hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カシナガ成虫の分布と移動に関する要因の解明とナラ枯れの被害拡大予測モデルの構築

カシナガ成虫の飛翔は夜明けから始まり午前中に終了すること(吉田・布川1994)、成虫は正の走光性を持つことから、成虫が飛翔する時間帯の陽の当たり方が移動に影響しているのではないかと推測した。そこで日射のシミュレーションを行うことによってその仮説を確かめた。その結果、日射のベクトル(斜面に陽が当たり始める方向)は成虫の移動方向と一致していた。この結果から、林分レベルでは、朝の陽の当たり方が飛翔成虫の移動方向を決定する最も重要な要因であることが明らかとなった。ナラ枯れは、尾根沿い(西村正史私信)や東向き斜面で発生しやすいが(小村2004)、これは、朝の陽が当たる尾根沿いや東向き斜面に向かって成虫が移動することが原因と考えられる。これらの場所はカシナガ成虫が飛翔する時間帯の太陽の陽が当たる場所であることに気がついた。カシナガ成虫は正の走光性を持つことが、朝の陽が当たり始める方向にカシナガ成虫が飛翔する原因と考えられる。したがって、成虫が飛翔する時間帯の日射を林分レベル・ランドスケープレベルで予測することによって、ナラ枯れの被害拡大過程を予測することが可能と考えられた。カシナガ成虫の予想移動方向から被害の拡大過程を予測する。この理論を支持する準備的な分析結果が得られている。1998年から2000年に、ホスト木の加害履歴を詳細に調べた結果、最初に斜面上方で被害が始まり、その後斜面上を年ごとに下方に広がっていった。この場所の斜面に陽が当たり始める様子を、シミュレーションした結果、陽は斜面上を時刻とともに下方に広がっていた。この日射のシミュレーション結果とホスト木の加害履歴を比較したところ、これらは一致していた。1999年から継続して調査を行っている調査区に0.5m四方の粘着板を設置してカシナガの捕獲成虫数を調査した。粘着板で捕獲された飛翔成虫の空間分布を調べると、林道に沿った林縁部に成虫密度の高い場所が生じた。2000年をピークにして、捕獲個体数は減少傾向にある。ギャップを横切るように横長の粘着トラップを設置し、捕獲数と積算日射量の関係を調べた。その結果、林縁部の相対日射量が0.2付近で捕獲数が最大となった。これらの結果は、ギャップ内部では日射量と捕獲数との間に負の関係,樹冠下では逆に正の関係が認めらたことを示唆している。この走光性の逆転が、飛翔成虫が林縁で密度がもっとも高くなる直接的な原因と考えられた。風向トラップは回転バンド(粘着バンドと風見鶏を連結したもの)と固定バンドからなる。回転バンドでは風上側で、固定バンドでは北西側で多くの個体が捕獲された。これらの結果は、風下に移動した飛翔成虫が多いことと、午前中の太陽の方向である南東方向に移動した個体が多いことを示している。2つのバンドの結果を比較すると、回転バンドでは方向性は明確ではなかった。この結果は、この場所では風よりも光の方が移動により強く影響していたことを示している。風をシミュレートするランドスケープレベルのモデルの構築を開始するために、LAWEPS(局所風況予測モデル)を立ち上げ、計算を開始した。1.林分内を飛翔するカシノナガキクイムシ(以下、「本種」)の空間分布を調べるために、粘着板トラップを使い調査を行った。縦長トラップ(長さ6-10m、幅50cm)では、林内・林縁ともに地上から0.5-2.5mの高さに捕獲数のピークが認められた。ギャップ中央に設置したバルーントラップ(最高地上高21m)でも、地上から1mの高さにピークが認められた。これは成虫が樹木の地際部を好んで穿孔する性質に関係している。横長トラップ(長さ10-16m、幅50cm)では、ギャップと樹冠の境界付近で捕獲数が最大となり、ギャップの中央部では少なかった。本種もまた、いくつかのキクイムシ類と同様に、林縁種であると考えられた。2.本種の成虫は飛翔の際斜面上方へ移動する傾向があり、成虫の正の走光性がその原因の一つと考えられている。また、風下方向へ飛翔する個体が多いことも報告されている。本研究では、光と風が林分レベルでの成虫の移動に及ぼす影響を相対的に評価することを目的とした。データロガーによって風向と風速を記録した。風と移動の関係を調べるため、風見鶏に円筒状の粘着シートを取り付けた(以下、回転バンド)。その下には、斜面方向と移動の関係を調べるために、円筒状の固定バンドを取り付けた。回転バンドと固定バンドで捕獲された本種成虫の個体数と方向との関係を解析した。3年間の調査結果から、風よりも光の影響が強く現れた。したがって、光環境が林分レベルでの成虫の移動と分布を決定する最も重要な要因と考えられた。

ナラ枯れは、尾根沿い(西村正史私信)や東向き斜面で発生しやすいが(小村2004)、これは、朝の陽が当たる尾根沿いや東向き斜面に向かって成虫が移動することが原因と考えられる。これらの場所はカシナガ成虫が飛翔する時間帯の太陽の陽が当たる場所であることに気がついた。カシナガ成虫は正の走光性を持つことが、朝の陽が当たり始める方向にカシナガ成虫が飛翔する原因と考えられる。したがって、成虫が飛翔する時間帯の日射を林分レベル・ランドスケープレベルで予測することによって、ナラ枯れの被害拡大過程を予測することが可能と考えられた。カシナガ成虫の予想移動方向から被害の拡大過程を予測する。この理論を支持する準備的な分析結果が得られている。1998年から2000年に、ホスト木の加害履歴を詳細に調べた結果、最初に斜面上方で被害が始まり、その後斜面上を年ごとに下方に広がっていった。この場所の斜面に陽が当たり始める様子を、シミュレーションした結果、陽は斜面上を時刻とともに下方に広がっていた。この日射のシミュレーション結果とホスト木の加害履歴を比較したところ、これらは一致していた。
呼気分析のための高感度・超低容量赤外ガス分光分析システムの開発

呼気中に含まれる微量成分の検出が可能な装置を開発するために,まず量子カスケードレーザと中空光ファイバを用いた分光測定系を構成し,その光学系の最適化を行うことにより,サブppmのガス濃度の定量測定に成功した.次にさらに高感度な測定を可能とするキャビティーリングダウン分光測定系を構成するために,誘電体多層膜を内装した導波路の製作について検討し,従来の誘電体単層のみを形成して導波路と比較して大幅な低損失化を達成した.呼気中に含まれる微量成分の検出が可能な装置を開発するために,まず量子カスケードレーザと中空光ファイバを用いた分光測定系を構成し,その光学系の最適化を行うことにより,サブppmのガス濃度の定量測定に成功した.次にさらに高感度な測定を可能とするキャビティーリングダウン分光測定系を構成するために,誘電体多層膜を内装した導波路の製作について検討し,従来の誘電体単層のみを形成して導波路と比較して大幅な低損失化を達成した.本研究の目的は,呼気中に含まれる微量成分の検出が可能な装置を開発することである.その方法として,導波機能を有する中空伝送路により構成した高感度かつ超低容量のガスセルを用いる手法を採用し,今年度においては次の2つの事項について検討を行った.1.中空光ファイバ型ガスセルを用いた分光測定系の最適化フーリエ赤外分光器と中空光ファイバを用いて構成した分光測定系について,光学系の最適化を行った.ファイバの伝送損失を低減するため,通常は1mm以下の内径のファイバを2-3mmへと大口径化することを試みた.また,柔軟性が得られるように従来のガラスからプラスチックへと母材を変更することを試み,良好な特性の中空光ファイバガスセルの実現に成功した.2.CRD分光のための超低損失赤外共振器の検討CRDガス分光システムを構築するために,超低損失中空導波路として,多層誘電体薄膜を内装したものについて検討した.製法としては表面が理想的に平滑であるガラスストリップ表面に,スパッタリング法により多層薄膜を形成し,その後,4つのストリップを精密に組み合わせるというものである.そのために,まず多層膜を形成するための多極スパッタ装置を製作した.そしてこの装置を用いて,ガラスストリップの表面に金属層として銀を成膜した後に誘電体膜を形成することに成功した.なお,震災により当初計画より2ヶ月間延長することにより,上記の成果を達成することが可能となった.本研究の目的は,呼気中に含まれる微量成分の検出が可能な装置を開発することである.その方法として,導波機能を有する中空伝送路により構成した高感度かつ超低容量のガスセルを用いる手法を採用し,今年度においては次の2つの事項について検討を行った.1.中空光ファイバ型ガスセルを用いた測定システムの特性検証ファイバ型ガスセルを用いた赤外分光装置を用いて,NO基準ガスを低濃度に混合したものをサンプルとして,定量性の評価を行った.得られた吸収スペクトルに対して,各種の演算処理を行うことにより精度が向上し,数ppmのガス濃度を定量的に測定することが可能となった.またさらに測定感度を向上させるために,CRD分光装置で用いるものと同じ量子カスケードレーザ(QCL)を導入し,これを光源として用いたガス検出系を構築した.光強度の増大により原理的には大幅な感度向上が期待されるものの,現状では出力の不安定性や電気的なノイズが問題となり,上記と同程度の感度にとどまっているが,今後,これらの問題を解決することにより,感度の増大が見込まれる.2.CRD分光のための超低損失赤外共振器の製作表面が理想的に平滑であるガラスストリップ表面に,スパッタリング法により誘電体層を形成し,4つのストリップを精密に組み合わせることにより低損失導波路を製作することを試みた.誘電体材料としては多層膜の低屈折率層となるアルミナと高屈折率層となるシリコンの2種類について検討した.スパッタリング成膜時の条件を最適化することにより,高反射率を呈する膜の生成に成功し,これを組み合わせた導波路を作成したところ,誘電体薄膜を形成していないものと比較して大幅な低損失化を達成した.今後はこれらの材料を組み合わせた多層薄膜を形成することについて検討する.本研究の目的は,呼気中に含まれる微量成分の検出が可能な装置を開発することである.その方法として,導波機能を有する中空伝送路により構成した高感度かつ超低容量のガスセルを用いる手法を採用し,今年度においては次の2つの事項について検討を行った.1.中空光ファイバ型ガスセルと量子カスケードレーザを用いた測定システム構築ファイバ型ガスセルを用いた赤外分光装置の測定感度を向上させるために,量子カスケードレーザ(QCL)を導入し,これを光源として用いたガス検出系を構築した.QCLの導入により大幅な感度向上が期待されるが,出力の不安定性や電気的なノイズの低減が不可欠である.そこで2台の検出器を用いて出力変動の影響をキャンセルする系を新たに導入し,また検出した信号を適切に処理することにより,測定系のSN比を向上させることに成功した. NO基準ガスを低濃度に混合したものをサンプルとして,定量性の評価を行ったところ,従来は難しかったサブppmのガス濃度を定量的に測定することが可能となった.

2.CRD分光のための超低損失赤外共振器の製作表面が理想的に平滑であるガラスストリップ表面に,スパッタリング法により誘電体層を形成し,4つのストリップを精密に組み合わせることによる低損失導波路の製作を試みた.誘電体材料としては多層膜の低屈折率層となるアルミナと高屈折率層となるシリコンの2種類について検討した.まずはスパッタリング成膜時の条件を最適化することにより,膜表面の粗さを低減することに成功し,さらに大型のスパッタ装置を導入することにより導波路の長手方向における膜厚変動を低減し,目的とする波長において高反射率を呈する多層膜の生成に成功した.3層および2層の誘電体多層膜をもつ導波路の伝送特性の評価を行ったところ,従来の誘電体単層のみを形成して導波路と比較して大幅な低損失化を達成した.中空光ファイバ型ガスセルを用いた測定システムについては予定された感度が得られ,CRD分光のための超低損失赤外共振器の製作については,低損失導波路の実現に成功している.24年度が最終年度であるため、記入しない。中空光ファイバ型ガスセルを用いた測定システムについては,QCLを用いた高感度化について実験的に検討を行う.今後はppbオーダの濃度のガス検出を目指す.CRD分光のための超低損失赤外共振器の製作については,多層薄膜内装導波路を早期に実現し,共振器の製作およびCRD分光装置の構築を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
誤り訂正符号の軟判定復号法に関する研究

本研究は携帯電話や衛星通信等の情報通信において,雑音の影響を取り除く誤り訂正符号に対する復号法を対象としている.中でも最尤復号法は復号誤り確率を最小とするが,最も尤度の高い符号語を探索する必要があるため,多くの計算量を要するという欠点をあわせ持つ.本研究はこの最尤復号法の計算量を従来手法よりさらに低減することを目的としている.従来効率的な最尤復号法として,誤り訂正符号の符号化を利用する復号法が知られている.これは通信路から受信した系列の信頼度の高い位置を情報シンボルとみなし,この情報シンボルを緩やかに変化させながら複数回符号化を行うことにより候補符号語を出力し,尤度が最大となる最尤符号語を探索する復号法である.これにより復号に必要となる平均計算量の大幅な低減が実現されている.本研究では,従来独立に複数回繰り返していた符号化に対し,以前候補符号語として出力された符号語を利用することにより,次に出力すべき候補符号語を非常に効率良く求める手法を提案した.また従来符号化を行い,候補符号語を生成してからその符号語の尤度(事後確率に比例する)を独立に求めていたのに対し,複数符号語の尤度を同時に計算することによりさらなる計算量低減を実現した.これらの技術をAIの探索手法であるA*アルゴリズムを用いる最尤復号法に応用し,結果的に符号化する回数が低減され,かつ符号化1回に必要となる計算量も減少することにより,復号全体に必要となる計算量を大幅に低減した.また尤度を求めるためには候補符号語に対し実数上の演算が必要となるが,0,1のシンボル情報のみから,得られた符号語が最尤とはなりえないことを判定する十分条件を導き,これを符号語が得られるたびに判定することにより,数多くの不必要な尤度計算のための実数演算量を低減した.本研究により,従来計算量が問題となっている最尤復号法に対し,その効率化を実現することができた.これらの提案は,復号誤り確率の多少の劣化を許しても,更なる大幅な計算量の低減を実現する準最尤復号法へ応用することも容易に可能である.計算量低減の度合いの理論的保証が重要な今後の課題である.本研究は携帯電話や衛生通信等の情報通信において,雑音の影響を取り除く誤り訂正符号に対する復号法を対象としている.中でも最ゆう復号法は復号誤り確率を最小とするが,多くの計算量を要するという欠点をあわせ持つ.この最ゆう復号法の計算量低減を実現する著名な手法として,誤り訂正符号の符号化を利用する復号法が研究されている.これは通信路から受信した系列の信頼度の高い位置を情報系列とみなし,この情報系列を少しづつ変化させながら複数回符号化を行うことにより候補符号語を出力し,ゆう度が最大となる最ゆう符号語を推定する復号法である.これにより復号に必要となる平均計算量の大幅な低減が実現されている.本研究は最ゆう復号法の計算量を従来手法よりさらに低減することを目的としている.上で述べた複数回の符号化を利用する従来の数多くの最ゆう復号法では,すべて複数回繰り返す符号化は毎回独立に行われる.従って復号法全体で必要な計算量は符号化の計算量に比例してしまう.また符号化を行い候補符号語を求めてから,その符号語のゆう度(事後確率に比例する)を独立に求めている.しかし複数回の符号化を行う情報系列同士は非常に関連があり,以前候補符号語として出力された符号語を利用することにより次に出力すべき候補符号語を非常に効率良く求めることができる.さらに複数符号語のゆう度を同時に計算することによりさらなる計算量低減が実現できる.これらの技術を導入することにより結果的に符号化する回数が低減され,かつ符号化1回に必要となる計算量も減少することにより,復号全体に必要となる計算量を大幅に低減した.これらの提案は,復号誤り確率の多少の劣化を許しても,更なる大幅な計算量の低減を実現する準最尤復号法へ応用することも可能であり,これらへの応用とその効果の検討は今後の課題である.また,計算量低減の理論的保証も重要な課題である.本研究は携帯電話や衛星通信等の情報通信において,雑音の影響を取り除く誤り訂正符号に対する復号法を対象としている.中でも最尤復号法は復号誤り確率を最小とするが,最も尤度の高い符号語を探索する必要があるため,多くの計算量を要するという欠点をあわせ持つ.本研究はこの最尤復号法の計算量を従来手法よりさらに低減することを目的としている.従来効率的な最尤復号法として,誤り訂正符号の符号化を利用する復号法が知られている.これは通信路から受信した系列の信頼度の高い位置を情報シンボルとみなし,この情報シンボルを緩やかに変化させながら複数回符号化を行うことにより候補符号語を出力し,尤度が最大となる最尤符号語を探索する復号法である.これにより復号に必要となる平均計算量の大幅な低減が実現されている.

本研究では,従来独立に複数回繰り返していた符号化に対し,以前候補符号語として出力された符号語を利用することにより,次に出力すべき候補符号語を非常に効率良く求める手法を提案した.また従来符号化を行い,候補符号語を生成してからその符号語の尤度(事後確率に比例する)を独立に求めていたのに対し,複数符号語の尤度を同時に計算することによりさらなる計算量低減を実現した.これらの技術をAIの探索手法であるA*アルゴリズムを用いる最尤復号法に応用し,結果的に符号化する回数が低減され,かつ符号化1回に必要となる計算量も減少することにより,復号全体に必要となる計算量を大幅に低減した.また尤度を求めるためには候補符号語に対し実数上の演算が必要となるが,0,1のシンボル情報のみから,得られた符号語が最尤とはなりえないことを判定する十分条件を導き,これを符号語が得られるたびに判定することにより,数多くの不必要な尤度計算のための実数演算量を低減した.本研究により,従来計算量が問題となっている最尤復号法に対し,その効率化を実現することができた.これらの提案は,復号誤り確率の多少の劣化を許しても,更なる大幅な計算量の低減を実現する準最尤復号法へ応用することも容易に可能である.計算量低減の度合いの理論的保証が重要な今後の課題である.
日韓における戦没者追悼施設の伝統と近代的変容-国立墓地と靖国神社・千鳥ヶ淵戦没者墓苑を中心として-

本研究は国立墓地と靖国神社、千鳥ヶ淵戦没者墓苑、遺族の戦死者祭祀を中心として日韓における戦没者追悼施設の伝統と近代的変容を明らかにすることを目的とする。二年目である2009年度には韓国との比較の観点から日本の戦死者祭祀における「遺骨」に関する考察を行なった。アメリカや韓国の事例では、戦死者の遺骨や霊魂をともに祀ることを原則とするが、日本の場合、伝統的な死者儀礼において「遺骨」は重要であり、不可欠なものであるにも関わらず、戦死者の遺骨は靖国神社で祭祀されることなく、霊魂のみが祀られた。つまり、靖国神社の祭神は国家の英霊として顕彰され、国家がその祭祀を行うことにより、その権威と正当性が保たれる一方、遺族にとって靖国神社に霊が留まっているものとする観念が太平洋戦争期には浸透、定着していった。こうした国家的祭祀の体系の成立は遺骨を祀る戦死者祭祀の成立が阻まれ、日本の死者儀礼に見られる祭祀対象としての遺骨崇拝や遺体崇拝の伝統を反映することはなかった。このような中央の戦死者祭祀体系に対して地方での戦死者祭祀の実態において調べることができた。静岡県のS地域では戦前は「ムラやマチの靖国」と理解されていた忠魂碑や忠霊が再建されたり新設され、その前で戦死者祭祀が行われた0忠魂碑の再建以外にも慰霊祭への市町村の関与の復活は戦後日本における政教分離の原則、またその実態があいまいなものにしていた。忠魂碑や神社の前で宗教儀礼が行われ、「英霊顕彰」へと重点が置かれることは地域の戦死者祭祀は靖国神社や護国神社の体系に繋がるものとして役割を果たしていると考えられる。本研究は国立墓地と靖国神社、千鳥ヶ淵戦没者墓苑を中心として日韓における戦没者追悼施設の伝統と近代的変容を明らかにすることを目的とする。韓国をはじめとする東アジアの戦没者施設が共通して持っている特徴を示した上で、日本の戦没者追悼施設の普遍性と特殊性を明らかにすることは、従来の国家イデオロギーなどの政治枠組みから解き放ち、広くアジアの国々の中で受け入れられることを可能にする、新たな日本の戦没者追悼施設の姿を提示することができると考えるからである。まず、国家レベルにおける戦没者追悼施設の伝統と近代的変容を明らかにするために、国立墓地、靖国神国立墓地と関連する官報、国家議事録、国防部の資料の検討を行い、これと並行して、日本の戦没者追悼施設に関しては、『靖国神社問題資料集』、『千鳥ヶ淵戦没者墓苑綴り』、『千烏ヶ淵戦没者墓苑創建三十年史』、『干鳥ヶ淵関係書類』等の資料の分析を行った。その結果、日本の戦没者追悼施設とりわけ靖国神社には日本固有の伝統である怨霊信仰が根強くあり、その上で、宗教性を強く持っていることが分かり、これに反して、干鳥ヶ淵戦没者墓苑は非宗教施設として、現在は、新宗教や仏教団体などの追悼慰霊が行われるのは注目に値する。また、国立墓地は無宗教施設として、宗教の自由の認めているところは日本と大きな違いであるといえる。このような文献資料の分析とともに、国家主導で行われる国立墓地での国家儀礼の分析、宗教者によって行われる靖国神社と千烏ヶ淵戦没者墓苑での宗教的儀礼の分析を行った。国立墓地での国家儀礼は宗教者が参加するものの、儒教式で儀礼が行われ、靖国神社では神道式、千鳥ヶ淵戦没者墓苑では様々な宗教団体と遺骨取引式の際には厚生省が主催となる儀礼があり、国家と宗教の関わりについて理論的により深く分析する必要性があると考えられる。そのために、まず、千鳥ヶ淵戦没者墓苑の現地調査を行った。靖国神社には戦没者の遺骨は納められていないが、戦没者の遺骨を納めている国立の追悼施設が、千鳥ヶ淵戦没者墓苑である。千鳥ヶ淵戦没者墓苑は特定の宗教を掲げず、あらゆる宗教団体や宗教者がかかわることのできる立場をとっている。その中でも新宗連(新日本宗教団体連合会)は1962年以来、千鳥ヶ淵戦没者墓苑で、「戦争犠牲者異例並びに平和祈願式典」を毎年8月14日に行われている。また、立正佼成会は8月15日に独自に「戦争犠牲者慰霊・平和祈願の日」という形で慰霊供養を行っている。こうした新宗教や仏教団体などの追悼供養の綿密な分析を通して国家と宗教のかかわりについて考えるよい題材になると思われる。

静岡県のS地域では戦前は「ムラやマチの靖国」と理解されていた忠魂碑や忠霊が再建されたり新設され、その前で戦死者祭祀が行われた0忠魂碑の再建以外にも慰霊祭への市町村の関与の復活は戦後日本における政教分離の原則、またその実態があいまいなものにしていた。忠魂碑や神社の前で宗教儀礼が行われ、「英霊顕彰」へと重点が置かれることは地域の戦死者祭祀は靖国神社や護国神社の体系に繋がるものとして役割を果たしていると考えられる。
両親媒性分子よりなる分子某合体の設計に関する研究

W/O型逆構造分子集合体をタンパク質等の分離や超微粒子作成などへ利用するさいに、分子集合体が如何に作用するかを明かとし、また、この分子集合体を制御設計するための基復的指針をうることを目標として、研究を行い、以下の知見を得た。1)W/Oーマイクロエマルジョンによる物質分離:各種アミノ酸は静電相互作用でマイクロエマルジョン組織内部へ可溶化され、また、疎水性の強いアミノ酸は組織界面に可溶化されることが明かとなった。タンパク質であるシトクロムcは界面活性剤を吸着して変性をうけ、この変性シトクロムcがマイクロエマルジョン組織界面層に可溶化されることがわかった。シトクロムcの可溶化は迅速な過程と緩慢な過程とからなり、この迅速な過程のみが進行する短時間内に抽出・逆抽出すれば、変性したシトクロムcを自然状態に復元可能である。2)W/Oマイクロエマルジョンによる超微粒子作成:マイクロエマルジョン組織を含む有機相・水相2相系でキレ-トによる金属イオンの抽出を行わすと、同組織が存在しないときに比べ、金属錯形成反応は極めて迅速に進行し、また錯生成定数も大きくなる。これら特性は、マイクロエマルジョン組織界面が錯形成の場として機能していることによる。マイクロエマルジョン組織は、金超微粒子を安定化させ、単分散性の微粒子形成に寄与する。3)分子集合体設計:有機リン酸ナトリウム界面活性剤系においては、円筒ないし円盤状の分子集合体が形成されることを先ず示し、これらの組織形成が同系の諸特性に決定的な影響を与えることを明かとした。この実験結果を踏まえ、一般の分子集合体の形成に影響する諸因子(界面活性剤分子形態・有機溶媒の種類・添加電解質などの効果を実験・理論両観点から明かとし、分子集合体の形態とサイズを制御・設計するための物理モデルを提案した。1.分子集合体設計:ヂー2エチルヘキシルスルフォコハク酸ナトリウム(AOT)、ヂー2エチルヘキシルリン酸ナトリウム(SDEHP)の界面活性剤系、およびブタノ-ルを助界面活性剤として含む系で生成するW/Oーマイクロエマルジョン(ME)系を対象とし、ME滴のサイズと形態及び相図に及ぼす電解質効果、有機溶媒の効果を系統的に調べた。形態が球状に近いAOT系MEでは中間相を形成する電解質濃度領域が狭いが、円筒状のME組織が得られるSDEHP系ではその領域がきわめて広い。SDEHP系におけるこの特性は、ME組織が円筒状になっていることに起因することを明かとし、また、有機ME相と中間相の平衡相図の臨界点近傍の挙動から電解質濃度は丁度温度に対応することを示した。ベンゼン、トルエン、4塩化炭素、シクロヘキサン、n・ヘプタン、i・オクタン、デカンと溶媒を変えてゆくと、AOT系ではME滴の自然の半径が増大し、また、SDEHP系ではこの順序で円筒の長さが増大する。この溶媒効果は、水/溶媒2成分系における界面張力によって系統的にまとめられ、これを組み込んだ分子集合体組織形成のクル-ドモデルを作成した。さらに、本研究費で設置された光散乱光度計による第2ビリアル係数の実測値と併せて、ME組織間の相互作用と組織形態、相図の関係について現在検討中である。2.W/OーMEを用いた物質分離:種々のアミノ酸、シトクロムC(cyt)の水溶液とAOTーn・ヘプタンからなるW/OーMEとの間の抽出分平衡などの結果から、これらのME組織への取り込みの様式について検討した。

また、アミノ酸可溶化に対する静電相互作用の効果を実験的に決定した。さらに、cytの抽出では、AOTのcytへの吸着が基本的に重要であり、従来考えられてきたものと全く異なる機構でcytが抽出されることを示した。3.W/OーMEを用いた超微粒子生成:AOTからなるME滴内に存在する銅イオンとn・ヘプタンに溶解しているベンゾイルアセトンとの間の錯形成反応の速度を測定し、超微粒子作成の基本となる微細な組織内外における反応の特性を明かとした。1.W/Oマイクロエマルジョン(ME)を用いた物質分離:ジ(2ーエチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム(AOT)よりなるMEにおけるシトクロムC(CYTC)の可溶化状態の時間依存性を測定した。初期に擬平衡状態が存在し、その後時間経過とともに、CYTCの一部は沈澱析出して、ME系は平衡状態に至る。ME組織は、擬平衡状態では、CYTCの可溶化により球から円筒形に変化し、その後、再び球状組織に変わる。CYTCの可視分光、蛍光、CDスペクトルの測定から、CYTCはME中では変性しているが、平衡状態に比べて擬平衡状態の方が変性が低い。平衡状態にあるME中のCYTCをNaCl水溶液中で逆抽出しても、変性性の復元は完全ではないので、全抽出過程を擬平衡期間内に終了させることが重要であることがわかった。2.W/Oマイクロエマルジョンを用いた超微粒子作成:中性界面活性剤からなるMEに4塩化金酸を可溶化させ、これに紫外光を照射することによって、金の超微粒子を作成した。MEは、金の核形成段階には作用せず、金粒子の凝集や合体の抑制に効果があることが明かとされた。3.分子集合体設計:ジ2エチルヘキシルリン酸ナトリウム(SDEHP)と疎水基が同じジオレイルリン酸ナトリウム(SDOLP)系での単位凝集体組織(以下組織)の形態をSAXS法を用いて検討した。SDOLPが作る組織形態は偏平回転楕円体で、両系での形態の違いは疎水基側鎖の有無によるとして理解できた。光散貼法により、SDEHPとAOT系における組織間相互作用およびその相図との関係を検討した。十分希簿な条件では、AOT系は理想気体的に振る舞うが、SDEHP系は強い引力系である。SDEHP系MEの浸透圧縮率の塩濃度依存性は、円筒両端のスフェリカルキャップ(SC)と円筒側面とが相互作用へ別個の寄与をなすと考えれば理解できる。SDEHP系では、円筒長Lの増大と共にあたかも長距離相互作用が作用しているようにみえる。有機溶媒は、SCの安定性を変化させることでLを支配し、相図に影響する。最後に、初年度作成の組織形成モデルを、円筒組織の安定性も含むよう修正し、組織制御の考え方を示した。
外場刺激による表層分子トポロジー可視化システムの構築

大型放射光施設SPring-8の高輝度・高指向性X線を利用して、外場刺激下における有機金属錯体や有機高分子薄膜の1表層や薄膜におけるドメイン・分子トポロジー可視化のための微小角入射小角・広角X線散乱(Grazing-Incidence Small-angle and Wide-Angle X-ray Scattering:GISWAXS)、2表面(界面)および深さ方向の局所構造評価のためのマイクロビームX線散乱測定、3特定の重元素やイオンに着目した構造解析が可能なX線異常分散効果を利用した小角X線散乱測定の高速時間分解計測システムをそれぞれ構築することに成功した。本計画研究は、有機分子組織体・高分子のための外場刺激による表層分子トポロジー可視化システムの構築を目的としている。研究代表者・分担者が大型放射光施設SPring-8(独立行政法人理化学研究所、兵庫県佐用町)の共用小角散乱ビームラインで構築した放射光微小角斜入射小角・広角X線散乱(Grazing-incidence small-angle and wide-angle X-ray scattering (GISWAXS)計測システム1-3にアンジュレータBLでのマイクロビーム技術を融合させた、有機分子組織体/高分子局所構造計測システムの構築を行なう。この新規計測システムを用いることにより、薄膜・表面そしてバルク試料の分子凝集構造の時間・空間依存性を分子からドメインスケール(数Å数百nmスケール)で検討することが出来る。今年度は、基本計測システムの光学系を設計・製作した。マイクロビーム成形用に、フレネルゾーンプレート(FZP)を用いた回折集光光学系を設計した。μmオーダーの位置精度で光学素子を設置・調整し、効率良く数μmφの極小ビームの光軸調整が出来るように工夫した。上流から、仮想光源用スリット、センタービームストップ(CBS)、FZP、Order selecting aperture (OSA)、ガードピンホールを配置し、それらの下流にサンプル(薄膜用ステージ等)と検出器等を順次設置する。仮想光源のサイズを変えることで光のサイズと明るさを調整可能で、約110μmφ程度のマクロビームを成形することが出来ると考えている。また、集光光学系を採用したため、局所領域からでもS/Nの良い散乱強度データを短時間で収集出来ると予想される。これまでに、有機分子組織体/高分子局所構造計測システムの大まかな設計を終え、光学素子・機器の発注・仮組み付けを行った。光学素子や試料に対するX線ダメージの軽減や試料アライメントシステムの高速化を図るための検討も行った。基本計測系の立ち上げは来年度を予定している。平成22年度は、大型放射光施設SPring-8の高輝度・高指向性X線を利用したマイクロビームX線回折・散乱計測システムを構築した。試料ステージは反射型および透過型の両方の計測に利用可能な設計とした。単色X線ビームを実験ハッチ最上流の4象限スリットで約100μm(垂直)×100pm(水平)のサイズに仮想光源として成形し、本研究で設計・製作したマイクロビーム光学系のフレネルゾーンプレート(FZP)とセンタービームストップ(CBS)に導いた。ビームの中心部分はCBSで吸収し、その外側の光をFZPで集光した。0次光とFZPで回折された高次光および寄生散乱をカットするために、Order Selecting Apertureおよびピンホールをそれぞれ試料の直上流に配置した。今回は集光サイズの異なる2種類のマイクロビーム成形を試みた結果、波長0.09nmのX線を用いて、試料位置で約3μm(垂直、FWHM)×7.5μm(水平、FWHM)および約1.6μm(垂直、FWHM)×1.9μm(水平、FWHM)のビームサイズに集光することに成功した。このマイクロビームを使って透過型で計測した極細ナイロン繊維(直径約200μm)1本からの小角・広角X線散乱パターンから、繊維最表面近傍(skin部)は、中心部(主としてcore部)と比較して、結晶性が高く、分子鎖およびラメラ晶の配向性が高いことが判った。BL45XUのマイクロビームは、有機・高分子の局所構造を評価するのに十分な明るさであったため、Grazing-Incidence Small-angle X-ray Scattering(GISAXS)計測システムに本マイクロビーム光学系を組み込んだ。A01班内共同研究としては、電解溶液中酸化還元電位下で有機金属錯体薄膜の層状構造を評価するための放射光GISAXS実験法を構築した。(1)GISWAXS時間分解測定法の確立:薄膜・表面における階層構造のその場計測法として、放射光を利用した微小角入射小角X線散乱(GISAXS)と微小角入射広角X線散乱(GIWAXS)の同時時間分解計測法を確立した(以下GISAXSとGIWAXSの同時測定をGISWAXS測定と呼ぶ)。

GISWAXS法は、ダイレクトX線を試料表面すれすれに入射して、試料表面近傍からの小角・広角散乱を異なる2つの2次元検出器でそれぞれ計測する手法で、ソフトマターの薄膜研究用計測ツールとして世界の放射光施設に先駆けて我々がSPring-8((独)理化学研究所、兵庫県作用郡)のBL40B2(共用小角X線散乱ビームライン(SAXS-BL)、偏光電磁石光源)を利用して確立した実験法である。膜厚が数十nm数百μmの薄膜や固体表面のメソ構造とナノ構造を、GISAXSおよびGIWAXSパターン解析に基づきそれぞれ明らかにすることが出来る。本研究では、GISWAXS計測システムを高度化して、高分子薄膜の製膜過程における結晶化キネティクス研究に応用した。その結果、高分子薄膜の溶融状態からの等温結晶化において、膜厚が結晶化誘導期に影響を与えることを実験的に初めて明らかにすることが出来た。(2)電場刺激下の有機金属錯体薄膜に対するGISAXSその場測定法の構築:有機金属錯体薄膜の電気化学測定とX線散乱測定を同時に行うためのGISAXS計測システムをSPring-8のBL45XU(理研専用SAXS-BL、アンジュレータ光源)を利用して構築した。ITO基板上に製膜したルテニウム二核錯体の5層積層膜(膜厚:十数nm、A01班芳賀教授(中央大理工)・金井塚助教(山形大理)との共同研究)を試料に用いて、電解溶液中のRu^<2+>→Ru^<3+>の酸化電位下にある薄膜構造をGISAXSその場測定法で評価することに成功した。(3)マイクロビームGISAXS/GIWAXS計測システムの構築:表面(界面)および膜厚方向の局所構造を評価するために、X線マイクロビームを利用したGISAXS/GIWAXS計測システムを構築した。本研究でSPring-8のBL45XU(理研専用SAXS-BL、アンジュレータ光源)を利用して構築したマイクロビーム光学系は、有機金属錯体・高分子薄膜の局所構造評価に十分な明るさと空間分解能を有することを確認した。(1)薄膜・表面における階層構造のその場計測システムとして研究代表者らが大型放射光施設SPring-8に確立した微小角入射小角X線散乱(GISAXS)・広角X線散乱(GIWAXS)同時時間分解計測システムを利用して、線状高分子や高分子系有機薄膜太陽電池材料の薄膜結晶化キネティクス研究を行うことが出来た:微生物由来で生体適合性を有する線状ポリエステルであるポリ(3ヒドロキシブチレート)(P3HB)を試料に用いて、様々な成膜条件下のP3HBの薄膜結晶化挙動をGISAXS・GIWAXS時間分解測定で追跡することに成功した。この成膜法では、基板が20秒間程度回転する間にクロロホルムは揮発して無くなりP3HB鎖は結晶化した。基板の回転速度が大きいほど、遠心力の方向に分子鎖や結晶が配向するが、溶液の濃縮速度が大きくなるためP3HB鎖の拡散に関わる運動性が低下したことが示唆された。薄膜結晶化挙動における表面自由エネルギーの影響も考察した。高分子系有機薄膜太陽電池材料のスピンコート成膜過程結晶化挙動の追跡にも成功しており、GISAXS・GIWAXS測定が薄膜の動的構造評価に有用な計測法であることが明らかになった。
バイオ燃料生産に向けた新規マルチドメインセルラーゼによる繊維分解機構の解明

本年度は、Caldicellulosiruptor besciiセルロース分解酵素系(CEC)のセルロース分解過程を透過型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡を用いて観察し、セルロース表面構造の変化および酵素局在から繊維分解機構の解明を試みた。その結果、加水分解時にセルロースが粘着性を帯び凝集または膨潤化することを明らかにした。これは、CEC内エンドグルカナーゼにより1α型セルロースが表面を優先的にほぐし溶かされ粘性を持った膜状となり互いに合一し塊を形成したためと推測された。また、原子間力顕微鏡画像解析により加水分解時にセルロース高が1.2nm増加することを明らかにし、CEC内タンパク質のセルロース表面への吸着およびセルロース間の凝集が示唆された。さらに、CEC内繊維分解関連タンパク質による繊維分解機構を分子レベルで解明するためにタンパク質の単離を行い基質結合特異性評価を行った。昨年度構築したCEC内細胞外基質結合タンパク質(SBP44、SBP50、SBP56)の発現系を用い大腸菌による大量発現を試みた。その結果、C. bescii分泌総タンパク質濃度と比較すると100倍濃度のSBPが単離され、SBP44、SBP50、SBP56の大量発現法を確立した。次に、発現したタンパク質の基質結合特異性を評価したところ、SBPごとに結合特異性が異なることを示し、特にキシランへの結合量が他の基質に比べ高いことを明らかにした。CECは高いキシラナーゼ話性を示したことから、加水分解活性を持たないSBPが基質へ選択的に結合し、マルチドメインセルラーゼによる加水分解を補助することで相乗的に高い酵素活性を発揮することが推察された。本研究により、従来の酵素糖化法で用いられているセルラーゼよりもタンパク質比活性値で高い酵素活性を示すC. bescii分泌タンパク質による繊維分解機構の一端が解明された。(抄録なし)今年度は、嫌気性高度好熱細菌Caldicellulosiruptor besciiセルロース分解酵素系(CEC)の酵素作用の基礎的な解析結果をまとめた。まず、炭素源としてセロビオースを用いて嫌気培養を行うことでC. bescii CECの調製方法を確立した。これを用いてカルボキシメチルセルロース(CMC)分解活性を検討し質量分析を行った結果、160kDa以上のタンパクがCMC分解活性を有し、既に特性が明らかになっているCelAおよびCel9B/Man5A以外に未だ特性が明らかになっていないマルチドメインセルラーゼCelE、CelFが含まれていることを示した。CECの基質特異性評価の結果、ローカストビーンガム、リケナン、キシランの順で活性が高く、その他にグアーガム、CMC、リン酸膨潤化セルロース、ろ紙、アビセル、チモシー、稲ワラが分解され様々な酵素活性を有することを示した。また、CECの至適pHは5.0-6,0であり至適温度は75-85°Cであることを示した。さらに、CECのアビセル、チモシー、稲ワラに対する酵素活性は従来の酵素糖化法で用いられているTrichoderma reesei酵素液よりも2倍高いことを明らかにした。これらの結果より、C. bescii CEC内に含まれる4つのマルチドメインセルラーゼは、75°C以上での様々なセルロース系バイオマスの分解に有用であることを示した。さらにCEC内の個々のタンパクの機能を解析するために、C. besciiから抽出したゲノムDNAを鋳型として、14領域のクローニング/発現プラスミドの作製を行った。その後異種宿主を用いて組換えタンパク抽出を行い発現の確認を行った。現在、作製した組換えタンパクの機能解析に向け大量培養系の構築を/目指している。

さらにCEC内の個々のタンパクの機能を解析するために、C.besciiから抽出したゲノムDNAを鋳型として、14領域のクローニングプラスミドおよび発現プラスミドの作製を行い、異種宿主を用いた組換えタンパク抽出ならびに発現の確認を行うことができた。現在、次年度の達成目標である「作製した組換えタンパクの機能解析」に向け、タンパクの大量培養系の構築を目指しているためおおむね順調に進展していると考える。今年度は、CEC内の個々のタンパクの機能を解析するために、C.besciiから抽出したゲノムDNAを鋳型として14領域のクローニング/発現プラスミドの作製および組換えタンパクの発現確認を行った。しかし、マルチドメインセルラーゼ活性を示す領域のタンパクの発現は確認されなかった。そこで7種類のベクターを用い、大腸菌、酵母、ブレビバチルスなど様々な異種宿主を用いてタンパクの発現確認を行ったが、マルチドメインセルラーゼ領域タンパクの発現は依然微弱であり、当初計画していたマルチドメインセルラーゼ領域の変異体タンパクの作製による分子内相乗効果の解明を行うことは困難である。そこで、発現が確認されたCEC内の別の組換えタンパクの機能解析に向け、タンパクの大量培養系の構築を行っている。今後はこの組換えタンパクの機能解析を行うことでC.besciiCECが高活性な理由を明らかにすることを目指す。(抄録なし)
林産資源のエネルギー化の研究

本研究は未利用材を原料とし、物理化学的、生物的前処理法を用いてこれらからアルコールならびに液状炭化水素などの燃料物質を取得することを目的とする。〔1〕リグノセルロースの糖化と発酵〔越島哲夫、沢田達郎、桑原正章、原納淑郎、善本知孝、柳田藤治〕:連続式マイクロ波加熱装置により前処理したアカマツ、ブナを糖化・発酵させ、最適条件を求めた。アカマツでは平行複発酵が適し、加熱原料1Kg当り95%エタノール149mlがえられ、ブナでは逐次発酵がよく、248mlを与えた。カラマツ爆砕生成物の平行複発酵により、2.55MPa、4.51MPaのいずれの場合も高いアルコール収量がえられた。アルカリ処理したエゾマツ樹皮の酵素糖化・アルコール発酵により、糖化率4045%発酵収率7585%をえた。UCT溶剤前処理バガスをエタノールに転換するとき、非イオン性界面活性剤の添加は洗浄効果を高め、水洗浄で十分であった。フェノール耐性をもつ酵母8種を選抜し、これらによりスギ内樹皮から0.71.0%濃度のアルコールがえられた。マングローブ胎生種子のリグノセルロースを酵素糖化するための前処理としてはマイクロ波加熱が最適であった。〔2〕リグニンの液体燃料化〔笹谷宜志〕:リグニンの液体燃料化には分子量の低いソルボリシスリグニンが適しており、液化のためのハイドロクラッキングは450°C、水素初圧20Kg/【cm^2】触媒として酸化鉄または酸化鉄・アルミナが最適であった。〔3〕精油ならびに樹脂の利用〔住本昌之、後藤輝雄〕:山蔭から秋田に及ぶウラスギの代表的クローンにつき検討した結果、前年度を上まわる高精油含量の品種、富山101(4.5%)鳥取102(4.6)鳥取104(4.8%)がみいだされ、これらの値は89月に集中した。20年生アカマツをパラコート処理し、8月に伐採したものを700°Cで熱分解した。処理点上方50cm幹部では中性油9.6%、酸性油22.2%、発熱量は平均6000KCal/kaであった。
神経回路網の自己組織化学習における汎化能力向上のための局所的相互作用の探索

本研究では,例からの学習により関数を近似したり,パターンを認識したりする際の汎化能力を向上させる方法の一つとして,問題に応じて系のモデルを適切に選択し,解候補となる関数集合を限定する手法について明らかにすることを目的とし,研究を行ってきた.これまで逐次学習法に見られる極小値問題等の非効率を回避しつつ,問題に適したモデル選択を学習中に動的に行う方法(モデルスイッチング)を神経回路網の学習に対して提案し,学習の高速化と汎化能力の向上,そして工学的要請である簡単なモデルによる系の実現が可能であることを示してきた.本研究では,この手法を拡張し,モデルを構成する素子やパラメータを自律的な「実体」として定義し,それら実体間の局所的な相互作用の結果として,実体の新設や削除に相当するモデル変更が行われる,分散的な方法(自己組織化学習)によってモデル決定を含む学習を行い,高い汎化能力を実現していく手法について考察を行った.まず,層状神経回路網の中間層における局所的な実体の相互作用の一例として,訓練集合に対する実体の応答の絶対相関を相互に局所的に評価し,その値の高さによって2つの実体を1つで置換する作用(融合)により,(工学的要請である)小さなモデルによる実現と,汎化能力の向上が見られることを実験的に示してきている.さらに,学習に対する中間層の応答の従属性を低下させるような正則化を学習に際して行い,上記の素子融合と併用することにより,学習の効率化が可能であることが可能であることを示してきている.また,相互結合型の神経回路網を用いたパターンマッチングであると見ることができる弛緩整合法に対して,マッチングを行うべき未知入力に対してはあらかじめモデルを仮定せず,画像のエッジピクセルを上記の「実体」として取り扱い,相互作用によりモデル化をすすめながらテンプレートとのマッチングを図ることにより,マッチングの汎化能力を向上させる生成的弛緩整合法を提案し,国際学会などで報告している.本研究では,層状型,相互結合型の神経回路網において,素子の局所的な相互作用として応答の相関をキーとし,これに基づいてモデル変更を行っていくことの,学習の効率化,汎化能力の向上,モデル自体の自己組織的獲得への有用性を示すことができた.本研究では,例からの学習により関数を近似したり,パターンを認識したりする際の汎化能力を向上させる方法の一つとして,問題に応じて系のモデルを適切に選択し,解候補となる関数集合を限定する手法について明らかにすることを目的とし,研究を行ってきた.これまで逐次学習法に見られる極小値問題等の非効率を回避しつつ,問題に適したモデル選択を学習中に動的に行う方法(モデルスイッチング)を神経回路網の学習に対して提案し,学習の高速化と汎化能力の向上,そして工学的要請である簡単なモデルによる系の実現が可能であることを示してきた.本年度は,この手法を拡張し,モデルを構成する素子やパラメータを自律的な「実体」として定義し,それら実体間の局所的な相互作用の結果として,実体の新設や削除に相当するモデル変更が行われる,分散的な方法(自己組織化学習)によってモデル決定を含む学習を行い,高い汎化能力を実現していく手法について考察を行った.まず,層状神経回路網の中間層における局所的な実体の相互作用の一例として,訓練集合に対する実体の応答の絶対相関を相互に局所的に評価し,その値の高さによって2つの実体を1つで置換する作用(融合)により,(工学的要請である)小さなモデルによる実現と,汎化能力の向上が見られることを実験的に示してきている.また,両眼視差の解決,テンプレートを用いた文字認識,医用画像の対応部位検出などで必要とされるパターンマッチングに用いられる弛緩整合法に対して,マッチングを行うべき未知入力に対してはモデルを仮定せず,画像のエッジピクセルを上記の「実体」として取り扱い,相互作用によりモデル化をすすめながらテンプレートとのマッチングを図ることにより,マッチングの汎化能力を向上させる生成的弛緩整合法を提案し,国際学会へ投稿した.来年度は,既に提案されている汎化を考慮に入れた学習法である「射影汎化学習」(Ogawa1984)や,「構造的リスク最小化学習」(Vapnik &; Chervonenkis1974)を分散的に実現し,それらに共通した汎化能力向上に貢献する局所的相互作用を明らかにしていくことを目標としている.本研究では,例からの学習により関数を近似したり,パターンを認識したりする際の汎化能力を向上させる方法の一つとして,問題に応じて系のモデルを適切に選択し,解候補となる関数集合を限定する手法について明らかにすることを目的とし,研究を行ってきた.これまで逐次学習法に見られる極小値問題等の非効率を回避しつつ,問題に適したモデル選択を学習中に動的に行う方法(モデルスイッチング)を神経回路網の学習に対して提案し,学習の高速化と汎化能力の向上,そして工学的要請である簡単なモデルによる系の実現が可能であることを示してきた.本研究では,この手法を拡張し,モデルを構成する素子やパラメータを自律的な「実体」として定義し,それら実体間の局所的な相互作用の結果として,実体の新設や削除に相当するモデル変更が行われる,分散的な方法(自己組織化学習)によってモデル決定を含む学習を行い,高い汎化能力を実現していく手法について考察を行った.まず,層状神経回路網の中間層における局所的な実体の相互作用の一例として,訓練集合に対する実体の応答の絶対相関を相互に局所的に評価し,その値の高さによって2つの実体を1つで置換する作用(融合)により,(工学的要請である)小さなモデルによる実現と,汎化能力の向上が見られることを実験的に示してきている.

さらに,学習に対する中間層の応答の従属性を低下させるような正則化を学習に際して行い,上記の素子融合と併用することにより,学習の効率化が可能であることが可能であることを示してきている.また,相互結合型の神経回路網を用いたパターンマッチングであると見ることができる弛緩整合法に対して,マッチングを行うべき未知入力に対してはあらかじめモデルを仮定せず,画像のエッジピクセルを上記の「実体」として取り扱い,相互作用によりモデル化をすすめながらテンプレートとのマッチングを図ることにより,マッチングの汎化能力を向上させる生成的弛緩整合法を提案し,国際学会などで報告している.本研究では,層状型,相互結合型の神経回路網において,素子の局所的な相互作用として応答の相関をキーとし,これに基づいてモデル変更を行っていくことの,学習の効率化,汎化能力の向上,モデル自体の自己組織的獲得への有用性を示すことができた.
ヒト間葉系幹細胞からの肝細胞様細胞の作成と薬物動態毒性学的評価研究

【目的】本研究では市販のヒト間葉系幹細胞からヒト肝細胞を作成し、動態および安全性のin vitro試験への適用を目指して研究を行った。これまで、個々の患者から提供された骨髄またはiPS細胞からヒト肝臓様細胞の確立について、不完全ではあるが、報告がなされている。iPS細胞の使用には手技などの様々なハードルがあるが、ヒト間葉系幹細胞の分化は、比較的手技が易しく、患者試料から効率よく肝細胞が作成できることを示唆する報告がある。そこで本研究では、市販のヒト間葉系幹細胞から均一でin vitroスクリーニングに供することができる低コストで安定的な肝細胞への細胞分化系の確立を目指して研究を行った。【方法】材料はタカラバイオのhMSCヒト間葉系幹細胞を用いた。様々な分化系の条件を検討し、顕微鏡下での細胞像、肝細胞としてのマーカーであるヒトアルブミンの産生能および薬物代謝酵素であるチトクロムP450のmRNAの発現を主な指標とした。さらに、ヒトモノサイト由来のTHP-1細胞を肝細胞以外の標準細胞として用いた。【結果および考察】増殖については、専用のMSCGMで培養することで、充分な増殖が得られた。分化過程は、繊維芽細胞増殖因子であるFGF1およびFGF4,肝細胞増殖因子HGFの存在下で14日間の培養で判断を行った。基本培地条件はHCMで行った。成熟過程は、オンコスタチンM(OsM)とデキサメタゾン(Dex)の標準法で行った。その結果、FGF1,FGF4およびHGFの濃度と処理日数を様々に変化させても、分化の兆候は得られなかった。患者由来の新鮮試料を使用した場合には、分化誘導の兆候は、3日目頃に形態変化として認めることができるが、市販のhMSCではCD105の陽性が検出できなかったこと、CYPの発現も認められなかったことなどから、分化誘導が困難であった。次に、骨髄ではなく、脂肪細胞由来の間葉系幹細胞を用いて、さらに様々な検討を行った。その結果、アクチビンAとFGF4で3日間培養後、HGF,FGF1,FGF4,OsM,Dexおよびニコチンアミドを全て同時に入れて10日から14日間で肝細胞様細胞への形態変化が認められ、ヒトCYP3A4、アルブミン産生も得られた為に、一定の成功を治めた。しかし、ヒト肝に比べて発現量が低い為にさらなる検討を継続している。