hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極低温下における超伝導超薄膜・超微粒子膜の創製および電子状態の研究

(1)このスケーリング(べき乗)則が超伝導体の混合状態における普遍的な性質であること、(2)その説明にvoretex-glass転移を必要としないこと、そして(3)酸化物超伝導体で問題になっているホール効果の符号反転の問題とは無関係であることを明らかにした。平成6年度に製作した「極低温蒸着装置」を用いることにより、限りなく理想的な2次元系に近い超薄膜や超微粒子膜(すべてインジウム)を急冷蒸着によって成膜し、500mK迄の極低温、最大11テスラの磁場中における電気抵抗、ホール抵抗およびトンネル状態密度のその場測定を行うことが可能となった。その結果7年度には、量子ゆらぎ、および熱ゆらぎに起因する以下の2つの相転移を見い出すことができた。1「2次元超伝導体の超伝導絶縁体(SI)転移」に関する研究乱れだけを広範囲に変化させた2次元超伝導体を準備することに成功し、1K以下の極低温で、電気抵抗は発散するがホール抵抗はゼロに向かう新しい絶縁体相が存在することを発見した。このSI転移点近傍でトンネルスペクトルスコピーも併せて行うことによって、超伝導エネルギーギャップの有無を調べた結果、この相が量子ゆらぎに起因するク-パ-対の局在したボ-ズグラス相である可能性を実験的に示した。2「ボルテックスグラス(VG)転移」に関する研究比較的厚いインジウム膜の、混合状態における非線形抵抗を広い温度磁場範囲で調べることによって、熱ゆらぎの小さい(低T_cの)従来型超伝導体においてもVG-液体転移が起こることを見い出し、VG転移が乱れた超伝導体の混合状態における普遍的な性質であることを明らかにした。さらに、膜厚と平均粒径を独立に変化させることによって、系の次元性と粒径がVG転移に及ぼす影響を調べた結果、2次元系、およびジョセフソンネットワーク系とみなせる3次元系ではVG転移が観測されないことがわかった。これらの結果は、すべてVG理論によって統一的に説明することができた。本研究によって、超伝導が消失する付近の電子状態に関する多くの知見が得られたが、量子ゆらぎの効果、特にボ-ズグラス相の確証を得るためには、今後、希釈冷凍機温度(10mK)における研究が必要である。
GFPによるラットオピオイド受容体のリアルタイムでの可視化

平成15年度に作成した3種(δ,κ,μ)のラットオピオイド受容体(ROR)とGFPとの融合遺伝子(ROR-GFP)を用いて以下の実験を行った。RORとROR-GFPをCOS細胞にDEAE-Dextran法でtransient transfectionし、得られた細胞膜を用いて3H-diprenorphineによるbinding isothermを行った。得られたROR-GFPのKd値は、3つのサブタイプともに、wild typeと有意差を認めず、ROR-GFPはwild typeと同様に、正常に機能していることがわかった。さらに、ROR-GFPをlipofectin法でHEK293細胞にtransient transfectionし、一過性に発現させ、生きている細胞をconfocal laser scanmicroscopyを用いて観察した。ROR-GFPはそのほとんどが細胞膜上に一様に分布していたが、サブタイプによる分布の違いが認められた。すなわち、δsubtypeは最も細胞膜上の分布が著しく、μsubtypeは細胞膜上だけでなく細胞質、特に核周囲にも多く分布しており、κsubtypeはその中間的分布を示した。以上、本実験において、ラットオピオイド受容体の分布を、生きている細胞でリアルタイムに観察することに成功した。なお、本研究の結果は、本年6月に神戸にて開催される第52回日本麻酔科学会学術集会において発表する予定である。1)コントロールの作成提供されたプラズミドを鋳型にして、両端にそれぞれ、KpnI,XbaI siteを付属したプライマーを用いてPCRを行った。得られたPCR fragmentのdirect sequencingを行い、目的の断片が増幅していることを確認した。得られたPCR fragmentとpcDNA3 vectorを制限酵素KpnI/XbaIで消化し、両者をligationした。1と同様の作業を、KpnI/NheI siteを使用して(opioid receptorのstop codonを消してKpnI siteを作りそのままGFP cDNAへと連結する)三種のopioid receptorをそれぞれpEGFPN-1 vectorに組み込んだ。今年度中に、3H-bremazocinを用いて受容体結合試験を行い機能確認をする予定である。GFPとの癒合蛋白質が正常に機能すれば、予定通り来年度よりリガンド刺激による細胞膜内及び細胞内局在のリアルタイムでの観察を行う。
下部尿路狭窄ラットにおけるMPGニューロンの形態学的変化に関する研究

1下部尿路通過障害による末梢神経系の変化を明らかにする目的でラットの尿道狭窄モデルを作製し、MPGニューロンの形態学的変化を中心に観察した。2ニューロンは1週間狭窄群では狭窄解除後正常化したが、狭窄が7週間以上におよぶと期間の長さとともに増大し、解除後も正常化しなかった。3膀胱重量は1週間狭窄群は解除後ほぼ正常化したが7週間狭窄群は解除後も増大を続け、11週間狭窄群も解除後正常化しなかった。4尿道狭窄ラットのニューロンの肥大化、膀胱重量の変化は7週間以上の狭窄で不可逆的になる可能性が示唆された。5 MPGニューロンの肥大化のメカニズム解明のためには膀胱筋線維間の線維性分local trophicfactorや神経細胞内代謝等についても検討が必要であると考えられた。
イオン液体界面の電気二重層形成機構の解明と機能化への指針

本研究は、古典的な希薄電解質溶液で定義される界面電気二重層が、無溶媒電解質液体であるイオン液体に暗黙の内に適用される誤った現状に鑑み、これを物理化学の基礎的問題として再構築し当該分野の誤謬の解決を図る。我々はPt, Au基板上における超高純度イオン液体のアニオンならびにカチオンの吸着・脱着の電位依存性を、それぞれの電気化学窓内において赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)を用いて計測することに成功した。イオン液体の吸脱着の電位依存性は熱平衡状態にありながら電位ヒステリシスを伴い、その幅は1V程度にも達すること、またヒステリシスの形状が基板金属によっても異なることが分かった。イオン液体は1992年[EMIM]BF4の合成以来、特異な熱力学物性と電気化学特性により高い感心を集め、幅広い分野で研究が続けられている。特に、イオン液体の液体/液体界面や、電極界面における界面電気二重層の構造と制御が喫緊の課題として重視されている。本研究は、古典的な希薄電解質溶液で定義される界面電気二重層が、無溶媒電解質液体であるイオン液体に暗黙の内に適用される誤った現状に鑑み、これを物理化学の基礎的問題として再構築し、当該分野の誤謬の解決を図る。我々は非線形振動分光・光電子分光・理論計算の3手法を有機的に組み合わせ、電極上のStern層の構造評価、イオン液体/電極間の電子準位接続の解明など、種々の未解明問題の解決にあたる。本研究は、物理化学・電気化学・物質科学に跨る化学の基礎的課題であり、産業に直接波及する重要課題である。平成23年度は当初の研究計画の重要課題を担っていた博士課程大学院生の死去に伴い、電子構造計測に関する計画の大幅な見直しを行い、一部予算を平成24年度に繰り越した。赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)を用いたイオン液体/金属電極界面の界面モルフォロジーならびにサイクリックボルタングラムに対応したアニオン・カチオンの吸脱着現象に関する計画については概ね順調に推移していたが、同実験における実験結果の再現性に問題があることが分かり、対応を検討したところ超高純度イオン液体のハンドリングに大きく依存することを見出し、手製のグローブボックスでは対応不可能との結論を得て独国M. BRAUN社製グローブボックスシステムを購入することとした。これまでに我々はモデル化合物として超高純度のイミダゾリウム系イオン液体[Cnmim]X (X=OTf, TFSA, PF6)を調整し、Pt, Au基板上におけるアニオンならびにカチオンの吸着・脱着の電位依存性を、それぞれの電気化学窓内において赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)を用いて計測することに成功した。驚くべきことに、サイクリックボルタングラム(CV)に対応するイオン液体の吸着・脱着の電位依存性には熱平衡状態にありながら電位ヒステリシスを伴い、その幅は1V程度にも達すること、またヒステリシスの形状が基板金属によっても異なることが分かった。これは、古典的な希薄電解質溶液で定義された界面電気二重層には説明し得ない現象であり、イオン液体の構造的特異性が明確に反映されるものと期待され、イオン液体の電子状態との比較検討が極めて急がれる。現在、アニオン・カチオンの吸脱着に関して現象論的に考察を進めている。

本研究は、古典的な希薄電解質溶液で定義される界面電気二重層が、無溶媒電解質液体であるイオン液体に暗黙の内に適用される誤った現状に鑑み、これを物理化学の基礎的問題として再構築し、当該分野の誤謬の解決を図る。我々はモデル化合物として超高純度のイミダゾリウム系イオン液体[Cnmim]X (X=OTf, TFSA, PF6)を調整し、Pt, Au基板上におけるアニオンならびにカチオンの吸着・脱着の電位依存性を、それぞれの電気化学窓内において赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)を用いて計測することに成功した。驚くべきことに、サイクリックボルタングラム(CV)に対応するイオン液体の吸着・脱着の電位依存性には熱平衡状態にありながら電位ヒステリシスを伴い、その幅は1V程度にも達すること、またヒステリシスの形状が基板金属によっても異なることが分かった。また、Li+カチオンの添加効果により、ヒステリシスが還元側に大きくシフトする現象を発見し、これがLiのUPDとイオン液体のカチオン・アニオンとの協同現象であることを明らかにした。これは、古典的な希薄電解質溶液で定義された界面電気二重層には説明し得ない現象であり、イオン液体の構造的特異性が明確に反映されるものと期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。物理化学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画の中で重要な役割を担う博士課程学生の死去に伴い、予算の繰り越しなどを伴う計画の大幅な変更を余技なくされた。イオン液体の電子構造計測関連では従って若干の遅れが認められるものの、研究成果に関しては特に赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)に成果が出始めており、計画修正後は概ね順調に推移している。研究計画の中で重要な役割を担う博士課程学生の死去に伴い、予算の繰り越しなどを伴う計画の大幅な変更を余技なくされたが、研究成果に関しては特に赤外ー可視和周波発生振動分光法(IV-SFG法)に成果が出始めており、概ね順調に推移している。イオン液体の特異な界面モルフォロジーとイオン液体/金属電極界面に見出したアニオン・カチオン吸脱着の電位ヒステリシス効果は、それらの電子構造との相関を検討すべき現象であると考えられる。博士課程学生の死去に伴い研究計画を変更し、繰り越しを用いて備品として新たにグローブボックスシステムを購入したが、これはIV-SFG法によるイオン液体/金属界面の計測に大いに役立っている。今後は多少遅れが認められた光電子分光法による価電子帯の評価に注力し、イオン液体の界面電気二重層の特異性を明らかにしたい。具体的な手法は以下の通り、1)溶液ジェット法に代わるイオン液体薄膜作成法として、イオン液体の希薄メタノール溶液によるパルスバルブ法で薄膜堆積を試みる。イオン液体の多くはメタノールに完全可溶であるため、溶液ジェット法を用いなくても目的とする薄膜が作成できる可能性が高い。2)Au, Ptなどの金属基板に単結晶を用い、電子状態に関する理論計算との対比を明確化する。3)電位ヒステリシス効果を検証するためイオン液体を各種溶媒に溶解し、IV-SFG法による吸脱着過程を考察する。希薄溶液においてヒステリシスが観測されるか否かは、旧来の電気化学的理解に大きく影響すると思われる。
ALS-D（認知症を伴うALS）患者・家族のケアに関する倫理的・社会医学的研究

筋萎縮性側索硬化症(ALS)と前頭側頭型変性症(FTLD)との共通原因、共通遺伝子の研究が進行している状況を的確に押さえるため、内外の文献等を網羅的に検索・精査した。日本ALS協会理事等に、研究の進捗を説明、忌憚のない意見を求めたところ、認知症をともなう筋萎縮性側索硬化症(ALS-D)早期スクリーニングに否定的な意見が多かった。また、内外の事情を知る専門職から強い危機感の表明もあった。そこで、2015年10月をめどに、伊藤道哉が中心となって日本ALS協会患者会員に対する悉皆調査を行い、認知行動障害がある場合の療養上の問題点をさらに明らかにすることが決定した。「ALS-D(認知症を伴うALS)患者・家族のケアに関する倫理的・社会医学的研究」は、生命予後が短くコミュニケーション障害が早く起こるALS-Dの可能性がある患者に、認知障害、行動障害等の高次脳機能障害に関する適切な検査・診断が行われ、診断を踏まえて、患者自身が事前指示を行いうる段階で早めに代理人を指名して、療養の決定を委ねられるならば尊厳ある生を全うできる可能性が高まる。かつ、家族・介護者も、ALSの療養指導に加えて高次脳機能障害について適切なケアの指導を受ければ、介護負担が軽減することが期待される。I.仮説の検証、及び実態を把握するための調査。現在、ALS-Dの適切なスクリーニングのための評価尺度・検査システムがないため、後ろ向きの調査を行い、4つの仮説を検討することで、ALS-Dの特徴を明らかにする。仮説1.ALS-Dでは生命予後が短い2.コミュニケーション障害が早く起こる3.家族・介護者・医療者の負担が大きい4.事前指示の適用の可能性が高い、以上の仮説を遺族、医師、看護職、介護職、難病支援専門員、コミュニケーション支援者への後ろ向き調査で明らかにするため、まず、ヒヤリング調査を行った。昨年度の調査から、認知症をともなう筋萎縮性側索硬化症(ALS-D)早期スクリーニングに否定的な意見が多かったこと、前頭側頭型変性症(frontotemporal lobar degeneration :FTLD、FTD)との共通原因TDP-43、共通遺伝子の研究が急速に進行している状況下、内外の文献等を網羅的に検索・精査した。PubMedで直近5年のヒトに関して検索、ALS3398、FTLD1852、ALS&FTLD398、&screening258、&ethics1件について精査した。2015年2月時点、ALSおよびFTLD関連36遺伝子中、10が両者に共通であり、同じスペクトルの一部であると認識されるようになった。また、厚生労働科学研究費難治性疾患政策研究事業「神経変性疾患領域における基盤的調査研究班」(変性班)「筋萎縮性側索硬化症および前頭側頭型認知症におけるALS-FTD-Q調査研究」の計画を知り、変性班と連絡を取り、連絡会議・ワークショップ(2014年7月25日)に参加、班会議(12月20日)後も、家族介護者の評価票ALS-FTD-Qが不十分であるため、直接患者をスクリーニングする評価法を開発する等の情報を蒐集した。一方、難病法施行2015年1月以降、ALSの臨床調査個人票に、認知行動障害、遺伝子検査に関する項目が新たに加わった。2015年2月、日本ALS協会理事、相談役、常務理事、会長、副会長に、内外の最近の研究の進展を説明し、ALSにおける認知行動障害のスクリーニングのあり方について意見を求めたところ、驚きを持って受け止められ、内外の事情を知る専門職から強い危機感の表明があった。そこで、2015年10月をめどに、伊藤道哉が中心となり日本ALS協会患者会員に対する悉皆調査を行い、ALSで認知行動障害がある場合の療養上の問題点を明らかにすることに決した。生命倫理学ALS-D(認知症を伴うALS)患者・家族のケアに関する倫理的・社会医学的研究では、初年度に大規模調査を当初予定していた。すなわち、遺族:日本ALS協会遺族会員対象300名、医師:ALS診療に経験の深い臨床医。病院勤務医150名、診療所に医師50名、看護職:日本ALS協会施設会員の看護職200名、介護職:日本ALS協会施設会員の介護職200名、難病医療専門員(神経難病支援専門員):30都道府県50名、コミュニケーション支援者:日本ALS協会の把握するコミュニケーション支援者50名である。しかし、大規模調査の前に、ALSをよく知りかつ認知行動障害についても経験のある専門家等41名(医師13名、看護師8名、遺族5名等)に関するヒヤリングをおこなったところ、認知行動障害の早期のスクリーニングに批判的な見解が大半を占め、社会的影響も考慮して、大規模調査の内容を再検討することとした。

また、ALSのみならず認知行動障害に関する内外の文献を網羅的に精査したところ、認知症の早期のスクリーニングが、本人、家族、介護者の健康アウトカム及び意思決定の向上に寄与している証拠はないというシステマティックレビュー(AHRQ PublicationNo. 14-05198-EF-1,2013年11月)等、認知症の早期スクリーニングに慎重な見解も見出された。さらに、仮説2「コミュニケーション障害が早く起こる」については、画期的なデバイス「HALスイッチ」(仮称)の登場により、従来に比べて、極めて重症のALS患者で、随意筋の機能が低下した場合でも、コミュニケーションがとれるようになる可能性が現実化してきており、今後1年以内にコミュニケーション改善によるTLS(完全な閉じ込め状態)を巡る状況が大きく変化することが予想され、大規模調査のあり方を見直した上で、2年目に実施することが妥当であると判断した。I.専門職の意識を把握するための調査を本年度に実施する。ただし、ヒヤリング調査では、認知行動障害出現以前の早期スクリーニングに、極めて慎重を要するとの意見が多く、本人にはほとんどメリットがないため、ALS患者の家族に対する調査にも疑問と批判が多く、ALSをよく知る専門職のみの限っての調査を実施する。調査対象:700名。内訳は、医師・看護職・介護職各200名、難病医療専門員(神経難病支援専門員):30都道府県50名、コミュニケーション支援者:日本ALS協会の把握するコミュニケーション支援者50名1筋萎縮性側索硬化症+前頭側頭型認知症調査票日本語版(仮)による、ALS-Dスクリーニングの倫理的・社会的問題点について調査する。をさらに図る。調査の結果を分析し、ALS-Dのスクリーニングのあり方について提言する。特に、ALSと診断された時点で、できるだけ早期に認知行動障害のスクリーニングを行うべきか、認知行動障害の症状が疑われる時点で検査すべきか、認知行動障害がでてから検査すべきかについて明らかにする。患者自身に関するメリット・デメリット、家族のメリット・デメリット、介護スタッフのメリット・デメリットを比較衡量して、認知行動障害の最適の検査のタイミングを検討する。2また、スクリーニングに基づく、事前指示のメリット・デメリットおよび、倫理的・社会的問題点について調査する。さらに、いわゆる難病新法施行とともに、患者、家族、介護者の相談支援に当たる専門家が、認知行動障害の相談に対応できるような情報を提供する。なお、調査票作成にあたっては、医学の専門家以外の有識者から、専門的知識の提供を受け、調査内容の精緻化をはかる。調査結果解釈の際、法律家、倫理学者等、医学の専門家以外の有識者からも、専門的知識の提供を受け、分析の精緻化を図る。そして、本研究の成果を、報告書、学術誌等によって公表する。
双重力理論での宇宙モデルのダイナミクスと揺らぎの進化

本研究の目的は「一般化された重力理論における宇宙論」であり、特に「重力理論と宇宙背景輻射」および「重力理論の理論的な諸問題」に着目して研究を行った。スカラーテンソル重力理論に対する宇宙背景輻射のゆらぎの観測データ(WMAP)からの制限について解析を行った。これにより、宇宙背景輻射を用いた世界で初めての重力定数の時間変化の制限(5%以下)を与えることができた。また、一般化された重力理論の理論的な諸問題と観測的制限について考察を行った。その結果、ラグランジャンがリッチスカラーばかりでなく、より一般のリッチテンソルやリーマンテンソルの関数であるような重力理論では、負エネルギーをもつゴーストと呼ばれる場が一般的に現れてくることがわかった。そのような場を持つ理論では、系はよりエネルギーの低い状態へ行こうとするため不安定であり、矛盾のない重力理論とはなりえないことを示した。さらに、ダークエネルギーの状態方程式の違いによる宇宙の進化の分類・密度揺らぎの成長の仕方の完全な分類も行った。本研究の目的は、「一般化された重力理論における宇宙論」であり、今年度は、特に「重力理論と宇宙の加速膨張」および「重力理論と宇宙背景幅射」の課題に取り組んだ。最近、重力を変更して宇宙の加速膨張を(ダークエネルギーを用いずに)説明しようという試みがある。たとえば、1/Rという項をラグランジャンに付け加えると可能であるが、このようなモデルは、実はω=0のBrans-Dicke理論と全く等価であり、しかも現在補正が効く状況を考えている限りBrans-Dickeスカラー場の質量は軽いものとならざるを得ないので、太陽系の重力の実験(ω>3500)によりこのようなモデルは排除されることがわかった。さらに、スカラー場が重力とあらわに結合した理論であるスカラーテンソル理論における密度揺らぎの一般的な定式化を以前行った。この定式にもとづき、実際の宇宙背景幅射の揺らぎの観測データ(WMAP)を用いた理論のパラメターの制限の解析を行なった。これにより宇宙背景幅射をもちいた世界で初めての重力定数の時間変化の制限(5%以下)を与えた。本研究の目的は「一般化された重力理論における宇宙論」であり、今年度は特に「重力理論と宇宙背景輻射」および「重力理論の理論的な諸問題」について研究を行った。一般化された重力理論の理論的な諸問題と観測的制限について考察を行った。また、静的な弱い重力場の近似で、ニュートン重力が再現されないこともわかった。この解析結果は、雑誌に掲載予定である。
黄砂の触媒作用による有害PAH酸化体の大気内二次生成：越境輸送と健康影響

今年度は,これまでに報告のなかったピレンキノン異性体[4,5-Pyrenequinone (4,5-PyQ)及び1,6-/1,8-Pyrenequinone (1,6-/1,8-PyQ)混合物]についてのDTT(Dithiothreitol)アッセイを行い酸化能を評価した。それらの実大気中濃度をもとに,大気粒子酸化能に対する寄与を見積もったところ,4,5-PyQの寄与率が特に高くおよそ18 %となった。ROS活性が高いことで知られている9,10-フェナントレンキノン(PheQ)と4,5-PyQの寄与率の合計は約32%となり,これら2物質のみで大気PM酸化能のおよそ1/3が説明できることとなった。このように,4,5-PyQはPMの酸化能に対する寄与が大きく重要な物質であることが,本研究により初めて明らかとなった。また,実大気観測ではPheQ濃度は黄砂飛来時に増加したことが確認され,黄砂表面における二次生成の可能性が疑われた。そこで,室内反応実験では黄砂を模した種々の鉱物粒子表面においてPhe-オゾン酸化反応を実施し,反応後の粒子上における残存Pheおよび生成物の濃度経時変化を追跡した結果,PheQの生成が確認されるとともに,多くの鉱物粒子上においては開環酸化物1,1'-Biphenyl-2,2'-dicarboxyalde&not;hyde(BDA)が高収率で得られた。生成物の分布を基に種々の鉱物粒子上の結果を分類したところ,モンモリロナイトやカオリナイトといった粘土鉱物においてはPheQの生成量が多くなる傾向が見受けられ,粘土鉱物の固体酸としての性質がPheQの生成に大きく寄与するものと推察された。黄砂表面で二次生成する可能性があるピレンの酸化体(キノン)について,DTTアッセイによる酸化能の評価を初めて行うことができ,その結果ピレンキノンが大気環境科学上極めて重要な毒性物質であることを世界に先駆けて明らかにすることができた。また,毒性の高いPAHキノンが黄砂表面で二次生成することを観測・実験の両面から明らかにした。今後は生体影響評価と並行して,毒性が高いことが明らかとなったピレンキノンを含むPAHキノンの黄砂上非意図的生成に関わる反応について,実験系を用いた反応実験および実大気観測を引き続き行い,A)黄砂によって触媒される大気内PAHキノン生成反応過程の解明,B)実大気中の黄砂表面における有害PAHキノン生成の検証を行うとともに,C)化学計算による反応メカニズムの解析も試みる。今年度は、黄砂表面の反応によって生成する可能性のあるPAHキノンについて、生体影響との関連を明らかにすることを目指し以下の実験を行った。ピレンが殆ど毒性を示さなかったのに対し、そのキノン体である4,5-PyQ、1,8-PyQ+1,6-PyQには毒性が確認された。特に4,5-PyQは低濃度でも著しい細胞活性の低下と細胞死を示し、1,8-PyQと1,6-PyQの混合物よりも強い毒性を持つことが示された。また、それは細胞内外のROS産生が一部関与している可能性が考えられた。催炎症性の液性因子(IL-6, IL-8, sICAM-1)の産生は、一部の曝露濃度に呼応して増加も観察されたが、キノン体の高濃度での急激な減少の方が目立ち、これは、急激な細胞死により減少したと推察される。従って、ピレンよりも、そのキノン体の方が、呼吸器疾患の悪化に深く関与する可能性があり、酸素の配位置によってもその影響が異なることが示唆された。黄砂表面で二次生成する可能性があるピレンの酸化体(キノン)について,その生体影響評価を初めて行うことができ,その結果ピレンキノンが大気環境科学上極めて重要な毒性物質であることを世界に先駆けて明らかにすることができた。

生成物の分布を基に種々の鉱物粒子上の結果を分類したところ,モンモリロナイトやカオリナイトといった粘土鉱物においてはPheQの生成量が多くなる傾向が見受けられ,粘土鉱物の固体酸としての性質がPheQの生成に大きく寄与するものと推察された。黄砂表面で二次生成する可能性があるピレンの酸化体(キノン)について,DTTアッセイによる酸化能の評価を初めて行うことができ,その結果ピレンキノンが大気環境科学上極めて重要な毒性物質であることを世界に先駆けて明らかにすることができた。また,毒性の高いPAHキノンが黄砂表面で二次生成することを観測・実験の両面から明らかにした。今後は生体影響評価と並行して,PAHキノンの黄砂上非意図的生成に関わる反応について,実験系を用いた反応実験および実大気観測を行い,A)黄砂によって触媒される大気内PAHキノン生成反応過程の解明,B)実大気中の黄砂表面における有害PAHキノン生成の検証を行う。今後は生体影響評価と並行して,毒性が高いことが明らかとなったピレンキノンを含むPAHキノンの黄砂上非意図的生成に関わる反応について,実験系を用いた反応実験および実大気観測を引き続き行い,A)黄砂によって触媒される大気内PAHキノン生成反応過程の解明,B)実大気中の黄砂表面における有害PAHキノン生成の検証を行うとともに,C)化学計算による反応メカニズムの解析も試みる。
歯周病モデルマウスを用いた炎症性骨破壊に対する骨吸収抑制薬の作用機序

障害者は口腔清掃の重要性が理解できないことや四肢体幹障害などにより、自己での口腔管理が困難なため歯周病を発症しやすく、炎症性歯槽骨破壊のリスクが非常に高い。従って、物理的なプラークコントロールでなく、化学的に歯槽骨破壊を抑制する薬物療法の開発は重要課題の1つである。本研究では、現在広く用いられている骨吸収抑制薬である抗RANKL抗体およびビスホスホネート(BP)製剤が、細菌感染に起因する炎症性骨破壊に及ぼす影響について解析し、効率的に局所での薬剤効果を高める方法を検討することとした。また、骨吸収抑制薬の効果的な投与のタイミングや、長期的な薬効の持続時間の検討などもさらなる課題として挙げられる。
利用者本位の古文書デジタルアーカイブを実現する情報検索技術

古代木簡デジタルアーカイブをターゲットとした知的情報検索の実現に向けた研究を行った。パターン認識技術、画像処理技術、ペン・ユーザインタフェース技術を用いた破損字形検索技術を実現することで、解読が困難となった字形の類例検索を実現した。また、検索技術を含む古代木簡解読支援システム「Mokkanshop」の開発と一般公開を行った。このソフトウェアは古代木簡デジタルアーカイブ「木簡字典」と連動し、利用者に実用的な情報検索を提供する。2010年度は、字体検索の高度化を達成すべく、墨/背景分離のための画像処理、および絞り込み検索との親和性が高い字体認識技術を中心とした研究ならびに成果発表を行った。画像処理では色空間の変換、周波数帯分離など様々な手法の効果を精査し、その成果は国際学会ICFHR2010においてITESOFT best poster paperawardを受賞した。また、字体認識技術では筆の太さの変化による誤認識に頑健な手法を開発し、利用者が筆跡を補完・推定しながら字体検索を行う際の精度向上を達成した。画像処理では、墨の退色と木片(背景)の変色により形状が曖昧になった字体を先鋭化しつつ、同時に字体以外の部分にノイズが乗るのを防ぐ必要がある。これらは基本的に相反する要素であるが、本研究では特性の異なる複数の画像処理を併用することで両立できることを明らかにした。ただし、実際の運用においてユーザに複数の画像処理を選択実行させるのはユーザビリティの面から好ましくない。この点については複合的な画像処理を効果的に組み合わせ、操作に必要な手間を最小化するための実装を次年度の課題としたい。字体認識については画像処理との有機的な連携を通して精度を高められるよう改良を行った。この成果を活用し、絞り込み検索におけるユーザビリティを画像処理と共通化することで、字体の先鋭化と検索をシームレスに実施できるユーザインタフェースの実装に繋げたい。本研究では、古代木簡デジタルアーカイブをターゲットとした知的情報検索の実現に向けて、ユーザ(専門家)への思考面での負担を軽減しつつ有用な情報を提示する情報検索理論・技術の構築を目標としてきた。23年度については、情報検索精度の向上、検索対象の拡大、画像処理の改善、および使い勝手(ユーザインタフェース)の改善を行った。検索精度の向上については、破損を伴う字形の評価基準として墨濃度の勾配特徴を導入し、字形輪郭部の荒れ、にじみなどに頑健な類似度計算技術を実現した。勾配特徴は字形筆記時の運筆方向の推定に確率的なソフトディシジョンの導入を可能にする。ここで必要となる確率モデルの構築では、実際に古代木簡から得られた字形情報(後述)を活用した。また、評価結果として得られる類似度(確率値)に経験知に基づく後処理を加えることで文脈処理とのスムーズな連携に考慮した。検索対象の拡大では、古代木簡データベース『木簡字典』の拡張によって得られた多数の古代木簡画像から新たな字形情報を抽出・整理することで実現した。この成果は検索対象となる古代木簡の拡大だけでなく字形評価技術の精度向上にも大きく貢献した(前述)。画像処理の改善では、古代木簡の画像に対する分析結果を基に字形(墨)を木簡表面の木目、腐食、荒れなどと効果的に分離可能な処理技術を実現した。この画像処理技術では調整の必要なパラメータを最小限に留めたことが特徴である。これに伴い、今までは複雑なパラメータ調整が必要となっていた画像処理用インタフェースを全面的に置き換え、シンプルな作業で字形(墨)を抽出できるようにした。
情報幾何学および情報理論を用いた学習機械の特性解析

幾何学的視点からサポートベクトルマシンなどの学習機械の解析を行った.これにより,計算量の少ないサポートベクトルマシンの提案およびその解析,双対構造を持つ学習機械の解析,自己組織化写像の理論構築がおこなわれた.また,情報理論を応用して強化学習の収束性を明らかにするとともに,パターン認識への応用を図った.これにより,理論的裏づけのある非類似度を提案し,その有効性を示した.さらに,機械学習を人間行動のモデリングへも応用した.サポート・ベクター・マシン(SVM)をはじめとした学習機械が,パターン分類,音声認識などの従来からある分野のみならず,データマイニング,テキストマイニング,バイオインフォマティクスなどの最先端分野にいたる幅広い応用分野で注目を集めている.本研究では,最新の数学的手法を駆使することにより,これらの性質を理論的に解明することを目的としている.具体的には,情報幾何学や情報理論の手法を応用し, SVMなどの学習機械の性質を明らかにする.情報幾何学は甘利らによって創設され,統計科学やシステム理論,最適化理論,ニューラルネットワークなど多くの分野で応用されている.学習理論でもbootsingなど多くの分野で応用されているが, SVMへ応用した例はほとんどないに等しい.また, Hanらによって創設された情報スペクトルを学習理論に応用した例もない.研究代表者は情報幾何学を用いた手法に熟知しており,研究分担者は情報理論を用いた手法に熟知しているので,それらを学習理論に応用することは可能であると考えられる.幾何学的視点からサポートベクトルマシンなどの学習機械の解析を行った.これにより,計算量の少ないサポートベクトルマシンの提案およびその解析,双対構造を持つ学習機械の解析,自己組織化写像の理論構築がおこなわれた.また,情報理論を応用して強化学習の収束性を明らかにするとともに,パターン認識への応用を図った.これにより,理論的裏づけのある非類似度を提案し,その有効性を示した.さらに,機械学習を人間行動のモデリングへも応用した.本研究は,情報幾何学や情報理論などの高度な数学的手法を駆使することにより,SVMをはじめとした学習機械の性質を理論的に解明することを目的としている.本年度はまず,高い汎化能力を持つ一方で必要な計算量が多いという欠点を持つSVMについて,その解がスパースであるという性質を利用し,幾何学的な視点からその必要な例題を抽出することで例題数に比例という少ない計算量を持つアルゴリズムを開発し,その有効性を計算機実験により確認した.また,パーセプトロン学習を一般化した準加法的アルゴリズム(パラメータに例題を加算し,パラメータを非線形変換して重みベクトルを生成する)について,情報幾何学の視点からは,パラメータ空間と重みベクトル空間が互いに双対なアファイン座標系となる双対平坦空間を成していることを示した.さらに,情報理論の手法を用いることで,マルチエージェントの強化学習問題をマルコフ決定過程とみなし,その性能向上の限界を導出するとともに,パターン分離問題における新しい"非類似度"を提案し,その合理性および有効性を示した.なお,当初の予定にはなかったが,スモールワールドやスケールフリーなどの性質について議論するネットワーク科学の視点から,遺伝的アルゴリズムのネットワークとしての性質を解析し,交差および突然変異というオペレータの役割を明らかにした.昨年度提案した追加的SVMの理論解析の精緻化を進め,実験結果をよく説明する学習曲線の理論値を導出した.本年度予定していたSVRの解析は,SVMでの解析手法をそのまま用いるだけでは不可能であることがわかり,具体的な研究成果はあげられなかった.その代わりに,真のモデルが時変であっても追従できる,忘却機能を有するSVMを提案し,その性能解析を行った.この方式は適応フィルタにおけるRLSをベースとしているが,RLSと異なり,真のモデルが時不変であっても,汎化誤差はゼロには収束しないことが実験的にわかり,それを説明する理論が構築された.また,昨年度より継続している遺伝的アルゴリズムの解析も進め,より一般的なモデルについて理論値を導出した.さらに,情報理論に基づく非類似度の研究においては,階層クラスタ分析における標本のラベル(分類値)の階層性をボトムアップ的に推定することを目的とした,新しいクラスタ(標本の集合)間の非類似度を提案し,これが,標本の母集団が混合モデルである場合には,ある種の情報理論的な妥当性を持っていることを示した.この手法は,実際のデータに対するクラスタ分析の成果として,窓ガラス等のガラス成分データや音声を構成する音素データの階層構造を同定する際に有効であることが計算機実験により示された.本年度は,サボートベクトルマシン(SVM)の解析と非類似度の研究を進め,さらに他の様々な機械学習アルゴリズムについて解析が可能かどうかを検討することを予定していた.SVMの解析においては,忘却機能を有するSVMの漸近的な学習曲線を導出し,非類似度についてば,曲線整合問題におけるサンプリング法を開発した.これらの他,以下のような研究を行った.・自己組織化マップ(SOM)の一手法であるモジュラーネットワーク(mn)SOMについて,その学習特性を理論的に導出した.その結果,mn-SOMは本質的には線形補間をしていることを明らかにした.・神経スパイク時系列から神経細胞の特徴を特定するのに最適な特徴量を,セミパラメトリック推定の情報幾何学を用いて導出し,その有効性を計算機実験で確認した.・強化学習において,従来の理論が定常エルゴードマルコフ決定過程を仮定しているのに対し,それを満たさない場合について情報理論的な視点から検討し,収益の最大化が可能な確率過程のクラスを導出した.・自動車のブレーキ警告システムを構築するため,ドライバーのブレーキの履歴をSVMで学習することにより,ブレーキタイミング予測を可能にした.

・センサーネットワークを利用したオフィスログデータに因子分解に基づくデータマイニング手法を滴用し,オフィスログから各人を特徴付けることが可能であることを示した.昨年度から実施している忘却係数を持つSVMの学習曲線導出の研究,モジュラーネットワークSOMの学習特性の研究,神経スパイク時系列の情報幾何学による最適特徴抽出法の研究をまとめ,それぞれ論文として投稿した.このうち,SOMに関するものはすでに掲載されている.その他には下記のような研究を行った.・機械学習の手法を音楽情報科学にも応用した.ここでは,音響信号がどの楽器の音かを判断するのではなく,どんな信号を同一楽器と扱うべきかという発想の転換とともに,その幾何学的性質を考察することで,従来選りすぐれた分類性能を示す楽器分類器を提案した.・昨年度に構築した自動車のブレーキ警報システムにもさらに改善を加えた.従来のシステムでは時々刻々と観測きれるデータをそのまま学習データとして用いていたが,それでは危険な状態のテータも学習され,結果的に警報の感度が鈍くなるという問題があった.そこでブレーキの時系列を隠れマルコフモデルでモデル化し,通常とは異なるブレーキ時系列を危険な状態と判断し学習テータから除去することで頑健性を向上させた.・センサーネットワークを利用したオフィスログデータにおける因子分解に基づくデータマイニンク手法について,因子の時間発展を仮定した行列因子分解やクラスタ構造を仮定した行列因予分解,あるいはテンソル因子分解など,より高度なモテル化を行った.・Shane contextなどの従来の形状認識アルゴリズムにおいて,各ビンの相対的位置関係を考慮しないという問題を解決するため,新しい形状記述子を提案した.その有効性は計算機実験により確認され,この成果は論文としてまとめ,すでに掲載されている.
電磁波加熱による澱粉類のマルトース生成量の制御システムの開発

1.[サツマイモ澱粉スラリーと薄板状サツマイモのマルトース生成の反応速度]試料は、各々モデル食品、温度分布を考えない系として用いた。反応の初期段階を一次反応と仮定して、見かけの反応速度定数を測定値から求めた。サツマイモ澱粉スラリーでは、次の条件を変えて測定した結果、マルトース生成反応の至適条件は、澱粉濃度10mg/ml、添加酵素濃度22.2units/ml、pH5.4であった。この条件でのスラリーのアレニウスプロットを7°C高温側へシフトさせると、薄板状サツマイモで求めたアレニウスプロットと一致し、したがって当スラリーが生サツマイモのマルトース生成におけるモデル食品としての用途を持つことを確認した。2.[加熱プロセスにおけるマルトース生成量]厚手(温度;マルトース濃度分布のある)サツマイモ試料も含めて加熱プロセス(試料を室温から次第に加熱してゆく系)での品温々度分布推移;マルトース濃度分布推移を測定した結果、t6585(その箇所が6585°Cにある時間)の値がマルトース生成量に大きな影響を与えることが確認された。その結果、赤外線加熱では照射強度を変えることによりマルトース生成量を0300(mg/d-dry solid)に制御できることが分った。一方、マイクロ波加熱(導波管型)では、照射量調節により最大300(mg/g-dry solid)が得られ、赤外線での最大値と同値であることから、マルトース生成現象は加熱源の種類に影響受けないと考えられる。また、赤外線の照射波長特性のマルトース生成量への影響は無かった。3.[マルトース生成量の制御]温度分布推移データと見かけ反応速度定数とから厚手サツマイモのマルトース生成量の推算を行ったところ、サイズの大きい試料を除いては、実測値とほぼ一致した。以上、マルトース生成量をコントロールする設計指針を得た。1.生澱粉からマルトース生成の反応速度定数の測定と総括的検討試料としては、サツマイモ澱粉スラリーと薄板状サツマイモを用いた。マルトース生成反応の初期段階が一次反応であると仮定し、一次反応プロットを行い、その傾きから見掛けの反応速度定数をそれぞれの温度について求めた。サツマイモ澱粉スラリーでは、澱粉温度、酵素濃度、pHを変えて見掛けの反応速度定数を測定し、その結果よりマルトース生成反応の至適条件は澱粉濃度10mg/ml、酵素濃度22.2units/ml、pH5.4であった。薄板状サツマイモを測定した結果、マルトースは65°Cより低い温度領域ではほとんど生成されず、85°Cより高い温度領域では全く生成されなかった。65°Cより低い温度領域では澱粉の糊化が十分行われず、85°Cより高い温度領域ではβ-アミラーゼの失活が急激に起きるためだと思われる。これによりサツマイモ内のマルトース生成は6585°Cの温度領域内で行われることがわかった。実際のサツマイモではスラリーのようなモデル系に比べて糊化温度が約7°C高温側にシフトしていると報告されている。そこで至適条件のスラリーについては7°C高温側にArrhe-nius plotをシフトさせると薄版状サツマイモで求めたArrhenius plotとほぼ一致することがわかった。2.澱粉類(サツマイモ)内の温度分布およびマルトース生成量分布の測定マイクロ波加熱及び赤外線加熱を行った場合の温度とマルトース生成量の経時変化を実測した結果、昇温速度がマルトース生成に影響を与えることが示唆された。そこで、サツマイモ内のマルトース生成は6585°Cの範囲で行われていることがわかっているので、サツマイモの中心温度が65°Cから85°Cに上昇するのに要する時間(t_<6585>)に着目した。その結果、t_<6585>=約10minであればマルトース生成は最高になることがわかった。

一方、マイクロ波加熱(導波管型)では、照射量調節により最大300(mg/g-dry solid)が得られ、赤外線での最大値と同値であることから、マルトース生成現象は加熱源の種類に影響受けないと考えられる。また、赤外線の照射波長特性のマルトース生成量への影響は無かった。3.[マルトース生成量の制御]温度分布推移データと見かけ反応速度定数とから厚手サツマイモのマルトース生成量の推算を行ったところ、サイズの大きい試料を除いては、実測値とほぼ一致した。以上、マルトース生成量をコントロールする設計指針を得た。1.マルトース生成量と加熱方法との関係薄板状サツマイモにおいて、赤外線加熱の場合には、照射強度[W/cm^2]を変えることによりマルトース生成量を0300(mg/g-dry solid)に制御できることが分った。一方、マイクロ波加熱(導波管型一方向照射装置)の場合には、照射量を調節することにより最大300(mg/g-dry solid)が得られ(30W、4分間照射)て、赤外線照射の場合の最大値と同じとなったことから、マルトース生成現象は、加熱源の種類に本質的に影響を受けないように考えられる。また、赤外線の照射波長特性(近赤外ヒ-タと遠赤外ヒ-タ)の違いによるマルトースの生成速度、生成量に差は見られなかった。なお、導波管型のマイクロ波照射では、家庭用電子レンジのような再反射によるマイクロ波吸収が無いため、実質上サツマイモへのエネルギ吸収は、ゆるやかなため十分な酵素反応を受けたものと考えられる。2.マルトース生成量の制御得られているサツマイモ温度分布経時変化のデータと、マルトース生成の見掛けの反応速度定数とから、厚手のサツマイモのマルトース生成量の推算を行ったところ、昇温速度が大きい例では実測値と一致を示しておりマルトース生成量の制御可能と考えられたが、サツマイモのサイズが比較的大きく、昇温速度が小さい場合には、一致しにくくなることが分った。長時間加熱による酵素失活が一因と考えられる。なお、サツマイモを100°Cまたはそれ以上に加熱しておくと、一旦生成したマルトースが減少する現象が見られた。原因については、今後の課題。以上、放射加熱タイプの、品温を比較的自在に調節できる赤外線やマイクロ波加熱処理方法によって、マルトース生成量をコントロールする設計上の指針が得られた。
高効率電力変換効率と低コストを両立する次世代電力増幅器の基礎理論の確立とその応用

本研究では,電力変換効率の向上とコストの削減を両立する次世代電力増幅器の研究開発を行った.高調波電流を注入することによりスイッチ素子における電流・電圧波形を連続とするスイッチング技術に着目し,このスイッチング技術の基礎理論を解析的に構築し,また数値設計アルゴリズムを開発した.アプリケーションを意識した回路開発を通じ,開発したアルゴリズムおよび構築した理論の妥当性を確認し,また電力変換効率を削減しつつコストの削減が図れることを例証した.電力増幅器では、スイッチ素子における電力損失がエネルギ損失の主要因となる。そのため、スイッチに生じる電力損失の低減が、電力増幅器の電力変換効率の向上に直結する。本研究では、電力変換効率の向上とコストの削減を両立する次世代電力増幅器の研究開発を行う。現在の電力増幅器はスイッチ素子における電圧・電流のジャンプに起因する電力損失が発生する。また、その影響を抑えるために、高速なスイッチ素子を用いる必要がありコストの増大につながっていた。本研究では、スイッチ素子における電圧・電流がともに連続波形となるスイッチング技術を確立する。そのための基礎理論を申請者の持つ設計技術と非線形解析理論を融合させることにより構築する。さらに、構築した理論に基づき、無線通信用増幅器、RF電源回路、ランプバラストへのアプリケーションを意識した電力増幅器の設計を行う。これらの設計を通じ、電流・電圧波形を連続にすることに加え、アプリケーションに応じた性能改善のための役割を注入電流に付加できることを示す。提案する増幅器は性能、コストの両面において従来の技術を凌駕するのみでなく、各アプリケーションにおいてブレークスルーを創出する可能性を持つ。本年度はスイッチ素子における電圧・電流がともに連続波形となるスイッチング技術を確立するために、その解析手法を確立した。解析の中で、出力波形に高調波成分を考慮しなければならないことを明らかにし、フーリエ解析とフィルタ理論を駆使することで、スイッチング技術の解析表現法を新たに確立することができた。さらに、このスイッチング技術を共振型コンバータに適用することを提案し、その設計、実験による動作確認を行った。その結果、高周波数で高効率動作を達成することを確認し、高効率動作と低コスト化の両立がはかれることを示すことができた。電力増幅器では、スイッチ素子における電力損失がエネルギ損失の主要因となる。現在実用化されている中で、最もスイッチング損失を低減する技術が、E級スイッチングである。このスイッチング技術を用いたE級増幅器は、スイッチがオンに切り替わる際に電流・電圧が連続的に変化するため、電力損失、およびノイズの発生を極めて低く抑えることができる。しかし、スイッチがオンからオフに切り替わるとき、電流にジャンプが生じる。このとき、電流には降下時間が存在するため、スイッチ電圧と電流が同時に発生することになり、電力損失が生じる。この影響を抑えるためには、高速なスイッチ素子を使わなければならず、それが電力増幅器のコストの削減、電力変換効率の更なる向上へのボトルネックとなっている。

本研究では、スイッチ素子における電圧・電流がともに連続波形となるスイッチング技術を確立する。そのための基礎理論を申請者の持つ設計技術と非線形解析理論を融合させることにより構築する。さらに、構築した理論に基づき、無線通信用増幅器、RF電源回路、ランプバラストへのアプリケーションを意識した電力増幅器の設計を行う。これらの設計を通じ、電流・電圧波形を連続にすることに加え、アプリケーションに応じた性能改善のための役割を注入電流に付加できることを示す。提案する増幅器は性能、コストの両面において従来の技術を凌駕するのみでなく、各アプリケーションにおいてブレークスルーを創出する可能性を持つ。平成24年度はスイッチ素子の電圧・電流が連続となる次世代電力増幅器について、理論的な側面からその特性を明らかにし、様々なアプリケーション開発に本増幅器を適用していくことが主要課題であった。まず、スイッチ素子の電圧・電流が連続となる増幅器の解析手法を確立し、その解析式から増幅器を設計することに成功した。これまでの増幅器設計は基本周波数成分だけに着目していれば設計できたが、本回路に関しては基本周波数成分だけ考慮していても設計ができず、高調波成分を考慮して設計しなければならないことを明らかにした。その上で、フーリエ級数を用いて回路動作を数式化し、その上であらたに等価電圧源を定義する解析技術を提案、導入することでスイッチング技術の解析表現に成功した。解析表現を用いることにより新たな設計方法が確立され、その妥当性を回路実験により示した。本成果は次世代電力増幅器の解析にはじめて成功したものであり、開発のボトルネックであった解析表現の確立が解決されたため、今後本技術の開発速度が大きく加速されることが期待される。さらに、スイッチ素子の電圧・電流が連続となる技術を共振型コンバータに適用することを提案し、その設計方法および実験による評価を行った。共振型コンバータを開発するにあたり、前年度開発した数値設計手法を応用し、5つのスイッチング条件、所望の出力電力の達成という6つの条件を同時に満足する最適化設計を達成した。試作実験による評価では、従来のコンバータと比較して高効率化が確認され、高効率化・低コスト化の両立の可能性が実験的に示された。その上で、無線電力伝送システムの開発を進めている。無線電力伝送システムをパワーエレクトロニクスの立場から設計することで、高電力伝送効率を達成する無線電力伝送システムを設計することを目指している。本研究は平成25年度で継続して進める研究課題となる。平成23年度はスイッチ素子の電圧・電流が連続となる次世代電力増幅器について、理論的な側面からその特性を明らかにし、様々なアプリケーションに対応できるように準備することが主要課題であった。
難治がんの選別治療のための基礎研究

最近、放射線療法の進歩は大変目覚ましいものがあるが、所謂「難治がん」に対しては未だに様々な照射法が施行錯誤的に行なわれているのが実情で、適切な治療法選択のための基礎原理の欠如が痛感される。本研究では、難治がんの生物学的特徴や、がん治癒の難易を決めているメカニズムについて解明を試み、よって各種放射線療法の適応疾患や至的照射法決定のための理論的根拠となる基礎情報を取得し、さらに難治がんに対する有効な攻略法を提言しようというものである。放射線治療成績を向上させるためには、第一に、容績効果を考慮に入れて線量分布を改善することで、その点、ブラッグピーク特性を有した陽子線は有望である。本研究では、ヒトと動物の皮膚について陽子線の耐容量を検討し、さらに、局所進行がん(肝がんなど)に対する超高線量照射(>80Gy)、転移性進行がんあるいは小児がんに対する薬物と局所照射の併用、および膀胱機能温存療法の開発などにおいて陽子線の有用性を検討した。難治がん攻略のための第二の方法は、放射線生物効果の増強を狙うことで、高LET放射線(速中性子と重イオン)の生物効果や、温熱療法あるいは薬物との併用効果が検討された。重イオン治療では、線量分割法の決定や照射野形成装置の設計のため、線量一生残率分析に基ずく基礎実験が行なわれた。放射線感受性を決めているメカニズム解明の手掛かりを得るため、癌遺伝子による感受性修飾機構の解明の試み、細胞分裂阻害下微小核形成試験による腫瘍細胞の増殖能と放射線感受性を予側するpredictive assayの開発、癌の薬剤耐性の生物学的特徴の検討、放射線に高抵抗性を示すスナネズミの生物学的特徴の解明、おらび放射線感受性の異なる腫瘍につき低酸素細胞の割合と分布状況、cell loss pattern、および血管構築の分析、などの基礎的検討を行ない、さらにこれらを基に放射線抵抗性癌に対する対策法を検討した。