hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な酵素法による2つのキラル中心を持つ化合物の立体選択的生産

本研究では、微生物酵素を用いた2つのキラル中心を持つ化合物の生産プロセスの開発を目指した。(4R,6R)-Actinolおよびd-Pseudoephedrineをモデルとして、その立体選択的合成プロセスの開発を行った。具体的な手法としては、(4R,6R)-Actinolについては2段階の酵素反応を用い2カ所の炭素原子にキラル中心を導入する生産プロセスの開発を試み、また、d-Pseudoephedrinに関しては、ラセミ体カルボニル化合物を出発基質として、その一方のエナンチオマーのみを不斉還元して同時に2カ所の不斉中心を与える合成プロセスを検討した。1.(4R,6R)-Actinol生産のために、2段階反応による2カ所のキラル中心導入反応プロセスの検討を行った。Torulopsis属酵母の生産する新規な旧黄色酵素について、レボジオン還元酵素との組み合わせにより、2段階反応を並行して行わせる方法でKetoisophoroneから一気に(4R,6R)-Actinolへと変換する可能性を示した。また、Torulopsis属酵母の旧黄色酵素遺伝子のクローニングを行い、旧黄色酵素ライブラリーの充実を図った。2.Rhodococcus属細菌由来のアミノアルコール脱水素酵素および補酵素再生系酵素遺伝子を共発現させた大腸菌を用いて、MAK不斉還元を行うと、d-Pseudoephedrineの蓄積により反応阻害を受けた。そこで、アミノアルコール脱水素酵素遺伝子にランダム変異を導入し、安定性の向上した変異酵素を得ることに成功した。この変異酵素により、d-Pseudoephedrine生産性の向上が見られた。本研究では、微生物酵素を用いた2つのキラル中心を持つ化合物の生産プロセスの開発を目指す。(4R,6R)-Actinolおよび法d-Pseudoephedrineをモデルとして、その立体選択的合成プロセスの開発を行う。具体的な手法としては、(4R,6R)-Actinolについては2段階の酵素反応を用い2カ所の炭素原子にキラル中心を導入する生産プロセスの開発を試みる。また、d-Pseudoephedrinに関しては、ラセミ体カルボニル化合物を出発基質として、その一方のエナンチオマーのみを不斉還元して同時に2カ所の不斉中心を与える合成プロセスを検討していく。1.(4S)-Phorenolを基質に(4R,6R)-Actinolに変換する微生物の探索を行った結果、細菌および酵母に数株の高活性菌株を見出した。そのうち、Torulopsis属酵母から精製した酵素は、旧黄色酵素に属する酵素であることが明らかとなった。これまで報告されている旧黄色酵素は(4S)-Phorenolを基質にしないことから、今回得られた酵素は新規な旧黄色酵素であると推定される。2.Cendida属由来の旧黄色酵素とレボジオン還元酵素を組み合わせて反応させることにより、2段階反応で2つのキラル中心を導入する可能性を示すことができた。3.d-Pseudoephedrine合成に有用な誘導型アミノアルコール脱水素酵素遺伝子周辺の解析を行った結果、負の発現制御に関わるタンパク質をコードするORFの推定に至った。本ORFを破壊することにより、誘導剤不添加条件でもより高活性な菌株の育種が可能となる。

Torulopsis属酵母の生産する新規な旧黄色酵素について、レボジオン還元酵素との組み合わせにより、2段階反応を並行して行わせる方法でKetoisophoroneから一気に(4R,6R)-Actinolへと変換する可能性を示した。また、Torulopsis属酵母の旧黄色酵素遺伝子のクローニングを行い、旧黄色酵素ライブラリーの充実を図った。2.Rhodococcus属細菌由来のアミノアルコール脱水素酵素および補酵素再生系酵素遺伝子を共発現させた大腸菌をを用いて、MAK不斉還元を行うと、d-Pseudoephedrineの蓄積により反応阻害を受けた。そこで、アミノアルコール脱水素酵素遺伝子にランダム変異を導入し、安定性の向上した変異酵素を得ることに成功した。この変異酵素により、d-Pseudoephedrine生産性の向上が見られた。
細胞表面及び細胞内ガングリオシドの機能解析

スフィンゴ糖脂質(以下糖脂質)は動物細胞表面の脂質二重層の外層に局在し、細胞の文化や癌化に伴って量的・質的に大きく変動する。しかし、その変動の分子機構および生理的意義については必ずしも明らかではない。エンドグリコセラミダーゼ(EGCase)は糖脂質に特異的に作用し、そい糖鎖をセラミド部分から切り離す酵素である。EGCaseはその特異的な活性化タンパク質(アクチベータ-)を併用することにより、界面活性剤を含まない生理的な条件下で生細胞から糖脂質糖鎖だけを選択的に切り離すことができる。EGCaseによってB16メラノーマ細胞表面糖脂質を分解後、酵素を除くと合成系と連動した修復機構が働いて短時間のうちに厳密に元の糖脂質量に復帰した。この現象は、ある条件下で細胞はその表面に必要とする適正な糖脂質分子数を知ってでもいるかのように思わせる。本研究で、この修復機構にはUDP-グルコース:セラミドグルコシルトランスフェラーゼ(GlcTase)の活性化が内包されていることが明らかになった。しかも、GlcTaseの活性化は細胞表面糖脂質の減少にリンクした一過性のものである。EGCase処理した場合、糖鎖を失うのと同時に遊離セラミドが増加する。ところが、細胞は巧みな方法でEGCase処理後も細胞内の総遊離セラミド量を調節・維持しているという当初は全く予期しなかった結果が得られた.また、EGCase処理によって、細胞と細胞外マトリックスの反応性は大きく損傷を受けた。しかしEGCaseを反応系から除くと細胞表面への糖脂質の回復に時間的・空間的に連動して細胞外マトリックスとの反応性も回復した。一方、ガングリオシドがカルモジュリンやカルモジュリン依存性の酵素に結合してその活性を調節することを見い出した。外から加えられたガングリオシドは細胞内に取り込まれカルモジュリンやカルモジュリン依存性酵素と特異的に反応することにより細胞内情報伝達系を調節することを明らかにした。I.細胞内ガングリオシドの機能解析-カルモジュリンとガングリオシドが細胞内で実際に結合しうることを次のようにして証明した。つまり、光親和性標識したガングリオシドを神経芽腫瘍細胞Neuro2Aに与え、細胞が分化したのを確認後、光反応を行った。この細胞の抽出液をGM1に特異的なコレラ毒素のB-サブユニットで沈降させ、抗カルモジュリン抗体でカルモジュリンが結合していることを確認した。II.細胞表面ガングリオシドの機能解析-細胞表面に存在するガングリオシドがEGF受容帯のリン酸化反応を調節することにより細胞増殖を制御していることを明らかにした。また、EGCase処理によってB16細胞及び3T3細胞の同種細胞間及び細胞と細胞外マトリックスとの接着性が変化することを明らかにした。この接着反応にはインテグリンが関与していること、すなわち細胞表面のガングリオシドがインテグリンの機能を修飾していることを見つけた。このようにガングリオシドが2つの局面で細胞内情報伝達系に関与していることを明らかにすることができ、初期の目標を達成できた。つまり、細胞表面にはおいては増殖因子受容体の機能を調節ことにより情報伝達の入力を調節し、細胞内においてはカルモジュリンと結合しカルモジュリン依存性の酵素活性を調節することにより情報の伝達を制御していることを明らかにした。

(1)細胞内ガングリオシドの機能解析海馬神経の初代培養細胞のCaMKIIは、110ng/mlという低濃度のガングリオシドを細胞外液に加えることで活性化された。ガングリオシドの種類には特異性が見られ、GM3、GD1b、GT1bは効果を示したが、GD3、GQ16、GM1は効果がなかった。さらにGT1bのオリゴ糖も同じ濃度で活性化した。又、神経芽腫瘍細胞NG108-15内のカルシュニリンは1ng/mlのGM1によって活性化された。細胞外に加えたガングリオシドの細胞内への取り込み機構を検討中である。(2)細胞表面ガングリオシドの機能解析細胞表面ポリミアセガングリオシドをVibrio choleraeのシアリダーゼによってGM1に変換すると顕著に神経突起の伸展が促進された。EGCaseによってGM1糖鎖を除くと、神経突起の伸展が抑制された。この結果は、細胞表面GM1量が神経細胞の分化に重要な役割を担っていることを示唆している。その分子機構を検討中である。
神経変性疾患へのコエンザイムQ10の効果〜三次元動作解析を含めた多面的効果判定〜

筋萎縮性側索硬化症患者での、コエンザイムQ10(CoQ10)と同様の脂溶性抗酸化物質であるビタミンEの内服群と非内服群との比較や、ミトコンドリア脳筋症患者での、CoQ10内服群と正常対照群との比較では、血漿中総CoQ10に対する酸化型の割合はいずれも有意な差を認めなかった。三次元動作解析装置を用いた検討では、パーキンソン病の前頭葉機能検査の高値群と低値群でリハ即時効果を比較すると、高値群でのみ歩行パラメーターがリハ後に有意な改善を認めた。本研究の目的は神経変性疾患に対するコエンザイムQ-10やリハビリテーションの影響を三次元動作解析装置・床反力計・動的重心動揺計検査・電気生理学的検査(表面筋電図)などの計測機器を用いて定量的に評価・検討することにある。また、自覚症状・日常生活動作(ADL : Activities of Daily Living)・QOL(Quality of Life)の改善の検討や高次脳機能障害を伴う疾患に対しては知能検査や遂行機能障害の検査を行い、多面的なアプローチにより検討する。三次元動作解析装置では起居動作や歩行の変化を、動的重心動揺計では外乱に対するバランス・姿勢反射を、表面筋電図では動作時や外乱時に起こる筋活動について測定を行う。今年度は、パーキンソン病患者を主な対象とし、三次元動作解析装置により歩行の状態を速度・歩幅・床反力・歩行や起居動作時の関節角度の変化で評価し、動的重心動揺計を用いて姿勢反射障害の定量を行った。これに加え、リハビリテーションの即時効果についても検討をおこない、即時効果と高次脳機能障害との関連について検討した。前頭葉機能検査のスコアの高い群と低い群を比較すると、身長に対する歩幅や歩行速度の割合について、高い群ではリハビリテーション前と比較してリハビリテーション後に有意な改善が認められたのに対し、低い群では改善が認められなかった。非運動症状である前頭葉機能障害と運動機能障害に対するリハビリテーション即時効果との関連が示された。本研究の目的は神経変性疾患に対するリハビリテーションやコエンザイムQ-10(CoQ-10)の影響を三次元動作解析装置・床反力計・動的重心動揺計検査・電気生理学的検査(表面筋電図)などの計測機器を用いて定量的に評価・検討することにある。また、自覚症状・目常生活動作(ADL: Activities of Daily Living)・QOL(Quality of Life)の改善の検討や高次脳機能障害を伴う疾患に対しては知能検査や遂行機能障害の検査を行い、多面的なアプローチにより詳細に検討する。三次元動作解析装置・床反力計・動的重心動揺計検査、表面筋電図を行う。三次元動作解析装置では起居動作や歩行の変化を,動的重心動揺計では外乱に対するバランス・姿勢反射を、表面筋電図では動作時や外乱時に起こる筋活動について測定を行う。今年度は、昨年度より症例数を増やし、パーキンソン病患者において三次元動作解析装置により歩行の状態を速度・歩幅・床反力・歩行や起居動作時の関節角度の変化で評価し、動的重心動揺計を用いて姿勢反射障害の定量を行った。前頭葉機能検査の結果の高い群と低い群を比較すると、身長に対する歩幅や歩行速度の割合について、高い群ではリハ前と比較してリハ後に有意な改善が認められたのに対し、低い群では改善が認められなかった。非運動症状である前頭葉機能障害と運動機能障害に対するリハ効果との関連が推察された。また、パーキンソン病と同様にミトコンドリア機能異常が報告されているミトコンドリア脳筋症のCoQ-10内服患者で血漿中のCoQ-10酸化還元比率を検討したところ健常者と比較して有意な差を認めなかった。今年度は、パーキンソン病患者において症例数を増やし、三次元動作解析装置により歩行の状態を歩調・歩行速度・重複歩距離・歩幅距離・単脚支持時間・両脚支持時間・歩隔を評価したことに加えて、膝関節・股関節・足関節・肩関節などの各関節の関節可動域や体幹マーカーの動揺についても検討を加えた。また、リハビリテーションの即時効果についても検討をおこない、即時効果と高次脳機能障害との関連について検討した。この結果、前頭葉機能検査の結果の高値群と低値群を比較すると、身長に対する歩幅や歩行速度の割合、関節可動域、体幹マーカーの動揺について、高値群ではリハ前と比較してリハ後に有意な改善が認められたのに対し、低値群では改善が認められなかった。このことから、非運動症状である前頭葉機能障害と運動機能障害に対するリハ効果との関連が推察された。ミトコンドリア機能異常というパーキンソン病と共通する病態を持つミトコンドリア脳筋症のコエンザイムQ-10内服患者で血漿中の酸化型と還元型を合わせたコエンザイムQ-

10に対する酸化型コエンザイムQ-10の割合を検討したところ健常者と比較して有意な差を認めなかった。また、筋萎縮性側索硬化症患者で、コエンザイムQ-10と近似した性質を持つ脂溶性の抗酸化物質であるビタミンEを内服している患者では、内服していない患者と比較して、血漿中の酸化型と還元型を合わせたコエンザイムQ-10に対する酸化型コエンザイムQ-10の割合は両者の間で有意な差がみられなかった。
骨延長統合モニタリングシステムの開発

上顎骨骨延長治療は、上顎骨の劣成長が著しい口唇口蓋裂症例や上下顎の不調和が大きい顎変形症の咬合と審美性を回復する最も有効な治療法である。しかしながら、本法は頭部固定装置に取り付けた支柱に装備された2つのネジのみで上顎骨の三次元的移動を行うため、適切な力で牽引しつつ目標とする位置に上顎骨を移動させることは極めて困難である。本研究の目的は、上顎骨の移動中に上顎骨に負荷される牽引力と上顎骨の移動様相がリアルタイムで把握できるシステムを構築することにある。上顎骨牽引用のネジに超小型張力センサーを組み込むことにより、上顎骨に負荷される牽引力をリアルタイムで計測することが可能となった。また、超音波画像診断装置を用いることにより上顎骨の移動様相を把握することが可能となり、これらを組み合わせることで骨延長中の上顎骨に負荷される力と移動様相が同時に把握できる骨延長治療のモニタリングシステムが確立されその有用性も確認された。さらにさらに球形樹脂微粒子含有ガムを用いた咀嚼機能の定量的評価が可能となり、その有用性についても確認された。本研究は、超音波画像診断装置、小型張力センサなどにより、骨延長中の上顎骨の移動様相と移動顎の骨のリモデリングの状態を評価するとともに、球形樹脂含有人工ガムを用いて上顎骨骨延長治療により咬合機能の改善について定量的に評価する手法を確立することを目的としている。平成21年度は、上顎骨骨延長治療中の上顎骨の移動様相を超音波画像診断装置を用いてリアタイムで観察する手法を確立すること、および球形樹脂含有ガムを用いた咀嚼能率の評価の評価法を確立することを目標として研究を行った。超音波は、皮膚を通過し顔面骨表層で反射するため、上顎骨骨延長中の患者の鼻から頬部に超音波画像解析装置のプローブを押しあてることにより、Le-Fort I型骨切り術により上顎骨基底から切り離された上顎歯槽部の移動様相が矢状断CT画像とほぼ同様の画像が超音波の画像として得ることができた。超音波による画像は被爆がなく、さらにプローブを頬に沿って移動させることで上顎骨と歯槽部の切断面をスキャンすることが可能であり、骨延長治療における上顎歯槽部の移動様相を観察する上で超音波画解析装置による観察は極めて有用である事が確認された。ついで、球形樹脂含有人工ガムによる咀嚼機能機能評価法の確立のため、正常咬合者に対して咬合面積、咬合圧、顎運動および本人口ガムを用いて咀嚼機能検査を行い、結果を分析することにより人工ガムによる評価の有用性について検討を行った。人口ガムによる検査結果は個人無い変動は少なく、個体間変動は数値データで比較することが可能であった。また、人工ガムによる検査結果は、咬合面積、咬合圧および顎運動にも影響を受けることが明らかとなり、本検査法が咀嚼機能評価の一つとして有用であることが明らかとなった。上顎骨骨延長治療は、上顎骨の劣成長が著しい口唇口蓋裂症例や上下顎の不調和が大きい顎変形症の咬合と審美性を回復する最も有効な治療法であるが、頭部固定装置に取り付けた支柱に装備された2つのネジのみで上顎骨の三次元的移動を行うため、適切な力で牽引しつつ目標とする位置に上顎骨を移動させることは極めて困難である。今回申請する研究は、上顎骨の移動中に上顎骨に負荷される牽引力と上顎骨の移動様相がリアルタイムで把握できるシステムを構築することを目的とした。研究計画に従って超小型張力センサーを用いて上顎骨に負荷される牽引力を計測するとともに、超音波画像診断装置を用いて上顎骨の移動様相を把握することが可能となった。今年度はさらに球形樹脂微粒子含有ガムを用いた咀嚼機能の定量的評価法の確立を試みた。正常咬合者を被験者として測定値の再現性について確認を行ったのち、顎変形症患者を被験者として球形樹脂微粒子含有ガムを用いて咀嚼機能評価を行い、同時に咬合接触面積、咬合力の測定も併せて行い、それぞれ正常咬合者の値と比較検討を行った。

その結果、顎変形症患者の咀嚼能率は、平均としては正常咬合者に劣るものの症例によっては正常咬合者と同等、もしくそれ以上の値を示すものもあった。これはガムの特色として、咬合接触面積の小さい顎変形症患者であっても、最もよく咬める部位で咬合を繰り返すことが可能な患者では高い咀嚼能力を有することが明らかとなり、本検査法の有用性が証明された。上顎骨骨延長治療は、上顎骨の劣成長が著しい口唇口蓋裂症例や上下顎の不調和が大きい顎変形症の咬合と審美性を回復する最も有効な治療法である。しかしながら、本法は頭部固定装置に取り付けた顔面の前方に位置する支柱に設置された2つのネジのみで上顎骨を前方および上下方向に三次元的移動を行うため、適切な力で牽引しつつ目標とする位置に上顎骨を移動させることは極めて困難である。さらに症例によっては左右のネジのカを変えることにより上顎骨に回転のモーメントを加える場合もあり、そのコントロールには熟練したテクニックが必要とされる。今回申請する研究は、上顎骨の移動中に上顎骨に負荷される牽引力と上顎骨の移動様相がリアルタイムで把握できるシステムを構築することを目的とした。研究計画に従って超小型張力センサーを用いて上顎骨に負荷される牽引力を計測するとともに、超音波画像診断装置を用いて上顎骨の移動様相を把握することが可能となった。今年度はさらに球形樹脂微粒子含有ガムを用いた咀嚼機能の定量的評価法の確立を試みた。正常咬合者を被験者として測定値の再現性について確認を行ったのち、さらに顎変形症患者の被験者数を増やし球形樹脂微粒子含有ガムを用いて咀嚼機能評価を行い、咬合接触面積、咬合力の測定に加えて顎運動の軌跡についても測定を行い、それぞれ正常咬合者の値と比較検討を行った。
磁性体の非線形特性を利用したマイクロ波パルス信号圧縮に関する研究

磁性体の中でも高周波導波路媒質として用いられるフェライトであるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG)におけるマイクロ波の伝搬について,特に非線形特性解析と時間領域解析という点に重点を置いて特性を明らかにした.解析手法としては,磁気モーメントの運動方程式を空間・時間領域において差分化して有限差分時間領域法と組み合わせた解法を用いている.その成果は以下の点にまとめられる.(1)一次元フェライト導波路に対して時間領域解析を行い,電磁波モードについて包絡線ソリトンが形成できることを見いだした.また,包絡線のみに着目したシュレディンガー方程式を数値的に解いた結果と比較している.(2)解析を2次元のスラブ導波路に拡張し,静磁後退体積波(MSBVW)モードの解析を行っている.まず伝送量の周波数特性を示し,実際にYIGを使ったMSBVWの伝搬特性実験結果と比較・検討している.次に時間領域におけるパルス変形を調べ,パルス幅が圧縮される非線形応答を見い出したほか,空間的界分布にも非線形特性が見られることを明らかにした.(3)導波路中の静磁波-電磁波変換部付近の領域とそれらの間の伝搬領域とで印加する直流磁界の強さを変化させた場合,すなわち不均一磁界を印加した場合についてパルス変形の違いを考察した.(4)静磁波を使ったパラメトリック増幅の解析を行った.励振および受信アンテナの位置によって利得特性を改善できることを明らかにし,さらに磁気損失による信号の減衰に対し,パラメトリック増幅により補償できることを示した.(5)新しい動作原理に基づく静磁波ミキサを提案し,その動作特性を明らかにした.静磁波を用いた信号のミキシングは線形動作を前提とする従来の手法では解析困難であった.本研究では数値解析を行うとともに,実際にデバイスを試作し,それらの結果を比較している.磁性体の中でも高周波導波路媒質として用いられるフェライトであるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG)におけるマイクロ波の伝搬について,特に非線形特性解析と時間領域解析という点に重点を置いて特性を明らかにした.解析手法としては,磁気モーメントの運動方程式を空間・時間領域において差分化して有限差分時間領域法と組み合わせた解法を用いている.その成果は以下の点にまとめられる.(1)一次元フェライト導波路に対して時間領域解析を行い,電磁波モードについて包絡線ソリトンが形成できることを見いだした.また,包絡線のみに着目したシュレディンガー方程式を数値的に解いた結果と比較している.(2)解析を2次元のスラブ導波路に拡張し,静磁後退体積波(MSBVW)モードの解析を行っている.まず伝送量の周波数特性を示し,実際にYIGを使ったMSBVWの伝搬特性実験結果と比較・検討している.次に時間領域におけるパルス変形を調べ,パルス幅が圧縮される非線形応答を見い出したほか,空間的界分布にも非線形特性が見られることを明らかにした.(3)導波路中の静磁波-電磁波変換部付近の領域とそれらの間の伝搬領域とで印加する直流磁界の強さを変化させた場合,すなわち不均一磁界を印加した場合についてパルス変形の違いを考察した.(4)静磁波を使ったパラメトリック増幅の解析を行った.励振および受信アンテナの位置によって利得特性を改善できることを明らかにし,さらに磁気損失による信号の減衰に対し,パラメトリック増幅により補償できることを示した.(5)新しい動作原理に基づく静磁波ミキサを提案し,その動作特性を明らかにした.静磁波を用いた信号のミキシングは線形動作を前提とする従来の手法では解析困難であった.本研究では数値解析を行うとともに,実際にデバイスを試作し,それらの結果を比較している.磁性体の中でも高周波導波路媒質として用いられるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG)におけるマイクロ波の伝搬について,特に非線形特性解析と時間領域解析という点に重点を置いて特性を明らかにした.解析法として有限差分時間領域法(FDTD法)を用いている.従来この手法を分散性のある磁気異方性媒質に適用した例はあまり多くはなく,非線形特性を含めたものは全く報告がなかった.本研究では電子スピンの歳差運動方程式を差分化して,それをFDTD法に組み入れ,研究代表者が提案したサンプル点の配置法を適用することによって,電力に対する非線形性を含めた伝搬特性を求めた.まず無限媒質における電磁波モードの伝搬について,一次元モデルを使って解析した.マイクロ波を搬送波とする包絡線パルスは,入力電力の増大によりパルス幅が狭くなり,振幅最大値が大きくなる非線形性を確認できたうえ,ある入力電力においてパルスが変形せずに伝搬するという結果を得た.すなわちこの電磁波モードにおいてもソリトンが形成できることがわかった.また入力パルス波形としてソリトン解を用いることによって,パルス変形の特徴をとらえることが容易になった.さらに包絡線のみに注目したSchrodinger方程式を数値的に解いた結果と比較・検討している.次に静磁体積後退波(MSBVW)モードの非線形特性を解析した.まず先に述べた解析法が2次元導波路モデルに対しても有効であることを示し,次に導波路中の静磁波-電磁波変換部付近の領域とその間の伝搬領域とで印加する直流磁界の強さを変えた場合,すなわち不均一磁界を印加した場合について,包絡線パルスの伝搬における変形を考察した.また同じくMSFVWモードにおいてパラメトリック増幅現象をFDTD法によりシミュレーションできることを確かめた.磁性体の中でも高周波導波路媒質として用いられるフェライトであるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG)におけるマイクロ波の伝搬について,特に非線形特性解析と時間領域解析という点に重点を置いて特性を明らかにした.

まず昨年度に引き続き,静磁後退体積波モードを使ったパラメトリック増幅の時間領域解析を行った.研究代表者が先に提案した手法を用いて解析した結果,励振および受信アンテナの位置によって利得特性を改善できることを明らかにし,さらに磁気損失による波動の減衰に対する補償をパラメトリック増幅によって行えることを示した.次に新しい動作原理に基づく静磁波ミキサの解析を行っている.静磁波を用いた信号のミキシングはフェライトの非線形現象の一つであり,線形動作を前提とする従来の手法では解析困難であった.本研究では数値解析を行うとともに,実際にデバイスを試作し,その特性について明らかにした.また,静磁波の励振位置による伝搬特性の変化について解析を行った.実際のデバイスにおいては電磁波モードから静磁波モードへの変換が必要となるが,そのトランスデューサを置く位置によって静磁後退体積波の各モードの励振比率が変化し,全体として伝送特性が変わることを明らかにした.具体的にはYIGスラブの端面に置いて励振する方が上面に置く場合に比べて高次モードが励振されにくく,最低次モードの励振効率が向上することを示した.さらには,同手法を用いて静磁表面波の時間領域解析を行った.これは初めての試みであり,静磁表面波に対しても非線形因子を省略することなく,また近似的な手法を用いることなく有限差分時間領域法により解析できることを確認した.
細胞増殖因子・脂溶性リガンドのクロストーク:破骨細胞におけるFGF,BMP,HHおよびレチノイン酸の作用機構の解析

破骨細胞は、正常な骨の発達や骨粗髭症などの骨代謝疾患に大きく関与している。しかし、破骨細胞は存在量が少なく、また、培養株細胞が存在しないため解析はこれまで困難であった。そこで、我々は成熟破骨細胞のみでの骨吸収を測定する新規の方法を開発し、この方法を用い破骨細胞における細胞増殖因子・脂溶性リガンド作用の解析を行った。昨年度は、ビタミンDによる破骨細胞骨吸収活性化には、ビタミンDとヘッジホッグの情報伝達のクロストークの存在する可能性を示した。さらに、これまでレチノイン酸の前駆体と考えられていたレチノールが、新たなメカニズムで破骨細胞に作用することを見い出した。本年度は、脂溶性リガンドの一つであり、リュウマチなどの骨疾患やアテローム性動脈硬化、脂肪代謝に深く関与するプロスタグランジンに着目した。その結果、破骨細胞においては、いくつかのプロスタグランジン(PG)が作用し、PGE2やPGF2αは破骨細胞に存在するEPレセプター、FPレセプターと呼ばれる膜受容体を介し機能していた。一方、プロスタサイクリン(PGI2)も成熟破骨細胞を直接活性化するものの、膜受容体ではなく、核内受容体のPPARδ/βを介していることを明らかにした。すなわち、PGI2はPPARδ/βを介して、カテプシンKなど骨吸収に深く関与する遺伝子の発現を誘導することで、破骨細胞を活性化していると考えた。本研究により、これまで直接作用のメカニズムがほとんど不明であった破骨細胞の骨吸収活性調節機構の一部を明らかにすることができた。破骨細胞は、正常な骨の発達や骨粗鬆症などの骨代謝疾患に大きく関与している。そこで、我々は成熟破骨細胞のみでの骨吸収を測定する方法を開発し、この方法を用い破骨細胞における細胞増殖因子・脂溶性リガンド作用の解析を行った。本年度は、ビタミンDは破骨細胞による骨吸収を誘導するが、直接作用はなく、ストローマ細胞を介していることを明らかにした。さらにヘッジホッグタンパク質が破骨細胞に直接作用し、また、ストローマ細胞でビタミンDはヘッジホッグ遺伝子発現を誘導することを見い出した。このことから、ヘッジホッグはビタミンD依存的破骨細胞活性化因子であると考えられ、ビタミンDとヘッジホッグの情報伝達のクロストークの存在する可能性が考えられた。さらに、これまでレチノイン酸の前駆体と考えられていたレチノールがレチノイン酸とは異なったメカニズムで破骨細胞に作用することを見い出した。さらに,未知のレチノール誘導性遺伝子が破骨細胞に発現していることを示した。さらに、プロスタサイクリンやカルシウムに対する受容体が破骨細胞に存在し、これらが直接破骨細胞に作用することを示した。次年度は、破骨細胞においてこれらの因子の複合作用をまず検討し、各因子の受容体の機能と併せて解析する。
人工知能技術を用いたサイバー攻撃と対策の自動共進化による「先回り」の実現

標的型攻撃が,人工知能技術を搭載したマルウェアを用いて高度化されるという将来像を前提として,攻撃者に先回りする形で攻撃内容を自動合成してシミュレーションを行い,防御方法までを自動的に生成するための技術について研究を行った.具体的には,マルウェアの攻撃とそれに対する防御を模擬するためのネットワークシミュレータをクラウドコンピュータ上に構築し,攻撃内容や防御内容を共進化計算により変化させて様々な局面を再現するシステムを構成した.本年度については特に,人工知能を搭載したマルウェアのモデルとして,プランニング計算に基づいて攻撃計画を行うものについて検討した.これは,自律型マルウェアによる攻撃実験を,Kubernetesを使い仮想環境上において自動で効率的に行うことである.著者らが過去に提案した自律型マルウェアは,攻撃が成功すると被害端末に対してセッションを張り感染を拡大するRAT型のタイプであった.しかし,それぞれの端末にセッションを張っている端末を確保・遮断することが出来れば感染を止めることが可能なので,現実的なマルウェアの挙動を推察することが出来ているとは言えない.そこで本稿では,攻撃が成功したら自身を被害端末にコピーして感染を拡大するワーム型のタイプに改良した.さらにこの自律型マルウェアを,Kubernetesを使ってデプロイした仮想ネットワーク上で動作させることに成功した.この成果について,FIT2018および情報処理学会全国大会において報告した.(1)疑似サイバー攻撃の自動生成技術の確立,(2)ネットワークシステムシミュレータの開発,(3)ネットワークシステムシミュレータの開発をそれぞれ行った.(1)については,Metasploitなどの攻撃ツールをベースとして,攻撃内容をスクリプト化して実行する技法のほか,人工知能技術の一つであるプランニングを用いた攻撃手順の自動生成に関する検討を実施した.(2)について,クラウド上の仮想計算機と仮想ネットワークを用いて,人工知能搭載型サイバーレンジの構築およびその自動構成技術について開発を行った.その実現のため,ネットワークシステム記述体系としてNSDL(Network System Description Language)の設計を行った.(3)については,従来から開発してきた進化計算プラットフォームであるGPGCloudに基づき,サイバー攻撃を仮想的な遺伝子として遺伝的アルゴリズムにより攻撃方法を生成・洗練する機構を実現した.当該年度で実施した研究は当初より予定していた研究開発内容であり,また学会等への報告も順調に行えていることからこのような判断とした.当該年度については,主に以下の二件について研究を行った.・人工知能搭載型サイバーレンジの開発.標的型攻撃では,ネットワークに侵入したマルウェアが各ホストをネットワークの内部から攻撃する.この動作を仮想計算機とSDNを用いて構成したサイバーレンジを用いてシミュレーションする.このサイバーレンジでは,攻撃側と防御側の双方に人工知能が搭載され,これらの人工知能を遺伝的アルゴリズム等により進化させることで,将来発生しうるサイバー攻撃の予測に繋げることを本研究では企図している.仮想ネットワークシステムの構築のためにネットワーク記述言語NSDLを定義し,サイバーレンジにおける各種の動作を制御するためのAPI機構,および人工知能を進化させるための共進化シミュレーション機構や,AIによるサイバー攻撃をサイバーレンジ内で実現するための攻撃プランナーといったモジュールを開発した.・人工知能搭載型サイバーレンジによるレジリエンス分析標的型攻撃を企業や組織のネットワーク環境で事前検証し,想定される被害や必要となる対策を調査することが望ましい.本研究室で開発してきた,サイバーレンジと共進化シミュレーションシステムから構成される人工知能搭載型サイバーレンジを用いてこれを実現する.標的型攻撃の対策である入り口対策では,攻撃を防げていない.こうした背景から,攻撃の早期検知が重要である.そのために,特定の端末・サーバを重点的に監視し攻撃被害を最小限にとどめることを目指す.アプローチとして,グラフ理論を用いた故障対策におけるサービス継続性の考えをサイバーセキュリティに適応させた,レジリエンス(強靱性)分析を提案した.本研究では,レジリエンス分析を行うためのシステム構築を行った.本研究で成果として発表した人工知能搭載型サイバーレンジは,研究課題の提案時に目標とした人工知能による先回りを行うための基盤システムである.その開発が進み,一定の成果が得られた状況にある.このため,「概ね順調に進展している」と判断する.標的型攻撃が,人工知能技術を搭載したマルウェアを用いて高度化されるという将来像を前提として,攻撃者に先回りする形で攻撃内容を自動合成してシミュレーションを行い,防御方法までを自動的に生成するための技術について研究を行った.具体的には,マルウェアの攻撃とそれに対する防御を模擬するためのネットワークシミュレータをクラウドコンピュータ上に構築し,攻撃内容や防御内容を共進化計算により変化させて様々な局面を再現するシステムを構成した.本年度については特に,人工知能を搭載したマルウェアのモデルとして,プランニング計算に基づいて攻撃計画を行うものについて検討した.これは,自律型マルウェアによる攻撃実験を,Kubernetesを使い仮想環境上において自動で効率的に行うことである.著者らが過去に提案した自律型マルウェアは,攻撃が成功すると被害端末に対してセッションを張り感染を拡大するRAT型のタイプであった.しかし,それぞれの端末にセッションを張っている端末を確保・遮断することが出来れば感染を止めることが可能なので,現実的なマルウェアの挙動を推察することが出来ているとは言えない.そこで本稿では,攻撃が成功したら自身を被害端末にコピーして感染を拡大するワーム型のタイプに改良した.さらにこの自律型マルウェアを,Kubernetesを使ってデプロイした仮想ネットワーク上で動作させることに成功した.この成果について,FIT2018および情報処理学会全国大会において報告した.次年度以降は,初年度の成果を用いて,様々な仮想ネットワークシステムを実際に構築して,その上での攻撃と防御の共進化について検討する.(1)疑似

サイバー攻撃の自動生成について,単なる攻撃組合せを超えて,動的プランニングなど高度な人工知能的技術を搭載した攻撃のシミュレートを可能とする.(2)ネットワークシミュレータと(3)共進化学習機構についてはそれぞれ高度化を行い,可能な計算の範囲を拡充する.人工知能搭載型サイバーレンジの初期バージョンが完成したことにより,今後はこれを拡充することで当初目的の達成へと向かう.特に,サイバーレンジで表現できる情報システムをより複雑なものとすること,サイバーレンジ内で動く自動攻撃システムを高度化すること,および,人工知能搭載型サイバーレンジと我々が以前より開発してきたメタアルゴリズムによる学習システムであるGPGCloudとの統合を行い,本研究課題の完成とする.当該年度の開発の範囲内では,(1)システム構築を進行状況に合わせて当初予定の半分とし,次年度以降に増強することとした,および,(2)海外発表をとりやめたため,次年度使用額が生じた.人工知能搭載型サイバーレンジの開発にあたり,ハードウェア導入前にクラウドを用いて基礎システムを構築する方針に切換えたこと,および,国際会議への発表時期が2018年度にずれこみそれに関する海外渡航旅費の分が残っていることが主な事由である.ハードウェア導入と発表とを2018年度に行う予定である.保留としたシステム構築を続行し,また海外発表を行うために次年度使用額を用いる.
ES細胞療法開発に向けたヒトES細胞からの造血細胞産生系の構築と分子機構の解明

ヒトES細胞を用いた新規治療法の開発を最終目標に、Tal1/Scl遺伝子導入による造血分化のメカニズムを検討した。レンチウイルスベクターによる遺伝子導入により、Tal1/Scl遺伝子恒常発現ヒトES細胞株を得、これらの細胞株は様々な造血系コロニーを形成することが示された。また、Tal1/Scl遺伝子と協調して造血分化に作用する候補遺伝子29個をヒト胎児肝臓由来レンチウイルスcDNAライブラリーのスクリーニングにより抽出し、現在これらの遺伝子の造血分化能を詳細に検討中である。本研究成果はヒトES細胞の臨床応用に向けて重要な知見を与えることができるものと期待される。ヒト胚性幹(ES)細胞を用いた新規治療法の開発を最終目的に、我々がこれまで行ってきたコモンマーモセット(CM)ES細胞を用いたTall/Scl遺伝子導入による効率的造血幹細胞増幅法の開発研究成果を基盤として、1)Tall/Scl遺伝子導入ヒトES細胞のin vitroならびに免疫不全マウスin vivoにおける造血細胞への分化誘導能の検討とその細胞内分子機構の解析、2)霊長類ES細胞の造血細胞への分化をTall/Sclと協調的に促進する遺伝子の同定と複数遺伝子導入ES細胞株の樹立、3)安全性の高いES細胞への遺伝子導入法の確立、の3項目の研究を本研究では行う。本年度は先ず京都大学にて樹立されたヒトES細胞株にVSV-Gシュードタイプレンチウイルス(LV)ベクターを用いてヒトTal1/Scl・cDNAを導入しヒトTal1/Scl・ES細胞株を樹立しそのin vitro造血能を明らかにすることができた。現在免疫不全NOGマウスに骨髄内移植を行いそのin vivo造血再構築能を検討中である。次に霊長類ES細胞の造血細胞への分化をTal1/Sclと協調的に促進する遺伝子の同定を目的に、Tal1/Scl・CMES細胞株ならびにヒトES細胞株を対象に、われわれが作製したヒト胎児肝臓cDNA発現LVベクターライブラリーを用いてスクリーニングを行い、造血細胞分化能が示唆された複数の候補遺伝子を同定した。現在それらのin vitroでの再現性を確認中である。さらに安全性の高いES細胞への遺伝子導入法の確立を目的にAd35ならびにAd5/F35アデノウイルスベクター、麻疹ウイルスベクターを用いてCMならびにヒトES細胞にGFP遺伝子を効率的に導入できる条件を検討中であり、最良の条件でTal1/Scl cDNAを導入し、その造血細胞分化能をin vitro/in vivoで検討する予定である。ヒト胚性幹(ES)細胞を用いた新規治療法開発を最終目的に、我々がこれまで行ってきたコモンマーモセット(CM)ES細胞を用いたTall/Scl遺伝子導入による効率的造血幹細胞増幅法の開発研究成果を基盤として、1)Tall/Scl遺伝子導入ヒトES細胞のin vitroならびに免疫不全マウスin vivoにおける造血細胞への分化誘導能の検討とその細胞内分子機構の解析、2)Tall/Sclと協調的に霊長類ES細胞の造血細胞への分化を促進する遺伝子の同定と複数遺伝子導入ES細胞株の樹立、3)安全性の高いES細胞への遺伝子導入法の確立、の3項目を本研究では行う。本年度においては京都大学にて樹立されたヒトES細胞株にVSV-Gシュードタイプレンチウイルス(LV)ベクターを用いて昨年度作製したヒトTall/Scl・ES細胞株の免疫不全(NOG)マウスでのin vivo造血再構築能を繰り返し検討中である。次に霊長類ES細胞の造血細胞への分化をTall/Sclと協調的に促進する遺伝子の同定を目的に、Tall/Scl・CMES細胞株を対象にわれわれが作製したヒト胎児肝臓cDNA発現LVベクターライブラリーを用いてスクリーニングを行い、造血細胞分化能が示唆された候補遺伝子を得、それらを対象に2次スクリーニングを行い現在迄約20種迄絞り込んでおり、現在3次スクリーニングを実施中である。さらに我々が独自に開発中の麻疹ウイルスベクターにおいてヒトES細胞中にGFP遺伝子を発現する際の最良条件を設定することができた。現在上記Tall/Scl遺伝子導入麻疹ウイルスベクターを作製中である。ヒト胚性幹(ES)細胞を用いた新規治療法の開発を最終目的に、我々がこれまで行ってきた小型霊長類コモンマーモセット(CM)ES細胞を用いたTal1/Scl遺伝子導入による効率的造血細胞増幅法の開発研究を基盤として、当該年度にはヒト胎児肝臓cDNA発現レンチウイルスベクターライブラリー法、Digital Differential Displayプログラム法、正常および各種ノックアウトマウス(Evi-1,Runx-1,c-Myb,Twist-1)AGM領域造血幹細胞マイクロアレイ比較解析法、を用いて血球分化誘導候補遺伝子29遺伝子を選定した。

次にこれら候補遺伝子導入CM ES細胞を用いた胚葉体形成法により、CD34陽性細胞出現率を指標とした造血細胞分化誘導能を検討した。先ず造血細胞分化への関与が既知のLyl1、HoxB4、Bmi1遺伝子についてレンチウイルスベクターにてCMES細胞に遺伝子導入を行い、CD34陽性細胞の割合をフローサイトメトリー法にて確認したところ、CD34陽性細胞率が有意に上昇していた。その他の候補遺伝子を用いて同様にレンチウイルスベクターによる遺伝子導入を行ったところ、CD34陽性細胞率の上昇がみられた遺伝子を確認することができた。さらに霊長類ES細胞から造血細胞への分化誘導を効率的に行う系確立のための基礎的研究を行った。特に我々が開発した染色体非挿入型ベクターである麻疹ウイルスベクターを用いて、安全性の高い造血細胞高効率分化遺伝子導入法の条件検討を行った。先ずヒト臍帯血由来CD34陽性細胞へEGFP遺伝子を搭載した麻疹ウイルスの感染を行ったところEGFP陽性細胞が認められ、ヒトES細胞のみならず、種々の幹細胞への麻疹ウイルスベクターを用いた遺伝子導入の可能性が示唆された。
転移因子により生じた変異細胞株を用いた分化発現制御に関わる遺伝子の解析

ニンジン培養細胞において,ストレス特異的に発現するphenylalanine ammonia-lyase遺伝子のプロモーター領域に転移因子Tdc1が挿入されていることを見い出した。さらにTdc1はニンジン核ゲノム内に最低20コピー以上存在しており,Tdcファミリーとして多重遺伝子を形成していること,しかもこのTdc1はこのトランスポゾンの転移・挿入に必要とされる2つのtransposasesのうちの1つのみを有しており,その中の塩基配列が欠失していることから非自律性因子であることがわかった。そこで,欠失を起こしていない全長をコードしている自律性因子であるTdcマスター因子の単離を行った。その結果,Tdcファミリーは少なくともTdc-A,Tdc-B,Tdc-Rの3つのサブ・ファミリーに分かれていること,その中で,2つのtransposasesをコードしているものはTdc-Aサブ・ファミリーのみに見られ,Tdc-BおよびTdc-Rにおいては2つのtransposasesをコードしているものは存在しないことを見い出した。さらに培養細胞として継代培養している細胞群においてはTdc-BおよびTdc-Rの転移は見られず,これらは植物培養細胞系として確立されるよりも前,ニンジン植物体として進化してきた過程の中でTdc-Aからの転移が起こり,その転移の際に欠失が起こり,そのまま転移できない因子としてニンジン核ゲノム内に存在してきたものと考えられた。一方,Tdc-Aは植物培養細胞内で活発に転移しており,しかもTdc1同様に転移の際にその中の塩基配列が欠失するために,培養細胞系というフラスコの中の細胞群の中で多様化していること,すなわちキメラ化していることを見い出した。そこで,そのTdc1の全長をクローニングし,その全塩基配列を決定したところ,En/Spm型転移因子であることがわかった。さらに,そのTdc1の転移挿入は,ストレスが加わらない状態で生存し続けている培養細胞において,継代培養を繰り返すうちに生じ,これによって植物培養細胞に見られる培養変異が引き起こされる可能性を見い出した。さらにアントシアニン合成および不定胚形成を常に行っているニンジン変異培養細胞から核DNAを抽出し,これに対し正常培養細胞由来の核DNAをコントロールとして,転移因子群の挿入に関わる塩基配列に対するプライマーを用いてGenomic Differential Display法を行った。その結果,これら変異株と正常株の間で異なったDNA断片が増幅されてくることがわかった。そこで,これらDNA断片を多数得て,これらをクローニングして,その塩基配列をDNAシーケンサーを用いて調べた。その結果,ここで得られたDNA断片の中に,耐病性にかかわると考えられる二次代謝系の1つであるアルカロイド合成系の新規の酵素遺伝子およびフラボノイド合成系の新規の酵素遺伝子のopen reading frameの一部が見い出された。すなわち、これら二次代謝系の遺伝子の近傍にこのTdc1が挿入されており,この挿入によってニンジン培養細胞においてこれらの遺伝子発現が抑制されている可能性が示唆された。さらにTdc1はニンジン核ゲノム内に最低20コピー以上存在しており,Tdcファミリーとして多量遺伝子を形成していること,しかもこのうちTdc1はこのトランスポゾンの移転・挿入に必要とされる2つのtransposasesのうち1つのみを有しており,その中の塩基配列が欠失していることから非自律性因子であることがわかった。

その結果,Tdcファミリーは少なくともTdc-A,Tdc-B,Tdc-Rの3つのサブ・ファミリーに分かれていること,その中で,2つのtransposasesをコードしているものはTdc-Aサブ・ファミリーのみに見られ,Tdc-BおよびTdc-Rにおいては2つのtransposasesをコードしているものは存在しないことを見い出した。さらに培養細胞として継代培養している細胞群においてはTdc-BおよびTdc-Rの転移は見られず,これらは植物培養細胞系として確立されるよりも前,ニンジン植物体として進化してきた過程の中でTdc-Aからの転移が起こり,その転移の際に欠失が起こり,そのまま転移できない因子としてニンジン核ゲノムに存在してきたものと考えられた。一方,Tdc-Aは植物培養細胞内で活発に転移しており,しかもTdc1同様に転移の際にその中の塩基配列が欠失するために,培養細胞系というフラスコの中の細胞群の中で多様化していること,すなわちキメラ化していることを見い出した。
概日リズム制御機構と摂食制御機構の相互作用に関する研究

哺乳類では、毎日一定の時間帯でのみ餌が得られる環境(制限給餌)に置かれると、行動や様々な生理機能の概日リズムが摂食のタイミングに同期する。この食餌同期性の概日行動パターンは、視床下部視交叉上核(SCN)とは独立の生物時計(食餌同期性クロック、FEO:food-entrainableoscillator)により支配されると考えられているが、食餌同期性クロックの存在部位は明らかになっていない。申請者は時計遺伝子Per1の発現リズムを指標に用い、視床下部背内側核(DMH)が食餌同期性クロックとして機能する可能性を示した。食餌同期性クロックがいかにして食餌によって制御され、いかにして食欲・食行動を支配しているかを解明すべく、(1)食餌同期性クロックが機能しないトランスジェニックマウスの作成・解析、(2)食餌同期性クロックの入出力神経回路の同定、(3)食餌同期性クロックニューロンで発現している分子の同定、について研究を進めている。(1)についてはCre依存的にCry1(過剰量存在すると時計機構が機能しない)を過剰発現するノックインマウスを作成し現在解析中である。このマウスでDMH特異的にCreを発現し、DMH食餌同期性クロックを特異的に阻害することが目的である。(3)については、DMH食餌同期性クロックニューロンで発現する二つの神経ペプチドを見いだし、現在これらの神経ペプチド遺伝子欠損マウスでの食餌同期性概日リズムを解析中である。さらに、GeneChipを用いて食餌同期性クロックニューロンで発現する遺伝子の網羅的検索を行い、DMH Per1発現ニューロンに限局した発現を示す、分泌因子、転写因子等、興味深い遺伝子が8個同定された。今後詳細な発現解析を行うと共に、ノックアウトマウスを用いて個体レベルでの食餌同期性概日リズムにおける機能を検討する。この食餌同期性の概日行動パターンは、視床下部視交叉上核(SCN)とは独立の生物時計(食餌同期性クロック、FEO : food-entrainable oscillator)により支配されると考えられているが、食餌同期性クロックの存在部位は明らかになっていない。申請者は時計遺伝子mPer1の発現リズムを指標に用い、視床下部背内側核(DMH)が食餌同期性クロックとして機能する可能性を示した(PNAS 2006)。DMHの食餌同期性クロックとしての機能を検証するため、Cre/loxP組換えシステムによりCry1蛋白質を組織・領域特異的に過剰発現させることで、DMH特異的に分子時計機構を阻害することのできるトランスジェニックマウスの作成を試みた。現在、得られたラインにおけるトランスジーンの発現を検討中である。また、CreをDMH特異的に発現させるツールとして、ニューロンで効率よくCreを発現する組換えアデノウィルスを作成した。さらに、DMH時計ニューロンに発現する2種類の神経ペプチド遺伝子を同定した。これらのペプチドは食餌同期性クロックからの時間情報を標的神経回路に伝える神経伝達物質として機能する可能性が考えられ、現在同遺伝子欠損マウスでの食餌同期性概日リズムを解析中である。
並列オブジェクト指向言語の意味論と論理

「小林直樹、米澤明憲」小林と米澤は、従来よりメッセージパッシング形式の非同期通信に基づく非常に強力な並列計算の枠組みACLを考案し、本年度はその理論的基礎の研究およびACLに基づく新しい並列言語の実装のための準備をすすめてきた。ACLの操作的およびモデル的意味論ACLにおけるプロセスの等価性将来の大規模並列計算機上においては、プロセッサの数・ネットワークのトポロジーの静的および動的な変化に対応するために並列プログラムの変換がますます重要になると予想される。本年度はプログラム変換のための基礎として、プロセスの等価性に関する研究を行い、線形論理に関する世界の一線の研究者が集まったLinear Logic Workshopにおいて、その成果発表を行った。ACLへの型システムの導入型推論は、プログラムの誤りの一部をコンパイル時に静的に検出するとともに最適化にも役立ち、さらにプログラムの再利用性も高めるという点で、非常に重要な要素技術である。従来の並列プログラミング言語においては、アドホックな言語設計のために、型推論システムが備わったものが少なかったが、我々は、ACLの明解な理論的基礎をいかして型推論システムを考案することに成功した。この型推論システムは、他の多くの並列プログラミング言語にも適用できる見込みである。これに関する論文は現在国際会議に投稿中である。「本田耕平」本田は、従来より並行オブジェクト計算理論のさまざまな側面を明確化するために、数学的な並行計算理論の基礎を築いてきた。これは、並行計算のための基本的な形式系として非同期プロセス計算であるν計算(英国のロビン・ミルナ-教授のπ計算をさらに洗練したもの)を採用し、これに基づく相互作用に基づくプログラミングの基礎理論として、二者間の相互作用の整合性を検査するための型理論と型検査システムの定式化、および相互作用の基礎理論としての並行結合子系の構築を主要目標としてきた。型理論型理論に関しては、これまでに考案した型概念をより柔軟に改良した小プログラミング言語を開発し、型システムを定式化し、さらに、そのための型チェックアルゴリズムを大堀らによるカインディングという方法を用いて定式化し、また、その正当性を検証する方式も確立した。並行結合子理論この理論は、有限個の原子とその間の単純な相互作用に基づいて協調計算を行なう理論で、今後の協調計算言語の意味論・実装などの基盤として活用できることが期待されるのである。これについては、ν計算の基本的な計算概念である非同期名前通信の操作に対して帰納的分析を行うことにより、原子の構成とその間の相互作用規則を定式化した。また、その相互作用計算における表現能力を検証し、この理論の強力さを実証した。
毛虫の強調振動を応用した同期型多点加振器の開発

・研究目的野草の「からむし」に群れる、体長45cm重さ0.7g程度の毛虫「フクラスズメ」は葉を食している時に外敵を察知すると体を揺さぶり威嚇を行う。この時の振動が他の毛虫に伝播し、あたり一面の「からむし」が同期して自励振動をしているように見える。本研究では、一匹の毛虫の振動メカニズムを解明すると共に複数の毛虫の同期振動のメカニズムを分析し、小型加振器による同期型多点加振の開発に応用する事を目的とする。・研究方法毛虫の発生が8月下旬であり、毛虫の同期振動をビデオ(新規)撮影するため、野草の「からむしが密集する場所を確保すると共に一部を採取してプランタで育成した。毛虫を採取して「からむし」を与え、茎に加速度ピックアップ(新規)を取り付けて威嚇振動をする時の振動数を求めた。・研究成果撮影したビデオを分析した結果、毛虫は頭を重力方向に向け、楕円を描きながら振り子運動をして威嚇振動をすることが分かった。また、一匹の毛虫が振動することで、数匹の毛虫が同期しながら威嚇振動をする引き込み現象を確認した。この時の振動数を周波数分析器(既設)で求めた結果、7.6Hz7.8Hzで振動していることが分かった。次に、簡単な片持ちはり系の同期振動装置を製作し、一カ所をバイブレータで加振(10Hz)することによって、異なる場所で固有振動数が約10Hzの振動系が同期して振動することを確認し、引き込み現象発生の可能性を示すことができた。今後は数カ所で同期振動を確認出来る装置を考案して製作をしたい。