はOとSのとりうる原子価で説明した.2.ビニルハライドの非求核性溶媒中の光反応をOCNとSCN存在下に行い, OCNではビニルイソシアナートが, SCNではビニルイソチオシアナートのほかにチオシアナートが生成することを見出し,ヘテロ原子O,S,Nによる求核性の相違によってこの現象を説明した.これらのビニル誘導体の光反応によってもキノリン誘導体が合成できる事が明らかとなった.3.アセチンやアレン体に求電子試薬を付加してビニルカチオンを生成し,ビニルハライドの光反応と同種の置換基を持つエチレン類は同種の環化反応によって複素環化合物が生成することを明らかにした.4.複素芳香環化合物は安定であるが,ヘテロ元素の極性のためにベンゼン環とはことなる極性を持つ.このことを利用し,これらの環をベンゼンと結合した二環,三環系化合物を合成し,環に置換するドナー,アクセプター基によって大きく分極したπ電子系化合物を合成した.これらには液品やLB膜を形成するものがあり,その性状と構造との関連を明らかにしつつある.非線形光学材料としての興味が持たれる.ヘテロ原子の特性を利用した複素環の新しい合成手段と機能の開発を目的に本研究を行った。

以下に、その成果をまとめると、(1)β位にオルトヘテロ原子置換フェニル基を有するビニルハライドの光反応によりベンゾフラン、ジベンゾオキセビン、ベンゾチオフェンなどの複素環化合物が得られる合成法を見い出した。さらにヘテロ原子の特性により、この環化反応が制御されることを明らかにしたこと(2)複素環への環化反応がα位の置換基効果により著しく影響を受けることを明らかにしたこと(3)pーアルコキシフェニル基のより安定化されたビニルカチオンにおいてアルコキシドアニオンを求核剤として用いることにより、イプソ置換反応が起こり、イプソ付加体が高収率で単離されるという画期的な成果が得られたこと(4)その他の反応として、超原子価ヨウ素原子を有するアセチレン体と求核剤との反応が容易に起こることを見い出し、合成手段として有用であるという成果を得たことに大別される。(5)フェニル基に直結する複素芳香環に直鎖アルコキシ基とカルボキシル基を付した両親媒性化合物を合成し、気液界面上の単分子膜生成能を評価し、複素環及ぼす分子組織化の影響についての指針を得た。以上のように、独自に開発した反応性に乏しい不飽和化合物の求核置換反応を研究対象とし、巧みに複素環合成に利用できた。更に、機能開発のための分子集合体形成に及ぼす構造因子を明らかにすることが出来た。このような分子レべルでの基礎的研究は、種々の機能開発には必須で、今後、機能開発を目的とした新反応の開発を検討していく予定である。
抗体のRNA高次構造特異的な認識を利用したエピトランスクリプトーム解析技術の開発

修飾核酸塩基を認識する抗体が核酸二重鎖の高次構造、特にバルジ構造内の塩基に特異的に結合することを利用し、大腸菌rRNA配列中の修飾塩基を測定した。バルジ構造内にある塩基は自由に回転でき、抗体に認識されやすいと考えられる。まずは、細菌の抗生物質耐性機構に関与することが知られている23S rRNA2058位のN6-メチルアデノシンを検出ターゲットとした。ターゲット塩基の位置でバルジ構造を形成するDNA配列をプローブとした。合成オリゴRNA配列中の特定N6メチルアデノシンを、表面プラズモン共鳴法(SPR)およびマイクロタイタープレートを用いたイムノアッセイ法により測定した結果、検出限界濃度は0.5 nM、バルジ構造にあるN6-メチルアデノシンへの抗体結合は、KD=10-8 (M)とアフィニティは十分高いことが解った。大腸菌より精製したRNAの特定N6-メチルアデノシン(23S rRNA2030位、野生株でメチル化されているアデノシン)も同様に、RNA制限酵素による断片化処理とバルジ形成DNAプローブとのハイブリッド鎖のイムノアッセイ測定により配列選択的に検出できることを示した。大腸菌RNA実試料は、最少で5 ngあれば増幅なしでも検出可能であることも示した。本課題で開発したイムノアッセイ法は、RNAの特定修飾塩基を、DNAへの逆転写やPCR増幅させることなく、配列選択的に簡易検出できる方法として意義がある。初年度は、研究実施計画に従って研究は順調に進み、得られた研究成果は、学会発表(日本分析化学会年会)と論文発表を行った。今後は、本課題初年度で開発した修飾核酸塩基イムノアッセイ法を利用した小型測定デバイスの開発に取り組む。大腸菌RNAアデノシン塩基のN6メチル化計測を、開発した小型測定デバイスで行う。メチル化酵素欠損株や突然変異による抗生物質耐性株を取得し、RNAのアデノシンのメチル化状態の簡易計測を検討する。動物培養細胞RNA(rRNA、mRNA、マイクロRNA等)のメチル化計測へも測定対象を拡げる。初年度、イムノアッセイ用装置の導入を計画していたが、研究室既有の装置を使用することで導入の必要がなくなった。2019年度以降は、新規測定デバイスのチップ作成費等(消耗品)に使用する予定である。また、イムノアッセイ用既有装置の老朽化があるので、更新する可能性もある。
細胞内局在性を有するヒストン脱アセチル化酵素阻害剤の合成

ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)の細胞内局在性と機能発現との関連の解明を目的として、細胞内で局在的に活性を発現するHDAC阻害剤を合成した。細胞内の局所で活性を持たせる方法として光解除性ケージド化の手法を用いることとし、ケージドHDAC阻害剤の設計と合成を行った。合成したケージドHDAC阻害剤は、可視光照射により、光照射時間依存的にHDAC活性を阻害した。この結果は、光解除性ケージドHDAC阻害剤が、系外から細胞内の局所を光照射することにより細胞内局所的にHDAC阻害活性を制御しHDACの細胞内局在性と機能発現との関連の解明に役立つ有用なHDAC阻害剤となる可能性を示す。遺伝子発現をエピジェネティックに制御する酵素の一つであるヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)には、核に存在しヒストンを基質とするHDACのみならず、HDAC6のように細胞質に局在し微小管のα-チューブリンを基質とし微小管の安定化に寄与するHDAC、あるいは、HDAC3,8,9などのように細胞核と細胞質の両方に存在するHDACなどが見出されている。HDACは、広くタンパク質のアセチル化されたリシン残基を脱アセチル化酵素として、細胞の恒常性維持に係わる多様な機能が注目されている。本研究は、HDACの細胞内局在性と機能発現との関連の解明に焦点を当て、細胞内局在性を有するHDAC阻害剤を設計・合成しHDACの機能解明に役立たせることを目的とする。昨年度は、クリックケミストリーの手法を用いることにより、HDAC8に選択性を有する阻害剤(J.M.C., 2012、ChemMedChem, 2014)、HDAC3に選択性を有する阻害剤(PLoS One, 2013)を見出した。今年度は、HDAC阻害剤に細胞内の局所で活性を持たせる方法として光解除性ケージド化の手法を用いることとして研究を行った。光解除性ケージド化合物とは、光解除性の保護基で生物活性物質の活性基を保護し,生物活性を失わせた分子であり、光照射により保護基が脱保護され活性化合物となる。また、光照射により脱離した保護基の蛍光が変化するような分子設計を行った。HDAC阻害剤の生物活性官能基であるヒドロキサム酸構造部分を光解除性保護基で保護した化合物を種々合成し、光脱保護による活性化合物の生成ならびに蛍光変化を解析中である。HDACは、広くタンパク質のアセチル化されたリシン残基を脱アセチル化酵素として、その多様な機能が注目されており、本研究は、HDACの細胞内局在性と機能発現との関連の解明に焦点を当て、細胞内局在性を有するHDAC阻害剤を設計・合成しHDACの機能解明に役立たせることを目的とする。今回、HDAC8に焦点を当てた。HDAC8は、最初核内に存在しコアヒストンに対して脱アセチル化能を有することが報告されたが、最近、平滑筋細胞では細胞質にも局在することがわかり、平滑筋細胞の収縮を制御する可能性が示唆されている。本年度は、クリックケミストリーの手法を用いることにより、HDAC8に選択性を有する阻害剤を見出すことが出来た(J.M.C., 2012)。一方、HDAC阻害剤に細胞内局所的な活性を持たせるためにはケージド化合物の手法を用いることとした。なお、ケージド化合物とは、光解除性の保護基で生理活性分子を保護し,一時的にその活性を失わせた分子のことである。既存のHDAC阻害剤の多くが活性官能基としてヒドロキサム酸構造を有することから、ヒドロキサム酸構造部分を光解除性保護基で保護した化合物を合成し、光照射により脱保護されHDAC阻害活性を示す化合物群の合成を検討中である。遺伝子発現をエピジェネティックに制御する酵素の一つであるヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)は、タンパク質のアセチル化されたリシン残基を脱アセチル化する酵素であり、細胞の恒常性維持に係わる多様な機能が注目されている。HDACには、核に存在しヒストンを基質とするHDACのみならず、HDAC6のように細胞質に局在し微小管のα-

チューブリンを基質とし微小管の安定化に寄与するHDAC、あるいは、HDAC3,8,9などのように細胞核と細胞質の両方に存在するHDACなどが見出されている。本研究は、HDACの細胞内局在性と機能発現との関連の解明に焦点を当て、細胞内で局在的に活性を発現するHDAC阻害剤を設計・合成し、HDACの機能解明に役立たせることを目的とする。初年度は、クリックケミストリーの手法を用いることにより、HDAC8およびHDAC3にそれぞれ選択性を有する阻害剤(J.M.C., 2012、ChemMedChem, 2014、PLoS One, 2013)を見出した。二年目は、細胞内の局所で活性を持たせる方法として光解除性ケージド化の手法を用いることとし、ケージドHDAC阻害剤の設計と合成を行った。最終年度には、合成したケージドHDAC阻害剤が、可視光照射により、光照射時間依存的にHDAC阻害剤を生成し、HDAC活性を阻害することを確認した。これらの結果は、合成したケージドHDAC阻害剤が、系外から細胞内の局所に光照射することにより細胞内局所的にHDAC阻害活性を制御できる有用なHDAC阻害剤となる可能性を示唆する。今後は、今回合成したケージドHDAC阻害剤をさらに改良することにより、これらのHDAC阻害剤がHDACの細胞内局在性と機能発現との関連の解明に役立たせたい。薬学細胞核以外にも局在し生物活性を有するHDACに対する選択的な阻害剤として、HDAC8およびHDAC3選択的な阻害剤を創出することができたことは一つの達成点であり、評価できる。HDAC阻害剤への細胞内局在性の付与については、当初、局在性官能基と蛍光性官能基を有する無保護のHDAC阻害剤の開発を計画した。この化合物では、局在性官能基によりHDAC阻害剤が細胞内で局在し、その局在性を蛍光性官能基により確認することができる。しかし、この考えに基づく化合物では、無保護の阻害剤が細胞内で局在化する前にすなわち非局在的にHDACを阻害する可能性を除外できない。そこで、光解除性の保護基を持つケージド化合物の手法を取り入れた化合物の設計・合成を行うことに計画を変更した。この方法では、HDAC阻害剤の保護基を光照射により除去することにより阻害活性を発現させることができる。現在、光解除性の保護基を持つHDAC阻害剤の開発に軸足を置いて研究を展開している。細胞核以外にも局在性を有するHDACに対する選択的な阻害剤として、HDAC8選択的な阻害剤およびSIRT2選択的阻害剤を創出することができたことは一つの達成点であり、評価できる。HDAC3阻害剤についても成果がまとまってきており、近々に学術論文に発表する予定である。局所性が確認できた阻害剤によりHDACを阻害させHDACの機能を解析する方法である。現在、この考えに基づく化合物については、設計・合成を検討中であるが、この方法では、無保護の阻害剤が細胞内で局在化する前にすなわち非局在的にHDACを阻害する可能性を除外できない。そこで、光解除性の保護基を持つケージド化合物の手法を取り入れた化合物の設計・合成を行うことにした。この方法では、HDAC阻害剤が細胞内で局在化した後に、光照射により保護基を除去することにより、局所的に阻害活性を発現させることができる。今後は、光解除性の保護基を持つ細胞内局在性HDAC阻害剤の開発に軸足を置いて研究を展開することを考えている。
転移の鍵をにぎるSPP1遺伝子発現制御機構の解明とその応用

SPP1は、多くの固形がんの発生・進行・転移に関与し、最も信頼度の高い予後不良因子として知られる。本研究では、がん細胞集団の中で、SPP1発現細胞のみを可視化しその挙動を追跡することにより、その特徴を明らかにする。特に、がんの浸潤・転移の過程において幹細胞としての機能を持つのか否かをライブイメージングにより調査する。加えて、その発現制御機構を解明することにより、がん細胞の浸潤・転移に決定的役割を果たす因子の新規同定を目指す。
「オリンピック休戦賛同サインの壁」の可視化と教育的活用のための方略

本研究は、オリンピック競技大会の主要目的である平和運動推進のための方法として、その可視化と印象的なアピールのために「オリンピック休戦賛同サインの壁」(以下、「休戦の壁」と略記)の設置目的とその歴史的経緯について明らかにし、今後の有効活用に向けた示唆を得ることを目的とするものである。そのために、以下の4つの下位目的を設定した。(1)これまで設置されてきた「休戦の壁」の存在を確認すること、(2)それらの「休戦の壁」の平和運動としてのこれまでの設置目的と活用の実態を明らかにすること、(3)2016年以降の夏季・冬季オリンピック・パラリンピック大会における「休戦の壁」の設置と活用について確認すること、そして、(4)2020年東京オリンピック・パラリンピック大会時の有効活用法に向けた示唆を得ること、である。平成30年度は以下の研究に取り組んだ。(1)ノルウェー・リレハンメルの「オリンピック・ミュージアム」において2016年YOG冬季大会および2018年平昌冬季大会における平和運動に関する調査を行った。「休戦の壁」に関する展示は見られなかったが、平昌冬季大会の平和メッセージの展示が見られた。(2)2018年ブエノスアイレスYOG大会の現地調査を行った。YOG会場内の平和運動関係の展示には「休戦の壁」に関する展示は見られなかったが、「オリンピック休戦」に関する展示は見られた。(3)ブエノスアイレスYOG大会前にOlympism in Action Forumが開催され、オリンピックの平和運動への取り組みのセッションも開催されたが「休戦の壁」に関する報告は見られなかった。(4)現在、平昌大会の「休戦の壁画」のその後の状況を確認中であり、東京2020大会に向けた「休戦の壁」の設置計画とレガシーとしてのその活用に向けて、情報と資料を収集・分析し、纏めているところである。平成28年度は以下の2つの下位目的を設定して取り組んだ。(1)これまで設置されてきた「休戦の壁」の存在を確認すること、(2)それらの「休戦の壁」の平和運動としてのこれまでの設置目的と活用の実態を明らかにすることである。このことによって、2020年東京オリンピック・パラリンピック大会時の選手村内の休戦の壁の有効活用法に向けた示唆を得ることができる。平成28年度は以下の研究に取り組んだ。(1)アテネのオリンピック休戦センターを訪問し、2004年アテネ大会時のオリンピック休戦賛同の壁の所在を確認することができた。しかしながら、当休戦センターの倉庫に保管されているのみで、全く活用されていない実態を確認した。現地インタビュー調査でも、今後の活用の計画がないことを確認することができた。今後は当センターのウェブサイトでの活用法などについてアドバイスをしてきた。(2)2006年トリノ冬季大会の選手村跡地およびトリノ大学のオリンピック研究センター(OMERO)を現地調査した。2006年大会時のオリンピック休戦の壁は選手村跡地には存在しないこと、および大会時にテレビ局RAI内に設置してあった「オリンピック休戦賛同ノート」が全く活用されていない実態を現地調査で確認した。(3)両都市のオリンピック休戦センターとオリンピック研究センターとは今後の研究上の情報共有体制を確立することができた。これら両都市の視察結果は日本オリンピック・アカデミー(JOA)のJOAコロキウムおよびウェブサイトにて情報発信し、公表してきている。本研究では、予算配分の限界から毎年2カ所のオリンピック開催都市を現地調査してオリンピック休戦賛同の壁の所在とその活用状況を確認する研究計画を立てている。そのために、平成28年度はアテネのオリンピック休戦センターでの「休戦の壁」の所在確認と活用されていない実態を把握することができたこと、およびトリノの選手村跡地とOMEROというオリンピック研究センターを訪問して「休戦の壁」が選手村跡地には存在せずトリノ市内でも活用されていない実態を確認することができた。このように2都市の現地調査を実施し、両開催都市共に「休戦の壁」のサインの活用の実態が無いことを確認することができた。残された2カ年間では、残り4都市の現地調査を予定していることから、本研究の進捗状況はおおむね順調であると判断している。なお、2020年東京大会におけるオリンピック選手村での「休戦の壁」の設置と大会後の活用に向けての示唆は、アテネのオリンピック休戦センターと2020年東京大会組織委員会の平和運動との調整が必要となるが、この点については平成29年度に中心的に対応する予定である。そのために、以下の4つの下位目的を設定する:(1)これまで設置されてきた「休戦の壁」の存在を確認すること、(2)それらの「休戦の壁」の平和運動としてのこれまでの設置目的と活用の実態を明らかにすること、(3)2016年以降の夏季・冬季オリンピック・パラリンピック大会における「休戦の壁」の設置と活用について確認すること、そして、(4)2020年東京オリンピック・パラリンピック大会時の有効活用法に向けた示唆を得ること、である。

平成29年度は以下の研究に取り組んだ。(1)2010年バンクーバー冬季大会の選手村跡地の現地調査を実施した。選手村跡地の記念公園に「休戦の壁」賛同署名者の名前が刻まれた記念モニュメントの存在を確認した。調査時の来園者は多くはなかった。(2)アムステルダムのオリンピック・スタジアムのマラソンタワーの聖火台の現地視察を行った。オリンピック博物館が予算上の理由で閉鎖されていて、オリンピック平和教育機能を果たしていないことが確認できた。(3)2018年平昌冬季大会の現地調査により、韓国の平和運動の調査を実施し,平和的レガシーの確認作業を進めた。(4)2016年リオ大会の「休戦の壁」から「休戦の壁画」へと名称変更となり、2018年平昌冬季大会でもこの名称が使用されたことを確認した。2020年大会での名称についてIOCの意向等を確認中である。各大会組織委員会の関係者、関連のオリンピック・ミュージアムおよびオリンピック研究所等の協力を得て情報を収集し、分析・纏めを行っている。本研究では、予算配分額に応じて毎年2カ所のオリンピック開催都市を現地調査して、「休戦の壁」の所在とその活用状況を確認するという研究計画に基づいて実施している。そのため、平成29年度はバンクーバーおよび平昌の2都市の現地調査を実施することができた。加えて、アムステルダムの訪問機会を得て、世界初の聖火点灯の聖火台の確認とミュージアムの閉鎖という事実を確認することができた。残された1年間でブエノスアイレスのYOG大会時の「休戦活動」他の調査を予定しているため、本研究の進捗状況はおおむね順調であると判断する。本研究は、オリンピック競技大会の主要目的である平和運動推進のための方法として、その可視化と印象的なアピールのために「オリンピック休戦賛同サインの壁」(以下、「休戦の壁」と略記)の設置目的とその歴史的経緯について明らかにし、今後の有効活用に向けた示唆を得ることを目的とするものである。そのために、以下の4つの下位目的を設定した。(1)これまで設置されてきた「休戦の壁」の存在を確認すること、(2)それらの「休戦の壁」の平和運動としてのこれまでの設置目的と活用の実態を明らかにすること、(3)2016年以降の夏季・冬季オリンピック・パラリンピック大会における「休戦の壁」の設置と活用について確認すること、そして、(4)2020年東京オリンピック・パラリンピック大会時の有効活用法に向けた示唆を得ること、である。平成30年度は以下の研究に取り組んだ。(1)ノルウェー・リレハンメルの「オリンピック・ミュージアム」において2016年YOG冬季大会および2018年平昌冬季大会における平和運動に関する調査を行った。「休戦の壁」に関する展示は見られなかったが、平昌冬季大会の平和メッセージの展示が見られた。(2)2018年ブエノスアイレスYOG大会の現地調査を行った。YOG会場内の平和運動関係の展示には「休戦の壁」に関する展示は見られなかったが、「オリンピック休戦」に関する展示は見られた。(3)ブエノスアイレスYOG
確率モデルに基づく時系列予測ニューラルネットワークの提案と生体信号予測への応用

本研究は,現在までの信号から将来の信号値および信号源の状態を予測・識別する時系列予測ニューラルネットワーク(NN)の開発を目的とする.そして,提案NNを生体信号予測・容態推定へ応用することで,予測に基づく医療モニタリングへの足掛かりとする.提案NNには,複雑な非線形性や個人差に対応するための工夫として,(1)確率モデルに基づく設計,(2)事後確率に基づく予測と識別,(3) Sparse Bayesianlearning,(4)大規模データを用いた学習を取り入れる.平成30年度は,(1), (2), (3)に関連して,特に識別側に注力し研究を遂行した.(1), (2)確率モデルに基づくNN:混合正規分布モデルに基づくNNを提案し,パターン認識へ応用した(早志,内田,PRMU2018).提案NNは,入力データが混合正規分布に従うと仮定することにより,各クラスの事後確率を学習的に推定できる.また,後述するSparse Bayesian learningにより,他のスパースな識別器より少ないパラメータ数で高精度な認識ができることを示した.また,重要な統計量であり,パターン認識においても多用される高次自己相関を学習的に獲得するNNを提案し,時系列データや医用データを用いて有用性を示した(ACCV2018等).当初の計画通り,30年度はSparse Bayesian learningの導入を中心に研究を進めた.この点に関しては研究実績の概要で述べた通りの成果を得ることができ,概ね良好な進捗状況である.また,29年度から継続して進めている確率モデルに基づくNNの開発に関しては,さらなる成果を得ることができ,想定以上の進捗状況である.予測のためのNNの開発は進行中であり,現在実データを用いて有用性を検証中である.この点に関しては,31年度も継続して開発予定である.平成31年度(令和元年度)は実生体信号を用いた容態変化予測に取り組む.現在,医師と協力してcardiotocography(胎児心拍数と子宮収縮の経時的変化を同時に計測した信号)の計測・収集に取り組んでいる.この信号は胎児の健康状態や分娩時刻の推定に有用であるとされているが,現状は医師の経験と目視に基づくものであり自動的な推定手法は確立されていない.本研究では,分娩前のcardiotocographyから分娩直後の新生児の健康状態を予測するアルゴリズムを開発予定である.具体的には,計測波形からApgar score (新生児の健康状態を10段階で評価したスコア)を推定する回帰問題としてこの課題に取り組む予定である.本研究は,現在までの信号から将来の信号値および信号源の状態を予測・識別する時系列予測ニューラルネットワークの開発を目的とする.そして,提案ネットワークを生体信号予測・容態推定へ応用することで,予測に基づく医療モニタリングへの足掛かりとする.提案ネットワークには,特に生体信号に現れる複雑な非線形性や非定常性,個人差に対応するための工夫として,(1)確率モデルに基づく設計,(2)事後確率に基づく予測と識別,(3) Sparse Bayesianlearning,(4)大規模データを用いた学習を取り入れる.平成29年度は,(1), (2), (4)に関連して,特に識別側に注力し研究を遂行した.(1)および(2)確率モデルに基づくニューラルネットワークの提案:指数分布族の確率分布に基づく確率モデルとニューラルネットワークへ展開するフレームワークを提案した(Hayashi, MPR 2017).そのフレームワークに基づき,マルコフ性を持つ時系列信号の識別に適したニューラルネットワーク(Hayashi and Tsuji, MIRU2017)や歪んだ分布に従うデータを識別できるニューラルネットワーク(早志ら,PRMU2017)を提案し,生体信号識別へ応用した.(4) Generative adversarialnetworks (GANs)に基づくdataaugmentation:生体信号生成に適したGANsを提案し,data augmentationに応用した.GANsは人工データを生成するニューラルネットワークと,実データと生成データを識別するニューラルネットワークを用い,これらを敵対的に学習させることで質の高い人工データを生成する技術である.本研究では,各ネットワーク構造を再帰型にすることで生体信号特有の時系列性や周期性の再現を可能とした.さらに,提案法により生成した人工データを心電図や脳波識別のための学習データに追加することで識別精度が向上することを示した(Harada, Hayashi, and Uchida, EMBC2018).当初の計画において平成29年度は,確率モデルに基づくニューラルネットワークの提案と,それに基づく生体信号識別,および予測を行う予定であった.ただし,以下の理由により取り組む順序が入れ替わるなどしたため進捗状況は上記の区分とした.■確率モデルに基づくニューラルネットワーク提案と,その生体信号識別への有効性を示すことができた■上記の理由により,予測のためのニューラルネットワークの開発は次年度に取り組むこととした本研究は,現在までの信号から将来の信号値および信号源の状態を予測・識別する時系列予測ニューラルネットワーク(NN)の開発を目的とする.そして,提案NNを生体信号予測・容態推定へ応用することで,予測に基づく医療モニタリングへの足掛かりとする.提案NNには,複雑な非線形性や個人差に対応するための工夫として,(1)確率モデルに基づく設計,(2)事後確率に基づく予測と識別,(3) Sparse Bayesianlearning,(4)大規模データを用いた学習を取り入れる.